図面 (/)

技術 光触媒被覆金属板及びその製造方法

出願人 日新製鋼株式会社
発明者 鴨志田真一大崎勝久鈴木成寿小浦節子
出願日 1996年5月16日 (24年7ヶ月経過) 出願番号 1996-146587
公開日 1997年12月2日 (23年0ヶ月経過) 公開番号 1997-310185
状態 特許登録済
技術分野 触媒 その他の表面処理 塗料、除去剤 触媒 積層体(2)
主要キーワード 表層形成 系被覆層 油分解率 素地金属板 泳動電着 光触媒被覆 溶融アルミニウムめっき鋼板 シリカバインダー
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年12月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

目的

長期間にわたって高位に安定した油分解特性持続させる光触媒被覆金属板を得る。

構成

金属板表面金属拡散抑制用のSiO2下地層を介してTiO2 層が形成されている。金属板表面に塗布したシラン化合物又はSiO2ゾル熱処理し、金属板表面にSiO2 前駆体又はSiO2 からなる下地層を形成した後、有機チタン化合物又はチタニアゾルを塗布して熱処理し、金属板からの金属拡散をSiO2 下地層で抑制しながらTiO2 を金属板に焼き付けることにより製造される。

効果

SiO2 層により金属の拡散が抑制されるので、TiO2 の触媒活性が低下することがない。

概要

背景

光触媒粒子に、バンドギャップ以上のエネルギーをもつ波長の光を照射すると、光励起によって伝導帯電子が、価電子帯に正孔が生じる。この光励起により発生した正孔の持つ強い酸化力は、有機物や水の分解等に利用されている。しかし、光触媒粒子状態のままで使用することは、その取扱いや回収を困難にし、流出や飛散が避けられない。そのため、光触媒は、金属等の基板に固定して使用されている。このような金属板としては、金属板に光触媒を直接被覆したものが特開平3−8448号公報に、高反射率表面をもつ担体上に光透過性のよい電荷分離槽を設けた後で光触媒粒子を担持させたものが特開平7−88367号公報に紹介されている。基板に対する光触媒の固定には、基板上で光触媒粒子を400℃以上の温度で焼結して焼き付ける方法,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が採用されている。また、基板に光触媒粒子とフッ素系ポリマーとの混合物を積層,圧着する方法,光触媒粒子を懸濁させた樹脂塗料を付着させる方法等も知られている。

概要

長期間にわたって高位に安定した油分解特性持続させる光触媒被覆金属板を得る。

金属板表面金属拡散抑制用のSiO2下地層を介してTiO2 層が形成されている。金属板表面に塗布したシラン化合物又はSiO2ゾル熱処理し、金属板表面にSiO2 前駆体又はSiO2 からなる下地層を形成した後、有機チタン化合物又はチタニアゾルを塗布して熱処理し、金属板からの金属拡散をSiO2 下地層で抑制しながらTiO2 を金属板に焼き付けることにより製造される。

SiO2 層により金属の拡散が抑制されるので、TiO2 の触媒活性が低下することがない。

目的

従来の方法で光触媒層を設けようとすると、十分な光触媒活性を呈する光触媒被覆金属板を得ることができなかった。たとえば、樹脂等に混合して光触媒粒子を塗布すると、光触媒表面の一部が樹脂等で覆われるため、光触媒粒子の全表面を触媒作用面として使用できない。他方、加熱焼付けにより光触媒のみで金属板を被覆することもできるが、この方法では、形成された光触媒被覆層の触媒活性が著しく低下する。また、特開平7−88367号公報のように鏡面仕上げした金属板等の高反射率金属板を基板に使用するものでは、エチレン分解等の特殊な用途に使用可能に過ぎず、金属板を鏡面仕上げするにはかなりコスト高となるため、建材等に使用される通常の金属板には適用できない。本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、SiO2 系の下地層を形成することにより、鏡面仕上げを必要とすることなく、通常の金属板を基板として使用し、十分な触媒活性を呈する光触媒被覆金属板を得ることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
11件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

金属板表面金属拡散抑制用のSiO2下地層を介してTiO2 層が形成されている光触媒被覆金属板

請求項2

金属板表面に塗布したシラン化合物又はSiO2ゾル熱処理し、金属板表面にSiO2 前駆体又はSiO2 からなる下地層を形成した後、有機チタン化合物又はチタニアゾルを塗布して熱処理し、金属板からの金属拡散をSiO2 下地層で抑制しながらTiO2 を金属板に焼き付けることを特徴とする光触媒被覆金属板の製造方法。

請求項3

請求項2記載のシラン化合物として、X−Si(OR)3 (ただし、Xはビニル基エポキシ基アミノ基,メタクリル基又はメルカプト基を示し、Rはアルキル基を示す)の構造をもつシラン化合物を使用する光触媒被覆金属板の製造方法。

