JP2023010488A - Super water-repellent coating agent for forming water bead, method for producing super water-repellent coating agent, and toy using the super water-repellent coating agent - Google Patents

Super water-repellent coating agent for forming water bead, method for producing super water-repellent coating agent, and toy using the super water-repellent coating agent Download PDF

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Abstract

To provide a super water-repellent coating agent that can easily create a super water-repellent coating that forms water bead and is friendly to the environment and the human body, and to provide a toy in which the super water-repellent coating is used.SOLUTION: A super water-repellent coating agent that forms a super water-repellent coating on the surface of a different substrate is a non-fluorine-based super water-repellent coating agent comprising a chain-shaped hydrophilic silica nanoparticle (A), an alcoholic solvent (B), water (C), a first silane (D), a second silane (E), a silane hydrolysis catalyst (F) and an adhesive (G). A water bead toy using the super water-repellent coating agent comprises at least an application tool (T2), a drip tool (T3), and a coloring solution (T4) using the super water-repellent coating agent (T1).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は水玉形成用超撥水性コーティング剤、超撥水性コーティング剤の製造方法及びその超撥水性剤を用いた玩具に関する。 The present invention relates to a super water-repellent coating agent for forming polka dots, a method for producing the super water-repellent coating agent, and a toy using the super water-repellent agent.

シャボン玉は子供の玩具として広く使われている。科学知識の教材として、学校やテレビ番組などで理科実験としてもよく使われている。シャボン玉の生成に用いられるシャボン玉液組成物が単品で、又はストロー等の道具とセットでの玩具として流通しているが、家庭用の液体洗剤のみでストローを用いれば、子供も、大人も簡単にシャボン玉を楽しむことができる。シャボン玉は、一般的にあまり馴染みのない科学的な現象が、楽しさや好奇心により心を引き付けたのが玩具として人気になった要因だと思われる。これまでにシャボン玉を玩具として使用するために、シャボン玉発生道具やシャボン玉の生成に用いられるシャボン玉液等様々のものが開発、発明されている。 Soap bubbles are widely used as children's toys. As a teaching material for scientific knowledge, it is often used as a science experiment in schools and TV programs. The soap bubble liquid composition used to generate soap bubbles is distributed as a single item or as a toy in combination with a tool such as a straw. You can easily enjoy soap bubbles. It is thought that soap bubbles became popular as a toy because a scientific phenomenon that is generally unfamiliar attracts people's attention with fun and curiosity. So far, in order to use soap bubbles as toys, various things such as soap bubble generating tools and soap bubble liquids used for generating soap bubbles have been developed and invented.

しかしながら、水玉を用いた玩具に関する発明は殆ど見当たらない。
特許文献1には、船体として水面に浮遊するものが存在しており、浮遊する船体に浸水させた状態で、液面を一定の位置に維持させることにより、常に水玉発生機構に対して一定量の水を供給できるため、その内方から上方に水の玉を連続的に噴出させることが出来る玩具が記載されている。
However, there are almost no inventions relating to toys using polka dots.
In Patent Document 1, there is a hull that floats on the surface of the water, and by maintaining the liquid surface at a constant position while the floating hull is submerged, a constant amount of water is constantly applied to the water drop generation mechanism. water can be supplied, the toy is capable of continuously ejecting water droplets upward from the inside of the toy.

特許文献2には、注入口を有する水玉発生装置と、該水玉発生装置を駆動するモータと、該モータを作動させる電力源と、排出口を有し液体を保持する液体タンクと、該液体タンク内の液体を水玉発生装置に誘導する誘導通路と、車輪とを玩具本体に備えてなる走行玩具が記載されている。 Patent Document 2 discloses a water drop generator having an inlet, a motor for driving the water drop generator, a power source for operating the motor, a liquid tank having an outlet for holding liquid, and the liquid tank. A running toy is described in which a guide passage for guiding the liquid inside to the polka dot generator and wheels are provided in the toy body.

特許文献3には、表面に植毛加工を施す疎水性部材により水玉を転送する転送路を形成し、この転送路に沿って、例えばスポイト等の点滴にて形成した上記水玉を転送して遊べる玩具が記載されている。 In Patent Document 3, a transfer path for transferring water droplets is formed by a hydrophobic member whose surface is flocked, and a toy that can be played by transferring the water droplets formed by a drip such as a dropper along this transfer path. is described.

特許文献4には、高さを有する枠部が略全周に形成された支持体の表面に、載置した液体を水玉状態とする撥水層が設けられるとともに、その撥水層の上面及び/又は支持体上の撥水層と並設される位置に、水玉が接触した際に変色する変色部を設けてなるゲーム玩具が記載されている。 In Patent Document 4, a water-repellent layer is provided on the surface of a support in which a frame portion having a height is formed substantially around the entire periphery, and a water-repellent layer that makes a placed liquid into a polka-dot state is provided. / Or a game toy is described in which a discoloration part is provided on a support at a position parallel to the water-repellent layer, the discoloration part being discolored when water droplets come into contact with the support.

自然界ではハスの葉の上に乗った水玉が転がっていることがよく知られている。その水玉の形成秘密は、ハスの葉の表面にナノ-マイクロメートルスケールの疎水性凹凸構造があるため、水が強く弾かれるからである。これはロータス効果と呼ばれている。特に、水の接触角が150°以上且つ転落角が10°以下の場合、その表面は超撥水性であると呼ばれる。 In the natural world, it is well known that polka dots on lotus leaves are rolling. The secret behind the formation of the polka dots is that the surface of the lotus leaf has a nano-micrometer scale hydrophobic uneven structure, which strongly repels water. This is called the Lotus effect. In particular, if the contact angle of water is 150° or more and the sliding angle is 10° or less, the surface is said to be superhydrophobic.

超撥水性表面を作製するには、表面エネルギーの低い材料の使用とナノ・マイクロスケールの二重表面凹凸構造の設計の両方を組み合わせる技術が必要である。表面エネルギーの低い材料として、主にフッ素系樹脂とシリコーン系樹脂の二種類の撥水材料が使われている。ナノ・マイクロスケールの二重表面凹凸構造を作るには、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム等の無機ナノ粒子を用いることが一般的な方法である。超撥水性表面の作製方法では、樹脂撥水材料を溶媒に溶解し、無機ナノ粒子を分散して得た懸濁溶液を基材表面にスプレーコーティングして、乾燥又は加熱処理することで超撥水性表面を形成することが最も低コストでシンプルな方法である。 To fabricate a superhydrophobic surface, a technology that combines the use of materials with low surface energy and the design of nano- and micro-scale double-surface relief structures is required. As materials with low surface energy, two types of water-repellent materials, fluorine-based resins and silicone-based resins, are mainly used. Inorganic nanoparticles such as silica, titanium oxide, zinc oxide, and calcium carbonate are commonly used to create nano/microscale double-surface textured structures. In the method of making a super water-repellent surface, a suspension solution obtained by dissolving a resin water-repellent material in a solvent and dispersing inorganic nanoparticles is spray-coated on the surface of a base material, followed by drying or heat treatment. Forming an aqueous surface is the lowest cost and simplest method.

特許文献5には、少なくともi)異なる大きさのナノ粒子の堆積により、表面をテクスチャリングする工程、ii)以上によりテクスチャリングした表面を架橋剤で架橋する工程、およびiii)ペルフルオロ化された疎水性有機高分子で表面の特性を改変する工程を含んだ三段階工程で、透明性を有する超撥水性コーティングの製造方法が記載されている。 Patent Document 5 describes at least i) texturing a surface by depositing nanoparticles of different sizes, ii) cross-linking the textured surface with a cross-linking agent, and iii) perfluorinated hydrophobic A method for producing transparent, superhydrophobic coatings is described in a three-step process that includes modifying the properties of the surface with organic organic polymers.

非特許文献1には、シランカップリング処理により、疎水化したシリカナノ粒子をエタノール溶剤に分散して懸濁液を得て、スプレーコーティング法でガラス基板に超撥水性コーティングを形成する方法が報告されている。 Non-Patent Document 1 reports a method of dispersing silica nanoparticles hydrophobized by silane coupling treatment in an ethanol solvent to obtain a suspension, and forming a superhydrophobic coating on a glass substrate by a spray coating method. ing.

非特許文献2には、テトラエトキシシラン(TEOS)とトリエトキシ-1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシルシラン(HDFTES)の2つのシランの加水分解により、エタノールに分散した鎖状親水性シリカナノ粒子の表面を修飾し、両親媒性懸濁溶液を調製して、ワンステップスプレーコーティング法でガラス、金属、樹脂等様々の対象表面に超撥水性コーティングを形成する方法が報告されている。 Non-Patent Document 2 discloses chain hydrophilic silica nanoparticles dispersed in ethanol by hydrolysis of two silanes, tetraethoxysilane (TEOS) and triethoxy-1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecylsilane (HDFTES). A method of modifying the surface of particles, preparing an amphipathic suspension solution, and forming a superhydrophobic coating on various target surfaces such as glass, metal, and resin by a one-step spray coating method has been reported.

非特許文献3には、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)により、疎水化されたシリカナノ粒子を無水エタノールに分散させて、ドデシルトリメトキシシラン(DDTMS)をシリカナノ粒子の表面修飾剤として、エポキシ樹脂を接着剤として、ポリアミド硬化剤と併せて加えて、塗料のようなサスペンションを調製して、ワンステップディップコーティング法でガラスやステンレスなどの基板に丈夫な超撥水性コーティングを形成する方法が報告されている。 In Non-Patent Document 3, silica nanoparticles hydrophobized with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) are dispersed in absolute ethanol, and dodecyltrimethoxysilane (DDTMS) is used as a surface modifier for silica nanoparticles, epoxy A one-step dip coating method is reported to form a durable superhydrophobic coating on substrates such as glass and stainless steel by preparing a paint-like suspension using a resin as an adhesive together with a polyamide curing agent. It is

実開昭54-75896号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 54-75896

特開2006-102349号公報JP 2006-102349 A

実開昭59-64195号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 59-64195

特開2017-209132号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2017-209132

特開2017-522172号公報JP 2017-522172 A

荻原仁志,J.Vac.Soc.Jpn.58,(2015),431Hitoshi Ogiwara, J.; Vac. Soc. Jpn. 58, (2015), 431

Ge D.T.et al.,Part.Part.Syst.Charact.31,(2014),763GeD. T. et al. , Part. Part. Syst. Character. 31, (2014), 763

Zhang Z.H.et al.,Scientific Reports,8,(2018),3869Zhang Z. H. et al. , Scientific Reports, 8, (2018), 3869

前記従来の水玉を用いた玩具は、水玉の発生が玩具自体の構造に限定されているため、シャボン玉のように、子供たちは自分が好きなように水玉を作ることができない。更に、超撥水性により水玉で遊ぶ場合、自分で簡単にハスの葉のような超撥水性表面を作ることが出来ない。 In the above-mentioned conventional polka-dot toys, the generation of polka-dots is limited to the structure of the toy itself, so that children cannot make polka-dots as they like, unlike soap bubbles. Furthermore, when playing with polka dots due to superhydrophobicity, it is not possible to easily create a superhydrophobic surface like a lotus leaf.

特許文献5によれば、水玉を形成する超撥水性コーティングを作ることが出来るが、作製条件が複雑で厳しいため、玩具の遊び方に適用しない。非特許文献1によれば、超撥水性表面を簡単に作ることができるが、対象素材が限れているまたは耐久性が不十分である問題がある。 According to Patent Document 5, a super water-repellent coating that forms polka dots can be produced, but the production conditions are complicated and severe, so it is not applicable to how toys are played. According to Non-Patent Document 1, a superhydrophobic surface can be easily produced, but there is a problem that target materials are limited or durability is insufficient.

非特許文献2によれば、ガラス、金属、樹脂等様々の対象表面に水玉を形成する超撥水性コーティングを簡単に作ることが出来るが、疎水性成分としてのフッ素系樹脂(HDFTES)が配合されているまたは耐久性が不十分である問題がある。フッ素系樹脂は、水やコーヒー、ミルクなどの水溶液だけではなく、油やアルコール、ガソリンなどの有機溶剤も弾くことができるため、撥水素材として最も使われている。しかし、フッ素系撥水剤には、PFOA(パーフルオロオクタンサン)が不純物として含まれており、その化学物質が分解されにくく、人体への蓄積と外部環境への残留による悪影響が懸念されているため、近年世界諸国では、フッ素系撥水剤の規制が強まってきた。日本も2020年12月から化審法において、PFOA関連物質を第一種特定化学物資に指定され、使用も輸入も禁止されることになった。 According to Non-Patent Document 2, a super water-repellent coating that forms polka dots on various target surfaces such as glass, metal, and resin can be easily produced. or insufficient durability. Fluorine-based resins are most commonly used as water-repellent materials because they can repel not only aqueous solutions such as water, coffee, and milk, but also organic solvents such as oil, alcohol, and gasoline. However, fluorine-based water repellents contain PFOA (perfluorooctanthane) as an impurity, which is difficult to decompose. Therefore, in recent years, countries around the world have tightened regulations on fluorine-based water repellents. In December 2020, Japan also designated PFOA-related substances as Class 1 Specified Chemical Substances under the Chemical Substances Control Law, prohibiting their use and import.

非特許文献3によれば、水玉を形成する超撥水性コーティングを作ることが出来るが、コーティングは透明性がない、また道具としての再利用ができない問題がある。 According to Non-Patent Document 3, a superhydrophobic coating that forms polka dots can be produced, but the coating is not transparent and cannot be reused as a tool.

これまで多くの超撥水性材料が開発されてきたが、表面の凹凸構造は非常に微細なため、超撥水性表面が機械的外力によって容易に表面構造が壊れ、超撥水性を失ってしまう。そのため、多くの超撥水性材料にとって、耐久性が実用化に向けた大きな課題となっている。また、多くの超撥水性コーティング剤は、有害で刺激臭がする石油系溶剤が配合されているため、環境と人体に対して安全性に問題がある。 Many superhydrophobic materials have been developed so far, but because the uneven structure of the surface is very fine, the superhydrophobic surface easily breaks down due to external mechanical force and loses its superhydrophobicity. Therefore, for many superhydrophobic materials, durability is a major issue for practical use. In addition, many super water-repellent coating agents contain petroleum-based solvents that are harmful and have a pungent odor, which poses safety problems for the environment and the human body.

本発明は斯かる事情に鑑みて、全く新たな発想に基づき、異なる素材としての道具表面に超撥水性コーティングを簡単に作り、水玉を自由自在に移動させて遊ぶことができるフッ素フリー超撥水性コーティング剤及びその画期的な水玉玩具を提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention is based on a completely new idea, and based on a completely new idea, it is possible to easily create a super water-repellent coating on the surface of a tool as a different material, and play by freely moving water droplets. To provide a coating agent and its epoch-making polka dot toys.

本発明者らは、子供が楽しめる水玉を形成する超撥水性表面を簡単に作ることができる超撥水性コーティング剤の発明を目指し、ハスの葉の表面の微細凹凸構造を模倣し、球状ではなく鎖状親水性シリカナノ粒子を用い、環境と人体に対して安全性が高いエタノールと水の混合液とした溶媒に分散させ、少なくとも2つのフッ素フリーのシラン剤を用い、シリカナノ粒子の表面を疎水的に修飾させることにより、様々な基材へ塗布することができる両親媒性超撥水性懸濁溶液を作製した。更に、コーティングの超撥水性を保つため,耐久性を向上することが出来る高分子接着剤を見出し、本発明が完成するに至った。 The present inventors aimed to invent a super water-repellent coating agent that can easily create a super water-repellent surface that forms polka dots that children can enjoy. Using chain-like hydrophilic silica nanoparticles, disperse them in a solvent that is a mixture of ethanol and water, which is highly safe for the environment and the human body, and use at least two fluorine-free silane agents to make the surfaces of the silica nanoparticles hydrophobic. An amphipathic super-hydrophobic suspension solution that can be applied to various substrates was prepared by modifying the Furthermore, the present invention has been completed by discovering a polymer adhesive that can improve the durability in order to maintain the superhydrophobicity of the coating.

本発明は、異なる基材表面に転がる水玉を形成し、超撥水性コーティングを形成する超撥水性コーティング剤であって、少なくとも1種のシリカナノ粒子(A)と、アルコール系溶媒(B)と、水(C)と、第1シラン(D)と、第2シラン(E)と、シランの加水分解用触媒(F)と、接着剤(G)が含まれている超撥水性コーティング剤を提供する。 The present invention provides a super water-repellent coating agent that forms water droplets rolling on the surface of different substrates to form a super water-repellent coating, comprising at least one silica nanoparticle (A), an alcoholic solvent (B), Provide a super water-repellent coating agent containing water (C), a first silane (D), a second silane (E), a silane hydrolysis catalyst (F), and an adhesive (G) do.

前記シリカナノ粒子(A)の形状が、球状であってもよいが、短径が5nm~30nmで長径が20nm~200nmの鎖状であることが好ましい。鎖状シリカナノ粒子の粒径の中では、短径が10nm~15nmで長径が40nm~100nmであることがより好ましい。鎖状シリカナノ粒子は、親水性であることが好ましい。シリカナノ粒子としての原料形態は、特に限定されない。粉末で有ってもよく、コロイダルシリカであってもよい。コロイダルシリカを原料として使用する場合、シリカナノ粒子の質量濃度は15wt%以上であることが好ましい。コロイダルシリカの添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.30~15.00wt%であることが好ましく、0.50~10.00wt%であることがより好ましい。つまり、シリカナノ粒子の添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.10~5.00wt%であることが好ましく、0.10~1.50wt%であることがより好ましい。 The shape of the silica nanoparticles (A) may be spherical, but preferably chain-like with a minor axis of 5 nm to 30 nm and a major axis of 20 nm to 200 nm. Among the particle sizes of the chain silica nanoparticles, it is more preferable that the short axis is 10 nm to 15 nm and the long axis is 40 nm to 100 nm. The chain silica nanoparticles are preferably hydrophilic. The raw material form of the silica nanoparticles is not particularly limited. It may be powder or colloidal silica. When colloidal silica is used as a raw material, the mass concentration of silica nanoparticles is preferably 15 wt % or more. The amount of colloidal silica added is preferably 0.30 to 15.00 wt%, more preferably 0.50 to 10.00 wt%, relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent. That is, the amount of silica nanoparticles added is preferably 0.10 to 5.00 wt%, more preferably 0.10 to 1.50 wt%, relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent.

