JP2008110299A - コーティング部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高撥水性と高しゅう動性を有するコーティング部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】プラスチック、ゴム、金属、セラミックス、木材、有機繊維のいずれかからなる単層体又はそれらの内の２種以上からなる積層体からなる基材の表面に、シリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング材がコーティングされている。上記改質ふっ素樹脂は、ふっ素樹脂をそのふっ素樹脂融点以上、酸素濃度１．３ｋＰａ以下の条件で、電離性放射線を照射することにより改質して得る。
【選択図】なし

Description

本発明は、高撥水性と高しゅう動性とを有するコーティング部材及びその製造方法に関する。

プラスチック、ゴム、金属、セラミックス等を素材とする有機基材あるいは無機基材が建材などに使用されている。上記基材の表面にコーティング部材を施して撥水性、耐摩耗性を付与することにより、上記基材で作られた製品を高耐久性化、長寿命化することができ、それによって、製品を高付加価値化することが可能となる。そのため、従来、さまざまなコーティング部材の研究開発が行われているが、基材表面に高撥水性と高しゅう動性とを共に付与することは困難でった。なお、しゅう動性とは、比摩耗量と摩擦係数を総合した性質を言い、比摩耗量が小さく、かつ、摩擦係数が低いとき、しゅう動性が高いと言う。耐摩耗性とは、摩耗しにくい程度を表す。

このようなコーティング部材の中で、撥水性コーティング部材として現在よく用いられているのは、ＰＴＦＥ（ふっ素樹脂）コーティング部材である。しかし、ＰＴＦＥコーティング部材は、焼き付けして製造されるため、例えば、耐熱性のない基材の表面にコーティングすることが難しく、耐摩耗性も必ずしも十分とは言えず実用は限定されたものになっている。

また、従来、ケイ酸塩やシリカをコーティングする方法が種々報告されており、例えば、亀裂を生じにくい安定塗膜を与える無機コーティング部材、耐水性のガラス質コーティング部材の製造方法、金属基体にコーティングするための組成物に関する技術が提案されている。特許文献１，２のように、ケイ酸塩やシリカを安定性や耐水性コーティング材として使用することは公知技術である。

特開平７−２５１１号公報 特開平１１−１８１３５２号公報

しかしながら、基材の表面にケイ酸塩及びシリカコーティング材をコーティングしたり、そのケイ酸塩及びシリカコーティング材にカーボン繊維等の充填材を添加、混和することによって、基材に、高撥水性と高しゅう動性とを共に付与することは実現されていなかった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高撥水性と高しゅう動性とを有するコーティング部材及びそ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に本発明のコーティング部材は、基材の表面に、シリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング材がコーティングされているものである。

上記基材が、プラスチック、ゴム、金属、セラミックス、木材、有機繊維のいずれかからなる単層体又はそれらの内の２種以上からなる積層体であってもよい。

また、本発明のコーティング部材の製造方法は、基材の表面に、シリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング材をコーティングするものである。

基材の表面に、ケイ酸塩溶液を塗布し、このケイ酸塩溶液が乾燥した後、該乾燥面にシリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング液を塗布してもよい。

上記改質ふっ素樹脂は、ふっ素樹脂をそのふっ素樹脂融点以上、酸素濃度１．３ｋＰａ以下の条件で、電離性放射線を照射することにより改質して得るのが好ましい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）基材に高撥水性と高しゅう動性とを共に付与することができる。

以下、本発明の一実施形態を詳述する。

本発明者らは、基材に撥水性と耐摩耗性とを共に付与することが可能なコーティング材を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、基材の表面に、シリカ及びまたはシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング材をコーティングすることにより、撥水性・しゅう動性に優れたコーティング部材が得られることを見い出し、更に研究を重ねて本発明を完成するに至った。すなわち、シリカやシリコーン樹脂の耐摩耗性はそれほど悪くはないが、改質ふっ素樹脂を加え混合することにより、耐摩耗性と低摩擦性が顕著に発現され、しゅう動性の大幅な向上が図られる。また、シリカとシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂の３者を混合（混和）しても良好な結果が得られる。

ここで、本発明で用いられるシリカについて説明する。シリカは、ケイ酸塩、シリカゾル、有機ケイ素化合物等が挙げられる。有機ケイ素化合物としては、例えば、ケイ酸メチル、ケイ酸エチル、ケイ酸プロピル、ケイ酸ブチル、アルコキシシラン、又はそれらの混合物がある。その中でも、ケイ酸メチル及びケイ酸エチルが、コストの面及び入手の容易さから最も好ましい。シリカゾルとしては、例えば、有機ケイ素化合物やケイ酸塩を酸やアルカリで中和あるいは加水分解したもの、シリカ微粒子を分散したものがある。

次に、本発明で用いられるシリコーン樹脂について説明する。シリコーン樹脂は、構造中に多官能性シロキサン成分が共重合されたものであり、メチルシリコーン樹脂、フェニルメチルシリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂などが挙げられる。

