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JP2004137137A - Article covered with coating, method of producing the same, and coating solution used in the same - Google Patents

Article covered with coating, method of producing the same, and coating solution used in the same Download PDF

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JP2004137137A
JP2004137137A JP2002325839A JP2002325839A JP2004137137A JP 2004137137 A JP2004137137 A JP 2004137137A JP 2002325839 A JP2002325839 A JP 2002325839A JP 2002325839 A JP2002325839 A JP 2002325839A JP 2004137137 A JP2004137137 A JP 2004137137A
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Toyoyuki Teranishi
寺西 豊幸
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an article covered with a coating which contains silicon oxide as a main component and on which fine irregularities serving as a base for ultra water-repellency or ultra hydrophilicity are formed, a method of producing the same, and a coating solution used in the same. <P>SOLUTION: The article is covered with the coating containing silicon oxide as the main component and having fine irregularities on its surface, and it is characterized in that the fine irregularities are constituted of fine projections and columnar projections. Each columnar projection is formed by the local growth of the fine projection in the thickness direction of the coating, and/or by local stacking of a plurality of fine particles constituting the fine projections. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小凹凸を有した珪素酸化物を主成分とする皮膜が被覆された皮膜被覆物品、その製造方法、およびそれに用いる塗布溶液に関する。特に本発明は、ゾル−ゲル法により形成される珪素酸化物を主成分とする皮膜に有用である。
【0002】
【従来の技術】
ガラス板やその他の基材の表面に、撥水性や親水性を持たせるためには、その表面に凹凸を形成させるとよい。
【0003】
一般に固体表面の濡れ性は、表面の粗度によって影響を受ける。すなわち、固体表面が親水的な場合には粗表面の親水性は向上し、逆に疎水的な場合には粗表面の撥水性は向上する。この現象は、表面がフラクタル構造をもつ場合に顕著に現れ、その結果、フラクタル表面はその材質によって、超撥水あるいは超親水と呼ばれる表面となりうる、とされる。
【0004】
なお、水の接触角度が150度を超えるような撥水性の状態は、一般に超撥水と呼ばれている。また、水の接触角度の測定が困難なほどの親水性の状態は、超親水性と呼ばれている。
【0005】
例えば、(1)特開平6−25449号には、プラスチックフィルムの表面にプラズマ処理によって微小な突起を形成し、その後にフッ素化合物を化学吸着させる方法が開示されている。
【0006】
(2)特開平11−286784号には、金属アルコキシドの重縮合物、金属酸化微粒子、および、フルオロアルキル基を有するシラン化合物を含む処理液をガラス表面に塗布し乾燥させることで、その表面に微細な凹凸構造を形成させる方法が開示されている。
【0007】
(3)特開2000−144116には、トリアルコキシシランの重縮合物を含む塗布液を基板上に塗布し熱処理することにより、表面に凹凸を形成させる撥水膜が開示されている。
【0008】
(4)特開2001−17907には、アルミニウム化合物を含む溶液を基体に塗布して皮膜を形成し、温水に浸漬することにより、表面に微細な凹凸を形成させる方法が開示されている。
【0009】
(5)特開2001−207123には、金属アルコキシドと、溶媒中でこれらと分相し、かつ室温から700℃までの温度で分解、燃焼、昇華する特性を有する物質が溶剤に添加された溶液を基材に塗布して、熱処理することにより、平均孔径100nm〜2μmの微小多孔層を形成させる方法が開示されている。
【0010】
【特許文献1】
特開平6−25449号公報
【特許文献2】
特開平11−286784号公報
【特許文献3】
特開2000−144116公報
【特許文献4】
特開2001−17907公報
【特許文献5】
特開2001−207123公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した(1),(2)および(5)に開示された方法では、膜の膜厚および/または凹凸が大きい。このため、透過光が散乱しヘイズ(haze)値が上がるので、皮膜の透明性が低くなってしまう。
【0012】
また(3)および(5)に開示された技術では、塗布液を基材に塗布した後、高温で熱処理する必要があるため、基材は耐熱性の高い材料に限られる。また熱処理が必要となってしまう。
【0013】
(1)に開示された方法では、プラズマ処理で凹凸を形成させるため、このための処理装置が必要となってしまう。
【0014】
(4)に開示された方法では、温水浸漬で凹凸を形成させるため、温水の供給装置が必要となってしまう。
【0015】
さらに、(2),(3),(4)および(5)に開示された技術では、ディップコート等でウエットな塗膜を形成した後に乾燥させるので、ガラス端部や膜面にムラが発生しやすく、皮膜の外観品質が悪くなってしまう。
【0016】
またさらに、(1),(2),(3),(4)および(5)に開示された技術では、皮膜表面の凹凸形状が不規則なフラクタル構造となっているため、皮膜の耐摩耗性が悪くなってしまう。
【0017】
例えば疎水性を示す基材において、表面に凹凸を形成しその表面の粗さを大きくすればするほど、水の接触角は大きくなる。この接触角が150度を超えると、水滴がその表面に留まることが困難になるほどの超撥水性を示すようになる。このような超撥水性を発現させるためには、表面凹凸と水滴の間に空気を多く保持できる形状が必要である、といわれている。
【0018】
しかし表面に、例えば数百nm以上の大きな凹凸が存在すると、光が散乱を起こし、透明性基材の場合、ヘイズが発生し透明性が損なわれる問題がある。
【0019】
また従来の超撥水性表面では、表面の突起が複雑なフラクタル形状で形成されている。その突起の一つ一つが脆く、弱い力でも壊れてしまう。このため、摩擦などにより、撥水性がすぐに失われてしまう問題もあった。
【0020】
そこで本発明は、超撥水性や超親水性の礎となる微小凹凸として、従来にない凹凸形状が形成された珪素酸化物を主成分とする皮膜が被覆された皮膜被覆物品、その製造方法、およびそれに用いる塗布溶液を提供する。
さらに本質的に焼成工程を必要とせず、優れた生産性を持つ珪素酸化物を主成分とする皮膜の製造方法を提供する。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、請求項1に記載の発明として、
表面に微小凹凸を有した珪素酸化物を主成分とする皮膜が被覆された物品であって、
前記微小凹凸は、微小突起および柱状突起により構成されていることを特徴とする皮膜被覆物品である。
【0022】
請求項2に記載の発明として、
前記柱状突起は、前記微小突起が前記皮膜の厚さ方向に局所的に成長して形成されている、および/または、前記微小突起を構成する微粒子が局所的に複数個積層して形成されている請求項1に記載の皮膜被覆物品である。
【0023】
請求項3に記載の発明として、
前記柱状突起の直径をDc、高さをHとして、2Dc≦Hの関係式が成立する請求項1または2に記載の皮膜被覆物品である。
【0024】
請求項4に記載の発明として、
前記Dc=10〜200nmであり、少なくともHが50nmである請求項3に記載の皮膜被覆物品である。
【0025】
請求項5に記載の発明として、
前記微小突起は、その直径DpがDp=5〜200nmである請求項1に記載の皮膜被覆物品である。
【0026】
請求項6に記載の発明として、
前記皮膜の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で少なくとも10nmであり、かつ皮膜のヘイズ率は1%以下である請求項1〜5のいずれかに記載の皮膜被覆物品である。
【0027】
請求項7に記載の発明として、
前記皮膜の表面に1mgの水滴を滴下して測定した水の接触角が5度以下である請求項1〜6のいずれかに記載のに記載の皮膜被覆物品である。
【0028】
請求項8に記載の発明として、
前記基材は、ガラス板、樹脂板または樹脂フィルムのいずれかである請求項1〜7のいずれかに記載の皮膜被覆物品である。
【0029】
請求項9に記載の発明として、
基材と、前記基材表面に珪素酸化物を主成分とする皮膜を形成する皮膜被覆物品の製造方法であって、
前記基材表面に珪素含有原料を含む溶液を塗布する工程と、
前記珪素含有原料から供給される珪素を含む微小突起を前記表面に形成するとともに、
前記微小突起が前記皮膜の厚さ方向に局所的に成長する、および/または、前記微小突起を構成する微粒子が局所的に複数個積層することにより、柱状突起を形成する工程を含むことを特徴とする皮膜被覆物品の製造方法である。
【0030】
請求項10に記載の発明として、
前記柱状突起を形成する工程は、前記柱状突起が成長するに足りる時間、前記基材表面を前記溶液で濡らした状態を維持してなる請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0031】
請求項11に記載の発明として、
前記時間は、少なくとも1秒間である請求項10に記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0032】
請求項12に記載の発明として、
前記局所的に成長してなる柱状突起は、前記溶液中に溶解している珪素含有原料が前記基材表面に直接析出することにより形成する請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0033】
請求項13に記載の発明として、
前記積層してなる柱状突起は、前記溶液中に溶解している珪素含有原料が前記溶液中に微粒子として析出し、前記微粒子が基材表面に堆積することにより形成する請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0034】
請求項14に記載の発明として、
前記溶液は、シリコーン油を主成分とする溶媒に、クロロシリル基含有化合物を溶解してなる請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0035】
請求項15に記載の発明として、
前記クロロシリル基含有化合物の濃度を、0.01〜10質量%とする請求項14に記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0036】
請求項16に記載の発明として、
前記クロロシリル基含有化合物は、テトラクロロシランである請求項14または15に記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0037】
請求項17に記載の発明として、
前記シリコーン油を主成分とする溶媒は、ジメチルシリコーンオイルである請求項14〜16のいずれかに記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0038】
請求項18に記載の発明として、
温度を10〜40℃、相対湿度(RH)を15〜60%の環境条件において、前記塗布工程と、前記柱状突起を形成する工程を行う請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0039】
請求項19に記載の発明として、
前記基材を、ガラス板、樹脂板または樹脂フィルムのいずれかとする請求項9〜18のいずれかに記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0040】
請求項20に記載の発明として、
前記基材は、車両に装着された車両用透明板である請求項9〜19のいずれかに記載の皮膜被覆物品の製造方法である。
【0041】
請求項21に記載の発明として、
シリコーン油を主成分とする溶媒に、クロロシリル基含有化合物を溶解したことを特徴とする皮膜形成用塗布溶液である。
【0042】
請求項22に記載の発明として、
前記シリコーン油を主成分とする溶媒中の含水率は、0.03質量%以下である請求項21に記載の皮膜形成用塗布溶液である。
【0043】
請求項23に記載の発明として、
前記クロロシリル基含有化合物の濃度を、0.01〜10質量%とする請求項21に記載の皮膜形成用塗布溶液である。
【0044】
本発明の皮膜被覆物品における皮膜は、微細な凹凸を有し、この凹凸は、基本的に、微小突起(粒子状突起)と、この粒子状突起よりも基板の表面から測定した高さの高い柱状突起とから構成されている。
【0045】
本発明では、珪素酸化物、例えばシリカ、を主成分とする皮膜の表面において、まず微小な粒子状突起を形成させている。さらに、この粒子状突起を構成する微粒子が重なり合うように複数個積層して形成することによって、またはこの粒子状突起を皮膜の厚さ方向に局所的に成長させて形成することによって、柱状突起を形成している。このような突起を形成することで、表面粗さを大きくするとともに、柱状突起と微小突起の間、および柱状突起同士の間に空気を保持できる構造としている。
【0046】
柱状突起は、例えば一体的な突起、すなわち微粒子が皮膜の厚さ方向に局所的に成長して形成された突起である。この場合、柱状突起の直径をDc、高さをHとすると、2Dc≦H、好ましくは3Dc≦Hが成立する。ここで、DcおよびHは、SEMで測定した値を用いればよい。Dcは10nm〜200nmが好適である。好ましいHの範囲は、Dcの値によるが、通常は、50nm以上である。なお、これらの数値は、後述するように、走査型電子顕微鏡での皮膜の表面形状を観察測定した結果、およびその皮膜の親水性や撥水性に基づいて決定したものである。
【0047】
この柱状突起は、微粒子が重なり合って構成されていてもよい。微粒子の積層の数および形態は、特に限定されないが、2以上の微粒子が皮膜の厚さ方向に積層して形成された突起が周囲から突出している、さらに詳細には、基本的には1つの微粒子の高さに相当する微小突起に周囲を囲まれた、3以上の微粒子による皮膜の厚さ方向への連結体が柱状突起を構成していることが好ましい。
本発明の皮膜には、柱状突起として、一体的な突起物と微粒子が積層して形成された突起物とが混在していても構わない。
【0048】
なお本明細書において、「局所的に成長」なる用語は、微小突起の平均高さの2倍以上、好ましくは3倍以上にまでに成長した意味に用いる。また、「局所的に」なる用語を、皮膜表面の所定面積を占めるという意味で用いる。この所定面積のより好ましい比率は、後述するように、相反する2つの特性の両立(所定値以上の表面粗さと所定値以下のヘイズ率との両立)により、代替的に表現できる。さらに、「主成分」なる用語を50質量%以上を占める成分を意味する用語として用いる。
【0049】
また本発明では、この皮膜表面に力が加わった場合に、柱状突起が破壊されたとしても、微小突起は損傷を受けにくい構造となっている。このため、本発明による皮膜は、従来の超撥水物品に比して、超撥水性は失われても通常の撥水性は維持される点で、耐久性(耐摩耗性)が優れている。
【0050】
