JP5747551B2 - Hydrophilic thin film and method for producing the same - Google Patents

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Description

この発明は、親水性薄膜及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、良好な親水性を示し、耐久性に優れた親水性薄膜及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a hydrophilic thin film and a method for producing the same, and more particularly to a hydrophilic thin film exhibiting good hydrophilicity and excellent in durability and a method for producing the same.

自動車、電車及び住宅用の窓ガラス、自動車用及び浴室や洗面所等の住宅用の鏡、眼鏡、望遠鏡、双眼鏡等にあっては、雨水、湯気、湿気等によって、曇ること又は結露することのないように、これらガラス表面には親水性を付与することが要求される。   In the case of automobiles, trains and residential window glass, automobiles and residential mirrors such as bathrooms and washrooms, glasses, telescopes, binoculars, etc., it may become cloudy or dewed by rainwater, steam, moisture, etc. It is required to impart hydrophilicity to these glass surfaces.

ガラス、鏡、及びレンズ等の部材表面に親水性を付与する技術として、界面活性剤を部材表面に塗布することにより親水性を発現させる方法が知られている。しかし、この方法では、塗布された界面活性剤が水により容易に流れ落ちてしまい、親水性が持続しない。   As a technique for imparting hydrophilicity to the surface of a member such as glass, a mirror, and a lens, a method for expressing hydrophilicity by applying a surfactant to the surface of the member is known. However, in this method, the applied surfactant is easily washed away by water and the hydrophilicity is not maintained.

水溶性高分子を部材表面に塗付することにより親水性を発現する方法が、例えば、特許文献1に記載されている。界面活性剤と同様に水溶性高分子を部材表面上に保持することは困難であり、耐久性に劣る。   For example, Patent Document 1 discloses a method for expressing hydrophilicity by applying a water-soluble polymer to the surface of a member. Similar to the surfactant, it is difficult to hold the water-soluble polymer on the surface of the member, and the durability is poor.

シリカ及び/又はアルミナ薄膜を部材表面に形成する方法が、例えば、特許文献2に記載されている。しかし、シリカ及び/又はアルミナ薄膜のみでは水の接触角が小さくならないので、接触角を低下させる他の手段が必要である。そのため、この方法によると製造プロセスが複雑になってしまう。   A method for forming a silica and / or alumina thin film on the surface of a member is described in Patent Document 2, for example. However, since the contact angle of water is not reduced only by the silica and / or alumina thin film, another means for reducing the contact angle is necessary. For this reason, this method complicates the manufacturing process.

チタニアに光を照射すると親水性が付与されることを応用して、部材表面に親水性を付与する技術が、例えば、特許文献3及び特許文献4に記載されている。しかし、チタニアの親水性の効果は光照射時のみに発現され、光が照射されない場合には親水性の効果が発現されないので、使用環境が制限される。   For example, Patent Literature 3 and Patent Literature 4 describe a technique for imparting hydrophilicity to the surface of a member by applying the hydrophilicity imparted to the titania when irradiated with light. However, the hydrophilic effect of titania is manifested only at the time of light irradiation, and when the light is not irradiated, the hydrophilic effect is not manifested, so that the use environment is limited.

リン酸及びリン酸アルミニウム等のリン酸塩をシリカ及びアルミナ等のセラミックスに複合化する技術が、特許文献5に記載されている。しかし、前記文献に記載されている薄膜は、親水性を有することについて記載がない。また、リン酸及びリン酸塩を表面改質剤としてそのまま用いる場合には、沸騰水下又は高温下において親水性が低下してしまい、耐久性に劣る。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228688 describes a technique for combining phosphates such as phosphoric acid and aluminum phosphate with ceramics such as silica and alumina. However, there is no description that the thin film described in the literature has hydrophilicity. Moreover, when using phosphoric acid and a phosphate as a surface modifier as it is, hydrophilicity will fall under boiling water or high temperature, and it will be inferior to durability.

特開平7−102189号公報JP-A-7-102189 特開平3−174986号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-174986 特許第3384284号公報Japanese Patent No. 3384284 特許第3620619号公報Japanese Patent No. 3620619 特表2005−53554号公報JP 2005-53554 A

この発明は、良好な親水性を示し、耐久性に優れた親水性薄膜を提供すること、及び、前記親水性薄膜を簡便な方法で製造する親水性薄膜の製造方法を提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a hydrophilic thin film that exhibits good hydrophilicity and excellent durability, and to provide a method for producing a hydrophilic thin film that produces the hydrophilic thin film by a simple method. To do.

前記課題を解決するための手段としては、
(1)繊維状アルミナゾルを用いて基材表面に設けられたアルミナ薄膜を、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)の水溶液中で、150℃以上200℃以下で、10分以上60時間以下の時間をかけて水熱合成する親水性薄膜の製造方法である。
As means for solving the above-mentioned problems,
(1) An alumina thin film provided on the surface of a substrate using a fibrous alumina sol is placed in an aqueous solution of nitrilotris (methylenephosphonic acid) at a temperature of 150 ° C. to 200 ° C. for 10 minutes to 60 hours. This is a method for producing a hydrophilic thin film that is hydrothermally synthesized .

この発明の課題を解決するための第2の手段としては、
(2)前記(1)に記載の製造方法により製造され、X線光電子分光法により薄膜表面のXPSスペクトルを測定したときに、133.0eV以上135.0eV以下の範囲内に存在するP2pスペクトルのピークおよび74.0eV以上76.0eV以下の範囲内に存在するAl2pのスペクトルのピークに拠るAl−O−P結合を有してなり、走査型プローブ顕微鏡を使用して測定された表面の十点平均粗さ(Rz)が20nm未満である親水性薄膜である
As a second means for solving the problems of the present invention,
(2) When the XPS spectrum of the thin film surface is measured by X-ray photoelectron spectroscopy, which is manufactured by the manufacturing method described in (1) above, the P2p spectrum present in the range of 133.0 eV to 135.0 eV Ten points of the surface measured using a scanning probe microscope having Al—O—P bonds due to the peak and the peak of the spectrum of Al 2p existing in the range of 74.0 eV or more and 76.0 eV or less It is a hydrophilic thin film whose average roughness (Rz) is less than 20 nm .

この発明によると、良好な親水性を示し、耐久性に優れた親水性薄膜を提供することができる。また、前記親水性薄膜を簡便な方法で製造することのできる親水性薄膜の製造方法を提供することができる。   According to this invention, it is possible to provide a hydrophilic thin film that exhibits good hydrophilicity and excellent durability. Moreover, the manufacturing method of the hydrophilic thin film which can manufacture the said hydrophilic thin film with a simple method can be provided.

この発明の親水性薄膜は、Al−O−P結合を有してなり、走査型プローブ顕微鏡を使用して測定された表面の十点平均粗さ(Rz)が20nm未満である。   The hydrophilic thin film of this invention has an Al—O—P bond, and the ten-point average roughness (Rz) of the surface measured using a scanning probe microscope is less than 20 nm.

この親水性薄膜は、表面にAl−O−P結合が存在することにより、表面が平滑であっても、良好な親水性を有する。また、この親水性薄膜を沸騰水へ浸漬又は高温下に載置した後においても、親水性が維持されて耐久性に優れる。   This hydrophilic thin film has good hydrophilicity even if the surface is smooth due to the presence of Al-OP bonds on the surface. Moreover, even after this hydrophilic thin film is immersed in boiling water or placed at a high temperature, the hydrophilicity is maintained and the durability is excellent.

親水性薄膜がAl−O−P結合を有することは、X線光電子分光分析(ESCA又はXPS)装置を用いて、X線光電子分光法により薄膜表面のXPSスペクトルを測定したときに、P2pスペクトルの結合エネルギーのピークトップが133.0eV以上135.0eV以下の範囲内に存在し、Al2pスペクトルの結合エネルギーのピークトップが74.0eV以上76.0eV以下の範囲内に存在することにより確認することができる。   The hydrophilic thin film has an Al—O—P bond when the XPS spectrum of the thin film surface is measured by X-ray photoelectron spectroscopy using an X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA or XPS) apparatus. It can be confirmed that the peak top of the binding energy is in the range of 133.0 eV to 135.0 eV and the peak top of the binding energy of the Al2p spectrum is in the range of 74.0 eV to 76.0 eV. it can.

