JP6753100B2 - 光触媒コーティング組成物 - Google Patents
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Description
本発明において、増粘剤とは、レオロジーをコントロールする目的で添加され、光触媒コーティング組成物の粘度を上昇させる物質を意味する。本発明による光触媒コーティング組成物は固形分濃度が低く、アルカリ性の水分散体であるため、増粘剤には、水に良く溶ける、少量で増粘する、アルカリ性・高温条件で増粘性が損なわれない、乾燥時に色が残らないなどの特性が好ましくは求められる。
本発明において、1級乃至3級のアルカノールアミンは、光触媒コーティング組成物中で光触媒粒子等の粒子成分;並びに層状ケイ酸塩および主鎖にグルクロン酸および/またはラムノースを含む多糖類増粘剤などの増粘剤を安定化させる効果を奏する。すなわち、光触媒粒子や後述する無機酸化物などの粒子成分が反応または凝集するのを抑制し、さらに増粘剤がネットワークを形成し、組成物が増粘するのを阻害しない目的で添加される。これにより、長期間の保管安定性に優れた光触媒コーティング組成物を得ることが可能となる。
本発明において、光触媒粒子とは、光触媒活性を有する粒子を意味する。具体的には、光、とりわけ紫外線または可視光の照射により起こる光触媒反応によって有機物を分解する活性酸素種(・O2 −、・O−、・OH、H2O2及び・HO2等)を生成するもの、または、紫外線または可視光照射により起こる光励起によって価電子帯に正孔(ホール)が生成されるものであれば特に限定されない。
本発明による光触媒コーティング組成物は、分散媒を含んでなる。本発明の好ましい態様によれば、分散媒は水を主として含むものである。「水を主として含む分散媒」とは、分散媒100質量部中に、水を60質量部以上100質量部以下、好ましくは80質量部以上100質量部以下含むものである。水と水以外の有機溶媒とを混合してなる混合溶媒を用いる場合、有機溶媒は水に可溶性のものであることが好ましい。
本発明の好ましい態様によれば、本発明による光触媒コーティング組成物は無機化合物を含んでなる。本発明において、無機化合物とは、上述した光触媒粒子以外の無機化合物を意味する。無機化合物の好ましい具体例としては、無機酸化物および/または無機水酸化物の微粒子が挙げられる。これらの微粒子を含むことにより、光触媒コーティング組成物は安定性に優れ、光触媒被膜の有害物質除去性能が向上する。無機酸化物および/または無機水酸化物の好ましい具体例としては、シリカ、ジルコニア、水酸化ジルコニウム、水溶性ジルコニウム化合物、アルミナ、ハフニア、およびセリアからなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。より好ましくは、シリカ、ジルコニア、水酸化ジルコニウム、および水溶性ジルコニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1種である。これらを含むことにより、光触媒被膜は優れた被膜性能、すなわち強度、透明性および有害物質除去性能を得る。シリカはバインダーとして優れているため、光触媒被膜の基材への密着性が強く、特に好ましい。ジルコニア、水酸化ジルコニウムおよび水溶性ジルコニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1種はNOx等の有害物質除去性能が高く、特に好ましい。これにより、優れた透明性を有する光触媒被膜が得られる。本発明において、無機化合物は、ゾル状および粒子状のいずれの形態のものを用いることができ、透明性の高い光触媒被膜を得るためには、ゾル状のものを用いることが好ましい。
本発明の好ましい態様によれば、本発明による光触媒コーティング組成物はバインダーを含んでなる。バインダーにより、光触媒粒子、無機化合物などの固形分を基材表面に定着させることができる。バインダーとして、有機系バインダーおよび無機系バインダーのいずれも用いることができる。無機系バインダーとして、例えば、エチルシリケートやメチルエチルシリケート等の加水分解性シラン化合物、リチウムシリケートやカリウムシリケート等のアルカリ珪酸塩、水酸化ジルコニウム等の金属酸化物の前駆体、および無定形な金属酸化物が挙げられる。有機系バインダーとして、例えば、高分子バインダーが挙げられる。高分子バインダーは重合により、または分散媒が揮発されて高分子分散質が融着することにより、薄膜を形成することができる。
着色剤
