JPH08268379A - 空気保持性塗膜及びその構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】 水中生物の付着や汚れ付着の防止、酸性雨
による腐食の防止、着雪の防止、液体摩擦抵抗の低減が
できる空気保持性塗膜を提供する。 【構 成】 接液時、表面に空気を保持し得る塗膜であ
って、この塗膜が少なくとも空気と２−プロパノール水
溶液との界面に存在した状態から、前記２−プロパノー
ル水溶液に沈み始める時の２−プロパノールの重量％
（Ｉ値）が３０以上で、かつ平均粒径が１０μｍ以下の
粉体粒子と、水との接触角が９０°以上の樹脂からなる
ことを特徴とする空気保持特性塗膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば水中構造物や陸
上構造物において、雨、雪、水等の液体と接する構造物
の表面に空気を蓄えることにより液体の付着を防止する
ことができる空気保持性塗膜とその構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液体と接する基材（以下単に基材
という）表面の防食性、防水性、耐酸・アルカリ性、耐
薬品性等を得る技術としては、一般には化学的に安定な
フッ素樹脂やシリコーン樹脂をガラスや金属等の基材表
面にコーティングする方法が良く用いられている。この
ようにして得られた表面の水との接触角は８５゜〜１１
５゜程度であり、通常の固体表面に比べると疎水性が高
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし前述の従来技術
では、経時的に特性が劣化し、長期的には初期特性を維
持することができず、また液体の付着を完全に防止する
ことはできないという問題を有する。さらには、液体と
の付着を起因とする表面の汚染、腐食等を防止すること
は基本的にできない。

【０００４】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、表面に空気保持能
を持たせることにより、表面と液体との間に空気層を形
成させ、液体の付着を防止するという従来にない概念の
空気保持性塗膜及びその構造を提供するところにあり、
また前述の問題解決ばかりではなく新たなデバイスの創
造に寄与するところにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の空気保持性塗膜
は、接液時、表面に空気を保持し得る塗膜であって、該
塗膜が少なくとも〔Ｉ値〕が３０以上でかつ平均粒径が
１０μｍ以下の粉体粒子と、水との接触角が９０゜以上
の樹脂からなることを特徴とする。また、空気保持性塗
膜は、前記粉体粒子が表面に低表面張力化を施した疎水
性粉体粒子、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）粒子の中から選ばれた１種または２種以上からな
ることを特徴とする。

【０００６】また、空気保持性塗膜は、前記樹脂がフッ
素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、ウレタン樹脂の中から選ばれた１種または２種以上
からなることを特徴とする。さらに、本発明の空気保持
性塗膜構造は、接液時に空気を保持するための空間とし
て、基材表面が少なくとも前記粉体粒子と前記樹脂とで
覆われている微細凹凸部からなることを特徴とする。

【０００７】前記〔Ｉ値〕は本発明において採用したも
のであって、塗膜が少なくとも空気と２−プロパノール
水溶液との界面に存在した状態から、２−プロパノール
水溶液中に沈み始める時の２−プロパノールの重量％を
意味し、これの数値によって塗膜に液が接触した際の表
面張力の指標とすることができる。

【０００８】

【作 用】本発明の空気保持性塗膜及びその構造によれ
ば、粉体粒子及び樹脂共に低表面張力の構成材料を用
い、さらに基材表面がこれら粉体粒子と樹脂とで微細凹
凸部を有した状態で覆われている。その結果、表面と液
体との接触面積が著しく小さくなり、液体と接触した時
に、この凹凸部に空気が封じ込まれ保持された状態とな
る。この表面に液体をのせると液体は凸部の上に持ち上
げられ、液体の表面張力作用でころころと水銀のように
転がる。また液体中においては表面に空気を保持し、こ
の空気が表面で膜状になって存在し、表面が反射により
銀色に見える。

【０００９】この空気膜は簡単には剥離することがな
く、さらにこの表面に空気を供給するとこの空気は液体
と空気との表面エネルギーを減少させようとするため
に、既に存在していた空気と合体する。このように、表
面に空気保持能を持たせることにより、表面と液体との
間に空気層が形成させ、液体の付着を防止することが可
能となる。

【００１０】

【実 施 例】以下、図面を参照して本発明による空気
保持性塗膜及びその構造の実施例を説明する。図１は、
空気保持性塗膜の模式的断面図であって、１は液体と接
する基材であり、その表面に粉体粒子２と樹脂３からな
る塗膜層４が形成される。具体的には、この粉体粒子２
が少なくとも塗膜層４の表面に突出し、微細な凹凸部が
形成されるようになっている。

