JP4179984B2 - Highly water-repellent structure and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、高撥水性を有する構造体およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a structure having high water repellency and a method for producing the same.
従来の撥水性フィルムとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体樹脂(FEP)などのフッ素系樹脂フィルムなどが代表的である。また、フッ素系コーティング剤を塗布することにより、撥水性を付与することが一般的に行われており、各種フィルム上に、フッ素系コーティング剤による層を形成したフィルムが市販されている。さらにまた、基材の表面を荒らして、該表面に撥水性化合物を化学吸着させる方法もある(特許文献1参照)。 Typical examples of conventional water-repellent films include fluorine-based resin films such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin (FEP). Moreover, it is generally performed to impart water repellency by applying a fluorine coating agent, and films in which layers of a fluorine coating agent are formed on various films are commercially available. Furthermore, there is a method in which the surface of the substrate is roughened and the water repellent compound is chemically adsorbed on the surface (see Patent Document 1).
なお、撥水性を有する表面を得るためには、その物質又は物体(構造体)の表面張力を水の表面張力よりも低くすることが必要であり、撥水性、すなわち、物質表面の濡れやすさを示す指標(数値)として、水に対する接触角や、水に対する転落角などが利用されている。前記接触角とは、物質又は物体の表面に水滴が接触している時に、水滴の自由表面が物質又は物体の表面と接する部位で、水滴の表面と物質又は物体の表面とのなす角度で水滴を含む側の角度のことを意味している。また、転落角とは、物質又は物体の表面に水滴を静置させ、物質又は物体の表面を徐々に傾斜させた際に、水滴が転落し始めた時の物質又は物体の表面の角度(水平面に対する角度)のことを意味している。 In order to obtain a surface having water repellency, it is necessary to make the surface tension of the substance or object (structure) lower than the surface tension of water. As an index (numerical value) indicating the contact angle with water, the falling angle with respect to water, or the like is used. The contact angle is a portion where the free surface of the water droplet is in contact with the surface of the substance or object when the water drop is in contact with the surface of the substance or object, and the water droplet is an angle formed by the surface of the water droplet and the surface of the substance or object. It means the angle on the side that includes. The falling angle refers to the angle of the surface of the substance or object when the water droplet starts to fall when the surface of the substance or object is allowed to stand still and the surface of the substance or object is gradually inclined (horizontal plane). Angle).
しかしながら、従来のフッ素系のフィルムでは、透明性を有するフィルムが得られるものの、撥水性については、水の接触角で100〜130°程度であり、十分に満足するものが得られていないのが実状である。また、汎用フィルム上を、撥水性のコーティング剤(フッ素系コーティング剤など)をコートすることにより、フィルム表面に撥水性の機能が付与されているフィルムでは、撥水性のコーティング剤によるコート層の脱離という問題があった。 However, in the conventional fluorine-based film, although a film having transparency is obtained, the water repellency is about 100 to 130 ° in terms of water contact angle, and a sufficiently satisfactory film is not obtained. It's real. In addition, when a water-repellent coating agent (such as a fluorine-based coating agent) is coated on a general-purpose film so that the film surface has a water-repellent function, the coating layer is removed by the water-repellent coating agent. There was a problem of separation.
従って、本発明の課題は、優れた撥水性を発揮することができる高撥水性構造体およびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、安定して高撥水性を維持することができる高撥水性構造体およびその製造方法を提供することにある。
Therefore, the subject of this invention is providing the highly water-repellent structure which can exhibit the outstanding water repellency, and its manufacturing method.
Another object of the present invention is to provide a highly water-repellent structure capable of stably maintaining high water repellency and a method for producing the same.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、ポリマー成分と撥水性微粒子とが均一に混合された混合体の表面に、レーザーを照射してレーザーアブレーションを行うと、レーザーが照射された表面及びその付近のポリマー成分が除去されて、撥水性微粒子による凹凸面が表面に露出することにより、優れた撥水性を発揮することができ、しかも該高撥水性を安定して長期間に亘り維持することができる高撥水性構造体が得られることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have performed laser ablation by irradiating the surface of a mixture in which a polymer component and water-repellent fine particles are uniformly mixed with each other. The surface and the polymer component in the vicinity thereof are removed, and the uneven surface due to the water-repellent fine particles is exposed on the surface, so that excellent water repellency can be exhibited, and the high water repellency can be stably maintained over a long period of time. It was found that a highly water-repellent structure that can be maintained over a long period of time is obtained. The present invention has been completed based on these findings.
すなわち、本発明は、フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂から選択される少なくとも1つのフッ素系樹脂からなるポリマー成分と、ポリマー成分100重量部に対して50〜800重量部の無機系撥水性微粒子とを含有する構造体であって、表面及びその近傍のポリマー成分をレーザー照射によりアブレーションさせる表面変性が施され、純水の接触角(23℃)が140°以上である部位を含む表面を有していることを特徴とする高撥水性構造体を提供する。 That is, the present invention relates to a polymer component comprising at least one fluororesin selected from vinylidene fluoride resin, hexafluoropropylene resin, hexafluoroacetone resin, and polytetrafluoroethylene resin, and 100 parts by weight of the polymer component. Is a structure containing 50 to 800 parts by weight of inorganic water-repellent fine particles, surface-modified to ablate the polymer component in the vicinity of the surface by laser irradiation , and contact angle of pure water (23 A highly water-repellent structure characterized in that it has a surface including a portion having a (° C.) of 140 ° or more.
本発明の高撥水性構造体としては、さらに、純水の転落角(23℃)が80°以下である部位を含む表面を有していることが好ましい。 The highly water-repellent structure of the present invention preferably further has a surface including a portion where the falling angle (23 ° C.) of pure water is 80 ° or less .
前記無機系撥水性微粒子としては、その表面における水の接触角(23℃)が90°以上の微粒子が好ましい。 Examples of the inorganic water-repellent particles, the contact angle of water on the surface (23 ° C.) is not preferable is 90 ° or more microparticles.
また、高撥水性構造体は、シート状又はフィルム状の形状を有していることが好適である。 The highly water-repellent structure preferably has a sheet shape or a film shape.
本発明は、また、前記高撥水性構造体を製造する方法であって、フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂から選択される少なくとも1つのフッ素系樹脂からなるポリマー成分と、ポリマー成分100重量部に対して50〜800重量部の無機系撥水性微粒子とを含有する基材に、レーザーを照射して、表面及びその近傍のポリマー成分をアブレーションさせることを特徴とする高撥水性構造体の製造方法を提供する。前記製造方法では、レーザーのフルエンスが0.05〜10J/cm2であることが好ましい。
The present invention is also a method for producing the highly water-repellent structure, wherein at least one selected from a vinylidene fluoride resin, a hexafluoropropylene resin, a hexafluoroacetone resin, and a polytetrafluoroethylene resin. A substrate containing a polymer component made of a fluororesin and 50 to 800 parts by weight of inorganic water-repellent fine particles with respect to 100 parts by weight of the polymer component is irradiated with a laser to remove the surface and the polymer component in the vicinity thereof. A method for producing a highly water-repellent structure characterized by ablating. In the said manufacturing method, it is preferable that the fluence of a laser is 0.05-10 J / cm < 2 >.
本発明の高撥水性構造体によれば、優れた撥水性を発揮することができる。また、安定して高撥水性を維持することができる。 According to the highly water-repellent structure of the present invention, excellent water repellency can be exhibited. Moreover, high water repellency can be maintained stably.
以下、本発明の実施の形態を、必要に応じて図面を参照しつつ説明する。なお、同一の部位又は部材には同一の符号を付している場合がある。
[高撥水性構造体]
本発明の高撥水性構造体は、ポリマー成分と撥水性微粒子とを含有する構造体であり、純水の接触角(23℃)が140°以上である部位(「高撥水性部位」と称する場合がある)を含む表面を有している。従って、本発明の高撥水性構造体は、プラスチック材による構造体(プラスチック構造体)であるにもかかわらず、表面には、純水の接触角が従来に比べて大きくなっている高撥水性部位が少なくとも部分的に(部分的に又は全面的に)形成されており、優れた高撥水性を発揮することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as necessary. In addition, the same code | symbol may be attached | subjected to the same site | part or member.
[Highly water-repellent structure]
The highly water-repellent structure of the present invention is a structure containing a polymer component and water-repellent fine particles, and a portion having a contact angle (23 ° C.) of pure water of 140 ° or more (referred to as “high water repellency portion”). In some cases). Therefore, although the highly water-repellent structure of the present invention is a structure made of plastic material (plastic structure), the surface has a high water repellency with a contact angle of pure water larger than that of the conventional structure. The site | part is formed at least partially (partially or entirely), and can exhibit the outstanding high water repellency.
