(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光触媒を含む透明層によって内面が被覆された天井を備え、太陽光による光触媒の光励起に伴い前記層の表面が親水化され、もって、天井内面に凝縮水が結露したときに凝縮水が一様な水膜を形成するビニールハウス。
【請求項２】
前記層は光触媒の粒子を無定形シリカによって結着してなる請求項１に記載のビニールハウス。
【請求項３】
前記層は光触媒の粒子が分散されたシリコーンによって形成されており、前記層の表面はシリコーン分子のケイ素原子に結合した有機基が光触媒の作用により少なくとも部分的に水酸基に置換されたシリコーン誘導体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のビニールハウス。
【請求項４】
光触媒の作用により天井素材が劣化するのを防止するため、前記層と天井素材との間には光酸化対抗性の中間層を配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のビニールハウス。
【請求項５】
前記光触媒の光励起に伴い、前記層の表面は水との接触角が１０°以下に親水化される、請求項１から４のいずれか一項に記載のビニールハウス。
【請求項６】
半導体光触媒を含む透明層によって天井内面が被覆されたビニールハウスを屋外に設置して太陽の照射にさらし、太陽光によって光触媒を光励起させることにより前記層の表面を親水化させ、もって、天井内面に凝縮水が結露したときに凝縮水を一様な水膜に広がらせることを特徴とするビニールハウス天井の結露集中防止方法。
【請求項７】
前記層は光触媒の粒子が分散されたシリコーンからなり、前記層の表面のシリコーン分子のケイ素原子に結合した有機基は光触媒が太陽光によって光励起されるに伴い少なくとも部分的に水酸基に置換されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記光触媒の光励起に伴い、前記層の表面は水との接触角が１０°以下に親水化される、請求項６または７に記載のビニールハウス天井の結露集中防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビニールハウスの天井の結露集中防止構造および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
農業の分野ではビニールシートで形成されたビニールハウスが簡便な温室として利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ビニールハウスの内面が露点以下の温度になるとビニールハウス内の空気中の湿分が凝縮し、ビニールハウスの内面に結露が生じる。ビニールハウスの天井に結露した凝縮水は互いに融合して次第に大きな水滴に成長し、充分に大きくなると天井から離れて自重により落下する。凝縮水滴の落下点は天井の特定の決まって箇所に集中する傾向にある。このため、落下点直下の農作物に根腐れが生じるという問題が指摘されている。
【０００４】
本発明の目的は、凝縮水滴の落下点が天井の特定の位置に集中することのないビニールハウス天井構造を提供することにある。
本発明の他の目的は、凝縮水滴の落下点が天井の特定の位置に集中するのを防止する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、光触媒を光励起すると光触媒の表面が高度に親水化されることを発見した。驚ろくべきことに、光触媒性チタニアを紫外線で光励起したところ、水との接触角が１０゜以下、より詳しくは５゜以下、特に約０゜になる程度に表面が高度に親水化されることが発見された。
【０００６】
本発明は斯る発見に基づくもので、本発明によれば、ビニールハウスの天井の内面は半導体光触媒を含む透明層で被覆されている。
ビニールハウスを圃場に設置すると、ビニールハウスは日中は太陽の照射を受け、太陽光はビニールシートを透過して天井内面の光触媒含有層の光触媒を光励起する。光励起に伴い、光触媒含有層の表面は水との接触角が１０゜以下、好ましくは５゜以下、より好ましくは約０゜になる程度に親水化される。
一旦親水化されると、光触媒含有層の表面の親水性は夜間でも維持される。夜間に作物を照射するべくビニールハウスに蛍光灯などの人工光源が設けてある場合には、光触媒は夜間にも光励起される。
【０００７】
このように天井内面の光触媒含有層の表面は高度に親水化されているので、寒冷時や夜間に結露が生じたときには、凝縮水は光触媒含有層の表面に一様に広がり、一様な水膜を形成する。結露の進行に伴い水膜の厚さが増すと、凝縮水は、天井から垂れ下がった水滴を形成することなく、水膜を形成したままビニールハウスの側壁に沿って流下する。従って、ビニールハウスの天井の特定の位置から凝縮水滴が落下することがない。
【０００８】
光触媒としては、アナターゼ型チタニア（TiO2）が最も好ましい。チタニアは、無害であり、化学的に安定であり、かつ、安価に入手可能である。ルチル型チタニアも使用可能である。光触媒性チタニアを紫外線によって光励起すると、光触媒作用によって水が水酸基（OH-）の形で表面に化学吸着され、その結果、表面が超親水性になると考えられる。使用可能な他の光触媒としては、ZnO、SnO2、SrTiO3、WO3、Bi2O3、Fe2O3のような金属酸化物がある。これらの金属酸化物は、チタニアと同様に、表面に金属元素と酸素が存在するので、表面水酸基（OH-）を吸着しすいと考えられる。光触媒含有層の膜厚は０.２μｍ以下にするのが好ましい。このようにすれば、充分な透明性を確保することができる。
【０００９】
