窓ガラスの外側は、空気中の油分や埃、PM2.5、雨水に含まれるシリカなどが付着して、くすんできたり、白い水垢の汚れが付着したりします。
白い水垢の汚れのことを、シリカスケールやウロコといいます。
これらの汚れが付着したら、窓ガラスを清掃したらいいわけですが、窓ガラスの場所によっては、清掃が困難な場合もあります。
そういった悩みを解消できるのが、光触媒コーティングです。
窓ガラスに光触媒コーティングをしておくと、窓ガラスの汚れを防止することができます。
この記事では、窓ガラスの防汚メカニズム、光触媒コーティング施工のメリット／デメリット、酸化チタンの問題点とそれを解消したタングステン担持酸化チタンの存在につて解説します。
ガラス用光触媒コーティング剤をお探しの方は、ぜひ最後までご覧ください。
窓ガラスが汚れる原因
窓ガラスの外側の汚れは、主に次の2種類です。
- 油分による汚れの付着
- ウロコの付着
油分による汚れの付着
まずは、汚れの付着です。特に都心の空気中には、自動車などの排気ガスに含まれる油分が浮遊しています。その油分が窓ガラスに付着して、その粘性によって、空気中に漂う埃やPM2.5などの汚れが付着して、次第に汚れていきます。
飲食店の換気扇の排気口付近は、黒く汚れていることが多いと思います。これと同様に窓ガラスも次第に汚れていくわけです。
ウロコの付着
ウロコとは、白っぽい雨だれのような汚れです。空気中や雨水に含まれるシリカ成分が付着し、堆積していってウロコに成長します。
ガラスは、製造直後は表面にOH基がむき出しになっています。分りやすくいうならば、何でも結びつこうとする手がいっぱいあるような状態です。そこに、空気中に含まれる目に見えない微細なシリカが付着すると、それらと強固に結合してしまいます。
大気中に含まれる小さな塵や埃などの微粒子を総じて、エアロゾルといいます。
エアロゾルの中はシリカも含まれていて、エアロゾル中のシリカがガラスに触れると、ガラスのOH基と引き寄せ合って強固に結合するようです。ガラスの主成分もシリカなので、相性が良いわけです。そして、そのシリカが別のシリカとも結合しやすい性質があり、ウロコに成長していきます。
ウロコを取り除いても、またしばらくしたらウロコが発生してしまいますが、ガラスとシリカの相性が良いことが原因です。
光触媒コーティングで得られる効果と防汚メカニズム
窓ガラスに光触媒コーティングをすることで得られる効果と防汚メカニズムを解説します。すでにご存じの方は、読み飛ばしてください。
光触媒とは？
光触媒（ひかりしょくばい）とは、光が当たると触媒効果を発揮する成分のことです。触媒効果とは、触れるものを分解しますが、自身は分解されないので、効果が半永久的に持続する成分のことです。
光触媒として主に利用される成分はアナターゼ酸化チタンのナノ粒子です。アナターゼとは、酸化チタンの結晶構造の一種で、光触媒として高い効果があります。
光触媒をコーティング剤にしたものを、光触媒コーティング剤といいます。
光触媒コーティングによる窓ガラスの防汚メカニズム
光触媒コーティングが窓ガラスの汚れを防止するメカニズムは、とてもシンプルです。
光触媒は、光が当たると表面にOHラジカルを生成します。OHラジカルは強い酸化力があるので、付着する油汚れを酸化分解してくれます。
また、OHラジカルは水と馴染みやすい性質があり、窓ガラスが親水性を持ちます。親水性とは、水と馴染む性質のことです。親水性の逆が撥水性です。
次の図のように、窓ガラスに付着した油分を光触媒が酸化分解し、落ちやすい状態にしてくれます。そして雨水が当たると、窓ガラスの親水性によって、窓ガラスと汚れの間に雨水が入り込み、汚れが自動的に落ちます。
このように、自動的に汚れが落ちる効果のことを、セルフクリーニングといいます。