前記P2pスペクトルのピークは、薄膜表面におけるリン酸イオンの存在を示す。この発明に係る親水性薄膜が、表面が平滑であるにもかかわらずに良好な親水性を発現するのは、このリン酸イオンのOと水のHとの間に水素結合が形成されることにより、水に対する親和性が高くなるからである。   The peak of the P2p spectrum indicates the presence of phosphate ions on the thin film surface. The hydrophilic thin film according to the present invention expresses good hydrophilicity despite its smooth surface because a hydrogen bond is formed between O of this phosphate ion and H of water. This is because the affinity for water increases.

この発明の親水性薄膜は、その薄膜表面について走査型プローブ顕微鏡(SPM)を使用して測定された十点平均粗さ(Rz)が20nm未満であり、通常、0.1nm以上である。一般に、親水性の表面においては、平坦面より凹凸面の方が水に対する接触角が低くなり、親水性がより良好になる。しかし、凹凸面は耐摩耗性に劣る。すなわち、凹凸面は摩耗されることにより、凸部が破壊されて水に対する接触角が大きくなる。しかし、この発明の親水性薄膜は、比較的硬度の高い平坦面であるので、摩擦を受けても表面の形状及び構造は安定であり、変化しない。その結果、この発明の親水性薄膜は、表面の形状の変化により水に対する接触角が大きくなることがなく、長期間にわたって親水性が保持される。   The hydrophilic thin film of the present invention has a ten-point average roughness (Rz) measured with a scanning probe microscope (SPM) on the thin film surface of less than 20 nm, and is usually 0.1 nm or more. In general, on the hydrophilic surface, the uneven surface has a lower contact angle with water than the flat surface, and the hydrophilicity becomes better. However, the uneven surface is inferior in wear resistance. That is, when the uneven surface is worn, the convex portion is destroyed and the contact angle with water increases. However, since the hydrophilic thin film of the present invention is a flat surface having a relatively high hardness, the shape and structure of the surface is stable and does not change even when subjected to friction. As a result, the hydrophilic thin film of the present invention does not have a large contact angle with water due to a change in the shape of the surface, and retains hydrophilicity for a long period.

前記十点平均粗さ(Rz)は、走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いて、薄膜表面における任意の線分500nmにおける粗さ曲線から、その平均線から最も高い山頂から5番目までの山頂の標高の絶対値の平均値と、最も低い谷底から5番目までの谷底の標高の絶対値の平均値との和として算出される。例えば、薄膜表面における任意の5つの線分について、十点平均粗さを測定して、得られた測定値の算術平均を十点平均粗さ(Rz)とすることができる。   The ten-point average roughness (Rz) is determined from the roughness curve at an arbitrary line segment of 500 nm on the surface of the thin film using a scanning probe microscope (SPM), from the highest peak to the fifth peak from the average line. It is calculated as the sum of the average value of the absolute values of the altitude and the average value of the absolute values of the altitudes of the lowest valley bottom to the fifth. For example, the ten-point average roughness can be measured for any five line segments on the thin film surface, and the arithmetic average of the measured values obtained can be set as the ten-point average roughness (Rz).

この発明の親水性薄膜は、その薄膜表面の水に対する接触角が10°以下である。一般に、薄膜表面の水に対する接触角が20°以下であるとき、薄膜表面は親水性を有すると評価することができ、特に薄膜表面の水に対する接触角が10°以下であるとき、薄膜表面は超親水性を有すると評価することができる。この発明の親水性薄膜は、その薄膜表面の水に対する接触角が10°以下であるので、超親水性を有する。また、親水性を有する親水性薄膜の表面は、通常、防曇性及び防汚性を有する。   In the hydrophilic thin film of the present invention, the contact angle with respect to water on the surface of the thin film is 10 ° or less. Generally, when the contact angle with respect to water on the surface of the thin film is 20 ° or less, the surface of the thin film can be evaluated as having hydrophilicity. In particular, when the contact angle with respect to water on the surface of the thin film is 10 ° or less, the surface of the thin film is It can be evaluated that it has super hydrophilicity. The hydrophilic thin film of the present invention has super hydrophilicity because the contact angle with water on the surface of the thin film is 10 ° or less. Further, the surface of the hydrophilic thin film having hydrophilicity usually has antifogging properties and antifouling properties.

前記接触角は、室温で水平な試料台の上に載置された親水性薄膜の表面に2μLの水滴を滴下して、水滴における空気と親水性皮膜とに接する点から水滴の曲面に接線を引いたときのこの接線と親水性皮膜の表面との角度を、接触角計を用いて測定することにより求めることができる。   The contact angle is determined by dropping 2 μL of water droplets onto the surface of a hydrophilic thin film placed on a horizontal sample stage at room temperature, and tangent to the curved surface of the water droplets from the point of contact with the air and the hydrophilic film in the water droplets. The angle between the tangent when drawn and the surface of the hydrophilic film can be determined by measuring using a contact angle meter.

この発明の親水性薄膜は、実質的にシリカ(SiO)が無含有である。従来、親水性を有する薄膜を形成する際に、シリカ(SiO)が利用されることがあった。しかし、この発明の親水性薄膜は、シリカ(SiO)が無含有であっても良好な親水性を有し、しかも耐久性に優れている。 The hydrophilic thin film of the present invention is substantially free of silica (SiO 2 ). Conventionally, when forming a hydrophilic thin film, silica (SiO 2 ) is sometimes used. However, the hydrophilic thin film of the present invention has good hydrophilicity even when silica (SiO 2 ) is not contained, and is excellent in durability.

この発明の親水性薄膜は、例えば、以下に説明する簡便な方法により製造することができる。   The hydrophilic thin film of this invention can be manufactured by the simple method demonstrated below, for example.

この発明の親水性薄膜の製造方法は、アルミナゾルを基材表面に塗布し、次いで、得られた塗布膜を硬化処理することにより形成されたアルミナ薄膜をリン酸基含有化合物の水溶液中で水熱合成することを特徴とする。   In the method for producing a hydrophilic thin film of the present invention, an alumina sol is applied to the surface of a substrate, and then the resulting alumina thin film is cured by hydrothermal treatment in an aqueous solution of a phosphate group-containing compound. It is characterized by combining.

前記アルミナゾルに分散されているアルミナ水和物粒子及び/又はアルミナ粒子は、球状、針状、繊維状、柱状、及び板状等の種々の形態を採ることができ、種々の形態を有するアルミナ水和物粒子及び/又はアルミナ粒子が含まれていても良い。   The alumina hydrate particles and / or alumina particles dispersed in the alumina sol can take various forms such as a spherical shape, a needle shape, a fiber shape, a column shape, and a plate shape, and an alumina water having various shapes. Japanese particles and / or alumina particles may be contained.

この発明におけるアルミナゾルは、例えば、アルミニウム化合物を加水分解することによって調整することができ、必要に応じて酸性もしくはアルカリ性条件下で解膠する。この加水分解は、アルミニウム化合物を溶媒に溶解し、得られる溶液を一定の条件下で処理することにより行うことができる。   The alumina sol in the present invention can be prepared, for example, by hydrolyzing an aluminum compound, and is peptized under acidic or alkaline conditions as necessary. This hydrolysis can be performed by dissolving the aluminum compound in a solvent and treating the resulting solution under certain conditions.

アルミナ水和物粒子又はアルミナ粒子の形態は、アルミニウム化合物の種類、加水分解及び解膠の条件を適宜選択することにより調整することができる。   The form of the alumina hydrate particles or the alumina particles can be adjusted by appropriately selecting the type of the aluminum compound and the conditions for hydrolysis and peptization.

