JP5093681B2 - 超撥水性材料及びその製造方法 - Google Patents
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また、基材表面に大面積でサイズの揃った凹凸模様を形成することは極めて困難であり、得られる表面の撥水性にもムラがあるという問題があった。したがって、簡単な工程で効率良く低コストで、しかも全体が均一な撥水性を有する超撥水性材料を製造する技術が求められていた。
すなわち、本発明は次の1〜8の構成を採用するものである。
1.表面に熱転写により形成された300〜8000メッシュの網目模様を設けたフッ素樹脂層を有することを特徴とする、水との接触角が136〜179°である超撥水性材料。
2.前記網目模様が、フッ素樹脂材料の表面に直接熱転写により形成されたものであることを特徴とする1に記載の超撥水性材料。
3.前記フッ素樹脂が、透明性を有するフッ素樹脂であることを特徴とする1又は2に記載の透明性を有する超撥水材料。
4.前記超撥水材料を水に浸漬して超音波を90分間かけた前後の、超撥水材料表面の水との接触角の変化が、±5°以内であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超撥水性材料。
5.前記網目模様が、線径が1〜100μmで、目開きが0.1〜100μmの金網を熱転写することによって形成されたものであることを特徴とする1〜4のいずれかに記載の超撥水性材料。
6.軟化温度以上に加熱したフッ素樹脂基材の表面に熱転写により300〜8000メッシュの網目模様を形成することを特徴とする、水との接触角が136〜179°である超撥水性材料の製造方法。
7.前記フッ素樹脂が、透明性を有するフッ素樹脂であることを特徴とする6に記載の透明性を有する超撥水材料の製造方法。
8.軟化温度以上に加熱したフッ素樹脂基材の表面に、線径が1〜100μmで、目開きが0.1〜100μmの金網を熱転写することを特徴とする6又は7に記載の超撥水性材料の製造方法。
なお、本発明においてメッシュとは、特に記載しない限り1インチの間にある横方向(一方向)の網目の数を意味するものとする。
フッ素樹脂の1種であるポリテトラフルオロエチレン(商品名:テフロン(登録商標))からなる薄膜の、水との表面接触角は約108°であるが、本発明で得られる超撥水性材料の水との接触角は136〜179°であり、超撥水性と呼ばれる性状を示す。
図1は、本発明の超撥水性材料を製造する方法の1例を説明するための模式図である。
この方法では、電熱ヒーター等の加熱手段(図示せず)を有するホットプレート1上に、テンプレートとなる金網2及びポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂基材3を載置し、フッ素樹脂基材3の上方には空間を空けてコールドプレート4を配置する。次に、ホットプレート1上でフッ素樹脂基材3を加熱して軟化させるとともに、ホットプレート1及びコールドプレート4を矢印方向に接近させて型締めし、フッ素樹脂基材3及び金網2を加熱・加圧することによって、フッ素樹脂基材3の表面にテンプレートとなる金網2の網目模様を熱転写する。熱転写が終了すると、ホットプレート1及びコールドプレート4を矢印と逆方向に離間させて、フッ素樹脂基材3を金網2から剥離した後に、例えば水中で超音波洗浄することによって、表面に網目模様が熱転写により形成された超撥水性材料を得る。
このような金網の網目模様の織り方は特に制限はなく、平織金網(図2A)、綾織金網(図2B)、綾畳織金網(図2C)、平畳織金網、複数綾織等、種々の市販品を使用することができる。
網目が100メッシュより粗い場合には、目的とする超撥水性を有する材料を得ることが困難となり、一方8000メッシュよりも細かい場合には、金網自体を入手することが困難であるとともに、熱転写の際に目詰まりを生じることがあり、フッ素樹脂基材の表面に所望の網目模様を形成することができなくなる。
金網を用いた熱転写の回数は1回に限定されず、2回或いはそれ以上行うようにしてもよい。熱転写を複数回行う場合には、網目の粗い金網を使用して複数回の熱転写後に基材の表面に形成される網目模様が、所望の範囲のものとなるようにすることができる。
この方法では、ホットプレート11上にフッ素樹脂基材13を載置し、ホットプレート11上でフッ素樹脂基材13を加熱して軟化させるとともに、表面に金網12を取り付けたホットプレスロール14をフッ素樹脂基材13の表面に押しつけ、矢印方向に回転させることによって金網12の網目模様をフッ素樹脂基材13の表面に熱転写する。
この方法では、フッ素樹脂基材13を加熱して軟化させるためにホットプレート11を用いているが、ホットプレート11に代えてコールドプレートを使用し、赤外線ヒーター(図示せず)等によりフッ素樹脂基材13の表面を直接加熱して軟化させるようにしても良い。また、ホットプレスロール14内に加熱手段(図示せず)を設けて、加熱したホットプレスロール14により基材13を軟化させるようにすることもできる。そして、フッ素樹脂基材13の形状は平板上のものに限られず、管状体の内面或いは外面のような曲面の表面に網目模様を形成することも可能である。
