JP2013216530A - Composite alumina film - Google Patents

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Naofumi Nagai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite alumina film capable of removing easily dirt adhering onto its surface.SOLUTION: A composite alumina film has alumina, a hydrophilic group bonded to an Al atom of the alumina and a water-repellent group bonded to the Al atom.

Description

この発明は、複合アルミナ皮膜に関し、さらに詳しくは、その表面の特性として、Al原子に結合した親水性基とAl原子に結合した撥水性基とを合わせ持つことによって容易に汚れを除去することのできる複合アルミナ皮膜に関する。   The present invention relates to a composite alumina coating. More specifically, the surface characteristics of the composite alumina coating can be easily removed by combining a hydrophilic group bonded to an Al atom and a water-repellent group bonded to an Al atom. The present invention relates to a composite alumina film that can be formed.

特許文献1に、「特定のパーフルオロアルキル基を有するクロロシラン界面活性剤が化学結合してなる単分子膜を、少なくともガラス表面に直接又は保護膜を介して最表面に1層形成されていることを特徴としたガラス」が開示されている(特許文献1の特許請求の範囲参照)。この特許文献1に開示された発明は撥水撥油性及び耐久性に優れたガラスを提供することを課題とする(特許文献1の「産業上の利用分野」及び「発明が解決しようとする課題」欄参照)。この特許文献1に開示された発明の実施例によるとガラスの表面に付着した水のガラス表面に対する接触角が140〜150度であったことが明らかにされている(特許文献1の第4頁左上欄第1行〜第2行参照)。   Patent Document 1 states that “a monomolecular film formed by chemically bonding a chlorosilane surfactant having a specific perfluoroalkyl group is formed on at least the glass surface directly or via a protective film on the outermost surface. Is disclosed "(refer to the claims of Patent Document 1). An object of the invention disclosed in Patent Document 1 is to provide a glass excellent in water and oil repellency and durability ("Industrial application field" in Patent Document 1 and "Problems to be solved by the invention"). ”Column). According to the embodiment of the invention disclosed in Patent Document 1, it has been clarified that the contact angle of water adhering to the glass surface with respect to the glass surface was 140 to 150 degrees (page 4 of Patent Document 1). (Refer to the upper left column, lines 1 to 2).

この特許文献1に記載された実施例によると、ビニル基を含むシラン界面活性剤を含む溶液にガラスを浸漬させることにより、ガラス表面に存在する水酸基とビニル基を含むシラン系界面活性剤中のシリル基とを反応させ、これによってビニル基を含むシラン界面活性剤をガラスに化学結合させる。次いで、酸素又は窒素を含む雰囲気中で、前記ガラス表面にエネルギー照射し、ビニル基に水酸基又はアミノ基を付加させて単分子吸着保護膜を形成する。次に、前記単分子吸着保護膜を、パーフルオロアルキル基を有するクロロシラン系界面活性剤に接触させることにより、単分子吸着保護膜に結合する水酸基又はアミノ基とクロロシラン系界面活性剤中のクロロシリル基とが反応して、単分子吸着保護膜が二層になり、しかも表面にパーフルオロアルキル基を含むシラン界面活性剤の単分子膜が形成されることになっている(特許文献1の第2右下欄第3行から第3頁右下欄第2行参照)。   According to the example described in Patent Document 1, by immersing the glass in a solution containing a silane surfactant containing a vinyl group, the silane surfactant containing a hydroxyl group and a vinyl group present on the glass surface. It reacts with the silyl group, thereby chemically bonding the silane surfactant containing the vinyl group to the glass. Next, the glass surface is irradiated with energy in an atmosphere containing oxygen or nitrogen to add a hydroxyl group or an amino group to the vinyl group to form a monomolecular adsorption protective film. Next, by contacting the monomolecular adsorption protective film with a chlorosilane-based surfactant having a perfluoroalkyl group, a hydroxyl group or amino group bonded to the monomolecular adsorption protective film and a chlorosilyl group in the chlorosilane-based surfactant To form a two-layered monomolecular adsorption protective film, and a monomolecular film of a silane surfactant containing a perfluoroalkyl group on the surface is formed (second in Patent Document 1). (See lower right column line 3 to page 3, lower right column line 2.)

特許文献1の記載によると、特許文献1における請求項1に係るガラスは撥水撥油性が優れていることになっている(請求項1及び第2頁左上欄第11行、第17行〜第18行参照)。   According to the description of Patent Document 1, the glass according to Claim 1 in Patent Document 1 is excellent in water and oil repellency (Claim 1 and page 2, upper left column, lines 11 and 17). (See line 18).

特許文献1における請求項1に係るガラスは、素材であるガラス表面に、フッ素原子を含む単分子吸着膜を有する単分子累積膜を、形成することにより、撥水性及び撥油性を実現している。   The glass according to claim 1 of Patent Document 1 realizes water repellency and oil repellency by forming a monomolecular cumulative film having a monomolecular adsorption film containing fluorine atoms on the glass surface as a material. .

特許文献1に開示された発明である撥水撥油性のあるガラス(特許文献1)は、フッ素原子を末端に有する界面活性剤の単分子膜又は単分子累積膜をガラス表面の全面に形成しているので、「ガラス表面の汚れを防止」することができる(特許文献1の第4頁左下欄第8行参照)との技術的効果を奏することになっている。   The water- and oil-repellent glass (Patent Document 1), which is the invention disclosed in Patent Document 1, is formed by forming a monomolecular film or a monomolecular cumulative film of a surfactant having a fluorine atom at the terminal on the entire surface of the glass surface. Therefore, the technical effect of “preventing contamination of the glass surface” can be achieved (refer to Patent Document 1, page 4, lower left column, line 8).

特許文献2で開示される発明は、「アルミナゾル液・・・を基材表面に塗布し、次いで、得られた塗布膜を硬化処理することにより形成された硬化薄膜を、リン酸基含有有機化合物により表面処理することを特徴とする親水性薄膜の製造方法」であり(特許文献2の請求項1参照)、「アルミナ・・・とリン酸基含有有機化合物とから形成されて成ることを特徴とする親水性薄膜」(特許文献2の請求項6参照)。なお、リン酸基含有有機化合物におけるリン酸基は親水性基である。   The invention disclosed in Patent Document 2 describes that a cured thin film formed by applying an alumina sol solution... To a substrate surface and then curing the obtained coating film is converted into a phosphate group-containing organic compound. A method for producing a hydrophilic thin film characterized in that the surface treatment is carried out (see claim 1 of Patent Document 2), which is characterized in that it is formed of alumina ... and a phosphate group-containing organic compound. A hydrophilic thin film ”(see claim 6 of Patent Document 2). The phosphate group in the phosphate group-containing organic compound is a hydrophilic group.

特許文献3には、「表面が親水性である微粒子と、直鎖状ポリマーの一末端に疎水基、他末端に親水基を有するブロックポリマーとを少なくとも含有するコーティング組成物。」(特許文献3の請求項1参照)及び「表面が親水性である微粒子と、直鎖状ポリマーの一末端に疎水基、他末端に親水基を有するブロックポリマーとを少なくとも含有するコーティング組成物を、被コーティング対象物の表面に塗布して乾燥させることにより形成され、上記微粒子により上記被コーティング対象物の表面に形成された凹凸と、上記凹凸が形成された被コーティング対象物の表面に上記ブロックポリマーが吸着して形成されたポリマー層とを有し、上記ポリマー層において、上記ブロックポリマーは上記親水基側が上記微粒子による凹凸の表面側に、上記疎水基側が該ポリマー層の表面側に、それぞれ配向して、被コーティング対象物の表面に吸着している被コーティング物。」(特許文献3の請求項6参照)が、開示されている。   Patent Document 3 discloses “a coating composition containing at least a fine particle having a hydrophilic surface and a block polymer having a hydrophobic group at one end and a hydrophilic group at the other end” (Patent Document 3). And a coating composition containing at least a fine particle having a hydrophilic surface and a block polymer having a hydrophobic group at one end and a hydrophilic group at the other end of the linear polymer. The block polymer is adsorbed to the unevenness formed on the surface of the object to be coated by the fine particles, and the surface of the object to be coated on which the unevenness is formed. In the polymer layer, the block polymer has the hydrophilic group side on the surface side of the irregularities due to the fine particles. On the surface side of the hydrophobic group side of the polymer layer, oriented respectively, the coating product is adsorbed on the surface of the coating object. "(See claim 6 of Patent Document 3) are disclosed.

特許文献3に開示された被コーティング物は、親水性基と疎水性基とを併せ持つブロックポリマーにおける親水性基と微粒子表面に存在する親水性基とをファンデルワールス力で結合されているので、ブロックポリマーが微粒子表面から容易に取り除かれてしまうので耐久性に劣ると考えられる。耐久性に劣ることは、次に説明する特許文献4の段落番号0002にても指摘されている。   In the coating object disclosed in Patent Document 3, the hydrophilic group in the block polymer having both the hydrophilic group and the hydrophobic group is bonded to the hydrophilic group present on the surface of the fine particle by van der Waals force. Since the block polymer is easily removed from the surface of the fine particles, it is considered that the durability is poor. Inferior durability is also pointed out in paragraph No. 0002 of Patent Document 4 described below.

特許文献4には、「表面が親水性である微粒子と、疎水基および親水基を有するブロックポリマーと、有機溶媒と、有機溶媒に溶解し、乾燥させると透明体を形成する成分とを含有することを特徴とするコーティング組成物。」(特許文献4の請求項1参照)と、このコーティング組成物を「塗布し、乾燥させて形成された透明皮膜を有することを特徴とする被覆体」(特許文献4の請求項6参照)とが、開示されている。   Patent Document 4 includes “fine particles having a hydrophilic surface, a block polymer having a hydrophobic group and a hydrophilic group, an organic solvent, and a component that dissolves in an organic solvent and forms a transparent body when dried. "A coating composition characterized by having a transparent film formed by applying and drying the coating composition" (see claim 1 of Patent Document 4) ( Patent Document 4 (see claim 6)).

この特許文献4によると、前記特許文献3に開示された発明である「コーティング組成物は耐久性が十分ではなく、例えば、サイドミラーに激しい雨が当ると、サイドミラーに塗工したコーティング膜が簡単に剥がれ落ちてしまい、撥水性が失われてしまう。したがって、長期間の使用に耐える、優れた耐久性を有するコーティング膜を形成することができるコーティング組成物が切望されていた」と評価して(特許文献4の段落番号0002欄参照)、特許文献4に開示された発明の課題を、「透明なコーティング膜を形成することができ、撥水性、及び、長期間の使用に耐える耐久性を有するコーティング膜を形成することができるコーティング組成物、ならびに、このコーティング組成物を用いて形成されたコーティング膜を備えた被覆体を提供することにある。」としている。   According to this Patent Document 4, the invention disclosed in Patent Document 3 “The coating composition is not durable enough. For example, when heavy rain hits the side mirror, the coating film applied to the side mirror is It easily peeled off and lost water repellency.Therefore, a coating composition capable of forming a coating film having excellent durability that can withstand long-term use was desired. (See paragraph 0002 of Patent Document 4), the problem of the invention disclosed in Patent Document 4 is that “a transparent coating film can be formed, water repellency, and durability that can withstand long-term use” A coating composition capable of forming a coating film having a coating film, and a coating provided with the coating film formed using the coating composition It is the object of the present invention is to provide a body. ".

この特許文献4に開示された発明では、特許文献3に記載されたコーティング組成物又は被コーティング物における撥水性被膜の耐久性を改善するために、コーティング組成物にさらにバインダの役割を担う成分として、「乾燥すると透明体を形成する成分」を必須の成分とし(段落番号0013参照)、撥水性性皮膜の耐久性が実施例及び比較例によって明らかにされている。   In the invention disclosed in Patent Document 4, in order to improve the durability of the water-repellent film in the coating composition or the coating object described in Patent Document 3, as a component further serving as a binder in the coating composition. The “component that forms a transparent body when dried” is an essential component (see paragraph No. 0013), and the durability of the water-repellent coating is clarified by Examples and Comparative Examples.

また、この特許文献4に記載の発明では「ごみが付着しにくい」ことも発明の技術的効果として触れられているが、実施例により「ごみが付着しにくい」ことが検証されていない。さらに「付着しにくい」とされる「ごみ」とはどのようなものかについての説明が、この特許文献4には見当たらない。   In addition, in the invention described in Patent Document 4, “difficult to adhere to dust” is also mentioned as a technical effect of the invention, but it is not verified that “difficult to adhere to dust” by the examples. Furthermore, there is no description in Patent Document 4 regarding what kind of “garbage” is said to be “hard to adhere”.

