JPH0975841A

JPH0975841A - 超親水性を有する意匠材による水膜形成方法

Info

Publication number: JPH0975841A
Application number: JP8136994A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhide Shimobukikoshi; 光秀下吹越; Seiji Iso; 誠二磯; Toshiya Watabe; 俊也渡部; Makoto Hayakawa; 信早川; Atsushi Kitamura; 厚北村; Makoto Chikuni; 真千國
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1995-07-08
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-03-25
Anticipated expiration: 2016-05-30
Also published as: JP3704806B2

Abstract

(57)【要約】【課題】少量の水でも薄い均一な水膜を形成すること
が可能な超親水性を有する意匠材による水膜形成方法を
提供する。【解決手段】光触媒性半導体材料を含む層で被覆した
意匠材、例えばタイル２に、光励起による親水性を発現
させて、均一な水膜を表面に形成することにより解決す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建築などで使用する
意匠材に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、飲食店の店内に日本庭園をモチ
ーフとして池や小川などを配置することで、自然な雰囲
気の中で食事が楽しめるような演出や、オブジェ的な壁
体あるいは建築本体の外壁に水を流下させて涼感を演出
するといった水を使った様々なデザインがなされてい
る。このような水と接する部分には、天然石、人造石、
タイルなど様々な意匠材が使用されている。なお、ここ
でいう意匠材は、このような床材、内外壁材、屋根材な
どの仕上材だけでなく、表面を形成する建築材料あるい
は外観を形成する建築材料のことをいう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、いずれの意匠
材においても、少量の水では均一な水膜が作れず筋状の
流れになってしまうために、その効果を発揮するために
は大量の水を必要としている。したがって、設計及び
デザインに制約を受ける、大量の揚水を必要とするの
でランニングコストがかかる、などの不具合が生じてい
た。

【０００４】本発明は、少量の水でも薄い均一な水膜を
形成することが可能な超親水性を有する意匠材による水
膜形成方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の超親水
性を有する意匠材による水膜形成方法は、光触媒性半導
体材料を含む層で被覆した意匠材に、光励起による親水
性を発現させて、均一な水膜を表面に形成することを特
徴とする。

【０００６】請求項２に記載の超親水性を有する意匠材
による水膜形成方法は、請求項１に記載の超親水性を有
する意匠材による水膜形成方法において、前記層の表面
は光励起時に水との接触角に換算して約１０゜以下の水
濡れ性を呈する。

【０００７】請求項３に記載の超親水性を有する意匠材
による水膜形成方法は、請求項１に記載の超親水性を有
する意匠材による水膜形成方法において、前記層の表面
は光励起時に水との接触角に換算して約５°以下の水濡
れ性を呈する。

【０００８】請求項４に記載の超親水性を有する意匠材
による水膜形成方法は、請求項１ないし請求項３のいず
れか一に記載の超親水性を有する意匠材による水膜形成
方法において、前記光触媒性半導体材料に、ＴｉＯ₂，
ＺｎＯ，ＳｎＯ₂，ＳｒＴｉＯ₃，ＷＯ₃，Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｆ
ｅ₂Ｏ₃からなる群から選ばれた１種の酸化物を含有させ
る。

【０００９】請求項５に記載の超親水性を有する意匠材
による水膜形成方法は、請求項１ないし請求項４のいず
れか一に記載の超親水性を有する意匠材による水膜形成
方法において、前記光触媒性半導体材料をアナターゼ型
チタニアとする。

【００１０】請求項６に記載の超親水性を有する意匠材
による水膜形成方法は、請求項４または請求項５に記載
の超親水性を有する意匠材による水膜形成方法におい
て、前記層は更にＳｉＯ₂又はＳｎＯ₂を含有させる。

【００１１】請求項７に記載の超親水性を有する意匠材
による水膜形成方法は、請求項１ないし請求項６のいず
れか一に記載の超親水性を有する意匠材による水膜形成
方法において、前記層を光触媒性半導体材料の粒子が均
一に分散された塗膜によって形成する。

