DE69812026T2

DE69812026T2 - Beschlaghemmende Beschichtung und Gegenstand mit einer beschlaghemmenden Beschichtung

Info

Publication number: DE69812026T2
Application number: DE69812026T
Authority: DE
Inventors: Hatsumi Ikari; Keiji Ikemori; Keiji Ohtaka; Hideo Ukuda; Tohru Yamamoto; Shigeo Yoshida
Original assignee: Canon Inc; Nakato Laboratory Inc
Current assignee: Canon Inc; Nakato Laboratory Inc
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2018-10-13
Also published as: EP0908500A1; EP0908500B1; JPH11116884A; US20020061950A1; US6506446B2; JP4577914B2; DE69812026D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf beschlaghemmendes Beschichtungsmaterial, welches einen unlöslichen Beschichtungsfilm mit einer hohen Oberflächenhärte und Hydrophilizität und einer Feuchtigkeitsaufnehmefähigkeit verleihenden Wirkung auf Substraten bilden kann, wie etwa optischen Linsen, Brillen und Fensterscheiben für Fahrzeuge, von denen erwartet wird, dass sie beschlaghemmende Eigenschaften und (Flüssigkeits-) kondensationshemmende Eigenschaften aufweisen, und Tintenstrahldruckeraufzeichnungsfilme, und ebenfalls auf einen Gegenstand mit Beschlaghemmung, versehen mit einem beschlaghemmenden Beschichtungsfilm, gebildet unter Verwendung eines derartigen beschlaghemmenden Beschichtungsmaterials.
Ein Substrat, wie etwa eines aus Glas oder Kunststoff, kann beschlagen, falls seine Oberflächentemperatur unterhalb eines Taupunkts der atmosphärischen Luft gekühlt wird, und die atmosphärische Feuchtigkeit haftet an der Oberfläche in der Form von feinen Tröpfchen und verursacht eine zufällige Reflexion des auf die Substratoberfläche einfallenden Lichts. Demgemäß kann es möglich sein, den Beschlag auf dem Substrat durch Verhinderung einer derartigen Feuchtigkeitstropfenbildung auf der Substratoberfläche zu verhindern. Für ein derartiges beschlagsverhinderndes Verfahren wurden z. B. vier Maßnahmen von (A) Einstellen der Benetzbarkeit, (B) Vorsehen von Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit, (C) Vorsehen von wasserabstoßenden Eigenschaften und (D) Feuchtigkeitseinstellungen durch Erwärmen in Betracht gezogen.
Die Maßnahme (A), mit der Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels, kann keine langanhaltende Wirkung zur Verfügung stellen.
Die sich durch die Maßnahme (B) ergebene Wirkung hält für eine längere Zeitdauer als die durch (A) gegebene an, es kann aber Beschlag auftreten und die Oberfläche neigt dazu, gelöst zu werden, falls die Feuchtigkeit die Kapazität des Feuchtigkeitsaufnahmevermögens übersteigt.
Die Maßnahme (C) stellt die beschlaghemmende Wirkung zur Verfügung, indem sie dafür sorgt, dass die Wassertropfen aufgrund der Wasserabstoßung der Oberfläche von der Oberfläche abfallen, kann aber keine feinen Wassertropfen bewältigen.
Die Maßnahme (D) stellt die beschlaghemmende Wirkung aufgrund der Feuchtigkeitseinstellung durch Erwärmen zur Verfügung, aber der Anwendungsumfang davon ist durch die Notwendigkeit einer elektrischen Stromzufuhr beschränkt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Mit Blick auf die vorher erwähnten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beschichtungsmaterial vorzusehen, welches einen beschlaghemmenden Beschichtungsfilm zur Verfügung stellt, der hydrophil, feuchtigkeitsaufnehmend und unlöslich ist und ebenfalls eine hervorragende Oberflächenhärte hat.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gegenstand mit Beschlaghemmung zur Verfügung zu stellen, versehen mit einem beschlaghemmenden Beschichtungsfilm, gebildet unter Verwendung eines derartigen beschlaghemmenden Beschichtungsmaterials.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein beschlaghemmendes Beschichtungsmaterial oder eine Zusammensetzung zur Verfügung gestellt mit: einer Polyacrylsäureverbindung, Polyvinylalkohol und Acetylaceton. Das Beschichtungsmaterial kann weiterhin Natriumsilikat enthalten.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Gegenstand mit Beschlaghemmung zur Verfügung gestellt, mit: einem Substrat und einem Beschichtungsfilm auf dem Substrat, gebildet durch Anwendung einer Lösung, welche eine Polyacrylsäureverbindung, Polyvinylalkohol und Acetylaceton enthält.
