JP2021080157A

JP2021080157A - 超撥水性表面を有する構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2021080157A
Application number: JP2020162549A
Authority: JP
Inventors: 李岩康; Yankang Li
Original assignee: Zhejiang Yanji Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Yanji Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-05-27
Also published as: CN111218153A

Abstract

【課題】使用寿命を延ばした超撥水性を有する粉体の製造方法を提供する。【解決手段】超撥水性を有する粉体は、改質ＳｉＯ２ナノ粒子とＳｉＯ２アルコゾールより得られる粉体を含む。ＳｉＯ２ナノ粒子を原料として、改質ＳｉＯ２ナノ粒子とＳｉＯ２アルコゾールとを製造し、前記改質ＳｉＯ２ナノ粒子には、ＳｉＯ２ナノ粒子を改質剤とジフェニルケトンケトンとヘキサヒドロフタル酸無水物というゲインゲイン剤を含ませ、ＳｉＯ２アルコゾールには光触媒を含ませる。【効果】前記粉体の超撥水性表面は１５８°以上の接触角と５°以下の転動角を有する。【選択図】図１

Description

本発明は材料技術分野に属し、具体的には超撥水性表面を有する構造体の製造方法に関する。

超撥水は極端な湿潤現象である。一般に、超撥水とは、濡れ現象において高度な撥水性によって面に対して１５０°を超える接触角で水滴が接する現象のことである。また、表面での水滴の転動（摺動）角が１０°以下の場合、表面が自動清掃されると考えられる。一般に、撥水性は表面張力の低い分子残基で表面を覆うことにより表現され、表面張力の低い分子残基だけでは表現されにくい。超撥水性表面は、その独特の湿潤特性がため、凍結防止、セルフクリーニング、抵抗低減、防曇、耐腐食等の機能に応用でき、建築、紡織、通信、航海、航空等の分野で、応用価値が高い。周知のように、蓮の葉等の表面のマイクロ・ナノ構造とワックス材との共同作用は、超撥水を形成する要因である。

現在の超撥水性材料は、比較的温和な条件で超撥水性を達成することができるが、超撥水性表面の特殊なマイクロ・ナノ構造は、外部環境への適応性が悪く、強酸、強塩基、高濃度塩、高温、有機溶媒、気体、粒子、細菌汚染、紫外光照射、機械的摩耗等の複雑な作業条件では、表面構造が汚染されまたは破壊される。例えば、埃や塩の堆積による水分蒸発の過程で、粒子が分離して表面に堆積することによって、超撥水性が失われてしまう。従来の技術では、高温、酸性環境、塩基性環境、紫外線、埃などの汚染物、粒子や細菌の溜まり、による表面へのダメージを防止することができず、超撥水性表面の実用化が著しく制限されていた。多くの文献では、超撥水性膜及びその製造方法を開示したが、表面処理加工が複雑になりやすく、コストも高い。また、有機ポリマーをベースとした超撥水性表面の場合、低コストであるが、得られる超撥水性表面の耐溶剤性、耐食性が低いため、実用上の問題がある。

中国特許出願公開第１０２８４９９６２号明細書

本発明の目的は、表面粗さ構造及び表面粗さを増加させ、水接触角を大きくし、転動角及び水に対する粘性力を低減し、耐摩耗性及び高温安定性を向上させ、耐紫外線性を向上させて紫外線による接触角の損失率を低減し、使用寿命を延ばし、防水防汚効果に優れた、超撥水性表面を有する構造体の製造方法を提供することである。