前記高撥水性構造体の表面の高撥水性部位における純水の接触角(23℃)としては、140°以上(140°以上180°未満)であれば特に制限されないが、好ましくは145°以上であり、特に150°以上であることが好ましい。なお、高撥水性構造体の表面の高撥水性部位における純水の接触角(23℃)の上限としては、180°未満であれば特に制限されず、例えば、170°以下(好ましくは165°以下、さらに好ましくは160°以下)であってもよい。 The contact angle (23 ° C.) of pure water at the highly water-repellent portion on the surface of the highly water-repellent structure is not particularly limited as long as it is 140 ° or more (140 ° or more and less than 180 °), but preferably 145 ° or more. It is particularly preferable that the angle is 150 ° or more. The upper limit of the contact angle of pure water (23 ° C.) at the highly water-repellent portion of the surface of the highly water-repellent structure is not particularly limited as long as it is less than 180 °, and is, for example, 170 ° or less (preferably 165 ° The angle may be 160 ° or less.
なお、本発明の高撥水性構造体では、純水の接触角(23℃)が140°以上である高撥水性部位を含む表面(「高撥水性表面」と称する場合がある)において、高撥水性部位は、表面に、少なくとも部分的に形成されていればよく、表面全体である必要はない。すなわち、高撥水性構造体は、表面の少なくとも一部の部分における純水の接触角(23℃)が140°以上となっている。具体的には、高撥水性構造体は、表面の所定部分における純水の接触角(23℃)が140°以上となっていてもよく、表面全体における純水の接触角(23℃)が140°以上となっていてもよい。 In the highly water-repellent structure of the present invention, the surface including a highly water-repellent portion having a pure water contact angle (23 ° C.) of 140 ° or more (sometimes referred to as “highly water-repellent surface”) The water-repellent portion may be formed at least partially on the surface and does not have to be the entire surface. That is, the highly water-repellent structure has a contact angle (23 ° C.) of pure water of 140 ° or more in at least a part of the surface. Specifically, the highly water-repellent structure may have a pure water contact angle (23 ° C.) of a predetermined portion of the surface of 140 ° or more, and a pure water contact angle (23 ° C.) of the entire surface. It may be 140 ° or more.
また、高撥水性構造体において、23℃での純水の接触角が140°以上である高撥水性部位を含む表面(高撥水性表面)は、全ての表面のうち少なくともいずれか1つの表面であればよく、全ての表面が高撥水性部位を有する必要はない。すなわち、高撥水性構造体は、少なくともいずれか1つの表面が、純水の接触角(23℃)が140°以上となっている高撥水性部位を有している。具体的には、例えば、高撥水性構造体がフィルム状の形態を有している場合、少なくとも一方の面(片面又は両面)が、純水の接触角(23℃)が140°以上となっている部位を有している。 Further, in the highly water-repellent structure, the surface (highly water-repellent surface) including a highly water-repellent portion having a contact angle of pure water at 23 ° C. of 140 ° or more is at least one of all surfaces. And all the surfaces need not have highly water-repellent sites. That is, at least one surface of the highly water-repellent structure has a highly water-repellent portion having a pure water contact angle (23 ° C.) of 140 ° or more. Specifically, for example, when the highly water-repellent structure has a film-like form, at least one surface (one surface or both surfaces) has a pure water contact angle (23 ° C.) of 140 ° or more. It has a part.
高撥水性構造体の表面における純水の接触角は、例えば、表面に純水の液滴を形成して、その液滴を側面から見て測定する液適法や、Wilhelmy法などの公知乃至慣用の接触角測定方法により測定することができる。本発明の高撥水性構造体の表面における純水の接触角の測定方法としては、液適法を好適に採用することができる。具体的には、接触角測定計(例えば、協和界面科学株式会社製の「CA−X」など)を用い、接触角測定計のステージ(水平状態)に高撥水性構造体を載置した後、高撥水性構造体の表面(水平状態)に純水の液滴を形成し、液滴を側面から顕微鏡で確認して接触角を測定することにより、高撥水性構造体の表面における純水の接触角を測定することができる。 The contact angle of pure water on the surface of the highly water-repellent structure is, for example, a known or conventional method such as a liquid suitability method in which pure water droplets are formed on the surface and the droplets are measured from the side, or the Wilhelmy method. The contact angle measurement method can be used. As a method for measuring the contact angle of pure water on the surface of the highly water-repellent structure of the present invention, a liquid suitability method can be suitably employed. Specifically, after placing a highly water-repellent structure on the stage (horizontal state) of a contact angle measurement meter using a contact angle measurement meter (for example, “CA-X” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) Pure water droplets on the surface of the highly water-repellent structure are formed by forming droplets of pure water on the surface (horizontal state) of the highly water-repellent structure and measuring the contact angle by checking the droplets with a microscope from the side. The contact angle can be measured.
なお、高撥水性構造体が、純水の接触角(23℃)が140°未満の部位(「低撥水性部位」と称する場合がある)を有している場合、該低撥水性部位における純水の接触角(23℃)としては、特に制限されないが、90°以上(好ましくは100°以上、さらに好ましくは120°以上)であることが望ましい。 In the case where the highly water-repellent structure has a portion where the contact angle (23 ° C.) of pure water is less than 140 ° (sometimes referred to as “low water repellency portion”), The contact angle of pure water (23 ° C.) is not particularly limited, but is desirably 90 ° or more (preferably 100 ° or more, more preferably 120 ° or more).
このように、本発明の高撥水性構造体は、表面に、純水の接触角(23℃)が140°以上である高撥水性部位が形成されている。なお、このような高撥水性部位は、1つの表面において少なくとも部分的に形成されていれば、その形状は特に制限されず、例えば、直線状、曲線状、円形状、多角形状やこれらを組み合わせた形状などの各種形状(例えば、パターン形状)で表面に部分的に形成されている形状や、表面全面にわたって形成されている形状などが挙げられる。なお、高撥水性構造体としては、その高撥水性を効果的に発揮させる観点などから、高撥水性部位が、該高撥水性部位が形成された表面全体に対して50%以上(好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上)の割合で形成されていることが望ましい。 As described above, the highly water-repellent structure of the present invention has a highly water-repellent portion having a pure water contact angle (23 ° C.) of 140 ° or more on the surface. In addition, as long as such a highly water-repellent part is formed at least partially on one surface, the shape thereof is not particularly limited. For example, the shape is linear, curved, circular, polygonal, or a combination thereof. Examples include a shape that is partially formed on the surface in various shapes (for example, a pattern shape), a shape that is formed over the entire surface, and the like. In addition, as a highly water-repellent structure, from the viewpoint of effectively exhibiting the high water repellency, the highly water-repellent part is 50% or more with respect to the entire surface on which the highly water-repellent part is formed (preferably 70% or more, more preferably 90% or more).
前記高撥水性構造体は、ポリマー成分および撥水性微粒子を含む樹脂組成物により構成されており、表面の少なくとも一部の部位における純水の接触角(23℃)が140°以上となっていれば、その構造は特に制限されない。高撥水性構造体としては、ポリマー成分や撥水性微粒子が均一又はほぼ均一に混合された内部と、該内部よりもポリマー成分の割合が減少している部位を含む表面部(表面近傍を含む)とにより構成された構造を有する構造体であることが好ましい。このような構造を有する高撥水性構造体は、表面に撥水性微粒子を含む層が形成された構造ではなく、表面部の所定の部位におけるポリマー成分の割合が内部におけるポリマー成分の割合よりも少なくなっている構造を有している。単に、表面部の所定の部位でのポリマー成分の割合が、内部等の他の部位に比べて減少している形態で、ポリマー成分の濃度勾配が生じているだけである。なお、このような構造を有する高撥水性構造体は、下記に示されるように、例えば、レーザーの照射によるポリマー成分のアブレーションを利用した加工により作製することができる。 The highly water-repellent structure is composed of a resin composition containing a polymer component and water-repellent fine particles, and a contact angle (23 ° C.) of pure water at least at a part of the surface should be 140 ° or more. For example, the structure is not particularly limited. As a highly water-repellent structure, a surface portion (including the vicinity of the surface) including an inside where a polymer component and water-repellent fine particles are uniformly or almost uniformly mixed, and a portion where the ratio of the polymer component is reduced from the inside. It is preferable that it is a structure which has the structure comprised by these. The highly water-repellent structure having such a structure is not a structure in which a layer containing water-repellent fine particles is formed on the surface, and the ratio of the polymer component at a predetermined portion of the surface portion is smaller than the ratio of the polymer component inside. It has the structure which becomes. The concentration gradient of the polymer component is merely generated in a form in which the ratio of the polymer component at a predetermined portion of the surface portion is reduced as compared with other portions such as the inside. In addition, the highly water-repellent structure having such a structure can be produced, for example, by processing using ablation of a polymer component by laser irradiation as shown below.
