DE112021007972T5

DE112021007972T5 - Deckschicht und Bauteil

Info

Publication number: DE112021007972T5
Application number: DE112021007972.7T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Yoshida; Natsumi Koyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2024-04-25
Also published as: CN117693562A; JPWO2023286240A1; WO2023286240A1; JP7069438B1

Abstract

Eine Deckschicht beinhaltet ein hydrophobes Harz mit einer glatten Oberfläche und einem Kontaktwinkel von 70° oder mehr. Die Deckschicht hat eine Vielzahl von Vorsprüngen, die durch das hydrophobe Harz gebildet werden, und die Vielzahl von Vorsprüngen sind in der Deckschicht verstreut und haben jeweils einen Endbereich mit einer konvexen Oberfläche, die durch Ausschneiden eines zusammenhängenden Bereichs gebildet wird, der 50 % oder mehr einer kugelförmigen Oberfläche ausmacht. Die kugelförmigen Oberflächen haben jeweils einen durchschnittlichen Krümmungsradius von 16 µm oder weniger. Ein durchschnittlicher Abstand zwischen jeder der mehreren aneinander angrenzenden Vorsprünge ist kleiner oder gleich dem 30-fachen des Krümmungsradius.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Deckschicht, die hydrophob (wasserabweisend) ist, und ein die Deckschicht enthaltendes Bauteil.
STAND DER TECHNIK
Superhydrophobie (sehr stark wasserabweisend)ist eine Eigenschaft eines Materials, die bewirkt, dass Wasser Wassertröpfchen bildet und abperlt, selbst wenn Wasser auf das Material fällt, wie es für Wassertröpfchen auf Lotusblättern bekannt ist. In jüngster Zeit wurden viele Materialien entwickelt, die besonders hydrophob sind, um das Anhaften von Schmutz, Eis und Schnee zu verhindern oder zu verringern. Im Allgemeinen werden hydrophobe Stoffe, die eine Oberfläche mit feiner Rauheit aufweisen, als superhydrophobe Materialien bezeichnet. Was die Schmutzabweisung betrifft, so können superhydrophobe Materialien die Anhaftung von Schmutzwasser, wie z.B. Schlamm, verhindern, und Staub, der an superhydrophoben Materialien haftet, kann durch Waschen mit Wasser leicht gelöst werden. Superhydrophobe Materialien sind jedoch nicht wirksam für die Anhaftung von Staub, der kleiner ist als die Oberflächenrauhigkeit, oder für die Adsorption von Wasserdampf. An superhydrophobe Materialien gebundene Stoffe lassen sich nur schwer entfernen, da das Wasser die gebundenen Stoffe nicht erreicht, wenn die superhydrophoben Materialien mit Wasser gewaschen werden, um die gebundenen Stoffe zu entfernen. Die Verwendung von Reinigungs- oder Lösungsmitteln verändert die Rauhigkeit der Oberfläche, so dass die Oberfläche ihre superhydrophobe Wirkung verliert.
Patentdokument 1 offenbart eine superhydrophobe Beschichtung mit einer polymeren Bindemittelschicht und einer Vielzahl von porösen Vorsprüngen, die aus der Oberfläche der polymeren Bindemittelschicht herausragen. In Patentdokument 1 behält diese Struktur die Selbstreinigungsleistung bei, selbst wenn die Beschichtung in Wasser eingetaucht wird.
Zitatenliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2009-521 551 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die im Patentdokument 1 beschriebene superhydrophobe Beschichtung verwendet jedoch ein poröses Material, um superhydrophob zu sein, und hat daher das folgende Problem. Der an der superhydrophoben Beschichtung haftende Schmutz lässt sich nur schwer abwaschen, und die superhydrophobe Wirkung geht je nach Art des Reinigungs- oder Lösungsmittels verloren.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das obige Problem zu lösen und zielt darauf ab, eine Deckschicht bereitzustellen, die hydrophob ist und die leicht abgewaschen werden kann und zeigt ein Bauteil mit der Deckschicht auf.
Eine Deckschicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein hydrophobes Harz mit einer glatten Oberfläche und einem Kontaktwinkel von 70° oder mehr. Die Deckschicht hat eine Vielzahl von Vorsprüngen, die durch das hydrophobe Harz gebildet werden, und die Vielzahl von Vorsprüngen sind in der Deckschicht verstreut und haben jeweils einen Endbereich mit einer konvexen Oberfläche, die durch Ausschneiden eines zusammenhängenden Bereichs gebildet wird, der 50 % oder mehr einer kugelförmigen Oberfläche ausmacht. Die kugelförmigen Oberflächen haben jeweils einen durchschnittlichen Krümmungsradius von 16 µm oder weniger. Der durchschnittliche Abstand zwischen den einzelnen der mehreren aneinander angrenzenden Vorsprünge ist kleiner oder gleich dem 30-fachen des Krümmungsradius.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das hydrophobe Harz eine glatte Oberfläche auf, und Schmutz auf dem hydrophoben Harz lässt sich leicht abwaschen. Dadurch entstehen eine hydrophobe Deckschicht, die leicht abwaschbar ist und ein Bauteil mit der Deckschicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine Deckschicht gemäß Ausführungsform 1.;
2 zeigt die superhydrophobe Eigenschaft der Deckschicht gemäß Ausführungsform 1;
3 zeigt die Hydrophilie der Deckschicht gemäß Ausführungsform 1;
4 zeigt eine Ausführungsform der Deckschicht gemäß Ausführungsform 1;
5 zeigt eine Ausführungsform der Deckschicht gemäß Ausführungsform 1, und
6 zeigt eine Deckschicht gemäß Ausführungsform 2.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen einer Deckschicht und eines Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist durch die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränkt. Das Verhältnis zwischen den Größen der Komponenten in den folgenden Zeichnungen einschließlich 1 kann von der tatsächlichen Größe abweichen. In der folgenden Beschreibung werden zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung die Begriffe, die Richtungen ausdrücken, in geeigneter Weise verwendet. Diese Begriffe werden verwendet, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben und schränken die vorliegende Erfindung nicht ein. Beispiele für die Begriffe, die Richtungen ausdrücken, sind „oben“, „unten“, „rechts“, „links“, „vorne“, und „hinten“.
Ausführungsform 1
1 zeigt eine Deckschicht 10 gemäß der Ausführungsform 1. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Deckschicht 10 ein hydrophobes Harz 2 mit Vorsprüngen 8. Ein Substrat 1 und die Deckschicht 10 bilden ein Bauteil 20. Die Deckschicht 10 ist auf der Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet, und das hydrophobe Harz 2 liegt auf einer dem Substrat 1 gegenüberliegenden Oberfläche der Deckschicht 10 frei. 1 zeigt einen Fall, in dem die Deckschicht 10 kugelförmige Teilchen 3 enthält, aber die Deckschicht 10 muss nicht notwendigerweise die kugelförmigen Teilchen 3 enthalten. Auf der dem Substrat 1 gegenüberliegenden Oberfläche der Deckschicht 10 sind viele Vorsprünge 8 ausgebildet, und das hydrophobe Harz 2 ist im gesamten Bereich mit einer glatten Oberfläche versehen. Die Vorsprünge 8 haben jeweils einen kugelförmigen Endbereich. Insbesondere ist eine konvexe Oberfläche, die durch Ausschneiden eines zusammenhängenden Bereichs gebildet wird, der 50 % oder mehr der Kugeloberfläche ausmacht, d.h. eine konvexe Oberfläche, die durch Ausschneiden eines Bereichs gebildet wird, der größer als die Halbkugel der Kugeloberfläche ist, mit einem Basisendbereich jedes Vorsprungs 8 verbunden.
(Deckschicht 10)
Die Deckschicht 10 wird durch Ablegen der kugelförmigen Teilchen des hydrophoben Harzes 2, durch Auftragen einer Beschichtungsflüssigkeit, die das hydrophobe Harz 2 und die kugelförmigen Teilchen 3 enthält, oder durch andere Verfahren gebildet. Bei der Methode des Ablegens der kugelförmigen Teilchen des hydrophoben Harzes 2 besteht die Deckschicht 10 im Wesentlichen aus dem hydrophoben Harz 2. Bei der Methode des Auftragens einer Beschichtungsflüssigkeit, die das hydrophobe Harz 2 und die kugelförmigen Teilchen 3 enthält, bilden die kugelförmigen Teilchen 3 ein Gerüst, und das Gerüst wird mit dem hydrophoben Harz 2 beschichtet, wie in 1 dargestellt.
Das Verfahren zum Ablegen der kugelförmigen Teilchen des hydrophoben Harzes 2 erfolgt durch Dispersionsflüssigkeitsbeschichtung oder Pulverbeschichtung. Die Deckschicht 10 wird gebildet, indem die Teilchen mit einem Dispersionsmedium verschmolzen, mit einem Bindemittel aneinander gebunden oder durch Hitze miteinander verschmolzen werden. Die kugelförmigen Teilchen des hydrophoben Harzes 2 können auch andere Stoffe enthalten, und man erhält trotzdem die durch das hydrophobe Harz 2 gebildete superhydrophobe Deckschicht 10 mit einer glatten Oberfläche.
Die Methode des Auftragens einer Beschichtungsflüssigkeit, die das hydrophobe Harz 2 und die kugelförmigen Teilchen 3 enthält, ermöglicht die Behandlung verschiedener Gegenstände nur durch Auftragen und Trocknen der Beschichtungsflüssigkeit. Durch die Wahl des hydrophoben Harzes 2 oder der kugelförmigen Teilchen 3 können die Form und die hydrophobe Wirkung der Vorsprünge 8 frei gesteuert werden. Hinsichtlich des Verhältnisses zwischen den kugelförmigen Teilchen 3 und dem hydrophoben Harz 2, die eine geeignete Deckschicht 10 bilden, beträgt das Volumenverhältnis der kugelförmigen Teilchen 3 vorzugsweise 50 % oder mehr und 500 % oder weniger des hydrophoben Harzes 2, besonders bevorzugt 80 % oder mehr und 400 % oder weniger des hydrophoben Harzes 2. Wenn die kugelförmigen Teilchen 3 in einem Verhältnis von weniger als 50 % des hydrophoben Harzes 2 aufgebracht werden, sind die kugelförmigen Teilchen 3 im hydrophoben Harz 2 eingegraben, und viele Vorsprünge weisen keine geeignete Form auf. Wenn das Verhältnis der kugelförmigen Teilchen 3 mehr als 500 % des hydrophoben Harzes 2 beträgt, ist es schwierig, eindeutige Vorsprünge 8 zu bilden, und die Endbereiche der Vorsprünge 8 liegen in einem Abstand von weniger als dem 30-fachen des Krümmungsradius nahe beieinander, was nicht vorteilhaft ist.
Die Gesamtmenge des hydrophoben Harzes 2 und der kugelförmigen Teilchen 3 in der Beschichtungsflüssigkeit beträgt vorzugsweise 5 Masse-% oder mehr und 40 Masse-% oder weniger, besonders bevorzugt 8 Masse-% oder mehr und 25 Masse-% oder weniger. Mit einer Konzentration der Gesamtmenge weniger als 5 Masse-%, fließt die flüssige Schicht vor dem Trocknen leicht, und es ist schwierig, gleichmäßig die Vorsprünge 8 zu dispergieren, was nicht vorteilhaft ist. Mit einer Konzentration der Gesamtmenge mehr als 40 Masse-%, hat die Flüssigkeit nach der Beschichtung geringe Fließfähigkeit, und es ist schwierig, eine geeignete Deckschicht 10 zu bilden. Als Lösungsmittel für die Beschichtungsflüssigkeit können verschiedene Lösungsmittel verwendet werden, die das hydrophobe Harz 2 auflösen können. Beispiele für Lösungsmittel sind aromatische Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, Ketone wie Aceton, Methylethylketon und MIBK, Ether wie Tetrahydrofuran, Ester wie Ethyllactat, Ethylacetat und Butylacetat; und N-Methylpyrrolidon; naphthenische und paraffinische Kohlenwasserstofflösungsmittel; Alkohole, wie Ethanol und 2-Propanol; Ether, wie Dimethylether und Diethylether; und verschiedene Fluorharzlösungsmittel.
