JPH05155641A - 防曇ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長期に亘る防曇特性の維持が可能でアルコー
ルに対する耐食性を備えた防曇性被膜を有する防曇ガラ
スを提供する。 【構成】 防曇ガラスは、ガラス板材上下面に、下記の
構造式で表わされる防曇性被膜（厚さ：０．１μｍ以
下）を備える。この防曇性被膜は、フルオロアルキルシ
ランをアセトンで希釈した溶液をガラス板材の被膜形成
面に均一に付着させた後、これを１２０℃にて６０分間
加熱して形成されている。この加熱により、フルオロア
ルキルシランにおけるＳｉとガラス板材２の被膜形成面
におけるＳｉとが（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）なる形態でシロキ
サン結合し、ガラス板材の被膜形成面には、フルオロア
ルキルシランが強固に固着して、はっ水性を備えた防曇
性被膜が形成される。 ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＭｅ）₃ （Ｍｅ
は、メチル基）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラスからなる板材の
表面に防曇性被膜を有する防曇ガラスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、浴室の鏡、透視を必要とする
建造物の窓ガラス、あるいは自動車のフロントガラス及
びリアウインドガラスにおいて、湯気や水蒸気に対して
防曇作用を備えたものが求められていた。

【０００３】こうした防曇作用を備えたガラスとして、
アクリル系のラッカー等の疎水性の化学物質を電子線照
射により被膜となるようガラス表面に焼き付けたものや
（特開昭５５−１５４３５３号）、ポリビニルアルコー
ル等の親水性の化学物質を重合させてガラス表面に防曇
性被膜を形成したもの（特開平２−２５２６３９号）が
提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、次のような問題点が指摘されている。即
ち、前者のガラスにおける被膜を構成するアクリル系の
ラッカーは、アルコールにより容易に浸食される。した
がって、このガラスを洗面所の鏡等に使用した場合に
は、被膜構成剤であるアクリル系のラッカーがヘアート
ニック等に含まれるアルコールにより容易に分解される
ため、被膜自体が破損してガラス表面から除去されてし
まう。

【０００５】また、後者のガラスにおける防曇性被膜
は、親水性の化学物質をただ単に重合させて１〜２０μ
ｍ程度の厚さで被膜形成面上に形成されているに過ぎな
い。このため、洗浄等が繰り返されるとこの防曇性被膜
が比較的容易に剥離されてしまうので、防曇特性が低下
してやがては消失してしまう。

【０００６】本発明は、上記従来の技術の問題を解決す
るものであり、長期に亘る防曇特性の維持が可能でアル
コールに対する耐食性を備えた防曇性被膜を有する防曇
ガラスを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の採用した手段は、表面に防曇性被膜を有する
防曇ガラスであって、前記防曇性被膜の材料は、加水分
解基を有するはっ水性のフルオロアルキルシランであ
り、前記防曇用被膜は、ガラスに含有される元素Ｍと、
前記フルオロアルキルシランにおけるケイ素Ｓｉとがガ
ラス表面において（Ｍ−Ｏ−Ｓｉ）なる形態で結合する
ことによって、ガラス表面に固着されていることをその
要旨とする。ここで、元素Ｍはガラスの組成元素又は不
純物として含有されていればよく、Ｓｉ，Ａｌ，Ｐｂ，
Ｍｇ等の酸化可能な元素を例示することができる。ま
た、ＳｉＯｘ，ＡｌｎＯｍ等の酸化物として含有されて
いる形態を例示することができる。

【０００８】防曇性被膜をガラス表面に形成するには、
まず、フルオロアルキルシランを有機溶媒によって希釈
して得た溶液をガラス表面に均一に付着させる。付着の
方法は、吹き付け、塗布、浸漬或いは掛け流し等のいず
れの方法でもよい。そして、この溶液の付着したガラス
表面に加熱処理を施したり、所定波長の電子線を照射す
る電子線照射処理や所定波長の紫外線を照射する紫外線
照射処理を施して、（Ｍ−Ｏ−Ｓｉ）なる形態で、ガラ
スにおける元素Ｍとフルオロアルキルシランにおけるケ
イ素Ｓｉとを結合させる。なお、この被膜形成のための
処理における加熱温度や照射する電子線，紫外線の波長
並びにその照射時間などは、ケイ素Ｓｉと結合するガラ
スの元素Ｍの種類やフルオロアルキルシランの構造式及
びその物性と加水分解基の種類に応じて適宜決定すれば
よい。例えば、８０〜２８０℃の範囲の温度で１０〜１
２０分間に亘って加熱したり、１０^-12 〜１０^-14 ｍの
波長の電子線を０．０１〜０．０５秒間に亘って照射し
たり、２×１０^-7〜４×１０^-7ｍの波長の紫外線を５〜
１０秒間に亘って照射する。