【００１１】ここで本発明で用いた〔Ｉ値〕について説
明する。通常、表面に水酸基等を持った親水性の粉体粒
子を水上にのせると、粉体粒子は濡れ、水中を浮遊し、
やがて沈降する。一方、表面の水酸基等をマスクし疎水
化した粉体粒子を水上にのせると、粉体粒子は完全に気
液界面に存在し、すなわち、水に浮くようになる。これ
らの現象は粉体粒子表面と水との表面張力差によるもの
で、水以外に種々の表面張力の液体と粉体粒子を同様に
評価すれば、粉体粒子の表面疎水度の強さを表す指標と
なる。

【００１２】本発明では、２−プロパノール水溶液を用
いて、粉体粒子の表面疎水度の強さを表す指標とし、２
−プロパノール水溶液上に粉体粒子をのせた時、粉体粒
子が空気と２−プロパノール水溶液との界面に存在した
状態から２−プロパノール水溶液中に沈み始める時の２
−プロパノールの重量％値をＩ値とした。この値が大き
いほど粉体粒子の表面疎水度は強く、低表面張力である
ことを示している。本発明の塗膜を構成する粉体粒子の
Ｉ値は３０以上が必要であり、これより小さいとこの粉
体粒子で形成した塗膜は十分な空気保持性が得られず、
また耐久性も劣るからである。

【００１３】また粉体粒子の平均粒径が１０μｍ以下と
したのは、これより大きいと基材表面に凹凸構造を形成
した時、小さな液滴が凹部に引っかかり易く、また経時
的耐久性に劣るからである。粒径の下限は特に限定され
るものではないが、基材表面に凹凸構造を形成した時、
凹凸が小さく表面構造が平滑になりすぎると液体との接
触面積が大きくなり、空気を保持する空間が少なくなっ
てしまう。

【００１４】本発明の樹脂が水との接触角で９０゜以上
としたのは、これより小さいと、この樹脂で形成した塗
膜は十分な空気保持性が得られず、また耐久性も劣るか
らである。本発明で使用できる粉体粒子は、基本的には
Ｉ値が３０以上でかつ平均粒径が１０μｍ以下の粉体粒
子であれば良く、具体的には大きく分けて２つある。

【００１５】１つは粒子表面を低表面張力に表面処理し
た粒子がある。粉体粒子の原料としては、粒子表面を低
表面張力に表面処理できるものであれば良く、シリカ、
アルミナ、チタニア等の無機系粒子、ポリメタクリル酸
メチル等の有機系粒子が挙げられる。粉体粒子の低表面
張力化のための表面処理剤としては、例えば、パーフル
オロアルキルシラン、パーフルオロアルキルシラザン、
パーフルオロアルキル基含有オルガノシロキサン、ポリ
ヘキサフルオロプロピレンオキシド、パーフルオロポリ
エーテルといったフッ素含有表面処理剤であり、少なく
ともこれらのフッ素含有表面処理剤の群から選ばれた一
種または二種以上で粉体粒子表面を処理すれば良い。た
だし、表面処理剤により粉体粒子表面の親水部を完全に
かつ強固に被覆する必要があり、粉体粒子と表面処理剤
とのマッチングを取る必要がある。

【００１６】粉体粒子表面の表面処理方法及び処理に関
する条件は特に限定されるものではなく、使用する粉体
粒子や表面処理剤の種類や材料の特性等により適宜行え
ば良い。さらに、粉体粒子表面の完全疎水化を施す目的
から、粉体粒子表面をフッ素含有表面処理剤で多段階処
理したり、粉体粒子表面の一部をフッ素含有表面処理剤
以外の炭化水素系表面処理剤を用いたり、粒子表面を低
表面張力に表面処理した後、さらにＦ₂ガス等を用いて
フッ素化しても良い。

【００１７】ここで、低表面張力化のための表面処理剤
としてフッ素含有表面処理剤としたのは、フッ素を含有
しない炭化水素系の表面処理剤だけだと、化学的安定性
が劣る上に、粉体粒子表面が十分に低表面張力化できな
いためである。したがって、十分に低表面張力化できな
い粉体粒子、例えば炭化水素系シランで表面処理したＩ
値が２０の粉体粒子で形成した塗膜は空気保持能が低
く、また耐久性も劣り、好ましくない。

【００１８】２つ目は、粒子表面を低表面張力に表面処
理するまでもなく、粉体粒子自体が既にＩ値が３０以上
である粒子で、これにはＰＴＦＥ粒子がある。勿論、Ｐ
ＴＦＥ粒子表面をさらに何らかの表面処理、例えば、フ
ッ素系ガスを用いたプラズマ処理をしても良く、Ｉ値が
３０以上であれば問題ない。粉体粒子形状は液体との接
触面積を少なくし、粉体粒子自体にも空気保持能を持た
せ、表面は微細な凹凸部２ａを有するものが好ましく、
多孔性に富んだものや比表面積の大きなものが好まし
い。

