JP2002212510A - 三元素硬化剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】本発明は光触媒反応が早く、強く起きて環境
中の汚染物質を分解する光触媒塗料を提供しようとする
ものである。 【解決手段】本発明による三元素硬化剤は酸化チタン、
酸化ケイ素、酸化銅を主成分とし常温で硬化する光触媒
塗料である。本発明は紫外線と可視光に応答し電子を加
速するので励起するまでの時間が短縮される。光触媒の
電子が短時間で励起すると大量の紫外線が照射される条
件下でも量子効率の低下を最少に防ぐ。酸化銅を配合し
たことにより電荷分離の効率が向上し、光触媒酸化チタ
ンの内部で生成された電子と正孔の再結合を防いで反応
効率の低下を防ぐ。これらの複合要因により従来の光触
媒塗料に比べて有機物を分解する機能が大幅に向上した
塗料である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は環境の浄化にその特
徴を発揮する常温硬化塗料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来酸化チタンを配合し常温で硬化する
光触媒塗料が販売されていた。しかし，それらの光触媒
塗料には次のような欠点があった。従来の光触媒塗料
は，親水性の塗膜を形成するため水と馴染みやすく水に
接すると加水分解し短時間で剥離する。これらの塗料を
多孔質の物体（コンクリート，木材）や繊維に塗布する
と付着した水が浸透し内部が濡れる。従来の光触媒塗料
は，塗膜に紫外線が照射されてから反応が起るまでの時
間が長くかかるため，多量の紫外線が照射されても，そ
のほとんどを反応に利用することができなかった。その
ため，多量の紫外線が照射されるほど光触媒反応の量子
効率が低下する結果となり，酸化分解機能が十分に発揮
できなかった。従来の光触媒塗料の塗膜では，光触媒酸
化チタンの内部で生成された電子と正孔の一部が再結合
していた。そのため表面に拡散して反応に関与する電子
と正孔がロスし反応効率が低下していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は光触媒反応が
早く，強く起きて環境中の汚染物質を分解する光触媒塗
料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】本発明は酸化チタン，酸
化ケイ素，酸化銅の三元素の微粉末を主成分とし常温で
硬化する光触媒塗料である。

【０００５】

【実施例】以下本発明を実施例をもって説明する。図１
は本発明による三元素硬化剤をガラスに塗布した試料の
透明度と耐水性を示す図である。図２は本発明による三
元素硬化剤を塗布した試料の抗菌試験の結果を示す図で
ある。図３は本発明による三元素硬化剤を含浸させた試
験布が化学物質を分解する機能を示す図である。

【０００６】（実施の形態）本発明による三元素硬化剤
はそれぞれの元素を分散させたＡ液，Ｂ液，Ｃ液の三種
類の溶媒を使用時に混合しハケやスプレー機で塗布して
使用する。

【０００７】（しくみと構成部材）本実施例において三
元素硬化剤は酸化チタンと酸化ケイ素およびシランカッ
プリング剤を分散させたＡ液と，ポリアルキルシロキサ
ンと酸化銅を分散させたＢ液，およびメチルメトキシシ
ロキサンをイソプロピルアルコールに溶解したＣ液を混
合して使用するものであり表１にその配合例を示す。

【０００８】

【表１】

【０００９】（塗膜の物性）本発明による三元素硬化剤
は三液を混合してガラスに塗布し常温で乾燥させること
によって無色透明の塗膜を形成する。塗膜は塗布後２０
分で乾燥し，３時間後に鉛筆硬度５Ｈに２０時間後に６
Ｈに硬化する。塗膜と表面に付着した水との接触角は６
５°であり疎水性の域にある。 （協和接触角計（ＣＡ−Ａ型）三点測定平均値）

【００１０】（塗膜の耐水性）本発明による三元素硬化
剤を塗布したガラスを水中に浸漬し２４００時間経過後
に塗膜の硬度を測定した結果，鉛筆硬度５Ｈであった。
塗膜は優れた耐水性があり加水分解による硬度の低下が
ほとんどない。

【００１１】（光触媒反応による効力の証明方法）光触
媒酸化チタンにそのバンドギヤップに相当する波長の光
が照射されると価電子帯の電子が励起して伝導帯に上
る。その結果価電子帯に生じた正孔は吸着水と反応して
酸化作用が，電子は表面吸着酸素と反応して還元作用が
起きる。その酸化作用により表面に付着した微生物を殺
菌し有機物を分解して環境を浄化する。本発明による三
元素硬化剤の殺菌力と抗菌性および有機物の分解力を，
抗菌試験と変色試験により以下に証明する。