本発明に係るコーティング部材は、基材の表面に、シリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング材を、例えば塗布することにより、コーティングして得られるものである。これにより、基材に、高撥水性と高しゅう動性とを付与し、さらに、耐水性、耐燃性、防汚性、高強度を共に付与することができる。

また、本発明のコーティング材をプラスチックスなどの可燃性の有機基材の表面にコーティングすることにより、有機基材を耐燃性にすると共に、強度を格段に向上させることができる。

上記基材が、プラスチック、ゴム、金属、セラミックス、木材又は有機繊維のいずれかからなる単層体又はそれらの内の２種以上からなる積層体であると好ましい。もちろん、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、これらと同等ないし類似の基材であれば同様に、その基材の表面に、シリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング材をコーティングして本発明のコーティング部材とすることができる。有機繊維とは、アラミド繊維、ポリパラフェニリンベンズオキサゾル繊維などを指す。

これにより、プラスチック、ゴム、金属、セラミックスやこれらの積層体からなる基材に高撥水性・高しゅう動性を付与することができる。また、耐熱性がなく、低強度の有機素材からなる有機基材、例えば、紙、木材、竹、有機繊維等からなる基材に高撥水性・高しゅう動性を付与することができる。

さらに、本発明のコーティング部材により、ＯＡ、自動車、産業機械分野における新技術・新産業を創出できることが期待される。本発明のコーティング部材を構成要素として含む高撥水性・高しゅう動性を有するＯＡ部品（ローラ、分離爪）、自動車用ピストンといった製品が期待される。このほかに、本発明を適用した製品としては、プラスチックス製品、ゴム製品、金属製品、セラミックス製品及びそれらを組み合わせた製品が挙げられる。

次に、シリカを用いる効果について説明する。

シリカとして有機ケイ素化合物やケイ酸塩を用いる場合は、酸やアルカリで中和あるいは加水分解した溶液をコーティング液の原料とする。これらの溶液成分は、基板表面に塗布すると、有機ケイ素化合物が空気中の水分と反応し、膜を形成してシリカコーティング膜となる。本発明では、このシリカコーティング膜中に改質フッ素樹脂の粉末が分散して存在することになる。

また、シリカとして、シリカ微粒子を分散したシリカゾル含有溶液を含むコーティング液を基板表面に塗布した場合には、乾燥により膜が形成されてシリカコーティング膜となる。

これらのシリカコーティング膜は、結晶化しており緻密で水を通さない。本発明では、この膜中に改質ふっ素樹脂が混和されているため、撥水性、しゅう動性に優れたものとなる。

また、基材の表面にケイ酸塩溶液を塗布し、このケイ酸塩溶液が乾燥した後、該乾燥面にシリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質フッ素樹脂を含むコーティング液を塗布することで、基材上に改質フッ素樹脂を含まない第１のシリカコーティング膜と改質フッ素樹脂を混入させた第２のシリカコーティング膜を順に積層形成してもよい。

なお、ケイ酸塩溶液を塗布後、酸や炭酸ガスと接触させてもよい。

このように構成することで、第１のシリカコーティング膜は基材と第２のシリカコーティング膜との接着層の機能を果たし、コーティング膜を強固なものとすることができる。

このように、本発明は、基材に高撥水性と高しゅう動性とを共に付与するだけではなく、有機素材からなる有機基材の強度を向上させ、基材を用いた製品の高耐久性化と長寿命化を可能にする。このような製品は、高撥水性であるため、汚れを容易に拭き取ったり洗い流したりできる利点を有する。

本発明では、防汚性を向上させるために光触媒を用いることが可能である。つまり、光エネルギにより、光触媒が活性酸素を作り、その活性酸素により汚れを分解する。光触媒としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化錫、酸化鉄などの金属酸化物、硫化カドミウム、硫化モリブデンなどの金属硫化物、ペロブスカイト化合物などのセラミックス、ルテニウム錯体などの金属錯体、ポリフタロシアニン、ポリアニリンなどの有機半導体などである。好適には、アナターゼやブルッカイトなどの酸化チタン、それに窒素や硫黄などをドープしたもの、酸素欠陥などを作って可視光応答型にした光触媒がある。

光触媒は、光触媒前駆体から作るようにしても良い。光触媒前駆体としては、例えば、チタンのアルコキシドなどの有機チタンや過酸化物（ペルオキソチタン酸）、チタン金属錯体など、そのままでは光触媒ではないが、加熱あるいは乾燥させることにより、光触媒になるものがある。特に、チタンアルコキシドやアセチルアセトナートなどの有機チタン化合物や過酸化チタン酸が好ましい。

前述の有機ケイ素化合物あるいはシリカゾルを含有する溶液に、光触媒を添加することにより、光触媒を含有するシリカコーティング膜が得られる。また、光触媒の代わりに、光触媒前駆体を添加する場合は、基材にコーティングした後、加熱あるいは乾燥させることにより、光触媒を含有するシリカコーティング膜が得られる。その結果、光触媒作用により一層防汚性に優れたコーティング部材が得られる。

