JPH08131842A - 光触媒作用を有する部材の形成方法 - Google Patents
光触媒作用を有する部材の形成方法Info
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Abstract
媒活性を有する部材を提供すること。 【構成】 基材表面にバインダー層を形成し、その上に
バインダー層に下層の一部が埋設されるように光触媒層
を形成後、390nm以下の波長の光を1.7mW/c
m2以上含む光を照射する、若しくは基材表面に、主と
して光触媒粒子と熱硬化性樹脂からなる層を形成後、3
90nm以下の波長の光を1.7mW/cm2以上含む
光を照射することにより光触媒活性を有する部材を作製
する。
Description
陶器、化粧合板、便座シート等の基材の表面に、抗菌
性、防汚性、脱臭性やNOx等の有害物質を分解する機
能を有する部材に関する。
性等の機能を付加する方法として、従来より基材表面に
アナターゼ型酸化チタン等の光触媒粒子の薄膜を形成す
る方法が提案されている。その1つの方法としてアナタ
ーゼ型酸化チタンをバインダーに混練し、これを基材表
面に塗布して熱処理する方法が知られている。他の方法
として、本出願人が特開平5−253544号において
開示した、居住空間の壁面、床面あるいは天井面を構成
する板状部材の表面にバインダー層を形成し、このバイ
ンダー層の表面にアナターゼ型酸化チタンを主体とする
光触媒微粉末をその一部がバインダー層から露出するよ
うに吹き付けて付着させ、次いで300℃以上900℃
未満の範囲で加熱してバインダー層を溶融せしめた後、
冷却してバインダー層を固化せしめるようにしたことを
特徴とする脱臭機能を備えた板状部材の製造方法があ
る。
ン粒子をバインダーに混練し、これを基材表面に塗布し
て熱処理する方法では、光触媒であるアナターゼ型酸化
チタン粒子の活性なサイトの大部分をバインダーが覆っ
てしまうため、脱臭性等の光触媒作用による特性が充分
でなかった。また、特開平5−253544号の方法で
は、300℃以上900℃未満で熱処理すれば脱臭性が
良好だが、300℃未満の低温で良好な脱臭特性が得ら
れなかった。したがって耐熱性のないプラスチック等の
基材に、優れた脱臭特性等の良好な光触媒活性を付加す
ることは困難であった。その理由として基材に光触媒粒
子を均一に塗布するためには前工程において光触媒微粒
子を懸濁液中に単分散させる必要があり、そのために有
機系の分散剤を添加しており、その分散剤が300℃未
満では充分に分解、気化せず、光触媒粒子上の活性なサ
イトを覆うように残留しているためと考えられる。本発
明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、300℃
未満の低温の熱処理でも良好な光触媒活性を有する部材
を提供することを目的とする。
解決すべく、光触媒作用を有する部材の形成方法におい
て、基材表面にバインダー層を形成し、その上にバイン
ダー層に下層の一部が埋設されるように光触媒層を形成
後、390nm以下の波長の光を1.7mW/cm2以
上含む光を照射して、光触媒表面に付着した表面処理剤
を優先的に分解、気化させて光触媒粒子を外気に露出さ
せるようにした。
において、基材表面に、主として光触媒粒子と熱硬化性
樹脂からなる層を形成後、390nm以下の波長の光を
1.7mW/cm2以上含む光を照射して、光触媒粒子
上の熱硬化性樹脂を優先的に分解、気化させて光触媒粒
子を外気に露出させた。更に、基材表面に、熱硬化性樹
脂層または光硬化性樹脂を介して主として光触媒粒子と
熱硬化性樹脂からなる層を形成後、390nm以下の波
長の光をI.7mW/cm2以上含む光を照射して、光
触媒粒子上の熱硬化性樹脂を優先的に分解、気化させて
光触媒粒子を外気に露出させた。
器、セラミック、金属、ガラス、熱硬化性樹脂、熱可塑
性樹脂あるいはその複合物等基本的に何でもよい。基材
の形状もどのようなものでもよく、球状物、円柱物、円
筒物やタイル、壁材、床材等の板状物などの単純形状の
ものでも、衛生陶器、洗面台、浴槽、流し台、便座シー
トなどの複雑形状のものでも構わない。更に、基材表面