前記アルコール系溶媒(B)は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)、イソブチルアルコール、ノルマルブチルアルコール、ベンジルアルコールなどの中で何れか1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いても良いが、エタノールが好ましい。エタノールは、溶媒としてその純度は特に限定されないが、85%以上であることが好ましい。例えば、純度が85wt%以上のミックスエタノールを用いることが出来る。アルコール溶媒の添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して60~90wt%であることが好ましく、75~85wt%であることがより好ましい。 As the alcohol solvent (B), any one of methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA), isobutyl alcohol, normal butyl alcohol, benzyl alcohol, etc. may be used alone, or two or more of them may be used in combination. Although it may be used, ethanol is preferred. The purity of ethanol as a solvent is not particularly limited, but it is preferably 85% or more. For example, mixed ethanol with a purity of 85 wt % or higher can be used. The amount of alcohol solvent to be added is preferably 60 to 90 wt%, more preferably 75 to 85 wt%, relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent.

前記水(C)は、精製水で有ることが好ましい。例えば、イオン交換水と蒸留水、何れも用いても良い。水の添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して1~30wt%であることが好ましく、5~20wt%であることがより好ましい。 The water (C) is preferably purified water. For example, both ion-exchanged water and distilled water may be used. The amount of water added is preferably 1 to 30 wt%, more preferably 5 to 20 wt%, relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent.

前記アルコール系溶媒(B)と水(C)の体積比は、アルコール:水=5.0~10.0であることが好ましく、アルコール:水=6.0~8.0であることがより好ましい。 The volume ratio of the alcohol solvent (B) and water (C) is preferably alcohol:water = 5.0 to 10.0, more preferably alcohol:water = 6.0 to 8.0. preferable.

前記第1シラン(D)は、テトラエトキシシラン(TEOS)若しくはテトラメトキシシラン(TMOS)であることが好ましく、その添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.05~3.00wt%であることが好ましく、0.15~1.00wt%であることがより好ましい。 The first silane (D) is preferably tetraethoxysilane (TEOS) or tetramethoxysilane (TMOS), and the amount added is 0.05 to 3.0% relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent. 00 wt%, more preferably 0.15 to 1.00 wt%.

前記第2シラン(E)は、下記一般式(E-1)で表されるシラン化合物でることが好ましい。例えば、ヘキシルトリメトキシシラン(n=5)(HTMS)、ドデシルトリメトキシシラン(n=11)(DDTMS)、ヘキサデシルトリメトキシシラン(n=15)(HDTMS)、オクタデシルトリメトキシシラン(n=17)(ODTMS)、ヘキシルトリエトキシシラン(n=5)(HTES)、ドデシルトリエトキシシラン(n=11)(DDTES)、ヘキサデシルトリエトキシシラン(n=15)(HDTES)、オクタデシルトリエトキシシラン(n=17)(ODTES)等が挙げられる。第2シラン(E)添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.01~1.50wt%であることが好ましく、0.05~1.00wt%であることがより好ましい。 The second silane (E) is preferably a silane compound represented by the following general formula (E-1). For example, hexyltrimethoxysilane (n=5) (HTMS), dodecyltrimethoxysilane (n=11) (DDTMS), hexadecyltrimethoxysilane (n=15) (HDTMS), octadecyltrimethoxysilane (n=17 ) (ODTMS), hexyltriethoxysilane (n=5) (HTES), dodecyltriethoxysilane (n=11) (DDTES), hexadecyltriethoxysilane (n=15) (HDTES), octadecyltriethoxysilane ( n=17) (ODTES) and the like. The amount of the second silane (E) added is preferably 0.01 to 1.50 wt%, more preferably 0.05 to 1.00 wt%, relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent.

Figure 2023010488000002
[式(E-1)中、Rはメチル基又はアミン基、メタクリル基又はエポキシ基、オレフィン基を表し、R1はメチル基又はエチル基又はクロロ基を表し、nは2価の炭化水素基の数を表し、n=5以上であることが好ましい。]
Figure 2023010488000002
[In the formula (E-1), R represents a methyl group or an amine group, a methacrylic group or an epoxy group, or an olefin group, R represents a methyl group, an ethyl group or a chloro group, and n represents a divalent hydrocarbon group. It is preferable that n=5 or more. ]

前記第1シラン(D)と第2シラン(E)添加量の質量比は、第1シラン:第2シラン=1.0~6.0であることが好ましく、2.0~4.0であることがより好ましい。 The mass ratio of the amount of the first silane (D) and the second silane (E) added is preferably first silane:second silane=1.0 to 6.0, preferably 2.0 to 4.0. It is more preferable to have

前記第1シラン(D)と第2シラン(E)の使用に対して、テトラエトキシシラン(TEOS)或いはテトラメトキシシラン(TMOS)を第1シラン(D)として用いる場合、R1がメチル基であるシラン化合物を第2シラン(E)として用いるのが好ましい。 When using tetraethoxysilane (TEOS) or tetramethoxysilane (TMOS) as the first silane (D) for the use of the first silane (D) and the second silane (E), R1 is a methyl group. A silane compound is preferably used as the second silane (E).

前記シラン加水分解用触媒(F)は、アルカリ性物質であることが好ましい。例えば、アンモニア水、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液、水酸化ナトリウム等挙げられるが、その中でアンモニア水がより好ましい。アンモニア水の濃度は特に限定されないが、質量濃度が28%~30%であることが好ましく、その添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.1~10.0wt%であることが好ましく、0.5~5.0wt%であることがより好ましい。 The silane hydrolysis catalyst (F) is preferably an alkaline substance. Examples thereof include ammonia water, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution, sodium hydroxide, etc. Among them, ammonia water is more preferable. The concentration of ammonia water is not particularly limited, but the mass concentration is preferably 28% to 30%, and the amount added is 0.1 to 10.0 wt% relative to the blended mass of the super water-repellent coating agent. is preferred, and 0.5 to 5.0 wt% is more preferred.

前記接着剤(G)は、水溶性ポリアクリル酸(PAA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)の中から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。その中で何れかの分子量が10000以上であることが好ましく,何れかの分子量が20000以上であることがより好ましい。または水に溶けないがエタノールに溶けるポリビニルブチラール(PVB)を用いることが好ましい。ポリビニルブチラールの分子量が10000以上でることが好ましく、20000以上であることがより好ましい。前記水溶性接着剤と非水溶性接着剤の中で何れか1種を単独で用いてもよく、水溶性接着剤1種と非水溶性接着剤PVBを組み合わせ用いても良い。 The adhesive (G) is preferably at least one selected from water-soluble polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA), and polyvinylpyrrolidone (PVP). Among them, it is preferable that any molecular weight is 10,000 or more, and it is more preferable that any molecular weight is 20,000 or more. Alternatively, it is preferable to use polyvinyl butyral (PVB), which is insoluble in water but soluble in ethanol. The molecular weight of polyvinyl butyral is preferably 10,000 or more, more preferably 20,000 or more. Either one of the water-soluble adhesive and the water-insoluble adhesive may be used alone, or one water-soluble adhesive and the water-insoluble adhesive PVB may be used in combination.

前記接着剤(G)の使用方法は、水溶性接着剤に対して、例えば、ポリアクリルV酸(PAA)、で事前に前記水溶性接着剤の水溶液を調製しておくことが好ましい。前記水溶性接着剤の水溶液の質量濃度は2wt%以上であることが好ましく、5wt%以上であることがより好ましい。非水溶性接着剤に対して、例えば、ポリビニルブチラール(PVB)で事前に前記非水溶性接着剤の溶媒溶液(例えば、エタノール)を調製しておくことが好ましい。前記非水溶性接着剤溶媒溶液の質量濃度は5wt%以上であることが好ましく、10wt%以上であることがより好ましい。 Regarding the method of using the adhesive (G), it is preferable to prepare an aqueous solution of the water-soluble adhesive in advance using, for example, polyacrylic V acid (PAA). The mass concentration of the aqueous solution of the water-soluble adhesive is preferably 2 wt % or more, more preferably 5 wt % or more. For water-insoluble adhesives, it is preferable to prepare a solvent solution (eg, ethanol) of the water-insoluble adhesive in advance, for example, with polyvinyl butyral (PVB). The mass concentration of the water-insoluble adhesive solvent solution is preferably 5 wt % or more, more preferably 10 wt % or more.

前記接着剤(G)の添加量は、超撥水性コーティング剤におけるシリカナノ粒子の配合質量に対して1.0~300.0wt%であることが好ましく、5.0~50.0wt%であることがより好ましい。 The amount of the adhesive (G) added is preferably 1.0 to 300.0 wt%, more preferably 5.0 to 50.0 wt%, relative to the amount of the silica nanoparticles in the superhydrophobic coating agent. is more preferred.

また、本発明においては、上述した超撥水性コーティング剤を製造する超撥水性コーティング剤の製造方法であって、前記アルコール系溶媒(B)を攪拌しながら、シリカナノ粒子(A)を加え分散させる第一工程を含み、上記第一工程からなる分散液を攪拌しながら、第1シラン(D)第2シラン(E)をそれぞれ加え溶解させる第二工程を含み、上記第二工程からなる分散液を攪拌しながら、水(C)と接着剤(G)と触媒(F)をそれぞれ加える第三工程を含む超撥水性コーティング剤の製造方法を提供する。 Further, in the present invention, there is provided a super water-repellent coating agent manufacturing method for manufacturing the super water-repellent coating agent described above, wherein silica nanoparticles (A) are added and dispersed while stirring the alcoholic solvent (B). The dispersion comprising the second step, comprising a first step, and a second step of adding and dissolving the first silane (D) and the second silane (E) while stirring the dispersion comprising the first step. a third step of adding water (C), adhesive (G) and catalyst (F) while stirring.

本発明においては、前記製造方法の各工程においての原料投入順は、特に限定されないが、前記製造方法の第二工程において、第1シラン(D)→第2シラン(E)の順であることが好ましい。前記製造方法の第三工程において、水(C)→接着剤(G)→触媒(F)の順であることが好ましい。 In the present invention, the order of adding raw materials in each step of the production method is not particularly limited, but in the second step of the production method, the order is first silane (D) → second silane (E). is preferred. In the third step of the manufacturing method, it is preferable that the order is water (C)→adhesive (G)→catalyst (F).

本発明においては、前記製造方法における三つの工程において、攪拌方法又は攪拌装置が特に限定されない。磁石を封入しテフロン等でコーティングした攪拌子を容器の外部から回転する磁界で動力を伝達するマグネチックスターラーと呼ばれる攪拌装置を用いてもよく、棒・板・プロペラ状の攪拌子を用いた軸を介して攪拌するメカニカルスターラーと呼ばれる攪拌装置を用いてもよい。 In the present invention, the stirring method or stirring device is not particularly limited in the three steps of the manufacturing method. A stirrer called a magnetic stirrer may be used, in which a stirrer coated with Teflon or the like containing a magnet is rotated from the outside of the container to transmit power by a magnetic field. A stirrer called a mechanical stirrer that stirs via a stirrer may be used.

本発明においては、前記製造方法における三つの工程において、攪拌方法又は攪拌装置が特に限定されないが、攪拌速度条件が必要である。マグネチックスターラーを用いる場合、200ml三角ビーカーを容器として80gの前記超撥水性コーティング剤を製造するためには、サイズΦ8×30mmの攪拌子で攪拌速度が400rpm以上であることが好ましく、800rpm以上であることがより好ましい。メカニカルスターラー或いは機械攪拌機を用いる場合、2000mLのポリボトル(Φ126×254mm)を容器として1000gの前記超撥水性コーティング剤を製造するためには、回転時の羽根幅が100mmの可動2枚羽根攪拌棒なら、攪拌速度が400rpm以上であることが好ましい。 In the present invention, the stirring method or stirring device is not particularly limited in the three steps of the production method, but stirring speed conditions are required. When using a magnetic stirrer, in order to produce 80 g of the super water-repellent coating agent using a 200 ml triangular beaker as a container, it is preferable that the stirrer has a size of Φ8×30 mm and the stirring speed is 400 rpm or more, and 800 rpm or more. It is more preferable to have When using a mechanical stirrer or a mechanical stirrer, in order to produce 1000 g of the super water-repellent coating agent using a 2000 mL plastic bottle (Φ126 x 254 mm) as a container, a movable two-blade stirrer with a blade width of 100 mm during rotation is required. , the stirring speed is preferably 400 rpm or more.

本発明においては、前記製造方法の第一工程において、シリカナノ粒子を加えてから、攪拌時間は、5分以上であることが好ましく、10分以上であることがより好ましい。前記製造方法の第二工程において、第1シラン(D)と第2シラン(E)を加えてから、攪拌時間は、5分以上であることが好ましく、10分以上であることがより好ましい。前記製造方法の第三工程において、攪拌時間は、12時間以上であることが好ましく、24時間以上であることがより好ましい。 In the present invention, in the first step of the production method, the stirring time after adding the silica nanoparticles is preferably 5 minutes or longer, more preferably 10 minutes or longer. In the second step of the production method, the stirring time after adding the first silane (D) and the second silane (E) is preferably 5 minutes or longer, more preferably 10 minutes or longer. In the third step of the production method, the stirring time is preferably 12 hours or longer, more preferably 24 hours or longer.

本発明においては、前記製造方法の全ての工程においての温度条件は、特に限定されない。常温であってもよく、60℃まで加温してもよい。 In the present invention, temperature conditions in all steps of the production method are not particularly limited. It may be room temperature, or may be heated up to 60°C.

また、本発明においては、前記製造方法の工程順は、第一工程→第二工程→第三工程の順に限定されない。例えば、第一工程→第三工程→第二工程の順で本発明の超撥水性コーティングを製造することができる。前記第一工程→第三工程→第二工程の順で本発明の超撥水性コーティングを製造する場合、第1シラン(D)と第2シラン(E)を加える工程において、第1シラン(D)と第2シラン(E)の添加速度をそれぞれ遅らせて加えることが好ましい。例えば、前記超撥水性コーティング剤の製造量が1000kgである場合、第1シラン(D)と第2シラン(E)の添加速度はそれぞれ2.5L/hと0.9L/h以下であることが好ましく、それぞれ1.5L/hと0.5L/h以下であることがより好ましい。 Moreover, in the present invention, the order of steps in the manufacturing method is not limited to the order of first step→second step→third step. For example, the super water-repellent coating of the present invention can be produced in the order of the first step→the third step→the second step. When the superhydrophobic coating of the present invention is produced in the order of the first step → third step → second step, in the step of adding the first silane (D) and the second silane (E), the first silane (D ) and the second silane (E) are preferably added at slow rates. For example, when the production amount of the super water-repellent coating agent is 1000 kg, the addition rates of the first silane (D) and the second silane (E) are 2.5 L/h and 0.9 L/h or less, respectively. and more preferably 1.5 L/h and 0.5 L/h or less, respectively.

また、本発明の超撥水性コーティング剤組成物において、アンモニア水をシランの加水分解用触媒(F)として用いる場合、上記第三工程により得られた超撥水性コーティング剤のアンモニア臭を取り除くための第四工程と呼ばれる除臭工程を加えることができる。除臭方法は、特に限定されないが、キャリアガスを用いた液体材料容器内の液体を気化するアンモニアストリッピング法と呼ばれるバブリング方式であることが好ましい。前記バブリング方法による除臭工程においての操作温度は、特に限定されないが、30℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましい。 In the super water-repellent coating agent composition of the present invention, when aqueous ammonia is used as the silane hydrolysis catalyst (F), the super water-repellent coating agent obtained in the above third step has an ammonia odor to be removed. A deodorizing step called the fourth step can be added. Although the deodorization method is not particularly limited, it is preferably a bubbling method called an ammonia stripping method in which a carrier gas is used to vaporize the liquid in the liquid material container. Although the operating temperature in the deodorizing step by the bubbling method is not particularly limited, it is preferably 30° C. or higher, more preferably 50° C. or higher.

本発明の超撥水性コーティング剤は、保管中沈殿或いは相分離が発生するが手動で振り混ぜるだけで十分に再分散できることを特徴とする。 The superhydrophobic coating agent of the present invention is characterized in that although precipitation or phase separation occurs during storage, it can be sufficiently redispersed simply by shaking it manually.

本発明の超撥水性コーティング剤による超撥水性コーティングの作製方法は、非常に簡単でワンステップスプレー塗布で、高温の乾燥若しくは加熱などが必要なく自然乾燥で使用可能なことを特徴とする。 The method of producing a super water-repellent coating using the super water-repellent coating agent of the present invention is characterized by a very simple one-step spray application, which does not require high-temperature drying or heating, and can be used by natural drying.

本発明の超撥水性コーティング剤の塗布方法は、特に限定されないが、スプレー塗布であることが好ましい。スプレー塗布方法は、スプレーボトルであってもよく、スプレー缶(エアゾール式)であってもよく、スプレーガンでもよい。 Although the method of applying the superhydrophobic coating agent of the present invention is not particularly limited, spray application is preferred. A spray application method may be a spray bottle, a spray can (aerosol type), or a spray gun.

