JP2006008963A - コーティング材及び光触媒分散用液剤 - Google Patents

Abstract

【課題】基材の表面に直接塗布してもチョーキングを起こすことなく、寿命が極めて長いコーティング皮膜を形成できるようにする。
【解決手段】水を主成分とする溶液中にアルカリ解溶型親水性高分子材を分散させたエマルジョンを分散媒とし、これに二酸化チタンなどの光触媒を分散させた。

Description

本発明は、建築用の外装材や内装材、各種成形品、又は動植物等などの表面部などに塗布することにより、抗菌、防汚、脱臭、空気浄化などの作用を有するコーティング材及びそれに使用する光触媒分散用液剤に関する。

二酸化チタンに代表される光触媒により抗菌・防汚・防臭作用を有することは従来から知られており、最近ではこれらの作用を利用した様々な材料が研究、開発されている。

具体的には、二酸化チタンに紫外線を照射すると、空気中に含まれる水や酸素の分解が引き起こされて、その表面に活性酸素（ＯＨ⁻、Ｏ^２−）が生成される。そして、この活性酸素の作用により、大気中の汚染物質を酸化分解したり、臭気成分を分解して脱臭したり、細菌を死滅させることができる。

しかし、二酸化チタンの光触媒機能は極めて強いため、その塗膜に触れる汚染物質が酸化分解されるだけでなく、コーティング材を塗布した基材をも酸化分解してしまい、基材が白亜化してボロボロになるいわゆるチョーキングを起こす。

このためコーティング材として使用する場合、従来は、光触媒の作用によって分解されにくい樹脂を塗膜形成要素として含む樹脂塗料に二酸化チタンを混合し、この樹脂塗料を用いて基材の表面をコーティングする方法、又は基材の表面に樹脂塗料を塗布し、次いでその樹脂塗料が硬化する前に、樹脂塗料の上に二酸化チタンを塗布する方法が挙げられる。

しかしながら、これらの方法では樹脂塗料が白濁したり、皮膜の中に二酸化チタンが埋没してしまい、十分な活性を示さないという欠点、又は工程が煩雑な上、均質で透明な塗膜が得られない欠点がある。さらに、光触媒を固定化する基材として、プラスチック成形体、フィルム、有機塗膜等の有機基材を用いた場合、上述した従来技術で得られる光触媒皮膜は光触媒作用により該有機基材を酸化分解し、有機基材表面部が分解すると、その上に存在している中間層、光触媒層ともに足場を失うため、脱落する。またそれにより、光触媒作用を利用した目的の機能（防汚性や、抗菌性、脱臭性など）が失われるだけでなく、表面光沢が低下したり、粉吹き状態になるなど、本来の外観特性や意匠性も失われてしまう。塗装工程においても材料費が嵩むだけでなく、通常の塗装に比して倍の手間と時間及び特殊な技術が必要となるという問題があった。

また、このように塗布しても、そのコーティング皮膜の寿命が短く、１〜２年で剥離してしまうため、頻繁に塗り直しをしなければならないという問題もあった。

そして、コーティング被膜の欠点について発明者が研究した結果、光触媒粒子自体にはノンチョーキング処理が施されていないため、光触媒を分散させているエマルジョンが酸化されることが判明した。

そこで本発明は、基材に直接塗布してもチョーキングを起こすことなく、また、寿命が極めて長いコーティング被膜を形成できるようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明に係るコーティング材は、水を主成分とする溶液中にアルカリ解溶型親水性高分子材を分散させたエマルジョンを分散媒とし、これに光触媒を分散させたことを特徴とする。なお、この明細書において光触媒と言うときは、光吸収により空気中の水や酸素から活性酸素を生じさせ、その活性酸素により他物を酸化分解させる反応を惹き起こす物質を言うものとする。

本発明のコーティング材を基材に塗布して乾燥させると、光触媒と基材の間に耐酸性を有するアルカリ解溶型親水性高分子皮膜が介装されることとなるので物品表面の酸化が防止され、さらに、その皮膜自身が酸化されることがなく、コーティング皮膜が長持ちするという大変優れた効果を奏する。

本発明によるコーティング材を基材の表面に塗布すると、まず、光触媒はエマルジョンに分散された状態で塗着されたコーティング層が形成され、エマルジョンに含まれる水分の蒸発に伴ってコーティング層が表層側から肉やせを起こし、その表層に光触媒が露出されたコーティング皮膜が形成される。

そして、露出されている光触媒の表面に空気が触れると、光照射下において、その空気中に含まれる水や酸素から活性酸素が生成され、ここに付着した汚染物質は活性酸素の酸化作用により酸化分解され、雨水により洗い流される。また、空気中に含まれる臭気成分が触れると、これが酸化分解されて消臭され、さらに、細菌類が付着しても活性酸素の酸化作用により滅菌される。

なお、本発明のコーティング材を用いたところ、基材の白亜化が生じなかったので、光触媒と基材表面の間にはアルカリ解溶型親水性高分子材の皮膜が形成されていると考えられる。すなわち、個々の光触媒粒子は基材表面に直接接触しないので、基材表面で活性酸素が生成されることがなく、基材表面の白亜化が防止される。

