JP4823497B2 - Composite member having hydrophilicity - Google Patents
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Description
本発明は、水を接触させても水の薄膜が形成されて水滴を生じない親水性に優れ、且つ、防曇性能を有する複合部材に関する。 The present invention relates to a composite member having excellent hydrophilicity that does not produce water droplets even when water is brought into contact with it, and has antifogging performance.
めがねやビデオカメラなどの光学レンズを装着した装置を、温度差が大きくて湿度の高い環境に移動した場合には、空気中に存在する水分が光学レンズの表面に凝集して水滴を形成し、透明性や光透過性が著しく低下する。また、電車や車などの窓ガラス表面などでは、急激な温度差により水滴が形成されて視界が妨げられ、交通標識が判読できなくなるなどの様々な問題を引き起こすことが知られている。 When a device equipped with an optical lens such as glasses or a video camera is moved to an environment with a large temperature difference and high humidity, moisture present in the air aggregates on the surface of the optical lens to form water droplets. Transparency and light transmittance are significantly reduced. Further, it is known that on the surface of a window glass of a train or a car, water drops are formed due to an abrupt temperature difference and the visibility is hindered, causing various problems such as traffic signs becoming unreadable.
また、農業用被覆フィルムが展張された農業用ハウスやトンネル内などでは、土壌や作物から蒸散する水蒸気が充満し、充満した蒸気が外気との温度差によりフィルム表面に凝集して水滴を形成し、それにより透過性が低下して作物の生育が妨げられ、さらには、水滴が落下して作物に付着し病気が発生するなどの問題があった。 Also, in agricultural houses and tunnels where agricultural coating films are spread, water vapor evaporates from the soil and crops fills up, and the full steam condenses on the film surface due to the temperature difference from the outside air to form water droplets. As a result, there was a problem that the permeability was lowered and the growth of the crop was hindered, and further, water droplets dropped and adhered to the crop to cause illness.
光学用レンズや農業用フィルムなどの基体表面には、付着した水滴が基体表面で広がり易くするために、親水性に優れた薄膜を設ける様々な方法が提案されている。 Various methods have been proposed in which a thin film having excellent hydrophilicity is provided on the surface of a substrate such as an optical lens or an agricultural film in order to make it easier for spread water droplets to spread on the surface of the substrate.
例えば、酸化チタンや酸化亜鉛などの光触媒微粒子とシリカ微粒子を含む薄膜を形成して、太陽光に含まれる紫外線が照射されることにより表面に濡れ性が発現することで防曇効果が付与される方法(例えば、特許文献1参照。)や、アクリル系単量体と重合性シラン系カップリング剤とコロイダルシリカとを含む乳化重合して得られた溶液をフィルム表面に形成してコロイダルシリカを20〜70重量%含む膜を設ける方法(例えば、特許文献2参照。)や、フィルム表面にコロイダルアルミナとコロイダルシリカと非イオン系界面活性剤が含まれた溶液を塗布して防曇層を形成する方法(例えば、特許文献3と特許文献4参照。)や、コロイダルアルミナと平均分子量が10万〜400万の水溶性樹脂と非イオン界面活性剤からなる水溶液をフィルム表面に塗布する方法(例えば、特許文献5参照。)や、ネックレス状コロイダルシリカとシラン誘導体と界面活性剤とを含む溶液をフィルム表面に塗布する方法などが挙げられる。
しかしながら、上記の親水性を有し、且つ、防曇性を有する光学レンズやフィルムなどには、以下のような様々な問題がある。 However, the above-mentioned optical lenses and films having hydrophilicity and anti-fogging properties have the following various problems.
例えば、特許第2756474公報に記載の方法では、フィルム表面に密着性に優れたシリカ微粒子を含む酸化チタンからなる光触媒層を形成することは非常に困難であり、また、形成しても光触媒微粒子である酸化チタン表面に生成する酸化性に優れたスーパーオキシドアニオンやヒドロキシラジカルなどの活性種によりフィルム表面が酸化されて劣化し、光触媒層が経時により脱落するなどの問題がある。 For example, in the method described in Japanese Patent No. 2756474, it is very difficult to form a photocatalyst layer made of titanium oxide containing silica fine particles having excellent adhesion on the film surface. There is a problem that the film surface is oxidized and deteriorated by an active species such as a superoxide anion and a hydroxyl radical having excellent oxidizability generated on a certain titanium oxide surface, and the photocatalyst layer falls off with time.
また、特開平07−233270号公報に記載の方法は、アクリル系単量体と重合性シラン系カップリング剤とコロイダルシリカを乳化重合で部分的に反応させてフィルム表面に塗布して防曇性を付加する方法であるが、得られた膜の水に対する接触角は50〜70°程度と高く、期待される防曇効果は得られ難い。 Further, the method described in JP-A-07-233270 is an antifogging property in which an acrylic monomer, a polymerizable silane coupling agent, and colloidal silica are partially reacted by emulsion polymerization and applied to the film surface. However, the water contact angle of the obtained film is as high as about 50 to 70 °, and the expected antifogging effect is difficult to obtain.
また、特開平09−298954号公報や特開2003−253243号公報に記載の方法では、フィルム表面に、コロイダルアルミナやコロイダルシリカの微粒子と界面活性剤とを含む溶液を塗布して防曇性の薄膜を形成したフィルムであるが、初期は防曇効果が発現するものの、経時変化によりフィルム表面に付着したコロイダルアルミナやコロイダルシリカなどの微粒子は容易に脱離することから、防曇効果が時間と共に低下するなどの問題がある。 Further, in the methods described in JP-A 09-298954 and JP-A 2003-253243, a solution containing colloidal alumina or colloidal silica fine particles and a surfactant is applied to the film surface to provide antifogging properties. Although it is a film that forms a thin film, the anti-fogging effect is manifested initially, but fine particles such as colloidal alumina and colloidal silica that adhere to the film surface with time change easily desorb, so the anti-fogging effect increases with time. There are problems such as lowering.
また、特開2003−102288号公報に記載の方法は、コロイダルアルミナとコロイダルシリカおよび平均分子量が10万から400万の水溶性樹脂と非イオン系界面活性剤とを含む溶液をフィルム表面に塗布して防曇性を発現させたフィルムであるが、水溶性樹脂が分散した水溶液中では、コロイダルアルミナやコロイダルシリカの粒子表面のゼータ電位が正と負になっていることから、均一に分散しないで凝集する場合があり、防曇性を有する薄膜の透明性が、低下するなどの問題がある。 In addition, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-102288 applies a solution containing colloidal alumina, colloidal silica, a water-soluble resin having an average molecular weight of 100,000 to 4 million, and a nonionic surfactant to the film surface. In the aqueous solution in which the water-soluble resin is dispersed, the zeta potential on the colloidal alumina or colloidal silica particle surface is positive and negative, so do not disperse uniformly. There is a problem that the transparency of the thin film having anti-fogging properties may be reduced.
さらに、特開2004−099694号公報に記載の方法では、ネックレス状コロイダルシリカが用いられているが、他の基本的な構成は、特開平09−298954号公報や特開2003−253243号公報と同一と見なすことができることから、防曇性を有する薄膜の密着性に問題があり、防曇性やその耐久性に優れた親水性を有する複合部材が求められている。 Furthermore, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-099694, necklace-shaped colloidal silica is used, but other basic configurations are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 09-298954 and 2003-253243. Since they can be regarded as the same, there is a problem in the adhesion of a thin film having antifogging properties, and there is a demand for a composite member having hydrophilicity excellent in antifogging properties and durability.
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、フィルムや樹脂プレート、繊維や布などからなる少なくとも表面が樹脂からなる基材の表面に、親水性に優れた、防曇効果が長期的に維持でき、さらに、耐久性に優れた親水性を有する複合部材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such a conventional problem. At least the surface made of a film, a resin plate, a fiber, a cloth, or the like is formed on the surface of a base material made of a resin. An object of the present invention is to provide a composite member that can maintain a clouding effect for a long period of time and has a hydrophilic property with excellent durability.
