DE60005910T2

DE60005910T2 - Substrat mit behandelten Oberflächenschichten und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE60005910T2
Application number: DE60005910T
Authority: DE
Inventors: Takashige Yokohama-shi Yoneda; Tadashi Aiko-gun Hamano; Fumiaki Aiko-gun Gunji
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: EP1103531A1; EP1103531B1; US6500553B1; TWI225851B; DE60005910D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat mit behandelten Oberflächenschichten, auf dem Wassertropfen kaum anhaften oder von dem anhaftende Wassertropfen einfach entfernt werden können, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Verschiedene Substrate mit behandelten Oberflächenschichten werden auf verschiedenen Gebieten verwendet und nachteilige Effekte, die durch Wasser auf der Oberfläche solcher Substrate hervorgerufen werden, sind problematisch.
Beispielsweise soll bei Transporteinrichtungen wie z. B. Elektro-Automobilen, Automobilen, Schifften oder Flugzeugen die Oberfläche 1) eines Außenteils wie z. B. einer Außenplatte, eines Fensterglases, eines Spiegels oder eines Anzeigeflächenmaterials, 2) eines Innenteils wie z. B. eines Armaturenbretts oder 3) anderer Gegenstände immer sauber sein. Wenn z. B. Regentropfen, Stäube oder Verschmutzungen auf der Oberfläche eines Gegenstands in einer Transporteinrichtung abgelagert werden oder aufgrund der Temperatur oder der Luftfeuchtigkeit Feuchtigkeit darauf kondensiert, können in manchen Fällen die Grundfunktionen des Gegenstands in einer Transporteinrichtung beeinträchtigt werden.
Insbesondere in einem Fall, bei dem der Gegenstand für eine Transporteinrichtung ein Gegenstand ist, bei dem eine Transparenzeigenschaft oder eine Durchsichteigenschaft erforderlich ist (wie z. B. ein Fensterglas oder ein Spiegel), kann eine Verschlechterung der Transparenz oder der Durchsichteigenschaft aufgrund eines Anhaftens von beispielsweise Regentropfen, Stäuben oder Verschmutzungen oder eine Feuchtigkeitskonzentration den für den Gegenstand beabsichtigten Zweck beeinträchtigen. Beispielsweise können auf einer Windschutzscheibe eines Automobils die Transparenz und die Durchsichteigenschaft aufgrund z. B. eines Anhaftens von beispielsweise Regentropfen beeinträchtigt werden.
Mittel zur physikalischen Entfernung von Wassertropfen (wie z. B. eine Entfernung durch Abwischen oder mittels eines Wischers) können manchmal zu feinen Kratzern auf der Oberfläche eines Gegenstands führen. Ferner können solche Kratzer manchmal durch Fremdteilchen, die von solchen Wassertropfen mitgeführt werden, erweitert werden. Ferner ist bekannt, dass dann, wenn Feuchtigkeit an einer Glasoberfläche anhaftet, das Auswaschen von Glaskomponenten in die Feuchtigkeit wahrscheinlich ist, wodurch die Oberfläche erodiert wird, was zu einem sogenannten Scorching führt. Wenn die Oberfläche zur Entfernung eines solchen Scorching intensiv poliert oder abgerieben wird, dann ist es wahrscheinlich, dass sich eine feine Rauhigkeit ausbildet. Bei einem aus Glas hergestellten Durchsichtabschnitt, der auf seiner Oberfläche ein wesentliches Scorching oder eine feine Rauhigkeit aufweist, verschlechtert sich dessen Grundfunktion und es ist wahrscheinlich, dass eine Lichtstreuung auf dessen Oberfläche stattfindet.
Ferner kann Feuchtigkeit einen schädlichen Einfluss auf die Oberfläche oder das Innere z. B. eines Gegenstands für eine Transporteinrichtung haben und Beschädigungen, ein Verschmutzen, ein Vergilben oder eine Korrosion fördern. Ferner kann sie eine Änderung der elektrischen Eigenschaften, der mechanischen Eigenschaften oder der optischen Eigenschaften des Gegenstands für eine Transporteinrichtung induzieren. Darüber hinaus kann in manchen Fällen das Aussehen eines solchen Gegenstands beeinträchtigt werden und wenn es sich um eine Oberfläche handelt, die direkt visuell betrachtet wird oder die direkt von einer Person berührt wird, kann die Beeinträchtigung des Aussehens zu einem schmutzigen Eindruck führen.
Nachteilige Effekte dieser Art aufgrund von Wasser sind nicht nur auf dem Gebiet von Gegenständen für Transporteinrichtungen problematisch, sondern auch auf verschiedenen Gebieten, einschließlich Gegenständen für Gebäude oder die Gebäudedekoration oder Gegenständen für elektrische oder elektronische Geräte.
Unter diesen Umständen ist es in hohem Maß erwünscht, der Substratoberfläche eine Eigenschaft zu verleihen, derart, dass Wassertropfen kaum auf der Substratoberfläche haften oder dass anhaftende Wassertropfen einfach entfernt werden können (nachstehend einfach als Wassertropfenentfernungseigenschaft bezeichnet). Bisher wurden Oberflächenbehandlungsmittel, wie z. B. ein Siliconwachs, ein aus einem Organopolysiloxan hergestelltes Siliconöl und ein Tensid zur direkten Anwendung auf die Oberfläche eines Gegenstands vorgeschlagen, um einer Oberfläche eine Wassertropfenentfernungseigenschaft zu verleihen.
Die JP-A-58-147484, die JP-A-60-221470 und die JP-A-4-96935 beschreiben, dass ein Polysiloxan und ein Polysilazan, die eine Perfluoralkylgruppe aufweisen, eine hervorragende Wasserabstoßung aufweisen.
Sie weisen jedoch eine schlechte Abriebbeständigkeit und eine schlechte Bewitterungsbeständigkeit auf und könnten für einen längeren Zeitraum nicht im Außenbereich verwendet werden. Ferner ist z. B. für eine Windschutzscheibe eines Automobils oder für ein Fensterglas eines Gebäudes nicht nur eine Wasserabstoßung erforderlich, sondern auch eine Eigenschaft, wie z. B. dass Wassertropfen von deren Oberfläche herabrollen (Wassertropfenrollei genschaft). Sie weisen jedoch nicht notwendigerweise eine angemessene Wassertropfenrolleigenschaft auf.
Ferner schlägt die JP-A-10-194784 ein wasserabstoßendes Glas vor, das eine Glasplatte, einen aus einem Siliciumoxid, bei dem ein Teil der Sauerstoffatome durch Hydroxylgruppen ersetzt ist, hergestellten Grundfilm, und eine organische Siliciumverbindung umfasst, die eine Fluoralkylgruppe enthält.
Das vorstehend genannte wasserabstoßende Glas weist eine hervorragende Abriebbeständigkeit, in der Praxis jedoch eine schlechte Bewitterungsbeständigkeit auf. Ferner ist die Wassertropfenrolleigenschaft nicht ausreichend.
Die US-A-5,786,096 beschreibt ein oberflächenbehandeltes Substrat, das ein Substrat, eine äußerste Schicht, die durch Behandlung mit einem Oberflächenbehandlungsmittel gebildet wird, und eine untere Schicht umfasst, die mit der mit einem Oberflächenbehandlungsmittel behandelten äußersten Schicht in Kontakt steht. Die EP-A-0 513 690 und die EP-A-0 759 413 beschreiben ein oberflächenbehandeltes Substrat, das im Wesentlichen aus einem Substrat besteht, das mindestens zwei behandelte Oberflächenschichten aufweist.
Ferner beschreibt die JP-A-7-252472 ein wasserabstoßendes Mittel, das ein Cohydrolysat einer Perfluoralkylgruppen-enthaltenden organischen Siliciumverbindung und eines hydrolysierbare Gruppen enthaltenden Methylpolysiloxans ist. Dieses Mittel wird durch Cohydrolysieren einer Perfluoralkylgruppen-enthaltenden organischen Siliciumverbindung, die eine hervorragende Wasserabstoßung aufweist, und eines hydrolysierbare Gruppen enthaltenden Methylpolysiloxans, das eine hervorragende Wassertropfenrolleigenschaft aufweist, in Wasser und einem hydrophilen Lösungsmittel erhalten, so dass ein Mittel erhalten wird, das sowohl eine hervorragende Wasserabstoßung als auch eine hervorragende Wassertropfenrolleigenschaft aufweist.
Wenn jedoch das vorstehend genannte wasserabstoßende Mittel auf ein Substrat aufgebracht wird, neigt die Perfluoralkylgruppen-enthaltende organische Siliciumverbindung, die eine niedrige Oberflächenenergie aufweist, bis das wasserabstoßende Mittel vollständig trocken ist, zur Bewegung aus dem hydrolysierbare Gruppen enthaltenden Methylpolysiloxan heraus, das eine hohe Oberflächenenergie aufweist, und es kann keine der durch die letztgenannte Verbindung hervorzurufende gewünschte Wassertropfenrolleigenschaft erhalten werden.
Ferner erfordern viele Oberflächenbehandlungsmittel, die herkömmlich vorgeschlagen wurden, eine Vorbehandlung, die mit der Beschichtung einhergeht, und die Beschichtung neigt zur Uneinheitlichkeit. Ferner ist die Haftung der Behandlungsmittel selbst an dem Substrat niedrig und deren Wassertropfenentfernungseigenschaft kann nicht für einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Folglich war ihr Anwendungsbereich begrenzt.
Ferner ist die Entwicklung eines Mittels erwünscht, das eine solche Wassertropfenentfernungseigenschaft nicht nur Substraten verleiht, die neu hergestellt worden sind, sondern auch solchen Substraten, die bereits in Gebrauch waren. In einem solchen Fall muss das Oberflächenbehandlungsmittel dazu fähig sein, die Wassertropfenentfernungseigenschaft einfach durch ein direktes Beschichten solcher Substrate mit dem Oberflächenbehandlungsmittel bei Raumtemperatur zu verleihen. Wenn beispielsweise versucht wird, eine Behandlung zur Verleihung einer Wassertropfenrolleigenschaft auf eine Windschutzscheibe eines Automobils anzuwenden, die bereits in Gebrauch war, dann kann die Windschutzscheibe jedes Automobils aus ökonomischen Gründen nicht ersetzt werden, und es ist praktisch unmöglich, den Abschnitt nach der Beschichtung zu erhitzen. Demgemäß ist eine solche Behandlung mit herkömmlichen Mitteln unter Verwendung eines Oberflächenbehandlungsmittels schwierig.
Unter diesen Umständen wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um die vorstehend genannten Probleme zu überwinden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Untersuchungen bezüglich eines Behandlungsmittels durchgeführt, das die herkömmlichen Probleme überwindet und ein Mittel zur Oberflächenbehandlung gefunden, das auf verschiedene Substrate angewandt werden kann und das eine langandauernde hervorragende Wassertropfenentfernungseigenschaft verleiht (Wassertropfenrolleigenschaft und Wasserabstoßung). Die Erfinder haben ferner gefunden, dass die Behandlung einfach durchgeführt werden kann und dass das so behandelte Substrat, das eine Wassertropfenentfernungseigenschaft aufweist, als Substrat für eine Transporteinrichtung besonders geeignet ist. Die vorliegende Erfindung beruht auf diesen Erkenntnissen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Substrat bereitzustellen, das eine Wassertropfenentfernungseigenschaft, eine hervorragende Abriebbeständigkeit, Bewitterungsbeständigkeit, Kochbeständigkeitseigenschaft und Chemikalienbeständigkeit aufweist, und dessen Eigenschaften deshalb semipermanent beibehalten werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Substrat mit mindestens zwei behandelten Oberflächenschichten bereit, wobei die erste Schicht, welche die äußerste Schicht unter den behandelten Oberflächenschichten darstellt, eine Schicht ist, die durch Überziehen mit einer Zusammensetzung (I) gebildet ist, die eine reaktive Silanverbindung (I) enthält, dargestellt durch die folgende Formel (I),
wobei jede Gruppe R¹, R³ und R⁴ eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Gruppe ist, mit der Maßgabe, dass R¹, eine Zahl k der Gruppen R³ und R⁴ gleich oder verschieden sein können, R² eine einwertige organische C_2-16-Gruppe ist, mit der Maßgabe, dass eine Zahl m' der Gruppen R² gleich oder verschieden sein kann, Rf eine einwertige Fluor-enthaltende organische C_3-16-Gruppe ist, mit der Maßgabe, dass eine Zahl m der Gruppen Rf gleich oder verschieden sein kann, jede Zahl n, m' und k eine ganze Zahl von 0 bis 100 ist, m eine ganze Zahl von 1 bis 100 ist und n + m + m' + k eine ganze Zahl von 2 bis 101 ist,
wobei A eine zweiwertige C_2-6-Kohlenwasserstoffgruppe oder ein Sauerstoffatom ist, R⁵ eine einwertige C_1-10-Kohlenwasserstoffgruppe ist, X¹ eine Isocyanatgruppe, ein Chloratom, eine C_1-4-Alkoxygruppe oder eine C_1-4-Acyloxygruppe ist, mit der Maßgabe, dass eine Zahl p der Gruppen R⁵ gleich oder verschieden sein kann und eine Zahl (3-p) der Gruppen X¹ gleich oder verschieden sein kann und p eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist; welche eine Oberfläche bildet, die einen Rollwinkel von höchstens 30° gegenüber Wasser aufweist, und die zweite Schicht, welche eine Unterschicht in Kontakt mit der ersten Schicht (auf der Substratseite) darstellt, eine Schicht ist, die durch Überziehen mit einer Zusammensetzung (II) gebildet ist, welche eine Fluor-enthaltende reaktive Silanverbindung (II) enthält, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von mindestens 100° gegenüber Wasser bildet.
