JP2678844B2 - 撥水ガラスの製造方法 - Google Patents
撥水ガラスの製造方法Info
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Description
皮膜が形成された撥水ガラスの製造方法に関する。本発
明で得られた撥水ガラスは、自動車のウインドガラス、
ミラーなどに利用できる。
ラーに付着した水滴をはじき、視界を良好とすることを
目的として、撥水ガラスが検討されている。例えばガラ
ス自体を撥水化することが考えられるが、現時点では技
術的に解決すべき課題が多々あり、実用化には至ってい
ない。そこでガラス基板表面に撥水性の透明皮膜を形成
することが想起され、種々の提案がなされている。
ロキサンなどのシリコーン系の樹脂皮膜をもつ撥水ガラ
スが提案されている。シリコーン系樹脂は極めて良好な
撥水性を有するので、この撥水ガラスは優れた撥水性を
備えている。また、Journal of Non-Crystalline Solid
s 121(1990)344-347には、少量のトリメトキシフルオロ
アルキルシランとZTO(Zirconium Tetra-Octylate)
との反応物から、フッ素含有ZrO2 よりなる撥水性皮
膜を鋼板に形成する方法が記載されている。
樹脂皮膜をもつ撥水ガラスでは、撥水皮膜の耐候性が不
十分であり、実用に際して撥水性の寿命が短いという不
具合がある。そしてこの原因としては、以下の機構によ
ることも明らかとなっている。すなわち、シリコーン系
樹脂皮膜は水の透過が可能である。そのため水が撥水皮
膜を透過してガラス基板に達し、ガラス基板中に含まれ
るアルカリ成分を溶出させる。一方シリコーン系樹脂は
耐アルカリ性が良好とはいい難く、そのアルカリ成分に
より加水分解を受け撥水性が低下してしまう。
しているが、ガラスとのなじみが悪いためガラス基板に
形成した場合には剥離が生じ易い。さらにフッ素含有Z
rO 2 は屈折率が1.9程度と極めて高い。そのためガ
ラス基板にフッ素含有ZrO 2 の薄膜を形成した場合に
は光干渉により反射色が着色するため、自動車用として
は適さない。
ものであり、撥水皮膜の耐アルカリ性、ガラス基板への
密着性、及び耐候性を向上させることを目的とする。
明の撥水ガラスの製造方法は、Si(OR)4 で表わさ
れるシリコンアルコキシドと、アルコキシル基の一部が
フルオロアルキル基で置換された置換シリコンアルコキ
シドと、アルコールと、水と、酸または塩基とを混合し
た第一溶液を調製する溶液調製工程と、前記第一溶液を
ガラス基板表面に塗布して第一塗膜を形成する第一塗布
工程と、アルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で
置換された置換シリコンアルコキシドを含む第二溶液を
前記第一塗膜表面に塗布して第二塗膜を形成する第二塗
布工程と、前記第一塗膜及び前記第二塗膜を一体的に焼
成して撥水皮膜を形成する焼成工程と、を順次行うこと
を特徴とする。
は特に制限されず、珪酸ガラス、珪酸アルカリガラス、
鉛アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラ
ス、バリウムガラスなどの珪酸塩ガラス、B2 O3 及び
SiO2 を有する硼珪酸ガラス、P2 O5 を含有する燐
酸塩ガラスなどから選択して用いることができる。第一
溶液に含まれる置換シリコンアルコキシドの量は、全ア
ルコキシドの量の10%(mol%)未満とすることが
好ましい。置換シリコンアルコキシドの量が全アルコキ
シドの10mol%以上となると、得られる撥水皮膜の
硬度が低下して耐磨耗性が低下し、実用に供し得ない。
この範囲とすることにより撥水皮膜の撥水性と硬度とを
両立させることができる。置換シリコンアルコキシドの
量を5mol%以下とすれば、特に高い硬度の撥水皮膜
が得られる。
の量の50%(mol%)以下のチタンアルコキシド、
ジルコニウムアルコキシド、アルミニウムアルコキシド
などの金属アルコキシドを含有させることが好ましい。
これにより撥水皮膜の屈折率を調整することができる。
これらのアルコキシドの量がシリコンアルコキシド量の
50mol%より多くなると、ガラスとの付着性が低下
したり、干渉色が生じるため好ましくない。因みにこれ
らのアルコキシドからは、撥水皮膜中にTiO 2 、Al
2 O3 、ZrO2 などの金属酸化物が形成されるが、こ
れらの金属酸化物は屈折率がSiO2 より高いので、S
iO2 と混在させることにより撥水皮膜の屈折率を調整
することができ、光学干渉をなくして反射色を無色とす
ることができる。またTiO2 やZrO2 の含有によ
り、撥水皮膜の耐水腐食性が向上し長寿命化にもつなが
る。
アルコキシドの量の20%(mol%)以下の量で含有
することも好ましい。これにより得られる撥水皮膜で
は、燐元素がガラス基板中のアルカリイオンをトラップ
してアルカリイオンが撥水皮膜中を膜表面に向かって拡
散するのが抑制されるため、一層長寿命とすることがで
きる。
