JP4503091B2 - Superhydrophobic powder, structure having superhydrophobic surface using the same, and production method thereof - Google Patents

Superhydrophobic powder, structure having superhydrophobic surface using the same, and production method thereof Download PDF

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Description

本発明は、シリカ系ナノファイバーの会合体を基本構造とするものであって、そのシリカ表面に疎水性基を有する化合物が物理吸着されてなる超疎水性粉体、これを用いる超疎水性表面を有する構造体、およびそれらの製造方法に関する。   The present invention has a basic structure of an aggregate of silica-based nanofibers, a superhydrophobic powder in which a compound having a hydrophobic group is physically adsorbed on the silica surface, and a superhydrophobic surface using the same And a manufacturing method thereof.

固体表面に水滴が接触した際、水滴の接触角が150°以上である場合には超疎水性と定義されている。接触角が70〜150°の範囲は、疎水性と定義される。一般に疎水性は表面張力が低い分子残基で表面が被われることで発現するものであるが、超疎水性は表面張力が低い分子残基だけで発現させることは困難である。   It is defined as superhydrophobic when a water droplet contacts with a solid surface and the contact angle of the water droplet is 150 ° or more. The range where the contact angle is 70 to 150 ° is defined as hydrophobic. In general, hydrophobicity is expressed by covering a surface with molecular residues having a low surface tension, but superhydrophobicity is difficult to express only with molecular residues having a low surface tension.

一方、自然界の生物には超疎水性を示すものが多い。例えば、蓮、稲、キャベツなどの葉は水滴を完全に弾く超疎水性(超撥水性)を有する。蓮の葉の超疎水性は葉の表面構造と深く関係していることが知られている。即ち、ナノファイバーが表面全体に広がりながら表層を形成し、その上にナノファイバーの会合体のようなミクロンサイズの凸起物が一定距離で最表面層を作りあげており、且つこれらのナノファイバーの表面に疎水性ワックスが存在することが知られている。このことは、超疎水性を発現するには表面荒さ、即ち、ナノ次元での表面構造・形状の制御が最重要であることを示唆する。   On the other hand, many organisms in the natural world show superhydrophobicity. For example, leaves such as lotus, rice and cabbage have super hydrophobicity (super water repellency) that completely repels water droplets. It is known that the superhydrophobicity of lotus leaves is closely related to the surface structure of the leaves. That is, the surface layer is formed while the nanofibers are spread over the entire surface, and micron-sized protrusions such as nanofiber aggregates are formed on the outermost surface layer at a certain distance. It is known that hydrophobic wax exists on the surface. This suggests that the control of the surface roughness, that is, the surface structure / shape in the nano-dimension is the most important for developing the superhydrophobicity.

蓮の効果とも言われる超疎水性発現の構造原理は、多くの人工蓮類似構造設計法の開発の指針となり、ナノ材料の進歩に伴い、この数年、多様な超疎水性材料が数多く開発されてきた。例えば、カーボンナノチューブを基材表面に規則的に配列させることで、接触角を170°以上に持ち上げることが報告されている(例えば、非特許文献1参照)。また、白金コートされたシリコン表面に、電気化学プロセスでポリピロールのナノファイバーを成長させ、表面接触角を170°以上にすることが報告されている(例えば、非特許文献2参照)。また、ガラス基材表面に400℃以上の温度で、酸化亜鉛のナノ結晶シーズ膜を形成させた後、その上でロッド状の酸化亜鉛のナノファイバーを無数に成長させることで、超疎水性を発現している(例えば、非特許文献3参照)。   The structural principle of superhydrophobic expression, also referred to as the effect of lotus, has become a guideline for the development of many artificial lotus-like structural design methods. I came. For example, it has been reported that the contact angle is increased to 170 ° or more by regularly arranging the carbon nanotubes on the surface of the substrate (see, for example, Non-Patent Document 1). In addition, it has been reported that polypyrrole nanofibers are grown on a platinum-coated silicon surface by an electrochemical process to increase the surface contact angle to 170 ° or more (for example, see Non-Patent Document 2). In addition, after forming a zinc oxide nanocrystal seeds film on the surface of the glass substrate at a temperature of 400 ° C. or higher, an infinite number of rod-shaped zinc oxide nanofibers are grown on the glass substrate surface. It is expressed (see, for example, Non-Patent Document 3).

単純な方法としては、例えば、ポリプロピレンの溶液に一定の貧溶剤を加え、それを基材表面にキャストし、温度調整することにより、ポリプロピレンのナノ粒子からなるネットワーク構造を形成させ、それにより接触角を160°まで上げたことが報告されている(例えば、非特許文献4参照)。また、ケイ素、ホウ素、ナトリウムの酸化物からなるガラスに相分離構造を持たせ、それをさらに化学処理でエッチングすることにより、その表面に凹凸構造を誘導した後、最後に、表面にフッ素化合物を反応させることで超疎水性を発現できる(例えば、特許文献1参照。)。さらに、ポリアリールアミンとポリアクリル酸との積層膜を作製したのち、その表面を化学法で処理することで表面ポーラス構造を誘導し、その上にシリカナノ粒子を固定した後、最後にフッ素化アルキル基を有するシランカップリング剤で疎水化させることで、超疎水性表面を構築することも知られている(例えば、特許文献2参照。)。   As a simple method, for example, a certain poor solvent is added to a solution of polypropylene, and it is cast on the surface of a substrate, and the temperature is adjusted, thereby forming a network structure composed of polypropylene nanoparticles, and thereby a contact angle. Has been reported to be increased to 160 ° (for example, see Non-Patent Document 4). In addition, a glass composed of oxides of silicon, boron, and sodium has a phase separation structure, and it is further etched by chemical treatment to induce a concavo-convex structure on the surface, and finally a fluorine compound is applied to the surface. Superhydrophobicity can be expressed by reacting (see, for example, Patent Document 1). Furthermore, after producing a laminated film of polyarylamine and polyacrylic acid, the surface is treated with a chemical method to induce a surface porous structure, and silica nanoparticles are fixed thereon, and finally a fluorinated alkyl. It is also known to construct a superhydrophobic surface by hydrophobizing with a silane coupling agent having a group (see, for example, Patent Document 2).

多くの公知文献では、超疎水性膜及びそれらの作製法が頻繁に取り上げられているが、それらは基材表面での荒さ(即ち、ラフネス)を加工する手法に相当することが多く、その表面処理加工過程が煩雑になりやすく、コストも高い。また、有機ポリマーをベースにする超疎水性表面の場合、コストは低いが、得られた超疎水性表面の耐溶剤性、耐腐食性が低く、実用上の問題がある。   Many known documents frequently discuss superhydrophobic films and methods for producing them, but they often correspond to techniques for processing roughness on the surface of a substrate (ie, roughness). The processing process tends to be complicated and the cost is high. Further, in the case of a superhydrophobic surface based on an organic polymer, the cost is low, but the solvent resistance and corrosion resistance of the obtained superhydrophobic surface are low, which causes a practical problem.

粉体そのものを超疎水性(超撥水性)にしたり、また、その超疎水性粉体を用いて超疎水性膜を構成したりすることについての研究は極めて稀であるが、最近の1例を挙げると、2−3μmの大きさの酸化鉄(α−Fe)の粉体が、表面に花びら構造を有することで超疎水性を発現するようになることが見出されている(例えば、非特許文献5参照)。しかしながら、前記非特許文献5で提案された技術はその応用範囲が狭く、工業的に簡便な手法によるものではない。 Research on making the powder itself superhydrophobic (superhydrophobic) or using the superhydrophobic powder to form a superhydrophobic film is extremely rare, but a recent example For example, it has been found that a powder of iron oxide (α-Fe 2 0 3 ) having a size of 2-3 μm exhibits superhydrophobicity by having a petal structure on the surface. (For example, refer nonpatent literature 5). However, the technique proposed in Non-Patent Document 5 has a narrow application range and is not based on an industrially simple technique.

一方で、自然界における超疎水性の粉体としては、例えば、アメンボの足が超疎水性粉体の集合体に相当すると理解されている。アメンボの足の構造は超疎水性であり、それに起因して発生する水の浮力と表面張力が加わることで、その足の25倍以上の重さの体を水面に浮かばせることが出来、それに弾力が加わることでアメンボは水面を飛ぶように走ることができる(例えば、非特許文献6参照。)。超疎水性粉体の開発は産業上の利用価値が高く、特に自然界に大量に存在するケイ素化合物を原料とし簡便な製造方法で合成できるということになれば、その応用を更に広げることになり、期待の大きい課題である。   On the other hand, as a superhydrophobic powder in nature, it is understood that, for example, the feet of amembo correspond to an aggregate of superhydrophobic powder. The structure of the leg of Amembo is super-hydrophobic, and by adding the buoyancy and surface tension of the water generated due to it, the body more than 25 times the weight of the leg can be floated on the water surface. By adding elasticity, the Amoebo can run so as to fly over the water surface (see, for example, Non-Patent Document 6). The development of superhydrophobic powder has high industrial utility value, especially if it can be synthesized by a simple manufacturing method using silicon compounds existing in large quantities in nature as a raw material, the application will be further expanded. This is a highly anticipated issue.

