JP3929328B2 - High water-sliding coating and coating method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に建築用窓ガラス、車両用窓ガラス、鏡、その他産業用ガラス等に用いることが可能な、極めて優れた滑水性(水滴滑落性)を示し、かつ耐久性に優れた高滑水性被膜およびその被覆法に関する。
【0002】
【従来の技術】
水滴滑落性を改善する試みとしては、シリコーン系ワックス、オルガノポリシロキサン、界面活性剤などを含む組成物について提案されており、例えば、特公昭50-15473号公報では、アルキルポリシロキサンおよび酸よりなる組成物、特開平5-301742号公報では、アミノ変性シリコーンオイルと界面活性剤とを含有する組成物が開示されており、30゜傾斜において約15μl程度の水滴量で滑落するものが得られている。また、特開平11-181412号公報では、−(CH23(CF27CH3等の基がオルガノシロキサン単位を形成するケイ素原子に直接結合した単位、および−(CH23SiCl3等の基がオルガノシロキサン単位を形成するケイ素原子に直接結合した単位を必須とする含フッ素シリコーン化合物および/または該化合物の部分加水分解物生成物を含むことを特徴とする表面処理剤が開示されており、50μlの水滴が約10°の傾斜で滑落するものが得られている。また、特開2000-144056号公報では、末端に加水分解可能な官能基を有するシリコーン化合物、または末端に加水分解可能な官能基を有し他端にフルオロアルキル基を併せ持つシリコーン化合物と、酸と水とを溶剤に溶解後、混合撹拌によって得られた混合液を、基材表面に塗布し、ついで乾燥させることにより得られる機能層が、基材表面とシロキサン結合により化学的に結合されてなることを特徴とする水滴滑落性に優れた表面処理基材が開示されており、50μlの水滴が約1°の傾斜で滑落するものが得られている。なお、これらの表面処理剤は、滑水成分を基材上に直接処理して滑水層を形成させており、本願発明のように、滑水成分とマトリックス成分をハイブリッド化した透明被膜を基材上に形成させるというものではない。
【0003】
滑水成分とマトリックス成分からなる透明被膜を基材上に形成させる方法としては、特開平8-12375号公報にフルオロアルキル基含有シラン化合物と、ジメチルシリコーンおよび/またはその誘導体の混合物を溶媒中で加水分解して得られた溶液と、アルコキシシラン化合物を溶媒中で加水分解して得られた溶液とを混合し、この混合液を基材表面に塗布することにより形成された、フルオロアルキル基およびメチル基が塗膜の内層よりも外側表面層において高い濃度で存在する撥水性物品が開示されている。また、特開2000-26758号公報には、滑水性被膜を形成可能な被覆組成物として、水酸基含有ビニルポリマー、エポキシ末端シロキサンポリマー、スルホン酸化合物およびブロックされていてもよいポリイソシアネート化合物及びメラミン樹脂から選ばれる少なくとも1種の架橋剤成分および特定のジアルキルスルホコハク酸塩及びアルキレンオキシドシランから選ばれる界面活性剤を含有する滑水性被膜を形成可能な被覆組成物により、水滴量10μlでの転落角が5°以下と優れた性能を示すことが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特開平8−12375号公報記載の撥水性物品は、水滴滑落性が50μlの水滴が約16°の傾斜で滑落するレベルであり、自動車用ウィンドウとして良好な雨滴除去を目的とする場合には、十分とは言い難いレベルである。また、前記特開2000-26758号公報記載の撥水性物品は、透明性が低く、塗料としての用途に限られている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、両末端にトリアルコキシ基などの加水分解性基を有するフルオロアルキルシランを用いるとコーティング液中のシリカ濃度、シリコーン濃度(シリカに対する重量比)およびフルオロアルキシラン(FAS)濃度を高くしても透明性の高い高滑水性被膜が得られることを見出した。また、フルオロアルキルシランの導入により、高滑水性被膜の耐久性(耐光性や耐酸性)が向上する。両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランは、高濃度に添加が可能なため、高滑水性被膜の耐久性をさらに高めることができる。
【0006】
すなわち、本発明の高滑水性被膜は、シリカマトリックス中に、一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンと一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランとが分散されてなることを特徴とする。
【0007】
【化3】
【0008】
ここで、Xは−ORまたは−R'Si(OR)r(CH3)3-r(Rは1価のアルキル基、R'は2価のアルキレン基)で表されるアルコキシ基またはアルコキシ基含有基、p、q、rは1〜3の整数、nは2000以下の整数を示す。
【0009】
【化4】
【0010】
ここで、sは0〜12の整数、t,uは1〜3の整数、Zは加水分解性基を示す。
【0011】
また、本発明の高滑水性被膜は、前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンのアルコキシ基の数が3個以上であることを特徴とする。
【0012】
さらに、本発明の高滑水性被膜は、前記一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランの加水分解性基の数が3個以上であることを特徴とする。
【0013】
さらに、本発明の高滑水性被膜は、前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンは、マトリックスとしてのシリカに対して1〜300重量%の範囲で存在してなることを特徴とする。
【0014】
またさらに、本発明の高滑水性被膜は、前記一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランは、前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンに対して10〜3000モル%の範囲で存在してなることを特徴とする。
【0015】
さらに、本発明の高滑水性被膜は、シリカマトリックス中に、前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンと前記一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランが結合してなる成分が、分散していることを特徴とする。
【0016】
さらにまた、本発明の高滑水性被膜は、基材表面に形成された金属酸化物からなる下地層上に形成されていることを特徴とする。
【0017】
また、本発明の高滑水性被膜の被覆法は、下記の工程により行うことを特徴とする。
(1)アルコキシシランを加水分解および重縮合させることによってマトリックス成分としてのシリカゾルを調製する工程、
(2)前記一般式[1]式で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーン、前記一般式[2]式で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランと上記(1)で調製したシリカゾルを混合して塗布液を調製する工程、
(3)基材表面に前記塗布液を塗布したのち熱処理を行う工程。
【0018】
さらに、本発明の高滑水性被膜の被覆法は、前記熱処理は、600℃以下の温度で行うことを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の高滑水性被膜は、シリカマトリックス中に、一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンと一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランとが分散されてなることを特徴とする。
【0020】
【化5】
【0021】
ここで、Xは−ORまたは−R'Si(OR)r(CH3)3-r(Rは1価のアルキル基、R'は2価のアルキレン基)で表されるアルコキシ基またはアルコキシ基含有基、p、q、rは1〜3の整数、nは2000以下の整数を示す。
【0022】
【化6】
【0023】
ここで、sは0〜12の整数、t,uは1〜3の整数、Zは加水分解性基を示す。
【0024】
