DE112021006565T5

DE112021006565T5 - Oberflächenbehandlungsmittel, hydrphilisiertes anorganisches Substrat und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE112021006565T5
Application number: DE112021006565.3T
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Okumura; Yusuke Nakashima; Kazuki Yoshioka; Takahito Nakase; Yusuke Sato; Yugo TAKEMOTO; Kiyoe Maejima
Original assignee: Lixil Corp; Nippon Paint Automotive Coatings Co Ltd
Current assignee: Lixil Corp; Nippon Paint Automotive Coatings Co Ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-10-26
Also published as: JP2022097998A; WO2022138288A1; CN117042890A; US20240067579A1

Abstract

Es wird ein Oberflächenbehandlungsmittel bereitgestellt, das geeignet ist, einem anorganischen Substrat eine überlegene verschmutzungshindernde Eigenschaft sowie eine gute und dauerhafte Hydrophilie zu verleihen. Das Oberflächenbehandlungsmittel ist eines, das ein Vorbehandlungsmittel und ein Hydrophilisierungsbehandlungsmittel umfasst, die nacheinander auf ein anorganisches Substrat aufzutragen sind, wobei das Vorbehandlungsmittel eine Silanverbindung mit einer reaktiven Silylgruppe und einer organischen funktionellen Gruppe und ein polyfunktionelles Monomer umfasst und das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr erste reaktive Gruppen, die mit der organischen funktionellen Gruppe reagieren, und eine oder mehr zweite reaktive Gruppen, die mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren, aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Oberflächenbehandlungsmittel, ein hydrophilisiertes anorganisches Substrat und ein Verfahren zur Herstellung des hydrophilisierten anorganischen Substrats.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlich werden für Keramik, die an wasserführenden Stellen in einem Gebäude zu installieren ist, wie eine Toilettenschüssel und ein Waschtisch, verschiedene Oberflächenbehandlungen angewendet, um das Abwaschen von Oberflächenverschmutzung zu erleichtern.
Zum Beispiel lehren Patentliteratur 1 und 2, dass eine Oberflächenschicht, die eine anorganische Verbindung enthält, mit einem Silanhaftvermittler behandelt wird, und dann eine hydrophile Verbindung aufgetragen wird.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUREN

Patentliteratur 1: JP-A-2016-20461
Patentliteratur 2: JP-A-2016-20462

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABEN
Aufgrund der zuletzt zunehmenden Reinlichkeit gibt es einen Bedarf an einer weiteren Verbesserung der verschmutzungshindernden Eigenschaft für Keramik.
Die vorliegende Erfindung löst die obigen Aufgaben, und ein Ziel davon ist es, ein Oberflächenbehandlungsmittel bereitzustellen, das geeignet ist, einem anorganischen Substrat, wie Keramik, eine überlegene verschmutzungshindernde Eigenschaft sowie eine gute und dauerhafte Hydrophilie zu verleihen.
LÖSUNG DER AUFGABEN
Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgaben, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Ausführungsformen bereit.

[1] Oberflächenbehandlungsmittel, das ein Vorbehandlungsmittel und ein Hydrophilisierungsbehandlungsmittel umfasst, die nacheinander auf ein anorganisches Substrat aufzutragen sind, wobei das Vorbehandlungsmittel umfasst:
- eine Silanverbindung mit einer reaktiven Silylgruppe und
- einer organischen funktionellen Gruppe und
- ein polyfunktionelles Monomer, wobei
- das polyfunktionelle Monomer aufweist:
  - eine oder mehr erste reaktive Gruppen, die mit der organischen funktionellen Gruppe reagieren, und
  - eine oder mehr zweite reaktive Gruppen, die mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren.
[2] Oberflächenbehandlungsmittel gemäß [1], wobei eine Beimischungsmenge des polyfunktionellen Monomers 1 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger eines Feststoffgehalts des Vorbehandlungsmittels beträgt.
[3] Oberflächenbehandlungsmittel gemäß [1] oder [2], wobei die erste reaktive Gruppe mindestens eine, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Acrylamidgruppe, einer Acryloylgruppe, einer Methacryloylgruppe, einer Allylgruppe, einer Vinylgruppe, einer Styrylgruppe und einer Mercaptogruppe, ist.
[4] Oberflächenbehandlungsmittel gemäß einem von [1] bis [3], wobei die zweite reaktive Gruppe mindestens eine, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Acrylamidgruppe, einer Methacryloylgruppe, einer Allylgruppe, einer Vinylgruppe, einer Styrylgruppe und einer Mercaptogruppe, ist.
[5] Oberflächenbehandlungsmittel gemäß einem von [1] bis [4], wobei das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel eine hydrophile Verbindung umfasst und die hydrophile Verbindung mindestens eines von einer Sulfonsäuregruppe und einem Alkalimetallsalz einer Sulfonsäuregruppe aufweist.
[6] Oberflächenbehandlungsmittel gemäß einem von [1] bis [4], wobei das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel eine hydrophile Verbindung umfasst und die hydrophile Verbindung eine quaternäre Ammoniumgruppe aufweist.
[7] Hydrophilisiertes anorganisches Substrat, auf dem ein Vorbehandlungsmittel und ein Hydrophilisierungsbehandlungsmittel nacheinander aufgetragen wurden, wobei das Vorbehandlungsmittel eine Silanverbindung mit einer reaktiven Silylgruppe und einer organischen funktionellen Gruppe und ein polyfunktionelles Monomer umfasst, das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr erste reaktive Gruppen, die mit der organischen funktionellen Gruppe reagieren, und eine oder mehr zweite reaktive Gruppen, die mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren, aufweist und das hydrophilisierte anorganische Substrat umfasst: ein anorganisches Substrat, die Silanverbindung, die an dem anorganischen Substrat über die reaktive Silylgruppe fixiert ist, das polyfunktionelle Monomer, das an der Silanverbindung durch eine Reaktion zwischen der organischen funktionellen Gruppe und der ersten reaktiven Gruppe fixiert ist, und das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel, das an dem polyfunktionellen Monomer durch eine Reaktion zwischen der zweiten reaktiven Gruppe und dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel fixiert ist.
[8] Verfahren zur Herstellung eines hydrophilisierten anorganischen Substrats, wobei das Verfahren umfasst:
- Auftragen eines Vorbehandlungsmittels auf eine Oberfläche eines anorganischen Substrats,
- Auftragen eines Hydrophilisierungsbehandlungsmittels auf eine Oberfläche eines anorganischen Substrats, auf der das Vorbehandlungsmittel aufgetragen wurde, und
- Fixieren des Hydrophilisierungsbehandlungsmittels an dem Vorbehandlungsmittel,
wobei das Vorbehandlungsmittel eine Silanverbindung mit einer reaktiven Gruppe und einer organischen funktionellen Gruppe und ein polyfunktionelles Monomer umfasst, das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr erste reaktive Gruppen, die mit der organischen funktionellen Gruppe reagieren, und eine oder mehr zweite reaktive Gruppen, die mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren, aufweist und beim Fixieren die erste reaktive Gruppe und die organische funktionelle Gruppe miteinander reagieren und das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel und die zweite reaktive Gruppe miteinander reagieren.

VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Ein erfindungsgemäßes Oberflächenbehandlungsmittel ist geeignet, einem anorganischen Substrat eine überlegene verschmutzungshindernde Eigenschaft sowie eine gute und dauerhafte Hydrophilie zu verleihen.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Oberflächenbehandlungsmittel]
Das Oberflächenbehandlungsmittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Vorbehandlungsmittel und ein Hydrophilisierungsbehandlungsmittel. Durch Behandlung eines anorganischen Substrats sowohl mit dem Vorbehandlungsmittel als auch mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel werden die Hydrophilie des anorganischen Substrats und die Dauerhaftigkeit der Hydrophilie verbessert. Zum Beispiel wir die Hydrophilie des anorganischen Substrats problemlos aufrechterhalten, selbst wenn das resultierende anorganische Substrat mit verschiedenen kommerziell erhältlichen Detergenzien gewaschen wird.
Außerdem verleiht das Oberflächenbehandlungsmittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform anorganischen Substraten eine überlegene verschmutzungshindernde Eigenschaft. Insbesondere ermöglicht es das Oberflächenbehandlungsmittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform, dass mineralische Komponenten (Kesselstein), die im Leitungswasser enthalten sein können, wie Calcium, von anorganischen Substraten entfernt werden können. Wenn sich die mineralische Komponente auf einer Oberfläche eines anorganischen Substrats abscheidet, werden Unebenheiten auf der Oberfläche gebildet, so dass Verschmutzung leichter daran haftet und weniger leicht entfernt wird.
Das Vorbehandlungsmittel und das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel werden nicht gemischt und werden nacheinander auf ein anorganisches Substrat aufgetragen. Somit werden die Wirkungen der jeweiligen Behandlungsmittel ausgeübt, so dass Hydrophilie und deren Dauerhaftigkeit und auch die verschmutzungshindernde Eigenschaft verbessert werden.
A. Vorbehandlungsmittel
Das Vorbehandlungsmittel wird verwendet, um das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel fest an dem anorganischen Substrat zu fixieren. Das Vorbehandlungsmittel umfasst eine Silanverbindung und ein polyfunktionelles Monomer. Das polyfunktionelle Monomer weist zwei oder mehr reaktive Gruppen auf. Insbesondere weist das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr erste reaktive Gruppen, die mit der organischen funktionellen Gruppe der Silanverbindung reagieren, und eine oder mehr zweite reaktive Gruppen, die mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren, auf.
Das polyfunktionelle Monomer wird an der Oberfläche des anorganischen Substrats über die Silanverbindung fixiert. Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel (insbesondere die später beschriebene hydrophile Verbindung) wird an der zweiten reaktiven Gruppe des polyfunktionellen Monomers fixiert. Das heißt, es werden viele Vernetzungspunkte zwischen dem anorganischen Substrat und der hydrophilen Verbindung durch das polyfunktionelle Monomer gebildet, und als Ergebnis werden mehr hydrophile Verbindungen dazu gebracht, leicht an er Oberfläche des anorganischen Substrats fixiert zu werden. Es wird angenommen, dass dies die Haftung von mineralischen Komponenten an der Oberfläche des anorganischen Substrats erschwert, wodurch die verschmutzungshindernde Eigenschaft verbessert wird.
Im Folgenden werden die jeweiligen Komponenten ausführlicher beschrieben.
(Polyfunktionelles Monomer)
Das polyfunktionelle Monomer weist eine oder mehr erste reaktive Gruppen und eine oder mehr zweite reaktive Gruppen auf. Die erste reaktive Gruppe kann mit einer organischen funktionellen Gruppe der Silanverbindung reagieren. Die zweite reaktive Gruppe kann mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren. Die erste reaktive Gruppe und die zweite reaktive Gruppe können entweder von derselben Art oder von unterschiedlichen Arten sein.
Dass das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr erste reaktive Gruppen aufweist bedeutet, dass eine oder mehr reaktive Gruppen des polyfunktionellen Monomers chemisch an die Silanverbindung gebunden werden können. Die Tatsache, dass das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr zweite reaktive Gruppen aufweist, bedeutet, dass eine oder mehr reaktive Gruppen des polyfunktionellen Monomers chemisch an das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel gebunden werden können.
Was die erste reaktive Gruppe betrifft, so ist es lediglich erforderlich, dass das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr Gruppen aufweist, und es kann zwei oder mehr Gruppen aufweisen. Insbesondere weist das polyfunktionelle Monomer vorzugsweise eine erste reaktive Gruppe auf. Daher können ein oder mehr polyfunktionelle Monomere an eine Silanverbindung fixiert werden. Als Ergebnis kann mehr Hydrophilisierungsbehandlungsmittel an der Oberfläche des anorganischen Substrats fixiert werden, und die verschmutzungshindernde Eigenschaft kann leichter verbessert werden.
Die erste reaktive Gruppe ist nicht besonders beschränkt, solange sie mit der organischen funktionellen Gruppe der Silanverbindung reagiert. Die Reaktion zwischen der ersten reaktiven Gruppe und der organischen funktionellen Gruppe kann entweder eine radikalische Reaktion oder eine Kondensationsreaktion sein.
Beispiele für die erste reaktive Gruppe, die eine radikalisch Reaktion durchläuft, schließen mindestens eine, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Acrylamidgruppe, einer Acryloylgruppe, einer Methacryloylgruppe, einer Allylgruppe, einer Vinylgruppe, einer Styrylgruppe und einer Mercaptogruppe, ein. Beispiele für die erste reaktive Gruppe, die eine Kondensationsreaktion durchläuft, schließen eine Carboxygruppe, eine Hydroxygruppe, eine Aminogruppe, eine Epoxygruppe, eine Ureidogruppe, eine Isocyanatgruppe und eine Isocanuratgruppe ein. Mehrere erste reaktive Gruppen können entweder von derselben Art oder von unterschiedlichen Arten sein. Insbesondere sind radikalische reaktive Gruppen bevorzugt, und unter dem Gesichtspunkt einer hohen Reaktivität sind eine Acryloylgruppe und eine Methacryloylgruppe (nachfolgend werden diese Gruppen zusammen als eine (Meth)acryloylgruppe bezeichnet) bevorzugt, und eine Methacryloylgruppe ist besonders bevorzugt.
Was die zweite reaktive Gruppe betrifft, so ist lediglich erforderlich, dass das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr Gruppen aufweist. Insbesondere weist das polyfunktionelle Monomer vorzugsweise zwei oder mehr zweite reaktive Gruppen und besonders bevorzugt fünf oder mehr zweite reaktive Gruppen auf. Auf diese Weise kann mehr Hydrophilisierungsbehandlungsmittel an der Oberfläche des anorganischen Substrats fixiert werden, und die verschmutzungshindernde Eigenschaft wird leichter verbessert.
Die zweite reaktive Gruppe ist nicht besonders beschränkt, solange sie mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagiert. Die Reaktion zwischen der zweiten reaktiven Gruppe und dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel kann entweder eine radikalische Reaktion oder eine Kondensationsreaktion sein.