(ポリマー成分)
ポリマー成分としては、特に制限されず、共重合体を含めた単一化学構造のポリマー材料からなるものだけでなく、異なる化学構造を有する複数のポリマー材料からなるポリマーアロイやポリマーブレンドも用いることができる。ポリマー成分としては、有機系ポリマー成分、無機系ポリマー成分のいずれであってもよいが、有機系ポリマー成分が好適である。前記有機系ポリマー成分としては、特に制限されず、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂など種々の有機系の樹脂を用いることができ、熱可塑性樹脂が好適である。
(Polymer component)
The polymer component is not particularly limited, and not only a polymer material having a single chemical structure including a copolymer but also a polymer alloy or polymer blend made of a plurality of polymer materials having different chemical structures may be used. it can. The polymer component may be either an organic polymer component or an inorganic polymer component, but an organic polymer component is preferred. The organic polymer component is not particularly limited, and various organic resins such as a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and an ultraviolet curable resin can be used, and a thermoplastic resin is preferable.
具体的には、ポリマー成分としては、例えば、フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのフッ素系樹脂;ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのメタクリレート系樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)などのスチレン系樹脂;ポリアミド;ポリイミド(PI);ポリエーテルイミド(PEI);ポリアミドイミド;ポリエステルイミド;ポリカーボネート(PC);ポリアセタール;ポリフェニレンエーテルなどのポリアリーレンエーテル;ポリフェニレンスルフィド;ポリアリレート;ポリアリール;ポリスルホン(ポリサルホン);ポリエーテルスルホン(PES)(ポリエーテルサルホン);ポリウレタン類;ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル系樹脂;ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトンなどのポリエーテルケトン類;ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸エチルなどのポリアクリル酸エステル類;ポリブトオキシメチレンなどのポリビニルエステル類;ポリシロキサン類;ポリサルファイド類;ポリフォスファゼン類;ポリトリアジン類;ポリカーボラン類;ポリノルボルネン;エポキシ系樹脂;ポリビニルアルコール;ポリビニルピロリドン;ポリイソプレンやポリブタジエンなどのポリジエン類;ポリイソブチレンなどのポリアルケン類;ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン樹脂などの樹脂(熱可塑性樹脂など)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ポリマー成分は1種のみが用いられていてもよく、2種以上が組み合わせられて用いられていてもよい。 Specifically, examples of the polymer component include fluorine resins such as vinylidene fluoride resin, hexafluoropropylene resin, hexafluoroacetone resin, and polytetrafluoroethylene resin; methacrylates such as polymethyl methacrylate (PMMA). Styrene resins such as polystyrene, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin); polyamide; polyimide (PI); polyetherimide (PEI); polyamideimide Polyesterimide; Polycarbonate (PC); Polyacetal; Polyarylene ether such as polyphenylene ether; Polyphenylene sulfide; Polyarylate; Polyaryl; Polysulfone (polysulfone); Polyether sulfones (PES) (polyether sulfone); Polyurethanes; Polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET); Polyether ketones such as polyether ether ketone and polyether ketone ketone; Polybutyl acrylate, Polyacrylic Polyacrylic acid esters such as ethyl acid; Polyvinyl esters such as polybutoxymethylene; Polysiloxanes; Polysulfides; Polyphosphazenes; Polytriazines; Polycarboranes; Polynorbornene; Epoxy resin; Polyvinyl pyrrolidone; Polydienes such as polyisoprene and polybutadiene; Polyalkenes such as polyisobutylene; Polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, etc. Resins such as olefin resins (such as thermoplastic resin) including without being limited thereto. Only one type of polymer component may be used, or two or more types may be used in combination.
なお、下記に示されるようなレーザーアブレーションによる加工では、一部のアブレーションしたポリマー成分が表面に付着したり、一部のアブレーション途中のポリマー成分が表面に残存したりして、表面からポリマー成分をすべて除去することができない場合があるので、ポリマー成分としては、該ポリマー成分のみからなる基材(表面は滑らかな形状となっている基材)の表面における純水の接触角(23℃)が90°を超えるものが好ましく、さらに好ましくは100°以上(特に120°以上)のものが好適である。 In the processing by laser ablation as shown below, a part of the ablated polymer component adheres to the surface, or a part of the polymer component during the ablation remains on the surface. Since it may not be possible to remove all, the polymer component is the contact angle (23 ° C.) of pure water on the surface of the base material consisting only of the polymer component (base material having a smooth surface). Those exceeding 90 ° are preferred, and those more than 100 ° (particularly 120 ° or more) are more preferred.
なお、ポリマー成分の表面における純水の接触角は、ポリマー成分を平板状に形成した後、前記高撥水性構造体の表面における純水の接触角の場合と同様の方法(例えば、液適法やWilhelmy法など)により測定することができる。具体的には、ポリマー成分を平板状に形成した後、このポリマー成分を接触角測定計(例えば、協和界面科学株式会社製の「CA−X」など)のステージ(水平状態)に載置し、このポリマー成分による平板の表面(水平状態)に純水の液滴を形成し、液滴を側面から顕微鏡で確認して接触角を測定することにより、ポリマー成分の表面における純水の接触角を測定することができる。 The contact angle of pure water on the surface of the polymer component is the same as the contact angle of pure water on the surface of the highly water-repellent structure after the polymer component is formed into a flat plate (for example, a liquid suitable method or It can be measured by a Wilhelmy method or the like. Specifically, after the polymer component is formed into a flat plate shape, the polymer component is placed on a stage (horizontal state) of a contact angle measuring meter (for example, “CA-X” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). The contact angle of pure water on the surface of the polymer component is measured by forming a drop of pure water on the surface (horizontal state) of the flat plate made of this polymer component, and measuring the contact angle by checking the droplet with a microscope from the side. Can be measured.
従って、ポリマー成分としては、フッ素系樹脂を含有するポリマー成分を好適に用いることができ、特に、フッ素系樹脂のみからなるポリマー成分が好ましい。 Therefore, as the polymer component, a polymer component containing a fluorine-based resin can be suitably used, and a polymer component composed only of a fluorine-based resin is particularly preferable.
なお、フッ素系樹脂は、該フッ素系樹脂のみからなるフィルムの表面における純水の接触角(23℃)は、140°未満であり、通常、100〜130°程度である。 In addition, as for fluorine resin, the contact angle (23 degreeC) of the pure water in the surface of the film which consists only of this fluorine resin is less than 140 degrees, and is about 100-130 degrees normally.
ポリマー成分としては、高撥水性構造体の用途や物性などに応じて適宜選択することができる。 As a polymer component, it can select suitably according to the use, physical property, etc. of a highly water-repellent structure.
なお、下記に示されるようなレーザーアブレーションによる加工方法を利用して、高撥水性構造体を製造する場合、通常は、ポリマー成分として、レーザー光の波長領域に吸収波長を有するポリマー成分が用いられるが、本発明では、ポリマー成分として、レーザー光の波長領域に吸収波長を有していないポリマー成分が用いられていても、撥水性微粒子がレーザー光の照射エネルギーを吸収することにより、レーザー光の波長領域に本来吸収波長を有していないポリマー成分であっても、該ポリマーのレーザーアブレーションによる加工が可能となる。従って、本発明では、ポリマー成分としては、照射するレーザー光の種類(例えば、照射するレーザー光の波長領域)に関係なく適宜選択して用いることができる。 In the case of producing a highly water-repellent structure using a processing method by laser ablation as shown below, a polymer component having an absorption wavelength in the wavelength region of laser light is usually used as the polymer component. However, in the present invention, even when a polymer component that does not have an absorption wavelength in the wavelength region of the laser beam is used as the polymer component, the water-repellent fine particles absorb the irradiation energy of the laser beam, Even a polymer component that does not originally have an absorption wavelength in the wavelength region can be processed by laser ablation of the polymer. Therefore, in the present invention, the polymer component can be appropriately selected and used regardless of the type of laser light to be irradiated (for example, the wavelength region of the laser light to be irradiated).
(撥水性微粒子)
撥水性微粒子としては、撥水性を発揮する微粒子であれば特に制限されず、例えば、その表面における純水の接触角(23℃)が90°を超える微粒子を好適に用いることができ、さらに好ましくは100°以上(特に120°以上)の微粒子が好ましい。撥水性微粒子は単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
(Water repellent fine particles)
The water-repellent fine particles are not particularly limited as long as they are water-repellent fine particles. For example, fine particles having a pure water contact angle (23 ° C.) exceeding 90 ° on the surface can be suitably used, and more preferably. Is preferably fine particles of 100 ° or more (particularly 120 ° or more). The water-repellent fine particles can be used alone or in combination of two or more.
なお、撥水性微粒子の表面における純水の接触角は、撥水性微粒子をプレスして平板状物を形成した後、前記高撥水性構造体の表面における純水の接触角や、ポリマー成分の表面における純水の接触角の場合と同様の方法(例えば、液適法やWilhelmy法など)により測定することができる。具体的には、撥水性微粒子をプレスして平板状物を形成した後、この撥水性微粒子による平板状物を接触角測定計(例えば、協和界面科学株式会社製の「CA−X」など)のステージ(水平状態)に載置し、この撥水性微粒子による平板状物の表面(水平状態)に純水の液滴を形成し、液滴を側面から顕微鏡で確認して接触角を測定することにより、撥水性微粒子の表面における純水の接触角を測定することができる。 The contact angle of pure water on the surface of the water-repellent fine particles is determined by pressing the water-repellent fine particles to form a flat product, and then the contact angle of pure water on the surface of the highly water-repellent structure or the surface of the polymer component. Can be measured by the same method as in the case of the contact angle of pure water (for example, the liquid suitability method or the Wilhelmy method). Specifically, after forming the flat plate by pressing the water-repellent fine particles, the flat plate formed of the water-repellent fine particles is measured with a contact angle meter (for example, “CA-X” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). Is placed on the stage (horizontal state), and a droplet of pure water is formed on the surface (horizontal state) of the flat plate with these water-repellent fine particles, and the contact angle is measured by checking the droplet with a microscope from the side. Thus, the contact angle of pure water on the surface of the water-repellent fine particles can be measured.