本発明の超撥水性コーティング剤は、両親媒性を有する特徴を持ち、任意の形状のガラス、陶磁器、磁器タイル、焼成タイル、金属、木材、プラスチック、紙、及び布等の表面に超撥水性コーティングを形成することができる。 The superhydrophobic coating agent of the present invention is characterized by having amphipathic properties, and superhydrophobic on the surfaces of glass, ceramics, porcelain tiles, baked tiles, metals, wood, plastics, paper, cloth, etc. of any shape. A coating can be formed.

また、本発明の超撥水性コーティング剤による超撥水性コーティングの乾燥条件は、特に限定されない。自然乾燥であってもよく、ドライヤーであってもよく、乾燥装置であってもよい。自然乾燥である場合、乾燥時間は4時間以上であることが好ましく、8時間以上であることがより好ましく、24時間以上であることが最も好ましい。 Moreover, the conditions for drying the super water-repellent coating with the super water-repellent coating agent of the present invention are not particularly limited. It may be natural drying, a dryer, or a drying apparatus. In the case of natural drying, the drying time is preferably 4 hours or longer, more preferably 8 hours or longer, and most preferably 24 hours or longer.

また、本発明の超撥水性コーティング剤を用い、形成した超撥水性コーティングは透明性と耐久性を有することを特徴とする。 Moreover, the super water-repellent coating formed by using the super water-repellent coating agent of the present invention is characterized by having transparency and durability.

また、本発明の超撥水性コーティング剤を用い、形成した超撥水性コーティングは、必要に応じた箇所の上にそのまま再塗布をすることできることを特徴とする。 In addition, the super water-repellent coating formed by using the super water-repellent coating agent of the present invention is characterized by being able to be reapplied as it is on a portion as needed.

また、本発明の超撥水性コーティング剤を用い、形成した超撥水性コーティング、必要に応じて、日常用洗剤またはアルコールを含む溶液で簡単に除去することができ、再び超撥水性コーティングを形成することができ、即ち本発明の超撥水性コーティング剤によれば、対象基材を繰り返して使用することができることを特徴とする。 In addition, the super water-repellent coating formed using the super water-repellent coating agent of the present invention can be easily removed with a daily detergent or a solution containing alcohol, if necessary, to form a super water-repellent coating again. That is, the superhydrophobic coating agent of the present invention is characterized in that the target substrate can be used repeatedly.

本発明の超撥水性コーティング剤は、フッ素成分が含まれず、健康に有害で刺激臭がする石油系溶剤が含まれず、様々な基材表面に超撥水性コーティングを容易に形成できることを特徴とし、水玉で遊べる玩具また水玉の遊び方を提供する。 The super water-repellent coating agent of the present invention does not contain a fluorine component, does not contain a petroleum solvent that is harmful to health and has an irritating odor, and is characterized by being able to easily form a super water-repellent coating on the surface of various substrates. To provide a toy that can be played with polka dots and a method of playing with polka dots.

本発明において、超撥水性コーティング剤を用いた玩具は、少なくとも超撥水性コーティング剤(T1)と、塗布道具(T2)と、点滴道具(T3)と、着色溶液(T4)を含むものであるが、これらに限定されるものではない。 In the present invention, a toy using a super water-repellent coating agent includes at least a super water-repellent coating agent (T1), an application tool (T2), a drip tool (T3), and a coloring solution (T4). It is not limited to these.

本発明の超撥水性コーティング剤を用いた玩具において、前記塗布道具(T2)の素材と形状は、特に限定されない。前記塗布道具の(T2)の形状としては、シンプルな表面であってもよく、球体の形あってもよく、人形の形であってもよく(衣服に対して水玉が弾くことを体験する場合)、複雑な迷路の形であってもよい。 In the toy using the super water-repellent coating agent of the present invention, the material and shape of the coating tool (T2) are not particularly limited. The shape of (T2) of the applicator may be a simple surface, a spherical shape, or a doll shape (when experiencing the repelling of polka dots against clothes). ), which may be in the form of a complex maze.

本発明の超撥水性コーティング剤を用いた玩具において、前記点滴道具(T3)は、特に限定されない。断続的に溶液を滴下し、前記塗布道具(T2)に塗布した超撥水性コーティングの上に水玉を形成すれば、どんな点滴方法であってもよい。具体的に、スポイト、注射器、点滴瓶など挙げられる。 In the toy using the superhydrophobic coating agent of the present invention, the infusion tool (T3) is not particularly limited. Any dripping method may be used as long as the solution is dripped intermittently to form droplets on the superhydrophobic coating applied to the coating tool (T2). Specific examples include a dropper, a syringe, an infusion bottle, and the like.

本発明の超撥水性コーティング剤を用いた玩具において、前記着色溶液(T4)は、イエロー(黄色、Yellow)と、マゼンタ(赤紫、Magenta)と、シアン(青緑、Cyan)の色材の三原色の着色料であることが好ましく、前記色材の三原色を表す三種類の着色溶液であることがより好ましい。 In the toy using the super water-repellent coating agent of the present invention, the coloring solution (T4) contains yellow, magenta, and cyan coloring materials. It is preferably a colorant of three primary colors, and more preferably three kinds of coloring solutions representing the three primary colors of the colorant.

本発明によれば、球状ではなく鎖状親水性シリカナノ粒子を用い、環境と人体に対して安全性が高いエタノールと水の混合液をとした溶媒に分散させ、少なくとも2つのフッ素フリーのシラン剤を用い、シリカナノ粒子の表面を疎水的に修飾させ、高分子接着剤を用い、様々な基材へ塗布することができる両親媒性を有する超撥水性コーティング剤、その超撥水性コーティング剤の製造方法及びその超撥水性コーティング剤を用いた水玉玩具を提供することができる。 According to the present invention, chain-shaped hydrophilic silica nanoparticles are used instead of spherical ones, dispersed in a solvent such as a mixture of ethanol and water, which is highly safe for the environment and the human body, and containing at least two fluorine-free silane agents. is used to hydrophobically modify the surface of silica nanoparticles, and a polymer adhesive is used to manufacture a super water-repellent coating agent with amphipathic properties that can be applied to various substrates, and the super water-repellent coating agent. A polka dot toy using the method and its superhydrophobic coating can be provided.

本発明の超撥水性コーティング剤は、1)水玉を完全に弾き、2)環境と人体に優しく、3)耐久性を持ち、4)幅広い基材へ適用可能、5)様々な表面へ適用可能、6)実用性が高いこと等を特徴とする。 The superhydrophobic coating agent of the present invention 1) completely repels water droplets, 2) is friendly to the environment and the human body, 3) has durability, 4) can be applied to a wide range of substrates, and 5) can be applied to various surfaces. and 6) high practicality.

本発明の超撥水性コーティング剤及び超撥水性コーティング剤を用いた水玉玩具によれば、子供が異なる素材の表面、または異なる形状の表面に水玉が転がるハスの葉のような表面を簡単に作る体験により、転がる水玉を楽しみながら、自分の手でロータス効果を再現することで達成感を味わうことができる。 According to the super water-repellent coating agent of the present invention and the polka dot toy using the super water-repellent coating agent, children can easily make a lotus leaf-like surface on which polka dots roll on the surface of different materials or different shapes. You can experience a sense of accomplishment by reproducing the lotus effect with your own hands while enjoying the rolling polka dots.

また、本発明の超撥水性コーティング剤及び超撥水性コーティング剤を用いた水玉玩具によれば、シャボン玉と同様に面白さや科学的な不思議さがあるため、知育の玩具として、子供の成長とともに、科学への好奇心の向上に役立つこと期待出来る。また、学校等で理化実験としての応用も期待することができる。 In addition, according to the super water-repellent coating agent of the present invention and the polka dot toy using the super water-repellent coating agent, it has the same fun and scientific wonder as soap bubbles, so it can be used as an educational toy as the child grows. , it can be expected to be useful in enhancing curiosity about science. In addition, it can be expected to be applied as a scientific experiment in schools and the like.

また、本発明の超撥水性コーティング剤によれば、水滴付着に由来する汚れや凍結、腐食、菌・ウイルスの増殖などを解決する方法として身近な生活から産業分野までの利用も期待することができる。例えば、アウトドアウェアや傘、カジュアルウェア等の衣類、住宅(キッチン、風呂、トイレ等)、建築、自動車、鉄道、船舶、航空機、架空高圧送電線、通信タワー、アンテナー、パラボラアンテナ(衛星通信用)、太陽電池パネル、風力タービンなど挙げられる。 In addition, the super water-repellent coating agent of the present invention can be expected to be used in everyday life as well as in industrial fields as a method for solving stains, freezing, corrosion, and growth of bacteria and viruses caused by water droplets. can. For example, outdoor wear, umbrellas, clothing such as casual wear, houses (kitchens, baths, toilets, etc.), construction, automobiles, railroads, ships, aircraft, overhead high-voltage power lines, communication towers, antennas, parabolic antennas (for satellite communications) , solar panels, wind turbines, etc.

本発明の超撥水性コーティング剤を用い、形成する超撥水性コーティングの構造を模式的に示す断面図である1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a super water-repellent coating formed using the super water-repellent coating agent of the present invention; FIG. 本発明の超撥水性コーティング剤の製造方法の一例を示すフロー図である1 is a flowchart showing an example of a method for producing a super water-repellent coating agent of the present invention; FIG. 本発明の超撥水性コーティング剤の一例を示すサンプルの外観様子写真である1 is a photograph of the appearance of a sample showing an example of the super water-repellent coating agent of the present invention. 本発明の超撥水性コーティング剤を用い、ガラス表面へスプレー塗布方法で得られた超撥水性コーティング外観及び弾いた水玉の様子写真である1 is a photograph of the appearance of a super water-repellent coating obtained by a spray coating method on a glass surface using the super water-repellent coating agent of the present invention and the repelled polka dots. 本発明の超撥水性コーティング剤を用い、タイル表面へスプレー塗布方法で得られた超撥水性コーティング外観及び弾いた水玉の様子写真である1 is a photograph of the appearance of a super water-repellent coating obtained by a spray coating method on a tile surface using the super water-repellent coating agent of the present invention, and the repelled polka dots. 本発明の超撥水性コーティング剤を用い、木材表面へスプレー塗布方法で得られた超撥水性コーティング外観及び弾いた水玉の様子写真である1 is a photograph of the appearance of a super water-repellent coating obtained by a spray coating method on a wood surface using the super water-repellent coating agent of the present invention and repelled polka dots. 本発明の超撥水性コーティング剤を用い、段ボール表面へスプレー塗布方法で得られた超撥水性コーティング外観及び弾いた水玉の様子写真である1 is a photograph of the appearance of a super water-repellent coating obtained by a spray coating method on a corrugated cardboard surface using the super water-repellent coating agent of the present invention and the repelled polka dots. 本発明の超撥水性コーティング剤を用い、スプレー塗布方法で得られたスライドガラス表面の超撥水性コーティングの密着性試験結果である:(a)粘着テープを貼り付けた塗膜の外観様子と、(b)粘着テープを剥がした塗膜の外観と弾いた水玉の様子写真The results of an adhesion test of a super water-repellent coating on a slide glass surface obtained by a spray coating method using the super water-repellent coating agent of the present invention: (b) Appearance of the paint film after peeling off the adhesive tape and photograph of repelled polka dots 本発明の超撥水性コーティング剤を用い、スプレー塗布方法で得られたスライドガラス表面の超撥水性コーティングの耐水性試験結果である:(c)40℃の温水に68h浸漬と、(d)90℃のお湯に3min浸漬後の塗膜外観と弾いた水玉の様子写真Using the super water-repellent coating agent of the present invention, the water resistance test results of the super water-repellent coating on the slide glass surface obtained by the spray coating method: (c) immersion in hot water at 40 ° C. for 68 hours, (d) 90 Appearance of coating film after immersion in hot water at ℃ for 3 minutes 本発明の超撥水性コーティング剤を用いた水玉玩具の一例を示す外観様子写真である:(T1)超撥水性スプレーコーティング剤と、(T2)塗布経路道具と、(T3)点滴用スポイトと、(T4)イエロー(黄色)、マゼンタ(赤紫)及びシアン(青緑)の三つの着色溶液1 is a photograph of the appearance of an example of a polka dot toy using the super water-repellent coating agent of the present invention: (T1) super water-repellent spray coating agent, (T2) application route tool, (T3) drip dropper, (T4) Three colored solutions of yellow, magenta and cyan 本発明の超撥水性コーティング剤を用いた水玉玩具の実施例の水玉の遊び方の一例を示す外観様子写真である:(1)イエロー水溶液の水玉1個をゴール箇所に滴下して、マゼンタ水溶液の水玉1個をゴール以外の任意箇所に滴下しておいた様子と、(2)経路枠を水平の任意方向に振動させ、またスポイトを用いることでマゼンタ水溶液の水玉を障害物に沿って移動させ、ゴールの入口に移動させた様子と、(3)マゼンタ水溶液の水玉をゴールに入れて、イエロー水溶液の水玉と混合して大きい赤色水溶液の水玉になった様子BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a photograph of the appearance showing an example of how to play with polka dots in an example of a polka dot toy using the super water-repellent coating agent of the present invention: (1) Drop one polka dot of a yellow aqueous solution onto a goal, and add a magenta aqueous solution. and (2) vibrating the path frame in any horizontal direction and using a dropper to move the drop of magenta solution along the obstacle. , and (3) a state in which a magenta aqueous solution polka dot is put into the goal and mixed with a yellow aqueous solution polka dot to form a large red aqueous polka dot.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
<超撥水性コーティング剤>
Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited thereto.
<Super water-repellent coating agent>

図1は、本発明の実施形態の超撥水性コーティング剤で得られる超撥水性コーティングの構造を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a super water-repellent coating obtained with a super water-repellent coating agent according to an embodiment of the present invention.

図1にように、本実施形態の超撥水性コーティング剤により形成した超撥水性コーティングは、表面が疎水化されたシリカナノ粒子で形成したナノ・マイクロスケールの二重表面構造を有する共に、シリカナノ粒子同士の間及びシリカナノ粒子と基材表面を接着する接着剤が含まれ、この接着剤により形成した超撥水性コーティングの耐久性若しくは密着性を向上することが出来ることを特徴とする。 As shown in FIG. 1, the super water-repellent coating formed by the super water-repellent coating agent of this embodiment has a nano/microscale double surface structure formed of silica nanoparticles whose surfaces are hydrophobized, and the silica nanoparticles It contains an adhesive that bonds between them and between the silica nanoparticles and the substrate surface, and is characterized by being able to improve the durability or adhesion of the super water-repellent coating formed by this adhesive.

図1に示す本実施形態の超撥水性コーティングの構造を実現させるため、本実施形態の超撥水性コーティング剤組成物は、少なくとも1種のシリカナノ粒子(A)と、アルコール系溶媒(B)と、水(C)と、第1シラン(D)と、第2シラン(E)と、前記シランの加水分解用触媒(F)と、接着剤(G)を含む。 In order to realize the structure of the super water-repellent coating of this embodiment shown in FIG. , water (C), a first silane (D), a second silane (E), a catalyst for hydrolysis of the silane (F), and an adhesive (G).

本実施形態で用いられるシリカナノ粒子(A)は、基材の表面コーティングに超撥水性を与えるに必要である微細凹凸構造を形成するための材料である。このようなシリカナノ粒子は、シリカナノ粒子粉末を用いることができるが、シリカナノ粒子が溶媒にコロイド状に分散させた状態のコロイダルシリカも用いることができる。 The silica nanoparticles (A) used in the present embodiment are a material for forming a fine uneven structure necessary for imparting superhydrophobicity to the surface coating of the substrate. Silica nanoparticle powder can be used as such silica nanoparticles, but colloidal silica in which silica nanoparticles are colloidally dispersed in a solvent can also be used.

本実施形態で用いられる前記シリカナノ粒子粉体は、真球状で粒径分布が狭く、粒子の表面に疎水化処理された疎水性シリカナノ粒子を用いることが好ましい。このような疎水性シリカナノ粒子は容易に分散することができるため、本実施形態の超撥水性コーティング剤を容易に調製することができる。前記疎水シリカナノ粒子の平均粒径は、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましい。具体的な製品としては、例えば、信越化学工業社製のQSG170、QSG30、QSG15等挙げられる。 As the silica nanoparticle powder used in the present embodiment, it is preferable to use hydrophobic silica nanoparticles that are perfectly spherical, have a narrow particle size distribution, and have their surfaces subjected to a hydrophobic treatment. Since such hydrophobic silica nanoparticles can be easily dispersed, the superhydrophobic coating agent of the present embodiment can be easily prepared. The average particle size of the hydrophobic silica nanoparticles is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. Specific products include, for example, QSG170, QSG30, and QSG15 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.