また、エマルジョンに含まれる水分が蒸発して形成されたアルカリ解溶型親水性高分子材の皮膜は耐酸性を有し、光触媒により生成された活性酸素により酸化されることがないので、コーティング皮膜が容易に剥離することもなく長持ちする。特に、アルカリ解溶型親水性高分子材として有機物が含有されている場合は、水分が蒸発したときに強固な樹脂皮膜が形成されるので、その後は風雨に曝されても溶け出すことがない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係るコーティング材を示す説明図、図２は他の実施形態を示す説明図である。

本例のコーティング材１は、水を主成分とする溶掖２中にアルカリ解溶型親水性高分子材３を分散させたエマルジョン４を分散媒とし、これに光触媒となる粉末又は液状の二酸化チタン５が１０％程度の濃度で分散されて成る。

エマルジョン４に使用される溶液２は、水を主成分とし、水だけを用いる場合であっても、また、水溶性添加剤等を溶解した水溶液を用いる場合であっても良い。

そして、この溶液２に分散されるアルカリ解溶型親水性高分子材３としては、アルカリ解溶型親水性有機高分子材３Ａ及びアルカリ解溶型親水性無機高分子材３Ｂのいずれか一方又は双方が用いられる。

アルカリ解溶型親水性有機高分子材３Ａとしては、カルボキシル基などの親水基を導入して水性化した水性ポリエステル樹脂の他、アクリル系樹脂やウレタン系樹脂など任意の有機高分子材を水性化して用いることができる。

また、アルカリ解溶型親水性無機高分子材３Ｂとしては、海藻抽出物をはじめとする天然高分子の他、天然高分子誘導体、合成高分子等の一般に安定剤として用いられる物質を使用し得る。

前記天然高分子には、植物系、微生物系、動物系のものがある。そして、植物系としては、寒天、カラギーナン、ファーセラン、アルギン酸などの海藻抽出物、ローカストビーンガム、グアーガム、タマリンドガムなどの種子粘質物、アラビアガム、トラガントガム、カラヤガムなどの樹脂様粘質物、ペクチン、アラビノガラクタンなどの植物粘質物（果実）、大豆タンパク、小麦タンパクなどの植物タンパク質、生澱粉などの澱粉質、大豆レシチンなどの脂質を使用し得る。

また、微生物系としては、キサンタンガム、プルラン、デキストラン、動物物系としては、ゼラチン、カゼイン、アルブミンなどの動物タンパク質、卵黄レシチンなどの脂質を使用できる。

さらに、前記天然高分子誘導体としては、リンサン澱粉、カルボキシルメチル化澱粉などの澱粉系、マイクロセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロースなどのセルロース系を使用しうる。

またさらに、前記合成高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコールなどを使用しうる。

表１はコーティング材１（１Ａ〜１Ｃ）に使用する光酸化触媒分散用液材となるエマルジョン４の組成例を示す。

コーティング材１Ａのエマルジョン４は、５９％の水に添加剤として１０％のエチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル（ＣＨ_３Ｃ（ＣＨ_３）_２Ｏ・ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）を混合した溶液２に、アルカリ解溶型親水性有機高分子材３Ａである３０％の水性ポリエステル樹脂と、アルカリ解溶型親水性無機高分子材３Ｂである１％のカラギーナンを分散させた。

コーティング材１Ｂのエマルジョン４は、６０％の水に添加剤として１０％のエチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル（ＣＨ_３Ｃ（ＣＨ_３）_２Ｏ・ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）を混合した溶液２に、アルカリ解溶型親水性有機高分子材３Ａである３０％の水性ポリエステル樹脂を分散させた。

コーティング材１Ｃのエマルジョン４は、溶液２となる９８％の水に、アルカリ解溶型親水性無機高分子材３Ｂである２％のカラギーナンを分散させた。

そして、各コーティング材１Ａ〜１Ｃは、これらのエマルジョン４を分散媒として、これに分散質として粉末又は液状の二酸化チタン５を１０％程度混入させ、十分に攪拌して分散させればよい。

以上が本発明に係るコーティング材とそれに用いる光酸化触媒用溶液の構成例であって、次にその作用について説明する。まず、アルカリ解溶型親水性高分子材３として、アルカリ解溶型親水性有機高分子材３Ａとアルカリ解溶型親水性無機高分子材３Ｂの双方を用いたコーティング材１Ａについて説明する。

コーティング材１Ａは、図１（ａ）に示すように、二酸化チタン５の周囲がアルカリ解溶型親水性無機高分子材３Ｂで覆われると共に、更に、その外側がアルカリ解溶型親水性有機高分子材３Ａで二層に覆われて親水コロイド粒子６を形成し、この親水コロイド粒子６が溶液２中に分散されているものと考えられる。

このコーティング材１Ａを建造物の基材７に塗布すると、未乾燥状態では、二酸化チタン５の粒子がエマルジョン４内に分散されたコーティング層８が形成される。そして、時間が経つにつれてエマルジョン４に含まれる水分が徐々に蒸発すると同時に、アルカリ解溶型親水性高分子材３が固体化して、コーティング層８が肉やせを起こし、これに伴って、図１（ｂ）に示すように、コーティング層８の表層に二酸化チタン５の粒子が表層に露出した皮膜が形成される。