Ein beschlaghemmender Beschichtungsfilm, gebildet durch das erfindungsgemäße beschlaghemmende Beschichtungsmaterial ist wasserunlöslich und hat eine hohe Oberflächenhärte und eine hervorragende Beständigkeit. Derartige Eigenschaften sind einer verbesserten gegenseitigen Löslichkeit zwischen der Polyacrylsäureverbindung und dem Polyvinylalkohol zuzuschreiben, erreicht durch die Anwesenheit des Acetylacetons dazwischen. Genauer, haben eine Polyacrylsäureverbindung und ein Polyvinylalkohol eine schlechte gegenseitige Löslichkeit, aber sind beide gut löslich zusammen mit Acetylaceton, um einen gleichmäßigen Beschichtungsfilm zu bilden. Der Beschichtungsfilm ist hart, hervorragend in der Beständigkeit und Wasserunlöslichkeit. Dies ist vermutlich deshalb so, da die verbesserte gegenseitige Löslichkeit zwischen der Polyacrylsäureverbindung und dem Polyvinylalkohol die gegenseitige Interaktion der Polymerketten dieser Verbindungen unterstützt, um einen unlöslichen Beschichtungsfilm zur Verfügung zu stellen, wobei das Acetylaceton vermutlich in einem Zustand gebunden mit der Polyacrylsäureverbindung und dem Polyvinylalkohol verbleibt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bevorzugte Beispiele der Polyacrylsäureverbindung können enthalten: Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure und niedere Alkyl-(C1-C4)Ester, insbesondere Methyl- bzw. Ethylester von Acrylsäure und Methacrylsäure. Es ist bevorzugt, dass die Alkylester der Polyacrylsäure bzw. der Polymethacrylsäure einen Verseifungsgrad (d. h. Mole hydrolisierter Estergruppen · 100/(Mole hydrolisierter Estergruppen + Mole nicht-hydrolisierter Estergruppen) von 10 bis 30 mol-% haben. Die Polyacrylsäureverbindung kann bevorzugt ein massegemittelte Molekülmasse (Mw) von 50.000-350.000 haben, ausgedrückt als die Polystyroläquivalente Molekülmasse nach Gel- Permeationschromatographie (GPC).
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyvinylalkohol kann bevorzugt in der Form eines teilweise oder unvollständig verseiften Produkts von Polyvinylacetat sein, welches einen Polymerisationsgrad (Dp) von wenigstens 1.000 hat, löslich in einem organischen Lösungsmittel ist und einen Verseifungsgrad (d. h. Mole von Hydroxylgruppen · 100/(Mole von Acetylgruppen + Mol von Hydroxylgruppen) von 65-85 mol-%, bevorzugter 75-82 mol-% hat. Der Polyvinylalkohol kann bevorzugt in einer Menge von 100-1.000 Masseteilen (als Feststoff) auf 100 Masseteile (als Feststoff) der Polyacrylsäureverbindung verwendet werden.
Das Acetylaceton kann in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterial vor der Anwendung davon in einer Menge von 3-50 Masseteilen auf 100 Masseteilen (als Feststoff) der Gesamtmenge der Polyacrylsäureverbindung und des Polyvinylalkohols verwendet werden.
Das erfindungsgemäße beschlaghemmende Beschichtungsmaterial kann vor seiner Aufbringung bevorzugt in der Form einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel sein, welches bevorzugt ein wassermischbares organisches Lösungsmittel sein kann, wie etwa Methylalkohol, Ethylalkohol oder Isopropylalkohol. Das organische Lösungsmittel kann ferner bevorzugt in Kombination mit Wasser verwendet werden. Das bevorzugte Verhältnis des organischen Lösungsmittels zu Wasser kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen verwendeten Lösungsmittel unterschiedlich sein, z. B. 80-120 Masseteile von Methylalkohol oder Ethylalkohol bzw. 40-80 Masseteile Isopropylalkohol auf 100 Masseteile Wasser.