本実施形態で用いられる前記コロイダルシリカは、粒子の表面に疎水化処理されなく親水性シリカ粒子であることが好ましい。コロイダルシリカの形状は、球状であることが好ましく、鎖状と呼ばれる細長い形状であることがより好ましい。球状コロイダルシリカの平均粒径は、100nm以下であることが好ましい。鎖状コロイダルシリカの平均粒径は、短径が5nm~30nmで長径が20nm~200nmの鎖状であることが好ましく、短径が10nm~15nmで長径が40nm~100nmであることがより好ましい。球状コロイダルシリカの具体的な製品としては、例えば、日産化学社製のIPA-ST、IPA-ST-ZL等挙げられる。鎖状コロイダルシリカの具体的な製品としては、例えば、日産化学社製のIPA-ST-UP等挙げられる。コロイダルシリカのシリカの質量濃度は15wt%以上であることが好ましい。コロイダルシリカにおけるシリカ粒子の添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.05~5.00wt%であることが好ましく、0.10~1.50wt%であることがより好ましい。 The colloidal silica used in the present embodiment is preferably hydrophilic silica particles whose surface is not hydrophobized. The shape of the colloidal silica is preferably spherical, and more preferably long and narrow, which is called a chain shape. The average particle size of spherical colloidal silica is preferably 100 nm or less. The chain colloidal silica preferably has an average particle diameter of 5 nm to 30 nm in the minor axis and 20 nm to 200 nm in the major axis, more preferably 10 nm to 15 nm in the minor axis and 40 nm to 100 nm in the major axis. Specific products of spherical colloidal silica include, for example, IPA-ST and IPA-ST-ZL manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. Specific products of chain colloidal silica include, for example, IPA-ST-UP manufactured by Nissan Chemical Industries. The mass concentration of silica in colloidal silica is preferably 15 wt % or more. The amount of silica particles added in colloidal silica is preferably 0.05 to 5.00 wt%, more preferably 0.10 to 1.50 wt%, relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent.

本実施形態で用いられるシリカナノ粒子(A)の添加量を増加することで、調製した撥水性コーティング剤により得られたコーティングの撥水性を向上することができるが、得られた超撥水性コーティングは白濁化が発生せず、透明性を有するため、前記シリカナノ粒子(A)の添加量を最適化することができる。 By increasing the amount of the silica nanoparticles (A) used in the present embodiment, the water repellency of the coating obtained from the prepared water-repellent coating agent can be improved. Since it does not become cloudy and has transparency, the amount of silica nanoparticles (A) added can be optimized.

本実施形態で用いられるアルコール系溶媒(B)は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)ピロビルアルコール、イソブチルアルコール、ノルマルブチルアルコール、ベンジルアルコールなどの中で何れか1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いても良いが、エタノールが好ましい。例えば、メタノールを溶媒として用いれば、エタノールに比べて本実施形態の超撥水性コーティングの乾燥時間を短縮することできるが、メタノールは人体に有毒な化学物質で、代謝によりギ酸を大量に生成し、失明や代謝性アシドーシスに至る問題がある。また、イソプロピルアルコールを溶媒として用いれば、本実施形態の超撥水性コーティングは、乾燥時間が長くなり、白濁化する傾向に有る。本実施形態で用いられるエタノールは、溶媒としてその純度が特に限定されないが、85wt%以上であることが好ましい。例えば、純度が85wt%以上のミックスエタノールを用いることが出来る。このようなミックスエタノールの具体的な製品としては、例えば、山一化学工業社製のミックスエタノールNP等挙げられる。このようなミックスエタノールの添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して60~90wt%であることが好ましく、75~85wt%であることがより好ましい。 As the alcohol solvent (B) used in the present embodiment, any one of methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA), pyrovyl alcohol, isobutyl alcohol, normal butyl alcohol, benzyl alcohol, etc. may be used alone. Ethanol is preferred, although two or more may be used in combination. For example, if methanol is used as a solvent, the drying time of the super water-repellent coating of this embodiment can be shortened compared to ethanol. There are problems leading to blindness and metabolic acidosis. In addition, if isopropyl alcohol is used as a solvent, the super water-repellent coating of this embodiment takes a long time to dry and tends to become cloudy. Ethanol used in the present embodiment is not particularly limited in purity as a solvent, but is preferably 85 wt % or more. For example, mixed ethanol with a purity of 85 wt % or higher can be used. Specific examples of such mixed ethanol products include Mixed Ethanol NP manufactured by Yamaichi Chemical Industry Co., Ltd., and the like. The amount of such mixed ethanol added is preferably 60 to 90 wt %, more preferably 75 to 85 wt %, relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent.

本実施形態で用いられる水(C)は、シリカナノ粒子(A)の表面を化学的に修飾させるシラン成分(DとE)加水分解反応に必要であるもので、精製水で有ることが好ましい。例えば、イオン交換水と蒸留水、何れも用いても良い。水の添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して1~30wt%であることが好ましく、5~20wt%であることがより好ましい。水の配合量は最適添加量範囲を超えると、本実施形態の超撥水性コーティング剤は分散性が悪くなり、超撥水性コーティングの均一性が悪くなる傾向にある。 The water (C) used in this embodiment is necessary for the hydrolysis reaction of the silane components (D and E) that chemically modify the surface of the silica nanoparticles (A), and is preferably purified water. For example, both ion-exchanged water and distilled water may be used. The amount of water added is preferably 1 to 30 wt%, more preferably 5 to 20 wt%, relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent. When the amount of water added exceeds the optimum addition amount range, the dispersibility of the super water-repellent coating agent of the present embodiment deteriorates, and the uniformity of the super water-repellent coating tends to deteriorate.

さらに、本実施形態で用いられるアルコール系溶媒(B)と水(C)の体積比を最適化することにより、超撥水性コーティングの均一性と透明性を向上することができる。エタノールと水の体積比は、エタノール:水=5.0~10.0であることが好ましく、アルコール:水=6.0~8.0であることがより好ましい。 Furthermore, by optimizing the volume ratio of the alcoholic solvent (B) and water (C) used in this embodiment, the uniformity and transparency of the superhydrophobic coating can be improved. The volume ratio of ethanol to water is preferably ethanol:water=5.0 to 10.0, more preferably alcohol:water=6.0 to 8.0.

本実施形態で用いられる第1シラン(D)は、超撥水性コーティング剤(懸濁液)の親水性を付与するため、前記シリカナノ粒子の表面を部分的に親水性シラノール基(≡Si-OH)で修飾させるためのもので、テトラエトキシシラン(TEOS)若しくはテトラメトキシシラン(TMOS)であることが好ましい。例えば、TEOSを用いる場合、アルカリ性条件でシリカ粒子の表面にシラノールを修飾するための化学反応は、以下の過程を経て起こると考えられる。
Si(OCHCH + 4HO →
Si(OH) + 4CHCHOH (1)
シリカ粒子-(OH) + Si(OH)
シリカ粒子-Si(OH)4ーX + xHO (2)
The first silane (D) used in the present embodiment partially forms hydrophilic silanol groups (≡Si—OH ), preferably tetraethoxysilane (TEOS) or tetramethoxysilane (TMOS). For example, when TEOS is used, the chemical reaction for modifying the surface of silica particles with silanol under alkaline conditions is thought to occur through the following process.
Si( OCH2CH3 ) 4 + 4H2O
Si(OH) 4 + 4CH3CH2OH (1)
Silica particles - (OH) x + Si(OH) 4
Silica particles-Si(OH) 4-X + xH 2 O (2)

上記の反応(1)はTEOSの加水分解反応と呼ばれ、上記の反応(2)はTEOSの加水分解により生成したシラノールとシリカ表面とのシリル化反応と呼ばれる。上記の反応(2)が起こると共に、下記のシラノールの脱水縮合反応(3)により、前記シリカ粒子成長が発生すると思われる。
nSi(OH) → nSiO + 2nHO (3)
The above reaction (1) is called the hydrolysis reaction of TEOS, and the above reaction (2) is called the silylation reaction between the silanol produced by the hydrolysis of TEOS and the silica surface. It is thought that the silica particle growth occurs due to the dehydration condensation reaction (3) of silanol described below while the above reaction (2) occurs.
nSi(OH) 4 →nSiO2 + 2nH2O (3)

前記第1シラン(D)の添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.05~3.00wt%であることが好ましく、0.15~1.00wt%であることがより好ましい。TEOSの具体的な製品としては、例えば、信越化学工業社製のKBE-04等挙げられる。 The amount of the first silane (D) added is preferably 0.05 to 3.00 wt%, more preferably 0.15 to 1.00 wt%, relative to the blended mass of the superhydrophobic coating agent. preferable. Specific examples of TEOS products include KBE-04 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and the like.

本実施形態で用いられる第2シラン(D)は、本実施形態での超撥水性コーティング剤(懸濁液)の疎水性を付与するため、前記シリカナノ粒子の表面を部分的に疎水性炭化水素鎖を有するシラノール基で修飾させるもので、下記一般式(E-1)で表されるシラン化合物でることが好ましい。 The second silane (D) used in the present embodiment imparts hydrophobicity to the superhydrophobic coating agent (suspension) in the present embodiment, so that the surface of the silica nanoparticles is partially coated with a hydrophobic hydrocarbon It is modified with a silanol group having a chain, and is preferably a silane compound represented by the following general formula (E-1).

Figure 2023010488000003
[式(E-1)中、Rはメチル基又はアミン基、メタクリル基又エポキシ基、オレフィン基を表し、R1はメチル基又はエチル基又はクロロ基を表し、nは2価の炭化水素基の数を表し、n=5以上であることが好ましい。]
Figure 2023010488000003
[In the formula (E-1), R represents a methyl group, an amine group, a methacrylic group, an epoxy group, or an olefin group; R1 represents a methyl group, an ethyl group, or a chloro group; n represents a divalent hydrocarbon group; It is preferable that n=5 or more. ]

例えば、ヘキシルトリメトキシシラン(n=5)(HTMS)、ドデシルトリメトキシシラン(n=11)(DDTMS)、ヘキサデシルトリメトキシシラン(n=15)(HDTMS)、オクタデシルトリメトキシシラン(n=17)(ODTMS)、ヘキシルトリエトキシシラン(n=5)(HTES)、ドデシルトリエトキシシラン(n=11)(DDTES)、ヘキサデシルトリエトキシシラン(n=15)(HDTES)、オクタデシルトリエトキシシラン(n=17)(ODTES)等が挙げられる。前記第2シラン(E)として用いられる具体的な製品としては、例えば、信越化学工業社製のKBM-3183(ODTMS)、X-88-422(HDTMS)等挙げられる。 For example, hexyltrimethoxysilane (n=5) (HTMS), dodecyltrimethoxysilane (n=11) (DDTMS), hexadecyltrimethoxysilane (n=15) (HDTMS), octadecyltrimethoxysilane (n=17 ) (ODTMS), hexyltriethoxysilane (n=5) (HTES), dodecyltriethoxysilane (n=11) (DDTES), hexadecyltriethoxysilane (n=15) (HDTES), octadecyltriethoxysilane ( n=17) (ODTES) and the like. Specific products used as the second silane (E) include, for example, KBM-3183 (ODTMS) and X-88-422 (HDTMS) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.

本実施形態でDDTMSと第2シラン成分(E)として用いる場合、アルカリ性条件でシリカ粒子の表面のシラノールとのシリル化反応は、以下の過程を経て起こると考えられる。
CH(CH11-Si(OCH + 3HO →
CH(CH11-Si(OH) + 3CHOH (4)
CH(CH11-Si(OH) + シリカ粒子-(OH)
CH(CH11-Si(OH)3-x-シリカナノ粒子 + xHO (5)
When DDTMS is used as the second silane component (E) in the present embodiment, the silylation reaction with silanol on the surface of silica particles under alkaline conditions is thought to occur through the following process.
CH 3 (CH 2 ) 11 —Si(OCH 3 ) 3 + 3H 2 O →
CH3 ( CH2 ) 11 -Si(OH) 3 + 3CH3OH (4)
CH 3 (CH 2 ) 11 —Si(OH) 3 + silica particles —(OH) x
CH 3 (CH 2 ) 11 -Si(OH) 3-x -silica nanoparticles + xH 2 O (5)

本実施形態での第2シラン(E)添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.01~1.50wt%であることが好ましく、0.05~1.00wt%であることがより好ましい。更に、前記第1シラン(D)と第2シラン(E)添加量の質量比は、本実施形態での超撥水性コーティング剤組成物のコーティング性とコーティングの撥水性に大きな影響を与えるため、第1シラン(D):第2シラン(E)=1.0~6.0であることが好ましく、2.0~4.0であることがより好ましい。さらに、前記第1シラン(D)と第2シラン(E)を組み合わせ使用することに対して、例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)或いはテトラメトキシシラン(TMOS)を第1シラン(D)として用いれば、R1がメチル基であるシラン化合物を第2シラン(E)として用いることが好ましい。 The amount of the second silane (E) added in the present embodiment is preferably 0.01 to 1.50 wt%, more preferably 0.05 to 1.00 wt%, relative to the blended mass of the super water-repellent coating agent. is more preferable. Furthermore, since the mass ratio of the amount of the first silane (D) and the second silane (E) added has a great effect on the coating properties of the super water-repellent coating composition and the water repellency of the coating in this embodiment, The first silane (D):second silane (E) is preferably from 1.0 to 6.0, more preferably from 2.0 to 4.0. Furthermore, in contrast to the combination of the first silane (D) and the second silane (E), for example, if tetraethoxysilane (TEOS) or tetramethoxysilane (TMOS) is used as the first silane (D), , R1 are preferably methyl groups as the second silane (E).

本実施形態で用いられるシラン加水分解用触媒(F)は、アルカリ性物質であることが好ましい。例えば、アンモニア水、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液、水酸化ナトリウム等挙げられるが、アンモニア水であることがより好ましい。アンモニア水の濃度は特に限定されないが、質量濃度が28%~30%であることが好ましく、その添加量は、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.1~10.0wt%であることが好ましく、1.0~5.0wt%であることがより好ましい。本実施形態において、例えば、1M硝酸を酸性触媒として用いれば、調製した分散液は殆ど透明で、濁りが発生しなかったが、この分散液により得られたコーティングに超撥水性を示さなかった。アルカリ性条件より、酸性条件で第2シランの加水分解により生成したシラノールとシリカナノ粒子表面のシラノールとの脱水縮合反応(5)が非常に遅いからであると考えられる。従って、実施形態において、第1シラン(D)と第2シラン(E)を組み合わせ用いて、親水性シリカナノ粒子表面を修飾することで超撥水性コーティング剤組成物を得るため、アルカリ性触媒を用いることが好ましい。 The silane hydrolysis catalyst (F) used in the present embodiment is preferably an alkaline substance. Examples thereof include ammonia water, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution, sodium hydroxide, and the like, but ammonia water is more preferable. The concentration of ammonia water is not particularly limited, but the mass concentration is preferably 28% to 30%, and the amount added is 0.1 to 10.0 wt% relative to the blended mass of the super water-repellent coating agent. is preferred, and 1.0 to 5.0 wt% is more preferred. In this embodiment, for example, when 1M nitric acid was used as an acidic catalyst, the prepared dispersion was almost transparent and did not develop turbidity, but the coating obtained with this dispersion did not exhibit superhydrophobicity. This is probably because the dehydration condensation reaction (5) between the silanol produced by the hydrolysis of the second silane and the silanol on the surface of the silica nanoparticles under acidic conditions is much slower than under alkaline conditions. Therefore, in an embodiment, the combination of the first silane (D) and the second silane (E) is used to modify the hydrophilic silica nanoparticle surface to obtain a super water-repellent coating composition, and an alkaline catalyst is used. is preferred.

本実施形態で用いられる接着剤(G)は、アルコール系溶媒(B)若しくは水(C)に溶かせるもので、図1に示す本実施形態の超撥水性コーティングの構造におけるシリカナノ粒子同士の間及びシリカナノ粒子と基材表面の間に結合力を付与することで超撥水性コーティングの耐久性を向上することができるものである。また、本実施形態の超撥水性コーティング剤に人体に対しての高い安全性を提供する、またその超撥水性コーティング剤からなる超撥水性コーティングに透明性を付与するため、環境や人体に優しい高分子接着剤であることが好ましい。例えば、ポリアクリル酸(PAA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルブチラール(PVB)等挙げられる。これらの水溶性接着剤と非水溶性接着剤は何れか1種を単独で用いてもよく、1種の水溶性接着剤と1種の非水溶性接着剤を組み合わせ用いても良い。超撥水性コーティング剤におけるシリカ粒子の分散性を持たせると共に、その超撥水性コーティング剤からなる超撥水性コーティングの耐久性を向上するため、本実施形態で用いられる高分子接着剤の分子量は、10000以上であることが好ましく,20000以上であることがより好ましい。ポリアクリル酸(PAA)を用いる場合、具体的な製品としては、東亜合成社製のジュリマーAC-10L、ジュリマーACー10H等挙げられる。ポリビニルブチラール(PVB)を用いる場合、具体的な製品としては、Kuraray社製のMowital B 30H、Mowital B 60H等挙げられる。 The adhesive (G) used in this embodiment is soluble in an alcoholic solvent (B) or water (C). And the durability of the super water-repellent coating can be improved by providing bonding force between the silica nanoparticles and the substrate surface. In addition, since the super water-repellent coating agent of the present embodiment provides high safety to the human body and imparts transparency to the super water-repellent coating made of the super water-repellent coating agent, it is friendly to the environment and the human body. Polymeric adhesives are preferred. Examples thereof include polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl butyral (PVB) and the like. Any one of these water-soluble adhesives and water-insoluble adhesives may be used alone, or one kind of water-soluble adhesive and one kind of water-insoluble adhesive may be used in combination. In order to impart the dispersibility of silica particles in the super water-repellent coating agent and improve the durability of the super water-repellent coating made of the super water-repellent coating agent, the molecular weight of the polymer adhesive used in this embodiment is It is preferably 10,000 or more, more preferably 20,000 or more. When polyacrylic acid (PAA) is used, specific products include Julimer AC-10L and Julimer AC-10H manufactured by Toagosei Co., Ltd. When polyvinyl butyral (PVB) is used, specific products include Mowital B 30H and Mowital B 60H manufactured by Kuraray.

