JP5711505B2 - 凹凸構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
図6に示すように、第1室41では、塗布ダイ45がスリット出口から支持体37の表面37aへ疎水性液15を連続的に塗布する。支持体37の表面37a上には、塗布された疎水性液15からなる膜16が形成する(図7参照)。膜16には分散状態の微粒子14が含まれる。
図6に示すように、第2室42では、送風吸引ユニット46が湿潤気体400を膜16に送る。図8に示すように、湿潤気体400が膜16に接触すると、結露により、膜16の表面16aに水滴408が生じる。引き続いて、湿潤気体400が膜16に接触すると、図9に示すように、湿潤気体400との接触により、水滴408が成長する。そして、水滴408には毛細管力等がはたらく結果、表面16a上における水滴408の配列はハニカム構造を有する。なお、膜16に対する湿潤気体400の供給は、形成した水滴408の径が所望の値になるまで行なうことが好ましい。
図6に示すように、第3室43では、送風吸引ユニット47が分散媒蒸発用気体402を膜16に送る。図10に示すように、分散媒蒸発用気体402が膜16に接触すると、膜16に含まれる疎水性液15から分散媒21が蒸発する。分散媒21の蒸発により、膜16をなす疎水性液15の流動性が低くなるとともに、疎水性液15に含まれる微粒子14同士の凝集は促進する。
図6に示すように、第4室44では、送風吸引ユニット48が水滴蒸発用気体404を膜16に送る。図11に示すように、水滴蒸発用気体404が膜16に接触すると、水滴408が蒸発する。水滴408の蒸発により、前駆体70から凹凸構造体10が得られる。ここで、凹凸構造体10は、水滴408が鋳型となって形成された孔12を有するものを指す。
疎水性液15は、疎水性の分散媒21と、分散媒21に分散する微粒子14とを含む。分散媒21及び微粒子14を含む疎水性液15は、均質であることが好ましい。疎水性液15における微粒子14の濃度は、支持体37の表面37a上に、膜厚が均一の膜16が形成できる範囲内であれば良く、例えば、0.01質量%以上30質量%以下の範囲であることが好ましい。微粒子14の濃度が0.01質量%未満であると、凹凸構造体10の生産性に劣り工業的大量生産に適さないおそれがある。また、微粒子14の濃度が30質量%を超える濃度であると、疎水性液15の粘度が高すぎるため、膜16を均一に形成が困難となる結果、好ましくない。
分散媒21としては、疎水性をもつ液体を用いることが好ましい。分散媒としては、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、トルエン、ペンタン、n-ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタンなどが挙げられる。また、分散媒として、疎水性を有する分散媒にアルコールやケトン類などの親水性の分散媒を添加してもよい。なお、親水性の分散媒の添加量は、10重量%以下であることが好ましい。本発明における分散媒は、単一の分散媒でもよいし、複数の分散媒の混合物でもよい。
凹凸構造体の耐溶剤性を所期のものにするため、微粒子14は、凹凸構造体10の使用環境(使用条件)にて用いられる溶剤(ターゲット溶剤)に対して不溶性を有する必要がある。更に、分散状態の微粒子14を含む疎水性液15を用いて凹凸構造体10を製造するため、微粒子14は、疎水性液15に含まれる分散媒21に対して不溶性を有する必要がある。ここで、分散媒21とターゲット溶剤とは同一のものであってもよいし、異なるものでも良い。このように本発明の凹凸構造体における微粒子の不溶性とは、全く溶けない(溶解しない)という性質のみを意味するものではなく、難溶性をも含む。このような一定レベルの不溶性は、凹凸構造体の使用環境(使用条件)における使用時間と溶解度との両方の観点で求めることが好ましい。例えば、凹凸構造が所定の疎水性の液体に接して使用される時間が100時間と想定されるのであれば、溶解度が少なくとも100時間、所定レベル以下に低く保持されるような微粒子14を用いればよい。また、使用環境として水との接触も想定される場合には、水に対する一定レベルの不溶性も考慮して、水との接触が想定される使用時間、所定レベル以下に溶解度が低く保持されるような微粒子14を用いればよい。
微粒子のバインダとして、ポリマーを用いることもできる。ポリマーとしては、疎水性を有するポリマー(以下、疎水性ポリマーと称する)を用いることが好ましい。また、疎水性ポリマーとともに界面活性剤を併用してもよい。
前記疎水性ポリマーとしては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビニル重合ポリマー(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロペン、ポリビニルエーテル、ポリビニルカルバゾール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリテトラフルオロエチレンなど)、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸など)、ポリラクトン(例えばポリカプロラクトンなど)、ポリアミド又はポリイミド(例えば、ナイロンやポリアミド酸など)、ポリウレタン、ポリウレア、ポリブタジエン、ポリカーボネート、ポリアロマティックス、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリシロキサン誘導体、セルロースアシレート(トリアセチルセルロース、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート)などが挙げられる。これらは、溶解性、光学的物性、電気的物性、膜強度、弾性等の観点から、必要に応じてホモポリマーとしてもよいし、コポリマーやポリマーブレンドの形態をとってもよい。なお、これらのポリマーは必要に応じて2種以上のポリマーの混合物として用いてもよい。光学用途に使う場合には、例えば、セルロースアシレート、環状ポリオレフィンなどが好ましい。
