地球を笑顔に!( 第 37 回 ) ミラクルチタン光触媒コートの展開 ( 一社 ) 中国地域ニュービジネス協議会 チーフコーディネーター竹内善幸 大気中には 自然界で舞い上がった土壌粒子 工場や自動車などからの排煙など 多くの浮遊粒子状物質があり これらが建造物などに付着して大気汚染物質となっています これらの汚染物質のなかで 有機系の物質を太陽光などの 光 により分解する 光触媒 技術があります 今回は 広島県呉市に展示してある てつのくじら館 ( 潜水艦 ) の外壁に 光触媒 を適用した ( 株 ) 大野石油店 ( 広島市 ) の技術についてご紹介致します 光触媒の事業規模 図 1. てつのくじら館 21 世紀に入り 環境 エコ と言った言葉を見たり聞いたりすることが多くなり 省 エネルギー性の高い自動車や家電製品が増えてきました また新型インフルエンザなど発生して抗菌など衛生面への関心も高まってきました このような状況の中 日本で生まれた技術の光触媒 消臭抗菌効果もあり環境にもやさしい材料として関心が高まってきました タイルやガラスなどの建材や空気清浄機のフィルターなどの家電製品として身の回りに多くの製品があります 光触媒の事業規模も増加傾向にあり 成長産業のひとつとなっています 1000 900 800 事業規模 700 ( 億円 ) 600 500 400 300 200 100 0 00 01 02 03 04 05 06 07 08 08 10 11 年度図 2. 光触媒 の事業規模( 出展 : 光触媒工業会広報資料 ) 旬レポ中国地域 2013 年 4 月号 1
光触媒の原理 働き光触媒の材料としては酸化チタン (TiO 2 ) が一般的に使用されています 酸化チタンの中でもその結晶系がアナターゼ型のものが光触媒として使われています またルチル型は白色の顔料として使われています 光触媒の酸化チタンが紫外線を受けると その表面で活性酸素が発生して ニオイや雑菌類を酸化分解して 消臭抗菌効果を発揮します また水となじみやすい親水性を発現して この性質によって雨が降れば汚れが雨と一緒に流れ落ちて美観を維持してくれます 分解性の原理 親水性の原理 図 3. 光触媒 酸化チタン の原理 この性質を利用することにより 屋外で雨がかかれば汚れが流されて防汚効果を発揮して美観維持 清掃コストの削減を可能にします このような原理で光触媒が効果を発揮するため 太陽光や蛍光灯の紫外線があれば作用し また消耗することがないので効果が永続的に続きます このことで近年注目されるようになりました 一方で 原料の酸化チタンは白色の固体粉末であるため 製品にするための薄膜化技術が課題になります 例えば酸化チタンを担持するバインダーが分解されて耐久性が不足したり 表面仕上りの状態が劣化していく問題がありました 図 4. 酸化チタン TiO 2 旬レポ中国地域 2013 年 4 月号 2
ミラクルチタン光触媒コート の特徴大野石油店は1999 年から事業部を立ち上げ 独自に水溶性光触媒の開発を進めて 商品名 ミラクルチタン光触媒コート として提供してきました 製品展開の狙いとしては 建築物や建材など対象に消臭抗菌や防汚などが必要な場所や必要な部分へ施工が出来るコーティング技術の開発でした 昨今は建築物リニューアル需要が拡大していますが 本技術は改修工事などにも応用が可能です 現在では全国各地の代理店へ溶液を供給しており 多くの施工実績ができています ミラクルチタンの特長を以下に示します 表 1. ミラクルチタンの特長 1) 酸化チタンをゾル化した独自開発の原料 高い光触媒効果 2) バインダーを含まない 3) アナターゼ型酸化チタンに加え高性能な ブルッカイト型酸化チタンを配合 1) 専用の特殊ノズルで微噴化した施工方法 薄膜構造 耐久性 であるため 均一で平滑な薄膜を形成し 熱応力の影響を受けにくく耐久性に優れる 薄膜のため 下地の色やデザインを損な 基材 光触媒層保護層 わない 安全性 1) 有害物質を含んでいない 2) 溶剤を使用しない 3) 溶液の ph はほぼ中性である 作業者にも環境にも悪影響を与えない 防汚用途のミラクルチタンの施工例サイン ( マツダズームズームスタジアム ) 建築物外壁 ( 広島女学院中学高等学校 ) 旬レポ中国地域 2013 年 4 月号 3