特許文献5には、「汚れ付着抑制効果に優れると共に光照射が不十分な環境下においても防カビ効果に優れるコーティング皮膜を形成することのできる水系コーティング組成物を提供することを目的とし」(特許文献5の段落番号0004参照)、かかる目的を達成する手段として「水性媒体中に無機粒子と疎水性樹脂粒子とが分散されてなる水系コーティング組成物であって、該無機粒子と該疎水性樹脂粒子との合計質量に対して、水溶性有機ヨウ素化合物、水溶性イソチアゾリン化合物及び水溶性アラニン化合物からなる群から選択される少なくとも1種の水溶性防カビ剤1.0質量%以上30質量%以下と、イミダゾール化合物、トリアゾール化合物、ピリチオン化合物、チアゾール化合物及びチオフェン化合物からなる群から選択される少なくとも1種の水分散性防カビ剤粒子0.8質量%以上25質量%以下とを含むことを特徴とする水系コーティング組成物」(特許文献5の請求項1参照)が、開示されている。   Patent Document 5 states that “an object is to provide a water-based coating composition that can form a coating film that is excellent in dirt adhesion suppression effect and excellent in antifungal effect even in an environment where light irradiation is insufficient” ( Patent Document 5 paragraph No. 0004), as means for achieving this object, “an aqueous coating composition in which inorganic particles and hydrophobic resin particles are dispersed in an aqueous medium, the inorganic particles and the hydrophobic At least one water-soluble fungicide selected from the group consisting of a water-soluble organic iodine compound, a water-soluble isothiazoline compound and a water-soluble alanine compound with respect to the total mass with the resin particles is 1.0% by mass to 30% by mass. Selected from the group consisting of: imidazole compounds, triazole compounds, pyrithione compounds, thiazole compounds, and thiophene compounds. A water-based coating composition comprising at least one water-dispersible fungicide particle of 0.8 to 25% by mass ”(see claim 1 of Patent Document 5) is disclosed. Yes.

特許文献5に開示された発明によると、「水系コーティング組成物により形成されたコーティング皮膜では、親水性の微小領域と疎水性の微小領域とが相互に独立して露出しているため、親水性の汚れ及び疎水性の汚れの付着を長期間にわたって防止することができ」るとしており(特許文献5の段落番号0006参照)、親水性の微小領域と疎水性の微小領域との形成が、「無機粒子7による親水性の微小領域と疎水性樹脂粒子8による疎水性の微小領域とが相互に独立して露出した状態となる」(特許文献5の段落番号0020及び0027参照)ことにより達成される。   According to the invention disclosed in Patent Document 5, “in the coating film formed by the aqueous coating composition, the hydrophilic micro-region and the hydrophobic micro-region are exposed independently of each other. Can be prevented over a long period of time "(see paragraph No. 0006 of Patent Document 5), and the formation of hydrophilic microregions and hydrophobic microregions is" This is achieved by the state in which the hydrophilic microregions formed by the inorganic particles 7 and the hydrophobic microregions formed by the hydrophobic resin particles 8 are exposed independently of each other ”(see paragraphs 0020 and 0027 of Patent Document 5). The

したがって、特許文献5により達成されるコーティング皮膜における親水性の微小領域と疎水性の微小領域とは、無機粒子による親水性と疎水性樹脂粒子による疎水性とで形成されていると考えられる。   Therefore, it is considered that the hydrophilic microregion and the hydrophobic microregion in the coating film achieved by Patent Document 5 are formed by the hydrophilicity by the inorganic particles and the hydrophobicity by the hydrophobic resin particles.

特許文献6には、「親水基と疎水基を併有するオリゴマー及び/又はオリゴマー複合体を含むことを特徴とする上塗り塗料組成物」(特許文献6の請求項1参照)、前記「オリゴマーが、特定の式(1)、式(2)、式(3)、式(4)で表される構造を有することを特徴とする請求項1に記載の上塗り塗料組成物」(特許文献6の請求項2、3、4参照)が開示されている。   Patent Document 6 includes "an overcoating composition comprising an oligomer and / or oligomer complex having both a hydrophilic group and a hydrophobic group" (see claim 1 of Patent Document 6), It has a structure represented by specific formula (1), formula (2), formula (3), and formula (4) "(Patent Document 6 claim) Item 2, 3, 4) is disclosed.

さらに特許文献6には、前記上塗り塗料組成物により形成される上塗り塗膜が開示されている(特許文献6の請求項8、9、10参照)。   Further, Patent Document 6 discloses a top coat film formed from the top coat composition (see claims 8, 9, and 10 of Patent Document 6).

特許文献6では、「上塗り塗料組成物中に親水基と疎水基の双方を併せ持つオリゴマーやオリゴマー複合体を含有させたため、これによって得られる上塗り塗膜の表面状態が親水性と疎水性とに切り替わり、親水性下における防汚・易洗浄性と、疎水性下における撥水性(水はじき)とを両立させることができる」との主張がなされている(特許文献6の段落番号0007参照)。このように上塗り塗膜の表面状態が親水性と疎水性とに切り替わることを、特許文献6では撥水−親水スイッチング性と称しており、この撥水−親水スイッチング性の発現について、図1を用いて以下のように説明している(特許文献6の段落番号0010参照)。   In Patent Document 6, “the top coating composition contains an oligomer or oligomer complex having both hydrophilic groups and hydrophobic groups, so that the surface state of the resulting top coat film switches between hydrophilic and hydrophobic. In addition, it is claimed that “antifouling / easy-cleaning property under hydrophilicity and water repellency (water repelling) under hydrophobicity can be made compatible” (see paragraph No. 0007 of Patent Document 6). In this way, switching of the surface state of the top coat film between hydrophilicity and hydrophobicity is referred to as water repellent-hydrophilic switching property in Patent Document 6, and the expression of this water repellent-hydrophilic switching property is shown in FIG. It is described as follows (see paragraph number 0010 of Patent Document 6).

「すなわち、図1は、上記したオリゴマーの挙動を模式図として表したものであって、例えば、フルオロアルキル基から成る疎水基Rと、スルホン酸基、カルボキシル基などの親水基Xを備えたオリゴマーは、含水液滴と接触しない基底状態(乾燥状態)では、その疎水基Rが塗膜表面側に配向する。したがって、この状態で塗膜に水滴が付着したとしても、図1(a)に示すように、撥水性を発揮することになる。 "That is, FIG. 1 is intended showing the behavior of the oligomers described above as schematic, for example, with a hydrophobic group R F consisting of fluoroalkyl group, a sulfonic acid group, a hydrophilic group X such as a carboxyl group In the ground state (dry state) where the oligomer is not in contact with the water-containing droplets, the hydrophobic group R F is oriented toward the surface of the coating film, so even if water droplets adhere to the coating film in this state, FIG. ), It exhibits water repellency.

一方、図1(b)に示すような接液状態では、オリゴマーの親水基Xが塗膜の表面側に配向することによって、塗膜が親水性を示す。」
特許文献6における以上の説明によると、撥水−親水スイッチング性により塗膜が乾燥状態では撥水性表面になり、接液状態では親水性になるのであって、乾燥状態であれ、接液状態であれ、塗膜表面が親水性基と撥水性基とを同時に併せ持つということではない。
On the other hand, in the liquid contact state as shown in FIG. 1B, the hydrophilic group X of the oligomer is oriented on the surface side of the coating film, so that the coating film exhibits hydrophilicity. "
According to the above description in Patent Document 6, the water-repellent-hydrophilic switching property makes the coating film a water-repellent surface in a dry state and hydrophilic in a liquid contact state, whether in a dry state or in a liquid contact state. That is not to say that the coating surface has both a hydrophilic group and a water-repellent group at the same time.

特開平4−132637号公報JP-A-4-132737 特開2005−13929号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-13929 特開2002−88315号公報JP 2002-88315 A 特開2004−149701号公報JP 2004-149701 A 特開2012−1586号公報JP 2012-1586 A 特開2009−280697号公報JP 2009-280697 A

本発明の課題は、従来の手法とは全く異なり、アルミニウム原子に直接に親水性基及び撥水性基を結合することにより、つまり分子レベルで表面に撥水点及び親水点を形成することにより、表面に付着した汚れを容易に除去することができる複合アルミナ皮膜を提供することにある。   The subject of the present invention is completely different from the conventional method, by bonding a hydrophilic group and a water-repellent group directly to an aluminum atom, that is, by forming a water-repellent point and a hydrophilic point on the surface at the molecular level, An object of the present invention is to provide a composite alumina coating that can easily remove dirt adhered to the surface.

前記課題を解決するための本発明の手段は、
(1) アルミナと、そのアルミナにおけるAl原子に結合する親水性基及びAl原子に結合する撥水性基とを有することを特徴とする複合アルミナ皮膜であり、
(2) 前記アルミナは、そのアスペクト比(平均繊維長/平均繊維幅)が100〜750であるアルミナナノファイバーである前記(1)に記載の複合アルミナ皮膜であり、
(3) 前記親水性基が、リン酸基である前記(1)又は(2)に記載の複合アルミナ皮膜であり、
(4) 前記撥水性基が、以下の式(1)で示されるアルキルシロキシ基である前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の複合アルミナ皮膜であり、
Means of the present invention for solving the above-mentioned problems are:
(1) A composite alumina coating characterized by having alumina, a hydrophilic group that binds to Al atoms in the alumina, and a water-repellent group that binds to Al atoms,
(2) The alumina is a composite alumina coating according to (1), which is an alumina nanofiber having an aspect ratio (average fiber length / average fiber width) of 100 to 750,
(3) The composite alumina film according to (1) or (2), wherein the hydrophilic group is a phosphate group,
(4) The composite water-repellent film according to any one of (1) to (3), wherein the water-repellent group is an alkylsiloxy group represented by the following formula (1):

Figure 2013216530
Figure 2013216530

(ただし、Rは、フッ素原子を置換することもある、炭素数が1〜15個であるアルキル基、Rは、炭素数1〜15個のアルキレン基を表す。)
(5) 前記皮膜の表面は、その表面に付着した水滴の接触角が40〜110度となる前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の複合アルミナ皮膜である。
(However, R 1 represents an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, which may substitute a fluorine atom, and R 2 represents an alkylene group having 1 to 15 carbon atoms.)
(5) The surface of the film is the composite alumina film according to any one of (1) to (4), in which a contact angle of water droplets attached to the surface is 40 to 110 degrees.

本発明に係る複合アルミナ皮膜は、「無機粒子による親水性の微小領域と疎水性樹脂粒子による疎水性の微小領域とが相互に独立して露出した状態」を形成することによらず、また、「撥水−親水スイッチング性」によりアルミナ表面に親水性点と撥水性点とを形成しているのでもなく、複合アルミナ皮膜の表面に、アルミナにおけるアルミニウム原子に結合する親水性基とアルミニウム原子に結合する疎水性基とを有しているので、その表面に分子レベルで親水性点と撥水性点とを有する。   The composite alumina coating according to the present invention does not form a state in which “the hydrophilic microregion by the inorganic particles and the hydrophobic microregion by the hydrophobic resin particles are exposed independently of each other”, and The hydrophilic point and water repellency point are not formed on the alumina surface by “water repellency-hydrophilic switching property”, but the hydrophilic group and aluminum atom bonded to the aluminum atom in the alumina are formed on the surface of the composite alumina film. Since it has a hydrophobic group to be bonded, it has a hydrophilic point and a water repellent point at the molecular level on its surface.

したがって、本発明に係る複合アルミナ皮膜はその表面全体が撥水撥油性を有するのでもなく、またその表面全体が親水性を有するものでもない。   Therefore, the entire surface of the composite alumina film according to the present invention does not have water and oil repellency, and the entire surface does not have hydrophilicity.

その結果として、本発明によると、表面に付着した汚れを容易に除去することのできる、高硬度の複合アルミナ皮膜を提供することができる。   As a result, according to the present invention, it is possible to provide a high-hardness composite alumina coating that can easily remove dirt adhering to the surface.

図1は実施例5で得られた複合アルミナ皮膜に対してXPSマッピング法を適用することにより得られたP2pスペクトルを示す。FIG. 1 shows a P2p spectrum obtained by applying the XPS mapping method to the composite alumina film obtained in Example 5.

[複合アルミナ皮膜]
この発明に係る複合アルミナ皮膜は、アルミナと、そのアルミナにおけるAl原子に結合する撥水性基及びAl原子に結合する親水性基と、を併せ持つ。
[Composite alumina coating]
The composite alumina film according to the present invention has both alumina and a water-repellent group bonded to Al atoms and a hydrophilic group bonded to Al atoms in the alumina.

この複合アルミナ皮膜は、実質的にシリカ(SiO)が無含有である。従来、親水性を有する薄膜を形成する際に、シリカ(SiO)が利用されることがあった。しかし、この発明の複合アルミナ皮膜は、シリカ(SiO)が無含有であっても、撥水性基と親水性基とを有し、しかも高硬度であるが故に耐久性に優れている。 This composite alumina coating is substantially free of silica (SiO 2 ). Conventionally, when forming a hydrophilic thin film, silica (SiO 2 ) is sometimes used. However, the composite alumina coating of the present invention has excellent durability because it has a water-repellent group and a hydrophilic group and has high hardness even when silica (SiO 2 ) is not contained.

この複合アルミナ皮膜は、その表面に水滴が付着した場合に、その付着した水滴の接触角が40〜110度になっている。しかも、その複合アルミナ皮膜の表面硬度が鉛筆硬度で6H以上となって、高硬度である。   When a water droplet adheres to the surface of this composite alumina coating, the contact angle of the adhering water droplet is 40 to 110 degrees. Moreover, the surface hardness of the composite alumina coating is 6H or higher in pencil hardness, and is high hardness.