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、反応性に優れた不飽和結合を有するシランカップリング剤を無機微粒子表面に脱水縮合反応で化学的に結合させて不飽和結合を導入し、無機微粒子表面に導入した不飽和結合同士または基材樹脂表面と反応させることで、基材の表面に強固に、且つ、耐久性と親水性に優れた防曇効果が長期間維持できることが可能となる知見を得るに至り、新規な親水性を有する複合部材を創出した。 As a result of intensive research, the present inventors introduced an unsaturated bond by chemically bonding a silane coupling agent having an unsaturated bond having excellent reactivity to the surface of the inorganic fine particles by a dehydration condensation reaction, and thereby introducing an inorganic bond. By reacting with the unsaturated bonds introduced on the surface of the fine particles or with the surface of the base resin, it becomes possible to maintain a strong antifogging effect on the surface of the base material and excellent durability and hydrophilicity for a long period of time. As a result of obtaining knowledge, a new hydrophilic composite member was created.
すなわち、第一の発明は、少なくとも表面が樹脂からなる基体と、不飽和結合を有するシランモノマーの薄膜が表面に形成された第1の無機微粒子からなり、第1の無機微粒子の表面に結合させるシランモノマーの量は、第1の無機微粒子の重量に対して0.001質量
%から5.0質量%であり、前記基体の表面の樹脂と前記無機微粒子の表面に形成されたシ
ランモノマーの薄膜とが放射線グラフト重合により化学結合して、前記第1の無機微粒子が前記基体の表面に固定されてなる、第1の無機微粒子層とを備えることを特徴とする親水性を有する複合部材を提供するものである。
That is, the first invention is composed of a substrate having at least a surface made of resin and a first inorganic fine particle having a thin film of a silane monomer having an unsaturated bond formed on the surface, and is bonded to the surface of the first inorganic fine particle. The amount of the silane monomer is 0.001 mass relative to the weight of the first inorganic fine particles.
% To 5.0% by mass, and the resin on the surface of the substrate and the silane monomer thin film formed on the surface of the inorganic fine particles are chemically bonded by radiation graft polymerization, and the first inorganic fine particles are formed on the surface of the substrate. The present invention provides a hydrophilic composite member characterized by comprising a first inorganic fine particle layer fixed to a substrate.
また、本発明は上記第一の発明において、不飽和結合を有するシランモノマーの薄膜が表面に形成され、前記第1の無機微粒子と同種又は異種の第2の無機微粒子からなる、第2の無機微粒子層をさらに備え、該第2の無機微粒子層は、前記第1の無機微粒子層の前記第1の無機微粒子の表面に形成されたシランモノマーの薄膜と前記第2の無機微粒子層の前記第2の無機微粒子の表面に形成されたシランモノマーの薄膜とが放射線グラフト重合により化学結合し、前記第1の無機微粒子層に積層して固定されることを特徴とする親水性を有する複合部材を提供するものである。
Further, the present invention provides the second inorganic material according to the first invention, wherein a thin film of a silane monomer having an unsaturated bond is formed on the surface, and the second inorganic fine particle is the same or different from the first inorganic fine particles. A fine particle layer is further provided, and the second inorganic fine particle layer includes a thin film of a silane monomer formed on a surface of the first inorganic fine particle of the first inorganic fine particle layer and the second inorganic fine particle layer. A hydrophilic composite member characterized in that a thin film of silane monomer formed on the surface of the inorganic
さらにまた、本発明は、上記第一乃至第二の発明いずれかにおいて、前記複合部材の表面に、アミノ基、カルボン酸基、スルホン酸基、または、シアン酸基のうち、一種または二種以上の官能基が結合してなることを特徴とする親水性を有する複合部材を提供するものである。 Furthermore, the present invention provides the composite member according to any one of the first to second inventions, wherein one or more of amino group, carboxylic acid group, sulfonic acid group, and cyanic acid group are formed on the surface of the composite member. The present invention provides a composite member having hydrophilicity, characterized in that these functional groups are bonded.
さらにまた、本発明は、上記第一乃至第三の発明いずれかにおいて、無機微粒子が酸化物であることを特徴とする親水性を有する複合部材を提供するものである。 Furthermore, the present invention provides a composite member having hydrophilicity according to any one of the first to third inventions, wherein the inorganic fine particles are oxides.
さらにまた、本発明は、上記第一乃至第四の発明のいずれかにおいて、無機微粒子が酸化物と天然放射性希有元素鉱物からなることを特徴とする親水性を有する複合部材を提供するものである。 Furthermore, the present invention provides a hydrophilic composite member according to any one of the first to fourth inventions, wherein the inorganic fine particles are composed of an oxide and a natural radioactive rare element mineral. .
本発明によれば、少なくとも表面が樹脂からなる基体に無機微粒子が固定されてなる親水性を有する複合部材であって、基体表面に対して、反応性に優れた不飽和結合を有するシランカップリング剤を無機微粒子表面に脱水縮合反応で化学的に結合させて不飽和結合を導入し、無機微粒子表面に導入した不飽和結合同士または基体樹脂表面と反応させて無機微粒子を固定化することで、基体の表面に強固に、且つ、耐久性と親水性に優れた防曇効果を長期間維持することが可能となる。 According to the present invention, there is provided a hydrophilic composite member in which inorganic fine particles are fixed to a substrate having at least a surface made of a resin, and the silane coupling has an unsaturated bond excellent in reactivity with the substrate surface. By chemically bonding the agent to the surface of the inorganic fine particles by a dehydration condensation reaction to introduce unsaturated bonds, and reacting with the unsaturated bonds introduced to the surface of the inorganic fine particles or the base resin surface to immobilize the inorganic fine particles, It becomes possible to maintain the antifogging effect which is strong on the surface of the substrate and excellent in durability and hydrophilicity for a long period of time.
(第1実施形態)
以下に、本発明の第1実施形態の親水性を有する複合部材について詳述する。
(First embodiment)
Hereinafter, the hydrophilic composite member according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.
図1は、本発明の第1実施形態の親水性を有する複合部材100の断面の一部を拡大した図である。本実施形態の親水性を有する複合部材100は、基体1上に無機微粒子2が固定されることにより構成されている。
FIG. 1 is an enlarged view of a part of a cross section of a
なお、図1では本発明の第1実施形態の一例を判りやすく模式的に示すため、微粒子が1層で形成された図であらわしたが、微粒子が複数重なって微粒子の層を形成してあってもよく、また微粒子同士が化学結合していてもよい。 In FIG. 1, an example of the first embodiment of the present invention is schematically illustrated so that the fine particles are formed in one layer. However, a plurality of fine particles are stacked to form a fine particle layer. The fine particles may be chemically bonded to each other.