Das erfindungsgemäße beschlaghemmende Beschichtungsmaterial kann ferner bevorzugt Natriumsilikat enthalten, welches bevorzugt ein SiO&sub2;/Na&sub2;O-Molverhältnis von 2,1-3,1 hat. Das Natriumsilikat kann bevorzugt in 0,5-10 Masseteilen (als Feststoff) auf 100 Masseteile (als Feststoff) der Gesamtmenge der Polyacrylsäureverbindung und des Polyvinylalkohols verwendet werden.
Das erfindungsgemäße beschlaghemmende Beschichtungsmaterial kann verwendet werden um ein Substrat zu beschichten, wobei Beispiele davon einschließen können: Glasgegenstände und Kunststoffgegenstände, wie etwa Linsen, optische Parallelplatten, und Spiegel, Prismen.
Der erfindungsgemäße Gegenstand mit Beschlaghemmung kann z. B. auf die folgende Art und Weise hergestellt werden. Die vorher erwähnten, entsprechenden Bestandteile des beschlaghemmenden Beschichtungsmaterials werden gemischt, um eine klare Beschichtungsflüssigkeit zu bilden. Dann wird die Beschichtungsflüssigkeit auf wenigstens eine Oberfläche eines Substrats wie vorher beschrieben aufgetragen, und unter Erwärmung bei einer Temperatur von zumindest 80ºC, bevorzugt 120-200ºC, getrocknet, um einen erfindungsgemäßen Gegenstand mit Beschlaghemmung zur Verfügung zu stellen. Das vorige Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit kann, wie gewünscht, mehrfach wiederholt werden, um eine erhöhte Stärke des Beschichtungsfilms zur Verfügung zu stellen, mit oder ohne Erwärmung nach jeder Aufbringung. Die Erwärmung kann ebenfalls nach mehreren Aufbringungen erfolgen.
Der Beschichtungsfilm hat bevorzugt eine Stärke von 0,01 um -1,0 um, z. B. für optische Linsen, und 1,0 um-10,0 um, z. B. für Fensterscheiben.
Die Stärke des Beschichtungsfilms kann geeigneterweise durch Aufbringen einer dicken Schicht der Beschichtungsflüssigkeit oder durch wiederholtes Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit in Oberlagerung eingestellt werden. Der derartig hergestellte Gegenstand mit Beschlaghemmung kann eine Oberfläche mit beschlaghemmender Eigenschaft und kondensationshemmender Eigenschaft haben. Der resultierende beschlaghemmende Beschichtungsfilm ist unlöslich in Wasser und organischem Lösungsmittel und weist eine hohe Oberflächenhärte auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Herstellung des erfindungsgemäßen beschlaghemmenden Materials, werden die Polyacrylsäureverbindungen und der Polyvinylalkohol in einer Lösungsmittelmischung eines niedrigen Alkohols, als ein organisches Lösungsmittel, und Wasser gelöst, und Acetylaceton wird hinzugegeben, um eine gleichmäßige Beschichtungsmischflüssigkeit zu bilden, welche getrocknet werden kann, um eine gleichmäßige Filmschicht durch gleichmäßiges Trocknen vorzusehen, ohne Übersteigen der gegenseitigen Löslichkeits-Trennungsgrenze während des Filmbildungsschritts aufgrund der Wirkung des Acetylacetons.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Herstellung des erfindungsgemäßen beschlaghemmenden Beschichtungsmaterials, werden die Polyacrylsäureverbindung, der Polyvinylalkohol und das Natriumsilikat gemischt und in einer Lösungsmittelmischung eines niederen Alkohols und Wasser gelöst, gefolgt durch Zugabe von Acetylaceton, um eine gleichmäßige Beschichtungsmischungsflüssigkeit zu erzeugen, welche getrocknet werden kann, während das SiO&sub2; aufgrund der Hydrolyse des Natriumsilikats ausfällt, um eine gleichmäßige Filmschicht durch gleichmäßiges Trocknen vorzusehen, ohne Übersteigen der gegenseitigen Löslichkeit-Trennungsgrenze während des Filmbildungsschritts, aufgrund der Funktion des Acetylacetons. Das Natriumsilikat kann in dem resultierenden Beschichtungsfilm in seiner hydrolisierten Form enthalten sein.

