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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Bilden bzw. Herstellen eines wasserabweisenden, dünnen
Films durch Beschichten eines Beschichtungsfluids zur
Ausbildung eines wasserabweisenden, dünnen Films auf einer
Substratoberfläche, wie einer Glasoberfläche.
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Bis dato war ein Verfahren zum Bilden eines
wasserabweisenden, dünnen Films derart, daß ein Beschichtungsfluid zum
Ausbilden eines wasserabweisenden, dünnen Films auf ein
Papier oder dgl. gegeben bzw. aufgebracht wird und das
Beschichtungsfluid auf ein Substrat verteilt und verwischt
wurde, bis ein transparenter Zustand frei von jeglichem
Problem betreffend das Aussehen erreicht wurde, während das
Papier oder dgl. ersetzt bzw. entfernt wurde.
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Dieses Verfahren ist für eine kleine Menge und für eine
kleine Fläche akzeptabel, erfordert jedoch einen
wesentlichen Zeitaufwand und Arbeit für eine große Menge und für
eine große Fläche. Nebenbei gab es eine
Nichtgleichförmigkeit in dem Beschichtungsgrad (z. B. in der Menge,
Festigkeit bzw. Stärke oder Zeit). Folglich gab es eine
Nichtgleichförmigkeit betreffend das Aussehen oder eine
Inkonsistenz in der Leistung und daher war dieses Verfahren
nicht für eine Massenproduktion geeignet. Weiters war es
schwierig, das Verfahren zu automatisieren, da es das
häufige Ersetzen des Papiers oder dgl., auf welchem das
Beschichtungsfluid zum Ausbilden eines wasserabweisenden,
dünnen Films aufgebracht wird, während des Verfahrens
erfordert.
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Namentlich weist ein derartiges konventionelles Verfahren
die folgenden drei Probleme als die Hauptprobleme auf.
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1) Das Beschichtungsfluid zum Ausbilden eines
wasserabweisenden, dünnen Films wird auf ein Papier oder dgl.
aufgebracht und dann auf eine Substratoberfläche beschichtet.
Dementsprechend ist es schwierig, die Menge des Fluids, die
Beschichtungszeit, die Anzahl der Beschichtungsoperationen
bzw. -vorgänge, die Druckkraft (die Beschichtungskraft)
usw. gleichmäßig zu steuern bzw. zu regeln und das
Verfahren zu automatisieren, und aufgrund der händischen
Arbeitsweise wird eine Inkonsistenz in dem Kontaktwinkel (der
Kontaktwinkel des Wassers zu dem Substrat) bestehen. Folglich
ist das Verfahren nicht für eine Behandlung einer großen
Menge geeignet.
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2) Wenn die Verdampfungseffizienz des Beschichtungsfluids
zum Bilden eines wasserabweisenden, dünnen Films erhöht
wird, kann die Behandlung in einer kurzen Zeitdauer
ausgeführt werden, jedoch wird die zu behandelnde Fläche klein
sein, und um eine große Fläche zu behandeln, wird es
notwendig sein, Behandlungen von derartigen kleinen
Flächeneinheiten zu kombinieren. Wenn die Verdampfungseffizienz
verringert wird, kann eine große Fläche auf einmal
behandelt werden, jedoch bestehen andererseits Nachteile
dahingehend, daß wesentliche Zeit bis zur Beendigung
erforderlich ist, das Beschichtungsfluid dazu tendiert, zu dünn
ausgestrichen bzw. aufgetragen oder abgewischt zu werden,
so daß die Filmdicke dünn sein wird, und die Leistung dazu
tendiert, nicht ausreichend zu werden.
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3) Wenn zur Beseitigung der obigen Nachteile eine
Mechanisierung bzw. Automatisierung in Betracht gezogen wird, wird
eine Mechanisierung durch z. B. einen Roboter schwierig, da
die Spezifikation dafür komplex sein wird, da es
erforderlich ist, das Papier oder dgl. während des Beschichtens
auszutauschen. Wenn dasselbe Material ohne Ändern des
Papiers oder dgl. verwendet wird, wird die
Fertigstellungszeit schrittweise bzw. zunehmend verlängert und das alte
Beschichtungsfluid für das Ausbilden eines
wasserabweisenden, dünnen Films wird angesammelt, wodurch die Leistung
dazu tendiert, schlecht zu sein.
