JPH04239633A - 撥水撥油性被膜及びその製造方法 - Google Patents

撥水撥油性被膜及びその製造方法

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JPH04239633A
JPH04239633A JP3024024A JP2402491A JPH04239633A JP H04239633 A JPH04239633 A JP H04239633A JP 3024024 A JP3024024 A JP 3024024A JP 2402491 A JP2402491 A JP 2402491A JP H04239633 A JPH04239633 A JP H04239633A
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JP
Japan
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fluorocarbon
water
oil
repellent coating
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JP3024024A
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Kazufumi Ogawa
一文 小川
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は弗素含有の撥水撥油性被
膜およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電化製品、自動車、産業機器、鏡、眼鏡
レンズ等には、耐熱性、耐候性、耐摩耗性の超薄膜コー
ティングが要望されている。
【0003】従来より撥水撥油を目的とした広く用いら
れているコーティング膜の製造方法は、一般に、アルミ
ニウム(Al)やガラス基体などの表面をブラスト処理
、ワイヤーブラシや化学エッチング等で荒し、表面を粗
面化処理し、さらにプライマー等を塗布した後、ポリ4
フッ化エチレン等のフロロカーボン系微粉末をエタノー
ル等に懸濁させた弗素エナメル等の塗料を塗布し乾燥後
、400℃程度で1時間程度ベーキング(焼き付け処理
)をおこない、基体表面にフロロカーボン系ポリマーを
焼き付ける方法が用いられてきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では製造が容易である反面、ポリマーと基体は単にア
ンカー効果でのみ接着されているに過ぎないため、基体
との密着性に限界があり、また、コーティング膜表面は
400℃の高温ベーキングをおこなうため表面が平坦化
されて良好な撥水撥油面が得られなかった。従って、電
化製品や自動車、産業機器等の撥水撥油性のコーティン
グ膜を必要とする機器の製造方法としては不十分であっ
た。
【0005】本発明は前記従来技術の課題を解決するた
め、基体と密着性よく且つピンホール無く、しかも表面
にミクロンオーダの小さな凸凹があり撥水撥油性が優れ
たフッ素を含有するコーティング膜を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明の撥水撥油性被膜は、基材の表面に形成した撥
水撥油性被膜であって、前記被膜は少なくとも微粒子及
びシリケートグラスが混合された凸凹を有する層と、フ
ロロカーボン基およびシロキサン基を含むポリマー膜層
または化学吸着単分子膜層とで構成されていることを特
徴とする。
【0007】前記構成においては、微粒子及びシリケー
トグラスを混合し塗布したミクロンオーダで凸凹な層と
、フロロカーボン基およびクロロシラン基を含む物質が
重合してなるフロロカーボン系ポリマー膜層またはフロ
ロカーボン系化学吸着単分子膜層とで構成されており、
表面が凸凹であることが好ましい。
【0008】次に本発明の第1の撥水撥油性被膜の製造
