JP3667432B2 - Water-repellent / antistatic coating composition and method for producing coated substrate - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、情報・電子産業の精密機器・光学機器などの分野において、プラスチックス・ガラスその他各種素材にコーティングし、帯電防止性を有すると共に高度の撥水性・不溶性且つ高い表面硬度を有する膜を形成する事の可能な撥水性・帯電防止性被膜組成物及び被覆基材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
元来、帯電防止性は、基材の表面を導電性にする事で帯電している電荷を速く漏洩させる事が殆どであり、他に表面接触によってできるだけ発生電荷を少なくする事もある。特に重要な電荷漏洩の方法は、
1.帯電防止性剤を基材表面に塗布する方法(表面塗布法)
2.高分子材料等に帯電防止性剤を練り込んで一部を表面に移行させる方法(内部練り込み法)
等であるが、いずれも帯電防止性剤の薄層で、表面を被覆する事で導電性としている。その帯電防止性剤は、界面活性剤が殆どで、金属薄膜も利用される。
【0003】
表面塗布法として、従来いろいろな試みが為されているが、界面活性剤溶液を帯電防止性剤として用いる場合、基材(例えば高分子材)の表面に界面活性剤の親油性部分が吸着し、親水性の極性部分を外部(室気中)に向けて配列すると空気中の水分の吸着と界面活性剤の分極・水分の分極効果によって、導電層が形成され帯電防止性効果が生じる。
【0004】
この場合、界面活性剤等が容易に表面から脱落し、しかも表面から掃散したり、膜層内部へ移行して効果が滅少する。
【0005】
基材の表面塗布法は、処理の容易さにも拘らず、その耐久性には限界がある。従って、内部練り込み法により、高分子型界面活性剤をアクリル酸、メタクリル酸等の四級アンモニウム塩や三級アミンを含むモノマーに重合させた構造やイオン性高分子をビヒクルに含有させたり、無機伝導微粒子を含有させたりしたものを導電性塗料として利用している。
【0006】
又、無機系高分子を利用する方法として、ポリシロキサンを主鎖とする薄膜を作り、吸湿性表面として吸着した水分との相互作用で導電性にしたり、ポリシロキサンと界面活性剤を組み合わせて帯電防止性塗膜を作ったりしている。これらは、いずれも一長一短であるが、吸水性コート膜は、本質的に帯電防止性塗膜となってもその界面活性剤が水により洗い流されて導電層がなくなり、空気中の汚染物質を水分中に吸収したりするため非常な障害が大きい。
【0007】
撥水性に関しては、現在撥水剤のべースとしてワックス、オイル、シリコーン樹脂、金属石けん等が使用されてきたが、それらの実用化に際して耐熱性・耐候性に問題があり、撥水性被膜として満足なものはない。
【0008】
例えば、外界暴露中では砂塵・鉄粉等の付着汚染に対して抵抗が少なく、酸性雨や太陽光線により撥水効果の持続性が損なわれる。
【0009】
撥水性の測定基準としては、水の接触角がよく用いられる。米国DUPONT社が開発したPTFE(テフロン)は、化学式:−CF2 −CF2 −からなるポリマーであり、表面エネルギーが低く、撥水性は水の接触角110 °として知られている。
【0010】
更に、最近の研究に於て、フッ化グラファイトが発見され強い撥水性(接触角l80 °)と優れた潤滑性を示している。表面エネルギーより見れば小さい−CH3 が3 .l ×10-4 N/c m に対し、−CF3 は1.9 ×10-4 N/c m を示すといわれ物質中最小と考えられ、分極率が小さいものでは撥水性が大きい。
【0011】
PTFEもフッ化グラファイトもマトリックスが有機高分子材料のため、熱や摩耗に弱く、金属と複合化するためフッ化物粒子を組み込んだ金属メッキが考えられている。しかし、この方法もフッ素濃度の高い金属複合体は、電解液中でいわゆる陽極効果を発生し、電解が停止したり、フッ化物の沈殿を生じたりして、実用化に程遠い。
【0012】
又、金属石けんは、撥水性としてステアリン酸カルシウムで110 °、ステアリン酸アルミニウムで120 °、ステアリン酸亜鉛で135 °の接触角があり、一般有機物の中では、最も大きい。しかし、金属石けんは、微粉体が殆どであり、分子膜を構成するためには、これら微粉体を基材表面に付着させた後、その融点以上に加熱して、撥水性膜を形成したりしているが、熱や摩耗に弱い事は、その弱点である。
【0013】
一般的に、撥水性と帯電防止性は相反する性格を有し、従来の帯電防止性剤は、親水性のものが殆どで撥水性又は疎水性ポリマー等は、帯電性に問題がある。
【0014】
従って、本発明の目的は、撥水性と帯電防止性の両方に優れた被膜組成物を提供することである。
【0015】
また、本発明のもう1つの目的は、撥水性と帯電防止性の両方に優れた被覆基材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、無機アルコキシドを有機溶媒中で脂肪酸と反応させて金属せっけんを生成させ、無機アルコキシドを加水分解後に重縮合して得られるポリマーの三次元骨格に上記金属せっけんを架橋させた被膜組成物を提供する事により、金属せっけん固有の撥水性(水との接触角120 °)の表面を保有させると共に、やはり金属せっけん固有の極性−無極性よりなる界面活性により、帯電防止性分子を形成させると、不溶性を有し且つ表面硬度の高い、撥水性及び帯電防止性を有する被膜が得られること、また、この被膜組成物を塗工後に所定温度で熱処理すると、撥水性及び帯電防止性を有する被覆基材が得られることを発見し、本発明に想到した。
【0017】
すなわち、本発明の撥水性・帯電防止性被膜組成物は、
(A)(a)無機アルコキシド及び/又は(b) 前記(a) 無機アルコキシドが加水分解し重縮合してなるポリマーと、
(B) 脂肪酸類と、
(C) 触媒と、
(D) ケイフッ化水素酸類と、
(E) 含水有機溶媒とからなることを特徴とする。
【0018】
また、撥水性・帯電防止性被膜を有する被覆基材の製造方法は、基材の少なくとも片面に、上述した被膜組成物により形成される膜を塗工する工程及び80℃以上で熱処理して撥水性・帯電防止性被膜を形成する工程を包含することを特徴とする。
【0019】
以下本発明を詳細に説明する。
[1] 組成物の成分
(A) (a) 無機アルコキシド及び/又は(b) OH基含有ポリマー
(a) 無機アルコキシド
(1) 一般式
本発明に用いられる無機アルコキシドは、次式(I):
M(OR)n (X)a-n (I)
(ここでMはSi、Al、Ti、Zr、Ca、Fe、V、Sn、Li、Be、Y、B及びPからなる群から選択された無機原子であり、Rは、アルキル基であり、Xは、炭化水素基、官能基を有する炭化水素基又はハロゲンであり、aはMの原子価であり、そしてnは、0からaまでの整数である。)で示される化合物の少なくとも1種が好ましい。
【0020】
(2) n =aの場合
上記(I)式の化合物のうち、一般的に使用されるのは、n =a 、つまりMにアルコキシド基のみが結合した化合物である。
【0021】
(i )アルコキシシラン
上記MがSiの場合には、上記aは4である。このようなアルコキシドはSi(OR1 )4 で表される。ここでR1 は好ましくは炭素数1〜4のアルキル基(以下、低級アルキル基という)である。このようなアルコキシシランとしては、Si(OCH3 )4 、Si(OC2 H5 )4 等が挙げられる。
【0022】
(ii)アルミニウムアルコキシド
