JP2003147339A - 超撥水材およびその製造方法 - Google Patents
超撥水材およびその製造方法Info
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- JP2003147339A JP2003147339A JP2001352320A JP2001352320A JP2003147339A JP 2003147339 A JP2003147339 A JP 2003147339A JP 2001352320 A JP2001352320 A JP 2001352320A JP 2001352320 A JP2001352320 A JP 2001352320A JP 2003147339 A JP2003147339 A JP 2003147339A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 長期間の超撥水性を有する超撥水材およびそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 表面形状が、凹凸の周期が２０μｍ以上
２ｍｍ以下、ラフネスファクターが１．４以上である一
方向のみに溝が連続して形成された基材に、周期が１０
ｎｍ以上２００ｎｍ以下の等方的な凹凸構造が形成され
た撥水層を形成することを特徴とする超撥水材を提供す
る。また、好ましい態様においては、前記基材の溝方向
と垂直な方向の断面形状が、三角山形の凸条またはＶ字
溝からなる凹条が連結された形状であり、凸部および凹
部の頂角が９０°以下である。さらに好ましい態様にお
いては、前記撥水層を、微粒子、疎水性樹脂が揮発後の
重量分率でそれぞれ２０〜９９％、１〜８０％となるよ
うに溶媒中に分散させて作製した撥水剤を塗布すること
により形成させる。
の製造方法を提供する。 【解決手段】 表面形状が、凹凸の周期が２０μｍ以上
２ｍｍ以下、ラフネスファクターが１．４以上である一
方向のみに溝が連続して形成された基材に、周期が１０
ｎｍ以上２００ｎｍ以下の等方的な凹凸構造が形成され
た撥水層を形成することを特徴とする超撥水材を提供す
る。また、好ましい態様においては、前記基材の溝方向
と垂直な方向の断面形状が、三角山形の凸条またはＶ字
溝からなる凹条が連結された形状であり、凸部および凹
部の頂角が９０°以下である。さらに好ましい態様にお
いては、前記撥水層を、微粒子、疎水性樹脂が揮発後の
重量分率でそれぞれ２０〜９９％、１〜８０％となるよ
うに溶媒中に分散させて作製した撥水剤を塗布すること
により形成させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超撥水性を有する固
体表面を簡便に作製する技術に関する。
体表面を簡便に作製する技術に関する。
【０００２】
【従来技術】近年、水との接触角が極めて高い撥水性
（超撥水性）を示す表面が知られるようになり注目され
ている。超撥水は学術上の定義はなく、一般に水接触角
が１５０°以上の表面、材料、状態等を指す。このよう
な高度な撥水性は低エネルギー表面に表面粗さを付与す
ることにより実現され、固体と水との接触面積を著しく
小さくすることができることから、水を介した各種の化
学反応の進行や化学結合の形成を抑えることができる。
このため着雪雨滴防止、汚れ防止、防錆、電気絶縁性な
ど様々な目的に対して、従来の平滑面から得られる、接
触角１００〜１１０°程度の撥水性表面に較べ極めて高
い効果が期待できる。そしてその適用範囲は、自動車や
新幹線等の乗り物の外装、船底塗料、外灯、台所及び台
所用品、浴室や洗面所とその用品、漁業用網、ブイ、歯
科用品、電気機器、住宅の床や外装、玄関ドア及びノ
ブ、屋根、プール及びプールサイド、橋脚、門扉、ポス
ト、ベンチ、鉄塔、アンテナ、電線、ガレージ、テン
ト、傘、レインコート、スポーツ用品およびスポーツ衣
料、ヘルメット、靴や鞄などの皮革製品、カメラ、ビデ
オ、紙、スピーカー等の屋外拡声器や音響機器、カーテ
ン、絨毯、ガソリンスタンド等の注油ノズル、精油所等
の化学プラント、金属製工具類、釘やネジ、バケツ類
等、広範囲に及ぶ。
（超撥水性）を示す表面が知られるようになり注目され
ている。超撥水は学術上の定義はなく、一般に水接触角
が１５０°以上の表面、材料、状態等を指す。このよう
な高度な撥水性は低エネルギー表面に表面粗さを付与す
ることにより実現され、固体と水との接触面積を著しく
小さくすることができることから、水を介した各種の化
学反応の進行や化学結合の形成を抑えることができる。
このため着雪雨滴防止、汚れ防止、防錆、電気絶縁性な
ど様々な目的に対して、従来の平滑面から得られる、接
触角１００〜１１０°程度の撥水性表面に較べ極めて高
い効果が期待できる。そしてその適用範囲は、自動車や
新幹線等の乗り物の外装、船底塗料、外灯、台所及び台
