(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に下地膜を介在して光触媒膜が積層された光触媒体であって、前記下地膜が、Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｓｎ，若しくはＺｎよりなる金属薄膜、又は、ＳｉＯ，ＢｅＯ，若しくはＳｎＯ2よりなる金属酸化物薄膜であることを特徴とする光触媒体。
【請求項２】
基材が有機系材料からなる請求項１記載の光触媒体。
【請求項３】
下地膜が、金属ターゲットを用いてスパッタリングを行うことによって得られる金属薄膜、又は酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いてリアクティブスパッタリングを行うことによって得られる金属酸化物薄膜であると共に、光触媒膜が、酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いてリアクティブスパッタリングを行うことによって得られる金属酸化物膜である請求項１又は２記載の光触媒体。
【請求項４】
有機系材料からなる基材がプラスチックフィルムであり、該プラスチックフィルムの表面に下地膜を介在して光触媒膜が積層されると共に、このプラスチックフィルムの裏面に粘着加工が施された請求項２又は３記載の光触媒体。
【請求項５】
基材上に、Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｓｎ，若しくはＺｎよりなる金属薄膜、又は、ＳｉＯ，ＢｅＯ，若しくはＳｎＯ2よりなる金属酸化物薄膜を下地膜として積層した後、更に光触媒膜を積層する光触媒体の製造方法であって、前記下地膜を、金属ターゲットを用いて行うスパッタリング法、又は酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いて行うリアクティブスパッタリング法により形成すると共に、前記光触媒膜を、酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いて行うリアクティブスパッタリング法により形成することを特徴とする光触媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水浄化、空気浄化、消臭、油分の分解等に有効に用いられる光触媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、ＴｉＯ2，ＺｎＯ，ＷＯ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3等の金属酸化物が光触媒として水浄化、空気浄化、消臭、油分の分解などに広く使用されている。このような光触媒は、通常粉末状で用いられている。この粉末状の光触媒を固定化するためには、例えば粉末にバインダーとして樹脂やゴムなどを混ぜて練り、それを基材に塗って数百℃で焼結させるバインダー固定法がある。また、光触媒を基材に膜状に密着させる方法として金属アルコキシド溶液を用いてゲルコーティング膜を作成し、それを数百℃で加熱するゾル−ゲル法で得た金属酸化物膜を光触媒に用いることも知られている。しかし、バインダー固定法もゾル−ゲル法も、上述したように金属酸化物膜の作成時に高温で加熱するため、耐熱性の基材しか用いることができない。一方、スパッタリング法により得られる金属酸化物膜を光触媒膜として用いれば、基材の種類を選ばないで光触媒膜がコーティングされた光触媒体を得ることができるが、この場合であっても、例えば有機物質の基材を用いると、基材と光触媒膜が直接接触するために、基材自身が光触媒作用を受けて劣化したり、また、基材に例えばガラスなどのアモルファス（無定形、非晶質）な材料を用いた場合、光触媒膜が薄い程、基材の影響を受けてその結晶性や配向性が悪くなり、光触媒膜の触媒活性が低下する可能性が生じる。
【０００３】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、担持する基材の種類を選ばず、取扱性及び耐久性に優れるのみならず、触媒効率も良好な光触媒体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及び発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、基材と光触媒膜との間に金属薄膜や金属酸化物薄膜などの下地膜を設けることにより、基材の種類によらず、その劣化を防止することができると共に、光触媒膜の結晶性や配向性などを高めることができ、これによって光触媒活性を向上させることができることを知見すると共に、この場合、特に下地膜及び光触媒膜として、スパッタリング法により得られる薄膜を使用すれば、基材の耐熱性も問題とならず、上記目的をより有効に達成できることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００５】
従って、本発明は、以下の光触媒体及びその製造方法を提供する。
請求項１：
基材上に下地膜を介在して光触媒膜が積層された光触媒体であって、前記下地膜が、Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｓｎ，若しくはＺｎよりなる金属薄膜、又は、ＳｉＯ，ＢｅＯ，若しくはＳｎＯ2よりなる金属酸化物薄膜であることを特徴とする光触媒体。
請求項２：
基材が有機系材料からなる請求項１記載の光触媒体。