撥水性微粒子は、微粒子であることが重要であり、例えば、その平均粒子径としては、例えば、300μm以下(好ましくは5nm〜100μm、さらに好ましくは10nm〜1,000nm)であることが望ましい。 It is important that the water-repellent fine particles are fine particles. For example, the average particle diameter is preferably 300 μm or less (preferably 5 nm to 100 μm, more preferably 10 nm to 1,000 nm).
このような撥水性微粒子としては、種々の材料(又は素材)からなる撥水性微粒子を用いることができ、無機系撥水性微粒子、有機系撥水性微粒子のいずれであってもよい。撥水性微粒子としては、無機系撥水性微粒子を好適に用いることができる。 As such water-repellent fine particles, water-repellent fine particles made of various materials (or raw materials) can be used, and any of inorganic water-repellent fine particles and organic water-repellent fine particles may be used. As the water-repellent fine particles, inorganic water-repellent fine particles can be suitably used.
無機系撥水性微粒子としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等の周期表1族元素;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の周期表2族元素;スカンジウム、イットリウム、ランタノイド元素(ランタン、セリウムなど)、アクチノイド元素(アクチニウムなど)等の周期表3族元素;チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の周期表4族元素;バナジウム、ニオブ、タンタル等の周期表5族元素;クロム、モリブデン、タングステン等の周期表6族元素;マンガン、テクネチウム、レニウム等の周期表7族元素;鉄、ルテニウム、オスミウム等の周期表8族元素;コバルト、ロジウム、イリジウム等の周期表9族元素;ニッケル、パラジウム、白金等の周期表10族元素;銅、銀、金等の周期表11族元素;亜鉛、カドミウム、水銀等の周期表12族元素;ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム等の周期表13族元素;ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛等の周期表14族元素;リン、アンチモン、ビスマス等の周期表15族元素;硫黄等の周期表16族元素などの無機系原子(無機系元素)を含む粒子状の無機化合物や、炭素原子のみからなる炭素化合物が挙げられる。なお、前記無機化合物は、1種又は2種以上の無機系原子を含有していてもよい。
Inorganic water-repellent fine particles include
無機系撥水性微粒子としては微粒子状の形態を有する限り、無機系元素単体からなっていてもよく、無機系元素の酸化物(複合酸化物を含む)、水酸化物、ハロゲン化物(塩化物など)、オキソ酸塩(硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、炭酸塩など)等であってもよい。 As long as it has a fine particle form, the inorganic water-repellent fine particles may be composed of simple inorganic elements, including oxides of inorganic elements (including complex oxides), hydroxides, halides (chlorides, etc.) ), Oxo acid salts (nitrates, sulfates, phosphates, carbonates, etc.).
無機系撥水性微粒子としては、炭素原子のみを含有する炭素系撥水性微粒子;ケイ素原子を含有するケイ素系撥水性微粒子;鉄原子、チタン原子、アルミニウム原子などの各種金属原子を含有する金属系撥水性微粒子;リン原子を含有するリン系撥水性微粒子;硫黄原子を含有する硫黄系撥水性微粒子を好適に用いることができる。 The inorganic water-repellent fine particles include carbon-based water-repellent fine particles containing only carbon atoms; silicon-based water-repellent fine particles containing silicon atoms; metal-based repellent fine particles containing various metal atoms such as iron atoms, titanium atoms, and aluminum atoms. Water-based fine particles; phosphorus-based water-repellent fine particles containing phosphorus atoms; sulfur-based water-repellent fine particles containing sulfur atoms can be suitably used.
具体的には、無機系撥水性微粒子としては、例えば、カーボンブラックの微粒子状物、アセチレンブラックの微粒子状物、シリカの微粒子状物、鉄粉の微粒子状物、フェライトの微粒子状物、酸化チタンの微粒子状物などが挙げられる。 Specifically, as the inorganic water-repellent fine particles, for example, carbon black fine particles, acetylene black fine particles, silica fine particles, iron powder fine particles, ferrite fine particles, titanium oxide And the like.
なお、撥水性微粒子の表面には、各種の表面処理が施されていてもよく、例えば、撥水性を付与するための撥水化表面処理が施されていてもよい。従って、撥水性微粒子としては、その表面における純水の接触角(23℃)が90°を超えるように撥水化表面処理が施された撥水性微粒子も用いることができる。 The surface of the water-repellent fine particles may be subjected to various surface treatments. For example, a water-repellent surface treatment for imparting water repellency may be performed. Therefore, as the water-repellent fine particles, water-repellent fine particles that have been subjected to a water-repellent surface treatment so that the contact angle (23 ° C.) of pure water on the surface exceeds 90 ° can also be used.
撥水性微粒子の割合としては、特に制限されず、例えば、ポリマー成分100重量部に対して10〜1000重量部の範囲から選択することができ、好ましくは50〜800重量部(さらに好ましくは100〜500重量部)である。撥水性微粒子の割合がポリマー成分100重量部に対して1000重量部よりも多いと、ポリマー成分のネットワークによるシート又はフィルムの強度が低下し、一方、10重量部よりも少ないと、微粒子による撥水化の効果が低減する。 The ratio of the water-repellent fine particles is not particularly limited, and can be selected, for example, from 10 to 1000 parts by weight, preferably 50 to 800 parts by weight (more preferably 100 to 100 parts by weight) with respect to 100 parts by weight of the polymer component. 500 parts by weight). When the ratio of the water-repellent fine particles is more than 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer component, the strength of the sheet or film due to the polymer component network is lowered. The effect of the reduction is reduced.
本発明の高撥水性構造体には、ポリマー成分、撥水性微粒子以外の成分として、優れた撥水性を保持することが可能な限り、例えば、色素、親水性微粒子等の各種添加剤などが含まれていてもよい。 The highly water-repellent structure of the present invention includes, for example, various additives such as pigments and hydrophilic fine particles as long as it can maintain excellent water repellency as a component other than the polymer component and the water-repellent fine particles. It may be.
なお、本発明の高撥水性構造体は、純水の転落角(23℃)が80°以下(好ましくは65°以下、さらに好ましくは40°以下、特に10°以下)である部位を含む表面を有していることが好適である。特に、純水の接触角(23℃)が140°以上であり且つ純水の転落角(23℃)が80°以下である部位を含む表面を有していると、表面の撥水性をより一層効果的に発揮することができる。高撥水性構造体が、純水の転落角(23℃)が80°を超えていると、水滴の表面への付着性が高く、容易に脱落しなくなる。 Note that the highly water-repellent structure of the present invention has a surface including a portion where the falling angle (23 ° C.) of pure water is 80 ° or less (preferably 65 ° or less, more preferably 40 ° or less, particularly 10 ° or less). It is suitable to have. In particular, if the contact surface (23 ° C.) of pure water has a surface including a portion where the drop angle (23 ° C.) of pure water is 80 ° or less, the surface water repellency is further improved. It can be exhibited more effectively. If the highly water-repellent structure has a pure water falling angle (23 ° C.) of more than 80 °, the water droplets are highly adherent to the surface and will not easily fall off.
高撥水性構造体の表面における純水の転落角は、公知乃至慣用の転落角測定方法により測定することができる。具体的には、接触角測定計(例えば、協和界面科学株式会社製の「CA−X」など)を用い、接触角測定計のステージ(水平状態)に高撥水性構造体を載置した後、高撥水性構造体の表面(水平状態)に純水の液滴を形成し、液滴を側面から顕微鏡で確認しながら、高撥水性構造体が載置されているステージを徐々に傾けていき、この際に、純水の液滴が転落し始める時のステージの角度を測定することにより、高撥水性構造体の表面における純水の転落角を測定することができる。 The falling angle of pure water on the surface of the highly water-repellent structure can be measured by a known or conventional falling angle measuring method. Specifically, after placing a highly water-repellent structure on the stage (horizontal state) of a contact angle measurement meter using a contact angle measurement meter (for example, “CA-X” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) Forming pure water droplets on the surface (horizontal state) of the highly water-repellent structure and gradually tilting the stage on which the highly water-repellent structure is placed while checking the droplets from the side with a microscope At this time, by measuring the angle of the stage when the pure water droplet starts to fall, the falling angle of pure water on the surface of the highly water-repellent structure can be measured.