【０００９】

【作用】上記構成を有する本発明の防曇ガラスは、フル
オロアルキルシランからなる被膜をガラス表面に化学的
に結合して備える。このフルオロアルキルシランは、鎖
状分子構造を持ち、その片側の末端はガラス表面と化学
的に結合が容易なアルコキシ基や塩素等の加水分解基で
あり、反対側の末端はフッ素と炭素とが結合した（−Ｃ
Ｆ₃ ）或いは（−ＣＦ₂ −）等の構造を持つ。このよう
な分子構造を持つために、フルオロアルキルシランがガ
ラス表面と化学的に結合するとフッ素と炭素とが結合し
た化学構造を持つ末端が被膜表面側に位置しガラス表面
を覆う。フッ素と炭素とが結合した化学構造は臨界表面
張力が低いため、この化学構造を表面に有する被膜は、
その臨界表面張力も当然低く、はっ水性を備えた防曇性
被膜となる。このため、次のようにして、この防曇性被
膜により防曇作用が現われる。

【００１０】つまり、防曇性被膜の上に水蒸気が付着し
ても、その水蒸気は表面張力により凝集して水滴とな
り、被膜上には水滴が点在することになる。このように
水滴が点在した状態では、光の散乱が起きる箇所が水滴
の点在場所に限られるので、水蒸気が一面に付着した場
合より光の散乱面積が減り、ガラス本来の反射率や透過
率を損なわない。

【００１１】また、防曇性被膜がはっ水性を有するの
で、凝集した水滴は被膜になじまずに、被膜上を滑り易
くなる。このため、ガラスが傾斜していれば、水滴はそ
の自重により又は僅かな振動等により落下し、速やかに
被膜上から除去される。

【００１２】そして、このような防曇作用をなす防曇性
被膜は、この被膜におけるケイ素Ｓｉがガラスにおける
元素Ｍと化学的に結合することにより、ガラス表面に形
成されているので、ガラス表面に密着して強固に固着さ
れる。よって、防曇性被膜が剥離し難く、耐久性に優れ
た防曇ガラスとなる。つまり、長期に亘る防曇特性の維
持が可能となる。更に、防曇性被膜を構成するフルオロ
アルキルシランはアルコールにより分解されることがな
いので、アルコールに対する耐食性を備えた防曇ガラス
となる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の防曇ガラスの好適な実施例に
ついて、図面を用いて説明する。図１に示すように、実
施例の防曇ガラス１は、ガラス板材２の上下面に０．１
μｍ以下の厚さの防曇性被膜３を備える。このガラス板
材２は、Ａｌ，Ｍｇ等を僅かに含有するシリカガラスで
あり、防曇性被膜３は、下記構造式で表わされ、はっ水
性を有するフルオロアルキルシランからなる被膜であ
る。 ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＭｅ）₃ ここで、Ｍｅは、メチル基である。

【００１４】防曇性被膜３は、フルオロアルキルシラン
を２ｗｔ％の濃度となるようアセトンに溶かした溶液に
ガラス板材２を浸漬して、ガラス板材２の被膜形成面
（上下面）にこの溶液を付着させた後、１２０℃×６０
分間の加熱処理を経て形成される。

【００１５】こうして加熱により、フルオロアルキルシ
ランにおけるＳｉとガラス板材２の被膜形成面における
Ｓｉとが（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）なる形態で結合（シロキサ
ン結合）し、ガラス板材２の被膜形成面には、図２に示
すように、フルオロアルキルシランが強固に固着して、
はっ水性を備えた防曇性被膜が形成される。

