JP2002533233A - 機能的な、特に疎水性の、メソ多孔質被覆を有するガラス - Google Patents
機能的な、特に疎水性の、メソ多孔質被覆を有するガラスInfo
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Abstract
Description
耐雨性/耐付着性効果を得る目的のために疎水性/疎油性の性質、でなければ親
水性/親油性の性質、または光触媒特性、を付与されており、これはそれぞれ防
曇/防霜および耐汚染効果、または他の性質:芳香、等と関連する。この目的の
ために、このような基体は、たとえば、航空、海上、陸上(鉄道および道路)輸
送乗物のため、建築物(窓)のため、都会の調度(urban furnitu
re)(ディスプレイパネル、バス遮蔽物(shelters)、等)もしくは
インテリアデザイン(装飾パネル、家具)、家庭電化製品(冷蔵庫およびオーブ
ンのドア、ショーケース、ガラス−セラミックプレート)、台所道具、衛生陶器
類(洗面台、バスタブ等)、建設材料等のため、のガラスのような種々の用途の
情況内で被覆を備える。
ガラス−セラミック、金属、プラスチック(ポリメチルメタクリレート(PMM
A)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリカーボネート(PC)、もしくは
ポリウレタン(PU),熱可塑性エチレン/酢酸ビニルコポリマー(EVA)、
ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT
)、ポリカーボネート/ポリエステルコポリマー、エチレン/ノルボルネンもし
くはエチレン/シクロペンタジエン型のシクロオレフィンコポリマー、イオノマ
ー樹脂、たとえば、ポリアミン、熱硬化性もしくは熱架橋性ポリマー、たとえば
ポリウレタン、不飽和ポリエステル(UPE)、エチレン/酢酸ビニルコポリマ
ー等、により中和されたエチレン/(メタ)アクリル酸コポリマー)またはこれ
らの物質のいくつかの組み合わせからなる。
形成するために基体に付着しないことを意味する。この性を有する基体は、いか
なる種類のちりもしくはほこり、指跡、虫等を保持する性質をほとんど有してい
ない。
、基体を通した視界を減損するとともに基体の透明性を低下をもたらす。水およ
びほこりは、基体が輸送分野に使用されるときに、特に迷惑である。
接触角が高く、たとえば水の場合には少くとも90度であることを意味する。し
たがって、もし基体が傾斜しているか、または動いている乗物の場合の空気力学
の力の作用のために、液体は単に重力下の基体上で、滴の形態で容易に流れ去り
やすい。この疎水性/疎油性の性質を付与するこのような公知の化学物質は、た
とえば、特許出願EP0492417、EP0492545、EP067277
9に記載されるようなフルオロアルキルシランである。
トリアルコキシシランであり、そのアルキル基は少くとも1つの過フッ素化末端
基を有し、すなわちF3 C−(CF2 )n 基からなり、nは正の整数もしくは0
であり、特許出願EP0719743に記載されている。
して公知の方法で付着される。
性の問題である。これは耐久性が侵食(erosion)により影響を受けるた
めであり、基体が透明である場合、基体による十分な視界を回復するために、た
とえば定期的に基体を洗浄す不可欠の作業の間にある程度必然的に生じる。この
ように、特にフロントガラスワイパーの作用により生じる前述の型の、疎水/疎
水性被覆の進行する除去速度を遅らせることが絶えず努力されているが、加えて
、なおさら除去はそれ自体で紫外線放射による劣化をもたらしうる。
るためにこれまで探求されてきた。これらの解決法は両方とも基体への被覆接着
力を増加させることからなる。
はテトラアルコキシシラン型のプライマーを用いる予備処理による基体調製を勧
める。
り、または化学エッチングのような種々のエッチング法もしくは砂吹きにより、
たとえば1〜10μmの大きさを有する凹凸をもつ基体表面を先に創り出すこと
を提案する。
させることに格別の困難は、あらゆる場合にも存在しないことが具体的に述べら
れている;これは、いったん簡単に洗浄されるとその古い被覆についてなされう
る。しかし、この作業をできる限り遅らせるのが、なお有利であることは明らか
である。
メソ多孔質膜に結合されていることを特徴とするメソ多孔質膜で被覆された基体
である。
う用語は1.2〜40nm、特に1.2〜20nmの大きさの細孔(pores)を
