JP2021037650A - 撥液性物品 - Google Patents
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Abstract
【課題】油に対する撥液性を発揮することができる撥液性物品を提供する。【解決手段】基材表面２と、基材表面２に形成されたフッ素系樹脂表面層３とを有する撥液性物品１であって、基材表面２が、基底面２ａと、基底面２ａから垂直に突出するとともに所定間隔Ｄで互いに垂直なＸ方向とＹ方向との両方に配列された所定直径Ｗ及び所定高さＨの円柱状をなす凸部２ｂとで形成された凹凸パターンを有し、所定直径Ｗが２５μｍ〜１００μｍであり、所定間隔Ｄが５μｍ〜２０５μｍであり、フッ素系樹脂表面層３が、３〜３３μｍの平均粒径を有する１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａと、１μｍ以下の平均粒径を有する第２フッ素系樹脂粒子３ｂと、１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａ及び第２フッ素系樹脂粒子３ｂを基材表面２に固着するフッ素系樹脂被膜３ｃとで形成されている、撥液性物品１。【選択図】図３
Description
本発明は、撥液性物品に関する。
水や食品などの液体をはじく撥液性を有する撥液性物品が知られている。例えば特許文献１には、基材表面に微細な凹凸形状を転写することで撥液性を発現させた撥液性物品が記載されている。また、例えば特許文献２には、平均粒子径が互いに異なる２のフッ素系樹脂粒子をフッ素系樹脂被膜によって基材表面に固着することで撥液性を発現させた撥液性物品が記載されている。
しかし、上記のような従来の撥液性物品は、油に対する撥液性を発揮することはできなかった。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、油に対する撥液性を発揮することができる撥液性物品を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る撥液性物品は、
基材表面と、前記基材表面に形成されたフッ素系樹脂表面層とを有する撥液性物品であって、
前記基材表面が、基底面と、前記基底面から垂直に突出するとともに所定間隔で互いに垂直なＸ方向とＹ方向との両方に配列された所定直径及び所定高さの円柱状をなす凸部とで形成された凹凸パターンを有し、前記所定直径が２５μｍ〜１００μｍであり、前記所定間隔が５μｍ〜２０５μｍであり、
前記フッ素系樹脂表面層が、３〜３３μｍの平均粒径を有する１以上の第１フッ素系樹脂粒子と、１μｍ以下の平均粒径を有する第２フッ素系樹脂粒子と、前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子及び前記第２フッ素系樹脂粒子を前記基材表面に固着するフッ素系樹脂被膜とで形成されているものである。
基材表面と、前記基材表面に形成されたフッ素系樹脂表面層とを有する撥液性物品であって、
前記基材表面が、基底面と、前記基底面から垂直に突出するとともに所定間隔で互いに垂直なＸ方向とＹ方向との両方に配列された所定直径及び所定高さの円柱状をなす凸部とで形成された凹凸パターンを有し、前記所定直径が２５μｍ〜１００μｍであり、前記所定間隔が５μｍ〜２０５μｍであり、
前記フッ素系樹脂表面層が、３〜３３μｍの平均粒径を有する１以上の第１フッ素系樹脂粒子と、１μｍ以下の平均粒径を有する第２フッ素系樹脂粒子と、前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子及び前記第２フッ素系樹脂粒子を前記基材表面に固着するフッ素系樹脂被膜とで形成されているものである。
本発明に係る撥液性物品は、食用油を収容する容器を構成する容器構成部材であってもよい。
本発明に係る撥液性物品は、前記所定間隔が前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子のいずれの平均粒径よりも大きく、前記所定高さが前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子のいずれの平均粒径よりも大きくてもよい。
本発明に係る撥液性物品は、前記所定直径が３０μｍ〜８０μｍであり、前記所定間隔が３０μｍ〜２０５μｍであってもよい。
本発明に係る撥液性物品は、全ての前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子と前記第２フッ素系樹脂粒子との重量比が３：２０〜２０：５であってもよい。
