TW202308942A - 染色粉體、塗料組成物、撥水皮膜及撥水構件、以及染色粉體及撥水構件的製造方法 - Google Patents
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Abstract
染色粉體包括包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀的多個長條粒子,於長條粒子內組入有無機染料化合物。染色粉體的製造方法包括:煆燒步驟,將包含氧化鋁及氫氧化鋁中的至少任一種且具有長條形狀的多個前驅物粒子於500℃以上且1100℃以下進行煆燒,獲得包含氧化鋁作為主要成分、具有長條形狀、並設置有中孔的多個煆燒粒子;以及染色步驟,向多個煆燒粒子的中孔內組入無機染料化合物。
Description
本發明是有關於一種染色粉體、塗料組成物、撥水皮膜及撥水構件、以及染色粉體及撥水構件的製造方法。
撥水構件的表面的潤濕性小,可容易地彈開附著於表面的水滴。於構件的表面具有撥水性的情況下,水滴容易自構件的表面滑落,因此撥水構件適用於要求防水性的構件等中。特別是將構件的表面與水滴的接觸角成為150°以上的現象稱為超撥水。於構件的表面平滑的情況下難以實現超撥水性,因此提出了於構件的表面形成凹凸。
於專利文獻1中揭示有使含有硬化性矽酮橡膠成分與填充材料的組成物硬化而獲得的構件。填充材料具有含有核部、與自核部沿不同的四軸方向延伸的針狀部的立體形狀,組成物中的填充材料的含量相對於硬化性矽酮橡膠成分與填充材料的含量的合計的含量質量比為0.70以上。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開第2019-210401號公報
[發明所欲解決之課題]
於專利文獻1的實施例的構件中,構件表面與水滴的接觸角為150°左右,確認到構件具有優異的撥水性。然而,先前的填充材料由於其立體形狀而使光散射,因此大多呈白色,有缺乏設計的自由度之虞。
本發明是鑒於此種先前技術所具有的課題而成者。而且,本發明的目的在於提供一種可提高設計的自由度的染色粉體、塗料組成物、撥水皮膜及撥水構件、以及染色粉體及撥水構件的製造方法。
[解決課題之手段]
本發明的第一形態的染色粉體包括包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀的多個長條粒子,於長條粒子內組入有無機染料化合物。
本發明的第二形態的塗料組成物含有:多個長條粒子,包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀;溶劑;以及撥水樹脂,溶解於溶劑,於長條粒子內組入有染料化合物。
本發明的第三形態的撥水皮膜包括凝聚體,所述凝聚體含有:多個長條粒子,包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀;以及包覆層,包覆多個長條粒子的表面並由撥水樹脂形成,於長條粒子內組入有染料化合物,凝聚體由多個長條粒子三維凝聚而成,凝聚體的外表面由包覆層包覆,凝聚體於由包覆層包覆的多個長條粒子之間保持與外部連通的空間。
本發明的第四形態的撥水構件包括:基材;以及撥水皮膜,包覆基材的表面。
本發明的第五形態的染色粉體的製造方法包括:煆燒步驟,將包含氧化鋁及氫氧化鋁中的至少任一種且具有長條形狀的多個前驅物粒子於500℃以上且1100℃以下進行煆燒,獲得包含氧化鋁作為主要成分、具有長條形狀、並設置有中孔(mesopore)的多個煆燒粒子;以及染色步驟,向多個煆燒粒子的中孔內組入無機染料化合物。
本發明的第六形態的撥水構件的製造方法是於基材的表面塗佈塗料組成物而形成撥水皮膜,撥水皮膜包括凝聚體,所述凝聚體包含:多個長條粒子;以及包覆層,包覆多個長條粒子的表面並由撥水樹脂形成。
[發明的效果]
根據本發明,可提供一種可提高設計的自由度的染色粉體、塗料組成物、撥水皮膜及撥水構件、以及染色粉體及撥水構件的製造方法。
以下,使用圖式對本實施方式的染色粉體、染色粉體的製造方法、塗料組成物、撥水皮膜、撥水構件及撥水構件的製造方法進行詳細說明。本揭示並不僅僅限定於以下的實施方式。另外,實施方式中的結構要素可適宜組合一部分或全部。
[染色粉體]
首先,對本實施方式的染色粉體進行說明。本實施方式的染色粉體包括包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀的多個長條粒子。而且,於長條粒子內組入有染料化合物。根據本實施方式的染色粉體,可提高設計的自由度。藉此,於使用染色粉體形成撥水皮膜的情況下,可改善撥水皮膜的色調。再者,如後述般,染色粉體可藉由將染料化合物組入至設置於煆燒粒子上的中孔中來製造。以下,對本實施方式的染色粉體進行詳細說明。
長條粒子包含氧化鋁作為主要成分。氧化鋁即便於酸性環境下亦難以溶解。因此,與使用包含氧化鋅等的無機粒子的情況相比,即便為酸性條件亦可抑制長條粒子的形狀發生變化。再者,所謂此處所述的主要成分是指各長條粒子包含50質量%以上的氧化鋁。長條粒子可包含60質量%以上的氧化鋁,亦可包含70質量%以上,亦可包含80質量%以上。另外,長條粒子可包含90質量%以上的氧化鋁,亦可包含95質量%以上,亦可包含99質量%以上。於長條粒子中亦可包含選自由例如源自製造原料的氧化鈉、氫氧化鋁、及鋁酸鈉所組成的群組中的至少一種。
長條粒子具有長條形狀。長條形狀亦可為選自由針形形狀、鱗片形形狀及板形形狀所組成的群組中的至少一種形狀。於長條粒子為此種形狀的情況下,於長條粒子間容易形成空間,因此於形成撥水皮膜的情況下,容易抑制撥水性的降低。該些中,長條粒子較佳為針形形狀的粒子。再者,所謂針形形狀是指以直線狀延伸的形狀,但不需要嚴格地形成針的形狀。例如,針形形狀可於端部具有尖的形狀,亦可不於端部具有尖的形狀。即,長條粒子亦可於端部具有含有平坦面的柱狀的形狀。另外,長條粒子可為剖面為多邊形形狀的稜柱狀的粒子,亦可具有剖面為圓形形狀或橢圓形形狀的圓柱狀的形狀。另外,針形形狀只要形成如針般的形狀即可,例如亦可並非為嚴格的直線。關於鱗片形形狀及板形形狀亦相同。
多個長條粒子的平均長徑可為1 μm以上且40 μm以下。若平均長徑為1 μm以上,則即便為如大氣中的微粒子附著於撥水皮膜般的污染條件,亦可抑制長條粒子間的空間被微粒子堵塞、或者長條粒子的整個表面被微粒子覆蓋。因此,即便為污染條件,亦可抑制撥水皮膜的撥水性降低。若平均長徑為40 μm以下,則長條粒子不易受到彎折或彎曲等變形,因此耐磨損性優異。平均長徑可為3 μm以上,亦可為7 μm以上。另外,平均長徑可為20 μm以下,亦可為15 μm以下,亦可為11 μm以下。再者,於本說明書中,所謂長徑是指長條粒子中直徑最大的部分的長度。例如於長條粒子為針形形狀的粒子的情況下,長徑相當於針形形狀的粒子的長度。另外,於本說明書中,平均長徑是於掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)的二次電子圖像中觀察到的10個~100個長條粒子的長徑的平均值。
長條粒子的平均短徑可為0.01 μm以上且5 μm以下。若平均短徑為0.01 μm以上,則長條粒子不易受到彎折或彎曲等變形,因此耐磨損性優異。另外,若平均短徑為5 μm以下,則即便為如大氣中的微粒子附著於撥水皮膜般的污染條件,亦可抑制長條粒子間的空間被微粒子堵塞、或者長條粒子的整個表面被微粒子覆蓋。因此,即便為污染條件,亦可抑制撥水皮膜的撥水性降低。平均短徑可為0.5 μm以上,亦可為1 μm以上。另外,平均短徑可為3 μm以下,亦可為2.5 μm以下。再者,於本說明書中,所謂短徑是指長條粒子中直徑最小的部分的長度。例如於長條粒子為針形形狀的粒子的情況下,短徑相當於針形形狀的粒子的線徑。另外,於本說明書中,平均短徑是於SEM的二次電子圖像中觀察到的10個~100個長條粒子的短徑的平均值。
多個長條粒子的平均長徑相對於平均短徑之比(縱橫比)可為3以上。若縱橫比為3以上,則即便為如大氣中的微粒子附著於撥水皮膜般的污染條件,亦可抑制長條粒子間的空間被微粒子堵塞、或者長條粒子的整個表面被微粒子覆蓋。因此,即便為污染條件,亦可抑制撥水皮膜的撥水性降低。縱橫比可為4以上。縱橫比的上限並無特別限定,例如可為100以下。若縱橫比為100以下,則長條粒子不易彎折,因此耐磨損性優異。縱橫比可為60以下,亦可為30以下,亦可為10以下。
染色粉體可包含如下的突起粒子(有芯的突起粒子),所述突起粒子含有:芯部;以及突起部,多個長條粒子自芯部朝外表面呈放射狀延伸。多個長條粒子可與芯部連接。藉由利用多個長條粒子各個與芯部而包圍空間,將該空間保持於突起粒子上。另外,染色粉體亦可包含如下的突起粒子(無芯的突起粒子),所述突起粒子不包含芯部,並由多個長條粒子以集合成球狀自內部朝外表面呈放射狀排列的方式凝聚而成。藉由利用多個長條粒子各個而包圍空間,將該空間保持於突起粒子上。藉由將空間保持於突起粒子上,於撥水皮膜上形成卡西-巴克斯特(Cassie-Baxter)表面,因此可獲得撥水性高的撥水皮膜。作為突起粒子的例子,例如可列舉球栗狀粒子。球栗狀粒子包含針形形狀的長條粒子。突起部的長條粒子的平均長徑、平均短徑及縱橫比可與所述者相同。
