JP6551164B2 - 光触媒塗装体 - Google Patents
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Description
基材と、当該基材の表面に設けられ、主に粒子成分を含んでなる表面層とを少なくとも備えてなる光触媒塗装体であって、
前記粒子成分は、主に第1の粒子成分、第2の粒子成分、および第3の粒子成分からなり、
前記第1の粒子成分は、光触媒粒子であり、
前記第2の粒子成分は、4価の正方晶からなる酸化スズ粒子であり、
前記第3の粒子成分は、二酸化窒素吸着粒子であり、
前記二酸化窒素吸着粒子は、ZrO2粒子および/またはAl2O3粒子であり、
前記光触媒粒子の含有量が、前記粒子成分の合計に対して40質量%以上であり、
前記光触媒粒子の含有量に対する前記4価の正方晶からなる酸化スズ粒子の含有量の比(4価の正方晶からなる酸化スズ粒子/光触媒粒子)が、0.1以上1.5未満であることを特徴とする。
本発明による光触媒塗装体は、基材と、表面層とを備えてなる。表面層は、基材の表面に設けられてなる。
表面層は、主として粒子成分を含んでなる。
本発明において、粒子成分は、主に第1の粒子成分、第2の粒子成分、および第3の粒子成分からなる。第1の粒子成分は、光触媒粒子であり、第2の粒子成分は、4価の正方晶からなる酸化スズ粒子であり、第3の粒子成分は、二酸化窒素吸着粒子である。ここで、主に第1の粒子成分、第2の粒子成分、および第3の粒子成分からなる、とは、透明性や窒素酸化物(NOx)除去性能などの本発明の効果を阻害しない範囲において、これら3種の粒子成分以外の粒子成分が含まれてもよいことを意味する。本発明の好ましい態様によれば、表面層に含まれる粒子成分を100質量%としたときに、第1、第2および第3の粒子成分は合計で90質量%以上含まれる。より好ましくは、第1、第2および第3の粒子成分は合計で95質量%以上、さらにより好ましくは98質量%以上含まれる。
本発明による光触媒塗装体が備えてなる表面層に含まれる光触媒粒子が有する光触媒活性を利用したNOx酸化機序について説明する。まず、NOガスが光触媒粒子と接触すると、光励起により光触媒粒子表面に生成された活性酸素種により、NOがNO2に酸化される。ここで、NOがNO2に酸化される反応を第1反応という。第1反応は、式:NO→NO2で示される。次いで、第1反応で生成されたNO2が酸化されNO3 −が生成される。ここで、NO2がNO3 −に酸化される反応を第2反応という。第2反応は、式:NO2→NO3 −で示される。つまり、NOは2段階の反応を経て無害なNO3 −に酸化される。なお、第2反応で生成されたNO3 −は例えば水洗により回収することができる。
本発明による光触媒塗装体の表面層に含まれる光触媒粒子は、抗菌機能、脱臭機能、有害ガス除去機能、親水性機能などの光触媒機能を発揮するのに十分なバンド・ギャップを有する半導体粒子である。
本発明による光触媒塗装体の表面層に含まれる4価の正方晶からなる酸化スズ粒子は、光触媒粒子と共存することで、光触媒塗装体の有機物分解性能およびNOx除去性能の双方を向上する。4価の正方晶からなる酸化スズを含有することで、とりわけNO酸化反応の効率が向上する。
本発明による光触媒塗装体の表面層に含まれる二酸化窒素吸着粒子は、第1反応により生成される二酸化窒素(ガス)に対する吸着性能が高い化合物の粒子である。二酸化窒素吸着粒子は、第1反応により生成されたNO2が表面層(反応系)外に脱離するのを抑制し、効率良く保持することができる。このような粒子として、例えば、その表面に塩基性サイトを有する粒子が好適に挙げられる。二酸化窒素(ガス)は酸性であるため、その表面に塩基性サイトを有する粒子を含むことにより、表面層はより多くの二酸化窒素を吸着することができる。本発明の好ましい態様によれば、二酸化窒素吸着粒子は、ZrO2粒子および/またはAl2O3粒子である。
本発明において、表面層は、結着剤を含んでもよい。表面層が、光触媒粒子、4価の正方晶からなる酸化スズ粒子、及び二酸化窒素吸着粒子を含む領域(例えば第1被膜)と、二酸化窒素吸着粒子を含む領域(例えば第2被膜)とを有する場合、二酸化窒素吸着粒子を含む領域に結着剤を含ませることにより、この領域と基材との密着性を高めることができる。その結果、表面層全体と基材との密着性を高めることができる。また、表面層が第1被膜および第2被膜を含む場合において、第1被膜が光触媒粒子、4価の正方晶からなる酸化スズ粒子、及び二酸化窒素吸着粒子を含み、第2被膜が二酸化窒素吸着粒子を含むとき、第2被膜に結着剤を含ませることにより、基材と第2被膜との密着性、および第2被膜と第1被膜との密着性を高めることができる。
