JP2008039377A - 撥水部と親水部を有する物品及びその製法 - Google Patents
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Abstract
【課題】親水性を呈する薄膜上に撥水性を呈する薄膜を形成せしめる熱交換素子の適用に好適な構造を提供することを課題とする。
【解決手段】撥水を呈する部分と親水性を呈する部分を有する薄膜を有し、前記親水性を呈する部分は、基材上に形成される第1の薄膜からなり、該第1の薄膜は親水性を呈する部材で被覆された粒子が2次元的又は3次元的に接して形成されるものであり、前記撥水性を呈する部分は、前記第1の薄膜上に形成される第2の薄膜からなり、第1の薄膜中の粒子の粒子径を0.5〜50μm、親水性を呈する部材の厚みを前記粒子径の0.01倍以上、第2の薄膜の下部に位置する親水性を呈する部材の厚みを前記粒子径の0.01倍以上0.5倍以下とすること。
【選択図】図1
【解決手段】撥水を呈する部分と親水性を呈する部分を有する薄膜を有し、前記親水性を呈する部分は、基材上に形成される第1の薄膜からなり、該第1の薄膜は親水性を呈する部材で被覆された粒子が2次元的又は3次元的に接して形成されるものであり、前記撥水性を呈する部分は、前記第1の薄膜上に形成される第2の薄膜からなり、第1の薄膜中の粒子の粒子径を0.5〜50μm、親水性を呈する部材の厚みを前記粒子径の0.01倍以上、第2の薄膜の下部に位置する親水性を呈する部材の厚みを前記粒子径の0.01倍以上0.5倍以下とすること。
【選択図】図1
Description
本発明は、撥水部と親水部を有する物品に関し、特にはパイプ形状体、又は板状体等の形状を有する熱交換器の部材として使用される物品として好適に使用されるものに関する。
ヒートパイプ、フィン等の熱交換器の部材として使用されるパイプ形状体、又は板状体等の形状を有する物品には、液冷媒が蒸発する際の有効伝熱面積を増大させ、冷媒と部材との間で大きい熱伝達効率を得るため、部材表面を親水性表面とする処理がなされている。
他方、部材表面を撥水性表面とする処理を行うことで、液冷媒と部材との接触面積を減少させ、それに伴い凝縮した液冷媒を蒸気冷媒中に飛散させ、蒸気冷媒が凝縮する際の有効伝熱面積を増大させ、冷媒と部材との間の熱伝達効率を向上させることもなされている。
特許文献1では、ヒートパイプの内壁面側の上部を親水性表面、下部を撥水性表面とした構造を開示している。該構造では、液冷媒は、内壁面側下部の撥水性表面により弾かれ、上部の親水性表面に供給されやすくなる。同時に、重力によって、内面の下部に液冷媒が流れる。この2つの相互作用によって、液膜が均等化され、液冷媒が蒸発する際の有効伝熱面積が増大し、冷媒とヒートパイプとの間で大きな熱伝達効率が得られる。
また、特許文献2では、空調設備等で使用されるフィンの風上側を撥水性の表面とし、風下側を親水性の表面とする構造を開示している。該構造とすることで風上側に凝縮水が移行することを防止することを可能としている。
前記したように、一つ物品内に撥水部と親水部とを有するものは、撥水と親水の相反する物性の相互作用により、ヒートパイプ、フィン等の熱交換素子の性能を向上させる。近年、これら熱交換素子は、ノートパソコン、小型ゲーム機器等の精密機器で使用されるLSIパッケージ等の熱源から発生した熱を機器の外部へ伝えるために使用されている。
これら精密機器は、それに使用される部材が集積化され、加えて、機器自体も小型化される傾向にあるため、これに使用される熱交換素子にも小型されたものが要求されている。
特開6−147784号公報
特開平10−96569号公報
小型化された熱交換素子等では、撥水部と親水部とを形成させる領域が限られる。この素子等で前記したような撥水と親水の相反する物性の相互作用により、ヒートパイプ、フィン等の熱交換素子の性能を向上させるためには、撥水部と親水部との間の距離をできる限り短くして、好ましくは撥水部と親水部とを隣接させる必要がある。しかしながら、撥水と親水は相反する性状であることから、前記した隣接を実現させることは技術的に容易ではない。本発明では、この好適な形態を有する物品を提供することを目的とし、親水性を呈する薄膜上に撥水性を呈する薄膜を形成せしめる構造を提供することを課題とする。
本発明では、前記した課題を克服するために鋭意検討を重ねた結果、基材の表面に親水性の薄膜を形成し、該親水性の薄膜の上に部分的に撥水性の薄膜を形成させることを着想した。そして、親水性の薄膜がある特定の表面形状を有するものであれば、その表面が親水性に優れる場合であっても、撥水性を呈する薄膜を密着良く形成させることが可能との知見を得た。
