(57)【要約】【課題】建築物の壁や床、庭石、墓石、石垣、石像、オブジェ、石碑、道路、敷石などとして用いられる石材、ガラス、金属などの基材は、吸水性を有し、使用しているうちにカビや苔、藻類、雑菌、その他汚れが表面を侵食して付着し、洗浄しても染み込んで汚れが取れなくなることがあり、これにより清掃に大変な手間と費用がかかっていた。そこで、頻繁な掃除をしなくても清浄な外観を維持できる基材を提供する。【解決手段】光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤を表面にコーティングして、表面を撥水性にして水をはじき、かつ光触媒の分解作用によって汚れを分解するセルフクリーン機能に優れた基材を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤が表面にコーティングされ、コーティングされた表面が撥水性になっている基材。
【請求項２】
前記光触媒材料は、粒子径が８０ｎｍ以下の粒子である請求項１の基材。
【請求項３】
前記光触媒材料は、金属酸化物あるいは金属酸化物粒子表面に無機物を部分的に担持したものである請求項１または請求項２に記載の基材。
【請求項４】
前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化スズ−酸化アンチモンのうちいずれか1種以上からなる請求項３に記載の基材。
【請求項５】
前記無機物はアパタイト、シリカ、アルミナのうちいずれか1種以上からなる請求項３または請求項４に記載の基材。
【請求項６】
前記有機バインダーは、有機シリケート、アルカリ金属の有機シリケート、シリコン樹脂、フッ素樹脂のうちいずれか1種以上からなる請求項１から５のいずれかに記載の基材。
【請求項７】
前記コーティング剤は、さらに溶媒を含有してなり、固形分のうちの前記光触媒材料が０．０１重量％から１０重量％である請求項１から６のいずれかに記載の基材。
【請求項８】
前記コーティング剤中の光触媒材料に対する有機バインダーの含有率は、重量換算で０．１以上１００以下である請求項１から７のいずれかに記載の基材。
【請求項９】
光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤を基材表面に浸透させる工程を具備する基材の製造方法。
【請求項１０】
光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤を、基材表面に浸透させる工程と、加熱乾燥する工程と、を具備する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の壁や床、庭石、墓石、石像、記念碑、オブジェ、道路、敷石などとして用いられる石材、ガラス、金属などの基材に対する防汚技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した基材においては、表面が吸水性であり、雨水や湿気を吸いこんで、長期間屋外で使用されるとカビや苔、藻類、雑菌、その他汚れが表面を侵食して付着する場合がある。その結果、洗浄しても染み込んでいるために汚れが取れなくなってしまう。また、室内で使用される場合でも栄養分がなくても表面に湿気や水分が付着するだけでカビや苔、藻類、雑菌などが生えて汚れてくる。その結果、これらの原因によって、基材の表面は、カビや苔、藻類が生えて、美観が損なわれるため、その都度基材の表面の清掃をタワシやスポンジ、モップ、高圧洗浄などを用いて実施しており、大変な手間と費用がかかっていた。
【０００３】
一方、光触媒を加工した基材や素材が近年用いられており、光触媒の分解作用によりカビや苔、藻類、雑菌などを分解して汚れを防ごうとしている（特許文献参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５６０７９号公報
【特許文献２】特開２００２−２３４１０７号公報
【特許文献３】特開２００２−２４２４８６号公報
【特許文献４】特開２００２−３３８３７４号公報
【特許文献５】特開２００４−２３８８１７号公報
【特許文献６】特開２００５−０８７９０８号公報
【特許文献７】特開２００６−２３９４９０号公報
【特許文献８】特開２００７−０７５７０４号公報
【特許文献９】特開２００８−０４３８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、光触媒は通常、超親水性であるため、光触媒を加工した基材表面は親水性となり、表面に湿気や水分が付着してくるので、夜などの光がないときに、カビや苔、藻類、雑菌などが繁殖して汚染されてくる。そして、一旦、基材表面が汚染されると、その汚れによって光が遮られて基材表面の光触媒に光が当たらなくなり、光触媒の効果が発揮できなくなるため、カビや苔、藻類、雑菌などの繁殖による汚れを防ぐことができなかった。
【０００６】
