JP2005281443A - Hydrophilic membrane and its formation method - Google Patents

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Keijiro Shigeru
啓二郎 茂
Daisaku Maeda
大作 前田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrophilic membrane which is excellent in hydrophilicity and durability against various acidic, neutral and alkaline detergents and drugs and has a high hardness, and its formation method. <P>SOLUTION: The hydrophilic membrane is intended for covering and protecting a flat substrate and is composed of a coating film containing a multiple oxide consisting of silicon and zirconium, an alkaline earth metal and water or containing a mixture of a silicon oxide and a zirconium oxide, an alkaline earth metal and water. Here, pores at a surface layer of the coating film are filled with a hydrate of a silicate of an alkaline earth metal. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、金属、有機化合物、無機化合物等の各種材料からなる面状の基材を被覆して保護するための親水性膜とその形成方法に関する。   The present invention relates to a hydrophilic film for covering and protecting a planar substrate made of various materials such as metals, organic compounds, and inorganic compounds, and a method for forming the hydrophilic film.

面状の基材の表面に親水性膜を形成し、この親水性膜によって面状の基材の表面を保護したり、基材表面に汚れ等が付着し難くする技術が広く利用されている。
親水性膜の形成方法としては、以下に示された方法等が提案されている。
(1)界面活性剤を塗布する方法。
(2)吸水性樹脂を塗布する方法。
(3)親水性光触媒を塗布する方法。
(4)琺瑯びきやセラミックス溶射によってシリカ膜等の無機化合物からなる皮膜を形成する方法。
(5)親水性成分を含有する樹脂コーティング剤を塗布する方法。
例えば特許文献1には、光触媒を用いた親水性コーティング膜が開示されている。
特開2000−191960号公報
A technique is widely used in which a hydrophilic film is formed on the surface of a planar substrate, and the surface of the planar substrate is protected by this hydrophilic film, or dirt or the like is hardly attached to the substrate surface. .
As a method for forming a hydrophilic film, the following methods have been proposed.
(1) A method of applying a surfactant.
(2) A method of applying a water absorbent resin.
(3) A method of applying a hydrophilic photocatalyst.
(4) A method of forming a film made of an inorganic compound such as a silica film by repelling or ceramic spraying.
(5) A method of applying a resin coating agent containing a hydrophilic component.
For example, Patent Document 1 discloses a hydrophilic coating film using a photocatalyst.
JP 2000-191960 A

しかしながら、これらの方法で形成された親水性膜では、以下に示されたようにアルカリ性溶液や熱水、洗剤に対する耐久性等の種々の特性において問題点があった。
(1)の方法では、界面活性剤から構成された親水性膜が形成される。界面活性剤は水溶性であるため、親水性膜は水や洗剤に溶解しやすく、短期間に親水性膜による効果が消失する問題があった。
(2)の方法では、吸水性樹脂から構成された親水性膜が形成される。吸水性樹脂は酸性又はアルカリ性の洗剤により劣化するため、親水性膜は洗剤に対する耐久性に劣る問題があった。
(3)の方法では、光触媒から構成された親水性膜が形成されるが、この親水性膜では、暗所では効果が十分に得られない問題があった。
また、親水性光触媒を用いる場合、この親水性光触媒を固定化するためにシリカバインダを用いる必要がある。シリカバインダはアルカリ性又は中性の洗剤により劣化しやすいため、このシリカバインダによって固定化された親水性膜は、洗剤に対する耐久性に劣る問題があった。
However, the hydrophilic films formed by these methods have problems in various properties such as durability against alkaline solutions, hot water, and detergents as described below.
In the method (1), a hydrophilic film composed of a surfactant is formed. Since the surfactant is water-soluble, the hydrophilic film is easily dissolved in water or a detergent, and the effect of the hydrophilic film disappears in a short time.
In the method (2), a hydrophilic film composed of a water absorbent resin is formed. Since the water-absorbent resin is deteriorated by an acidic or alkaline detergent, the hydrophilic film has a problem of poor durability against the detergent.
In the method (3), a hydrophilic film composed of a photocatalyst is formed. However, this hydrophilic film has a problem that an effect cannot be sufficiently obtained in a dark place.
Moreover, when using a hydrophilic photocatalyst, it is necessary to use a silica binder in order to fix this hydrophilic photocatalyst. Since the silica binder is easily deteriorated by an alkaline or neutral detergent, the hydrophilic film fixed by the silica binder has a problem of poor durability against the detergent.

(4)の方法では、例えば琺瑯びきやセラミックス溶射で親水性膜を形成する場合、使用できる材料が耐熱性材料に限定され、かつ形成された親水性膜は、衝撃に弱いという問題があった。
また、親水性膜としてシリカ膜が形成された場合、このシリカ膜では、熱水又はアルカリ性の洗剤により劣化しやすく洗剤に対する耐久性に劣る問題があった。
(5)の方法では、樹脂コーティング剤から構成された親水性膜が形成される。樹脂コーティング剤は酸性又はアルカリ性の洗剤により劣化するため、親水性膜は洗剤に対する耐久性に劣る問題があった。
In the method (4), for example, when a hydrophilic film is formed by squeezing or ceramic spraying, usable materials are limited to heat resistant materials, and the formed hydrophilic film has a problem that it is vulnerable to impact. .
Further, when a silica film is formed as a hydrophilic film, the silica film has a problem in that it is easily deteriorated by hot water or an alkaline detergent and has poor durability against the detergent.
In the method (5), a hydrophilic film composed of a resin coating agent is formed. Since the resin coating agent is deteriorated by an acidic or alkaline detergent, the hydrophilic film has a problem of poor durability against the detergent.

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、優れた親水性を有すると共に、酸性、中性、アルカリ性の各種洗剤や薬剤に対して優れた耐久性を有し、かつ高い硬度を有する親水性膜とその形成方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and has excellent hydrophilicity, excellent durability with respect to various acidic, neutral, and alkaline detergents and drugs, and high hydrophilicity. It is an object to provide a conductive film and a method for forming the same.

上記課題を解決するために、本発明は、以下の構成を提供するものである。
請求項1に係る発明は、面状の基材を被覆して保護するための親水性膜において、珪素とジルコニウムから構成された複酸化物とアルカリ土類金属と水、或いは珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とアルカリ土類金属と水を含有する皮膜から構成され、前記皮膜の表面層の孔が、アルカリ土類金属の珪酸塩の水和物によって塞がれていることを特徴とする親水性膜である。
請求項2に係る発明は、前記皮膜の表面層の孔が、アルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤との混合物、或いはアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤とから得られる化合物によって塞がれていることを特徴とする請求項1に記載の親水性膜である。
請求項3に係る発明は、面状の基材に、珪素とジルコニウムから構成された複酸化物とアルカリ土類金属と水、或いは珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とアルカリ土類金属と水を含有する皮膜を形成する第一の工程と、前記皮膜に珪酸塩水溶液を接触させる第二の工程を有することを特徴とする親水性膜の形成方法である。
請求項4に係る発明は、前記第一の工程において、前記皮膜にグリコール類又は界面活性剤を含有させることを特徴とする請求項3に記載の親水性膜の形成方法である。
請求項5に係る発明は、前記第二の工程において、前記珪酸塩水溶液として、グリコール類又は界面活性剤を含有したものを用いることを特徴とする請求項3又は4に記載の親水性膜の形成方法である。
請求項6に係る発明は、前記第一の工程において、面状の基材に、珪素化合物とジルコニウム化合物とアルカリ土類金属と水とを含有する塗料を塗布して前記皮膜を形成することを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の親水性膜の形成方法である。
請求項7に係る発明は、前記塗料として、グリコール類又は界面活性剤を含有したものを用いることを特徴とする請求項6に記載の親水性膜の形成方法である。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following configurations.
The invention according to claim 1 is a hydrophilic film for covering and protecting a planar substrate, a double oxide composed of silicon and zirconium, an alkaline earth metal and water, or silicon oxide and zirconium. It is composed of a film containing a mixture of an oxide, an alkaline earth metal and water, and the pores of the surface layer of the film are blocked by a hydrate of an alkaline earth metal silicate. It is a hydrophilic film.
According to a second aspect of the present invention, the pores of the surface layer of the coating are a mixture of an alkaline earth metal silicate hydrate and a glycol or a surfactant, or an alkaline earth metal silicate water. The hydrophilic film according to claim 1, wherein the hydrophilic film is blocked with a compound obtained from a Japanese product and a glycol or a surfactant.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a planar base material, a double oxide composed of silicon and zirconium, an alkaline earth metal and water, or a mixture of silicon oxide and zirconium oxide and an alkaline earth metal. A hydrophilic film forming method comprising a first step of forming a film containing water and a second step of bringing a silicate aqueous solution into contact with the film.
The invention according to claim 4 is the method for forming a hydrophilic film according to claim 3, wherein in the first step, the film contains glycols or a surfactant.
The invention according to claim 5 is characterized in that, in the second step, as the silicate aqueous solution, a solution containing glycols or a surfactant is used. It is a forming method.
According to a sixth aspect of the present invention, in the first step, the coating is formed by applying a paint containing a silicon compound, a zirconium compound, an alkaline earth metal, and water to a planar substrate. The method for forming a hydrophilic film according to claim 3, wherein the hydrophilic film is formed.
The invention according to claim 7 is the method for forming a hydrophilic film according to claim 6, wherein the paint contains a glycol or a surfactant.

本発明の親水性膜によれば、珪素(Si)とジルコニウム(Zr)から構成された複酸化物とアルカリ土類金属と水、或いは珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とアルカリ土類金属と水を含有する皮膜から構成されたことによって、この皮膜の親水性により汚れ等の付着を防止できる。このため、親水性膜が面状の基材等に形成された場合、親水性膜によって基材に汚れ等を付着し難くすることができる。
更に、皮膜の表面層の孔が、アルカリ土類金属イオンと珪酸イオンからなる化合物の水和物によって塞がれたことによって、皮膜の表面層は緻密になり、アルカリ水溶液や熱水等の水溶液が染み込み難くなる。このため、酸性,中性,アルカリ性の各種洗剤や薬剤、熱水に対して優れた耐久性を有し、かつ高い硬度と強い皮膜強度が得られる。更に各種洗剤や薬剤に対する耐久性に優れるため硬度や皮膜強度が低下し難く、優れた長期安定性が得られる。
According to the hydrophilic film of the present invention, a double oxide composed of silicon (Si) and zirconium (Zr), an alkaline earth metal and water, or a mixture of silicon oxide and zirconium oxide and an alkaline earth metal And a film containing water can prevent adhesion of dirt and the like due to the hydrophilicity of the film. For this reason, when a hydrophilic film | membrane is formed in a planar base material etc., it can make it difficult to adhere dirt etc. to a base material with a hydrophilic film | membrane.
Furthermore, since the pores of the surface layer of the film are blocked by a hydrate of a compound composed of alkaline earth metal ions and silicate ions, the surface layer of the film becomes dense, and an aqueous solution such as an alkaline aqueous solution or hot water is used. Is difficult to penetrate. For this reason, it has the durability outstanding with respect to various detergents, chemicals, and hot water of acid, neutrality, and alkali, and high hardness and strong film strength are obtained. Furthermore, since it is excellent in durability against various detergents and chemicals, hardness and film strength are hardly lowered, and excellent long-term stability can be obtained.

本発明の親水性膜の形成方法によれば、皮膜を形成する手段や皮膜に珪酸塩水溶液を接触させる手段として、公知の塗布法や乾燥,加熱方法が適用でき、面状の基材に前記した本発明の親水性膜を簡便に形成できる。また珪素とジルコニウムから構成された複酸化物とアルカリ土類金属と水、或いは珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とアルカリ土類金属と水を含有する皮膜は、親水性であり、この親水性に起因して基材に対して優れた密着性が得られるため、基材の材質に関わらず親水性膜を形成できる。   According to the method for forming a hydrophilic film of the present invention, as a means for forming a film or a means for bringing a silicate aqueous solution into contact with the film, a known coating method, drying, or heating method can be applied. The hydrophilic membrane of the present invention can be easily formed. In addition, a coating containing a double oxide composed of silicon and zirconium and an alkaline earth metal and water, or a mixture of silicon oxide and zirconium oxide, an alkaline earth metal and water is hydrophilic. Due to the property, excellent adhesion to the substrate can be obtained, so that a hydrophilic film can be formed regardless of the material of the substrate.

