疎水性コーティングおよびそのプロセス
【課題】疎水性または超疎水性を付与する疎水性または超疎水性コーティングを提供する。
【解決手段】疎水性コーティング１００は、エラストマーポリマーを含むポリマーマトリクス１１０と、ポリマーマトリクス１１０内に分散された複数のナノフィラー１２０と、を含む。各ナノフィラー１２０は、金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を備え、シリカシェルは疎水性部分を含む。
【解決手段】疎水性コーティング１００は、エラストマーポリマーを含むポリマーマトリクス１１０と、ポリマーマトリクス１１０内に分散された複数のナノフィラー１２０と、を含む。各ナノフィラー１２０は、金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を備え、シリカシェルは疎水性部分を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般には複合コーティングに関し、より詳細には、疎水性コーティングおよびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撥水疎水性表面およびその製造は、金属成分に対する腐食抑制領域において、衣類のための化学剤および生物剤保護の領域において、および他の多くの用途に対し、大きな好機を有する。
【０００３】
より高い疎水性があると、超疎水性の表面およびコーティングは、特有の性質、例えば、汚染防止、固着防止および自浄化を備えたいわゆる「ハスの葉効果（ロータス効果）」を有する。これらの特性は、船のための生物付着防止塗料、アンテナおよび窓のための雪の固着防止、自動車のための自浄フロントガラス、金属精錬、汚れにくい布地、防汚建築用コーティングなどを含む多くの用途に対し望ましい。
【０００４】
疎水性または超疎水性の表面およびコーティングの作製のためにフィラー材料がしばしば使用される。例えば、カーボンナノチューブは、その顕著な機械的特性、ならびに他の特有の特性、例えば導電率および耐化学性のために、フィラー材料として使用されるのに大きな関心が寄せられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０９２０４６号公報
【特許文献２】特開平１０−０３１３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、他のフィラー材料もまた、疎水性および／または超疎水性を付与するために複合コーティング材中に組み入れることが望ましい場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による疎水性コーティングは、エラストマーポリマーを含むポリマーマトリクスと、ポリマーマトリクス内に分散された複数のナノフィラーと、を含み、各ナノフィラーは、金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を備え、シリカシェルは疎水性部分を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な疎水性コーティングの一部の概略図である。
【図１Ａ】例示的なナノフィラーの概略図である。
【図１Ｂ】例示的なナノフィラーの概略図である。
【図２】コーティング組成物から疎水性コーティングを形成するための例示的な方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図のいくつかの細部は簡略化されており、厳密な構造的な正確さ、細部、および尺度を維持するよりも、実施形態の理解を容易にするように描かれていることに注意すべきである。
【００１０】
例示的な実施形態は、疎水性コーティングのための材料および方法を提供する。疎水性コーティングは、１つまたは複数のエラストマーポリマー類を含むポリマーマトリクス中に分散されたナノフィラーを含むことができる。ナノフィラーは金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を含むことができる。シリカシェルはそれに付着した１つまたは複数の疎水性部分を含むことができる。疎水性コーティングを形成するための例示的な方法はコーティング組成物を基材に適用する工程を含むことができる。開示した疎水性コーティングは、コア−シェルナノフィラーの組み入れにより、改善された表面疎水性、機械的ロバスト性、および／または導電率を有することができる。
【００１１】
図１は、本発明の教示の様々な実施形態による、例示的な疎水性コーティング１００の一部を示す。図１で示したコーティング１００は、一般化された概略図を示し、他の成分／フィラー／粒子を添加することができ、または既存の成分／フィラー／粒子を除去し、もしくは変更することができることは当業者には容易に明らかとなるはずである。
【００１２】
本明細書で使用されるように、「疎水性コーティング」という用語は、水接触角が約９０°以上である表面濡れ性を有するコーティングを示す。典型的には、疎水性表面上では、例えば、直径２ｍｍの水滴が玉のようになるが、基材を適度に傾斜させても表面から流れ落ちることはない。表面を傾斜させるにつれ、液滴の下方側での濡れ角は増加するが、液滴の上方側の濡れ角は減少する。前進(下り)界面は固体表面の次の増分に進めるのが困難であり、後退する(上り)界面はその少しの固体表面を解き放つことが困難であるので、液滴は静止し、または定位置に固定される傾向がある。疎水性表面は、前進接触角と後退接触角との間で大きなヒステリシスを有する（典型的には２０°以上）ものとして説明されている。
【００１３】
図１に示されるように、例示的な疎水性コーティング１００は、ポリマーマトリクス１１０内に分散された複数のナノフィラー１２０を含むことができる。
【００１４】
本明細書で使用されるように、別記しない限り、「ナノフィラー」という用語は、金属酸化物コア上に、またはその周りにシリカシェルを有するコア−シェル構造を含むフィラー材料を示す。図１のナノフィラー１２０はこのようにコア−シェルナノフィラーとすることができる。実施形態では、「ナノフィラー」のシリカシェルは疎水性部分を含むことができる。「ナノフィラー」１２０はこのように疎水性ナノフィラーとすることができる。