上記MがAlの場合には、上記aは3である。このようなアルコキシドはAl(OR2 )3 で表される。ここでR2 は好ましくは低級アルキル基である。このようなアルミニウムアルコキシドとしては、Al(OCH3 )3 、Al(OC2 H5 )3 、Al(O−n−C3 H7 )3 、Al(O−i−C3 H7 )3 、Al(OC4 H9 )3 等が挙げられる。上記アルミニウムアルコキシドは、通常、上記アルコキシシランと混合して用いられ、アルミニウムアルコキシドを用いる事によって、得られる被膜の表面硬度や耐熱性が向上する。
【0023】
アルミニウムアルコキシドの使用量は、好ましくは上記アルコキシシラン100 重量部に対して40重量部以下の範囲であり、更に好ましくは約30重量部である。40重量部を超えると、形成されるポリマーがゲル化しやすくなり、得られる被膜に亀裂が生じる場合がある。
【0024】
(iii )チタニウムアルコキシド
上記MがTiの場合には、上記aは4である。このようなアルコキシドは、Ti(OR3 )4 で表される。ここでR3 は好ましくは低級アルキル基である。このようなチタニウムアルコキシドとしては、Ti(OCH3 )4 、Ti(OC2 H5 )4 、Ti(OC3 H7 )4 、Ti(OC4 H9 )4 、Ti(O−i−C3 H7 )4 等が挙げられる。
【0025】
(iv)ジルコニウムアルコキシド
上記MがZrの場合には、上記aは4である。このようなアルコキシドは、Zr(OR4 )4 で表される。ここでR4 は好ましくは低級アルキル基である。このようなジルコニウムアルコキシドとしては、Zr(OCH3 )4 、Zr(OC2 H5 )4 、Zr(O−i−C3 H7 )4 、Zr(O−t−C4 H9 )4 、Zr(O−n−C4 H9 )4 等が挙げられる。
【0026】
(v )その他のアルコキシド
上記以外のアルコキシドとしては、例えば、Ca(OC2 H5 )2 、Fe(OC2 H5 )3 、V(O−i−C4 H9 )3 、Sn(O−i−C4 H9 )4 、Li(OC2 H5 )、Be(OC2 H5 )2 、B(OC2 H5 )3 、Y(OCH3 )3 、Y(OC2 H5 )3 、P(OCH3 )3 、P(OC2 H5 )3 等が挙げられる。
【0027】
(3) n ≦a-1 の場合
式(I)で示される無機アルコキシドのうちn≦a-1 の場合、つまりMにアルコキシ基以外の基Xが結合している化合物としては、例えば、XがCl、Brのようなハロゲンである化合物がある。Xがハロゲンである化合物には、後述のようにアルコキシ基と同様に加水分解されてOH基を生じ重縮合反応が起こる。Xはまた、炭化水素基や官能基を有する炭化水素基であり得、この炭化水素基の炭素数は通常1〜15である。このような基は、加水分解後の重縮合反応で生ずるポリマー中に有機部分として残留する。上記官能基としては、カルボキシル基、カルボニル基、アミノ基、ビニル基、エポキシ基などが好ましい。このような基は、被膜の不溶性を高める上で好適である。
【0028】
Xを有する式( I) の化合物としては、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキンシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメトキシシランなどが挙げられる。
【0029】
(b) OH基含有ポリマー
上記説明した無機アルコキシドの代わりに、または同時に、予め無機アルコキシドが加水分解されて重縮合したOH基を有するポリマーを使用できる。このポリマーは後述するように無機アルコキシドが酸及び塩基触媒の存在下で加水分解後重縮合することで生成される。このポリマーは比較的低分子のオリゴマーであり、例えば、分子量は700 〜900 が好ましい。無機アルコシドの加水分解及び重縮合反応は、一般的に温度25℃下で2時間行う。
【0030】
(B) 脂肪酸類
本発明に用いられる脂肪酸類としては、脂肪酸及びこれらの塩類が挙げられ、脂肪酸には飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸が挙げられる。
【0031】
(1) 飽和脂肪酸類
本発明に用いられる飽和脂肪酸としては、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸が挙げられ、ステアリン酸が特に好ましい。飽和脂肪酸の塩類としては、前記無機アルコキシドと結合して生成する金属せっけんが好ましい。この金属せっけんは、本発明の被膜組成物による被膜の有する撥水性に主として寄与する。
【0032】
飽和脂肪酸の使用量は無機アルコキシド100 重量部に対して8〜13重量部が好ましい。8重量部未満の場合は被膜の撥水性が不良となり、13重量部を超える場合は表面硬度が低下する。
【0033】
本発明に用いられる飽和脂肪酸として、例えば、ステアリン酸は、アルミニウムイソプロポキシドの有機溶媒中にてアルミニウムと結合し、ステアリン酸アルミニウムジソープを生成する。ステアリン酸アルミニウムジソープは、撥水性能が高く、水との接触角は120 °であり、これによって得られる被膜の表面撥水性は、画期的に向上すると共に金属せっけんの持つ極性−無極性よりなる界面活性により、帯電防止性性能を示す。ステアリン酸の使用量は、アルミニウムイソプロポキシド100 重量部に対して、20〜70重量部が好ましく、45重量部がより好ましい。20重量部未満の場合は被膜の撥水性が不良となり、70重量部を超える場合は表面硬度が低下する。
【0034】
(2) 不飽和脂肪酸類
本発明に用いられる不飽和脂肪酸としては、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸が挙げられ、オレイン酸が特に好ましい。不飽和脂肪酸の塩類としては、前記無機アルコキシドと結合し生成する金属せっけんが好ましい。この金属せっけんは導電性が優れているため主として、本発明の被膜組成物による被膜の有する帯電防止性に寄与する。
【0035】
不飽和脂肪酸の使用量は無機アルコキシド100 重量部に対して4〜10重量部が好ましい。4重量部未満の場合は導電性が消失し、10重量部を超える場合は表面硬度が低下する。
【0036】
本発明に用いられる不飽和脂肪酸として、例えば、オレイン酸は、有機溶媒中でカルシウムエトキシドと反応し、オレイン酸カルシウムを生成する。オレイン酸カルシウムは、元来イオン結合であり、特にイオン電導を行う事により帯電防止性機能を発揮するが、撥水性能もステアリン酸アルミニウムに次いで良好である。これによって得られる被膜は、イオン結合性であるため、導電性があり、帯電防止性が良く導電率(表面抵抗104 Ω)、撥水性能も水の接触角180 °である。オレイン酸の使用量は、カルシウムエトキシド100 重量部に対して、30〜60重量部である。好ましくは、50重量部である。30重量部未満の場合は導電性が消失し、60重量部以上の場合は表面硬度が低下する。
【0037】
(C) 触媒
本発明に用いられる触媒としては、酸触媒及び塩基触媒が挙げられる。
【0038】
(1) 酸触媒
酸触媒は前記無機アルコキシドの加水分解反応に用いられる。従って、予め無機アルコキシドがある程度加水分解されて重縮合したOH基を有するポリマーを使用する場合には酸触媒は、不要となる。
【0039】
上記酸触媒としては、▲1▼塩酸、硫酸、硝酸などの鉱酸、▲2▼塩化水素ガスなどの鉱酸の無水物、▲3▼酒石酸、フタル酸、マレイン酸、ドデシルコハク酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルナジック酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ジクロルコハク酸、クロレンディック酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水ドデシルコハク酸、無水へキサヒドロフタル酸、無水メチルナジック酸、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、無水ジクロルコハク酸、無水クロレンディック酸などの有機酸やその無水物が挙げられる。