高滑水性被膜の膜構成成分であるマトリックスとしてのシリカは、例えば、アルコキシシランの加水分解および重縮合反応を進めることにより形成されるシリカゾルを調製したものを用いることができ、該シリカゾルの調製は、例えば、アルコキシシラン(例えば、テトラエトキシシラン〔Si(OC25)4〕)と溶媒を所定量混合、攪拌(例えば、約30分程度)し溶液Aを得る。なお、溶媒としては、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコールや、それらの混合溶媒が望ましいが、その他にもエーテル類やケトン類を用いることができる。一方、酸性水溶液と前記溶媒を混合、攪拌(例えば、約30分程度)して溶液Bを得る。
【0025】
次いで、溶液Aと溶液Bを混合後、長時間(例えば、約15時間程度)室温で攪拌してアルコキシシランの加水分解および重縮合反応を進めシリカゾルを得る。以上のようにアルコキシシランの加水分解は、前記アルコキシシランを出発原料として、少量の水と塩酸、硝酸、酢酸などの酸触媒を添加し行うことができ、その加水分解物を室温または加熱しながら攪拌することにより重縮合させ、シリカゾルを得ることができる。なお、シリカゾルの調製法としては、上記の方法に限定されるものではないが、上記のようなアルコキシシランを溶媒で希釈したものに、溶媒で希釈した酸性水溶液を徐々に混合する方法は、急激な反応を避けることができ、より均質な反応が得られるので、好ましい。
【0026】
なお、アルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等のテトラアルコキシシラン類、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシラン類、またはジアルコキシシラン類等を用いることができる。なお上記アルコキシシランの中でもテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシランが好ましい。
【0027】
前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンは、シリカマトリックスや一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランと結合できるアルコキシ基を各末端に少なくとも1個以上持っているものを用いることができる。なお、該アルコキシ末端ジメチルシリコーンが持つアルコキシ基の数は3個以上が好ましく、2個以下であると、シリカゾルとの相溶性が低下して成膜性が低下したり、シリカ膜中のシリコーンの保持量が減少して高滑水性被膜の耐久性が低下する。
【0028】
また、前記の一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンの平均重合度nは2000以下であり、特に5〜1000の範囲が好ましい。2000以上であるとシリカゾルとの相溶性が低下して、透明な被膜の形成が困難となる。
【0029】
前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンのRは炭素数1〜6の1価のアルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等のものを用いることができる。なお、これらの中でもメチル基またはエチル基が好ましい。また、R'は炭素数2〜4の2価のアルキレン基であり、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基等のものを用いることができるが中でもエチレン基が好ましい。
【0030】
さらにまた、前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンは、塗布液中において、シリカに対して1〜300重量%の範囲で存在させることが好ましい。1重量%以下であると、シリカ膜中のシリコーンの存在量が少なくなり高滑水性被膜の滑水性が低下する。また、300重量%以上であると、シリカゾルとの相溶性が低下して透明な被膜の形成が困難となる。
【0031】
次に、前記一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランとしては、例えばCl3SiCH2CH2(CF212CH2CH2SiCl3、Cl2(CH3)SiCH2CH2(CF212CH2CH2Si(CH3)Cl2、Cl(CH32SiCH2CH2(CF212CH2CH2Si(CH32Cl、Cl3SiCH2CH2(CF210CH2CH2SiCl3、Cl2(CH3)SiCH2CH2(CF210CH2CH2Si(CH3)Cl2、Cl(CH32SiCH2CH2(CF210CH2CH2Si(CH32Cl、Cl3SiCH2CH2(CF28CH2CH2SiCl3、Cl2(CH3)SiCH2CH2(CF28CH2CH2Si(CH3)Cl2、Cl(CH32SiCH2CH2(CF28CH2CH2Si(CH32Cl、Cl3SiCH2CH2(CF26CH2CH2SiCl3、Cl2(CH3)SiCH2CH2(CF26CH2CH2Si(CH3)Cl2、Cl(CH32SiCH2CH2(CF26CH2CH2Si(CH32Cl、Cl3SiCH2CH2CF2CH2CH2SiCl3、Cl2(CH3)SiCH2CH2CF2CH2CH2Si(CH3)Cl2、Cl(CH32SiCH2CH2CF2CH2CH2Si(CH32Cl、(CH3O)3SiCH2CH2(CF212CH2CH2Si(OCH33、(CH3O)2(CH3)SiCH2CH2(CF212CH2CH2Si(CH3)(OCH32、(CH3O)(CH32SiCH2CH2(CF212CH2CH2Si(CH32(OCH3)、(CH3O)3SiCH2CH2(CF210CH2CH2Si(OCH33、(CH3O)2(CH3)SiCH2CH2(CF210CH2CH2Si(CH3)(OCH32、(CH3O)(CH32SiCH2CH2(CF210CH2CH2Si(CH32(OCH3)、(CH3O)3SiCH2CH2(CF28CH2CH2Si(OCH33、(CH3O)2(CH3)SiCH2CH2(CF28CH2CH2Si(CH3)(OCH32、(CH3O)(CH32SiCH2CH2(CF28CH2CH2Si(CH32(OCH3)、(CH3O)3SiCH2CH2(CF26CH2CH2Si(OCH33、(CH3O)2(CH3)SiCH2CH2(CF26CH2CH2Si(CH3)(OCH32、(CH3O)(CH32SiCH2CH2(CF26CH2CH2Si(CH32(OCH3)、(CH3O)3SiCH2CH2CF2CH2CH2Si(OCH33、(CH3O)2(CH3)SiCH2CH2CF2CH2CH2Si(CH3)(OCH32、(CH3O)(CH32SiCH2CH2CF2CH2CH2Si(CH32(OCH3)等をはじめ、フルオロアルキルエトキシシラン類、フルオロアルキルプロポキシシラン類、フルオロアルキルイソシアネートシラン類などが挙げられ、前記一般式[2]のZで表される加水分解性基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基などのアルコキシ基、または、クロロ基やイソシアネート基等のものを用いることができる。
【0032】
また、前記一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランは、塗布液中においてアルコキシ末端ジメチルシリコーンに対して10〜3000モル%の範囲で存在させることが好ましい。10モル%以下であると、シリカ膜中のフルオロアルキルシランの存在量が少なく高滑水性被膜の耐久性が低下する。また、3000モル%以上であると、シリカゾルとの相溶性が低下して透明な被膜の形成が困難となる。
【0033】
次に、本発明の高滑水性被膜の被覆法について説明する。
本発明の高滑水性被膜は下記の工程により被覆することができる。
(1)アルコキシシランを加水分解および重縮合させることによってマトリックス成分としてのシリカゾルを調製する工程、
(2)前記一般式[1]式で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンと前記一般式[2]式で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランと上記(1)で調製したシリカゾルを混合して塗布液を調製する工程、
(3)基材表面に前記塗布液を塗布したのち熱処理を行う工程。
すなわち、高滑水性被膜用の塗布液は、一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンと一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランを前記シリカゾルに添加、混合することにより得ることができる。
【0034】
