WO2004096935A1 - 光触媒塗工液、光触媒膜および光触媒部材 - Google Patents

光触媒塗工液、光触媒膜および光触媒部材 Download PDF

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WO2004096935A1
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photocatalyst
film
group
coating liquid
coating
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PCT/JP2004/005349
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Naoki Tanaka
Hirokazu Suzuki
Tadashi Koike
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Ube Nitto Kasei Co., Ltd.
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    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
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    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/36Compounds of titanium
    • C09C1/3607Titanium dioxide
    • C09C1/3653Treatment with inorganic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D185/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon; Coating compositions based on derivatives of such polymers

Definitions

  • the present invention relates to a photocatalyst coating liquid, a photocatalyst film, and a photocatalyst member. More specifically, the present invention provides a photocatalytic film having excellent photocatalytic functions, such as superhydrophilicity and superhydrophilic maintenance performance in place, and having good durability capable of maintaining those functions for a long period of time.
  • a photocatalyst coating solution that can be formed on an organic substrate and has excellent stability, a photocatalyst film having the above performance formed using the same, and a photocatalyst such as an antifouling film having the photocatalyst film on the surface It relates to members. Background art
  • a photocatalytic active material (hereinafter sometimes simply referred to as a photocatalyst) is irradiated with light having an energy higher than the band gap, electrons are generated in the conduction band and holes are generated in the valence band. Then, generated electrons are superoxide ⁇ anion by reducing surface oxygen (& 0 2 -) with to produce, holes oxidize surface hydroxyl groups to produce the hydroxyl radical ( ⁇ Omicron Eta), these It is known that reactive reactive oxygen species exert a strong oxidative decomposition function and decompose organic substances attached to the surface of a photocatalyst with high efficiency.
  • photocatalysts examples include compounds having various semiconductor properties, for example, metal oxides such as titanium dioxide, iron oxide, tungsten oxide, and zinc oxide, and metal sulfides such as sulfur dioxide, zinc sulfide, and the like.
  • metal oxides such as titanium dioxide, iron oxide, tungsten oxide, and zinc oxide
  • metal sulfides such as sulfur dioxide, zinc sulfide, and the like.
  • titanium dioxide particularly an anatase type titanium dioxide, is useful as a practical photocatalyst. This titanium dioxide exhibits excellent photocatalytic activity by absorbing light of a specific wavelength in the ultraviolet region included in ordinary light such as sunlight.
  • an intermediate layer is usually provided to prevent deterioration of the base film due to photocatalysis and to improve adhesion to the base film.
  • a layer having a thickness of about several ⁇ made of a silicone resin, an atalinole-modified silicone resin, or the like is used.
  • these intermediate layers are inferior in the ability to prevent deterioration of the organic base material, and have a problem that the organic base material is easily deteriorated in a short time due to photocatalysis.
  • the present inventors have previously proposed various uses as a novel functional material, for example, a coating film, an adhesive between an organic material and an inorganic or metal material, and a coating between an organic substrate and a photocatalytic coating film.
  • the composition is continuous in the thickness direction, which is useful for applications such as an intermediate film that prevents the deterioration of the organic base material and an intermediate film that improves the adhesion between the organic base material and the inorganic or metallic material layer. (See, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2000-33628).
  • This organic-inorganic composite gradient material is an organic-inorganic composite material containing a chemical compound of an organic polymer compound and a metal compound, and the content of the metal compound is continuous in the thickness direction of the material. It is a novel material that has a component gradient structure that changes into a variety of materials, and is useful for the various applications described above.
  • Methods for forming a photocatalyst layer on a substrate include, for example, a PVD (physical vapor deposition) method such as a vacuum evaporation method and a sputtering method, a dry method such as a metal spraying method, and a coating solution.
  • a PVD (physical vapor deposition) method such as a vacuum evaporation method and a sputtering method
  • a dry method such as a metal spraying method
  • a coating solution a coating solution.
  • the wet method to be used is used.
  • the substrate is an organic substrate, it is often not preferable to use a dry method for forming the photocatalyst layer because of its heat resistance, etc .
  • a wet method using a coating liquid is adopted. .
  • a coating solution comprising a photocatalytically active material and a dispersion containing a photocatalyst accelerator and an inorganic binder used as needed is usually prepared in an appropriate solvent.
  • a method of forming a photocatalyst layer by applying the coating liquid to a substrate and performing a drying treatment is used.
  • a hydrolysis product of a hydrolyzable silicon compound such as alkoxysilane is disclosed (for example, JP-A-2000-86938, (See Japanese Patent Application Publication No. 2002-2014).
  • JP-A-2000-86938 See Japanese Patent Application Publication No. 2002-2014.
  • the photocatalyst layer using such a binder is inferior in water resistance, and silica as a binder is eluted by water, and accordingly, titanium oxide particles as a photocatalyst are dropped off, resulting in a decrease in photocatalytic function. There is a problem.
  • Hydrolysis 14 A sol of titanium oxide that has not been terminated by the hydrolysis and condensation of the titanium compound and a coating containing oxide particles that have completed the reaction, for example, titanium oxide particles and colloidal silicide. After applying the liquid to the substrate surface to form a film,
  • a method for forming a photocatalyst film by firing at 250 to 85 ° C. is disclosed (for example,
  • this method requires a high sintering temperature to burn ditrocellulose used as a thickening component, and has a problem that it is difficult to form a photocatalytic film on an organic substrate.
  • a coating film is heat-treated at a temperature of 200 ° C. or less to form a photocatalytic film on an organic substrate, a large amount of the thickening component remains in the coating film to obtain a dry film. As a result, it is expected that sufficient strength of the coating film, such as tacking, will not be obtained.
  • a photocatalyst structure having a photocatalyst film obtained from a coating solution containing a titanium oxide sol and a stabilized titanium alkoxide on the surface of a heat-resistant substrate has been disclosed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-284846). See).
  • the photocatalyst film is made of only a titanium compound, there is a problem that a super-hydrophilic maintenance performance at the time of holding in a dark place, which is required as a self-cleaning material, is hardly exhibited.
  • Glycols or diketones are used Therefore, the formation of the photocatalytic film is performed at a temperature of 350 to 75 ° C. after the film formation.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 0-2373373 discloses a hydrophilic coating agent containing an amorphous titanium oxide, a silicon oxide, and a photocatalyst. Refers to substantially amorphous titanium peroxide TiO 3 , which crystallizes at a relatively low temperature of about 100 ° C. and easily changes to an anatase type titanium oxide.
  • the sol of the hydrophilic coating agent when the sol of the hydrophilic coating agent is dispersed in an organic solvent to form a photocatalytic film on various organic substrates, the sol immediately causes aggregation, and even when the film is formed, the sol is homogeneous and smooth. No film is obtained. For this reason, the dispersion medium of the hydrophilic coating agent needs to be substantially aqueous.
  • the surface energy of the obtained coating liquid itself is high, the material of the substrate to be applied is limited. For substrates with relatively low surface energy, such as materials, it is expected to lack versatility, such as requiring a pretreatment step. Disclosure of the invention
  • the present invention has excellent photocatalytic functions, such as superhydrophilicity, superhydrophilicity maintenance performance in a dark place, and the like, and has good durability that can maintain those functions for a long period of time.
  • a photocatalyst coating solution capable of forming a photocatalyst film on an organic substrate and having excellent stability, a photocatalyst film having the above performance formed using the same, and a photocatalyst member having the photocatalyst film on the surface. It is intended to provide.
  • the present inventors have conducted intensive studies in order to achieve the above object, and as a result, even if a coating solution having a specific composition is kept at 200 ° C. or less after film formation, the above-described performance is maintained. It has been found that a photocatalyst film having the following characteristics can be provided, and that the stability can be improved. The purpose of the present invention can be achieved by this coating solution. I got it.
  • a photocatalytic film having excellent photocatalytic functions such as superhydrophilicity and superhydrophilicity maintaining properties in place, and having good durability capable of maintaining those functions for a long period of time
  • Photocatalytic coating that can be formed on materials and has excellent stability It is possible to provide a liquid, a photocatalytic film having the above performance formed by using the liquid, and a photocatalytic member having the photocatalytic film on the surface.
  • the photocatalyst coating liquid of the present invention is a coating liquid containing (A) a titanium oxide fine particle containing anatase type crystal as a main component, (B) a colloidal silica and (C) a binder composed of a hydrolyzed condensate of titanium alkoxide. is there.
  • the titanium oxide fine particles (hereinafter sometimes referred to as anatase crystal titanium oxide particles) mainly composed of the anatase type crystal of the component (A) are photocatalyst particles and contain a small amount of rutile type crystal. Visible light responsive photocatalyst particles partially containing titanium nitride, low order titanium oxide, and the like can also be used.
  • the average particle size of the anatase crystalline titanium oxide particles is preferably in the range of 1 to 500 nm,
  • the range of 100 nm is more preferable, and the range of 1 to 50 nm is most preferable because of having an excellent photocatalytic function.
  • the average particle diameter can be measured by a scattering method using laser light.
  • the metal compound include metal oxides, hydroxides, oxyhydroxides, sulfates, halides, nitrates, and metal ions.
  • the content of the second component is appropriately selected according to the type of the substance.
  • anatase crystalline titanium oxide particles can be produced by a conventionally known method, but are preferably used in the form of a titanium oxide sol in order to uniformly disperse them in a coating solution.
  • a titanium oxide sol for example, powdered anatase crystalline titanium oxide may be pulverized in the presence of an acid or alkali, or the particle size may be controlled by pulverization.
  • the hydrous titanium oxide obtained by thermally decomposing or neutralizing titanium sulfate and titanium chloride is used to physically and chemically reduce the crystallite size and particle size. Control may be performed.
  • a dispersion stabilizer can be used to impart dispersion stability in the sol liquid.
  • the colloidal silicic acid used as the component (B) has a function of causing the photocatalytic film to exhibit superhydrophilic maintenance performance even when kept in a dark place.
  • Photocatalysts exhibit the property of decomposing organic substances present on the surface by irradiation with light such as ultraviolet rays, and exhibit superhydrophilization, but generally do not exhibit such photocatalytic functions in dark places.
  • colloidal silica in the photocatalyst film as in the present invention, the photocatalyst film exhibits superhydrophilic maintenance performance in any place.
  • the colloidal silica is a high purity silicon dioxide (S i 0 2) a product obtained by colloidally by distributed in an aqueous medium, the average particle diameter is usually l ⁇ 2 0 0 nm, preferably 5 to It is in the range of 50 nm.
  • Silica sol or the hydrolysis / condensation product of silicon alkoxide the reaction is not completed, so it is easily eluted with water, and the photocatalyst film containing it is poor in water resistance.
  • colloidal silica is a reaction-terminated fine particle, it is hardly eluted with water, and the photocatalytic film containing the same has good water resistance.
  • the hydrolysis-condensation product of titanium alkoxide used as the component (C) functions as a water-resistant binder.
  • the titanium alkoxide a titanium tetraalkoxide having 1 to 4 carbon atoms in an alkoxyl group is preferably used.
