JP3060016B1 - 汚濁物質付着抑制材およびその製造方法 - Google Patents

汚濁物質付着抑制材およびその製造方法

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かおり 西澤
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Abstract

【要約】 【課題】 汚濁物質付着抑制材およびその製造方法を提
供する。 【解決手段】 基材と該基材表面に形成された汚濁物質
付着抑制膜とからなる材料であって、該基材は高分子、
セラミックス、金属などのいずれの材質においても、そ
の表面は、50nm以上の凸凹差を有することを特徴と
する汚濁物質付着抑制材、基材に予め50nm以上の凸
凹差を有する表面を形成し、真空紫外光などにより、該
基材表面を光洗浄した後に、フッ化炭素鎖や長鎖アルキ
ル鎖などを有するシランカップリング剤を該基材表面に
固定化することを特徴とする汚濁物質付着抑制材の製造
方法。 【効果】 基材の表面改質により、はっ水性が著しく向
上し、汚濁物質の付着が著しく抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な汚濁物質付
着抑制材およびその製造方法に関するものであり、さら
に詳しくは、歯冠などといった歯科材料などの表面にヤ
ニや歯垢などの汚濁物質の付着を著しく抑制することを
可能とする新しい表面処理技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】歯の修復部分あるいは義歯の汚れは、食
品や嗜好品中の色素、および細菌性のプラーク(歯垢)
の代謝由来の色素に起因する。好野らは、義歯などの歯
科関連材料表面の汚濁を防止するために、フッ化炭素鎖
を有するシランカップリング剤を用いてそれらの基材表
面を改質した(化学と工業、1993年46巻第12
号)。得られた表面は処理した基材により異なるが、1
00〜115°の高いはっ水性を有し、汚濁物質の付着
が抑制された。
【0003】我が国は急激な高齢化による、老齢者人口
の増加が深刻な社会問題となっている。歯の磨けない寝
たきり老人をはじめ、義歯使用者にとって、義歯などへ
の汚濁物質付着抑制処理は、口腔の清浄化、健康維持に
役立つことが期待される。ところが、従来の方法では、
水滴接触角はたかだか100〜115°であった。この
程度の接触角では、水滴と表面が30%程度接触している
ことになるため、長期間の使用過程で汚濁物質の付着が
生じ、初期性能が低下する問題があった。また、処理過
程が多く、大量の水、有機溶媒を使用するなど、決して
環境に優しい処理プロセスではなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような状況に鑑み
て、本発明者らは鋭意研究を進めた結果、材料表面に、
エッチング、PVD、メッキ、CVDなどにより、人工
的に凸凹を形成した後、その表面にフッ化炭素鎖や長鎖
アルキル鎖などを導入すると、はっ水性が著しく向上
し、汚濁物質の付着が著しく抑制されることを見いだ
し、本発明を完成するに至った。本発明は、歯冠などに
優れた耐汚濁物質付着性を付与した歯科用材料などとし
て特に有用な新規な汚濁物質付着抑制材およびその製造
方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、以下の技術的手段から構成される。 (1)表面に凸凹差を形成した基材と該基材表面に形成
された汚濁物質付着抑制膜とからなる材料であって、
材に凸凹差を有する被覆層を形成するか、あるいは基材
に凸凹差を有する表面層を形成し必要によりさらに被覆
することにより、基材に50nm以上で500nm未満
の凸凹差を有する表面を形成し、さらに該基材表面にフ
ッ化炭素鎖ないし長鎖アルキル鎖を有するシランカップ
リング剤を固定化し汚濁物質付着抑制膜を形成して、基
材表面の汚濁物質付着性を抑制させるようにしたことを
特徴とする汚濁物質付着抑制材。 (基材に凸凹差を有する被覆層を形成するか、ある
いは基材に凸凹差を有する表面層を形成することによ
り、基材に予め50nm以上で500nm未満の凸凹差
を有する表面を形成し、真空紫外光などにより、該基材
表面を光洗浄した後に、フッ化炭素鎖ないし長鎖アルキ
鎖を有するシランカップリング剤を該基材表面に固定
化することを特徴とする汚濁物質付着抑制材の製造方
法。 ()基材に凸凹差を有する表面層を形成し、さらに被
覆することにより、基材に50nm以上で500nm未
満の凸凹差を有する表面を形成する前記()記載の方
法。
【0006】
【発明の実施の形態】次に、本発明についてさらに詳細
に説明する。本発明は、様々な基材の表面に、PVD、
メッキ、CVDなどにより、50nm以上の凸凹差を有
する被覆層を形成するか、あるいはドライエッチング、
化学エッチングなどにより、50nm以上の凸凹差を有
する表面層を形成し、必要により、被覆層を形成した
後、該処理基材の表面上に、フッ化炭素鎖や長鎖アルキ
ル鎖などを有するシランカップリング剤を化学反応(脱
