JP2003013048A - Method for water-repellent article production, water- repellent article and solution for water-repellent coating film formation - Google Patents
Method for water-repellent article production, water- repellent article and solution for water-repellent coating film formationInfo
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- JP2003013048A JP2003013048A JP2002107047A JP2002107047A JP2003013048A JP 2003013048 A JP2003013048 A JP 2003013048A JP 2002107047 A JP2002107047 A JP 2002107047A JP 2002107047 A JP2002107047 A JP 2002107047A JP 2003013048 A JP2003013048 A JP 2003013048A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はガラス、セラミック
ス、プラスチック或いは金属等の基材表面に撥水膜を形
成した撥水性物品の製造方法、撥水性物品および撥水性
被膜形成用溶液に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a water-repellent article having a water-repellent film formed on the surface of a substrate such as glass, ceramics, plastic or metal, a water-repellent article and a solution for forming a water-repellent coating.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガラスその他の基材の表面に撥水性被膜
を形成させる際に、基材と撥水性被膜との結合強度を向
上させること、および基材がアルカリ成分を含む場合に
アルカリ成分の拡散を防止し、撥水性被膜の耐久性能を
高めることを目的として、基材と撥水層との間に酸化珪
素等の下地層を形成する技術が知られている。2. Description of the Related Art When forming a water-repellent coating on the surface of a glass or other substrate, it is necessary to improve the bonding strength between the substrate and the water-repellent coating, and when the substrate contains an alkaline component, A technique of forming an underlayer of silicon oxide or the like between a base material and a water-repellent layer is known for the purpose of preventing diffusion and enhancing the durability of the water-repellent coating.
【0003】この下地層を有する撥水性被膜を形成する
技術としては、基材に酸化珪素等の下地膜を形成した後
に、さらに撥水膜を形成し2層膜構造とする技術と、下
地成分と撥水性成分を混合した液を基材に塗布成膜し、
単層膜で下地層と撥水層を形成させる技術の、2つの技
術が知られている。後者の方が製造工程が少なく、生産
性に優れている。後者の技術としては、例えば特公昭6
3−24554号、特開昭61−215235号、特開
昭64−68477号、特開平4−338137号、特
開平8−239653号に開示されているものがある。
以下に、それぞれの特長を示す。As a technique for forming a water-repellent coating having this underlayer, a technique for forming a two-layer film structure by further forming a water-repellent film after forming an underlayer film of silicon oxide or the like on the substrate, and the underlayer component And a water-repellent component are mixed to form a film on the substrate,
Two techniques are known, which is a technique for forming a base layer and a water repellent layer with a single layer film. The latter has fewer manufacturing steps and is superior in productivity. As the latter technique, for example, Japanese Patent Publication No. 6
3-24554, JP-A-61-215235, JP-A-64-68477, JP-A-4-338137, and JP-A-8-239653.
The features of each are shown below.
【0004】特公昭63−24554号には、シラノー
ルオリゴマー(20〜40重合体)をフルオロアルキル
シランで変性した撥水性表面処理剤が開示されている。Japanese Patent Publication No. 63-24554 discloses a water-repellent surface treating agent obtained by modifying a silanol oligomer (20 to 40 polymer) with a fluoroalkylsilane.
【0005】特開昭61−215235号には、フルオ
ロアルキル基含有シラン化合物とシランカップリング剤
を、アルコール系溶媒中で酢酸および有機錫化合物の触
媒を用いて加水分解反応させ、共縮合体を形成させた液
を基材表面に塗布、加熱硬化させた撥水性、防汚性を有
する低反射率ガラスが開示されている。In JP-A-61-215235, a fluoroalkyl group-containing silane compound and a silane coupling agent are hydrolyzed in an alcohol solvent using a catalyst of acetic acid and an organic tin compound to form a cocondensate. A low-reflectance glass having water repellency and antifouling property is disclosed in which the formed liquid is applied to the surface of a substrate and cured by heating.
【0006】特開昭64−68477号には、鋼板表面
に酸化珪素等のアルコキシドとフルオロアルキルシラン
を含有するアルコール溶液を塗布した後、加熱すること
を特徴とする撥水性鋼板の製造方法が開示されている。Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 64-68477 discloses a method for producing a water repellent steel sheet, which is characterized in that an alcohol solution containing an alkoxide such as silicon oxide and a fluoroalkylsilane is applied to the surface of the steel sheet and then heated. Has been done.
【0007】特開平4−338137号には、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溶液をガラス
基板表面に塗布して、焼成することを特徴とする撥水性
ガラスが開示されている。In Japanese Patent Laid-Open No. 4-338137, a solution prepared by mixing a silicon alkoxide and a substituted silicon alkoxide in which a part of an alkoxyl group is substituted with a fluoroalkyl group, alcohol, water, and an acid or a base is prepared on a glass substrate. Disclosed is a water-repellent glass which is characterized by being applied to the surface and then fired.
【0008】特開平8−239653号には、ペルフル
オロアルキルアルキルシランと完全に加水分解可能なシ
ランとの混合物からなる組成物で処理された撥水性物品
が開示されている。JP-A-8-239653 discloses a water repellent article treated with a composition comprising a mixture of a perfluoroalkylalkylsilane and a completely hydrolyzable silane.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上述した特公昭63−
24554号、特開昭61−215235号、および特
開平4−338137号に開示される方法にあっては、
アルコール溶液中で触媒を利用して、フルオロアルキル
基含有シランとシリコンアルコキシドを加水分解し、縮
重合体および共縮合体を形成させている。この結果、重
合体同士の結合となるため、隙間ができやすくなり、撥
水性被膜の緻密性は低くなってしまう。このため、緻密
性を上げるために焼成工程が必要であり、コスト上昇の
要因となる。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the methods disclosed in JP-A No. 24554, JP-A-61-215235, and JP-A-4-338137,
Using a catalyst in an alcohol solution, a fluoroalkyl group-containing silane and a silicon alkoxide are hydrolyzed to form a condensation polymer and a cocondensate. As a result, the polymers are bonded to each other, so that a gap is likely to be formed and the denseness of the water-repellent coating is lowered. Therefore, a firing process is required to increase the denseness, which causes a cost increase.
【0010】特開昭64−68477号に開示される方
法にあっては、触媒を添加していないために反応性が劣
り、撥水性被膜の緻密性は低くなってしまう。このた
め、緻密性を上げるために焼成工程が必要であり、コス
ト上昇の要因となる。In the method disclosed in JP-A-64-68477, the reactivity is inferior because the catalyst is not added, and the denseness of the water-repellent coating becomes low. Therefore, a firing process is required to increase the denseness, which causes a cost increase.
【0011】特開平8−239653号に開示される技
術にあっては、その被覆用組成物にクロロシランと非水
系溶媒が好ましく用いられている。しかし、非水系溶媒
は高価である。また、この被覆用組成物を追試したとこ
ろ、空気中の水分と反応してゲル化し不安定であるの
で、雰囲気の湿度を10%RH以下、望ましくは0%R
Hに近く維持する必要があり、環境条件の管理が難しい
ことがわかった。またこの技術を追試したところ、撥水
性被膜の表面は、微細な凹凸が形成されており、前記被
膜の耐擦傷性が低い欠点を有していることもわかった。In the technique disclosed in JP-A-8-239653, chlorosilane and a non-aqueous solvent are preferably used in the coating composition. However, non-aqueous solvents are expensive. Further, when this coating composition was retested, it reacted with moisture in the air and gelled and became unstable. Therefore, the humidity of the atmosphere was 10% RH or less, preferably 0% R.
It has been found that it is necessary to maintain close to H, and it is difficult to control environmental conditions. Further, when this technique was additionally tested, it was also found that the surface of the water-repellent coating had fine irregularities, which had the drawback of low scratch resistance of the coating.
【0012】さらに、上述した技術を追試したところ、
いずれの撥水性物品においても、水滴の転がり性がよく
ないことがわかった。Furthermore, when the above-mentioned technique is retested,
It was found that the water repellency of any of the water repellent articles was not good.
【0013】そこで本発明は上述した事情に鑑みて、優
れた撥水性を有する撥水性物品、具体的には水滴の接触
角が大きく、さらに水滴の転がり性が優れており、加え
て高い耐擦傷性、耐候性を有する撥水性物品、その製造
方法および撥水性被膜形成用溶液の提供を目的とする。
さらに本発明は、保管および塗布作業中の雰囲気の湿度
管理が容易な、撥水性物品の製造方法および撥水性被膜
形成用溶液の提供を目的とする。In view of the above-mentioned circumstances, the present invention is a water-repellent article having excellent water repellency, specifically, a large contact angle of water droplets and excellent rolling property of water droplets, and high scratch resistance. An object of the present invention is to provide a water-repellent article having water resistance and weather resistance, a method for producing the same, and a solution for forming a water-repellent film.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a water-repellent article and a solution for forming a water-repellent coating, which makes it easy to control the humidity of the atmosphere during storage and coating operations.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段は以下のようである。すなわち、請求項1とし
て、クロロシリル基含有化合物とフルオロアルキル基含
有シラン化合物を、アルコールおよび/または水を含む
溶媒に溶解し、前記クロロシリル基含有化合物のクロロ
基を、アルコキシル基または水酸基に置換した溶液を基
材表面に塗布した後乾燥し、撥水性被膜を形成する工程
を含むことを特徴とする撥水性物品の製造方法である。Means for solving the problems Means for solving the above problems are as follows. That is, as a claim 1, a solution in which a chlorosilyl group-containing compound and a fluoroalkyl group-containing silane compound are dissolved in a solvent containing alcohol and / or water, and the chloro group of the chlorosilyl group-containing compound is substituted with an alkoxyl group or a hydroxyl group. Is applied to the surface of a base material and then dried to form a water-repellent coating film.
【0015】請求項2として、シリコンアルコキシドま
たはその加水分解物が単量体または19量体以下の重合
体で含有し、さらにフルオロアルキル基含有シラン化合
物および酸を含有する溶液を、基材表面に塗布した後乾
燥し、撥水性被膜を形成する工程を含むことを特徴とす
る撥水性物品の製造方法である。As a second aspect, a solution containing a silicon alkoxide or a hydrolyzate thereof as a monomer or a polymer of 19-mer or less, and further containing a fluoroalkyl group-containing silane compound and an acid is applied to the surface of the substrate. A method for producing a water-repellent article, comprising the steps of applying and then drying to form a water-repellent coating.
【0016】請求項3として、請求項1または2記載の
方法で得られる撥水性物品であって、前記撥水性被膜の
表面が算術平均粗さ(Ra)=0.5nm以下、かつ十
点平均粗さ(Rz)=5nm以下の粗さを有することを
特徴とする撥水性物品である。A third aspect of the present invention is the water-repellent article obtained by the method according to the first or second aspect, wherein the surface of the water-repellent coating has an arithmetic average roughness (Ra) of 0.5 nm or less and a ten-point average. The water-repellent article is characterized by having a roughness (Rz) of 5 nm or less.
【0017】請求項4として、請求項1または2記載の
方法で得られる撥水性物品であって、前記撥水性被膜の
表面におけるフッ素濃度が、フッ素原子と珪素原子との
原子比で表して0.8以上である撥水性物品である。A fourth aspect of the present invention is the water-repellent article obtained by the method according to the first or second aspect, wherein the fluorine concentration on the surface of the water-repellent coating is 0 in terms of the atomic ratio of fluorine atoms and silicon atoms. It is a water-repellent article of 0.8 or more.
【0018】請求項5として、クロロシリル基含有化合
物とフルオロアルキル基含有シラン化合物を、アルコー
ルおよび/または水分を含む溶媒に溶解させ、前記クロ
ロシリル基含有化合物のクロロ基を、アルコキシル基ま
たは水酸基に置換させたことを特徴とする撥水性被膜形
成用溶液である。As a fifth aspect, the chlorosilyl group-containing compound and the fluoroalkyl group-containing silane compound are dissolved in a solvent containing alcohol and / or water, and the chloro group of the chlorosilyl group-containing compound is replaced with an alkoxyl group or a hydroxyl group. It is a solution for forming a water-repellent film.
【0019】請求項6として、シリコンアルコキシドま
たはその加水分解物が単量体または19量体以下の重合
体で含有し、さらにフルオロアルキル基含有シラン化合
物および酸を含有することを特徴とする撥水性被膜形成
用溶液である。A sixth aspect of the present invention is that the silicon alkoxide or its hydrolyzate is contained as a monomer or a polymer of 19-mer or less, and further contains a fluoroalkyl group-containing silane compound and an acid. It is a film forming solution.
【0020】請求項7として、クロロシリル基含有化合
物とフルオロアルキル基含有シラン化合物を、アルコー
ルおよび/または水を含む溶媒に溶解させ、前記クロロ
シリル基含有化合物のクロロ基を、アルコキシル基また
は水酸基に置換させて、シリコンアルコキシドまたはそ
の加水分解物が単量体または19量体以下の重合体で含
有することを特徴とする撥水性被膜形成用溶液である。As a seventh aspect, the chlorosilyl group-containing compound and the fluoroalkyl group-containing silane compound are dissolved in a solvent containing alcohol and / or water, and the chloro group of the chlorosilyl group-containing compound is substituted with an alkoxyl group or a hydroxyl group. And a silicon alkoxide or a hydrolyzate thereof is contained as a monomer or a polymer of 19-mer or less, which is a water-repellent film forming solution.
【0021】さらに、上述した撥水性物品の製造方法に
おいて、前記溶液は酸および水分を、酸の濃度をS(規
定)で、水分の濃度をW(重量%)で表して、0.00
1≦S≦3、0≦W≦20 で表される濃度でそれぞれ
含有し、前記クロロシリル基含有化合物と前記フルオロ
アルキル基含有シラン化合物の比率を、前記クロロシリ
ル基含有化合物中の珪素原子の数Si(Cl)とフルオロア
ルキル基含有シラン化合物中の珪素原子の数Si(F)で
表して、Si(Cl):Si(F)=100:(0.05〜5
0)の比率で溶解する撥水性物品の製造方法である。Further, in the above-mentioned method for producing a water-repellent article, the solution contains an acid and a water, the concentration of the acid is represented by S (normal), and the concentration of the water is represented by W (% by weight).