本発明において、基材はその上に表面層を形成可能な材料であれば無機材料、有機材料を問わず種々の材料であってよく、その形状も限定されない。材料の観点からみた基材の好ましい例としては、金属、セラミック、ガラス、プラスチック、ゴム、石、セメント、コンクリ−ト、繊維、布帛、木、紙、それらの組合せ、それらの積層体、それらの表面に少なくとも一層の被膜を有するものが挙げられる。用途の観点からみた基材の好ましい例としては、建材、建物外装、窓枠、窓ガラス、構造部材、乗物の外装及び塗装、機械装置や物品の外装、防塵カバー及び塗装、交通標識、各種表示装置、広告塔、道路用遮音壁、鉄道用遮音壁、橋梁、ガードレ−ルの外装及び塗装、トンネル内装及び塗装、碍子、太陽電池カバー、太陽熱温水器集熱カバー、ビニールハウス、車両用照明灯のカバー、屋外用照明器具、台及び上記物品表面に貼着させるためのフィルム、シート、シール等といった外装材が挙げられる。
二酸化窒素吸着粒子としてZrO2粒子を含む光触媒塗装体を用いた試験
コーティング組成物の調製
(コーティング組成物a)
粒子成分として、TiO2粒子、4価の正方晶からなる酸化スズ粒子(以下、単にSnO2粒子と称する場合もある)、およびZrO2粒子を表1に示す割合で混合した。TiO2粒子として、アナターゼ型チタニア水分散体を用いた。TiO2粒子の平均粒子径は40nmであった。SnO2粒子として、4価の正方晶からなる酸化スズ粒子水分散体を用いた。SnO2粒子の平均粒子径は8nmであった。ZrO2粒子として、非晶質ジルコニア粒子水分散体を用いた。ZrO2粒子の平均粒子径は20nmであった。これら粒子成分に、0.3質量%の界面活性剤、および溶媒として水を添加し混合してコーティング組成物a1〜a19を調製した。コーティング組成物a1〜a19の固形分濃度はいずれも5.5質量%とした。
SnO2粒子のかわりにSiO2粒子を用いた以外は、コーティング組成物aの調製方法と同様の方法で、粒子成分を表2に示す割合で含むコーティング組成物b1〜b19を調製した。SiO2粒子として、水分散型コロイダルシリカを用いた。SiO2粒子の平均粒子径は10nmであった。
基材として、50mm×100mm×2mmのガラス板を酸化セリウム製のガラス用研磨剤で研磨したものを用いた。この基材の表面に、各種コーティング組成物aを、ローラーを用いて適用した。塗着量は15g/m2とした。その後、室温で1日以上乾燥させて、表面層が粒子成分として、TiO2粒子、4価の正方晶からなるSnO2粒子、およびZrO2粒子のみを含む光触媒塗装体の試料A−1〜A−19を作製した。また、コーティング組成物aのかわりにコーティング組成物bを用いた以外は、試料A−1〜A−19の作製方法と同様の方法で、表面層が粒子成分として、TiO2粒子、SiO2粒子、およびZrO2粒子のみを含む光触媒塗装体の試料B−1〜B−19を作製した。
<NOx除去性能>
試料A−1〜A−19及び試料B−1〜B−19について、NOx除去性能を評価した。まず、これら試料に前処理として1mW/cm2のBLB光を5hr以上照射した。次いで、前処理した試料を蒸留水に2時間浸漬し、110℃にて30分以上乾燥させた。そして、JIS R1701−1に記載の方法により試験を行い、第1反応で除去したNOガス量[ΔNO(μmol)]、第1反応で生成したNO2ガスの光触媒塗装体からの脱着量[ΔNO2(μmol)]、さらに、ΔNOとΔNO2の差からトータルのNOx除去性能[ΔNOx(μmol)]を求めた。結果は表1及び表2に示されるとおりであった。
試料A−1〜A−19及び試料B−1〜B−19について、透明性を評価した。具体的には、ヘイズ計(BYK Gardner製 haze-gard plus)を用いて、表面層のヘイズ(%)を測定した。結果を表1及び表2に示す。表1に示すように、SiO2粒子を含まない試料A−1〜A−19はいずれもヘイズが5.0%以下と小さく、目視による外観評価は良好であった。また、表3に示すように、試料A−1〜A−19におけるSnO2粒子をSiO2粒子に置き換えたことによるヘイズへの影響[ヘイズ(Sn/Si)]は、いずれも1.0以下であり、SiO2粒子の換わりにSnO2粒子を用いることにより、ヘイズが低下することが確認された。なお、試料B−1〜B−19のうち、ヘイズが10%を超えた試料については、表面層が白く濁っていることが目視で確認された。以上より、表面層において、粒子成分が主に、TiO2粒子、4価の正方晶からなるSnO2粒子、およびZrO2粒子からなることにより、光触媒塗装体のヘイズを低くできることが確認された。