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Weiters beschreibt die EP-A1 0 577 951 eine ultradünne,
wasser- und ölabweisende und dauerhafte Überbeschichtung,
welche leicht auf einer Substratoberfläche über ein
kovalentes Binden durch Anwenden bzw. Aufbringen eines
Fertigstellungs- bzw. Endbearbeitungsagens ausgebildet wird,
welches eine chemisch adsorptive Verbindung mit einer
Chlorstlylgruppe und eine nichtwäßrige, viskose Flüssigkeit oder
ein festes Medium auf der Substratoberfläche enthält. Das
Endbearbeitungsagens, umfassend eine chemisch adsorptive
Verbindung mit einer Chlorsilylgruppe und eine
nichtwäßrige, viskose Flüssigkeit und ein festes Medium, wird auf
der Substratoberfläche, umfassend hydrophile Gruppen,
aufgebracht.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Ausbilden eines wasserabweisenden, dünnen Films zur
Verfügung zu stellen, wobei ein qualitativ hochwertiger,
wasserabweisender, dünner Film konstant in einer großen
Menge erhalten werden kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bilden
eines wasserabweisenden, dünnen Films auf einer Oberfläche
mittels eines Beschichtungsfluids zum Bilden eines wasserabweisenden,
dünnen Films zur Verfügung, welches einen
Beschichtungsschritt eines übermäßigen Beschichtens des
Beschichtungsfluids zum Bilden eines wasserabweisenden,
dünnen Films auf der Substratoberfläche und einen Überschuss-
Entfernungs-Schritt eines nachfolgenden Entfernens der
Überschussmenge des Beschichtungsfluids zum Bilden eines
wasserabweisenden, dünnen Films umfaßt, worin in dem
Überschuss-Entfernungs-Schritt die Überschussmenge des
Beschichtungsfluids zum Ausbilden eines wasserabweisenden,
dünnen Films in einer derartigen Weise entfernt wird, daß
ein Pulver, welches zur Adsorption der überschüssigen Menge
des Beschichtungsfluids zum Ausbilden des
wasserabweisenden, dünnen Films fähig ist, auf die Oberfläche, die mit
dem Beschichtungsfluid zum Ausbilden eines
wasserabweisenden, dünnen Films beschichtet ist, gestreut wird und dann
dieses Pulver entfernt wird, oder worin in dem Überschuss-
Entfernungs-Schritt die überschüssige Menge des
Beschichtungsfluids zum Ausbilden eines wasserabweisenden, dünnen
Films durch ein Lösungsmittel, nämlich einen niedrigen bzw.
niedermolekularen Alkohol, wie Isopropylalkohol, der fähig
ist, die Überschußmenge des Beschichtungsfluids zum
Ausbilden eines wasserabweisenden, dünnen Films zu lösen, gelöst
und entfernt wird.
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In den beiliegenden Zeichnungen:
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ist Fig. 1 eine Seitenansicht, die den Zustand einer Rakel
bzw. eines Gummischrubbers zum Zeitpunkt eines Beschichtens
eines wasserabweisenden Fluids in Beispiel 1 zeigt.
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ist Fig. 2 eine Draufsicht, die die Orte der Rakel bzw. des
Gummischrubbers in dem Beschichtungsschritt von Beispiel 1
zeigt.
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ist Fig. 3 eine Seitenansicht, die den Zustand einer Bürste
in dem Überschuss-Entfernungs-Schritt von Beispiel 1 zeigt.
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ist Fig. 4 eine Draufsicht, die die Orte der Bürste in dem
Überschuss-Entfernungs-Schritt von Beispiel 1 zeigt.
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ist Fig. 5(a) eine perspektivische Ansicht, die ein
Beispiel einer Schwammrakel zeigt, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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ist Fig. 5(b) eine Seitenansicht davon.
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Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail unter
Bezugnahme auf die bevorzugten Ausbildungen beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß
nach einem Beschichten eines Beschichtungsfluids zum
Ausbilden eines wasserabweisenden, dünnen Films
(nachfolgend der Einfachheit halber als ein wasserabweisendes Fluid
bezeichnet), "die Überschussmenge" des wasserabweisenden
Fluids abgewischt wird. "Die überschüssige Menge bzw. die
Überschussmenge" des wasserabweisenden Fluids (nachfolgend
der Einfachheit halber als die Überschussmenge bezeichnet)
entspricht einem Teil, welcher eine Farbschattierung bzw.
-tönung oder Trübung bewirkt. Dementsprechend ist es
wichtig, einen derartigen Teil abzuwischen, bis die
Farbschattierung oder Trübung verschwindet.
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In der vorliegenden Erfindung wird ein wasserabweisendes
Fluid, welches mit dem Substrat reagiert (oder mit einem
Filmmaterial in einem Fall, wo der Film zuerst auf dem
Substrat ausgebildet wird), verwendet. In der vorliegenden
Erfindung wird das wasserabweisende Fluid in einer
Überschussmenge auf die Substratoberfläche beschichtet und
umgesetzt (wie getrocknet) und dann wird die überschüssige
Menge (ein nicht umgesetzter Teil, welcher nicht an der
Substratoberfläche anhaftet) des wasserabweisenden Fluids
entfernt.
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Das mit dem wasserabweisenden Fluid zu beschichtende
Substrat kann beispielsweise ein Substrat aus Glas, Metall,
Keramik oder Harz oder ein derartiges Substrat sein, das eine
Oberflächenbehandlung daran ausgeübt bzw. darauf angewandt
aufweist. Insbesondere bevorzugt ist Glas oder Glas, das
verschiedene Behandlungen daran ausgeübt aufweist. Es ist
nämlich bedeutend, daß das wasserabweisende Fluid chemisch
reagiert und sich fest mit Hydroxylgruppen der
Substratoberfläche verbindet und ein nicht-umgesetztes,
überschüssiges, wasserabweisendes Fluid wird nachfolgend abgewischt,
um einen gleichmäßigen, transparenten, wasserabweisenden,
dünnen Film (nachfolgend der Einfachheit halber als ein
wasserabweisender Film bezeichnet) auszubilden, und es ist
bevorzugt, aktive bzw. reaktiohsfähige Hydroxylgruppen auf
der Oberfläche des Substrats zu besitzen. Beispielsweise
kann eine aus SiO&sub2; gebildete Schicht vorab auf dem Substrat
ausgebildet werden und ein wasserabweisendes Fluid kann auf
die aus SiO&sub2; gebildete Schicht beschichtet werden. Die Form
des Substrats muß nicht notwendigerweise flach bzw. eben
sein und kann eine gekrümmte Oberflächenform aufweisen.
