JP4522886B2 - 光触媒塗料、該塗料を塗布した鋼板およびテント地 - Google Patents
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Description
本発明は、光触媒機能を有する金属酸化物を配合した光触媒塗料、該塗料を塗布した鋼板およびテント地に関するものである。
最近では、耐汚染性や抗菌性に優れた光触媒機能を有する金属酸化物を配合した光触媒塗料が注目されている。
また、建築物外壁や車体鋼板やテント地等の塗装に使用される塗料には、外観が良好で、雨筋汚れ等の汚れが付着し難い性質、つまり耐汚染性（環境汚染）を有していることが望まれている。
そのために、耐汚染性や抗菌性を発現すると共に親水性に優れた光触媒機能を有する塗装材や表面処理材（以後まとめて塗料と称する）を有効に利用する方法が模索されている。一般に、光触媒機能を有する金属酸化物を塗料として配合する際には、環境汚れに対する光触媒機能を十分発揮するために、通常、親水性の樹脂バインダ（親水性ポリマー）が用いられている。
また、光触媒機能は、激烈な酸化還元反応を励起して有機物を分解するために、塗料として配合する有機樹脂バインダをも分解し、塗膜が劣化して耐久性が劣るという問題があった。
そのために、光触媒塗料を配合する際には、シリカゾルと称されるガラス質の無機バインダが専ら用いられている。
また、シリカゾルを含むと共に分散安定性に優れた光触媒塗料が既に出願されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、シリカゾルを結着剤として使用して、結着剤が光触媒作用により劣化しない酸化チタン塗料組成物が既に出願されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−３４３４２６号公報（第１−５頁）
特開２０００−７３２９７号公報（第１−１２頁）
光触媒機能を有する金属酸化物を配合すると共に、劣化しないバインダとしてシリカゾルを用いた塗料では、硬化するのに長時間を要するという問題がある。
また、硬化したあとの塗膜に柔軟性が全くなく、塗装後に曲げ加工を行うカラー鋼板に適用することはできない。さらに、組み立てと折り畳みを繰り返すことの多いテント地の塗料として使用することも不適当である。
本発明の目的は、上記問題点を解消するために、所定の光触媒機能を備えると共に、塗布した後の硬化時間を短縮し、さらに硬化した塗膜が光触媒作用により分解されず、さらに柔軟性を有する光触媒塗料の塗膜（いいかえれば塗布方法）を提供し、光触媒塗料を塗布したあとで屈曲しても塗膜が剥離しない鋼板およびテント地等をも提供することである。
上記の目的を達成するために請求項１に係る発明は、被塗布物表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオン（登録商標）に光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより厚みが５μｍ以上の塗膜を形成することを特徴としている。
上記の構成を有する請求項１に係る発明によれば、樹脂バインダが分解されないので、塗膜が劣化せず長寿命となり、長期間光触媒機能を発揮することができる。また、乾燥硬化後に柔軟性を有するので、塗装した後で屈曲させても、塗膜が割れたり剥離したりしない光触媒塗料からなる塗膜を得ることができる。
請求項１に係る発明は、前記樹脂バインダとしての、スルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：デュポン社の登録商標）は光触媒機能により分解されないだけでなく、乾燥硬化後に超親水性も発揮するので、環境汚染に対して非常に有効な光触媒塗料とすることができる。
請求項２に係る発明は、前記金属酸化物が多孔質の酸化チタンであることを特徴としている。
上記の構成を有する請求項２に係る発明によれば、酸化チタンが多孔質であるため、耐汚染機能だけでなく、消臭機能も十分発揮可能な塗膜を形成することができる。