以下、本発明を実施した親水性膜とその形成方法について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の親水性膜の一例を示す断面概略図である。この親水性膜は、通常、面状の基材の表面を被覆するように形成され、この基材の表面を保護し、かつ基材に親水性を付与して基材表面に汚れ等が付着し難くするように機能するものである。
皮膜は、珪素(Si)とジルコニウム(Zr)とアルカリ土類金属と水とから概略構成されている。
ここで、皮膜中に含有されている水とは、単なる液体の水ではなく、結晶水のように固体中に含まれており、化学結合により固体中で特定の位置を占めているものである。アルカリ土類金属は、マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),バリウム(Ba),ラジウム(Ra)から選択された一種以上の元素である。
Hereinafter, a hydrophilic film and a method for forming the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the hydrophilic membrane of the present invention. This hydrophilic film is usually formed so as to cover the surface of a planar substrate, protects the surface of this substrate, imparts hydrophilicity to the substrate, and adheres dirt etc. to the substrate surface. It functions to make it difficult.
The coating is roughly composed of silicon (Si), zirconium (Zr), alkaline earth metal, and water.
Here, the water contained in the film is not a mere liquid water, but is contained in a solid like crystal water, and occupies a specific position in the solid by a chemical bond. . The alkaline earth metal is one or more elements selected from magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and radium (Ra).

この皮膜中では、珪素(Si)とジルコニウム(Zr)は、珪素(Si)とジルコニウム(Zr)から構成された複酸化物、又は珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物として含有されている。
皮膜が、珪素(Si)とジルコニウム(Zr)から構成された複酸化物と、アルカリ土類金属と、水とを含有している場合、皮膜は以下の式(I)で表される。
In this film, silicon (Si) and zirconium (Zr) are contained as a double oxide composed of silicon (Si) and zirconium (Zr), or a mixture of silicon oxide and zirconium oxide.
When the film contains a double oxide composed of silicon (Si) and zirconium (Zr), an alkaline earth metal, and water, the film is represented by the following formula (I).

(SiO(ZrO(HO) (I) M p (SiO m ) x (ZrO n ) y (H 2 O) q (I)

ここで、m、nは1〜4の値であり、x,yは、関係式x+y=1を満たす正の値であり、p,qは正の値である。また、Mはアルカリ土類金属であり、一般式Mgk1Cak2Srk3Bak4Rak5(k1,k2,k3,k4,k5は、0以上の値であり、k1,k2,k3,k4,k5の全てが0ではない。)で表される。 Here, m and n are values from 1 to 4, x and y are positive values that satisfy the relational expression x + y = 1, and p and q are positive values. M is an alkaline earth metal, and the general formula Mg k1 Ca k2 Sr k3 Bak 4 Ra k5 (k1, k2, k3, k4, k5 are values of 0 or more, k1, k2, k3, k4 All of k5 are not 0.)

皮膜が、珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物と、アルカリ土類金属と、水とを含有している場合、皮膜は以下の式(II)で表される。   When the film contains a mixture of silicon oxide and zirconium oxide, an alkaline earth metal, and water, the film is represented by the following formula (II).

{Mp1(SiO(HO)z1+Mp2(ZrO(HO)z2} (II) {M p1 (SiO m) x (H 2 O) z1 + M p2 (ZrO n) y (H 2 O) z2} (II)

ここで、p1,p2は、正の値であり、m,nは1〜4の値であり、x,yは、関係式x+y=1を満たす正の値であり、z1,z2は正の値である。また、Mはアルカリ土類金属であり、一般式Mgk1Cak2Srk3Bak4Rak5(k1,k2,k3,k4,k5は、0以上の値であり、k1,k2,k3,k4,k5の全てが0ではない。)で表される。
なお、皮膜中には、珪素(Si)とジルコニウム(Zr)から構成された複酸化物と、珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とが任意の割合で混在していても構わない。
Here, p1 and p2 are positive values, m and n are values of 1 to 4, x and y are positive values that satisfy the relational expression x + y = 1, and z1 and z2 are positive values. Value. M is an alkaline earth metal, and the general formula Mg k1 Ca k2 Sr k3 Bak 4 Ra k5 (k1, k2, k3, k4, k5 are values of 0 or more, k1, k2, k3, k4 All of k5 are not 0.)
In the coating, a double oxide composed of silicon (Si) and zirconium (Zr) and a mixture of silicon oxide and zirconium oxide may be mixed at an arbitrary ratio.

前記式(I),(II)中、親水性膜中のSiOの含有量は、1質量%〜90質量%が好ましく、更に好ましくは50質量%〜70質量%である。これにより親水性が向上すると共に、アルカリ性洗剤等のアルカリ性溶液に対する耐久性も向上させることができる。
SiOの含有量が1質量%より少ない場合、十分な親水性が得られず、またSiOの含有量が90質量%より多い場合、アルカリ性溶液に対して十分な耐久性が得られないため、好ましくない。
In the formulas (I) and (II), the content of SiO m in the hydrophilic film is preferably 1% by mass to 90% by mass, and more preferably 50% by mass to 70% by mass. Thereby, the hydrophilicity is improved and the durability against an alkaline solution such as an alkaline detergent can be improved.
If the SiO m content is less than 1% by mass, sufficient hydrophilicity cannot be obtained, and if the SiO m content is more than 90% by mass, sufficient durability cannot be obtained for an alkaline solution. It is not preferable.

前記式(I),(II)中、親水性膜中のZrOの含有量は、1質量%〜90質量%が好ましく、更に好ましくは20質量%〜40質量%である。これにより親水性が向上すると共に、アルカリ性洗剤等のアルカリ性溶液や熱水に対する耐久性も向上させることができる。
ZrOの含有量が1質量%より少ない場合、アルカリ性溶液や熱水に対して十分な耐久性が得られず、またZrOの含有量が90質量%より多い場合、十分な親水性が得られないため、好ましくない。
The content of ZrO n of the formula (I), (II) in, in the hydrophilic film is preferably from 1% to 90% by weight, more preferably 20% to 40% by weight. Thereby, while improving hydrophilicity, durability with respect to alkaline solutions, such as an alkaline detergent, and hot water can also be improved.
When the content of ZrO n is less than 1% by mass, sufficient durability against an alkaline solution or hot water cannot be obtained. When the content of ZrO n is more than 90% by mass, sufficient hydrophilicity is obtained. This is not preferable because

珪素酸化物成分(SiO)とジルコニウム酸化物成分(ZrO)とが均一に分散された親水性膜の形成方法としては、例えば珪素のアルコキシドやジルコニウムのアルコキシドを加水分解させる方法が適用できる。これにより、珪素酸化物とジルコニウム酸化物がナノレベルで混合された親水性膜や、均一な組成分布をもった珪素とジルコニウムから構成された複酸化物を含有する親水性膜が得られる。 As a method for forming a hydrophilic film in which a silicon oxide component (SiO m ) and a zirconium oxide component (ZrO n ) are uniformly dispersed, for example, a method of hydrolyzing a silicon alkoxide or a zirconium alkoxide can be applied. Thereby, a hydrophilic film in which silicon oxide and zirconium oxide are mixed at a nano level, or a hydrophilic film containing a double oxide composed of silicon and zirconium having a uniform composition distribution is obtained.

親水性膜中のアルカリ土類金属(M)の含有量は、0.01質量%〜20質量%が好ましく、これにより十分な親水性が得られ、かつアルカリ性洗剤等のアルカリ性溶液に対して優れた耐久性が得られる。
アルカリ土類金属が0.01質量%よりも少ない場合、アルカリ性溶液に対して十分な耐久性が得られず、またアルカリ土類金属が20質量%よりも多い場合、十分な硬度や基材に対する密着性が得られないため、好ましくない。
The content of the alkaline earth metal (M) in the hydrophilic film is preferably 0.01% by mass to 20% by mass, whereby sufficient hydrophilicity is obtained, and it is superior to an alkaline solution such as an alkaline detergent. Durability.
When the alkaline earth metal content is less than 0.01% by mass, sufficient durability cannot be obtained with respect to the alkaline solution. Since adhesion cannot be obtained, it is not preferable.

親水性膜中の水の含有量は、1質量%〜70質量%が好ましく、更に好ましくは5質量%〜50質量%である。この水は、前述したように結晶水のように固体中に含まれており、化学結合により固体中で特定の位置を占めているものである。
このため、水の含有量が前記した範囲である場合、優れた硬度と機械的強度が得られ、かつ十分な親水性が得られる。
水の含有量が1質量%よりも少ない場合、十分な親水性が得られず、また水の含有量が70質量%よりも多い場合、親水性膜の硬度が低下してしまうため、好ましくない。
The water content in the hydrophilic film is preferably 1% by mass to 70% by mass, and more preferably 5% by mass to 50% by mass. As described above, this water is contained in the solid like crystal water, and occupies a specific position in the solid by chemical bonding.
For this reason, when the content of water is in the above-described range, excellent hardness and mechanical strength can be obtained, and sufficient hydrophilicity can be obtained.
When the water content is less than 1% by mass, sufficient hydrophilicity cannot be obtained, and when the water content is more than 70% by mass, the hardness of the hydrophilic film is lowered, which is not preferable. .

親水性膜の厚さは、0.01μm〜5μmが好ましく、更に好ましくは0.1μm〜1.0μmである。これにより、優れた親水性、耐久性や、高い硬度と共に基材に対して強い密着性を有する親水性膜とすることができる。
特にせっけんかす付着防止効果に優れた親水性膜とするためには、親水性膜の厚さは、0.05μm〜5μmが好ましく、更に好ましくは0.1μm〜1.0μmである。
親水性膜の厚さが0.01μmより薄い場合、親水性膜の効果が十分に得られず、また、親水性膜の厚さが5μmより厚い場合、基材に対する密着性が低下するため、好ましくない。
The thickness of the hydrophilic film is preferably 0.01 μm to 5 μm, more preferably 0.1 μm to 1.0 μm. Thereby, it can be set as the hydrophilic film | membrane which has strong adhesiveness with respect to a base material with the outstanding hydrophilic property, durability, and high hardness.
In particular, in order to obtain a hydrophilic film having an excellent anti-soap adhesion effect, the thickness of the hydrophilic film is preferably 0.05 μm to 5 μm, more preferably 0.1 μm to 1.0 μm.
When the thickness of the hydrophilic film is less than 0.01 μm, the effect of the hydrophilic film cannot be sufficiently obtained, and when the thickness of the hydrophilic film is more than 5 μm, the adhesion to the substrate is reduced. It is not preferable.

次に、本発明の要旨となる親水性膜の化学構造と表面状態について説明する。
前述した式(I),(II)中のSiO、すなわち珪素(Si)とジルコニウム(Zr)から構成された複酸化物の珪素酸化物成分又は珪素酸化物は、アルカリ土類金属(M)と水と化学反応して、親水性膜中では、以下に示された化学構造(A)をなしている。
ここで、化学構造(A)中、wは正の値である。
Next, the chemical structure and surface state of the hydrophilic film, which is the gist of the present invention, will be described.
In the above formulas (I) and (II), SiO m , that is, a silicon oxide component or silicon oxide of a double oxide composed of silicon (Si) and zirconium (Zr) is an alkaline earth metal (M). It chemically reacts with water to form the chemical structure (A) shown below in the hydrophilic film.
Here, in chemical structure (A), w is a positive value.