水縮合反応)により強固に固定化し、基材表面に汚濁物
質付着抑制膜を形成して、該処理基材の汚濁物質付着性
を著しく抑制させる点に最大の特徴を有する。
【0007】本発明では、様々な基材が用いられるが、
本発明で使用しうる基材としては、例えば、金属、セラ
ミックス、ガラス、プラスチックス、高分子素材などの
適宜の材料を任意に使用することができる。基材の具体
例としては、例えば、歯冠、人工歯などの歯科材料など
が好適なものとして例示されるが、これらに限らず、耐
汚濁物質付着性が求められる適宜の材料、製品がその対
象とされる。また、50nm以上の凸凹差を有する被覆
層の形成には、任意の材料を使用することが可能であ
り、その種類は制限されないが、好適な例をあげれば、
例えば、アルミナ、サファイア、ジルコニア、酸化シリ
コンなどのセラミックスを用いることができる。また、
凸凹のある被覆層を形成する方法は、例えば、スパッタ
リング、プラズマCVD、蒸着、分散メッキ、電着塗装
法、粉末を用いた複合メッキ、プラズマ溶射などを任意
に使用することができる。具体的には、例えば、基材に
スパッタリングなどを用いて酸化シリコンなどの皮膜を
形成した後、ドライエッチングなどを用いて凸凹差を形
成する。また、凸凹差を有する表面層を形成する方法
は、例えば、ドライエッチング、化学エッチングなどを
任意に使用することができる。凸凹差を有する表面層を
形成した後、上記被覆層を形成してもよい。
【0008】次に、上記の通り、凸凹のある被覆層や表
面層を形成した基材表面を、紫外線、オゾン、プラズマ
などにより光洗浄し、表面の有機物を除去する。この場
合、好ましくは、波長の短い真空紫外光(172nmの
エキシマランプ光)を使用する。続いて、被覆層表面の
水酸基とフッ化炭素鎖や長鎖アルキル鎖などを有するシ
ランカップリング剤中の水酸基間の脱水縮合反応を利用
して、処理表面にこれらのシランカップリング剤を強固
に固定化させる。処理表面の水酸基とフッ化炭素鎖や長
鎖アルキル鎖を有するシランカップリング剤を固定化す
る方法は特に限定されるものではないが、好ましくは、
高価な反応装置、長い処理時間、高い処理温度を必要と
せず、非常に少量の原料で処理が可能な化学気相反応法
を用いる。この場合、例えば、処理温度は150℃、処
理時間は3時間であることが望ましい。また、使用する
シランカップリング剤量は0.1cc程度で十分であ
る。
【0009】上記の処理による基材の表面改質により、
はっ水性が著しく向上し、汚濁物質の付着が著しく抑制
される、という作用効果が得られる。この現象は、表面
に人工的に凸凹を形成して表面積を増やし、非常に濡れ
にくい空気層を形成するという物理的な処理と、表面張
力の低い物質で表面を覆って基材表面の表面エネルギー
を下げるという化学的な処理との相乗効果によるもので
あって、これら両方の処理を組み合わせることによりは
じめて発現する。そして、上記物理的な処理による凸凹
は、50nm以上の凸凹が望ましい。なぜなら、50n
m未満では水滴が凸凹内に入り込み、空気層を十分に確
保できないため、はっ水性が向上しないからである。さ
らに、凸凹は500nm未満であることが望ましい。な
ぜなら、500nm以上では汚濁物がかえって凸凹に付
着しやすくなるためである。上記の処理基材が高い耐汚
濁物質付着性を示す理由は、上記の通り、上記物理的な
処理と化学的な処理の組み合わせによるものであって、
処理表面に固定化されたフッ化炭素鎖や長鎖アルキル鎖
による化学的な効果と、処理表面に存在する凸凹による
物理的な効果の相乗効果により発現するものと推定され
る。本発明の上記汚濁物質付着抑制処理により、基材へ
の汚濁物質の付着を抑制し、使用過程における基材の変
質、変色、初期性能の低下などを確実に防止することが
できる。
【0010】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。以下の実施例は本発明の好適な例を示すもので
あり、本発明は該実施例により何ら限定されるものでは
ない。 実施例1 陶歯(義歯用人口歯)に高周波マグネトロンスパッタリ
ングを用いて、約700nmの酸化シリコン皮膜を形成
後、ドライエッチング装置(反応ガス:CHF3 ガス、
反応圧力:150Pa、処理時間480秒)を用いて、
表面に約100nmの凸凹差を形成した。この基材表面
を、エキシマランプ光に約10分さらした後、フッ化炭
素鎖を有するシランカップリング剤(信越化学製 KB
M7803)0.1ccをガラス容器に入れ、洗浄した
試料とともに、テフロン製の容器に入れ、150℃の電
気炉中で約3時間放置した後、水滴接触角を測定したと
ころ、約150°の超はっ水性を示した。また、たばこ
を10本水中に浸して作製した溶液中に、処理した試料
を放置したが、約3ヶ月放置しても、変色はほとんど観
察されなかった。
【0011】比較例1 陶歯(義歯用人口歯)表面を、エキシマランプ光に約1
0分さらした後、フッ化炭素鎖を有するシランカップリ
ング剤(信越化学製 KBM7803)0.1ccをガ
ラス容器に入れ、洗浄した試料とともに、テフロン製の
