JP2003183634A - ゾル組成物、その製造方法、硬化体および基材の撥水処理方法 - Google Patents
ゾル組成物、その製造方法、硬化体および基材の撥水処理方法Info
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Abstract
有する薄膜を与えることのできるゾル組成物、その製造
方法、そのゾル組成を硬化してなる硬化体および機材の
撥水処理方法を提供すること。 【解決手段】 ハフニアおよび/またはジルコニアなら
びにアルキルシリカからなることを特徴とするゾル組成
物、ハフニウムおよび/またはジルコニウムの無機化合
物ならびにトリアルコキシアルキルシランを含有する溶
媒溶液と水と酸とを混合し、加熱することを特徴とする
ゾル組成物の製造方法、ゾル組成物を基材表面に塗布
し、硬化することを特徴とする基材の撥水処理方法、ゾ
ル組成物を硬化してなることを特徴とする硬化体ならび
に硬化体を薄膜状に形成することを特徴とする機材の撥
水処理方法。
Description
の製造方法、硬化体および基材の撥水処理方法に関し、
さらに詳しくは、撥水性と滑水性とに優れ、しかも汚れ
を容易に除去することができると共に実用上の高い硬度
を有する薄膜を与えることのできるゾル組成物、その製
造方法、そのゾル組成物から形成されてなる硬化体およ
び基材の撥水処理方法に関する。
どの撥水処理が望まれ、また、必要とされる各種の設
備、装置、機械器具が多数存在する。これらは、たとえ
ば、自動車の窓ガラス、自動車の塗装表面、台所設備、
台所用品、台所設備に付設される排気装置、入浴設備、
洗面設備、医療用施設、医療用機械器具、鏡、眼鏡な
ど、きわめて多岐に亘っている。
理方法として、たとえば、自動車の窓ガラスの表面に、
低分子フッ素化合物、フッ素樹脂、シリコンなどを塗布
または化学蒸着することにより薄膜を形成して、撥水処
理する方法が知られている。これらの方法によれば、水
滴の接触角が80〜150度となるような撥水性を実現
することができる。
は、撥水性を付与することはできるものの、付着した水
滴が重力などによって速やかに流れ落ちる性質(滑水
性)が弱いため、付着した水滴がそのままの状態で留ま
ることになり、種々の不都合を招いていた。
の多数の水滴が付着した状態のままになっていると、街
灯などの光によってフロントガラスが乱反射して、運転
者の視界を妨げるという不都合があった。このような効
果をシャンデリア効果と称している。このシャンデリア
効果を防止するために、フロントガラスに撥水性を付与
すると共に、滑水性を向上させる処理法が要望されてい
る。また、撥水処理を施す設備、装置、機械器具には、
他の機械器具などと接触するものが多く、形成される薄
膜はより高い硬度を有することも望まれている。
ンハードコート膜は、シリコン含有高分子を溶解した溶
液を基材上に塗布し、これを乾燥した後に100〜30
0℃に加熱(キュアー)することにより形成されてい
た。このシリコーンハード膜は加熱により硬化膜を形成
するから、シリコーンハード膜を形成することのできる
基材は熱に耐える材質に限定される。しかもそのシリコ
ーンハード膜の硬度は鉛筆硬度で3H程度である。した
がって基材の材質を選ぶことなく硬質で撥水性等に優れ
たハードコート膜も、望まれている。
な現状に鑑み、撥水性と滑水性とに優れ、しかも高い硬
度を有すると共に汚れを容易に除去することができ、し
かも基材の材質を選ぶことなく形成することのできる薄
膜を与えることのできるゾル組成物、その製造方法、そ
のゾル組成を硬化してなる硬化体および基材の撥水処理
方法を提供することをその課題とする。
決するために、薄膜を与えるゾル組成物を構成する金属
酸化物に着目して鋭意検討を重ねた結果、この金属酸化
物として、ハフニアおよび/またはジルコニアとアルキ
ルシリカとを用いることにより、撥水性と滑水性とに優
れ、しかも実用上の高い硬度を有すると共に容易に汚れ
を落とすことのできる薄膜を与えることのできるゾル組
成物が得られるということを見出し、この知見に基づい
てこの発明を完成するに到った。
フニアおよび/またはジルコニアならびにアルキルシリ
カを含有することを特徴とするゾル組成物が提供され
る。
(2)に記載のゾル組成物が含まれる。 (1)該アルキルシリカの有するアルキル基が、炭素数
