亲水性构件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有在基材表面上层叠有表现光催化剂作用的TiO2 (光催化剂TiO2) 层与多孔SiOJi的结构的亲水性构件及其制造方法。尤其，本发明可以简便地将多孔SiO 2 层形成薄且能覆盖光催化剂TiO2层的整个表面的均匀的膜厚分布，而且可以提高该多孔 SiOJi的耐久性能。
【背景技术】
[0002] 作为具有在基材表面上层叠有光催化剂TiOJi与多孔SiO 2层的结构的亲水性构 件，存在在下述专利文献1、2中有记载的构件。专利文献1、2中所记载的亲水性构件是利 用最外表面的多孔SiOJi来确保亲水性，并且通过下层的光催化剂TiO 2层的光催化剂作用 分解附着于多孔SiOJi上的有机物等，可以长期维持多孔SiO 2层的亲水性。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开平10-36144号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2000-53449号公报
【发明内容】
[0007] 发明要解决的问题
[0008] 在上述结构的亲水性构件中，为了使亲水性表面的各个部位获得均匀（即不会由 于亲水性表面的部位不同而不均）且良好的光催化剂作用，而需要使多孔SiO 2层以薄且为 50nm以下（优选为20nm以下）的膜厚成膜为能覆盖光催化剂TiOJl的整个表面的均匀的 膜厚分布。然而，在光催化剂TiO 2层上将多孔SiO2层成膜为薄且均匀的膜厚分布是不容易 的。即，为了在光催化剂TiO 2层上使用例如真空蒸镀法将SiO 2层成膜为多孔层，与将SiO 2 层成膜为非多孔层的情况相比，需要提高蒸镀气氛中的气压（氧气的分压）使SiO2蒸镀。 但是若提高蒸镀气氛中的气压来进行蒸镀，则会使SiO 2蒸镀分子的飞行变得不稳定。因此， 会根据亲水性表面的部位的不同而产生膜厚分布的不均，导致光催化剂TiO 2层的一部分露 出。对此，现有技术中为了将SiO2层成膜为均匀的膜厚分布，需要设计成膜工序（设计校 正板的配置，或者限制一次性成膜的数量等）。
[0009] 本发明是为了解决上述问题而做出的。即，本发明提供一种亲水性构件及其制造 方法，其可以简单地将多孔SiO 2层形成薄且能覆盖光催化剂TiO2层的整个表面的均匀的膜 厚分布，因此可以防止光催化剂TiOJi的一部分露出，而且能提高该多孔SiO 2层的耐久性 能。
[0010] 用于解决问题的方案
[0011] 图2是表示对于亲水性构件测量亲水性恢复时间的实验结果。该实验中所使用的 亲水性构件是在平滑的基材的表面上成膜光催化剂TiOJi，在其上使SiO 2-镀分子在能稳 定飞行的低气压下蒸镀，将SiOJi成膜为50nm以下的膜厚而成的。对该亲水性构件准备 改变不同的光催化剂TiOJi的密度的样品，并对各样品测量从在表面上附着有机物而失去 亲水性的状态开始，至经由紫外线照射而恢复亲水性的时间（亲水性恢复时间）。该实验 是通过对各样品的SiOJi的表面使用油进行污染而使该表面失去亲水性后，使用黑光灯在 lmW/cm2的强度下向该表面照射紫外线来进行的。亲水性恢复是根据水滴接触角降低为与 污染前的初始值（5度以下）相同程度来判定的。需要说明的是，在制作样品时，SiO 2蒸镀 分子的飞行是否稳定是可以根据例如蒸镀时的电子束的电流（发射电流）值或蒸镀速度是 否稳定来进行判定。此时，蒸镀速度可以以例如石英振荡器式厚度仪的振动频率的微分值 的方式进行测量。另外，各样品的光催化剂TiO 2层的密度可以根据成膜条件（基材的温度、 成膜速度、气压等）进行调整，该密度可以使用例如掠入射X射线衍射法来测量。