  • the four alkoxyl groups may be the same or different, but the same one is preferably used from the viewpoint of easy access.
  • titanium tetranoreoxide examples include titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetra- ⁇ -propoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetra ⁇ -butoxide, titanium tetraisobutoxide, titanium tetra-sec-butoxide and titanium tetra-tert-butoxide. Is mentioned. These may be used alone or in a combination of two or more.
  • the titanium alkoxide is hydrolyzed and condensed to form a binder, and the hydrolysis and condensation reaction is carried out in an organic solvent described below, for example.
  • water is preferably used in an amount of 0.5 to 4 moles, more preferably 1 to 3 moles with respect to titanium tetraalkoxide, in the presence of an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid.
  • the binder comprising the hydrolysis-condensation product of titanium alkoxide according to the present invention which can be carried out at a temperature in the range of 70 ° C., preferably 20 to 50 ° C., contains a considerable amount of organic unreacted groups.
  • T i O x C n has a H m structure crystallization is unlikely to occur in the following combustion temperature of the organic substrate. That is, the amorphous form is maintained at a temperature of 200 ° C. or less without maintaining the amorphous state and without causing the coating film to become brittle due to crystallization. It is different.
  • ethylene glycol monoalkyl ethers or ethylene glycol monoalkyl is used as a solvent from the viewpoint of coating liquid stability such as dispersion stability of each particle in the coating liquid. It preferably contains a mixture of ethers and monoalcohols having 4 or less carbon atoms.
  • ethylene glycol monoalkyl ethers examples include single-solvent solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, and ethylene glycol monobutyl ether. These may be used alone or in a combination of two or more.
  • Monoalcohols having 4 or less carbon atoms that can be used in combination with the ethylene glycol monoalkyl ethers include, for example, methanol, ethanol, n -propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec -Butanol, tert-butanol and the like. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination.
  • the mixture of ethylene glycol monoalkyl ethers or monoalcohols having 4 or less carbon atoms as the dispersing medium is not limited to a base material, and particularly has good wettability with various organic base materials. Easy.
  • Coating liquids tend to cause gelation and sedimentation, causing stability problems and
  • the mass ratio of the ethylene glycol monoalkyl ethers and the monoalcohols is preferably from 10: 0 to 4: 6 by mass.
  • the concentration of water in the photocatalyst coating liquid is adjusted in order to prevent aggregation of the added particles, stabilize the coating liquid, and obtain a uniform and smooth coating film.
  • X mole / liter the hydrogen atom concentration of the inorganic acid is Y mole liter
  • X 14 makes it difficult to obtain a uniform and smooth film, and even X 14 does not satisfy the above relational expressions (a) to (b), so that the stability of the coating liquid may deteriorate. There is.
  • the method for preparing the photocatalyst coating liquid of the present invention is not particularly limited, and can be prepared, for example, as follows.
  • Water, preferably 1 to 3 moles, and a predetermined amount of an inorganic acid are added, and the hydrolysis and condensation reaction of the titanium alkoxide is performed at a temperature of about 0 to 70 ° C, preferably 20 to 50 ° C.
  • a predetermined amount of anatase crystalline titanium oxide sol and colloidal silica are added and uniformly dispersed, whereby the photocatalyst coating solution of the present invention can be prepared.
  • the photocatalyst coating solution thus prepared is applied to a suitable substrate by a known method, for example, a dip coating method, a spin coating method, a spray coating method, a bar coating method, Coating by fuchcoat method, roll coating method, blade coating method, die coating method, gravure coating method, etc., forming a film, followed by natural drying or heat drying
  • the photocatalyst film of the present invention is obtained.
  • a temperature of 200 ° C. or less can be employed.
  • the formed photocatalyst film can exhibit a sufficient photocatalytic function by holding treatment at a low temperature after the film is formed. Therefore, as a base material, for example, a ceramic, glass, metal, alloy, etc.
  • an organic base having poor heat resistance can also be suitably used.
  • the organic substrate examples include acrylic resins such as polymethyl methacrylate, styrene resins such as polystyrene and ABS resin, olefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, and the like.
  • Polyamide resins such as nylon and 6,6-nylon, polyvinyl chloride resins, polycarbonate resins, polyphenylene sulfide resins, polyphenylene ether resins, polyimide resins, cellulose acetate, etc. Substrates made of such cellulose-based resins.
  • the organic substrate in the present invention is a material other than the organic material, for example, a metal material.
  • an intermediate film for suppressing deterioration is inserted.
  • various intermediate films such as a silicone resin film, an acryl-modified silicone resin film, and an organic-inorganic composite gradient film have been known.
  • an organic substrate and a photocatalyst are used.
  • the organic-inorganic composite gradient film is preferably used from the viewpoints of adhesion to the film and prevention of deterioration of the organic substrate.
  • This organic-inorganic composite gradient film contains a composite in which an organic polymer compound and a metal oxide compound are chemically bonded, and the content of the metal component changes continuously in the thickness direction of the film. It has a component gradient structure.
  • a composite gradient film comprises (X) a metal-containing group capable of bonding to a metal oxide by hydrolysis in a molecule (hereinafter referred to as a hydrolyzable Sometimes referred to as a metal-containing group. ) And a coating agent obtained by subjecting a metal-containing compound capable of forming a metal oxide by hydrolysis to a hydrolysis treatment.
  • the organic polymer compound having a hydrolyzable metal-containing group as the component (X) includes, for example, (a) an ethylenically unsaturated monomer having a hydrolyzable metal-containing group, and (b) an ethylenic monomer containing no metal.
  • the ethylenically unsaturated monomer having a hydrolyzable metal-containing group as the component (X) (a), which can be obtained by copolymerizing an unsaturated monomer, has the general formula (I)
  • R 1 is a hydrogen atom or a methyl group
  • A is an alkylene group, preferably an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms
  • R 2 is a hydrolyzable group or a non-hydrolyzable group.
  • at least one hydrolysis, (Y) must be a component chemically bonded may hydrolyzable group
  • each R 2 is a mutually identical
  • M 1 is a metal atom such as silicon, titanium, zirconium, indium, tin, and aluminum
  • k is the valence of the metal atom M 1.
  • examples of the hydrolyzable group of R 2 which can be chemically bonded to the component (Y) by hydrolysis include, for example, a halogen atom such as an alkoxyl group, an isocyanate group and a chlorine atom, and an oxyhalogen group. And an acetyl acetonate group and a hydroxyl group.
  • a halogen atom such as an alkoxyl group, an isocyanate group and a chlorine atom
  • an oxyhalogen group an acetyl acetonate group and a hydroxyl group.
  • a lower alkyl group is preferably exemplified.
  • Examples of the metal-containing group represented by are, for example, a trimethoxysilyl group, a triethoxysilyl group, a tri-n-propoxysilyl group.
  • Triisopropoxysilyl group Tri-n-butoxysilyl group, triisobutoxysilyl group, tri-sec-butoxysilyl group, tri-tert-butoxysilyl group, trichlorosilyl group, dimethylmethoxysilyl group, methyldimethoxysilyl group Trimethyltitanium group, triethoxytitanium group, tri-n-propoxytitanium group, triisopropoxytitanium group, etc.
  • tri _ n - butoxy titanium group tri isobutoxy titanate Yes No group, tri one sec _ butoxytitanium group, tree tert- Butokishichita two ⁇ beam group, trichloro port titanium group, further, trimethylene butoxy zirconium based, preparative Rietokishi Zirconium group, tri-n-propoxy zirconium group, triisopropoxy zirconium group, tri-n-butoxy zirconium group, triisobutoxy zirconium group, tri-sec-butoxy zirconium group, tri-tert-butoxy zirconium Dimethoxy aluminum group, diethoxy aluminum group, di-n-propoxy aluminum group, diisopropoxy aluminum group, di-n-butoxy aluminum group, di isobutoxy group Examples include a noreminium group, a G-sec-butoxyaluminum group, a G-tert-butoxyaluminum group, and a trichloride aluminum group.
  • the metal-free ethylenically unsaturated monomer as the component (b) for example, a compound represented by the general formula (II):
  • R 3 is the same as described above, and R 4 represents a hydrocarbon group.
  • R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • R 6 represents an epoxy group, a halogen atom or a hydrocarbon group having an ether bond.
  • the hydrocarbon group represented by R 4 includes a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms
  • Preferable examples include a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms.
  • Examples of the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, and various butyl, pentyl, hexyl, octyl, and decyl groups.
  • cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms examples include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a methylcyclohexyl group, and a cyclooctyl group.
  • aryl group having 6 to 10 carbon atoms include a phenyl group
  • aralkyl group having a carbon number of 7 to 10 examples include a trinole group, an xylyl group, a naphthyl group, and a methylnaphthyl group.
  • the aralkyl group examples include a benzyl group, a methylbenzyl group, a phenethyl group, and a naphthylmethyl group.
  • Examples of the ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula (II-a) include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, and butyl (meth) acrylate. ) Atharylate, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexynole (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, etc. . These may be used alone or in combination of two or more.
  • the epoxy group represented by R 6 a halogen atom or a hydrocarbon group having an ether bond has 1 to 10 carbon atoms.
  • a halogen atom for the above substituent a chlorine atom and a bromine atom are preferable.
  • hydrocarbon group examples include the aforementioned general formula (II) I)
  • ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula ( ⁇ —b) examples include dalicidyl (meth) atali Rate, 3-glycidoxypropyl (meth) acrylate, 2 _ (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl (meth) acrylate, 2-chloroethynole (meth) acrylate, 2-bromoethynole (meth) acrylate And the like.
  • Examples of the ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula (II) include styrene, ⁇ -methynolestyrene, ⁇ -acetoxystyrene, m—, o-, or p-bromo. Styrene, m-, o_ or p-chlorostyrene, m-, o- or p-bulfenol, 1- or 2-biernaphthalene, etc., and a stabilizer for a polymerizable polymer having an ethylenically unsaturated group, For example, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer and the like having an ethylenically unsaturated group can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the former ethylenic unsaturated monomer is used. It is preferable to use the latter ethylenically unsaturated monomer in a proportion of 1 to 100 mol% with respect to the unsaturated monomer.
  • the ethylenically unsaturated monomer having a hydrolyzable metal-containing group as the component (a) and the metal-free ethylenically unsaturated monomer as the component (b) are reacted with a radical polymerization initiator in the presence of a radical polymerization initiator.
  • a radical polymerization initiator By copolymerization, an organic polymer compound having a hydrolyzable metal-containing group as the component (X) can be obtained.
  • the metal-containing compound (hydrolyzable metal-containing compound) capable of forming a metal oxide by hydrolysis of the component (Y) the general formula (III) R 7 m . N M 2 R 8 n ⁇ -(IN )
  • R 7 is a non-hydrolyzable group
  • R 8 is a hydrolyzable group
  • M 2 is a metal atom
  • m is the valence of the metal atom M 2
  • n satisfies the relationship 0 ⁇ nm
  • the compound represented by the formula or a condensed oligomer thereof is used.