Sun et al.,Acc.Chem.Res.,2005,38,644−652Sun et al. , Acc. Chem. Res. 2005, 38, 644-652. Li et al.,J.Mater.Chem.,2008,18,2276−2280Li et al. , J .; Mater. Chem. , 2008, 18, 2276-2280 Feng et al.,J.Am.Chem.Soc.,2004,126,62−63Feng et al. , J .; Am. Chem. Soc. , 2004, 126, 62-63 Erbil et al.,Science,2003,299,1377−1380Erbil et al. , Science, 2003, 299, 1377-1380 Cao et al.,Appl.Phys.Lett.,2007,91.034102Cao et al. , Appl. Phys. Lett. , 2007, 91.034102 Gao et al.,Nature 2004,432,36Gao et al. , Nature 2004, 432, 36 特表2008−508181号公報Special table 2008-508181 米国特許出願公開第2006/029808号明細書US Patent Application Publication No. 2006/029808

本発明が解決しようとする課題は、シリカを主成分とする粉体そのものを超疎水性にすることにある。より詳しくは、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーのフィラメントにシリカが被覆されてなる有機無機複合ナノファイバーの会合体に表面自由エネルギーを低下させることができる、疎水性基を有する化合物を物理吸着してなることを特徴とする超疎水性粉体、及びその粉体の簡便な製造方法を提供することにある。さらには、上記有機無機複合ナノファイバーから直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーを焼成によって除去して得られる、シリカを主構成成分とするナノファイバーの会合体に疎水性基を有する化合物を物理吸着させることで得られる超疎水性粉体とその粉体の簡便な製造方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to make the powder containing silica as a main component itself superhydrophobic. More specifically, a physical adsorption of a compound having a hydrophobic group capable of reducing the surface free energy to an aggregate of organic-inorganic composite nanofibers in which a polymer filament having a linear polyethyleneimine skeleton is coated with silica. It is an object of the present invention to provide a superhydrophobic powder characterized by being formed and a simple method for producing the powder. Furthermore, a compound having a hydrophobic group is physically adsorbed to an aggregate of nanofibers mainly composed of silica, which is obtained by removing a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton from the organic-inorganic composite nanofiber by baking. It is another object of the present invention to provide a superhydrophobic powder obtained by making it easy to produce the powder.

さらには、上記の超疎水性粉体を用いる超疎水性表面を有する構造体とその製造方法を提供することにある。   Furthermore, it is providing the structure which has the superhydrophobic surface using said superhydrophobic powder, and its manufacturing method.

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、有機物であるポリマーと無機物であるシリカとがナノメートルオーダーで複合化されてなる有機無機複合ナノファイバーの会合体表面を形成するシリカ、または当該有機無機複合ナノファイバーの有機部分が除去されたナノファイバー構造のシリカ表面には、疎水性の官能基を有する化合物を物理吸着する能力があり、物理吸着後に得られる粉体は超疎水性を発現することを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive research to solve the above-mentioned problems, the present inventor formed an aggregate surface of organic-inorganic composite nanofibers in which an organic polymer and an inorganic silica are combined on the nanometer order. The silica surface of the nanofiber structure from which the organic portion of the silica or the organic-inorganic composite nanofiber is removed has the ability to physically adsorb compounds having hydrophobic functional groups, and the powder obtained after physical adsorption is The inventors have found that superhydrophobicity is expressed, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、有機無機複合ナノファイバーの会合体を含有する超疎水性粉体であって、該ナノファイバーが、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーのフィラメントが、疎水性基を有する化合物を物理吸着したシリカで被覆されてなるものであることを特徴とする超疎水性粉体とその簡便な製造方法を提供するものである。   That is, the present invention is a superhydrophobic powder containing an association of organic-inorganic composite nanofibers, wherein the nanofiber is a compound in which a polymer filament having a linear polyethyleneimine skeleton has a hydrophobic group The present invention provides a superhydrophobic powder characterized in that it is coated with silica that has been physically adsorbed and a simple production method thereof.

更に本発明は、シリカナノファイバーの会合体の該シリカ表面に疎水性基を有する化合物が物理吸着してなることを特徴とする超疎水性粉体とその製造方法を提供するものである。   Furthermore, the present invention provides a superhydrophobic powder characterized in that a compound having a hydrophobic group is physically adsorbed on the silica surface of an aggregate of silica nanofibers and a method for producing the same.

更に又本発明は、上記で得られた超疎水性粉体を固体基材上に固定してなる、超疎水性表面を有する構造体とその製造方法を提供するものである。   Furthermore, the present invention provides a structure having a superhydrophobic surface obtained by fixing the superhydrophobic powder obtained above on a solid substrate and a method for producing the structure.

本発明の超疎水性粉体は、任意材質、任意形状の基材表面に塗布することで、あらゆる固体表面を超疎水性に変換させることができる。これは水により錆びる、腐る、汚れる可能性がある金属、金属酸化物、繊維、木材、紙、皮革、プラスチックの保護膜に応用出来る。また、もっと具体的には、建築体、車体、船舶体、容器構造体、パッケージ、ガラス製品、陶器製品(便器、風呂場全体)、プール、水道管、電線、電球、各種カバーなどの構造体の保護膜に応用出来る。さらに、冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機などの家電製品およびパソコン、テレビ、携帯電話などの通信用電気製品の表面コーティングにも応用出来る。また、エネルギー変換関連の燃料電池デバイスにも応用可能である。   The superhydrophobic powder of the present invention can convert any solid surface to superhydrophobic by applying it to the surface of a base material of any material and shape. This can be applied to protective films for metals, metal oxides, fibers, wood, paper, leather, and plastics that can rust, rot, and get dirty with water. More specifically, structures such as buildings, car bodies, ship bodies, container structures, packages, glass products, pottery products (toilet bowls, entire bathrooms), pools, water pipes, electric wires, light bulbs, various covers, etc. It can be applied to the protective film. Furthermore, it can also be applied to the surface coating of household electrical appliances such as refrigerators, microwave ovens and washing machines, and electrical appliances for communication such as personal computers, televisions and mobile phones. It can also be applied to energy conversion-related fuel cell devices.

本発明者らは既に、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーが水性媒体中で自己組織化的に成長する結晶性会合体を反応場にし、溶液中でその会合体表面にてアルコキシシランを加水分解的に縮合させ、シリカを析出させることで、ナノファイバーを基本ユニットにした複雑形状のシリカ含有ナノ構造体(粉体)及びそれらの製法を提供した(特開2005−264421号公報、特開2005−336440号公報、特開2006−063097号公報、特開2007−051056号公報参照。)。   The present inventors have already used a crystalline aggregate in which a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton grows in an aqueous medium in a self-organizing manner as a reaction field, and hydrolyzes alkoxysilane on the surface of the aggregate in a solution. A silica-containing nanostructure (powder) having a complex shape with nanofibers as a basic unit and a method for producing them were provided by decomposing condensation and precipitating silica (JP 2005-264421, JP 2005-336440, JP-A-2006-063097, and JP-A-2007-051056.)

この技術の基本原理は、溶液中で直鎖状ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの結晶性会合体を自発的に生長させることであり、一旦結晶性会合体ができたら、後は単に該結晶性会合体の分散液中にシリカソースを混合して、結晶性会合体表面上だけでのシリカの析出を自然に任せることになる(いわゆる、ゾルゲル反応)。これで得られるシリカ含有ナノ構造体は基本的にナノファイバーを構造形成のユニットとするものであり、それらユニットの空間的配列によって全体の構造体の形状を誘導するため、ナノレベルの隙間が多く、表面積が大きい粉体である。   The basic principle of this technique is to spontaneously grow a crystalline aggregate of a linear polyethyleneimine skeleton-containing polymer in a solution. Once a crystalline aggregate is formed, the crystalline aggregate is simply A silica source is mixed in the dispersion liquid, so that the deposition of silica only on the surface of the crystalline aggregate is naturally left (so-called sol-gel reaction). The silica-containing nanostructures obtained in this way basically have nanofibers as the unit for structure formation, and the spatial arrangement of these units induces the shape of the entire structure, so there are many nano-level gaps. A powder with a large surface area.

このような粉体は、自然界での超疎水性を発現するに必要とする基本構造、即ち、ナノファイバーが集合して、マイクロメーター次元の大きさを形成することと非常に良く似ている。従って、この粉体表面を表面張力が低い化学残基で修飾さえすれば、超疎水性を発現することは可能であると考えられる。   Such a powder is very similar to the basic structure necessary for developing superhydrophobicity in nature, that is, nanofibers gather to form a micrometer dimension. Therefore, it is considered that superhydrophobicity can be expressed by modifying the powder surface with a chemical residue having a low surface tension.

このような考え方をもとに、本発明者らは、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーにより誘導されたナノファイバーを基本構造とするマイクロメーターオーダーのシリカ含有ナノ構造体(シリカを含有するナノメートルオーダーの基本単位からなる構造体のことを示す。)である粉体表面に疎水性基を導入することで、粉体そのものを超疎水性にすることができる事を見出した。以下、本発明について、詳細に記載する。   Based on this concept, the present inventors have developed a silica-containing nanostructure on the order of micrometer (a silica-containing nanostructure) having a basic structure of a nanofiber derived from a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton. It was found that the powder itself can be made superhydrophobic by introducing a hydrophobic group into the powder surface, which is a structure composed of basic units in the metric order. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

なお、本願において、フィラメントとは、本発明で用いる直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー鎖中にある直鎖状ポリエチレンイミン骨格部分の複数が水分子の存在下で結晶化することにより、ポリマー鎖が相互に会合して繊維状に成長したものである。このフィラメントの表面でゾルゲル反応が起こることによって、該フィラメントがシリカで被覆された有機無機複合ナノファイバーが形成されるが、この反応時に複数の有機無機ナノファイバー間がシリカによって結合されたり、凝集したりすることによって、有機無機ナノファイバーの会合体であるシリカ含有ナノ構造体(粉体)が形成されることになる。   In the present application, a filament is a polymer chain formed by crystallization of a plurality of linear polyethyleneimine skeleton portions in a polymer chain having a linear polyethyleneimine skeleton used in the present invention in the presence of water molecules. Are associated with each other and grow into a fibrous form. When a sol-gel reaction occurs on the surface of the filament, an organic-inorganic composite nanofiber in which the filament is coated with silica is formed. During this reaction, a plurality of organic-inorganic nanofibers are bonded or aggregated by silica. As a result, a silica-containing nanostructure (powder) that is an aggregate of organic-inorganic nanofibers is formed.