そこで、基材表面に撥水コーティングを施し、それに光触媒を塗布するということも試されたが、光触媒が撥水コーティングを分解してしまうため、直ぐに親水性になってしまって短期間で使用できなくなっていた。そのため、基材に撥水性の光触媒膜をコーティングした防汚機能に優れた基材はこれまで市場に見られなかった。本発明では、長い間課題となっていたこの光触媒の弱点を一掃し、防汚機能に優れた画期的な基材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、上記課題を解決するために、基材表面に光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤がコーティングされ、コーティングされた表面が撥水性になっていることを特徴とする基材を提供する。
【０００８】
例えば、第１局面としては、光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤が表面にコーティングされ、コーティングされた表面が撥水性になっている。
【０００９】
また、この場合において、第２の局面のように、前記光触媒材料は、粒子径が８０ｎｍ以下の粒子であるとよい。
【００１０】
また、上記局面において、以下に示す第３〜第５の局面のようにしてもよい。
【００１１】
第３の局面において、前記光触媒材料は、金属酸化物あるいは金属酸化物粒子表面に無機物を部分的に担持したものである。第４の局面において、前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化スズ−酸化アンチモンのうちいずれか1種以上からなるものである。
【００１２】
第５の局面において、前記無機物はアパタイト、シリカ、アルミナのうちいずれか1種以上からなる。
【００１３】
また、上記第１〜第５の局面においては、以下の第６の局面のようにしてもよい。
【００１４】
第６の局面において、前記有機バインダーは、有機シリケート、アルカリ金属の有機シリケート、シリコン樹脂、フッ素樹脂のうちいずれか1種以上からなる。
【００１５】
また、上記第１〜第６の局面においては、以下の第７の局面のようにしてもよい。
【００１６】
第７の局面において、前記コーティング剤は、さらに溶媒を含有してなり、固形分のうちの前記光触媒材料が０．０１重量％から１０重量％である。
【００１７】
また、上記第１〜第７の局面においては、以下の第８の局面のようにしてもよい。
【００１８】
第８の局面において、前記コーティング剤中の光触媒材料に対する有機バインダーの含有率は、重量換算で０．１以上１００以下である。
【００１９】
また、第９の局面のように、光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤を基材表面に浸透させる工程を具備する製造方法であれば、上記各局面におけるものと同様の基材を製造することができる。
【００２０】
同様に、第１０の局面のように、光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤を、基材表面に浸透させる工程と、加熱乾燥する工程と、を具備する製造方法であれば、上記各局面におけるものと同様の基材を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、基材表面に撥水性の光触媒膜、特に透明な撥水性の光触媒膜が形成される。それにより基材の表面が水をはじき、水がしみこまなくなるため、基材に雨水などがしみこんで濡れ色となって変色することを防いだり、カビや苔、藻類、雑菌などが生えるのを防いだり、酸性雨によって腐食されるのを防いだり、冬期に浸み込んだ水が凍結して基材にひびが入るのを防いだり、塩害を防いだりと、さまざまな効果が得られ、着雪や着氷の防止やつらら防止などの効果も得られる。しかも、基材表面に光触媒が付いているため、光触媒の分解作用により、基材表面に付着してくる汚れを水や二酸化炭素に酸化分解してきれいにするので、セルフクリーニングの相乗効果が得られる。さらに、光触媒により基材表面に接触してくる細菌やウィルス、悪臭なども分解できるため、抗菌や脱臭の効果も同時に得られる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
基材は、表面を鏡面状に研磨された天然の御影石や大理石からなる墓石や、例えば、４０ｃｍ角程度に切られた御影石や大理石の敷石、灯篭、庭石、石碑、オブジェ、建造物、遺跡などさまざまな天然石や人工石などの石材、コンクリートで構成された材料、モルタルで構成された材料の他、煉瓦、タイル、屋根瓦、タイルなど、さまざまな材料を使用できる。そして新しく切り出されたり製造されたりした基材はもちろんのこと、設置されてから数十年経過した基材においても、処理が可能である。
【００２３】
本発明による光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤が表面にコーティングされた基材表面の撥水性は水滴を基材表面に滴下して基材表面と水滴との接触角を測定することによって計測できるが、水との接触角が９０度以上、１８０度以下、特に１１０〜１８０度であることが好ましい。基材の壁の水接触角が９０度以上であると水が付着しにくくなり、１１０度以上であると基材表面に水をかけても水滴が転がり落ちて濡れなくなる。