【００１２】（抗菌試験の方法）本発明による三元素硬
化剤を４ｃｍ角の合板に塗布した試料を直径１５ｃｍの
シャーレに分注した寒天培地に接地した。試料に表２に
示す６種類の試験菌の胞子分散液を噴霧して接種しＪＩ
ＳＺ ２９１１規格の培養条件で２７ワットの蛍光灯の
光を５０ｃｍの距離から照射（紫外線強度１μｗ）しな
がら１ヶ月間培養した。

【００１３】

【表２】

【００１４】（抗菌試験結果）図２に示すように寒天培
地には接種した試験菌が繁殖したが試料にはまったく菌
が繁殖しない。これは試料の表面で起きた光触媒反応に
より発生したＯＨラジカルの酸化力が試験菌を殺滅し分
解した結果である。蛍光灯など室内に存在する程度の紫
外線強度（１μｗ）でも微生物を殺滅し菌の繁殖を長く
抑制することができることを証明した。

【００１５】（化学物質の分解力）本発明による三元素
硬化剤（ＫＢＬコート３Ｅ）を白い木綿布に含浸させて
乾燥させた後に表３の試薬を溶解した液を塗布して試験
布を作成した。（表３の試薬は熱分解すると黄変色す
る） 各試験布に，日光（紫外線強度２，０００μｗ）を照射
すると１０分後にすべての試験布が黄変色し始め，次第
に濃く変色した。この変色は試薬が分解された結果発現
したものであることを示唆している。そして変色は各試
験布に塗布した試薬の耐熱性に関わらずすべて同時に発
現した。

【００１６】

【表３】

【００１７】（分解力と酸化銅）変色試験の対象として
ＫＢＬコート３Ｅから酸化銅を除いたＣＫ−５０７と，
光触媒を除いたＧ−ＣＵを塗布した布，および未処理の
木綿布にそれぞれ試薬（ＴＢＺ）を溶解した液を塗布し
日光を照射した。試験布が黄変色する度合と速度を表４
の基準で判定した。その結果表５に示すようにＣＫ−５
０７を塗布した試験布は８０分後に変色し始めたが，Ｇ
−ＣＵと未処理の試験布は２４時間経過しても変色しな
かった。（表５） この試験では光触媒を含有しているＣＫ−５０７を塗布
した試験布だけが変色したが，酸化銅を含有している３
Ｅに比べて同じ変色度に至るまでの時間は１２〜３０倍
要した。（試験布５点のバラツキ）

【００１８】

【表４】

【００１９】

【表５】

【００２０】（銅と光の吸収）銅は波長３５０〜６００
ｎｍの光を表６に示した比率で反射し，吸収，透過す
る。銅に光が入射すると光の振動電界ができる。その電
界により銅の中の自由電子が加速され励起状態となり集
団的に電位が高い伝導帯に上がる。本発明による三元素
硬化剤の塗膜の中では励起した自由電子（波動）が塗膜
の全域に広がり，第２の金属（酸化チタン）の電子に干
渉し加速する。加速された電子は励起するまでの時間が
短縮されるため，紫外線が照射されると短時間で励起し
光触媒反応が起る。本発明による三元素硬化剤はアナタ
ーゼ型の酸化チタンを使用しているため，可視光には応
答しないが，酸化銅を配合したことにより可視光を利用
し，光触媒反応が起るまでの時間を大幅に短縮すること
ができた。

【００２１】

【表６】

【００２２】（量子効率の低下防止）光触媒酸化チタン
の反応の量子効率は紫外線強度が増す程，表７に示した
比率で低下する。従来の光触媒塗料の塗膜は，多量の紫
外線が照射されても電子を励起させるまでの時間がかか
りすぎるため，その多くを反応に利用することができな
かった。本発明による三元素硬化剤の塗膜は広範囲の波
長の光に応答し，塗膜中の多量の電子を早く加速し励起
させることができる。その結果，変色試験において紫外
線の照射量が多い条件下でも量子効率の低下を最小に防
ぎ強力な酸化分解力を短時間で発現した。