【００１２】請求項８に記載の超親水性を有する意匠材
による水膜形成方法は、請求項７に記載の超親水性を有
する意匠材による水膜形成方法において、前記塗膜をシ
リコーンで形成し、その表面をシリコーン分子のケイ素
原子に結合した有機基が光励起に応じて光触媒性材料の
光触媒作用により少なくとも部分的に水酸基に置換され
たシリコーン誘導体で形成する。

【００１３】請求項９に記載の超親水性を有する意匠材
による水膜形成方法は、請求項１ないし請求項８のいず
れか一に記載の超親水性を有する意匠材による水膜形成
方法において、前記基材をアルカリ網目修飾イオンを含
むガラスで形成し、前記基材と前記層との間に前記イオ
ンが基材から前記層中に拡散を防止するための薄膜を介
挿する。

【００１４】請求項１０に記載の超親水性を有する意匠
材による水膜形成方法は、請求項９に記載の超親水性を
有する意匠材による水膜形成方法において、前記薄膜を
シリカの薄膜とする。

【００１５】請求項１１に記載の超親水性を有する意匠
材による水膜形成方法は、請求項１ないし請求項１０の
いずれか一に記載の超親水性を有する意匠材による水膜
形成方法において、前記層の厚さを約０．２μｍ以下と
する。

【００１６】

【作用】本発明者は、光触媒を光励起すると光触媒の表
面が高度に親水化されることを世界で初めて発見した。
驚ろくべきことに、光触媒性チタニアを紫外線で光励起
したところ、水との接触角が１０°以下、より詳しくは
５°以下、特に約０°になる程度に表面が高度に親水化
されることが発見された。本発明は斯る新発見に基づく
もので、意匠材の表面は光触媒半導体材料からなる耐摩
耗性の光触媒性コーティングによって被覆される。光触
媒半導体のバンドギャップエネルギより高いエネルギの
波長をもった光を充分な照度で充分な時間照射すると、
光触媒性コーティングの表面は超親水性を呈するに至
る。ここで用いる“超親水性（ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐ
ｈｉｌｉｃｉｔｙ）”又は“超親水性の（ｓｕｐｅｒｈ
ｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ）”の用語は、水との接触角に換
算して約１０°以下、好ましくは約５°以下の高度の親
水性（即ち水濡れ性）を意味する。同様に、“超親水化
（ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｆｉｃａｔｉｏ
ｎ）”又は“超親水化する（ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈ
ｉｌｉｆｙ）”の用語は、表面を水との接触角に換算し
て約１０°以下、好ましくは約５°以下の高度の親水性
にすることを意味する。光触媒の光励起によって起こる
表面の超親水化現象は、現在のところ、必ずしも明確に
説明することはできない。光触媒による超親水化現象
は、光触媒の分野において従来知られている光触媒的酸
化還元反応による物質の光分解とは必ずしも同じではな
いように見受けられる。この点に関し、光触媒的酸化還
元反応に関する従来の定説は、光励起により電子−正孔
対が生成し、生成した電子は表面酸素を還元してスーパ
ーオキサイドイオン（Ｏ₂ - ）を生成し、正孔は表面水
酸基を酸化して水酸ラジカル（・ＯＨ）を生成し、これ
らの高度に反応性の活性酸素種（Ｏ2 - や・ＯＨ）の酸
化還元反応によって物質が分解されるというものであっ
た。しかしながら、光触媒による超親水化現象は、少な
くとも２つの点において、物質の光触媒的分解に関する
従来の知見と合致しない。第１に、従来の定説では、ル
チルや酸化錫のような光触媒は、伝導体のエネルギ準位
が十分に高くないため、還元反応が進行せず、その結
果、伝導体に光励起された電子が過剰となり、光励起に
より生成した電子−正孔対が酸化還元反応に関与するこ
となく再結合すると考えられていた。これに対して、光
触媒による超親水化現象は、後述するように、ルチルや
酸化錫のような光触媒でも起こることが確認された。第
２に、従来、光触媒性酸化還元反応による物質の分解は
光触媒層の膜厚が少なくとも１００ｎｍ以上でないと起
こらないと考えられている。これに対して、光触媒性超
親水化は、光触媒性コーティングの膜厚が数ｎｍのオー
ダーでも起こることが観察された。従って、明確には結
論できないが、光触媒による超親水化現象は、光触媒的
酸化還元反応による物質の光分解とはやや異なる現象で
あると考えられる。しかしながら、後述するように、光
触媒のバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を
照射しなければ表面の超親水化は起こらないことが確認
された。おそらくは、光触媒の光触媒作用によって光触
媒性コーティングの表面に水が水酸基（ＯＨ- ）の形で
化学吸着されることにより、表面が超親水性になると考
えられる。光励起により光触媒性コーティングの表面が
一旦高度に親水化されたならば、意匠材が暗所に保持さ
れても、表面の親水性はある程度の期間持続する。時間
の経過に伴い表面水酸基に汚染物質が吸着され、表面が
次第に超親水性を失った時には、再び光励起すれば超親
水性は回復する。光触媒性コーティングを最初に超親水
化するためには、光触媒のバンドギャップエネルギより
高いエネルギの波長をもった任意の光源を利用すること
ができる。チタニアのように光励起波長が紫外線領域に
位置する光触媒の場合には、光触媒性コーティングで被
覆された意匠材に太陽光が当たるような条件では、太陽
光に含まれる紫外線を好適に利用することができる。屋
内や夜間には、人工光源により光触媒を光励起すること
ができる。後述するように、光触媒性コーティングがシ
リカ配合チアニアからなる場合には、蛍光灯に含まれる
微弱な紫外線でも容易に親水化することができる。光触
媒性コーティングの表面が一旦超親水化された後には、
比較的微弱な光によって超親水性を維持し、或いは、回
復させることができる。例えば、チタニアの場合には、
超親水性の維持と回復は、蛍光灯のような室内照明灯に
含まれる微弱な紫外線でも充分に行うことができる。光
触媒性コーティングは非常に薄くしても超親水性を発現
し、特に金属酸化物からなる光触媒半導体材料は充分な
硬度を有するので、光触媒性コーティングは充分な耐久
性と耐摩耗性を有する。以上のことから、高度に親水化
された意匠材の表面では、水はできるだけ薄く広がろう
とするので、非常に少量の水でも均一な薄い水膜を形成
することができ、また、超親水性の発現された意匠材の
表面は、屋内においては蛍光灯などの照明によって、屋
外においては太陽光によってその効果は持続される。さ
らにその水を循環して再利用する場合には意匠材表面に
施された光触媒の作用（酸化還元作用）により水自体が
浄化されることも期待できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明による超親水性を有する意
匠材による水膜形成方法の実施の形態について実施例に
基づいて説明する。

