JP2006083244A - 超撥水性表面を有する成形物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 撥水性に優れ、安定した撥水性能を有する超撥水性表面を有する成形物およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 撥水性樹脂からなる基材１１または最上層に撥水性樹脂を有する基材の表面に所定の形状の凹部１２を所定ピッチＰで周期的に形成することによって微細凹凸面１３を設けたこと特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は撥水材、防汚材等に利用される超撥水性表面を有する成型物およびその製造方法に関する。

従来から各種の分野において、水滴の付着、汚染等を防止するために表面を撥水化することが求められており、撥水性を付与するには、基材の表面にフッ素系やシリコン系等の撥水被膜を直接形成する方法が提案されている。この基材の表面に単に撥水被膜を形成しただけのものは、蓮の葉に近い、または同程度の撥水性を示すものの得られる撥水性能に限度があり、いわゆる超撥水性と称される水との接触角が１５０度以上のものは得難く、せいぜい初期の接触角は１２０度以下であり、又基材と撥水被膜との付着性にも問題があった。

また、基材樹脂表面に微細な凹凸形状を設けることによって撥水性を発現する撥水性被膜も提案されている。この撥水性の被膜を形成する方法として、金属材表面の最上層に熱硬化性樹脂塗料を塗布、焼付した後、しぼ付ロール加工、プラズマ処理、レーザー光加工等により表面粗さを付与し、その後、フッ素原子を含む非重合性ガス雰囲気中でプラズマ処理することにより、最上層にフッ素原子を含有する樹脂層を形成させ撥水性被膜とする製造方法が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）。

特開平０５−１８５５５７号公報（第５頁）

前述の従来技術における撥水性被膜の製造方法において得られる撥水性被膜の凹凸面においては、その窪みの内径が水滴より小さい微小な窪みである場合、当窪みに空気属がトラップされ、水をはじく性質が増し、見かけの接触角が大きくなる。この時の見かけの接触角θは、以下のＣａｓｓｉｅの式において成分２を空気（θ２＝１８０°）とすることで、その値が求められる。
ｃｏｓθ＝Ｑ１ｃｏｓθ１＋Ｑ２ｃｏｓθ２
Ｑ１：成分１（フッ素材料）が表面を占める割合。
Ｑ２：成分２（空気）が表面を占める割合。
θ１：成分１（フッ素材料）の真の接触角。
θ２：成分２（空気）の真の接触角（１８０°）。
フッ素樹脂材料の接触角は、材料化合物によって異なり、代表的なものは下記である。
ポリテトラフルオロエチレンの接触角＝１０８°
ポリパーフルオロオクチルエチルアクリレートの接触角＝１２０°
上記のＣａｓｓｉｅの式から伺えるように、微細な窪みの面積率が大きく、フッ素樹脂の面積率が小さくなるほど接触角が大きくなり、この面積率の値のばらつきを小さく押さえ安定させると見掛けの接触角が安定し、均一な撥水性を得ることができる。

しかしながら、基材樹脂表面の粗面化を行う前処理（しぼ付ロール加工、プラズマ処理、またはレーザー光加工等）工程において、基材樹脂表面の全面に渡って均一な粗さの凹凸表面を得ることは難しい。従って、この凹凸表面の粗さの違いにより撥水性能にばらつきが発生する。又、樹脂の凹凸表面に形成されたフッ素樹脂の量（厚さ）にもばらつきが生じ、フッ素樹脂材そのものについても均一な接触角を得ることが難しいという問題があった。このように従来技術において得られる撥水性表面は場所によって撥水性にばらつきがあり、場所によっては撥水性が悪い状態になることがあり、均一で優れた撥水性を有する撥水性表面を得ることが難しいという問題があった。

また、従来技術における撥水性被膜の製造方法においては、基材樹脂表面の粗面化を行う前処理作業が必要であり、基材樹脂層表面にしぼ付ロール加工、プラズマ処理、またはレーザー光加工等により粗面化を行い凹凸表面を形成する前処理作業を行った後に、凹凸表面にプラズマ処理によりフッ素樹脂層を形成する撥水性被膜形成作業が行われるので、作業時間及び費用も大きく製造コストが高くなるという問題があった。

（発明の目的）
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、撥水性に優れ、安定した撥水性能を有する超撥水性表面を有する成形物を提供すると共に、超撥水性表面を有する成形物を低価格で実現する超撥水性表面を有する成形物の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の超撥水性表面を有する成形物は、撥水性樹脂からなる基材または最上層に撥水性樹脂を有する基材の表面に所定の形状の凹部を所定ピッチで周期的に形成することによって微細凹凸面を設けたこと特徴とする。

また、凹部が２次元マトリックス配置されていることを特徴とする。

また、超撥水性表面を有する成形物の製造方法は撥水性樹脂からなる基材または最上層に撥水性樹脂を有する基材の表面にプラズマエッチングを行うことにより、基材表面に凹部を形成し微細凹凸面を形成すること特徴とする。