二酸化窒素吸着粒子としてAl2O3粒子を含む光触媒塗装体を用いた試験
コーティング組成物の調製
(コーティング組成物c)
粒子成分として、TiO2粒子、SnO2粒子、およびAl2O3粒子を表4に示す割合で混合した。TiO2粒子、SnO2粒子として、試験1と同様のものを用いた。Al2O3粒子として、非晶質アルミナ粒子水分散体を用いた。Al2O3粒子の平均粒子径は30nmであった。これら粒子成分に、0.3質量%の界面活性剤、および溶媒として水を添加し混合してコーティング組成物c1〜c6を調製した。コーティング組成物c1〜c6の固形分濃度はいずれも5.5質量%とした。
SnO2粒子のかわりにSiO2粒子を用いた以外は、コーティング組成物cの調製方法と同様の方法で、粒子成分を表5に示す割合で含むコーティング組成物d1〜d6を調製した。SiO2粒子として、試験1と同様のものを用いた。
試験1と同様の基材、コーティング組成物c1〜c6を用い、試験1と同様の方法で、表面層が粒子成分として、TiO2粒子、4価の正方晶からなるSnO2粒子、およびAl2O3粒子のみを含む光触媒塗装体の試料C−1〜C−6を作製した。また、コーティング組成物cのかわりにコーティング組成物dを用いた以外は、試料C−1〜C−6の作製方法と同様の方法で、表面層が粒子成分として、TiO2粒子、SiO2粒子、およびAl2O3粒子のみを含む光触媒塗装体の試料D−1〜D−6を作製した。
<NOx除去性能>
試料C−1〜C−6及び試料D−1〜D−6について、試験1と同様の方法で、NOx除去性能を評価した。結果は表4及び表5に示されるとおりであった。
試料C−1〜C−6及び試料D−1〜D−6について、試験1と同様の方法で、透明性を評価した。結果を表4及び表5に示す。表4に示すように、SiO2粒子を含まない試料C−1〜C−6はいずれもヘイズが5.0%以下と小さく、目視による外観評価は良好であった。また、表6に示すように、試料C−1〜C−6におけるSnO2粒子をSiO2粒子に置き換えたことによるヘイズへの影響[ヘイズ(Sn/Si)]は、いずれも1.0以下であり、SiO2粒子の換わりにSnO2粒子を用いることにより、ヘイズが低下することが確認された。なお、試料D−1〜D−6のうち、ヘイズが10%を超えた試料については、表面層が白く濁っていることが目視で確認された。以上より、表面層において、粒子成分が主に、TiO2粒子、4価の正方晶からなるSnO2粒子、およびAl2O3粒子からなることにより、光触媒塗装体のヘイズを低くできることが確認された。
酸化スズ粒子の試験
コーティング組成物の調製
(コーティング組成物e1)
酸化スズ粒子として、4価の正方晶であるSnO2粒子以外に2価の正方晶であるSnO粒子、2価の正方晶の水和物(正方晶)である3SnO・H2O粒子をさらに含む混合物(混晶1)を用いた以外はコーティング組成物1と同様にして、コーティング組成物e1を調製した。粒子成分の割合は表7に示す通りとした。前記の酸化スズ粒子は、塩化スズ(II)(和光純薬工業製、一級試薬)の1mass%水溶液を1N水酸化ナトリウム水溶液で中和して精製した沈殿をデカンテーションで分離し、イオン交換水による洗浄を繰り返した後、110℃で乾燥させて得たものである。
酸化スズ粒子として、4価の正方晶であるSnO2粒子以外に2価の正方晶であるSnO粒子をさらに含む混合物(混晶2)を用いた以外はコーティング組成物e1と同様にして、コーティング組成物e2を調製した。粒子成分の割合は表7に示す通りとした。前記の酸化スズ粒子は、塩化スズ(II)(和光純薬工業製、一級試薬)の1mass%水溶液を1N水酸化ナトリウム水溶液で中和して精製した沈殿をデカンテーションで分離し、イオン交換水による洗浄を繰り返した後、25℃で乾燥させて得たものである。
試験1と同様の基材、コーティング組成物e1、e2を用い、試験1と同様の方法で、表面層が粒子成分として、TiO2粒子、酸化スズ粒子、およびZrO2粒子のみを含む光触媒塗装体の試料E−1、E−2を作製した。