Beispiele für die zweite reaktive Gruppe, die die radikalische Reaktion durchläuft, schließen dieselben Gruppen wie solche, die als Beispiele für diesen Typ der ersten reaktiven Gruppe angeführt wurden. Beispiele für die zweite reaktive Gruppe, die die Kondensationsreaktion durchläuft, schließen dieselben Gruppen ein, wie solche, die als Beispiele für diesen Typ der ersten reaktiven Gruppe angeführt wurden. Mehrere zweite reaktive Gruppen können entweder von derselben Art oder von unterschiedlichen Arten sein. Insbesondere sind radikalische reaktive Gruppen bevorzugt, und unter dem Gesichtspunkt einer hohen Reaktivität ist eine (Meth)acryloylgruppe bevorzugt und eine Methacryloylgruppe ist besonders bevorzugt.
Beispiele für das polyfunktionelle Monomer mit (Meth)acryloylgruppen als die erste reaktive Gruppe und die zweite reaktive Gruppe schließen bifunktionelle (Meth)acrylatmonomere, wie Tripropylenglykoldiacrylat und Isocanursäure-EO-modifiziertes Diacrylat, trifunktionelle (Meth)acrylatmonomere, wie Glycerintri(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, ethoxyliertes (3) Trimethylolpropantriacrlyat, ethoxyliertes (6) Trimethylolpropantriacrylat, ethoxyliertes (9) Trimethylolpropantriacrylat, propoxyliertes (3) Trimethylolpropantriacrylat, propoxyliertes (6) Trimethylolpropantriacrylat, propoxyliertes (9) Trimethylolpropantriacrylat, Pentaerythritoltri(meth)acrylat, Dipentaerythritoltri(meth)acrylat, ethoxyliertes (4) Pentaerythritoltri(meth)acrylat, ethoxyliertes (8) Pentaerythritoltri(meth)acrylat, Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurattri(meth)acrylat, ε-Caprolactonmodifiziertes (1) Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurattri(meth)acrylat und ε-Caprolactonmodifiziertes (3) Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurattri(meth)acrylat, tetrafunktionelle (Meth)acrylatmonomere, wie Pentaerythritoltetra(meth)acrylat, Dipentaerythritoltetra(meth)acrylat, Tripentaerythritoltetra(meth)acrylat, Ditrimethylolpropantetra(meth)acrylat, ethoxyliertes (4) Pentaerythritoltetra(meth)acrylat und ethoxyliertes (8) Pentaerythritoltetra(meth)acrylat, pentafunktionelle (Meth)acrylatmonomer, wie Dipentaerythritolpenta(meth)acrylat und Tripentaerythritolpenta(meth)acrylat; hexafunktionelle (Meth)acrylatmonomere, wie Ddipentaerythritolhexa(meth)acrylat, ε-Caprolactonmodifiziertes Dipentaerythritolhexa(meth)acrylat und Tripentaerythritolhexa(meth)acrylat und heptafunktionelle oder mehr als heptafunktionelle (Meth)acrylatmonomere, wie Tripentaerythritolhepta(meth)acrylat und Tripentaerythritolocta(meth)acrylat, ein.
Die Beimischungsmenge des polyfunktionellen Monomers beträgt vorzugsweise 1 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger eines Feststoffgehalts des Vorbehandlungsmittels. Die Beimischungsmenge des polyfunktionellen Monomers beträgt besonders bevorzugt 15 Masse-% oder mehr und noch stärker bevorzugt 40 Masse-% oder mehr des Feststoffgehalts des Vorbehandlungsmittels. Die Beimischungsmenge des polyfunktionellen Monomers beträgt besonders bevorzugt 95 Masse-% oder weniger und noch stärker bevorzugt 85 Masse-% oder weniger des Feststoffgehalts des Vorbehandlungsmittels. Der Feststoffgehalt des Vorbehandlungsmittels bedeutet die Menge aller Komponenten, ausschließlich flüchtiger Komponenten (üblicherweise ein später zu beschreibendes Lösungsmittel).
(Silanverbindung)
Die Silanverbindung weist sowohl eine reaktive Silylgruppe als auch eine organische funktionelle Gruppe auf. Eine solche Silanverbindung ist als Silanhaftvermittler bekannt. Die reaktive Silylgruppe erzeugt durch Hydrolyse eine Silanolgruppe. Die Silanolgruppe wird nach Art einer Wasserstoffbrückenbindung an eine Oberfläche eines anorganischen Substrats adsorbiert und gebunden. Wenn die Silanolgruppe darüber hinaus mit einer Hydroxygruppe oder einer Silanolgruppe, die auf der Oberfläche des anorganischen Substrats vorhanden ist, eine Kondensation unter Wasserabspaltung durchläuft, wird eine starke chemische Bindung erzeugt. Durch diese Wirkungen wird die Silanverbindung an der Oberfläche des anorganischen Substrats fixiert. Andererseits reagiert die organische funktionelle Gruppe mit dem polyfunktionellen Monomer, um das polyfunktionelle Monomer und die Silanverbindung miteinander zu verbinden.
Die reaktive Silylgruppe ist nicht besonders beschränkt, solange sie durch Hydrolyse eine Silanolgruppe erzeugt. Beispiele für die reaktive Silylgruppe schließen Trialkoxysilylgruppen (die Anzahl der Kohlenstoffatome, die in jeder der Alkoxygruppen enthalten sind, beträgt vorzugsweise 1 bis 7) und Dialkoxyalkylgruppen (die Anzahl der Kohlenstoffatome, die in jeder der Alkoxygruppen vorhanden sind, beträgt 1 bis 7 und die Anzahl der Kohlenstoffatome, die in der Alkylgruppe enthalten sind, beträgt vorzugsweise 1 bis 7) ein, und besonders spezifische Beispiele schließen eine Trimethoxysilylgruppe, eine Triethoxysilylgruppe, eine Tripropoxysilylgruppe, eine Tris(2-methoxyethoxy) silylgruppe, Dimethoxyalkylsilylgruppen, Diethoxyalkylsilylgruppen, Dipropoxyalkylsilylgruppen und Bis(2-methoxyethoxy)alkylsilylgruppen (die Alkylgruppen können jeweils eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen sein) ein. Mehrere reaktive Silylgruppen können entweder von derselben Art oder von unterschiedlichen Arten sein.
Die organische funktionelle Gruppe ist nicht besonders beschränkt, solange sie mit der ersten reaktiven Gruppe des polyfunktionellen Monomers reagiert. Wie oben beschrieben, kann die Reaktion zwischen der organischen funktionellen Gruppe und der ersten reaktiven Gruppe entweder eine radikalische Reaktion oder eine Kondensationsreaktion sein.
Beispiele für die organische funktionelle Gruppe, die die radikalische Reaktion durchläuft, schließen dieselben Gruppen ein, wie solche, die als Beispiele für diesen Typ der ersten reaktiven Gruppe angeführt wurden. Beispiele für die organische funktionelle Gruppe, die die Kondensationsreaktion durchläuft, schließen dieselben Gruppen ein, wie solche, die als Beispiele für diesen Typ der ersten reaktiven Gruppe angeführt wurden. Mehrere organische funktionelle Gruppen können entweder von derselben Art oder von unterschiedlichen Arten sein.