また、本発明の高撥水性構造体は、多孔体構造(例えば、連続気泡を有する多孔体構造、独立気泡を有する多孔体構造など)を有していてもよい。高撥水性構造体が多孔体構造を有していると、その多孔体構造に由来する凹凸表面に、撥水性微粒子による凹凸が存在する形状になり、多孔体構造を有していない場合に比べて、より一層優れた高撥水性を発揮することが可能となる。このような多孔体構造を有する高撥水性構造体としては、空隙率が1〜80%(好ましくは5〜70%、さらに好ましくは10〜60%)の多孔体構造を有していることが望ましい。このように、高撥水性構造体が、空隙率が1〜80%の多孔体構造(特に、連続気泡を有する多孔体構造)を有していると、高撥水性構造体を撥水性フィルター等としても利用することができる。 Moreover, the highly water-repellent structure of the present invention may have a porous structure (for example, a porous structure having open cells, a porous structure having closed cells, etc.). When the highly water-repellent structure has a porous structure, the uneven surface derived from the porous structure has a shape with unevenness due to the water-repellent fine particles, compared to the case where it does not have a porous structure. Thus, it becomes possible to exhibit even more excellent high water repellency. The highly water-repellent structure having such a porous structure has a porous structure having a porosity of 1 to 80% (preferably 5 to 70%, more preferably 10 to 60%). desirable. As described above, when the highly water-repellent structure has a porous structure having a porosity of 1 to 80% (particularly, a porous structure having open cells), the highly water-repellent structure is converted into a water-repellent filter or the like. Can also be used.
高撥水性構造体の形状としては、特に制限されず、ポリマー成分と撥水性微粒子とにより構成されていればどのような形状であってもよく、例えば、シート状又はフィルム状の形状や、板状の形状の他、多面体形状、球面のみからなる形状(球形状など)、平面と球面とからなる形状(円柱形状、円錐形状、ドーム型形状など)などが挙げられる。 The shape of the highly water-repellent structure is not particularly limited and may be any shape as long as it is composed of a polymer component and water-repellent fine particles. For example, a sheet-like or film-like shape or a plate In addition to the shape, a polyhedron shape, a shape consisting of only a spherical surface (spherical shape, etc.), a shape consisting of a flat surface and a spherical surface (cylindrical shape, conical shape, dome shape, etc.) and the like can be mentioned.
なお、高撥水性構造体がシート状又はフィルム状の形状を有している場合、高撥水性構造体の厚みとしては、用途に応じて適宜選択することができ、例えば、0.1〜500μm(好ましくは1〜300μm、さらに好ましくは10〜150μm)であってもよい。高撥水性構造体は、板状の形状や多面体形状であってもよいので、高撥水性構造体の厚みとしては、例えば、0.1μm以上の範囲から選択することができる。 In addition, when the highly water-repellent structure has a sheet-like or film-like shape, the thickness of the highly water-repellent structure can be appropriately selected according to the application, for example, 0.1 to 500 μm. (Preferably 1 to 300 μm, more preferably 10 to 150 μm). Since the highly water-repellent structure may have a plate shape or a polyhedral shape, the thickness of the highly water-repellent structure can be selected from a range of 0.1 μm or more, for example.
また、高撥水性構造体における高撥水性部位が形成されている表面は、平面であってもよく、球面であってもよい。もちろん、平面及び球面の両方であってもよい。 Further, the surface on which the highly water-repellent portion of the highly water-repellent structure is formed may be a flat surface or a spherical surface. Of course, both a flat surface and a spherical surface may be used.
(製造方法)
本発明の高撥水性構造体の製造方法としては、ポリマー成分と撥水性微粒子とを含有しており、純水の接触角(23℃)が140°以上である部位を含む表面を有している高撥水性構造体を得ることができる方法であれば特に制限されない。例えば、ポリマー成分および撥水性微粒子を含む樹脂組成物により構成されており、ポリマー成分や撥水性微粒子が均一又はほぼ均一に混合された内部と、該内部よりもポリマー成分の割合が減少している部位を含む表面部(表面近傍を含む)とにより構成された構造を有する高撥水性構造体は、例えば、図1で示されるように、ポリマー成分と撥水性微粒子とを含有する基材に、レーザーを照射して、表面及び表面近傍の所定の部分におけるポリマー成分をアブレーションさせて、基材の表面を少なくとも部分的に変性させることにより製造することができる。このポリマー成分のアブレーションにより、基材の表面及び表面近傍におけるレーザーが照射された部位のポリマー成分の割合が照射前よりも減少することになり、特に、基材として、ポリマー成分や撥水性微粒子等の成分が均一又はほぼ均一に混合されている基材が用いられていると、ポリマー成分のアブレーションにより、基材の表面及び表面近傍におけるレーザーが照射された部位のポリマー成分の割合が内部よりも減少することになる。逆に言えば、基材の表面及び表面近傍におけるレーザーが照射された部位の撥水性微粒子の割合が増加することになり、これにより、高撥水性の構造体が得られる。特に、ポリマー成分がアブレーションした表面の部位は、撥水性微粒子による微小な凹凸構造が形成された面(凹凸面)となっており、該部位における純水の接触角(23℃)は140°以上となっている。
(Production method)
The method for producing a highly water-repellent structure according to the present invention includes a polymer component and water-repellent fine particles, and has a surface including a portion having a pure water contact angle (23 ° C.) of 140 ° or more. The method is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining a highly water-repellent structure. For example, it is composed of a resin composition containing a polymer component and water-repellent fine particles, and the ratio of the polymer component is reduced from the inside in which the polymer component and the water-repellent fine particles are uniformly or almost uniformly mixed. A highly water-repellent structure having a structure constituted by a surface portion (including the vicinity of the surface) including a site is formed on a base material containing a polymer component and water-repellent fine particles, for example, as shown in FIG. It can be manufactured by irradiating a laser to ablate the polymer component in the surface and a predetermined portion in the vicinity of the surface, thereby at least partially modifying the surface of the substrate. By this ablation of the polymer component, the ratio of the polymer component at the surface of the substrate and the portion irradiated with the laser in the vicinity of the surface is reduced from that before irradiation. When a base material in which the components are uniformly or almost uniformly mixed is used, the proportion of the polymer component at the surface of the base material and the portion irradiated with the laser near the surface is higher than the inside due to ablation of the polymer component. Will be reduced. In other words, the ratio of the water-repellent fine particles in the surface of the base material and the portion irradiated with the laser in the vicinity of the surface is increased, thereby obtaining a highly water-repellent structure. In particular, the portion of the surface on which the polymer component was ablated is a surface (uneven surface) in which a minute uneven structure is formed by water-repellent fine particles, and the contact angle (23 ° C.) of pure water at the portion is 140 ° or more. It has become.
このように、本発明では、高撥水性構造体は、レーザー照射による表面変性により形成することができ、具体的には、表面及びその近傍のポリマー成分をレーザー照射によりアブレーションさせる表面変性により形成することができる。 As described above, in the present invention, the highly water-repellent structure can be formed by surface modification by laser irradiation, and specifically, it is formed by surface modification by ablating the surface and a polymer component in the vicinity thereof by laser irradiation. be able to.
なお、アブレーションによりポリマー成分を除去する量としては、アブレーションによるポリマー成分の除去により、純水の接触角(23℃)が140°以上となる量であれば特に制限されず、目的とする純水の接触角(23℃)などに応じて適宜選択することができる。 The amount of the polymer component removed by ablation is not particularly limited as long as the contact angle (23 ° C.) of pure water is 140 ° or more due to the removal of the polymer component by ablation. The contact angle (23 ° C.) can be selected as appropriate.
また、基材としては、ポリマー成分及び撥水性微粒子を含む樹脂組成物により構成された基材であれば特に制限されないが、ポリマー成分や撥水性微粒子等の成分が均一又はほぼ均一に混合されている樹脂組成物により構成された基材を好適に用いることができる。すなわち、高撥水性構造体を得るための基材としては、ポリマー成分や撥水性微粒子等の成分が均一又はほぼ均一に分散された状態の基材が好適である。このような基材としては、公知の成型方法(例えば、押し出し成型方法、金型を利用した成型方法など)を利用して形成することができる。なお、基材の形状としては、目的とする高撥水性構造体の形状に応じて適宜選択することができる。 Further, the substrate is not particularly limited as long as it is a substrate composed of a resin composition containing a polymer component and water-repellent fine particles, but the components such as the polymer component and water-repellent fine particles are uniformly or almost uniformly mixed. The base material comprised by the resin composition which can be used can be used suitably. That is, as a substrate for obtaining a highly water-repellent structure, a substrate in which components such as a polymer component and water-repellent fine particles are uniformly or almost uniformly dispersed is suitable. Such a substrate can be formed using a known molding method (for example, an extrusion molding method, a molding method using a mold, or the like). In addition, the shape of the substrate can be appropriately selected according to the shape of the target highly water-repellent structure.