Die Verbindungen (I) und (II) erfüllen vorzugsweise die Beziehung [Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] < 1,0 und mehr bevorzugt die Beziehung Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] ≤ 0,8, wobei der Fluorgehalt (%) als [(Anzahl an F-Atomen in einer Verbindung) × (Atomgewicht von F)]/[Molekulargewicht einer Verbindung)] × 100 definiert ist.
Die Verbindungen (I) und (II) erfüllen vorzugsweise die Beziehung [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/[Molekulargewicht der Verbindung (II)] > 1,0, mehr bevorzugt die Beziehung [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/[Molekulargewicht der Verbindung (II)] ≥ 1,5.
Die vorstehend genannte Fluor-enthaltende reaktive Silanverbindung (II) hat vorzugsweise die nachstehende Formel (IIA) und/oder (IIB)
wobei jede Gruppe Z¹ und Z² eine Isocyanatgruppe oder eine hydrolysierbare Gruppe ist, mit der Maßgabe, dass eine Zahl (3-a) der Gruppen Z¹ und eine Zahl (3-b) der Gruppen Z² gleich oder verschieden sein können, jede Gruppe R⁶ und R⁷ ein Wasserstoffatom oder eine organische C_1-21-Gruppe ist, mit der Maßgabe, dass eine Zahl a der Gruppen R⁶ und eine Zahl b der Gruppen R⁷ gleich oder verschieden sein können, Y eine zweiwertige organische Gruppe ist, mit der Maßgabe, dass mindestens eine der Gruppen aus einer Zahl a der Gruppen R⁶, einer Zahl b der Gruppen R⁷ und Y eine Fluor-enthaltende organische Gruppe ist und jede Zahl a und b eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist, R 8 / c-Si-Z 3 / 4c (II B)wobei R⁸ ein Wasserstoffatom oder eine organische C_1-21-Gruppe ist, mit der Maßgabe, dass eine Zahl c der Gruppen R⁸ gleich oder verschieden sein kann und mindestens eine einer Zahl c der Gruppen R⁸ eine Fluor-enthaltende organische Gruppe ist, Z³ eine Isocyanatgruppe oder eine hydrolysierbare Gruppe ist und c eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner das vorstehend genannte Substrat mit behandelten Oberflächenschichten bereit, das weiter eine dritte Schicht aufweist, die eine Unterschicht in Kontakt mit der zweiten Schicht (auf der Substratseite) darstellt, wobei die dritte Schicht eine Schicht ist, welche durch Überziehen mit einer Zusammensetzung (III) gebildet ist, die eine reaktive Silanverbindung (III) enthält, die kein Fluor enthält.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend genannten Substrats mit behandelten Oberflächenschichten bereit, das einen Schritt des Überziehens der Substratoberfläche mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (II), um die zweite Schicht zu bilden, und einen Schritt des Überziehens der Oberfläche der zweiten Schicht mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (I), um die erste Schicht zu bilden, umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend genannten Substrats mit behandelten Oberflächenschichten bereit, welches einen Schritt des Überziehens der Substratoberfläche mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (III), um die dritte Schicht zu bilden, einen Schritt des Überziehens der Oberfläche der dritten Schicht mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (II), um die zweite Schicht zu bilden, und einen Schritt des Überziehens der Oberfläche der zweiten Schicht mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (I), um die erste Schicht zu bilden, umfasst.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Substrat ist ein Substrat, das mindestens zwei behandelte Oberflächenschichten aufweist.
Die erste Schicht, welche die äußerste Schicht der behandelten Oberflächenschichten bildet, ist eine Schicht, die durch Überziehen mit einer Beschichtung (I) gebildet wird, die eine reaktive Silanverbindung (I) enthält.
Die reaktive Silanverbindung (I) ist nicht besonders beschränkt, solange es sich um eine Verbindung handelt, die eine Oberfläche bildet, die einen Rollwinkel von höchstens 30° gegenüber Wasser bildet. Dabei ist eine "Verbindung, die eine Oberfläche bildet, die einen Rollwinkel von höchstens 30° gegenüber Wasser bildet" eine Verbindung, bei der dann, wenn die Oberfläche eines gewaschenen Natronkalkglassubstrats vollständig mit der Verbindung überzogen wird, so dass die Oberfläche des Substrats nicht freiliegt, der Rollwinkel der Oberfläche nach dem Überziehen auf höchstens 30° gegenüber Wasser gebracht wird. Der "Rollwinkel" wird derart erhalten, dass 50 μl Wassertropfen auf die Oberfläche eines Substrats getropft werden, das horizontal gehalten wird, und eine Seite des Substrats hochgehoben und schrittweise geneigt wird, und der Winkel zwischen der Substratoberfläche und einer horizontalen Ebene, bei dem die Wassertropfen zu rollen beginnen, festgestellt wird. Je kleiner der Winkel, desto besser ist die Wassertropfenentfernungseigenschaft der Substratoberfläche.
Ferner ist die Verbindung (I) im Hinblick auf die Wassertropfenentfernungseigenschaft vorzugsweise eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von mindestens 90° gegenüber Wasser bildet. "Eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von mindestens 90° gegenüber Wasser bildet" ist eine Verbindung, bei der dann, wenn die Oberfläche eines gewaschenen Natronkalkglassubstrats vollständig mit der Verbindung überzogen wird, so dass die Oberfläche des Substrats nicht freiliegt, der Kontaktwinkel der Oberfläche nach dem Überziehen auf mindestens 90° gegenüber Wasser gebracht wird.
In der Verbindung (I) ist die reaktive Gruppe direkt an das Siliciumatom gebunden. Die reaktive Gruppe ist eine Isocyanatgruppe, ein Chloratom, eine C_1-4-Alkoxygruppe oder eine C_1-4-Acyloxygruppe. Die Anzahl der reaktiven Gruppen, die an ein Siliciumatom gebunden sind, beträgt im Hinblick auf die Affinität zur zweiten Schicht vorzugsweise mindestens 2.
Es wird angenommen, dass die Verbindung (I) aufgrund der Reaktivität der reaktiven Gruppen eine hervorragende Leistung wie z. B. eine Wassertropfenentfernungseigenschaft, Abriebbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Bewitterungsbeständigkeit aufweist. Ferner können die Leistungen durch Auswählen einer organischen Gruppe, wie sie nachstehend genannt wird, weiter verbessert werden.
Die Verbindung (I) kann als solche oder als Hydrolysat verwendet werden. Das Hydrolysat der Verbindung (I) ist eine Verbindung, die z. B. eine Silanolgruppe aufweist, die durch Hydrolysieren eines Teils oder der gesamten reaktiven Gruppen der Verbindung (I) in Wasser oder in einer sauren oder alkalischen wässrigen Lösung gebildet wird, oder eine Verbindung, die aufgrund der Reaktion der Silanolgruppen mindestens zwei Moleküle aufweist, die kondensiert sind. Die saure wässrige Lösung kann z. B. eine wässrige Lösung von beispielsweise Chlorwasserstoffsäure, Essigsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Sulfonsäure oder Methansulfonsäure sein. Die alkalische wässrige Lösung kann z. B. eine wässrige Lösung von beispielsweise Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Ammoniak sein.
Wie es vorstehend erwähnt worden ist, ist die Verbindung (I) strukturell nicht besonders beschränkt, solange sie eine Verbindung ist, die eine Oberfläche mit einem Rollwinkel von höchstens 30° gegenüber Wasser bildet. Es handelt sich jedoch vorzugsweise um eine reaktive Silanverbindung mit einem niedrigeren Fluorgehalt als die Verbindung (II) und einem höheren Molekulargewicht als die Verbindung (II) (d. h. eine reaktive Silanverbindung, die der Beziehung [Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] < 1,0 und der Beziehung [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/[Molekulargewicht der Verbindung (II)] > 1,0 genügt. Dabei ist der Fluorgehalt (%) als [(Anzahl an F-Atomen in einer Verbindung) × (Atomgewicht von F)]/[Molekulargewicht einer Verbindung)] × 100 definiert. Die Verbindung (I) kann entweder eine reaktive Silanverbindung sein, die kein Fluor enthält, oder eine Fluorenthaltende reaktive Silanverbindung. Wenn die Verbindung (I) eine reaktive Silanverbindung ist, die kein Fluor enthält, dann ist deren Fluorgehalt 0%.
In einem Fall, bei dem die Zusammensetzung (I) mindestens zwei Arten der Verbindungen (1) enthält, kann es sich bei dem vorstehend genannten Fluorgehalt und dem Molekulargewicht um Durchschnitte unter Berücksichtigung des Molenbruchs handeln. Dies gilt für einen Fall, bei dem die Zusammensetzung (II) mindestens zwei Arten der Verbindungen (II) enthält.
Nachstehend wird der Grund dafür erläutert, warum die Verbindung (I) vorzugsweise eine reaktive Silanverbindung ist, die einen niedrigeren Fluorgehalt und ein höheres Molekulargewicht aufweist als die Verbindung (II).
Bei den allgemeinen wasserabstoßenden Materialien des Fluor-enthaltenden Typs neigen die Wasserabstoßung und die Dauerbeständigkeit auf der Oberfläche mit steigendem Fluorgehalt zu einer Verbesserung, jedoch nimmt die Wassertropfenrolleigenschaft auf der Oberfläche nicht notwendigerweise zu. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Elektronendichte der Fluoratome hoch ist, wodurch die Wechselwirkung zwischen den Wassertropfen und der Oberfläche stark wird. Ferner kann als wasserabstoßendes Material, das eine gute Wassertropfenrolleigenschaft aufweist, beispielsweise eine Verbindung des Dimethylpolysiloxantyps genannt werden. Diese weist jedoch den Nachteil einer schlechten Chemikalienbeständigkeit auf.
Im Hinblick auf die Erzeugung eines Substrats mit einer Oberfläche, die eine hervorragende Wasserabstoßung, eine hervorragende Dauerbeständigkeit und eine hervorragende Wassertropfenrollbeständigkeit aufweist, ist es bevorzugt, eine sich ändernde Schicht zu realisieren, bei der die Fluoratome von der Innenseite in Richtung der äußeren Oberflächenseite in der Nähe der Substratoberfläche schrittweise oder kontinuierlich abnehmen, und bei der die Verbindung (I) einen niedrigeren Fluorgehalt hat als die Verbindung (II). Um eine solche sich ändernde Schicht auf der Oberfläche zu realisieren, wird eine Behandlung mit einem Gemisch aus einem wasserabstoßenden Material des Fluortyps und einem wasserabstoßenden Material des Dimethylpolysiloxantyps in Betracht gezogen. In einem solchen Fall neigt jedoch das wasserabstoßende Material des Fluortyps, das eine kleine Oberflächenenergie aufweist, dazu, auf der äußeren Oberflächenseite in einer hohen Dichte vorzuliegen, wodurch die gewünschte sich ändernde Schicht gegebenenfalls nicht erhalten wird.
Wenn andererseits der Fluorgehalt in der Verbindung (I) niedrig wird, dann neigt die Oberflächenenergie dazu, höher zu sein als die Oberflächenenergie der zweiten Schicht, die einen hohen Fluorgehalt aufweist, und es ist weniger wahrscheinlich, dass die Verbindung (I) feucht wird. Demgemäß wird es schwierig, die Oberfläche der zweiten Schicht mit der Zusammensetzung (I) zu überziehen, welche die Verbindung (I) enthält.
In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Molekulargewicht der Verbindung (I) höher ist als das Molekulargewicht der Verbindung (II), wodurch die Van-der-Waals-Kraft zwischen der Verbindung (I) und der Oberfläche der zweiten Schicht, die während der Oberflächenbehandlung der ersten Schicht erzeugt worden ist, stark wird, und das Überziehen mit der Zusammensetzung (I) wird einfach.
In der vorliegenden Erfindung erfüllen die Verbindungen (I) und (II) vorzugsweise die Beziehung [Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] ≤ 0,8, wodurch die Wassertropfenrolleigenschaft hervorragend wird. Ferner erfüllen die Verbindungen (I) und (II) vorzugsweise die Beziehung [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/[Molekulargewicht der Verbindung (II)] ≥ 1,5, wodurch die Oberflächenbehandlung mit der Zusammensetzung (I) sehr einfach wird.