突起粒子的平均粒徑可為1 μm以上且100 μm以下。若突起粒子的平均粒徑為所述範圍內,則於形成撥水皮膜時,會於撥水皮膜的表面形成由突起粒子形成的粗大的凹凸與由長條粒子形成的微細的凹凸。因此,於撥水皮膜的表面形成複雜的凹凸結構,撥水皮膜的表面與水滴的接觸面積變得更小,因此可獲得撥水性高的皮膜。突起粒子的平均粒徑可為10 μm以上,亦可為20 μm以上,亦可為30 μm以上。另外,突起粒子的平均粒徑可為80 μm以下,亦可為70 μm以下,亦可為60 μm以下。再者,於本說明書中,突起粒子的平均粒徑是於SEM的二次電子圖像中觀察到的10個~100個凝聚體的粒徑的平均值。
芯部可由一個大的粒子形成,亦可由多個粒子聚集而形成。另外,芯部亦可由包含長條粒子的多個粒子聚集而形成。芯部亦可包含氧化鋁作為主要成分。再者,所謂此處所述的主要成分是指芯部包含50質量%以上的氧化鋁。芯部可包含60質量%以上的氧化鋁,亦可包含70質量%以上,亦可包含80質量%以上,亦可包含85質量%以上,亦可包含90質量%以上,亦可包含93質量%以上。芯部中亦可包含選自由源自製造原料的氧化鈉、氫氧化鋁、及鋁酸鈉所組成的群組中的至少一種。
一個突起粒子所具有的長條粒子的合計數量例如可為10以上,亦可為20以上,亦可為50以上,亦可為100以上。突起部中包含的長條粒子的合計數量可為10000以下,亦可為5000以下,亦可為1000以下。
於長條粒子上可設置藉由對中孔進行封孔而形成的封孔部。於後述的染色步驟中,將染料化合物組入至設置於煆燒粒子上的中孔中,並且藉由發生水合反應而對中孔進行封孔,從而形成組入有染料化合物的封孔部。認為,此時於設置於包含氧化鋁的煆燒粒子上的中孔的內部主要生成α-三水鋁石(bayerite),從而對中孔進行封孔。封孔部亦可設置於長條粒子的表層部分及中央部分的至少任一處。
於長條粒子內組入有染料化合物。染料化合物只要被組入至封孔部內即可,吸附於形成中孔的壁面的表面的染料化合物亦可為伴隨封孔而組入者。染料化合物可於封孔部的深度方向上吸附於封孔部的表面(長條粒子的外表面)附近,亦可吸附於封孔部的深部(長條粒子的中央部)。染料化合物可僅組入至長條粒子的表層部分,亦可整體組入至長條粒子。於將染料化合物整體組入至長條粒子的情況下,較中央部分而言,染料化合物可大量組入至表層部分。再者,此處所述的表層部分是指相對於連結長條粒子的中心與外表面的線段,離外表面的距離未滿50%的部分。離所述外表面的距離可未滿40%,亦可未滿30%,亦可未滿20%,亦可未滿10%。染料化合物可包含有機染料化合物及無機染料化合物中的至少任一種。該些中,就耐候性或耐熱性的觀點而言,染料化合物較佳為包含無機染料化合物。
有機染料化合物可具有選自由硝基、重氮基、磺基及羰基所組成的群組中的至少一種不飽和原子團。有機染料化合物可具有芳香族環。有機染料化合物亦可包含過渡金屬元素。有機染料化合物可包含選自過渡金屬元素中的至少一種元素,亦可包含兩種以上的元素。有機染料化合物亦可包含選自由鉻、鈷、銅及鎳所組成的群組中的至少一種。
無機染料化合物亦可包含過渡金屬元素。即,染料化合物可包含過渡金屬元素。無機染料化合物可包含選自過渡金屬元素中的至少一種元素,亦可包含兩種以上的元素。無機染料化合物亦可包含選自由鐵、鈷及銅所組成的群組中的至少一種。該些染料化合物的染色性優異,可有效果地降低染色粉體的L*值。該些中,染料化合物較佳為包含鐵。無機染料化合物亦可不具有選自由硝基、偶氮基及羰基所組成的群組中的至少一種不飽和原子團。無機染料化合物可不具有芳香族環。無機染料化合物可包含選自由草酸鐵銨、草酸鐵、草酸鈷、草酸銅、乙酸鐵、乙酸鈷、乙酸銅、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸鈷、氯化鐵、氯化銅、氯化鈷、磷酸鐵、磷酸銅、及磷酸鈷所組成的群組中的至少一種。
於長條粒子內組入有染料化合物的情況例如可藉由對染料化合物中包含的過渡金屬元素的存在進行檢測來確認。過渡金屬元素的存在的檢測例如可藉由能量分散型X射線分析(能量分散X射線光譜(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy:EDS))、輝光放電發射分析法(Glow Discharge Optical Emission Spectrometry:GD-OES)、電子探針顯微分析儀(Electron Probe Micro Analyzer:EPMA)、螢光X射線分析(X-ray fluorescence spectroscopy:XRF)來進行。
染色粉體的L*值可未滿90。藉由染色粉體的L*值未滿90,即便於使用長條粒子的情況下,亦能夠形成白色度降低的設計性高的撥水皮膜。染色粉體的L*值可未滿80,亦可未滿70,亦可未滿60,亦可未滿50,亦可未滿45。染色粉體的L*值可藉由按照日本工業標準(Japanese Industrial Standards,JIS)Z8722:2009的幾何條件c進行測定來獲得。
如以上說明般,本實施方式的染色粉體包括包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀的多個長條粒子。而且,於長條粒子內組入有染料化合物。藉此,染色粉體可呈現由所組入的染料化合物引起的顏色。因此,藉由利用包含染色粉體的皮膜包覆基材,可提高經包覆的構件的設計的自由度。另外,於將同一染料化合物組入至染色粉體的情況下,可改善經包覆的構件的色調。其中,於染色粉體組入有無機染料化合物的情況下,可提供耐候性或耐熱性優異的染色粉體。進而,藉由利用包含染色粉體與撥水樹脂的撥水皮膜包覆基材,可提高經包覆的構件的超撥水性與耐污染性,並且可提高設計的自由度。
[染色粉體的製造方法]
接下來,對本實施方式的染色粉體的製造方法進行說明。本實施方式的染色粉體的製造方法包括煆燒步驟與染色步驟。
煆燒步驟是對多個前驅物粒子進行煆燒而獲得多個煆燒粒子的步驟。各前驅物粒子包含氧化鋁及氫氧化鋁中的至少任一種,且具有長條形狀。各煆燒粒子包含氧化鋁作為主要成分,具有長條形狀,並設置有中孔。
如所述般,前驅物粒子包含氧化鋁及氫氧化鋁中的至少任一種。而且,藉由對前驅物粒子進行煆燒,可獲得包含氧化鋁作為主要成分的煆燒粒子。氧化鋁可包含選自由α氧化鋁(剛玉)、χ氧化鋁、ε氧化鋁、ρ氧化鋁、κ氧化鋁、γ氧化鋁、δ氧化鋁及θ氧化鋁所組成的群組中的至少一種。氫氧化鋁可包含氧化鋁水合物及氧化鋁凝膠中的至少任一種。氧化鋁水合物可包含氧化鋁一水合物及氧化鋁三水合物中的至少任一種。氧化鋁一水合物可包含一水軟鋁石(boehmite)及一水硬鋁石(diaspore)中的至少任一種。氧化鋁三水合物亦可包含選自由三水鋁石(gibbsite)、α-三水鋁石及諾三水鋁石(nordstrandite)所組成的群組中的至少一種。
長條形狀可採用與所述長條粒子相同的形狀。另外,於煆燒步驟中,亦可對多個前驅物突起粒子進行煆燒而獲得多個煆燒突起粒子。前驅物突起粒子的形狀可採用與所述染色粉體的突起粒子相同的形狀。即,前驅物突起粒子可包含芯部、以及多個前驅物粒子自芯部朝外表面呈放射狀延伸的突起部。另外,前驅物突起粒子亦可包含如下的突起粒子,所述突起粒子不包含芯部,並由多個長條粒子以集合成球狀自內部朝外表面呈放射狀排列的方式凝聚而成。突起部的長條粒子的平均長徑、平均短徑及縱橫比可與所述者相同。前驅物突起粒子可為球栗狀粒子。
前驅物突起粒子具體而言可為球栗狀三水鋁石。球栗狀三水鋁石可藉由如下方式來獲得:向鋁酸鈉溶液中添加作為晶種的氫氧化鋁後,一邊控制過飽和濃度一邊以規定的速度連續或間歇地添加鋁酸鈉溶液。作為晶種的氫氧化鋁包含三水鋁石。鋁酸鈉溶液亦可藉由拜耳(bayer)法溶解鋁礬土(bauxite)來製備。
鋁酸鈉溶液中的氧化鈉(Na
2O)的含量可為25 g/L以上。於氧化鈉的含量為25 g/L以上的情況下,晶析的進行加快,所獲得的球栗狀三水鋁石增多。鋁酸鈉溶液中的氧化鈉的含量可為100 g/L以下。於氧化鈉的含量為100 g/L以下的情況下,晶析可過量地進行,或者可抑制非球栗狀的三水鋁石結晶的產生。氧化鈉的含量可為50 g/L以下。
鋁酸鈉溶液中的氧化鋁(Al
2O
3)的含量可為25 g/L以上。於氧化鋁的含量為25 g/L以上的情況下,晶析的進行加快,所獲得的球栗狀三水鋁石增多。鋁酸鈉溶液中的氧化鋁的含量可為100 g/L以下。於氧化鋁的含量為100 g/L以下的情況下,晶析可過量地進行,或者可抑制具有球栗以外的形狀的三水鋁石結晶的產生。氧化鋁的含量可為50 g/L以下。
溶解於鋁酸鈉溶液中的氧化鈉相對於氧化鋁的莫耳比可為1.5以上且3以下。於所述莫耳比為1.5以上的情況下,可抑制具有球栗以外的形狀的三水鋁石結晶的產生。另外,於所述莫耳比為3以下的情況下,可抑制作為晶種的氫氧化鋁溶解於鋁酸鈉溶液。所述莫耳比可為2以下。
添加有氫氧化鋁的鋁酸鈉溶液的溫度可為50℃以上且80℃以下。於所述溫度為50℃以上的情況下,過飽和濃度變得容易控制。另外,於所述溫度為50℃以上的情況下,可抑制六角狀的三水鋁石結晶的生成、長條粒子過度凝聚而成的粒子的生成、及晶種的凝聚。所述溫度可為70℃以上。另外,於所述溫度為80℃以下的情況下,可抑制晶種的溶解。再者,添加有氫氧化鋁的鋁酸鈉溶液的溫度可為恆溫,但亦可自例如80℃等規定的溫度隨著添加鋁酸鈉溶液而逐漸降低。該情況下,球栗狀三水鋁石的收率提高。