本実施形態の親水性を有する複合部材100に用いられる基体1を構成する材料としては、不飽和結合を有するシランカップリング剤3による化学結合5が可能なものであれば良い。このような材料としては、例えば、各種樹脂や、合成繊維や、天然繊維などが挙げられる。また、本実施形態の親水性を有する複合部材100に用いられる基体1は、少なくともその表面が樹脂からなるものであれば良い。
As a material constituting the substrate 1 used in the
ここで、基体1の表面ないし全体を構成する樹脂としては、合成樹脂や天然樹脂が用いられる。その一例としては、ポリエチレン樹脂や、ポリプロピレン樹脂や、ポリスチレン樹脂や、ABS樹脂や、AS樹脂や、EVA樹脂や、ポリメチルペンテン樹脂や、ポリ塩化ビニル樹脂や、ポリ塩化ビニリデン樹脂や、ポリアクリル酸メチル樹脂や、ポリ酢酸ビニル樹脂や、ポリアミド樹脂や、ポリイミド樹脂や、ポリカーボネート樹脂や、ポリエチレンテレフタレート樹脂や、ポリブチレンテレフタレート樹脂や、ポリアセタール樹脂や、ポリアリレート樹脂や、ポリスルホン樹脂や、ポリフッ化ビニリデン樹脂や、PTFEなどの熱可塑性樹脂や、ポリ乳酸樹脂や、ポリヒドロキシブチレート樹脂や、修飾でんぷん樹脂や、ポリカプロラクト樹脂や、ポリブチレンサクシネート樹脂や、ポリブチレンアジペートテレフタレート樹脂や、ポリブチレンサクシネートテレフタレート樹脂や、ポリエチレンサクシネート樹脂などの生分解性樹脂や、フェノール樹脂や、ユリア樹脂や、メラミン樹脂や、不飽和ポリエステル樹脂や、ジアリルフタレート樹脂や、エポキシ樹脂や、エポキシアクリレート樹脂や、ケイ素樹脂や、アクリルウレタン樹脂や、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂や、シリコーン樹脂や、ポリスチレンエラストマーや、ポリエチレンエラストマーや、ポリプロピレンエラストマーや、ポリウレタンエラストマーなどのエラストマーや、漆などの天然樹脂などが挙げられる。 Here, a synthetic resin or a natural resin is used as the resin constituting the surface or the whole of the substrate 1. For example, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, ABS resin, AS resin, EVA resin, polymethylpentene resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polyacrylic acid Methyl resin, polyvinyl acetate resin, polyamide resin, polyimide resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, polyacetal resin, polyarylate resin, polysulfone resin, polyvinylidene fluoride resin Thermoplastic resins such as PTFE, polylactic acid resin, polyhydroxybutyrate resin, modified starch resin, polycaprolacto resin, polybutylene succinate resin, polybutylene adipate terephthalate resin, poly Biodegradable resins such as tylene succinate terephthalate resin and polyethylene succinate resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, epoxy resin, epoxy acrylate resin, Thermosetting resins such as silicon resins, acrylic urethane resins, urethane resins, silicone resins, polystyrene elastomers, polyethylene elastomers, polypropylene elastomers, elastomers such as polyurethane elastomers, and natural resins such as lacquer Can be mentioned.
本実施形態では、これらの基体1を構成する樹脂の形態は、板状や、フィルム状や、繊維状や、布状や、メッシュ状や、ハニカム状など、使用目的に合った種々の形状及びサイズ等のものが適用でき、特に制限されるものではない。 In the present embodiment, the form of the resin constituting these substrates 1 can be various shapes suitable for the purpose of use, such as plate, film, fiber, cloth, mesh, and honeycomb. A size or the like can be applied and is not particularly limited.
また、これらの樹脂は、基体1の主要部がアルミニウムやマグネシウムや、鉄などの金属材料や、ガラスや、セラミックスなどの無機材料である場合には、これら各材料の表面に、フィルム状に積層されたり、吹き付け塗装や浸漬塗装、静電塗装などの塗装法や、スクリーン印刷やオフセット印刷などの印刷法により薄膜として形成されたものであっても良い。 These resins are laminated in the form of a film on the surface of each material when the main part of the substrate 1 is a metal material such as aluminum, magnesium, or iron, or an inorganic material such as glass or ceramics. Alternatively, it may be formed as a thin film by a coating method such as spray coating, dip coating or electrostatic coating, or a printing method such as screen printing or offset printing.
さらに、これらの樹脂は、顔料や染料などにより着色されてあっても良く、シリカや、アルミナや、珪藻土や、マイカなどの無機材料が充填されてあっても良い。 Furthermore, these resins may be colored with pigments or dyes, and may be filled with inorganic materials such as silica, alumina, diatomaceous earth, and mica.
また、基体1は、合成樹脂からなる繊維(合成繊維や化学繊維)であっても良く、基体を構成する合成繊維の例としては、ポリエステル繊維や、ポリアミド繊維や、ポリビニルアルコール繊維や、アクリル繊維や、塩化ビニル繊維や、塩化ビニリデン繊維や、ポリオレフィン繊維や、ポリカーボネート繊維や、フッソ繊維や、ポリ尿素繊維や、エラストマー繊維や、また、これら繊維を構成する材料と前記樹脂材料との複合繊維などが挙げられる。 The substrate 1 may be a fiber (synthetic fiber or chemical fiber) made of a synthetic resin. Examples of the synthetic fiber constituting the substrate include polyester fiber, polyamide fiber, polyvinyl alcohol fiber, and acrylic fiber. And vinyl chloride fibers, vinylidene chloride fibers, polyolefin fibers, polycarbonate fibers, fluorine fibers, polyurea fibers, elastomer fibers, and composite fibers of these fibers and the materials constituting these fibers Is mentioned.
なお、本実施形態の基体1においては、上述のように基体表面が樹脂であれば良いので、基体材料に合成樹脂以外の繊維を用いる場合には、樹脂を上述した各種塗装法で繊維表面に塗装することで、樹脂を薄膜として形成しておけば良い。したがって、天然繊維の例として、綿や、麻や、絹や、天然繊維から得られた和紙なども、基体の材料として用いることが可能である。 In addition, in the base | substrate 1 of this embodiment, since the base | substrate surface should just be resin as mentioned above, when using fibers other than a synthetic resin for a base | substrate material, resin is applied to the fiber surface by the various coating methods mentioned above. What is necessary is just to form resin as a thin film by painting. Therefore, as examples of natural fibers, cotton, hemp, silk, Japanese paper obtained from natural fibers, and the like can be used as the base material.
本実施形態の複合部材100に用いられる無機微粒子2としては、高シリカゼオライトや、ソーダライトや、モルデナイトや、アナルサイトや、エリナイトなどのゼオライト類や、ハイドロキシアパタイトなどのアパタイト類や、アルミナ−シリカなどや、BaTiO3や、PbZrO3や、Pb(Zr,Ti)O3や、KTaO3や、K(Ta,Nb)O3や、LiNbO3や、TiO2−WO3や、AlO3−SiO2や、WO3−ZrO2や、WO3−SnO2などの複合酸化物などが挙げられる。
As the inorganic
また、本実施形態に用いられる無機微粒子2として、非金属酸化物として酸化珪素や、金属酸化物として、例えば、酸化マグネシウムや、酸化バリウムや、過酸化バリウムや、酸化アルミニウムや、酸化スズや、酸化チタンや、過酸化チタンや、酸化ジルコニウムや、酸化鉄や、水酸化鉄や、酸化タングステンや、酸化ビスマスや、酸化インジウムや、酸化チタンバリウムや、酸化コバルトアルミニウムなどの酸化物も挙げられる。これらの無機微粒子の結晶性は、非晶性あるいは結晶性のどちらでも良い。
Further, as the inorganic
本実施形態の複合部材では、無機微粒子2を、不飽和結合を有するシランカップリング剤3により、上述した基体1上に化学結合5(図中の黒丸部)により固定するものである。
In the composite member of this embodiment, the inorganic
具体的なシランカップリング剤3が有する不飽和結合としては、ビニル基や、エポキシ基や、スチリル基や、メタクリロ基や、アクリロキシ基や、イソシアネート基などが挙げられる。
Specific examples of the unsaturated bond of the
本実施形態の複合部材は、反応性に優れたシランカップリング剤3を用いることで、無機微粒子2を、シランカップリング剤3が有するシラノール基の脱水縮合反応による無機微粒子2の化学結合と上記官能基の基体1の樹脂表面への、後述するグラフト重合による化学結合5により、基体表面に結合せしめた親水性を有する複合部材である。
The composite member of the present embodiment uses the
本実施形態の複合部材100で用いられるシランカップリング剤3の一例としては、ビニルトリメトキシシランや、ビニルトリエトキシシランや、ビニルトリアセトキシシランや、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランや、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩や、2−(3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランや、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランや、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランや、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランや、p−スチリルトリメトキシシランや、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシランや、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランや、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシランや、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランや、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランや、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。
As an example of the
これらのシランカップリング剤3は、一種もしくは二種以上混合して用いられる。その使用形態としては、必要量のシランカップリング剤3をメタノールやエタノールや、アセトンや、トルエンや、キシレンなどの有機溶剤に溶解して用いられる。また、分散性を改善するために塩酸や、硝酸などの鉱酸などが加えられる。
These
用いられる溶剤としては、エタノールや、メタノールや、プロパノールやブタノールなどの低級アルコール類や、蟻酸やプロピオン酸などの低級アルキルカルボン酸類や、トルエンやキシレンなどの芳香族化合物、酢酸エチルや酢酸ブチルなどのエステル類や、メチルセルソルブやエチルセルソルブなどのセロソルブ類を単独または複数組み合わせて用いても良い。 Solvents used include lower alcohols such as ethanol, methanol, propanol and butanol, lower alkyl carboxylic acids such as formic acid and propionic acid, aromatic compounds such as toluene and xylene, ethyl acetate and butyl acetate, etc. Esters and cellosolves such as methyl cellosolve and ethyl cellosolve may be used alone or in combination.
