JPH10100901A

JPH10100901A - 防汚性鉄道車両

Info

Publication number: JPH10100901A
Application number: JP8292207A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Machida; 町田　　光義; Makoto Hayakawa; 信早川
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】煤煙などの汚れに対して清浄性を維持する鉄
道車両の提供。【解決手段】鉄道車両の外側の表面に、光触媒粒子と
シリコーンと撥水性フッ素樹脂、或いは光触媒粒子と無
定型シリカと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面層が形
成されていることを特徴とする防汚性鉄道車両。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、煤塵などで汚れに
くい防汚性鉄道車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の外側は、無塗装の鋼板、ステ
ンレス板、又はそれらをアクリル、ウレタン等で塗装し
た材料がよく使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】鉄道車両の外側は、排
気ガス中の煤煙や、路面や大地から舞い上がった煤塵
や、レールとブレーキ制輪子の摩耗粉や、すり板と架線
の摩耗粉によって汚れる。そのため、特に汚れの目立ち
やすい塗装車両では１〜１０日に１回の清掃が行われて
いる。しかしながら、上記清掃作業は多大の労力を要す
る。また、頻繁の清掃には、多量の水、洗浄剤、電力、
労働力を要し、コストがかさむ。本発明では、上記事情
に鑑み、車両の外側の汚れにくい鉄道車両を提供するこ
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、上記課題を
解決すべく、鉄道車両の外側表面に、光触媒粒子とシリ
コーンと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面層が形成さ
れていることを特徴とする防汚性鉄道車両を提供する。
このような構成にすることにより、光触媒を光励起した
ときに、光触媒作用によりシリコーン分子中のケイ素原
子に結合した有機基が少なくとも部分的に水酸基に置換
されて親水性を呈するようになり、シリコーンが外気に
露出した親水性を呈する部分と、撥水性フッ素樹脂が外
気に露出した撥水性を呈する部分の双方が表面に微視的
に分散された構造となる。さらに、光触媒が存在するこ
とにより、光触媒の光励起に応じてシリコーン分子中の
ケイ素原子に結合した有機基が少なくとも部分的に水酸
基に置換されたシリコーンは恒久的に親水性を維持する
ので、上記親水性を呈する部分と撥水性を呈する部分の
双方が表面に微視的に分散された構造は維持される。こ
のような構造では、親水性表面と撥水性表面が隣接する
ため、親水性表面になじみやすい親水性の付着物は隣接
する撥水性部分になじまない。逆に撥水性表面になじみ
やすい疎水性の付着物は隣接する親水性部分になじまな
い。そのため、親水性付着物も、疎水性付着物も部材表
面に固着されることはなく、表面は清浄な状態に維持さ
れる。

【０００５】また、本発明では、鉄道車両の外側表面
に、光触媒粒子と無定型シリカと撥水性フッ素樹脂とを
含有する表面層が形成されていることを特徴とする防汚
性鉄道車両を提供する。このような構成にすることによ
り、表面層中の無定型シリカが外気に露出した親水性を
呈する部分と、撥水性フッ素樹脂が外気に露出した撥水
性を呈する部分の双方が表面に微視的に分散された構造
となる。さらに、光触媒が存在することにより、光触媒
の光励起に応じて無定型シリカは恒久的に親水性を維持
するので、上記親水性を呈する部分と撥水性を呈する部
分の双方が表面に微視的に分散された構造は維持され
る。このような構造では、親水性表面と撥水性表面が隣
接するため、親水性表面になじみやすい親水性の付着物
は隣接する撥水性部分になじまない。逆に撥水性表面に
なじみやすい疎水性の付着物は隣接する親水性部分にな
じまない。そのため、親水性付着物も、疎水性付着物も
部材表面に固着されることはなく、表面は清浄な状態に
維持される。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の具体的な構成につ
いて説明する。まず、本発明の高欄の鉄道車両の外側の
表面構造について説明する。本発明の一態様において
は、図１に示すように、鉄道車両の外側の表面に光触媒
粒子と、シリコーンと、撥水性フッ素樹脂を含む表面層
が形成されている。図１に光触媒を光励起することの可
能な光が照射されると、外気に露出したシリコーンの少
なくとも一部が、光触媒作用によりシリコーン分子中の
ケイ素原子に結合した有機基が少なくとも部分的に水酸
基に置換されて親水性を呈するようになり、シリコーン
が外気に露出した親水性を呈する部分と、撥水性フッ素
樹脂が外気に露出した撥水性を呈する部分の双方が表面
に微視的に分散された構造となる。さらに、光触媒が存
在することにより、光触媒の光励起に応じて無定型シリ
カは恒久的に親水性を維持するので、上記親水性を呈す
る部分と撥水性を呈する部分の双方が表面に微視的に分
散された構造は維持される。このような構造になること
により、親水性付着物も、疎水性付着物も部材表面に固
着されることはなく、表面は清浄な状態に維持される。