は多孔質でも緻密質でもよい。
塑性樹脂、半田等の熱可塑性材料でも、フッ素樹脂、シ
ロキサン樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性材料でもよ
い。ただし後工程で紫外線を含む光を照射することから
光耐蝕性材料であることが好ましい。また、300℃以
下の熱処理しかできない場合に本願の有用性が特に高い
ことから、熱可塑性材料では300℃以下で軟化しうる
材料で、熱硬化性材料では300℃以下で硬化しうる材
料であることが好ましい。これらの条件を満たす材料と
しては、熱可塑性材料ではホウ酸系ガラス質、半田、ア
クリル樹脂等、熱硬化性材料ではフッ素樹脂、シロキサ
ン樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。
方法としては、熱可塑性材料を用いた場合には、スプレ
ー・コーティング法、ロール・コーティング法、ディッ
プ・コーティング法等があるが、そのいずれを用いても
よいし、それ以外の方法を用いてもよい。またバインダ
ー成分は必ずしも部材完成時のバインダー組成と一致し
ている必要はない。例えばバインダーが無機ガラス質か
らなる場合は、その塗布物は、粒状、フリット状、塊
状、粉末等の無機ガラス質組成物の懸濁液でもよいし、
構成金属成分を含む塩の混合液でもよい。バインダーが
樹脂の場合も、その組成の樹脂の溶液を用いてもよいし
それ以外の方法でもよい。
前に、塗布したバインダー層を乾燥し、水分等を蒸発さ
せてもよい。この際の乾燥方法は、室温放置による方
法、基材とともに加熱する方法等がある。
布する前に、塗布したバインダー層を基材の軟化温度よ
り低く、バインダー層が部材完成時のバインダー組成に
変化し、なおかつ軟化する温度で熱処理してもよい。こ
の方法によれば、バインダー層の上に光触媒粒子を形成
する時に予めバインダー層がより平滑になるので、塗布
する光触媒粒子が少量でも充分な効果を発揮できるよう
になる。
を硬化剤と混合して基材に塗布する方法は、例えば熱硬
化性樹脂に希釈剤を添加し、次いで硬化剤を添加して得
た混合液を基材表面に塗布することにより行う。増粘粘
性は105poise以上1075poise未満にす
ることが望ましい。105poise以上の高粘性値に
してから光触媒粒子を塗布することにより、光触媒粒子
がバインダー層中に完全に埋没してしまわない状態での
埋設が可能となり、また1075poise未満にする
ことにより、光触媒粒子層の少なくとも最下層部はその
一部がバインダー下層に埋設されうるようになるからで
ある。
り、主として光触媒粒子からなる層をいう。ここで光触
媒粒子とは、防臭機能、抗菌機能等を発揮するのに充分
なバンド・ギャップを有する半導体粒子のことである。
光触媒粒子が抗菌機能を有する理由としては所定以上の
電圧が印加されることにより感電死するという説(特公
平4−29393)もあるが、一般には防臭特性と同様
に、光照射時に生じる活性酸素のためと考えられてい
る。活性酸素を生成するためには、半導体の伝導帯の位
置がバンドモデルで表すとき水素発生電位より上方にあ
り、かつ価電子帯の上端が酸素発生電位より下方にある
ことを要する。この条件を満たす半導体には、TiO
2、SrTiO3、ZnO、SiC、GaP、CdS、
CdSe、MoS3等がある。また微粒化すると伝導帯
の位置は上方に移動するので、1〜10nm程度の微粒
子ならば、SnO2、Fe2O3、WO3、Bi2O3
等も活性酸素を生成しうる可能性がある。このうち化学
的に安定で、安価に活性の高い微粒子を得ることができ
ることから、アナターゼ型酸化チタンが特に好ましい。
布する方法は、基本的に出発原料に適当な処理を施した
ものをバインダー層上に塗布することにより行う。出発
原料としては、光触媒組成物質のゾル懸濁液が望ましい
が、その他光触媒組成の微粒子の懸濁液等も使用でき
る。いずれの場合においても均一な塗膜をするために
は、分散剤等の表面処理剤を添加し懸濁液中の光触媒組
成物が凝集しないようにする必要がある。バインダー層
上への塗布は、スプレー・コーティング法、ロール・コ
ーティング法、ディップ・コーティング法等があるが、
