JPH08283042A - 親水性物品およびその製造方法 - Google Patents

親水性物品およびその製造方法

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JPH08283042A
JPH08283042A JP8705195A JP8705195A JPH08283042A JP H08283042 A JPH08283042 A JP H08283042A JP 8705195 A JP8705195 A JP 8705195A JP 8705195 A JP8705195 A JP 8705195A JP H08283042 A JPH08283042 A JP H08283042A
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acid
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    • C03C17/22Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス、金属、プラスチックスなどの表面に
高い硬度でかつ透明性の良い親水性の被膜を形成する。 【構成】 物品表面に、リン酸またはその誘導体とホウ
酸またはその誘導体と溶媒からなる表面処理剤を塗布
し、その後70〜600℃で熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、親水性表面を有する物
品とその製造方法に関し、より詳しくは、ガラス、金
属、プラスチックスなどの表面に高硬度で持続性、耐久
性に優れた親水性被膜を形成した物品とその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】物品の表面に親水性を付与することは、
水や極性物質との親和性を向上させることができ、もと
もと困難であった接触、接着、付着などを可能にするこ
とができることから、水溶性物質の表面への付着、さら
には水溶液系における表面反応を発現させることができ
るなど新たな応用分野への展開が期待されている。
【0003】一方、透明な物品の表面を親水性にするこ
とにより、曇り防止、結露防止、汚れ防止などを図るこ
とも従来から行われている。親水性を付与する方法に
は、表面を物理的または化学的に処理し表面の分子構造
を変化させ親水性基を形成させる方法や表面のミクロな
形状を変化させる方法と、表面に親水性を有する被膜を
形成する方法が知られている。
【0004】物理的方法には、プラズマ処理、レーザー
照射処理などの親水化処理が実用化されているが、一般
に処理後短期間では効果はあるものの持続性に問題点が
あるとされている。化学的方法には、表面にラジカルを
発生させ親水性の残基を有する重合性化合物をグラフト
重合させること、酸、塩基性物質などにより表面の結合
を切断し親水性の残基に変化させることなどが行われて
いる。
【0005】また、親水性膜としては、親水性の化学結
合または残基を分子鎖または側鎖に有するポリマー膜が
広く研究されており、中でも、水酸基により親水性を発
現させるポリビニルアルコール(PVA)膜がその優れ
た親水性と経済的理由から採用され広範囲の用途に実用
化されている。
【0006】また、一般に水溶性の無機物質または無機
ポリマーも被膜が親水性を呈することは知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た物理的な処理による親水性は短期的にしか効果を維持
することができず、また、有機ポリマー膜は、一般に耐
水性および耐久性が十分ではなく、膜の硬度も比較的低
いものであり、用途によっては実用上十分なものとはい
えない。
【0008】無機物質からなる被膜は硬度は比較的高い
が、親水性を示す物質は水に対する溶解性も高く従って
被膜は容易に消失するので、実用上その用途は限られた
ものとなる。
【0009】そこで、本発明の目的は、耐久性に優れた
高硬度かつ透明度の高い親水性膜を有する物品を提供し
ようとすることにある。
【0010】
【課題を解決するための具体的手段】本発明者は、上記
課題を解決することについて鋭意検討したところ、物品
の表面に特定の成分からなる表面処理液を塗布、焼成す
ることで耐久性に優れた高硬度の親水性膜を形成するこ
とができることを見いだし本発明に到達した。
【0011】すなわち、本発明は、物品表面に、リン酸
またはその誘導体とホウ酸またはその誘導体と溶媒から
なる表面処理剤が塗布され、その後70〜600℃で焼
成されたことを特徴とする親水性表面を有する物品およ
びその製造方法である。
【0012】従来、リン酸塩系化合物を塗布された固体
表面は、被膜中に存在するP−O結合に起因する親水性
を呈することが知られているが、一般的にはリン酸塩系
化合物は、十分に持続性、耐久性のある親水性膜とはな
り得なかった。リン酸化合物のうちでリン酸ホウ素BP
4は水に不溶性の化合物として知られるが、リン酸ホ
ウ素は通常の溶媒に溶解せずこれを物品の表面に塗布す
ることは困難であり、透明、平滑な膜が必要である板ガ
ラスへの被膜や光学用途の膜に適用することはできなか
った。そこで、物品の表面において必要な組成のリン酸
とホウ素の化合物からなる化合物の膜を形成する方法に
ついて検討したところ、物品表面に、リン酸またはその
誘導体とホウ酸またはその誘導体を溶媒に溶解した表面