4 und 5 zeigen Ausführungsformen der Deckschicht 10 gemäß der Ausführungsform 1. Beispiele für das Beschichtungsverfahren sind Pinsel-, Walzen-, Tauch-, Siebdruck- und Spritzbeschichtung. Nach einer vorgegebenen Beschichtungsmenge wird die Beschichtung getrocknet, um die Deckschicht 10 zu bilden. Es können verschiedene Aushärtemittel zugesetzt werden, gefolgt von einer Hitze- oder Ultraviolettaushärtung oder anderen Behandlungen. Die Dicke und Form der Deckschicht 10 können durch Steuerung der Beschichtungsmenge eingestellt werden. 4 zeigt ein Beispiel für eine geringe Beschichtungsmenge, und 5 zeigt ein Beispiel für eine große Beschichtungsmenge. In beiden Zuständen werden die Eigenschaften der Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 erreicht. Die in 4 dargestellte dünne Deckschicht 10 hat eine hohe Transparenz und wirkt sich nur geringfügig auf die Farbe des Untergrunds aus. Die in 5 dargestellte dicke Deckschicht 10 hat nicht nur eine hohe Beständigkeit gegen Abrieb oder andere Formen der Abnutzung, sondern auch eine basisschützende Wirkung, wie Korrosions- und Witterungsbeständigkeit.
(Hydrophobes Harz 2)
In der Deckschicht 10 hat das hydrophobe Harz 2 zur Erzielung der Superhydrophobie vorzugsweise einen Kontaktwinkel mit dem Wasser 6 von 70° oder mehr, besonders bevorzugt einen Kontaktwinkel mit dem Wasser 6 von 80° oder mehr, wenn das hydrophobe Harz 2 eine ebene Oberfläche hat. Wenn der Kontaktwinkel mit dem Wasser 6 weniger als 70° beträgt, ist die Deckschicht 10 nicht superhydrophob, oder die Deckschicht 10 wird durch einen leichten Auslöseimpuls, wie z.B. Wasserdruck, hydrophil, selbst wenn die Deckschicht 10 superhydrophob ist, so dass die Deckschicht 10 praktisch nicht als superhydrophobe Deckschicht verwendet werden kann. Um nicht nur superhydrophob zu sein, sondern auch die Eigenschaft zu haben, in Hydrophilie überzugehen, beträgt der Kontaktwinkel mit dem Wasser 6 vorzugsweise 70° oder mehr und 110° oder weniger, noch bevorzugter 80° oder mehr und 100° oder weniger, wenn das hydrophobe Harz 2 eine ebene Oberfläche hat. Wenn der Kontaktwinkel mit dem Wasser 6 weniger als 70° beträgt, ist die Deckschicht 10 nicht superhydrophob, oder die Deckschicht 10 wird durch einen leichten Auslöseimpuls, wie z.B. Wasserdruck, hydrophil, selbst wenn die Deckschicht 10 superhydrophob ist, so dass die Deckschicht 10 praktisch nicht als superhydrophobe Deckschicht verwendet werden kann. Wenn der Kontaktwinkel mit dem Wasser 6 mehr als 110° beträgt, kann die Deckschicht 10 nicht hydrophil gemacht werden, auch nicht durch Besprühen mit Wasser 6 oder Bespritzen mit Hochdruckwasser 6.
Das hydrophobe Harz 2 erfüllt die oben beschriebene hydrophobe Eigenschaft. Beispiele für das hydrophobe Harz 2 sind Alkydharze, Epoxyesterharze, Urethanharze, Acrylharze, Acrylsilikonharze, Polyolefinharze, Polyvinylchloridharze, Fluorharze, Silikonharze und Mischungen solcher Harze. Fluorharze oder Siliconharze bilden einen ausreichend großen Kontaktwinkel, auch wenn sie allein verwendet werden. Zur Vergrößerung des Kontaktwinkels mit dem Wasser 6 durch Verwendung anders-hydrophober Harze 2 oder zur Verleihung einer hydrophoben Wirkung mit einem Kontaktwinkel von mehr als 90° braucht nur ein Fluor-, Kohlenwasserstoff- oder Silikonadditiv zur Verbesserung der hydrophoben Wirkung hinzugefügt zu werden. Alternativ kann auch eine kleine Menge feiner Teilchen zugesetzt werden. Die Zugabe von Feinteilchen kann eine feine Rauheit auf der Oberfläche des hydrophoben Harzes 2 bilden, um die Hydrophobie zu verbessern.
In diesem Fall können alle Feinteilchen, die sich gleichmäßig mit dem hydrophoben Harz 2 vermischen lassen, unabhängig von ihrer Zusammensetzung verwendet werden. Als Feinteilchen können beispielsweise anorganische Feinteilchen, wie Feinteilchen aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Titandioxid, oder Fluorharzfeinteilchen, wie Feinteilchen aus PTFE, verwendet werden. Bei anorganischen Feinteilchen kann die Zugabe einer kleinen Menge anorganischer Feinteilchen mit einer hydrophob behandelten Oberfläche die hydrophobe Wirkung des Harzes wirksam verbessern.
Was die Teilchengröße der feinen Teilchen betrifft, so beträgt die gewichtsmittlere Teilchengröße, gemessen durch Laserbeugungs-Teilchengrößenverteilungsanalyse, vorzugsweise 10 nm oder mehr und 200 nm oder weniger. Was die Menge der zugesetzten Feinteilchen betrifft, so beträgt das Gewichtsverhältnis der Feinteilchen zur Harzkomponente vorzugsweise 50 % oder weniger. In diesem Fall werden die feinen Teilchen durch die Behandlung mit einem Homogenisator oder anderen Geräten gut dispergiert. Wenn feine Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von mehr als 200 nm verwendet werden oder das Gewichtsverhältnis der zugesetzten feinen Teilchen mehr als 50 % beträgt, wird die Glätte des hydrophoben Harzes 2 verringert, was die Beständigkeit gegen Reibung oder Verschmutzung beeinträchtigt, was nicht erwünscht ist. Um die Deckschicht 10 hydrophil zu machen, gibt es ein Problem, bei dem eine stabile Hydrophilie auch durch Besprühen mit Wasser 6 oder durch Aufspritzen von Hochdruckwasser 6 nicht erreicht wird, wenn das Harz eine zu hohe hydrophobe Wirkung hat oder die Harzoberfläche eine zu geringe Glätte aufweist. Die Glätte der Oberfläche des hydrophoben Harzes 2 kann anhand des Glanzes als grobes Indiz bestimmt werden. Der Glanzgrad des auf die ebene Oberfläche aufgebrachten Harzes beträgt vorzugsweise 70 oder mehr, gemessen bei einem Einfallswinkel von 60°. Die Harzoberfläche mit einem Glanzgrad von weniger als 70 weist, wie beschrieben, eine übermäßige Anzahl von Stücken in feiner Rauheit auf, eine stabile Hydrophilie wird in vielen Fällen auch durch Besprühen mit Wasser 6 oder Aufspritzen des Hochdruckwassers 6 nicht erreicht.
Die Zugabe der feinen Teilchen hat nicht nur den Effekt, dass die Hydrophobie des hydrophoben Harzes 2 eingestellt wird, sondern auch, dass sich die Deckschicht 10 leicht ausbilden lässt und eine hohe Hydrophobie aufweist. Bei der Deckschicht 10 mit geeigneter Superhydrophobie wird die Oberfläche der kugelförmigen Teilchen 3 mit einer kleinen Menge des hydrophoben Harzes 2 beschichtet. Durch die Zugabe einer kleinen Menge der feinen Teilchen zur Beschichtungsflüssigkeit kann eine Beschichtungsflüssigkeit erzeugt werden, die die Deckschicht 10 mit geeigneter Superhydrophobie leicht bildet. Nach dem Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit wird die Beschichtungsflüssigkeit im Trocknungsprozess getrocknet, während die Lösung des hydrophoben Harzes 2 auf die Oberfläche der kugelförmigen Teilchen 3 fließt. Wenn die Menge des hydrophoben Harzes 2 im Verhältnis zur Menge der kugelförmigen Teilchen 3 gering ist, kann das hydrophobe Harz 2, das die kugelförmigen Teilchen 3 beschichtet, an einem oberen Teil jedes Vorsprungs 8 zu dünn sein. In diesem Fall gibt es einen Bereich, in dem die kugelförmigen Teilchen 3 nicht mit dem hydrophoben Harz 2 beschichtet sind, oder das hydrophobe Harz 2 lässt sich leicht ablösen, was nicht zu einer guten Superhydrophobie führt. Wenn die feinen Teilchen der Beschichtungsflüssigkeit zugesetzt werden, wird die Lösung des hydrophoben Harzes 2, die auf der Oberfläche der kugelförmigen Teilchen 3 fließt, dazu gebracht, als pseudoplastische Flüssigkeit zu dienen, und die Oberfläche der kugelförmigen Teilchen 3 kann mit einer ausreichenden Dicke des hydrophoben Harzes 2 beschichtet werden.
Die feinen Teilchen können die gleichen sein wie die feinen Teilchen, die im Falle der Einstellung der Hydrophobie verwendet werden. Die Menge der hinzugefügten feinen Teilchen kann im Hinblick auf die Fließfähigkeit groß sein, muss aber im Hinblick auf die Einschränkungen der Hydrophobie und der Oberflächenglätte im Gewichtsverhältnis 50 % oder weniger betragen. Da die Fließfähigkeit der Beschichtungsflüssigkeit variiert, ändert sich auch die geeignete Konzentration leicht. Die Gesamtmenge des hydrophoben Harzes 2 und der kugelförmigen Teilchen 3 beträgt vorzugsweise 1,5 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger, besonders bevorzugt 3 Masse-% oder mehr und 25 Masse-% oder weniger. Bei einer Konzentration der Gesamtmenge des hydrophoben Harzes 2 und der kugelförmigen Teilchen 3 von weniger als 1,5 Masse-% fließt der Flüssigkeitsfilm vor dem Trocknen leicht, und es ist schwierig, die Vorsprünge 8 gleichmäßig zu verteilen, was nicht vorteilhaft ist. Bei einer Konzentration der Gesamtmenge des hydrophoben Harzes 2 und der kugelförmigen Teilchen 3 von mehr als 30 Masse-% hat die Flüssigkeit nach der Beschichtung eine geringe Fließfähigkeit, und es ist schwierig, eine geeignete Deckschicht 10 zu bilden.
(Sphärische Teilchen 3)
In der Deckschicht 10 haben die kugelförmigen Teilchen 3, die zur Erzielung der Superhydrophobie verwendet werden, vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,5 µm oder mehr und 30 µm oder weniger, noch bevorzugter eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,5 µm oder mehr und 15 µm oder weniger. Die durchschnittliche Teilchengröße bezieht sich in diesem Fall auf die gewichtsgemittelte Teilchengröße. Wenn die durchschnittliche Teilchengröße weniger als 0,5 µm beträgt, werden die Vorsprünge 8 mit einer geeigneten Form nicht durch Beschichtung der kugelförmigen Teilchen 3 mit einer ausreichenden Dicke des hydrophoben Harzes 2 gebildet. Die Verwendung von Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von mehr als 30 µm führt nicht zu einer optimalen Hydrophobie. Bei den kugelförmigen Teilchen 3, die zur Erzielung von Hydrophilie zusätzlich zur Superhydrophobie verwendet werden, beträgt die durchschnittliche Teilchengröße vorzugsweise 1 µm oder mehr und 30 µm oder weniger, noch bevorzugter 1,8 µm oder mehr und 15 µm oder weniger. Die durchschnittliche Teilchengröße bezieht sich in diesem Fall auf die gewichtsgemittelte Teilchengröße. Wenn die durchschnittliche Teilchengröße weniger als 1 µm beträgt, sind die Lücken zwischen den gebildeten Vorsprüngen 8 klein, und die Tiefe ist ebenfalls gering, so dass es schwierig ist, eine stabile Hydrophilie zu erhalten. Die Verwendung von Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von mehr als 30 µm führt nicht zu einer Superhydrophobie.