そのいずれを用いてもよいし、それ以外の方法を用いて
もよい。
光触媒層の厚さの1/4以上埋設されていることが、基
材との結合強度上好ましい。ここで光触媒層の厚さと
は、EPMA等による断面方向の光触媒粒子を構成する
成分元素分析により求め、光触媒粒子を構成する成分元
素量がほぼ一定である上層部と光触媒粒子を構成する成
分元素量が減少し始める深さからバインダーを構成する
成分元素量が一定になり始める深さの間にある埋設部か
らなる。
光触媒粒子の出発原料のゾルを分散するために添加され
る成分からなる。具体的には、ペンタエリトリット、ト
リメチロールプロパン、トリエタノールアミン、トリメ
チロールアミン、シリコン樹脂、アルキルクロロシラン
などが挙げられる。
cm2以上含む光の光源としてはBLB蛍光灯、紫外線
ランプ、殺菌灯、キセノンランプ、水銀灯などが挙げら
れる。390nm以下の波長の光を1.7mW/cm2
以上含まなければならない理由は、シリコン樹脂等の分
散剤成分はある程度の光耐蝕性を有するため、この程度
の紫外線強度がなければ分解しないためである。この
際、紫外線波長は短いほど分散剤の分解は速いが、バイ
ンダーの種類によってはバインダーも分解するおそれが
あり、かつ人体にも有害である。このことから250n
m以上であるほうがよい。また照度も3mW/cm2程
度までは照度の増加とともに分解速度が速まるが、それ
以上では照度を増加させても分解速度向上にはあまり寄
与しないので、3mW/cm2以下で充分である。
上にバインダー層2を介して光触媒層3が、バインダー
層2に下層の一部を埋設して形成されている。4は、光
触媒活性を阻害する表面処理剤などからなる層である。
UVは、390nm以下の波長の光を1.7mW/cm
2以上含む光を示す。
(5)と熱硬化性樹脂(6)からなる層を形成して、同
様に紫外線を照射し、光触媒層を露出させたものについ
て、説明する。(2図参照)この方法でも熱硬化性樹脂
により、光触媒粒子は基材に強固に固定され、かつ39
0nm以下の波長の光を1.7mW/cm2以上含む光
を照射することにより、光触媒粒子表面の光照射部分で
光触媒反応が生じ、表面処理剤および光源方向にある熱
硬化性樹脂が優先的に分解、気化され、光触媒粒子を外
気に露出させるので、充分な光触媒活性を得ることがで
きる。また、主として光触媒粒子と熱硬化性樹脂からな
る層の形成方法は、例えばよく分散された光触媒ゾル懸
濁液に熱硬化性樹脂、希釈剤、硬化剤をこの順番で添加
して得た混合液を基材表面に塗布し、熱処理して形成す
る。
0.05μm以下、より好ましくは0.01μm以下が
よい。結晶径が小さいほど光触媒活性が高いからであ
る。また光触媒ゾル懸濁液中のゾルはできるだけ単分散
していることが望ましい。分散性がよいほど、均一な塗
膜が可能だからである。
通常の蛍光灯レベル光に対しては光耐蝕性があるほうが
望ましい。そのほうが使用時の耐久性に優れるからであ
る。その意味でシロキサン樹脂、フッ素樹脂が特に好ま
しい。
る混合液の粘性を低下させ、基材表面に該混合液を塗布
しやすくするために添加する。したがって、ここで使用
する希釈剤はこの目的を達成しうる溶媒であれば基本的
に何でもよい。例えば、水、エタノール、プロパノール
等が使用できる。
コーティング法、ロール・コーティング法、ディップ・
コーティング法、スピン・コーティング法等があるが、
そのいずれを用いてもよいし、それ以外の方法でもよ
い。熱処理も、電気炉、ガス窯、真空炉、加圧炉等を用
いるのが一般的であるが、それに限られるものではな
い。
る層を基材表面に熱硬化性樹脂層または光硬化性樹脂層
(中間層:7)を介して形成させてもよい。(3図参
照) この方法によれば、基材に凹凸等があっても基材と光触
媒層の中間に配した熱硬化性樹脂層または光硬化性樹脂
層により、光触媒層を塗布する前に極めて平滑な面を形
成できるので、光触媒層を容易に均一に形成できる。ま
た基材と光触媒層の中間に配した熱硬化性樹脂層または
光硬化性樹脂層により基材との結合をを充分にできるの
で、基材の表面に凹凸がある場合でも光触媒粒子と熱硬
化性樹脂からなる層を薄く形成できるとともに基材の表
面付近に光触媒粒子を集中させることができるので、後
