JPH09225387A - 親水性部材、及び部材表面の親水化方法 - Google Patents

親水性部材、及び部材表面の親水化方法

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JPH09225387A
JPH09225387A JP8340470A JP34047096A JPH09225387A JP H09225387 A JPH09225387 A JP H09225387A JP 8340470 A JP8340470 A JP 8340470A JP 34047096 A JP34047096 A JP 34047096A JP H09225387 A JPH09225387 A JP H09225387A
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photocatalyst
water
layer
hydrophilic
hydroxyl groups
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JP8340470A
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Toshiya Watabe
俊也 渡部
Makoto Hayakawa
信 早川
Mitsuhide Shimobukikoshi
光秀 下吹越
Akira Fujishima
昭 藤嶋
Kazuhito Hashimoto
和仁 橋本
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Toto Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面の水との接触角が極めて小さく、かつ水
との接触角が極めて小さい状態を恒久的に維持可能な親
水性部材を提供すること。 【解決手段】 基体表面に、光触媒粒子を含む層が形成
され、さらにその表面には、前記光触媒の光励起によ
り、少なくとも部分的に水酸基が固定されていることを
特徴とする親水性部材。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面の水との接触
角が極めて小さく、かつ水との接触角が極めて小さい状
態を恒久的に維持可能な親水性部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】寒冷時に自動車その他の乗物の風防ガラ
スや窓ガラス、建物の窓ガラス、眼鏡のレンズ、および
各種計器盤のカバ−ガラスが凝縮湿分で曇るのはしばし
ば経験されることである。また、浴室や洗面所の鏡や眼
鏡のレンズが湯気で曇ることも良く遭遇される。
【０００３】物品の表面に曇りが生じるのは、表面が雰
囲気の露点以下の温度に置かれると雰囲気中の湿分が凝
縮して表面に結露するからである。凝縮水滴が充分に細
かく、それらの直径が可視光の波長の１／２程度であれ
ば、水滴は散乱し、ガラスや鏡はみかけ上不透明とな
り、可視性が失われる。湿分の凝縮が更に進行し、細か
い凝縮水滴が互いに融合してより大きな離散した水滴に
成長すれば、水滴と表面との界面並びに水滴と空気との
界面における光の屈折により、表面は翳り、ぼやけ、斑
模様になり、或いは曇る。その結果、ガラスのような透
明物品では透視像が歪んで透視性が低下し、鏡では反射
像が乱される。
【０００４】更に、車両の風防ガラスや窓ガラス、建物
の窓ガラス、車両のバックミラ−、眼鏡のレンズ、マス
クやヘルメットのシ−ルドが降雨や水しぶきを受け、離
散した多数の水滴が表面に付着すると、それらの表面は
翳り、ぼやけ、斑模様になり、或いは曇り、やはり可視
性が失われる。
【０００５】本明細書における“防曇”の用語は、この
ような曇りや凝縮水滴の成長や水滴の付着による光学的
障害を防止する技術を広く意味する。
【０００６】言うまでもなく、防曇技術は安全性や種々
の作業の能率に深い影響を与える。例えば、車両の風防