また、超撥水性表面を有する成形物の製造方法は撥水性樹脂からなる基材または最上層に撥水性樹脂を有する基材の表面に、所定の形状の開口部を所定ピッチで周期的に配置したマスクを用いてプラズマエッチングを行うことにより、前記基材表面に所定の形状の凹部を所定ピッチで周期的に形成し微細凹凸面を形成すること特徴とする。

また、マスクの開口部が２次元マトリックス配置されていることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、撥水性樹脂からなる基材または最上層に撥水性樹脂を有する基材の表面に形成される微細な凹凸面の見かけの接触角が大きく、かつ全面に亘り安定した状態となり、撥水性に優れ、安定した撥水性能を有する超撥水性表面を有する成形物を得ることができる。

また、撥水性に優れ、安定した撥水性能を有する超撥水性表面を低価格で実現する超撥水性表面を有する成形物の製造方法を提供することができる。さらに、微細な凹凸面の凹部の平面形状の大きさと、凹部同士の間隔とを調整することで、微細な凹凸面の見かけの接触角を所定の値に調整することができ、工業的に有用な超撥水性表面を有する成形物の製造方法を提供することができる。

以下、本発明を用いた好適な実施の形態について図１から図３を用いて具体的な実施例について説明する。図１は実施例１における超撥水性表面を有する成形物を示す図、図２は実施例１における超撥水性表面を有する成形物の製造方法を説明するための概略図、図３は実施例２における超撥水性表面を有する成形物の製造工程で使用するマスクの例を示す図である。

実施例１における超撥水性表面を有する成形物について図１をもとに説明する。図１は本実施例における超撥水性表面を有する成形物を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面である。図１に示すように本実施例における超撥水性表面を有する成形物は、フッ素樹脂からなる基材１１の表面に円形形状の凹部１２を所定ピッチＰで周期的に形成することによって微細な凹凸面１３を設けたこと特徴とする。この微細なの凹凸面１３は内径ａが３０μｍで、深さｈが０．７μｍの凹部１２が縦横に６０μｍピッチＰで周期的に２次元マトリックス状に形成されている。

次に、本実施例における超撥水性表面を有する成形物の製造方法について図２をもとに説明する。図２は本実施例における超撥水性表面を有する成形物の製造方法を説明する概略図で、図２（ａ）は、製造工程を示す概略断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるマスクの平面図である。

まず、最初にフッ素樹脂からなる基材１１を必要に応じて有機溶剤、中性洗剤等によって、脱脂処理を施し表面の指紋、油脂、ゴミ等を除去する。

次に、図２（ａ）に示すように、基材１１の撥水性を持たせたい表面に、開口部１７が所定ピッチで配列されたアルミニウム板材からなるマスク１５を置きプラズマ照射処理を施しエッチング加工し、基材１１の表面にマスク１５の開口部１７に対応する位置に凹部を形成する。これによって、図１に示すように基材１１のプラズマ照射面に内径ａが３０μｍで、深さｈが０．７μｍの凹部１２が縦横に６０μｍピッチＰで周期的に２次元マトリックス状に点在する凹凸面１３が形成され、超撥水性表面を有する成形物を得ることができる。

マスク１５は、図２（ｂ）に示すように円形の形状で内径ｄが３０μｍの開口部１７を有し、この開口部１７が縦横にピッチＰで周期的に２次元マトリックス配置されている。開口部１７の配列ピッチＰの値は特に制限されるものではないが、本実施例においては、マスク１５の強度を考慮して開口部１７の約２倍とし、６０μｍとした。尚、本実施例においては、開口部１７の形状が円形形状である例で説明したが、楕円形状の開口部にしても良い。尚、マスクの材質としては、アルミニウム材の他にステンレスなどの種々の金属を使用することができる。

プラズマ照射の強さは、凹凸面１３における凹部１２の深さｈが０．３〜１μｍになるように処理条件を設定するのが好ましい。本実施例においては、下記の処理条件に設定し、凹部１２の深さｈを０．７μｍとした。
処理条件
出力 ３００Ｗ
圧力 ５Ｐａ
ガス種 酸素（Ｏ２）
ガス流量 ３０ＳＣＣＭ
処理時間 ５ｍｉｎ

このプラズマ照射処理後、必要に応じて洗浄処理を行う。これによって、図１に示すように内径ａが３０μｍ、深さｈが０．７μｍの凹部１２が２次元マトリックス状に点在する微細凹凸面１３がフッ素樹脂からなる基材１１の表面に形成され、超撥水性表面を有する成形物を得ることができる。

以上のように、本実施例における超撥水性表面を有する成形物の製造方法によれば、基材１１の表面全体の凹部１２の面積率のばらつきが小さくなり、フッ素樹脂の材料の見かけの接触角のばらつきが小さくなる。これによって、見かけの接触角が全面に亘り安定した状態になる。従って、撥水性にばらつきのない超撥水性表面を有する成形物を得ることができる。また、凹部の形状や内径の大きさと凹部同士の間隔を自由に調整することができるので、凹凸面の見かけの接触角を所定の値に調整することができ、工業的に便利で有用な製造方法を提供することができる。