方法は、表面にミクロンオーダの凸凹を作成する工程と
フロロカーボン基及びクロロシラン基を含む物質を混ぜ
た非水系の溶媒を塗布する工程またはフロロカーボン基
及びアルコキシシラン基を含む物質混ぜた溶媒を塗布し
、フロロカーボンポリマー膜を形成する工程と、加熱ベ
ーキングを行なう工程を含むことを特徴とする。
【0009】前記構成においては、表面にミクロンオー
ダの凸凹を作成する工程が、微粒子及びシリケートグラ
スを混合し基体表面に塗布した後、基体諸とも加熱ベー
キングを行なう工程よりなることが好ましい。
【0010】また前記構成においては、フロロカーボン
基及びクロロシラン基を含む物質として、CF3 −(
CF2 )n −R−SiXp Cl3−p (nは0
または整数、Rはアルキル基、エチレン基、アセチレン
基、Siまたは酸素原子を含む置換基、XはHまたはア
ルキル基等の置換基、pは0または1または2)を用い
ることが好ましい。
【0011】また前記構成においては、フロロカーボン
基及びアルコキシシラン基を含む物質として、CF3 
−(CF2 )n −R−SiYq (OA)3−q 
(nは0または整数、Rはアルキル基、エチレン基、ア
セチレン基、Siまたは酸素原子を含む置換基、YはH
またはアルキル基などの置換基、OAはアルコキシ基(
ただし、AはHまたはアルキル基)、qは0または1ま
たは2)を用いることが好ましい。
【0012】また前記構成においては、微粒子として金
属またはガラスなどのセラミックスを用いることが好ま
しい。
【0013】次に本発明の第2の撥水撥油性被膜の製造
方法は、表面にミクロンオーダの凸凹を作成する工程と
、一端にクロルシラン基(SiCln X3−n 基、
n=1、2、3、Xは官能基)を有するフロロカーボン
系直鎖分子からなるフロロシラン系界面活性剤を基板上
に化学吸着し、フロロカーボン系化学吸着単分子膜を形
成する工程とを含むことを特徴とする。
【0014】前記構成においては、表面にミクロンオー
ダの凸凹を作成する工程が、微粒子及びシリケートグラ
スを混合し基体表面に塗布した後基体諸とも加熱ベーキ
ングを行なう工程よりなることが好ましい。
【0015】
【作用】前記本発明の撥水撥油性被膜の構成によれば、
被膜は少なくとも微粒子及びシリケートグラスが混合さ
れた凸凹を有する層と、フロロカーボン基およびシロキ
サン基を含むポリマー層または化学吸着単分子膜とで構
成されているので、基体と密着性よく且つピンホール無
く、しかも表面にミクロンオーダの小さな凸凹があり撥
水撥油性が優れたフッ素を含有するコーティング膜とす
ることができる。
【0016】また前記本発明の製造方法によれば、予め
フロロカーボン系コーティング膜または化学吸着単分子
膜形成用基体表面に、ガラス微粒子及びシリケートグラ
スを混合し塗布し表面がミクロンオーダで凸凹のガラス
被膜を作成する工程を含めることにより、後工程で作成
されたフロロカーボン系コーティング膜の表面に微細な
凸凹を形成できる作用がある。従って、表面に任意の凸
凹のあるきわめて撥水撥油性の優れたフロロカーボン系
ポリマーまたは化学吸着単分子膜を形成できる。なお、
このときフロロカーボン基を有するポリマーまたは分子
は、−O−を介して基体と化学結合されているため、極
めて密着性が優れている。
【0017】また、このとき表面の凸凹の荒さは、シリ
ケートグラスに添加する微粒子の直径と添加量で制御で
きる。
【0018】また、フロロカーボン基及びクロロシラン
基を含む物質としては、CF3 −(CF2 )n −
R−SiXp Cl3−p 、さらにフロロカーボン基
及びアルコキシシラン基を含む物質としては、CF3 
−(CF2 )n −R−SiYq (OA)3−q 
を用いることが可能である。
【0019】さらに、形成されたフロロカーボン系ホリ
マー膜の硬度を調節するためには、フロロカーボン基及
びクロロシラン基を含む物質を混ぜた非水系の溶媒の場
合は、前記物質の架橋剤としてSiXs Cl4−s 