【０００７】本発明の他の態様においては、図２に示す
ように、鉄道車両の外側の表面に光触媒粒子と、無定型
シリカと、撥水性フッ素樹脂を含む表面層が形成されて
いる。このような構成にすることにより、表面層中の無
定型シリカが外気に露出した親水性を呈する部分と、撥
水性フッ素樹脂が外気に露出した撥水性を呈する部分の
双方が表面に微視的に分散された構造となる。さらに、
光触媒が存在することにより、光触媒の光励起に応じて
無定型シリカは恒久的に親水性を維持するので、上記親
水性を呈する部分と撥水性を呈する部分の双方が表面に
微視的に分散された構造は維持される。このような構造
になることにより、親水性付着物も、疎水性付着物も部
材表面に固着されることはなく、表面は清浄な状態に維
持される。

【０００８】鉄道車両の外側には、無塗装の鋼板、ステ
ンレス板、又はそれらをアクリル、ウレタン等で塗装し
た材料等が使用できる。

【０００９】光触媒とは、その結晶の伝導帯と価電子帯
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）が生じて、伝導
電子と正孔を生成しうる物質をいい、光触媒性酸化物に
は、例えば、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チ
タン、酸化亜鉛、酸化錫、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。光触媒の光励起に用いる光
源は、日中は太陽の照射に晒されるので、太陽光が利用
できる。また、夜間は車庫照明等を光源として利用でき
る。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０．００１ｍＷ／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。

【００１０】シリコーンには、平均組成式Ｒ_ｐ＝ＳｉＯ_{（４−ｐ）／２} （式中、Ｒは一価の有機基の１種若しくは２種以上から
なる官能基、又は、一価の有機基と水素基から選ばれた
２種以上からなる官能基であり、Ｘはアルコキシ基、又
は、ハロゲン原子であり、ｐは０＜ｐ＜２を満足する数
である）で表される樹脂が利用できる。

【００１１】撥水性フッ素樹脂には、ポリテトラフルオ
ロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリヘ
キサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘ
キサフルオロプロピレンコポリマー等が好適に利用でき
る。

【００１２】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。

【００１３】表面層には、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎのような金
属を添加することができる。前記金属を添加した表面層
は、表面に付着した細菌や徽を暗所でも死滅させること
ができる。

【００１４】表面層にはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｏｓのような白金族金属を添加することができる。
前記金属を添加した表面層は、光触媒の酸化還元活性を
増強でき、有機物汚れの分解性、有害気体や悪臭の分解
性を向上させることができる。

【００１５】次に、基材表面に、光触媒性酸化物粒子と
シリコーンと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面層が形
成されている防汚性部材の製法について説明する。この
場合の製法は、基本的には、基材表面にコーティング組
成物を塗布し、硬化させることによる。

【００１６】ここでコーティング組成物は、光触媒粒
子、撥水性フッ素樹脂の他にシリコーンの前駆体を必須
構成要件とし、その他に水、エタノール、プロパノール
等の溶媒や、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、マレイン酸等の
シリコーンの前駆体の加水分解を促進する触媒や、トリ
ブチルアミン、ヘキシルアミンなどの塩基性化合物類、
アルミニウムトリイソプロポキシド、テトライソプロピ
ルチタネートなどの酸性化合物類等のシリコーンの前駆
体を硬化させる触媒や、シランカップリング剤等のコー
ティング液の分散性を向上させる界面活性剤などを添加
してもよい。