所用品、浴室や洗面所とその用品、漁業用網、ブイ、歯
科用品、電気機器、住宅の床や外装、玄関ドア及びノ
ブ、屋根、プール及びプールサイド、橋脚、門扉、ポス
ト、ベンチ、鉄塔、アンテナ、電線、ガレージ、テン
ト、傘、レインコート、スポーツ用品およびスポーツ衣
料、ヘルメット、靴や鞄などの皮革製品、カメラ、ビデ
オ、紙、スピーカー等の屋外拡声器や音響機器、カーテ
ン、絨毯、ガソリンスタンド等の注油ノズル、精油所等
の化学プラント、金属製工具類、釘やネジ、バケツ類
等、広範囲に及ぶ。
【０００３】超撥水状態を得るためには粗さの付与によ
る撥水性の強調が必須条件である。固体平滑表面の液体
に対するマクロなぬれ性は一般にYoungの式により以下
のように記述される。
る撥水性の強調が必須条件である。固体平滑表面の液体
に対するマクロなぬれ性は一般にYoungの式により以下
のように記述される。
【０００４】
【数１】
【０００５】γsv、γsl、γlvは固体-気体、固体-液
体、液体-気体間の表面（界面）自由エネルギーでθは
接触角である。粗さを付与した表面におけるぬれでは固
体の表面エネルギーの寄与が大きくなり親水性のものは
より親水的に、撥水性のものはより撥水的になる。Wenz
el [R. N. Wenzel, J. Phys. Colloid Chem., 53, 1466
(1949)]は以下のような式を提示し、不均一固体表面で
のぬれを表記した。
体、液体-気体間の表面（界面）自由エネルギーでθは
接触角である。粗さを付与した表面におけるぬれでは固
体の表面エネルギーの寄与が大きくなり親水性のものは
より親水的に、撥水性のものはより撥水的になる。Wenz
el [R. N. Wenzel, J. Phys. Colloid Chem., 53, 1466
(1949)]は以下のような式を提示し、不均一固体表面で
のぬれを表記した。
【０００６】
【数２】
【０００７】θとθ'はそれぞれ平滑面と粗面での接触
角であり、rは表面の粗さにより大きくなった実際の表
面積を見かけの表面積で割ったものでラフネスファクタ
ーと呼ばれる。Cassie [A. B. D. Cassie, Discuss. Fa
rady Soc., 3, 11 (1948)] は液体との界面を固体と気
体の複合相とし、それぞれの相からの寄与率が面積分率
に依存すると仮定し、気体と水との接触角が180°と近
似できることを考慮して固液界面に空気が噛み込むこと
による撥水性を以下のような式で記述した。
角であり、rは表面の粗さにより大きくなった実際の表
面積を見かけの表面積で割ったものでラフネスファクタ
ーと呼ばれる。Cassie [A. B. D. Cassie, Discuss. Fa
rady Soc., 3, 11 (1948)] は液体との界面を固体と気
体の複合相とし、それぞれの相からの寄与率が面積分率
に依存すると仮定し、気体と水との接触角が180°と近
似できることを考慮して固液界面に空気が噛み込むこと
による撥水性を以下のような式で記述した。
【０００８】
【数３】
【０００９】f1 、θ1 はそれぞれ液体との界面での固
体の面積分率と、平滑固体表面での接触角である。John
son Jr. とDettre [R. E. Johnson Jr, and R. H. Dett
re.Adv.Chem.Ser., 43, 112 (1963)]はサインカーブの
振幅と波長で規定される理想系での粗さをベースにした
接触角の理論計算を実施しており、平滑撥水面に表面粗
さが加わるとまずWenzelモードで撥水性が上昇し、ラフ
ネスファクターが1.8程度をの粗さを越えたところから
固体液体界面に空気を噛み込むようになってCassieモー
ドに連続的に移行することを示した。
体の面積分率と、平滑固体表面での接触角である。John
son Jr. とDettre [R. E. Johnson Jr, and R. H. Dett
re.Adv.Chem.Ser., 43, 112 (1963)]はサインカーブの
振幅と波長で規定される理想系での粗さをベースにした
接触角の理論計算を実施しており、平滑撥水面に表面粗
さが加わるとまずWenzelモードで撥水性が上昇し、ラフ
ネスファクターが1.8程度をの粗さを越えたところから
固体液体界面に空気を噛み込むようになってCassieモー
ドに連続的に移行することを示した。
【００１０】例えば、特公平７−１９７０１７号公報に
は、表面の少なくとも一部に、大きい周期の凹凸構造が
形成されその凹凸構造が前記周期より小さい周期の凹凸
構造を有し、その表面積倍増因子が５以上である撥水表
面を有する固体およびその生成方法が記載されている。
凹凸の周期が１ｍｍ以下１０ｎｍ以上、凹凸の形成方法
としては、機械加工、電気めっき等の化学反応処理、結
晶析出、粒子を凝集させる等が開示されている。