Die Verbindung (I) ist eine Fluor-enthaltende Verbindung der vorstehend genannten Formel (I). In der Formel (I) ist jede Gruppe R¹, R³ und R⁴ eine durch die vorstehende Formel (1) dargestellte Gruppe (wobei A eine zweiwertige C_2-6-Kohlenwasserstoffgruppe oder ein Sauerstoffatom ist, R⁵ eine einwertige C_1-10-Kohlenwasserstoffgruppe, vorzugsweise eine Methylgruppe ist, X¹ eine Isocyanatgruppe, ein Chloratom, eine C_1-4-Alkoxygruppe oder eine C_1-4-Acyloxygruppe ist, mit der Maßgabe, dass eine Zahl p der Gruppen R⁵ gleich oder verschieden sein kann, eine Zahl (3-p) der Gruppen X¹ gleich oder verschieden sein kann und p eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist), mit der Maßgabe, dass R¹, eine Zahl k der Gruppen R³ und R⁴ gleich oder verschieden sein können, R² eine einwertige organische C_2-6-Gruppe ist, mit der Maßgabe, das eine Zahl m' der Gruppen R² gleich oder verschieden sein kann, Rf eine einwertige Fluor-enthaltende organische C_3-6-Gruppe ist, mit der Maßgabe, dass eine Zahl m der Gruppen Rf gleich oder verschieden sein kann, jede der Zahlen n, m' und k eine ganze Zahl von 0 bis 100 ist, m eine ganze Zahl von 1 bis 100 ist und n + m + m' + k eine ganze Zahl von 2 bis 101 ist.
p ist im Hinblick auf die Haftung an der zweiten Schicht eine ganze Zahl von 0 bis 2, vorzugsweise jedoch höchstens 1, insbesondere 0. Je größer die Anzahl der Gruppen X¹ in R¹, R³ und R⁴ desto stärker ist die erste Schicht an die zweite Schicht gebunden.
R² ist vorzugsweise eine Kohlenwasserstoffgruppe wie z. B. eine Alkylgruppe, eine Alkenylgruppe, eine Cycloalkylgruppe oder eine Arylgruppe; eine halogenierte Kohlenwasserstoffgruppe wie z. B. eine Chloralkylgruppe oder eine Fluoralkylgruppe; eine (halogenierte) Kohlenwasserstoffgruppe mit einer Hydroxylgruppe, einer Epoxygruppe, einer Aminogruppe, einer Mercaptogruppe, einer Carboxylgruppe oder einer weiteren funktionellen Gruppe; oder eine (halogenierte) Kohlenwasserstoffgruppe mit einer Esterbindung, einer Etherbindung, einer Thioetherbindung, einer Iminobindung, einer Amidbindung, einer Urethanbindung oder einer anderen Bindung in der Kohlenstoffkette. Von diesen Gruppen ist eine C_2-6-Alkylgruppe bevorzugt.
Rf ist vorzugsweise mittels eines Kohlenstoffatoms an das Siliciumatom gebunden, das kein Fluoratom aufweist (wie z. B. ein Kohlenstoffatom in einer Methylengruppe, einer Ethylengruppe oder einer Propylengruppe).
Rf ist vorzugsweise eine polyfluororganische Gruppe, besonders bevorzugt eine Polyfluoralkylgruppe, eine Polyfluoroxaalkylgruppe oder eine Polyfluorthioxaalkylgruppe, oder eine organische Gruppe bei der eine dieser Gruppen und eine Kohlenwasserstoffgruppe wie z. B. eine Alkylengruppe mittels einer Esterbindung, einer Etherbindung, einer Thioetherbindung, einer Iminobindung, einer Amidbindung, einer Urethanbindung oder einer anderen Bindung (die organische Gruppe ist an einer anderen Endgruppe der Kohlenwasserstoffgruppe an das Siliciumatom gebunden) gebunden ist. Die Polyfluoralkylgruppe und die Polyfluoroxaalkylgruppe weisen vorzugsweise einen Perfluorrest auf und sind mittels einer Alkylengruppe (insbesondere einer Dimethylengruppe) an das Siliciumatom gebunden. Der Perfluorrest ist vorzugsweise eine Perfluoralkylgruppe, eine Perfluoroxaalkylgruppe oder eine Perfluorthioxaalkylgruppe mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen, insbesondere eine C_3-16-Perfluoralkylgruppe.
Nachstehend sind spezifische Beispiele der Verbindung (I) gezeigt. In den nachstehenden Formeln haben die Symbole die vorstehend angegebene Bedeutung.
Die Zusammensetzung (I) kann eine Art der Verbindung (I) oder mindestens zwei Arten der Verbindungen (I) enthalten.
Die Zusammensetzung (I) kann zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten abhängig vom Zweck eine weitere Verbindung oder einen weiteren Zusatz enthalten. Der Zusatz, usw., kann unter Berücksichtigung der Reaktivität und Verträglichkeit mit den anderen Komponenten ausgewählt werden. Es kann sich z. B. um ultrafeine Teilchen eines Metalloxids wie z. B. Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder Titanoxid oder eines Har zes handeln. Ferner kann ein Farbstoff, ein Pigment, usw., in einem Fall einbezogen werden, bei dem eine Färbung erforderlich ist. Die Menge des zugegebenen Zusatzes, usw., kann im Bereich von 0,01 bis 20 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsteile der Verbindung (I) liegen und eine übermäßige Zugabe kann die Wassertropfenentfernungseigenschaft, die Abriebbeständigkeit, usw., des erfindungsgemäßen Substrats vermindern.
Die Zusammensetzung (I) kann als solche verwendet oder gegebenenfalls mit einem organischen Lösungsmittel verdünnt werden, wobei die Bearbeitungsfähigkeit und die gewünschte Dicke der ersten Schicht berücksichtigt werden.
Das organische Lösungsmittel ist nicht besonders beschränkt, solange es die anderen essentiellen Komponenten löst. Das Lösungsmittel kann z. B. ein Acetat, ein aromatischer Kohlenwasserstoff, ein halogenierter Kohlenwasserstoff, ein Keton, ein Ether oder ein Alkohol sein. Wenn die Verbindung (I) jedoch eine hochreaktive Gruppe wie z. B. eine Isocyanatgruppe oder ein Chloratom aufweist, dann ist ein Lösungsmittel mit einem aktiven Proton (ein Wasserstoffatom beispielsweise in einer Hydroxylgruppe) ungünstig. Das organische Lösungsmittel ist nicht auf eine Art beschränkt und es kann auch ein Lösungsmittelgemisch aus zwei oder mehr Lösungsmitteln mit unterschiedlicher Polarität, unterschiedlichem Dampfdruck, usw., verwendet werden.
Der Gehalt an organischem Lösungsmittel in der Zusammensetzung (I) wird unter Berücksichtigung der Formbarkeit (Bearbeitungsfähigkeit) des Beschichtungsfilms, der Stabilität, der Dicke des Beschichtungsfilms und der wirtschaftlichen Effizienz bestimmt, liegt jedoch vorzugsweise bei 100 bis 10000 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsteile der Verbindung (I).
Durch Überziehen mit der Zusammensetzung (I) wird die in der Zusammensetzung (I) enthaltene Verbindung (I) chemisch und/oder physikalisch an die Oberfläche der zweiten Schicht gebunden. Die Verbindung (I) ist eine Verbindung, die mindestens eine reaktive Gruppe in ihrem Molekül aufweist, und es wird angenommen, dass sie an die Oberfläche der zweiten Schicht vorwiegend durch eine chemische Reaktion gebunden wird. Insbesondere wird angenommen, dass die Verbindung (I) durch die Bildung einer Bindung zwischen den reaktiven Gruppen und reaktiven Gruppen, die auf der Oberfläche der zweiten Schicht verbleiben, wie z. B. Silanolgruppen, an die Oberfläche der zweiten Schicht gebunden wird.
Gleichzeitig wird angenommen, dass die Verbindung (I) durch Mischen (Interdiffusion) mit nicht umgesetzten (nicht kombinierten) Molekülen, die auf der Oberfläche der zweiten Schicht verbleiben, fest an die Oberfläche der zweiten Schicht gebunden wird. Es wird angenommen, dass die Bildung eines Gemischs (Interdiffusion) durch die Tatsache belegt wird, dass in der vorliegenden Erfindung ein großer Kontaktwinkel erhalten wird, wenn die Oberfläche der zweiten Schicht mit der Zusammensetzung (I) überzogen ist, und zwar verglichen mit dem Fall, bei dem ein Substrat, das keine zweite Schicht aufweist, direkt mit der Zusammensetzung (I) behandelt wird.
Zum Überziehen der Oberfläche der zweiten Schicht mit der Zusammensetzung (I) ist keine spezielle Vorbehandlung erforderlich. Vorzugsweise wird die erste Schicht unmittelbar nach der Ausbildung der zweiten Schicht gebildet, wie es nachstehend erläutert wird. Die Bildung der ersten Schicht durch Überziehen mit der Zusammensetzung (I) wird derart ausgeführt, dass die Oberfläche mit der Zusammensetzung (I) mittels eines bekannten Verfahrens wie z. B. Bürstenbeschichten, Flutbeschichten, Schleuderbeschichten, Tauchbeschichten, Quetschbeschichten, Sprühbeschichten oder Handbeschichten beschichtet wird, worauf in Luft oder in einem Stickstoffstrom getrocknet wird. Abhängig von dem Behandlungsverfahren kann sich eine überschüssige Komponente ergeben und die Qualität des Aussehens beeinträchtigen. In einem solchen Fall kann die überschüssige Komponente mit einem Lösungsmittel oder mit einem trockenen Tuch abgewischt werden, um das Aussehen zu verbessern. Die Dicke der ersten Schicht, die durch diese Oberflächenbehandlung ausgebildet werden soll, ist nicht besonders beschränkt. Vorzugsweise beträgt die Dicke im Hinblick auf die wirtschaftliche Effizienz jedoch höchstens 100 nm (besonders bevorzugt höchstens 50 nm). Ferner ist die Untergrenze die Dicke einer monomolekularen Schicht.
Die zweite Schicht, die eine untere Schicht in Kontakt mit der ersten Schicht bildet, ist eine Schicht, die durch Überziehen mit der Zusammensetzung (II) gebildet wird, die eine Fluorenthaltende reaktive Silanverbindung (II) enthält, welche eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von mindestens 100° gegenüber Wasser bildet.
Die Fluor-enthaltende reaktive Silanverbindung (II), bei der es sich um eine essentielle Komponente für die Zusammensetzung (II) handelt, ist eine reaktive Silanverbindung mit einer Fluor-enthaltenden organischen Gruppe und eine Verbindung, die eine Oberfläche bildet, die einen Kontaktwinkel von mindestens 100° gegenüber Wasser aufweist. Dabei ist "eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von mindestens 100° gegenüber Wasser aufweist" eine Verbindung, bei der dann, wenn die Oberfläche eines gewaschenen Natronkalkglassubstrats vollständig mit der Verbindung überzogen wird, so dass die Oberfläche des Substrats nicht freiliegt, der Kontaktwinkel der Oberfläche nach dem Überziehen auf mindestens 100° gegenüber Wasser gebracht wird.
In der Verbindung (II) ist die reaktive Gruppe direkt an das Siliciumatom gebunden. Die reaktive Gruppe kann z. B. eine Isocyanatgruppe, ein Halogenatom (ausschließlich F), eine Alkoxygruppe, eine Acyloxygruppe, eine Alkoxy-substituierte Alkoxygruppe, eine Aminoxygruppe, eine Amidgruppe, eine Säureamidgruppe oder eine Ketoximatgruppe sein. Von diesen ist eine C_1-4-Alkoxygruppe, eine Acyloxygruppe, eine Isocyanatgruppe und ein Chlor-atom bevorzugt. Die Anzahl der reaktiven Gruppen, die an ein Siliciumatom gebunden sind, beträgt im Hinblick auf die Affinität zu dem Substrat oder einer behandelten Oberflächenschicht, die eine untere Schicht in Kontakt mit der zweiten Schicht bildet, vorzugsweise mindestens 2.
Es wird angenommen, dass die Verbindung (II) aufgrund der Reaktivität der reaktiven Gruppen eine hervorragende Leistung wie z. B. eine Wassertropfenentfernungseigenschaft, Abriebbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Bewitterungsbeständigkeit aufweist. Ferner können diese Leistungen durch Auswählen einer organischen Gruppe, wie sie nachstehend genannt wird, weiter verbessert werden.
Die Verbindung (II) kann als solche oder als Hydrolysat verwendet werden. Das Hydrolysat der Verbindung (II) ist eine Verbindung, die z. B. eine Silanolgruppe aufweist, die durch Hydrolysieren eines Teils oder der gesamten reaktiven Gruppen der Verbindung (II) in Wasser oder in einer sauren oder alkalischen wässrigen Lösung gebildet wird, oder eine Verbindung, die aufgrund der Reaktion der Silanolgruppen mindestens zwei Moleküle aufweist, die kondensiert sind. Die saure wässrige Lösung kann z. B. eine wässrige Lösung von beispielsweise Chlorwasserstoffsäure, Essigsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Sulfonsäure oder Methansulfonsäure sein.