【００１６】この防曇性被膜の形成過程では、次のよう
な反応が進行していると考えられる。つまり、図３に示
すように、フルオロアルキルシランにおける加水分解基
であるアルコキシ基（−ＣＨ₃Ｏ ，図における−ＯＭ
ｅ）が加水分解されて、フルオロアルキルシラン側にシ
ラノール基（−ＳｉＯＨ）が生成し、ガラス板材２の表
面におけるケイ素に溶液中の水酸基が配位して、ガラス
板材２の被膜形成面側にシラノール基（−ＳｉＯＨ）が
生成する。そして、この両シラノール基（−ＳｉＯＨ）
との間で脱水縮合が起き、図２に示すように、フルオロ
アルキルシランにおけるＳｉとガラス板材２の被膜形成
面におけるＳｉとがシロキサン結合する。この場合、ガ
ラスに含有されているＡｌやＭｇが外界に晒されていれ
ば、これらＡｌ，Ｍｇへの水酸基の配位を経て脱水縮合
が起き、（Ａｌ−Ｏ−Ｓｉ）又は（Ｍｇ−Ｏ−Ｓｉ）な
る形態でフルオロアルキルシランにおけるケイ素が結合
していると考えられる。

【００１７】更に、ガラス板材２の被膜形成面における
Ｓｉとシロキサン結合したフルオロアルキルシランの主
鎖端部のアルコキシ基（−ＣＨ₃Ｏ ）の加水分解が進行
していれば、図４に示すように、隣合うフルオロアルキ
ルシランのシラノール基（−ＳｉＯＨ）どうしで脱水縮
合が起きて、ガラス板材２の被膜形成面には、各フルオ
ロアルキルシランどうしで縮合した被膜が形成される。
こうして、ガラス板材２の上下面に防曇性被膜３を備え
た防曇ガラス１が完成する。

【００１８】次に、上記した防曇ガラス１における防曇
性被膜３の残存に関する試験結果について説明する。

【００１９】この試験に供する試料として、上記した実
施例の防曇ガラス１と、アクリル系のラッカー被膜を表
面に焼き付けた従来防曇ガラスＡと、ポリビニルアルコ
ール重合体被膜を表面に形成した従来防曇ガラスＢとを
用いた。そして、被膜除去処理（四塩化炭素中に２４時
間浸漬の後、エタノール中で１０分間超音波洗浄し、更
に四塩化炭素中で１０分間超音波洗浄する処理）を上記
各防曇ガラスに施すことにより、表面における防曇性被
膜の残存について調べた。

【００２０】水平に保持された固体表面（防曇ガラス表
面）に液体を滴下し、固体表面に接触している水滴の液
面と固体表面とで形成される接触角θ（ＪＩＳ Ｋ ６
８００）、即ちはっ水性の変化を測定した。

【００２１】防曇ガラス１と従来防曇ガラスＡ，Ｂの各
防曇ガラスに上記被膜除去処理を施す前後における接触
角θを測定した。その結果を図５に示す。なお、参考と
して何の被膜も有しないガラス（ガラス板材２）につい
ても接触角θを測定した。

【００２２】図５から明らかなように、実施例の防曇ガ
ラス１にあっては、被膜除去処理の前後で接触角θに変
化はなく、はっ水性は維持されている。つまり、エタノ
ールや四塩化炭素で表面を洗浄する被膜除去処理を行な
っても、表面にはフルオロアルキルシラン被膜が残存し
たままである。これに対して、従来防曇ガラスＡ，Ｂに
あっては、被膜除去処理の前後で接触角θが被膜を有し
ないアルミナの接触角θの値に近づき、はっ水性が低下
する。つまり、エタノールや四塩化炭素で表面を洗浄す
るという単純な被膜除去処理を行なうだけで、従来の両
防曇ガラスでは表面から防曇性被膜が簡単に除去されて
しまう。

【００２３】そして、上記被膜除去処理を経た防曇ガラ
ス１表面におけるフルオロアルキルシラン被膜の残存
を、ケイ素に結合した有機基を同定して分子レベルで確
認するために、赤外吸光分析を行なった。なお、赤外吸
光分析を行なうに当たっては透過法を採用した。分析は
何の被膜も有しないガラスについて波長に対する吸光度
を測定し、これを基準として被膜除去処理後の防曇ガラ
ス１の波長に対する吸光度を測定した。その結果、シロ
キサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）に由来する１１００〜９
５０ｃｍ^-1の波長域に吸収帯が観察された。つまり、防
曇ガラス１の表面には、ガラス板材に含有されているケ
イ素とフルオロアルキルシランにおけるケイ素とがシロ
キサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）の形態で結合したフルオ
ロアルキルシラン被膜が、エタノールや四塩化炭素で表
面を洗浄する被膜除去処理を経ても残存していることが
確認された。

