非专利文献1:桥本和仁《光エネルギ一を利用した環境保全》(Research Center for Advanced Science and Technology),东京大学先端科学技术中心桥本研究室,[平成16年2月3日检索],在线参考:http://www.appchem.t.u-tokyo.ac.jp/appchem/labs/fujisima/pccm/kaiyo.html
具体实施方式
下面,将详细说明本发明。本发明并不限于以下的实施方式,在本发明的范围内,可以包含任意的修正。
[1.涂布用组合物]
本发明的涂布用组合物至少包含无机多孔体、粘合剂树脂和溶剂。
[1-1.无机多孔体]
<1-1-1.无机多孔体的种类>
包含在本发明的涂布用组合物中的无机多孔体包含至少一种硅化合物。可以使用任意种类的无机多孔体而无特别限制。硅化合物的实例包括二氧化硅、沸石、多孔质玻璃、磷灰石、硅藻土、高岭石、海泡石、水铝英石、伊毛缟石、活性白土和诸如二氧化硅-氧化铝复合氧化物、二氧化硅-二氧化钛复合氧化物、二氧化硅-氧化锆、二氧化硅-氧化镁、二氧化硅-氧化镧、二氧化硅-氧化钡、二氧化硅-氧化锶等复合金属氧化物等。除硅化合物以外的无机多孔体的材料的实例包括活性炭、氧化铝、二氧化钛、氧化锆等。在这些无机多孔体的材料中,优选无机多孔体的材料为二氧化硅、沸石、氧化铝、二氧化钛、氧化锆等。这些无机多孔体的材料可以单独使用任意一种,也可以以任意组合和比例使用两种以上。
在本发明的涂布用组合物中,作为无机多孔体,至少优选使用二氧化硅,特别优选使用具有以下说明的特定物理性质的二氧化硅(称为“本发明的二氧化硅”。)。
包含在本发明的涂布用组合物中的无机多孔体的众数粒径优选为1.0μm以上,更优选为1.5μm以上,并且优选为50μm以下,更优选为40μm以下。如果在涂布用组合物中无机多孔体的众数粒径过小,则无机多孔体颗粒被紧密装填。该装填颗粒难以再分散。如果在树脂成型体中的无机多孔体的众数粒径过小,则由于颗粒的装填率较高,颗粒间空隙减少。这会降低保水量。另一方面,如果无机多孔体的众数粒径过大,则颗粒的装填率降低。由于树脂成型体表面的大空隙开口部而导致阻碍保水,因此尽管颗粒间空隙増加,保水量还是会降低。而且,粘合剂树脂和无机多孔体的接触点减少。这导致无机多孔体易脱离并且因此易降低耐擦伤性和耐候性。无机多孔体的众数粒径可以使用例如后面的<1-1-2.二氧化硅的特征>中记载的激光衍射-散射式粒度分布分析仪来测定。
包含在本发明的涂布用组合物中的无机多孔体的微孔众数直径优选为2nm以上,更优选为2.3nm以上,并且优选为20nm以下,更优选为18nm以下。在本发明中,将无机多孔体的微孔众数直径控制在这样的大范围内可以改变涂布用组合物的吸湿区域。此外,无机多孔体的微孔众数直径可以由例如微孔分布曲线来测定,所述等微孔分布曲线是利用BJH法由等温脱附曲线计算出来的。所述等温脱附曲线是通过后面的<1-1-2.二氧化硅的特征>中记载的利用氮气吸附/脱附法测定的。
<1-1-2.二氧化硅的特征>
作为包含在本发明的涂布用组合物中的无机多孔体,优选具有以下特征的二氧化硅(本发明的二氧化硅)。
(a)为无定形:
本发明的二氧化硅的特征在于在三维结构上是无定形的。换言之,其不具有结晶性结构。这表示通过本发明的二氧化硅的X线衍射观察不到结晶性峰。此外,在本说明书中,无定形的二氧化硅是指在X线衍射图案中在超过0.6纳米(nm Units d-Spacing)的区域没有归因于结晶结构的峰(结晶性峰)。这样的二氧化硅的实例为使用有机模板来形成微孔的胶束模板二氧化硅。无定形的二氧化硅的生产率显著高于结晶性的二氧化硅的生产率。
(b)比表面积:
本发明的二氧化硅的比表面积的值通常为200m2/g以上,优选为250m2/g以上,此外,通常为1000m2/g以下,优选为900m2/g以下。由于本发明的二氧化硅具有这样大的比表面积,因此,可以在使用本发明的涂布用组合物形成的树脂成型体(后述的本发明的树脂成型体)中增大二氧化硅的微孔内所吸附的吸附物质(水分)和二氧化硅之间的相互作用面积。而且,二氧化硅的微孔的表面改性可使与物质的相互作用发生较大的变化。此外,二氧化硅的比表面积由与氮气吸附/脱附相关的BET法测定。
(C)微孔容积:
本发明的二氧化硅的单位重量的微孔容积(在本说明书中,除非特别声明,该值“体积/重量”表示的量仅指“微孔容积”。另一方面,体积量是指“总微孔容积”以与前者区别。)通常为0.3ml/g以上,优选为0.35ml/g以上。由于本发明的二氧化硅具有这样大的微孔容积,因此本发明的树脂成型体可以发挥出较高的吸附/脱附能力。对微孔容积的上限没有限制,但是通常为3.0ml/g以下,优选为2.5ml/g以下。二氧化硅的微孔容积可以由在吸附等温线上的相对压力为0.98处的氮气的吸附量确定。
(d)微孔众数直径:
本发明的二氧化硅的微孔的众数直径(Dmax)通常为2nm以上,优选为2.3nm以上,并且通常为20nm以下,优选为18nm以下。众数直径由微孔分布曲线确定,所述微孔分布曲线是使用由氮气吸附/脱附法测定的等温脱附曲线由E.P.Barrett,L.G.Joyner,P.H.Haklenda,J.Amer.Chem.Soc.,vol.73,373(1951)中记载的BJH法计算出的,即,所述微孔分布曲线说明了微孔直径d(nm)和微分氮气吸附量(AV/Δ(logd);V表示氮气吸附容积)之间的关系。由于在本发明中将二氧化硅微孔的众数直径(Dmax)适当控制在这样的大范围内,因此可以使本发明的树脂成型体的吸湿区域变化。从而,在本发明的二氧化硅的微孔分布曲线中,表示微孔的众数直径(Dmax)的最大峰不必尖锐。相反,为了确保足够高的吸湿量,如上所述,二氧化硅的微孔容积应当处于上述范围(c)内。
此外,如后所述,不特别限制本发明的二氧化硅的制造方法,本发明的二氧化硅可以利用任意公知方法制造。然而,使用一些公知制造方法,可以任意调整微孔直径。由于一些本发明的树脂成型体的吸附/脱附能力取决于二氧化硅的微孔直径,因此优选根据用途适宜设定微孔直径。例如,在吸附/脱附能力之中,调湿性通常取决于二氧化硅的微孔直径。
(e)众数粒径:
本发明的二氧化硅的众数粒径优选为1.0μm以上,更优选为1.5μm以上,并且优选为50μm以下,更优选为40μm以下。如果二氧化硅的众数粒径过小,则导致颗粒的装填率増加,颗粒间空隙减少,并且因此导致保水量降低。另一方面,如果二氧化硅的众数粒径过大,则尽管颗粒间空隙増加,但是由于低保水性,导致保水量的降低。因此,二氧化硅的众数粒径应当处于上述范围内。此外,利用激光衍射-散射式粒度分布分析仪(例如,Seishin Enterprise Co.Ltd制造的Laser Micronsizer LMS-24)等测定粒度分布,由该粒度分布确定二氧化硅的众数粒径。
(f)硅烷醇量:
本发明的二氧化硅的硅烷醇量通常为2个/nm2以上,优选为2.5个/nm2以上,更优选为3个/nm2以上,并且通常为10个/nm2以下,优选为8.5个/nm2以下,更优选为7个/nm2以下。过少的硅烷醇量会导致吸湿性降低,这是因为二氧化硅是疏水性的并且对湿度敏感性较低。过高的硅烷醇量会导致耐久性降低和树脂成型体不良,这是因为涂布用组合物的稳定性恶化。因此,优选上述范围。此外,二氧化硅的硅烷醇量通过如下说明的由热重分析测定的重量变化来确定。
为了去除吸附的水,将二氧化硅加热到160℃,并在此温度保持2小时后,升温到1000℃,在此温度保持1小时。测定该过程中的二氧化硅的重量变化。来自硅烷醇的水含量对应于升温步骤中的重量变化(从160℃到1000℃之间的失重)与水热处理过程中来自醇的CO2的重量的差值。具体来说,可使用以下等式来计算水含量。
{来自硅烷醇的水含量(g)}
={从160℃到1000℃之间的失重(g)}-{来自醇的CO2重量(g)}
假设由2个硅烷醇分子产生1个H2O分子,则二氧化硅的硅烷醇基团数和硅烷醇量可以分别由以下等式计算出来。
{硅烷醇数(个)}
=[{来自硅烷醇的水含量(g)}×{阿伏加德罗常数6.02×1023(个/mol)}×2]/{H2O的分子量(g/mol)}
{硅烷醇量(个/nm2)}={硅烷醇数(个)}/{表面积(nm2)}
(g)其他的特征:
具有上述特征(a)~(f)的本发明的二氧化硅优选还具有以下可选特征。
·颗粒形状:
关于二氧化硅的颗粒形状,特开2003-220657号公报中披露了使用球状颗粒来增加无机多孔体的装填率,从而提高吸放湿性能。但是,在本发明中,二氧化硅的颗粒形状既可以是球状也可以是破碎状。更优选颗粒间空隙较多的破碎状的二氧化硅。然而,大量的微粉聚集体具有以下问题:微孔利用效率降低,因进一步聚集而使组合物的均匀性降低,以及使组合物的保存稳定性恶化,等等。因此,优选较窄的粒度分布。此外,二氧化硅的颗粒形状可以利用SEM(扫描型电子显微镜)等来观察。二氧化硅的粒度分布可以利用激光衍射-散射式粒度分布分析仪(SeishinEnterprise Co.Ltd制造的Laser Micronsizer LMS-24)等来测定。
·耐水热相关特性:
在本发明的二氧化硅中,优选通过在水中加热(耐水热试验),微孔特性不会显著变化。耐水热试验后的二氧化硅的微孔特性的变化可以以如下方式观察到:例如,比表面积、微孔容积、微孔直径分布等的变化。例如,本发明的二氧化硅在200℃经过6小时的耐水热试验后,该试验后的比表面积优选为该试验前的比表面积的20%以上(比表面积残存率为20%以上)。优选具有该特性的本发明的二氧化硅,因为在长时间的苛刻使用条件下可以保持多孔性的特征。所述比表面积的残存率优选为35%以上,更优选为50%以上。
在本发明的耐水热试验中,在密闭体系内,使预定温度(200℃)的水与二氧化硅接触预定时间(6小时)。二氧化硅应当完全存在于水中。例如,整个密闭体系可以用水填充。或者,体系内的一部分可以具有加压的气相部,该气相部包含水蒸气。该气相部的压力为,例如60000hPa以上,优选为63000hPa以上。预定温度的误差通常处于±5℃以内,优选±3℃以内,更优选±1℃以内。
·固体Si-NMR波谱相关特征:
关于本发明的二氧化硅的结构,优选得到以下固体Si-NMR(nuclearmagnetic resonance:核磁共振)结果。
二氧化硅为无定形水合硅酸盐,其由SiO2·nH2O的理论式表示,并且其具有网络结构,其中O键合在Si的四面体的各项点并且与另一个Si键合。在Si-O-Si-O-重复单元中,部分O被取代基(例如-H、-CH3等)取代。关于特定的Si原子,该Si原子键合在如下式(A){Si(Q4)}所示的4个-OSi基团上,或者键合在如下式(B){Si(Q3)}所示的3个-OSi基团上。在下式(A)和(B)中,不考虑它们的上述四面体结构,以平面表示Si-O网络结构。在固体Si-NMR波谱中,依次将归因于这些Si键的峰称为Q4峰、Q3峰……[化1]
在本发明的二氧化硅的固体Si-NMR波谱中,Q4/Q3的摩尔比通常为1.2以上,优选为1.3以上,进一步优选为1.4以上,最优选为1.5以上。注意Si(Q4)具有4个-OSi键,并且Si(Q3)具有3个-OSi键。虽然不特别限制上限值,但通常为10以下。
已知在该比例越高时,二氧化硅的热稳定性通常越高。这显示出本发明的二氧化硅的热稳定性极优异。具体而言,本发明的二氧化硅具有耐热的结构。因此,本发明的树脂成型体可长期稳定使用。相反,一些结晶性的胶束模板二氧化硅的Q4/Q3的值小于1.2,并且显示出低热稳定性,特别是低水热稳定性等。
此外,优选本发明的二氧化硅的骨架中的硅氧烷键的键角的变形较小。二氧化硅的结构变形可以利用固体Si-NMR波谱中的Q4峰的化学位移来表示。
从上述的二氧化硅的结构变形和上述的Q4峰的化学位移δ(ppm)之间的关系方面考虑,对于本发明的二氧化硅,δ优选满足下式(1)[即,δ小于下式(1)的左边部分表示的值{-0.0705×(Dmax)-110.36}(峰向低场侧移动)]。此外,在本说明书中,“ppm”表示以重量计的比例。
-0.0705×(Dmax)-110.36>δ (1)
现有的二氧化硅具有上述的Q4峰的化学位移δ,上述的Q4峰的化学位移δ通常大于由上述式(1)的左边部分计算得到的值(向高场位移)。因此,本发明的二氧化硅的Q4峰的化学位移小于现有的二氧化硅。因此,在本发明的二氧化硅中,Q4峰的化学位移处于更高的磁场。这意味着,由2个-OSi键表示的键角更一致,结构变形明显更少。
在本发明的二氧化硅中,Q4峰的化学位移δ优选比由上述式(1)的左边部分(-0.0705×(Dmax)-110.36)计算出的值小0.05%以上,进一步优选小0.1%以上,最优选小0.15%以上。通常硅胶的Q4峰的最小值为-113ppm。
本发明的二氧化硅具有优异的耐热性和耐水性等,以及稳定的物理特性。因此,可长期在高温和高湿下维持调湿功能。这种能力和上述的结构变形之间的关系尚不清楚,但据推测如下。二氧化硅由具有不同颗粒尺寸的球状颗粒的聚集体构成。在上述的结构变形较少的状态下,在全体球状颗粒上可以维持如微结构那样的高度的均匀性。结果,可以确保高耐热性和耐水性。对于Q3以下的峰,由于Si-O网络结构的扩展受到限制,因此难以出现二氧化硅的结构变形。
此外,比值Q4/Q3和Q4峰的化学位移可以通过固体Si-NMR波谱来确定。所得到的数据的分析(峰位置的确定)可以通过以下方式进行:例如,通过使用高斯函数的曲线拟合分析等来提出各峰。
·金属杂质的含量:
本发明的二氧化硅优选具有高纯度。更具体地说,构成二氧化硅的骨架的除硅以外的金属元素(金属杂质)的总含量通常为500ppm以下,优选为100ppm以下,更优选为50ppm以下,最优选为30ppm以下。这样少的杂质确保了高耐久性、高耐热性和高耐水性。此外,在使用本发明的涂布用组合物而形成的树脂成型体(后述的本发明的树脂成型体)中,低金属杂质含量可以防止粘合剂树脂与金属杂质接触。由于该接触所导致的光劣化、热劣化、经时劣化等不会发生,因此本发明的树脂成型体可以长期稳定使用。此外,二氧化硅中的金属杂质含量可以使用ICP发射光谱法等任意元素分析方法来测定。
如后所述,根据其用途,本发明的二氧化硅可以有意地含有特定的原子和原子团等其他成分以获得需要的功能。因此,本发明的二氧化硅是否含有除二氧化硅以外的成分应当根据其用途等来确定。
·其他成分:
如上所述,本发明的二氧化硅可以含有其他成分。对在本发明的二氧化硅中包含的其他成分没有限制。所述二氧化硅可以含有和/或负载任意成分,例如,各种助剂、有用的元素(以下,称为“有用的外来元素”)和/或其化合物、以及有机基团(以下,称为“有用的有机基团”)等。
这些其他成分可以在制造过程的任意工序中以任意方法混合,只要本发明的涂布用组合物(和包含该组合物的本发明的树脂成型体)不丧失其作为目的的功能即可。例如,这些成分可以包含在粘合剂树脂中,或者包含在用于涂布用组合物的溶剂中,而二氧化硅不含有和/或不负载这些成分。或者,这些成分可以在制备涂布用组合物的过程中或制备后混合在该涂布用组合物中,或者可以在制备树脂成型体的过程中或制造后混合在该树脂成型体中。如上所述,可以利用任意方法将这些成分混合和/或负载在二氧化硅中。例如,可以在制造二氧化硅的过程中或制造后混合或负载助剂,或者可以在使用本发明的涂布用组合物制造本发明的树脂成型体后将助剂负载在树脂成型体中的二氧化硅上。此外,也可以将后述的添加剂预先负载在二氧化硅上。制造树脂成型体和基材后,可以利用浸渍等任意的操作来混合这些助剂和添加剂。助剂成分可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
作为助剂,例如,可以负载吸湿助剂。包含吸湿助剂以赋予二氧化硅高功能的调湿效果。吸湿助剂优选对水分具有高亲和性,并且选自以下各种物质:例如,有机化合物、无机化合物和金属盐类。吸湿助剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
将助剂负载在二氧化硅上以使这些化合物中的至少1种化合物的含量,相对于二氧化硅的重量,通常为1重量%以上,优选为3重量%以上、更优选为5重量%以上,并且通常为80重量%以下,优选为60重量%以下,更优选为50重量%以下。吸湿助剂可以单独使用一种,也以任意的组合和任意比例使用两种以上。
当由金属盐类构成的吸湿助剂被包含在微孔内时,优选控制吸湿助剂的含量,以使在其使用条件下的最高湿度下,由吸湿而捕集在微孔内的吸湿助剂的水溶液的体积不超过二氧化硅的总微孔容积。在高湿度条件下,金属盐类作为水溶液存在于微孔内。
如果包含金属盐和吸附在金属盐上的水分的水溶液的量大于微孔容积,则该水溶液从微孔内溢出。当干燥二氧化硅以脱湿时,与水溶液一起从微孔内排出的金属盐不希望地附着在微孔外部,在一些情况下造成二氧化硅的吸湿特性的恶化。因此,尽管吸湿能力提高,但在一些情况下高含量的金属盐不能用于高湿度区域。这会限制可应用的湿度范围。
但是,在能够改进装置(例如,提供附带设备)的情况中,在微孔内的水溶液的量超过微孔容积之前,可以在使二氧化硅再生的操作周期下使用二氧化硅,甚至可以在静态吸附条件下不可以使用的高湿度区域中使用。
含有碱金属盐和碱土金属盐作为上述的吸湿助剂的二氧化硅具有非常高的水蒸气吸附能力。由于碱金属和碱土金属与水蒸气的亲和性非常高并且可以增强吸湿性,因此这些物质可以用作吸湿助剂。因此,在使用吸湿助剂的情况中,二氧化硅优选含有选自由碱金属盐和碱土金属盐组成的组中的至少1种金属盐作为吸湿助剂。
可以使用任意的碱金属盐和碱土金属盐。从对水蒸气非常高的亲和性的角度考虑,例如,吸湿助剂优选包含选自由LiF、NaF、KF、CaF2、MgF2、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、CaSO4、MgSO4、LiNO3、NaNO3、KNO3、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、NaCl、LiCl、CaCl2、MgCl2、LiBr、LiI和KBr组成的组中的至少1种物质。在这些盐中,更优选吸湿性最高的锂盐,并且特别优选单位重量的吸湿量高的氯化锂。
上述的吸湿助剂可以以任意状态存在。例如,助剂可以作为分子、簇或颗粒等分散在二氧化硅中,或者可以附着在二氧化硅表面等。或者,至少一部分上述吸湿助剂也可以直接或通过氧原子与硅原子键合。这些吸湿助剂可以是固体,也可以是液体。这些吸湿助剂可以被水合,或一部分吸湿助剂可以在微孔内作为水溶液存在。
由选自碱金属盐和碱土金属盐中的金属盐构成的吸湿助剂的含量通常为1重量%以上,优选为3重量%以上,更优选为5重量%以上,通常为80重量%以下,优选为60重量%以下,更优选为50重量%以下。在此,在本发明的二氧化硅所含有的选自碱金属盐和碱土金属盐中的金属盐之中,以含量从多到少的顺序,“选自碱金属盐和碱土金属盐中的金属盐”表示通常4种,优选3种,更优选2种,最优选1种。在使用2种以上选自碱金属盐和碱土金属盐中的金属盐的情况中,将其总含量控制在上述范围内。
与现有的二氧化硅相比较,本发明的二氧化硅可以以高分散状态负载作为吸湿助剂的金属盐并且负载操作后可以维持优异的微孔特性。结果,被负载的金属盐显示出接近理论吸湿量的高效率吸湿性能。该高吸湿性能的原因可能是多种因素造成的,但尚不清楚。可能的原因如下。
由于载体(二氧化硅)具有非常高的纯度并且具有硅氧烷键的键角变形较少的均匀结构,因此载体的表面状态是均匀的并且特异性吸附金属盐的活性点少。一般而言,负载在微孔内的金属盐在低湿度下作为固体存在,并且本发明的二氧化硅在微孔内均匀地负载金属盐,因此具有高表面积和高吸附能力。在高湿度下,金属盐通常作为水溶液存在于微孔内。但是,在本发明的二氧化硅中,与低湿度下的情况相同,这些金属盐以高分散地(即,均匀地)负载在微孔内。例如,作为金属盐的锂盐的水溶液具有相对较高的粘度。如果该盐不均匀地负载在微孔内,粘度高的地方和液膜厚的地方被局部化。在现有的二氧化硅中,在这样的具有高粘度的地方和液膜厚的地方,被吸附在微孔内的水分(具体是,在粘度高的锂盐水溶液中)的扩散速度不足,并且微孔内的全部的锂盐不能有效参与吸湿(仅微孔内的一部分的锂盐参与吸湿)。相反,在本发明的二氧化硅中,金属盐水溶液均匀地负载在微孔内,因此可以抑制此缺点。
由于负载调湿助剂等助剂,二氧化硅的微孔直径略微减小。考虑到这样的现象,优选预先在某种程度上增大助剂负载前的二氧化硅的微孔尺寸,以使二氧化硅可以良好地负载助剂。
可以在二氧化硅中包含的其他成分的实例包括属于周期表的第IIIA族、第IVA族和第VA族和过渡金属等的有用的外来元素及其化合物。在某些情况中,二氧化硅可以具有这些有用的外来元素。有用的外来元素及其化合物可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
当二氧化硅包含有用的外来元素或它们的化合物作为其他成分时,有用的外来元素或它们的化合物是选自由周期表的第IIIA族、第IVA族和第VA族以及过渡金属组成的组(有用的外来元素组)中的至少一种元素或它们的化合物。其中,优选的元素的具体例子包括诸如B、Al、Ga、In和Tl等第IIIA族元素;诸如C、Si、Ge、Sn和Pb等第IVA族元素;诸如N、P、As、Sb和Bi等第VA族元素;诸如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、镧系元素、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、锕系元素、Rf、Db、Sg、Bh、Hs和Mt等过渡金属元素。其中,优选具有高活性并且在各种用途中有用的以下元素:B、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、P、As、Sb、Bi、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、镧系元素、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg和锕系元素。