請求項３に係る発明は、鋼板表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオンに光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより厚み５μｍ以上の塗膜が設けられたことを特徴とする鋼板である。また請求項４に係る発明は、テント地表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオンに光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより厚み５μｍ以上の塗膜が設けられたことを特徴とするテント地である。さらに請求項５に係る発明は、ガラス表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオンに光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより厚み５μｍ以上の塗膜が設けられたことを特徴とするガラスで、請求項６に係る発明は、車体表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオンに光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより厚み５μｍ以上の塗膜が設けられたことを特徴とする自動車車体である。
上記の構成を有する請求項３〜６に係る各発明によれば、硬化した塗膜が柔軟性を有しているので、例えば請求項３の発明では、塗装後の曲げ加工が可能な鋼板とすることができる。また、５μｍ以上の厚みの光触媒塗料を塗布したので、耐汚染機能や消臭機能と抗菌機能を十分発揮可能な塗膜を形成することができる。
上記したように本発明によれば、光触媒機能により劣化されないだけでなく、乾燥硬化後の塗膜が柔軟性を有していると共に超親水性も発揮して、環境汚染に対して非常に有効な光触媒塗料の塗膜とすることができる。さらに、光触媒塗料を塗装した基材を屈曲しても剥離しない塗膜を有しており、塗装後に曲げ加工可能な鋼板や折り畳みと組み立てを繰り返し可能なテント地を得ることができる。
以下、本発明に係る光触媒塗料の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る光触媒塗料は、スルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：デュポン社の登録商標）を樹脂バインダとして、光触媒金属酸化物を配合した塗料である。
上記ナフィオン（デュポン社の登録商標）は高分子固体型燃料電池の固体電解質として一般的に使用されている有機ポリマーであって、電気化学反応に対して高度に安定している樹脂である。
また、そのために、電気化学反応の一種である光触媒反応に対しても、非常に安定していることが本発明者により確認された。
光触媒機能を有する金属酸化物としては、酸化チタンや酸化亜鉛や酸化錫等が存在しているが、特に光触媒機能が安定し、さらに、簡単に入手可能な酸化チタンが好適に使用される。前記酸化チタンは微細な粒子状のものが市販されており、これを適当な樹脂バインダと有機溶剤や水などに所定量配合し攪拌混合して、所定の光触媒塗料を製造する。
また、一般に酸化チタン等の光触媒金属酸化物を分散させる樹脂バインダとしては、光触媒の反応を促進するため、また、光触媒特性の一つである超親水性を活用して塗布表面を清浄化するために、親水性樹脂バインダが採用されている。
しかし、親水性樹脂バインダに光触媒金属酸化物を配合すると、光触媒作用による激烈な酸化還元反応でバインダ分解（バインダの自己崩壊）が生じて、耐久性が短くなるという問題がある。
そのために、現在はシリカゾルと称されるガラス質の無機バインダが用いられている。このシリカゾルはガラスと略同じ性質を示すため、光触媒作用に対しては安定であるが、柔軟性が全くなく、また、硬化反応に長時間を要するという二つの致命的な欠陥を持っている。
そして、柔軟性がないために、一旦塗装した部材を折り曲げると、塗膜に亀裂が発生したり、剥離が生じたりする。また、硬化反応に長時間要するために、カラー鋼板等の高速連続生産には不適であった。
しかし、本発明者が、高分子固体型燃料電池の固体電解質として一般的に使用されている有機ポリマーである前記ナフィオン（デュポン社の登録商標）をバインダとして、光触媒金属酸化物である酸化チタンを配合した組成物を生成したところ、この組成物を構成するバインダは親水性は発揮するが、光触媒作用を受けずに劣化しないことが明らかとなった。