本発明の技術プランを説明する。

超撥水性を有する粉体の製造方法であって、ＳｉＯ_２ナノ粒子を原料としてそれぞれ改質ＳｉＯ_２ナノ粒子とＳｉＯ_２アルコゾールとを製造し、前記ＳｉＯ_２アルコゾールは光触媒を含み、前記改質ＳｉＯ_２ナノ粒子が、ＳｉＯ_２ナノ粒子を改質剤とゲインゲイン剤によって製造され、前記ゲイン剤がジフェニルケトンケトンとヘキサヒドロフタル酸無水物であり、前記粉体製の超撥水性表面は１５８°以上の接触角と５°以下の転動角を有する。この方法によれば、粉体からなる超撥水性表面の粗さが向上し、接触角が大きくなり、超撥水性表面の耐摩耗性及び高温安定性が向上し、超撥水性表面又は超撥水性表面を有する構造体の耐熱性、耐摩耗性、及び長寿命化に有利となり、超撥水性及び低粘性力を有する膜又は表面被覆層の製造に用いることができる。

本発明において、改質剤の添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の３‐１５％であり、ゲイン剤の添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の０．０３‐０．１５％であり、ジフェニルケトンケトンとヘキサヒドロフタル酸無水物の重量比は１：０．５‐１．５（例えば１：０．６５又は１：０．８又は１：１．１５又は１：１．２等）である。前記ゲイン剤は、フェニル基中の共役π結合をＳｉＯ_２ナノ粒子と結合することで安定なＳｉ‐Ｃ結合を形成するとともに、改質剤とともに多ユニット構造の凝集体を形成し、この凝集体は分子間力により空間形状が不規則になり、超撥水表面の粗さが増加して超撥水表面の接触角が大きくなり、超撥水表面の耐摩耗性能も向上し、またＳｉ‐Ｃ結合が高温環境で安定し、超撥水表面が４８０℃のときに超撥水特性が失われ始め、２４ｈの４５０℃高温熱処理を経た後にも、１５５°以上の接触角の超撥水特性が維持され、超撥水表面を有する構造体の高温安定性と耐久性が向上する。

本発明において、改質剤としては、例えば、ｎ‐オクチルトリエトキシシラン、ポリジメチルシロキサン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン等を用いることができ、好ましくは、改質剤がフェニルトリメトキシシランである。

本発明において、ＳｉＯ_２ナノ粒子の製造条件は、原料の重量比が、ケイ素源：水：アンモニア水：アルコール＝１：４‐６：１‐３：１０‐１３であり、反応温度が４０‐５０℃であり、時間が４‐６ｈである。

ルコールは無水エタノールであり、アンモニア水の重量分率は２０‐３０％であり、ケイ素源は、オルトケイ酸メチル類、オルトケイ酸エチル類から選ばれる一種または複数種であり、オルトケイ酸メチル、オルトケイ酸エチルに限定されず、好ましくは、ケイ素源はオルトケイ酸テトラエチルである。

本発明では、アルコールゾル中の光触媒の量が１５‐３５ｗｔ％であり、光触媒の例は、Ｂｉ_２Ｏ_３‐ＴｉＯ_２、Ｃｏ‐ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３‐ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５‐ＴｉＯ_２に限定されず、好ましくは、光触媒がＴｉＯ_２である。光触媒は、光照射や紫外線でフリーラジカルを発生させて紫外保護の効果を達成でき、さらに超撥水表面の熱凝集を低減し、構造体の耐熱性を向上させ、マイナスイオンを外に放出し、環境に有益な影響を与える。

本発明において、ＳｉＯ_２アルコゾールは、ＳｉＯ_２ナノ粒子をエタノールに入れ、さらに濃度が４‐８ｗｔ％の塩酸と光触媒を加えて均一に撹拌分散した後、３５‐６０℃環境下で２４‐４８ｈ熟成させることによって、得られる。ＳｉＯ_２アルコゾールは、熟成及び硬化した後、超撥水性表面構造の内部に多孔質ゲルを形成し、表面が摩耗した後、内部における多孔質ゲルは多孔質構造が露出し、表面は新たな粗面構造及び粗さを有し、超撥水性を維持し、超撥水性表面の耐摩耗性を向上させ、使用寿命を延ばす。

