(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性に優れた保護層を形成することができる構造物表面の保護層形成方法の提供。【解決手段】構造物表面１０の保護層形成方法は、水酸基を含む無機金属錯体、好ましくは、水溶性のチタン錯体を有し、有機樹脂を有さない金属錯体の塗布液を、水酸基が含まれている構造物表面１０に塗布して金属塗布膜２０を形成する工程と、紫外線による光化学反応によって構造物表面１０と金属塗布膜２０との接触面において生じる脱水縮合反応により、金属塗布膜２０を硬化させ、更に構造物表面１０と金属薄膜２０とを固着させて構造物表面１０上に金属薄膜２０を形成する工程とを有している保護層形成方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物表面を保護するための保護層を形成する保護層形成方法において、
前記構造物表面には水酸基が含まれており、
水酸基を含む無機金属錯体を有し、有機樹脂を有さない金属錯体の塗布液を、前記構造物表面に塗布して金属塗布膜を形成する工程と、
紫外線による光化学反応によって前記構造物表面と前記金属塗布膜との接触面において生じる脱水縮合反応により、前記金属塗布膜を硬化させて前記構造物表面上に金属薄膜を形成する工程と
を有することを特徴とする、構造物表面の保護層形成方法。
【請求項２】
前記無機金属錯体は、光触媒活性を有する金属錯体である、
請求項１に記載の構造物表面の保護層形成方法。
【請求項３】
前記金属薄膜を形成する工程において、
前記脱水縮合反応に加えて、前記金属塗布膜の表面を５０℃以上７００℃以下に加熱して熱化学反応を生じさせることにより、前記金属塗布膜を硬化させる、
請求項１に記載の構造物表面の保護層形成方法。
【請求項４】
前記金属塗布膜を形成する工程において、
前記金属塗布膜を、その厚みが０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように形成する、
請求項１又は２に記載の構造物表面の保護層形成方法。
【請求項５】
構造物表面を保護するための保護層を形成する保護層形成方法において、
前記構造物表面には水酸基が含まれており、
水酸基を含む無機金属錯体を有し、有機樹脂を有さない金属錯体の塗布液を、前記構造物表面に塗布して金属塗布膜を形成する工程と、
水酸基を含む無機光触媒を有し、有機樹脂を有さない光触媒の塗布液を、前記金属塗布膜の表面に塗布して光触媒塗布膜を形成する工程と、
紫外線による光化学反応によって前記構造物表面と前記金属塗布膜との接触面及び前記金属塗布膜と前記光触媒薄膜との接触面において生じる脱水縮合反応により、前記金属塗布膜及び前記光触媒塗布膜を硬化させて前記構造物表面上に金属薄膜及び光触媒薄膜を形成する工程と
を有することを特徴とする、構造物表面の保護層形成方法。
【請求項６】
前記金属薄膜及び光触媒薄膜を形成する工程において、
前記脱水縮合反応に加えて、前記光触媒塗布膜の表面を５０℃以上７００℃以下に加熱して熱化学反応を生じさせることにより、前記金属塗布膜及び前記光触媒塗布膜を硬化させる、
請求項５に記載の構造物表面の保護層形成方法。
【請求項７】
前記金属塗布膜を形成する工程及び前記光触媒膜塗布膜を形成する工程において、
前記金属塗布膜及び前記光触媒膜塗布膜を、それぞれの厚みの合計が０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように形成する、
請求項５又は６に記載の構造物表面の保護層形成方法。
【請求項８】
前記無機金属錯体が無機チタン錯体である、
請求項１乃至７の何れかに記載の構造物表面の保護層形成方法。
【請求項９】
前記構造物表面がコンクリート構造物の表面である、
請求項１乃至８の何れかに記載の構造物表面の保護層形成方法。
【請求項１０】
前記金属薄膜を形成する工程の前に、
前記コンクリート構造物の表面に珪酸アルカリ化合物を含浸させることによって水酸基を含む薄膜を形成する工程をさらに有する、
請求項９に記載の構造物表面の保護層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物表面を保護するための保護層を形成する保護層形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物等の各種の構造物に、その表面を保護するための保護層を設けることがある。この保護層としては、例えば光触媒活性を有する光触媒層等が挙げられる。このような構造物表面に保護層を形成するための技術として種々のものが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、有機基材に対して、プライマー塗料を塗布してプライマー層を形成する工程（１）、前記工程（１）で得られたプライマー層上に、光触媒塗料を塗布