この効果によって、光触媒コーティングをした窓ガラスは、清掃したときに汚れが落ちやすくなります。
ここで、「撥水性があった方が、雨水で汚れないのでは？」とお考えの方もいらっしゃることでしょう。ところが、窓ガラスの汚れは、雨水だけでなく油分による汚れもあります。フッ素加工されたフライパンを水で流しただけでは、油汚れが流れ落ちないように、窓ガラスも油分が付着して汚れていく場合があります。
光触媒コーティングでウロコが付着しにくくなるメカニズム
続いて、ウロコが付着しにくくなるメカニズムは単純です。
製造したてのガラスは、シリカと結合しやすい性質があることは、先ほど汚れる原因のところでご説明しました。無垢のガラスはシリカと結合しやすいことが原因でした。しかも、シリカは窓ガラスに強固に付着するので、表面のウロコを取り除いても、しばらくしたらまたウロコが発生してしまいます。
そこで、窓ガラスの表面に付着しているシリカを取り除いて、新たに光触媒を付着させたらよいわけです。すると、シリカが付着しにくくなり、ウロコが発生しにくくなります。
窓ガラスに光触媒コーティングをする
メリット／デメリット
窓ガラスに光触媒コーティングをするメリット
- 窓ガラスが汚れにくくなるので、外の視界がよくなる
- 清掃の頻度を減らすことができるので、費用や告示などの手間や、入居者の負担を減らすことができる
- ウロコが付着しにくいので、清掃の手間を軽減できる
- フッ素を利用していないので、環境負荷が低い
- 耐腐食性が高いので、効果の持続期間が長い
窓ガラスに光触媒コーティングをするメリットは、清掃の手間の削減です。窓ガラス清掃では、少なからずの費用が発生します。
光触媒コーティングをしておくことで、窓ガラスが汚れにくくなるため、清掃の頻度を下げることができます。また、ウロコが付着しにくくなるので、清掃の手間も軽減されます。
それによって、清掃の費用を下げることができます。光触媒コーティングの費用は高額になりやすいですが、その後10年以上の間、清掃の費用を削減することができます。
窓ガラスに光触媒コーティングをするデメリット
- 施工に費用と手間がかかる
- 施工には足場の設置が必要
窓ガラスに光触媒コーティングをする場合には、費用と手間がかかることはもちろんです。窓ガラスにフィルムを貼る方が安価になると思います。
施工には足場が必要となります。「ロープでぶら下がって施工をしたらいいのでは？」と思われるかもしれませんが、施工機材などを使って、光触媒コーティング剤を均一に塗布する必要があるため、不安定な状態では施工が難しいわけです。
そこで、新築工事のときや大規模改修のときに、足場が設置されている状態で、そのついでに施工することで施工費用を大幅に削減することができます。
酸化チタンの問題点
光触媒としてもっとも利用される成分は、アナターゼ酸化チタンです。今まで、「窓ガラスの光触媒コーティング」と言えば、酸化チタンが用いられてきました。
ところが、酸化チタンには問題点があります。それは、光の屈折率が高いことです。
光の屈折率が高いと、窓ガラスに反射した光が、虹色に見えてしまう恐れがあります。ですから、酸化チタンを使った窓ガラスの光触媒コーティングでは、液剤を精密に均一に塗布する技術が求められます。
施工技術が未熟な人が塗布すると、窓ガラスを反射した光が虹色に見えてしまって、施主様から「窓ガラスが透明でない！」とクレームが入ることもあります。
また、酸化チタンは若干ですが親水性が弱いように感じます。
そういったことで、虹色になりにくくて施工しやすい。また、親水性の高い光触媒が求められるわけですが、弊社ではタングステン担持酸化チタンを開発しました。
タングステン担持酸化チタンとは？
