JP6260301B2 - 親水性被膜形成物品、親水性被膜形成用塗布液及び親水性被膜形成物品の製造方法 - Google Patents
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Description
上記方法等により得られた非反応性酸化物超微粒子を含む親水性被膜は、水分を補給することにより長期間に渡って水膜を保持することができる。
また、特許文献3、5に記載の発明では、シリカとアルミナの含有比率について記載されておらず、シリカとアルミナの含有比率を特定範囲にすることにより、汚れ除去性が改善されるとの記載は全くなかった。
基材と、該基材の表面に酸化物微粒子を分散して金属酸化物の層で保持した被膜と、を有する親水性被膜形成物品であり、上記金属酸化物の層は、下記一般式[1]で表されるケイ素酸化物の少なくとも1種、及び、下記一般式[2]で表されるアルミニウム酸化物の少なくとも1種を含み、上記ケイ素酸化物と上記アルミニウム酸化物のモル比は、ケイ素酸化物:アルミニウム酸化物=20:80〜80:20であることを特徴とする。
(R1)aSiOb [1]
(式[1]中、R1は1価の有機基であり、aは0〜3.5、bは0.5〜2である。)
(R2)cAlOd [2]
(式[2]中、R2はアセチルアセトナート基及びエチルアセトアセテート基から選ばれる少なくとも1つの基であり、cは0〜2、dは0.5〜1.5である。)
(R3)eZrOf [3]
(式[3]中、R3は1価の有機基であり、eは0〜3.5、fは0.5〜2である。)
上記酸化物微粒子、上記ケイ素酸化物前駆体の固形分、及び、上記アルミニウム酸化物前駆体の固形分の総量100質量%に対して、上記酸化物微粒子の含有量が20〜60質量%であり、該酸化物微粒子40質量部に対して、上記ケイ素酸化物前駆体が酸化物換算で6〜40質量部、上記アルミニウム酸化物前駆体が酸化物換算で5〜30質量部であることを特徴とする。
(R4)gSi(X1)4−g [4]
(式[4]中、R4は1価の有機基であり、X1はアルコキシ基又はハロゲン元素であり、gは0〜3の整数である。)
(R5)hAl(X2)3−h [5]
(式[5]中、R5はアセチルアセトナート基及びエチルアセトアセテート基から選ばれる少なくとも1つの基であり、X2はアルコキシ基又はハロゲン元素であり、hは1又は3である。)
下記一般式[6]及び[7]で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のジルコニウム酸化物前駆体が添加されていることが好ましい。
ZrOY2 [6]
(式[6]中、YはCl−、NO3 −又はCH3COO−)
(R6)iZr(Z)4−i [7]
(式[7]中、R6はアセチルアセトナート基、Zは炭素数2〜4のアルコキシ基又はハロゲン、iは0〜4の整数)
以下、本発明の親水性被膜形成物品について説明する。
本発明の親水性被膜形成物品は、基材と、該基材の表面に酸化物微粒子を分散して金属酸化物の層で保持した被膜と、を有する親水性被膜形成物品であり、
上記金属酸化物の層は、
下記一般式[1]で表されるケイ素酸化物の少なくとも1種、及び、
下記一般式[2]で表されるアルミニウム酸化物の少なくとも1種を含み、
上記ケイ素酸化物と上記アルミニウム酸化物のモル比は、ケイ素酸化物:アルミニウム酸化物=20:80〜80:20であることを特徴とする。
(R1)aSiOb [1]
(式[1]中、R1は1価の有機基であり、aは0〜3.5、bは0.5〜2である。)
(R2)cAlOd [2]
(式[2]中、R2はアセチルアセトナート基及びエチルアセトアセテート基から選ばれる少なくとも1つの基であり、cは0〜2、dは0.5〜1.5である。)
本発明で用いる基材は、親水性、防曇性、汚れ除去性を期待されるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ガラス板、鏡、反射板、保護板、タイル、食器、金属、金属メッキされた物品、セラミックス等が挙げられる。基材としては、防曇性を期待されるガラス板、鏡等が好ましい。
上記金属酸化物の層は、下記一般式[1]で表されるケイ素酸化物の少なくとも1種、及び、下記一般式[2]で表されるアルミニウム酸化物の少なくとも1種を含み、
上記ケイ素酸化物と上記アルミニウム酸化物のモル比は、ケイ素酸化物:アルミニウム酸化物=20:80〜80:20であることを特徴とする。
(R1)aSiOb [1]
(式[1]中、R1は1価の有機基であり、aは0〜3.5、bは0.5〜2である。)