いう。特に、メソ多孔質層への疎水性/疎油性分子のグラフト(graftin
g)は疎水性/疎油性機能は、厳しい侵食条件下でさえも、時間が経っても著し
く永続性があることが驚くべきことに見出された。下記の優れた性能は少くとも
4つの特性の組合せに由来すると考えられる。
好な接着力; 3)メソ多孔質被覆の良好な磨耗抵抗性;ならびに 4)疎水性/疎油性分子の、時間とともに互い違いにされる解放と活性化。
を有し、基体にガラスに使用されうる規格を充たさせる。
ソ多孔質膜に結合されうる。
言及されるが、たとえば、(メタ)アクリルポリ酸、もしくはそれをナトリウム
、カリウム、セシウム等で少くとも部分的に塩化されたもの、ノニオン界面活性
剤、ヒドロキシプロピルセルロースのようなセルロースエステル、キトサンおよ
びキチン誘導体、ポリメタクリレート、ポリビニルアルコールおよびポリ酢酸ビ
ニル、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアクリルアミド、ポリ(N、N−ジメ
チルアクリルアミド)、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、ポリエチレ
ングリコール、ポリプロピレングリコール、ヒドロキシもしくはメトキシ末端官
能基を有するポリオキシエチレン、塩酸ポリアリルアミン、多糖類、(分枝)デ
キストラン、ポルラン(線状多糖)、ポリ(スチレンカルボン酸)およびその塩
、ポリ(スチレンスルホン酸)、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリビニ
ルブチラール、ポリ(2−ビニル−N−メチルピリジニウムヨウ化物)、ポリ(
4−ビニル−N−メチルピリジニウムヨウ化物)、ポリ(2−ビニルピリジン)
、ポリ(2−ビニル−ピリジニウム臭化物)、ポリビニルピロリドン、種々の上
述のポリマーの初期化モノマーから得られるコポリマー、および特定のブロック
コポリマー、あるチタン化合物、たとえばテトライソプロピルもしくはテトライ
ソブチルチタン化合物であり、たとえばアセチルアセトナート、四塩化チタン等
によりおそらく安定化されている、が挙げられる。
結合させることも可能である。
び/または含侵を含む。
。それは単一のシート、または数枚のシートを結合されて形成される積層体であ
ってもよく、さもなければ、メソ多孔質を受けるように意図されたその表面が平
滑であるか、一般的に(必要ではない)平らである固体物であってもよい。
ミックである。ガラス、特に、従来組成、おそらく硬化もしくは強じん化された
、ホウケイ酸アルミニウムおよびホウケイ酸ナトリウムまたは他の組成、のフロ
ート法ガラスを使用するのが好適である。この場合、本発明は膜とメソ多孔質膜
の間に、またはメソ多孔膜を担持する側と反対のガラスシート側に、ガラスのた
めの一般的な機能層、すなわち、反射防止多層、もしくは反対に反射層、電気伝
導層、装飾層、低放射率のような熱的性質を有する層、等を配置することを決し
て排除するものではない。
あり、元素:Si、W、Sb、Ti、Zr、Ta、V、Pb、Mg、Al、Mn
、Co、Ni、Sn、Znの少くとも1つを含む少くとも1つの化合物からなる
。
あるチタン化合物を含む化学分子の上述の記載に関して、メソ多孔質膜自体がチ
タンにもとづき、特に二酸化物TiO2 の形態のときには、有機残渣(耐汚染性
)を光触媒的に分解する能力とともに親水性/親油性を示し、これは化学分子と
の結合がない場合である、ことが注目されるべきである。しかし、あるチタン化
合物のこの種類のメソ多孔質膜への結合は、上述の対応する機能の耐久性を多か
れ少かれ増加する能力を有する。
(periodic lattice)を有する。すなわち、メソ多孔質膜は、
少くとも20nmの寸法で特徴づけられるがランダムに配合されている、多数の同
一の形状を含む。この特徴的な寸法は、干渉性回折(coherent dif
fraction)の領域の寸法に対応し、X線回折図の主要ピークの幅に関す
るScherrerの式から公知の方法で推論されうる。メソ多孔質格子の比較
的大きい規模での周期性の利点は、指示された態様で、たとえば基体にすべて垂
直に、または基体に平行に、特に後者の場合に、電気伝導性被覆を得るために、
多孔質領域を配向させる(上述の個々の特徴に応じて)ことが可能であることで
ある。
る。たとえば、それは出願FR2695117に記載されるように化学量論的お
よび/またはドープされた金属酸化物からなる。