本発明における柱状突起には、上述したように2種類の形態があり、皮膜表面から局所的に成長し一体的に形成された形状になるものと、微小突起が積層されて形成された形状をとるものである。これらの違いは成膜条件によるものであり、例えば、クロロシリル基含有化合物の濃度が高い場合は、微小突起を形成する粒子が重なり合った形状になり易い。しかし、どちらの形状でも、超撥水性や超親水性、耐久性に差はないため、特に限定されるものではない。
【0051】
本発明において、粒子状微小突起は、その直径DpがDp=5〜200nmであり、柱状突起はその直径をDc、高さをHとしたとき、2Dc≦Hで、Dc=10〜200nmであり、少なくともHが50nmであることが好ましい。さらに好ましくは、微小突起の直径Dpを平均で20〜100nmとし、柱状突起の直径Dcを平均で20〜100nmとするとよい。このような構成により、ヘイズ率を低く保つことができる。このため、超撥水性や超親水性の礎となる微小な凹凸構造と、皮膜の透明性を両立することが容易となる。なお、突起の直径がこれを越えると、珪素酸化物を主成分とする皮膜の透明性が損なわれてしまうことがある。
【0052】
一方、柱状突起の高さHが50nm未満になると、超撥水性や超親水性を発現させる微小な凹凸構造ではなくなってしまう。
【0053】
また、本発明における柱状突起は自然に成長させているため、必ずしも基板表面に対して垂直方向にのみ形成されるものでなく、垂直方向の途中から曲がったり、最初から斜めに成長したりするものも存在するが、これらの形状でも支障はない。これらの形状において、垂直方向の高さをH、最表面に価する部分の平均直径をDとしたとき、上述した範囲にあれば撥水性や耐久性に差はないため、特に限定されるものではない。
【0054】
また、従来技術では、一度平滑な表面を形成した後に、プラズマや温水処理、高温焼成等で表面に凹凸を形成させる方法がよく用いられていたが、これらの方法では、設備のコストが高くかかるだけでなく、凹凸を形成する基材にも制限があった。例えば、自動車に取り付けられた状態のガラス板に、これらの方法を適用することは実質不可能である。
【0055】
一方、本発明によれば、基材表面にコーティング溶液を塗布し、その溶液を乾燥させればよいので、基材やその状態を選ぶことがない。
【0056】
さらに本発明による珪素酸化物を主成分とする皮膜の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で少なくとも10nmであり、かつ皮膜のヘイズ率は1.0%以下であることが好ましく、0.5%以下であることがさらに好ましい。このように、本発明による珪素酸化物を主成分とする皮膜は、透明性にも優れている。
【0057】
表面粗さが大きいほど、撥水性能や親水性能を向上させることができる。一方、従来の技術で形成された凹凸表面は、表面粗さが大きくなるにつれ、皮膜のヘイズ率も大きくなり、撥水性能や親水性能と透明性を両立することが困難であった。
【0058】
なお、皮膜の表面粗さの上限は、ヘイズ率が1.0%以下であることを満足する範囲であれば、特に限定されない。
【0059】
しかし本発明による珪素酸化物を主成分とする皮膜は、その表面の柱状突起の効果で表面粗さを大きくしており、かつその間に空気を保持できる微小な凹凸構造を有している。なお珪素酸化物を主成分とする皮膜は、基本的に親水性であるので、本発明による珪素酸化物を主成分とする皮膜は、微小な凹凸構造と相まって超親水性を示すことになる。さらに、この珪素酸化物を主成分とする皮膜は、超撥水性や防汚性を示す機能膜の下地膜とすることができる。
【0060】
この皮膜は、珪素酸化物を主成分とし、さらに他の成分、例えばチタン酸化物、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物を含んでいてもよい。
【0061】
以下、珪素酸化物を主成分とする皮膜の製造方法について、クロロシリル基含有化合物を、シリコーン油を主成分とする溶媒に溶解した溶液を基材表面に塗布した場合を例に説明する(図3参照)。
【0062】
まず、この溶液において、クロロシリル基含有化合物をシリコーン油を主成分とする溶媒に添加すると、クロロシリル基含有化合物はクロロ基が保持された状態で溶媒に溶解している。
【0063】
この塗布溶液2を基材1の表面に塗布すると、その塗布中に、基材表面の親水基(−OH基)にクロロシリル基含有化合物が結合する。さらに、クロロシリル基含有化合物は、空気中の水分および基材表面の吸着水で、加水分解から縮重合反応が進みながら基材表面に結合される。このとき、基材表面にまばらに粒子状の核3が形成される(図3(a))。
【0064】
そのまま、基材表面を塗布溶液で濡らしておくと、クロロシリル基含有化合物は、空気中の水分で加水分解から縮重合反応が進み、珪素酸化物のオリゴマー4が生成される。オリゴマーが溶媒に溶解し難い大きさまで成長すると、溶媒から析出し始め、析出したオリゴマー4がガラス表面に堆積し突起が成長する(図3(b))。
【0065】
また、この基材表面に形成された核3の表面にシラノール(Si−OH基)が形成されると、クロロシリル基含有化合物5が結合する。また析出前のオリゴマー6も、凹凸表面のSi−Cl基やSi−OH基に結合され、基板側からも突起が成長する(図3(c))。
【0066】
図3(b),図3(c)で示した析出工程を経て、基板1の表面に、粒子状突起8とともに柱状突起7が形成される(図3(d))。
【0067】
上述した突起の成長は、基材表面の突出した箇所で生じやすいため、塗布直後に形成された核に集中し、その核が柱状突起に成長すると考えられる。
【0068】
また、基材表面から成長し一体的に形成された形状、あるいは粒子が重なり合って形成された形状の違いは、上述した析出したオリゴマーの堆積量と、溶解した珪素酸化物原料が直接基材表面に析出する量の比率、塗布直後に形成される核の密度等の影響によるものと考えられる。
【0069】
本発明における珪素酸化物を主成分とする皮膜の形成には、上述の通り、シリカオリゴマーの形成および珪素酸化物原料と基材との反応、溶媒に対するシリカオリゴマーの溶解度等が強く影響していると考えられる。
【0070】
本発明における珪素酸化物原料は、上述の通り、珪素酸化物含有オリゴマーを形成するものであって、基材との反応性が高く、溶媒に溶解する材料であれば特に限定されないが、そのなかでもクロロシリル基含有化合物は、そのクロロ基が、水や基材表面の親水基(−OH基)と非常に強い反応を示すため好ましく用いられる。
【0071】
本発明における溶媒は、上述の珪素酸化物原料(溶質)の反応性を抑制せず、かつ形成されるシリカオリゴマーが溶解し難いものが好ましい。例えば、水系溶媒では、クロロシリル基含有化合物が水と反応し、反応性の低いOH基が形成されるため好ましくない。反応性の高いクロロ基をそのまま保持できる溶媒としては、非水系溶媒が挙げられ、その中でもシリコーン油を主成分とする溶媒が好ましく用いられる。
【0072】
例えば、シリコーン油を主成分とする溶媒ではない非水系溶媒として、イソパラフィン系炭化水素に、クロロシリル基含有化合物を溶解し、基材表面に塗布してみた。すると、得られた皮膜は多少の凹凸が形成されるものの、本発明のような柱状突起までは形成されなかった。このため、この皮膜は超親水性を示さなかった。これは、非水系溶媒のなかでも吸水性の違いが影響していると考えられる。
【0073】
つぎに、珪素酸化物原料の反応性の影響を検討してみた。クロロシリル基含有化合物をシリコーン油を主成分とする溶媒に溶解した塗布溶液を基材表面に塗布する工程を、例えば温度=20℃、相対湿度(RH)=10%の低湿環境で実施した。
【0074】
その結果、微小突起は形成されたものの、柱状突起は形成されなかった。これは、クロロシリル基含有化合物は空気中の水分で反応が進むため、その水分量が少ない低湿環境では反応が進み難く、結果として柱状突起まで成長しなかったと考えられる。
【0075】
逆に、例えば温度=30℃、相対湿度(RH)=70%の高湿環境でこの塗布溶液を基材表面に塗布すると、反応が早く進みすぎ、皮膜が白化してしまうような大きな突起が形成された。
【0076】
また、予めシリコーン油を主成分とする溶媒に水を吸収させた後、クロロシリル基含有化合物を溶解させた溶液を基材表面に塗布した。その結果、得られた皮膜は微小突起は形成されたものの、柱状突起は形成されていなかった。
【0077】
このときの溶媒の含水率を測定したところ0.035質量%であり、本発明におけるシリコーン油を主成分とする溶媒中の含水率は、0.03質量%以下であることが好ましいことが分かった。これは、溶媒中の水分でクロロシリル基含有化合物が加水分解、縮重合反応し、溶液中でオリゴマー化が進んだことが影響していると考えられる。
【0078】
つまり、シリコーン油を主成分とする溶媒の含水率が少ない状態でクロロシリル基含有化合物を溶解させ、この溶液を基材表面に塗布すると、塗布中および基材表面に溶液が濡れている間に、この溶液が空気中の水分を適度に吸収することで、オリゴマー化が適度に進み、粒子状微小突起と柱状突起がともに形成される、と考えられる。
【0079】
基材表面に粒子状微小突起と柱状突起を形成させるためには、通常、溶液を基材表面に塗布した後、少なくとも基材表面が溶液で1秒間濡れている必要があり、10秒以上、とりわけ1分間以上濡れていることが、さらに好ましい。
【0080】
濡れている時間が短いと、クロロシリル基含有化合物が基板表面に十分に吸着されないため、超撥水性や超親水性の礎となる微小な凹凸構造を有する皮膜は得られない。
【0081】
また、基材表面に自然吸着積層させるクロロシリル基含有化合物を補給する目的で、一度溶液を基材表面に塗布し濡らした上に、同じ溶液を重ねて塗布することがさらに好ましい。溶液を2回以上に分けて供給する場合は、基板が溶液で濡れている時間が合計で所定時間以上、例えば1秒以上、となるように、最初の溶液が完全に乾燥する前に次の溶液を供給するとよい。
【0082】
このクロロシリル基含有化合物の濃度は、塗布方法によっても異なるが、0.01〜10質量%が好ましく、0.1%〜3質量%がさらに好ましい。
【0083】
クロロシリル基含有化合物の濃度が高くなりすぎると、皮膜が厚くなり、白い粉状となるため、好ましくない。一方、クロロシリル基含有化合物の濃度が低くなりすぎると、十分な厚みの皮膜とすることができない。このため、超撥水性や超親水性の礎となる微小な凹凸構造を形成することができないので、好ましくない。
【0084】
本発明における塗布方法としては、塗布溶液が基材表面に一様に濡れることが必要であり、さらに塗布した後は、基材表面に機械的な接触がなく、塗布溶液が基材表面に濡れたままの状態で保持されることが好ましい。
【0085】
具体的方法としては、例えばフローコーティング法、ディップコーティング法、カーテンコーティング法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法、バーコーティング法、浸漬吸着法などが挙げられる。効率よく塗布するためには、このうちフローコーティング法やスプレーコーティング法が好ましい。
【0086】
本発明に用いられるクロロシリル基含有化合物とは、クロロシリル基(−SiCl3−n、ここでnは1,2,または3であり、Xは水素、またはそれぞれ炭素数が1〜10のアルキル基、アルコキシ基、またはアシロキシ基である)を分子内に少なくとも1個有する化合物である。
【0087】
そのなかでも、少なくとも2個の塩素を有する化合物が好ましく、シランSi2n+2( ここでnは1〜5の整数)の中の少なくとも2個の水素を塩素で置換し、他の水素を必要に応じて上記アルキル基、アルコキシ基、またはアシロキシ基で置換したクロロシラン、およびその部分加水分解物およびその縮重合物が好ましい。
【0088】
例えば、テトラクロロシラン SiCl、トリクロロシラン SiHCl、トリクロロモノメチルシラン SiCHCl、ジクロロシラン SiHCl、 および Cl−(SiClO)−SiCl(nは1〜10の整数)等を挙げることができる。これらのなかから、単独でまたは複数を組み合わせて使用することができるが、最も好ましいクロロシリル基含有化合物はテトラクロロシランである。
【0089】
本発明におけるシリコーン油を主成分とする溶媒とは、鎖状または/および環状のジメチルシリコーンオイルからなることが好ましい。例えば、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等を挙げることができる。またこれらの中から、単独でまたは複数を組み合わせて使用することができる。
【0090】
また本発明における塗布工程の環境は、温度が10〜40℃で、相対湿度(RH)が15〜60%であることが好ましく、温度が15〜25℃で、相対湿度(RH)が20〜40%がさらに好ましい。温度と湿度が低すぎると、上述の通り柱状突起が形成されない。このように、少なくとも温度および湿度は、皮膜の凹凸の状態に大きく影響するので、制御の対象とするべきである。
【0091】
一方、湿度が高すぎると、突起のサイズが大きくなるため、形成された珪素酸化物を主成分とする皮膜の透明性が損なわれてしまう。また温度が高すぎると、基材表面に塗布した溶液が早く乾燥するため、基材表面を溶液で濡らした状態を継続させることが困難になる。
【0092】
本発明に用いられる基材としては、特に限定されないが、該基材の表面に親水性基を有するものが好ましく用いられる。具体的には、ガラス、セラミックス、プラスチックあるいは金属等を挙げることができる。
【0093】
もし、これらの基材の表面に親水性基が少ない場合には、その表面を予め酸素を含むプラズマまたはコロナ雰囲気で処理して親水性化してもよい。あるいは、基材表面を酸素を含む雰囲気中で、200〜300nm付近の波長の紫外線を照射して、親水性化処理を行った後に、本発明による溶液を塗布してもよい。
【0094】
また本発明における珪素酸化物を主成分とする皮膜は、その低屈折率と表面凹凸の効果で、低反射性も有するという特徴がある。
【0095】
【発明の実施の形態】
以下に用いる「シリカ」とは、完全なSiOの状態で存在するものではなく、珪素酸化物の意味である。
【0096】
(実施例1)
テトラクロロシラン(SiCl:信越シリコーン製)0.5gを、デカメチルシクロペンタシロキサン(KF−995:信越シリコーン製)99.5gに撹拌しながら添加し、凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を得た。ガラス基板としては、フロート法によるソーダライムガラス板を用いた。
【0097】
この凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、1分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。さらに、その上にもう一度同じ溶液をフローコート法にて塗布し、1分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の被覆用溶液を、完全に洗い流して自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0098】
こうして得られた凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の表面形状を、走査型電子顕微鏡(SEM,「S−4700型」、日立製作所製)を用いて、加速電圧:5kV、エミッション電流:10μA、傾斜角度:10度、観察倍率:10万倍の条件にて観察した(図1参照)。図1の結果より明らかなように、シリカ膜表面に微小突起と柱状突起が形成されていることが確認できた。
【0099】
図1より、柱状突起は、微粒子が皮膜の膜厚方向に局所的に成長、具体的には微粒子による微小突起の平均的な高さの2倍以上、さらには3倍以上にまで成長した形状を有する。柱状突起は、基板からの高さHが、その平均直径Dcの3倍以上あるものも見受けられる。H,Dcおよび微小突起の直径Dpは、上記の好ましい範囲内に入っていた。Dp,Dcの平均値は、ともに20nm〜100nmの範囲内にあった。
【0100】
また、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の表面粗さは、原子間力顕微鏡(AFM,「SPI3700」、セイコー電子(株)製)を用いて、サイクリックコンタクトモードで、算術平均粗さRaを測定した。このRaの値が大きいほど、皮膜表面の凹凸が大きいことを表している。
【0101】
さらに、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の親水性能を水の接触角で評価した。接触角計(「CA−DT」、協和界面科学(株)製)を用い、1mgの質量の水滴をガラス板表面に滴下して、静的接触角を測定した。なおこの接触角の値が小さいほど、親水性が優れていることを表している。
【0102】
また、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の透明性をヘイズ率で評価した。ヘイズ率は、直読ヘイズコンピュータ(「HGM−2DM」、スガ試験機(株)製)を用いて測定した。なおこのヘイズ率が小さいほど、皮膜の透明性が高いことを表している。
