JP2000070728A

JP2000070728A - 電子線を照射した光触媒材料とその塗料および塗膜

Info

Publication number: JP2000070728A
Application number: JP10245077A
Authority: JP
Inventors: Yukiya Yamashita; 行也山下; Shunichi Hasegawa; 俊一長谷川; Hirotaka Amano; 裕貴天野; Kyoko Kawamura; 京子川村; Makoto Tsunashima; 真綱島
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】光触媒活性に優れた光触媒材料の提供【解決手段】光触媒材料ないしその塗料、塗膜に電子線
を照射することにより光触媒活性を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光照射によって触
媒活性を高めた光触媒材料、およびその材料を有する塗
料ないし塗膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】光を照射することにより有機物を分解
し、消臭、防汚、殺菌作用を発揮する光触媒材料が知ら
れている。この光触媒作用は材料の半導電性に基づき、
光の照射によって生成する強還元性の電子と強酸化性の
正孔とを利用して、材料に接触した有機物などを酸化還
元作用によって分解する。

【０００３】従来、光触媒材料の一つとして、チタンア
ルコキシド類を原料とした酸化チタン薄膜形成用組成物
や該組成物を用いた光触媒薄膜などが知られている（特
開平４−１７４６７９号）が、光触媒活性は十分ではな
い。一方、酸化チタンの光触媒活性を向上させる方法と
して、金属のドープが試みられているが、まだ十分な効
果は報告されていない。

【０００４】この他、特開平７−１００３７８号には、
アナターゼ型酸化チタンを用い、チタンのアルコキシド
とアルコールアミン類からチタニアゾルを調製し、これ
を基板に塗布して高温で焼成する方法が記載されてい
る。しかし、この方法は高温処理に適さない基体には適
用できない。また焼成炉を必要とするので設備の負担が
大きい。さらに、形成される塗膜の透明性が損なわれる
虞があり、また膜の密着性も十分ではない等の問題があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の光触媒
における上記問題を解決したものであって、優れた光触
媒活性を有し、さらにその好適な態様においては、優れ
た光触媒活性と共に基板との密着性に優れた光触媒材料
を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は以下
の構成からなる光触媒材料に関する。（１）電子線を照射することにより光触媒活性を高めた
ことを特徴とする光触媒材料。（２）加速電圧が１０〜２００kvの電子線、好ましくは
加速電圧が２０〜８０kvの低加速電圧電子線を用いた上
記(1)に記載の光触媒材料。（３）一次粒子の平均粒径が０.０１〜０.１μmのアナ
ターゼ型酸化チタンを用いた上記(1)または(2)に記載の
光触媒材料。

【０００７】また、本発明は以下の光触媒塗料ないし塗
膜および成形体に関する。（４）上記(1)〜(3)のいずれかに記載の光触媒材料を塗
膜形成液に分散させた光触媒塗料。（５）上記(1)〜(3)のいずれかに記載の光触媒材料を、
β−ジケトン、チタネート系またはアルミネート系カッ
プリング剤と共に有機溶媒に分散し、シリカゾルと混合
してなる光触媒塗料。（６）光触媒材料を分散させた塗膜形成液に、電子線を
照射して光触媒活性を高めた光触媒塗料。（７）光触媒材料を分散させた塗膜形成液を塗布し、電
子線を照射して光触媒活性を向上させた塗膜。（８）チタンアルコキシドを原料とし、ゾルゲル法によ
り形成した酸化チタン薄膜に電子線を照射して光触媒活
性を高めた塗膜。（９）上記(1)〜(8)のいずれかに記載の光触媒材料、光
触媒塗料または塗膜を有する成形体。

【０００８】

【発明の実施態様】以下、本発明を具体的な態様に基づ
いて詳細に説明する。本発明の光触媒材料は、電子線を
照射することにより光触媒活性を高めたことを特徴とす
るものであり、具体的には、加速電圧が１０〜２００kv
の電子線を用い、好ましくは、加速電圧が２０〜８０kv
の低加速電圧電子線を照射して光触媒活性を高めたもの
である。