容器に入れ、150℃の電気炉中で約3時間放置した
後、水滴接触角を測定したところ、約112°のはっ水
性を示した。また、たばこを10本水中に浸して作製し
た溶液中に処理した試料放置したところ、約2週間で明
らかな変色(茶褐色)が観察された。
【0012】比較例2 PUDMA(シリカフィラー32%含有、義歯用人口
歯)表面を、酸素プラズマ中に約10分さらした後、長
鎖アルキル鎖を有するシランカップリング剤(東京化成
工業製 n−オクタデシルトリメトキシシラン)0.1
ccをガラス容器に入れ、洗浄した試料とともに、テフ
ロン製の容器に入れ、150℃の電気炉中で約3時間放
置した後、水滴接触角を測定したところ、約108°の
はっ水性を示した。また、たばこを10本水中に浸して
作製した溶液中に処理した試料放置したところ、約2週
間で明らかな変色(茶褐色)が観察された。
【0013】実施例2 陶歯(義歯用人口歯)にゾルーゲル法を用いて、約60
0nmの酸化シリコン皮膜を形成した。コーティング液
(Si(OC254 テトラエトキシシラン:25
g、C2 H5 OHエタノール:38g、H2 O水:24
g、HCL塩酸:0.3g)にあらかじめポリエチレン
グリコール(分子量2000)をアルコキシドに対して
約7wt.%入れておき、成膜後、約500℃で焼成し
てやることにより、ポリエチレングリコールを酸化分解
し、表面に約100〜150nmの凸凹差を形成した。
この基材表面を、エキシマランプ光に約10分さらした
後、フッ化炭素鎖を有するシランカップリング剤(信越
化学製 KBM7803)0.1ccをガラス容器に入
れ、洗浄した試料とともに、テフロン製の容器に入れ、
150℃の電気炉中で約3時間放置した後、水滴接触角
を測定したところ、約140°のはっ水性を示した。ま
た、たばこを10本水中に浸して作製した溶液中に、処
理した試料を放置したが、約2ヶ月放置しても、変色は
ほとんど観察されなかった。
【0014】
【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明は、基材と
該基材表面に形成された汚濁物質付着抑制膜とからなる
材料であって、該基材は高分子、セラミックス、金属な
どのいずれの材質においても、その表面は、50nm以
上の凸凹差を有することを特徴とする汚濁物質付着抑制
材およびその製造方法に係わるものであり、本発明によ
り、1)新規な汚濁物質付着抑制材を提供することがで
きる、2)歯冠などの歯科用材料に優れた耐汚濁物質付
着性を付与することができる、3)汚濁物質の付着を著
しく抑制する新しい表面処理技術を提供することができ
る、4)簡便なプロセスで優れた耐汚濁物質付着性を有
する材料を作製することができる、等の格別の効果が奏
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係わる被覆層の断面の概略
図を示すものである。
【図2】本発明の実施例2に係わる被覆層の断面の概略
図を示すものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−169443(JP,A) 特開 昭62−213750(JP,A) 化学と工業 第46巻第12号(1993) p.1836−1838 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61C 5/08,13/00,13/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に凸凹差を形成した基材と該基材表
    面に形成された汚濁物質付着抑制膜とからなる材料であ
    って、基材に凸凹差を有する被覆層を形成するか、ある
    いは基材に凸凹差を有する表面層を形成し必要によりさ
    らに被覆することにより、基材に50nm以上で500
    nm未満の凸凹差を有する表面を形成し、さらに該基材
    表面にフッ化炭素鎖ないし長鎖アルキル鎖を有するシラ
    ンカップリング剤を固定化し汚濁物質付着抑制膜を形成
    して、基材表面の汚濁物質付着性を抑制させるようにし
    ことを特徴とする汚濁物質付着抑制材。
  2. 【請求項2】 基材に凸凹差を有する被覆層を形成する
    か、あるいは基材に凸凹差を有する表面層を形成するこ
    とにより、基材に予め50nm以上で500nm未満
    凸凹差を有する表面を形成し、真空紫外光などにより、
    該基材表面を光洗浄した後に、フッ化炭素鎖ないし長鎖
    アルキル鎖を有するシランカップリング剤を該基材表面
    に固定化することを特徴とする汚濁物質付着抑制材の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 基材に凸凹差を有する表面層を形成し、
    さらに被覆することにより、基材に50nm以上で50
    0nm未満の凸凹差を有する表面を形成する請求項
    載の方法。
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