ガラスや窓ガラスやバックミラ−が曇り或いは翳ると車
両や交通の安全性が損なわれる。内視鏡レンズや歯科用
鏡が曇ると、的確な判断、手術、処置の障害となる。計
器盤のカバ−ガラスが曇るとデ−タの読みが困難とな
る。
【０００７】周知のように、従来用いられている簡便な
防曇方法は、ポリエチレングリコ−ルのような親水性化
合物或いはシリコ−ンのような撥水性化合物を含んだ防
曇性組成物を表面に塗布することである。しかし、この
種の防曇性被膜はあくまで一時的なもので、水洗や接触
によって容易に取り除かれ、早期に効果を失うという難
点がある。
【０００８】他方、建築及び塗料の分野においては、環
境汚染に伴い、建築外装材料や屋外建造物やその塗膜の
汚れが問題となっている。大気中に浮遊する煤塵や粒子
は晴天には建物の屋根や外壁に堆積する。堆積物は降雨
に伴い雨水により流され、建物の外壁を流下する。更
に、雨天には浮遊煤塵は雨によって持ち運ばれ、建物の
外壁や屋外建造物の表面を流下する。その結果、表面に
は、雨水の道筋に沿って汚染物質が付着する。表面が乾
燥すると、表面には縞状の汚れが現れる。
【０００９】建築外装材料や塗膜の汚れは、カ−ボンブ
ラックのような燃焼生成物や、都市煤塵や、粘土粒子の
ような無機質物質の汚染物質からなる。このような汚染
物質の多様性が防汚対策を複雑にしているものと考えら
れている（橘高義典著“外壁仕上材料の汚染の促進試験
方法”、日本建築学会構造系論文報告集、第４０４号、
１９８９年１０月、ｐ．１５−２４）。
【００１０】従来の通念では、建築外装などの汚れを防
止するためには、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）のような撥水性の塗料が好ましいと考えられていた
が、最近では、疎水性成分を多く含む都市煤塵に対して
は、塗膜の表面を出来るだけ親水性にするのが望ましい
と考えられている（高分子、４４巻、１９９５年５月
号、ｐ．３０７）。
【００１１】そこで、親水性のグラフトポリマ−で建物
を塗装することが提案されている（新聞“化学工業日
報”、１９９５年１月３０日）。報告によれば、この塗
膜は水との接触角が３０〜４０゜の親水性を呈する。し
かし、この塗膜では、長期にわたり親水性を維持するの
は困難であると考えられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、表面
の水との接触角が極めて小さく、かつ水との接触角が極
めて小さい状態を恒久的に維持可能な親水性部材を提供
することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、光触媒を含有
する表面層を形成した部材において、光触媒を光励起す
ると、部材の表面が高度に親水化されるという発見に基
づく。この現象は以下に示す機構により進行すると考え
られる。すなわち、光触媒の価電子帯上端と伝導帯下端
とのエネルギ−ギャップ以上のエネルギ−を有する光が
光触媒に照射されると、光触媒の価電子帯中の電子が励
起されて伝導電子と正孔が生成し、そのいずれか又は双
方の作用により、おそらく表面に極性が付与され、水酸
基（化学吸着水）が表面に吸着し、さらにそれに隣接し
て水素結合により物理吸着性の水分子が基材表面に固定
される。基材表面に物理吸着性の水分子が固定されてい
れば、一般に表面エネルギ−の近い物質は接着しやすい
ことから、付着自由水が部材表面へなじみやすくなり、
水濡れ性が向上する。以上の機構により、部材表面は光
触媒の光励起により親水性を呈するようになると考えら
れる。従って、基体表面に、光触媒粒子を含む層が形成
され、さらにその表面には、前記光触媒の光励起によ
り、少なくとも部分的に水酸基が固定されているように
すれば、部材表面は光触媒の光励起により親水性を呈す
るようになり、その表面は防曇性、視界確保性、降雨洗
浄性、水洗浄性等を恒久的に維持可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】光触媒とは、その結晶の伝導帯と
