JPH11138015A

JPH11138015A - 光触媒性親水性組成物

Info

Publication number: JPH11138015A
Application number: JP9307171A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hayakawa; 信早川; Mitsuhide Shimobukikoshi; 光秀下吹越
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】合成樹脂製品の表面にも、弾き現象を起こす
ことなく均一に塗布できる光触媒性親水性組成物を提供
する。【解決手段】例えば、コロイダルシリカを２．０重量
％、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライドを０．
０２重量％、アナターゼ型チタニアを１０重量％混合
し、更にこの混合液を３０重量％となるように水に混合
して光触媒性親水性組成物液を調製し、この光触媒性親
水性組成物液を合成樹脂製品の表面にスポンジ拭きによ
り塗布した後、２０℃で２０分乾燥させることにより、
光触媒層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は合成樹脂製品やガラ
ス製品等の物質の表面を長期間に亘って親水性に維持す
るための光触媒性親水性組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化
ビニル、酢酸セルロース、ポリプロピレン等多くの合成
樹脂は表面エネルギーが比較的小さく、疎水性を呈す
る。このため、表面に結露や曇りが生じる。このため合
成樹脂表面にコロナ放電処理を行って親水性を付与する
物理的な手段の試みもなされているが、満足な親水性は
得られていない。

【０００３】そこで、一般的には以下のような手段にて
親水性を発揮するようにしている。 (1)熱可塑性合成樹脂材料で成形品を製造するにあた
り、界面活性剤のような親水性物質を練り込んでおく方
法。しかしながら、この方法では、親水性物質が水によ
って流されてしまい、短期間のうちに防曇性がなくなっ
てしまう。 (2)ポリビニルアルコール等の水溶性親水性物質を製品
表面に塗布する方法（特公昭４６−１３２５２号公
報）。アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルを主成分
とする親水性ポリマーと界面活性剤とからなる組成物を
製品表面に塗布する方法（特公昭５０−６４３７号公
報）。しかしながら、これらの方法では、親水性物質が
加水分解を受けやすく耐水性に劣るため、充分な防曇効
果を発揮し得ない。 (3)ヒドロキシ基を有する親水性アクリル酸エステル系
重合体を架橋剤にて水不溶化する方法（特公昭５６−３
４２１９号公報）。しかしながら、この方法では、防曇
性自体が低下してしまう。 (4)アルミナゾルに界面活性剤を加えた組成物を成形品
表面に塗布する（特公昭４９−３２６６８号公報）。し
かしながら、この組成物は保存安定性に欠けるという欠
点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術の不
具合を改善するため、特公平１−２１１７３号公報に、
合成樹脂成形物の表面にコロイド状シリカ粒子を沈着せ
しめて水滴が付着しないようにするための水溶液とし
て、コロイダルシリカを０．０５重量％以上２０重量％
以下、カチオン性界面活性剤及び／又は両性界面活性剤
を０．０００１重量％以上０．１重量％以下の割合で含
有し、表面張力が３５〜７０ダイン／ｃｍの水溶液が提
案されている。

【０００５】しかしながら、この提案に係る組成物で
は、第１に親水性の度合いが水との接触角に換算してせ
いぜい１０°程度までしかならず、充分な親水性を発揮
することができない。第２に、数１０μｍ以上の厚みで
水性液を塗布しないと親水性を発揮しないため、その厚
みで塗布すると、光の乱反射による白濁が生じたり、光
の干渉による発色が生じる。第３に、従来の水性液を塗
布・乾燥せしめ、合成樹脂表面に親水性が付与されて
も、長期間親水性を維持するのは困難で、一旦親水性を
失うと、再度塗布しない限り、親水性は回復しない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明に係る光触媒性親水性組成物は、合成樹脂等の表面
に親水性を付与する組成物であって、光触媒性金属酸化
物粒子と、コロイダルシリカと、カチオン性界面活性剤
及び／又は両性界面活性剤とを水に分散させて構成され
る。

【０００７】ここで、前記光触媒性金属酸化物粒子とし
ては、例えば、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化
チタン、ブルカイト型酸化チタン、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が挙げられる。

