JPH1176833A

JPH1176833A - 光触媒性親水性部材

Info

Publication number: JPH1176833A
Application number: JP9256090A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Hashimoto; 和仁橋本; Akira Fujishima; 昭藤嶋; Makoto Hayakawa; 信早川; Mitsuhide Shimobukikoshi; 光秀下吹越; Toshiya Watabe; 俊也渡部
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】光触媒の光励起作用に応じた部材表面の親水
化速度の向上。【解決手段】基体表面に、光触媒性酸化物粒子を含む
層が形成されており、かつ前記光触媒性酸化物中のブリ
ッジングサイトに存在する表面酸素原子が露出されるよ
うに前記層に前記光触媒性酸化物粒子が固定されている
ことを特徴とする光触媒性親水性部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒の光励起作
用による親水化速度を改良した光触媒性親水性部材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】本発明者は、先に、半導体光触媒の光励
起作用により物品の表面を高度に親水化する方法を提案
した（ＷＯ９６／２９３７５号）。この方法に従えば、
物品の表面はアナタ−ゼ型酸化チタンのような半導体光
触媒のコ−ティングによって被覆される。このアナタ−
ゼ型酸化チタンからなる光触媒性コ−ティングに紫外線
を照射することにより光触媒を充分な照度で充分な時間
にわたり光励起すると、光触媒性コ−ティングの表面は
水との接触角が約０度になる程度に高度に親水化され
る。ＷＯ９６／２９３７５号に開示されているように、
このように高度に親水化可能な光触媒性コ−ティング
は、防曇、降雨による浄化、水洗による浄化、乾燥促進
その他種々の目的で種々の物品に適用することができ
る。例えば、車両の風防ガラス、ドアミラ−、建物の窓
ガラス、眼鏡のレンズ、或いは鏡のような透明物品を光
触媒性コ−ティングで被覆した場合には、光触媒の光励
起に伴いコ−ティングの表面は高度に親水化され、その
結果、物品が凝縮湿分や湯気で曇ったり、付着水滴で翳
ったりするのが防止される。或いは屋外に配置された建
物や物品が光触媒性コ−ティングで被覆されている場合
には、親水化された表面に付着した疎水性の煤塵や汚染
物は降雨の都度雨水により洗い流され表面は浄化され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、光触媒の
光励起作用による親水化速度を改良した光触媒性親水性
部材を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、光触媒の光
励起作用による親水化速度を改良すべく、基体表面に光
触媒性酸化物粒子を含む層が形成されており、かつ前記
光触媒性酸化物中のブリッジングサイトに存在する酸素
原子が露出されるように前記光触媒性酸化物粒子が固定
されていることを特徴とする光触媒性親水性部材を提供
する。光触媒の光励起による親水化現象は以下のように
進行すると考えられる。まず光触媒に励起光が照射され
ると、光触媒性酸化物中の金属原子が還元される。例え
ば、酸化チタンの場合には＋４価チタンが＋３価に還元
される。すると化学吸着水がより多量に吸着するように
なり、それにより物理吸着水がより多量に吸着し、超親
水性を呈するに至る。本発明では、光触媒性酸化物中の
ブリッジングサイトに存在する酸素原子が露出されるよ
うに固定されていることにより、光励起作用でまずブリ
ッジングサイトに存在する酸素原子が離脱され、それに
より酸素空孔が生じ＋４価チタンが＋３価に還元される
という早い反応経路で親水化が生じる。従って、光触媒
の光励起作用による親水化速度が向上する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明において、光触媒性酸化物
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、例えば、アナタ−ゼ型酸化チタン、ルチル
型酸化チタン、酸化亜鉛、酸化第二鉄、三酸化二ビスマ
ス、三酸化タングステン、チタン酸ストロンチウム等の
酸化物が好適に利用できる。

【０００６】光触媒性親水性部材とは、上記光触媒の光
励起に応じて表面が高度に親水化される部材である。表
面の親水化の程度については、用途により好適な値が異
なるが、総じて３０゜以下、好ましくは１０゜以下、よ
り好ましくは５゜以下の水濡れ性を呈する状態にするの
がよい。例えば、降雨や水による部材又は物品表面の清
浄化においては、水との接触角に換算して３０゜以下、
好ましくは１０゜以下、より好ましくは５゜以下の水濡
れ性を呈する状態がよい。シャワ−や降雨や水の凝縮の
水滴成長等による水滴の付着防止においては水との接触
角に換算して３０゜以下、好ましくは１０゜以下、より
好ましくは５゜以下の水濡れ性を呈する状態がよい。透
明基材や鏡の曇り防止においては水との接触角に換算し
て１０゜以下、好ましくは８゜以下、より好ましくは５
゜以下の水濡れ性を呈する状態がよい。