1 ≦ S ≦ 3 and 0 ≦ W ≦ 20, respectively, and the ratio of the chlorosilyl group-containing compound to the fluoroalkyl group-containing silane compound is set to be the number of silicon atoms in the chlorosilyl group-containing compound Si (Cl) and the number of silicon atoms in the fluoroalkyl group-containing silane compound, expressed as Si (F), Si (Cl): Si (F) = 100: (0.05-5
It is a method for producing a water-repellent article which dissolves at a ratio of 0).
【0022】前記酸の濃度と前記水分の濃度がそれぞ
れ、0.01≦S≦1、0≦W≦10であり、前記比率
が、Si(Cl):Si(F)=100:(0.05〜30)
である撥水性物品の製造方法である。The acid concentration and the water concentration are 0.01 ≦ S ≦ 1 and 0 ≦ W ≦ 10, respectively, and the ratio is Si (Cl): Si (F) = 100: (0. 05-30)
Which is a method for producing a water-repellent article.
【0023】前記酸の濃度と前記水分の濃度がそれぞ
れ、0.1≦S≦1、0≦W≦2であり、前記比率が、
Si(Cl):Si(F)=100:(0.05〜3)である
撥水性物品の製造方法である。The acid concentration and the water concentration are 0.1 ≦ S ≦ 1 and 0 ≦ W ≦ 2, respectively, and the ratio is
Si (Cl): Si (F) = 100: (0.05 to 3).
【0024】前記溶液は、前記クロロシリル基含有化合
物および前記フルオロアルキル基含有シラン化合物を、
それらの合計で0.01〜10重量%の濃度で、溶解す
る撥水性物品の製造方法である。The solution contains the chlorosilyl group-containing compound and the fluoroalkyl group-containing silane compound,
It is a method for producing a water-repellent article which dissolves at a total concentration of 0.01 to 10% by weight.
【0025】前記クロロシリル基含有化合物は、テトラ
クロロシランである撥水性物品の製造方法である。The chlorosilyl group-containing compound is a method for producing a water repellent article which is tetrachlorosilane.
【0026】前記フルオロアルキル基含有シラン化合物
は、フルオロアルキル基を含有し、かつアルコキシ基、
アシロキシ基、または塩素基を含有するシラン化合物で
ある撥水性物品の製造方法である。The fluoroalkyl group-containing silane compound contains a fluoroalkyl group and contains an alkoxy group,
A method for producing a water-repellent article, which is a silane compound containing an acyloxy group or a chlorine group.
【0027】前記フルオロアルキル基含有シラン化合物
は、3−ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン
または3−ヘプタデカフルオロデシルトリクロロシラン
である撥水性物品の製造方法である。The fluoroalkyl group-containing silane compound is a method for producing a water-repellent article, which is 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane or 3-heptadecafluorodecyltrichlorosilane.
【0028】前記溶媒は、親水性溶媒である撥水性物品
の製造方法である。The solvent is a method for producing a water-repellent article which is a hydrophilic solvent.
【0029】前記溶媒は、アルコール系溶媒である撥水
性物品の製造方法である。The solvent is a method for producing a water-repellent article which is an alcohol solvent.
【0030】前記基材は、該表面に親水性基を有してい
る基材である撥水性物品の製造方法である。The above-mentioned substrate is a method for producing a water-repellent article which is a substrate having a hydrophilic group on its surface.
【0031】さらに前記溶液に酸を添加溶解する撥水性
物品の製造方法である。Further, it is a method for producing a water-repellent article, in which an acid is added and dissolved in the solution.
【0032】前記溶液は、該溶液の水分含有量の0.3
倍以上の濃度を有する酸を含む撥水性物品の製造方法で
ある。The above solution has a water content of 0.3% of that of the solution.
It is a method for producing a water-repellent article containing an acid having a concentration of twice or more.
【0033】前記酸は、塩酸である撥水性物品の製造方
法である。The above-mentioned acid is hydrochloric acid in the method for producing a water-repellent article.
【0034】前記溶液のpHは、0〜3である撥水性物
品の製造方法である。The pH of the solution is 0 to 3 in the method for producing a water-repellent article.
【0035】前記撥水性被膜の膜が5〜200nmの厚
みである撥水性物品の製造方法である。A method for producing a water-repellent article, wherein the water-repellent coating film has a thickness of 5 to 200 nm.
【0036】また上述した方法で得られる撥水性物品で
あって、前記撥水性被膜の表面が算術平均粗さ(Ra)
=0.5nm以下、かつ十点平均粗さ(Rz)=5nm
以下の粗さを有することを特徴とする撥水性物品であ
る。In the water-repellent article obtained by the above method, the surface of the water-repellent coating has an arithmetic mean roughness (Ra).
= 0.5 nm or less and ten-point average roughness (Rz) = 5 nm
A water repellent article having the following roughness.
【0037】また上述した方法で得られる撥水性物品で
あって、前記撥水性被膜の表面におけるフッ素濃度が、
フッ素原子と珪素原子との原子比で表して0.8以上で
ある撥水性物品である。A water repellent article obtained by the above method, wherein the fluorine concentration on the surface of the water repellent coating film is
The water-repellent article has an atomic ratio of fluorine atoms and silicon atoms of 0.8 or more.
【0038】さらに、基材と、該基材表面にゾルゲル法
により被覆された、酸化珪素を主成分としフルオロアル
キル基を含有する撥水性被膜からなる撥水性物品であっ
て、前記撥水性被膜の表面が算術平均粗さ(Ra)=
0.5nm以下、かつ十点平均粗さ(Rz)=5nm以
下の粗さを有することを特徴とする撥水性物品である。Further, there is provided a water repellent article comprising a base material and a water repellent coating having a fluoroalkyl group as a main component of silicon oxide, which is coated on the surface of the base material by a sol-gel method. Surface has arithmetic mean roughness (Ra) =
A water-repellent article having a roughness of 0.5 nm or less and a ten-point average roughness (Rz) of 5 nm or less.
【0039】基材と、該基材表面にゾルゲル法により被
覆された、酸化珪素を主成分としフルオロアルキル基を
含有する撥水性被膜からなる撥水性物品であって、前記
撥水性被膜の表面におけるフッ素濃度が、フッ素原子と
珪素原子との原子比で表して0.8以上である撥水性物
品である。A water-repellent article comprising a base material and a water-repellent coating film containing a fluoroalkyl group as a main component of silicon oxide, which is coated on the surface of the base material by a sol-gel method. The water-repellent article has a fluorine concentration of 0.8 or more in terms of the atomic ratio of fluorine atoms to silicon atoms.
【0040】さらにまた、上述した撥水性被膜形成用溶
液において、前記溶液は、酸および水分を、酸の濃度を
S(規定)で、水分の濃度をW(重量%)で表して、
0.001≦S≦3、0≦W≦20 で表される濃度で
それぞれ含有し、前記クロロシリル基含有化合物と前記
フルオロアルキル基含有シラン化合物の比率を、前記ク
ロロシリル基含有化合物中の珪素原子の数Si(Cl)とフ
ルオロアルキル基含有シラン化合物中の珪素原子の数S
i(F)で表して、Si(Cl):Si(F)=100:(0.0
5〜50)の比率で溶解している撥水性被膜形成用溶液
である。Furthermore, in the above-mentioned water-repellent film forming solution, the solution represents acid and water, the acid concentration is represented by S (normal) and the water concentration is represented by W (wt%),
0.001 ≦ S ≦ 3, 0 ≦ W ≦ 20, respectively, and the ratio of the chlorosilyl group-containing compound to the fluoroalkyl group-containing silane compound is set to the ratio of the silicon atom in the chlorosilyl group-containing compound. Number Si (Cl) and the number of silicon atoms in the fluoroalkyl group-containing silane compound S
Expressed by i (F), Si (Cl): Si (F) = 100: (0.0
It is a water-repellent film-forming solution that is dissolved at a ratio of 5 to 50).
【0041】前記酸の濃度と前記水分の濃度がそれぞ
れ、0.01≦S≦1、0≦W≦10であり、前記比率
が、Si(Cl):Si(F)=100:(0.05〜30)
である撥水性被膜形成用溶液である。The concentration of the acid and the concentration of the water are 0.01 ≦ S ≦ 1 and 0 ≦ W ≦ 10, respectively, and the ratio is Si (Cl): Si (F) = 100: (0. 05-30)
Is a solution for forming a water-repellent film.
【0042】前記酸の濃度と前記水分の濃度がそれぞ
れ、0.1≦S≦1、0≦W≦2であり、前記比率が、
Si(Cl):Si(F)=100:(0.05〜3)である
撥水性被膜形成用溶液である。The acid concentration and the water concentration are 0.1 ≦ S ≦ 1 and 0 ≦ W ≦ 2, respectively, and the ratio is
Si (Cl): Si (F) = 100: (0.05 to 3) A water-repellent film forming solution.
【0043】前記溶液は、前記クロロシリル基含有化合
物および前記フルオロアルキル基含有シラン化合物を、
それらの合計で0.01〜10重量%の濃度で、溶解す
る撥水性被膜形成用溶液である。The solution contains the chlorosilyl group-containing compound and the fluoroalkyl group-containing silane compound,
It is a water-repellent film-forming solution that dissolves at a total concentration of 0.01 to 10% by weight.
【0044】前記クロロシリル基含有化合物は、テトラ
クロロシランである撥水性被膜形成用溶液である。The chlorosilyl group-containing compound is a water-repellent film forming solution which is tetrachlorosilane.
【0045】前記フルオロアルキル基含有シラン化合物
は、フルオロアルキル基を含有し、かつアルコキシ基、
アシロキシ基、または塩素基を含有している撥水性被膜
形成用溶液である。The fluoroalkyl group-containing silane compound contains a fluoroalkyl group and has an alkoxy group,
A solution for forming a water-repellent film containing an acyloxy group or a chlorine group.
【0046】前記フルオロアルキル基含有シラン化合物
は、3−ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン
または3−ヘプタデカフルオロデシルトリクロロシラン
である撥水性被膜形成用溶液である。The fluoroalkyl group-containing silane compound is a water-repellent film forming solution which is 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane or 3-heptadecafluorodecyltrichlorosilane.
【0047】前記溶媒は、親水性溶媒である撥水性被膜
形成用溶液である。The solvent is a water-repellent film forming solution which is a hydrophilic solvent.
【0048】前記溶媒は、アルコール系溶媒である撥水
性被膜形成用溶液である。The solvent is a water-repellent film forming solution which is an alcohol solvent.
【0049】さらに前記溶液に酸を添加溶解している撥
水性被膜形成用溶液である。Further, a solution for forming a water-repellent film is obtained by adding and dissolving an acid to the above solution.
【0050】前記溶液は、該溶液の水分含有量の0.3
倍以上の濃度を有する酸を含んでいる撥水性被膜形成用
溶液である。The solution has a water content of 0.3 of the solution.
It is a solution for forming a water-repellent film, which contains an acid having a concentration more than double.
【0051】前記酸は、塩酸である撥水性被膜形成用溶
液である。The acid is a solution for forming a water-repellent film, which is hydrochloric acid.
【0052】前記溶液のpHは、0〜3である撥水性被
膜形成用溶液である。The solution has a pH of 0 to 3 for forming a water-repellent film.
【0053】以下に本発明に用いられる化合物、溶媒な
どについて、詳細に説明する。本発明に用いられるクロ
ロシリル基含有化合物とは、クロロシリル基(−SiC
lnX3-n、ここでnは1,2,または3である。Xは水
素、またはそれぞれ炭素数が1〜10のアルキル基、ア
ルコキシ基、またはアシロキシ基である)を分子内に少
なくとも1個有する化合物である。The compounds, solvents and the like used in the present invention will be described in detail below. The chlorosilyl group-containing compound used in the present invention means a chlorosilyl group (-SiC
l n X 3-n , where n is 1, 2, or 3. X is hydrogen, or a compound having at least one hydrogen atom, or an alkyl group, an alkoxy group, or an acyloxy group each having 1 to 10 carbon atoms in the molecule.
【0054】そのなかでも、少なくとも2個の塩素を有
する化合物が好ましく、シランSi nH2n+2( ここでn
は1〜5の整数)のなかの少なくとも2個の水素を塩素
で置換し、他の水素を必要に応じて前記アルキル基、ア
ルコキシ基、またはアシロキシ基で置換したクロロシラ
ン、およびその部分加水分解物、およびその縮重合物が
好ましい。Among them, at least two chlorine atoms are included.
The compound is preferably silane Si nH2n + 2(Where n
Is an integer of 1 to 5) and at least 2 hydrogens are chlorine.
With other hydrogen, if necessary, the other alkyl group,
Chlorosyl substituted with lucoxy or acyloxy groups
And its partial hydrolyzate and its polycondensate
preferable.
【0055】例えば、テトラクロロシラン SiC
l4、トリクロロシラン SiHCl3、トリクロロモノ
メチルシラン SiCH3Cl3、ジクロロシラン Si
H2Cl2、 およびCl−(SiCl2O)n−SiCl3
(nは1〜10の整数)等を挙げることができる。これ
らのなかから、単独でまたは複数を組み合わせて使用す
ることができる。最も好ましいクロロシリル基含有化合
物は、テトラクロロシランである。For example, tetrachlorosilane SiC
l 4 , trichlorosilane SiHCl 3 , trichloromonomethylsilane SiCH 3 Cl 3 , dichlorosilane Si
H 2 Cl 2, and Cl- (SiCl 2 O) n -SiCl 3
(N is an integer of 1 to 10) and the like. Among these, it is possible to use alone or in combination of two or more. The most preferred chlorosilyl group-containing compound is tetrachlorosilane.
【0056】また、本発明に用いられるフルオロアルキ
ル基含有のシラン化合物としては、フルオロアルキル基
を含有し、かつ、アルコキシ基、アシロキシ基、または
クロロ基を含有するシラン化合物を好ましく使用するこ
とができる。例えば、下記化学式(1)、(2)で示さ
れる化合物を挙げることができる。これらのなかから、
単独でまたは複数の化合物を組み合わせて使用すること
ができる。As the fluoroalkyl group-containing silane compound used in the present invention, a silane compound containing a fluoroalkyl group and containing an alkoxy group, an acyloxy group or a chloro group can be preferably used. . For example, compounds represented by the following chemical formulas (1) and (2) can be given. Of these,
A single compound or a combination of multiple compounds can be used.