作為晶種的氫氧化鋁的平均粒徑(Dp50)可為0.1 μm以上且1 μm以下。於平均粒徑為0.1 μm以上的情況下,球栗狀三水鋁石的收率提高。於平均粒徑為1 μm以下的情況下,可使所獲得的球栗狀三水鋁石的長條粒子的短徑變細。再者,平均粒徑表示個數基準中的粒度分佈的累計值為50%時的粒徑,可利用雷射繞射散射法進行測定。
作為晶種的氫氧化鋁的布厄特(Brunauer-Emmett-Teller,BET)比表面積可為15 m
2/g以上。於BET比表面積為15 m
2/g以上的情況下,可抑制生成六角狀的通用的三水鋁石結晶。BET比表面積可為30 m
2/g以上。另外,BET比表面積亦可為50 m
2/g以下。於BET比表面積為50 m
2/g以下的情況下,球栗狀三水鋁石的收率提高。
作為晶種的氫氧化鋁亦可以相對於每1 L鋁酸鈉溶液而BET比表面積成為0.05 m
2以上且1 m
2以下的方式添加。於氫氧化鋁的添加量為0.05 m
2以上的情況下,球栗狀三水鋁石的收率提高。於氫氧化鋁的添加量為1 m
2以下的情況下,可抑制長條粒子過度凝聚而成的粒子的生成。再者,BET比表面積可按照JIS R1626:1996進行測定。
氧化鋁的過飽和濃度可為3 g/L以上且15 g/L以下。於過飽和濃度為3 g/L以上的情況下,球栗狀三水鋁石的收率提高。於過飽和濃度為15 g/L以下的情況下,可抑制長條粒子過度凝聚而成的粒子的生成、及具有球栗以外的形狀的三水鋁石結晶的產生。過飽和濃度可為10 g/L以下。再者,過飽和濃度可藉由自懷特(White)公式(「輕金屬(Light Metals)」,1984,pp237-253)導出的以下的數學式來求出。
X=A-C×exp[6.2106-{(2486.7-1.0876C)/(T+273)}]
再者,於所述數學式中,X表示過飽和濃度(g/L),A表示溶解Al
2O
3濃度(g/L),C表示溶解Na
2O濃度(g/L),T表示溶液溫度(℃)。
前驅物粒子於500℃以上且1100℃以下進行煆燒。藉由將前驅物粒子的煆燒溫度設為500℃以上,於煆燒粒子中形成中孔。因此,於後述的染色步驟中,可有效果地對煆燒粒子進行染色。另外,藉由將前驅物粒子的煆燒溫度設為1100℃以下,可抑制煆燒粒子因熱變脆而彎折、或者煆燒粒子燒結而導致中孔消失。再者,煆燒溫度可為550℃以上,亦可為600℃以上,亦可為650℃以上,亦可為700℃以上,亦可為750℃以上,亦可為800℃以上。另外,煆燒溫度可為1050℃以下,亦可為1000℃以下,亦可為950℃以下,亦可為900℃以下,亦可為850℃以下,亦可為800℃以下。前驅物粒子的煆燒時間可為0.5小時以上,亦可為1小時以上。另外,前驅物粒子的煆燒時間可為10小時以下,亦可為3小時以下。
於煆燒粒子上設置有中孔。藉由於煆燒粒子上設置有中孔,可於後述的染色步驟中有效果地對煆燒粒子進行染色。中孔是具有2 nm~50 nm之間的直徑的細孔。中孔可設置於煆燒粒子的表層部分及中央部分的至少任一處。煆燒粒子的細孔徑可按照JIS Z8831-2:2010,並藉由巴雷特-喬伊納-哈倫達(Barrett-Joyner-Halenda,BJH)法來獲得。關於煆燒粒子的平均細孔徑的具體的測定法將後述。於本揭示中,所謂設置有中孔的煆燒粒子是指平均細孔徑為2 nm~50 nm,並且細孔容積(累計細孔容積)為0.03 cm
3/g以上,BET比表面積為10 m
2/g以上的煆燒粒子。
多個煆燒粒子的細孔容積(累計細孔容積)可為0.03 cm
3/g以上。藉由將細孔容積設為0.03 cm
3/g以上,可更有效果地對煆燒粒子進行染色。多個煆燒粒子的細孔容積可為0.04 cm
3/g以上,亦可為0.1 cm
3/g以上,亦可為0.2 cm
3/g以上,亦可為0.25 cm
3/g以上。另外,細孔容積的上限並無特別限定,細孔容積可為10 cm
3/g以下,亦可為1 cm
3/g以下,亦可為0.5 cm
3/g以下。煆燒粒子的細孔容積可按照JIS Z8831-2:2010,並藉由BJH法來獲得。關於煆燒粒子的細孔容積的具體的測定法將後述。
多個煆燒粒子的BET比表面積可為10 m
2/g以上。藉由將BET比表面積設為10 m
2/g以上,可更有效果地對煆燒粒子進行染色。多個煆燒粒子的BET比表面積可為20 m
2/g以上,亦可為30 m
2/g以上,亦可為50 m
2/g以上,亦可為100 m
2/g以上。另外,BET比表面積的上限並無特別限定,可為1000 m
2/g以下,亦可為500 m
2/g以下,亦可為200 m
2/g以下。煆燒粒子的BET比表面積可藉由使用氮氣,並按照JIS Z8830:2013進行測定來獲得。
於染色步驟中,將染料化合物組入至多個煆燒粒子的中孔內。藉由混合或浸漬等使多個煆燒粒子與染料接觸,藉此可將染料化合物組入至中孔內。染料化合物可使用所述化合物。於將多個煆燒粒子混合或浸漬於染料中的情況下,可對多個煆燒粒子進行過濾來獲得染色粉體。
染料可包含選自由偶氮染料、陰離子染料、蒽醌染料、鹼性染料、碳鎓染料、喹啉染料、醌亞胺染料、金屬錯鹽染料、螢光染料、酸性染料、直接染料、天然染料、反應染料、甕染料、媒染染料、酞菁染料、分散染料、次甲基染料、硫化染料及還原染料所組成的群組中的至少一種。再者,作為偶氮染料,可列舉萘酚染料等。作為碳鎓染料,可列舉:羅丹明染料等呫噸染料、吖啶染料、三苯基甲烷染料等。作為醌亞胺染料,可列舉噁嗪染料及噻嗪染料等。作為甕染料,可列舉隱色酯染料等。作為次甲基染料,可列舉:部花青染料等花青染料、偶氮甲鹼染料及聚次甲基染料等。
染料可包含有機染料及無機染料中的至少任一種。有機染料是包含所述有機染料化合物的染料。無機染料是包含所述無機染料化合物的染料。有機染料可包含鉻錯鹽偶氮系酸性染料及鈷錯鹽偶氮系酸性染料中的至少任一種。無機染料可包含草酸鐵銨及乙酸鈷中的至少任一種。
煆燒粒子與染料的接觸溫度取決於煆燒粒子的狀態及染料,但亦可為0℃以上且100℃以下。接觸溫度可為20℃以上,亦可為40℃以上。接觸溫度可為80℃以下,亦可為70℃以下。煆燒粒子與染料的接觸時間取決於煆燒粒子的狀態及染料,但亦可為1分鐘以上且1000分鐘以下。接觸時間可為10分鐘以上,亦可為20分鐘以上。接觸時間可為100分鐘以下,亦可為70分鐘以下。
染色粉體的製造方法亦可包括於染色步驟之後使經染色的多個染色粒子乾燥的乾燥步驟。染色粉體的乾燥溫度可為30℃以上,亦可為40℃以上。乾燥時間可為80℃以下,亦可為60℃以下。染色粉體的乾燥時間可為0.1小時以上,亦可為1小時以上。乾燥時間可為10小時以下,亦可為5小時以下,亦可為3小時以下。
染色粉體的製造方法可包括於染色步驟及乾燥步驟之後對中孔進行封孔的封孔步驟。於封孔步驟中,可使用利用沸水、加壓水蒸氣、鎳鹽、鉻酸鹽等對染色粉體進行處理的公知的封孔處理。藉由封孔步驟於長條粒子的表面形成氧化鋁水合物,藉此更可靠地將組入了染料化合物的中孔封孔。
如以上說明般,根據本實施方式的染色粉體的製造方法,可製造如所述般的染色粉體。
[塗料組成物]
接下來,對本實施方式的塗料組成物進行說明。本實施方式的塗料組成物含有多個長條粒子、溶劑、以及撥水樹脂。或者,塗料組成物含有多個突起粒子、溶劑、以及撥水樹脂。藉由使用此種塗料組成物,可形成後述的撥水皮膜。於長條粒子中組入有染料化合物。即,塗料組成物含有所述染色粉體作為長條粒子或突起粒子。長條粒子及突起粒子可使用在染色粉體中列舉者。
相對於塗料組成物中的固體成分而言的長條粒子及突起粒子的含量可為10質量%以上且90質量%以下。若長條粒子及突起粒子的含量為10質量%以上,則撥水皮膜的剛性變高。另外,若長條粒子及突起粒子的含量為90質量%以下,則可將撥水樹脂更均勻地包覆於長條粒子及突起粒子上。長條粒子及突起粒子的含量可為20質量%以上,亦可為30質量%以上,亦可為40質量%以上。另外,長條粒子及突起粒子的含量可為80質量%以下,亦可為70質量%以下,亦可為60質量%以下。
相對於塗料組成物中的固體成分而言的撥水樹脂的含量可為10質量%以上且90質量%以下。若撥水樹脂的含量為10質量%以上,則可將撥水樹脂更均勻地包覆於長條粒子及突起粒子上。另外,若撥水樹脂的含量為90質量%以下,則撥水皮膜的剛性變高。撥水樹脂的含量可為20質量%以上,亦可為30質量%以上,亦可為40質量%以上。另外,撥水樹脂的含量可為80質量%以下,亦可為70質量%以下,亦可為60質量%以下。
撥水樹脂的含量相對於長條粒子及突起粒子的含量之比可為0.1以上且10以下。若所述比為0.1以上,則可將撥水樹脂更均勻地包覆於長條粒子及突起粒子上。另外,若所述比為10以下,則撥水皮膜的剛性變高。所述比可為0.4以上,亦可為0.8以上。另外,所述比可為8以下,亦可為6以下。
相對於塗料組成物中的固體成分而言的長條粒子及撥水樹脂的合計含量可為60質量%以上,亦可為70質量%以上,亦可為80質量%以上,亦可為90質量%以上,亦可為95質量%以上,亦可為99質量%以上。相對於塗料組成物中的固體成分而言的突起粒子及撥水樹脂的合計含量可為60質量%以上,亦可為70質量%以上,亦可為80質量%以上,亦可為90質量%以上,亦可為95質量%以上,亦可為99質量%以上。
溶劑用於溶解撥水樹脂而於長條粒子及突起粒子的表面形成包覆層。溶劑只要可溶解撥水樹脂,則並無特別限定,例如可使用有機溶劑。作為有機溶劑的例子,可列舉乙酸甲酯、乙酸乙酯及乙酸丁酯等乙酸酯。該些有機溶劑可單獨使用一種,亦可將兩種以上組合而使用。溶劑的含量並無特別限定,例如相對於100質量份的塗料組成物,可為10質量份~99質量份。