前記アルミナゾルを調製するための原料であるアルミニウム化合物としては、水または水性有機溶媒等の溶媒中でアルミニウム酸化物のゾルを形成することのできるゾル形成性アルミニウム化合物を挙げることができる。   Examples of the aluminum compound as a raw material for preparing the alumina sol include a sol-forming aluminum compound capable of forming an aluminum oxide sol in a solvent such as water or an aqueous organic solvent.

前記ゾル形成性アルミニウム化合物としては、例えば、アルミニウムハロゲン化物、アルミニウム亜ハロゲン酸塩、アルミニウム次亜ハロゲン酸塩、アルミニウムハロゲン酸塩、アルミニウム過ハロゲン酸塩、アルミニウム無機酸塩、アルミニウム有機酸塩、アルミニウムアルコキシドおよびアルミニウム錯体からなる群から選択されたアルミニウム化合物を挙げることができる。   Examples of the sol-forming aluminum compound include aluminum halides, aluminum halides, aluminum hypohalites, aluminum halides, aluminum perhalogenates, aluminum inorganic acid salts, aluminum organic acid salts, and aluminum. Mention may be made of aluminum compounds selected from the group consisting of alkoxides and aluminum complexes.

具体的には、前記アルミニウムハロゲン化物としては、三フッ化アルミニウム、三塩化アルミニウム、三臭化アルミニウムおよび三沃化アルミニウム等を挙げることができ、前記アルミニウム次亜ハロゲン酸塩としては、次亜塩素酸アルミニウム、次亜臭素酸アルミニウムおよび次亜沃素酸アルミニウム等を挙げることができる。   Specifically, examples of the aluminum halide include aluminum trifluoride, aluminum trichloride, aluminum tribromide, and aluminum triiodide. Examples of the aluminum hypohalite include hypochlorous acid. Examples thereof include aluminum oxide, aluminum hypobromite, and aluminum hypoiodite.

前記アルミニウムハロゲン酸塩としては、塩素酸アルミニウム、臭素酸アルミニウムおよび沃素酸アルミニウム等を挙げることができ、前記アルミニウム過ハロゲン酸塩としては、過塩素酸アルミニウム、過臭素酸アルミニウムおよび過沃素酸アルミニウム等を挙げることができ、前記アルミニウム無機酸塩としては、硝酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウム等を挙げることができる。   Examples of the aluminum halide salt include aluminum chlorate, aluminum bromate, and aluminum iodate, and examples of the aluminum perhalogenate include aluminum perchlorate, aluminum perbromate, and aluminum periodate. Examples of the aluminum inorganic acid salt include aluminum nitrate and aluminum sulfate.

前記アルミニウム有機酸塩としては、Al(OCHO)、Al(OCOR(但し、Rは、炭素数1〜20の直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、環状アルキル基または炭素数6〜20の芳香族基)で表されるモノカルボン酸塩、Al(OCORCOO)(但し、Rは、炭素数1〜20の直鎖状アルキレン基、分岐状アルキレン基、環状アルキレン基または炭素数6〜20の芳香族基)で表されるジカルボン酸塩、Al(OH)(OCOR)、AlO(OH)(OCOR、Al(OCORのいずれかの一般式で表されるカルボン酸アルミニウム(以上の化学式において、Rは、炭素数1〜20の直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、環状アルキル基、アラルキル基、または炭素数6〜20の芳香族基を示す。)を挙げることができる。 Examples of the aluminum organic acid salt include Al (OCHO) 3 , Al (OCOR 3 ) 3 (where R 3 is a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a branched alkyl group, a cyclic alkyl group, or a carbon number) Monocarboxylate represented by 6 to 20 aromatic group), Al 2 (OCOR 4 COO) 3 (where R 4 is a linear alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, branched alkylene group, cyclic) Dicarboxylate represented by an alkylene group or an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms), Al (OH) 2 (OCOR 5 ), Al 2 O (OH) (OCOR 5 ) 3 , Al 4 O 3 (OCOR 5 ) in 6 any conventional aluminum carboxylate (or more chemical formula represented by the formula, R 5 represents a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, branched alkyl groups, cyclic alkyl group, an aralkyl group, Others can be cited showing.) An aromatic group having 6 to 20 carbon atoms.

前記モノカルボン酸塩としては、ギ酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、プロピオン酸アルミニウム、酪酸アルミニウム、吉草酸アルミニウム、カプロン酸アルミニウム、ヘプタン酸アルミニウム、オクタン酸アルミニウム、ノナン酸アルミニウム、デカン酸アルミニウム、ミリスチン酸アルミニウム、パルミチン酸アルミニウムおよびステアリン酸アルミニウム等を挙げることができ、ジカルボン酸塩としては、シュウ酸アルミニウムおよびコハク酸アルミニウム等を挙げることができる。   Examples of the monocarboxylate include aluminum formate, aluminum acetate, aluminum propionate, aluminum butyrate, aluminum valerate, aluminum caproate, aluminum heptanoate, aluminum octoate, aluminum nonanoate, aluminum decanoate, aluminum myristate, and palmitic acid. Examples of the dicarboxylate include aluminum oxalate and aluminum succinate.

前記アルミニウムのアルコキシドとしては、Al(OR(但し、Rは、炭素数1〜20の直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、または炭素数6〜20の芳香族基を示す。)で表される化合物を挙げることができる。 As the alkoxide of aluminum, Al (OR 6 ) 3 (where R 6 is a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a branched alkyl group, a cycloalkyl group, an aralkyl group, or 6 to 20 carbon atoms). A compound represented by the following formula:

前記アルミニウムのアルコシドとしては、アルミニウムイソプロピレート、モノ−sec−ブトキシアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムsec−ブチレート、アルミニウムエチレート等を挙げることができる。   Examples of the aluminum alkoxide may include aluminum isopropylate, mono-sec-butoxyaluminum diisopropylate, aluminum sec-butylate, and aluminum ethylate.

前記アルミニウム錯体としては、例えば、ジケトン錯体、ジケトン錯体ハロゲン化物およびジケトン錯体無機酸塩等を挙げることができる。   Examples of the aluminum complex include diketone complexes, diketone complex halides, and diketone complex inorganic acid salts.

前記ジケトン錯体としては、例えば、アセチルアセトナトアルミニウム、アセト酢酸アルミニウム、1,3−プロパンジオナトアルミニウム、1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナトアルミニウム、1−フェニルプロパンジオナトアルミニウムおよびトロポロナトアルミニウム等を挙げることができる。   Examples of the diketone complex include acetylacetonatoaluminum, aluminum acetoacetate, 1,3-propanedionate aluminum, 1,3-diphenyl-1,3-propanedionate aluminum, 1-phenylpropanedionate aluminum and Examples include polonato aluminum.