して光触媒層を形成する工程（２）を含んでいる光触媒構造物の形成方法が開示されている。この形成方法の場合、プライマー塗料は、数平均分子量が１０００〜５００００である水酸基を有するアクリル樹脂と、４官能シリコン化合物及び／又はその縮合物とを、固形分重量比が１０００／１〜１／３で含んでいる。このようなプライマー塗料から得られるプライマー層は、有機基材及び光触媒層に対して良好な密着性を有するため、この形成方法によれば、保護層としての光触媒層を容易に形成することができる。同様の技術は、特許文献２にも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３７３２２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３８２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術のように、プライマー層がアクリル樹脂等の有機樹脂を含んでいる場合、紫外線により劣化してしまうため、その上に設けられた保護層も長期の使用に耐えられないという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、耐久性に優れた保護層を形成することができる構造物表面の保護層形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の構造物表面の保護層形成方法は、構造物表面を保護するための保護層を形成する保護層形成方法において、前記構造物表面には水酸基が含まれており、水酸基を含む無機金属錯体を有し、有機樹脂を有さない金属錯体の塗布液を、前記構造物表面に塗布して金属塗布膜を形成する工程と、紫外線による光化学反応によって前記構造物表面と前記金属塗布膜との接触面において生じる脱水縮合反応により、前記金属塗布膜を硬化させて前記構造物表面上に金属薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする。金属錯体が光半導体金属錯体の場合は、より顕著に光脱水縮合が生起する。
【０００８】
上記態様における前記金属薄膜を形成する工程において、前記脱水縮合反応に加えて、前記金属塗布膜の表面を５０℃以上７００℃以下に加熱して熱化学反応を生じさせることにより、前記金属塗布膜を硬化させてもよい。
【０００９】
また、上記態様における前記金属塗布膜を形成する工程において、前記金属塗布膜を、その厚みが０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように形成することが好ましい。
【００１０】
本発明の他の態様の構造物表面の保護層形成方法は、構造物表面を保護するための保護層を形成する保護層形成方法において、前記構造物表面には水酸基が含まれており、水酸基を含む無機金属錯体を有し、有機樹脂を有さない金属錯体の塗布液を、前記構造物表面に塗布して金属塗布膜を形成する工程と、水酸基を含む無機光触媒を有し、有機樹脂を有さない光触媒の塗布液を、前記金属塗布膜の表面に塗布して光触媒塗布膜を形成する工程と、紫外線による光化学反応によって前記構造物表面と前記金属塗布膜との接触面及び前記金属塗布膜と前記光触媒薄膜との接触面において生じる脱水縮合反応により、前記金属塗布膜及び前記光触媒塗布膜を硬化させて前記構造物表面上に金属薄膜及び光触媒薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記態様における前記金属薄膜及び光触媒薄膜を形成する工程において、前記脱水縮合反応に加えて、前記光触媒塗布膜の表面を５０℃以上７００℃以下に加熱して熱化学反応を生じさせることにより、前記金属塗布膜及び前記光触媒塗布膜を硬化させてもよい。
【００１２】
また、上記態様における前記金属塗布膜を形成する工程及び前記光触媒膜塗布膜を形成する工程において、前記金属塗布膜及び前記光触媒膜塗布膜を、それぞれの厚みの合計が０．１μｍ以上１．０μｍ以下となるように形成することが好ましい。
【００１３】
また、上記態様において、前記無機金属錯体が無機チタン錯体であることが好ましい。
【００１４】
また、上記態様において、前記構造物表面がコンクリート構造物の表面であることが好ましい。
【００１５】
さらに、上記態様において、前記金属薄膜を形成する工程の前に、前記コンクリート構造物の表面に珪酸アルカリ化合物を含浸させることによって水酸基を含む薄膜を形成する工程をさらに有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、耐久性に優れた構造物表面の保護層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る保護層形成方法の手順を示すフローチャート。