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Das wasserabweisende Fluid in der vorliegenden Erfindung
enthält eine Verbindung (eine wirksame Komponente), die
fähig ist, einen wasserabweisenden Film zu bilden. Das
wasserabweisende Fluid kann ausschließlich aus der wirksamen
Komponente zusammengesetzt sein oder kann ein organisches
Lösungsmittel enthalten, das fähig ist, die effektive bzw.
effiziente Komponente aufzulösen oder zu verdünnen, wenn
dies der Fall erfordert.
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Die effektive Komponente kann beispielsweise eine eine
perfluorierte Gruppe enthaltende Verbindung sein. Die eine
perfluorierte Gruppe enthaltende Verbindung ist
vorzugsweise eine eine perfluorierte Gruppe enthaltende
Silanverbindung. Weiters weist eine eine derartige perfluorierte
Gruppe enthaltende Verbindung vorzugsweise eine
hydrolysierbare, reaktive Gruppe, wie -Si-OR, -Si-Cl oder -Si-NCO,
auf, so daß sie chemisch an eine Silanolgruppe (-Si-OH),
die auf der Oberfläche z. B. von Glas vorhanden ist,
gebunden wird.
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Hier besteht der Grund für eine Verwendung einer eine
perfluorierte Gruppe enthaltenden Silanverbindung als die eine
perfluorierte Gruppe enthaltende Verbindung darin, daß
Silanolgruppen, die an der Oberfläche des Substrats
vorhanden sind, und hydrolysierbare, reaktive Gruppen der eine
perfluorierte Gruppe enthaltenden Silanverbindung sich
chemisch verbinden werden, um Siloxanbindungen (-Si-O-Si)
auszubilden, wodurch die Dauerhaftigkeit der wasserabweisenden
Leistung sichergestellt werden kann.
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Die eine perfluorierte Gruppe enthaltende Silanverbindung
in der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise
wenigstens eine Verbindung, gewählt aus eine perfluorierte
Gruppe enthaltenden Chlorsilanen, Alkoxysilanen und
Isocyanatsilanen, sein. Die folgenden Verbindungen können
beispielsweise als eine perfluorierte Gruppe enthaltende
Silanverbindungen genannt werden. In den folgenden Formeln
bedeutet Rf eine C&sub4;&submin;&sub1;&sub6;-Perfluoralkylgruppe, Me eine
Methylgruppe, Et eine Ethylgruppe, m ist eine ganze Zahl von
wenigstens 1 und n eine ganze Zahl von 4 bis 16.
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Rf(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3;,
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Rf(CH&sub2;)&sub2;SiMeCl&sub2;,
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(RfCH&sub2;CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub2;,
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Rf(CH&sub2;)&sub2;Si(OMe)&sub3;,
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RfCONH(CH&sub2;)&sub3;Si(OEt)&sub3;,
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RfCONH(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub3;Si(OEt)&sub3;,
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RfSO&sub2;NMe(CH&sub2;)&sub2;CONH(CH&sub2;)&sub3;Si(OEt)&sub3;,
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Rf(CH&sub2;)&sub2;OCO(CH&sub2;)&sub2;S(CH&sub2;)&sub3;Si(OMe)&sub3;,
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Rf(CH&sub2;)&sub2;OCNH(CH&sub2;)&sub3;Si(OEt)&sub3;,
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Rf(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub2;Si(OMe)&sub3;,
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Rf(CH&sub2;)&sub2;NH(CH&sub2;)&sub2;Si(OCH&sub2;OH&sub2;OMe)&sub3;
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CF&sub3;CF&sub2;CF&sub2;O[CF(CF&sub3;)CF&sub2;O]mCF(CF&sub3;)CONH(CH&sub2;)&sub3;Si(OMe)&sub3;,
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Rf(CH&sub2;)&sub2;Si(NCO)&sub3;,
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Cl&sub3;Si(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)n(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3;,
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Cl&sub2;MeSi(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)n(CH&sub2;)&sub2;SiMeCl&sub2;,
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(MeO)&sub3;Si(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)n(CH&sub2;)&sub2;Si(OMe)&sub3;,
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(MeO)&sub2;MeSi(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)n(CH&sub2;)&sub2;SiMe(OMe)&sub2;,
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(OCN)&sub3;Si(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)n(CH&sub2;)&sub2;Si(NCO)&sub3;,
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(OCN)&sub2;MeSi(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)n(CH&sub2;)&sub2;SiMe(NCO)&sub2;
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Die eine perfluorierte Gruppe enthaltende Silanverbindung
kann auch ein Kondensat sein, welches durch ein
Hydrolysieren von einer von derartigen Verbindungen erhalten wird,
oder eine Silanverbindung, worin die Perfluoralkylgruppe
eine Etherbindung aufweist. Weiters können zwei oder
mehrere der obigen, eine perfluorierte Gruppe enthaltenden
Silanverbindungen geeignet für eine Verwendung als ein
Cokondensat gewählt werden. Weiters können zu der obigen, eine
perfluorierte Gruppe enthaltenden Silanverbindung andere
Silanverbindungen zur Verwendung in der Form von Mischungen
zugesetzt sein.
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Besonders bevorzugt ist beispielsweise ein Kalthärten bzw.