上記で用いる溶媒としては、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、トルエン、ベンゼン、キシレン等の芳香族系炭化水素溶媒類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル類、クロロホルム、四塩化炭素等の塩素系溶媒やそれらの混合物を用いることが好ましい。
【0035】
次に、上記で得られた塗布液を基材表面に塗布する。
塗布方法としては、手塗り、ノズルフローコート法、ディッピング法、スプレー法、リバースコート法、フレキソ法、印刷法、フローコート法あるいはスピンコート法、ならびにそれらの併用等既知の被覆手段など各種被覆法が適宜採用し得る。また、簡易なタイプのスプレー式撥水処理剤などとしても使用することができる。
【0036】
次に、基材表面に塗布した塗布液を熱処理し基材表面に被膜を固着させる。
熱処理は、風乾により自然乾燥させてもよいし、乾燥後または乾燥と同時に室温を越え600℃以下の温度で熱処理を行うことも出来る。なお、600℃を越えると滑水成分が熱分解して滑水性が著しく低下するので好ましくない。
【0037】
基材としては、ガラス、プラスチック等特に限定されるものではないが、例えば、ガラス基板の場合には、建築用窓ガラスや自動車用窓ガラス等に通常使用されているフロ−トガラスあるいはロ−ルアウト法で製造されたガラス等無機質の透明性がある板ガラスが好ましく、無色または着色、ならびにその種類あるいは色調、他の機能性膜との組み合わせ、ガラスの形状等に特に限定されるものではなく、さらに曲げ板ガラスとしてはもちろん各種強化ガラスや強度アップガラス、平板や単板で使用できるとともに、複層ガラスあるいは合わせガラスとしても使用できる。また、被膜はガラス基板の両面に成膜しても構わない。
【0038】
なお、滑水液が塗布される基材表面は、金属酸化物よりなる下地層が設けられていてもよい。例えば、ガラス基板の場合には、下地層は、ケイ素酸化物等の金属酸化物を主成分とする酸化物薄膜が好ましく、その上に前記塗布液を塗布して高滑水性被膜を被覆することにより、高耐久性を有する高滑水性ガラスを得ることが出来る。
【0039】
以上に述べたように、本発明の高滑水性被膜は、シリカマトリックス中にアルコキシ基が結合したケイ素原子とジメチルシロキサン鎖末端のケイ素原子が酸素またはメチレン基を介して結合したジメチルシリコーンと両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランからなる組成物を滑水成分として用いているので、マトリックス中の滑水成分の保持性が向上し、さらに、該マトリックス中に耐久性に優れたフルオロアルキルシランを導入することで、より高耐久性な高滑水性被膜が形成できる。
【0040】
なお、本発明における滑水性とは、後述の実施例の評価方法で述べるような方法、すなわち、サンプル表面上に50μlの純水を滴下した後、該サンプルを徐々に傾けていき、水滴が動き始める時点の傾斜角度を測定することで評価した。なお、該傾斜角度を転落角(°)とし、転落角は協和界面科学製CA−A型を用いて大気中(約25℃)で測定した。なお、本発明の高滑水性とは、転落角が10°以下のものをいう。
【0041】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、高滑水性被膜の評価方法を以下に示す。
【0042】
〔高滑水性被膜の評価〕
高滑水性被膜の評価方法を以下に記す。
(1)接触角
高滑水性被膜を有するサンプル表面に、純水約2μlを置いたときの水滴とサンプル表面とのなす角を接触角計で測定した。なお、接触角計には協和界面科学製CA−X型を用い、大気中(約25℃)で測定した。
(2)転落角
サンプルを水平に保持した状態で、サンプル表面上に50μlの純水を滴下した後、サンプルを徐々に傾けていき、水滴が動き始める時点の傾斜角度を転落角(°)とした。なお、転落角は協和界面科学製CA−A型を用いて大気中(約25℃)で測定した。なお、転落角が10°以下を合格とした。
(3)耐酸性試験
サンプル表面上に1mlの25%硫酸水溶液を滴下し、約25℃で24h放置した。次いで、水道水で表面を洗浄し、風乾させた後、接触角および転落角を評価した。
(4)耐光性試験
1.5kWメタルハライドランプ(アイグラフィックス製、M015−L312)を12h照射した後の接触角および転落角を評価した。
【0043】
実施例1
(1)両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランとアルコキシ末端ジメチルシリコーンの混合溶液の調製
図1に両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシラン(以下、「両末端加水分解性基含有FAS」と示す)とアルコキシ末端ジメチルシリコーンとからなる混合溶液の調製手順と混合割合(重量比)を示す。
先ず、酢酸エチルで10wt%に希釈した平均重合度nが200のアルコキシ末端ジメチルシリコーン〔(CH3O)3SiCH2CH2Si(CH3)2O[Si(CH3)2O]200Si(CH3)2CH2CH2Si(OCH3)3〕溶液;3.90gと酢酸エチル;21.30gおよび0.1mol/lの硝酸水溶液;0.02gを混合し、約5時間室温で攪拌後、モレキュラーシーブ(ユニオン昭和製、4AXH−5 8×12);4.20gを添加し、室温で約20h静置し、反応溶液中の水分を除去し、溶液Aを得た。
次いで、溶液A;22.20gと3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8−ドデカフルオロ−1,10−ビス(トリメトキシシリル)デカン〔(CH3O)3SiCH2CH2(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3〕;0.05gを混合し、約24h室温で攪拌することによって両末端加水分解性基含有FASとアルコキシ末端ジメチルシリコーンの混合溶液Xを得た。
【0044】
(2)シリカゾルの調製
シリカゾルは、テトラエトキシシラン〔Si(OC25)4:TEOS〕の加水分解および重縮合反応を進めることにより調製した。図2に、シリカゾルの調製手順と各成分の混合割合(重量比)を示す。
先ず、TEOS;312.5gとエキネンF1(90重量%のエタノールと10重量%のイソプロピルアルコールからなる低級アルコールの混合物);450.0gを混合し、約30分間攪拌し溶液Bを得た。また、0.1mol/lの硝酸水溶液;7.5g、H2O;210.0gおよびエキネンF1;20.0gを混合し、約30分間攪拌し溶液Cを得た。次いで、溶液Bと溶液Cを混合後、約15時間室温で攪拌することによってシリカゾルYを得た。
【0045】
(3)塗布液の調製
塗布液は、上記の両末端加水分解性基含有FASとアルコキシ末端ジメチルシリコーンの混合溶液Xと上記シリカゾルYを混合することによって得た。図3に塗布液の調製手順と各薬液の混合割合(重量比)を示す。
先ず、両末端加水分解性基含有FASとアルコキシ末端ジメチルシリコーンの混合溶液X;1.46gとメチルエチルケトン;3.00gとイソプロピルアルコール;3.00gを混合し、約5分間攪拌した。次いで、上記シリカゾルY;0.39gを添加し、約15時間室温で攪拌した。次いで、メチルエチルケトン;13.5gとイソプロピルアルコール;13.5gを添加し、30分間撹拌した。以上の方法により、シリカ濃度が0.1重量%、シリカに対するアルコキシ末端ジメチルシリコーンの重量比(以下、「シリコーン濃度」と示す)が62.5重量%、アルコキシ末端ジメチルシリコーンに対する両末端加水分解性基含有FASのモル比(以下、「FAS濃度」と示す)が400モル%の高滑水性被膜用塗布液を調製した。
【0046】
(4)ガラス基板の洗浄
300mm×300mm×2mm(板厚)サイズのフロートガラスの表面を研摩液を用いて研摩し、ガラス洗浄機(当所製作品)にて水洗および乾燥した。なお、ここで用いた研摩液は、約1%のガラス用研摩剤ミレークE(三井金属鉱業製)を水に混合した懸濁液を用いた。
【0047】
(5)高滑水性被膜の被覆
上記(3)で調製した塗布液をスピンコート法により上記(4)で準備したガラス基板上に塗布した。先ず、スピンコーター上に塗膜用ガラス基板である上記ガラス基板を設置し、回転速度が100rpmの速度で回転させながら約25〜30mlの塗布液を滴下し、30秒間回転速度を維持して塗膜の乾燥を行い、良好な成膜性の透明ゲル膜を得た。次いで、280℃で10分間熱処理を行い、室温まで冷却させた後、流水中、ネル(綿300番)で水洗後、風乾して高滑水性被膜付きガラスサンプルを得た。
【0048】
