JP2001225413A - 光触媒被覆金属板およびその製造方法 - Google Patents

光触媒被覆金属板およびその製造方法

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JP2001225413A
JP2001225413A JP2000037453A JP2000037453A JP2001225413A JP 2001225413 A JP2001225413 A JP 2001225413A JP 2000037453 A JP2000037453 A JP 2000037453A JP 2000037453 A JP2000037453 A JP 2000037453A JP 2001225413 A JP2001225413 A JP 2001225413A
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titanium oxide
photocatalyst
coated metal
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JP2000037453A
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Hiroshige Nakamura
浩茂 中村
Kenji Sakado
健二 坂戸
Akihiro Ando
彰啓 安藤
Setsuko Koura
節子 小浦
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Original Assignee
Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化チタンの光触媒機能を活用し、NOxの
効果的な除去が可能な光触媒被覆金属板を得る。 【解決手段】 平均粒径が10nm以下の酸化チタン微
粒子を一次粒子とし、当該一次粒子を平均粒径で500
nm以上に凝集させた二次粒子として分散させ、シリカ
をバインダーとする塗膜が金属板の表面に形成されてい
ることを特徴とする。予め所定の大きさに凝集させた酸
化チタン微粒子が分散している溶剤をコロイド状シリカ
と混合して塗料を調整し、該塗料を金属板表面に塗布
し、熱処理を施して光触媒層を形成することにより製造
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光照射によりNOxを
酸化分解除去する光触媒作用を損なうことなく光触媒被
膜を均一に被覆させた光触媒被覆金属板に関する。
【0002】
【従来技術】自動車、工場、発電所等から排出されるN
Ox含有ガスは、環境に重大な悪影響を及ぼす酸性雨の
原因の一つとされている。NOxは、人体に呼吸器障害
を誘発する物質とも考えられている。このようなことか
ら、発生源で排ガス中のNOxを除去する方法が検討さ
れているが、一旦排出されたNOxに対しては効果的な
除去技術が確立していないのが現状である。
【0003】近年、光触媒を用いて、光照射によってN
Oxを硝酸塩に変換して除去する方法が提案されてい
る。光触媒は、バンドギャップ以上のエネルギーを有す
る波長の光を照射されると、光励起によって伝導帯には
電子が、価電子帯には正孔が生じる。有機物、水および
有害ガス等は、正孔の強い酸化力による分解が可能であ
る。このような光触媒作用を呈する物質としては、Ti
2、ZnO、ZrO2、WO3、Fe23、FeTi
3、SrTiO3等が知られているが、アナターゼ型酸
化チタン粉末を光触媒として利用している場合が実用上
最も多い。光触媒粉末は、実用的な使用に際し、流出や
飛散を防ぐため金属等に被覆して固定される。被覆法と
しては、例えば特開平3−8448号公報に直接被覆法
が紹介されている。この他にも金属板上に光触媒粒子を
400℃以上の温度で焼結する方法、加熱分解で光触媒
となる物質を400℃程度の温度に加熱した基板上に吹
き付ける方法等も紹介されている。
【0004】光触媒被覆金属板は、光照射によってNO
xを硝酸塩に変換して除去することからNOx分解が可
能である。しかしこの方法では、光照射時の酸化チタン
の酸化力を利用するため、NOはNO3 -に酸化分解され
る過程において、中間生成物であるNO2は大気中に放
出されるものがあり、NOx分解効率が不十分となり、
実用上広範囲に使用するには多くの問題点を有してい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、酸化
チタンに代表される無機系光触媒は、光照射によってN
Oxを硝酸塩に変換して除去する方法が提案されてい
る。しかし、一般的に用いられている平均一次粒子径が
20nm以上のアナターゼ型酸化チタンを金属板に均一
に被覆した場合、酸化チタンの被覆量は実用上限られて
いるため、NOxの酸化分解能には限界がある。光触媒
被覆金属板を用いて、光照射によってNOを硝酸塩に酸
化分解する場合、NOはNO2に、さらにNO2はNO3 -
に酸化分解されるが、中間生成物であるNO2の大半は
NO3 -に酸化分解される前に大気中に放出されてしまう
ため、十分なNOx分解作用を発現しないことがある。
【0006】ここで、十分なNOx分解作用を呈する高
い光触媒活性を発現するためには、表面積の大きい平均
一次粒子径20nm未満のアナターゼ型酸化チタン微粒