【0057】[0057]
【化1】
CF3−(CF2)n−R−SiXpY3-p (1)
(ここで、nは0から12の整数、好ましくは3から1
2の整数、Rは炭素原子数2〜10の二価の有機基(例
えばメチレン基、エチレン基)、または珪素原子および
酸素原子を含む基、Xは炭素原子数1〜4の一価炭化水
素基(例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリル
基)もしくはこれらの誘導体から選ばれる置換基、また
は水素、pは0、1または2、Yは炭素原子数が1〜4
のアルコキシ基又はアシロキシ基)Embedded image CF 3 — (CF 2 ) n —R—SiX p Y 3−p (1) (where n is an integer of 0 to 12, preferably 3 to 1)
An integer of 2, R is a divalent organic group having 2 to 10 carbon atoms (for example, a methylene group, an ethylene group), or a group containing a silicon atom and an oxygen atom, and X is a monovalent hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms. A group (for example, an alkyl group, a cycloalkyl group, an allyl group) or a substituent selected from these derivatives, or hydrogen, p is 0, 1 or 2, and Y is a carbon atom having 1 to 4 carbon atoms.
Alkoxy group or acyloxy group)
【0058】[0058]
【化2】
CF3−(CF2)n−R−SiXpCl3-p (2)
(ここで、nは0から12の整数、好ましくは3から1
2の整数、Rはメチレン基、エチレン基、または珪素原
子および酸素原子を含む基、XはHまたはアルキル基、
シクロアルキル基、アリル基またはこれらの誘導体から
選ばれる置換基、pは、0、1または2)Embedded image CF 3 — (CF 2 ) n —R—SiX p Cl 3−p (2) (where n is an integer of 0 to 12, preferably 3 to 1)
An integer of 2, R is a methylene group, an ethylene group, or a group containing a silicon atom and an oxygen atom, X is H or an alkyl group,
Substituent selected from cycloalkyl group, allyl group or derivatives thereof, p is 0, 1 or 2)
【0059】前記化学式(1)の化合物の例としては、
以下のものが挙げられる。Examples of the compound represented by the chemical formula (1) include:
The following are listed.
【化3】CF3CH2CH2Si(OCH3)3 Embedded image CF 3 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3
【化4】 [Chemical 4]
【化5】C8F17CH2CH2Si(OCH3)3 Embedded image C 8 F 17 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3
【化6】 [Chemical 6]
【化7】C8F17CH2CH2Si(OC2H5)3 Embedded image C 8 F 17 CH 2 CH 2 Si (OC 2 H 5 ) 3
【化8】C8F17CH2CH2Si(OC(CO)CH3)
3 Embedded image C 8 F 17 CH 2 CH 2 Si (OC (CO) CH 3 )
3
【化9】 [Chemical 9]
【0060】これらのなかでは、C8F17CH2CH2S
i(OCH3)3 (3−ヘプタデカフルオロデシルトリ
メトキシシラン )およびC8F17CH2CH2Si(CH
3)(OCH3)2が特に好ましい。Among these, C 8 F 17 CH 2 CH 2 S
i (OCH 3) 3 (3- heptadecafluorodecyltrimethoxysilane) and C 8 F 17 CH 2 CH 2 Si (CH
3 ) (OCH 3 ) 2 is particularly preferred.
【0061】また、前記化学式(2)の化合物の例とし
ては、以下のものが挙げられる。Further, examples of the compound represented by the chemical formula (2) include the following.
【化10】CF3CH2CH2SiCl3 Embedded image CF 3 CH 2 CH 2 SiCl 3
【化11】 [Chemical 11]
【化12】C8F17CH2CH2SiCl3 Embedded image C 8 F 17 CH 2 CH 2 SiCl 3
【化13】 [Chemical 13]
【0062】これらのなかでは、C8F17CH2CH2S
iCl3 (3−ヘプタデカフルオロデシルトリクロロ
シラン)、およびC8F17CH2CH2Si(CH3)Cl
2が特に好ましい。Among these, C 8 F 17 CH 2 CH 2 S
iCl 3 (3-heptadecafluorodecyltrichlorosilane), and C 8 F 17 CH 2 CH 2 Si (CH 3 ) Cl
2 is particularly preferred.
【0063】つぎに溶媒について説明する。溶媒として
は、クロロシリル基含有化合物のクロロ基を、アルコキ
シル基または水酸基に置換し脱塩化水素反応を起こしう
る、アルコールおよび/または水分を含む溶媒が用いら
れる。例えば、アルコール系の親水性溶媒、ケトン系の
親水性溶媒などが好ましく用いられる。Next, the solvent will be described. As the solvent, a solvent containing an alcohol and / or water, which can substitute a chloro group of a chlorosilyl group-containing compound with an alkoxyl group or a hydroxyl group to cause a dehydrochlorination reaction, is used. For example, alcohol-based hydrophilic solvents and ketone-based hydrophilic solvents are preferably used.
【0064】そのなかでもアルコール系、例えばメタノ
ール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノー
ルのような炭素数が3以下の鎖式飽和1価アルコール
は、常温における蒸発速度が大きいので、さらに好まし
く用いられる。Among them, alcohol type, for example, chain saturated monohydric alcohols having 3 or less carbon atoms such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol are more preferably used since they have a high evaporation rate at room temperature. .
【0065】ケトン系の親水性溶媒としては、アセトン
やメチルエチルケトンなどを挙げることができる。Examples of the ketone-based hydrophilic solvent include acetone and methyl ethyl ketone.
【0066】なお溶媒には、前記脱塩化水素反応を起こ
しうるに必要な水分を含む溶媒であれば、必ずしもアル
コールを含む必要はない。さらに溶媒は、親水性溶媒の
みで構成される必要はなく、炭化水素系やフッ素系等の
非水系溶媒を含んでいてもかまわない。The solvent does not necessarily need to contain alcohol as long as the solvent contains water necessary for causing the dehydrochlorination reaction. Furthermore, the solvent does not have to be composed of only a hydrophilic solvent, and may include a non-aqueous solvent such as a hydrocarbon-based solvent or a fluorine-based solvent.
【0067】製法発明においては、前記クロロシリル基
含有化合物、フルオロアルキル基含有シラン化合物を親
水性溶媒に溶解した溶液を基材、例えばガラス基板の表
面に塗布する。そのときに、基材表面の−OH基と、塗
布された膜中のフルオロアルキル基含有シラン化合物、
クロロシリル基含有化合物および親水性溶媒の間で、種
々の化学反応が起こる。In the production method invention, a solution of the chlorosilyl group-containing compound and the fluoroalkyl group-containing silane compound dissolved in a hydrophilic solvent is applied to the surface of a substrate such as a glass substrate. At that time, the -OH group on the surface of the substrate and the fluoroalkyl group-containing silane compound in the applied film,
Various chemical reactions occur between the chlorosilyl group-containing compound and the hydrophilic solvent.
【0068】すなわち、以下に詳述するように、クロロ
シリル基は溶液内において、その調合中、貯蔵中および
成膜中に反応して、シロキサン結合(−Si−O−Si
−)に変化する。その変化したシロキサン結合の一部が
フルオロアルキル基含有のシラン化合物と、他の一部が
基板表面とそれぞれシロキサン結合を形成する。That is, as described in detail below, the chlorosilyl group reacts in the solution, during the preparation, during the storage, and during the film formation to form a siloxane bond (--Si--O--Si).
-). A part of the changed siloxane bond forms a siloxane bond with the fluoroalkyl group-containing silane compound, and another part forms a siloxane bond with the substrate surface.
【0069】例えば、溶媒としてアルコール系溶媒を使
用した場合、溶液中のクロロシリル基含有化合物は、式
(14)に示すように、アルコール系溶媒と脱塩化水素
反応により、アルコキシドを形成する。また、クロロシ
リル基含有化合物は、アルコール系溶媒中や雰囲気中に
微量含まれる水分によって、加水分解反応を起こし、式
(15)に示すように、塩化水素がとれる(脱塩化水素
反応)。このときに、シラノール(・・Si−OH)が生
成される。なお、式中のRはアルキル基である。For example, when an alcohol solvent is used as the solvent, the chlorosilyl group-containing compound in the solution forms an alkoxide by the dehydrochlorination reaction with the alcohol solvent as shown in the formula (14). In addition, the chlorosilyl group-containing compound causes a hydrolysis reaction due to a small amount of water contained in the alcohol solvent or the atmosphere, and hydrogen chloride can be removed (dehydrochlorination reaction) as shown in formula (15). At this time, silanol (..Si-OH) is generated. R in the formula is an alkyl group.
【0070】[0070]
【化14】 (・・Si−Cl)+(ROH)→(・・Si−OR)+(HCl) (14)[Chemical 14] (·· Si—Cl) + (ROH) → (·· Si—OR) + (HCl) (14)
【化15】 (・・Si−Cl)+(H2O)→(・・Si−OH)+(HCl) (15)Embedded image (·· Si—Cl) + (H 2 O) → (·· Si—OH) + (HCl) (15)
【0071】アルコール溶媒中で、式(14)、式(1
5)により生成した塩酸は、式(16)の反応の触媒と
して作用し、(・・Si−OR)の一部はさらにシラノー
ルを生成する。In an alcohol solvent, formula (14) and formula (1
The hydrochloric acid produced in 5) acts as a catalyst for the reaction of formula (16), and a part of (..Si-OR) further produces silanol.
【化16】 (・・Si−OR)+(H2O)→(・・Si−OH)+(ROH) (16)Embedded image (•• Si—OR) + (H 2 O) → (•• Si—OH) + (ROH) (16)
【0072】そして、式(15)および式(16)で生
成されたシラノールの一部は、式(17)のように反応
して、シロキサン結合(−Si−O−Si−)形成をす
る。また生成されたシラノールのある一部は、式(1
8)に示すように脱水縮合反応して、やはりシロキサン
結合を形成する。Then, a part of the silanol produced by the formulas (15) and (16) reacts as shown by the formula (17) to form a siloxane bond (-Si-O-Si-). Also, some of the silanols produced are of formula (1
As shown in 8), a dehydration condensation reaction is performed to form a siloxane bond.
【0073】[0073]
【化17】 (・・Si−Cl)+(・・Si−OH)→(・・Si−O−Si・・)+(HCl) (17)[Chemical 17] (·· Si—Cl) + (·· Si—OH) → (·· Si—O—Si ··) + (HCl) (17)
【化18】 (・・Si−OH)+(・・Si−OH)→(・・Si−O−Si・・)+(H2O) (18)(•• Si—OH) + (•• Si—OH) → (•• Si—O—Si ••) + (H 2 O) (18)
【0074】クロロシリル基含有化合物のクロロ基の反
応性は極めて高い。このため、アルコール溶媒中のクロ
ロシリル基含有化合物は、クロロ基のほとんどが反応し
て、(・・Si−OR)、(・・Si−OH)、(・・Si−
O−Si・・)、(HCl)に変化している。つまり、上
述の溶液では、アルコール溶媒中にシリコンアルコキシ
ドまたはその加水分解物、フルオロアルキル基含有シラ
ン化合物のほかに、塩酸も含有していることになる。ま
た、溶媒がアルコール系以外の親水性溶媒の場合でも、
前記クロロ基は親水性溶媒中に不可避的に含まれる水分
と反応して、式(15)、式(18)のように(・・Si
−OH)、(・・Si−O−Si・・)、(HCl)に変化
する。The reactivity of the chloro group of the chlorosilyl group-containing compound is extremely high. Therefore, in the chlorosilyl group-containing compound in the alcohol solvent, most of the chloro groups react with each other, resulting in (..Si-OR), (..Si-OH), (..Si-
O-Si ..) and (HCl). That is, the above-mentioned solution contains hydrochloric acid in addition to the silicon alkoxide or its hydrolyzate and the fluoroalkyl group-containing silane compound in the alcohol solvent. Also, when the solvent is a hydrophilic solvent other than alcohol,
The chloro group reacts with the water contained inevitably in the hydrophilic solvent, and as shown in formulas (15) and (18), (..Si
--OH), (..Si--O--Si ..), and (HCl).
【0075】したがって、反応性の極めて高いクロロ基
は、ほとんど残存しないことになるので、溶液のポット
ライフを長くすることができる。さらにまた、作業中の
雰囲気の湿度の影響も受けにくくなるので、その管理も
容易となる。Therefore, the highly reactive chloro group hardly remains, so that the pot life of the solution can be extended. Furthermore, since the influence of the humidity of the atmosphere during the work is less likely to occur, the management thereof becomes easy.
【0076】ところで前記溶液中において、式(16)
の加水分解反応を起こすかどうかと、式(18)に示す
ような脱水縮合反応を起こすかどうかは、前記溶液の酸
濃度、前記シリコンアルコキシドまたはその加水分解物
の濃度、含まれる水分量によって大きく左右される。By the way, in the above solution, the formula (16)
Whether or not the hydrolysis reaction of (1) and the dehydration condensation reaction as shown in formula (18) are caused depend on the acid concentration of the solution, the concentration of the silicon alkoxide or its hydrolyzate, and the amount of water contained. It depends.
【0077】製法発明と溶液発明においては、溶液中の
シリコンアルコキシドを、上述した脱水縮合反応を抑制
し、極力単量体のままあるいは重合度の低いまま保持す
ることを特徴の1つとしている。この溶液を基板表面に
塗布、乾燥する時に、急激に式(16)および式(1
8)の反応を起こさせて、シロキサン結合を形成させる
ため、常温で緻密な被膜を形成することを可能にした。One of the features of the production method and the solution invention is that the silicon alkoxide in the solution is suppressed as the above-mentioned dehydration-condensation reaction and is kept as a monomer or a polymerization degree as low as possible. When this solution is applied to the surface of the substrate and dried, the formula (16) and the formula (1
Since the reaction of 8) is caused to form a siloxane bond, it is possible to form a dense film at room temperature.