本発明において、光触媒コーティング組成物は着色剤を含んでいてもよい。着色剤の添加により、光触媒コーティング組成物を塗布した部分の視認性を高め、未塗布部分と外観上の差により容易に識別することを可能にし、その結果、施工性が向上する。着色剤としては、塗装中に視認可能で、最終的には色が消える材料が好ましい。具体的には、pHの変化により無色となるpH指示薬、太陽光による分解や光触媒による分解により色が消える有機色素などが好ましい。
本発明において、光触媒コーティング組成物は界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤を含むことにより、表面張力が下がり、塗膜形成時のレベリング性に優れた光触媒コーティング組成物とすることができる。また、界面活性剤の働きにより、分散媒の蒸発が均一になり、光触媒被膜の厚さを均一にすることができる。界面活性剤としては、分散媒が主として含む水への溶解度が高く、表面張力の低減効果が高い物質が好ましい。そのような界面活性剤として、非イオン性界面活性剤、エーテル型非イオン性界面活性剤、エステル型非イオン性界面活性剤、ポリアルキレングリコール系非イオン性界面活性剤、フッ素系非イオン性界面活性剤、シリコン系非イオン性界面活性剤、オレフィン系界面活性剤、アセチレンジオール系の界面活性剤、およびポリエーテル変性シリコーン系の界面活性剤などが挙げられる。これらの界面活性剤を好ましくは0.01質量%以上0.5質量%以下添加することにより、表面張力を十分低下させ、透明度が高く均一な光触媒被膜を得ることができる。
本発明において、光触媒コーティング組成物は消泡剤を含んでいてもよい。消泡剤を含むことにより、塗装中の泡立ちや気泡の発生を抑制することができる。消泡剤の好ましい具体例として、安全性が高いシリコーン系消泡剤などが挙げられる。
本発明において、光触媒コーティング組成物は、本発明の効果を失わない範囲の添加量で、顔料を含んでいてもよい。顔料は、着色顔料、体質顔料、および機能性顔料の群から選択される少なくとも一種を用いることができる。顔料を含むことにより、光触媒被膜に隠蔽性を付与したり、呈色が長期間にわたり保持可能な被膜を形成したり、あるいは、機能性顔料を用いることで、例えば赤外線反射性等の、機能性被膜を形成したりすることが可能となる。
本発明の好ましい態様によれば、光触媒コーティング組成物全体の質量に対する当該光触媒コーティング組成物中の全固形分質量の割合は、0.1質量%以上10質量%以下である。全固形分質量の割合がこの範囲であることにより、透明な光触媒被膜を得ることができる。全固形分質量の割合が0.1質量%以上であることにより、光触媒活性など所望の訴求性能、例えばセルフクリーニング(防汚)性、有害ガス分解性及び抗菌・抗ウイルス性が得られる。全固形分質量の割合が10質量%以下であることにより、良好な外観を有する光触媒被膜が得られる。本発明において、光触媒コーティング組成物中の全固形分濃度とは、光触媒コーティング組成物を基材に塗布して塗膜を形成し、当該塗膜を105℃以上110℃以下で乾燥させて形成された光触媒被膜中に含まれる全固形分(すなわち、被膜形成成分)の質量の、光触媒コーティング組成物全体の質量に対する割合を意味する。
本発明による光触媒コーティング組成物の液性は塩基性である。これにより、分散安定性および粘度の安定性に優れた光触媒コーティング組成物が得られる。本発明の好ましい態様によれば、光触媒コーティング組成物は8.0以上12.0以下のpHを有する。pHが12.0以下であることにより、安全性が確保できる。光触媒コーティング組成物の液性を塩基性に調節するための成分は特に限定されないが、1級乃至3級のアルカノールアミンを用いるのが好ましい。
本発明の光触媒コーティング組成物は、上記の成分を所定の添加量となるように混合して調製する。各粒子成分は原料がゾルであることが好ましい。これにより、各粒子成分の粒子径を小さくすることができる。ゾルは塩基性か、あるいは中性であることが好ましい。
本発明の光触媒コーティング組成物は、基材の表面に適用されて光触媒被膜を形成する。こうして、基材と当該基材の表面に形成されてなる光触媒被膜とから少なくともなる光触媒体を得る。
本発明による光触媒コーティング組成物が適用される基材は、その表面に光触媒被膜を形成可能な材料であればよい。基材は、無機材料、有機材料を問わず種々の材料であってよい。基材の具体例としては、繊維強化セメント板、石膏ボード、コンクリート部材、壁紙、繊維、金属、セラミック、ガラスやタイル等の窯業系無機材料、PMMA、ポリカーボネート等樹脂材料等の一般的な部材からなる単一基材、並びに上述の部材の2種以上からなる複合基材が挙げられる。また、その表面に有機塗装などを施した基材を用いてもよい。