【0103】
上述のように、本発明による珪素酸化物を主成分とする皮膜の形成方法では、自然乾燥のみでよく、特に焼成工程を必要としない。
【0104】
(実施例2)
実施例1と同様に調整した凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、1分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の被覆用溶液を、完全に洗い流して自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0105】
(実施例3)
実施例1と同様に調整した凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、10秒間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の被覆用溶液を、完全に洗い流して自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0106】
(実施例4)
実施例1と同様に調整した凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、0.5秒間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させ、その上にもう一度同じ溶液をフローコート法にて塗布し、0.5秒間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の被覆用溶液を、完全に洗い流して自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0107】
(実施例5)
テトラクロロシラン(SiCl:信越シリコーン製)0.2gを、デカメチルシクロペンタシロキサン(KF−995:信越シリコーン製)99.8gに撹拌しながら添加し、凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を得た。
【0108】
この凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、1分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。さらに、その上にもう一度同じ溶液をフローコート法にて塗布し、1分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の被覆用溶液を、完全に洗い流して自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0109】
(実施例6)
テトラクロロシラン(SiCl:信越シリコーン製)1.0gを、デカメチルシクロペンタシロキサン(KF−995:信越シリコーン製)99.0gに撹拌しながら添加し、凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を得た。
【0110】
この凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、1分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の被覆用溶液を、完全に洗い流して自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0111】
(実施例7)
実施例1のデカメチルシクロペンタシロキサンを、オクタメチルトリシロキサン(KF−96L−1CS:信越シリコーン製)に変更した以外は、実施例1と同様にして凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0112】
(実施例8)
実施例1と同様に調整した凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でスプレーコート法にて塗布し、1分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の被覆用溶液を、完全に洗い流して自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0113】
(実施例9)
テトラクロロシラン(SiCl:信越シリコーン製)2.0gを、デカメチルシクロペンタシロキサン(KF−995:信越シリコーン製)98.0gに撹拌しながら添加し、凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を得た。
【0114】
この凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、5分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させ、その上にもう一度同じ溶液をフローコート法にて塗布し、5分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の被覆用溶液を、完全に洗い流して自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0115】
こうして得られた凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の表面形状を、実施例1と同様の条件で走査型電子顕微鏡にて観察した(図2参照)。図2の結果より明らかなように、実施例9において柱状突起は、粒子が重なり合って形成されている様子が分かる。柱状突起には、微粒子が局所的に3段以上に重なり合い、周囲の微粒子から微粒子が2段以上の突起として突出したものも含まれる。
【0116】
ここでも、柱状突起には、基板からの高さHが、その平均直径Dcの3倍以上あるものも見受けられる。H,Dcおよび微小突起の直径Dpは、上記の好ましい範囲内に入っていた。Dp,Dcの平均値は、ともに20nm〜100nmの範囲内にあった。
【0117】
(実施例10)
実施例1と同様に調整した凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に塗布する時の環境を相対湿度20%に変えた以外は、実施例1と同様にして凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0118】
(実施例11)
実施例1と同様に調整した凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に塗布する時の環境を相対湿度50%に変えた以外は、実施例1と同様にして凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。
【0119】
【表1】

Figure 2004137137
【0120】
実施例1〜11で得られた凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板は、走査型電子顕微鏡を用いてその表面形状を観察したところ、全ての皮膜で微微小突起と柱状突起が形成されていることが確認でき、その表面粗さ(Ra)はいずれも13nm以上であった。この結果、皮膜の表面粗さの大きいことが確かめられた。
【0121】
さらに、実施例1〜11で得られた凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板において、水の濡れ性を観察した。その結果、全ての皮膜で水滴がよく濡れて広がっていることを確認した。また、凹凸を有するシリカ膜の親水性を水の接触角で評価した。接触角としては、正確に測定ができないほどで、約5度以下であった。
【0122】
また、実施例1〜11で得られた凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の透明性を直読ヘイズコンピュータで測定したところ、全ての皮膜のヘイズ率が1.0%以下であり、透明性が高いことが確認された。さらに、皮膜面のムラやガラスエッジ部に液溜まり等の外観上の欠点もなく、非常にきれいな皮膜であることが確認された。また、透過色調、反射色調ともにニュートラルであり、外観上の問題もなかった。
【0123】
また本発明における珪素酸化物を主成分とする皮膜被覆ガラス板は、珪素酸化物を主成分とする皮膜を形成していないガラス基板に比して、膜面反射率で約1.6%反射率が低減していた。これは、屈折率1.52であるソーダライムガラス基板に比して低屈折率である珪素酸化物を主成分とする皮膜と、皮膜表面凹凸の効果によるものと考えられる。
【0124】
(応用例:撥水処理)
本発明の応用例として、本発明による凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板にさらに撥水処理を施した。
【0125】
この応用例において適用されうる撥水液としては、基材表面に結合する撥水材料を含むものであれば特に限定されない。なお一般的に、撥水材料を溶媒に溶解した溶液として使用する形態が好ましい。また、先に基材表面に形成させるクロロシリル基含有化合物と相性のよい加水分解可能なシリル基を有する化合物が好ましく、その中でも撥水性能の高いフルオロアルキル基を含有したシラン化合物がさらに好ましい。
【0126】
前記フルオロアルキル基含有シラン化合物は、フルオロアルキル基を含有し、かつアルコキシ基、アシロキシ基、または塩素基を含有するシラン化合物であり、例えば、CF(CF(CHSi(OCH、CF(CF(CHSi(OCH、CF(CF(CHSiCl、CF(CF(CHSiCl、等が挙げられる。
【0127】
これらの中から、単独でまたは複数を組み合わせて使用することができるが、特に反応性と撥水性の高い、CF(CF(CHSiClが最も好ましい。
【0128】
撥水材料を溶解する溶媒は、撥水材料が溶解すれば特に限定はないが、先に基材表面に形成させるクロロシリル基含有化合物が、シリコーン系を含む溶媒に溶解して塗布されている。このため、その後に塗布する撥水剤も、同系統である非水系溶媒が好ましい。
【0129】
この非水系溶媒としては、パラフィン系炭化水素やフロン系、シリコーン油を主成分とする溶媒等が挙げられるが、これらの中でも先に基材表面に形成させるクロロシリル基含有化合物を溶解させる溶媒と同じシリコーン油を主成分とする溶媒が好ましい。
【0130】
前記撥水液を塗布する方法は、先に形成した凹凸を有するシリカ膜の表面形状を壊さない方法が必要であり、具体的には、先に形成させるクロロシリル基含有化合物と同じ吸着させる方法が好ましい。
【0131】
撥水液を吸着させるためには、撥水液を塗布した後、少なくとも0.1秒間撥水液が基材表面を濡らしている必要がある。
【0132】
撥水液は、先に凹凸を有するシリカ膜を形成させたクロロシリル基含有化合物と異なり、撥水材料が一層だけ結合すればよいので、撥水液を濡らす時間は、クロロシリル基含有化合物が基材表面に自然吸着積層させる時間より、短くてよい。
【0133】
しかし0.1秒未満であると、撥水材料が十分に吸着されないため、十分な撥水性が発現できなくなる。
【0134】
このような吸着を可能にする方法としては、フローコーティング法、ディップコーティング法、カーテンコーティング法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法、バーコーティング法、浸漬吸着法などが挙げられる。効率よく塗布するためには、このうちフローコーティング法やスプレーコーティング法が好ましい。
【0135】
(応用例1〜11)
まず、ヘプタデカフルオロデシルトリクロロシラン(CF(CF(CHSiCl)2gを、デカメチルシクロペンタシロキサン98gに撹拌しながら添加し、撥水処理剤を得た。
【0136】
この撥水処理剤を、上述した実施例1〜11の凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、1分間撥水処理剤でガラス基板表面を濡らしたまま静置させ、その後、エタノールで表面の撥水処理剤を完全に洗い流し、自然乾燥させ、それぞれ応用例1〜11である撥水処理ガラス板を得た。
【0137】
得られた撥水処理ガラス板について、まずその撥水性能を水の接触角で評価した。接触角計(「CA−DT」、協和界面科学(株)製)を用い、2mgの質量の水滴をガラス板表面に滴下して、静的接触角を測定した。なおこの接触角の値が大きいほど、静的な撥水性が優れていることを表している。
【0138】
次に、得られた撥水処理ガラス板について、その膜の透明性をヘイズ率で評価した。ヘイズ率は、直読ヘイズコンピュータ(「HGM−2DM」、スガ試験機(株)製)を用いて測定した。なおこのヘイズ率が小さいほど、皮膜の透明性が高いことを表している。
【0139】
さらに、得られた撥水処理ガラス板について、その膜の耐摩耗性を評価した。耐摩耗性試験は、往復摩耗試験機(新東科学(株)製)に乾布を取り付けて、荷重125g/cmの条件で、撥水処理ガラスを100回往復摺動させ、その後に、撥水処理ガラスの水の接触角を、試験前の測定と同じ条件で測定した。
【0140】
【表2】
Figure 2004137137
【0141】
応用例1〜11で得られた撥水処理ガラス板は、150度以上の初期接触角を示し、超撥水性を有することが確認できた。
【0142】
なお耐摩耗性試験後の接触角は、それぞれ100度以上であり、超撥水性は示さないものの、十分通常の撥水性は示し、優れた耐擦傷性を有することが確かめられた。
【0143】
さらにヘイズ率は、実施例1〜11で得られた凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板と殆ど変化なく、全ての皮膜のヘイズ率が1.0%以下であり、透明性が高いことが確認された。
【0144】
(比較例1)
実施例1と同様に調整した凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、0.5秒間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を完全に洗い流し、自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。この凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の表面上に、応用例1〜11と同様に撥水処理を行い、撥水処理ガラス板を得た。
【0145】
得られた撥水処理ガラス板を応用例1〜11と同様に評価した結果、初期接触角が120度であり、応用例に比して撥水性能に劣ることが確認された。
【0146】
(比較例2)
テトラクロロシラン(SiCl:信越シリコーン製)4.0gを、デカメチルシクロペンタシロキサン(KF−995:信越シリコーン製)96.0gに撹拌しながら添加し、凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を得た。
【0147】
この凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に、相対湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布し、5分間この溶液でガラス基板表面を濡らしたまま静置させた。その後、エタノールでガラス基板表面の被覆用溶液を、完全に洗い流して自然乾燥させ、凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。この凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の表面上に、応用例1〜11と同様に撥水処理を行い、撥水処理ガラス板を得た。
【0148】
得られた撥水処理ガラス板を応用例1〜11と同様に評価した結果、初期接触角が123度であり、応用例に比して撥水性能に劣ることが確認された。また、皮膜は部分的に白い粉状のものが観察され、ヘイズ率も3.8%であり、透明性も劣っていた。
【0149】
(比較例3)
実施例1において、デカメチルシクロペンタシロキサンを、イソパラフィン系炭化水素(アイソゾール300:日本石油化学(株)製)に変更した以外は、実施例1と同様にして凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。この凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の表面上に、応用例1〜11と同様に撥水処理を行い、撥水処理ガラス板を得た。
【0150】
得られた撥水処理ガラス板を応用例1〜11と同様に評価した結果、初期接触角が91度であり、応用例に比して撥水性能に劣ることが確認された。
【0151】
(比較例4)