ート、スプレーなどの公知の塗布手段で行うことができ
る。塗膜厚は特に制限されないが、乾燥時で通常200
〜1000nmとされる。第二塗布工程では、アルコキ
シル基の一部がフルオロアルキル基で置換された置換シ
リコンアルコキシドを含む第二溶液を、第一塗布工程で
形成された第一塗膜表面に塗布して第二塗膜を形成す
る。この第二溶液には少量のシリコンアルコキシドなど
を含んでもよいが、置換シリコンアルコキシドを主成分
としてできるだけ多い割合で含有させることが望まし
い。また反応触媒となる酸又は塩基を含ませることが望
ましい。なお第二塗膜の膜厚は、乾燥時で通常20〜1
00nmとされる。
体的に焼成して撥水皮膜を形成する工程である。通常、
焼成に先立って水や溶媒を除去する乾燥工程が行われ
る。この焼成を大気中で行う場合は、350℃以下の温
度で行うことが望ましい。350℃を超えると酸化反応
によりフルオロアルキル基に分解が生じ、撥水性が低下
する。ただ、非酸化性雰囲気で焼成する場合には、ガラ
ス基板が溶融する約600℃より低い温度で焼成するこ
とができる。なおできるだけ高温で焼成すれば、塗膜中
のシラノール基がシロキサン結合に変化する率が高くな
ってガラスと類似の構造となり、ガラス基板との密着性
が向上し硬度も高くなる。
入して行うことも好ましい。このようにすれば未反応の
アルコキシドの加水分解が促進され、一層緻密で硬い撥
水皮膜を形成することができる。また、アンモニアガス
の存在下で焼成することも好ましい。これによりSiO
2 が部分的にオキシナイトライド化され、撥水皮膜の硬
度が一層向上する。
工程あるいは焼成工程において、第一塗膜に含まれるシ
リコンアルコキシドが加水分解してシラノール基をもつ
水酸化物が生成する。そして焼成工程において水酸化物
が互いに、あるいはガラス基板と反応してシロキサン結
合が促進され、緻密で硬度の高い皮膜が形成される。ま
た第一塗膜及び第二塗膜に含まれる置換シリコンアルコ
キシドも加水分解され、水酸化物となって互いにあるい
はシラノール基、ガラス基板と反応する。
は、第一塗膜よりも第二塗膜のほうが多い。したがって
形成された撥水皮膜では、表面にフルオロアルキル基が
多く存在するため高い撥水性を示す。そして焼成により
第二塗膜中の置換シリコンアルコキシドは第一塗膜と反
応して強固に結合するので、紫外線や水分などの影響に
より結合が切断されて撥水基の密度が低下するのが防止
され、撥水特性が長期間持続され耐候性が向上する。ま
た第一塗膜から形成された内層は、置換シリコンアルコ
キシド量が少ないので十分な硬度を有し、全体として高
い耐磨耗性を示す。
の実施例では、図1に示すようにガラス基板1と、ガラ
ス基板1の両表面に形成された内層20及び表層21よ
りなる撥水皮膜2とからなる撥水ガラスについて、その
製造方法と構成を説明している。 (実施例1) (1)溶液調製工程 テトラエトキシシラン 200 g フルオロアルキルシラン(CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3) 5.46g エタノール 426.5 g を、1リットルのビーカ中で20分間攪拌混合する。そしてさらに 水 83 g 0.1N塩酸水溶液 104 g を加えて混合し、2時間攪拌する。次いでこの溶液を密
封容器に入れ、25℃で24時間放置する。 (2)第一塗布工程 上記で得られた溶液中にソーダ石灰ガラス基板1を浸漬
し、引き上げ速度30mm/minで引き上げた後、室温にて
10分間放置して乾燥させて第一塗膜を形成した。 (3)第二塗布工程 エタノール中にフルオロアルキルシランを5重量%溶解
した第二溶液を調製し、この第二溶液中に上記第一塗膜
をもつガラス基板1を浸漬して、引き上げ速度15mm/m
inで引き上げて第二塗膜を形成した。 (4)焼成工程 上記の第一塗膜及び第二塗膜をもつガラス基板1を12
0℃で20分間保持して水及びエタノールを乾燥させ、
次いで大気下、250℃にて1時間焼成して撥水皮膜2
を形成した。 (5)試験 得られた撥水ガラスについて、撥水皮膜2の膜厚、水と
の接触角、撥水皮膜2のガラス基板1への密着性及び膜
硬度、撥水皮膜2の屈折率及び耐候性を試験し、結果を
表1に示す。なお、密着性及び膜硬度はJIS−R32
12によるテーバー磨耗試験後のヘイズ値(%)の増加
を測定した。また耐候性は、屋外に1年間暴露した後の
撥水皮膜の水との接触角を測定した。 (実施例2)第二塗布工程において、エタノール中にフ
ルオロアルキルシランを5重量%とエチルセロソルブ1
0重量%を含む第二溶液を用い、スプレーにて均一に塗
布して第二塗膜を形成したこと以外は実施例1と同様に
して撥水皮膜を形成した。得られた撥水ガラスについ
て、実施例1と同様に試験し結果を表1に示す。 (比較例)第二塗布工程を行わないこと以外は実施例1
と同様にして撥水皮膜を形成し、同様に試験した。結果
を表1に示す。 (評価)実施例で得られた撥水ガラスは良好な撥水性を
示し、撥水皮膜2のガラス基板1への密着性及び膜硬度
も良好である。また耐候性試験後の水との接触角は10
