JPH091724A - 二酸化チタンを含有したシリカ膜を有する物品 - Google Patents
二酸化チタンを含有したシリカ膜を有する物品Info
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Abstract
及び耐候性に優れた、二酸化チタンを含有するシリカ膜
を有する物品の提供。 【構成】 基体、基体表面に作製された樹脂層、及び
二酸化チタンを含有し樹脂層上に固定されたシリカ膜を
有する物品、およびケイ酸エステル、水および任意の有
機溶剤の溶液に二酸化チタンを分散させた塗料で、基体
表面に作製された樹脂層表面を被覆後、400℃以下で
加熱処理する前記物品の製造方法。
Description
る各種悪臭ガスや有害ガス、水中の有害化合物、油分等
の分解、除去及び殺菌等に有用な物品に関し、具体的に
は紫外線照射によって光触媒活性を示し、各種有機物及
び無機物の分解効果の高い活性物質である二酸化チタン
を含むシリカ膜を、樹脂層を介して基体上に形成した物
品に関する。得られた物品表面のシリカ膜は、付着性、
加工性及び耐候性に優れているという特徴を有する。
励起により価電子帯から伝導帯に電子が移行して、n型
半導体となり、各種化合物の分解及び殺菌効果を示すこ
とは広く知られており、水中有機物の分解(『用水と廃
水』、vol.30 No.10(1988)p943
−948)、有機物分解や脱臭、殺菌(『表面』vo
l.25 No.8(1987)p477−495、
『セラミックス』21(1986)No.4,p326
−333)などに使用できることが報告されている。し
かし、実際に二酸化チタンの光触媒活性を、排気ガス中
の有害ガスやタバコ、トイレ等の悪臭ガス、油分の分解
除去及び殺菌等の目的で使用する場合、その使用勝手か
ら、何らかの基体上に担持、固定することが必要であ
る。
方法として、例えば以下のものが提案されている。 (1)ニトロセルロース、ガラス、ポリ塩化ビニル、ナ
イロン、メタクリル樹脂、ポリプロピレン等の光透過性
物質材料からなるフィルム状、ビーズ状、ボード状、繊
維状等の形状の基体に酸化チタン微粉末を付着させる方
法(特開昭62−66861) (2)多孔性ガラス支持体にチタン(IV)テトラブト
キシオキサイドのアルコール溶液を含浸し、加熱して、
アナターゼ型の酸化チタンにすることによって多孔性ガ
ラス支持体に保持・固定する方法(特開平2−5015
4) (3)色素又は金属錯体などの光増感剤を側鎖として持
つ多孔性高分子膜(例えばポリフッ化エチレン樹脂)中
に圧入、含浸、付着等の方法により、半導体触媒粉末を
保持・固定する方法(特開昭58−125602) (4)ポリプロピレン繊維あるいはセラミックスからな
る濾過フィルターに酸化チタンを担持する方法(特開平
2−68190) (5)石英、ガラス、プラスチックの繊維のからみの中
に酸化チタン粉末を保持・固定しその両面を光透過性の
ガラスでおさえつける方法(アメリカ特許488810
1) (6)アルミナ基板に白金をスパッタリング法により固
着させ、その上にアナターゼ型の酸化チタン粉末とメチ
ルメタクリレートの有機溶媒溶液との混合分散液をスピ
ンコーティング法により塗着し、しかるのちに結着剤と
してのメチルメタクリレートを加熱分解するとともに、
アナターゼ型の酸化チタンをルチル型の酸化チタンにす
る方法(Robert E.Hetric,Appli
ed PhysicsCommunications,
5,(3),177−187(1985)) (7)ポリエステル布の表面に酸化チタンを低温溶射方
法で溶射担持する方法(桜田司、表面技術41巻、10
号、P60(1990))
の担持方法には、それぞれ以下の欠点があった。
(1),(3),(4),(5)などの有機物をバイン
ダ−とする固定では、二酸化チタンの光触媒作用で大部
分の有機物が分解されるので、長期使用時の固定は信頼
性が無い。(2)の方法は、高価な有機チタン化合物を