1〜10のアルキル基であるゾル組成物。 (2)該ハフニアおよび/またはジルコニア:該アルキ
ルシリカのモル比が、5〜95:95〜5であるゾル組
成物。
よび/またはジルコニウムを含有する無機化合物ならび
にトリアルコキシアルキルシランを含有する溶媒溶液と
水と酸とを混合して加熱することを特徴とする第1の発
明に係るゾル組成物の製造方法が提供される。
(2)に記載のゾル組成物の製造方法が含まれる。 (1)該ハフニウムの無機化合物がハフニウムハロゲン
化物であり、ジルコニウムの無機化合物がジルコニウム
ハロゲン化物又はジルコニウムアルコキシドであるゾル
組成物の製造方法。 (2)該トリアルコキシアルキルシランの有するアルキ
ル基が、炭素数1〜10のアルキル基であるゾル組成物
の製造方法。
よび/またはジルコニウムを含有する無機化合物を含有
する溶媒溶液と水と酸とを混合し、加熱して製造された
ハフニアゾルおよび/またはジルコニアゾルと、トリア
ルコキシアルキルシランを含有する溶媒溶液と水と酸と
を混合し、加熱して製造されたアルキルシリカゾルとを
混合することを特徴とする第1の発明に係るゾル組成物
の製造方法が提供される。
(2)に記載のゾル組成物の製造方法が含まれる。 (1)該ハフニウムの無機化合物がハフニウムハロゲン
化物であり、ジルコニウムの無機化合物がジルコニウム
ハロゲン化物又はジルコニウムアルコキシドであるゾル
組成物の製造方法。 (2)該トリアルコキシアルキルシランの有するアルキ
ル基が、炭素数1〜10のアルキル基であるゾル組成物
の製造方法。
係るゾル組成物を基材表面に塗布し、紫外線硬化するこ
とを特徴とする基材の撥水処理方法が提供される。
基材の撥水処理方法が含まれる。 (1)該基材が、ガラス、金属、セラミックス、プラス
チックス、紙または木である基材の撥水処理方法。
発明に係るゾル組成物を紫外線硬化してなることを特徴
とする硬化体が提供される。
の発明に係る硬化体を、基材表面に薄膜状に形成するこ
とを特徴とする基材の撥水処理方法が提供される。
金属、セラミックス、プラスチックス、紙または木であ
る基材の撥水処理方法が含まれる。
び/またはジルコニアならびにアルキルシリカを含有す
ることを特徴とするゾル組成物である。
る酸化ハフニウムを含む。前記xは1〜2の整数または
小数である。この発明に用いるハフニアは、純粋なもの
が好ましいが、少量の他の金属や金属化合物等の不可避
不純物を含んでいてもよい。
る酸化ジルコニウムを含む。xは1〜2の整数または小
数である。このジルコニアも純粋なものが好ましいが、
少量の他の金属や金属化合物を含んでいてもよい。
れる化合物を含む。Rで表されるアルキル基に特に制限
はないが、炭素数1〜10、特に炭素数1〜4のアルキ
ル基が好ましい。より好ましいアルキル基はメチル基お
よびエチル基である。xは1以上2未満の整数または小
数である。
載のゾル組成物が提供される。 1.上記ハフニアおよびアルキルシシリカを含有するゾ
ル組成物 2.上記ジルコニアおよびアルキルシシリカを含有する
ゾル組成物 3.上記ハフニアとジルコニアとアルキルシリカとを含
有するゾル組成物 このようなゾル組成物は、ハフニアおよび/またはジル
コニア、並びにアルキルシリカが、液体中に含まれてい
て流動性を有する。
/またはジルコニア:アルキルシリカのモル比に特別の
制限はないが、通常そのモル比は、5〜95:95〜
5、好ましくは、30〜70:70〜30である。前記
モル比が5〜95:95〜5の範囲を逸脱した場合、こ
のゾル組成物から得られる薄膜はその撥水性や滑水性に
劣ることがあるので望ましくない。
たはジルコニウムを含有する無機化合物ならびにトリア
ルコキシアルキルシランを含有する溶媒溶液と水と酸と
を混合して加熱することを特徴とする第1の発明に係る
ゾル組成物の製造方法(これを第2の発明と称すること
がある。)である。
例えばハフニウムハロゲン化物、例えば硝酸ハフニウム
を含むハフニウム無機酸塩、例えばハフニウムテトラメ
トキシドおよびハフニウムテトライソプロポキシドを含
むハフニウムアルコキシド、並びに例えばハフニウムア
セチルアセトナートを含むハフニウム錯体からなる群よ
り選択されたハフニウム化合物を挙げることができる。
もっとも、これらは一例であって、この発明の目的を達
成することができる限り他のハフニウム含有無機化合物
もこの発明の範囲に含まれる。