光触媒含有層は光触媒の粒子を無定形シリカによってビニールシートに結着することにより形成することができる。このため、結晶性チタニアゾルと無定形シリカの前駆体（例えば、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラｎ−プロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラメトキシシラン、等のテトラアルコキシシラン；それらの加水分解物であるシラノール； 又は平均分子量3000以下のポリシロキサン）との混合物をビニールシートの表面に塗布し、必要に応じて加水分解させてシラノールを形成した後、約100℃以上の温度で加熱してシラノールを脱水縮重合に付すことにより、チタニアが無定形シリカで結着された光触媒含有層を形成する。
【００１０】
水との接触角が０゜になる程度の超親水性を呈する光触媒層を形成する他の好ましいやり方は、未硬化の若しくは部分的に硬化したシリコーン（ケイ素樹脂）又はシリコーンの前駆体からなる塗膜形成要素に光触媒の粒子を分散させてなる塗料用組成物を用いることである。この塗料用組成物をビニールシートの表面に塗布し、塗膜形成要素を硬化させた後、光触媒を光励起すると、シリコーン分子のケイ素原子に結合した有機基は光触媒の光触媒作用により水酸基に置換され、光触媒層の表面は超親水化される。
【００１１】
このやり方には、幾つかの利点がある。シリコーン塗料は常温又は比較的低温で硬化させることができるので、ビニールシートのような非耐熱性の材料で形成されている基材にも適用することができる。光触媒を含有したこの塗料用組成物は、刷毛塗り、スプレーコーティング、ロールコーティングなどにより塗布することができる。シリコーン塗料はシロキサン結合を有するので、光触媒の光酸化作用に対する充分な対抗性を有する。光触媒含有シリコーン塗料からなる光触媒性コーティングの更に他の利点は、表面が一旦超親水化された後には、暗所に保持しても長期間超親水性を維持し、かつ、蛍光灯のような室内照明灯の光でも超親水性を回復することである。
【００１２】
この塗料用組成物の塗膜形成要素としては、メチルトリクロルシラン、メチルトリブロムシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリｔ−ブトキシシラン；エチルトリクロルシラン、エチルトリブロムシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−プロピルトリクロルシラン、ｎ−プロピルトリブロムシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリイソプロポキシシラン、ｎ−プロピルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−ヘキシルトリクロルシラン、ｎ−ヘキシルトリブロムシラン、ｎ−ヘキシルトリメトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリエトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−ヘキシルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−デシルトリクロルシラン、ｎ−デシルトリブロムシラン、ｎ−デシルトリメトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−デシルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−オクタデシルトリクロルシラン、ｎ−オクタデシルトリブロムシラン、ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリエトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリイソプロポキシシラン、ｎ−オクタデシルトリｔ−ブトキシシラン；フェニルトリクロルシラン、フェニルトリブロムシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリｔ−ブトキシシラン；テトラクロルシラン、テトラブロムシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン；ジメチルジクロルシラン、ジメチルジブロムシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン；ジフェニルジクロルシラン、ジフェニルジブロムシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン；フェニルメチルジクロルシラン、フェニルメチルジブロムシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン；トリクロルヒドロシラン、トリブロムヒドロシラン、トリメトキシヒドロシラン、トリエトキシヒドロシラン、トリイソプロポキシヒドロシラン、トリｔ−ブトキシヒドロシラン；ビニルトリクロルシラン、ビニルトリブロムシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリｔ−ブトキシシラン；トリフルオロプロピルトリクロルシラン、トリフルオロプロピルトリブロムシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリイソプロポキシシラン、トリフルオロプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メタアクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプ��ピルメチルジエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−アミノプロピルトリｔ−ブトキシシラン；γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリｔ−ブトキシシラン；β−(３、４−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β−(３、４−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン；および、それらの部分加水分解物；およびそれらの混合物を使用することができる。