(XはHまたはアルキル基などの置換基、sは0または
1または2)を添加して用い、フロロカーボン基及びア
ルコキシシラン基を含む物質を混ぜた溶媒の場合は、架
橋剤としてSiYt (OA)4−t (Yはアルキル
基などの置換基、OAはアルコキシ基、(ただし、Aは
Hまたはアルキル基)tは0または1または2)を用い
ることで、作成されたフロロカーボン系ポリマー膜内の
3次元架橋密度が調整でき、表面に任意の凸凹のあるフ
ロロカーボン系ポリマー膜の硬度を制御できる作用があ
る。
【0020】
【実施例】本発明は、コーティング膜形成用基体表面に
ガラス微粒子及びシリケートグラスを混合塗布し、基体
諸とも加熱ベーキングを行なって表面がミクロンオーダ
で凸凹なガラス被膜を作成する工程と、フロロカーボン
基及びクロロシラン基を含む物質を混ぜた非水系の溶媒
を薄く塗布する工程またはフロロカーボン基及びアルコ
キシシラン基を含む物質混ぜた溶媒を塗布し、ポリマー
膜を形成する工程とにより表面が凸凹の撥水撥油性の優
れた被膜の製造方法を提供するものである。
【0021】あるいは、基体表面にガラス微粒子及びシ
リケートグラスを混合し塗布して表面が凸凹のガラス被
膜を作成する工程と基体諸とも加熱ベーキングを行なう
工程と一端にクロルシラン基(SiCln X3−n 
基、n=1、2、3、Xは官能基)を有するフロロカー
ボン系直鎖分子からなるフロロシラン系界面活性剤を基
板上に化学吸着し単分子吸着膜を形成する工程により表
面が凸凹の撥水撥油性被膜の製造方法を提供するもので
ある。
【0022】さらに詳しくは、微粒子及びシリケートグ
ラスを混合し塗布した表面が凸凹の膜を介してフロロカ
ーボン系ポリマー膜形成されていることを特徴とする表
面が凸凹の撥水撥油性被膜およびその製造方法、あるい
はガラス微粒子及びシリケートグラスを混合し塗布した
層と、フロロカーボン基およびクロロシラン基を含む物
質が重合してなる化学吸着単分子膜層とで構成されてい
ることを特徴とする表面が凸凹の撥水撥油性被膜および
その製造方法に関するものである。電化製品や自動車、
産業機器等の撥水撥油性に優れた耐熱性、耐候性、耐摩
耗性コーティングを必要とする機器の性能を向上させる
ことにある。
【0023】以下具体的実験例について説明する。
【0024】実施例1 例えば、図1に示すように、親水性基体1[ガラス等の
セラミクス、AlやCu等の金属や表面を親水化したプ
ラスチック基板(プラスチックの様な表面に酸化膜を持
たない物質であれば、予め表面を酸素を含むプラズマ雰
囲気中で、例えば100Wで20分処理して親水性化即
ち表面に水酸基を導入しておけばよい。)]の表面に、
平均直径が10ミクロン程度のシリカ微粒子2(例えば
、旭硝子製のミクロシェヤアーゲルDF10−60Aま
たは120A等)及びシリケートグラス(例えば、信越
化学工業製のハードコーティング剤KP−1100Aま
たは1100Bや東京応化工業製のSi−80000等
)を1:1程度の濃度で混合しキャスト法で塗布した後
、500℃、30分加熱処理したりプラズマアッシング
(300W、20分程度)行なうと表面にミクロンオー
ダの凸凹のあるガラス層3が形成できる。次に、フロロ
カーボン基及びクロロシラン基を含む物質を混ぜた非水
系の溶媒(例えば、CF3 −(CF2 )n −R−
SiXp Cl3−p (nは0または整数、Rはアル
キル基、エチレン基、アセチレン基、Si元素または酸
素原子を含む置換基、XはHまたはアルキル基等の置換
基、pは0または1または2)を数重量パーセントの濃
度でノルマルヘキサデカン90%クロロホルム1%の溶
媒に溶解したもの)を塗布し、水分を含む雰囲気中で2
00℃、30分程度ベーキングを行なうと、ガラス層3
の表面は−OH基が露出しているため、フッ素を含むク
ロロシラン系界面活性剤のクロロシリル基と−OH基が
脱塩酸反応して表面に  Si(O−)3   の結合
が生成され、表面にミクロンオーダの凸凹のあるガラス
層表面にフッ素を含むシロキサンフロロカーボン系ポリ