は、表面の少なくとも一部に、大きい周期の凹凸構造が
形成されその凹凸構造が前記周期より小さい周期の凹凸
構造を有し、その表面積倍増因子が５以上である撥水表
面を有する固体およびその生成方法が記載されている。
凹凸の周期が１ｍｍ以下１０ｎｍ以上、凹凸の形成方法
としては、機械加工、電気めっき等の化学反応処理、結
晶析出、粒子を凝集させる等が開示されている。
【００１１】また例えば、特開平７−２０６４７５号公
報には、表面上に複数個の凹部および凸部を交互に繰返
し形成し、該表面を撥水性材料からなる撥水成膜により
被覆した撥水性層担持部材において、上記撥水性膜によ
り被覆された凹部または凸部のピッチが２０μｍから１
５０μｍまでの範囲にあり、該ピッチに対する凹部の深
さまたは凸部の高さの比が０．３以上であり、さらに各
凸部の頂部を結ぶことによって得られる仮想表面の表面
粗さが５００μｍ以下であるように凹部および凸部を形
成した撥水性層担持部材が記載されている。
報には、表面上に複数個の凹部および凸部を交互に繰返
し形成し、該表面を撥水性材料からなる撥水成膜により
被覆した撥水性層担持部材において、上記撥水性膜によ
り被覆された凹部または凸部のピッチが２０μｍから１
５０μｍまでの範囲にあり、該ピッチに対する凹部の深
さまたは凸部の高さの比が０．３以上であり、さらに各
凸部の頂部を結ぶことによって得られる仮想表面の表面
粗さが５００μｍ以下であるように凹部および凸部を形
成した撥水性層担持部材が記載されている。
【００１２】表面粗さを増し、ラフネスファクターを増
加させるというのが撥水性を強調するためにの必然的な
手法であり、その粗さの付与は、平面方向に関しては、
均一、等方的に行うというのが一般的な手法であった。
加させるというのが撥水性を強調するためにの必然的な
手法であり、その粗さの付与は、平面方向に関しては、
均一、等方的に行うというのが一般的な手法であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】撥水性を強調するため
に、平面方向に関して、均一、等方的に表面粗さを増
し、ラフネスファクターの値を大きくすると、その構造
は極めて脆いものとなり、物理的な摺動、摩擦、衝撃に
耐え得る構造を維持することができなかった。そのため
長期間の撥水性を維持することが困難であった。
に、平面方向に関して、均一、等方的に表面粗さを増
し、ラフネスファクターの値を大きくすると、その構造
は極めて脆いものとなり、物理的な摺動、摩擦、衝撃に
耐え得る構造を維持することができなかった。そのため
長期間の撥水性を維持することが困難であった。
【００１４】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、長期間の超撥水性を有す
る超撥水材およびその製造方法を提供することである。
で、その目的とするところは、長期間の超撥水性を有す
る超撥水材およびその製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
すべく、表面形状が、凹凸の周期が２０μｍ以上２ｍｍ
以下、ラフネスファクターが１．４以上である一方向の
みに溝が連続して形成された基材に、周期が１０ｎｍ以
上２００ｎｍ以下の等方的な凹凸構造が形成された撥水
層を形成することを特徴とする超撥水材を提供する。上
記超撥水材は、基材の表面形状の一方向のみに溝を連続
して形成させることで、機械的強度が向上し、かつ高い
撥水性を維持させることが可能となる。
すべく、表面形状が、凹凸の周期が２０μｍ以上２ｍｍ
以下、ラフネスファクターが１．４以上である一方向の
みに溝が連続して形成された基材に、周期が１０ｎｍ以
上２００ｎｍ以下の等方的な凹凸構造が形成された撥水
層を形成することを特徴とする超撥水材を提供する。上
記超撥水材は、基材の表面形状の一方向のみに溝を連続
して形成させることで、機械的強度が向上し、かつ高い
撥水性を維持させることが可能となる。
【００１６】本発明の好ましい態様においては、前記基
材の溝方向と垂直な方向の断面形状が、三角山形の凸条
またはＶ字溝からなる凹条が連結された形状であり、凸
部および凹部の頂角が９０°以下である。上記基材を用
いることでより低いラフネスファクターで高い撥水性を
維持させることが可能となり、より機械的強度が優れ
る。
材の溝方向と垂直な方向の断面形状が、三角山形の凸条
またはＶ字溝からなる凹条が連結された形状であり、凸
部および凹部の頂角が９０°以下である。上記基材を用
いることでより低いラフネスファクターで高い撥水性を
維持させることが可能となり、より機械的強度が優れ
る。
【００１７】本発明の好ましい態様においては、前記撥
水層を、微粒子、疎水性樹脂が揮発後の重量分率でそれ
ぞれ２０〜９９％、１〜８０％となるように溶媒中に分
散させて作製した撥水剤を塗布することにより形成させ