【0078】したがって、製法発明と溶液発明におい
て、溶液中のシリコンアルコキシドまたはその加水分解
物は、単量体または19量体以下の重合体であることが
望ましい。しかし、単量体、加水分解物、および19量
体以下の重合体の合計の割合が、シリコンアルコキシド
全体に対して80重量%以上であれば、20量体以上の
重合体が含まれていてもかまわない。Therefore, in the production method and the solution invention, it is desirable that the silicon alkoxide or its hydrolyzate in the solution is a monomer or a polymer of 19-mer or less. However, if the total ratio of the monomer, the hydrolyzate, and the polymer of 19-mer or less is 80% by weight or more based on the whole silicon alkoxide, the polymer of 20-mer or more is included. I don't care.
【0079】溶液中の酸について説明する。例えば、ア
ルコール溶媒中にテトラクロロシランを1重量%溶解さ
せた場合、式(14)の反応で塩酸が生成される。溶液
中の酸濃度は約0.2規定となり、また溶液のpHは約
0.7となる。したがって、アルコール溶媒を用いる
と、上述のように塩酸が生成されるので、特に酸を添加
溶解しなくてもよい。The acid in the solution will be described. For example, when 1% by weight of tetrachlorosilane is dissolved in an alcohol solvent, hydrochloric acid is produced by the reaction of formula (14). The acid concentration in the solution becomes about 0.2 N, and the pH of the solution becomes about 0.7. Therefore, when an alcohol solvent is used, hydrochloric acid is produced as described above, and therefore it is not particularly necessary to add and dissolve an acid.
【0080】この塩酸は、その濃度を0.001〜3規
定に保つと、溶液のpHは0〜3となって、式(16)
および式(18)の反応が起こり難くなる。その結果、
シリコンアルコキシドおよびその加水分解物の状態で、
溶液を長時間安定に保持することができる。When this hydrochloric acid is kept at a concentration of 0.001 to 3 N, the pH of the solution becomes 0 to 3 and the formula (16)
And the reaction of formula (18) becomes difficult to occur. as a result,
In the state of silicon alkoxide and its hydrolyzate,
The solution can be stably maintained for a long time.
【0081】また、溶液中の酸触媒の濃度が0.001
規定未満あるいは3規定を越えると、液中のシリコンア
ルコキシドの部分加水分解物の縮合反応が起こりやすく
なり、溶液のポットライフが短くなる。しかも、溶液塗
布後の被膜の乾燥過程で、酸は揮発して膜外へ出ていく
ため、酸濃度はある程度高い状態が維持されることが必
要である。The concentration of the acid catalyst in the solution was 0.001.
If it is less than the specified value or exceeds the specified value, the condensation reaction of the partial hydrolyzate of the silicon alkoxide in the solution is likely to occur, and the pot life of the solution is shortened. In addition, since the acid volatilizes and goes out of the film in the process of drying the coating film after applying the solution, it is necessary to maintain the acid concentration at a high level to some extent.
【0082】したがって酸濃度の下限値は、0.001
規定以上を必須とし、0.01規定以上がより好まし
く、0.1規定以上がさらに好ましい。一方、酸濃度の
上限値は、3規定以下を必須とし、1規定以下がより好
ましい。なお、前記縮合反応が進行する前に塗布するの
であれば、前記範囲を超えてもかまわない。Therefore, the lower limit of the acid concentration is 0.001
The stipulation is essentially required, 0.01 s or more is more preferable, and 0.1 s or more is further preferable. On the other hand, the upper limit of the acid concentration is essentially 3 N or less, and more preferably 1 N or less. It should be noted that the above range may be exceeded if it is applied before the condensation reaction proceeds.
【0083】もし、溶解するクロロシリル基含有化合物
の量が少ない等の理由で、溶液中の酸の濃度が低い場合
は、別途酸を添加溶解して、溶液中の酸の濃度を調整す
ることが望ましい。If the concentration of the acid in the solution is low due to a small amount of the chlorosilyl group-containing compound to be dissolved, it is possible to adjust the concentration of the acid in the solution by separately adding and dissolving the acid. desirable.
【0084】別途酸を添加溶解する場合は、水分含有量
の0.3倍以上の濃度を有する酸を使用することが望ま
しい。もし、使用する酸が水分含有量の0.3倍未満の
低濃度の酸である場合には、前記溶液のpHを3以下に
保つことが困難となるからである。すなわち、水溶液の
状態の酸を使用するときは、23.1%以上の濃度を有
する高濃度の酸である必要がある。When another acid is added and dissolved, it is desirable to use an acid having a concentration of 0.3 times or more the water content. This is because if the acid used is a low concentration acid having a water content of less than 0.3 times, it will be difficult to maintain the pH of the solution at 3 or less. That is, when the acid in the form of an aqueous solution is used, it must be a highly concentrated acid having a concentration of 23.1% or more.
【0085】また、酸をエタノール溶媒に添加溶解した
状態で使用するときには、エタノールが例えば0.5重
量%の水分を含有しているとすれば、溶液中の酸の濃度
は0.15重量%以上である必要がある。When the acid is used by being added and dissolved in the ethanol solvent, and the ethanol contains, for example, 0.5% by weight of water, the concentration of the acid in the solution is 0.15% by weight. It must be above.
【0086】なお酸を添加する場合、その種類として
は、常温の乾燥で揮発して膜中に残らないという観点か
ら、塩酸、弗酸、硝酸、酢酸等の揮発性の酸が好まし
い。なかでも、高い揮発性を有し、取り扱う際にも比較
的安全な、塩酸が特に好ましい。When an acid is added, the kind is preferably a volatile acid such as hydrochloric acid, hydrofluoric acid, nitric acid or acetic acid from the viewpoint that it is volatilized by drying at room temperature and does not remain in the film. Among them, hydrochloric acid is particularly preferable because it has high volatility and is relatively safe to handle.
【0087】また、溶液中のシリコンアルコキシドまた
はその加水分解物および縮合物の濃度については、でき
るだけ低いほうが、式(16)および式(18)の反応
を起こりにくくすることができる。このため、クロロシ
リル基含有化合物およびフルオロアルキル基含有化合物
は、それらの合計で10重量%以下であることが望まし
い。Further, the lower the concentration of the silicon alkoxide or its hydrolyzate and condensate in the solution, the less likely the reactions of the formulas (16) and (18) occur. Therefore, the total content of the chlorosilyl group-containing compound and the fluoroalkyl group-containing compound is preferably 10% by weight or less.
【0088】さらに塗布、乾燥後の撥水性被膜の膜厚
を、5nm以上200nm以下とすると、前記被膜の耐
久性を向上させることができる。このため、クロロシリ
ル基含有化合物およびフルオロアルキル基含有化合物の
合計の濃度は、コーティング方法によっても異なるが、
0.01重量%以上10重量%以下が適当である。な
お、縮合反応が進行する前に塗布すれば、前記範囲を超
えてもかまわない。Further, when the water-repellent coating after coating and drying has a thickness of 5 nm or more and 200 nm or less, the durability of the coating can be improved. Therefore, the total concentration of the chlorosilyl group-containing compound and the fluoroalkyl group-containing compound varies depending on the coating method,
The appropriate amount is 0.01% by weight or more and 10% by weight or less. If the coating is applied before the condensation reaction proceeds, the above range may be exceeded.
【0089】もし、クロロシリル基含有化合物およびフ
ルオロアルキル基含有化合物の合計の濃度が0.01重
量%よりも低いと、塗布、乾燥後の撥水性被膜の膜厚
は、コーティング方法によっても異なるが、5nmより
も薄くなる。その結果、基材にアルカリ成分を含む場
合、該アルカリ成分の拡散を防止する能力が殆どなくな
り、被膜の耐久性が劣ることになる。If the total concentration of the chlorosilyl group-containing compound and the fluoroalkyl group-containing compound is lower than 0.01% by weight, the film thickness of the water-repellent coating after coating and drying will vary depending on the coating method. It becomes thinner than 5 nm. As a result, when the base material contains an alkaline component, the ability to prevent the diffusion of the alkaline component is almost lost, and the durability of the film is deteriorated.
【0090】一方10重量%よりも濃度が高いと、前記
膜厚はコーティング方法によっても異なるが、200n
m以上となる。この場合、撥水性被膜に傷がつき易くな
り、強固な被膜を得ることができなくなる。On the other hand, when the concentration is higher than 10% by weight, the above-mentioned film thickness varies depending on the coating method.
m or more. In this case, the water-repellent coating is likely to be scratched, and a strong coating cannot be obtained.
【0091】さらにまた、光干渉による好ましくない着
色を生じないように、前記濃度は0.1重量%以上5重
量%以下がさらに好ましい。前記被膜の膜厚でいうと、
10nm以上100nm以下がさらに好ましい。Further, the concentration is more preferably 0.1% by weight or more and 5% by weight or less so as not to cause undesired coloring due to light interference. In terms of the film thickness of the film,
It is more preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
【0092】溶液中の水分量については、低いほど式
(16)および式(18)の反応が起こり難い。他方、
溶液中に多量の水が存在すると、溶液中でシリコンアル
コキシドの部分加水分解物の加水分解反応が促進され、
かつ脱水縮合反応が起こりやすくなる。このため、溶液
のポットライフが短くなり、また、溶液の塗布後の乾燥
の際に膜厚のムラが生じやすくなる。Regarding the water content in the solution, the lower the water content, the less likely the reactions of the equations (16) and (18) occur. On the other hand,
The presence of a large amount of water in the solution accelerates the hydrolysis reaction of the partial hydrolyzate of the silicon alkoxide in the solution,
Moreover, the dehydration condensation reaction easily occurs. For this reason, the pot life of the solution is shortened, and unevenness in the film thickness is likely to occur during drying after the application of the solution.
【0093】したがって、溶液のポットライフを長く
し、塗布後の乾燥の際の膜厚のムラをなくするために
は、溶液中の水分の濃度はできるだけ小さい方が好まし
い。ゆえに、溶液中の水分の濃度は0〜20重量%であ
ることが好ましく、0〜10重量%であることがさらに
好ましく、0〜2重量%であることが最も好ましい。Therefore, in order to prolong the pot life of the solution and to eliminate the unevenness of the film thickness during the drying after coating, it is preferable that the concentration of water in the solution is as small as possible. Therefore, the concentration of water in the solution is preferably 0 to 20% by weight, more preferably 0 to 10% by weight, and most preferably 0 to 2% by weight.
【0094】このように溶液中の水分の濃度を維持調整
することにより、式(16)および式(18)の反応を
起こりにくくすることができる。By maintaining and adjusting the concentration of water in the solution as described above, the reactions of the formulas (16) and (18) can be made difficult to occur.
【0095】また例え、溶液中の水分の濃度がゼロであ
っても、基材に塗布された後の塗布膜には空気中の水分
が吸収されるので、加水分解反応が阻害されることはな
い。Further, even if the concentration of water in the solution is zero, since the water in the air is absorbed by the coating film after being coated on the substrate, the hydrolysis reaction is not hindered. Absent.
【0096】なお、親水性溶媒の場合、例えばアルコー
ル溶媒には通常、空気中の水分を吸収するなどして、若
干の水分が不可避的に含まれている。その結果、前記溶
液中の水分の濃度は0.1重量%以上となるので、特に
水分を添加しなくてもよい場合がある。In the case of a hydrophilic solvent, for example, an alcohol solvent usually inevitably contains some water, for example, by absorbing water in the air. As a result, the concentration of water in the solution becomes 0.1% by weight or more, so that it may not be necessary to add water.
【0097】前記溶液を基材に塗布すると、形成された
被膜中の溶媒が蒸発して、シリコンアルコキシドまたは
その加水分解物の塗膜中濃度が急に高くなり、それまで
抑制されていた加水分解反応および脱水縮合反応(上記
19量体以下の重合体のさらなる縮重合反応を含む)
が、急激に起こる。つまり、シロキサン結合(・・Si−
O−Si・・)が前記被膜中に多数生成される。その結
果、基材表面と撥水膜との間の結合が強固である、酸化
珪素を主成分とする被膜を形成することができる。When the above-mentioned solution is applied to the substrate, the solvent in the formed film evaporates, and the concentration of the silicon alkoxide or its hydrolyzate in the film suddenly rises. Reaction and dehydration condensation reaction (including further polycondensation reaction of the above-mentioned 19-mer or less polymer)
But it happens suddenly. That is, a siloxane bond (... Si-
A large number of O-Si ..) are formed in the film. As a result, it is possible to form a film containing silicon oxide as a main component, in which the bond between the surface of the base material and the water-repellent film is strong.
【0098】上述したように製法発明によると、被膜形
成時における加水分解および脱水縮合の反応性が非常に
高いので、室温でも十分に反応し、非常に緻密な被膜が
形成される。このため通常の用途では、その後に焼成工
程を必要としない。As described above, according to the production method of the present invention, the reactivity of hydrolysis and dehydration condensation at the time of forming a film is very high, so that the reaction is sufficient even at room temperature to form a very dense film. For this reason, the usual application does not require a subsequent firing step.
【0099】つぎに、フルオロアルキル基の配向に関し
て述べる。溶液中におけるフルオロアルキル基含有シラ
ン化合物中のアルコキシ基(またはアシロキシ基、塩素
基)は、上述のシリコンアルコキシドとほぼ同じ反応が
進行する。ところで、フルオロアルキル基の表面エネル
ギーが低いために、溶液を塗布すると、自然にフルオロ
アルキルシラン成分が、形成された被膜の外側に移動
し、フルオロアルキル基部分が被膜の外側に向かうよう
に、規則的にフルオロアルキル基含有シラン化合物が配
向することになる。Next, the orientation of the fluoroalkyl group will be described. Alkoxy groups (or acyloxy groups, chlorine groups) in the fluoroalkyl group-containing silane compound in the solution undergo almost the same reaction as the above-mentioned silicon alkoxide. By the way, since the surface energy of the fluoroalkyl group is low, when the solution is applied, the fluoroalkylsilane component naturally moves to the outside of the formed film, and the fluoroalkyl group portion is directed to the outside of the film. Thus, the fluoroalkyl group-containing silane compound is oriented.