上記[滑水性被膜の評価]に記載した要領により得られた高滑水性被膜付きガラスサンプルの初期性能および耐久性を評価した結果、初期接触角は108°、初期転落角は5°と良好な水滴転落性を示し、耐酸性試験後の接触角は89°、転落角は12°、耐光性試験後の接触角は88°、転落角は13°と高い撥水性を維持していた。
なお、実施例および比較例で作製したサンプルの作製条件を表1に、また初期性能、耐久性試験結果を表2に示す。
【0049】
【表1】
【0050】
【表2】
【0051】
実施例2
実施例1と同じ要領でシリコーン濃度を50.0重量%、FAS濃度を200モル%とした塗布液を調製した。
結果、初期接触角は106°、初期転落角は6°と良好な水滴転落性を示し、耐酸性試験後の接触角は81°、転落角は17°、耐光性試験後の接触角は80°、転落角は18°と高い撥水性を維持していた。
【0052】
実施例3
平均重合度nが150のアルコキシ末端ジメチルシリコーン〔(CH3O)3SiCH2CH2Si(CH3)2O[Si(CH3)2O]150Si(CH3)2CH2CH2Si(OCH3)3〕を用いた以外はすべて実施例1と同じとした。
結果、初期接触角は106°、初期転落角は8°と良好な水滴転落性を示し、耐酸性試験後の接触角は86°転落角は14°、耐光性試験後の接触角は84°、転落角は15°、と高い撥水性を維持していた。
【0053】
比較例1
上記「実施例1(1)両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランとアルコキシ末端ジメチルシリコーンの混合溶液の調製」において、両末端加水分解性基含有FASの代わりに、片末端のみに加水分解性基を有するドデカフルオロオクチルトリクロロシラン〔CF3(CF2)5CH2CH2SiCl3:C6FASC〕を用い混合溶液Xを調製したことを除けば、実施例1に記載した濃度で塗布液を調製した。
結果、均質で透明な膜は得られなかった。
【0054】
比較例2
上記「実施例1(1)両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランとアルコキシ末端ジメチルシリコーンの混合溶液の調製」において、両末端加水分解性基含有FASの代わりに、片末端のみに加水分解性基を有するドデカフルオロオクチルトリクロロシラン〔CF3(CF2)5CH2CH2SiCl3:C6FASC〕を用いて混合溶液Xを調製したことを除けば、実施例2に記載した濃度で塗布液を調製した。
結果、得られた高滑水性被膜の初期接触角は106°、初期転落角は8°と良好な水滴転落性を示したが、耐酸性試験後の接触角は54°、転落角は30°以上、耐光性試験後の接触角は57°、転落角は30°以上と耐久性は悪かった。
【0055】
【発明の効果】
本発明の高滑水性被膜は、高い撥水耐久性と優れた滑水性を兼ね備えているので、例えば、車両用の窓ガラス等に用いた場合には、雨天時に前方、側方、後方の視界確保が容易となりドライビングの安全性が向上し、さらにこの効果が長期間にわたり維持できる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1におけるフルオロアルキルシランとアルコキシ末端ジメチルシリコーンの混合溶液Xの調製手順を示す図である。
【図2】実施例1におけるシリカゾルYの調製手順を示す図である。
【図3】実施例1における塗布液の調製手順を示す図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention shows extremely excellent water slidability (water droplet slidability) that can be used particularly for architectural window glass, vehicle window glass, mirrors, and other industrial glass, and has high durability. The present invention relates to an aqueous coating and a coating method thereof.
[0002]
[Prior art]
As an attempt to improve water drop sliding properties, a composition containing a silicone-based wax, an organopolysiloxane, a surfactant and the like has been proposed. For example, Japanese Patent Publication No. 50-15473 includes an alkylpolysiloxane and an acid. JP-A-5-301742 discloses a composition containing an amino-modified silicone oil and a surfactant, and a composition that slides with a water droplet amount of about 15 μl at a 30 ° inclination is obtained. Yes. JP-A-11-181212 discloses a unit in which a group such as — (CH 2 ) 3 (CF 2 ) 7 CH 3 is directly bonded to a silicon atom forming an organosiloxane unit, and — (CH 2 ) 3 SiCl. Disclosed is a surface treatment agent comprising a fluorine-containing silicone compound and / or a partial hydrolyzate product of the compound, in which a group such as 3 is an essential unit directly bonded to a silicon atom forming an organosiloxane unit As a result, 50 μl of water droplets slide down at an inclination of about 10 °. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-144056 discloses a silicone compound having a hydrolyzable functional group at the terminal, or a silicone compound having a hydrolyzable functional group at the terminal and a fluoroalkyl group at the other end, and an acid. A functional layer obtained by dissolving water in a solvent, applying the mixed solution obtained by mixing and stirring to the substrate surface, and then drying it is chemically bonded to the substrate surface by a siloxane bond. A surface-treated substrate excellent in water droplet sliding property, which is characterized by the above, is disclosed, in which 50 μl of water droplets slide down at an inclination of about 1 °. These surface treatment agents form a water slidable layer by directly treating the water slidable component on the base material, and are based on a transparent film in which the water slidable component and the matrix component are hybridized as in the present invention. It is not something that is formed on the material.