-abbinden von Rf(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3; oder Rf(CH&sub2;)&sub2;Si(NCO)&sub3;. Während
ein Alkoxysilan einer dehydrierenden Kondensation durch
Erhitzen unterworfen wird, um eine feste Siloxanbindung
auszubilden,
ist nämlich ein Chlorsilan oder Isocyanatsilan
fähig, sich fest an eine Hydroxylgruppe, die an der
Oberfläche von z. B. Glas vorhanden ist, bei Raumtemperatur zu
binden, wodurch kein Erwärmungs- oder Erhitzungsverfahren
erforderlich ist, und es ist leicht und geeignet für eine
industrielle Anwendung.
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Die Konzentration der effektiven bzw. effizienten
Komponente in dem wasserabweisenden Fluid wird bestimmt, indem
z. B. die Arbeitseffizienz zur Ausbildung eines
wasserabweisenden Films, die Stabilität, die Dicke des
wasserabweisenden Films und die ökonomische Effizienz in Betracht gezogen
werden. Sie beträgt insbesondere bevorzugt von 0,2 bis 12
Gew.-%, berechnet als der Feststoffgehalt der effizienten
Verbindung bzw. Komponente basierend auf der Gesamtmenge
des wasserabweisenden Fluids. Wenn die Konzentration
geringer als 0,2 Gew.-% ist, wird dazu tendiert, keine geeignete
wasserabweisende Leistung zu erhalten, und wenn sie 12
Gew.-% übersteigt, tendiert das wasserabweisenden Fluid
dazu, zu stark an der Substratoberfläche zu verbleiben,
wodurch ein nachfolgendes Abwischen bzw. Entfernen lange Zeit
benötigt, und die Menge des wasserabweisenden Fluids, das
abzuwischen ist, wesentlich bzw. beträchtlich wird, wobei
dies industriell nachteilig ist.
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In der vorliegenden Erfindung kann das in dem
wasserabweisenden Fluid aufzunehmende, organische Lösungsmittel
beispielsweise ein Essigsäureester, ein aromatischer
Kohlenwasserstoff, ein halogenierter Kohlenwasserstoff, ein Keton
oder ein Ether sein. Wenn jedoch eine Verbindung,
enthaltend eine Isocyanatgruppe, wie Rf(CH&sub2;)&sub2;Si(NCO)&sub3;, als die
effektive Komponente verwendet wird, ist ein organisches
Lösungsmittel, das eine reaktive, funktionelle Gruppe (wie
eine Hydroxylgruppe) aufweist, nicht wünschenswert, da es
mit der Isocyanatgruppe reagiert. Ein organisches
Lösungsmittel, das eine funktionelle Gruppe mit einer niedrigen
Reaktivität aufweist, wie Isopropylalkohol (IPA), kann
angewandt bzw. eingesetzt werden. Das organische
Lösungsmittel ist nicht auf eine Art beschränkt und zwei oder mehrere
Lösungsmittel können in Kombination als eine Mischung
verwendet werden.
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Wenn ein Kohlenwasserstofflösungsmittel verwendet wird,
kann manchmal eine Blasenbildung unmittelbar nach dem
Beschichten des wasserabweisenden Fluids auftreten, da ein
wasserabweisender Film, der durch die Reaktion der
fluorierten Verbindung (der effektiven Komponente) auf der
Substratoberfläche gebildet wird, leicht dazu tendiert, das
noch nicht getrocknete, wasserabweisende Fluid abzustoßen.
In einem derartigen Fall sollten die Konzentration des
wasserabweisenden Fluids und die Verdampfungsrate des
Lösungsmittels so eingestellt sein, daß die Dicke des
wasserabweisenden Films an dem abgewiesenen Bereich zumindest eine
monomolekulare Schicht ist. Weiters ist es in einem
derartigen Fall bevorzugt sicherzustellen, daß die
Unregelmäßigkeit in der Filmdicke aufgrund der Blasenbildung nicht
mehr als 3 um beträgt.
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Aus einem derartigen Gesichtspunkt ist, wenn
Rf(CH)&sub2;Si(NCO)&sub3; als die effektive Komponente verwendet
wird, ein Essigsäureester-artiges Lösungsmittel als das
organische Lösungsmittel bevorzugt. Spezifisch sind
Butylacetat oder Ethylacetat bevorzugt.
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Wenn ein fluorartiges Lösungsmittel verwendet wird, ist es
weiters möglich, eine Blasenbildung während der Beschichtung
durch ein Einstellen der Verdampfungsrate zu
vermeiden, wodurch ein glatter, ebener, getrockneter,
wasserabweisender Film ausgebildet werden kann.
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Die Filmdicke zum Zeitpunkt der Beschichtung des
wasserabweisenden Fluids ist vorzugsweise wenigstens 1 um im
dünnsten Bereich und höchstens 10 um im dicksten Bereich.
Weiters wird sie bevorzugt gleichmäßig in einer Dicke von etwa
3 um über die gesamte Oberfläche des zu beschichtenden
Substrats beschichtet. Wenn die Dicke kleiner als 1 um ist,
wird dazu tendiert, daß keine adäquate wasserabweisende
Leistung erhalten wird, und wenn sie 10 um übersteigt, wird
dazu tendiert, eine zu lange Zeit des Abwischens der
Überschussmenge desselben zu benötigen. Wenn Unregelmäßigkeiten
in der Filmdicke von mehr als 3 um in der zu beschichtenden
Substratoberfläche existieren, ist es wahrscheinlich, daß
eine Nichtgleichförmigkeit bei dem nachfolgenden Abwischen
resultiert, wodurch es dazu tendiert, schwierig zu werden,
ein gleichmäßiges Abwischen über die Oberfläche zu
erreichen.