0度を示した。これは、表層21の撥水基が多いことに
加えて、焼成前の反応性の高い第一塗膜表面に第二塗膜
を塗布し一体的に焼成したことにより、表層21の撥水
基が内層20と強固に結合していることに起因している
と考えられる。
候性試験の初期接触角が110度と高く撥水性には優れ
ているが、耐候性試験後には接触角が80度に低下して
いる。これは撥水皮膜表面の撥水基が水、紫外線、アル
カリイオンなどの影響により切断され、表面における撥
水基の密度が低下することに起因すると考えられる。
法によれば、撥水性、密着性、耐候性及び耐磨耗性に優
れた撥水皮膜を容易にかつ安定して形成することができ
る。そして形成された撥水皮膜では、表層に撥水基が多
くかつその撥水基は内層と強固に結合しているため、高
い撥水性と優れた耐候性を示す。また撥水皮膜は主とし
てシロキサン結合により架橋しているため、ガラス基板
との密着性が優れ剥離が防止される。また内層は高い硬
度を有するので耐磨耗性にも優れている。さらにシリコ
ン樹脂皮膜に比べて水透過性が低く、耐アルカリ性が高
い。したがってガラス基板中のアルカリ成分による悪影
響が少なく、耐久性が向上する。
断面図である。
21:表層
Claims (1)
- 【請求項1】 Si(OR)4 で表わされるシリコンア
ルコキシドと、アルコキシル基の一部がフルオロアルキ
ル基で置換された置換シリコンアルコキシドと、アルコ
ールと、水と、酸または塩基とを混合した第一溶液を調
製する溶液調製工程と、 前記第一溶液をガラス基板表面に塗布して第一塗膜を形
成する第一塗布工程と、 アルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で置換され
た置換シリコンアルコキシドを含む第二溶液を前記第一
塗膜表面に塗布して第二塗膜を形成する第二塗布工程
と、 前記第一塗膜及び前記第二塗膜を一体的に焼成して撥水
皮膜を形成する焼成工程と、を順次行うことを特徴とす
る撥水ガラスの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31062091A JP2678844B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 撥水ガラスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31062091A JP2678844B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 撥水ガラスの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05146745A JPH05146745A (ja) | 1993-06-15 |
JP2678844B2 true JP2678844B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=18007454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31062091A Expired - Lifetime JP2678844B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 撥水ガラスの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2678844B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2746811B1 (fr) * | 1996-04-02 | 1998-04-30 | Saint Gobain Vitrage | Composition pour un revetement non-mouillable, procede de traitement d'un vitrage a l'aide de la composition et produits obtenue |
JPH10314669A (ja) * | 1997-03-19 | 1998-12-02 | Dow Corning Asia Ltd | 低表面エネルギーコーティングの形成方法 |
ATE283326T1 (de) | 1997-09-12 | 2004-12-15 | Asahi Glass Co Ltd | Oberflächenbehandlungszusammensetzung, verfahren zur oberflächenbehandlung, substrat und gegenstand |
-
1991
- 1991-11-26 JP JP31062091A patent/JP2678844B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05146745A (ja) | 1993-06-15 |
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