  • R 7 have more than one plurality of R 7 may be different even shall apply the same, if R 8 is more, even more R 8 may be the same different It may be.
  • Preferred examples of the non-hydrolysable group represented by R 7 include an alkyl group, an aryl group, and an alkenyl group.
  • Examples of the hydrolysable group represented by R 8 include a hydroxyl group, an alkoxyl group, an isocyanate group, and chlorine.
  • Examples include a halogen atom such as an atom, an oxyhalogen group, and an acetyl acetonate group.
  • the metal atom shown by M 2 for example Kei-containing, titanium, Jinorekoni ⁇ beam, indium, tin, and aluminum.
  • Examples of the compound represented by the general formula (II) or the condensation oligomer thereof include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra-n-butoxysilane, tetraisobutoxysilane, sec-butoxysilane, tetra-tert-butoxysilane, etc., and the corresponding tetraalkoxytitanium and tetraalkoxyzirconium, as well as trimethoxyaluminum, triethoxyaluminum, tri-n-propoxyaluminum, triisopropoxyaluminum Metal alkoxides such as aluminum, tri-n-butoxyaluminum, triisobutoxyaluminum, trisec-butoxyaluminum, and tri-tert-butoxyaluminum; Alternatively, metal alkoxide oligomers
  • a mixture of one type of hydrolyzable metal-containing compound is usually used at 0 to 100 ° C, preferably using an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, or a cation exchange resin as a solid acid. Is hydrolyzed at a temperature of 20 to 60 ° C, and if a solid acid is used, after removing it, and further, if necessary, distilling off or adding a solvent, and is suitable for coating. Adjust the viscosity to prepare a coating agent consisting of a coating solution.
  • the hydrolysis does not proceed, while if it is too high, the hydrolysis and polymerization reaction proceeds too quickly, making it difficult to control, resulting in a decrease in the gradient of the resulting gradient coating.
  • a solid dehydrating agent insoluble in the coating solution for example, sulfuric anhydride Addition of magnesium or the like can prevent a decrease in pot life.
  • the coating liquid is used for coating after removing the dehydrating agent.
  • the coating agent comprising the coating solution thus obtained was applied to the organic substrate surface by a dip coating method so that the average thickness after drying was in the range of 40 to 300 nm.
  • a coating film is formed by a known method such as a spin coating method, a spray coating method, a bar coating method, a knife coating method, a roll coating method, a blade coating method, a die coating method, a gravure coating method, and a known drying treatment, for example, 4
  • the desired organic-inorganic composite gradient film is formed by heating and drying at a temperature of about 0 to 150 ° C. If the average thickness of the composite gradient film is less than 40 nm, the function as an intermediate film will not be sufficiently exerted.
  • the surface layer has a metal component content of approximately 100% in the composite film, and gradually decreases in the direction of the base material. It is almost 0% near the material. That is, in the organic-inorganic composite gradient film, the surface in contact with the organic base material is substantially composed of only the organic polymer compound component, and the other open system surface is composed of only the metal oxide-based compound component. I have.
  • the above-described photocatalyst coating liquid of the present invention is applied onto the organic-inorganic composite gradient film formed as described above, a film is formed, and the holding treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or lower.
  • a photocatalytic film can be provided.
  • the thickness of this photocatalyst film is usually 10 nm
  • the preferred thickness is from 30 nm to 3 ⁇ m, particularly preferably from 30 nm to 1 ⁇ m.
  • the photocatalyst film of the present invention thus formed is excellent in photocatalytic function such as superhydrophilicity and superhydrophilic maintenance performance in place, and has good water resistance and mechanical strength. Has good durability that can be maintained for a long period of time.
  • the present invention also provides a photocatalyst member having the photocatalyst film on a surface.
  • the shape of the photocatalyst member is not particularly limited, and may be, for example, any of a film, a sheet, a plate, a structure having various shapes, and the like.
  • the photocatalyst member is suitably used for various applications, for example, as an antifouling member.
  • the photocatalyst member of the present invention when in the form of a film, it can be used for various purposes including, for example, bodies of various transportation devices such as automobiles, railways, ships, windows, mirrors, houses, buildings, condominiums and other buildings, and skylights and skylights.
  • bodies of various transportation devices such as automobiles, railways, ships, windows, mirrors, houses, buildings, condominiums and other buildings, and skylights and skylights.
  • Windows store windows, vending machines, surveillance cameras, solar batteries, road lighting, various types of cover glass, such as aviation guide lights, transparent walls, stained glass, road signs and tariffs, transportation platform signs, Timetables, signs for various venues and facilities, internal traffic signs, LED traffic signs, LED information signs, etc., interior lighting installation signboards, interior lighting moving shop signboards, various building sleeve signs, station stands, Various types of self-contained signboards such as turrets, roadsides, EL light-emitting display signboards, LED signboards, tent signboards, neon signboards, and telephone pole signboards, roads Various types of reflectors, such as road reflectors and road reflector poles, noise barriers for highways, carports, weather shields, veranda covers, car mirrors, curve mirrors, bathroom mirrors, various labels and stickers, and various painted boards Alternatively, it can be attached to the inside of a frozen or refrigerated showcase or greenhouse to prevent contamination of the attached object, prevent adhesion of water droplets
  • it can be used as a wrap film for food packaging or as an inner surface of a plastic container for storing drinking water by utilizing its antibacterial function.
  • the film formability of the produced photocatalyst film was evaluated by visual observation as follows. ⁇ : Good transparency maintained. X: White and cloudy.
  • a sample that has been sufficiently exposed to ultraviolet light to exhibit super-hydrophilicity is stored in a place, taken out at regular intervals, and used as a water contact angle meter [G-I water contact angle measuring device manufactured by Elma Sales Co., Ltd.] 1-1000 ”Temperature: 25 ° C, Humidity: 50%].
  • the case where the contact angle was less than 10 degrees was defined as the period for exhibiting superhydrophilic maintenance performance, and the number of days required to exceed 10 ° C was defined as the number of days for maintaining superhydrophilicity at a place.
  • a pencil pulling test was performed under a load of 100 g according to JIS K5400. When three or more of the five measurements were made, the hardness one rank below was determined as the hardness of the coating film.
  • Carbon arc type sunshine weather meter testing machine according to JIS K 7350 [Testing machine: Suga Test Machine Co., Ltd. sunshine weather meter “S300
  • a component gradient film coating solution After adding 5 ml of the organic component solution to 20 ml of methyl isobutyl ketone, 16.7 ml of ethyl acetate solvent and then 8.8 ml of the organic component solution were added to prepare a component gradient film coating solution.
  • This coating solution was bar-coated with a Meyer bar on a 50 Am-thick polyethylene terephthalate (PET) film (Tetron HB-3, manufactured by Teijin Dupont Film Co., Ltd.), and the solvent was evaporated.
  • PET polyethylene terephthalate
  • Titanium tetraisopropoxide 10. 00 g of (0.035 mol) in solution in Echiruse port cellosolve 19. 90 g (0. 221 mol), 60 mass 0/0 nitric acid water Slowly drop a mixed solution of 1.68 g (0.016 mol) of liquid, 0.61 g (0.034 mol) of water, and 7.80 g (0.087 mol) of Echilse Mouth Solve. Then, the mixture was stirred at 30 ° C. for 4 hours. Thereafter, 77.60 g (0.863 mol) of ethyl sorbate was added to prepare a binder solution having a solid content concentration of 2.38% by mass in terms of TiO 2 .
  • the water in the binder solution is 1.28 g of the water (0.67 g) and the added water (0.61 g) in the 60% by mass nitric acid aqueous solution,
  • the nitric acid contained in the aqueous solution is 1. Olg.
  • the amount of water contained in the photocatalyst coating solution was 0.48 g in the binder solution, 0.32 g in the 60% by mass nitric acid aqueous solution, 20.40 g of the added water, and the amount of the anatase crystal. It is 1.12 g in the titanium oxide particle dispersion liquid, and the total is 22.32 g, which is 1.24 mol.
  • the amount of nitric acid was 0.38 g in the binder solution, 0.50 g in the added 60% by mass aqueous nitric acid solution, 0.03 g in the dispersion of anatase type titanium oxide particles, and colloidal silica dispersion.
  • Ri 5 50 X 10- 5 g der in, total 0.
  • the adjustment photocatalyst coating liquid 300 g since a specific gravity of 0.86, the concentration of water, 3.6 molar liter, the concentration of hydrogen atoms nitric 4. 1 X 10- 2 mole / liter Met Then, on the inclined film of an organic one inorganic composite graded film coated film obtained in Production Example 1, it was deposited on Kinurikoeki at Meyer bar, thickness evaporate the solvent of 4 5 nm photocatalyst A film was formed to produce a photocatalyst film.
  • a coating solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the content ratio of each component in the coating solution was changed as shown in Table 1, and a photocatalytic film was produced.
  • Table 1 shows the composition ratio of each coating solution
  • Table 2 shows the performance of the photocatalytic film.
  • the durability of the coating film was good, and there was almost no change in the composition after the weathering test.
  • a coating liquid was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amounts of water and acid to be added were changed, and the concentrations of water and acid in the coating liquid were changed as shown in Table 1. Produced.
  • Table 1 shows the composition ratio of each coating solution
  • Table 2 shows the performance of the photocatalytic film.
  • a coating solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the content ratio of each component in the coating solution was changed as shown in Table 1, and a photocatalytic film was produced.
  • Table 1 shows the properties of each coating solution, and Table 2 shows the performance of the photocatalytic film.
  • a coating solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that tetraethoxysilane was used instead of titanium tetraisopropoxide, and a photocatalytic film was produced.
  • Table 1 shows the properties of the coating solution and Table 2 shows the performance of the photocatalytic film.
  • the durability of the coating film was NG, and after the weathering test, the silica decreased and the composition changed. Comparative Example 5
  • a coating solution was prepared in the same manner as in Example 4 except that the partially hydrolyzed condensate of tetraalkoxysilane used in Comparative Example 4 was used instead of the colloidal silica in Example 4, and a photocatalytic film was produced. .
  • Table 1 shows the properties of the coating solution, and Table 2 shows the performance of the photocatalytic film.
  • a coating liquid was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amounts of water and acid to be added were changed, and the concentrations of water and acid in the coating liquid were changed as shown in Table 1. Produced.
  • Table 1 shows the composition ratio of each coating solution
  • Table 2 shows the performance of the photocatalytic film.
  • the stability or film formability of the coating solution was NG, and it was not worth evaluating the performance of the photocatalytic film.
  • the photocatalyst film which has excellent durability especially while being excellent in photocatalytic functions, such as superhydrophilicity and superhydrophilic maintenance performance in place, can be obtained. It can be suitably used for photocatalyst members such as.

