株式会社ケミカル・テクノロジーはコンクリート構造物保護技術と光触媒塗料をご提供致します。

この9月と2019年にこのテーマでちょっと触れましたが今般はその詳述偏です、ChatGPTでは得られない情報を心がけています。
光触媒はエポキシやウレタン等の樹脂を易々と分解することはもうご紹介しましたが、それは数年にわたる長期間をかけてのことです。我々が期待する光触媒効果は分単位や秒単位で発現することを前提にしています。それを実現するには発生した活性酸素を蓄積する工夫が必要ですね。
ここで「光触媒反応は我々が期待したほど強くはない」という欠点が利点になることが分かってきました。光触媒の性能を評価する指標として「メチレンブルー分解活性値」がよく用いられますが、これも正確にはメチレンブルーは分解している訳ではなく、ラジカルの還元を受けて無色のロイコ体に変化しているだけですね。
たとえば光触媒でエタノールはけっこうかんたんに酢酸へと酸化されますが、反応の終着駅である炭酸ガスと水にはなかなかなりません。酸化力は（短期的には）そこまで強くない証拠です。でも逆に見ますと酢酸の先の破線で示した中間体には変化しますので、この中間体を工夫することで活性酸素を蓄積させる事が可能です。すべて瞬時に炭酸ガスと水になってしまったら活性酸素特性の工夫のしようがありませんからこれは大きな利点です
・・・実用化に向けてより詳しく知りたい方々には個別に続きを開示します。

これは塗装業界ではよく知られた現象ですが案外「なぜなのか？」を知らないヒトが多いです。かんたんにはもう2017年11月13日に解説させていただいていますが頻繁に問われることが多いので、今般はその応用編として解説します。
水性塗料の樹脂はエマルジョンという状態で、水の中に樹脂の細かい粒が分散されています。水の屈折率（n=1.33）と樹脂の屈折率（たとえばアクリル樹脂はn=1.50）にけっこうな差があるので光が界面で散乱や反射するので、見た目に白く見えます。

これが乾燥すると樹脂の粒の間隙を埋めていた水分がなくなって樹脂が一体化して散乱や反射をしなくなるので見た目は透明になります。これが「色が濃くなる」現象の主因というか唯一の原因ですね。ところで、同じ水性塗料の同じような色でもこの「濃くなる現象」に差があります。樹脂に対する顔料の比率が高いときや、ズバリ樹脂の濃度が薄い場合にはこの現象は穏やかになります。
樹脂の濃度や比率が低い、ということは耐候性が低下することとほぼ同義ですので、この現象が穏やかな水性塗料は耐候性があまりよくないことに繋がります。

フッ素樹脂塗料は超耐候性をウリにしてきたのですが1990年初頭にカネカ（鐘淵化学）が樹脂の架橋成分にシリコーンを採用した塗料用のアクリル樹脂を開発して当時大きな話題になりました、品名は「ゼムラック」と称してました。既存の安価な樹脂の組合わせでほぼフッ素樹脂と同程度の超耐候性が得られるのですから塗料業界のゲームチェンジャーになる可能性がありました。私もその化学構造と特性を当時は必死で研究しました。かんたんにはザッと以下のような構造です。優れた塗料用樹脂ではありますが「硬化に時間が掛かる」と「湿気のような水分で反応を起こすので水性にはできない」という欠点も分かりました。これが大々的に市場に現われてきてから「アクリルシリコン塗料」または「アクリルシリコーン塗料」という名称が一般的になってきました。余談ですが私はふつうのアクリル塗料にγ-イソシアネートプロピルトリメトキシシランという試薬を投入するとかんたんにアクリルシリコン塗料になることを発見しました。今でも使えますのでご興味の折にはご連絡ください。
アクリルシリコン塗料は水性化が不可能だと思っていたのですが不思議なことに2010年くらいから水性のアクリルシリコン塗料が登場してきました。略してシリコン塗料と言われるようにもなり「どんな分子構造になっておるのだ？と訝っておりましたが、どうやら以下のようになっているようです。架橋部分がなく、たんにアクリルの主鎖にシリコーンの枝が所々に生えているだけです。こんなんでアクリルの耐候性が向上するのだ？？という疑問が湧きますが、これはシリコーンの超撥水性に拠る成果ですね。ケイ素と炭素の直接結合は天然には存在せず人工的なモノですがフッ素を超える超超撥水性が特長なので塗膜内への水分の浸潤を防ぐ防波堤になります。これは耐候性の向上に大きく寄与します。ただ、問題はその含有量で、別にJISでシリコーンの含有量は規定されていないのでメーカーの方針に大きく依存します。ただ、シリコーンは特殊な官能基が多く、これはFT-IRでかんたんに分析可能でおおまかな含有量も推定できます。シリコーン（樹脂）の成分のシリコン（ケイ素）はセラミックとも見なせますのでシリコン塗料という名称に飽きたメーカーは「セラミック塗料」とも最近称しだしています。