【0040】
上記酸触媒の使用量は、無機アルコキシド100 重量部に対して0.01〜0.5 重量部が好ましく、0.015 〜0.3 重量部が特に好ましい。0.01重量部未満の場合には加水分解が不充分となるおそれがあり、0.5 重量部を越える場合には重縮合反応が進行し、粘度が増大するおそれがある。
【0041】
(2) 塩基触媒
塩基触媒は、主として前記無機アルコキシドの加水分解物の重縮合反応の触媒として、且つ、その急速な架橋反応及び三次元網目構造形成の触媒として用いられる。その結果、無機アルコキシド及び脂肪酸とから生成される金属せっけんの金属部分が前記三次元網目構造に架橋し、その三次元網目構造の中に包接することとなる。
【0042】
上記塩基触媒としては、水に実質的に不溶であり、有機溶媒に可溶な第三アミンが好ましい。好ましい塩基触媒としては、N,N−ジメチルベンジルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミンなどがあり、特にN,N−ジメチルベンジルアミンが特に好ましい。
【0043】
上記塩基触媒の使用量は、本発明の被膜組成物100 重量部中で、0.01〜1重量部が好ましく、0.05重量部が特に好ましい。0.01重量部未満では重縮合反応の進行が遅く、1重量部を超えると重縮合反応が急速に進行するため、後述の有機溶媒に溶けにくくなり、得られる被膜が不均一となるため、強度が低下するおそれがある。
【0044】
(D) ケイフッ化水素酸類
本発明に用いられるケイフッ化水素酸類としては、ケイフッ化水素酸及びこれらの塩類が挙げられる。ケイフッ化水素酸の塩類としては、前記無機アルコキシドと結合し生成するフッ化金属塩が好ましい。また、ケイフッ化水素酸は、好ましくは、前記酸触媒としての鉱酸、前記飽和及び不飽和脂肪酸の存在下で密度の高いSiO2 を析出し、このSiO2 及びフッ化金属塩は、本発明の被膜組成物の有する撥水性及び帯電防止性に寄与する。
【0045】
ケイフッ化水素酸の使用量は、本発明の被膜組成物100 重量部中で、0.1 〜3重量部が好ましい。
【0046】
(E) 含水有機溶媒
本発明に用いられる有機溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどの水と相溶性のある溶媒が挙げられる。この有機溶媒は水と共に用いられる。上記有機溶媒の使用量は、上記(A) 〜(D) の合計100 重量部に対して100 〜5000重量部が好ましく、約3000重量部が特に好ましい。また、上記水の使用量は、上記有機溶媒100 重量部に対して、3〜5重量部が好ましい。
【0047】
(F) その他の成分
本発明の被膜組成物には、さらに、少なくとも1種のポリアクリル酸類を含有させてもよい。上記ポリアクリル酸類としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、これらの塩類などが挙げられる。上記ポリアクリル酸類の使用量は、上記(A) 〜(E)100重量部に対して、0.3 〜1重量部が好ましい。
【0048】
[2] 被覆基材
[A] 基材
本発明に用いられる基材としては、ガラス、プラスチック、金属などが好ましい。
【0049】
[B] 被膜の製造方法
(1) 被膜組成物の塗布
上記撥水性・帯電防止性被膜組成物の各成分を混合して、透明な塗工液を得る。この塗工液を上記基材の少なくとも片面に塗工する。塗工方法は、特に限定されず、スプレー塗工、浸籍塗工、はけ塗り塗工、ロールコーター塗工等を使用することができる。
【0050】
(2) 加熱・乾燥
上記塗工された基材を80℃以上の温度、好ましくは80℃〜150 ℃の範囲内で加熱・乾燥させることにより、本発明の撥水性・帯電防止性被膜が得られる。必要に応じて、上記塗工液を数回重ねて塗工した後、上記加熱・乾燥処理を行ってもよい。
【0051】
[C] 被膜の特性
上記得られた被膜の膜厚は、0.05〜1.0 μm が好ましく、0.08〜0.1 μm が特に好ましい。被膜の膜厚は、上記塗工液を厚く塗工することにより、又は数回重ねて塗工することにより、適宜、調節され得る。
【0052】
このようにして得られる被膜は、基材の表面に撥水性および帯電防止性を与える。形成された被膜は、水及び有機溶剤に不溶であり、且つ高い表面硬度、耐摩耗性、耐候性を有する。
【0053】
【作用】
本発明の撥水性・帯電防止性被膜組成物においては、無機アルコキシドが有機溶媒溶液中で酸触媒の作用により加水分解し、主としてアルコキシ基がOH基に変化し、重縮合作用を開始する。これに添加された塩基触媒の作用により、OH基の脱プロトン化が起こり、その結果、前記加水分解物が重縮合を進行し、無機アルコキシド三次元網目構造を形成する。一方、脂肪酸の塩類が、好ましくは、無機アルコキシド及び脂肪酸との反応生成物としての金属せっけんが、前記無機アルコキシド三次元網目構造に架橋し、撥水性及び帯電防止性に優れた本発明の被膜組成物が得られる。
【0054】
具体的には、無機アルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシドとステアリン酸等脂肪酸とを有機溶媒溶液中で反応させる事により、ステアリン酸アルミニウムトリソープ等の金属せっけんを生成し、ステアリン酸アルミニウムトリソープは空気中の水分等によって容易に加水分解し、ステアリン酸アルミニウムアルミニウムジソープと脂肪酸となる。必要に応じてオレイン酸とカルシウムエトキシドを反応させ、オレイン酸カルシウムを形成させる場合も上記と同様である。
【0055】
上記アルミニウムイソプロポキシド、ステアリン酸アルミニウムジソープ及び必要に応じてオレイン酸カルシウムを含有した有機溶媒溶液に、化学式(I)でXがエポキシ基を有する炭化水素基である無機アルコキシドを添加し、有機溶媒溶液中の鉱酸により加水分解させる。その後、この溶液に塩基触媒を添加し、塩基触媒存在下で、前記エポキシ基に対しては開環及び重縮合反応、加水分解でアルコキシド基より生成したOH基に対しては重縮合反応を開始させ、ステアリン酸アルミニウムジソープ及びオレイン酸カルシウムをゾル−ゲル法による前記無機アルコキシド三次元網目構造に架橋させ、同時にケイフッ化水素酸を混合し撹拌する事で、透明性及び密着性の良い塗工液を得る。この塗工液による被膜の表面硬度は、4H〜5Hであり、不溶性及び密着性の良い透明膜ができる。
【0056】
帯電防止性被膜としては、ゾル−ゲル法による無機アルコキシド三次元網目構造にイオン結合性の大きいオレイン酸カルシウムや双極子モーメントの大きいステアリン酸アルミニウムジソープ等の金属せっけんが一部架橋結合し、三次元網目構造の多孔質部分で表面微細孔を介して、金属せっけん固有の極性−無極性よりなる界面活性となり、帯電防止性分子を形成し、無機アルコキシド三次元網目構造部分の乾燥収縮に伴い、帯電防止性分子が孔中より裏面へ移行して、最小限単分子膜の帯電防止性効果を現出する。
【0057】
元来、金属せっけんは、脂肪酸と金属のイオン結合性であり、有機溶媒中でもかなりの導電性がある事が明らかにされている。特にオレイン酸カルシウムは、イオン伝導により電荷の移動が起こる。ステアリン酸アルミニウムジソープは、双極子モーメントが大きく、アルコールやアミンの存在で溶解性が向上し、その分子構造は、鎖状又は網目状となり、オレイン酸カルシウムの存在とあいまって、電荷の移動機構を構成する。必要に応じて、In、Snのアセチルアセトネ−ト液を作成し、上記塗工液に混合して使用しても良い。
【0058】
この帯電防止性被膜は表面抵抗が104 〜107 と低く、帯電防止性効果は優れている。電子部品用途にも十分使用できる。
【0059】