本実施形態の複合部材100に用いられる無機微粒子2は、前述したシランカップリング剤3の溶液に分散した状態で製造に用いられる。無機微粒子2の分散は、ホモミキサーやマグネットスターラーなどを用いた撹拌分散や、ボールミルや、サンドミルや、高速回転ミルや、ジェットミルなどを用いた粉砕・分散、超音波を用いた分散などにより行われる。
The inorganic
また、無機微粒子2は、分散したコロイド状分散液や、粉砕により微粒子化して得られた分散液の状態で、親水性を有する複合部材100の製造に用いられる。無機微粒子2の分散液は、コロイド状分散液や粉砕して得られた分散液に、シランカップリング剤3を加え、その後、還流下で加熱させながら、無機微粒子2の表面にシランカップリング剤3を脱水縮合反応により結合させてシランカップリング剤3からなる薄膜を形成する。
The inorganic
還流下で、無機微粒子2に反応結合させるシランカップリング剤3の量は、無機微粒子2の平均粒子径にもよるが、反応結合させる無機微粒子2の重量に対して0.001%重量から5.0重量%であれば無機微粒子2の結合強度は実用上問題ない。また、結合に預からない余剰のシランカップリング剤3があっても良い。
The amount of the
特に、無機微粒子2からなる無機微粒子層10(第1の無機微粒子層)が厚くなると、無機微粒子層10の応力や使用環境によっては凝集破壊により無機微粒子層10が劣化することもあるので、還流処理後必要に応じて、不飽和結合を有するシランカップリング剤や、Si(OR1)4(式中、R1は炭素数1〜4のアルキル基を示す)で示されるアルコキシシラン化合物、一例として、テトラメトキシシランや、テトラエトキシシランなどや、R2nSi(OR3)4-n(式中、R2は炭素数1〜6の炭化水素基、R3は炭素数1〜4のアルキル基、nは1〜3の整数を示す)で示されるアルコキシシラン化合物、一例として、メチルトリメトキシシランや、メチルトリエトキシシランや、ジメチルジエトキシシランや、フェニルトリエトキシシランや、ヘキサメチルジシラザンや、ヘキシルトリメトキシシランなど、他にアルコキシオリゴマーなどが添加されて用いられる。
In particular, when the inorganic fine particle layer 10 (first inorganic fine particle layer) made of the inorganic
次に、基体1と、上記無機微粒子2とカップリング剤3の混合した溶液とを化学結合する方法について説明する。本実施形態においては、基体1と無機微粒子2とを化学結合させる方法として、グラフト重合による結合方法を用いている。
Next, a method of chemically bonding the substrate 1 and a solution in which the inorganic
本実施形態の複合部材100におけるグラフト重合としては、例えばパーオキサイド触媒を用いるグラフト重合や、熱や光エネルギーを用いるグラフト重合や、放射線によるグラフト重合(放射線グラフト重合)などが挙げられる。
Examples of the graft polymerization in the
このうち、重合プロセスの簡便性や、生産スピード等の観点より、放射線グラフト重合が特に適している。ここで、グラフト重合において用いられる放射線としては、α線や、β線や、γ線や、電子線や、紫外線などを挙げることができるが、本実施形態において用いるには、γ線や、電子線や、紫外線が特に適している。 Of these, radiation graft polymerization is particularly suitable from the viewpoints of simplicity of the polymerization process and production speed. Here, examples of the radiation used in the graft polymerization include α rays, β rays, γ rays, electron beams, ultraviolet rays, and the like. Lines and ultraviolet rays are particularly suitable.
本実施形態でのグラフト重合を用いた親水性を有する複合部材100の製造方法は、以下に記した方法により好適に製造される。
The manufacturing method of the
本実施形態における第一の好適な方法としては、シランカップリング剤3が結合された無機微粒子2が分散した溶液を、結合しようとする基体1の表面(樹脂面)に塗布し、必要に応じて溶剤を加熱乾燥などの方法により除去した後、γ線や、電子線や、紫外線などの放射線を、シランカップリング剤3が結合した無機微粒子2が塗布された基体1の表面に照射することで、シランカップリング剤3を基体1の表面にグラフト重合させると同時に無機微粒子2を結合させる、所謂同時照射グラフト重合により製造される。
As a first preferred method in the present embodiment, a solution in which inorganic
また、本実施形態における第二の好適な方法としては、予め基体1の表面にγ線や、電子線や、紫外線などの放射線を照射した後に、シランカップリング剤3が結合された無機微粒子2が分散した溶液を塗布して、シランカップリング剤3と基体1とを反応させると同時に無機微粒子2を結合させる所謂前照射グラフト重合により製造される。
In addition, as a second preferred method in the present embodiment, the surface of the substrate 1 is irradiated with radiation such as γ rays, electron beams, or ultraviolet rays in advance, and then the inorganic
本実施形態では、上述したように、固定化する無機微粒子2が分散した溶液を、固定化する基体1の表面に塗布して複合部材を製造する。
In this embodiment, as described above, the composite member is manufactured by applying the solution in which the inorganic
具体的な無機微粒子2の分散液の塗布方法としては、一般に行われているスピンコート法や、ディップコート法や、スプレーコート法や、キャストコート法や、バーコート法や、マイクログラビアコート法や、グラビアコート法や、または部分的に塗布する方法として、スクリーン印刷法や、パッド印刷法や、オフセット印刷法や、ドライオフセット印刷法や、フレキソ印刷法や、インクジェット印刷法などの様々な方法が用いられ、目的に合った塗布ができれば特に限定されない。
As a specific method for applying the dispersion liquid of the inorganic
また、シランカップリング剤3のグラフト重合を効率良く、かつ、均一に行わせるためには、予め、基体1の表面が、コロナ放電処理やプラズマ放電処理や、火炎処理や、クロム酸や過塩素酸などの酸化性酸水溶液や水酸化ナトリウムなどを含むアルカリ性水溶液による化学的な処理などにより親水化処理されてあっても良い。
In order to perform graft polymerization of the
以上説明したように、本発明の第1実施形態の複合部材100によれば、少なくとも表面が樹脂からなる基体1に無機微粒子2が固定されてなる親水性を有する複合部材であって、基体1の表面に対して、反応性に優れた不飽和結合を有するシランカップリング剤3を無機微粒子2の表面に脱水縮合反応で化学的に結合させて不飽和結合を導入し、無機微粒子2の表面に導入した不飽和結合同士または基体1の樹脂表面と反応させて無機微粒子2を固定化することで、基体1の表面に強固に、且つ、耐久性と親水性に優れた防曇効果が長期間維持できるものである。
As described above, according to the
また、本実施形態によれば、無機微粒子2を化学結合5により基体1上に強固に固定できることから、紡糸後に製品形状とした後で、または、製品化の過程で行うことが可能であり、このため、様々な機能を有する無機微粒子2の存在が紡糸性に影響しないというメリットがある。
Further, according to the present embodiment, since the inorganic
また、無機微粒子2は単粒子膜状や多層粒子膜状にもフィルムや樹脂プレート、繊維や布などからなる基体に形成できるので、これらの基材の風合いを損なわないことから、様々な分野で応用できる親水性を有する複合部材を提供することが可能となる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態の親水性を有する複合部材について詳述する。
Further, since the inorganic
(Second Embodiment)
Next, the hydrophilic composite member of the second embodiment of the present invention will be described in detail.