Al原子に親水性基例えばリン酸基を導入することにより全面的に親水性となった表面特性を有する親水性アルミナ膜は、その表面に水滴が付着した場合に、その付着した水滴の接触角が10度以下になる。一方、撥水性を有するアルミナ皮膜に水滴が付着した場合に、その撥水性を有するアルミナ膜の撥水性の程度は、80度以上といわれている。   A hydrophilic alumina film having a surface characteristic that is made completely hydrophilic by introducing a hydrophilic group such as a phosphoric acid group into an Al atom has a contact angle of the adhering water droplet when the water droplet adheres to the surface. Becomes 10 degrees or less. On the other hand, when water droplets adhere to an alumina film having water repellency, the degree of water repellency of the water-repellent alumina film is said to be 80 degrees or more.

また、特許文献1に記載されているように、「特定のパーフルオロアルキル基を有するクロロシラン界面活性剤が化学結合してなる単分子膜を、少なくともガラス表面に直接又は保護膜を介して最表面に1層形成されていることを特徴としたガラス」にあっては、そのガラスの表面に付着した水のガラス表面に対する接触角が140〜150度となる。   In addition, as described in Patent Document 1, “a monomolecular film formed by chemically bonding a chlorosilane surfactant having a specific perfluoroalkyl group is formed on at least the glass surface directly or through a protective film. In the glass characterized in that one layer is formed on the glass surface, the contact angle of water attached to the glass surface with respect to the glass surface is 140 to 150 degrees.

この発明に係る好適な複合アルミナ皮膜は、上記水滴の接触角が40〜110度である。したがって、この複合アルミナ皮膜は、接触角が110度から40度に移行するに連れて親水性の傾向を強める一方、接触角が40度から110度に移行するに連れて撥水性の傾向を強める。この発明に係る複合アルミナ皮膜は、アルミニウム原子に直接に親水性基と疎水性基とを結合することにより、親水性点と撥水性点とにより水性の汚れ及び油性の汚れを容易に除去することができる。   In a preferred composite alumina coating according to the present invention, the contact angle of the water droplet is 40 to 110 degrees. Therefore, this composite alumina film increases the tendency of hydrophilicity as the contact angle shifts from 110 degrees to 40 degrees, while increases the tendency of water repellency as the contact angle shifts from 40 degrees to 110 degrees. . The composite alumina coating according to the present invention can easily remove water-based and oil-based soils by hydrophilic points and water-repellent points by directly bonding hydrophilic groups and hydrophobic groups to aluminum atoms. Can do.

なお、複合アルミナ皮膜に付着する水滴の接触角は、室温で水平な試料台の上に載置された基板上に形成されてなる複合アルミナ皮膜の表面に2μLの水滴を滴下して、水滴における空気と複合アルミナ皮膜とに接する点から水滴の曲面に接線を引いたときのこの接線と複合アルミナ皮膜表面との角度αを、接触角計を用いて測定することにより求めることができる。   The contact angle of water droplets adhering to the composite alumina film is determined by dropping 2 μL of water droplets onto the surface of the composite alumina film formed on the substrate placed on a horizontal sample stage at room temperature. The angle α between the tangent line and the surface of the composite alumina film when a tangent line is drawn on the curved surface of the water droplet from the point in contact with the air and the composite alumina film can be obtained by measuring using a contact angle meter.

この複合アルミナ皮膜はその表面に付着する油性汚れ、皮脂、水性汚れ等の汚れを容易に除去することができる。油性汚れ或いは皮脂がこの複合アルミナ皮膜の表面に一旦付着したとしても、複合アルミナ皮膜における親水性基により油性汚れ或いは皮脂とこの複合アルミナ皮膜表面との結合が弱められるから、油性汚れ或いは皮脂がこの複合アルミナ皮膜表面から容易に除去され、また一方、水性汚れがこの複合アルミナ皮膜の表面に一旦付着したとしても、複合アルミナ皮膜における撥水性基により水性汚れとこの複合アルミナ皮膜表面との結合が弱められるから、汚れを容易に除去することができる。   This composite alumina coating can easily remove dirt such as oily dirt, sebum, and aqueous dirt adhering to the surface. Even if oily dirt or sebum once adheres to the surface of the composite alumina film, the hydrophilic group in the composite alumina film weakens the bond between the oily dirt or sebum and the surface of the composite alumina film. On the other hand, even if the aqueous dirt is once attached to the surface of the composite alumina film, the water-repellent group in the composite alumina film weakens the bond between the aqueous dirt and the surface of the composite alumina film. Therefore, the dirt can be easily removed.

この複合アルミナ皮膜はその表面の硬度として鉛筆硬度6H以上であり、極めて耐久性が高い。複合アルミナ皮膜の鉛筆硬度は、JIS K 5600−5−4に準拠して測定することができる。   This composite alumina coating has a pencil hardness of 6H or higher as its surface hardness, and is extremely durable. The pencil hardness of the composite alumina film can be measured according to JIS K 5600-5-4.

この発明の複合アルミナ皮膜の厚さは、用途に応じて適宜に設定することができ、通常、0.01μm以上1μm以下の範囲内である。
[アルミナ]
複合アルミナ皮膜に含まれるアルミナとしては特に制限がないが、好適なアルミナはアルミナナノファイバーである。
The thickness of the composite alumina coating of the present invention can be appropriately set depending on the application, and is usually in the range of 0.01 μm or more and 1 μm or less.
[alumina]
Although there is no restriction | limiting in particular as the alumina contained in a composite alumina membrane | film | coat, A suitable alumina is an alumina nanofiber.

このアルミナナノファイバーは、後述するナノサイズを有するアルミナの繊維状結晶であり、具体的には、アルミナの無水和物で形成されたアルミナナノファイバー、水和物を含むアルミナで形成されたアルミナナノ水和物ファイバー等が挙げられる。   This alumina nanofiber is an alumina fibrous crystal having a nanosize, which will be described later. Specifically, the alumina nanofiber is formed from an anhydrous alumina, and the alumina nanofiber is formed from alumina containing a hydrate. A hydrate fiber etc. are mentioned.

このアルミナナノファイバーは、後述する平均繊維幅に対する後述する平均繊維長の割合すなわちアスペクト比(平均繊維長/平均繊維幅)が100〜750であり、100〜375であるのが好ましい。前記アスペクト比が100未満又は前記アスペクト比が750を超えると、そのようなアルミナナノファイバーにより形成される複合アルミナ皮膜の鉛筆硬度が6Hより小さくなる。   This alumina nanofiber has a ratio of an average fiber length described later to an average fiber width described later, that is, an aspect ratio (average fiber length / average fiber width) of 100 to 750, and preferably 100 to 375. When the aspect ratio is less than 100 or the aspect ratio exceeds 750, the pencil hardness of the composite alumina film formed by such alumina nanofibers becomes smaller than 6H.

複合アルミナ皮膜に含まれるアルミナナノファイバーの配列状態は、アルミナナノファイバーのアスペクト比の違いにより、異なる。アルミナナノファイバーのアスペクト比が350のとき、アルミナナノファイバーは、複数のアルミナナノファイバーが一方向に平行に配列された状態で、換言すると、長軸方向を揃えて配列された状態で、存在する。一方、アルミナナノファイバーのアスペクト比が250のとき、アルミナナノファイバーは、凝集し、不定形又は粒子状となり皮膜を形成する。したがって、アルミナナノファイバーのアスペクト比が300付近を変化点として、アスペクト比が300を超えた場合と300未満の場合とでアルミナナノファイバーの配列状態が変化し、アスペクト比が300を超えるとアルミナナノファイバーが一方向に平行に配列され、アスペクト比が300未満であるとアルミノナノファイバーは不定形又は粒子状の状態で存在する。   The arrangement state of the alumina nanofibers contained in the composite alumina film varies depending on the aspect ratio of the alumina nanofibers. When the aspect ratio of the alumina nanofiber is 350, the alumina nanofiber exists in a state in which a plurality of alumina nanofibers are arranged in parallel in one direction, in other words, in a state in which the major axis direction is aligned. . On the other hand, when the aspect ratio of the alumina nanofibers is 250, the alumina nanofibers aggregate to form an indeterminate form or a particulate form to form a film. Therefore, the arrangement state of the alumina nanofibers changes when the aspect ratio of the alumina nanofibers is around 300 and the aspect ratio exceeds 300 and less than 300, and when the aspect ratio exceeds 300, the alumina nanofibers If the fibers are arranged in parallel in one direction and the aspect ratio is less than 300, the alumino nanofibers exist in an indefinite or particulate state.

複合アルミナ皮膜に含まれるアルミナナノファイバーは、複数のアルミナナノファイバーが一方向に平行に配列された状態、又は、凝集して不定形又は粒子状で存在するのが好ましく、その結果複合アルミナ皮膜がより緻密になり、より一層高硬度の複合アルミナ皮膜を形成することができる。   The alumina nanofibers contained in the composite alumina coating are preferably present in a state in which a plurality of alumina nanofibers are arranged in parallel in one direction, or aggregated and present in an indefinite or particulate form. It becomes denser and can form a composite alumina film with higher hardness.

本発明に係る複合アルミナ皮膜の表面を電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM、例えば、商品名「JSM6500F」、日本電子株式会社製)を用いて倍率15万倍で観察すると、複合アルミナ皮膜の表面は緻密であり、空隙又は孔が観察されない。この発明の複合アルミナ皮膜はアルミナ特にアルミナナノファイバーが緻密に、不定形、粒子状又は一方向に平行に配列して集積され、FE−SEMにより前記倍率で透明アルミナ表面を観察したとき、アルミナ特にアルミナナノファイバー同士の間に形成される空隙が観察されないほど、この発明の複合アルミナ皮膜の空隙は極めて小さい。   When the surface of the composite alumina film according to the present invention is observed at a magnification of 150,000 times using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, for example, trade name “JSM6500F”, manufactured by JEOL Ltd.), The surface is dense and no voids or holes are observed. The composite alumina coating of the present invention has alumina, especially alumina nanofibers densely packed, irregularly shaped, particulate or arranged in parallel in one direction. When the transparent alumina surface is observed with the above magnification by FE-SEM, alumina, especially The voids of the composite alumina coating of the present invention are so small that voids formed between the alumina nanofibers are not observed.

アルミナナノファイバーは、その平均繊維長が400〜7500nmであるのが好ましく、さらに600〜3000nmであるのが好ましい。アルミナナノファイバーが前記範囲の平均繊維長を有していると、鉛筆硬度が6H以上の複合アルミナ皮膜を提供することができる。アルミナナノファイバーは、その平均繊維幅が1〜10nmであるのが好ましく、2〜6nmであるのが特に好ましい。好適なアルミナナノファイバーは、アスペクト比が前記範囲内になるように、前記範囲内の平均繊維幅と前記範囲内の平均繊維長とを有している。   Alumina nanofibers preferably have an average fiber length of 400 to 7500 nm, more preferably 600 to 3000 nm. When the alumina nanofiber has an average fiber length in the above range, a composite alumina film having a pencil hardness of 6H or more can be provided. Alumina nanofibers preferably have an average fiber width of 1 to 10 nm, particularly preferably 2 to 6 nm. Suitable alumina nanofibers have an average fiber width within the range and an average fiber length within the range such that the aspect ratio is within the range.

ここで、アルミナナノファイバーの平均繊維幅は、透過型電子顕微鏡(TEM、例えば、商品名「FEI−TECNAI−G20」、FEI社製)を用いて倍率71万倍でアルミナナノファイバーを観察したときの観察視野内におけるアルミナナノファイバーの最も太い部分を「アルミナナノファイバーの幅」として測定する。測定個数は300本とし、個数分布を作成して個数平均値を平均繊維幅とする。一方、アルミナナノファイバーの平均繊維長は、走査型電子顕微鏡(SEM、例えば、商品名「S−4800」、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いて倍率2500倍でアルミナナノファイバーを観察したときのアルミナナノファイバーの軸線長さを「アルミナナノファイバーの繊維長」として測定する。測定個数は300本とし、体積平均から算出した値を平均繊維長とする。アルミナナノファイバーのアスペクト比(平均繊維長/平均繊維幅)は、このようにして算出される平均繊維長を平均繊維幅で除して算出する。   Here, the average fiber width of the alumina nanofibers is observed when the alumina nanofibers are observed at a magnification of 710,000 times using a transmission electron microscope (TEM, for example, trade name “FEI-TECNAI-G20”, manufactured by FEI). The thickest part of the alumina nanofiber in the observation field is measured as “width of alumina nanofiber”. The number of measurements is 300, a number distribution is created, and the number average value is defined as the average fiber width. On the other hand, the average fiber length of the alumina nanofibers is obtained when the alumina nanofibers are observed at a magnification of 2500 times using a scanning electron microscope (SEM, for example, trade name “S-4800”, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The axial length of the alumina nanofiber is measured as “fiber length of alumina nanofiber”. The number of measurements is 300, and the value calculated from the volume average is the average fiber length. The aspect ratio (average fiber length / average fiber width) of the alumina nanofibers is calculated by dividing the average fiber length thus calculated by the average fiber width.

