JPH08119678A - 撥水防汚性ガラスの製造方法 - Google Patents

撥水防汚性ガラスの製造方法

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JPH08119678A
JPH08119678A JP25193594A JP25193594A JPH08119678A JP H08119678 A JPH08119678 A JP H08119678A JP 25193594 A JP25193594 A JP 25193594A JP 25193594 A JP25193594 A JP 25193594A JP H08119678 A JPH08119678 A JP H08119678A
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JP
Japan
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water
glass
substrate
repellent antifouling
reactor
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JP25193594A
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Hiroaki Tada
弘明 多田
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NSG Techno Research Co Ltd
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Nippon Sheet Glass Techno Research Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/42Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating of an organic material and at least one non-metal coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/3405Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of organic materials

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車または建築用ガラスとして用いる撥水
防汚性ガラスの製造方法を提供する。 【構成】 ガラス表面にアンモニア及び/またはアミン
類を吸着させ、その後にガラス表面にフルオロアルキル
クロロシランを被覆することを特徴とする撥水防汚性ガ
ラスの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,自動車または建築用ガ
ラスとして用いる撥水防汚性ガラスの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】建築,自動車などの風防ガラス,光学部
品レンズその他のガラス製品等に用いられるガラス物品
表面に撥水性を付与すると、1)汚染成分を含んだ水滴
がガラス表面に残存しないため,ガラス汚染防止や焼け
防止効果がある,2)撥水性ガラスを自動車のフロント
ガラスやサイドガラス等に使用した場合、雨天走行時で
も、ガラス表面に付着した雨水が風圧によって吹き飛ば
され、ドライバーの視野が確保され走行安全性が向上す
る,等種々の効果が期待される。
【0003】この様な撥水防汚性ガラスの製造方法とし
ては、ポリジメチルシロキサン系化合物を初めとする有
機シリコーンや含フッ素シリコーン化合物,アルキルシ
ラン化合物,さらにはフルオロアルキルシラン化合物を
湿式塗布(1),液相吸着法(2)等を用いて処理する
方法がある。また、同じ液相法としてアルコキシシラン
化合物とフルオロアルキルシラン化合物の加水分解物を
コーティングするゾルゲル法(3)も既に自動車用ガラ
スとして実用化されている。
【0004】また、本発明者らは気相法によるフルオロ
アルキラン処理により撥水防汚性能に優れた単分子膜が
得られることを見いだしている((4)特願平6−95
119)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般に、(1)〜
(3)の液相法では,生産時に多量の廃液が発生し,環
境上問題があるばかりでなく,処理のために余分なコス
トがかかる。また,(4)の方法では強固な膜を作製す
るために80℃程度の加熱が必要である。さらに、
(1)〜(3)の液相法では、耐久性の良好な膜を得る
には150℃以上の熱処理が必要である。この熱処理も
コストアップの要因である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究の
結果、第1段階でアンモニア及び/またはアミン類をガ
ラス表面に吸着させ、第2段階でフルオロアルキルクロ
ロシラン処理することにより常温で強固な撥水防汚膜を
ガラス基板上に形成させることができることを見いだし
た。
【0007】この作用機構は次のように説明することが
できる。まず、アンモニア及び/またはアミン類は、シ
リケート系のガラス表面のSi−OH基に水素結合を介
して吸着する。この時に、(Si)O−H基の分極が進
む。この状態でフルオロアルキルクロロシランを導入す
ると、基板表面の、前記分極によって活性化した状態の
O原子がフルオロアルキルクロロシランのSi原子に対
して求核攻撃する性質が高まるために、フルオロアルキ
