JP6972425B1 - 撥水構造及びその製造方法、並びにそれに用いる撥水コーティング剤 - Google Patents
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Abstract
Description
(撥水構造)
以下の実施例1−1〜1−6の撥水構造を作製した。それぞれの構成は表1にも示す。
有機溶剤のキシレンに、バインダー樹脂となる未硬化のシリコーン樹脂(XR31−B2733 モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)と、硬化剤の有機チタン化合物(TC−750 松本ファインケミカル社製、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート))と、撥水性粒子の親水性ヒュームドシリカ(アエロジルOX50 日本アエロジル社製、平均粒子径:40nm、BET比表面積:50±15m2/g)と、充填粒子の親水性大粒径シリカ(サイリシア310P 富士シリシア化学社製、平均粒子径:2.7μm、BET比表面積:300m2/g)とを投入して撹拌することにより撥水コーティング剤を調製した。撥水コーティング剤は、未硬化のシリコーン樹脂固形分濃度が17質量%となるとともに、有機チタン化合物、親水性ヒュームドシリカ、及び親水性大粒径シリカの含有量が、未硬化のシリコーン樹脂100質量部に対して、それぞれ6質量部、5質量部、及び16質量部となり、且つ全固形分濃度が20質量%となるように調製した。そして、この撥水コーティング剤を、ポリカーボネート樹脂板の基材の表面にスプレーコートした後、室内に放置して乾燥させることにより、基材上に撥水層を形成した撥水構造を得た。この撥水構造を実施例1−1とした。
有機溶剤のトルエンに、バインダー樹脂となる未硬化のシリコーン樹脂と、硬化剤の有機チタン化合物と、撥水性粒子の疎水性ヒュームドシリカ(アエロジルR972 日本アエロジル社製、平均粒子径:16nm、BET比表面積:110±20m2/g)と、充填粒子の親水性大粒径シリカとを投入して撹拌することにより撥水コーティング剤を調製した。撥水コーティング剤は、未硬化のシリコーン樹脂固形分濃度が17質量%となるとともに、有機チタン化合物、疎水性ヒュームドシリカ、及び親水性大粒径シリカの含有量が、未硬化のシリコーン樹脂100質量部に対して、それぞれ6質量部、2質量部、及び24質量部となり、且つ全固形分濃度が21質量%となるように調製した。この撥水コーティング剤を用いたことを除いて実施例1−1と同様にして得た撥水構造を実施例1−2とした。
フッ素樹脂溶液(フロロサーフFS2060-15 フロロテクノロジー社製 15質量%溶液)を、シリコーン樹脂100質量部に対して6質量部(フッ素樹脂固形分0.9質量部)投入した撥水コーティング剤を用いたことを除いて実施例1−2と同様にして得た撥水構造を実施例1−3とした。
充填粒子として親水性大粒径シリカに代えて、疎水性大粒径シリカ(サイロホービック100 富士シリシア化学社製、平均粒子径:2.7μm、BET比表面積:300m2/g)を投入した撥水コーティング剤を用いたことを除いて実施例1−2と同様にして得た撥水構造を実施例1−4とした。
フッ素樹脂溶液を、シリコーン樹脂100質量部に対して6質量部(フッ素樹脂固形分0.9質量部)投入した撥水コーティング剤を用いたことを除いて実施例1−4と同様にして得た撥水構造を実施例1−5とした。
有機溶剤のキシレンに、バインダー樹脂となる未硬化のシリコーン樹脂と、硬化剤の有機チタン化合物と、撥水性粒子の未造粒カーボンブラック(デンカブラックLi−100 デンカ社製、平均粒子径:35nm、BET比表面積:68m2/g)と、充填粒子の親水性大粒径シリカとを投入して撹拌することにより撥水コーティング剤を調製した。撥水コーティング剤は、未硬化のシリコーン樹脂固形分濃度が17質量%となるとともに、有機チタン化合物、未造粒カーボンブラック、及び親水性大粒径シリカの含有量が、未硬化のシリコーン樹脂100質量部に対して、それぞれ6質量部、4質量部、及び24質量部となり、且つ全固形分濃度が22質量%となるように調製した。この撥水コーティング剤を用いたことを除いて実施例1−1と同様にして得た撥水構造を実施例1−6とした。