(R2)cAlOd [2]
(式[2]中、R2はアセチルアセトナート基及びエチルアセトアセテート基から選ばれる少なくとも1つの基であり、cは0〜2、dは0.5〜1.5である。)
一般式[1]で表されるケイ素酸化物の具体例としては、例えば、SiO2、(CH3)SiO1.5、(CH3)2SiO、SH(CH2)3SiO1.5、NH2(CH2)3SiO1.5等が挙げられる。
SiO1.5と表示されているのは、Siに結合した3個の酸素(O)は、他の原子(Si等)と共有しているので、1つの結合について、0.5で計算しており、3個の酸素の合計を1.5としているのである。以下、Al、Zrについても同様の方法で計算した結果を、一般式[2]、一般式[3]として記載している。
従って、一般式[1]において、bとしては、0.5、1.0、1.5、2が挙げられ、aとしては、0、1、2、3等が挙げられるが、その他の数値であってもよい。
一般式[2]で表されるアルミニウム酸化物の具体例としては、例えば、AlO1.5、(C2H5O(C=O)CH=C(CH3)−O−)AlO、(CH3(C=O)CH=C(CH3)−O−)AlO、(CH3(C=O)CH=C(CH3)−O−)2AlO0.5、(CH3(C=O)CH=C(CH3)−O−)(C2H5O(C=O)CH=C(CH3)−O−)AlO0.5等が挙げられる。
上記ケイ素酸化物のなかでは、SiO2、(CH3)SiO1.5が好ましく、SiO2が特に好ましい。上記アルミニウム酸化物のなかでは、AlO1.5(Al2O3)、(C2H5O(C=O)CH=C(CH3)−O−)AlO、(CH3(C=O)CH=C(CH3)−O−)AlO、(CH3(C=O)CH=C(CH3)−O−)2AlO0.5が好ましく、AlO1.5(Al2O3)が特に好ましい。
上記金属酸化物の層に含まれるケイ素酸化物とアルミニウム酸化物のモル比が上記割合であると、被膜表面の帯電を防ぐことができ、リンス等に含まれる陽イオン性界面活性剤が被膜表面に付着しにくくし、また被膜に付着しても除去しやすくなり、汚れ除去性に優れる。
(R3)eZrOf [3]
(式[3]中、R3は1価の有機基であり、eは0〜3.5、fは0.5〜2である。)
親水剤としては、例えば、親水基含有アルコキシオリゴマー(「X−41−1053」、「X−41−1059A」、「X−41−1056」、「X−41−1805」、「X−41−1818」、「X−41−1810」、「X−40−2651」、「X−40−2655A」、信越化学工業製)、水溶性のポリマーブラシ状化合物(商品名「LAMBIC」シリーズ、大阪有機化学工業製)、親水基含有水系シランカップリング剤(商品名「X−12−641」、「X−12−1098」、「X−12−1121」、「X−12−1135」、「X−12−1126」、「X−12−1131」、「X−12−1141」、信越化学工業製)等が挙げられる。
界面活性剤としては、例えば、エチレンオキサイド含有非イオン性界面活性剤(商品名「ペポールAS−053X」、「ペポールAS−054C」、「ペポールA−0638」、「ペポールA−0858」、「ペポールB−181」、「ペポールB−182」、「ペポールB−184」、「ペポールB−188」、「ペポールD−301A」、「ペポールD−304」、「ペポールBS−184」、「ペポールBS−201」、東邦化学工業製)、アセチレングリコール系界面活性剤(商品名「サーフィノール104E」、「サーフィノール104H」、「サーフィノール104A」、「サーフィノール104PA」、「サーフィノール104PG−50」、「サーフィノール104S」、「サーフィノール420」、「サーフィノール440」、「サーフィノール465」、「サーフィノール485」、「オルフィンD−10PG」、以上日信化学工業製、「アセチレノールEOO」、「アセチレノールE13T」、「アセチレノールE40」、「アセチレノールE60」、「アセチレノールE81」、「アセチレノールE100」、「アセチレノールE200」、「アセチレノールE00F24」、「アセチレノールE00P」、以上川研ファインケミカル製)等が挙げられる。
上記保護紙は、本発明の親水性被膜形成物品の梱包、運搬、施工の際に、親水性被膜形成物品に形成された親水性の被膜の損傷や汚染を防止する役割を果たす。
