JPH1135851A - 汚染防止膜及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動体の極めて平坦な塗膜上でも高い密着性
で形成することができる光触媒活性を有する汚染防止膜
を提供する。 【解決手段】 本発明の汚染防止膜は、(a) 酸化物系セ
ラミックスからなるバリアー層２と、(b) 酸化チタン系
光触媒がガラス質セラミックス中に分散されてなる光触
媒層２とを有する。汚染防止膜は、(1) 酸化物系セラミ
ックスのバリアー層２を形成し、(2) 酸化チタン系光触
媒及び無機バインダーを含有する塗布液をバリアー層２
上に塗布し、(3) 塗布液を固化させることにより、無機
バインダーをガラス質セラミックスに転化させることに
より、形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車、鉄道車両、
航空機等の移動体の表面上に設けられた汚染防止膜及び
その形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車、鉄道車両、航空機等の移動体の
外装、特に乗用車の外装には優れた美観が求められる。
そのため例えば乗用車の場合には、着色顔料や光輝性顔
料を含むベースコートの上に、光沢を与える透明なアク
リル樹脂を主成分としたトップコートが塗装がされてい
る。トップコートの役割は主として塗膜外観の向上にあ
るが、排気ガス、酸性雨、水垢、埃、煤、鳥の糞等の汚
染物質に直接晒されているので、非常に汚れやすい。そ
こで現在では塗膜表面に撥水性ワックスを塗布して汚れ
防止を図っている。さらに撥水性を付与するとともに汚
れが付着し難くくするために、アクリル系樹脂とフッ素
系樹脂との混合層を介してフッ素樹脂系コーティング層
を形成する場合もある。

【０００３】ところが上記の汚染物質はコーティング層
中の有機物質に分散して徐々に付着するため、フッ素樹
脂系コーティングは約３ヶ月で撥水性を喪失し、またク
リアトップコート層も約６ヶ月で光沢を喪失してしま
う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、移動体の外装
に汚染物質が付着するのを長期間防止する表面処理剤に
ついて種々の検討が行われている。このような事情にお
いて、家屋の外壁や内装等の表面に付着した汚染物質を
分解・除去する能力を有する光触媒が最近注目されるよ
うになった。光触媒としては特定の結晶構造を有する酸
化チタンを使用するのが一般的であるが、酸化チタン系
光触媒はそのほかに空気清浄化作用、殺菌作用、脱臭作
用、防曇作用、水浄化作用等がある。

【０００５】酸化チタンの結晶構造には、正方晶系に属
する高温型のルチル型及び低温型のアナターゼ型、並び
に斜方晶系のブルッカイト型の３種類があるが、一般的
に使用されているのは正方晶系の２つの結晶型であり、
なかでもルチル型の酸化チタンが広く使用されている
が、光触媒活性に関してはアナターゼ型の方が高い。

【０００６】このような光活性を有する酸化チタンは、
400 nm以下の紫外線を吸収すると表面に強い酸化力を示
し、その表面に接触した有機物質を分解する。そのた
め、例えば酸化チタンを含む表面に汚染物質や匂い物質
が付着すると、それらの物質を酸化分解し、汚染防止や
消臭の効果を発揮する。

【０００７】ところが酸化チタン系光触媒は今まで建築
物の外壁や内装等、比較的荒い表面とか、タイル等のよ
うに焼き付けが可能な表面に塗布されてきたが、移動体
の表面のように極めて平坦でかつ焼き付けが不可能な表
面に塗布・固定する試みはなされなかった。

【０００８】従って本発明の目的は、移動体の極めて平
坦な塗膜上でも光触媒活性を有する汚染防止膜を形成す
ることができる方法、及びかかる方法により得られた汚
染防止膜を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意検討
の結果、本発明者等は、移動体表面上の光触媒層を光触
媒微粒子及び無機バインダーを含有する塗布液から形成
するとともに、光触媒層中の無機バインダーとの親和性
が良好なバリアー層を移動体表面上に予め形成しておく
ことにより、移動体表面の外観を損なうことなく良好な
耐久性及び密着性を有する光触媒層を得ることができる
ことを発見し、本発明に想到した。

【００１０】すなわち、移動体の表面に形成された本発
明の汚染防止膜は、(a) 酸化物系セラミックスからなる
バリアー層と、(b) 酸化チタン系光触媒がガラス質セラ
ミックス中に分散されてなる光触媒層とを有することを
特徴とする。