<接触角>
実施例1−1〜1−6のそれぞれについて、接触角計(DM−500 協和界面科学社製)を用い、温度25℃及び湿度50%の条件下において、撥水構造の表面に純水の水滴1.6μlを滴下して接線法により接触角を測定した。
実施例1−1〜1−6のそれぞれについて、接触角計(DM−500 協和界面科学社製)を用い、温度25℃及び湿度50%の条件下において、撥水構造の表面に純水の水滴1.6μlを滴下して滑落法により滑落角を測定した。
実施例1−1〜1−6のそれぞれについて、水3.7Lに乾燥モルタル20kgを投入してハンドミキサーで混ぜ合わせたモルタル水に、撥水構造の表面が水面に対して垂直になるように浸漬し、そして、それを引き揚げたときの表面の汚れ具合を目視により、A:モルタル水汚れ全くなし、B:モルタル水汚れ僅かにあり、及びC:モルタル水汚れが顕著にあり、の3段階の評価を行った。
試験結果を表1に示す。表1によれば、実施例1−1〜1−6のいずれも、接触角が140°以上のいわゆる超撥水性が得られ、また滑落角が小さく、更にモルタル水汚れに対して強いことが分かる。
(撥水構造)
以下の実施例2−1〜2−7及び比較例2−1の撥水構造を作製した。それぞれの構成は表2にも示す。
有機溶剤のトルエンに、バインダー樹脂となる未硬化のシリコーン樹脂(XR31−B2733 モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)と、硬化剤の有機チタン化合物(TC−750 松本ファインケミカル社製、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート))と、撥水性粒子の親水性ヒュームドシリカ(アエロジルOX50 日本アエロジル社製、平均粒子径:40nm、BET比表面積:50±15m2/g)と、充填粒子の親水性大粒径シリカ(サイリシア310P 富士シリシア化学社製、平均粒子径:2.7μm、BET比表面積:300m2/g)と、フッ素樹脂溶液(フロロサーフFS2060-15 フロロテクノロジー社製 15質量%溶液)と、を投入して撹拌することにより撥水コーティング剤を調製した。撥水コーティング剤は、未硬化のシリコーン樹脂固形分濃度が17質量%となるとともに、有機チタン化合物、親水性ヒュームドシリカ、親水性大粒径シリカ、及びフッ素樹脂溶液の含有量が、未硬化のシリコーン樹脂100質量部に対して、それぞれ6質量部、5質量部、24質量部、及び6質量部となり、且つ全固形分濃度が22質量%となるように調製した。そして、この撥水コーティング剤を、目付が20g/m2の不織布(E05020 旭化成社製)にディップコートした後、80℃で30分間放置して乾燥させることにより、不織布上に撥水層を形成した撥水構造を得た。この撥水構造を実施例2−1とした。
目付が30g/m2の不織布(E05030 旭化成社製)を用いたことを除いて実施例2−1と同様にして得た撥水構造を実施例2−2とした。
目付が40g/m2の不織布(E05040 旭化成社製)を用いたことを除いて実施例2−1と同様にして得た撥水構造を実施例2−3とした。
目付が50g/m2の不織布(E05050 旭化成社製)を用いたこと、及び、撥水コーティング剤を150℃で2分間放置して乾燥させたことを除いて実施例2−1と同様にして得た撥水構造を実施例2−4とした。
目付が100g/m2の不織布(E05100 旭化成社製)を用いたことを除いて実施例2−4と同様にして得た撥水構造を実施例2−5とした。
不織布に代えて、ポリカーボネート樹脂板を用いたこと、及び、撥水コーティング剤をスプレーコートしたことを除いて実施例2−1と同様にして得た撥水構造を実施例2−6とした。
目付が12g/m2の不織布(E05012 旭化成社製)を用いたことを除いて実施例2−1と同様にして得た撥水構造を実施例2−7とした。
撥水性粒子を投入せずに、充填粒子をシリコーン樹脂100質量部に対して15質量部投入し、全固形分濃度が20質量%となるように調製した撥水コーティング剤を用いたこと、及び、目付が50g/m2の不織布(E05050 旭化成社製)を用いたことを除いて実施例2−1と同様にして得た撥水構造を比較例2−1とした。
<接触角>
