(57)【要約】【課題】静電霧化方法を用いた簡易で、安全な表面の親水化処理方法を提供する。【解決手段】表面の異物や汚れを除去した被処理物を、静電霧化法によって発生させた平均粒径１０〜３５ｎｍ程度の帯電微粒液滴の雰囲気下に晒すことで、該被処理物の表面を親水化処理する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の異物、汚れを除去した被処理物を、静電霧化法によって発生させた帯電微粒液滴の雰囲気下に晒すことで、該被処理物の表面を親水化処理すること特徴とする、表面処理方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記帯電微粒液滴の平均粒径が、１０〜３５ｎｍであることを特徴とする、表面処理方法。
【請求項３】
請求項１、２において、
上記帯電微粒液滴は、毛細構造体によって処理液を吸い上げながら、処理液と対向電極との間に、４ＫＶ〜７ＫＶの範囲の高電圧を印加することで発生されるものである、表面処理方法。
【請求項４】
請求項３において、
上記毛細構造体は、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の多孔性セラミックで製されていることを特徴とする、表面処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
上記被処理物が、鏡、ガラスなどの無機素材、プラスチックなどの有機素材、ステンレスなどの金属素材である、表面処理方法。
【請求項６】
鏡、ガラス製品などの無機素材、プラスチックなどの有機素材、ステンレスなどの金属素材のいずれかを被処理物とし、この被処理物に請求項１〜４のいずれかの表面処理方法を実施した後、その表面に親水、撥水、撥油性皮膜を作製したことを特徴とする被処理物。
【請求項７】
請求項６において、
上記親水皮膜がポリシラザンを用いて作製されていることを特徴とする、被処理物。
【請求項８】
請求項７において、
上記親水皮膜が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２のうち少なくとも、一つからなる金属酸化物膜で作製されている、被処理物。
【請求項９】
請求項６において、
上記撥水、撥油性皮膜が、シロキサン等のシリコン系撥水剤を含む皮膜として作製されていることを特徴とした、被処理物。
【請求項１０】
請求項６において、
上記撥水、撥油性皮膜が、フルオロアルキルシランを用いて作製されている被処理物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電霧化法を用いた表面処理方法と、その表面処理を施した処理物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鏡やガラス製品などの無機素材、ステンレスなどの金属素材の表面に撥水や撥油、親水等のコーティング処理を行う際には、表面の異物、汚染物を除去すると同時に、コーティング剤の密着性、塗布性を向上させるために前処理がなされており、このような前処理として、水やアルコール、研磨剤等による洗浄が簡易な方法として公知である。また、近年は、コロナ放電や、プラズマ処理等による表面の清浄化処理も施されている。
下記の特許文献は、コロナ放電を用いて、金属管を親水化処理するものである。
【特許文献１】特開平５−３３９７４７号
【０００３】
しかしながら、上記特許文献に提案され、開示された方法を、鏡やガラス製品、金属板などの家庭用備品の素材などの表面処理に適用するには、装置が大掛かりとなり、付加工程を要するため処理コストも大きくなり、安全性から見ても、望ましいものではなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明者らは、従来は塗装技術などで利用されているに過ぎなかった静電霧化法に注目し、この静電霧化法を、鏡、ガラス、金属などの表面処理に新たに応用できないかという画期的な着想に基づいて鋭意検討した結果、表面に付着している目視できる程度に大きい異物や汚れを洗浄して除去しておけば、その後は、所定の寸法の帯電微粒液滴を噴霧している雰囲気下に、これらの被処理物を晒くだけで、表面を十分に親水化処理できることを知得して、本発明に到達したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明は、次ぎの表面処理方法を提案する。
