JP6849475B2

JP6849475B2 - 撥水処理剤

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Publication number: JP6849475B2
Application number: JP2017031461A
Authority: JP
Inventors: 遼平山崎; 篤小野寺
Original assignee: Soft 99 Corp
Current assignee: Soft 99 Corp
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-02-22
Also published as: JP2018135469A

Description

本発明は、撥水処理剤に関する。

従来、塗装面や布などの適用対象に撥水性を付与するための撥水処理剤として、平均粒子径が１００ｎｍ以下の微粒子（シリカ等）と、アルキル基含有アルコキシシランとを含有する撥水処理組成物が提案されている（下記特許文献１参照）。

特開２０１０−１２１０２１号公報

しかし、上記した特許文献１に記載の撥水処理組成物は、対象に処理したときに、外観が不均一になる場合がある。

そこで、本発明の目的は、対象に処理したときに、均一な外観を得ることができる撥水処理剤を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明［１］は、疎水性シリカ粒子と、ＲＳｉＯ_３／２（式中、Ｒは、疎水基である。）で示されるＴ単位、および、ＳｉＯ_４／２で示されるＱ単位の少なくともいずれか一方を含有するシリコーンレジンと、アルコキシシランと、前記アルコキシシランの加水分解反応および縮合反応を促進する反応促進剤と、溶剤とを含有する、撥水処理剤を含む。

本発明［２］は、前記疎水性シリカ粒子の配合割合が、０．０１質量％以上、５．０質量％以下である、上記［１］に記載の撥水処理剤を含む。

本発明［３］は、前記シリコーンレジンの配合割合が、０．０５質量％以上、１０．０質量％以下である、上記［１］または［２］に記載の撥水処理剤を含む。

本発明［４］は、前記シリコーンレジンが、Ｒ_３ＳｉＯ_１／２（式中、Ｒは、疎水基である。）で示されるＭ単位、および、ＳｉＯ_４／２で示されるＱ単位からなる、上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載の撥水処理剤を含む。

本発明の撥水処理剤は、疎水性シリカ粒子と、シリコーンレジンとを含有している。

そのため、対象に処理したときに、疎水性シリカ粒子が凝集することを抑制して、均一な外観を得ることができながら、撥水性を付与することができる。

本発明の撥水処理剤は、対象に処理されることにより、処理された対象に撥水性を付与することができる薬剤である。撥水処理剤は、液状であり、疎水性シリカ粒子と、シリコーンレジンと、アルコキシシランと、反応促進剤と、溶剤とを含有する。

疎水性シリカ粒子は、疎水基を有するシリカ粒子である。疎水基としては、例えば、メチル基、エチル基などのアルキル基、例えば、フェニル基などのアリール基、例えば、パーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基などのフルオロアルキル基などが挙げられる。

シリカ粒子に疎水基を導入するには、例えば、表面にシラノール基を有するシリカ粒子（親水性シリカ粒子）を、疎水基を有するシラン化合物やシロキサン化合物などで化学的に処理する。疎水基を有するシラン化合物としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシランなどが挙げられる。疎水基を有するシロキサン化合物としては、例えば、ポリジメチルシロキサンなどが挙げられる。

疎水性シリカ粒子の疎水度は、メタノールと水との混合液にシリカ粒子を分散させたときに、沈降シリカ体積比率が１００％となるメタノール濃度として規定できる。沈降シリカ体積比率とは、分散させたシリカ粒子の総量（体積）に対する、沈降するシリカ粒子の体積の割合である。

沈降シリカ体積比率が１００％となるメタノール濃度は、例えば、３０質量％以上、好ましくは、４０質量％以上であり、例えば、７０質量％以下、好ましくは、６０質量％以下である。

沈降シリカ体積比１００％となるメタノール濃度が上記下限値以下であると、撥水性や、撥水の耐久性が劣る場合がある。沈降シリカ体積比１００％となるメタノール濃度が上記上限値以上であると、シリカ粒子の分散性が劣り、処理面の外観が劣る場合がある。沈降シリカ体積比１００％となるメタノール濃度が上記下限値以上、上記上限値以下であると、撥水性、撥水の耐久性、および、処理面の外観ともに優れている。