する無機化合物としては、ハフニウムハロゲン化物を挙
げることができる。ハフニウムハロゲン化物として、例
えば四塩化ハフニウム、四フッ化ハフニウム、四臭化ハ
フニウム、四ヨウ化ハフニウム、三塩化一臭化ハフニウ
ム、三フッ化一臭化ハフニウム、三臭化一塩化ハフニウ
ム、三ヨウ化一塩化ハフニウム、二塩化二臭化ハフニウ
ム、二フッ化二臭化ハフニウム、二臭化二ヨウ化ハフニ
ウム、二ヨウ化二フッ化ハフニウム等を挙げることがで
きる。
ハフニウム、および二塩化二臭化ハフニウムが好まし
く、四塩化ハフニウムが特に好ましい。
て、例えば塩化酸化ジルコニウム・八水和物を含むジル
コニウムハロゲン化物、例えばオキシ硝酸ジルコニウム
・二水和物および硝酸ジルコニウム・四水和物を含むジ
ルコニウム無機酸塩、例えば酢酸ジルコニウムを含むジ
ルコニウム有機酸塩、ジルコニウムtetra-n-ブトキシド
およびジルコニウムtetra-イソプロポキシドを含むジル
コニウムアルコキシド、および例えばジルコニウムアセ
チルアセトナートを含むジルコニウム錯体からなる群よ
り選択されたジルコニウム化合物を挙げることができ
る。もっとも、これらは一例であって、この発明の目的
を達成することができる限り他のジルコニウム含有無機
化合物もこの発明の範囲に含まれる。
中でもジルコニウムハロゲン化物及びジルコニウムアル
コキシドが好ましい。
前記の外に、例えば四塩化ジルコニウム、四フッ化ジル
コニウム、四臭化ジルコニウム、四ヨウ化ジルコニウ
ム、三塩化一臭化ジルコニウム、三フッ化一塩化ジルコ
ニウム、三臭化一ヨウ化ジルコニウム、三ヨウ化一フッ
化ジルコニウム、二塩化二臭化ジルコニウム、二フッ化
二塩化ジルコニウム、二臭化二ヨウ化ジルコニウム、二
ヨウ化二塩化ジルコニウム等を挙げることができ、中で
も、四塩化ジルコニウム、三塩化一臭化ジルコニウム、
二塩化二臭化ジルコニウムが好ましく、四塩化ジルコニ
ウムが特に好ましい。
前記の外に、例えばジルコニウムtetra-メトキシド、ジ
ルコニウムtetra-エトキシド、ジルコニウムtetra-ペン
トキシド等の炭素数が1〜10、好ましくは炭素数が1
〜5であるアルコキシドを有するジルコニウムアルコキ
シドを挙げることができる。
Si(OR2)3で表される化合物を含む。R1および
R2で表されるアルキル基に特に制限はないが、いずれ
においても炭素数1〜10、特に炭素数1〜4のアルキ
ル基が好ましい。R1Si(OR2)3で表される化合
物において、R1およびR2は同一であってもよく、異
なっていてもよい。好ましいトリアルコキシアルキルシ
ランとしては、CH3Si(OCH3)3、CH3Si
(OC2H5)3、C2H5Si(OCH3) 3、C2
H5Si(OC2H5)3で表されるトリアルコキシメ
チルシランを挙げることができる。
ハフニウムを含有する無機化合物、および/またはジル
コニウムを含有する無機化合物とトリアルコキシアルキ
ルシランとを、好ましくは窒素などの不活性ガス雰囲気
中で溶媒に溶解して溶液を調製する。
有する無機化合物、ハフニウムを含有する無機化合物お
よびトリアルコキシシランを溶解することができてこの
発明の目的を達成することができる限りにおいて特に制
限がなく、例えばアルコール溶媒が好ましく、特にメタ
ノール、エタノール、n−プロパノール、n−ブタノー
ル、およびn−ペンタノールを一例とする炭素数1〜5
のアルコール溶媒が好ましい。
物および/またはジルコニウムを含有する無機化合物と
トリアルコキシアルキルシランとの使用量は、生成する
ハフニアおよび/またはジルコニア:アルキルシリカの
モル比が、通常は、5〜95%:95〜5%、好ましく
は、30〜70%:70〜30%となるような量とされ
る。
しながら徐々に混合し、加熱攪拌した後、室温まで冷却
する。
亜硝酸、硫酸、亜硫酸、炭酸、塩素酸、亜塩素酸、およ
びヨウ素酸を一例とする無機酸並びにギ酸、酢酸、プロ
ピオン酸、酪酸、およびイソ酪酸を一例とする低級モノ
カルボン酸に代表される有機酸を挙げることができる。
これらの内でも、塩酸、硝酸、亜硝酸、硫酸、亜硫酸等
の無機酸並びにギ酸及び酢酸等の有機酸が好ましい。
常は、重量基準で、水20〜60%に対し、酸特に、硝
酸、ギ酸及び酢酸の少なくとも一種の酸80〜40%、
好ましくは、水25〜50%に対し、酸特に、硝酸、ギ
酸及び酢酸の少なくとも一種の酸75〜50%である。