本発明では、超撥水性を有する粉体は、超撥水性及び低粘性力を有する膜や表面被覆層に用いることができる。具体的には、建築物、車体、船舶体、容器、流体配管等の構造体の保護膜に用いることができ、冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機等の家電製品や、コンピュータ、テレビ、携帯電話等の通信用電子製品の表面被覆に用いることもできる。

本発明はまた、超撥水性表面を有する構造体の製造方法を提供し、超撥水性表面を有する構造体の製造方法は、前記プレポリマー溶液を清潔な基体構造に塗りつける工程と、前記プレポリマー溶液を前記基体構造で硬化させて、安定した超撥水性表面を有する構造体を形成する工程と、を含み、前記プレポリマー溶液の溶質が、超撥水性を有する粉体である。この方法により製造された構造体は、超撥水性表面が水の連続膜の形成を阻止しつつ、表面に水流を形成させて埃を除去することができ、優れた防水防汚効果を有し、流体移動用容器の製造に用いることができ、耐紫外線性能に優れ、使用寿命が長い。

本発明において、基体構造は任意の形状の誘電体、半導体、絶縁体又は導体構造であり、ポリマー、セラミックス、金属、金属化合物、繊維、皮革、ガラス、プラスチック、及び木材等を含むが、これらに限定されるものではない。

本発明では、塗付けの具体的手段は、ディップコート、スピンコート、スプレーコート、エナメル塗工、スキージングに限定されるものではない。

本発明において、プレポリマー溶液の硬化操作条件は、温度が１００‐１２０℃であり、時間が２‐６ｈである。

一、本発明の超撥水性を有する構造体の製造方法で製造される粉体は、接触角が大きく、耐摩耗性に優れ、使用寿命が長く、超撥水性及び低粘性力を有する膜や表面被覆層に用いることができる。
二、本発明の超撥水性を有する構造体の製造方法は、粉体から作られた超撥水表面の高温安定性を上げられ、超撥水表面が４８０℃のときに超撥水特性が失われ始め、２４ｈの４５０℃高温熱処理を経た後にも、１５５°以上の接触角の超撥水特性が維持される。
三、本発明の超撥水性を有する構造体の製造方法で製造される構造体は、安定の超撥水性表面を有し、優れた防水防汚効果を有し、流体移動用容器の製造に用いることができ、耐紫外線性能に優れ、使用寿命が長く、基体構造は材料や形状における制限がなく、高温、紫外光照射、及び機械的摩耗等の複雑な作業条件に制限されない。
本発明の超撥水性を有する構造体の製造方法は、従来技術における不足を補い、設計が合理的で、操作が簡便である。

異なる超撥水性表面の水接触角が摩耗試験における変化図異なる超撥水性表面の接触角と熱処理温度との関係を示す図異なる超撥水性表面の接触角が４５０℃の高温における耐久性を示す図異なる超撥水性表面の接触角と紫外線劣化処理時間との関係を示す図

以下に図面と合わせて本発明の技術プランを説明する。

本発明において、改質剤の添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の３‐１５％であり、ゲイン剤の添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の０．０３‐０．１５％であり、ジフェニルケトンケトンとヘキサヒドロフタル酸無水物の重量比は１：０．５‐１．５（例えば１：０．６５又は１：０．８又は１：１．１５又は１：１．２等）である。前記ゲイン剤は、フェニル基中の共役π結合をＳｉＯ_２ナノ粒子と結合することで安定なＳｉ‐Ｃ結合を形成するとともに、改質剤とともに多ユニット構造の凝集体を形成し、この凝集体は分子間力により空間形状が不規則になり、超撥水表面の粗さが増加して超撥水表面の接触角が大きくなり、超撥水表面の耐摩耗性能も向上し、またＳｉ‐Ｃ結合が高温環境で安定し、超撥水表面が４８０℃のときに超撥水特性が失われ始め、２４ｈの４５０℃高温熱処理を経た後にも、１５５°以上の接触角の超撥水特性が維持され、超撥水表面を有する構造体の高温安定性と耐久性が向上する。
本発明において、改質剤としては、例えば、ｎ‐オクチルトリエトキシシラン、ポリジメチルシロキサン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン等を用いることができ、好ましくは、改質剤がフェニルトリメトキシシランである。