したがって、このコーティング層８の表層に付着する汚染物質は、酸化能力の高い活性酸素により酸化分解され、抗菌、防汚、脱臭、空気浄化作用を発揮する。

このとき、コーティング層８内に分散されている個々の二酸化チタン５の背面側には、アルカリ解溶型親水性高分子材３の皮膜が形成されており、二酸化チタン５が基材７に直接接触していないので、基材７で活性酸素が生成されることがない。したがって、基材７に酸化防止剤を塗布するまでもなく白亜化が防止される。

また、エマルジョン４に含まれる水分が蒸発して形成されたアルカリ解溶型親水性高分子材３の皮膜は耐酸性を有し、光触媒により生成された活性酸素により酸化されることがないので、コーティング皮膜が１〜２年で容易に剥離することもなく長持ちする。特に、アルカリ解溶型親水性有機高分子材３Ａが含まれている場合は、水分が蒸発して強固な樹脂皮膜が形成された後は、風雨に曝されても溶け出すことがないので、屋外用のコーティング材として使用することができる。

次いで、アルカリ解溶型親水性高分子材３として、アルカリ解溶型親水性有機高分子材３Ａ又はアルカリ解溶型親水性無機高分子材３Ｂのいずれか一方を用いたコーティング材１Ｂ、１Ｃについて説明する。

コーティング材１Ｂ、１Ｃは、図２（ａ）に示すように、二酸化チタン５の周囲がアルカリ解溶型親水性有機高分子材３Ａ又はアルカリ解溶型親水性無機高分子材３Ｂで覆われて親水コロイド粒子を形成し、この親水コロイド粒子が溶液２中に分散されているものと考えられる。

このコーティング材１Ｂ、１Ｃを基材７に塗布すると、未乾燥状態では、二酸化チタン５の粒子がエマルジョン４内に分散されたコーティング層８が形成される。そして、時間が経つにつれてエマルジョン４に含まれる水分が徐々に蒸発すると同時に、アルカリ解溶型親水性高分子材３が固体化して、コーティング層８が肉やせを起こし、これに伴って、図２（ｂ）に示すように、コーティング層８の表層に二酸化チタン５の粒子が表層に露出した皮膜が形成される。

この二酸化チタン５の光触媒機能により、空気中に含まれる水分Ｈ_２Ｏや酸素Ｏ_２から活性酸素ＯＨ⁻やＯ_２ ⁻を生成し、コーティング層８の表層に付着する汚染物質や空気中の臭気成分を酸化分解したり、細菌類を滅菌するセルフクリーニング作用有する点については前述と全く同様である。

また、本例でもコーティング層８内に分散されている個々の二酸化チタン５の背面側には、アルカリ解溶型親水性高分子材３の皮膜が形成され、二酸化チタン５が基材７に直接接触していないので、基材７で活性酸素が生成されることがなく、したがって、基材７に酸化防止剤を塗布するまでもなく白亜化が防止される。

また、エマルジョン４に含まれる水分が蒸発して形成されたアルカリ解溶型親水性高分子材３Ａ又は３Ｂの皮膜は耐酸性を有するので、光触媒により生成された活性酸素により酸化されることがない。特に、有機高分子材３Ａの皮膜は強固で、風雨に曝されても溶け出すことがないので、屋外用のコーティング材として使用できる。

なお、光触媒としては二酸化チタンに限るものではなく、太陽光や照明光の照射下において水や酸素から活性酸素を生成できるものであれば任意の物質を適用し得る。

本発明に係わるコーティング材を示す説明図 他の実施形態を示す説明図

符号の説明

１ コーティング材
２ 溶液
３ アルカリ解溶型親水性高分子材
３Ａ アルカリ解溶型親水性有機高分子材
３Ｂ アルカリ解溶型親水性無機高分子材
４ エマルジョン
５ 二酸化チタン（光触媒）
６ コロイド粒子
７ 基材
８ コーティング層

Claims (5)

1. 水を主成分とする溶液中にアルカリ解溶型親水性高分子材を分散させたエマルジョンを分散媒とし、これに光触媒を分散させたことを特徴とするコーティング材。
2. 前記アルカリ解溶型親水性高分子材として、アルカリ解溶型親水性有機高分子材及びアルカリ解溶型親水性無機高分子材のいずれか一方又は双方が用いられてなる請求項１記載のコーティング材。
3. 前記光触媒が二酸化チタンである請求項１及び２記載のコーティング材。
4. 光触媒を分散させる分散媒として使用される光触媒分散用液剤であって、水を主成分とする溶液中にアルカリ解溶型親水性高分子材を分散させたエマルジョンで成ることを特徴とする光触媒分散用液剤。
5. 前記アルカリ解溶型親水性高分子材として、アルカリ解溶型親水性有機高分子材及びアルカリ解溶型親水性無機高分子材のいずれか一方又は双方が用いられてなる請求項４記載の光触媒分散用液剤。

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