JP2017127865A - 撥水液、撥水性物品、及びそれらの製法 - Google Patents
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Abstract
Description
H3)2O−)の数が30〜400である直鎖状ポリジメチルシロキサン、及びフルオロ
アルキルシランのそれぞれを、基材表面に化学的に結合せしめて滑水層を形成する滑水性物品の製法を開示している。
Rf−(CH2)n−X1−Y1−Z (1)
{式中Rfは炭素数1〜7のパーフルオロアルキル基、nは0〜5の整数であり、X1は−S−、−SO−または−SO2−を表し、Y1は炭素数1〜10のアルキレン基または芳香族基、Zは芳香族性水酸基、芳香族性アミノ基、カルボキシル基あるいはスルホン酸基(及びこれらの官能基の中和塩又はエステルを含む)を表す。}
ここで、Y1は1価の加水分解可能な官能基である。さらに、mは8未満の整数であり、フルオロカーボンユニットの数(CF2及びCF3の総数)を表す。さらに、pは1〜3の整数であり、加水分解可能な官能基の数を表す。
入手容易性と得られる撥水性物品の撥水層の耐久性の観点から、前記一般式[1]のmが4〜6であるフルオロアルキルシラン系化合物がより好ましい。
第2の撥水液では、より高い初期接触角と耐候性を得るためには、前記フルオロアルキルシラン系化合物の添加量に対する前記有機スルホン酸の添加量が0.15〜2.8mol倍であること([F]の範囲)が好ましい。さらに、より高い初期接触角と耐候性および耐摩耗性を得るためには、前記フルオロアルキルシラン系化合物の添加量に対する前記有機スルホン酸の添加量が0.2〜2.5mol倍であること([G]の範囲)が好ましい。
・ ランプ:アイグラフィックス製M015−L312
・ ランプ強度:1.5kW
・ 照度:下記条件における測定値が128mW/cm2
・ 測定装置:紫外線強度計(コニカミノルタセンシング製、UM−10)
・ 受光部:UM−360(受光波長域;310〜400nm、ピーク波長;365±5nm)
・ 測定モード:放射照度測定
・ 試験機 :トラバ−ス式摺動試験機
・ 試料サイズ :約100mm×200mm
・ 摩擦布 :ネル布
・ 荷重 :0.3kg/cm2
・ ストロ−ク :100mmの往復摺動(摺動回数は往復の回数)
・ 摺動速度 :30往復/分
(I)撥水液の調製
撥水層を形成するための撥水液の原料として、フルオロカーボンユニットの数が6のフルオロアルキルトリアルコキシシランである、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)トリエトキシシラン〔CF3(CF2)5CH2CH2Si(OC2H5)3、エボニック・デグサ製、商品名:F8261、分子量:510、以降、本化合物を「C6FAS」と記載する場合がある〕;1.00gとイソプロピルアルコール〔キシダ化学製、以降、「iPA」と記載する場合がある〕;22.88gを混合し、約3分間撹拌した。次いで、メタンスルホン酸〔キシダ化学製、分子量:96〕;2.26gを添加し、約2時間室温で撹拌して、C6FASを加水分解、及び/又は、重縮合することにより無色透明で均質な撥水液を得た。なお、撥水液原料の総量100質量%に対するC6FASの添加量は3.8質量%であり、C6FASの添加量に対するメタンスルホン酸の添加量は12.00mol倍であり、図1の(1)で示される撥水液に該当する。撥水液の成分及び調製条件を表1に示す。
200mm×200mm×3.5mm厚サイズのフロートガラス板の表面を、研磨液として、ガラス研磨剤ミレークE40(T)(三井金属工業製)を水に混合した2質量%のセリア懸濁液を用いて研磨し、水洗及び乾燥した。次いで、約40℃の0.2Nの硫酸水溶液に約1分間該ガラス板を浸漬し酸処理した後、再度水洗し、乾燥した。
雰囲気温度約23℃、湿度約50%RHの環境において、上記(I)で調製した撥水液1.0mlを保持した綿布(商品名:ベンコットM−1)をガラス板上に接触させて、任意の一方向に往復させて全面に塗布し、次いで、塗布方向に対して約90°となる方向に往復させて全面に塗布した後、該ガラス板を電気炉に入れ10分間乾燥した。この時、ガラスの最高到達温度(乾燥温度)は150℃であった。最後に、目視で白くまだらに残留している余剰な成分をアルコール系溶剤〔日本アルコール販売株式会社製、品名:ネオコールCP〕で湿らせた紙タオルで拭き上げて、目視観察で表面が均一な透明な撥水膜を有するサンプルを得た。