ミラクルチタンの応用 ソーラーパネルへの応用ソーラーパネル設置工事は 国や自治体からの補助金制度や発電した電力の買取制度などを背景として 近年その設置件数が急激に増加しています しかしソーラーパネルは 経年とともに発電素子の性能低下 ガラスの劣化 さらにパネル表面の汚れの堆積などによって発電量の維持が困難になります 特に煤煙 黄砂 鳥糞など付着した堆積物の除去には膨大なコストが必要で 設置状況によってはメインテナンスが不可能な場合もあります そこで パネル表面にミラクルチタンをコーティング 図 5. 施工工事 (1) 図 6. 施工工事 (2) 降雨時のパネル表面の写真を図 7. および8に示す 施工パネルは親水性が発現していることが分かります 図 7. ミラクルチタン施工パネル 図 8. 未施工パネル 旬レポ中国地域 2013 年 4 月号 4
次にそのパネルの年間発電量の推移の状況を図 9. に示します 15000 14500 1500 1450 14000 量(発 電 13500 1350 13000 12600 1300 k 12500 12280 12240 1250 W 12010 h 11810 )12000 11723 11549 11637 1200 11564 11500 11137 11045 11182 1150 11000 未施工 1100 1000 1400 日射 )ミラクルチタン施工 m2 k W h / 10500 10000 1476 1399 1368 1275 1394 1425 2007 年 2008 年 2009 年 2010 年 2011 年 2012 年 1050 図 9. パネル容量 : 各 10kW 設置時期 :2006 年 12 月設置場所 : 独立行政法人大学先端研究施設屋上 ミラクルチタン施工パネルと未施工パネル各々 10kW 容量の発電量を図 9. に示します 4~5 年経過すると約 5% の発電量の差が出ています またこの発電量の差は経年とともに拡がる傾向があり これは未施工パネルでは汚れが徐々に堆積しているためと考えられます ミラクルチタンの光の透過率 耐候性 耐薬品性などのデータを表 2. に示します 表 2. ミラクルチタンの光の透過率 耐候性 耐薬品性 項目 試験条件 性能 透過率 紫外可視分光光度測定 95% 以上 初期親水性 水滴滴下法 (BLB1.0mW/cm 2 30 分 ) 接触角 5 以下 耐アルカリ性 JIS K 5600(5 重量 % の炭酸ナトリウム液に 24 時間浸漬 ) 異常なし 耐酸性 JIS K 5600(5 重量 % の硫酸に 24 時間浸漬 ) 異常なし 耐塩水性 JIS K 5600(3 重量 % の塩化ナトリウム液に 24 時間浸漬 ) 異常なし 耐付着性 JIS K 5600( 碁盤目テープ剥離試験 ) 異常なし 促進耐候性 JIS K 5600( サンシャインウェザーメーター 2000 時間 ) 異常なし 上記に示すように ミラクルチタンは酸やアルカリに侵されることがなく 密着性耐候性に優れており これらの特性から長期間効果が発揮できると考えられます 現地で施工する場合の懸念点として 作業者の技量による品質バラツキが考えられるが 大野石油店は施工者の資格制度を設けており作業者の技量の維持向上に努めています こ 旬レポ中国地域 2013 年 4 月号 5