−Si−O−M−O−Si−・wHO (A) —Si—O—M—O—Si— · wH 2 O (A)

SiO中にアルカリ土類金属(M)が含有されたことによって、アルカリ性洗剤等のアルカリ性溶液や熱水に対する耐久性が向上するが、親水性膜の膜強度が低下する場合があった。
また親水性膜中には、前述した式(I),(II)中のZrO、すなわち珪素(Si)とジルコニウム(Zr)から構成された複酸化物のジルコニウム酸化物成分又はジルコニウム酸化物が含有されているが、このZrOはアルカリ性溶液に対して優れた耐久性を有するため、親水性膜のアルカリ性溶液や熱水に対する耐久性は若干向上する。
しかし、厳しい環境下においてはアルカリ性溶液や熱水に対する耐久性はまだ不十分な場合があった。
By alkaline earth metal (M) is contained in the SiO m, but improved durability against an alkaline solution and hot water, such as alkaline detergent, the film strength of the hydrophilic film is in some cases lowered.
In the hydrophilic film, ZrO n in the above formulas (I) and (II), that is, a zirconium oxide component or zirconium oxide of a double oxide composed of silicon (Si) and zirconium (Zr) is contained. has been contained, the ZrO n is because it has excellent durability against alkaline solutions, resistance to alkaline solutions and hot water of the hydrophilic film is improved slightly.
However, the durability against alkaline solutions and hot water may still be insufficient under severe environments.

本発明者等は、SiO,ZrO,アルカリ土類金属,水を含有する皮膜、すなわち珪素(Si)とジルコニウム(Zr)から構成された複酸化物とアルカリ土類金属と水、或いは珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とアルカリ土類金属と水を含有する皮膜について鋭意検討した結果、皮膜の表面層には微細な孔が存在しており、この孔からアルカリ性溶液や熱水が染み込むために十分な耐久性が得られない場合があることや、表面層に微細な孔が存在しているために十分な硬度や膜強度が得られない場合があることを見出した。 The present inventors have disclosed a film containing SiO m , ZrO n , alkaline earth metal, and water, that is, a double oxide composed of silicon (Si) and zirconium (Zr), an alkaline earth metal and water, or silicon. As a result of intensive studies on a film containing a mixture of oxide and zirconium oxide, an alkaline earth metal, and water, fine pores exist in the surface layer of the film, and an alkaline solution or hot water is introduced from these holes. It has been found that sufficient durability may not be obtained due to penetration, and that sufficient hardness and film strength may not be obtained due to the presence of fine pores in the surface layer.

本発明の親水性膜では、表面層の孔内は、アルカリ土類金属の珪酸塩の水和物によって満たされた状態であり、孔は塞がれている。ここで、皮膜の表面層とは、皮膜の表面近傍の部分である。
アルカリ土類金属の珪酸塩としては、例えば、珪酸マグネシウム(MgSiO),珪酸カルシウム(CaSiO),珪酸ストロンチウム(SrSiO),珪酸バリウム(BaSiO),珪酸ラジウム(RaSiO)等が挙げられ、これらの水和物は、いずれも優れた親水性,耐アルカリ性,耐熱水性を有する。
In the hydrophilic membrane of the present invention, the pores in the surface layer are filled with the hydrate of alkaline earth metal silicate, and the pores are closed. Here, the surface layer of the coating is a portion near the surface of the coating.
Examples of the alkaline earth metal silicate include magnesium silicate (Mg 2 SiO 4 ), calcium silicate (CaSiO 4 ), strontium silicate (SrSiO 4 ), barium silicate (BaSiO 4 ), and radium silicate (RaSiO 4 ). These hydrates all have excellent hydrophilicity, alkali resistance, and hot water resistance.

このため、このアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物によって皮膜の表面層の孔が塞がれたことによって、皮膜の表面層は緻密になり、アルカリ水溶液や熱水等の水溶液が染み込み難くなる。
これにより熱水やアルカリ性溶液だけでなく、酸性,中性,アルカリ性の各種洗剤や薬剤に対しても優れた耐久性を有し、かつ高い硬度と強い皮膜強度が得られる。更に各種洗剤や薬剤に対する耐久性に優れるため硬度や皮膜強度が低下し難く、優れた長期安定性が得られる。
For this reason, the pores of the surface layer of the film are closed by the hydrate of the alkaline earth metal silicate, so that the surface layer of the film becomes dense and it is difficult for an aqueous solution such as an alkaline aqueous solution or hot water to penetrate. Become.
As a result, not only hot water and alkaline solutions, but also excellent durability against acid, neutral and alkaline detergents and chemicals, and high hardness and strong film strength can be obtained. Furthermore, since it is excellent in durability against various detergents and chemicals, hardness and film strength are hardly lowered, and excellent long-term stability can be obtained.

皮膜の表面層の孔は、アルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、ポリエチレングリコール等のグリコール類又は界面活性剤との混合物、或いはアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤とから得られる化合物によって塞がれていることが好ましい。ここで、アルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤とから得られる化合物としては、珪酸塩中の水酸基とグリコール類中の酸素原子とが化学反応して得られる化合物や、カルシウム等のアルカリ土類金属と界面活性剤の親水基とが反応して生成した不溶性の金属石けん等が挙げられる。
このような化合物や混合物によって満たされた孔内では、例えば、界面活性剤とアルカリ土類金属の塩や、グリコール類と珪酸から得られる化合物が生成して皮膜の表面層は更に緻密になり、熱水や酸性,中性,アルカリ性の各種洗剤、薬剤に対して更に優れた耐久性が得られ、かつ更に高い硬度や強い皮膜強度が得られる。
The pores of the surface layer of the coating are a mixture of an alkaline earth silicate hydrate and a glycol or a surfactant such as polyethylene glycol, or an alkaline earth silicate hydrate and a glycol. It is preferably blocked by a compound obtained from a kind or a surfactant. Here, as a compound obtained from an alkaline earth metal silicate hydrate and a glycol or a surfactant, it is obtained by a chemical reaction between a hydroxyl group in the silicate and an oxygen atom in the glycol. Examples thereof include an insoluble metal soap produced by a reaction between a compound or an alkaline earth metal such as calcium and a hydrophilic group of a surfactant.
In the pores filled with such a compound or mixture, for example, a surfactant and an alkaline earth metal salt, or a compound obtained from glycols and silicic acid is generated, and the surface layer of the film becomes more dense, Further superior durability against hot water, various acid, neutral and alkaline detergents and chemicals can be obtained, and higher hardness and strong film strength can be obtained.

グリコール類としては、ポリエチレングリコールが好ましく、このポリエチレングリコールの分子量は200〜20000が好ましい。分子量が200よりも小さい場合、皮膜の表面層が十分に緻密にならず、また分子量が20000よりも大きい場合、膜の強度が低下するため、好ましくない。
親水性膜中のグリコール類の含有量は0.01質量%〜5質量%が好ましい。
界面活性剤としては、高級脂肪酸のナトリウム塩等の石けんや陰イオン界面活性剤が好適である。親水性膜中の界面活性剤の含有量は、0.01質量%〜5質量%が好ましい。
As glycols, polyethylene glycol is preferable, and the molecular weight of polyethylene glycol is preferably 200 to 20000. When the molecular weight is smaller than 200, the surface layer of the film is not sufficiently dense, and when the molecular weight is larger than 20000, the strength of the film is lowered, which is not preferable.
The content of glycols in the hydrophilic film is preferably 0.01% by mass to 5% by mass.
As the surfactant, soaps such as sodium salts of higher fatty acids and anionic surfactants are suitable. The content of the surfactant in the hydrophilic film is preferably 0.01% by mass to 5% by mass.

親水性膜では、前述した式(I),(II)で表される皮膜(第一の皮膜とも言う。)が、アルカリ土類金属イオンと珪酸イオンからなる化合物の水和物から構成された第二の皮膜によって被覆され、これにより第一の皮膜の表面層の孔が第二の皮膜によって塞がれていることが好ましい。第一の皮膜が第二の皮膜によって被覆されたことによって、親水性膜の表面層全体が緻密になり、更に優れた耐久性や高い硬度と強い皮膜強度が得られる。   In the hydrophilic film, the film represented by the above formulas (I) and (II) (also referred to as the first film) is composed of a hydrate of a compound composed of alkaline earth metal ions and silicate ions. It is preferable that the surface layer of the first film is covered with the second film so that the pores in the surface layer of the first film are blocked by the second film. By covering the first film with the second film, the entire surface layer of the hydrophilic film becomes dense, and further excellent durability, high hardness and strong film strength can be obtained.

本発明によると、親水性膜が、珪素(Si)とジルコニウム(Zr)から構成された複酸化物とアルカリ土類金属と水、或いは珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とアルカリ土類金属と水を含有する皮膜から構成されたことによって、適度な親水性を有することができ、汚れ等の付着を防止できる。また汚れが付着しても汚れを除去しやすくなる。このため、親水性膜が面状の基材等に形成された場合、親水性膜によって基材に汚れ等を付着し難くすることができる。
更に、皮膜の表面層の孔が、アルカリ土類金属イオンと珪酸イオンからなる化合物の水和物によって塞がれたことによって、厳しい環境下であっても、酸性,中性,アルカリ性の各種洗剤や薬剤、熱水に対して優れた耐久性を有し、かつ高い硬度が得られる。
According to the present invention, the hydrophilic film comprises a double oxide composed of silicon (Si) and zirconium (Zr), an alkaline earth metal and water, or a mixture of silicon oxide and zirconium oxide and an alkaline earth metal. And a film containing water can have an appropriate hydrophilicity and can prevent adhesion of dirt and the like. Moreover, even if dirt adheres, it becomes easy to remove dirt. For this reason, when a hydrophilic film | membrane is formed in a planar base material etc., it can make it difficult to adhere dirt etc. to a base material with a hydrophilic film | membrane.
Furthermore, the pores in the surface layer of the film are blocked by a hydrate of a compound composed of alkaline earth metal ions and silicate ions, so that various acid, neutral and alkaline detergents can be used even in harsh environments. It has excellent durability against chemicals, hot water, and high hardness.

なお、親水性膜には、アルカリ金属,アルミニウム(Al),鉄(Fe)から選択された一種以上の元素、2価の金属イオン、樹脂、シランカップリング剤のうち一種以上が含有されていても構わない。
アルカリ金属としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、フランシウム(Fr)から選択された一種以上の元素が挙げられる。
2価の金属イオンとしては、亜鉛イオン(Zn2+),銅(II)イオン(Cu2+),鉄(II)イオン(Fe2+),ニッケルイオン(Ni2+),マンガン(II)イオン(Mn2+)から選択された一種以上の元素が好ましく、更に好ましくは亜鉛イオン(Zn2+)又は銅(II)イオン(Cu2+)である。
The hydrophilic film contains one or more elements selected from alkali metals, aluminum (Al), and iron (Fe), one or more of divalent metal ions, resins, and silane coupling agents. It doesn't matter.
Examples of the alkali metal include one or more elements selected from lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), and francium (Fr).
Examples of the divalent metal ion include zinc ion (Zn 2+ ), copper (II) ion (Cu 2+ ), iron (II) ion (Fe 2+ ), nickel ion (Ni 2+ ), manganese (II) ion (Mn 2+ ). One or more elements selected from the group consisting of zinc ions (Zn 2+ ) or copper (II) ions (Cu 2+ ) are preferred.

