JPH09227805A

JPH09227805A - 光触媒性親水性塗料組成物

Info

Publication number: JPH09227805A
Application number: JP8284532A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hayakawa; 信早川
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1997-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】塗膜形成時に表面を恒久的に高度の親水性に
維持できるようになるとともに、遮光時にも親水性があ
る程度維持される塗料の提供。【解決手段】光触媒性酸化チタンと、無定型アルミナ
又はその前駆体からなることを特徴とする光触媒性親水
性塗料組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部材表面を高度の
親水性になし、かつ維持する技術に関する。より詳しく
は、本発明は、鏡、レンズ、ガラス、プリズムその他の
透明部材の表面を高度に親水化することにより、部材の
曇りや水滴形成を防止する防曇技術に関する。本発明
は、また、建物や窓ガラスや機械装置や物品の表面を高
度に親水化することにより、表面が汚れるのを防止し、
又は表面を自己浄化（セルフクリーニング）し若しくは
容易に清掃する技術に関する。

【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
各種計器盤のカバー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。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
バックミラー、眼鏡のレンズ、マスクやヘルメットのシ
ー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。言う
までもなく、上記“曇り”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、車両のバックミラーが、寒冷時や雨天に翳り或い
は曇ると、視界の確保が困難となり、交通の安全性が損
なわれる。内視鏡レンズや歯科用歯鏡が曇ると、的確な
診断、手術、処置の障害となる。計器盤のカバーガラス
が曇るとデータの読みが困難となる。

【０００３】上記“曇り”の解消のために、表面を親水
性にすることが提案されている。例えば、実開平３−１
２９３５７号には、基材の表面にポリマー層を設け、こ
の層に紫外線を照射した後アルカリ水溶液により処理す
ることにより高密度の酸性基を生成し、これによりポリ
マー層の表面を親水性にすることからなる鏡の防曇方法
が開示されている。しかし、この方法で得られる程度の
酸性基では、表面極性が充分でなく、表面に付着する汚
染物質により時間が経つにつれて表面は親水性を失い、
防曇性能が次第に失われるものと考えられる。

【０００４】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。建築外装材料
や塗膜の汚れは、カー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．１
５−２４）。

【０００５】従来の通念では、上記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（ＰＴ
ＦＥ）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）。そこで、親水性のグラフトポリマー
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に換算して３０〜４０゜の親水性
を呈する。しかしながら、粘土鉱物で代表される無機質
塵埃の水との接触角は２０゜から５０゜であり、水との
接触角が３０〜４０゜のグラフトポリマーに対して親和
性を有しその表面に付着しやすいので、このグラフトポ
リマーの塗膜は無機質塵埃による汚れを防止することが
できないと考えられる。

【０００６】

【発明の解決すべき課題】上記の如く、部材表面を親水
性にすることにより、部材の曇りや水滴形成を防止した
り、また、建物や窓ガラスや機械装置や物品の表面が汚
れるのを防止し、又は表面を自己浄化（セルフクリーニ
ング）し若しくは容易に清掃することができる提案は存
在するものの、表面を高度の親水性に長期にわたり維持
できないため、その効果は充分でなかった。そこで、本
発明では、上記事情に鑑み、基材表面に塗布し固着させ
るだけで、部材表面を長期にわたり高度の親水性に維持
できる部材を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段、及び作用】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
伝導電子帯下端とのエネルギーギャップ以上のエネルギ
ー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
いずれかまたは双方の作用により、おそらく表面に極性
が付与され、水や水酸基等の極性成分が集められる。そ
して伝導電子と正孔のいずれかまたは双方と、上記極性
成分の協調的な作用により、吸着表面と表面に化学的に
吸着した汚染物質との化学結合を切断すると共に、表面
に化学吸着水が吸着し、さらに物理吸着水層がその上に
形成されるのである。