すなわち、本発明の物品は、撥水部と親水部を有する物品であり、該物品は、基材及び、撥水を呈する部分と親水性を呈する部分を有する薄膜を有し、前記親水性を呈する部分は、基材上に形成される第1の薄膜からなり、該第1の薄膜は親水性を呈する部材で被覆された粒子からなり、前記撥水性を呈する部分は、前記第1の薄膜上に部分的に形成される第2の薄膜からなり、第1の薄膜中の粒子の粒子径を0.5〜50μmとすることで第1の薄膜上に粒子に起因する凹凸形状を形成して、 撥水性を呈する部分である第2の薄膜を、親水性を呈する第1の薄膜上に密着せしめたことを特徴とする。
基材上に形成される第1の薄膜の形状は、主として粒子により形成される。そして、該粒子の粒子径を0.5〜50μmとして薄膜を形成させることで、薄膜表面に粒子の形状に起因した特異な凹凸形状が形成される。そして該凹凸形状に起因して、その表面が親水性を呈していても撥水性を呈する部分である第2の薄膜を密着良く形成することを可能とする。
そして本発明では、前記粒子が親水性を呈する部材で被覆されているので、第2の薄膜を形成した部分は、撥水性、形成していない部分は親水性の性状を示す。結果、それぞれの部分が隣接しするようになる。
尚、本発明での撥水性と親水性は、JIS R 3257(1999年)に準拠にして得られる水滴の接触角から定義されるものであり、本発明では30°以下の場合を親水性、親水性の中でも10°以下の場合を超親水性、そして90°以上の場合を撥水性、撥水性の中でも120°以上の場合を超撥水性のものと表記する。
粒子径が0.5μm未満の場合、第1の薄膜の親水性を克服して、撥水性を呈する第2の薄膜の密着良く形成せしめることが難しい。他方、50μm超では、薄膜の耐久性、薄膜の基材への密着性が低下する。薄膜の耐久性、薄膜の基材への密着性、第2の薄膜の第1の薄膜への密着性をより良好なものとするために、前記粒子径は、1〜30μm、さらには2〜20μmとすることが好適である。
前記粒子径は、JIS H0554(1995年)に準拠した方法で得られる平均粒子径の値として定義される。そして、該方法に準拠した方法で測定し、前記した粒子径を有する粒子が本発明に適用される。
また、本発明で使用される粒子は、前記した粒径の範囲にある無機質の粒子を使用することが好ましく、中でも、粒子表面が粗いものとなる多孔質性の無機質の粒子を使用することが好ましい。
第2の薄膜と前記粒子との最短距離が前記粒子径の0.01倍以上0.5倍以下とすることが好ましい。第2の薄膜と粒子との間には親水性の部材が配置されている。従って、第2の薄膜と前記粒子との最短距離は、被覆されている親水性部材の厚みに相当する。前記比が0.01倍未満の場合、第2の薄膜が形成されていない部分で親水性を発揮させようとすると、この部分での親水性部材の厚みを別途厚くする必要が生る。結果、本発明が目的とする親水部と撥水部とを隣接させるとの目的を達成させることが難しくなる。
他方、0.5倍超の場合、撥水性を呈する第2の薄膜の密着せしめるための特異な表面凹凸の頂部と底部と差が小さくなり、撥水性を呈する第2の薄膜を密着せしめることが難しくなる。そして、第2の薄膜の密着性を良好にするとの観点から、前記比の0.3倍以下、より好ましくは0.25倍以下とすることが好ましい。
第2の薄膜と前記粒子との最短距離は、走査型電子顕微鏡で物品の断面を観察することで計測できる。本発明では、物品の断面観察を5回行い、この5回の観察から最短距離の値を選択する。この作業を5回繰り返し、選択された値の算術平均を第2の薄膜と前記粒子との最短距離とする。そして、この最短距離値と前記粒子径とを比較して、第2の薄膜と前記粒子間の最短距離と前記粒子径との比が決定される。
本発明では、最外に位置する親水性を呈する部材の最も薄い部分の厚みが、粒子の粒子径の0.01倍以上とすることが好ましい。0.01倍未満では親水性部材の親水性を発揮させるこが難しいからである。親水性を発揮させやすくするためには該比を0.05倍以上とすることがより好適である。親水性部材の厚みは、厚い程親水性が向上する傾向があるので、親水性を向上させるとの観点からは、その厚みを厚くすることが好適であるが、製造コストを考慮すると、2倍以下、さらには1倍以下としてもよい。