アルカリ金属,アルミニウム(Al),鉄(Fe)から選択された一種以上の元素、2価の金属イオンが含有された親水性膜では、これら元素や金属イオンが含有されたことによって、珪素(Si),ジルコニウム(Zr),酸素(O),アルカリ土類金属,水とからなるネットワーク構造が変化することになる。このため、前記元素や金属イオンの含有量を調整することによって、親水性膜の硬度等の性質を調整できる。
なお、鉄(Fe)については、2価以外の価数の金属イオンでも用いることができ、同様の効果が得られる。
In a hydrophilic film containing one or more elements selected from alkali metals, aluminum (Al), and iron (Fe) and divalent metal ions, silicon (Si) is added by containing these elements and metal ions. ), Zirconium (Zr), oxygen (O), alkaline earth metal, and water will change. For this reason, properties, such as hardness of a hydrophilic film | membrane, can be adjusted by adjusting content of the said element and metal ion.
In addition, about iron (Fe), metal ions of valence other than bivalence can be used, and the same effect is acquired.

親水性膜中のアルカリ金属の含有量は、0.01質量%〜1質量%が好ましく、これにより親水性を向上させることができる。
アルカリ金属の含有量が0.01質量%よりも少ない場合、アルカリ金属が含有されたことによる効果がほとんど認められず、また、アルカリ金属の含有量が1質量%よりも多い場合、アルカリ性溶液に対する耐久性が低下するため、好ましくない。
The content of the alkali metal in the hydrophilic film is preferably 0.01% by mass to 1% by mass, and thereby hydrophilicity can be improved.
When the content of alkali metal is less than 0.01% by mass, almost no effect due to the inclusion of the alkali metal is observed, and when the content of alkali metal is greater than 1% by mass, Since durability falls, it is not preferable.

親水性膜中のアルミニウム(Al)の含有量は、0.1質量%〜10質量%が好ましく、これにより、アルカリ性溶液に対する耐久性を向上させることができる。
アルミニウム(Al)の含有量が0.1質量%よりも少ない場合、アルミニウム(Al)が含有されたことによる効果がほとんど認められず、また、アルミニウム(Al)の含有量が10%よりも多い場合、親水性が低下するため、好ましくない。
The content of aluminum (Al) in the hydrophilic film is preferably 0.1% by mass to 10% by mass, which can improve durability against an alkaline solution.
When the content of aluminum (Al) is less than 0.1% by mass, almost no effect due to the inclusion of aluminum (Al) is observed, and the content of aluminum (Al) is more than 10%. In this case, the hydrophilicity is lowered, which is not preferable.

親水性膜中の2価の金属イオンの含有量は、0.1質量%〜10質量%が好ましく、これにより親水性膜の硬度を向上させることができる。
2価の金属イオンの含有量が0.1質量%よりも少ない場合、2価の金属イオンが含有されたことによる効果がほとんど認められず、また、2価の金属イオンの含有量が10%よりも多い場合、親水性膜の硬度が低下するため、好ましくない。
The content of the divalent metal ion in the hydrophilic film is preferably 0.1% by mass to 10% by mass, and this can improve the hardness of the hydrophilic film.
When the content of the divalent metal ion is less than 0.1% by mass, the effect due to the inclusion of the divalent metal ion is hardly observed, and the content of the divalent metal ion is 10%. If it is more than the upper limit, the hardness of the hydrophilic film is lowered, which is not preferable.

樹脂は、特に限定されないが、例えばアクリル樹脂,ウレタン樹脂,メラミン樹脂,エポキシ樹脂,シリコーン樹脂,フッ素樹脂等が挙げられ、水と混合が可能な水性タイプが好適である。
通常、樹脂は、親水性膜中の無機成分の基材表面に対する接着性を向上させることができるため、親水性膜に樹脂が含有されたことによって、基材に対する接着性を向上できる。
Although resin is not specifically limited, For example, an acrylic resin, a urethane resin, a melamine resin, an epoxy resin, a silicone resin, a fluororesin etc. are mentioned, The water-type which can be mixed with water is suitable.
Usually, since resin can improve the adhesiveness with respect to the base-material surface of the inorganic component in a hydrophilic film | membrane, the adhesiveness with respect to a base material can be improved because resin was contained in the hydrophilic film | membrane.

前記樹脂としては、アクリル樹脂が好ましく、これにより、基材に対する密着性や親水性膜の柔軟性を向上させることができる。
アクリル樹脂としては、特に限定されないが、例えばアクリル酸の重合体であるポリアクリル酸、メタクリル酸の重合体であるポリメタクリル酸、アクリル酸の誘導体の重合体、メタクリル酸の誘導体の重合体や、アクリル酸,メタクリル酸,アクリル酸の誘導体,メタクリル酸の誘導体から選択された2種以上の共重合体等が挙げられる。
As said resin, an acrylic resin is preferable, and thereby the adhesiveness with respect to a base material and the softness | flexibility of a hydrophilic film | membrane can be improved.
The acrylic resin is not particularly limited, for example, polyacrylic acid which is a polymer of acrylic acid, polymethacrylic acid which is a polymer of methacrylic acid, a polymer of a derivative of acrylic acid, a polymer of a derivative of methacrylic acid, Examples thereof include two or more kinds of copolymers selected from acrylic acid, methacrylic acid, derivatives of acrylic acid, and derivatives of methacrylic acid.

シランカップリング剤は、一般式RSi(OR)(Rは有機置換基、ORは加水分解可能な官能基)で表される有機シラン化合物である。このシランカップリング剤としては、トリメトキシフェニルシラン、トリメトキシメチルシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−メタクリロプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシランが好ましく、これにより基材に対する密着性を向上させることができる。 The silane coupling agent is an organic silane compound represented by a general formula R 1 Si (OR) 3 (R 1 is an organic substituent, and OR is a hydrolyzable functional group). Examples of the silane coupling agent include trimethoxyphenylsilane, trimethoxymethylsilane, vinyltriethoxysilane, 3-methacrylopropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and 3-aminopropyltriethoxysilane. Preferably, this can improve the adhesion to the substrate.

シランカップリング剤が含有された親水性膜では、基材に対する接着性を向上できる。
特に、シランカップリング剤は、一分子中に有機官能基と加水分解基を有し、加水分解して樹脂等の有機成分と無機成分とを化学的に結合する性質がある。
このため、特に樹脂基材に対する密着性を改善でき、親水性膜の物理強度や耐水性、基材に対する接着性を大幅に向上させることができる。
親水性膜中に、樹脂と共にシランカップリング剤が含有されている場合、シランカップリング剤は、基材−無機成分間の密着性向上だけでなく、添加樹脂−無機成分間の密着性も向上させるため、親水性膜全体の耐久性を高めることができる。
In the hydrophilic film containing the silane coupling agent, the adhesion to the substrate can be improved.
In particular, the silane coupling agent has an organic functional group and a hydrolyzable group in one molecule, and has a property of hydrolyzing and chemically bonding an organic component such as a resin and an inorganic component.
For this reason, especially the adhesiveness with respect to a resin base material can be improved, and the physical strength of a hydrophilic film | membrane, water resistance, and the adhesiveness with respect to a base material can be improved significantly.
When the hydrophilic film contains a silane coupling agent together with the resin, the silane coupling agent improves not only the adhesion between the base material and the inorganic component but also the adhesion between the added resin and the inorganic component. Therefore, the durability of the entire hydrophilic film can be enhanced.

樹脂又はシランカップリング剤の親水性膜中の含有量は、1質量%以上、10質量%以下が好ましく、これにより樹脂基材に対する密着性を向上させることができる。
樹脂又はシランカップリング剤の親水性膜中の含有量が1質量%未満の場合、樹脂又はシランカップリング剤が含有されたことによる効果がほとんど認められず、また含有量が10質量%よりも多い場合、親水性が低下するため、好ましくない。
The content of the resin or the silane coupling agent in the hydrophilic film is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, thereby improving the adhesion to the resin substrate.
When the content of the resin or silane coupling agent in the hydrophilic film is less than 1% by mass, almost no effect due to the inclusion of the resin or silane coupling agent is observed, and the content is more than 10% by mass. When the amount is large, the hydrophilicity is lowered, which is not preferable.

また、親水性膜には、銀(Ag)が含有されていても構わない。銀(Ag)が含有されたことによって、親水性膜に抗菌性を付与できる。   Further, the hydrophilic film may contain silver (Ag). By containing silver (Ag), antibacterial properties can be imparted to the hydrophilic film.

次に本発明の親水性膜の形成方法について説明する。
第一の工程として、面状の基材に、珪素とジルコニウムから構成された複酸化物とアルカリ土類金属と水、或いは珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とアルカリ土類金属と水を含有する皮膜を形成する。
基材は、特に限定されず、ガラス,陶磁器,琺瑯,コンクリート,石材等の無機材料、鉄,ステンレス,アルミ,金,銀,チタン,各種めっき等の金属材料、プラスチック,繊維等の有機材料等の各種材料から構成され、曲面,平面,凹凸面等の表面をもったものが挙げられる。
Next, the formation method of the hydrophilic film | membrane of this invention is demonstrated.
As a first step, a double oxide composed of silicon and zirconium and an alkaline earth metal and water, or a mixture of silicon oxide and zirconium oxide and an alkaline earth metal and water are applied to a planar substrate. Form a coating containing it.
The substrate is not particularly limited, inorganic materials such as glass, ceramics, pots, concrete, stones, metal materials such as iron, stainless steel, aluminum, gold, silver, titanium, various platings, organic materials such as plastics and fibers, etc. And having a surface such as a curved surface, a flat surface, and an uneven surface.

この基材に皮膜を形成する方法としては、例えば、珪素化合物とジルコニウム化合物とアルカリ土類金属と水とを含有する塗料を基材に塗布する方法が挙げられる。この塗料を用いた皮膜の形成方法を以下に示す。
まず、珪素化合物とジルコニウム化合物とアルカリ土類金属と水とを含有する塗料を用意する。
珪素化合物としては、珪酸アルカリ等の水溶性塩、コロイダルシリカ(シリカゾル),テトラエトキシシラン,テトラメトキシシラン等のシリコンアルコキシドが好ましく、安価で取り扱いやすい。
特に、シリコンアルコキシドを加水分解して得られる超微粒子の珪素酸化物が更に好ましく、これにより優れた強度を有する皮膜を形成できる。
塗料中の珪素化合物の含有量は、酸化物換算(珪素化合物が全て酸化珪素であるとして算出した含有量)で0.1質量%〜9質量%が好ましい。
Examples of the method for forming a film on the base material include a method of applying a paint containing a silicon compound, a zirconium compound, an alkaline earth metal, and water to the base material. A method for forming a film using this paint will be described below.
First, a paint containing a silicon compound, a zirconium compound, an alkaline earth metal, and water is prepared.
The silicon compound is preferably a water-soluble salt such as alkali silicate, silicon alkoxide such as colloidal silica (silica sol), tetraethoxysilane, or tetramethoxysilane, and is inexpensive and easy to handle.
In particular, ultrafine silicon oxide obtained by hydrolyzing silicon alkoxide is more preferable, and thereby a film having excellent strength can be formed.
The content of the silicon compound in the paint is preferably 0.1% by mass to 9% by mass in terms of oxide (content calculated assuming that the silicon compound is all silicon oxide).

ジルコニウム化合物としては、オキシ塩化ジルコニウム,オキシ硝酸ジルコニウム等の水溶性塩、テトラプロポキシジルコニウム,テトラブトキシジルコニウム等のジルコニウムアルコキシド又はその加水分解物、ジルコニアゾルが好ましい。
特に、ジルコニウムアルコキシドを加水分解して得られる超微粒子のジルコニウム酸化物が更に好ましく、これにより優れた強度を有する皮膜を形成できる。
塗料中のジルコニウム化合物の含有量は、酸化物換算(ジルコニウム化合物が全て酸化ジルコニウムであるとして算出した含有量)で0.1質量%〜9質量%が好ましい。
As the zirconium compound, water-soluble salts such as zirconium oxychloride and zirconium oxynitrate, zirconium alkoxides such as tetrapropoxyzirconium and tetrabutoxyzirconium, hydrolysates thereof, and zirconia sols are preferable.
In particular, an ultrafine zirconium oxide obtained by hydrolyzing zirconium alkoxide is more preferable, whereby a film having excellent strength can be formed.
The content of the zirconium compound in the paint is preferably 0.1% by mass to 9% by mass in terms of oxide (content calculated assuming that all zirconium compounds are zirconium oxide).