【００２３】

【表７】

【００２４】（電荷分離）本発明による三元素硬化剤の
塗膜には酸化銅が存在しているため電荷分離の効率が向
上する。電荷分離が良くなると光触媒酸化チタンの内部
で生成された電子と正孔の再結合を防いで，その多くを
光触媒反応に関与させ反応効率の低下を防ぐことができ
る。その結果本発明による三元素硬化剤の塗膜は変色試
験において光触媒反応による酸化還元作用が強力に発現
し試薬を短時間で分解した。

【００２５】（疎水性の塗膜のメリット）本発明による
三元素硬化剤が形成した塗膜の物性は疎水性であり，疎
水性の塗膜は酸化チタンの表面で生成されたＯＨラジカ
ルを効率よく表面に拡散させて付着した有機物を分解す
る。

【００２６】（汚物の付着が激しい場所に応用）本発明
による三元素硬化剤は紫外線の照射量が多くても汚れの
付着が激しいため，汚物を分解するための時間が足りな
くて浄化できなかった部分に使用すると成果が上る。

【００２７】（水廻りの浄化）本発明による三元素硬化
剤は耐水性が侵れているので水中構造物の汚損防止や水
中の微生物，かび，細菌，ウィルスの殺菌と不純物の分
解に応用することができる。

【００２８】（船底塗料）本発明による三元素硬化剤は
船底に塗布し微生物（スライム菌，藻，貝）の付着防止
に利用することができる。本発明は紫外線より水中深く
入射する可視光を利用して反応を促進させるので，水中
での利用に適する。塗膜の物性は疎水性であり，水との
抵抗が少ないので船の航行性を妨げない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明による三元素
硬化剤を塗布すると無色透明で硬い塗膜を形成し物体を
保護する。塗膜に光が照射されると強力な光触媒反応が
短時間で起き，表面に接触した微生物や化学物質等が分
解される。その結果，環境を汚染する物質が減少して清
浄な環境となる。今後さまざまな分野で利用されること
が期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による三元素硬化剤をガラスに塗布した
図。

【図２】本発明による三元素硬化剤を塗布した合板を試
料として抗菌試験を実施した培養１か月後の図。

【図３】本発明による三元素硬化剤を含浸させた木綿布
に塗布した試薬が分解され黄変色した図。

【符号の説明】

１ 三元素硬化剤を塗布したガラス ２ 塗膜の鉛筆硬度 ３ 寒天培地 ４ シャーレ ５ 繁殖した接種菌 ６ 試料 ７ ＫＢＬコート３Ｅを塗布した木綿布 ８ ＫＢＬコートＣＫ５０７を塗布した木綿布 ９ ＫＢＬコートＧＣｕを塗布した木綿布 １０ 未処理の木綿布

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年８月２３日（２００１．８．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】（銅と光の吸収）銅は波長３５０〜６００
ｎｍの光を表６に示した比率で反射しその他を吸収，透
過する。銅に光が入射すると光の振動電界ができる。そ
の電界により銅の中の自由電子が加速され励起状態とな
り集団的に電位が高い伝導帯に上上がる。本発明による
三元素硬化剤の塗膜の中では励起した自由電子（波動）
が塗膜の全域に広がり，酸化チタンの電子を加速する。
加速された電子は励起するまでの時間が短縮されるた
め，紫外線が照射されると短時間で励起し光触媒反応が
起る。本発明による三元素硬化剤はアナターゼ型の酸化
チタンを使用しているため，可視光には応答しないが，
酸化銅を配合したことにより可視光を利用し，光触媒反
応が起るまでの時間を大幅に短縮することができた。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ０９Ｄ 5/16 Ｃ０９Ｄ 5/16 7/12 7/12 // Ｃ０３Ｃ 17/25 Ｃ０３Ｃ 17/25 Ａ Ｆターム(参考） 4G059 AA01 AC22 EA01 EA04 EA05 EB05 EB06 4G069 AA03 AA08 BA02A BA02B BA04A BA04B BA48A BB02A BB04A BB04B BC16A BC31A BC31B BC51A BC60A CD10 DA05 EA11 ED04 FA03 FB23 4H011 AA02 BA01 BB18 BC03 BC19 DA23 DH07 4J038 DL031 HA216 HA446 KA06 MA10 NA04 NA05 NA12 PA18 PB14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化チタンと酸化ケイ素および酸化銅を
   主成分とし常温で硬化する光触媒塗料
2. 【請求項２】 酸化チタンと金属粉（ジルコニウム，タ
   ングステン，アルミニウム，亜鉛等）を分散させた光触
   媒塗料