【図２】塗布工程により形成された塗布膜を模式的に示す断面図。
【図３】本発明の実施の形態２に係る保護層形成方法の手順を示すフローチャート。
【図４】第１及び第２塗布工程によって形成された塗布膜を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置及び方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。
【００１９】
以下の各実施の形態では、構造物表面を保護するための保護層を形成する。この構造物については特に限定はなく、建物、橋梁、塀、トンネルの内面、及び電柱等、様々な構造物を挙げることができる。また、構造物表面の材質についても様々なものを採用することができ、例えばコンクリート、石材、煉瓦、タイル、及び各種の塗料等を挙げることができる。但し、後述するように、その表面に水酸基が含まれている必要がある。
【００２０】
（実施の形態１）
実施の形態１では、構造物表面を保護するための保護層として、その表面上に無機金属錯体からなる金属薄膜を形成する。以下では、無機金属錯体として、光触媒活性を有するチタン錯体を用いる。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態１に係る保護層形成方法の手順を示すフローチャートである。
（１）準備工程
図１に示すように、まずは構造物表面上に塗布される塗布液を準備する準備工程を実行する（Ｓ１０１）。この塗布液は、水溶性のチタン錯体を有しており、Ｔｉ含有量は０．１重量％乃至４．０重量％（ＴｉＯ２換算で０．１６重量％乃至６．７重量％）程度である。ここで、このチタン錯体は、水酸基を含んでいる。また、この塗布液は有機樹脂を有していない無機塗布液である。
【００２２】
（２）塗布工程
次に、上述したようにして準備された塗布液を構造物表面上に塗布する塗布工程を実行する（Ｓ１０２）。この塗布工程は、公知のスプレー・ローラー等を用いて行われる。これにより、チタン錯体の塗布膜が構造物表面上に形成される。
【００２３】
図２は、この塗布工程により形成されたチタン錯体の塗布膜を模式的に示す断面図である。図２において、符号１０は構造物の表面層を、２０はチタン錯体の塗布膜をそれぞれ示している。塗布工程においては、厚みａ１が０．４μｍ程度になるように塗布膜２０を表面層１０上に形成する。この塗布膜２０の厚みについては、構造物表面を保護する度合等に応じて様々な値をとり得るが、次の薄膜形成工程において紫外線を利用して塗布膜２０を硬化させるため、紫外線が確実に内部に到達する範囲である０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
（３）薄膜形成工程
次に、上述したようにして形成された塗布膜２０を硬化させて酸化チタン薄膜を形成する薄膜形成工程を実行する（Ｓ１０３）。この薄膜工程は、塗布膜２０の表面を紫外線に曝すことにより行われる。塗布膜２０が紫外線に曝されると、表面層１０と塗布膜２０との接触面において、その紫外線による光化学反応により、表面層１０に含まれる水酸基と塗布膜２０に含まれるチタン錯体の水酸基との間で脱水縮合が起きる。その結果、塗布膜２０が硬化し、表面層１０の表面上に固着される。これにより、構造物表面に保護層としての酸化チタン薄膜が形成される。なお、本実施の形態のように光触媒活性を有する金属錯体を用いた場合、そうではない金属錯体と比べてより顕著に脱水縮合反応が生起して構造物表面に強固に固着する効果が得られる。この点について詳述すると次のとおりとなる。光触媒活性を有する金属錯体（光半導体）は、紫外線暴露下ではラジカルを発生するため、空中の水分（H２O）からH+とOH-を、酸素からO-をそれぞれ発生させる。その結果、基材のOH-との反応、及び基材とチタン錯体との-O-結合の反応が促進される。これにより、基材側のOH-及び金属錯体側で生成されるOH-からH2O＋−O−活性種が生じ、この活性種と基材との脱水縮合の結果として＜基材−O−TiO＞＋＜TiO−O−基材＞＋…という光化学反応が形成され、チタン錯体（金属錯体）と基材との強固な固着が実現される。
【００２５】
このように、本実施の形態では、脱水縮合反応により、酸化チタン薄膜を構造物表面に容易に固着させて形成することができる。この酸化チタン薄膜は有機樹脂を含んでいないため、紫外線による劣化を防止することができる。そのため、この酸化チタン薄膜は、長期にわたって保護層としての機能を発揮することができる。
【００２６】
なお、上記のとおり、本実施の形態では構造物表面に含まれる水酸基を用いて脱水縮合反応を生じさせているため、構造物表面には水酸基が含まれている必要がある。そのため、構造物表面に水酸基が存在しない場合は、水酸基を含む薄膜を当該構造物の表面上に形成した上で、上記の酸化チタン薄膜の形成を行うことになる。