Bei den kugelförmigen Teilchen 3 kann es sich um kugelförmige anorganische Teilchen handeln. Die kugelförmigen Teilchen 3 bestehen vorzugsweise aus Quarzglas, Tonerde oder anderen Materialien. Die kugelförmigen Teilchen 3 haben vorzugsweise eine dichte Zusammensetzung, die fest, aber nicht porös ist. Anorganische Teilchen haben den Vorteil, dass die Schicht eine hohe Festigkeit aufweist. Bei den kugelförmigen Teilchen 3 kann es sich um kugelförmige Harzteilchen handeln. Die kugelförmigen Teilchen 3 können aus verschiedenen Harzen bestehen, wie z.B. Methacrylharz, Polystyrol, Silikon und Phenolharz. Die Verwendung von Harzteilchen hat den Vorteil, dass die Schicht eine hohe Flexibilität aufweist und kaum Defekte, wie z.B. Abblättern, aufweist, und dass die kugelförmigen Teilchen 3 sich weniger leicht absetzen als die Beschichtungszusammensetzung und einfach zu verwenden sind. Kugelförmige Teilchen 3 mit Ecken und Vorsprüngen sind nicht bevorzugt, da viele Vorsprünge 8 nicht jeweils eine geeigneten Kugeloberflächen bilden.
(Superhydrophobie)
2 veranschaulicht die Superhydrophobie der Deckschicht 10 gemäß der Ausführungsform 1. 2 zeigt die Oberfläche der superhydrophoben Deckschicht 10 in Kontakt mit dem Wasser 6, wenn die Deckschicht 10 in Wasser 6 eingetaucht oder fließendem Wasser oder Wassertröpfchen ausgesetzt ist. Wie in 2 dargestellt, kommt das Wasser 6 nur mit den kugelförmigen Oberflächen in Kontakt, die sich auf den Oberseiten der Vorsprünge 8 befinden, und das Wasser 6 dringt nicht in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 ein. Dieser Zustand wird dadurch verursacht, dass die Kontaktfläche die kugelförmige, konvexe Oberfläche ist, die durch das hydrophobe Harz 2 gebildet wird und hydrophob ist. Die Grenzfläche zwischen Luft und Wasser 6, die nicht in Kontakt mit den Vorsprüngen 8 steht, weist wasserseitig vertiefte konkave Flächen auf. Das Wasser 6 ist aufgrund seiner geringen freien Oberflächenenergie stabil. Um die Lücken zwischen den Vorsprüngen 8 mit dem Wasser 6 zu füllen, ist es notwendig, Wasserdruck auszuüben, so dass die Grenzfläche zwischen dem Wasser 6 und der Luft konvexe Oberflächen aufweist, wenn die Grenzfläche von der Luftseite aus betrachtet wird. Die Deckschicht 10, die mit dem Wasser 6 in Berührung kommt, ist somit stabil und hat eine sehr kleine Kontaktfläche. Wenn die Oberseite jedes Vorsprungs 8 keine kugelförmige konvexe Oberfläche hat, sondern eine Ecke oder eine flache Oberfläche aufweist, dringt das Wasser 6 leicht in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 ein, so dass die Deckschicht 10 nicht mehr superhydrophob ist.
Da die Oberseite jedes Vorsprungs 8 in der Deckschicht 10 eine kugelförmige, konvexe Oberfläche hat, ist es sehr einfach, das an der Deckschicht 10 haftende Wasser 6 loszulassen. Dies liegt daran, dass beim Lösen des Wassers 6, das mit der kugelförmigen konvexen Oberfläche in Kontakt ist, das Wasser 6 sanft gelöst wird, ohne dass sich der Kontaktzustand zwischen dem Wasser 6 und dem hydrophoben Harz 2 groß ändert, und schließlich so abgelöst wird, dass die Kontaktfläche am oberen Teil klein wird. Wenn die Oberseite jedes Vorsprungs 8 keine kugelförmige konvexe Oberfläche, sondern eine raue oder flache Oberfläche aufweist, wird das Wasser 6 nicht gleichmäßig losgelassen, und Wassertröpfchen oder ein Wasserfilm verbleiben tendenziell. Wenn die kugelförmige konvexe Oberfläche durch Ausschneiden eines zusammenhängenden Bereichs gebildet wird, der 50 % oder mehr der kugelförmigen Oberfläche ausmacht und eine große Fläche hat, wird eine geeignete Freisetzungsfähigkeit des Wassers 6 erreicht. Wenn die sphärische konvexe Oberfläche ein zusammenhängender Bereich ist, der weniger als 50 % der Fläche der sphärischen Oberfläche ausmacht, ist eine große Menge des Wassers 6 in Kontakt mit dem flachen Teil oder dem konkaven Teil, die Ablösbarkeit des Wassers 6 ist verschlechtert, was nicht vorteilhaft ist. Der ausgeschnittene kontinuierliche Bereich der kugelförmigen Oberfläche beinhaltet vorzugsweise eine halb kugelförmige Oberfläche. Die kugelförmige konvexe Oberfläche ist vorzugsweise eine konvexe Oberfläche, die durch Ausschneiden eines zusammenhängenden Bereichs gebildet wird, der 70 % oder mehr der kugelförmigen Oberfläche ausmacht.
Eine besonders gute Hydrophobie kann durch die Steuerung der horizontalen Querschnittsfläche der Vorsprünge 8 erreicht werden. Der Begriff horizontal bezieht sich in diesem Fall auf eine Ebene parallel zur Oberfläche des Substrats 1. Die horizontale Querschnittsfläche des Endbereichs jedes Vorsprungs 8 hat vorzugsweise einen maximal möglichen Wert. In 1 befinden sich in den Endbereichen der Vorsprünge 8 die maximalen Bereiche 4a und 4b mit der maximal möglichen horizontalen Querschnittsfläche. In den mittleren Bereichen der Vorsprünge 8 befinden sich minimale Bereiche 5a und 5b mit der minimal möglichen horizontalen Querschnittsfläche, die den maximalen Bereichen 4a und 4b entsprechen. Wenn das Wasser 6 unter Wasserdruck mit der Oberfläche der Deckschicht 10 in Berührung kommt, wird das Wasser 6 in die Lücken zwischen den Vorsprüngen 8 gedrückt. Die Form mit den maximalen Bereichen 4a und 4b mit der maximal möglichen horizontalen Querschnittsfläche in den Endbereichen, d.h. die verengte Form, erschwert es dem Wasser 6, auch unter Wasserdruck in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 einzudringen. Diese Struktur kann eine geeignete Ablösbarkeit des Wassers 6, d.h. eine Superhydrophobie, aufrechterhalten.
Gängige superhydrophobe Materialien haben einen großen Kontaktwinkel mit dem Wasser 6 von mehr als 150°, wenn auf der Oberfläche eine feine Rauheit von weniger als 1 µm gebildet wird, indem den Materialien feine Teilchen zugesetzt oder die Materialien porös gemacht werden. Die superhydrophobe Wirkung der Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 wird auf eine völlig andere Weise erreicht als die superhydrophobe Wirkung, die auf die im Stand der Technik bekannte feine Rauheit zurückzuführen ist, wie oben beschrieben. Die Oberfläche, die eine superhydrophobe Wirkung hat, die auf eine feine Rauheit zurückzuführen ist, verliert leicht ihre superhydrophobe Wirkung aufgrund von Auslöseimpulsen, wie Reibung und Anhaftung von feinem Staub, öligen Substanzen, Tensiden oder anderen Substanzen oder anderen Faktoren. Die Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 hat diesen Nachteil jedoch nicht, da die Deckschicht 10 durch das glatt-hydrophobe Harz 2 gebildet wird.
Bei der Ausführungsform 1 wird die hohe Hydrophobie der Deckschicht 10 dadurch erreicht, dass die Endbereiche der Vorsprünge 8 eine kugelförmige konvexe Oberfläche aufweisen. Der durchschnittliche Krümmungsradius der kugelförmigen Oberflächen an den Endbereichen der Vorsprünge 8 beträgt vorzugsweise 16 µm oder weniger, besonders bevorzugt 8 µm oder weniger. Wenn der durchschnittliche Krümmungsradius mehr als 16 µm beträgt, verliert die Deckschicht 10 aufgrund der Strömung des Wassers 6 oder anderer Faktoren leicht ihre ausgezeichnete hydrophobe Wirkung und ist schlecht zu handhaben. Der durchschnittliche Abstand zwischen den nebeneinander liegenden Vorsprüngen 8 ist vorzugsweise kleiner oder gleich dem 30-fachen des Krümmungsradius, besonders bevorzugt kleiner oder gleich dem 20-fachen des Krümmungsradius. Der durchschnittliche Abstand zwischen den Vorsprüngen 8 ist ein durchschnittlicher Abstand zwischen den Spitzen der einander am nächsten liegenden Vorsprünge 8. Wenn der durchschnittliche Abstand mehr als das 30-fache des Krümmungsradius beträgt, verliert die Deckschicht 10 aufgrund des Wasserflusses oder anderer Faktoren leicht ihre ausgezeichnete hydrophobe Wirkung und ist nur noch schwer zu verwenden.
(Hydrophilie)
Die Deckschicht 10 ist auf einer glatten Oberfläche ohne feine Unebenheiten besonders hydrophob. Darüber hinaus existiert die Eigenschaft, in die Hydrophilie überzugehen, unter bestimmten Bedingungen, während die Superhydrophobie der Deckschicht 10 durch die Formgebung der Vorsprünge 8 und die Hydrophobie des hydrophoben Harzes 2 erhalten bleibt. Die Umwandlung zwischen Superhydrophobie und Hydrophilie bzw. die Kompatibilität zwischen Superhydrophobie und Hydrophilie wird durch die Steuerung der Menge des in die Zwischenräume der Vorsprünge 8 eindringenden Wassers 6 erreicht. Die Deckschicht 10 ist so konstruiert, dass normale Wassertröpfchen oder fließendes Wasser nicht in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 eindringen können und feine Wassertröpfchen oder Hochdruckwasser 6 in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 eindringen können. Die Deckschicht 10 ist superhydrophob, wenn das Wasser 6 nicht in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 eindringt, oder hydrophil, wenn das Wasser 6 in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 eindringt.
3 zeigt die Hydrophilie der Deckschicht 10 gemäß der Ausführungsform 1. Wie in 3 dargestellt, ist die Deckschicht 10 hydrophil, wenn die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 mit dem Wasser 6 gefüllt sind. Wenn die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 eine geeignete Größe haben, können große Wassertröpfchen nicht in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 eindringen, während feine Wassertröpfchen oder Hochdruckwasser 6 in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 eindringen können. Sobald das Wasser 6 in die Lücken zwischen den Vorsprüngen 8 eindringt und die Lücken füllt, wird das Wasser 6 durch den Kontakt mit den konkaven Flächen auf der Oberfläche des hydrophoben Harzes 2 stabilisiert und kann weniger leicht entweichen. Das in den Lücken zwischen den Vorsprüngen 8 gehaltene Wasser 6 bewirkt, dass das Wasser 6 in Kontakt mit der Deckschicht 10 gehalten wird und die Deckschicht 10 somit ein stabiler Nassfilm ist, obwohl die Deckschicht 10 durch das hydrophobe Harz 2 gebildet wird.
Da die oberen Bereiche der Vorsprünge 8 jeweils eine Form mit einer kugelförmigen konvexen Oberfläche haben, erweitern sich die Lücken zwischen den Vorsprüngen 8 von oberen Schichtbereichen der Deckschicht 10 nach innen. Das Wasser 6, das die Lücken füllt, ist stabil und entweicht mit geringerer Wahrscheinlichkeit als in dem Fall, in dem die Lücken einfache Aussparungen oder Löcher sind. Wie in dem Fall, in dem die Hydrophobie besonders hoch ist, lässt sich der hydrophile Effekt durch die Steuerung der horizontalen Querschnittsfläche der Vorsprünge 8 besser erreichen. Der Begriff „horizontal“ bezieht sich in diesem Fall auf eine Ebene parallel zur Oberfläche des Substrats 1. Die horizontale Querschnittsfläche des Endbereichs jedes Vorsprungs 8 hat vorzugsweise einen maximal möglichen Wert.