図1は本発明の高撥水性構造体の製造方法の一例を示す概略鳥瞰図である。図1において、1は基材、1aは基材1の上面(表面)、21、22、・・・、2n−1、2n(nは1以上の整数である)は、それぞれ、レーザー4が照射された部位[「レーザー照射部」と称する場合がある;(21,22,・・・,2n−1,2n)をレーザー照射部2として総称する場合がある]、3はレーザー4が照射されていない部位(「レーザー非照射部」と称する場合がある)、4はレーザー、4aはレンズ、5はレーザー4の焦点、6はレーザー4の照射方向、7はレーザー4の焦点5の移動方向である。また、AはXYステージである。なお、基材1は、ポリマー成分および撥水性微粒子が均一又はほぼ均一に混合されているプラスチック基材である。また、レンズ4aとしては、fθレンズが用いられている。
FIG. 1 is a schematic bird's-eye view showing an example of a method for producing a highly water-repellent structure according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a base material, 1a is the upper surface (surface) of the
図1では、レーザー4は、基材1に向けて、照射方向6の向きで、すなわちZ軸と平行な方向で、照射している。なお、レーザー4はレンズ4aを用いることにより焦点を絞って合わせることができる。また、基材1はフィルム状の形態を有しており、該基材1の上面1aはX−Y平面と平行な面(またはZ軸と垂直)となっている。
In FIG. 1, the laser 4 irradiates the
また、レーザー4は、その焦点5を移動方向7の向き(すなわちX軸と平行な向き)に、ライン状に移動させながら照射させている。前記移動方向7は、照射方向6に対して垂直な方向であり、且つ基材1の表面1aに対して平行な方向である。なお、レーザー4の焦点5を移動方向7にライン状に移動させる際の該焦点5の移動速度としては、特に制限されず、例えば、10〜1,000,000μm/秒(好ましくは100〜10,000μm/秒)程度の範囲から選択してもよい。
Further, the laser 4 irradiates the focal point 5 while moving the focal point 5 in the direction of the movement direction 7 (that is, the direction parallel to the X axis) in a line shape. The moving direction 7 is a direction perpendicular to the
このように、基材1に対してレーザー4を、基材1の表面1aに焦点を合わせ、照射方向6と垂直な方向である移動方向7に移動させながら照射することにより、レーザー4が照射された部位(レーザー照射部)2において、基材1を構成するポリマー成分にアブレーション(ablation;爆発的飛散現象)が生じ、これによりポリマー成分が除去され、純水の接触角(23℃)が140°以上である部位(高撥水性部位)が形成されている。一方、レーザー4が照射されていない部位(レーザー非照射部)3では、レーザーの照射の影響を受けておらず、元の状態を保持しており、純水の接触角(23℃)が140°未満の部位となっている。
In this way, the laser 4 is irradiated by irradiating the base 4 with the laser 4 focused on the surface 1a of the
より具体的には、レーザー4を照射方向6の方向で、レーザー照射部2のうちいずれか1つのレーザー照射部となる部位の一方の末端部に焦点5を合わせて、照射し、この焦点5を移動方向7の方向にライン状に他方の末端まで移動させる。その後、この焦点5の移動方法と同様の方法により、レーザー4の焦点5を他のレーザー照射部となる部位の一方の末端に合わせて他方の末端までライン状に移動させる。さらに、このような焦点をライン状に移動させることを必要なだけ繰り返すことにより、レーザー照射部が形成され、高撥水性部位を形成することができる。
More specifically, the laser beam 4 is irradiated in the direction of the
なお、レーザーの焦点の移動は、レーザー及びレンズと、基材との相対位置を動かせることにより、例えば、レーザー及びレンズ、及び/又は照射される基材を移動させることにより、行うことができる。具体的には、レーザーの照射は、例えば、照射サンプル(照射される基材)を、2次元の方向に精密に動かすことができる精密なXYステージに載せ、2次元的に移動させることにより、サンプル任意の場所に行うことができる。また、2次元又は3次元の方向に精密に動かすことができる精密なXYZステージを用いて、2次元的又は3次元的に移動させてもよい。従って、レーザーの焦点は、照射方向に移動させることも可能である。 The laser focal point can be moved by moving the relative position between the laser and the lens and the substrate, for example, by moving the laser and the lens and / or the irradiated substrate. Specifically, the laser irradiation is performed by, for example, placing the irradiated sample (irradiated substrate) on a precise XY stage that can be moved precisely in a two-dimensional direction and moving it two-dimensionally. Samples can be made anywhere. Further, it may be moved two-dimensionally or three-dimensionally using a precise XYZ stage that can be moved precisely in two-dimensional or three-dimensional directions. Therefore, the focal point of the laser can be moved in the irradiation direction.
このような製造方法(レーザー照射による表面加工を利用した製造方法)により得られる高撥水性構造体について、図2にその断面のモデル図を示す。図2は図1で示される製造方法により得られた高撥水性構造体についての断面モデル図を示し、図2(a)はレーザー照射前の基材の断面モデル図であり、図2(b)はレーザー照射後の基材である高撥水性構造体のモデル図である。図2において、81はレーザー照射前の基材(レーザー未照射の基材)、81aは基材81の表面、82はレーザー照射後の基材である高撥水性構造体、82aは高撥水性構造体82の表面、82bは高撥水性構造体82の表面82aに形成された凹部、8aはポリマー成分の粒子、8bは撥水性微粒子である。図2(a)において、基材81は、表面81aが滑らかな平面となっており、また、内部が、ポリマー成分8aの粒子および撥水性微粒子8bが均一又はほぼ均一に混合された状態となっているプラスチック基材である。この基材81に、図1で示されるようにレーザー照射による表面加工を施すと、図2(b)で示されるような高撥水性構造体82が作製される。高撥水性構造体82は、表面82aが、ポリマー成分8aの粒子がほとんど又は全く存在しておらず、凹部82bが形成されて、撥水性微粒子8bによる凸凹面となっており、また、内部が、ポリマー成分の粒子8aおよび撥水性微粒子8bが均一又はほぼ均一に混合された状態となっているプラスチック構造体である。このように、レーザー照射による表面加工により、基材の表面及び表面近傍のポリマー成分の粒子がアブレーションにより除去され、撥水性微粒子による凹凸面となっている表面が形成されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional model diagram of a highly water-repellent structure obtained by such a manufacturing method (a manufacturing method using surface processing by laser irradiation). FIG. 2 shows a cross-sectional model diagram of the highly water-repellent structure obtained by the manufacturing method shown in FIG. 1, and FIG. 2 (a) is a cross-sectional model diagram of the substrate before laser irradiation, and FIG. ) Is a model diagram of a highly water-repellent structure which is a substrate after laser irradiation. In FIG. 2, 81 is a substrate before laser irradiation (substrate not irradiated with laser), 81a is the surface of the
なお、図2は、モデル図であり、説明を容易にするために、簡略的に表現している内容が含まれている。例えば、図2では、ポリマー成分として、粒子状ポリマー成分(ポリマー成分の粒子)が用いられているが、基材中のポリマー成分の形状は、特に制限されず、例えば、粒子状、繊維状などの形状であってもよく、マトリックス状などの形状であってもよい。もちろん、基材中のポリマー成分は、これらの形状が組み合わされた形状を有していてもよい。 Note that FIG. 2 is a model diagram and includes simplified contents for easy explanation. For example, in FIG. 2, a particulate polymer component (polymer component particles) is used as the polymer component, but the shape of the polymer component in the substrate is not particularly limited. It may be a shape such as a matrix shape. Of course, the polymer component in the substrate may have a shape in which these shapes are combined.
また、図2では、粒子状ポリマー成分と、撥水性微粒子との粒子形状は、ともに、真円となっており、その大きさは、それぞれで同一の大きさとなっているが、これらの粒子形状や大きさは、特に制限されず、通常、不定形状(大きさも、形状も不規則的である)となっている。さらにまた、粒子状ポリマー成分と、撥水性微粒子とは、ともに、規則的に配列された状態となっているが、これらの粒子の配列形態は、特に制限されず、通常、不規則的な配列形態となっている。 In FIG. 2, the particle shape of the particulate polymer component and the water-repellent fine particles are both perfect circles, and the sizes thereof are the same. The size is not particularly limited, and is usually an indefinite shape (the size and shape are irregular). Furthermore, both the particulate polymer component and the water-repellent fine particles are regularly arranged, but the arrangement form of these particles is not particularly limited and is usually irregularly arranged. It has a form.
このように、本発明では、レーザー照射という簡単な方法により、従来にはない優れた撥水性を有する高撥水性構造体を作製することができる。 As described above, in the present invention, a highly water-repellent structure having excellent water repellency, which is not conventionally available, can be produced by a simple method of laser irradiation.