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Als Mittel zum Beschichten des wasserabweisenden Fluids
können beispielsweise verschiedene, konventionelle
Verfahren, wie Tauchbeschichten, Spinbeschichten,
Sprühbeschichten, Vorhang-(Strom-)beschichten, Sprühkopfbeschichteri,
Klingenbeschichten, Wischerbeschichten und Rakel- bzw.
Gummischrubberbeschichten, angeführt werden. Die
Rakelbeschichtung ist insbesondere bevorzugt, da es dadurch
möglich ist, das Beschichten schnell in einer kurzen Zeitdauer
auf einem Substrat mit einem großen Oberflächenbereich mit
einer geringen Menge an Fluid und nur auf einer Seite des
Substrats, das gekrümmte Oberflächen aufweist, ohne
Maskieren durchzuführen, oder ein kalthärtendes, wasserabweisendes
Fluid kann kontinuierlich auf das Substrat ohne
Verschlechterung des wasserabweisenden Fluids aufgebracht
werden, und selbst wenn das wasserabweisende Fluid teuer ist,
kann eine Behandlung mit niedrigen Kosten mit der
Minimummenge an erforderlichem Fluid durchgeführt werden.
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Um die Beschichtungsdicke des wasserabweisenden Fluids
sicherzustellen, ist es bevorzugt, einen elastischen Körper,
insbesondere einen plattenförmigen, elastischen Körper, zu
verwenden. Es ist nämlich bevorzugt, daß in dem
Beschichtungsschritt das wasserabweisende Fluid auf die
Substratoberfläche getropft wird und dann über die
Substratoberfläche durch einen elastischen Körper ausgebreitet oder
verbreitet bzw. flächig beschichtet wird. Das Material für den
elastischen Körper kann beispielsweise ein Gummi, ein
Schaum oder ein Stoff bzw. ein Gewebe sein. Ein Schaum ist
bevorzugt, da er das wasserabweisende Fluid in einem
gewissen Ausmaß absorbiert, wodurch das Fluid schnell
gleichmäßig verteilt werden kann. Spezifisch ist eine
schwammförmige Rakel bevorzugt. Wenn ein Schaum, wie eine
Schwammrakel, angewandt wird, kann, selbst wenn die zu
beschichtende Substratoberfläche eine Krümmung mit einem
Krümmungsradius von höchstens 1000 mm aufweist, der Schaum der
Krümmung folgen. Weiters ist es in einem Fall, wo der
Krümmungsradius gering ist, möglich, die Rakel selbst eine
Krümmung aufweisen zu lassen.
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Der Schaum sollte dauerhaft bzw. beständig gegenüber dem
wasserabweisenden Fluid sein und weist vorzugsweise offene
Zellen auf (wodurch die Absorption des Fluids exzellent
wird) und ist flach und glatt bzw. weich. Das Material ist
vorzugsweise Polyurethan oder Polyethylen. Wenn Butylacetat
als das Lösungsmittel verwendet wird, ist es bevorzugt,
einen Polyethylenschaum anzuwenden.
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Selbst ein geschlossenzelliger Schwamm kann zum Beschichten
ohne ein spezielles Problem verwendet werden, indem
Schlitze und/oder Perforationen an seinem vorderen Ende
vorgesehen werden, um die Absorption des wasserabweisenden
Fluids zu erleichtern. Als ein spezifisches Beispiel, wie
dies in Fig. 5 gezeigt ist, können einige wenige Schlitze
(Kerben) 6 von 1 bis 15 mm in einer Richtung der Höhe von
der unteren Oberfläche einer Rakel verteilt sein oder
Perforationen 7 (vorzugsweise durchgehende Löcher) von etwa
0,1 bis 1 mm können in einer Dickenrichtung (in einer
Beschichtungsrichtung) in einem unteren Bereich einer Rakel
vorgesehen sein, um den Schwamm das Fluid durch
Kapillarwirkung absorbieren zu lassen. Schlitze 6 sind vorzugsweise
in einer Richtung parallel zu der Längsrichtung (in einer
Richtung senkrecht auf die Beschichtungsrichtung)
eingebracht bzw. ausgebildet. Perforationen 7 sind vorzugsweise
in einer Zickzack-Weise parallel zueinander bei etwa 3 bis
5 mm von dem unteren Ende der Rakel angeordnet.
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Solang keine Unregelmäßigkeiten in der Dicke nach dem
Beschichten auftreten werden, besteht keine besondere
Beschränkung betreffend die Anzahl, die Größe oder das Design
der Schlitze 6 oder der Perforationen 7.
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Die Reaktion des wasserabweisenden Fluids mit der
Substratoberfläche nach dem Beschichten des wasserabweisenden
Fluids wird üblicherweise durch Trocknen ausgeführt. Die
Trocknungszeit beträgt vorzugsweise von 1 min bis 75 h.
Wenn sie weniger als 1 min beträgt, tendiert die
Verdampfung und Trocknung des Verdünnungslösungsmittels dazu,
unzureichend zu sein, und keine geeignete Bindungsreaktion
des wasserabweisenden Fluids an das Substrat kann erreicht
werden. Wenn sie andererseits 75 h übersteigt, tendiert die
Reaktion des wasserabweisenden Fluids dazu, zu weit
fortzuschreiten, wodurch das nachfolgende Abwischen bzw.