在这些有用的外来元素之中,在固体酸催化剂和固体碱催化剂领域,特别优选B、Al、Ga、In、Tl、Fe、Ti、P、W、Mo和Zn。在氢化催化剂和脱氢催化剂领域,优选W、Mo、Tc、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Ni和Cu。在氧化还原催化剂领域,优选Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Ge和Pb。在光催化剂领域,优选Ti、Zn、W、Sn和Cd。在聚合催化剂领域,优选Ti、Zr、Cr、Fe、Ge、Sb、Bi、V、Mo、W、Mn、Co、Cu、Sc和Nb。
属于第IIIA族、第IVA族和第VA族以及过渡金属的这些元素的用途不限于上述领域,并且可以包括其他用途,例如,抗菌剂(Ti、Ag、Cu、Zn等)、耐水性改进剂(稳定剂)(例如,Zr、Ti等)、荧光体(稀土元素和镧系元素)等。
本发明的二氧化硅可以在二氧化硅内部包含这些有用的外来元素和/或它们的化合物,或可以在二氧化硅表面负载这些有用的外来元素和/或它们的化合物。优选这些有用的外来元素和/或它们的化合物为颗粒状。其颗粒的直径优选小到不阻塞二氧化硅的微孔。
根据用途,本发明的二氧化硅可以具有任意的其他有机基团。以下,将二氧化硅的有机基团称为“有用的有机基团”,并且将具有有用的有机基团的二氧化硅称为“含有有机基团的二氧化硅”。有用的有机基团可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
引入至含有有机基团的二氧化硅中的有用的有机基团的种类没有限制。例如,可使用任意的公知的硅烷偶联剂的有机基团。特别有用的有机基团的条件如下。
有用的有机基团的碳原子数通常为1以上,并且通常为1000以下,优选为500以下,更优选为100以下,最优选为50以下。
有用的有机基团优选为由脂肪族化合物、脂环式化合物、芳香族化合物、烷基芳基化合物衍生的1价或2价以上的有机基团。
有用的有机基团的部分氢可以被任意的其他原子或原子团取代。在有用的有机基团中引入的原子和原子团的非限制性实例为原子和有机官能团。原子和官能团的具体例子包括诸如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等卤原子;苯基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氧基、苯乙烯基、巯基、环氧基、环氧环己基、缩水甘油氧基、氨基、氰基、硝基、磺酸基、羧基、羟基、酰基、烷氧基、铵基、烯丙基等。
当将取代有这些原子或原子团的有用的有机基团引入二氧化硅时,二氧化硅具有基于各有机官能团特性的特性。官能团的选择取决于具有官能团的二氧化硅材料的用途。
此外,这些有机官能团的至少一部分氢还可以被O、N和S等其他原子或原子团置换。可以容易地将在此例示的有机官能团导入二氧化硅。根据使用目的,也可以将具有不同化学反应性和物理性质的其他有机官能团导入。代替有用的有机基团而被引入的原子或原子团可以单独存在,也可以以任意组合和任意比例存在2种以上。
有用的有机基团可以具有O、N和S等各种原子或原子团作为连接基团。
当在二氧化硅的表面负载有用的有机基团时,可以将二氧化硅的表面改性。通过所述表面改性得到的特性之一是提高与有机物质的亲和性。为了获得这种特性,例如,有用的有机基团的实例包括与诸如碳原子数为1~50的烷基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氧基、苯乙烯基、巯基、环氧基、环氧环己基、缩水甘油氧基等有机树脂基体具有高亲和性或者高化学反应性的官能团。当有用的有机基团为诸如乙烯基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氧基或苯乙烯基等具有双键的官能团时,该官能团可通过共价键牢固地键合到具有双键的有机树脂上,导致含有有机基团的二氧化硅具有较高的结构强度和较高的耐水性。此外,所负载的有用的有机基团还可以用作各种功能性材料的骨架。
有用的有机基团可以以任意状态引入含有有机基团的二氧化硅中。通常,有用的有机基团可以通过共价键根据其价数直接键合到一个或多个硅原子上。这样,含有有机基团的二氧化硅包含有用的有机基团。由于在这种情况中键合到有用的有机基团上的硅原子为二氧化硅骨架的一部分,因此实质上将有用的有机基团直接引入到二氧化硅骨架中。为了以这样的状态将有用的有机基团引入到本发明的二氧化硅中,可以使用具有反应性末端的试剂,所述反应性末端可以在有用的有机基团中形成硅氧烷键。在这样的试剂中,可容易地获得的代表性的试剂为如下所示的硅烷偶联剂。尽管还有多种可与硅烷醇反应形成硅氧烷键的普通合成试剂(以下,称为“有机基团引入试剂”),但是在工业规模上不易得到,并且其反应条件也常受限制。
在本说明书中,硅烷偶联剂是指将上述的有用的有机基团直接键合到硅原子上的化合物的总称并且为以下式(I)~(IV)表示的化合物。
X3SiR1 (I)
在式(I)中,X独立地为水解性甲硅烷基,所述水解性甲硅烷基被水溶液中的水、空气中的水或者吸附在无机物质表面上的水等水解而生成高反应性的硅烷醇基团。对这样的基团的种类没有限制,可以是任意的现有公知的种类。所述甲硅烷基的实例包括碳原子数为1~4的低级烷氧基、乙酰氧基、丁酮肟基和氯基。这些水解性甲硅烷基可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
R1为上述的有用的有机基团之中的1价的基团。
式(I)表示的硅烷偶联剂是最常用的。所述硅烷偶联剂的具体例子包括3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、4-氨基丁基三乙氧基硅烷、对氨基苯基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基乙基氨基甲基苯乙基三甲氧基硅烷、N-(6-氨基己基)氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三氯硅烷、(对氯甲基)苯基三甲氧基硅烷、4-氯苯基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷。
X2SiR2R3 (II)
在式(II)中,X独立地为与式(I)中的X相同的水解性甲硅烷基。
R2和R3分别为与式(I)中的R1相同的1价的有用的有机基团。R2和R3可以为相同基团或不同的基团。
式(II)表示的硅烷偶联剂的具体例子包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷和二苯基二氯硅烷。
XSiR4R5R6 (III)
在式(III)中,X独立地为与式(I)中的X相同的水解性甲硅烷基。
R4、R5和R6分别为与式(I)中的R1相同的1价的有用的有机基团。此外,R4、R5和R6可以为相同基团或不同的基团。
式(III)表示的硅烷偶联剂的具体例子包括三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷和三苯基氯硅烷。
(X3Si)mR7 (IV)
在式(IV)中,X独立地为与式(I)中的X相同的水解性甲硅烷基。
R7为m价的有用的有机基团,并且m为2以上的整数。
式(IV)表示的硅烷偶联剂的具体例子包括各种有机聚合物和低聚物,所述各种有机聚合物和低聚物各自具有多个水解性甲硅烷基作为侧链。
式(I)~式(IV)的这些例示化合物是容易商业获得的硅烷偶联剂的一部分,它们的具体情况记载在科学技术综合研究所出版的《偶联剂最佳利用技术(List of Coupling Agents and Related Products)》第9章的“偶联剂和相关制品一览表”中。
可用于本发明的硅烷偶联剂并不限于这些实例。
对引入的有用的有机基团的种类和量没有特别限定,只要在不抑制有用的有机基团的功能的范围内即可。因此,可以以适合的量使用任意种类的具有这些有用的有机基团的硅烷偶联剂或有机基团引入试剂。为了得到高纯度的含有有机基团的二氧化硅,优选具有这些有用的有机基团的硅烷偶联剂或有机基团引入试剂也是高纯度的。
包括上述的有用的外来元素和有用的有机基团,二氧化硅中包含的其他成分可以单独使用1种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
<1-1-3.二氧化硅的制造方法>
下面,将说明本发明的二氧化硅的制造方法。
本发明的二氧化硅的制造方法无特别限制,可以使用任意的公知方法来制造。用于制造二氧化硅的方法的实例如下。
(i)使用硫酸等酸中和水玻璃后进行凝胶化的方法。
(ii)将烷氧基硅烷水解后进行凝胶化的方法。
(iii)将烷氧基硅烷或水玻璃用作原料,将表面活性剂用作有机模板来形成微孔的方法(所谓的胶束模板二氧化硅)。
以下,说明制造本发明的二氧化硅的方法的一个实例,但是本发明的二氧化硅的制造方法不限于此方法。
此方法与现有的溶胶凝胶法不同,其包括:水解/缩合工序,所述工序包括将硅醇盐或碱金属硅酸盐(优选硅醇盐)水解的水解子工序和将所得到的二氧化硅水溶胶缩合的缩合子工序以形成二氧化硅水凝胶;以及物理性能调节工序,所述工序接着该水解/缩合工序,不将二氧化硅水凝胶老化而进行水热处理以得到具有所期望的特性的硅胶。
用作本发明的二氧化硅的原料的硅醇盐的实例包括三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷等具有碳原子数为1~4的低级烷基的三烷氧基硅烷或四烷氧基硅烷和它们的低聚物。其中,优选四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷和它们的低聚物,特别优选四甲氧基硅烷及其低聚物,以得到具有良好的微孔特性的二氧化硅,这是因为易通过蒸馏制备的高纯度的硅醇盐适合用作高纯度的二氧化硅的原料。硅醇盐中的碱金属和/或碱土金属(金属杂质)的总含量通常为100ppm以下,优选为50ppm以下,更优选为10ppm以下,最优选为1ppm以下。所述金属杂质的含量可以利用与公知的二氧化硅中的杂质含量的测定方法相同的方法测定。
在本发明中,在水解/缩合工序中,在没有催化剂的条件下将硅醇盐水解并且将所得到的二氧化硅水溶胶缩合以形成二氧化硅水凝胶。
对用于硅醇盐的水解的水的量没有限制,相对于1摩尔的硅醇盐,通常为2摩尔以上,优选为3摩尔以上,更优选为4摩尔以上,并且通常为20摩尔以下,优选为10摩尔以下,更优选为8摩尔以下。通过硅醇盐的水解,生成二氧化硅的水凝胶和醇,将生成的二氧化硅水溶胶逐次缩合成二氧化硅水凝胶。
此外,对水解时的温度也没有限制,通常控制在室温~100℃的范围内。如果在加压下维持液相,则可以在更高温度下进行水解。水解所需要的反应时间取决于反应液组成(硅醇盐的种类和与水的摩尔比)以及反应温度。而且,凝胶化所要求的时间是不同的。因此,不能规定反应时间。为了制备出微孔特性优异的二氧化硅,如本发明的二氧化硅,优选控制所述反应时间以使水凝胶的破坏应力不超过6MPa。
在所述水解反应体系中,可在诸如酸、碱性或盐类等催化剂的存在下促进水解。但是,由于其导致生成的水凝胶被老化,因此本发明的二氧化硅的制造中不推荐使用所述催化剂。
在上述的硅醇盐的水解过程中,反应体系必须充分搅拌。例如,在使用在旋转轴上具有搅拌桨叶的搅拌装置的情况中,尽管搅拌速度(旋转轴的转数)取决于搅拌桨叶的形状和片数以及与液体的接触面积等,但其通常为30rpm以上,优选为50rpm以上。
此外,过快的搅拌速度会在槽内引起飞沫的产生。该飞沫会导致槽的气体管线堵塞。而且,附着在反应器内壁上的飞沫会导致热传导的恶化,这将给温度控制带来不良影响,温度控制对于物理特性的控制很重要。如果在所述内壁上的附着物剥落,则此污染物将导致制品品质恶化。因此,搅拌速度优选为2000rpm以下,并且更优选为1000rpm以下。
在本发明中,可以利用任意的可促进反应的搅拌方法搅拌分相的双液相(水相和硅醇盐相)。例如,以下的装置(i)、(ii)适合用于搅拌这些双液相。
(i):具有基本垂直地或略微具有角度地插入液面的旋转轴和使溶液产生竖直流的搅拌桨叶的装置。
(ii):具有基本上与双液相的界面平行地设置的旋转轴和使双液相间混合的搅拌桨叶的搅拌装置。
上述的装置(i)、(ii)的搅拌桨叶的外周速度(搅拌桨叶边缘速度)通常为0.05m/s以上,优选为0.1m/s以上,此外通常为10m/s以下,优选5m/s以下,进一步优选为3m/s以下。
对搅拌桨叶的形状和长度等没有限制。搅拌桨叶的实例包括例如螺旋型、平桨型、带角度的平桨型、折叶平桨型、平叶圆盘涡轮型、弯曲桨叶、法德尔型、brumargin型等。
桨叶的宽度、片数、倾斜角等根据反应器的形状、尺寸、设计的搅拌能力来选定。在优选的搅拌装置中,桨叶宽度(沿旋转轴向的桨叶的长度)与反应器的内径(垂直于旋转轴的液相面的最长径)的比例(b/D)为0.05~0.2,倾斜角(θ)为90°±10°,并且桨叶片数为3~10片。
从搅拌效率和设备维护方面考虑优选如下结构。将上述的旋转轴设置在反应器内的液面之上,并且将搅拌桨叶设置在从旋转轴延伸的轴的端部。
在上述的硅醇盐的水解反应过程中,硅醇盐水解成二氧化硅水溶胶,并且随着反应液的粘度的上升连续发生该二氧化硅水溶胶的缩合反应,从而最终形成二氧化硅水凝胶。
在本发明的物理特性调节工序中,在由上述的水解生成的二氧化硅水凝胶的硬度上升之前,以基本未老化的状态使二氧化硅水凝胶进行水热处理。通过水解,硅醇盐生成柔软的二氧化硅水凝胶。此外,为了稳定该水凝胶的物理特性,通过包括二氧化硅水凝胶的老化或干燥以及然后的水热处理等一系列的操作来制造本发明的二氧化硅是困难的。
在不老化由水解生成的二氧化硅水凝胶而立即进行的水热处理中,以生成时的状态对柔软的二氧化硅水凝胶进行接下来的水热处理。
具体地说,从生成二氧化硅水凝胶方面考虑,通常在10小时以内、优选在8小时以内、更优选在6小时以内、最优选在4小时以内对二氧化硅水凝胶进行水热处理是优选的。
在工厂中,大量的二氧化硅水凝胶产品先保存在贮仓中,其后可对其进行水热处理。在这种情况中,二氧化硅水凝胶生成后到水热处理前的时间(所谓的储存时间)可以超过上述的上限。为了在这种情况中防止老化,在贮仓内保存二氧化硅水凝胶,以使二氧化硅水凝胶中的液体成分不干燥。
例如,将贮仓内密闭或控制湿度。或者,可以通过将二氧化硅水凝胶浸于水或任意的其他溶剂中来保存二氧化硅水凝胶。
优选保存温度尽可能地低,例如,50℃以下,更优选35℃以下,最优选30℃以下。另一个实质上防止老化的方法是使用受控的原料组成来制备二氧化硅水凝胶以使二氧化硅水凝胶中的二氧化硅浓度降低的方法。
下面讨论不将二氧化硅水凝胶老化而进行水热处理的效果与达到该效果的原因。
二氧化硅水凝胶的老化将通过-Si-O-Si-键产生宏观网络结构,该宏观网络结构形成在整个二氧化硅水凝胶上。在水热处理过程中,遍及整个二氧化硅水凝胶的网络结构阻碍了中孔的形成。此外,为了降低二氧化硅水凝胶中的二氧化硅浓度,由受控的原料组成制备二氧化硅水凝胶,这样制备的二氧化硅水凝胶可以在保存过程中抑制二氧化硅水凝胶的交联。因此,二氧化硅水凝胶不被老化。
这样,在二氧化硅的制造方法中,必须在将二氧化硅水凝胶老化之前进行水热处理。
在一些情况下,向硅醇盐的水解反应体系中混合酸、碱性或盐类等或者高水解温度可以加速水凝胶的老化。进一步,优选将水解后的后处理中的水洗、干燥和保存等所必须的温度和时间最小化。
优选在进行水热处理前,将由硅醇盐的水解得到的二氧化硅水凝胶粉碎到平均粒径通常为10mm以下,优选为5mm以下,更优选为1mm以下,最优选为0.5mm以下。
如上所述,在本发明的二氧化硅的制造方法中,重要的是,在二氧化硅水凝胶生成后,立即对二氧化硅水凝胶进行水热处理。在本发明的二氧化硅的制造方法中,关键点是,待进行水热处理的二氧化硅水凝胶不被老化。因此,在二氧化硅水凝胶生成后,不必立即对二氧化硅水凝胶进行水热处理。例如,可以在低温下静置一段时间后进行水热处理。
如果在二氧化硅水凝胶生成后,不立即对其进行水热处理,则例如可以在检查到二氧化硅水凝胶的老化状态后,进行水热处理。对检查水凝胶的老化状态的方法没有限制。例如,水凝胶的硬度是一个指标。如上所述,破坏应力通常为6MPa以下的柔软的水凝胶的水热处理可以生成具有本发明中规定的物理特性的二氧化硅。该破坏应力优选为3MPa以下,更优选为2MPa以下。
对所述水热处理的条件没有限制,水的状态可以是液体或气体。具体地说,在液体水中的二氧化硅水凝胶的浆料适合于水热处理。在水热处理中,向1重量份的二氧化硅水凝胶中加入通常0.1重量份以上、优选0.5重量份以上、更优选1重量份以上并且通常10重量份以下、优选5重量份以下、更优选3重量份以下的水以形成浆料。对此浆料在通常30℃以上、优选40℃以上、更优选100℃以上并且通常为250℃以下、优选为200℃以下的温度下进行通常0.1小时以上、优选1小时以上并且通常为100小时以下、优选为10小时以下的水热处理。过低的水热处理温度会阻碍形成大容积的微孔。
用于水热处理的水可以包含任何溶剂。溶剂的实例包括低级醇类,例如甲醇、乙醇和丙醇。如果通过作为原料的烷氧基硅烷的水解来得到二氧化硅水凝胶,则该溶剂可以是得自烷氧基硅烷的醇类。
对用于水热处理的水中的溶剂的含量没有限制,但优选越少越好。例如,对通过烷氧基硅烷的水解而得到的上述二氧化硅水凝胶进行水洗后,在约150℃的低温下对其进行水热处理。所得到的二氧化硅具有优异的微孔特性和大微孔容积。或者,可以在约200℃的温度下,使用包含溶剂的水对二氧化硅水凝胶进行水热处理以容易地得到本发明的二氧化硅。
所述水热处理方法适用于,例如,膜反应器的制造,其中二氧化硅在颗粒、基板或管等基体上以膜状或层状形成。尽管可以通过改变温度条件在水解反应器中连续进行水热处理,但是由于在水解反应与其后的水热处理之间最佳条件不同,因此在不加入水的体系中制备本发明的二氧化硅通常是困难的。
如果在以上的水热处理中升高温度,所得到的二氧化硅的直径和微孔容积趋于变大。有可能随着处理时间的延长,所得到的二氧化硅的比表面积将达到最大,然后逐渐减小。考虑到这样的趋势,根据所需要的物理特性,选择适宜条件。例如,为了实现高调湿性能,优选在水热处理温度为100℃~200℃的范围内制造二氧化硅。由于进行水热处理以改变二氧化硅的物理特性,因此优选比上述的水解温度更高的温度。
此外,为了制造具有均匀的微结构的二氧化硅,在水热处理过程中,优选高升温速度,以使在反应体系内的温度在5小时以内达到目标温度。更具体地说,在槽内处理时,从升温开始到目标温度的平均升温速度通常为0.1℃/min以上,优选为0.2℃/min以上,并且通常为100℃/min以下,优选为30℃/min以下,更优选为10℃/min以下。
其他的优选的缩短升温速度的方法为利用热交换器和加入储存热水的升温方法。可以以上述升温速度使用逐步升温。如果反应体系内的温度达到目标温度需要较长时间,升温过程中二氧化硅水凝胶发生老化,导致在一些情况下微结构的均匀性降低。
达到上述的目标温度的升温时间优选为4小时以内,更优选为3小时以内。为了缩短升温时间,可以将用于水热处理的水预热。
如果将水热处理的温度、时间设定在上述范围外,则可能难以制备出本发明的二氧化硅。例如,高水热处理的温度会导致二氧化硅的微孔直径、微孔容积过于变大,并且微孔分布变宽。如果水热处理的温度过低,则生成的二氧化硅的交联度低,热稳定性差,在孔径分布中没有峰,并且在上述的固体Si-NMR中,Q4/Q3比极小。
与在纯水中进行处理相比,在氨水中的水热处理在更低温下具有相同的效果。此外,与无氨水的水热处理制备出的二氧化硅相比较,通过在氨水中的水热处理制备的二氧化硅通常为疏水性的。在通常30℃以上、优选40℃以上,并且通常250℃以下、优选200℃以下较高的水热处理温度下,将进一步增强疏水性。在氨水中的氨浓度优选为0.001重量%以上,更优选为0.005重量%以上,并且优选为10重量%以下,更优选为5重量%以下。
在适当的条件下干燥所得到的本发明的二氧化硅。对干燥温度没有限制,通常为40℃以上,优选为60℃以上,并且通常为200℃以下,优选为120℃以下。对干燥方法没有限制。可以通过分批式或连续式并且在常压或减压下进行干燥。具体地说,优选可以减小干燥时间并且增大所得到的二氧化硅的微孔容积和比表面积的真空干燥。
如果包含来自硅醇盐原料的碳成分,则必要时,可以在通常400℃~600℃煅烧将其去除。可以在高达900℃的温度下煅烧二氧化硅以调节表面状态。进一步,可以利用硅烷偶联剂、无机盐或各种有机化合物等进行表面处理以调节亲水性或疏水性。可以使用任意的硅烷偶联剂来进行该表面处理。例如,在此处理中也可以使用用于引入有用的有机基团的上述的硅烷偶联剂。
根据需要,可以对所得到的二氧化硅进行粉碎和分级以制备出最终产品,即,本发明的二氧化硅。
优选在二氧化硅中所含有的水被亲水性有机溶剂置换后,将进行了上述的水热处理的二氧化硅干燥。这抑制了干燥工序中的二氧化硅的收缩,并且制备出微孔容积大且微孔特性优异的二氧化硅。此现象据推测如下。
水热处理后的二氧化硅浆料中的液体成分主要是水。由于水与二氧化硅相互作用强,因此从二氧化硅完全去除水需要很大的能量。
在大量水分存在的条件下,干燥过程(例如,加热干燥)促进被加热的水与未反应的硅烷醇基反应,导致本发明的二氧化硅的结构发生变化。在所述结构变化之中,最显著的变化是二氧化硅骨架的缩合。该缩合产生局部具有高密度的二氧化硅区域。由于二氧化硅骨架具有3维结构,因此骨架的局部缩合(二氧化硅骨架的高密度化)影响由二氧化硅骨架构成的整个二氧化硅颗粒的微孔特性,结果导致颗粒的收缩以及微孔容积与微孔直径的收缩。
如果用亲水性有机溶剂替换二氧化硅浆料(含大量水)中的液体成分,则可以将所述二氧化硅浆料中的水去除。这样,可以抑制二氧化硅的收缩。
考虑到上述说明,在此使用的亲水性有机溶剂应当与水具有高度的可混合性。具体地说,优选显示出较高的分子内极性的溶剂。更优选介电常数为15以上的溶剂。
在上述的本发明的二氧化硅的制造方法中,优选在后续的干燥工序中去除亲水性有机溶剂,所述亲水性有机溶剂是用于除去水以得到纯度高的二氧化硅。这样,优选具有低沸点的亲水性有机溶剂。这样的溶剂可以利用干燥(例如,加热干燥、真空加热或减压加热等)容易地去除。亲水性有机溶剂的沸点通常为150℃以下,优选为120℃以下,更优选为100℃以下。
