JP2000071359A

JP2000071359A - 機能材

Info

Publication number: JP2000071359A
Application number: JP10265737A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Saeki; 義光佐伯; Hidenori Kobayashi; 秀紀小林; Sadataka Mayumi; 禎隆真弓
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のガラス、陶磁器の釉薬の表層部に光触
媒を表層部に固定化し、その有機分解能力で汚れを自然
分解することや、表面を平滑にして物理的に堆積しにく
くすることで、汚れを付着しにくくする方法がとられて
いた。しかし、十分な紫外線が得られない場合や汚れの
負荷量が非常に多い場合において、油性成分を含んだ汚
染物質を降雨、シャワー洗浄などの方法で除去できない
場合があった。【解決手段】屋内、屋外の油性成分を含んだ汚染物質
が付着しやすい部材において、表層部の水の接触角より
油の接触角が大きい酸化物の微細な凹凸膜を形成するこ
とで、付着した油性成分による汚染物質を除去しやすく
することができる機能材を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は屋内、屋外の油性成
分を含んだ汚染物質が付着しやすい部材において、付着
した油性成分を含んだ汚染物質を降雨、シャワー洗浄な
どで除去しやすくすることができる機能材に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のガラス、陶磁器の釉薬の表層部に
おいて、光触媒を表層部に固定化し、その有機分解能力
で汚れを自然分解することや、表面を平滑にして物理的
に堆積しにくくすることで、汚れを付着しにくくする方
法がとられていた。

【０００３】しかし、十分な紫外線が得られない場合や
汚れの負荷量が非常に多い場合において、油性成分を含
んだ汚染物質を降雨、シャワー洗浄などの方法で除去で
きない場合があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、屋
内、屋外の油性成分を含んだ汚染物質が付着しやすい部
材において、水の接触角より油の接触角が大きくなるよ
うにすることで、付着した油性成分による汚染物質を除
去しやすくすることができる機能材を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題を解決するためになされたもので、表層部の水の接触
角より油の接触角が大きい酸化物の微細な凹凸膜を形成
することにある。

【０００６】また、酸化物の微細な凹凸膜を形成するこ
とにより、水の接触角を２５度以下、帯電半減期を１０
秒以下のいずれかまたはその両方の機能を有することが
できる。さらに、光触媒機能を有する酸化物を用いるこ
とで、光励起により、この機能を向上させ維持すること
ができる。

【０００７】微細な凹凸膜の形成方法は、酸化物の組成
または液濃度、塗布条件および焼成温度、焼成時間など
の固定化方法を変えることにより、適当な凹凸間隔およ
び凹凸高さ（表面粗さ）を持った微細な凹凸膜を形成す
る。例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｌ
ｉ₂Ｏ、ＴｉＯ₂などの酸化物を１つまたは２つ以上含む
塗布液を１種類または２種類以上作製し、これを温度コ
ントロールされた基材上に１回または多数回、スプレー
などの方法で塗布し、十分な膜強度が得られる温度まで
加熱することにより、膜を形成させる。

【０００８】

【作用】適当な表面粗さを持った微細な凹凸膜を形成す
ることで、部材表面での油の拡散抵抗を増加させ、油の
接触角を低下させず、一方、部材表面の凹凸膜での水の
浸透力を増加させ、水の接触角を低下させる。このた
め、油性成分を含んだ汚染物質が表面に付着したあと、
降雨、シャワー、高圧スプレー、水を含ませたスポンジ
拭きなどで洗浄する場合、水の接触角より油の接触角が
大きくなるため、油と部材表面の間に水が入り込みやす
くなり、除去性が良くなる。微細な凹凸膜の凹凸間隔お
よび表面粗さが大きすぎると、油が凹凸にしみ込むこと
から拭き取りや洗浄で除去しにくくなることから、５０
０ｎｍ以下であることが望ましく、４００ｎｍ以下であ
ることが好ましい。さらに、微細な凹凸膜の表面粗さが
基材表面の表面粗さに比べて、６ｎｍ以上４０ｎｍ以下
の範囲で大きいことが、より好ましい。

