水酸化チタンまたは（および）二酸化チタン粒子水分散コーティング剤の製造方法
【課題】本発明は、取り扱い容易で自己結合性を有し、長期安定した光触媒作用を有するコーティング剤を提供することにある。
【解決手段】
酸化チタンまたは（および）水酸化チタンを、超微粒子として水溶性アルコール類を含む水溶液に分散し、光触媒機能を有するコーティング剤とした。本コーティング剤に含まれるチタン化合物粒子の自己結合性を応用して、様々な基材に噴霧、塗布、浸漬といった方法にて施工し、乾燥させて、超微粒子状態で基材表面に結合させ、長期安定した光触媒機能を有する表面を形成することで課題を解決した。
【解決手段】
酸化チタンまたは（および）水酸化チタンを、超微粒子として水溶性アルコール類を含む水溶液に分散し、光触媒機能を有するコーティング剤とした。本コーティング剤に含まれるチタン化合物粒子の自己結合性を応用して、様々な基材に噴霧、塗布、浸漬といった方法にて施工し、乾燥させて、超微粒子状態で基材表面に結合させ、長期安定した光触媒機能を有する表面を形成することで課題を解決した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化チタン粒子水分散コーティング剤の製造方法、より詳細には、酸化チタン粒子が水溶液中に均一に分散しているコーティング剤を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化チタンは白色顔料として、チョコレートや経口薬の素材として広く利用されているが、近年酸化チタンの持つ光触媒作用を利用したコーティング剤などの用途が広まってきている。酸化チタンを主成分とする光触媒機能を有するコーティング剤は存在していたが、従来のコーティング剤では、酸化チタン自体が、被コーティングされる対象物である基材に結合する機能がないため、バインダーとして他の成分を配合し、基材に結合させていた。また、酸化チタン粒子が白色を呈しているため、透明もしくは光沢のある基材や白色と異なる色の基材には、施工できなかった。基材が白色であっても、衣料品などの繊維性品にあっては、その感触を損なうために使用することができなかった。しかしながら、従来存在する酸化チタンの形状は、不活性な白い粉体、粒状であり、二酸化チタン粒子に自己結合力がないため、多くのバインダーを用いて基材表面付着させていた。また、二酸化チタン粒子が白色であるという点から、基材表面が、白色以外の場合は美観上使用することができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の二酸化チタン粒子では、その色が白色であり、その粒子の比重が高いため水に分散させることができずに沈殿した。また、基材表面に結合させるためには多量のバインダーを添加する必要があった。そのため酸化チタンはバインダーの中に埋もれて、表面上で光触媒作用の効果を発揮できる粒子の比率は、極めて少ない状態となり、その光触媒作用を減じられてきた。また、長期的には、その光触媒作用によってバインダーが分解され、表面から剥離していくといった課題もあった。
【０００４】
さらに、酸化チタン粒子がそのものが白色であり、極めて限られた基材にしか使用できないという条件も大きな課題として存在した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、二酸化チタンまたは(および)水酸化チタン粒子を、超微粒子として生成させ、透明で均一に分散した水分散性コーティング剤を製造する方法に関する。
【０００６】
本発明でいう超微粒子とは、粒子径１００nｍ以下のサイズである微粒子のことであり、可視光線はこのような粒子サイズ径では、大きく屈折されることはないため、その均一分散液は、透明として視認される。
【発明の効果】
【０００７】
超微粒子となった酸化チタンは、その粒子の重量がほぼなくなるために水溶液に均一に安定して分散することができる。
【０００８】
この酸化チタン超微粒子は、基材表面に対し自己結合するため、あらゆる基材への施工において、水溶液の乾燥後は、その施工表面が酸化チタンのみのコーティング状態となる。
【０００９】