塗料中の珪素化合物に対するジルコニウム化合物の質量比は、酸化物換算(珪素化合物が全て珪素酸化物となり、ジルコニウム化合物が全て酸化ジルコニウムとなるとして算出した含有量)で1/10〜10/1が好ましく、更に好ましくは2/7〜4/5である。これにより、形成された親水性膜は適度な親水性と共に耐久性も有し、汚れ等の付着を防止できる。   The mass ratio of the zirconium compound to the silicon compound in the paint is preferably 1/10 to 10/1 in terms of oxide (content calculated assuming that all silicon compounds are silicon oxides and all zirconium compounds are zirconium oxides). More preferably, it is 2/7 to 4/5. Thus, the formed hydrophilic film has moderate hydrophilicity and durability, and can prevent adhesion of dirt and the like.

アルカリ土類金属は、マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),バリウム(Ba),ラジウム(Ra)から選択された一種以上の元素であり、このアルカリ土類金属は、塗料中に単独のイオン又は塩等の化合物として含有されている。
アルカリ土類金属を含有する化合物としては、アルカリ土類金属の硝酸塩,塩化物,有機酸塩等の水溶性塩や、珪酸カルシウムのように塗料中に含有される他の元素、すなわち本発明にて形成する親水性膜を構成する他の元素(珪素(Si),ジルコニウム(Zr)等)を含有する化合物でもよい。
The alkaline earth metal is one or more elements selected from magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and radium (Ra). Is contained as a single ion or a compound such as a salt.
Examples of compounds containing alkaline earth metals include water-soluble salts such as alkaline earth metal nitrates, chlorides, and organic acid salts, and other elements contained in paints such as calcium silicate, that is, the present invention. It may be a compound containing other elements (silicon (Si), zirconium (Zr), etc.) constituting the hydrophilic film formed.

塗料中のアルカリ土類金属の含有量は、イオン換算(アルカリ土類金属が全て単独のイオンとして存在しているとして算出した含有量)で10ppm〜2質量%が好ましい。
アルカリ土類金属の含有量が10ppmよりも少ない場合、アルカリ性溶液に対して十分な耐久性を有する皮膜が形成できず、また、2質量%よりも多い場合、基材に対して十分な密着性を有する皮膜が形成できないため、好ましくない。
The content of the alkaline earth metal in the paint is preferably 10 ppm to 2% by mass in terms of ions (content calculated assuming that all the alkaline earth metals are present as single ions).
When the content of alkaline earth metal is less than 10 ppm, a film having sufficient durability against an alkaline solution cannot be formed. When the content is more than 2% by mass, sufficient adhesion to a substrate is achieved. This is not preferable because a film having s cannot be formed.

塗料中には、グリコール類が含有されていても構わない。この塗料を用いて皮膜形成した後、後述する第2の工程にて珪酸塩水溶液を皮膜表面に接触させると、皮膜の表面層の孔をほぼ完全に塞ぐことができる。
グリコール類としては、ポリエチレングリコールが好ましく、孔を短時間で塞ぐことができる。ポリエチレングリコールの分子量は200〜20000が好ましく、これにより孔を塞ぎやすくなる。
塗料中のグリコール類の含有量は0.01質量%〜5質量%が好ましく、これにより孔をほぼ完全に塞ぎ、かつ親水性膜表面の滑り性が向上し、傷が付きにくくなる。
The paint may contain glycols. After forming a film using this paint, the pores in the surface layer of the film can be almost completely closed by bringing the silicate aqueous solution into contact with the film surface in a second step described later.
As glycols, polyethylene glycol is preferable, and the pores can be closed in a short time. The molecular weight of polyethylene glycol is preferably 200 to 20000, which makes it easier to close the pores.
The content of glycols in the coating is preferably 0.01% by mass to 5% by mass, which closes the hole almost completely and improves the slipperiness of the hydrophilic film surface, making it difficult to be damaged.

塗料中には溶媒として水が含有されているが、水の含有量は、1質量%〜90質量%が好ましく、これにより固形分(珪素化合物,ジルコニウム化合物,アルカリ土類金属を含有する塗料成分)の水和反応を行うことができる。   Although water is contained as a solvent in the paint, the content of water is preferably 1% by mass to 90% by mass, whereby a paint component containing a solid content (silicon compound, zirconium compound, alkaline earth metal) ) Can be carried out.

また溶媒として、水以外に、アルコール類,ケトン類等の水と相溶性に優れた有機溶媒が含有されていることが好ましい。
これにより、基材表面への塗料ののびが良くなり、基材表面へ塗料を塗布する際、塗りムラを無くすることができる。
塗料中の固形分濃度は、特に制限はないが、0.1質量%〜10質量%が好ましい。これにより、適度な粘度を有し塗布法によって基材上に所望の膜厚の皮膜を形成しやすくなる。ここで、この塗料中の固形分とは、強熱残分によって算出される値であり、塗料中の水や有機溶媒等の溶媒の含有量を調整することによって調整できる。
In addition to water, the solvent preferably contains an organic solvent having excellent compatibility with water, such as alcohols and ketones.
Thereby, the spreading of the coating material on the substrate surface is improved, and uneven coating can be eliminated when the coating material is applied to the substrate surface.
The solid content concentration in the paint is not particularly limited, but is preferably 0.1% by mass to 10% by mass. Thereby, it becomes easy to form a film having a desired film thickness on a substrate having an appropriate viscosity by a coating method. Here, the solid content in the paint is a value calculated from the ignition residue, and can be adjusted by adjusting the content of water or a solvent such as an organic solvent in the paint.

塗料のpH(水素イオン濃度指数)は、2以下が好ましく、これにより塗料中での水和反応を抑え、塗料が基材に塗布される前に固化することを防止できる。
塗料のpHを調整するために、塗料中に酸が含有されていることが好ましい。酸としては揮発性の酸が好ましく、例えば硝酸,塩酸,酢酸等が挙げられる。
塗料中の酸の含有量は、0.1質量%〜10質量%が好ましく、これにより水和反応を抑えることができ、塗料の品質が変質し難くなる。
The pH (hydrogen ion concentration index) of the paint is preferably 2 or less, thereby suppressing the hydration reaction in the paint and preventing the paint from solidifying before being applied to the substrate.
In order to adjust the pH of the paint, it is preferable that an acid is contained in the paint. A volatile acid is preferable as the acid, and examples thereof include nitric acid, hydrochloric acid, and acetic acid.
The content of the acid in the paint is preferably 0.1% by mass to 10% by mass, whereby the hydration reaction can be suppressed, and the quality of the paint is difficult to change.

塗料中には、アルカリ金属,アルミニウム(Al),鉄(Fe)から選択された一種以上の元素、2価の金属イオン、樹脂、シランカップリング剤のうち一種以上が含有されていても構わない。
アルカリ金属としては、リチウム(Li),ナトリウム(Na),カリウム(K),ルビジウム(Rb),セシウム(Cs),フランシウム(Fr)から選択された一種以上の元素が挙げられる。このアルカリ金属や、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)は、塗料中に単独のイオン又は塩等の化合物として含有されている。
アルカリ金属を含有する化合物としては、アルカリ金属の硝酸塩,塩化物,有機酸塩等の水溶性塩や、珪酸リチウム、リチウムジルコネート等のように塗料中に含有される他の元素、すなわち発明にて形成する親水性膜を構成する他の元素(珪素(Si),ジルコニウム(Zr)等)を含有する化合物が好適である。
塗料中のアルカリ金属の含有量は、イオン換算(アルカリ金属が全て単独のイオンとして存在しているとして算出した含有量)で、0.01質量%〜1質量%が好ましく、これにより、より優れた親水性を有する皮膜を形成できる。
The paint may contain one or more elements selected from alkali metals, aluminum (Al), iron (Fe), divalent metal ions, resins, and silane coupling agents. .
Examples of the alkali metal include one or more elements selected from lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), and francium (Fr). The alkali metal, aluminum (Al), and iron (Fe) are contained in the paint as a single ion or a compound such as a salt.
Examples of compounds containing alkali metals include water-soluble salts such as alkali metal nitrates, chlorides, and organic acid salts, and other elements contained in paints such as lithium silicate and lithium zirconate. A compound containing other elements (silicon (Si), zirconium (Zr), etc.) constituting the hydrophilic film formed in this manner is preferable.
The content of the alkali metal in the paint is preferably 0.01% by mass to 1% by mass in terms of ions (content calculated assuming that all alkali metals are present as single ions), and thus more excellent. It is possible to form a highly hydrophilic film.

アルミニウム(Al)を含有する化合物としては、アルミニウムの硝酸塩,塩化物等の水溶性塩、アルミニウムイソプロポキシド等のアルコキシド又はその加水分解物、アルミナゾルが好ましく、これにより、更にアルカリ性溶液や熱水に対する耐久性に優れた皮膜を形成できる。
塗料中のアルミニウム(Al)の含有量は、イオン換算(アルミニウムが全て単独のイオンとして存在しているとして算出した含有量)で、0.01質量%〜1質量%が好ましい。
As the compound containing aluminum (Al), a water-soluble salt such as aluminum nitrate and chloride, an alkoxide such as aluminum isopropoxide or a hydrolyzate thereof, and an alumina sol are preferable. A film having excellent durability can be formed.
The content of aluminum (Al) in the coating is preferably 0.01% by mass to 1% by mass in terms of ions (content calculated assuming that all aluminum is present as a single ion).

2価の金属イオンとしては、亜鉛イオン(Zn2+),銅(II)イオン(Cu2+),鉄(II)イオン(Fe2+),ニッケルイオン(Ni2+),マンガン(II)イオン(Mn2+)から選択された一種以上の元素が好ましく、更に好ましくは亜鉛イオン(Zn2+)又は銅(II)イオン(Cu2+)である。
この2価の金属イオンは、塗料中に単独のイオン又は塩等の化合物として含有されている。2価の金属イオンを含有する化合物としては、硝酸塩,塩化物等の水溶性塩が好適である。
塗料中の2価の金属イオンの含有量は、0.01質量%〜1質量%が好ましく、これにより、更にアルカリ性溶液や熱水に対する耐久性に優れた皮膜を形成できる。
Examples of the divalent metal ion include zinc ion (Zn 2+ ), copper (II) ion (Cu 2+ ), iron (II) ion (Fe 2+ ), nickel ion (Ni 2+ ), manganese (II) ion (Mn 2+ ). One or more elements selected from the group consisting of zinc ions (Zn 2+ ) or copper (II) ions (Cu 2+ ) are preferred.
This divalent metal ion is contained in the paint as a single ion or a compound such as a salt. As the compound containing a divalent metal ion, water-soluble salts such as nitrates and chlorides are suitable.
The content of the divalent metal ions in the coating is preferably 0.01% by mass to 1% by mass, whereby a film excellent in durability against an alkaline solution or hot water can be formed.

アルカリ金属,アルミニウム(Al),鉄(Fe)から選択された一種以上の元素、2価の金属イオンが含有された塗料を用いることによって、皮膜を形成する際、珪素とジルコニウムから構成された複酸化物と、アルカリ土類金属イオンと、水とからなるネットワーク構造が、これら元素や金属イオンによって架橋され、これにより親水性膜の硬度を向上させることができる。
なお、鉄(Fe)については、2価以外の価数の金属イオンでも用いることができ、同様の効果が得られる。
By using a paint containing one or more elements selected from alkali metals, aluminum (Al), and iron (Fe) and divalent metal ions, a composite composed of silicon and zirconium is formed when the coating is formed. A network structure composed of an oxide, an alkaline earth metal ion, and water is cross-linked by these elements and metal ions, whereby the hardness of the hydrophilic film can be improved.
In addition, about iron (Fe), metal ions of valence other than bivalence can be used, and the same effect is acquired.