上記保護紙は、粘着成分として澱粉化合物を含むことが好ましく、さらに粘着成分中に親水剤及び界面活性剤から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。保護紙を剥離した際、これらの澱粉化合物や親水剤や界面活性剤が親水性の被膜の表面に残留し、これらの澱粉化合物や親水剤や界面活性剤をコーティングしたのと同様の効果をもたらす。すなわち、上記コーティング剤の塗布でも説明したように、澱粉化合物や親水剤や界面活性剤が親水性被膜中に存在すると、親水性被膜の親水性が増加し、親水剤や界面活性剤が存在すると、さらに防汚性が向上する。
親水剤や界面活性剤としては、上記コーティング剤の塗布において例示した化合物や商品を使用することができる。
なお、上記保護紙を親水性被膜形成物品の表面に貼付する工程(保護紙貼付工程)は、表面に予め粘着成分を有した保護紙を親水性被膜形成物品の被膜表面に貼付してもよいし、親水性被膜形成物品の被膜表面に粘着成分を塗布しその上に保護紙を密着させて貼付してもよい。
次に、本発明の親水性被膜形成用塗布液について説明する。
本発明の親水性被膜形成用塗布液は、少なくとも、酸化物微粒子を含むコロイド溶液、下記一般式[4]で表されるケイ素酸化物前駆体、下記一般式[5]で表されるアルミニウム酸化物前駆体、酸、水及び溶媒を混合することにより調製された親水性被膜形成用塗布液であり、
上記酸化物微粒子、上記ケイ素酸化物前駆体の固形分、及び上記アルミニウム酸化物前駆体の固形分の総量100質量%に対して、上記酸化物微粒子の含有量が20〜60質量%であり、該酸化物微粒子40質量部に対して、上記ケイ素酸化物前駆体が酸化物換算で6〜40質量部、上記アルミニウム酸化物前駆体が酸化物換算で5〜30質量部であることを特徴とする。
(R4)gSi(X1)4−g [4]
(式[4]中、R4は1価の有機基であり、X1はアルコキシ基又はハロゲン元素であり、gは0〜3の整数である。)
(R5)hAl(X2)3−h [5]
(式[5]中、R5はアセチルアセトナート基及びエチルアセトアセテート基から選ばれる少なくとも1つの基であり、X2はアルコキシ基又はハロゲン元素であり、hは1又は3である。)
ジルコニアゾル(コロイダルジルコニア)としては、日産化学工業製のナノユース、第一稀元素化学工業製のZSL−10A、ZSL−20N、堺化学工業製のSZR−K、SZR−M等が挙げられる。
(R4)gSi(X1)4−g [4]
(式[4]中、R4は1価の有機基であり、X1はアルコキシ基又はハロゲン元素であり、gは0〜3の整数である。)
これらのなかでは、特に、一般式:Si(X1)4で表わされるアルコキシシランを用いると、被膜の硬度が良好となるので好ましい。
(R5)hAl(X2)3−h [5]
(式[5]中、R5はアセチルアセトナート基及びエチルアセトアセテート基から選ばれる少なくとも1つの基であり、X2はアルコキシ基又はハロゲン元素であり、hは1又は3である。)
ZrOY2 [6]
(式[6]中、YはCl−、NO3 −又はCH3COO−)
(R6)iZr(Z)4−i [7]
(式[7]中、R6はアセチルアセトナート基、Zは炭素数2〜4のアルコキシ基又はハロゲン、iは0〜4の整数)
酸化物換算したケイ素酸化物前駆体の質量に対する酸化物換算したアルミニウム酸化物前駆体の質量の割合は、5/40〜30/6=0.125〜5となる。
添加する水の量が上記塗布液の固形分の総量100質量%に対して、10質量%未満であると、添加する水の量が少なすぎて、酸化物前駆体の加水分解が進まず、被膜の硬度が低くなる傾向がある。一方、添加する水の量が上記塗布液の固形分の総量100質量%に対して、300質量%を超えると、添加する水の量が多すぎて、沈殿等が発生し易くなり、ポットライフが短くなる傾向がある。
固形分濃度が上記の範囲にあると、金属酸化物前駆体の加水分解反応が良好に進行し、得られた被膜が良好な汚れ除去性や耐久性を発揮しやすい。
すなわち、従来、アルミニウム酸化物を含む金属酸化物を形成する際には、アルミニウムのトリアルコキシド等の3官能のアルミニウム化合物が用いられていたが、これらの3官能の化合物のみをアルミニウム酸化物源として用いようとすると、反応性が高すぎるため、親水性被膜形成用塗布液の調製時に過剰に重縮合反応が進行した縮合物が生成しやすく、その結果、上記塗布液が濁ったり、沈澱が生じたり、ゲル化してしまい、上記塗布液のポットライフが短い場合があった。またそのような塗布液を用いることで、最終的に得られる被膜にブツ欠陥が発生する場合があった。
原料として、上記のようなアルミニウム酸化物前駆体を用い、親水性被膜形成用塗布液の調製時に用いる水の量が、親水性被膜形成用塗布液の固形分の総量100質量%に対して、15〜120質量%であると、ポットライフがより良好となる傾向がある。
