親水性構(gòu)件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有在基材表面上層疊有表現(xiàn)光催化劑作用的TiO2 (光催化劑TiO2) 層與多孔SiOJi的結(jié)構(gòu)的親水性構(gòu)件及其制造方法。尤其，本發(fā)明可以簡便地將多孔SiO 2 層形成薄且能覆蓋光催化劑TiO2層的整個表面的均勻的膜厚分布，而且可以提高該多孔 SiOJi的耐久性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為具有在基材表面上層疊有光催化劑TiOJi與多孔SiO 2層的結(jié)構(gòu)的親水性構(gòu) 件，存在在下述專利文獻(xiàn)1、2中有記載的構(gòu)件。專利文獻(xiàn)1、2中所記載的親水性構(gòu)件是利 用最外表面的多孔SiOJi來確保親水性，并且通過下層的光催化劑TiO 2層的光催化劑作用 分解附著于多孔SiOJi上的有機(jī)物等，可以長期維持多孔SiO 2層的親水性。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平10-36144號公報
[0006] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2000-53449號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明要解決的問題
[0008] 在上述結(jié)構(gòu)的親水性構(gòu)件中，為了使親水性表面的各個部位獲得均勻（即不會由 于親水性表面的部位不同而不均）且良好的光催化劑作用，而需要使多孔SiO 2層以薄且為 50nm以下（優(yōu)選為20nm以下）的膜厚成膜為能覆蓋光催化劑TiOJl的整個表面的均勻的 膜厚分布。然而，在光催化劑TiO 2層上將多孔SiO2層成膜為薄且均勻的膜厚分布是不容易 的。即，為了在光催化劑TiO 2層上使用例如真空蒸鍍法將SiO 2層成膜為多孔層，與將SiO 2 層成膜為非多孔層的情況相比，需要提高蒸鍍氣氛中的氣壓（氧氣的分壓）使SiO2蒸鍍。 但是若提高蒸鍍氣氛中的氣壓來進(jìn)行蒸鍍，則會使SiO 2蒸鍍分子的飛行變得不穩(wěn)定。因此， 會根據(jù)親水性表面的部位的不同而產(chǎn)生膜厚分布的不均，導(dǎo)致光催化劑TiO 2層的一部分露 出。對此，現(xiàn)有技術(shù)中為了將SiO2層成膜為均勻的膜厚分布，需要設(shè)計(jì)成膜工序（設(shè)計(jì)校 正板的配置，或者限制一次性成膜的數(shù)量等）。
[0009] 本發(fā)明是為了解決上述問題而做出的。即，本發(fā)明提供一種親水性構(gòu)件及其制造 方法，其可以簡單地將多孔SiO 2層形成薄且能覆蓋光催化劑TiO2層的整個表面的均勻的膜 厚分布，因此可以防止光催化劑TiOJi的一部分露出，而且能提高該多孔SiO 2層的耐久性 能。
[0010] 用于解決問題的方案
[0011] 圖2是表示對于親水性構(gòu)件測量親水性恢復(fù)時間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)中所使用的 親水性構(gòu)件是在平滑的基材的表面上成膜光催化劑TiOJi，在其上使SiO 2-鍍分子在能穩(wěn) 定飛行的低氣壓下蒸鍍，將SiOJi成膜為50nm以下的膜厚而成的。對該親水性構(gòu)件準(zhǔn)備 改變不同的光催化劑TiOJi的密度的樣品，并對各樣品測量從在表面上附著有機(jī)物而失去 親水性的狀態(tài)開始，至經(jīng)由紫外線照射而恢復(fù)親水性的時間（親水性恢復(fù)時間）。該實(shí)驗(yàn) 是通過對各樣品的SiOJi的表面使用油進(jìn)行污染而使該表面失去親水性后，使用黑光燈在 lmW/cm2的強(qiáng)度下向該表面照射紫外線來進(jìn)行的。親水性恢復(fù)是根據(jù)水滴接觸角降低為與 污染前的初始值（5度以下）相同程度來判定的。需要說明的是，在制作樣品時，SiO 2蒸鍍 分子的飛行是否穩(wěn)定是可以根據(jù)例如蒸鍍時的電子束的電流（發(fā)射電流）值或蒸鍍速度是 否穩(wěn)定來進(jìn)行判定。此時，蒸鍍速度可以以例如石英振蕩器式厚度儀的振動頻率的微分值 的方式進(jìn)行測量。另外，各樣品的光催化劑TiO 2層的密度可以根據(jù)成膜條件（基材的溫度、 成膜速度、氣壓等）進(jìn)行調(diào)整，該密度可以使用例如掠入射X射線衍射法來測量。根據(jù)圖2， 可知光催化劑TiO 2層的密度越低親水性恢復(fù)時間變得越短，若密度大于3. 68g/cm 3則親水 性恢復(fù)時間急劇變長，若密度大于3. 