【００１３】
光触媒の光酸化作用によりビニールシートが劣化するのを防止するため、ビニールシートと光触媒層との間には光酸化対抗性の中間層を配置するのが好ましい。この中間層はシリコーン（ケイ素樹脂）、フッ素樹脂、又はシリカで形成することができる。
【００１４】
光触媒による超親水化現象は、光触媒による光酸化作用よりも弱い光触媒作用によって実現することができる。従って、ビニールシートの劣化を防止するための他のやり方は、光触媒の光酸化作用を抑制することである。このためには、光触媒含有層の膜厚を０.１μｍ以下にするか、光触媒含有層にアルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミナ、シリカ、ジルコニア、酸化アンチモン、無定形チタニア、含水チタニアの１種又は２種以上を添加することができる。
【００１５】
【実施例】
実施例１
１０cm四角のビニールシートを予めシリコーン層で被覆した。このため、日本合成ゴムの塗料用組成物“グラスカ”のＡ液（シリカゾル）とＢ液（トリメトキシメチルシラン）をＡ液とＢ液との重量比が３：１になるように混合し、この混合液をビニールシートに塗布し、60℃の温度で硬化させ、膜厚３μｍのシリコーンのベースコートで被覆された試料を得た。
次に、アナターゼ型チタニアゾル（日産化学、TA-15）と前記“グラスカ”のＡ液を混合し、エタノールで希釈後、更に“グラスカ”の上記Ｂ液を添加し、チタニア含有塗料用組成物を調整した。この塗料用組成物の組成は、シリカ３重量部、トリメトキシメチルシラン１重量部、チタニア４重量部であった。この塗料用組成物を試料の表面に塗布し、150℃の温度で硬化させ、アナターゼ型チタニア粒子がシリコーン塗膜中に分散されたトップコートを形成した。
【００１６】
この試料の表面に20Wのブラックライトブルー蛍光灯（三共電気、FL20BLB）を用いて０.５mW／cm2の紫外線照度（アナターゼ型チタニアのバンドギャップエネルギより高いエネルギの紫外線の照度）で１週間紫外線を照射した後、表面の水との接触角を接触角測定器（協和界面科学社製、形式CA-X150）により測定した。この接触角測定器の低角度側検出限界は１゜であった。接触角は、マイクロシリンジから試料表面に水滴を滴下した後30秒後に測定した。測定器の読みは０゜であり、超親水性を示した。
次に、密閉容器中にこの試料の両端をテープで固定し、湯の入ったビーカを試料の下方に配置し、凝縮水の状態を観察した。凝縮水は一様な水膜になり、水滴の成長は認められなかった。
【００１７】
実施例２
１０cm四角のビニールシートを予め無定形シリカ層で被覆した。このため、エタノールの溶媒86重量部に、テトラエトキシシランSi(OC2H5)4（和光純薬）６重量部と純水６重量部とテトラエトキシシランの加水分解抑制剤として36％塩酸２重量部を加えて混合し、シリカコーティング溶液を調整した。混合により溶液は発熱するので、混合液を約１時間放置冷却した。この溶液をフローコーティング法によりビニールシートの表面に塗布し、50℃の温度で乾燥させた。乾燥に伴い、テトラエトキシシランは加水分解を受けて先ずシラノールSi(OH)4になり、続いてシラノールの脱水縮重合により無定形シリカの薄膜がビニールシートの表面に形成された。
次に、テトラエトキシシラン（和光純薬）0.69ｇとアナターゼ型チタニアゾル（日産化学、TA-15、平均粒径0.01μｍ）1.07ｇとエタノール29.88ｇと純水0.36ｇを混合し、コーティング溶液を調整した。このコーティング溶液をスプレーコーティング法によりビニールシートの表面に塗布した。このビニールシートを約20分間約150℃の温度に保持することにより、テトラエトキシシランを加水分解と脱水縮重合に付し、アナターゼ型チタニア粒子が無定形シリカのバインダーで結着されたコーティングをビニールシートの表面に形成した。チタニアとシリカの重量比は１であった。
【００１８】
この試料を実施例１と同様の条件で紫外線照射した後、表面の水との接触角を測定したところ、接触角は０゜であった。更に、実施例１と同様に湯の入ったビーカの上方に試料を配置したところ、水滴の成長は認められなかった。
【００１９】
比較例
比較のため、実施例で用いたのと同一のビニールシートに実施例１と同様の条件で紫外線を照射した後、表面の水との接触角を接触角測定器で測定したところ、水との接触角は７０゜であった。湯の入ったビーカの上方に試料を配置したところ、水滴の成長が確認された。
【００２０】
【発明の効果】
以上の試験から分かるように、本発明によれば、ビニールハウスの天井に結露が生じても、凝縮水は光触媒層の表面に一様に広がり、一様な水膜を形成するので、凝縮水滴が天井の決まった箇所から落下することがない。従って、作物の根腐れを防止することができる。また、天井の決まった箇所の直下の圃場に根腐れが生じないので、作付け面積を確保し、収穫量を向上させることができる。