【０００９】水の接触角を油の接触角より小さくし、水
の接触角を２５度以下とすることで、表面を水で濡れや
すくなるため、洗浄する場合に、油と部材表面の間に水
が入り込みやすくなり、除去性が良くなる。さらに、光
触媒機能を有する酸化物を用いることで、光励起によ
り、水の接触角をさらに低下させることができ、除去性
がさらに良くなる。

【００１０】また、帯電半減期を１０秒以下にすること
で空気中の帯電した埃が静電気的に付着することも防止
できる。さらに、光触媒機能を有する酸化物を用いるこ
とで、光励起により、帯電半減期をさらに低下させるこ
とができ、付着防止効果が大きくなる。以上に加えて、
光触媒による有機物分解作用により、ねめり、カビ、藻
の発生を防ぐことができ新たな汚れを発生させず、汚れ
を付着させる油性成分を分解することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１、図２、図３は、本発明の実施
形態に係る機能材の概略を示す断面図である。

【００１２】本発明の機能材の表面は図１に示すとお
り、基材表面１を酸化物２が覆い、微細な凹凸膜を形成
している。図２は基材表面１を酸化物２と光触媒機能を
有する酸化物３が微視的に分散された微細な凹凸膜を形
成している。図３は基材表面１を酸化物２が覆い、その
表面に光触媒機能を有する酸化物３が微視的に分散さ
れ、微細な凹凸膜を形成している。

【００１３】タイル、ガラス、セラミクス、ホーローパ
ネルなどの基材表面１に対して、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、
Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、ＴｉＯ₂などを必要に応じた
配合された酸化物、金属アルコシドまたはチタンアルコ
キシド、有機チタネートまたはその誘導体などを均一層
または多層に塗布後焼成することで酸化物２を固定化す
る。

【００１４】この場合、酸化物の各粒子間の空隙や微細
気孔による表面粗さを、液組成、液濃度、基材温度、塗
布圧力、塗布量、塗布回数、加熱温度、加熱時間、昇温
速度などを適宜調整することにより、最適化する。例え
ば、液組成および液濃度について、酸化物ゾルであれば
１％以下が望ましく、金属アルコキシドでは５％以下が
望ましい。また、基材温度は８０度以上が望ましく、塗
布圧力、塗布量、塗布回数についてはできるだけ微細な
均一な霧化状態となるように適宜調整する。さらに、昇
温速度は基材の熱衝撃性を考慮しながら、基材表面温度
をできるだけ迅速に、かつ、均一になるように加熱装置
の選定を行い、適宜調整することが必要である

【００１５】微細な凹凸膜の凹凸間隔および表面粗さが
大きすぎると、油が凹凸にしみ込むことから拭き取りや
洗浄で除去しにくくなることから、５００ｎｍ以下であ
ることが望ましく、４００ｎｍ以下であることが好まし
い。さらに、微細な凹凸膜の表面粗さが基材表面の表面
粗さに比べて、６ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲で大きい
ことが、より好ましい。なお、表面粗さＲａはＪＩＳＢ
０６０１に準拠して下記の測定条件で測定した。（触針
速度０．０３ｍｍ／ｓ、カットオフ０．０２５ｍ
ｍ、測定長さ０．３ｍｍ）

【００１６】表面粗さが大きくなりすぎないためには、
特に、酸化物の原料として１次粒径は１５ｎｍ以下が好
ましく、１０ｎｍ以下であれば望ましい。金属アルコキ
シドを使用する場合はチタンアルコキシド、アルコキシ
シランなどが挙げられ、チタンテトライソプロポキシド
が望ましい。有機チタネート誘導体ではチタンキレート
などが挙げられ、ジ−ｉ−プロポキシ−ビス（アセチル
アセトナト）チタンが望ましい

【００１７】酸化物は、例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、
Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、ＴｉＯ₂などを含む混合ゾル
をガラスまたは釉薬層の表面に塗布し、この上に、下層
に用いた混合ゾルよりアルカリ金属を減少させ、ＴｉＯ
₂を加えた混合ゾルを塗布するなど基材表面層に対して
傾斜組成し多層構造にすることにより、光触媒機能や膜
強度を向上させることができる。