る。上記撥水剤を用いて撥水層を形成させることでより
高い撥水性を簡便に付与させることが可能となる。
水層を、微粒子、疎水性樹脂が揮発後の重量分率でそれ
ぞれ２０〜９９％、１〜８０％となるように溶媒中に分
散させて作製した撥水剤を塗布することにより形成させ
る。上記撥水剤を用いて撥水層を形成させることでより
高い撥水性を簡便に付与させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の理解を容易にするため実
施の形態について具体的かつ詳細に説明する。本発明に
おける「水との接触角」は、接触角計（共和界面科学社
製ＣＸ−１５０型）を用いて、内径０．１ｍｍのＰＴＦ
Ｅ（ポリテトラフルオロエチレン）コートされたマイク
ロシリンジから約１μｌの水滴を滴下直後の接触角であ
る。
施の形態について具体的かつ詳細に説明する。本発明に
おける「水との接触角」は、接触角計（共和界面科学社
製ＣＸ−１５０型）を用いて、内径０．１ｍｍのＰＴＦ
Ｅ（ポリテトラフルオロエチレン）コートされたマイク
ロシリンジから約１μｌの水滴を滴下直後の接触角であ
る。
【００１９】本発明者らはシリコンウエハー上にダイシ
ングソーを用いて様々なピッチ、深さ、大きさの異なる
柱状構造を形成し、その撥水性、転落性から、Wenzelか
らCassieへの撥水モードの変化がDettreらの計算値から
大きくずれ、より小さい粗さから生じることを明らかに
した（吉満然、中島章、橋本和仁、渡部俊也：「ウエハ
ダイシングによる粗さの組み合わせが撥水性に及ぼす効
果」日本セラミックス協会2001年年会予稿集 ｐ81（200
1））。また同様の点をゾルゲル法から得られるクレー
ター状の分相構造による撥水の挙動からも明らかにし
た。（"Processing of a Super-Hydrophobic Silica Fi
lm by Combining Two Different Roughness Dimension
s" A. Nakajima, Z. Yoshimitsu, C. Saiki, K. Hashim
oto, and T.Watanabe, Ceramic Processing Science I
V, Ceramic Transactions vol. 112,p323-328 (2001),
Edited by S. Hirano, G. L. Messing, and N. Clausse
n, published by American Ceramic Society, Westervi
lle, Ohio, U.S.A.）これらの検討から高度な撥水性を
得るために粗さを付与する際、ラフネスファクターとと
もにその表面形状を制御、規定しないと所望の撥水性が
得られないことが明らかとなった。そして本発明者らは
図１に示すような凸部の頂角と凹部の頂角が等しいＶ字
型の溝を一方向に連続して形成した表面形状で超撥水性
が得られる条件について鋭意検討を実施した。その結
果、このような構造では頂角が８０°以下である表面で
は平滑な撥水層の形成により超撥水性が得られるが、頂
角が８０°以上では得られないことを知見した。
ングソーを用いて様々なピッチ、深さ、大きさの異なる
柱状構造を形成し、その撥水性、転落性から、Wenzelか
らCassieへの撥水モードの変化がDettreらの計算値から
大きくずれ、より小さい粗さから生じることを明らかに
した（吉満然、中島章、橋本和仁、渡部俊也：「ウエハ
ダイシングによる粗さの組み合わせが撥水性に及ぼす効
果」日本セラミックス協会2001年年会予稿集 ｐ81（200
1））。また同様の点をゾルゲル法から得られるクレー
ター状の分相構造による撥水の挙動からも明らかにし
た。（"Processing of a Super-Hydrophobic Silica Fi
lm by Combining Two Different Roughness Dimension
s" A. Nakajima, Z. Yoshimitsu, C. Saiki, K. Hashim
oto, and T.Watanabe, Ceramic Processing Science I
V, Ceramic Transactions vol. 112,p323-328 (2001),
Edited by S. Hirano, G. L. Messing, and N. Clausse
n, published by American Ceramic Society, Westervi
lle, Ohio, U.S.A.）これらの検討から高度な撥水性を
得るために粗さを付与する際、ラフネスファクターとと
もにその表面形状を制御、規定しないと所望の撥水性が
得られないことが明らかとなった。そして本発明者らは
図１に示すような凸部の頂角と凹部の頂角が等しいＶ字
型の溝を一方向に連続して形成した表面形状で超撥水性