のような取り組みの結果 大手パネルメーカーからミラクルチタンを施工してもパネル本来の出力性能に悪影響を与えることはない保証を取り付けています 超耐候性塗料とのハイブリッドミラクルチタンはこれまでに全国で多くの施工実績がありますが 建設現場でいろいろな要望を受けています ミラクルチタンそのものは高い耐久性がありますが 下地が有機塗料の場合には塗料の耐用年数 種類によって 5~15 年程度で塗り替えが必要になってきます さらに海に近いところでは塩害による腐食の問題がありますが ミラクルチタンは薄膜のため防錆力を上げることはできません 特に橋梁 電力設備 看板などでは高い防錆力があり塗り替えサイクルが長く 尚且つメインテナンスフリーのニーズが高い状況です そこで ミラクルチタンの下地材として耐候性の高い塗料を検討しました 耐候性の高い塗料としてフッ素塗料がありますが ミラクルチタンとの密着性 耐久性など評価して下地塗料として無機質塗料とハイブリッド化し防錆 防汚両面を兼ね備えた工法を開発しました 下地がコンクリートの場合の塗膜構造を示す 本工法を SSS-IP 工法 ( 図 10. 参照 ) として提供しています 図 10.SSS-IP 工法 Self-cleaning Super-durability Solvent-free Inorganic-matter Protection-film-painting また 下地が塗装鋼板や金属板の場合には熱膨張に追従できるように柔軟性を高くしています 下地材質に応じては 材料工法を規定しています 無機質塗料としては シリコン ( ケイ素 ) を使った結合エネルギーの高いシロキサン結合を持つ樹脂です 図 11. 無機質塗料の施工写真 旬レポ中国地域 2013 年 4 月号 6
寿命と塗り替えサイクル 図 12. 寿命と塗り替えサイクル 塗膜の寿命は表面の劣化 即ち光沢度と相関があり 促進試験で光沢度を評価すると耐候性が高いと言われているフッ素塗料より高い光沢保持率を示すことが分かりました ( 図 12. 参照 ) 光沢度 80% を塗装塗り替えのサイクルとすると SSS-IP 工法は25~30 年と極めて長い塗り替え期間が期待できます さらにトップコートのミラクルチタンによって美観も維持でき メインテナンスフリーでランニングコスト ライフサイクルコストを大幅に低減することができます 図 13. 施工例 表 3. に無機質塗料の基本性能を示します 表 3. 無機質塗料の基本性能 項目 試験条件 性能 発火 着火試験 防耐火性能試験 業務評価方法書 合格 延焼試験 防耐火性能試験 業務評価方法書 合格 耐アルカリ性 JIS K 5600(5 重量 % の水酸化カルシウム液に 24 時間浸漬 ) 異常なし 耐酸性 JIS K 5600(5 重量 % の硝酸に 24 時間浸漬 ) 異常なし 耐塩水性 JIS K 5600(3 重量 % の塩化ナトリウム液に 24 時間浸漬 ) 異常なし 耐付着性 JIS K 5600( 碁盤目テープ剥離試験 ) 異常なし 促進耐候性 JIS K 5600( サンシャインウェザーメーター 1000 時間 ) 異常なし 旬レポ中国地域 2013 年 4 月号 7
また 本工法は建築分野だけでなく土木分野への応用も期待でき 広く活用されるように国土交通省の新技術登録 (NETIS) への登録がされています 登録番号 :SK-120010 今後の展開光触媒は防汚効果で美観を維持し清掃コストを削減でき 同時に自動車排ガスの NOx SOxを低減して環境浄化にも役立っています また光触媒は文具などの日用品にも応用されており 今後もいろいろな領域で展開される可能性があります 人に優しく 環境に優しい社会の実現に向けて大きな貢献が期待されています 参考 ( 株 ) 大野石油店 http://www.ohno-group.co.jp 著者プロフィール昭和 48 年三菱重工業 ( 株 ) 入社広島研究所所属平成 15 年菱明技研 ( 株 ) 移籍同年 4 月より ( 社 ) 中国地域ニュービジネス協議会チーフコーディネーターとして活動中 趣味観世流能楽 ( 広島市能楽愛好者連盟理事長 ) 経済産業省中国経済産業局広報誌 旬レポ中国地域 2013 年 4 月号 Copyright 2013 Chugoku Bureau of Economy, Trade and Industry. 8