酸として硝酸、ギ酸及び酢酸の少なくとも一種を採用す
る場合、その硝酸は60%程度の濃度のものが用いら
れ、酸としてギ酸を採用する場合には、そのギ酸は88
%以上の濃度のものが用いられ、酸として酢酸を採用す
る場合には、その酢酸の濃度は99%以上である。
常、40〜70℃である。加熱撹拌に要する時間として
は、通常、0.5〜30時間である。
たはジルコニウムを含有する無機化合物の溶媒溶液と水
と酸とを混合し、加熱してハフニアゾルおよび/または
ジルコニアゾルを調製し、トリアルコキシアルキルシラ
ンを含有する溶媒溶液と水と硝酸とを混合し、加熱して
アルキルシリカゾルを調製し、このハフニアゾルおよび
/またはジルコニアゾルとアルキルシリカゾルとを混合
することを特徴とする第1の発明に係るゾル組成物の製
造方法である。
なり、それぞれ別途に製造したハフニアゾルおよび/ま
たはジルコニアゾルとアルキルシリカゾルとを混合する
ことによって、ゾル組成物を製造する方法である。
/またはジルコニウムを含有する無機化合物、トリアル
コキシアルキルシラン、ハフニウムおよび/またはジル
コニウムを含有する無機化合物とトリアルコキシアルキ
ルシランとの使用量、用いる溶媒、酸の種類、水と酸と
の混合比、用いる酸の濃度、加熱温度、加熱攪拌時間な
どは、第2の発明と特に変わるところはない。
ル組成物(このゾル組成物を「ゾル液」と称することが
ある。)を基材表面に塗布し、紫外線硬化することを特
徴とする基材の撥水処理方法を提供する。
と、ゾル液を乾燥する場合には、その乾燥条件に耐える
こと、紫外線を照射する際に加熱することがあればその
加熱温度に耐えることと言った条件を満たす限り特に制
限がなく、様々の素材を採用することができる。この基
材としては、例えば、石英ガラス、96%石英ガラス、
ソーダ石灰ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラ
ス、アルミノ珪酸ガラス、および鉛ガラスを始めとする
ガラスから形成された基材、ポリカーボネートおよびポ
リエチレンテレフタレートを始めとするプラスチックか
ら形成された基材、普通鋼、構造用定合金鋼、高張力
鋼、耐熱鋼、高クロム系耐熱鋼、高ニッケル−クロム系
耐熱鋼を初めとする合金鋼、およびステンレス鋼等の鉄
鋼材料、工業用純アルミニウム、5000系の合金、A
l−Mg系アルミニウム合金および6000系アルミニ
ウム合金を初めとするアルミニウム合金、銀入銅、錫入
銅、クロム銅、クロム・ジルコニウム銅、およびジルコ
ニウム銅を初めとする各種銅合金、純チタン、抗力チタ
ン合金、および耐食性チタン合金を初めとするチタン合
金と言った金属材料から形成された基材、ムライト磁
器、アルミナ磁器、ジルコン磁器、コーディエライト磁
器、およびステアタイト磁器と言ったセラミックス材料
から形成された基材、並びに前記金属系材料から形成さ
れた基材の表面を琺瑯、グラスライニング、およびセラ
ミックスコーティングの何れかによって被覆した被覆金
属基材が挙げられる。
自動車、鉄道車両、航空機、並びに住宅、倉庫およびビ
ルディング等の建築物を初めとする各種構造物の窓ガラ
ス、並びに自動車用および航空機用のヘッドアップディ
スプレーの、撥水性が要求されるガラスを挙げることが
できる。
は、外装板例えば送電線、建築物、サッシュ、およびた
とえば鉄道車両の外板を挙げることができる。また、金
属製の日用雑貨品、台所、バス、トイレと言った家庭用
基材を挙げることもできる。
例としては、例えば碍子、碍管、およびセラミックスタ
イル、屋根瓦を挙げることができる。
ク、反応槽、醸造槽、並びにコップ、洗面器、および花
瓶を初めとする日用品等を挙げることができる。
ラミックの表面に塗料が塗布された塗装表面も挙げるこ
とができる。前記塗装表面としては、具体的には自動
車、鉄道車両、および航空機の車体表面を挙げることが
できる。
壁、テラコッタタイル壁、モルタル壁、および漆喰壁を
始めとする建築物の外壁を挙げることができる。
も挙げることができる。上記各種の基材の中でも、前記
ガラスで形成された基材および前記プラスチックで形成
された基材並びにこれらの複合基材を挙げることができ
る。
は、例えば、ゾル液中に基材を浸漬し、これをゆっくり
と引き上げるディップ法、固定された基材表面上にゾル
液を流延する流延法、ゾル液の貯留された槽の一端から
