НЕОБРАСТАЮЩАЯ СТРУКТУРА И АВТОМОБИЛЬНЫЙ КОМПОНЕНТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕОБРАСТАЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ
ANTI-FOULING STRUCTURE AND AUTOMOTIVE COMPONENT USING ANTI-FOULING STRUCTURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение касается необрастающей структуры. Более конкретно, настоящее изобретение касается необрастающей структуры, обеспечивающей поверхностную энергию, достаточную для того, чтобы быть смачиваемой в должной степени нелетучей жидкостью, а также обеспечивающей капиллярную силу пористого структурного слоя за счет предотвращения закупорки пор модифицированного участка, и к автомобильному компоненту с использованием необрастающей структуры.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Существуют изделия, имеющие скользкую поверхность, отталкивающую инородные вещества. Например, патентный документ 1, JP2014-509959A, описывает изделие, в котором жидкая смазка стабилизирована на основе, имеющей пористую структуру, так что капиллярная сеть пористой структуры образует водоотталкивающую поверхность на поверхности основы для отталкивания инородных веществ, в целях снижения адгезии инородных веществ.
СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Патентный документ
[0003] Патентный документ 1: JP2014-509959A
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0004] Самовосстанавливающаяся необрастающая структура удерживает нелетучую жидкость в порах своей пористой структуры, и нелетучая жидкость смачивает поверхность пористой структуры, с образованием гладкой поверхности. Таким образом, самовосстанавливающаяся необрастающая структура длительное время проявляет противообрастающий эффект. Соответственно, предпочтительно, чтобы пористая структура обладала высоким сродством к нелетучей жидкости, в особенности в ее поверхностной части, и по этой причине формируют модифицированную часть, имеющую сродство к нелетучей жидкости.
[0005] В патентном документе 1 описана химическая модификация поверхности основы, имеющей пористую структуру, для достижения требуемой поверхностной энергии основы.
[0006] Однако, плотность модификации основы не рассматривается в патентном документе 1, а свойство скольжения капли и удержание жидкой смазки все еще недостаточны.
[0007] Настоящее изобретение выполнено в свете проблем предшествующего уровня техники, и его целью является разработка необрастающей структуры, обеспечивающей поверхностную энергию, достаточную для того, чтобы быть смачиваемой в должной степени нелетучей жидкостью, и в которой поры не закупорены на модифицированном участке, и автомобильного компонента с использованием необрастающей структуры.
Решение задачи
[0008] В результате интенсивного исследования, направленного на достижение вышеуказанной цели, авторы обнаружили, что нелетучая жидкость может смачивать поверхность пористой структуры, а также удерживаться в пористой структуре при элементном отношении фтора к кремнию (F/Si) в пределах заданного диапазона на поверхностном участке в поверхности пористого структурного слоя, который удерживает нелетучую жидкость. Таким образом, настоящее изобретение было завершено.
[0009] То есть необрастающая структура по настоящему изобретению содержит пористый структурный слой и нелетучую жидкость в порах и/или на поверхности пористого структурного слоя.
При этом пористый структурный слой содержит модифицированный участок в поверхностной его части, и элементное отношение фтора к кремнию (F/Si) в поверхностной части находится в диапазоне от 3 до 50.
[0010] Автомобильный компонент по настоящему изобретению включает описанную выше необрастающую структуру.
Преимущества изобретения
[0011] В настоящем изобретении процент модификации поверхности пористого структурного слоя, удерживающего нелетучую жидкость, находится в пределах заданного диапазона. При этой конфигурации возможно обеспечить необрастающую структуру, в которой нелетучая жидкость может смачивать поверхностную часть пористого структурного слоя и также удерживаться в пористом структурном слое.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] Фиг. 1 представляет собой схематический вид поперечного сечения необрастающей структуры по настоящему изобретению.
Фиг. 2 представляет собой схематический вид поперечного сечения необрастающей структуры по примеру сравнения 3.
Фиг. 3 представляет собой схематический вид поперечного сечения необрастающей структуры по примеру сравнения 1.
Фиг. 4 иллюстрирует метод оценки свойства скольжения капли.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Необрастающая структура по настоящему изобретению будет подробно описана.
Как показано на Фиг. 1, необрастающая структура 1 включает пористый структурный слой 2 и нелетучую жидкость 4.