図2は、本発明の第2実施形態の親水性を有する複合部材200の断面の一部を拡大した図である。本実施形態の親水性を有する複合部材200は、無機微粒子2aで形成されたコーティング膜20(第1の無機微粒子層)上に、新たな無機微粒子2bからなる無機微粒子層30(第2の無機微粒子層)が形成されている点が、第1実施形態の複合部材100と相違する。すなわち、第1の実施形態にて形成した無機微粒子層10の表面に同種又は異種の無機微粒子層30を化学反応により複数層形成した積層構造の形態を有するものである。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of a cross section of the hydrophilic
無機微粒子層30を形成する微粒子2bは、高シリカゼオライトや、ソーダライトや、モルデナイトや、アナルサイトや、エリナイトなどのゼオライト類や、ハイドロキシアパタイトなどのアパタイト類や、アルミナ−シリカなどや、BaTiO3や、PbZrO3や、Pb(Zr,Ti)O3や、KTaO3や、K(Ta,Nb)O3や、LiNbO3や、TiO2−WO3や、AlO3−SiO2や、WO3−ZrO2や、WO3−SnO2などの複合酸化物、また非金属酸化物として酸化珪素や、金属酸化物として、例えば、酸化マグネシウムや、酸化バリウムや、過酸化バリウムや、酸化アルミニウムや、酸化スズや、酸化チタンや、過酸化チタンや、酸化ジルコニウムや、酸化鉄や、水酸化鉄や、酸化タングステンや、酸化ビスマスや、酸化インジウムや、酸化チタンバリウムや、酸化コバルトアルミニウムなどの酸化物から1種または2種以上選んで混合したものでもよく、さらにこれらの微粒子と、たとえば光触媒機能を発現する材料や、抗菌性を有する材料や、マイナスイオンを放出する材料や、遠赤外線を放出する材料や、反射防止特性を有する材料や、近赤外線を吸収する材料などとを混合したものでも良い。
The
なお、図2では本発明の第2実施形態の一例を判りやすく模式的に示すため、微粒子が1層で形成された図であらわしたが、微粒子が複数重なってそれぞれの微粒子の層20及び30を形成してあってもよく、また微粒子同士が化学結合していてもよいのは図1の場合と同様である。 Note that FIG. 2 schematically shows an example of the second embodiment of the present invention in an easy-to-understand manner. In FIG. 2, the fine particles are formed as a single layer. As in the case of FIG. 1, the fine particles may be chemically bonded to each other.
以下、第1実施形態の複合部材100との相違点である、製法及び複合部材の構成について説明をする。また、基体や微粒子の素材や製法に関して、第1実施形態の複合部材100と共通する点については、説明を省略する。
Hereinafter, the manufacturing method and the configuration of the composite member, which are different from the
本実施形態の複合部材200における、基体1と無機微粒子2aからなるコーティング膜20と無機微粒子2bからなる無機微粒子層30とを結合させる好適な方法としては、シランカップリング剤3が結合された無機微粒子2aが分散した溶液を基体1の表面(樹脂面)に塗布し、必要に応じて溶剤を加熱乾燥などの方法により除去して微粒子からなるコーティング薄膜20を形成した後に、上記の無機微粒子2aと同種または異種の微粒子2bにシランカップリング剤の薄膜を形成させるために、この無機微粒子2bが分散した溶液を、前記のコーティング薄膜20の表面上に塗布して新たな無機微粒子層30を形成し、放射線を照射することにより、上記無機微粒子2aで形成されたコーティング薄膜20と基材1および無機微粒子2aと同種または異種の無機微粒子2bに形成したシランカップリング剤3とを一度にグラフト重合させることにより結合させる方法により製造される。
In the
この場合でも、コーティング膜20を基体1の表面に塗布した後に基体1の表面に放射線を照射することで、グラフト重合により基体11の表面にシランカップリング剤3を介してコーティング膜20を結合させてから、上記無機微粒子2aと同種または異種の無機微粒子層30を形成することで、より強固な積層された微粒子固定化体を製造することが可能である。
Even in this case, the
また、コーティング膜20を形成する方法として、本発明の第1実施形態における第二法で用いた前照射を採用することも可能である。
In addition, as a method for forming the
以上説明したように、本発明の第2実施形態の親水性を有する複合部材200によれば、第1実施形態の複合部材100の有する効果に加えて、基体1の表面にコーティング膜20を結合させてから、上記微粒子と同種または異種の無機微粒子層30を形成することで、より強固な積層された複合部材を製造することが可能である。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態の親水性を有する複合部材について詳述する。
As described above, according to the hydrophilic
(Third embodiment)
Next, the composite member having hydrophilicity according to the third embodiment of the present invention will be described in detail.
図3は、本発明の第3実施形態の親水性を有する複合部材300の断面の一部を拡大した図である。本実施形態の親水性を有する複合部材300は、第1及び第2実施形態の複合部材の表面に官能基が結合したものである。
FIG. 3 is an enlarged view of a part of the cross section of the hydrophilic
なお、図3では本発明の第3実施形態の一例を判りやすく模式的に示すため、微粒子が1層で形成された図であらわしたが、微粒子が複数重なって微粒子の層40を形成してあってもよく、また微粒子同士が化学結合していてもよいのは図1の場合と同様である。
Note that FIG. 3 schematically shows an example of the third embodiment of the present invention in an easy-to-understand manner. In FIG. 3, the fine particles are formed as a single layer. However, a plurality of fine particles are overlapped to form a
以下、本実施形態の複合部材の製法及び複合部材の構成について説明をする。なお、基体や微粒子の素材や製法に関して、上記各実施形態の複合部材と共通する点については、説明を省略する。 Hereinafter, the manufacturing method of the composite member of this embodiment and the structure of the composite member will be described. In addition, regarding the base material, the material of fine particles, and the manufacturing method, the description of the points in common with the composite member of each of the above embodiments is omitted.
本実施形態の複合部材300では、親水性を有する複合部材300の無機微粒子層40の表面に、少なくともアミノ基や、カルボン酸基や、スルホン酸基や、シアン酸基のうち、一種または二種以上の官能基4が結合している。なお、図3中では、カルボン酸基を代表として図示している。
In the
アミノ基を導入するには、3−アミノプロピルトリメトキシシランや、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシランや、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランや、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩などのアミノ基を含有するシランカップリング剤3が用いられる。
To introduce an amino group, 3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltriethoxysilane, N-β- (N-vinylbenzylaminoethyl) -γ-aminopropyl A
カルボン酸基は、メタアクリル酸や、2−メタクリロイロキシエチルコハク酸などのカルボン酸基を有する単官能モノマーなどが用いられる。 As the carboxylic acid group, methacrylic acid or a monofunctional monomer having a carboxylic acid group such as 2-methacryloyloxyethyl succinic acid is used.
また、スルホン酸基はスルホマレイン酸、スルホコハク酸、スルホフマル酸などの脂肪族スルホン酸や、スルホフタル酸、スルホサリチル酸などの芳香族スルホン酸が用いられる。シアン酸基はトリクロロシアノエチルシランが用いられる。 As the sulfonic acid group, aliphatic sulfonic acids such as sulfomaleic acid, sulfosuccinic acid and sulfofumaric acid, and aromatic sulfonic acids such as sulfophthalic acid and sulfosalicylic acid are used. As the cyanate group, trichlorocyanoethylsilane is used.