すなわち、請求項１では、表面の異物、汚れを除去した被処理物を、静電霧化法によって発生させた帯電微粒液滴の雰囲気下に晒すことで、該被処理物の表面を親水化処理すること特徴としている。
本発明は、表面に異物や汚れが強固に付着している被処理物を、そのまま静電霧化法によって発生させた帯電微粒液滴に晒すことを要件とするものではなく、そのような被処理物は、その表面から異物や汚れを除去することが要求される。ここで、異物や汚れは、目視によって確認できる程度の大きなものであればよく、目視で確認できないような異物や汚れは、静電霧化法によって発生させた帯電微粒液滴によって除去され、また、帯電したものは中和され、親水処理がなされる。
【０００６】
また、請求項２では、請求項１において、上記帯電微粒液滴の平均粒径が、１０〜３５ｎｍであることを特徴としており、請求項３では、請求項１、２において、上記帯電微粒液滴は、毛細構造体によって処理液を吸い上げながら、処理液と対向電極との間に、４ＫＶ〜７ＫＶの範囲の高電圧を印加させて発生させることを特徴としている。
【０００７】
更に、請求項４では、請求項３において、上記毛細構造体は、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の多孔性セラミックで製されていることを特徴としており、請求項５では、請求項１〜４のいずれかにおいて、上記被処理物が、鏡、ガラスなどの無機素材、プラスチックなどの有機素材、ステンレスなどの金属素材であることを特徴としている。
【０００８】
一方、請求項６〜１０では、以上のような請求項１〜５に記載された特徴を有した本発明方法を実施して表面処理された、被処理物が提案されている。
すなわち、請求項６では、鏡、ガラス製品などの無機素材、プラスチックなどの有機素材、ステンレスなどの金属素材のいずれかを被処理物とし、この被処理物に請求項１〜４のいずれかの表面処理方法を実施した後、その表面に親水、撥水、撥油性皮膜を作製したことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項７では、請求項６において、上記親水皮膜を、ポリシラザンを用いて作製していること、請求項８では、請求項７において、上記親水皮膜が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２のうち少なくとも、一つからなる金属酸化物膜で作製されていること、請求項９では、請求項６において、上記撥水、撥油性皮膜が、シロキサン等のシリコン系撥水剤を含む皮膜として作製されていること、請求項１０では、請求項６において、上記撥水、撥油性皮膜が、フルオロアルキルシランを用いて作製されている被処理物が、それぞれ提案されている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１〜５において提案した本発明方法によれば、表面に付着している目視できる程度に大きい異物や汚れを洗浄して除去した鏡、ガラス、金属を、静電霧化によって発生させた帯電微粒液滴の雰囲気下に晒すという簡易な方法で、表面を親水化処理できる。
したがって、薬剤を使用した表面処理や、コロナ放電、短波長紫外線を照射する方法などに比べて大掛かりな装置や付加工程を要せず、安全であり、処理コストも安く簡単に出来る。
【００１１】
また、請求項６〜１０において提案された、本発明方法を前処理して、コーティング処理した被処理物は、コーティングした膜と被処理物との密着性も良好で、かつ膜質、膜厚も均一にでき、良好な製品品質を得ている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を添付図とともに説明する。
図２は、本発明で採用する静電霧化装置の基本構成を示している。
この静電霧化装置Ａは、純水などの処理液１を貯留した液溜め２に、先端を尖らせた毛管構造体３を浸漬している。
液溜め２には、毛管構造体３を支持するとともに、液溜め２に貯留された処理液１に電圧を印加させるための液印加電極４を設けており、毛細構造体３の先端部には、毛細構造体３を中心に配置するようにして、環状に形成された対向電極５が配設されている。上記した液印加電極４と、この対向電極５との間には、高電圧発生装置６によって、直流の高電圧が印加されている。
【００１３】
このような静電霧化装置は、特開平５−３４５１５６号、特開２００４−０８５１８５号などに開示されているように、既に公知であるが、本発明では、被処理物の表面を親水化処理するため、液印電極４と対向電極５との間には、４ＫＶ〜７ＫＶの直流高電圧が印加され、その結果、毛細構造体３からは、平均の粒子径が１０〜３５ｎｍ程度の帯電微粒液滴を発生させている。