Нелетучая жидкость 4 удерживается в порах 21 и/или на поверхности пористого структурного слоя 2, и нелетучая жидкость 4 смачивает поверхностную часть S пористого структурного слоя 2 с образованием гладкой поверхности 41, чтобы предупредить налипание грязи.
[0014] Пористый структурный слой
Пористый структурный слой 2 представляет собой, так называемую губчатую структуру, в которой множество взаимно сообщающихся пор расположено трехмерно и хаотично. Пористый структурный слой 2, включающий модифицированную часть 3, обладающую высоким сродством к нелетучей жидкости 4, по меньшей мере на поверхностной части S, удерживает нелетучую жидкость 4 в порах 21 и/или на поверхности.
Модифицированная часть 3 может также образовываться внутри пор пористого структурного слоя 2.
[0015] Пористый структурный слой 2 может быть изготовлен из любого материала с высоким светопропусканием. Например, можно использовать неорганические материалы, в основном состоящие из оксида кремния. Такие неорганические материалы включают материалы, содержащие диоксид кремния (SiO2) в количестве 60 мас.% или более, такие как кварцевое стекло, натриевое стекло и боросиликатное стекло.
[0016] Модификатор, образующий модифицированную часть 3, может содержать соединение, имеющее фторидную функциональную группу, которая может связываться с материалом пористого структурного слоя 2. Такие соединения, имеющие фторидные функциональные группы, включают известные в данной области связывающие фтор силановые агенты, такие как алкоксиолигомеры с фторидной функциональной группой.
[0017] Элементное отношение фтора к кремнию (F/Si) в поверхностной части S пористого структурного слоя по настоящему изобретению находится в диапазоне от 3 до 50. Элементное отношение (F/Si) представляет собой плотность модификации фтором в поверхностной части S пористого структурного слоя 2. Когда элементное отношение (F/Si) находится в диапазоне от 3 до 50, поверхностная энергия поверхностной части пористого структурного слоя может быть уменьшена. Это позволяет нелетучей жидкости в достаточной мере смачивать поверхностную часть S и может обеспечить капиллярную силу, создаваемую в пористом структурном слое путем предотвращения закупорки пор модифицированной частью.
[0018] Когда элементное отношение (F/Si) меньше 3, поверхностная энергия поверхностной части не достаточно снижена. Как показано на ФИГ. 2, нелетучая жидкость 4 недостаточно смачивает поверхностную часть S пористого структурного слоя 2, и грязь закрепляется на немодифицированной части 31, т. е. части, где пористый структурный слой обнажается, и с меньшей вероятностью соскальзывает с необрастающей структуры 1.
[0019] Когда элементное отношение (F/Si) больше 50, отверстия пор 21 пористого структурного слоя 2 закупориваются модифицированной частью 3, как показано на ФИГ.3. Поскольку нелетучая жидкость 4 с меньшей вероятностью проникает в поры пористого структурного слоя, сопротивление к истиранию при скольжении уменьшенное.
[0020] Элементное отношение фтора к кремнию (F/Si) в поверхностной части пористого структурного слоя по настоящему изобретению предпочтительно находится в диапазоне от 3 до 20, более предпочтительно в диапазоне от 3,3 до 7,1.
[0021] Когда элементное отношение (F/Si) находится в диапазоне от 3 до 20, нелетучая жидкость в достаточной мере проникает в поры, и сопротивление к истиранию при скольжении улучшенное. Когда элементное отношение (F/Si) находится в диапазоне от 3,3 до 7,1, поверхностная энергия поверхностной части пористого структурного слоя достаточно сниженная. Это позволяет нелетучей жидкости в достаточной мере смачивать поверхностную часть и может также обеспечить капиллярную силу, создаваемую в пористом структурном слое.
[0022] Как описано выше, поверхностная часть пористого структурного слоя 2 удерживает нелетучую жидкость капиллярной силой. Поверхностная часть служит входом для нелетучей жидкости, которая проникает в поры 21. Поверхностная часть - это область, включающая внутренние стенки пор вокруг отверстий, а также внешнюю поверхность пористого структурного слоя.
[0023] Элементное отношение фтора к кремнию (F/Si) в поверхностной части S пористого структурного слоя может быть измерено с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS или ESCA (электронная спектроскопия для химического анализа)).