撥水樹脂只要是具有撥水性的樹脂,則並無特別限定,但亦可包含矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種樹脂。於撥水樹脂中,由於該些樹脂的撥水性特別高,因此可獲得撥水性良好的撥水皮膜。
矽酮樹脂是含有具有進行了矽氧烷鍵結的主骨架的三維網眼結構的聚合物。矽酮樹脂例如可藉由使有機鹵代矽烷或有機烷氧基矽烷聚合來生成。作為有機鹵代矽烷,例如可列舉選自由甲基三氯矽烷、二甲基二氯矽烷、三甲基氯矽烷、乙基三氯矽烷、二乙基二氯矽烷、三乙基氯矽烷所組成的群組中的至少一種矽烷。另外,作為有機烷氧基矽烷,例如可列舉選自由有機單烷氧基矽烷、有機二烷氧基矽烷及有機三烷氧基矽烷所組成的群組中的至少一種矽烷。矽酮樹脂亦可包含選自由乙烯基矽酮樹脂、苯基矽酮樹脂及氟化矽酮樹脂所組成的群組中的至少一種以上的矽酮樹脂。作為矽酮樹脂的代表例,可列舉聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)。
氟樹脂例如可包含選自由聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、聚氯三氟乙烯(polychlorotrifluoroethylene,PCTFE)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)、聚氟乙烯(polyvinyl fluoride,PVF)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚(tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether,PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯(tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene,FEP)、乙烯-四氟乙烯(ethylene-tetrafluoroethylene,ETFE)及乙烯-氯三氟乙烯(ethylene-chlorotrifluoroethylene,ECTFE)所組成的群組中的至少一種。
撥水樹脂除了包含矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種樹脂以外,亦可更包含聚酯等矽酮樹脂及氟樹脂以外的輔助樹脂。輔助樹脂作為保持長條粒子並維持凝聚體的結構的黏合劑發揮功能。矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種樹脂相對於撥水樹脂的含量可為20質量%以上。矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種樹脂相對於撥水樹脂的含量可為50質量%以上,亦可為80質量%以上,亦可為90質量%以上。另外,除了包含撥水樹脂以外,撥水樹脂亦可更包含具有各種功能的添加劑。作為添加劑的例子,可列舉:抗氧化劑、抗靜電劑、紫外線吸收劑、阻燃劑、顏料及染料等。該些添加劑可單獨使用一種,亦可將兩種以上組合而使用。
根據本實施方式的塗料組成物,可良好地形成後述的撥水皮膜。
[撥水皮膜]
接下來,對本實施方式的撥水皮膜進行說明。本實施方式的撥水皮膜包括凝聚體,所述凝聚體包含多個長條粒子、以及包覆多個長條粒子的表面的包覆層。於長條粒子中組入有染料化合物。即,撥水皮膜含有所述染色粉體作為長條粒子或突起粒子。
凝聚體中三維凝聚有多個長條粒子。凝聚體的外表面由包覆層包覆。凝聚體於由包覆層包覆的多個長條粒子之間保持與撥水皮膜的外部連通的空間。藉由設置於經包覆層包覆的多個長條粒子間的空間與經包覆層包覆的長條粒子,於撥水皮膜的表面形成凹凸結構,從而形成卡西-巴克斯特表面。因此,即便於將水滴滴加至撥水皮膜的表面的情況下,亦於撥水皮膜表面與水滴之間形成空隙,撥水皮膜與水滴的接觸面積變小,因此可獲得撥水性高的撥水皮膜。
凝聚體具有將長條粒子彼此凝聚而成的結構。另外,撥水皮膜具有藉由多個長條粒子凝聚而形成的凝聚體。例如,於形成包含長條粒子的凝聚體的情況下,可認為是具有藉由長條粒子直接凝聚於基材而於基材的表面排列有多個長條粒子的結構的凝聚體。本揭示的撥水皮膜亦可包含此種具有將長條粒子排列於基材上的結構的凝聚體,但至少於外表面含有藉由長條粒子彼此三維凝聚而形成的、具有包含長條粒子的立體結構的凝聚體。而且,於基材的表面,存在此種長條粒子彼此三維凝聚而成的凝聚體,藉此形成撥水皮膜。
凝聚體是包含長條粒子作為構成凝聚體的單位粒子而成者。例如,於形成包含長條粒子的凝聚體的情況下,可認為是於其一部分中包含與長條粒子相同的結構、整體上具有由非長條狀的單位粒子凝聚而成的結構的凝聚體。本揭示的撥水皮膜亦可包含此種具有包括非長條狀的單位粒子的結構的凝聚體,但較佳為至少於外表面具有藉由將長條粒子作為單位粒子進行凝聚而形成的包含長條粒子的凝聚體。
凝聚體具有由多個長條粒子形成的三維凝聚的結構。此處,所謂三維是指長條粒子並非僅以直線狀(一維)、或平面狀(二維)進行凝聚,而是具有以由相互正交的三軸規定的空間狀擴展並凝聚的結構。其中,較佳為鄰接的長條粒子不於相同的方向配向,而於朝向相互不同的狀態下進行凝聚。另外,凝聚體亦可具有多個長條粒子集合成球狀而長條粒子朝外側呈突起狀配置的突起粒子。凝聚體亦可如所述般具有如下突起粒子,所述突起粒子包含芯部,並由長條粒子以自芯部朝外表面呈放射狀排列的方式凝聚而成。另外,凝聚體亦可具有如下突起粒子,所述突起粒子不包含芯部,並由長條粒子以自內部朝外表面呈放射狀排列的方式凝聚而成。另外,凝聚體亦可具有由長條粒子形成三維網路的三維網眼狀結構。
撥水皮膜可為一個大的凝聚體,亦可為由包含多個長條粒子的一次凝聚體聚集多個而形成的二次凝聚體。另外,撥水皮膜可為一個大的凝聚體平面擴展而成者,亦可為一個大的凝聚體於表面具有起伏並擴展而成者。另外,撥水皮膜亦可將所述突起粒子作為一次凝聚體,並將該些聚集多個而形成。此時,亦可藉由聚集多個大致球狀的一次凝聚體,將缺少球的一部分的球缺狀的一次凝聚體集合而形成撥水皮膜。該情況下,可將於由包覆層包覆的多個長條粒子之間與撥水皮膜的外部連通的空間保持於一次凝聚體的球冠上。
凝聚體亦可為由長條粒子弱凝聚而成的團聚物(agglomerate)(弱凝聚體)。由多個粒子形成的凝聚體或集合體可分類為團聚物(弱凝聚體)、聚集物(aggregate)(強凝聚體)、絮凝物(flocculate)(集合體)。於本說明書中,所謂團聚物是指粒子彼此鍵結而形成的多個粒子的凝聚體,且為多個粒子以三維的方式微弱地凝聚,粒子粗糙地凝聚以使被多個粒子包圍而產生的空隙的體積變大而成者。另外,所謂聚集物是指粒子彼此鍵結而形成的多個粒子的凝聚體,且為多個粒子強力凝聚,粒子緊密地凝聚以使被多個粒子包圍而產生的空隙的體積變小而成者。另外,所謂絮凝物是指經由使粒子分散的分散介質而形成的多個粒子的集合體,且為藉由離子間相互作用、氫鍵結、偶極相互作用、凡得瓦力等粒子間的相互作用使多個粒子聚合而成者。本揭示的凝聚體較佳為具有團聚物,更佳為凝聚體的表面結構包含團聚物。凝聚體的凝聚形態可根據由利用SEM觀察到的二次電子圖像獲得的對象的形狀來辨別。
於由長條粒子形成的凝聚體為團聚物的情況下,鄰接的長條粒子不於相同的方向配向,而於朝向相互不同的狀態下進行凝聚。另外,鄰接的長條粒子彼此於以利用點接觸交叉的方式接觸的狀態下進行凝聚。進而,於由包覆層包覆的多個長條粒子之間保持有與撥水皮膜的外部連通的空間。而且,由撥水樹脂包覆的長條粒子可以自內部朝外表面呈放射狀排列的方式進行凝聚,形成於表面具有突起的凝聚體。於由長條粒子形成的凝聚體為團聚物的情況下,容易由在多個長條粒子之間產生的空隙形成卡西-巴克斯特表面,從而容易提高撥水性,另外容易提高耐污染性。
於由長條粒子形成的凝聚體為聚集物的情況下,鄰接的長條粒子於相同的方向配向,於朝向相互一致的狀態下進行凝聚。另外,鄰接的長條粒子彼此於以利用邊或面相接的方式接觸的狀態下進行凝聚。藉此,由撥水樹脂包覆的長條粒子形成束狀、板狀、帶狀、面狀或柱狀的凝聚體。於由長條粒子形成的凝聚體為聚集物的情況下,於多個長條粒子之間難以產生空隙,難以形成卡西-巴克斯特表面,因此難以提高撥水性,另外難以提高耐污染性。
於撥水皮膜為由多個一次凝聚體聚集而成的二次凝聚體的情況下,一次凝聚體的平均粒徑可為1 μm以上且100 μm以下。若凝聚體的平均粒徑為所述範圍內,則於撥水皮膜的表面形成由多個一次凝聚體形成的粗大的凹凸與由多個長條粒子形成的微細的凹凸。因此,於撥水皮膜的表面形成複雜的凹凸結構,撥水皮膜的表面與水滴的接觸面積變得更小,因此可獲得撥水性高的皮膜。一次凝聚體的平均粒徑可為10 μm以上,亦可為20 μm以上,亦可為30 μm以上。另外,一次凝聚體的平均粒徑可為80 μm以下,亦可為70 μm以下,亦可為60 μm以下。再者,於本說明書中,一次凝聚體的平均粒徑是利用SEM的二次電子圖像觀察到的10個~100個凝聚體的粒徑的平均值。
包覆層的厚度例如可為2 μm以下。若包覆層的厚度為2 μm以下,則容易於長條粒子之間保持空間,於撥水皮膜的表面形成大量的空隙。因此,即便於大氣中的微粒子附著於撥水皮膜的情況下,亦保持撥水皮膜與液滴的接觸的面積小的狀態,可長期維持撥水皮膜的撥水性。只要包覆長條粒子,則包覆層的厚度的下限並無特別限定,例如為0.01 μm以上。包覆層厚度可利用如SEM等般的顯微鏡觀察撥水皮膜的剖面來進行實際測量。