【００１８】本発明の第１の実施例として、市民ホール
の休憩スペースに水面を形成した例について説明する。
図１に示される休憩スペース１に形成される池２は、橋
７及び飛び石８とともに、テーブル３３で休憩する人な
どのための安らぎの空間を演出するためのものである。
図２に示されるように、池２は、その底面を超親水性を
有するタイル３によって形成し、側面をごく普通のタイ
ル４によって形成している。ともに、目地５を設けて、
コンクリートスラブ９上にモルタル６を介して配置して
いる。タイル３は１５ｃｍ四角の施釉タイル（東陶機
器、ＡＢ０２Ｅ０１）で、その表面にテトラエトキシ
シラン（コルコート社、エチル２８）をスプレーコーテ
ィング法により塗布し、約２０分間約１５０℃の温度
に保持することにより、テトラエトキシシランを加水分
解と脱水縮重合に付し、無定形シリカ層を表面に形成し
た後、表面にアナターゼ型チタニアゾル（大阪の石原
産業、ＳＴＳ−１１）をスプレーコーティング法により
塗布し、８００℃の温度で１時間焼成したものであ
る。なお、その後このタイル３には、ＢＬＢ蛍光灯を用
いて０．３ｍＷ／ｃｍ2 の紫外線照度で１日間紫外線を
照射して光励起による親水性を発現させ、水との接触角
を３°未満とした。したがって、この池２に給水口１５
から少量の水を供給すると、水はすばやく全面に広が
り、薄い均一な水膜を表面に形成して池２の水面とな
る。なお、このとき図３に示されるように、目地４はタ
イル３の上面より低く形成されているので、目地４で切
れることなく一様な水面１０が形成される。また、タイ
ル３の地の色を黒とすれば水鏡のような効果が得られ
る。

