JP2005060497A - 滑雪氷性部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な方法で付着した雪氷を速やかに滑落させる滑雪氷性部材とその製造方法を提供する。
【解決手段】 基材の外面に水との濡れ性が接触角で１１０度以上で且つ、水滴の滑落角度が２０度以下である、滑氷雪性を有する被覆層を形成したことにあり、その被覆層には、繊維径０．０００７〜０．５μｍ、繊維長０．１〜１００μｍである微細な炭素繊維が含まれている。
【選択図】 なし

Description

本発明は、積雪寒冷地域の着雪、着氷を防止する滑雪氷性部材及びその製造方法に関するもので、例えば屋根部材やカーポート等の各種構造用材料の外表面に広く適用されるものである。

積雪寒冷地域において発生する着雪氷は一般生活や産業活動に様々な被害、障害をもたらす。例えば、電線に着雪することにより電線の断裂や鉄塔が倒壊することにより広い地域において停電事故が発生する場合がある。その他にも、橋桁、車両、航空機、電気通信施設、道路交通標識、遮音壁、建築物の屋根、カーポート、側壁、信号機の着雪氷、流雪溝の内壁や投雪口の着氷による閉塞等による事故や障害は人命に関わることもあり、着雪氷防止策が各方面から望まれている。

着雪氷防止の対策としては、着雪氷の防止を要求される基材の外面に撥水性を有する被覆層を形成する方法が提案されている。その撥水性を有する被覆層としては、例えば、特許文献１や特許文献２等に示されているように、アクリル系樹脂やシリコーン系樹脂、フッ素系樹脂等の撥水性を有する樹脂を主成分にした被覆層を基材の表面に形成する方法が提案されている。
しかしながら、撥水性を有する樹脂を基材表面に被覆しても、６０°以上傾斜させないと水滴は移動せず、着雪氷防止効果は十分ではなかった。

そこで、特許文献３、特許文献４、特許文献５等においては、バインダ樹脂中に撥水性を有するフッ素樹脂粒子を分散させた被覆層を基材外面に形成する方法が提案されている。

特開平７−３３１１２２号公報 特開平１０−３１０７４０号公報 特開平７−２２８８２１号公報 特開平１０−３６７０７号公報 特開平１０−３１６８２０号公報

しかしながら、フッ素樹脂粒子をバインダ樹脂中に分散させた被覆層表面は、多数の微少な凹凸を有する不連続な層となるため、滑雪氷が円滑に行われないという問題が発生していた。
更には、フッ素樹脂粒子は帯電しやすいため、ほこり等が付着しやすく、長期間滑雪氷性が維持できないという問題もあった。
本発明の目的は、簡便な方法で付着した雪氷を速やかに滑落させる滑雪氷性部材とその製造方法を提供することにある。

本発明は上述の問題点を解消できる滑雪氷性部材及びその製造方法を見出したものであり、その要旨とするところは、
基材の外面に水との濡れ性が接触角で１１０度以上で且つ、水滴の滑落角度が２０度以下である、滑氷雪性を有する被覆層を形成したことにあり、その被覆層には、繊維径０．０００７〜０．５μｍ、繊維長０．１〜１００μｍである微細な炭素繊維が含まれていることにある。
また被覆層は、少なくともバインダ樹脂と微細な炭素繊維から形成されており、その重量比がバインダ樹脂／微細な炭素繊維＝２／９８〜９５／５の範囲であり、更には、基材の外面に被覆層を形成した後、被覆層に紫外線を照射することを特徴とする滑雪氷性部材の製造方法にある。

本発明によれば、優れた撥水性、滑雪氷性が発現する滑雪氷性部材及びその製造方法が提供できる。

以下、本発明を詳細に説明する
本発明に関する基材外面の被覆層において、水との濡れ性は接触角で１１０度以上、好ましくは 度以上であり、水との濡れ性が接触角で１１０度未満では、雪氷に含有される微量の水分が被覆層外面に付着しようとする力を、滑雪氷性を発現する程度まで低下させることができない。