、インジウムドープされた酸化亜鉛(In:Zn O)、フッ素ドープされた酸化
亜鉛(F:Zn O)およびフッ素ドープされた酸化スズ(F:Sn O2 )である
。それらの電気伝導性に加えて、これらの材料は赤外における反射特性、特に低
放射率特性を有するとして記載されている。しかし、電気を伝導するメソ多孔質
膜の能力は、本発明の範囲内で、帯電防止機能、すなわち静電荷を消散させ、局
部的に静電荷が高まるのを防止する能力、を付与することを主として目的とし、
そして比較的少ない範囲で加熱フィルムを特に窓を防霜および防曇するために構
成することを目的とする。使用されうるもう1つの電気伝導性物質はアンチモン
ドープされた酸化スズSb:Sn O2 (アンチモンは5価もしくは3価である)
。
に0.05〜5μmである。
すでに記述されている。
つの前駆体から形成される組成物と接触されること; ・前駆体は有機集合基(organic assembling group
s)のまわりに沈殿し、その分子が成長すること;ならびに、ついで ・有機集合基は、たとえば仮焼もしくは酸性化エタノールで抽出することによ
り、除去されること、 を含む。
多孔質膜と、溶液もしくはそれを含むガスの形態で次いで接触されることである
。
ることで注目すべきである。この径は有機集合基の適切な選択、すなわち、たと
えば、それらを構成する炭素鎖の比較的長いか短い長さ、により調節されうる。
疎水性/疎油性分子を、示されたように形成されたメソ多孔膜と接触させること
から得られる、基体の疎水性/疎油性機能の耐久性は優れている。
多孔膜の接着を促進するため、および/またはこの接着のもっと十分な品質を単
に得るために、プライマー層を挿入することが勧められ得、または必要でさえあ
りうる。この目的のために、メソ多孔質物質の前駆体を含む組成物と基体が接触
される前に、該組成物のpH以上の等電電位を有する層が基体上に堆積される。
性剤分子のミセルからなり、メソ多孔質物質の前駆体がケイ素アルコキシドであ
り、そしてそれらは溶液であり、おそらく加水分解された形態である方法である
。
あり、メソ多孔質物質の前駆体は酸性媒体、Si(OH)4 中で加水分解により
得られる形態で溶液中にあり、その界面活性剤/Siモル比は10-4〜0.5で
ある。この組合わせはメソ多孔質膜を得るための1組の最適条件を構成する;こ
の組合わせはミセルの形状に好ましい影響を有すると推洽されるが、これらは現
時点では完全には理解されていない複合エネルギー変性(complex en
ergy modifications)を頼りにする。
有機集合基を選択することにより上述のすべての値の範囲内でメソ多孔質膜の細
孔径を変化させる可能性である。このように、これらに関して、アニオン界面活
性剤、ノニオン界面活性剤、両親媒性分子、たとえばブロックコポリマー等が使
用されうる。
り、その透明な表面の少くとも1部が上述の基体からなる。
つの試料上に堆積された。
原子間力顕微鏡(atomic force microscopy)で測定さ
れた、層厚さは約5nmであった。
および10-4MのAl(NO3 )3 60mlを含む溶液に添加された。ついでガラ
ス基体は撹拌溶液中に置かれ、15分間放置された。試料は10-2MのKNO3
溶液で洗浄され、窒素で乾燥された後に、150℃の炉内に1時間、置かれた。
ついで、水での洗浄により、基体上のKNO3 結晶は除去された(アルミナの等
電電位は9であり、後で堆積される、メソ多孔質膜を形成するための出発組成物
のpHより大きい。)。
びエタノールの各モル比1/10/6の混合物が室温で18時間撹拌された。つ
いで、溶液の最初の量の半分が蒸発するまで1mbarの真空下でエタノールが部分
的に蒸発された。主にケイ酸(Si(OH)4 )および水からなる無色の透明溶
液が得られた。
溶液中で直接に溶解された。その界面活性剤は、モル比r=CTAB/Siが0
.1となるような量で供給された、セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)
であった。その両親媒性の性質を付与されて、界面活性剤は超分子構造(sup
ramolecular structures)もしくはミセルを形成した。
−C照射に表面を露光することにより清浄化されたが、これは存在する炭素質汚
染物を酸化して除去する効果を有する。
ートにより各試料上に堆積された。この方法において、試料は堆積の間、高速回
転される:このスピンコート操作は加速度1500rpm/s、速度2500r
pmおよび回転時間30秒で特徴づけられる。