Die Verbindung (II) ist vorzugsweise eine Verbindung der vorstehenden Formel (IIA) und/oder (IIB). In der Formel (IIA) ist jede der Gruppen Z¹ und Z² eine Isocyanatgruppe oder eine hydrolysierbare Gruppe und eine Zahl (3-a) der Gruppen Z¹ und eine Zahl (3-b) der Gruppen Z² können gleich oder verschieden sein. In der Formel (IIB) ist Z³ eine Isocyanatgruppe oder eine hydrolysierbare Gruppe.
Jede der Zahlen a und b ist im Hinblick auf die Haftung an der ersten Schicht und die Haftung an der dritten Schicht, die nachstehend erläutert wird, oder an dem Substrat eine ganze Zahl von 0 bis 2, vorzugsweise jedoch höchstens 1 und insbesondere 0. Entsprechend ist c eine ganze Zahl von 1 bis 3 und hat vorzugsweise den Wert 1.
Jede der Gruppen R⁶ und R⁷ ist ein Wasserstoffatom oder eine organische C_1-2-Gruppe und eine Zahl a der Gruppen R⁶ und eine Zahl b der Gruppen R⁷ können gleich oder verschieden sein. Y ist eine zweiwertige organische Gruppe. Mindestens eine der Gruppen aus einer Zahl a der Gruppen R⁶, einer Zahl b der Gruppen R⁷ und Y ist eine Fluor-enthaltende organische Gruppe. R⁸ ist ein Wasserstoffatom oder eine organische C_1-21-Gruppe, mit der Maßgabe, dass eine Zahl c der Gruppen R⁸ gleich oder verschieden sein kann. Mindestens eine einer Zahl c der Gruppen R⁸ ist eine Fluor-enthaltende organische Gruppe.
Die Fluor-enthaltende organische Gruppe ist vorzugsweise mittels eines Kohlenstoffatoms an das Siliciumatom gebunden, das kein Fluoratom aufweist (wie z. B. eines Kohlenstoffatoms in einer Methylengruppe, einer Ethylengruppe oder einer Propylengruppe).
Wenn Y eine zweiwertige Fluor-enthaltende organische Gruppe ist, dann ist es vorzugsweise eine Polyfluoralkylengruppe, eine Polyfluoroxaalkylengruppe (eine Gruppe, die mindestens eine Etherbindung in der Mitte der Kohlenstoffkette einer Alkylengruppe aufweist) oder eine Polyfluorthioxaalkylengruppe (eine Gruppe, die mindestens eine Thioetherbindung in der Mitte der Kohlenstoffkette in einer Alkylengruppe aufweist). Besonders bevorzugt ist eine zweiwertige organische Gruppe mit einer Polymethylengruppe (insbesondere einer Dimethylengruppe) an jeder Endgruppe, die an das Siliciumatom gebunden ist, und einer Perfluoralkylengruppe oder einer Perfluoroxaalkylengruppe in deren Mitte. In diesem Fall enthält Y vorzugsweise 2 bis 30, mehr bevorzugt 4 bis 16 Kohlenstoffatome.
Wenn Y keine zweiwertige Fluor-enthaltende organische Gruppe ist, dann ist es vorzugsweise eine Alkylengruppe, eine Oxaalkylengruppe oder eine Thioxaalkylengruppe. In diesem Fall enthält Y vorzugsweise 2 bis 30, mehr bevorzugt 2 bis 12 Kohlenstoffatome.
Wenn eine Zahl a der Gruppen R⁶ und eine Zahl b der Gruppen R⁷ eine einwertige Fluorenthaltende organische Gruppe ist und wenn eine Zahl c der Gruppen R⁸ eine einwertige Fluor-enthaltende organische Gruppe ist, dann ist die einwertige Fluor-enthaltende organische Gruppe vorzugsweise eine Polyfluoralkylgruppe, eine Polyfluoroxaalkylgruppe oder eine Polyfluorthioxaalkylgruppe, oder eine organische Gruppe, bei der eine der vorstehenden Gruppen und eine Kohlenwasserstoffgruppe wie z. B. eine Alkylengruppe mittels einer Esterbindung, einer Etherbindung, einer Thioetherbindung, einer Iminobindung, einer Amidbindung, einer Urethanbindung oder einer anderen Bindung (die organische Gruppe ist an einer anderen Endgruppe der Kohlenwasserstoffgruppe an das Siliciumatom gebunden) gebunden ist. Die Polyfluoralkylgruppe und die Polyfluoroxaalkylgruppe weisen vorzugsweise einen Perfluorrest auf und sind mittels einer Alkylengruppe (insbesondere einer Dimethylengruppe) an das Siliciumatom gebunden. Der Perfluorrest in der einwertigen organischen Gruppe ist vorzugsweise eine Perfluoralkylgruppe, eine Perfluoroxaalkylgruppe oder eine Pertluorthio xaalkylgruppe mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen, insbesondere eine C_3-16-Perfluoralkylgruppe.
Wenn in den Verbindungen (IIA) und (IIB) eine organische Gruppe ohne Fluoratome vorliegt, dann ist diese organische Gruppe vorzugsweise eine Kohlenwasserstoffgruppe wie z. B. eine Alkylgruppe, eine Alkenylgruppe, eine Cycloalkylgruppe oder eine Arylgruppe; eine halogenierte Kohlenwasserstoffgruppe wie z. B. eine Chloralkylgruppe; eine (halogenierte) Kohlenwasserstoffgruppe mit einer Hydroxylgruppe, einer Epoxygruppe, einer Aminogruppe, einer Mercaptogruppe, einer Carboxylgruppe oder einer anderen funktionellen Gruppe; oder eine (halogenierte) Kohlenwasserstoffgruppe mit einer Esterbindung, einer Etherbindung, einer Thioetherbindung, einer Iminobindung, einer Amidbindung, einer Urethanbindung oder einer anderen Bindung in der Kohlenstoffkette. Von diesen Gruppen ist eine Methylgruppe und eine langkettige Kohlenwasserstoffgruppe bevorzugt. Als langkettige Kohlenwasserstoffgruppe ist eine C_4-20-Alkylgruppe bevorzugt.
Nachstehend sind spezielle Beispiele für die Verbindungen (IIA) und (IIB) gezeigt. In den nachstehenden Formeln haben die Symbole die vorstehend angegebene Bedeutung. Ferner ist Rf eine einwertige Fluor-enthaltende organische Gruppe, n ist eine ganze Zahl von 2 bis 16 und m ist eine ganze Zahl von 1 bis 20.
Die Zusammensetzung (II) kann eine Art der Verbindung (II) oder mindestens zwei Arten der Verbindungen (II) enthalten.
Die Zusammensetzung (II) kann zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten abhängig vom Zweck eine weitere Verbindung oder einen weiteren Zusatz enthalten. Der Zusatz, usw., kann unter Berücksichtigung der Reaktivität und Verträglichkeit mit den anderen Komponenten ausgewählt werden. Es kann sich z. B. um ultrafeine Teilchen eines Metalloxids wie z. B. Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder Titanoxid oder eines Harzes handeln. Ferner kann ein wasserabstoßendes Material, das von der Verbindung (II) verschieden ist, wie z. B. eine tetrafunktionelle Komponente wie ein Tetraalkoxysilan oder eine Polydimethylsiloxanverbindung, bei der beide Endgruppen mit Hydroxylgruppen substituiert sind, mit dem Zweck z. B. der Verbesserung der Dauerbeständigkeit einbezogen werden. Ferner kann ein Farbstoff, ein Pigment, usw., in einem Fall einbezogen werden, bei dem eine Färbung erforderlich ist. Die Menge des zugegebenen Zusatzes, usw., kann im Bereich von 0,01 bis 20 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsteile der Verbindung (II) liegen und eine übermäßige Zugabe kann die Wassertropfenentfernungseigenschaft, die Abriebbeständigkeit, usw., der vorliegenden Erfindung vermindern.
Die Zusammensetzung (II) kann als solche verwendet oder gegebenenfalls mit einem organischen Lösungsmittel verdünnt werden, wobei die Bearbeitungsfähigkeit und die gewünschte Dicke der zweiten Schicht berücksichtigt werden.
Das für die Zusammensetzung (II) einzusetzende organische Lösungsmittel kann z. B. ein Acetat, ein aromatischer Kohlenwasserstoff, ein halogenierter Kohlenwasserstoff, ein Keton, ein Ether oder ein Alkohol sein. Wenn die Verbindung (II) jedoch eine hochreaktive Gruppe wie z. B. eine Isocyanatgruppe oder ein Chloratom aufweist, dann ist ein Lösungsmittel mit einem aktiven Proton (ein Wasserstoffatom beispielsweise in einer Hydroxylgruppe) ungünstig. Das organische Lösungsmittel ist nicht auf eine Art beschränkt und es kann auch ein Lösungsmittelgemisch aus zwei oder mehr Lösungsmitteln mit unterschiedlicher Polarität, unterschiedlichem Dampfdruck, usw., verwendet werden.
Der Gehalt an organischem Lösungsmittel in der Zusammensetzung (II) beträgt vorzugsweise höchstens 100000 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile der Verbindung (II). Wenn der Gehalt höchstens 100000 Gewichtsteile beträgt, dann ist es wahrscheinlich, dass ein einheitlicher Beschichtungsfilm ausgebildet wird. Der Gehalt liegt jedoch insbesondere bei 1000 bis 10000 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsteile der Verbindung (II). Der Gehalt an organischem Lösungsmittel kann gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Formbarkeit (Bearbeitungsfähigkeit) des Beschichtungsfilms, der Stabilität, der Dicke des Beschichtungsfilms und der wirtschaftlichen Effizienz bestimmt werden.
Durch Überziehen mit der Zusammensetzung (II) wird die in der Zusammensetzung (II) enthaltene Verbindung (II) chemisch und/oder physikalisch an die Oberfläche der dritten Schicht oder an die Oberfläche des Substrats gebunden. Die Verbindung (II) ist eine Verbindung, die mindestens eine Isocyanatgruppe oder eine hydrolysierbare Gruppe in ihrem Molekül aufweist, bei der es sich um eine reaktive Gruppe handelt, und es wird angenommen, dass die Verbindung (II) an die Oberfläche der dritten Schicht oder an die Oberfläche des Substrats vorwiegend durch eine chemische Reaktion gebunden wird.
Zum Überziehen der Oberfläche der dritten Schicht oder der Oberfläche des Substrats mit der Zusammensetzung (II) ist keine spezielle Vorbehandlung erforderlich. Die Bildung der zweiten Schicht durch Überziehen mit der Zusammensetzung (II) wird derart ausgeführt, dass die Oberfläche mit der Zusammensetzung (II) mittels eines bekannten Verfahrens wie z. B. Bürstenbeschichten, Flutbeschichten, Schleuderbeschichten, Tauchbeschichten, Quetschbeschichten, Sprühbeschichten oder Handbeschichten beschichtet wird, worauf in Luft oder in einem Stickstoffstrom getrocknet wird. Die Dicke der zweiten Schicht, die durch diese Oberflächenbehandlung ausgebildet werden soll, ist nicht besonders beschränkt. Vorzugsweise beträgt die Dicke im Hinblick auf die wirtschaftliche Effizienz jedoch höchstens 50 nm. Ferner ist die Untergrenze die Dicke einer monomolekularen Schicht.
Das erfindungsgemäße Substrat weist mindestens die erste Schicht, welche die äußerste Schicht darstellt, und die zweite Schicht auf, welche eine Unterschicht in Kontakt mit der ersten Schicht darstellt, wie es vorstehend erwähnt worden ist. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Substrat ferner eine dritte Schicht auf, die eine Unterschicht in Kontakt mit der zweiten Schicht darstellt, wobei die dritte Schicht eine Schicht ist, die durch Überziehen mit einer Zusammensetzung (III) gebildet wird, die eine reaktive Silanverbindung (III) enthält, die kein Fluor enthält.
Die reaktive Silanverbindung (III), die kein Fluor enthält, als essentielle Komponente für die Zusammensetzung (III) ist eine reaktive Silanverbindung, die kein Fluoratom aufweist.
In der Verbindung (III) ist die reaktive Gruppe direkt an das Siliciumatom gebunden. Je größer die Anzahl der reaktiven Gruppen pro Siliciumatom ist, die direkt an das Siliciumatom gebunden ist, desto besser. Die Verbindung (III) ist vorzugsweise eine Verbindung, die durch SiX₄ dargestellt ist (wobei X eine Isocyanatgruppe oder eine hydrolysierbare Gruppe ist, und vier Gruppen X gleich oder verschieden sein können). Insbesondere können Tetrachlorsilan, Tetraisocyanatsilan oder Tetraalkoxysilan verwendet werden.
Aufgrund der Reaktivität der reaktiven Gruppe wird die Verbindung (III) vorwiegend an die zweite Schicht und das Substrat fest gebunden und trägt zu einer Verbesserung der Dauerbeständigkeit bei.