従って、このような平均粒子径の帯電液滴は、空気清浄機などで、空気中の粉塵や、臭気を除去するために使用される帯電ミストに比べるとかなり小さいが、後述する効果を得るため、空気イオンの平均粒径（正イオンでは１ｎｍ，負イオンでは、０．７〜０．８ｎｍ程度）と比べると、はるかに大きいものになっている。
【００１４】
また、毛細構造体３としては、毛細管現象に優れた多孔性セラミック、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の多孔性セラミックが望ましく、これらの多孔性セラミックを芯材として、その周囲を芯材よりも濡れ性に優れた素材で被覆して、毛細管現象を促進させたものであってもよい。
【００１５】
以上のような静電霧化装置によれば、液印加電極４と対向電極５との間に、４ＫＶ〜７ＫＶ程度の直流高電圧を加えると、毛細構造体３によって、毛細管現象によって吸い上げられた処理液１は、その先端に達すると、高電圧の印加によって形成された強い静電界領域１０に進入して、リガメント（液糸）の状態で噴射され、さらに流体表面に作用する静電力が、流体を保持する表面張力を超えると、液糸は正または負の同極性の帯電した微粒液滴となって、空中に噴霧される。
【００１６】
そして、このようにして空気中に噴霧された帯電微粒液滴は、イオンビームと比べて、粒子径が大きいために、被処理物の広い領域にわたって大きな衝撃エネルギーを持ち、そのため、被処理物の表面に残留し付着している空気汚染物質などの微粒子、有機皮膜、金属汚染物質を剥離し除去する作用があり、また、帯電微粒液滴と異なる極性に帯電している微粒子、金属汚染物質などを中和させる作用もあり、これらの相乗作用の結果によって、被処理物の表面は親水化処理されるものと推察される。
【００１７】
図１は、本発明方法によって生じた帯電微粒液滴Ｍが、被処理物７の表面に噴霧され、被処理物７の表面に付着している空気汚染物質、金属汚染物質などの微粒子８は剥離除去し、帯電微粒液滴Ｍと異なる極性に帯電している微粒子９は中和させて親水化処理している様子を模式的に示している。
【００１８】
ついで、本発明方法による実験例と、比較例について説明する。
【００１９】
Ａ．鏡、ガラス製品についての実験例
実施例Ａ１
市販の５ｍｍ厚、１５０ｍｍ角のソーダガラスを１００ｌの容器内に置き、その中で静電霧化法により作製された帯電微粒液滴を発生させ、そのガラス表面の接触角を計時的に測定することで親水化の処理度合いを調べた。
静電霧化法には６ＫＶの電圧を用い、印加電極と同じ電圧が印加される毛管構造体にはシリカーアルミナ系セラミックスを用いた。また、このとき発生させた帯電微粒液滴の平均粒径は１８ｎｍであった。
図３に、この実験時における処理時間と水接触角の関係をグラフに示す。
【００２０】
実施例Ａ２
実施例Ａ１で表面を親水化させたガラスを用い、その表面にポリシラザン溶液（ＮＬ−１１０−５、クラリアントジャパン（株）製をスプレー塗装し、常温乾燥後、ＳｉＯ９の膜を作製した。作製したシリカ薄膜の水接触角は１０°であった。
【００２１】
実施例Ａ３
実施例１で表面を親水化させたガラスを用い、その表面にゾルーゲル法により表面にシリカ薄膜を作製した。
コーティングの塗料としては、テトラエトキシシラン２０８部にメタノール３０６部を加え、さらに水１８部、及び０．０１Ｎの塩酸１８部を混合し、さらに親水性を向上させるためにコロイダルシリカ（ＳＴ−０Ｌ「日産化学工業製：粒径４０〜５０ｎｍ」を添加した後、ディスパーを用いてよく混合し、６０℃恒温槽中に２時間加熱することにより得られたシリカ系ゾルーゲル膜を塗布した。
作製した膜の水接触角は１３°であった。
【００２２】
実施例Ａ４
実施例１で表面を親水化させたガラスを用い、その表面に「ＧＥ東芝シリコーン（株）製ＸＣ９８−Ｂ２４７２」をガーゼで塗布した後、１５０℃、１０分間乾燥させたことによりフルオロアルキルシランをコーティングした。
作製した膜の水接触角は１１０°、オレイン酸接触角は６０°であった。
【００２３】
比較例Ａ
実施例Ａ1〜Ａ4に用いた前処理として、帯電したミストに晒して行った。このとき発生させた帯電ミストの平均粒径は約６０００ｎｍである。
このような方法で処理した場合、ガラス表面には、水膜が形成され、コーティングの前処理としては不適当であった。
また、今回用いた静電霧化法による帯電微粒液滴の粒度分布は、印加電圧を変化させても大きく変化しなかった。