【0100】そして被膜の外側表面層では、被膜の内層
に比して、フルオロアルキル基が高い濃度で存在するこ
とになる。前記被膜の乾燥が進行していくと、フルオロ
アルキル基含有シラン化合物がその配向を保ったままの
状態で、シリコンアルコキシドのアルコキシ基と、フル
オロアルキル基含有シラン化合物中のアルコキシ基(ま
たはアシロキシ基、塩素基)は、式(16)、式(1
8)に示した反応が進行していく。さらに、フルオロア
ルキル基含有シラン化合物が、シリコンアルコキシドと
シロキサン結合を介して強く結合し、最終的にフルオロ
アルキルシラン変性シラノールポリマーのゲル層を形成
する。In the outer surface layer of the coating, the fluoroalkyl group is present in a higher concentration than in the inner layer of the coating. As the drying of the coating progresses, the fluoroalkyl group-containing silane compound remains in its orientation, the alkoxy group of the silicon alkoxide, and the alkoxy group (or the acyloxy group in the fluoroalkyl group-containing silane compound, The chlorine group is represented by the formula (16) and the formula (1
The reaction shown in 8) proceeds. Further, the fluoroalkyl group-containing silane compound is strongly bonded to the silicon alkoxide via the siloxane bond, and finally forms a gel layer of the fluoroalkylsilane-modified silanol polymer.
【0101】形成された被膜の乾燥が進んでいくと、基
板上には強固に結合した酸化珪素を主成分とする層が形
成され、その酸化珪素層の上にフルオロアルキル基が、
高い密度でしかも規則的に配向した状態で結合される。As the formed film was dried, a layer having silicon oxide as a main component strongly bonded was formed on the substrate, and a fluoroalkyl group was formed on the silicon oxide layer.
They are bonded at a high density and in a regularly oriented state.
【0102】製法発明において、前記フルオロアルキル
基含有シラン化合物は、溶媒中にシリコンアルコキシド
と共存することで、溶液中および被膜形成時に式(1
6)、式(18)のような反応を経て、シリコンアルコ
キシドとシロキサン結合を形成し、被膜形成時に撥水基
であるフルオロアルキル基が、被膜の外側に向かうよう
に配向されることにより撥水膜が形成される。In the production method invention, the fluoroalkyl group-containing silane compound is allowed to coexist with a silicon alkoxide in a solvent so that the compound represented by the formula (1)
6), a siloxane bond is formed with a silicon alkoxide through the reaction of formula (18), and the fluoroalkyl group, which is a water-repellent group at the time of film formation, is oriented so as to face the outside of the film. A film is formed.
【0103】製法発明では、被膜形成時の反応性を上げ
るために、溶液の酸濃度を高くしている。このため、室
温で被膜形成可能でありながら、非常に緻密な膜の形成
が可能である。また、式(16)および式(18)の反
応、すなわち、シリコンアルコキシドの珪素同士がシロ
キサン結合を形成する反応、および基板表面の珪素とシ
リコンアルコキシド中の珪素がシロキサン結合を形成す
る反応は、フルオロアルキル基含有のシラン化合物が、
シリコンアルコキシドとシロキサン結合を形成する反応
よりも起こり易く、結果として被膜の最表面にフルオロ
アルキル基が集まり易くなる。したがって、被膜の最表
面の撥水基密度が高い、撥水性被膜となる。In the production method invention, the acid concentration of the solution is increased in order to increase the reactivity during film formation. Therefore, it is possible to form a very dense film while forming a film at room temperature. Further, the reactions of the formulas (16) and (18), that is, the reaction in which the silicons of the silicon alkoxide form a siloxane bond, and the reaction between the silicon on the substrate surface and the silicon in the silicon alkoxide form a siloxane bond, The alkyl group-containing silane compound is
The reaction is more likely to occur than the reaction of forming a siloxane bond with a silicon alkoxide, and as a result, fluoroalkyl groups are likely to collect on the outermost surface of the coating. Therefore, the water-repellent coating has a high water-repellent group density on the outermost surface of the coating.
【0104】前記溶液中のクロロシリル基含有化合物に
対する、フルオロアルキル基含有シラン化合物の含有量
が小さすぎると撥水膜の撥水性能は低下し、また多すぎ
ると撥水性被膜の耐久性能が低下する。したがって前記
溶液は、前記クロロシリル基含有化合物と前記フルオロ
アルキル基含有シラン化合物の比率を、前記クロロシリ
ル基含有化合物中の珪素原子の数Si(Cl)とフルオロア
ルキル基含有シラン化合物中の珪素原子の数Si(F)で
表して、Si(Cl)100に対し、Si(F)が0.05以
上で50.0以下の比率で含有することが好ましく、
0.05以上30以下がさらに好ましく、0.05以上
3以下が最も好ましい。If the content of the fluoroalkyl group-containing silane compound with respect to the chlorosilyl group-containing compound in the solution is too small, the water repellent performance of the water repellent film is lowered, and if it is too large, the durability of the water repellent coating film is lowered. . Therefore, the solution, the ratio of the chlorosilyl group-containing compound and the fluoroalkyl group-containing silane compound, the number of silicon atoms in the chlorosilyl group-containing compound Si (Cl) and the number of silicon atoms in the fluoroalkyl group-containing silane compound Expressed as Si (F), it is preferable that Si (F) is contained in a ratio of 0.05 or more and 50.0 or less with respect to 100 of Si (Cl).
It is more preferably 0.05 or more and 30 or less, and most preferably 0.05 or more and 3 or less.
【0105】なお上述した溶液中で、加水分解、縮重合
反応を進めた場合には、緻密な被膜は得られない。被膜
を緻密にするためには、250℃、1時間程度以上の焼
成工程が必要となる。この焼成時における温度上昇によ
り、基板中のアルカリ成分が膜中に拡散して、フルオロ
アルキル基の撥水作用を阻害する傾向がある。しかし、
本発明により得られた被膜は、十分な緻密性を有してお
り、基本的に焼成工程は不要である。If the hydrolysis or polycondensation reaction proceeds in the above solution, a dense film cannot be obtained. In order to make the coating dense, a firing process at 250 ° C. for about 1 hour or more is required. Due to the temperature rise during the baking, the alkaline component in the substrate tends to diffuse into the film and hinder the water-repellent action of the fluoroalkyl group. But,
The coating film obtained by the present invention has sufficient denseness and basically does not require a firing step.
【0106】さらに、本製法発明では、撥水膜の緻密性
をさらに高くする目的で、前記撥水性被膜形成用溶液を
基材表面に塗布し、室温または150℃以下の温度で乾
燥した後、または乾燥せずに、その温度よりも高く30
0℃以下の温度で焼成することも可能である。この場
合、焼成前の被膜は十分に緻密であるので、アルカリ成
分が被膜中に拡散し、被膜の耐久性に悪影響を及ぼすこ
とは少ない。Further, in the present invention, in order to further increase the denseness of the water-repellent film, the water-repellent film-forming solution is applied to the surface of the substrate and dried at room temperature or 150 ° C. or lower, Or higher than that temperature without drying 30
It is also possible to fire at a temperature of 0 ° C. or lower. In this case, since the coating film before firing is sufficiently dense, the alkali component is unlikely to diffuse into the coating film and adversely affect the durability of the coating film.
【0107】また、本発明で得られた撥水性物品の撥水
性被膜は、その表面の平滑性が非常に優れているという
特徴を有する。前記撥水性被膜の表面粗さ特性は、算術
平均粗さ(Ra)=0.5nm以下、かつ十点平均粗さ
(Rz)=5nm以下である。なお、この表面粗さ特性
Ra、Rzは、二次元で定義されるJIS B 060
1−1982を三次元に拡張した方法により測定するこ
とができる。Further, the water-repellent coating of the water-repellent article obtained by the present invention is characterized in that its surface is very smooth. The surface roughness characteristics of the water-repellent coating are arithmetic average roughness (Ra) = 0.5 nm or less and ten-point average roughness (Rz) = 5 nm or less. The surface roughness characteristics Ra and Rz are defined by two-dimensional JIS B 060.
It can be measured by a method in which 1-1982 is expanded in three dimensions.
【0108】前記撥水性被膜が、優れた水滴の転がり性
と耐擦傷性を有する理由の1つとしては、上述した表面
の平滑性によると考えられる。そしてこの平滑性が得ら
れる理由は、以下のようである。前記溶液内において、
シリコンアルコキシドおよびフルオロアルキル基含有シ
ラン化合物、特にシリコンアルコキシドが、単量体(加
水分解物を含む)または19量体以下の重合体で存在す
るので、溶媒に対して均一に溶解させることが可能とな
る。したがって、前記溶液を基材表面に塗布すれば、均
一な膜厚の状態とすることができる。One of the reasons why the water-repellent coating has excellent water droplet rolling property and scratch resistance is considered to be the above-mentioned surface smoothness. The reason why this smoothness is obtained is as follows. In the solution,
Since the silicon alkoxide and the fluoroalkyl group-containing silane compound, especially the silicon alkoxide, exist as a monomer (including a hydrolyzate) or a polymer of 19-mer or less, it is possible to uniformly dissolve the solvent. Become. Therefore, a uniform film thickness can be obtained by applying the solution onto the surface of the base material.
【0109】さらに塗布された被膜で乾燥が進むと、均
一な膜厚の状態のままで、膜形成反応が短い時間で急速
に進行するので、結果として平滑性に優れた被膜が形成
されることになる。When the applied film is further dried, the film-forming reaction rapidly progresses in a short time while maintaining a uniform film thickness. As a result, a film having excellent smoothness is formed. become.
【0110】さらに、本製法発明では、成膜時に自然に
撥水基を配向させるため、従来のように後から化学吸着
や手塗り等で撥水処理するよりも、配向性の良い撥水層
を形成することができると考えられる。したがって本発
明によれば、撥水性被膜表面の撥水基密度が高く、撥水
基の配向性も優れ、さらに表面の平滑性の効果が合わさ
って、優れた水滴の転がり性および耐候性、耐擦傷性が
得られる。Further, in the present invention, since the water-repellent group is naturally oriented at the time of film formation, the water-repellent layer having a better orientation than the conventional water-repellent treatment such as chemical adsorption or hand-coating afterwards. It is believed that can be formed. Therefore, according to the present invention, the water-repellent film surface has a high water-repellent group density, the orientation of the water-repellent group is excellent, and the effect of the smoothness of the surface is combined, resulting in excellent water drop rolling property and weather resistance, Abrasion resistance is obtained.
【0111】本製法発明における溶液は、アルコールお
よび/または水分を含む溶媒にフルオロアルキル基含有
シラン化合物を添加し、10〜60分間撹拌し、ついで
これにクロロシリル基含有化合物を添加し、10〜60
分間撹拌することにより調製される。この溶液の寿命は
非常に長い。しかし、比較的酸の量が少ない、または多
い場合や、クロロシリル基含有化合物、水分量が多い場
合は、溶液中で加水分解、縮重合反応が進む可能性があ
るので、調整後2時間以内に処理した方が好ましい。上
述のように調整された溶液を基板表面に塗布した後、室
温で10秒〜10分間乾燥して溶媒を蒸散させることに
より、撥水性物品が得られる。In the solution of the present invention, the fluoroalkyl group-containing silane compound is added to a solvent containing alcohol and / or water, the mixture is stirred for 10 to 60 minutes, and then the chlorosilyl group-containing compound is added to the solution.
Prepared by stirring for minutes. The life of this solution is very long. However, if the amount of acid is relatively small or large, or if the amount of chlorosilyl group-containing compound or water is large, hydrolysis or polycondensation reaction may proceed in the solution. Treatment is preferable. A water-repellent article is obtained by applying the solution prepared as described above to the surface of the substrate and then drying at room temperature for 10 seconds to 10 minutes to evaporate the solvent.
【0112】また、本製法発明では、被膜形成時に自然
に撥水基を配向させるため、溶液の塗布方法としては、
塗布膜をある程度ゆっくり乾燥させることができる方法
が好ましい。例えばディップコーティング、フローコー
ティング、カーテンコーティング、スピンコーティン
グ、スプレーコーティング、バーコーティング、ロール
コーティング、刷毛塗りコーティングなどが挙げられ
る。Further, in the present invention, since the water-repellent group is naturally oriented at the time of forming the coating film, the method of applying the solution is as follows.
A method capable of slowly drying the coating film to some extent is preferable. Examples thereof include dip coating, flow coating, curtain coating, spin coating, spray coating, bar coating, roll coating and brush coating.
【0113】このため、形成された被膜の緻密性が高
く、しかも表面の平滑性および撥水基密度、撥水基の配
向性が優れる撥水性被膜が形成された撥水性物品を得る
ことが可能となる。さらに本発明による撥水性物品は、
水滴の転がり性が優れ、高い耐擦傷性および耐候性を有
している。Therefore, it is possible to obtain a water-repellent article on which a water-repellent film having a high density of the formed film and having excellent surface smoothness, water-repellent group density and orientation of the water-repellent group is formed. Becomes Further, the water repellent article according to the present invention,
It has excellent water rollability and high scratch resistance and weather resistance.
【0114】本発明に用いられる基材としては、該基材
の表面に親水性基を有するものが用いられる。具体的に
は、ガラス、セラミックス、プラスチックあるいは金属
等が挙げられる。もし、これらの基材の表面に親水性基
が少ない場合には、その表面を予め酸素を含むプラズマ
またはコロナ雰囲気で処理して親水性化したり、あるい
は、基材表面を酸素を含む雰囲気中で200〜300n
m付近の波長の紫外線を照射して、親水性化処理を行っ
た後に、本発明を適用することが好ましい。As the base material used in the present invention, a base material having a hydrophilic group on its surface is used. Specific examples include glass, ceramics, plastics, and metals. If there are few hydrophilic groups on the surface of these base materials, the surface is treated in advance with oxygen-containing plasma or corona atmosphere to make them hydrophilic, or the base material surface is exposed to oxygen-containing atmosphere. 200-300n
It is preferable to apply the present invention after irradiating with an ultraviolet ray having a wavelength near m to perform a hydrophilic treatment.