【００２４】
本発明による光触媒材料を含有するコーティング剤に用いられる有機バインダーは、乾燥すると撥水性となるものが望ましく、また、光触媒による分解作用に対して耐久性を持つものが望ましい。そのようなものとして、有機シリケート、アルカリ金属の有機シリケート、シリコン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。有機シリケートはメチルシリケートやエチルシリケートなどのアルキルシリケートが代表的なものであり、乾燥すると撥水性の有機シリカ膜となる。アルカリ金属の有機シリケートはメチル珪酸ナトリウムやメチル珪酸カリウム、エチル珪酸リチウム、プロピル珪酸カリウムなどのアルキル珪酸塩などが代表的なものであり、乾燥すると撥水性の有機珪酸塩膜となる。これらの膜やシリコン樹脂、フッ素樹脂でできた膜は撥水性で、光触媒による分解作用に対して耐久性を持つ。
【００２５】
本発明による光触媒材料を含有するコーティング剤に用いられる光触媒材料は、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化スズ−酸化アンチモンなどの金属酸化物であるが、光触媒材料と有機バインダーとを含有するコーティング剤をコーティングした基材を長期間使用する場合には、基材表面に形成された撥水膜中の有機分が徐々にではあるが光触媒によって分解されて撥水性が少しずつ低下していくため、それらの金属酸化物粒子表面に無機物を部分的に担持したものを使用することが望ましい。その場合には無機物によって光触媒である金属酸化物粒子と撥水膜中の有機分との接触が防止されるため、有機分の分解が防止されて基材表面の撥水性が維持されるので、長期間の使用が可能となる。
【００２６】
本発明による光触媒材料を含有するコーティング剤に用いられる光触媒材料は、光の散乱を抑えられる程度の粒径のものを用いることが望ましく、例えば、粒子径が８０ｎｍ以下の超微粒子を用いることが考えられる。この場合、光の散乱が抑えられ、透明なコーティング剤やコーティング膜が得られる。コーティング剤に加える光触媒材料の濃度としては、光触媒粒子の凝集による白色化を防止しつつ、光触媒としての酸化分化能力を維持できる程度の濃度として、光触媒材料の固形分が０．０１％から１０％であることが望ましい。
【００２７】
本発明による光触媒材料を含有するコーティング剤は、光触媒材料と有機バインダーの濃度比として、光触媒材料：有機バインダー＝１：０．１以上１００であることが望ましい。この濃度比は、有機バインダーとしての密着性・耐久性とともに光触媒としての性能を維持できる濃度比として定められる。
【００２８】
本発明による光触媒材料を含有するコーティング剤は、光触媒材料と有機バインダーにさらに溶媒を含有してなるが、溶媒としては例えば水を用いることができる。基材表面は多孔質で親水性かつ吸水性である。そのため、溶媒が水であれば、光触媒材料を含有するコーティング剤は基材と親和性があるため、基材表面に浸み込んで、コーティングがやりやすい。また、水は安全無毒かつ低コストで取り扱いが容易である。
【００２９】
基材への加工に関しては、光触媒材料を含有するコーティング剤の溶液を基材となる基材の表面のみに塗布するだけでなく表面内部にも浸透させた方が良い。コーティング剤を表面内部にまで塗布・浸透して乾燥することで、基材の多孔質で凹凸の多い表面に有機基による剣山のような構造の撥水膜をコーティングすることになるため、撥水性が一層高くなり、耐久性に優れた撥水膜を得ることができる。そして、浸透させることで基材の内部まで撥水性となり、カビや苔、藻類、雑菌などの侵入を防ぐとともに、長期間効果の持続する防汚層が形成される。
【００３０】
基材への加工に関しては、光触媒材料を含有するコーティング剤の溶液を基材となる基材の多孔質性により表面および表面内部に浸透させた後、２００℃以下の温度で加熱乾燥することが好ましい。コーティングの後、加熱することで、耐久性に優れた防汚性の撥水層が短時間で形成される。２００℃以上の高温になると基材によっては、結晶水などを放出したりして変質するものがあるため、加熱温度は２００℃以下が望ましい。
【００３１】
さらに基材への加工に関して、あらかじめ３０℃以上２００℃以下の温度に加熱した基材の表面に、光触媒材料を含有するコーティング剤の溶液を塗布しても良い。あらかじめ加熱されていると、基材の表面から浸透した液がすぐに硬化し、高い耐久性のある防汚層を短時間で形成させることができる。
【００３２】
さらに基材への加工に関しては、あらかじめ３０℃以上２００℃以下の温度に加熱した基材の表面に、光触媒材料を含有するコーティング剤の溶液を塗布し、さらに２００℃以下の温度で加熱乾燥することが特に望ましい。こうすることで、高い耐久性のある防汚層を形成することができる。
【実施例】