又、撥水性被膜としては、アルミニウムイソプロポキシド及び化学式(I)でXがエポキシ基を有する炭化水素基である無機アルコキシド溶液中で、アルミニウムイソプロポキシドとステアリン酸とにより形成されたステアリン酸アルミニウムジソープと、必要に応じて反応させたカルシウムエトキシドとオレイン酸とにより形成されたオレイン酸カルシウムと、ケイフッ化水素酸及びアルミニウムイソプロポキシドとにより形成されたフッ化アルミニウムとの存在により、撥水性が大きく、殆ど水との接触角120 °に近い。
【0060】
元来、金属せっけんは、表面エネルギーの小さいCH3 が規則正しく並んでいる為、表面凝集エネルギーは、全体として非常に小さく、滑りの良い性質である。その凝集エネルギーは、CF3 に次いで低いと考えられている。
【0061】
この撥水性・滑剤性及び帯電防止性が並立して作動する事により、空気中の汚染物質(たばこの煙、各種酸化物、塵埃等)が基材表面に吸着することなく又雨水、湿気等が基材表面に於て、自己表面張力及び重力差によって、付着する事なく脱落する。
【0062】
【実施例】
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。
【0063】
実施例1
1.被膜組成物の調製及び塗工
表1に示す各成分(単位:重量%)を用いて、本発明の被膜組成物を以下の手順で調製し、塗工した。
【0064】
アルミニウムイソプロポキシド加水分解液(アルミニウムイソプロポキシドを鉱酸触媒(HCl 35 %)により充分に加水分解し、殆ど鉱酸触媒の水分のみで反応を行い、その水分がイソプロパノールに転換した加水分解液でAl2 O3 含量が4%のもの)(A-2) とエタノール(E-1) との混合液にステアリン酸(B) を加え、80℃で20分間加熱撹拌した。
【0065】
上記溶液中にステアリン酸アルミニウムジソープが生成した後、常温(25℃)で40〜60分放置した。これに、γ−グリシドキシプロピルメトキシシラン(商品名“SH6040”、東レ・ダウコーニング社製)(A-1) を添加すると溶液中の鉱酸の作用により、γ−グリシドキシプロピルメトキシシランのメトキシ基が加水分解を開始した。更に、ケイフッ化水素酸水溶液(40%)(D) 及び、エタノール(E-1) 、n−ブタノール(E-2) 、N,N−ジメチルベンジルアミン(C) を加え、10分間撹拌する事により、本発明の被膜組成物としての塗工液を調製した。塗工液中では、SiO2 の析出及びフッ化金属塩が生成すると共に、SH6040のエポキシ基が開環重合した。この透明な塗工液をガラス板の片面に塗工し、150 ℃で10分間加熱・乾燥した。
【0066】
2.評価
上記塗工ガラス板を自動接触角測定システム(協和界面科学社製)を用い液滴法により測定した結果、接触角は110 °であった。また、紙又は布で摩擦した後、カーボンブラックを使用してカーボンブラックを吸引する距離及び吸引量を調べた結果、殆ど吸引及び付着はなかった。さらに上記塗工ガラス板の電気抵抗値は107 Ω以下であった。
【0067】
【0068】
実施例2
実施例1同様に、アルミニウムイソプロポキシド加水分解液(A-2) とエタノール(E-1) との混合液にステアリン酸(B-1) を加え、ステアリン酸アルミニウムジソープを生成させてステアリン酸アルミニウムジソープ及びアルミニウムイソプロポキシド加水分解液混合溶液を調製した。別途、カルシウムエトキシド加水分解液(A-3) 、オレイン酸(B-2 )及びエタノール(E-1) の混合溶液を作成し、80℃で10分間加熱撹拌した。これを上記ステアリン酸アルミニウムジソープ及びアルミニウムイソプロポキシド加水分解液混合溶液と混合し、10分間撹拌し、SH6040(A-1) 、ケイフッ化水素酸水溶液(40%)(D) 、エタノール(E-1) 、n−ブタノール(E-2) 、N,N−ジメチルベンジルアミン(C) を加え、10分間撹拌し、塗工液を調製した。表2に上記各成分の使用量を示す。その塗工液にポリカーボネート片をディッピングし、120 ℃〜150 ℃で5分間乾燥した。上記塗工ポリカーボネート片を実施例1と同様にして、評価を行った結果、接触角は106 °、電気抵抗値は105 Ωであった。
【0069】
【0070】
比較例1
実施例1同様に未塗工のスライドガラス板を自動接触角測定システムを用い液滴法で測定した結果、接触角は26°であった。また、実施例1同様にカーボンブラックを吸引する距離及び吸引量を調べた結果、カーボンブラックは吸引付着された。
【0071】
上記実施例と比較例の結果より、実施例の被膜組成物による被膜は、比較例のものに比べて、撥水性及び帯電防止性に優れている。
【0072】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の被膜組成物は、撥水性及び帯電防止性に優れた被膜を提供することができる。また、本発明の被膜組成物を被覆した被覆基材の製造方法は、撥水性及び帯電防止性に優れた被覆基材を提供することができる。この被覆基材は情報・電子産業の精密機器、光学機器などにおいて極めて有用である。[0001]
[Industrial application fields]
In the fields of precision equipment and optical equipment in the information and electronics industries, the present invention is a coating on plastics, glass and other various materials, which has antistatic properties and a high water repellency, insolubility and high surface hardness. The present invention relates to a water repellent / antistatic coating composition that can be formed and a method for producing a coated substrate.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Originally, the antistatic property is that the charged surface is made to leak quickly by making the surface of the base material conductive, and the generated charge may be reduced as much as possible by surface contact. A particularly important method of charge leakage is
1. Method of applying antistatic agent to substrate surface (surface coating method)
2. Method of kneading an antistatic agent into polymer materials, etc., and transferring a part to the surface (internal kneading method)
However, both are thin layers of an antistatic agent and are made conductive by coating the surface. The antistatic agent is mostly a surfactant and a metal thin film is also used.
