JPH1066878A - 光触媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 基材２上に下地膜３を介在させて光触媒
膜４を形成してなることを特徴とする光触媒体１。 【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。

Description

【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（１）基材上に下地膜を
介在させて光触媒膜を形成してなることを特徴とする光
触媒体、（２）下地膜が金属薄膜又は金属酸化物薄膜で
ある上記（１）の光触媒体、（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
化物膜である上記（１）又は（２）の光触媒体を提供す
る。

【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，Ｃ
ｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｍ
ｇ，Ｓｎ，Ｚｎ等の金属薄膜やＳｉＯ，ＳｉＯ₂，Ｂｅ
Ｏ，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，Ｎ
ｉ，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，Ｗ
Ｏ₃，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、ＣＶ
Ｄ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ＭｅＯ _x
（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，Ａ
ｌ，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ＭｅＯ_x（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，Ｓｒ
ＴｉＯ₃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＝１００：０．１〜１００：１
０００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１ｍＴ
ｏｒｒ〜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５ｍＴｏｒ
ｒ、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、３０００
Å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】 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、２５
０Ｗ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】 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５
ｍｌ／分とともにスパッタ装置内に流し、ガス圧５ｍＴ
ｏｒｒ、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、３
０００Å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】 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 Ｓｎ
Ｏ₂）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】 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】 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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材上に下地膜を介在させて光触媒膜を
   形成してなることを特徴とする光触媒体。
2. 【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。
3. 【請求項３】 下地膜が金属薄膜又は金属酸化物薄膜で
   ある請求項１又は２記載の光触媒体。
4. 【請求項４】 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、２又は３記載の光触媒体。
5. 【請求項５】 基材がプラスチックフィルムからなり、
   該プラスチックフィルムの表面に下地膜を介在させて光
   触媒膜を形成してなると共に、このプラスチックフィル
   ムの裏面に粘着加工を施してなる請求項３又は４記載の
   光触媒体。