前記した最も薄い部分は、走査型電子顕微鏡で物品の断面を観察することで計測できる。本発明では、物品の断面観察を5回行い、この5回の観察から最も薄い部分の値を選択する。この作業を5回繰り返し、選択された値の算術平均を最外に位置する親水性を呈する部材の最も薄い部分の厚みとする。そして、この厚み値と前記粒子径とを比較して、第2の薄膜と前記粒子間の最短距離と前記粒子径との比が決定される。
また、第1の薄膜の厚みは、好適には0.6μm〜150μm、より好ましくは、3〜100μm、より好ましくは、5〜50μmとすることが好ましい。厚みの下限は、前記した粒子の粒子径により、上限は、コスト的な観点から好適なものとして規定されたものである。尚、この厚みは、基材と第1の薄膜の表面凹凸形状の頂部との間の距離で導かれる。
この厚みは、走査型電子顕微鏡で物品の断面を観察することで計測できる。本発明では、物品の断面観察を5回行い、この5回の観察から前記した距離中最長の値を選択する。この作業を5回繰り返し、選択された値の算術平均を該厚み値とする。
前記第2の薄膜は、第1の薄膜に形成された表面凹凸の頂部と底部と差と少なくとも同じ厚みの膜厚を有することが好ましい。該厚みを有する場合、第2の薄膜が第1の薄膜に密着しやすくなり、好適である。
本発明では、第1の薄膜上に、第2の薄膜を形成させることで、第2の薄膜表面にも第1の薄膜の凹凸を有する表面形状を反映させることができる。この表面形状が第2の薄膜の表面形状に反映された場合、超撥水とも言える撥水性を呈しやすい。そのためには、第2の薄膜の膜厚は、前記粒子の3倍以下、より好ましくは、2倍以下とすることが好ましい。
第2の薄膜の厚みは、走査型電子顕微鏡で物品の断面を観察することで計測できる。本発明では、物品の断面観察を5回行い、この5回の観察から最も厚い部分の値を選択する。この作業を5回繰り返し、選択された値の算術平均を第2の薄膜の厚みとする。
そして、本発明において、前記した第1の薄膜は、粒子同士が接することで粒子が2次元的又は3次元的に接している構造とすることが好ましい。該構造とすることで、前記した粒子径の範囲で第2の薄膜の密着性に適した表面凹凸構造を形成しやすくなる。該構造は、例えば、基材上に粒子よりなる薄膜を形成し、その後に親水性を呈する部材を被覆することで形成することができる。
また、親水性を呈する部材がアルカリシリケートよりなることが好ましい。アルカリシリケートは、親水性に優れた材料であり、比較的薄い厚みでも優れ親水性を呈すことが可能であり、例えば、水滴の接触角が10℃以下の超親水と言える優れた親水性を容易に実現できる。
さらには、本発明の物品は、親水性を呈する部材の厚みを漸次異なったものとすることで、親水性を呈する部分の水滴の接触角を漸次異なっているものとしてもよい。この場合、親水性を呈する部材は、アルカリシリケートよりなるものとすることが特に好ましい。該物質は、厚みを変化させることで親水性を制御することが容易であるからである。
本発明の撥水部と親水部を有する物品は、前記粒子が分散された塗布液1を基材に塗布及び加熱して前駆膜を得る工程、該工程後に親水性を呈する部材又は親水性を呈する部材の前駆体が導入された塗布液2を前記前駆膜に塗布及び加熱して前記第1の薄膜を得る工程、及び撥水性を呈する部材又は撥水性を呈する部材の前駆体が導入された塗布液3を第1の薄膜上に部分的に塗布及び加熱するこで第2の薄膜を得る工程を有する製法で形成することが効率的で好ましい。
本発明の撥水部と親水部を有する物品は、撥水性を呈する部分と親水性を呈する部分との間の距離が隣接しているので、撥水と親水の相反する物性の相互作用を利用するヒートパイプ、フィン等の熱交換素子の小型化の奏功することができる。また、撥水部の撥水性を超撥水、親水部を超親水にでき、前記した相互作用をより効率良く発揮せしめ、ヒートパイプ、フィン等の熱交換素子の小型化だけでなく、さらなる高性能化にも奏功する。
本発明の物品を図面で説明する。図1は、本発明の物品の断面形状を説明する図である。本発明の撥水部と親水部を有する物品(1)は、基材(2)及び、撥水を呈する部分と親水性を呈する部分を有する薄膜を有し、前記親水性を呈する部分は、基材上に形成される「第1の薄膜(3)」からなり、該第1の薄膜は親水性を呈する部材(6)で被覆された粒子(5)からなるものであり、前記撥水性を呈する部分は、前記第1の薄膜上に部分的に形成される「第2の薄膜(4)」からなる。
前記粒子(5)は、ゼオライト、シリカゲル、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、タルク、珪藻土、バームキュライト、ヒル石、弁柄、貝殻焼成カルシウム等を使用することができる。これら粒子の中で、珪藻土、ゼオライト、シリカゲル、貝殻焼成カルシウムは、その多孔質性等のために吸水性、抗菌性等を発揮でき、本発明の物品の付加価値を高めることができ、好適であり、特には貝殻焼成カルシウムの使用が好適である。
