JP2002047435A - 表面親水化方法および親水性塗膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基材表面を親水化することができ、密着性、
耐屈曲性、耐候性、耐汚染性、防曇性に優れた、親水性
の塗膜を得る方法を提供すること。 【解決手段】 基材上に、第４級アンモニウムケイ酸
塩、および水を含む組成物を塗布し、常温または低温加
熱により硬化させ、親水性塗膜を形成する表面親水化方
法、およびこのような表面親水化方法により得られる親
水性塗膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面親水化方法お
よびこの方法により得られる親水性塗膜に関する。さら
に詳細には、コンクリートもしくはセメント系、ケイ酸
カルシウム系、その他の窯業系基材、または鉄、アルミ
ニウム、ステンレス、その他の金属材、あるいはガラ
ス、木材、石材などの基材の表面に、あるいはこれらの
基材表面に樹脂塗膜を形成した後、その表面に、第４級
アンモニウムケイ酸塩を主成分とする組成物を塗布し、
常温下または低温加熱下で乾燥・硬化させることによ
り、基材表面を親水化する方法、およびこの方法により
得られる耐汚染性、防曇性に優れた超親水性塗膜に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、建物の外壁、車両用などの屋
外で使用されるものは、雨だれなどにより汚染されやす
く、塗膜として、このような自然汚染のされにくいもの
が求められている。また、眼鏡レンズ、各種機器のカバ
ーガラス、窓ガラス、車両の風防ガラス、マスク、ヘル
メットのシールド、浴室の鏡、車両用ミラー、カーブミ
ラーなどでは、曇らず、清掃、再塗装などの特別な管理
不要なものが求められている。

【０００３】上記、基材表面の耐自然汚染性、自己浄化
性、防曇性などを向上させる目的で、親水性の塗膜を形
成させるためのコーティング方法もしくはコーティング
用組成物、または塗膜が種々提案されている。例えば、
実願平２−３８９９６号（実開平３−１２９３５７号）
のマイクロフィルムには、基材の表面にポリマー層を設
け、この層に紫外線を照射した後、アルカリ水溶液処理
することにより高密度の酸性基を生成し、これによりポ
リマー層の表面を親水性にすることで鏡に防曇性を付与
する方法が開示されている。しかし、得られるポリマー
層の表面極性は充分でなく、表面に汚染物質が付着する
ことにより、時間が経つにつれ、親水性、防曇性が失わ
れるものと考えられる。このように、密着性、耐屈曲性
に優れ、透明で且つ充分な親水性があり、耐候性、耐汚
染性などに優れた塗膜は得られていないのが現状であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の課題を背景になされたもので、安定な一液型組成
物で作業性が良く、レベリング性もあって、平滑、均一
で透明な、親水性に優れ、密着性も良く、また耐屈曲
性、耐汚染性、防曇性に優れた塗膜を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、基材上に、
（ａ）第４級アンモニウムケイ酸塩、および（ｂ）水を
含む組成物を塗布し、常温または低温加熱により硬化さ
せ、親水性塗膜を形成することを特徴とする表面親水化
方法、または、基材上に、樹脂塗膜を形成した後、上記
の組成物を塗布する表面親水化方法を提供するものであ
る。

【０００６】また、本発明は、上記の表面親水化方法に
より得られる親水性塗膜を提供するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の親水化方法に用いられ
る、基材に塗布する組成物に用いられる（ａ）第４級ア
ンモニウムケイ酸塩は、一般式（Ｒ₃ Ｎ）₂ Ｏ・ｎＳｉ
Ｏ₂ （ただし、Ｒは炭素数１以上のアルキル基であり、
ｎは１以上の整数である。）で表されるものである。

【０００８】（ａ）第４級アンモニウムケイ酸塩の具体
例としては、ジメチルエタノールアンモニウムシリケー
ト、モノメチルトリプロパノールアンモニウムシリケー
ト、ジメチルジプロパノールアンモニウムシリケート、
モノエチルトリプロパノールアンモニウムシリケートな
どの液状のシリケートが挙げられる。これら（ａ）第４
級アンモニウムケイ酸塩は、希釈した水ガラスを水素
型陽イオン交換樹脂と接触させて得た活性シリカ溶液に
第４級アンモニウム水酸化物を加え、所定の濃度まで濃
縮する方法、あるいは第４級アンモニウム水酸化物と
シリカヒドロゾルとを反応させる方法などにより、容易
に得られる。ここで、第４級アンモニウム水酸化物は、
通常、アンモニアまたはアミン類にアルキレンオキサイ
ドを付加する方法、あるいは第４級アミン塩を陰イオン
交換樹脂により脱イオンする方法などにより得られる
が、生成物中に、第３級、第２級あるいは第１級のアミ
ン類が少量含まれたものも使用することができ、それを
用いて得られる第４級アンモニウムケイ酸塩も、本発明
の組成物に使用することができる。なお、（ａ）第４級
アンモニウムケイ酸塩中には、ＳｉＯ₂ が１５〜４０重
量％の範囲で含まれていることが好ましく、さらに好ま
しくは２０〜３０重量％である。