本発明において、基材を前処理して基材表面の濡れ性を確保することが好ましい。これにより、均一な光触媒被膜を形成することができる。濡れ性を確保する好ましい手段としては、界面活性剤を含む洗浄剤や、酸化セリウム粉等の研磨剤等による洗浄が挙げられる。前処理を行った基材の表面に有機塗装を施してもよい。
光触媒コーティング組成物の基材への適用は、刷毛塗り、ローラー塗布、スプレーコーティング、スポンジ・不織布・ペイントパッドによる塗布など一般に現場施工で広く行われている塗布方法を利用できる。
本発明の光触媒コーティング組成物を基材に適用した後に、基材表面に濡れ広がった光触媒コーティング組成物からなる塗膜を乾燥させて光触媒被膜を形成する。塗膜は常温乾燥させればよい。必要に応じて加熱乾燥させてもよい。乾燥温度は5℃以上500℃以下であることが好ましい。バインダーとして高分子バインダーを用いる場合や、基材の少なくとも一部に樹脂成分が含まれる場合は、これらの耐熱温度等を考慮し、例えば10℃以上200℃以下で乾燥させればよい。
光触媒被膜の厚さは、0.5μm以上5μm以下であることが好ましい。膜厚が0.5μm以上であることにより良好な性能が得られ、5μm以下であることによりヒビ割れの発生を防止でき、良好な外観が得られる。
<参考例1〜6>
まず、増粘剤の種類と粘度変化の関係を調べるための試験を実施した。増粘剤として、主鎖にグルクロン酸およびラムノースを含むダイユータンガム及びウェランガム、主鎖にはグルクロン酸、ラムノースのいずれも含まず側鎖にグルクロン酸を含むキサンタンガム、主鎖及び側鎖にグルクロン酸、ラムノースのいずれも含まないグアーガム、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシエチルセルロース、を用いた。これらの増粘剤を表1に示す割合で、イオン交換水に加えて十分に攪拌して参考例1〜6にかかる水溶液1〜6を作製した。これら水溶液1〜6について、粘度変化を測定した。
60℃の恒温槽で水溶液1〜6を保管し、1週間後に水溶液1〜6の粘度(6rpm、25℃)を、B型粘度計(東機産業製TV−10、スピンドルM2)を用いて測定し、初期粘度に対する変化率を求めた。B型粘度計の測定条件は、ローターの回転数を6rpm、測定温度を25℃とした。ローターは、M2ローターを用いた。表1に示すように、主鎖にグルクロン酸およびラムノースを含むダイユータンガムあるいはウェランガムを用いた参考例1、2では、1週間後の粘度変化はほとんどなかった。これに対して、側鎖にグルクロン酸を含むキサンタンガムを用いた参考例3では、1週間後に水溶液が減粘した。また、主鎖および側鎖にグルクロン酸、ラムノースのいずれも含まない増粘剤を用いた参考例4〜6でも、1週間後に水溶液が減粘した。粘度変化率は、1週間後の粘度から初期粘度を引いた値を、初期粘度の値で除して算出した(単位%)。評価基準は、粘度変化率が、+15%〜−10%の範囲に収まっていた場合はOK、収まっていなかった場合はNGとした。
<実施例1〜10、および比較例1〜11>
増粘剤をイオン交換水に加え、十分に撹拌した。光触媒粒子として、アナターゼ型酸化チタン水分散体を用意した。無機化合物として、水分散型コロイダルシリカ、および、ジルコニアゾルを用意した。次いで、光触媒粒子と無機化合物を、アナターゼ型酸化チタン水分散体/水分散型コロイダルシリカ/ジルコニアゾル=3.5/86.5/10の重量比になるように加えた。その後、アルカノールアミン、消泡剤、界面活性剤、および着色剤をこの順で加えた。こうして、光触媒コーティング組成物を得た。全固形分濃度が所定の値になるように、各成分の添加量を適宜調整した。ここで、全固形分濃度とは、光触媒コーティング組成物全体に対する、光触媒粒子、無機化合物、増粘剤の固形分、消泡剤の固形分、界面活性剤の固形分および着色剤の固形分の、合計濃度をいう。各成分の種類、添加量を表2に示す。
なお、アルカノールアミン比率とは、光触媒コーティング組成物中の全固形分質量に対する、光触媒コーティング組成物中の1級乃至3級のアルカノールアミンの質量の割合をいう。
<粘度変化>