凝聚體的外表面由包覆層包覆。包覆層只要至少包覆凝聚體表面的一部分即可,但較佳為包覆凝聚體的整個表面。包覆層可包覆構成凝聚體的多個長條粒子各個的整個表面,另外,亦可不包覆相互鄰接的長條粒子接觸的部分,而包覆多個長條粒子的整個外表面。另外,多個長條粒子中的各個可經由包覆層而相互結合。其中,當藉由包覆層以呈平面狀連結多個長條粒子的頂點間的方式包覆而不於撥水皮膜的表面形成凹凸結構時,撥水性會降低。因此,包覆層以保持於多個長條粒子之間與撥水皮膜的外部連通的空間的方式包覆長條粒子。換言之,包覆層以由包覆層包覆的凝聚體的外表面具有向外部露出的部位的方式包覆長條粒子。如此,由包覆層包覆的多個長條粒子之間的空間向撥水皮膜的外部開放。
包覆層由撥水樹脂形成。藉由包覆層由撥水樹脂形成,利用與卡西-巴克斯特表面結構的協同效果,撥水皮膜的撥水性提高。另外,撥水樹脂亦作為保持長條粒子並維持凝聚體的結構的黏合劑發揮功能。如所述般,撥水樹脂可包含矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種樹脂。撥水樹脂除了包含矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種樹脂以外,亦可更包含聚酯等矽酮樹脂及氟樹脂以外的輔助樹脂。即,凝聚體的外表面可被由撥水樹脂形成的包覆層包覆,所述撥水樹脂除了包含矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種樹脂以外,亦包含輔助樹脂。
凝聚體亦可包含所述突起粒子。如所述般,於突起粒子中保持有空間。再者,多個突起粒子可經由包覆層而相互結合。藉由撥水皮膜包括多個突起粒子,於撥水皮膜上形成卡西-巴克斯特表面,因此如所述般可獲得撥水性高的撥水皮膜。
突起粒子的外表面可經包覆層覆蓋。具體而言,芯部的外表面的一部分及突起部中包含的多個長條粒子亦可經包覆層包覆。其中,於芯部的外表面中,於芯部與長條粒子連接的連接部亦可不經包覆層包覆。
相對於撥水皮膜而言的長條粒子及突起粒子的含量可為10質量%以上且90質量%以下。若長條粒子及突起粒子的含量為10質量%以上,則撥水皮膜的剛性變高。另外,若長條粒子及突起粒子的含量為90質量%以下,則可將撥水樹脂更均勻地包覆於長條粒子及突起粒子上。長條粒子及突起粒子的含量可為20質量%以上,亦可為30質量%以上,亦可為40質量%以上。另外,長條粒子及突起粒子的含量可為80質量%以下,亦可為70質量%以下,亦可為60質量%以下。
相對於撥水皮膜而言的撥水樹脂的含量可為10質量%以上且90質量%以下。若撥水樹脂的含量為10質量%以上,則可將撥水樹脂更均勻地包覆於長條粒子及突起粒子上。另外,若撥水樹脂的含量為90質量%以下,則撥水皮膜的剛性變高。撥水樹脂的含量可為20質量%以上,亦可為30質量%以上,亦可為40質量%以上。另外,撥水樹脂的含量可為80質量%以下,亦可為70質量%以下,亦可為60質量%以下。
撥水樹脂的含量相對於長條粒子及突起粒子的含量之比可為0.1以上且10以下。若所述比為0.1以上,則可將撥水樹脂更均勻地包覆於長條粒子及突起粒子上。另外,若所述比為10以下,則撥水皮膜的剛性變高。所述比可為0.4以上,亦可為0.8以上。另外,所述比可為8以下,亦可為6以下。
相對於撥水皮膜而言的長條粒子及突起粒子及包覆層的合計含量可為60質量%以上,亦可為70質量%以上,亦可為80質量%以上,亦可為90質量%以上,亦可為95質量%以上,亦可為99質量%以上。
撥水皮膜中包含的無機成分中,氧化鋁的成分的含量可為80質量%以上,亦可為90質量%以上,亦可為95質量%以上,亦可為99質量%以上。
撥水皮膜的厚度可為10 μm以上且500 μm以下。若撥水皮膜的厚度為10 μm以上,則即便於撥水皮膜磨損的情況下,亦可維持撥水性。若撥水皮膜的厚度為500 μm以下,則容易形成撥水皮膜。撥水皮膜的厚度可為15 μm以上,亦可為20 μm以上。另外,撥水皮膜的厚度可為400 μm以下,亦可為300 μm以下。
如以上說明般,本實施方式的撥水皮膜包括凝聚體,所述凝聚體含有:多個長條粒子,包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀;以及包覆層,包覆多個長條粒子的表面並由撥水樹脂形成。於長條粒子內組入有染料化合物。凝聚體中三維凝聚有多個長條粒子。凝聚體的外表面由包覆層包覆。凝聚體於由包覆層包覆的多個長條粒子之間保持與撥水皮膜的外部連通的空間。
於本實施方式的撥水皮膜中,凝聚體於由包覆層包覆的多個長條粒子之間保持與撥水皮膜的外部連通的空間。因此,由經包覆層包覆的長條粒子與所述空間於撥水皮膜的表面形成凹凸結構,從而形成卡西-巴克斯特表面。因此,即便於將水滴滴加至撥水皮膜的表面的情況下,亦於撥水皮膜表面與水滴之間形成空隙,撥水皮膜與水滴的接觸面積變小。另外,凝聚體的外表面由包覆層包覆,包覆層由撥水樹脂形成。因此,藉由撥水皮膜的表面結構與撥水樹脂的效果,撥水皮膜的撥水性變高。
另外,於本實施方式的撥水皮膜中,具有多個長條粒子三維凝聚而成的結構。因此,於在長條粒子彼此之間保持空間的狀態下進行凝聚的長條粒子可進一步一邊於與其他長條粒子之間亦保持空間一邊進行凝聚,從而立體地凝聚。另外,撥水皮膜由以長條粒子為單位粒子的凝聚體形成,因此容易將凝聚體於高度方向上堆積,可於高度方向上擴大表面積。藉此,隨著長條粒子彼此三維凝聚的結構擴大,保持於由包覆層包覆的多個長條粒子之間的與撥水皮膜的外部連通的空間亦可立體地擴張。因此,容易於撥水皮膜的表面形成卡西-巴克斯特表面,從而容易提高撥水皮膜的撥水性。
另外,於大氣中漂浮有主要包括碳的柴油機尾氣顆粒物(diesel exhaust particles,DEP)等微粒子。DEP中,粒子數最多的是被稱為PM 0.1的粒徑0.1 μm以下的粒子(超微小粒子),亦是近年來擔心會對健康產生影響的物質。若此種超微小粒子附著於具有微細的凹凸結構的撥水皮膜的表面,則形成卡西-巴克斯特表面的空間被超微小粒子堵塞,或者由撥水樹脂形成的包覆層的表面被覆蓋等,從而存在撥水性降低之虞。然而,於本實施方式的撥水皮膜中使用多個長條粒子。因此,即便於超微小粒子附著於撥水皮膜的情況下,由於超微小粒子止於附著於長條粒子的一部分上,或者超微小粒子自長條粒子的前端分散附著至根基上,因此長條粒子間的空間亦不會被堵塞,可維持卡西-巴克斯特表面。另外,超微小粒子止於附著於長條粒子的一部分上,或者超微小粒子自長條粒子的前端分散附著至根基上,因此可抑制包覆多個長條粒子的包覆層的表面被超微小粒子完全覆蓋。因此,即便於污染條件下,亦可長期抑制撥水皮膜的撥水性降低。
另外,長條粒子包含氧化鋁作為主要成分。由於氧化鋁及一水軟鋁石難以溶解於酸性溶液,因此即便於將撥水皮膜置於酸性條件下的情況下,長條粒子亦不易變形。因此,撥水皮膜即便於酸性條件下,亦可長期維持卡西-巴克斯特表面。因此,本實施方式的撥水皮膜即便於酸性條件下撥水性亦變高。
進而,長條粒子彼此三維凝聚,凝聚體配置為於由包覆層包覆的多個長條粒子之間保持與撥水皮膜的外部連通的空間。因此,即便於撥水皮膜的表面磨損而被切削的情況下,亦跨及撥水皮膜的厚度方向存在空間。因此,即便撥水皮膜的表面磨損,亦會出現新的卡西-巴克斯特表面,因此容易維持撥水性。
如所述般,本實施方式的撥水皮膜的撥水性與耐污染性優異,藉由利用撥水皮膜包覆基材,可提高包覆的構件的撥水性與耐污染性。另外,根據本實施方式的撥水皮膜,可提高撥水性與耐污染性,並且可呈現由組入至染色粉體中的染料化合物引起的顏色。因此,例如與先前呈現白色的撥水構件相比,能夠呈現更深色系的顏色。因此,根據本實施方式的撥水皮膜,可提高包覆的構件的超撥水性與耐污染性,並且可提高設計的自由度。進而,本實施方式的撥水皮膜中,組入有染料化合物的染色粉體由撥水樹脂包覆。藉此,可將染料化合物保持為不流出至外部地保持於撥水皮膜的內部的狀態。另外,可減輕染料化合物與外部物質的相互作用,抑制染料化合物的劣化。因此,本實施方式的撥水皮膜穩定地保持染料化合物,容易長期顯色。
[撥水構件]
接下來,對撥水構件進行說明。撥水構件包括基材、以及包覆基材表面的所述撥水皮膜。撥水皮膜只要包覆基材表面的至少一部分即可,可僅覆蓋基材的一部分表面,亦可覆蓋基材的整個表面。
基材的形狀並無特別限定,可根據目的進行選擇,例如為板、球、棒、管、蜂巢、纖維、膜、多邊形體或多孔質體等。基材的長度、寬度、厚度及直徑等只要根據用途使用最佳大小者即可。另外,形成基材的材料並無特別限定,基材例如可為金屬、玻璃、樹脂、陶瓷、紙、纖維、木材、水泥、皮革或該些的複合體。
撥水構件可為要求撥水性的任一構件。作為撥水構件的具體例,例如可列舉:建築材料、車輛、車輛用零件、衣服、雨具、天線、電線、雷達、船體等。該些撥水構件可有助於防止水滴及冰雪的附著及促進去除等。
[撥水構件的製造方法]
撥水構件的製造方法是於基材的表面塗佈所述塗料組成物而形成撥水皮膜。藉由本揭示的撥水構件的製造方法製造的撥水皮膜與所述的撥水皮膜相同,因此省略說明。基材可使用所述的材料。
於基材的表面塗佈塗料組成物的方法並無特別限定,可藉由噴霧塗裝、毛刷塗裝、棒塗、旋塗法、浸漬法、凹版印刷、反向凹版印刷、平版印刷、柔版印刷、網版印刷、刮板法等方法進行塗佈。塗料組成物只要塗佈於基材表面的至少一部分上即可。於所述塗佈方法中,噴霧塗裝可容易地於任意部分塗佈塗料組成物。