ゾル液に基材を浸漬し、槽の他端から基材を取り出す連
続法、回転する基材上にゾル液を滴下し、基材に作用す
る遠心力によって前記ゾル液を基材上に流延するスピン
ナー法、基材の表面にゾル液を吹き付けるスプレー法、
およびフローコート法が挙げられる。
条件により異なる。1回の塗布では、目的の厚さの薄膜
が得られない場合は、数回の塗布を繰り返すこともでき
る。
紫外線照射を行ってもよく、また、塗布直後に紫外線照
射を行ってもよい。
線照射は、常温下に行ってもよく、また、200℃を超
えない温度に、好ましくは50〜150℃に加熱しつつ
行うこともできる。加熱温度が200℃を超えると、基
材がプラスチックであるときにはそれが変形すると言っ
た問題がある。
200mJ/cm2、好ましくは50〜100mJ/c
m2である。紫外線の強度が200mJ/cm2を超える
と、この発明の目的を達成することができないことがあ
り、たとえばプラスチック基材が変形すると言った問題
を生じることがある。照射する紫外線の光源としては、
高圧水銀灯および低圧水銀灯を使用することができる。
これら水銀灯を使用すると前記強度の紫外線を廉価に照
射することができる。
ゲル膜に紫外線を照射すると、前記金属の酸化物から主
として成り、所々にアルキル基が突き出た有様と推定さ
れるアモルファス膜が得られる。通常、アモルファス膜
は結晶性膜よりも硬度が劣ると予測されているところ、
本発明の方法に従って得られるアモルファス膜が鉛筆硬
度の大きなものとなることは、予想外である。
上の雰囲気下で行うのが好ましい。相対湿度が80%以
上の雰囲気下に紫外線を基材上のゲル膜に照射すると、
よりいっそう硬度の大きな薄膜状の硬化体すなわちハー
ドコート膜を得ることができる。
応じて決定することができるのであるが、通常、10n
m〜1000nmの範囲が好ましい。
ドコート膜は、非結晶性(アモルファス)であり、しか
もその鉛筆硬度が6H以上であり、しかも、基材との密
着性が極めて高い。
硬化体は、紫外線照射後に養生期間を設定しても良い。
養生期間としては、ハードコート膜に形成するゾル組成
物により相違するが、最低2日間であり、一週間を見込
めばいずれも鉛筆硬度が6H以上になる。
体である薄膜状のハードコート膜は、撥水性と滑水性と
に優れ、しかも実用上の高い硬度を有し、汚れを容易に
除去することができる。ここで、撥水性とは水をはじく
性質をいい、接触角法による水滴の接触角から評価する
ことができる。この発明に係る薄膜状の硬化体は、接触
角が80度以上の撥水性を有する膜となる。
い、水滴を薄膜上に滴下して薄膜を傾斜させ、水滴が滑
る角度によって評価することができる。この水滴が滑り
始める角度を転落角と称される。
ができ、この発明に係る薄膜は、6H以上の硬度を有す
る膜となる。さらに、この発明に係る薄膜は、付着した
水垢などの汚染を除去しやすい性質、汚染除去性にも優
れた膜である。この汚染除去性は、様々な汚染物を薄膜
上に付着させ、一定時間経過後、洗浄することによって
汚染物を除去し、その除去の程度から評価することがで
きる。
線硬化してなる硬化体である。この硬化体は、前記ゾル
組成物を基材表面に塗布してから紫外線硬化することに
より形成された薄膜状のハードコート膜のみならず、所
定の金型に前記ゾル組成物を充填し、充填されたゾル組
成物に紫外線を照射することにより硬化されてなる所定
形状の硬化体を含む。
りである。
膜状に形成することを特徴とする基材の撥水処理方法で
ある。
記第4の発明に係る撥水処理方法と同様に、基材の表面
にゾル液を塗布してから紫外線照射によりゲル膜を硬化
させることによい薄膜状の硬化体を基材表面に形成して
もよく、また、予め薄板状に形成してなる硬化体を基材
表面に、機械的結合手段例えば鋲、ボルト、ネジ、化学
的結合手段例えば接着剤等の種々の結合手段により、結
合しても良い。
かも高い硬度を有し、かつ汚染除去性に富んだこの発明
に係る薄膜を、撥水処理が望まれ、また、必要とされる
各種の設備、装置、機械器具、たとえば、自動車の窓ガ
ラス、自動車の塗装表面、台所設備、台所用品、台所設
備に付設される排気装置、入浴設備、洗面設備、医療用
施設、医療用機械器具、鏡、眼鏡などの表面に形成する
ことによって、その機能を存分に果たすこととなるので
ある。
細に説明するが、この実施例によってこの発明はなんら