が得られる条件について鋭意検討を実施した。その結
果、このような構造では頂角が８０°以下である表面で
は平滑な撥水層の形成により超撥水性が得られるが、頂
角が８０°以上では得られないことを知見した。
【００２０】本発明が適用できる基材は無機、有機、金
属、あるいはその複合体の何れでも良い。ラフネスファ
クターはレーザー顕微鏡、AFM、吸着量測定などから見
積もることができる。ただし粗さが水滴に対して大きく
なりすぎると水滴の自重による構造への沈み込みと自形
のたわみを生じるため好ましくなく、異方性のある粗さ
の付与の粗さのピッチは２０μｍ〜２ｍｍが望ましい。
また当然のことながらこのような構造では接触角の値に
異方性が生じるが、超撥水領域に近づくとその異方性は
極めて小さくなり、無視できる程度となる。
属、あるいはその複合体の何れでも良い。ラフネスファ
クターはレーザー顕微鏡、AFM、吸着量測定などから見
積もることができる。ただし粗さが水滴に対して大きく
なりすぎると水滴の自重による構造への沈み込みと自形
のたわみを生じるため好ましくなく、異方性のある粗さ
の付与の粗さのピッチは２０μｍ〜２ｍｍが望ましい。
また当然のことながらこのような構造では接触角の値に
異方性が生じるが、超撥水領域に近づくとその異方性は
極めて小さくなり、無視できる程度となる。
【００２１】更に本発明者らは撥水層の形成過程におい
て、微粒子、疎水性樹脂が揮発後の重量分率でそれぞれ
２０〜９９％、１〜８０％となるように溶媒中に分散さ
せて作製した撥水剤をコーティングすることにより基本
構造に更に粒子の粗さを導入することが出来、いわゆる
ラフネスミックスの概念により撥水性が一段と強調で
き、粒子の一次粒子の大きさを５０ｎｍ以下にすること
で透明性も得られることを見出した。そしてこのような
形で撥水層を形成した場合にはラフネスミックスによる
撥水性の強調の効果が得られ、基材の頂角が９０°以下
であれば超撥水状態が得られることを知見した。
て、微粒子、疎水性樹脂が揮発後の重量分率でそれぞれ
２０〜９９％、１〜８０％となるように溶媒中に分散さ
せて作製した撥水剤をコーティングすることにより基本
構造に更に粒子の粗さを導入することが出来、いわゆる
ラフネスミックスの概念により撥水性が一段と強調で
き、粒子の一次粒子の大きさを５０ｎｍ以下にすること
で透明性も得られることを見出した。そしてこのような
形で撥水層を形成した場合にはラフネスミックスによる
撥水性の強調の効果が得られ、基材の頂角が９０°以下
であれば超撥水状態が得られることを知見した。
【００２２】粒子と樹脂の比率は粒子が２０％以下では
粒子の粗さを導入することが困難となり、撥水性が低下
する。また９９％以上では撥水性は向上するものの塗膜
形成性が低下する。特に好ましい組成領域は微粒子、疎
水性樹脂が揮発後の重量分率でそれぞれ３０〜６０％、
７０〜４０％である。
粒子の粗さを導入することが困難となり、撥水性が低下
する。また９９％以上では撥水性は向上するものの塗膜
形成性が低下する。特に好ましい組成領域は微粒子、疎
水性樹脂が揮発後の重量分率でそれぞれ３０〜６０％、
７０〜４０％である。
【００２３】本発明における微粒子としては、有機微粒
子および無機微粒子が挙げられる。有機微粒子として
は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフ
ルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、エチレンテトラフル
オロエチレン樹脂（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオ
ライド（ＰＶＤＦ）等の含フッ素合成樹脂、ポリエチレ
ン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂、ユリア樹脂、フ
ェノール樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリ
アミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリマ
ーアロイ等のエンジニアリングプラスチック等が挙げら
れる。また有機微粒子粉末は有機溶媒に不溶なものが好
ましい。
子および無機微粒子が挙げられる。有機微粒子として
は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフ
ルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、エチレンテトラフル
オロエチレン樹脂（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオ
ライド（ＰＶＤＦ）等の含フッ素合成樹脂、ポリエチレ