界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリアクリルアミドを主鎖骨格とし、疎水性側鎖としてドデシル基、親水性側鎖としてカルボキシル基を併せ持つ両親媒性ポリマー、ポリエチレングリコール/ポリプロピレングリコールブロックコポリマー、などが挙げられる。またリン脂質や非イオン性界面活性剤や界面活性能を有する微粒子でも良い。
本発明の凹凸構造体は、例えば、反射防止フィルム、指紋付着抑制フィルム、電池隔膜材料又は光学材料としてのフィルター、若しくはインクジェットの液体吐出ヘッド等に用いられる撥水性膜に用いることができる。
図6に示す凹凸構造体製造設備30において、図5に示す凹凸構造体の製造方法20を行い、凹凸構造体10を製造した。
実験1にて用いた疎水性液15の組成は以下のとおりである。水に対する疎水性液15の界面張力Pは、15mN/mであった。
微粒子14(SiO2(シリカ)) 5 質量部
分散媒21(クロロホルム) 94.9 質量部
添加剤(両親媒性ポリアクリルアミド) 0.1 質量部
水滴蒸発用気体404をあて始めた膜16の残留分散媒量ZB、膜16の形成直後から、膜16に湿潤気体400をあてるまでに要した時間T1、及び水に対する疎水性液15の界面張力Pを表1に示す値にしたこと以外は、実験1と同様にして、凹凸構造体10を製造した。なお、実験4では、両親媒性ポリアクリルアミドを0.001質量部とし、クロロホルムを94.999質量部としたこと以外は実験1と同じにした。また、実験7,8では、水滴蒸発用気体404を膜16にあて始めたタイミングを、残留分散媒量ZBが表1に示すような大きいタイミングとした。このタイミングは、微粒子14の流動性が消失していない状態にあたる。
得られた凹凸構造体10について以下の評価を行った。
凹凸構造体10の孔12の径D1、及び孔12の底部12aまでの深さDe1を測定し、(De1/D1)を算出した。そして、以下の基準に基づいて、算出した(De1/D1)の値を評価した。
◎:(De1/D1)の値が0.5以上1.2以下であった。
○:(De1/D1)の値が0.2以上0.5未満であった。
△:(De1/D1)の値が0.05以上0.2未満であった。
×:(De1/D1)の値が0.05未満であった。
凹凸構造体10の表面の光学顕微鏡写真を用いて(倍率は2500倍)において、縦120μm、横90μmの範囲に存在する孔について画像解析を行い、それぞれの孔の径を測定し、孔の径の平均値DAV、孔の径の標準偏差σD、及び孔径変動係数Xを算出した。孔径変動係数Xは、(σD/DAV)×100で表される。そして、以下の基準に基づいて、孔径変動係数Xを評価した。
◎:孔径変動係数Xが5%以下であった。
○:孔径変動係数Xが5%より大きく10%以下であった。
△:孔径変動係数Xが10%より大きく15%以下であった。
×:孔径変動係数Xが15%より大きかった。
−:凹凸構造が見られないため、孔径変動係数Xを測定することができなかった。
12 孔
14 微粒子
15 疎水性液
16 膜
20 凹凸構造体の製造方法
21 分散媒
22 水滴形成工程
23 分散媒蒸発工程
24 水滴蒸発工程
25 膜形成工程
30 凹凸構造体製造設備
37 支持体
45 塗布ダイ
400 湿潤空気
402 分散媒蒸発用気体
404 水滴蒸発用気体
408 水滴
Claims (5)
- 複数の孔を表面に有する凹凸構造体の製造方法において、
前記孔よりも寸法が小さい微粒子と前記微粒子の分散媒と界面活性剤とからなる疎水性液の液面に前記孔の鋳型となる水滴を形成する水滴形成工程と、
前記微粒子の流動性が消失するまで、前記水滴形成工程を経た前記疎水性液から前記分散媒を蒸発させる分散媒蒸発工程と、
前記微粒子の流動性が消失した状態の前記疎水性液から前記水滴を蒸発させて、前記微粒子の集合体である前記凹凸構造体を形成する水滴蒸発工程とを有し、
前記疎水性液に含まれる前記分散媒の質量をM1とし、前記疎水性液に含まれる前記微粒子の質量をM2とする場合に、(M1/M2)×100と表される残留分散媒量が、前記水滴蒸発工程を開始する際、50質量%以下であり、
前記疎水性液の水に対する界面張力が5mN/m以上25mN/m以下であることを特徴とする凹凸構造体の製造方法。 - 前記疎水性液における前記微粒子の濃度は、0.01質量%以上30質量%以下の範囲であることを特徴とする請求項1記載の凹凸構造体の製造方法。
- 分散状態の前記微粒子を含む前記疎水性液に対し前記水滴形成工程を行うことを特徴とする請求項1または2記載の凹凸構造体の製造方法。
- 前記疎水性液の液面は、支持体に塗布された前記疎水性液からなる膜の表面であることを特徴とする請求項1ないし3のうちいずれか1項記載の凹凸構造体の製造方法。
- 前記水滴形成工程の前に、分散状態の前記微粒子を含む前記疎水性液を前記支持体に塗布して、前記支持体に前記膜を形成し、形成されてから10分経過する前の前記膜に対し前記水滴形成工程を開始することを特徴とする請求項4記載の凹凸構造体の製造方法。
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