JP6043077B2 - 撥水性構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
基材に、空隙と該空隙を構成する骨格が連結した共連続構造(スピノーダル)を有する有機モノリス構造体を用意する。これは、化学的に安定な粘弾性体で、空隙の孔径の制御がある程度可能であり(特許文献2参照。)、エポキシ系モノマーを重合させたものである。その孔径は特に限定されないが、望ましくは200nm〜10μm、より望ましくは、500nm〜1μmである。加えて、骨格表面上の細孔径は、それぞれの骨格径より十分小さいが、その細孔の数が多いほど望ましい。光触媒の酸化分解反応を用いてモノリス構造体を光照射表面から分解し常に初期状態と同等の凹凸構造を維持する、自己エッチング機能を用いた自己修復機能を付加するために、二酸化チタン光触媒をモノリス構造内部及び/又は表面に設置する(特許文献1参照。)。モノリス構造体内部に設置する場合には(図1)、モノリス構造体を作製する際にモノマーに二酸化チタン光触媒を0.01〜95Mass%の体積比で添加する。壁材等の緩やかな汚染に対するものは5Mass%以下で骨格を形成し、望ましくは、1.5〜0.5 Mass%の範囲で添加することが望ましい。高撥水性の維持性を重視するには、骨格中に例えば30〜65Mass%のポリテトラフルオロエチレンが練り込まれていてもよい。抗菌性を重視する場合には、50Mass%以上で骨格を形成し、望ましくは、50〜80 Mass%の範囲で添加することが望ましい。いずれの場合であっても、二酸化チタン等の光触媒の粒子サイズは特に限定されないが、モノリス構造体の空隙の孔径よりも十分に小さい粒径が適切であり、数10nm以下が望ましい。最後に、二酸化チタン光触媒が添加されたモノリス構造体を、撥水系ポリマー(シリコン系・フッ素系)を0.0001〜40Mass%を有機溶媒に溶解したものに含浸させ、表面改質を行う。
充填する液体またはゲルは、低表面張力(撥水・撥油をもたらすため)および低蒸気圧(含浸後の揮発を防ぐため)を有するものであることが好ましく、具体的には以下のようなものを使用することができる。
・フッ素系不活性液体(表面張力=12〜18mN/m@25℃:住友3M フォロリナート)
・フッ素系不活性液体(表面張力=16mN/m@25℃:三菱マテリアル イナートリキッド)
・フッ素オイル(表面張力=17.7〜19.1mN/m@25℃:ダイキン イナートリキッド)
・直鎖構造を有するパーフルオロポリエーテル油
・シリコーンオイル(表面張力=19〜22mN/m@25℃:信越シリコーン)
図1は、本発明の一実施態様に係る撥水性構造体における有機モノリス構造体の共連続構造を示す概略断面図である。図1において有機モノリス構造体1は、骨格2(白抜き部分)と空隙3(格子柄を付した部分)とが三次元網目状に連結された共連続構造を有し、骨格2の表面には細孔4が形成されている。かかる有機モノリス構造体1中(骨格2内)にTiO2光触媒及びPTFEを配置し、フッ化炭素系溶媒を含浸させた固体表面に液滴を滴下したところ、接触角は概ね140°以上を示した。
図2に、固体表面の転落角を測定する方法を示す。図2(A)は図1の有機モノリス構造体にフッ化炭素溶液を含浸させてなる撥水性構造体の固体表面を傾斜角2°で傾斜させたときの正面図である。また、図2(B)は図1の有機モノリス構造体の固体表面を傾斜角90°で傾斜させたときの正面図である。実施例(図2(A))においては転落角が2°と測定され、比較例(図2(B))においては転落角が「無し」と測定された。ここで転落角とは、撥水性構造体の表面に滴下した30μLの水滴が、ゆっくりと傾斜を大きくしていったときに転落を開始する角度をいう。図3には、図2(A)の固体表面(実施例)と図2(B)の固体表面(比較例)とに30μLの水滴を滴下し、固体表面の傾斜角が35°となるように傾けたときの転落特性の例を示す。図2〜3より、実施例においては比較例と比べ圧倒的に転落角が小さく、転落速度(=転落距離/経過時間)が大きいことがわかる。
熱可塑性エポキシ系のモノマー及び硬化剤・TiO2光触媒・ポリテトラフルオロエチレン粒子の混合液に、Brilliant Blue FCF若しくはNew Coccineをさらに混入させ、75度の温度環境下に24時間放置させて分相させることで、着色したモノリス構造体を作製することが可能である。着色した色は、24時間程度水につけると色落ちはほとんど発生しなくなる。
2 骨格
3 空隙
4 細孔
Claims (12)
- 200nm〜10μmの孔径を有する空隙と該空隙を形成する骨格とが三次元網目状に連結された共連続構造を有するモノリス構造体からなり、前記骨格の表面に細孔が形成され、前記空隙の内部に液状の撥水性充填材またはこれをゲル化した撥水性充填材が充填されていることを特徴とする撥水性構造体。
- 前記骨格が100nm〜10μmの柱体径を有する、請求項1に記載の撥水性構造体。
- 前記細孔が、前記骨格の表面上の1μm×1μmの領域内に1個以上存在する、請求項1または2に記載の撥水性構造体。
- 前記撥水性充填材が、フッ素を含有するフッ素系撥水性充填材である、請求項1〜3のいずれかに記載の撥水性構造体。
- 前記骨格の表面に、フッ素を含有するフッ素系樹脂が配置されている、請求項1〜4のいずれかに記載の撥水性構造体。
- 前記フッ素系樹脂が、前記骨格の内部にも含まれている、請求項5に記載の撥水性構造体。
- 前記骨格の表面および/または内部に光触媒が配置されている、請求項1〜6のいずれかに記載の撥水性構造体。
- 前記光触媒が酸化チタンからなる、請求項7に記載の撥水性構造体。
- 前記光触媒が可視光応答型光触媒からなる、請求項7または8に記載の撥水性構造体。
- 前記光触媒が、体積比で前記モノリス構造体の10%以下を占める、請求項7〜9のいずれかに記載の撥水性構造体。
- 前記モノリス構造体が、エポキシ樹脂硬化物からなる有機モノリス構造体である、請求項1〜10のいずれかに記載の撥水性構造体。
- 200nm〜10μmの孔径を有する空隙と該空隙を形成する骨格とが三次元網目状に連結された共連続構造を有するモノリス構造体において前記骨格の表面に細孔を形成し、前記空隙に、液状の撥水性充填材またはこれをゲル化した撥水性充填材を充填することを特徴とする撥水性構造体の製造方法。
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