Abstract

本発明は、超親水性、暗所での超親水維持性能などの光触媒機能に優れると共に、良好な耐久性を有する光触媒膜を有機基材上に形成することができ、かつ安定性に優れる光触媒塗工液、およびそれを用いて形成された光触媒膜に関し、(A)アナターゼ型結晶からなる酸化チタン微粒子、(B)コロイダルシリカおよび(C)チタンアルコキシドの加水分解・縮合物からなるバインダーを含み、かつ固形分全量に基づき、(A)成分含有量が5~50質量%、(B)成分含有量が、固形分として25~75質量%および(C)成分含有量が、TiO2換算固形分として10~55質量%である光触媒塗工液、および該塗工液を用いて形成されてなる光触媒膜を提供するものである。

Description

明 細 書 光触媒塗工液、 光触媒膜および光触媒部材 技術分野
本発明は、 光触媒塗工液、 光触媒膜および光触媒部材に関する。 さらに詳しく は、 本発明は、 特に超親水性、 喑所での超親水維持性能などの光触媒機能に優れ ると共に、 それらの機能を長期間にわたって保持し得る良好な耐久性を有する光 触媒膜を有機基材上に形成することができ、 かつ安定性に優れる光触媒塗工液、 それを用いて形成された上記性能を有する光触媒膜、 および該光触媒膜を表面に 有する防汚性フィルムなどの光触媒部材に関するものである。 背景技術
光触媒活性材料 (以下、 単に光触媒と称すことがある。 ) は、 そのバンドギヤ ップ以上のエネルギーの光を照射すると、 励起されて伝導帯に電子が生じ、 かつ 価電子帯に正孔が生じる。 そして、 生成した電子は表面酸素を還元してスーパー オキサイドァニオン ( · 02— ) を生成させると共に、 正孔は表面水酸基を酸化し て水酸ラジカル ( · Ο Η) を生成し、 これらの反応性活性酸素種が強い酸化分解 機能を発揮し、 光触媒の表面に付着している有機物質を高効率で分解することが 知られている。
このような光触媒の機能を応用して、 例えば脱臭、 防汚、 抗菌、 殺菌、 さらに は廃水中や廃ガス中の環境汚染上の問題となっている各種物質の分解 ·除去など が検討されている。
また、 光触媒のもう 1つの機能として、 該光触媒が光励起されると、 光触媒表 面は、 水との接触角が 1 0度以下となる超親水化を発現することも知られている
(例えば、 国際特許公開 9 6ノ 2 9 3 7 5号公報参照) 。 このような光触媒の超 親水化機能を応用して、 例えば高速道路の防音壁やトンネル内照明、 街路灯など に対する自動車の排ガスに含まれる煤などによる汚染防止用に、 あるいは自動車 のボディーコートやサイドミラー用フィルム、 防曇性、 セルフクリーニング性窓 ガラス用などに光触媒を用いることが検討されている。
このような光触媒としては、 これまで種々の半導体的特性を有する化合物、 例 えば二酸化チタン、 酸化鉄、 酸化タングステン、 酸化亜鉛などの金属酸化物、 硫 化力ドミゥムゃ硫化亜鉛などの金属硫化物などが知られているが、 これらの中で 、 二酸化チタン、 特にアナタ一ゼ型ニ酸化チタンは実用的な光触媒として有用で ある。 この二酸化チタンは、 太陽光などの 常光に含まれる紫外線領域の特定波 長の光を吸収することによって優れた光触媒活性を示す。
光触媒層をプラスチックなどの有機基材上に設ける場合、 光触媒を直接コーテ ィングすると、 光触媒作用により該有機基材が短時間で劣化するのを免れないと いう問題が生じる。 したがって、 例えばプラスチックフィルム上に光触媒層を有 する光触媒フィルムにおいては、 光触媒作用による基材フィルムの劣化を防止す るためと、 基材フィルムに対する密着性を向上させるために、 通常中間層が設け られている。 この中間層としては、 一般にシリコーン樹脂やアタリノレ変性シリコ ーン樹脂などからなる厚さ数 μ ιη程度のものが用いられている。
しかしながら、 これらの中間層は、 有機基材の劣化を防止する能力の持続性に 劣り、 有機基材が光触媒作用により、 短時間で劣化しやすいという問題を有して いる。
一方、 本発明者らは、 先に、 新規な機能性材料として種々の用途、 例えば塗膜 や、 有機材料と無機または金属材料との接着剤、 有機基材と光触媒塗膜との間に 設けられ、 有機基材の劣化を防止する中間膜や、 有機基材と無機系または金属系 材料層との密着性を向上させる中間膜などの用途に有用な、 厚さ方向に組成が連 続的に変化する有機ー 機複合傾斜材料を提案した (例えば、 特開 2 0 0 0— 3 3 6 2 8 1号公報参照) 。
この有機一無機複合傾斜材料は、 有機高分子化合物と金属系化合物との化学結 合物を含有する有機一無機複合材料であって、 該金属系化合物の含有率が材料の 厚み方向に連続的に変化する成分傾斜構造を有し、 上記の各種用途に有用な新規 な材料である。
基材上に光触媒層を形成させる方法としては、 例えば真空蒸着法、 スパッタリ ング法などの P V D法 (物理気相蒸着法) や金属溶射法などの乾式法、 塗工液を 使用する湿式法などが用いられる。 基材が有機基材である場合、 その耐熱性など の面から、 光触媒層の形成に乾式法を用いることは好ましくないことが多く、 ― 般的に塗工液を用いる湿式法が採用される。
塗工液を用いる湿式法においては、 通常適当な溶媒中に、 光触媒活性材料およ び必要に応じて用いられる光触媒促進剤や無機系バインダーなどを含む分散液か らなる塗工液を調製し、 この塗工液を基材に塗布し、 乾燥処理することにより、 光触媒層を形成する方法が用いられる。
前記塗工液に用いるバインダーとしては、 例えばアルコキシシランなどの加水 分解性ケィ素化合物の加水分解生成物が開示されている (例えば、 特開 2 0 0 0 - 8 6 9 3 8号公報、 特開 2 0 0 2— 1 4 6 2 8 3号公報参照) 。 しかしながら
、 このようなバインダーを用いた光触媒層は耐水性に劣り、 水によりバインダー であるシリカが溶出し、 またそれに伴い光触媒である酸化チタン粒子などが脱落 しゃすくなり、 その結果光触媒機能が低下するなどの問題がある。
また、 加水分解 14チタン化合物の加水分解、 縮合により形成された反応の終結 していない酸化チタンのゾルと、 反応の終結した酸化物微粒子、 例えば酸化チタ ン微粒子やコロイダルシリ力などを含む塗工液を基板表面に塗布成膜したのち、
2 5 0〜8 5 0 °Cで焼成して光触媒膜を形成する方法が開示されている (例えば
、 特許第 3 3 1 7 6 6 8号公報参照) 。 しかしながら、 この方法では、 増粘成分 として使用される二トロセルロースを燃焼させるために高温の焼成温度を必要と し、 有機基材上に光触媒膜を形成しにくいという問題がある。 例えば、 有機基材 上に光触媒膜を形成させるために、 塗膜を 2 0 0 °C以下の温度で熱処理した場合 には、 増粘成分が塗膜中に多量に残留してドライ膜が得られず、 その結果、 タツ キングを起こすこと等、 十分な塗膜の強度が得られないものと予想される。 さらに、 酸化チタンゾルと安定化チタンアルコキシドを含む塗工液から得られ た光触媒膜を耐熱性基体表面に有する光触媒構造体が開示されている (例えば、 特開平 9— 2 4 8 4 6 7号公報参照) 。 この場合、 光触媒膜はチタン化合物のみ からなるため、 セルフクリーニング材料として必要な暗所保持時の超親水維持性 能がほとんど発現しないという問題がある、 また、 チタンアルコキシドの安定化 剤として、 キレート環を生成するグリコール類若しくは —ジケトン類が使用さ れており、 したがって、 光触媒膜の形成には、 成膜後、 3 5 0 ~ 7 5 0 °Cの温度 で焼成が行われている。 有機基材上に光触媒膜を形成しょうとして、 該基材の耐 熱温度以下 (例えば 2 0 0 °C以下) で塗膜を熱処理した場合、 前記安定化剤が光 触媒膜中に残存し、 該光触媒膜の機能およびその他物性に悪影響を及ぼすなどの 問題が生じる。
特開平 i 0— 2 3 7 3 5 3号公報では、 アモルファス型チタン酸化物とケィ素 酸化物と光触媒とを含む親水性コーティング剤が開示されているが、 ここでいう アモルファス型チタン酸化物とは、 実質、 アモルファス型の過酸化チタン T i O 3を指しており、 1 0 0 °C程度の比較的低温で結晶化しアナターゼ型チタン酸化 物に変化しやすいものである。
また各種有機基材等に光触媒膜を形成するために、 有機溶剤に上記親水性コ一 ティング剤のゾルを分散させようとすると、 直ちにゾルが凝集を引き起こし、 成 膜しても均質かつ平滑な膜は得られない。 この為、 上記親水性コーティング剤の 分散媒は実質水系とする必要があるが、 得られた塗工液自体の表面エネルギーが 高い故に、 塗布される基材の材質が限定され、 特に各種有機基材など比較的表面 エネルギーの低い基材に対しては、 前処理工程が必要になるなど汎用性に欠ける と予想される。 発明の開示
本発明は、 このような事情のもとで、 特に超親水性、 暗所での超親水維持性能 などの光触媒機能に優れると共に、 それらの機能を長期間にわたって保持し得る 良好な耐久性を有する光触媒膜を有機基材上に形成することができ、 かつ安定性 に優れる光触媒塗工液、 それを用いて形成された上記性能を有する光触媒膜、 お よび該光触媒膜を表面に有する光触媒部材を提供することを目的とするものであ る。
本発明者らは、 前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、 特定の組成 を有する塗工液が、 成膜後、 2 0 0 °C以下で保持処理しても、 前記の性能を有す る光触媒膜を与えることができ、 かつ安定性も良好であり、 この塗工液によって その目的を達成し得ることを見出し、 この知見に基づいて本発明を完成するに至 つた。
すなわち、 本発明は、
(1) (A) アナターゼ型結晶を主成分とする酸化チタン微粒子、 (B) コロ ィダルシリカおよび (C) チタンアルコキシドの加水分解 '縮合物からなるバイ ンダーを含み、 かつ固形分全量に基づき、 (A) 成分含有量が 5〜50質量%、 (B) 成分含有量が、 固形分として 25〜75質量。 /0および (C) 成分含有量が 、 T i 02換算固形分として 10〜55質量%であることを特徴とする光触媒塗 ェ液、
(2) 溶剤として、 エチレングリコールモノアルキルエーテル類、 またはェチレ ングリコールモノアルキルエーテル類と炭素数 4以下のモノアルコール類との混 合物を含む上記 (1) 項に記載の光触媒塗工液、
(3) 溶剤として、 エチレングリコールモノアルキルエーテル類と炭素数4以下 のモノアルコール類を、 質量比 10 : 0ないし 4 : 6の割合で含む上記 (2) 項 に記載の光触媒塗工液、