【０００８】また、本発明の表面処理剤を構成するコロ
イダルシリカとしては、（オルガノシリカゾル、ＩＰＡ
−ＳＴ：日産化学製）、（スノーテックス４０：日産化
学製）、（スノーテックスＯ：日産化学製）、（スノー
テックスＣ：日産化学製）、（ルドックスＨＳ−４０：
デュポン社製）が挙げられる。

【０００９】一般に、シリカゾルにカチオン性界面活性
剤や両性界面活性剤を加えると、シリカの電荷が中和さ
れて沈殿を生じたり、ゲル化するが、界面活性剤濃度を
比較的低濃度で添加することで、沈殿が生じないように
することが可能になる。また、カチオン性界面活性剤と
しては、例えばアルキルアミン塩、アルキルアンモニウ
ム塩、アルキルピリジニウム塩などが挙げられ、両性界
面活性剤としては、例えばぺタイン型のもの、グリシン
型のもの、硫酸エステル塩型のもの、スルホン酸型のも
の、リン酸エステル型のもの等が挙げられる。これらの
界面活性剤は２種以上の併用を妨げない。

【００１０】カチオン性界面活性剤及び両性界面活性剤
の具体的な名称を挙げると、ドデシルトリメチルアンモ
ニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウ
ムブロマイド、ドデシルピリジニウムクロライド、塩化
オクチルアミン、トリデシルトリメチルアンモニウムク
ロライド、アノンＬＧ（日本油脂社製）等が適当であ
る。

【００１１】また、光触媒性金属酸化物粒子は０．０１
重量％以上〜１０重量％以下、コロイダルシリカは０．
０５重量％以上２０重量％以下、カチオン性界面活性剤
及び／又は両性界面活性剤は０．０００１重量％以上
０．１重量％以下の割合で含有することが好ましい。

【００１２】光触媒性金属酸化物粒子の割合が上記範囲
よりも少ないと、光触媒による親水性作用が不十分とな
り、上記範囲以上に添加しても添加による効果向上はな
く、却って被膜の結合強度を低下せしめることになる。
また、表面層中の光触媒性金属酸化物粒子の量として
は、１×１０^-7〜１×１０^-3ｇ／ｃｍ²、好ましくは５
×１０^-7〜５×１０^-4ｇ／ｃｍ²、更に好ましくは１×
１０^-6〜１×１０^-4ｇ／ｃｍ²である。

【００１３】また、コロイダルシリカの割合を０．０５
重量％以上２０重量％以下とするのは、０．０５重量％
未満であると部材表面にシリカ粒子が沈着しにくく、２
０重量％を超えると、表面処理剤の安定性が悪くなるか
らであり、界面活性剤の割合を０．０００１重量％以上
０．１重量％以下とするのは、０．０００１重量％未満
であると部材表面にシリカ粒子が沈着しにくく、０．１
重量％を超えると、凝集が起こり保存性が悪くなるから
であり、また、表面処理剤の表面張力は扱いやすさとシ
リカ粒子の沈着を考慮すると、３５〜７０ダイン／ｃｍ
が適当である。尚、表面張力の調整は界面活性剤の添加
量にて行う。

【００１４】尚、本発明による親水化現象は以下の機構
によってもたらされる。即ち、光触媒の価電子帯上端と
伝導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とが生成する。そし
て、その結果、表面に極性（おそらくは電子吸引性）が
付与される。それにより、表面に雰囲気との平衡以上の
量の水が化学吸着する。すると、その表面の水素結合に
基づく表面自由エネルギーが増加し、その表面自由エネ
ルギーの増加に応じた量の水分子がさらに物理吸着し、
表面に固定される。ところで、表面自由エネルギーが近
い物質同士は互いに接着しやすいことから、水分子が物
理吸着した表面は水になじみやすいものとなる。即ち、
そのような表面は親水化されることになる。