工程である390nm以下の波長の光を1.7mW/c
m2以上含む光を照射する工程をより短時間で済ませる
ことができる。また上面に光触媒粒子と熱硬化性樹脂か
らなる層が存在するので、後工程および使用時に分解、
気化されるのに充分な強度を有する紫外線は中間に配す
る熱硬化性樹脂層または光硬化性樹脂層までは到達しな
いのでこの部分の熱硬化性樹脂については任意に選べ
る。例えば、低コスト化のため安価なエポキシ樹脂を選
んでもよいし、意匠性を持たせるため着色樹脂を用いて
もよい。
化性樹脂層の形成方法は、例えば熱硬化性樹脂に希釈剤
を添加し、次いで硬化剤を添加して得た混合液を基材表
面に塗布し、熱処理または放置により固化させて形成す
る。また光触媒層の中間に配した層が光硬化性樹脂層の
場合は熱処理の代わりに紫外線を含む光を照射する。
せ、基材表面に該混合液を塗布しやすくするために添加
する。したがって、ここで使用する希釈剤はこの目的を
達成しうる溶媒であれば基本的に何でもよい。例えば、
水、エタノール、プロパノール等が使用できる。
上記方法により基材表面に露出した光触媒層に形成され
た間隙にその間隙よりも小さな粒子(間隙粒子:8)を
充填させことにより、耐摩耗性をさらに向上できるの
で、望ましい。
質の素材からなることが好ましく、より好ましくは光触
媒活性を有することから酸化チタン、酸化スズ、酸化第
二鉄、酸化亜鉛、酸化ビスマス、三酸化タングステン、
チタン酸ストロンチウム等の酸化物半導体がよい。間隙
よりも小さな粒子の大きさは、基本的には生成する気孔
径あるいは凹凸の平均値より小さければよい。間隙より
も小さな粒子の量は、表面の開気孔率が20%未満にな
る程度に加えることが望ましい。汚れが付着しにくくな
るからである。
2以上含む光を照射することにより、300℃未満の熱
処理では気化、分解できない光触媒粒子表面のうちの光
照射面に付着した表面処理剤又は樹脂を優先的に分解、
気化させることができ、その結果光触媒粒子を外気に露
出させることが可能となり、部材に充分な光触媒活性を
付与することができる。
径0.01μmの酸化チタンゾル(アミン系分散剤で分
散処理を施したもの)に、10重量%のシロキサン樹脂
および希釈剤、硬化剤をこの順番で添加して得た混合液
を塗布し、150℃で焼成し、比較試料を得た。この試
料に種々の光源を所定時間照射して試料を得た。得られ
た試料について光照射時の防臭特性R30(L)を評価
した。ここで光照射時の防臭特性R30(L)は、11
Lのガラス容器内に試料面を光源(BLB蛍光灯4W)
から8cmの距離に配置し、メチルメルカプタンガスを
初期濃度3ppmとなるように容器内に注入し、30分
光照射した後の濃度変化率である。結果を表1に示す。
その結果紫外線強度が1.69mW/cm2以上では防
臭特性が50%をこえ、2mW/cm2以上では防臭特
性がR30(L)が70%をこえる良好な結果を示し
た。ここで紫外線強度が1.69mW/cm2以上で良
好な結果を示したのは、光触媒粒子表面の光照射部分で
光触媒反応が生じ、表面処理剤および光源方向にある熱
硬化性樹脂が優先的に分解、気化され、光触媒粒子が外
気に露出されたためと解される。
面にシロキサン樹脂に希釈剤と硬化剤を添加した溶液を
塗布し、室温で約6時間乾燥後、平均粒径0.01μm
の酸化チタンゾル(アミン系分散剤で分散処理を施した
もの)に、10重量%のシロキサン樹脂および希釈剤、
硬化剤をこの順番で添加して得た混合液を塗布し、15
0℃で焼成し、比較試料を得た。この試料に種々の光源
を所定時間照射して試料を得た。得られた試料について
光照射時の防臭特性R30(L)を評価した。結果を表
2に示す。その結果紫外線強度が1.69mW/cm2
以上では防臭特性が60%をこえ、2mW/cm2以上
では防臭特性R30(L)が80%をこえる良好な結果
を示した。ここで紫外線強度が1.69mW/cm2以
上で良好な結果を示したのは、光触媒粒子表面の光照射
部分で光触媒反応が生じ、それにより熱処理により気
化、分解できない光触媒粒子表面のうちの光照射面に付
着した表面処理剤を優先的に分解、気化させることがで
き、その結果光触媒粒子が外気に露出されたためと解さ