請求項4

請求項2記載の有機チタン化合物がチタンアルコキシド又はチタンβジケトネートである光触媒被覆金属板の製造方法。

請求項5

金属板表面に塗布した請求項1記載のシラン化合物又はSiO2ゾルを、150〜850℃で熱処理する光触媒被覆金属板の製造方法。

請求項6

請求項1記載の有機チタン化合物又はチタニアゾルを塗布した後、400〜850℃で熱処理する光触媒被覆金属板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、有機物や水の分解に有効な光触媒作用を呈する光触媒被覆金属板及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

光触媒粒子に、バンドギャップ以上のエネルギーをもつ波長の光を照射すると、光励起によって伝導帯電子が、価電子帯に正孔が生じる。この光励起により発生した正孔の持つ強い酸化力は、有機物や水の分解等に利用されている。しかし、光触媒粒子状態のままで使用することは、その取扱いや回収を困難にし、流出や飛散が避けられない。そのため、光触媒は、金属等の基板に固定して使用されている。このような金属板としては、金属板に光触媒を直接被覆したものが特開平3−8448号公報に、高反射率表面をもつ担体上に光透過性のよい電荷分離槽を設けた後で光触媒粒子を担持させたものが特開平7−88367号公報に紹介されている。基板に対する光触媒の固定には、基板上で光触媒粒子を400℃以上の温度で焼結して焼き付ける方法,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が採用されている。また、基板に光触媒粒子とフッ素系ポリマーとの混合物を積層,圧着する方法,光触媒粒子を懸濁させた樹脂塗料を付着させる方法等も知られている。

発明が解決しようとする課題

0003

従来の方法で光触媒層を設けようとすると、十分な光触媒活性を呈する光触媒被覆金属板を得ることができなかった。たとえば、樹脂等に混合して光触媒粒子を塗布すると、光触媒表面の一部が樹脂等で覆われるため、光触媒粒子の全表面を触媒作用面として使用できない。他方、加熱焼付けにより光触媒のみで金属板を被覆することもできるが、この方法では、形成された光触媒被覆層の触媒活性が著しく低下する。また、特開平7−88367号公報のように鏡面仕上げした金属板等の高反射率金属板を基板に使用するものでは、エチレン分解等の特殊な用途に使用可能に過ぎず、金属板を鏡面仕上げするにはかなりコスト高となるため、建材等に使用される通常の金属板には適用できない。本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、SiO2 系の下地層を形成することにより、鏡面仕上げを必要とすることなく、通常の金属板を基板として使用し、十分な触媒活性を呈する光触媒被覆金属板を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0004

本発明の光触媒被覆金属板は、その目的を達成するため、金属板表面金属拡散抑制用のSiO2下地層を介してTiO2 層が形成されていることを特徴とする。この光触媒被覆金属板は、金属板表面に塗布したシラン化合物又はSiO2ゾル熱処理し、金属板表面にSiO2 前駆体又はSiO2 からなる下地層を形成した後、有機チタン化合物又はチタニアゾルを塗布して熱処理し、金属板からの金属拡散をSiO2 下地層で抑制しながらTiO2 を金属板に焼き付けることにより製造される。シラン化合物として、X−Si(OR)3 の構造をもつものが使用される。式中、Xはビニル基エポキシ基アミノ基,メタクリル基又はメルカプト基を示し、Rはアルキル基を示す。有機チタン化合物には、チタンアルコキシド又はチタンβジケトネートが使用される。

0005

シラン化合物又はSiO2ゾルを金属板表面に塗布した後、好ましくは150〜850℃で熱処理するとき、Si−Oの網目構造をもつ親水性又は親油性被覆層が金属板の表面に形成される。このSiO2系被覆層下地としてTiO2層を形成するとき、触媒活性を低下させることなく光触媒被覆層が形成される。光触媒被覆層は、たとえば有機チタン化合物又はチタニアゾルを塗布した後、400〜850℃で熱処理することにより形成される。シラン化合物,SiO2 ゾル,有機チタン化合物,TiO2 ゾル等は、浸漬,スプレー泳動電着等の方法で基体の金属板表面に施される。

0006

本発明者等は、金属板にTiO2 層を直接形成する場合に触媒活性が低下する原因を種々調査した。その結果、TiO2 層を形成する加熱処理時に、金属板から金属が拡散することによって電子,正孔の再結合中心がTiO2 層中に形成されることに原因があるとの結論を得た。すなわち、TiO2 系の光触媒では、光による励起不純物によって大きな影響を受ける。不純物による悪影響は、金属の種類にもよって異なるが、0.1モル%以下でも現れる。そこで、本発明においては、金属板からの金属拡散を抑制するために金属板表面にSiO2 層を形成している。SiO2 層は、加熱処理時に基板から拡散する金属の拡散速度を遅くし、その上に形成される光触媒層が本来もつ光触媒作用を良好に維持する。