前記ジケトン錯体ハロゲン化物としては、アセチルアセトナトアルミニウム塩化物、アセト酢酸アルミニウム塩化物、1,3−プロパンジオナトアルミニウム塩化物、1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナトアルミニウム塩化物、1−フェニルプロパンジオナトアルミニウム塩化物、トロポロナトアルミニウム塩化物等のジケトン錯体塩化物、アセチルアセトナトアルミニウム臭化物、アセト酢酸アルミニウム臭化物、1,3−プロパンジオナトアルミニウム臭化物、1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナトアルミニウム臭化物、1−フェニルプロパンジオナトアルミニウム臭化物、トロポロナトアルミニウム臭化物等のジケトン錯体臭化物、アセチルアセトナトアルミニウム沃化物、アセト酢酸アルミニウム沃化物、1,3−プロパンジオナトアルミニウム沃化物、1,3ージフェニル−1,3−プロパンジオナトアルミニウム沃化物、1−フェニルプロパンジオナトアルミニウムヨウ化物、トロポロナトアルミニウム沃化物等のジケトン錯体沃化物、アセチルアセトナトアルミニウムフッ化物、アセト酢酸アルミニウムフッ化物、1,3−プロパンジオナトアルミニウムフッ化物、1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナトアルミニウムフッ化物、1−フェニルプロパンジオナトアルミニウムフッ化物およびトロポロナトアルミニウムフッ化物等のジケトン錯体フッ化物等を挙げることができる。   Examples of the diketone complex halide include acetylacetonato aluminum chloride, aluminum acetoacetate chloride, 1,3-propanedionate aluminum chloride, 1,3-diphenyl-1,3-propanedionate aluminum chloride, 1 -Diketone complex chlorides such as phenylpropanedionato aluminum chloride, troponatoaluminum chloride, acetylacetonatoaluminum bromide, aluminum acetoacetate bromide, 1,3-propanedionato aluminum bromide, 1,3-diphenyl-1 , 3-propanedionate aluminum bromide, diphenyl complex bromide such as 1-phenylpropanedionato aluminum bromide, tropolonato aluminum bromide, acetylacetonato aluminum iodide, aluminum acetoacetate iodide, 1, Propane dionatoaluminum iodide, 1,3-diphenyl-1,3-propanedionato aluminum iodide, 1-phenylpropane dinatoaluminum iodide, tropolonatoaluminum iodide and the like diketone complex iodide, acetylacetonate Aluminum fluoride, aluminum acetoacetate fluoride, 1,3-propanedionato aluminum fluoride, 1,3-diphenyl-1,3-propanedionato aluminum fluoride, 1-phenylpropane dinato aluminum fluoride and tropolo A diketone complex fluoride such as natoaluminum fluoride can be used.

また、前記アルミニウム錯体としては、エチルアセトアセテートアルミニウムイソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルキルアセトアセテートアルミニウムイソプロピレート等を挙げることもできる。   Examples of the aluminum complex include ethyl acetoacetate aluminum isopropylate, aluminum tris (ethyl acetoacetate), alkyl acetoacetate aluminum isopropylate, and the like.

これらの中でも、適度な加水分解性を有し、副生成物の除去が容易であることなどから、アルミニウムアルコキシドが好ましく、炭素数2〜5の低級のアルコキシル基を有するものが特に好ましい。   Among these, aluminum alkoxides are preferable because they have moderate hydrolyzability and easy removal of by-products, and those having a lower alkoxyl group having 2 to 5 carbon atoms are particularly preferable.

前記ゾル形成性アルミニウム化合物を加水分解する方法としては、例えば、前記ゾル形成性アルミニウム化合物を適宜の有機溶媒に加えた後、この溶液を水に接触させる方法を挙げることができる。この場合、水をあらかじめ溶媒に配合させておいてもよい。この加水分解の際には、酸または塩基を触媒として存在させてもよい。また、前記ゾル形成性アルミニウム化合物を水に懸濁させ、酸または塩基を触媒として加えることにより、透明ゾル液を調製することもできる。   Examples of the method for hydrolyzing the sol-forming aluminum compound include a method in which the sol-forming aluminum compound is added to an appropriate organic solvent and then the solution is brought into contact with water. In this case, water may be added to the solvent in advance. In the hydrolysis, an acid or a base may be present as a catalyst. In addition, a transparent sol solution can be prepared by suspending the sol-forming aluminum compound in water and adding an acid or a base as a catalyst.

加水分解するときの反応温度は、通常は、室温〜100℃とすることができるが、ゾル形成反応を促進する観点から、反応温度は、室温よりも高い範囲の温度、例えば、40〜100℃の範囲の温度とすることが好ましい。加水分解するときの反応時間は、通常は、0.1〜10時間、好ましくは、0.5〜5時間、特に好ましくは、0.5〜4時間である。   The reaction temperature at the time of hydrolysis can usually be room temperature to 100 ° C., but from the viewpoint of promoting the sol-forming reaction, the reaction temperature is in a range higher than room temperature, for example, 40 to 100 ° C. It is preferable to set the temperature within the range. The reaction time for the hydrolysis is usually 0.1 to 10 hours, preferably 0.5 to 5 hours, particularly preferably 0.5 to 4 hours.

前記ゾル形成性アルミニウム化合物を溶解するために用いられる水性有機溶媒としては、水に溶解するアルコール系有機溶媒、これらアルコール系有機溶媒の混合物およびアルコール系有機溶媒の一種または二種以上と水との混合物等を挙げることができる。   Examples of the aqueous organic solvent used for dissolving the sol-forming aluminum compound include an alcohol-based organic solvent that dissolves in water, a mixture of these alcohol-based organic solvents, and one or more alcohol-based organic solvents and water. A mixture etc. can be mentioned.

前記アルコール系有機溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、n−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、イソペンチルアルコール、tert−ペンチルアルコール、3−メチル−2−ブタノール、ネオペンチルアルコール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、2−エチル−1−ブタノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノールおよびシクロヘキサノール等の1価アルコール類ならびにエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール等の2価アルコール類を挙げることができる。   Examples of the alcohol organic solvent include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, n-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2 -Methyl-1-butanol, isopentyl alcohol, tert-pentyl alcohol, 3-methyl-2-butanol, neopentyl alcohol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 2-methyl-1-pentanol, 4 Monohydric alcohols such as methyl-2-pentanol, 2-ethyl-1-butanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol and cyclohexanol, as well as ethylene glycol, propylene glycol and trimethyle Glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, it may be mentioned dihydric alcohols such as 1,4-butanediol.

前記ゾル形成性アルミニウム化合物を前記溶媒に溶解させる濃度は、適宜に選択することができる。前記濃度は、具体的には、溶媒100質量部に対し、ゾル形成性アルミニウム化合物を0.1〜50質量部となるように調整され、好ましくは、1〜30質量部の範囲となるように調整される。   The concentration at which the sol-forming aluminum compound is dissolved in the solvent can be appropriately selected. Specifically, the concentration is adjusted such that the sol-forming aluminum compound is 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solvent, and preferably 1 to 30 parts by mass. Adjusted.

前記ゾル形成性アルミニウム化合物を前記溶媒と反応させる際に、触媒として用いることのできる酸としては、無機酸および有機酸を挙げることができる。無機酸としては、例えば、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硝酸、硫酸等を挙げることができ、有機酸としては、例えば、低級のモノカルボン酸を挙げることができ、具体的には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸等を挙げることができる。   Examples of the acid that can be used as a catalyst when the sol-forming aluminum compound is reacted with the solvent include inorganic acids and organic acids. Examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, nitric acid, sulfuric acid and the like, and examples of the organic acid include lower monocarboxylic acid. Can include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, and the like.

触媒として用いることのできる塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等の苛性アルカリ類、一級アミン、二級アミン、三級アミン等のアミン類、エタノールアミン、3−アミノ−1−プロパノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、アミノエチルエタノールアミン、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン、N,N−ジブチルエタノールアミン、N−メチル−N−エタノールアミン等のアルカノールアミン類を挙げることができる。   Examples of the base that can be used as a catalyst include caustic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide, amines such as primary amine, secondary amine, and tertiary amine, ethanolamine, and 3-amino-1 -Propanolamine, N, N-diethylethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, aminoethylethanolamine, N-methyl-N, N-diethanolamine, N, N-dibutylethanolamine, N-methyl-N-ethanol Examples include alkanolamines such as amines.

この発明において、アルミナゾルを塗布する基材としては、親水性を付与することが要求される材料であれば特に制限はないが、ガラス、金属、セラミックス、プラスチックス等を挙げることができる。これら材料の中でも、雨水、湯気、湿気等によって、曇ることまたは結露することを防止または抑制する要求度の高いガラスが好ましい。   In the present invention, the substrate to which the alumina sol is applied is not particularly limited as long as it is a material that is required to impart hydrophilicity, and examples thereof include glass, metal, ceramics, and plastics. Among these materials, a glass having a high degree of demand for preventing or suppressing fogging or condensation due to rain water, steam, moisture, or the like is preferable.