本発明に係る撥液性物品は、前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子がそれぞれポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成され、前記第２フッ素系樹脂粒子がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成され、前記フッ素系樹脂被膜がパーフルオロアルキル基を有するポリマーによって形成されていてもよい。
本発明によれば、油に対する撥液性を発揮することができる撥液性物品を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る撥液性物品について詳細に例示説明する。
本実施形態に係る撥液性物品１は、基材表面２と、基材表面２に形成されたフッ素系樹脂表面層３（以下、表面層３ともいう）とを有している。基材表面２は、図１〜図２に示すように、基底面２ａと凸部２ｂとで形成された微細な凹凸パターン、すなわち、凹凸の周期構造を有している。なお、図１〜図２は表面層３を省略し、基材表面２のみを示している。また、表面層３は基材表面２の凹凸パターンを覆っている。なお、図３は基材表面２の凸部２ｂの天面２ｃ上の表面層３を示している。
凸部２ｂは、基底面２ａから垂直に突出するとともに所定間隔Ｄで互いに垂直なＸ方向とＹ方向との両方に配列された所定直径Ｗ及び所定高さＨの円柱状をなしている。本願において、Ｘ方向とは、基底面２ａと平行な第１直線に沿う方向を意味し、Ｙ方向とは、第１直線に対して垂直であり且つ基底面２ａと平行な第２直線に沿う方向を意味している。このように、基材表面２は、基底面２ａと、基底面２ａからＸ方向及びＹ方向の両方に垂直なＺ方向に所定高さＨまで突出する多数の凸部２ｂとで構成されている。なお、基底面２ａは平面であってもよいし、曲面であってもよい。また、凸部２ｂの天面２ｃと基底面２ａとはそれぞれ、表面粗さＲａが例えば２２ｎｍ程度となる略平滑に形成されているが、これに限らない。
基材表面２は、基材表面２の上記凹凸パターンを転写するための凹凸をキャビティ内の表面に設けた金型を用いて合成樹脂材料を射出成形することにより、射出成形された基材の表面、すなわち射出成形面として形成されている。このような形成方法によれば、射出成形と同時に凹凸パターンを得ることができるので、製造コスト等の観点から有利である。しかし、基材表面２の形成方法はこれに限らず、例えば、射出成形後の平滑面にホットエンボス加工で上記凹凸パターンを転写する形成方法を用いてもよい。
凸部２ｂは上記のように円柱状をなしているが、外周面に金型の抜き勾配を有していてもよい。すなわち、円柱状の凸部２ｂの外周面は、基底面２ａに向けて徐々に拡径する若干の勾配を有していてもよい。この場合、所定直径Ｗとは、凸部２ｂの天面２ｃにおける直径を意味する。また、この場合、所定間隔Ｄとは、凸部２ｂの天面２ｃにおける間隔を意味する。
基材表面２を合成樹脂を主材として形成する場合、合成樹脂は特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、シリコーン樹脂又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等であってよい。なお、基材表面２は、合成樹脂を主材として形成するものに限らない。
図３に示すように、表面層３は、３〜３３μｍの平均粒径を有する１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａと、１μｍ以下の平均粒径を有する第２フッ素系樹脂粒子３ｂと、１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａ及び第２フッ素系樹脂粒子３ｂを基材表面２に固着するフッ素系樹脂被膜３ｃとで形成されている。
図３には１の第１フッ素系樹脂粒子３ａのみが示されているが、表面層３は、２以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａで構成されてもよい。例えば、表面層３は、後述する配合パターン２３のように、３３μｍの平均粒径を有する第１フッ素系樹脂粒子３ａと、１０μｍの平均粒径を有する第１フッ素系樹脂粒子３ａと、６．２μｍの平均粒径を有する第１フッ素系樹脂粒子３ａと、３μｍの平均粒径を有する第１フッ素系樹脂粒子３ａとからなる４の第１フッ素系樹脂粒子３ａで構成されてもよい。また、表面層３は、１の第１フッ素系樹脂粒子３ａで構成されてもよい。本願において平均粒径とは、レーザー回折散乱法によって測定される５０％粒径ｄ５０を意味している。
本実施形態では、所定直径Ｗは２５μｍ〜１００μｍであり、所定間隔Ｄは５μｍ〜２０５μｍである。所定直径Ｗと所定間隔Ｄをこの範囲に設定することにより、基材表面２の微細な凹凸パターンに沿って、この凹凸パターンよりも微細な、表面層３のフッ素系樹脂による凹凸を形成することができるので、従来は難しかった油に対する撥液性、つまり撥油性を発現することができる。また、所定直径Ｗを３０μｍ〜８０μｍとし、所定間隔Ｄを３０μｍ〜２０５μｍとすることで、より確実に撥油性を発現することができる。