【００１９】本発明の第２の実施例として、３階建ての
建物の壁面に水膜を形成した例について説明する。図４
に示される建物１１の外壁１３は超親水性を有するアル
ミニウム板１２で形成されている。この外壁１３に水膜
を形成して、水鏡のような外面を有する建築物としてデ
ザインしたものである。アルミニウム板１２は、表面を
アルマイト処理した後、次の〜に示す手順で超親水
性を発現させたものである。表面を平滑化するため、
日本合成ゴム（東京）の塗料用組成物“グラスカ”のＡ
液（シリカゾル）とＢ液（トリメトキシメチルシラン）
を、シリカ重量とトリメトキシメチルシランの重量の比
が３になるように混合し、この混合液を表面に塗布し、
１５０℃の温度で硬化させ、膜厚３μｍのシリコーンの
被覆を形成する。アナターゼ型チタニアゾル（日産化
学、ＴＡ−１５）と“グラスカ”のＡ液（シリカゾル）
を混合し、エタノールで希釈後、更に“グラスカ”のＢ
液を添加し、チタニア含有塗料用組成物を調整した。こ
の塗料用組成物の組成は、シリカ３重量部、トリメトキ
シメチルシラン１重量部、チタニア４重量部であった。
この塗料用組成物をアルミニウム板１２の表面に塗布
し、１５０℃の温度で硬化させ、アナターゼ型チタニア
粒子がシリコーン塗膜中に分散された表面層を形成し
た。ＢＬＢ蛍光灯を用いて０．５ｍＷ／ｃｍ²の照度
で５日間紫外線を照射して光励起による親水性を発現さ
せ、表面の水との接触角を３°未満とした。この、建物
１１の外壁１３の上部に備えられた、樋１４に水を満た
していくとやがて側方１４ａから溢れて、アルミニウム
板１２に一様に水が流れるようになっている。流れだし
た水は素早くアルミニウム板１２全面に広がり、薄い均
一な水膜が表面に形成され水鏡のような効果が得られ
る。

【００２０】また、シリコーン層に光触媒性半導体材料
を含有させた場合、常温または比較的低温で効果させる
ことができるので、既存の外壁でも刷毛塗り、スプレー
コーティング、ロールコーティングなどにより塗布して
形成することができる。また、光励起による超親水化は
太陽光で容易に行うことができる。なお、外壁１３に汚
れが付着した場合でも降雨によって自然に流れて落ちて
しまうので汚れがつきにくい。

【００２１】本発明の第３の実施例として、第２の実施
例の建物１１の外壁１３が、ガラス面を有するカーテン
ウォール（図示せず）で構成されている場合について説
明する。この場合、ガラス面には次の〜に示す手順
で超親水性を発現させたものを用いれば前述と同様の効
果が得られる。テトラエトキシチタンＴｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄（Ｍｅｒ
ｃｋ）１重量部とエタノール９重量部との混合物に加水
分解抑制剤として３６％塩酸を０．１重量部添加してチ
タニアコーティング溶液を調整し、この溶液をガラス面
に乾燥空気中でフローコーティング法により塗布した。
塗布量はチタニアに換算して４５μｇ／cm²とした。テ
トラエトキシチタンの加水分解速度は極めて早いので、
塗布の段階でテトラエトキシチタンの一部は加水分解さ
れ、水酸化チタンＴｉ（ＯＨ）₄が生成し始めた。このガラス面を１〜１０分間約１５０℃の温度に保
持することにより、テトラエトキシチタンの加水分解を
完了させると共に、生成した水酸化チタンを脱水縮重合
に付し、無定形チタニアを生成させた。さらに、これを
５００℃の温度で焼成して、無定形チタニアをアナター
ゼ型チタニアに変換させて、ガラス面にアナターゼ型チ
タニアの表面層を形成させた。なお、ここで、焼成温度
を高くしてルチル型チタニアの表面層を形成させてもよ
い。このようにして製作したガラス面をまず０．３Ｗ／
cm²の紫外線強度で２４時間光照射を行って光励起によ
る親水性を発現させたところ、照射後の水滴の接触角は
測定限界である約１度であった。表面層の厚さは０．２
μｍであった。