Ferner kann die Verbindung (III) als solche oder als Hydrolysat verwendet werden. Das Hydrolysat der Verbindung (III) ist eine Verbindung, die z. B. eine Silanolgruppe aufweist, die durch Hydrolysieren eines Teils oder der gesamten reaktiven Gruppen der Verbindung (III) in Wasser oder in einer sauren oder alkalischen wässrigen Lösung gebildet wird, oder eine Verbindung, die aufgrund der Reaktion der Silanolgruppen mindestens zwei Moleküle aufweist, die kondensiert sind. Die saure wässrige Lösung kann z. B. eine wässrige Lösung von beispielsweise Chlorwasserstoffsäure, Essigsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Sulfonsäure oder Methansulfonsäure sein. Ferner kann der Verbindung (III) ein von Siliciumdioxid verschiedenes Metalloxid oder eine Vorläuferverbindung davon zugesetzt werden, so dass eine Mischoxidschicht oder eine Verbundoxidschicht als dritte Schicht erhalten wird.
Die Zusammensetzung (III) kann eine Art der Verbindung (III) oder zwei oder mehr Arten der Verbindungen (III) enthalten.
Die Zusammensetzung (III) kann zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten abhängig vom Zweck eine weitere Verbindung oder einen weiteren Zusatz enthalten. Der Zusatz, usw., kann unter Berücksichtigung der Reaktivität und Verträglichkeit mit den anderen Komponenten ausgewählt werden. Als Zusatz kann z. B. ein Zusatz, wie er für die Zusammensetzung (II) verwendet wird, in einer entsprechenden Menge verwendet werden.
Die Zusammensetzung (III) kann als solche verwendet. Vorzugsweise wird sie jedoch mit einem organischen Lösungsmittel verdünnt. Als organisches Lösungsmittel kann z. B. ein organisches Lösungsmittel verwendet werden, wie es für die Zusammensetzung (II) verwendet wird.
Durch Überziehen mit der Zusammensetzung (III) wird die in der Zusammensetzung (III) enthaltene Verbindung (III) chemisch und/oder physikalisch an die Oberfläche des Substrats gebunden. Die Verbindung (III) ist zur signifikanten Erhöhung der Dauerbeständigkeit der ersten und der zweiten Schicht und gleichzeitig zur Erhöhung der Haftung an dem Substrat wirksam.
Zum Überziehen der Oberfläche des Substrats mit der Zusammensetzung (III) ist keine spezielle Vorbehandlung erforderlich. Abhängig vom Zweck kann jedoch eine Vorbehandlung durchgeführt werden. Beispielsweise kann 1) eine Säurebehandlung mit Fluorwasserstoffsäure, Schwefelsäure oder Chlorwasserstoffsäure, 2) eine Alkalibehandlung mit einer wässrigen Natriumhydroxidlösung oder 3) eine Entladungsbehandlung mit z. B. einer Plasmabestrahlung, einer Koronabestrahlung oder einer Bestrahlung mit Elektronenstrahlen durchgeführt werden. Die Bildung der dritten Schicht durch Überziehen mit der Zusammensetzung (III) wird durch Beschichten der Oberfläche mit der Zusammensetzung (III) mittels eines bekannten Verfahrens wie z. B. Bürstenbeschichten, Flutbeschichten, Schleuderbeschichten, Tauchbeschichten, Quetschbeschichten, Sprühbeschichten oder Handbeschichten durchgeführt, worauf in Luft oder in einem Stickstoffstrom getrocknet wird. Das Trocknen kann zweckmäßig bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Wenn eine Wärmetrocknung eingesetzt wird, dann können die Temperatur und die Zeit unter Berücksichtigung der Wärmebeständigkeit des Substrats eingestellt werden. Die Dicke der dritten Schicht, die durch die Oberflächenbehandlung ausgebildet wird, ist nicht besonders beschränkt und in einem Fall, bei dem das Substrat z. B. Natronkalkglas ist, kann die Dicke mindestens 100 nm betragen, um ein Auswaschen von Na-Ionen zu verhindern. Die Dicke beträgt vorzugsweise höchstens 500 nm, wobei es weniger wahrscheinlich ist, dass Kratzer sichtbar sind, selbst wenn Kratzer vorliegen. Die Dicke beträgt insbesondere höchstens 100 nm. Ferner kann die dritte Schicht extrem dünn sein und die Untergrenze ist die Dicke einer monomolekularen Schicht.
Die Dicke jeder zu bildenden Schicht kann gegebenenfalls z. B. durch die Konzentration der Zusammensetzung, die Beschichtungsbedingungen und die Erwärmungsbedingungen gesteuert werden.
Die Dicke hat einen Wert, wie er vorstehend genannt worden ist. Die Gesamtdicke der behandelten Oberflächenschichten beträgt im Hinblick auf die wirtschaftliche Effizienz jedoch vorzugsweise höchstens 1000 nm (besonders bevorzugt höchstens 100 nm).
In der vorliegenden Erfindung ist das Substrat, auf dem die behandelten Oberflächenschichten bereitgestellt sind, nicht besonders beschränkt. Das Substrat kann z. B. ein anorganisches Material wie z. B. ein Metall, Glas oder eine Keramik, ein organisches Material wie z. B. Kunststoff oder eine Kombination davon sein (wie z. B. ein Verbundmaterial oder ein laminiertes Material). Ferner kann das Substrat z. B. ein Metall sein, das auf seiner Oberfläche eine Schicht aus einem abgeschiedenen Film, einem gesputterten Film oder einem Film aufweist, der z. B. durch ein Nassverfahren erhalten worden ist. Beispiele dafür sind ein Substrat, das eine beschichtete Oberfläche aufweist, wie z. B. eine beschichtete Metallplatte, oder ein Sub strat, das eine behandelte Oberflächenschicht aufweist, wie z. B. ein oberflächenbehandeltes Glas. Von diesen zeigt ein Substrat, das aus einem transparenten Material wie z. B. Glas oder einem Kunststoff hergestellt worden ist, in beträchtlicher Weise den erfindungsgemäßen Effekt.
Die Gestalt des Substrats, auf dem die behandelten Oberflächenschichten bereitgestellt werden, ist nicht auf eine flache Platte beschränkt. Das Substrat kann eine optionale Gestalt aufweisen, die von dem speziellen Zweck abhängt, wie z. B. eine Krümmung über die gesamte Oberfläche oder einem Teil davon.
Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Substrats mit behandelten Oberflächenschichten erläutert.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Substrats mit behandelten Oberflächenschichten ist nicht besonders beschränkt. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren ist jedoch ein Verfahren, das einen Schritt des Überziehens der Oberfläche des Substrats mit der vorstehenden Zusammensetzung (II) zur Bildung der zweiten Schicht und einen Schritt des Überziehens der Oberfläche der zweiten Schicht mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (I) zur Bildung der ersten Schicht umfasst.
Der Schritt des Überziehens mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (II) zur Bildung der zweiten Schicht und der Schritt des Überziehens der Oberfläche der zweiten Schicht mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (I) werden so durchgeführt, wie es bei der Erläuterung der Zusammensetzungen (I) und (II) beschrieben worden ist.
Das vorstehend genannte Herstellungsverfahren umfasst nach der Bildung der ersten Schicht vorzugsweise einen Trocknungsschritt. Der Trocknungsschritt kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden oder es kann bei einer Temperatur von 80 bis 300°C 1 bis 60 min erhitzt werden. Das Trocknen bei Raumtemperatur oder das Trocknen durch Erhitzen wird z. B. abhängig vom Zweck ausgewählt. Das Trocknen bei Raumtemperatur ist wirtschaftlich günstig, da keine spezielle Ausrüstung eingesetzt werden muss. Insbesondere in einem Fall, bei dem der zu behandelnde Gegenstand in einen anderen Gegenstand eingebracht wird (z. B. ein Glassubstrat, das an einem Automobil montiert wird), ist es praktisch schwierig, ein Trocknen durch Erhitzen anzuwenden, und daher wird das Trocknen bei Raumtemperatur ausgewählt. Andererseits ist das Trocknen durch Erhitzen günstig, da die Trocknungsgeschwindigkeit hoch ist und eine hervorragende Dauerbeständigkeit erhalten wird.
Ferner ist in einem Fall, bei dem das erfindungsgemäße Substrat eine dritte Schicht aufweist, die eine Unterschicht in Kontakt mit der zweiten Schicht darstellt, ein Herstellungsverfahren bevorzugt, das einen Schritt des Überziehens der Oberfläche des Substrats mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (III), um eine dritte Schicht auszubilden, einen Schritt des Überziehens der Oberfläche der dritten Schicht mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (II), um die zweite Schicht auszubilden, und einen Schritt des Überziehens der Oberfläche der zweiten Schicht mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (I), um die erste Schicht auszubilden, umfasst.
Der Schritt des Überziehens der Oberfläche des Substrats mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (III), um eine dritte Schicht auszubilden, wird so durchgeführt, wie es in der Erläuterung der Zusammensetzung (III) beschrieben worden ist. Der Schritt des Überziehens mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (II), um die zweite Schicht auszubilden, und der Schritt des Überziehens der Oberfläche der zweiten Schicht mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (I), um die erste Schicht auszubilden, sind mit den Schritten in dem Fall identisch, bei dem das Substrat keine dritte Schicht aufweist.
Das vorstehend genannte Herstellungsverfahren umfasst nach der Ausbildung der ersten Schicht vorzugsweise einen Schritt des Erhitzens. Das Erhitzen wird z. B. in Luft bei einer Temperatur von 80 bis 250°C 5 bis 60 min lang durchgeführt.
Ferner kann nach der Ausbildung der dritten Schicht und vor der Ausbildung der zweiten Schicht ein Schritt des Erhitzens durchgeführt werden. In einem solchen Fall wird das Erhitzen z. B. bei einer Temperatur von mindestens 400°C, vorzugsweise bei 500 bis 700°C für 1 bis 60 min. Durch das Erhitzen nehmen die Haftung zwischen der dritten Schicht und dem Substrat und die Dichte der dritten Schicht zu und die Dauerbeständigkeit wird erhöht.
Das erfindungsgemäße Substrat ist ein Substrat, das mindestens zwei behandelte Oberflächenschichten aufweist. Im Wesentlichen trägt die erste Schicht, die durch Überziehen mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (I) gebildet wird, zu der hervorragenden Wassertropfenrolleigenschaft bei. Die zweite Schicht, die durch Überziehen mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (II) gebildet wird, trägt zu der hervorragenden Wasserabstoßung bei und die dritte Schicht, die gegebenenfalls durch Überziehen mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (III) gebildet wird, wirkt im Hinblick auf eine feste Bindung vorwiegend der zweiten Schicht beispielsweise an das Substrat.
Der Effekt der vorliegenden Erfindung übersteigt den Effekt, der in einem Fall erwartet wird, bei dem Materialien, die verschiedene Funktionen aufweisen, lediglich laminiert werden. Wie es vorstehend erwähnt worden ist, ist die erste Schicht, die durch Überziehen mit der Zusammensetzung (I) gebildet wird, ein Beschichtungsfilm des Silicontyps und die zweite Schicht, die durch Überziehen mit der Zusammensetzung (II) gebildet wird, ein Fluorenthaltender Siliconbeschichtungsfilm. Es ist sehr schwierig, den Fluor-enthaltenden Siliconbeschichtungsfilm, der eine niedrige Oberflächenenergie aufweist, mit herkömmlicher Technik mit einem Siliconbeschichtungsfilm mit hoher Oberflächenenergie zu beschichten.
Erfindungsgemäß wird jedoch eine solche Beschichtung durch den Einsatz von Materialien mit dem vorstehend genannten Aufbau möglich. Der Mechanismus ist noch nicht im Detail klar. Es wird jedoch angenommen, dass bei einer Kombination ausgewählter Materialien für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eine starke Wechselwirkung zwischen Molekülen des Materials, das die erste Schicht bildet, und des Materials, das die zweite Schicht bildet, vorliegt, die herkömmlich nicht erwartet werden kann. Es wird angenommen, dass es sich bei einem Teil der Wechselwirkungen um ein Mischen (Interdiffusion) zwischen dem Material, das die erste Schicht bildet, und dem Material handelt, das die zweite Schicht bildet. Wenn die Oberfläche der zweiten Schicht mit der Zusammensetzung (I) überzogen wird, wie es in der vorliegenden Erfindung der Fall ist, dann ist der Kontaktwinkel der Oberfläche der ersten Schicht gegenüber Wasser beispielsweise verglichen mit einem Fall hoch, bei dem die Oberfläche eines Glases direkt mit der Zusammensetzung (I) überzogen wird. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Fluor-enthaltende reaktive Silanverbindung (II) in dem Material, das die zweite Schicht bildet, die einen großen Kontaktwinkel aufweist, in dem Verfahren zur Bildung der ersten Schicht durch die erste Schicht diffundiert und ein Teil davon zur Oberfläche der ersten Schicht hin freiliegt.