【００１５】このように、本発明による親水性は、コロ
イダルシリカと、カチオン性界面活性剤及び／又は両性
界面活性剤とを含む水性液に由来するよりも、光触媒の
親水化作用によるものと考えられる。このことは、コロ
イダルシリカと、カチオン性界面活性剤及び／又は両性
界面活性剤とを含む水性液によって親水性を発揮するに
は数１０μｍ以上の厚みで塗布しなければならなかった
が、本発明による組成物の場合には０．４μｍ以下でも
親水性を発揮することからも首肯できる。ここで、０．
４μｍ以下の厚みにすることで、光の乱反射による白濁
を防止することができ、更に０．２μｍ以下の厚みにす
ることで、光の干渉による表面相の発色を防止すること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施例１）コロイダルシリカを
２．０重量％、ドデシルトリメチルアンモニウムクロラ
イドを０．０２重量％、アナターゼ型チタニアを１０重
量％混合し、更にこの混合液を３０重量％となるように
水に混合して光触媒性親水性組成物液（Ａ）を調製し
た。同様にして、アナターゼ型チタニアの代わりにルチ
ル型チタニアを分散させた光触媒性親水性組成物液
（Ｂ）及びブルカイト型チタニアを分散させた光触媒性
親水性組成物液（Ｃ）を調製した。これら光触媒性親水
性組成物液（Ａ〜Ｃ）を合成樹脂製品の表面にスポンジ
拭きにより塗布した後、２０℃で２０分乾燥させること
により、光触媒層を硬化させて試料を得た。上記試料に
ついて、光触媒層形成後、３時間太陽光に晒すことによ
り、紫外線が照射されるようにした後、水を噴霧したと
ころ、水滴が形成されず、水が一様に広がる様子が観察
された。また、暗所に放置した後、再び紫外線を照射す
ると、水が一様に広がる状態に戻った。

【００１７】（比較例１）上記実施例１から結晶性チタ
ニアを除いた組成物液を調製し、これを合成樹脂製品の
表面に塗布し、２０℃で２０分乾燥させることにより、
光触媒層を硬化させて試料を得た。その結果、合成樹脂
製品の表面の親水性は水との接触角に換算して約１０°
になった。また、当該製品を１ヵ月放置したところ、水
との接触角は約５０°になった。これに紫外線を照射し
ても水との接触角に変化はなかった。

【００１８】（実施例２）コロイダルシリカを２．０重
量％、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライドを
０．０５重量％、アナターゼ型チタニアを１重量％含有
し、表面張力が３５ダイン／ｃｍの光触媒性親水性組成
物液（Ａ）を調製した。同様にして、アナターゼ型チタ
ニアの代わりにルチル型チタニアを分散させた光触媒性
親水性組成物液（Ｂ）及びブルカイト型チタニアを分散
させた光触媒性親水性組成物液（Ｃ）を調製した。これ
ら光触媒性親水性組成物液（Ａ〜Ｃ）を合成樹脂製品の
表面にスポンジ拭きにより塗布した後、２０℃で２０分
乾燥させることにより、光触媒層を硬化させて試料を得
た。上記試料について、光触媒層形成後、３時間太陽光
に晒すことにより、紫外線が照射されるようにした後、
水を噴霧したところ、水滴が形成されず、水が一様に広
がる様子が観察された。また、暗所に放置した後、再び
紫外線を照射すると、水が一様に広がる状態に戻った。

【００１９】（比較例２）上記実施例２から結晶性チタ
ニアを除いた組成物液を調製し、これを合成樹脂製品の
表面に塗布し、２０℃で２０分乾燥させることにより、
光触媒層を硬化させて試料を得た。その結果、合成樹脂
製品の表面の親水性は水との接触角に換算して約１０°
になった。また、当該製品を１ヵ月放置したところ、水
との接触角は約５０°になった。これに紫外線を照射し
ても水との接触角に変化はなかった。