前記ガラスにも制限はなく、例えば、石英ガラス、96%石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、鉛ガラス等のガラスを挙げることができ、より具体的には、自動車及び電車等の窓ガラス、自動車用の鏡、浴室や洗面所等の住宅用の鏡、眼鏡、望遠鏡、双眼鏡等を挙げることができる。   The glass is not limited, and examples thereof include quartz glass, 96% quartz glass, soda lime glass, aluminoborosilicate glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, and lead glass. Can include window glass for cars and trains, mirrors for cars, mirrors for houses such as bathrooms and washrooms, glasses, telescopes, binoculars, and the like.

この発明においては、前記アルミナゾルを基材表面に塗布し、次いで、得られた塗布膜を硬化処理することによりアルミナ薄膜が形成されるが、アルミナゾルを基材表面に塗布する前に、基材表面を清浄化することが好ましい。基材表面を清浄化することにより、はじきを生じることなく均一な塗布膜を形成することができるからである。   In this invention, an alumina thin film is formed by applying the alumina sol to the substrate surface and then curing the resulting coating film. Before applying the alumina sol to the substrate surface, the substrate surface Is preferably cleaned. This is because by cleaning the substrate surface, a uniform coating film can be formed without causing repelling.

この清浄化の手段としては、例えば、基材がガラスの場合は、洗剤、特に中性洗剤を用いて洗浄処理する手段を挙げることができ、基材が金属の場合は、脱脂剤含有液に浸漬処理する手段を挙げることができる。   As the means for cleaning, for example, when the base material is glass, a cleaning means using a detergent, particularly a neutral detergent, can be used. When the base material is metal, a degreasing agent-containing liquid can be used. A means for dipping treatment can be mentioned.

前記脱脂剤含有溶液における脱脂剤としては、塩基性の化合物を含有する脱脂剤が好ましく、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウム等を挙げることができる。   The degreasing agent in the degreasing agent-containing solution is preferably a degreasing agent containing a basic compound, and examples thereof include sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium phosphate, and sodium borate.

基材表面にアルミナゾルを塗布する方法としては、例えば、アルミナゾルに基材を浸漬した後、これを緩やかに引き上げるディップ法、固定された基材表面上に適宜の方法によってアルミナゾルを流延する流延法、アルミナゾルを貯留した槽の一端からアルミナゾル中に基材を浸漬し、前記槽の他端から基材を取り出す連続法、回転する基材上にアルミナゾルを滴下し、基材に作用する遠心力によってアルミナゾルを基材上に流延するスピンナー法、基材の表面にアルミナゾルを吹き付けるスプレー法等を挙げることができる。   Examples of the method of applying the alumina sol on the surface of the substrate include a dip method in which the substrate is immersed in the alumina sol and then gently lifted, or a casting method in which the alumina sol is cast on the fixed substrate surface by an appropriate method. A continuous method in which a substrate is immersed in alumina sol from one end of a tank in which the alumina sol is stored, and the substrate is taken out from the other end of the tank, and the centrifugal force acting on the substrate by dropping the alumina sol on the rotating substrate Examples thereof include a spinner method in which an alumina sol is cast on a substrate, and a spray method in which the alumina sol is sprayed on the surface of the substrate.

アルミナ含有ゾル液の塗布量は、アルミナ含有ゾル液の粘度、その他の条件により一律ではない。1回の塗布では、目的の厚さの薄膜が得られない場合は、数回の塗布を繰り返すこともできる。   The coating amount of the alumina-containing sol liquid is not uniform depending on the viscosity of the alumina-containing sol liquid and other conditions. If a thin film having a desired thickness cannot be obtained by a single application, the application can be repeated several times.

前記の各種方法によって基材表面に塗布されたアルミナゾルの塗布膜を、必要に応じて乾燥した後、硬化処理することにより、アルミナ薄膜が形成される。硬化処理としては、加熱処理または光照射処理を挙げることができ、光照射処理としては、紫外線照射処理が好ましい。   The alumina sol coating film coated on the surface of the substrate by the various methods described above is dried as necessary and then subjected to a curing treatment to form an alumina thin film. As the curing treatment, heat treatment or light irradiation treatment can be mentioned, and as the light irradiation treatment, ultraviolet irradiation treatment is preferable.

アルミナ薄膜を形成するための加熱処理(以下、焼成処理ということがある)の条件に特別な制限はないが、その温度は、基材の耐熱温度に応じて選択することができ、通常は、100℃以上における適宜の温度が採用される。基材を加熱する際には、直接に前記温度に加熱してもよく、比較的低温で予熱し、次いで前記温度に加熱してもよい。また、その時間は、通常、1分間〜10時間の範囲内であり、好ましくは10分〜5時間の範囲内である。   There is no particular limitation on the conditions of the heat treatment (hereinafter sometimes referred to as firing treatment) for forming the alumina thin film, but the temperature can be selected according to the heat-resistant temperature of the substrate. An appropriate temperature at 100 ° C. or higher is employed. When heating the substrate, it may be heated directly to the temperature, preheated at a relatively low temperature, and then heated to the temperature. The time is usually in the range of 1 minute to 10 hours, preferably in the range of 10 minutes to 5 hours.

アルミナ薄膜を形成するための紫外線照射処理の条件にも特別な制限はないが、室温〜150℃下に紫外線照射することが好ましい。照射する紫外線の光源としては、高圧水銀灯または低圧水銀灯を使用することができ、これら水銀灯を使用すると、適切な強度の紫外線を廉価に照射することができる。   Although there is no special restriction | limiting in the conditions of the ultraviolet irradiation process for forming an alumina thin film, It is preferable to irradiate with ultraviolet rays under room temperature-150 degreeC. As the ultraviolet light source to be irradiated, a high pressure mercury lamp or a low pressure mercury lamp can be used. When these mercury lamps are used, ultraviolet light having an appropriate intensity can be irradiated at low cost.

得られたアルミナ薄膜の厚さは、用途に応じて適宜、決定することができ、通常、10〜1000nmの範囲にあることが好ましい。   The thickness of the obtained alumina thin film can be appropriately determined according to the application, and is usually preferably in the range of 10 to 1000 nm.

この発明の親水性薄膜の製造方法は、前記のようにして形成されたアルミナ薄膜を、リン酸基含有化合物の水溶液中で水熱合成することを特徴とする。   The method for producing a hydrophilic thin film of the present invention is characterized in that the alumina thin film formed as described above is hydrothermally synthesized in an aqueous solution of a phosphate group-containing compound.

前記リン酸基含有化合物としては、このリン酸基含有化合物の水溶液中で、後述する水熱合成をすることにより、リン酸基含有化合物からリン酸基が解離して、前記アルミナ薄膜中のアルミニウムイオンと結合して、Al−O−P結合を形成する化合物であれば特に制限はなく、リン酸基含有有機化合物及びリン酸基含有無機化合物を挙げることができる。   As the phosphate group-containing compound, the phosphoric acid group is dissociated from the phosphate group-containing compound by hydrothermal synthesis described later in an aqueous solution of the phosphate group-containing compound, so that the aluminum in the alumina thin film If it is a compound which couple | bonds with ion and forms an Al-OP bond, there will be no restriction | limiting in particular, A phosphoric acid group containing organic compound and a phosphoric acid group containing inorganic compound can be mentioned.

前記リン酸基含有有機化合物としては、下記式(1)、(2)のいずれかの式で表される化合物若しくはその塩を挙げることができる。
PO(CHSiX ・・・・(1)
〔RPO(CHNH ・・・・・(2)
〔ただし、Rは水素原子、アルキル基、アルコシ基、アリル基またはO−フェニル基を表し、2個のRは同一であってもよく、別異であってもよい。Xはハロゲン、−OH(水酸基)または−OR(Rは、アルキル基またはアリル基を表す。)を表す。uは、1〜10の整数を表す。vおよびwは整数を表し、vとwとの和が3である。〕
Examples of the phosphoric acid group-containing organic compound include a compound represented by any one of the following formulas (1) and (2) or a salt thereof.
R 2 PO 3 (CH 2 ) u SiX 3 (1)
[R 2 PO 3 (CH 2 ) u ] v NH w (2)
[However, R represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, an allyl group or an O-phenyl group, and two Rs may be the same or different. X represents halogen, —OH (hydroxyl group) or —OR 1 (R 1 represents an alkyl group or an allyl group). u represents an integer of 1 to 10. v and w represent integers, and the sum of v and w is 3. ]

前記アルキル基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基等を、前記アルコシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基等を挙げることができる。また、前記ハロゲンとしては、塩素、臭素、ヨウ素等を挙げることができる。   Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, and an isopropyl group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, and an isopropoxy group. Examples of the halogen include chlorine, bromine and iodine.