(4) 上記 (1) ないし (3) 項のいずれか 1項に記載の光触媒塗工液を用いて 形成されたことを特徴とする光触媒膜、
(5) 有機基材上に光触媒塗工液を用いて成膜された塗膜を、 200°C以下の温 度で保持処理してなる上記 (4) 項に記載の光触媒膜、
(6) 有機基材上に中間膜を介して形成されてなる上記 (5) 項に記載の光触媒 膜、
(7) 中間膜が、 有機一無機複合傾斜膜である上記 (6) 項に記載の光触媒膜、 および
(8) 上記 (4) ないし (7) 項のいずれか 1項に記載の光触媒膜を表面に有す ることを特徴とする光触媒部材、
を提供するものである。 本発明によれば、 特に超親水性、 喑所での超親水維持性能などの光触媒機能に 優れると共に、 それらの機能を長期間にわたって保持し得る良好な耐久性を有す る光触媒膜を有機基材上に形成することができ、 かつ安定性に優れる光触媒塗工 液、 それを用いて形成された上記性能を有する光触媒膜、 および該光触媒膜を表 面に有する光触媒部材を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の光触媒塗工液は、 (A) アナターゼ型結晶を主成分とする酸化チタン 微粒子、 (B ) コロイダルシリカおよび (C) チタンアルコキシドの加水分解 ' 縮合物からなるバインダーを含む塗工液である。
前記 (A) 成分のアナターゼ型結晶を主成分とする酸化チタン微粒子 (以下、 アナターゼ結晶酸化チタン粒子と称すことがある。 ) は、 光触媒粒子であり、 少 量のルチル型結晶が混在していてもよく、 また、 窒化チタンや低次酸化チタン等 を一部含む可視光応答型の光触媒粒子も使用することができる。 このアナターゼ 結晶酸化チタン粒子の平均粒子径は、 1〜5 0 0 n mの範囲が好ましく、 1〜1
0 0 n mの範囲がより好ましく、 l〜5 0 n mの範囲が優れた光触媒機能を有す るために最も好ましい。 上記平均粒子径は、 レーザー光を利用した散乱法によつ て測定することができる。
また、 当該酸化チタン粒子の内部および/またはその表面に、 第二成分として
、 V、 F e、 C o、 N i、 C u、 Z n、 R u、 R h、 P d、 A g、 P tおよび A uの中から選ばれる少なくとも 1種の金属および または金属化合物を含有させ ると、 一層高い光触媒機能を有するため好ましい。 前記の金属化合物としては、 例えば、 金属の酸化物、 水酸化物、 ォキシ水酸化物、 硫酸塩、 ハロゲン化物、 硝 酸塩、 さらには金属イオンなどが挙げられる。 第二成分の含有量はその物質の種 類に応じて適宜選定される。
このアナターゼ結晶酸化チタン粒子は、 従来公知の方法によつて製造すること ができるが、 塗工液中に均質に分散させるために酸化チタンゾルの形態で用いる のが有利である。 該酸化チタンゾルを製造するには、 例えば粉末状のアナターゼ 結晶酸化チタンを酸やアルカリの存在下で解こうさせてもよいし、 粉砕によって 粒子径を制御してもよい。 また、 硫酸チタンや塩化チタンを熱分解あるいは中和 分解して得られる含水酸化チタンを物理的、 化学的な方法で結晶子径、 粒子径の 制御を行ってもよい。 さらにゾル液中での分散安定性を付与するために、 分散安 定剤を使用することができる。
本発明の光触媒塗工液において、 (B ) 成分として用いられるコロイダルシリ 力は光触媒膜に、 暗所保持時においても超親水維持性能を発現させる作用を有し ている。
光触媒は、 紫外線などの光の照射によって、 その表面に存在する有機物質を分 解する性質や、 超親水化を発現するが、 暗所では、 一般にこのような光触媒機能 が発現されない。 し力 し、 本発明のように、 光触媒膜中にコロイダルシリカを含 有させることにより、 該光触媒膜は、 喑所でも超親水維持性能を発現する。
このコロイダルシリカは、 高純度の二酸化ケイ素 (S i 0 2 ) を水性媒体に分 散させてコロイド状にした製品であって、 平均粒子径は、 通常 l〜2 0 0 n m、 好ましくは 5〜5 0 n mの範囲である。 シリカゾルや、 シリコンアルコキシドの 加水分解 ·縮合物では、 反応が終結していないので、 水で溶出されやすく、 それ を含む光触媒膜は耐水性に劣る。 一方、 コロイダノレシリカは、 反応終結微粒子で あるため、 水で溶出されにくく、 それを含む光触媒膜は、 耐水性が良好なものと なる。
本発明の光触媒塗工液において、 (C) 成分として用いられるチタンアルコキ シドの加水分解 ·縮合物は、 耐水性のバインダ一として機能するものである。 前記チタンアルコキシドとしては、 アルコキシル基の炭素数が 1〜4のチタン テトラアルコキシドが好ましく用いられる。 このチタンテトラアルコキシドにお いては、 4つのアルコキシル基は、 たがいに同一でも異なっていてもよいが、 入 手の容易さなどの点から、 同一のものが好ましく用いられる。 該チタンテトラァ ノレコキシドの例としては、 チタンテトラメ トキシド、 チタンテトラエトキシド、 チタンテトラー η—プロポキシド、 チタンテトライソプロポキシド、 チタンテト ラー η—ブトキシド、 チタンテトライソブトキシド、 チタンテトラー sec—ブト キシドおよびチタンテトラー tert—ブトキシドなどが挙げられる。 これらは 1種 を単独で用いてもよいし、 2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明においては、 前記チタンアルコキシドを加水分解 ·縮合させてバインダ 一を形成させるが、 この加水分解 '縮合反応は、 後述の有機溶剤中において、 例 えばチタンテトラアルコキシドに対して、 好ましくは 0 . 5〜 4倍モル、 より好 ましくは 1〜 3倍モルの水を用い、 塩酸、 硫酸、 硝酸などの無機酸の存在下、 通 常 0〜 7 0 °C、 好ましくは 2 0〜 5 0 °Cの範囲の温度において行うことができる 本発明でいうチタンアルコキシドの加水分解 ·縮合物からなるバインダーは、 少なからず有機未反応基が含まれた T i O x C n Hm構造を有しており、 有機基材 の燃焼温度以下では結晶化が起こりにくい。 すなわち 2 0 0 °C以下においてはァ モルファス形態を維持し、 結晶化に伴う塗膜の脆弱化などが起こらないものであ つて、 例えば、 過酸化チタンからなるアモルファス型チタン酸化物とは本質的に 異なるものである。
本発明の光触媒塗工液においては、 該塗工液における各粒子の分散安定性など の塗工液安定性の点から、 溶剤として、 エチレングリコールモノアルキルェ一テ ル類、 またはエチレングリコールモノアルキルエーテル類と炭素数 4以下のモノ アルコール類との混合物を含むことが好ましい。
前記エチレングリコールモノアルキルエーテル類としては、 例えばエチレング リコールモノメチルエーテル、 エチレングリコールモノェチルエーテル、 ェチレ ングリコ一ルモノプロピルエーテル、 エチレングリコールモノブチルエーテルな どのセ口ソルブ系溶剤を挙げることができる。 これらは 1種を単独で用いてもよ く、 2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、 このエチレングリコールモノアルキルエーテノレ類と併用することができ る炭素数 4以下のモノアルコーノレ類としては、 例えばメタノール、 エタノール、 n—プロパノーノレ、 イソプロパノーノレ、 n—ブタノーノレ、 イソブタノーノレ、 sec ーブタノ一ル、 tert—ブタノールなどが挙げられる。 これらは 1種を単独で用い てもよく、 2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記、 分散媒であるエチレングリコールモノアルキルエーテル類あるいは炭素 数 4以下のモノアルコール類との混合物は、 基材を選ばず、 特に各種有機基材と のぬれ性は良好で、 成膜することが容易である。
塗工液は、 ゲル化や沈殿物の生成を引き起こし易く、 安定性に問題を生じたり
、 また成膜時に白味を帯びて透明性が失われたりする場合があるため、 前記、 ェ チレングリコールモノアルキルエーテノレ類とモノアルコール類は、 質量比 10 : 0ないし 4 : 6の割合が好ましい。
さらに、 本発明の光触媒塗工液においては、 添加した粒子の凝集などを防ぎ、 塗工液を安定化させ、 均質かつ平滑な塗膜を得るために、 光触媒塗工液中の水の 濃度を Xモル/リットル、 無機酸の水素原子濃度を Yモル リットルとした場合 、 関係式
D>Y〉E · · · (a)
0. 019く Yく 0. 3 · · ■ (b)
1 <X< 14 · ■ · (c)
(ただし、
D= 1. 46 X 10— 2X2— 4. 06 X 10— 2X+ 3. 93 X 10~2 E = - 0. 04 X 10~2X2+ 1. 66 X 10— 2X— 2. 88 X 10— 2 である。 )
を満たすことが好ましい。
X 14では均質かつ平滑な膜を得にくくなり、 また、 Xく 14であっても、 上記関係式 (a) 〜 (b) を満たさない場合には、 塗工液の安定性が悪くなるこ とがある。
本発明の光触媒塗工液の調製方法としては特に制限はないが、 例えば以下のよ うにして調製することができる。
まず、 エチレングリコールモノアルキルエーテル類、 またはエチレングリコー ルモノアルキルエーテノレ類と炭素数 4以下のモノアルコール類との混合物からな る有機溶剤中に > 所定量のチタンアルコキシドに対して 0. 5〜 4倍モル、 好ま しくは 1〜3倍モルの水と、 所定量の無機酸を加え、 0〜70°C程度、 好ましく は 20〜 50°Cの温度において、 チタンアルコキシドの加水分解 ·縮合反応を行 つたバインダー液を添加後、 所定量のアナターゼ結晶酸化チタンゾルとコロイダ ルシリカを加え、 均質に分散させることにより、 本発明の光触媒塗工液を調製す ることができる。
このようにして調製された光触媒塗工液を適当な基材上に、 公知の方法、 例え ばディップコート法、 スピンコート法、 スプレーコート法、 バーコート法、 ナイ フコート法、 ロールコート法、 ブレードコート法、 ダイコート法、 グラビアコー ト法などにより塗布し、 成膜したのち、 自然乾燥または加熱乾燥することにより
、 本発明の光触媒膜が得られる。 加熱乾燥する場合は、 2 0 0 °C以下の温度を採 用することができる。 このように、 成膜したのち、 低温での保持処理により、 形 成された光触媒膜は、 十分な光触媒機能を発現し得るので、 基材としては、 例え ばセラミックス、 ガラス、 金属、 合金などの耐熱性に優れる無機基材の他に、 耐 熱性に劣る有機基材も好適に用いることができる。