【００１７】ここでシリコーンの前駆体としては、平均
組成式Ｒ_ｐＳｉＸ_ｑＯ_{（４−ｐ−ｑ）／２} （式中、Ｒは一価の有機基の１種若しくは２種以上から
なる官能基、又は、一価の有機基と水素基から選ばれた
２種以上からなる官能基であり、Ｘはアルコキシ基、又
は、ハロゲン原子であり、ｐ及びｑは０＜ｐ＜２、０＜
ｑ＜４を満足する数である）で表されるシロキサンから
なる塗膜形成要素、又は一般式Ｒ_ｐＳｉＸ_４−ｐ（式中、Ｒは一価の有機基の１種若しくは２種以上から
なる官能基、、又は、一価の有機基と水素基から選ばれ
た２種以上からなる官能基であり、Ｘはアルコキシ基、
又は、ハロゲン原子であり、ｐは１または２である）で
表される加水分解性シラン誘導体からなる塗膜形成要
素、が好適に利用できる。

【００１８】ここで上記加水分解性シラン誘導体からな
る塗膜形成要素としては、メチルトリメトキシシラン、
メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラ
ン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシ
ラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリプロポキ
シシラン、エチルトリブトキシシラン、フェニルトリメ
トキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニル
トリプロポキシシラン、フェニルトリブトキシシラン、
ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラ
ン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジブトキシ
シラン、、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエト
キシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジ
ブトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フ
ェニルメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジプロ
ポキシシラン、フェニルメチルジブトキシシラン、ｎ−
プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキ
シシラン、ｎ−プロピルトリプロポキシシラン、ｎ−プ
ロピルトリブトキシシラン、γ−グリコキシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルト
リメトキシシラン等が好適に利用できる。

【００１９】また、上記シロキサンからなる塗膜形成要
素としては、上記加水分解性シラン誘導体の部分加水分
解及び脱水縮重合、又は上記加水分解性シラン誘導体の
部分加水分解物と、テトラメトキシシラン、テトラエト
キシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシ
シラン、ジエトキシジメトキシシラン等の部分加水分解
物との脱水縮重合等で作製することができる。

【００２０】上記コーティング組成物の塗布方法として
は、スプレーコーティング法、ディップコーティング
法、フローコーティング法、スピンコーティング法、ロ
ールコーティング法、刷毛塗り、スポンジ塗り等の方法
が好適に利用できる。硬化方法としては、熱処理、室温
放置、紫外線照射等により重合させて行うことができ
る。

【００２１】次に、基材表面に、光触媒粒子と無定型シ
リカと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面層が形成され
ている防汚性部材の製法について説明する。この場合の
製法は、基本的には、基材表面にコーティング組成物を
塗布し、硬化させることによる。

【００２２】ここでコーティング組成物は、光触媒粒
子、撥水性フッ素樹脂の他にシリカ粒子又はシリカの前
駆体を必須構成要件とし、その他に水、エタノール、プ
ロパノール等の溶媒や、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、マレ
イン酸等のシリカの前駆体の加水分解を促進する触媒
や、トリブチルアミン、ヘキシルアミンなどの塩基性化
合物類、アルミニウムトリイソプロポキシド、テトライ
ソプロピルチタネートなどの酸性化合物類等のシリカの
前駆体を硬化させる触媒や、シランカップリング剤等の
コーティング液の分散性を向上させる・界面活性剤など
を添加してもよい。

【００２３】ここでシリコーンの前駆体としては、平均
組成式ＳｉＸ_ｑＯ_{（４−ｐ）／２} （式中、Ｘはアルコキシ基、又は、ハロゲン原子であ
り、ｑは０＜ｑ＜４を満足する数である）で表されるシ
リケートからなる塗膜形成要素、又は一般式ＳｉＸ_４（式中、Ｒは一価の有機基の１種若しくは２種以上から
なる官能基、、又は、一価の有機基と水素基から選ばれ
た２種以上からなる官能基であり、Ｘはアルコキシ基、
又は、ハロゲン原子である）で表される４官能加水分解
性シラン誘導体からなる塗膜形成要素等が好適に利用で
きる。