アルミナゾルに含まれるアルミナ例えばアルミナナノファイバーの結晶系には、ベーマイト及び擬ベーマイトがある。本発明において、アルミナナノファイバーが前記寸法を有し、複合アルミナ膜が6H以上の鉛筆硬度を有するには、アルミナゾルに含まれるアルミナナノファイバーは少なくともベーマイト結晶系のアルミナナノファイバー及び/又は擬ベーマイト結晶系のアルミナナノファイバーを含んでいるのが好ましく、すなわち、その結晶系はベーマイト及び/又は擬ベーマイトを主成分とし、他の結晶形を含む混合物であってもよい。本発明において、アルミナナノファイバーはベーマイト結晶系のアルミナナノファイバー及び/又は擬ベーマイト結晶系のアルミナナノファイバーであるのが特に好ましい。ここで、ベーマイトは組成式:Al・nHOで表わされるアルミナ水和物の結晶である。アルミナナノファイバーの結晶系は、例えば、後述する加水分解性アルミニウム化合物の種類、その加水分解条件又は解膠条件によって、調整できる。アルミナナノファイバーの結晶系はX線回折装置(例えば、商品名「Mac.Sci.MXP−18」、マックサイエンス社製)を用いて確認できる。
[親水性基]
このアルミナ例えばアルミナナノファイバーにおけるAl原子に結合する親水性基としては、リン酸基、水酸基、NCO基、NH基、NHR基(Rはアルキル基)、COOH基、−O−基等を挙げることができ、これらの中でもリン酸基が好ましい。
There are boehmite and pseudoboehmite in the crystal system of alumina, for example, alumina nanofiber, contained in the alumina sol. In the present invention, in order that the alumina nanofibers have the above dimensions and the composite alumina film has a pencil hardness of 6H or more, the alumina nanofibers contained in the alumina sol must be at least boehmite crystal alumina nanofibers and / or pseudoboehmite crystals. Preferably, the system contains alumina nanofibers, ie the crystal system may be a mixture based on boehmite and / or pseudoboehmite and containing other crystal forms. In the present invention, the alumina nanofibers are particularly preferably boehmite crystal alumina nanofibers and / or pseudoboehmite crystal alumina nanofibers. Here, boehmite is a crystal of alumina hydrate represented by a composition formula: Al 2 O 3 .nH 2 O. The crystal system of alumina nanofibers can be adjusted by, for example, the type of hydrolyzable aluminum compound described later, the hydrolysis conditions or peptization conditions. The crystal system of alumina nanofibers can be confirmed using an X-ray diffractometer (for example, “Mac. Sci. MXP-18”, manufactured by Mac Science).
[Hydrophilic group]
Examples of the hydrophilic group bonded to the Al atom in this alumina, eg, alumina nanofiber, include a phosphate group, a hydroxyl group, an NCO group, an NH 2 group, an NHR group (R is an alkyl group), a COOH group, an —O— group, and the like. Among these, a phosphate group is preferable.

Al原子にリン酸基が結合していることは、X線光電子分光分析(ESCA又はXPS)装置を用いて、X線光電子分光法により薄膜表面のXPSスペクトルを測定したときに、P2pスペクトルの結合エネルギーのピークトップが133.0eV以上135.0eV以下の範囲内に存在し、Al2pスペクトルの結合エネルギーのピークトップが74.0eV以上76.0eV以下の範囲内に存在することにより確認することができる。   The fact that the phosphate group is bonded to the Al atom means that when the XPS spectrum of the thin film surface is measured by X-ray photoelectron spectroscopy using an X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA or XPS) apparatus, the P2p spectrum is bonded. It can be confirmed that the energy peak top exists in the range of 133.0 eV or more and 135.0 eV or less, and the peak top of the binding energy of the Al2p spectrum exists in the range of 74.0 eV or more and 76.0 eV or less. .

同様に他の親水性基もX線光電子分光分析装置を用いてその存在を確認することができる。
[撥水性基]
このアルミナ例えばアルミナナノファイバーにおけるAl原子に結合する撥水性基としては、フッ素原子を置換することもあるアルキルシロキシ基等を挙げることができる。好適な疎水性基として、例えば、式(1)で示されるアルキルシロキシ基を挙げることができる。
Similarly, the presence of other hydrophilic groups can be confirmed using an X-ray photoelectron spectrometer.
[Water repellent group]
Examples of the water-repellent group bonded to the Al atom in this alumina, for example, alumina nanofiber, include an alkylsiloxy group that may substitute a fluorine atom. Suitable examples of the hydrophobic group include an alkylsiloxy group represented by the formula (1).

Figure 2013216530
Figure 2013216530

(ただし、Rは、フッ素原子を置換することもある、炭素数が1〜15個であるアルキル基、Rは、炭素数1〜15個のアルキレン基を表す。好適なRは、フッ素原子を置換する、炭素数が1〜15であるフルオロアルキル基である。)
また、複合アルミナ皮膜中のアルミナナノファイバーはAl−O−Al結合により相互に結合されるので、複合アルミナ皮膜は、それを形成するアルミナナノファイバーが分離し難く、高い硬度を有する。
(Wherein, R 1 is sometimes substituting fluorine atom, an alkyl group, R 2 a carbon number of 1-15 represents. Suitable R 1 a number 1-15 alkylene group of carbon (It is a fluoroalkyl group having 1 to 15 carbon atoms that substitutes a fluorine atom.)
In addition, since the alumina nanofibers in the composite alumina film are bonded to each other by an Al—O—Al bond, the composite alumina film has a high hardness in which the alumina nanofibers forming the composite alumina film are difficult to separate.

なお、アルミナナノファイバーにアルキル基又はアルキルシロキシ基が結合していることは、フーリエ変換赤外分光(FT−IR)装置を用いてフーリエ変換赤外線吸収(FT−IR)スペクトルを測定し、950〜1100cm−1にAl−O−Si結合に起因する吸収スペクトルが観測されることにより、確認することができる。Al−O−Si結合に起因する吸収スペクトルが950〜1100cm−1に存在することは、文献:K. Roodenko, O. Seitz, Y. Gogte, J.-F. Veyan and Y. J. Chabal, J. Phys. Chem., C,114(2010)22566-22572に開示されている。 In addition, the fact that the alkyl group or the alkylsiloxy group is bonded to the alumina nanofiber is determined by measuring a Fourier transform infrared absorption (FT-IR) spectrum using a Fourier transform infrared spectroscopic (FT-IR) apparatus. This can be confirmed by observing an absorption spectrum due to the Al—O—Si bond at 1100 cm −1 . The existence of an absorption spectrum due to the Al—O—Si bond at 950 to 1100 cm −1 is based on the literature: K. Roodenko, O. Seitz, Y. Gogte, J.-F. Veyan and YJ Chabal, J. Phys. Chem., C, 114 (2010) 22566-22572.

また、アルミナ例えばアルミナナノファイバーにアルキルシロキシ基が結合していることは、X線光電子分光分析(ESCA又はXPS)装置を用いて、X線光電子分光法により複合アルミナ皮膜の表面のXPSスペクトルを測定したときに、Al2pスペクトルの結合エネルギーのピークトップが74.2〜75.0eVに存在することによっても確認することができる。この結合エネルギーのピークはAl−O−Si結合によるものであり、Al−O−Si結合に起因する結合エネルギーのピークが74.2〜75.0eVに存在することは、文献:K. Roodenko, O. Seitz, Y. Gogte, J.-F. Veyan and Y. J. Chabal, J. Phys. Chem. C, 114(2010)22566-22572に開示されている。
[複合アルミナ皮膜の製造]
この発明の複合アルミナ皮膜は、アルミナ例えばアルミナナノファイバーにおけるAl原子に親水性基を結合してから次いで、Al原子に撥水性基を結合してもよく、また、Al原子に撥水性基を結合してから次いで、Al原子に親水性基を結合することにより製造される。
In addition, the fact that the alkylsiloxy group is bonded to alumina, for example, alumina nanofiber, is measured by the X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA or XPS) apparatus, and the XPS spectrum of the surface of the composite alumina film is measured by X-ray photoelectron spectroscopy. The peak top of the binding energy of the Al2p spectrum can be confirmed by the presence of 74.2-75.0 eV. The peak of this binding energy is due to the Al—O—Si bond, and the fact that the peak of the binding energy due to the Al—O—Si bond exists at 74.2 to 75.0 eV is based on the literature: K. Roodenko, O. Seitz, Y. Gogte, J.-F. Veyan and YJ Chabal, J. Phys. Chem. C, 114 (2010) 22566-22572.
[Production of composite alumina coating]
In the composite alumina coating of the present invention, a hydrophilic group may be bonded to an Al atom in alumina such as alumina nanofiber, and then a water-repellent group may be bonded to the Al atom, or a water-repellent group may be bonded to the Al atom. Then, it is produced by bonding a hydrophilic group to the Al atom.

この発明の複合アルミナ皮膜は、Al原子に直接にアルキルシロキシ基等の疎水性基が結合し、またAl原子に直接にリン酸基等の親水性基が結合しているので、特許文献1に開示されているような、ガラスの表面に含まれる水酸基とクロロシリル基とが反応することにより形成される単分子吸着保護膜とは全く異なる表面分子構造を有する。
[親水性基の導入、そして撥水性基の導入]
Al原子に先に親水性基例えばリン酸基を結合するには、アルミナ例えばアルミナナノファイバーを有するアルミナゾルを基材表面に塗布し、次いで、得られた塗布膜を硬化処理することにより形成されたアルミナ薄膜をリン酸基含有化合物の水溶液中で水熱処理するのが良い。
In the composite alumina coating of the present invention, hydrophobic groups such as alkylsiloxy groups are directly bonded to Al atoms, and hydrophilic groups such as phosphate groups are directly bonded to Al atoms. It has a completely different surface molecular structure from the monomolecular adsorption protective film formed by the reaction of a hydroxyl group and a chlorosilyl group contained on the glass surface as disclosed.
[Introduction of hydrophilic group and introduction of water repellent group]
In order to bind a hydrophilic group such as a phosphoric acid group to Al atoms first, an alumina sol having alumina, for example, alumina nanofibers, was applied to the substrate surface, and then the obtained coating film was cured. The alumina thin film is preferably hydrothermally treated in an aqueous solution of a phosphate group-containing compound.

本発明におけるアルミナ例えばアルミナナノファイバーを含有するアルミナゾルは、100〜750のアスペクト比(平均繊維長/平均繊維幅)を有するアルミナナノファイバーを分散させることのできる方法で調製されればよく、その一例として、酸水溶液中で加水分解性アルミニウム化合物を加水分解し、次いで、解膠して調製する方法(以下において、ゾル調製方法と称することがある。)が挙げられる。このゾル調製方法において、加水分解の反応条件及び解膠の処理条件を後述する特定条件とすると、アスペクト比(平均繊維長/平均繊維幅)が100〜750のアルミナナノファイバー、例えば、アスペクト比(平均繊維長/平均繊維幅)が100〜375で平均繊維幅が1〜10nm、平均繊維長が400〜1500nmのアルミナナノファイバーが溶液中に分散してなるアルミナゾルを調製することができる。   An alumina sol containing alumina, for example, alumina nanofibers in the present invention may be prepared by a method capable of dispersing alumina nanofibers having an aspect ratio (average fiber length / average fiber width) of 100 to 750, an example thereof. And a method of hydrolyzing a hydrolyzable aluminum compound in an acid aqueous solution and then peptizing and preparing (hereinafter, sometimes referred to as a sol preparation method). In this sol preparation method, if the reaction conditions for hydrolysis and the treatment conditions for peptization are specific conditions described later, alumina nanofibers having an aspect ratio (average fiber length / average fiber width) of 100 to 750, for example, aspect ratio ( An alumina sol in which alumina nanofibers having an average fiber length / average fiber width) of 100 to 375, an average fiber width of 1 to 10 nm, and an average fiber length of 400 to 1500 nm are dispersed in a solution can be prepared.

このゾル調製方法に用いられる加水分解性アルミニウム化合物は、各種の無機アルミニウム化合物及び有機基を有するアルミニウム化合物が包含される。無機アルミニウム化合物としては、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム等の無機酸の塩、アルミン酸ナトリウム等のアルミン酸塩、水酸化アルミニウム等が挙げられる。有機基を有するアルミニウム化合物としては、例えば、炭酸アルミニウムアンモニウム塩、酢酸アルミニウム等のカルボン酸塩、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムn−ブトキシド、アルミニウムsec−ブトキシド等のアルミニウムアルコキシド、環状アルミニウムオリゴマー、ジイソプロポキシ(エチルアセトアセタト)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセタト)アルミニウム等のアルミニウムキレート、アルキルアルミニウム等の有機アルミニウム化合物等が挙げられる。   The hydrolyzable aluminum compound used in this sol preparation method includes various inorganic aluminum compounds and aluminum compounds having an organic group. Examples of inorganic aluminum compounds include salts of inorganic acids such as aluminum chloride, aluminum sulfate, and aluminum nitrate, aluminates such as sodium aluminate, and aluminum hydroxide. Examples of the aluminum compound having an organic group include carboxylates such as aluminum carbonate ammonium salt and aluminum acetate, aluminum ethoxide, aluminum isopropoxide, aluminum n-butoxide, aluminum alkoxide such as aluminum sec-butoxide, and cyclic aluminum oligomers. And aluminum chelates such as diisopropoxy (ethylacetoacetato) aluminum and tris (ethylacetoacetato) aluminum, and organoaluminum compounds such as alkylaluminum.