[直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)]
本発明で用いる直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)としては、線状、星状、櫛状構造の単独重合体であっても、他の繰り返し単位を有する共重合体であっても良い。共重合体の場合には、該ポリマー(A)中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)のモル比が20%以上であることが、安定なフィラメントを形成できる点から好ましく、該ポリエチレンイミン骨格(a)の繰り返し単位数が10以上である、ブロック共重合体であることがより好ましい。
[Polymer (A) having linear polyethyleneimine skeleton (a)]
The polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) used in the present invention may be a homopolymer having a linear, star or comb structure, but may be a copolymer having other repeating units. There may be. In the case of a copolymer, the molar ratio of the linear polyethyleneimine skeleton (a) in the polymer (A) is preferably 20% or more from the viewpoint of forming a stable filament. It is more preferable that it is a block copolymer in which the number of repeating units in (a) is 10 or more.

前記直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)としては、結晶性会合体形成能が高いほど好ましい。従って、単独重合体であっても共重合体であっても、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)部分に相当する分子量が500〜1,000,000の範囲であることが好ましい。これら直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)は市販品または本発明者らがすでに開示した合成法(前記特許文献を参照。)により得ることができる。   As the polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a), the higher the ability to form a crystalline aggregate, the more preferable. Therefore, it is preferable that the molecular weight corresponding to the linear polyethyleneimine skeleton (a) portion is in the range of 500 to 1,000,000, whether it is a homopolymer or a copolymer. The polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a) can be obtained from a commercially available product or a synthesis method already disclosed by the present inventors (see the above-mentioned patent document).

[シリカ(B)]
本発明で提供する超疎水性粉体は、前記直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)のフィラメントがシリカ(B)で被覆されてなる有機無機複合ナノファイバー(I)の会合体、又は当該有機無機複合ナノファイバー(I)の会合体から前記ポリマー(A)を焼成により除去して得られるシリカ(B)を主構成成分とするナノファイバー(II)の会合体を基本構造とする。
[Silica (B)]
The superhydrophobic powder provided by the present invention is a group of organic-inorganic composite nanofibers (I) in which the filament of the polymer (A) having the linear polyethyleneimine skeleton (a) is coated with silica (B). The basic structure of the aggregate or the aggregate of nanofibers (II) mainly composed of silica (B) obtained by removing the polymer (A) from the aggregate of the organic-inorganic composite nanofibers (I) by calcination And

前記シリカ(B)は、前記ポリマー(A)のフィラメントの存在下、該フィラメント表面でゾルゲル反応によって得られるものであり、該シリカ(B)の形成に必要なシリカソースとしては、例えば、アルコキシシラン類、水ガラス、ヘキサフルオロシリコンアンモニウム等を用いることができる。   The silica (B) is obtained by a sol-gel reaction on the filament surface in the presence of the filament of the polymer (A). As a silica source necessary for the formation of the silica (B), for example, alkoxysilane , Water glass, hexafluorosilicon ammonium and the like can be used.

アルコキシシラン類としては、テトラメトキシシラン、メトキシシラン縮合体のオリゴマー、テトラエトキシシラン、エトキシシラン縮合体のオリゴマーを好適に用いることができる。さらに、アルキル置換アルコキシシラン類の、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、iso−プロピルトリメトキシシラン、iso−プロピルトリエトキシシラン等、更に、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトトリエトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリメトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン等を、単一で、又は混合して用いることができる。   As the alkoxysilanes, tetramethoxysilane, oligomers of methoxysilane condensates, tetraethoxysilane, oligomers of ethoxysilane condensates can be suitably used. Further, alkyl-substituted alkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, iso-propyltrimethoxysilane, iso-propyltriethoxysilane, etc., 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycid Xylpropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptotriethoxysilane, 3,3 -Trifluoropropyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, p -Chloromethylphenyltrimethoxysilane, p-chloromethylphenyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane and the like can be used alone or in combination.

また、上記シリカソースに、他のアルコキシ金属化合物を混合して用いることもできる。例えば、テトラブトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、または水性媒体中安定なチタニウムビス(アンモニウムラクテート)ジヒドロキシド水溶液、チタニウムビス(ラクテート)の水溶液、チタニウムビス(ラクテート)のプロパノール/水混合液、チタニウム(エチルアセトアセテート)ジイソプロポオキシド、硫酸チタン、ヘキサフルオロチタンアンモニウム等を用いることができる。   In addition, other silica metal compounds may be mixed with the silica source. For example, tetrabutoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, or an aqueous solution of titanium bis (ammonium lactate) dihydroxide stable in an aqueous medium, an aqueous solution of titanium bis (lactate), a propanol / water mixture of titanium bis (lactate), titanium (ethyl) Acetoacetate) diisopropoxide, titanium sulfate, hexafluorotitanium ammonium and the like can be used.

[有機無機複合ナノファイバー(I)]
本発明において、有機無機複合ナノファイバー(I)の大きさは、用いるポリマー(A)の分子量、形状、直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)の含有率等、用いるシリカソースの種類や使用割合等によって調整することが可能であり、特に該有機無機複合ナノファイバー(I)の太さが10〜100nm、アスペクト比が10以上であるものを容易に製造することができる。
[Organic inorganic composite nanofiber (I)]
In the present invention, the size of the organic-inorganic composite nanofiber (I) is the molecular weight and shape of the polymer (A) used, the content of the linear polyethyleneimine skeleton (a), and the type and use ratio of the silica source used. In particular, the organic-inorganic composite nanofiber (I) having a thickness of 10 to 100 nm and an aspect ratio of 10 or more can be easily produced.

前記有機無機複合ナノファイバー(I)中の前記ポリマー(A)の含有率は5〜30質量%に調整可能であり、該ポリマー(A)は前述の通り、フィラメントの形状として含まれている。   The content of the polymer (A) in the organic-inorganic composite nanofiber (I) can be adjusted to 5 to 30% by mass, and the polymer (A) is included as a filament shape as described above.

前記有機無機複合ナノファイバー(I)はその生成過程(ゾルゲル反応時)において3次元空間でランダム配列し、2〜100μmの大きさの会合体(シリカ含有ナノ構造体)を形成する。このような会合体からなる粉体の表面積は50〜200m/gの範囲になる。 The organic-inorganic composite nanofibers (I) are randomly arranged in a three-dimensional space during the production process (during sol-gel reaction) to form an aggregate (silica-containing nanostructure) having a size of 2 to 100 μm. The surface area of the powder composed of such an aggregate is in the range of 50 to 200 m 2 / g.

有機無機複合ナノファイバー(I)及びその会合体の製造方法については、前記した本発明者がすでに提供した特許文献に記載されたいずれの手法であっても良い。   The method for producing the organic-inorganic composite nanofiber (I) and the aggregate thereof may be any method described in the patent literature already provided by the present inventors.

[シリカを主構成成分とするナノファイバー(II)]
上述した有機無機複合ナノファイバー(I)の会合体を加熱焼成すると、形状を維持したまま、その内部に含まれていたポリマー(B)が除去され、シリカのみからなる、またはシリカを主構成成分とするナノファイバー(II)の会合体を得ることができる。通常も焼成条件では、ポリマーは完全に除去され、100%シリカを得ることができる。ここで、シリカを主構成成分とするということは、例えば、焼成が不十分の場合、ポリマー(A)の炭化物等が含まれることを指す。何れの場合でも、ナノファイバーの形状はシリカ(B)によって形成され、シリカ(B)の含有率は通常95質量%以上、好ましくは98〜100質量%である。
[Nanofibers (II) mainly composed of silica]
When the aggregate of the above-described organic-inorganic composite nanofiber (I) is heated and fired, the polymer (B) contained therein is removed while maintaining the shape, and the silica is the main constituent component. An aggregate of nanofibers (II) can be obtained. Normally, under the firing conditions, the polymer is completely removed, and 100% silica can be obtained. Here, using silica as the main constituent means that, for example, when the firing is insufficient, the carbide of the polymer (A) is included. In any case, the shape of the nanofiber is formed by silica (B), and the content of silica (B) is usually 95% by mass or more, preferably 98 to 100% by mass.

焼成温度は500〜800℃であればよく、焼成時間は温度により適宜に設定することができる。500℃よりもっと高い温度では1〜3時間であればよく、500℃付近では2〜6時間以上焼成することが望まれる。   The baking temperature should just be 500-800 degreeC, and baking time can be set suitably with temperature. It may be 1 to 3 hours at a temperature higher than 500 ° C., and it is desired to calcinate 2 to 6 hours or more near 500 ° C.

焼成して得られる会合体の構造は焼成前と変わりがなく、ナノファイバー(II)の太さが10〜100nm、アスペクト比が10以上であり、この太さのナノファイバーが3次元空間でランダム配列してなる会合体は2〜100μmの大きさを保ったままである。焼成後に得られる粉体の比表面積は焼成前より大きく、概ね100〜400m/gである。 The structure of the aggregate obtained by firing is the same as before firing, and the nanofiber (II) has a thickness of 10 to 100 nm and an aspect ratio of 10 or more. The nanofiber of this thickness is random in a three-dimensional space. The aggregate formed by the arrangement still maintains a size of 2 to 100 μm. The specific surface area of the powder obtained after firing is larger than that before firing, and is generally 100 to 400 m 2 / g.