[0003]
As a method for forming a transparent film comprising a water-sliding component and a matrix component on a substrate, JP-A-8-12375 discloses a mixture of a fluoroalkyl group-containing silane compound and dimethyl silicone and / or a derivative thereof in a solvent. A solution obtained by hydrolysis and a solution obtained by hydrolyzing an alkoxysilane compound in a solvent are mixed, and the mixture is applied to the surface of the substrate. A water-repellent article is disclosed in which methyl groups are present in a higher concentration in the outer surface layer than in the inner layer of the coating. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-26758 discloses a hydroxyl group-containing vinyl polymer, an epoxy-terminated siloxane polymer, a sulfonic acid compound, an optionally blocked polyisocyanate compound, and a melamine resin as a coating composition capable of forming a water slidable film. With a coating composition capable of forming a water-slidable film containing at least one crosslinking agent component selected from the group consisting of a surfactant selected from the group consisting of a specific dialkylsulfosuccinate and an alkylene oxide silane, the falling angle at a water droplet volume of 10 μl is reduced. It is disclosed that it exhibits excellent performance of 5 ° or less.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the water-repellent article described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-12375 has a water drop sliding property of 50 μl of water droplets at a level that slides at an inclination of about 16 °. This level is not enough. Further, the water-repellent article described in JP-A-2000-26758 has low transparency and is limited to use as a paint.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and when a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups such as trialkoxy groups at both ends is used, the silica concentration in the coating solution, the silicone concentration (weight relative to silica) Ratio) and fluoroalkylsilane (FAS) concentration, it was found that a highly water-repellent coating with high transparency can be obtained. In addition, the introduction of fluoroalkylsilane improves the durability (light resistance and acid resistance) of the highly water-slidable coating. Since the fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends can be added at a high concentration, the durability of the highly water-slidable coating can be further enhanced.
[0006]
That is, the highly water-slidable coating film of the present invention comprises an alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] and a fluoroalkyl having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] in a silica matrix. It is characterized in that silane is dispersed.
[0007]
[Chemical 3]
[0008]
Here, X is -OR or -R'Si (OR) r (CH 3 ) 3-r (R is a monovalent an alkyl group, R 'is an divalent alkylene group) alkoxy group or an alkoxy group represented by The containing group, p, q, and r are integers of 1 to 3, and n is an integer of 2000 or less.
[0009]
[Formula 4]
[0010]
Here, s is an integer of 0 to 12, t and u are integers of 1 to 3, and Z is a hydrolyzable group.
[0011]
The highly water-slidable coating film of the present invention is characterized in that the number of alkoxy groups in the alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] is 3 or more.
[0012]
Furthermore, the highly water-slidable coating film of the present invention is characterized in that the number of hydrolyzable groups of the fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] is 3 or more. To do.
[0013]
Furthermore, the highly water-resistant coating film of the present invention is characterized in that the alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] is present in an amount of 1 to 300% by weight based on silica as a matrix. To do.
[0014]
Furthermore, the highly water-slidable coating film of the present invention is a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2]. The alkoxy-terminated dimethylsilicone represented by the general formula [1]. It exists in the range of 10-3000 mol% with respect to this.
[0015]
Furthermore, the highly water-slidable coating film of the present invention has an alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] and hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] in a silica matrix. The component formed by bonding fluoroalkylsilane is dispersed.
[0016]
Furthermore, the highly water-slidable coating film of the present invention is characterized in that it is formed on a base layer made of a metal oxide formed on the substrate surface.
[0017]
Moreover, the coating method of the highly water-slidable coating film of the present invention is characterized by being performed by the following steps.
(1) preparing a silica sol as a matrix component by hydrolyzing and polycondensing alkoxysilane;
(2) An alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1], a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2], and the above (1) A step of preparing a coating solution by mixing silica sol,
(3) A step of applying a heat treatment after applying the coating solution on the surface of the substrate.
[0018]
Furthermore, the coating method of the highly water-slidable coating film of the present invention is characterized in that the heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. or lower.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The highly lubricious coating film of the present invention comprises an alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] and a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] in a silica matrix. Is distributed.
[0020]
[Chemical formula 5]
[0021]
Here, X is -OR or -R'Si (OR) r (CH 3 ) 3-r (R is a monovalent an alkyl group, R 'is an divalent alkylene group) alkoxy group or an alkoxy group represented by The containing group, p, q, and r are integers of 1 to 3, and n is an integer of 2000 or less.
[0022]
[Chemical 6]
[0023]
Here, s is an integer of 0 to 12, t and u are integers of 1 to 3, and Z is a hydrolyzable group.
[0024]
For example, silica prepared as a silica sol formed by advancing hydrolysis and polycondensation reaction of alkoxysilane can be used as the matrix which is a film constituent of the high water-sliding coating. For example, a predetermined amount of alkoxysilane (for example, tetraethoxysilane [Si (OC 2 H 5 ) 4 ]) and a solvent are mixed and stirred (for example, about 30 minutes) to obtain a solution A. In addition, as a solvent, lower alcohols, such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol, and those mixed solvents are desirable, However, Ethers and ketones can also be used. On the other hand, the aqueous solution and the solvent are mixed and stirred (for example, about 30 minutes) to obtain a solution B.
[0025]
Next, after mixing the solution A and the solution B, the mixture is stirred for a long time (for example, about 15 hours) at room temperature to proceed hydrolysis and polycondensation reaction of alkoxysilane to obtain a silica sol. As described above, hydrolysis of alkoxysilane can be carried out by adding a small amount of water and an acid catalyst such as hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, etc., using alkoxysilane as a starting material, and heating the hydrolyzate at room temperature or while heating. A silica sol can be obtained by polycondensation by stirring. The method for preparing the silica sol is not limited to the above method, but the method of gradually mixing an acidic aqueous solution diluted with a solvent into a solution obtained by diluting the alkoxysilane as described above with a solvent is abrupt. This is preferable because a more homogeneous reaction can be obtained.
[0026]
Examples of the alkoxysilane include tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, and ethyltriethoxysilane. , Trialkoxysilanes such as propyltrimethoxysilane and propyltriethoxysilane, or dialkoxysilanes can be used. Among the above alkoxysilanes, trialkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, and ethyltriethoxysilane are preferable.
[0027]
The alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] has at least an alkoxy group capable of bonding with a silica matrix or a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] at each end. What has 1 or more can be used. The number of alkoxy groups possessed by the alkoxy-terminated dimethyl silicone is preferably 3 or more, and if it is 2 or less, the compatibility with silica sol is lowered, and the film formability is lowered. The holding amount is reduced and the durability of the highly water-slidable coating is lowered.
[0028]
The average degree of polymerization n of the alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] is 2000 or less, and particularly preferably in the range of 5 to 1000. When it is 2000 or more, the compatibility with silica sol is lowered, and it becomes difficult to form a transparent film.
[0029]
R in the alkoxy-terminated dimethylsilicone represented by the general formula [1] is a monovalent alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and includes a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group. A group such as a group or a cyclohexyl group can be used. Of these, a methyl group or an ethyl group is preferable. R ′ is a divalent alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and an ethylene group, a propylene group, an isopropylene group, a butylene group, or the like can be used. Among them, an ethylene group is preferable.
