JP2911378B2 - 撥水性複合粒子の製造法 - Google Patents

撥水性複合粒子の製造法

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JP2911378B2
JP2911378B2 JP7001182A JP118295A JP2911378B2 JP 2911378 B2 JP2911378 B2 JP 2911378B2 JP 7001182 A JP7001182 A JP 7001182A JP 118295 A JP118295 A JP 118295A JP 2911378 B2 JP2911378 B2 JP 2911378B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、撥水性複合粒子の製造
法およびその得られた該粒子を用いて基材表面に撥水層
を形成する方法に関する。
【0002】
【従来技術】フッ素系樹脂は優れた撥水性を有し防水、
防汚等を目的として多くの分野で実用化されている。し
かしながら、フッ素系樹脂の中で最も撥水性の高いPT
FEでさえ、表面に付着する水滴を完全に防止するほど
の撥水効果はなく、その表面に水滴を残し、そこに付着
するダスト等により表面が汚染されてその撥水効果が著
しく低減されるような問題点がある。
【0003】また、フッ素系樹脂は撥水性が高いものほ
ど他の材料との接着性が悪くなるため、基材表面をコー
トすることが非常に困難であり、たとえコートしても摩
擦などに対する耐久性が低いものとなる。従来はPTF
E等のシートの片面を金属ナトリウムにより処理して表
面を活性化して接着強度をあげる方法やグロー放電等に
よりPTFEシート表面を粗面化して、アンカー効果に
より接着強度をあげる方法が用いられてきた。しかしな
がら、このような方法では処理が複雑である上に、PT
FEシートでは複雑な形状のものに対応することが困難
である。
【0004】
【問題点を解決するための具体的手段】本発明者らは、
かかる従来技術の問題点に鑑み鋭意検討の結果、低分子
量PTFEより機械的強度の大きい粒子上に被覆されて
なる撥水性複合粒子を用いることにより優れた撥水性を
持つことを見出し本発明に到達したものである。
【0005】すなわち本発明は、低分子量PTFEを2
50〜500℃の温度で溶融液化した後、低分子量PT
FEより機械的強度が大きい一次粒子を該溶融した液中
に投入して混合、冷却後、解砕または粉砕することを特
徴とする基材表面塗布用撥水性複合粒子の製造法で、ま
た低分子量PTFEを加熱、蒸発させたものを低分子量
PTFEより機械的強度が大きい一次粒子表面に析出さ
せることにより被覆し、得られた複合粒子を解砕または
粉砕することを特徴とする基材表面塗布用撥水性複合粒
子の製造法であり、さらに、該製造法により得られた撥
水性複合粒子を基材表面にエポキシ樹脂層またはウレタ
ン樹脂層を介して、粗面が形成されるように塗布するこ
とを特徴とする撥水層の形成方法および該製造法により
得られた撥水性複合粒子を樹脂に混合して基材表面に塗
布して硬化させることを特徴とする撥水層の形成方法を
提供するものである。
【0006】本発明による撥水性複合粒子を施した基材
表面は表面の粗面化の効果により、水滴と表面との接触
面積が小さくなり、ベースの低分子量PTFE単独より
も撥水性が著しく高くなり、水滴の付着をほぼ完全に防
止できる。また、PTFEよりも機械的強度が大きい粒
子を複合しているため、摩擦等の外的な力に対する耐久
性も著しく向上する。
【0007】さらに強力な撥水性を発現させるため、ま
たは、撥水性材料に透明性を付与する場合には、撥水性
粒子の粒径を1μm以下まで小さくすることが必要とな
るがPTFE粒子自体は柔らかいために一般の粉砕方法
では、粒子間で融着が起こるなどの理由から1μm以下
の粒子を得ることは困難である。そこで、本発明では、
2種類の方法により、1μm以下の撥水性微粒子を得る
ことを可能としている。一方は1μm以下の微粒子に本
発明における複合化を施すことにより、容易に1μm以
下の撥水性微粒子を得るという方法であり、もう一方は
1μm以上の粒子に本発明における複合化を施した後
に、粉砕することにより粒子間の融着を防ぎ、1μm以
下の撥水性微粒子を得るという方法である。
【0008】また、撥水性複合粒子を用いる場合、接着
層が完全に硬化する前に撥水性複合粒子の表面エネルギ
ーの低さゆえに、組成物表面に粒子が浮上してくるた
め、この段階で圧力を加えることにより、粒子が接着層
に食い込み、十分な接着性が得られる。ここでPTFE
単独の粒子の場合、粒子に強度が無いため表面の粗面を
維持できない上に食い込みも不十分であるため、接着性
が得られないうえに耐久性も不十分である。
【0009】本発明にて使用する低分子量PTFEとし
ては本出願人が、すでに提案した製造法(特公平1−4
9404号)で得られる平均分子量が500〜1500