[疎水化処理及び超疎水性粉体製造方法]
本発明では、超疎水性粉体とするためにナノファイバー(I)又はナノファイバー(II)の会合体表面の自由エネルギーを低下させなければならない。その表面の自由エネルギーを低下させるには、疎水性基を有する化合物(X)、例えば、疎水性ポリマー(X1)、両親媒性ポリマー(X2)、長鎖アルキル基含有化合物(X3)、またはフッ素含有化合物(X4)をシリカ部分に物理吸着させることで超疎水性を容易に達成できる。尚、本発明において「疎水性基を有する化合物」なる表記は、その化合物中に疎水性を示す部分(基)があるか、又は化合物として疎水性を示すものであることをいう。例えば、後述するポリプロピレンオキシド等においては明確な「疎水性基」が存在していないが、水と任意の割合で混和することがない点において疎水性を示す化合物であり、本願では疎水性基を有する化合物として包含する。
[Hydrophobic treatment and superhydrophobic powder production method]
In the present invention, in order to obtain a superhydrophobic powder, the free energy on the surface of the nanofiber (I) or nanofiber (II) aggregate must be reduced. In order to reduce the free energy of the surface, a compound (X) having a hydrophobic group, for example, a hydrophobic polymer (X1), an amphiphilic polymer (X2), a long-chain alkyl group-containing compound (X3), or fluorine Superhydrophobicity can be easily achieved by physically adsorbing the compound (X4) on the silica portion. In the present invention, the expression “compound having a hydrophobic group” means that the compound has a hydrophobic portion (group) or is hydrophobic as a compound. For example, there is no clear “hydrophobic group” in polypropylene oxide and the like to be described later, but it is a compound that exhibits hydrophobicity in that it does not mix with water at an arbitrary ratio. It is included as a compound having.

前記疎水性ポリマー(X1)としては、例えば、ポリ(メタ)アクリレート類を好適に用いることができる。具体的には、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレート、ポリブチル(メタ)アクリレート、ポリベンジル(メタ)アクリレート、ポリシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ポリt−ブチル(メタ)アクリレート、ポリグリシジル(メタ)アクリレート、ポリペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート等であり、また、汎用のポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニル酢酸エステル、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート等の、水に容易に溶解しないポリマーを挙げることができる。   As the hydrophobic polymer (X1), for example, poly (meth) acrylates can be suitably used. Specifically, polymethyl (meth) acrylate, polyethyl (meth) acrylate, polybutyl (meth) acrylate, polybenzyl (meth) acrylate, polycyclohexyl (meth) acrylate, poly t-butyl (meth) acrylate, polyglycidyl (meth) Acrylates, polypentafluoropropyl (meth) acrylates, etc., and general-purpose polystyrenes, polyvinyl chlorides, polyvinyl acetates, epoxy resins, polyesters, polyimides, polycarbonates, and other polymers that do not dissolve easily in water. it can.

前記両親媒性ポリマー(X2)としては、例えば、ポリアクリルアミドであるポリNイソブチルアクリルアミド、ポリN、N−ジメチルアクリルアミド等、また、ポリオキサゾリンであるポリメチルオキサゾリン、ポリエチルオキサゾリン、ポリビニルオキサゾリン、ポリフェニルオキサゾリン、ポリプロピレンオキシド等を好適に用いることができる。   Examples of the amphiphilic polymer (X2) include polyacrylamide such as poly N isobutyl acrylamide, poly N, N-dimethyl acrylamide, and the like, and polyoxazolines such as polymethyl oxazoline, polyethyl oxazoline, polyvinyl oxazoline, and polyphenyl. Oxazoline, polypropylene oxide and the like can be preferably used.

前記長鎖アルキル基含有化合物(X3)としては、炭素数6〜22のアルキル基を有する化合物であるアルキルアミン、アルキルカルボン酸、アルキルスルホン酸、アルキルリン酸などを好適に用いることができる。   As the long-chain alkyl group-containing compound (X3), alkylamine, alkylcarboxylic acid, alkylsulfonic acid, alkylphosphoric acid and the like, which are compounds having an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms, can be suitably used.

前記フッ素含有化合物(X4)として、例えば、2,3,4−ヘプタフルオロブチルメタクリレート、DIC株式会社製のFLUONATE K−700,K702,K703,K−704,K−705,K−707,K−708などを好適に用いることができる。   Examples of the fluorine-containing compound (X4) include 2,3,4-heptafluorobutyl methacrylate, FLUONATE K-700, K702, K703, K-704, K-705, K-707, K- manufactured by DIC Corporation. 708 etc. can be used suitably.

これらの表面エネルギーを低下させうる、疎水性基を有する化合物(X)を効率的に前記ナノファイバー(I)又はナノファイバー(II)の会合体の表面のシリカ(B)に物理吸着させるためには、これらの化合物を単独、又は数種類を溶剤中に溶解させ、その溶液中にナノファイバー(I)又はナノファイバー(II)を分散し、室温、例えば20〜30℃で1〜24時間攪拌することで十分可能である。   In order to efficiently physically adsorb the compound (X) having a hydrophobic group, which can reduce the surface energy, onto the silica (B) on the surface of the nanofiber (I) or the aggregate of the nanofiber (II). Singly or several kinds of these compounds are dissolved in a solvent, and nanofiber (I) or nanofiber (II) is dispersed in the solution and stirred at room temperature, for example, 20 to 30 ° C. for 1 to 24 hours. That's enough.

前記溶剤としては、前記化合物(X)を溶解させることができると同時に、シリカとも親和性を保つことが望ましい。具体的には、トルエン、四水素化フラン、塩化メチレン、クロロホルム、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、キシレンなどを挙げることができる。   As the solvent, it is desirable that the compound (X) can be dissolved, and at the same time, the affinity with silica is maintained. Specific examples include toluene, furan tetrahydride, methylene chloride, chloroform, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, xylene and the like.

上記溶液中、前記化合物(X)の濃度は1〜5質量%であれば好適に用いることができる。その際、化合物(X)とナノファイバー(I)または(II)の質量比(X)/(I)又は(II)を5/100〜100/100にすることが好ましい。このとき、ナノファイバー(I)又は(II)の濃度が1〜10質量%になるように、前述の溶剤を適宜追加することが好ましい。或いは、予めナノファイバー(I)又は(II)を、化合物(X)を分散させた溶剤と混和する溶剤に分散させておいてから、前記化合物(X)の溶剤に添加し攪拌する方法であっても良い。   If the density | concentration of the said compound (X) is 1-5 mass% in the said solution, it can be used conveniently. In that case, it is preferable that mass ratio (X) / (I) or (II) of compound (X) and nanofiber (I) or (II) is 5/100 to 100/100. At this time, it is preferable to add the above-mentioned solvent appropriately so that the concentration of the nanofiber (I) or (II) is 1 to 10% by mass. Alternatively, nanofiber (I) or (II) is dispersed in a solvent miscible with the solvent in which compound (X) is dispersed in advance, and then added to the solvent of compound (X) and stirred. May be.

一定時間攪拌混合を行なった後、混合物を濾過または遠心分離して、固形分をトルエン、クロロホルム、ヘキサン、シクロヘキサンなどの溶剤で洗浄し、それを常温乾燥させることで本発明の超疎水性粉体を得ることができる。   After stirring and mixing for a certain period of time, the mixture is filtered or centrifuged, and the solid content is washed with a solvent such as toluene, chloroform, hexane, cyclohexane, etc., and dried at room temperature, whereby the superhydrophobic powder of the present invention Can be obtained.

上記の手法で得られる超疎水性粉体は、水の濡れ性が全くなく、水に分散しても粉体として水面に浮かぶことしかできない。これは表面自由エネルギーが低い、疎水性基を有する化合物(X)の吸着前では、水中に完全に沈むことと全く異なるものである。   The superhydrophobic powder obtained by the above method has no water wettability and can only float on the water surface as a powder even when dispersed in water. This is completely different from completely sinking in water before the adsorption of the compound (X) having a hydrophobic group having a low surface free energy.

[超撥水性粉体を用いる超疎水性表面]
本発明の超疎水性粉体を固体基材表面に接着固定することで超疎水性表面を有する構造体を得ることができる。接着固定は、該粉体をポリマー溶液、シリカゾル液、または市販の塗料、接着剤などと混合し、その混合液を基材表面に塗布し、必要に応じて乾燥等を行なうことで容易に実現できる。
[Superhydrophobic surface using super water-repellent powder]
A structure having a superhydrophobic surface can be obtained by bonding and fixing the superhydrophobic powder of the present invention to the surface of a solid substrate. Adhesion fixation is easily achieved by mixing the powder with a polymer solution, silica sol solution, or commercially available paint, adhesive, etc., applying the mixture to the surface of the substrate, and drying it as necessary. it can.

上記超疎水性表面は、超疎水性粉体が基材表面に固定された状態であり、ポリマーまたはシリカゾル等がバインダーとして連続膜を形成し、その連続膜表面に本発明の超疎水性粉体が一定間隔で分布している。   The superhydrophobic surface is a state in which the superhydrophobic powder is fixed on the surface of the base material, and a continuous film is formed using a polymer or silica sol as a binder, and the superhydrophobic powder of the present invention is formed on the continuous film surface. Are distributed at regular intervals.

上記バインダー層に用いることができるポリマーは、疎水性のポリマーであれば特に限定せず用いることができる。疎水性ポリマーとしては、例えば、ポリスチレン、ポリビニルクロライド、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、エポキシ樹脂などを挙げることができる。   The polymer that can be used for the binder layer is not particularly limited as long as it is a hydrophobic polymer. Examples of the hydrophobic polymer include polystyrene, polyvinyl chloride, polymethacrylate, polyacrylate, polycarbonate, polyester, and epoxy resin.

また、上記塗膜のバインダー層としては、通常市販の塗料、または市販の接着剤を用いることもできる。   Moreover, as a binder layer of the said coating film, a commercially available coating material or a commercially available adhesive agent can also be used normally.