ゾル調製方法における加水分解性アルミニウム化合物は、これらのうち、適度な加水分解性を有し、副生成物の除去が容易であること等から、アルミニウムアルコキシドが好ましく、炭素数2〜5のアルコキシ基を有するものが特に好ましい。   Among these, the hydrolyzable aluminum compound in the sol preparation method is preferably an aluminum alkoxide because it has moderate hydrolyzability and easy removal of by-products, etc., and an alkoxy group having 2 to 5 carbon atoms. Particularly preferred are those having

このゾル調製方法において、加水分解に使用する酸としては、塩酸、硝酸等の無機酸、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機酸等の一価の酸が好ましく、無機酸は焼成後もアルミナ中に残存してしまうため有機酸が好ましい。有機酸として、操作性、経済性の面で酢酸が特に好ましい。酸の使用量は、加水分解性アルミニウム化合物に対して0.2〜2.0モル倍であるのが好ましく、0.3〜1.8モル倍であるのが特に好ましい。酸の使用量が0.2モル未満であると得られるアルミナナノファイバーのアスペクト比が小さくなる場合があり、酸の使用量が2.0モルを超えると水性アルミナナノファイバーゾルの経時安定性が低下し、更に経済性の面で好ましくない。   In this sol preparation method, the acid used for the hydrolysis is preferably a monovalent acid such as an inorganic acid such as hydrochloric acid or nitric acid, or an organic acid such as formic acid, acetic acid, propionic acid, or butyric acid, and the inorganic acid remains after firing. Organic acids are preferred because they remain in the alumina. As the organic acid, acetic acid is particularly preferable in terms of operability and economy. The amount of the acid used is preferably 0.2 to 2.0 mol times, particularly preferably 0.3 to 1.8 mol times relative to the hydrolyzable aluminum compound. If the amount of acid used is less than 0.2 mol, the aspect ratio of the resulting alumina nanofibers may be small. If the amount of acid used exceeds 2.0 mol, the stability over time of the aqueous alumina nanofiber sol may be reduced. This is not preferable in terms of economy.

加水分解の条件は、100℃以下で0.1〜3時間が好ましい。加水分解温度が100℃を超えると突沸の恐れがあり、加水分解時間が0.1時間未満であると温度コントロールが困難であり、3時間を超えると工程時間が長くなる。   The hydrolysis conditions are preferably 100 ° C. or lower and 0.1 to 3 hours. If the hydrolysis temperature exceeds 100 ° C., bumping may occur, and if the hydrolysis time is less than 0.1 hour, temperature control is difficult, and if it exceeds 3 hours, the process time becomes long.

加水分解する加水分解性アルミニウム化合物の酸水溶液の固形分濃度は2〜15質量%が好ましく、3〜10質量%が特に好ましい。この固形分濃度が2質量%未満であると得られるアルミナナノファイバーのアスペクト比が小さくなることがあり、固形分濃度が15質量%を超えると解膠中に反応液の撹拌性が低下することがある。   2-15 mass% is preferable and, as for the solid content concentration of the acid aqueous solution of the hydrolysable aluminum compound to hydrolyze, 3-10 mass% is especially preferable. When the solid content concentration is less than 2% by mass, the aspect ratio of the obtained alumina nanofiber may be small, and when the solid content concentration exceeds 15% by mass, the stirrability of the reaction solution may decrease during peptization. There is.

このゾル調製方法においては、このようにして加水分解性アルミニウム化合物を加水分解して生成したアルコールを好ましくは留去した後に解膠処理を行う。解膠処理は、100〜200℃で0.1〜10時間加熱し、更に好ましくは110〜180℃で0.5〜5時間処理する。加熱温度が100℃未満であると反応に長時間必要とし、200℃を超えると高圧の容器等を必要とし、経済的に不利となることがある。加熱時間が0.1時間未満であるとアルミナナノファイバーのサイズが小さく、保存安定性が低くなることがあり、10時間を超えると工程時間が長くなる。   In this sol preparation method, the alcohol generated by hydrolyzing the hydrolyzable aluminum compound is preferably distilled off before the peptization treatment. The peptization treatment is performed by heating at 100 to 200 ° C. for 0.1 to 10 hours, more preferably at 110 to 180 ° C. for 0.5 to 5 hours. When the heating temperature is less than 100 ° C., the reaction requires a long time, and when it exceeds 200 ° C., a high-pressure container or the like is required, which may be economically disadvantageous. When the heating time is less than 0.1 hour, the size of the alumina nanofiber is small, and the storage stability may be lowered. When the heating time is longer than 10 hours, the process time becomes longer.

このようにして調製されたアルミナゾルが高粘度である場合にはその中に気泡を含んでいることが多いため脱気処理をしてこれらの気泡を除去するのがよい。気泡を除去する方法として、例えば、減圧処理、遠心処理等の各種脱気処理方法が挙げられる。   When the alumina sol prepared in this way has a high viscosity, it often contains bubbles, so it is preferable to remove these bubbles by deaeration treatment. Examples of the method for removing bubbles include various deaeration methods such as a decompression process and a centrifugal process.

このゾル調製方法において、加水分解性アルミニウム化合物の種類、加水分解及び/又は解膠条件を適宜選択すると、アルミナナノファイバーの結晶系をベーマイト又は擬ベーマイトにすることができる。例えば、解膠温度を高温又は解膠時間を長時間にするとアルミナナノファイバーの結晶系がベーマイト結晶系になる傾向があり、逆に解膠温度を低温又は解膠時間を短時間にするとアルミナナノファイバーの結晶系が擬ベーマイト結晶系になる傾向がある。   In this sol preparation method, when the kind of hydrolyzable aluminum compound, hydrolysis and / or peptization conditions are appropriately selected, the crystal system of alumina nanofibers can be boehmite or pseudoboehmite. For example, if the peptization temperature is high or the peptization time is long, the crystal system of alumina nanofibers tends to be boehmite crystal. Conversely, if the peptization temperature is low or the peptization time is short, alumina nanofibers The fiber crystal system tends to be a pseudoboehmite crystal system.

この発明において、アルミナゾルを塗布する基板としては、6H以上の鉛筆硬度を付与することが要求される材料であれば特に制限がなく、ガラス、金属、セラミックス、プラスチック等を挙げることができる。前記ガラスとしては、例えば、石英ガラス、96%石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、鉛ガラス等のガラスを挙げることができ、より具体的には、自動車のフロントガラス、浴室や洗面所の鏡、眼鏡、望遠鏡、双眼鏡等を挙げることができる。   In the present invention, the substrate to which the alumina sol is applied is not particularly limited as long as it is a material required to impart a pencil hardness of 6H or more, and examples thereof include glass, metal, ceramics, and plastics. Examples of the glass include glass such as quartz glass, 96% quartz glass, soda-lime glass, aluminoborosilicate glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, lead glass, and more specifically, automobiles. Windshields, bathroom and bathroom mirrors, glasses, telescopes, binoculars, and the like.

前記アルミナゾルは、基板表面に塗付する前に、適当量の水を加えることで粘度が調整され、塗布液が調製される。例えば、固形分の含有量が5質量%のアルミナゾル100gに対して水を10〜2000g加えることにより、後述する塗布方法に応じて適宜設定される粘度を有する塗布液を調製することができ、適度な粘度を有する塗布液により均一な所望の厚さの塗布膜を得ることができる。   Before the alumina sol is applied to the substrate surface, the viscosity is adjusted by adding an appropriate amount of water to prepare a coating solution. For example, by adding 10 to 2000 g of water to 100 g of alumina sol having a solid content of 5% by mass, a coating solution having a viscosity appropriately set according to the coating method described later can be prepared. A coating film having a uniform desired thickness can be obtained with a coating solution having a high viscosity.

この発明においては、前記塗布液を基板表面に塗布し、次いで、得られた塗布膜を硬化処理することによりアルミナ皮膜が形成される。塗布液を基板表面に塗付する前に、基板表面を清浄化することが好ましい。基板表面を清浄化することにより、はじきを生じることなく均一な塗布膜を形成することができる。   In this invention, the said coating liquid is apply | coated to the board | substrate surface, and an alumina membrane | film | coat is then formed by hardening-processing the obtained coating film. It is preferable to clean the substrate surface before applying the coating solution to the substrate surface. By cleaning the substrate surface, a uniform coating film can be formed without causing repelling.

この清浄化の手段としては、例えば、基板がガラスの場合は、洗剤、特に中性洗剤を用いて洗浄処理する手段を挙げることができ、基板が金属の場合は、脱脂剤含有液に浸漬処理する手段を挙げることができる。   As the means for cleaning, for example, when the substrate is made of glass, a cleaning means using a detergent, particularly a neutral detergent, can be used. When the substrate is made of metal, it is immersed in a degreasing agent-containing liquid. The means to do can be mentioned.

前記脱脂含有液における脱脂剤としては、塩基性の化合物を含有する脱脂剤が好ましく、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、燐酸ナトリウム、硼酸ナトリウム等を挙げることができる。   The degreasing agent in the degreasing-containing liquid is preferably a degreasing agent containing a basic compound, and examples thereof include sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium phosphate, and sodium borate.

基板表面に塗布液を塗布する方法としては、例えば、塗布液を基板に浸漬した後、これを緩やかに引き上げるディップ法、固定された基板表面上に適宜の方法によって塗布液を流延する流延法、塗布液を貯留した槽の一端から塗布液中に基板を浸漬し、前記槽の他端から基板を取り出す連続法、回転する基板上に塗布液を滴下し、基板に作用する遠心力によって塗布液を基板上に流延するスピンナー法、基板の表面に塗布液を吹き付けるスプレー法等を挙げることができる。   Examples of the method of applying the coating liquid to the substrate surface include, for example, a dipping method in which the coating liquid is immersed in the substrate and then gently lifting it, or a casting method in which the coating liquid is cast onto the fixed substrate surface by an appropriate method. A continuous method in which the substrate is immersed in the coating liquid from one end of the tank storing the coating liquid and the substrate is taken out from the other end of the tank, the coating liquid is dropped on the rotating substrate, and the centrifugal force acting on the substrate Examples thereof include a spinner method in which the coating solution is cast on the substrate, and a spray method in which the coating solution is sprayed on the surface of the substrate.

塗布液の塗布量は、塗布液の粘度、その他の条件により一律ではない。1回の塗布では目的の厚さのアルミナ皮膜が得られない場合には、数回の塗布を繰り返すこともできる。   The coating amount of the coating solution is not uniform depending on the viscosity of the coating solution and other conditions. If an alumina film having a desired thickness cannot be obtained by a single application, the application can be repeated several times.

前記の各種方法によって基板表面に塗布液が塗布された塗布膜を、必要に応じて乾燥した後、硬化処理することにより、アルミナ皮膜が形成される。硬化処理としては、加熱処理が好ましい。   An alumina film is formed by drying the coating film in which the coating liquid is coated on the substrate surface by the above-described various methods, if necessary, followed by curing treatment. As the curing treatment, heat treatment is preferable.

アルミナ皮膜を形成するための加熱処理(以下、焼成処理と称することがある。)の温度は、100℃以上であり、基板の耐熱温度を超えない温度以下とするのがよく、この温度範囲における適宜の温度が採用される。塗布膜が形成された基板を加熱する際には、直接に前記温度に加熱してもよく、比較的低温で予熱し、次いで前記温度に加熱してもよい。また、その時間は、10分間〜2時間の範囲内であるのが好ましい。塗布膜が形成された基板を加熱する方法は、特に限定されず、焼成炉、電気炉等の高温熱処理装置等を用いることができる。   The temperature of the heat treatment for forming the alumina film (hereinafter sometimes referred to as “calcination treatment”) is 100 ° C. or higher, and is preferably set to a temperature not exceeding the heat-resistant temperature of the substrate. An appropriate temperature is adopted. When the substrate on which the coating film is formed is heated, it may be directly heated to the above temperature, preheated at a relatively low temperature, and then heated to the above temperature. The time is preferably in the range of 10 minutes to 2 hours. A method for heating the substrate on which the coating film is formed is not particularly limited, and a high-temperature heat treatment apparatus such as a baking furnace or an electric furnace can be used.

この発明の複合アルミナ皮膜は、前記のようにして形成されたアルミナ薄膜を、リン酸基含有化合物の水溶液中で水熱処理することにより、製造することができる。   The composite alumina film of the present invention can be produced by hydrothermally treating the alumina thin film formed as described above in an aqueous solution of a phosphate group-containing compound.