マー膜4化学結合した状態で凸凹に形成される(図3)
【0025】例えば、微粒子として直径が約10ミクロ
ンのDF10−60A、シリケートグラスとしてKP−
1100Aを用いディップコートし350℃でベークす
ると、表面に10ミクロン程度の凸凹のあるガラス層が
得られた。
【0026】さらにその後、CF3 CH2 O(CH
2)15SiCl3 を用い、1%程度の濃度で溶かし
た80%n−ヘキサデカン、12%四塩化炭素、8%ク
ロロホルム溶液を調整し、前記表面にSiOH結合を数
多く持つポリシロキサン塗膜の形成された基板表面に塗
布し、水分を含む雰囲気中で200℃、30分程度ベー
キングを行なうと、CF3 CH2 O(CH2 )1
5Si(O−)3   の結合が形成され、10ミクロ
ン程度の凸凹を持つ1〜5ミクロン厚さのフロロカーボ
ン系ポリマー膜4が製造できた(図5)。なお、この塗
膜は碁番目試験を行なっても殆ど剥離することがなかっ
た。
【0027】このときまた、フロロカーボン基及びクロ
ロシラン基を含む物質を混ぜた非水系の溶媒中に前記物
質の架橋剤としてSiXs Cl4−s (XはHまた
はアルキル基などの置換基、sは0または1または2)
を添加(例えば、SiCl4 を3重量パーセント)し
ておけば、CF3 CH2 O(CH2 )15Si(
O−)3   の結合が−Si(O−)3 の結合を介
して3次元的に架橋されて、SiCl4 を添加してな
い場合に比べ約2倍の硬度のフロロカーボン系ポリマー
膜が製造できた。
【0028】ちなみに、このようにして作成された表面
に10ミクロン程度の凹凸があるフロロカーボン系ポリ
マー膜の水に対する濡れ角度はおよそ130〜140度
であった。
【0029】実施例2 実施例1と同様に、図1に示したように基体上に表面が
凸凹なガラス層を形成した後、フロロカーボン基及びア
ルコキシシラン基を含む物質を混ぜたアルコール溶媒(
例えば、CF3 −(CF2 )n −R−SiYq 
(OA)3−q (nは0または整数、Rはアルキル基
エチレン基、アセチレン基、Siまたは酸素原子を含む
置換基、YはHまたはアルキル基などの置換基、OAは
アルコキシ基(ただし、AはHまたはアルキル基)、q
は0または1または2)を数パーセントの濃度でメタノ
ールに溶解したもの)を塗布し、200℃、30分程度
ベーキングを行なうとガラス層3は表面に−OH基が露
出しているため、フッ素を含むアルコキシシラン系界面
活性剤のアルコキシ基と−OH基が脱アルコール反応し
て表面に−Si(O−)3 の結合が生成され、凸凹な
ガラス層表面にフッ素を含むシロキサンフロロカーボン
系ポリマー膜が実施例1と同様に形成される。
【0030】例えば、CF3 CH2 O(CH2 )
15Si(OCH3 )3   を用い、1%程度の濃
度で溶かしたエタノール溶液を調整し、前記表面にSi
OH結合を数多く持つポリシロキサン塗膜の形成された
基板表面に塗布し、200℃、30分程度ベーキングを
行なうと、CF3 CH2 O(CH2 )15Si(
O−)3 の結合が生成され、10ミクロン程度の凸凹
のある1〜5ミクロン厚さのフロロカーボン系ポリマー
膜が製造できた。なお、この塗膜は碁番目試験を行なっ
ても殆ど剥離することがなかった。
【0031】またこのときフロロカーボン基及びアルコ
キシシラン基を含む物質を混ぜた溶媒中に前記物質の架
橋剤としてSiYt (OA)4−t (Yはアルキル
基などの置換基、OAはアルコキシ基、(ただし、Aは
Hまたはアルキル基)tは0または1または2)を添加
(例えば、Si(OCH3 )4 を5重量パーセント
)しておけば、CF3 CH2 O(CH2 )15S
i(O−)3 の結合が、−Si(O−)3 の結合を
介して3次元的に架橋されて、Si(OCH3 )4 
を添加してない場合に比べ約2〜2.5倍の硬度のフロ
ロカーボン系ポリマー膜が製造できた。
【0032】ちなみに、このようにして作成された表面
に10ミクロン程度の凹凸があるフロロカーボン系ポリ