実施例2−1〜2−7及び比較例2−1のそれぞれについて、評価試験1と同様にして、摩耗前の接触角を測定した。
実施例2−1〜2−7のそれぞれについて、上記の摩耗条件と同様の条件下で摩耗させた後に、摩耗量(μm)を測定した。
試験結果を表2に示す。表2によれば、実施例2−1〜2−7のいずれも、摩耗前の接触角が140°以上のいわゆる超撥水性が得られていることが分かる。一方で、撥水コーティング剤に撥水性粒子を含まない比較例2−1は、摩耗前の接触角が133°で超撥水性が得られていないことが分かる。なお、比較例2−1は、摩耗前において超撥水性を有していないため、摩耗後の接触角及び摩耗量を測定していない。
(撥水構造)
以下の実施例3−1〜3−6及び比較例3−1の撥水構造を作製した。それぞれの構成は表3にも示す。
有機溶剤のトルエンに、バインダー樹脂となる未硬化のシリコーン樹脂(XR31−B2733 モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)と、硬化剤の有機チタン化合物(TC−750 松本ファインケミカル社製、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート))と、撥水性粒子の親水性ヒュームドシリカ(アエロジルOX50 日本アエロジル社製、平均粒子径:40nm、BET比表面積:50±15m2/g)と、充填粒子の親水性大粒径シリカ(サイリシア310P 富士シリシア化学社製、平均粒子径:2.7μm、BET比表面積:300m2/g)と、エチレン−アクリル酸共重合ワックス(AC540 ハネウェル社製)を投入して撹拌することにより撥水コーティング剤を調製した。撥水コーティング剤における有機チタン化合物、親水性ヒュームドシリカ、親水性大粒径シリカ、及びエチレン−アクリル酸共重合ワックスの含有量は、未硬化のシリコーン樹脂100質量部に対して、それぞれ6質量部、36質量部、4質量部、及び7質量部とした。このとき、撥水性粒子、充填粒子及びシリコーン樹脂の含有量の和に対するエチレン−アクリル酸共重合ワックスの含有量は、5質量%である。そして、この撥水コーティング剤を、ポリカーボネート樹脂板の基材の表面にスプレーコートした後、80℃で30分間放置して乾燥させることにより、基材上に撥水層を形成した撥水構造を得た。この撥水構造を実施例3−1とした。
エチレン−アクリル酸共重合ワックスを、シリコーン樹脂100質量部に対して14質量部投入した撥水コーティング剤を用いたことを除いて実施例3−1と同様にして得た撥水構造を実施例3−2とした。なお、実施例3−2の撥水性粒子、充填粒子及びシリコーン樹脂の含有量の和に対するエチレン−アクリル酸共重合ワックスの含有量は、10質量%である。
親水性ヒュームドシリカを、シリコーン樹脂100質量部に対して35質量部と、エチレン−アクリル酸共重合ワックスを、シリコーン樹脂100質量部に対して21質量部投入した撥水コーティング剤を用いたこと、及び、ポリカーボネート樹脂板に代えて、ポリ塩化ビニル樹脂板を用いたこと除いて実施例3−1と同様にして得た撥水構造を実施例3−3とした。なお、実施例3−3の撥水性粒子、充填粒子及びシリコーン樹脂の含有量の和に対するエチレン−アクリル酸共重合ワックスの含有量は、15質量%である。
エチレン−アクリル酸共重合ワックスを、シリコーン樹脂100質量部に対して28質量部投入した撥水コーティング剤を用いたこと、及び、ポリカーボネート樹脂板に代えて、ポリ塩化ビニル樹脂板を用いたことを除いて実施例3−1と同様にして得た撥水構造を実施例3−4とした。なお、実施例3−4の撥水性粒子、充填粒子及びシリコーン樹脂の含有量の和に対するエチレン−アクリル酸共重合ワックスの含有量は、20質量%である。
エチレン−アクリル酸共重合ワックスに代えて、高密度酸化ポリエチレンワックス(AC320 ハネウェル社製)を投入した撥水コーティング剤を用いたことを除いて実施例3−1と同様にして得た撥水構造を実施例3−5とした。なお、実施例3−5の撥水性粒子、充填粒子及びシリコーン樹脂の含有量の和に対する高密度酸化ポリエチレンワックスの含有量は、5質量%である。