亲水性有机溶剂的实例包括诸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等醇类;诸如丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮等酮类;诸如乙腈等腈类;诸如甲酰胺、二甲基甲酰胺等酰胺类、醛类和醚类。其中优选醇类和酮类。特别优选甲醇、乙醇、丙醇等低级醇类和丙酮。在本发明的二氧化硅的制造中,这些亲水性有机溶剂可以单独使用一种,也可以任意组合和任意比例混合两种以上来使用。
如果可以去除水,则所使用的亲水性有机溶剂可以包含水。因为在亲水性有机溶剂中的水含量优选尽可能地少,所述水含量通常为20重量%以下,优选为15重量%以下,更优选为10重量%以下,最优选为5重量%以下。
在本发明的二氧化硅的制造中,对用上述的亲水性有机溶剂进行替换处理时的温度和压力没有限制。处理温度可以是任意的,但是通常为0℃以上,优选为10℃以上,并且通常为100℃以下,优选为60℃以下。处理时的压力可以为常压、加压或减压。
对与二氧化硅浆料接触的亲水性有机溶剂的量也没有限制。如果所使用的亲水性有机溶剂的量过少,则与水的替换速度太低。如果量过大,尽管提高了与水的替换速度,但是未发现与亲水性有机溶剂的用量相应的好处,导致经济上是不利的。总之,所使用的亲水性有机溶剂的量通常是二氧化硅的松体积的0.5~10倍。优选使用亲水性有机溶剂的替换操作应当重复几次以确保高替换百分率。
可以利用任意的方法来进行亲水性有机溶剂与二氧化硅浆料的接触,例如,在搅拌槽内搅拌二氧化硅浆料的同时添加亲水性有机溶剂的方法;将通过过滤由二氧化硅浆料回收的二氧化硅填充进填充塔并将亲水性有机溶剂通入该填充塔的方法;以及将二氧化硅浸渍在亲水性有机溶剂中并静置的方法。
使用亲水性有机溶剂的替换操作可以根据二氧化硅浆料的液体成分中的水含量分析结果来终止。例如,定时对二氧化硅浆料采样并进行水含量测定。可以在下述终点确定水含量,所述终点对应于如下水含量:通常为5重量%以下、优选为4重量%以下、更优选为3重量%以下。水分的测定方法可以利用任意方法测定,例如,卡尔费休法。
在使用亲水性有机溶剂的替换操作之后,将二氧化硅与亲水性有机溶剂分离,并干燥二氧化硅以制备出本发明的二氧化硅。它们可以使用任意的公知固液分离方法来分离。更具体地说,根据二氧化硅颗粒的尺寸,可以使用以下的固液分离方法将它们分离:例如,倾析、离心分离或过滤。这些方法可以单独使用一种,也可以以任意组合使用两种以上。
如上所述,在利用粉碎和分级等进行通常的造粒后,将所制造的二氧化硅用作颗粒状的二氧化硅。对所得到的二氧化硅的颗粒的形状没有限制,因而是任意的。例如,其形状可以为球状颗粒、具有任意形状的其他聚集体、细粉碎颗粒(破碎状)或聚集细粉碎颗粒的团粒。从成本方面考虑,优选可以容易地控制粒径的粉碎颗粒或由粉碎颗粒制备的团粒。进一步,可以将二氧化硅成型为蜂窝结构。可以根据其使用条件来设定二氧化硅的粒径。
可以使用任意的方法将二氧化硅粉碎和分级。例如,可以使用筛、重力分级机或离心分级机等将二氧化硅分级。
此外,可以使用任意的设备和装置将二氧化硅粉碎。所述设备和装置的实例包括,例如,球磨机(例如滚磨机、振动球磨机、行星式球磨机等)、搅拌磨(例如塔式粉碎器、搅拌槽型磨、流通管型磨、环隙式(环状)磨等)、高速旋转微粉碎机(例如筛磨、涡轮磨、离心式磨)、气流粉碎机(例如循环气流粉碎机、碰撞磨、流化床气流粉碎机)、剪切磨(例如捏合机、昂格磨(ong mills))、胶体磨和研钵等。其中,为了制造直径相对较小的二氧化硅(例如,2μm以下),更优选球磨机和搅拌磨。粉碎既可以利用湿式法进行也可以利用干式法进行。为了制造直径相对较小的二氧化硅,更优选湿式法。用于湿式法的分散介质即可以是水也可以是诸如醇等有机溶剂。根据其用途,分散介质可以是2种以上的混合溶剂。在某些情况下在超高压力或强剪切力下的长时间粉碎会损害二氧化硅的微孔特性。
在制造纤维用途的二氧化硅时,优选在湿式粉碎中使用小直径的珠子。更具体地说,珠子的直径通常为0.5mm以下,优选为0.3mm以下。因此,可以简单地将纤维用途的二氧化硅(为了制造树脂成型体而利用粘合剂树脂固定于作为基材的纤维上的二氧化硅)的粒径控制在优选的范围(上述的条件(i))内。
优选粉碎机的珠效率(每个珠子的粉碎处理量)尽可能地高。
如果利用上述方法制造的二氧化硅因粉碎等而成颗粒状,则可以利用公知的方法将所述二氧化硅的颗粒(一次颗粒)造粒,以形成颗粒(例如球状)或聚集体。即使不添加粘合剂树脂,也可以容易地通过干燥二氧化硅的水性浆料将一次粒径为2μm以下的二氧化硅变为聚集颗粒。但是,在很多情况中,对于大于2μm的颗粒的聚集,粘合剂树脂是必需的。由二氧化硅和粘合剂树脂构成的这些聚集体相当于本发明的树脂成型体。
在制造聚集颗粒时,可以使用多种粘合剂树脂。水溶性粘合剂树脂为,例如,糖、葡萄糖、玉米糖浆、明胶、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、其他的水溶性高分子、水玻璃和硅醇盐水解液(也可用作溶剂溶解性树脂)。溶剂溶解性粘合剂树脂为,例如,蜡、漆、虫胶和油溶性高分子。这些粘合剂树脂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。为了在不损害多孔特性的情况下制备二氧化硅,不优选使用粘合剂树脂。如果不得不使用粘合剂树脂,则其含量必须是最低限。而且,由于金属杂质会诱导二氧化硅的物理特性变化,优选使用金属杂质含量较少的高纯度粘合剂树脂。
如上所述,可以利用任意的方法进行二氧化硅的造粒(粉碎)。有代表性的方法的实例包括轧制法、流化床法、搅拌法、解碎法、压缩法、挤出法和喷射法。其中,为了制备具有受控的微孔特性的二氧化硅的颗粒,必须谨慎选择粘合剂树脂的种类、用量和纯度,将二氧化硅造粒时,不施加不必要的压力是重要的。
以上,说明了本发明的二氧化硅的制造方法的具体例子,但是本发明的二氧化硅的制造方法不应当限于此具体例子。
如上所述,本发明的二氧化硅可以含有其他成分。可以利用任意方法将其他成分加入到二氧化硅中。
例如,利用以下方法,可以将助剂引入到二氧化硅中:在包括在水热处理前掺杂助剂的本发明的二氧化硅的制造方法中,将作为原料的碱金属硅酸盐或硅醇盐水解,在凝胶化前将所得到的产物与助剂混合,并且对所得到的二氧化硅水凝胶进行水热处理。由此,可以制造出含有助剂的本发明的二氧化硅。在该应用例中,优选将硅醇盐与助剂的混合物水解后,可以对所得到的产物进行水热处理。
在通过硅醇盐的水解来制备二氧化硅水凝胶的工序中,体系内包含1种以上的助剂。对混合的形式没有限定,只要在不妨碍形成均匀的二氧化硅水凝胶的范围内即可。优选对硅醇盐的水解不具有强催化活性的助剂。此外,从制造高纯度的二氧化硅方面考虑,也优选使用高纯度的助剂。
可以使用任意的不妨碍形成均匀的二氧化硅水凝胶的方法来混合助剂。根据操作方法,可以将助剂与用于硅醇盐水解的水混合;可以将助剂与硅醇盐混合;或者可以将助剂与在水解后立即成为均匀溶液的水凝胶混合。或者,必要时,预先将助剂水解并且混合到上述任一体系中。反之,可以在硅醇盐部分水解后加入助剂。
在另一方法中,可以通过将助剂负载在调节微孔后的高纯度二氧化硅上,由此制造本发明的二氧化硅。在这种情况中,可以利用任意公知方法将助剂引入到二氧化硅微孔中,例如,通过作为催化剂制备方法而公知的浸渍法。所述方法的实例包括吸附法、孔填充法、初期湿润(incipient wetness)法、蒸干法、喷雾法和干燥浓缩法。当负载吸湿助剂作为助剂时,由于吸湿助剂附着在微孔外的部位上,因此该吸湿助剂的大颗粒沉积。由于这导致吸湿特性降低,特别优选的方法是孔填充法,该方法可以防止吸湿助剂的水溶液溢出到微孔外。
在这种情况中,也可以利用上述方法将助剂负载在以下二氧化硅上,所述二氧化硅是通过将硅醇盐水解而没有老化,然后进行水热处理而制备的。对这种方式没有限定,只要助剂可以维持其功能即可。从制备高纯度的二氧化硅方面考虑,优选使用高纯度的助剂。
可以对二氧化硅载体进行表面改性以改变其亲水性或疏水性、表面活性和酸性。可以利用上述方法中的任意一种将助剂引入。优选通过负载引入,这是因为其可以确保对微孔的控制和在助剂的选择方面的广泛灵活性。
在此说明的将助剂引入二氧化硅中的方法也可适用于将上述的吸湿助剂等引入二氧化硅的情况。
此外,在二氧化硅上含有和/或负载有用的外来元素或它们的化合物作为其他成分的方法与上述的助剂的引入方法类似。
除不使用助剂而使用二氧化硅偶联剂(或者有机基团引入试剂)外,例如,可以如在上述的助剂的引入方法中那样,将作为其他成分之一的有用的有机基团引入二氧化硅。
更具体地说,在将助剂引入到二氧化硅中的情况中,硅醇盐水解前,将包含替换助剂的上述有用的有机基团的硅烷偶联剂(或者有机基团引入试剂)混合,然后进行凝胶化。使用所得到的二氧化硅水凝胶,从而可以利用水热处理来制造含有有机基团的二氧化硅。
此方法的另一优选的用途为硅醇盐和硅烷偶联剂或有机基团引入试剂的混合物的水解。在此方法中,难以使用由于水分而失活的有机基团引入试剂。
在通过硅醛(silicon aldehyde)的水解而制备二氧化硅水凝胶的工序中,可以将1种以上的硅烷偶联剂和有机基团引入试剂在体系内混合。如上所述,对于有机基团引入试剂的种类和量等没有限定,只要在不妨碍形成均匀的二氧化硅水凝胶的范围内即可。可以使用任意种类的硅烷偶联剂和有机基团引入试剂,只要这些试剂本身或反应的分解生成物不妨碍均匀的水凝胶的形成即可。从制备高纯度的硅胶方面考虑,高纯度的硅烷偶联剂和有机基团引入试剂也是优选的。
此外,对硅烷偶联剂和有机基团引入试剂的混合方法没有限定,只要是不妨碍形成均匀的二氧化硅水凝胶的方法即可。更具体地说,根据操作方法,可以将硅烷偶联剂和有机基团引入试剂混合到用于硅醇盐水解的水中,或者可以混合到硅醇盐中,或者可以在水解后立即混合到均匀的水溶胶溶液中。或者,可以在将硅烷偶联剂和有机基团引入试剂混合到上述体系中之前,预先将它们水解,或者可以在硅醇盐部分水解后,混合硅烷偶联剂或有机基团引入试剂。
或者,将含有想要的有用的有机基团的化合物负载在对微孔进行控制后的高纯度二氧化硅上,由此可以制造含有有机基团的二氧化硅。在这种情况中,通过作为例如用硅烷偶联剂来处理无机粉末的方法而公知的任意方法将硅烷偶联剂和有机基团引入试剂引入到二氧化硅的微孔中。所述方法的实例包括湿式处理法(水性溶剂体系、非水性溶剂体系)、干式处理法、浆料法、喷雾法和干燥浓缩法。
如上所述,可以利用上述方法将有用的有机基团引入硅胶,所述硅胶是硅醇盐水解后,在没有老化的情况下进行水热处理而制备的。如果随后负载目标有机基团,则可以对高纯度硅胶载体进行前处理。例如,可以对来自于上述原料的碳成分进行煅烧去除、为了控制表面状态而进行煅烧以及与无机酸一起进行煮沸处理。
<1-1-4.其他>
以上说明的本发明的二氧化硅具有受控的结构特性,例如,较大的微孔容积和较大的比表面积,并且因此显示出优异的吸附/脱附能力,例如,吸附放热性、调湿性、冷却效果、保水性、药物缓释性、吸附性以及抗菌性。使用诸如上述的吸湿助剂等助剂可以进一步增强目标特性。
此外,由于以下理由,本发明的二氧化硅具有优异的调湿功能。
二氧化硅在高湿度下吸附过多的水蒸气,但是在低湿度下将所吸附的水蒸气放出。在设定为3nm~5nm的平均微孔直径的条件下,可以将体系内的湿度调整到与平均微孔直径对应的湿度(居住环境中,40%~60%的舒适的湿度区域)。在设定为5nm~10nm的平均微孔直径的条件下,吸附高湿度(60%~90%)下的水蒸气,并且例如在运动后,可以在高湿度下抑制衣服内的潮气。利用水蒸气对二氧化硅的吸附等温线可以评价调湿功能。即使微孔直径分布较宽,也应当将微孔的众数直径(Dmax)调整到上述的范围内,以达到将吸湿量最大化的微孔容积。
相对蒸气压(P/P0)与微孔半径r(nm)之间相互关系由下式(2-1)的开尔文等式表示,相对蒸气压(P/P0)为吸附物质(在此为水蒸气)因毛细管凝缩而开始急速地被吸附在二氧化硅上时的相对蒸气压(P/P0)[在此,吸附物质为水蒸气,且(P/P0×100)与相对湿度(%)对应]。
ln(P/P0)=-(2Vmγcosθ)/(rRT) (2-1)
在上式(2-1)中,Vm为吸附物质的摩尔体积,γ为吸附物质的表面张力,θ为吸附物质的接触角,R为气体常数,T为吸附物质的绝对温度(K)。
如果吸附物质为水蒸气并且温度T=298K(=25℃),则摩尔体积Vm=18.05×10-6m3/mol,表面张力γ=72.59×10-3N/m。在气体常数R=8.3143J/deg·mol且接触角θ=0时,上式(2-1)可以由下式(2-2)表示:
ln(P/P0)=-1.058/r (2-2)
上式(2-2)显示,对于微孔半径r(nm)的二氧化硅,当相对蒸气压(P/P0)为exp(-1.058/r)时,水蒸气因毛细管凝缩而被急速地吸附在二氧化硅的微孔内。
水蒸气开始吸附在二氧化硅的微孔上时的相对蒸气压(P/P0)及相对湿度主要取决于该微孔直径2r(nm)。将微孔的众数直径(Dmax)控制在上述的范围内以便微孔容积使吸湿量达到最大,这使吸湿能够对湿度变化进行迅速响应并且确保了充分的吸湿量。
由于本发明的二氧化硅具有硅氧烷键角变形较少的均匀稳定结构,因此即使将所述二氧化硅置于苛刻环境下(例如,高温和高湿下),诸如微孔特性等物理特性也不会显著变化。这样,本发明的二氧化硅具有以下优点:在长期使用或反复利用加热的再生工序后,微孔特性以及吸附/脱附活性的劣化得到抑制。
本发明的二氧化硅的特征在于,与具有相近微孔直径的其他二氧化硅相比较,本发明的二氧化硅具有相对较高的微孔容积和高比表面积,并且显示出对吸附物质的优异的吸附能力和高吸附容量。关于其他的二氧化硅的调湿性,当在高湿度下二氧化硅的吸湿能力饱和时,在二氧化硅上形成结露,导致二氧化硅的吸湿功能丧失。相反,本发明的二氧化硅可以以较少的量有效地控制湿度。
由于本发明的二氧化硅为无定形,因此生产率极高。
[1-2.树脂]
包含在本发明的涂布用组合物中的粘合剂树脂(在此,称为“本发明的粘合剂树脂”)具有以下特征:
(a)为亲水性的(与羟值相关的特征):
本发明的粘合剂树脂优选为亲水性的。在本发明中,亲水性粘合剂树脂具有以下优点:防止在组成中所含有的无机多孔体的聚集,即使该无机多孔体沉降,无机多孔体的沉降物也可容易地再分散;以及可以制备出具有较高亲水性表面的树脂成型体。粘合剂树脂的“亲水性”是指包含在主链或者任意侧链上具有羟基的聚合物的树脂。此外,在使用多种粘合剂树脂的情况中,只要粘合剂树脂的混合物作为整体显示出亲水性即可。
优选本发明的粘合剂树脂的固体成分的羟值通常为5mgKOH/g以上,优选为8mgKOH/g以上,更优选为10mgKOH/g以上,并且通常为80mgKOH/g以下,优选为65mgKOH/g以下,更优选为50mgKOH/g以下。更低的粘合剂树脂的羟值会导致在涂布用组合物中无机多孔体的分散不稳定、导致树脂成型体的耐擦伤性降低以及导致与基材的粘合性降低。更高的粘合剂树脂的羟值会导致树脂成型体的耐水性降低。在使用多种粘合剂树脂的情况中,只要粘合剂树脂的混合物的总羟值满足上述范围即可。
可以根据JISK1557的“6.4羟值”测定粘合剂树脂的羟值。更具体地说,将邻苯二甲酸酐的吡啶溶液(浓度约140g/1L)用作酯化试剂,将粘合剂树脂的羟基酯化后,用0.5N氢氧化钠水溶液滴定过量的试剂,从而求出粘合剂树脂中的羟值。
对于不能适用上述方法的样品,作为替代方法,可由包含在粘合剂树脂的聚合物中的各单体单元的分子量和组成比,使用下式计算出羟值。
∑(m×χm)/∑(Mwn×χn)×56,11×1000
在上式中,
Mwn:各单元的分子量;
χn:单体单元的摩尔分数;
m:在1个含羟基的单体单元中所含有的羟基摩尔数;
χm:含羟基的单体单元的摩尔分数,以及
56.11:氢氧化钾的分子量。
其他方法包括基于利用1H-NMR波谱得到的单元的构成、组成比的计算值的确定方法以及基于由IR(红外)光谱作出的OH吸收峰的峰强度和校准曲线的确定方法。
(b)与玻璃化转变温度(Tg)相关的特征:
如果无机多孔体的微孔被浸入的粘合剂树脂填充,则吸附/脱附能力将降低。在本发明的涂布用组合物(也在包含该涂布用组合物的本发明的树脂成型体)中,本发明的粘合剂树脂不填充无机多孔体的微孔。
因此,本发明的粘合剂树脂的玻璃化转变温度Tg通常为-5℃以上,优选为0℃以上,通常为40℃以下,优选为35℃以下。更低的Tg会导致粘合剂树脂的强度降低,这会引起树脂成型体的吸湿性的降低以及粘性等物理特性和处理性恶化。更高的Tg会导致粘合剂树脂的强度过高,这会引起树脂成型体的破裂和剥离。
(c)为合成树脂:
对本发明的粘合剂树脂的种类没有限制,只要其满足上述特征即可,并且优选合成树脂。合成树脂的实例包括诸如硝基纤维素、醋酸纤维素、丁酸醋酸纤维素等酯化纤维素;诸如甲基纤维素、乙基纤维素等醚化纤维素;诸如聚酰胺树脂、氯化乙烯/乙酸乙烯酯共聚树脂、乙烯/乙酸乙烯酯共聚树脂或者丙烯酸树脂等热塑性树脂。其他实例包括诸如醇酸树脂、氨基醇酸树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、三聚氰胺-脲树脂、酚醛树脂、间苯二酚树脂、呋喃树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯并咪唑和聚苯并噻唑等热固化性树脂。
进一步的实例包括:油脂、诸如熟油、熟亚麻籽油、桐油熟油(woodstand oil)、油性酚醛树脂、顺丁烯二酸油等加工油脂;诸如干性油改性邻苯二甲酸酯树脂、非干性油改性邻苯二甲酸酯树脂、改性醇酸树脂、环氧-脂肪酸酯树脂、环氧-醇酸树脂、油改性聚氨酯树脂等油改性邻苯二甲酸酯树脂或脂肪酸改性邻苯二甲酸酯树脂;诸如不饱和聚酯树脂、氟改性聚酯树脂、硅酮改性聚酯树脂、氨基甲酸酯改性聚酯树脂等聚酯树脂;硅酮改性树脂;丙烯酸硅酮改性树脂;含氟树脂;和无机树脂。
此外,苯乙烯-马来酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧酯树脂和聚胺树脂也可用作粘合剂树脂。
如后所述,在组合使用有机溶剂和水或水性溶剂(亲水性溶剂)的情况中,优选的粘合剂树脂的实例为诸如聚酯类弹性体、聚氨酯、热反应性聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、异氰酸酯树脂、聚乙烯醇树脂、聚丙烯酸乳液、改性硅酮树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂和高分子胶乳等聚合物。
从粘合性方面考虑,粘合剂树脂应当优选为归类于高分子胶乳的树脂。高分子胶乳的实例为合成树脂胶乳。
合成树脂胶乳的实例包括聚氨酯胶乳、丙烯酸树脂胶乳、聚乙酸乙烯酯胶乳和它们的改性产物和共聚物。因此,在这种情况中的粘合剂树脂为,例如,聚氨酯、丙烯酸树脂、聚乙酸乙烯酯以及它们的改性产物和共聚物。
下面,对作为代表性的合成树脂胶乳的丙烯酸胶乳进行更详细的说明。
优选的丙烯酸树脂胶乳为主要由(甲基)丙烯酸酯构成的聚合物乳液。作为在该聚合物乳液中的粘合剂树脂的主成分的(甲基)丙烯酸酯的实例包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯。共聚性烯键式不饱和单体可与该主成分一起使用。这样的单体的实例包括苯乙烯、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酸酰胺、N-羟甲基丙烯酸酰胺、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、氯化乙烯、偏二氯乙烯、(甲基)丙烯酸、衣康酸、富马酸、巴豆酸和马来酸。
在与这些单体组合使用的情况中,主成分(即,(甲基)丙烯酸酯)的含量应当优选为50重量%以上。此外,应当优选由乳液聚合法制备的丙烯酸树脂。例如,在经氮气置换的反应容器中,将水、烯键式不饱和单体、乳化剂(例如,十二烷基苯磺酸钠或聚氧乙烯烷基醚)和自由基聚合引发剂混合,然后在搅拌混合物的同时加热到预定的温度,由此将树脂聚合。可通过调整乳液聚合时的乳化剂的浓度来控制丙烯酸树脂的粒径。
玻璃化转变温度Tg为-5℃~40℃的粘合剂树脂的实例包括丙烯酸树脂、丙烯酸-氨基甲酸酯树脂、聚氨酯树脂和苯乙烯-丙烯酸树脂。
上述粘合剂树脂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
具体地说,本发明的粘合剂树脂应当优选水性化阴离子树脂。在此,“水性化”的树脂是指利用亲水性溶剂改性的树脂。水性化易于赋予树脂组合物亲水性并且易于提高防结露效果。由于可以有效地利用微孔,也可以提高调湿性。另外的优点是改善了粘合性和柔软性。水性化阴离子树脂的实例包括聚酯树脂、丙烯酸-氨基甲酸酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、苯乙烯-丙烯酸树脂和乙酸乙烯酯-丙烯酸树脂。
(d)其他:
任意的满足上述要求的粘合剂树脂均可用于本发明。但是,为了防止粘合剂树脂填充无机多孔体的微孔,优选使用的粘合剂树脂为如下的粘合剂树脂:当粘合剂树脂为可流动的状态时,换言之,粘合剂树脂为液体状态时或为在任意溶剂中的溶液或分散液时(例如,在溶剂中的无机多孔体和粘合剂树脂的涂布用组合物),该树脂不浸入二氧化硅的微孔内。由此,在制造树脂成型体(本发明的树脂成型体)的过程中,粘合剂树脂不填充无机多孔体的微孔,使无机多孔体的吸附/脱附能力提高。
一般而言,本发明的涂布用组合物中的粘合剂树脂的平均树脂粒径优选大于一起使用的无机多孔体的微孔众数直径。更具体地说,粘合剂树脂的平均树脂粒径为无机多孔体的微孔众数直径的1倍以上,优选为至少1.1倍以上,更优选至少1.2倍以上。
粘合剂树脂的平均树脂粒径应当优选小于一起使用的无机多孔体的众数粒径。更具体地说,粘合剂树脂的平均树脂粒径为无机多孔体的众数粒径的1倍以下,优选0.95倍以下,更优选0.9倍以下。
例如,粘合剂树脂的平均树脂粒径应当通常优选为5nm以上,优选为10nm以上,并且通常为10μm以下,优选为1μm以下。当粘合剂树脂的平均树脂粒径小于此值时,粘合剂树脂易于浸入无机多孔体的微孔,并且无机多孔体的分散液不稳定,会导致无机多孔体的沉降。当粘合剂树脂的平均树脂粒径大于所述上限时,在一些情况中,无机多孔体的分散液不稳定。