【００１９】ＰＴＦＥ粒子は、通常、表面は非常に滑ら
かで表面に微細な凹凸部２ａを有していない。このため
ＰＴＦＥ粒子表面自体に空気保持能を有することが難し
く、液体との接触面積が大きくなる傾向にある。後述す
るが、粉体粒子自体の形状としては幾何学的複雑さの度
合いを増す方が好ましく、できれば形状的により不定形
のＰＴＦＥ粒子を使用するか、表面に微細な凹凸構造を
有する粉体粒子と複合して使用するのが好ましい。

【００２０】本発明の空気保持性塗膜の形成方法は、基
本的には少なくとも低表面張力化された粉体粒子と樹脂
を用いて、基材表面に微細凹凸構造を有する形で形成で
きる方法であれば良く、基材表面に塗料層を形成し、少
なくともこの塗料層の表面に粉体粒子を突出させるよう
な形成方法であればいかなる方法でも良い。具体的には
例えば次の２つの形成方法がある。

【００２１】 低表面張力化された粉体粒子と樹脂を
混合分散させた塗料を基材表面に塗布する。 予め、樹脂を基材表面に塗布し、この樹脂上に有機
溶剤に混合分散させた粉体粒子を塗布するか、あるいは
粉体粒子を粉体吹き付けする。また、ここで樹脂として
は、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポ
キシ樹脂、ウレタン樹脂等が使用できるが、表面張力を
高くする要因のある親水性の顔料等の使用は極力避け、
できればクリアータイプのものが好ましい。また、でき
れば樹脂自体の疎水性が高く、低吸水性、耐薬品性のも
のが好ましい。

【００２２】さらに、必要な膜強度、密着性は確保しつ
つも表面の微細凹凸を樹脂で極力ふさがないようにし
て、空気保持空間を確保する方が液体の付着はし難く、
耐久性も増す傾向にある。すなわち、樹脂はあくまでも
粉体粒子で微細凹凸を形成するためのバインダに徹する
必要がある。本発明の空気保持性塗膜の構造は、少なく
とも低表面張力化された粉体粒子とバインダである樹脂
とで覆われている微細表面凹凸構造からなる。粒子表面
自体低表面張力である上に、粉体粒子と樹脂とで微細な
凹凸部を形成することにより、液体との接触面積を少な
くするとともに、接液時、より多くの空気をこの凹凸部
で保持させるためである。ちなみに、粉体粒子同志で形
成される微細凹凸部をバインダである樹脂で潰すと、表
面構造が平滑化し、液体との接触面積が大きくなり、空
気を保持する空間が少なくなってしまう。

【００２３】また、使用する粉体粒子の形状、粒径によ
っては、表面構造が平滑化し、十分に空気保持性を持た
せる凹凸が形成されない。このことは、微細凹凸構造の
形成には、空気保持空間は大きく確保しつつ表面凹凸形
状の幾何学的複雑さの度合いを増す方が好ましいことを
意味している。設計思想的にはフラクタル的で、その次
数が大きい、すなわち表面の形状が複雑である方が好ま
しい。空気保持空間は大きく確保しつつ表面凹凸形状の
幾何学的複雑さの度合いを増す方法としては本実施例の
他に、例えば大きな粉体粒子の周りに小さな粉体粒子を
被覆させた複合粉体粒子を用いても良い。これには前述
したが複合粉体粒子の一部としてＰＴＦＥ粒子を使用す
ることもできる。

【００２４】

【試験例】本発明による空気保持性塗膜及びその構造の
効果を確認するために試験を行った。粉体粒子として平
均粒径２μｍ，比表面積３００ｍ²／ｇの多孔性シリカ
粒子を用い、このシリカ粒子表面をパーフルオロアルキ
ルシランであるＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（０Ｃ₂
Ｈ₅）₃で表面処理し、Ｉ値が４０であるシリカ粒子と水
との接触角が１１０゜のシリコーン樹脂を用いて微細凹
凸構造を有する形で基材表面を覆うことにより試験片を
形成した。

【００２５】形成方法としては、まずクリアータイプの
シリコーン樹脂のコーティング剤に対し、低表面張力の
シリカ粒子をコーティング剤中の固形分に対して、３０
重量％添加して、十分撹拌、分散させた。次にこれを基
材表面に塗布し、乾燥硬化させ、表面に微細凹凸構造を
有する空気保持性塗膜を形成させた。このようにして形
成された空気保持性塗膜表面に種々の液体を接触させた
時の空気保持特性を評価した。

