JPH0559331A - 撥水・撥油性コーテイング材およびその製造方法 - Google Patents
撥水・撥油性コーテイング材およびその製造方法Info
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Abstract
用される耐摩耗性を有する撥水・撥油性コーティング材
に関するものである。 【構成】 耐摩耗性を有する基板5の表面上にシロキサ
ン結合を有する単分子吸着膜6あるいは累積膜を設けて
耐摩耗性を有する撥水・撥油性コーティング材を構成し
た。これにより耐摩耗性を有する基板5と単分子吸着膜
6あるいは累積膜は化学結合しているため、耐摩耗性に
優れた撥水・撥油性コーティング材が得られる。
Description
や、ホットプレート・グリル鍋・フライパン等、調理器
具の中で水や油や食品の汚れの激しい箇所において使用
されている耐摩耗性を有する撥水・撥油性コーティング
材およびその製造方法に関するものである。
レート・グリル鍋・フライパン等の表面は、プライマー
を介してフッ素樹脂を塗装したもの、あるいは基板表面
を粗面化してフッ素樹脂を塗装したもの等、フッ素樹脂
の撥水・撥油性能を生かした表面改質が用いられてい
る。
のフッ素コーティング技術は、基板とフッ素樹脂との密
着性が弱く、フッ素塗装面を金属などの硬いもので擦っ
たり、傷つけたりするとフッ素樹脂が剥がれて基板が露
出してしまうという問題点を有していた。また、繰り返
しヒートサイクルをかけることによっても、同じように
フッ素樹脂が剥がれて基板が露出してしまうという問題
点を有していた。この問題点は、一般家庭で使用する場
合、例えば、ジャー炊飯器の内鍋の中でお米を研ぐと米
がフッ素樹脂表面を傷つけ、繰り返し使用している間に
フッ素樹脂塗装が剥がれてしまうという現象や、ホット
プレートに金属ヘラを用いるとフッ素樹脂塗装が剥がれ
てしまうため、現行のものはプラスチック製の物が使用
されていること等に現れている。
うとするものであって、耐摩耗性に優れた撥水・撥油性
コーティング材を提供することを第一の目的としてい
る。
第二・第三の手段を提供することを第二・第三の目的と
している。
撥水・撥油性コーティング材を製造する方法を提供する
ことを第四の目的としている。
方法を提供することを第五・第六の目的としている。
めの本発明の第一の手段は、耐摩耗性を有する基板表面
上に、シロキサン結合を有する単分子吸着膜あるいは累
積膜を設けた撥水・撥油性コーティング材とするもので
ある。
の手段は、前記本発明の第一の手段の構成において、単
分子吸着膜をパーフルオロアルキル基を有するクロロシ
ラン系界面活性剤とした撥水・撥油性コーティング材と
するものである。
は、前記本発明の第一の手段の構成において、累積膜を
テトラクロロシランもしくはトリクロロシランとパーフ
ルオロアルキル基を有するクロロシラン系界面活性剤と
した撥水・撥油性コーティング材とするものである。
は、非水系の有機溶媒に耐摩耗性を有する基板を浸漬し
て、前記基板の表面にクロロシラン系界面活性剤を化学
吸着させ、シロキサン結合を有する単分子吸着膜あるい
は累積膜を形成させる撥水・撥油性コーティング材の製
造方法とするものである。
は、前記本発明の第四の手段構成において、非水系の有
機溶媒に塩基性化合物を含有させた撥水・撥油性コーテ
ィング材の製造方法とするものである。
手段は、前記本発明の第四の手段構成において、シロキ
サン結合を有する単分子吸着膜あるいは累積膜を形成さ
せる工程において、超音波を用いて化学吸着の促進をさ
せる撥水・撥油性コーティング材の製造方法とするもの
である。
る基板表面上に単分子吸着膜あるいは累積膜が高密度に
形成されるため、耐摩耗性に優れた撥水・撥油性コーテ
ィング材が得られる。
の単分子吸着膜がパーフルオロアルキル基を有するクロ
ロシラン系界面活性剤からなるため、パーフルオロアル
キル基が分子レベルで耐摩耗性を有する基板表面上に並
び、単分子吸着膜が一層高密度に形成される。このため
前記本発明の第一の手段によるよりも、一層撥水・撥油
