JP3787928B2

JP3787928B2 - Antifouling treatment agent and antifouling treatment method

Info

Publication number: JP3787928B2
Application number: JP31457496A
Authority: JP
Inventors: 眞守曽我; 徹中川; 才池戸; 國人森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: JPH10151421A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭において簡易に食器等を撥水・防汚処理できる防汚処理剤および防汚処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物質に対して撥水・防汚処理する方法として、フルオロカーボン系のシランカップリング剤の溶液に基材を浸漬した後取り出し、加熱処理を行って基材とシランカップリング剤との結合を促進させる方法が知られている（例えば井手文雄著、「界面制御と複合材料の設計」）。この方法では、反応を促進させるために、２００℃に加熱したり（例えば好野則夫、材料技術、１３巻、ｐ５５、１９９５年）、あるいは２００℃以下の温度で処理するために塩酸を触媒として添加する方法（例えば湯浅章、セラミックス、２９巻、ｐ５３３、１９９４年）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の方法で撥水・防汚処理を行った場合、いくつかの課題が存在する。
【０００４】
まず第１に、撥水・防汚処理工程の１つとして上記したように２００℃に加熱する工程が必要となるわけであるが、２００℃に加熱するといった工程は家庭内では困難である。このような温度雰囲気を容易には作り出せなく、仮につくれるような設備があったとしても、家庭内で使用する場合には、火傷等の危険がともなう。
【０００５】
次に第２に、触媒として塩酸を含有する処理液は、塩酸が劇薬であるため、食器等に使用するには衛生上および安全上、人体にとっては好ましくないという課題が存在する。
【０００６】
そこで本発明は、家庭において、簡易的に食器を撥水・防汚処理することの可能な、塩酸のような劇薬を使用することなく、５０〜６０℃程度の低い温度で処理できる防汚処理方法およびこれらの処理を施す防汚処理剤を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来、シランカップリング剤のアルコキシシリル基をシラノール基に変えるためには、上記の文献に記述されているように、塩酸のような強酸が必要だと考えられていた。
【０００８】
しかしながら、本発明者らはアルコキシシリル基をシラノール基に変える反応が酸による加水分解反応なので、弱酸でも進むと考えて、各種の有機酸を検討した。その結果、酒石酸のような食用有機酸でも加水分解が進むことを見いだした。
【０００９】
そこで、本発明の防汚処理剤はフッ化アルキルアルコキシシランと食用有機酸と水とエタノールとを有する構成となっている。この構成により、用いている酸が食用の酸であるため、防汚処理を食器などにも応用することが可能となる。なおここで、防汚処理剤に用いる食用酸としては、酒石酸、クエン酸、りんご酸、コハク酸および乳酸のいずれかを含む酸触媒を意味する。
【００１０】
また、家庭で簡易的に撥水・防汚処理する方法として、基材表面に、フッ化アルキルアルコキシシランと食用有機酸と水とエタノールとを有する防汚処理剤を塗布した後、４０℃以上８０度以下の温度雰囲気に暴露する防汚処理方法により容易に防汚処理することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態における防汚処理剤及び防汚処理方法について説明する。
【００１２】
本発明の防汚処理剤は、フッ化アルキルアルコキシシランと食用有機酸と水とエタノールとを有する構成となっている。なお上記のフッ化アルキルアルコキシシランとしては、例えば、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₅ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₅ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₃ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₃ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃などが挙げることができる。
【００１３】
また、食用有機酸としては、例えば酒石酸、クエン酸、りんご酸、コハク酸および乳酸が例として挙げられる。
【００１４】
フッ化アルキルアルコキシシランの濃度は、０．０１ｗｔ％〜３０ｗｔ％が望ましく、さらに好ましくは０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％である。０．０１ｗｔ％以下では、撥水・防汚処理剤としての効果が小さくなり、一方、３０ｗｔ％以上では、防汚処理剤中のフッ化アルキルアルコキシシランが重合して、白い沈澱ができ防汚処理剤として使用できなくなる。
【００１５】
食用有機酸の濃度は、フッ化アルキルアルコキシシランに対してモル比で１．５倍〜５倍が望ましい。１．５倍以下では、フッ化アルキルアルコキシシランの一部の分子が下記に示すようなシラノール化反応を起こさないため、撥水・防汚効果が低下する。
【００１６】
【化１】

