JPH10128229A - 防汚性膜構造材 - Google Patents

防汚性膜構造材

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JPH10128229A
JPH10128229A JP8306999A JP30699996A JPH10128229A JP H10128229 A JPH10128229 A JP H10128229A JP 8306999 A JP8306999 A JP 8306999A JP 30699996 A JP30699996 A JP 30699996A JP H10128229 A JPH10128229 A JP H10128229A
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JP
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water
silicone
substrate
coating
surface layer
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JP8306999A
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Inventor
Mitsuyoshi Machida
町田　　光義
Makoto Hayakawa
信 早川
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 煤塵などの燃焼生成物による汚れ等に対して
清浄性を維持する膜構造材の提供。 【解決手段】 基材表面に、光触媒粒子とシリコ−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膜構造材。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、東京ドームのよう
な屋内競技場の屋根材等として用いられる膜構造材に関
する。特に、汚れが付きにくく、光の透過性に優れた膜
構造材に関する。
【０００２】
【従来の技術】膜構造材には、強度や耐候性の他に、光
の透過性と汚れにくさが求められる。透過太陽光による
省照明や建造物の美的外観保持のためである。光の透過
性が落ちる原因の大半は汚れであるので、結局のとこ
ろ、膜構造材の表面を汚れにくくすることが光の透過性
維持の重要要素になる。膜構造材の、特に、屋外側表面
は、排気ガス等の燃焼生成物や大気中に浮遊する煤塵に
より汚れやすい。さらに、膜構造材の清掃は高所作業を
伴うため、コスト高となり危険も伴う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
汚れにくい膜構造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、上記課題を
解決すべく、基材表面に、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膜構造材を提供する。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、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ことを特徴とする防汚性膜構造材を
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、膜構造材基材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、膜構造材基材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】膜構造材基材には、ガラス繊維、ポリエス
テル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維からなる布状基
材等が好適に利用できる。特に、ガラス繊維からなる布
状基材が、耐候性や耐熱性の観点から好ましい。基材と
表面層との間には、基材と表面層との密着性向上等の目
的で中間層を設けてもよい。
【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、夜間は道路照明等を光源として利用でき
る。光触媒の光励起により、基材表面に露出したシリコ
ーン及び無定型シリカが高度に親水化されるためには、
励起光の照度は０．００１ｍＷ／ｃｍ2以上あればよい
が、０．０１ｍＷ／ｃｍ2以上だと好ましく、０．１ｍ
Ｗ／ｃｍ2以上だとより好ましい。
【００１０】シリコーンには、平均組成式 ＲpＳｉＯ(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黴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 ＲpＳｉＸqＯ(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 ＲpＳｉＸ4-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 ＳｉＸqＯ(4-q)/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 ＳｉＸ4 （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
／ｃｍ2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／ｃｍ2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．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
ガラスクロス基材上に塗布し、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０．３
ｍＷ／ｃｍ2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ポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ガラスクロスを屋外に
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３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、ポ
リテトラフルオロエチレンでは汚れが目立ち、ガラスク
ロス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】
【発明の効果】本発明では、膜構造材において、基材表
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】本発明に係る膜構造材の表面構造を示す図。
【図２】本発明に係る膜構造材の他の表面構造を示す
図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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
    れていることを特徴とする防汚性膜構造材。
  2. 【請求項２】 基材表面に、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膜構造材。
JP8306999A 1996-11-01 1996-11-01 防汚性膜構造材 Pending JPH10128229A (ja)

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