上記有機基材としては、 例えばポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂 、 ポリスチレンや A B S樹脂などのスチレン系樹脂、 ポリエチレンやポリプロピ レンなどのォレフィン系樹脂、 ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフ タレートなどのポリエステル系樹脂、 6—ナイロンや 6, 6—ナイロンなどのポ リアミ ド系樹脂、 ポリ塩化ビュル系樹脂、 ポリカーボネート系樹脂、 ポリフエ二 レンサルファイド系樹脂、 ポリフエ二レンエーテル系樹脂、 ポリイミ ド系樹脂、 セルロースァセテ一トなどのセルロース系樹脂などからなる基材を挙げることが できる。
なお、 本発明における有機基材は、 有機系材料以外の材料、 例えば金属系材料
、 ガラスやセラミックス系材料、 その他各種無機系材料からなる基材の表面に、 有機系塗膜を有するものも包含する。
このような有機基材上に直接光触媒膜を形成すると、 該光触媒膜の光触媒作用 により、 有機基材は短期間で劣化するため、 通常有機基材と光触媒膜との間に、 有機基材の劣化を抑制するための中間膜が介挿される。 この中間膜としては、 こ れまで各種中間膜、 例えばシリコーン樹脂膜、 アクリル変性シリコーン樹脂膜、 有機一無機複合傾斜膜などが知られているが、 本発明においては、 有機基材およ ぴ光触媒膜との密着性および有機基材の劣化防止性などの点から、 有機一無機複 合傾斜膜が好ましく用いられる。
この有機一無機複合傾斜膜は、 有機高分子化合物と金属酸化物系化合物とが化 学的に結合した複合体を含み、 かつ金属成分の含有率が該膜の厚み方向に連続的 に変化する成分傾斜構造を有するものである。 このような複合傾斜膜は、 (X) 分子中に加水分解により金属酸化物と結合し得る金属含有基 (以下、 加水分解性 金属含有基と称すことがある。 ) を有する有機高分子化合物と共に、 (Y) 加水 分解により金属酸化物を形成し得る金属含有化合物を加水分解処理してなるコー ティング剤を用いて形成させることができる。
前記 (X) 成分の加水分解性金属含有基を有する有機高分子化合物は、 例えば ( a ) 加水分解性金属含有基を有するエチレン性不飽和単量体と、 (b ) 金属を 含まないェチレン性不飽和単量体を共重合させることにより、 得ることができる 上記 (X) ( a ) 成分である加水分解性金属含有基を有するエチレン性不飽和 単量体としては、 一般式 (I )
R1
CH2 =C— COO— A— M1— R2 K-I ' ( I )
(式中、 R 1は水素原子またはメチル基、 Aはアルキレン基、 好ましくは炭素数 1〜4のアルキレン基、 R 2は加水分解性基または非加水分解性基であるが、 そ の中の少なくとも 1つは加水分解により、 (Y) 成分と化学結合しうる加水分解 性基であることが必要であり、 また、 R 2が複数の場合には、 各 R 2はたがいに 同一であってもよいし、 異なっていてもよく、 M 1はケィ素、 チタン、 ジルコ二 ゥム、 インジウム、 スズ、 アルミニウムなどの金属原子、 kは金属原子 M1の価 数である。 )
で表される基を挙げることができる。
上記一般式 (I ) において、 R 2のうちの加水分解により (Y ) 成分と化学結 合しうる加水分解性基としては、 例えばアルコキシル基、 イソシァネート基、 塩 素原子などのハロゲン原子、 ォキシハロゲン基、 ァセチルァセトネート基、 水酸 基などが挙げられ、 一方、 (Y) 成分と化学結合しない非加水分解性基としては 、 例えば低級アルキル基などが好ましく挙げられる。
一般式 (I ) における一
Figure imgf000012_0001
で表される金属含有基としては、 例えば、 トリメ トキシシリル基、 トリエトキシシリル基、 トリ一 n—プロポキシシリル基
、 トリイソプロボキシシリル基、 トリー n—ブトキシシリル基、 トリイソブトキ シシリル基、 トリ— s e c —ブトキシシリル基、 トリ一 t e r t—ブトキシシリ ル基、 トリクロロシリル基、 ジメチルメ トキシシリル基、 メチルジメ トキシシリ ル基、 ジメチルクロロシリル基、 メチルジクロロシリル基、 トリイソシアナトシ リル基、 メチルジイソシアナトシリル基など、 トリメ トキシチタニウム基、 トリ エトキシチタニウム基、 トリー n—プロポキシチタニウム基、 トリイソプロポキ シチタニウム基、 トリ _ n—ブトキシチタニウム基、 トリイソブトキシチタユウ ム基、 トリ一 s e c _ブトキシチタニウム基、 トリー t e r t—ブトキシチタ二 ゥム基、 トリクロ口チタニウム基、 さらには、 トリメ トキシジルコニウム基、 ト リエトキシジルコユウム基、 トリー n—プロポキシジルコニウム基、 トリイソプ 口ポキシジルコニウム基、 トリ _ n—ブトキシジルコニウム基、 トリイソブトキ シジルコニウム基、 トリ一 s e c—ブトキシジルコニウム基、 トリ一 t e r t— ブトキシジルコニウム基、 トリクロ口ジルコニウム基、 またさらには、 ジメ トキ シアルミニウム基、 ジエトキシアルミニウム基、 ジ— n—プロポキシアルミユウ ム基、 ジイソプロポキシアルミニウム基、 ジー n—ブトキシアルミニウム基、 ジ イソブトキシァノレミニゥム基、 ジー s e c—ブトキシアルミユウム基、 ジー t e r t—ブトキシアルミニウム基、 トリクロ口アルミニウム基などが挙げられる。 この (a ) 成分のエチレン性不飽和単量体は 1種用いてもよいし、 2種以上を 組み合わせて用いてもよい。
一方、 上記 (b ) 成分である金属を含まないエチレン性不飽和単量体としては 、 例えば一般式 (II)
R3
CH2 =C— X
(式中、 R 3は水素原子またはメチル基、 Xは一価の有機基である。 ) で表されるエチレン性不飽和単量体、 好ましくは一般式 (I I一 a )
R3
CH2 =C— COOR4 · ( I卜 a )
(式中、 R 3は前記と同じであり、 R 4は炭化水素基を示す。 )
で表されるエチレン性不飽和単量体、 あるいは上記一般式 (Π— a ) で表される エチレン性不飽和単量体と、 必要に応じて添加される密着性向上剤としての一般 式 (II一 b ) R5
CH2 =C— COOR6 ' ( U - b )
(式中、 R 5は水素原子またはメチル基、 R 6はエポキシ基、 ハロゲン原子若し くはエーテル結合を有する炭化水素基を示す。 )
で表されるエチレン性不飽和単量体との混合物を挙げることができる。
上記一般式 (Π— a ) で表されるエチレン性不飽和単量体において、 R 4で示 される炭化水素基としては、 炭素数 1〜1 0の直鎖状若しくは分岐状のアルキル 基、 炭素数 3〜1 0のシクロアルキル基、 炭素数 6〜1 0のァリール基、 炭素数 7〜1 0のァラルキル基を好ましく挙げることができる。 炭素数 1〜1 0のアル キル基の例としては、 メチル基、 ェチル基、 n—プロピル基、 イソプロピル基、 および各種のブチル基、 ペンチル基、 へキシル基、 ォクチル基、 デシル基などが 挙げられる。 炭素数 3〜 1 0のシクロアルキル基の例としては、 シクロペンチル 基、 シクロへキシル基、 メチルシクロへキシル基、 シクロォクチル基などが、 炭 素数 6〜1 0のァリール基の例としては、 フエニル基、 トリノレ基、 キシリル基、 ナフチル基、 メチルナフチル基などが、 炭素数 7〜1 0のァラルキル基の例とし ては、 ベンジル基、 メチルベンジル基、 フエネチチル基、 ナフチルメチル基など が挙げられる。
この一般式 (II一 a ) で表されるエチレン性不飽和単量体の例としては、 メチ ル (メタ) アタリレート、 ェチル (メタ) アタリレート、 プロピル (メタ) ァク リレート、 ブチル (メタ) アタリレート、 へキシル (メタ) アタリレート、 2— ェチルへキシノレ (メタ) アタリレート、 シクロへキシル (メタ) アタリレート、 フエニル (メタ) アタリレート、 ベンジル (メタ) アタリレートなどが挙げられ る。 これらは単独で用いてもよいし、 2種以上を組み合わせて用いてもよい。 前記一般式 (Π— b ) で表されるエチレン性不飽和単量体において、 R 6で示 されるエポキシ基、 ハロゲン原子若しくはエーテル結合を有する炭化水素基とし ては、 炭素数 1〜1 0の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、 炭素数 3〜 1 0の シクロアルキル基、 炭素数 6〜 1 0のァリール基、 炭素数 7〜 1 0のァラルキル 基を好ましく挙げることができる。 上記置換基のハロゲン原子としては、 塩素原 子および臭素原子がよい。 上記炭化水素基の具体例としては、 前述の一般式 (II 一 a ) における R 4の説明において例示した基と同じものを挙げることができる 前記一般式 (Π— b ) で表されるエチレン性不飽和単量体の例としては、 ダリ シジル (メタ) アタリ レート、 3—グリシドキシプロピル (メタ) アタリレート 、 2 _ ( 3 , 4—エポキシシクロへキシル) ェチル (メタ) アタリレート、 2— クロロェチノレ (メタ) アタリ レート、 2—ブロモェチノレ (メタ) アタリレートな どを好ましく挙げることができる。
また、 前記一般式 (II) で表されるエチレン性不飽和単量体としては、 これら 以外にもスチレン、 α—メチノレスチレン、 α—ァセトキシスチレン、 m—、 o - または p—ブロモスチレン、 m—、 o _または p—クロロスチレン、 m—、 o— または p—ビュルフエノール、 1一または 2—ビエルナフタレンなど、 さらには エチレン性不飽和基を有する重合性高分子用安定剤、 例えばエチレン性不飽和基 を有する、 酸化防止剤、 紫外線吸収剤および光安定剤なども用いることができる 。 これらは単独で用いてもよいし、 2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、 一般式 (Π— a ) で表されるエチレン性不飽和単量体と一般式 (II一 b ) で表されるエチレン性不飽和単量体とを併用する場合は、 前者のエチレン性不 飽和単量体に対し、 後者のエチレン性不飽和単量体を 1〜 1 0 0モル%の割合で 用いるのが好ましい。
前記 (a ) 成分の加水分解性金属含有基を有するエチレン性不飽和単量体と ( b ) 成分の金属を含まないエチレン性不飽和単量体とを、 ラジカル重合開始剤の 存在下、 ラジカル共重合させることにより、 (X) 成分である加水分解性金属含 有基を有する有機高分子化合物が得られる。