Ferner zeigt die erste Schicht allein keine sehr hohe und beständige Wasserabstoßung, sondern sie zeigt dann eine extrem hohe Beständigkeit, wenn sie auf der Oberfläche der zweiten Schicht aufgebracht ist. Daher wird angenommen, dass ein synergistischer Effekt zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht vorliegt, der mit einer herkömmlichen Technik nicht erwartet werden kann.
Das Konzept der Schichten in der vorliegenden Erfindung ist nämlich derart, dass die Schichten makroskopisch unterschieden werden können, die mikroskopischen Grenzen jedoch nicht streng gezogen werden können und ein Teil der Schichten oder die gesamten Schichten an deren Grenzflächen dazwischen gegenseitig gemischt sind. In der vorliegenden Erfindung ist aufgrund einer solchen Schichtstruktur bezüglich der Wassertropfenrolleigenschaft und der beständigen Wasserabstoßung, die von dem Material abhängig sind, das die Oberfläche der ersten Schicht bildet, nicht nur die Wassertropfenrolleigenschaft, die von der Zusammensetzung (I) als Material abgeleitet ist, das die erste Schicht bildet, sondern auch die beständige Wasserabstoßung hervorragend, die von der Fluor-enthaltenden reaktiven Silanverbindung (II) als Material abgeleitet ist, das die zweite Schicht bildet.
Wie es vorstehend erwähnt worden ist, wurde herkömmlich ein wasserabstoßendes Mittel zur Aufrechterhaltung von Oberflächeneigenschaften sowohl aus einem Fluor-enthaltenden Siliconmaterial als auch einem Material des Silicontyps durch Mischen derselben vorgeschlagen. Das Fluor-enthaltende Siliconmaterial, das eine niedrige Oberflächenenergie aufweist, neigt jedoch zu einer Bewegung aus dem Material des Silicontyps heraus, das eine hohe Oberflächenenergie aufweist, und die von dem letztgenannten Material abgeleitete Wassertropfenrolleigenschaft konnte nicht erhalten werden.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Substrat, das sowohl eine hervorragende Wassertropfenrolleigenschaft als auch eine hervorragende beständige Wasserabstoßung und eine hervorragende Wassertropfenentfernungseigenschaft aufweist, durch die Verwendung der vorstehend genannten Zusammensetzungen (I) und (II) als Materialien realisiert, welche die erste bzw. die zweite Schicht bilden, und zwar vorzugsweise durch den Einsatz eines vorbestimmten Herstellungsverfahrens.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Substrats ist nicht besonders beschränkt. Es ist jedoch insbesondere für Gegenstände für Transporteinrichtungen und Gegenstände für Gebäude oder Gebäudedekorationen geeignet.
Die Gegenstände für Transporteinrichtungen umfassen Fenstergläser (z. B. als Windschutzscheibe, als Seitenscheibe oder Heckscheibe), Spiegel, Anzeigeoberflächenmaterialien, Armaturenbretter und andere Komponenten (wie z. B. Karosserien und Stoßfänger) in Transporteinrichtungen wie z. B. Elektroautomobilen, Bussen, Lastkraftwägen, Automobilen, Schiffen oder Flugzeugen.
Ein solcher Gegenstand für eine Transporteinrichtung kann ausschließlich aus dem erfindungsgemäßen Substrat zusammengesetzt sein oder das Substrat darin eingebaut enthalten. Der erstgenannte Gegenstand kann z. B. ein Fensterglas für ein Automobil sein und der letztgenannte Gegenstand kann z. B. eine Rückspiegelkomponente für ein Automobil sein, in die ein Glasspiegel einbezogen ist.
Bei solchen Substraten oder Gegenständen werden Wassertropfen auf der Oberfläche aufgrund der Wassertropfenentfernungseigenschaft der vorliegenden Erfindung entfernt. Insbesondere während des Betriebs einer Transporteinrichtung bewegen sich Wassertropfen aufgrund der Wechselwirkung mit dem ausgeübten Winddruck schnell auf der Oberfläche und verbleiben nicht als Wassertropfen, wodurch jeglicher nachteiliger Effekt, der ansonsten durch Feuchtigkeit induziert werden könnte, ausgeschlossen werden kann.
Insbesondere bei der Anwendung auf einen Durchsichtabschnitt wie z. B. ein Fensterglas kann ein Sichtbereich aufgrund der Ableitung von Wassertropfen einfach sichergestellt werden. Das erfindungsgemäße Substrat weist nämlich nicht nur eine hervorragende Wassertropfenrolleigenschaft auf, sondern auch eine hervorragende Wasserabstoßung, und anders als bei einer Oberfläche, die eine Wassertropfenrolleigenschaft, jedoch eine schlechte Wasserabstoßung aufweist, bei der das anhaftende Wasser in Form eines Films nach unten rollen wird, rollen beispielsweise Regentropfen, die an der Oberfläche haften, als Wassertropfen nach unten. Demgemäß wird es einfach, einen Sichtbereich sicherzustellen.
Die Gegenstände für Gebäude oder für Gebäudedekorationen können Gegenstände sein, die an Gebäuden oder an Gegenständen angebracht werden, die bereits an Gebäuden angebracht sind, oder Gegenstände für Gebäude, die nicht an Gebäuden angebracht sind, die jedoch für Gebäude verwendet werden, Gegenstände für Gebäude wie z. B. Möbel oder Ausrüstungen, oder Substrate als Komponenten für solche Gegenstände.
Spezielle Beispiele für Gegenstände für Gebäude oder für Gebäudedekorationen umfassen Fensterglasplatten (Fensterglas), Glasplatten für Dächer und verschiedene Dächer, die Glasdächer umfassen, Glasplatten für Türen oder Türen, in denen solche Glasplatten installiert sind, Glasplatten für Abteilungen, Glasplatten für Gewächshäuser oder Gewächshäuser, die solche Glasplatten aufweisen, transparente Kunststoffplatten, die anstelle von Gläsern oder der vorstehend genannten Gegenstände für Gebäude verwendet werden (wie z. B. Fenstermaterialien und Dachmaterialien), die solche Kunststoffplatten aufweisen, Wandmaterialien, die aus Keramik, Zement, Metallen oder anderen Materialien hergestellt sind, Spiegel oder Möbel, die solche Spiegel aufweisen, und Glas für Präsentationsregale oder Vitrinen.
Ein solcher Gegenstand für Gebäude oder Gebäudedekorationen kann nur aus dem erfindungsgemäßen Substrat hergestellt sein oder das erfindungsgemäße Substrat darin eingebracht enthalten. Beispielsweise kann es sich bei dem erstgenannten Gegenstand um eine Fensterglasplatte handeln und der letztgenannte Gegenstand kann ein Möbelstück sein, in das ein Glasspiegel eingebaut ist.
Bei einem solchen Substrat werden Wassertropfen, die mit der Oberfläche in Kontakt gebracht werden, aufgrund der Wassertropfenentfernungseigenschaft abgestoßen und haften kaum an der Oberfläche, oder wenn sie daran haften, ist die Menge gering und die anhaftenden Wassertropfen können einfach entfernt werden.
Ferner ist das erfindungsgemäße Substrat nicht nur im Hinblick auf die ursprüngliche Wassertropfenrolleigenschaft und die Wasserabstoßung hervorragend, sondern auch im Hinblick auf die Abriebbeständigkeit, die Bewitterungsbeständigkeit und die Kochbeständigkeit, und zwar aufgrund der Kombination der vorstehend genannten ersten und zweiten Schicht. Ferner weist das erfindungsgemäße Substrat auch eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit auf, wodurch es in einer Region entlang des Küstenstreifens oder einer Region verwendet werden kann, bei der ein direkter Kontakt mit Meerwasser auftritt.
Wenn das erfindungsgemäße Substrat die dritte Schicht aufweist, dann ist die Dauerbeständigkeit hervorragend. Wenn das erfindungsgemäße Substrat beispielsweise für eine Windschutzscheibe für ein Automobil verwendet wird, dann können dessen Leistungen 3 bis 5 Jahre ohne Abtrennung oder Abfallen der ersten Schicht und der zweiten Schicht aufrechterhalten werden.
Wenn das erfindungsgemäße Substrat keine dritte Schicht aufweist, dann besteht der Vorteil, dass die erste und die zweite Schicht bei einer Reparatur einfach abgetrennt werden können, um eine neue erste und zweite Schicht zu bilden.
Da das Substrat in einer Umgebung, in der Wassertropfen gewöhnlich einfrieren, ferner eine hervorragende Wasserabstoßung aufweist, findet auf der Oberfläche kein Einfrieren von Wassertropfen statt, oder selbst wenn ein geringfügiges Einfrieren stattfindet, können die gefrorenen Tropfen leicht aufgetaut werden. Ferner wird keine wesentliche Ablagerung von Wasser stattfinden, wodurch die Anzahl der periodischen Reinigungsvorgänge reduziert werden kann. Daneben ist der Reinigungsvorgang sehr einfach, was auch für die Bewahrung eines guten Aussehens wichtig ist.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutert. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung keinesfalls auf diese spezifischen Beispiele beschränkt ist.
1. Herstellung von Substraten mit behandelten Oberflächenschichten
Beispiel 1
In einen mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter wurden 3,0 g Si(NCO)₄ und 97,0 g n-Butylacetat eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel 1–3 herzustellen.
In einen weiteren mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter wurden 3,0 g C₈F₁₇C₂H₄SiCl₃ (Molekulargewicht 581,5, Fluorgehalt (F-Gehalt) 56%, eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von 113° gegenüber Wasser bildet) und 97,0 g Ethylacetat eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel 1–2 herzustellen.
Ferner wurden in einen weiteren mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter 10,0 g einer Verbindung 1 der nachstehenden Formel (2) (Molekulargewicht 922, F-Gehalt 35%, eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Rollwinkel von 7° gegenüber Wasser und einem Kontaktwinkel von 103° gegenüber Wasser bildet) und 90,0 g Ethylacetat eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel 1– 1 herzustellen.
Anschließend wurden 0,5 ml des Behandlungsmittels 1–3 auf ein Glassubstrat (10 cm × 10 cm × 3 mm Dicke) getropft, das vorher gereinigt worden ist, und mit einem Tuch ausgebreitet. Die Glasplatte wurde 1 min bei Raumtemperatur stehengelassen und anschließend wurden 0,5 ml des Behandlungsmittels 1–2 auf die Schicht getropft, die durch Überziehen mit dem Behandlungsmittel 1–3 erhalten wurde, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das Substrat wurde 1 min bei Raumtemperatur stehengelassen und anschließend wurden 0,5 ml des Behandlungsmittels 1–1 auf die Schicht getropft, die durch Überziehen mit dem Behandlungsmittel 1– 2 erhalten wurde, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das so erhaltene Substrat wurde einen Tag bei Raumtemperatur stehengelassen, wobei ein Substrat 1 erhalten wurde.
Im Substrat 1 war das [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/Molekulargewicht der Verbindung (II)] = 1,59 und der [Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] = 0,63. Ferner hatte die durch Beschichten mit dem Behandlungsmittel 1–3 ausgebildete Schicht nach dem Trocknen eine mit dem Taststiftverfahren gemessene Dicke von 16 nm. Die Dicken der Schichten, die durch das Beschichten mit dem Beschichtungsmittel 1–2 und dem Beschichtungsmittel 1–1 gebildet wurden, wurden zu 6 nm bzw. 8 nm abgeschätzt, gemessen mit ESCA. Demgemäß betrug die Gesamtdicke 30 nm.
Beispiel 2
Ein Substrat 2 wurde auf die gleiche Weise erhalten wie in Beispiel 1, jedoch wurde das Substrat 30 min bei 200°C erhitzt, anstelle es einen Tag bei Raumtemperatur stehenzulassen.
Beispiel 3
Ein Substrat 3 wurde auf die gleiche Weise erhalten wie in Beispiel 1, jedoch wurde das Substrat 7 min bei 650°C erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt, anstelle es eine Minute bei Raumtemperatur stehenzulassen, und zwar zwischen dem Überziehen mit dem Behandlungsmittel 1–3 und dem Überziehen mit dem Behandlungsmittel 1–2.
Beispiel 4
In einen mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter wurden 3,0 g C₈F₁₇C₂H₄Si(OCH₃)₃ (Molekulargewicht 568, F-Gehalt 57%, eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von 110° gegenüber Wasser bildet) und 97,0 g Isopropylalkohol eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, und dem Gemisch wurden 2,6 g einer wässrigen 0,1 mol/Liter Salpetersäurelösung tropfenweise zugesetzt, worauf 3 Tage bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel 4–2 herzustellen. Ein Substrat 4 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, jedoch wurde anstelle des Behandlungsmittels 1–2 das Behandlungsmittel 4–2 verwendet.
Im Substrat 4 war das [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/[Molekulargewicht der Verbindung (II)] = 1,62 und der [Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] = 0,61.
Beispiel 5
In einen mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter wurden 3,0 g C₈F₁₇C₂H₄Si(NCO)₃ (Molekulargewicht 601, F-Gehalt 54%, eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von 111° gegenüber Wasser bildet) und 97,0 g Ethylacetat eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel 5–2 herzustellen. Ein Substrat 5 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, jedoch wurde anstelle des Behandlungsmittels 1–2 das Behandlungsmittel 5–2 verwendet.