【００２０】（実施例３）コロイダルシリカを２．０重
量％、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロマイド
を０．００１重量％、アナターゼ型チタニアを０．１重
量％含有し、表面張力が６８ダイン／ｃｍの光触媒性親
水性組成物液（Ａ）を調製した。同様にして、アナター
ゼ型チタニアの代わりにルチル型チタニアを分散させた
光触媒性親水性組成物液（Ｂ）及びブルカイト型チタニ
アを分散させた光触媒性親水性組成物液（Ｃ）を調製し
た。これら光触媒性親水性組成物液（Ａ〜Ｃ）を合成樹
脂製品の表面にスポンジ拭きにより塗布した後、２０℃
で２０分乾燥させることにより、光触媒層を硬化させて
試料を得た。上記試料について、光触媒層形成後、３時
間太陽光に晒すことにより、紫外線が照射されるように
した後、水を噴霧したところ、水滴が形成されず、水が
一様に広がる様子が観察された。また、暗所に放置した
後、再び紫外線を照射すると、水が一様に広がる状態に
戻った。

【００２１】（比較例３）上記実施例３から結晶性チタ
ニアを除いた組成物液を調製し、これを合成樹脂製品の
表面に塗布し、２０℃で２０分乾燥させることにより、
光触媒層を硬化させて試料を得た。その結果、合成樹脂
製品の表面の親水性は水との接触角に換算して約１０°
になった。また、当該製品を１ヵ月放置したところ、水
との接触角は約５０°になった。これに紫外線を照射し
ても水との接触角に変化はなかった。

【００２２】（実施例４）コロイダルシリカを２．０重
量％、ドデシルピリジニウムクロライドを０．０５重量
％、アナターゼ型チタニアを０．０１重量％含有し、表
面張力が４３ダイン／ｃｍの光触媒性親水性組成物液
（Ａ）を調製した。同様にして、アナターゼ型チタニア
の代わりにルチル型チタニアを分散させた光触媒性親水
性組成物液（Ｂ）及びブルカイト型チタニアを分散させ
た光触媒性親水性組成物液（Ｃ）を調製した。これら光
触媒性親水性組成物液（Ａ〜Ｃ）を合成樹脂製品の表面
にスポンジ拭きにより塗布した後、２０℃で２０分乾燥
させることにより、光触媒層を硬化させて試料を得た。
上記試料について、光触媒層形成後、３時間太陽光に晒
すことにより、紫外線が照射されるようにした後、水を
噴霧したところ、水滴が形成されず、水が一様に広がる
様子が観察された。また、暗所に放置した後、再び紫外
線を照射すると、水が一様に広がる状態に戻った。

【００２３】（比較例４）上記実施例４から結晶性チタ
ニアを除いた組成物液を調製し、これを合成樹脂製品の
表面に塗布し、２０℃で２０分乾燥させることにより、
光触媒層を硬化させて試料を得た。その結果、合成樹脂
製品の表面の親水性は水との接触角に換算して約１０°
になった。また、当該製品を１ヵ月放置したところ、水
との接触角は約５０°になった。これに紫外線を照射し
ても水との接触角に変化はなかった。

【００２４】（実施例５）コロイダルシリカを２．０重
量％、塩化オクチルアミンを０．０１重量％、アナター
ゼ型チタニアとルチル型チタニアとブルカイト型チタニ
アの混合物を１０重量％含有し、表面張力が５１ダイン
／ｃｍの光触媒性親水性組成物液を調製した。この光触
媒性親水性組成物液を合成樹脂製品の表面にスポンジ拭
きにより塗布した後、２０℃で２０分乾燥させることに
より、光触媒層を硬化させて試料を得た。上記試料につ
いて、光触媒層形成後、３時間太陽光に晒すことによ
り、紫外線が照射されるようにした後、水を噴霧したと
ころ、水滴が形成されず、水が一様に広がる様子が観察
された。また、暗所に放置した後、再び紫外線を照射す
ると、水が一様に広がる状態に戻った。

【００２５】（比較例５）上記実施例５から結晶性チタ
ニアを除いた組成物液を調製し、これを合成樹脂製品の
表面に塗布し、２０℃で２０分乾燥させることにより、
光触媒層を硬化させて試料を得た。その結果、合成樹脂
製品の表面の親水性は水との接触角に換算して約１０°
になった。また、当該製品を１ヵ月放置したところ、水
との接触角は約５０°になった。これに紫外線を照射し
ても水との接触角に変化はなかった。