一方、 (Y) 成分の加水分解により金属酸化物を形成し得る金属含有化合物 ( 加水分解性金属含有化合物) としては、 一般式 (III) R7 m.nM2R8n ■ - ( I N )
(式中の R 7は非加水分解性基、 R 8は加水分解性基、 M2は金属原子を示し、 m は金属原子 M 2の価数であり、 nは 0 < n mの関係を満たす整数である。 ) で表される化合物又はその縮合ォリゴマーが用いられる。 上記一般式 (III) において、 R 7が複数ある場合は、 複数の R 7は同一であつ ても異なっていてもよく、 R 8が複数ある場合、 複数の R 8は同一であっても異 なっていてもよい。 R 7で示される非加水分解性基としては、 例えばアルキル基 、 ァリール基、 アルケニル基などが好ましく挙げられ、 R 8で示される加水分解 性基としては、 例えば水酸基、 アルコキシル基、 イソシァネート基、 塩素原子な どのハロゲン原子、 ォキシハロゲン基、 ァセチルァセトネート基などが挙げられ る。 また、 M2で示される金属原子としては、 例えばケィ素、 チタン、 ジノレコニ ゥム、 インジウム、 スズ、 アルミニウムなどが挙げられる。
この一般式 (ΠΙ) で表される化合物又はその縮合オリゴマーとしては、 例え ばテトラメ トキシシラン、 テトラエトキシシラン、 テトラ一 n—プロポキシシラ ン、 テトライソプロポキシシラン、 テトラー n—ブトキシシラン、 テトライソブ トキシシラン、 テトラー s e c—ブトキシシラン、 テトラー t e r t—ブトキシ シランなど、 並びにこれらに対応するテトラアルコキシチタンおよびテトラアル コキシジルコニウム、 さらにはトリメ トキシアルミニウム、 トリエトキシアルミ 二ゥム、 トリー n—プロポキシアルミニウム、 トリイソプロポキシアルミェゥム 、 トリ一 n—ブトキシアルミエゥム、 トリイソブトキシアルミニウム、 トリ一 s e c—ブトキシアルミニウム、 トリー t e r t—ブトキシアルミニウムなどの金 属アルコキシド、 あるいは金属アルコキシドオリゴマー、 例えば市販品のアルコ キシシランオリゴマーである 「メチルシリケート 5 1」 、 「ェチルシリケート 4 0」 (いずれもコルコート社製商品名) 、 「M S— 5 1」 、 「M S— 5 6」 (い ずれも三菱化学社製商品名) など、 さらにはテトライソシアナトシラン、 メチル トリイソシアナトシラン、 テトラクロロシラン、 メチノレトリクロロシランなどが 挙げられるが、 この (Y) 成分としては、 金属のアルコキシドが好適である。 本発明においては、 この加水分解性金属含有化合物は、 1種を単独で用いても よく、 2種以上を混合して用いてもよい。
本発明においては、 アルコール、 ケトン、 エーテルなどの適当な極性溶剤中に おいて、 前記 (X) 成分の有機高分子化合物および (Y) 成分である少なくとも
1種の加水分解性金属含有化合物からなる混合物を塩酸、 硫酸、 硝酸などの酸、 あるいは固体酸としてのカチオン交換樹脂を用い、 通常 0 ~ 1 0 0 °C、 好ましく は 2 0〜6 0 °Cの温度にて加水分解処理し、 固体酸を用いた場合には、 それを除 去したのち、 さらに、 所望により溶剤を留去または添加し、 塗布するのに適した 粘度に調節して塗工液からなるコーティング剤を調製する。 温度が低すぎる場合 は加水分解が進まず、 高すぎる場合は逆に加水分解 ·重合反応が速く進みすぎ、 制御が困難となり、 その結果得られる傾斜塗膜の傾斜性が低下するおそれがある 無機成分は、 その種類によっては塗工液調製後も、 加水分解、 重縮合が徐々に 進行して塗布条件が変動する場合があるので、 塗工液に不溶の固体の脱水剤、 例 えば無水硫酸マグネシゥムなどを添加することにより、 ポットライフの低下を防 止することができる。 この場合、 塗工液は、 該脱水剤を除去してから、 塗布に用 いる。
次に、 このようにして得られた塗工液からなるコーティング剤を、 有機基材表 面に乾燥後の平均厚みが 4 0 - 3 0 0 n mの範囲になるように、 ディップコ一ト 法、 スピンコート法、 スプレーコート法、 バーコ一ト法、 ナイフコート法、 ロー ルコート法、 ブレードコート法、 ダイコート法、 グラビアコート法などの公知の 手段により塗膜を形成し、 公知の乾燥処理、 例えば 4 0〜1 5 0 °C程度の温度で 加熱乾燥処理することにより、 所望の有機一無機複合傾斜膜が形成される。 この複合傾斜膜の平均厚みが 4 0 n m未満では中間膜としての機能が充分に発 揮されないし、 3 0 0 n mを超えるとクラックなどが発生するおそれがある。 このようにして形成された有機一無機複合傾斜膜においては、 表面層は、 複合 膜中の金属成分の含有率はほぼ 1 0 0 %であって、 基材方向に逐次減少していき 、 基材近傍ではほぼ 0 %となる。 すなわち、 該有機一無機複合傾斜膜は、 実質上 、 有機基材に当接している面が有機高分子化合物成分のみからなり、 もう一方の 開放系面が金属酸化物系化合物成分のみからなっている。
本発明においては、 このようにして形成された有機一無機複合傾斜膜上に、 前 述の本発明の光触媒塗工液を塗布、 成膜したのち、 2 0 0 °C以下の温度で保持処 理して、 光触媒膜を設けることができる。 この光触媒膜の厚みは、 通常 1 0 n m
〜 5 / mの範囲で選定される。 この厚みが 1 0 n m未満では光触媒機能が十分に 発揮されないし、 5 / mを超えると厚みの割には光触媒機能の向上効果が認めら れず、 むしろクラックが生じたりする原因となる。 好ましい厚みは 3 0 n m〜3 μ mであり、 特に 3 0 n m〜 1 μ mの範囲が好ましい。
このようにして形成された本発明の光触媒膜は、 特に超親水性、 喑所での超親 水性維持性能などの光触媒機能に優れると共に、 耐水性や機械的強度が良好であ つて、 上記機能を長期間にわたって保持し得る良好な耐久性を有している。 本発明はまた、 表面に前記光触媒膜を有する光触媒部材をも提供する。 この光 触媒部材は、 その形状については特に制限はなく、 例えばフィルム、 シート、 板 状体、 その他各種形状の構造体など、 いずれであってもよい。 該光触媒部材は、 例えば防汚性部材などとして、 各種用途に好適に用いられる。
本発明の光触媒部材がフィルム状である場合、 例えば自動車、 鉄道、 船舶など の各種輸送機器のボディー、 窓ガラスやミラー、 住宅、 ビル、 マンションその他 建築物や、 天窓、 明り取り窓を含む種々用途の窓、 店舗のショーウィンドウゃ自 動販売機、 監視カメラ、 太陽電池、 道路照明、 航空誘導灯などの各種カバーガラ ス、 透明ウォール、 ステンドグラス、 道路案内標識や料金表、 交通機関の乗り場 案内標識や時刻表、 各種会場や施設案内標識、 内照式交通標識、 LED交通標識、 LED案内標識などの各種標識、 内照設置型店舗看板、 内照移動型店舗看板、 各種 ビル袖看板、 駅立て、 野立て、 ロードサイドなどの各種自立型看板、 EL発光表示 型看板、 LED式看板、 テント看板、 ネオンサイン看板、 電柱看板の各種看板、 道 路用反射板、 道路用反射ポールなどの各種反射板、 高速道路などの遮音板、 カー ポート、 風雨よけ、 ベランダカバー、 自動車ミラー、 カーブミラー、 浴室鏡、 各 種ラベルやステッカー類、 各種塗装板あるいは冷凍 ·冷蔵ショーケースや温室な どの内側に貼付することにより、 その貼り付け対象物の汚れ防止、 水滴付着防止 、 視認性向上、 滑雪性付与、 内部空間の微量有害物質の分解およびガラス破損時 の飛散防止などの効果を発揮する。
また、 抗菌機能を利用して、 食品包装用のラップフィルムとして、 あるいは飲 料水保存ブラスチック容器の内面貼付用などとして用レ、ることができる。
(実施例)
次に、 本発明を、 実施例によりさらに詳細に説明するが、 本発明は、 これらの 例によってなんら限定されるものではない。 なお、 各例で得られた光触媒フィルムの性能は、 以下に示す方法に従って評価 した。
(1) 塗工液の安定性
光触媒液を作成から 1週間後の塗工液の外観を目視観察により以下の様に評価し た。
〇:透明性を有している。 X :ゲル化あるいは沈殿物を生じ著しく白濁している
(2) 成膜性
作成した光触媒フィルムの成膜性を目視観察により以下の様に評価した。 〇:透明性を維持しており良好。 X : 白味を帯び濁っている。
( 3 ) 喑所での接触角 10度未満の親水維持性能確認試験
紫外線を照射して十分に超親水性を発現させたサンプルを喑所に保管して、 所 定時間ごとに取り出し、 水接触角計 [エルマ販売 (株) 製の水接触角測定器 「G 一 1一 1000」 温度: 25°C、 湿度: 50 %] で測定した。 接触角が 10度未 満の場合を超親水維持性能発現期間とし、 10°Cを超過するのに要した日数を喑 所での超親水性維持日数とした。
(4) 親水化速度測定
(3) の試験を実施したのち、 接触角値が 20° を超過したものについて、 lm W/cm2の紫外線を照射し、 紫外線照射時間に対してその時点で示す接触角値 の逆数 (lZd e g) をプロットすることにより、 その傾きを親水化速度定数と し親水化速度を求めた。
(5) 鉛筆硬度試験
J I S K5400に準拠し、 荷重 100 gにて鉛筆引つ搔き試験を行った。 測定回数全 5回のうち、 3回以上傷がついた場合に、 その 1ランク下の硬度を塗 膜の硬度とした。
(6) 塗膜耐久性
J I S K 7350に準じたカーボンアーク式サンシャインウエザーメータ 試験機 [試験機:スガ試験機 (株) 社製サンシャインウエザーメータ 「S 300
」 ] により、 促進試験 (サイクル:照射 102分間、 照射 +降雨 18分間の 2時 間 1サイクル、 ブラックパネル温度: 63 ± 3 °C、 相対湿度: 55 ± 5 %) を 3 00時間実施し、 耐候試験前後で塗膜中のチタン原子、 シリコン原子の量を蛍光 X線測定 [R i g a k u Z SX 100 e、 X線管 R h、 感電圧 50 k V、 管電 流 60mA] による各強度値から求め、 強度値の変化量から各原子の減少量を算 出して、 塗膜の耐久性を評価した。 すなわち、 減少率が低いほど塗膜の耐久性が 高レ、。
製造例 1
有機一無機複合傾斜膜付きフィルムの作製