根据图2， 可知光催化剂TiO 2层的密度越低亲水性恢复时间变得越短，若密度大于3. 68g/cm 3则亲水 性恢复时间急剧变长，若密度大于3. 75g/cm3则亲水性恢复时间变得过长而不能经受实际 应用。亲水性恢复时间较短是指因 SiOJl为多孔而使光催化剂TiO2层的光催化剂作用容 易达到SiOJl的表面。亲水性恢复时间较长是指因 SiO2层为非多孔而使光催化剂TiOJl 的光催化剂作用难以到达SiOJl的表面。根据该实验结果，可知通过将光催化剂TiO2层的 密度形成为与锐钛矿晶体结构通常的密度3. 90g/cm3相比小的密度即3. 75g/cm 3以下（优 选为3. 72g/cm3以下，更优选为3. 68g/cm3以下），从而即使使Si02·镀分子在能稳定飞行 的较低的气压下蒸镀到该光催化剂TiO 2层上，也可以将SiOJl成膜为多孔。由于可以在较 低的气压下蒸镀，因此不必对成膜工序实施特别设计而可以简单地将多孔SiO 2层成膜为薄 且均匀的膜厚分布。根据发明人等的实验，可知将光催化剂TiOJl成膜为3. 75g/cm3以下 的密度，在其上使SiO2蒸镀分子在能稳定飞行的低气压下蒸镀时，能将SiOJl成膜为多孔。 另外，可知若该多孔SiO 2层的膜厚为IOnm以上，则可以由该多孔SiOJl覆盖光催化剂TiO2 层的整个表面（即可以防止光催化剂TiOJl的一部分露出）。
[0012] 图3是表示对与在图2的实验中所使用的相同的样品（对于在平滑的基材的表面 上成膜光催化剂TiOJl、使SiO 2蒸镀分子在能稳定飞行的低气压下蒸镀从而将SiO 2层成 膜为50nm以下的膜厚而成的亲水性构件，改变不同的光催化剂TiOJl的密度的样品）测 量SiO 2层的划伤负载的实验结果。该实验是通过与铅笔硬度试验相同的步骤，使用铁棒代 替铅笔，并改变配重的重量来测量负载而进行的。根据图3,可知光催化剂TiO 2层的密度越 低其上形成的SiO2层的膜越脆，随着光催化剂TiO2层的密度变得越高形成的SiO 2层的膜 越硬。
[0013] 图4是表示对与在图2和图3的实验中所使用的相同的样品测量SiO2层的耐酸性 能的实验结果。该实验是通过向SiOJl的表面滴加当量浓度0.1 N的浓度的H2SO4，并观察 放置24小时后的表面的状态而进行的。根据该实验，当光催化剂TiO 2层的密度不足3. 33g/ cm3时，滴加 !14〇4的部位与其周围的颜色相比发生褪色。这是由于在该部位上因 SiOJl 与光催化剂TiOJl的剥离而使基材露出，从而不产生SiO 2层和光催化剂TiO 2层的干涉色。 与之相对，当光催化剂TiO2层的密度为3. 33g/cm 3以上时，在滴加 H 2S04的部位上不产生褪 色，可知SiO2层与光催化剂TiO 2层没有剥离。因此，根据图4的实验结果，可知当光催化剂 TiO2层的密度不足3. 33g/cm3时，耐酸性能较低，当光催化剂TiO 2层的密度在3. 33g/cm3以 上时，耐酸性能较高。
[0014] 根据图3和图4的实验结果，可知通过将光催化剂TiOJi形成为3. 33g/cm3以上 (优选为3. 47g/cm3以上，更优选为3. 54g/cm3以上）的密度，可以得到能耐实际应用的耐 久性（耐划伤性能、耐酸性能）。
[0015] 因此根据图2~图4的实验结果，可知通过将光催化剂TiOJi形成为3. 33~ 3. 75g/cm3 (优选为3. 47~3. 72g/cm3以下，更优选为3. 54~3. 68g/cm3)的密度，可以简单 地将多孔SiO2层形成薄且覆盖光催化剂TiO 2层的整个表面的均匀的膜厚分布，而且能提高 该多孔SiOJl的耐久性能。
[0016] 因此，本发明是在基材的表面上将光催化剂TiOJl成膜为3. 33~3. 75g/cm 3 (优 选为3