JPH10507695A - 物体の自己浄化性表面とその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 山の間隔が５〜２００μmの範囲であり、山の高さが５〜１００μmの範囲であり、山が少なくとも疎水性ポリマーまたは永久疎水化材料からなり、山が水または洗剤を含む水によって除去され得ない、山と窪みからなる人工的な表面構造を有する物体の自己浄化性表面。

Description

【発明の詳細な説明】 物体の自己浄化性表面とその形成方法 本発明は、物体の自己浄化性表面とその形成方法に関する。自己浄化作用は、 ときおり雨や流動水にさらされる表面で好ましく発揮される。 物体表面の浄化は、光学的および美的理由や技術的理由のために、技術的にも 経済的にも極めて重要である。特に、透明な表面は機能を維持するためにときど き浄化しなければならないことから、浄化は重要である。 雨または流動水の助けを借りて汚れをはじき、および／または、自己浄化する 技術的表面を提供する試みが数多くなされている。しかしながら、これらの表面 の性質は比較的短時間しか維持されないため、その効果は比較的小さい。この問 題を解決するために、ポリマーシートまたはポリマーボードの製造者は、できる だけ平滑な表面を形成して、その表面を極めて疎水性にするか極めて親水性にす ることを試みている。例えば、極めて疎水性のテフロンまたは極めて親水性の「 非ドロップコーティング」でできた表面が形成されており、その表面からは液滴 を形成せずに水や汚れを流し去ることができる。 ＣＨ−ＰＳ−２６８２５８号公報には、水との接触角が１２０°より大きい撥 水性の表面が記載されている。この表面は、あらかじめ有機珪素化合物によって 疎水化したチャイナクレー、タルク、クレーまたはシリカゲルなどの粉末を基材 上に適用することによって形成することができる。粉末は、熱硬化性樹脂ととも に適用するか、有機溶媒中の溶液として適用する。しかしながら、この方法によ って永久疎水性表面を形成することはできない。また、この公報には粉末の粒径 や粒径分布に関する示唆もない。形成した表面の性質はキンレンカの葉の性質と 比較されるが、キンレンカの葉の表面の性質が何に基づいているのかは明らかに されておらず技術的に分析することもできない。近年の研究によると、キンレン カは２μm未満の構造単位からなる極微小構造を有することが明らかにされてい る。このような表面構造を人工的に形成することはほとんど不可能であり、しか もこの表面構造は機械的操作による影響をかなり受けやすい。このため、キンレ ンカはモデルとして不適当であり、その構造は本発明の主題としない。 ＤＥ−ＰＳ−１０２３２１７号公報には、表面が粗い成形部品調製用型が記載 され ている。この型はゴムまたはプラスチックでできた成形部品の調製に使用するも のであって、表面は粗い。表面を粗くするために、型の壁面は粗いコランダム粉 末と焼付けペイントでコーティングされている。この型を用いて製造した製造物 には、ところどころ窪みがあるため、製造物の粘着性は良好である。通常の加硫 スキンすら存在しない。このようにして形成した表面には、例えば刻印などを十 分に行うことができる。ただし、これらの製品には、流動水による自己浄化作用 がないことは明らかである。 特開平３−１７４２７９号公報（要約書）には、マット、紙またはスラスチッ クシートの装飾表面の調製方法が記載されている。この方法は、電離線によって 予備的に硬化したペイントを用いて表面を形成するものである。ただし、表面の 刻印方法やパターンについては記載されていない。刻印後に照射することによっ て、表面を完全に硬化している。 出願人による長年の研究の結果、ある種の植物の表面が雨または流動水によっ て自からを浄化することができ、固体汚れ粒子は表面に永久に付着しないことが 明らかにされた。このような汚れに対する抵抗性は、植物表面上の種々のワック ス層によるものであると長い間考えられてきた。しかし、より詳細な検討の結果 、植物表面の自己浄化作用はワックスの種類よりも、ワックスの表面構造に依存 していることが明らかにされた。さらに、検討の結果、水中に洗剤が含まれてい るとワックス粒子が改質するために、自己浄化作用がなくなることも明らかにな った。 