[0003]
Various attempts have been made as a surface coating method, but when a surfactant solution is used as an antistatic agent, the lipophilic part of the surfactant is adsorbed on the surface of the base material (for example, a polymer material). When the hydrophilic polar part is arranged facing outside (in the room air), a conductive layer is formed due to the adsorption of moisture in the air and the polarization effect of the surfactant and the polarization of the moisture, resulting in an antistatic effect.
[0004]
In this case, the surfactant or the like easily falls off from the surface, and further, the effect is diminished by moving away from the surface or moving into the film layer.
[0005]
Despite the ease of processing, the surface coating method of the substrate has its durability. Therefore, by using an internal kneading method, a polymer type surfactant is polymerized with a monomer containing a quaternary ammonium salt such as acrylic acid or methacrylic acid or a tertiary amine, or an ionic polymer is added to the vehicle, Those containing inorganic conductive fine particles are used as conductive paints.
[0006]
In addition, as a method using an inorganic polymer, a thin film having polysiloxane as the main chain is made and made conductive by interaction with moisture adsorbed as a hygroscopic surface, or charged by combining polysiloxane and a surfactant. I make a protective coating. Although these are both advantages and disadvantages, even if the water-absorbent coating film is essentially an antistatic coating film, the surfactant is washed away with water and the conductive layer disappears, and contaminants in the air are removed by moisture. It is very disturbing because it absorbs inside.
[0007]
Regarding water repellency, wax, oil, silicone resin, metal soap, etc. have been used as a base for water repellents, but there are problems with heat resistance and weather resistance when they are put to practical use. There is nothing satisfactory.
[0008]
For example, during exposure to the outside world, resistance to adhesion contamination such as dust and iron powder is low, and the durability of the water repellent effect is impaired by acid rain and sunlight.
[0009]
As a measurement standard for water repellency, the contact angle of water is often used. PTFE (Teflon) developed by DuPont, USA, has the chemical formula: -CF2-CF2It is a polymer comprising-, has a low surface energy, and water repellency is known as a water contact angle of 110 °.
[0010]
Furthermore, in recent research, graphite fluoride has been discovered and exhibits strong water repellency (contact angle l80 °) and excellent lubricity. -CH smaller than surface energyThreeIs 3. l × 10-Four -CF for N / cmThreeIs 1.9 x 10-Four N / c m is said to be the smallest among the substances, and water repellency is large when the polarizability is small.
[0011]
Since PTFE and graphite fluoride are organic polymer materials, the matrix is weak against heat and abrasion, and metal plating incorporating fluoride particles is considered to be combined with metal. However, this method is also far from practical use because a metal complex having a high fluorine concentration generates a so-called anodic effect in the electrolytic solution, and electrolysis stops or precipitation of fluoride occurs.
[0012]
Metal soap has a water repellency of 110 ° for calcium stearate, 120 ° for aluminum stearate and 135 ° for zinc stearate, which is the largest among general organic materials. However, metal soap is mostly fine powder, and in order to form a molecular film, after attaching these fine powder to the substrate surface, it is heated to the melting point or higher to form a water-repellent film. However, being weak against heat and wear is its weak point.
[0013]
In general, water repellency and antistatic properties are opposite to each other. Conventional antistatic agents are mostly hydrophilic, and water repellency or hydrophobic polymers have a problem in chargeability.
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a coating composition excellent in both water repellency and antistatic properties.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a method for producing a coated substrate excellent in both water repellency and antistatic properties.
[Means for Solving the Problems]
[0016]
As a result of diligent research in view of the above object, the present inventor has produced a metal soap by reacting an inorganic alkoxide with a fatty acid in an organic solvent, and converted the inorganic alkoxide into a three-dimensional skeleton of a polymer obtained by polycondensation after hydrolysis. By providing a coating composition in which the above metal soap is cross-linked, the surface of the metal soap has a water repellent characteristic (contact angle with water of 120 °), and an interface consisting of polar and nonpolar characteristics unique to the metal soap. By forming an antistatic molecule due to activity, a coating having insolubility and high surface hardness, water repellency and antistatic properties can be obtained, and heat treatment at a predetermined temperature after coating the coating composition Then, it discovered that the coating base material which has water repellency and antistatic property was obtained, and came up with this invention.
[0017]
That is, the water-repellent and antistatic coating composition of the present invention is
(A) (a) inorganic alkoxide and / or (b) a polymer obtained by hydrolyzing and polycondensing (a) inorganic alkoxide;
(B) fatty acids,
(C) a catalyst;
(D) silicohydrofluoric acid,
(E) It comprises a hydrous organic solvent.
[0018]
In addition, the method for producing a coated substrate having a water-repellent / antistatic coating comprises a step of applying a film formed of the above-described coating composition on at least one surface of the substrate and a heat treatment at 80 ° C. or higher for repelling. It includes the step of forming an aqueous / antistatic coating.
[0019]
The present invention will be described in detail below.
[1] Composition components
(A) (a) Inorganic alkoxide and / or (b) OH group-containing polymer
(a) Inorganic alkoxide
(1) General formula
The inorganic alkoxide used in the present invention has the following formula (I):
M (OR)n(X)an (I)
(Wherein M is an inorganic atom selected from the group consisting of Si, Al, Ti, Zr, Ca, Fe, V, Sn, Li, Be, Y, B and P, and R is an alkyl group, X is a hydrocarbon group, a hydrocarbon group having a functional group or a halogen, a is a valence of M, and n is an integer from 0 to a). Is preferred.
[0020]
(2) When n = a
Of the compounds of the above formula (I), generally used is n = a, that is, a compound in which only an alkoxide group is bonded to M.
[0021]
(I) alkoxysilane
When M is Si, a is 4. Such alkoxides are Si (OR1)FourIt is represented by Where R1Is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (hereinafter referred to as a lower alkyl group). Such alkoxysilanes include Si (OCHThree)Four, Si (OC2HFive)FourEtc.