ルクロロシランの固定化反応が著しく促進されるものと
考えられる。アンモニアまたはアミン類は気体または液
体の形で、ガラスの表面に、常温または例えば50℃以
下で、数秒間〜数分間接触させることにより吸着させ
る。アンモニアまたはアミン類を気体の形で接触させる
場合、その蒸気圧は1mmHg以上であることが好まし
い。また水または有機溶剤で希釈して液体の形で接触さ
せる場合の濃度は1〜5重量%が好ましい。ガラスの表
面に吸着させるべきアンモニアまたはアミン類の量はご
くわずかでよく、例えばガラスの表面に単分子層で吸着
すれば十分である。
【0008】本発明で用いられるアミン類としては、特
に限定はされず、1級−,2級−,3級−アミンいずれ
をも使用することができ、脂肪族アミン、芳香族アミ
ン、アミド、環式アミンのいずれも使用することができ
る。塩基性が強いほどSi−OH基と強い水素結合が形
成され、より反応性が増すこと、および蒸気圧が低いほ
ど低温で気化させ、基材表面に吸着させることから、塩
基性が強く蒸気圧が低いトリエチルアミンを好適に用い
ることができる。最終的に得られる膜中には、わずかの
アンモニアまたはアミン類の塩酸塩が残留するが、撥水
性能には影響しない。これは200℃以上に加熱する
か、高真空に引くことにより完全に除去することができ
る。
【0009】一方、撥水防汚膜を形成する材料として
は、化学的耐久性に優れ、低表面自由エネルギー膜が得
られるフルオロアルキルクロロシランを好適に使用する
ことができる。フルオロアルキルクロロシランは(1)
式で示されるような1個のフルオロアルキル基(R)、
0〜2個のメチル基、および少なくとも1個の官能基
(X)からなるシランである。 R−Si(CH3)3-l-m(X)l(Cl)m (1) (ただし、R:フルオロアルキル基、 X:−OCH3、
−OC2H5、−OCOCH3、−OCOC2H5 、または
−OHであり、lは0、1または2であり、mは1、2
または3であり、lとmの和は1、2または3である)
【0010】フルオロアルキルクロロシランのメチル基
(−CH3) は不活性であり、フルオロアルキル基
(R)の効果に対して大きな影響はないが、官能基
(X)の数が多いほど固定化されやすいため、メチル基
の個数(3−l−m)は少ないほどよく、(3−l−
m)がゼロであるのが最も好ましい。
【0011】上記フルオロアルキル基はアルキル基の水
素原子の一部が弗素原子に置換されたもので、好ましく
は(2)式で示される。 Rf : −(CH22(CF2nCF3 (2) (ここでnはゼロまたは正の整数)
【0012】すなわち直鎖状のアルキル基においてシリ
コン原子側の2個の炭素原子を除いた末端側の炭素原子
に結合する水素原子が弗素原子に置換されたものがよ
い。例えば−(CH22CF3、−(CH22(CF2
2CF3、-(CH22(CF25CF3、−(CH2
2(CF27CF3などが挙げられ、 その中で−(C
22(CF25CF3、−(CH22(CF27CF3
が特に好ましい。その理由はフルオロアルキル基中のシ
リコン原子側に、−(CH22−が存在することによっ
て化合物が安定に存在しやすいためである。
【0013】上記フルオロアルキル基の分子鎖長が大き
いほど、表面自由エネルギーが小さくなって好ましい
が、分子鎖長があまり大きすぎると蒸気圧は高くなって
気化しやすくなって好ましくないので、1分子当りのC
H2 単位の繰り返し数(n)は3〜9が良く、特にn=
7が最も好適である。本発明に用いることのできる処理
剤は官能基として塩素原子をもっていなければならない
理由は、フルオロアルキルクロロシランが、活性化され
た表面O原子により求核攻撃を受けたときに、固定化反
応を行わせるためにフルオロアルキルクロロシラン中の
いずれかの原子が容易に脱離する必要があるからであ
る。1分子当りの塩素原子の数(m)は1〜3のいずれ
でも良いが、得られる膜強度を高くするためには分子間
の縮合が可能なm=3が最適である。以上の条件を満足
するものであれば、どの様な処理剤でも使用することが
できるが、中でも前述の理由から、ヘプタデカフルオロ
デシルトリクロロシラン(HFTS)、ヘキサデカフル
オロデシルトリクロロシラン(HDFDTCS)など
の、(2)式におけるnが3〜9で、(1)式における
mが1〜3の物質の中で、ヘプタデカフルオロデシルト
リクロロシラン(HFTS)が最も良い。
【0014】撥水防汚層の膜付け方法としては、特に限
定されず、公知のラビング法、ディッピング法などを用
いることができるが、多孔質内部への均一な膜形成の観
点から、減圧CVD法などの気相法が特に有効である。
CVD処理時の真空度は、十分なフロロシラン系の材料
の蒸気圧が得られるように設定すれば良い。従って、用
いるフロロシラン系の材料の種類によって異なるが、通
常は10Torr程度で十分である。
【0015】防汚層と基板表面との反応を常温で進行す
るので、CVD処理時に基板を加熱する必要はない。勿
論加熱しても差し支えないが、80℃以下にすべきであ
る。この反応はSi−OH基と塩素基を有するフロロシ
ランの脱塩酸反応である。撥水防汚膜の厚みは非常に小
さくても効果があり、単分子膜であることが好ましい。
【0016】
【実施例】
実施例1 厚み3mmで300mm×300mmの寸法のソーダラ
イムガラス基板の表面を清浄化するために、UV/O3
洗浄(50℃−30分,酸素供給量=0.1NL/分,
基板−ランプ間距離=5mm,サムコ社製UVオゾンク
リーナー使用)を行った。次にガラス基板をチャンバー
内にセットし、チャンバーに連結したリザーバーの中に
1gのトリエチルアミン(TEA)を入れておき、リザ
ーバーに超音波照射しながらN2 ガスをTEAの上方を
通過させて、チャンバー内にTEA蒸気をチャンバー内