驚くべきことに、出願人のさらなる詳細な検討の結果、人工的に物体表面に山 と窪みを形成することによって、人工的に物体表面に自己浄化作用をもたせるこ とが技術的に可能になった。山と窪みの形成に際して、表面構造の山の間隔は５ 〜２００μm、好ましくは１０〜１００μmの範囲にし、山の高さは５〜１００μ m、好ましくは１０〜５０μmの範囲にする。また、これらの山は疎水性ポリマー または永久疎水化材料で形成し、水または洗剤を含む水によって除去し得ないよ うにする。 このような自己浄化性表面は、疎水性ポリマー調製時または調製後に表面構造 を形成し、その後、スタンピングまたはエッチングするか、あるいは、疎水性ポ リマー粉末をその表面構造上に接着することによって形成することができる。こ のようにして形成した好ましい構造を有する初期形成表面を、最後に永久疎水化 することによって物体表面を自己浄化性にすることができる。この永久疎水化の 方法の中に、所望の構 造を有する初期形成表面をシラン化する方法がある。シラン化は、それ自身は疎 水性であるが、シランの反応性基と反応してシランの疎水性残基からなる表面を 形成することができるあらゆる材料に対して行うことができる。 透明な物体や、光学的、美的または技術的理由から長時間透明性を維持する必 要がある物体の自己浄化性表面は技術的に特に重要である。特に、ビル、乗物、 サンコレクターなどの透明ガラス製品にとって重要である。しかし、家の正面、 屋根、記念碑およびテント、サイロの内張り、タンクまたはパイプラインの表面 を自己浄化性にして、水溶液を含むか、残留物を残さずに水を流動させることに よって直ちに浄化することができるようにすることも、経済的および技術的に重 要である。また、車、列車または飛行機などの乗物の外部コーティングにも関心 がもたれる。これらのコーティングを流動水で浄化するときには、高い機械歪み をかけてはならない。高い機械歪みをかけると、表面構造をレベリングまたはポ リッシングすることになり、輝きは出るが自己浄化性作用が失われてしまうと考 えられるからである。 疎水性ポリマーを用いて所望の表面構造を形成する方法として、所望の表面構 造の雌形を有する型を用いて物体そのものを調製する方法もある。また、溶液状 および／または分散状の疎水性ポリマーを適用し、乾燥して硬化することによっ て所望の表面構造を形成することができる。これらの構造は、例えば自己組織化 ポリマーから、または、艷消仕上げペイント表面の形成時の既知の条件下で形成 される。 所望の表面構造を有する物体そのものを調製することができない場合やそのよ うな調製が望ましくない場合には、後でスタンピングやエッチングなどを行うこ とによって表面構造を形成することもできる。スタンピングは、例えば加熱また 加熱可能な成形パンチによって行うことができる。エッチングは、既知の化学エ ッチング法または物理的方法によって行うことができる。例えば、酸素を用いた イオンエッチングや他のボンバード（bombardments）などで表面を粗くして、本 発明の適当な表面構造を形成することができる。 また、疎水性ポリマー粉末を接着することによって、所望の表面構造を形成す ることもできることも確認されている。所望の粒径を有する疎水性ポリマー粉末 は入手可能である。ただし、最良の結果を得るためには、粒径分布が比較的狭い 粉末を用いなければならない。 疎水性ポリマーからなる山や窪みを有する本発明の表面構造、またはこれに対 応する後で永久疎水化した本発明の表面構造を、残留物を残すことなく雨または 流動水で浄化することが可能であることは予測することができなかった。特に、 山の間隔よりも小さな固体粒子は山の間に入ってしまうために、好ましい自己浄 化性を減じてしまうものと考えられていた。しかし、表面凹凸の凹部に留まって しまうほどの極微小粒子による汚れがある場合であっても、本発明の自己浄化効 果は完全に機能しうることが確認されている。衝突する水滴（例えば雨）は自ら の運動エネルギーによって衝突の瞬間だけ凹凸の間に押しつけられ、そこに粘着 している汚れを剥がして、水滴の流れにともなって洗い流す。 また、本発明の自己浄化表面は、洗剤を含んだ水と接触しても問題はないこと が明らかにされている。洗剤との接触によって表面の自己浄化性は一端失われる が、後に雨またはきれいな水で浄化して洗剤を除去すると直ちに自己浄化性を回 復する。