本発明において、ＳｉＯ_２ナノ粒子の製造条件は、原料の重量比が、ケイ素源：水：アンモニア水：アルコール＝１：４‐６：１‐３：１０‐１３（例えば、１：４．５：１．５：１１または１：５：２．５：１２．５または１：５．５：３：１１．５など）であり、反応温度が４０‐５０℃であり、時間が４‐６ｈである。

また、アルコールは無水エタノールであり、アンモニア水の重量分率は２０‐３０％であり、ケイ素源は、オルトケイ酸メチル類、オルトケイ酸エチル類から選ばれる一種または複数種であり、オルトケイ酸メチル、オルトケイ酸エチルに限定されず、好ましくは、ケイ素源はオルトケイ酸テトラエチルである。
さらに、得られたＳｉＯ_２ナノ粒子は、改質ＳｉＯ_２ナノ粒子の製造に用い、残りの１／４はＳｉＯ_２アルコゾールの製造に用いる。

本発明において、ＳｉＯ_２アルコゾールは、ＳｉＯ_２ナノ粒子をエタノールに入れ、さらに濃度が４‐８ｗｔ％の塩酸と光触媒を加えて均一に撹拌分散した後、３５‐６０℃環境下で２４‐４８ｈ熟成させ、ＳｉＯ_２アルコゾールを得る。ＳｉＯ_２アルコゾールは、熟成及び硬化した後、超撥水性表面構造の内部に多孔質ゲルを形成し、表面が摩耗した後、内部における多孔質ゲルは多孔質構造が露出し、表面は新たな粗面構造及び粗さを有し、超撥水性を維持し、超撥水性表面の耐摩耗性を向上させ、使用寿命を延ばす。

本発明において、基体構造は任意の形状の誘電体、半導体、絶縁体又は導体構造であり、ポリマー、セラミックス、金属、金属化合物、繊維、皮革、ガラス、プラスチック、及び木材等を含むが、これらに限定されるものではない。
本発明では、塗付けの具体的手段は、ディップコート、スピンコート、スプレーコート、エナメル塗工、スキージングに限定されるものではない。

さらに、超撥水性表面を有する構造体の製造方法は、具体的には以下の通りである：
（１）重量比ケイ素源：水：アンモニア水：アルコール＝１：４‐６：１‐３：１０‐１３でケイ素源と水とアンモニア水とアルコールを混合した後、４０‐５０℃の温度で４‐６ｈ反応させ、分散したＳｉＯ_２ナノ粒子を得る。
（２）１／４のＳｉＯ_２ナノ粒子を４‐１０倍量のエタノールに入れ、さらに濃度４‐８ｗｔ％の塩酸と光触媒を加えて均一に撹拌分散した後、３５‐６０℃環境下に置いて２４‐４８ｈエージングし、ＳｉＯ_２アルコゾールを得る。
（３）残りの３／４のＳｉＯ_２ナノ粒子を５‐１０倍量の無水エタノールに溶解し、ｐＨを７‐９に調整した後、改質剤とゲイン剤を添加し、５０‐８０℃の温度で２‐４ｈ撹拌反応させ、吸引濾過し、エタノールでリンスした後、乾燥し、改質ＳｉＯ_２ナノ粒子を得る。
（４）基体構造をエタノール中に浸漬し、１０‐３０ｍｉｎ超音波洗浄し、乾燥し、清潔な基体構造を得る。
（５）得られた改質ＳｉＯ_２ナノ粒子とＳｉＯ_２アルコゾールとを均一に混合し、プレポリマー溶液を形成し、さらにプレポリマー溶液を基体構造上に塗付けた後、１００‐１２０℃の環境下に置いて２‐６ｈ硬化させれば、超撥水表面を有する構造体を得ることができる。