0007

下地層のシラン化合物中の反応基として親水基をもつものを使用し、150〜400℃で加熱処理することにより金属板表面に親水性のあるSiO2皮膜を形成する。水系TiO2ゾルを用いてこの下地層の上にTiO2コーティングを施すと、濡れ性が良く均一なコーティングを施すことができる。600〜850℃で加熱処理すると、TiO2系皮膜密着性が向上すると共に、下地層に含まれる有機物が消失し、SiO2 からなる均質な下地層が形成される。他方、反応基として親油基をもつシラン化合物を使用すると、150〜400℃の加熱処理で表面に親油基をもつ皮膜が形成される。チタンアルコキシド等の有機チタン化合物を有機溶媒に溶解させた溶液を用いて下地層の上にTiO2 コーティングを施すと、濡れ性が良好で均一なコーティングが施される。コーティング後、400〜850℃で加熱処理すると、TiO2 系皮膜の密着性が向上すると共に、下地層に含まれる有機物が消失し、SiO2 からなる均質な下地層が形成される。

0008

下地層形成時に850℃を超える温度で熱処理すると、形成されたSiO2 層にクラックが生じ易い。SiO2 層にクラックが生成すると、皮膜が剥離し易くなり、長期間にわたって安定した油分解特性持続しない。また、150℃に達しない熱処理温度では、金属板に対する密着性が劣り、衝撃や異物等との接触によって被覆層が金属板から容易に剥離する。表層形成時に850℃を超える温度で熱処理すると、TiO2 層がアナターゼ構造からルチル構造に変化し、光触媒としての機能が損なわれる。しかし、400℃に達しない熱処理温度では、密着性が劣り、衝撃や異物等との接触によって被覆層が金属板から容易に剥離する。この点、特開平7−88367号公報で開示されている方法では、シリカ層形成時には150℃で3時間乾燥させ、TiO2 層形成時にはTiO2 単独ではなくシリカバインダーを20%含有させ、150℃で3〜6時間乾燥させ、場合によっては500℃で1時間の焼成を行っている。この方法では、長時間の処理が必要であると共に、TiO2 層の密着性を上げるためのシリカバインダーを必要とするため、触媒活性がTiO2 単独より低下する。

0009

実施例1:板厚0.6mmのSUS430ステンレス鋼板を基板としシランカップリング液に浸漬し、0.1m/秒の速度で引き上げ、100〜900℃で10分間加熱した。これにより、基板表面に膜厚0.15μmのSiO2 層が形成された。なお、シランカップリング液としては、親水基をもつシランカップリング剤としてN−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩を使用し、エタノールを用いて濃度20%に調製したものを使用した。次いで、水系TiO2ゾルに浸漬し、0.5m/秒の速度で引き上げ、乾燥後に600〜900℃で2分間焼成した。形成されたTiO2 層は、1.2μmの厚みをもっていた。

0010

処理された各試料について、膜の密着性及び油分解特性を調査した。密着性は、碁盤目テープ剥離試験で調査し、全く剥離しないものを○,僅かでも剥離したものを×として評価した。油分解特性試験では、2mg/cm2 のサラダ油を塗布した後、ブラックライトを照射し、8mW/cm2 のUV強度で油分解し、重量変化を測定した。そして、ガラス基板上のTiO2 膜と同じ油分解特性を示し、TiO2 膜がアナターゼ構造をもつものを○,ガラス基板上のTiO2 膜と同じ油分解特性を示すものの、TiO2 膜がルチル構造をもつものを△,ガラス基板上のTiO2 膜よりも油分解特性が低下したものを×として評価した。例として、試験番号4の試験片にサラダ油を2mg/cm2 塗布した後、紫外線強度8mW/cm2 のブラックライトを照射し、照射時間と油分解率との関係を調査した。その結果、試験番号4では、図1に示すようにガラス基板上にTiO2 を1.2μmの膜厚で形成したものとほぼ同じ油分解特性を示した。

0011

0012

実施例2:板厚0.6mmのSUS430ステンレス鋼板を基板とし、シランカップリング浴に浸漬し、0.1m/秒の速度で引き上げ、100〜900℃で10分間加熱した。カップリング浴としては、親油基をもつシランカップリング剤としてビニルトリメトキシシランを使用し、イソプロパノールで濃度20%に調製したものを使用した。次いで、1Mチタンテトライソプロポキシド−0.2M HCl−0.5M H2 O−15Mエタノール溶液に浸漬し、0.2m/分の速度で引き上げ、300〜900℃で1分間焼成した。焼成後の試験片表面を観察すると、膜厚0.15μmのSiO2 層,膜厚0.3μmのTiO2 層が形成されていた。得られた皮膜の密着性及び油分解特性を、処理条件との関係で表2に示す。なお、表2における油分解特性は、表1と同様に評価した。