【０００９】本発明の方法において、（ａ）〜（ｂ）成
分中の（ａ）成分の割合は、ＳｉＯ ₂ 換算で、０．５〜
１２重量％が好ましく、さらに好ましくは１〜８重量％
である。０．５重量％未満では、塗膜が薄すぎ、一方、
１２重量％を超えると、親水性塗膜が形成できなかった
り、亀裂が入ったりするので好ましくない。

【００１０】本発明の親水化方法に用いられる塗布用組
成物に使用される（ｂ）成分の水は、組成物の固形分調
整剤および反応速度調整剤として必須の成分である。水
としては、水道水、蒸留水、イオン交換水を使用でき
る。また、（ａ）成分である第４級アンモニウムケイ酸
塩からなる水性シリカゾルに含まれる水も包含される。

【００１１】このような（ｂ）水の量は、（ａ）〜
（ｂ）成分中に、好ましくは８８〜９９．５重量％、さ
らに好ましくは９２〜９９重量％である。８８重量％未
満では、相対的に固形分が多くなりすぎて、塗膜に亀裂
が入ったり、造膜できず、粉末になったりする。一方、
９９．５重量％を超えると、固形分が少なすぎて目的と
する性能が出なかったり、塗膜にならなかったりして好
ましくない。

【００１２】本発明の親水化方法に用られる塗布組成物
は、界面活性剤を含んでいてもよい。上記界面活性剤と
は、親水基と親油基を併せ持ち、界面活性作用（吸着
・ミセル形成、湿潤・浸透・濡れ性、乳化・分解）
をなし、通常の洗剤の主成分となるものである。この界
面活性剤としては、通常の界面活性剤をすべて使用する
ことができ、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性
剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤、シリコン系
界面活性剤などのいずれもが使用できる。界面活性剤を
使用する場合、組成物中の界面活性剤濃度は、好ましく
は０．０５〜１．０重量％、さらに好ましくは０．１〜
０．５重量％である。

【００１３】また、本発明に用いられる塗布組成物に
は、さらに、必要に応じてカップリング剤、合成樹脂エ
マルジョン、水溶性樹脂、各種分散剤、硬化調整剤、有
機染料や顔料などのその他の添加剤を含むことができ
る。

【００１４】本発明に用いられる塗布組成物は、（ａ）
〜（ｂ）成分、および必要とあれば、界面活性剤その他
の添加剤を混合して調製される。この際、本発明に用い
られる塗布組成物は、撹拌機、その他の分散機により分
散させ、ろ過することにより、均一な安定性の良い分散
液とすることができる。

【００１５】本発明の親水化方法の対象となる基材は、
鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属材、セメン
ト、コンクリート、ガラス、セラミックス、石材などの
無機質基材類、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、
ポリエステル樹脂などの樹脂類、木材などの有機質基材
類の表面である。また、これらの基材上に樹脂塗膜が形
成されたものを用いることもできる。このような樹脂塗
膜は、通常の樹脂塗膜でよく、例えば、アクリル・シリ
コン樹脂系塗膜、アクリル樹脂系塗膜、エポキシ樹脂系
塗膜、ポリウレタン樹脂系塗膜、アクリル・ポリエステ
ル粉体樹脂塗膜、その他の樹脂系塗膜などが用いられ
る。このような樹脂塗膜は、通常公知の方法によって基
材上に塗布、形成される。塗布は、数回に分けて行って
もよい。また、樹脂塗膜の厚みとしては、どのようなも
のでもよいが、通常、乾燥厚みで１〜３００μｍ、好ま
しくは３〜１００μｍである。