また、この酸化チタン超微粒子によるコーティングは、視認できない厚さとなり、さらにそのコーティングを施した感触をも感じることはできないので、基材のテクスチャーや色合いをなんら損なうことがなく使用することができる。
【００１０】
この酸化チタン超微粒子コーティング剤には、アルコール類や水以外、バインダーなどの他の組成物を含んでいないので、施工に際し、環境に付加を与える二次的な排出物は発生せず、環境や人体などへの負荷が少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
四塩化チタンを原料とし、水溶性アルコール類の水溶液と反応させる。生成物は、１００ｎｍ以下の粒子となっているため透明となり、溶解しているように視認されるが、超微粒子として水溶液中に均一に安定して分散している。
【００１２】
反応に用いる水溶性アルコール類の水溶液における組成は、水溶性アルコール類を、アルコール類５０体積％より多く８０体積％未満で含む水溶液であることが望ましい。この水溶液１００体積部に対し、四塩化チタンの比率は、１０体積部以下であることが好ましい。
【００１３】
反応は、四塩化チタンと水との間に起こるものであるが、水溶性アルコール類が、水溶液となることによって、その反応が急速かつ連続した状態で起こっていくことを阻害し、四塩化チタンの個々の分子が水分子と反応した生成物が相互に集合し、反応物が大きな粒子となって生成していくことを阻害する。
【００１４】
四塩化チタンの添加量の比率が、水溶性アルコール類の水溶液の１００体積部に対し、体積比１０％以上となると、生成物である酸化チタンまたは（および）水酸化チタンの量が、水溶液中で過剰となり、超微粒子が相互に会合凝集を起し、粒子径を増大させ、見かけ上粒子サイズが大きくなり、視認できるサイズまで成長し、その結果白色沈殿を生じ、均一な分散系を保つことができなくなる。
【００１５】
水溶性アルコール類の水溶液において、水溶性アルコール類の比率が、体積比５０％以下となると四塩化チタンと水との反応が急速に進み、反応生成物である酸化チタンまたは（および）水酸化チタンの粒子の会合・凝集を起し、視認できるほどの大きい粒子おも生じさせることとなり、粒子径のばらつきも大きくなり、超微粒子の均一で安定した分散を行うことができなくなる。
【００１６】
また、水溶性アルコール類の水溶液において、水溶性アルコール類の比率が、体積比５０％以下となると四塩化チタンと水との反応速度は緩慢となるが、生成した化合物超微粒子が分散する水溶液中の水分が不足するため、その粒子を会合・凝集させることとなり、粒子径のばらつきを生じ、超微粒子を安定して分散することができなくなる。
【００１７】
四塩化チタンと水溶性アルコール類の水溶液の反応は、常温またはそれ以下の温度であることが好ましい。
【００１８】
四塩化チタンと水との反応が、急速に進むとその反応生成物が大きな粒子となるため、その反応が緩やかに進行することが必要であり、温度条件もできるだけ反応を押さえるよう常温もしくは祖霊派の条件でおこなうことにより望ましい結果が得られる。
【００１９】
このようにして作成した反応溶液は、実際のコーティングにおいて、そのまま、または水、水溶性アルコール類によって希釈し、噴霧、塗布、浸漬等の方法によって、基材にコーティングを施す。
【００２０】
反応溶液は、四塩化チタンと水の反応から発生する塩酸をわずかに溶解しているため、酸性を示すので、基材によってはその塩酸と反応を起すことがあるため、基材の変化を防ぐため、反応溶液に、予めリン酸塩、ケイ酸塩などを加えて、酸化反応を抑制する。
【００２１】
この超微粒子は、その物性として、様々な基材に対し自己結合性が強く、他の結合剤であるバインダーなしで基材の表面に結合する。超微粒子であるため、その表面積は大きくなり、その光触媒反応力は、極めて優れたものとなり、抗菌・制菌作用、消臭作用、環境負荷物質分解作用、親水性、静電防止作用、防汚作用などの効果を示す。
【００２２】
本コーティング剤は、あらゆる基材、すなわち天然もしくは合成繊維などの布、木質表面、ペイント表面、プラスチック表面、ガラス表面、金属表面などに結合することができ、その表面において優れた光触媒作用を示す。
【００２３】
その結合性は極めて強く長期的な光触媒作用が発揮される。
【００２４】