上記溶液を有機基材に塗布する方法としては、例えば、刷毛塗りやスプレーコート、ディップコート、ロールコート、印刷がある。

また、乾燥は常温乾燥でも加熱乾燥でも良く、加熱乾燥の方が速く乾燥することができ、その際、赤外線加熱や紫外線加熱、ドライヤーなども用いることができる。

次に、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではない。実施例では、基材としてアルミ板を使用し、このアルミ板の表面にコーティング材を塗布し、コーティング部材を製造した。
（１）コーティング部材の製造
厚さ２ｍｍのアルミ基材の表面に、０．００３重量％のケイ酸ナトリウム水溶液をスプレーした後、赤外線ランプで乾燥させた。その後、表１に示した溶液をスプレーにより均一に塗布し、この塗布された溶液を乾燥させて、厚さ３０μｍのコーティング膜を有するコーティング部材を製造した。表１に示すように、実施例として実施例１〜５の５種類、比較例として比較例１，２の２種類の溶液を用いた。

シリカＡは、ケイ酸メチルを酢酸で加水分解して調整したシリカゾルの５０ｗｔ％イソプロピルアルコール溶液である。
シリカＢは、エチルシリケートを塩酸で加水分解して調整したシリカゲルの５０ｗｔ％エチルアルコール溶液である。

シリコーンレジンは、東レダウコーニング社製、商品名ＳＲ２４０５である。

ＰＴＦＥには、旭硝子社製の商品名Ｐ−１９２を使用した。このＰＴＦＥを酸素濃度０．１３ｋＰａ，窒素雰囲気下、３４０℃の温度のもとで電子線（加速電圧２ＭｅＶ）を１００ｋＧｙ照射し、改質を行った。この改質ＰＴＦＥをジェットミルにより平均粒径２０μｍに微粉砕し、シリカＡ又はシリカＢの溶液、又はシリコーンレジンに、表１の組成比で混合させた。なお、酸素濃度を圧力表示するのは、酸素の絶対量が重要となるからである。
なお、酸素濃度が１．３ｋＰａを超えると改質ふっ素樹脂の改質（橋かけ）程度が著しく低下し、摩耗特性の向上が望めないので、酸素濃度は１．３ｋＰａ以下がよい。
（２）試験方法及び結果
こうして得られたコーティング部材について、撥水性としゅう動特性を評価した。撥水性については、協和界面科学（株）製接触角計ＣＡ−Ｄ型を用い、液滴径１．９ｍｍに調整し、水の接触角を計測し、その接触角により撥水性を評価した。

しゅう動特性については、次の方法により行った。試験にはリングオンデスク摩耗試験装置を使用し、ＪＩＳ Ｋ７２１８に準じ、ＳＵＳ３０４製の円筒リング（外径２５．６ｍｍ，内径２０．６ｍｍ、平均粗さ０．６μｍ）とコーティング部材をしゅう動させた。圧力０．１ＭＰａ，速度５０ｍ／ｍｉｎの条件で行い、雰囲気は空気、温度は２０℃とし、２０分後の比摩耗量及び摩擦係数を測定した。

２０分後の重量減少を測定し、比摩耗量Ｖ_SAは下記の式から求めた。

Ｖ_SA＝Ｖ／（Ｐ・Ｌ）
Ｖ：摩耗量，Ｐ：試験荷重，Ｌ：平均滑り距離
実施例１〜５は、接触角が高く撥水性に優れ、しかも耐摩耗性が良好であり、更に摩擦係数も低く、低摩擦性に優れる特徴を有している。

これに対し、改質ふっ素樹脂を混合していない比較例１は、接触角が低く撥水性に劣り、耐摩耗性も低い。また、改質されていないふっ素樹脂を用いた比較例２は、ふっ素樹脂が凝集して、均一に分散せず、比較例１と同様、接触角が低く撥水性に劣り、耐摩耗性も低い。

以上の試験結果から、本発明によるコーティング部材が基材に高撥水性と高しゅう動性とを共に付与することが証明された。

Claims (5)

1. 基材の表面に、シリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング材がコーティングされていることを特徴とするコーティング部材。
2. 上記基材が、プラスチック、ゴム、金属、セラミックス、木材、有機繊維のいずれかからなる単層体又はそれらの内の２種以上からなる積層体であることを特徴とする請求項１記載のコーティング部材。
3. 基材の表面に、シリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング材をコーティングすることを特徴とするコーティング部材の製造方法。
4. 基材の表面に、ケイ酸塩溶液を塗布し、このケイ酸塩溶液が乾燥した後、該乾燥面にシリカ及び／又はシリコーン樹脂と改質ふっ素樹脂を含むコーティング液を塗布することを特徴とする請求項３記載のコーティング部材の製造方法。
5. 上記改質ふっ素樹脂は、ふっ素樹脂をそのふっ素樹脂融点以上、酸素濃度１．３ｋＰａ以下の条件で、電離性放射線を照射することにより改質して得ることを特徴とする請求項３又は４記載のコーティング部材の製造方法。