以上説明したように、本発明の第3実施形態の複合部材300によれば、上記各実施形態の複合部材の有する効果に加えて、無機微粒子2が固定化された親水性を有する複合部材の少なくとも表面に、アミノ基、カルボン酸基、スルホン酸基、シアン酸基のうち、一種または二種以上の官能基4が結合されていることから、表面の水との接触角は10°以下の超親水性となり、湿度の高い環境で急激な温度差が生じても光学レンズや自動車の窓ガラスの表面が水滴により曇ることが殆どないなど、防曇性に極めて優れた親水性を有する部材が提供できる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態の親水性を有する複合部材について詳述する。本実施形態の親水性を有する複合部材は、第1〜3実施形態の複合部材の無機微粒子2に天然放射性希有元素鉱物を含有させるものである。
As described above, according to the
(Fourth embodiment)
Next, the hydrophilic composite member of the fourth embodiment of the present invention will be described in detail. The hydrophilic composite member of the present embodiment is one in which a natural radioactive rare element mineral is contained in the inorganic
放射性希有元素を微量含有する天然放射性稀有元素鉱物としては、例えば、デービト鉱や、センウラン鉱や、ブランネル石や、ニンギョウ石や、リンカイウラン石や、カルノー石や、ツャムン石や、メタチャムン石や、フランセビル石や、トール石や、コフィン石や、サマルスキー石や、トリウム石や、トロゴム石や、サマルスキー石や、トリウム石や、トロゴム石や、モナズ石や、タンタル石や、バデライトや、イルメナイトなどが挙げられる。また、これらの鉱物の一部を精製して得られる電融ジルコニアなどが挙げられる。 Natural radioactive rare element minerals containing trace amounts of radioactive rare elements include, for example, dabitite, senurite, blannelite, gingko stone, linca uranium, carnotite, tchaumite, metachamunite, Franceville stone, Tall stone, Coffin stone, Samarsky stone, Thorium stone, Trogam stone, Samarsky stone, Thorium stone, Trogam stone, Monazite, Tantalum stone, Baderite, Ilmenite, etc. Is mentioned. Moreover, electrofused zirconia obtained by refining a part of these minerals can be used.
また、天然放射性稀有元素鉱物の使用量を少なくするために、トルマリンなどの自発分極を有する材料などが含まれていても良い。 Moreover, in order to reduce the usage-amount of a natural radioactive rare element mineral, the material etc. which have spontaneous polarization, such as tourmaline, may be contained.
なお、無機微粒子2の径については特に限定されないが、グラフト重合を好適に行うには、平均粒子径が500nm以下とすることが好ましい。さらに、平均粒子径が300nm以下であれば、基体1へのより強固な結合が達成されるため、耐久性の点より一層好適である。
In addition, although it does not specifically limit about the diameter of the inorganic
本発明の第4実施形態の複合部材によれば、上記各実施形態の複合部材の有する効果に加えて、無機微粒子2の一部または全てが放射性希有元素を微量含有する天然放射性稀有元素鉱物が用いられていることから、天然放射性希有元素鉱物に含有する微量の放射性希有元素が放つα線の電離作用により、スーパーオキシドアニオンやヒドロキシラジカル、一重項酸素などの活性酸素が生成され、これらの活性酸素は親水性を促進させると共に、表面に付着した有機物などを分解して、経時により親水性が低下することを抑制する効果を有することから、水に対する接触角が10°以下となり、超親水性で、且つ、優れた防曇性と自己浄化機能を備えた親水性を有する複合部材が提供できる。
According to the composite member of the fourth embodiment of the present invention, in addition to the effects of the composite member of each of the above embodiments, a natural radioactive rare element mineral in which a part or all of the inorganic
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、少なくとも表面が樹脂からなる基体に無機微粒子が固定されてなる親水性を有する複合部材であって、基体表面に対して、反応性に優れた不飽和結合を有するシランカップリング剤を、無機微粒子表面に脱水縮合反応で化学的に結合させて不飽和結合を導入し、無機微粒子表面に導入した不飽和結合同士または基体樹脂表面と反応させて無機微粒子を固定化することで、基体の表面に強固に、且つ、耐久性と親水性に優れた防曇効果が長期間維持できるものである。 As described above, according to each embodiment of the present invention, a hydrophilic composite member in which inorganic fine particles are fixed to a substrate having at least a surface made of resin, which is reactive to the substrate surface. A silane coupling agent having an excellent unsaturated bond is chemically bonded to the surface of the inorganic fine particles by a dehydration condensation reaction to introduce unsaturated bonds, and reacts with the unsaturated bonds introduced on the surface of the inorganic fine particles or with the substrate resin surface. By fixing the inorganic fine particles, the antifogging effect having excellent durability and hydrophilicity can be maintained for a long time on the surface of the substrate.
なお、本発明の各実施形態において、基体は、例えば、フィルム状、繊維状、布状、メッシュ状、ハニカム状など、使用目的に合った様々な形態(形状、大きさ等)とすることが可能である。したがって、これら様々な形態の各種基体に親水性の機能を付加することが可能となり、ハウス用フィルム、トンネルハウス用フィルムなどの農業資材、食品の包装材料、外壁材、サッシ、ドア、ブラインドなどの建装材、壁紙、カーペット、樹脂タイルなどの内装材、衣類、インナーウェア、靴下、手袋、靴等の履物、該履物用の中敷、パジャマ、マット、シーツ、枕、枕カバー、毛布、タオルケット、蒲団および蒲団カバーなどの寝装材、帽子、ハンカチ、タオル、絨毯、カーテン、空気清浄機やエアコン、換気扇、電気掃除機、扇風機などのフィルターまたは防虫網やスクリーン印刷用メッシュなどの製品へ応用が可能となる。従って、本発明は、様々な分野に優れた各種製品を提供することができる有用な部材である。 In each embodiment of the present invention, the substrate may be in various forms (shape, size, etc.) suitable for the purpose of use, such as film, fiber, cloth, mesh, and honeycomb. Is possible. Therefore, it becomes possible to add hydrophilic functions to various substrates in various forms, such as agricultural materials such as house films and tunnel house films, food packaging materials, outer wall materials, sashes, doors, blinds, etc. Interior materials such as building materials, wallpaper, carpets, resin tiles, clothing, innerwear, socks, gloves, shoes, etc., insoles for the footwear, pajamas, mats, sheets, pillows, pillowcases, blankets, towels Application to bedding materials such as cocoons and cocoon covers, hats, handkerchiefs, towels, carpets, curtains, air purifiers and air conditioners, ventilation fans, vacuum cleaners, fan filters, etc. or insect nets and screen printing meshes Is possible. Therefore, the present invention is a useful member that can provide various products excellent in various fields.
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to only these examples.
本発明方法による下記実施例1〜実施例3の微粒子固定化体の製造にあたっては、岩崎電気株式会社製、エレクトロカーテン型電子線照射装置、CB250/15/180L、を用い、電子線グラフト重合により実施した。これに対して、各比較例の親水性を有する複合部材の製造にあたっては、電子線は用いず、塗布後加熱、乾燥の方法とした。 In the production of the fixed microparticles of the following Examples 1 to 3 according to the method of the present invention, an electron curtain type electron beam irradiation device, CB250 / 15 / 180L, manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd. Carried out. On the other hand, in the production of the hydrophilic composite member of each comparative example, an electron beam was not used, and a post-application heating and drying method was used.
(実施例1)
平均粒子径10nmのシリカ微粒子が10重量%分散したメタノール溶液(日産化学工業株式会社製MA−ST−S)に、不飽和結合を持つ3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBE−502)をシリカ微粒子に対して0.05重量%加えた後、冷却管を備えたフラスコに移し、その後、フラスコをオイルバスで加熱し、3時間還流下で処理することによりシリカ微粒子表面にシランカップリング剤を脱水縮合反応により結合させた。
Example 1
3-Methacryloxypropylmethyldiethoxysilane (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) having an unsaturated bond in a methanol solution (MA-ST-S manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) in which silica fine particles having an average particle diameter of 10 nm are dispersed by 10% by weight. Manufactured by KBE-502), 0.05% by weight based on silica fine particles, and then transferred to a flask equipped with a condenser. After that, the flask was heated in an oil bath and treated under reflux for 3 hours. A silane coupling agent was bonded to the surface of the fine particles by a dehydration condensation reaction.
そして、125μmのポリエステルフィルム(パナック株式会社製、ルミラー)の表面に、上記シランカップリング剤が結合したシリカ微粒子分散メタノール溶液をバーコーターで塗布し、120℃、3分間乾燥した。 And the silica fine particle dispersion | distribution methanol solution which the said silane coupling agent couple | bonded was apply | coated to the surface of a 125 micrometer polyester film (the Panac Co., Ltd. make, Lumirror) with the bar coater, and it dried at 120 degreeC for 3 minutes.