実施例１：
超撥水性を有する粉体の製造方法であって、具体的は以下のとおりである：
（１）テトラエチルオルトシリケート：水：アンモニア水：アルコール＝１：４．５：２．５：１２の重量比で原料を混合した後、５０℃の温度で６ｈ反応させ、分散したＳｉＯ_２ナノ粒子を得て、前記アルコールは無水エタノールであり、アンモニア水の重量分率は２５％である。
（２）１／４のＳｉＯ_２ナノ粒子を８倍量のエタノールに入れ、さらに濃度６．５ｗｔ％の塩酸とＴｉＯ_２を加えて均一に撹拌分散した後、５５℃環境下で３５ｈ熟成させ、ＳｉＯ_２アルコゾールを得て、前記塩酸の添加量はナノ粒子重量の８％、ＴｉＯ_２の量はアルコールゾル重量の２０％である。
（３）残りの３／４のＳｉＯ_２ナノ粒子を５‐１０倍量の無水エタノールに溶解し、ｐＨを８に調整した後、改質剤フェニルトリメトキシシランとゲイン剤を添加し、７０℃温度で３．５ｈ撹拌反応させ、吸引濾過し、エタノールでリンスした後、乾燥し、改質ＳｉＯ_２ナノ粒子を得て、前記フェニルトリメトキシシランの添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の１３．５％であり、ゲイン剤の添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の０．０５％であり、前記ゲイン剤はジフェニルケトンケトンとヘキサヒドロフタル酸無水物であり、その重量比は１：１．５である。
（４）ＳｉＯ_２アルコゾールを１５０℃で乾燥した後、改質ＳｉＯ_２ナノ粒子と混合し、粉砕して、超撥水性を有する粉体を得る。

実施例２：
超撥水性表面を有する粉体の製造方法は、工程（３）において改質ＳｉＯ_２ナノ粒子を製造する際に、ゲイン剤ジフェニルケトンケトン及びヘキサヒドロフタル酸無水物を添加しない点で実施例１と異なる。

実施例３：
超撥水性表面を有する構造体の製造方法は、具体的には以下のとおりである：
（１）テトラエチルオルトシリケート：水：アンモニア水：アルコール＝１：６：２．５：１１．５の重量比で原料を混合した後、５０℃の温度で５．５ｈ反応させ、分散したＳｉＯ_２ナノ粒子を得て、前記アルコールは無水エタノールであり、アンモニア水の重量分率は２８％である。
（２）１／４のＳｉＯ_２ナノ粒子を１０倍量のエタノールに入れ、さらに濃度７ｗｔ％の塩酸とＴｉＯ_２を加えて均一に撹拌分散した後、６０℃環境下で３０ｈ熟成させ、ＳｉＯ_２アルコゾールを得て、前記塩酸の添加量はナノ粒子重量の８％であり、ＴｉＯ_２の量はアルコールゾル重量の３０％である。
（３）残りの３／４のＳｉＯ_２ナノ粒子を５‐１０倍量の無水エタノールに溶解し、ｐＨを９に調整した後、フェニルトリメトキシシランとゲイン剤を添加し、８０℃の温度で３ｈ撹拌反応させ、吸引濾過し、エタノールでリンスした後、乾燥して改質ＳｉＯ_２ナノ粒子を得て、前記フェニルトリメトキシシランの添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の１０％であり、ゲイン剤の添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の０．１％であり、前記ゲイン剤はジフェニルケトンケトンとヘキサヒドロフタル酸無水物であり、その重量比は１：１である。
（４）基体構造をエタノールに浸漬し、３０ｍｉｎ超音波洗浄し、乾燥し、清潔な基体構造を得る。
（５）得られた改質ＳｉＯ_２ナノ粒子とＳｉＯ_２アルコゾールとを均一に混合し、プレポリマー溶液を形成し、さらにプレポリマー溶液を基体構造上に塗付けた後、１２０℃環境下に置いて４．５ｈ硬化させれば、超撥水表面を有する構造体を得ることができる。