由于如上所述,粘合剂树脂的分散状态取决于溶剂的种类,因此可以使用任意的具有适于分散状态的分子量的粘合剂树脂。例如,为了防止处于可流动状态的粘合剂树脂浸入无机多孔体的微孔,粘合剂树脂的分子量通常为10000以上,优选为20000以上,更优选为30000以上,最优选为35000以上,并且通常为1000000以下,优选为800000以下,更优选为500000以下。当粘合剂树脂的分子量为10000以上时,粘合剂树脂不填充无机多孔体的微孔。当分子量为1000000以下时,粘合剂树脂赋予涂布用组合物适当的粘度,从而使涂布用组合物保持优异的处理性,所述涂布用组合物包含无机多孔体、粘合剂树脂和溶剂。
为了防止处于可流动状态的粘合剂树脂浸入无机多孔体的微孔,由“粘合剂树脂的分子量/无机多孔体的微孔众数直径(Dmax)”表示的粘合剂树脂的分子量与无机多孔体的微孔众数直径(Dmax)的比值(其中,无机多孔体的微孔众数直径(Dmax)的单位“nm”)通常为200以上,优选为2500以上,更优选为3000以上,最优选为35000以上,并且通常为500000以下,优选为100000以下,更优选为50000以下。因此,粘合剂树脂不填充无机多孔体的微孔,并且粘合剂树脂赋予涂布用组合物适当的粘度,从而使涂布用组合物保持优异的处理性,所述涂布用组合物包含无机多孔体、粘合剂树脂和溶剂。
尽管粘合剂树脂处于可流动状态,但是粘合剂树脂不侵入无机多孔体的微孔内,对其理由说明如下。
为了防止处于可流动状态的粘合剂树脂浸入无机多孔体的微孔,控制粘合剂树脂的平均树脂粒径,以使其大于无机多孔体的微孔的孔径。在此,“粘合剂树脂的平均树脂粒径”是指涂布用组合物中的粘合剂树脂的分子的直径。或者,当粘合剂树脂作为聚集的颗粒(例如,聚集体和胶体)溶解或分散于有机溶剂或水性溶剂等溶剂中时,“粘合剂树脂的平均树脂粒径”是指聚集的颗粒的平均粒径。
同时,粘合剂树脂的平均树脂粒径(尺寸)与粘合剂树脂的分子量有关。众所周知,分子量大的粘合剂树脂具有较大直径。因此,为了选择具有不浸入无机多孔体的微孔的合适大小的粘合剂树脂,粘合剂树脂应当具有在预定的范围内的分子量。
因此,分子量处于上述范围内的粘合剂树脂或者粘合剂树脂的分子量与无机多孔体的微孔众数直径(Dmax)的比值处于上述范围内的粘合剂树脂具有大到不能浸入无机多孔体(特别是,本发明的二氧化硅)的微孔的直径。结果,即使粘合剂树脂处于可流动的状态,粘合剂树脂也不能浸入无机多孔体内。总之,粘合剂树脂不会填充无机多孔体的微孔。
粘合剂树脂的分子量可以通过如下方式测定,例如,GPC(凝胶渗透色谱)或粘合剂树脂溶液的粘度测定。
通常可以使用下式由固体状态的粘合剂树脂的密度a(g/ml)和粘合剂树脂的分子量M计算出固体状态的粘合剂树脂的平均树脂粒径D(nm)。
[式1]
可以由光散射强度来测定溶解或分散于溶剂中的粘合剂树脂的平均树脂粒径,所述光散射强度是使用多角光散射(multi-angle light scattering,MALS)检测器,利用激光照射溶剂,从溶剂中得到的。或者,可以利用以下方法测定粘合剂树脂的平均树脂粒径:通过透过型电子显微镜观察粘合剂树脂的方法、通过溶解或分散有粘合剂树脂的溶剂的浊度(turbidity)的方法或者通过毛细管流体动力分馏(CHDF)的方法。
当粘合剂树脂溶解或分散在溶剂中时,在高浓度下,粘合剂树脂的聚合物链具有球状构型,该构型具有接近于固体状态的分子尺寸。
通常,当粘合剂树脂不溶于溶剂时,粘合剂树脂的聚合物链收缩成球状。相反,粘合剂树脂不以单分子的形式存在,但在溶液中,可以以大量的多条缠绕或溶胀的分子形式存在。因此,即使由分子量计算出的粘合剂树脂的平均树脂粒径小于无机多孔体的微孔众数直径(Dmax),在一些情况中,在溶剂中粘合剂树脂也不浸入无机多孔体的微孔内。例如,平均分子量为95000的丙烯酸树脂的直径(分子尺寸)为6nm。然而,其不会阻塞微孔众数直径(Dmax)为15nm的无机多孔体的微孔。
在溶液中的粘合剂树脂的分子尺寸取决于粘合剂树脂在溶剂中的溶解度。但是,在任意状态中,如果粘合剂树脂的分子量与无机多孔体的微孔众数直径(Dmax)的比值在上述范围内,或者如果粘合剂树脂的分子量在上述范围内,则粘合剂树脂将不会填充无机多孔体的微孔。
在粘合剂树脂在溶剂(特别水性溶剂)中形成乳液(其中,粘合剂树脂以胶体状态存在)的情况中,乳液中的粘合剂树脂(胶体)以大量聚集的分子结构存在,从而被表面活性剂(保护性胶体)稳定化,并且具有不能浸入无机多孔体的微孔的尺寸。即,粘合剂树脂的平均树脂粒径(在此,乳液中的粘合剂树脂的胶体的平均粒径)大于无机多孔体的微孔众数直径。
即使粘合剂树脂的分子量在上述的范围以外,无论粘合剂树脂的分子量大小是多少,粘合剂树脂的胶体的尺寸也会大到不浸入无机多孔体的微孔。因此,在稳定的粘合剂树脂的胶体中,粘合剂树脂不会浸入无机多孔体的微孔。
乳液中的粘合剂树脂的胶体的稳定性与其玻璃化转变温度Tg有关。因此,通过使用具有有助于胶体稳定的玻璃化转变温度Tg的粘合剂树脂,可以在包含溶剂的乳液中防止粘合剂树脂浸入无机多孔体的微孔。例如,在溶剂中的乳液中,玻璃化转变温度Tg通常为-5℃~40℃的粘合剂树脂不会浸入无机多孔体(特别是,本发明的二氧化硅)的微孔。
进一步,玻璃化转变温度Tg为-5℃以上的粘合剂树脂具有适当的强度。通过将无机多孔体和该粘合剂树脂的组合物(例如,本发明的涂布用组合物)成型而制备的本发明的树脂成型体显示出高吸湿能力、无粘性的优异的物理特性和处理性,以及对无机多孔体的高分散性。玻璃化转变温度Tg为40℃以下的粘合剂树脂具有适度的硬度。通过将由无机多孔体和该粘合剂树脂构成的组合物(例如,本发明的涂布用组合物)成型而制备的本发明的树脂成型体不会使无机多孔体从成型体脱离并且显示出良好的美观性。
根据分散颗粒的直径,将乳液分为胶态分散液(粒径10nm~50nm)、乳液(50nm~500nm)和悬浮液(0.5μm~10μm)。
粘合剂树脂的高交联度还会导致粘合剂树脂的平均树脂粒径变大。因此,高交联度的粘合剂树脂是优选的。在本发明的涂布用组合物的制造过程中或制造后,应当优选添加用于使粘合剂树脂交联的交联剂。此外,粘合剂树脂的交联度可以通过在有机溶剂中的溶解性来测定。
[1-3.溶剂]
包含在本发明的涂布用组合物中的溶剂(以下,称为“本发明的溶剂”)具有以下特征。
本发明的溶剂由至少一种有机溶剂组成。有机溶剂可以单独使用任意一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。可以将一种以上的有机溶剂与其他的溶剂(例如,一种以上的水性溶剂)混合。以下,将依次说明有机溶剂和水性溶剂。
[1-3-1]有机溶剂:
在本发明中,使用至少一种有机溶剂作为溶剂。涂布用组合物的粘度和粘合剂树脂的平均树脂粒径随溶剂的种类不同而变化。使用有机溶剂、特别是诸如醇等亲水性溶剂作为溶剂导致粘合剂树脂的平均树脂粒径变小。因此,无机多孔体均匀分散到溶剂中,没有无机多孔体的沉降和聚集。不使用有机溶剂而仅使用水作为溶剂,不能使粘合剂树脂分散,导致无机多孔体产生沉降和聚集并且导致由于干燥速度慢而涂布性、涂布面外观较差。
对有机溶剂的种类没有限制,并且可以使用任意的公知有机溶剂。如上所述,当粘合剂树脂的平均树脂粒径与无机多孔体的众数粒径及微孔众数直径(Dmax)的比值处于上述预定的范围内时,粘合剂树脂不会浸入无机多孔体的微孔,因此可以可靠地制造本发明的树脂成型体。
在有机溶剂中,优选使用难以浸入无机多孔体的微孔的有机溶剂(例如,对无机多孔体具有较大的接触角的有机溶剂),这是因为这些有机溶剂在涂布用组合物中防止粘合剂树脂浸入无机多孔体的微孔。
优选有机溶剂可以是对粘合剂树脂的不良溶剂或者或者可以包含不良溶剂。不良溶剂可以溶解粘合剂树脂,并不将粘合剂树脂的聚合物链在有机溶剂中解缠绕(即,保持缠绕构型),从而防止粘合剂树脂浸入无机多孔体的微孔内。
从防止粘合剂树脂的聚合物链解缠绕方面考虑,优选使用高粘度的有机溶剂。但是,使用这样的有机溶剂会妨碍例如涂布操作。
可以使用的有机溶剂的实例包括,诸如新戊烷、正己烷、正庚烷、芳烃类溶剂(Solvesso)等链状烃;诸如甲苯、二甲苯等芳香烃、诸如三氯乙烯、全氯乙烯等卤化烃;诸如甲醇、乙醇、异丙醇、1-丁醇等醇类;诸如丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮等酮类;诸如乙酸乙酯、乙酸正丁基等酯类;诸如溶纤剂、丁基溶纤剂、乙酸溶纤剂等醚类;和矿物精油(烃油)。
上述有机溶剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
在这些有机溶剂中,优选的是亲水性有机溶剂。术语“亲水性有机溶剂”是指具有亲水性的有机溶剂。亲水性有机溶剂以平衡的方式良好地分散在水相和树脂相中,并且可以优化粘合剂树脂的聚集体的尺寸。亲水性有机溶剂的实例包括醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)、酮类(丙酮、甲基乙基酮、二丙酮醇等)、二醇类(乙二醇、丙二醇单甲醚等)和酯类(乙酸乙酯、乙酸溶纤剂、丁基溶纤剂乙酸酯等)等。其中,特别优选甲醇、乙醇和甲基乙基酮。
[1-3-2]水性溶剂:
在组合使用有机溶剂和水性溶剂的情况中,对水性溶剂的种类没有限制,并且可以使用任意的公知水性溶剂。可使用的水性溶剂的实例为水和各种水性溶液。在这些水性溶剂中,优选水。当混合水时,优选使用去离子水。
作为本发明的溶剂,优选单独使用亲水性有机溶剂或者二种以上混合使用,或者将一种以上的亲水性有机溶剂与水混合使用。
如上所述,当粘合剂树脂的玻璃化转变温度Tg在上述预定的范围内时,粘合剂树脂可以以胶体形式存在并且不浸入无机多孔体的微孔,因此可以可靠地制造本发明的树脂成型体。当本发明的涂布用组合物存在于有机溶剂和水性溶剂的混合溶剂的水性乳液中时,如上所述,预计可以认为分散状态的粘合剂树脂的平均树脂粒径(树脂尺寸)大于无机多孔体的微孔直径,从而可以防止粘合剂树脂浸入无机多孔体的微孔内。当粘合剂树脂的平均树脂粒径过大时,如上所述,因分散不足而导致无机多孔体的沉降和聚集。因此,必须控制有机溶剂和水性溶剂的比例,以得到适当的平均树脂粒径。
作为使用水性溶剂的另一个优点,不需要设备的防爆化,或可以简化防爆化的设备。
再另一个优点是可以减少使用和产生对环境有害的物质。即使难以将体系完全密闭,也可以防止有机溶剂的挥发。
如下所述,使用水性溶剂的额外效果是,本发明的树脂成型体成型后的树脂成型体中残存的有机溶剂的量得到降低,并且粘合力得到提高。
在使用有机溶剂和水性溶剂的粘合剂树脂的水性乳液中,优选使用水性乳液,根据作为应用本发明的涂布用组合物的对象的基材的种类、用途和使用环境,所述水性乳液可优化出现水性乳液的凝固特性的温度。因此,可以将本发明的涂布用组合物施用到非耐热性的基材上。此外,在水性乳液凝固时的温度下,当在搅拌的同时加热包含各种添加剂的乳液时,乳液丧失流动性并凝固。可以通过例如加入降低露点的添加剂来控制凝固温度。
在制造涂布用组合物(同时使用有机溶剂和水性溶剂)的水系乳液的情况中,优选无机多孔体而非粘合剂树脂应当预先分散在水性溶剂中。用水填充无机多孔体的微孔并稳定化,而随后加入的粘合剂树脂也在微孔的外部稳定化。在混合这些稳定化的物质的过程中,粘合剂树脂将不会解开成单根聚合物链,并且因此将不会浸入无机多孔体的微孔内。
在组合使用有机溶剂和水性溶剂的情况中,相对于溶剂的总量,有机溶剂的比例通常为5重量%以上,优选为20重量%以上,更优选为30重量%以上。如果有机溶剂的比例过少,则达不到使用有机溶剂所产生的上述效果。
使用有机溶剂可以提高分散性和与基材的粘合性。为了提高粘合性,通过使用5重量%左右的少量的有机溶剂来将基材部分地溶胀或溶解以发挥出固着效果。使用20重量%以上的有机溶剂可以提高分散性。有机溶剂和水性溶剂之间的沸点差导致形成外观较差和强度较低的树脂成型体。因此,应当避免具有高沸点的有机溶剂。
[1-4.其他成分]
除上述的无机多孔体、粘合剂树脂和溶剂以外,根据需要,本发明的涂布用组合物还可以包含其他成分(添加剂)。根据用途,除无机多孔体和粘合剂树脂以外,本发明的涂布用组合物和包含本发明的涂布用组合物的本发明的树脂成型体还可以包含增塑剂、稳定剂、表面活性剂、交联性物质(交联剂)、填充剂(填料)、着色剂(色料)、pH调节剂、阻燃剂、导电剂、固化剂、颜料分散剂、乳化剂、干燥剂、消泡剂、防腐剂、抗冻剂、增稠剂、发热助剂、吸湿助剂和增强纤维(玻璃纤维、碳纤维和可用作基材的纤维)。所述组合物进一步还可以适量包含诸如消臭剂、抗菌剂、功能性药剂等其他成分。这些其他成分可以在本发明的涂布用组合物的任意的制造工序中混合,或者在使用所述组合物的树脂成型体的制造工序中混合。或者,可以在制造本发明的涂布用组合物之前,预先将这些其他成分负载在无机多孔体的微孔内。或者,可以通过例如浸渍将这些其他成分加入到本发明的涂布用组合物或本发明的树脂成型体中。
下面将具体说明其中的代表性的添加剂。
例如,为了着色,本发明的涂布用组合物或本发明的树脂成型体可以包含色料。此外,色料可与本发明的涂布用组合物混合,或者可以预先与无机多孔体混合以将无机多孔体着色。可以使用任意的公知色料。例如,可以使用无机颜料、有机颜料以及染料。
无机颜料的实例包括诸如粘土、硫酸钡、碳酸钙、云母、云母状氧化铁和黄土等天然无机颜料;诸如铅白、铅丹、铅黄、银朱、群青颜料、铁蓝颜料、氧化钴、二氧化钛、二氧化钛被覆云母、铬酸锶、钛黄、钛黑、炭黑、石墨、铬酸锌、铁黑、钼橙、钼白、氧化铅和锌钡白等合成无机颜料;诸如铝、金、银、铜、锌和铁等金属。
此外,有机颜料的实例包括通过利用染料将体质颜料(body pigment)染色并通过添加沉淀剂而制备的染料色淀;诸如可溶性偶氮、不溶性偶氮、缩合偶氮等偶氮颜料;酞菁颜料;亚硝基颜料;硝基颜料;碱性染料类颜料;酸性染料类颜料;瓮染料类顏料;和媒染料类颜料。
其他可以使用的色料的实例包括粒状、沙状和粉末状的玻璃、诸如离聚物、AS、ABS、乙烯-氯化乙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚酰胺、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚丁二烯和聚丙烯等热塑性树脂(塑料)、诸如环氧树脂、二甲苯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰亚胺、聚氨酯、马来酸树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂等热固化性树脂。这些既可以是已着色的物质也可以是未着色的物质。
此外,上述的色料可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
本发明的涂布用组合物可以包含表面活性剂以将所述组合物转变成乳液。可以任意使用各种公知的表面活性剂而没有限制。所述表面活性剂的实例包括诸如三聚磷酸钠、四磷酸钠、六偏磷酸钠等三聚磷酸盐、诸如烷基萘磺酸钠和烷基苯磺酸钠等烷基芳基磺酸盐、诸如聚丙烯酸钠、聚乙烯醇和苯乙烯-马来酸共聚物等合成高分子、诸如甲基纤维素、羟基乙基纤维素和羧甲基纤维素等纤维素衍生物、诸如聚氧乙烯苯酚醚、聚氧丁烯苯酚醚等聚氧亚烷基芳基醚。
此外,上述的表面活性剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
例如,可以混合pH调节剂。使用pH调节剂可以在下述体系中稳定本发明的涂布用组合物中的粘合剂树脂,所述体系同时包含高分子胶乳和无机多孔体,所述高分子胶乳例如为作为粘合剂树脂在碱性区域(通常pH8~10)中被稳定化的丙烯酸树脂胶乳,所述无机多孔体在水性溶剂中为酸性。可以使用任意的公知pH调节剂,例如,氨水。
此外,pH调节剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
例如,可以添加阻燃剂。可以适当地使用各种公知的阻燃剂,例如,无机阻燃剂和有机阻燃剂。公知的阻燃剂的实例包括锑化合物、磷化合物、氯化合物、溴化合物、胍化合物、硼化合物、铵化合物、溴二芳基氧化物和溴化丙二烯。更具体的实例包括三氧化锑、五氧化锑、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸三酯、亚磷酸酯、鏻盐、磷酸三酰胺、氯化烷烃、得克隆(Dechlorane)、溴化铵、四溴双酚A、四溴乙烷、盐酸胍、碳酸胍、磷酸胍、磷酸脒基脲、四硼酸钠十水合物(硼砂)、硫酸铵、氨基磺酸铵、十溴二苯基氧化物、六溴苯基氧化物、五溴苯基氧化物和六溴代苯。
此外,阻燃剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
另外,例如,可以混合导电剂和抗静电剂。可以适当地使用各种公知的导电剂,例如,诸如导电性炭黑、聚乙炔、聚吡咯等导电性高分子;诸如铜、铝、不锈钢等金属粉末;诸如碳纤维和金属纤维等导电性纤维物质;阴离子、阳离子、非离子抗静电剂;和季铵化合物。
此外,这些导电剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
例如,可以混合填充剂(填料)。可以适当地使用各种公知的填充剂。所述填充剂的实例为诸如坡缕石等含水硅酸镁粘土矿物;以及诸如活性炭、活性碳纤维、合成沸石和方石英等多孔性吸附材料。
此外,填充剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
当将本发明的涂布用组合物涂布到树脂成型体(本发明的树脂成型体)时,有机填料可以提高树脂成型体的空隙量。
在此,“有机填料”是有机细微粉末或有机纤维并且既包括天然产品又包括合成产品。天然有机填料的实例包括木粉、壳纤维和棉花。合成有机填料的实例包括人造纤维、赛璐玢、尼龙纤维、聚丙烯腈、聚乙烯、聚酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯和芳香族聚酰胺。这些填料可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
有机填料可以具有各种形状,例如粉末状、纤维状、簇状和层状。特别是,通过纤维的相互缠绕,纤维状的有机填料可以形成含有大量微孔的结构。此外,本说明书中,“纤维状”的有机填料是指其长径比通常为1.5以上、优选为2.0以上的有机填料。此外,“长径比”表示有机填料的长轴与短轴之比。通过电子显微镜观察填料来测量填料的长轴、短轴,由此通过计算确定有机填料的长径比。
为了改善诸如耐光性、耐热性、耐水性、耐溶剂性等各种耐久性,可以混合稳定剂。可以适当使用各种公知的稳定剂,例如,抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗水解剂等。
此外,稳定剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
此外,为了改善诸如耐光性、耐热性、耐水性、耐溶剂性等各种耐久性,可以混合提高粘合剂树脂的交联度的交联剂。可以适当地使用公知的交联剂,例如,环氧树脂、三聚氰胺树脂、异氰酸酯化合物、氮杂环丙烷化合物和聚碳化二亚胺化合物。
此外,交联剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
还可以混合上述的吸湿助剂等助剂。这些助剂也可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
此外,还可以使用其他添加剂、硅酮和氟类防水剂、诸如聚乙二醇等亲水性试剂、增强填充剂、增塑剂、劣化防止剂、分散剂、抗静电剂等。这些添加剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
[1-5.各成分的组成]
对本发明的涂布用组合物中的上述的无机多孔体、粘合剂树脂、溶剂的组成没有限制,优选以下范围。
本发明的涂布用组合物中的无机多孔体的优选比例通常为2.0重量%以上,优选为2.5重量%以上,并且通常为30重量%以下,更优选为27重量%以下。
更高的无机多孔体的比例会促进无机多孔体的聚集,导致在涂布用组合物中无机多孔体发生沉降,并且因不均匀的涂布或破裂而导致涂布面外观较差。而且,在树脂成型体中,无机多孔体与粘合剂树脂的粘结点减少,因此由于粘合剂树脂的粘结不充分导致无机多孔体的脱落。这导致耐久性降低和阻碍空隙的形成。
更低的无机多孔体的比例具有以下缺点:多余的粘合剂树脂填充在颗粒间空隙中或浸入无机多孔体的微孔内,导致其覆盖无机多孔体和堵塞微孔。结果,减小了可用于吸湿的有效微孔容积。而且,这样低量的无机多孔体将使树脂成型体的各种特性(如亲水性)降低。
总之,无机多孔体相对于粘合剂树脂的比例过低或过高均导致空隙减少。这使树脂成型体的亲水性降低,从而使由保水等产生的结露防止效果、调湿效果等降低。
本发明的涂布用组合物中的粘合剂树脂的比例通常为0.2重量%以上,优选为0.3重量%以上,通常为30重量%以下,优选为27重量%以下。粘合剂树脂的比例过高时,会因粘度上升而引起涂布性降低。而且,粘合剂树脂浸入无机多孔体的微孔,导致吸湿所要求的微孔容积减少。此外,粘合剂树脂会填充树脂成型体的颗粒间空隙。粘合剂树脂的比例过低时,会因粘结不充分而导致无机多孔体剥离。
此外,本发明的涂布用组合物中的溶剂的比例通常为40重量%以上,优选为45重量%以上,更优选为50重量%以上,并且通常为98重量%以下,优选为95重量%以下,更优选为93重量%以下。溶剂的比例过高会导致涂布用组合物的粘度降低,导致涂布用组合物在涂布面上流动并且出现颜色不均等涂布性的降低。过低的比例因粘度上升而阻碍无机多孔体或树脂的分散,导致难以均匀涂布和涂布性能降低。
本发明的涂布用组合物中的无机多孔体和粘合剂树脂的固体成分的比例((无机多孔体的重量)/(粘合剂树脂的固体成分的重量))通常为0.6以上,优选为0.7以上,并且通常为10.0以下,优选为9以下。该比例过高会导致利用粘合剂树脂的粘结不充分,因此无机多孔体会发生剥离。该比例过低会导致粘合剂树脂浸入无机多孔体的微孔,因此会减小用于吸湿的微孔容积。