前記リン酸基含有化合物としては、このリン酸基含有化合物の水溶液中で、後述する水熱処理をすることにより、リン酸基含有化合物からリン酸基が解離して、前記アルミナ薄膜中のアルミニウムイオンと結合して、Al−O−P結合を形成する化合物であれば特に制限はなく、リン酸基含有有機化合物及びリン酸基含有無機化合物を挙げることができる。   As the phosphoric acid group-containing compound, the phosphoric acid group is dissociated from the phosphoric acid group-containing compound by hydrothermal treatment described later in an aqueous solution of the phosphoric acid group-containing compound, so that the aluminum ions in the alumina thin film If it is a compound which couple | bonds with and forms an Al-OP bond, there will be no restriction | limiting in particular, A phosphoric acid group containing organic compound and a phosphoric acid group containing inorganic compound can be mentioned.

前記リン酸基含有有機化合物としては、下記式(1)、(2)のいずれかの式で表される化合物若しくはその塩を挙げることができる。   Examples of the phosphoric acid group-containing organic compound include a compound represented by any one of the following formulas (1) and (2) or a salt thereof.

PO(CHSiX ・・・・(1)
〔RPO(CHNH ・・・・・(2)
(ただし、R及びRは水素原子、アルキル基、アルコシ基、アリル基またはO−フェニル基を表し、R及びRは同一であってもよく、別異であってもよい。Xはハロゲン、−OH(水酸基)または−OR(Rは、アルキル基またはアリル基を表す。)を表す。uは、1〜10の整数を表す。vおよびwは整数を表し、vとwとの和が3である。〕
前記アルキル基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基等を、前記アルコシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基等を挙げることができる。また、前記ハロゲンとしては、塩素、臭素、ヨウ素等を挙げることができる。
R 2 R 3 PO 3 (CH 2 ) u SiX 3 (1)
[R 2 PO 3 (CH 2 ) u ] v NH w (2)
(However, R 3 and R 2 represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, an allyl group, or an O-phenyl group, and R 3 and R 2 may be the same or different. X Represents halogen, —OH (hydroxyl group) or —OR 4 (R 4 represents an alkyl group or an allyl group.) U represents an integer of 1 to 10. v and w represent an integer; The sum with w is 3.]
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, and an isopropyl group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, and an isopropoxy group. Examples of the halogen include chlorine, bromine and iodine.

好ましいリン酸基含有有機化合物の具体例としては、3−トリヒドロキシシリルプロピルメチルホスホネート−ナトリウム塩(以下、「HSiP」と略記することがある。)およびニトリロトリス(メチレンホスホン酸)(以下、「NTP」と略記することがある。)を挙げることができる。   Specific examples of the preferable phosphoric acid group-containing organic compound include 3-trihydroxysilylpropylmethylphosphonate-sodium salt (hereinafter sometimes abbreviated as “HSiP”) and nitrilotris (methylenephosphonic acid) (hereinafter, “ NTP ”may be abbreviated as“ NTP ”).

前記水熱処理における、リン酸基含有有機化合物の水溶液の濃度は、特に制限はないが、通常、0.01〜50質量%、好ましくは、0.1〜30質量%である。   The concentration of the aqueous solution of the phosphoric acid group-containing organic compound in the hydrothermal treatment is not particularly limited, but is usually 0.01 to 50% by mass, preferably 0.1 to 30% by mass.

前記リン酸基含有無機化合物としては、MPO、Mn+23n+1、(MIPO、(MII(PO、(MIII(POで示される無機化合物およびそれらのエステル化合物(ただし、Mは水素原子または任意の金属イオン、Mは水素原子または+1価の金属イオン、MIIは+2価の金属イオン、MIIIは+3価の金属イオンを表し、nは2以上の整数を表す。)を挙げることができる。 Examples of the phosphoric acid group-containing inorganic compound include MPO 4 , M n + 2 P n O 3n + 1 , (M I PO 3 ) n , (M II (PO 3 ) 2 ) n , and (M III (PO 3 ) 3 ) n . Inorganic compounds and their ester compounds (where M is a hydrogen atom or any metal ion, M I is a hydrogen atom or a +1 valent metal ion, M II is a +2 valent metal ion, and M III is a +3 valent metal) Represents an ion, and n represents an integer of 2 or more.

前記リン酸基含有無機化合物の具体例として、無水リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、オルトリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素カリウム、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸アルミニウム、リン酸水素アルミニウム、リン酸亜鉛、リン酸水素亜鉛等を挙げることができる。   Specific examples of the phosphoric acid group-containing inorganic compound include phosphoric anhydride, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, orthophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, ammonium hydrogen phosphate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate , Potassium phosphate, potassium hydrogen phosphate, calcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate, aluminum phosphate, aluminum hydrogen phosphate, zinc phosphate, zinc hydrogen phosphate, and the like.

前記水熱処理における、リン酸基含有無機化合物の水溶液の濃度は、特に制限はないが、通常、0.01〜50質量%、好ましくは、0.1〜30質量%である。   Although there is no restriction | limiting in particular in the density | concentration of the aqueous solution of a phosphoric acid group containing inorganic compound in the said hydrothermal treatment, Usually, 0.01-50 mass%, Preferably, it is 0.1-30 mass%.

前記アルミナ薄膜をリン酸基含有化合物の水溶液中で水熱処理する方法としては、例えば、前記リン酸基含有化合物の水溶液が収容された耐熱性の容器に、表面にアルミナ薄膜が形成された基材を入れて、この容器をオートクレーブ内に設置して、150℃以上180℃以下の温度範囲で、10分以上60時間以下、好ましくは30分以上30時間以下の時間で水熱処理する方法を挙げることができる。このとき、容器内にはアルミナ薄膜が浸される程度のリン酸基含有化合物の水溶液が収容されていれば良い。   Examples of a method of hydrothermally treating the alumina thin film in an aqueous solution of a phosphoric acid group-containing compound include, for example, a base material having an alumina thin film formed on a surface in a heat-resistant container in which the aqueous solution of the phosphoric acid group-containing compound is accommodated. In this method, the container is placed in an autoclave and hydrothermally treated in a temperature range of 150 ° C. to 180 ° C. for 10 minutes to 60 hours, preferably 30 minutes to 30 hours. Can do. At this time, an aqueous solution of a phosphoric acid group-containing compound to the extent that the alumina thin film is immersed may be contained in the container.

このようにして水熱処理することで親水性アルミナ薄膜が製造される。容器内から取り出した親水性アルミナ薄膜が形成された基材は、適宜純水で洗浄される。   Thus, a hydrophilic alumina thin film is manufactured by hydrothermally treating. The base material on which the hydrophilic alumina thin film taken out from the container is formed is appropriately washed with pure water.

このようにして得られた親水性アルミナ薄膜におけるAl原子に、撥水性基を導入すると、この発明の複合アルミナ皮膜が製造される。   When a water-repellent group is introduced into Al atoms in the hydrophilic alumina thin film thus obtained, the composite alumina film of the present invention is produced.

すなわち、親水性アルミナ皮膜を、シリコン化合物を含有する有機溶媒溶液に、浸漬し、アルミナとシリコン化合物とを所定条件で反応させる。   That is, the hydrophilic alumina film is immersed in an organic solvent solution containing a silicon compound, and the alumina and the silicon compound are reacted under predetermined conditions.

シリコン化合物は、アルミナナノファイバーにフッ素原子を置換することもあるアルキルシロキシ基を結合させることができる化合物であれば良く、例えば、式(2):R−R−SiX[ただし、Rは、フッ素原子を置換することもある、炭素数1〜15のアルキル基、Rは、炭素数1〜15のアルキレン基、Xは、ハロゲン基又はOR基(Rは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、iso−ブチル基、又はtert−ブチル基を表す。)を表す。]で示される化合物を挙げることができる。 The silicon compound may be a compound that can bind an alkylsiloxy group that may substitute a fluorine atom to the alumina nanofiber. For example, the compound (2): R 1 —R 2 —SiX 3 [where R 1 is an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms that may substitute a fluorine atom, R 2 is an alkylene group having 1 to 15 carbon atoms, X is a halogen group or OR 5 group (R 5 is a methyl group) Represents an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, an iso-butyl group, or a tert-butyl group. The compound shown by these can be mentioned.

式(2)で表されるシリコン化合物の具体例としては、例えば、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルトリクロロシラン、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルメチルジクロロシラン、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン、(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)トリクロロシシラン、(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)メチルジクロロシラン、(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)トリメトキシシラン、(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)トリエトキシシラン、(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリクロロシラン、(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)メチルジクロロシラン、(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリメトキシシラン、(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリエトキシシランなどが例示される。   Specific examples of the silicon compound represented by the formula (2) include 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyltrichlorosilane, 3,3,4,4, 5,5,6,6,6-nonafluorohexylmethyldichlorosilane, 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyltrimethoxysilane, 3,3,4,4 5,5,6,6,6-nonafluorohexyltriethoxysilane, (tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) trichlorosisilane, (tridecafluoro-1,1,2,2- Tetrahydrooctyl) methyldichlorosilane, (tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) trimethoxysilane, (tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) triethoxy Silane, (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trichlorosilane, (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) methyldichlorosilane, (heptadecafluoro-1,1, Examples include 2,2-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane and (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) triethoxysilane.

アルミナと前記シリコン化合物を反応させるに当たり、前記シリコン化合物は有機溶媒に溶解されてシリコン化合物を含有する有機溶媒溶液が調製される。   In reacting alumina with the silicon compound, the silicon compound is dissolved in an organic solvent to prepare an organic solvent solution containing the silicon compound.

前記有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、及びブタノール等のアルコール類、ジエチルエーテル及びテトラヒドロフラン等のエーテル類、酢酸エチル等のエステル類、ベンゼン、トルエン及びキシレン等の芳香族系溶剤、並びにシクロヘキサン等の脂環式溶剤等を挙げることができる。シリコン化合物と有機溶媒との混合割合は、任意で良い。   Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; esters such as ethyl acetate; aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene; and Examples thereof include alicyclic solvents such as cyclohexane. The mixing ratio of the silicon compound and the organic solvent may be arbitrary.

次いで、シリコン化合物を含有する有機溶媒溶液に親水性アルミナ皮膜を浸漬し、30〜80℃で0.5〜5時間加熱する。このとき、親水性アルミナ皮膜に対するシリコン化合物の割合は、Al:シリコン化合物=1:0.01〜5(モル比)に調節するのが好ましい。親水性アルミナ皮膜に対するシリコン化合物の使用割合を前記範囲内とすることにより、アルミナナノファイバー中のAl原子にフルオロアルキルシロキシ基を適度に結合させることができ、これによって親水性基と撥水性基とを併せ持つ複合アルミナ皮膜を良好に形成することができる。   Next, the hydrophilic alumina film is immersed in an organic solvent solution containing a silicon compound and heated at 30 to 80 ° C. for 0.5 to 5 hours. At this time, the ratio of the silicon compound to the hydrophilic alumina coating is preferably adjusted to Al: silicon compound = 1: 0.01 to 5 (molar ratio). By making the use ratio of the silicon compound with respect to the hydrophilic alumina film within the above range, it is possible to appropriately bind the fluoroalkylsiloxy group to the Al atom in the alumina nanofiber, and thereby the hydrophilic group and the water repellent group It is possible to satisfactorily form a composite alumina film having the above.

反応の終了後に、前記有機溶媒溶液に浸漬して反応させることにより複合アルミナ皮膜に変化したその複合アルミナ皮膜を前記有機溶媒溶液から取り出し、取り出した複合アルミナ皮膜を、前記有機溶媒溶液における溶媒と同じ、又は異なる有機溶媒で洗浄を行い、次いで乾燥を行う。   After completion of the reaction, the composite alumina film changed into a composite alumina film by being immersed in the organic solvent solution and reacting is taken out from the organic solvent solution, and the taken out composite alumina film is the same as the solvent in the organic solvent solution. Or washing with a different organic solvent and then drying.

さらに要すれば100〜200℃の温度で10分〜60分のキュアを行い、洗浄をするのが良い。
[撥水性基の導入、次いで親水性基の導入]
前記アルミナゾルを用いて形成したアルミナ皮膜を、シリコン化合物を含有する前記有機溶媒溶液に浸漬してアルミナとシリコン化合物とを反応させることにより複合アルミナ皮膜を製造することができる。
Further, if necessary, it is preferable to carry out curing at a temperature of 100 to 200 ° C. for 10 to 60 minutes.
[Introduction of water-repellent group, then introduction of hydrophilic group]
A composite alumina film can be produced by immersing an alumina film formed using the alumina sol in the organic solvent solution containing a silicon compound and reacting the alumina and the silicon compound.