Entfernen dazu tendiert, schwierig zu werden. Insbesondere wenn
ein kalthärtendes, wasserabweisendes Fluid verwendet wird,
beträgt die Trocknungszeit vorzugsweise von 1 bis 25 h.
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Die Temperatur zum Trocknen nach dem Beschichten des
wasserabweisenden Fluids beträgt vorzugsweise von
Raumtemperatur bis 300ºC. Wenn sie niedriger als Raumtemperatur ist,
wird die Reaktion zum Binden des Substrats nicht adäquat
verlaufen und es benötigt eine lange Zeit für die Reaktion.
Wenn sie 300ºC übersteigt, tendiert das wasserabweisende
Fluid dazu, sich schrittweise bzw. zunehmend zu zersetzen,
wodurch die wasserabweisende Eigenschaft absinken wird.
Insbesondere wenn ein kalthärtendes, wasserabweisendes
Fluid verwendet wird, liegt die Temperatur vorzugsweise von
Raumtemperatur bis 200ºC.
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Eine Entfernung (Abwischen) der Überschussmenge wird
ausgeführt, bis eine Farbschattierung bzw. -tönung verschwindet
und eine Transparenz des Substrats, wie das Glas selbst,
sichergestellt werden kann. Um eine wasserabweisende
Eigenschaft zu erreichen, kann die Filmdicke theoretisch
wenigstens eine monomolekulare Schicht sein. Indem die
Dauerhaftigkeit des wasserabweisenden Films und die ökonomischen
Effekte zusätzlich in Betracht gezogen werden, ist die
Filmdicke vorzugsweise höchstens 2 um. Beispielsweise in
einem Fall, wo ein thermohärtendes, wasserabweisendes Fluid
verwendet wird, ist die Filmdicke nach dem Abwischen des
wasserabweisenden Fluids vorzugsweise von 5 bis 60 nm und
in einem Fall, wo ein kalthärtendes, wasserabweisendes
Fluid verwendet wird, ist sie vorzugsweise von 5 bis 60 nm.
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Für die Entfernung (Abwischen) der Überschussmenge kann ein
feines, poröses Siliciumdioxidpulver oder ein Pulver
beispielsweise aus geschäumtem Polyethylen, Stärke oder
Zellulose verwendet werden. Ein derartiges Pulver ist fähig, die
Überschussmenge des wasserabweisenden Fluids zu
absorbierenl wird auf die Oberfläche, die mit dem wasserabweisenden
Fluid beschichtet ist, aufgesprüht bzw. gestreut und dann
wird dieses Pulver entfernt, um die Überschussmenge des
wasserabweisenden Fluids zu entfernen. Die Teilchengröße
des Pulvers ist nicht speziell beschränkt und
beispielsweise kann eines, das eine Teilchengröße von einigen zehn
Mikrometer aufweist, angewandt bzw. verwendet werden. Auch
die Form des Pulvers ist nicht speziell beschränkt. Die
Entfernung des Pulvers wird vorzugsweise mittels einer
Bürste, eines Gewebes bzw. Tuchs oder dgl. ausgeführt.
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Wenn versucht wird, das wasserabweisende Fluid nur durch
eine Bürste abzuwischen, z. B. aus PVC (ein
Vinylchloridharz), wird das überschüssige, wasserabweisende Fluid
lediglich auf dem Substrat geknetet werden und kann nicht
entfernt werden. Wohingegen das wasserabweisende Fluid,
wenn es mit einer Bürste mittels eines Pulvers entfernt
wird, welches selbst eine Adsorptionsfähigkeit besitzt,
entfernt wird, sobald bzw. wie es auf dem
adsorptionsfähigen bzw. adsorptiven Pulver adsorbiert ist, wodurch die
Bürste nicht mit dem wasserabweisenden Fluid verschmutzt
wird, und indem das adsorptionsfähige Pulver frisch
aufgebracht wird, kann das wasserabweisende Fluid, welches in
einem großen Überschuß vorliegt, kontinuierlich entfernt
werden. Es ist insbesondere bevorzugt, ein Pulver, enthaltend
Stärke und/oder Zellulose, einzusetzen, da die
Effizienz zum Abwischen hoch ist und es sicher und billig ist.
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Das Material der Bürste ist nicht speziell beschränkt,
jedoch ist PVC aus dem Gesichtspunkt der physikalischen
Festigkeit und der Unwahrscheinlichkeit, daß es
elektrifiziert wird, bevorzugt. Borsten der Bürsten haben
vorzugsweise einen Durchmesser von 0,1 bis 0,5 mm, noch
bevorzugter etwa 0,2 mm. Wenn der Durchmesser kleiner als 0,1 mm
ist, wird die physikalische Kraft zum Entfernen des Pulvers
schwach sein, und wenn er 0,5 mm übersteigt, tendieren die
Borsten dazu, zu hart zu sein. Weiters haben die Borsten
der Bürste vorzugsweise eine Länge von 20 bis 50 mm, noch
bevorzugter etwa 40 mm. Wenn die Länge kleiner als 20 mm
ist, tendieren ihre Nachfolgeeigenschaften dazu, schlecht
zu sein, und wenn die Länge 50 mm übersteigt, tendieren die
Borsten dazu, das Pulver zu verstreuen.