価電子帯との間のエネルギ−ギャップよりも大きなエネ
ルギ−（すなわち短い波長）の光（励起光）を照射した
ときに、価電子帯中の電子の励起（光励起）が生じて、
伝導電子と正孔を生成しうる物質をいい、光触媒性酸化
チタンとは、例えば、アナタ−ゼ型酸化チタン、ルチル
型酸化チタン等の結晶性酸化チタンをいう。ここで光触
媒の光励起に用いる光源としては、太陽光、室内照明、
蛍光灯、白熱電灯、メタルハライドランプ、水銀ラン
プ、キセノンランプ等の光源が好適に利用できる。光触
媒の光励起により、基材表面が高度に親水化されるため
には、励起光の照度は、０．００１ｍＷ／ｃｍ2以上あ
ればよいが、０．０１ｍＷ／ｃｍ2以上だと好ましく、
０．１ｍＷ／ｃｍ2以上だとより好ましい。
【００１５】光触媒を含有する層には、光触媒以外にシ
リカ、シリコ−ン等を添加してもよい。シリカや、光触
媒の光励起によりシリコ−ン分子中のシリコン原子に結
合する有機基の少なくとも一部が水酸基に置換されたシ
リコ−ンは蓄水性を有し、暗所における親水維持性を向
上させる。
【００１６】光触媒を含有する層の膜厚は、０．４μｍ
以下にするのが好ましい。そうすれば、光の乱反射によ
る白濁を防止することができ、表面層は実質的に透明と
なる。さらに、光触媒を含有する層の膜厚を０．２μｍ
以下にすると一層好ましい。そうすれば、光の干渉によ
る層の発色を防止することができる。また、層が薄けれ
ば薄いほどその透明度は向上する。更に、膜厚を薄くす
れば、層の耐摩耗性が向上する。
【００１７】上記層には、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎのような金
属を添加することができる。前記金属を添加した層は、
表面に付着した細菌や黴を暗所でも死滅させることがで
きる。
【００１８】上記層には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｏｓのような白金族金属を添加することができる。
前記金属を添加した表面層は、光触媒の酸化還元活性を
増強でき、脱臭浄化作用等が向上する。
【００１９】基材がナトリウムのようなアルカリ網目修
飾イオンを含むガラス（ソ−ダライムガラス、並板ガラ
ス等）の場合には、基材と表面層との間にシリカ等の中
間層を形成してもよい。そうすれば、焼成中にアルカリ
網目修飾イオンが基材から表面層へ拡散するのが防止さ
れ、光触媒機能がよりよく発揮される。
【００２０】次に、表面層の形成方法について説明す
る。まず、表面層が光触媒性酸化物のみからなる場合の
製法について、光触媒がアナタ−ゼ型酸化チタンの場合
を例にとり説明する。この場合の方法は、大別して３つ
の方法がある。１つの方法はゾル塗布焼成法であり、他
の方法は有機チタネ−ト法であり、他の方法は電子ビ−
ム蒸着法である。 （１）ゾル塗布焼成法 アナタ−ゼ型酸化チタンゾルを、基材表面に、スプレ−
コ−ティング法、ディップコ−ティング法、フロ−コ−
ティング法、スピンコ−ティング法、ロ−ルコ−ティン
グ法等の方法で塗布し、焼成する。 （２）有機チタネ−ト法 チタンアルコキシド（テトラエトキシチタン、テトラメ
トキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトラブトキ
シチタン等）、チタンアセテ−ト、チタンキレ−ト等の
有機チタネ−トに加水分解抑制剤（塩酸、エチルアミン
等）を添加し、アルコ−ル（エタノ−ル、プロパノ−
ル、ブタノ−ル等）などの非水溶媒で希釈した後、部分
的に加水分解を進行させながら又は完全に加水分解を進
行させた後、混合物をスプレ−コ−ティング法、ディッ
プコ−ティング法、フロ−コ−ティング法、スピンコ−
ティング法、ロ−ルコ−ティング法等の方法で塗布し、
乾燥させる。乾燥により、有機チタネ−トの加水分解が
完遂して水酸化チタンが生成し、水酸化チタンの脱水縮
重合により無定型酸化チタンの層が基材表面に形成され
る。その後、アナタ−ゼの結晶化温度以上の温度で焼成