【０００７】図１に光触媒性酸化物の一例である酸化チ
タンの表面の化学的構造の概念図を示す。図中１のよう
に金属（チタン）原子を結ぶ位置にある表面酸素原子を
ブリッジングサイトに存在する酸素原子、２のように１
つの金属（チタン）原子にしか結合していない表面酸素
原子をタ−ミナルサイトに存在する酸素原子、３のよう
に結晶内部に位置する酸素原子を内部サイトに存在する
酸素原子と呼び、以後区別して議論する。

【０００８】ブリッジングサイトに存在する酸素原子を
表面に露出させるには、光触媒性酸化物粒子を結晶配向
させて基材表面に固定するようにする。図２〜図４にル
チル型酸化チタン結晶における（１１０）結晶面、（１
００）結晶面、（００１）結晶面を表面から見たときの
構造を示す。図２に示すように、（１１０）結晶面では
ブリッジングサイトに存在する酸素原子及びタ−ミナル
サイトに存在する酸素原子の双方が露出した構造にな
る。図３に示すように、（１００）結晶面ブリッジング
サイトに存在する酸素原子のみが露出した構造になる。
図４に示すように、（００１）結晶面では表面酸素原子
は金属原子より上部に露出して存在しない。従ってルチ
ル型酸化チタン結晶においては、（１１０）結晶面又は
（１００）結晶面が露出するように結晶配向させて固定
すればよい。その他、例えば、アナタ−ゼ型酸化チタン
結晶においては、（００１）結晶面を結晶配向させて固
定すればよい。

【０００９】光触媒性酸化物を結晶配向させて基材表面
に固定するには、例えば、イオンビ−ム蒸着後に４００
℃以上でホットプレス焼成する方法（Journal of Mater
ialResearch ２巻２号（１９８７））等により作製可能
である。

【００１０】上記方法等で部材表面に塗膜を形成する
と、部材表面は光触媒の光励起に応じて親水性を呈する
ようになる。ここで、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０．０
０１ｍＷ／ｃｍ²以上あればよいが、０．０１ｍＷ／ｃ
ｍ²以上だと好ましく、０．１ｍＷ／ｃｍ²以上だとより
好ましい。光触媒性酸化物が、アナタ−ゼ型酸化チタ
ン、ルチル型酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸ストロ
ンチウムの場合には、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、水銀灯、白熱電灯、
キセノンランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライ
ドランプ、ＢＬＢランプ等が好適に利用できる。

【００１１】部材表面に塗膜により形成される表面層の
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。さらに表面層の膜厚を、０．
２μｍ以下にすると一層好ましい。そうすれば、光の干
渉による表面層の発色を防止することができる。また表
面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、表面層の耐摩耗性が向上する。

【００１２】ＰＣＴ／ＷＯ９６／２９３７５号に示した
ように、部材表面が水との接触角に換算して１０゜以下
の状態であれば、空気中の湿分や湯気が結露しても、凝
縮水が個々の水滴を形成せずに一様な水膜になる傾向が
顕著になる。従って、表面に光散乱性の曇りを生じない
傾向が顕著になる。同様に、窓ガラスや車両用バックミ
ラ−や車両用風防ガラスや眼鏡レンズやヘルメットのシ
−ルドが降雨や水しぶきを浴びた場合に、離散した目障
りな水滴が形成されずに、高度の視界と可視性を確保
し、車両や交通の安全性を保証し、種々の作業や活動の
能率を向上させる効果が飛躍的に向上する。また同様に
ＰＣＴ／ＷＯ９６／２９３７５号に示したように、部材
表面が水との接触角に換算して１０゜以下、好ましくは
５゜以下の状態であれば、都市煤塵、自動車等の排気ガ
スに含有されるカ−ボンブラック等の燃焼生成物、油
脂、シ−ラント溶出成分等の疎水性汚染物質ばかりでな
く、無機粘土質汚染物質双方が付着しにくく、付着して
も降雨や水洗により簡単に落せる状態になる。