高密度酸化ポリエチレンワックスを、シリコーン樹脂100質量部に対して14質量部投入した撥水コーティング剤を用いたこと、及び撥水コーティング剤を150℃で2分間放置して乾燥させたことを除いて実施例3−5と同様にして得た撥水構造を実施例3−6とした。なお、実施例3−6の撥水性粒子、充填粒子及びシリコーン樹脂の含有量の和に対する高密度酸化ポリエチレンワックスの含有量は、10質量%である。
エチレン−アクリル酸共重合ワックスを含まない撥水コーティング剤を用いたことを除いて実施例3−1と同様にして得た撥水構造を比較例3−1とした。
<接触角>
実施例3−1〜3−6及び比較例3−1のそれぞれについて、評価試験1と同様にして、接触角を測定した。
実施例3−1〜3−6及び比較例3−1のそれぞれについて、評価試験1と同様にして、滑落角を測定した。
実施例3−1〜3−6及び比較例3−1のそれぞれについて、撥水構造の撥水層を手で擦って摩耗させた後に、撥水構造における撥水性の低下の有無を確認した。撥水性の顕著な低下がない場合はA、撥水性の顕著な低下がある場合はB、として判定した。
試験結果を表3に示す。表3によれば、実施例3−1〜3−6のいずれも、接触角が140°以上のいわゆる超撥水性が得られ、また滑落角が小さく、更に顕著な撥水低下がなく耐摩耗性に優れることが分かる。一方で、酸化ポリオレフィンワックスを含有しない比較例3−1は、接触角が140°以上であるが、滑落角が大きく、撥水性の顕著な低下があり摩耗しやすいことが分かる。
11 基材
111 繊維
12 撥水層
121 撥水性粒子
122 充填粒子
123 バインダー樹脂
20 撥水コーティング剤
Claims (11)
- 基材と、
前記基材の表面上に設けられた撥水層と、
を備えた撥水構造であって、
前記撥水層は、親水性ヒュームドシリカを含む撥水性粒子と、親水性大粒径シリカを含み且つ前記撥水性粒子よりも平均粒子径が20倍以上大きい充填粒子と、を含有し、
前記充填粒子のBET比表面積の前記撥水性粒子のBET比表面積に対する比は、2以上20以下である、
撥水構造。 - 基材と、
前記基材の表面上に設けられた撥水層と、
を備えた撥水構造であって、
前記撥水層は、撥水性粒子と、前記撥水性粒子よりも平均粒子径が20倍以上大きい充填粒子と、を含有し、
前記撥水性粒子が、未造粒カーボンブラックを含む撥水構造。 - 請求項1又は2に記載された撥水構造において、
前記充填粒子が、平均粒子径が1μm以上のシリカ粒子を含む撥水構造。 - 基材と、
前記基材の表面上に設けられた撥水層と、
を備えた撥水構造であって、
前記撥水層は、撥水性粒子と、前記撥水性粒子よりも平均粒子径が20倍以上大きい充填粒子と、を含有し、
前記撥水層は、酸化ポリオレフィンワックスを更に含有する撥水構造。 - 不織布と、
前記不織布の表面上に設けられた撥水層と、
を備えた撥水構造であって、
前記撥水層は、撥水性粒子と、前記撥水性粒子よりも平均粒子径が大きい充填粒子と、を含有する撥水構造。 - 請求項5に記載された撥水構造において、
前記不織布の目付が20g/m2以上である撥水構造。 - 請求項5又は6に記載された撥水構造において、
前記不織布を形成する繊維がポリエステル繊維を含む撥水構造。 - 基材の表面に対して撥水コーティング剤を塗工して撥水層を形成する撥水構造の製造方法であって、
前記撥水コーティング剤は、親水性ヒュームドシリカを含む撥水性粒子と、親水性大粒径シリカを含み且つ前記撥水性粒子よりも平均粒子径が20倍以上大きい充填粒子と、未硬化のバインダー樹脂と、を含有し、
前記充填粒子のBET比表面積の前記撥水性粒子のBET比表面積に対する比は、2以上20以下である、
撥水構造の製造方法。 - 不織布の表面に対して撥水コーティング剤を塗工して撥水層を形成する撥水構造の製造方法であって、
前記撥水コーティング剤は、撥水性粒子と、前記撥水性粒子よりも平均粒子径が大きい充填粒子と、未硬化のバインダー樹脂と、を含有する撥水構造の製造方法。 - 撥水性粒子と、前記撥水性粒子よりも平均粒子径が20倍以上大きい充填粒子と、未硬化のバインダー樹脂と、酸化ポリオレフィンワックスと、を含有する
撥水コーティング剤。 - 請求項10に記載の撥水コーティング剤において、
芳香族炭化水素溶媒及び脂肪族炭化水素溶媒の少なくとも一方をさらに含有する、撥水コーティング剤。
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