考虑到通过涂布将本发明的涂布用组合物用作树脂成型体(本发明的树脂成型体),本发明的涂布用组合物的总固体成分(由粘合剂树脂和无机多孔体以及必要时添加的其他成分构成的涂布用组合物的总固体成分)相对于粘合剂树脂的固体成分的重量比通常为1.6以上,优选为1.7以上,并且通常为11以下,优选为10以下。如果总固体成分相对于粘合剂树脂的固体成分的重量比过低,则粘合剂树脂会填充无机多孔体的微孔和颗粒间空隙。如果总固体成分相对于粘合剂树脂的重量比过高,则在涂布用组合物中,无机多孔体会发生沉降且再分散性降低。而且,树脂成型体不能容易地形成,并且无机多孔体或添加物会脱离。
可以主要由有机填料的用量来调节上述的涂布用组合物的总固体成分。如果有机填料的比例过少,则不能形成足够数量的颗粒间空隙。如果有机填料的比例过多,无机多孔体的亲水性降低。
[1-6.状态和使用方法]
通常通过混合上述的无机多孔体、粘合剂树脂、溶剂以及必要时使用的其他成分,可以得到本发明的涂布用组合物。其状态取决于所使用的各成分的种类,通常为浆料状。
可以根据以下步骤制备本发明的涂布用组合物。
在烧杯等容器内加入上述的无机多孔体、粘合剂树脂、溶剂以及必要时使用的其他成分,并且通过利用磁力搅拌器等任意方式在约400~约800rpm搅拌来将它们混合。对各成分的投料和混合顺序没有限制。例如,可以将全部成分同时投入,也可以在其他成分的投入和混合之前或之后将一部分成分投入。一般而言,将溶剂和粘合剂树脂充分混合以使粘合剂树脂分散,然后添加无机多孔体并通过混合使其分散。如果使用有机填料,则应当预先在水等溶剂中将有机填料分散,然后将该分散液加入到溶剂和粘合剂树脂的分散液中。混合后,优选目视确认分散液均匀,无各成分(特别是粘合剂树脂)的聚集体。如果分散不充分,可以使用匀化器等分散器。这样制备出涂布用组合物。可以对所得到的涂布用组合物进行过滤以改善涂布性和涂布面的外观。涂布用组合物应当优选保存在气密性容器中。
本发明的涂布用组合物的粘度通常为10mPa·s以上,优选为15mPa·s以上,更优选为20mPa·s以上,并且通常为12000mPa·s以下,优选为10000mPa·s以下,更优选为8000mPa·s以下。过低或过高的涂布用组合物的粘度均使涂布用组合物涂布量的控制变得困难。这限制了涂布方法,并且因涂布不均而导致涂布面的外观较差。
本发明的涂布用组合物可以涂布到任意的适当的基材上。即,将本发明的涂布用组合物涂布到适当的基材上,并且去除溶剂以制备树脂成型体,其中,利用粘合剂树脂将无机多孔体粘合在基材上。
对待涂布的基材的种类没有限制。例如,基材可以是由纤维、纸张、塑料、木材、混凝土、金属、皮革等制造的膜、片、网、板和布等。其中,优选的是网、片和膜。在纤维基材的情况中,纤维可以是纺纱而成的纱线的形式、织成的机织物的形式或模压成型制成的纤维板的形式。这些基材可以单独使用任意一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
纤维的实例可以是天然纤维和/或合成纤维。而且,纤维可以是任意形式,例如机织物、针织物或无纺布。所述形式的实例包括布、短绒织物、毛巾布、针织品、拉歇尔双针织物(double rassel)、圆筒形针织物和针刺式织布。在此,纤维的实例包括诸如棉花、麻、丝绸、羊毛等天然纤维;或人造纤维;乙酸酯;蛋白质纤维。其他实例包括由以下物质构成的纤维:氯化橡胶;诸如尼龙6、尼龙66、尼龙12等聚酰胺;聚乙烯醇;聚氯乙烯;聚偏二氯乙烯;聚丙烯腈;诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸等聚酯;聚乙烯;聚丙烯;聚氨酯;聚偏二氰乙烯;聚氟乙烯等;以及它们的共聚物、共混物。优选易获得的聚酯、聚酰胺。这些纤维可以包含添加剂,例如,其他聚合物、消光剂、阻燃剂、抗静电剂和颜料。
为了有效地释放静电,可以使用导电性的布。在此,导电性的布是通过如下方式制备的:将诸如铜、铝、不锈钢、碳、导电性高分子等导电性物质的颗粒混合在有机纤维中;利用真空沉积法将这些物质涂布在有机纤维的表面;用有机纤维包覆导电性物质;或者将由导电性物质构成的纤维添加到布中。向布添加导电性纤维可以通过以下方式进行:以纤维状态的混合、以条片状态的混合、捻线、以细丝状的混合或捻线,或者织物上的排列。
此外,上述纤维的单丝细度通常为0.01dtex以上,优选为0.1dtex以上,更优选为1dtex以上,并且通常为100dtex以下,优选为10dtex以下。100dtex以下的单丝细度可以确保足够的纤维表面积,因此可以发挥吸湿性能。此外,0.01dtex以上的单丝细度在涂布无机多孔体后可以确保实用级别的机械强度。
此外,合成纤维可以具有各种截面形状,例如,圆截面、中空截面、三叶形截面等多叶形截面、其他非圆形截面。此外,合成纤维可以具有任意的形状,例如,长纤维或短纤维等。根据用途,布可以是机织物或编织物。机织物的种类为,例如,平织、斜织、缎纹以及它们的组合。针织物的代表性的种类为弹力织物。
如果通过将涂布用组合物涂布在基材上而制备的本发明的树脂成型体为吸湿性膜,则基材的形状也应当优选为膜状。
膜的材料的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、乙酸纤维素和聚氯乙烯等合成树脂。
对膜的厚度没有限制,根据用途,膜的厚度优选为10μm~5mm的适当厚度。
当通过将涂布用组合物在基材上涂布而制备的本发明的树脂成型体为吸湿性片时,基材的形状也应当优选为片状。
片的材料的实例包括纸张和诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、乙酸纤维素、聚氯乙烯等合成树脂。
对片的厚度没有限制,根据用途,片的厚度应当优选为50μm~1cm的适当厚度。
如上所述,当本发明的树脂成型体具有蜂窝结构时,可以将本发明的涂布用组合物涂布到诸如陶瓷等蜂窝状基材上。在这种情况中,例如,通过将无机多孔体和粘合剂树脂与溶剂混合,制备出本发明的涂布用组合物,将该组合物涂布到蜂窝结构体上。上述蜂窝结构体可以由例如堇青石制造。或者,将无机多孔体和粘合剂树脂与溶剂混合以制备本发明的涂布用组合物,并且将所述涂布用组合物涂布到无纺布过滤器和片上。上述过滤器和片可以由例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯等构成。
包含上述无机多孔体的蜂窝体、过滤器和片可以安装有导入口、吹出口和必要时的动力设备(泵、风扇等),所述导入口用于导入待调湿的空气,所述吹出口用于吹出已调湿的空气,所述动力设备用于使空气循环。上述柱或蜂窝体推动空气在空调机中循环,以使更大量的空气可与无机多孔体表面或湿度调节剂接触。结果,可迅速将空间的湿度维持在恒定水平。将这些过滤器和片安装在空调机上或者安装在大厦的外墙上,通过给过滤器和片洒水,使更大量的水可与无机多孔体表面接触。由于亲水性表面形成水膜,因此由于保水效果而使大量的水蒸发。而且,利用此时产生的蒸发潜热来冷却空气,从而可以得到冷却效果。
在使用基材制造本发明的树脂成型体的情况中,无机多孔体可以以任意的形式固着在基材上。例如,无机多孔体和粘合剂树脂可以固着在基材上,以致覆盖整个基材或基材的一部分。
基材可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
在涂布过程中,将本发明的涂布用组合物涂布到基材上以形成涂膜,并且从涂膜中去除溶剂以固化粘合剂树脂。这样,制备出本发明的树脂成型体。
对于涂布用组合物的涂布,可以没有限制地使用任意的基材,并且可以将本发明的涂布用组合物涂布到任意的基材上。基材的实例包括由纸张、塑料、木材、混凝土和金属等制造的片、纤维、膜、网、板、布和皮革等。
在实际方法中,将本发明的涂布用组合物涂布到作为涂布对象的基材上,并且通过干燥去除溶剂,以在基材表面上形成本发明的树脂成型体的涂膜(涂布层)。所形成的涂膜为包括无机多孔体和粘合剂树脂的本发明的树脂成型体,并且显示出高的吸附/脱附能力。因此,形成有涂膜的基材也可以显示出高的吸附/脱附能力。
对涂布方法没有制限,可以适当地使用任意的常用方法。涂布方法的实例包括刷涂、喷雾、静电涂布、辊涂、浸渍涂布、棒涂、浮刀式涂布、辊式刮刀涂布、逆辊涂布、辊筒刮刀涂布、凹版辊筒涂布、气刀涂布、幕涂、接触辊涂布、轧辊涂布、浇注涂布、逗号式直接涂布(comma directcoating)、逗号式逆向(comma reverse coating)涂布、狭缝涂布、层积、粘结、拍打法、刮刀涂布法和喷墨法。优选根据本发明的涂布用组合物的诸如粘度或量等参数和基材的特性等,适当地选择这些方法。可以组合使用这些涂布方法。
涂布后,可以没有限制地利用任意的方法干燥本发明的涂布用组合物以去除溶剂。例如,根据本发明的涂布用组合物的性质,可以使用室温干燥、加热干燥、真空干燥、烘烤、紫外线照射和电子束照射等方法。可以组合使用这些干燥方法。也可以根据涂布用组合物的性质来确定干燥温度。通过在室温下干燥,一些涂布用组合物可以形成显示出优异的亲水性的树脂成型体。
本发明的涂布用组合物具有优异的涂布性和涂布面外观。此外,利用上述方法将本发明的本发明的涂布用组合物涂布到基材上,可以提供显示出防结露效果、调湿效果、防污效果、冷却效果和优异的耐久性的树脂组合物(后述的本发明的树脂组合物)。
[2.树脂成型体]
接下来说明本发明的树脂成型体。本发明的树脂成型体由至少包含无机多孔体和粘合剂树脂的树脂组合物构成。一般而言,本发明的树脂成型体通过如下方式制备:利用上述的方法,将上述的本发明的涂布用组合物涂布到基材上,其中,利用粘合剂树脂将无机多孔体固着到基材上。本发明的树脂成型体至少应当包含无机多孔体和粘合剂树脂,并且至少满足下述的要求[2-1]、[2-2]中的至少一个要求。
[2-1.树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量]
本发明的树脂成型体的特征在于,由下式(3-1)和(3-2)定义的树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量(以下,称为“单位体积的空隙量”。)在特定的范围内。
(树脂成型体的空隙量)
=(树脂成型体的颗粒间空隙量)+(树脂成型体的总微孔容积) (3-1)
[式2]
树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量
=(树脂成型体的空隙量)/{(树脂成型体的面积)×(树脂成型体的厚度)}
(3-2)
更具体地说,本发明的树脂成型体是至少包含无机多孔体和粘合剂树脂的树脂成型体,并且该树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量在0.33ml/m2·μm~0.99ml/m2·μm的范围内。如果树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量小于上述下限,则由于装填率的増加,易使吸湿性、结露防止效果等性能降低。如果每单位面积和单位厚度的空隙量大于上述上限,则树脂成型体的强度显著降低,导致出现剥离、卷曲和斑点,从而损坏外观。如果每单位面积和单位厚度的空隙量在上述范围内,也可以有效地利用涂布层底部的无机多孔体的微孔。此外,由于颗粒间空隙起到通道的作用,因此吸附/脱附速度快,无机多孔体的微孔和颗粒间空隙可以保水,可使吸湿量升高。每单位面积和单位厚度的空隙量随上述颗粒形状、无机多孔体/树脂的比例、粘合剂树脂的种类、溶剂的种类、涂布方法和干燥条件等的不同而变化。
树脂成型体的空隙由颗粒间空隙和无机多孔体的微孔构成,所述颗粒间空隙包含在树脂成型体中,所述无机多孔体混合在树脂成型体中。因此,树脂成型体的空隙量以及树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量可以由以下步骤(1)~(9)测定。
(1)测定固着在基材上的树脂成型体的膜厚和面积。在此,“树脂成型体的膜厚”不包括基材的厚度,而表示树脂成型体的净厚度。测定基材和树脂成型体的总厚度,并从总厚度减去基材的厚度,由此求出树脂成型体的膜厚。
(2)从由上述步骤(1)得到的树脂成型体的膜厚和面积,利用下式,计算出包括颗粒间空隙的树脂成型体的体积(称为“树脂成型体的表观体积”):
(树脂成型体的表观体积)=(树脂成型体的膜厚)×(树脂成型体的面积)
(3)从基材削取树脂成型体,用研钵粉碎,然后装进直径10mm的压片机。施加10t/cm2的油压,从而制备出直径10mm的圆盘。利用千分尺测定圆盘的厚度,并由直径和厚度计算出该圆盘的体积。由此,得到扣除颗粒间空隙的树脂成型体的体积(称为“树脂成型体的实体积”)。
(4)由在上述(2)中得到的树脂成型体的表观体积以及在上述(3)中得到的树脂成型体的实体积,利用下式求出树脂成型体的颗粒间空隙量。
(树脂成型体的颗粒间空隙量)=(树脂成型体的表观体积)-(树脂成型体的实体积)
(5)在600℃将上述(3)中测定后的树脂成型体煅烧4小时。在此过程中,可以大体去除粘合剂树脂(和其他成分),并且可以基本上回收包含在树脂成型体中的无机多孔体。
(6)测定由上述煅烧步骤(5)回收的无机多孔体的重量和微孔容积(单位重量的微孔容积)。无机多孔体的单位重量的微孔容积可以利用上述的[1-1.无机多孔体]中记载的过程来测定。
(7)由上述(6)中得到的树脂成型体的重量以及树脂成型体的单位重量的微孔容积,利用下式计算出在树脂成型体中的无机多孔体的总微孔容积:
(树脂成型体的总微孔容积)
=(树脂成型体的单位重量的微孔容积)×(树脂成型体的重量)
(8)由上述(4)中得到的树脂成型体的颗粒间空隙和上述(7)中得到的无机多孔体的总微孔容积,利用下式求出树脂成型体中的空隙量:
(树脂成型体的空隙量)
=(树脂成型体的颗粒间空隙量)+(无机多孔体的总微孔容积)
(9)由上述(8)中得到的树脂成型体中的空隙量和上述(1)中得到的树脂成型体的膜厚和面积,利用下式求出树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量。
(树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量)
=(树脂成型体的空隙量)/{(无机多孔体的膜厚)×(无机多孔体的重量)}
本发明的树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量随该树脂成型体中的有机填料以及无机多孔体和粘合剂树脂而变化。在含有有机填料的树脂成型体中,由于有机填料颗粒之间相互缠绕而出现大空隙。因此,在此情况中的每单位面积和单位厚度的空隙量大于不含有机填料的情况。
在本发明的树脂成型体不含有机填料的情况中,每单位面积和单位厚度的空隙量通常为0.33ml/m2·μm以上,优选为0.35ml/m2·μm以上,并且通常为0.95ml/m2·μm以下,优选为0.93ml/m2·μm以下。
在本发明的树脂成型体含有有机填料的情况中,每单位面积和单位厚度的空隙量通常为0.50ml/m2·μm以上,优选为0.55ml/m2·μm以上,通常为0.99ml/m2·μm以下,优选为0.97ml/m2·μm以下。
[2-2.无机多孔体和粘合剂树脂的特性]
本发明的树脂成型体的特征在于其构成,即,无机多孔体和粘合剂树脂的特性。更具体地说,本发明的树脂成型体包含无机多孔体和本发明的粘合剂树脂,所述无机多孔体含有在上述关于本发明的涂布用组合物的描述中说明的至少一种硅化合物,本发明的粘合剂树脂也是在上述关于本发明的涂布用组合物的描述中说明的本发明的粘合剂树脂,本发明的粘合剂树脂具有(a)5mgKOH/g~80mgKOH/g的固体成分羟值以及(b)-5℃~40℃的玻璃化转变温度(Tg)。在上述关于本发明的涂布用组合物的描述中还详细地说明了无机多孔体和粘合剂树脂。
应当至少满足上述的[2-1.树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量]中记载的特征或[2-2.无机多孔体和粘合剂树脂的特性]中记载的特征,优选同时满足上述两个特征。
[2-3.树脂成型体的其他特征]
本发明的树脂成型体不是必须满足其他特征,只要满足上述的[2-1.树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量]中记载的特征(称为“特征[2-1]”)和/或[2-2.无机多孔体和粘合剂树脂的特性]中记载的特征(称为“特征[2-2]”)即可。具体情况如下:
在本发明的树脂成型体中,一般而言,无机多孔体通过粘合剂树脂固着在各种基材上。此外,还可含有其他可选成分(例如有机填料)。在本发明的树脂成型体中,通过粘合剂树脂,无机多孔体的颗粒三维地粘结在树脂成型体的外表面和与基材的密合面上。通过粘合剂树脂,无机多孔体的颗粒粘结在树脂成型体的外表面和与基材的密合面上,这增强了本发明的树脂成型体的结构强度,从而发挥出高耐擦伤性和高耐候性等优异的耐久性。使用有机填料,尤其使用具有大长径比的纤维状的有机填料显著地增强了连结的程度,所述连结是无机多孔体的颗粒通过粘合剂树脂在树脂成型体的外表面和与基材的密合面上的连结,因此进一步提高了本发明的效果。相反,如果在树脂成型体的外表面和与基材的密合面上不使无机多孔体的颗粒与粘合剂树脂连结,则会使诸如耐擦伤性和耐候性等耐久性恶化。
无机多孔体颗粒通过粘合剂树脂连结的线性或网络结构在本发明的树脂多孔体中形成空隙。优选这些空隙从树脂成型体的外表面到与基材的密合面相互连通。这样,从树脂成型体的外表面到与基材的密合面形成的该开放空隙进一步增强了本发明的树脂成型体的防结露效果和调湿效果。使用有机填料、特别是使用具有大长径比的纤维状的有机填料显著增大了在树脂成型体的外表面和与基材的密合面上有机填料颗粒和无机多孔体颗粒通过粘合剂树脂的相互连结的程度。这增加了空隙和连通结构,因此进一步增强了本发明的效果。相反,如果粘合剂树脂填充部分空隙,则从树脂成型体的外表面到与基材的密合面,空隙不相互连通。这样,存在于树脂成型体的中间部的无机多孔体颗粒的微孔会不吸湿或难以保水。
尤其是,优选无机多孔体的许多微孔对在本发明的树脂成型体中的上述的空隙开放(没有被粘合剂树脂填充)。这样,在树脂成型体的中间部的无机多孔体颗粒的微孔可以促进吸湿和保水,导致本发明的树脂成型体的防结露效果和调湿效果进一步提高。
在本发明的树脂成型体中,粘合剂树脂的分布可以是均匀的,也可以是不均匀的。特别是,如果较多部分的粘合剂树脂存在于树脂成型体的外表面附近,则树脂成型体的耐擦伤性得到改善。
可以通过扫描型电子显微镜(SEM)或透射型电子显微镜(TEM)观察树脂成型体的截面来确认上述的本发明的树脂成型体的结构(是否具有通过粘合剂树脂产生的无机多孔体的连接结构及其形状,是否在树脂成型体中具有空隙及其形状,以及粘合剂树脂的分布)。
此外,在本发明的树脂成型体中,对上述的无机多孔体与粘合剂树脂的比例没有限制。而且,除上述的无机多孔体和粘合剂树脂以外,本发明的树脂成型体还可以含有其他任意成分。
然而,满足上述特征[2-2]的本发明的树脂成型体是通过以下方式制备的:如上所述,将本发明的涂布用组合物涂布到基材上,去除溶剂。这样,其组成(例如,无机多孔体与粘合剂树脂的固体成分的重量比、总固体成分与粘合剂树脂的固体成分的重量比)与如下组成大致相等:从制造时使用的本发明的涂布用组合物的组成中除去了溶剂的组成。
在满足上述特征[2-1]的本发明的树脂成型体中,优选其组成与制造时使用的本发明的涂布用组合物的组成(但不包含溶剂)大致相同。
除了上述特征以外,在本发明的树脂成型体的优选实例中,对树脂成型体外部开放的无机多孔体的微孔容积通常为30%以上,优选为40%以上,更优选为50%以上。即,优选微孔与成型体外部连通。对本发明的树脂成型体外部开放的微孔的容积相对于无机多孔体的总微孔的比例可以通过以下方式确定:通过测定本发明的树脂成型体、无机多孔体和粘合剂树脂各自的微孔容积来计算出所述比例。
本发明的树脂成型体可以具有任意形状。例如,树脂成型体可以成型为膜状(表示在基材表面上的涂层)、平板状、膜状、片状、块状、管状和纤维状(通过混炼将无机多孔体加入到纤维内)。
此外,根据需要,可以对本发明的树脂成型体进行各种处理,例如,热处理、冷却处理、压延处理、印刷处理、干燥层积处理、溶液或熔融涂布处理、制袋加工、深冲压加工、箱加工、管加工和分裂加工(splitting)。
当本发明的树脂成型体是层状的成型体时,至少一层由无机多孔体和粘合剂树脂构成的层是必要的,但对其他层没有限制。例如,本发明的树脂成型体可以是由无机多孔体和粘合剂树脂构成的单层结构体,也可以是包含由无机多孔体和粘合剂树脂构成的1个或多个层的层积结构体。
在层积结构体的制造中,例如,可以在由无机多孔体和粘合剂树脂构成的层的单面或两面层积由其他材料构成的层。可以利用以下方法进行层积,例如,在由无机多孔体和粘合剂树脂构成的膜或片上将其他树脂熔融挤出的方法;由在另一种树脂构成的基材上将由无机多孔体和粘合剂组成的组合物(例如,本发明的涂布用组合物)熔融挤出的方法;将由无机多孔体和粘合剂组成的组合物(例如,本发明的组合物)与另一种树脂共挤出的方法;或者使用有机钛化合物、异氰酸酯化合物或聚酯化合物等公知的粘结剂将由无机多孔体和粘合剂构成的膜、片和由其他基材构成的其他膜、片层积的方法。在此,在本发明中的“膜”是指,处于诸如片、带、管、容器等形式的广义上的膜。
此外,本发明的树脂成型体可以成型为蜂窝结构以应用于空调设备。可以通过以下方式将该蜂窝结构成型:将无机多孔体和粘合剂树脂的混合物成型为成型体,或者将包含无机多孔体、粘合剂树脂和水的浆料成型为成型体(本发明的树脂成型体)。在一些情况中,可以仅由无机多孔体形成蜂窝结构。相对于100重量份的无机多孔体,包含上述无机多孔体的浆料还包含通常为2~20重量份的有机粘合剂、通常为10~50重量份的无机粘合剂和通常为150~200重量份的水。上述有机粘合剂为,例如,甲基纤维素。上述无机粘合剂为,例如,硅溶胶。