(レーザー)
照射するレーザーとしては、基材を構成するポリマー成分にアブレーションを生じさせることができるものであれば特に制限されない。なお、レーザーとしては、そのレーザー光の波長がポリマー成分の吸収波長(吸収のピーク波長又はその領域)になくても、撥水性微粒子によるレーザー吸収の影響により、ポリマー成分にアブレーションを生じさせることができる場合がある。また、多光子吸収過程を経由させることにより、ポリマー成分にアブレーションを生じさせることができる場合がある。従って、レーザーとしては、ポリマー成分の吸収波長に発振波長を有しているレーザーや、ポリマー成分の吸収波長の倍波(例えば、2倍波、3倍波、4倍波など)となる波長領域に、発振波長を有しているレーザー、撥水性微粒子に照射エネルギーを吸収させることが可能なレーザー(撥水性微粒子の吸収波長に発振波長を有しているレーザーなど)などを用いることができる。
(laser)
The laser to be irradiated is not particularly limited as long as it can cause ablation to the polymer component constituting the substrate. In addition, as a laser, even if the wavelength of the laser beam is not at the absorption wavelength of the polymer component (absorption peak wavelength or its region), the polymer component may be ablated due to the effect of laser absorption by the water-repellent fine particles. There are cases where it is possible. In some cases, the polymer component can be ablated by going through a multiphoton absorption process. Therefore, as a laser, a laser having an oscillation wavelength at the absorption wavelength of the polymer component, or a wavelength region that is a harmonic of the absorption wavelength of the polymer component (for example, a second harmonic, a third harmonic, a fourth harmonic, etc.) In addition, a laser having an oscillation wavelength, a laser capable of absorbing irradiation energy in the water-repellent fine particles (such as a laser having an oscillation wavelength at the absorption wavelength of the water-repellent fine particles), and the like can be used.
具体的には、レーザーとして、400nm以下に発振波長を有するレーザーとしては、例えば、発振波長が248nmであるKrFエキシマレーザー、発振波長が308nmであるXeClエキシマレーザー、発振波長が355nmであるYAGレーザーの第三高調波、発振波長が355nmであるYAGレーザーの第四高調波などを好適に用いることができる。 Specifically, as a laser having an oscillation wavelength of 400 nm or less, for example, a KrF excimer laser with an oscillation wavelength of 248 nm, an XeCl excimer laser with an oscillation wavelength of 308 nm, or a YAG laser with an oscillation wavelength of 355 nm is used. A third harmonic, a fourth harmonic of a YAG laser having an oscillation wavelength of 355 nm, or the like can be preferably used.
一方、400nmを超える発振波長を有するレーザーとしては、多光子吸収過程を経由して、ポリマー成分にアブレーションを生じさせることが可能なレーザーであれば特に制限されず、例えば、多光子吸収過程を経由した紫外線波長領域の光吸収を基材に生じさせることが可能であり且つ該光吸収により基材にアブレーションを生じさせることが可能な波長が750nm〜800nm付近で、パルス幅が1×10-9秒(0.000000001秒)以下のレーザー(「超短パルスレーザー」と称する場合がある)を好適に用いることができる。このような超短パルスレーザーとしては、チタン・サファイア結晶を媒質とするレーザー(チタンサファイアレーザー)などが挙げられる。 On the other hand, the laser having an oscillation wavelength exceeding 400 nm is not particularly limited as long as it is a laser capable of causing ablation of a polymer component via a multiphoton absorption process, for example, via a multiphoton absorption process. It is possible to cause the base material to absorb light in the ultraviolet wavelength region, and to cause the base material to ablate by the light absorption, the wavelength is around 750 nm to 800 nm, and the pulse width is 1 × 10 −9. Lasers of seconds (0.000000001 seconds) or less (sometimes referred to as “ultra-short pulse laser”) can be preferably used. Examples of such an ultrashort pulse laser include a laser using a titanium / sapphire crystal as a medium (titanium sapphire laser).
なお、多光子吸収過程を経由した光吸収とは、高密度の光子が存在する場合に、複数の光子が物質に同時に吸収される光吸収を意味しており、該多光子吸収過程を利用したレーザー加工では、本来、その1光子のエネルギーでは生じ得なかった現象を利用して加工することができる。また、非線形現象を利用した加工であるので、光を用いているにもかかわらず、照射波長の回折限界を超える加工も可能である。 Note that light absorption via a multiphoton absorption process means light absorption in which a plurality of photons are simultaneously absorbed by a substance when a high-density photon exists, and this multiphoton absorption process is used. In laser processing, it is possible to perform processing by utilizing a phenomenon that cannot originally occur with the energy of one photon. In addition, since the processing uses a nonlinear phenomenon, processing exceeding the diffraction limit of the irradiation wavelength is possible despite the use of light.
レーザーは、ポリマー成分の種類や、撥水性微粒子の種類などに応じて適宜選択することができる。 The laser can be appropriately selected according to the type of polymer component, the type of water-repellent fine particles, and the like.
本発明では、照射するレーザーのフルエンス(レーザーフルエンス)としては、特に制限されないが、0.05〜10J/cm2であることが好ましく、特に0.1〜8J/cm2(0.15〜5J/cm2)であることが望ましい。レーザーフルエンスが、0.05J/cm2未満であると、十分にアブレーションを生じさせることができず、効果が十分でない場合があり、一方、10J/cm2を超えていると、非常にパワーが強くなるために、基材の消失が大きくなり、効果が得られても、過剰な量がエッチングされることになる。 In the present invention, the fluence of the irradiating laser (laser fluence) is not particularly limited, is preferably from 0.05~10J / cm 2, particularly 0.1~8J / cm 2 (0.15~5J / Cm 2 ). If the laser fluence is less than 0.05 J / cm 2 , sufficient ablation cannot be caused and the effect may not be sufficient. On the other hand, if the laser fluence exceeds 10 J / cm 2 , the power is very high. Since it becomes strong, the disappearance of the base material becomes large, and even if the effect is obtained, an excessive amount is etched.
本発明の高撥水性構造体は、その表面に少なくとも部分的に、純水の接触角(23℃)が140°以上という高撥水性の部位が形成されているので、該撥水性を利用した用途で好適に用いることができる。例えば、高撥水性構造体が多孔体構造(特に、連続気泡を有する多孔体構造)を有していると、撥水性フィルター、撥水性メンブレン、撥水性セパレータなどとして利用することができる。 Since the highly water-repellent structure of the present invention has a highly water-repellent portion having a contact angle (23 ° C.) of pure water of 140 ° or more at least partially on the surface thereof, the water-repellent structure is utilized. It can be suitably used in applications. For example, when the highly water-repellent structure has a porous structure (particularly, a porous structure having open cells), it can be used as a water-repellent filter, a water-repellent membrane, a water-repellent separator, and the like.
本発明の高撥水性構造体は、そのままプラスチック部材として用いてもよく、他の部材と組み合わせて用いてもよい。高撥水性構造体には、任意の加工や処理を施すことができ、例えば、延伸や収縮などの加工処理や、さらに必要に応じて後処理を行うこともできる。 The highly water-repellent structure of the present invention may be used as it is as a plastic member, or may be used in combination with other members. The highly water-repellent structure can be subjected to arbitrary processing and processing, for example, processing such as stretching and shrinking, and further post-processing can be performed as necessary.
また、本発明の方法によれば、高撥水性を有していないプラスチック基材に、高撥水性を付与することができるので、プラスチック基材の付加価値を高めることができる。 In addition, according to the method of the present invention, high water repellency can be imparted to a plastic substrate that does not have high water repellency, so that the added value of the plastic substrate can be increased.
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例3は、本発明の範囲に含まれないが、参考として記載する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 3 is not included in the scope of the present invention, but is described as a reference.
(実施例1)
商品名「D2E」[ダイキン社製;ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のディスパージョン]と、商品名「#4500」(東海カーボン社製;カーボンブラック)とを、前者:後者=1:3(重量比;PTFEのディスパージョンは固形分換算)の割合で、水媒体でミキサーを用いて2分間混合した後、この混合液をメタノールに投入し、凝析物を得た。さらに、この凝析物に濾過処理を行った後、100℃で2時間乾燥させて、溶媒を除去した。これに、固形分が55重量%となるように、助剤としてn−ドデカンを加え、金属製の筒に充填し、0.2MPaで加圧予備成形を行った後、ラム押し出し機(Reduction Ratio(RR)=S0/S1=50;S0は出口面積、S1は投入部面積)にて押し出し、直径20mm、長さ10mの丸棒形状(円柱形状)の押し出し物を得た。
(Example 1)
Trade name “D2E” [manufactured by Daikin; polytetrafluoroethylene (PTFE) dispersion] and trade name “# 4500” (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd .; carbon black), former: latter = 1: 3 (weight) Ratio: PTFE dispersion was in the ratio of solid content), and the mixture was mixed in an aqueous medium for 2 minutes using a mixer, and then this mixture was poured into methanol to obtain a coagulated product. Further, the coagulated material was subjected to filtration treatment and then dried at 100 ° C. for 2 hours to remove the solvent. To this, n-dodecane was added as an auxiliary so that the solid content was 55% by weight, filled into a metal tube, subjected to pressure preforming at 0.2 MPa, and then a ram extruder (Reduction Ratio). (RR) = S 0 / S 1 = 50; S 0 was extruded at the exit area, and S 1 was the inlet area) to obtain a round bar-shaped (cylindrical) extruded product having a diameter of 20 mm and a length of 10 m.