また、上記の組成物に溶剤（例えばエタノール）を配合して生成した塗料は、塗装後の乾燥時間が非常に短いことが明らかとなった。
そのために、前記ナフィオン（デュポン社の登録商標）と酸化チタンとエタノールや水等の適当な溶剤を所定量配合して攪拌混合して得られる光触媒塗料は、従来の光触媒機能や超親水性を発現すると共に、樹脂バインダが劣化せず乾燥時間も短い塗料となる。
また、前記ナフィオン（デュポン社の登録商標）をバインダとした光触媒塗料は、塗装した後の塗膜が非常に柔軟であることも明らかとなった。
そのために、前記塗料は、塗装品の高速連続生産にも適合し、塗装した後で曲げ加工を行うカラー鋼板にも適用可能となる。さらには、折り畳みと組み立てを繰り返すテント地にも塗布可能な光触媒塗料となることが判った。
また、バインダの自己崩壊が生じないので、配合する光触媒金属酸化物の配合量を大きくしても、バインダが劣化しない。そのために、塗料として塗布可能な範囲まで金属酸化物の濃度を大きくすることが可能である。
光触媒金属酸化物を含む塗料であれば、超親水性を発揮して環境汚染を受け難くなる。さらに、その他の光触媒機能である消臭機能や抗菌機能を発揮することも可能である。
前述した消臭機能や抗菌機能を十分発揮するには、塗膜自体に十分なガス吸着能力が必要であるが、そのためには塗膜の吸着表面積を大きくしてやればよい。また、塗膜の吸着表面積を大きくするには、塗料に配合する酸化チタン等の金属酸化物の比表面積が大きなものを採用すればよく、例えば、石原産業（株）製の多孔質な酸化チタンＳＴ−０１を用いることができる。
さらには、所定の厚み以上の塗膜（例えば５μｍ以上）とすることで、塗布した表面だけでなく、塗膜の厚み方向の内部にも吸着機能を担持させることができる。また、そのために、内部に吸着するガスや液体に対しても消臭機能を十分発揮可能となる。
次に具体的な光触媒塗料例について説明する。
実施例Ａ：酸化チタンＳＴ−０１（石原産業（株）製：吸着表面積３００ｍ2／ｇ）１０重量部とナフィオンＤＥ２０２１（デュポン社製品２０％溶液）５０重量部とエタノール４０重量部とを配合して調製された本発明に係わる光触媒塗料。
比較例Ｂ：前記ナフィオンＤＥ２０２１に代えて親水性ポリマーであるスノーテックス２０（日産化学工業（株）製）を用い、エタノールに代えて水を用いた光触媒塗料。
前記の実施例Ａと比較例Ｂとを用いて、ＰＥＴフィルムを基材とし、その表面に光触媒塗料をそれぞれ５０ｇ／ｍ2塗布し、硬化に至る時間と、光触媒効果の有無と、折り曲げた時の塗膜の状況を調べた結果を表１に示す。尚、光触媒効果は防汚染効果と消臭効果で確認した。
防汚染効果は、屋外にて２ヶ月の自然暴露で、光触媒施工部と非施工部の汚染状態を目視検査した。また、消臭実験は、２０Ｗ蛍光灯を５０ｃｍの距離から照射して３時間後のアンモニアの濃度変化にて測定した。
つまり、スルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：デュポン社の登録商標）をバインダとして、金属酸化物である酸化チタンを配合した光触媒塗料は、防汚染機能や消臭機能等の光触媒機能を発揮して所定の光触媒効果を有するだけでなく、塗装した後の乾燥硬化時間が非常に短くてよく、塗布した塗膜が柔軟性を備えており、基材を折り曲げても塗膜が剥離しない効果を有していることが判った。
その理由としては、フッ素樹脂を構成するＣ−Ｆ結合の結合エネルギーが大きくて、非常に緻密で安定した分子鎖を形成しているために、結晶化度が高く、耐薬品性、耐候性を示し、電気化学反応に対して高度に安定であり、さらには、Ｆ原子のもつ小さな原子半径と低い分極性から、分子間凝集力が低くなり、低表面張力、低摩擦係数という性質を示し外からの力に変形しやすくなるためと考えられる。（プラスチック・機能性高分子材料事典：産業調査会事典出版センター発行（２００４年）の３０６ページ目参照）。
上記したように、本発明に係わる光触媒塗料は、光触媒機能を有する金属酸化物（例えば酸化チタン）を、光触媒機能により分解されないと共に乾燥後に柔軟性を有する有機樹脂バインダに配合したものである。