Beispiele für die Silanverbindung schließen Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltris(2-methoxyethoxy)silan, Vinylmethyldimethoxysilan, p-Styryltrimethoxysilan, p-Styryltriethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltriethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropylmethyldimethoxysilan, 3-Methacryloxypropylmethyldiethoxysilan, 3-Acryloxypropyltrimethoxysilan, 3-Acryloxypropyldimethoxysilan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan, 3-Glycidoxypropylmethyldimethoxysilan, 3-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan, 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 3-Mercaptopropyltriethoxysilan, 3-Octanoylthio-1-propyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-(N-Phenyl)aminopropyltrimethoxysilan, 3-Triethoxysilyl-N-(1,3-dimethyl-butyliden)propylamin, N-(Vinylbenzyl)-2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Ureidopropyltriethoxysilan, 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan, 3-Isocyanatopropyltrimethoxysilan und Tris-(trimethoxysilylpropyl)isocyanurat ein. Solche Silanverbindungen werden einzeln verwendet oder zwei oder mehr von diesen werden in Kombination verwendet.
Die Beimischungsmenge der Silanverbindung beträgt vorzugsweise 1 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger eines Feststoffgehalts des Vorbehandlungsmittels. Auf diese Weise kann einem anorganischen Substrat eine ausreichende Hydrophilie verliehen werden und die Gelbildung aufgrund von übermäßigem Fortschreiten der Kondensationsreaktion zwischen den reaktiven Silylgruppen wird problemlos verhindert. Die Beimischungsmenge der Silanverbindung beträgt besonders bevorzugt 15 Masse-% oder mehr und noch stärker bevorzugt 20 Masse-% oder mehr des Feststoffgehalts des Vorbehandlungsmittels. Die Beimischungsmenge der Silanverbindung beträgt besonders bevorzugt 85 Masse-% oder weniger und noch stärker bevorzugt 60 Masse-% oder weniger des Feststoffgehalts des Vorbehandlungsmittels.
(Initiator einer radikalischen Polymerisation)
Wenn die Silanverbindung und das polyfunktionelle Monomer zusammen eine radikalische Reaktion durchlaufen, kann das Vorbehandlungsmittel ferner einen Initiator einer radikalischen Polymerisation enthalten. Allerdings ist es unter dem Gesichtspunkt, dass die Polymerisation zwischen polyfunktionellen Monomeren leichter kontrolliert werden kann, wünschenswert, dass das Vorbehandlungsmittel im Wesentlichen keinen Initiator einer radikalischen Polymerisation enthält (die Beimischungsmenge des Initiators einer radikalischen Polymerisation ist gleich oder kleiner als die Nachweisgrenze).
(Katalysator)
Das Vorbehandlungsmittel kann einen Katalysator enthalten, der die Hydrolyse der reaktiven Silylgruppe fördert. Beispiele für den Katalysator schließen saure Katalysatoren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure und Carbonsäuren (z.B. Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure) und basische Katalysatoren, wie Ammoniak, Morpholin, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, Piperazin, Hydroxyethylpiperazin, 2-Methylpiperazin, trans-2,5-Dimethylpiperazin, cis-2,6-Dimethylpiperazin, Triethylamin, N,N-Dimethylethanolamin, N,N-Diethylethanolamin, N-(β-Aminoethyl)ethanolamin, N-Methyldiethanolamin, N-n-Butylethanolamin, N-n-Butyldiethanolamin, N-t-Butylethanolamin, N-t-Butyldiethanolamin, N-(β-Aminoethyl)isopropanolamin, N,N-Diethylisopropanolamin, 2-Amino-2-methyl-1-propanol, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid ein. Der Katalysator wird dem Vorbehandlungsmittel zum Beispiel in Form einer wässrigen Lösung hinzugefügt.
(Lösungsmittel)
Das Vorbehandlungsmittel kann ein Lösungsmittel enthalten. Das Lösungsmittel kann entweder ein organisches Lösungsmittel oder Wasser sein. Beispiele für das organische Lösungsmittel schließen Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Isopropylalkohol, n-Propylalkohol und 1-Methoxy-2-propanol, Ketone, wie Methylethylketon und Methylisobutylketon, und Ester, wie Ethylacetat, ein.
B. Hydrophilisierungsbehandlungsmittel
Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel verleiht einem anorganischen Substrat Hydrophilie. Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel enthält eine hydrophile Verbindung. Die hydrophile Verbindung weist eine dritte reaktive Gruppe, die mit der zweiten reaktiven Gruppe des polyfunktionellen Monomers reagiert, und eine hydrophile Gruppe auf. Dass die zweite reaktive Gruppe des polyfunktionellen Monomers mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren kann bedeutet, dass die zweite reaktive Gruppe mit der dritten reaktiven Gruppe der hydrophilen Verbindung reagieren kann.
(Hydrophile Verbindung)
Die hydrophile Verbindung weist eine dritte reaktive Gruppe, die mit der zweiten reaktiven Gruppe des polyfunktionellen Monomers reagiert, und eine hydrophile Gruppe auf.
Was die dritte reaktive Gruppe betrifft, so ist es lediglich erforderlich, dass die hydrophile Verbindung eine oder mehr Gruppen aufweist, und sie kann zwei oder mehr Gruppen aufweisen. Insbesondere weist die hydrophile Verbindung vorzugsweise eine dritte reaktive Gruppe auf. Auf diese Weise können eine oder mehr hydrophile Verbindungen an einem polyfunktionellen Monomer fixiert werden. Daher können mehr hydrophile Gruppen leicht an einer Oberfläche eines anorganischen Substrats fixiert werden, und die Hydrophilie und die verschmutzungshindernde Eigenschaft können leichter verbessert werden. Die hydrophile Verbindung kann auch an der Silanverbindung fixiert werden.
Die dritte reaktive Gruppe ist nicht besonders beschränkt, solange sie mit der zweiten reaktiven Gruppe des polyfunktionellen Monomers reagiert. Wie oben beschrieben, kann die Reaktion zwischen der dritten reaktiven Gruppe und der zweiten reaktiven Grupp entweder eine radikalische Reaktion oder eine Kondensationsreaktion sein.
Beispiele für die dritte reaktive Gruppe, die die radikalische Reaktion durchläuft, schließen dieselben Gruppen ein, wie solche, die als Beispiele für diesen Typ der ersten reaktiven Gruppe angeführt wurden. Beispiele für die dritte reaktive Gruppe, die die Kondensationsreaktion durchläuft, schließen dieselben Gruppen ein, wie solche, die als Beispiele für diesen Typ der ersten reaktiven Gruppe angeführt wurden. Mehrere dritte reaktive Gruppen können entweder von derselben Art oder von unterschiedlichen Arten sein.
Was die hydrophile Gruppe betrifft, so ist es lediglich erforderlich, dass die hydrophile Verbindung eine oder mehr Gruppen aufweist, und sie kann zwei oder mehr Gruppen aufweisen. Die hydrophile Gruppe befindet sich wünschenswerterweise an einem Ende der Hauptkette der hydrophilen Verbindung. Auf diese Weise wird es leicht, die hydrophile Gruppe zur Außenseite des anorganischen Substrats anzuordnen, und die Hydrophilie wird leichter verbessert.
Die hydrophile Gruppe ist nicht besonders beschränkt. Die hydrophile Gruppe kann eine von einer kationischen, anionischen, amphoteren und nicht-ionischen sein.