本実施形態で用い接着剤(G)の使用方法は、水溶性接着剤に対して、例えば、ポリアクリル酸(PAA)の製品が水溶液ではなく、粉末である場合、事前にPAAの水溶液を調製しておくことが好ましい。前記PAA水溶液の質量濃度は2wt%以上であることが好ましく、5wt%以上であることがより好ましい。非水溶性接着剤に対しても、例えば、ポリビニルブチラール(PVB)が溶媒溶液ではなく粉末である場合、事前にPVBの溶媒溶液(例えば、エタノール)を調製しておくことが好ましい。PVBの溶媒溶液の質量濃度は5wt%以上であることが好ましく、10wt%以上であることがより好ましい。本実施形態において、接着剤(G)の添加量は増加すればするほど、調製した超撥水コーティングは、耐久性または密着性が向上するが、超撥水性と透明性を失ってしまう問題がある。従って、接着剤(G)の添加量は、超撥水性コーティング剤におけるシリカナノ粒子の配合質量に対して1.0~300.0wt%であることが好ましく、5.0~50.0wt%であることがより好ましい。本実施形態において、水溶性PAAを接着剤として用い、得られた超撥水性コーティングの耐水性は、PAAの添加量とシリカナノ粒子の表面特性に関係することを見出した。親水性シリカナノ粒子(例えば、日産化学社製のIPAーSTーUP)を原料として用いる場合、PAAの添加量は、最適添加量以下または以上の場合、得られた超撥水性コーティングは耐水性を持たないことを発見した。アルカリ性溶液において、PAA分子が完全にアニオン化し、エタノールと水の混和液に溶けなくなり、PAA分子がエタノール溶液に逆ミセルを形成することにより、PAAを用いた本実施形態で超撥水性コーティングは耐水性を得たと推定する。また、疎水性シリカナノ粒子(例えば、信越化学工業社製のQSG30)を原料として用いる場合、PAAの添加量に寄らず、得られた超撥水性コーティングは、耐水性を示さなかった。QSG30のシリカナノ粒子の表面が疎水性なので、PAAの疎水基はシリカナノ粒子の疎水表面に向くため、PAAの親水基(-COOH or -COO-)はエタノール溶液側に向くことになり、逆ミセルが形成できないと推定する。
<超撥水性コーティング剤の製造方法>
The method of using the adhesive (G) used in this embodiment is that, for a water-soluble adhesive, for example, if the polyacrylic acid (PAA) product is not an aqueous solution but a powder, an aqueous solution of PAA is prepared in advance. It is preferable to keep The mass concentration of the PAA aqueous solution is preferably 2 wt % or more, more preferably 5 wt % or more. Even for water-insoluble adhesives, for example, if polyvinyl butyral (PVB) is a powder rather than a solvent solution, it is preferable to prepare a PVB solvent solution (eg, ethanol) in advance. The mass concentration of the PVB solvent solution is preferably 5 wt % or more, more preferably 10 wt % or more. In the present embodiment, as the amount of the adhesive (G) added increases, the durability or adhesion of the prepared superhydrophobic coating improves, but there is a problem of loss of superhydrophobicity and transparency. be. Therefore, the amount of the adhesive (G) to be added is preferably 1.0 to 300.0 wt%, more preferably 5.0 to 50.0 wt%, relative to the compounded mass of the silica nanoparticles in the superhydrophobic coating agent. is more preferable. In this embodiment, water-soluble PAA was used as an adhesive, and it was found that the water resistance of the obtained superhydrophobic coating is related to the amount of PAA added and the surface properties of silica nanoparticles. When using hydrophilic silica nanoparticles (for example, IPA-ST-UP manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) as a raw material, the amount of PAA added is less than or greater than the optimum amount, and the resulting super water-repellent coating is water resistant. I discovered that I didn't have it. In an alkaline solution, the PAA molecules are completely anionized and become insoluble in a mixed solution of ethanol and water, and the PAA molecules form reverse micelles in the ethanol solution. presumed to have sex. Moreover, when hydrophobic silica nanoparticles (for example, QSG30 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) were used as raw materials, the resulting super water-repellent coating did not exhibit water resistance regardless of the amount of PAA added. Since the surface of the silica nanoparticles of QSG30 is hydrophobic, the hydrophobic groups of PAA face the hydrophobic surface of the silica nanoparticles, so the hydrophilic groups of PAA (-COOH or -COO-) face the ethanol solution side, and the reverse micelle is formed. Assume that it cannot be formed.
<Method for producing super water-repellent coating agent>

図2は、本実施形態に係る超撥水性コーティング剤の製造方法の一例を示すフロー図である。 FIG. 2 is a flowchart showing an example of a method for producing a super water-repellent coating agent according to this embodiment.

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤の製造方法、製造容器にアルコール系溶媒(B)を加え、溶媒を攪拌しながら、シリカナノ粒子(A)を加え、分散させる第一工程と、上記第一工程からなる分散液を攪拌しながら、第1シラン(D)と第2シラン(E)を加え、溶解させる第二工程と、上記第二工程からなる分散液を攪拌しながら、水(C)と接着剤(G)と触媒(F)を加える第三工程を含む。 A method for producing a super water-repellent coating agent according to the present embodiment, a first step of adding an alcohol-based solvent (B) to a production vessel, adding silica nanoparticles (A) while stirring the solvent, and dispersing them; A second step of adding and dissolving the first silane (D) and the second silane (E) while stirring the dispersion liquid consisting of the steps, and water (C) while stirring the dispersion liquid consisting of the second step. and a third step of adding an adhesive (G) and a catalyst (F).

本実施形態の前記製造方法における各工程の原料投入順は、特に限定されないが、前記製造方法の第二工程において、第1シラン(D)→第2シラン(E)の順であることが好ましい。前記製造方法の第三工程において、水(C)→接着剤(G)→触媒(F)の順であることが好ましい。 The order of adding raw materials in each step in the production method of the present embodiment is not particularly limited, but in the second step of the production method, the order of the first silane (D) → the second silane (E) is preferable. . In the third step of the manufacturing method, it is preferable that the order is water (C)→adhesive (G)→catalyst (F).

本実施形態の前記製造方法における三つの工程において、攪拌方法又は攪拌装置は特に限定されない。磁石を封入しテフロン等でコーティングした攪拌子を容器の外部から回転する磁界で動力を伝達するマグネチックスターラーと呼ばれる攪拌装置を用いてもよく、棒・板・プロペラ状の攪拌子を用いた軸を介して攪拌するメカニカルスターラーと呼ばれる攪拌装置を用いてもよい。 In the three steps in the manufacturing method of the present embodiment, the stirring method or stirring device is not particularly limited. A stirrer called a magnetic stirrer may be used, in which a stirrer coated with Teflon or the like containing a magnet is rotated from the outside of the container to transmit power by a magnetic field. A stirrer called a mechanical stirrer that stirs via a stirrer may be used.

本実施形態の前記製造方法における三つの工程において、攪拌方法又は攪拌装置は特に限定されないが、攪拌速度は、シリカナノ粒子の分散性と、第1シラン(D)と第2シラン(E)の加水分解速度と脱水縮合速度に大きな影響を及ぼすため、制御することが必要である。マグネチックスターラーを用いる場合、200ml三角ビーカーを容器として用い、本実施形態の超撥水性コーティング剤80gを製造するためには、サイズΦ8×30mmの攪拌子を用いた場合、攪拌速度が400rpm以上であることが好ましく、800rpm以上であることがより好ましい。メカニカルスターラー或いは機械攪拌機を用いる場合、2000mlのポリボトル(Φ126×254mm)を容器として用い、超撥水性コーティング剤1000gを製造するためには、回転時の羽根幅が100mmの可動2枚羽根攪拌棒を用いれば、攪拌速度が200rpm以上であることが好ましく、400rpm以上であることがより好ましい。 In the three steps of the production method of the present embodiment, the stirring method or stirring device is not particularly limited, but the stirring speed depends on the dispersibility of the silica nanoparticles and the hydration of the first silane (D) and the second silane (E). It has a great influence on the decomposition rate and the dehydration condensation rate, so it needs to be controlled. When a magnetic stirrer is used, a 200 ml triangular beaker is used as a container, and in order to produce 80 g of the super water-repellent coating agent of this embodiment, when a stirrer with a size of Φ8×30 mm is used, the stirring speed is 400 rpm or more. It is preferably 800 rpm or more, more preferably 800 rpm or more. When using a mechanical stirrer or a mechanical stirrer, a 2000 ml plastic bottle (Φ126 x 254 mm) is used as a container, and in order to produce 1000 g of the super water-repellent coating agent, a movable two-bladed stirrer with a blade width of 100 mm during rotation is used. If used, the stirring speed is preferably 200 rpm or higher, more preferably 400 rpm or higher.

本実施形態の前記製造方法の第一工程において、シリカナノ粒子を加えてから、シリカナノ粒子を溶媒に十分に分散させるため、攪拌時間は、5分以上であることが好ましく、10分以上であることがより好ましい。前記製造方法の第二工程において、第1シラン(D)と第2シラン(E)を加えてから、前記第一工程からなるシリカナノ粒子の溶媒分散液に前記二つのシランを完全に溶解させるため、攪拌時間は、5分以上であることが好ましく、10分以上であることがより好ましい。前記製造方法の第三工程は、前記シランの加水分解・縮合を起こすことにより、シリカナノ粒子の表面を化学修飾する工程で、前記シランの加水分解と縮合反応を完了させるため、攪拌時間は、12時間以上であることが好ましく、24時間以上であることがより好ましい。前記シランの加水分解・縮合反応は不十分であれば、製造したコーティング剤から形成したコーティングは超撥水性が得られない恐れがある。 In the first step of the production method of the present embodiment, after the silica nanoparticles are added, the stirring time is preferably 5 minutes or longer, more preferably 10 minutes or longer, in order to sufficiently disperse the silica nanoparticles in the solvent. is more preferred. In the second step of the production method, after adding the first silane (D) and the second silane (E), the two silanes are completely dissolved in the solvent dispersion of silica nanoparticles in the first step. , the stirring time is preferably 5 minutes or longer, more preferably 10 minutes or longer. The third step of the production method is a step of chemically modifying the surface of the silica nanoparticles by hydrolyzing and condensing the silane. It is preferably at least 1 hour, more preferably at least 24 hours. If the hydrolysis/condensation reaction of the silane is insufficient, the coating formed from the produced coating agent may not have super water repellency.

本実施形態の前記製造方法の全ての工程における温度条件は、特に限定されない。常温であってもよく、60℃まで加温してもよい。 Temperature conditions in all steps of the manufacturing method of the present embodiment are not particularly limited. It may be room temperature, or may be heated up to 60°C.

また、本実施形態の前記製造方法の工程順は、第一工程→第二工程→第三工程の順に限定されない。第一工程→第三工程→第二工程の順で本実施形態における超撥水性コーティングを製造することができる。前記第一工程→第三工程→第二工程の順で本発明の超撥水性コーティングを製造する場合、第1シラン(D)と第2シラン(E)を加える工程において、第1シラン(D)と第2シラン(E)の添加速度をそれぞれ遅らせて加えることが好ましい。例えば、前記超撥水性コーティング剤の製造量が1000kgである場合、第1シラン(D)と第2シラン(E)の添加速度はそれぞれに2.5L/hと0.9L/h以下であることが好ましく、1.5L/hと0.5L/h以下であることがより好ましい。 In addition, the order of steps in the manufacturing method of the present embodiment is not limited to the order of first step→second step→third step. The super water-repellent coating in this embodiment can be manufactured in the order of the first step→the third step→the second step. When the superhydrophobic coating of the present invention is produced in the order of the first step → third step → second step, in the step of adding the first silane (D) and the second silane (E), the first silane (D ) and the second silane (E) are preferably added at slow rates. For example, when the production amount of the super water-repellent coating agent is 1000 kg, the addition rates of the first silane (D) and the second silane (E) are 2.5 L/h and 0.9 L/h or less, respectively. 1.5 L/h and more preferably 0.5 L/h or less.

また、本実施形態の前記製造方法において、アンモニア水をシランの加水分解用触媒(F)として用いる場合、必要に応じて上記第三工程により得られた超撥水性コーティング剤のアンモニア臭を取り除くための第四工程と呼ばれる除臭工程を加えることができる。除臭方法は、特に限定されないが、キャリアガスを用いた液体材料容器内の液体を気化するアンモニアストリッピング法と呼ばれるバブリング方式であることが好ましい。前記バブリング方法による除臭工程においての操作温度は、特に限定されないが、30℃上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましい。 In the production method of the present embodiment, when aqueous ammonia is used as the catalyst (F) for hydrolysis of silane, it is necessary to remove the ammonia odor from the superhydrophobic coating agent obtained in the third step. A deodorizing step called the fourth step of can be added. Although the deodorization method is not particularly limited, it is preferably a bubbling method called an ammonia stripping method in which a carrier gas is used to vaporize the liquid in the liquid material container. The operating temperature in the deodorizing step by the bubbling method is not particularly limited, but is preferably above 30°C, more preferably above 50°C.

図3は、本実施形態の製造方法により、製造した超撥水性コーティングの一例を示すサンプルの外観様子写真である。 FIG. 3 is a photograph of the appearance of a sample showing an example of a super water-repellent coating produced by the production method of the present embodiment.

本実施形態の製造方法により、製造した超撥水性コーティング剤は、保管中沈殿或いは相分離が発生することがあるが、手動で振り混ぜるだけで十分に再分散できることを特徴とする。 The superhydrophobic coating agent produced by the production method of the present embodiment may undergo precipitation or phase separation during storage.

また、本実施形態の製造方法により、製造した超撥水性コーティング剤は、両親媒性を有することで、任意の形状のガラス、陶磁器、磁器タイル、焼成タイル、金属、木材、プラスチック、紙、及び布等の表面に超撥水性コーティングを形成することができる。更に、前記様々の基材表面に形成した超撥水性コーティングは、透明性と耐久性を有することを特徴とする。
<超撥水性コーティングの形成方法>
In addition, the super water-repellent coating agent produced by the production method of the present embodiment has amphipathic properties, so that it can be used in any shape of glass, ceramics, porcelain tiles, baked tiles, metals, wood, plastics, paper, and A superhydrophobic coating can be formed on the surface of a cloth or the like. Further, the superhydrophobic coatings formed on the surfaces of the various substrates are characterized by transparency and durability.
<Method for forming superhydrophobic coating>

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤により、超撥水性コーティングを形成する方法は非常に簡単で、ワンステップ塗布で、高温の乾燥若しくは加熱などが必要なく自然乾燥で使用可能なことを特徴とする。 The method of forming a super water-repellent coating using the super water-repellent coating agent according to the present embodiment is very simple, and is characterized by a one-step coating that can be used by natural drying without the need for high-temperature drying or heating. do.

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤により、超撥水性コーティング剤の塗布方法は、特に限定されないが、スプレー塗布であることが好ましい。具体的なスプレー塗布方法としては、例えば、スプレーボトル、スプレー缶(エアゾール式)、スプレーガン等挙げられる。 Although the method of applying the super water-repellent coating agent according to the present embodiment is not particularly limited, it is preferably spray coating. Specific spray application methods include, for example, a spray bottle, a spray can (aerosol type), and a spray gun.

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤により形成した超撥水性コーティングの乾燥条件は、特に限定されない。自然乾燥であってもよく、ドライヤーであってもよく、乾燥装置であってもよい。自然乾燥である場合、乾燥時間は、4時間以上であることが好ましく、8時間以上であることがより好ましく、24時間であることが最も好ましい。 The conditions for drying the super water-repellent coating formed from the super water-repellent coating agent according to this embodiment are not particularly limited. It may be natural drying, a dryer, or a drying apparatus. In the case of natural drying, the drying time is preferably 4 hours or longer, more preferably 8 hours or longer, and most preferably 24 hours.

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤により、スプレー塗布方法で超撥水性コーティングを形成するためにスプレー回数は、対象素材と表面状態により異なることがある。緻密で平滑性の高い表面は、多孔質で凹凸がある表面より、超撥水性コーティングを形成するまでのスプレー回数は少ない。例えば、ガラスやセラミックタイルを塗布する場合、同じ箇所でスプレー回数は6以上であることが好ましい。段ボールや木材表面を塗布する場合、同じ箇所でスプレー回数は12以上であることが好ましい。
<超撥水性コーティン剤を用いた玩具>
In order to form a super water-repellent coating by a spray coating method using the super water-repellent coating agent according to this embodiment, the number of times of spraying may vary depending on the target material and surface condition. A dense, smooth surface requires fewer sprays to form a superhydrophobic coating than a porous, uneven surface. For example, when coating glass or ceramic tiles, it is preferable that the number of times of spraying is 6 or more in the same place. When applying to a corrugated board or wood surface, it is preferable that the number of times of spraying is 12 or more in the same place.
<Toys using super water-repellent coating agent>

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤は、フッ素成分が含まれず、健康に有害で刺激臭がする石油系溶剤が含まれず、様々な基材表面に超撥水性コーティングを容易に形成することを特徴とし、遊ぶための水玉を形成する超撥水性コーティングの作製に適用する。 The super water-repellent coating agent according to the present embodiment does not contain a fluorine component, does not contain a petroleum-based solvent that is harmful to health and has an irritating odor, and can easily form a super water-repellent coating on various substrate surfaces. It is characterized and applied to make a super water-repellent coating that forms polka dots to play with.

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤を用いた玩具は、少なくとも超撥水性コーティング剤(T1)と、塗布道具(T2)と、点滴道具(T3)と、着色溶液(T4)を含むものであるが、これらに限定されるものではない。 A toy using the super water-repellent coating agent according to the present embodiment includes at least a super water-repellent coating agent (T1), an application tool (T2), an infusion tool (T3), and a coloring solution (T4). , but not limited to these.