【０００９】光触媒材料は、先に述べたように、その半
導電性によって光触媒活性を発揮するが、このような半
導体材料は表面層に結晶欠陥を有している。本発明は、
これに電子線を照射することにより電子密度を増して光
触媒活性を高める。

【００１０】電子線は電子を高電圧で加速させてビーム
状にしたものであり、ブラウン管などの電子機器に利用
されているほかに、樹脂材料等の光硬化、食品等の光殺
菌、電子部品等の精密接着などに利用されている。とこ
ろが、従来の電子線は加速電圧が概ね２００kv以上と高
く到達深度が深いために、表面層の加工には適さない等
の問題がある。一方、材料の光触媒活性は表面の電子密
度等の影響が大きい。このため従来は、電子線を照射し
て材料の光触媒活性を高める試みはなされておらず、こ
のような着想は全く知られていない。ところが、本発明
者等によれば、比較的低い電圧で加速された電子線を照
射することにより材料の光触媒活性を顕著に向上できる
ことが見出された。本発明はかかる知見に基づくもので
ある。

【００１１】本発明において利用される電子線は１０〜
２００kvの電圧により加速されて得られる電子線が好ま
しくは、より好ましくは２０〜８０kvの電圧によって加
速された電子線である。このように、本発明において
は、従来の電子線によりも低い加速電圧によって得た電
子線が好ましい。因みに、光触媒材料からなる塗膜の場
合、従来の加速電圧２００kv以上の電子線ではエネルギ
ーが強すぎて塗膜を透過してしまい、全エネルギーの約
１０％しか吸収されないのに対して、加速電圧５０kv程
度の低加速電圧電子線ではその約９５％が有効に吸収さ
れ、光触媒活性を飛躍的に向上させることができる。

【００１２】本発明の光触媒材料は塗料の形態で用いる
ことができる。具体的には、上記電子線の照射によって
光触媒活性を高めた酸化チタン等を塗膜形成液に分散さ
せた塗料として用いることができる。あるいは、光触媒
材料を分散させた塗膜形成液に上記電子線を照射して光
触媒活性を高めた塗料でも良い。また、光触媒材料を分
散させた塗膜形成液によって塗膜を形成した後に、上記
電子線を照射して光触媒活性を向上させたものでも良
い。なお、塗膜の形成方法は限定されない。

【００１３】本発明の光触媒の材料としては、酸化チタ
ンを用いることができる。酸化チタンはアナターゼ型結
晶のものが好ましい。特に塗膜形成液に酸化チタン粉末
を分散させた塗料として用いる場合には、一次粒子の平
均粒径が０.０１〜０.１μmのものが良く、これをβ-ジ
ケトン、およびチタネート系またはアルミネート系カッ
プリング剤と共に有機溶媒中に分散させてシリカゾルと
均一に混合したものが好ましい。この塗料は、酸化チタ
ンの分散性が良く、β-ジケトンのケトン基による酸化
チタン粉末や基板表面の極性基への作用およびシリカゾ
ルの作用によって塗膜の密着性が向上し、またカップリ
ング剤によって塗膜の透明性が向上する。

【００１４】上記塗料に用いる有機溶媒としては、各種
のアルコール類、ケトン類、炭化水素類、アミド類、ス
ルホキシド類などが挙げられる。また、β-ジケトンと
してはペンタジオン系、ヘキサジオン系など適当であ
る。カップリング剤としてはアルミネート系、チタネー
ト系のものが好ましい。