また、本発明の親水性被膜形成用塗布液は、含有する水の量を上記した適切な範囲内とすることで、得られる被膜の鉛筆硬度を高く保ち易い。すなわち、含有する水の量を上記した適切な範囲内とすることで、被膜の鉛筆硬度を高く保ちながら、防汚性能(耐リンス性)を向上させ易い。
本発明の親水性被膜形成物品の製造方法は、上記した親水性被膜形成物品の製造方法であって、基材を準備する基材準備工程、上述した組成の親水性被膜形成用塗布液を準備する塗布液準備工程、上記基材の表面に上記塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程、及び、塗布工程後の基材を100〜400℃で加熱して塗膜を硬化させて、該基材表面に親水性の被膜を形成する硬化工程を有することを特徴とする。
該塗布液準備工程では、少なくとも、酸化物微粒子を含むコロイド溶液、上記一般式[4]で表されるケイ素酸化物前駆体、上記一般式[5]で表されるアルミニウム酸化物前駆体、酸、水及び溶媒を混合することにより親水性被膜形成用塗布液を調製する。塗布液中で、原料の金属酸化物前駆体は加水分解・重縮合反応を進行させておくことが好ましいので、上記した割合の水が添加されることが好ましい。原料として液体の水や水溶液を用いても良いし、大気中から取り込まれる水分を利用しても良い。また、上記の加水分解や重縮合を促進するために上述したような酸が添加されても良い。さらには、上述したような、澱粉化合物、親水剤、界面活性剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、赤外線吸収剤、難燃剤、加水分解防止剤、防黴剤等の成分が添加されても良い。
塗布法としては、特に限定されるものではないが、生産性などの面からは、例えば、スピンコート法、バーコート法、リバースロールコート法、その他のロールコート法、カーテンコート法、スプレーコート法などの公知手段が採用でき、適宜マスキングすることにより、部分的な成膜はもちろん、任意の形状、図柄に被膜を形成することができる。なお、これらの塗布法で塗布成膜する際の親水性被膜形成用塗布液中の全固形分濃度としては約0.1〜10質量%程度が好ましい。
塗布工程後の乾燥としては、100〜200℃の比較的低温で、5〜30分間乾燥することが好ましく、より好ましくは、上記乾燥温度が130〜180℃程度、乾燥時間が10分間程度である。
本実施例及び比較例では、親水性被膜形成物品の被膜を形成するための親水性被膜形成用塗布液を調製し、基材上に塗布し乾燥させて、親水性被膜形成物品を作製した。上記塗布液の調製方法及び親水性被膜形成物品の作製方法(製造方法)は後述の通りである。また、得られた親水性被膜形成物品について、以下に示す方法により品質評価を行った。
得られた親水性被膜形成物品を肉眼で観察し、被膜に白濁やブツ欠陥が存在するかどうか確認した。なお、ブツ欠陥とは、被膜表面にある、肉眼で認識出来る程度の大きさの粒状の突起状の欠陥を意味する。
得られた親水性被膜形成物品の初期接触角の評価として、被膜表面にイオン交換水2μlを置き、液滴を置いた10秒後の液滴と被膜表面とのなす角を、接触角計(CA−X200、協和界面科学社製)を用いて室温(約25℃)で測定した。測定は、親水性被膜形成物品を得た後、室温環境下で1日間放置後に行った。
親水性被膜形成物品の汚れ除去性の評価は、以下の処理を行った後、水接触角を測定することにより行った。
初期水接触角を評価した後の親水性被膜形成物品の被膜表面の全面にアジエンスコンディショナー(花王製)の5質量%水溶液を噴霧し、1時間室温で乾燥させた。該親水性被膜形成物品の被膜表面を約20℃の流水にさらすとともに、ゴム手袋をした指にて該被膜表面を払拭して洗浄した。該親水性被膜形成物品を乾燥させた後、被膜表面の水接触角を測定した。初期接触角に対して、上記した処理後の水接触角の増大量が小さいほど汚れ除去性に優れる。
[鉛筆硬度の測定]
JIS K 5600−5−4(1999年)に準拠して、親水性被膜形成物品の被膜の鉛筆硬度を測定した。
調製3時間後、1日後の親水性被膜形成用塗布液を肉眼で観察し、濁りや沈澱やゲル化等の不具合が生じているかどうかを確認した。
(1)親水性被膜形成用塗布液の調製