自己浄化性植物表面のように洗剤が回復不能なダメージを与えることは ない。本発明の表面の自己浄化作用は、表面構造を機械的に破壊しなければ失わ れることはない。また、仮に表面の自己浄化作用が失われたとしても、本発明に よれば、適当な疎水性ポリマー粉末を接着することによって自己浄化作用をある 程度は回復させることができる。撥水性というのは、水滴が山の頂部にだけ乗っ ており、表面との接触面積が極めて小さいという事実に基づいているようである 。しかし、水滴の間や窪みの表面には比較的多量の空気が捕捉されており、その 境界は銀色に見える。空気は非常に疎水性が高いため、水滴表面は可能な限り小 さくなる。すなわち、水滴は球状になって、僅かな振動によって表面から転がり 落ちる。これと同じ様に、固体粒子の表面粘着力も落ちる。固体粒子は、その化 学的性質の如何にかかわらず水滴に対して事実上高い親和性を示し、転がり去る 水滴とともに表面から除去される。 水滴が山の間の窪みに接触することができない程、表面構造の山の間隔が小さ いときに最良の結果が得られる。表面構造の山の間隔が小さすぎる場合や、窪み が十分に深くない場合、これらは再び閉鎖表面として働くため、より簡単に濡ら すことができる。したがって、山の間隔が大きくなれば地を基準にした山の高さ も大きくなると考えるべきである。現在までの測定によると、特許請求の範囲に 記載される山の間隔と高さの範囲内であれば良好な結果が得られることが確認さ れている。すなわち、山の 高さが１０〜５０μmであり、山の間隔が１０〜１００μmの表面であれば最も良 好な結果が得られる。いずれにせよ、洗剤を使用せずに雨などの流動水によって 自己浄化することが要求される場合には、常にこのような表面構造を採用するこ とができる。 以下の実施例において、実験室のスケールで行った好ましい実施態様を記載す るが、原則として類似の方法を大きな工業的スケールで行うことができる。その 実施にあたっては、他の目的で用いられている方法や、自己浄化性を有する本発 明の表面を形成せずに本発明とは異なる面様に表面を変更および設計する方法も 用いることができる。 （実施例１） Ｒｅｓｏｐａｌまたはポリエチレンなどのプラスチック材料の平滑な表面に、 ＵＨＵ ＰＬＵＳ^TMなどの接着剤の薄層をコーティングし、さらにＨｏｓｔａｆ ｌｏｎ^TMＴＦ９２０５（平均粒径７μm）などのテフロン粉末をコーティングし た。硬化することによって、カーボンブラックや粉末顔料などの付着粒子を水で 洗い去ることができる表面が形成された。 （実施例２） ＰＴＦＥなどの平滑な疎水性材料を、プラスチック性を示すまで加熱した。そ の後、オフセット印刷用の高メッシュスクリーンを表面に押し付けて、再び取り 除いた。冷却して、ほぼ同じ高さを有する山と窪みが規則正しく配列した表面を 形成した。メッシュ幅や厚さが異なる別のスクリーンを用いることによって、面 様を変えて最適化した。このようにして形成した表面の性質は、山が丸みを帯び た頂部を有しているときに最適であった。勿論、このような表面構造は、加熱パ ンチやロールを用いて形成するともできる。対応するシートを他の平滑基材に接 着することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０９Ｋ 3/18 １０１ Ｃ０９Ｋ 3/18 １０１ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 山の間隔が５〜２００μmの範囲であり、山の高さが５〜１００μmの範 囲であり、山が少なくとも疎水性ポリマーまたは永久疎水化材料からなり、山が 水または洗剤を含む水によって除去され得ない、山と窪みからなる人工的な表面 構造を有することを特徴とする物体の自己浄化性表面。 ２． 物体が透明であることを特徴とする請求項１の自己浄化性表面。 ３． 物体の表面がときおり雨または流動水にさらされることを特徴とする請 求項１または２の自己浄化性表面。 ４． 表面構造を疎水性ポリマー調製時に一緒に形成するか；あるいは、スタ ンピングまたはエッチングを行うか、形成した表面構造上に疎水性ポリマー粉末 を接着するか、または、さらに所望の構造を有する初期形成表面を永久疎水化す ることによって、表面構造を疎水性ポリマー調製後に形成する；ことを特徴とす る請求項１〜３のいずれかの自己浄化表面を形成する方法。