好ましいリン酸基含有有機化合物の具体例としては、3−トリヒドロキシシリルプロピルメチルホスホネート−ナトリウム塩(以下、「HSiP」と略記することがある。)およびニトリロトリス(メチレンホスホン酸)(以下、「NTP」と略記することがある。)を挙げることができる。   Specific examples of the preferable phosphoric acid group-containing organic compound include 3-trihydroxysilylpropylmethylphosphonate-sodium salt (hereinafter sometimes abbreviated as “HSiP”) and nitrilotris (methylenephosphonic acid) (hereinafter, “ NTP ”may be abbreviated as“ NTP ”).

前記水熱合成における、リン酸基含有有機化合物の水溶液の濃度は、特に制限はないが、通常、0.01〜50質量%、好ましくは、0.1〜30質量%である。   The concentration of the aqueous solution of the phosphoric acid group-containing organic compound in the hydrothermal synthesis is not particularly limited, but is usually 0.01 to 50% by mass, preferably 0.1 to 30% by mass.

前記リン酸基含有無機化合物としては、MPO、Mn+23n+1、(MIPO、(MII(PO、(MIII(POで示される無機化合物およびそれらのエステル化合物(ただし、Mは水素原子または任意の金属イオン、Mは水素原子または+1価の金属イオン、MIIは+2価の金属イオン、MIIIは+3価の金属イオンを表し、nは2以上の整数を表す。)を挙げることができる。 Examples of the phosphoric acid group-containing inorganic compound include MPO 4 , M n + 2 P n O 3n + 1 , (M I PO 3 ) n , (M II (PO 3 ) 2 ) n , and (M III (PO 3 ) 3 ) n . Inorganic compounds and their ester compounds (where M is a hydrogen atom or any metal ion, M I is a hydrogen atom or a +1 valent metal ion, M II is a +2 valent metal ion, and M III is a +3 valent metal) Represents an ion, and n represents an integer of 2 or more.

前記リン酸基含有無機化合物の具体例として、無水リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、オルトリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素カリウム、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸アルミニウム、リン酸水素アルミニウム、リン酸亜鉛、リン酸水素亜鉛等を挙げることができる。   Specific examples of the phosphoric acid group-containing inorganic compound include phosphoric anhydride, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, orthophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, ammonium hydrogen phosphate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate , Potassium phosphate, potassium hydrogen phosphate, calcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate, aluminum phosphate, aluminum hydrogen phosphate, zinc phosphate, zinc hydrogen phosphate, and the like.

前記水熱合成における、リン酸基含有無機化合物の水溶液の濃度は、特に制限はないが、通常、0.01〜50質量%、好ましくは、0.1〜30質量%である。   The concentration of the aqueous solution of the phosphoric acid group-containing inorganic compound in the hydrothermal synthesis is not particularly limited, but is usually 0.01 to 50% by mass, preferably 0.1 to 30% by mass.

前記アルミナ薄膜をリン酸基含有化合物の水溶液中で水熱合成する方法としては、例えば、前記リン酸基含有化合物の水溶液が収容された耐熱性の容器に、表面にアルミナ薄膜が形成された基材を入れて、この容器をオートクレーブ内に設置して、150℃以上180℃以下の温度範囲で、10分以上60時間以下、好ましくは30分以上30時間以下の時間で水熱合成する方法を挙げることができる。このとき、容器内にはアルミナ薄膜が浸される程度のリン酸基含有化合物の水溶液が収容されていれば良い。   Examples of a method for hydrothermally synthesizing the alumina thin film in an aqueous solution of a phosphoric acid group-containing compound include, for example, a group in which an alumina thin film is formed on a surface of a heat-resistant container containing the aqueous solution of the phosphoric acid group-containing compound. The material is placed in an autoclave and the hydrothermal synthesis is performed in a temperature range of 150 ° C. to 180 ° C. for 10 minutes to 60 hours, preferably 30 minutes to 30 hours. Can be mentioned. At this time, an aqueous solution of a phosphoric acid group-containing compound to the extent that the alumina thin film is immersed may be contained in the container.

このようにして水熱合成することで親水性薄膜が製造される。容器内から取り出した親水性薄膜が形成された基材は、適宜純水で洗浄される。   Thus, a hydrophilic thin film is manufactured by hydrothermal synthesis. The base material on which the hydrophilic thin film taken out from the container is formed is appropriately washed with pure water.

この発明の親水性薄膜は、ガラス、金属、セラミックス、プラスチック等に適用することができる。この発明の親水性薄膜は、良好な親水性を示し、耐久性に優れるので、防曇性及び防汚性が長期間に渡って必要とされる前記素材に好適に利用される。この発明の親水性薄膜は、住宅用、自動車、及び電車等の窓ガラス、浴室及び洗面所等の鏡、軍事用又は民生用の望遠鏡、双眼鏡及び反射鏡等の表面に形成されることにより、前記窓ガラスや鏡の防曇性及び防汚性を長期間に渡って維持することができる。また、送水管の内面をこの発明の親水性薄膜でコーティングすると、管の内面が親水性となるので、送水負荷が低減されて、送水電力を節減することができる。   The hydrophilic thin film of the present invention can be applied to glass, metal, ceramics, plastics and the like. Since the hydrophilic thin film of the present invention exhibits good hydrophilicity and excellent durability, it is suitably used for the material that requires antifogging and antifouling properties over a long period of time. The hydrophilic thin film of the present invention is formed on the surface of window glass for houses, automobiles, trains, etc., mirrors such as bathrooms and toilets, military or consumer telescopes, binoculars and reflectors, etc. The antifogging and antifouling properties of the window glass and mirror can be maintained over a long period of time. Further, when the inner surface of the water supply pipe is coated with the hydrophilic thin film of the present invention, the inner surface of the pipe becomes hydrophilic, so that the water supply load is reduced and water supply power can be saved.

以下に、実施例を挙げてこの発明を更に詳しく説明する。これらの実施例によってこの発明が限定されることはない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. These examples do not limit the invention.

<実施例1>
(親水性薄膜の作製)
以下の手順にしたがって、基材としての無アルカリガラスの表面に親水性薄膜を形成した。
(1)アルミナ薄膜の作製
繊維状アルミナゾルA(川研ファインケミカル社製 アルミナ含有量5.0質量%、繊維長さ1400nm、繊維径4〜5nm)2.00gに純水18.0gを加え、室温で10分間攪拌し、濃度10質量%のHClをpH1になるまで加え、アルミナゾル塗布液Aを得た。
<Example 1>
(Preparation of hydrophilic thin film)
A hydrophilic thin film was formed on the surface of an alkali-free glass as a substrate according to the following procedure.
(1) Preparation of alumina thin film 18.0 g of pure water was added to 2.00 g of fibrous alumina sol A (produced by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd., alumina content 5.0 mass%, fiber length 1400 nm, fiber diameter 4-5 nm), and room temperature The mixture was stirred for 10 minutes, and HCl having a concentration of 10% by mass was added until pH 1 was obtained, whereby an alumina sol coating liquid A was obtained.