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Als ein weiteres Verfahren zum Entfernen (Abwischen) der
Überschussmenge ist ein Verfahren bevorzugt, worin die
Überschussmenge des wasserabweisenden Fluids durch ein
Lösungsmittel, welches fähig ist, die Überschussmenge des
wasserabweisenden Fluids aufzulösen, gelöst und entfernt
wird. Im Vergleich mit dem mechanischen Abwischen kann
nämlich das chemische Abwischen durch Auflösen nur des
nichtreagierten, wasserabweisenden Fluids manchmal einfach in
der Fertigstellung einer glatten und gleichmäßigen
Oberfläche mit einer hohen Fluorkonzentration sein. Spezifisch
durch Wischen (Schrubben) der beschichteten Oberfläche mit
einem Papier, einem Stoff oder einem Schaum, das (der) ein
Lösungsmittel enthält, das fähig ist, die Überschussmenge
des imprägnierten, wasserabweisenden Fluids aufzulösen,
wird die Überschussmenge durch das Papier, den Stoff oder
den Schaum gelöst und absorbiert. Mit diesem
Entfernungsverfahren (Abwischen) wird kein Verstreuen beispielsweise
des Pulvers auftreten und die Kosten sind niedrig.
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Als ein derartiges Lösungsmittel wird ein niedriger
Alkohol, beispielsweise IPA (Isopropylalkohol) angewandt
aufgrund der Sicherheit und der Kosten, zusätzlich zu der
Löslichkeit des wasserabweisenden Fluids und der optimalen
Trocknungsrate zum Zeitpunkt des Abwischens.
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Die vorliegende Erfindung wird nun in weiterem Detail unter
Bezugnahme auf Beispiele beschrieben. Es sollte jedoch
verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung in keiner
Weise auf derartige spezifische Beispiele beschränkt ist.
Beispiel 1
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Ein wasserabweisender, dünner Film wurde auf einem vorderen
Türglas wie folgt ausgebildet, das eine Krümmung mit einem
Krümmungsradius von 1000 mm in der Höhenrichtung aufweist.
Ein wasserabweisendes Fluid, enthaltend 4 Gew.-% (als die
Festgehaltskonzentration der effizienten Komponente) von
Fluoralkylsilylisocyanat (C&sub8;F&sub1;&sub7;C&sub2;H&sub4;Si(NCO)&sub3;) als eine
effektive Komponente in einer
Perfluor(2-n-butyltetrahydrofuran)-Lösung (Siedepunkt: 100ºC, spezifisches Gewicht 1,77)
wurde auf eine Glasoberfläche getropft und dann mit einer
geschäumten, plattenförmigen Schwammrakel aus Polyurethan
verteilungsbeschichtet, indem die Schwammrakel auf die
Glasoberfläche gedrückt wird.
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die den Zustand der Rakel
während des Beschichtens des wasserabweisenden Fluids
zeigt. Bezugszeichen 1 stellt eine Rakel dar, Bezugszeichen
2 einen Halter, Bezugszeichen 3 ein wasserabweisendes Fluid
und Bezugszeichen 4 das Substrat (Glas). Fig. 2 ist eine
Draufsicht, die die Orte bzw. Positionen der Rakel in dem
Beschichtungsschritt zeigt. Die Länge der Rakel war 300 mm.
Zum Beschichten über eine Breite, die die Länge der Rakel
übersteigt, wurde die Rakel wiederholt mit einer
Überlappung von 10 bis 20 mm geführt bzw. bewegt. Wenn das
wasserabweisende Fluid (Tinte) immer noch zu stark bei dem
überlappten Bereich verblieb (dem Grenzbereich), wurde die
Rakel neuerlich ohne Zufuhr von Tinte geführt, um die
Überschusstinte zu reduzieren.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, wurde in diesem Beispiel das
wasserabweisende Beschichtungsfluid über das gesamte Glas durch
viermaliges Beschichten verteilungsbeschichtet. Die Zufuhr
des wasserabweisenden Beschichtungsfluids wurde durch eine
Düse, die vor der Rakel angeordnet ist, durchgeführt. Mit
Ausnahme von 10 mm von jedem Ende der Rakel wurde die
Fluidmenge innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 5 cm³
gesteuert bzw. geregelt, so daß das Fluid nicht über die
Rakel überfließen wird.
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In der obigen Beschichtung des wasserabweisenden Fluids
durch eine Schwammrakel wurde die Menge der Tinte gesteuert
bzw. geregelt, daß sie minimal ist, so daß kein Überlaufen
des Fluids von der Rakel (keine überstehende Tinte)
auftrat, wodurch es möglich war, das wasserabweisende
Beschichtungsfluid über das gesamte Glas durch drei
Beschichtungsoperationen bzw. -vorgänge zu verteilen.