【００２４】ここで上記４官能加水分解性シラン誘導体
からなる塗膜形成要素としては、テトラメトキシシラ
ン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、
テトラブトキシシラン、ジエトキシジメトキシシラン等
が好適に利用できる。

【００２５】また上記シリケートからなる塗膜形成要素
としては、上記４官能加水分解性シラン誘導体の部分加
水分解及び脱水縮重合等で作製することができる。

【００２６】上記コーティング組成物の塗布方法として
は、スプレーコーティング法、ディップコーティング
法、フローコーティング法、スピンコーティング法、ロ
ールコーティング法、刷毛塗り、スポンジ塗り等の方法
が好適に利用できる。硬化方法としては、熱処理、室温
放置、紫外線照射等により重合させて行うことができ
る。

【００２７】

【実施例】

参考例．アナターゼ型酸化チタンゾル（日産化学、ＴＡ
−１５、硝酸解膠型、ｐＨ＝１）と、シリカゾル（日本
合成ゴム、グラスカＡ液、ｐＨ＝４）と、メチルトリメ
トキシシラン（日本合成ゴム、グラスカＢ液）とエタノ
ールを混合し、２〜３分攪拌して得たコーティング液
を、スプレーコーティング法にて１０ｃｍ四角のソーダ
ライムガラス基材上に塗布し、２００℃で１５分熱処理
して、アナターゼ型酸化チタン粒子１１重量部、シリカ
６重量部、シリコーン５重量部からなる表面層を形成し
た＃１試料を得た。＃１試料の水との接触角は８５゜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）を用い、マイクロシリンジから
水滴を滴下した後３０秒後の水との接触角で評価した。
次いで＃１試料表面に、紫外線光源（三共電気、ブラッ
クライトブルー（ＢＬＢ）蛍光灯）を用いて０．３ｍＷ
／ｃｍ^２の紫外線照度で１日照射し、＃２試料を得た。
その結果、＃２試料の水との接触角は０゜まで親水化さ
れた。次に、＃１試料と、＃１試料に水銀灯を２２．８
ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線照度で２時間照射して得た＃３試
料夫々の試料表面をラマン分光分析した。その結果、＃
１試料表面で認められたメチル基のピークが＃３試料で
は認められず、代わりに水酸基のブロードなピークが認
められた。以上のことから、光触媒であるアナターゼ型
酸化チタンの光励起に応じて被膜の表面のシリコーン分
子中のケイ素原子に結合した有機基は、光触媒作用によ
り水酸基に置換されること、及び親水化されることがわ
かる。

【００２８】実施例１．アナターゼ型酸化チタンゾル
（日産化学、ＴＡ−１５）と、シリカゾル（日本合成ゴ
ム、グラスカＡ液）と、メチルトリメトキシシラン（日
本合成ゴム、グラスカＢ液）とポリテトラフルオロエチ
レン（ＰＴＦＥ）粒子（ダイキン工業、ルブロンＬ−
５）とエタノールを混合し、２〜３時間撹拌して得たコ
ーティング液を、スプレーコーティング法にて１０ｃｍ
四角のステンレス基材上に塗布し、２００℃で１５分熱
処理して、アナターゼ型酸化チタン粒子３３重量部、ポ
リテトラフルオロエチレン粒子６６重量部、シリカ６重
量部、シリコーン５重量部からなる表面層を形成した＃
４試料を得た。＃４試料の水との接触角は１１０゜であ
った。次いで＃４試料表面に、紫外線光源（三共電気、
ブラックライトブルー（ＢＬＢ）蛍光灯）を用いて０．
３ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線照度で１日照射し、＃５試料を
得た。その結果、＃５試料の水との接触角は９７．４゜
とさほど変化がなかった。上記参考例より、シリコーン
が外気に露出した部分はシリコーン分子中のケイ素原子
に結合した有機基は、光触媒作用により水酸基に置換さ
れ、親水化されるはずであるから、その分だけ親水化し
て水との接触角が若干減少したと考えられる。すなわ
ち、＃５試料表面は、光触媒作用により水酸基に置換さ
れ、親水化されたシリコーンが外気に露出した親水性を
呈する部分と、撥水性フッ素樹脂が外気に露出した撥水
性を呈する部分の双方が表面に微視的に分散された構造
となっていると推定される。