れる。
面にシロキサン樹脂に希釈剤と硬化剤を添加した溶液を
塗布し、室温で約6時間乾燥後、平均粒径0.01μm
の酸化チタンゾル(アミン系分散剤で分散処理を施した
もの)に、10重量%のシロキサン樹脂および希釈剤、
硬化剤をこの順番で添加して得た混合液を塗布し、15
0℃で焼成した。この段階での部材表面の粒子間隙は平
均して0.1〜0.2μm程度であった。この後、紫外
線強度が2mW/cm2の光(紫外線ランプ)を3日間
照射後、R30(L)が80%をこえることを確認した
後、平均粒径0.0035μmの酸化スズゾルを酸化チ
タンに対して70重量%表面に塗布し、110℃で乾燥
して試料を得た。この試料においてもR30(L)は8
1%と良好な結果を示した。またプラスチック消しゴム
を用いた摺動試験をすると、酸化スズを添加しなかった
試料では5回未満の摺動で傷が入り、酸化チタンが剥離
したが、酸化スズを添加した試料では10回以上の摺動
でも変化がなくなった。以上のことから部材の表面に形
成された間隙にその間隙よりも小さな酸化スズ粒子を充
填させることにより、耐摩耗性が向上することが確認さ
れた。
℃未満の低温で処理した光触媒作用を有する層を形成し
た場合であっても、良好な光触媒活性を有する部材を提
供できる。
媒活性阻害膜、5…光触媒粒子、6…熱硬化性樹脂、7
…中間層、8…間隙粒子
Claims (7)
- 【請求項1】 基材表面にバインダー層を形成し、その
上にバインダー層に下層の一部が埋設されるように光触
媒層を形成後、390nm以下の波長の光を1.7mW
/cm2以上含む光を照射して、光触媒表面に付着した
表面処理剤を優先的に分解、気化させて光触媒粒子を外
気に露出させることを特徴とする光触媒作用を有する部
材の形成方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載された光触媒作用を有す
る部材の形成方法であって、前記バインダーは軟化温度
が300℃未満の熱可塑性材料からなり、前記バインダ
ーを基材に塗布し、さらにその上に光触媒粒子を塗布
後、基材の軟化温度よりも低く、バインダーの軟化温度
よりも高い温度で熱処理することによりバインダーを軟
化させて、バインダー層に光触媒層の下層の一部が埋設
されるように光触媒層を形成することを特徴とする光触
媒作用を有する部材の形成方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載された光触媒作用を有す
る部材の形成方法であって、前記バインダーは熱硬化性
材料からなり、前記バインダーを硬化剤と混合して基材
に塗布し、熱処理または放置により増粘させた後に光触
媒粒子を塗布することによりバインダー層に光触媒層の
下層の一部が埋設されるようにし、この後熱処理により
硬化させることを特徴とする光触媒作用を有する部材の
形成方法。 - 【請求項4】 基材表面に、主として光触媒粒子と熱硬
化性樹脂からなる層を形成後、390nm以下の波長の
光を1.7mW/cm2以上含む光を照射して、光触媒
粒子上の熱硬化性樹脂を優先的に分解、気化させて光触
媒粒子を外気に露出させることを特徴とする光触媒作用
を有する部材の形成方法。 - 【請求項5】 基材表面に、熱硬化性樹脂層または光硬
化性樹脂を介して主として光触媒粒子と熱硬化性樹脂か
らなる層を形成後、390nm以下の波長の光を1.7
mW/cm2以上含む光を照射して、光触媒粒子上の熱
硬化性樹脂を優先的に分解、気化させて光触媒粒子を外
気に露出させることを特徴とする光触媒作用を有する部
材の形成方法。 - 【請求項6】 前記光触媒粒子と熱硬化性樹脂からなる
層中の熱硬化性樹脂は、シロキサン樹脂、フッ素樹脂の
少なくとも1種からなることを特徴とする請求項4また
は5に記載された光触媒作用を有する部材の形成方法。 - 【請求項7】 請求項1乃至5に記載された光触媒作用
を有する部材の形成方法により作製した部材の表面に形
成された間隙にその間隙よりも小さな粒子を充填するこ
とを特徴とする光触媒作用を有する部材の形成方法。
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