0のPTFE、好ましくは500〜1500のPTFE
を使用する。平均分子量が15000を越えるものは溶
融粘度が高く、本発明の特徴である粒子との複合化が困
難であるため好ましくない。
【0010】本発明の高強度撥水性複合粒子を形成する
ために用いる粒子としてはPTFEよりも強度の大きい
ものであればよい。例えば、SiO2 、Al2 3 等の
セラミック系材料やFe、Ni等の金属材料、エポキシ
樹脂、ポリカーボネート等のポリマー材料、そのほか塗
料原料用顔料やカーボン材料、CaF2 等の無機化合物
が挙げられる。ただし、多孔質粒子のほうがより強いア
ンカー効果が期待できるため好ましい。これらの粒子の
粒径については0.01μm以上、1mm以下が好まし
く、これ以上の粒径では複合粒子を基材の表面に被覆し
た場合、撥水効果により水は球状になるものの、粒子間
に水滴が入り込み表面より落下しにくくなることもある
ため好ましくない。
【0011】本発明の撥水性複合粒子の作製法について
は、液相で行う方法と気相で行う方法の二種類があり、
液相法では容易に複合粒子が作製できるものの低分子量
PTFEを完全に溶融するために系内を250℃以上に
保持する必要があるため、樹脂等の耐熱性の低い材料へ
の被覆法としては適さない。そこでもう一つの方法であ
る気相法を用いれば、耐熱性の低い材料への応用も可能
となる。以下、その作製法について詳述する。
【0012】まず液相法は、低分子量PTFEを加熱溶
融し、その中に上記のPTFEよりも強度の大きい粒子
を投入して、よく混合した後に室温まで冷却する。ここ
で、複合粒子は固結して塊状になるが、これは粉砕機等
で容易に解砕することができる。
【0013】次に気相法であるが、複合化に用いる粒子
中に低分子量PTFEを加熱、蒸発させたものを導入
し、粒子表面に低分子量PTFEを析出させることによ
り被覆する。その際、粒子が固結する場合もあるが、こ
れは粉砕機等で容易に解砕することができる。
【0014】本発明の撥水性複合粒子により、被覆され
る基材の材質や形状は特に限定はなく、一般に塗装が可
能なものであればどのようなものにでも使用できる。ま
た、接着層についてはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の
一般の接着や塗装に用いられるものでよい。その接着層
の厚みは使用する複合粒子の半径以上であることが好ま
しく、それ以下であると十分な接着強度が得られない。
【0015】以上のようにして得られた撥水性複合粒子
を用いて基材上に撥水層を形成した撥水性材料は従来の
ものよりも著しく高い撥水性を示し、水滴の付着をほぼ
完全に防止できる。しかも、基材との接着性にも優れて
いる。
【0016】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はかかる実施例により限定されるものではな
い。
【0017】実施例1〜18、比較例1〜4 表1における実施例1〜7は、以下のように実施した。
低分子量PTFEを分子量500と1500のものは2
60℃で、分子量15000のものは450℃で加熱溶
融して、その中に低分子量PTFEよりも機械的強度の
大きい粒子(以下、複合化材と呼ぶ)を投入し、十分に
混合した後、室温まで冷却し、固結した複合粒子を乳鉢
により解砕することにより撥水性複合粒子を得た。次に
ガラス基板(実施例2〜4、7、比較例1はアルミ基
板、実施例5、6はニッケル基板)上に一液性エポキシ
樹脂(チバガイギー製:XNR3501)をコートし、
その上に上記の方法で得られた撥水性複合粒子を表面が
完全に覆われるように、過剰量を均一に散布した。樹脂
層が硬化する前にこの表面にガラス板を重ねて圧力を加
えた後に150℃にて樹脂層を完全に硬化させ、表面の
余分な撥水性粒子を除去することにより、撥水性材料
(塗膜)を得た。この撥水性材料の撥水性の評価を直径
2mmの水滴に対する接触角、水滴の落下しやすさを表
す転落角の測定により、また、耐久性の評価を粘着テー
プによる剥離テストにより実施した。
【0018】表1の比較例1は粒径1μmの純粋な低分
子量PTFE粒子のみで、実施例1〜7と同様に撥水性
材料を形成し、それを評価したものである。実施例1〜
7と、比較例1を比較すると、接触角はどの材料も16
0゜と大きいが、転落角と剥離試験後の接触角で差がみ
られ、比較例1は転落角が大きく、剥離試験により簡単
に劣化することがわかる。すなわち、実施例1〜7のほ
うが撥水性および耐久性が優れていると考えられる。
【0019】
【表1】
【0020】表2における実施例8〜16は、以下のよ
うに実施した。まず、実施例1〜7と同様の方法によ
り、撥水性複合粒子を調整した。この撥水性複合粒子を
有機溶媒(酢酸ブチル)と1:1の割合で混合する。こ
れに一液性エポキシ樹脂(チバガイギー製:XNR35
01)を添加し十分に混合して撥水性樹脂とした。
【0021】次に、作成した撥水性樹脂をガラス基板上