0.20g(0.96mmol)のテトラエトキシシラン(以降、「TEOS」とも記載する、多摩化学工業製)、0.14g(0.51mmol)のアルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート(以降、「ALCH」とも記載する、川研ファインケミカル製)、及び、0.73mmolのオキシ塩化ジルコニウム8水和物(キシダ化学製)をエキネンF−1(日本アルコール販売製、エタノール、イソプロパノール、メチルエチルケトンの混合溶媒)で26.2質量%に希釈した溶液0.90gと、固形分濃度が40.7質量%のコロイダルシリカ(MA−ST−L、日産化学工業製)0.30g(シリカ分は0.12g)と、0.68gのイオン交換水(塗布液の固形分の総量100質量%に対して、234質量%)と、5.43gのエキネンF−1と、2.38gの1−メトキシ−2−プロパノールとを、25℃で3時間撹拌して固形分濃度が全酸化物換算で2.9質量%の溶液を得た。さらに、該溶液1.00gにエキネンF−1を1.38g、1−メトキシ−2−プロパノールを0.52g添加して、固形分濃度が全酸化物換算で1.0質量%である親水性被膜形成用塗布液を調製した。なお、本実施例では、オキシ塩化ジルコニウム8水和物と水が反応した際に生成した塩酸を酸として用いた。
なお、コロイダルシリカ(酸化物微粒子)、TEOS(ケイ素酸化物前駆体)の固形分、及びALCH(アルミニウム酸化物前駆体)の固形分の総量100質量%に対して、コロイダルシリカの含有量は41.4質量%であり、該コロイダルシリカ40質量部に対して、TEOSは酸化物換算で19.2質量部、ALCHは酸化物換算で8.7質量部である。
ソーダライムガラス製のガラス基材(100mm×100mm×2mm)を使用し、コーティング面を酸化セリウムで十分に研磨した後、水洗後、乾燥させてコーティング用基材とした。
上記基材表面に上記の親水性被膜形成用塗布液をスピンコート法で塗布し、170℃で10分間加熱処理して塗膜を硬化させて、該基材表面に被膜を形成し、親水性被膜形成物品を作製した。そして、最後に親水性の被膜を保護するための保護紙を、親水性の被膜を覆うように親水性被膜形成物品の表面に貼付し、保護膜を有する親水性被膜形成物品とした。なお、上記保護紙の貼付(保護紙貼付工程)は、水(70質量%)と、粘着成分である澱粉化合物(20質量%)と、親水剤である大阪有機化学工業製、製品名「LAMBIC770W」(10質量%)との混合液を親水性被膜形成物品の被膜表面に塗布した後に、その上に保護紙として片艶クラフト紙(日本製紙製、製品名「キャピタルラップ」)を密着させて行った。
保護紙貼付前の親水性被膜形成物品について、上記した評価方法により評価し、保護紙貼付後の親水性被膜形成物品について、保護紙を剥離し、初期水接触角、及び、汚れ除去性(耐リンス性)を評価した。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOSを0.16g(0.77mmol)、ALCHを0.21g(0.77mmol)用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOSを0.08g(0.38mmol)、ALCHを0.31g(1.13mmol)用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOSを0.18g(0.86mmol)、ALCHを0.24g(0.87mmol)、コロイダルシリカ(MA−ST−L)を0.23g用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOSを0.13g(0.62mmol)、ALCHを0.17g(0.62mmol)、コロイダルシリカ(MA−ST−L)を0.38g用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例2の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOSの代わりにメチルトリエトキシシラン(以降、「MTES」とも記載する、キシダ化学製)を0.13g(0.73mmol)用いた以外は、実施例2と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例2と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOSを0.18g(0.86mmol)、ALCHを0.16g(0.58mmol)、コロイダルシリカ(MA−ST−L)を0.29g、イオン交換水を0.16g(塗布液の固形分の総量100質量%に対して、55質量%)、エキネンF−1を6.53g、1−メトキシ−2−プロパノールを2.35g用い、オキシ塩化ジルコニウム8水和物をエキネンF−1で26.2質量%に希釈した溶液の代わりにジルコニウムテトラ−n−ブトキシドを1−プロパノールで85質量%に希釈した溶液を0.32g(ジルコニウムテトラ−n−ブトキシド自体は0.71mmol)用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOSを0.16g(0.77mmol)、ALCHの代わりにアルミニウムトリスアセチルアセトナート(川研ファインケミカル製)を0.24g(0.74mmol)用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOSを0.31g(1.49mmol)、ALCHを0.41g(1.49mmol)用い、オキシ塩化ジルコニウム8水和物をエキネンF−1で26.2質量%に希釈した溶液を用いなかった以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、イオン交換水を0.33g(塗布液の固形分の総量100質量%に対して、114質量%)用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、イオン交換水を0.16g(塗布液の固形分の総量100質量%に対して、55質量%)用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、イオン交換水を0.10g(塗布液の固形分の総量100質量%に対して、34質量%)用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、イオン交換水を0.05g(塗布液の固形分の総量100質量%に対して、17質量%)用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成した。その後、UVオゾン処理装置を用いて該親水性被膜表面に60秒間酸化処理を施した。この後、得られた親水性被膜形成物品について、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1の親水性被膜形成物品の製造において、保護紙貼付工程で、水(55質量%)と、粘着成分である澱粉化合物(20質量%)と、界面活性剤として東邦化学工業製、製品名「ペポールAS−053X」(25質量%)との混合液を親水性被膜形成物品の被膜表面に塗布した以外は、実施例1と同様に行った。また、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1で得られた親水性被膜形成用塗布液に、さらに三塩化アルミニウム・六水和物を、固形分の総量100質量%に対して、0.01質量%となるように添加した以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。なお、コロイダルシリカ40質量部に対して、ALCHと三塩化アルミニウム・六水和物の総量は酸化物換算で8.7質量部である。
本実施例の親水性被膜形成物品の初期接触角(室温環境下で1日間放置後)は29°であり、実施例1の親水性被膜形成物品の初期接触角(30°)と同等であるが、それぞれの親水性被膜形成物品を室温環境下で8日間放置した後の接触角は、実施例1が33°であったのに対し、本実施例は30°であり、被膜の親水性が長期間にわたってより維持されやすいことがわかった。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOS、ALCH、オキシ塩化ジルコニウム8水和物、コロイダルシリカ(MA−ST−L)、イオン交換水を、表1に記載の量となるように用いた以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成し、実施例1と同様に評価を行った。
実施例2の親水性被膜形成用塗布液の調製において、ALCHの代わりにアルミニウムsec−ブトキシド(キシダ化学製)を0.19g(0.77mmol)用いた以外は実施例2と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例2と同様の手順で基材表面に被膜を形成した。
実施例4の親水性被膜形成用塗布液の調製において、コロイダルシリカ40質量部に対して、TEOSが酸化物換算で5.1質量部、ALCHが酸化物換算で35.6質量部となるように親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例4と同様の手順で基材表面に被膜を形成した。