して、無定型酸化チタンをアナタ−ゼ型酸化チタンに相
転移させる。 （３）電子ビ−ム蒸着法 酸化チタンのタ−ゲットに電子ビ−ムを照射することに
より、基材表面に無定型酸化チタンの層を形成する。そ
の後、アナタ−ゼの結晶化温度以上の温度で焼成して、
無定型酸化チタンをアナタ−ゼ型酸化チタンに相転移さ
せる。
【００２１】次に、表面層が光触媒性酸化物とシリカか
らなる場合について、光触媒がアナタ−ゼ型酸化チタン
の場合を例にとり説明する。この場合の方法は、例え
ば、以下の３つの方法がある。１つの方法はゾル塗布焼
成法であり、他の方法は有機チタネ−ト法であり、他の
方法は４官能性シラン法である。 （１）ゾル塗布焼成法 アナタ−ゼ型酸化チタンゾルとシリカゾルとの混合液
を、基材表面にスプレ−コ−ティング法、ディップコ−
ティング法、フロ−コ−ティング法、スピンコ−ティン
グ法、ロ−ルコ−ティング法等の方法で塗布し、焼成す
る。 （２）有機チタネ−ト法 チタンアルコキシド（テトラエトキシチタン、テトラメ
トキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトラブトキ
シチタン等）、チタンアセテ−ト、チタンキレ−ト等の
有機チタネ−トに加水分解抑制剤（塩酸、エチルアミン
等）とシリカゾルを添加し、アルコ−ル（エタノ−ル、
プロパノ−ル、ブタノ−ル等）などの非水溶媒で希釈し
た後、部分的に加水分解を進行させながら又は完全に加
水分解を進行させた後、混合物をスプレ−コ−ティング
法、ディップコ−ティング法、フロ−コ−ティング法、
スピンコ−ティング法、ロ−ルコ−ティング法等の方法
で塗布し、乾燥させる。乾燥により、有機チタネ−トの
加水分解が完遂して水酸化チタンが生成し、水酸化チタ
ンの脱水縮重合により無定型酸化チタンの層が基材表面
に形成される。その後、アナタ−ゼの結晶化温度以上の
温度で焼成して、無定型酸化チタンをアナタ−ゼ型酸化
チタンに相転移させる。 （３）４官能性シラン法 テトラアルコキシシラン（テトラエトキシシラン、テト
ラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラメ
トキシシラン等）とアナタ−ゼ型酸化チタンゾルとの混
合物を基材の表面にスプレ−コ−ティング法、ディップ
コ−ティング法、フロ−コ−ティング法、スピンコ−テ
ィング法、ロ−ルコ−ティング法等の方法で塗布し、必
要に応じて加水分解させてシラノ−ルを形成した後、加
熱等の方法でシラノ−ルを脱水縮重合に付す。
【００２２】次に、表面層が光触媒性酸化物とシリコ−
ンからなる場合について、光触媒がアナタ−ゼ型酸化チ
タンの場合を例にとり説明する。この場合の方法は、未
硬化の若しくは部分的に硬化したシリコ−ン又はシリコ
−ンの前駆体からなる塗料とアナタ−ゼ型酸化チタンゾ
ルとを混合し、シリコ−ンの前駆体を必要に応じて加水
分解させた後、混合物を基材の表面にスプレ−コ−ティ
ング法、ディップコ−ティング法、フロ−コ−ティング
法、スピンコ−ティング法、ロ−ルコ−ティング法等の
方法で塗布し、加熱等の方法でシリコ−ンの前駆体の加
水分解物を脱水縮重合に付して、アナタ−ゼ型酸化チタ
ン粒子とシリコ−ンからなる表面層を形成する。形成さ
れた表面層は、紫外線を含む光の照射によりアナタ−ゼ
型酸化チタンが光励起されることにより、シリコ−ン分
子中のケイ素原子に結合した有機基の少なくとも一部を
水酸基に置換され、さらにその上に物理吸着水層が形成
されて、高度の親水性を呈する。ここでシリコ−ンの前
駆体には、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエト
キシシラン、メチルトリブトキシシラン、メチルトリプ
ロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルト
リエトキシシラン、エチルトリブトキシシラン、エチル
トリプロポキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、
フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリブトキシシ
ラン、フェニルトリプロポキシシラン、ジメチルジメト
キシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジブ
トキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジエチル
ジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチ
ルジブトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、フ
ェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエト
キシシラン、フェニルメチルジブトキシシラン、フェニ
ルメチルジプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン、及びそれらの加水分解物、それ
らの混合物が好適に利用できる。
【００２３】部材表面が親水性を維持できれば、防曇効
果、表面清浄化効果の他、帯電防止効果（ほこり付着防
止効果）、断熱効果、水中での気泡付着防止効果、熱交
換器における効率向上効果、生体親和性効果等が発揮さ
れるようになる。
【００２４】本発明が適用可能な基体としては、防曇効
果を期待する場合には透明な部材であり、その材質はガ
ラス、プラスチック等が好適に利用できる。適用可能な
基材を用途でいえば、車両用バックミラ−、浴室用鏡、
洗面所用鏡、歯科用鏡、道路鏡のような鏡；眼鏡レン
ズ、光学レンズ、写真機レンズ、内視鏡レンズ、照明用
レンズ、半導体用レンズ、複写機用レンズのようなレン
ズ；プリズム；建物や監視塔の窓ガラス；自動車、鉄道
車両、航空機、船舶、潜水艇、雪上車、ロ−プウエイの
ゴンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船のような乗物の窓
ガラス；自動車、鉄道車両、航空機、船舶、潜水艇、雪
上車、スノ−モ−ビル、オ−トバイ、ロ−プウエイのゴ
ンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船のような乗物の風防
ガラス；防護用ゴ−グル、スポ−ツ用ゴ−グル、防護用
マスクのシ−ルド、スポ−ツ用マスクのシ−ルド、ヘル
メットのシ−ルド、冷凍食品陳列ケ−スのガラス；計測
機器のカバ−ガラス、及び上記物品表面に貼付させるた
めのフィルムを含む。
【００２５】本発明が適用可能な基材としては、表面清
浄化効果を期待する場合にはその材質は、例えば、金
属、セラミックス、ガラス、プラスチック、木、石、セ
メント、コンクリ−ト、繊維、布帛、それらの組合せ、
それらの積層体が好適に利用できる。適用可能な基材を
用途でいえば、建材、建物外装、建物内装、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−及び塗装、交通標識、各種表示装
置、広告塔、道路用防音壁、鉄道用防音壁、橋梁、ガ−
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−、太陽熱温水器集熱カバ−、ビニ−
ルハウス、車両用照明灯のカバ−、住宅設備、便器、浴
槽、洗面台、照明器具、照明カバ−、台所用品、食器、
食器洗浄器、食器乾燥器、流し、調理レンジ、キッチン
フ−ド、換気扇、及び上記物品表面に貼付させるための
フィルムを含む。
【００２６】本発明が適用可能な基材としては、帯電防
止効果を期待する場合にはその材質は、例えば、金属、
セラミックス、ガラス、プラスチック、木、石、セメン
ト、コンクリ−ト、繊維、布帛、それらの組合せ、それ
らの積層体が好適に利用できる。適用可能な基材を用途
でいえば、ブラウン管、磁気記録メディア、光記録メデ
ィア、光磁気記録メディア、オ−ディオテ−プ、ビデオ