所定間隔Ｄは、より確実に撥油性を発揮するために１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａのいずれの平均粒径よりも大きい値に設定されているが、これに限らない。所定高さＨは、より確実に撥油性を発揮するために１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａのいずれの平均粒径よりも大きい値に設定されているが、これに限らない。
また、全ての１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａと第２フッ素系樹脂粒子３ｂとの重量比は、より確実に撥油性を発揮するために３：２０〜２０：５に設定されているが、これに限らない。
１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａは、より確実に撥油性を発揮するためにそれぞれポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成されているが、これに限らない。また、第２フッ素系樹脂粒子３ｂは、より確実に撥油性を発揮するためにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成されているが、これに限らない。また、フッ素系樹脂被膜３ｃは、より確実に撥油性を発揮するためにパーフルオロアルキル基を有するポリマーによって形成されているが、これに限らない。
表面層３は、より確実に撥油性を発揮するために１の第２フッ素系樹脂粒子３ｂを有しているが、これに限らない。また、第２フッ素系樹脂粒子３ｂは、より確実に撥油性を発揮するために１μｍ以下の最大粒径を有しているが、これに限らない。フッ素系樹脂被膜３ｃは、より確実に撥油性を発揮するために１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａ及び第２フッ素系樹脂粒子３ｂを覆っているが、これに限らない。
表面層３は、より確実に撥油性を発揮するために１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａのそれぞれと第２フッ素系樹脂粒子３ｂとの重畳によって凹凸状に形成された１以上の第１部分表面層４ａと、第２フッ素系樹脂粒子３ｂの凝集によって凹凸状に形成された第２部分表面層４ｂとを有しているが、これに限らない。
このような表面層３の一例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図４〜図５に示す。図４から、基材表面２の凹凸パターン上に表面層３が形成されていることが視認できる。なお、図４の画像は、Ｘ方向及びＹ方向が紙面の上下左右方向に対して４５°傾いた状態で示されている。また、凸部２ｂの天面２ｃ上の表面層３を拡大して示す図５から、１以上の第１部分表面層４ａと第２部分表面層４ｂとによる多数のエアポケットが形成されていることが視認できる。
表面層３は、１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａと第２フッ素系樹脂粒子３ｂとをフッ素系樹脂溶液に分散させた懸濁液で基材表面２の凹凸パターンを覆い、乾燥させることで形成されている。より具体的には、準備工程、被覆工程及び乾燥工程をこの順に経ることにより、表面層３が形成されている。なお、表面層３の形成方法はこれに限らない。
準備工程は、１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａと第２フッ素系樹脂粒子３ｂとをフッ素系樹脂溶液に分散させた懸濁液を準備する工程である。フッ素系樹脂溶液のフッ素系樹脂溶質は、乾燥によってフッ素系樹脂被膜３ｃを形成する成分である。準備工程においては、例えば、１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａと第２フッ素系樹脂粒子３ｂとを含むフッ素系樹脂溶液に超音波を５〜１０分適用することにより、１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａと第２フッ素系樹脂粒子３ｂとが良好に分散した懸濁液を得ることができる。
被覆工程は、基材表面２の凹凸パターンを懸濁液で被覆する工程である。この被覆は、例えば塗布又は浸漬等によって行うことができる。その際、基材表面２にプライマーの適用又は表面処理を行う必要はない。