Beispiele

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen genauer beschrieben.

Beispiel 1

Tabelle 1

Polymethylmethacrylat 20 mol-%-verseiftes Produkt (Mw = 15 · 10&sup4;) (2,3 Masse-% Lösung in Wasser/Methanol) ( = 100/100 nach Gewicht) 52,0 Masseteile
Polyvinylalkohol 10 Masse-%-wässrige Lösung (Dp = 2.000, ca. 82 mol-%-verseiftes Produkt) 47,1 Masseteile
Acetylaceton 0,9 Masseteile
Gesamt 100,0 Masseteile
Eine Beschichtungsflüssigkeit wurde gemäß dem vorher in der Tabelle 1 gezeigten Rezept hergestellt (mit den entsprechenden Bestandteilen angegeben in Masseteilen). Genauer wurde zu 52,0 Masseteilen einer 2, 3 Masse-% Lösung in Methanol/Wasser eines 20 mol-%igen-verseiften Polymethylmethacrylats (hergestellt durch Lösen des Polymethylmethacrylats in Methylalkohol, gefolgt durch Zugabe von wässriger Natriumhydroxidlösung in einer Menge ausreichend für 20 mol-% Verseifung und Rühren für 30 min.), 10% wässrige Lösung von Polyvinylalkohol (Dp (mittlerer Polymerisationsgrad) = 2.000, Dsap. (Verseifungsgrad) = ca. 82 mol-%) hinzugegeben, und die resultierende Mischung wurde weiterhin für 10 min. bei Raumtemperatur (25ºC) gerührt, gefolgt von der Hinzugabe von Acetylaceton und 15 min. Rühren bei Raumtemperatur, um eine Beschichtungsflüssigkeit herzustellen.
Die derartig hergestellte Beschichtungsflüssigkeit war farblos und klar und wurde auf ein Glasblatt von 40 mm · 70 mm · 1 mm (t) mit einer Ziehgeschwindigkeit von 30 mm/min. unter Verwendung eines Tauchlackierers aufgebracht, gefolgt durch 10 min. Trocknen unter Erwärmung auf 100ºC, um einen gleichmäßigen, farblosen und klaren Beschichtungsfilm mit einer Stärke von 3,0 um zur Verfügung zu stellen.
Das beschichtete Glasblatt wurde dann für 5 min. in einem Kühlschrank (bei etwa 0ºC) gelagert und dann in einer Umgebung mit 25ºC und 81% relativer Luftfeuchtigkeit stehengelassen, wobei überhaupt kein Beschlag auf den beschichteten Oberflächen des Glasblatts auftrat. Ferner wurde eine Oberfläche des beschichteten Glasblatts 20 mal mit einem Linsenreinigungspapier ("Dasper" (Markenname), OZU Co., Ltd. Tokyo) durchnässt mit Wasser unter einer Belastung von 200 g, gewischt, wodurch der Beschichtungsfilm überhaupt nicht abgelöst oder beschädigt wurde.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Beschichtungsflüssigkeit wurde hergestellt und auf ein Glasblatt in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 aufgetragen, außer dass die Zugabe des Acetylacetons weggelassen wurde. Nach dem Trocknen und Erwärmen wurde ein etwas trüber Beschichtungsfilm mit einer Stärke von 2,8 um gebildet. Im Ergebnis der gleichen Untersuchungen wie in Beispiel 1, trat kein Beschlag auf dem Beschichtungsfilm auf, aber der Beschichtungsfilm verursachte eine Ablösung nach etwa 5 mal Wischen.