上記で得られる超疎水性表面の接触角は150〜179°の範囲で変えることができる。表面における超疎水性粉体の密度が高ければ高いほど、接触角は向上する。目的とする疎水性のレベルがこれよりも低い、例えば、一般的な疎水性レベルである接触角70〜150°の表面を得るためには、本発明の超疎水性粉体の使用割合を下げ、該粉体の密度を下げれば良いことは勿論である。   The contact angle of the superhydrophobic surface obtained above can be varied in the range of 150-179 °. The higher the density of superhydrophobic powder on the surface, the better the contact angle. In order to obtain a surface having a target hydrophobicity level lower than this, for example, a contact angle of 70 to 150 ° which is a general hydrophobicity level, the use ratio of the superhydrophobic powder of the present invention is decreased. Of course, the density of the powder may be lowered.

上記固体基材としては、バインダー層に用いる材料に応じて選択可能であり、例えば、ガラス、金属、金属酸化物、木材、紙、繊維、プラスチック、ゴム、皮革等が挙げられ、その形状としても特に限定されるものではなく、超疎水性粉体が分散された塗液が塗布できる形状のものであれば良い。   The solid substrate can be selected according to the material used for the binder layer, and examples thereof include glass, metal, metal oxide, wood, paper, fiber, plastic, rubber, leather, etc. There is no particular limitation, and any shape that can be applied with a coating liquid in which superhydrophobic powder is dispersed may be used.

超疎水性粉体を固体基材表面に固定接着する方法としても、特に限定することがなく、該粉体を含む塗液をスピンコーター、バーコーター、ブラシング、スプレーなどの通常の塗布方法で適宜塗布すればよい。   The method for fixing and adhering the superhydrophobic powder to the surface of the solid substrate is not particularly limited, and the coating liquid containing the powder is appropriately applied by a usual coating method such as a spin coater, bar coater, brushing, spray or the like. What is necessary is just to apply.

また、塗膜を形成するバインダー層の性質に合わせ、塗布して得られる膜をUV硬化、熱硬化、自然乾燥などの工程で硬化することもできる。   Further, in accordance with the properties of the binder layer forming the coating film, the film obtained by coating can be cured by a process such as UV curing, heat curing, or natural drying.

本発明の超疎水性粉体は水以外の有機溶剤には濡れやすく、容易に分散できる。従って、バインダーを溶解または分散できる媒体としては、水以外の溶剤類であればよく、有機溶剤と水との混合媒体でも用いることができる。   The superhydrophobic powder of the present invention is easily wetted by organic solvents other than water and can be easily dispersed. Accordingly, the medium that can dissolve or disperse the binder may be any solvent other than water, and a mixed medium of an organic solvent and water can also be used.

表面作製用の塗液中、バインダー構成部分と超疎水性粉体部分との割合としては、バインダー/粉体=60/50〜99/1(質量比)の範囲であればよく、その組成比の範囲で塗液の粉体濃度を適宜に決めることができる。   In the coating liquid for surface preparation, the ratio of the binder constituent part and the superhydrophobic powder part may be in the range of binder / powder = 60/50 to 99/1 (mass ratio), and the composition ratio. In this range, the powder concentration of the coating liquid can be determined appropriately.

特に、疎水性表面を作製する際、超疎水性粉体は塗膜の表面に一定に露出状態にしなければならない。そのため、塗膜の厚さを一定範囲、例えば、0.1〜20μmにすることが望ましい。塗膜が薄いほど、粉体が塗膜表面で突起することになり、水の接触角を大きくすることができる。   In particular, when preparing a hydrophobic surface, the superhydrophobic powder must be exposed to the surface of the coating film. Therefore, it is desirable that the thickness of the coating film is within a certain range, for example, 0.1 to 20 μm. The thinner the coating film, the more the powder will protrude on the surface of the coating film, and the contact angle of water can be increased.

また、塗膜表面に露出する粉体由来構造体同士の水平距離は膜全体の超疎水性発現にとっては重要な構造要素である。粉体構造体同士の水平距離は1〜20μmであれば超疎水性を充分発現できるが、それ以上の距離でも水の接触角を150°程度まで高くすることもでき、目的とする用途によって、適宜調整することが好ましい。   Further, the horizontal distance between the powder-derived structures exposed on the surface of the coating film is an important structural element for the expression of superhydrophobicity of the entire film. If the horizontal distance between the powder structures is 1 to 20 μm, the superhydrophobicity can be sufficiently expressed, but even at a distance longer than that, the water contact angle can be increased to about 150 °, and depending on the intended use, It is preferable to adjust appropriately.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、特に断わりがない限り、「%」は「質量%」を表わす。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”.

[走査電子顕微鏡によるナノファイバーの会合体や粉体の形状分析]
単離乾燥した会合体や粉体を両面テープにてサンプル支持台に固定し、それをキーエンス製表面観察装置VE−9800にて観察した。
[Shape analysis of nanofiber aggregates and powders by scanning electron microscope]
The isolated and dried aggregates and powders were fixed to a sample support with a double-sided tape, and observed with a surface observation apparatus VE-9800 manufactured by Keyence.

[透過電子顕微鏡によるナノ構造体の観察]
粉末状態のサンプルをメタノール中に分散し、それを銅グリッドに乗せ、日本電子株式会社製透過型電子顕微鏡「JEM−2200FS」にて観察した。
[Observation of nanostructures by transmission electron microscope]
A powder sample was dispersed in methanol, placed on a copper grid, and observed with a transmission electron microscope “JEM-2200FS” manufactured by JEOL Ltd.

[接触角測定]
接触角は自動接触角計Contact Angle System OCA(Dataphysics社製)により測定した。
[Contact angle measurement]
The contact angle was measured by an automatic contact angle meter Contact Angle System OCA (manufactured by Dataphysics).

[示差熱重量分析]
シリカナノファイバーに吸着された疎水性基を有する化合物(X)の含有率をTG−DTA 6300 (SII Nano Technology Inc社製)により測定した。
[Differential thermogravimetric analysis]
The content rate of the compound (X) which has the hydrophobic group adsorb | sucked to the silica nanofiber was measured by TG-DTA6300 (made by SII Nano Technology Inc).

[比表面積測定]
比表面積はFlow Sorb II 2300(Micrometrics社製)により測定した。
[Specific surface area measurement]
The specific surface area was measured by Flow Sorb II 2300 (manufactured by Micrometrics).

合成例1
[有機無機複合ナノファイバー(I)の会合体からなる粉体の作製]
特許文献(特開2005−264421号公報、特開2005−336440号公報、特開2006−063097号公報、特開2007−051056号公報)に開示した方法により、形状が異なる粉体を作製した。
Synthesis example 1
[Preparation of powder composed of aggregate of organic-inorganic composite nanofiber (I)]
Powders having different shapes were produced by the methods disclosed in patent documents (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2005-264421, 2005-336440, 2006-063097, and 2007-051056).

<線状のポリエチレンイミン(P5K)の合成>
市販のポリエチルオキサゾリン(数平均分子量500,000、平均重合度5,000、Aldrich社製)100gを、5Mの塩酸水溶液300mLに溶解させた。その溶液をオイルバスにて90℃に加熱し、その温度で10時間攪拌した。反応液にアセトン50mLを加え、ポリマーを完全に沈殿させ、それを濾過し、メタノールで3回洗浄し、白色のポリエチレンイミンの粉末を得た。得られた粉末をH−NMR(重水)にて同定したところ、ポリエチルオキサゾリンの側鎖エチル基に由来したピーク1.2ppm(CH)と2.3ppm(CH)が完全に消失していることが確認された。即ち、ポリエチルオキサゾリンが完全に加水分解され、ポリエチレンイミンに変換されたことが示された。
<Synthesis of linear polyethyleneimine (P5K)>
100 g of commercially available polyethyloxazoline (number average molecular weight 500,000, average polymerization degree 5,000, manufactured by Aldrich) was dissolved in 300 mL of 5M aqueous hydrochloric acid. The solution was heated to 90 ° C. in an oil bath and stirred at that temperature for 10 hours. Acetone 50 mL was added to the reaction solution to completely precipitate the polymer, which was filtered and washed three times with methanol to obtain a white polyethyleneimine powder. When the obtained powder was identified by 1 H-NMR (heavy water), peaks 1.2 ppm (CH 3 ) and 2.3 ppm (CH 2 ) derived from the side chain ethyl group of polyethyloxazoline completely disappeared. It was confirmed that That is, it was shown that polyethyloxazoline was completely hydrolyzed and converted to polyethyleneimine.

その粉末を100mLの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、その溶液に15%のアンモニア水500mLを滴下した。その混合液を一晩放置した後、沈殿した粉末を濾過し、その粉末を冷水で3回洗浄した。洗浄後の粉末をデシケータ中で室温(25℃)乾燥し、線状のポリエチレンイミン(P5K)を得た。収量は94g(結晶水含有)であった。ポリオキサゾリンの加水分解により得られるポリエチレンイミンは、側鎖だけが反応し、主鎖には変化がない。従って、P5Kの重合度は加水分解前の5,000と同様である。   The powder was dissolved in 100 mL of distilled water, and 500 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. The mixture was allowed to stand overnight, the precipitated powder was filtered, and the powder was washed 3 times with cold water. The washed powder was dried in a desiccator at room temperature (25 ° C.) to obtain linear polyethyleneimine (P5K). The yield was 94 g (containing crystallization water). In polyethyleneimine obtained by hydrolysis of polyoxazoline, only the side chain reacts and the main chain does not change. Therefore, the polymerization degree of P5K is the same as 5,000 before hydrolysis.