<光触媒作用による有機物分解性能>
試料E−1、E−2及び試験1で作製した試料A−15について、光触媒作用による有機物分解性能として、メチレンブルーの分解性能を評価した。JIS R1701−2に記載の方法で前処理し、測定を行って、分解活性指数を求めた。結果を表7に示す。表7に示すように、酸化スズ粒子が、正方晶のみからなるSnO2粒子である試料A−15、混晶である試料E−1、E−2のいずれも、光照射による有機物分解性能は同等であることが確認された。
試料A−15、E−1、E−2について、試験1と同様の方法で、NOx除去性能を評価した。結果を表7に示す。表7に示すように、4価の正方晶のみからなるSnO2粒子をTiO2粒子とともに含む試料A−15によれば、第1反応が大きく促進されることが確認された。すなわち、有機物の分解性能については、いずれの酸化スズ粒子であっても同等の性能を示すが、NOの除去性能については、酸化スズ粒子が4価の正方晶のみからなるSnO2粒子である場合において、顕著な性能を示すことが確認された。
第3の粒子成分(二酸化窒素吸着粒子)の試験
コーティング組成物の調製
(コーティング組成物f)
ZrO2粒子の換わりにSiO2粒子を用いた以外は、コーティング組成物1の調製方法と同様の方法で、粒子成分を表8に示す割合で含むコーティング組成物f1を調製した。SiO2粒子として、試験1と同様のものを用いた。
試験1と同様の基材、コーティング組成物f1を用い、試験1と同様の方法で、表面層が粒子成分として、TiO2粒子、4価の正方晶からなるSnO2粒子、およびSiO2粒子のみを含む光触媒塗装体の試料F−1を作製した。
<NOx除去性能>
試料F−1、及び試験1で作製した試料A−15について、試験1と同様の方法で、NOx除去性能を評価した。結果を表8に示す。表8に示すように、試料A−15と試料F−1とを比べると、両者のSnO2/TiO2は同じであり、ΔNOはほぼ同等の高い値となった。一方で、ZrO2粒子を含まない試料F−1は、ZrO2粒子を含む試料A−15に対して、ΔNOxが小さく、トータルのNOx除去性能を高めることができないことが確認された。
試料A−15、及び試料F−1について、試験1と同様の方法で、透明性を評価した。結果を表8に示す。表8に示すように、SiO2粒子を含まない試料A−15はヘイズが非常に小さく、目視による外観評価は良好であった。一方、SiO2粒子を含む試料F−1は、ヘイズが10%以上と大きく、表面層が白く濁っていることが目視で確認された。
Claims (6)
- 基材と、当該基材の表面に設けられ、主に粒子成分を含んでなる表面層とを少なくとも備えてなる光触媒塗装体であって、
前記粒子成分は、主に第1の粒子成分、第2の粒子成分、および第3の粒子成分からなり、
前記第1の粒子成分は、光触媒粒子であり、
前記第2の粒子成分は、4価の正方晶からなる酸化スズ粒子であり、
前記第3の粒子成分は、二酸化窒素吸着粒子であり、
前記二酸化窒素吸着粒子は、ZrO2粒子および/またはAl2O3粒子であり、
前記光触媒粒子の含有量が、前記粒子成分の合計に対して40質量%以上であり、
前記光触媒粒子の含有量に対する前記4価の正方晶からなる酸化スズ粒子の含有量の比(4価の正方晶からなる酸化スズ粒子/光触媒粒子)が、0.1以上1.5未満である、光触媒塗装体。 - 前記光触媒粒子の含有量に対する前記4価の正方晶からなる酸化スズ粒子の含有量の比(4価の正方晶からなる酸化スズ粒子/光触媒粒子)が、0.5以上である、請求項1に記載の光触媒塗装体。
- その表面のヘイズが5%以下である、請求項1または2に記載の光触媒塗装体。
- 前記基材がガラスである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光触媒塗装体。
- 前記光触媒粒子の含有量に対する前記4価の正方晶からなる酸化スズ粒子の含有量の比(4価の正方晶からなる酸化スズ粒子/光触媒粒子)が、1.4以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光触媒塗装体。
- 前記光触媒粒子は、TiO2粒子である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光触媒塗装体。
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