実施例４：
超撥水性表面を有する構造体の製造方法であって、本実施例が実施例３と異なる点は、工程（５）に接着剤が添加されていることであり、具体的には、得られた改質ＳｉＯ_２ナノ粒子とＳｉＯ_２アルコゾールを接着剤と均一に混合し、プレポリマー溶液を形成し、さらに基体構造をプレポリマー溶液中で十分に濡らした後、１２０℃環境下に置いて４．５ｈ硬化させれば、超撥水表面を有する構造体を得ることができ、前記接着剤の添加量はＳｉＯ_２アルコゾール重量の０．０８％であり、前記接着剤は重量比が１：０．５であるエピクロロヒドリンとジメチルアミノプロピオニトリルであり、前記接着剤は改質ＳｉＯ_２ナノ粒子とＳｉＯ_２アルコゾールを活性化させ、凝集体溶液中の活性サイトを増加でき、さらに化学的接続により基体構造と超撥水表面間の密着過程を速め、超撥水表面粗さが付着速度の速まりにより増加することで、超撥水表面の転動角と水に対する粘性力を低下させ、構造体の超撥水表面の耐摩耗性を向上させ、また、両者が相乗作用を生み出し、紫外線環境でフリーラジカル重合防止作用を起こし、超撥水表面の耐紫外線性能を増強し、６０００ｈの紫外線劣化試験後にも、超撥水性が良好に保たれ、接触角損失率が３％以下である。

実施例５：
超撥水性表面を有する構造体の製造方法であって、本実施例が実施例３と異なる点は、工程（５）においてプレポリマー溶液はＳｉＯ_２アルコゾールを含有せず、改質ＳｉＯ_２ナノ粒子のみを用いて超撥水表面を有する構造体を得ることである。

実施例６：
超撥水性表面を有する構造体の製造方法は、具体的には以下のとおりである：
（１）基体構造をエタノールに浸漬し、３０ｍｉｎ超音波洗浄し、乾燥して清潔な基体構造を得る。
（２）実施例１で得られた超撥水性を有する粉体を１０倍量のエタノール中に分散させ、プレポリマー溶液を形成し、さらにプレポリマー溶液を基体構造上に塗付けた後、１２０℃環境下に置いて４．５ｈ硬化させれば、超撥水表面を有する構造体を得ることができる。

実施例７：
超撥水性表面を有する構造体の製造方法であって、本実施例が実施例６と異なる点は、工程（２）において実施例２で製造された超撥水性を有する粉体を用いる点である。

試験例１：
異なる超撥水性表面の撥水性試験
試験方法：実施例３、４、６、７で得られた構造体サンプルを取り、超撥水表面の水接触角及び転動角を、ＳＬ２００Ｂ型接触角測定器を用いて測定し、微量注射器を制御することにより水滴の大きさを制御し、５μＬの小水滴を被覆層の表面に滴下し、表面での水滴の接触パターンをコンピュータで得た後、カーブフィッティングにより接触角を得て、転動角を測定したときに、５μＬの水滴を先に表面に滴下した後、試料台の傾斜角度を徐々に調節して、水滴を重力の作用下で転動させ、転動を開始したときの試料台と水平線とのなす角を転動角とし、表面の異なる位置で試験を行い、５組の並列試験を行い、平均値をとり、結果を下記表１に示す。

表１から明らかなように、実施例３、４、６はいずれも超撥水表面の接触角が１５８°より大きく、転動角がいずれも５°以下であるのに対し、実施例７は、接触角が１５８°以下であり、転動角が５°より大きく、即ち実施例７の超撥水表面の撥水性能が低く、表面の水に対する粘性力が高く、なぜなら、他の実施例では製造方法にゲイン剤が添加され、ゲイン剤は超撥水表面の厚さを上げ、接触角を大きくし、撥水性能をよりよくすることができ、実施例３、６において接触角と転動角の差異は明らかではないが、実施例４において、転動角は両者と比べて優れており、水に対する粘性力がより低く、明らかに、実施例４の接着剤の添加により、超撥水表面の粗さが付着速度の速まりにより上がり、これにより超撥水表面の転動角と水への粘性力が低減する。