マー膜に水滴5を滴下した場合、水滴は突起部でのみフ
ロロカーボン系ポリマー膜と接触するので、図3に示し
た如く極めて撥水性が高く、水に対する濡れ角度はおよ
そ135〜140度であった。
【0033】このときまた、フロロカーボン基及びアル
コキシシラン基を含む物質を混ぜた溶媒中に前記物質の
架橋剤としてSi(OC3 H7 )4 を10重量パ
ーセント添加しておいた場合、約4倍の硬度のフロロカ
ーボン系ポリマー膜が製造できた。
【0034】また、同様のコーティングをフロロカーボ
ン系ポリマー(ポリ4フッ化エチレン)の微粒子をさら
に20%分散添加したフロロカーボン基及びアルコキシ
シラン基を含む物質を混ぜた非水系の溶媒を用いて行な
った場合、硬度は従来並となったが従来に比べて極めて
密着性が優れた撥水撥油性の高いフロロカーボン系ポリ
マー膜が製造できた。
【0035】さらにまた、上記実施例では試薬としてC
F3 CH2 O(CH2 )15Si(OCH3 )
3 、CF3 (CF2 )7 (CH2 )2 Si
(OC2 H5 )3 を用いたが、アルキル鎖部分に
エチレン基やアセチレン基を付加したり組み込んで置け
ば、塗膜形成後5メガラド程度の電子線照射で架橋でき
るのでさらに10倍程度の硬度の塗膜も容易に得られる
【0036】またフロロカーボン系界面活性剤として上
記のもの以外にも、CF3 (CH2 )2 Si(C
H3 )2 (CH2 )15Si(OCH3 )3、
  F(CF2 )8 (CH2 )2 Si(CH3
 )2 (CH2 )9 Si(OCH3 )3 、 
 CF3 COO(CH2 )15Si(OC2 H5
 )3 等が利用できる。
【0037】実施例3 実施例1と同様に、図1に示したように基体上に表面が
凸凹なガラス層を形成した後、フロロカーボン基及びク
ロロシラン基を含む物質を混ぜた非水系の溶媒、例えば
、CF3 (CF2 )7 (CH2 )2 SiCl
3 を用い、1%程度の濃度で溶かした80%n−ヘキ
サデカン、12%四塩化炭素、8%クロロホルム溶液を
調整し、前記表面にSiOH結合を数多く持つ単分子膜
の形成された基板を30分程度浸漬すると、基板表面に
  CF3 (CF2 )7 (CH2 )2 Si(
O−)3 の結合が生成され、フッ素を含む撥水撥油膜
4(化学吸着単分子膜)がガラス層と化学結合した状態
で凸凹に形成できた(図4)。なお、この撥水撥油膜4
(単分子膜)は碁番目試験を行なっても全く剥離するこ
とがなかった。また、この場合、フロロカーボン基は配
向した状態で表面に形成されるため、表面エネルギーが
極めて低く、水に対する濡れ角度は135〜145度で
あった。
【0038】さらにまた、上記実施例では、フロロカー
ボン系界面活性剤としてCF3 (CF2 )7 (C
H2 )2 SiCl3 を用いたが、アルキル鎖部分
にエチレン基やアセチレン基を付加したり組み込んでお
けば、単分子膜形成後5メガラド程度の電子線照射で架
橋できるのでさらに硬度を向上させることも可能である
【0039】なお、フロロカーボン系界面活性剤として
上記のもの以外にもCF3 CH2 O(CH2 )1
5SiCl3 、CF3 (CH2 )2 Si(CH
3 )2 (CH2 )15SiCl3 、  F(C
F2 )8 (CH2 )2 Si(CH3 )2 (
CH2 )9 SiCl3 、CF3 COO(CH2
 )15SiCl3 等が利用できる。
【0040】
【発明の効果】以上説明した通り本発明を用いれば、A
lやCu、ステンレスの様な金属や金属酸化物のセラミ
ックスあるいはガラスやプラスチック基板にも、撥水撥
油性膜の優れたフロロカーボン系ポリマー膜または単分
子膜を基板と化学結合した状態で高密度にピンホール無
く形成できる。従って、耐久性が極めて高く撥水撥油性
の優れた高性能フロロカーボン系被膜を提供できる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撥水撥油性被膜の製造工程を説明する
ための工程断面概念図である。