【００３３】
実施例１粒子表面にアパタイトを部分的に担持した酸化チタンゾル（昭和電工社製  ジュピターＦ４ＡＰＳ）１％とエチル珪酸カリウム１０％と酸化インジウム０．１％とを水に分散させてコーティング液を調製した。このコーティング液を雑巾に浸み込ませ、タイのバンコクにある大学の建物の一面緑色のカビに覆われたコンクリートの外壁の表面をそれで拭いて、カビをきれいに拭き取るとともにコンクリートの外壁内部にコーティング液を浸透させた。外気温が４０℃あったため、コーティング液は１日で乾燥して撥水膜が形成された。最初、コンクリートの外壁表面はカビの根が残っていたため、灰色を呈していたが、光触媒によってカビの根が分解され、日が経つにつれて真っ白になっていった。そして、３年経過した後もきれいな状態が持続した。これに対して、コーティング液で拭き取らなかった部分は３年後も緑色のカビに覆われた状態が続いた。
【００３４】
実施例２粒子表面にシリカを部分的に担持した酸化チタン粉末（昭和電工社製 ジュピターＳ）０．１％とシリコン樹脂のエマルジョン５％と酸化インジウムスズ０．０５％とを水に分散させてコーティング液を調製した。このコーティング液をスポンジに浸み込ませ、設置後５年経過した黒御影石の墓石を拭いて表面をきれいするとともに墓石の表面内部にコーティング液を浸透させた後、表面温度が５０℃になるように、電気ヒーターを使って加熱し、墓石の表面を乾燥させて撥水膜を形成した。この表面の水接触角を測定したところ、１４５度で、水滴を垂らしても転がり落ちていった。この墓石をそのまま１年間放置したところ、１年後においてもカビや苔類などの付着が無く、墓石はきれいな状態を維持した。
【００３５】
比較例１設置されて５年経過した墓石を洗浄し、きれいな状態にした。これをそのまま実環境に再び放置したところ、夏期で約１週間、冬期で２カ月経過すると緑色をしたカビや苔類の繁殖が見られ、墓石が汚染された。
【００３６】
実施例３粒子表面にアパタイトを部分的に担持した酸化チタン粉末（昭和電工社製  ジュピターＦ４ＡＰ）５％とエチル珪酸ナトリウム２０％と酸化スズ−酸化アンチモン０．１％とを水に分散させてコーティング液を調製した。次に４０ｃｍ角の大きさで厚さ２ｃｍの新品の大理石の板の表面にコーティング液をロールコーターでコーティングしながら浸透させた。その後、大理石の表面温度が６０℃になるように、電気ヒーターを使って加熱し乾燥させた。その結果、大理石の表面が撥水性となり、水をかけても浸み込まなくなった。この表面の水接触角を測定したところ、１３８度であった。この大理石板に対してサンシャインウエザオメーターを使って１５００時間の促進劣化試験を行った。その結果、１５００時間後も水接触角が１３５度で、同等の撥水性を維持することができ、優れた耐久性を持つことが分かった。
【００３７】
実施例４粒子表面にシリカを部分的に担持した酸化チタン粉末（昭和電工社製 ジュピターＳ）３％とフッ素樹脂のエマルジョン３０％と酸化アンチモン０．０５％とを水に分散させてコーティング液を調製した。次に庭石（チャート岩）の表面温度が７０℃になるように電気炉を使って加熱し、庭石を乾燥した。この庭石の表面の半分に、調製したコーティング液を刷毛で塗布して浸み込ませた。そして再び電気炉で表面が約６０℃になるまで昇温させた。これを常温になるまで冷却し、そのあと屋外の池に下半分を浸漬して、庭石として実際に使用した。使用してから１年後、コーティングされた側では水中でも藻類などの付着が無く、庭石はきれいな状態を持続したのに対し、コーティングされていない部分は、水中では藻類が付着し、空気中では緑色に変色した。
【００３８】
実施例５粒子表面にシリカを部分的に担持した酸化チタン粉末（昭和電工社製 ジュピターＳ）１％とメチル珪酸リチウム１５％と酸化インジウム０．１％とを水に分散させてコーティング液を調製した。次に新品のコンクリートブロックの敷石を表面温度が５０℃になるように電気ヒーターを使って加熱し、敷石の水分を乾燥させた。５０℃になった敷石の表面の約半分に、調製したコーティング液をスプレーで塗布し表面に浸み込ませた。そして再び電気ヒーターで表面が約１００℃になるまで加熱乾燥した。これを常温になるまで冷却し、そのあと屋外で敷石として実際に使用した。１年間の使用において、コーティングされた部分はカビや苔類などの付着が無く、敷石はきれいな状態を持続したのに対し、コーティングされていない部分は黒く変色した。人がその上を歩行する場合に生じる摩耗に対しても耐久性のある防汚処理ができたと考えられる。
なお、上述した基材としては、上述したコーティング剤が表面に結合可能な材料からなるものであればよく、例えば、石材だけでなく、ガラス、金属、樹脂材料、紙などといった材料を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、建築物の壁や床、庭石、墓石、石垣、石像、オブジェ、石碑、道路、敷石などとして用いられる石材、ガラス、金属などの基材として防汚機能に優れたものの提供が可能となり、さまざまな用途への利用が可能となる。