[0024] При анализе методом XPS поверхностной части S пористого структурного слоя детектируют фтор модификатора, поскольку пористый структурный слой в модифицированной части 3 покрыт модификатором. В отличие от этого, кремний пористого структурного слоя 2 детектируют в немодифицированной части 31, так как материал пористого структурного слоя 2 обнажается на поверхности.
[0025] В настоящем изобретении элементное отношение фтора к кремнию (F/Si) в поверхностной части S определяют элементным анализом, используя анализатор XPS (QUANTUM-2000, PHI Corp.), в котором пористый структурный слой с модифицированной частью анализируют на содержание элементов от внешней поверхности до глубины примерно 5 нм.
При XPS-анализе поверхностной части пористого структурного слоя образец погружают во фторсодержащий растворитель и промывают ультразвуковой волной для удаления нелетучей жидкости, удерживаемой в пористом структурном слое.
[0026] Толщина пористого структурного слоя предпочтительно находится в диапазоне от 50 нм до 1000 нм. При толщине пористого структурного слоя менее 50 нм количество удерживаемой нелетучей жидкости может быть уменьшено, что приводит к пониженной стойкости необрастающей структуры. Когда толщина более 1000 нм, с большей вероятностью могут образовываться трещины в результате объемной усадки при изготовлении пористого структурного слоя. При этом матовость может увеличиться.
[0027] Например, толщину пористого структурного слоя можно регулировать путем изменения степени разбавления (вязкости) покрывающего пористый структурный слой раствора, скорости покрытия и т.п.
[0028] Средний диаметр пор пористого структурного слоя находится предпочтительно в диапазоне от 10 нм до 100 нм. Когда средний диаметр пор составляет менее 10 нм, может быть трудно заставить нелетучую жидкость, такую как фторсодержащее масло, проникнуть в поры пористого структурного слоя. Соответственно, может быть трудно удержать нелетучую жидкость в пористом структурном слое.
Когда средний диаметр пор превышает 100 нм, матовость может увеличиваться, а полный оптический коэффициент пропускания может уменьшаться из-за рэлеевского рассеяния или тому подобного.
[0029] Средний диаметр пор определяют путем фотографирования поверхности пористого структурного слоя сверху под сканирующим электронным микроскопом (SEM), измерения площади отверстий в поле обзора методом анализа изображений и определения диаметра окружностей, имеющих ту же площадь, что и отверстия пор.
[0030] Например, средний диаметр пор можно регулировать при изготовлении пористого структурного слоя путем изменения промежутка времени непосредственно после покрытия основы исходным материалом пористого структурного слоя до его сушки путем нагревания, или путем изменения толщины пленки, наносимой при изготовлении пористого структурного слоя.
[0031] В частности, средний диаметр пор пористого структурного слоя может быть увеличен за счет продления временного интервала после нанесения покрытия до сушки путем нагревания или за счет увеличения толщины пленки, наносимой при изготовлении пористого структурного слоя.
[0032] Шероховатость поверхности (Ra) пористого структурного слоя предпочтительно находится в диапазоне от 10 нм до 100 нм.
При шероховатости поверхности более 100 нм влияние формы поверхности пористого структурного слоя возрастает, а противообрастающий эффект может быть снижен из-за сложности формирования гладкой поверхности нелетучей жидкости.
Шероховатость поверхности (Ra) пористого структурного слоя может быть измерена атомно-силовым микроскопом (AFM).
[0033] Нелетучая жидкость
Нелетучая жидкость смачивает поверхностную часть S пористого структурного слоя с модифицированной частью, с образованием гладкой поверхности 41 на внешней поверхности необрастающей структуры. Нелетучая жидкость, таким образом, отталкивает инородные вещества, такие как вода, масло, песок и пыль, настолько, что снижает адгезию инородных тел.
[0034] Нелетучая жидкость может быть жидкостью с низкой поверхностной энергией. Например, можно использовать фторсодержащие и силиконовые масла.
[0035] Такие фторсодержащие масла включают простые фторполиэфирные масла, масла на основе простых перфторполиэфиров и тому подобное. Предпочтительно использовать фторсодержащие масла с основной цепью, включающей простой фторполиэфир.