【００２２】本発明の第４の実施例として、アミューズ
メントパークに設けられた水膜による映写スクリーンに
ついて説明する。図５に示される映写スクリーン２１
は、スクリーン本体２２の面体２３に水膜を形成して、
その水膜の面に映像を写し出すためのものである。Ｃ形
溝型鋼などの鋼材で形成されたスクリーン本体２２に
は、鋼板製の面体２３を備える。この面体２３に第２の
実施例と同様にして、アナターゼ型チタニア粒子がシリ
コーン塗膜中に分散された表面層を形成した後、光励起
による親水性を発現させた。それから、スクリーン本体
２２の上部に備えられた、樋２４に水を満たしていくと
やがて側方２４ａから溢れて、面体２３に一様に水が流
れるようになっている。流れだした水は素早く面体２３
全面に広がり、薄い均一な水膜が表面に形成されて水膜
によるスクリーンが得られる。このスクリーンに映写機
（図示せず）によって映像を写し出せば、水面に写し出
されたような映像が得られる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、ごく少量の水でも薄い
均一な水膜を形成することができるので、池やスクリー
ンなどをはじめ様々な水膜を利用したデザインが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の休憩スペースの平面図

【図２】第１の実施例の池の断面図

【図３】第１の実施例の池の断面詳細図

【図４】第２の実施例の３階建ての建物の断面図

【図５】第４の実施例の映写スクリーンの断面図

【符号の説明】

３タイル１２アルミニウム板２３鋼板性の面体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡部俊也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)発明者早川信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)発明者北村厚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)発明者千國真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】光触媒性半導体材料を含む層で被覆した意
匠材に、光励起による親水性を発現させて、均一な水膜
を表面に形成することを特徴とする超親水性を有する意
匠材による水膜形成方法。
【請求項２】前記層の表面は光励起時に水との接触角に
換算して約１０°以下の水濡れ性を呈する請求項１に記
載の超親水性を有する意匠材による水膜形成方法。
【請求項３】前記層の表面は光励起時に水との接触角に
換算して約５°以下の水濡れ性を呈する請求項１に記載
の超親水性を有する意匠材による水膜形成方法。
【請求項４】前記光触媒性半導体材料に、ＴｉＯ₂ ，Ｚ
ｎＯ，ＳｎＯ₂ ，ＳｒＴｉＯ₂ ，ＷＯ₃ ，Ｂｉ₂Ｏ₃ ，
Ｆｅ₂Ｏ₃からなる群から選ばれた１種の酸化物を含有さ
せる請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載の超親
水性を有する意匠材による水膜形成方法。
【請求項５】前記光触媒性半導体材料をアナターゼ型チ
タニアとする請求項１ないし請求項４のいずれか一に記
載の超親水性を有する意匠材による水膜形成方法。
【請求項６】前記層は更にＳｉＯ₂又はＳｎＯ₂を含有さ
せる請求項４または請求項５に記載の超親水性を有する
意匠材による水膜形成方法。
【請求項７】前記層を光触媒性半導体材料の粒子が均一
に分散された塗膜によって形成する請求項１ないし請求
項６のいずれか一に記載の超親水性を有する意匠材によ
る水膜形成方法。
【請求項８】前記塗膜をシリコーンで形成し、その表面
をシリコーン分子のケイ素原子に結合した有機基が光励
起に応じて光触媒性材料の光触媒作用により少なくとも
部分的に水酸基に置換されたシリコーン誘導体で形成す
る請求項７に記載の超親水性を有する意匠材による水膜
形成方法。
【請求項９】前記基材をアルカリ網目修飾イオンを含む
ガラスで形成し、前記基材と前記層との間に前記イオン
が基材から前記層中に拡散を防止するための薄膜を介挿
する請求項１ないし請求項８のいずれか一に記載の超親
水性を有する意匠材による水膜形成方法。
【請求項１０】前記薄膜をシリカの薄膜とする請求項９
に記載の超親水性を有する意匠材による水膜形成方法。
【請求項１１】前記層の厚さを約０．２μｍ以下とする
請求項１ないし請求項１０のいずれか一に記載の超親水
性を有する意匠材による水膜形成方法。