原料とする上に、破損し易いガラスに直接担持させてい
るため、強度の信頼性が無い。また(6),(7)の方
法は固定の際に非常に高温になり、二酸化チタンの高い
光触媒活性が失われるので好ましくない。その他、よく
使用される方法として、単に無機多孔質体、繊維にスラ
リ状の二酸化チタンを含浸、担持させる方法、及びシリ
カ系、アルミナ系等のアルカリ塩を加水分解や加熱溶融
させたバインダ−を使用する方法等があるが、前者では
二酸化チタン粒子が固定されていないために、振動、衝
撃で容易に脱落するし、後者では触媒を固定するための
バインダ−によって、触媒表面が被覆されて活性が大部
分失われるという問題があった。更にこれらの方法では
耐熱性等が必要とされるため、使用できる基体の種類も
制限され、広い面への固定や加工が困難なために、コス
トがかさむ一方、光エネルギ−を充分に利用できないと
いう問題があった。この問題は二酸化チタン以外の光触
媒や、更に吸着剤、殺菌剤等の高活性物質全てに共通の
ものである。二酸化チタンが紫外線照射により、各種有
機物及び無機物を分解、殺菌効果を示すことは従来から
知られているが、これを実用化するに際して、触媒活性
を低下させること無く、強度に優れ、安価で、取り扱い
が容易な固定方法が望まれていた。
ることを目的とし、二酸化チタンの光触媒活性を用い
て、アセトアルデヒド、メルカプタン等の悪臭ガス、N
OX 等の有害ガス、農薬等の有害物質、環境汚染物質、
油分の分解除去及び殺菌効果に優れた、加工性及び耐候
性に優れた物品を提供することにある。
を達成するために鋭意研究を行った結果、ケイ酸エステ
ルと水及び任意の有機溶剤とを混合した中に二酸化チタ
ンを分散させた塗料を、基体の表面に作製した樹脂層上
に塗布してシリカ膜を形成した、基体、基体表面に作製
された樹脂層、及び二酸化チタンを含有し樹脂層上に固
定されたシリカ膜を有する物品は、紫外線の照射による
光触媒効果でアルデヒド、メルカプタン等の悪臭ガス、
油分の除去及び殺菌性に優れた効果を示すこと、及びア
ルミ板や樹脂等の耐熱性の無い基体に適用した場合に
も、付着性、加工性及び耐候性に優れていることを見い
出して本発明を完成した。
製された樹脂層、及び二酸化チタンを含有し樹脂層上に
固定されたシリカ膜を有する物品に関する。基体は、そ
の表面に樹脂層を形成させる事ができるものであればど
のようなものでも良いが、好ましくは、アルミニウム、
鉄、ニッケル及び銅から成る群より選ばれる少なくとも
1種を主成分とする金属材料、ガラス、セラミックス、
樹脂、布、繊維、またはこれらの組み合わせから選択さ
れる。基体表面に作られる樹脂層の種類は、基体への付
着性及び二酸化チタンを分散させた塗料への溶解性があ
れば、エポキシ、アクリル、ウレタン樹脂等、通常の塗
料用樹脂等、何でも使用し得る。中でもアクリル及びエ
ポキシ樹脂が好ましく、エポキシ樹脂が多種の基体に対
する接着性が強いので特に好ましい。エポキシ樹脂とし
ては、ビスフェノールAタイプ、ノボラックタイプ、脂
肪族タイプの樹脂のいずれも使用できる。エポキシ樹脂
のタイプ、及び硬化剤の種類は使用する基体の種類およ
び要求性能に応じて適宜選択できる。また樹脂に顔料を
いれて着色させたり、紫外線吸収剤を添加して耐光性を
向上させることも可能である。樹脂層の厚みは1μm以
上あれば十分である。
る光触媒用の二酸化チタンはアナタ−ゼ型が好ましく、
比表面積は20m2 /g以上が好ましく、50m2 /g
以上がさらに好ましい。また二酸化チタン粒子径は塗膜
強度のためには1μm以下が好ましく、さらに好ましく
は0.1μm以下である。二酸化チタンには、W、S
n、S、Mo、V、Mn及びZn等の触媒活性を向上さ
せる金属酸化物を含有させることも好ましい。さらに二
酸化チタン以外の光触媒も同様に固定したり、用途に合
わせて有色顔料を添加することで自由に彩色することも
できる。またシリカ膜には銀、銅、亜鉛等の抗菌物質や
他の機能性物質を含有させることもできる。本発明の物