実施例1−1と同様の操作で得た撥水液に、脱水剤としてモレキュラーシーブ〔4AXH5 8X12、ユニオン昭和製〕を約5g添加浸漬して約16時間放置し重縮合反応を調整させつつ脱水した後、濾紙(ワットマン、ガラス繊維ろ紙:GF/A)を用いて濾過し、モレキュラーシーブ4Aを分離除去することにより無色透明で均質な撥水液を得た。該撥水液は図1の(1)で示される撥水液に該当する。撥水液の成分及び調製条件を表1に示す。
実施例1−2における、フルオロアルキルシラン系化合物の添加量に対する有機スルホン酸の添加量を変更し、それ以外は、実施例1−2と同様の操作で撥水液を調製し、同様に撥水膜を有するサンプルを作製し、同様に評価を行った。なお、実施例1−3〜1−10の撥水液は、それぞれ、図1の(2)〜(9)で示される撥水液に該当する。撥水液の成分及び調製条件と評価結果を表1に示す。
有機スルホン酸の代わりにトリフルオロ酢酸を用いること以外は、実施例1−1と同様の操作で撥水液を調製し、目視観察で表面が均一な透明な撥水膜を有するサンプルを得た。なお、本比較例で用いた撥水液は図1の(1)で示される撥水液に該当する。実施例1−1と同様に評価を行ったところ、表1に示すとおり、初期接触角:×(107°)、耐光性:○(90°)、耐トラバース性:×(69°)、屋外暴露耐久性:○(78°)であり、性能不足であった。
有機スルホン酸の代わりにトリフルオロ酢酸を用いること以外は、実施例1−2と同様の操作で撥水液を調製し、目視観察で表面が均一な透明な撥水膜を有するサンプルを得た。なお、本比較例で用いた撥水液は図1の(1)で示される撥水液に該当する。実施例1−2と同様に評価を行ったところ、表1に示すとおり、初期接触角:×(107°)、耐光性:○(86°)、耐トラバース性:×(71°)、屋外暴露耐久性:○(78°)であり、性能不足であった。
比較例1−2における、撥水液原料の総量100質量%に対する前記フルオロアルキルシラン系化合物の添加量、酸の種類、フルオロアルキルシラン系化合物の添加量に対する酸の添加量を変更し、それ以外は、比較例1−2と同様の操作で撥水液を調製し、同様に評価を行った。比較例1−3、1−4、1−6、1−8、1−13で用いた撥水液は図1の(1)で示される撥水液に該当し、比較例1−5、1−7、1−9で用いた撥水液は図1の(5)で示される撥水液に該当し、比較例1−10で用いた撥水液は図1の(10)で示される撥水液に該当し、比較例1−11で用いた撥水液は図1の(11)で示される撥水液に該当し、比較例1−12で用いた撥水液は図1の(12)で示される撥水液に該当する。なお、比較例1−4、1−6、1−8、1−12では、撥水液の原料の相溶性が悪く、撥水液自体が不透明であったため、(1)〜(5)に記載する評価を行わなかった。撥水液の成分及び調製条件と評価結果を表1に示す。
C6FAS;1.00gとiPA;25.00gを混合し、約3分間撹拌した。次いで、メタンスルホン酸〔キシダ化学製、分子量:96〕;0.14gと精製水〔キシダ化学製〕;0.11gを添加し、約2時間室温で撹拌して、C6FASを加水分解、及び/又は、重縮合することにより無色透明で均質な撥水液を得た。なお、撥水液原料の総量100質量%に対するC6FASの添加量は3.8質量%であり、C6FASの添加量に対するメタンスルホン酸の添加量は0.75mol倍であり、C6FASの添加量に対する水の添加量は3.00mol倍であり、図2の(13)で示される撥水液に該当する。撥水液の成分及び調製条件を表2に示す。
実施例2−1と同様の操作で得た撥水液に、脱水剤としてモレキュラーシーブ〔4AXH5 8X12、ユニオン昭和製〕を約5g添加浸漬して約16時間放置し重縮合反応を調整させつつ脱水した後、濾紙(ワットマン、ガラス繊維ろ紙:GF/A)を用いて濾過しモレキュラーシーブ4Aを分離除去することにより無色透明で均質な撥水液を得た。該撥水液は図2の(13)で示される撥水液に該当する。撥水液の成分及び調製条件を表2に示す。