【００２７】
なお、水酸基を含む薄膜を形成するために、コンクリート表面に例えば珪酸アルカリ化合物の含浸処理を施した場合、水酸基を均一に発生させるだけではなく、中性化したコンクリートにアルカリ性を付与することができる。このコンクリート表面に上述したようにして酸化チタン膜を形成することによって、中性化したコンクリートのアルカリ性回復及び耐久性向上を図ることができる。そのため、本実施の形態の保護層形成方法は、コンクリート構造物表面の保護層を形成する方法として優れている。なお、珪酸アルカリ加工物の代わりに、シラン・アルコキシシラン・シリコン等を用いてもよい。
【００２８】
上述したように、本実施の形態の場合、紫外線を利用すれば足りるため、太陽光が照射される屋外に設けられた構造物の表面に対して保護層を形成する場合は、酸化チタン薄膜を形成させるために特段の処理を行う必要はなく、一定期間放置すればよい。
【００２９】
上述したように、本実施の形態では、常温下における脱水縮合反応を用いて酸化チタン薄膜を形成している。この場合、本実施の形態のように０.４μｍ程度の厚みの塗布膜であれば、２８日間程度の期間で硬化し、酸化チタン薄膜が形成される。この塗布膜の硬化に要する時間の短縮化を図るためには、脱水縮合反応に加えて、熱化学反応を利用することが好ましい。具体的には、上記の金属薄膜形成工程において、塗布膜の表面を紫外線に曝すとともに、当該表面を所定の温度に加熱することによって熱化学反応を生じさせ、これにより透過膜を硬化させる。この場合、本実施の形態のように０.４μｍ程度の厚みの塗布膜の表面を７０℃程度に加熱すると、４８時間程度で硬化する。同様に、１２０℃程度に加熱すると６時間程度で、４００℃程度に加熱すると１０分間程度で、それぞれ硬化する。この加熱温度については所望の硬化時間及び使用する加熱器具等に応じて適宜の値が採用されるが、常温下における脱水縮合反応のみによる場合と比べて硬化時間の短縮化を図るという観点からは５０℃以上であることが好ましい。また、光触媒機能を発現させるためには酸化チタンの結晶構造をアナタース型に保持する必要があるため、その上限は、アナタース型からルチル型への転換温度である７００℃であることが好ましい。すなわち、当該加熱温度は、５０℃以上７００℃以下であることが好ましい。
【００３０】
（実施の形態２）
実施の形態２では、酸化チタン薄膜及び光触媒薄膜の積層構造からなる保護層を構造物表面上に形成する。これにより、保護層としての機能をさらに高めることができる。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態２に係る保護層形成方法の手順を示すフローチャートである。
（１）準備工程
図３に示すように、まずは構造物表面上に塗布される塗布液を準備する準備工程を実行する（Ｓ２０１）。この準備工程では、２種類の塗布液が準備される。第１の塗布液は、実施の形態１の場合と同様の液であって、水溶性のチタン錯体を有しており、Ｔｉ含有量は０．１重量％乃至４．０重量％（ＴｉＯ２換算で０．１６重量％乃至６．７重量％）程度である。ここで、このチタン錯体は、水酸基を含んでいる。また、第２の塗布液は、光触媒活性を持つ酸化チタンの分散液である。これらの第１及び第２の塗布液は、有機樹脂を有していない。  
【００３２】
（２）第１塗布工程
次に、上述したようにして準備された第１の塗布液を構造物表面上に塗布する第１塗布工程を実行する（Ｓ２０２）。この第１塗布工程は、実施の形態１の場合と同様にして公知のスプレー・ローラー等を用いて行われる。これにより、チタン錯体の塗布膜が構造物表面上に形成される。
【００３３】
（３）第２塗布工程
次に、Ｓ２０１にて準備された第２の塗布液を、チタン錯体の塗布膜の表面上に塗布する第２塗布工程を実行する（Ｓ２０３）。この第２塗布工程は、第１塗布工程の場合と同様に、公知のスプレー・ローラー等を用いて行われる。これにより、チタン錯体の塗布膜上に光触媒の塗布膜が形成される。
【００３４】
図４は、上記の第１塗布工程により形成されたチタン錯体の塗布膜、及び第２塗布工程により形成された光触媒の塗布膜を模式的に示す断面図である。図４において、符号１０は構造物の表面層を、２０はチタン錯体の塗布膜を、３０は光触媒の塗布膜をそれぞれ示している。第１塗布工程及び第２塗布工程においては、塗布膜２０及び塗布膜３０の厚みの合計ａ２が０．４μｍ程度になるように塗布膜２０及び塗布膜３０を形成する。これらの塗布膜２０及び３０の厚みの合計については、構造物表面を保護する度合等に応じて様々な値をとり得るが、次の薄膜形成工程において紫外線を利用して塗布膜２０及び塗布膜３０を硬化させるため、紫外線が確実に内部に到達する範囲である０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