【００２９】次に、＃５試料及び比較のためステンレス
板を屋外に設置して、堆積物や汚染物に対する表面の清
浄維持性を調べた。堆積物や汚染物に対する表面の清浄
維持性は、建物の屋上の屋根付き部分の下に図４のよう
に試料を設置し、４か月暴露することにより行った。そ
の結果、ステンレス板では多少の汚れが観察されたのに
対し、＃５試料では汚れは観察されなかった。

【００３０】実施例２．１０ｃｍ角のＰＭＭＡ板表面
に、プライマー塗料（東芝シリコーン、ＰＨ９３をトル
エン溶媒で６倍に希釈した塗料）をスプレーコーティン
グ法にて塗布後室温で乾燥させて、基板をプライマー樹
脂層で被覆した。次に、シリコーン系ハードコーティン
グ剤（東芝シリコーン、トスガード）をフローコーティ
ング法にて塗布し、９０℃で３時間熱処理してハードコ
ート層を得た。さらに、その上に、アナターゼ型酸化チ
タンゾル（日産化学、ＴＡ−１５）と、シリカゾル（日
本合成ゴム、グラスカＡ液）と、メチルトリメトキシシ
ラン（日本合成ゴム、グラスカＢ液）とポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子（ダイキン工業、ルブロ
ンＬ−５）とエタノールを混合し、２〜３時間撹拌して
得たコーティング液を、スプレーコーティング法にて塗
布し、９０℃で３時間熱処理して、アナターゼ型酸化チ
タン粒子３３重量部、ポリテトラフルオロエチレン粒子
６６重量部、シリカ６重量部、シリコーン５重量部から
なる表面層を形成した＃６試料を得た。＃６試料の水と
の接触角は１０７゜であった。次いで＃６試料表面に、
紫外線光源（三共電気、ブラックライトブルー（ＢＬ
Ｂ）蛍光灯）を用いて０．３ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線照度
で１日照射し、＃７試料を得た。その結果、＃７試料の
水との接触角は９６．４゜とさほど変化がなかった。上
記参考例より、シリコーンが外気に露出した部分はシリ
コーン分子中のケイ素原子に結合した有機基は、光触媒
作用により水酸基に置換され、親水化されるはずである
から、その分だけ親水化して水との接触角が若干減少し
たと考えられる。すなわち、＃７試料表面は、光触媒作
用により水酸基に置換され、親水化されたシリコーンが
外気に露出した親水性を呈する部分と、撥水性フッ素樹
脂が外気に露出した撥水性を呈する部分の双方が表面に
微視的に分散された構造となっていると推定される。

【００３１】次に、＃７試料及び比較のためＰＭＭＡ板
を屋外に設置して、堆積物や汚染物に対する表面の清浄
維持性を調べた。堆積物や汚染物に対する表面の清浄維
持性は、建物の屋上の屋根付き部分の下に図４のように
試料を設置し、４か月暴露することにより行った。その
結果、ＰＭＭＡ板ではかなり汚れが観察されたのに対
し、＃７試料では汚れは観察されなかった。

【００３２】

【発明の効果】本発明では、鉄道車両において、鉄道車
両の外側の表面に、光触媒粒子とシリコーンと撥水性フ
ッ素樹脂とを含有する表面層が形成されているようにす
る、或いは鉄道車両の外側の基材表面に、光触媒粒子と
無定型シリカと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面層が
形成されているようにすることにより、親水性付着物
も、疎水性付着物も部材表面に固着されることはなく、
表面は清浄な状態に維持されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鉄道車両の外側の表面構造を示
す図。

【図２】本発明に係る鉄道車両の外側の他の表面構造
を示す図。

【図３】本発明の実施例に係る試験の試料の設置方法
を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ //(Ｃ０９Ｄ 127/12 183:04）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄道車両の外側表面に、光触媒性酸化物
粒子とシリコーンと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面
層が形成されていることを特徴とする防汚性鉄道車両。
【請求項２】鉄道車両の外側表面に、光触媒性酸化物
粒子と無定型シリカと撥水性フッ素樹脂とを含有する表
面層が形成されていることを特徴とする防汚性鉄道車
両。