JP2018199783A - コーティング剤 - Google Patents
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Abstract
【課題】 金属製刃の表面に塗布するコーティング剤であって、金属製刃の切れ味及び耐久性の向上を実現しうるコーティング剤を提供する。【解決手段】 このコーティング剤は、反応性フッ素系化合物が揮発性溶媒に溶解されてなる溶液状コーティング剤である。反応性フッ素系化合物は、水素原子の一部又は全てがフッ素化されてなるポリアルキレンエーテル基を骨格とし、リン酸エステル、ホスホン基、アルコキシシラン基、チタネート基、アルミネート基及びメルカプト基よりなる群から選ばれる官能基を有するものである。反応性フッ素系化合物の分子量は１０００〜１００００の範囲内である。揮発性溶媒は、ハイドロフルオロエーテル、ペルフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ペルフルオロポリエーテル、ハイドロフルオロクロロカーボン及びハイドロフルオロオレフィンよりなる群から選ばれる溶媒である。【選択図】 なし
Description
本発明は、金属製刃の表面に塗布して用いるコーティング剤に関し、金属製刃の切れ味を向上させると共に耐久性を向上させうるコーティング剤に関するものである。
従来より、金属製刃の表面にフッ素樹脂を塗布して、切り屑の付着を防止したり、錆を防止することが行われている。しかるに、フッ素樹脂は物理的に金属製刃の表面に付着しているだけなので、金属製刃の使用を続けてゆくと、フッ素樹脂が剥離脱落してしまうということがあった。
このため、金属製刃の表面にフッ素系化合物を化学的に結合させることが提案されている（特許文献１）。特許文献１には、骨格であるフッ化炭素基の一端にクロルシラン基を導入し、クロルシラン基と金属とを化学的に結合して、フッ素系化合物の剥離脱落を防止することが提案されている。
しかしながら、クロルシラン基と金属との化学的結合力は弱く、長期間金属製刃を使用しているとフッ素系化合物が剥離脱落してしまい、耐久性の更なる向上が図れないということがあった。また、フッ化炭素基は動摩擦係数が比較的高く、金属製刃の切れ味が十分に向上しないということがあった。
本発明の課題は、金属製刃の表面に塗布した場合、金属製刃の切れ味の更なる向上及び耐久性の更なる向上を実現しうるコーティング剤を提供することにある。
本発明は、特定の反応性フッ素系化合物を採用することにより、上記課題を解決したものである。すなわち、本発明は、反応性フッ素系化合物が揮発性溶媒に溶解されてなる、金属製刃に塗布される溶液状コーティング剤であって、前記反応性フッ素系化合物は、水素原子の一部又は全てがフッ素化されてなるポリアルキレンエーテル基を骨格とし、リン酸エステル、ホスホン基、アルコキシシラン基、チタネート基、アルミネート基及びメルカプト基よりなる群から選ばれる官能基を有するものであって、分子量が１０００〜１００００の範囲内であり、前記揮発性溶媒は、ハイドロフルオロエーテル、ペルフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ペルフルオロポリエーテル、ハイドロフルオロクロロカーボン及びハイドロフルオロオレフィンよりなる群から選ばれるものであることを特徴とするコーティング剤に関するものである。
本発明で用いる反応性フッ素系化合物は、水素原子の一部又は全てがフッ素化されてなるポリアルキレンエーテル基を骨格とするものである。そして、その末端には、リン酸エステル、ホスホン基、アルコキシシラン基、チタネート基、アルミネート基及びメルカプト基よりなる群から選ばれる官能基を有するものである。反応性フッ素系化合物は、骨格と官能基のみから構成されていてもよいし、その他、フッ化炭素基が付加されていてもよいし、アミド基や炭化水素基等の連結基（骨格と官能基とを連結する基）等を含んでいてもよい。また、反応性フッ素系化合物の分子量は１０００〜１００００程度である。この分子量は、ＧＰＣでＭＭＡ換算で測定される平均分子量のことである。分子量が１０００未満であると、水素原子の一部又は全てがフッ素化されてなるポリアルキレンエーテル基の割合が少なく、反応性フッ素系化合物が塗布された金属製刃の切れ味を向上させにくくなる。また、分子量を１００００を超えると、揮発性溶媒に溶解しにくくなり、反応性フッ素系化合物を金属製刃に均一な厚さで塗布しにくくなる。
反応性フッ素系化合物の具体例を挙げると、以下のとおりである。
（式中、ｎは５〜６０である。）
（式中、ｎは５〜６０である。）
（式中、ｎは５〜６０である。）
（式中、ｎは５〜６０である。）
（式中、ｍは５〜６０である。）
（式中、ｍは５〜６０である。）
（式中、ｍは５〜６０である。）
（式中、ｍは５〜６０である。）
（式中、ｍは５〜６０である。）
（式中、ｍは５〜６０である。）
（式中、ｍは５〜６０である。）
（式中、ｍは５〜６０である。）
（式中、ｍ＋ｎは１０〜１００である。）
（式中、ｍ＋ｎ及びｑ＋ｒは、各々１０〜１００である。）
（式中、ｍ＋ｎは１０〜１００である。）
（式中、ｍ＋ｎは１０〜１００である。）
（式中、ｍ＋ｎは１０〜１００である。）
（式中、ｍ＋ｎは１０〜１００である。）
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（式中、ｍ＋ｎは１０〜１００である。）
（式中、ｍ＋ｎは１０〜１００である。）