沈降シリカ体積比率が上記の基準を満たす疎水性シリカ粒子としては、例えば、アエロジルＲ８１２（日本アエロジル社製）、アエロジルＲ８１２Ｓ（日本アエロジル社製）、アエロジルＲＸ３００（日本アエロジル社製）などのヘキサメチルジシラザン処理シリカ（トリメチルシリル化シリカ）、例えば、アエロジルＲ９７６Ｓ（日本アエロジル社製）、アエロジルＲ９７６（日本アエロジル社製）、アエロジルＲ９７４（日本アエロジル社製）、Ｒ９７２（日本アエロジル社製）、Ｒ９２００（日本アエロジル社製）などのジメチルジクロロシラン処理シリカ（ジメチルシリル化シリカ）が挙げられる。

疎水性シリカ粒子の配合割合は、撥水処理剤中において、例えば、０．０１質量％以上、好ましくは、０．１質量％以上であり、例えば、５．０質量％以下、好ましくは、３．０質量％以下である。

疎水性シリカ粒子の配合割合が上記下限値以下の場合、撥水性、撥水の耐久性が劣る場合がある。疎水性シリカ粒子の配合割合が上記上限値以上の場合、処理面が白くなり、外観が劣る場合がある。疎水性シリカ粒子の配合割合が上記下限値以上、上記上限値以下の場合、撥水性、撥水の耐久性、および、処理面の外観ともに優れている。

シリコーンレジンは、疎水性を有する。シリコーンレジンは、湿気硬化性を有さない。言い換えると、シリコーンレジンは、加水分解することによりシラノール基を生じる官能基を有さない。

シリコーンレジンは、ＲＳｉＯ_３／２で示されるＴ単位、および、ＳｉＯ_４／２で示されるＱ単位の少なくともいずれか一方を含有する。なお、シリコーンレジンは、必要により、Ｒ_３ＳｉＯ_１／２で示されるＭ単位、および、Ｒ_２ＳｉＯ_２／２で示されるＤ単位をさらに含有してもよい。Ｍ単位、Ｄ単位またはＴ単位において、Ｒとしては、例えば、上記した疎水基が挙げられる。好ましくは、シリコーンレジンは、Ｔ単位およびＱ単位の少なくともいずれか一方と、Ｍ単位とからなる。より好ましくは、シリコーンレジンは、Ｍ単位およびＱ単位のみからなる。

シリコーンレジンは、市販されており、例えば、ＫＦ-９０２１（信越化学工業社製）、ＫＦ-９０２１Ｌ（信越化学工業社製）、ＫＦ-７３１２Ｊ（信越化学工業社製）、ＫＦ-７３１２Ｋ（信越化学工業社製）、ＫＦ-７３１２Ｌ（信越化学工業社製）、ＫＦ-７３１２Ｔ（信越化学工業社製）、Ｘ-２１-５２５０（信越化学工業社製）、Ｘ-２１-５２５０Ｌ（信越化学工業社製）、Ｘ-２１-５６１６（信越化学工業社製）、Ｘ-２１-５２４９（信越化学工業社製）、Ｘ-２１-５２４９Ｌ（信越化学工業社製）ＳＳ４２３０（モメンティブ社製）、ＳＳ４２６７（モメンティブ社製）、Ｓｉｌｓｏｆｔ７４（モメンティブ社製）、ＸＳ６６-Ｂ８２２６（モメンティブ社製）、ＸＳ６６-Ｂ８６３６（モメンティブ社製）などが挙げられる。

シリコーンレジンの配合割合は、撥水処理剤中において、疎水性シリカ粒子の配合割合に対して、例えば、０．５倍以上、好ましくは、３倍以上であり、例えば、２０倍以下、好ましくは、１０倍以下である。

具体的には、シリコーンレジンの配合割合は、撥水処理剤中において、例えば、０．０５質量％以上、好ましくは、０．１質量％以上であり、例えば、１５．０質量％以下、好ましくは、１０．０質量％以下、より好ましくは、５．０質量％以下である。

シリコーンレジンの配合割合が上記下限値以下の場合、撥水性や、撥水の耐久性が劣る場合がある。また、シリコーンレジンの配合割合が上記上限値以上の場合、処理面の外観が劣る場合や、繊維に処理した時に風合いの変化が生じる場合がある。シリコーンレジンの配合割合が上記下限値以上、上記上限値以下の場合、撥水性、撥水の耐久性、処理面の外観ともに優れている。