メチルメタクリ レート 10. 9 gおよび y—メタタリロキシプロピルトリメ ト キシシラン 1. 36 gの混合溶液に、 2, 2' ーァゾビスイソブチロニトリル 0 . l gを溶解させた後、 撹拌しながら 75°Cで 3時間反応させて、 ゲ^/パーミエ ーシヨンクロマトグラフィー (GPC) 法によるポリスチレン換算の重量平均分 子量が約 7万の共重合体を得た。 この共重合体 1. 0 gをメチルイソプチルケト ン 10 Om 1に溶解させ、 10 gZリツトル濃度の有機成分溶液を得た。
チタンテトライソプロポキシド 10. O g (0. 036モル) をェチルセロソ ルブ 19. 9 g (0. 221モル) に溶解した溶液に、 60質量%硝酸水溶液1 . 68 g (0. 016モル) と、 水 0. 61 g (0. 034モル) とェチルセ口 ソルブ 7. 8 g (0. 087モル) との混合溶液を攪拌しながらゆっく り滴下し 、 その後 30°Cで 4時間攪拌して無機成分溶液を得た。
有機成分溶液 5 m 1をメチルイソブチルケトン 20 m 1に加えた後、 ェチルセ 口ソルブ 16. 7m 1、 次いで有機成分溶液 8. 8m lを加えて成分傾斜膜塗工 液を調製した。 この塗工液をマイヤーバーにて 50 Ai m厚みのポリエチレンテレ フタレート (PET) フィルム (帝人デュポンフィルム (株) 社製、 「テトロン HB— 3」 ) 上にバーコ一トし、 溶剤を揮発させて、 厚さ 100 nmの有機一無 機複合傾斜膜付きフィルムを得た。
製造例 2
バインダー液の作製
チタンテトライソプロポキシド 10. 00 g (0. 035モル) をェチルセ口 ソルブ 19. 90 g (0. 221モル) に溶解した溶液に、 60質量0 /0硝酸水溶 液 1. 68 g (0. 016モル) と水 0. 6 1 g (0. 034モル) とェチルセ 口ソルブ 7. 80 g (0. 087モル) との混合溶液を撹拌しながらゆっく り滴 下し、 その後、 30°Cで 4時間撹拌した。 その後、 ェチルセ口ソルブ 77. 60 g (0. 863モル) を加え、 T i O 2換算で固形分濃度 2. 38質量%のバイ ンダー液を作製した。
ここで、 バインダー液中の水は、 60質量%硝酸水溶液に含まれる水 (0. 6 7 g) と、 添加した水 (0. 61 g) の合計で、 1. 28 g、 60質量%硝酸水 溶液に含まれる硝酸は、 1. O l gである。
実施例 1
ェチノレセロソノレブ 94. 1 1 gと n—プロパノーノレ 133. 59 gとの混合物 を攪拌しながら、 これにバインダー液 44. 1 2 gを添加し、 次いで、 60質量 %硝酸水溶液 0. 8 1 gと水 20. 40 gの混合液をゆっく りと滴下した。 次い で、 ここにアナタ一ゼ型結晶の酸化チタン粒子分散液 [チタン工業 (株) 製 「P C一 20 1」 、 溶媒:水 77.2 %、 硝酸 2. 1 %、 固形分濃度 20. 7質量部、 平均粒径 20〜40 nm] 1. 45 g、 コロイダルシリカ [日産化学工業 (株) 製 「s n ow t e x I P A— S T」 、 溶媒:イソプロピノレアルコール 69. 9 99質量。/。、 硝酸 0. 001質量%、 固形分濃度 30質量%、 平均粒径 10〜 2 0 nm] 5. 50 gを順次攪拌しながら、 ゆっく り滴下することにより、 光触媒 塗工液を調製した。
ここで、 光触媒塗工液に含まれる水の量は、 バインダー液中の 0. 48 g、 6 0質量%硝酸水溶液中の 0. 32 g、 添加した水の 20. 40 g、 アナターゼ型 結晶の酸化チタン粒子分散液中の 1. 1 2 gであり、 合計は 22. 32 gとなり 、 1. 24モルである。 また、 硝酸の量は、 バインダー液中の 0. 38 g、 添加 した 60質量%硝酸水溶液中の 0. 50 g、 アナターゼ型結晶の酸化チタン粒子 分散液中の 0. 03 g、 コロイダルシリカ分散液中の 5. 50 X 10— 5 gであ り、 合計は 0. 90 gとなり、 1. 43 X 1 モルである。 上記調整した光 触媒塗工液は 300 g、 比重が 0. 86であることから、 水の濃度は、 3. 6モ ル リットル、 硝酸の水素原子濃度を 4. 1 X 10-2モル/リットルであった 次に、 製造例 1で得た有機一無機複合傾斜膜付きフィルムの該傾斜膜上に、 上 記塗工液をマイヤーバーにて成膜し、 溶剤を揮発させて厚さ 4 5 n mの光触媒膜 を形成させ、 光触媒フィルムを作製した。
得られた光触媒フィルムの性能について、 鉛筆硬度試験、 暗所での 10度未満親 水維持性能確認試験、 親水化速度測定、 およびカーボンアーク式サンシャインゥ ェザーメータ試験 3 0 0時間後のフィルムの蛍光 X線分析から T i原子、 S i原 子の減少率を算出した。 塗工液中の各成分構成比を表 1に性能を表 2に示す。 塗膜の耐久性は良好で、 耐候試験後の組成の変化は殆ど無かった。
実施例 2〜 6
塗工液中の各成分の含有割合を表 1に示すように変更した以外は、 実施例 1と 同様にして塗工液を調製し、 さらに光触媒フィルムを作製した。
各塗工液の成分構成比を表 1に、 光触媒フィルムの性能を表 2に示す。
塗膜の耐久性は良好で、 耐候試験後の組成の変化は殆ど無かった。
実施例 7〜 9
添加する水と酸の量を変え、 塗工液中の水および酸の濃度を表 1に示すように 変更した以外は、 実施例 1と同様にして塗工液を調製し、 さらに光触媒フィルム を作製した。
各塗工液の成分構成比を表 1に、 光触媒フィルムの性能を表 2に示す。
塗工液の安定性およびならびに成膜性は良好であり、 光触媒フィルムの性能も 変化はなかった。
比較例 1〜 3
塗工液中の各成分の含有割合を表 1に示すように変更した以外は、 実施例 1と 同様にして塗工液を調製し、 さらに光触媒フィルムを作製した。
各塗工液の性状を表 1に、 光触媒フィルムの性能を表 2に示す。
比較例 4
実施例 1において、 チタンテトライソプロボキシドの代わりにテトラエトキシ シランを用いた以外は、 実施例 1と同様にして塗工液を調製し、 さらに光触媒フ イルムを作製した。 塗工液の性状を表 1に、 光触媒フィルムの性能を表 2に示す 塗膜の耐久性は N Gで、 耐候試験後にシリカが減少し組成が変化していた。 比較例 5
実施例 4においてコロイダルシリカの代わりに、 比較例 4で用いたテトラアル コキシシランの部分加水分解縮合物を用いた以外は、 実施例 4と同様にして塗工 液を調整し、 さらに光触媒フィルムを作製した。 塗工液の性状を表 1に、 光触媒 フィルムの性能を表 2に示す。
塗膜の耐久性は N Gで、 耐候試験後にシリ力が減少し組成が変化していた。 比較例 6〜 9
添加する水と酸の量を変え、 塗工液中の水および酸の濃度を表 1に示すように 変更した以外は、 実施例 1と同様にして塗工液を調製し、 さらに光触媒フィルム を作製した。
各塗工液の成分構成比を表 1に、 光触媒フィルムの性能を表 2に示す。
塗工液の安定性または成膜性が N Gであり、 光触媒フィルムの性能を評価する に値しなかった。
表 1
溶剤の成
固形分中の各成分質量比 水、 酸の添加濃度
分質量比
(A)アナタ- (B)コ Pイタ" (C)チタンァシリコンアルコ EC/
セ"結晶酸ルシリカ粒子ルコキシにキシト 'の n-PrOH
X Y E D
化チタン微 の力 tl水加水分
粒子 分解物 解物
1 10 55 35 ― 5/5 3.6 0.041 0.082 0.026
2 10 70 20 ― 5/5 同上 同上 同上 同上
3 20 45 35 ― 5/5 同上 同上 同上 同上
4 30 55 15 ― 5/5 同上 同上 同上 同上 施 5 50 40 10 ― 5/5 同上 同上 同上 同上 例 6 10 55 35 一 10/0 同上 同上 同上 同上
7 10 55 35 一 5/5 4.8 0.137 0.181 0.042
8 10 55 35 一 5/5 9.6 0.273 0.995 0.094
9 10 55 35 ― 5/5 13.4 0.137 2.117 0.122
1 70 20 10 ― 5/5 3.6 0.041 0.082 0.026
2 10 5 85 ― 5/5 同上 同上 同上 同上
3 3 62 35 ― 5/5 同上 同上 同上 同上 比 4 10 55 一 35 5/5 同上 同上 同上 同上 較 5 30 ― 15 55 5/5 同上 同上 同上 同上 例 6 10 55 35 ― 5/5 同上 0.137 同上 同上
7 10 55 35 一 5/5 9.6 0.41 0.995 0.094
8 10 55 35 ― 5/5 同上 0.048 同上 同上
9 10 55 35 一 5/5 15.2 0.273 2.795 0.131
表 2
Figure imgf000025_0001
産業上の利用の可能性
本発明の光触媒塗工液によれば、 特に超親水性、 喑所での超親水維持性能など の光触媒機能に優れると共に、 良好な耐久性を有する光触媒膜を得ることができ 、 防汚性フィルムなどの光触媒部材に好適に使用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . (A) アナターゼ型結晶を主成分とする酸化チタン微粒子、 (B ) コロイ ダノレシリカおよび (C ) チタンアルコキシドの加水分解 ·縮合物からなるバイン ダーを含み、 かつ固形分全量に基づき、 (A) 成分含有量が 5〜5 0質量%、 ( B ) 成分含有量が、 固形分として 2 5〜7 5質量%および (C ) 成分含有量が、 T i 0 2換算固形分として 1 0〜5 5質量%であることを特徴とする光触媒塗工 液。
2 . 溶剤として、 エチレングリコールモノアルキルエーテル類、 またはェチレ ングリコ一ルモノアルキルエーテル類と炭素数 4以下のモノアルコーノレ類との混 合物を含む請求項 1に記載の光触媒塗工液。
3 . 溶剤として、 エチレングリコールモノアルキルエーテル類と炭素数 4以下 のモノアルコール類を、 質量比 1 0 : 0ないし 4 : 6の割合で含む請求項 2に記 載の光触媒塗工液。
4 . 請求項 1ないし 3のいずれか 1項に記載の光触媒塗工液を用いて形成され たことを特徴とする光触媒膜。
5 . 有機基材上に光触媒塗工液を用いて成膜された塗膜を、 2 0 0 °C以下の温 度で保持処理してなる請求項 4に記載の光触媒膜。
6 . 有機基材上に中間膜を介して形成されてなる請求項 5に記載の光触媒膜。
7 . 中間膜が、 有機一無機複合傾斜膜である請求項 6に記載の光触媒膜。
8 . 請求項 4ないし 7のいずれか 1項に記載の光触媒膜を表面に有することを 特徴とする光触媒部材。
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