また、水滴の滑落角度は２０度以下、好ましくは 度以下であり、水滴の滑落角度が２０度を越えると被覆層外面に付着した着雪氷が自重により滑落が困難となる。

被覆層に含まれる微細な炭素繊維は、レーザ蒸着法、気相成長法、液相成長法等によって作成することができる。またその形状は、繊維径０．０００７〜０．５μｍ、好ましくは０．００３〜０．３μｍ、繊維長０．１〜１００μｍ、好ましくは０．５〜５０μｍの範囲である微細な炭素繊維を用いるのが良い。繊維径が０．０００７μｍ未満及び繊維長が０．１μｍ未満では、かさ密度が大きく、また飛散しやすいため、取り扱いにくく、衛生的にも好ましくない。また、繊維径が０．５μｍ及び繊維長が１００μｍを越えると、被覆層表面の障害となり、滑雪氷が円滑に行われないという問題が発生しやすい。

被覆層に含まれるバインダ樹脂としては特に制限はない。例えば、エチレンを含む単独重合体又は共重合体等のポリオレフィン（ＰＯ）系樹脂又はポリオレフィン系エラストマー、環状ポリオレフィン等の非晶質ポリオレフィン樹脂（ＡＰＯ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ、ＳＢＳ等のポリスチレン系樹脂又はＳＥＢＳ等の水素添加されたスチレン系エラストマー、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、共重合アクリル等のアクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル系樹脂、ナイロン６、ナイロン１２、共重合ナイロン等のポリアミド（ＰＡ）系樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリサルホン（ＰＳ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＴＨＶ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニル（ＰＶＦ）、等のフッ素系樹脂又はエラストマー、（メタ）アクリレート系樹脂などが挙げられるが、基材と密着性の良いバインダ樹脂を適宜使用できる。

被覆層は、少なくともバインダ樹脂と微細な炭素繊維とから形成されており、その重量比がバインダ樹脂／微細な炭素繊維＝２／９８〜９５／５の範囲、好ましくは１０／９０〜９０／１０の範囲が良い。バインダ樹脂／微細な炭素繊維＝２／９８未満では、バインダ樹脂の割合が少ないため、被覆層の形成が困難になりやすく、バインダ樹脂／微細な炭素繊維＝９５／５を越えると、微細な炭素繊維の割合が少ないため、撥水性に劣り、滑雪氷が円滑に行われないという問題が発生しやすい。

また、微細な炭素繊維は導電性に優れているため、バインダ樹脂に混合することで、被覆層の帯電が防止でき、ほこり等が付着しにくく、滑雪氷が長期間維持することができる。

基材の外面に形成された被覆層は、そのままでも滑雪氷に優れた被覆層であるが、被覆層に紫外線を照射することで、バインダ樹脂成分が破壊され、微細な炭素繊維が被覆層表面により多く露出するため、滑雪氷性を更に向上させることができる。

照射する紫外線の波長は１８０〜４５０ｎｍの範囲であり、紫外線ランプは通常用いられている、水銀ランプ、メタルハイドライドランプ等が使用できる。また、紫外線強度は８０〜２００Ｗ／ｃｍの範囲が良く、８０Ｗ／ｃｍ未満では、バインダ樹脂を破壊するのに時間がかかり、作業性に劣るという問題が発生しやすい。また紫外線強度が２００Ｗ／ｃｍを越えると、微細な炭素繊維もダメージを受け、滑雪氷性を低下させる可能性がある。

本発明の滑雪氷性部材は、滑雪氷性に優れることから、電線、橋桁、車両、航空機、電気通信施設、道路交通標識、遮音壁、建築物の屋根、側壁、信号機等の着雪氷防止として使用でき、特に構造用、構築用材料の表面に広く適用されるものである。
以下、実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

＜被覆層の作成＞
バインダ樹脂であるスチレン系エラストマー（旭化成（株）製 「タフテックＨ１２２１」 比重０．９０）と、微細な炭素繊維（昭和電工（株）製 「気相法炭素繊維 ＶＧＣＦ」 比重２）を体積比で８０／２０の割合（重量比＝６４．３／３５．７）で、固形分濃度８重量％になるように、それぞれシクロヘキサンに溶解分散し、分散液を作製した。
使用した微細な炭素繊維は、繊維径１５０ｎｍ、繊維長１０〜２０μｍ、嵩比重０．０３５ｇ／ｍｌ、真比重２．０ｇ／ｍｌのものを使用した。
この分散液を基材（ポリエステルフィルム：厚み５０μｍ）上にバーコータ（松尾産業製 ＃１２番）で塗布し、８０℃で乾燥し、基材−被覆層複合体を得た。
得られた基材−被覆層複合体の厚みを測定した結果、厚みは５４μｍであった。
（比較例１）