子を用いることが望ましい。しかし、平均一次粒子径2
0nm未満のアナターゼ型酸化チタン微粒子を金属板に
被覆する場合、焼成過程で形成された酸化チタン皮膜
に、特性劣化の原因となるクラックが入いりやすいた
め、実用上広範囲に使用するには多くの問題点を有して
いる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点を解決するために案出されたものであり、所定量の
微粒子酸化チタンを凝集させた状態で塗膜に分散させる
ことによって、高い光触媒活性を活用し、長期間に渡り
NOx分解特性を現出させ、皮膜にクラックが発生する
ことがなく、実質的にNOx分解特性のある光触媒被覆
金属板を提供することを目的とする。本発明の光触媒被
覆金属板は、その目的を達成するため、平均粒径が10
nm以下の酸化チタン微粒子を一次粒子とし、これを平
均粒径で500nm以上に凝集させた二次粒子が分散し
ている溶剤をコロイド状シリカと混合して塗料を調整
し、該塗料が金属板表面に直接、又はプライマー層を介
して形成されていることを特徴とする。
【0008】この光触媒被覆金属板に使用する塗料は、
予め乾燥状態において酸化チタン微粒子をボールミル等
で機械的に、または熱処理により所定の大きさに凝集さ
せ、この凝集により作製された二次粒子を溶剤に添加
し、二次粒子を粉砕することなく溶剤中に分散させ、こ
の二次粒子が分散している溶剤をコロイド状シリカと混
合して調整される。
【0009】
【実施の形態】本発明の金属板は、鋼板、ステンレス鋼
板、めっき鋼板、銅板、アルミニウム板等の最表層に酸
化チタン皮膜を形成することにより、NOx分解能が付
与される。該酸化チタン皮膜を形成する金属板の表面に
は予め本出願人が先に特願平9−73835で出願した
シリカ系のプライマー層を形成しておくことが望まし
い。金属板表面でNOx分解等の光触媒作用を発現させ
るためには、酸化チタン粒子が露出されていることが必
要であり、このような塗覆方法としては、スプレー法、
ゾルゲル法、物理蒸着法、粉体塗装法およびディップ法
等がある。特に、スプレー法は樹脂等に混合せずに、揮
発性の高い有機溶剤のみで塗装ができ、かつ塗装費用も
安価である。これに対し、光触媒を分散させた有機系塗
料で皮膜を形成すると、光触媒が樹脂で覆われるため光
触媒活性がほとんど発現しない。上述したように種々の
方法を用いることができる。この内スプレー法のように
溶剤を用いるものは塗装後、溶剤を除去するために熱処
理を施す。
【0010】酸化チタン微粒子としては、光触媒活性の
点からアナターゼ型が好ましく、一次粒子の平均粒径は
10nm以下のものが使用される。一次粒子の平均粒径
が10nmを超えた酸化チタン微粒子を用いた塗膜の場
合、十分なNOx分解等の光触媒作用を発現しない場合
がある。また、凝集過程で作製された二次粒子の平均粒
径は500nm以上のものが使用される。二次粒子の平
均粒径が500nm未満の酸化チタン微粒子を用いた塗
膜の場合、焼成過程で形成された塗膜にクラックが発生
し易くなる。このように光触媒活性が高く、クラックの
無い塗膜を形成するためには、凝集過程で作製された二
次粒子が必要であり、その酸化チタン微粒子を凝集させ
る方法としては、たとえば乾燥状態で酸化チタン微粒子
をボールミルやビーズミルで機械的に結合させる方法が
採用される。一方、一般的に乾燥状態の酸化チタン微粒
子は一次粒子が凝集した二次粒子として存在している
が、これを単に溶剤に添加した場合、二次粒子は粉砕さ
れ溶剤中に分散される。この溶剤をコロイド状シリカと
混合して調整された塗料を用いて作製した塗膜は、焼成
過程でクラックが発生し易くなる。
【0011】金属板表面には、乾燥膜厚で0.5μm以
上となる塗布量で酸化チタン微粒子を含む塗料が塗布さ
れる。0.5μm未満の膜厚では、十分なNOx分解等
の光触媒作用が発現されない場合がある。光触媒層は、
乾燥状態において20〜80重量%の酸化チタンと、バ
インダーとしてのシリカで構成される。酸化チタンが2
0重量%に達しないと、十分なNOx分解等の光触媒作
用を発現しない場合があり、塗膜の密着性を確保する上
から、20重量%以上のシリカが必要とされる。
【0012】
【実施例】[実施例1]塗装原板には厚さ1.5mmのス
テンレス鋼板(SUS304)を用い、脱脂、酸洗の前
処理を施し、表面にシリカ系プライマー塗料をスプレー
塗布し、140℃で20min熱処理を施した。プライ
マー塗料は、ブチルセロソルブおよびイソプロパノール
の混合溶媒にメチルトリシリケートを溶解し、水を加え
て加水分解を進行させることによりオルガノシリカゾル
を調整し、得られたオルガノシリカゾルに白色顔料であ
るAl23処理酸化チタン粉末(白色顔料)を分散させ
て調整した。
【0013】プライマー層の上に更にトップ塗料を塗布
し、240℃×20minの熱処理を施すことにより、
アナターゼ型酸化チタンおよびシリカを含有したトップ
層(光触媒層)を形成した。使用したトップ塗料は、一
次粒子の平均粒径が7nmのアナターゼ型酸化チタン
を、30minボールミルで攪拌させることにより作製
した平均粒径が2000nmの二次粒子をブチルセロソ
ルブ/イソプロパノールの混合溶媒(1:3)に加えた
後、オルガノシリカゾルと混合することにより調整し
た。比較のため、一次粒子の平均粒径が7nmのアナタ
ーゼ型酸化チタン微粒子を同じ配合量で混合溶媒に直接
加えた後、オルガノシリカゾルと混合した塗料を用い、