Anionische hydrophile Gruppen dissoziieren in Wasser zu Anionen. Beispiele für die anionische hydrophile Gruppe schließen eine Carbonsäuregruppe, eine Sulfonsäuregruppe, eine Phosphorsäuregruppe und Salze davon ein. Unter diesen sind eine Sulfonsäuregruppe und ein Salz einer Sulfonsäuregruppe (nachfolgend können diese als „Sulfonsäuregruppen“ bezeichnet werden) als die hydrophile Gruppe bevorzugt. Insbesondere ist ein Alkalimetallsalz einer Sulfonsäuregruppe bevorzugt.
Beispiele für eine hydrophile Verbindung mit einer Sulfonsäuregruppe schließen Vinylsulfonsäure, N-t-Butylacrylamidsulfonsäure, Natriumvinylsulfonat, Lithium-N-t-butylacrylamidsulfonat, Natrium-N-t-butylacrylamidsulfonat, Kalium-N-t-butylacrylamidsulfonat, 2-Natriumsulfoethylmethacrylat, Natriumallylsulfonat, Natrium-p-styrolsulfonat und Natriumsulfonat-haltiges Urethanacrylat ein. Diese werden einzeln verwendet oder zwei oder mehr von diesen werden in Kombination verwendet. Ein Hydroxid eines Alkalimetalls, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, können zusammen mit der hydrophilen Verbindung, die eine Sulfonsäuregruppe aufweist, hinzugefügt werden. Auf diese Weise wird die Sulfonsäure neutralisiert, um ein Sulfonatsalz zu bilden.
Kationische hydrophile Gruppen dissoziieren in Wasser zu Kationen. Beispiele für die kationische hydrophile Gruppe schließen eine quaternäre Ammoniumgruppe ein. Beispiele für die hydrophile Verbindung mit einer quaternären Ammoniumgruppe schließen (3-Acrylamidopropyl)trimethylammoniumchlorid, (3-Acrylamidopropyl)trimethylammoniumbromid, [3-(Methacryloylamino)propyl]trimethylammoniumchlorid, 2-(Acryloyloxy)-N,N,N-trimethylethanaminiumchlorid und 2-(Methacryloyloxy)ethyltrimethylammoniumchlorid ein. Diese werden einzeln verwendet oder zwei oder mehr von diesen werden in Kombination verwendet.
Amphotere hydrophile Gruppen dissoziierten in Wasser zu Anionen und Kationen. Beispiele für die amphotere hydrophile Verbindung schließen Verbindungen auf Alkylbetainbasis, wie Lauryldimethylaminoetssigsäurebetain, Verbindungen auf Fettsäureamidopropylbetainbasis, wie Cocamidopropylbetain, Verbindungen auf Aminosäurebasis, wie Natriumlauroylglutamat, und Verbindungen auf Aminoxidbasis, wie Lauryldimethylamin-N-oxid, ein.
Nichtionische hydrophile Gruppen dissoziieren in Wasser nicht. Beispiele für die nichtionische hydrophile Verbindung schließen Alkylglycoside, Fettsäureester, Alkylpolyethylenglykole und Polyvinylalkohol ein.
Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel umfasst vorzugsweise eine hydrophile Verbindung mit einer kationischen oder nichtionischen hydrophilen Gruppe zusammen mit einer hydrophilen Verbindung mit einer anionischen hydrophilen Gruppe. Insbesondere enthält das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel vorzugszugweise eine hydrophile Verbindung mit einer kationischen hydrophilen gruppe zusammen mit einer hydrophilen Verbindung mit einer anionischen hydrophilen Gruppe.
Das zahlengemittelte Molekulargewicht der hydrophilen Verbindung beträgt vorzugsweise 70 oder mehr und 500 oder weniger. Wenn das zahlengemittelte Molekulargewicht innerhalb des vorstehenden Bereichs liegt, wird die Hydrophilie leichter verbessert. Die Beimischungsmenge der hydrophilen Verbindung ist nicht besonders beschränkt.
(Initiator einer radikalischen Polymerisation)
Wenn die Silanverbindung und die hydrophile Verbindung zusammen eine radikalische Reaktion durchlaufen, kann das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel ferner einen Initiator einer radikalischen Polymerisation enthalten. Der Initiator einer radikalischen Polymerisation ist vorzugsweise in Wasser löslich. Initiatoren einer radikalischen Polymerisation werden in Photoinitiatoren einer radikalischen Polymerisation, die durch Licht zerfallen, und thermische Initiatoren einer radikalischen Polymerisation, die durch Wärme zerfallen, eingeteilt.
Der Initiator einer radikalischen Polymerisation ist nicht besonders beschränkt, und herkömmliche bekannte Initiatoren einer radikalischen Polymerisation können verwendet werden. Die Beimischungsmenge des Initiators einer radikalischen Polymerisation beträgt vorzugsweise 1 Masseteil oder mehr und 75 Masseteile oder weniger und besonders bevorzugt 5 Masseteile oder mehr und 60 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile eines Feststoffgehalts der hydrophilen Verbindung.
(Lösungsmittel)
Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel kann ein Lösungsmittel enthalten. Beispiele für das Lösungsmittel schließen dieselben Lösungsmittel ein, wie solche die in dem Vorbehandlungsmittel enthalten sind. Die Feststoffkomponentenkonzentration des Hydrophilisierungsbehandlungsmittels wird auf 0,1 Masse-% oder mehr und 60 Masse-% oder weniger mit einem Lösungsmittel eingestellt.
(Kompatibilisierungsmittel)
Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel kann ein Kompatibilisierungsmittel enthalten. Das Kompatibilisierungsmittel kann die Kristallisation der hydrophilen Verbindung verhindern und kann dazu führen, dass die hydrophile Verbindung gleichmäßig in dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel gelöst ist.
Das Kompatibilisierungsmittel ist nicht besonders beschränkt, und herkömmlich bekannte Kompatibilisierungsmittel können verwendet werden. Die Menge des Kompatibilisierungsmittels beträgt vorzugsweise 10 Masseteile oder mehr und 100 Masseteile oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile des Feststoffgehalts der hydrophilen Verbindung.
(Weitere)
Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel kann je nach Bedarf verschiedene Additive umfassen. Beispiele für das Additiv schließen ein Oberflächenkonditionierungsmittel, ein Egalisiermittel, einen Weichmacher, einen Entschäumer, einen Ultraviolettabsorber, ein Antioxidans und ein Viskositätsmodifzierungsmittel ein. Solche Additive können einzeln verwendet werden oder zwei oder mehr von diesen können in Kombination verwendet werden.
[Hydrophilisiertes anorganisches Substrat]
Das hydrophilisierte anorganische Substrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird erhalten, indem das Vorbehandlungsmittel und das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel nacheinander auf ein anorganisches Substrat aufgetragen werden. Das Vorbehandlungsmittel umfasst eine Silanverbindung mit einer reaktiven Silylgruppe und einer organischen funktionellen Gruppe und ein polyfunktionelles Monomer. Das polyfunktionelle Monomer weist eine oder mehr erste reaktive Gruppen, die mit der organischen funktionellen Grupp reagieren, und eine oder mehr zweite reaktive Gruppen, die mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren, auf. Das heißt, das hydrophilisierte anorganische Substrat umfasst ein anorganisches Substrat, eine Silanverbindung, eine polyfunktionelles Monomer und ein Hydrophilisierungsbehandlungsmittel. Die Silanverbindung ist an dem anorganischen Substrat über die reaktive Silylgruppe fixiert. Das polyfunktionelle Monomer ist an der Silanverbindung durch eine Reaktion zwischen der organischen funktionellen Gruppe der Silanverbindung und der ersten reaktiven Gruppe fixiert. Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel ist an dem polyfunktionellen Monomer über eine Reaktion mit der zweiten reaktiven Gruppe fixiert.