前記した貝殻焼成カルシウムは、焼成前の主成分が炭酸カルシウムである貝殻を焼成することで、脱炭酸(二酸化炭素を取り除く)が徐々に進むことにより得られる、酸化カルシウム(CaO)又は、酸化カルシウムと炭酸カルシウムの混在したもののことである。焼成により、焼成前の主成分である炭酸カルシウム99%が徐々に酸化カルシウムに変換されるが、併せて、焼成前の貝殻に含有している有機物1%の焼成も同時に進行する。焼成温度については、焼成温度を高くした場合には炭酸カルシウムが全て酸化カルシウムまで変換されるが、焼成温度が低い場合には、一部が酸化カルシウムに変わるが残りは炭酸カルシウムとして残る。
用いる貝殻焼成カルシウムの成分については、特に限定されないが、炭酸カルシウムの一部が酸化カルシウムに変換できれば良く、本発明においては、具体的には、貝殻の主成分である炭酸カルシウムと、それを焼成することにより得られる酸化カルシウム、もしくは、酸化カルシウムと炭酸カルシウムの混在したもの又はそれぞれの混合状態(酸化カルシウムと炭酸カルシウムを混合)で用いることが好ましい。炭酸カルシウムと酸化カルシウム、各成分の割合は焼成温度及び焼成時間により異なり、適宜、調整することができる。
貝殻焼成カルシウムを製造する場合の焼成温度は、通常、500〜1200℃である。焼成時間については、焼成温度等を考慮して適宜、調整される。
本発明で使用される貝殻焼成カルシウムの具体的な例としては、例えば、貝殻としてホタテ貝を用い、それの高温焼成物の粉砕品(商品名CAI、粒径5μmタイプおよび15μmタイプ、日本天然素材株式会社製)やホタテ貝の低温焼成物の粉砕品(商品名CAV、粒径5μmタイプおよび15μmタイプ、日本天然素材株式会社製)がある。他にも、例えばシェルパウダー社、ステップ社、チャフローズ社を始めとする貝殻焼成カルシウムの生産メーカーがあるが、上述した生産メーカーに限定はされない。
前記した粒子(5)を、水、メタノール、エタノール、i−プロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、t−ブタノール、メトキシエタノール、エトキシエタノール等のアルコール類、エチレングリコール、酢酸エステル、カルボン酸、低級炭化水素、脂肪族、芳香族等の一般溶剤、又はこれらの混合物よりなる混合物をよりなる溶媒を用いて懸濁化し、好適には界面活性剤等を添加して塗布液1が調製される。
親水性を呈する部材(6)は、ゾルゲル法によるもの、無機質塗料によるもの等を使用することができる。ゾルゲル法によるものは、アルコキシド、オキシハロゲン化物、ハロゲン化物、硝酸塩物等の反応性基を有する金属酸化物の前駆体を原料とし、これを加水分解、及び重縮合することで得られる。前記金属酸化物中の金属には、Li、Na、K、Mg、Ca、St、Ba、In、Ge、Bi、fe、Cu、Y、Zr、Ta等の他に、広く使用されているSi、Ti、Al、Zr等を使用することができる。
前記無機質塗料としては、リチウムシリケート、ナトリウムシリケート、カリウムシリケート等のアルカリシリケート、ケイ酸アンモニウム等を使用できる。そして、これら無機質塗料は、亜鉛などの金属、金属酸化物、金属水酸化物、燐酸塩等の硬化剤を有していてもよい。ゾルゲル法によるもの、無機質塗料のものを比較すると親水性の高いものが得やすい無機質塗料によるものが好ましく、特にはアルカリシリケート、特にはリチウムシリケートによるものが好ましい。
前記したアルコキシド、オキシハロゲン化物、ハロゲン化物、硝酸塩物等の反応性基を有する金属酸化物の前駆体、ナトリウムシリケート、カリウムシリケート等のアルカリシリケート、ケイ酸アンモニウム等の親水性部材原料を、好ましくは、溶媒に希釈し、さらに好ましくは、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、リン酸、多価カルボン酸等の酸性触媒、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、アミノ基を有するアルコキシシラン等の塩基性触媒を含んでもよく、そして、さらに好ましくは、水(液体)も加える。