品において、シリカ膜は、樹脂層を介して基体に固定さ
れている。シリカ層は、シリカゾルの脱水、溶剤の蒸発
による体積の収縮で、数μmから数十μm以上のブロッ
クに分かれるため、例えばシリカ膜を固定した金属板を
曲げて加工したり、シリカ膜を固定した布を畳む等の変
形をさせても、その変形を吸収できるので、剥離が起こ
りにくいという特徴がある。シリカ膜の厚さが大きくな
ると、強度が下がる傾向にあるので、膜厚は100μm
以下であることが好ましい。シリカ膜中の二酸化チタン
の割合は、10〜90重量%が好ましく、より好ましく
は20〜85重量%、最も好ましくは40〜80重量%
である。なお、基体表面に樹脂層を設ける方法、および
樹脂層上にシリカ層を設ける方法としては公知の方法が
使用できるが、基体の形状に応じて、塗布、吹き付け、
浸漬等の適当な塗装方法を選択できる。
って、ケイ酸エステル、水および任意の有機溶剤に、二
酸化チタンを分散させた塗料を、基体表面に作製された
樹脂層上に成膜後、400℃以下で加熱処理する製造方
法を提供する。ケイ酸エステルとしては公知のいずれの
ものも使用できるが、ケイ酸メチル、ケイ酸エチル、ケ
イ酸ブチルが好ましく、ケイ酸エチルが最も好ましい。
有機溶剤は、親水性の二酸化チタン粒子、およびケイ酸
エステルの加水分解で生成するシリカゾルと親和し易
く、ケイ酸エステル及びその分解生成物であるアルコー
ルと混和し、かつシリカ膜を基体に良好に接着させるた
めに樹脂層を溶解できることが必要である。またケイ酸
エステルの加水分解で生じるアルコールが樹脂層を溶解
できる性質を有し、かつその量が充分である場合には溶
剤は加える必要はない。溶剤の種類は使用する樹脂層の
種類に応じて、適当な溶解性を有するものを適宜選択で
きるが、代表的なものとしては、セロソルブ類、カルビ
トール類、アルコール類が挙げられる。セロソルブ類で
はアルキル基を有するものが好ましく、特にブチル基を
有するブチルセロソルブが好ましい。カルビトール類で
は、カルビトールおよび酢酸カルビトールが好ましい。
アルコール類ではエタノール、ブタノールが好ましい。
塗料に添加する水はケイ酸エステルの加水分解に使用さ
れるものであるが、塗料中での二酸化チタンの分散性、
塗膜強度を上げるためには塗料pHは酸性が好ましく、
pH4以下がより好ましく、pH2以下が特に好まし
い。塗料pHを低下させる方法としては、二酸化チタン
粒子の表面に硫酸根を付着させたり、二酸化チタン自体
の酸性が弱い場合、水に少量の酸を添加して塗料pHを
下げることが好ましい。水に添加する酸は塩酸、硫酸、
硝酸等いずれも使用できる。
は、二酸化チタン100重量部に対し、ケイ酸エステル
としてケイ酸エチルを使用した場合、ケイ酸エチルは3
0〜3200重量部、好ましくは60〜1400重量
部、更に好ましくは80〜520重量部であり、ケイ酸
エステルとしてケイ酸メチル、ケイ酸ブチルを使用した
場合、好ましい量はそれぞれの分子量の比に対応した係
数、0.73、1.54をケイ酸エチルでの数値に乗じ
た値となる。溶剤は0〜1000重量部、好ましくは0
〜500重量部、また水は10〜1100重量部、好ま
しくは20〜500重量部、更に好ましくは30〜20
0重量部である。上記の配合割合において、二酸化チタ
ンが該配合割合より少なくなると、膜としての光触媒活
性が低くなり、多くなるとシリカ膜の付着性、強度が劣
るので好ましくない。塗布した後の加熱処理は樹脂層及
び基体の酸化、変質及び変形が生じない温度範囲で行う
ことが好ましい。一般的には400℃以下が好ましい
が、100℃以下ではシリカゾルのゲル化に長時間を要
し、膜強度を得にくいため、100〜400℃が更に好
ましい。尚、塗膜を60℃以上の温水で洗浄して、遊離
シリカ、樹脂等を除去した後、紫外線を照射して二酸化
チタン粒子表面に付着した樹脂を分解しておくと触媒活
性が一段と強くなる。
は、通常、平坦な基体上に層状に担持したり、又は多孔