<有機無機複合ナノファイバー(I)の会合体からなる粉末Aの合成>
一定量のP5Kを蒸留水中に混合し、それを90℃に加熱し透明溶液を得た後、全体を3%の水溶液に調製した。該水溶液を室温で自然冷却し、真っ白のP5Kの会合体液を得た。攪拌しながら、その会合体液100mL中に、70mLのMS51(メトキシシランの5量体、)のエタノール溶液(体積濃度50%)を加え、室温で1時間攪拌を続けた。析出した沈殿物をろ過し、それをエタノールで3回洗浄した後、40℃で加熱下乾燥することにより、粉体Aとして16gの会合体を得た。図1に得られた粉体AのSEM写真を示す。ナノファイバーの会合体であることを確認した。
<Synthesis of Powder A Composed of Aggregates of Organic-Inorganic Composite Nanofiber (I)>
A certain amount of P5K was mixed in distilled water, heated to 90 ° C. to obtain a clear solution, and then the whole was prepared in 3% aqueous solution. The aqueous solution was naturally cooled at room temperature to obtain a pure white P5K aggregate solution. While stirring, 70 mL of an MS 51 (methoxysilane pentamer) ethanol solution (volume concentration: 50%) was added to 100 mL of the aggregate solution, and stirring was continued at room temperature for 1 hour. The deposited precipitate was filtered, washed with ethanol three times, and then dried under heating at 40 ° C. to obtain 16 g of aggregate as powder A. FIG. 1 shows an SEM photograph of the powder A obtained. It was confirmed to be an assembly of nanofibers.

前記で得た粉体Aの熱重量損失分析から、ポリエチレンイミンの含有率が7%であることを確認した。また、比表面積測定を行なった結果、132m/gであった。 From the thermogravimetric loss analysis of the powder A obtained above, it was confirmed that the polyethyleneimine content was 7%. Moreover, it was 132 m < 2 > / g as a result of measuring a specific surface area.

合成例2
[シリカを主構成成分とするナノファイバー(II)の会合体からなる粉体Bの作製]
合成例1で得た粉体A(5g)を空気導入条件下、電気炉にて600℃、2時間加熱し、粉体Aに含まれたポリエチレンイミンを除去し、白い粉体Bを得た。比表面積は208m/gであった。図2に粉体BのSEM写真を示した。焼成後のナノファイバー構造には変化がないことが示唆された。
Synthesis example 2
[Preparation of powder B composed of aggregates of nanofibers (II) containing silica as a main component]
The powder A (5 g) obtained in Synthesis Example 1 was heated in an electric furnace at 600 ° C. for 2 hours under air introduction conditions to remove polyethyleneimine contained in the powder A to obtain a white powder B. . The specific surface area was 208 m 2 / g. FIG. 2 shows an SEM photograph of powder B. It was suggested that there was no change in the nanofiber structure after firing.

実施例1
[ポリブチルアクリレートが吸着した超疎水性粉体1の合成]
ポリブチルアクリレート200mgを20mLのトルエンに溶解し、その溶液に200mgの粉体Aを加え、その混合物を室温にて3時間攪拌した。混合液をろ過後、得られた粉体をトルエンで3回洗浄した。乾燥後の粉体は水中では沈むことなく、水面で浮かぶ状態であった。これは疎水化処理前の粉体Aが水中に完全に沈む傾向と全く異なった。
Example 1
[Synthesis of superhydrophobic powder 1 adsorbed with polybutyl acrylate]
200 mg of polybutyl acrylate was dissolved in 20 mL of toluene, 200 mg of powder A was added to the solution, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. After filtering the mixed solution, the obtained powder was washed with toluene three times. The powder after drying did not sink in water, but floated on the water surface. This was completely different from the tendency of powder A before hydrophobization treatment to completely sink in water.

得られた粉体を両面テープに接着させ、粉体からなる表面を形成させた後、それの接触角を測定したところ、水の接触角は178.4°であった。粉体の膜状態で、超疎水性であることが強く示唆された。これを超疎水性粉体1とする。   After the obtained powder was adhered to a double-sided tape to form a surface made of powder, the contact angle of water was measured, and the contact angle of water was 178.4 °. It was strongly suggested that the membrane state of the powder was superhydrophobic. This is designated as superhydrophobic powder 1.

実施例2
[ポリメチルメタクリレートが吸着した超疎水性粉体2の合成]
実施例1において、ポリブチルアクリレートの代わりにポリメチルメタクリレートを用いる以外は、実施例1と同様にして粉体を得た。乾燥後の粉末は水中では沈むことなく、水面で浮かぶ状態であった。
Example 2
[Synthesis of superhydrophobic powder 2 adsorbed with polymethyl methacrylate]
A powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that polymethyl methacrylate was used instead of polybutyl acrylate. The powder after drying did not sink in water, but floated on the water surface.

得られた粉体を用いて実施例1と同様にして水の接触角を測定したところ、174°を超えた。粉体の膜状態で、超疎水性であることが強く示唆された。これを超疎水性粉体2とする。   When the contact angle of water was measured in the same manner as in Example 1 using the obtained powder, it exceeded 174 °. It was strongly suggested that the membrane state of the powder was superhydrophobic. This is designated as superhydrophobic powder 2.

実施例3
[ポリエチルメタクリレートが吸着した超疎水性粉体3の合成]
実施例1において、ポリブチルアクリレートの代わりにポリエチルメタクリレートを用い、粉体Aの代わりに粉体Bを用いる以外は、実施例1と同様にして粉体を得た。乾燥後の粉体は水中では沈むことなく、水面で浮かぶ状態であった。これは疎水化処理前の粉体Bが水中に完全に沈む傾向と全く異なった。熱重量損失の分析結果、ポリマーの吸着率が12.9%であった。
Example 3
[Synthesis of superhydrophobic powder 3 adsorbed with polyethyl methacrylate]
A powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that polyethyl methacrylate was used instead of polybutyl acrylate and powder B was used instead of powder A. The powder after drying did not sink in water, but floated on the water surface. This was completely different from the tendency of powder B before hydrophobization treatment to completely sink in water. As a result of analysis of thermogravimetric loss, the polymer adsorption rate was 12.9%.

得られた粉末を用いて実施例1と同様にして水の接触角を測定したところ水の接触角は179.7°であった(図3を参照)粉体の膜状態で、超疎水性であることが強く示唆された。これを超疎水性粉体3とする。   Using the obtained powder, the contact angle of water was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the contact angle of water was 179.7 ° (see FIG. 3). It was strongly suggested that This is designated as superhydrophobic powder 3.

図4にこの粉体3のTEM写真を示した。ポリマー吸着前の粉体Bのシリカ表面は平滑であったが、ポリマー吸着後ではシリカ表面に数ナノメートルの大きさの粒が全体に広がっていることが観察された。即ち、ポリマーはナノファイバーの表面にナノメートルオーダーの薄膜を形成している状態であることを確認できた。   FIG. 4 shows a TEM photograph of the powder 3. Although the silica surface of the powder B before polymer adsorption was smooth, it was observed that particles having a size of several nanometers spread over the silica surface after polymer adsorption. That is, it was confirmed that the polymer was in a state of forming a nanometer order thin film on the surface of the nanofiber.

図5には、この粉体の熱分析チャートを示した。ポリマー単独の熱分解温度は327℃あたりであるが、粉体3に吸着されたポリマーの耐熱性が向上し、熱分解温度は409℃にシフトした。ナノファイバー表面にナノ薄膜状態で吸着したポリマーは、シリカとナノメートルオーダーでハイブリッド構造を形成したと考えられる。   FIG. 5 shows a thermal analysis chart of this powder. Although the thermal decomposition temperature of the polymer alone was around 327 ° C., the heat resistance of the polymer adsorbed on the powder 3 was improved, and the thermal decomposition temperature was shifted to 409 ° C. The polymer adsorbed on the nanofiber surface in the form of a nano thin film is considered to have formed a hybrid structure with silica on the nanometer order.

この粉体3を種々の溶剤に1週間浸漬した後、粉体を濾過、室温乾燥した。処理後の粉体を両面テープに接着させてから、その上に水滴を落とし、濡れ性を調べた。図6に水滴の濡れ状態を示した。水、ヘキサン、トルエンに浸漬後得られた粉体を両面テープに接着した表面では、水滴が球状状態で、濡れ性が全くなかった。しかしながら、メタノール、エタノール、クロロホルム、アセトン、THFに浸漬後得られた粉体を両面テープに接着した表面では、いずれも水に濡れる状態であった。   After this powder 3 was immersed in various solvents for 1 week, the powder was filtered and dried at room temperature. After the treated powder was adhered to the double-sided tape, water droplets were dropped on it and the wettability was examined. FIG. 6 shows a wet state of water droplets. On the surface where the powder obtained after soaking in water, hexane and toluene was bonded to a double-sided tape, the water droplets were spherical and there was no wettability. However, on the surface where the powder obtained after being immersed in methanol, ethanol, chloroform, acetone, and THF was adhered to the double-sided tape, all were wet.

上記濡れ性をチェックした後のテープを乾燥機中放置し、80℃で2時間加熱した。それを取り出し、室温状態で再び濡れ性を調べた。図7に濡れ状態を示した。水、ヘキサン、トルエンに浸漬後の系では、依然濡れる傾向はまったくなく、水滴はまん丸の状態であった。メタノール、エタノール、クロロホルム、アセトン、THFに浸漬後の系でも、表面は水滴に濡れにくく、図6で見えたような水滴の広がりはなく、水滴は楕円状または球状を維持した。   The tape after checking the wettability was left in a dryer and heated at 80 ° C. for 2 hours. It was taken out and examined for wettability again at room temperature. FIG. 7 shows the wet state. In the system after immersion in water, hexane, and toluene, there was still no tendency to get wet, and the water droplets were in a round shape. Even in the system after immersion in methanol, ethanol, chloroform, acetone, and THF, the surface was not easily wetted by water droplets, the water droplets did not spread as seen in FIG. 6, and the water droplets remained elliptical or spherical.