次に、前記メタノール溶液を塗布して乾燥したポリエステルフィルムに電子線を200kVの加速電圧で3Mrad照射することで、シリカ微粒子をシランカップリング剤のグラフト重合によりポリエステルフィルム表面に結合させることで親水性を有する複合部材を得た。 Next, the polyester film coated with the methanol solution and dried is irradiated with an electron beam at an acceleration voltage of 200 kV for 3 Mrad, so that the silica fine particles are bonded to the polyester film surface by graft polymerization of a silane coupling agent. A composite member having was obtained.
(実施例2)
実施例1で用いたシランカップリング剤の代わりに、ビニル基とアミノ基の二つの官能基を有したシランカップリング剤、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩(信越化学工業株式会社製、KBM−573)を用いた以外は、実施例1と同様の条件で親水性を有する複合部材を得た。
(Example 2)
Instead of the silane coupling agent used in Example 1, a silane coupling agent having two functional groups, a vinyl group and an amino group, N- (vinylbenzyl) -2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxy A hydrophilic composite member was obtained under the same conditions as in Example 1 except that silane hydrochloride (KBM-573, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used.
(実施例3)
実施例1で用いた、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシランが結合したシリカ微粒子分散メタノール溶液にアミノ基を有するシランカップリング剤である3−アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBM−903)を固形分に対して3.0重量%加えた以外は、実施例1と同様の条件で親水性を有する複合部材を得た。
(Example 3)
3-Aminopropyltriethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), which is a silane coupling agent having an amino group in a silica fine particle-dispersed methanol solution bonded with 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane used in Example 1. A composite member having hydrophilicity was obtained under the same conditions as in Example 1 except that 3.0 wt% of KBM-903) was added to the solid content.
(実施例4)
実施例3で用いたアミノ基を有するシランカップリング剤の代わりに、メタクリル酸を用いた以外は、実施例1と同様の条件で親水性を有する複合部材を得た。
(Example 4)
A hydrophilic composite member was obtained under the same conditions as in Example 1 except that methacrylic acid was used instead of the silane coupling agent having an amino group used in Example 3.
(実施例5)
実施例4で用いたアミノ基を有するシランカップリング剤の代わりに、スルホマレイン酸を用いた以外は、実施例1と同様の条件で親水性を有する複合部材を得た。
(Example 5)
A composite member having hydrophilicity was obtained under the same conditions as in Example 1 except that sulfomaleic acid was used in place of the silane coupling agent having an amino group used in Example 4.
(実施例6)
天然鉱物であるトルマリンの微粒子と天然放射性稀有元素鉱物であるイルメナイトの微粒子の混合物(中里屋株式会社製)が、5重量%分散したメタノール溶液をビーズミルで3時間、粉砕分散処理した。次に、不飽和結合を持つ3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBM−5103)を粉砕分散したイルメナイト分散メタノール溶液を、固形分に対して0.5重量%加えた後、冷却管を備えたフラスコに移し、その後フラスコをオイルバスで加熱し、3時間還流下で処理することにより、粉砕分散したトルマリンおよびイルメナイト微粒子の表面にシランカップリング剤を脱水縮合反応により結合させた。
(Example 6)
A mixture of fine particles of tourmaline, which is a natural mineral, and fine particles of ilmenite, which is a natural radioactive rare element mineral (manufactured by Nakazatoya Co., Ltd.), was pulverized and dispersed in a bead mill for 3 hours with a bead mill. Next, an ilmenite-dispersed methanol solution in which 3-acryloxypropyltriethoxysilane having an unsaturated bond (KBE-5103, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was pulverized and dispersed was added in an amount of 0.5% by weight based on the solid content. After that, it was transferred to a flask equipped with a cooling tube, and then the flask was heated in an oil bath and treated under reflux for 3 hours to bond the silane coupling agent to the surface of the pulverized and dispersed tourmaline and ilmenite fine particles by a dehydration condensation reaction. I let you.
また、125μmのポリエステルフィルム(パナック株式会社製、ルミラー)の表面に、前記処理液をバーコーターで塗布し、120℃、3分間乾燥した。次に、前記処理液を塗布して乾燥したポリエステルフィルムに電子線を200kVの加速電圧で3Mrad照射することで、親水性を有する複合部材を得た。 Moreover, the said process liquid was apply | coated with the bar coater on the surface of a 125 micrometer polyester film (the Panac Co., Ltd. make, Lumirror), and it dried at 120 degreeC for 3 minutes. Next, the polyester film that had been coated with the treatment liquid and dried was irradiated with an electron beam at an acceleration voltage of 200 kV for 3 Mrad to obtain a composite member having hydrophilicity.
(実施例7)
天然放射性稀有元素鉱物であるイルメナイトの微粒子(中里屋株式会社製)が、10重量%分散したメタノール溶液をビーズミルで3時間、粉砕分散処理した。次に、不飽和結合を持つ3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBM−503)を粉砕分散したイルメナイト分散メタノール溶液を、固形分に対して0.1重量%加えた後、冷却管を備えたフラスコに移し、その後フラスコをオイルバスで加熱し、3時間還流下で処理することにより、粉砕分散したイルメナイト微粒子の表面にシランカップリング剤を脱水縮合反応により結合させた。
(Example 7)
A methanol solution in which 10% by weight of ilmenite fine particles (manufactured by Nakazatoya Co., Ltd.), a natural radioactive rare element mineral, was dispersed was pulverized and dispersed in a bead mill for 3 hours. Next, an ilmenite-dispersed methanol solution in which 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane having an unsaturated bond (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBM-503) was pulverized and dispersed was added in an amount of 0.1% by weight based on the solid content. After that, it was transferred to a flask equipped with a cooling pipe, and then the flask was heated in an oil bath and treated under reflux for 3 hours, thereby binding the silane coupling agent to the surface of the pulverized and dispersed ilmenite fine particles by a dehydration condensation reaction. .
また、超微粒子酸化チタン(石原産業株式会社製、TTO−S−1)が、10重量%分散したメタノール溶液をビーズミルで3時間、解砕分散処理した。次に、不飽和結合を持つ3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBM−503)を解砕分散したイルメナイト分散メタノール溶液を、固形分に対して0.1重量%加えた後、冷却管を備えたフラスコに移し、その後フラスコをオイルバスで加熱し、3時間還流下で処理することにより、解砕分散した超微粒子酸化チタンの表面にシランカップリング剤を脱水縮合反応により結合させた。得られたシランカップリング剤が結合した、イルメナイト分散メタノール溶液と超微粒子酸化チタンメタノール溶液を1:1の重量比で混合し処理液とした。 In addition, a methanol solution in which 10 wt% of ultrafine titanium oxide (Ishihara Sangyo Co., Ltd., TTO-S-1) was dispersed was pulverized and dispersed in a bead mill for 3 hours. Next, an ilmenite-dispersed methanol solution in which 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane having an unsaturated bond (KBE-503, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is pulverized and dispersed is added in an amount of 0.1% by weight based on the solid content. After that, it is transferred to a flask equipped with a cooling tube, and then the flask is heated in an oil bath and treated under reflux for 3 hours to dehydrate and condense the silane coupling agent on the surface of the pulverized and dispersed ultrafine titanium oxide. Were combined. The ilmenite-dispersed methanol solution combined with the obtained silane coupling agent and the ultrafine titanium oxide methanol solution were mixed at a weight ratio of 1: 1 to obtain a treatment solution.
また、125μmのポリエステルフィルム(パナック株式会社製、ルミラー)の表面に、前記処理液をバーコーターで塗布し、120℃で、3分間乾燥した。次に、前記処理液を塗布して乾燥したポリエステルフィルムに電子線を200kVの加速電圧で3Mrad照射することで、親水性を有する複合部材を得た。 Moreover, the said process liquid was apply | coated with the bar coater on the surface of a 125 micrometer polyester film (the Panac Co., Ltd. make, Lumirror), and it dried at 120 degreeC for 3 minutes. Next, the polyester film that had been coated with the treatment liquid and dried was irradiated with an electron beam at an acceleration voltage of 200 kV for 3 Mrad to obtain a composite member having hydrophilicity.