することにより各試料中の膜から抽出された3つの試料上でこのように形成され
た膜は透明でメソ多孔質であり、試料の端にそって動かすことにより原子間力顕
微鏡で測定された厚さは約1μmであった。多孔質格子は、なかんずく加熱/仮
焼操作の間に発生したとみられる収縮を考慮すると、CTABミセルの除去によ
り残された空隙の容積に相当した。平均細孔径は約3nmであった。
た。
評価された:これは105度であった。
500gの力を付加してCS10F研削砥石の100回転)後に水との接触角を
測定することにより評価された。結果の82度は良好な磨耗抵抗性に相当する。
。グラフト化ジエチルクロロシラン分子のSi−H基はついでKarsted触
媒の存在下で、数平均分子量Mn2500および12500をそれぞれ有するジ
ビニル末端ポリジメチルシロキサンとヒドロシリル化反応するために得られた。
Mn=12500)の各々は、むきだしのシリカ−ソーダ−石灰フロートガラス
、すなわちメソ多孔質被覆のない、試料上に別々にグラフト化された。グラフト
は上述のように実行された。
下の表に示される。
疎油性の性質を保持するのを助けることが明らかである。
ロントガラスのような窓に使用されうる基体を利用させるものである。特に、基
体はその外側表面を形成し得、とくにフロントガラスのワイパーもしくは他の研
磨手段が用いられるときに、その疎水性/疎油性被覆の優れた耐久性は特にこの
目的のためにそれを意図する。
Claims (12)
- 【請求項1】 化学分子がメソ多孔質膜に結合されていることを特徴とする
、メソ多孔質膜で被覆された基体。 - 【請求項2】 基体がガラス物質もしくはプラスチックでつくられている請
求項1記載の基体。 - 【請求項3】 基体がガラスでつくられている請求項2記載の基体。
- 【請求項4】 メソ多孔質膜が元素:Si、W、Sb、Ti、Zr、Ta、
V、Pb、Mg、Al、Mn、Co、Ni、Sn、Zn、Inの少くとも1つを
含む少くとも1つの化合物にもとづく請求項1記載の基体。 - 【請求項5】 メソ多孔質膜が少くとも20nmの大きさの領域の規模で周期
格子を有することを特徴とする請求項4記載の基体。 - 【請求項6】 メソ多孔質膜が電気的に伝導性であることを特徴とする請求
項4もしくは5記載の基体。 - 【請求項7】 該化学分子が疎水性/疎油性であり、そして: a)シリコーンならびに b)式: 【化1】 を充たす化合物 (ここで:・m=0〜15; ・n=1〜5; ・p=0.1もしくは2; ・Rは線状もしくは分枝アルキル基または水素原子; ・Xは、ハロゲン、アルコキシ、アセトキシ、アシロキシ、アミノ もしくはNCO基のような加水分解しうる基である; ・p′=0、1、2もしくは3。) からなる群より選ばれることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の基
体。 - 【請求項8】 ・基体を、有機集合基から、およびメソ多孔質膜を構成する
物質の少くとも1つの前駆体から形成される組成物と接触させること; ・前駆体を有機集合基のまわりに沈殿させ、前駆体の分子を成長させること; ならびに、ついで ・有機集合基を除去すること、 を含む請求項1記載の基体の製造方法であり、疎水性/疎油性分子のような化学
分子が、それらを含む溶液もしくはガスの形態で、メソ多孔質膜と接触される、
ことを特徴とする方法。 - 【請求項9】 基体を該組成物と接触させる前に、該組成物のpH以上の等電
電位を有する層が基体上に堆積されることを特徴とする請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 有機集合基がカチオン界面活性剤分子のミセルからなり、
前駆体がケイ素アルコキシドであり、そしてそれらは溶液であり、おそらく加水
分解された形態である、ことを特徴とする請求項8記載の方法。 - 【請求項11】 カオチン界面活性剤がセチルトリメチルアンモニウム臭化
物であり、該前駆体が酸性媒体、Si(OH)4 中で加水分解により得られる形
態で溶液中にあり、そして界面活性剤/Siモル比が10-4〜0.5である、こ
とを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 建築物もしくは輸送用乗物のためのガラスであり、その透
明な表面の少くとも1部が請求項1〜7のいずれかに記載の基体からなるガラス
。
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