実施例1と同様に調整した凹凸を形成させるシリカ膜の被覆用溶液を、洗浄したガラス基板の表面上に塗布する時の環境を相対湿度10%に変えた以外は、実施例1と同様にして凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板を得た。この凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板の表面上に、応用例1〜11と同様に撥水処理を行い、撥水処理ガラス板を得た。
【0152】
得られた撥水処理ガラス板を応用例1〜11と同様に評価した結果、初期接触角が114度であり、応用例に比して撥水性能に劣ることが確認された。
【0153】
(応用例:防汚処理)
(応用例12)
撥水処理の応用例で用いたヘプタデカフルオロデシルトリクロロシランの代わりに、[メトキシ(ポリエチレンオキシ)プロピル]トリメトキシシラン(チッソ(株)製、含有率90%、分子量460〜590、エチレンオキシド単位数6〜9)を用いた以外は応用例1と同様にして、防汚機能付き親水性膜を得た。
【0154】
得られた防汚機能付き親水性膜において、水の濡れ性を観察した。その結果、水滴がよく濡れて広がっていることを確認した。また、親水性を水の接触角で評価した。接触角としては、正確に測定ができないほどで、約5度以下であった。これは、防汚膜自体の接触角も低く、先に形成させた凹凸を有するシリカ膜の凹凸の効果と相まって、優れた親水性を示すもとのと推定できた。
【0155】
次に、この防汚機能付き親水性膜の防汚性能を評価した。この防汚機能付き親水性膜に市販のオリーブ油を数滴垂らし、室温で30分間放置した後、エタノールで洗い流したところ、オリーブ油が完全に除去され、防汚機能のあることが確認された。
【0156】
(比較例5)
実施例1の凹凸を有するシリカ膜被覆ガラス板に応用例12と同様に防汚性能を評価した。その結果、オリーブ油が一部残っており、応用例12に比して防汚性能に劣ることが確認できた。
【0157】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明による珪素酸化物を主成分とする皮膜は、その表面に微小な粒子状突起を形成させ、さらにその一部を柱状に成長させた微小凹凸を有することを特徴としている。このため、優れた親水性や撥水性の礎となる皮膜である。
【0158】
またこの珪素酸化物を主成分とする皮膜では、微小凹凸を形成する微小突起と柱状突起の直径を200nm以下、平均50nm程度としている。このため、親水性や撥水性の礎となる十分な凹凸を有しながら、しかも皮膜の透明性が高いという効果を奏する。
【0159】
さらにこの珪素酸化物を主成分とする皮膜では、皮膜の表面に微小な粒子状突起を形成させ、さらにその一部を柱状に成長させている。このため、撥水処理された本発明による珪素酸化物を主成分とする皮膜は、例え表面が摩耗されることにより超撥水状態ではなくなったとしても、通常の撥水性は十分に有しているので、耐摩耗性に優れるという効果を奏する。
【0160】
またこの珪素酸化物を主成分とする皮膜では、自然に微小な粒子状突起が形成され、さらにその一部が柱状に成長するため、その外観品質がよいという効果を奏する。
【0161】
また本発明による方法は、クロロシリル基含有化合物をシリコーン油を主成分とする溶媒に溶解した溶液を基材表面に塗布するだけであるので、本質的に焼成工程を必要とせず、優れた生産性で珪素酸化物を主成分とする皮膜被覆物品を製造することができる。
【0162】
さらに本発明における皮膜は、屈折率と表面凹凸の効果により、低反射性も示すという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた珪素酸化物を主成分とする皮膜のSEMによる観察写真である。
【図2】実施例9で得られた珪素酸化物を主成分とする皮膜のSEMによる観察写真である。
【図3】微小凹凸形成のメカニズムを説明する模式図である。
【符号の説明】
1:(ガラス)基体
2:塗布された溶液
3:核
4:オリゴマー
5:クロロシリル基含有化合物
6:(析出前の)オリゴマー
7:柱状突起
8:粒子状突起[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a coated article coated with a coating mainly composed of silicon oxide having fine irregularities, a method for producing the same, and a coating solution used for the same. In particular, the present invention is useful for a coating mainly composed of silicon oxide formed by a sol-gel method.
[0002]
[Prior art]
In order to impart water repellency or hydrophilicity to the surface of a glass plate or other base material, it is preferable to form irregularities on the surface.
[0003]
Generally, the wettability of a solid surface is affected by the surface roughness. That is, when the solid surface is hydrophilic, the hydrophilicity of the rough surface is improved, and when the solid surface is hydrophobic, the water repellency of the rough surface is improved. This phenomenon appears remarkably when the surface has a fractal structure, and as a result, the fractal surface can be a surface called super water repellent or super hydrophilic depending on the material.
[0004]
Note that a water repellent state in which the contact angle of water exceeds 150 degrees is generally called super water repellency. A state of hydrophilicity that makes it difficult to measure the contact angle of water is called superhydrophilicity.
[0005]
For example, (1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-25449 discloses a method in which fine projections are formed on the surface of a plastic film by plasma treatment, and then a fluorine compound is chemically adsorbed.
[0006]
(2) JP-A-11-286784 discloses that a treatment liquid containing a polycondensate of a metal alkoxide, metal oxide fine particles, and a silane compound having a fluoroalkyl group is applied to a glass surface and dried, so that the glass surface is dried. A method for forming a fine uneven structure is disclosed.
[0007]
(3) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-144116 discloses a water-repellent film that forms irregularities on the surface by applying a coating solution containing a polycondensate of trialkoxysilane onto a substrate and performing a heat treatment.
[0008]
(4) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-17907 discloses a method in which a solution containing an aluminum compound is applied to a substrate to form a film, and the film is immersed in warm water to form fine irregularities on the surface.
[0009]
(5) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-207123 discloses a solution in which a metal alkoxide and a substance having a property of decomposing, burning, and sublimating in a solvent at a temperature of from room temperature to 700 ° C. are added to the solvent. Is applied to a base material and heat-treated to form a microporous layer having an average pore diameter of 100 nm to 2 μm.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-6-25449
[Patent Document 2]
JP-A-11-286784
[Patent Document 3]
JP 2000-144116 A
[Patent Document 4]
JP 2001-17907 A
[Patent Document 5]
JP 2001-207123 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the methods disclosed in the above (1), (2) and (5), the film thickness and / or unevenness is large. For this reason, the transmitted light is scattered and the haze value is increased, so that the transparency of the film is reduced.
[0012]
In the techniques disclosed in (3) and (5), it is necessary to apply a coating solution to a substrate and then heat-treat the substrate at a high temperature. Therefore, the substrate is limited to a material having high heat resistance. In addition, heat treatment is required.
[0013]
In the method disclosed in (1), since the unevenness is formed by the plasma processing, a processing apparatus for this is required.
[0014]
In the method disclosed in (4), since the unevenness is formed by immersion in hot water, a hot water supply device is required.
[0015]
Furthermore, according to the techniques disclosed in (2), (3), (4) and (5), since a wet coating film is formed by dip coating or the like and then dried, unevenness occurs at the glass edge and the film surface. And the appearance quality of the coating deteriorates.
[0016]
Furthermore, in the techniques disclosed in (1), (2), (3), (4) and (5), the unevenness of the film surface has an irregular fractal structure, so that the film has high wear resistance. The sex gets worse.
[0017]
For example, in a substrate exhibiting hydrophobicity, the more the roughness is formed on the surface and the greater the roughness of the surface, the larger the contact angle of water. When the contact angle exceeds 150 degrees, the water droplets exhibit super water repellency such that it is difficult for water droplets to stay on the surface. It is said that in order to exhibit such super water repellency, a shape capable of retaining a large amount of air between surface irregularities and water droplets is required.
[0018]
However, if there are large irregularities on the surface, for example, several hundred nm or more, light is scattered, and in the case of a transparent substrate, there is a problem that haze is generated and transparency is impaired.
[0019]
In the conventional super-water-repellent surface, projections on the surface are formed in a complicated fractal shape. Each of the protrusions is brittle and breaks even with a weak force. For this reason, there is also a problem that water repellency is immediately lost due to friction or the like.
[0020]
Accordingly, the present invention provides a film-coated article coated with a film containing silicon oxide as a main component, which has a non-conventional uneven shape, as a fine unevenness serving as a foundation for superhydrophobicity or superhydrophilicity, a method for producing the same, And a coating solution used for the same.