請求項３：
下地膜が、金属ターゲットを用いてスパッタリングを行うことによって得られる金属薄膜、又は酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いてリアクティブスパッタリングを行うことによって得られる金属酸化物薄膜であると共に、光触媒膜が、酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いてリアクティブスパッタリングを行うことによって得られる金属酸化物膜である請求項１又は２記載の光触媒体。
請求項４：
有機系材料からなる基材がプラスチックフィルムであり、該プラスチックフィルムの表面に下地膜を介在して光触媒膜が積層されると共に、このプラスチックフィルムの裏面に粘着加工が施された請求項２又は３記載の光触媒体。
請求項５：
基材上に、Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｓｎ，若しくはＺｎよりなる金属薄膜、又は、ＳｉＯ，ＢｅＯ，若しくはＳｎＯ2よりなる金属酸化物薄膜を下地膜として積層した後、更に光触媒膜を積層する光触媒体の製造方法であって、前記下地膜を、金属ターゲットを用いて行うスパッタリング法、又は酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いて行うリアクティブスパッタリング法により形成すると共に、前記光触媒膜を、酸素分子を有するガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いて行うリアクティブスパッタリング法により形成することを特徴とする光触媒体の製造方法。
【０００６】
以下、本発明につき図面を参照して更に詳しく説明する。
図１は、本発明の光触媒体の構成を説明する光触媒体１の断面図である。この光触媒体１は、基材２上に下地膜３を介在させて光触媒膜４を形成したものである。ここで、該基材としては、その材質や形状は特に限定されず、通常光触媒体の基材として用いられているものであればいずれのものでもよく、例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、シリコーン、ポリスチレン等のプラスチック材、ポリエステル系，ポリアミド系，ポリビニルアルコール系などの合成繊維、天然繊維、半合成繊維等からなる織布又は不織布などの有機系材料やガラス、石英、セラミックス、シリカ等の無機質材料及びアルミ、ステンレス等の金属材料などの無機系材料を使用することができるが、本発明は、基材が有機系材料（有機物質）からなる場合に、特に効果的である。
【０００７】
下地膜としては、上記基材と光触媒膜との間に介在させることができ、基材を劣化させることなく、光触媒膜の触媒活性を損わないものであれば、その種類は特に限定されず、例えばＴｉ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｓｎ，Ｚｎ等の金属薄膜やＳｉＯ，ＳｉＯ2，ＢｅＯ，ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｎＯ2，ＺｒＯ2等の金属酸化物薄膜などを挙げることができるが、本発明の目的を鑑みれば、金属薄膜の場合、これらの中でも特にＡｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｐｄ等が好適に使用され、金属酸化物薄膜の場合、光触媒活性を有さないＳｉＯ，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＳｎＯ2等が好適に使用される。この下地膜の厚さは特に制限されるものではないが、本発明の目的を達成するには、通常数十〜数千Åの範囲とすることが好ましい。下地膜は、公知の湿式めっき、無電解めっき、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、ゾル−ゲル法等によって上記基材上に膜形成することもできるが、後述するスパッタリング法により成膜すれば、成膜に際して基材の耐熱性が問題とならず、基材の材質の選択の余地が広がるので好適である。
【０００８】
光触媒膜としては、ＴｉＯ2，ＺｎＯ，ＷＯ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3等の金属酸化物膜が用いられる。ここで、光触媒膜の厚さは特に制限されるものではなく、光触媒体の用途等により種々選定することできるが、本発明の場合、上記下地膜の存在によって光触媒膜の触媒活性を良好に発揮するものであるので、数百〜数千Åの比較的薄い光触媒膜の場合、特に触媒活性の向上という点において効果的である。なお、下地膜と光触媒膜との膜厚比は、特に制限されるものではないが、通常下地膜／光触媒膜＝０．１〜１０程度とすると好適である。光触媒膜も上記下地膜と同様に、公知のバインダー固定法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、ゾル−ゲル法等の方法によって成膜することができるが、スパッタリング法が好適に採用される。
【０００９】
以下、本発明の下地膜及び光触媒膜を成膜する方法として好適に採用されるスパッタリング法について述べる。
【００１０】
金属薄膜からなる下地膜を形成するスパッタリング法は、真空又は不活性ガス中で金属ターゲットを用いてスパッタリングを行うものであるが、ここで用いる金属ターゲットとしては、上述した金属薄膜の中で所望する金属薄膜を形成する金属である。