そして前記した溶媒には、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、3−メチル−3−メトキシ−1−ブタノールなどのアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類;エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチルエーテルなどのエーテル類;メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンなどのケトン類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類;エチルアセテート、エチルセロソルブアセテート、3−メチル−3−メトキシ−1−ブタノールアセテートなどのアセテート類;トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサンなどの芳香族あるいは脂肪族炭化水素の他、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド等の有機溶媒を使用することが好ましい。
前記したような親水性部材の原料と前記した溶媒等を混合して塗布液2が調製される。塗布液1と塗布液2とを混合して、この混合液を基材に塗布して、第1の薄膜を形成してもよいが、塗布液1を基材に塗布、加熱し、その後、塗布液2を塗布し、加熱することが好ましい。そして、これらの加熱は、50〜200℃で行うことが好ましい。後者の方法を採用した場合、粒子の形状を「第1の薄膜(3)」の表面形状に反映させやすく好ましい。
これら塗布液を基材に塗布する手段としては、ディップコート、フローコート、スピンコート、ロールコート、スプレーコート、スクリーン印刷、フレキソ印刷等の公知手段によって行うことができる。基材がヒートパイプ等のパイプ形状のものの場合、塗布する手段はディップコートが最適である。また、基材がヒートパイプの場合、薄膜のパイプの内側面に形成することが好ましい。
また、撥水性を呈する「第2の薄膜(4)」には、含フッ素樹脂、シリコーン、フルオロアルキルシランを加水分解及び重縮合して得られたもの、及びこれらの混合物等が好適に使用される。そして、特には、第2層の薄膜の厚みを前項で言及した厚みとしやすい含フッ素樹脂を使用することが好ましい。
前記した含フッ素樹脂としては、例えば、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四フッ化エチレン-パーフロオロアルコキシ-エチレン共重合樹脂(PFA)、四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合樹脂(FEP)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリビニルフルオライド(PVF)等が代表的なものとしてあげられる。
また、前記シリコーンとしては、オルガノポリシロキサンが代表的に使用され、ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシキサン、ジメチル−メチルフェニルポリシロキサンポリマー、フッ素化ポリシロキサン等から用いられる。そして、これらオルガノポリシロキサンは両末端にシラノール基もしくはアルコキシシリル基をもつもの、特にこれら両末端をもつジメチルポリシロキサンが好ましく用いられる。
前記した第2薄膜となる樹脂等を、好適には微粉末の形状とし、界面活性剤を使用して懸濁化された水溶性懸濁液や、フッ素系溶剤や有機系溶媒に分散させて得られる懸濁液を好適には、第3の塗布液とできる。前記した懸濁液は、フッ素塗料として市中より入手可能である。
そして、第3の塗布液を、「第1の薄膜(3)」上に塗布する手段としては、ディップコート、フローコート、スピンコート、ロールコート、スプレーコート、スクリーン印刷、フレキソ印刷等の公知手段によって行うことができる。基材がヒートパイプ等のパイプ形状のものの場合、塗布する手段はディップコートが最適である。また、基材がヒートパイプの場合、薄膜のパイプの内側面に形成することが好ましい。また、第3の塗布液をマスク材等を使用して「第1の薄膜(3)」上に島状に供給し、「第1の薄膜(3)」上に「第2の薄膜(4)」を島状に形成してもよい。
そして、塗布後加熱することで第2の薄膜を形成できる。この加熱温度は、樹脂の軟化温度の+30〜+100℃で行うことが好ましいので、この工程での加熱温度は230〜500℃とすることが好ましい。
そして本発明を形成する基材の材質には、アルミ、ステンレス、銅、銀、金、高伝導セラミック、カーボン材料、又はガラスが使用され、本発明の物品は、好適には、ヒートパイプ、フィン等の熱変換素子に使用される。