質体内壁に分散担持することが多いが、層の下部や多孔
質体内部まで届く光エネルギ−の割合は少なく、効率を
上げるには二酸化チタン微粒子を薄く広げて固定するの
が好ましいので、二酸化チタンを塗料として基体に塗布
し、塗膜として固定することが望ましい。本発明にかか
る製造方法においては、ケイ酸エステルを加水分解して
得られるシリカゾルとアルコールに有機溶剤を加えるこ
とで、塗料としての粘度、分散性、乾燥速度が改善され
るばかりでなく、基体表面に作製された樹脂層表面を溶
解し、シリカと樹脂が混ざり合った層を作ることで、シ
リカ層を樹脂層上に強固に固定することに成功した。し
かも、二酸化チタン自体はシリカ膜中に固定されるの
で、樹脂と直接接触しないという効果が得られるため、
光触媒効果による樹脂の劣化が防がれる。なお、シリカ
層を形成するに際して、二酸化チタン、シリカゾルから
なる塗料にあらかじめ樹脂を溶解させたものを基体に塗
布して、樹脂による固定を行うことも考えられるが、こ
の方法によると、十分な固定強度を得るためには最初の
樹脂添加量を多くする必要があり、その結果、塗膜中の
二酸化チタン、シリカの割合が減少して、光触媒活性、
膜強度とも劣ったものとなるので好ましくない。
使用される。すなわち、本発明はその一態様として、基
体、基体表面に作製された樹脂層、及び二酸化チタンを
含有し樹脂層上に固定されたシリカ膜を有する脱臭剤を
提供する。本発明の物品におけるシリカ膜は、ケイ酸エ
ステルの加水分解で生成したシリカゾルからの脱水やア
ルコールの蒸発、及び有機溶剤の蒸発で多孔質となり、
包含された二酸化チタン粒子が雰囲気のガス、表面に付
着した油分、細菌等と接触し易いため、これらを効率よ
く分解することができる。なお、NOX 、アンモニア、
硫化水素等の無機ガスや農薬、油等の分解及び他の菌
類、藻類に対する殺菌、除去などが、二酸化チタンの光
触媒効果として公知であり、脱臭効果が得られる場合に
は、光触媒効果として知られているその他の効果も同時
に得られることは明かである。以下に実施例を挙げて、
本発明の内容をより詳細に説明するが、これら実施例は
あくまでも例示であり、本発明の範囲はこれに限定され
るものではない。
平均粒子径0.1μm)6g、ケイ酸エチル 9g、塩
酸0.5モル/リットルの水3g及びブチルセロソルブ
6gを、 3mmφのガラスビーズ 90gとともに12
0ミリリットルのマヨネーズ瓶に仕込み、レッドデビル
社製のペイントコンディショナーで10分間分散、混合
して、シリカゾルを含有する塗料とした。スカイアルミ
ニウム(株)製スカイコート(カラーアルミニウム板)
60mm×150mm×0.5mmのエポキシ樹脂塗布
面に上記の塗料を2ミルのドクターブレードで塗布し
た。一昼夜風乾後、150℃で焼き付けしてシリカ膜を
作製した。 塗膜厚は走査型電子顕微鏡観察より約20
μmで、単位面積当たりの塗膜重量は約 2mg/cm2
、二酸化チタン重量は約1.5mg/cm2 であっ
た。この膜は、 JIS−K5400の方法により塗膜の
付着性、 硬さを調べたところ、 付着性は評価点10で、
鉛筆硬度3H以上であった。またアルミニウム基体を1
80度折り曲げたが、シリカ膜は剥離しなかった。塗膜
面の手触りは滑らかであるが、図1に示す電子顕微鏡観
察ではシリカ塗膜面は約10μm角に分かれており、 こ
のことが基体の変形を吸収するのに役立っていると考え
られる。
ミリリットルのガラス製瓶に入れ、アセトアルデヒドを
瓶内のガス濃度が1000ppmになる量まで注入し、
瓶の外から波長350nmの紫外線を4.0−4.4m
W/cm2 で、1時間照射した後、瓶内の空気を柳本製
作所製ガスクロマトグラフG3800(検出器 FI
D)で測定したところ、アセトアルデヒド濃度は0pp
mになった。同様にして、酢酸50ppmは、1時間の
紫外線照射で0ppmとなった。トリメチルアミン10
00ppmは、1時間の紫外線照射で0ppmとなっ
た。エチルメルカプタン1000ppmが、1時間の紫