実施例2−2における、撥水液原料の総量100質量%に対する前記フルオロアルキルシラン系化合物の添加量、有機スルホン酸の種類、フルオロアルキルシラン系化合物の添加量に対する有機スルホン酸の添加量、フルオロアルキルシラン系化合物の添加量に対する水の添加量を変更し、それ以外は、実施例2−2と同様の操作で撥水液を調製し、同様に撥水膜を有するサンプルを作製し、同様に評価を行った。なお、実施例2−3、2−15の撥水液は図2の(14)で示される撥水液に該当し、実施例2−4〜2−9の撥水液は、それぞれ、図2の(15)〜(20)で示される撥水液に該当し、実施例2−10、2−12、2−13、2−14の撥水液は図2の(13)で示される撥水液に該当し、実施例2−11の撥水液は図2の(21)で示される撥水液に該当し、実施例2−16〜2−24の撥水液は、それぞれ、図2の(22)〜(30)で示される撥水液に該当する。撥水液の成分及び調製条件と評価結果を表2に示す。
有機スルホン酸の代わりに硝酸を用いること以外は、実施例2−1と同様の操作で撥水液を調製し、目視観察で表面が均一な透明な撥水膜を有するサンプルを得た。なお、本比較例で用いた撥水液は図2の(13)で示される撥水液に該当する。実施例2−1と同様に評価を行ったところ、表2に示すとおり、初期接触角:×(107°)、耐光性:×(72°)、耐トラバース性:×(61°)、屋外暴露耐久性:×(74°)であり、性能不足であった。
有機スルホン酸の代わりに硝酸を用いること以外は、実施例2−2と同様の操作で撥水液を調製し、目視観察で表面が均一な透明な撥水膜を有するサンプルを得た。なお、本比較例で用いた撥水液は図2の(13)で示される撥水液に該当する。実施例2−2と同様に評価を行ったところ、表2に示すとおり、初期接触角:×(107°)、耐光性:×(78°)、耐トラバース性:×(74°)、屋外暴露耐久性:×(74°)であり、性能不足であった。
比較例2−2における、撥水液原料の総量100質量%に対する前記フルオロアルキルシラン系化合物の添加量、酸の種類、フルオロアルキルシラン系化合物の添加量に対する酸の添加量を変更し、それ以外は、比較例2−2と同様の操作で撥水液を調製し、同様に評価を行った。比較例2−3〜2−8、2−11で用いた撥水液は図2の(13)で示される撥水液に該当し、比較例2−9で用いた撥水液は図2の(31)で示される撥水液に該当し、比較例2−10で用いた撥水液は図2の(32)で示される撥水液に該当する。撥水液の成分及び調製条件と評価結果を表2に示す。
Claims (8)
- 基材上に撥水層を形成する撥水性物品の製法において、
一般式[1]で示されるフルオロアルキルシラン系化合物、有機溶媒、有機スルホン酸、及び、水を混合して得られる、撥水層を形成するための撥水液であり、該撥水液原料の総量100質量%に対する前記フルオロアルキルシラン系化合物の添加量が1〜20質量%であり、前記フルオロアルキルシラン系化合物の添加量に対する前記有機スルホン酸の添加量が0.1〜29mol倍であり、前記フルオロアルキルシラン系化合物の添加量に対する前記水の添加量が0.04〜290mol倍であり、前記フルオロアルキルシラン系化合物が加水分解、及び/又は、重縮合されている撥水液を、
基材の表面上に塗布し、50〜350℃で1〜60分間加熱することにより、撥水層を形成することを特徴とする、撥水性物品の製法。
(式[1]においてmは8未満の整数であり、Y1は1価の加水分解可能な官能基であり、pは1〜3の整数である) - 前記一般式[1]のpが1であることを特徴とする、請求項1に記載の撥水性物品の製法。
- 前記一般式[1]の1価の加水分解可能な官能基がアルコキシ基であることを特徴とする、請求項1に記載の撥水性物品の製法。
- 前記一般式[1]のmが4〜6であることを特徴とする、請求項1に記載の撥水性物品の製法。
- 前記基材がガラスであることを特徴とする、請求項1に記載の撥水性物品の製法。
- 前記一般式[1]で示されるフルオロアルキルシラン系化合物、有機溶媒、及び、有機スルホン酸を混合して、前記フルオロアルキルシラン系化合物を加水分解、及び/又は、重縮合することを特徴とする、請求項1記載の撥水性物品の製法に用いる撥水液の調製法。
- 前記一般式[1]で示されるフルオロアルキルシラン系化合物、有機溶媒、有機スルホン酸、及び、水を混合して、前記フルオロアルキルシラン系化合物を加水分解、及び/又は、重縮合することを特徴とする、請求項1記載の撥水性物品の製法に用いる撥水液の調製法。
- 前記フルオロアルキルシラン系化合物を加水分解、及び/又は、重縮合した後に、さらに脱水剤を添加することを特徴とする、請求項1記載の撥水性物品の製法に用いる撥水液の調製法。
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