タングステン担持酸化チタンとは、ナノサイズのアナターゼ酸化チタン結晶の表面に、酸化タングステンを結合させた成分です。
名称の「担持（たんじ）」とは、「結合させた」という意味です。
タングステンは、酸化チタンよりも光の屈折率が低いので、窓ガラスが虹色になりにくい性質があります。また、窓ガラスに使用したときに、酸化チタン単体よりも、親水性が高くなり、セルフクリーニングが発揮しやすくなります。
酸化タングステンも、酸化チタンと同様に耐腐食性が高いので、海辺の建物にも適しています。
タングステン担持酸化チタンのメリットは、次の通りです。
- 窓ガラスが虹色に見えにくいので、施工がしやすい
- 親水性が高いので窓ガラスが汚れにくい
- 耐腐食性は酸化チタンと同様に高い
タングステン担持酸化チタンを使った光触媒コーティング剤
タングステン担持酸化チタンを使った光触媒コーティング剤は、弊社製品であればガラス用光触媒コーティング剤（BTG01）です。
もともと弊社では、酸化チタンを使っていましたが、虹色になることで悩んでいました。
試行錯誤の結果、タングステン担持酸化チタンを使った光触媒コーティング剤を、世界で初めて開発しました。
ガラス用光触媒コーティング剤（BTG01）の諸元は次の通りです。
| 品名 | ガラス用光触媒コーティング剤 | |
|---|---|---|
| 型番 | BTG01 | |
| 形状 | 液体 | |
| 成分 | 光触媒 | タングステン担持酸化チタン |
| 接着成分 | 有機アモルファス酸化チタン | |
| その他 | 水、界面活性剤、その他 | |
| pH | 弱塩基性 | |
| 臭い | 無臭 | |
| 塗装面積 | 100m2/L （1平米当たり10mL） | |
| サイズ（重量、容器） | 10L（約10kg、バロンボックス） | |
| 5L（約5kg、バロンボックス） | ||
| 1L（約1kg、ボトル） | ||
| 使用期限 | 製造から1年以内 | |
| 保管方法 | 常温（5～30℃）の暗所にて保管。 | |
ガラス用光触媒コーティング剤（BTG01）の施工方法は、「【ガラスの光触媒塗装】光触媒コーティング剤の塗装方法」をご参照ください。
まとめ
以上、窓ガラスの防汚メカニズム、光触媒コーティング施工のメリット／デメリット、酸化チタンの問題点とそれを解消したタングステン担持酸化チタンの存在につて解説いたしました。
まとめると、次のようになります。
- 酸化チタンは窓ガラスに反射する光が虹色になりやすく、親水性が若干弱い
- そのため、高い施工技術を要する
- 虹色になりにくく親水性が高い光触媒の種類はタングステン担持酸化チタン
結論としては、要するにガラス用光触媒コーティング剤の選び方は、「タングステン担持酸化チタンを使った光触媒コーティング剤を選ぶこと」です。
ガラス用光触媒コーティング剤をお探しの企業様、「窓ガラスの防汚コーティングを新規事業として取り入れたい」とお考えの企業様は、イリスまでお気軽にご相談ください。
この記事の著者／責任者
株式会社イリス 代表取締役
島田 幸一 (Shimada Koichi)
私はもともと、地元農業のソリューション提供を事業としていたが、野菜や果物の劣化を促進させるエチレンガスの分解を研究したことで、光触媒の可能性を感じ起業いたしました。運よく可視光でも効果のある酸化チタン光触媒を世界で初めて開発して脚光を浴び、さまざまな業種のお客様から注文をいただける企業にまで成長できました。現在弊社は、可視光応答型光触媒を使ったコーティング剤を始め、外壁やガラス、石材、自動車の車内にクリア塗装ができる光触媒コーティング剤や、酸化チタンから下地を守るプライマーの開発。その後も、さまざまな材質に光触媒を定着するための研究を続け、多くの企業で採用されています。