亦可於將塗料組成物塗佈於基材的表面後,視需要進行乾燥來去除塗料組成物中的溶劑。乾燥條件若為去除溶劑的條件則並無特別限定,視需要可進行加熱。再者,本實施方式的撥水皮膜具有多個空隙,通氣性良好,因此即便不加熱亦可容易地使溶劑揮發。
[其他]
撥水皮膜的凝聚體的最表面可由包含矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種撥水樹脂的包覆層包覆。另外,撥水皮膜可於長條粒子的表面形成包含輔助樹脂的層作為中間層,進而形成包含矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種撥水樹脂的層作為最表層。即,可具有將長條粒子、包覆長條粒子的包含輔助樹脂的層、以及包含矽酮樹脂及氟樹脂中的至少任一種撥水樹脂的層依序積層的多層結構。於製造此種撥水皮膜的情況下,可使用含有多個長條粒子或多個突起粒子、溶劑、以及輔助樹脂的塗料組成物。另外,可使用使撥水樹脂溶解於溶劑中而成的塗料組成物。例如,亦可將含有多個長條粒子或多個突起粒子、溶劑、以及輔助樹脂的塗料組成物塗佈於基材的表面並使其乾燥,視需要進行焙烤後,塗佈使撥水樹脂溶解於溶劑中而成的塗料組成物並使其乾燥,藉此製造撥水構件。
[實施例]
以下,藉由實施例、比較例及參考例對本實施方式進行更詳細的說明,但本實施方式並不限定於該些。
首先,如以下般製作作為原料的粉體A1~粉體A5。
<前驅物粒子的製作>
[粉體A1](比較例1)
將以Na
2O的濃度成為50 g/L、Al
2O
3的濃度成為50 g/L的方式製備的鋁酸鈉溶液2250 ml於80℃下保溫。以成為相對於1 L鋁酸鈉溶液而為0.5 m
2的BET比表面積的方式,將氫氧化鋁晶種(Dp50:0.28 μm,BET比表面積:37.5 m
2/g)添加至鋁酸鈉溶液中進行攪拌。一邊持續攪拌添加了晶種的鋁酸鈉溶液,一邊將如所述般製備的鋁酸鈉溶液2250 mL添加至添加了晶種的鋁酸鈉溶液中。關於鋁酸鈉溶液的添加速度,以對反應槽內的液體進行分析而Al
2O
3的過飽和濃度成為15 g/L以下的方式,以10 cc/小時~20 cc/小時的速度連續添加。藉由對以所述方式獲得的晶析物進行過濾、利用溫純水清洗及乾燥,製作包含多個球栗狀三水鋁石的粉體A1。將粉體A1的SEM圖像示於圖1及圖2。利用SEM的觀察是使用掃描電子顯微鏡(日立高新技術科學(Hitachi High-Tech Science)股份有限公司,S-4700)來進行。如圖1及圖2所示,可確認到球栗狀三水鋁石1具有多個長條粒子2。再者,根據X射線繞射(X-ray Diffraction,XRD)的測定結果,可確認到粉體A1包含三水鋁石。
再者,氫氧化鋁晶種的Dp50是如以下般進行測定。首先,使用均質機(日本精機製作所股份有限公司的US-600T),進行了使晶種的粉末於40 W、20 kHz及1分鐘的條件下分散的前處理。之後,使用雷射繞射散射式粒度分析裝置(日機裝股份有限公司,麥奇克(Microtrac)MT3300)對Dp50進行測定。另外,氫氧化鋁晶種的BET比表面積是使用比表面積自動測定裝置(麥克默瑞提克(Micrometrics)公司,芙勞索部(Flowsorb)II2300型),並按照JIS R1626:1996來獲取。具體而言,於23℃下利用定容量法吸附氮氣,並利用BET一點法計算出BET比表面積。
<煆燒粒子的製作>
[粉體A2]
將4 g的粉體A1於電爐中以600℃煆燒5小時,製作粉體A2。將粉體A2的SEM圖像示於圖3及圖4。再者,根據XRD的測定結果,可確認到粉體A2包含χ-氧化鋁及γ-氧化鋁。
[粉體A3]
將4 g的粉體A1於電爐中以800℃煆燒5小時,製作粉體A3。將粉體A3的SEM圖像示於圖5及圖6。再者,根據XRD的測定結果,可確認到粉體A3包含χ-氧化鋁及γ-氧化鋁。
[粉體A4]
將4 g的粉體A1於電爐中以1000℃煆燒5小時,製作粉體A4。將粉體A4的SEM圖像示於圖7及圖8。再者,根據XRD的測定結果,可確認到粉體A4包含κ-氧化鋁、θ-氧化鋁及剛玉。
[粉體A5]
將4 g的粉體A1於電爐中以1200℃煆燒5小時,製作粉體A5。將粉體A5的SEM圖像示於圖9及圖10。再者,根據XRD的測定結果,可確認到粉體A5包含剛玉。
對於如所述般獲得的粉體A1~粉體A5(前驅物粒子或煆燒粒子),如以下般對BET比表面積、細孔容積、平均細孔徑、凝聚粒徑、平均長徑、平均短徑及縱橫比進行測定。將該些測定結果示於表1。將表示細孔徑與細孔容積的關係的圖表示於圖11。再者,由於粉體A1的細孔容積比粉體A2~粉體A5的細孔容積低,因此若欲於圖表上描繪粉體A1的細孔徑與細孔容積的關係,則由於在橫軸上大致被描繪並且與粉體A5的圖表重疊,故難以區分兩者。因此,於圖11中示出粉體A2~粉體A5的細孔徑與細孔容積的關係。
(BET比表面積)
粉體中包含的粒子的BET比表面積是使用麥克默瑞提克(Micrometrics)公司製造的自動比表面積/細孔分佈測定裝置三星(TriStar)3000,並按照JIS Z8830:2013而獲取。具體而言,於23℃下利用定容量法吸附氮氣,並利用BET多點法計算出BET比表面積。
(細孔容積)
粉體中包含的粒子的細孔容積是使用麥克默瑞提克(Micrometrics)公司製造的自動比表面積/細孔分佈測定裝置三星(TriStar)3000進行測定。具體而言,按照JIS Z8831-2:2010,於23℃下使用氮氣利用定容量法測定吸附等溫線,並利用BJH法根據吸附等溫線計算出細孔徑分佈,從而決定細孔容積。
(平均細孔徑)
粉體中包含的粒子的平均細孔徑是使用麥克默瑞提克(Micrometrics)公司製造的自動比表面積/細孔分佈測定裝置三星(TriStar)3000進行測定。具體而言,按照JIS Z8831-2:2010,於23℃下使用氮氣利用定容量法測定吸附等溫線,並利用BJH法根據吸附等溫線計算出細孔徑分佈,將眾數細孔徑決定為平均細孔徑。
(凝聚粒徑)
粉體的凝聚粒徑是使用卡爾蔡司(Carl-Zeiss)公司製造的掃描式電子顯微鏡FE-SEM ULTRAplus進行測定。凝聚粒徑是藉由自SEM圖像測量十個球栗狀三水鋁石的粒徑,並計算出該些測量值的平均值而獲得。
(平均長徑、平均短徑及縱橫比)
使用卡爾蔡司(Carl-Zeiss)公司製造的掃描式電子顯微鏡FE-SEM ULTRAplus對球栗狀三水鋁石中包含的長條粒子的平均長徑及平均短徑進行測定。平均長徑及平均短徑是藉由自球栗狀三水鋁石的SEM圖像測量十個長條粒子的長徑及短徑的長度,並分別計算出該些測量值的平均值而獲得。再者,關於球栗狀三水鋁石中包含的長條粒子的長徑,測量自球栗狀三水鋁石的中央部、即長條粒子的根部至長條粒子的前端的長度。另外,關於球栗狀三水鋁石中包含的長條粒子的短徑,測定長條粒子的中間部分的長度。縱橫比是藉由平均長徑除以平均短徑而算出。
[表1]
原料粉體 | 煆燒溫度(℃) | BET比表面積(m 2/g) | 細孔容積(cm 3/g) | 平均細孔徑(nm) | 凝聚粒徑(µm) | 平均長徑(µm) | 平均短徑(µm) | 縱橫比 |
A1 | - | 2.7 | 0.008 | 10.6 | 55 | 12.9 | 2.0 | 6.6 |
A2 | 600 | 183.5 | 0.285 | 4.4 | 55 | 10.6 | 1.6 | 6.7 |
A3 | 800 | 133.2 | 0.275 | 5.9 | 55 | 8.9 | 1.7 | 5.1 |
A4 | 1000 | 30.3 | 0.269 | 31.5 | 36 | 7.2 | 2.1 | 3.4 |
A5 | 1200 | 8.3 | 0.025 | 11.1 | 35 | 5.3 | 0.7 | 7.3 |
如表1所示,於600℃~1000℃下煆燒的粉體A2~粉體A4與未煆燒或於1200℃下煆燒的粉體A1或粉體A5相比,BET比表面積及細孔容積變大。另外,根據表1及圖11可知,於粉體A1或粉體A5、與粉體A2~粉體A4中,可確認到細孔的狀態不同。具體而言,於粉體A2~粉體A4中,可確認到平均細孔徑包含於2 nm~50 nm的範圍內,並且細孔容積與BET比表面積高,設置有中孔。相對於此,於粉體A1或粉體A5中,雖然平均細孔徑包含於2 nm~50 nm的範圍內,但細孔容積與BET比表面積低。認為這是因為,於在600℃~1000℃下煆燒的情況下,於長條粒子中形成有中孔,但於在1200℃下煆燒的情況下,於長條粒子中形成的中孔燒結而消失。
如表1所示,可知伴隨煆燒溫度的上升,平均長徑變短。認為這是因為,藉由煆燒,長條粒子變脆而容易彎折。另一方面,可知當對粉體A2~粉體A4進行比較時,平均短徑並無大的差異,但粉體A5的平均短徑比粉體A2~粉體A4短。另外,可知粉體A2~粉體A4的縱橫比有於煆燒溫度600℃至1000℃下伴隨煆燒溫度的上升而減少的傾向,於1200℃下煆燒的粉體A5的縱橫比伴隨平均短徑變短而增加。
<染色粉體的製作>
接下來,使用如所述般製作的粉體A1~粉體A5作為原料而製作實施例及比較例的染色後的粉體B1~粉體B12。
[粉體B1](實施例1)