【００１１】また本発明の光触媒層の形成方法は、(1)
酸化物系セラミックスのバリアー層を形成し、(2) 酸化
チタン系光触媒及び無機バインダーを含有する塗布液を
前記バリアー層上に塗布し、(3) 前記塗布液を固化させ
ることにより、前記無機バインダーをガラス質セラミッ
クスに転化させることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 [1] 汚染防止膜の構成 汚染防止膜はバリアー層及び光触媒層からなり、移動体
表面上に形成される。移動体としては、自動車、鉄道車
両、航空機等が挙げられるが、乗用車を例にとって説明
する。典型的には、乗用車の外板には通常化成処理層、
下塗り塗膜、中塗り塗膜及び上塗り塗膜が形成されてお
り、上塗り塗膜は着色顔料又は光輝性顔料を含むベース
コート及びクリアトップコートからなる。クリアトップ
コートは主としてアクリル樹脂からなる。

【００１３】図１は、上塗り塗膜１上に順に形成された
酸化物系セラミックスのバリアー層２及び光触媒層３か
らなる汚染防止膜10を示す。

【００１４】(1) バリアー層 (a) 組成 バリアー層２は一般的に酸化物系セラミックスからな
る。酸化物系セラミックスとしては、上に形成する光触
媒層３中の無機バインダーとの親和性を考慮して、酸化
珪素（SiO₂）又は酸化アルミニウム（Al₂O₃ ）が好まし
く、特に酸化珪素が好ましい。

【００１５】(b) 厚さ バリアー層２の厚さは30〜300 nmであるのが好ましい。
バリアー層２の厚さが30nm未満であると光触媒層３の上
塗り塗膜１への接着作用が不十分であり、また300 nm超
としてもさらなる効果の向上が得られないだけでなく、
透明感が喪失したり、上塗り塗膜１の外観が劣化したり
するので好ましくない。バリアー層２のより好ましい厚
さは80〜200 nmである。

【００１６】(2) 光触媒層 光触媒層３は酸化チタン微粒子を光触媒成分として含有
し、酸化チタン微粒子を分散・固定する媒体として無機
バインダーを含有する。

【００１７】(a) 酸化チタン微粒子 酸化チタン微粒子は粒径が小さいほど光触媒活性が高い
ので、ゾル−ゲル法により生成した酸化チタン微粒子を
使用するのが好ましい。しかし、酸化チタンの一次粒子
が小さくなるにつれて二次粒子（一次粒子の凝集体）が
大きくなる傾向があるので、代わりに酸化チタンゾルを
使用してもよい。

【００１８】酸化チタン微粒子の平均粒径は５〜50nmで
あるのが好ましい。平均粒径が５nm未満の粒子は製造が
困難であり、また50nmを超えると光触媒活性が劣る。よ
り好ましい平均粒径は７〜35nmである。

【００１９】(b) 無機バインダー 酸化チタン微粒子を均一に分散させるとともに、バリア
ー層２上に強固に固定・密着させるために、光触媒層３
は無機バインダーを含有する。酸化チタン微粒子の光活
性の維持、バリアー層２との密着性及び光触媒層３の強
度の向上のために、無機バインダー自身もセラミックス
ゾルであるのが好ましい。

【００２０】無機バインダー用セラミックスゾルとして
は、一般式：Ｍ（ＯＲ）_n （ただしＭはチタン以外の金
属元素であり、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の
酸化数である。）により表される金属アルコキシドから
ゾル−ゲル法により得られたものが好ましい。金属アル
コキシドとしては珪素アルコキシドが好ましく、例えば
Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ) ₄ 、Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ) ₄ 、Ｓｉ（ｉ
−ＯＣ₃ Ｈ₇ ) ₄ 、Ｓｉ（ｔ−ＯＣ₄ Ｈ₉ ) ₄ 等が挙げ
られる。またアルミニウムのアルコキシド（例えばＡｌ
（ＯＣＨ₃ ）₃ 、Ａｌ（ＯＣ₂ Ｈ₅ )₃、Ａｌ（ｉ−ＯＣ
₃ Ｈ₇ ) ₃ 、Ａｌ（ｔ−ＯＣ₄ Ｈ₉ ) ₃ 等を使用しても
良い。無機バインダーの金属成分をバリアー層２の金属
成分と同じにすると、親和性が良いので光触媒層３の密
着性が良好になる。また無機バインダーは親水性である
ので、付着する汚染物質の分解除去が容易であり好まし
い。

【００２１】(c) 配合比 酸化チタン微粒子と無機バインダーとの配合比（重量
比）は、50／50〜80／20程度が好ましい。酸化チタン微
粒子の割合が50重量％未満であると、光触媒活性が不十
分であり、また80重量％を超えると光触媒層３の強度及
び下層との接着性が不十分になる。