さらに本実施例における超撥水性表面を有する成形物の製造方法はフッ素樹脂からなる基材の表面をマスクを用いてプラズマエッチング処理し凹凸面を形成し超撥水性表面を実現するため、作業時間及び費用は小さくて済み、安価な製品を提供することができる。

実施例２における超撥水性を有する成形物を製造方法は、２枚のマスクを重ねて使用してフッ素樹脂からなる基材をプラズマエッチング処理し凹凸面を形成し超撥水性を有する成形物を製造する点が実施例１と異なる点であり、その他は実施例１と同様である。そこで、２枚のマスクについて説明し、その他の説明は省略する。図３は実施例２における２枚のマスクを示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ部の概略部分拡大図である。

図３に示すように、本実施例における超撥水性を有する成形物の製造方法は、２枚のマスク１５ａ、１５ｂを重ねて、マスク１５ａ、１５ｂのそれぞれの開口部１７ａ、１７ｂの位置をずらして配置する。これによって各開口部１７ａ、１７ｂが干渉しあい葉形状の開口部１９が得られ、この開口部１９の大きさをマスク１５ａ、１５ｂの開口部１７ａ、１７ｂの大きさより小さくすることができる。この結果、基材１１に形成する凹部の平面形状を小さくすることができ、より微細な凹凸面が形成され、より撥水性に優れた超撥水性表面を有する成形物を得ることができる。フォトレジストマスクにて作成可能な開口部の穴径がφ３０μｍ程度である。したがって当寸法以下の穴径の小さな寸法の開口部を作成するのに有効である。また、本実施例においても実施例１と同様の効果を得ることができる。

実施例３における超撥水性を有する成形物を製造方法は、マスクを使用しないでフッ素樹脂からなる基材をプラズマエッチング処理し凹凸面を形成し超撥水性を有する成形物を製造する点が実施例１と異なる点であり、その他は実施例１と同様である。
本実施例における超撥水性を有する成形物を製造方法は、マスクを使用しないでプラズマエッチングするためフッ素樹脂からなる基材表面に形成される凹部の深さと凹部同士のピッチが多少不揃いとなるが、適正なプラズマ処理条件に設定することによって、平均的表面粗さが１．３μｍ、ピッチが３．３μｍ程度の凹凸面を得ることができる。このようにして得られた凹凸面は凹凸のばらつきによる撥水性のばらつきが残るが、フッ素樹脂の厚さのばらつきによる撥水性のばらつきがなくなる。この結果、製品としての撥水性のばらつきは従来に比べて小さくすることができる。

尚、各実施例においては、フッ素樹脂からなる基材を例に説明したが、フッ素樹脂をコーティングする等によって得られる、最上層にフッ素樹脂を有する基材を使用することもできる。また、この基材の材料の形状・性状には制限がなく、成形材であってもフィルム材であっても使用可能である。また、フッ素樹脂をコーティングする下地の材料についても特に制限されるものではない。
上記説明は、フッ素樹脂にて説明したが、シリコン樹脂等の撥水性樹脂であっても、同様の効果を示すので構わない。

本発明の実施例１における超撥水性表面を有する成形物を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面である。 本発明の実施例１における超撥水性表面を有する成形物の製造方法を説明するため図で、図２（ａ）は製造工程を示す概略断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるマスクの平面図である。 本発明の実施例２における２枚のマスクを示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ部の概略部分拡大図である。

符号の説明

１１ 基材
１２ 凹部
１３ 凹凸面
１５、１５ａ、１５ｂ マスク
１７、１７ａ、１７ｂ、１９ マスクの開口部

Claims (5)

1. 撥水性樹脂からなる基材または最上層に撥水性樹脂を有する基材の表面に所定の形状の凹部を所定ピッチで周期的に形成することによって微細凹凸面を設けたこと特徴とする超撥水性表面を有する成形物。
2. 前記凹部が２次元マトリックス配置されていることを特徴とする請求項１記載の超撥水性表面を有する成形物。
3. 撥水性樹脂からなる基材または最上層に撥水性樹脂を有する基材の表面にプラズマエッチングを行うことにより、前記基材表面に凹部を形成し微細凹凸面を形成すること特徴とする超撥水性表面を有する成形物の製造方法。
4. 撥水性樹脂からなる基材または最上層に撥水性樹脂を有する基材の表面に、所定の形状の開口部を所定ピッチで周期的に配置したマスクを用いてプラズマエッチングを行うことにより、前記基材表面に所定の形状の凹部を所定ピッチで周期的に形成し微細凹凸面を形成すること特徴とする超撥水性表面を有する成形物の製造方法。
5. 前記マスクの開口部が２次元マトリックス配置されていることを特徴とする請求項４記載の超撥水性表面を有する成形物の製造方法。
   
   

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