処理剤を塗布し、必要に応じて乾燥させた後70〜60
0℃で焼成することで、実用上十分に持続性、耐久性の
ある透明な親水性膜が形成されることが判明した。
【0013】以下、詳細に本発明を説明する。本発明に
係るリン酸またはリン酸塩誘導体は、溶媒に可溶なリン
酸またはリン酸塩誘導体であればよく、各種の縮合リン
酸塩、部分的にハロゲン(塩素またはフッ素)もしくは
有機基により置換されたリン酸の塩またはリン酸エステ
ルであってもよい。本発明にいうリン酸とは無水リン
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、ハロゲノリン酸(ハロゲンは塩素または
フッ素)などを総称するものとする。これらのリン酸の
塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム
塩などであり、また、リン酸エステルとしては上記した
リン酸のメチルエステル、エチルエステル、イソプロピ
ルエステル、ブチルエステルなどが使用される。これら
のリン酸塩誘導体を具体的に例示すればオルトリン酸ナ
トリウム、三リン酸ナトリウム、リン酸一水素ナトリウ
ム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二カリウム、
リン酸二水素カリウム、リン酸二水素カルシウム、リン
酸水素アンモニウム、リン酸水素カリウム、リン酸エチ
ル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチルなどの各種リ
ン酸塩であるが、これらに限定されるものではない。
【0014】本発明に係るホウ酸またはホウ酸誘導体
は、溶媒に可溶であれば特に限定されないがホウ酸、無
水ホウ酸またはそれらの塩またはエステルが好ましい。
本発明にいうホウ酸は、通常知られているオルトホウ
酸、二ホウ酸、メタホウ酸、四ホウ酸、五ホウ酸、八ホ
ウ酸などのいずれかの形態のホウ酸の総称である。ホウ
酸の塩としては、上記のホウ酸のアルカリ金属塩が好ま
しく、ナトリウム塩またはカリウム塩が好ましい。具体
的には、ホウ酸エステルとしてはホウ酸トリエチルを例
示できる。
【0015】リン酸またはリン酸塩誘導体ならびにホウ
酸またはホウ酸誘導体は、水及び/または有機溶媒から
なる溶剤に溶解して物品の表面に塗布する。リン酸また
はリン酸塩誘導体ならびにホウ酸またはホウ酸誘導体
は、同時に溶剤に投入して一度に調製することもでき、
予め一方を溶解しておいた溶液に他方を投入して調製す
ることもでき、さらに、それぞれ別個に水および/また
は有機溶媒に溶解して、それらを混合して調製すること
もできる。有機溶媒としては、特に限定されないが、低
級アルコール、アルコキシアルコール、多価アルコール
などの極性溶媒が好ましく、メチルアルコール、エチル
アルコール、イソプロピルアルコール、n−ブタノー
ル、エチレングリコール、エチレングリコールモノエチ
ルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、
グリセリンなどを好ましいものとして例示できる。また
これらは2種類以上を混合使用することもできる。溶媒
の選定は、沸点、溶解性、貯蔵安定性、塗布条件、製造
コストなどで決定されるが、作業性および取り扱いやす
さ等の点から、最も好ましいものとして水があげられ
る。
【0016】リン酸、リン酸塩誘導体、ホウ酸またはホ
ウ酸誘導体の溶液中の濃度は、P25またはB23換算
で0.01〜2モル/lであり、0.05〜1モル/l
がより好ましい。0.01モル/l未満の濃度では1回
の塗布では十分な膜厚の被膜を形成することができず、
操作が煩雑となり好ましくなく、また、2モル/lを超
える濃度では平滑で透明な被膜を形成することが困難で
あるので好ましくない。これらの溶液においては、P2
5またはB23換算表示で、B23/P25のモル比は
3/7〜7/3であり、4/6〜6/4であるのが好ま
しい。該モル比が3/7未満または7/3を超えると塗
布または熱処理の条件によっては、失透することがある
ので好ましくない。
【0017】本発明にかかる表面処理剤は、通常塗膜形
成において知られているように任意に増粘剤、レベリン
グ剤などの製膜条件を調節する目的で使用される添加剤
を適用することができる。
【0018】本発明の方法においては、物品の表面に表
面処理剤を塗布しついで熱処理するが、塗布および熱処
理の回数は2回以上であってもよい。塗布のみを複数回
繰り返した後一度で熱処理すること、塗布と熱処理の一
連の操作を複数回行うことなどどの様な手順で被膜を形
成することも本発明の実施態様の例である。
【0019】本発明の方法において、表面処理剤を物品
表面に塗布する方法としては、公知の方法から適宜選択
すればよくスピンコーティング法、ディッピング法、ロ
ールコーター法、刷毛塗り法、スプレー法などがあげら
れるが、これらに限定されるものではない。物品表面に
塗布された表面処理剤は、単に溶媒を揮散させ乾燥した
のみでは長期間にわたる安定性に欠ける場合があるの
で、熱処理を施すことが好ましい。熱処理による安定性
向上の理由は明確ではないが、耐水性に大きく寄与する
リン酸塩の三次元架橋構造の形成が促進されるためと推
定される。
【0020】本発明における熱処理温度は、熱処理時間
によりことなるので一義的には決まらないが、通常70
〜600℃が好ましく、150〜500℃がより好まし
い。70℃未満の温度では形成された被膜の耐水性が低