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤を用いた玩具において、前記塗布道具(T2)の素材と形状は、特に限定されない。任意の形状のガラス、陶磁器、磁器タイル、焼成タイル、金属、木材、段ボール、プラスチック、及び布等の表面に超撥水性コーティングを形成することができる。水玉を遊ぶ道具の(T2)の形状としては、シンプルな表面であってもよく、球体の形であってもよく、人形の形であってもよく(衣服に対して水玉を弾くことを体験する場合)、複雑な迷路の形であってもよい。 In the toy using the super water-repellent coating agent according to this embodiment, the material and shape of the applicator (T2) are not particularly limited. A superhydrophobic coating can be formed on surfaces such as glass, ceramics, porcelain tiles, fired tiles, metals, wood, cardboard, plastics, and fabrics of any shape. The shape of (T2) of the tool for playing with polka dots may be a simple surface, a sphere, or a doll. ), it may be in the form of a complex maze.

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤を用いた玩具において、前記点滴道具(T3)は、特に限定されない。断続的に溶液を滴下し、前記塗布道具(T2)に塗布した超撥水性コーティングの上に水玉を形成すれば、どんな点滴方法であってもよい。具体的点滴方法としては、例えば、スポイト、注射器、点滴瓶など挙げられる。 In the toy using the superhydrophobic coating agent according to the present embodiment, the infusion tool (T3) is not particularly limited. Any dripping method may be used as long as the solution is dripped intermittently to form droplets on the superhydrophobic coating applied to the coating tool (T2). Specific infusion methods include, for example, a dropper, a syringe, and an infusion bottle.

本実施形態に係る超撥水性コーティング剤を用いた玩具において、前記着色溶液(T4)は、イエロー(黄色、Yellow)と、マゼンタ(赤紫、Magenta)と、シアン(青緑、Cyan)の色材の三原色の着色溶液があることがより好ましい。これらの三原色の着色溶液は、着色料から調製することができる。着色溶液の調製方法としては、例えば、食用青色1号と、食用赤色105号と、食用黄色4号をそれぞれに質量濃度0.565wt%と、0.423wt%と、0.571wt%で水に溶解すれば、イエローと、マゼンタと、シアン溶液を得ることができる。 In the toy using the super water-repellent coating agent according to the present embodiment, the coloring solution (T4) includes yellow, magenta, and cyan colors. More preferably there is a coloring solution of the three primary colors of the material. These three primary colored solutions can be prepared from colorants. As a method for preparing the coloring solution, for example, Food Blue No. 1, Food Red No. 105, and Food Yellow No. 4 are added to water at mass concentrations of 0.565 wt%, 0.423 wt%, and 0.571 wt%, respectively. When dissolved, yellow, magenta and cyan solutions can be obtained.

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお実施例の詳細な配合比は、評価結果とともに表1~3と図4~11に後述する。
<超撥水性コーティング剤の作製及び超撥水性コーティングの形成>
EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these. Detailed compounding ratios in Examples will be described later in Tables 1 to 3 and FIGS. 4 to 11 together with evaluation results.
<Preparation of super water-repellent coating agent and formation of super water-repellent coating>

マグネチックスターラーに200ml三角ビーカーを載せ、ミックスエタノールNP(B)81.48gを溶媒として加え、イオン交換水(C)13.06gとアンモニア水(F)2.35gを加え、攪拌速度800rpmで前記混合液を10min攪拌してから、コロイダルシリカIPA-ST-UP(A)2.61gを加え、前記同じ攪拌速度で10min攪拌してから、TEOS(D)0.37gとDDTMS(E)0.13gを加え、常温で24h攪拌することにより、超撥水性コーティング剤を作製した。基材としたスライドガラス(75mm×25mm)は超音波でエタノールで洗浄し、120℃で乾燥した。前記作製した超撥水性コーティング剤0.5mlをスポイトでスライドガラス表面に塗り広げて、40℃で30min乾燥し、スライドガラス表面のコーティングを得た。 Place a 200 ml triangular beaker on a magnetic stirrer, add 81.48 g of mixed ethanol NP (B) as a solvent, add 13.06 g of ion-exchanged water (C) and 2.35 g of ammonia water (F), and stir at a stirring speed of 800 rpm. After stirring the mixture for 10 min, 2.61 g of colloidal silica IPA-ST-UP (A) was added, and after stirring for 10 min at the same stirring speed, 0.37 g of TEOS (D) and 0.3 g of DDTMS (E) were added. A super water-repellent coating agent was prepared by adding 13 g and stirring at room temperature for 24 hours. A slide glass (75 mm x 25 mm) used as a substrate was cleaned with ethanol using ultrasonic waves and dried at 120°C. 0.5 ml of the superhydrophobic coating agent prepared above was spread on the surface of the slide glass with a dropper and dried at 40° C. for 30 minutes to obtain a coating on the surface of the slide glass.

実施1に対して、イオン交換水(C)とアンモニア水(F)の投入をコロイダルシリカIPA-ST-UPの投入後に変更して超撥水性コーティング剤を作製した。 A superhydrophobic coating agent was prepared by changing the addition of ion-exchanged water (C) and ammonia water (F) to the addition of colloidal silica IPA-ST-UP in contrast to Example 1.

実施例2に対して、TEOS(D)とDDTMS(E)の投入をイオン交換水(C)とアンモニア水(F)の投入後に変更して超撥水性コーティング剤を作製した。 A superhydrophobic coating agent was prepared by changing the addition of TEOS (D) and DDTMS (E) to after addition of ion-exchanged water (C) and ammonia water (F) in contrast to Example 2.

実施例2に対して、5wt%ジュリマーACー10L0.78gを接着剤(G)として、超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して10wt%加え、超撥水性コーティング剤を作製した。 In addition to Example 2, 0.78 g of 5 wt% Jurimer AC-10L was added as an adhesive (G), and 10 wt% was added to the silica nanoparticles (solid content) in the super water-repellent coating agent composition to form a super water-repellent coating agent. made.

実施例4に対して、TEOS(D)とDDTMS(E)の投入をイオン交換水(C)とアンモニア水(F)の投入後に変更して超撥水性コーティング剤を作製した。 A superhydrophobic coating agent was prepared by changing the addition of TEOS (D) and DDTMS (E) to after addition of ion-exchanged water (C) and ammonia water (F) in contrast to Example 4.

実施例5に対して、スプレーボトルを用いるスプレー塗布方法に変更し、スライドガラス表面へのコーティングを作製した。 The method of Example 5 was changed to a spray coating method using a spray bottle to prepare a coating on the slide glass surface.

実施例5に対して、5wt%ジュリマーACー10Lを接着剤(G)として、超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して1wt%まで減らし、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 5, 5 wt% Jurimer AC-10L was used as an adhesive (G), and the amount was reduced to 1 wt% with respect to the silica nanoparticles (solid content) in the super water-repellent coating composition to produce a super water-repellent coating agent. bottom.

実施例5に対して、5wt%ジュリマーACー10Lを接着剤(G)として、超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して50wt%まで増やして、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 5, 5 wt% Julimer AC-10L was used as an adhesive (G) and increased to 50 wt% with respect to the silica nanoparticles (solid content) in the super water-repellent coating agent composition to form a super water-repellent coating agent. made.

実施例5に対して、5wt%ジュリマーACー10Lを接着剤(G)として、超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して100wt%まで減らし、超撥水性コーティング剤を作製した。 In contrast to Example 5, 5 wt% Julimer AC-10L was used as an adhesive (G), and the amount was reduced to 100 wt% with respect to the silica nanoparticles (solid content) in the super water-repellent coating agent composition to produce a super water-repellent coating agent. bottom.

実施例9に対して、TEOS(D)とDDTMS(E)の配合総量は同じにして、TEOS(D)とDDTMS(E)の質量比を2.8から1.6に変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。 In contrast to Example 9, the total amount of TEOS (D) and DDTMS (E) was the same, and the mass ratio of TEOS (D) and DDTMS (E) was changed from 2.8 to 1.6. A water-repellent coating agent was produced.

実施例9に対して、TEOS(D)とDDTMS(E)の配合総量は同じにして、TEOS(D)とDDTMS(E)の質量比を2.8から1.0に変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 9, the total amount of TEOS (D) and DDTMS (E) was the same, and the mass ratio of TEOS (D) and DDTMS (E) was changed from 2.8 to 1.0. A water-repellent coating agent was produced.

実施例9に対して、TEOS(D)が同じでDDTMS(E)の配合量を5倍に変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。 A super water-repellent coating agent was prepared by changing the amount of DDTMS (E) to 5 times that of Example 9 with the same TEOS (D).

実施例9に対して、TEOS(D)が同じでDDTMS(E)の配合量を10倍に変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。 A super water-repellent coating agent was prepared by changing the amount of DDTMS (E) to 10 times that of Example 9 with the same TEOS (D).

実施例5に対して、5wt%ジュリマーACー10L0.78gを接着剤(G)として加えた以外、10wt%Mowital B 30Hエタノール溶液0.39gを接着剤(G)として加え、接着剤(G)の配合総量が超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して20wt%にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 0.39 g of 10 wt% Mowital B 30H ethanol solution was added as adhesive (G), except that 0.78 g of 5 wt% Jurimer AC-10L was added as adhesive (G) to Example 5. was adjusted to 20 wt % based on the silica nanoparticles (solid content) in the super water-repellent coating composition to prepare a super water-repellent coating agent.

実施例14に対して、イオン交換水(C)の配合量を減らし、エタノール(B)と水(C)の体積比を7.3から9.2にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 14, the amount of ion-exchanged water (C) was reduced, and the volume ratio of ethanol (B) and water (C) was changed from 7.3 to 9.2 to prepare a super water-repellent coating agent. .

実施例14に対して、5wt%ジュリマーACー10Lを接着剤(G)として加えず、接着剤(G)の配合総量が同じで、10wt%Mowital B 30Hエタノール溶液0.78gを単独で加えて、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 14, 5 wt% Jurimer AC-10L was not added as adhesive (G), the total amount of adhesive (G) was the same, and 0.78 g of 10 wt% Mowital B 30H ethanol solution was added alone. , a superhydrophobic coating agent was prepared.

実施例16に対して、イオン交換水(C)の配合量を減らし、エタノール(B)と水(C)の体積比を7.3から9.1にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 16, the amount of ion-exchanged water (C) was reduced, and the volume ratio of ethanol (B) and water (C) was changed from 7.3 to 9.1 to prepare a super water-repellent coating agent. .

実施例14に対して、5wt%ジュリマーACー10Lの配合量が同じで、10wt%Mowital B 30Hエタノール溶液の配合量を4倍にして、接着剤(G)の配合総量が超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して50wt%にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 14, the blending amount of 5 wt% Jurymer AC-10L was the same, the blending amount of 10 wt% Mowital B 30H ethanol solution was quadrupled, and the total blending amount of adhesive (G) was a super water-repellent coating agent. A super water-repellent coating agent was prepared with 50 wt % of the silica nanoparticles (solid content) in the composition.

実施例15に対して、5wt%ジュリマーACー10Lの配合量が同じで、10wt%Mowital B 30Hエタノール溶液の配合量を9倍にして、接着剤(G)の配合総量が超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して100wt%にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 15, the blending amount of 5 wt% Jurymer AC-10L was the same, the blending amount of 10 wt% Mowital B 30H ethanol solution was increased by 9 times, and the total amount of adhesive (G) blended was a super water-repellent coating agent. A super water-repellent coating agent was prepared with 100 wt % of the silica nanoparticles (solid content) in the composition.

実施例19に対して、イオン交換水(C)の配合量を増やし、エタノール(B)と水(C)の体積比を9.2から7.3にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 19, the amount of ion-exchanged water (C) was increased, and the volume ratio of ethanol (B) and water (C) was changed from 9.2 to 7.3 to prepare a super water-repellent coating agent. .

実施例19に対して、イオン交換水(C)の配合量を増やし、エタノール(B)と水(C)の体積比を9.2から6.0にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 19, the amount of ion-exchanged water (C) was increased, and the volume ratio of ethanol (B) and water (C) was changed from 9.2 to 6.0 to prepare a super water-repellent coating agent. .

実施例19に対して、イオン交換水(C)の配合量を増やし、エタノール(B)と水(C)の体積比を9.2から5.1にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 19, the amount of ion-exchanged water (C) was increased, and the volume ratio of ethanol (B) and water (C) was changed from 9.2 to 5.1 to prepare a super water-repellent coating agent. .

実施例5に対して、第2シランとしてのDDTMS(E)をHDTMSに変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。 In contrast to Example 5, DDTMS (E) as the second silane was changed to HDTMS to prepare a super water-repellent coating agent.

実施例5に対して、第2シランとしてのDDTMS(E)をODTMSに変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。 In contrast to Example 5, DDTMS (E) as the second silane was changed to ODTMS to prepare a super water-repellent coating agent.

実施例21に対して、接着剤(G)として10wt%Mowital B 60Hエタノール溶液0.39gを単独で加え、その配合量が超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して10wt%にして、超撥水性コーティング剤を作製した。スプレーボトルを用いるスプレー塗布方法に変更し、スライドガラス表面へのコーティングを作製した。 To Example 21, 0.39 g of a 10 wt% Mowital B 60H ethanol solution was added alone as an adhesive (G), and the blend amount was 10 wt relative to the silica nanoparticles (solid content) in the super water-repellent coating composition. % to prepare a super water-repellent coating agent. A coating was prepared on the slide glass surface by changing to a spray coating method using a spray bottle.

実施例25に対して、接着剤(G)として10wt%Mowital B 60Hエタノール溶液の配合量を3倍にして、その配合量が超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して30wt%にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 Compared to Example 25, the amount of 10 wt% Mowital B 60H ethanol solution as the adhesive (G) was tripled, and the amount was equal to the silica nanoparticles (solid content) in the super water-repellent coating composition. A super water-repellent coating agent was prepared with 30 wt %.

実施例25に対して、接着剤(G)として10wt%Mowital B 60Hエタノール溶液の配合量を5倍にして、その配合量が超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して50wt%にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 With respect to Example 25, the amount of 10 wt% Mowital B 60H ethanol solution as the adhesive (G) was increased by 5 times, and the amount of silica nanoparticles (solid content) in the super water-repellent coating composition A super water-repellent coating agent was prepared with 50 wt %.

実施例27に対して、接着剤(G)として10wt%Mowital B 60Hエタノール溶液のを10wt%Mowital B 30Hエタノール溶液に変更し、その配合量が超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して100wt%にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 In contrast to Example 27, the 10 wt% Mowital B 60H ethanol solution as the adhesive (G) was changed to a 10 wt% Mowital B 30H ethanol solution, and the amount of silica nanoparticles in the super water-repellent coating composition (solid content ) to 100 wt % to prepare a super water-repellent coating agent.

実施例28に対して、スライドガラス表面へのコーティング乾燥は、40℃×30minではなく、常温で4hに変更した。 In contrast to Example 28, the drying of the coating on the surface of the slide glass was changed from 40° C.×30 min to 4 hours at room temperature.

実施例25に対して、コロイダルシリカIPA-ST-UP(A)、TEOS(D)及びODTMS(E)の配合量を同時に2倍にして、超撥水性コーティング剤を作製した。スライドガラス表面へのコーティング方法はスポイトで塗り広げる方法に変更した。 A super water-repellent coating agent was prepared by simultaneously doubling the blending amounts of colloidal silica IPA-ST-UP (A), TEOS (D) and ODTMS (E) relative to Example 25. The method of coating the surface of the slide glass was changed to the method of spreading with a dropper.

実施例30に対して、コロイダルシリカIPA-ST-UP(A)、TEOS(D)及びODTMS(E)の配合量を同時に2.5倍にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 A superhydrophobic coating agent was prepared by simultaneously increasing the blending amounts of colloidal silica IPA-ST-UP (A), TEOS (D) and ODTMS (E) to 2.5 times that of Example 30.

実施例5に対して、溶媒(B)としてミックスエタノールNPを99.5%エタノールに変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。 In contrast to Example 5, a superhydrophobic coating agent was produced by changing the mixed ethanol NP as the solvent (B) to 99.5% ethanol.

実施例5に対して、第2シラン(D)としてのTEOSをTMOSに変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。 A superhydrophobic coating agent was produced by changing TEOS as the second silane (D) to TMOS in contrast to Example 5.

実施例5に対して、溶媒(B)としてのミックスエタノールNPをIPAに変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。スライドガラス表面へのコーティングは、40℃で1h乾燥をした。 In contrast to Example 5, a superhydrophobic coating agent was produced by changing the mixed ethanol NP as the solvent (B) to IPA. The coating on the slide glass surface was dried at 40° C. for 1 hour.

実施例34に対して、接着剤(G)としての5wt%ジュリマーACー10Lを10wt%Mowital B 30Hエタノール溶液に変更し、その配合量が超撥水性コーティング剤組成物におけるシリカナノ粒子(固形分)に対して100wt%にして、超撥水性コーティング剤を作製した。 In contrast to Example 34, 5 wt% Jurimer AC-10L as the adhesive (G) was changed to 10 wt% Mowital B 30H ethanol solution, and the amount of silica nanoparticles (solid content) in the super water-repellent coating composition was changed. to 100 wt% to prepare a super water-repellent coating agent.

実施例6において、素材としてスライドガラスの代わりに、タイル、木材、段ボール、SUS304、アクリル樹脂を用いて、超撥水性コーティングを作製した。表2に示すように、すべての基材は、密着性がよく、耐水性と透明性を有する均一的な超撥水性コーティングを得た。 In Example 6, tiles, wood, corrugated cardboard, SUS304, and acrylic resin were used as materials in place of the slide glass to produce a super water-repellent coating. As shown in Table 2, all substrates gave uniform superhydrophobic coatings with good adhesion, water resistance and transparency.