【００１６】基材への組成物の塗布には、刷毛塗り、布
またはゴム、スポンジ塗り、スプレー、ディッピング、
ロールコート、スピンコート、バーコート、印刷などの
塗装手段を用いることができる。ここで、塗布用組成物
を基材表面へ数回に分けて塗布することもできる。親水
性塗膜は、通常、乾燥厚みで０．１〜３μｍ、好ましく
は０．３〜１μｍである。０．１μｍ未満では、薄すぎ
て目的とする効果の発現が難しく、一方、３μｍを超え
ると塗膜が割れたり剥離したりして好ましくない。

【００１７】本発明においては、上記塗布用組成物を塗
布したのち、常温または低温加熱により硬化させ、親水
性塗膜を形成する。低温加熱の温度は、６０〜２００
℃、好ましくは８０〜１２０℃である。硬化時間は、常
温で１〜３時間、６０〜２００℃で１〜３０分間であ
る。また、重ね塗りによって厚膜にすることが可能であ
る。親水性塗膜は、塗布段階の〔Ｓｉ−Ｏ−ＮＨ_4-n ・
Ｒ_n ＋ＨＯ−基材〕から、硬化段階でＨ₂ Ｏが脱離し
て、〔Ｓｉ−Ｏ−基材＋Ｒ_n ・ＮＨ_3-n 〕構造となるこ
とにより、高い親水性効果を示す。

【００１８】本発明の表面親水化方法により、基材の表
面を容易に親水化することができる。さらに、得られた
親水性塗膜は、密着性がよく、耐屈曲性がよい。表面が
親水性であるため、疎水性の汚れの付着を防止すること
ができ、また、付着した汚れは洗い流されやすく、自己
浄化機能を有し、雨だれ汚染のような屋外自然汚染がさ
れにくい。従って、建物の外壁、車両用としても最適で
ある。また、便器に用いれば汚れにくいものを得ること
ができる。また、表面が親水性なので、防曇性があり、
かつ透明なので眼鏡レンズ、各種機器のカバーガラス、
窓ガラス、車両の風防ガラス、マスク、ヘルメットのシ
ールド、浴室の鏡、車両用ミラー、カーブミラーの曇り
止めとして使用することができる。このように、本発明
の方法により、従来充分に対応できなかった種々の用途
に使用することができる親水性塗膜を作ることができ
る。

【００１９】

【実施例】以下、実施例を挙げ本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明は、特許請求の範囲を越えない限
り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実
施例中、部および％は、特に断らないかぎり重量基準で
ある。

【００２０】参考例１〜４ 表１に示すＡ〜Ｄの４種類の塗布用組成物を作製した。
上記組成物は、攪拌タンクに、表１に示す（ａ）、
（ｂ）成分、さらに必要に応じて（ｃ）、（ｄ）成分を
入れ、軽く攪拌したのち、ろ過して作製した。

【００２１】なお、表１中の記号は以下のものを表わ
す。 （ａ）−１；第４級アンモニウムケイ酸塩（株）日板研
究所製、ＮＳ−２５（ＳｉＯ₂ 濃度＝約２５％） （ａ）−２；第４級アンモニウムケイ酸塩（株）日産化
学工業（株）製、キャス２５（ＳｉＯ₂ 濃度＝約２５
％） （ｂ）イオン交換水 （ｃ）シリコン系界面活性剤（楠本化成（株）社製、商
品名ディスパロン） （ｄ）シリコンカップリング剤（信越化学工業（株）社
製、商品名ＫＢＥ６０３）

【００２２】

【表１】

【００２３】実施例１〜６（評価試験用テストピースの
調製） 参考例１〜４で調製した塗布用組成物を、表２に示す各
種の基材に塗布し、硬化処理を行い、評価試験用テスト
ピースを調製した。テストピースの大きさは、１００×
１００（ｍｍ）であった。実施例５で、鏡表面に塗布し
た親水性塗膜は、実用上全く問題のない透明性を有して
いた。なお、実施例１〜３は、射出成形テストピース上
に表２に示す樹脂塗膜をコートしたものである。樹脂塗
膜の材質は、それぞれ、アクリル・シリコン系樹脂、ポ
リウレタン系樹脂、アクリル・ポリエステル系樹脂であ
った。また、ポリカーボネート板は、射出成形テストピ
ースを使用し、ステンレス板 (304)は、鏡面を使用し
た。また、基材中、金属はアルカリ脱脂処理、樹脂はフ
レーム処理、その他は清浄化処理を、それぞれ塗布用組
成物塗布前の下地処理として行った。加熱には電気オー
ブンを使用した。塗布用組成物の塗布回数、塗布方法、
硬化条件を表２に示す。 比較例１〜６ 実施例１〜６で使用した基材および基材に樹脂塗膜をコ
ートしたものを、比較例１〜６の評価試験用テストピー
スとして使用した。