首先,將1 g的粉體A2、0.125 g的染料(奧野製藥工業股份有限公司的塔克黑(TAC-BLACK)BLH)、以及25 mL的水混合而製備懸浮液。塔克黑(TAC-BLACK)BLH包含鉻錯鹽偶氮系酸性染料及鈷錯鹽偶氮系酸性染料。接下來,將懸浮液於60℃的熱水浴中攪拌60分鐘,對攪拌後的懸浮液進行過濾並清洗。將清洗後的過濾物於50℃的乾燥爐中乾燥2小時以上而製作粉體B1。
[粉體B2](實施例2)
使用粉體A3代替粉體A2,除此以外與粉體B1同樣地製作粉體B2。
[粉體B3](實施例3)
使用粉體A4代替粉體A2,除此以外與粉體B1同樣地製作粉體B3。
[粉體B4](實施例11)
將1 g的粉體A2、0.625 g的染料(草酸鐵銨)、以及25 mL的水混合而製備懸浮液。接下來,將懸浮液於50℃的熱水浴中攪拌30分鐘,對攪拌後的懸浮液進行過濾並清洗。將清洗後的過濾物於50℃的乾燥爐中乾燥2小時以上。除所述以外,與粉體B1同樣地製作粉體B4。
[粉體B5](實施例12)
使用粉體A3代替粉體A2,除此以外與粉體B4同樣地製作粉體B5。
[粉體B6](實施例13)
使用粉體A4代替粉體A2,除此以外與粉體B4同樣地製作粉體B6。
[粉體B7](實施例4)
將1 g的粉體A3、0.125 g的染料(奧野製藥工業股份有限公司的塔克菲瑞紅(TAC-FIERY RED)GBM)、以及25 mL的水混合而製備懸浮液,除此以外與粉體B1同樣地製作粉體B7。
[粉體B8](實施例5)
將1 g的粉體A3、0.125 g的染料(奧野製藥工業股份有限公司的塔克藍(TAC-BLUE)BRL)、以及25 mL的水混合而製備懸浮液,除此以外與粉體B1同樣地製作粉體B8。
[粉體B9](比較例2)
將1 g的粉體A1、0.625 g的染料(奧野製藥工業股份有限公司的塔克黑(TAC-BLACK)BLH)、以及25 mL的水混合而製備懸浮液。接下來,將懸浮液於50℃的熱水浴中攪拌30分鐘,對攪拌後的懸浮液進行過濾並清洗。將清洗後的過濾物於50℃的乾燥爐中乾燥2小時以上而製作粉體B9。
[粉體B10](比較例3)
使用粉體A5代替粉體A2,除此以外與粉體B1同樣地製作粉體B10。
[粉體B11](比較例11)
使用粉體A1代替粉體A2,除此以外與粉體B4同樣地製作粉體B11。
[粉體B12](比較例12)
使用粉體A5代替粉體A2,除此以外與粉體B4同樣地製作粉體B12。
[評價]
如以下般對如所述般獲得的粉體的顏色及L*a*b*值進行評價,將該些結果示於表2~表4。另外,利用SEM對將粉體B5埋設於樹脂內進行橫剖面拋光機(Cross Section Polisher)(註冊商標)加工後的樣品進行觀察,將利用能量分散X射線光譜(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy,EDS)進行分析而得的結果示於圖12~圖14。
(顏色)
利用目視判定粉體的顏色。
(L*a*b*值)
依據JIS Z8722:2009的幾何條件c,並利用色彩色差計(日本柯尼卡美能達(Konica Minolta Japan)股份有限公司製造的CR400)對粉體的L*值、a*值及b*值進行測定。關於測色,利用擴散照明垂直受光方式(D/0)使用D65光源,並藉由CIE2°視野等色函數近似進行觀察。
(SEM、EDS)
將粉體B5埋設於樹脂中,利用SEM的反射電子圖像對球栗狀三水鋁石的長條粒子的剖面進行觀察,並藉由EDS進行分析。
[表2]
染色粉體 | 原料粉體 | 染料 | 染色溫度(℃) | 染色時間(min) | 顏色 | L * | a * | b * | |
實施例1 | B1 | A2 | 塔克黑(TAC-BLACK)BLH 5 g/L | 60 | 60 | 黑 | 43.08 | 1.01 | -2.33 |
實施例2 | B2 | A3 | 塔克黑(TAC-BLACK)BLH 5 g/L | 60 | 60 | 黑 | 42.23 | 0.87 | -2.32 |
實施例3 | B3 | A4 | 塔克黑(TAC-BLACK)BLH 5 g/L | 60 | 60 | 黑 | 44.76 | 0.06 | -5.07 |
比較例1 | - | A1 | - | - | - | 白 | 95.86 | -0.01 | 0.74 |
比較例2 | B9 | A1 | 塔克黑(TAC-BLACK)BLH 25 g/L | 60 | 60 | 淺黑 | 83.37 | 0.32 | -0.71 |
比較例3 | B10 | A5 | 塔克黑(TAC-BLACK)BLH 5 g/L | 60 | 60 | 黑 | 58.97 | 2.20 | -5.15 |
[表3]
染色粉體 | 原料粉體 | 染料 | 染色溫度(℃) | 染色時間(min) | 顏色 | L * | a * | b * | |
實施例11 | B4 | A2 | 草酸鐵銨25 g/L | 50 | 30 | 橙 | 76.60 | 10.27 | 30.88 |
實施例12 | B5 | A3 | 草酸鐵銨25 g/L | 50 | 30 | 橙 | 78.03 | 8.92 | 33.63 |
實施例13 | B6 | A4 | 草酸鐵銨25 g/L | 50 | 30 | 淺橙 | 89.77 | 3.32 | 17.12 |
比較例1 | - | A1 | - | - | - | 白 | 96 | -0.01 | 0.74 |
比較例11 | B11 | A1 | 草酸鐵銨25 g/L | 50 | 30 | 白 | 98.35 | 0.02 | 1.40 |
比較例12 | B12 | A5 | 草酸鐵銨25 g/L | 50 | 30 | 白 | 97.49 | -0.33 | 0.93 |
[表4]
染色粉體 | 原料粉體 | 染料 | 染色溫度(℃) | 染色時間(min) | 顏色 | L * | a * | b * | |
實施例4 | B7 | A3 | 塔克菲瑞紅(TAC-FIERY RED)GBM 5 g/L | 60 | 60 | 紅 | 50.66 | 20.47 | -40.58 |
實施例5 | B8 | A3 | 塔克藍(TAC-BLUE)BRL 5 g/L | 60 | 60 | 青 | 54.04 | 46.50 | 18.68 |
如表2所示,粉體B1~粉體B3的L*值較粉體A1、粉體B9及粉體B10而言更小。另外,如表3所示,粉體B4~粉體B6的L*值較粉體A1、粉體B11及粉體B12而言更小。另外,如表4所示,粉體B7~粉體B8具有低的L*值。根據該些結果可確認到,於對在600℃~1000℃下煆燒的粉體A2~粉體A4進行染色的情況下,與對未煆燒的粉體A1及於1200℃下煆燒的粉體A5進行染色的情況相比,L*值降低。認為於粉體B1~粉體B3及粉體B4~粉體B6中,由於向設置有中孔的煆燒粒子中組入染料化合物,L*值降低。
圖12是利用SEM觀察粉體B5而得的SEM圖像。圖13是將圖12放大後的SEM圖像。圖14是藉由EDS對圖13中的線所示的部分進行分析而得的圖表。如圖13所示,長條粒子的表層部分與中央部分相比,呈現得更白。反射電子圖像有原子編號越大的元素越呈現白色的傾向。因此,認為與源自長條粒子的原料的鋁相比,源自染料且原子編號大的鐵較長條粒子的中央部分而言遍佈長條粒子的表層部分。另外,如圖14所示,根據藉由EDS而得的分析結果,可知鐵存在於長條粒子整體中。進而,如圖14所示,可知關於鐵的檢測強度,表層部分較長條粒子的中央部分更大。根據該些結果,認為作為染色成分的鐵雖然通過中孔而進入至長條粒子的中央部分,但有較中央部分而言遍佈於表層部分的傾向。
接下來,使用如所述般製作的粉體及新準備的粉體D1及粉體D2來製作實施例、比較例及參考例的塗料組成物及撥水構件。
<塗料組成物的製作>
[組成物C1](實施例21)
首先,將撥水樹脂0.5 g添加至溶劑5 mL中,利用磁攪拌器攪拌1分鐘而將撥水樹脂及溶劑均勻地混合。作為撥水樹脂,使用聚二甲基矽氧烷(polydimethyl siloxane,PDMS)陶氏-東麗(Dow-Toray)股份有限公司製造的陶熙(DOWSIL)(註冊商標)HC2100。作為溶劑,使用富士軟片和光純藥股份有限公司製造的特級乙酸乙酯。向該混合液中添加0.5 g的粉體B2,利用磁攪拌器進而攪拌10分鐘,從而製作組成物C1。
[組成物C2](實施例22)
使用粉體B5代替粉體B2,除此以外與組成物C1同樣地製作組成物C2。
[組成物C3](比較例21)
使用粉體D1代替粉體B2,將溶劑量設為10 mL,除此以外與組成物C1同樣地製作組成物C3。作為粉體D1,使用東洋鋁股份有限公司製造的球體狀或橢圓體狀(大體球狀)鋁粒子(商品名:14-0132,平均粒徑(Dp50):11.2 μm)。
[組成物C4](參考例1)
使用粉體A1代替粉體B2,除此以外與組成物C1同樣地製作組成物C4。
[組成物C5](參考例2)
使用粉體A2代替粉體B2,除此以外與組成物C1同樣地製作組成物C5。
[組成物C6](參考例3)
使用粉體A3代替粉體B2,除此以外與組成物C1同樣地製作組成物C6。
[組成物C7](參考例4)
使用粉體A4代替粉體B2,將溶劑量設為20 mL,除此以外與組成物C1同樣地製作組成物C7。
[組成物C8](參考例5)
使用粉體A5代替粉體B2,將溶劑量設為10 mL,除此以外與組成物C1同樣地製作組成物C8。