Further, the present invention provides a method for producing a film containing silicon oxide as a main component, which does not essentially require a firing step and has excellent productivity.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a camera as described in claim 1 as:
An article coated with a coating mainly composed of silicon oxide having fine irregularities on its surface,
The minute unevenness is a film-coated article characterized by being constituted by minute protrusions and columnar protrusions.
[0022]
As the invention according to claim 2,
The columnar protrusions are formed by locally growing the fine protrusions in the thickness direction of the coating, and / or by locally laminating a plurality of fine particles constituting the fine protrusions. The coated article according to claim 1.
[0023]
As the invention according to claim 3,
3. The film-coated article according to claim 1, wherein a relational expression of 2Dc ≦ H is satisfied, where Dc is the diameter of the columnar protrusion and H is the height.
[0024]
As the invention according to claim 4,
The coated article according to claim 3, wherein the Dc is 10 to 200 nm and at least H is 50 nm.
[0025]
As the invention according to claim 5,
The film-coated article according to claim 1, wherein the fine projection has a diameter Dp of Dp = 5 to 200 nm.
[0026]
As the invention according to claim 6,
The coating-coated article according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface roughness of the coating is at least 10 nm in arithmetic average roughness (Ra), and the haze ratio of the coating is 1% or less.
[0027]
As the invention according to claim 7,
The film-coated article according to any one of claims 1 to 6, wherein a contact angle of water measured by dropping 1 mg of a water droplet on the surface of the film is 5 degrees or less.
[0028]
As the invention according to claim 8,
The coated substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein the substrate is any one of a glass plate, a resin plate, and a resin film.
[0029]
According to the ninth aspect of the present invention,
A method for producing a film-coated article in which a substrate and a film containing silicon oxide as a main component are formed on the substrate surface,
A step of applying a solution containing a silicon-containing raw material on the surface of the base material,
Forming microprojections containing silicon supplied from the silicon-containing raw material on the surface,
Forming a columnar protrusion by locally growing the fine protrusions locally in the thickness direction of the film and / or locally laminating a plurality of fine particles constituting the fine protrusions. A method for producing a film-coated article.
[0030]
As the invention according to claim 10,
The method for producing a film-coated article according to claim 9, wherein the step of forming the columnar projections keeps the substrate surface wet with the solution for a time sufficient for the columnar projections to grow.
[0031]
As the invention according to claim 11,
The method according to claim 10, wherein the time is at least one second.
[0032]
As the invention according to claim 12,
The method according to claim 9, wherein the locally grown columnar protrusion is formed by directly depositing a silicon-containing raw material dissolved in the solution on the surface of the base material. .
[0033]
As the invention according to claim 13,
The coating according to claim 9, wherein the stacked columnar projections are formed by depositing silicon-containing raw materials dissolved in the solution as fine particles in the solution and depositing the fine particles on the surface of the base material. This is a method for producing a coated article.
[0034]
As the invention according to claim 14,
The method according to claim 9, wherein the solution is obtained by dissolving a chlorosilyl group-containing compound in a solvent containing silicone oil as a main component.
[0035]
As the invention according to claim 15,
The method for producing a film-coated article according to claim 14, wherein the concentration of the chlorosilyl group-containing compound is 0.01 to 10% by mass.
[0036]
As the invention according to claim 16,
The method according to claim 14, wherein the chlorosilyl group-containing compound is tetrachlorosilane.
[0037]
As the invention according to claim 17,
The method for producing a film-coated article according to any one of claims 14 to 16, wherein the solvent containing silicone oil as a main component is dimethyl silicone oil.
[0038]
As the invention according to claim 18,
The method for producing a film-coated article according to claim 9, wherein the coating step and the step of forming the columnar projections are performed under environmental conditions of a temperature of 10 to 40C and a relative humidity (RH) of 15 to 60%. .
[0039]
As the invention according to claim 19,
The method according to any one of claims 9 to 18, wherein the substrate is any one of a glass plate, a resin plate, and a resin film.
[0040]
As the invention according to claim 20,
The method according to any one of claims 9 to 19, wherein the base material is a transparent plate for a vehicle mounted on a vehicle.
[0041]
As the invention according to claim 21,
A coating solution for forming a film, characterized in that a chlorosilyl group-containing compound is dissolved in a solvent containing silicone oil as a main component.
[0042]
As the invention according to claim 22,
22. The coating solution for forming a film according to claim 21, wherein the water content in the solvent containing the silicone oil as a main component is 0.03% by mass or less.
[0043]
As the invention according to claim 23,
22. The coating solution for forming a film according to claim 21, wherein the concentration of the chlorosilyl group-containing compound is 0.01 to 10% by mass.
[0044]
The film in the film-coated article of the present invention has fine irregularities, and the irregularities are basically fine projections (particulate projections) and have a height higher than the particulate projections as measured from the surface of the substrate. And columnar projections.
[0045]
In the present invention, fine particulate projections are first formed on the surface of a film containing silicon oxide, for example, silica as a main component. Further, the columnar projections are formed by laminating a plurality of particles constituting the particulate projections so as to overlap each other, or by locally growing the particulate projections in the thickness direction of the film. Has formed. By forming such protrusions, the surface roughness can be increased, and air can be held between the columnar protrusions and the minute protrusions and between the columnar protrusions.
[0046]
The columnar projection is, for example, an integral projection, that is, a projection formed by locally growing fine particles in the thickness direction of the film. In this case, if the diameter of the columnar projection is Dc and the height is H, 2Dc ≦ H, preferably 3Dc ≦ H is satisfied. Here, Dc and H may use values measured by SEM. Dc is preferably from 10 nm to 200 nm. The preferred range of H depends on the value of Dc, but is usually 50 nm or more. These numerical values are determined based on the results of observing and measuring the surface shape of the film with a scanning electron microscope and the hydrophilicity and water repellency of the film, as described later.
[0047]
The columnar protrusion may be configured by overlapping fine particles. The number and form of the lamination of the fine particles are not particularly limited, but protrusions formed by laminating two or more fine particles in the thickness direction of the coating project from the surroundings. It is preferable that a linked body in the thickness direction of the film of three or more fine particles surrounded by fine protrusions corresponding to the height of the fine particles forms a columnar protrusion.
In the film of the present invention, an integral projection and a projection formed by laminating fine particles may be mixed as columnar projections.
[0048]
In this specification, the term “locally grown” is used to mean that the microprojections have grown to twice or more, preferably three times or more the average height. Further, the term “locally” is used to mean that it occupies a predetermined area of the film surface. As will be described later, this more preferable ratio of the predetermined area can be alternatively expressed by compatibility of two opposing characteristics (both a surface roughness equal to or more than a predetermined value and a haze ratio equal to or less than a predetermined value). Further, the term "main component" is used as a term meaning a component occupying 50% by mass or more.
[0049]
Further, in the present invention, when a force is applied to the surface of the film, even if the columnar projection is broken, the minute projection is structured to be hardly damaged. For this reason, the film according to the present invention is superior in durability (abrasion resistance) in that normal water repellency is maintained even if the super water repellency is lost, as compared with conventional super water repellent articles. .
[0050]
As described above, there are two types of columnar projections in the present invention. One type is formed by locally growing from the film surface to form an integrally formed shape, and the other is formed by stacking fine projections. Take it. These differences depend on the film formation conditions. For example, when the concentration of the chlorosilyl group-containing compound is high, the particles forming the fine projections are likely to have a shape in which they overlap. However, there is no difference in the super-water repellency, super-hydrophilicity, and durability of either shape, and thus there is no particular limitation.
[0051]
In the present invention, the particulate microprojections have a diameter Dp of Dp = 5 to 200 nm, and the columnar projections have a diameter Dc and a height H of 2Dc ≦ H, and Dc = 10 to 200 nm. , At least H is preferably 50 nm. More preferably, the diameter Dp of the microprojections is 20 to 100 nm on average, and the diameter Dc of the columnar projections is 20 to 100 nm on average. With such a configuration, the haze ratio can be kept low. For this reason, it is easy to achieve both the microscopic uneven structure serving as a foundation for superhydrophobicity and superhydrophilicity and the transparency of the film. If the diameter of the projection exceeds this, the transparency of the film containing silicon oxide as a main component may be impaired.
[0052]
On the other hand, if the height H of the columnar projections is less than 50 nm, the structure will not be a fine uneven structure that exhibits superhydrophobicity or superhydrophilicity.
[0053]
In addition, since the columnar projections in the present invention are naturally grown, they are not necessarily formed only in the vertical direction to the substrate surface, but are bent from the middle in the vertical direction or grown obliquely from the beginning. However, there is no problem with these shapes. In these shapes, when the height in the vertical direction is H, and the average diameter of the portion corresponding to the outermost surface is D, there is no difference in water repellency and durability as long as the height is in the above range, so that it is particularly limited. is not.
[0054]
Further, in the prior art, a method of once forming a smooth surface and then forming irregularities on the surface by plasma, hot water treatment, high-temperature baking, or the like is often used, but these methods require high equipment costs. In addition, there is a limitation on the base material on which the irregularities are formed. For example, it is practically impossible to apply these methods to a glass sheet attached to an automobile.
[0055]
On the other hand, according to the present invention, since the coating solution may be applied to the surface of the substrate and the solution may be dried, there is no need to select the substrate or its state.
[0056]
Further, the surface roughness of the coating mainly composed of silicon oxide according to the present invention is preferably at least 10 nm in arithmetic average roughness (Ra), and the haze ratio of the coating is preferably 1.0% or less. More preferably, it is not more than 0.5%. As described above, the film containing silicon oxide as the main component according to the present invention has excellent transparency.
[0057]
As the surface roughness increases, the water repellency and hydrophilicity can be improved. On the other hand, as for the uneven surface formed by the conventional technique, as the surface roughness increases, the haze ratio of the coating increases, and it is difficult to achieve both water repellency and hydrophilic performance and transparency.
[0058]
The upper limit of the surface roughness of the film is not particularly limited as long as the haze ratio is within the range of 1.0% or less.
[0059]
However, the coating according to the present invention containing silicon oxide as a main component has a large surface roughness due to the effect of columnar projections on the surface, and has a fine uneven structure capable of retaining air therebetween. Since the film containing silicon oxide as the main component is basically hydrophilic, the film containing silicon oxide as the main component according to the present invention exhibits superhydrophilicity in combination with the minute uneven structure. Further, the film containing silicon oxide as a main component can be used as a base film of a functional film exhibiting super water repellency and antifouling property.
[0060]
This coating contains silicon oxide as a main component, and may further contain other components such as titanium oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide.
[0061]
Hereinafter, a method for producing a film containing silicon oxide as a main component will be described by taking as an example a case where a solution obtained by dissolving a chlorosilyl group-containing compound in a solvent containing silicone oil as a main component is applied to the surface of a substrate (FIG. 3). reference).
[0062]
First, in this solution, when the chlorosilyl group-containing compound is added to a solvent containing silicone oil as a main component, the chlorosilyl group-containing compound is dissolved in the solvent while the chloro group is retained.
[0063]
When this coating solution 2 is applied to the surface of the substrate 1, the chlorosilyl group-containing compound is bonded to the hydrophilic group (-OH group) on the substrate surface during the application. Further, the chlorosilyl group-containing compound is bound to the surface of the substrate while the condensation polymerization reaction proceeds from the hydrolysis by the moisture in the air and the water adsorbed on the surface of the substrate. At this time, sparse particle nuclei 3 are formed on the substrate surface (FIG. 3A).
[0064]
If the surface of the base material is wetted with the coating solution as it is, the chlorosilyl group-containing compound undergoes condensation polymerization reaction from hydrolysis with moisture in the air, and oligomer 4 of silicon oxide is generated. When the oligomer grows to a size that is difficult to dissolve in the solvent, it starts to precipitate from the solvent, the deposited oligomer 4 deposits on the glass surface, and the projection grows (FIG. 3B).
[0065]
When silanol (Si-OH group) is formed on the surface of the nucleus 3 formed on the substrate surface, the chlorosilyl group-containing compound 5 is bonded. Also, the oligomer 6 before the precipitation is bonded to the Si—Cl group or Si—OH group on the uneven surface, and the projection grows from the substrate side (FIG. 3C).
[0066]
Through the deposition process shown in FIGS. 3B and 3C, the columnar projections 7 are formed on the surface of the substrate 1 together with the particulate projections 8 (FIG. 3D).