除由无机多孔体和粘合剂树脂制造本发明的树脂成型体以外,本发明的树脂成型体优选还包含基材,粘合剂树脂和无机多孔体固着在所述基材上。换言之,优选通过将含有无机多孔体和粘合剂树脂的组合物固定在基材上而形成本发明的树脂成型体。包含基材的成型体可以通过以下方式制造,例如,将无机多孔体和粘合剂树脂在溶剂中的溶液或分散液(例如,本发明的涂布用组合物)涂布到基材上。
对基材没有限制。基材的实例包括由纤维、纸张、塑料、木材、混凝土、金属、皮革等构成的膜、片、网、板材和布。其中,优选网、片和膜。在纤维基材的情况中,所述纤维可以是以下形式:纺纱而成的纱线、织成的机织物或模压成型制成的纤维板。这些基材可以单独使用任意一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
纤维的实例可以是天然纤维和/或合成纤维。而且,纤维可以是任意形式,例如机织物、针织物或无纺布。所述形式的实例包括布、短绒织物、毛巾布、针织品、拉歇尔双针织物、圆筒形针织物、针刺式织布。在此,纤维的实例包括诸如棉花、麻、丝绸、羊毛等天然纤维;人造纤维;乙酸酯;蛋白质纤维。其他实例包括由以下物质构成的纤维:氯化橡胶;诸如尼龙6、尼龙66、尼龙-12等聚酰胺;聚乙烯醇;聚氯乙烯;聚偏二氯乙烯;聚丙烯腈;诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸等聚酯;聚乙烯;聚丙烯;聚氨酯;聚偏二氰乙烯;聚氟乙烯;以及它们的共聚物、共混物。优选易获得的聚酯和聚酰胺。这些纤维可以包含添加剂,例如,其他聚合物、消光剂、阻燃剂、抗静电剂和颜料。
为了有效地释放静电,可以使用导电性的布。在此,导电性的布是通过如下方式制备的:将诸如铜、铝、不锈钢、碳、导电性高分子等导电性物质的颗粒混合在有机纤维中;利用真空沉积法将这些物质涂布在有机纤维的表面;用有机纤维包覆导电性物质;或者将由导电性物质构成的纤维添加到布中。向布添加导电性纤维可以通过以下方式进行:以纤维状态的混合、以条片状态的混合、捻线、以细丝状的混合或捻线,或者织物上的排列。
上述纤维的单丝细度通常为0.01dtex以上,优选为0.1dtex以上,更优选为1dtex以上,并且通常为100dtex以下,优选为10dtex以下。在细度为100dtex以下时,纤维具有足够大的表面积,因此可以发挥高吸湿性能。在细度为0.01dtex以上时,浸渍有无机多孔体的纤维具有实用级别的机械强度。
合成纤维可以具有各种截面形状,例如,圆截面、中空截面、三叶形截面等多叶形截面、其他非圆形截面。此外,合成纤维可以具有任意的形状,例如,长纤维或短纤维。根据用途,布可以是机织物或编织物。机织物的种类为,例如,平织、斜织、缎纹以及它们的组合。针织物的代表性的种类为弹力织物。
如果通过将涂布用组合物涂布在基材上而制备的本发明的树脂成型体为吸湿性膜,则基材的形状也应当优选为膜状。
膜的材料的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、乙酸纤维素和聚氯乙烯等合成树脂。
对膜的厚度没有限制,根据用途,膜的厚度优选为10μm~5mm的适当厚度。
当通过将涂布用组合物在基材上涂布而制备的本发明的树脂成型体为吸湿性片时,基材的形状也应当优选为片状。
片的材料的实例包括纸张和诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、乙酸纤维素和聚氯乙烯等合成树脂。
对片的厚度没有限制,根据用途,片的厚度通常应当优选为50μm~1cm的适当厚度。
当通过将涂布用组合物涂布到基材上而制备的本发明的树脂成型体是光扩散片时,基材的形状也应当优选为片状。此外,基材应当优选由透明材料构成,更优选由无色透明材料构成。
透明材料的实例包括例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、乙酸纤维素和聚氯乙烯等合成树脂。
对透明材料的厚度没有限制。根据其用途,透明材料的厚度应当优选为50μm~1cm的适当厚度。
如上所述,当本发明的树脂成型体具有蜂窝结构时,可以将含有无机多孔体和粘合剂树脂的本发明的涂布用组合物涂布到诸如陶瓷等蜂窝状基材上。在这种情况中,例如,通过将无机多孔体和粘合剂树脂与溶剂混合,制备出本发明的涂布用组合物,将该组合物涂布到蜂窝结构体上。上述蜂窝结构体可以由例如堇青石等制造。可以将无机多孔体成型为球状或柱状颗粒形态以填充到柱中。关于在这种情况中的颗粒的尺寸,考虑到柱的填充部的通气性和与水蒸气的接触面积,球状颗粒的直径通常为0.1~30mm,并且柱状颗粒的直径通常为0.1~10mm,长度为1~30mm。
在另一种可选的实施方案中,可以将导入口、吹出口和必要时的动力设备(泵、风扇等)安装在装有上述无机多孔体的柱或蜂窝上,所述导入口用于导入待调湿的空间的空气,所述吹出口用于排出已调湿的空气,所述动力设备用于使空气循环。上述柱或蜂窝体推动空气在空调机中循环,以使更大量的空气可与无机多孔体表面或湿度调节剂接触。结果,可迅速将空间的湿度维持在特定水平。
在使用基材制造本发明的树脂成型体的情况中,无机多孔体可以利用任意手段固着在基材上。例如,无机多孔体和粘合剂树脂可以固着在整个基材上或固着在基材的一部分上。
此外,基材可以单独使用一种,也可以以任意组合和任意比例使用两种以上。
[2-4.树脂成型体的性质]
以上说明的本发明的树脂成型体含有上述的无机多孔体和本发明的粘合剂树脂,和/或,所述无机多孔体的微孔容积与颗粒间空隙的比例在上述特定范围内,因此本发明的树脂成型体显示出优异的防结露效果、调湿效果、防污效果、冷却效果和耐久性。
本发明的树脂成型体包含具有优异的耐久性和耐水性的无机多孔体,还可以含有不损害这些性质(即高耐久性和耐水性)的其他的适当成分(例如,粘合剂树脂)。
在本发明的树脂成型体中,无机多孔体的大部分微孔容积与成型体外部连通。这样,可以充分确保无机多孔体的高吸附/脱附能力。由于树脂成型体可以吸附大量物质;本发明的树脂成型体具有高吸附性(包括吸附恶臭物质的除臭性)和诸如药物等吸附物质的缓释性。
在本发明的树脂成型体的吸附/脱附能力之中,对调湿性、防结露性、药物缓释性、吸附性和抗菌性进行详细说明。
<调湿性>
由于诸如二氧化硅等无机多孔体为多孔性材料,因此在由它们的微孔直径所决定的特定的蒸气压下,它们吸附和脱附水蒸气。因此,可以通过控制无机多孔体的微孔直径来控制水蒸气(湿气)的吸附和脱附,从而进行湿度控制。具有无机多孔体的该性质的本发明的树脂成型体也可以控制湿度。因此,本发明的树脂成型体具有如下优点。当本发明的树脂成型体(用任意纤维基材形成)用作诸如壁纸等内装建材时,其可在潮湿状态下通过吸湿来降低湿度,或者可在干燥状态下通过放湿来增加湿度,并且可以保持对人体感觉舒适的湿度(40~70%RH)或适合用途的最佳湿度。
<防结露性>
如上所述,无机多孔体为多孔性材料,并且可以在取决于其微孔直径的特定的蒸气压下吸附或脱附水蒸气。由于无机多孔体表面具有大量的亲水性的硅烷醇基,因此本发明的树脂成型体表面也是亲水性的。因此,本发明的树脂成型体具有如下优点:在由金属基材制造的本发明的树脂成型体中,随着由外部气温的降低等引起相对湿度上升,微孔吸附湿气。随着相对湿度进一步上升和相对湿度达到100%,水分填满这些微孔。在现有的金属板的情况中,相对湿度为100%时,由于结露而在表面形成液滴,导致液滴从墙和天花板落下。相反,在本发明的树脂成型体中,相对湿度为100%时,从微孔溢出的水分可以保持在无机多孔体的颗粒间空隙中。即使由于气温降低而湿度上升,具有亲水性表面的本发明的树脂成型体也可以防止由于结露而形成液滴,并且水可以在略微倾斜的表面流动。
如上所述,本发明的树脂成型体可以延迟结露并且防止由于结露而形成的液滴落下。
<药物缓释性>
缓释性是无机多孔体的功能之一。可以将缓释性赋予本发明的树脂成型体。特别是,药物缓释性可以扩展本发明的树脂成型体的应用领域。例如,具有药物缓释性的高功能化的衣服是一个想法。更具体地说,在使用上述本发明的树脂成型体的纤维制造衣服时,在构成衣服的本发明的树脂成型体的无机多孔体上,可以负载具有保湿、补充维生素、美白、治疗效果的药物。这样增强了香料、皮肤护理成分的缓释效果,因此可以发挥出较高的皮肤护理效果。与负载药物的现有的衣服相比较,洗涤耐久性可以得到改善。所负载的药剂的实例包括维生素C(包括抗坏血酸衍生物)、维生素E、胶原质、丝胶蛋白、壳聚糖、罗汉柏油(hiba oil,日扁柏素)、角鲨烷、芦荟提取物和蛋白质。
从稳定性角度出发,负载药剂时,优选使用表面活性剂。可以使用任意的表面活性剂。例如,可以使用阴离子、阳离子、非离子表面活性剂。表面活性剂的实例包括各种脂肪酸皂、月桂基硫酸钠、高级醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、二烷基磷酸琥珀酸钠、烷基磷酸钾和聚氧乙烯烷基醚硫酸钠。必要时,这些可以与任意的非离子表面活性剂一起使用。非离子表面活性剂的实例包括,例如,聚氧乙烯衍生物、山梨聚糖单烷基化物、山梨聚糖二烷基化物和山梨聚糖三烷基化物。
为了提高耐洗性,优选应当将表面活性剂固定在部分无机多孔体上。在这种情况中,优选在制造本发明的树脂成型体后导入药剂以避免树脂与药剂的混合。
<吸附性>
利用在无机多孔体表面上的羟基的作用,通过成型体的无机多孔体表面上的离子键可以吸附碱性气体。例如,可以吸附氨、吡啶、三甲胺和吲哚。这些物质是产生汗臭、老年体臭、排泄臭、烟臭、厨房垃圾臭等恶臭的物质。由于本发明的树脂成型体中的无机多孔体可以消除这些臭味,因此使用本发明的树脂成型体的纤维制造的衣服可以保持清洁的衣服内环境。
<抗菌性>
本发明的树脂成型体(其中预先在无机多孔体中负载消臭、抗菌物质)具有消臭和抗菌效果。抗菌物质的实例包括诸如酚类、羧酸盐类、双胍类、卤素类、表面活性剂等有机抗菌剂;诸如银等无机抗菌剂;诸如壳聚糖、儿茶素等来自天然产物的抗菌剂。
为了赋予本发明的树脂成型体消臭效果,可以在无机多孔体上负载各种金属,或者可以将无机多孔体改性成3-巯基丙基修饰的无机多孔体,以利用吸附来除去甲基硫醇和硫化氢等。或者,可以将无机多孔体改性成3-氨基丙基修饰的无机多孔体,以除去壬烯醛和乙醛等。因此,无机多孔体的末端基修饰对于为本发明的树脂成型体赋予其他功能也是有效的。
<其他的效果>
除了上述优点以外,本发明的树脂成型体还具有各种其他效果。在此,作为实例,对冷却效果进行说明。
<冷却效果>
本发明的树脂成型体可以在无机多孔体的微孔和颗粒间空隙中保持大量的水。由于树脂成型体的表面是亲水性的,因此可以在成型体表面上形成水膜。而且,具有大表面积的表面可以保持更多的水。
因此,本发明的树脂成型体具有如下优点:当将水喷洒在包含无纺布基材的本发明的树脂成型体上时,在该成型体表面上快速形成水膜,并且快速蒸发。大量的水如此快速蒸发产生蒸发潜热,所述蒸发潜热冷却了成型体表面和周围的空气。利用蒸发潜热的冷却效果有助于人工冷却,节省了能量。
在本发明的树脂成型体中,所述成型体包含本发明的二氧化硅作为无机多孔体,其微孔和颗粒间空隙可以吸附或蒸发更多的水。因此,可以发挥更大的冷却效果。
[2-5.其他]
在制造本发明的树脂组合物时,在使用本发明的涂布用组合物在基材上形成涂层的情况中,也可以与其他涂膜或层组合实施。例如,所述涂层可以与底涂层或装饰涂层等组合提供。
底涂层形成在基材与涂布用组合物的涂膜之间,并且可以由适当的材料构成,所述适当的材料取决于基材的种类以及无机多孔体和粘合剂树脂的性质。底涂层增强了涂布用组合物的涂层与基材的粘结力,从而提高了制品的耐久性。该层还改善了基材表面的平滑性以形成均匀的涂布用组合物的涂膜。在金属基材的情况中,适当的底涂层可以防止腐蚀。
装饰涂层通常形成在涂布用组合物的涂层的外侧,以提高基材的设计性(创意性)。可以通过着色、印刷、压花、擦拭涂布或它们的任意组合等实施装饰。在实施装饰的最外表面上,可以通过涂布透明树脂涂布用组合物或者层积透明树脂片等形成透明树脂保护层。在包含着色剂的涂布用组合物的情况中,也可以不使用装饰涂层,而对涂布用组合物本身进行描绘等以提高设计性。
这些底涂层、装饰涂层和透明树脂保护层可以直接形成在本发明的树脂成型体的基材或涂层上。或者可以将它们形成在另外的片(诸如纸张或塑料片)上,而不形成在本发明的树脂成型体的基材和涂膜上。之后,设置包含它们的片。此外,可以将粘结剂或粘性层设置在本发明的树脂成型体的层(基材、底涂层、涂膜)、装饰涂层和透明树脂保护层等中的任意两层之间。
实施例
通过实施例对本发明进行更具体的说明。但是,这些实施例用于本发明的说明,并且本发明不应限于这些实施例。
[测定方法]
在后述的各实施例和比较例中,除通过文献公知的特性外,用作无机多孔体的二氧化硅的特性以及粘合剂树脂的特性利用下述手法测定。
[微孔容积、比表面积、微孔众数直径]
使用Quantachrome Instruments制造的AS-1,测定二氧化硅的BET氮吸附等温线(等温脱附曲线)以求出微孔容积(ml/g)、比表面积(m2/g)、微孔众数直径Dmax(nm)。更具体地说,在相对压力P/P0=0.98的条件下,测定微孔容积,并且由P/P0=0.1、0.2、0.3的3点氮吸附量,利用BET多点法,计算比表面积。
对于微孔众数直径(Dmax)为5nm以下的各样品,利用本领域技术人员所公知的HK法或SF法求出其微孔分布曲线,而对于5nm以上的各样品,利用BJT法求出其微孔分布曲线。此外,要测定的相对压力的各点的间隔为0.025。
[粉末X线衍射]
使用理学电机社制造的RAD-RB装置,使用CuKα源,在下述条件下进行样品的粉末X线衍射图的测定:发散狭缝为1/2deg、散射狭缝为1/2deg、受光狭缝为0.15mm。
[众数粒径]
利用激光衍射-散射式粒度分布分析仪(Seishin Enterprise Co.Ltd.制造的Laser Micronsizer LMS-24)测定粒度分布,由此求出二氧化硅的众数粒径。
[硅烷醇量]
二氧化硅的硅烷醇量由上述的热重测定过程中的重量变化计算。
[粘合剂树脂的羟值]
根据JIS K1557的“6.4羟值”,测定粘合剂树脂的羟值。将邻苯二甲酸酐的吡啶溶液(浓度约140g/1L)用作酯化试剂,将粘合剂树脂的羟基酯化,用0.5N氢氧化钠水溶液滴定过量的试剂,由该结果求出粘合剂树脂的羟值。
[粘合剂树脂的乳液尺寸(平均树脂粒径)]
将具有不同粒径(5μm、7μm、12μm、18μm、22μm、45μm、80μm、120μm和300μm)的胶态二氧化硅分散到水中以制备出20重量%的参比分散液。目视观察样品分散液(涂布用组合物)的透明度以与各参比分散液相比较。粘合剂树脂的乳液尺寸(平均树脂粒径)由如下参比分散液中的胶态二氧化硅的粒径求出,该参比分散液的透明度最接近样品分散液(涂布用组合物)的透明度。
[实施例1]
[二氧化硅的制造和物理特性的测定]
将1000g纯水投入在上部安装有开放的水冷冷凝器的5L可拆式玻璃烧瓶(带夹套)。在80rpm下搅拌的同时,用3分钟投入1400g四甲氧基硅烷。
水/四甲氧基硅烷的摩尔比约为6/1。在可拆式烧瓶的夹套中循环50℃的温水。在内容物达到沸点之前,持续进行搅拌。将50℃的温水再循环约0.5小时,以使生成的溶胶凝胶化。
其后,迅速取出凝胶,通过网孔为600微米的尼龙筛将凝胶粉碎成粉末状的湿凝胶(二氧化硅水凝胶)。将450g水凝胶和450g纯水投入到1L的玻璃制高压釜中,然后在180℃实施3小时水热处理。通过网孔为100微米的尼龙筛过滤溶液,在不进行水洗的条件下在160℃减压干燥滤渣至重量恒定。
利用粉碎机(Hosokawa Micron制造的AFG-200)将所得到的硅胶(本发明的二氧化硅)粉碎,并且对粉末进行风力分级,从而得到平均粒径为5μm的二氧化硅粉末(硅胶)。
利用扫描型电子显微镜观察所得到的二氧化硅粉末中的颗粒。所有颗粒均为具有断裂面的破碎状颗粒。
利用上述的方法,测定所得到的二氧化硅的物理特性。比表面积为497m2/g、微孔容积为1.06ml/g、微孔众数直径(Dmax)为8.3nm、众数粒径为4.9μm以及硅烷醇量为3.9个/nm2。
在粉末X线衍射图中,没有观察到结晶峰,并且没有在归属于周期结构的低角度侧(2θ≤5deg)发现峰。
[涂布用组合物的制造]
所用的粘合剂树脂为固体成分浓度为50重量%的丙烯酸胶乳水分散液(平均树脂粒径为115nm,Tg=18℃,羟值为40mgKOH/g),并且所用的溶剂为甲醇和甲基乙基酮。
将上述的二氧化硅、丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮(重量比为12.5∶12.5∶67.5∶7.5)混合并搅拌,从而制备出浆料状的组合物(粘度:50mPa·s)。
利用以下步骤制备组合物:
向烧杯中加入67.5g的甲醇、7.5g的甲基乙基酮后,使用磁力搅拌器在400~800rpm下将溶液搅拌并混合。此外,加入67.5g的丙烯酸胶乳水分散液,并通过搅拌分散在溶剂中。通过目视观察没有发现粘合剂树脂的聚集。在确认均匀分散的同时,慢慢加入12.5g的二氧化硅并充分分散。这样,得到100g的组合物(称为实施例1的涂布用组合物)。
[树脂成型体的制造]
使用棒式涂布机将所得到的实施例1的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为49μm的调湿层的调湿片(称为实施例1的树脂成型体)。
[比较例1]
以5.0∶20.0∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状的组合物(粘度:114mPa·s)(称为比较例1的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例1的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设有厚度为15μm的调湿层的调湿片(称为比较例1的树脂成型体)。
[实施例2]
以8.3∶16.7∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:92mPa·s)(称为实施例2的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例2的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为21μm的调湿层的调湿片(称为实施例2的树脂成型体)。
[实施例3]
以15.0∶10.0∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:52mPa·s)(称为实施例3的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例3的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为47μm的调湿层的调湿片(称为实施例3的树脂成型体)。
[实施例4]
以17.9∶7.1∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:31mPa·s)(称为实施例4的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例4的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为86μm的调湿层的调湿片(称为实施例4的树脂成型体)。
[比较例2]
以21.4∶3.6∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:小于5mPa·s)(称为比较例2的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例2的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为415μm的调湿层的调湿片(称为比较例2的树脂成型体)。
[比较例3]
以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将硅酮树脂微粒(GE Toshiba Silicone Co.Ltd.制造的Tospearl,正球状,平均树脂粒径为4.5μm)、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:27mPa·s)(称为比较例3的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例3的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为21μm的调湿层的调湿片(称为比较例3的树脂成型体)。
[实施例5]
将硅酮树脂微粒(GE Toshiba Silicone Co.Ltd.制造的Tospearl,正球状,平均树脂粒径为4.5μm,微孔容积为0.025ml/g)和实施例1中使用的二氧化硅的重量比为1∶1的混合物用作无机多孔体。以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所述无机多孔体、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:37mPa·s)(称为实施例5的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例5的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为26μm的调湿层的调湿片(称为实施例5的树脂成型)。
[实施例6]
以12.5∶12.5∶75.0的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:238mPa·s)(称为实施例6的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例6的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为57μm的调湿层的调湿片(称为实施例6的树脂成型体)。