【００１７】
また、５倍以上では、食器等に防汚処理剤を塗布した場合、食用有機酸が白い沈澱となって析出し、撥水・防汚性を低下させる。
【００１８】
水の量は、モル比で少なくともフッ化アルキルアルコキシシランの３倍量が必要で、エタノールに対して、容積比で０．２倍以下が望ましい。水の量が０．２倍以上になると、フッ化アルキルアルコキシシランは水に溶けないため、水／エタノールの混合溶媒に溶けずに、二層に分離してしまって防汚処理剤としての機能を発揮しなくなるからである。
【００１９】
次に、本発明の防汚処理方法について説明する。
本発明の防汚処理方法は、基材表面に、フッ化アルキルアルコキシシランと有機酸と水とエタノールとを有する防汚処理剤を塗布した後、４０℃〜８０℃の温度雰囲気に少なくとも１０分間暴露する。
【００２０】
本発明の防汚処理方法で、撥水・防汚処理できる基材は、ガラス、セラミックおよび金属である。また塗布法としては、スプレーコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ブラシコーティング法、ディッピング法などを例として挙げることができる。
【００２１】
本発明の防汚処理方法で、加熱処理する温度は４０℃〜８０℃が望ましい。市販の食器乾燥器の吹き出し熱風温度が７０℃程度であるので、この温度雰囲気は家庭で容易に得られる。４０℃以下では、シラノール化したフッ化アルキルアルコキシシランと基材との反応が進ににくく、処理面がすぐれた撥水・防汚性を示さないことがある。８０℃以上にあげても、処理品の撥水・防汚特性は変わらないため、あげる必要がない。但し、８０℃以上の温度で熱処理を行ってもよいことは言うまでもない。
【００２２】
４０℃〜８０℃の温度雰囲気に暴露する時間は、少なくとも１０分は必要であるが、１０分以上では、処理品の撥水・防汚特性は一定となる。
【００２３】
次に、本発明の防汚処理剤および防汚処理方法の具体的な実施例について説明する。
【００２４】
（実施例１）
５００ｍｌのビーカーにエタノール２７０ｍｌ、純水３０ｍｌ、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン３ｇ、Ｌ−（＋）−酒石酸２．３９ｇを入れ、マグネットスターラーで１０分攪拌する。このようにして、作製した防汚処理剤をＡ剤とする。
【００２５】
（実施例２）
実施例１においてヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン３ｇをヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシシラン３ｇに変えて防汚処理剤を同じように作製した。この防汚処理剤をＢ剤とする。
【００２６】
（実施例３）
実施例１においてＬ−（＋）−酒石酸２．３９ｇをクエン酸３．３２ｇに変えて防汚処理剤を同じように作製した。この防汚処理剤をＣ剤とする。
【００２７】
（実施例４）
実施例１においてＬ−（＋）−酒石酸２．３９ｇをリンゴ酸２．１４ｇに変えて防汚処理剤を同じように作製した。この防汚処理剤をＤ剤とする。
【００２８】
（実施例５）
実施例１においてＬ−（＋）−酒石酸２．３９ｇをこはく酸１．８８ｇに変えて防汚処理剤を同じように作製した。この防汚処理剤をＥ剤とする。
【００２９】
（実施例６）
実施例１においてＬ−（＋）−酒石酸２．３９ｇを乳酸１．４３ｇに変えて防汚処理剤を同じように作製した。この防汚処理剤をＦ剤とする。
【００３０】
（実施例７）
セラミック製の茶碗、皿およびスライドガラスを各６枚用意し、上記の防汚処理剤Ａ〜Ｆをスプレーコーティングした。つぎに、コーティングした試料を市販の食器乾燥器セットし、１０分間加熱した。
【００３１】
加熱終了後、試料を取り出し、茶碗には炊きたてのご飯粒を、皿には半熟卵の黄身を付着させて一昼夜放置し、未処理の茶碗および皿と汚れの落ちる程度を比較した。また、スライドガラスの水に対する接触角を自動接触角計で測定した。
【００３２】
その結果を下記の表にまとめた。
【００３３】
【表１】