Beispiel 2

Tabelle 2

Methylacrylat/Ethylacrylat/Methacrylsäure (40/40/2 nach Gewicht) Copolymerammoniumsalz (Mw = 12 · 10&sup4;) (2,5 Masse-% Lösung in Wasser/Methanol) 50,0 Masseteile
Polyvinylalkohol (Dp = 2.000, Dsap. = ca. 82 mol-%) (10 Masse-% wässrige Lösung) 49,0 Masseteile
Acetylaceton 1,0 Masseteile
Gesamt 100,0 Masseteile
Eine Beschichtungsflüssigkeit wurde gemäß dem in Tabelle 2 vorher gezeigten Rezept hergestellt und auf ein Glasblatt aufgetragen, gefolgt durch Trocknen unter Erwärmung, in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1, wobei ein gleichmäßiger, farbloser und klarer Beschichtungsfilm in einer Stärke von 3,3 um gebildet wurde. Im Ergebnis der Untersuchungen in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1, verursachte der Beschichtungsfilm überhaupt keinen Beschlag auf der Oberfläche und verursachte keine Ablösung oder Beschädigung nach dem Wischen.

Beispiel 3

Polymethylacrylat 20 mol-%-verseiftes Produkt (Mw = 15 · 10&sup4;) (2,5 Masse-% Lösung in Wasser/Methanol) 50,3 Masseteile
Polyvinylalkohol (Dp = 2.000, Dsap. = etwa 82 mol-%) (10 Masse-% wässrige Lösung) 45,7 Masseteile
Natriumsilikat (SiO&sub2;/Na&sub2;O = 3,1) nach Mol wässrige Lösung 3,1 Masseteile
Acetylaceton 0,9 Masseteile
Gesamt 100,0 Masseteile
Eine Beschichtungsflüssigkeit wurde gemäß dem in Tabelle 3 vorher gezeigten Rezept hergestellt und auf einem Glasblatt auf getragen, gefolgt von 10 min. Trocknen unter Erwärmung auf 130ºC, sonst in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1, wodurch ein gleichmäßiger, farbloser und klarer Beschichtungsfilm mit einer Stärke von 3,0 um gebildet wurde. Als ein Ergebnis der Untersuchungen in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1, verursachte der Beschichtungsfilm überhaupt keinen Beschlag auf der Oberfläche und verursachte keine Ablösung oder Beschädigung nach 20 mal Wischen mit Wasser durchtränktem Linsenreinigungspapier.

Claims

1. Beschlaghemmendes Beschichtungsmaterial mit: einer Polyacrylsäureverbindung, Polyvinylalkohol und Acetylaceton.

2. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1, welches ferner ein Lösungsmittel mit einem Alkohol und Wasser enthält.

3. Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Polyacrylsäureverbindung wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Polyacrylsäureester und Polymethacrylsäureester umfasst.

4. Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches ferner Natriumsilikat umfasst.

5. Gegenstand mit Beschiaghemmung, mit: einem Substrat und einem Beschichtungsfilm auf dem Substrat, gebildet durch Anwendung des Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Gegenstand nach Anspruch 5, wobei das Substrat aus Glas ist.

7. Gegenstand nach Anspruch 5, wobei das Substrat aus Kunststoff ist.

8. Gegenstand nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei das Substrat eine Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Linsen, optischen Parallelplatten, Spiegeln und Prismen.

9. Gegenstand nach Anspruch 6, wobei das Substrat aus Tafelglas ist.