[組成物C9](比較例22)
使用粉體D2代替粉體B2,將溶劑量設為20 mL,除此以外與組成物C1同樣地製作組成物C9。作為粉體D2,使用阿木泰庫(Amtec)股份有限公司製造的帕那泰陶拉(Panatetra)(註冊商標)WZ-0501(四針狀氧化鋅)。
<撥水構件的製作>
準備0.3 mm厚的A3003板材作為基材。於基材的兩端貼附乙烯膠帶而形成階差。將如所述般製作的組成物C1~組成物C9滴加至基材上,利用玻璃棒均勻拉伸,並利用刮板法進行塗佈,於室溫下乾燥30分鐘。以所述方式製作於基材的表面形成有撥水皮膜的撥水構件E1~撥水構件E9。
[評價]
如以下般對如所述般獲得的撥水構件的剛塗裝後接觸角及耐污染性試驗後接觸角進行評價,將該些結果示於表5。
(剛塗裝後接觸角)
使用協和界面化學股份有限公司製造的固液界面解析裝置多洛普瑪斯特(DropMaster)700對如所述般獲得的撥水皮膜表面的接觸角進行測定。具體而言,於撥水皮膜表面,改變位置向三個部位滴加各2.5 μL的離子交換水,對形成於撥水皮膜表面上的水滴的接觸角進行測定。於滴加離子交換水時使用特氟隆(Teflon)(註冊商標)塗層針28G。於三個部位全部的接觸角為150°以上或未滴落的情況下評價為「○」,於一個部位或兩個部位的接觸角為150°以上且除此以外的部位的接觸角未滿150°的情況下評價為「△」,於三個部位全部的接觸角未滿150°的情況下評價為「×」。
(耐污染性試驗後接觸角)
為了再現DEP等大氣中的超微小粒子的附著引起的超撥水表面的污染,實施了耐污染性試驗。具體而言,使用真空設備股份有限公司製造的鍍碳機(carbon coater)VC-100於如所述般獲得的撥水皮膜的表面蒸鍍碳。具體而言,將備用芯碳SLC-30設置於電極部,將撥水構件靜置於載物台上,將腔室內抽真空至2 Pa左右後,於芯燒斷之前於電極間流通數秒鐘的電流,使碳蒸鍍於撥水皮膜的表面。當使碳蒸鍍時,一次粒徑為數nm左右的碳的超微小粒子於被蒸鍍物表面析出。自腔室中取出使碳蒸鍍後的撥水構件,與所述同樣地測定接觸角。於三個部位全部的接觸角為145°以上或未滴落的情況下評價為「○」,於一個部位或兩個部位的接觸角為145°以上且除此以外的部位的接觸角未滿145°的情況下評價為「△」,於三個部位全部的接觸角未滿145°的情況下評價為「×」。
[表5]
撥水構件 | 組成物 | 粉體 | 溶劑 | 剛塗裝後接觸角 | 耐污染性試驗後接觸角 | |
實施例21 | E1 | C1 | B2 | 乙酸乙酯5 ml | ○:未滴落 | ○:未滴落 |
實施例22 | E2 | C2 | B5 | 乙酸乙酯5 ml | ○:未滴落 | ○:未滴落 |
比較例21 | E3 | C3 | D1 | 乙酸乙酯10 ml | ×:133° | - |
參考例1 | E4 | C4 | A1 | 乙酸乙酯5 ml | ○:未滴落 | - |
參考例2 | E5 | C5 | A2 | 乙酸乙酯5 ml | ○:未滴落 | - |
參考例3 | E6 | C6 | A3 | 乙酸乙酯5 ml | ○:未滴落 | ○:未滴落 |
參考例4 | E7 | C7 | A4 | 乙酸乙酯20 ml | ○:未滴落 | - |
參考例5 | E8 | C8 | A5 | 乙酸乙酯10 ml | ○:未滴落 | - |
比較例22 | E9 | C9 | D2 | 乙酸乙酯20 ml | ○:未滴落 | ○:149° |
如表5所示,撥水構件E1~撥水構件E2及撥水構件E4~撥水構件E9由於在剛塗裝後未滴落,因此顯示出超撥水性。另一方面,於撥水構件E3中,由於未使用長條粒子,因此即便於剛塗裝後亦不顯示出超撥水性。其中,撥水構件E9由氧化鋅形成,無法確認是否能夠藉由本方法進行著色。
另外,於撥水構件E1、撥水構件E2及撥水構件E6中分別使用將粉體A3染色後的粉體B2及粉體B5以及粉體A3,但於剛塗裝後及耐污染性試驗後均未滴落而顯示出超撥水性。據此,認為粉體有無染色不會對剛塗裝後接觸角及耐污染性試驗後接觸角產生大的影響。藉由SEM對撥水構件E6及撥水構件E2進行確認,結果如圖15、圖16、圖19及圖20所示,可再次確認到煆燒處理與利用撥水樹脂的處理之間的粉體有無染色不會對撥水構件的表面形狀產生影響。另外,藉由SEM對粉體B5及撥水構件E2進行確認,結果如圖17~圖20所示,可再次確認到有無煆燒及染色後利用撥水樹脂的處理不會對撥水構件的表面形狀產生影響。
如圖19及圖20所示,於撥水構件E2上形成有卡西-巴克斯特表面,於由利用撥水樹脂形成的包覆層包覆的多個長條粒子之間保持有與外部連通的空間。另一方面,雖未圖示,但撥水構件E3的表面由撥水樹脂填埋空隙,未形成卡西-巴克斯特表面。因此,認為撥水構件E2顯示出超撥水性,撥水構件E3未顯示出超撥水性。
再者,粉體B1~粉體B8是將粉體A2~粉體A4染色而製作。因此,認為利用粉體B1~粉體B8製作的撥水構件與撥水構件E5~撥水構件E7同樣地,於剛塗裝後顯示出超撥水性。
日本專利特願2021-134910號(申請日:2021年8月20日)的全部內容被引用至此。
以上,藉由實施例、比較例及參考例對本實施方式進行了說明,但本實施方式並不限定於該些,能夠於本實施方式的主旨的範圍內進行各種變形。
1:球栗狀三水鋁石
2:多個長條粒子
圖1是利用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察粉體A1而得的SEM圖像。
圖2是將圖1放大後的SEM圖像。
圖3是利用SEM觀察粉體A2而得的SEM圖像。
圖4是將圖3放大後的SEM圖像。
圖5是利用SEM觀察粉體A3而得的SEM圖像。
圖6是將圖5放大後的SEM圖像。
圖7是利用SEM觀察粉體A4而得的SEM圖像。
圖8是將圖7放大後的SEM圖像。
圖9是利用SEM觀察粉體A5而得的SEM圖像。
圖10是將圖9放大後的SEM圖像。
圖11是表示粉體A2~粉體A5的細孔徑與細孔容積的關係的圖表。
圖12是利用SEM觀察粉體B5而得的SEM圖像。
圖13是將圖12放大後的SEM圖像。
圖14是藉由EDS對圖13中的線所示的部分進行分析而得的圖表。
圖15是利用SEM觀察撥水構件E6而得的SEM圖像。
圖16是將圖15放大後的SEM圖像。
圖17是利用SEM觀察粉體B5而得的SEM圖像。
圖18是將圖17放大後的SEM圖像。
圖19是利用SEM觀察撥水構件E2而得的SEM圖像。
圖20是將圖19放大後的SEM圖像。
Claims (15)
- 一種染色粉體,包括包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀的多個長條粒子, 於所述長條粒子內組入有無機染料化合物。
- 如請求項1所述的染色粉體,其中L*值未滿90。
- 如請求項1或請求項2所述的染色粉體,其中所述無機染料化合物包含過渡金屬元素。
- 如請求項1或請求項2所述的染色粉體,其中所述長條形狀為選自由針形形狀、鱗片形形狀及板形形狀所組成的群組中的至少一種形狀。
- 如請求項1或請求項2所述的染色粉體,其中所述多個長條粒子的平均長徑為1 μm以上且40 μm以下。
- 如請求項1或請求項2所述的染色粉體,其中所述多個長條粒子的平均長徑相對於平均短徑之比為3以上。
- 一種塗料組成物,含有: 多個長條粒子,包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀; 溶劑;以及 撥水樹脂,溶解於所述溶劑, 於所述長條粒子內組入有染料化合物。
- 如請求項7所述的塗料組成物,其中所述染料化合物包含過渡金屬元素。
- 一種撥水皮膜,包括凝聚體,所述凝聚體含有:多個長條粒子,包含氧化鋁作為主要成分且具有長條形狀;以及包覆層,包覆所述多個長條粒子的表面並由撥水樹脂形成, 於所述長條粒子內組入有染料化合物, 所述凝聚體的所述多個長條粒子三維地凝聚, 所述凝聚體的外表面由所述包覆層包覆, 所述凝聚體於由所述包覆層包覆的所述多個長條粒子之間保持與外部連通的空間。
- 一種撥水構件,包括: 基材;以及 如請求項9所述的撥水皮膜,包覆所述基材的表面。
- 一種染色粉體的製造方法,包括: 煆燒步驟,於500℃以上且1100℃以下,對包含氧化鋁及氫氧化鋁中的至少任一種且具有長條形狀的多個前驅物粒子進行煆燒,獲得包含氧化鋁作為主要成分、具有長條形狀、並設置有中孔的多個煆燒粒子;以及 染色步驟,向所述多個煆燒粒子的所述中孔內組入無機染料化合物。
- 如請求項11所述的染色粉體的製造方法,其中所述多個煆燒粒子的細孔容積為0.03 cm 3/g以上。
- 如請求項11或請求項12所述的染色粉體的製造方法,其中所述多個煆燒粒子的布厄特比表面積為10 m 2/g以上。
- 一種撥水構件的製造方法,於基材的表面塗佈如請求項7所述的塗料組成物而形成撥水皮膜, 所述撥水皮膜包括凝聚體,所述凝聚體包含:所述多個長條粒子;以及包覆層,包覆所述多個長條粒子的表面並由所述撥水樹脂形成。
- 如請求項14所述的撥水構件的製造方法,其中所述凝聚體的所述多個長條粒子三維地凝聚, 所述凝聚體的外表面由所述包覆層包覆, 所述凝聚體於由所述包覆層包覆的所述多個長條粒子之間保持與所述撥水皮膜的外部連通的空間。
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