【0115】以下に本発明の実施の形態を説明する。
[実施例1]エタノール 100g(含有水分率0.3
5重量%)に、3−ヘプタデカフルオロデシルトリメト
キシシラン(CF3(CF2)7(CH2)2Si(OC
H3)3 、 信越シリコーン製)0.02gを添加し、3
0分間撹拌し、次いでテトラクロロシラン(SiC
l4、 信越シリコーン製)1.0gを撹拌しながら添加
し、撥水性被膜形成用溶液を得た。この溶液は、Si(C
l)100に対し、Si(F)が0.6の比率で含有し、約
0.2規定の塩酸濃度、0.35重量%の水分濃度を有
しており、約0.7のpHを有していた。Embodiments of the present invention will be described below. [Example 1] 100 g of ethanol (water content 0.3
To 5 wt%), 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane (CF 3 (CF 2) 7 (CH 2) 2 Si (OC
H 3) 3, was added Etsu Silicone) 0.02 g, 3
Stir for 0 minutes, then tetrachlorosilane (SiC
l 4, was added with stirring Etsu Silicone) 1.0 g, was obtained for forming a water-repellent film solution. This solution is Si (C
l) Si (F) is contained in a ratio of 0.6 to 100, has a hydrochloric acid concentration of about 0.2 N and a water concentration of 0.35% by weight, and has a pH of about 0.7. Had.
【0116】さらにこの溶液をフーリエ変換核磁気共鳴
装置(FT−NMR:日本電子社製「EX270」)を
用いて、測定したところ、テトラエトキシシラン(およ
びその(部分)加水分解物)の存在を表すケミカルシフ
ト−82ppmの吸収ピーク、およびテトラエトキシシ
ランの3量体の存在を表すケミカルシフト−96ppm
の吸収ピークが観察され、4量体以上の重合体の存在を
示す吸収ピークは検出されなかった。Further, this solution was measured using a Fourier transform nuclear magnetic resonance apparatus (FT-NMR: "EX270" manufactured by JEOL Ltd.) to find out the presence of tetraethoxysilane (and its (partial) hydrolyzate). Absorption peak at chemical shift of -82 ppm, and chemical shift at -96 ppm showing the presence of trimer of tetraethoxysilane.
Was observed, and an absorption peak indicating the presence of a tetramer or higher polymer was not detected.
【0117】この溶液を洗浄したガラス基板(150×
150mm)の表面上に、湿度30%、室温下でフロー
コート法にて塗布し、室温で約1分乾燥させて撥水性ガ
ラス板を得た。Si(Cl)100に対するSi(F)の比
率、塩酸の規定度、水分量(重量%)、溶液のpH、お
よび重合体の重合度を、それぞれ表1に示す。A glass substrate washed with this solution (150 ×
(150 mm) on the surface of which the humidity was 30% at room temperature and was applied by a flow coating method, and dried at room temperature for about 1 minute to obtain a water-repellent glass plate. Table 1 shows the ratio of Si (F) to Si (Cl) 100, the normality of hydrochloric acid, the water content (wt%), the pH of the solution, and the polymerization degree of the polymer.
【0118】得られた撥水性ガラス板について、水の接
触角を接触角計(CA−DT、協和界面科学(株)製)
を用いて、2mgの重量の水滴による静的接触角(以
下、CAと記す場合あり)として測定した。なおこの接
触角の値が大きいほど、静的な撥水性が優れていること
を表している。With respect to the obtained water-repellent glass plate, the contact angle of water was measured by a contact angle meter (CA-DT, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
Was measured as a static contact angle (hereinafter, sometimes referred to as CA) by a water drop having a weight of 2 mg. The larger the contact angle, the better the static water repellency.
【0119】また、水滴が撥水性ガラス板の表面を転が
る性能を示す尺度としては、水平に配置した撥水性ガラ
ス板表面に直径5mmの水滴を置き、撥水性ガラス板を
徐々に傾斜させて、その表面に置かれた水滴が転がり始
めるときのガラス板の傾斜角度(臨界傾斜角、以下IA
と記す場合あり)を測定した。IAが小さい程、動的な
撥水性が優れており、例えば走行中の自動車のフロント
ガラス窓に付着した雨滴が飛散しやすくなって、運転者
の視界が妨げられないことを表している。As a measure of the ability of water droplets to roll on the surface of the water-repellent glass plate, water droplets having a diameter of 5 mm are placed on the surface of the horizontally arranged water-repellent glass plate, and the water-repellent glass plate is gradually inclined, The inclination angle of the glass plate (critical inclination angle, hereinafter referred to as IA) when water drops placed on the surface start rolling.
In some cases) was measured. The smaller the IA is, the more excellent the dynamic water repellency is, and it means that, for example, raindrops attached to the windshield window of a running automobile are easily scattered, and the driver's view is not obstructed.
【0120】また、得られた撥水性ガラスの平滑性は、
原子間力顕微鏡(AFM)(セイコー電子工業(株)
製、走査型プローブ顕微鏡「SPI3700」、カンチ
レバー;シリコン製「SI−DF20」)を用いて、試
料の測定面積1μm×1μmの正方形、測定点数512
×256点、スキャンスピード1.02Hz、DFM
(サイクリックコンタクトモード)にて表面形状を測定
し、ローパスフィルターによる補正と、測定データのレ
ベリング補正(最小二乗近似によって曲面を求めてフィ
ッティングし、データの傾きを補正し、更にZ軸方向の
歪みを除去する)を行い、表面粗さRa、およびRz値
を算出した。The smoothness of the obtained water-repellent glass is
Atomic force microscope (AFM) (Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.)
Manufactured by Scanning Probe Microscope "SPI3700", cantilever; silicon "SI-DF20"), using a sample measuring area of 1 μm × 1 μm square with 512 measurement points.
× 256 points, scan speed 1.02Hz, DFM
Measure the surface shape in (Cyclic contact mode), correct by low-pass filter and leveling correction of measured data (a curved surface is obtained by least square approximation and fitting is performed, the inclination of the data is corrected, and the distortion in the Z-axis direction is also corrected. Was removed) and the surface roughness Ra and the Rz value were calculated.
【0121】さらに、得られた撥水性ガラスの被膜表面
のフッ素濃度は、X線光電子分光法(5600Ci、ア
ルバックファイ製)を用いて、被膜表面のF/Siの原
子比率として求めた。X線光電子分光法の測定条件は、
X線光電子分光法(ESCA)の試験条件は、X線源と
して、モノクロ化したアルミニウムのKα線を用いて、
アノードエネルギー;1486.6eV、アノード出
力;150W、加速電圧;14kV、試料に対するX線
入射角;45度、分析面積;直径800μmの円、測定
厚み;数nmである。Further, the fluorine concentration on the surface of the obtained water-repellent glass coating was determined as the atomic ratio of F / Si on the surface of the coating using X-ray photoelectron spectroscopy (5600 Ci, manufactured by ULVAC-PHI). The measurement conditions for X-ray photoelectron spectroscopy are:
The test conditions of X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA) are as follows: monochromatic aluminum Kα ray is used as an X-ray source.
Anode energy: 1486.6 eV, anode output: 150 W, accelerating voltage: 14 kV, X-ray incident angle on the sample: 45 degrees, analysis area: diameter 800 μm circle, measurement thickness: several nm.
【0122】次に、耐候性試験として、耐紫外線試験機
(「アイスーパーUVテスター W−13」、岩崎電気
製)を用いて、紫外線強度76±2mW/cm2 とし、
ブラックパネル温度48±2℃、照射20時間、暗黒4
時間のサイクルで、 1時間毎に30秒間イオン交換水シ
ャワーリングをする条件で400時間紫外線を照射し
た。そして照射後に水のCAおよびIAを測定した。Next, as a weather resistance test, an ultraviolet resistance tester (“I Super UV Tester W-13”, manufactured by Iwasaki Electric) was used to adjust the ultraviolet light intensity to 76 ± 2 mW / cm 2 ,
Black panel temperature 48 ± 2 ℃, irradiation 20 hours, darkness 4
In the cycle of time, ultraviolet rays were irradiated for 400 hours under the condition of showering with ion-exchanged water for 30 seconds every hour. Then, after irradiation, CA and IA of water were measured.
【0123】また、耐摩擦性試験として往復摩耗試験機
(新東科学(株)製)に乾布を取り付けて、荷重0.3
kg/cm2 の条件で撥水膜表面を3000回往復摺動
させ、その後に水のCAおよびIAを測定した。また撥
水膜の厚みを透過型電子顕微鏡により測定した。撥水膜
の膜厚、初期のCAとIA、被膜表面のフッ素濃度F/
Si値、表面粗さ Ra、Rz値、耐候性試験後のCA
とIA、および耐摩擦性試験後のCAとIAの測定結果
を表2に示す。As a friction resistance test, a reciprocating wear tester (manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.) was attached with a dry cloth, and a load of 0.3 was applied.
The surface of the water-repellent film was slid back and forth 3000 times under the condition of kg / cm 2 , and then CA and IA of water were measured. The thickness of the water repellent film was measured by a transmission electron microscope. Water-repellent film thickness, initial CA and IA, film surface fluorine concentration F /
Si value, surface roughness Ra, Rz value, CA after weather resistance test
Table 2 shows the measurement results of IA and IA, and CA and IA after the abrasion resistance test.
【0124】[実施例2]実施例1で得られた撥水性ガ
ラス板を、さらに250℃で1時間焼成して撥水性ガラ
スを得た。実施例1と同様に測定した結果を表1および
2に示す。Example 2 The water-repellent glass plate obtained in Example 1 was further fired at 250 ° C. for 1 hour to obtain a water-repellent glass. The results measured in the same manner as in Example 1 are shown in Tables 1 and 2.
【0125】[実施例3および4]撥水性被膜形成用溶
液の調合で、3−ヘプタデカフルオロデシルトリメトキ
シシランを0.005g、0.05g添加した以外は、
実施例1と同様にして撥水性ガラス板を得た。3−ヘプ
タデカフルオロデシルトリメトキシシランの添加量が
0.005gおよび0.05gの場合を、それぞれ実施
例3および実施例4とする。なおこの溶液は、テトラク
ロロシランと3−ヘプタデカフルオロデシルトリメトキ
シシランを、Si(Cl)100に対し、Si(F)が0.1
5(実施例3)および1.5(実施例4)の比率で含有
していた。実施例1と同様に測定した結果を表1および
2に示す。[Examples 3 and 4] Except that 0.005 g and 0.05 g of 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane were added in the preparation of the water-repellent film forming solution,
A water-repellent glass plate was obtained in the same manner as in Example 1. The cases where the added amounts of 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane are 0.005 g and 0.05 g are set as Example 3 and Example 4, respectively. In addition, this solution was prepared by adding tetrachlorosilane and 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane to Si (Cl) 100 in an amount of 0.1% Si (F).
It was contained in a ratio of 5 (Example 3) and 1.5 (Example 4). The results measured in the same manner as in Example 1 are shown in Tables 1 and 2.
【0126】[実施例5および6]撥水性被膜形成用溶
液の調合において、実施例1におけるテトラクロロシラ
ン添加量の1.0gに代えて、0.5g、または2.0
g添加した以外は、実施例1と同様にして撥水性被膜付
きガラス板を得た。テトラクロロシランの添加量が0.
5gおよび2.0gのガラス板をそれぞれ実施例5およ
び実施例6とする。なおこの溶液は、テトラクロロシラ
ンと3−ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン
を、Si(Cl)100に対し、Si(F)が1.2(実施例
5)および0.3(実施例6)の比率で含有していた。
実施例1と同様に測定した結果を表1および2に示す。[Examples 5 and 6] In the preparation of the water-repellent film forming solution, 0.5 g or 2.0 instead of 1.0 g of tetrachlorosilane added in Example 1 was used.
A glass plate with a water-repellent coating was obtained in the same manner as in Example 1 except that g was added. The amount of tetrachlorosilane added was 0.
Let 5 g and 2.0 g glass plates be Example 5 and Example 6, respectively. In addition, this solution was prepared by adding tetrachlorosilane and 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane to Si (Cl) 100 with Si (F) of 1.2 (Example 5) and 0.3 (Example 6). It was contained in proportion.
The results measured in the same manner as in Example 1 are shown in Tables 1 and 2.
【0127】[実施例7]エタノール 100g(含有
水分率0.35重量%)に、3−ヘプタデカフルオロデ
シルトリメトキシシラン 0.1gを添加し、30分間
撹拌し、次いでテトラクロロシラン 5.0gを撹拌し
ながら添加し、撥水性被膜形成用溶液を得た。この溶液
は、テトラクロロシランと3−ヘプタデカフルオロデシ
ルトリメトキシシランを、Si(Cl)100に対し、Si
(F)が0.6の比率で含有していた。洗浄したガラス基
板(150×150mm)を、湿度30%、室温下で、
前記溶液に浸漬させディッピング法にて、10cm/分
の速度で引き上げて、室温で約1分乾燥させて撥水性被
膜付きガラス板を得た。実施例1と同様に測定した結果
を表1および2に示す。Example 7 To 100 g of ethanol (water content 0.35% by weight), 0.1 g of 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane was added, stirred for 30 minutes, and then 5.0 g of tetrachlorosilane was added. It was added with stirring to obtain a solution for forming a water-repellent film. This solution was prepared by adding tetrachlorosilane and 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane to Si (Cl) 100 and Si.
The content of (F) was 0.6. Clean the glass substrate (150 x 150 mm) at 30% humidity and room temperature,
A glass plate with a water-repellent coating was obtained by immersing in the above solution, pulling it up at a rate of 10 cm / min by a dipping method, and drying at room temperature for about 1 minute. The results measured in the same manner as in Example 1 are shown in Tables 1 and 2.
【0128】[実施例8]実施例1の溶液の調合におい
て、3−ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン
0.02gを添加する代わりに、3−ヘプタデカフル
オロデシルトリクロロシラン(CF3(CF2)7(C
H2)2SiCl3) 0.02gを添加した以外は、実
施例1と同様にして撥水性被膜付きガラス板を得た。な
おこの溶液は、テトラクロロシランと3−ヘプタデカフ
ルオロデシルトリクロロシランを、Si(Cl)100に対
し、Si(F)が0.6の比率で含有していた。実施例1
と同様に測定した結果を表1および2に示す。Example 8 Instead of adding 0.02 g of 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane in the preparation of the solution of Example 1, 3-heptadecafluorodecyltrichlorosilane (CF 3 (CF 2 )) was added. 7 (C
A glass plate with a water-repellent coating was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.02 g of H 2 ) 2 SiCl 3 ) was added. This solution contained tetrachlorosilane and 3-heptadecafluorodecyltrichlorosilane in a ratio of Si (F) of 0.6 with respect to 100 of Si (Cl). Example 1
The results measured in the same manner as in are shown in Tables 1 and 2.