ン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂、ユリア樹脂、フ
ェノール樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリ
アミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリマ
ーアロイ等のエンジニアリングプラスチック等が挙げら
れる。また有機微粒子粉末は有機溶媒に不溶なものが好
ましい。
【００２４】無機微粒子としては、ケイ素、スズ、チタ
ン、アルミニウム、ジルコニウム、セリウム、アンモチ
ンのいずれかの酸化物、および炭素のうちの１種または
２種以上の粒子が挙げられるが、溶液中での分散安定
性、粒径が比較的整り、かつ微細な粒子を容易に入手で
きるという点でケイ素酸化物が好ましい。
ン、アルミニウム、ジルコニウム、セリウム、アンモチ
ンのいずれかの酸化物、および炭素のうちの１種または
２種以上の粒子が挙げられるが、溶液中での分散安定
性、粒径が比較的整り、かつ微細な粒子を容易に入手で
きるという点でケイ素酸化物が好ましい。
【００２５】本発明の無機微粒子は、溶媒への分散、分
散後の安定性、塗膜形成後の撥水性を向上させるため、
表面処理を施すことができる。表面処理を施すときに使
用される化合物や処理方法に特別の制限はないが、表面
にフッ素やアルキル基が付与されることが好ましい。例
えばシリル化剤、チタネートカップリング剤、アルキル
アルミニウム等の有機金属化合物が挙げられる。
散後の安定性、塗膜形成後の撥水性を向上させるため、
表面処理を施すことができる。表面処理を施すときに使
用される化合物や処理方法に特別の制限はないが、表面
にフッ素やアルキル基が付与されることが好ましい。例
えばシリル化剤、チタネートカップリング剤、アルキル
アルミニウム等の有機金属化合物が挙げられる。
【００２６】シリル化剤は無機材料に対して親和性ある
いは反応性を有する加水分解性シリル基に、アルキル
基、アリール基、フッ素を含有したフルオロアルキル基
等を結合させた化合物であり、ケイ素に結合した加水分
解性基としては、アルコキシ基、ハロゲン、アセトキシ
基、シラザン等が挙げられる。
いは反応性を有する加水分解性シリル基に、アルキル
基、アリール基、フッ素を含有したフルオロアルキル基
等を結合させた化合物であり、ケイ素に結合した加水分
解性基としては、アルコキシ基、ハロゲン、アセトキシ
基、シラザン等が挙げられる。
【００２７】本発明の微粒子は、微粒子粉末および市販
の微粒子を分散させた分散体が使用できる。また、微粒
子粉末を溶液中に分散させる方法としては、高速回転分
散機、媒体攪拌型分散機（ボールミル、サンドミルな
ど）、超音波分散機、コロイドミル分散機、ロールミル
分散機、高圧分散機等従来公知の分散機を使用すること
ができるが、均一かつ微細に分散できるという点で超音
波分散機が好ましい。
の微粒子を分散させた分散体が使用できる。また、微粒
子粉末を溶液中に分散させる方法としては、高速回転分
散機、媒体攪拌型分散機（ボールミル、サンドミルな
ど）、超音波分散機、コロイドミル分散機、ロールミル
分散機、高圧分散機等従来公知の分散機を使用すること
ができるが、均一かつ微細に分散できるという点で超音
波分散機が好ましい。
【００２８】本発明に用いることのできる撥水層形成
材、及び疎水性樹脂はフッ素を含んでいても含んでいな
くても良いが、粗さを持たない平滑な基材表面にそれら
を単独に用いて撥水層を形成した際に水接触角が１００
°以上になるものの方が好ましい。尚、疎水性樹脂の成
分には樹脂本体とそれを使う際に使用する硬化剤、可塑
剤等の添加剤一式を含む。以下に本発明の実施例につい
て述べる。
材、及び疎水性樹脂はフッ素を含んでいても含んでいな
くても良いが、粗さを持たない平滑な基材表面にそれら
を単独に用いて撥水層を形成した際に水接触角が１００
°以上になるものの方が好ましい。尚、疎水性樹脂の成
分には樹脂本体とそれを使う際に使用する硬化剤、可塑
剤等の添加剤一式を含む。以下に本発明の実施例につい
て述べる。
【００２９】
【実施例】（実施例１）凸部、凹部の頂角が６５°、溝
の周期が５０μｍであるＶ字型の溝を一方向に連続して
形成されているフィルム材料（三菱レイヨン社製プリズ
ムシート）にフルオロアルキルシラザン（信越化学工業
社製ＫＰ−８０１Ｍ）を２ｃｃ滴下し、スピンコーター
（エイブル社製ＡＳＳ３０１）にて１５００ｒｐｍで１
０秒スピンコートし、超撥水材を得た。。得られた膜は
透明で溝と平行な方向から見た水の接触角は１６０°、
溝と垂直な方向から見た接触角は１５５°であった。
の周期が５０μｍであるＶ字型の溝を一方向に連続して
形成されているフィルム材料（三菱レイヨン社製プリズ
ムシート）にフルオロアルキルシラザン（信越化学工業
社製ＫＰ−８０１Ｍ）を２ｃｃ滴下し、スピンコーター