性の優れたコーティング材が得られる。
ラクロロシランもしくはトリクロロシランとパーフルオ
ロアルキル基を有するクロロシラン系界面活性剤からな
るため、パーフルオロアルキル基の密度がさらに高ま
り、より撥水・撥油性の優れた耐摩耗性を有するコーテ
ィング材が得られる。
性を有する基板と、単分子吸着膜あるいは累積膜は化学
吸着している。このためフッ素樹脂を塗装した物に比
べ、耐熱性・耐摩耗性に優れた撥水・撥油性コーティン
グ材が得られる。またフッ素樹脂を塗装する場合、加熱
及び焼成工程が不要で、浸漬工程のみで均一な性質の耐
摩耗性を有する撥水・撥油性コーティング材が作成され
る。
の有機溶媒に塩基性化合物を含有させているため、クロ
ロシラン系界面活性剤と耐摩耗性を有する基板表面の水
酸基の脱塩酸反応が促進される。このため化学吸着が促
進され、コーティング材の製造工程が短縮化される。
を用いているため、クロロシラン系界面活性剤と耐摩耗
性を有する基板表面の水酸基との反応が振動により促進
され、コーティング材の製造工程が短縮化され、かつ確
実な結合が得られるものである。
づいて説明する。
る。1は炊飯器の内鍋、2は内蓋、3は放熱板である。
また4はヒーター等の熱源である。内鍋1・内蓋2・放
熱版3等は、図2に示すような表面処理を実施し、耐摩
耗性を有する撥水・撥油性材料でコーティングしてい
る。図2において、内鍋1等を構成するアルミニウムの
基板5の表面はセラミックでコートしてある。これをト
リクロロエチレン等の有機溶剤で脱脂処理する。一方、
パーフルオロアルキル基を有するクロロシラン系界面活
性剤C8F17C2H4SiCl3を、3×10-3〜5×10
-2mol/l程度の濃度で溶かした80%n−ヘキサデカン
(シクロヘキサン、トルエン、キシレン、ジシクロヘキ
シルでもよい)、12%四塩化炭素、8%クロロホルム
溶液を調整しておく。次いで、この溶液中に前記基板5
を非水系雰囲気中にて室温で約2時間浸漬した後、クロ
ロホルムで約30分間洗浄し、さらに水洗処理を約15
分間行う。この処理によって基板5の表面は水酸基を含
むため、パーフルオロアルキル基を有するクロロシラン
系界面活性剤のクロロシリル基と水酸基が反応して表面
に
5と化学結合した形で10〜30Åの厚みで形成され
る。
を測定するため、以下の実験を行った。
摩耗性を有する撥水・撥油性コーティング材試料を、市
販の亀の子たわしで全荷重2kgをかけて毎分60回転の
スピードで回転させながら所定回数の回転を加えた後、
純水とサラダ油2.5μlを試料上に滴下し、それぞれに
ついて室温にて接触角を測定した結果を図3に示す。な
お比較例として、従来の方式であるフッ素樹脂(パーフ
ルオロアルコキシ樹脂、以下PFAと称す)を塗布した
ガラスについても、同様の測定を行い併記した。この図
3の結果から明らかなように、実施例1の耐摩耗性を有
する撥水・撥油性コーティング材は上記条件にて800
0回転まで耐摩耗性を保持し、従来のPFAを塗布した
ガラスよりも優れた耐摩耗性を示している。
ロロシラン系界面活性剤としては、一般的に次式で表さ
れる。
0、p=1〜25、q=0〜2であり、Rはアルキル
基、Xはハロゲン原子あるいはアルコキシ、Aは酸素原
子、カルボキシあるいはジメチルシリレンを表す。)耐
熱性・撥油性の点からは、上式のmの数は多い方が良
く、またnの数は少ない方が良い。実用的には、n=0
〜5が好ましい。例を挙げると、 F(CF2)8(CH2)2SiCl3 F(CF2)8(CH2)SiCl3 F(CF2)8SiCl3 CF3(CH2)2SiCl3 F(CF2)6(CH2)2SiCl3 F(CF2)8(CH2)2Si(CH3)Cl2 F(CF2)20(CH2)2SiCl3 などが有効であるが、その他にも CF3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3 F(CF2)4(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9Si