次に、この丸棒形状の押し出し物を、金属ロール間で圧延し、厚さ0.2mm、幅100mmのシート状基材を得た。このシート状基材を、150℃で乾燥して助剤を除去し、さらに、このシート状基材のX軸方向(長さ方向)のみを2倍に延伸し、厚み150μmのシート状基材(「シート状基材A」と称する場合がある)を得た。 Next, this round bar-shaped extrudate was rolled between metal rolls to obtain a sheet-like base material having a thickness of 0.2 mm and a width of 100 mm. This sheet-like substrate is dried at 150 ° C. to remove the auxiliary agent, and further, only the X-axis direction (length direction) of this sheet-like substrate is stretched twice, and the sheet-like substrate having a thickness of 150 μm. (May be referred to as “sheet-like substrate A”).
このシート状基材Aを所定の大きさに切断し、XYステージ上に置き、トップハット形状に、ビーム整形された波長355nm、フルエンス0.28J/cm2で、繰り返し周波数30kHzのYAGレーザーの第三高調波(355nm)を、fθレンズによりシリコンウエハ表面に、150μm径に集光して、ガルバノスキャナーによりレーザー光を200mm/秒の速度でスキャンして、長さ60mmの表面のアブレーションラインを形成し、さらに、その隣に、照射の中心を150μm離して、ラインを形成することを順次400回繰り返すことによりレーザー照射による表面加工を行い、60mm角の照射部を形成した。該照射部の表面について、接触角を測定したところ153°であり、また、転落角を測定したところ8°であった。 This sheet-like substrate A is cut into a predetermined size, placed on an XY stage, and shaped into a top hat, which is a YAG laser having a wavelength of 355 nm, a fluence of 0.28 J / cm 2 and a repetition frequency of 30 kHz. The third harmonic (355 nm) is focused on the silicon wafer surface by an fθ lens to a diameter of 150 μm, and a laser beam is scanned at a speed of 200 mm / second by a galvano scanner to form an ablation line on the surface of 60 mm in length. Further, next to that, the center of irradiation was separated by 150 μm and the formation of a line was sequentially repeated 400 times to perform surface processing by laser irradiation to form a 60 mm square irradiation portion. With respect to the surface of the irradiated portion, the contact angle was measured to be 153 °, and the sliding angle was measured to be 8 °.
さらに、反射型電子顕微鏡(SEM)(日立製作所社製)を用いて、レーザー照射による表面加工を行ったシート状基材Aにおける照射部の表面を観察したところ、図3(a)に示されるように、その表面には、主として、40nm程度のカーボンブラックの微粒子の凝集物が観察され、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の粒子や繊維は、ほとんど観察されなかった。従って、前記照射部の表面は、主としてカーボンブラックにより構成されていることが確認された。 Furthermore, using a reflection electron microscope (SEM) (manufactured by Hitachi, Ltd.), the surface of the irradiated portion in the sheet-like substrate A subjected to surface processing by laser irradiation was observed, and the result is shown in FIG. Thus, on the surface, aggregates of carbon black fine particles of about 40 nm were mainly observed, and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles and fibers were hardly observed. Therefore, it was confirmed that the surface of the irradiated part was mainly composed of carbon black.
(比較例1)
レーザーの照射を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして、厚み150μmのシート状基材(シート状基材A)を作製した。このシート状基材Aについて、接触角を測定したところ136°であり、また、転落角を測定したところ90°でも転落をしなかった。
(Comparative Example 1)
A sheet-like substrate (sheet-like substrate A) having a thickness of 150 μm was produced in the same manner as in Example 1 except that laser irradiation was not performed. With respect to this sheet-like substrate A, the contact angle was measured to be 136 °, and when the falling angle was measured, it did not fall even at 90 °.
なお、反射型電子顕微鏡(SEM)(日立製作所社製)を用いて、シート状基材Aの表面を観察したところ、図3(b)に示されるように、その表面は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の粒子や繊維と、カーボンブラックとが、混合した際の配合割合と同様の割合で分散されていることが確認された。 In addition, when the surface of the sheet-like base material A was observed using a reflection electron microscope (SEM) (manufactured by Hitachi, Ltd.), as shown in FIG. 3B, the surface was polytetrafluoroethylene. It was confirmed that the particles and fibers of (PTFE) and carbon black were dispersed at the same ratio as the mixing ratio at the time of mixing.
図3は、反射型電子顕微鏡(SEM)により観察した際の、表面の形状に関する写真を示す図であり、図3(a)は実施例1において、レーザー照射による表面加工を行ったシート状基材Aにおける照射部の表面の形状に関する写真を示し、図3(b)は比較例1におけるシート状基材Aの表面の形状に関する写真を示している。なお、図3において、「PTEF粒子」とは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の粒子を意味しており、「PTFE繊維」とは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)による繊維を意味しており、「CB微粒子」とは、カーボンブラック(CB)の微粒子を意味している。 FIG. 3 is a view showing a photograph regarding the shape of the surface when observed with a reflection electron microscope (SEM), and FIG. 3 (a) is a sheet-like substrate subjected to surface processing by laser irradiation in Example 1. The photograph regarding the shape of the surface of the irradiation part in the material A is shown, and FIG. 3 (b) shows the photograph regarding the shape of the surface of the sheet-like substrate A in Comparative Example 1. In FIG. 3, “PTEF particles” means polytetrafluoroethylene (PTFE) particles, and “PTFE fibers” mean fibers made of polytetrafluoroethylene (PTFE). “CB fine particles” means carbon black (CB) fine particles.
(実施例2)
ポリフッ化ビニリデン(PVdF)のN−メチルピロリドン(NMP)溶液(濃度:20重量%)と、商品名「#4500」(東海カーボン社製;カーボンブラック)とを、前者:後者=1:3(重量比;PVdFのNMP溶液は固形分換算)の割合で混合した後、溶媒(NMP)を230℃で乾燥除去して、厚さ0.2mmのシート状基材(「シート状基材B」と称する場合がある)を得た。
(Example 2)
An N-methylpyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVdF) (concentration: 20% by weight) and a trade name “# 4500” (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd .; carbon black), the former: the latter = 1: 3 ( After mixing at a ratio of weight ratio: PVdF NMP solution in terms of solid content, the solvent (NMP) was removed by drying at 230 ° C. to obtain a sheet-like substrate having a thickness of 0.2 mm (“sheet-like substrate B”). May be called).
シート状基材Aに代えて、シート状基材Bを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてレーザー照射による表面加工を行った。この表面加工の際にレーザーを照射した照射部の表面について、接触角を測定したところ146°であり、また、転落角を測定したところ38°であった。 Surface treatment by laser irradiation was performed in the same manner as in Example 1 except that the sheet-like substrate B was used instead of the sheet-like substrate A. When the contact angle of the surface of the irradiated portion irradiated with laser during this surface processing was measured, it was 146 °, and the fall angle was 38 °.
(実施例3)
ポリスチレンのトルエン溶液(濃度:10重量%)と、商品名「#4500」(東海カーボン社製;カーボンブラック)とを、前者:後者=1:3(重量比;ポリスチレンのトルエン溶液は固形分換算)の割合で混合した後、溶媒(トルエン)を100℃で乾燥除去して、厚さ0.2mmのシート状基材(「シート状基材C」と称する場合がある)を得た。
(Example 3)
The toluene solution of polystyrene (concentration: 10% by weight) and the trade name “# 4500” (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd .; carbon black), the former: the latter = 1: 3 (weight ratio; the toluene solution of polystyrene is converted to a solid content) Then, the solvent (toluene) was removed by drying at 100 ° C. to obtain a sheet-like base material having a thickness of 0.2 mm (sometimes referred to as “sheet-like base material C”).
シート状基材Aに代えて、シート状基材Cを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてレーザー照射による表面加工を行った。この表面加工の際にレーザーを照射した照射部の表面について、接触角を測定したところ141°であり、また、転落角を測定したところ65°であった。 Surface treatment by laser irradiation was performed in the same manner as in Example 1 except that the sheet-like substrate C was used instead of the sheet-like substrate A. When the contact angle of the surface of the irradiated part irradiated with laser during this surface processing was measured, it was 141 °, and the fall angle was measured, which was 65 °.
1 基材
1a 基材1の上面(表面)
2 レーザー4が照射された部位(レーザー照射部)
3 レーザー4が照射されていない部位(レーザー非照射部)
4 レーザー
4a レンズ
5 レーザー4の焦点
6 レーザー4の照射方向
7 レーザー4の焦点5の移動方向
81 レーザー照射前の基材
81a 基材81の表面
82 レーザー照射後の基材である高撥水性構造体
82a 高撥水性構造体82の表面
82b 高撥水性構造体82の表面82aに形成された凹部
8a ポリマー成分の粒子
8b 撥水性微粒子
1 Base material 1a Upper surface (surface) of the
2 Part irradiated with laser 4 (laser irradiation part)
3 Site not irradiated with laser 4 (laser non-irradiated part)
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