[0067]
Since the growth of the projections described above tends to occur at protruding portions on the surface of the substrate, it is considered that the nuclei are concentrated on the nuclei formed immediately after the application, and the nuclei grow into columnar projections.
[0068]
The difference between the shape formed integrally from the substrate surface and the shape formed by overlapping the particles is that the amount of the deposited oligomer and the dissolved silicon oxide raw material are directly It is considered that this is due to the influence of the ratio of the amount deposited on the surface, the density of nuclei formed immediately after coating, and the like.
[0069]
As described above, the formation of the film containing silicon oxide as a main component in the present invention is strongly affected by the formation of the silica oligomer, the reaction between the silicon oxide raw material and the substrate, the solubility of the silica oligomer in the solvent, and the like. it is conceivable that.
[0070]
The silicon oxide raw material in the present invention, as described above, forms a silicon oxide-containing oligomer, and is not particularly limited as long as it has high reactivity with the base material and is soluble in a solvent. However, a chlorosilyl group-containing compound is preferably used because the chloro group shows a very strong reaction with water or a hydrophilic group (—OH group) on the surface of the substrate.
[0071]
The solvent in the present invention is preferably one that does not suppress the reactivity of the above-described silicon oxide raw material (solute) and that hardly dissolves the formed silica oligomer. For example, an aqueous solvent is not preferable because a chlorosilyl group-containing compound reacts with water to form an OH group having low reactivity. Examples of the solvent capable of retaining a highly reactive chloro group as it is include non-aqueous solvents, and among them, a solvent containing a silicone oil as a main component is preferably used.
[0072]
For example, as a non-aqueous solvent which is not a solvent containing silicone oil as a main component, a chlorosilyl group-containing compound was dissolved in an isoparaffinic hydrocarbon and applied to the surface of a substrate. Then, although the obtained film had some irregularities, it did not form up to the columnar projections as in the present invention. For this reason, this film did not show superhydrophilicity. This is thought to be due to the difference in water absorption among non-aqueous solvents.
[0073]
Next, the influence of the reactivity of the silicon oxide raw material was examined. The step of applying a coating solution obtained by dissolving a chlorosilyl group-containing compound in a solvent containing silicone oil as a main component was performed in a low humidity environment, for example, at a temperature of 20 ° C. and a relative humidity (RH) of 10%.
[0074]
As a result, although minute projections were formed, columnar projections were not formed. This is presumably because the reaction of the chlorosilyl group-containing compound proceeds with moisture in the air, and the reaction hardly proceeds in a low humidity environment where the amount of moisture is small, and as a result, the columnar projection did not grow.
[0075]
Conversely, if this coating solution is applied to the surface of a substrate in a high humidity environment, for example, at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity (RH) of 70%, the reaction proceeds too quickly, and large projections that cause the film to whiten are formed. Been formed.
[0076]
Further, after water was previously absorbed in a solvent containing silicone oil as a main component, a solution in which a chlorosilyl group-containing compound was dissolved was applied to the surface of the substrate. As a result, although the obtained film had fine projections formed, no columnar projections were formed.
[0077]
The water content of the solvent at this time was measured to be 0.035% by mass, and it was found that the water content in the solvent containing silicone oil as a main component in the present invention was preferably 0.03% by mass or less. Was. This is considered to be due to the fact that the chlorosilyl group-containing compound was hydrolyzed and polycondensed by the water in the solvent, and oligomerization proceeded in the solution.
[0078]
In other words, when the chlorosilyl group-containing compound is dissolved in a state in which the water content of the solvent containing silicone oil as a main component is low, and this solution is applied to the surface of the substrate, during the application and while the solution is wet on the surface of the substrate, It is considered that this solution appropriately absorbs the moisture in the air, whereby the oligomerization proceeds appropriately, and both the particulate minute projections and the columnar projections are formed.
[0079]
In order to form particulate projections and columnar projections on the surface of the substrate, usually after coating the solution on the surface of the substrate, at least the surface of the substrate must be wet with the solution for 1 second, and 10 seconds or more, In particular, it is more preferable to be wet for 1 minute or more.
[0080]
If the wetting time is short, the chlorosilyl group-containing compound is not sufficiently adsorbed on the substrate surface, so that a film having a fine uneven structure serving as a foundation for superhydrophobicity and superhydrophilicity cannot be obtained.
[0081]
For the purpose of replenishing the chlorosilyl group-containing compound that is naturally adsorbed and laminated on the surface of the base material, it is more preferable that the solution is once applied to the surface of the base material and wetted, and then the same solution is applied again. When the solution is supplied in two or more portions, the next solution must be completely dried before the first solution is completely dried so that the time during which the substrate is wet with the solution is at least a predetermined time, for example, one second or more. A solution may be provided.
[0082]
The concentration of the chlorosilyl group-containing compound varies depending on the coating method, but is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.1% to 3% by mass.
[0083]
If the concentration of the chlorosilyl group-containing compound is too high, the film becomes thick and becomes white powder, which is not preferable. On the other hand, if the concentration of the chlorosilyl group-containing compound is too low, a film having a sufficient thickness cannot be obtained. For this reason, it is not preferable because it is not possible to form a fine uneven structure serving as a foundation for superhydrophobicity or superhydrophilicity.
[0084]
The coating method in the present invention requires that the coating solution is uniformly wetted on the surface of the substrate, and after coating, there is no mechanical contact with the surface of the substrate, and the coating solution wets the surface of the substrate. It is preferable to keep it in a state of being held.
[0085]
Specific examples of the method include a flow coating method, a dip coating method, a curtain coating method, a spin coating method, a spray coating method, a bar coating method, and an immersion adsorption method. For efficient application, a flow coating method and a spray coating method are preferable.
[0086]
The chlorosilyl group-containing compound used in the present invention refers to a chlorosilyl group (-SiCl n X 3-n Wherein n is 1, 2, or 3, and X is hydrogen or a compound having at least one alkyl, alkoxy, or acyloxy group having 1 to 10 carbon atoms, respectively, in the molecule. .
[0087]
Among them, a compound having at least two chlorines is preferable. n H 2n + 2 (Where n is an integer of 1 to 5) chlorosilanes in which at least two hydrogens in the above are substituted with chlorine, and other hydrogens are optionally substituted with the above-mentioned alkyl group, alkoxy group, or acyloxy group, and chlorosilanes thereof. Partially hydrolysates and polycondensates thereof are preferred.
[0088]
For example, tetrachlorosilane SiCl 4 , Trichlorosilane SiHCl 3 , Trichloromonomethylsilane SiCH 3 Cl 3 , Dichlorosilane SiH 2 Cl 2 , And Cl- (SiCl 2 O) n -SiCl 3 (N is an integer of 1 to 10). Among these, a compound having a chlorosilyl group can be used alone or in combination of two or more, and tetrachlorosilane is the most preferable compound.
[0089]
The solvent containing silicone oil as a main component in the present invention is preferably composed of a chain or / and cyclic dimethyl silicone oil. For example, hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, decamethyltetrasiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, and the like can be given. Also, from these, they can be used alone or in combination.
[0090]
The environment of the coating step in the present invention is preferably a temperature of 10 to 40 ° C. and a relative humidity (RH) of 15 to 60%, and a temperature of 15 to 25 ° C. and a relative humidity (RH) of 20 to 40%. 40% is more preferred. When the temperature and the humidity are too low, the columnar projections are not formed as described above. As described above, at least the temperature and the humidity greatly affect the state of the unevenness of the film, and should be controlled.
[0091]
On the other hand, if the humidity is too high, the size of the projections increases, so that the transparency of the formed film containing silicon oxide as a main component is impaired. On the other hand, if the temperature is too high, the solution applied to the surface of the substrate dries quickly, and it becomes difficult to maintain the state in which the surface of the substrate is wet with the solution.
[0092]
The substrate used in the present invention is not particularly limited, but those having a hydrophilic group on the surface of the substrate are preferably used. Specific examples include glass, ceramics, plastics, and metals.
[0093]
If the surface of these substrates has few hydrophilic groups, the surface may be treated in advance with oxygen-containing plasma or corona atmosphere to make them hydrophilic. Alternatively, the solution according to the present invention may be applied after the surface of the substrate is irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of about 200 to 300 nm in an atmosphere containing oxygen to perform a hydrophilic treatment.
[0094]
Further, the film of the present invention containing silicon oxide as a main component is characterized by having low reflectivity due to its low refractive index and surface unevenness.
[0095]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As used hereinafter, "silica" refers to complete SiO 2 Does not exist in the state described above, but means silicon oxide.
[0096]
(Example 1)
Tetrachlorosilane (SiCl 4 : Shin-Etsu Silicone) (0.5 g) was added to 99.5 g of decamethylcyclopentasiloxane (KF-995: Shin-Etsu Silicone) with stirring to obtain a silica film coating solution for forming irregularities. As the glass substrate, a soda lime glass plate by a float method was used.
[0097]
The silica film coating solution for forming the irregularities is applied on the surface of the washed glass substrate by a flow coating method at a relative humidity of 30% and room temperature, and the surface of the glass substrate is wetted with the solution for 1 minute. It was left still. Further, the same solution was again applied thereon by the flow coating method, and allowed to stand for 1 minute while the surface of the glass substrate was wet with this solution. Thereafter, the solution for coating the glass substrate surface was completely washed away with ethanol and air-dried to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities.
[0098]
Using a scanning electron microscope (SEM, “S-4700”, manufactured by Hitachi, Ltd.), the surface shape of the glass plate coated with the silica film having the concavities and convexities thus obtained was subjected to an acceleration voltage of 5 kV, an emission current of 10 μA, and an inclination. Observation was performed under the conditions of an angle of 10 degrees and an observation magnification of 100,000 times (see FIG. 1). As is clear from the results of FIG. 1, it was confirmed that minute projections and columnar projections were formed on the surface of the silica film.
[0099]
As shown in FIG. 1, the columnar protrusions have a shape in which the fine particles locally grow in the film thickness direction of the film, specifically, more than twice or even three times the average height of the fine protrusions due to the fine particles. Having. Some columnar projections have a height H from the substrate of three times or more the average diameter Dc. H, Dc and the diameter Dp of the microprojections were within the above preferred ranges. The average values of Dp and Dc were both in the range of 20 nm to 100 nm.
[0100]
Further, the surface roughness of the glass plate coated with the silica film having irregularities can be calculated by using an atomic force microscope (AFM, “SPI3700”, manufactured by Seiko Instruments Inc.) in the cyclic contact mode in the arithmetic mean roughness Ra. It was measured. The greater the value of Ra, the greater the roughness of the film surface.
[0101]
Further, the hydrophilic performance of the glass plate coated with the silica film having irregularities was evaluated by the contact angle of water. Using a contact angle meter ("CA-DT", manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.), a water drop having a mass of 1 mg was dropped on the surface of the glass plate, and the static contact angle was measured. The smaller the value of the contact angle, the better the hydrophilicity.
[0102]
Further, the transparency of the glass plate coated with the silica film having irregularities was evaluated by the haze ratio. The haze ratio was measured using a direct-read haze computer (“HGM-2DM”, manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.). The smaller the haze ratio, the higher the transparency of the film.
[0103]
As described above, the method for forming a film containing silicon oxide as a main component according to the present invention requires only natural drying, and does not particularly require a firing step.
[0104]
(Example 2)
A solution for coating a silica film that forms irregularities adjusted in the same manner as in Example 1 was applied to the surface of the washed glass substrate by flow coating at a relative humidity of 30% and room temperature, and the solution was applied for 1 minute with this solution. The glass substrate surface was allowed to stand with the surface wet. Thereafter, the solution for coating the glass substrate surface was completely washed away with ethanol and air-dried to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities.
[0105]
(Example 3)
A coating solution for forming a silica film for forming irregularities adjusted in the same manner as in Example 1 was applied to the surface of the washed glass substrate by a flow coating method at a relative humidity of 30% and room temperature, and this solution was used for 10 seconds. The glass substrate surface was allowed to stand with the surface wet. Thereafter, the solution for coating the glass substrate surface was completely washed away with ethanol and air-dried to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities.