(比較例1)
実施例5に対して、シラン(D)とシラン(E)の加水分解触媒(F)とし、アンモニア水の代わりに1M硝酸を用い、超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative example 1)
In contrast to Example 5, a super water-repellent coating agent was prepared by using silane (D) and silane (E) as a hydrolysis catalyst (F) and using 1M nitric acid instead of aqueous ammonia.

(比較例2)
実施例5に対して、攪拌速度を800rpmから400rpmに変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative example 2)
Compared to Example 5, the stirring speed was changed from 800 rpm to 400 rpm to prepare a super water-repellent coating agent.

(比較例3)
実施例5に対して、攪拌時間を24hから4hに変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 3)
A superhydrophobic coating agent was prepared by changing the stirring time from 24 hours to 4 hours in comparison with Example 5.

(比較例4)
実施例5に対して、接着剤(G)としての5wt%ジュリマーACー10Lを5wt%PVAに変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 4)
A super water-repellent coating agent was prepared by replacing 5 wt % Julimer AC-10L as the adhesive (G) with 5 wt % PVA in contrast to Example 5.

(比較例5)
実施例5に対して、接着剤(G)としての5wt%ジュリマーACー10Lを5wt%PVPに変更して、超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 5)
A super water-repellent coating agent was prepared in Example 5 by changing 5 wt % Julimer AC-10L as the adhesive (G) to 5 wt % PVP.

(比較例6)
実施例1に対して、第2シラン(E)としてのDDTMSの代わりに、DDTESを用いて超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 6)
In contrast to Example 1, DDTES was used as the second silane (E) instead of DDTMS to produce a super water-repellent coating agent.

(比較例7)
比較例1に対して、第1シラン(D)と第2シラン(E)として、TEOSとDDTMSの代わりに、それぞれにTMOSとDDTESを用いて、超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 7)
In contrast to Comparative Example 1, a superhydrophobic coating agent was prepared by using TMOS and DDTES as the first silane (D) and the second silane (E) instead of TEOS and DDTMS, respectively.

(比較例8)
実施例1に対して、シリカナノ粒子(A)としてのIPA-ST-UPの代わりにIPA-ST-ZLを用いて超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 8)
In contrast to Example 1, IPA-ST-ZL was used as the silica nanoparticles (A) instead of IPA-ST-UP to prepare a super water-repellent coating agent.

(比較例9)
実施例1に対して、シリカナノ粒子(A)としてのIPA-ST-UPの代わりにIPA-STを用いて超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 9)
In contrast to Example 1, IPA-ST was used as the silica nanoparticles (A) instead of IPA-ST-UP to prepare a super water-repellent coating agent.

(比較例10)
実施例1~35に対して、シリカナノ粒子(A)としての親水性シリカナノ粒子IPA-ST-UPの代わりに疎水性シリカナノ粒子QSG170を用いて、マグネチックスターラーに200ml三角ビーカーを載せ、ミックスエタノールNP43.58gを溶媒(B)として加え、攪拌速度800rpmで攪拌しながら、QSG170 0.56gを加え分散さえることにより、超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 10)
For Examples 1 to 35, using hydrophobic silica nanoparticles QSG170 instead of hydrophilic silica nanoparticles IPA-ST-UP as silica nanoparticles (A), place a 200 ml triangular beaker on a magnetic stirrer, and mix ethanol NP43. 0.58 g was added as a solvent (B), and while stirring at a stirring speed of 800 rpm, 0.56 g of QSG170 was added and dispersed to prepare a super water-repellent coating agent.

(比較例11)
比較例10に対して、シリカナノ粒子(A)としてのQSG170の代わりにQSG30を用いて超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 11)
In contrast to Comparative Example 10, a super water-repellent coating agent was produced using QSG30 instead of QSG170 as the silica nanoparticles (A).

(比較例12)
比較例11に対して、接着剤(G)として10wt%Mowital B 30Hエタノール溶液0.55gを加えて超撥水性コーティング剤を作製した。
(Comparative Example 12)
To Comparative Example 11, 0.55 g of a 10 wt % Mowital B 30H ethanol solution was added as an adhesive (G) to prepare a super water-repellent coating agent.

評価evaluation

実施例1~36及び比較例1~12において、塗布したスライド表面のコーティングの均一性、耐水性、密着性及び透明性は、下記の通りに、S、A、Bの3段階の評価基準に従って評価した。コーティングの撥水性は、S、A、B、なしの4段階の評価基準に従って評価した。 In Examples 1 to 36 and Comparative Examples 1 to 12, the uniformity, water resistance, adhesion and transparency of the coating on the applied slide surface were evaluated according to the following three-level evaluation criteria of S, A, and B. evaluated. The water repellency of the coating was evaluated according to a four-grade scale of S, A, B, and none.

<コーティングの均一性>
〈S〉:コーティングされていない箇所また白いムラが認められない
〈A〉:コーティングされていない箇所また白いムラが若干あるが、目立たない
〈B〉:コーティングされていない箇所また白いムラが目立つ
<Coating Uniformity>
<S>: Uncoated areas and white unevenness are not observed <A>: Uncoated areas and white unevenness are slightly observed, but not noticeable <B>: Uncoated areas and white unevenness are conspicuous

<コーティングの耐水性>
〈あり〉:水滴をコーティングに載せ、10min経過しても、コーティングが溶けず、水滴の形が崩れない
〈なし〉:水滴をコーティングに載せ、10min経過すると、コーティングが溶け、水滴の形が崩れてしまう
<Water resistance of coating>
<Yes>: Even after 10 minutes have passed after a water droplet is placed on the coating, the coating does not dissolve and the shape of the water droplet does not change. end up

<コーティングの密着性>
〈S〉:指先で擦ってもコーティングが落ちない
〈A〉:指先で擦るとコーティングが落ちるが、粘着テープで殆ど落ちない
〈B〉:指先で軽く触るとコーティングが落ちる、粘着テープで落ちることが明確に認められる
<Coating Adhesion>
<S>: Coating does not come off when rubbed with fingertips <A>: Coating comes off when rubbed with fingertips, but hardly comes off with adhesive tape <B>: Coating comes off when lightly touched with fingertips, can be removed with adhesive tape is clearly recognized

<コーティングの透明性>
〈S〉:黒色背景とした紙に書いている白い文字が綺麗に見える、また基材の本来の色と比べると殆ど変わりが認められない
〈A〉:黒色背景とした紙に書いている白い文字が綺麗に見えないが、識別することができる、また基材の本来の色と比べると、若干白くなったことが認められる
〈B〉:黒色背景とした紙に書いている白い文字を識別することができない、また基材の本来の色と比べると、ひどく白くなったことが認められる
<Coating transparency>
<S>: White letters written on paper with a black background look beautiful, and there is almost no change compared to the original color of the base material <A>: White letters written on paper with a black background Although the characters cannot be seen clearly, they can be identified, and compared to the original color of the base material, it is recognized that they have become slightly whiter <B>: Identify white characters written on paper with a black background not possible and noticeably whitened compared to the original color of the substrate

<コーティングの撥水性>
〈S〉:水平のコーティングに注射器で10μLの水滴を滴下すると水滴が転がる超撥水状態
〈A〉:水平のコーティングに注射器で10μLの水滴を滴下すると水滴は転がらないが、傾斜角度を10°まで上げると転がる超撥水状態
〈B〉:水平のコーティングに注射器で10μLの水滴を滴下すると水滴は転がらないが、傾斜角度を10°まで上げても転がらない撥水状態、即ち撥水性はあるが超撥水性がない状態
〈なし〉:最初に撥水性を示したが、時間が経つとコーティングが溶けて、撥水性を失ってしまう状態
<Water repellency of coating>
<S>: Super water-repellent state where water droplets roll when 10 μL of water droplets are dropped on the horizontal coating with a syringe <A>: When 10 μL of water droplets are dropped on the horizontal coating with a syringe, the water droplets do not roll, but the inclination angle is 10° Super water-repellent state <B>: When a water droplet of 10 μL is dropped on a horizontal coating with a syringe, the water droplet does not roll, but it does not roll even if the tilt angle is increased to 10°. 〈None〉: The coating shows water repellency at first, but the coating melts over time and the water repellency is lost.

<接触角測定>
作製したコーティングの撥水性は、水滴に対する接触角測定により評価を行った。シリンジでおよそ10μLの水滴を、作製したコーティングに滴下して水滴の様子を撮影し、ImageJ画像解析ソフトにより、接触角の測定を行った。
<Contact angle measurement>
The water repellency of the prepared coating was evaluated by measuring the contact angle with respect to water droplets. About 10 μL of water droplets were dropped on the prepared coating with a syringe, and the state of the water droplets was photographed, and the contact angle was measured using ImageJ image analysis software.

表1-1の実施例1~5から、原料の投入順により、コーティングの均一性と透明性を向上させることできる。PAA(G)を接着剤として用いれば、コーティングの密着性と超撥水性を向上させるこができる。実施例6によれば、作製した超撥水性コーティン剤は、簡易なスプレー塗布方法で適用することができる。 From Examples 1 to 5 in Table 1-1, it can be seen that the uniformity and transparency of the coating can be improved depending on the order in which the raw materials are added. By using PAA(G) as an adhesive, the adhesion and superhydrophobicity of the coating can be improved. According to Example 6, the prepared superhydrophobic coating agent can be applied by a simple spray coating method.

表1-1の実施例7~13から、PAA(G)を接着剤として用いれば、PAAの添加量は超撥水性コーティングの耐水性に大きな影響を及ぼすことが明らかになる。PAA(G)とシリカナノ粒子(A)の質量比は0.5以上また0.1以下になると、シリカ粒子表面を疎水化修飾する第2シラン(E)の配合量に関わらず、超撥水性コーティングは耐水性を失ってしまう。 From Examples 7 to 13 in Table 1-1, it becomes clear that when PAA (G) is used as an adhesive, the amount of PAA added has a great effect on the water resistance of the superhydrophobic coating. When the mass ratio of PAA (G) and silica nanoparticles (A) is 0.5 or more and 0.1 or less, superhydrophobicity is achieved regardless of the amount of the second silane (E) that hydrophobilizes and modifies the silica particle surface. The coating loses water resistance.

表1-1の実施例14、表1-2の実施例15、実施例18~22から、水溶性PAAと非水溶性PVBを接着剤として合わせて使用することができる。更に、接着剤(G)とシリカナノ粒子の質量比が1.0までPVBの添加量は、単独増加により、得られた超撥水性コーティングは、超撥水性を保ちながら、密着性を向上することができる。また、実施例19~22から、エタノール(B)と水(C)の体積比により、得られた超撥水性コーティングの均一性を向上することができる。エタノール(B)と水(C)の体積比は7.3以上また6.0以下になると、超撥水性コーティングの均一性が悪くなる傾向にある。 From Example 14 in Table 1-1, Example 15 in Table 1-2, and Examples 18-22, water-soluble PAA and water-insoluble PVB can be used together as an adhesive. Furthermore, by increasing the amount of PVB added until the mass ratio of the adhesive (G) and silica nanoparticles is 1.0, the resulting super water-repellent coating has improved adhesion while maintaining super water repellency. can be done. Also, from Examples 19-22, the volume ratio of ethanol (B) and water (C) can improve the uniformity of the resulting superhydrophobic coating. When the volume ratio of ethanol (B) and water (C) is 7.3 or more and 6.0 or less, the uniformity of the superhydrophobic coating tends to deteriorate.

実施例22~24から、[化](E-1)に示す第2シラン化合物(E)における2価の炭化水素基の数nが増加することにより、超撥水性コーティングの均一性と撥水性が向上する傾向にある。実施例25~27から、分子量がより高いPVBを接着剤として用いれば、超撥水性コーティングの均一性と密着性を向上することができる。しかし、PVBの添加量は、シリカナノ粒子に対して30wt%を超えると、超撥水性を失ってしまう傾向にある。実施例28から、分子量がより低いPVBを用いれば、PVBの添加量は、シリカナノ粒子に対して100wt%まで添加しても、超撥水性コーティングの均一性と撥水性を両方向上することができる。 From Examples 22 to 24, the uniformity and water repellency of the super water-repellent coating were improved by increasing the number n of divalent hydrocarbon groups in the second silane compound (E) shown in [Formula] (E-1). tend to improve. From Examples 25-27, the uniformity and adhesion of the superhydrophobic coating can be improved by using PVB with higher molecular weight as the adhesive. However, when the amount of PVB added exceeds 30 wt % with respect to the silica nanoparticles, the superhydrophobicity tends to be lost. From Example 28, if PVB with a lower molecular weight is used, even if the added amount of PVB is up to 100 wt% with respect to the silica nanoparticles, both the uniformity and water repellency of the superhydrophobic coating can be improved. .

表1-3の実施例29から、PVBを用いた超撥水性コーティングは常温で4h乾燥することが可能である。実施例30と31から、ODTMSを第2シラン(E)として、PVBを接着剤として用いれば、親水性鎖状コロイダルシリカの配合量が増加しても、超撥水性コーティングの均一性と超撥水性を得ることができる。実施例5と32から、高純度エタノールとミックスエタノールを溶媒(B)として、超撥水性コーティングの性能に及ぼす大きな影響は見られなかった。実施例33から、TMOSを第1シラン(D)として用いれば、超撥水性コーティング剤を作製することができる。実施例34と35から、IPAを溶媒(B)としても超撥水性コーティング剤を作製することが可能である。 From Example 29 in Tables 1-3, the super water-repellent coating using PVB can be dried at room temperature for 4 hours. From Examples 30 and 31, it can be seen that when ODTMS is used as the second silane (E) and PVB is used as the adhesive, the uniformity and superrepellency of the superhydrophobic coating are improved even when the amount of hydrophilic linear colloidal silica is increased. Aqueous can be obtained. From Examples 5 and 32, using high-purity ethanol and mixed ethanol as the solvent (B) did not significantly affect the performance of the superhydrophobic coating. From Example 33, using TMOS as the first silane (D) makes it possible to prepare a superhydrophobic coating. From Examples 34 and 35, it is possible to prepare a super water-repellent coating agent even if IPA is used as the solvent (B).

表3の比較例1から本発明の超撥水性コーティング剤組成物を作製するために、酸性触媒を用いることができない。比較例2から、攪拌速度400rpmで超撥水性コーティング剤を作製すると、得られたコーティングは超撥水性が得られなかった。比較例3から、攪拌速度が800rpmで攪拌時間が不足していると、得られたコーティングも超撥水性が得られなかった。比較例5と6から、非イオン水溶性PVAとPVPを接着剤として用いると、得られたコーティングは耐水性を持たず、撥水性が得られなかった。比較例6と7から、[化](E-1)に示す第2シラン化合物(E)におけるR1はメチルであるものを用いると、得られたコーティングは超撥水性が得られなかった。比較例8と9から、鎖状コロイダルシリカIPAーSTーUPより、大きい球状コロイダルシリカIPAーSTーZL(平均粒径70~100nm)また小さい球状コロイダルシリカIPA-ST(平均粒径10~15nm)を用いると、得られたコーティングは均一性が悪く、超撥水性が得られなかった。 From Comparative Example 1 in Table 3, an acidic catalyst cannot be used to prepare the super water-repellent coating composition of the present invention. When a super water-repellent coating agent was prepared from Comparative Example 2 at a stirring speed of 400 rpm, the resulting coating did not exhibit super water repellency. From Comparative Example 3, when the stirring speed was 800 rpm and the stirring time was insufficient, the obtained coating did not have super water repellency. From Comparative Examples 5 and 6, when nonionic water soluble PVA and PVP were used as adhesives, the resulting coatings were not water resistant and did not provide water repellency. From Comparative Examples 6 and 7, when the second silane compound (E) shown in [Formula] (E-1) in which R1 is methyl was used, the resulting coating did not exhibit super water repellency. From Comparative Examples 8 and 9, larger spherical colloidal silica IPA-ST-ZL (average particle size 70 to 100 nm) and smaller spherical colloidal silica IPA-ST (average particle size 10 to 15 nm) than linear colloidal silica IPA-ST-UP ), the resulting coating was poorly uniform and did not provide superhydrophobicity.

表3の比較例10~12から、疎水性球状シリカナノ粒子を用いる場合、平均粒径が約30nmであれば、エタノールと水の混合液に分散することにより超撥水性コーティング剤を調製することはできるが、コーティングの密着性を向上するため、接着剤を用いると、コーティングの超撥水性が失われてしまう。 From Comparative Examples 10 to 12 in Table 3, when using hydrophobic spherical silica nanoparticles, if the average particle size is about 30 nm, it is possible to prepare a super water-repellent coating agent by dispersing it in a mixture of ethanol and water. However, if an adhesive is used to improve the adhesion of the coating, the superhydrophobicity of the coating is lost.

<密着性実験>
作製した超撥水性コーティングの密着性は、粘着テープ法で評価した。剥離未実施部分と剥離実施部分のコーティングの外観様子と撥水性を比較して評価する。図8に示すように、PAAを接着剤として用いたスライドガラス表面の超撥水性コーティング(実施例6)は、粘着テープで剥離しても、コーティング外観の変わりが殆ど認められなかった。更に、超撥水力は殆ど変わらなかった。
<Adhesion test>
Adhesion of the prepared superhydrophobic coating was evaluated by the adhesive tape method. The appearance and water repellency of the coating of the unpeeled portion and the peeled portion are compared and evaluated. As shown in FIG. 8, the super water-repellent coating on the slide glass surface using PAA as an adhesive (Example 6) showed almost no change in coating appearance even when peeled off with an adhesive tape. Furthermore, the superhydrophobicity was almost unchanged.