また樹脂は、特に限定されないが、例えばアクリル樹脂,ウレタン樹脂,メラミン樹脂,エポキシ樹脂,シリコーン樹脂,フッ素樹脂等が挙げられ、水と混合が可能な水性タイプが好適である。
樹脂は、塗料中の無機成分の基材表面に対する接着性を向上させることができるため、この樹脂が含有された塗料を用いることによって、基材に対する接着性に優れた皮膜を形成できる。
The resin is not particularly limited, and examples thereof include an acrylic resin, a urethane resin, a melamine resin, an epoxy resin, a silicone resin, and a fluorine resin, and an aqueous type that can be mixed with water is preferable.
Since the resin can improve the adhesion of the inorganic component in the coating material to the substrate surface, a coating film having excellent adhesion to the substrate can be formed by using the coating material containing this resin.

前記樹脂としては、アクリル樹脂が好ましく、これにより、基材との接着性の改善や、皮膜に柔軟性を与えることができる。
アクリル樹脂としては、特に限定されないが、例えばアクリル酸の重合体であるポリアクリル酸、メタクリル酸の重合体であるポリメタクリル酸、アクリル酸の誘導体の重合体、メタクリル酸の誘導体の重合体や、アクリル酸,メタクリル酸,アクリル酸の誘導体,メタクリル酸の誘導体から選択された2種以上の共重合体等が挙げられる。
塗料中のアクリル樹脂の含有量は、0.1質量%〜1質量%が好ましく、これにより優れた接着性や柔軟性が付与された皮膜を形成できる。
As said resin, an acrylic resin is preferable, and thereby, the adhesiveness with a base material can be improved and the film can be given flexibility.
The acrylic resin is not particularly limited, for example, polyacrylic acid which is a polymer of acrylic acid, polymethacrylic acid which is a polymer of methacrylic acid, a polymer of a derivative of acrylic acid, a polymer of a derivative of methacrylic acid, Examples thereof include two or more kinds of copolymers selected from acrylic acid, methacrylic acid, derivatives of acrylic acid, and derivatives of methacrylic acid.
The content of the acrylic resin in the paint is preferably 0.1% by mass to 1% by mass, and thereby a film with excellent adhesion and flexibility can be formed.

シランカップリング剤は、一般式RSi(OR)(Rは有機置換基、ORは加水分解可能な官能基)で表される有機シラン化合物である。このシランカップリング剤としては、トリメトキシフェニルシラン、トリメトキシメチルシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−メタクリロプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシランが好ましく、これにより基材との密着性を向上させることができる。 The silane coupling agent is an organic silane compound represented by a general formula R 1 Si (OR) 3 (R 1 is an organic substituent, and OR is a hydrolyzable functional group). Examples of the silane coupling agent include trimethoxyphenylsilane, trimethoxymethylsilane, vinyltriethoxysilane, 3-methacrylopropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and 3-aminopropyltriethoxysilane. Preferably, this can improve the adhesion to the substrate.

シランカップリング剤が含有された塗料を用いることによって、基材に対する接着性に優れた親水性膜を形成できる。
特に、シランカップリング剤は、一分子中に有機官能基と加水分解基を有し、加水分解して樹脂等の有機材料と無機材料とを化学的に結合する性質がある。このため、樹脂と共にシランカップリング剤を含有する塗料を用いることが好ましく、これにより親水性膜の物理強度や耐水性、基材に対する接着性を大幅に向上させることができる。
塗料中の樹脂とシランカップリング剤の含有量の和は、1質量%以上、10質量%以下が好ましく、これにより基材との密着性を高めることができる。
By using a paint containing a silane coupling agent, it is possible to form a hydrophilic film having excellent adhesion to the substrate.
In particular, a silane coupling agent has an organic functional group and a hydrolyzable group in one molecule, and has a property of hydrolyzing and chemically bonding an organic material such as a resin and an inorganic material. For this reason, it is preferable to use a paint containing a silane coupling agent together with a resin, whereby the physical strength and water resistance of the hydrophilic film and the adhesion to the substrate can be greatly improved.
The sum of the content of the resin and the silane coupling agent in the paint is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, which can improve the adhesion to the substrate.

また、珪素化合物とジルコニウム化合物との和に対する塗料中のアルカリ成分の質量比(百分率)は、酸化物換算(珪素化合物,ジルコニウム化合物,アルカリ成分とがそれぞれ酸化物であるとして算出した含有量で算出した値)で0.1質量%〜5質量%が好ましい。これにより、アルカリ溶液に対する耐久性が著しく低下せずかつ更に優れた親水性を有する皮膜を形成できる。
ここで,アルカリ成分とは、アルカリ金属を含有する化合物、具体的にはリチウム塩,ナトリウム塩,カリウム塩等である。
In addition, the mass ratio (percentage) of the alkali component in the coating with respect to the sum of the silicon compound and the zirconium compound is calculated by the content calculated as an oxide (the silicon compound, the zirconium compound, and the alkali component are each oxides). Value) is preferably 0.1% by mass to 5% by mass. Thereby, the durability with respect to the alkaline solution is not remarkably lowered and a film having further excellent hydrophilicity can be formed.
Here, the alkali component is a compound containing an alkali metal, specifically, a lithium salt, a sodium salt, a potassium salt, or the like.

珪素化合物とジルコニウム化合物との和に対するアルミニウム(Al)を含有する化合物の質量比(百分率)は、酸化物換算(珪素化合物,ジルコニウム化合物,アルミニウム(Al)を含有する化合物とがそれぞれ酸化物であるとして算出した含有量で算出した値)で0.1質量%〜5質量%が好ましい。これにより、アルカリ溶液に対して更に優れた耐久性を有する皮膜を形成できる。
また、珪素化合物とジルコニウム化合物との和に対する2価の金属イオンの質量比(百分率)は、酸化物換算(珪素化合物,ジルコニウム化合物,2価の金属イオンとがそれぞれ酸化物であるとして算出した含有量で算出した値)で0.1質量%〜5質量%が好ましい。これにより、アルカリ溶液に対して更に優れた耐久性を有する皮膜を形成できる。
The mass ratio (percentage) of the compound containing aluminum (Al) with respect to the sum of the silicon compound and the zirconium compound is an oxide equivalent (a silicon compound, a zirconium compound, and a compound containing aluminum (Al) are oxides). Value calculated by the content calculated as 0.1) to 5% by mass is preferable. Thereby, the film which has the further outstanding durability with respect to an alkaline solution can be formed.
In addition, the mass ratio (percentage) of the divalent metal ion to the sum of the silicon compound and the zirconium compound is calculated in terms of oxide (the silicon compound, the zirconium compound, and the divalent metal ion are each calculated as an oxide) The value calculated by the amount) is preferably 0.1% by mass to 5% by mass. Thereby, the film which has the further outstanding durability with respect to an alkaline solution can be formed.

このような塗料は、各構成成分を所定量、量り取り、水,アルコール等の溶媒と混合する方法によって得られる。
各構成成分と水,アルコール等の有機溶媒等の溶媒とを混合する際、沈殿や凝結が生じないように、硝酸,塩酸,酢酸,硫酸等の酸を添加して適宜pHを調整したり、水分量を調整しながら混合することが好ましい。
アルコール等の有機溶媒としては、メタノール,エタノール,イソプロピルアルコール等のアルコール、ケトン類,セロソルブ類が好適である。
Such a paint is obtained by a method in which each component is weighed in a predetermined amount and mixed with a solvent such as water or alcohol.
When mixing each component with a solvent such as water or an organic solvent such as alcohol, an acid such as nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid or sulfuric acid is added to adjust the pH appropriately so that precipitation or condensation does not occur. It is preferable to mix while adjusting the water content.
As the organic solvent such as alcohol, alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol, ketones and cellosolves are suitable.

このように調整した塗料を面状の基材に塗布した後、乾燥又は必要により加熱することによって皮膜が得られる。
塗料の塗布方法としては、特に限定されず、ディップ法,スプレー法,刷け塗り法等の公知の方法が適用できる。
乾燥や加熱方法についても、特に限定されず、自然乾燥,乾燥機等の加熱手段を用いた方法等の公知の方法が適用できる。
After the coating material adjusted in this way is applied to a planar substrate, a film is obtained by drying or heating as necessary.
The method for applying the paint is not particularly limited, and known methods such as a dipping method, a spray method, and a brush coating method can be applied.
The drying and heating methods are not particularly limited, and known methods such as natural drying and methods using heating means such as a dryer can be applied.

面状の基材に塗布された塗料を乾燥又は加熱すると、塗料中の酸等が蒸発してpHが上昇する。塗料のpHが上昇すると共に、塗料中では水和反応が生じ、この水和反応によって珪素化合物とジルコニウム化合物は、珪素(Si)とジルコニウム(Zr)から構成された複酸化物,珪素酸化物,ジルコニウム酸化物を含有する水和物から選択された一種以上の水和物となる。
ここで、水和反応とはセメントが硬化する際に生じる反応である。水和反応によって水が結晶水のように固体中に取り込まれるため、優れた親水性が得られる。
一例として、珪素酸化物が水和反応によって水和物となる反応を以下の式(III)に示す。
When the paint applied to the planar substrate is dried or heated, the acid in the paint evaporates and the pH rises. As the pH of the paint rises, a hydration reaction occurs in the paint. By this hydration reaction, the silicon compound and the zirconium compound are double oxides composed of silicon (Si) and zirconium (Zr), silicon oxide, One or more hydrates selected from hydrates containing zirconium oxide are obtained.
Here, the hydration reaction is a reaction that occurs when the cement hardens. Since water is taken into the solid like crystallization water by the hydration reaction, excellent hydrophilicity can be obtained.
As an example, a reaction in which silicon oxide becomes a hydrate by a hydration reaction is shown in the following formula (III).

−Si−OH + Ca(OH) + HO−Si−
→ −Si−O−Ca−O−Si−・2HO (III)
-Si-OH + Ca (OH) 2 + HO-Si-
→ -Si-O-Ca-O -Si- · 2H 2 O (III)

従来、親水性膜としてシリカ膜をゾルゲル反応によって形成する方法が開示されているが、この方法では酸を触媒として珪素化合物を加水分解した後、脱水縮合反応によって硬化させてシリカ膜を形成していた。
一例として、シリコンアルコキシドの加水分解物やコロイダルシリカが脱水縮合反応によって硬化しシリカ膜となる反応を以下の式(IV)に示す。
Conventionally, a method of forming a silica film as a hydrophilic film by a sol-gel reaction has been disclosed. In this method, a silicon compound is hydrolyzed using an acid as a catalyst and then cured by a dehydration condensation reaction to form a silica film. It was.
As an example, the following formula (IV) shows a reaction in which a hydrolyzate of silicon alkoxide or colloidal silica is cured by a dehydration condensation reaction to form a silica film.

−Si−OH + HO−Si− → −Si−O−Si− + HO↑ (IV) -Si-OH + HO-Si- → -Si-O-Si- + H 2 O ↑ (IV)

従来の方法では、一部水酸基(OH基)は未反応のまま残存するため、得られた親水性膜のシリカ膜は親水性を示す。しかし、Si−O結合がアルカリ性溶液や熱水に弱い問題があった。
本発明では、この従来の方法とは水の出入りという点では全く異なっており、これにより従来に比べてアルカリ性溶液や熱水に対する耐久性が向上した皮膜を形成できる。
In the conventional method, since some hydroxyl groups (OH groups) remain unreacted, the silica film of the obtained hydrophilic film exhibits hydrophilicity. However, there is a problem that the Si—O bond is weak to alkaline solution or hot water.
In the present invention, the conventional method is completely different from the conventional method in terms of the entry and exit of water, whereby a film with improved durability against alkaline solutions and hot water can be formed.