限定されるものではない。
8.00g(0.025モル)を窒素雰囲気下にて99.5%エタノール
60ml中に溶解した。この溶液に、水 2.08g(0.116モル)
と60%硝酸 13.26g(0.210モル)の混合溶液を撹拌しなが
らゆっくり添加した。この溶液をホットプレート上にて
50℃で3時間撹拌しながら加熱し、室温まで冷却した
後、冷蔵庫で保存した。
シメチルシランCH3Si(OC2H5)3 2.21g(1.24×10-2モル)
を99.5%エタノール220ml中に溶解し、水 4.52g(2.51×
10-1モル)と60%硝酸 3.43g(1.68×10‐2モル)との混合
溶液を撹拌しながらゆっくり添加した。ゾル液はポリ容
器に入れてフタをし、3日間室温で放置後使用した。
製>ハフニアゾル液とメチルシリカゾル液を、モル比で
1:1の割合で撹拌しながら混合した。
し、純水でリンスした後、エアガンで水滴を除去し、室
温の清浄環境で乾燥した。このガラス基板上に、最初の
5秒間を500 rpmで回転し、次の30秒間を2,000rpmで回
転するという条件のスピンナー法により、ハフニアゾル
液、メチルシリカゾル液およびハフニアゾル−メチルシ
リカゾル液を、それぞれ、塗布してゲル膜を得た。
て、紫外線を照射した。光源は高圧水銀灯(H1000l東芝
ライテック)を用いた。紫外線照度 80mW/cm2で、試料を
光源より9cm下に置き、30分照射した。ハフニアゾル液
から得られたハードコート膜をハフニア膜No.1、メチル
シリカゾル液から得られたハードコート膜をメチルシリ
カ膜No.2、およびハフニアゾル−メチルシリカゾル液か
ら得られたハードコート膜をハフニア−メチルシリカ膜
No.3とした。
器FT-IR PARAGON1000PC(Perkin-Elmer)を用いて、前
記ハフニア膜No.1、メチルシリカ膜No.2、およびハフニ
ア−メチルシリカ膜No.3のIRスペクトルを測定した。各I
Rスペクトルを図1〜3に示した。
いて、1260cm-1に吸収が観測された。これはSi-CH3によ
るものであるから、調製した薄膜にはメチル基が存在し
ていることが分かった。
B(リガク)を用いて前記ハフニア膜No.1、メチルシリ
カ膜No.2、およびハフニア−メチルシリカ膜No.3のXRD
スペクトルを測定した。各XRDスペクトルを解析した結
果、各XRDスペクトルの2θ=5〜90°において、2θ=20
°付近のアモルファスに帰属される幅広いピークの他は
ピークが観測されず、これらの薄膜はアモルファスであ
ることが確認された。
より、前記ハフニア膜No.1、メチルシリカ膜No.2、およ
びハフニア−メチルシリカ膜No.3の硬度を調べた。結果
を表1に示した。
る。6B〜9Hの硬さの鉛筆を薄膜に対して角度45℃、荷重
750gで押し付けて、少なくとも7mmの距離を3本押し
た。肉眼で薄膜表面を検査し、少なくとも3mm以上の傷
跡が2本生じるまで、硬度を上げて試験を繰り返した。
傷跡を生じなかった最も硬い鉛筆の硬度を、その薄膜の
鉛筆硬度とした。
メチルシリカ膜は、紫外線照射により、その鉛筆硬度は
9H以上となり、良好であった。
株式会社)を用いて、前記ハフニア膜No.1、メチルシリ
カ膜No.2、およびハフニア−メチルシリカ膜No.3の接触
角を測定した。
角が91度であり、紫外線硬化後8日目では接触角が1
01度になり、紫外線硬化直後から撥水性が発揮され
た。
メチルシリカ膜No.2、およびハフニア−メチルシリカ膜
No.3を調製した後10日間室温で放置した。それら薄膜
の表面に各種の汚れを滴下し、24時間室温で放置してか
ら、以下に示す洗浄手順1〜4のいずれかの手順に従っ
て洗浄液で洗浄後、目視にて汚れの程度を観察した。結
果を表4〜6に示した。汚れとして用いたものは、醤
油、ウスターソース、サラダ油、キッチンハイター、5
wt%NaOH水溶液および5wt%HCl水溶液である。 洗浄手順1:イオン交換水で洗浄し、キムワイプで水を
拭き取り、自然乾燥した。 洗浄手順2:中性洗剤で洗浄し、キムワイプで水を拭き
取り、自然乾燥した。 洗浄手順3:エタノールで洗浄し、キムワイプで水を拭
き取り、自然乾燥した。 洗浄手順4:石油ベンジンで洗浄し、キムワイプで水を
拭き取り、自然乾燥した。
ても評価し、結果を表3に示した。
水のみの洗浄で簡単に汚れが除去された。