【００３４】
上記の表より明らかなとおり、本発明の防汚処理剤で処理した茶碗、皿は食物汚れがこびりつかず、またスライドガラスの水に対する接触角は１１０度以上と高く、優れた撥水・防汚性を示すことがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の通り本発明の防汚処理剤で処理することにより、食器等に対しても優れた撥水・防汚性を付与できる。本発明の防汚処理法は簡易であるため、家庭においても容易にできるとともに、人体に影響のない食用酸を用いているため、容易に食器などに用いることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antifouling treatment agent and an antifouling treatment method capable of easily performing water-repellent / antifouling treatment on tableware and the like at home.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for water-repellent / antifouling treatment of a substance, the substrate is immersed in a solution of a fluorocarbon silane coupling agent and then taken out, and heat treatment is performed to bond the substrate and the silane coupling agent. Methods for promoting are known (eg, Fumio Ide, “Interface Control and Design of Composite Materials”). In this method, in order to promote the reaction, it is heated to 200 ° C. (for example, Norio Yoshino, Material Technology, Vol. 13, p55, 1995), or hydrochloric acid is used as a catalyst for treatment at a temperature of 200 ° C. or lower. A method of adding (for example, Akira Yuasa, Ceramics, Vol. 29, p533, 1994) has been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the water repellent / antifouling treatment is performed by the conventional method as described above, there are some problems.
[0004]
First, as one of the water repellent / antifouling treatment steps, the step of heating to 200 ° C. is required as described above, but the step of heating to 200 ° C. is difficult at home. Even if there is equipment that cannot create such a temperature atmosphere easily and can be created, there is a risk of burns when used in the home.
[0005]
Secondly, the treatment liquid containing hydrochloric acid as a catalyst has a problem that it is not preferable for the human body in terms of hygiene and safety when used for tableware and the like because hydrochloric acid is a powerful drug.
[0006]
Therefore, the present invention provides an antifouling treatment that can be processed at a low temperature of about 50 to 60 ° C. without using a powerful drug such as hydrochloric acid that can easily and easily repel water and stain the tableware at home. It is an object of the present invention to provide a method and an antifouling agent for performing these treatments.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Conventionally, in order to change the alkoxysilyl group of a silane coupling agent to a silanol group, it has been considered that a strong acid such as hydrochloric acid is necessary as described in the above-mentioned literature.
[0008]
However, the present inventors have studied various organic acids on the assumption that the reaction for changing an alkoxysilyl group to a silanol group is a hydrolysis reaction with an acid, and that even a weak acid proceeds. As a result, it was found that hydrolysis proceeds even with edible organic acids such as tartaric acid.
[0009]
Therefore, the antifouling treatment agent of the present invention has a configuration comprising a fluoroalkylalkoxysilane, an edible organic acid, water, and ethanol. With this configuration, since the acid used is an edible acid, the antifouling treatment can be applied to tableware and the like. Here, the edible acid used for the antifouling treatment agent means an acid catalyst containing any of tartaric acid, citric acid, malic acid, succinic acid and lactic acid .
[0010]
Also, as a simple water-repellent / antifouling treatment method at home, after applying an antifouling treatment agent having a fluoroalkylalkoxysilane, an edible organic acid, water and ethanol to the substrate surface, the temperature is 40 ° C. or higher. The antifouling treatment can be easily performed by the antifouling treatment method exposed to a temperature atmosphere of 80 degrees or less .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the antifouling treatment agent and the antifouling treatment method in the embodiment of the present invention will be described.
[0012]
The antifouling treatment agent of the present invention has a configuration comprising a fluorinated alkylalkoxysilane, an edible organic acid, water, and ethanol. Note The fluorinated alkyl alkoxysilanes described above, for _{_{_{example, CF 3 (CF 2) 7}}} CH 2 CH 2 Si (OCH 3) 3, CF 3 (CF 2) 7 CH 2 CH 2 Si (OC 2 H 5) 3 CF ₃ (CF ₂ ) ₅ CH ₂ CH ₂ Si (OCH ₃ ) ₃ , CF ₃ (CF ₂ ) ₅ CH ₂ CH ₂ Si (OC ₂ H ₅ ) ₃ , CF ₃ (CF ₂ ) ₃ CH ₂ CH ₂ Si (OCH ₃ ) ₃ , CF ₃ (CF ₂ ) ₃ CH ₂ CH ₂ Si (OC ₂ H ₅ ) _{3 and the} like can be mentioned.
[0013]
Examples of edible organic acids include tartaric acid, citric acid, malic acid, succinic acid and lactic acid.
[0014]
The concentration of the fluorinated alkylalkoxysilane is desirably 0.01 wt% to 30 wt%, more preferably 0.1 wt% to 10 wt%. If it is 0.01 wt% or less, the effect as a water repellent / antifouling treatment agent is reduced. On the other hand, if it is 30 wt% or more, the fluorinated alkylalkoxysilane in the antifouling treatment agent is polymerized to form a white precipitate. It cannot be used as a treatment agent.
[0015]
The concentration of the edible organic acid is preferably 1.5 to 5 times in molar ratio with respect to the fluorinated alkylalkoxysilane. If it is 1.5 times or less, some molecules of the fluorinated alkylalkoxysilane do not cause silanolation reaction as shown below, so that the water repellency / antifouling effect decreases.
[0016]
[Chemical 1]