この方法では、長尺状のフッ素樹脂基材13をチェインローラーのような搬送手段15の上に載置して点線矢印方向に移動させながら、コールドプレート21及び表面に金網12を取り付けたホットプレスロール14を用いてフッ素樹脂基材13を加熱・加圧することにより、フッ素樹脂基材13の表面に網目模様を熱転写する。フッ素樹脂基材13の表面は、ホットプレスロール14の手前に設置した赤外線ヒーター等の加熱手段16により、予め加熱軟化させることが好ましい。また、ホットプレスロール14内に加熱手段(図示せず)を設けて、加熱したホットプレスロール14により基材13を軟化させるようにすることもできる。この方法によれば、長尺状で大面積のフッ素樹脂基材13の表面に連続的に網目模様を熱転写することが可能となる。
(実施例1)
市販のステンレス製の300メッシュ(1インチの間の横線の数を表す)で、線径が縦横ともに40μmで、目開きが45μmの金網をテンプレートとして使用し、図1に記載の方法により、厚さ0.13mmのポリテトラフルオロエチレンシートからなる基材の表面に、ホットプレート1の温度250℃、コールドプレート4の温度59℃、圧力10MPaで、加熱・加圧時間を60秒として、網目模様を熱転写した。
熱転写前のポリテトラフルオロエチレンシート表面の水との表面接触角の映像を図5に、また網目模様を熱転写した表面の走査型電子顕微鏡(SEM)による映像を図6に示す。熱転写前の表面の水との接触角(図中CAで示す)は約108°であるが、熱転写後の表面の水との接触角は136−140°となり、撥水性が大幅に向上した。
実施例1と同様にして、表1に記載の金網(市販品)をテンプレートとして使用し、厚さ0.13mmのポリテトラフルオロエチレンシートからなる基材の表面に、温度、圧力及び加熱・加圧時間を表2に記載の通りに変えて、網目模様を熱転写した。得られたポリテトラフルオロエチレン基材表面の、水との接触角を表2に示す。
実施例4において、基材として裏面に文字及び模様を印刷した厚さ0.13mmの透明ポリテトラフルオロエチレンシートを使用した以外は、実施例4と同様にして網目模様を熱転写した。得られたポリテトラフルオロエチレン基材の加工前後の表面の写真及び水との接触角を測定した映像を図13に示した。図13において、上段は熱転写加工前の表面の映像であり、下段は熱転写加工後の表面の映像である。
図13にみられるように、本実施例で得られた超撥水性材料は、熱転写加工後も裏面に印刷した文字や模様を明確に認識することが可能な高い透明性と、超撥水性を有するものであった。
実施例1及び4で得られた超撥水性材料の表面の耐久性を調べるために、水を入れた水槽に超撥水材料を浸漬し、周波数45KHz、30Wの超音波発生装置(東京硝子機器社製、W−103T)を用いて超音波を90分間かけた後に、超撥水性材料の水との接触角を測定して超音波をかける前後の接触角の変化を調べた。超音波処理前及び超音波処理後の超撥水性材料の表面における、水との接触角を測定した映像を図14(実施例1)及び図15(実施例4)に示した。図14及び15の左側の映像は超音波処理前の水との接触角を表し、右側の映像は超音波処理後の水との接触角を表す。超音波処理の前後における超撥水性材料表面の水との接触角の変化は−2〜3°程度であり、本発明の超撥水性材料表面が極めて良好な耐久性を有することが判明した。
2、12 金網
3、13 フッ素樹脂基材
4、21 コールドプレート
14 ホットプレスロール
15 チェインローラー
16 赤外線ヒーター
Claims (8)
- 表面に熱転写により形成された300〜8000メッシュの網目模様を設けたフッ素樹脂層を有することを特徴とする、水との接触角が136〜179°である超撥水性材料。
- 前記網目模様が、フッ素樹脂材料の表面に直接熱転写により形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の超撥水性材料。
- 前記フッ素樹脂が、透明性を有するフッ素樹脂であることを特徴とする請求項1又は2に記載の透明性を有する超撥水材料。
- 前記超撥水材料を水に浸漬して超音波を90分間かけた前後の、超撥水材料表面の水との接触角の変化が、±5°以内であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超撥水性材料。
- 前記網目模様が、線径が1〜100μmで、目開きが0.1〜100μmの金網を熱転写することによって形成されたものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の超撥水性材料。
- 軟化温度以上に加熱したフッ素樹脂基材の表面に熱転写により300〜8000メッシュの網目模様を形成することを特徴とする、水との接触角が136〜179°である超撥水性材料の製造方法。
- 前記フッ素樹脂が、透明性を有するフッ素樹脂であることを特徴とする請求項6に記載の透明性を有する超撥水材料の製造方法。
- 軟化温度以上に加熱したフッ素樹脂基材の表面に、線径が1〜100μmで、目開きが0.1〜100μmの金網を熱転写することを特徴とする請求項6又は7に記載の超撥水性材料の製造方法。
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