In 1 befinden sich in den Endbereichen der Vorsprünge 8 die maximalen Bereiche 4a und 4b mit der maximal möglichen horizontalen Querschnittsfläche. In den mittleren Bereichen der Vorsprünge 8 befinden sich minimale Bereiche 5a und 5b mit der minimal möglichen horizontalen Querschnittsfläche, die den maximalen Bereichen 4a und 4b entspricht. Diese Struktur bildet eine Form, die es dem Wasser 6 ermöglicht, sich im Inneren auszubreiten. Dementsprechend kann die Hydrophilie, die ein schweres Entweichen des eingefüllten Wassers 6 anzeigt, sicherer erreicht werden. Die Lücken zwischen den Vorsprüngen 8 in der Deckschicht 10 werden durch das hydrophobe Harz 2 mit einer glatten Oberfläche definiert. Wenn das Wasser 6 aus den Spalten zwischen den Vorsprüngen 8 entweicht, muss stattdessen Luft eindringen, die jedoch aufgrund des engen Kontakts zwischen dem Wasser 6 und dem hydrophoben Harz 2 an der Grenzfläche keinen Weg findet, um einzudringen. Ein Entweichen des Wassers 6 ist daher weniger wahrscheinlich.
Wie oben beschrieben, haben gängige superhydrophobe Materialien einen großen Kontaktwinkel mit dem Wasser 6 von mehr als 150°, wenn auf der Oberfläche eine feine Rauheit von weniger als 1 µm ausgebildet ist. Solche Materialien sind auch dann nicht hydrophil, wenn die Materialien eine Struktur mit den Vorsprüngen 8 wie in der Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 aufweisen. Da die Oberfläche superhydrophob ist, kommt das Wasser 6 nicht in engen Kontakt mit der Innenseite der Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8, selbst wenn das Wasser 6 in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 gedrückt wird, und das Wasser 6 wird durch die Oberflächenspannung des Wassers 6 auf natürliche Weise nach außen abgeleitet. Ein weiterer Grund, warum das Wasser 6 leicht abgeleitet wird, ist, dass das Wasser 6 nicht in engen Kontakt mit der superhydrophoben Oberfläche kommt und die an der Grenzfläche gebildete Luftschicht als Luftweg beim Ableiten des Wassers 6 dient. Da die Deckschicht 10 die durch das glatt-hydrophobe Harz 2 gebildete Oberfläche aufweist, kann die Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 auch eine Hydrophilie aufweisen.
Um die Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 hydrophil zu machen, ist es notwendig, die unten in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen für das Auftreten von Superhydrophobie weiter einzuschränken. Genauer gesagt beträgt der durchschnittliche Krümmungsradius der kugelförmigen Oberflächen an den Endbereichen der Vorsprünge 8 vorzugsweise 0,6 µm oder mehr und 16 µm oder weniger, noch bevorzugter 1 µm oder mehr und 8 µm oder weniger. Wenn der durchschnittliche Krümmungsradius mehr als 16 µm beträgt, ist es schwierig, eine hohe Hydrophobie aufrechtzuerhalten, und die Deckschicht 10 ist wenig praktikabel. Wenn der durchschnittliche Krümmungsradius weniger als 0,6 µm beträgt, sind die Lücken so klein, dass eine stabile Hydrophilie selbst durch Besprühen mit Wasser 6 oder Anwendung von Hochdruckwasser 6 nur schwer zu erreichen ist, was nicht vorteilhaft ist.
Der durchschnittliche Abstand zwischen den nebeneinander liegenden Vorsprüngen 8 beträgt vorzugsweise das 4- bis 30-fache des Krümmungsradius, besonders bevorzugt das 6- bis 20-fache des Krümmungsradius. Der durchschnittliche Abstand zwischen den Vorsprüngen 8 ist ein durchschnittlicher Abstand zwischen den einander am nächsten gelegenen Spitzen der Vorsprünge 8. Wenn der durchschnittliche Abstand mehr als das 30-fache des Krümmungsradius beträgt, verliert die Deckschicht 10 aufgrund der Wasserströmung oder anderer Faktoren leicht ihre ausgezeichnete hydrophobe Wirkung und ist nur noch schwer zu verwenden. Wenn der durchschnittliche Abstand weniger als das 4-fache des Krümmungsradius beträgt, sind die Lücken zwischen den Vorsprüngen 8 so klein, dass die Hydrophilie selbst durch Besprühen mit Wasser 6 oder durch Anwendung von Hochdruckwasser 6 nur schwer zu erreichen ist, was nicht vorteilhaft ist.
(Reinigungsleistung)
Wenn sich die Deckschicht 10 in einem hydrophilen Zustand befindet, kommt das Wasser 6 in engen Kontakt mit der Oberfläche des hydrophoben Harzes 2. Der an der Oberfläche des hydrophoben Harzes 2 anhaftende Schmutz kann mit dem Wasser 6 abgewaschen werden. Anhaftende Stoffe, die nicht in dem Wasser 6 gelöst sind, können mit dem Wasser 6, das ein Lösungsmittel oder ein Tensid enthält, abgewaschen werden. Da übliche superhydrophobe Materialien eine Oberfläche mit feiner Rauheit aufweisen, wird durch die Einwirkung eines Lösungsmittels oder eines Tensids auf superhydrophobe Materialien die Feinstruktur beschädigt bzw. das Lösungsmittel oder das Tensid dringt in die Vertiefungen der Feinrauheit ein. Dies hat zur Folge, dass das Lösungsmittel oder das Tensid nur schwer wieder entfernt werden können und die superhydrophobe Eigenschaft verloren geht. Da die Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 durch die Oberfläche des glatt-hydrophoben Harzes 2 gebildet wird, kann die Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 gewaschen werden, was bei herkömmlichen superhydrophoben Materialien schwierig ist.
Die superhydrophobe Deckschicht 10, die eine nasse Schicht ist, die durch Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 8 mit dem Wasser 6 gebildet wird, erhält ihre superhydrophobe Eigenschaft zurück, wenn das Wasser 6 abtrocknet. Die Kurzzeittrocknung kann dadurch erreicht werden, dass das Wasser 6 mit Ausnahme des Wassers 6 in den Zwischenräumen durch Abwischen oder Luftblasen entfernt wird. Insbesondere die Verwendung von Blasluft fördert das Abblasen des Wassers 6 und das Verdampfen des Wassers 6 in den Zwischenräumen, um die superhydrophoben Eigenschaften ohne Probleme wiederherzustellen. Wenn das Wasser 6, das die nasse Schicht bildet, hydrophile Verunreinigungen enthält, bleiben die hydrophilen Verunreinigungen nach dem Trocknen auf der superhydrophoben Deckschicht 10 zurück, und die Deckschicht 10 kann ihre superhydrophobe Wirkung verlieren. Während des Trocknens können die restlichen Verunreinigungen in den Zwischenräumen zurückgehalten werden, indem das Wasser 6 aus den Zwischenräumen entfernt wird, was eine Verschlechterung der Superhydrophobie verhindern oder verringern kann. Die Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 hat eine geeignete Reinigungsleistung.
(Effekt der verzögerten Freisetzung von Arzneimitteln)
Die superhydrophobe Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 hat auch einen Effekt der verzögerten Freisetzung eines enthaltenen Arzneimittels, wenn die Deckschicht 10 hydrophil wird. Die superhydrophobe Oberfläche, die das Wasser 6 abweist, dient dazu, das Anhaften von Mikroorganismen zu verhindern oder zu reduzieren und hygienische Bedingungen aufrechtzuerhalten. Bei dem Versuch, antibakterielle, antivirale oder andere Wirkstoffe nachhaltig freizusetzen, um hohe hygienische Bedingungen zu erreichen, kommt fast kein Wasser 6 mit der superhydrophoben Oberfläche in Kontakt, was die nachhaltige Freisetzung solcher Wirkstoffe erschwert. Herkömmliche superhydrophobe Materialien haben, wenn sie mit anderen Arzneimitteln wie antibakteriellen und antiviralen Wirkstoffen gemischt werden, auch das Problem des Abbaus der superhydrophoben Wirkung selbst. Die Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 ermöglicht es, dass das Wasser 6 in engem Kontakt mit der Oberfläche der Deckschicht 10 steht und somit eine anhaltende Freisetzung von Arzneimitteln ermöglicht. Da das hier verwendete hydrophobe Harz 2 nicht superhydrophob ist, kann das hydrophobe Harz 2 mit verschiedenen hydrophilen oder hydrophoben Arzneimitteln gemischt werden.
Ausführungsform 2
6 zeigt eine Deckschicht 10 gemäß der Ausführungsform 2. Die Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 dadurch, dass die Deckschicht 10 ein Bindemittel 7 enthält. In der Ausführungsform 2 sind die Teile, die den Ausführungsformen 1 und 2 gemeinsam sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, und die Beschreibung der gemeinsamen Teile entfällt. Es werden hauptsächlich die zur Ausführungsform 1 verschiedenen Punkte beschrieben.
Wie in 6 dargestellt, sind die kugelförmigen Teilchen 3 durch die Bindemittel 7 miteinander verklebt, und die kugelförmigen Teilchen 3 sind durch die Bindemittel 7 mit dem Substrat 1 verklebt. Mit anderen Worten weist die Deckschicht 10 eine Struktur auf, bei der die Oberflächen des Bindemittels 7 und der kugelförmigen Teilchen 3 mit dem hydrophoben Harz 2 beschichtet sind. Die kugelförmigen Teilchen 3 können durch Verwendung des hydrophoben Harzes 2, wie in 1 dargestellt, verklebt werden. Allerdings ist das hydrophobe Harz weniger geeignet, die Festigkeit zu erhöhen, und es gibt eine Grenze für die Verbesserung der Festigkeit der gebildeten superhydrophoben Deckschicht 10 mit einer solchen Struktur. Wenn die kugelförmigen Teilchen 3 durch Verwendung des Bindemittels 7 mit hoher Festigkeit verbunden werden und die Oberfläche der kugelförmigen Teilchen 3 mit dem hydrophoben Harz 2 bedeckt ist, kann die superhydrophobe Deckschicht 10 sowohl Festigkeit als auch Oberflächen-Hydrophobie aufweisen.
(Bindemittel 7)
Das Bindemittel 7 hat eine Festigkeit, wenn das Bindemittel 7 in engem Kontakt mit den kugelförmigen Teilchen 3 und dem Substrat 1 steht. Das Bindemittel 7 muss als Beschichtungsmittel aufgetragen werden können. Bevorzugt werden beispielsweise Alkydharze, Epoxidesterharze, Urethanharze, Acrylharze, Acrylsilikonharze, Polyolefinharze, Polyvinylchloridharze, Fluorharze und Silikonharze, da diese Harze unabhängig von ihrer Hydrophobie oder Hydrophilie verwendet werden können und als Beschichtungsmittel leicht zu handhaben sind.
Polycarbonat, Nylon, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyphenylsulfon, Polysulfon, Polyarylat, Polyetherimid, Polyethersulfon, Polysulfon und Polyvinylidenfluorid oder andere Harze werden bevorzugt, weil diese Harze eine hohe Festigkeit und Wärmebeständigkeit aufweisen. Ein Vernetzungsmittel zur Verbesserung der Festigkeit, ein Haftvermittler zur Verbesserung des engen Kontakts oder andere Mittel werden ebenfalls vorzugsweise zugesetzt. Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, Polyurethanharze, Diallylphthalatharze, Silikonharze und andere härtbaren Harze können ebenfalls verwendet werden und werden bevorzugt, da diese härtbaren Harze die Festigkeit verbessern.
Ein anorganisches Bindemittel 7, wie z.B. Siliziumdioxid und Titandioxid, wird bevorzugt, um die Festigkeit und Wärmebeständigkeit der Schicht zu verbessern. Es können auch Metallalkoxide, Polysilazane oder andere Stoffe verwendet werden. Insbesondere anorganische Bindemittel, die durch ein Sol-Gel-Verfahren unter Verwendung von Silizium- oder Titanalkoxid hergestellt wurden, werden bevorzugt, da diese anorganischen Bindemittel leicht zu handhaben sind und leicht einen engen Kontakt und eine hohe Festigkeit aufweisen. Die Zugabe von feinen Teilchen aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid oder anderen Materialien in das Bindemittel 7 verringert oder verhindert die Rissbildung oder bildet eine geeignete Form nach dem Aushärten des Bindemittels 7.