（式中、ｍ＋ｎは１０〜１００である。）
本発明に係るコーティング剤は、反応性フッ素系化合物が揮発性溶媒に溶解されてなる溶液状のものである。本発明に係るコーティング剤中における反応性フッ素系化合物の濃度は任意であるが、一般的に０．０１〜１重量％程度である。また、更に濃度を高くして、３０重量％程度にしてもよい。濃度の低いコーティング剤は、刷毛塗りやスプレー法によって金属製刃に塗布するのに好適である。一方、濃度が高いコーティング剤は、真空蒸着法によって金属製刃に塗布する場合に、好適に用いられる。本発明で用いる反応性フッ素系化合物を溶解しうる揮発性溶媒としては、ハイドロフルオロエーテル、ペルフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ペルフルオロポリエーテル、ハイドロフルオロクロロカーボン又はハイドロフルオロオレフィンが単独で又は混合して用いられる。揮発性溶媒の沸点は、４０℃〜２４０℃の範囲内のものであるのが好ましい。反応性フッ素系化合物は、室温でも金属製刃の表面と化学的に結合可能であるが、２００℃程度又はそれ以下の温度に加熱した方が速やかに化学的結合が進行する。したがって、加熱時に揮発性溶媒が蒸発するようにするため、沸点を４０℃〜２４０℃程度とするのが好ましいのである。なお、揮発性溶媒と共に、アルコール、エーテル、エステル、ケトン又は炭化水素等の有機溶剤を混合しておいてもよい。これらの有機溶剤を混合することにより、揮発性溶媒の粘度又は蒸発速度等の性質を調整することができる。また、これらの有機溶媒は、揮発性溶媒に比べ安価であるので、本発明に係るコーティング剤の価格を低減しうる。
揮発性溶媒であるハイドロフルオロエーテルの具体例としては、スリーエムジャパン社製の商品名ノベックシリーズが用いられる。すなわち、ノベック ＨＦＥ−７１００、ノベック ＨＦＥ−７２００、ノベック ＨＦＥ−７３００、ノベック ＨＦＥ−７５００、ノベック ７１ＤＥ、ノベック ７２ＤＥ、ノベック ７１ＤＡ等が用いられる。また、ＡＧＣ旭硝子社製の商品名アサヒクリン ＡＥ−３０００やＡＥ−３１００Ｅ等も用いられる。揮発性溶媒であるペルフルオロカーボンの具体例としては、スリーエムジャパン社製の商品名フロリナート又は不活性液体ＰＦシリーズが用いられる。揮発性溶媒であるハイドロフルオロカーボン又はその混合物の具体例としては、三井・デュポンフロロケミカル社製の商品名バートレルＸＦ、バートレルＸＦ−ＵＰ、バートレルＸＥ、バートレルＸＰ；日本ゼオン社製の商品名ゼオローラＨ；ミテニ社製のヘキサフルオロメタキシレン；ＡＧＣ旭硝子社製の商品名アサヒクリン ＡＣ−２０００、ＡＣ−６０００、ＡＣ６０００Ｅ；日本ソルベイ社製の商品名ソルカン ３６５ｍｆｃ等が用いられる。揮発性溶媒であるペルフルオロポリエーテルの具体例としては、ソルベイスペシャリティポリマーズ社製の商品名ガルデン等が用いられる。揮発性溶媒であるハイドロフルオロクロロカーボンの具体例としては、ＡＧＣ旭硝子社製の商品名アサヒクリンＡＫ−２２５等が用いられる。揮発性溶媒であるハイドロフルオロオレフィンとしては、セントラル硝子社製の商品品番１２３３Ｚ；三井・デュポンフロロケミカル社製の商品名バートレルスープリオン等が用いられる。
本発明に係るコーティング剤は、金属製刃の表面に塗布される。金属製刃としては、トムソン刃、打ち抜き刃、ジグソー刃、ハサミ、シャーリング加工用刃、ロータリーカッター刃等が挙げられるが、これに限定されるものではなく、切断用や打ち抜き用の金属製刃であればよい。また、金属の素材としては、鉄又は鉄合金が一般的であるが、アルミやアルミ合金等も用いることができる。
本発明に係るコーティング剤を、金属製刃の表面に塗布した後に、揮発性溶媒を蒸発させると、反応性フッ素系化合物が金属製刃の表面に化学的に結合し、反応性フッ素系化合物で構成された膜が形成される。膜の厚さは任意であるが、一般的に０．１μｍ以下であり、好ましくは０．０１μｍ以下である。また、塗布方法は、刷毛塗り、スプレー法又は浸漬法等が一般的であるが、真空蒸着法によって行うこともできる。本発明で用いる反応性フッ素系化合物の分子量は１００００未満であるので、真空蒸着法を採用した場合であっても、良好に反応性フッ素系化合物が蒸発し、金属製刃の表面に付着し化学的に結合する。
本発明に係るコーティング剤を金属製刃の表面に塗布し、反応性フッ素系化合物を金属製刃表面に化学的に結合してなる切断用刃は、被切断物を切断した際の摩擦係数が低く、切れ味が良好である。具体的には、被切断物の切断箇所のずれが少なく、切断箇所のずれは５０μｍ以内に収まる。また、耐久性にも優れており、たとえば、プラスチックフィルムを１万枚以上切断しても、反応性フッ素系化合物の膜の剥離脱落が生じにくい。
実施例１
化２８の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約４０００）５ｇを、揮発性溶媒であるハイドロフルオロエーテル（スリーエムジャパン社製、商品名ノベック ＨＦＥ−７２００）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
（式中、ｎは約２１である。）
この液状コーティング剤を鋼製トムソン刃（ナカヤマ社製、商品名 高機能フィルム用ＭＩＲ−ＣＩ２３）の表面に刷毛塗りにて塗布し、室温で１２時間乾燥させて、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
化２８の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約４０００）５ｇを、揮発性溶媒であるハイドロフルオロエーテル（スリーエムジャパン社製、商品名ノベック ＨＦＥ−７２００）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
この液状コーティング剤を鋼製トムソン刃（ナカヤマ社製、商品名 高機能フィルム用ＭＩＲ−ＣＩ２３）の表面に刷毛塗りにて塗布し、室温で１２時間乾燥させて、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
実施例２
化２９の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約３９００）と化３０の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約７７００）の混合物５ｇを、揮発性溶媒であるペルフルオロカーボン（スリーエムジャパン社製、商品名フロリナート ＦＣ−４３）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
（式中、ｎは約２１である。）
（式中、ｎは約２１である。）
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に刷毛塗りにて塗布し、１２０℃で３０分間加熱して、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
化２９の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約３９００）と化３０の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約７７００）の混合物５ｇを、揮発性溶媒であるペルフルオロカーボン（スリーエムジャパン社製、商品名フロリナート ＦＣ−４３）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に刷毛塗りにて塗布し、１２０℃で３０分間加熱して、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
実施例３
化３１の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約４３００）５ｇを、揮発性溶媒であるハイドロフルオロカーボン（三井・デュポンフロロケミカル社製、商品名バートレルＸＦ）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
（式中、ｍ＋ｎは約４５である。）
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に刷毛塗りにて塗布し、室温で１２時間乾燥して、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
化３１の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約４３００）５ｇを、揮発性溶媒であるハイドロフルオロカーボン（三井・デュポンフロロケミカル社製、商品名バートレルＸＦ）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に刷毛塗りにて塗布し、室温で１２時間乾燥して、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
実施例４
化３２の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約４３００）５ｇを、揮発性溶媒であるハイドロフルオロオレフィン（三井・デュポンフロロケミカル社製 商品名バートレル スープリオン）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
（式中、ｍ＋ｎは約４５である。）
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に刷毛塗りにて塗布し、１２０℃で３０分間加熱乾燥して、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
化３２の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約４３００）５ｇを、揮発性溶媒であるハイドロフルオロオレフィン（三井・デュポンフロロケミカル社製 商品名バートレル スープリオン）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に刷毛塗りにて塗布し、１２０℃で３０分間加熱乾燥して、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
実施例５
化３３の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約４２００）５０ｇを、揮発性溶媒であるペルフルオロポリエーテル（ソルベイスペシャリティポリマーズ社製 商品名ＧＡＬＤＥＮ ＳＶ−８０）９５０ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
（式中、ｍ＋ｎは約４５である。）