アルコキシシランは、加水分解することによりシラノール基を生じる官能基と、有機官能基とを有するシラン化合物である。

アルコキシシランとしては、例えば、有機官能基としてアルキル基を含有するアルキル基含有アルコキシシラン、例えば、有機官能基としてアリール基を含有するアリール基含有アルコキシシラン、例えば、有機官能基としてフルオロアルキル基を含有するフルオロアルキル基含有アルコキシシラン、例えば、有機官能基としてアミノ基を含有するアミノ基含有アルコキシシラン、例えば、有機官能基としてエポキシ基を含有するエポキシ基含有アルコキシシランなどが挙げられる。例えば、有機官能基としてイソシアネート基を含有するイソシアネート基含有アルコキシシランなどが挙げられる。

アルキル基含有アルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシランなどが挙げられる。

アリール基含有アルコキシシランとしては、例えば、フェニルトリエトキシシランなどが挙げられる。

フルオロアルキル基含有アルコキシシランとしては、例えば、トリフルオロプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。

アミノ基含有アルコキシシランとしては、例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、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が挙げられる。

エポキシ基含有アルコキシシランとしては、例えば、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、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などが挙げられる。

イソシアネート基含有アルコキシシランとしては、例えば、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。

アルコキシシランとしては、好ましくは、アルキル基含有アルコキシシランが挙げられる。

アルコキシシランの配合割合は、撥水処理剤中において、例えば、０．０１質量％以上、好ましくは、０．１質量％以上であり、例えば、１０．０質量％以下、好ましくは、５．０質量％以下である。

アルコキシシランの配合割合が上記下限値以下である場合、撥水性が劣る場合がある。ルコキシシランの配合割合が上記上限値以上である場合、撥水性の向上に比してコストが過度に増大する場合がある。アルコキシシランの配合割合が上記下限値以上、上記上限値以下である場合、コストの増大を抑制しつつ、撥水性を向上させることができる。

反応促進剤は、アルコキシシランの加水分解反応および縮合反応を促進することができる成分である。反応促進剤としては、例えば、酸、アルカリおよび金属触媒が挙げられる。

酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの鉱酸類、例えば、ギ酸、酢酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸などの有機酸類などが挙げられる。

アルカリとしては、例えば、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基や、エチレンジアミン、アルカノールアミンなどの有機塩基などが挙げられる。

金属触媒としては、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジオクチレート、ジブチル錫ジラウレートなどの有機錫化合物、例えば、アルミニウムトリス（アセチルアセトン）、アルミニウムトリス（アセトアセテートエチル）、アルミニウムジイソプロポキシ（アセトアセテートエチル）などの有機アルミニウム化合物、例えば、ジルコニウム（アセチルアセトン）、ジルコニウムトリス（アセチルアセトン）、ジルコニウムテトラキス（エチレングリコールモノメチルエーテル）、ジルコニウムテトラキス（エチレングリコールモノエチルエーテル）、ジルコニウムテトラキス（エチレングリコールモノブチルエーテル）などの有機ジルコニウム化合物、例えば、チタニウムテトラキス（エチレングリコールモノメチルエーテル）、チタニウムテトラキス（エチレングリコールモノエチルエーテル）、チタニウムテトラキス（エチレングリコールモノブチルエーテル）などの有機チタニウム化合物などの有機金属化合物が挙げられる。

酸、アルカリおよび金属触媒は、互いに組み合わせて使用することもできる。好ましくは、酸と有機チタニウム化合物とを組み合わせて使用する。より好ましくは、揮発性を有する酸と有機チタニウム化合物とを組み合わせて使用する。

反応促進剤の配合割合は、撥水処理剤中において、アルコキシシランの配合割合に対して、例えば、０．０１倍以上、好ましくは、０．０５倍以上であり、例えば、１．０倍以下、好ましくは、０．５倍以下である。

反応促進剤の配合割合は、撥水処理剤中において、例えば、０．００５質量％以上、好ましくは、０．０１質量％以上であり、例えば、１０．０質量％以下、好ましくは、５．０質量％以下である。