実施例4の親水性被膜形成用塗布液の調製において、コロイダルシリカ40質量部に対して、TEOSが酸化物換算で42.4質量部、ALCHが酸化物換算で4.1質量部となるように親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例4と同様の手順で基材表面に被膜を形成した。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、TEOSを0.31g(1.49mmol)用い、ALCHを用いず、各成分の比率を表1の通りにした以外は実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成した。
実施例1の親水性被膜形成用塗布液の調製において、ALCHを0.41g(1.49mmol)用い、TEOSを用いず、各成分の比率を表1の通りにした以外は、実施例1と同様に親水性被膜形成用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で基材表面に被膜を形成した。
また、水の添加量が、親水性被膜形成用塗布液の固形分の総量100質量%に対して、15〜120質量%の範囲内である実施例7、10〜13に係る親水性被膜形成用塗布液は、ポットライフがより良好となり、被膜の硬度も充分であった。
また、アルミニウム酸化物前駆体として、アルミニウムトリスアセチルアセトナート(一般式[5]のh=3の構造)を用いた実施例8に係る親水性被膜形成用塗布液は、ポットライフがより良好であった。この前駆体は加水分解性の官能基を有していないため、水の添加量が比較的多いにもかかわらず、該前駆体の安定性によって、優れたポットライフが実現されたと考えられる。また、保護紙を貼付することにより、親水性、汚れ除去性がさらに改善された。
その結果、表2に示すように、得られた被膜は優れた汚れ除去性を示すものの、汚れ除去性(耐リンス性)の評価の際にゴム手袋をした指にて被膜表面を払拭して洗浄すると、該被膜表面に多数の傷が発生してしまい、膜強度が不充分であった。
その結果、表2に示すように、得られた被膜の耐リンス性試験後の水接触角は60°(初期水接触角22°)であり、耐リンス性が劣るものであった。
その結果、表2に示すように、得られた親水性被膜の耐リンス性試験後の水接触角は53°(初期水接触角30°)であり、耐リンス性が劣るものであった。
その結果、表2に示すように、得られた親水性被膜は優れた汚れ除去性を示すものの、汚れ除去性(耐リンス性)の評価の際にゴム手袋をした指にて被膜表面を払拭して洗浄すると、該被膜表面に多数の傷が発生してしまい、膜強度が不充分であった。
なお、上記のように、比較例1〜5については、得られた親水性被膜形成物品に不具合があるので、保護紙貼付による評価を行っていない。
Claims (18)
- 基材と、該基材の表面に酸化物微粒子を分散して金属酸化物の層で保持した被膜と、を有する親水性被膜形成物品であり、
前記金属酸化物の層は、
下記一般式[1]で表されるケイ素酸化物の少なくとも1種、及び、
下記一般式[2]で表されるアルミニウム酸化物の少なくとも1種とAlO 1.5 とを含み、
前記ケイ素酸化物と前記アルミニウム酸化物及びAlO 1.5 とのモル比は、ケイ素酸化物:アルミニウム酸化物+AlO 1.5 =20:80〜80:20であることを特徴とする親水性被膜形成物品。
(R1)aSiOb [1]
(式[1]中、R1は1価の有機基であり、aは0〜3.5、bは0.5〜2である。)
(R2)cAlOd [2]
(式[2]中、R2はアセチルアセトナート基及びエチルアセトアセテート基から選ばれる少なくとも1つの基であり、cは1又は2、dは0.5又は1である。) - 前記ケイ素酸化物がSiO2であり、一般式[2]で表されるアルミニウム酸化物が(C 2 H 5 O(C=O)CH=C(CH 3 )−O−)AlO、又は、(CH 3 (C=O)CH=C(CH 3 )−O−)AlOである請求項1に記載の親水性被膜形成物品。
- 前記金属酸化物の層は、さらに、
下記一般式[3]で表されるジルコニウム酸化物を含む請求項1又は2に記載の親水性被膜形成物品。
(R3)eZrOf [3]
(式[3]中、R3は1価の有機基であり、eは0〜3.5、fは0.5〜2である。) - 前記ジルコニウム酸化物がZrO2である請求項3に記載の親水性被膜形成物品。