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に、真空蒸着法にて塗布し、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
化３３の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約４２００）５０ｇを、揮発性溶媒であるペルフルオロポリエーテル（ソルベイスペシャリティポリマーズ社製 商品名ＧＡＬＤＥＮ ＳＶ−８０）９５０ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に、真空蒸着法にて塗布し、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
実施例６
化３４の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約２５００）５ｇを、揮発性溶媒であるハイドロフルオロエーテル（スリーエムジャパン社製、商品名ノベック ＨＦＥ−７３００）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
（式中、ｍは約１３である。）
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に刷毛塗りにて塗布し、室温で１２時間乾燥して、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
化３４の化学式で表される反応性フッ素系化合物（分子量約２５００）５ｇを、揮発性溶媒であるハイドロフルオロエーテル（スリーエムジャパン社製、商品名ノベック ＨＦＥ−７３００）９９５ｇに溶解して、液状コーティング剤を得た。
この液状コーティング剤を実施例１で用いたのと同一のトムソン刃の表面に刷毛塗りにて塗布し、室温で１２時間乾燥して、厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
比較例１
実施例１で用いたのと同一のトムソン刃に何らの処理を施すことなく、そのままトムソン刃として用いた。
実施例１で用いたのと同一のトムソン刃に何らの処理を施すことなく、そのままトムソン刃として用いた。
比較例２
特許第２５０１２４８号公報の実施例１に記載された液状コーティング液を準備した。すなわち、ペルフルオロオクチルエチルクロロシラン１ｇを、ヘキサンデカン８０ｇと四塩化炭素１２ｇとクロロホルム８ｇの混合溶媒に溶解した液状コーティング剤を準備した。そして、この液状コーティング剤中に、実施例１で用いたのと同一のトムソン刃を浸漬した後、常温で乾燥して、トムソン刃の表面にペルフルオロオクチルエチルクロロシランで構成された厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
特許第２５０１２４８号公報の実施例１に記載された液状コーティング液を準備した。すなわち、ペルフルオロオクチルエチルクロロシラン１ｇを、ヘキサンデカン８０ｇと四塩化炭素１２ｇとクロロホルム８ｇの混合溶媒に溶解した液状コーティング剤を準備した。そして、この液状コーティング剤中に、実施例１で用いたのと同一のトムソン刃を浸漬した後、常温で乾燥して、トムソン刃の表面にペルフルオロオクチルエチルクロロシランで構成された厚さ０．１μｍ以下の透明な膜を形成して、コーティングトムソン刃を得た。
実施例１〜６、比較例１及び２で得られたトムソン刃を用いて、厚さ１５０μｍのプラスチックフィルム（ポリエステル高反射フィルム）の打ち抜きを連続して行った。実施例１〜６に係るコーティングトムソン刃は、１万枚のプラスチックフィルムを打ち抜いてもトムソン刃表面の膜の剥離脱落が少なく、耐久性に優れたものであった。また、１万枚のプラスチックフィルムを打ち抜いた後も、打ち抜き寸法の誤差は±５０μｍの範囲内に収まった。これに対し、比較例１に係るトムソン刃は１２４１枚打ち抜いた後は、打ち抜き端面にバリが発生したり、打ち抜き寸法の誤差が±５０μｍの範囲外となった。また、比較例２に係るコーティングトムソン刃は４８９３枚打ち抜いた後は、打ち抜き寸法の誤差が±５０μｍの範囲外となった。以上のことから、実施例に係るコーティングトムソン刃は、比較例に係るトムソン刃に比べて、切れ味と耐久性に優れていることが分かる。
Claims (4)
- 反応性フッ素系化合物が揮発性溶媒に溶解されてなる、金属製刃に塗布される溶液状コーティング剤であって、
前記反応性フッ素系化合物は、水素原子の一部又は全てがフッ素化されてなるポリアルキレンエーテル基を骨格とし、リン酸エステル、ホスホン基、アルコキシシラン基、チタネート基、アルミネート基及びメルカプト基よりなる群から選ばれる官能基を有するものであって、分子量が１０００〜１００００の範囲内であり、
前記揮発性溶媒は、ハイドロフルオロエーテル、ペルフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ペルフルオロポリエーテル、ハイドロフルオロクロロカーボン及びハイドロフルオロオレフィンよりなる群から選ばれる溶媒であることを特徴とするコーティング剤。 - 揮発性溶媒の沸点が４０℃〜２４０℃の範囲内である請求項１記載のコーティング剤。
- 反応性フッ素系化合物の濃度が０．０１〜３０重量％である請求項１記載のコーティング剤。
- 請求項１記載の反応性フッ素系化合物が金属製刃の表面に化学結合により結合してなる切断用刃。
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