テ−プ、アナログレコ−ド、家庭用電気製品のハウジン
グや部品や外装及び塗装、ＯＡ機器製品のハウジングや
部品や外装及び塗装、建材、建物外装、建物内装、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−及び塗装、及び上記物品表
面に貼付させるためのフィルムを含む。
【００２７】
【実施例】
実施例１．（励起波長の影響） アナタ−ゼ型酸化チタンゾル（石原産業、ＳＴＳ−１
１）を５×１０ｃｍ四角の施釉タイル（東陶機器、ＡＢ
０２Ｅ０１）の表面にスプレ−コ−ティング法により塗
布し、８００℃の温度で１０分間焼成し、＃１試料を得
た。この試料と比較のため、酸化チタン被覆のない施釉
タイルを１０日間暗所に放置した後、Ｈｇ−Ｘｅランプ
を用いて表１の条件で単色紫外線を照射しながら水との
接触角の時間的変化を計測した。ここで水との接触角は
接触角測定器（協和界面科学、ＣＡ−Ｘ１５０）によ
り、マイクロシリンジから試料表面に水滴を滴下した後
３０秒後に測定した。
【００２８】
【表１】
【００２９】測定結果を図１（Ａ）から図１（Ｃ）のグ
ラフに示す。これらのグラフにおいて、白点でプロット
した値は＃１試料の水との接触角を表し、黒点でプロッ
トした値は酸化チタン被覆のない施釉タイルの水との接
触角を表す。図１Ｃのグラフから分かるように、アナタ
−ゼ型酸化チタンのバンドギャップエネルギに相当する
波長３８７ｎｍより低いエネルギの紫外線（３８７ｎｍ
より長い波長の紫外線）では、紫外線を照射しても親水
化が起こらない。それに対して、図１（Ａ）及び図１
（Ｂ）のグラフに示すように、アナタ−ゼ型酸化チタン
のバンドギャップエネルギより高いエネルギの紫外線で
は、紫外線照射に応じて表面が親水化されることが分か
る。以上のことから、表面の親水化は半導体光触媒が光
励起されなければ起こらないのであり、表面の親水化は
光触媒作用に起因することが確認された。
【００３０】実施例２．（光励起による水酸基吸着、及
び水分子の物理吸着） アナタ−ゼ型酸化チタン粉末（日本エアロゾル社、Ｐ−
２５）をプレスしてディスク状の試料を製作した。これ
らの試料の表面をフ−リエ変換型赤外分光計（ＦＴＳ−
４０Ａ）を用いてフ−リエ変換型赤外分光分析（ＦＴ−
ＩＲ）により検査した。尚、以下の試験において紫外線
照射には波長３６６ｎｍの紫外線ランプ（ＵＶＬ−２
１）を用いた。赤外吸収スペクトルの分析に際しては、
以下の波数の吸収帯ピ−クが現れるがそれらは以下の情
報を示している。 波数３６９０ｃｍ-1のシャ−プな吸収帯：水酸基のＯＨ
伸縮 波数３３００ｃｍ-1のブロ−ドな吸収帯：物理吸着水の
ＯＨ伸縮 波数１６４０ｃｍ-1のシャ−プな吸収帯：物理吸着水の
ＨＯＨ屈曲
【００３１】先ず、プレス直後の酸化チタンディスクに
ついて赤外分光分析を行った。プレス直後のディスクの
吸収スペクトルを図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のグラフに
＃１カ−ブで示す。次に、シリカゲルの乾燥剤を入れた
ドライボックス中に酸化チタンディスクを１７時間保管
した後、吸収スペクトルを検出した。吸収スペクトルを
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のグラフに＃２カ−ブで示
す。＃１スペクトルと＃２スペクトルを対比すれば分か
るように、＃２スペクトルでは波数３６９０ｃｍ-1の吸
収が激減しており、水酸基（化学吸着水）が減少したこ
とを示している。同様に、＃２スペクトルでは波数３３
００ｃｍ-1及び１６４０ｃｍ-1の吸収が激減しており、
物理吸着水もやはり減少したことを示している。このこ
とから、乾燥空気中での保管により水酸基と物理吸着水
のいずれも減少したことがわかる。一般に暗所に放置す
ると水との接触角が上昇することから、このとき水との
接触角は上昇し、表面はやや疎水化されているものと考
えられる。
【００３２】次に、ドライボックス中で酸化チタンディ