[0036] Силиконовые масла, которые можно использовать, включают силиконовые масла с линейной цепью или циклические. Такие силиконовые масла с линейной цепью включают так называемые линейные силиконовые масла и модифицированные силиконовые масла. Такие линейные силиконовые масла включают диметилсиликоновое масло, метилфенилсиликоновое масло и метилводородное силиконовое масло.
Такие модифицированные силиконовые масла включают линейные силиконовые масла, которые модифицированы простым полиэфиром, эфиром высших жирных кислот, фторалкилом, амино, эпокси-, карбоксилом, спиртом или тому подобным.
Примеры циклических силиконовых масел включают циклическое диметилсилоксановое масло и тому подобное.
2
2
2
[0037] Нелетучая жидкость имеет вязкость при 0°C предпочтительно 160 мм/с или меньше, более предпочтительно от 8 мм/с до 80 мм/с.
2
2
[0038] Когда вязкость нелетучей жидкости выше 160 мм/с, теплостойкость (сопротивление соскальзыванию) возрастает, в то время как водоотталкивающая способность и противообрастающий эффект могут снижаться. При вязкости менее 8 мм/с, низкая вязкость при высокой температуре может привести к снижению теплостойкости. То есть, сопротивление соскальзыванию при высокой температуре может быть снижено.
[0039] Что касается вязкости нелетучей жидкости, потеря на испарение в окружающую среду при 120°C после 24 часов предпочтительно составляет менее 35 массовых %. Когда потеря на испарение составляет 35 массовых %, необрастающая структура может обладать хорошей стойкостью.
[0040] Например, при эксплуатации автомобиля, с меньшей вероятностью происходит ухудшение эксплуатационных характеристик вследствие естественного испарения нелетучей жидкости, а противообрастающего эффекта может хватать надолго при обычной температуре (от 5°C до 35°C).
[0041] Потеря на испарение может быть определена путем разлива 30 г слаболетучей жидкости на чашке Петри 40 ϕ и нагреванием ее при 120°C в течение 24 часов.
[0042] Основа
Необрастающая структура по настоящему изобретению может включать основу на противоположной стороне от поверхностной части пористого структурного слоя.
Основа может быть изготовлена из неорганического материала, такого как стекло или стальная плита и тому подобное.
[0043] Способ получения необрастающей структуры
В способе получения необрастающей структуры по настоящему изобретению на первом этапе золь-гель методом формируют пористый структурный слой. В частности, пористый структурный слой может быть сформирован путем превращения раствора, содержащего материал пористого структурного слоя, в золь посредством гидролиза и полимеризации, нанесения золя на основу или тому подобное, обеспечения дальнейшего протекания взаимодействия с превращением золя в гель, а также сушки и кальцинирования.
[0044] Например, золь может быть нанесен известным из уровня техники методом, таким как метод покрытия центрифугированием, распылением, устройством для нанесения покрытий валиком, струйным обливом или покрытия погружением.
[0045] Затем поверхностную часть пористого структурного слоя модифицируют модификатором, таким как вышеуказанный силановый связующий агент, известным из уровня техники методом, таким как орошение, осаждение из паровой фазы или погружение, с формированием модифицированной части, а поверхностную часть пропитывают нелетучей жидкостью, такой как фторсодержащее масло.
Таким образом может быть получена необрастающая структура по настоящему изобретению.
[0046] Необрастающая структура
Предпочтительно необрастающая структура имеет полный оптический коэффициент пропускания 90% или более и матовость (Hz) менее 1%. Когда полный оптический коэффициент пропускания и матовость находятся в указанных диапазонах, необрастающая структура удовлетворяет прозрачности, требуемой для автомобильных компонентов и оптических комплектующих.
[0047] Полный оптический коэффициент пропускания может быть измерен путем установки образца пленки в измерительном приборе с шаровым фотометром, определяемым JIS K7136, выведения излучения на переднюю сторону образца и измерения света, прошедшего через необрастающую структуру, с использованием шарового фотометра.
Матовость может быть измерена согласно JIS K7136 с помощью измерителя матовости/коэффициента пропускания (Murakami Color Research Laboratory).
[0048] Автомобильный компонент
Автомобильный компонент по настоящему изобретению включает необрастающую структуру по настоящему изобретению. С необрастающей структурой автомобильный компонент может сохранять высокий противообрастающий эффект в течение длительного времени. Следовательно, это может снизить частоту мойки автомобиля или чистки и обеспечить хороший обзор под дождем или на грунтовой дороге.