なお、７ＫＶ以上の高電圧は、作業的には危険であり、副生成物のオゾンが発生することから望ましくない。逆に、４ＫＶ以下では、帯電微粒液滴を発生させることができなかった。
【００２４】
Ｂ．金属素材についての実験例
実施例Ｂ１
ＳＵＳ３０４（ＢＡ仕上げ）、厚さ１ｍｍ、１００ｍｍ角のステンレス板を１００ｌの容器内に置き、その中で静電霧化法により帯電微粒液滴を発生させ、親水化処理の進む具合を調べるため、処理したステンレス表面の接触角セラミックスを計時的に測定した。
静電霧化法には、６ＫＶの電圧を用い、毛管構造体として、シリカーアルミナ系セラミックを用いた。このとき発生させた帯電微粒液滴の平均粒径は、約１８ｎｍであった。
図４に、処理時間と水接触角の関係をグラフに示す。
【００２５】
実施例Ｂ２
実施例Ｂ１で表面を親水化させたステンレスを用い、その表面にポリシラザン溶液（ＮＬ−１１０−５、クラリアントジャパン（株）製）をスプレー塗装し、常温乾燥後、ＳｉＯ2の膜を作製した。作製したシリカ薄膜の水接触角は３５°であった。
【００２６】
実施例Ｂ３
実施例Ｂ１で表面を親水化させたステンレスを用い、その表面にゾルーゲル法により表面にシリカ薄膜を作製した。コーティングの塗料としては、テトラエトキシシラン２０８部にメタノール３０６部を加え、さらに水１８部、及び０．０１Ｎの塩酸１８部を混合し、さらに親水性を向上させるためにコロイダルシリカ（ＳＴ−０Ｌ「日産化学工業製：粒径４０〜５０ｎｍ」）を添加した後、ディスパーを用いてよく混合し、６０℃恒温槽中に２時間加熱することにより得られたシリカ系ルーゲル膜を塗布した。
作製した膜の水接触角は３２°であった。
【００２７】
実施例Ｂ４
実施例１で表面を親水化させたステンレスを用い、その表面に「ＧＥ東芝シリコーン（株）製ＸＣ９８−Ｂ２４７２」をガーゼで塗布した後、１５０℃１０分間乾燥させたことによりフルオロアルキルシランをコーティングした。
作製した膜の水接触角は１１０°、オレイン酸接触角は６０°であった。
【００２８】
比較例Ｂ
処理方法を帯電したミストに晒して行ったところ、ステンレス表面には、水膜が形成され、コーティングの前処理としては不適当であった。このときに発生させた帯電ミストの平均粒径は、比較例Ａの場合と同様に６０００ｎｍであった。
また、溶剤による洗浄、市販の前処理剤（ブラストオフ）を用い処理も行い、実施例Ｂ２〜Ｂ４と比較とした。
表１は、その結果得られた膜の水接触角を示すものである。
【表１】
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【００２９】
以上の結果、いずれの実施例と比較しても、実施例Ｂ１で処理を行ったものが最も優れた水接触角を示すことがわかった。
また、今回用いた静電霧化法による帯電微粒液滴の粒度分布は、印加電圧を変化させても大きく変化しなかった。
なお、７ＫＶ以上の高電圧は、作業的には危険であり、副生成物のオゾンが発生することから望ましくなく、逆に、４ＫＶ以下では、帯電微粒液滴を発生させることができなかった。
【００３０】
Ｃ．プラスチックについての実験例  
ＦＲＰについても、厚さ５ｍｍ、１００ｍｍ角のものを１００ｌの容器内に置き、その中で静電霧化法により帯電微粒液滴を発生させ、親水化処理の進む具合を調べるため、処理したＦＲＰ表面の水接触角を計時的に測定した。
静電霧化法には、６ＫＶの電圧を用い、毛管構造体として、シリカーアルミナ系セラミックを用いた。このとき発生させた帯電微粒液滴の平均粒径は、約１８ｎｍであった。
図５は、この実験で得られた処理時間と水接触角の関係をグラフに示したものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明方法の基本原理を示す図
【図２】本発明において使用される静電霧化装置の概略構成図
【図３】ガラス製品の表面処理に本発明を適用した場合の実験結果を示すグラフ
【図４】ステンレスの表面処理に本発明を適用した場合の実験結果を示すグラフ
【図５】プラスチックの表面処理に本発明を適用した場合の実験結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００３２】
Ａ      静電霧化装置
Ｍ      帯電微粒液滴
１      処理液
３      毛細構造体
５      対向電極
７      被処理物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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