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Nach dem wie oben beschriebenen Beschichten und Trocknen
bei 25ºC für 60 min wurde als ein Überschussmengen-Entfernungs-Schritt
ein Stärkepulver (Teilchengröße: einige zehn
Nanometer) auf die Oberfläche, die mit dem
wasserabweisenden Fluid beschichtet ist, gesprüht und dann wurde das
Pulver durch eine rotierende Bürste mit 200 mm Durchmesser
(hergestellt aus PVC, Länge der Borsten: 40 mm, Dicke der
Borsten: 0,2 mm) entfernt. Wenn die Rotation zu schnell
ist, wird das Pulver in der Bewegungs- bzw. Vorlaufrichtung
der Bürste um diese verteilt, wodurch die Fertigstellungs-
bzw. Endleistung schlecht sein wird. Daher wurde die
Drehzahl der Bürste gesteuert bzw. geregelt, daß sie nicht
höher als 200 U/min ist, und die Bürste wurde innerhalb einer
Drehzahl von 50 bis 200 U/min in Abhängigkeit von dem Grad
der Entfernung rotiert. Um das Pulver in das Zentrum der
Bürste zu führen bzw. zu leiten, wurde die Bürste unter
einem Winkel von etwa 5 bis 10º zu der Vortriebsrichtung
der Bürste geneigt und die Bürste wurde in einem Zustand
geführt, in welchem sie für 5 bis 15 mm auf das Glas nach
unten gedrückt war.
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Fig. 3 ist eine Seitenansicht, die den Zustand der Bürste
in dem Überschuss-Entfernungs-Schritt zeigt. Bezugszeichen
5 zeigt eine Bürste. Fig. 4 ist eine Draufsicht, die die
Orte der Bürste in dem Überschuss-Entfernungs-Schritt
zeigt. Wie vorhergehend beschrieben, wurde ein
transparenter, gleichmäßiger, wasserabweisender Film ausgebildet. Die
Filmdicke betrug 10 bis 30 nm.
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Die in diesem Beispiel verwendete, geschäumte,
plattenförmige Polyurethan-Schwammrakel absorbierte das
wasserabweisende Fluid gut. Dementsprechend war es, selbst wenn die
Zufuhr des Fluids variiert wurde, möglich, die Beschichtung
relativ gleichmäßig auszuführen, und selbst an dem Glasrandbereich
war es möglich, die Beschichtung gleichmäßig
auszuführen.
Beispiel 2
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Ein wasserabweisendes Beschichtungsfluid wurde auf ein
Vordertürenglas verteilungsbeschichtet und in derselben Weise
wie in Beispiel 1 getrocknet, mit der Ausnahme, daß ein
wasserabweisendes Fluid, enthaltend 7 Gew.-% (als die
Feststoffkonzentration der wirksamen bzw. aktiven Komponente)
von Fluoralkylsilylisocyanat (C&sub8;F&sub1;&sub7;C&sub2;H&sub4;Si(NCO)&sub3;) als eine
effektive Komponente in einer n-Butylacetat-Lösung
(Siedepunkt: 126ºC, spezifisches Gewischt 0,87) verwendet wurde
und eine plattenförmige, aus geschäumtem Polyethylen
gefertigte Schwammrakel verwendet wurde. Als ein
Überschuss-Entfernungs-Schritt wurde anstelle des Verfahrens einer
Verwendung eines Stärkepulvers in Beispiel 1 die
"Überschussmenge" des wasserabweisenden Fluids durch mehrmaliges
Wischen mit einem mit IPA imprägnierten Tuch abgewischt.
Hier wurde die Imprägnierung mit IPA durch Sprühen
desselben auf das Tuch mit einer Sprühvorrichtung durchgeführt.
Durch dieses Imprägnierungsverfahren wurde IPA gleichmäßig
in das Tuch imprägniert. Die imprägnierte Menge betrug etwa
1 bis 3 cm³/30 cm² des Tuchs. Als ein Ergebnis des
Abwischens der "Überschussmenge" des wasserabweisenden Fluids
wurde ein transparenter, gleichmäßiger, wasserabweisender
Film gebildet. Die Filmdicke war von 10 bis 30 nm. Weiters
war die Arbeitseffizienz gut.
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Die in diesem Beispiel verwendete, plattenförmige, aus
geschäumtem Polyethylen gefertigte Schwammrakel hatte eine
geringe Absorption des wasserabweisenden Fluids. Als ein
Ergebnis war die verwendete Menge des wasserabweisenden
Fluids gering. Dementsprechend war die "Überschussmenge"
klein, wodurch das Abwischen in einem kurzen Zeitraum
durchgeführt wurde.
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Bisher wurden der Beschichtungsschritt und der
Abwischschritt (Endbearbeitung) durch händische Arbeitsweise
simultan ausgeführt, wofür Können bzw. Fachwissen
erforderlich ist, und eine Nichtgleichmäßigkeit, z. B. in der Menge
des wasserabweisenden Fluids, der Anzahl der
Beschichtungsvorgänge, der Beschichtungskraft, der Häufigkeit für das
Wechseln von Papier oder dgl., usw., war unvermeidbar.
Demgegenüber sind in der vorliegenden Erfindung der
Beschichtungsschritt und der Abwischschritt getrennt und eine
vorbestimmte Menge wird beschichtet und eine vorbestimmte
Überschussmenge wird entfernt, wodurch jeder Schritt (durch
einen Roboter) automatisiert werden kann, wodurch eine
Massenproduktion durch Mechanisierung bzw. Automatisierung
möglich wurde, und es wurde möglich gemacht, einen
hochqualitativen, wasserabweisenden, dünnen Film in einer großen
Menge konstant auszubilden. Die Qualität wurde gleichförmig
gemacht und die Behandlungszeit pro Blatt wurde wesentlich
in einem derartigen Ausmaß verkürzt, daß sie 5 min beträgt,
während sie 15 bis 20 min mit dem konventionellen,
händischen Verfahren benötigte.