[0022]
(Ii) Aluminum alkoxide
When M is Al, the a is 3. Such alkoxides are Al (OR2)ThreeIt is represented by Where R2Is preferably a lower alkyl group. As such an aluminum alkoxide, Al (OCHThree)Three, Al (OC2HFive)ThreeAl (On-CThreeH7)ThreeAl (O-i-CThreeH7)Three, Al (OCFourH9)ThreeEtc. The aluminum alkoxide is usually used as a mixture with the alkoxysilane. By using the aluminum alkoxide, the surface hardness and heat resistance of the resulting coating are improved.
[0023]
The amount of aluminum alkoxide to be used is preferably in the range of 40 parts by weight or less, more preferably about 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the alkoxysilane. If it exceeds 40 parts by weight, the polymer formed tends to gel, and cracks may occur in the resulting coating.
[0024]
(Iii) Titanium alkoxide
When M is Ti, a is 4. Such alkoxides are Ti (ORThree)FourIt is represented by Where RThreeIs preferably a lower alkyl group. As such a titanium alkoxide, Ti (OCHThree)Four, Ti (OC2HFive)Four, Ti (OCThreeH7)Four, Ti (OCFourH9)Four, Ti (O-i-CThreeH7)FourEtc.
[0025]
(Iv) Zirconium alkoxide
When M is Zr, a is 4. Such alkoxides are Zr (ORFour)FourIt is represented by Where RFourIs preferably a lower alkyl group. Such zirconium alkoxides include Zr (OCHThree)Four, Zr (OC2HFive)Four, Zr (O-i-CThreeH7)Four, Zr (Ot-CFourH9)Four, Zr (On-CFourH9)FourEtc.
[0026]
(V) Other alkoxides
As an alkoxide other than the above, for example, Ca (OC2HFive)2, Fe (OC2HFive)Three, V (O-i-CFourH9)Three, Sn (O-i-CFourH9)Four, Li (OC2HFive), Be (OC2HFive)2, B (OC2HFive)Three, Y (OCHThree)Three, Y (OC2HFive)Three, P (OCHThree)Three, P (OC2HFive)ThreeEtc.
[0027]
(3) When n ≤ a-1
Of the inorganic alkoxides represented by formula (I), when n ≦ a−1, that is, a compound in which a group X other than an alkoxy group is bonded to M, for example, X is a halogen such as Cl or Br. There are compounds. As described later, a compound in which X is a halogen is hydrolyzed in the same manner as an alkoxy group to generate an OH group and undergo a polycondensation reaction. X may also be a hydrocarbon group or a hydrocarbon group having a functional group, and the hydrocarbon group usually has 1 to 15 carbon atoms. Such groups remain as organic moieties in the polymer produced by the polycondensation reaction after hydrolysis. As the functional group, a carboxyl group, a carbonyl group, an amino group, a vinyl group, an epoxy group, and the like are preferable. Such a group is suitable for increasing the insolubility of the film.
[0028]
Examples of the compound of formula (I) having X include vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethinesilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and γ-aminopropylmethoxy. Silane etc. are mentioned.
[0029]
(b) OH group-containing polymer
Instead of or simultaneously with the inorganic alkoxide described above, a polymer having an OH group obtained by previously hydrolyzing and polycondensing the inorganic alkoxide can be used. As will be described later, this polymer is produced by hydrolysis and polycondensation of an inorganic alkoxide in the presence of an acid and a base catalyst. This polymer is a relatively low-molecular oligomer, and for example, the molecular weight is preferably 700 to 900. The hydrolysis and polycondensation reaction of inorganic alcoside is generally performed at a temperature of 25 ° C. for 2 hours.
[0030]
(B) Fatty acids
Fatty acids used in the present invention include fatty acids and salts thereof, and fatty acids include saturated fatty acids and unsaturated fatty acids.
[0031]
(1) Saturated fatty acids
Examples of the saturated fatty acid used in the present invention include capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, and stearic acid, and stearic acid is particularly preferable. As the salts of saturated fatty acids, metal soaps formed by combining with the inorganic alkoxide are preferable. This metal soap mainly contributes to the water repellency of the coating film of the coating composition of the present invention.
[0032]
The amount of saturated fatty acid used is preferably 8 to 13 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic alkoxide. When the amount is less than 8 parts by weight, the water repellency of the film becomes poor, and when it exceeds 13 parts by weight, the surface hardness decreases.
[0033]
As a saturated fatty acid used in the present invention, for example, stearic acid is combined with aluminum in an organic solvent of aluminum isopropoxide to produce aluminum stearate disoap. Aluminum stearate disoap has a high water repellency and a contact angle with water of 120 °. The surface water repellency of the resulting coating is dramatically improved and the polar-nonpolar nature of metal soap Due to the surface activity, antistatic performance is exhibited. The amount of stearic acid used is preferably 20 to 70 parts by weight and more preferably 45 parts by weight with respect to 100 parts by weight of aluminum isopropoxide. When the amount is less than 20 parts by weight, the water repellency of the coating becomes poor, and when it exceeds 70 parts by weight, the surface hardness decreases.
[0034]
(2) Unsaturated fatty acids
Examples of the unsaturated fatty acid used in the present invention include oleic acid, linoleic acid, and linolenic acid, and oleic acid is particularly preferable. As the salt of unsaturated fatty acid, metal soap formed by combining with the inorganic alkoxide is preferable. Since this metal soap has excellent conductivity, it mainly contributes to the antistatic property of the coating film of the coating composition of the present invention.
[0035]
The amount of the unsaturated fatty acid used is preferably 4 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic alkoxide. When the amount is less than 4 parts by weight, the conductivity is lost, and when it exceeds 10 parts by weight, the surface hardness is lowered.
[0036]
As an unsaturated fatty acid used in the present invention, for example, oleic acid reacts with calcium ethoxide in an organic solvent to produce calcium oleate. Calcium oleate is originally an ionic bond and exhibits an antistatic function by performing ionic conduction, but its water repellency is also the second best after aluminum stearate. Since the film obtained by this is ion-bonding, it has electrical conductivity, good antistatic properties, and electrical conductivity (surface resistance of 10FourΩ), water repellency, water contact angle 180 °. The amount of oleic acid used is 30 to 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of calcium ethoxide. Preferably, it is 50 parts by weight. When the amount is less than 30 parts by weight, the conductivity is lost, and when the amount is 60 parts by weight or more, the surface hardness decreases.
[0037]
(C) Catalyst
Examples of the catalyst used in the present invention include an acid catalyst and a base catalyst.
[0038]
(1) Acid catalyst
The acid catalyst is used for the hydrolysis reaction of the inorganic alkoxide. Therefore, when using a polymer having an OH group in which inorganic alkoxide is previously hydrolyzed to some extent and polycondensed, an acid catalyst is not required.