Im Substrat 5 war das [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/[Molekulargewicht der Verbindung (II)] = 1,53 und der [Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] = 0,65.
Beispiel 6
In einen mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter wurden 3,0 g C₈F₁₇C₂H₄SiCl₃, 0,6 g einer Verbindung 2 der nachstehenden Formel (3) (Molekulargewicht 2389, F-Gehalt 0%, eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von 104° gegenüber Wasser bildet) und 97,0 g Ethylacetat eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel 6–2 herzustellen. Ein Substrat 6 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, jedoch wurde anstelle des Behandlungsmittels 1–2 das Behandlungsmittel 6–2 verwendet.
Dabei bildet das Gemisch aus 3,0 g C₈F₁₇C₂H₄SiCl₃ und 0,6 g der Verbindung 2 eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von 109° gegenüber Wasser.
Ferner ist bei dem Gemisch aus 3,0 g C₈F₁₇C₂H₄SiCl₃ und 0,6 g der Verbindung 2 das Zahlenmittel des Molekulargewichts 665 und der durchschnittliche F-Gehalt 46%.
Demgemäß war im Substrat 6 das [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/[Molekulargewicht der Verbindung (II)] = 1,39 und der [Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] = 0,76.
Beispiel 7
In einen mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter wurden 10,0 g einer Verbindung 3 der nachstehenden Formel (4) (Molekulargewicht 6409, F-Gehalt 27%, eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Rollwinkel von 13° gegenüber Wasser und einem Kontaktwinkel von 102° gegenüber Wasser bildet) und 90,0 g Ethylacetat eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel 7–1 herzustellen. Ein Substrat 7 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, jedoch wurde anstelle des Behandlungsmittels 1–1 das Behandlungsmittel 7–1 verwendet.
Im Substrat 7 war das [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/[Molekulargewicht der Verbindung (II)] = 11,0 und der [Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] = 0,48.
Beispiel 8
In einen mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter wurden 3,0 g Si(OC₂H₅)₄ und 97,0 g Isopropylalkohol eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, und dem Gemisch wurden 3,0 g einer wässrigen 0,1 mol/Liter Salpetersäurelösung tropfenweise zugesetzt, worauf 1 Tag bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel 8–3 herzustellen. Ein Substrat 8 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, jedoch wurde anstelle des Behandlungsmittels 1–3 das Behandlungsmittel 8–3 verwendet.
Beispiel 9
Ein Substrat 9 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 erhalten, jedoch wurde anstelle des Behandlungsmittels 1–3 das Behandlungsmittel 8–3 verwendet.
Beispiel 10
In einen mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter wurden 3,0 g Si(OC₂H₅)₄, 0,3 g Sn(OC₄H₉)₄ und 97,0 g Isopropylalkohol eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, und dem Gemisch wurden 3,0 g einer wässrigen 0,1 mol/Liter Salpetersäurelösung tropfenweise zugesetzt, worauf 1 Tag bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel 10–3 herzustellen. Ein Substrat 10 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 erhalten, jedoch wurde anstelle des Behandlungsmittels 1–3 das Behandlungsmittel 10–3 verwendet.
Beispiel 11
0,5 ml des in Beispiel 1 erhaltenen Behandlungsmittels 1–2 wurden auf ein Glassubstrat (10 cm × 10 cm × 3 mm Dicke) getropft, das vorher gereinigt worden ist, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das Substrat wurde 1 min bei Raumtemperatur stehengelassen und anschließend wurden 0,5 ml des in Beispiel 1 erhaltenen Behandlungsmittels 1–1 auf die Schicht getropft, die durch Überziehen mit dem Behandlungsmittel 1–2 erhalten wurde, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das Substrat wurde einen Tag bei Raumtemperatur stehengelassen, wobei ein Substrat 11 erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel 1
In einen mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestatteten Glasbehälter wurden 1,5 g C₈F₁₇C₂H₄SiCl₃ (eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Rollwinkel von 22° gegenüber Wasser bildet), 1,5 g der Verbindung 1 der vorstehenden Formel (2) (eine Verbindung, die eine Oberfläche mit einem Rollwinkel von 7° gegenüber Wasser bildet) und 97,0 g Ethylacetat eingebracht, worauf 10 min bei 25°C gerührt wurde, um ein Behandlungsmittel R1 herzustellen.
0,5 ml des in Beispiel 1 erhaltenen Behandlungsmittels 1–3 (das eine Verbindung enthält, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von 8° gegenüber Wasser bildet) wurden auf ein Glassubstrat (10 cm × 10 cm × 3 mm Dicke) getropft, das vorher gereinigt worden ist, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das Substrat wurde 1 min bei Raumtemperatur stehengelassen und anschließend wurden 0,5 ml des Behandlungsmittels R1 auf die Schicht getropft, die durch Überziehen mit dem Behandlungsmittel 1–3 erhalten wurde, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das Substrat wurde einen Tag bei Raumtemperatur stehengelassen, wobei ein Substrat R1 erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel 2
0,5 ml des in Beispiel 1 erhaltenen Behandlungsmittels 1–3 wurden auf ein Glassubstrat (10 cm × 10 cm × 3 mm Dicke) getropft, das vorher gereinigt worden ist, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das Substrat wurde 1 min bei Raumtemperatur stehengelassen und anschließend wurden 0,5 ml des in Beispiel 1 erhaltenen Behandlungsmittels 1–1 (das eine Verbin dung enthält, die eine Oberfläche mit einem Rollwinkel von 7° gegenüber Wasser bildet) auf die Schicht getropft, die durch Überziehen mit dem Behandlungsmittel 1–3 erhalten wurde, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das Substrat wurde einen Tag bei Raumtemperatur stehengelassen, wobei ein Substrat R2 erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel 3
0,5 ml des in Beispiel 1 erhaltenen Behandlungsmittels 1–3 wurden auf ein Glassubstrat (10 cm × 10 cm × 3 mm Dicke) getropft, das vorher gereinigt worden ist, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das Substrat wurde 1 min bei Raumtemperatur stehengelassen und anschließend wurden 0,5 ml des in Beispiel 1 erhaltenen Behandlungsmittels 1–2 (das eine Verbindung enthält, die eine Oberfläche mit einem Rollwinkel von 22° gegenüber Wasser bildet) auf die Schicht getropft, die durch Überziehen mit dem Behandlungsmittel 1–3 erhalten wurde, und mit einem Tuch ausgebreitet. Das Substrat wurde einen Tag bei Raumtemperatur stehengelassen, wobei ein Substrat R3 erhalten wurde.
2. Bewertung der Wassertropfenentfernungseigenschaft und der Wasserabstoßung
Bezüglich der Oberfläche jedes erhaltenen Substrats wurden die Wassertropfenentfernungseigenschaft und die Wasserabstoßung mittels des Rollwinkels bzw. des Kontaktwinkels bewertet. Die Messverfahren sind nachstehend gezeigt.
(a) Rollwinkel
Auf die Oberfläche einer Substratprobe, die horizontal gehalten wurde, wurden 50 μl Wassertropfen getropft und eine Seite des Substrats hochgehoben und schrittweise geneigt. Der Winkel zwischen der Substratoberfläche und einer horizontalen Ebene, bei der die Wassertropfen zu rollen beginnen, wurde festgestellt. Je kleiner der Winkel, desto besser ist die Wassertropfenentfernungseigenschaft der Probe. In der Praxis beträgt der ursprüngliche Rollwinkel vorzugsweise höchstens 20°, insbesondere höchstens 10°.
(b) Kontaktwinkel
Der Kontaktwinkel auf der Oberfläche einer Substratprobe wurde unter Verwendung von Wassertropfen mit einem Durchmesser von 1 mm gemessen. Die Messungen wurden bezüglich fünf verschiedenen Punkten auf der Substratoberfläche durchgeführt und der Durch schnitt wurde berechnet. In der Praxis beträgt der ursprüngliche Kontaktwinkel vorzugsweise mindestens 90°, insbesondere mindestens 100°.
Die Abriebbeständigkeit, die Bewitterungsbeständigkeit und die Kochbeständigkeit der Substrate wurden durch Messen des Rollwinkels und des Kontaktwinkels mit den vorstehend genannten Verfahren bewertet, nachdem jede der nachstehenden Behandlungen durchgeführt worden ist.
(1) Abriebbeständigkeit
Unter Verwendung eines sich hin- und herbewegenden Testgeräts (von KNT hergestellt) wurde eine Abriebbehandlung unter den folgenden Testbedingungen durchgeführt.
Prüfbedingungen: Flanneltuch, 1 kg Belastung, 3000 Hin- und Herbewegungen.
(2) Bewitterungsbeständigkeit
Es wurde eine Behandlung von 200 Zyklen durchgeführt, wobei ein Zyklus die achtstündige Bestrahlung mit ultraviolettem Licht bei 70°C und das vierstündige Aussetzen gegenüber feuchter Luft bei 50°C umfasste.
(3) Kochbeständigkeitseigenschaft
Es wurde ein Kochtest durchgeführt, bei dem das Substrat 3 Stunden in kochendes Wasser eingetaucht wurde.
Die ursprünglichen Leistungen der Substrate und die Abriebbeständigkeit, die Bewitterungsbeständigkeit und die Kochbeständigkeitseigenschaft sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Die erfindungsgemäßen Substrate (die in den Beispielen 1 bis 11 erhaltenen Substrate 1 bis 11) weisen eine hervorragende ursprüngliche Wassertropfenrolleigenschaft und eine hervorragende ursprüngliche Wasserabstoßung sowie eine hervorragende Abriebbeständigkeit, Bewitterungsbeständigkeit und Kochbeständigkeitseigenschaft auf.
Andererseits weist das Substrat, das durch eine Behandlung mit dem Behandlungsmittel erhalten worden ist, das lediglich durch Mischen der Verbindung (I) und der Verbindung (II) erhalten worden ist (das im Vergleichsbeispiel 1 erhaltene Substrat R1), eine hervorragende ursprüngliche Wasserabstoßung, jedoch eine schlechte Wassertropfenrolleigenschaft sowie eine schlechte Abriebbeständigkeit, Bewitterungsbeständigkeit und Kochbeständigkeitseigenschaft auf.
Ferner weist das Substrat, das keine zweite Schicht aufweist, bei der es sich um eine Schicht handelt, die durch Überziehen mit der Zusammensetzung (II) gebildet wird, die eine vorbestimmte Fluor-enthaltende reaktive Silanverbindung (II) enthält (das im Vergleichsbeispiel 2 erhaltene Substrat R2), eine hervorragende ursprüngliche Wassertropfenrolleigenschaft, jedoch eine etwas schlechte Wasserabstoßung sowie eine schlechte Abriebbeständigkeit, Bewitterungsbeständigkeit und Kochbeständigkeitseigenschaft auf. Ferner weist das Substrat, das keine erste Schicht aufweist, bei der es sich um eine Schicht handelt, die durch Überziehen mit der vorstehend genannten Zusammensetzung (I) gebildet wird (das im Vergleichsbeispiel 3 erhaltene Substrat R3), eine hervorragende ursprüngliche Wasserabstoßung, jedoch eine schlechte ursprüngliche Wassertropfenrolleigenschaft sowie eine schlechte Abriebbeständigkeit, Bewitterungsbeständigkeit und Kochbeständigkeitseigenschaft auf.
Demgemäß zeigt sich, dass die vorstehend genannten Effekte der vorliegenden Erfindung durch einen Aufbau realisiert werden, welcher die vorstehend genannte erste Schicht, welche die äußerste Schicht darstellt, und die zweite Schicht aufweist, die eine Unterschicht in Kontakt mit der ersten Schicht darstellt.
(4) Chemikalienbeständigkeit
Die Chemikalienbeständigkeit der Substrate wurde derart bewertet, dass die Substrate 1 und 6, die in den Beispielen 1 und 6 erhalten wurden, in jede der in der Tabelle 2 angegebenen Chemikalie 24 Stunden eingetaucht und unmittelbar nach der Entnahme gewaschen wurden, worauf die Änderung des Aussehens bewertet wurde und der Rollwinkel und der Kontaktwinkel gemessen wurden. Die Ergebnisse der Bewertung der Chemikalienbeständigkeit der Substrate sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Die erfindungsgemäßen Substrate (Substrate 1 und 6) unterlagen durch das Eintauchen in Chemikalien im Wesentlichen keiner Verschlechterung der Wassertropfenrolleigenschaft und der Wasserabstoßung und weisen eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit auf.
3. Einsatzanwendungstest 1
Testbeispiel 1
Die Oberfläche einer laminierten Windschutzscheibe für ein Automobil wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 überzogen und die erhaltene laminierte Windschutzscheibe wurde an der Front eines Automobils derart montiert, dass die behandelte Oberfläche nach außen zeigte. Dieses Automobil wurde 1 Monat lang einem Betriebstest von 4 Stunden pro Tag unterworfen, wobei die Ablagerung von Schmutz oder Staub auf der Oberfläche der Windschutzscheibe jeden Tag visuell untersucht und die Ablagerung von Wassertropfen bei Regen visuell untersucht wurde.