上記図6と図7の結果から、粉体3を非極性または極性溶剤中浸漬しても、表面吸着のポリエチルメタクリレートは脱離しないことを強く示唆する。極性溶剤中浸漬後室温で乾燥した場合、極性溶剤によりシリカナノファイバー表面に吸着したポリマーの微小構造ドメインの表面エネルギーにやや変化が生じ、それが濡れ性を増すことになるが、それを加熱処理することで、表面エネルギーは元の低下状態に回復し、濡れ性を防ぐことになることを強く示唆する。   The results shown in FIGS. 6 and 7 strongly suggest that the surface-adsorbed polyethyl methacrylate does not desorb even when the powder 3 is immersed in a nonpolar or polar solvent. When dipped in a polar solvent and then dried at room temperature, the polar solvent causes a slight change in the surface energy of the microstructure domain of the polymer adsorbed on the silica nanofiber surface, which increases wettability, but heat-treats it. This strongly suggests that the surface energy is restored to its original reduced state and prevents wettability.

実施例4
[フッ素含有化合物が吸着した超撥水性粉体4の合成]
実施例3において、ポリエチルメタクリレートの代わりにポリ(2,3,4−ヘプタフルオロブチルメタクリレート)200mgを用いる以外は、実施例3と同様にして粉体を得た。乾燥後の粉体は水中では沈むことなく、水面で浮かぶ状態であった。熱重量損失の分析結果、ポリマーの吸着率が9.8%であった。これを超疎水性粉体4とする。
Example 4
[Synthesis of super water-repellent powder 4 adsorbed with fluorine-containing compound]
A powder was obtained in the same manner as in Example 3 except that 200 mg of poly (2,3,4-heptafluorobutyl methacrylate) was used instead of polyethyl methacrylate. The powder after drying did not sink in water, but floated on the water surface. As a result of the analysis of thermogravimetric loss, the polymer adsorption rate was 9.8%. This is designated as superhydrophobic powder 4.

得られた粉体4を用いて実施例1と同様にして水の接触角を測定したところ179.6°であった。また、30%エチルアルコール含有のアルコール水溶液でも接触角が168°であった。さらに、50%アルコール水溶液でも表面が濡れなかった。尚、実施例3で得られた粉体3では30%アルコール水溶液の接触角は48°である。フッ素原子による表面自由エネルギー低下能はアルコールに対しても発現され、弾き効果を示した結果と考えられる。   When the contact angle of water was measured in the same manner as in Example 1 using the obtained powder 4, it was 179.6 °. Further, the contact angle was 168 ° even in an aqueous alcohol solution containing 30% ethyl alcohol. Furthermore, the surface did not get wet even with a 50% alcohol aqueous solution. Incidentally, in the powder 3 obtained in Example 3, the contact angle of a 30% aqueous alcohol solution is 48 °. The surface free energy lowering ability by the fluorine atom is also expressed for alcohol, which is considered to be a result of showing a flipping effect.

実施例5
[テトラデシルアミンが吸着した超撥水性粉体5の合成]
実施例3において、ポリエチルメタクリレートの代わりにテトラデシルアミンを用い、室温での攪拌時間を6時間とする以外は、実施例3と同様にして粉体を得た。乾燥後の粉末は水中では沈むことなく、水面で浮かぶ状態であった。熱重量損失の分析結果、テトラデシルアミンの吸着率は10.5%であった。これを超疎水性粉体5とする。
Example 5
[Synthesis of super water-repellent powder 5 adsorbed with tetradecylamine]
In Example 3, a powder was obtained in the same manner as in Example 3 except that tetradecylamine was used instead of polyethyl methacrylate and the stirring time at room temperature was 6 hours. The powder after drying did not sink in water, but floated on the water surface. As a result of thermal weight loss analysis, the adsorption rate of tetradecylamine was 10.5%. This is designated as superhydrophobic powder 5.

得られた粉体5を用いて実施例1と同様にして水の接触角を測定したところ175°であった。粉体の膜状態で、超疎水性であることが強く示唆された。   When the contact angle of water was measured in the same manner as in Example 1 using the obtained powder 5, it was 175 °. It was strongly suggested that the membrane state of the powder was superhydrophobic.

実施例6
[ポリ(エチルオキサゾリン)が吸着した超撥水性粉体6の合成]
実施例3において、ポリエチルメタクリレートの代わりにポリ(エチルオキサゾリン)を用いる以外は実施例3と同様にして粉体を得た。乾燥後の粉末は水中では沈むことなく、水面で浮かぶ状態であった。熱重量損失の分析結果、ポリ(エチルオキサゾリン)の吸着率は11.3%であった。これを超疎水性粉体6とする。
Example 6
[Synthesis of super water-repellent powder 6 adsorbed with poly (ethyloxazoline)]
A powder was obtained in the same manner as in Example 3 except that poly (ethyloxazoline) was used instead of polyethyl methacrylate. The powder after drying did not sink in water, but floated on the water surface. As a result of the analysis of thermogravimetric loss, the adsorption rate of poly (ethyloxazoline) was 11.3%. This is designated as superhydrophobic powder 6.

得られた粉体6を用いて実施例1と同様にして水の接触角を測定したところ167°であった。粉体の膜状態で、超疎水性であることが強く示唆された。ポリ(エチルオキサゾリン)は水にも有機溶剤にも溶解する両親媒性ポリマーであるが、粉末Bに吸着されるとポリマーの極性部分がシリカと強く結合し、側鎖のエチル基が表面に向くことで、超疎水性を発現することになると考えられる。   When the contact angle of water was measured in the same manner as in Example 1 using the obtained powder 6, it was 167 °. It was strongly suggested that the membrane state of the powder was superhydrophobic. Poly (ethyloxazoline) is an amphiphilic polymer that dissolves in both water and organic solvents. However, when adsorbed on the powder B, the polar part of the polymer is strongly bonded to silica, and the ethyl groups in the side chain face the surface. Therefore, it is thought that superhydrophobicity will be expressed.

実施例8
[超疎水性粉体3を用いたろ紙上での超疎水性膜(浸漬法)]
水性ポリウレタン樹脂(DIC株式会社製、ノニオン系、不揮発分10%に水を添加して調製)500mgに実施例3で得られた超疎水性粉体3(10mg)を加え、均一に分散した後、その分散液にろ紙を15分間浸漬した。ろ紙を取り出し、室温乾燥後、ろ紙の上に水滴を落としたが、水滴は完全に弾けた。
Example 8
[Superhydrophobic membrane on filter paper using superhydrophobic powder 3 (dipping method)]
After adding the super-hydrophobic powder 3 (10 mg) obtained in Example 3 to 500 mg of an aqueous polyurethane resin (manufactured by DIC Corporation, nonionic, prepared by adding water to a nonvolatile content of 10%) and uniformly dispersing The filter paper was immersed in the dispersion for 15 minutes. After removing the filter paper and drying at room temperature, water drops were dropped on the filter paper, but the water drops blew completely.

実施例9
[超疎水性粉体3を用いたろ紙上での超疎水性膜(ブラシ法)]
実施例8で用いた同様な分散液をろ紙上にブラシで塗った。それを室温乾燥した後、表面接触角を測定したところ、接触角は154°であった。ろ紙は水にぬれることがなかった。
Example 9
[Superhydrophobic membrane on filter paper using superhydrophobic powder 3 (brush method)]
The same dispersion used in Example 8 was brushed on the filter paper. When the surface contact angle was measured after drying at room temperature, the contact angle was 154 °. The filter paper did not get wet.

実施例10
[超疎水性粉体3を用いたガラス上での超疎水性膜(キャスト法)]
実施例8と同様な分散液を、バーコーターを用い、ガラススライド上にキャストした。これで得たキャスト膜を室温乾燥した後、表面接触角を測定したところ、接触角は166°であった。
Example 10
[Superhydrophobic film on glass using superhydrophobic powder 3 (casting method)]
A dispersion similar to that in Example 8 was cast on a glass slide using a bar coater. The cast film thus obtained was dried at room temperature and then the surface contact angle was measured. The contact angle was 166 °.

実施例11
[超疎水性粉体3を用いた木材上での超疎水性膜(ブラシ法)]
実施例8で用いた同様な分散液を表面処理されていない木の板にブラシで塗った。それを室温乾燥した後、水滴を落としたところ、水は完全に弾かれ、木材表面は濡れなかった。
Example 11
[Superhydrophobic membrane on wood using superhydrophobic powder 3 (brush method)]
The same dispersion used in Example 8 was brushed on a wooden board that had not been surface-treated. After drying it at room temperature and dropping water drops, the water was completely repelled and the wood surface did not get wet.

実施例12
[超疎水性粉体6を用いた牛革上での超疎水性膜(浸漬法)]
実施例8において、超疎水性粉体3の代わりに実施例6で得られた超疎水性粉体6を用いる以外は実施例8と同様にして分散液を調製した。その分散液に表面処理されていない牛革の切り落としを1時間浸漬した。牛革を取り出し、室温乾燥後、その上に水滴を落としたが、水滴は完全に弾け、濡れ性はなくなった。
Example 12
[Superhydrophobic film on cowhide using superhydrophobic powder 6 (dipping method)]
In Example 8, a dispersion was prepared in the same manner as in Example 8, except that the superhydrophobic powder 6 obtained in Example 6 was used instead of the superhydrophobic powder 3. A cut-off piece of cowhide that was not surface-treated was immersed in the dispersion for 1 hour. After removing the cowhide and drying at room temperature, water droplets were dropped on it, but the water droplets completely repelled and the wettability was lost.

実施例13
[超疎水性粉体2を用いたガラス管内壁での超疎水性膜(浸漬法)]
実施例8において、超疎水性粉体3の代わりに実施例2で得られた超疎水性粉体2を用いる以外は実施例8と同様にして分散液を得た。この分散液をガラスピペット(内径6mm、長さ8cm)に吸い取り、それを2時間保持した後、液を押し出した。ガラスピペットを60℃で乾燥後、それに水を吸い取って、再び水を押し出すテストを行なった。ガラス壁には水滴が全く付着せず、吸い取った水は重さ低下なしに他の容器に完全移動できた。
Example 13
[Superhydrophobic membrane on the inner wall of glass tube using superhydrophobic powder 2 (dipping method)]
In Example 8, a dispersion was obtained in the same manner as in Example 8 except that the superhydrophobic powder 2 obtained in Example 2 was used instead of the superhydrophobic powder 3. The dispersion was sucked into a glass pipette (inner diameter 6 mm, length 8 cm) and held for 2 hours, and then the liquid was extruded. After the glass pipette was dried at 60 ° C., the test was performed by sucking water into the glass pipette and pushing out the water again. No water droplets adhered to the glass wall, and the absorbed water could be completely transferred to another container without reducing its weight.