Cl3 CF3COO(CH2)15SiCl3 CF3CH2O(CH2)15SiCl3 なども有効
である。
アルミニウム等の金属表面にセラミックコートを施した
もの、またはホーロー処理を施したもの、硬質アルマイ
ト処理したものをさす。セラミックコート材料として
は、珪素アルコキシドまたは金属アルコキシド及びこれ
らの混合物を用いる。これらは一般式として R1M(OR2)n で示されるものである。R1は炭素原子が0〜3個のア
ルキル基・ビニル基・3、3、3トリフルオロプロピル
基・γ−グリシドキシプロピル基・γ−メタクリロキシ
プロピル基であり、R2は水酸基またはメトキシ・エト
キシ・イソプロポキシ・t−ブトキシ置換基である。ま
た、Mは硅素または金属である。
i(OCH3)4,Ti(OCH3)4,Al(OC
H3)3,Zr(OCH3)4,Y(OCH3)3,La(O
CH3)3,Ca(OCH3)2,Mn(OCH3)4,Sn
(OCH3)4,Sr(OCH3)4,Ba(OCH3)2,
CH3Si(OCH3)3,SiOZr(OC2H5)6,S
iOTi(OC2H5)6などがある。 (実施例2)図4はホットプレートの例を示している。
食品の調理面であるプレート7はアルミニウムのダイカ
ストで製造されており、耐熱強化ガラス等の透光性のガ
ラス8が施されている。このプレート7の表面は、耐摩
耗性を有する撥水・撥油性コーティング材で以下のよう
にしてコートされている。先ずセラミックコートしたア
ルミニウムの基板を、トリクロロエチレン等の有機溶剤
で脱脂処理する。一方、パーフルオロアルキル基を有す
るクロロシラン系界面活性剤C8F17C2H4SiCl
3を、3×10-3〜5×10-2mol/l程度の濃度で溶かし
た80%n−ヘキサデカン(トルエン、キシレン、ジシ
クロヘキシルでもよい)、12%四塩化炭素、8%クロ
ロホルム溶液を調整する。次いで、この溶液中に前記ア
ルミニウムの基板を非水系雰囲気中にて室温で約2時間
浸漬する。この浸漬工程の後クロロホルムで約30分間
洗浄し、さらに水洗を約15分間行う。この洗浄工程に
よって、アルミニウムの基板の表面は水酸基を含むこと
になり、クロロシラン系界面活性剤のクロロシリル基と
水酸基が反応する。この反応の結果アルミニウムの基板
の表面には(化1)の結合が生成され、単分子吸着膜が
アルミニウムの基板と化学結合した形で10〜30Åの
厚みで形成される。
を測定するため、以下の実験を行った。
摩耗性を有する撥水・撥油性コーティング材の試料を、
市販の亀の子たわしを使用して全荷重2kgをかけながら
毎分60回転のスピードで回転させる。こうして所定回
数の回転を加えた後、純水とサラダ油2.5μlを試料上
に滴下し、それぞれについて室温にて接触角を測定し
た。この結果を図5に示す。またこのとき比較例とし
て、従来の方式であるPFAを塗布した試料についても
同様の測定を行い併記した。
耐摩耗性を有する撥水・撥油性コーティング材は、上記
条件にて6000回転まで耐摩耗性を保持している。一
方、従来のPFAを塗布した試料は急激に接触角が低下
している。
と同様である。本実施例では、炊飯器の内鍋1・内蓋2
・放熱板3の表面処理は以下のようにして実施してい
る。図6は本実施例による製造工程を示している。先
ず、基板9をトリクロロエチレン等の有機溶剤で脱脂処
理する。一方、テトラクロロシランを3×10-3〜5×
10-2mol/l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
しておく。次いで、この溶液中に前記基板9を非水系雰
囲気中にて室温で約2時間浸漬する。この浸漬工程の
後、クロロホルムで約30分間洗浄し、さらに水洗を約
15分間行う。この洗浄工程によって、基板9の表面は
図6(a)に示すように水酸基を含むことになる。この
水酸基が、テトラクロロシランの4つの塩素基のうちの
1個と反応し、さらに水洗行程により他の3つのクロロ
シリル基が水酸基に置換され、
(b)に示すような単分子膜が耐摩耗性を有する基板9
と化学結合した形で吸着する。このため、基板9の表面