試験例２：
異なる超撥水性表面の耐摩耗性能試験
試験方法：実施例３、４、５、６、７で作製した構造体サンプルを取り、１０００メッシュのサンドペーパーを一枚取り、超撥水性表面をサンドペーパーの粗面に対向させ、５００ｇの分銅の力を用いてサンドペーパーに押し付け、耐摩耗性試験時にサンプルを同一方向に沿って１０ｃｍ往復移動させ、二回の移動過程を一つの摩擦試験サイクルと定義する。摩擦試験ごとに、サンプルの接触角を測定する。その結果を図１に示す。
図１は異なる超撥水性表面の水接触角が摩耗試験における変化図である。図１から明らかなように、実施例５は、水接触角の下がりが最も速く、実験終了時接触角が１３８°のみであり、超撥水性の要求に達せず、明らかに、ＳｉＯ_２アルコゾールの添加により表面が異なる粗面構造と粗さを有し、超撥水性能の保持に有利であり、その耐摩耗耐久性及び使用寿命を増加させ、その他のグループでは実施例７が最も速く低下し、実験終了時接触角が１４８°であり、実施例３及び実施例６は実験終了時接触角がそれぞれ１５８．２°及び１５９．１°であり、実施例４の下降が最も遅く、実験終了時接触角が１６０．１°であり、明らかに、ゲイン剤及び接着剤が超撥水表面粗さに対する補強作用を発揮し、超撥水表面の耐摩耗耐久性能を向上させることができる。

試験例３：
異なる超撥水性表面の耐高温性試験
試験方法：実施例６、７で得られた構造体サンプルを取った後、それぞれ８０℃、１６０℃、２４０℃、３２０℃、４００℃、４８０℃、５６０℃、６４０℃、７２０℃、８００℃の温度で、空気雰囲気中で３ｈ焼成する。また、超撥水表面の高温での耐久性を研究するために、構造体を４５０℃で異なるタイムスパンに焼成し、静的接触角を用いて被覆の焼成前後での撥水性変化を比べたところ、図２、３に示すとおりである。
図２は異なる超撥水性表面の接触角と熱処理温度との関係を示す図であり、図３は異なる超撥水性表面の接触角が４５０℃の高温における耐久性を示す図である。図２から明らかなように、実施例６の超撥水表面は、４８０℃以降ではその接触角が１５０°以下に小さくなり、超撥水性能が失われ、実施例７の表面は３２０℃以降ではその接触角が１５０°以下に小さくなり、超撥水性能が失われ、図３から明らかなように、実施例６の超撥水表面は２４ｈの４５０℃の高温熱処理を経た後にも、１５５°以上の接触角を保った超撥水特性を保持することができ、実施例７は１８ｈ後に接触角が１５０°以下に小さくなり、超撥水性能を失われ、図２及び図３を合わせてみれば、明らかに、ゲイン剤の添加は超撥水表面の耐熱性を補強し、超撥水表面を有する構造体の高温安定性と耐久性を向上させることができることはわかる。

試験例４：
異なる超撥水性表面の耐紫外線性能試験
試験方法：実施例３、４で作製した構造体サンプルを取り、紫外線劣化箱に置いて、耐紫外線試験を行う。加速劣化条件は、温度６０℃、光強度０．８９Ｗ／ｍ２である。評価基準はＩＳＯ１１５０７：２００７である。結果を図４に示す。
図４は異なる超撥水性表面の接触角と紫外線劣化処理時間との関係を示す図である。図４から明らかなように、実施例３は、劣化５０００ｈ後に接触角が１５０°以下に小さくなり、超撥水性能が失われ、対して実施例４は、劣化６０００ｈ以降は接触角が１５５．５°であり、超撥水性は良好であり、接触角損失率は３％以下であり、明らかに、実施例４では接着剤の添加は超撥水表面の耐紫外線性能を強くすることができる。