比較として、処理していないガラスピペットを用いたときでは、水を吸い取った後、水を押し出すと必ず壁に水滴が付着していることを確認した。   For comparison, when an untreated glass pipette was used, it was confirmed that water droplets adhered to the wall whenever water was pushed out after sucking out water.

[安定性評価1]
実施例1、3、4、6で得られた超疎水性粉体1、3、4、6を用いて下記に方法で安定性評価を行なった。ガラス瓶に蒸留水30mLをいれ、ここにそれぞれの粉体20mg添加する。ここにスターラーチップを入れ室温(25℃)で7日間攪拌を続けた後、粉体の様子を観測したところ、攪拌を中止するといずれの粉体も水面上に浮き上がり、再び水に沈むことがないことを確認した。
[Stability evaluation 1]
Using the superhydrophobic powders 1, 3, 4, and 6 obtained in Examples 1, 3, 4, and 6, the stability was evaluated by the following method. Add 30 mL of distilled water to a glass bottle and add 20 mg of each powder. Stirrer chips were placed here and stirring was continued for 7 days at room temperature (25 ° C.), and then the state of the powder was observed. When stirring was stopped, any powder would float on the water surface and will not sink into water again. It was confirmed.

又、実施例と同様にして膜状態での接触角を測定したが、いずれの粉体においても、水中攪拌前の接触角と同じであり、超疎水性が維持されていることを確認した。   Further, the contact angle in the film state was measured in the same manner as in the Examples, and it was confirmed that all the powders had the same contact angle before stirring in water and maintained superhydrophobicity.

更に水中攪拌後の超疎水性粉体4を、実施例と同様にして、30%エチルアルコール含有のアルコール水溶液での接触角を測定したところ、167°であり、性能が維持されていることを確認した。   Furthermore, the superhydrophobic powder 4 after stirring in water was measured for the contact angle with an aqueous alcohol solution containing 30% ethyl alcohol in the same manner as in the example, and it was 167 °, indicating that the performance was maintained. confirmed.

[安定性評価2]
実施例8で得られた分散液を30℃の恒温槽で7日間保持した後、実施例9と同様にしてろ紙に塗布し乾燥した。乾燥後、水の接触角を測定したところ、156°であり、水性塗料中においても超疎水性が維持されていることを確認した。
[Stability evaluation 2]
The dispersion obtained in Example 8 was held in a thermostatic bath at 30 ° C. for 7 days, and then applied to filter paper and dried in the same manner as in Example 9. When the contact angle of water was measured after drying, it was 156 °, and it was confirmed that superhydrophobicity was maintained even in the aqueous paint.

合成例1で得た粉体AのSEM写真である。上図:低倍率。下図:高倍率。3 is a SEM photograph of powder A obtained in Synthesis Example 1. Above: Low magnification. Below: High magnification. 合成例2で得た粉体BのSEM写真である。上図:低倍率。下図:高倍率。4 is a SEM photograph of powder B obtained in Synthesis Example 2. Above: Low magnification. Below: High magnification. 実施例3における水接触角写真であるIt is a water contact angle photograph in Example 3. 実施例3で得た超疎水性粉体3のTEM写真である。左図:ポリエチルメタクリレートが吸着される前、右図:吸着後4 is a TEM photograph of superhydrophobic powder 3 obtained in Example 3. Left figure: Before polyethyl methacrylate is adsorbed, Right figure: After adsorption 実施例3で得た超疎水性粉体3の熱分析(TG−DTA)チャートである。4 is a thermal analysis (TG-DTA) chart of superhydrophobic powder 3 obtained in Example 3. FIG. 実施例3で得た粉体を各種溶剤中処理後作製した膜表面での濡れ性写真である。It is the wettability photograph in the film | membrane surface produced after processing the powder obtained in Example 3 in various solvents. 図6の粉体膜を80℃で2時間乾燥後、再び水の濡れ性を観察した写真である。It is the photograph which observed the wettability of water again after drying the powder film of FIG. 6 at 80 degreeC for 2 hours.

Claims (9)

直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)のフィラメントがシリカ(B)で被覆されてなる有機無機複合ナノファイバー(I)の会合体からなる粉末を溶剤中に分散し、該分散液に疎水性基を有する化合物(X)を混合し、シリカ(B)に化合物(X)を物理吸着させる工程と、
前記工程で得られた処理後の粉末を単離する工程と、
を有することを特徴とする超疎水性粉体の製造方法。
A powder composed of an association of an organic-inorganic composite nanofiber (I) in which a filament of a polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) is coated with silica (B) is dispersed in a solvent. a step of compounds having a hydrophobic group and (X) are mixed, Ru compound to silica (B) to (X) by physically adsorbed liquid,
Isolating the treated powder obtained in the step;
A process for producing a superhydrophobic powder characterized by comprising:
(1)直鎖状ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)のフィラメントがシリカ(B)で被覆されてなる有機無機ナノファイバー(I)の会合体を焼成する工程と、
(2)工程(1)で得られたシリカ(B)を主構成成分とするナノファイバー(II)の会合体からなる粉末を溶剤中に分散し、該分散液に疎水性基を有する化合物(X)を混合し、シリカ(B)に化合物(X)を物理吸着させる工程と、
(3)工程(2)で得られた処理後の粉末を単離する工程と、
を有することを特徴とする超疎水性粉体の製造方法。
(1) firing an association of organic-inorganic nanofibers (I) in which a filament of polymer (A) having a linear polyethyleneimine skeleton (a) is coated with silica (B);
(2) A powder comprising an aggregate of nanofibers (II) having silica (B) obtained in step (1) as a main constituent is dispersed in a solvent, and a compound having a hydrophobic group in the dispersion ( X) were mixed, a step of Ru compound to silica (B) to (X) is physically adsorbed,
(3) a step of isolating the treated powder obtained in step (2);
A process for producing a superhydrophobic powder characterized by comprising:
前記疎水性基を有する化合物(X)が、疎水性ポリマー(X1)、両親媒性ポリマー(X2)、炭素数6〜22の長鎖アルキル基含有化合物(X3)、及びフッ素含有化合物(X4)からなる群から選ばれる一種以上の化合物である請求項1又は2記載の超疎水性粉体の製造方法The compound (X) having a hydrophobic group is a hydrophobic polymer (X1), an amphiphilic polymer (X2), a long-chain alkyl group-containing compound (X3) having 6 to 22 carbon atoms, and a fluorine-containing compound (X4). The method for producing a superhydrophobic powder according to claim 1 or 2, which is one or more compounds selected from the group consisting of : 前記疎水性ポリマー(X1)がポリ(メタ)アクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニル酢酸エステル、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリイミド又はポリカーボネートであり、前記両親媒性ポリマー(X2)がポリアクリルアミド、ポリオキサゾリンまたはポリプロピレンオキシドであり、前記長鎖アルキル基含有化合物(X3)がアルキルアミン、アルキルカルボン酸、アルキルスルホン酸又はアルキルリン酸である請求項3記載の超疎水性粉体の製造方法。The hydrophobic polymer (X1) is poly (meth) acrylate, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, epoxy resin, polyester, polyimide or polycarbonate, and the amphiphilic polymer (X2) is polyacrylamide, polyoxazoline or The method for producing a superhydrophobic powder according to claim 3, which is polypropylene oxide, and the long-chain alkyl group-containing compound (X3) is an alkylamine, alkylcarboxylic acid, alkylsulfonic acid or alkylphosphoric acid. 前記有機無機ナノファイバー(I)の太さが10〜100nm、アスペクト比が2以上であり、且つ該有機無機ナノファイバー(I)の会合体の大きさが2〜100μmの範囲である請求項1〜4の何れか1項記載の超疎水性粉体の製造方法The organic-inorganic nanofiber thickness of (I) is not less 10 to 100 nm, an aspect ratio of 2 or more, according to claim 1 and the magnitude of the aggregate of the organic-inorganic nanofiber (I) is in the range of 2~100μm The manufacturing method of the super-hydrophobic powder of any one of -4 . 前記ナノファイバー(II)の太さが10〜100nm、アスペクト比が2以上であり、且つ該ナノファイバー(II)の会合体の大きさが2〜100μmの範囲である請求項2〜4の何れか1項記載の超疎水性粉体の製造方法The thickness of the nanofiber (II) is 10 to 100 nm, the aspect ratio is 2 or more, and the size of the aggregate of the nanofiber (II) is in the range of 2 to 100 µm. A method for producing the superhydrophobic powder according to claim 1. 請求項1〜6の何れか1項記載の製造方法で得られることを特徴とする超疎水性粉体。Superhydrophobic powder obtained by the production method according to any one of claims 1 to 6. 請求項記載の超疎水性粉体が固体基材表面に固定されてなることを特徴とする超疎水性表面を有する構造体。 A structure having a superhydrophobic surface, wherein the superhydrophobic powder according to claim 7 is fixed to the surface of a solid substrate. 請求項記載の製造方法で得られる超疎水性粉体を溶液中に分散し、該分散液を塗布し乾燥する工程を有することを特徴とする超疎水性表面を有する構造体の製造方法。 A method for producing a structure having a superhydrophobic surface, comprising the steps of dispersing a superhydrophobic powder obtained by the production method according to claim 7 in a solution, applying the dispersion, and drying.
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