【００２２】(d) 厚さ 光触媒層３の厚さは0.1 〜３μｍであるのが好ましい。
厚さが0.1 μm 未満では光触媒活性が不十分であり、ま
た３μm 超では透明感が失われるだけでなく、上塗り塗
膜の外観が劣化する。光触媒層３のより好ましい厚さは
１〜２μm である。

【００２３】[2] 汚染防止膜の形成方法 (1) バリアー層の形成 バリアー層２の酸化物系セラミックスを形成するため
に、酸化珪素（SiO₂）又は酸化アルミニウム（Al₂O₃ ）
のゾルを塗布する。これらのゾルは、上記Ｍ（ＯＲ）_n
により表される金属アルコキシドからゾル−ゲル法によ
り得られる。上塗り塗膜１上に酸化珪素ゾル等の酸化物
系セラミックスゾルを塗布した後自然乾燥させれば、塗
膜１に強固に密着した酸化珪素等のセラミックス層が得
られる。酸化物系セラミックスゾルの塗布はスプレー法
等で行うことができる。

【００２４】(2) 光触媒層の形成用塗布液 (a) 塗布液 光触媒層３を形成するための塗布液としては、酸化チタ
ン微粒子又はゾルと無機バインダー用セラミックスゾル
との混合物を主成分とするものが好ましい。酸化チタン
ゾルはチタンアルコキシドのゾル−ゲル法による加水分
解中間生成物である。ゾル−ゲル法では、チタンアルコ
キシドを出発物質とし、溶液中での化合物の加水分解・
重合により金属酸化物又は水酸化物のゾルとする。ゾル
をさらに熱処理して酸化チタンゲルの微粒子にしても良
い。チタンアルコキシドの好ましい例としては、Ｔｉ
（ＯＣＨ₃ ) ₄ 、Ｔｉ( ＯＣ₂ Ｈ₅ ) ₄ 、Ｔｉ( ｉ−Ｏ
Ｃ₃Ｈ₇ ) ₄ 、Ｔｉ（ｔ−ＯＣ₄ Ｈ₉ ) ₄ 等が挙げられ
る。

【００２５】また酸化チタン微粒子又はゾルの代わり
に、チタンアルコキシドを無機バインダー用金属アルコ
キシドとともに有機溶媒又は水若しくはこれらの混合溶
媒に溶解してもよい。有機溶媒としては、メタノール、
エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール
や、エチレングリコール、エチレンオキサイド、トリエ
タノールアミン等が挙げられる。得られた溶液に所定量
の加水分解用の触媒を添加する。触媒の例としては、塩
酸、硫酸、硝酸、酢酸等の酸の他、アルカリ金属の水酸
化物、アンモニア、アミン等が挙げられる。触媒量は、
チタンアルコキシドを100 重量部として、0.01〜５重量
部程度で良い。チタンアルコキシド及び他の金属のアル
コキシドの加水分解は、室温〜80℃の温度で数時間以上
放置しておけば完了する。加水分解により、チタンアル
コキシド及び他の金属のアルコキシドは水酸化物及び／
又は酸化物の微粒子となる。ただしアルコキシドが全て
ゾル化している必要はなく、一部のアルコキシド基が残
留していてもよい。

【００２６】(b) 光触媒層の形成方法 バリアー層２上に光触媒層形成用塗布液をスプレー法等
により均一に塗布する。塗布後乾燥し、大気中に放置す
るか室温〜200 ℃に加熱処理することにより酸化チタン
ゾル及びそれ以外のセラミックスゾルをゲル化（固化）
させる。加熱処理する場合には、上塗り塗膜１の劣化が
起こらないように注意しなければならない。固化した無
機バインダーはガラス質セラミックスに転化している。

【００２７】[3] 光触媒層の作用・効果 以上の方法により形成された光触媒層３は酸化チタン微
粒子の光触媒活性により、光触媒層３の表面に付着した
汚染物質、臭気物質、菌類等を分解し、汚染防止作用、
消臭作用及び殺菌作用等を有する。このため汚染物質が
付着した乗用車を放置しておいても、降雨により汚染物
質が流され、いわゆるセルフクリーニング効果を発揮す
る。また分解された汚染物質は、拭き取り等によっても
容易に除去できる。

【００２８】その上、上塗り塗膜１上にバリアー層２を
介して光触媒層３が形成されているため、光触媒層３の
光触媒活性により有機樹脂を主成分とする上塗り塗膜１
が劣化することがなく、良好な外観を維持することがで
きる。