そのために、樹脂バインダとして、上記の性質（光触媒作用により劣化しない、塗膜が柔軟性を有する）を備えるものを用いればよい。しかし、通常の樹脂バインダは、炭素と水素との結合Ｃ−Ｈ結合のために、光触媒作用を受けて分解されるので、Ｃ−Ｈ結合を有しておらず、前述した結合エネルギーの大きいＣ−Ｆ結合を有するナフィオン（デュポン社の登録商標）を用いている。
前記ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：デュポン社の登録商標）の化学式を下記に示す。
上記したように、本発明に係わる光触媒塗料（実施例Ａ）は、光触媒作用を受け難く分解されないと共に乾燥後に柔軟性を有する有機樹脂バインダを用いて、光触媒機能を有する金属酸化物である酸化チタンを配合した塗料としたので、塗装後の塗膜が劣化せず長寿命となり、長期間光触媒機能を発揮することができる。また、乾燥後に柔軟性を有するので、塗装した後で屈曲しても塗膜が剥離せず、安定した塗膜状態を維持可能な光触媒塗料を得ることができる。
そのために、塗装した後で曲げ加工を行うカラー鋼板の表面処理材にも、折り畳みと組み立てを繰り返すテント地の表面処理材にも適用可能であることが判った。
さらに、多孔質の酸化チタンを用いると共に所定の厚み以上の塗膜（消臭実験によれば５μｍ以上）とすることで、ガスの吸着能力が高くなり、外気に対する消臭機能と抗菌機能の光触媒活性を向上させることができる。
また、カラー鋼板やテント地以外にも、もちろん適用可能であり、外壁や門柱やロッカー等の汚染防止の塗料として、また、自動車の車体やガラス面の汚染防止や消臭効果のためにも使用可能である。
また、車内のソファー等の内装備品等に対しても、防汚染効果と消臭効果のための表面処理材に用いることもできる。
上記したように、本発明によれば、光触媒作用により劣化されないだけでなく、乾燥硬化後の塗膜が柔軟性を有していると共に超親水性も発揮して、環境汚染に対して非常に有効な防汚染効果を有すると共に高寿命な光触媒塗料とすることができる。さらに、乾燥硬化時間を非常に短くすることができるので、高速焼付けを行いながら連続生産するカラー鋼板の生産ラインにも適用することができる。
また、塗装後に曲げ加工を行う薄板鋼板や、折り畳みと組み立てを繰り返すテント地等にも塗布可能な光触媒塗料を得ることができる。
そのために、防汚染機能や消臭機能を備えると共に寿命の長い塗膜が塗布された、折り曲げ可能な鋼板やテント地を得ることができる。
Claims (6)
- 被塗布物表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオン（登録商標）に、光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより、厚みが５μｍ以上の塗膜を形成することを特徴とする光触媒塗料の塗布方法。
- 前記金属酸化物が多孔質の酸化チタンである請求項１記載の光触媒塗料の塗布方法。
- 鋼板表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオン（登録商標）に、光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより、厚み５μｍ以上の塗膜が設けられたことを特徴とする鋼板。
- テント地表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオン（登録商標）に、光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより、厚み５μｍ以上の塗膜が設けられたことを特徴とするテント地。
- ガラス表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオン（登録商標）に、光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより、厚み５μｍ以上の塗膜が設けられたことを特徴とするガラス。
- 車体表面に対し、Ｃ−Ｆ結合を有する有機樹脂バインダとしてのスルホン酸基がグラフト重合されたポリ４フッ化エチレンであるナフィオン（登録商標）に、光触媒機能を有する金属酸化物を配合した塗料を塗布して乾燥することにより、厚み５μｍ以上の塗膜が設けられたことを特徴とする自動車車体。
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