スチレン系エラストマー（旭化成（株）製 「タフテックＨ１２２１」 比重０．９０）を、固形分濃度８重量％になるように、シクロヘキサンに溶解し、溶解液を作製した。
この溶解液を基材（ポリエステルフィルム：厚み５０μｍ）上にバーコータ（松尾産業社製 ＃４８番）で塗布し、８０℃で乾燥し、基材−バインダ樹脂被覆層複合体を得た。
得られた基材−バインダ樹脂被覆層複合体の厚みを測定した結果、厚みは５４μｍであった。

上記実施例１の基材−被覆層複合体、及び比較例１の基材−バインダ樹脂被覆層複合体を用いて、水との接触角と水滴の滑落角度を測定した結果を表１に示す。

水との接触角は、被覆層との大気中での水滴に対する接触角θａを、接触角計を用いて測定した。また、滑落角度は、被覆層の外面に水滴を落とし、水滴を静止させた後に該被覆層を徐々に傾斜させ、水滴が動き始めた時の被覆層の傾斜角度より滑落角度θｂを測定することにより求めた。

表１に示す通り、微細な炭素繊維を含む被覆層は、水との接触角及び水滴の滑落角度は、バインダ樹脂のみからなる被覆層に比べ、優れた撥水性と滑雪氷性を発現することが分かる。

実施例１と同じ方法で得た基材−被覆層複合体に、紫外線ランプ側に被覆層を配置し、以下の条件で紫外線を照射した。
尚、紫外線はＵＶＣ−５０３５／１ＭＮＬＣ６−ＨＧ０１（ウシオ電機（株）製）を用いて照射した。使用した紫外線ランプは水銀ランプで、紫外線強度は１６０Ｗ／ｃｍであった。

（実施例２）
紫外線ランプからの距離：１５０ｍｍ
被覆層の走査速度 ：５ｍ／分
照射回数 ：１回
（実施例３）
紫外線ランプからの距離：１５０ｍｍ
被覆層の走査速度 ：１０ｍ／分
照射回数 ：１回
（実施例４）
紫外線ランプからの距離：１５０ｍｍ
被覆層の走査速度 ：３０ｍ／分
照射回数 ：１回
（実施例５）
紫外線ランプからの距離：８０ｍｍ
被覆層の走査速度 ：５ｍ／分
照射回数 ：１回
（実施例６）
紫外線ランプからの距離：８０ｍｍ
被覆層の走査速度 ：５ｍ／分
照射回数 ：２回
（実施例７）
紫外線ランプからの距離：８０ｍｍ
被覆層の走査速度 ：５ｍ／分
照射回数 ：３回

（比較例２）
比較例１と同じ方法で得た基材−バインダ樹脂被覆層複合体に、紫外線ランプ側にバインダ樹脂被覆層を配置し、以下の条件で紫外線を照射した。
紫外線ランプからの距離：８０ｍｍ
被覆層の走査速度 ：５ｍ／分
照射回数 ：１回

実施例２〜７及び比較例２の、水との接触角と水滴の滑落角度を測定した結果を表２に示す。

表２に示す通り、微細な炭素繊維を含む被覆層に紫外線を照射すると、水との接触が低減し、また同時に水滴の滑落角度も小さくなり、紫外線を照射しない場合及びバインダ樹脂のみの被覆層と比べ、撥水性と滑雪氷性が格段に向上することが分かる。

Claims (4)

1. 基材の外面に水との濡れ性が接触角で１１０度以上で且つ、水滴の滑落角度が２０度以下であり、滑氷雪性を有する被覆層を形成したことを特徴とする滑雪氷性部材。
2. 被覆層には、繊維径０．０００７〜０．５μｍ、繊維長０．１〜１００μｍである微細な炭素繊維が含まれていることを特徴とする請求項１記載の滑雪氷性部材。
3. 被覆層は、バインダ樹脂と微細な炭素繊維を含み、その重量比がバインダ樹脂／微細な炭素繊維＝２／９８〜９５／５の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の滑雪氷性部材。
4. 基材の外面に少なくともバインダ樹脂と微細な炭素繊維を含む被覆層を形成した後、被覆層に紫外線を照射することを特徴とする滑雪氷性部材の製造方法。