[Verfahren zur Herstellung des hydrophilisierten anorganischen Substrats]
Das hydrophilisierte anorganische Substrat der vorliegenden Ausführungsform wird durch ein Verfahren hergestellt, das das Auftragen des Vorbehandlungsmittels auf eine Oberfläche eines anorganischen Substrats, das Auftragen des Hydrophilisierungsbehandlungsmittels auf die Oberfläche des anorganischen Substrats, auf der das Vorbehandlungsmittel aufgetragen wurde, und das Fixieren des Hydrophilisierungsbehandlungsmittel an dem Vorbehandlungsmittel umfasst. Beim Fixieren reagiert die erste reaktive Gruppe des Polyfunktionellen Monomers mit der organischen funktionellen Gruppe der Silanverbindung, und die hydrophile Verbindung reagiert mit der zweiten reaktiven Gruppe des polyfunktionellen Monomers.
(1) Auftragen des Vorbehandlungsmittels
Das Vorbehandlungsmittel wird auf eine Oberfläche eines anorganischen Substrats aufgetragen. Das Vorbehandlungsmittel umfasst eine Silanverbindung und ein polyfunktionelles Monomer. Das Vorbehandlungsmittel kann ferner ein Lösungsmittel umfassen.
In dem Vorbehandlungsmittel wurde mindestens ein Teil der reaktiven Silylgruppen der Silanverbindung hydrolysiert und eine Silanolgruppe erzeugt. Wenn das Vorbehandlungsmittel auf eine Oberfläche eines anorganischen Substrats aufgetragen wird, wird die Silanolgruppe an der Oberfläche des anorganischen Substrats adsorbiert und nach Art einer Wasserstoffbrückenbindung daran gebunden. Des Weiteren durchläuft die Silanolgruppe eine Kondensation unter Wasserabspaltung mit einer Hydroxygruppe oder einer Silanolgruppe, die an der Oberfläche des anorganischen Substrats vorhanden ist, und kann chemisch gebunden werden. Als Ergebnis wird die Silanverbindung an der Oberfläche des anorganischen Substrats fixiert. Andererseits liegt zumindest ein Teil der polyfunktionellen Monomere so wie sie sind in der Nähe der Oberfläche des anorganischen Substrats vor. Die Auftragungsmenge des Vorbehandlungsmittels ist nicht besonders beschränkt.
Bevor das Vorbehandlungsmittel auf das anorganische Substrat aufgetragen wird, kann die erste reaktive Gruppe des polyfunktionellen Monomers mit der organischen funktionellen Gruppe der Silanverbindung regieren. Dann kann das Vorbehandlungsmittel, das die Silanverbindung enthält, an der das polyfunktionelle Monomer gebunden ist, auf das anorganische Substrat aufgetragen werden.
(Anorganisches Substrat)
Das anorganische Substrat ist nicht besonders beschränkt, solange es eine Oberflächenschicht (anorganische Oberfläche) aufweist, die eine anorganische Verbindung enthält. Beispiele für die anorganische Verbindung schließen Glas, Metall, Metalloxid und Siliciumdioxid, das sich von Glas unterscheidet, ein. Beispiele für das anorganische Substrat schließen wohnungsbezogene Materialien, wie Sanitärkeramik, Fliesen, Emaillen, Glas, Verkleidungsmaterialien, Zargen, Wände, Spiegel und Badewannen, ein. Unter diesen werden das Vorbehandlungsmittel und das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform besonders geeignet für Sanitärkeramik verwendet. Eine Sanitärkeramik ist ein Element, das eine Wohnungsausstattungsvorrichtung ist, die an einer wasserführenden Stelle in einem Gebäude zu installieren ist, wie eine Toilettenschüssel, ein Becken zum Waschen des Gesichts und ein Handwaschbecken. Im Allgemeine wird eine Keramik durch Glasieren einer Oberfläche eines Basismaterials (zum Beispiel einer unglasierten Keramik), das aus einem Ausgangsmaterial, wie Ton, Töpferstein oder Feldspar, hergestellt ist, gefolgt von Brennen des Basismaterials erhalten. Das Meiste oder ein Teil der Sanitärkeramik ist aus einer Keramik hergestellt und eine glasartige Schicht ist auf ihrer Oberfläche ausgebildet.
(2) Trocken
Es ist bevorzugt, dass, nachdem das Vorbehandlungsmittel aufgetragen wurde, das anorganische Substrat getrocknet wird, um flüchtige Komponenten, wie ein Lösungsmittel, zu entfernen. Dies erfolgt, damit das polyfunktionelle Monomer leicht in der Nähe einer Oberfläche des anorganischen Substrats angeordnet ist. Die Trocknungsbedingungen sind nicht besonders beschränkt und können in angemessener Weise gemäß der Menge des Lösungsmittel und dergleichen eingestellt werden.
(3) Auftragen des Hydrophilisierungsbehandlungsmittels
Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel wird auf die Oberflächen des anorganischen Substrats aufgetragen. Zu diesem Zeitpunkt verbleibt das zuvor aufgetragene polyfunktionelle Monomer in der Nähe der Oberfläche des anorganischen Substrats. Das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel wird zum Bedecken des polyfunktionellen Monomers aufgetragen. Auf diese Weise reagieren das polyfunktionelle Monomer und das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel leicht miteinander. Die Auftragungsmenge des Hydrophilisierungsbehandlungsmittels ist nicht besonders beschränkt.
(4) Fixieren
Nach der Auftragung des Hydrophilisierungsbehandlungsmittels reagieren die erste reaktive Gruppe des polyfunktionellen Monomers und die organische funktionelle Gruppe der Silanverbindung und die dritte reaktive Gruppe der hydrophilen Verbindung und die zweite reaktive Gruppe des polyfunktionellen Monomers. Durch diese Reaktionen wird die hydrophile Verbindung an dem polyfunktionellen Monomer fixiert, und das polyfunktionelle Monomer wird an der Silanverbindung fixiert.
Die Reaktionsbedingungen werden angemessen gemäß dem Reaktionsmechanismus der jeweiligen reaktiven Gruppe eingestellt. Die radikalische Reaktion kann durch Erwärmen und/oder Bestrahlung mit einer aktiven Energiestrahlung durchgeführt werden. Die Kondensationsreaktion kann durch Erwärmen durchgeführt werden.
Die Bestrahlung mit der aktiven Energiestrahlung wird zum Beispiel unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe, einer Ultrahochdruck-Quecksilberdampflampe, einer Metallhalogenidlampe oder einer Ultraviolett-LED-Lampe durchgeführt. Die aktive Energiestrahlung ist vorzugsweise eine Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 220 nm oder mehr und 450 nm oder weniger. Die Bedingungen für die Bestrahlung mit der aktiven Energiestrahlung sind nicht besonders beschränkt und werden angemessen gemäß der Reaktivität der jeweiligen reaktiven Gruppe, der Auftragungsmenge der jeweiligen Komponente und dergleichen eingestellt.