【００１１】
また、金属酸化物からなる下地膜を形成する（リアクティブ）スパッタリング法は、酸素分子を含むガスを含有する不活性ガス中で金属ターゲットを用いて、これらを酸化させながらスパッタリングを行うものであるが、ここで用いる金属ターゲットとしては、上述した金属酸化物薄膜の中で所望する金属酸化物ＭｅＯx（ＭｅはＳｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｒ等の金属を示し、ｘは金属の種類によって異なるが、０〜１０、好ましくは０〜５の範囲の正数であり、ｘは必ずしも金属の価数に相当していなくともよい）に対応したＳｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｒ等の金属である。
【００１２】
また、光触媒膜の場合、金属ターゲットとしては、所望する金属酸化物ＭｅＯx（ＭｅはＦｅ，Ｗ，ＳｒＴｉ，Ｔｉ，Ｚｎ等の金属を示し、ｘは金属の種類によって異なるが、０〜１０、好ましくは０〜５の範囲の正数であり、ｘは必ずしも金属の価数に相当していなくともよい）に対応した金属であり、特には光触媒として優れたＴｉＯ2，ＺｎＯ，ＷＯ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3等に対応した金属であり、このような金属ターゲットを酸素分子を含むガスを含有する不活性ガス中で酸化させながらスパッタリングを行って、光触媒作用を有する金属酸化物膜からなる光触媒膜を形成する。
【００１３】
ここで、スパッタリング用の不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン等が用いられ、特に工業的に安価なアルゴンが好ましい。また、リアクティブスパッタリング法の場合、酸素分子を有するガス（酸化性ガス）を含有する不活性ガスの存在下で上記金属ターゲットより金属をスパッタさせ、所望の基材（下地膜の場合）又は下地膜（光触媒膜の場合）上にこのスパッタされた金属の酸化物膜を形成するものであるが、上記酸化性ガスとしては、酸素、オゾン、空気、水等が挙げられ、通常は酸素が用いられる。なお、上記不活性ガスと酸化性ガスとの流量比（容量比）は適宜選定されるが、不活性ガス：酸化性ガス＝１００：０．１〜１００：１０００の範囲とすることが好ましい。
【００１４】
本発明において、スパッタリング装置、リアクティブスパッタリング装置、スパッタリング圧力等のスパッタリング条件などは特に制限されず、公知の装置、条件を採用することができる。例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリング、対向スパッタリングなどの装置を用いることができ、またスパッタリング時の圧力は高真空下から大気圧下とすることができるが、通常１ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの真空下で行われる。
【００１５】
なお、本発明の光触媒体は、基材としてプラスチックフィルムを使用し、その表面に上記下地膜を成膜し、さらにその上に上記光触媒膜を形成した後に、プラスチックフィルムの裏面に粘着加工を施したものとすることもできる。このような光触媒体によれば、例えば蛍光灯の反射板の表面に貼着することによって、既存の蛍光灯にでも貼り替え可能に使用することができる。この場合、プラスチックフィルムとしては、特に制限されないが、上記のような使用方法を考慮すれば、通常ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル等のプラスチックを厚さ数十〜数百μｍ程度のフィルム状に成形したものが好適に使用される。また、粘着加工としては、例えば室内用品のような種々の対象物に上記プラスチックフィルムを貼り付けることができる限りその手段は特に制限されるものではない。
【００１６】
本発明の光触媒体は、公知の光触媒体と同様にして使用することができ、例えばこの光触媒体の表面に光を照射することによって表面に形成された光触媒膜が励起し、殺菌、脱臭等の作用を発揮するもので、水浄化、空気浄化、消臭、油分の分解などに用いることができるものである。この際、基材と光触媒膜との間に下地膜が介在していることにより、基材が例えば有機系材料からなる場合であっても基材が劣化することもなく長時間使用することができ、また、例えば基材がアモルファスな材料からなる場合であっても光触媒膜の光触媒活性を良好に発揮させることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の光触媒体は、基材を劣化させることなく長時間使用することが可能であると共に、光触媒膜の光触媒活性を良好に発揮させることができ、光触媒膜が薄い場合であっても高い光触媒活性が得られる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００１９】
〔実施例１，比較例１〕
４×５（ｃｍ2）のポリエステル不織布を基材として使用し、この基材に対し、対向スパッタリング法（ターゲット  Ｔｉ）で、不活性ガスとしてアルゴンガス５ｍｌ／分をスパッタ装置内に流し、ガス圧５ｍＴｏｒｒ、ターゲット投入パワー１．２ｋＷで基材表面全体に５分成膜を行って、基材上に３０００ÅのＴｉ薄膜からなる下地膜を形成した後、対向スパッタリング法（ターゲット  Ｔｉ）で、酸化用ガスとして酸素５ｍｌ／分をアルゴンガス５ｍｌ／分とともにスパッタ装置内に流し、ガス圧５ｍＴｏｒｒ、ターゲット投入パワー１．２ｋＷで基材表面に形成された下地膜表面全体に６０分成膜を行って、３０００ÅのＴｉＯ2薄膜からなる光触媒膜を形成して実施例１の光触媒体を得た。一方、実施例１において、下地膜を介在させない以外は実施例１と同様にして基材表面全体に光触媒膜を形成して比較例１の光触媒体を得た。
