(57)【要約】  【課題】紫外線の照射なしでも超親水性を長時間に渡って保持し得る特性を有する超親水性部材の製造方法を提供すること。  【解決手段】遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物をバーナーで火炎処理することにより該酸化物に超親水性を付与するか、増強するか又は回復させることができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物をバーナーで火炎処理することにより該酸化物に超親水性を付与するか、該酸化物の超親水性を増強するか又は回復させることを特徴とする超親水性部材の製造方法。
【請求項２】
二酸化チタンからなる酸化物を火炎処理する請求項１記載の超親水性部材の製造方法。
【請求項３】
二酸化チタンと、二酸化ケイ素及び三酸化タングステンの少なくとも１種とからなり、その組成が一般式(１−ｘ−ｙ)ＴｉＯ2・ｘＳｉＯ2・ｙＷＯ3で表して０≦ｘ≦０.５、０≦ｙ≦０.５且つ０＜ｘ＋ｙ≦０.５である酸化物を火炎処理する請求項１記載の超親水性部材の製造方法。
【請求項４】
薄膜状態の遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物を火炎処理する請求項１〜３の何れかに記載の超親水性部材の製造方法。
【請求項５】
平板状、線状又は製品形状の基体の上に形成されている薄膜状態の遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物を火炎処理する請求項４記載の超親水性部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超親水性部材の製造方法に関し、より詳しくは、紫外線の照射なしでも超親水性を長時間に渡って保持し得る特性を有する超親水性部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化チタンは多年にわたって塗料業界において顔料として用いられている。近年、二酸化チタンは紫外線の照射により光触媒活性、親水性を示すことが知られ、種々の用途で注目されている。二酸化チタン薄膜は種々の方法、例えば湿式プロセス、スパッタリングによる蒸着で形成されている。また、二酸化チタン薄膜の形成方法の違いによって光触媒活性、親水性に差異が出ることも知られている。更に、二酸化チタン以外にも種々の光触媒活性、親水性を示す酸化物、複合酸化物が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これらの光触媒の光触媒活性、親水性は紫外線の照射中は発揮され、超親水性を示す光触媒もあるが、紫外線の照射を止めると失われてしまう。
本発明は紫外線の照射なしでも超親水性を長時間に渡って保持し得る特性を有する超親水性部材の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物をバーナーで火炎処理することにより、該酸化物に超親水性が付与されるか、該酸化物の超親水性が増強されるか又は回復され、紫外線の照射なしでも超親水性を長時間に渡って保持し得る特性を有する超親水性部材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００５】
即ち、本発明の超親水性部材の製造方法は、遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物をバーナーで火炎処理することにより該酸化物に超親水性を付与するか、該酸化物の超親水性を増強するか又は回復させることを特徴とする。
【０００６】
上記の製造方法においては、好ましくは、二酸化チタンからなる酸化物粒子、又は二酸化チタンと、二酸化ケイ素及び三酸化タングステンの少なくとも１種とからなり、その組成が一般式(１−ｘ−ｙ)ＴｉＯ2・ｘＳｉＯ2・ｙＷＯ3で表して０≦ｘ≦０.５、０≦ｙ≦０.５且つ０＜ｘ＋ｙ≦０.５である酸化物粒子を用いることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の製造方法で得られる超親水性部材は、紫外線の照射なしでも超親水性を長時間に渡って保持し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の超親水性部材の製造方法においては、遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物をバーナーで火炎処理することにより該酸化物に超親水性を付与するか、増強するか又は回復させるのであるが、用いるバーナーはプロパンガスバーナーやアセチレンガスバーナーのようなガスバーナーであっても、霧状液体燃料バーナーであってもよいが、ガスバーナーを用いることが好ましい。また、火炎処理については該酸化物の表面を３００〜１２００℃程度の温度で１〜３０秒間程度処理すること、例えば５００℃で１０秒間処理することが好ましい。
【０００９】
従来公知の光触媒については、光触媒の光触媒活性、親水性は紫外線の照射中に種々の程度で発揮され、超親水性を示す光触媒もあるが、本発明においては遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物を火炎処理して超親水性部材を得ることができる。例えば、超親水性を示さない該酸化物について本発明に従って火炎処理すると該酸化物に超親水性が付与され、超親水性を示す該酸化物について本発明に従って火炎処理すると該酸化物の超親水性が増強されるか又は失われていた超親水性が回復される。
【００１０】
本発明の超親水性部材の製造方法においては、遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物を火炎処理する。この遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物は如何なるものであってもよいが、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、タングステン、鉄等の酸化物であることが好ましい。また、酸化物については、単一金属の酸化物、例えばＴｉＯ2であっても、２種以上の金属を含む複合酸化物、例えば(１−ｙ)ＴｉＯ2・ｙＷＯ3であってもよく、更には、遷移金属及び希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とその他の元素とを含む複合酸化物、例えば(１−ｘ−ｙ)ＴｉＯ2・ｘＳｉＯ2・ｙＷＯ3であってもよい。