0013

0014

実施例3:板厚0.4mmのSUS430ステンレス鋼板を基板として、SiO2ゾルをスプレーコーティングした後、500℃で5分間焼成しSiO2 層を形成した。次いで、水系TiO2 ゾルをスプレーコーティングして乾燥した後、700℃で2分間焼成した。得られた被覆材は、SiO2 層が0.3μmの膜厚,TiO2層が4μmの膜厚をもっていた。この被覆金属板を使用して実施例1と同様な条件下で油分解特性を調査した結果、ガラス基板上に膜厚4μmのTiO2 層を被覆したものと同じ油分解特性を示した。

0015

実施例4:板厚0.5mmの溶融アルミニウムめっき鋼板金属基体とし、メチルトリメトキシシランのシランカップリング剤に浸漬した。カップリング液から0.1m/秒の速度で引き上げ、200℃で20分間乾燥させた。その後、1Mチタンアセチルアセトネート−0.2M HCl−0.5M H2 O−15Mエタノール溶液に浸漬し、0.2m/分の速度で引き上げ、500℃で1分間焼成した。得られた被覆材は、0.15μmのSiO2 層及び0.3μmのTiO2 層をもっていた。この被覆金属板を使用して実施例1と同様な条件下で油分解特性を調査した結果、ガラス基板上に膜厚0.3μmのTiO2 層を被覆したものと同じ油分解特性を示した。

0016

比較例1:水系TiO2ゾルにSUS430ステンレス鋼を浸漬し、0.5m/秒の速度で引き上げることによりTiO2コーティングを施した。そして、乾燥後、700℃で2分間焼成し、光触媒被覆金属板を作成した。この光触媒被覆金属板の触媒活性を調査するため、サラダ油2mg/cm2 を塗布した状態でブラックライトを照射する油分解実験に供した。その結果、図1に示すように、ガラス基板上に被覆された同一膜厚のTiO2 層に比較して油分解特性が著しく低下した。

0017

比較例2:1Mチタンテトライソプロポキシド−0.2M HCl−0.5M H2 O−15Mエタノールの組成をもつゾルゲル浴にSUS430ステンレス鋼を浸漬し、0.2m/秒の速度で引き上げることによりTiO2コーティングを施した。そして、乾燥後、700℃で2分間焼成して光触媒被覆金属板を作成した。この光触媒被覆金属板の触媒活性を調査するため、サラダ油2mg/cm2 を塗布した状態でブラックライトを照射する油分解実験に供した。その結果、図1に示すように、ガラス基板上に被覆された同一膜厚のTiO2 層に比較して油分解特性が著しく低下した。

発明の効果

0018

以上に説明したように、本発明の光触媒被覆金属板は、SiO2 層を介してTiO2 層を形成しているので、焼成時に素地金属板からの金属元素が拡散することがSiO2 層で抑制され、触媒活性の低下がないTiO2 層が金属板表面に形成される。このようにして得られた光触媒被覆金属板は、高位に安定した触媒活性を長期間持続し、厨房用器具,多数の人が出入りする建築物用の建材等として衛生面に関する要求が高い用途に使用される。

図面の簡単な説明

0019

図1金属板表面にSiO2 層を介してTiO2 層を被覆したものの油分解特性を、直接TiO2 層を形成した金属板及びガラス基板の油分解特性と比較したグラフ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社リンレイの「 手すりベルトのコーティング方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】 手すりベルトの表面と保護膜との高い密着性を確保しつつ、高い光沢度を得ることができ、更には作業時間を短縮することができる手すりベルトのコーティング方法を得る。【解決手段】 手すりベルトのコ... 詳細

  • 住友化学株式会社の「 穴あき積層体の製造方法及び製造装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】積層方向に貫通する穴を有する穴あき積層体を効率よく製造するための穴あき積層体の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】積層方向に貫通する穴11cを有する穴あき積層体10cの製造方法は、1以... 詳細

  • 日産化学株式会社の「 延伸性耐擦傷性コーティング用硬化性組成物」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】延伸性及び優れた耐擦傷性を有し、かつ透明な外観を呈するハードコート層の形成材料を提供すること。【解決手段】(a)活性エネルギー線硬化性ラクトン変性多官能モノマー100質量部、(b)ポリ(オキシ... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