（エイブル社製ＡＳＳ３０１）にて１５００ｒｐｍで１
０秒スピンコートし、超撥水材を得た。。得られた膜は
透明で溝と平行な方向から見た水の接触角は１６０°、
溝と垂直な方向から見た接触角は１５５°であった。
【００３０】（実施例２）凸部、凹部の頂角が９０°、
溝の周期が５０μｍであるＶ字型の溝を一方向に連続し
て形成されているフィルム材料（住友スリーエム社製Ｂ
ＥＦII９０／５０）に、疎水性樹脂（三菱レイヨン社製
フロロナールＦＬ６００２）と微粒子（日本アエロジル
社製撥水性コロイダルシリカＲＸ２００）を５０：５０
の比率で混合し、全体の固形分濃度を１ｗｔ％とした撥
水剤を２ｃｃ滴下し、スピンコーター（エイブル社製Ａ
ＳＳ３０１）にて１５００ｒｐｍで１０秒スピンコート
し、超撥水材を得た。得られた膜は透明で溝と平行な方
向から見た水の接触角は１６１°、溝と垂直な方向から
見た接触角は１５６°であった。水滴の様子を図２に示
す。
溝の周期が５０μｍであるＶ字型の溝を一方向に連続し
て形成されているフィルム材料（住友スリーエム社製Ｂ
ＥＦII９０／５０）に、疎水性樹脂（三菱レイヨン社製
フロロナールＦＬ６００２）と微粒子（日本アエロジル
社製撥水性コロイダルシリカＲＸ２００）を５０：５０
の比率で混合し、全体の固形分濃度を１ｗｔ％とした撥
水剤を２ｃｃ滴下し、スピンコーター（エイブル社製Ａ
ＳＳ３０１）にて１５００ｒｐｍで１０秒スピンコート
し、超撥水材を得た。得られた膜は透明で溝と平行な方
向から見た水の接触角は１６１°、溝と垂直な方向から
見た接触角は１５６°であった。水滴の様子を図２に示
す。
【００３１】（比較例）凸部、凹部の頂角が９０°、溝
の周期が５０μｍであるＶ字型の溝が一方向に連続して
形成されているフィルム材料（住友スリーエム社製ＢＥ
ＦII９０／５０）に実施例１と同様のコーティングを行
い、撥水材を得た。得られた膜は透明であったが溝と平
行な方向から見た水の接触角は１３７°、溝と垂直な方
向から見た接触角は１２１°であった。
の周期が５０μｍであるＶ字型の溝が一方向に連続して
形成されているフィルム材料（住友スリーエム社製ＢＥ
ＦII９０／５０）に実施例１と同様のコーティングを行
い、撥水材を得た。得られた膜は透明であったが溝と平
行な方向から見た水の接触角は１３７°、溝と垂直な方
向から見た接触角は１２１°であった。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、平
面方向に関して均一、等方的に表面粗さを増し、ラフネ
スファクターを大きくした場合には、構造が極めて脆い
ものとなり、物理的な摺動、摩擦、衝撃に耐え得る構造
を維持することができなかったものが、基材の表面形状
の一方向のみに溝を連続して形成させることで、高い撥
水性を維持しつつ、機械的強度が向上した超撥水材が提
供可能となる。これは各種の工業製品に好適に使用可能
であり、超撥水技術をより広範囲の用途に適用する上で
重要である。
面方向に関して均一、等方的に表面粗さを増し、ラフネ
スファクターを大きくした場合には、構造が極めて脆い
ものとなり、物理的な摺動、摩擦、衝撃に耐え得る構造
を維持することができなかったものが、基材の表面形状
の一方向のみに溝を連続して形成させることで、高い撥
水性を維持しつつ、機械的強度が向上した超撥水材が提
供可能となる。これは各種の工業製品に好適に使用可能
であり、超撥水技術をより広範囲の用途に適用する上で
重要である。
【図1】 表面構造例
【図2】 実施例２での固体表面での水滴の形状
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 中島 章
神奈川県茅ヶ崎市本村２丁目８番１号 株
式会社先端技術インキュベーションシステ
ムズ内
Ｆターム(参考） 4H020 BA02 BA03 BA04 BA12 BA31
BA36
Claims (6)
- 【請求項１】 表面形状が、凹凸の周期が２０μｍ以上
２ｍｍ以下、ラフネスファクターが１．４以上である一
方向のみに溝が連続して形成された基材に、周期が１０
ｎｍ以上２００ｎｍ以下の等方的な凹凸構造が形成され
た撥水層を形成することを特徴とする超撥水材。 - 【請求項２】 前記基材の溝方向と垂直な方向の断面形
状が、三角山形の凸条またはＶ字溝からなる凹条が連結
された形状であり、凸部および凹部の頂角が９０°以下
であることを特徴とする請求項１記載の超撥水材。 - 【請求項３】 前記撥水層を微粒子、疎水性樹脂が揮発
後の重量分率でそれぞれ２０〜９９％、１〜８０％とな
るように溶媒中に分散させて作製した撥水剤を塗布する
ことにより形成することを特徴とする請求項１または２
記載の超撥水材。 - 【請求項４】 表面形状が、凹凸の周期が２０μｍ以上
２ｍｍ以下、ラフネスファクターが１．４以上である一
方向のみに連続して形成された溝を形成し、該表面にさ