乾燥工程は、懸濁液を乾燥させることにより、１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａと第２フッ素系樹脂粒子３ｂとフッ素系樹脂溶液の乾燥によって形成されたフッ素系樹脂被膜３ｃとによって表面層３を形成する工程である。乾燥工程において懸濁液の乾燥は、例えば８０℃で５〜１０分放置することによって行うことができるが、常温での放置によって行ってもよい。
準備工程において、懸濁液に含まれる全ての１以上の第１フッ素系樹脂粒子３ａと第２フッ素系樹脂粒子３ｂとを合わせたフッ素系樹脂粒子の濃度、つまり懸濁液に含まれるフッ素系樹脂粒子の総配合量は、より確実に撥油性を発揮するために１５〜２５重量％に設定されているが、これに限らない。なお、懸濁液に含まれるフッ素系樹脂溶液のフッ素系樹脂溶質の濃度は、５重量％程度に設定されているが、これに限らない。
撥液性物品１は、食用油を収容する容器を構成する容器構成部材であってもよい。容器構成部材は、例えば、容器本体又はキャップである。しかし、撥液性物品１は、食用油以外の油を収容する容器を構成する容器構成部材であってもよいし、容器構成部材以外の物品であってもよい。
表面層３を容器の内側に設けた場合には、容器の内面への付着によって使い切れない油の残量（使い残し）を低減することができる。また、表面層３を容器の外側に設けた場合には、容器の外面への油の付着による汚れの発生を抑制することができる。容器は、筒状の口部と口部の下方に連なる胴部と胴部の下端を閉塞する底部とを有する容器本体と、容器本体の口部に装着されるとともに内容物を吐出可能な筒状等の吐出部を有するキャップとを備えてもよい。表面層３をこのようなキャップの吐出部に設けた場合には、油をキャップの吐出部を通じて外部に吐出する際に、吐出部における油の液切れを良くするとともに吐出部への油の付着を抑制することができ、もって、吐出部での汚れの発生を抑制することができる。
前述した本実施形態は、本発明の実施形態の一例にすぎず、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
発明者は、種々の形状パターンを有する基材表面２を有する樹脂板を製作し、種々の配合パターンを有する表面層３をその上に形成して、食用油（コーン油）に対する撥液性の評価を行った。その結果を表１に示す。撥液性の評価は油に対する滑落角を測定し、滑落角が３０°以内だったものを○、３０°を越えたものを×で表１に示している。滑落角の測定は、サンプルに油を一滴付着させて、サンプルを傾け、油が滑り落ち始める角度を測定することによって行った。
基材表面２の形状パターンは表２に示したとおりであり、いずれの形状パターンの所定直径Ｗ及び所定間隔Ｄも、本発明の範囲内の値に設定されている。また、表面層３の配合パターンは表１に示したとおりであり、第２フッ素系樹脂粒子３ｂを含まない配合パターン２６〜３１、３４〜３５、４０〜４３によるサンプルが比較例であり、その他のサンプルが本発明の実施例である。なお、いずれのサンプルも、表１及び表２に示していない条件は上述した本実施形態の場合と同じ条件として製作した。
いずれのサンプルにおいても、基材表面２を有する樹脂板はポリプロピレン（ＰＰ）（日本ポリプロ株式会社製「ＢＣ０８Ｆ」）の射出成形によって製作した。成形機は、日精樹脂工業株式会社製ＮＥＸ１１０を用いた。
第１フッ素系樹脂粒子としては、株式会社喜多村製のＫＴＬ−４００Ｍ（平均粒径３３μｍ）、ＫＴＬ−４５０Ａ（平均粒径１７．５μｍ）、ＫＴＬ−６２０（平均粒径１１．５μｍ）、ＫＴＬ−１０Ｓ（平均粒径１０μｍ）、ＫＴＬ−９Ｓ（平均粒径６．２μｍ）及びＫＴＬ−４Ｎ（平均粒径３μｍ）を用いた。第２フッ素系樹脂粒子としては、株式会社喜多村社製ＫＴＬ−５００Ｆ（平均粒径１μｍ以下）を用いた。配合パターン１〜６２において用いた粒子の濃度を表１に示す。準備工程において、懸濁液に含まれるフッ素系樹脂溶液は、ＡＧＣセイミケミカル株式会社製の「エスエフコート」を用いた。このフッ素系樹脂溶液中のフッ素系樹脂溶質の濃度は、５重量％程度であった。
いずれの実施例でもコーン油に対する撥液性は発揮されたが、滑落角が３０°以内となる優れた撥液性を発揮できたものは表１に○で示されるサンプルに限られた。表１の結果から、所定間隔Ｄよりも大きい平均粒径の第１フッ素系樹脂粒子３ａを含むサンプル（配合パターン１０、１４、２３、２５、４６、５６と形状パターンａとの組合せによるサンプル）では優れた撥液性を発揮できないことが分かる。また、表１の結果から、フッ素系樹脂粒子の総配合量が３０重量％に達しているサンプル（配合パターン１８、２１、４７〜５３によるサンプル）では優れた撥液性を発揮できないことが分かる。また、表１の結果から、フッ素系樹脂粒子の総配合量が１５重量％に満たないサンプルで優れた撥液性を発揮できないもの（配合パターン１５、３２〜３３、４４〜４５によるサンプル）があることが分かる。なお、コーン油以外の食用油として、大豆油、ごま油、オリーブ油についてもコーン油の場合と同様の評価を行った結果、いずれの実施例でもこれらの食用油に対する撥液性が発揮されることが確認されている。