[0030]
Furthermore, the alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] is preferably present in the range of 1 to 300% by weight with respect to silica in the coating solution. When the content is 1% by weight or less, the amount of silicone present in the silica film is reduced, and the water slidability of the highly water slidable coating is lowered. On the other hand, if it is 300% by weight or more, the compatibility with the silica sol is lowered and it becomes difficult to form a transparent film.
[0031]
Next, examples of the fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] include Cl 3 SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 12 CH 2 CH 2 SiCl 3 , Cl 2 ( CH 3) SiCH 2 CH 2 ( CF 2) 12 CH 2 CH 2 Si (CH 3) Cl 2, Cl (CH 3) 2 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 12 CH 2 CH 2 Si (CH 3) 2 Cl , Cl 3 SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 10 CH 2 CH 2 SiCl 3 , Cl 2 (CH 3 ) SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 10 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) Cl 2 , Cl (CH 3 ) 2 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 10 CH 2 CH 2 Si (CH 3) 2 Cl, Cl 3 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 8 CH 2 CH 2 SiCl 3, Cl 2 (CH 3) SiCH 2 CH 2 (CF 2) 8 CH 2 CH 2 Si (CH 3) Cl 2, l (CH 3) 2 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 8 CH 2 CH 2 Si (CH 3) 2 Cl, Cl 3 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 6 CH 2 CH 2 SiCl 3, Cl 2 (CH 3 ) SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 6 CH 2 CH 2 Si (CH 3) Cl 2, Cl (CH 3) 2 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 6 CH 2 CH 2 Si (CH 3) 2 Cl, Cl 3 SiCH 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 SiCl 3 , Cl 2 (CH 3 ) SiCH 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) Cl 2 , Cl (CH 3 ) 2 SiCH 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) 2 Cl, (CH 3 O) 3 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 12 CH 2 CH 2 Si (OCH 3) 3, (CH 3 O) 2 (CH 3) SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 12 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) (OCH 3 ) 2 , (CH 3 O ) (CH 3 ) 2 SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 12 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) 2 (OCH 3 ), (CH 3 O) 3 SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 10 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3 , (CH 3 O) 2 (CH 3 ) SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 10 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) (OCH 3 ) 2 , (CH 3 O) (CH 3 ) 2 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 10 CH 2 CH 2 Si (CH 3) 2 (OCH 3), (CH 3 O) 3 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 8 CH 2 CH 2 Si (OCH 3) 3, (CH 3 O) 2 (CH 3 ) SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 8 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) (OCH 3 ) 2 , (CH 3 O) (CH 3 ) 2 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 8 CH 2 CH 2 Si (CH 3) 2 (OCH 3), (CH 3 O) 3 SiCH 2 CH 2 (CF 2) 6 CH 2 CH 2 S i (OCH 3 ) 3 , (CH 3 O) 2 (CH 3 ) SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 6 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) (OCH 3 ) 2 , (CH 3 O) (CH 3 ) 2 SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 6 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) 2 (OCH 3 ), (CH 3 O) 3 SiCH 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3 , (CH 3 O) 2 (CH 3) SiCH 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 Si (CH 3) (OCH 3) 2, (CH 3 O) (CH 3) 2 SiCH 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 Si Examples include (CH 3 ) 2 (OCH 3 ), fluoroalkylethoxysilanes, fluoroalkylpropoxysilanes, fluoroalkylisocyanate silanes, etc., and hydrolyzability represented by Z in the general formula [2]. Groups include methoxy, ethoxy, and prop Shi group, an isopropoxy group, an alkoxy group such as butoxy group, or can be used such as a chloro group or an isocyanate group.
[0032]
Further, the fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] is preferably present in the coating solution in a range of 10 to 3000 mol% with respect to the alkoxy-terminated dimethylsilicone. . When the amount is 10 mol% or less, the amount of fluoroalkylsilane in the silica film is small and the durability of the highly water-slidable coating film is lowered. On the other hand, if it is 3000 mol% or more, the compatibility with the silica sol is lowered and it becomes difficult to form a transparent film.
[0033]
Next, the coating method of the highly water-slidable coating of the present invention will be described.
The highly water-slidable coating film of the present invention can be coated by the following process.
(1) preparing a silica sol as a matrix component by hydrolyzing and polycondensing alkoxysilane;
(2) An alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1], a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2], and the above (1) A step of preparing a coating solution by mixing silica sol,
(3) A step of applying a heat treatment after applying the coating solution on the surface of the substrate.
That is, the coating solution for a highly water-slidable coating film contains an alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] and a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2]. It can obtain by adding and mixing.
[0034]
Solvents used above include lower alcohols such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol, ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, esters such as ethyl acetate and butyl acetate, and aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, benzene and xylene. It is preferable to use ethers such as diethyl ether and diisopropyl ether, chlorinated solvents such as chloroform and carbon tetrachloride, and mixtures thereof.
[0035]
Next, the coating solution obtained above is applied to the surface of the substrate.
Various coating methods such as hand coating, nozzle flow coating method, dipping method, spray method, reverse coating method, flexo method, printing method, flow coating method or spin coating method, and known coating means such as combinations thereof are applied. Can be adopted as appropriate. It can also be used as a simple type spray-type water repellent agent.
[0036]
Next, the coating solution applied to the substrate surface is heat-treated to fix the coating on the substrate surface.
The heat treatment may be naturally dried by air drying, or after the drying or simultaneously with the drying, the heat treatment may be performed at a temperature exceeding room temperature and 600 ° C. or less. If the temperature exceeds 600 ° C., the water-sliding component is thermally decomposed and the water-sliding property is remarkably lowered.
[0037]
The base material is not particularly limited, such as glass and plastic. For example, in the case of a glass substrate, a float glass or a roll-out that is usually used for architectural window glass or automobile window glass is used. Inorganic transparent plate glass such as glass produced by the method is preferred, and it is not particularly limited to colorless or colored, as well as its type or color tone, combination with other functional films, glass shape, etc. As a bent plate glass, of course, it can be used as various tempered glasses, strength-enhanced glass, flat plate or single plate, and can also be used as double-layer glass or laminated glass. The coating may be formed on both sides of the glass substrate.
[0038]
In addition, the base layer which consists of a metal oxide may be provided in the base-material surface where a synovial fluid is apply | coated. For example, in the case of a glass substrate, the underlying layer is preferably an oxide thin film containing a metal oxide such as silicon oxide as a main component, and the coating liquid is applied thereon to cover the highly water-slidable film. Thus, a highly lubricious glass having high durability can be obtained.
[0039]
As described above, the highly water-slidable coating of the present invention has a silicon matrix having an alkoxy group bonded to a silica matrix and a dimethyl silicone having both ends of the dimethylsiloxane chain bonded to each other via oxygen or methylene groups. Since a composition comprising a fluoroalkylsilane having a hydrolyzable group is used as the water-sliding component, the retention of the water-sliding component in the matrix is improved, and further, the fluoroalkyl having excellent durability in the matrix By introducing silane, a highly durable and highly lubricious coating film can be formed.