に塗布し、塗板は150℃で乾燥させ樹脂層を完全に硬
化させる。次に、このようにして得た撥水性材料(塗
膜)の直径2mmの水滴に対する接触角の測定を行い、
また、この撥水性材料表面の機械的な耐久性試験は、図
1に示した機械的耐久性試験装置を用いて測定した。攪
拌機4に柄を切った歯ブラシ2を用いて、台秤3に基板
1をセットし、基板材料表面上約500gの負荷で回転
させた後、再び直径2mmの水滴に対する接触角を測定
して、試験前の接触角と比較した。実施例8、10、お
よび13の結果は、図2に歯ブラシの回転数と接触角と
の関係で示した。
【0022】表2における比較例3は低分子量PTFE
のみ、比較例4は低分子量PTFEとゼオライトの単純
な混合物をそれぞれ、実施例8〜16と同様の方法によ
り、撥水性材料(塗膜)とし、評価したものである。そ
の結果は図3に示した。
【0023】図2と図3および表2中の各実施例、比較
例を比較すると、明らかに本発明の撥水性複合粒子が機
械的な耐久性において優位性を有することがわかる。表
2における実施例17は複合化材に粒径8μmのゼオラ
イトを用い、実施例1〜7と同様の方法により、撥水性
複合粒子を調整し、次にこの撥水性複合粒子を比較例2
と同様の方法により、粉砕して粒径を0.2μmとした
ものである。さらに、実施例8〜16と同様の方法によ
り、撥水性材料(塗膜)とし、評価した。
【0024】ここで、実施例17と実施例12そして比
較例2を比較すると明らかなように本発明は、1μm以
下の撥水性微粒子を得る方法としても有効である。表2
における実施例18は、実施例1で得た供試体を実施例
8〜17と同様の機械的耐久性試験により、評価したも
のである。
【0025】
【表2】
【0026】
【発明の効果】従来の複雑な方法で製造していた撥水性
材料を、本発明による撥水性複合粒子を用いることによ
り、容易に防水、防汚等に優れた撥水性材料を得ること
を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図1】歯ブラシによる機械的強度試験装置を示す。
【図2】実施例8、10、13の撥水性材料に対する歯
ブラシの回転数と接触角との関係を示す。
【図3】比較例3、4の撥水性材料に対する歯ブラシの
回転数と接触角との関係を示す。
【符号の説明】
1.基板 2.ブラシ 3.台秤 4.攪拌機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // C09K 3/18 102 C09K 3/18 102 (72)発明者 喜田 康 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セン トラル硝子株式会社宇部研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−312989(JP,A) 特開 平2−82455(JP,A) 特開 平7−90691(JP,A) 特公 昭45−40790(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01J 2/00 B01J 19/00 C09K 3/18 C25D 15/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低分子量PTFEを250〜500℃の
    温度で溶融液化した後、低分子量PTFEより機械的強
    度が大きい一次粒子を該溶融した液中に投入して混合、
    冷却後、解砕または粉砕することを特徴とする基材表面
    塗布用撥水性複合粒子の製造法。
  2. 【請求項2】 低分子量PTFEを加熱、蒸発させたも
    のを低分子量PTFEより機械的強度が大きい一次粒子
    表面に析出させることにより被覆し、得られた複合粒子
    を解砕または粉砕することを特徴とする基材表面塗布用
    撥水性複合粒子の製造法。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の製造法に
    より得られた撥水性複合粒子を基材表面にエポキシ樹脂
    層またはウレタン樹脂層を介して、粗面が形成されるよ
    うに塗布することを特徴とする撥水層の形成方法。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2記載の製造法に
    より得られた撥水性複合粒子を樹脂に混合して基材表面
    に塗布して硬化させることを特徴とする撥水層の形成方
    法。
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KR100878548B1 (ko) * 2002-01-11 2009-01-14 미꾸니 시끼소 가부시키가이샤 탄소질 재료 및 이것을 함유하는 분산액

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