また、発明者は、配合パターン１１と形状パターンｂとの組合せによるサンプルと同様の要領でボトル状容器用のキャップの内側面に基材表面２と表面層３を形成し、コーン油に対する撥液性の確認テストを実施した。図６に示すように、キャップ５は、円板状の天壁５ａと、天壁５ａの外周から垂下する円筒状の周壁５ｂとを有するものとした。そして、天壁５ａの底面全体の半分の領域のみに、基材表面２と表面層３を形成した。図６において、基材表面２と表面層３を形成した領域Ｒを網掛けによって示している。このキャップ５を、コーン油を収容したボトル状の容器本体６の口部６ａに装着し、容器全体を反転させて、コーン油をキャップ５の天壁５ａの底面全体に接触させた後に、キャップ５を容器本体６から取り外して撥液性を目視で確認した。
容器本体６から取り外して撮影したキャップ５の写真を図７に示す。図７の写真は、キャップ５の天壁５ａを底面側から撮影している。図７において、天壁５ａの底面における右半分の領域（図６に網掛けで示した領域Ｒ）が基材表面２と表面層３を形成した領域となっているが、この領域がコーン油に対して明らかに撥液していることが分かる。
１ 撥液性物品
２ 基材表面
２ａ 基底面
２ｂ 凸部
２ｃ 天面
３ フッ素系樹脂表面層
３ａ 第１フッ素系樹脂粒子
３ｂ 第２フッ素系樹脂粒子
３ｃ フッ素系樹脂被膜
４ａ 第１部分表面層
４ｂ 第２部分表面層
５ キャップ
５ａ 天壁
５ｂ 周壁
６ 容器本体
６ａ 口部
Ｄ 所定間隔
Ｗ 所定直径
Ｈ 所定高さ
Ｒ 領域
２ 基材表面
２ａ 基底面
２ｂ 凸部
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３ａ 第１フッ素系樹脂粒子
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４ｂ 第２部分表面層
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６ａ 口部
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Ｒ 領域
Claims (6)
- 基材表面と、前記基材表面に形成されたフッ素系樹脂表面層とを有する撥液性物品であって、
前記基材表面が、基底面と、前記基底面から垂直に突出するとともに所定間隔で互いに垂直なＸ方向とＹ方向との両方に配列された所定直径及び所定高さの円柱状をなす凸部とで形成された凹凸パターンを有し、前記所定直径が２５μｍ〜１００μｍであり、前記所定間隔が５μｍ〜２０５μｍであり、
前記フッ素系樹脂表面層が、３〜３３μｍの平均粒径を有する１以上の第１フッ素系樹脂粒子と、１μｍ以下の平均粒径を有する第２フッ素系樹脂粒子と、前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子及び前記第２フッ素系樹脂粒子を前記基材表面に固着するフッ素系樹脂被膜とで形成されている、撥液性物品。 - 食用油を収容する容器を構成する容器構成部材である、請求項１に記載の撥液性物品。
- 前記所定間隔が前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子のいずれの平均粒径よりも大きく、前記所定高さが前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子のいずれの平均粒径よりも大きい、請求項１又は２に記載の撥液性物品。
- 前記所定直径が３０μｍ〜８０μｍであり、前記所定間隔が３０μｍ〜２０５μｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の撥液性物品。
- 全ての前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子と前記第２フッ素系樹脂粒子との重量比が３：２０〜２０：５である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の撥液性物品。
- 前記１以上の第１フッ素系樹脂粒子がそれぞれポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成され、前記第２フッ素系樹脂粒子がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成され、前記フッ素系樹脂被膜がパーフルオロアルキル基を有するポリマーによって形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の撥液性物品。
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