[0039]
Examples of the acid catalyst include (1) mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, (2) anhydrides of mineral acids such as hydrogen chloride gas, (3) tartaric acid, phthalic acid, maleic acid, dodecyl succinic acid, hexahydro Phthalic acid, methyl nadic acid, pyromellitic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, dichlorosuccinic acid, chlorendic acid, phthalic anhydride, maleic anhydride, dodecyl succinic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methyl nadic anhydride, anhydrous Examples include organic acids such as pyromellitic acid, benzophenone tetracarboxylic anhydride, dichlorosuccinic anhydride, and chlorendic anhydride, and anhydrides thereof.
[0040]
The amount of the acid catalyst used is preferably 0.01 to 0.5 parts by weight, particularly preferably 0.015 to 0.3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the inorganic alkoxide. If the amount is less than 0.01 part by weight, the hydrolysis may be insufficient. If the amount exceeds 0.5 part by weight, the polycondensation reaction proceeds and the viscosity may increase.
[0041]
(2) Base catalyst
The base catalyst is mainly used as a catalyst for polycondensation reaction of the hydrolyzate of the inorganic alkoxide, and as a catalyst for rapid crosslinking reaction and formation of a three-dimensional network structure. As a result, the metal portion of the metal soap generated from the inorganic alkoxide and the fatty acid is crosslinked to the three-dimensional network structure and is included in the three-dimensional network structure.
[0042]
The base catalyst is preferably a tertiary amine that is substantially insoluble in water and soluble in an organic solvent. Preferable base catalysts include N, N-dimethylbenzylamine, tripropylamine, tributylamine, and tripentylamine, and N, N-dimethylbenzylamine is particularly preferable.
[0043]
The amount of the base catalyst used is preferably 0.01 to 1 part by weight and particularly preferably 0.05 part by weight in 100 parts by weight of the coating composition of the present invention. If the amount is less than 0.01 parts by weight, the polycondensation reaction proceeds slowly. If the amount exceeds 1 part by weight, the polycondensation reaction proceeds rapidly. May decrease.
[0044]
(D) Hydrosilicofluoric acids
Examples of the silicohydrofluoric acid used in the present invention include silicohydrofluoric acid and salts thereof. The salt of hydrosilicofluoric acid is preferably a metal fluoride salt formed by combining with the inorganic alkoxide. The silicohydrofluoric acid is preferably a high-density SiO in the presence of the mineral acid as the acid catalyst, the saturated and unsaturated fatty acids.2And this SiO2The metal fluoride salt contributes to the water repellency and antistatic properties of the coating composition of the present invention.
[0045]
The amount of silicofluoric acid used is preferably 0.1 to 3 parts by weight in 100 parts by weight of the coating composition of the present invention.
[0046]
(E) Hydrous organic solvent
Examples of the organic solvent used in the present invention include water-compatible solvents such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, and butyl alcohol. This organic solvent is used with water. The amount of the organic solvent used is preferably 100 to 5000 parts by weight, particularly preferably about 3000 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total of (A) to (D). The amount of water used is preferably 3 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the organic solvent.
[0047]
(F) Other ingredients
The coating composition of the present invention may further contain at least one polyacrylic acid. Examples of the polyacrylic acids include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and salts thereof. The amount of the polyacrylic acid used is preferably 0.3 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the above (A) to (E).
[0048]
[2] coated substrate
[A] Base material
As the base material used in the present invention, glass, plastic, metal and the like are preferable.
[0049]
[B] Method for producing coating
(1) Application of coating composition
Each component of the water-repellent / antistatic coating composition is mixed to obtain a transparent coating solution. This coating solution is applied to at least one side of the substrate. The coating method is not particularly limited, and spray coating, registration coating, brush coating, roll coater coating, and the like can be used.
[0050]
(2) Heating / drying
The coated substrate is heated and dried at a temperature of 80 ° C. or higher, preferably in the range of 80 ° C. to 150 ° C., to obtain the water-repellent / antistatic coating of the present invention. If necessary, the heating / drying treatment may be performed after the coating liquid is applied several times.
[0051]
[C] Characteristics of coating
The film thickness of the obtained film is preferably from 0.05 to 1.0 μm, particularly preferably from 0.08 to 0.1 μm. The film thickness of the coating can be adjusted as appropriate by coating the coating solution thickly or by coating several times.
[0052]
The film thus obtained gives water repellency and antistatic properties to the surface of the substrate. The formed film is insoluble in water and organic solvents, and has high surface hardness, abrasion resistance, and weather resistance.
[0053]
[Action]
In the water-repellent / antistatic coating composition of the present invention, the inorganic alkoxide is hydrolyzed by the action of an acid catalyst in an organic solvent solution, and mainly the alkoxy group is changed to an OH group, and a polycondensation action is started. The deprotonation of the OH group occurs by the action of the base catalyst added thereto, and as a result, the hydrolyzate proceeds with polycondensation to form an inorganic alkoxide three-dimensional network structure. On the other hand, the fatty acid salt is preferably a metal soap as a reaction product of an inorganic alkoxide and a fatty acid, crosslinked to the inorganic alkoxide three-dimensional network structure, and excellent in water repellency and antistatic properties. Things are obtained.
[0054]
Specifically, by reacting aluminum isopropoxide as an inorganic alkoxide with a fatty acid such as stearic acid in an organic solvent solution, metal soap such as aluminum stearate trisoap is generated, and aluminum stearate trisoap is in the air. It is easily hydrolyzed by water and the like, and becomes aluminum stearate aluminum disoap and fatty acid. The same applies to the case where oleic acid and calcium ethoxide are reacted as necessary to form calcium oleate.
[0055]
An inorganic alkoxide in which X is a hydrocarbon group having an epoxy group in the formula (I) is added to an organic solvent solution containing the above-mentioned aluminum isopropoxide, aluminum stearate disoap and, if necessary, calcium oleate, and organic Hydrolysis with mineral acid in solvent solution. After that, a base catalyst is added to this solution, and in the presence of the base catalyst, ring opening and polycondensation reaction are started for the epoxy group, and polycondensation reaction is started for OH group generated from the alkoxide group by hydrolysis. Coating with good transparency and adhesion by cross-linking aluminum stearate disoap and calcium oleate to the inorganic alkoxide three-dimensional network structure by sol-gel method, and simultaneously mixing and stirring hydrofluoric acid Obtain a liquid. The surface hardness of the coating film by this coating solution is 4H to 5H, and a transparent film having good insolubility and adhesion can be formed.
[0056]
As the antistatic coating, a metal sorbate such as calcium oleate with a large ionic bond and aluminum stearate with a large dipole moment is partially cross-linked to a three-dimensional inorganic alkoxide network structure by a sol-gel method. Through the surface micropores in the porous part of the original network structure, it becomes a surface activity consisting of polar and nonpolar inherent to metal soap, forms an antistatic molecule, and with the drying shrinkage of the inorganic alkoxide three-dimensional network part, The antistatic molecule moves from the inside of the hole to the back surface, and the antistatic effect of the minimum monomolecular film appears.