上にあった水酸基1個に対し、3個の水酸基が得られ
る。この後、パーフルオロアルキル基を有するクロロシ
ラン系界面活性剤を、実施例1で示したように基板9上
に吸着すれば(化1)の結合が生成され、図6(c)に
示すように累積膜10が吸着される。
・撥油性コーティング材は、実施例1で示したものに比
べ、パーフルオロアルキル基を有するクロロシラン系界
面活性剤の吸着密度が上昇するため、より優れた撥水・
撥油性コーティング材を得ることができる。
グ材と、本実施例の撥水・撥油性コーティング材の耐熱
性を以下のようにして比較した。すなわち各試料を所定
の温度で30分間加熱した後、この上に純水とサラダ油
2.5μlを滴下し、それぞれについて室温にて接触角を
測定した。この結果を図7に示している。図7から明ら
かなように、本実施例の方法で得られた撥水・撥油性コ
ーティング材は、実施例1のものより優れた性能を示し
ている。
のほかに、SiHCl3、SiH2Cl2、Cl−(Si
Cl2O)n−SiCl3(nは整数)等も有効である。
ーフルオロアルキル基を有するクロロシラン系界面活性
剤を吸着する工程において、浸漬する溶液中に塩基性化
合物であるピリジンを3×10-5〜5×10-3mol/l程
度加えたものである。この場合、浸漬時間を種々変えた
サンプルを作製し、各サンプルの上に純水とサラダ油2.
5μlを滴下し、それぞれについて室温にて接触角を測
定した。 この結果を図8に示している。また比較のため
に実施例1の方法で同時間浸漬したサンプルも作成し、
同様に接触角を測定した結果を図8に併記している。
た方法で得られた撥水・撥油性コーティング材は、実施
例1による方法によって得られた撥水・撥油性コーティ
ング材よりも、パーフルオロアルキル基を有するクロロ
シラン系界面活性剤の吸着時間が速く、浸漬工程に要す
る時間を短縮する上で有効な方法であることがわかる。
これは、パーフルオロアルキル基を有するクロロシラン
系界面活性剤が、基板に吸着する際に起きる脱塩酸反応
が加速され、シロキサン結合が生成される速度が増大す
るため、パーフルオロアルキル基を有するクロロシラン
系界面活性剤の吸着速度は増大すると考えられる。
フルオロアルキル基を有するクロロシラン系界面活性剤
を吸着する工程を、超音波を与えながら浸漬したもので
ある。この場合、浸漬時間を種々変えたサンプルを作成
し、作成したサンプルの撥水・撥油性コーティング材の
上に、純水とサラダ油2.5μlを滴下し、それぞれにつ
いて室温にて接触角を測定した。この結果を図9に示し
ている。またこのとき、比較のために実施例1の方法で
同時間浸漬したサンプルについても、同様に接触角を測
定して併記している。
で得られた撥水・撥油性コーティング材は、実施例1に
よる撥水・撥油性コーティング材よりも、パーフルオロ
アルキル基を有するクロロシラン系界面活性剤の吸着時
間が速く、浸漬工程の時間短縮に有効な方法であること
がわかる。
示した方法を組み合わせることによりさらに浸漬工程時
間の短縮が可能であることは容易に類推できる。
れば、耐摩耗性を有する基板表面上に、シロキサン結合
を有する単分子吸着膜あるいは累積膜を設けた撥水・撥
油性コーティング材とすることによって、従来例のもの
に比べ耐摩耗性に優れた撥水・撥油性コーティング材が
得られるものである。
をパーフルオロアルキル基を有するクロロシラン系界面
活性剤から構成したことによって、パーフルオロアルキ
ル基が分子レベルで耐摩耗性を有する基板表面上に並び
単分子吸着膜が高密度に形成されるため、一層撥水・撥
油性に優れた耐摩耗性を有するコーティング材が得られ
るものである。
トラクロロシランもしくはトリクロロシランとパーフル
オロアルキル基を有するクロロシラン系界面活性剤から
構成したことにより、パーフルオロアルキル基の密度が
さらに高まり、より撥水・撥油性の優れた耐摩耗性を有
するコーティング材が得られるものである。
の有機溶媒に耐摩耗性を有する基板を浸漬して、前記基
板の表面にクロロシラン系界面活性剤を化学吸着させ、
シロキサン結合を有する単分子吸着膜あるいは累積膜を