シリカ膜No.2、およびハフニア−メチルシリカ膜No.3そ
れぞれの上に水道水 1mlを滴下し、次いで、60℃で2hr
乾燥させた。各試料に水道水をかけ、スポンジで100回
擦った。その後の有様を目視で評価した。
し、薄膜を有する基板を徐々に傾斜していき、水滴が滑
り落ちたときのその基板の傾斜角度をもって転落角と称
し、滑水性を評価した。通常、転落角が10度以上であ
ると、滑水性が良好であると称される。例えば自動車の
窓ガラスにつき転落角が10度以上であると、その自動
車の窓ガラスには水滴が付着しないとされる。
リカ膜は、他のハフニア膜及びメチルシリカ膜よりも滑
水性が良好であると判定される。ハフニア−メチルシリ
カ膜は、その表面にメチル機及び酸化ハフニウムが存在
し、水との相互作用が両者の影響により変化し、より一
層水が滑落しやすくなっているものと、推測される。
S304に変えた他は、実施例1と同様に行った。ハフニア
ゾル液、メチルシリカゾル液およびハフニアゾル−メチ
ルシリカゾル液を、それぞれ、塗布した試料を、それぞ
れNo.4、No.5およびNo.6とした。
果を以下の表に示した。
FTRスペクトルにおいて、1262cm-1に吸収が観測され
た。これはSi-CH3によるものであるから、調製した薄膜
にはメチル基が存在していることが分かった。なお、こ
れら3種の試料のFTIRスペクトル図は省略した。
をX線回折法により調べた、2θ=5〜90°において、2
θ=20°付近のアモルファスに帰属される幅広いピーク
の他はピークが観測されず、これらの薄膜はアモルファ
スであることが確認された。
硬度は、9H以上であり、良好であった。
製後9日経時で、105°となり良好であった。
04のみの試料についても評価した。
が除去できた。また、SUS304のみでは、HClやNaOHによ
り表面が変化したが、薄膜をコーティングした試料では
そのような変化はなく、耐薬品性に優れていることも分
かった。
ルシリカゾル液との混合比をモル比で3:7とし、基板を
ソーダライムガラスとし、また紫外線照射時間を15分
にした他は、実施例1と同様に行った。
びハフニアゾル−メチルシリカゾル液を、それぞれ、塗
布した試料を、それぞれNo7、No8およびNo9とした。
IRスペクトルにおいて、1259cm-1に吸収が観測された。
これはSi-CH3によるものであるから、調製した薄膜には
メチル基が存在していることが分かった。
X線回折法により調べた、2θ=5〜90°において、2θ
=20°付近のアモルファスに帰属される幅広いピークの
他はピークが観測されず、これらの薄膜はアモルファス
であることが確認された。
硬度は、硬化後3日目で6Hとなり、6日目で7Hとなって
良好であった。
製後9日経時で、105°となり良好であった。
ダライムガラスのみの試料についても評価した。
が除去できた。
て、ジルコニアゾル液とし、基板をソーダライムガラス
とした他は、実施例1と同様に行った。ジルコニアゾル
は以下のようにして調製した。
を99.5%エタノール54.96g中に溶解し、酢酸1.49gを加え
た。この溶液に、H2O 2.23gと60%HNO3 3.91gとを含有
する混合溶液を、攪拌しながら加えた後、40℃で3時間
加熱してジルコニアゾル液を得た。
よびジルコニアゾル−メチルシリカゾル液を、それぞ
れ、塗布した試料を、それぞれNo.10、No.11およびNo.1
2とした。
のFTIRスペクトルにおいて、1263cm-1に吸収が観測され
た。これはSi-CH3によるものであるから、調製した薄膜
にはメチル基が存在していることが分かった。
構造をX線回折法により調べた、2θ=5〜90°におい
て、2θ=20°付近のアモルファスに帰属される幅広い
ピークの他はピークが観測されず、これらの薄膜はアモ
ルファスであることが確認された。
であり良好であった。
膜調製後9日経時で、102°となり良好であった。
ムガラスのみの試料についても評価した。
れが除去できた。
を、以下のとおりとし、基板をソーダライムガラスとし
た他は、実施例1と同様に行った。
製法>四塩化ハフニウム HfCl4 8.00g(0.025モル)を
窒素雰囲気下にて99.5%エタノール120ml中に溶解し
た。この溶液に、トリエトキシメチルシランCH3Si(OC2H
5)3 3.40g (0.025モル)を加え、さらに、水 2.08g(0.