上記実施例における従来技術は当業者に知られている従来技術であるため，ここでは詳細な説明を省略する。

当業者は、本発明の範囲内で作業方式に応じて様々な変更を行える。

Claims

超撥水性を有する粉体の製造方法であって、
ＳｉＯ_２ナノ粒子を原料としてそれぞれ改質ＳｉＯ_２ナノ粒子とＳｉＯ_２アルコゾールとを製造し、
前記ＳｉＯ_２アルコゾールは光触媒を含み、
前記改質ＳｉＯ_２ナノ粒子が、ＳｉＯ_２ナノ粒子を改質剤とゲインゲイン剤によって製造され、
前記ゲイン剤がジフェニルケトンケトンとヘキサヒドロフタル酸無水物であり、
前記粉体製の超撥水性表面は１５８°以上の接触角と５°以下の転動角を有する、
ことを特徴とする超撥水性表面を有する粉体の製造方法。
前記改質剤の添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の３‐１５％であり、
前記ゲイン剤の添加量はＳｉＯ_２ナノ粒子重量の０．０３‐０．１５％であり、
前記ジフェニルケトンケトンと前記ヘキサヒドロフタル酸無水物の重量比は１：０．５‐１．５である、
ことを特徴とする請求項１に記載の超撥水性表面を有する粉体の製造方法。
前記ＳｉＯ_２ナノ粒子の製造条件は、
原料の重量比が、ケイ素源：水：アンモニア水：アルコール＝１：４‐６：１‐３：１０‐１３であり、
反応温度が４０‐５０℃であり、
時間が４‐６ｈである、
ことを特徴とする請求項１に記載の超撥水性表面を有する粉体の製造方法。
前記アルコールは無水エタノールであり、
前記アンモニア水の重量分率は２０‐３０％であり、
前記ケイ素源は、オルトケイ酸メチル類、オルトケイ酸エチル類から選ばれる一種または複数種であり、
好ましくは、ケイ素源はオルトケイ酸テトラエチルである、
ことを特徴とする請求項３に記載の超撥水性表面を有する粉体の製造方法。
前記アルコールゾル中の光触媒の量が１５‐３５ｗｔ％である、
ことを特徴とする請求項１に記載の超撥水性表面を有する粉体の製造方法。
前記ＳｉＯ_２アルコゾールは、ＳｉＯ_２ナノ粒子をエタノールに入れ、さらに濃度が４‐８ｗｔ％の塩酸と光触媒を加えて均一に撹拌分散した後、３５‐６０℃環境下で２４‐４８ｈ熟成させることによって、得られる、
ことを特徴とする請求項１に記載の超撥水性表面を有する粉体の製造方法。
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５又は請求項６に記載の製造方法により製造された超撥水性表面を有する粉体が、超撥水性及び低粘性力を有する膜や表面被覆層の製造に果たす用途。
超撥水性表面を有する構造体の製造方法は、
前記プレポリマー溶液を清潔な基体構造に塗りつける工程と、
前記プレポリマー溶液を前記基体構造で硬化させて、安定した超撥水性表面を有する構造体を形成する工程と、を含み、
前記プレポリマー溶液の溶質は、請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５又は請求項６に記載の超撥水性表面を有する粉体の製造方法から製造される、超撥水性を有する粉体である、
ことを特徴とする超撥水性表面を有する構造体の製造方法。
前記基体構造は任意の形状の誘電体、半導体、絶縁体又は導体構造である、
ことを特徴とする請求項８に記載の超撥水性表面を有する構造体の製造方法。
前記プレポリマー溶液の硬化操作条件は、
温度が１００‐１２０℃であり、
時間が２‐６ｈである、
ことを特徴とする請求項８に記載の超撥水性表面を有する構造体の製造方法。