他は、同じ条件下でトップ層を形成した。
【0014】得られた金属板について、次の方法でNO
x分解特性を調査した。300×210mm角の試験片
を作製し、この試験片のトップ層が形成されている表面
全体にセロハンテープを貼り付けた後、このセロハンテ
ープを剥がし、この試験片を石英ガラス製反応器に入れ
て、1ppmのNOを含む精製空気を流すと共に、外側
から光化学用ブラックライト(20W、3本)で300
〜400nmの近紫外線を24時間照射した。この条件
下で、反応容器から流出する精製空気に含まれているN
Ox(NOおよびNO2)濃度を測定し、試験前後のN
Ox濃度の変化から次式に従ってNOx濃度低下率を算
出した。 NOx濃度低下率(%)=(試験前のNOx濃度−試験
後のNOx濃度)/(試験前のNOx濃度)×100 NO濃度低下率及びNO2濃度低下率が共に95%以上
をNOx分解特性が優れるとして○、NO濃度低下率が
95%以上であるがNO2濃度低下率が95%未満をN
Ox分解特性に改善がないとして△、NO濃度低下率及
びNO2濃度低下率が共に95%未満を特性劣化すると
して×としてNOx分解能を評価した。
【0015】NOx分解能についてみると、表1の調査
結果にみられるように、本発明に従った光触媒被覆金属
板は何れも優れたNOx分解能を示したが,比較例の光
触媒被覆金属板では近紫外線24時間照射後のNOx分
解能が劣っていた。また、セロハンテープ剥離後におい
て、本発明に従った光触媒被覆金属板は、塗膜のクラッ
クおよび剥離は観察されなかったが、NOx分解能の評
価において×を示した比較材は、トップ層の剥離が観察
された。このようにNOx分解能に生じた差は、酸化チ
タン微粒子の凝集状態のみで本発明例と比較例とが異な
ることから、凝集させた酸化チタン微粒子を塗膜に分散
させた有意性を示すものである。
【0016】
【表1】
【0017】[実施例2]実施例1と同様にステンレス鋼
板上にプライマー層を形成し、更にトップ層を形成し
た。この時のトップ塗料に用いた酸化チタン微粒子の一
次粒子と凝集過程で作製された二次粒子の平均粒径の違
いによるNOx分解能を実施例1と同じ方法で評価し
た。その結果を表2に示す。また、本発明例および比較
例のトップ層の組成は、酸化チタン:40重量%、シリ
カ:60重量%とした。これらの結果から本請求範囲に
ある材料は、優れたNOx分解能を示していることがわ
かる。また、NOx分解能の評価において×を示した二
次粒子が500nm未満である比較材は、セロハンテー
プ剥離後においてトップ層の剥離が観察された。
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明の光触媒被覆金属
板は、予め所定の大きさに凝集させた酸化チタン微粒子
が分散した塗膜構造をもっているため、酸化チタン微粒
子の光触媒作用が効果的にNOxの酸化分解除去に使用
される。しかも、塗膜密着性に優れ、表面外観も良好で
ある。そのため、環境浄化に役立つ塗装金属板として使
用される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小浦 節子 千葉県市川市高谷新町7番地の1 日新製 鋼株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 4D075 DA06 DB01 EB01 EB02 EB57 EC02 4F100 AA19 AA19H AA20 AA20A AA21 AA21A AA21H AB01B AB04 AR00C BA02 BA03 BA07 BA10A BA10B CA13 CC00A DE01A EH46 EH462 EJ42 EJ65C GB90 JB20 JL08A YY00A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリカをバインダーとし、平均粒径が1
    0nm以下の酸化チタン微粒子を一次粒子とし、当該一
    次粒子を平均粒径で500nm以上に凝集させた二次粒
    子を分散した塗膜が、金属板の表面に直接、又はプライ
    マー層を介して形成されていることを特徴とする光触媒
    被覆金属板。
  2. 【請求項2】 平均粒径が10nm以下の酸化チタン微
    粒子を一次粒子として用い、平均粒径を500nm以上
    に凝集させた二次粒子を成形した後、該二次粒子が分散
    している溶剤をコロイド状シリカと混合して塗料を調整
    し、該塗料を金属板表面に直接、又はプライマー層を介
    して形成することを特徴とする光触媒被覆金属板の製造
    方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006063427A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Takasago Tekko Kk 耐テンパーカラー性の優れたステンレス鋼
JP2015193794A (ja) * 2014-02-24 2015-11-05 Toto株式会社 塗料組成物および塗装体
JP2021159825A (ja) * 2020-03-31 2021-10-11 国立研究開発法人産業技術総合研究所 光触媒体及びその製造方法

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