溶剤は、疎水性シリカ粒子、シリコーンレジン、アルコキシシランおよび反応促進剤を溶解または分散できるものであれば、特に制限されない。溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｓ−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノールなどの低級アルコール、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メトキシブチル、エチルグリコールアセテート、酢酸アミルなどのエステル系溶剤、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、アセチルアセトンなどのケトン系溶剤、例えば、ミネラルスピリットなどの石油系溶剤、例えば、ヘキサン、ヘプタン、ｎ−オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンなどの脂肪族炭化水素、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、例えば、揮発性ジメチルポリシロキサンなどのシリコーン系溶剤などが挙げられる。溶剤としては、好ましくは、低級アルコール、より好ましくは、イソプロパノールが挙げられる。

溶剤の配合割合は、撥水処理剤の全量から上記した成分（疎水性シリカ粒子、シリコーンレジン、アルコキシシランおよび反応促進剤）を差し引いた残部であり、撥水処理剤中において、例えば、６０．０質量％以上であり、例えば、９９．９質量％以下である。

撥水処理剤を調製するには、上記した各成分を配合し、混合する。

超音波によって分散させる場合には、例えば、出力５０〜８００Ｗ程度の仕様を備える超音波分散機を用いて、例えば、５分〜２４時間、好ましくは、１０分〜８時間混合分散させればよい。

また、高速乱流エネルギにより分散させる場合には、例えば、特開平１１−２９７２２号公報に記載されるように、高速乱流エネルギ用の混合装置を用いて、数百μｍの穴のあいたジェネレータに注入し、高圧を加えることによって乱流を生じさせて、これによって、混合分散させればよい。

撥水処理剤が処理される対象としては、例えば、撥水性が要求される繊維製品（傘やテントなど）、例えば、自動車の塗装面やホイールなどが挙げられる。撥水処理剤は、好ましくは、繊維製品に処理される。

撥水処理剤を処理する方法は、対象に合わせて適宜選択することができ、例えば、スプレー、塗布などが挙げられる。

この撥水処理剤によれば、疎水性シリカ粒子と、シリコーンレジンとを含有している。

次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。また、以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。

＜原料＞
１．疎水性シリカ粒子
アエロジルＲ８１２（トリメチルシリル化シリカ、日本アエロジル社製、沈降シリカ体積比率が１００％となるメタノール濃度５０質量％）
アエロジルＲ９７６Ｓ（ジメチルシリル化シリカ、日本アエロジル社製、沈降シリカ体積比率が１００％となるメタノール濃度５０質量％）
アエロジルＲＹ２００（ポリジメチルシロキサン処理シリカ、日本アエロジル社製、沈降シリカ体積比率が１００％となるメタノール濃度７５質量％）
２．シリコーンレジン
ＫＦ−９０２１（ＭＱレジン、疎水基：メチル基、信越化学工業社製）
ＸＳ６６−Ｂ８２２６（ＭＴレジン、疎水基：フルオロアルキル基、モメンティブ社製）
３．アルコキシシラン
ＫＢＭ−３１（アルキル基含有アルコキシシラン、アルキル基：メチル基、信越化学工業社製）
４．反応促進剤
塩酸（キシダ化学社製）
硫酸（キシダ化学社製）
Ｄ−２５（有機チタニウム化合物、信越化学工業社製）
５．溶剤
イソプロパノール
エタノール
＜実施例および比較例＞
実施例１
上記した原料を表１に示す配合割合で配合し、超音波分散機（日本精機製作所社製Ｆ−５型出力１５０Ｗ）を用いて混合分散することにより、撥水処理剤を調製した。

実施例２〜５
アエロジルＲ８１２の配合割合を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして、撥水処理剤を調製した。

実施例６
アエロジルＲ８１２に代えてアエロジルＲ９７６Ｓを使用した以外は、実施例１と同様にして、撥水処理剤を調製した。

実施例７〜１０
アエロジルＲ９７６Ｓの配合割合を表２に示すように変更した以外は、実施例６と同様にして、撥水処理剤を調製した。

実施例１１〜１４
シリコーンレジン（ＭＱ）の配合割合を表３に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして、撥水処理剤を調製した。