く実用上問題になる場合があり、600℃を超えると被
膜が失透したり、通常多く適用されるガラス、プラスチ
ックなどの基材の変形、化学変化などが生じるので好ま
しくない。
【0021】本発明の物品において、膜厚は10nm〜
100μmであり、50nm〜10μmが好ましい。膜
厚が10nm未満では膜の耐久性が低下し長期間の親水
性を維持することができず、100μmを超えると失透
したり平滑性が不良となることがあり好ましくない。
【0022】本発明にかかる物品は、加熱処理に耐える
素材からなるものであればとくに限定されず、どの様な
形状のものであっても良い。適用できる素材としては、
鉄、ステンレス綱、アルミニウムなどの金属、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリアミド樹脂、
ポリエーテル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリイミド樹
脂、ポリカーボネート、アクリル樹脂、メタアクリル樹
脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂などのプラスチック、ア
ルミナ、チタニア、石英、溶融石英、チッ化ケイ素、炭
化珪素などのセラミックス、ソーダライムガラス、ホウ
珪酸ガラス、各種光学ガラスなどのガラス類を例示する
ことができるが、透明なセラミックスまたはガラス類に
おいて最も有効である。
【0023】本発明の物品においては、素材は予め他の
素材で被覆された物であってもよいが、表面に親水性が
付与されることが必要であるので何れの物品においても
最外層に本発明にかかる被膜を形成することが好まし
い。
【0024】本発明の親水性物品の具体的な例として
は、通常のガラス板、自動車用ガラス、航空機用ガラ
ス、温室用ガラス、鏡、水中眼鏡、カメラ、眼鏡のレン
ズ、表面に1層以上の屈折率の異なる被膜を形成した低
反射ガラス板、表面に導電性を付与したガラス板、表面
に金属酸化物、金属窒化物、金属珪化物または金属など
を被覆した機能化ガラス板、冷房用冷却ファン、固定化
酵素用担体、生体材料などを挙げることができるがこれ
らに限定されない。
【0025】以下に、さらに詳細に実施例に基づいて説
明する。
【0026】
【実施例】
実施例1 モノフルオロリン酸ナトリウム(Na2PO3F)を純水
に溶解して0.7mol/lのリン酸塩水溶液を、またホ
ウ酸を純水に溶解して0.5mol/lのホウ酸水溶液を
それぞれ調製した。両者をB23/P25 =1となる
ように混合して表面処理液とした後、この表面処理液を
100×100×2mmの清浄なソーダライムガラスの表
面にスピンコートした。このガラス板を乾燥器中で60
℃30分間予備乾燥した後、200℃で30分間加熱処
理を行った。
【0027】被膜の形成されたガラス板の親水性をゴニ
オメーター式接触角測定器で評価した結果を表1に示し
た。このガラス板の水滴接触角は0度であり、膜の外観
は平滑かつ無色透明で良好であった。また、室内に2カ
月以上にわたって放置した後においても水滴接触角は0
度を維持した。
【0028】実施例2〜8、比較例1、2および参考例 実施例1と同様の操作で表1に示す表面処理液の調製
と、被膜形成、水滴接触角の測定を行った。被膜の形成
条件、評価結果などを表1に示した。また、未処理ガラ
ス板の水接触角を併せて表1に示した。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】本発明の親水性物品は、高い表面硬度と
透明性を有しかつ長期にわたって親水性を持続すること
ができるという顕著な効果を奏する。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物品表面に、リン酸またはその誘導体とホ
    ウ酸またはその誘導体と溶媒からなる表面処理剤が塗布
    され、その後80〜600℃で熱処理されたことを特徴
    とする親水物品。
  2. 【請求項2】リン酸またはその誘導体が、リン酸、リン
    酸の塩またはリン酸エステルであることを特徴とする請
    求項1記載の親水性物品。
  3. 【請求項3】リン酸またはその誘導体が、リン酸、無水
    リン酸、リン酸二水素ナトリウムまたはモノフルオロリ
    ン酸ナトリウムであることを特徴とする請求項1記載の
    親水性物品。
  4. 【請求項4】ホウ酸またはその誘導体が、ホウ酸、無水
    ホウ酸、ホウ酸塩またはホウ酸エステルであることを特
    徴とする請求項1記載の親水性物品。
  5. 【請求項5】溶媒が、水、有機溶媒または水と有機溶媒
    の混合溶媒であることを特徴とする請求項1記載の親水
    性物品。
  6. 【請求項6】溶媒が、水および/またはアルコール類で
    あることを特徴とする請求項1記載の親水性物品。
  7. 【請求項7】物品が、親水性を付与する被膜以外に被膜
    を有さないか、または1層以上の被膜を有するガラスで
    あることを特徴とする請求項1記載の親水性物品。
  8. 【請求項8】物品表面に、リン酸またはその誘導体とホ
    ウ酸またはその誘導体と溶媒からなる表面処理剤が塗布
    され、その後70〜600℃で熱処理されることを特徴
    とする親水性表面を有する物品の製造方法。
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