らに周期が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の等方的な凹凸
構造が形成された撥水層を形成することを特徴とする超
撥水材の製造方法。 - 【請求項５】 前記溝が三角山形の凸条またはＶ字溝か
らなる凹条が連結された形状であり、凸部および凹部の
頂角が９０°以下であることを特徴とする請求項４記載
の超撥水材の製造方法。 - 【請求項６】 前記撥水層を微粒子、疎水性樹脂が揮発
後の重量分率でそれぞれ２０〜９９％、１〜８０％とな
るように溶媒中に分散させて作成した撥水剤を塗布する
ことにより、形成することを特徴とする請求項４また５
記載の超撥水材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001352320A JP2003147339A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 超撥水材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001352320A JP2003147339A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 超撥水材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003147339A true JP2003147339A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=19164514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001352320A Pending JP2003147339A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 超撥水材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003147339A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005113110A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-28 | Keio Gijuku | 表面処理剤及び材料及び表面処理方法 |
| JP2006320872A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Keio Gijuku | フィンガリング不安定性を利用した凹凸及び微細凹凸構造を有する表面並びにその凹凸及び微細凹凸形成方法 |
| JPWO2005063903A1 (ja) * | 2003-12-25 | 2009-05-07 | 株式会社Ｓｎｔ | 撥水剤とその使用 |
| CN111454000A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-07-28 | 电子科技大学 | 一种耐磨超双疏自清洁贴膜及其制备方法 |
-
2001
- 2001-11-16 JP JP2001352320A patent/JP2003147339A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005113110A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-28 | Keio Gijuku | 表面処理剤及び材料及び表面処理方法 |
| JP4635217B2 (ja) * | 2003-09-17 | 2011-02-23 | 学校法人慶應義塾 | 表面処理剤及び材料及び表面処理方法 |
| JPWO2005063903A1 (ja) * | 2003-12-25 | 2009-05-07 | 株式会社Ｓｎｔ | 撥水剤とその使用 |
| JP2006320872A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Keio Gijuku | フィンガリング不安定性を利用した凹凸及び微細凹凸構造を有する表面並びにその凹凸及び微細凹凸形成方法 |
| CN111454000A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-07-28 | 电子科技大学 | 一种耐磨超双疏自清洁贴膜及其制备方法 |
| CN111454000B (zh) * | 2020-06-03 | 2021-07-27 | 电子科技大学 | 一种耐磨超双疏自清洁贴膜及其制备方法 |
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