Die Deckschicht 10 der Ausführungsform 2 wird durch einen Schritt der Bildung einer Grundschicht, die die kugelförmigen Teilchen 3 und das Bindemittel 7 enthält, und einen Schritt des Auftragens des hydrophoben Harzes 2 gebildet. Die Grundschicht wird durch Auftragen einer Beschichtungsflüssigkeit gebildet, die die kugelförmigen Teilchen 3 und das Bindemittel 7 enthält. Das Bindemittel 7 kann in der Beschichtungsflüssigkeit gelöst oder als feine Flüssigkeitströpfchen oder Feststoffteilchen dispergiert sein. Was das Verhältnis der kugelförmigen Teilchen 3 und des Bindemittels 7 in der Beschichtungsflüssigkeit für die Grundierung betrifft, so beträgt das Volumenverhältnis der kugelförmigen Teilchen 3 vorzugsweise 80 % oder mehr und 600 % oder weniger des Bindemittels 7, besonders bevorzugt 100 % oder mehr und 500 % oder weniger des Bindemittels 7.
In diesem Fall ist das Volumen des Bindemittels 7 das Volumen nach dem Aushärten durch Trocknen oder Erhitzen. Wenn die kugelförmigen Teilchen 3 in einem Verhältnis von weniger als 80 % des Bindemittels 7 aufgetragen werden, werden die kugelförmigen Teilchen 3 in das hydrophobe Harz 2 eingegraben, nachdem das hydrophobe Harz 2 mit dem hydrophoben Harz 2 überzogen wurde, und viele Vorsprünge weisen keine geeignete Form auf, was nicht vorteilhaft ist. Wenn das Verhältnis der kugelförmigen Teilchen 3 mehr als 600% des Bindemittels 7 beträgt, hat die Deckschicht 10 keine ausreichende Festigkeit.
Die Gesamtmenge des hydrophoben Harzes 2 und des Bindemittels 7 in der Beschichtungsflüssigkeit für die Grundierungsschicht beträgt vorzugsweise 30 Masse-% oder weniger, besonders bevorzugt 15 Masse-% oder weniger. In diesem Fall ist die Masse des Bindemittels 7 die Masse nach Aushärtung durch Trocknen oder Erhitzen. Wenn die Gesamtmenge mehr als 30 Masse-% beträgt, hat die Flüssigkeit nach der Beschichtung eine geringe Fließfähigkeit, und es ist schwierig, eine geeignete Deckschicht 10 zu bilden. Bei der Beschichtung mit der Grundschicht sorgt nur das Trocknen einer Beschichtungsflüssigkeit, in der das Bindemittel 7 gelöst ist, für eine solche geeignete Form, bei der sich zwischen den kugelförmigen Teilchen 3 ein Meniskus bildet, so dass die kugelförmigen Teilchen 3 aneinander haften. Wenn das Bindemittel 7 als feste Teilchen enthalten ist oder die feinen Teilchen enthält, ist es notwendig, die Dichte des Bindemittels 7 zu erhöhen oder einen Meniskus durch Erhitzen nach der Beschichtung zu bilden.
Die Beschichtung mit dem hydrophoben Harz 2 erfolgt durch Auftragen einer Beschichtungsflüssigkeit, die das hydrophobe Harz 2 enthält. Das hier verwendete hydrophobe Harz 2 kann dasselbe sein wie das hydrophobe Harz 2 der Ausführungsform 1 und kann mit feinen Teilchen versetzt sein. Das Lösungsmittel ist ein beliebiges Lösungsmittel, das das Bindemittel 7 nicht auflöst oder abbaut, und wird aus den in Ausführungsform 1 beschriebenen und verwendeten Lösungsmitteln ausgewählt. Die Konzentration des hydrophoben Harzes 2 in der Beschichtungsflüssigkeit beträgt vorzugsweise 0,1 Masse-% oder mehr und 20 Masse-% oder weniger, noch bevorzugter 0,5 Masse-% oder mehr und 10 Masse-% oder weniger. Wenn die Konzentration weniger als 0,1 Masse-% beträgt, wird die Deckschicht 10 nicht mit einer ausreichenden Menge des hydrophoben Harzes 2 auf den oberen Bereichen der Vorsprünge 8 gebildet, und die Deckschicht 10 weist keine Superhydrophobie auf oder wird leicht durch Reibung oder andere Ursachen abgebaut, was nicht vorteilhaft ist. Wenn die Konzentration mehr als 20 Masse-% beträgt, werden die Lücken zwischen den Vorsprüngen 8 mit dem hydrophoben Harz 2 gefüllt, und die Deckschicht 10 weist keine superhydrophobe Eigenschaft auf oder kann nicht hydrophil gemacht werden, selbst wenn das Wasser 6 aufgesprüht oder Hochdruckwasser 6 angewendet wird, was nicht vorteilhaft ist.
In der Deckschicht 10 der Ausführungsform 2 sind die kugelförmigen Teilchen 3 durch die Verwendung des Bindemittels 7 miteinander verbunden. Diese Struktur kann nicht nur die Festigkeit der Deckschicht 10 erhöhen, sondern auch die Menge des verwendeten hydrophoben Harzes 2 reduzieren. Dieser Aufbau hat auch den Vorteil der Kostenreduzierung bei der Verwendung eines teuren Materials wie dem hydrophoben Harz 2. Die Beschichtung mit der Grundschicht kann durch Pinsel-, Walzen-, Tauch-, Siebdruck-, Spritzbeschichtung oder andere Verfahren wie in Ausführungsform 1 erfolgen. So entsteht die in 4 und 5 gezeigte Deckschicht 10. In diesem Fall sind die Oberflächen der kugelförmigen Teilchen 3 nicht unbedingt mit dem Harz beschichtet. Beim Auftragen des hydrophoben Harzes 2 wird nur eine dünne Schicht durch Verwendung einer niedrig konzentrierten Beschichtungsflüssigkeit gebildet, und der Effekt von Beschichtungsunebenheiten, die durch Änderungen der Deckschichtdicke verursacht werden, ist somit weniger problematisch, und das hydrophobe Harz 2 kann durch einfache Arbeit aufgetragen werden.
Da die Ausführungsform 2 den Vorteil hat, dass das hydrophobe Harz 2 wie oben beschrieben einfach aufgebracht werden kann, kann das hydrophobe Harz 2 bei einer Reparatur verwendet werden, wenn die Deckschicht 10 beschädigt ist. Die Deckschicht 10 der Ausführungsform 2 hat zwar eine Verschmutzungsschutz- oder Reinigungswirkung, aber die Oberfläche der Deckschicht 10 kann sich über einen längeren Zeitraum abnutzen. In diesem Fall kann die Leistung durch erneutes Aufbringen des hydrophoben Harzes 2 wiederhergestellt werden. Außerdem werden Unebenheiten in der Beschichtung oder andere Defekte seltener verursacht, und die Deckschicht auf Gegenständen, die im Freien aufgestellt werden, oder auf anderen Gegenständen kann leicht repariert werden. Das Verfahren zur Ausbesserung der Deckschicht 10 durch Auftragen des hydrophoben Harzes 2 kann auch für die Deckschicht 10 der Ausführungsform 1 angewendet werden. In diesem Fall müssen z.B. die Lösungsmittel, die bei der Aushärtung und Reparatur der Deckschicht 10 verwendet werden, so ausgewählt werden, dass eine durch Lösungsmittel verursachte Verschlechterung der Deckschicht 10 während des Auftragens des hydrophoben Harzes 2 vermieden wird.
Ausführungsform 3
Die Ausführungsform 3 beschreibt einen Fall, in dem die Deckschichten 10 der Ausführungsformen 1 und 2 auf Gegenstände mit einem Heizmechanismus aufgebracht werden. In diesem Fall kann sowohl die Wirkung der Verhinderung oder Verringerung der Anhaftung von Eis und Schnee oder Reif als auch die Wirkung des Schmelzens von Eis und Schnee oder Reif durch Wärme erzielt werden. Die beheizte superhydrophobe Deckschicht 10 hat eine große Wirkung bei der Verhinderung oder Verringerung der Anhaftung von auftreffendem Wasser 6 oder Eis und Schnee, verursacht durch Regen, Schnee oder andere Wetterbedingungen. Wenn die Deckschicht 10 mit dem Wasser 6 oder Eis und Schnee in Kontakt kommt, ist die superhydrophobe Deckschicht 10 hydrophil und kann Eis und Schnee wirksam schmelzen.
Das Wasser 6, das mit der beheizten Deckschicht 10 in Berührung kommt, nimmt an Temperatur zu und verringert seine Oberflächenspannung und Viskosität. Die Deckschicht 10 der Ausführungsform 3 hat die Funktion, hydrophil zu werden, wenn das Wasser 6 in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen eindringt. Ein Sprühnebel von Wassers 6 oder Hochdruckwasser 6 tritt in die Spalten ein, aber das Wasser 6, dessen Oberflächenspannung und Viskosität durch die Erhöhung der Temperatur verringert wird, tritt nur bei Kontakt mit der Oberfläche der Deckschicht 10 in die Spalten ein, so dass die Deckschicht 10 hydrophil wird. Unter Bedingungen, bei denen die Deckschicht 10 Regen oder Schnee ausgesetzt ist, steigt die Temperatur des Wassers 6 nicht an und es dringt nicht in die Zwischenräume ein, und die hydrophobe Wirkung bleibt erhalten. Wenn die Deckschicht 10 mit Schnee oder Eis in Berührung kommt, wird das erhitzte Wasser 6 auf der Oberfläche der superhydrophoben Deckschicht 10 erzeugt, und die Oberfläche der Deckschicht 10 wird hydrophil.
Um diesen Effekt zu erzielen, beträgt die Temperatur der superhydrophoben Deckschicht 10 30° C oder mehr und 100° C oder weniger, vorzugsweise 60° C oder mehr und 90° C oder weniger. Wenn die Temperatur unter 30° C liegt, wird die Deckschicht 10 möglicherweise nicht hydrophil. Wenn die Temperatur höher als 100° C ist, wird die Deckschicht 10 hydrophil statt superhydrophob, und die Wirkung, die Anhaftung von Eis und Schnee zu verhindern oder zu verringern, wird nicht erzielt. Eine typische superhydrophobe Oberfläche kann auch die Wirkung haben, die Anhaftung von Eis und Schnee oder Reif zu verhindern oder zu verringern und die Ablösung von Eis und Schnee oder Reif zu beschleunigen. Eis und Schnee oder Reif haften nicht an der superhydrophoben Oberfläche und lösen sich leicht von der superhydrophoben Oberfläche. Die superhydrophobe Oberfläche hat nicht die Funktion, das abgelöste Eis und den Schnee oder den Reif zu schmelzen, und schmilzt das abgelöste Eis und den Schnee oder den Reif auch dann nicht effizient, wenn die superhydrophobe Oberfläche mit einer Heizung oder einer anderen Heizvorrichtung erwärmt wird, weil das Eis und der Schnee oder der Reif nicht in engem Kontakt mit der superhydrophoben Oberfläche stehen.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine Oberflächenschicht, die Silikon und ein hydrophobes Fluorharz enthält, eine hohe Reinigungsleistung unter fließendem Wasser aufweist. Die superhydrophobe Oberfläche kann die Anhaftung von Eis und Schnee verhindern oder reduzieren, löst aber Eis und Schnee nicht auf, und es ist notwendig, Eis und Schnee zu entfernen. In diesem Fall wird üblicherweise eine Methode zum Schmelzen von Eis und Schnee durch Erhitzen der Oberfläche mit einer Heizung verwendet. Das Schmelzen von Eis und Schnee mit einem Heizgerät hat jedoch den Nachteil, dass die Schmelzwirkung gering ist, da sich zwischen dem Eis und der superhydrophoben Oberfläche eine Luftschicht befindet, die als Isolierschicht wirkt. Die Deckschicht 10 der Ausführungsform 3 behebt dieses Problem.
Beispiele
Die Ausführungsformen 1 bis 3 werden im Folgenden anhand von Beispielen näher beschrieben, wobei die Ausführungsformen 1 bis 3 nicht auf die im Folgenden beschriebenen Beispiele beschränkt sind.
[Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5]