【００２６】（実施例６）コロイダルシリカを２．０重
量％、アノンＬＧ（日本油脂社製）を０．０１重量％、
アナターゼ型チタニアとルチル型チタニアとブルカイト
型チタニアの混合物を１０重量％含有し、表面張力が４
５ダイン／ｃｍの光触媒性親水性組成物液を調製した。
この光触媒性親水性組成物液を合成樹脂製品の表面にス
ポンジ拭きにより塗布した後、２０℃で２０分乾燥させ
ることにより、光触媒層を硬化させて試料を得た。上記
試料について、光触媒層形成後、３時間太陽光に晒すこ
とにより、紫外線が照射されるようにした後、水を噴霧
したところ、水滴が形成されず、水が一様に広がる様子
が観察された。また、暗所に放置した後、再び紫外線を
照射すると、水が一様に広がる状態に戻った。

【００２７】（比較例６）上記実施例６から結晶性チタ
ニアを除いた組成物液を調製し、これを合成樹脂製品の
表面に塗布し、２０℃で２０分乾燥させることにより、
光触媒層を硬化させて試料を得た。その結果、合成樹脂
製品の表面の親水性は水との接触角に換算して約１０°
になった。また、当該製品を１ヵ月放置したところ、水
との接触角は約５０°になった。これに紫外線を照射し
ても水との接触角に変化はなかった。

【００２８】（実施例７）コロイダルシリカを２．０重
量％、トリデシルトリメチルアンモニウムクロライドを
０．０１重量％、アノンＬＧ（日本油脂社製）を０．０
１重量％、アナターゼ型チタニアとルチル型チタニアと
ブルカイト型チタニアの混合物を１０重量％含有し、表
面張力が４３ダイン／ｃｍの光触媒性親水性組成物液を
調製した。この光触媒性親水性組成物液を合成樹脂製品
の表面にスポンジ拭きにより塗布した後、２０℃で２０
分乾燥させることにより、光触媒層を硬化させて試料を
得た。上記試料について、光触媒層形成後、３時間太陽
光に晒すことにより、紫外線が照射されるようにした
後、水を噴霧したところ、水滴が形成されず、水が一様
に広がる様子が観察された。また、暗所に放置した後、
再び紫外線を照射すると、水が一様に広がる状態に戻っ
た。

【００２９】（比較例７）上記実施例７から結晶性チタ
ニアを除いた組成物液を調製し、これを合成樹脂製品の
表面に塗布し、２０℃で２０分乾燥させることにより、
光触媒層を硬化させて試料を得た。その結果、合成樹脂
製品の表面の親水性は水との接触角に換算して約１０°
になった。また、当該製品を１ヵ月放置したところ、水
との接触角は約５０°になった。これに紫外線を照射し
ても水との接触角に変化はなかった。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明した如く本発明によれば、光
触媒性金属酸化物粒子と、コロイダルシリカと、カチオ
ン性界面活性剤及び／又は両性界面活性剤とを水に分散
させて光触媒性親水性組成物を構成したので、塗布の際
には、合成樹脂製品等の被塗装物表面に弾かれることな
く、均一に且つ薄い光触媒性親水性被膜を形成すること
ができ、また、一旦形成された光触媒性親水性被膜は高
度に親水化した表面を長期に亘って維持でき、しかも被
膜の厚みを薄くできるので、白濁や発色などの問題も生
じない。更に、水性組成物であるので、溶剤臭がなく、
取り扱い性にも優れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０８Ｊ 7/06 Ｃ０８Ｊ 7/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成樹脂等の表面に親水性を付与する組
成物であって、この組成物は、光触媒性金属酸化物粒子
と、コロイダルシリカと、カチオン性界面活性剤及び／
又は両性界面活性剤とを含有する安定な水性分散液から
なることを特徴とする光触媒性親水性組成物。
【請求項２】請求項１に記載の光触媒性親水性組成物
において、この組成物は光触媒性金属酸化物粒子を０．
０１重量％以上〜１０重量％以下、コロイダルシリカを
０．０５重量％以上２０重量％以下、カチオン性界面活
性剤及び／又は両性界面活性剤を０．０００１重量％以
上０．１重量％以下の割合で含有することを特徴とする
光触媒性親水性組成物。