例えば、ヒートパイプでは、ヒートパイプの水等の作動液が接する面の水滴接触角を制御さえすれば、効率的な熱伝達効率が得られるとの知見が本発明にて得られている。これついての具体例は実施例にて述べられる。
ヒートパイプは、その内面、すなわち作動液が接する面に撥水部及び親水部を有し、撥水部と親水部の水滴接触角の差が115°以上であることが好ましい。ヒートパイプの内面に親水部を有すると、単位面積当たりの蒸発量を増加させることができる。さらに内面に撥水部を有すると、水がヒートパイプの内側に滞在しづらくなる。
そして、親水部と撥水部の水滴接触角の差を115°以上とすることで、ヒートパイプ内の作動液(例えば、水)の循環効率が向上し、ヒートパイプとしての伝熱性能向上に寄与する。特に、親水部が加熱部である場合、この循環効率の向上は顕著となる。そして、前記のヒートパイプの撥水部と親水部とが隣接した構造とすることで、ヒートパイプの熱伝達効率が向上し、ヒートパイプを小型化しやすくなる。
実施例1
1.基材の準備
基材として、内径が4mm、肉厚が0.5mmで長さが200mmの銅パイプを準備した。
1.基材の準備
基材として、内径が4mm、肉厚が0.5mmで長さが200mmの銅パイプを準備した。
2.塗布液1の調製
ホタテ貝を約800℃で焼成した焼成貝カルシウム(商品名CAV、日本天然素材株式会社製)を用いた。この貝殻焼成カルシウムの粒子径を3μmに粉砕した後、貝殻焼成カルシウム10重量%、ノニオン系界面活性剤3重量%、イソプロピルアルコールを87重量%の比で配合し、アルミナボールミルで4時間分散混合させて貝殻焼成カルシウムの懸濁液を調製した。
ホタテ貝を約800℃で焼成した焼成貝カルシウム(商品名CAV、日本天然素材株式会社製)を用いた。この貝殻焼成カルシウムの粒子径を3μmに粉砕した後、貝殻焼成カルシウム10重量%、ノニオン系界面活性剤3重量%、イソプロピルアルコールを87重量%の比で配合し、アルミナボールミルで4時間分散混合させて貝殻焼成カルシウムの懸濁液を調製した。
この懸濁溶液をエタノールで固形分濃度が2.5%となるように希釈し、これを塗布液1とした。
3.塗布液2の調製
SiO2/Li2Oのモル比が3.5/1のリチウムシリケートを有し、該シリケートの濃度が2重量%である水溶液を塗布液2とした。
SiO2/Li2Oのモル比が3.5/1のリチウムシリケートを有し、該シリケートの濃度が2重量%である水溶液を塗布液2とした。
4.塗布液3の調製
含フッ素樹脂[セフラルルーブI(セントラル硝子製、軟化温度:融点340℃]を10wt%含有する水溶液を調製し、これを塗布液3とした。
含フッ素樹脂[セフラルルーブI(セントラル硝子製、軟化温度:融点340℃]を10wt%含有する水溶液を調製し、これを塗布液3とした。
5.物品の作製
塗布液1の入った浸漬用バスに前記1の基材の全てを室温で3分間浸漬した後、引き上げた。その後、120℃で1時間加熱した。冷却後、さらに基材の全てを塗布液2の入った浸漬用バスの中に5分間浸漬した後、引き上げた。120℃で1時間加熱し、冷却させ第1の薄膜を形成した。
塗布液1の入った浸漬用バスに前記1の基材の全てを室温で3分間浸漬した後、引き上げた。その後、120℃で1時間加熱した。冷却後、さらに基材の全てを塗布液2の入った浸漬用バスの中に5分間浸漬した後、引き上げた。120℃で1時間加熱し、冷却させ第1の薄膜を形成した。
次に塗布液3の入った浸漬用バスに第1の薄膜が形成された基材を、パイプの端部から全長さの1/3だけ5分間浸漬した。この後、390℃で1時間の加熱を行い、撥水部と親水部を有する物品を得た。
6.物品の評価
得られた物品の第1の薄膜及び第2の薄膜の水滴の接触角をJIS R 3257(1999年)に準拠にして測定を行った。該JISは、ガラス板の水滴の接触角の測定方法に関するものであるが、本実施例での基材でも該測定方法を援用した。尚、本評価での第1の薄膜の評価は、第2の薄膜が形成されていない部分で行った。
得られた物品の第1の薄膜及び第2の薄膜の水滴の接触角をJIS R 3257(1999年)に準拠にして測定を行った。該JISは、ガラス板の水滴の接触角の測定方法に関するものであるが、本実施例での基材でも該測定方法を援用した。尚、本評価での第1の薄膜の評価は、第2の薄膜が形成されていない部分で行った。