Als hydrophobes Harz 2 wurde Lumiflon LF800 (erhältlich von AGC Inc.) und als kugelförmige Teilchen 3 wurden QSG-170 (erhältlich von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) sowie FB5D, FB15D und FB40R (Denka Company Limited) verwendet. Eine Beschichtungsflüssigkeit mit einer Konzentration von 20 Masse-% des hydrophoben Harzes 2 und der kugelförmigen Teilchen 3 in Lösungsbenzin als Lösungsmittel wurde hergestellt, durch Sprühen auf eine Glasplatte aufgetragen und etwa 1 Stunde lang getrocknet. Die Deckschicht wurde nach dem Trocknen mit einem optischen Mikroskop betrachtet und der Kontaktwinkel wurde gemessen. Anschließend wurde das Wasser 6 mit einem Pumpzerstäuber etwa 15 Sekunden lang aufgesprüht, und der Haftzustand des Wassers 6 wurde beobachtet. Es wird festgestellt, dass der Kontaktwinkel der Deckschicht 10, die aus dem hydrophoben Harz 2 besteht, 82° betrug.

[Tabelle 1] Tabelle 1

	Durchschnittliche Partikelgröße der kugelförmigen Partikel	Zugesetzte Menge an kugelförmigen Partikeln*	Form der Vorsprünge	Kon takt winkel	Nach Besprühen mit Wasser	Anmerkung
Vergleichs beispiel 1	0.17 µm	200 Masse-%	Vorsprünge mit 0.5 µm oder weniger	152°	Hydrophobe Oberfläche	Übermäßig kleine Vorsprünge kugelförmige Teilchen mit exzessiv kleiner Teilchengröße
Vergleichs beispiel 2	5 µm	40 Masse-%	Keine Vorsprünge gebildet	86°	Hydrophobe Oberfläche	Keine Vorsprünge gebildet unzureichende Menge von kugelförmigen Teilchen zugefügt
Beispiel 1	5 µm	200 Masse-%	Gut	151°	Feuche Oberfläche
Vergleichs beispiel 3	5 µm	600 Masse-%	Keine unabhängigen Vorsprünge	140°	Hydrophobe Oberfläche	Keine Vorsprünge gebildet übermäßige Menge von kugelförmigen Teilchen zugefügt
Vergleichs beispiel 4	15 µm	40 Masse-%	Keine Vorsprünge gebildet	75°	Hydrophobe Oberfläche	Keine Vorsprünge gebildet unzureichende Menge von kugelförmigen Teilchen zugefügt
Beispiel 2	15 µm	150 Masse-%	Gut	143°	Hydrophobe Oberfläche
Vergleichs beispiel 5	40 µm	100 Masse-%	Große Vorsprünge	97°	Hydrophobe Oberfläche	Übermäßig große Vorsprünge kugelförmige Teilchen übermäßiger Teilchengröße
* Das Volumenverhältnis zum wasserabweisenden Harz

In den Beispielen 1 und 2 weist die Form des Endbereichs jedes Vorsprungs 8 eine konvexe Oberfläche auf, die durch Ausschneiden eines zusammenhängenden Bereichs gebildet wird, der 50 % oder mehr der kugelförmigen Oberfläche ausmacht. Die sphärischen Oberflächen haben einen durchschnittlichen Krümmungsradius von 16 µm oder weniger. Der durchschnittliche Abstand zwischen den benachbarten Vorsprüngen 8 ist kleiner oder gleich dem 30-fachen des Krümmungsradius. Die Oberfläche der Deckschicht 10 wird durch das hydrophobe Harz 2 gebildet, das eine glatte Oberfläche und einen Kontaktwinkel von 70° oder mehr aufweist, und die Deckschicht 10 hat eine ausgezeichnete hydrophobe Wirkung. Die Bildung der Vorsprünge 8 einschließlich der übereinander gestapelten kugelförmigen Teilchen 3 kann mit einem optischen Mikroskop beobachtet werden. Sowohl in Beispiel 1 als auch in Beispiel 2 beträgt der Kontaktwinkel mehr als 140°, und der in Tabelle 1 nicht aufgeführte Gleitwinkel beträgt 2° oder weniger, was darauf hindeutet, dass die Beispiele 1 und 2 beide eine hohe Superhydrophobie aufweisen. Es wird beobachtet, dass die Oberfläche der Deckschicht 10 nach dem Aufsprühen des Wassers 6 zu einer nassen Oberfläche wird und hydrophil wird, und dass die Oberfläche der Deckschicht 10 nach dem Trocknen des Wassers 6 wieder superhydrophob wird. Das Aufsprühen des Wassers 6 aus einem Hochdruckreiniger anstelle eines Zerstäubers führt ebenfalls zu einer hydrophilen Oberfläche in ähnlicher Weise.
Im Vergleichsbeispiel 1 sind die kugelförmigen Teilchen 3 klein, und die Vorsprünge 8 sind klein und nahe beieinander. Mit anderen Worten, das Vergleichsbeispiel 1 erfüllt nicht die Anforderung, dass die kugelförmigen Oberflächen einen mittleren Krümmungsradius von 16 µm oder weniger haben. Die Deckschicht war super hydrophob, aber nach dem Aufsprühen des Wassers 6 mit einem Zerstäuber oder Hochdruckreiniger war die Deckschicht nicht hydrophil, obwohl Wassertröpfchen an der Deckschicht hafteten. In den Vergleichsbeispielen 2 und 4 ist die Menge der zugesetzten kugelförmigen Teilchen 3 zu gering. Mit anderen Worten: Die Vergleichsbeispiele 2 und 4 erfüllen nicht die Anforderung, dass die Form des Endbereichs jedes Vorsprungs 8 eine konvexe Oberfläche aufweist, die durch Ausschneiden eines zusammenhängenden Bereichs gebildet wird, der 50 % oder mehr der Kugeloberfläche ausmacht. Die kugelförmigen Teilchen 3 bilden konvexe Bereiche auf der Schichtoberfläche, aber die konvexen Bereiche ragen nicht weit genug heraus. Daher ist die Deckschicht nicht superhydrophob und nach dem Aufsprühen des Wassers 6 nicht hydrophil.
Im Vergleichsbeispiel 3 ist die Menge der zugesetzten kugelförmigen Teilchen 3 zu groß. Die Deckschicht 10 mit gestapelten kugelförmigen Teilchen 3 wird gebildet, und es werden keine unabhängigen Vorsprünge 8 gebildet. Mit anderen Worten: Das Vergleichsbeispiel 3 erfüllt nicht die Anforderung, dass die Form des Endbereichs jedes Vorsprungs 8 eine konvexe Oberfläche aufweist, die durch Ausschneiden eines zusammenhängenden Bereichs gebildet wird, der 50 % oder mehr der Kugeloberfläche ausmacht. Obwohl die Vorsprünge 8 geformt sind, sind die kugelförmigen Teilchen 3 nicht mit einer ausreichenden Menge des hydrophoben Harzes 2 beschichtet, was nicht zu einer guten Superhydrophobie führt. Es bleiben keine Lücken zwischen den Vorsprüngen 8, und es bildet sich auch nach dem Aufsprühen des Wassers 6 keine nasse Oberfläche. Im Vergleichsbeispiel 5 sind die kugelförmigen Teilchen 3 zu groß. Mit anderen Worten, das Vergleichsbeispiel 5 erfüllt nicht die Anforderung, dass die kugelförmigen Oberflächen einen mittleren Krümmungsradius von 16 µm oder weniger haben. Die Deckschicht ist also nicht superhydrophob und nach dem Aufsprühen des Wassers 6 nicht hydrophil.
[Beispiele 3 und 4 und Vergleichsbeispiele 6 bis 8]