【００１５】また、本発明の塗膜は、上記塗料液を形成
せずに光触媒材料の薄膜を形成し、これに上記電子線を
照射して光触媒活性を高めたものでも良い。具体的に
は、光触媒材料のアルコキシドを原料とし、これを基板
表面に塗布した後に加熱焼成して光触媒材料の薄膜を形
成し、上記電子線を照射する。酸化チタンの薄膜は、チ
タンアルコキシドを含むゾル液を基板表面にコーテング
し、加熱焼成して形成することができる。

【００１６】上記塗膜を設ける基体の材質は限定されな
い。各種のガラス、プラスチック、セラミックス、木質
ないし繊維質材料、金属類などに広く用いることができ
る。また、本発明の光触媒材料ないし塗料などは光触媒
活性を利用するものであれば良く、その使用目的は限定
されない。有機物の分解、消臭、殺菌ないし抗菌、防
汚、防黴など各種の目的に使用されるものを含む。さら
に、本発明は上記光触媒材料、およびその塗料、塗膜の
他に塗膜を形成した成形体を含む。成形体の用途は限定
されない。各種の機器、部品、家具、土木建築資材、包
装材、水質浄化用フィルム等の環境処理資材などに広く
利用することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。
なお、これらは例示であり、本発明を限定するものでは
ない。

【００１８】実施例１平均１次粒子径０.０２μmの酸化チタン微粒子、メタノ
ール、３−イソプロピル−２，４−ペンタンジオン、チ
タネート系カップリング剤をジルコニアビーズを有する
ペイントシェーカーに入れ、１６時間混合して分散させ
た。これにシリカゾル液を加えて、以下の組成を有する
光触媒塗料を調製した。酸化チタン：１４.０wt％、メタノール：７８.１２wt％カップリング剤：０.５６wt％、シリカゾル：６.２wt％この塗料をスピンコーターにてガラス基板に塗布し、１
５０℃で１時間乾燥させて塗膜を形成した。この塗膜に
電圧５０kvで加速した１０Mradの電子線および２０Mrad
の電子線をそれぞれ照射して本発明の塗膜を形成した。
また、比較のため、電子線を照射しないほかは上記と同
様にして光触媒塗膜を形成した(比較例１)。

【００１９】次いで、これらの塗膜のへイズおよび光触
媒活性を測定した。光触媒活性は、光触媒膜を塗布した
ガラス板を１リットルのパイレックス製容器に入れ、密閉
後、アセトアルデヒドおよびメチルメルカプタンをそれ
ぞれ２μl導入し、紫外線ランプで１時間照射した後に
アセトアルデヒドおよびメチルメルカプタンの濃度をガ
ステック検知管で測定した。この結果を表１に示した。
表１の結果から明らかなように、本発明の塗膜のへイズ
値は比較試料と変わらず、これと同様の高い透明性を有
する。また、アセトアルデヒドおよびメチルメルカプタ
ンの除去率は比較試料よりも高く、優れた光触媒活性を
有することが確認された。

【００２０】

【表１】

【００２１】実施例２チタンテトライソプロポキシド３０gをエタノール２０
０mlで希釈した液に、撹拌しながら０.１wt％硝酸水溶
液２gを添加してゾル液を調製した。このゾル液をディ
ップコーティング法により石英ガラス板の表面にコーテ
ィングし、乾燥後、室温から徐々に６５０℃の温度まで
加熱して焼成した。これを１０回繰り返して石英ガラス
の表面に０.３μmの酸化チタン膜を形成した。この酸化
チタン膜に電圧５０kvで加速した１０Mradの電子線を照
射した。この石英ガラス板を密閉容器に入れ、アセトア
ルデヒドを２μl注入し、１.２mW/cmの紫外線ランプで
２時間照射した後に、アセトアルデヒド濃度をガステッ
ク検知管で測定してアセトアルデヒドの除去率を求めた
ところ、アセトアルデヒドの除去率は９５％であった。