に約60秒間導入し、基板表面にTEA蒸気を接触させ
て吸着させた。未吸着TEAはチャンバー出口に取り付
けたコールドトラッパーで捕集した。基板をチャンバー
から取り出した後、チャンバー内をエタノールを用いて
十分に洗浄してから再度基板をチャンバー内にセット
し、常温に保ったチャンバー内を約10Torrに減圧
してから50μL(50×10-3CC)のヘプタデカフ
ルオロデシルトリクロロシラン(HFTS、純度98%
以上,東芝シリコーン製)を注射器でチャンバー内空間
に注入した。注入後、1時間真空引きすることにより、
未反応のHFTSをコールドトラップした。常圧に戻し
てから基板(サンプルA)を取り出した。基板表面に付
着したHFTSの膜厚は約15オングストロームであ
り、単分子層に相当する。チャンバー内温度は実験中常
に35℃に保持した。
【0017】比較例1 比較のために、TEAを吸着させずに、HFTSで処理
したサンプルB−2を次の様にして作製した。UV/O
3 洗浄したガラス基板をチャンバー内にセットしてから
約10Torrに減圧した。。80℃に昇温後、50μ
LのHFTSを注射器で注入し、1時間加熱した。さら
に、未反応のHFTSを除去するために、真空引きしな
がら100℃で1時間加熱を続けて、サンプルBが得ら
れた。
【0018】さらに比較のために、TEAを吸着させず
に、それ以外は実施例1と同一の操作によりHFTSで
処理したサンプルEを作製した。
【0019】比較例2 処理剤の官能基による反応性の差異を調べるために、処
理剤としてHFTSの代わりにヘプタデカフルオロデシ
ルトリメトキシシラン(HFTMS)を用いた以外は実
施例1と全く同じ操作によりサンプルCを作製した。ま
た、処理剤として同じHFTMSを用いて、比較例1と
同じ操作によってサンプルDを作製した。
【0020】ガラス表面自由エネルギーが小さいほど水
も汚れも付着しにくいと考えられることから、相対的な
撥水度及び汚れ難さの指標として水に対する接触角を採
用した。また、膜の強固さの尺度の1つとして沸騰水中
に浸漬した場合の水に対する接触角の経時変化を調べ
た。図1に結果を示す。沸騰水浸漬時間の増加とともに
全サンプルについて接触角の低下が認められる。しか
し、サンプルA(実施例1)は常温で処理したにもかか
わらず、80〜100℃で処理したサンプルB(比較例
2)よりも接触角の減少速度が小さく、耐久性が優れて
いることがわかる。この結果は、TEAの前吸着により
HFTSの表面固定化反応が著しく促進されたためと考
えられる。一方、サンプルC(比較例2)の耐水性はサ
ンプルD(比較例2)と同程度である。このことは、撥
水防汚剤の官能基が塩素基ではなくメトキシ基の場合に
はTEAの前吸着の効果が得られないことを示してい
る。なおサンプルEについての初期接触角は約95度で
あり、沸騰水浸漬時間が2時間および4時間の接触角は
それぞれ約90度および80度以下であった。
【0021】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の撥水防汚性
ガラスの製造方法によれば、常温処理にもかかわらず加
熱処理サンプル以上の耐久性を有する強固な撥水防汚膜
を得ることができる。さらに、膜形成法として減圧CV
D法などの気相法を用いた場合には廃液が出ないばかり
でなく、液管理が容易になる。従って、本発明による方
法で作製した撥水防汚性ガラスは、自動車,建築用の風
防ガラスとして好適に使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の撥水防汚性ガラスの水に対
する接触角のボイル時間依存性を表わすグラフである。
【図面の符号】
A 本発明の実施例 B,C,D 比較例

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス表面にアンモニア及び/またはア
    ミン類を吸着させ、その後にガラス表面にフルオロアル
    キルクロロシランを被覆することを特徴とする撥水防汚
    性ガラスの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記アミン類がトリエチルアミンである
    請求項1記載の撥水防汚性ガラスの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記フルオロアルキルクロロシランがフ
    ルオロアルキルトリクロロシランであり、これを気相で
    被覆する請求項1記載の撥水防汚性ガラスの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記フルオロアルキルトリクロロシラン
    がヘプタデカフルオロデシルトリクロロシランである請
    求項3記載の撥水防汚性ガラスの製造方法。
JP25193594A 1994-10-18 1994-10-18 撥水防汚性ガラスの製造方法 Pending JPH08119678A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010074195A (ja) * 2002-03-28 2010-04-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh 支持体上にフリップ−チップ−マウンティングするための発光ダイオードチップ及びその製造方法
WO2011146306A1 (en) * 2010-05-17 2011-11-24 Corning Incorporated Surface treatment and article

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