実施例１５
シリコーンレジン（ＭＱ）に代えてシリコーンレジン（ＭＴ）を使用した以外は、実施例１と同様にして、撥水処理剤を調製した。

実施例１６〜１９
シリコーンレジン（ＭＴ）の配合割合を表４に示すように変更した以外は、実施例１５と同様にして、撥水処理剤を調製した。

実施例２０
イソプロパノールに代えてエタノールを使用した以外は、実施例１と同様にして、撥水処理剤を調製した。

実施例２１
塩酸に代えて硫酸を使用した以外は、実施例１と同様にして、撥水処理剤を調製した。

比較例１
アエロジルＲ８１２に代えてアエロジルＲＹ２００を使用した以外は、実施例１と同様にして、撥水処理剤を調製した。

比較例２
ＭＱレジンに代えてＫＰ−５４３（シリコーンアクリル樹脂、信越化学工業社製）を使用した以外は、実施例１と同様にして、撥水処理剤を調製した。

比較例３
ＭＱレジンに代えてＫＦ−８６１（アミノシリコーン、信越化学工業社製）を使用した以外は、実施例１と同様にして、撥水処理剤を調製した。

＜評価＞
上記した各実施例および各比較例で得られた撥水処理剤を、以下の対象に処理し、以下の試験を行った。

対象：傘（東レ社製、セラミカタフタ＃２１０、ポリエステル１００％布帛）
東レ社製「セラミカタフタ＃２１０」（ポリエステル１００％）を直径８．５ｃｍのリングに張り、各実施例および各比較例で得られた撥水処理剤をトリガー式スプレーにて４ｇ噴霧し、室温にて乾燥させ試験用サンプルを作製した。
１．撥水性試験
（１）試験方法
得られた試験用サンプルについて、ＪＩＳＬ１０９２５．２記載の撥水度試験（スプレー試験）に準拠した方法で撥水度を判定した。具体的には、得られた試験用サンプルを、水平面に対して４５度傾斜した状態で撥水度試験装置にセットし、上方からシャワー状に水２５０ｍｌをかけた後、以下の評価基準に従って、撥水度を判定した。

（２）評価基準
◎：表面に湿潤や水滴が残らない。

○：表面に湿潤はないが水滴が数滴残っている。

△：表面が湿潤している。

×：表面、裏面ともに湿潤している。

結果を表１〜表５に示す。
２．耐久性試験
（１）試験方法
上記の撥水性試験で用いた試験用サンプルと同様の試験用サンプルを、水平面に対して４５度傾斜した状態で、撥水度試験装置にセットし、上方３０ｃｍから６Ｌ／分の水量で５分間、シャワーをかけ続けた後、以下の評価基準に従って、撥水性を評価した。

（２）評価基準
◎：表面に湿潤や水滴が残らない。

○：表面に湿潤はないが水滴が数滴残っている。

△：表面が湿潤している。

×：表面、裏面ともに湿潤している。

結果を表１〜表５に示す。
３．仕上げ外観
◎：塗布前と外観が全く変わらない。

○：塗装前と外観がほとんど変わらない。

△：よく見ると外観の変化がある。

×：明らかに外観の変化がある。

結果を表１〜表５に示す。

Claims

メタノール濃度が３０質量％以上７０質量％以下であるメタノールと水との混合液に分散させたときに、沈降シリカ体積比率が１００％となる疎水性シリカ粒子と、
ＲＳｉＯ_3/2（式中、Ｒは、疎水基である。）で示されるＴ単位、および、ＳｉＯ_4/2で示されるＱ単位の少なくともいずれか一方を含有するシリコーンレジンであって、湿気硬化性を有さないシリコーンレジンと、
アルコキシシランと、
前記アルコキシシランの加水分解反応および縮合反応を促進する反応促進剤と、
溶剤と
を含有することを特徴とする、撥水処理剤。
前記疎水性シリカ粒子の配合割合は、０．０１質量％以上、５．０質量％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の撥水処理剤。
前記シリコーンレジンの配合割合は、０．０５質量％以上、１０．０質量％以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の撥水処理剤。
前記シリコーンレジンは、Ｒ₃ＳｉＯ_1/2（式中、Ｒは、疎水基である。）で示されるＭ単位、および、ＳｉＯ_4/2で示されるＱ単位からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の撥水処理剤。