[0040]
In the present invention, the water slidability is a method as described in the evaluation method of the examples described later, that is, after dropping 50 μl of pure water on the sample surface, the sample is gradually tilted, and the water droplets move. Evaluation was made by measuring the angle of inclination at the beginning. In addition, this inclination angle was made into the fall angle (degree), and the fall angle was measured in air | atmosphere (about 25 degreeC) using Kyowa Interface Science CA-A type | mold. In addition, the high lubricity of this invention means a thing with a fall angle of 10 degrees or less.
[0041]
【Example】
Examples of the present invention will be described below. The present invention is not limited to these examples. In addition, the evaluation method of a highly lubricious coating film is shown below.
[0042]
[Evaluation of high water-sliding film]
The evaluation method of the highly water-slidable coating is described below.
(1) Contact angle The angle formed by the water droplet and the sample surface when about 2 μl of pure water was placed on the sample surface having a highly water-slidable coating was measured with a contact angle meter. In addition, the CA-X type made from Kyowa Interface Science was used for the contact angle meter, and it measured in air | atmosphere (about 25 degreeC).
(2) Falling angle With the sample held horizontally, after dropping 50 μl of pure water onto the sample surface, the sample is gradually tilted, and the tilt angle at the time when the water droplet starts to move is defined as the falling angle (°). did. The sliding angle was measured in the atmosphere (about 25 ° C.) using Kyowa Interface Science CA-A type. A falling angle of 10 ° or less was regarded as acceptable.
(3) Acid resistance test 1 ml of 25% sulfuric acid aqueous solution was dropped on the surface of the sample and left at about 25 ° C. for 24 hours. Next, the surface was washed with tap water and air-dried, and then the contact angle and the falling angle were evaluated.
(4) Light resistance test The contact angle and the falling angle after 12 h irradiation of a 1.5 kW metal halide lamp (manufactured by Eye Graphics, M015-L312) were evaluated.
[0043]
Example 1
(1) Preparation of mixed solution of fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends and alkoxy-terminated dimethylsilicone FIG. 1 shows a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends (hereinafter “hydrolyzable groups at both ends”). The preparation procedure and mixing ratio (weight ratio) of a mixed solution consisting of “containing FAS” and alkoxy-terminated dimethyl silicone are shown.
First, an alkoxy-terminated dimethyl silicone diluted with ethyl acetate to 10 wt% and having an average polymerization degree n of 200 [(CH 3 O) 3 SiCH 2 CH 2 Si (CH 3 ) 2 O [Si (CH 3 ) 2 O] 200 Si (CH 3 ) 2 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3 ] solution; 3.90 g and ethyl acetate; 21.30 g and 0.1 mol / l nitric acid aqueous solution; 0.02 g were mixed and mixed at room temperature for about 5 hours. After stirring, molecular sieve (Union Showa, 4AXH-5 8 × 12); 4.20 g was added and allowed to stand at room temperature for about 20 hours to remove water in the reaction solution to obtain Solution A.
Next, solution A; 22.20 g and 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-dodecafluoro-1,10-bis (trimethoxysilyl) decane [(CH 3 O) 3 SiCH 2 CH 2 (CF 2 ) 6 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3 ]; 0.05 g was mixed and stirred at room temperature for about 24 hours to obtain FAS and alkoxy containing both terminal hydrolyzable groups A mixed solution X of terminal dimethyl silicone was obtained.
[0044]
(2) Preparation of silica sol The silica sol was prepared by advancing hydrolysis and polycondensation reaction of tetraethoxysilane [Si (OC 2 H 5 ) 4 : TEOS]. FIG. 2 shows the silica sol preparation procedure and the mixing ratio (weight ratio) of each component.
First, TEOS; 312.5 g and Echinen F1 (mixture of lower alcohol composed of 90 wt% ethanol and 10 wt% isopropyl alcohol); 40.0 g were mixed and stirred for about 30 minutes to obtain Solution B. Moreover, 0.1 mol / l nitric acid aqueous solution; 7.5 g, H 2 O; 210.0 g and echinene F1; 20.0 g were mixed and stirred for about 30 minutes to obtain a solution C. Next, after mixing Solution B and Solution C, silica sol Y was obtained by stirring at room temperature for about 15 hours.
[0045]
(3) Preparation of Coating Solution A coating solution was obtained by mixing the mixed solution X of the above-mentioned hydrolyzable group-containing FAS and alkoxy-terminated dimethyl silicone with the silica sol Y. FIG. 3 shows the procedure for preparing the coating solution and the mixing ratio (weight ratio) of each chemical solution.
First, mixed solution X of FAS containing both terminal hydrolyzable groups and alkoxy-terminated dimethyl silicone; 1.46 g and methyl ethyl ketone; 3.00 g and isopropyl alcohol; 3.00 g were mixed and stirred for about 5 minutes. Next, 0.39 g of the above silica sol Y was added and stirred at room temperature for about 15 hours. Next, 13.5 g of methyl ethyl ketone and 13.5 g of isopropyl alcohol were added and stirred for 30 minutes. By the above method, the silica concentration is 0.1% by weight, the weight ratio of alkoxy-terminated dimethyl silicone to silica (hereinafter referred to as “silicone concentration”) is 62.5% by weight, and both terminal hydrolyzability to alkoxy-terminated dimethyl silicone. A coating solution for a highly lubricious coating film having a molar ratio of group-containing FAS (hereinafter referred to as “FAS concentration”) of 400 mol% was prepared.
[0046]
(4) Cleaning of glass substrate The surface of a float glass having a size of 300 mm × 300 mm × 2 mm (plate thickness) was polished with a polishing liquid, washed with water and dried with a glass cleaning machine (produced by our company). In addition, the polishing liquid used here was a suspension obtained by mixing approximately 1% of a glass polishing agent Mille E (manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd.) with water.
[0047]
(5) Coating of highly water-slidable coating film The coating solution prepared in (3) above was applied on the glass substrate prepared in (4) above by spin coating. First, the glass substrate, which is a glass substrate for a coating film, is placed on a spin coater, and about 25 to 30 ml of coating solution is dropped while rotating at a rotation speed of 100 rpm, and the coating is applied while maintaining the rotation speed for 30 seconds. The film was dried to obtain a transparent gel film having good film formability. Next, heat treatment was performed at 280 ° C. for 10 minutes, and the mixture was cooled to room temperature, then washed with running water (Cotton No. 300) and air-dried to obtain a glass sample with a highly lubricious coating film.
[0048]
As a result of evaluating the initial performance and durability of the glass sample with a high water slidable film obtained by the procedure described in [Evaluation of water slidable film], the initial contact angle was as good as 108 ° and the initial sliding angle was 5 °. It exhibited water drop slidability. The contact angle after the acid resistance test was 89 °, the tumbling angle was 12 °, the contact angle after the light resistance test was 88 °, and the tumbling angle was 13 °, maintaining high water repellency.
The production conditions of the samples produced in Examples and Comparative Examples are shown in Table 1, and the initial performance and durability test results are shown in Table 2.