[0017]
On the other hand, when the antifouling treatment agent is applied to tableware or the like at 5 times or more, the edible organic acid precipitates as a white precipitate, thereby reducing the water repellency and antifouling properties.
[0018]
The amount of water is required to be at least three times that of the fluorinated alkylalkoxysilane in molar ratio, and is preferably 0.2 times or less in volume ratio with respect to ethanol. When the amount of water exceeds 0.2 times, fluorinated alkylalkoxysilane does not dissolve in water, so it does not dissolve in a mixed solvent of water / ethanol, but separates into two layers and functions as an antifouling treatment agent. It is because it stops exhibiting.
[0019]
Next, the antifouling treatment method of the present invention will be described.
In the antifouling treatment method of the present invention, an antifouling treatment agent comprising a fluoroalkylalkoxysilane, an organic acid, water, and ethanol is applied to the surface of a substrate, and then at a temperature atmosphere of 40 ° C. to 80 ° C. for at least 10 minutes. To expose.
[0020]
Substrates that can be treated with water / repellency by the antifouling treatment method of the present invention are glass, ceramic and metal. Examples of the coating method include a spray coating method, a roll coating method, a spin coating method, a brush coating method, and a dipping method.
[0021]
In the antifouling treatment method of the present invention, the temperature for the heat treatment is preferably 40 ° C to 80 ° C. Since the blown hot air temperature of a commercial tableware dryer is about 70 ° C., this temperature atmosphere can be easily obtained at home. Below 40 ° C., the reaction between the silanolated fluorinated alkylalkoxysilane and the substrate is difficult to proceed, and the treated surface may not exhibit water repellency / antifouling properties. Even if the temperature is raised to 80 ° C. or higher, the water repellency / antifouling properties of the treated product do not change, so that it is not necessary to raise it. However, it goes without saying that the heat treatment may be performed at a temperature of 80 ° C. or higher.
[0022]
The time of exposure to a temperature atmosphere of 40 ° C. to 80 ° C. needs to be at least 10 minutes.
[0023]
Next, specific examples of the antifouling treatment agent and the antifouling treatment method of the present invention will be described.
[0024]
Example 1
In a 500 ml beaker, 270 ml of ethanol, 30 ml of pure water, 3 g of heptadecafluorodecyltrimethoxysilane and 2.39 g of L-(+)-tartaric acid are added and stirred with a magnetic stirrer for 10 minutes. Thus, let the produced antifouling processing agent be A agent.
[0025]
(Example 2)
In Example 1, 3 g of heptadecafluorodecyltrimethoxysilane was changed to 3 g of heptadecafluorodecyltriethoxysilane, and an antifouling treatment agent was produced in the same manner. This antifouling agent is designated as B agent.
[0026]
Example 3
In Example 1, 2.39 g of L-(+)-tartaric acid was changed to 3.32 g of citric acid to prepare an antifouling treatment agent in the same manner. This antifouling agent is designated as C agent.
[0027]
(Example 4)
In Example 1, 2.39 g of L-(+)-tartaric acid was changed to 2.14 g of malic acid to prepare an antifouling treatment agent in the same manner. This antifouling agent is D agent.
[0028]
(Example 5)
In Example 1, 2.39 g of L-(+)-tartaric acid was changed to 1.88 g of succinic acid to prepare an antifouling treatment agent in the same manner. This antifouling agent is designated as E agent.
[0029]
(Example 6)
In Example 1, 2.39 g of L-(+)-tartaric acid was changed to 1.43 g of lactic acid to prepare an antifouling treatment agent in the same manner. This antifouling treatment agent is designated as F agent.
[0030]
(Example 7)
Six pieces of ceramic teacups, dishes and slide glasses were prepared, and the antifouling treatment agents A to F were spray coated. The coated sample was then set in a commercial tableware dryer and heated for 10 minutes.
[0031]
After the heating, the sample was taken out, freshly cooked rice grains were attached to the tea bowl, and the yolks of soft-boiled eggs were attached to the dish and left for a whole day and night. Moreover, the contact angle with respect to the water of a slide glass was measured with the automatic contact angle meter.
[0032]
The results are summarized in the following table.
[0033]
[Table 1]

[0034]
As is apparent from the above table, the tea bowls and dishes treated with the antifouling treatment agent of the present invention are free from food stains, and the contact angle of the slide glass with water is as high as 110 degrees or more. It turns out that it shows sex.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, by treating with the antifouling agent of the present invention, excellent water repellency and antifouling properties can be imparted to tableware and the like. Since the antifouling treatment method of the present invention is simple, it can be easily used at home, and since an edible acid that does not affect the human body is used, it can be easily used for tableware and the like.

Claims

An antifouling treatment agent comprising one or more acid catalysts selected from fluorinated alkyl alkoxysilanes, water, ethanol, and tartaric acid, citric acid , malic acid, succinic acid and lactic acid, and no other acid catalyst .

Antifouling agent containing fluorinated alkylalkoxysilane, water, ethanol, and one or more acid catalysts selected from tartaric acid, citric acid , malic acid, succinic acid and lactic acid on the surface of the substrate, and no other acid catalyst An antifouling treatment method characterized by exposing to a temperature atmosphere of 40 ° C. or more and 80 ° C. or less after applying the treatment agent.