Der gleiche Versuch wie in Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Feinteilchen-haltigen Beschichtungsflüssigkeiten mit unterschiedlichen Beschichtungsflüssigkeitskonzentrationen unter Verwendung des gleichen hydrophoben Harzes 2 und der gleichen kugelförmigen Teilchen 3 wie in Beispiel 1 durchgeführt. Als Feinteilchen wurde Aerosil 200 (erhältlich von Nippon Aerosil Co., Ltd.) verwendet. Die durchschnittliche Teilchengröße der dispergierten Feinteilchen betrug 80 nm.

[Tabelle 2] Tabelle 2

	Konzentration der Beschichtungs flüssigkeit*	Zugesetzte Menge an kugelförmigen Partikeln**	Form der Vorsprünge	Kon takt winkel	Nach Besprühen mit Wasser	Anmerkung
Vergleichsbeispiel 6	2.5 Masse-%	Keine	Mäßig	85°	Hydrophobe Oberfläche	Flüssigkeit mit geringer Konzentration
Beispiel 1	20 Masse-%	Keine	Gut	151°	Nasse Oberfläche
Vergleichsbeispiel 7	50 Masse-%	Keine	ungleichmäßig	120°	Teilweise Hydrophobe Oberfläche	Flüssigkeit mit hoher Konzentration
Beispiel 3	2.5 Masse-%	20 Masse-%	Gut	148°	Nasse Oberfläche
Beispiel 4	20 Masse-%	10 Masse-%	Gut	156°	Nasse Oberfläche
Vergleichsbeispiel 8	20 Masse-%	50 Masse-%	Gut	155°	Hydrophobe Oberfläche	Übermäßige Menge an feinen Teilchen hinzugefügt
Die Konzentration der kugelförmigen Teilchen und des hydrophoben Harzes *Die Menge bezogen auf das hydrophobe Harz

Die Beispiele 3 und 4 sind Schichten, die feine Teilchen enthalten. In Beispiel 3 werden geeignete Eigenschaften erzielt, obwohl die Beschichtungsflüssigkeit eine geringe Konzentration wie Im Vergleichsbeispiel 6 aufweist. In Beispiel 4 hat die Deckschicht sowohl eine gute Superhydrophobie als auch eine gute Hydrophilie.
In den Vergleichsbeispielen 6 und 7 hat die Beschichtungsflüssigkeit andere Konzentrationen als in Beispiel 1. Die Sprühbeschichtung wurde durchgeführt, um eine gleichmäßige nasse Oberfläche zu bilden. Im Vergleichsbeispiel 6 ist die Deckschicht nicht superhydrophob und nach dem Aufsprühen des Wassers 6 nicht hydrophil. Dies liegt daran, dass die Beschichtungsflüssigkeit so dünn ist, dass die Flüssigkeit bis zum Trocknen fließt und die Vorsprünge 8 nicht gleichmäßig ausgebildet sind. Im Vergleichsbeispiel 7 ist die Konzentration der Beschichtungsflüssigkeit zu hoch. Die Oberflächenrauhigkeit der Deckschicht 10 war so groß, dass sich keine ausgeprägten Vorsprünge 8 bildeten, und die Deckschicht 10 wies nach dem Aufsprühen des Wassers 6 eine ungleichmäßige Superhydrophobie und ungleichmäßige Hydrophilie auf. Im Vergleichsbeispiel 8 ist die Menge der zugesetzten feinen Teilchen zu groß, und das hydrophobe Harz 2 selbst hat einen Kontaktwinkel von 135°. Die Deckschicht ist auch nach dem Aufsprühen des Wassers 6 nicht hydrophil.
[Beispiel 5 und Vergleichsbeispiele 9 und 10]

Im Beispiel 5 wurde der Test durchgeführt, indem eine Beschichtungsflüssigkeit mit der gleichen Konzentration wie in Beispiel 1 unter Verwendung des hydrophoben Harzes 2 und Quarzglas FB5D (durchschnittliche Teilchengröße 5 µm, erhältlich bei Denka Company Limited) als kugelförmiges Teilchen 3 hergestellt wurde. Als hydrophobes Harz 2 von Beispiel 5 wurde ein Fluorharz (Obbligato SS0054, AGC COAT-TECH Co., Ltd.) verwendet. Eine Urethan-Dispersion (HUX-840, ADEKA Corporation) wurde als hydrophobes Harz 2 des Vergleichsbeispiels 9 verwendet. Als hydrophobes Harz 2 des Vergleichsbeispiels 10 wurde ein Fluorharzbeschichtungsmittel (NOXBARRIER ST-462, Unimatec Co., Ltd.) verwendet.

[Tabelle 3] Tabelle 3

	Kontaktwinkel des hydrophoben Harzes	Form der Vorsprünge	Kon takt winkel	Nach Aufsprühen von Wasser	Anmerkung
Beispiel 5	96°	Gut	148°	Nasse Oberfläche	Flüssigkeit mit geringer Konzentration
Vergleichsbeispiel 9	67°	Gut	50°	Nasse Oberfläche	Nasse Oberfläche mit hydrophober Wirkung übermäßig kleiner Harzkontaktwinkel
Vergleichsbeispiel 10	115°	Gut	158°	Hydrophobe Oberfläche	Hydrophobes Harz übermäßig kleiner Harzkontaktwinkel

In Beispiel 5 hat das hydrophobe Harz 2 eine angemessene hydrophobe Wirkung und die Deckschicht hat sowohl eine super hydrophobe Wirkung als auch eine Hydrophilie wie in Beispiel 1. Im Vergleichsbeispiel 9 weist das hydrophobe Harz 2 eine unzureichende Hydrophobie auf, und die Deckschicht hat keine Superhydrophobie. Im Vergleichsbeispiel 10 weist das hydrophobe Harz 2 eine zu hohe Hydrophobie auf, und die Deckschicht ist nach dem Aufsprühen des Wassers 6 nicht hydrophil.
(Reinigungseffekt)
[Beispiele 6 bis 9 und Vergleichsbeispiele 11 bis 14]

Die in den Beispielen 1 und 5 und den Vergleichsbeispielen 3 und 10 gebildeten Deckschichten 10 wurden mit Staub und Öl kontaminiert und anschließend dem Waschtest unterzogen. Die staubkontaminierten Bedingungen wurden hergestellt, indem Kanto-Lehmpulver (JIS-Testpulver 1-11) auf die Deckschicht gestreut und das Pulver mit einem Vliesstoff leicht abgewischt wurde. Die ölkontaminierten Bedingungen wurden hergestellt, indem die Deckschichten dem durch Erhitzen von Salatöl erzeugten Ölrauch ausgesetzt wurden. Die Deckschichten wurden durch Besprühen mit Wasser 6 aus einem Pumpsprüher gewaschen.
[Tabelle 4] Tabelle 4

	Deckschicht	Nach Kontaminierung mit Staub	Nach Besprühen mit Wasser	Kontaktwinkel nach Besprühen mit Wasser
Beispiel 6	Beispiel 1	Staub haftet an	Sauber	151° (Ausgangswert wiederhergestellt)
Beispiel 7	Beispiel 5	Staub haftet an	Sauber	147° (Ausgangswert wiederhergestellt)
Vergleichsbeispiel 11	Vergleichsbeispiel 3	Staub haftet an	Staubreste	130° (verschlechtert)
Vergleichsbeispiel 12	Vergleichsbeispiel 10	Staub haftet an	Staubreste	110° (verschlechtert)

Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der Staubkontamination und des anschließenden Waschens. Alle Deckschichten 10 wurden mit Feinstaub kontaminiert, indem die Deckschichten 10 mit Feinstaub abgerieben wurden. In den Beispielen 6 und 7 wurde der Staub durch Besprühen mit Wasser 6 entfernt, und die ursprüngliche hydrophobe Wirkung wurde durch Trocknen der Deckschichten nach dem Entfernen des Staubs wiederhergestellt, was darauf hindeutet, dass die Deckschichten eine hohe Reinigungsleistung und gleichzeitig eine hohe hydrophobe Wirkung haben. In den Vergleichsbeispielen 11 und 12 bleibt nach dem Aufsprühen des Wassers 6 Staub zurück, und die ursprüngliche Superhydrophobie geht nach dem Trocknen verloren.