（４）薄膜形成工程
次に、上述したようにして形成されたチタン錯体の塗布膜２０及び光触媒の塗布膜３０を硬化させて酸化チタン薄膜及び光触媒薄膜を形成する薄膜形成工程を実行する（Ｓ２０４）。この薄膜形成工程は、光触媒の塗布膜３０の表面を紫外線に曝すことにより行われる。このようにして塗布膜３０が紫外線に曝されると、塗布膜２０と塗布膜３０との接触面において、その紫外線による光化学反応により、塗布膜２０に含まれる水酸基と塗布膜３０に含まれる水酸基との間で脱水縮合反応が起きる。また、この紫外線は、塗布膜３０を通過し、その下に形成されているチタン錯体の塗布膜２０にも到達する。このようにして塗布膜２０が紫外線に曝されると、表面層１０と塗布膜２０との接触面において、その紫外線による光化学反応により、表面層１０に含まれる水酸基と塗布膜２０に含まれるチタン錯体の水酸基との間で脱水縮合が起きる。その結果、塗布膜３０が硬化して塗布膜２０の表面上に固着するとともに、塗布膜２０が硬化して表面層１０の表面上に固着する。これにより、構造物表面に保護層としての酸化チタン薄膜及び光触媒薄膜が形成される。
【００３６】
このように、本実施の形態では、常温下における脱水縮合反応により、酸化チタン薄膜及び光触媒薄膜からなる保護層を構造物表面に容易に固着させて形成することができる。これらの酸化チタン薄膜及び光触媒薄膜は有機樹脂を含んでいないため、紫外線による劣化を防止することができる。そのため、これらの酸化チタン薄膜及び光触媒薄膜は、長期にわたって保護層としての機能を発揮することができる。また、実施の形態１の場合と同様に、コンクリート表面に珪酸アルカリ化合物等の含浸処理を施して水酸基を含む薄膜を形成する場合、中性化したコンクリートのアルカリ性回復及び耐久性向上を図ることできる。
【００３７】
なお、上記のとおり、本実施の形態では構造物表面に含まれる水酸基を用いて脱水縮合反応を生じさせているため、構造物表面に水酸基が存在しない場合は、実施の形態１の場合と同様に、水酸基を含む薄膜を形成した上で、上記の酸化チタン薄膜及び光触媒薄膜の形成を行うことになる。
【００３８】
実施の形態１の場合と同様に、太陽光が照射される屋外に設けられた構造物の表面に対して保護層を形成する場合は、酸化チタン薄膜及び光触媒薄膜を形成させるために特段の処理を行う必要はない。塗布膜の硬化に要する時間の短縮化を図るために、熱化学反応を併用してもよい点も、実施の形態１の場合と同様である。本実施の形態では、光触媒の塗布膜の表面上を加熱することになり、この場合でも実施の形態１の場合と同様にその加熱温度は５０℃以上７００℃以下であることが好ましい。
【００３９】
（その他の実施の形態）
上述した各実施の形態では、チタン錯体を含む塗布液を用いて金属薄膜を形成しているが、チタン錯体以外の金属錯体を含む塗布液を用いてもよい。ここで、「金属錯体」とは、錯体を構成する金属の析出ナノ粒子を含むものであって、重曹又はＮａＯＨなどの水溶性アルカリ成分も含むものである。具体的には、硅酸ナトリウム及び硅酸カリウム等の金属錯体を用いることが可能である。その他にも、Ｌｉ＋，Ｎａ＋，Ｋ＋，Ｃａ２＋，Ｓｒ２＋，Ｂａ２＋，Ｃｄ２＋，Ｃｕ２＋，Ｍｎ２＋，Ｚｎ２＋，Ｌａ３＋，Ｎｉ２＋，Ｍｇ２＋，Ｃｏ２＋，Ｆｅ２＋等の置換活性な金属錯体、及びＣｒ３＋，Ｃｏ３＋，Ｒｕ２＋，Ｒｈ３＋，Ｉｒ３＋，Ｐｔ２＋等の置換不活性な金属錯体を用いることができる。なお、置換活性な金属錯体は異性体を作らずに１種類の金属で錯体を作るため、安定しており、本発明に用いるのに好ましい。いずれの金属錯体を用いる場合であっても、水酸基を含んでいる必要がある。
【００４０】
また、上述した実施の形態１では、コンクリート等の構造物の表面上を保護するための保護層を形成する例について説明したが、本発明は他の用途で金属薄膜を形成する場合にも適用することが可能である。例えば、導電性を有する金属材料で構成される基板を実施の形態１における構造物としてみなし、当該基板上に実施の形態１と同様にして金属薄膜を形成することにより、セラミック電極を製造することも可能である。この場合、メッシュ状の基板等を用いることにより、各種の水処理のフィルターに適用可能な電極を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の構造物表面の保護層形成方法は、例えばコンクリート建造物の表面上を保護するための保護層を形成する方法などとして有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  構造物の表面層
２０  酸化チタン薄膜
３０  光触媒薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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