【００２４】これらの結果から、本実施例の防曇ガラス
１は、はっ水性とエタノールに対する耐腐性とを有する
防曇性被膜３を、この被膜におけるケイ素Ｓｉとガラス
におけるケイ素Ｓｉとを化学的にシロキサン結合させる
ことにより、ガラス表面に密着して強固に固着して備え
る。このため、本実施例の防曇ガラス１によれば、上記
防曇性被膜３の耐剥離性を向上させて、防曇特性を長期
に亘って維持することができる。

【００２５】また、本実施例の防曇ガラス１における防
曇性被膜３は、当該被膜を構成するフルオロアルキルシ
ラン自体の低表面エネルギーに基づいて、表面に汚れを
付きにくくする。つまり、本実施例の防曇ガラス１は、
汚れにくいガラスとなる。

【００２６】更に、本実施例の防曇ガラス１の表面に水
蒸気が付着しても、その水蒸気は表面張力により凝集し
て水滴となり、水滴が点在することになる。この結果、
本実施例の防曇ガラス１によれば、光の散乱が起きる箇
所を水滴の点在場所に限定するので、水蒸気が一面に付
着した場合より光の散乱面積を減らすことができ、ガラ
ス本来の反射率や透過率を損なわないようにすることが
できる。

【００２７】防曇性被膜３がはっ水性を有するので、ガ
ラスが傾斜していれば、凝集した水滴をその自重により
又は僅かな振動等により落下させ、速やかに除去するこ
とができる。

【００２８】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明はこの様な実施例になんら限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上記構
造式で表わされるフルオロアルキルシランの替わりに、
フッ素置換の度合いが異なるフルオロアルキルシラン
や、加水分解基であるアルコキシ基（−ＣＨ₃Ｏ ）に替
わって塩素基を有するフルオロアルキルシランを防曇性
被膜の材料として用いてもよい。

【００２９】また、図１における防曇ガラス１の片面に
鏡面膜を形成し、他面に上記防曇性被膜を形成するよう
にしてもよい。つまり、窓ガラスや自動車のフロントガ
ラス等の透視性を要求されるガラスのほか、洗面所，ト
イレ等の鏡としても利用できる。更に、ガラス表面に振
動を伝達する振動機構を設け、この振動機構による鏡面
の振動により、水蒸気を速やかに凝集させたり、また、
凝集した水滴を落下させるよう構成してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の防曇ガラス
は、はっ水性を有するフルオロアルキルシランからなる
防曇性被膜を、ガラス表面に化学的に結合して強固に密
着させて備えるので、この防曇性被膜は剥離し難い。こ
の結果、本発明によれば、防曇ガラスの防曇性被膜の耐
久性を向上させて防曇特性を長期に亘って維持すること
ができる。更に、防曇性被膜を構成するフルオロアルキ
ルシランはアルコールにより分解されることがないの
で、アルコールに対する耐食性を備えた防曇ガラスとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における防曇ガラス１の断面
図。

【図２】防曇ガラス１のガラス板材２表面におけるフル
オロアルキルシランの防曇性被膜の形成過程を説明する
ための説明図。

【図３】防曇ガラス１のガラス板材２表面におけるフル
オロアルキルシランの防曇性被膜の形成過程を説明する
ための説明図。

【図４】防曇ガラス１のガラス板材２表面におけるフル
オロアルキルシランの防曇性被膜の形成過程を説明する
ための説明図。

【図５】防曇ガラスにおける防曇性被膜の残存程度の測
定を説明するとともに、その測定結果を表わす説明図。

【符号の説明】

１ 防曇ガラス ２ ガラス板材 ３ 防曇性被膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に防曇性被膜を有する防曇ガラスで
   あって、 前記防曇性被膜の材料は、加水分解基を有するはっ水性
   のフルオロアルキルシランであり、 前記防曇用被膜は、ガラスに含有される元素Ｍと、前記
   フルオロアルキルシランにおけるケイ素Ｓｉとがガラス
   表面において（Ｍ−Ｏ−Ｓｉ）なる形態で結合すること
   によって、ガラス表面に固着されていることを特徴とす
   る防曇ガラス。