乾燥温度又は加熱温度は40℃〜300℃が好ましく、これにより酸が揮発しやすく、この酸の揮発によりpHが上昇し、水和反応が促進され硬化しやすく、短時間で容易に親水性膜を形成できる。   The drying temperature or heating temperature is preferably 40 ° C. to 300 ° C., whereby the acid is likely to volatilize, the pH rises due to the volatilization of this acid, the hydration reaction is promoted, and the hydrophilic film is easily cured in a short time. Can be formed.

次に、第二の工程として、形成された皮膜に珪酸塩水溶液を接触させて、親水性膜を形成する。
珪酸塩としては、例えば、珪酸リチウム,珪酸ナトリウム,珪酸カリウム等の水溶性塩が好ましく、これにより親水性膜の親水性や硬度を向上させることができる。
珪酸塩水溶液中の珪酸塩の濃度は0.01質量%〜20質量%が好ましく、これにより親水性や硬度を更に向上させることができる。
珪酸塩の濃度が0.01質量%よりも低い場合、十分な効果が得られず、また珪酸塩の濃度が20質量%よりも高い場合、未反応の珪酸イオンが多量に残留してしまうため、好ましくない。
Next, as a second step, a silicate aqueous solution is brought into contact with the formed film to form a hydrophilic film.
As the silicate, for example, a water-soluble salt such as lithium silicate, sodium silicate, and potassium silicate is preferable, and thereby the hydrophilicity and hardness of the hydrophilic film can be improved.
The concentration of the silicate in the silicate aqueous solution is preferably 0.01% by mass to 20% by mass, and thereby the hydrophilicity and hardness can be further improved.
When the silicate concentration is lower than 0.01% by mass, a sufficient effect cannot be obtained. When the silicate concentration is higher than 20% by mass, a large amount of unreacted silicate ions remain. It is not preferable.

前記珪酸塩水溶液を皮膜に接触させる方法としては、特に限定されず、例えば、皮膜を珪酸水溶液中に浸ける方法、皮膜に珪酸塩水溶液を吹きかける方法、皮膜に珪酸塩水溶液を塗布する方法、珪酸塩水溶液を染み込ませたスポンジや布を用いて皮膜表面を拭く方法等の公知の方法が適用できる。
皮膜を珪酸水溶液中に浸ける方法では、皮膜表面に珪酸塩水溶液を均一に接触させることができ、乾燥後に珪酸塩が皮膜表面にしみ状になって残ることがほとんどなく、歩留まりを改善できる。
The method of bringing the silicate aqueous solution into contact with the film is not particularly limited. For example, the method of immersing the film in a silicate aqueous solution, the method of spraying the silicate aqueous solution on the film, the method of applying the silicate aqueous solution to the film, silicate A known method such as a method of wiping the surface of the film using a sponge or cloth soaked with an aqueous solution can be applied.
In the method of immersing the film in an aqueous silicate solution, the silicate aqueous solution can be brought into uniform contact with the surface of the film, and the silicate hardly becomes smeared on the film surface after drying, thereby improving the yield.

第一の工程において、水和反応によって皮膜を形成すると、水隙があるため、皮膜の表面層には微細な孔ができる。この孔内には、未反応のカルシウムイオン等のアルカリ土類金属イオン(M2+)が存在している。
この皮膜に珪酸塩水溶液を接触させると、孔内に珪酸塩水溶液中の珪酸イオン(SiO 4−)が入りこみ、孔内では、以下の式(V)に示されたようにアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物(MSiO・HO)が生成する。そして、アルカリ土類金属の珪酸塩の水和物によって孔が塞がれた状態となり、皮膜の表面層は緻密で、アルカリ水溶液や熱水が染み込み難くなる。
In the first step, when a film is formed by a hydration reaction, there are water gaps, so that fine pores are formed in the surface layer of the film. Alkaline earth metal ions (M 2+ ) such as unreacted calcium ions are present in the pores.
When an aqueous silicate solution is brought into contact with this film, silicate ions (SiO 4 4− ) in the aqueous silicate solution enter the pores, and in the pores, alkaline earth metal as shown by the following formula (V) Silicate hydrate (MSiO 4 .H 2 O) is formed. Then, the pores are closed by the alkaline earth metal silicate hydrate, the surface layer of the film is dense, and the aqueous alkaline solution or hot water is less likely to soak.

SiO 4−+2M2++HO → MSiO・HO (V) SiO 4 4− + 2M 2+ + H 2 O → MSiO 4 .H 2 O (V)

第二の工程では、珪酸塩水溶液、グリコール類又は界面活性剤が含有されているものを用いることが好ましい。グリコール類又は界面活性剤については前述した通りであるため説明を省略する。
珪酸塩水溶液中のグリコール類又は界面活性剤の濃度は0.1質量%〜10質量%が好ましい。
グリコール類又は界面活性剤の濃度が0.1質量%よりも低い場合、十分な効果が得られず、またグリコール類又は界面活性剤の濃度が10質量%よりも高い場合、未反応のグリコール類又は界面活性剤が多量に残留してしまうため、好ましくない。
In the second step, it is preferable to use a solution containing an aqueous silicate solution, glycols or a surfactant. Since glycols or surfactants are as described above, description thereof is omitted.
As for the density | concentration of glycols or surfactant in silicate aqueous solution, 0.1 mass%-10 mass% are preferable.
When the concentration of glycols or surfactant is lower than 0.1% by mass, a sufficient effect cannot be obtained, and when the concentration of glycols or surfactant is higher than 10% by mass, unreacted glycols Alternatively, a large amount of the surfactant remains, which is not preferable.

珪酸塩水溶液にグリコール類又は界面活性剤が含有されているものを用いることによって、皮膜の表面層の孔は、生成したアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤との混合物、或いはアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤とから得られる化合物によって塞がれた状態となる。
これにより、皮膜の表面層は更に緻密になり、熱水や酸性,中性,アルカリ性の各種洗剤、薬剤に対して更に優れた耐久性が得られ、かつ更に高い硬度が得られる。
By using a silicate aqueous solution containing a glycol or a surfactant, the pores of the surface layer of the film are formed by the silicate hydrate of the alkaline earth metal and the glycol or the surfactant. Or a compound obtained from an alkaline earth metal silicate hydrate and a glycol or a surfactant.
As a result, the surface layer of the film becomes denser, and more excellent durability against hot water, various acid, neutral and alkaline detergents and drugs can be obtained, and higher hardness can be obtained.

なお、第一の工程において、グリコール類又は界面活性剤が含有された塗料を用いて、予めグリコール類又は界面活性剤を含有させておいても構わない。
これにより、皮膜の表面層の孔内にグリコール類又は界面活性剤が存在した状態とすることができ、第二の工程にて、皮膜の表面層の孔を、アルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤との混合物、或いはアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤とから得られる化合物によって塞ぐことができる。
In the first step, a glycol or a surfactant may be previously contained using a paint containing a glycol or a surfactant.
Thereby, it can be set as the state in which glycols or surfactant existed in the hole of the surface layer of a film, and in the 2nd process, the hole of the surface layer of a film was made of alkaline earth metal silicate. It can be blocked by a compound obtained from a mixture of a hydrate and a glycol or a surfactant, or a hydrate of an alkaline earth metal silicate and a glycol or a surfactant.

この親水性膜の形成方法によると、公知の塗布法や乾燥,加熱方法が適用でき、面状の基材に本発明の親水性膜を簡便に形成できる。また親水性に起因した優れた密着性を有するため、基材の材質に関わらず親水性膜を形成でき、例えばガラス,陶磁器,琺瑯,コンクリート,石材等の無機材料、鉄,ステンレス,アルミ,金,銀,チタン,各種めっき等の金属材料、プラスチック,繊維製品等の有機材料等の各種材料からなる面状の基材に対して親水性膜を形成できる。
このため、キッチン製品、浴室製品、洗濯機等のように水垢等の汚れの付着を防止しかつ傷等が付かないように保護する必要のある面状の基材部品を有する各種製品に本発明の親水性膜を形成できる。特に、基材として、洗濯機の洗濯槽、洗面器、バスタブ、排水孔周囲、水洗金具、パイプ等に親水性膜を形成した場合は、油汚れ等のみではなく、せっけんかすの付着も防止し、また汚れが付着しても取り除くことができ、好適である。
According to this method for forming a hydrophilic film, known coating methods, drying and heating methods can be applied, and the hydrophilic film of the present invention can be easily formed on a planar substrate. In addition, because it has excellent adhesion due to hydrophilicity, it can form a hydrophilic film regardless of the material of the base material. For example, inorganic materials such as glass, ceramics, pots, concrete, stones, iron, stainless steel, aluminum, gold It is possible to form a hydrophilic film on a planar substrate made of various materials such as metal materials such as silver, titanium and various plating, and organic materials such as plastic and textile products.
For this reason, the present invention is applied to various products having a planar base material part that needs to be protected so as to prevent adhesion of dirt such as water scale and to prevent damage such as kitchen products, bathroom products, and washing machines. Can be formed. In particular, when a hydrophilic film is formed on the washing machine's washing tub, wash basin, bathtub, drain hole periphery, flush fittings, pipes, etc. as a base material, it prevents not only oil stains but also soap scum. Moreover, even if dirt is attached, it can be removed, which is preferable.

以下、本発明を実施例により詳述するが、本発明はこれに限定されるものではない。
[実施例1]
第一の工程として、珪素化合物としてエチルシリケート3質量部、ジルコニウム化合物としてジルコニウムブトキシド2質量部、アルカリ土類金属を含有する化合物として硝酸カルシウム1質量部、水53質量部、水以外の溶媒としてイソプロピルアルコール40質量部、pH調整用の酸として硝酸1質量部を混合して、皮膜形成用の塗料を作製した。
この塗料を、ステンレス製流し台のステンレス面にスプレーを用いて、厚さ0.2μmとなるように塗布した。そして熱風を吹き付けて180℃で乾燥させて皮膜を形成した。
次に第二の工程として、濃度が1質量%の珪酸ナトリウム水溶液(珪酸塩水溶液)を用い、この珪酸塩水溶液を皮膜に塗布した後、水洗して親水性膜を形成した。以上により親水処理されたステンレス製流し台を得た。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to this.
[Example 1]
As a first step, 3 parts by mass of ethyl silicate as a silicon compound, 2 parts by mass of zirconium butoxide as a zirconium compound, 1 part by mass of calcium nitrate as a compound containing an alkaline earth metal, 53 parts by mass of water, and isopropyl as a solvent other than water 40 parts by mass of alcohol and 1 part by mass of nitric acid as an acid for pH adjustment were mixed to prepare a coating material for film formation.
This paint was applied to the stainless steel surface of the stainless steel sink using a spray so that the thickness became 0.2 μm. And hot air was sprayed and it dried at 180 degreeC, and the membrane | film | coat was formed.
Next, as a second step, a sodium silicate aqueous solution (silicate aqueous solution) having a concentration of 1% by mass was applied to the film, and then washed with water to form a hydrophilic film. A stainless steel sink with a hydrophilic treatment was thus obtained.

[比較例1]
第二の工程を行わない以外は、実施例1と同様の方法でステンレス製流し台のステンレス面に親水性膜を形成した。
[Comparative Example 1]
A hydrophilic film was formed on the stainless steel surface of the stainless steel sink by the same method as in Example 1 except that the second step was not performed.