【０００８】本発明では、光触媒性酸化チタンと、無定
型アルミナ又はその前駆体からなり、基材表面に塗布し
固着させた後に、紫外線を照射して光触媒性酸化チタン
を光励起させると、それに応じて表面が親水性を呈する
ようになることを特徴とする光触媒性親水性塗料組成物
を提供する。表面層に酸化チタンの他に無定型アルミナ
が含有されると、前記無定型アルミナは優れた蓄水性を
有するため、安定な物理吸着水層が形成されやすく、暗
所に保持しても、表面の親水性をかなり長期にわたり高
度に維持できる。さらに、表面層に光触媒性酸化物が含
有されていることにより、長期の暗所放置などで表面の
親水性が失われてきた場合においても、光触媒性酸化物
の光励起に応じて超親水性を呈するようになる。表面が
高度に親水性を呈するようになると、付着した湿分の凝
縮水及び／又は水滴によって曇り又は翳るのが防止され
るようになる。また、表面が高度に親水性を呈するよう
になると、降雨に晒されたときに、付着堆積物及び／又
は汚染物が雨滴により洗い流されるようになる。さら
に、表面が高度に親水性を呈するようになると、水で洗
浄するのが容易になり、水で濯ぐ或いは簡単な水拭き程
度で付着堆積物及び／又は汚染物が雨滴により洗い流さ
れるようになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明における高度の親水性と
は、水との接触角に換算して１０゜以下、好ましくは５
゜以下の水濡れ性を呈する状態をいう。ＰＣＴ／ＪＰ９
６／００７３３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ーや車両用風防ガラスや眼
鏡レンズやヘルメットのシー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／ＪＰ９６／００７３
３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ーボンブラ
ック等の燃焼生成物、油脂、シーラント溶出成分等の疎
水性汚染物質、及び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。

【００１０】部材表面が上記高度の親水性を維持できれ
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
効果等が発揮されるようになる。

【００１１】本発明が適用可能な基材としては、上記防
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、車両用バックミラー、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、ロープウエイ
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、スノーモービル、オートバイ、ロープウエイの
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；防護用ゴーグル、スポーツ用ゴーグル、防護
用マスクのシールド、スポーツ用マスクのシールド、ヘ
ルメットのシールド、冷凍食品陳列ケースのガラス；計
測機器のカバーガラス、及び上記物品表面に貼付させる
ためのフィルムを含む。本発明が適用可能な基材として
は、上記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、コンクリート、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、防塵カバー及び塗装、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、ガードレールの外装及び塗装、トンネル内装
及び塗装、碍子、太陽電池カバー、太陽熱温水器集熱カ
バー、ビニールハウス、車両用照明灯のカバー、住宅設
備、便器、浴槽、洗面台、照明器具、照明カバー、台所
用品、食器、食器洗浄器、食器乾燥器、流し、調理レン
ジ、キッチンフード、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。本発明が適用可能な基材
としては、上記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、コンクリート、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、オー
ディオテープ、ビデオテープ、アナログレコード、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、防塵カバー及び塗
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。

【００１２】光触媒性酸化物とは、酸化物結晶の伝導電
子帯と価電子帯との間のエネルギーギャップよりも大き
なエネルギー（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）によ
って、伝導電子と正孔を生成しうる酸化物をいい、アナ
ターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化錫、酸
化亜鉛、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、酸化
第二鉄、チタン酸ストロンチウム等が好適に利用でき
る。ここで光触媒性酸化物の光励起に用いる光源として
は、蛍光灯、白熱電灯、メタルハライドランプ、水銀ラ
ンプのような室内照明、太陽、それらの光源からの光を
低損失のファイバーで誘導した光源等が好適に利用でき
る。光触媒性酸化物の光励起により、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、０．００１ｍ
Ｗ／ｃｍ^２以上あればよいが、０．０１ｍＷ／ｃｍ^２以
上だと好ましく、０．１ｍＷ／ｃｍ^２以上だとより好ま
しい。

【００１３】上記表面層の膜厚が薄ければ薄いほど部材
の透明度を確保することができる。更に、膜厚を薄くす
れば表面層の耐摩耗性が向上する。本発明の塗料組成物
において溶媒の重量比率を多くすれば表面層の膜厚が薄
くなる。その意味で溶媒の重量は、塗膜形成要素（酸化
チタンと、アルミナ又はその前駆体）の１０倍以上、よ
り好ましくは１００倍以上あるのがよい。ここで溶媒に
は水、エタノール、プロパノール等が好適に利用でき
る。