無アルカリガラスを中性洗剤で洗浄後、純水でリンスし、エアガンで水滴を除去して乾燥させ、塗布用ガラス基板とした。次に、上記アルミナゾル塗布液Aを洗浄済みの無アルカリガラス基板上にスピンナー法により、回転速度500rpmで5秒間塗布した後に回転数2000rpmで20秒間塗布し、アルミナゲル膜Aを作製した。得られたアルミナゲル膜Aに高圧水銀灯(H1000L、東芝ライテック株式会社製)を用いて紫外線を10分間照射し、アルミナ薄膜Aを得た。   The alkali-free glass was washed with a neutral detergent, rinsed with pure water, water droplets were removed with an air gun and dried to obtain a coating glass substrate. Next, the alumina sol coating liquid A was applied on a washed alkali-free glass substrate by a spinner method for 5 seconds at a rotational speed of 500 rpm, and then applied for 20 seconds at a rotational speed of 2000 rpm, thereby producing an alumina gel film A. The obtained alumina gel film A was irradiated with ultraviolet rays for 10 minutes using a high-pressure mercury lamp (H1000L, manufactured by Toshiba Lighting & Technology Corp.) to obtain an alumina thin film A.

(2)アルミナ薄膜の水熱合成
アルミナ薄膜Aを、以下のプロセスで1質量%ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)(NTP)水溶液を用いて水熱合成した。すなわち、アルミナ薄膜Aを1質量%ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)(NTP)水溶液を入れたテフロン(登録商標)内筒に入れて浸漬させた。この内筒をオートクレーブ内に設置し、180℃で4または6時間加熱処理して、それぞれ水熱合成試料A−1またはA−2を得た。加熱後、オートクレーブから試料を取り出し、純水で洗浄して透明試料を得た。
(2) Hydrothermal synthesis of alumina thin film Alumina thin film A was hydrothermally synthesized using a 1 mass% nitrilotris (methylenephosphonic acid) (NTP) aqueous solution by the following process. That is, the alumina thin film A was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing a 1 mass% nitrilotris (methylenephosphonic acid) (NTP) aqueous solution. This inner cylinder was placed in an autoclave and heat-treated at 180 ° C. for 4 or 6 hours to obtain hydrothermal synthesis samples A-1 or A-2, respectively. After heating, the sample was taken out from the autoclave and washed with pure water to obtain a transparent sample.

(耐久性試験)
実施例1で得られた水熱合成試料A−1及びA−2について、以下の(1)沸騰水耐久試験と(2)耐熱試験を行い、その後に各試料の水に対する接触角を測定することにより耐久性を評価した。試料の水に対する接触角は、自動接触角計 DM−501(協和界面科学株式会社製)を用いて測定した。接触角は2μLの水滴を用いて測定した。
(Durability test)
The hydrothermal synthesis samples A-1 and A-2 obtained in Example 1 are subjected to the following (1) boiling water durability test and (2) heat resistance test, and then measuring the contact angle of each sample with water. The durability was evaluated. The contact angle of the sample with respect to water was measured using an automatic contact angle meter DM-501 (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). The contact angle was measured using 2 μL water droplets.

水熱合成試料、沸騰水耐久試験後の試料および耐熱試験後の試料の水に対する接触角は、試験後直ちに測定し、さらに2日後および7日後に測定した。結果を表2に示す。   The contact angle of the hydrothermal synthesis sample, the sample after the boiling water durability test, and the sample after the heat resistance test with respect to water was measured immediately after the test, and further measured after 2 days and 7 days. The results are shown in Table 2.

(1)沸騰水耐久試験
容量200mLのビーカーに純水150mLを入れて沸騰するまで加熱した。次いで、この沸騰水に水熱合成試料A−1及びA−2を1時間浸漬させた。その後、水熱合成試料A−1及びA−2を沸騰水から取り出し、乾燥させた。
(1) Boiling water durability test 150 mL of pure water was placed in a 200 mL capacity beaker and heated until boiling. Next, hydrothermal synthesis samples A-1 and A-2 were immersed in the boiling water for 1 hour. Thereafter, hydrothermal synthesis samples A-1 and A-2 were taken out from boiling water and dried.

(2)耐熱試験
100℃の電気炉に水熱合成試料A−1及びA−2を入れて2時間加熱し、その後自然放冷させた。
(2) Heat resistance test Hydrothermal synthesis samples A-1 and A-2 were placed in an electric furnace at 100 ° C, heated for 2 hours, and then allowed to cool naturally.

<実施例2>
実施例1における繊維状アルミナゾルAを繊維状アルミナゾルB(川研ファインケミカル社製 アルミナ含有量5.0質量% 繊維長さ2000nm、繊維径4〜5nm)に代えた以外は、実施例1と同様にして、アルミナ薄膜Bを作製し、アルミナ薄膜Bを実施例1と同様にして水熱合成を行い、それぞれアルミナ水熱合成試料B−1(180℃/4時間水熱合成)およびB−2(180℃/6時間水熱合成)を得た。これらの試料について実施例1と同様に耐久性試験を行った。
<Example 2>
Except for replacing the fibrous alumina sol A in Example 1 with fibrous alumina sol B (Alumina content 5.0 mass%, fiber length 2000 nm, fiber diameter 4-5 nm, manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) Alumina thin film B was prepared, and hydrothermal synthesis was performed on alumina thin film B in the same manner as in Example 1. Alumina hydrothermal synthesis samples B-1 (180 ° C./4 hours hydrothermal synthesis) and B-2 ( 180 ° C./6 hours hydrothermal synthesis). These samples were subjected to a durability test in the same manner as in Example 1.

<実施例3>
実施例1における繊維状アルミナゾルAを板状アルミナゾルC(川研ファインケミカル社製 アルミナ含有量 5.5質量% 長辺20〜50nm、短辺10〜50nm、厚み5〜20nm)に代えた以外は、実施例1と同様にして、アルミナ薄膜Cを作製し、アルミナ薄膜Cを実施例1と同様にして水熱合成を行い、それぞれアルミナ水熱合成試料C−1(180℃/4時間水熱合成)およびC−2(180℃/6時間水熱合成)を得た。これらの試料について実施例1と同様に耐久性試験を行った。
<Example 3>
Except for replacing the fibrous alumina sol A in Example 1 with a plate-like alumina sol C (Alumina content 5.5% by mass, long side 20-50 nm, short side 10-50 nm, thickness 5-20 nm, manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) In the same manner as in Example 1, an alumina thin film C was produced, and the alumina thin film C was hydrothermally synthesized in the same manner as in Example 1. ) And C-2 (hydrothermal synthesis at 180 ° C./6 hours). These samples were subjected to a durability test in the same manner as in Example 1.

<実施例4、5、6>
実施例1、2および3における沸騰水耐久試験を1時間から2時間に代えた以外は実施例1と同様に行った。
<Examples 4, 5, and 6>
The boiling water durability test in Examples 1, 2, and 3 was performed in the same manner as in Example 1 except that the boiling water durability test was changed from 1 hour to 2 hours.

<実施例7、8、9>
実施例1、2および3における耐熱試験を2時間から4時間に代えた以外は実施例1と同様に行った。
<Examples 7, 8, and 9>
The heat resistance test in Examples 1, 2, and 3 was performed in the same manner as in Example 1 except that the heat test was changed from 2 hours to 4 hours.

<比較例1>
実施例1で作製したアルミナ薄膜Aを試料として、実施例1と同様に耐久性試験を行った。
<Comparative Example 1>
A durability test was conducted in the same manner as in Example 1 using the alumina thin film A produced in Example 1 as a sample.

<比較例2>
実施例2で作製したアルミナ薄膜Bを試料として、実施例1と同様に耐久性試験を行った。
<Comparative Example 2>
Using the alumina thin film B produced in Example 2 as a sample, a durability test was conducted in the same manner as in Example 1.

<比較例3>
実施例3で作製したアルミナ薄膜Cを試料として、実施例1と同様に耐久性試験を行った。
<Comparative Example 3>
A durability test was conducted in the same manner as in Example 1, using the alumina thin film C produced in Example 3 as a sample.