また、薄膜1及び薄膜2の基材への密着性の評価は、碁盤目ピール試験で行った。薄膜に縦横各10本ずつ碁盤目状の切り込みを入れ、粘着材としてアクリル系の粘着剤を片側面に被覆されたアセテートフィルム(メンディングテープ;ヤマト株式会社;品番OP-3-18)で剥離させた際に剥離の有無を観察し、100コマ中の剥離した個数を計測した。尚、本評価での第1の薄膜の評価は、第2の薄膜が形成されていない部分で行った。
さらに、得られた物品を切断し、薄膜の断面形状を操作型電子顕微鏡で観察し、薄膜の厚み等の測定を本発明での規定に基づき求めた。
得られた結果を表1に示す。本実施例物品で得られた優れた親水性と撥水性を示すとともに、薄膜1及び2ともに優れた密着性を示した。
実施例2
塗布液1の調製過程で粒子径を10μmとし、塗布液3を塗布時の浸漬時間を10分とした以外は、実施例1と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。本実施例物品で得られた優れた親水性と撥水性を示すとともに、薄膜1及び2ともに優れた密着性を示した。
塗布液1の調製過程で粒子径を10μmとし、塗布液3を塗布時の浸漬時間を10分とした以外は、実施例1と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。本実施例物品で得られた優れた親水性と撥水性を示すとともに、薄膜1及び2ともに優れた密着性を示した。
実施例3
塗布液1の調製過程で粒子を10μmの粒子サイズを有する窒化ケイ素とした以外は、実施例2と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。本実施例物品で得られた優れた親水性と撥水性を示すとともに、薄膜1及び2ともに優れた密着性を示した。
塗布液1の調製過程で粒子を10μmの粒子サイズを有する窒化ケイ素とした以外は、実施例2と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。本実施例物品で得られた優れた親水性と撥水性を示すとともに、薄膜1及び2ともに優れた密着性を示した。
実施例4
塗布液1の調製過程で粒子径を20μmとした以外は、実施例2と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。本実施例物品で得られた優れた親水性と撥水性を示すとともに、薄膜1及び2ともに優れた密着性を示した。
塗布液1の調製過程で粒子径を20μmとした以外は、実施例2と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。本実施例物品で得られた優れた親水性と撥水性を示すとともに、薄膜1及び2ともに優れた密着性を示した。
比較例1
塗布液1の調製過程で粒子を0.4μmの粒子サイズを有する窒化ケイ素とした以外は、実施例1と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。第2の薄膜の密着性が劣っていた。
塗布液1の調製過程で粒子を0.4μmの粒子サイズを有する窒化ケイ素とした以外は、実施例1と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。第2の薄膜の密着性が劣っていた。
比較例2
塗布液1の調製過程で粒子径を60μmとした以外は、実施例2と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。第1及び第2の薄膜とも密着性が劣っていた。
塗布液1の調製過程で粒子径を60μmとした以外は、実施例2と同様の手順で物品を得た。また、物品の評価も実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。第1及び第2の薄膜とも密着性が劣っていた。
[実施例1乃至4で得られた物品のヒートパイプとしての性能評価]
得られた物品内に作動液として水を入れ、両端を封じヒートパイプを形成した。比較のため、第2の薄膜を形成しなかった以外は実施例1の同様の手順で得られた物品でも前記と同様の手順でヒートパイプを得た。これを標準試料とする。ヒートパイプの片側端からパイプ長さ方向に対して1/4の部分で且つ第1の薄膜のみが形成され部位をパイプ表面が80℃になるまで加熱し、80℃に到達後加熱をすぐに止め、加熱された部位の温度が40℃になるまでの時間を計測した。そして、各実施例から得られたヒートパイプでの計測時間を標準資料で要した時間で割ってヒートパイプとしての性能を評価した。