形成させる撥水・撥油性コーティング材の製造方法とす
ることによって、耐摩耗性を有する基板と単分子吸着膜
あるいは累積膜は化学吸着させることができ、フッ素樹
脂を塗装した物に比べ耐摩耗性に優れた撥水・撥油性コ
ーティング材を得ることができる製造法を提供できるも
のである。また、フッ素樹脂を塗装する場合は、乾燥及
び焼成工程が必要であるが、本発明による製造方法では
これらの工程は不要であり、工程の大幅な削減ができ、
浸漬工程のみで均一な性質の撥水・撥油性コーティング
材が作成できる。
の第五の手段の構成に加え、非水系の有機溶媒に塩基性
化合物を含有させることによって、クロロシラン系界面
活性剤と基板表面の水酸基の脱塩酸反応が促進されるた
め、化学吸着が促進され製造工程が前記本発明の第四の
手段によるよりも短縮化されるものである。
を用いて化学吸着の促進をしているため、クロロシラン
系界面活性剤と耐摩耗性を有する基板表面の水酸基との
反応が振動により促進され、製造工程が短縮化され、か
つ確実な結合ができる耐摩耗性を有する撥水・撥油性コ
ーティング材が得られるものである。
面図
を示す特性図
外観斜視図
を示す特性図
水と油の接触角と摩耗回数との関係を示す特性図
水と油の接触角と浸漬時間との関係を示す特性図
水と油の接触角と浸漬時間との関係を示す特性図
Claims (6)
- 【請求項1】 耐摩耗性を有する基板表面上に、シロキ
サン結合を有する単分子吸着膜あるいは累積膜を設けた
撥水・撥油性コーティング材。 - 【請求項2】 単分子吸着膜がパーフルオロアルキル基
を有するクロロシラン系界面活性剤からなる請求項1記
載の撥水・撥油性コーティング材。 - 【請求項3】 累積膜がテトラクロロシランもしくはト
リクロロシランとパーフルオロアルキル基を有するクロ
ロシラン系界面活性剤からなる請求項1記載の撥水・撥
油性コーティング材。 - 【請求項4】 非水系の有機溶媒に耐摩耗性を有する基
板を浸漬して、前記基板の表面にクロロシラン系界面活
性剤を化学吸着させ、シロキサン結合を有する単分子吸
着膜あるいは累積膜を形成させる撥水・撥油性コーティ
ング材の製造方法。 - 【請求項5】 非水系の有機溶媒が塩基性化合物を含有
している請求項4記載の撥水・撥油性コーティング材の
製造方法。 - 【請求項6】 シロキサン結合を有する単分子吸着膜あ
るいは累積膜を形成させる工程において、超音波を用い
て化学吸着の促進をしてなる請求項4記載の撥水・撥油
性コーティング材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3222630A JP2921197B2 (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | 撥水・撥油性コーティング材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3222630A JP2921197B2 (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | 撥水・撥油性コーティング材およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0559331A true JPH0559331A (ja) | 1993-03-09 |
| JP2921197B2 JP2921197B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=16785465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3222630A Expired - Lifetime JP2921197B2 (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | 撥水・撥油性コーティング材およびその製造方法 |
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