[实施例7]
以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、乙醇和异丁基甲基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:176mPa·s)(称为实施例7的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例7的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为41μm的调湿层的调湿片(称为实施例7的树脂成型体)。
[实施例8]
以12.5∶12.5∶75.0的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液和丙酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:255mPa·s)(称为实施例8的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例8的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为44μm的调湿层的调湿片(称为实施例8的树脂成型体)。
[比较例4]
以12.5∶12.5∶75.0的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液和去离子水混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:5mPa·s)(称为比较例4的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例4的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为25μm的调湿层的调湿片(称为比较例4的树脂成型体)。
[比较例5]
以12.5∶12.5∶75.0的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、与实施例1相同的丙烯酸氨基甲酸酯胶乳水分散液(固体成分为50重量%,平均树脂粒径为150nm,Tg为30℃)和去离子水混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:5mPa·s)(称为比较例5的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例5的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为25μm的调湿层的调湿片(称为比较例5的树脂成型体)。
[比较例6]
以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液(固体成分为50重量%,平均树脂粒径为300nm,Tg为30℃)、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为比较例6的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例6的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为40μm的调湿层的调湿片(称为比较例6的树脂成型体)。
[比较例7]
以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、氨基甲酸酯胶乳水分散液(固体成分为50重量%,平均树脂粒径为80nm,Tg为100℃)、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为比较例7的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例7的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为40μm的调湿层的调湿片(称为比较例7的树脂成型体)。
[实施例9]
以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、丙烯酸氨基甲酸酯胶乳水分散液(固体成分为50重量%,平均树脂粒径为150nm,Tg为30℃)、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为实施例9的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例9的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为40μm的调湿层的调湿片(称为实施例9的树脂成型体)。
[比较例8]
以12.5∶12.5∶33.8∶41.2的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、丙烯酸胶乳水分散液(固体成分为43重量%,平均树脂粒径为130nm,Tg为30℃)、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为比较例8的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例8的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为32μm的调湿层的调湿片(称为比较例8的树脂成型体)。
[实施例10]
以12.5∶12.5∶50.3∶24.7的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、丙烯酸胶乳水分散液(固体成分为46重量%,平均树脂粒径为60nm,Tg为30℃)、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为实施例10的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例10的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为32μm的调湿层的调湿片(称为实施例10的树脂成型体)。
[实施例11]
以12.5∶12.5∶50.3∶24.7的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、丙烯酸胶乳水分散液(固体成分为40重量%,平均树脂粒径为200nm、Tg为10℃)、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为实施例11的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例11的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为30μm的调湿层的调湿片(称为实施例11的树脂成型体)。
[比较例9]
以7.4∶46.3∶18.5∶28.0的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、聚乙烯醇胶乳水分散液(固体成分为10重量%,平均树脂粒径为200nm,Tg为10℃)、异丙醇和去离子水混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为比较例9的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例9的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为28μm的调湿层的调湿片(称为比较例9的树脂成型体)。
[比较例10]
以12.5∶6.7∶70.8∶10.0的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、环氧树脂(固体成分为60重量%,平均树脂粒径为200nm,Tg为80℃)、甲基乙基酮和去离子水混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为比较例10的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例12的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为25μm的调湿层的调湿片(称为比较例10的树脂成型体)。
[比较例11]
对以与实施例1相同的条件制备出的二氧化硅进行分级,由此得到众数粒径为0.5μm的二氧化硅(微孔众数直径为8.2nm),并以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所得到的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:16mPa·s)(称为比较例11的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例11的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为45μm的调湿层的调湿片(称为比较例11的树脂成型体)。
[实施例12]
对以与实施例1相同的条件制备出的二氧化硅进行分级,由此得到众数粒径为1μm的二氧化硅(微孔众数直径为8.3nm),并以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所得到的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:11mPa·s)(称为实施例12的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例12的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为58μm的调湿层的调湿片(称为实施例12的树脂成型体)。
[实施例13]
对以与实施例1相同的条件制备出的二氧化硅进行分级,由此得到众数粒径为3μm的二氧化硅(微孔众数直径为8.3nm),并以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所得到的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:16mPa·s)(称为实施例13的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例13的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为36μm的调湿层的调湿片(称为实施例13的树脂成型体)。
[实施例14]
除水热处理后用研钵将数毫米大小的二氧化硅粉碎外,以与实施例1相同的过程制备出众数粒径为35μm的二氧化硅(微孔众数直径为8.3nm),并以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所得到的二氧化硅、实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:16mPa·s)(称为实施例14的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例14的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为36μm的调湿层的调湿片(称为实施例14的树脂成型体)。
[比较例12]
除水热处理后用共磨粉碎机将数毫米大小的二氧化硅粉碎并用筛子分级外,以与实施例1相同的过程制备出众数粒径为100μm的二氧化硅(微孔众数直径为8.3nm),并以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所得到的二氧化硅、与实施例1相同的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:50mPa·s)(称为比较例12的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例12的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为115μm的调湿层的调湿片(称为比较例12的树脂成型体)。
[比较例13]
除水热处理后用共磨粉碎机将数纳米大小的二氧化硅粉碎并用筛子分级外,以与实施例1相同的过程制备出众数粒径为200μm的二氧化硅(微孔众数直径为8.3nm),并以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所得到的二氧化硅、与实施例1相同的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:250mPa·s)(称为比较例13的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的比较例13的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为273μm的调湿层的调湿片(称为比较例13的树脂成型体)。
[实施例15]
除在60℃进行水热处理外,以与实施例1相同的条件制备出微孔众数直径为1nm以下的微孔性二氧化硅(众数粒径为5μm、硅烷醇量为6个/nm2),并以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所得到的二氧化硅、与实施例1相同的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:22mPa·s)(称为实施例15的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例15的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为36μm的调湿层的调湿片(称为实施例15的树脂成型体)。
[实施例16]
除在130℃进行水热处理外,以与实施例1相同的条件制备出微孔众数直径为5nm的二氧化硅(众数粒径为5μm、硅烷醇量为5个/nm2)、并以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所得到的二氧化硅、与实施例1相同的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:50mPa·s)(称为实施例16的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例16的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为62μm的调湿层的调湿片(称为实施例16的树脂成型体)。
[实施例17]
除在200℃进行水热处理以外,以与实施例1相同的条件制备出微孔众数直径为15nm的二氧化硅(众数粒径为5μm、硅烷醇量为4个/nm2),并以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将所得到的二氧化硅、与实施例1相同的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(粘度:84mPa·s)(称为实施例17的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例17的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为59μm的调湿层的调湿片(称为实施例17的树脂成型体)。
[实施例18]
将氧化铝(微孔众数直径为7.1nm,微孔容积为0.45ml/g,比表面积为188m2/g,硅烷醇量为0个/nm2)用作无机多孔体。以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将该氧化铝、与实施例1同样的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为实施例18的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例18的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为70μm的调湿层的调湿片(称为实施例18的树脂成型体)。
[实施例19]
将二氧化硅-氧化铝(微孔众数直径为5.7nm,微孔容积为0.97ml/g,比表面积为577m2/g,硅烷醇量为1.5个/nm2)用作无机多孔体。以12.5∶12.5∶67.5∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将该二氧化硅-氧化铝、与实施例1相同的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为实施例19的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例19的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为112μm的调湿层的调湿片(称为实施例19的树脂成型体)。
[实施例20]
以0.2∶0.25∶35的重量比,将二氧化硅、20重量%的四乙基氢氧化铵(TEAOH)水溶液和十六烷基三甲基溴化铵(CTMABr)加入到水中,从而制备出凝胶混合物。更具体地说,向62g的CTMABr加入404g水,并在室温下混合并搅拌。在搅拌的同时,加入100g的TEAOH溶液,然后加入41g的煅制二氧化硅,从而制备出凝胶混合物。
将所得到的凝胶混合物在70℃再搅拌2小时,并在室温下老化24小时。使用高压釜,在150℃将混合物加热48小时来进行合成。冷却后,将生成物过滤清洗,自然干燥,并在600℃煅烧6小时,从而制备出结晶性二氧化硅(MCM-41)。
利用上述方法,对所得到的二氧化硅的物理特性进行测定。比表面积为985m2/g,微孔容积为0.78ml/g,微孔众数直径(Dmax)为3.60nm。
使用上述的二氧化硅,与实施例1相同地制备出浆料状组合物(称为涂布用组合物)。
使用所得到的涂布用组合物,与实施例1相同地制备出厚度为89μm的调湿片(称为实施例20的树脂成型体)。
[实施例21]
以12.5∶12.5∶12.5∶55.0∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、作为有机填料的粉末纤维素(平均粒径为24μm,灰分为0.25%)、在实施例1中使用的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为实施例21的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例21的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为89μm的调湿层的调湿片(称为实施例21的树脂成型体)。
[实施例22]
以12.5∶12.5∶12.5∶55.0∶7.5的重量比,以与实施例1相同的过程,将与实施例1相同的二氧化硅、作为有机填料的粉末纤维素(平均粒径为24μm、灰分为0.25%)、与实施例1相同的丙烯酸胶乳水分散液、甲醇和甲基乙基酮混合并搅拌,从而制备出浆料状组合物(称为实施例22的涂布用组合物)。
利用棒式涂布机,将所得到的实施例22的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为31μm的调湿层的调湿片(称为实施例22的树脂成型体)。
[实施例23]
利用喷雾法,将上述的实施例1的涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片(厚度为0.5mm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为17μm的调湿层的调湿片(称为实施例23的树脂成型体)。
[实施例24]
利用棒式涂布机,将上述的实施例1的涂布用组合物涂布到PET膜(厚度为100μm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为40μm的调湿层的调湿片(称为实施例24的树脂成型体)。
[实施例25]
使用凹版式涂布机(gravure coater),将上述的实施例1的涂布用组合物涂布到PET膜(厚度为100μm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为18μm的调湿层的调湿片(称为实施例25的树脂成型体)。
[实施例26]
使用模涂机,将上述的实施例1的涂布用组合物涂布到PET膜(厚度为100μm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为15μm的调湿层的调湿片(称为实施例26的树脂成型体)。
[实施例27]
利用棒式涂布机,将上述的实施例1的涂布用组合物涂布到聚酯机织物(厚度为250μm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为80μm的调湿层的调湿片(称为实施例27的树脂成型体)。
[实施例28]
利用浸渍法,将上述的实施例1的涂布用组合物涂布到聚酯机织物(厚度为250μm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为33μm的调湿层的调湿片(称为实施例28的树脂成型体)。