スク表面に０．５ｍＷ／ｃｍ2の紫外線照度で１時間紫
外線を照射した後、吸収スペクトルを検出した。吸収ス
ペクトルを図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のグラフに＃３カ
−ブで示す。＃３スペクトルから分かるように、波数３
６９０ｃｍ-1の吸収はほぼ回復している。また、波数３
３００ｃｍ-1及び１６４０ｃｍ-1の吸収も元通りに回復
している。従って、紫外線照射により水酸基の量と物理
吸着水の量のいずれもが元通りに回復したことが分か
る。前述の実施例１から分かるように、紫外線照射によ
り酸化チタン粒子の表面の水との接触角は低下するの
で、この場合も水との接触角は低下し、表面は親水化さ
れているものと考えられる。
【００３３】以上のことから、水酸基及び物理吸着水の
増減は水との接触角の変化によく対応しており、水酸基
及び物理吸着水が増加すると、水との接触角は減少し、
水酸基及び物理吸着水が減少すると、水との接触角は増
加する。また、光触媒（酸化チタン）の光励起により、
水酸基の量と物理吸着水の量が増加する。以上のことか
ら光触媒（酸化チタン）の光励起により、水酸基の量と
物理吸着水の量が増加し、それにより表面が親水化する
ものと考えられる。一方、酸化チタン結晶（光触媒）表
面では、一般に、図３に示すように、まずタ−ミナルＯ
Ｈ基やブリッジＯＨ基といった水酸基（化学吸着水）が
表面に吸着し、さらにその上に水素結合により物理吸着
水が吸着するとされている（清野学ぶ著、「酸化チタ
ン」、技報堂、ｐ．５４（１９９１））。従って、本発
明においても、先ず光触媒の光励起により水酸基が吸
着、増加し、それに伴って、物理吸着水が吸着されてく
るものと考えられる。
【００３４】実施例３．（水酸基と物理吸着水の吸着形
態の確認） ルチル単結晶の（１１０）面（原子の密度が最も高く、
チタンを架橋する酸素原子がｃ軸方向に並ぶ構造になっ
ている結晶面）を用い、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によ
り表面状態を確認した。まず、ルチル単結晶について、
（１１０）面の水との接触角を測定したところ、６３゜
であった。またこの試料について、原子間力顕微鏡によ
り、（１１０）面を観察したところ、平滑面しか認めら
れず、水酸基や物理吸着水の吸着による凸部は認められ
なかった。従って、ルチル単結晶ではその初期において
は表面は疎水的であることが分かる。
【００３５】次に、（１１０）面に照度１ｍＷ／ｃｍ2
の紫外線光源を４２時間照射した。その後、（１１０）
面の水との接触角を測定したところ、３７゜まで親水化
された。またこの試料について、原子間力顕微鏡によ
り、（１１０）面を観察したところ、今度はモザイク状
に水玉状の模様が観察された。また水玉状の模様の占有
面積比を確認したところ、２２％であった。親水性の探
針を用いた観察でも、もっと強調された形で同様の結果
が得られた。従って、ここで観察された水玉状の模様は
水酸基又は物理吸着水と考えられる。また、水玉状の模
様の占有面積比が２２％でも紫外線照射により水との接
触角が低下していることから、水酸基と物理吸着水の総
和量が面積比率で２０％以上程度に達していれば、充分
に親水化されることが分かる。
【００３６】水玉状の模様部分を更に拡大して観察する
と、筋状の凸部の横に丘状の凸部が隣接してなることが
判明した。原子間力顕微鏡により、筋状の凸部及び丘状
の凸部の大きさを調べた。筋状の凸部の高さは０．３ｎ
ｍ、幅は１６ｎｍであった。水のＯ−Ｈの原子間距離は
０．１ｎｍ程度であることから、筋状部は表面に吸着し
た水酸基がいくつか集まって親水性のドメインを形成し
ているものと考えられる。丘状の凸部の高さは７ｎｍ、
幅は８５ｎｍであった。丘状の凸部の高さが７ｎｍでも
紫外線照射により水との接触角が低下していることか
ら、物理吸着水の厚みが５ｎｍ以上程度に達していれ
ば、充分に親水化されることが分かる。
【００３７】次に、窒素ガスを（１１０）面に吹き付け