【００２４】

【表２】

【００２５】水の接触角（親水性） 実施例１〜６、比較例１〜６で得られたテストピースの
表面の水の接触角を接触角計（協和界面科学（株）製）
を用いて測定した結果を表３に示す。本発明の方法で得
られたテストピースの接触角は、いずれも親水性塗膜を
設ける前に比べ小さく、本発明の方法により、基材の表
面が親水化されたことがわかる。

【００２６】色差ΔＥ（耐汚染性） 実施例１〜６、比較例１〜６で得られたテストピースを
用いて雨だれ曝露試験機（スガ試験機（株）製）によ
り、３カ月間曝露した後、テストピースを取り出し、こ
のテストピースの色差を測定して、耐汚染性を調べた。
結果を表３に示す。実施例のテストピースは、色差が小
さく、耐汚染性が優れていることがわかる。なお、実施
例５は基材としてガラス鏡を使用しており、目的が異な
るため、評価しなかった。また、得られたテストピース
を、道路沿いの屋外に垂直に設置して、４か月間の曝露
試験を行った。その結果、実施例１、３、６のテストピ
ース１−１、３−１、６−１は、非常に汚れにくく、汚
れがついていなかった。一方、比較例のテストピース１
−２、３−２、６−２は、汚泥、汚染が非常に激しく、
曝露試験前は白色であったテストピース表面が、汚れの
ため黒暗色となっていた。

【００２７】

【表３】

【００２８】密着性試験 表４に示すテストピースについて、ＪＩＳ Ｋ５４００
−８．５．２碁盤目試験に準拠して、クロスカット後セ
ロテープ（登録商標）剥離を行い密着性試験を行った。
また、クロスカットして水道水２４時間浸漬後、クロス
カットして促進耐候性試験５００時間後のそれぞれのテ
ストピースについても同様の密着性試験を行った。促進
耐候性試験の条件は、ＪＩＳ Ｋ５４００−９．８．１
サンシャインウェザーメーター試験である。結果を表４
に示す。なお、１００／１００は、碁盤目１００単位
中、剥離試験後１００単位が残っていることを示す。本
発明の方法により形成された親水性塗膜は密着性が非常
によく、また、耐候性にも優れていることがわかる。

【００２９】

【表４】

【００３０】防曇性 実施例５のテストピース５−１および比較例５のテスト
ピース５−２を用いて防曇性試験を行った。室温、湿度
５５ＲＨ％雰囲気下で、テストピースに、約３０ｃｍの
距離で、約９０℃の蒸気を５秒間かけ、曇りが完全に消
滅する時間を測定した。結果を表５に示す。本発明の親
水化方法により得られた実施例５のテストピース（５−
１）は、本発明の親水化方法を施していない比較例５の
テストピース（５−２）に比べ、防曇性に優れているこ
とがわかる。

【００３１】

【表５】

【００３２】

【発明の効果】本発明の方法によれば、基材表面を親水
化することができ、得られた親水性塗膜は、密着性、耐
屈曲性、耐候性、耐汚染性、防曇性に優れる。そのた
め、建物の外壁、車両塗装などの汚染防止、自己浄化、
眼鏡レンズ、各種機器のカバーガラス、窓ガラス、車両
の風防ガラス、マスク、ヘルメットのシールド、浴室の
鏡、車両用ミラー、カーブミラーなどの曇り防止に好適
に使用できる。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F100 AA01B AB04 AH03B AH06B AK01C AK25 AK25J AK41 AK41J AK45 AK51 AK51J AK52 AK52J AL01 AT00A BA02 BA03 BA07 BA10A BA10B CC00B CC00C GB07 GB32 JB05B JL06 JL07 JL09 JL11 JM02B 4H020 BA32 BA34 4J038 AA011 HA451 MA08 NA05 NA06 PA19 PC02 PC03 PC04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材上に、（ａ）第４級アンモニウムケ
   イ酸塩、および（ｂ）水を含む組成物を塗布し、常温ま
   たは低温加熱により硬化させ、親水性塗膜を形成するこ
   とを特徴とする表面親水化方法。
2. 【請求項２】 基材上に、樹脂塗膜を形成した後、組成
   物を塗布する請求項１記載の表面親水化方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２の表面親水化方法によ
   り得られる親水性塗膜。