(実施例8)
実施例7で用いた、処理液にアミノ基を有するシランカップリング剤、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBM−903)を固形分に対して2.0重量%加えた以外は、実施例7と同様の条件で親水性を有する複合部材を得た。
(Example 8)
A silane coupling agent having an amino group, 3-aminopropyltriethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBM-903) used in Example 7 was added in an amount of 2.0% by weight based on the solid content. A composite member having hydrophilicity was obtained under the same conditions as in Example 7 except that.
(実施例9)
実施例8で用いたアミノ基を有するシランカップリング剤の代わりに、メタクリル酸を用いた以外は、実施例7と同様の条件で親水性を有する複合部材を得た。
Example 9
A hydrophilic composite member was obtained under the same conditions as in Example 7 except that methacrylic acid was used instead of the silane coupling agent having an amino group used in Example 8.
(実施例10)
実施例8で用いたアミノ基を有するシランカップリング剤の代わりに、スルホマレイン酸を用いた以外は、実施例7と同様の条件で親水性を有する複合部材を得た。
(Example 10)
A composite member having hydrophilicity was obtained under the same conditions as in Example 7 except that sulfomaleic acid was used instead of the silane coupling agent having an amino group used in Example 8.
(比較例1)
実施例1で用いたシリカ微粒子分散メタノール溶液を、バーコーターを用いて実施例1で用いたポリエステルフィルム表面に塗布した後、120℃で、3分間乾燥することでシリカ微粒子の薄膜を形成した複合部材を得た。
(Comparative Example 1)
The silica fine particle-dispersed methanol solution used in Example 1 was applied to the surface of the polyester film used in Example 1 using a bar coater and then dried at 120 ° C. for 3 minutes to form a thin film of silica fine particles. A member was obtained.
(比較例2)
実施例6で用いた天然鉱物であるトルマリンの微粒子と天然放射性稀有元素鉱物であるイルメナイトの粉砕分散処理したメタノール溶液を、実施例1で用いたポリエステルフィルム表面にバーコーターを用いて塗布した後、120℃で、3分間乾燥することでトルマリンとイルメナイトの微粒子からなる薄膜を形成した複合部材を得た。
(Comparative Example 2)
After applying the pulverized and dispersed methanol solution of tourmaline, which is a natural mineral used in Example 6, and ilmenite, which is a natural radioactive rare element mineral, to the polyester film surface used in Example 1 using a bar coater, The composite member which formed the thin film which consists of a fine particle of tourmaline and ilmenite was obtained by drying at 120 ° C. for 3 minutes.
(比較例3)
比較例1で用いたシリカ微粒子分散メタノール溶液に非イオン系面活性剤であるポリエーテル変性シリコーンオイル(日本ユニカー株式会社製、LL−77)を0.2重量%加えた以外は比較例1の条件でシリカ微粒子の薄膜を形成した複合部材を得た。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 1 except that 0.2% by weight of a polyether-modified silicone oil (LL-77 manufactured by Nihon Unicar Co., Ltd.), which is a nonionic surfactant, was added to the silica fine particle-dispersed methanol solution used in Comparative Example 1. A composite member in which a thin film of silica fine particles was formed under the conditions was obtained.
(親水性を有する複合部材の評価)
耐久性は、得られた親水性を有する複合部材をメタノールに浸漬して超音波を1時間照射し、超音波照射前後の表面を走査型電子顕微鏡で、微粒子の薄膜が形成された親水性を有する薄膜の表面状態を観察した。
(Evaluation of hydrophilic composite member)
The durability is obtained by immersing the obtained composite member having hydrophilicity in methanol and irradiating with ultrasonic waves for 1 hour. The surface before and after the ultrasonic irradiation is scanned with a scanning electron microscope, and the hydrophilicity in which a thin film of fine particles is formed. The surface state of the thin film was observed.
また、親水性の評価は、複合部材をメタノールに浸漬して1時間超音波洗浄前後を、協和界面科学株式会社製固液界面解析装置DropMaster300を用いて、得られた複合部材の表面に蒸留水を2.0μL滴下し、形成した水滴の接触角を測定することで行った。これらの各測定結果を表1に示す。
In addition, the hydrophilicity is evaluated by immersing the composite member in methanol and using ultrasonically washed for 1 hour before and after ultrasonic cleaning on the surface of the obtained composite member using a solid-liquid interface analyzer DropMaster300 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. Was added dropwise, and the contact angle of the formed water droplets was measured. These measurement results are shown in Table 1.
これらの結果に対し、比較例で得られた複合部材では、複合部材をアルコールに浸漬して超音波を照射すると、フィルム表面に形成された薄膜のほとんどが剥離することが確認された。さらに、表面の水に対する接触角が高くなくなることから、耐久性に乏しいことが確認された。 In contrast to these results, it was confirmed that in the composite member obtained in the comparative example, when the composite member was immersed in alcohol and irradiated with ultrasonic waves, most of the thin film formed on the film surface was peeled off. Furthermore, since the contact angle with water on the surface is not high, it was confirmed that the durability was poor.
1:基体
2:無機微粒子
3:シランカップリング剤
5:化学結合
10:無機微粒子層
100:複合部材
1: Substrate 2: Inorganic fine particle 3: Silane coupling agent 5: Chemical bond 10: Inorganic fine particle layer 100: Composite member
Claims (5)
不飽和結合を有するシランモノマーの薄膜が表面に形成された第1の無機微粒子からなり、前記第1の無機微粒子の表面に結合させるシランモノマーの量は、前記第1の無機微粒子の重量に対して0.001質量%から5.0質量%であり、
前記基体の表面の樹脂と前記無機微粒子の表面に形成されたシランモノマーの薄膜とが放射線グラフト重合により化学結合して、前記第1の無機微粒子が前記基体の表面に固定されてなる、第1の無機微粒子層と
を備えることを特徴とする親水性を有する複合部材。 A substrate having at least a surface made of resin;
The thin film of silane monomer having an unsaturated bond is composed of first inorganic fine particles formed on the surface, and the amount of the silane monomer to be bonded to the surface of the first inorganic fine particles is based on the weight of the first inorganic fine particles. 0.001% to 5.0% by weight,
A resin on the surface of the substrate and a thin film of a silane monomer formed on the surface of the inorganic fine particles are chemically bonded by radiation graft polymerization, and the first inorganic fine particles are fixed to the surface of the substrate. A hydrophilic composite member comprising: an inorganic fine particle layer.
該第2の無機微粒子層は、前記第1の無機微粒子層の前記第1の無機微粒子の表面に形成されたシランモノマーの薄膜と前記第2の無機微粒子層の前記第2の無機微粒子の表面に形成されたシランモノマーの薄膜とが放射線グラフト重合により化学結合し、前記第1の無機微粒子層に積層して固定される
ことを特徴とする請求項1に記載の親水性を有する複合部材。 A thin layer of a silane monomer having an unsaturated bond is formed on the surface, further comprising a second inorganic fine particle layer composed of second inorganic fine particles of the same kind or different from the first inorganic fine particles,
The second inorganic fine particle layer includes a silane monomer thin film formed on a surface of the first inorganic fine particle of the first inorganic fine particle layer and a surface of the second inorganic fine particle of the second inorganic fine particle layer. 2. The hydrophilic composite member according to claim 1, wherein the thin film of the silane monomer is chemically bonded by radiation graft polymerization, and is laminated and fixed on the first inorganic fine particle layer.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の親水性を有する複合部材。 The surface of the composite member is formed by bonding one or two or more functional groups of amino group, carboxylic acid group, sulfonic acid group, or cyanic acid group. A composite member having hydrophilic properties.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の親水性を有する複合部材。 The hydrophilic composite member according to claim 1, wherein the inorganic fine particles are oxides.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の親水性を有する複合部材。 The hydrophilic composite member according to any one of claims 1 to 3, wherein the inorganic fine particles are made of a mixture of an oxide and a natural radioactive rare element mineral.
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