Es wurde gefunden, dass keine Ablagerung von Schmutz oder Staub und keine Bildung von Kesselstein aufgrund der Ablagerung von Wassertropfen auftrat, und selbst wenn diese auftrat, konnte eine derartige Ablagerung oder Bildung von Kesselstein durch sanftes Wischen mit einem Papiertuch entfernt werden. Ferner wurden bei Regen die Wassertropfen auf der Oberfläche abgestoßen und einfach durch die Wechselwirkung mit dem Winddruck beim Betrieb entfernt, wodurch der Sichtbereich ohne Verwendung eines Wischers sichergestellt wurde.
Testbeispiel 2
Ein Test wurde auf die gleiche Weise wie im Testbeispiel 1 durchgeführt, jedoch wurde anstelle des Betriebstests von 4 Stunden pro Tag ein Betriebstest in einer Umgebung (0°C bis –5°C) durchgeführt, bei der die Wassertropfen, die auf einer unbehandelten laminierten Windschutzscheibe abgelagert sind, gefrieren würden, oder bei der die Luftfeuchtigkeit kondensieren und auf einer Windschutzscheibe gefrieren würde. Ferner wurde das Automobil mit einem Betriebstest in einer strikteren Niedrigtemperaturumgebung (–10°C bis –15°C) getestet.
Bei dem Betriebstest bei 0°C bis –5°C trat kein Einfrieren oder Gefrieren auf der Windschutzscheibe auf. Ferner trat bei dem Betriebstest bei –10 bis –15°C ein Gefrieren auf der Windschutzscheibe auf, jedoch war die Auftaugeschwindigkeit im Vergleich zu einer unbehandelten Windschutzscheibe signifikant hoch, wenn die Temperatur auf Raumtemperatur zurückgebracht wurde.
Testbeispiel 3
Betriebstests wurden auf die gleiche Weise wie in den Testbeispielen 1 und 2 durchgeführt, jedoch wurde die laminierte Windschutzscheibe durch eine Seitenscheibe oder eine Heckscheibe ersetzt. Sowohl bei der Seitenscheibe als auch bei der Heckscheibe wurden die gleichen Ergebnisse wie bei den Testbeispielen 1 und 2 erhalten.
4. Herstellung eines erfindungsgemäßen Substrats durch Überziehen einer laminierten Windschutzscheibe für ein Automobil, die an der Front eines Automobils montiert ist
Testbeispiel 4
Auf der gesamten Oberfläche einer laminierten Windschutzscheibe für ein Automobil, die 5 Jahre verwendet wurde, wurde eine Suspension getropft, bei der Calciumcarbonat in Wasser suspendiert war, und die Oberfläche wurde mit einem Schwamm in einer Weise poliert, die dem Wachsen eines Automobils ähnlich ist. Nach dem Polieren wurde Wasser vollständig auf der Oberfläche ausgebreitet, um zu bestätigen, dass die Oberfläche so sorgfältig poliert war, dass kein Bereich auf der Oberfläche wasserabstoßend war, und das Substrat wurde 1 Stunde getrocknet. Nach dem Trocknen wurde die laminierte Windschutzscheibe einer Behandlung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 unterworfen, um ein erfindungsgemäßes Substrat herzustellen, das an der Front eines Automobils montiert war. Dieses Automobil wurde auf die gleiche Weise wie in den Testbeispielen 7 und 2 Betriebstests unterworfen. Als Ergebnis wurden die gleichen Effekte wie in den Testbeispielen 1 und 2 erhalten.
Ferner wurde der gleiche Vorgang durchgeführt, wie er vorstehend erläutert worden ist, jedoch wurde die Behandlung in der gleichen Weise wie in Beispiel 11 anstelle von Beispiel 1 durchgeführt, worauf die Behandlung einfacher durchgeführt werden konnte und die gleichen Effekte wie in dem vorstehenden Beispiel erhalten wurden.
5. Einsatzanwendungstest 2
Testbeispiel 5
Die Oberfläche eines Fensterglases für ein Gebäude wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 behandelt und das so erhaltene Fensterglas wurde an einem Haus angebracht, so dass die behandelte Oberfläche nach außen zeigte. Die Ablagerung von Schmutz und Staub auf der Oberfläche dieses Fensterglases sowie die Ablagerung von Wassertropfen bei Regen wurden visuell untersucht.
Es wurde gefunden, dass keine Ablagerung von Schmutz oder Staub und keine Bildung von Kesselstein aufgrund der Ablagerung von Wassertropfen auftrat, und selbst wenn diese auftrat, konnte eine derartige Ablagerung oder Bildung von Kesselstein durch sanftes Wischen mit einem Papiertuch entfernt werden. Ferner wurden bei Regen die Wassertropfen auf der Oberfläche abgestoßen und fielen ab, und insbesondere bei starkem Wind wurden die Wassertropfen einfach durch die Wechselwirkung mit dem Winddruck entfernt, wodurch der Sichtbereich sichergestellt wurde.
Testbeispiel 6
Es wurde der gleiche Vorgang wie im Testbeispiel 5 durchgeführt, jedoch wurde anstelle des vorstehend genannten Tests unter normalen Wetterbedingungen der Test in einer Umge bung (0°C bis –5°C) durchgeführt, bei der die Wassertropfen, die auf einem unbehandelten Fensterglas abgelagert sind, gefrieren würden, oder bei der die Luftfeuchtigkeit kondensieren und auf einem Fensterglas gefrieren würde. Ferner wurde ein Test in einer strikteren Niedrigtemperaturumgebung (–10°C bis –15°C) durchgeführt.
Bei dem Test bei 0°C bis –5°C trat kein Einfrieren oder Gefrieren auf dem Fensterglas auf. Ferner trat bei dem Test bei –10 bis –15°C ein Gefrieren auf dem Fensterglas auf, jedoch war die Auftaugeschwindigkeit im Vergleich zu einem unbehandelten Fensterglas signifikant hoch, wenn die Temperatur auf Raumtemperatur zurückgebracht wurde.
Das erfindungsgemäße Substrat weist eine hervorragende Wassertropfenrolleigenschaft und eine hervorragende Wasserabstoßung (d. h. Wassertropfenentfernungseigenschaft) auf dessen Oberfläche sowie eine hervorragende Abriebbeständigkeit, Bewitterungsbeständigkeit und Kochbeständigkeitseigenschaft auf. Demgemäß wird die Wassertropfenentfernungseigenschaft über einen langen Zeitraum beibehalten. Das Substrat weist auch eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit auf, wodurch es breit eingesetzt werden kann.
Ferner ist zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Substrats auf einem Substrat vor der Behandlung keine spezielle Vorbehandlung erforderlich, was im Hinblick auf die ökonomische Effizienz günstig ist. Insbesondere wird die Wassertropfenentfernungseigenschaft selbst bei einer Behandlung bei Raumtemperatur über einen langen Zeitraum andauern.
Demgemäß ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Substrats nicht besonders beschränkt und es kann breit eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Substrat ist insbesondere für den Bereich der Transporteinrichtungen und den Bereich der Gebäude und Gebäudedekorationen geeignet.

Claims

Substrat mit mindestens zwei behandelten Oberflächenschichten, wobei die erste Schicht, welche die äußerste Schicht unter den behandelten Oberflächenschichten darstellt, eine Schicht ist, die durch Überziehen mit einer Zusammensetzung (I) gebildet ist, welche eine reaktive Silanverbindung (I) enthält, dargestellt durch die folgende Formel (I),
wobei jede Gruppe R¹, R³ und R⁴ eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Gruppe ist, mit der Maßgabe, daß R¹, eine Zahl k der Gruppen R³ und R⁴ gleich oder verschieden sein können, R² eine einwertige organische C_2-16-Gruppe ist, mit der Maßgabe, daß eine Zahl m' der Gruppen R² gleich oder verschieden sein kann, Rf eine einwertige Fluor-enthaltende organische C_3-16-Gruppe ist, mit der Maßgabe, daß eine Zahl m der Gruppen Rf gleich oder verschieden sein kann, jede Zahl n, m' und k eine ganze Zahl von 0 bis 100 ist, m eine ganze Zahl von 1 bis 100 ist und n + m + m' + k eine ganze Zahl von 2 bis 101 ist,
wobei A eine zweiwertige C_2-6-Kohlenwasserstoffgruppe oder ein Sauerstoffatom ist, R⁵ eine einwertige C_1-10-Kohlenwasserstoffgruppe ist, X¹ eine Isocyanatgruppe, ein Chloratom, eine C_1-4-Alkoxygruppe oder eine C_1-4-Acyloxygruppe ist, mit der Maßgabe, daß eine Zahl p der Gruppen R⁵ gleich oder verschieden sein kann und eine Zahl (3-p) der Gruppen X¹ gleich oder verschieden sein kann und p eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist; welche eine Oberfläche bildet, die einen Rollwinkel von höchstens 30° gegenüber Wasser aufweist, und die zweite Schicht, welche eine Unterschicht in Kontakt mit der ersten Schicht darstellt, eine Schicht ist, die durch Überziehen mit einer Zusammensetzung (II) gebildet ist, welche eine Fluor-enthaltende reaktive Silanverbindung (II) enthält, die eine Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von mindestens 100° gegenüber Wasser aufweist.
Substrat mit behandelten Oberflächenschichten nach Anspruch 1, wobei die Verbindungen (I) und (II) der Beziehung [Fluorgehalt in der Verbindung (I)]/[Fluorgehalt in der Verbindung (II)] < 1,0 genügen, wobei der Fluorgehalt (%) als [(Anzahl an F-Atomen in einer Verbindung) × (Atomgewicht von F)]/[Molekulargewicht einer Verbindung] × 100 definiert ist.
Substrat mit behandelten Oberflächenschichten nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungen (I) und (II) der Beziehung [Molekulargewicht der Verbindung (I)]/[Molekulargewicht der Verbindung (II)] > 1,0 genügen.
Substrat mit behandelten Oberflächenschichten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fluor-enthaltende reaktive Silanverbindung (II) durch die folgende(n) Formel(n) (IIA) und/oder (IIB) dargestellt ist,
wobei jede Gruppe Z¹ und Z² eine Isocyanatgruppe oder eine hydrolysierbare Gruppe ist, mit der Maßgabe, daß eine Zahl (3-a) der Gruppen Z¹ und eine Zahl (3-b) der Gruppen Z² gleich oder verschieden sein können, jede Gruppe R⁶ und R⁷ Wasserstoff oder eine organische C_1-21-Gruppe ist, mit der Maßgabe, daß eine Zahl a der Gruppen R⁶ und eine Zahl b der Gruppen R⁷ gleich oder verschieden sein können, Y eine zweiwertige organische Gruppe ist, mit der Maßgabe, daß mindestens eine der Gruppe aus einer Zahl a der Gruppen R⁶, einer Zahl b der Gruppen R⁷ und Y eine Fluorenthaltende organische Gruppe ist und jede Zahl a und b eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist, R 8 / c-Si-Z 3 / 4c (IIB)wobei R⁸ Wasserstoff oder eine organische C_1-21-Gruppe ist, mit der Maßgabe, daß eine Zahl c der Gruppen R⁸ gleich oder verschieden sein kann und mindestens eine einer Zahl c der Gruppen R⁸ eine Fluor-enthaltende organische Gruppe ist, Z³ eine Isocyanatgruppe oder eine hydrolysierbare Gruppe ist und c eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist.
Substrat mit behandelten Oberflächenschichten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches weiter eine dritte Schicht aufweist, die eine Unterschicht in Kontakt mit der zweiten Schicht darstellt, wobei die dritte Schicht eine Schicht ist, welche durch Überziehen mit einer Zusammensetzung (III) gebildet ist, die eine reaktive Silanverbindung (III) enthält, die kein Fluor enthält.
Verfahren zur Herstellung des Substrats mit behandelten Oberflächenschichten, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, welches einen Schritt des Überziehens der Substratoberfläche mit der wie in Anspruch 1 definierten Zusammensetzung (II), um die zweite Schicht zu bilden, und einen Schritt des Überziehens der Oberfläche der zweiten Schicht mit der wie in Anspruch 1 definierten Zusammensetzung (I), um die erste Schicht zu bilden, umfaßt.
Verfahren zur Herstellung des Substrats mit behandelten Oberflächenschichten, wie in Anspruch 5 definiert, welches einen Schritt des Überzie hens der Substratoberfläche mit der wie in Anspruch 5 definierten Zusammensetzung (III), um die dritte Schicht zu bilden, einen Schritt des Überziehens der Oberfläche der dritten Schicht mit der wie in Anspruch 1 definierten Zusammensetzung (II), um die zweite Schicht zu bilden, und einen Schritt des Überziehens der Oberfläche der zweiten Schicht mit der wie in Anspruch 1 definierten Zusammensetzung (I), um die erste Schicht zu bilden, umfaßt.