【００２２】比較例２電子線の照射を行わない以外は実施例２と同様にして石
英ガラス板表面に酸化チタン膜を形成した。実施例２と
同様に、この石英ガラス板を密閉容器に入れ、アセトア
ルデヒドを２μl注入し、１.２mW/cmの紫外線ランプで
２時間照射した後に、アセトアルデヒド濃度をガステッ
ク検知管で測定してアセトアルデヒドの除去率を求めた
ところ、アセトアルデヒドの除去率は６０％であった。

【００２３】実施例３チタンテトライソプロポキシド１０gをエタノ一ル５０m
lで希釈した液に、エタノール５０ml、濃塩酸１ml、イ
オン交換水１.２mlからなる混合溶液を、常温下で撹拌
しながら滴下した。この溶液を密封して２４時間後に、
イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チ
タネートを加えて撹拌し塗料液を調製した。これをディ
ップコーティング法により石英ガラス板の表面にコーテ
ィングして乾燥後、５００℃の温度で１時間かけて焼成
し、酸化チタン膜を形成した。この酸化チタン膜に電圧
５０kvで加速した１０Mradの電子線を照射した。この石
英ガラス板を密閉容器に入れ、メチルメルカプタンを２
μl注入して、１.２mW/cmの紫外線ランプで２時間照射
した後に、メチルメルカプタン濃度をガステック検知管
で測定してメチルメルカプタンの除去率を求めたとこ
ろ、メチルメルカプタンの除去率は９０％であった。

【００２４】比較例３電子線照射を行わない以外は実施例３と同様にして石英
ガラス板表面に酸化チタン膜を形成した。この石英ガラ
ス板を密閉容器に入れ、メチルメルカプタンを２μl注
入し、１.２mW/cmの紫外線ランプで２時間照射した後
に、メチルメルカプタン濃度をガステック検知管で測定
してメチルメルカプタンの除去率を求めたところ、メチ
ルメルカプタンの除去率は５５％であった。

【００２５】

【発明の効果】本発明の光触媒材料、塗料ないし塗膜は
電子線の照射によって優れた光触媒活性を有する。また
塗料液を形成したものは高温で加熱する必要がないの
で、高い透明性を有する。さらに、β-ジケトンやカッ
プリング剤、シリカゾルを加えた塗料液を利用するもの
は電子線照射による高い光触媒活性と共に基板との密着
性に優れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０５Ｄ 3/02 Ｂ０５Ｄ 3/02 ＥＣ０９Ｄ 5/00 Ｃ０９Ｄ 5/00 Ｚ (72)発明者天野裕貴埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地三菱マテリアル株式会社総合研究所内 (72)発明者川村京子埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地三菱マテリアル株式会社総合研究所内 (72)発明者綱島真東京都千代田区内神田２丁目８番４号株式会社ジェムコ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線を照射することにより光触媒活性
を高めたことを特徴とする光触媒材料。
【請求項２】加速電圧が１０〜２００kvの電子線、好
ましくは加速電圧が２０〜８０kvの低加速電圧電子線を
用いた請求項１に記載の光触媒材料。
【請求項３】一次粒子の平均粒径が０.０１〜０.１μ
mのアナターゼ型酸化チタンを用いた請求項１または２
に記載の光触媒材料。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の光触媒
材料を塗膜形成液に分散させた光触媒塗料。
【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載の光触媒
材料を、β−ジケトン、チタネート系またはアルミネー
ト系カップリング剤と共に有機溶媒に分散し、シリカゾ
ルと混合してなる光触媒塗料。
【請求項６】光触媒材料を分散させた塗膜形成液に、
電子線を照射して光触媒活性を高めた光触媒塗料。
【請求項７】光触媒材料を分散させた塗膜形成液を塗
布し、電子線を照射して光触媒活性を向上させた塗膜。
【請求項８】チタンアルコキシドを原料とし、ゾルゲ
ル法により形成した酸化チタン薄膜に電子線を照射して
光触媒活性を高めた塗膜。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の光触媒
材料、光触媒塗料または塗膜を有する成形体。