て、同様に丘状の凸部の変化を観察した。その結果、こ
の場合は丘状の凸部は認められなかった。このことか
ら、丘状の凸部は物理吸着水であると考えられる。
【００３８】以上の観察から、光触媒の光励起により、
水酸基が吸着されること、及びその水酸基に隣接して物
理吸着水が吸着されることが分かった。ここで、水酸基
と物理吸着水が隣接していることから、まず、光触媒の
光励起により、水酸基が吸着されてドメインを形成し、
その水酸基との水素結合により物理吸着水が吸着するも
のと考えられる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、表面の水との接触角が
極めて小さく、かつ水との接触角が極めて小さい状態を
恒久的に維持可能な親水性部材を提供することが可能と
なり、部材において、その表面は防曇性、視界確保性、
降雨洗浄性、水洗浄性等を恒久的に維持可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】異なる波長の紫外線を光触媒性酸化チタン層の
表面に照射したときの水との接触角の時間的変化を示す
グラフ （Ａ）３１３ｎｍ、（Ｂ）３６５ｎｍ、（Ｃ）４０５ｎ
ｍ
【図２】光触媒性酸化チタン層の表面の赤外分光スペク
トル。
【図３】光触媒性酸化チタン結晶表面の水の吸着構造を
示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤嶋 昭 神奈川県川崎市中原区中丸子710−５ (72)発明者 橋本 和仁 神奈川県横浜市栄区小菅ヶ谷町2000−10− ２−506

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体表面に、光触媒粒子を含む層が形成
    され、さらにその表面には、前記光触媒の光励起によ
    り、少なくとも部分的に水酸基が固定されていることを
    特徴とする親水性部材。
  2. 【請求項２】 基体表面に、光触媒粒子を含む層が形成
    され、さらにその表面には、前記光触媒の光励起によ
    り、少なくとも部分的に水酸基が固定されており、さら
    に前記水酸基に近接して前記前記光触媒の光励起によ
    り、物理吸着性の水分子が固定されていることを特徴と
    する親水性部材。
  3. 【請求項３】 前記層表面に吸着する水酸基及び物理吸
    着性の水分子の総和量は、前記層の表面積に対する比率
    で２０％以上であることを特徴とする請求項２に記載の
    親水性部材。
  4. 【請求項４】 前記物理吸着性の水分子の厚みは５ｎｍ
    以上であることを特徴とする請求項２又は３に記載の親
    水性部材。
  5. 【請求項５】 部材の表面を親水化する方法であって、
    光触媒を含む層で被覆された基体を準備する工程と、前
    記光触媒を光励起することにより前記層の表面に少なく
    とも部分的に水酸基を固定させる工程、からなる部材表
    面の親水化方法。
  6. 【請求項６】 部材の表面を親水化する方法であって、
    光触媒を含む層で被覆された基体を準備する工程と、前
    記光触媒を光励起することにより前記層の表面に少なく
    とも部分的に水酸基を固定させる工程と、さらに前記光
    触媒を光励起することにより前記水酸基に近接して水分
    子を物理吸着させる工程、からなる部材表面の親水化方
    法。
  7. 【請求項７】 前記層表面に吸着する水酸基及び物理吸
    着性の水分子の総和量は、面積率で２０％以上であるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の部材表面の親水化方
    法。
  8. 【請求項８】 前記物理吸着性の水分子の厚みは５ｎｍ
    以上であることを特徴とする請求項６又は７に記載の部
    材表面の親水化方法。
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