【0129】[実施例9]エタノール 100g(含有
水分率0.35重量%)に、3−ヘプタデカフルオロデ
シルトリメトキシシラン(CF3(CF2)7(CH2)2
Si(OCH3)3 、 信越シリコーン製)0.02gを
添加し、30分間撹拌し、次いでテトラクロロシラン
(SiCl4、 信越シリコーン製)0.3gを撹拌しな
がら添加し、次いで濃塩酸(35重量%、関東化学製)
2gを撹拌しながら添加し、撥水性被膜形成用溶液を得
た。この溶液は、テトラクロロシランと3−ヘプタデカ
フルオロデシルトリメトキシシランを、Si(Cl)100
に対し、Si(F)が2.0の比率で含有していた。この
溶液を洗浄したガラス基板(150×150mm)の表
面上に、湿度30%、室温下でフローコート法にて塗布
し、室温で約1分乾燥させて撥水性被膜付きガラス板を
得た。実施例1と同様に測定した結果を表1および2に
示す。Example 9 To 100 g of ethanol (water content 0.35% by weight) was added 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane (CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2
Add 0.02 g of Si (OCH 3 ) 3 , manufactured by Shin-Etsu Silicone and stir for 30 minutes, then add 0.3 g of tetrachlorosilane (SiCl 4 , manufactured by Shin-Etsu Silicone) while stirring, and then add concentrated hydrochloric acid (35 wt. %, Manufactured by Kanto Chemical)
2 g was added with stirring to obtain a water-repellent film forming solution. This solution was prepared by adding tetrachlorosilane and 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane to Si (Cl) 100
On the other hand, Si (F) was contained in a ratio of 2.0. This solution was applied on the surface of a washed glass substrate (150 × 150 mm) by a flow coating method at a humidity of 30% at room temperature and dried at room temperature for about 1 minute to obtain a glass plate with a water-repellent coating. The results measured in the same manner as in Example 1 are shown in Tables 1 and 2.
【0130】[実施例10]実施例1の撥水性被膜形成
用溶液の調合において、エタノール(含有水分量0.3
5重量%)100gの代わりに、エタノール(含有水分
量0.35重量%)90gとイソパラフィン系炭化水素
溶媒(アイソパーL、エクソン製)10gとした以外
は、実施例1と同様にして撥水性被膜付きガラス板を得
た。撥水性被膜形成用溶液の組成を表1に示し、実施例
1と同様に測定した結果を表1および2に示す。[Embodiment 10] In the preparation of the water-repellent film forming solution of Embodiment 1, ethanol (containing water content 0.3
5% by weight) 100 g instead of ethanol (containing water content 0.35% by weight) 90 g and isoparaffinic hydrocarbon solvent (ISOPAR L, exxon) 10 g, except that water repellent coating film was prepared in the same manner as in Example 1. The attached glass plate was obtained. The composition of the solution for forming the water-repellent film is shown in Table 1, and the results measured in the same manner as in Example 1 are shown in Tables 1 and 2.
【0131】[実施例11]実施例1の撥水性被膜形成
用溶液の調合において、エタノール(含有水分量0.3
5重量%)100gの代わりに、エタノール90gと水
10gとした以外は、実施例1と同様にして撥水性被膜
付きガラス板を得た。撥水性被膜形成用溶液の組成を表
1に示し、実施例1と同様に測定した結果を表1および
2に示す。[Embodiment 11] In the preparation of the solution for forming the water-repellent coating of Embodiment 1, ethanol (containing water content: 0.3
A glass plate with a water-repellent coating was obtained in the same manner as in Example 1 except that 90 g of ethanol and 10 g of water were used instead of 100 g of (5% by weight). The composition of the solution for forming the water-repellent film is shown in Table 1, and the results measured in the same manner as in Example 1 are shown in Tables 1 and 2.
【0132】[実施例12]実施例1の撥水性被膜形成
用溶液の調合において、テトラクロロシラン添加量1.
0gに代えて0.05gとした以外は、実施例1と同様
にして撥水性被膜付きガラス板を得た。撥水性被膜形成
用溶液の組成を表1に示し、実施例1と同様に測定した
結果を表1および2に示す。[Embodiment 12] In the preparation of the water-repellent film forming solution of Embodiment 1, the addition amount of tetrachlorosilane was 1.
A glass plate with a water-repellent coating was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.05 g was used instead of 0 g. The composition of the solution for forming the water-repellent film is shown in Table 1, and the results measured in the same manner as in Example 1 are shown in Tables 1 and 2.
【0133】以上の実施例1〜12で得られた撥水性被
膜付きガラス板は、100度以上の初期CAおよび9度
以下の初期IAを示し、優れた撥水性を有することがわ
かった。耐候性試験後の撥水性はやや低下するものの、
CAは80度以上であり、耐磨耗性試験後のCAは98
度以上であり、優れた耐久性を有することがわかった。The glass plates with water-repellent coatings obtained in Examples 1 to 12 above showed an initial CA of 100 ° C. or higher and an initial IA of 9 ° C. or lower, and were found to have excellent water repellency. Although the water repellency after the weather resistance test is slightly reduced,
CA is 80 degrees or more, and CA after the abrasion resistance test is 98.
It was found to be excellent and durable.
【0134】また撥水膜の厚みは5〜100nmであ
り、その膜の表面粗さはRaが0.5nm以下、Rz=
5nm以下であり、撥水性被膜表面の平滑性は優れてい
ることが確かめられた。The water-repellent film has a thickness of 5 to 100 nm, and the surface roughness of the film is such that Ra is 0.5 nm or less and Rz =
It was 5 nm or less, and it was confirmed that the smoothness of the surface of the water-repellent coating was excellent.
【0135】さらに、被膜表面のフッ素濃度について
は、溶液中での上述した加水分解物および脱水縮合反応
を抑制していたため、それぞれFはF/Siが0.8以
上であった。また、撥水性被膜外側表面層にはフルオロ
アルキル基が多量存在し、内部層は実質的に酸化珪素か
らなることが確かめられた。Further, with respect to the fluorine concentration on the surface of the coating film, F / Si of F was 0.8 or more because the above-mentioned hydrolyzate and dehydration condensation reaction in the solution were suppressed. It was also confirmed that a large amount of fluoroalkyl groups were present in the outer surface layer of the water-repellent coating, and the inner layer was substantially composed of silicon oxide.
【0136】また、以上の実施例で用いた撥水性被膜形
成用溶液は、いずれもゲル化することなく、適用するこ
とができた。The solutions for forming the water-repellent coating used in the above examples could be applied without gelation.
【0137】[比較例1]エタノール(含有水分量0.
35重量%) 81.2gに、テトラエトキシシラン
9.5gと3−ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシ
シラン 0.26gを添加し、30分間撹拌し、次いで
水4.04gと0.1N塩酸5.0gを加えて10日間
撹拌し、エタノールで5倍に希釈して撥水性被膜形成用
溶液を得た。この溶液を洗浄したガラス基板(150×
150mm)上に、湿度30%、室温下でフローコート
にて塗布し、乾燥後、250℃で1時間焼成して、撥水
性被膜付きガラス板を得た。その結果を表1および2に
示す。[Comparative Example 1] Ethanol (containing water content: 0.
35 wt%) To 81.2 g, tetraethoxysilane 9.5 g and 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane 0.26 g were added, stirred for 30 minutes, and then 4.04 g of water and 5.0 g of 0.1N hydrochloric acid. Was added, and the mixture was stirred for 10 days and diluted 5-fold with ethanol to obtain a water-repellent film-forming solution. A glass substrate (150 x
150 mm) at 30% humidity and room temperature by flow coating, dried and baked at 250 ° C. for 1 hour to obtain a glass plate with a water-repellent coating. The results are shown in Tables 1 and 2.
【0138】なお、表1における比較例1と比較例2の
Si(F)については、テトラエトキシシランの珪素原子
の数を100としたときの、フルオロアルキル基含有シ
ラン化合物中の珪素原子の数の比率である。With respect to Si (F) in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in Table 1, the number of silicon atoms in the fluoroalkyl group-containing silane compound is 100 when the number of silicon atoms in tetraethoxysilane is 100. Is the ratio of.
【0139】この比較例1は、上記実施例に比べて塩酸
の含有量が少ない例である。この例では、シリコンアル
コキシドおよびフルオロアルキル基含有シラン化合物の
加水分解物および脱水縮合反応が、溶液中で進行してい
た。なお、この比較例1と下記の比較例2は、上述した
特開平4−338137号を追試したものである。This Comparative Example 1 is an example in which the content of hydrochloric acid is smaller than that in the above Examples. In this example, the hydrolyzate and dehydration condensation reaction of the silicon alkoxide and the fluoroalkyl group-containing silane compound proceeded in the solution. It should be noted that Comparative Example 1 and Comparative Example 2 below are additional tests of the above-mentioned JP-A-4-338137.
【0140】[比較例2]エタノール(含有水分量0.
35重量%) 85.3gに、テトラエトキシシラン
40gと3−ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシ
ラン 1.92gを添加し、20分間撹拌し、次いで水
16.6gと0.1N塩酸 20.8gを加えて2時
間撹拌し、これを密閉容器に入れ、25℃で24時間放
置して、撥水性被膜形成用溶液を得た。この溶液には、
テトラエトキシシランの30量体が含まれていた。洗浄
したガラス基板(150×150mm)をこの溶液に浸
漬し、ディッピング法で塗布し、乾燥後、250℃で1
時間焼成して、撥水性被膜付きガラス板を得た。その結
果を表1および2に示す。[Comparative Example 2] Ethanol (containing water content: 0.
35% by weight) 85.3 g of tetraethoxysilane
40 g and 1.92 g of 3-heptadecafluorodecyltrimethoxysilane were added and stirred for 20 minutes, then 16.6 g of water and 20.8 g of 0.1N hydrochloric acid were added and stirred for 2 hours, which was placed in a closed container. After standing at 25 ° C. for 24 hours, a water-repellent film forming solution was obtained. This solution contains
It contained a 30-mer of tetraethoxysilane. A washed glass substrate (150 x 150 mm) is dipped in this solution, coated by dipping, dried and then at 250 ° C for 1 hour.
Firing was carried out for a time to obtain a glass plate with a water-repellent coating. The results are shown in Tables 1 and 2.
【0141】この比較例2は、上記実施例に比べて水分
の含有量が多い例である。この例では、シリコンアルコ
キシドおよびフルオロアルキル基含有シラン化合物の加
水分解物および脱水縮合反応が、溶液中で進行してい
た。The comparative example 2 is an example in which the water content is higher than that in the above-mentioned examples. In this example, the hydrolyzate and dehydration condensation reaction of the silicon alkoxide and the fluoroalkyl group-containing silane compound proceeded in the solution.
【0142】[比較例3]フロン系溶媒として、CF3
CF2CHCl2(アサヒクリンAK−225、旭硝子
製)を40gにテトラクロロシラン1gと、3−ヘプタ
デカフルオロデシルトリクロロシラン1gを添加し、3
0分間撹拌して撥水性被膜形成用溶液を得た。この溶液
を洗浄したガラス基板(150×150mm)上に、湿
度30%、室温下で木綿パッドにて塗布し、乾燥後、9
3℃で1時間焼成し、焼成後に過剰のシランを溶媒洗浄
によりガラス表面から除去し、撥水性被膜付きガラス板
を得た。その結果を表1および2に示す。なお、この比
較例3と下記の比較例4は、上述した特開平8−239
653号を追試したものである。[Comparative Example 3] CF 3 was used as a fluorocarbon solvent.
1 g of tetrachlorosilane and 1 g of 3-heptadecafluorodecyltrichlorosilane were added to 40 g of CF 2 CHCl 2 (Asahiclin AK-225, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and 3
The solution was stirred for 0 minutes to obtain a water-repellent film forming solution. This solution was applied onto a washed glass substrate (150 x 150 mm) with a cotton pad at room temperature and humidity of 30%, and after drying,
After baking at 3 ° C. for 1 hour, excess silane was removed from the glass surface by solvent washing after baking to obtain a glass plate with a water-repellent coating. The results are shown in Tables 1 and 2. It should be noted that Comparative Example 3 and Comparative Example 4 below are described in the above-mentioned JP-A-8-239.
It is an additional test of No. 653.
【0143】[比較例4]イソパラフィン系炭化水素溶
媒(アイソパーL、エクソン製)を79.24gにテト
ラクロロシラン0.36gと、3−ヘプタデカフルオロ
デシルトリクロロシラン0.4gを添加し、30分間撹
拌して撥水性被膜形成用溶液を得た。この溶液を洗浄し
たガラス基板(150×150mm)上に、湿度30
%、室温下でフローコートにて塗布し、乾燥後に過剰の
シランを溶媒洗浄によりガラス表面から除去し、撥水性
被膜付きガラス板を得た。その結果を表1および2に示
す。[Comparative Example 4] To 79.24 g of an isoparaffin hydrocarbon solvent (ISOPAR L, manufactured by Exxon), 0.36 g of tetrachlorosilane and 0.4 g of 3-heptadecafluorodecyltrichlorosilane were added, and the mixture was stirred for 30 minutes. Thus, a solution for forming a water-repellent film was obtained. A glass substrate (150 x 150 mm) on which this solution was washed had a humidity of 30
%, By flow coating at room temperature, and after drying, excess silane was removed from the glass surface by solvent washing to obtain a glass plate with a water-repellent coating. The results are shown in Tables 1 and 2.
【0144】その結果を表1および2に示したように、
比較例1から4で得られた撥水性ガラス板はいずれも、
初期CAは101度以上であり優れているものの、IA
が15度以上と実施例に比べて高く、転がり性が悪かっ
た。The results are shown in Tables 1 and 2 as follows.
All the water-repellent glass plates obtained in Comparative Examples 1 to 4 were
Initial CA is better than 101 degrees, but IA
Was 15 degrees or more, which was higher than that of the example, and the rolling property was poor.
【0145】また、得られた撥水性被膜表面の平滑性に
ついては、比較例1と2では比較的優れているものの、
比較例3と4では平滑性が劣っていた。Regarding the smoothness of the surface of the obtained water-repellent coating film, although Comparative Examples 1 and 2 are relatively excellent,
Comparative Examples 3 and 4 were inferior in smoothness.