Das Erwärmen wird durch Erwärmen unter Verwendung eines Heizofens, eines Heißlufttrockners, eines IR-Heizgeräts oder dergleichen oder einer Wärmestrahlung unter Verwendung eines Infrarotwärmeeinstrahlungsgeräts durchgeführt. Die Erwärmungsbedingungen sind nicht besonders beschränkt und werden angemessen gemäß der Reaktivität der jeweiligen Gruppe, der Auftragungsmenge der jeweiligen Komponente und dergleichen eingestellt. Die Erwärmungstemperatur ist zum Beispiel 80°C oder höher und 150°C oder niedriger.
Das anorganische Substrat wird dann mit Wasser gewaschen, um nicht-umgesetzte Komponenten zu entfernen. Danach wird das anorganische Substrat getrocknet. Durch ein solches Verfahren wird ein hydrophilisiertes anorganisches Substrat erhalten.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ausführlicher durch Beispiele beschrieben, auf die die vorliegende Erfindung nicht beschränkt werden soll. In den Beispielen sind „Teile“ und „%“ massebasiert, sofern nicht anderweitig angegeben.
[Beispiel 1]
(a) Zubereitung des Vorbehandlungsmittels
Zunächst wurden 50 Teile 2-Acryloxypropyltimethoxysilan (Silanverbindung), 50 Teile Tripropylenglykoldiacrylat (polyfunktionelles Monomer) und eine angemessene Menge 1-Methoxy-2-propanol (Lösungsmittel) bei Raumtemperatur gerührt und gemischt. Anschließend wurden 50 Teile einer 3 %-igen wässrigen Salzsäurelösung (Katalysator) hinzugefügt, und die Mischung wurde weiterhin für 30 Minuten gerührt. Auf diese Weise wurde ein Vorbehandlungsmittel zubereitet.
(b) Zubereitung eines Hydrophilisierungsbehandlungsmittels
Zunächst wurde die hydrophile Verbindung Ha wie folgt synthetisiert.
Bei Raumtemperatur von 20 bis 25°C wurden 45,2 Teile Aminoethylsulfonsäure, 14,8 Teile Natriumhydroxid und 40 Teile ionenausgetauschtes Wasser zur Rektion gebracht. Das erhaltene Reaktionsprodukt (42,5 Teile) wurde bei einer Temperatur von 5 bis 10°C gehalten, und eine Lösung, die durch Mischen und Lösen von 24,5 Teilen 2-Isocyanatoethylacrylat (KARENZ AOI (eingetragene Handelsmarke), hergestellt von Showa Denko K.K.) in 33 Teilen 1-Methoxy-2-propanol hergestellt wurde, wurde tropfenweise über 5 Minuten hinzugefügt, und die Mischung wurde weiterhin für 4 Stunden gerührt. In einem Infrarotabsorptionsspektrum wurde keine von einer Isocyanatgruppe abgeleitete Absorption beobachtet, so dass bestätigt wurde, dass die Reaktion beendet war. Auf diese Weise wurde die hydrophile Verbindung Ha (Natriumsulfonat-haltiges Urethanacrylat) erhalten.
Anschließend wurden 27,5 Teile ionenausgetauschtes Wasser und 10 Teile Harnstoff gemischt und gerührt, bis sich der Harnstoff löste. Danach wurden 30 Teile der erhaltenen hydrophilen Verbindung Ha, 70 Teile (3-Acrylamidopropyl)trimethylammoniumchlorid (hydrophile Verbindung Hc), 50 Teile 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on (Photoinitiator einer radikalischen Polymerisation) und 100 Teile Isopropylalkohol (Lösungsmittel) hinzugefügt, und die Lösung wurde gerührt, bis die Lösung transparent wurde. Auf diese Weise wurde ein Hydrophilisierungsbehandlungsmittel zubereitet.
(c) Zubereitung des anorganischen Substrats
Die Oberflächen einer Keramik wurde mit Methanol entfettet, um ein anorganisches Substrat herzurichten.
(d) Vorbehandlung
Das erhaltene Vorbehandlungsmittel wurde auf ein anorganisches Substrat aufgetragen. Anschließend wurde das Resultierende bei 60°C für 30 Minuten unter Verwendung eines Elektroofens getrocknet und dann bei Raumtemperatur für 30 Minuten stehengelassen.
(e) Hydrophilisierungsbehandlung
Dann wurde das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel auf das anorganische Substrat, auf dem das Vorbehandlungsmittel aufgetragen wurde, aufgetragen. Anschließend wurden Ultraviolettstrahlen mit einer akkumulierten Lichtmenge von 1.000 mJ/cm² unter Verwendung einer Hochdruck-Quecksilberlampe appliziert. Auf diese Weise wurde ein hydrophilisiertes anorganisches Substrat erhalten.
[Beispiele 2 bis 6, Vergleichsbeispiele 1 bis 4]
Vorbehandlungsmittel und Hydrophilisierungsbehandlungsmittel wurden zubereitet, und eine Vorbehandlung und eine Hydrophilisierungsbehandlung wurden mit demselben Verfahren wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass der Typ, die Menge oder dergleichen des polyfunktionellen Monomers und der Silanverbindung, wie in Tabelle 1 dargestellt, geändert wurden.
[Bewertung]
Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen hydrophilisierten anorganischen Substrate wurden den folgenden Bewertungen unterzogen. Die Ergebnisse der Bewertungen sind in Tabelle 1 dargestellt.
(i) Hydrophilie
Der Kontaktwinkel (anfänglich) eines Wassertropfens auf einer Oberfläche eines hydrophilisierten anorganischen Substrats wurde gemäß JIS R 3257 „Prüfverfahren für Benetzbarkeit eines Glassubstrats“ (Verfahren mit liegenden Tropfen) gemessen. Insbesondere wurde DMo-701, hergestellt von Kyowa Interface Science Co., Ltd., für die Messung des Kontaktwinkels eines Wassertropfens verwendet, und der Kontaktwinkel wurde 60 Sekunden, nachdem 4 µl destilliertes Wasser tropfenweise auf einen Beschichtungsfilm gegeben wurden, gemessen.
Der Kontaktwinkel wurde gemäß den folgenden Kriterien bewertet.

◯: Der Kontaktwinkel des Wassertropfens ist 20° oder kleiner.
Δ: Der Kontaktwinkel des Wassertropfens ist größer als 20°.

(ii) Dauerhaftigkeit (kationische Detergensbeständigkeit)
Auf eine Oberfläche eines hydrophilsieren anorganischen Substrats wurde tropfenweise 1 ml eines Reinigungsmittels (SUNPOLE (eingetragene Handelsmarke), kationisches Tensid, hergestellt von Dainihon Jochugiku Co., Ltd.) gegeben, gefolgt von einem Waschen mit Wasser. Nachdem dieser Vorgang 10-mal wiederholt wurde, wurde der Kontaktwinkel eines Wassertropfens auf der Oberfläche des hydrophilisierten anorganischen Substrats gemessen und mit demselben Verfahren wie oben beschrieben bewertet.