【００１１】
本発明の超親水性部材の製造方法においては、二酸化チタンからなる酸化物を火炎処理するか、又は、二酸化チタンと、二酸化ケイ素及び三酸化タングステンの少なくとも１種とからなり、その組成が一般式(１−ｘ−ｙ)ＴｉＯ2・ｘＳｉＯ2・ｙＷＯ3で表して０ ≦ｘ≦０.５、好ましくは０≦ｘ≦０.２、０≦ｙ≦０.５、好ましくは０≦ｙ≦０.３、且つ０＜ｘ＋ｙ≦０.５、好ましくは０＜ｘ＋ｙ≦０.３５である酸化物を火炎処理することが好ましい。
【００１２】
本発明の超親水性部材の製造方法において、二酸化チタンと、二酸化ケイ素及び三酸化タングステンの少なくとも１種とからなる酸化物を火炎処理する場合には、二酸化ケイ素が共存していることにより、得られる酸化物の超親水性が更に改善され、三酸化タングステンを併用することにより、得られる酸化物に、酸化還元反応による電化分離を持続させる特性が付与される。
【００１３】
本発明の超親水性部材の製造方法において、薄膜状態の遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物を火炎処理する場合には、薄膜の厚さについては特には制限されないが、一般的には０.０５〜１ｍｍ程度、好ましくは０.１〜０.５ｍｍ程度である。このような薄膜状態の該酸化物は種々の形状の基体表面に、例えば平板状、線状（電線）の基体表面や、製品形状に加工されている基体表面に形成されている。この基体を構成する材料については、火炎処理に耐え得るものであればガラス、アルミニウム、ステンレス鋼、鋼板等のいかなるものでもよい。
【００１４】
本発明の製造方法によって得られる超親水性部材は、火炎処理する酸化物の種類によって異なるが、後記の実施例の記載からも明らかなように、紫外線の照射なしでも、水滴の接触角が測定できない程の超親水性を長時間、例えば７日以上に渡って保持し得る、３０度以下の水滴の接触角を２週間以上に渡って保持し得る特性を有する。
【００１５】
二酸化チタン表面の親水化機構については、紫外線照射による酸化還元反応のうち、ホールが酸素を酸化して酸素欠損を作り、この欠損と還元されたＴｉ3+とは通常直ちに空気中の酸素によって酸化され緩和されるが、このとき酸素欠損が酸素ではなく水から解離した水酸基と結合することで起こることが知られている。
【００１６】
本発明の製造方法によって得られる超親水性部材が上記のように紫外線の照射なしでも超親水性を長時間に渡って保持し得る理由については現時点では明白ではないが、得られる二酸化チタンには酸素欠損が多くなり、この状態の酸素欠損は長時間超親水性を保持すると考えられる。また、本発明の製造方法によって得られる超親水性部材は表面に微細凹凸を有しているので、このことも超親水性に寄与していると考えられる。
【００１７】
本発明の製造方法によって得られる超親水性部材は上記のように紫外線の照射なしでも超親水性を長時間に渡って保持し得るが、永久ではない。従って、長時間経過して超親水性が悪くなった場合には、二酸化チタンのバンドギャップよりも大きい紫外線を照射することで超親水性は回復される。
【実施例】
【００１８】
図１において、１はアノード、２はカソード（兼ノズル）、３はプラズマガス供給口、４はアノード１とカソード２との間に発生するアーク、５はプラズマ炎、６は粉末供給パイプ、７は供給粉末を含むジェット噴流、８は基体、９はプラズマ溶射により基体上に形成された溶射薄膜、１０は冷却水入口、１１は冷却水出口である。
【００１９】
プラズマガスとしてアルゴンと水素との混合ガスを用い、供給粉末としてＴｉＯ2粉末 を用い、基体としてアルミニウムを用い、溶射距離を１５ｃｍとしてプラズマ溶射を実施してアルミニウム基体上にＴｉＯ2薄膜を形成した。このＴｉＯ2薄膜上の水滴の接触角は０度であった。即ち、このＴｉＯ2薄膜は超親水性であった。このようにして得たＴｉＯ2薄膜を４カ月間暗所に保管した後に水滴の接触角を測定したところやはり０度であった。しかし、６カ月間暗所に保管した後に水滴の接触角を測定したところ１０５度であった。即ち親水性は認められなかった。
【００２０】
上記の親水性の認められなくなったＴｉＯ2薄膜の表面を、波長３５０ｎｍ、出力７０ ０μＷの紫外線ランプで２０時間照射した後暗所に保管した。５時間暗所に保管した後に水滴の接触角を測定したところ０度であったが、１０時間暗所に保管した後に水滴の接触角を測定したところ３０度であり、１５時間暗所に保管した後に水滴の接触角を測定したところ１０５度であった。
【００２１】
上記の親水性の認められなかったＴｉＯ2薄膜の表面をプロパンガスバーナーでその表 面温度５００℃で１０秒間火炎処理した後暗所に保管した。暗所に保管した期間と測定した水滴の接触角との関係は図２に示す通りであった。即ち、３日間暗所に保管した後に水滴の接触角を測定したところ０度であり、７日間暗所に保管した後に水滴の接触角を測定したところやはり０度であり、１７日間暗所に保管した後に水滴の接触角を測定したところ２９度であった。この測定結果と上記の紫外線ランプ照射の場合の測定結果との比較から明らかなように、本発明に従って火炎処理することにより失われていた超親水性が回復され、紫外線の照射なしでも超親水性を長時間に渡って保持し得る特性が達成されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の製造方法で用いられるプラズマ溶射装置の概略断面図である。
【図２】実施例で得られた薄膜を暗所に保管した期間の経過日数と水滴の接触角との相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１  アノード
２  カソード（兼ノズル）
３  プラズマガス供給口
４  アノード１とカソード２との間に発生するアーク
５  プラズマ炎
６  粉末供給パイプ
７  供給粉末を含むジェット噴流
８  基体
９  プラズマ溶射により基体上に形成された溶射薄膜
１０  冷却水入口
１１  冷却水出口
【図１】
2006061889.tif 000002
【図２】
2006061889.tif 000003