[实施例29]
利用棒式涂布机,将上述的实施例1的涂布用组合物涂布到PET无纺布(厚度为80μm)上,并在室温下干燥,从而制备出设置有厚度为300μm的调湿层的调湿片(称为实施例29的树脂成型体)。
[评价]
对于以下项目,以○(优异)、△(良好)、×(不良)三个等级对由上述过程制备出的各实施例和各比较例的涂布用组合物和树脂成型体进行评价。
[分散性(沉降性)]
通过目视观察以下项目来评价涂布用组合物制备时的无机多孔体的分散性(沉降性):无机多孔体在涂布用组合物中是否可均匀分散;在塑料瓶中保存涂布用组合物1周后固体成分是否沉降;以及沉降的固体成分是否可再分散。如果可以将涂布用组合物再分散,则涂布用组合物具有高保存稳定性,并且可以长期保存。
○→确认容易均匀分散。
△→确认可以利用分散器产生均匀分散。
×→难以分散。
[涂布性]
在调湿片(树脂成型体)的表面上目视观察作为涂布性指标的流动、缩孔和鱼眼,其中利用棒式涂布机(#75)将涂布用组合物涂布到聚氯乙烯片上。在涂布性不良的情况中,不能形成均匀的树脂成型体,导致涂布面外观较差。
○→平滑均匀的涂布表面。
△→在涂布表面有缺陷。
×→涂布困难导致成型体外观不良。
[涂布面外观]
通过目视观察针孔、破裂、剥离、颜色不均来评价用涂布用组合物涂布的调湿片(树脂成型体)的表面的涂布面外观。不良的涂布面外观将导致树脂成型体的性能受损。
○→无缺陷。
△→成型体上有部分缺陷。
×→在整个成型体上有缺陷。
[亲水性]
由移液管将50μL的水滴滴加到调湿片(树脂成型体)的涂布面上。由液滴的铺展(测量液滴直径)、液滴的浸渍(目视观察吸水产生的树脂成型体的透明化)评价亲水性。如果没有亲水性,则不出现水在树脂成型体表面的铺展并且不会形成水膜,导致防污性和冷却效果降低。
○→液滴铺展快速,同时均匀浸渍。
△→液滴的铺展缓慢或者浸渍不均匀。
×→液滴不铺展或不浸渍,并排斥液滴。
[防结露性]
以涂布面向下(倾斜角:10°)的状态放置调湿片(树脂成型体),并将冰放置在上表面(涂布面的相反侧),以在温度为20℃、湿度为60%的环境下产生结露液滴。目视观察此时的结露液滴的生成状态。树脂成型体的亲水性湿表面可以延迟结露液滴的生成。此外,生成的结露液滴沿斜面流向片的边缘,由此可以防止液滴中途落下。
○→液滴的生成缓慢,中途没有液滴落下。
△→液滴的生成缓慢,中途有少量液滴落下。
×→液滴的生成迅速,液滴在斜面上部和途中落下。
[冷却效果]
将调湿片(树脂成型体)在水中浸渍30分钟。取出调湿片后,在温度为25℃、湿度为30%的环境下,在风速为0.5m/s的风下将其吹干以使表面的水分蒸发。用红外温度计测定调湿片表面的温度以求出以外部气体温度为基准的温度降低。使用所测得的温度降低的大小作为冷却效果的标准。温度降低越大表示外部气体温度的冷却越有效。
○→温度降低3℃以上。
△→温度降低0~3℃。
×→温度没有降低。
[吸湿性]
在20℃的恒定温度以及湿度从60%到95%变化的条件下,测定调湿片(树脂成型体)的重量,并且由重量的变化计算出吸湿重量。此外,测定达到最大吸湿量的时间以求出作为吸湿性的量度标准的吸收响应性。吸湿重量取决于在无机多孔体中的微孔容积(最大吸湿重量)和附着量,此外吸湿/放湿对湿度的变化的快速响应有助于调湿。
○→吸放湿量变化对湿度变化快速响应。最大吸湿量对应于50%以上的微孔容积。
△→吸放湿量变化稍慢于湿度变化,或者最大吸湿量对应于5~50%以上的微孔容积。
×→吸放湿量不随湿度变化而变化,或者最大吸湿量对应于小于微孔容积。
[防污性和耐久性]
在室外将调湿片(树脂成型体)放置90天以暴露于风雨中,以目视观察作为防污效果量度标准的灰尘和飘尘产生的污染。此外,目视观察作为耐久性量度标准的树脂成型体的剥离、破裂和变色。
*防污性
○→能用水洗去污染物质。
△→不能用水洗去部分污染物质。
×→不能用水洗去污染物质。
*耐久性
○→树脂成型体的外观无变化。
△→表面出现变色、破裂等变化。
×→出现树脂成型体的剥离、成型体的破坏。
[耐擦伤性]
用棉花摩擦调湿片(树脂成型体)表面50次以目视观察诸如成型体的瑕疵和剥离等缺陷。
○→树脂成型体表面的外观无变化。
△→部分表层上出现瑕疵和剥离。
×→由于部分成型体被破坏,导致使基材暴露。
[树脂成型体的单位体积的空隙量]
在各实施例或各比较例的树脂成型体中,利用上述的[2-1.树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量]中记载的方法计算出树脂成型体的单位体积的空隙量(树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量)。
[结果]
各实施例和各比较例的涂布用组合物和树脂成型体的组成、物理特性以及评价结果列于下表1~10。此外,在以下记载中,“单位体积的空隙量”表示树脂成型体中单位体积的空隙量(树脂成型体的每单位面积和单位厚度的空隙量),“颗粒间空隙/微孔容积”表示体积比,“无机多孔体/粘合剂树脂”表示涂布用组合物或树脂成型体中的无机多孔体与粘合剂树脂的固体成分的重量比,并且“总固体成分/粘合剂固体成分”表示在涂布用组合物或树脂成型体中总固体成分与粘合剂树脂的固体成分的重量比。
表1
|
实施例1 |
比较例1 |
实施例2 |
实施例3 |
实施例4 |
比较例2 |
单位体积的空隙量(ml/mm2·μm) |
0.74 |
0.31 |
0.74 |
0.84 |
0.79 |
0.09 |
无机多孔体/粘合剂树脂(固体成分重量比) |
2 |
0.5 |
1 |
3 |
5 |
12 |
总固体成分/粘合剂固体成分(重量比) |
3 |
1.5 |
2 |
4 |
6 |
13 |
沉降性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
涂布性 |
○ |
△ |
○ |
○ |
○ |
△ |
涂布面外观 |
○ |
× |
○ |
○ |
○ |
× |
亲水性 |
○ |
× |
○ |
○ |
○ |
○ |
防污性 |
○ |
× |
○ |
○ |
○ |
○ |
防结露性 |
○ |
× |
△ |
○ |
○ |
○ |
吸湿性 |
○ |
× |
△ |
○ |
○ |
○ |
冷却效果 |
○ |
× |
○ |
○ |
○ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
× |
○ |
△ |
× |
× |
耐候性 |
○ |
× |
○ |
○ |
△ |
△ |
表2
|
实施例1 |
比较例3 |
实施例5 |
无机多孔体的颗粒形状 |
破碎状 |
球状 |
球状+破碎 |
单位体积的空隙量(ml/m2·μm) |
0.74 |
0.21 |
0.72 |
无机多孔体/粘合剂树脂(固体成分重量比) |
2 |
0 |
1 |
总固体成分/粘合剂固体成分(重量比) |
3 |
3 |
3 |
沉降性 |
○ |
△ |
○ |
涂布性 |
○ |
△ |
○ |
涂布面外观 |
○ |
△ |
○ |
亲水性 |
○ |
× |
○ |
防污性 |
○ |
× |
○ |
防结露性 |
○ |
× |
○ |
吸湿性 |
○ |
× |
○ |
冷却效果 |
○ |
△ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
△ |
○ |
耐候性 |
○ |
× |
○ |
表3
|
实施例1 |
实施例6 |
实施例7 |
实施例8 |
比较例4 |
比较例5 |
溶剂 |
MeOH/MEK |
MEK |
EtOH/MIBK |
丙酮 |
水 |
水 |
平均树脂粒径(nm) |
18~22 |
小于7 |
18~22 |
7-12 |
115 |
120 |
沉降性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
× |
× |
涂布性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
× |
× |
涂布面外观 |
○ |
○ |
○ |
○ |
× |
× |
亲水性 |
○ |
× |
△ |
× |
○ |
○ |
防污性 |
○ |
× |
△ |
× |
△ |
△ |
防结露性 |
○ |
× |
△ |
× |
△ |
△ |
吸湿性 |
○ |
× |
△ |
× |
△ |
△ |
冷却效果 |
○ |
△ |
△ |
△ |
○ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
× |
× |
耐候性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
× |
× |
※表中,“MeOH”表示甲醇,“EtOH”表示乙醇,“MEK”表示甲基乙基酮,“MIBK”表示甲基异丁基酮。
表4
|
实施例1 |
比较例6 |
比较例7 |
粘合剂树脂 |
丙烯酸乳液 |
丙烯酸乳液 |
氨基甲酸酯树脂 |
羟值(mgKOH/g) |
40 |
10 |
10 |
Tg(℃) |
18 |
-20 |
100 |
沉降性 |
○ |
△ |
○ |
涂布性 |
○ |
○ |
○ |
涂布面外观 |
○ |
○ |
○ |
亲水性 |
○ |
△ |
○ |
防污性 |
○ |
△ |
○ |
防结露性 |
○ |
△ |
△ |
吸湿性 |
○ |
△ |
△ |
冷却效果 |
○ |
○ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
△ |
× |
耐候性 |
○ |
× |
× |
表5
|
实施例1 |
实施例9 |
比较例8 |
实施例10 |
实施例11 |
比较例9 |
比较例10 |
粘合剂树脂 |
丙烯酸乳液 |
丙烯酸氨基甲酸酯 |
丙烯酸树脂 |
丙烯酸树脂 |
丙烯酸树脂 |
聚乙烯醇树脂 |
环氧树脂 |
羟值(mgKOH/g) |
40 |
15 |
0 |
200 |
10 |
860 |
15 |
Tg(℃) |
18 |
30 |
11 |
6 |
10 |
80 |
80 |
沉降性 |
○ |
○ |
× |
○ |
○ |
○ |
○ |
涂布性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
涂布面外观 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
亲水性 |
○ |
△ |
△ |
△ |
△ |
○ |
○ |
防污性 |
○ |
△ |
△ |
△ |
△ |
△ |
△ |
防结露性 |
○ |
△ |
△ |
△ |
△ |
△ |
△ |
吸湿性 |
○ |
○ |
○ |
△ |
△ |
△ |
△ |
冷却效果 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
× |
× |
耐候性 |
○ |
△ |
○ |
○ |
○ |
× |
× |
表6
|
实施例1 |
比较例11 |
实施例12 |
实施例13 |
实施例14 |
比较例12 |
比较例13 |
无机多孔体的众数粒径(μm) |
5 |
0.5 |
1 |
3 |
35 |
100 |
200 |
单位体积的空隙量(ml/m2·μm) |
0.74 |
0.12 |
0.29 |
0.56 |
0.55 |
0.33 |
0.1 |
沉降性 |
○ |
× |
△ |
○ |
△ |
△ |
△ |
涂布性 |
○ |
× |
○ |
○ |
△ |
△ |
× |
涂布面外观 |
○ |
△ |
○ |
○ |
○ |
△ |
× |
亲水性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
△ |
× |
防污性 |
○ |
△ |
○ |
○ |
○ |
△ |
× |
防结露性 |
○ |
△ |
○ |
○ |
○ |
△ |
× |
吸湿性 |
○ |
× |
○ |
○ |
○ |
△ |
× |
冷却效果 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
× |
× |
△ |
△ |
× |
× |
耐候性 |
○ |
× |
○ |
○ |
○ |
× |
× |
表7
|
实施例1 |
实施例15 |
实施例16 |
实施例17 |
无机多孔体的微孔众数直径(nm) |
9 |
1以下 |
5 |
15 |
单位体积的空隙量(ml/m2·μm) |
0.74 |
0.73 |
0.76 |
0.73 |
沉降性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
涂布性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
涂布面外观 |
○ |
○ |
○ |
○ |
亲水性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
防污性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
防结露性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
吸湿性 |
○ |
△ |
○ |
○ |
冷却效果 |
○ |
○ |
○ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
△ |
○ |
○ |
耐候性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
表8
|
实施例1 |
实施例18 |
实施例19 |
实施例20 |
无机多孔体 |
二氧化硅 |
氧化铝 |
二氧化硅-氧化铝 |
结晶性二氧化硅 |
单位体积的空隙量(ml/m2·μm) |
0.74 |
0.34 |
0.34 |
0.38 |
沉降性 |
○ |
○ |
△ |
○ |
涂布性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
涂布面外观 |
○ |
△ |
△ |
○ |
亲水性 |
○ |
△ |
△ |
○ |
防污性 |
○ |
△ |
△ |
○ |
防结露性 |
○ |
△ |
△ |
△ |
吸湿性 |
○ |
△ |
△ |
△ |
冷却效果 |
○ |
○ |
○ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
耐候性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
表9
|
实施例1 |
实施例21 |
实施例22 |
有机填料 |
无 |
粉末纤维素 |
粉末纤维素 |
单位体积的空隙量(ml/m2·μm) |
0.74 |
0.97 |
0.96 |
无机多孔体/粘合剂树脂(固体成分重量比) |
2 |
2 |
2 |
总固体成分/粘合剂固体成分(重量比) |
3 |
5 |
5 |
沉降性 |
○ |
△ |
△ |
涂布性 |
○ |
○ |
○ |
涂布面外观 |
○ |
△ |
△ |
亲水性 |
○ |
○ |
○ |
防污性 |
○ |
△ |
△ |
防结露性 |
○ |
○ |
○ |
吸湿性 |
○ |
△ |
△ |
冷却效果 |
○ |
○ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
○ |
○ |
耐候性 |
○ |
○ |
○ |
表10
|
实施例1 |
实施例23 |
实施例24 |
实施例25 |
实施例26 |
实施例27 |
实施例28 |
实施例29 |
涂布方法 |
棒涂 |
喷雾 |
棒涂 |
凹版涂布 |
模涂 |
棒涂 |
浸渍 |
棒涂 |
基材 |
聚氯乙烯片 |
聚氯乙烯片 |
PET膜 |
PET膜 |
PET膜 |
聚酯机织物 |
聚酯机织物 |
PET无纺布 |
涂布性 |
○ |
△ |
○ |
○ |
○ |
△ |
○ |
△ |
涂布面外观 |
○ |
△ |
○ |
○ |
○ |
△ |
△ |
△ |
亲水性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
防污性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
防结露性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
吸湿性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
冷却效果 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
耐擦伤性 |
○ |
○ |
× |
× |
× |
△ |
△ |
○ |
耐候性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
在表1汇总了如下内容:在涂布用组合物中和树脂成型体中的无机多孔体与粘合剂树脂的固体成分的各重量比下(无机多孔体与粘合剂树脂的固体成分的重量比(以下,称为“无机多孔体/粘合剂树脂比”)),涂布用组合物和树脂成型体的各种性能。
由表1显示出,在涂布用组合物中,过大的粘合剂树脂的比例使粘合剂树脂易于聚集,同时过小的粘合剂树脂的比例使无机多孔体易于聚集。表1还显示出,由于涂布性的降低和破裂,该聚集损害了涂布面外观。
在树脂成型体中,无机多孔体/粘合剂树脂比过小时,粘合剂树脂会包覆无机多孔体,导致微孔堵塞,从而阻碍吸水。而且,粘合剂树脂会填充颗粒间空隙,导致空隙的降低,因此降低了亲水性。
相反,尽管亲水性提高,但是过大的无机多孔体/粘合剂树脂比会导致无机多孔体和粘合剂树脂间的粘结点减少。因此,无机多孔体可容易地脱离。从而,阻碍了空隙的形成并降低了诸如耐擦伤性等耐久性。
如上所述,过大或过小的无机多孔体/粘合剂树脂比会导致空隙减小。该空隙的减少会损害亲水性,即,因保水产生的防结露效果、调湿效果降低。
表2显示,与破碎状的微粒相比较,球状的微粒无机多孔体显示出较差的涂布性和较差的涂布面外观。由于与破碎状的微粒相比较,球状的微粒可以更密实地填充进规则排列中,因此难以形成颗粒间空隙。由于球状的微粒导致颗粒间空隙减小,因此由保水性能降低导致诸如防结露效果等各种特性降低。另一方面,将一部分破碎状的微粒加入到球状的微粒中使规则排列崩溃,导致形成更大的颗粒间空隙。
表3显示,涂布用组合物的粘度和涂布用组合物中的粘合剂树脂的树脂尺寸取决于所使用的溶剂种类。诸如醇等亲水性溶剂使得形成树脂尺寸较小的粘合剂树脂,所述树脂可以良好地分散,没有无机多孔体的沉降和聚集。另一方面,只包含水的溶剂不能使粘合剂树脂分散,因此无机多孔体发生沉降和聚集,以及由于干燥速度慢而使涂布性、涂布面外观不良。
表4显示,过低或过高的粘合剂树脂的Tg导致耐擦伤性和耐久性降低。更具体地说,如果粘合剂树脂的Tg过低,则尽管相对于基材的柔软性优异,但会导致形成机械强度较低的树脂成型体,因而降低了耐擦伤性。另一方面,如果粘合剂树脂的Tg过高,则尽管形成高机械强度的粘合剂树脂,但是由于相对于基材的柔软性较低,因此引起剥离和破裂并损害耐擦伤性。
表5显示,过低的粘合剂树脂的固体成分的羟值会导致涂布用组合物中的无机多孔体的分散性降低。此外,这样低的粘合剂树脂的羟值会导致树脂成型体表面的亲水性降低。另一方面,过高的粘合剂树脂的羟值会导致树脂成型体的机械强度降低,特别是导致耐水性降低。
表6显示,较大的无机多孔体的众数粒径会引起粘度升高,导致涂布性和涂布面外观不令人满意。而且,这样大的无机多孔体的众数粒径会阻碍无机多孔体形成层,因此难以形成颗粒间的空隙,导致防结露性降低。此外,无机多孔体与粘合剂树脂的接触点减少。这导致无机多孔体易于脱离,因此耐擦伤性等性能降低。较小的无机多孔体的众数粒径会导致沉降在涂布用组合物中的无机多孔体聚集。这样的无机多孔体难以再分散。
表7显示了包含具有不同微孔众数直径的无机多孔体的涂布用组合物和树脂成型体的各种特性的比较。虽然观察到因微孔容积的降低而导致吸湿量降低,但是这些涂布用组合物和树脂成型体在各种特性上没有显著差别。这种现象的原因是多孔结构,而不是在涂布用组合物和树脂成型体中的无机多孔体的微孔众数直径。
表8显示了包含各种无机多孔体的涂布用组合物、树脂成型体的各种特性的比较。二氧化硅显示出更加显著的亲水性。然而,任意无机多孔体均显示出优异的冷却效果。因此,可以使用除二氧化硅以外的任意其他无机多孔体。
表9显示,添加有机填料使涂布用组合物中的总固体成分增加,从而导致粘度増加并易于沉降。在包含有机填料的树脂成型体中,虽然包括亲水性等部分特性降低,但单位体积的空隙量显著増加。空隙量这样显著的增大可以确保保持大量的水分,从而使防结露性和冷却效果优异。
表10显示,可以使用各种涂布方法将涂布用组合物涂布到基板上,并且可以使用各种基材形成树脂成型体。因此,通过使用任意基材的任意涂布方法,可以确保优异的特性。
工业实用性
对本发明的用途没有限制。本发明适合应用于建材用途领域、室内设计领域、催化剂用途领域、空调领域、涂料和油墨领域、树脂用添加剂用途领域、造纸用途领域、食品用途领域、医农药领域、分离材料领域、农业用途领域、运输领域、电气和电子领域、精密机器领域、生活相关领域、衣料领域等各种用途。
虽然使用特定的实施例详细地说明了本发明,但是只要不脱离本发明的意图和范围,可以进行各种修正和变形,这对本领域技术人员是显而易见的。
此外,本申请基于于2005年6月24日提出的日本专利申请(特愿2005-184847)和于2006年6月26日提出的日本专利申请(特愿2006-175536),以引用的方式援用其全部内容。