【００１８】一般に、例えば、施釉タイル表層部の水の
接触角は３０度、油の接触角は２０度と、水の接触角が
大きいため、油性成分が多い空気中の汚れ物質が付着し
た場合、水で洗浄しても、油と基材表面の隙間に水が入
り込みにくいため、除去しにくいことになる。また、こ
の表層部の帯電半減期は３０〜６０秒であり、空気中の
帯電した埃が静電気的に付着することを十分に防止でき
ていない。一方、本発明の機能材では、酸化物の微細な
凹凸膜を形成することにより油の接触角より水の接触角
の方が小さくなり、水の接触角は１５度、油の接触角は
２２度、帯電半減期は１．１秒であった。この場合、水
の接触角の方がが小さいため、油性成分が多い空気中の
汚れ物質が付着した表面を水で洗浄する場合、油と基材
表面の隙間に水が入り込みやすいため、除去しやすいこ
とになり、さらに、空気中の帯電した埃が静電気的に付
着することを十分に防止できることで、長期に渡り、付
着した油性成分による汚れを除去しやすくすることがで
きる。なお、帯電半減期はＪＩＳＬ１０９４（Ａ法）に
準拠して測定した。

【００１９】光触媒機能を有する酸化物は、光励起によ
って、洗浄の際、油性の汚れ物質をさらに流れ落ちやす
くすることができる。水の接触角は望ましくは２５度以
下に、好ましくは１０度以下に、また、帯電半減期は望
ましくは１０秒以下に、好ましくは５秒以下するため
に、液組成、液濃度、塗布量、塗布回数を適宜調整す
る。また、光触媒機能を有する酸化物には酸化チタン、
酸化亜鉛、酸化錫の少なくとも１つ以上を含んでいるこ
とが好ましい。

【００２０】光触媒機能を有する酸化物に担持される金
属は、光触媒機能が向上するものであれば良い。例え
ば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｗ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｓｂなど
が挙げられる。特に、光触媒へ金属を担持する方法とし
て、ドーピングおよび光還元のどちらか一方またはその
組み合わせを用いることで、機能の持続性が得られる。

【００２１】光触媒機能を有する酸化物は光励起により
親水化する部位または有機物を分解する部位として微視
的に配列されことが必要であり、配列間隔が４００ｎｍ
以下であることが好ましく、２００ｎｍ以下であること
が望ましい。

【００２２】上記の製造方法を用いることにより、陶磁
器、ガラス、タイル、ホーローパネル、セラミックの表
面に直接形成することができる。

【００２３】

【実施例１】あらかじめ表面温度を１２０℃に加熱され
たガラスの表面に、シリカゾル、アルミナゾルを固形分
比で１：１の総固形分０．３％の混合液を２５ｇ／ｍ²
の塗布量を２回に分けてスプレー噴霧したあと、シリカ
ゾル、カリウムゾルを固形分比で３：１の総固形分０．
２％の混合液を２５ｇ／ｍ²の塗布量を２回に分けてス
プレー噴霧し８５０℃で加熱処理を行い、ガラス上に酸
化物の微細な凹凸膜を形成した。この表面の水の接触角
は１５度、油の接触角は２５度、表面粗さＲａは２０ｎ
ｍであった。このガラスの表面にカーボンブラックと油
を混合したものを線上に垂らし、この線の両側から水を
垂らしたところ、この液が水の表面に浮いたため、簡単
にガラスの表面から落とすことができた。

【００２４】

【比較例１】実施例１のスプレー噴霧しない以外は同様
の処置を行った。この表面の水の接触角は３１度、油の
接触角は２２度、表面粗さＲａは８ｎｍであったが、カ
ーボンブラックと油を混合したものを簡単にガラスの表
面から落とすことができなかった。

【００２５】

【実施例２】あらかじめ表面温度を８０℃に加熱された
施釉マットタイルの表面に、ＣｕとＡｇを表面に担持し
た酸化チタンゾル、シリカゾル、カリウムゾルを固形分
比で１：７：２の総固形分０．５％の混合液を２５ｇ／
ｍ²の塗布量で１回スプレー噴霧したあと、連続してＩ
ＰＡで希釈されたチタンテトライソプロポキシド５％液
を２５ｇ／ｍ²の塗布量で１回スプレー噴霧したあと７
００℃で加熱処理を行い、施釉タイル上に酸化物の微細
な凹凸膜を形成した。この表面の水の接触角は２２度、
油の接触角は２６度、表面粗さＲａは４００ｎｍ、帯電
半減期は１．６秒であった。この施釉タイルの表面にカ
ーボンブラックと油を混合したものを線上に垂らし、こ
の線の両側から水を垂らしたところ、この液が水の表面
に浮いたため、簡単に施釉タイルの表面から落とすこと
ができた。