得られた物品内に作動液として水を入れ、両端を封じヒートパイプを形成した。比較のため、第2の薄膜を形成しなかった以外は実施例1の同様の手順で得られた物品でも前記と同様の手順でヒートパイプを得た。これを標準試料とする。ヒートパイプの片側端からパイプ長さ方向に対して1/4の部分で且つ第1の薄膜のみが形成され部位をパイプ表面が80℃になるまで加熱し、80℃に到達後加熱をすぐに止め、加熱された部位の温度が40℃になるまでの時間を計測した。そして、各実施例から得られたヒートパイプでの計測時間を標準資料で要した時間で割ってヒートパイプとしての性能を評価した。
結果、実施例1からのものは、0.75、実施例2からのものは、0.7、実施例3からのものは、0.72、そして実施例4からのものは、0.65と、それぞれ、ヒートパイプとしては、優れた熱伝達効率が見られた。これらは、親水部(第1の薄膜)、撥水部(第2の薄膜)での水滴の接触角の差が115°以上と顕著な差があることに起因するものと考えられる。
特に、実施例2、及び4は、前記した水滴の接触角の差が125°以上と顕著な差があり、これにより大幅な熱伝達率の向上が見られたものと考えられる。前記した水滴の接触角の差は、大きい程良いと推察されるが、製造時のコスト等を考慮すると、150°以下、より好ましくは145°以下でもよい。
1 撥水部と親水部を有する物品
2 基材
3 第1の薄膜
4 第2の薄膜
5 粒子
6 親水性を呈する部材
2 基材
3 第1の薄膜
4 第2の薄膜
5 粒子
6 親水性を呈する部材
Claims (7)
- 撥水部と親水部を有する物品であり、該物品は、基材及び、撥水を呈する部分と親水性を呈する部分を有する薄膜を有し、前記親水性を呈する部分は、基材上に形成される第1の薄膜からなり、該第1の薄膜は親水性を呈する部材で被覆された粒子からなり、前記撥水性を呈する部分は、前記第1の薄膜上に部分的に形成される第2の薄膜からなり、第1の薄膜中の粒子の粒子径を0.5〜50μmとすることで第1の薄膜上に粒子に起因する凹凸形状を形成して、 撥水性を呈する部分である第2の薄膜を、親水性を呈する第1の薄膜上に密着せしめたことを特徴とする撥水部と親水部を有する物品。
- 第2の薄膜と前記粒子との最短距離が前記粒子径の0.01倍以上0.5倍以下とすることを特徴とする請求項1に記載の撥水部と親水部を有する物品。
- 第1の薄膜中の粒子は、粒子同士が接することで2次元的又は3次元的に接していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の撥水部と親水部を有する物品。
- 親水性を呈する部材がアルカリシリケートよりなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の撥水部と親水部を有する物品。
- 親水性を呈する部材の厚みが漸次異なることで親水性を呈する部分の水滴の接触角が漸次異なることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の撥水部と親水部を有する物品。
- 基材が熱交換素子として使用されるパイプ形状体、又は板状体のものであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の撥水部と親水部を有する物品。
- 前記粒子が分散された塗布液1を基材に塗布及び加熱して前駆膜を得る工程、該工程後に親水性を呈する部材又は親水性を呈する部材の前駆体が導入された塗布液2を前記前駆膜に塗布及び加熱して前記第1の薄膜を得る工程、及び撥水性を呈する部材又は撥水性を呈する部材の前駆体が導入された塗布液3を第1の薄膜上に部分的に塗布及び加熱することで第2の薄膜を得る工程を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の撥水部と親水部を有する物品。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2012220080A (ja) * | 2011-04-07 | 2012-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 熱交換器のコーティング方法 |
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-
2007
- 2007-06-13 JP JP2007155988A patent/JP2008039377A/ja active Pending
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