外線照射で60ppmとなった。ジメチルスルフィド5
0ppmが、1時間の紫外線照射で0ppmとなった。
第3表に、アセトアルデヒド、エチルメルカプタンにつ
いて、今回の紫外線照射による除去デ−タを示す。尚、
ガラス製試験管に塗膜5cm×1cmを切り出したもの
と水20ミリリットルを入れて、室外に一週間放置した
ところ、塗膜を入れないものには藻の発生が見られた
が、塗膜を入れたものには変化は無かった。
カイコート(カラーアルミ板)のポリエステル、アクリ
ル、ビニル系樹脂塗布面とした膜を作製した。塗料組成
を表1に、結果を表2に示す。
基体に塗布する樹脂の種類及び塗料の塗布方法等を変え
た膜を作製した。 これらの塗料組成を第1表に、結果を
第2表に示す。また、 実施例6〜8について実施例1と
同様に、紫外線照射によるアセトアルデヒド、エチルメ
ルカプタン除去データを第3表に示す。 実施例24、25 基体をポリプロピレン布、繊維とした膜を作製した。こ
れらは鉛筆による試験は不適切であるので、これに替え
て100回以上の曲げ、洗濯機での洗濯を行ったが膜の
剥離による重量減少は認められなかった。
様にしてシリカ膜を作製したところ、塗膜は乾燥と同時
に、剥離した。 比較例2 実施例1において、ケイ酸エチルの加水分解のために添
加する水の酸濃度を下げ、塗料pHを8としたところ、
塗料中で触媒粒子が凝集し、塗膜は剥離した。 比較例3 実施例5において、基体に樹脂を塗布していないアルミ
ニウム板を使用したところ、塗膜は剥離した。また、ア
ルミニウム板が腐食した。 比較例4 実施例1において、二酸化チタン、 ケイ酸エチル、 塩酸
0.5モルを添加した水及びブチルセロソルブの比率
を、6/1/1/6と二酸化チタンの割合を多くしたと
ころ、塗膜は剥離した。 比較例5 実施例5において、予めエポキシ樹脂を10%溶解させ
た塗料をアルミニウム板に塗布したところ、塗膜は剥離
し、アルミニウム板は腐食された。 比較例6〜8 アルミニウム板に、二酸化チタンをアクリル、アクリル
−メラミン及びウレタン樹脂に分散させた塗料を塗布し
た。アクリル、ウレタン樹脂の場合、膜の強度が無い上
に、12時間の紫外線照射により、膜が粉化した。また
アクリル−メラミン樹脂の場合、塗膜に光触媒活性は認
められなかった。 比較例9 更に実施例1に使用した触媒用二酸化チタン粉末を10
mg(5cm×1cmの塗膜面に含まれるのとほぼ同
量)について、同様にしてアセトアルデヒドの分解試験
を行ったところ、濃度の減少速度は実施例1とほぼ同等
であった。
織の、電子顕微鏡写真(1000倍)である。
Claims (6)
- 【請求項1】 基体、基体表面に作製された樹脂層、及
び二酸化チタンを含有し樹脂層上に固定されたシリカ膜
を有する物品。 - 【請求項2】基体がアルミニウム、鉄、ニッケル及び銅
から成る群より選ばれる少なくとも1種を主成分とする
金属材料、ガラス、セラミックス、樹脂、布、繊維、ま
たはこれらの組み合わせから選択される請求項1記載の
物品。 - 【請求項3】 ケイ酸エステルおよび水に二酸化チタン
を分散させた塗料で、基体表面に作製された樹脂層表面
を被覆後、400℃以下で加熱処理する、請求項1の物
品の製造方法。 - 【請求項4】 ケイ酸エステル、水及び有機溶剤に二酸
化チタンを分散させた塗料で、基体表面に作製された樹
脂層表面を被覆後、400℃以下で加熱処理する、請求
項1の物品の製造方法。 - 【請求項5】 前記塗料が、二酸化チタン100重量部
に対して、ケイ酸エステル20〜5000重量部、有機
溶剤0〜1000重量部及び水10〜1100重量部の
割合で混合、分散させた塗料である請求項3または4項
記載の物品の製造方法。 - 【請求項6】 基体、基体表面に作製された樹脂層、及
び二酸化チタンを含有し樹脂層上に固定されたシリカ膜
を有する脱臭剤。
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