[0106]
(Example 4)
A coating solution for forming a silica film for forming irregularities adjusted in the same manner as in Example 1 was applied to the surface of the washed glass substrate by a flow coating method at a relative humidity of 30% and room temperature, and this solution was applied for 0.5 second. The glass substrate surface was allowed to stand while being wet with the solution, and the same solution was again applied thereon by the flow coating method, and the glass substrate surface was allowed to stand with the solution wet for 0.5 seconds. Thereafter, the solution for coating the glass substrate surface was completely washed away with ethanol and air-dried to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities.
[0107]
(Example 5)
Tetrachlorosilane (SiCl 4 : Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) was added to 99.8 g of decamethylcyclopentasiloxane (KF-995: Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) with stirring to obtain a silica film coating solution for forming irregularities.
[0108]
The coating solution for the silica film for forming the irregularities is applied on the surface of the washed glass substrate by a flow coating method at a relative humidity of 30% and room temperature, and the glass substrate surface is allowed to stand for 1 minute with the solution wet. Was placed. Further, the same solution was again applied thereon by the flow coating method, and allowed to stand for 1 minute while the surface of the glass substrate was wet with this solution. Thereafter, the solution for coating the glass substrate surface was completely washed away with ethanol and air-dried to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities.
[0109]
(Example 6)
Tetrachlorosilane (SiCl 4 : Shin-Etsu Silicone) 1.0 g was added to 99.0 g of decamethylcyclopentasiloxane (KF-995: Shin-Etsu Silicone) with stirring to obtain a silica film coating solution for forming irregularities.
[0110]
The coating solution for the silica film for forming the irregularities is applied on the surface of the washed glass substrate by a flow coating method at a relative humidity of 30% and room temperature, and the glass substrate surface is allowed to stand for 1 minute with the solution wet. Was placed. Thereafter, the solution for coating the glass substrate surface was completely washed away with ethanol and air-dried to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities.
[0111]
(Example 7)
A silica film-coated glass plate having irregularities was obtained in the same manner as in Example 1 except that decamethylcyclopentasiloxane of Example 1 was changed to octamethyltrisiloxane (KF-96L-1CS: manufactured by Shin-Etsu Silicone). .
[0112]
(Example 8)
A coating solution for forming a silica film for forming irregularities adjusted in the same manner as in Example 1 was applied to the surface of the washed glass substrate by a spray coating method at a relative humidity of 30% and room temperature, and this solution was used for 1 minute. The glass substrate surface was allowed to stand with the surface wet. Thereafter, the solution for coating the glass substrate surface was completely washed away with ethanol and air-dried to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities.
[0113]
(Example 9)
Tetrachlorosilane (SiCl 4 : Shin-Etsu Silicone) 2.0 g was added to 98.0 g of decamethylcyclopentasiloxane (KF-995: Shin-Etsu Silicone) with stirring to obtain a silica film coating solution for forming irregularities.
[0114]
The silica film coating solution for forming the irregularities is applied on the surface of the cleaned glass substrate by a flow coating method at a relative humidity of 30% and room temperature, and the surface of the glass substrate is kept wet with the solution for 5 minutes. The solution was allowed to stand, the same solution was applied thereon again by the flow coat method, and the glass substrate surface was allowed to stand with the solution wet for 5 minutes. Thereafter, the solution for coating the glass substrate surface was completely washed away with ethanol and air-dried to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities.
[0115]
The surface shape of the silica film-coated glass plate having the irregularities thus obtained was observed with a scanning electron microscope under the same conditions as in Example 1 (see FIG. 2). As is clear from the results of FIG. 2, it can be seen that the columnar protrusions in Example 9 are formed by overlapping particles. The columnar projections include those in which fine particles locally overlap in three or more steps, and fine particles protrude from surrounding fine particles as protrusions in two or more steps.
[0116]
Also here, some columnar projections have a height H from the substrate that is three times or more the average diameter Dc. H, Dc and the diameter Dp of the microprojections were within the above preferred ranges. The average values of Dp and Dc were both in the range of 20 nm to 100 nm.
[0117]
(Example 10)
The same procedure as in Example 1 was performed, except that the environment for applying the silica film coating solution for forming irregularities adjusted in the same manner as in Example 1 on the surface of the washed glass substrate was changed to a relative humidity of 20%. Thus, a glass plate coated with a silica film having irregularities was obtained.
[0118]
(Example 11)
The same procedure as in Example 1 was performed, except that the environment for applying the silica film coating solution for forming irregularities adjusted in the same manner as in Example 1 on the surface of the cleaned glass substrate was changed to 50% relative humidity. Thus, a glass plate coated with a silica film having irregularities was obtained.
[0119]
[Table 1]
Figure 2004137137
[0120]
When the surface shape of the silica film-coated glass plate having irregularities obtained in Examples 1 to 11 was observed using a scanning electron microscope, microscopic projections and columnar projections were formed in all the coatings. And the surface roughness (Ra) was 13 nm or more in each case. As a result, it was confirmed that the surface roughness of the film was large.
[0121]
Further, the wettability of water was observed on the silica film-coated glass plate having irregularities obtained in Examples 1 to 11. As a result, it was confirmed that the water droplets spread well on all the films. Further, the hydrophilicity of the silica film having irregularities was evaluated by the contact angle of water. The contact angle was such that accurate measurement was not possible, and was about 5 degrees or less.
[0122]
Further, when the transparency of the silica film-coated glass plate having irregularities obtained in Examples 1 to 11 was measured by a direct-read haze computer, the haze ratio of all the films was 1.0% or less, and the transparency was high. It was confirmed that. Furthermore, it was confirmed that the film was very clean without defects in appearance such as unevenness of the film surface and liquid pool at the glass edge portion. Further, both the transmission color tone and the reflection color tone were neutral, and there was no problem in appearance.
[0123]
In addition, the film-coated glass plate containing silicon oxide as a main component according to the present invention has a film surface reflectance of about 1.6% as compared with a glass substrate not formed with a film containing silicon oxide as a main component. The rate was decreasing. This is considered to be due to the effect of the film mainly composed of silicon oxide, which has a lower refractive index than that of the soda-lime glass substrate having the refractive index of 1.52, and the effect of the film surface unevenness.
[0124]
(Application example: water-repellent treatment)
As an application example of the present invention, a water-repellent treatment was further applied to a glass plate coated with a silica film having irregularities according to the present invention.
[0125]
The water-repellent liquid that can be applied in this application example is not particularly limited as long as it contains a water-repellent material that binds to the substrate surface. Generally, a form in which a water-repellent material is used as a solution in a solvent is preferable. Further, a compound having a hydrolyzable silyl group that is compatible with the chlorosilyl group-containing compound previously formed on the substrate surface is preferable, and among them, a silane compound containing a fluoroalkyl group having high water repellency is more preferable.
[0126]
The fluoroalkyl group-containing silane compound is a silane compound containing a fluoroalkyl group and containing an alkoxy group, an acyloxy group, or a chlorine group. 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3 , CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3 , CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 , CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2 ) 2 SiCl 3 And the like.
[0127]
Among them, these can be used alone or in combination of two or more. 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 Is most preferred.
[0128]
The solvent for dissolving the water-repellent material is not particularly limited as long as the water-repellent material dissolves. However, the chlorosilyl group-containing compound to be formed on the surface of the base material is first dissolved in a solvent containing silicone and applied. Therefore, the water repellent to be subsequently applied is also preferably a non-aqueous solvent of the same system.
[0129]
Examples of the non-aqueous solvent include a paraffin-based hydrocarbon, a fluorocarbon-based solvent, and a solvent containing a silicone oil as a main component. Solvents based on silicone oil are preferred.
[0130]
The method of applying the water-repellent liquid requires a method that does not break the surface shape of the silica film having the unevenness formed earlier, and specifically, a method of adsorbing the same as the previously formed chlorosilyl group-containing compound. preferable.
[0131]
In order to adsorb the water-repellent liquid, it is necessary that the water-repellent liquid wets the substrate surface for at least 0.1 second after the application of the water-repellent liquid.
[0132]
The water-repellent liquid is different from the chlorosilyl group-containing compound in which the silica film having the unevenness is formed first, so that only one layer of the water-repellent material needs to be bonded. The time may be shorter than the time required for natural adsorption lamination on the surface.
[0133]
However, if the time is less than 0.1 second, the water-repellent material is not sufficiently adsorbed, so that sufficient water-repellency cannot be exhibited.
[0134]
Examples of a method that enables such adsorption include a flow coating method, a dip coating method, a curtain coating method, a spin coating method, a spray coating method, a bar coating method, and a dip adsorption method. For efficient application, a flow coating method and a spray coating method are preferable.
[0135]
(Application Examples 1 to 11)
First, heptadecafluorodecyltrichlorosilane (CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 SiCl 3 2) was added to 98 g of decamethylcyclopentasiloxane with stirring to obtain a water-repellent agent.
[0136]
This water-repellent agent is applied to the surface of the glass plate coated with the unevenness of the silica film of Examples 1 to 11 at a relative humidity of 30% and at room temperature by a flow coating method, and the water-repellent agent is treated for 1 minute. The glass substrate surface was allowed to stand with the surface wet, and then the surface water-repellent agent was completely washed away with ethanol and dried naturally to obtain water-repellent glass plates of Application Examples 1 to 11, respectively.
[0137]
First, the water repellency of the obtained water-repellent glass plate was evaluated based on the contact angle of water. Using a contact angle meter ("CA-DT", manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.), a water drop having a mass of 2 mg was dropped on the surface of the glass plate, and the static contact angle was measured. The larger the value of the contact angle, the better the static water repellency.
[0138]
Next, with respect to the obtained water-repellent treated glass plate, the transparency of the film was evaluated by a haze ratio. The haze ratio was measured using a direct-read haze computer (“HGM-2DM”, manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.). The smaller the haze ratio, the higher the transparency of the film.
[0139]
Further, with respect to the obtained water-repellent treated glass plate, the abrasion resistance of the film was evaluated. The wear resistance test was performed by attaching a dry cloth to a reciprocating wear tester (manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.) and applying a load of 125 g / cm. 2 The water-repellent glass was slid 100 times under the conditions described above, and then the water contact angle of the water-repellent glass was measured under the same conditions as those before the test.
[0140]
[Table 2]
Figure 2004137137
[0141]
The water-repellent treated glass plates obtained in Application Examples 1 to 11 exhibited an initial contact angle of 150 ° or more, and were confirmed to have super-water-repellency.
[0142]
The contact angles after the abrasion resistance test were 100 degrees or more, respectively, and although they did not exhibit super water repellency, they exhibited sufficiently normal water repellency and were confirmed to have excellent scratch resistance.
[0143]
Furthermore, the haze ratio was almost the same as that of the silica-coated glass plate having irregularities obtained in Examples 1 to 11, and it was confirmed that the haze ratios of all the films were 1.0% or less and the transparency was high. Was.
[0144]
(Comparative Example 1)
A coating solution for forming a silica film for forming irregularities adjusted in the same manner as in Example 1 was applied to the surface of the washed glass substrate by a flow coating method at a relative humidity of 30% and room temperature, and this solution was applied for 0.5 second. The glass substrate surface was left standing with the solution wet. Thereafter, the silica film coating solution for forming the irregularities on the surface of the glass substrate was completely washed away with ethanol, and dried naturally to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities. Water-repellent treatment was performed on the surface of the silica film-coated glass plate having the irregularities in the same manner as in Application Examples 1 to 11, to obtain a water-repellent treated glass plate.
[0145]
As a result of evaluating the obtained water-repellent treated glass plate in the same manner as in Application Examples 1 to 11, it was confirmed that the initial contact angle was 120 ° and the water-repellency was inferior to that of the application examples.
[0146]
(Comparative Example 2)
Tetrachlorosilane (SiCl 4 : Shin-Etsu Silicone 4.0 g was added to decamethylcyclopentasiloxane (KF-995: Shin-Etsu Silicone) 96.0 g with stirring to obtain a silica film coating solution for forming irregularities.
[0147]
The silica film coating solution for forming the irregularities is applied on the surface of the cleaned glass substrate by a flow coating method at a relative humidity of 30% and room temperature, and the surface of the glass substrate is kept wet with the solution for 5 minutes. It was left still. Thereafter, the solution for coating the glass substrate surface was completely washed away with ethanol and air-dried to obtain a silica film-coated glass plate having irregularities. Water-repellent treatment was performed on the surface of the silica film-coated glass plate having the irregularities in the same manner as in Application Examples 1 to 11, to obtain a water-repellent treated glass plate.