以下に本発明の実施例を記すが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。
【００２５】
四塩化チタン５０ｍｌをイソプロピルアルコール５５体積％および精製水４５体積％の水溶液９９０ｍｌに入れ、常温常圧の条件下で反応させる。反応が進行すると酸化チタンまたは（および）水酸化チタンが生成する。この生成物は、上記条件において、粒度分布が３から５ｎｍを中心とした超微細粒子を形成して分散し、透明な溶液となる。
【００２６】
この超微粒子分散水溶液を、精清水にて１０倍希釈し、コーティング剤とする。本コーティング剤をサンプルとした。
【００２７】
社団法人和歌山県薬剤師会 医薬品・公衆衛生検査センターにて抗菌試験を行った。試験方法：「学校環境衛生の基準」抜粋就職用具等の微生物検査法
試験菌：一般細菌、大腸菌群
試験の結果：本コーティング剤使用木製まな板は、３７℃２時間の生菌培養後に、生菌はまったく検出されなかった。比較の木製まな板では、多数の生菌が検出された。
【００２８】
本コーティング剤をサンプルとし、ハンドタオルを浸し、絞った後乾燥させ、その表面に醤油を数滴落とし、乾燥させ、ハンドタオルに醤油の染みを染み込ませた後、軽く水洗し、太陽光に晒す。同様に未処理のハンドタオルにも同様の処置を施し、醤油の染みを染み込ませて、太陽光に晒す。この二つのサンプルに日光照射に晒し続けると、コーティング剤を付着させたサンプルは、２日で、ほぼ醤油の染みが消失した。未処理のサンプルでは、その染みに変化はなかった。
【００２９】
本コーティング剤をガラス窓に噴霧し、乾燥させたサンプルと未処理のガラス窓サンプルを用意する。３ヶ月間放置すると、コーティング処理ガラス窓は、若干の汚れの付着が発生しても、雨が降るたびにその汚れは流され、汚れの付着していない表面を保つことができたが、未処理のガラス表面は、徐々に汚れを蓄積していった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化チタン粒子水分散コーティング剤の製造方法、より詳細には、酸化チタン粒子が水溶液中に均一に分散しているコーティング剤を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化チタンは白色顔料として、チョコレートや経口薬の素材として広く利用されているが、近年酸化チタンの持つ光触媒作用を利用したコーティング剤などの用途が広まってきている。酸化チタンを主成分とする光触媒機能を有するコーティング剤は存在していたが、従来のコーティング剤では、酸化チタン自体が、被コーティングされる対象物である基材に結合する機能がないため、バインダーとして他の成分を配合し、基材に結合させていた。また、酸化チタン粒子が白色を呈しているため、透明もしくは光沢のある基材や白色と異なる色の基材には、施工できなかった。基材が白色であっても、衣料品などの繊維性品にあっては、その感触を損なうために使用することができなかった。しかしながら、従来存在する酸化チタンの形状は、不活性な白い粉体、粒状であり、二酸化チタン粒子に自己結合力がないため、多くのバインダーを用いて基材表面付着させていた。また、二酸化チタン粒子が白色であるという点から、基材表面が、白色以外の場合は美観上使用することができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の二酸化チタン粒子では、その色が白色であり、その粒子の比重が高いため水に分散させることができずに沈殿した。また、基材表面に結合させるためには多量のバインダーを添加する必要があった。そのため酸化チタンはバインダーの中に埋もれて、表面上で光触媒作用の効果を発揮できる粒子の比率は、極めて少ない状態となり、その光触媒作用を減じられてきた。また、長期的には、その光触媒作用によってバインダーが分解され、表面から剥離していくといった課題もあった。
【０００４】
さらに、酸化チタン粒子がそのものが白色であり、極めて限られた基材にしか使用できないという条件も大きな課題として存在した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、二酸化チタンまたは(および)水酸化チタン粒子を、超微粒子として生成させ、透明で均一に分散した水分散性コーティング剤を製造する方法に関する。