[実施例2]
第一の工程として、珪素化合物としてコロイダルシリカ5質量部、ジルコニウム化合物としてジルコニウムブトキシド2質量部、アルカリ土類金属を含有する化合物として硝酸カルシウム0.01質量部、グリコール類としてポリエチレングリコール(分子量400)0.5質量部、水10質量部、水以外の溶媒としてイソプロピルアルコール82質量部、pH調整用の酸として酢酸0.5質量部を混合して、皮膜形成用の塗料を作製した。
この塗料を、ABS樹脂板にバーコーターを用い、厚さが0.05μmとなるように塗布した。そして、熱風を吹き付けて80℃で乾燥させて皮膜を形成した。
次に第二の工程として、濃度が0.1質量%の珪酸リチウム水溶液(珪酸塩水溶液)と、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム(界面活性剤水溶液)の混合物を用い、この珪酸塩水溶液中に、前記皮膜が形成されたABS樹脂板を浸した後、水切りをして自然乾燥し、親水性膜を形成した。以上により親水処理されたABS樹脂板を得た。
[Example 2]
As a first step, 5 parts by mass of colloidal silica as a silicon compound, 2 parts by mass of zirconium butoxide as a zirconium compound, 0.01 parts by mass of calcium nitrate as a compound containing an alkaline earth metal, and polyethylene glycol (molecular weight 400) as glycols 0.5 parts by mass, 10 parts by mass of water, 82 parts by mass of isopropyl alcohol as a solvent other than water, and 0.5 parts by mass of acetic acid as an acid for pH adjustment were mixed to prepare a coating material for film formation.
This paint was applied to an ABS resin plate using a bar coater so as to have a thickness of 0.05 μm. And hot air was sprayed and it dried at 80 degreeC, and formed the membrane | film | coat.
Next, as a second step, a mixture of a lithium silicate aqueous solution (silicate aqueous solution) having a concentration of 0.1% by mass and sodium alkylbenzene sulfonate (surfactant aqueous solution) is used. After immersing the ABS resin plate on which was formed, drained and naturally dried to form a hydrophilic film. The ABS resin board by which the hydrophilic process was carried out by the above was obtained.

[比較例2]
第一の工程でポリエチレングリコールを用いず、また第二の工程を行わない以外は、実施例2と同様の方法でABS樹脂板に親水性膜を形成した。
[Comparative Example 2]
A hydrophilic film was formed on the ABS resin plate in the same manner as in Example 2 except that polyethylene glycol was not used in the first step and the second step was not performed.

[実施例3]
第一の工程として、珪素化合物として、エチルシリケート4質量部とコロイダルシリカ5質量部、ジルコニウム化合物として硝酸ジルコニル1質量部、アルカリ土類金属を含有する化合物として硝酸カルシウム1質量部、水50質量部、水以外の溶媒としてイソプロピルアルコール38質量部、グリコール類としてポリエチレングリコール(分子量400)1質量部、界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.01質量部を混合して、皮膜形成用の塗料を作製した。
この塗料を、ガラス板にディップ法により、厚さ0.2μmとなるように塗布した。そして400℃で乾燥させて皮膜を形成した。
次に第二の工程として、珪酸ナトリウムの濃度が10質量%であり、ポリエチレングリコール(分子量20000)の濃度が3質量%のグリコール類とアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムを含有する珪酸塩水溶液を用い、この珪酸塩水溶液を皮膜にシャワー掛けした後、水洗して親水性膜を形成した。以上により、親水処理されたガラス板を得た。
[Example 3]
As a first step, as a silicon compound, 4 parts by mass of ethyl silicate and 5 parts by mass of colloidal silica, 1 part by mass of zirconyl nitrate as a zirconium compound, 1 part by mass of calcium nitrate as a compound containing an alkaline earth metal, and 50 parts by mass of water Mixing 38 parts by mass of isopropyl alcohol as a solvent other than water, 1 part by mass of polyethylene glycol (molecular weight 400) as a glycol, and 0.01 parts by mass of sodium alkylbenzene sulfonate as a surfactant produce a coating composition for film formation. did.
This paint was applied to a glass plate by a dipping method so as to have a thickness of 0.2 μm. And it was made to dry at 400 degreeC and the membrane | film | coat was formed.
Next, as a second step, a silicate aqueous solution containing a glycol having a sodium silicate concentration of 10% by mass and a polyethylene glycol (molecular weight 20000) concentration of 3% by mass and sodium alkylbenzenesulfonate is used. The aqueous salt solution was showered on the film and then washed with water to form a hydrophilic film. The glass plate by which the hydrophilic process was carried out was obtained by the above.

[比較例3]
第一の工程でポリエチレングリコールを用いず、また第二の工程を行わない以外は、実施例3と同様の方法でガラス板に親水性膜を形成した。
[Comparative Example 3]
A hydrophilic film was formed on the glass plate in the same manner as in Example 3 except that polyethylene glycol was not used in the first step and the second step was not performed.

得られた親水性膜の接触角を接触角計法により測定し、親水性膜の親水性を評価した。
また、濃度が5質量%の水酸化ナトリウム水溶液に、親水性膜を室温で30日間、途中経過を観察しながら浸漬した後、親水性膜の有無を観察して、親水性膜のアルカリ性溶液に対する耐久性を評価した。
親水性膜を98℃の熱水に30日間浸漬した後、親水性膜の有無を観察して、親水性膜の熱水に対する耐久性を評価した。
また、親水性膜の鉛筆硬度をJIS法により測定し、親水性膜の硬度を評価した。
測定結果を以下の表1に示す。
The contact angle of the obtained hydrophilic film was measured by a contact angle meter method, and the hydrophilicity of the hydrophilic film was evaluated.
In addition, after immersing the hydrophilic film in a sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 5% by mass at room temperature for 30 days while observing the progress, the presence or absence of the hydrophilic film is observed, and the hydrophilic film is applied to the alkaline solution. Durability was evaluated.
After immersing the hydrophilic film in hot water at 98 ° C. for 30 days, the presence or absence of the hydrophilic film was observed to evaluate the durability of the hydrophilic film against hot water.
Moreover, the pencil hardness of the hydrophilic film was measured by JIS method to evaluate the hardness of the hydrophilic film.
The measurement results are shown in Table 1 below.

Figure 2005281443
Figure 2005281443

親水性膜が形成されていない状態のステンレス面,ABS樹脂板,ガラス板の基材の接触角に比べて、基材に形成された親水性膜の接触角は非常に小さく、親水性膜が形成されたことによって著しく親水性が向上することがわかった。
実施例1〜3で得られた親水性膜では、いずれもアルカリ性溶液や熱水に対して優れた耐久性を有することがわかった。これに対して比較例1〜3で得られた親水性膜では、浸漬時間が30日以内で消失してしまった。
また同一の基材に形成された親水性膜を比較すると、第二の工程として皮膜に珪酸塩水溶液を接触させることによって、より硬度の高い親水性膜を形成できることがわかった。
The contact angle of the hydrophilic film formed on the base material is very small compared to the contact angle of the base material of the stainless steel surface, ABS resin plate, and glass plate where the hydrophilic film is not formed. It was found that the hydrophilicity is remarkably improved by the formation.
It was found that the hydrophilic films obtained in Examples 1 to 3 all had excellent durability against alkaline solutions and hot water. In contrast, in the hydrophilic films obtained in Comparative Examples 1 to 3, the immersion time disappeared within 30 days.
Further, when comparing hydrophilic films formed on the same base material, it was found that a hydrophilic film having higher hardness can be formed by bringing a silicate aqueous solution into contact with the film as the second step.

第二の工程として皮膜に珪酸塩水溶液を接触させることによって、皮膜の表面層の孔内でアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物が生成し、このアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物によって孔が塞がれ、皮膜の表面層は緻密で、アルカリ水溶液や熱水が染み込み難くなる。
これによりアルカリ性溶液や熱水に対して優れた耐久性が得られ、かつ高い硬度が得られたと考えられる。
In the second step, the silicate aqueous solution is brought into contact with the coating to form an alkaline earth silicate hydrate in the pores of the surface layer of the coating. The pores are blocked by the object, the surface layer of the film is dense, and the aqueous alkali solution or hot water is difficult to penetrate.
Thereby, it was thought that the outstanding durability with respect to alkaline solution and hot water was acquired, and high hardness was acquired.

本発明の親水性膜は、キッチン製品、浴室製品、洗濯機等のように水垢等の汚れの付着を防止しまた汚れが付着しても落ち易く、かつ傷等が付かないように保護する必要のある面状の基材部品を有する各種製品に適用できる。特に、洗濯機の洗濯槽、洗面器、バスタブ、排水孔周囲、水洗金具、パイプ等に本発明の親水性膜を形成した場合、油汚れ等のみではなく、せっけんかすの付着も防止することができるため、好適に適用できる。   The hydrophilic membrane of the present invention needs to be protected so that it does not adhere to dirt such as water stains as in kitchen products, bathroom products, washing machines, etc. The present invention can be applied to various products having a planar substrate part having a certain shape. In particular, when the hydrophilic film of the present invention is formed on a washing tub, a wash basin, a bathtub, a drain hole, a flush fitting, a pipe, etc. of a washing machine, it can prevent not only oil stains but also soap scum. Therefore, it can be suitably applied.

Claims (7)

面状の基材を被覆して保護するための親水性膜において、
珪素とジルコニウムから構成された複酸化物とアルカリ土類金属と水、或いは珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とアルカリ土類金属と水を含有する皮膜から構成され、
前記皮膜の表面層の孔が、アルカリ土類金属の珪酸塩の水和物によって塞がれていることを特徴とする親水性膜。
In a hydrophilic film for covering and protecting a planar substrate,
A double oxide composed of silicon and zirconium and an alkaline earth metal and water, or a mixture of silicon oxide and zirconium oxide, a film containing alkaline earth metal and water,
A hydrophilic membrane, wherein the pores of the surface layer of the membrane are closed with an alkaline earth metal silicate hydrate.
前記皮膜の表面層の孔が、アルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤との混合物、或いはアルカリ土類金属の珪酸塩の水和物と、グリコール類又は界面活性剤とから得られる化合物によって塞がれていることを特徴とする請求項1に記載の親水性膜。   The pores of the surface layer of the coating are a mixture of an alkaline earth metal silicate hydrate and a glycol or a surfactant, or an alkaline earth metal silicate hydrate and a glycol or an interface. The hydrophilic film according to claim 1, wherein the hydrophilic film is blocked with a compound obtained from an active agent. 面状の基材に、珪素とジルコニウムから構成された複酸化物とアルカリ土類金属と水、或いは珪素酸化物とジルコニウム酸化物との混合物とアルカリ土類金属と水を含有する皮膜を形成する第一の工程と、
前記皮膜に珪酸塩水溶液を接触させる第二の工程を有することを特徴とする親水性膜の形成方法。
A film containing a double oxide composed of silicon and zirconium and an alkaline earth metal and water, or a mixture of silicon oxide and zirconium oxide, an alkaline earth metal and water is formed on a planar substrate. The first step,
A method for forming a hydrophilic film, comprising a second step of bringing a silicate aqueous solution into contact with the film.
前記第一の工程において、前記皮膜にグリコール類又は界面活性剤を含有させることを特徴とする請求項3に記載の親水性膜の形成方法。   The method for forming a hydrophilic film according to claim 3, wherein in the first step, the film contains a glycol or a surfactant. 前記第二の工程において、前記珪酸塩水溶液として、グリコール類又は界面活性剤を含有したものを用いることを特徴とする請求項3又は4に記載の親水性膜の形成方法。   5. The method for forming a hydrophilic film according to claim 3, wherein in the second step, a solution containing glycols or a surfactant is used as the silicate aqueous solution. 前記第一の工程において、面状の基材に、珪素化合物とジルコニウム化合物とアルカリ土類金属と水とを含有する塗料を塗布して前記皮膜を形成することを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の親水性膜の形成方法。   6. In the first step, a coating containing a silicon compound, a zirconium compound, an alkaline earth metal and water is applied to a planar substrate to form the film. The method for forming a hydrophilic film according to any one of the above. 前記塗料として、グリコール類又は界面活性剤を含有したものを用いることを特徴とする請求項6に記載の親水性膜の形成方法。   The method for forming a hydrophilic film according to claim 6, wherein a paint containing glycols or a surfactant is used as the paint.
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