【００２０】
これらの光触媒体について、サンシャインウェザーメーターに５００時間暴露する前後の光触媒体の破壊強度を測定し、その破壊強度の変化を調べた。結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
0003781065.tif 000002
表１によれば、本発明の光触媒体は光暴露による基材の劣化を防止することが認められる。
【００２２】
〔実施例２，比較例２〕
実施例１において、基材として４×５（ｃｍ2）のパイレックスガラスを使用した以外は実施例１と同様にして実施例２の光触媒体を得た。一方、比較例１において、基材として４×５（ｃｍ2）のパイレックスガラスを使用した以外は比較例１と同様にして比較例２の光触媒体を得た。
【００２３】
これらの光触媒体を２２ｍｌのアマランス（赤色顔料）溶液（３ｍｇ／リットル）中に浸し、２５０Ｗ超高圧水銀灯（３００ｎｍ以下をカット）を照射して、その濃度変化を紫外−可視分光光度計で測定し、アマランスの分解率を求めた。結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
0003781065.tif 000003
表２によれば、本発明の光触媒体は光触媒活性を良好に発揮することが認められる。
【００２５】
〔実施例３，比較例３〕
４×５（ｃｍ2）のポリエステルフィルムを基材として使用し、この基材に対し、対向スパッタリング法（ターゲット  Ａｌ）で、不活性ガスとしてアルゴンガス５ｍｌ／分をスパッタ装置内に流し、ガス圧５ｍＴｏｒｒ、ターゲット投入パワー１．０ｋＷで基材表面全体に１分間成膜を行って、基材上に５００ÅのＡｌ薄膜からなる下地膜を形成した後、対向スパッタリング法（ターゲット  Ｔｉ）で、酸化用ガスとして酸素５ｍｌ／分をアルゴンガス５ｍｌ／分とともにスパッタ装置内に流し、ガス圧５ｍＴｏｒｒ、ターゲット投入パワー１．２ｋＷで基材表面に形成された下地膜表面全体に６０分間成膜を行って、３０００ÅのＴｉＯ2薄膜からなる光触媒膜を形成して実施例３の光触媒体を得た。一方、実施例３において、下地膜を介在させない以外は実施例３と同様にして基材表面全体に光触媒膜を形成して比較例３の光触媒体を得た。
【００２６】
これらの光触媒体を２２ｍｌのアマランス溶液（３ｍｇ／リットル）中に浸し、２５０Ｗ超高圧水銀灯（３００ｎｍ以下をカット）を照射して、その濃度変化を紫外−可視分光光度計で測定し、アマランスの分解率を求めた。なお、基材のみについても同様の測定を行った。結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
0003781065.tif 000004
表３によれば、本発明の光触媒体は光触媒活性を良好に発揮することが認められる。
【００２８】
〔実施例４，比較例４〕
４×５（ｃｍ2）のポリエステルフィルムを基材として使用し、この基材に対し、対向スパッタリング法（ターゲット  ＳｎＯ2）で、不活性ガスとしてアルゴンガス５ｍｌ／分をスパッタ装置内に流し、ガス圧５ｍＴｏｒｒ、ターゲット投入パワー１．２ｋＷで基材表面全体に５分成膜を行って、基材上に３０００ÅのＳｎＯ2薄膜からなる下地膜を形成した後、対向スパッタリング法（ターゲット  Ｔｉ）で、酸化用ガスとして酸素５ｍｌ／分をアルゴンガス５ｍｌ／分とともにスパッタ装置内に流し、ガス圧５ｍＴｏｒｒ、ターゲット投入パワー１．２ｋＷで基材表面に形成された下地膜表面全体に６０分成膜を行って、３０００ÅのＴｉＯ2薄膜からなる光触媒膜を形成して実施例４の光触媒体を得た。一方、実施例４において、下地膜を介在させない以外は実施例４と同様にして基材表面全体に光触媒膜を形成して比較例４の光触媒体を得た。
【００２９】
これらの光触媒体について、サンシャインウェザーメーターに５００時間暴露する前後の光触媒体の破壊強度を測定し、その破壊強度の変化を調べた。結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
0003781065.tif 000005
表４によれば、本発明の光触媒体は光暴露による基材の劣化を防止することが認められる。
【００３１】
〔実施例５，比較例５〕
実施例４において、基材として４×５（ｃｍ2）のパイレックスガラスを使用した以外は実施例４と同様にして実施例５の光触媒体を得た。一方、比較例４において、基材として４×５（ｃｍ2）のパイレックスガラスを使用した以外は比較例４と同様にして比較例５の光触媒体を得た。
【００３２】
これらの光触媒体を２２ｍｌのアマランス溶液（３ｍｇ／リットル）中に浸し、２５０Ｗ超高圧水銀灯（３００ｎｍ以下をカット）を照射して、その濃度変化を紫外−可視分光光度計で測定し、アマランスの分解率を求めた。結果を表５に示す。
【００３３】
【表５】
0003781065.tif 000006
表５によれば、本発明の光触媒体は光触媒活性を良好に発揮することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
１  光触媒体
２  基材
３  下地膜
４  光触媒膜
【図１】
0003781065.tif 000007