60℃の恒温槽で光触媒コーティング組成物を保管し、1週間後と4週間後に光触媒コーティング組成物を取り出した。保管前の光触媒コーティング組成物の粘度、1週間保管後の光触媒コーティング組成物の粘度、および4週間保管後の光触媒コーティング組成物の粘度を、B型粘度計(東機産業(株)製、TV−10、スピンドルM2)を用いて測定し、初期粘度に対する変化率を求めた。B型粘度計の測定条件は、ローターの回転数を6rpm、測定温度を25℃とした。ローターは、M2ローターを用いた。粘度変化率は、1週間後の粘度と4週間後の粘度のうち初期粘度との差が大きい方の粘度から初期粘度を引いた値を、初期粘度の値で除して算出した(単位%)。つまり、粘度変化率は、初期粘度に対して保管後の粘度が増加していた場合は+、減少していた場合は−の値として算出される。評価基準は、粘度変化率が、+15%〜−10%の範囲に収まっていた場合はOK、収まっていなかった場合はNGとした。結果は表2に示されるとおりであった。
繊維強化セメント板(JIS A5430/50mm×50mm×3mmT)の表面に、アクリルスチレン樹脂エマルジョン塗料(下塗塗料)を塗着量370g/m2となるようにローラーを用いて塗装し、1日常温で養生した。次いで、実施例1の光触媒コーティング組成物を、20g/m2・回の塗着量でローラーを用いて1回塗装し、常温で1日養生して、光触媒体を作製した。この光触媒体の一部を切り出し、走査型電子顕微鏡(日立製作所製S−800)により、加速電圧7kV、倍率50〜5000倍で観察し、光触媒被膜の表面および断面のSEM画像を得た。結果は図1〜6に示されるとおりであった。図1〜3は表面の二次電子像であり、図4〜6は断面の反射電子像である。図2および3は、図1の部分BおよびDそれぞれの拡大写真である。図5および6は、図4の部分iおよびiiそれぞれの拡大写真である。本発明による光触媒コーティング組成物により、表面および厚さが均一で、均質な光触媒被膜が得られたことが確認された。
建物外壁に実施例4の光触媒コーティング組成物を塗布し、被膜の均一性を評価した。外壁の幅4m高さ10mを施工面とした。この施工面に、アクリルスチレン樹脂エマルションと白色顔料とを含む水性塗料を塗布し、一晩放置して、下地を形成した。この下地に実施例4の光触媒コーティング組成物をガーデンスプレーで40g/m2となる量で、全面の約30%程度の面積に、局所的に吹き付け、直ちにコテバケ(起毛した塗装用の道具)で施工面の全面に光触媒コーティング組成物を塗り拡げた。コテバケを上下左右に滑らして光触媒コーティング組成物が均一に濡れ広がったことを確認して、作業を終えた。作業を通して、光触媒コーティング液が施工面の外に垂れ落ちることはなかった。
対照として、比較例4の光触媒コーティング組成物に対して0.01質量%となるようにメチレンブルーを添加して比較例5の光触媒コーティング組成物を調製した。建物外壁に実施例4の光触媒コーティング組成物を塗布したのと同じ作業を行なった。比較例5の光触媒コーティング組成物は施工面の外に垂れ落ち、また、コテバケを上下左右に滑らしても、均一な被膜を形成することはできなかった。
Claims (5)
- 光触媒粒子と、分散媒と、増粘剤と、1級乃至3級のアルカノールアミンからなる群から選択される少なくとも1種とを含んでなる光触媒コーティング組成物であって、
前記増粘剤が、主鎖にグルクロン酸および/またはラムノースを含む多糖類増粘剤、および層状ケイ酸塩からなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記光触媒コーティング組成物中の全固形分質量に対する前記1級乃至3級のアルカノールアミンからなる群から選択される少なくとも1種の質量の割合が、2.5質量%以上25質量%以下であり、
前記光触媒コーティング組成物の液性が塩基性である、光触媒コーティング組成物。 - 前記多糖類増粘剤は、ダイユータンガム及び/またはウェランガムを含む、請求項1記載の光触媒コーティング組成物。
- 前記光触媒粒子以外の無機化合物をさらに含んでなり、当該無機化合物が、酸化物および/または水酸化物の微粒子である、請求項1または2に記載の光触媒コーティング組成物。
- 前記光触媒コーティング組成物全体の質量に対する当該光触媒コーティング組成物中の全固形分質量の割合が、0.1質量%以上10質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光触媒コーティング組成物。
- 前記光触媒コーティング組成物のpHが、8.0以上12.0以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光触媒コーティング組成物。
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