<耐水性実験>
作製した超撥水性コーティングの耐水性は、下記の通りに評価実験を行った。100mlのビーカーに約50mlの温水(~38℃)を加え、試験片を入れ浸漬した。浸漬部分は試験片の半分より少し高いくらいであった。浸漬後にビーカーの開口部にラップをかけ、40℃の乾燥機に68h放置した。また100mlのビーカーに約50mlのお湯(~90℃)を加え、前記実験のように、試験片を3min浸漬した。未浸漬側と浸漬側のコーティング外観様子と撥水性を比較した。図9に示すように、PAAを接着剤として用いたスライドガラス表面の超撥水性コーティング(実施例6)は、40℃の温水に68時間浸漬しても、コーティング外観の変化は殆ど認められなかった。超撥水性も殆ど変わらなかった。更に、90℃のお湯に3min浸漬しても、コーティング外観の変化は殆ど認められなかった。超撥水性も殆ど変わらなかった。
<超撥水性コーティングを用いた水玉玩具及び遊び方>
<Water resistance test>
The water resistance of the produced super water-repellent coating was evaluated as follows. About 50 ml of hot water (~38°C) was added to a 100 ml beaker, and the test piece was placed and immersed. The immersed portion was slightly higher than half of the specimen. After the immersion, the opening of the beaker was wrapped and left in a drier at 40°C for 68 hours. About 50 ml of hot water (~90°C) was added to a 100 ml beaker, and the test piece was immersed for 3 minutes as in the previous experiment. The coating appearance and water repellency of the non-immersed side and the immersed side were compared. As shown in FIG. 9, the super water-repellent coating on the surface of the slide glass using PAA as an adhesive (Example 6) showed almost no change in coating appearance even after being immersed in hot water at 40°C for 68 hours. rice field. There was almost no change in the superhydrophobicity. Furthermore, almost no change in coating appearance was observed even after immersion in hot water at 90°C for 3 minutes. There was almost no change in the superhydrophobicity.
<Polka dot toy using super water-repellent coating and how to play>

図10に示すように、本発明の超撥水性コーティング剤を用いた水玉玩具の一例として、超撥水性スプレーコーティング剤(T1)と、経路道具(T2)と、点滴用スポイト(T3)と、イエロー(黄色)、マゼンタ(赤紫)及びシアン(青緑)の三つの着色溶液(T4)が含まれている。食用青色1号と、食用赤色105号と、食用黄色4号をそれぞれに質量濃度0.565wt%と、0.423wt%と、0.571wt%で水に溶解し、イエローと、マゼンタと、シアン溶液を調製した。経路の枠は木材で作った。磁石を接着する鉄製シートを基板をとして用いた。木材ブロックの一端にマグネットを取り付けた。これにより、木材ブロックを障害物として基板の上に所定の形で置いてから、超撥水性コーティング剤を用い、鉄製基板、木材枠の内壁及び木材ブロック表面にそれぞれ15回スプレー塗布してから、ドライヤーで乾燥して、水玉を形成する経路道具を作製した。 As shown in FIG. 10, as an example of a polka dot toy using the super water-repellent coating agent of the present invention, a super water-repellent spray coating agent (T1), a channel tool (T2), a drip dropper (T3), Three colored solutions (T4) of yellow, magenta and cyan are included. Food Blue No. 1, Food Red No. 105, and Food Yellow No. 4 were dissolved in water at mass concentrations of 0.565 wt%, 0.423 wt%, and 0.571 wt%, respectively, and yellow, magenta, and cyan A solution was prepared. The frame of the path was made of wood. An iron sheet to which the magnets are attached was used as the substrate. A magnet was attached to one end of the wood block. As a result, after placing a wooden block on the substrate as an obstacle in a predetermined shape, using a super water-repellent coating agent, the iron substrate, the inner wall of the wooden frame and the surface of the wooden block were sprayed 15 times each, It was dried with a drier to prepare a path tool that forms polka dots.

水玉の遊び方は、図11に示す一例として説明する。図11(1)に示すように、スポイトでイエロー水溶液の水玉1個をゴール箇所に滴下して、マゼンタ水溶液の水玉1個をゴール以外の任意箇所に滴下しておいた。次に、図11(2)に示すように、経路道具を水平の任意方向に振動させ、またスポイトを用いることでマゼンタ水溶液の水玉を障害物に沿って移動させ、ゴールの入口に到着させた。最後に、図11(3)に示すように、マゼンタ水溶液の水玉をゴールに入れて、イエロー水溶液の水玉と混合させて、より大きい赤色水溶液の水玉にした。 How to play with polka dots will be described as an example shown in FIG. As shown in FIG. 11(1), a dropper was used to drop one drop of yellow aqueous solution onto the goal, and one drop of magenta aqueous solution was dropped onto an arbitrary spot other than the goal. Next, as shown in FIG. 11(2), the path tool was vibrated in an arbitrary horizontal direction, and a dropper was used to move the drop of magenta aqueous solution along the obstacle until it reached the entrance of the goal. . Finally, as shown in FIG. 11(3), the magenta aqueous solution polka dots were placed in a goal and mixed with the yellow aqueous polka dots to form larger red aqueous polka dots.

T1 超撥水性コーティング剤
T2 塗布道具
T3 点滴道具
T4 着色溶液
a 粘着テープを貼り付けた塗膜の外観様子
b 粘着テープを剥がした塗膜の外観と弾いた水玉の様子
c 40℃の温水に68h浸漬後の塗膜外観と弾いた水玉の様子
d 90℃のお湯に3min浸漬後の塗膜外観と弾いた水玉の様子
1 イエロー水溶液の水玉1個をゴール箇所に滴下して、マゼンタ水溶液の水玉1個を ゴール以外の任意箇所に滴下しておいた様子
2 経路枠を水平の任意方向に振動させ、またスポイトを用いることでマゼンタ水溶液 の水玉を障害物に沿い、ゴールの入口に移動させた様子
3 マゼンタ水溶液の水玉をゴールに入れて、イエロー水溶液の水玉と混合して大きい 赤色水溶液の水玉になった様子
T1 Super water-repellent coating agent T2 Application tool T3 Drip tool T4 Coloring solution a Appearance of the coating film with adhesive tape attached b Appearance of the coating film with the adhesive tape removed and repelled polka dots c 68 hours in hot water at 40 ° C Appearance of the coating film after immersion and appearance of repelled polka dots d Appearance of the coating film and repelled polka dots after immersion in hot water at 90°C for 3 minutes One droplet was dropped on an arbitrary place other than the goal 2. By vibrating the path frame in an arbitrary horizontal direction and using a dropper, the droplet of magenta aqueous solution was moved along the obstacle to the entrance of the goal. State 3 A magenta water drop is put into the goal, and it mixes with a yellow water drop to form a large red water drop.

Figure 2023010488000004
Figure 2023010488000004
Figure 2023010488000005
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Figure 2023010488000006
Figure 2023010488000006
Figure 2023010488000007
Figure 2023010488000007
Figure 2023010488000008
Figure 2023010488000008

Claims (16)

異なる基材表面に転がる水玉を形成する超撥水性コーティングを形成するために用いられる超撥水性コーティング剤であって、少なくとも1種のシリカナノ粒子(A)と、アルコール系溶媒(B)と、水(C)と、第1シラン(D)と、第2シラン(E)と、シランの加水分解用触媒(F)と、接着剤(G)とを含み、
前記シリカナノ粒子(A)は、平均短径が5nm~30nmで平均長径が20nm~200nmの細長い形状であり、親水性であり、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.10~5.00wt%であり、
前記アルコール系溶媒(B)は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)、イソブチルアルコール、ノルマルブチルアルコール、ベンジルアルコールなどの中で何れか1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いるものであり、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して60~90wt%であり、
前記水(C)は、精製水であり、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して1~30wt%であり、
前記アルコール系溶媒(B)と水(C)の体積比は、アルコール:水=5.0~10.0であり、
前記第1シラン(D)は、テトラエトキシシラン(TEOS)若しくはテトラメトキシシラン(TMOS)であり、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.05~3.00wt%であり、
前記第2シラン(E)は、下記一般式(E-1)で表される非フッ素系シラン化合物であり、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.01~1.50wt%である、非フッ素系超撥水性コーティング剤。
Figure 2023010488000009
[式(E-1)中、Rはメチル基又はアミン基、メタクリル基又はエポキシ基、オレフィン基を表し、R1はメチル基、エチル基又はクロロ基を表し、nは2価の炭化水素基の数を表し、n=5以上である。]
A super water-repellent coating agent used for forming a super water-repellent coating that forms rolling drops on different substrate surfaces, comprising at least one silica nanoparticle (A), an alcoholic solvent (B), and water (C), a first silane (D), a second silane (E), a silane hydrolysis catalyst (F), and an adhesive (G),
The silica nanoparticles (A) have an elongated shape with an average minor axis of 5 nm to 30 nm and an average major axis of 20 nm to 200 nm, are hydrophilic, and have a ratio of 0.10 to 5.0 nm with respect to the blended mass of the superhydrophobic coating agent. 00 wt%,
The alcohol-based solvent (B) may be any one of methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA), isobutyl alcohol, normal butyl alcohol, benzyl alcohol, etc., either alone or in combination of two or more. , 60 to 90 wt% with respect to the blended mass of the super water-repellent coating agent,
The water (C) is purified water and is 1 to 30 wt% with respect to the blended mass of the super water-repellent coating agent,
The volume ratio of the alcohol solvent (B) and water (C) is alcohol: water = 5.0 to 10.0,
The first silane (D) is tetraethoxysilane (TEOS) or tetramethoxysilane (TMOS), and is 0.05 to 3.00 wt% with respect to the blended mass of the superhydrophobic coating agent,
The second silane (E) is a non-fluorine-based silane compound represented by the following general formula (E-1), and is 0.01 to 1.50 wt% relative to the blended mass of the super water-repellent coating agent. , non-fluorine-based super water-repellent coating agent.
Figure 2023010488000009
[In the formula (E-1), R represents a methyl group or an amine group, a methacrylic group or an epoxy group, or an olefin group, R1 represents a methyl group, an ethyl group, or a chloro group, and n represents a divalent hydrocarbon group. represents a number, n=5 or more. ]
前記第1シラン(D)と第2シラン(E)添加量の質量比は、第1シラン:第2シラン=1.0~6.0であり、テトラエトキシシラン(TEOS)或いはテトラメトキシシラン(TMOS)を第1シラン(D)として、第2シラン(E)はR1がメチル基であるシラン化合物である、請求項1に記載の超撥水性コーティング剤。 The mass ratio of the amount of the first silane (D) and the second silane (E) added is first silane:second silane=1.0 to 6.0, and tetraethoxysilane (TEOS) or tetramethoxysilane ( TMOS) as the first silane (D), and the second silane (E) is a silane compound in which R1 is a methyl group. 前記シラン加水分解用触媒(F)は、アンモニア水であり、超撥水性コーティング剤の配合質量に対して0.1~10.0wt%である、請求項1に記載の超撥水性コーティング剤。 2. The super water-repellent coating agent according to claim 1, wherein the silane hydrolysis catalyst (F) is aqueous ammonia, and the amount thereof is 0.1 to 10.0 wt % relative to the blended mass of the super water-repellent coating agent. 前記接着剤(G)は、水溶性ポリアクリル酸(PAA)、非水溶性ポリビニルブチラール(PVB)であり、いずれかの分子量が10000以上であり、何れか単独で用い、また組み合わせ用いることができ、超撥水性コーティング剤における前記シリカナノ粒子(A)の配合質量に対して1.0~300.0wt%である、請求項1に記載の超撥水性コーティング剤。 The adhesive (G) is water-soluble polyacrylic acid (PAA) or water-insoluble polyvinyl butyral (PVB), any of which has a molecular weight of 10,000 or more, and either of which can be used alone or in combination. , 1.0 to 300.0 wt% of the silica nanoparticles (A) in the super water-repellent coating agent. 請求項1に記載の超撥水性コーティング剤の製造方法であって、前記アルコール系溶媒(B)を攪拌しながら、シリカナノ粒子(A)を加え分散させる第一工程を含み、上記第一工程からなる分散液を攪拌しながら、第1シラン(D)と第2シラン(E)をそれぞれ加え溶解させる第二工程を含み、上記第二工程からなる分散液を攪拌しながら、水(C)と接着剤(G)と触媒(F)をそれぞれ加える第三工程を含み、
又は前記三つの製造工程からなる超撥水性コーティング剤のアンモニア臭を取り除くための第四工程と呼ばれる除臭工程も含む、超撥水性コーティング剤の製造方法。
2. The method for producing a super water-repellent coating agent according to claim 1, comprising a first step of adding and dispersing silica nanoparticles (A) while stirring the alcoholic solvent (B), A second step of adding and dissolving the first silane (D) and the second silane (E) while stirring the dispersion, and while stirring the dispersion of the second step, water (C) and including a third step of adding an adhesive (G) and a catalyst (F) respectively,
Alternatively, a method for producing a super water-repellent coating agent, which includes a deodorizing step called a fourth step for removing the ammonia odor of the super water-repellent coating agent consisting of the above three production steps.
前記三つの製造工程において、攪拌速度が400rpm以上であり、第三工程において水(C)と接着剤(G)と触媒(F)を加えてから攪拌時間が4時間以上である、請求項5に記載の超撥水性コーティング剤の製造方法。 5. The stirring speed is 400 rpm or more in the three production steps, and the stirring time is 4 hours or more after adding water (C), adhesive (G) and catalyst (F) in the third step. A method for producing the super water-repellent coating agent according to 1. 前記除臭工程に用いられる除臭方法は、バブリング方式であり、30℃以上である、請求項5に記載の超撥水性コーティング剤の製造方法。 The method for producing a super water-repellent coating agent according to claim 5, wherein the deodorizing method used in the deodorizing step is a bubbling method and the temperature is 30°C or higher. 請求項5に記載の製造方法により製造され、保管中沈殿或いは相分離が発生するが、手動で振り混ぜるだけで十分に再分散できる、請求項1に記載の超撥水性コーティング剤。 6. The super water-repellent coating agent according to claim 1, which is produced by the production method according to claim 5 and undergoes precipitation or phase separation during storage, but can be sufficiently redispersed simply by shaking by hand. 請求項5に記載の製造方法により製造され、ワンステップスプレー塗布方法で高温の乾燥若しくは加熱などが必要なく、自然乾燥で透明性と耐久性を有する超撥水性コーティングを形成することができる、請求項1に記載の超撥水性コーティング剤。 It is manufactured by the manufacturing method according to claim 5, and a one-step spray coating method does not require high-temperature drying or heating, and can form a super water-repellent coating having transparency and durability by natural drying. Item 1. The superhydrophobic coating agent according to item 1. 請求項5に記載の製造方法により製造され、形成する超撥水性コーティングに対して、必要に応じる箇所の上にそのまま再塗布をすることできる、請求項1に記載の超撥水性コーティング剤。 6. The super water-repellent coating agent according to claim 1, wherein the super water-repellent coating formed by the manufacturing method according to claim 5 can be reapplied as it is on a portion according to need. 請求項5に記載の製造方法により製造され、形成する超撥水性コーティングに対して、必要に応じて、日常用洗剤またはアルコールを含む溶液で簡単に除去することができ、再び超撥水性コーティングを形成することができる、請求項1に記載の超撥水性コーティング剤。 For the superhydrophobic coating produced and formed by the production method according to claim 5, if necessary, it can be easily removed with a daily detergent or an alcohol-containing solution, and the superhydrophobic coating is formed again. A superhydrophobic coating according to claim 1, which can be formed. 請求項5に記載の製造方法により製造され、任意の形状のガラス、陶磁器、磁器タイル、焼成タイル、金属、木材、プラスチック、紙、及び布等の表面に超撥水性コーティングを容易に形成することができる、請求項1に記載の超撥水性コーティング剤。 It is manufactured by the manufacturing method according to claim 5, and can easily form a superhydrophobic coating on the surface of arbitrary shaped glass, ceramics, porcelain tiles, baked tiles, metals, wood, plastics, paper, cloth, etc. The super water-repellent coating agent according to claim 1, wherein 請求項5に記載の製造方法により製造され、フッ素成分が含まれず、健康に有害で刺激臭がする石油系溶剤が含まれず、水玉玩具又は水玉の遊び方を提供できる、請求項1に記載の超撥水性コーティング剤。 Claim 1, which is produced by the production method according to claim 5, does not contain a fluorine component, does not contain a petroleum solvent that is harmful to health and has an irritating odor, and can provide a polka dot toy or a way to play with polka dots. Water-repellent coating agent. 前記水玉玩具は、少なくとも請求項1に記載の超撥水性コーティング剤と、塗布道具と、点滴道具と、着色溶液を含み、誰でも異なる素材とする塗布道具に水玉を転がるハスの葉のような表面を何処でも容易に作ることができ、転がる水玉を楽しみながら、自分の手でロータス効果を再現することで達成感を味わうことができる水玉玩具。 The polka dot toy comprises at least the super water-repellent coating agent according to claim 1, an applicator, an infusion tool, and a coloring solution, such as a lotus leaf rolling polka dots on the applicator, which is made of different materials. A polka dot toy whose surface can be easily made anywhere and a sense of accomplishment can be enjoyed by reproducing the lotus effect with one's own hands while enjoying the rolling polka dots. 前記塗布道具は、繰り返して使用することができる、請求項14に記載の水玉玩具。 15. The polka dot toy of claim 14, wherein said applicator tool is reusable. 前記着色溶液は、イエロー(黄色、Yellow)と、マゼンタ(赤紫、Magenta)と、シアン(青緑、Cyan)の三原色の着色料であり、前記色材の三原色を表す三種類の着色溶液である、請求項14に記載の水玉玩具。 The coloring solution is a colorant of three primary colors of yellow, magenta (magenta), and cyan (cyan), and three types of coloring solutions representing the three primary colors of the colorant 15. The polka dot toy of claim 14, wherein there is a
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