[0049] Такие автомобильные компоненты включают объективы камер, зеркала, стеклоподъемники, окрашенные поверхности кузовов и тому подобное, различные крышки осветителей, дверные ручки, приборные панели, оконные панели, пластины радиатора, испарители и тому подобное. Однако автомобильный компонент этим не ограничивается.
ПРИМЕРЫ
[0050] Далее настоящее изобретение будет более подробно описано с помощью примеров. Однако настоящее изобретение не ограничивается нижеследующими примерами.
[0051] Пример 1
Получение пористого структурного слоя
2
Известково-натриевое стекло (NSG Precision, Inc.) обрабатывают плазмой со скоростью 1 см/с, используя плазменный генератор.
[0052] Пробирку (A) с завинчивающейся пробкой, в которую загружено 0,64 г чистой воды, 1,5 г триэтиленгликоля, 0,78 г изопропилового спирта и 0,3 г серной кислоты, и пробирку (B) с завинчивающейся пробкой, в которую загружено 8,04 г тетраэтоксисилана (этилсиликат 40, Colcoat Co., Ltd.) и 0,78 г изопропилового спирта, нагревают на водяной бане при температуре 25°C.
[0053] Содержимое пробирки (A) с завинчивающейся пробкой вводят в пробирку (B) с завинчивающейся пробкой, и смесь перемешивают при 1500 об/мин. После того, как температура в пробирке (A) с завинчивающейся пробкой достигает 30°C (максимальная температура), перемешивание продолжают в течение 30 минут.
[0054] После перемешивания фракцию (5,0 г) раствора в пробирке (A) с завинчивающейся пробкой отбирают в пробирку (С) с завинчивающейся пробкой и добавляют к ней 20 г изопропилового спирта. Смесь перемешивают при 1500 об/мин в течение 1 минуты.
[0055] Обработанное плазмой известково-натриевое стекло (площадью 100 мм × 100 мм) покрывают центрифугированием, с помощью 1,5 мл смешанного раствора, в пробирке (С) с завинчивающейся пробкой, в атмосфере воздуха, поддерживаемого при температуре 25°C и влажности 60%, при скорости вращения 100 об/мин, в течение 3 секунд, при 500 об/мин в течение 5 секунд, а затем при 1000 об/мин в течение 15 секунд, используя прибор для нанесения растворов центрифугированием (K359D-1 SPINNER, Kyowa Riken Co., Ltd.).
[0056] Покрытое центрифугированием известково-натриевое стекло размещают плашмя и сушат на воздухе в течение 2 минут, а затем в сушильном шкафу при 150°C в течение 1 часа. После чего стеклянному образцу дают остыть до комнатной температуры в сушильном шкафу.
Затем стеклянный образец кальцинируют в муфельной печи (Muffle Furnace FP410, Yamato Scientific Co., Ltd.) при 500°C в течение 1 часа, а потом дают остыть до комнатной температуры в муфельной печи. Таким образом формируют пористый структурный слой.
[0057] Модификация поверхности
Фторсодержащий модификатор (FLUOROSURF FG-5020, Fluoro Technology Corp.) наносят орошением при температуре 60°C в течение 1 часа для модификации поверхностной части пористого структурного слоя.
[0058] Известково-натриевое стекло с модифицированной поверхностной частью пористого структурного слоя сушат в сушильном шкафу при 150°C в течение 1 часа и затем дают остыть до комнатной температуры в сушильном шкафу. После этого образец замачивают во фторсодержащем растворителе (Novec7100, 3M Corp.) и промывают с помощью ультразвукового очистителя (BAKUSEN W-113 Mk-II, Yamato Scientific Co., Ltd) в режиме BAKUSEN (наложение 24 кГц и 31 кГц) в течение 5 минут.
[0059] Пропитка
Нелетучую жидкость (KRYTOX GPL 103, Du Pont Corp.) (0,011 г) наносят на известково-натриевое стекло, промытое ультразвуковыми волнами. Образец оставляют на 1 час, чтобы нелетучая жидкость задержалась в порах пористого структурного слоя. Таким образом получают необрастающую структуру.
[0060] Пример 2
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 1, за тем исключением, что время орошения при модификации поверхности изменяют на 2 часа.