【０００６】
本発明でいう超微粒子とは、粒子径１００nｍ以下のサイズである微粒子のことであり、可視光線はこのような粒子サイズ径では、大きく屈折されることはないため、その均一分散液は、透明として視認される。
【発明の効果】
【０００７】
超微粒子となった酸化チタンは、その粒子の重量がほぼなくなるために水溶液に均一に安定して分散することができる。
【０００８】
この酸化チタン超微粒子は、基材表面に対し自己結合するため、あらゆる基材への施工において、水溶液の乾燥後は、その施工表面が酸化チタンのみのコーティング状態となる。
【０００９】
また、この酸化チタン超微粒子によるコーティングは、視認できない厚さとなり、さらにそのコーティングを施した感触をも感じることはできないので、基材のテクスチャーや色合いをなんら損なうことがなく使用することができる。
【００１０】
この酸化チタン超微粒子コーティング剤には、アルコール類や水以外、バインダーなどの他の組成物を含んでいないので、施工に際し、環境に付加を与える二次的な排出物は発生せず、環境や人体などへの負荷が少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
四塩化チタンを原料とし、水溶性アルコール類の水溶液と反応させる。生成物は、１００ｎｍ以下の粒子となっているため透明となり、溶解しているように視認されるが、超微粒子として水溶液中に均一に安定して分散している。
【００１２】
反応に用いる水溶性アルコール類の水溶液における組成は、水溶性アルコール類を、アルコール類５０体積％より多く８０体積％未満で含む水溶液であることが望ましい。この水溶液１００体積部に対し、四塩化チタンの比率は、１０体積部以下であることが好ましい。
【００１３】
反応は、四塩化チタンと水との間に起こるものであるが、水溶性アルコール類が、水溶液となることによって、その反応が急速かつ連続した状態で起こっていくことを阻害し、四塩化チタンの個々の分子が水分子と反応した生成物が相互に集合し、反応物が大きな粒子となって生成していくことを阻害する。
【００１４】
四塩化チタンの添加量の比率が、水溶性アルコール類の水溶液の１００体積部に対し、体積比１０％以上となると、生成物である酸化チタンまたは（および）水酸化チタンの量が、水溶液中で過剰となり、超微粒子が相互に会合凝集を起し、粒子径を増大させ、見かけ上粒子サイズが大きくなり、視認できるサイズまで成長し、その結果白色沈殿を生じ、均一な分散系を保つことができなくなる。
【００１５】
水溶性アルコール類の水溶液において、水溶性アルコール類の比率が、体積比５０％以下となると四塩化チタンと水との反応が急速に進み、反応生成物である酸化チタンまたは（および）水酸化チタンの粒子の会合・凝集を起し、視認できるほどの大きい粒子おも生じさせることとなり、粒子径のばらつきも大きくなり、超微粒子の均一で安定した分散を行うことができなくなる。
【００１６】
また、水溶性アルコール類の水溶液において、水溶性アルコール類の比率が、体積比５０％以下となると四塩化チタンと水との反応速度は緩慢となるが、生成した化合物超微粒子が分散する水溶液中の水分が不足するため、その粒子を会合・凝集させることとなり、粒子径のばらつきを生じ、超微粒子を安定して分散することができなくなる。
【００１７】
四塩化チタンと水溶性アルコール類の水溶液の反応は、常温またはそれ以下の温度であることが好ましい。
【００１８】
四塩化チタンと水との反応が、急速に進むとその反応生成物が大きな粒子となるため、その反応が緩やかに進行することが必要であり、温度条件もできるだけ反応を押さえるよう常温もしくは祖霊派の条件でおこなうことにより望ましい結果が得られる。
【００１９】
このようにして作成した反応溶液は、実際のコーティングにおいて、そのまま、または水、水溶性アルコール類によって希釈し、噴霧、塗布、浸漬等の方法によって、基材にコーティングを施す。
【００２０】
反応溶液は、四塩化チタンと水の反応から発生する塩酸をわずかに溶解しているため、酸性を示すので、基材によってはその塩酸と反応を起すことがあるため、基材の変化を防ぐため、反応溶液に、予めリン酸塩、ケイ酸塩などを加えて、酸化反応を抑制する。