【００２９】

【実施例】本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳
細に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定される
ものではない。

【００３０】実施例１ 鋼板に化成処理、プライマー処理及び中塗り塗装を施し
た後で、アクリル樹脂系のクリヤートップ塗料を塗装
し、焼き付けることにより、試験用基板を作製した。こ
れに酸化珪素ゾルをスプレーすることにより、厚さ180n
m の酸化珪素のバリアー層を形成した。次いでバリアー
層の上に、酸化チタン微粒子（平均粒径：6.8 nm）と酸
化珪素ゾルとをアルコール／水の混合溶媒に均一に分散
させてなる塗布液（酸化チタン微粒子／酸化珪素ゾルの
重量比：50／50）をスプレー法により塗布した。自然乾
燥後24時間放置することにより、厚さ1.2 μｍの光触媒
層を形成した。このようにしてバリアー層及び光触媒層
からなる汚染防止膜を形成した鋼板（試験片Ａ）に対し
て、以下の実験をした。

【００３１】(1) 汚染防止性 試験片Ａを屋外に１か月間放置し、表面の汚れを肉眼で
観察した。その結果、試験片Ａの方が試験片Ｂの表面よ
り著しく汚れが少なかった。また試験片Ａにホースで水
を噴射したところ、汚れは簡単に除去できた。

【００３２】(2) 表面硬さ 試験片Ａの汚染防止膜面に対して、鉛筆引っ掻き試験を
行ったところ、８Ｈの鉛筆まで表面に傷が付かなかっ
た。これから汚染防止膜は非常に硬いことが分かる。

【００３３】(3) 剥離強度 試験片Ａの汚染防止膜面にカッターナイフにより１mm×
１mmの100 個の碁盤目を作成し、セロハンテープを付着
した後で剥離したところ、剥離した枡目は０であった。
これから汚染防止膜のクリヤートップ塗膜への密着性は
良好であることが分かる。

【００３４】比較例１ 実施例１の試験用基板に汚染防止膜を形成せずに（試験
片Ｂ）、実施例１と同じ汚染防止試験を行った。その結
果、試験片Ａの表面より著しく汚れており、また水を噴
射しても汚れはほとんど除去できなかった。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の汚染防止
膜を構成する光触媒層は酸化チタン微粒子が均一に分散
した無機バインダーからなるので、優れた耐汚染性及び
セルフクリーニング性を有するのみならず、良好な機械
的強度及び硬さを有する。また光触媒層は酸化物系セラ
ミックスからなるバリアー層を介して移動体表面に形成
されているので、移動体表面との密着性が良好であり、
かつ移動体表面の上塗り塗膜を劣化させることがない。
このような特徴を有する本発明の汚染防止膜は、自動
車、船舶、航空機等の移動体の外板、特に上塗り塗膜上
に形成するのに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 上塗り塗膜上に形成された本発明の汚染防止
膜の層構成を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１・・・上塗り塗膜 ２・・・バリアー層 ３・・・光触媒層 10・・・汚染防止膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体の表面に形成された汚染防止膜で
   あって、(a) 酸化物系セラミックスからなるバリアー層
   と、(b) 酸化チタン系光触媒がガラス質セラミックス中
   に分散されてなる光触媒層とを有することを特徴とする
   汚染防止膜。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の汚染防止膜において、
   前記酸化物系セラミックス及び前記ガラス質セラミック
   スはいずれも酸化珪素ゾルを固化させてなることを特徴
   とする汚染防止膜。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の汚染防止膜にお
   いて、前記バリアー層の厚さが30〜300 nmであり、前記
   光触媒層の厚さが0.1 〜３μｍであることを特徴とする
   汚染防止膜。
4. 【請求項４】 移動体の表面に汚染防止膜を形成する方
   法において、(1) 酸化物系セラミックスのバリアー層を
   形成し、(2) 酸化チタン系光触媒及び無機バインダーを
   含有する塗布液を前記バリアー層上に塗布し、(3) 前記
   塗布液を固化させることにより、前記無機バインダーを
   ガラス質セラミックスに転化させることを特徴とする方
   法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の汚染防止膜の形成方法
   において、前記無機バインダーが酸化珪素ゾルであるこ
   とを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 請求項４又は５に記載の汚染防止膜の形
   成方法において、前記バリアー層を酸化珪素ゾルを固化
   させてなることを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項４〜６のいずれかに記載の汚染防
   止膜の形成方法において、前記バリアー層の厚さを30〜
   300 nmとし、前記光触媒層の厚さを0.1 〜３μｍとする
   ことを特徴とする方法。