また、以下のようにして複合アルミナ皮膜を製造することもできる。すなわち、既に説明したところの、アルミナ例えばアルミナナノファイバーを含有するアルミナゾルに前記シリコン化合物を添加して、アルミナとシリコン化合物とを反応させることにより、フッ素原子を置換することもあるアルキルシロキシ基を結合するアルミナナノファイバーを含有する撥水性アルミナゾルを調製する。   A composite alumina coating can also be produced as follows. That is, as described above, by adding the silicon compound to alumina sol containing alumina, for example, alumina nanofibers, and reacting the alumina with the silicon compound, an alkylsiloxy group that may substitute a fluorine atom is bonded. A water-repellent alumina sol containing alumina nanofibers is prepared.

アルミナとシリコン化合物との反応は、アルミナ例えばアルミナナノファイバー含有のアルミナゾルにシリコン化合物を含有する有機溶媒溶液を添加し、例えば三口フラスコ中で30〜80℃で0.5〜5時間加熱しつつ撹拌することにより行うことができる。このとき、アルミナ例えばアルミナナノファイバー含有のアルミナゾルとシリコン化合物を含有する有機溶媒溶液との混合割合は、Al:シリコン化合物=1:0.01〜5(モル比)であるのが好ましい。アルミナ例えばアルミナナノファイバー含有のアルミナゾルとシリコン化合物を含有する有機溶媒溶液との混合割合を前記範囲内とすることにより、アルミナ例えばアルミナナノファイバーにおけるAl原子に、フッ素原子を置換することもあるアルキルシロキシ基を適度に結合させることができる。   The reaction between alumina and the silicon compound is performed by adding an organic solvent solution containing a silicon compound to alumina sol containing alumina, for example, alumina nanofibers, and stirring the mixture while heating at 30 to 80 ° C. for 0.5 to 5 hours in a three-necked flask. This can be done. At this time, the mixing ratio of the alumina sol containing alumina, for example, alumina nanofibers, and the organic solvent solution containing the silicon compound is preferably Al: silicon compound = 1: 0.01 to 5 (molar ratio). Alkylsiloxy, which may substitute fluorine atoms for Al atoms in alumina such as alumina nanofibers, by adjusting the mixing ratio of alumina sol containing alumina nanofibers and organic solvent solution containing silicon compound within the above range. Groups can be attached moderately.

このようにして得られたアルミナ例えばアルミナナノファイバー含有のアルミナゾルを便宜上、撥水性アルミナゾルと称することがある。   For the sake of convenience, the alumina sol containing alumina nanofibers thus obtained may be referred to as a water-repellent alumina sol.

このようにして調製された撥水性アルミナゾルが高粘度である場合にはその中に気泡を含んでいることが多いため脱気処理をしてこれらの気泡を除去するのがよい。気泡を除去する方法として、例えば、減圧処理、遠心処理等の各種脱気処理方法が挙げられる。   When the water-repellent alumina sol prepared in this way has a high viscosity, it often contains bubbles, so it is preferable to remove these bubbles by deaeration treatment. Examples of the method for removing bubbles include various deaeration methods such as a decompression process and a centrifugal process.

この発明において、撥水性アルミナゾルを塗布する基板は、既に説明した基板と同様である。   In the present invention, the substrate on which the water-repellent alumina sol is applied is the same as the substrate already described.

前記撥水性アルミナゾルは、基板表面に塗付する前に、適当量の水を加えることで粘度が調整され、塗布液が調製される。例えば、固形分の含有量が5質量%の前記撥水性アルミナゾル100gに対して水を10〜2000g加えることにより、後述する塗布方法に応じて適宜設定される粘度を有する塗布液を調製することができ、適度な粘度を有する塗布液により均一な所望の厚さの塗布膜を得ることができる。   Before the water-repellent alumina sol is applied to the substrate surface, the viscosity is adjusted by adding an appropriate amount of water to prepare a coating solution. For example, by adding 10 to 2000 g of water to 100 g of the water-repellent alumina sol having a solid content of 5% by mass, a coating solution having a viscosity appropriately set according to a coating method described later can be prepared. A coating film having a uniform desired thickness can be obtained with a coating solution having an appropriate viscosity.

この発明においては、前記塗布液を基板表面に塗布し、次いで、得られた塗布膜を硬化処理することにより撥水性アルミナ膜が形成される。塗布液を基板表面に塗付する前に、基板表面を清浄化することが好ましい。基板表面を清浄化することにより、はじきを生じることなく均一な塗布膜を形成することができる。   In this invention, a water-repellent alumina film is formed by applying the coating solution onto the substrate surface and then curing the resulting coating film. It is preferable to clean the substrate surface before applying the coating solution to the substrate surface. By cleaning the substrate surface, a uniform coating film can be formed without causing repelling.

この清浄化の手段としては、例えば、基板がガラスの場合は、洗剤、特に中性洗剤を用いて洗浄処理する清浄化手段を挙げることができ、基板が金属の場合は、脱脂剤含有液に浸漬処理する清浄化手段を挙げることができる。   As the cleaning means, for example, when the substrate is made of glass, a cleaning means for cleaning with a detergent, particularly a neutral detergent can be used. When the substrate is made of metal, a degreasing agent-containing liquid can be used. A cleaning means for dipping treatment can be mentioned.

前記脱脂剤含有液における脱脂剤としては、塩基性の化合物を含有する脱脂剤が好ましく、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、燐酸ナトリウム、硼酸ナトリウム等を挙げることができる。   The degreasing agent in the degreasing agent-containing liquid is preferably a degreasing agent containing a basic compound, and examples thereof include sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium phosphate, and sodium borate.

基板表面に塗布液を塗布する方法としては、例えば、塗布液を基板に浸漬した後、これを緩やかに引き上げるディップ法、固定された基板表面上に適宜の方法によって塗布液を流延する流延法、塗布液を貯留した槽の一端から塗布液中に基板を浸漬し、前記槽の他端から基板を取り出す連続法、回転する基板上に塗布液を滴下し、基板に作用する遠心力によって塗布液を基板上に流延するスピンナー法、基板の表面に塗布液を吹き付けるスプレー法等を挙げることができる。   Examples of the method of applying the coating liquid to the substrate surface include, for example, a dipping method in which the coating liquid is immersed in the substrate and then gently lifting it, or a casting method in which the coating liquid is cast onto the fixed substrate surface by an appropriate method. A continuous method in which the substrate is immersed in the coating liquid from one end of the tank storing the coating liquid and the substrate is taken out from the other end of the tank, the coating liquid is dropped on the rotating substrate, and the centrifugal force acting on the substrate Examples thereof include a spinner method in which the coating solution is cast on the substrate, and a spray method in which the coating solution is sprayed on the surface of the substrate.

塗布液の塗布量は、塗布液の粘度、その他の条件により一律ではない。1回の塗布では目的の厚さの塗布膜が得られない場合には、数回の塗布を繰り返すこともできる。   The coating amount of the coating solution is not uniform depending on the viscosity of the coating solution and other conditions. If a coating film having a desired thickness cannot be obtained by a single application, the application can be repeated several times.

前記の各種方法によって基板表面に塗布液が塗布された塗布膜を、必要に応じて乾燥した後、硬化処理することにより、撥水性アルミナ膜が形成される。硬化処理としては、加熱処理及び光照射処理を挙げることができ、光照射処理としては紫外線照射処理が好ましい。   A water-repellent alumina film is formed by drying a coating film having a coating solution applied to the substrate surface by various methods as described above, followed by curing. Examples of the curing treatment include heat treatment and light irradiation treatment, and the light irradiation treatment is preferably ultraviolet irradiation treatment.

撥水性アルミナ膜を形成するための加熱処理(以下、焼成処理と称することがある。)の温度は、50〜200℃が好適であり、基板の耐熱温度を超えない温度以下とするのがよく、この温度範囲における適宜の温度が採用される。塗布膜が形成された基板を加熱する際には、直接に前記温度に加熱してもよく、比較的低温で予熱し、次いで前記温度に加熱してもよい。また、その時間は、10分間〜2時間の範囲内であるのが好ましい。塗布膜が形成された基板を加熱する方法は、特に限定されず、焼成炉、電気炉等の高温熱処理装置等を用いることができる。   The temperature of the heat treatment for forming the water-repellent alumina film (hereinafter sometimes referred to as “calcination treatment”) is preferably 50 to 200 ° C., and should be a temperature not exceeding the heat resistance temperature of the substrate. An appropriate temperature in this temperature range is adopted. When the substrate on which the coating film is formed is heated, it may be directly heated to the above temperature, preheated at a relatively low temperature, and then heated to the above temperature. The time is preferably in the range of 10 minutes to 2 hours. A method for heating the substrate on which the coating film is formed is not particularly limited, and a high-temperature heat treatment apparatus such as a baking furnace or an electric furnace can be used.

撥水性アルミナ膜を形成するための紫外線照射処理の条件にも特別な制限はないが、50〜200℃の温度範囲の下に紫外線照射することが好ましい。照射する紫外線の光源としては、高圧水銀灯または低圧水銀灯を使用することができ、これら水銀灯を使用すると、適切な強度の紫外線を廉価に照射することができる。照射時間は、1分〜1時間ときわめて短時間で十分である。また、照射する紫外線の強度は任意である。照射する紫外線の強度が前記範囲内であると、例えば、プラスチックス基材が黄変したり、変質、変形したりすることがなく、特別に紫外線照射に耐え得る基材を選択しなければならないという問題を解消することができる。   Although there is no special restriction | limiting in the conditions of the ultraviolet irradiation process for forming a water-repellent alumina film | membrane, It is preferable to irradiate an ultraviolet-ray under the temperature range of 50-200 degreeC. As the ultraviolet light source to be irradiated, a high pressure mercury lamp or a low pressure mercury lamp can be used. When these mercury lamps are used, ultraviolet light having an appropriate intensity can be irradiated at low cost. A very short irradiation time of 1 minute to 1 hour is sufficient. Moreover, the intensity | strength of the ultraviolet-ray to irradiate is arbitrary. When the intensity of the ultraviolet rays to be irradiated is within the above range, for example, a base material that can withstand ultraviolet irradiation must be selected without causing the plastics base material to turn yellow, change, or deform. Can be solved.

このようにして、撥水性アルミナゾルを基材上に塗布し、加熱処理又は光照射処理により塗布膜を硬化するという簡便な工程で撥水性アルミナ膜が作成される。得られた撥水性アルミナ膜は、高硬度であり、透明であり、撥水性を有するという特性を有している。   In this way, the water-repellent alumina sol is formed by a simple process of coating the water-repellent alumina sol on the substrate and curing the coating film by heat treatment or light irradiation treatment. The obtained water-repellent alumina film has characteristics of high hardness, transparency, and water repellency.

この発明においては、得られた撥水性アルミナ膜を次のように処理して複合アルミナ皮膜を得る。   In the present invention, the obtained water-repellent alumina film is treated as follows to obtain a composite alumina film.

親水性基としてリン酸基を例にすると、前記撥水性アルミナ膜をリン酸基含有化合物の水溶液中で水熱処理することにより複合アルミナ皮膜を製造することができる。   Taking a phosphate group as an example of the hydrophilic group, a composite alumina film can be produced by hydrothermally treating the water-repellent alumina film in an aqueous solution of a phosphate group-containing compound.

リン酸基含有化合物、及び水熱処理については、[親水性基の導入、そして撥水性基の導入]欄において説明したのと同様である。   The phosphoric acid group-containing compound and the hydrothermal treatment are the same as described in the section [Introduction of hydrophilic group and introduction of water repellent group].

(実施例1) 複合アルミナ皮膜A
<親水性アルミナ皮膜(1)の作製>
ナノファイバー状アルミナゾル(ファイバー長:1400nm、ファイバ−径:4nm、Al含有量:5質量%)10.0gに、純水 10.0gを加え、10質量%のHClを加えpHを1に調整して塗布液を作製した。作製した塗布液を、中性洗剤で洗浄済みの無アルカリガラス(AF−45、ショット社)にスピンナー法(500rpmで5秒間、その後2000rpmで30秒間)により塗布することにより、アルミナゲル膜を得た。それを550℃で30分間焼成してアルミナ皮膜(試料サイズ:50mm×50mm)を作製した。
Example 1 Composite Alumina Coating A
<Preparation of hydrophilic alumina coating (1)>
10.0 g of pure water is added to 10.0 g of nanofiber-like alumina sol (fiber length: 1400 nm, fiber diameter: 4 nm, Al 2 O 3 content: 5% by mass), pH is adjusted to 1 by adding 10% by mass of HCl. A coating solution was prepared by adjusting to. The prepared coating solution is applied to a non-alkali glass (AF-45, Schott) washed with a neutral detergent by a spinner method (500 rpm for 5 seconds and then 2000 rpm for 30 seconds) to obtain an alumina gel film. It was. It was fired at 550 ° C. for 30 minutes to produce an alumina film (sample size: 50 mm × 50 mm).

