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フッ化アパタイト被覆二酸化チタンの合成により信頼いただける光触媒塗料が完成しました |
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独)産業技術総合研究所が、開発しましたハイドロキシアパタイト被覆二酸化チタンは長年二酸化チタンの塗料化の難しさを解決する新たな光触媒として注目を浴びてきました。しかし被覆の難しさと大量合成の困難さから、決定的な光触媒原料としての地位は確立が出来ませんでした。私共はこのアパタイト被覆二酸化チタンの持つ長所をベースにして、耐酸性に優れるフッ化アパタイト被覆二酸化チタンの合成に成功し、限定的な少量生産体制のもとに、内装にも外装にも利用できる光触媒原料の製造体制を確立しました。公的検査機関での試験結果で確認致しました有害化学物質や細菌、ウイルス等への光特性が高い光触媒原料『フッ化アパタイト被覆二酸化チタン』のご紹介をします。 |  |
フッ化アパタイト被覆二酸化チタンの検証【塗膜表面のXPS(X-ray
Photoelectron Spectroscopy)測定】 |
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ＸＰＸ測定とは |
個体試料表面に特定エネルギ−のX線を照射すると、X線によって励起された試料表面の原子から光電子が放出されます。この放出された光電子の運動エネルギ−を測定することにより、構成原子内の電子の結合エネルギ−が求められます。さらにこの電子の結合エネルギ−は、それぞれ特有の光電子スペクトルの値を取ることからこの光電子スペクトルを測定すると試料表面の構成元素を同定することができます。 他方、原子同士の結合においてもその化学結合が異なると一般には結合エネルギ−の値が数eV変化することから原子同士の化学結合状態も把握できます |
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本測定の目的 |
光触媒塗料として重要な重要な因子として塗膜表面のTiO2の存在です。TiO2が塗膜表面に存在しないと、光触媒効果は得られません。つまり“頭だし”が非常に重要となります。しかし、一般の塗料は顔料が塗料中で分散していることが基本であるため、TiO2を顔料と考えるとすこし一般塗料とは異なった塗料設計をする必要があります。 本測定の目的は、この“頭だし”を確認するとともに、光触媒原料としてフッ化アパタイト被覆TiO2と通常のTiO2の違いによる“頭だし”の差や塗膜の有機物の結合状態について調査しました。 |
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測定結果 |
測定；(株)旭化成 中央研究所 測定試料；光触媒原料９％、バインダ−３０％その他、分散剤、増粘剤添加で塗料粘度は一定としました。 |
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定量測定
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この値を酸化物で分配すると
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| この結果からフッ化アパタイト被覆TiO2を使用すると通常のTiO2に比較して塗膜表面に明らかに“頭だし”が出来ていることが確認された。 ただ、XPS測定の測定距離（断面方向；表面から内部への距離）は、数nmであることから塗膜表面上のTiO2が計算上より少ない理由は、TiO2粒子表面に有機物が覆っていると考えられます |
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| 結合エネルギ−に関して |
| 原子同士の結合においてもその化学結合が異なると結合エネルギ−の値が数eV変化することから原子同士の化学結合状態も把握できることから有機バインダ−中のＣ（炭素）、Ｏ（酸素）、及びＴｉ（チタン）の塗膜表面での状態を調査しました。 図１ 全体の結合エネルギ− 図２ Ｃ（炭素）の結合エネルギ− 図３ Ｏ（酸素）の結合エネルギ− 図４ Ｔｉ（チタン）の結合エネルギ− 図１から全体の結合エネルギ−のピ−クを同定すると塗膜表面の元素が確認できます。フッ化アパタイト被覆TiO2の塗膜表面の元素は、バインダ−及びTiO2以外にＣａとＰのピ−クが確認されました。これは、アパタイトを構成する元素であることから塗膜表面にアパタイトが存在することが判ります。 図２のＣ（炭素）の結合エネルギ−から、カルボン酸（COOH）、C-O及びC-C結合が確認され、これらは使用したバインダ−中の有機物の構成形状に起因しています。塗料中のフッ化アパタイト被覆TiO2とTiO2とも、特別これらの結合に影響を与えていません。しかし、TiO2のみを配合した塗料のC-O結合がフッ化アパタイト被覆TiO2を配合した塗料のそれと比較して若干多いとも考えられます。 図３のＯ（酸素）の結合エネルギ−から使用したバインダ−中の有機物にはC=O、C-Oが存在しますが塗料中にTiO2のみを使用するとC=Oピ−クは確認出来ず、C-Oピ−クのみとなります。これは、結合エネルギ−の小さいC=OがTiO2に接触し、結合が切れたと現在は推定しています。この現象が助長されると塗膜の分解（破壊）につながります。530eV付近の無機酸化物は、Ti-O及びCa-O、P-Oのピ−ク位置です。ピ−ク位置が重複しているため正確な判断はできませんがフッ化アパタイト被覆TiO2を使用した塗料は、少なくともTiO2とアパタイトが表面に存在していることも確認できました。 図４のＴｉ（チタン）の結合エネルギ−からフッ化アパタイト被覆TiO2と通常のTiO2ともその結合状態は同一であることが確認されました。これはフッ化アパタイト被覆TiO2とTiO2の両方ともその結晶内の電子状態が等しいことを表しています。つまり、フッ化アパタイト被覆TiO2中のTiO2電子は、フッ化アパタイトの方には移動していないと言えます。言い換えれば、フッ化アパタイトは、触媒の効果はないため、図３中のC-Oは確認できなかったと考えられます。 |
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