[0049]
[Table 1]
[0050]
[Table 2]
[0051]
Example 2
In the same manner as in Example 1, a coating solution having a silicone concentration of 50.0% by weight and a FAS concentration of 200 mol% was prepared.
As a result, the initial contact angle was 106 ° and the initial drop angle was 6 °, indicating a good drop drop property. The contact angle after the acid resistance test was 81 °, the drop angle was 17 °, and the contact angle after the light resistance test was 80. The water repellency was maintained as high as 18 °.
[0052]
Example 3
Alkoxy-terminated dimethyl silicone having an average degree of polymerization n of 150 [(CH 3 O) 3 SiCH 2 CH 2 Si (CH 3 ) 2 O [Si (CH 3 ) 2 O] 150 Si (CH 3 ) 2 CH 2 CH 2 Si All were the same as Example 1 except that (OCH 3 ) 3 ] was used.
As a result, the initial contact angle was 106 ° and the initial drop angle was 8 °, indicating a good drop drop property, the contact angle after the acid resistance test was 86 °, the drop angle was 14 °, and the contact angle after the light resistance test was 84 °. The falling angle was 15 °, maintaining high water repellency.
[0053]
Comparative Example 1
In the above-mentioned “Example 1 (1) Preparation of mixed solution of fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends and alkoxy-terminated dimethylsilicone”, instead of FAS containing hydrolyzable groups at both ends, water is added only at one end. Coating solution with the concentration described in Example 1 except that dodecafluorooctyltrichlorosilane having a decomposable group [CF 3 (CF 2 ) 5 CH 2 CH 2 SiCl 3 : C6FASC] was used to prepare mixed solution X Was prepared.
As a result, a homogeneous and transparent film was not obtained.
[0054]
Comparative Example 2
In the above-mentioned “Example 1 (1) Preparation of mixed solution of fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends and alkoxy-terminated dimethylsilicone”, instead of FAS containing hydrolyzable groups at both ends, water is added only at one end. Coating was carried out at the concentration described in Example 2 except that mixed solution X was prepared using dodecafluorooctyltrichlorosilane having a decomposable group [CF 3 (CF 2 ) 5 CH 2 CH 2 SiCl 3 : C6FASC]. A liquid was prepared.
As a result, the resulting highly water-slidable coating film showed good water droplet tumbling properties with an initial contact angle of 106 ° and an initial tumbling angle of 8 °, but the contact angle after the acid resistance test was 54 ° and the tumbling angle was 30 °. As described above, the contact angle after the light resistance test was 57 °, and the sliding angle was 30 ° or more.
[0055]
【The invention's effect】
Since the high water-sliding film of the present invention has both high water repellency durability and excellent water slidability, for example, when used in a window glass for a vehicle, the front, side, and rear visibility during rainy weather It is easy to secure and improves the safety of driving, and further, such effects can be maintained over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a procedure for preparing a mixed solution X of a fluoroalkylsilane and an alkoxy-terminated dimethylsilicone in Example 1.
2 is a view showing a preparation procedure of silica sol Y in Example 1. FIG.
3 is a diagram showing a procedure for preparing a coating liquid in Example 1. FIG.

Claims (9)

シリカマトリックス中に、一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンと一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランとからなる組成物が滑水成分として混合されてなることを特徴とする高滑水性被膜。
ここで、Xは−ORまたは−R'Si(OR)r(CH3)3-r(Rは1価のアルキル基、R'は2価のアルキレン基)で表されるアルコキシ基またはアルコキシ基含有基、p、q、rは1〜3の整数、nは2000以下の整数を示す。
ここで、sは〜12の整数、t,uは1〜3の整数、Zは加水分解性基を示す。
A composition comprising an alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] and a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] as a water-sliding component in a silica matrix A highly water-sliding film characterized by being mixed.
Here, X is -OR or -R'Si (OR) r (CH 3 ) 3-r (R is a monovalent an alkyl group, R 'is an divalent alkylene group) alkoxy group or an alkoxy group represented by The containing group, p, q, and r are integers of 1 to 3, and n is an integer of 2000 or less.
Here, s is an integer of 1 to 12, t and u are integers of 1 to 3, and Z is a hydrolyzable group.
前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンのアルコキシ基の数が3個以上であることを特徴とする請求項1記載の高滑水性被膜。The highly water-slidable coating film according to claim 1, wherein the number of alkoxy groups of the alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] is 3 or more. 前記一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランの加水分解性基の数が3個以上であることを特徴とする請求項1記載の高滑水性被膜。The highly water-slidable coating film according to claim 1, wherein the number of hydrolyzable groups of the fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] is 3 or more. 前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンは、アルコキシシランから得られるシリカに対して、1〜300重量%の範囲で存在してなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の高滑水性被膜。The alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] is present in an amount of 1 to 300% by weight based on silica obtained from alkoxysilane. The highly water-slidable coating according to crab. 前記一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランは、前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンに対して、10〜3000モル%の範囲で存在してなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の高滑水性被膜。The fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2] is in the range of 10 to 3000 mol% with respect to the alkoxy-terminated dimethylsilicone represented by the general formula [1]. The highly water-slidable coating film according to any one of claims 1 to 4, which is present. シリカマトリックス中に、前記一般式[1]で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーンと前記一般式[2]で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランが結合してなる成分が、分散していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の高滑水性被膜。In the silica matrix, a component formed by bonding an alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1] and a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2], The high water-sliding film according to any one of claims 1 to 5, which is dispersed. 高滑水性被膜は、基材表面に形成された金属酸化物からなる下地層上に形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の高滑水性被膜。The high water-sliding film according to any one of claims 1 to 6, wherein the high water-sliding film is formed on a base layer made of a metal oxide formed on the surface of the substrate. 下記の工程により行うことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の高滑水性被膜の被覆法。
(1)アルコキシシランを加水分解および重縮合させることによってマトリックス成分としてのシリカゾルを調製する工程、
(2)前記一般式[1]式で表されるアルコキシ末端ジメチルシリコーン、前記一般式[2]式で表される両末端に加水分解性基を有するフルオロアルキルシランと上記(1)で調製したシリカゾルを混合して塗布液を調製する工程、
(3)基材表面に前記塗布液を塗布したのち熱処理を行う工程。
The method for coating a highly water- slidable coating film according to any one of claims 1 to 7, wherein the coating method is performed by the following steps.
(1) preparing a silica sol as a matrix component by hydrolyzing and polycondensing alkoxysilane;
(2) An alkoxy-terminated dimethyl silicone represented by the general formula [1], a fluoroalkylsilane having hydrolyzable groups at both ends represented by the general formula [2], and the above (1) A step of preparing a coating solution by mixing silica sol,
(3) A step of applying a heat treatment after applying the coating solution on the surface of the substrate.
前記熱処理は、600℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項8記載の高滑水性被膜の被覆法。The method for coating a highly water-slidable coating according to claim 8, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C or lower.
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