<比較例4>
実施例1で作製したアルミナ薄膜Aを1質量%ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)(NTP)水溶液に室温で1分間浸漬した。その後、電気炉を用いて250℃で30分加熱して、アルミナ薄膜試料Dを得た。このアルミナ薄膜試料Dを試料として耐久性試験を、実施例1と同様に行った。
<Comparative Example 4>
The alumina thin film A produced in Example 1 was immersed in a 1% by mass nitrilotris (methylenephosphonic acid) (NTP) aqueous solution at room temperature for 1 minute. Then, it heated for 30 minutes at 250 degreeC using the electric furnace, and the alumina thin film sample D was obtained. A durability test was performed in the same manner as in Example 1 using the alumina thin film sample D as a sample.

[XPSスペクトルの測定]
前述した各試料について、X線光電子分光法により、複合型電子分光装置ESCA−5800(ULVAC−PHI社製)を用いてXPSスペクトルを測定した。得られた結合エネルギーデータは、Cs1スペクトルのピークトップを284.6eVとして、帯電補正を行った。P2p及びAl2pスペクトルの結合エネルギー値(eV)でPおよびAlの化学種を評価した。結果を表1に示す。
測定条件は以下の通りである。
X線源:Monochromated−Al−Kα線
光取り出し角度:15〜45°
測定深さ:約2nm
測定エリア:2×0.8mm
測定試料は、試料を適切大に折り割って、そのまま装置にセットした。
[Measurement of XPS spectrum]
About each sample mentioned above, the XPS spectrum was measured with the composite electron spectrometer ESCA-5800 (made by ULVAC-PHI) by X-ray photoelectron spectroscopy. The obtained binding energy data was subjected to charge correction with the peak top of the Cs1 spectrum set to 284.6 eV. P and Al chemical species were evaluated by the binding energy values (eV) of the P2p and Al2p spectra. The results are shown in Table 1.
The measurement conditions are as follows.
X-ray source: Monochromated-Al-Kα ray Light extraction angle: 15 to 45 °
Measurement depth: about 2nm
Measurement area: 2 x 0.8mm 2
The measurement sample was set to the apparatus as it was by appropriately folding the sample.

[平均粗さの測定]
前述した各試料について、試料表面の粗さを走査型プローブ顕微鏡(NanoScope 3a デジタル・インスツルメンツ社製)を用いて測定し、500nmの長さでの十点平均粗さ(Rz)で評価した。
測定条件は以下の通りである。
測定モード:原子間力顕微鏡(AFM)
Scan size:500nm
Scan rate:1Hz
サンプル数:256
カンチレバー:NCH−10V
結果を表1に示す。
[Measurement of average roughness]
About each sample mentioned above, the roughness of the sample surface was measured using the scanning probe microscope (made by NanoScope 3a Digital Instruments), and the 10-point average roughness (Rz) in the length of 500 nm was evaluated.
The measurement conditions are as follows.
Measurement mode: Atomic force microscope (AFM)
Scan size: 500nm
Scan rate: 1Hz
Number of samples: 256
Cantilever: NCH-10V
The results are shown in Table 1.

Figure 0005747551
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Figure 0005747551
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表1に示されるように、試料A−1〜C−2は、P2pスペクトルのピークトップが133.0eV以上135.0eV以下に、Al2pスペクトルのピークトップが74.0eV以上76.0eV以下に存在した。これらの結果から、これらの試料の表面には、Al−O−P結合が存在することが確認された。   As shown in Table 1, in Samples A-1 to C-2, the peak top of the P2p spectrum is 133.0 eV or more and 135.0 eV or less, and the peak top of the Al2p spectrum is 74.0 eV or more and 76.0 eV or less. did. From these results, it was confirmed that Al-OP bonds exist on the surfaces of these samples.

一方、試料A〜CにはP2pスペクトルのピークが存在しなかったことから、試料の表面にリン酸イオンが存在しないことが確認された。試料Dは、P2pスペクトルのピークトップが132.7eVに存在し、Al2pスペクトルのピークトップが73.6eVに存在した。これらの結果から、試料Dの表面にはAl−O−P結合が存在しないことが確認された。   On the other hand, since no peak of the P2p spectrum was present in samples A to C, it was confirmed that phosphate ions were not present on the surface of the sample. In Sample D, the peak top of the P2p spectrum was present at 132.7 eV, and the peak top of the Al2p spectrum was present at 73.6 eV. From these results, it was confirmed that there was no Al—OP bond on the surface of Sample D.

さらに、表1に示されるように、試料A−1〜C−2、A〜Dは、いずれもその表面の十点平均粗さが20nm以下であり、きわめて平坦な平面であった。   Furthermore, as shown in Table 1, all of Samples A-1 to C-2 and A to D had a 10-point average roughness of the surface of 20 nm or less, and were extremely flat surfaces.

表2に示されるように、この発明の範囲内にある試料は、いずれも水熱合成後の試料の水に対する接触角が10°以下であり、超親水性を示した。沸騰水耐久試験後及び耐熱試験後に測定した試料の水に対する接触角は、いずれも20°以下であり、親水性であった。これらの結果から、この発明の範囲内にある試料は、耐久性に優れることが示された。また、水に対する接触角が20°以下の表面を有する薄膜は、通常、防曇性及び防汚性を有することから、この発明の範囲内にある試料は、防曇性及び防汚性を有する。   As shown in Table 2, all the samples within the scope of the present invention exhibited a super-hydrophilic property because the water contact angle of the sample after hydrothermal synthesis was 10 ° or less. The water contact angles of the samples measured after the boiling water durability test and after the heat resistance test were both 20 ° or less and were hydrophilic. From these results, it was shown that the samples within the scope of the present invention are excellent in durability. Further, since a thin film having a surface with a contact angle with water of 20 ° or less usually has antifogging properties and antifouling properties, samples within the scope of the present invention have antifogging properties and antifouling properties. .

この発明の範囲外にある試料A、B、C、Dは、試料作製直後の試料の水に対する接触角が20°以下であったが、沸騰水耐久試験後及び耐熱試験後に測定した試料の水に対する接触角は、いずれも20°を大幅に超えており、親水性を示さなかった。これらの結果から、試料A、B、C、Dは耐久性に劣っていることが示された。   Samples A, B, C, and D outside the scope of the present invention had a contact angle with water of 20 ° or less immediately after sample preparation, but the sample water measured after the boiling water durability test and after the heat resistance test was measured. The contact angle with respect to was significantly greater than 20 ° and showed no hydrophilicity. From these results, it was shown that samples A, B, C, and D were inferior in durability.

Claims (2)

繊維状アルミナゾルを用いて基材表面に設けられたアルミナ薄膜を、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)の水溶液中で、150℃以上200℃以下で、10分以上60時間以下の時間をかけて水熱合成する親水性薄膜の製造方法 The alumina thin film provided on the substrate surface using a fibrous alumina sol is hydrothermally heated in an aqueous solution of nitrilotris (methylenephosphonic acid) at 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower for 10 minutes or longer and 60 hours or shorter. A method for producing a hydrophilic thin film to be synthesized . 前記請求項1に記載の製造方法により製造され、X線光電子分光法により薄膜表面のXPSスペクトルを測定したときに、133.0eV以上135.0eV以下の範囲内に存在するP2pスペクトルのピークおよび74.0eV以上76.0eV以下の範囲内に存在するAl2pのスペクトルのピークに拠るAl−O−P結合を有してなり、走査型プローブ顕微鏡を使用して測定された表面の十点平均粗さ(Rz)が20nm未満である親水性薄膜 The claimed manufactured by the manufacturing method according to claim 1, when measured with XPS spectrum of a thin film surface by X-ray photoelectron spectroscopy, the peak and 74 of P2p spectrum present in the 135.0eV following range of 133.0eV 10-point average roughness of a surface having an Al—O—P bond due to the peak of the spectrum of Al 2p existing in the range of not less than 0.0 eV and not more than 76.0 eV and measured using a scanning probe microscope A hydrophilic thin film having (Rz) of less than 20 nm .
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