【００２１】
この超微粒子は、その物性として、様々な基材に対し自己結合性が強く、他の結合剤であるバインダーなしで基材の表面に結合する。超微粒子であるため、その表面積は大きくなり、その光触媒反応力は、極めて優れたものとなり、抗菌・制菌作用、消臭作用、環境負荷物質分解作用、親水性、静電防止作用、防汚作用などの効果を示す。
【００２２】
本コーティング剤は、あらゆる基材、すなわち天然もしくは合成繊維などの布、木質表面、ペイント表面、プラスチック表面、ガラス表面、金属表面などに結合することができ、その表面において優れた光触媒作用を示す。
【００２３】
その結合性は極めて強く長期的な光触媒作用が発揮される。
【００２４】
以下に本発明の実施例を記すが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。
【００２５】
四塩化チタン５０ｍｌをイソプロピルアルコール５５体積％および精製水４５体積％の水溶液９９０ｍｌに入れ、常温常圧の条件下で反応させる。反応が進行すると酸化チタンまたは（および）水酸化チタンが生成する。この生成物は、上記条件において、粒度分布が３から５ｎｍを中心とした超微細粒子を形成して分散し、透明な溶液となる。
【００２６】
この超微粒子分散水溶液を、精清水にて１０倍希釈し、コーティング剤とする。本コーティング剤をサンプルとした。
【００２７】
社団法人和歌山県薬剤師会 医薬品・公衆衛生検査センターにて抗菌試験を行った。試験方法：「学校環境衛生の基準」抜粋就職用具等の微生物検査法
試験菌：一般細菌、大腸菌群
試験の結果：本コーティング剤使用木製まな板は、３７℃２時間の生菌培養後に、生菌はまったく検出されなかった。比較の木製まな板では、多数の生菌が検出された。
【００２８】
本コーティング剤をサンプルとし、ハンドタオルを浸し、絞った後乾燥させ、その表面に醤油を数滴落とし、乾燥させ、ハンドタオルに醤油の染みを染み込ませた後、軽く水洗し、太陽光に晒す。同様に未処理のハンドタオルにも同様の処置を施し、醤油の染みを染み込ませて、太陽光に晒す。この二つのサンプルに日光照射に晒し続けると、コーティング剤を付着させたサンプルは、２日で、ほぼ醤油の染みが消失した。未処理のサンプルでは、その染みに変化はなかった。
【００２９】
本コーティング剤をガラス窓に噴霧し、乾燥させたサンプルと未処理のガラス窓サンプルを用意する。３ヶ月間放置すると、コーティング処理ガラス窓は、若干の汚れの付着が発生しても、雨が降るたびにその汚れは流され、汚れの付着していない表面を保つことができたが、未処理のガラス表面は、徐々に汚れを蓄積していった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性アルコール類を、アルコール類５０体積％より多く８０体積％未満で含む水溶液１００体積部に対し、四塩化チタンを１０体積部以下で添加し反応させ、アルコール水溶液中に、水酸化チタンまたは（および）酸化チタンの粒子が、平均粒子径１０ナノメートル以下で分散しているコーティング剤を得ることを特徴とする、製造方法。
【請求項１】
水溶性アルコール類を、アルコール類５０体積％より多く８０体積％未満で含む水溶液１００体積部に対し、四塩化チタンを１０体積部以下で添加し反応させ、アルコール水溶液中に、水酸化チタンまたは（および）酸化チタンの粒子が、平均粒子径１０ナノメートル以下で分散しているコーティング剤を得ることを特徴とする、製造方法。
【公開番号】特開２０１０−４２９５２（Ｐ２０１０−４２９５２Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０７５４９（Ｐ２００８−２０７５４９）
【出願日】平成２０年８月１２日（２００８．８．１２）
【出願人】（３０８０２７６７３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１２日（２００８．８．１２）
【出願人】（３０８０２７６７３）
【Ｆターム（参考）】
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