- 前記酸化物微粒子が、SiO2、Al2O3及びZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1〜4のいずれかに記載の親水性被膜形成物品。
- 前記親水性の被膜を保護するための保護紙が、前記親水性の被膜を覆うように親水性被膜形成物品の表面に貼付されている請求項1〜5のいずれかに記載の親水性被膜形成物品。
- 前記保護紙は、粘着成分として澱粉化合物を含む請求項6に記載の親水性被膜形成物品。
- 前記保護紙は、さらに粘着成分中に親水剤及び界面活性剤から選ばれる少なくとも1種を含む請求項7に記載の親水性被膜形成物品。
- 少なくとも、酸化物微粒子を含むコロイド溶液、
下記一般式[4]で表されるケイ素酸化物前駆体、
下記一般式[5]で表されるアルミニウム酸化物前駆体、
酸、水及び溶媒を混合することにより調製された親水性被膜形成用塗布液であり、
前記酸化物微粒子、前記ケイ素酸化物前駆体の固形分、及び、前記アルミニウム酸化物前駆体の固形分の総量100質量%に対して、前記酸化物微粒子の含有量が20〜60質量%であり、該酸化物微粒子40質量部に対して、前記ケイ素酸化物前駆体が酸化物換算で6〜40質量部、前記アルミニウム酸化物前駆体が酸化物換算で5〜30質量部であることを特徴とする親水性被膜形成用塗布液。
(R4)gSi(X1)4−g [4]
(式[4]中、R4は1価の有機基であり、X1はアルコキシ基又はハロゲン元素であり、gは0〜3の整数である。)
(R5)hAl(X2)3−h [5]
(式[5]中、R5はアセチルアセトナート基及びエチルアセトアセテート基から選ばれる少なくとも1つの基であり、X2はアルコキシ基又はハロゲン元素であり、hは1又は3である。) - 前記一般式[4]で表されるケイ素酸化物前駆体が、Si(X1)4であり、
前記一般式[5]で表されるアルミニウム酸化物前駆体が、R5Al(X2)2である請求項9に記載の親水性被膜形成用塗布液。 - 前記親水性被膜形成用塗布液は、さらに、
下記一般式[6]及び[7]で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種のジルコニウム酸化物前駆体が添加されている請求項9又は請求項10に記載の親水性被膜形成用塗布液。
ZrOY2 [6]
(式[6]中、YはCl−、NO3 −又はCH3COO−)
(R6)iZr(Z)4−i [7]
(式[7]中、R6はアセチルアセトナート基、Zは炭素数2〜4のアルコキシ基又はハロゲン、iは0〜4の整数) - 前記ジルコニウム酸化物前駆体が、前記一般式[6]で表される化合物、及び、前記一般式[7]のiが0であるZr(Z)4で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項11に記載の親水性被膜形成用塗布液。
- 前記酸化物微粒子が、SiO2、Al2O3及びZrO2からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項9〜12のいずれかに記載の親水性被膜形成用塗布液。
- 親水性被膜形成用塗布液を調製する際に添加する水の量が、該塗布液の固形分の総量100質量%に対して、10〜300質量%である請求項9〜13のいずれかに記載の親水性被膜形成用塗布液。
- さらに、三ハロゲン化アルミニウムが、固形分の総量100質量%に対して、0.001〜1質量%添加されている請求項9〜14のいずれかに記載の親水性被膜形成用塗布液。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の親水性被膜形成物品の製造方法であって、
基材を準備する基材準備工程、
請求項9〜15のいずれかに記載の親水性被膜形成用塗布液を準備する塗布液準備工程、前記基材の表面に前記塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程、及び、
塗布工程後の基材を100〜400℃で加熱して塗膜を硬化させて、該基材表面に親水性の被膜を形成する硬化工程
を有することを特徴とする親水性被膜形成物品の製造方法。 - 塗布工程後の塗膜表面、及び/又は、硬化工程後の被膜表面に対して、オゾン処理を施す請求項16に記載の親水性被膜形成物品の製造方法。
- さらに、前記親水性の被膜を保護するための保護紙を、前記親水性の被膜を覆うように親水性被膜形成物品の表面に貼付する保護紙貼付工程を含む請求項16又は請求項17に記載の親水性被膜形成物品の製造方法。
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