[Tabelle 5] Tabelle 5

	Deckschicht	Nach Kontaminierung mit Öl	Nach Besprühen mit Wasser	Nach Besprühen mit entspanntem Wasser	Kontaktwinkel nach Waschen
Beispiel 8	Beispiel 1	Öl anhaftend	Keine Änderung	Sauber	150° (Anfangswert)
Beispiel 9	Beispiel 5	Öl anhaftend	Keine Änderung	Sauber	147°(Anfangswert)
Vergleichsbeispiel 13	Vergleichsbeispiel 3	Öl anhaftend	Keine Änderung	Teilweise Rückstände	76° (abgebaut)
Vergleichsbeispiel 14	Vergleichsbeispiel 10	Öl anhaftend	Öl teilweise entfernt	Rückstände	90°(abgebaut)

Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der Ölkontamination und des anschließenden Waschens. Die Ölanhaftung kann auf allen Deckschichten 10 visuell beobachtet werden. Es ist schwierig, das Öl zu entfernen, selbst wenn man Wasser 6 aufsprüht. In den Beispielen 8 und 9 wurde das Öl durch Aufsprühen von Wasser 6 mit einem Geschirrspüldetergentium entfernt. Darüber hinaus wurde die anfängliche Superhydrophobie durch Waschen der Deckschichten mit dem Wasser 6, das kein Detergentium enthielt, und Trocknen der Deckschichten wiederhergestellt, was darauf hindeutet, dass die Deckschichten eine hohe Reinigungsleistung gegen Ölverschmutzung aufweisen. In den Vergleichsbeispielen 13 und 14 verbleibt Öl selbst nach dem Besprühen mit dem Wasser 6, das ein Detergentium enthält, und die anfängliche Superhydrophobie wird auch nach dem Waschen mit dem Wasser 6 nicht wiederhergestellt.
(Schneeschmelzeffekt)
[Beispiele 10 und 11 und Vergleichsbeispiele 15 bis 17]

Die in den Beispielen 1 und 5 und den Vergleichsbeispielen 3 und 10 gebildeten Deckschichten 10 wurden auf ihre Schneeschmelzeffekte untersucht. Jede Deckschicht 10 wurde auf einer Aluminiumplatte mit einer Dicke von 1 mm geformt, und die resultierende Platte wurde horizontal auf eine elektrische Grillplatte gelegt und erhitzt. Zehn Gramm mit einer shaved ice machine (Flockeneismaschine) gehobeltes Eis wurde zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 3 cm geformt und als Kunstschnee für die Bewertung des Schneeschmelzens verwendet. Der Kunstschnee wurde auf jede Deckschicht 10 gelegt, und die Zeit bis zum vollständigen Schmelzen wurde verglichen.
[Tabelle 6] Tabelle 6

	Deckschicht	40 °C	60 °C	80 °C
Beispiel 10	Beispiel 1	320 Sekunden	190 Sekunden	150 Sekunden
Beispiel 11	Beispiel 5	320 Sekunden	190 Sekunden	200 Sekunden
Vergleichsbeispiel 15	Vergleichsbeispiel 3	320 Sekunden	250 Sekunden	200 Sekunden
Vergleichsbeispiel 16	Vergleichsbeispiel 10	330 Sekunden	280 Sekunden	210 Sekunden
Vergleichsbeispiel 17	Keine	280 Sekunden	180 Sekunden	140 Sekunden

Tabelle 6 zeigt den Vergleich der Schneeschmelzzeit. In den Beispielen 10 und 11 ist die Schneeschmelzzeit fast gleich, und es gibt einen Effekt, bei dem das Wasser 6 mit der Oberfläche der Deckschicht 10 in Kontakt kommt, wenn die Temperatur steigt. Die Deckschichten 10 sind bei niedrigen Temperaturen besonders hydrophob, um das Anhaften von Schnee zu verhindern oder zu verringern, und haben einen Schneeschmelzeffekt, wenn die Deckschichten 10 erwärmt werden. Bei 60° C und 80° C zeigen die Vergleichsbeispiele 15 und 16 eine längere Schneeschmelzzeit als die Aluminiumplatte. Vergleichsbeispiel 17 ist eine Aluminiumplatte ohne die Deckschicht 10.
(Antibakterielle Wirkung)
[Beispiele 12 und 13 und Vergleichsbeispiele 18 bis 21]

Den Zusammensetzungen aus Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 2 und 3 wurde ein antibakterielles Mittel in einer Menge zugesetzt, die 0,1 Masse-% des hydrophoben Harzes 2 entspricht. Das antibakterielle Mittel wurde mit einer Beschichtungsflüssigkeit gemischt, und die Beschichtungsflüssigkeit wurde aufgetragen und getrocknet, um die Deckschicht 10 zu bilden. Da nur eine sehr geringe Menge des antibakteriellen Mittels zugegeben wurde, hatte das antibakterielle Mittel keinen Einfluss auf die Hydrophobie und Hydrophilie. Als anorganisches antibakterielles Mittel wurden Silbernanoteilchen verwendet, als organisches antibakterielles Mittel wurde Diiodomethyl-p-tolylsulfon eingesetzt. Die antibakterielle Aktivität wurde auf der Grundlage der Wirkung auf Staphylococcus aureus in Z2801: 2010 bewertet. Die Bewertung erfolgte anhand von Proben, die mit dem Wasser 6 besprüht wurden, wobei Proben, die hydrophil werden können, sich in einem hydrophilen Zustand befanden und Proben, die nicht hydrophil werden können, sich in einem hydrophoben Zustand befanden.
[Tabelle 7] Tabelle 7

	Zusammensetzung der Deckschicht	Antibakterielles Mittel	Antibakterielle Aktivität Wert
Beispiel 12	Beispiel 1	Silbernanoteilchen	4.5
Vergleichsbeispiel 18	Vergleichsbeispiel 2	Silbernanoteilchen	2.3
Vergleichsbeispiel 19	Vergleichsbeispiel 3	Silbernanoteilchen	1.9
Beispiel 13	Beispiel 1	Organisches Mittel	5.8
Vergleichsbeispiel 20	Vergleichsbeispiel 2	Organisches Mittel	1.9
Vergleichsbeispiel 21	Vergleichsbeispiel 3	Organisches Mittel	2.5

In den Beispielen 12 und 13 ist die antibakterielle Aktivität hoch. In den Vergleichsbeispielen 18 bis 21 ist die antibakterielle Aktivität zwar vorhanden, aber geringer als in den Beispielen 12 und 13. Obwohl die Materialzusammensetzungen die gleichen sind, gibt es einen großen Unterschied in der antibakteriellen Aktivität. Dies liegt daran, dass die Deckschichten 10 der Beispiele 12 und 13 hydrophil werden und eine effiziente anhaltende Freisetzung des antibakteriellen Wirkstoffs unter den für die antibakterielle Aktivität erforderlichen übermäßig feuchten Bedingungen ermöglichen.
(Verwendung von Bindemittel 7)
[Beispiele 14 bis 16 und Vergleichsbeispiel 22]

Unter Verwendung eines Beschichtungsmittels, das FB 15D (durchschnittliche Teilchengröße 15 µm, erhältlich bei Denka Company Limited) als kugelförmiges Teilchen 3 und Silikat (N-103X, COLCOAT CO., LTD.) als Bindemittel 7 enthält, wurde eine Grundierungsschicht gebildet. Als Überzugsmittel wurde eine Lösung von Lumiflon LF800 (erhältlich bei AGC Inc.) in Lösungsbenzin aufgetragen. Zur Bewertung der Schichtstärke wurde der Kontaktwinkel nach 10 Reibungen mit einem Rayon-Vliesstoff bei einem Druck von 80 g/cm² gemessen.
[Tabelle 8] Tabelle 8

	Sphärische Teilchen	Binde mittel	Überzugs mittel	Form der Vorsprünge	Kontakt winkel	Nach Besprühen mit Wasser	Kontaktwinkel nach Reiben
Beispiel 14	1.5 Masse-%	1.5 Masse-%	2 Masse-%	Gut	149°	Nasse Oberfläche	145°
Beispiel 15	3.0 Masse-%	1.5 Masse-%	2 Masse-%	Gut	153°	Nasse Oberfläche	140°
Beispiel 16	0.5 Masse-%	1.5 Masse-%	2 Masse-%	Gut	151°	Nasse Oberfläche	95°
Vergleichs beispiel 22	3.0 Masse-%	1.5 Masse-%	5 Masse-%	Mangelhafte Vorsprungsbildung	95°	Hydrophobe Oberfläche	90°

In den Beispielen 14 bis 16 wird eine hohe Hydrophobie und Hydrophilie nach dem Besprühen mit Wasser 6 erzielt. In den Beispielen 14 und 15 bleibt die hohe Hydrophobie auch nach dem Abriebtest erhalten, was darauf hinweist, dass das Bindemittel 7 die Festigkeit der Deckschicht 10 verbessert. In Beispiel 16 wird die Deckschicht durch Reiben abgebaut und weist aufgrund einer geringen Menge des Bindemittels 7 keine ausreichende Schichtfestigkeit auf. Im Vergleichsbeispiel 22 ist die Konzentration des Überzugsmittels so hoch, dass die von der Grundschicht gebildeten Vorsprünge 8 im Überzugsmittel begraben sind und die Deckschicht nicht superhydrophob ist und nach dem Aufsprühen des Wassers 6 nicht hydrophil ist.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: wasserabweisendes Harz
3: kugelförmiges Teilchen
4a, 4b: maximaler Bereich
5a, 5b: minimaler Bereich
6: Wasser
7: Bindemittel
8: Vorsprung
10: Deckschicht
20: Bauteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009521551 A [0004]

Claims

Deckschicht, die Folgendes aufweist: ein hydrophobes Harz mit einer glatten Oberfläche und einem Kontaktwinkel von 70° oder mehr, wobei die Deckschicht eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die durch das hydrophobe Harz gebildet werden, wobei die Vielzahl von Vorsprüngen in der Deckschicht verstreut sind und jeweils einen Endbereich mit einer konvexen Oberfläche aufweisen, die durch Ausschneiden eines zusammenhängenden Bereichs gebildet wird, der 50 % oder mehr einer kugelförmigen Oberfläche ausmacht, wobei die kugelförmigen Oberflächen jeweils einen durchschnittlichen Krümmungsradius von 16 µm oder weniger aufweisen, wobei ein durchschnittlicher Abstand zwischen den einzelnen der mehreren aneinander angrenzenden Vorsprünge kleiner oder gleich dem 30-fachen des Krümmungsradius ist.
Deckschicht nach Anspruch 1, wobei die sphärischen Oberflächen jeweils einen durchschnittlichen Krümmungsradius von 0,6 µm oder mehr aufweisen, der durchschnittliche Abstand zwischen jeder der mehreren aneinander angrenzenden Vorsprünge mehr als oder gleich dem 4-fachen des Krümmungsradius ist, und das hydrophobe Harz eine glatte Oberfläche und einen Kontaktwinkel von 110° oder weniger aufweist.
Deckschicht nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine horizontale Querschnittsfläche jedes der Vielzahl von Vorsprüngen einen maximal möglichen Wert in dem Endbereich hat, der ein Bereich der entsprechenden Kugeloberfläche ist.
Deckschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren Vorsprünge durch kugelförmige Teilchen gebildet werden, die jeweils eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 µm oder mehr und 30 µm oder weniger aufweisen, wobei die kugelförmigen Teilchen innerhalb des hydrophoben Harzes angeordnet sind, und ein Volumenverhältnis der kugelförmigen Teilchen 50% oder mehr und 500% oder weniger des hydrophoben Harzes beträgt.
Deckschicht nach Anspruch 4, wobei die Deckschicht mit einer Beschichtungsflüssigkeit aufgebracht wird, die 5 Masse-% oder mehr und 40 Masse-% oder weniger der kugelförmigen Teilchen und des hydrophoben Harzes enthält.
Deckschicht nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Vorsprüngen aus feinen Teilchen gebildet wird, die jeweils eine durchschnittliche Teilchengröße von 10 nm oder mehr und 200 nm oder weniger aufweisen, wobei sich die feinen Teilchen innerhalb des hydrophoben Harzes befinden, und die Deckschicht mit einer Beschichtungsflüssigkeit aufgetragen wird, die 1,5 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger der kugelförmigen Teilchen und des hydrophoben Harzes enthält.
Deckschicht nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die kugelförmigen Teilchen durch ein Bindemittel aneinander geklebt sind, und das Volumenverhältnis der kugelförmigen Teilchen 80% oder mehr und 600% oder weniger des Bindemittels beträgt.
Deckschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das hydrophobe Harz eine glatte Oberfläche und einen Kontaktwinkel von 80° oder mehr aufweist.
Bauteil, das Folgendes aufweist: ein Substrat; und eine Deckschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die auf dem Substrat angeordnet ist.