次に、オートクレーブの内筒内に1質量%のニトリロトリス(メチレンホスホン酸)(NMP)水溶液80mLを入れ、作製したアルミナ皮膜を25mm×50mmに折り割ってその内の1枚を試料として浸漬させ、外筒に入れて密封した。密封したオートクレーブを水熱温度160℃に6時間加熱することにより、アルミナ皮膜を水熱処理した。水熱処理後、試料を取り出し、純水に3秒間浸漬させ、エアガンを用いて水分を除去し、乾燥させて、親水性アルミナ皮膜(1)を得た。   Next, 80 mL of a 1% by weight nitrilotris (methylenephosphonic acid) (NMP) aqueous solution is placed in the inner cylinder of the autoclave, the prepared alumina film is folded into 25 mm × 50 mm, and one of them is immersed as a sample. , Sealed in an outer cylinder. The sealed autoclave was heated to a hydrothermal temperature of 160 ° C. for 6 hours to hydrothermally treat the alumina coating. After the hydrothermal treatment, a sample was taken out, immersed in pure water for 3 seconds, moisture was removed using an air gun, and dried to obtain a hydrophilic alumina film (1).

<複合アルミナ皮膜Aの作製>
(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロキシオクチル)トリエトキシシラン(FAS−1)1.00gをトルエン99.0gに溶解することにより、撥水化反応溶液(FAS−1の濃度:1質量%)を作製した。
<Preparation of composite alumina coating A>
By dissolving 1.00 g of (tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydroxyoctyl) triethoxysilane (FAS-1) in 99.0 g of toluene, a water repellent reaction solution (concentration of FAS-1) was obtained. : 1% by mass).

これに、既に作製した親水性アルミナ皮膜(1)を試料としてその1枚を浸漬させ、さらにトリエチルアミン0.01gを添加し、80℃で1時間加熱撹拌した。反応後、試料を反応溶液から引き上げ、トルエンで10秒間洗浄し、乾燥させた後、150℃で30分間キュアーした。ついで、純水およびエタノール溶液に試料を浸漬させ2分超音波洗浄して、複合アルミナ皮膜Aを作製した。   One of the hydrophilic alumina films (1) already prepared was immersed in this, and 0.01 g of triethylamine was further added thereto, followed by heating and stirring at 80 ° C. for 1 hour. After the reaction, the sample was taken out of the reaction solution, washed with toluene for 10 seconds, dried, and then cured at 150 ° C. for 30 minutes. Subsequently, the sample was immersed in pure water and an ethanol solution and subjected to ultrasonic cleaning for 2 minutes to prepare a composite alumina coating A.

(実施例2) 複合アルミナ皮膜B
親水性アルミナ皮膜(1)を撥水化反応溶液に浸漬させて80℃で1時間加熱撹拌する代わりに、親水性アルミナ皮膜(1)を撥水化反応溶液に浸漬させて100℃で1時間加熱撹拌した外は、前記実施例1と同様にして、複合アルミナ皮膜Bを作製した。
(Example 2) Composite alumina coating B
Instead of immersing the hydrophilic alumina film (1) in the water-repellent reaction solution and heating and stirring at 80 ° C. for 1 hour, the hydrophilic alumina film (1) is immersed in the water-repellent reaction solution and heated at 100 ° C. for 1 hour. A composite alumina coating B was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mixture was heated and stirred.

(実施例3) 複合アルミナ皮膜C
水熱温度を160℃にする代わりに水熱温度を140℃にした外は前記実施例1と同様にして親水性アルミナ皮膜(2)を作製し、親水性アルミナ皮膜(1)の代わりに親水性アルミナ皮膜(2)を使用した外は前記実施例1と同様にして親水性アルミナ皮膜(2)を作製し、親水性アルミナ皮膜(1)の代わりに親水性アルミナ皮膜(2)を用いた外は前記実施例1と同様にして複合アルミナ皮膜Cを作製した。
(Example 3) Composite alumina film C
A hydrophilic alumina film (2) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal temperature was changed to 140 ° C instead of the hydrothermal temperature to 160 ° C, and hydrophilicity was used instead of the hydrophilic alumina film (1). A hydrophilic alumina film (2) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hydrophilic alumina film (2) was used, and the hydrophilic alumina film (2) was used instead of the hydrophilic alumina film (1). A composite alumina film C was prepared in the same manner as in Example 1 except for the above.

(実施例4) 複合アルミナ皮膜D
水熱温度を160℃にして6時間加熱する代わりに水熱温度を120℃にして8時間加熱した外は、前記実施例1と同様にして親水性アルミナ皮膜(3)を作製し、親水性アルミナ皮膜(1)の代わりに親水性アルミナ皮膜(3)を使用した外は前記実施例1と同様にして複合アルミナ皮膜Dを作製した。
(Example 4) Composite alumina film D
A hydrophilic alumina film (3) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal temperature was set at 160 ° C. for 6 hours, and the hydrothermal temperature was set at 120 ° C. for 8 hours. A composite alumina coating D was prepared in the same manner as in Example 1 except that the hydrophilic alumina coating (3) was used instead of the alumina coating (1).

(実施例5) 複合アルミナ皮膜E
前記親水性アルミナ皮膜(1)の代わりに前記親水性アルミナ皮膜(3)を使用した外は前記実施例2と同様にして複合アルミナ皮膜Eを作製した。
(Example 5) Composite alumina coating E
A composite alumina coating E was prepared in the same manner as in Example 2 except that the hydrophilic alumina coating (3) was used instead of the hydrophilic alumina coating (1).

この複合アルミナ皮膜EにおけるPO基の皮膜表面における分布を、図1に示した。図1では、XPSマッピング法により測定されるPO基のP2pスペクトルにおける135eVのピークが白い点で示されている。この図1から、この複合アルミナ皮膜Eはその表面に分子レベルでPO基が分布していることが判る。 FIG. 1 shows the distribution of PO 4 groups on the composite alumina coating E on the coating surface. In FIG. 1, the 135 eV peak in the P2p spectrum of the PO 4 group measured by the XPS mapping method is indicated by a white dot. From FIG. 1, it can be seen that PO 4 groups are distributed on the surface of this composite alumina coating E at the molecular level.

(実施例6) 複合アルミナ皮膜F
FAS−1の代わりに3,3,4,4,5,5,6,6,6-ノナフルオロヘキシルトリクロロシラン(FAS−2)を使用し、トリエチルアミン0.01gの代わりトリエチルアミン0.02gを使用し、親水性アルミナ皮膜(1)を浸漬するとともにトリエチルアミン0.02gを含有する撥水化反応溶液を80℃で1時間加熱する代わりに90℃で2時間加熱した外は前記実施例1と同様にして複合アルミナ皮膜Fを作製した。
(Example 6) Composite alumina film F
Use 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyltrichlorosilane (FAS-2) instead of FAS-1 and use 0.02 g of triethylamine instead of 0.01 g of triethylamine In the same manner as in Example 1 except that the water-repellent reaction solution containing 0.02 g of triethylamine was immersed in the hydrophilic alumina coating (1) and heated at 90 ° C. for 2 hours instead of heating at 80 ° C. for 1 hour. Thus, a composite alumina film F was produced.

(実施例7) 複合アルミナ皮膜G
FAS−1の代わりに(ヘプタデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロデシル)トリエトキシシラン(FAS−3)を用いて実施例1と同様にして撥水化反応溶液を調製し、親水性アルミナ皮膜(1)を浸漬するとともに、トリエチルアミン0.01gを含有する撥水化反応溶液を80℃で1時間加熱する代わりにトリエチルアミン0.02gを含有する撥水化反応溶液を75℃で3時間加熱した外は前記実施例1と同様にして複合アルミナ皮膜Gを作製した。
(Example 7) Composite alumina film G
A water repellent reaction solution was prepared in the same manner as in Example 1 using (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) triethoxysilane (FAS-3) instead of FAS-1, The water-repellent reaction solution containing 0.02 g of triethylamine was added at 75 ° C. instead of heating the water-repellent reaction solution containing 0.01 g of triethylamine at 80 ° C. for 1 hour. A composite alumina coating G was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heating was continued for a period of time.

(比較例1) 親水性アルミナ皮膜
実施例1で作製された親水性アルミナ皮膜(1)を親水性アルミナ皮膜とした。
Comparative Example 1 Hydrophilic Alumina Coating The hydrophilic alumina coating (1) prepared in Example 1 was used as a hydrophilic alumina coating.

(比較例2) 撥水性アルミナ皮膜
親水性アルミナ皮膜(1)の代わりに実施例1と同様にして作製されたアルミナ皮膜を用いて、実施例1と同様にして撥水性アルミナ皮膜を作製した。
(Comparative Example 2) Water-repellent alumina coating A water-repellent alumina coating was prepared in the same manner as in Example 1 using an alumina coating prepared in the same manner as in Example 1 instead of the hydrophilic alumina coating (1).

<汚れ除去性試験>
前記実施例1〜7で作製された複合アルミナ皮膜A〜G、比較例1の親水性アルミナ皮膜及び比較例2の撥水性アルミナ皮膜について、これらを試料として以下のようにして汚れ除去性試験を行った。
<Stain removal test>
The composite alumina coatings A to G prepared in Examples 1 to 7, the hydrophilic alumina coating of Comparative Example 1 and the water-repellent alumina coating of Comparative Example 2 were subjected to a soil removability test as follows using these as samples. went.

上記試料の他に比較試料としてガラス基板(AF−45、ショット社)、ポリカーボネート(PC)基板、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)基板についても汚れ除去性試験を行った。   In addition to the above samples, a stain removal test was also conducted on a glass substrate (AF-45, Shot), a polycarbonate (PC) substrate, and a polymethyl methacrylate resin (PMMA) substrate as comparative samples.

試料の表面に指を1秒間押し付けた後、指を押しつけたまま右方向に5cm移動させて皮脂を試料に付着させた。なお、手を石鹸で洗浄してから10分間の間その手の指で物を掴んだりせずにして指表面に自然に皮脂を分泌させておいてからその指を汚れ除去性試験に使用した。皮脂の付着料及び付着長さは目視で観察した。   After pressing the finger against the surface of the sample for 1 second, sebum was attached to the sample by moving it 5 cm to the right while pressing the finger. In addition, after the hand was washed with soap, the finger was allowed to naturally secrete sebum on the finger surface without grabbing the object with the finger of the hand for 10 minutes, and then the finger was used in the stain removal test. . The sebum deposit and length were observed visually.

汚れが付着した試料の表面に、息を吹きかけてベンコットで軽く拭き取った。このプロセスを1サイクルとし、目視で汚れの除去を調べ、皮脂汚れが除去されたサイクル数で、汚れ除去性を評価した。結果を表1に示した。また、表1には接触角計で測定した水滴の接触角も示した。   The surface of the sample on which the dirt was adhered was blown and lightly wiped with a becot. This process was defined as 1 cycle, and the removal of dirt was visually examined. The results are shown in Table 1. Table 1 also shows the contact angle of water droplets measured with a contact angle meter.

表1

Figure 2013216530
Table 1
Figure 2013216530

この特許文献4に開示された発明では、特許文献3に記載されたコーティング組成物又は被コーティング物における撥水性膜の耐久性を改善するために、コーティング組成物にさらにバインダの役割を担う成分として、「乾燥すると透明体を形成する成分」を必須の成分とし(段落番号0013参照)、撥水性性皮膜の耐久性が実施例及び比較例によって明らかにされている。
Component In the invention disclosed in Patent Document 4, which is responsible for improving the durability of the water repellent skin layer in the coating composition or the coating product described in Patent Document 3, a further role of binder in the coating composition As an essential component (see paragraph No. 0013), “the component that forms a transparent body when dried” is shown, and the durability of the water-repellent coating is clarified by Examples and Comparative Examples.

Claims (5)

アルミナと、そのアルミナにおけるAl原子に結合する親水性基及びAl原子に結合する撥水性基とを有することを特徴とする複合アルミナ皮膜。   A composite alumina coating comprising alumina, a hydrophilic group bonded to Al atoms in the alumina, and a water repellent group bonded to Al atoms. 前記アルミナは、そのアスペクト比(平均繊維長/平均繊維幅)が100〜750であるアルミナナノファイバーである前記請求項1に記載の複合アルミナ皮膜。   The composite alumina coating according to claim 1, wherein the alumina is an alumina nanofiber having an aspect ratio (average fiber length / average fiber width) of 100 to 750. 前記親水性基が、リン酸基である前記請求項1又は2に記載の複合アルミナ皮膜。   The composite alumina coating according to claim 1 or 2, wherein the hydrophilic group is a phosphate group. 前記撥水性基が、以下の式(1)で示されるアルキルシロキシ基である前記請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合アルミナ皮膜。
Figure 2013216530
(ただし、Rは、フッ素原子を置換することもある、炭素数が1〜15個であるアルキル基、Rは、炭素数1〜15個のアルキレン基を表す。)
The composite alumina coating according to any one of claims 1 to 3, wherein the water repellent group is an alkylsiloxy group represented by the following formula (1).
Figure 2013216530
(However, R 1 represents an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, which may substitute a fluorine atom, and R 2 represents an alkylene group having 1 to 15 carbon atoms.)
前記皮膜の表面は、その表面に付着した水滴の接触角が40〜110度となる前記請求項1〜4のいずれか一項に記載の複合アルミナ皮膜。   The composite alumina film according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface of the film has a contact angle of 40 to 110 degrees with water droplets attached to the surface.
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