[0057]
Originally, it has been clarified that metal soap is an ion-bonding property between a fatty acid and a metal and has considerable conductivity even in an organic solvent. In particular, calcium oleate undergoes charge transfer by ionic conduction. Aluminum stearate disoap has a large dipole moment, improved solubility in the presence of alcohol and amine, and its molecular structure is chain-like or network-like, coupled with the presence of calcium oleate, and the mechanism of charge transfer Configure. If necessary, an acetylacetonate solution of In and Sn may be prepared and mixed with the coating solution.
[0058]
This antistatic coating has a surface resistance of 10Four~Ten7The antistatic effect is excellent. It can also be used for electronic parts.
[0059]
Further, as the water repellent film, aluminum stearate formed by aluminum isopropoxide and stearic acid in an aluminum alkoxide solution and an inorganic alkoxide solution in which X is a hydrocarbon group having an epoxy group in the chemical formula (I) Due to the presence of disoap, calcium oleate formed by optionally reacted calcium ethoxide and oleic acid, and aluminum fluoride formed by silicohydrofluoric acid and aluminum isopropoxide. It is highly water-based and almost close to a contact angle of 120 ° with water.
[0060]
Originally, metal soap is CH with low surface energy.ThreeAre regularly arranged, the surface cohesive energy is very small as a whole, and it has a good slip property. Its cohesive energy is CFThreeIs considered to be the second lowest.
[0061]
The water repellency / lubricant and antistatic properties work side by side to prevent contaminants in the air (cigarette smoke, various oxides, dust, etc.) from adsorbing to the substrate surface, rainwater, moisture, etc. Falls off without adhering to the surface of the substrate due to self-surface tension and gravity difference.
[0062]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
[0063]
Example 1
1. Preparation and coating of coating composition
Using each component shown in Table 1 (unit:% by weight), the coating composition of the present invention was prepared and coated by the following procedure.
[0064]
Aluminum isopropoxide hydrolyzed solution (hydrolyzed solution in which aluminum isopropoxide is sufficiently hydrolyzed with a mineral acid catalyst (HCl 35%) and reacted almost exclusively with the water of the mineral acid catalyst, and the water is converted to isopropanol. At Al2OThreeStearic acid (B) was added to a mixed solution of (A-2) and ethanol (E-1), and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 20 minutes.
[0065]
After aluminum stearate disoap was formed in the above solution, it was left at room temperature (25 ° C.) for 40 to 60 minutes. When γ-glycidoxypropylmethoxysilane (trade name “SH6040”, manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) (A-1) is added thereto, γ-glycidoxypropylmethoxysilane is produced by the action of the mineral acid in the solution. Of the methoxy group started to hydrolyze. Further, add an aqueous solution of hydrofluoric acid (40%) (D) and ethanol (E-1), n-butanol (E-2), N, N-dimethylbenzylamine (C) and stir for 10 minutes. Thus, a coating liquid as a coating composition of the present invention was prepared. In the coating solution, SiO2And a metal fluoride salt were formed, and the epoxy group of SH6040 was ring-opening polymerized. This transparent coating solution was applied to one side of a glass plate, and heated and dried at 150 ° C. for 10 minutes.
[0066]
2. Evaluation
As a result of measuring the coated glass plate by a droplet method using an automatic contact angle measurement system (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.), the contact angle was 110 °. Further, after rubbing with paper or cloth, the distance and amount of suction of carbon black using carbon black were examined. As a result, there was almost no suction or adhesion. Furthermore, the electrical resistance value of the coated glass plate is 107It was below Ω.
[0067]
[0068]
Example 2
In the same manner as in Example 1, stearic acid (B-1) was added to a mixture of aluminum isopropoxide hydrolyzate (A-2) and ethanol (E-1) to form aluminum stearate disoap to produce stearin. A mixed solution of aluminum acid dissoap and aluminum isopropoxide hydrolyzate was prepared. Separately, a mixed solution of calcium ethoxide hydrolyzate (A-3), oleic acid (B-2) and ethanol (E-1) was prepared, and heated and stirred at 80 ° C. for 10 minutes. This was mixed with the above aluminum stearate disoap and aluminum isopropoxide hydrolyzed mixed solution, stirred for 10 minutes, SH6040 (A-1), hydrofluoric acid aqueous solution (40%) (D), ethanol (E -1), n-butanol (E-2) and N, N-dimethylbenzylamine (C) were added and stirred for 10 minutes to prepare a coating solution. Table 2 shows the amount of each component used. A polycarbonate piece was dipped into the coating solution and dried at 120 ° C. to 150 ° C. for 5 minutes. The coated polycarbonate piece was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the contact angle was 106 ° and the electric resistance value was 10 °.FiveΩ.
[0069]
[0070]
Comparative Example 1
As in Example 1, an uncoated slide glass plate was measured by a droplet method using an automatic contact angle measurement system. As a result, the contact angle was 26 °. Further, as a result of investigating the distance and amount of suction of carbon black as in Example 1, carbon black was sucked and adhered.
[0071]
From the results of the above examples and comparative examples, the coating films of the coating compositions of the examples are superior in water repellency and antistatic properties compared to those of the comparative examples.
[0072]
【The invention's effect】
As described above in detail, the coating composition of the present invention can provide a coating excellent in water repellency and antistatic properties. Moreover, the manufacturing method of the coating base material which coat | covered the coating composition of this invention can provide the coating base material excellent in water repellency and antistatic property. This coated substrate is extremely useful in precision equipment and optical equipment in the information and electronics industries.
Claims (9)
(B)脂肪酸類と、
(C)触媒と、
(D)ケイフッ化水素酸類と、
(E)含水有機溶媒とからなることを特徴とする撥水性・帯電防止性被膜組成物。(A) (a) inorganic alkoxide and / or (b) a polymer obtained by hydrolyzing and polycondensing (a) inorganic alkoxide;
(B) fatty acids,
(C) a catalyst;
(D) hydrosilicofluoric acids,
(E) A water-repellent and antistatic coating composition comprising a water-containing organic solvent.
M(OR)n(X)a−n (I)
(ここでMはSi、Al、Ti、Zr、Ca、Fe、V、Sn、Li、Be、Y、B及びPからなる群から選択される無機原子であり、Rはアルキル基であり、Xは、炭化水素基、官能基を有する炭化水素基又はハロゲンであり、aはMの原子価であり、そしてnは0からaまでの整数である。)で示される化合物の内の少なくとも1種であることを特徴とする撥水性・帯電防止性被膜組成物。The water-repellent / antistatic coating composition according to claim 1, wherein the (A) (a) inorganic alkoxide has the chemical formula (I):
M (OR) n (X) a−n (I)
(Where M is an inorganic atom selected from the group consisting of Si, Al, Ti, Zr, Ca, Fe, V, Sn, Li, Be, Y, B and P, R is an alkyl group, and X Is a hydrocarbon group, a hydrocarbon group having a functional group, or a halogen, a is a valence of M, and n is an integer from 0 to a). A water-repellent and antistatic coating composition characterized by
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