(iii) Verschmutzungshindernde Eigenschaft (Mineralentfernbarkeit)
150 µl Wasser wurden tropfenweise auf ein hydrophilisiertes anorganisches Substrat gegeben und bei 40°C für 24 Stunden getrocknet, und auf diese Weise bildeten sich weiße Wassertropfenflecken. Danach wurde in Wasser bei 20 bis 25°C ein antibakterieller 3M Scotch Bright(Handelsmarke)-Urethanschwamm S-21KS auf die Oberfläche des hydrophilisierten anorganischen Substrats aufgebracht und 20-mal unter Anwendung einer Last von 500 gf hin und her bewegt.
Die Oberfläche wurde visuell betrachtet und gemäß den folgenden Kriterien bewertet.

⊙: Es sind keine Wassertropfenflecken visuell erkennbar.
◯: Leichte Wassertropfenflecken sind visuell erkennbar.
Δ: Wassertropfenflecken sind deutlich visuell erkennbar.

	(Komponente)	(Verbindungsname)	Beispiel						Vergleichsbeispiel
	(Komponente)	(Verbindungsname)	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4
Vorbehandlungsmittel	Silanverbindung	3-Acryloxypropyltrimethoxysilan	50	50	50	50	50	50	50	50
		3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan									50
		3-Acryloxypropyldimethoxysilan										50
	Monofunktionelles Monomer	Isobornylacrylat								50
	Polyfunktionelles Monomer	Tripropylenglykoldiacrylat	50
		Isocyanursäure-EO-modifiziertes Diacrylat		50
		Pentaerythritoltri- und -tetraacrylat			50
		Ditrimethylolpropantetraacrylat				50
		Dipentaerythritolpenta- und -hexaacrylat					50
		Acrylat von ε-Caprolacton-modifiziertem Dipentaerythritol						50
	Katalysator	3 %-ige Salzsäure	50	50	50	50	50	50	50	50	50	50
Bewertung	(i) Hydrophilie		◯	◯	◯	◯	◯	◯	◯	◯	◯	◯
	(ii) Dauerhaftigkeit Detergensbeständigkeit)	(kationische	◯	◯	◯	◯	◯	◯	◯	◯	◯	◯
	(iii) (Mineralentfernbarkeit)	Verschmutzungshindernde Eigenschaft	◯	◯	◯	◯	⊙	⊙	◯ bis Δ	Δ	Δ	Δ

Die hydrophilisierten anorganischen Substrate der Beispiele wiesen alle eine gute Hydrophilie, Dauerhaftigkeit und verschmutzungshindernde Eigenschaft auf. Im Gegensatz dazu waren alle hydrophilisierten anorganischen Substrate der Vergleichsbeispiele hinsichtlich der verschmutzungshindernden Eigenschaft schlecht.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das Oberflächenbehandlungsmittel der vorliegenden Offenbarung kann einem anorganischen Substrat eine überlegene verschmutzungshindernde Eigenschaft sowie eine gute und dauerhafte Hydrophilie verleihen und wird somit in geeigneterweise insbesondere als ein Hydrophilisierungsbehandlungsmittel für Sanitärkeramik verwendet.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität auf Basis der in Japan am 21. Dezember 2020 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-211303 , deren Offenbarung unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201620461 A [0003]
JP 201620462 A [0003]
JP 2020211303 [0083]

Claims

Oberflächenbehandlungsmittel, das ein Vorbehandlungsmittel und ein Hydrophilisierungsbehandlungsmittel umfasst, die nacheinander auf ein anorganisches Substrat aufzutragen sind, wobei das Vorbehandlungsmittel umfasst: eine Silanverbindung mit einer reaktiven Silylgruppe und einer organischen funktionellen Gruppe und ein polyfunktionelles Monomer, wobei das polyfunktionelle Monomer aufweist: eine oder mehr erste reaktive Gruppen, die mit der organischen funktionellen Gruppe reagieren, und eine oder mehr zweite reaktive Gruppen, die mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren.
Oberflächenbehandlungsmittel gemäß Anspruch 1, wobei eine Beimischungsmenge des polyfunktionellen Monomers 1 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger eines Feststoffgehalts des Vorbehandlungsmittels beträgt.
Oberflächenbehandlungsmittel gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste reaktive Gruppe mindestens eine, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Acrylamidgruppe, einer Acryloylgruppe, einer Methacryloylgruppe, einer Allylgruppe, einer Vinylgruppe, einer Styrylgruppe und einer Mercaptogruppe, ist.
Oberflächenbehandlungsmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite reaktive Gruppe mindestens eine, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Acrylamidgruppe, einer Methacryloylgruppe, einer Allylgruppe, einer Vinylgruppe, einer Styrylgruppe und einer Mercaptogruppe, ist.
Oberflächenbehandlungsmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel eine hydrophile Verbindung umfasst und die hydrophile Verbindung mindestens eines von einer Sulfonsäuregruppe und einem Alkalimetallsalz einer Sulfonsäuregruppe aufweist.
Oberflächenbehandlungsmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel eine hydrophile Verbindung umfasst und die hydrophile Verbindung eine quaternäre Ammoniumgruppe aufweist.
Hydrophilisiertes anorganisches Substrat, auf dem ein Vorbehandlungsmittel und ein Hydrophilisierungsbehandlungsmittel nacheinander aufgetragen wurden, wobei das Vorbehandlungsmittel eine Silanverbindung mit einer reaktiven Silylgruppe und einer organischen funktionellen Gruppe und ein polyfunktionelles Monomer umfasst, das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr erste reaktive Gruppen, die mit der organischen funktionellen Gruppe reagieren, und eine oder mehr zweite reaktive Gruppen, die mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren, aufweist und das hydrophilisierte anorganische Substrat umfasst: ein anorganisches Substrat, die Silanverbindung, die an dem anorganischen Substrat über die reaktive Silylgruppe fixiert ist, das polyfunktionelle Monomer, das an der Silanverbindung durch eine Reaktion zwischen der organischen funktionellen Gruppe und der ersten reaktiven Gruppe fixiert ist, und das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel, das an dem polyfunktionellen Monomer durch eine Reaktion zwischen der zweiten reaktiven Gruppe und dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel fixiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines hydrophilisierten anorganischen Substrats, wobei das Verfahren umfasst: Auftragen eines Vorbehandlungsmittels auf eine Oberfläche eines anorganischen Substrats, Auftragen eines Hydrophilisierungsbehandlungsmittels auf eine Oberfläche eines anorganischen Substrats, auf der das Vorbehandlungsmittel aufgetragen wurde, und Fixieren des Hydrophilisierungsbehandlungsmittels an dem Vorbehandlungsmittel, wobei das Vorbehandlungsmittel eine Silanverbindung mit einer reaktiven Gruppe und einer organischen funktionellen Gruppe und ein polyfunktionelles Monomer umfasst, das polyfunktionelle Monomer eine oder mehr erste reaktive Gruppen, die mit der organischen funktionellen Gruppe reagieren, und eine oder mehr zweite reaktive Gruppen, die mit dem Hydrophilisierungsbehandlungsmittel reagieren, aufweist und beim Fixieren die erste reaktive Gruppe und die organische funktionelle Gruppe miteinander reagieren und das Hydrophilisierungsbehandlungsmittel und die zweite reaktive Gruppe miteinander reagieren.