【００２６】さらに、この施釉タイルを屋外に１週間曝
露しておいた。この表面の水の接触角は１５度、油の接
触角は２２度、帯電半減期は０．６秒であった。この施
釉タイルの表面にカーボンブラックと油を混合したもの
を線上に垂らし、この線の両側から水を垂らしたとこ
ろ、この液が水の表面に浮いたため、簡単に施釉タイル
の表面から落とすことができた。

【００２７】

【比較例２】実施例２で使用した酸化チタンゾル、シリ
カゾル、アルミナゾルの固形分１．５％の混合液を、１
００ｇ／ｍ²の塗布量で１回スプレー噴霧した以外は実
施例２と同様の処置を行った。この表面の水の接触角は
１８度、油の接触角は２５度、表面粗さＲａは５２０ｎ
ｍ、帯電半減期は１．１秒であった。この施釉タイルの
表面にカーボンブラックと油を混合したものを線上に垂
らし、この線の両側から水を垂らしたところ、表面にこ
の液がしみ込んでいるため、水の表面に浮くことがなく
簡単に落とすことができなかった。

【００２８】さらに、この施釉タイルを屋外に１週間曝
露しておいた。この表面の水の接触角は１４度、油の接
触角は２０度、帯電半減期は０．６秒であった。この施
釉タイルの表面にカーボンブラックと油を混合したもの
を線上に垂らし、この線の両側から水を垂らしたとこ
ろ、表面にこの液がしみ込んでいるため、水の表面に浮
くことがなく簡単に落とすことができなかった。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
屋内、屋外の油性成分を含んだ汚染物質が付着しやすい
部材において、水の接触角より油の接触角が大きくなる
酸化物の微細な凹凸膜を形成することで、付着した油性
成分を含んだ汚染物質を除去しやすくすることができる
機能材を提供することが可能である。また、本発明によ
れば、洗浄の際に使用する洗剤を低減でき、水質汚染・
浄化にかかるエネルギーと同時に二酸化炭素の排出も抑
制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る機能材の概略を示す
断面図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る機能材の概略を示す
断面図である。

【図３】本発明の一実施形態に係る機能材の概略を示す
断面図である。

【符号の説明】

１…基材表層２…酸化物３…光触媒機能を有する酸化物

フロントページの続きＦターム(参考） 4F100 AA17B AA17C AA19B AA20B AA21B AA21C AA40B AB01C AG00A AT00A BA02 BA03 BA07 BA10A BA10C BA13 BA41C DD07B GB07 JD20B JG03B JK15B JL06 JL08C JM01B YY00B 4G069 AA01 AA03 AA08 AA12 BA01A BA01B BA02A BA02B BA04A BA04B BA08B BA14B BA15B BA37 BA48A BB02B BC02A BC03A BC03B BC04A BC31B BC32B CA01 DA06 EA07 EB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水の接触角より油の接触角が大きい酸化物
の微細な凹凸膜を持つことを特徴とする機能材。
【請求項２】微細な凹凸膜の表面粗さＲａが５００ｎｍ
以下であることを特徴とする請求項１に記載の機能材。
【請求項３】水の接触角が２５度以下であることを特徴
とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の機能
材。
【請求項４】帯電半減期が１０秒以下であることを特徴
とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の機能
材。
【請求項５】少なくとも微細な凹凸膜に光触媒機能を有
する酸化物の一部が露出していることを特徴とする請求
項１から請求項４のいずれかに記載の機能材。
【請求項６】光触媒機能を有する酸化物の各粒子が表層
部に微視的に配列されていることを特徴とする請求項１
から請求項５のいずれかに記載の機能材。
【請求項７】前記光触媒機能を有する酸化物に金属が担
持されていることを特徴とする請求項１から請求項６の
いずれかに記載の機能材。
【請求項８】前記凹凸膜にＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｋ₂Ｏ、
Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、ＴｉＯ₂の酸化物を１つまたは２つ
以上含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいず
れかに記載の機能材。