【0146】さらに耐候性試験については、比較例1と
2ではCAとIAとも実施例のそれに比して劣ってい
た。また、比較例3と4ではCAは実施例のそれと同等
であったが、IAは劣っていた。Further, regarding the weather resistance test, both CA and IA in Comparative Examples 1 and 2 were inferior to those in the Examples. In Comparative Examples 3 and 4, CA was equivalent to that of Example, but IA was inferior.
【0147】またさらに耐摩耗試験については、いずれ
の比較例でもCAとIAとも実施例のそれに比して劣っ
ていた。Further, in the wear resistance test, both Comparative Examples were inferior in CA and IA as compared with the Examples.
【0148】また被膜表面のフッ素濃度については、上
述の比較例1、2では、上述した加水分解物および脱水
縮合反応が溶液中で進行していたため、それぞれF/S
i=0.5、0.6と低い値を示し、フルオロアルキル
基が少ないことが確かめられた。また、被膜内部層にも
フッ素が検出された。Regarding the fluorine concentration on the coating surface, in the above-mentioned Comparative Examples 1 and 2, since the above-mentioned hydrolyzate and dehydration condensation reaction proceeded in the solution, the F / S
It was as low as i = 0.5 and 0.6, and it was confirmed that there were few fluoroalkyl groups. Fluorine was also detected in the inner layer of the coating.
【0149】以上より、本発明で得られた撥水性物品
は、その撥水膜表面のフッ素濃度が非常に高いことが確
かめられた。From the above, it was confirmed that the water-repellent article obtained by the present invention has a very high fluorine concentration on the surface of the water-repellent film.
【0150】[0150]
【表1】 =============================サンフ゜ル Si(F)* HCl 水分 pH 重合体の (N) (wt%) 重合度 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実1 0.6 0.19 0.35 0.73 1〜 3 実3 0.15 0.19 0.35 0.73 1〜 3 実4 1.5 0.19 0.35 0.73 1〜 3 実5 1.2 0.09 0.35 1.03 1〜 3 実6 0.3 0.37 0.34 0.43 1〜 3 実7 0.6 0.92 0.33 0.04 1〜10 実8 0.6 0.19 0.35 0.73 1〜 3 実9 2.0 0.21 1.61 0.68 1〜 3 実10 0.6 0.19 0.31 0.73 1〜 3 実11 0.6 0.19 10.23 0.72 1〜 5 実12 12.0 0.009 0.35 2.03 1〜 3 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 比1 1.0 0.008 2.14 3.09 4〜30 比2 1.8 0.014 22.8 1.86 4〜30 比3 29.3 -- -- -- 1 比4 32.4 -- -- -- 1 ============================= * Si(F)は、Si(Cl)100に対する、Si(F)の比率を示す。[Table 1] ============================= Sample Si (F) * HCl Moisture pH pH (N) of polymer (wt) %) Degree of polymerization −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Actual 1 0.6 0.19 0.35 0.73 1 to 3 Actual 3 0.15 0.19 0.35 0.73 1 to 3 Actual 4 1.5 0.19 0.35 0.73 1 to 3 Actual 5 1.2 0.09 0.35 1.03 1 to 3 Actual 6 0.3 0.37 0.34 0.43 1 to 3 Actual 7 0.6 0.92 0.33 0.04 1 to 10 Actual 8 0.6 0.19 0.35 0.73 1 to 3 Actual 9 2.0 0.21 1.61 0.68 1 to 3 Actual 10 0.6 0.19 0.31 0.73 1 to 3 Actual 11 0.6 0.19 10.23 0.72 1 to 5 Actual 12 12.0 0.009 0.35 2.03 1 to 3 −−−−−−−−−−−−−−−−−−− −−−−−−−−−−− Ratio 1 1.0 0.008 2.14 3.09 4 to 30 Ratio 2 1.8 0.014 22.8 1.86 4 to 30 Ratio 3 29.3 ---- --1 Ratio 4 32.4 ---- --1 = ============================ * Si (F) is the ratio of Si (F) to Si (Cl) 100. Indicates the rate.
【0151】[0151]
【表2】 =================================== 初期 表面粗さ 耐候性試験 耐摩耗試験サンフ゜ル 膜厚 CA IA F/Si Ra Rz CA IA CA IA (nm) (度) (度) (原子比) (nm) (nm) (度) (度) (度) (度) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実1 60 111 5 1.2 0.4 2.9 83 20 106 8 実2 60 110 6 1.1 0.4 3.8 85 18 107 9 実3 60 104 9 0.8 0.3 2.8 80 21 103 10 実4 60 111 5 1.3 0.3 3.1 85 19 99 10 実5 30 110 6 1.1 0.5 4.6 80 22 98 12 実6 100 109 6 1.0 0.2 1.8 88 17 105 9 実7 80 111 4 1.3 0.3 2.6 87 17 106 8 実8 60 111 5 1.2 0.4 3.3 84 19 105 10 実9 20 110 5 1.2 0.5 4.8 82 20 98 11 実10 60 110 6 1.2 0.4 4.2 84 19 104 10 実11 60 109 6 1.2 0.4 4.3 80 20 105 9 実12 5 106 8 1.0 0.5 4.7 86 18 98 11 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 比1 60 101 15 0.5 0.3 6.2 65 35 96 18 比2 100 102 18 0.6 0.6 8.6 67 38 97 20 比3 10 112 34 1.3 7.9 29.8 85 33 71 39 比4 10 110 18 1.1 3.2 19.3 83 22 38 46 ===================================[Table 2] ==================================== Initial surface roughness Weather resistance test Abrasion resistance test sample Thickness CA IA F / Si Ra Rz CA IA CA IA (nm) (degree) (degree) (atomic ratio) (nm) (nm) (degree) (degree) (degree) (degree) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Actual 1 60 111 5 1.2 0.4 2.9 83 20 106 8 Actual 2 60 110 6 1.1 0.4 3.8 85 18 107 9 Actual 3 60 104 9 0.8 0.3 2.8 80 21 103 10 Actual 4 60 111 5 1.3 0.3 3.1 85 19 99 10 Actual 5 30 110 6 1.1 0.5 4.6 80 22 98 12 Actual 6 100 109 6 1.0 0.2 1.8 88 17 105 9 Actual 7 80 111 4 1.3 0.3 2.6 87 17 106 8 Actual 8 60 111 5 1.2 0.4 3.3 84 19 105 10 Actual 9 20 110 5 1.2 0.5 4.8 82 20 98 11 Actual 10 60 110 6 1.2 0.4 4.2 84 19 104 10 Actual 11 60 109 6 1.2 0.4 4.3 80 20 105 9 Actual 12 5 106 8 1.0 0.5 4.7 86 18 98 11 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Ratio 1 60 101 15 0.5 0.3 6.2 65 35 96 18 Ratio 2 100 102 18 0.6 0.6 8.6 67 38 97 20 Ratio 3 10 112 34 1.3 7.9 29.8 85 33 71 39 Ratio 4 10 110 18 1.1 3.2 19.3 83 22 38 46 ====================================
【0152】[0152]
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
常温での処理おいても、緻密で強固な撥水膜が被覆され
た物品が得られる。本発明では、撥水膜の成膜後に焼成
を行う必要が基本的にない。その結果、焼成設備も不要
となり、製造コストも低減される。As described above, according to the present invention,
An article coated with a dense and strong water-repellent film can be obtained even after treatment at room temperature. In the present invention, it is basically unnecessary to perform baking after forming the water repellent film. As a result, no firing equipment is required and the manufacturing cost is reduced.
【0153】また、撥水性被膜形成用溶液のに撥水基と
なるフルオロアルキル基含有のシラン化合物を添加して
いるので、1種類の溶液を塗布するだけで、シリカを主
とする層と撥水層を形成できる。したがって、生産性が
優れている。Further, since the fluoroalkyl group-containing silane compound serving as a water-repellent group is added to the water-repellent film-forming solution, the silica-based layer and the repellant agent can be repelled by coating only one kind of solution. A water layer can be formed. Therefore, the productivity is excellent.
【0154】さらに、被膜形成時に基材表面にシリカ分
が集まり易く、他方撥水基は被膜の最表面に配向し易く
なるため、最表面の撥水基密度が高い、緻密で耐久性の
優れる撥水膜を得ることができる。Further, since the silica content is easily collected on the surface of the base material during the formation of the coating film, while the water-repellent group is easily oriented on the outermost surface of the coating film, the outermost surface has a high water-repellent group density, is dense and is excellent in durability. A water repellent film can be obtained.
【0155】常温で緻密な撥水膜を形成するため、その
被膜の表面は、極めて平滑性の優れた撥水膜となる。こ
の良好な撥水基の配向性と表面平滑性、最表面の高撥水
基密度の効果で、本発明における撥水性物品は、非常に
優れた水滴の転がり性と耐擦傷性、耐候性を可能にし
た。Since a dense water-repellent film is formed at room temperature, the surface of the film becomes a water-repellent film having extremely excellent smoothness. Due to the effects of the good orientation and surface smoothness of the water-repellent group and the high density of the water-repellent group on the outermost surface, the water-repellent article of the present invention has very excellent water drop rolling property, scratch resistance, and weather resistance. Made possible
【0156】さらに、本発明の製造方法および撥水性被
膜形成用溶液は、保管および塗布作業中の雰囲気の湿度
管理が容易である。Furthermore, the production method and the water-repellent film forming solution of the present invention make it easy to control the humidity of the atmosphere during storage and coating operations.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 砂田 貴 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日本板硝子株式会社内 Fターム(参考) 4H020 BA36 4J038 DL071 JA16 JC31 MA07 NA07 PC03 PC08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Takashi Sunada 3-5-11 Doshomachi, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Within Nippon Sheet Glass Co., Ltd. F-term (reference) 4H020 BA36 4J038 DL071 JA16 JC31 MA07 NA07 PC03 PC08
Claims (7)
ルキル基含有シラン化合物を、アルコールおよび/また
は水分を含む溶媒に溶解し、前記クロロシリル基含有化
合物のクロロ基を、アルコキシル基または水酸基に置換
した溶液を基材表面に塗布した後乾燥し、撥水性被膜を
形成する工程を含むことを特徴とする撥水性物品の製造
方法。1. A solution obtained by dissolving a chlorosilyl group-containing compound and a fluoroalkyl group-containing silane compound in a solvent containing alcohol and / or water and substituting the chloro group of the chlorosilyl group-containing compound with an alkoxyl group or a hydroxyl group. A method for producing a water-repellent article, which comprises the step of applying a water-repellent coating on the surface of a material and then drying it to form a water-repellent coating.
解物が単量体または19量体以下の重合体で含有し、さ
らにフルオロアルキル基含有シラン化合物および酸を含
有する溶液を、基材表面に塗布した後乾燥し、撥水性被
膜を形成する工程を含むことを特徴とする撥水性物品の
製造方法。2. A solution containing a silicon alkoxide or a hydrolyzate thereof in the form of a monomer or a polymer of 19-mer or less, and further coating a solution containing a fluoroalkyl group-containing silane compound and an acid on the surface of a substrate. A method for producing a water-repellent article, which comprises a step of drying to form a water-repellent coating.
撥水性物品であって、 前記撥水性被膜の表面が算術平均粗さ(Ra)=0.5
nm以下、かつ十点平均粗さ(Rz)=5nm以下の粗
さを有することを特徴とする撥水性物品。3. A water-repellent article obtained by the method according to claim 1, wherein the surface of the water-repellent coating has an arithmetic average roughness (Ra) = 0.5.
A water-repellent article having a roughness of not more than 10 nm and a ten-point average roughness (Rz) of not more than 5 nm.
撥水性物品であって、 前記撥水性被膜の表面におけるフッ素濃度が、フッ素原
子と珪素原子との原子比で表して0.8以上である撥水
性物品。4. The water-repellent article obtained by the method according to claim 1, wherein the fluorine concentration on the surface of the water-repellent coating is 0.8 or more in terms of an atomic ratio of fluorine atoms and silicon atoms. Is a water repellent article.
ルキル基含有シラン化合物を、アルコールおよび/また
は水分を含む溶媒に溶解させ、前記クロロシリル基含有
化合物のクロロ基を、アルコキシル基または水酸基に置
換させたことを特徴とする撥水性被膜形成用溶液。5. A method in which a chlorosilyl group-containing compound and a fluoroalkyl group-containing silane compound are dissolved in a solvent containing alcohol and / or water to replace the chloro group of the chlorosilyl group-containing compound with an alkoxyl group or a hydroxyl group. A characteristic water-repellent film forming solution.
解物が単量体または19量体以下の重合体で含有し、さ
らにフルオロアルキル基含有シラン化合物および酸を含
有することを特徴とする撥水性被膜形成用溶液。6. A water-repellent coating film comprising a silicon alkoxide or a hydrolyzate thereof as a monomer or a polymer of 19-mer or less and further containing a fluoroalkyl group-containing silane compound and an acid. solution.
ルキル基含有シラン化合物を、アルコールおよび/また
は水を含む溶媒に溶解させ、前記クロロシリル基含有化
合物のクロロ基を、アルコキシル基または水酸基に置換
させて、シリコンアルコキシドまたはその加水分解物が
単量体または19量体以下の重合体で含有することを特
徴とする撥水性被膜形成用溶液。7. A chlorosilyl group-containing compound and a fluoroalkyl group-containing silane compound are dissolved in a solvent containing alcohol and / or water, and the chloro group of the chlorosilyl group-containing compound is substituted with an alkoxyl group or a hydroxyl group to give silicon. A solution for forming a water-repellent film, characterized in that the alkoxide or its hydrolyzate is contained as a monomer or a polymer of 19-mer or less.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007520740A (en) * | 2003-12-23 | 2007-07-26 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Composition of oligomeric fluorosilane and surface treatment of retroreflective sheet |
JP2013170088A (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Asahi Glass Co Ltd | Substrate with antifouling film |
-
2002
- 2002-04-09 JP JP2002107047A patent/JP2003013048A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007520740A (en) * | 2003-12-23 | 2007-07-26 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Composition of oligomeric fluorosilane and surface treatment of retroreflective sheet |
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