【００２６】評価方法としては、本試験例の表面、
板状のＰＴＦＥ樹脂表面、シリコーン樹脂コーティン
グ剤を塗布して形成した表面の３種類の表面を有する試
験片を準備し、これを水、酸、アルカリ、有機溶剤等各
種の液体中に浸漬して、表面に空気膜が形成されるかど
うか観察した。これらの結果を表１に示す。表１が示す
とおり、本試験例の表面には供試液体の内、２−プロパ
ノール以外のすべての液体中で空気膜が形成され、表面
が反射により銀色を呈することが確認された。この空気
膜は簡単には剥離することがなく、この表面に空気を供
給するとこの空気は既に存在していた表面の空気と合体
し、さらに供給空気が表面の空気保持能以上供給される
と、その一部が気泡となって表面から剥離し、浮上する
ことが確認された。またこの表面に液滴を滴下させる
と、同じく供試液体の内、２−プロパノール以外のすべ
ての液体が表面上をころころと水銀のように転がるのが
観察された。

【００２７】一方、板状のＰＴＦＥ樹脂表面およびシリ
コーン樹脂コーティング剤を塗布して形成した表面のい
ずれの表面にも供試液体中で空気膜は形成されなかっ
た。またこの表面に空気を供給しても直ちに気泡となっ
て浮上するだけで表面に空気が取り込まれるようなこと
はなかった。さらに液滴を滴下させても表面をころころ
転がるようなことはなかった。尚、本試験例で供試した
液体以外にも空気膜が形成できる液体があれば、液体の
付着を防止することが可能となり、特に限定されるもの
ではない。

【００２８】

【００２９】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
塗装方式といった至って汎用な形成方法により、基材表
面に低表面張力化された粉体粒子と樹脂とで微細凹凸構
造を形成させると、接液時に、凹凸部に空気が蓄えられ
るようになり、いわゆる空気保持性を有する表面とな
る。

【００３０】この表面に液体をのせると液体は凸部の上
に持ち上げられ、ころころと水銀のように転がる。また
液体中においては表面に空気を保持し、この空気が表面
で膜状になって存在し、表面が銀色を呈するようにな
り、この空気膜は簡単には剥離することはない。したが
って、表面と液体との間に空気層が形成され、液体の付
着を防止することが可能となる。これにより、桟橋やケ
ーソンのように定置される構造物表面への水中生物の付
着や汚れの付着防止、野外構造物表面の酸性雨による腐
食防止、着雪防止、流体摩擦抵抗低減液体輸送等その適
用範囲は極めて広い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気保持性塗膜の実施例の模式的断面
図である。

【符号の説明】

１：基材 ２：粉体粒子 ２ａ：粉体
粒子表面の微細凹凸部 ３：樹脂 ４：塗膜層 ５：液滴
６：空気

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接液時、表面に空気を保持し得る塗膜で
   あって、該塗膜が少なくとも空気と２−プロパノール水
   溶液との界面に存在した状態から前記２−プロパノール
   水溶液中に沈み始める時の２−プロパノールの重量％値
   が３０以上でかつ平均粒径が１０μｍ以下の粉体粒子
   と、水との接触角が９０゜以上の樹脂からなることを特
   徴とする空気保持性塗膜。
2. 【請求項２】 粉体粒子が表面に低表面張力化を施した
   疎水性粉体粒子、またはポリテトラフルオロエチレン粒
   子の中から選ばれた１種または２種以上からなる請求項
   １記載の空気保持性塗膜。
3. 【請求項３】 樹脂がフッ素樹脂、シリコーン樹脂、ア
   クリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂の中から選ば
   れた１種または２種以上からなる請求項１記載の空気保
   持性塗膜。
4. 【請求項４】 基材表面が接液時、該表面に空気を保持
   し得る塗膜で覆われ、該塗膜が少なくとも空気と２−プ
   ロパノール水溶液との界面に存在した状態から前記２−
   プロパノール水溶液中に沈み始める時の２−プロパノー
   ルの重量％値が３０以上でかつ平均粒径が１０μｍ以下
   の粉体粒子と、水との接触角が９０゜以上の樹脂で形成
   されており、 前記粉体粒子は表面に低表面張力化を施した疎水性粉体
   粒子、またはポリテトラフルオロエチレン粒子の中から
   選ばれた１種または２種以上で、前記樹脂はフッ素樹
   脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウ
   レタン樹脂の中から選ばれた１種または２種以上でそれ
   ぞれ構成され、更に前記塗膜表面に微細な凹凸が形成さ
   れている空気保持性塗膜構造。