75g/cm3則親水性恢復(fù)時間變得過長而不能經(jīng)受實(shí)際 應(yīng)用。親水性恢復(fù)時間較短是指因 SiOJl為多孔而使光催化劑TiO2層的光催化劑作用容 易達(dá)到SiOJl的表面。親水性恢復(fù)時間較長是指因 SiO2層為非多孔而使光催化劑TiOJl 的光催化劑作用難以到達(dá)SiOJl的表面。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知通過將光催化劑TiO2層的 密度形成為與銳鈦礦晶體結(jié)構(gòu)通常的密度3. 90g/cm3相比小的密度即3. 75g/cm 3以下（優(yōu) 選為3. 72g/cm3以下，更優(yōu)選為3. 68g/cm3以下），從而即使使Si02·鍍分子在能穩(wěn)定飛行 的較低的氣壓下蒸鍍到該光催化劑TiO 2層上，也可以將SiOJl成膜為多孔。由于可以在較 低的氣壓下蒸鍍，因此不必對成膜工序?qū)嵤┨貏e設(shè)計(jì)而可以簡單地將多孔SiO 2層成膜為薄 且均勻的膜厚分布。根據(jù)發(fā)明人等的實(shí)驗(yàn)，可知將光催化劑TiOJl成膜為3. 75g/cm3以下 的密度，在其上使SiO2蒸鍍分子在能穩(wěn)定飛行的低氣壓下蒸鍍時，能將SiOJl成膜為多孔。 另外，可知若該多孔SiO 2層的膜厚為IOnm以上，則可以由該多孔SiOJl覆蓋光催化劑TiO2 層的整個表面（即可以防止光催化劑TiOJl的一部分露出）。
[0012] 圖3是表示對與在圖2的實(shí)驗(yàn)中所使用的相同的樣品（對于在平滑的基材的表面 上成膜光催化劑TiOJl、使SiO 2蒸鍍分子在能穩(wěn)定飛行的低氣壓下蒸鍍從而將SiO 2層成 膜為50nm以下的膜厚而成的親水性構(gòu)件，改變不同的光催化劑TiOJl的密度的樣品）測 量SiO 2層的劃傷負(fù)載的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)是通過與鉛筆硬度試驗(yàn)相同的步驟，使用鐵棒代 替鉛筆，并改變配重的重量來測量負(fù)載而進(jìn)行的。根據(jù)圖3,可知光催化劑TiO 2層的密度越 低其上形成的SiO2層的膜越脆，隨著光催化劑TiO2層的密度變得越高形成的SiO 2層的膜 越硬。
[0013] 圖4是表示對與在圖2和圖3的實(shí)驗(yàn)中所使用的相同的樣品測量SiO2層的耐酸性 能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)是通過向SiOJl的表面滴加當(dāng)量濃度0.1 N的濃度的H2SO4，并觀察 放置24小時后的表面的狀態(tài)而進(jìn)行的。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)，當(dāng)光催化劑TiO 2層的密度不足3. 33g/ cm3時，滴加 !14〇4的部位與其周圍的顏色相比發(fā)生褪色。這是由于在該部位上因 SiOJl 與光催化劑TiOJl的剝離而使基材露出，從而不產(chǎn)生SiO 2層和光催化劑TiO 2層的干涉色。 與之相對，當(dāng)光催化劑TiO2層的密度為3. 33g/cm 3以上時，在滴加 H 2S04的部位上不產(chǎn)生褪 色，可知SiO2層與光催化劑TiO 2層沒有剝離。因此，根據(jù)圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知當(dāng)光催化劑 TiO2層的密度不足3. 33g/cm3時，耐酸性能較低，當(dāng)光催化劑TiO 2層的密度在3. 33g/cm3以 上時，耐酸性能較高。
[0014] 根據(jù)圖3和圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知通過將光催化劑TiOJi形成為3. 33g/cm3以上 (優(yōu)選為3. 47g/cm3以上，更優(yōu)選為3. 54g/cm3以上）的密度，可以得到能耐實(shí)際應(yīng)用的耐 久性（耐劃傷性能、耐酸性能）。
[0015] 因此根據(jù)圖2~圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知通過將光催化劑TiOJi形成為3. 33~ 3. 75g/cm3 (優(yōu)選為3. 47~3. 72g/cm3以下，更優(yōu)選為3. 54~3. 68g/cm3)的密度，可以簡單 地將多孔SiO2層形成薄且覆蓋光催化劑TiO 2層的整個表面的均勻的膜厚分布，而且能提高 該多孔SiOJl的耐久性能。
[0016] 因此，本發(fā)明是在基材的表面上將光催化劑TiOJl成膜為3. 33~3. 75g/cm 3 (優(yōu) 選為3