【図2】本発明の撥水撥油性被膜の製造工程を説明する
ための工程断面概念図である。
【図3】本発明の撥水撥油性被膜上に水滴を滴下した場
合の断面概念図である。
【図4】本発明の別の実施例における撥水撥油性被膜を
分子レベルまで拡大した断面概念図である。
【図5】図2におけるA部分を分子レベルまで拡大した
撥水撥油性被膜断面概念図である。
【符号の説明】

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  基材の表面に形成した撥水撥油性被膜
    であって、前記被膜は少なくとも微粒子及びシリケート
    グラスが混合された凸凹を有する層と、フロロカーボン
    基およびシロキサン基を含むポリマー膜層または化学吸
    着単分子膜層とで構成されていることを特徴とする撥水
    撥油性被膜。
  2. 【請求項2】  微粒子及びシリケートグラスを混合し
    塗布したミクロンオーダで凸凹な層と、フロロカーボン
    基およびクロロシラン基を含む物質が重合してなるフロ
    ロカーボン系ポリマー膜層またはフロロカーボン系化学
    吸着単分子膜層とで構成されており、表面が凸凹である
    請求項1の撥水撥油性被膜。
  3. 【請求項3】  表面にミクロンオーダの凸凹を作成す
    る工程とフロロカーボン基及びクロロシラン基を含む物
    質を混ぜた非水系の溶媒を塗布する工程またはフロロカ
    ーボン基及びアルコキシシラン基を含む物質混ぜた溶媒
    を塗布し、フロロカーボンポリマー膜を形成する工程と
    、加熱ベーキングを行なう工程を含むことを特徴とした
    撥水撥油性被膜の製造方法。
  4. 【請求項4】  表面にミクロンオーダの凸凹を作成す
    る工程が、微粒子及びシリケートグラスを混合し基体表
    面に塗布した後、基体諸とも加熱ベーキングを行なう工
    程よりなる請求項3記載の表面が凸凹の撥水撥油性被膜
    の製造方法。
  5. 【請求項5】  フロロカーボン基及びクロロシラン基
    を含む物質として、CF3 −(CF2 )n −R−
    SiXp Cl3−p (nは0または整数、Rはアル
    キル基、エチレン基、アセチレン基、Siまたは酸素原
    子を含む置換基、XはHまたはアルキル基等の置換基、
    pは0または1または2)を用いる請求項3または4項
    記載の撥水撥油性被膜の製造方法。
  6. 【請求項6】  フロロカーボン基及びアルコキシシラ
    ン基を含む物質として、CF3 −(CF2 )n −
    R−SiYq (OA)3−q (nは0または整数、
    Rはアルキル基、エチレン基、アセチレン基、Siまた
    は酸素原子を含む置換基、YはHまたはアルキル基など
    の置換基、OAはアルコキシ基(ただし、AはHまたは
    アルキル基)、qは0または1または2)を用いる請求
    項3または4項記載の撥水撥油性被膜の製造方法。
  7. 【請求項7】  微粒子として金属またはガラスなどの
    セラミックスを用いる請求項3または4項記載の撥水撥
    油性被膜の製造方法。
  8. 【請求項8】  表面にミクロンオーダの凸凹を作成す
    る工程と、一端にクロルシラン基(SiCln X3−
    n 基、n=1、2、3、Xは官能基)を有するフロロ
    カーボン系直鎖分子からなるフロロシラン系界面活性剤
    を基板上に化学吸着し単分子吸着膜を形成する工程とを
    含むことを特徴とする撥水撥油性被膜の製造方法。
  9. 【請求項9】  表面にミクロンオーダの凸凹を作成す
    る工程が、微粒子及びシリケートグラスを混合し基体表
    面に塗布した後基体諸とも加熱ベーキングを行なう工程
    よりなる請求項8記載の撥水撥油性被膜の製造方法。
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