[0148]
As a result of evaluating the obtained water-repellent treated glass plate in the same manner as in Application Examples 1 to 11, it was confirmed that the initial contact angle was 123 ° and the water-repellency was inferior to that of the application examples. In addition, a white powdery film was partially observed, the haze ratio was 3.8%, and the transparency was poor.
[0149]
(Comparative Example 3)
In Example 1, a silica film-coated glass plate having irregularities was obtained in the same manner as in Example 1 except that decamethylcyclopentasiloxane was changed to an isoparaffinic hydrocarbon (Isosol 300: manufactured by Nippon Petrochemical Co., Ltd.). Obtained. Water-repellent treatment was performed on the surface of the silica film-coated glass plate having the irregularities in the same manner as in Application Examples 1 to 11, to obtain a water-repellent treated glass plate.
[0150]
As a result of evaluating the obtained water-repellent treated glass plate in the same manner as in Application Examples 1 to 11, it was confirmed that the initial contact angle was 91 degrees and the water-repellency was inferior to that of the application examples.
[0151]
(Comparative Example 4)
The same procedure as in Example 1 was performed, except that the environment for applying the silica film coating solution for forming irregularities adjusted in the same manner as in Example 1 on the surface of the washed glass substrate was changed to a relative humidity of 10%. Thus, a glass plate coated with a silica film having irregularities was obtained. Water-repellent treatment was performed on the surface of the silica film-coated glass plate having the irregularities in the same manner as in Application Examples 1 to 11, to obtain a water-repellent treated glass plate.
[0152]
As a result of evaluating the obtained water-repellent treated glass plate in the same manner as in Application Examples 1 to 11, it was confirmed that the initial contact angle was 114 degrees, and the water-repellency was inferior to that of Application Example.
[0153]
(Application example: antifouling treatment)
(Application Example 12)
Instead of heptadecafluorodecyltrichlorosilane used in the application example of the water-repellent treatment, [methoxy (polyethyleneoxy) propyl] trimethoxysilane (manufactured by Chisso Corporation, content: 90%, molecular weight: 460 to 590, number of ethylene oxide units) A hydrophilic film with an antifouling function was obtained in the same manner as in Application Example 1 except that 6 to 9) was used.
[0154]
The wettability of water was observed on the obtained hydrophilic film having an antifouling function. As a result, it was confirmed that the water droplets were well wet and spread. The hydrophilicity was evaluated by the contact angle of water. The contact angle was such that accurate measurement was not possible, and was about 5 degrees or less. This was presumed to be due to the fact that the contact angle of the antifouling film itself was low, and the hydrophilicity was excellent due to the effect of the unevenness of the silica film having the unevenness formed earlier.
[0155]
Next, the antifouling performance of the hydrophilic film having the antifouling function was evaluated. A few drops of commercially available olive oil were dropped on the hydrophilic film with an antifouling function, allowed to stand at room temperature for 30 minutes, and then rinsed with ethanol. As a result, the olive oil was completely removed, and it was confirmed that the olive oil had an antifouling function.
[0156]
(Comparative Example 5)
The antifouling performance of the silica-coated glass sheet having irregularities of Example 1 was evaluated in the same manner as in Application Example 12. As a result, it was confirmed that olive oil partially remained, and the antifouling performance was inferior to that of Application Example 12.
[0157]
【The invention's effect】
As described above, the film containing silicon oxide as a main component according to the present invention is characterized in that fine particle projections are formed on the surface thereof, and furthermore, there are minute irregularities in which a part thereof is grown in a columnar shape. And For this reason, it is a film serving as a foundation for excellent hydrophilicity and water repellency.
[0158]
In the film containing silicon oxide as a main component, the diameter of the fine projections and the columnar projections forming the fine irregularities is 200 nm or less, and the average is about 50 nm. For this reason, while having sufficient unevenness which becomes the foundation of hydrophilicity and water repellency, there is an effect that the transparency of the film is high.
[0159]
Further, in the film containing silicon oxide as a main component, fine particulate protrusions are formed on the surface of the film, and a part of the protrusions is grown in a columnar shape. For this reason, the water-repellent-treated coating mainly composed of silicon oxide according to the present invention has sufficient ordinary water repellency even if the surface is abraded and no longer in a super water-repellent state. Therefore, it has an effect of being excellent in abrasion resistance.
[0160]
Further, in the film containing silicon oxide as a main component, minute particle-like projections are naturally formed, and a part thereof grows in a columnar shape.
[0161]
In addition, the method according to the present invention only requires applying a solution in which a chlorosilyl group-containing compound is dissolved in a solvent containing silicone oil as a main component to the surface of the base material. Thus, a film-coated article containing silicon oxide as a main component can be produced.
[0162]
Further, the coating of the present invention has an effect of exhibiting low reflectivity due to the effects of the refractive index and the surface unevenness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an SEM observation photograph of a film containing silicon oxide as a main component obtained in Example 1.
FIG. 2 is an SEM observation photograph of a film containing silicon oxide as a main component obtained in Example 9.
FIG. 3 is a schematic view illustrating a mechanism of forming minute unevenness.
[Explanation of symbols]
1: (glass) substrate
2: applied solution
3: Nuclear
4: Oligomer
5: Chlorosilyl group-containing compound
6: oligomer (before precipitation)
7: Columnar projection
8: Particulate protrusion

Claims (23)

表面に微小凹凸を有した珪素酸化物を主成分とする皮膜が被覆された物品であって、
前記微小凹凸は、微小突起および柱状突起により構成されていることを特徴とする皮膜被覆物品。
An article coated with a coating mainly composed of silicon oxide having fine irregularities on its surface,
The film-coated article, wherein the minute irregularities are constituted by minute projections and columnar projections.
前記柱状突起は、前記微小突起が前記皮膜の厚さ方向に局所的に成長して形成されている、および/または、前記微小突起を構成する微粒子が局所的に複数個積層して形成されている請求項1に記載の皮膜被覆物品。The columnar protrusions are formed by locally growing the fine protrusions in the thickness direction of the coating, and / or by locally laminating a plurality of fine particles constituting the fine protrusions. The coated article of claim 1. 前記柱状突起の直径をDc、高さをHとして、2Dc≦Hの関係式が成立する請求項1または2に記載の皮膜被覆物品。The film-coated article according to claim 1, wherein a relational expression of 2Dc ≦ H is satisfied, where Dc is the diameter of the columnar protrusion and H is the height. 前記Dc=10〜200nmであり、少なくともHが50nmである請求項3に記載の皮膜被覆物品。The coated article according to claim 3, wherein the Dc is 10 to 200 nm, and at least H is 50 nm. 前記微小突起は、その直径DpがDp=5〜200nmである請求項1に記載の皮膜被覆物品。The film-coated article according to claim 1, wherein the microprojections have a diameter Dp of Dp = 5 to 200 nm. 前記皮膜の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で少なくとも10nmであり、かつ皮膜のヘイズ率は1%以下である請求項1〜5のいずれかに記載の皮膜被覆物品。The coated article according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface roughness of the coating is at least 10 nm in arithmetic average roughness (Ra), and the haze ratio of the coating is 1% or less. 前記皮膜の表面に1mgの水滴を滴下して測定した水の接触角が5度以下である請求項1〜6のいずれかに記載の皮膜被覆物品。The film-coated article according to any one of claims 1 to 6, wherein a contact angle of water measured by dropping 1 mg of a water droplet on the surface of the film is 5 degrees or less. 前記基材は、ガラス板、樹脂板または樹脂フィルムのいずれかである請求項1〜7のいずれかに記載の皮膜被覆物品。The film-coated article according to any one of claims 1 to 7, wherein the substrate is any one of a glass plate, a resin plate, and a resin film. 基材と、前記基材表面に珪素酸化物を主成分とする皮膜を形成する皮膜被覆物品の製造方法であって、
前記基材表面に珪素含有原料を含む溶液を塗布する工程と、
前記珪素含有原料から供給される珪素を含む微小突起を前記表面に形成するとともに、前記微小突起が前記皮膜の厚さ方向に局所的に成長する、および/または、前記微小突起を構成する微粒子が局所的に複数個積層することにより、柱状突起を形成する工程を含むことを特徴とする皮膜被覆物品の製造方法。
A method for producing a film-coated article in which a substrate and a film containing silicon oxide as a main component are formed on the substrate surface,
A step of applying a solution containing a silicon-containing raw material on the surface of the base material,
Micro-projections containing silicon supplied from the silicon-containing raw material are formed on the surface, and the micro-projections locally grow in the thickness direction of the coating, and / or fine particles constituting the micro-projections are formed. A method for producing a film-coated article, comprising a step of forming columnar projections by locally laminating a plurality of articles.
前記柱状突起を形成する工程は、前記柱状突起が成長するに足りる時間、前記基材表面を前記溶液で濡らした状態を維持してなる請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method for producing a film-coated article according to claim 9, wherein the step of forming the columnar projections maintains the substrate surface wet with the solution for a time sufficient for the columnar projections to grow. 前記時間は、少なくとも1秒間である請求項10に記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method according to claim 10, wherein the time is at least one second. 前記局所的に成長してなる柱状突起は、前記溶液中に溶解している珪素含有原料が前記基材表面に直接析出することにより形成する請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method for producing a film-coated article according to claim 9, wherein the locally grown columnar projections are formed by directly depositing a silicon-containing raw material dissolved in the solution on the surface of the substrate. 前記積層してなる柱状突起は、前記溶液中に溶解している珪素含有原料が前記溶液中に微粒子として析出し、前記微粒子が基材表面に堆積することにより形成する請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法。The coating according to claim 9, wherein the stacked columnar projections are formed by depositing silicon-containing raw materials dissolved in the solution as fine particles in the solution and depositing the fine particles on the surface of the base material. A method for producing a coated article. 前記溶液は、シリコーン油を主成分とする溶媒に、クロロシリル基含有化合物を溶解してなる請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method for producing a film-coated article according to claim 9, wherein the solution is obtained by dissolving a chlorosilyl group-containing compound in a solvent containing silicone oil as a main component. 前記クロロシリル基含有化合物の濃度を、0.01〜10質量%とする請求項14に記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method for producing a film-coated article according to claim 14, wherein the concentration of the chlorosilyl group-containing compound is 0.01 to 10% by mass. 前記クロロシリル基含有化合物は、テトラクロロシランである請求項14または15に記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method according to claim 14 or 15, wherein the chlorosilyl group-containing compound is tetrachlorosilane. 前記シリコーン油を主成分とする溶媒は、ジメチルシリコーンオイルである請求項14〜16のいずれかに記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method for producing a film-coated article according to any one of claims 14 to 16, wherein the solvent containing silicone oil as a main component is dimethyl silicone oil. 温度を10〜40℃、相対湿度(RH)を15〜60%の環境条件において、前記塗布工程と、前記柱状突起を形成する工程を行う請求項9に記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method for producing a film-coated article according to claim 9, wherein the coating step and the step of forming the columnar projections are performed under environmental conditions of a temperature of 10 to 40C and a relative humidity (RH) of 15 to 60%. 前記基材を、ガラス板、樹脂板または樹脂フィルムのいずれかとする請求項9〜18のいずれかに記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method according to any one of claims 9 to 18, wherein the substrate is any one of a glass plate, a resin plate, and a resin film. 前記基材は、車両に装着された車両用透明板である請求項9〜19のいずれかに記載の皮膜被覆物品の製造方法。The method according to any one of claims 9 to 19, wherein the substrate is a transparent plate for a vehicle mounted on a vehicle. シリコーン油を主成分とする溶媒に、クロロシリル基含有化合物を溶解したことを特徴とする皮膜形成用塗布溶液。A coating solution for forming a film, wherein a chlorosilyl group-containing compound is dissolved in a solvent containing silicone oil as a main component. 前記シリコーン油を主成分とする溶媒中の含水率は、0.03質量%以下である請求項21に記載の皮膜形成用塗布溶液。The coating solution for forming a film according to claim 21, wherein the water content in the solvent containing the silicone oil as a main component is 0.03% by mass or less. 前記クロロシリル基含有化合物の濃度を、0.01〜10質量%とする請求項21に記載の皮膜形成用塗布溶液。22. The coating solution for forming a film according to claim 21, wherein the concentration of the chlorosilyl group-containing compound is 0.01 to 10% by mass.
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