[0061] Пример 3
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 1, за тем исключением, что время орошения при модификации поверхности изменяют на 4 часа.
[0062] Пример 4
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 1, за тем исключением, что время орошения при модификации поверхности изменяют на 16 часов.
[0063] Пример 5
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 1, за тем исключением, что модификацию поверхности осуществляют вакуумным осаждением фторсодержащего модификатора (OPTOOL DSX, Daikin Industries, Ltd.) из паровой фазы до заданной толщины пленки 10 нм.
[0064] Пример 6
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 5, за тем исключением, что заданная толщина пленки при вакуумном осаждении из паровой фазы составляет 20 нм.
[0065] Пример 7
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 1, за тем исключением, что модификацию поверхности осуществляют погружением во фторсодержащий модификатор (FLUOROSURF FG-5020, Fluoro Technology Co., Ltd.) на 48 часов.
[0066] Пример 8
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 7, за тем исключением, что пористый структурный слой заменяют следующим слоем.
Получение пористого структурного слоя
2
Известково-натриевое стекло обрабатывают плазмой со скоростью 1 см/с, используя плазменный генератор.
[0067] В пробирку (A) с завинчивающейся пробкой, загружают 1,04 г чистой воды, 1,65 г триэтиленгликоля, 0,78 г изопропилового спирта и 0,2 г серной кислоты. Далее, в пробирку (B) с завинчивающейся пробкой, загружают 11,25 г тетраэтоксисилана (Tetr-thoxysilane, мин. 98%, TEOS, Wako Pure Chemicals, Co.) и 0,78 г изопропилового спирта.
[0068] Содержимое пробирки (A) с завинчивающейся пробкой вводят в пробирку (B) с завинчивающейся пробкой, и смесь перемешивают при 1500 об/мин. Перемешивание прекращают, когда температура в пробирке (A) с завинчивающейся пробкой достигает 39,9°C (максимальная температура).
[0069] Фракцию (5,0 г) раствора в пробирке (A) с завинчивающейся пробкой отбирают в пробирку (С) с завинчивающейся пробкой и добавляют к ней 20 г изопропилового спирта. Смесь перемешивают при 1500 об/мин в течение 1 минуты.
[0070] Обработанное плазмой известково-натриевое стекло (площадью 100 мм × 100 мм) покрывают центрифугированием, с помощью 1,5 мл раствора, в пробирке (С) с завинчивающейся пробкой, при скорости вращения 100 об/мин, в течение 3 секунд, при 500 об/мин в течение 5 секунд, а затем при 1000 об/мин в течение 15 секунд.
[0071] Покрытое центрифугированием известково-натриевое стекло размещают плашмя и сушат в сушильном шкафу при 150°C в течение 1 часа, и дают остыть до комнатной температуры в сушильном шкафу.
Затем стеклянный образец кальцинируют в муфельной печи при 500°C в течение 1 часа, а потом дают остыть до комнатной температуры в муфельной печи. Таким образом формируют пористый структурный слой.
[0072] Пример 9
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 7, за тем исключением, что пористый структурный слой заменяют следующим слоем.
Получение пористого структурного слоя
2
Известково-натриевое стекло обрабатывают плазмой со скоростью 1 см/с, используя плазменный генератор.
[0073] В пробирку (A) с завинчивающейся пробкой, загружают 0,68 г чистой воды, 1,5 г триэтиленгликоля, 0,78 г изопропилового спирта и 0,8 г серной кислоты. Далее, в пробирку (B) с завинчивающейся пробкой, загружают 80,04 г тетраэтоксисилана (этилсиликат 40, Colcoat Co., Ltd.) и 0,78 г изопропилового спирта. Пробирки (A) и (B) с завинчивающимися пробками нагревают на водяной бане, выдерживаемой при 25°C.
[0074] Содержимое пробирки (A) с завинчивающейся пробкой вводят в пробирку (B) с завинчивающейся пробкой, и смесь перемешивают при 1500 об/мин. После того, как температура в пробирке (A) с завинчивающейся пробкой достигает 31,7°C (максимальная температура), перемешивание продолжают в течение 30 минут.
[0075] Фракцию (5,0 г) раствора в пробирке (A) с завинчивающейся пробкой отбирают в пробирку (С) с завинчивающейся пробкой и добавляют к ней 20 г изопропилового спирта. Смесь перемешивают при 1500 об/мин в течение 1 минуты.