116モル)と60%硝酸13.1g(0.125モル)の混合溶液を撹拌
しながらゆっくり添加した。この溶液をホットプレート
上にて50℃で3時間撹拌しながら加熱し、室温まで冷却
後、冷蔵庫で保存した。
びハフニアゾル−メチルシリカゾル液を、塗布した試料
を、それぞれNo.13、No.14およびNo.15とした。
のFTIRスペクトルにおいて、1260cm-1に吸収が観測され
た。これはSi-CH3によるものであるから、調製した薄膜
にはメチル基が存在していることが分かった。
構造をX線回折法により調べた、2θ=5〜90°におい
て、2θ=20°付近のアモルファスに帰属される幅広い
ピークの他はピークが観測されず、これらの薄膜はアモ
ルファスであることが確認された。
筆硬度は9H以上であり良好であった。
調製後9日経時で、108°となって良好であった。
ダライムガラスのみの試料についても評価した。
れが除去できた。
優れ、しかも高い硬度を有する薄膜を与えることのでき
るゾル組成物、その製造方法、そのゾル組成物を硬化し
てなる硬化体および基材の撥水処理方法が提供され、自
動車の窓ガラス、自動車の塗装表面、システムキッチン
と称される台所設備、台所用品、台所設備に付設される
排気装置、入浴設備、洗面設備、医療用施設、医療用機
械器具、鏡、眼鏡など、撥水処理が望まれ、また、必要
とされる各種の設備、装置、機械器具の設計、調製分野
に寄与するところはきわめて多大である。
のメチルシリカゲル粉末のIRスペクトルである。
のメチルシリカゲル粉末のIRスペクトルである。
のハフニア−メチルシリカゲル粉末のIRスペクトルであ
る。
Claims (14)
- 【請求項1】 ハフニアおよび/またはジルコニアなら
びにアルキルシリカを含有することを特徴とするゾル組
成物。 - 【請求項2】 該アルキルシリカの有するアルキル基
が、炭素数1〜10のアルキル基である請求項1に記載
のゾル組成物。 - 【請求項3】 該ハフニアおよび/またはジルコニア:
該アルキルシリカのモル比が、5〜95:95〜5であ
る請求項1または2に記載のゾル組成物。 - 【請求項4】 ハフニウムおよび/またはジルコニウム
を含有する無機化合物ならびにトリアルコキシアルキル
シランを含有する溶媒溶液と水と酸とを混合して加熱す
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載
のゾル組成物の製造方法。 - 【請求項5】 該ハフニウムを含有する無機化合物がハ
フニウムハロゲン化物であり、ジルコニウムを含有する
無機化合物がジルコニウムハロゲン化物又はジルコニウ
ムアルコキシドである請求項4に記載のゾル組成物の製
造方法。 - 【請求項6】 該トリアルコキシアルキルシランの有す
るアルキル基が、炭素数1〜10のアルキル基である請
求項4または5に記載のゾル組成物の製造方法。 - 【請求項7】 ハフニウムおよび/またはジルコニウム
を含有する無機化合物を含有する溶媒溶液と水と酸とを
混合し、加熱して製造されたハフニアゾルおよび/また
はジルコニアゾルと、トリアルコキシアルキルシランを
含有する溶媒溶液と水と酸とを混合し、加熱して製造さ
れたアルキルシリカゾルとを混合することを特徴とする
請求項1に記載のゾル組成物の製造方法。 - 【請求項8】 該ハフニウムを含有する無機化合物がハ
フニウムハロゲン化物であり、ジルコニウムを含有する
無機化合物がジルコニウムハロゲン化物又はジルコニウ
ムアルコキシドである請求項7に記載のゾル組成物の製
造方法。 - 【請求項9】 該トリアルコキシアルキルシランの有す
るアルキル基が、炭素数1〜10のアルキル基である請
求項7または8に記載のゾル組成物の製造方法。 - 【請求項10】 請求項1〜3のいずれか一項に記載の
ゾル組成物を基材表面に塗布し、紫外線硬化することを
特徴とする基材の撥水処理方法。 - 【請求項11】 該基材が、ガラス、金属、セラミック
ス、プラスチックス、紙または木である請求項10に記
載の基材の撥水処理方法。 - 【請求項12】 請求項1〜3のいずれか一項に記載の
ゾル組成物を紫外線硬化してなることを特徴とする硬化
体。 - 【請求項13】 請求項12に記載の硬化体を、基材表
面に薄膜状に形成することを特徴とする基材の撥水処理
方法。 - 【請求項14】 該基材が、ガラス、金属、セラミック
ス、プラスチックス、紙または木である請求項13に記
載の基材の撥水処理方法。
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JP2001385126A JP3980877B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | ゾル組成物、その製造方法、硬化体および基材の撥水処理方法 |
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JP2005194313A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Univ Nihon | 硬質膜およびその製造方法 |
JP2006117892A (ja) * | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Eco Cosmo:Kk | 塗膜剥離剤 |
JP2007320776A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Univ Nihon | 硬質膜の製造方法およびゾル |
-
2001
- 2001-12-18 JP JP2001385126A patent/JP3980877B2/ja not_active Expired - Lifetime
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