題名からしてセンセーショナルなのですが、私だけではなく実際に光触媒の市場化に関わった関係者の本音ですね。そこで私は金属銅との組合わせを考案したのですが、そもそも本来は反応性の高い活性酸素を発生させている光触媒自体を工夫することで解決できないかという問題意識を常に持っていました。
活性酸素種はヒドロキシラジカルとかスーパーオキサイドとか色々確認されていますがすべて超短寿命でいずれは過酸化水素H2O2に変わります。だから消毒・殺菌機能も過酸化水素と比較するのが分かりやすいです、身近なものではオキシドールですね。殺菌成分である過酸化水素H2O2の性質をかんたんな表にしてみましょう。注目すべきは水より少し高いものの沸点が意外に低い141℃であることです、けっこう早く蒸発していくのですね。水中とか閉鎖空間では見落とされがちの性質ですが開放空間で塗膜になっていれば「作っても、作っても蒸発して濃くならない」というジレンマが生じます。表題の問題の本質はそこにあると考えられます。
論文や資料等を照会してみると消毒・殺菌機能を十分に得るためには過酸化水素換算で2000ppm以上の濃さが必要ですから、蒸発させずに蓄積するをもつ別の過酸化物の形成が必要です。
このアイデアに従った消毒用途の新製品薬液を今週初出荷しました。まだ特許を出し切っていない現状ですので詳細は後日に詳述しますが、銅や銀等の金属イオンに頼らずにこの性能を十分に発揮するはじめてのコーティング剤だと自負しています。

前のブログに続きですが、光触媒反応に浸蝕されない樹脂として4フッ化エチレン6フッ化プロピレンコポリマー（FEP）を樹脂成分に採用して1世紀の耐候性を有するフッ素樹脂塗料をほぼ完成しつつあったのですが、じゃあ、その樹脂をそのまま採用して光触媒塗料ができるような気もします。しかし現実にはその問題点だけを克服しても完成しません。光触媒反応のおさらいをしてみましょうホンダフジシマ効果をよくよく顧みると水溶液中の反応であることが分かります。つまり反応に水が介在します。FEPは超撥水性で水をまったく寄せ付けないので光触媒用のバインダー樹脂になりえません。シリコーンもその意味でアウトですね。また、シリケート系のガラス質も水を通さないという意味でアウトっぽい材料です。そこで私が注目したのがナフィオンです。これ以外にも塗装適性という要因も加味していちおう光触媒用の必須条件を大まかに纏めますと
1． 光触媒反応に浸蝕されないこと
2． 十分長期の耐候性を有すること
3． 水を膜内に取り込む性質があること
4． 水だけでなくアルコールやこれをその他の有機溶剤にも溶解すること
5． 硬化後には十分な耐水性を有すること
6． プラスチック等への付着性を有すること
と6項目が挙げられます。これをすべてクリヤーできる樹脂は今のところナフィオンだけで、やや近い性質の樹脂としてはポリアクリル酸が上げられますがこれは2と4と5が今のところクリアできないので実用にはまだ遠いのが現実です。
「耐候性をもつ樹脂主鎖に親水性の枝を付ける」という原理自体は明白ですので、今後これに従った展開での新製品を開発中ですので順次ご報告させて頂く予定です。