[0076] Обработанное плазмой известково-натриевое стекло (площадью 100 мм × 100 мм) покрывают центрифугированием, с помощью 1,5 мл раствора, в пробирке (С) с завинчивающейся пробкой, в атмосфере воздуха, поддерживаемого при температуре 25°C и влажности 60%, при скорости вращения 100 об/мин, в течение 3 секунд, при 500 об/мин в течение 5 секунд, а затем при 1000 об/мин в течение 15 секунд.
[0077] Покрытое центрифугированием известково-натриевое стекло сушат в сушильном шкафу при 150°C в течение 1 часа и затем дают остыть до комнатной температуры в сушильном шкафу.
После чего стеклянный образец кальцинируют в муфельной печи (Muffle Furnace FP410, Yamato Scientific Co., Ltd.) при 500°C в течение 1 часа, а потом дают остыть до комнатной температуры в муфельной печи. Таким образом формируют пористый структурный слой.
[0078] Пример сравнения 1
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 1, за тем исключением, что время орошения при модификации поверхности изменяют на 30 минут.
[0079] Пример сравнения 2
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 1, за тем исключением, что модификацию поверхности не производят.
[0080] Пример сравнения 3
Необрастающую структуру получают так же, как и в примере 5, за тем исключением, что толщину пленки при вакуумном осаждении из паровой фазы изменяют на 100 мм.
[0081] Пример сравнения 4
Нелетучую жидкость (KRYTOX GPL103, Du Pont Corp.) (0,011 г) наносят на известково-натриевое стекло и образец оставляют на 1 час. Таким образом получают необрастающую структуру.
[0082] Оценка характеристик
Начальные характеристики и характеристики по результатам испытания на сопротивление скольжению необрастающих структур по примеру 1 - примеру 9 и примеру сравнения 1 - примеру сравнения 4 определяют следующими методами оценки. Результаты оценки приведены в Таблице 1.
[0083] Оценка свойства скольжения капли
Свойство скольжения капли оценивают путем установки необрастающей структуры 1 в вертикальном положении, сбрасывания на нее 5 мкл воды и измерения скорости скольжения капли воды W, как показано на ФИГ. 4.
Для измерения скорости скольжения капли воды W инфракрасные датчики 5a, 5b расположены с интервалом 15 мм. Пять капель сбрасывают, с интервалами 5 мм в горизонтальном направлении, со стартовой высоты капель D, которая на 5 мм выше верхнего инфракрасного датчика. Измеряют среднюю скорость скольжения капель, проходящих интервал 15 мм, и рассчитывают среднее значение для пяти капель.
: скорость скольжения капли воды равна или больше 5 мм/сек.
: скорость скольжения капли воды быстрее 1 мм/сек и равна или медленнее 5 мм/сек.
: скорость скольжения капли воды быстрее 0 мм/сек и равна или медленнее 1 мм/сек.
: скорость скольжения капли воды 0 мм/сек.
[0084] Испытание на стойкость
В качестве испытания на сопротивление к истиранию при скольжении проводят вышеописанную оценку исходного свойства скольжения капли после того, как нановолокнистый материал 500 раз перемещают вскользь в обратном направлении по необрастающим структурам.
[0085] Таблица 1 (1/2)
Таблица 1, продолжение (2/2)
[0086] Образец по примеру сравнения 1 с самого начала не обладает противообрастающим эффектом, поскольку имеет F/Si меньше 3, и нелетучая жидкость не смачивает поверхностную часть пористого структурного слоя. Образец по примеру сравнения 3 показывает снижение противообрастающего эффекта после испытания на сопротивление скольжению, поскольку он имеет F/Si больше 50.
[0087] Образцы по Примеру 1 - примеру 4, где F/Si находится в диапазоне от 3,3 до 7,1, обладают очень высоким противообрастающим эффектом даже после испытания на сопротивление скольжению.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
[0088]
1 Необрастающая структура
2 Пористый структурный слой
21 Поры
3 Модифицированная часть
31 Немодифицированная часть
4 Нелетучая жидкость
41 Гладкая поверхность
S Поверхностная часть
5a Инфракрасный датчик
5b Инфракрасный датчик
D стартовая высота капель
W капля воды
B Шкала