【００１３】部材表面が上記高度の親水性を呈し、かつ
その状態を維持するようになれば、上記防曇効果、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、生体親和性向上効果等が発揮さ
れるようになる。

【００１４】本発明が適用可能な基材としては、防曇、
防滴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、車両用後方確認ミラ−、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、照明用レンズ、半導体用レン
ズ、複写機用レンズ、車両用後方確認カメラレンズのよ
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、オ−トバイ、鉄道車両、航空
機、船舶、潜水艇、雪上車、スノ−モ−ビル、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、中華饅頭等の保温食品の陳列ケ−スのガラス；計
測機器のカバ−、車両用後方確認カメラレンズのカバ
−、レ−ザ−歯科治療器等の集束レンズ、車間距離セン
サ−等のレ−ザ−光検知用センサ−のカバ−、赤外線セ
ンサ−のカバ−；カメラ用フィルタ−、及び上記物品表
面に貼着させるためのフィルム、シ−ト、シ−ル等を含
む。

【００１５】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、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、道路用遮音壁、鉄道用遮音壁、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着させるためのフィ
ルム、シ−ト、シ−ル等を含む。

【００１６】本発明が適用可能な基材としては、乾燥促
進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、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、自動車車体、窓、舗道及び上記物品表面に貼
着させるためのフィルム、シ−ト、シ−ル等を含む。

【００１７】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、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
面に貼着させるためのフィルム、シ−ト、シ−ル等を含
む。

【００１８】

【実施例】

実施例．ルチル型酸化チタン単結晶の（１１０）結晶
面、（１００）結晶面、及び（００１）結晶面につい
て、まず励起光を照射する前に水との接触角を測定し
た。水との接触角は、接触角測定器（協和界面科学，Ｃ
Ａ−Ｘ１５０）を用い、マイクロシリンジから試料表面
に水滴を滴下した後３０秒後に測定することにより調べ
た。その結果（１１０）結晶面では８５゜、（１００）
結晶面では３０゜、（００１）結晶面では８４゜であっ
た。次いで、水銀灯を用い、４０ｍＷ／ｃｍ²の紫外線
をそれぞれの結晶面に照射し、照射時間に対する水との
接触角の変化を調べた。その結果、図５に示すように、
（１１０）結晶面及び（１００）結晶面では、（００
１）結晶面よりも速く光励起に応じて親水化し、水との
接触角０゜に達した。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、光触媒の光励起作用に
応じた部材表面の親水化速度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸化チタン表面の化学的構造を示す概念図。

【図２】ルチル型酸化チタン結晶の（１１０）結晶面
を表面から見たときの構造を示す図。

【図３】ルチル型酸化チタン結晶の（１００）結晶面
を表面から見たときの構造を示す図。

【図４】ルチル型酸化チタン結晶の（００１）結晶面
を表面から見たときの構造を示す図。

【図５】本発明の実施例に係る光触媒の光励起に応じ
た表面の親水化の時間依存性を示す図。

【符号の説明】

１：ブリッジングサイトの酸素原子２：ターミナルサイトの酸素原子３：内部サイトの酸素原子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者下吹越光秀福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者渡部俊也福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体表面に光触媒性酸化物粒子を含む層
が形成されており、かつ前記光触媒性酸化物中のブリッ
ジングサイトに存在する表面酸素原子が露出されるよう
に前記層に前記光触媒性酸化物粒子が固定されているこ
とを特徴とする光触媒性親水性部材。
【請求項２】前記光触媒性酸化物はルチル型酸化チタ
ンであり、ルチル型酸化チタンの（１１０）結晶面が露
出されるように前記層に前記光触媒性酸化物粒子が固定
されていることを特徴とする請求項１に記載の光触媒性
親水性部材。
【請求項３】前記光触媒性酸化物はルチル型酸化チタ
ンであり、ルチル型酸化チタンの（１００）結晶面が露
出されるように前記層に前記光触媒性酸化物粒子が固定
されていることを特徴とする請求項１に記載の光触媒性
親水性部材。
【請求項４】前記光触媒性酸化物はアナタ−ゼ型酸化
チタンであり、アナタ−ゼ型酸化チタンの（００１）結
晶面が露出されるように前記層に前記光触媒性酸化物粒
子が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の
光触媒性親水性部材。