【００１４】無定型アルミナの前駆体としては、アルミ
ニウムアルコキシド、アルミニウムキレート等が好適に
利用できる。

【００１５】本発明の塗料中には、さらにＡｇ、Ｃｕ、
Ｚｎ等の抗菌性金属を添加してもよい。そうすれば、塗
膜を形成したときに、表面に付着した細菌を死滅させる
ことができる。更に、黴、藻、苔のような微生物の成長
を抑制することができる。

【００１６】本発明の塗料中には、さらにＰｔ、Ｐｄ、
Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒのような白金族金属を添加する
ことができる。そうすれば、塗膜を形成したときに、塗
膜の光触媒による酸化活性を増強させることができ、塗
膜表面に付着した汚染物質の分解を促進する。

【００１７】

【実施例】塩酸解膠アナターゼ型酸化チタンゾル（石原
産業、ＣＳ−Ｃ、固形分濃度３０重量％）と、無定型酸
化アルミニウムゾル（日産化学、アルミナゾル−１０
０、固形分濃度１０重量％）を固形分のモル比で８８：
１２になるように混合して塗料組成物を得た。この塗料
組成物を、１０ｃｍ角のソーダライムガラスに、フロー
コーティング法により塗布し、５００℃で１時間焼成し
て、塗膜試料を作製した。焼成直後の水との接触角は１
゜であった。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。得られた試料を２週間放置した後、紫外線光源（三
共電気、ブラックライトブルー（ＢＬＢ）蛍光灯）を用
い、照度０．３ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を約１０日間＃２
試料表面に照射した。その結果、水との接触角は１゜に
回復した。その後、暗所に１日放置したが、水との接触
角は３゜程度に維持された。次に＃２試料表面に息を吹
きかけて曇りの有無を観察した。その結果、曇りは生じ
なかった。

【００１８】

【発明の効果】本発明では、塗料組成物の構成要素を、
光触媒性酸化チタンと、無定型アルミナ又はその前駆体
からなるようにしたので、基材表面に塗布し固着させた
後に、塗膜に紫外線を照射して光触媒性酸化チタンを光
励起させるだけで、それに応じて表面が親水性を呈する
ようになり、かつ無定型アルミナの蓄水効果により、遮
光時の親水性も長期にわたり維持されるようになる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光触媒性酸化チタンと、無定型アルミナ
又はその前駆体からなり、基材表面に塗布し固着させた
後に、紫外線を照射して光触媒性酸化チタンを光励起さ
せると、それに応じて表面が親水性を呈するようになる
ことを特徴とする光触媒性親水性塗料組成物。
【請求項２】光触媒性酸化チタンと、無定型アルミナ
又はその前駆体からなり、基材表面に塗布し固着させた
後に、紫外線を照射して光触媒性酸化チタンを光励起さ
せると、それに応じて表面が親水性を呈し、以て付着し
た湿分の凝縮水及び／又は水滴によって曇り又は翳るの
が防止されるようになることを特徴とする光触媒性親水
性塗料組成物。
【請求項３】光触媒性酸化チタンと、無定型アルミナ
又はその前駆体からなり、基材表面に塗布し固着させた
後に、紫外線を照射して光触媒性酸化チタンを光励起さ
せると、それに応じて表面が親水性を呈し、以て降雨に
晒されたときに、付着堆積物及び／又は汚染物が雨滴に
より洗い流されるを可能にすることを特徴とする光触媒
性親水性塗料組成物。
【請求項４】光触媒性酸化チタンと、無定型アルミナ
又はその前駆体からなり、基材表面に塗布し固着させた
後に、紫外線を照射して光触媒性酸化チタンを光励起さ
せると、それに応じて表面が親水性を呈し、以て水で洗
浄するのが容易になることを特徴とする光触媒性親水性
塗料組成物。