【００１５】
様々な実施形態では、ナノフィラー１２０は、例えば、約１ｎｍから約１０００ｎｍ（１μｍ）のサイズを有することができる。様々な実施形態では、ナノフィラー１２０は約１ｎｍから約１００ｎｍまで、または約２０ｎｍから約５０ｎｍまでの範囲のサイズを有することができる。サイズの範囲は、特定の適用の特別な使用または構造によって、変動する可能性があることに注意すべきである。
【００１６】
本明細書で使用されるように、平均粒子サイズは、フィラー粒子の形状に基づくナノフィラーの任意の特性寸法の平均サイズ、例えば、当業者に公知の重量によるメジアン粒径（ｄ５０）を示す。例えば、平均粒子サイズは、実質的に球状のナノフィラーの直径または不規則形状の粒子に対する公称直径の観点から与えることができる。
【００１７】
さらに、粒子の形状は、いかなる様式でも制限されない。様々な実施形態では、ナノフィラー１２０は、例えば、ナノスフェア、ナノチューブ、ナノファイバ、ナノシャフト、ナノピラー、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノニードル、ナノウィスカーの形態、および／またはそれらの様々な機能化および誘導フィブリル形態とすることができ、糸、ヤーン、織物などの例示的な形態を有するナノファイバが含まれる。そのようなナノフィラー１２０は、同じまたは異なるポリマーマトリクス内で、円形、楕円、正方形、自形などを含む様々な断面形状をとることができる。
【００１８】
図１Ａ、図１Ｂは、さらに、本発明の教示の様々な実施形態による図１の疎水性コーティング１００のために使用される開示したナノフィラー１２０Ａ，１２０Ｂに対する例示的な断面を示す。図示されるように、ナノフィラー１２０Ａ，１２０Ｂはそれぞれ、金属酸化物コア１２５Ａ，１２５Ｂを取り囲むシリカシェル１２８Ａ，１２８Ｂを含むことができる。
【００１９】
シリカシェル１２８，１２８Ａ，１２８Ｂは、例えばシリカ（ＳｉＯ２）、シリコーン（Ｒ２ＳｉＯ）、および／または多面体オリゴマーシルセスキオキサン（polyhedral oligomeric silsequioxane（ＰＯＳＳ、ＲＳｉＯ１．５））から製造することができ、ここで、Ｒは約１から約１８の炭素原子、もしくは約４から約８の炭素原子を有するアルキル、または約６から約２４の炭素原子、もしくは約６から約１６の炭素原子を有するアリールである。シリカシェル１２８，１２８Ａ，１２８Ｂは、総ナノフィラー１２０の約５から約４０重量％、場合によっては、ナノフィラー１２０，１２０Ａ，１２０Ｂの約１０から約３０重量％、もしくは約１５から約２０重量％の量で存在することができる。
【００２０】
一般に、シリカは表面上のシラノール（＞Ｓｉ−ＯＨ）基のために親水性である。これらのシラノール基は、化学的に様々な試薬と反応し、シリカを疎水性とする可能性がある。例えば、図１−図１Ｂにおいて示したナノフィラー１２０のシリカシェル１２８は化学的に活性である可能性があり、シラザン、フルオロシラン、ポリシロキサン、アルキルまたはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない疎水性部分を用いて共有結合により修飾することができる。
【００２１】
特定のシラザン例としては、下記構造／式で表される、ヘキサメチルジシラザン（１，１，１−トリメチル−Ｎ−（トリメチルシリル）−シラナミン）、２，２，４，４，６，６−ヘキサメチルシクロトリシラザン、１，３−ジエチル−１，１，３，３−テトラメチルジシラザン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジフェニルジシラザン、および／または、１，３−ジメチル−１，１，３，３−テトラフェニルジシラザンが挙げられる。
【００２２】
【化１】
【００２３】
特定のフルオロシラン例としては、Ｃ６Ｆ１３ＣＨ２ＣＨ２ＯＳｉ（ＯＣＨ３）３、Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＯＳｉ（ＯＣＨ２ＣＨ５）３、またはそれらの混合物が挙げられる。
【００２４】
特定のポリシロキサン例としては、２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサン、２，４，６，８，１０−ペンタメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、２，４，６−トリメチル−２，４，６−トリフェニルシクロトリシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、またはそれらの混合物が挙げられる。
【００２５】
実施形態では、図１−図１Ｂで示したシリカシェル１２８はまた、例えば、イオン結合、水素結合、またはファンデルワールス結合により疎水性部分と物理的に結合させることができる。
【００２６】
金属酸化物コア１２５Ａ，１２５Ｂは、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、アンチモンドープ二酸化チタン、アンチモンドープ酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、同様にドープした酸化物類、および／または他の適した公知の酸化物類を含むが、それらに限定されない金属酸化物を、例えば、ナノフィラー１２０，１２０Ａ，１２０Ｂの約６０から約９５重量％、約７０から約９０重量％、または約８０から約８５重量％の量で含むことができる。
【００２７】
様々な実施形態では、コア−シェルナノフィラー１２０は、例えば、エボニックインダストリーズ（EVONIK Industries）（ドイツのフランクフルト）から市販されている。市販のナノフィラーの例としては、例えば、約４０から約７０ｍ２／ｇのＢ．Ｅ．Ｔ．表面積（比表面積）を有し、８５％の二酸化チタンコアおよび、１，１，１−トリメチル−Ｎ−（トリメチルシリル）−シラナミンで疎水的に修飾されている１５％のシリカシェルを有するエボニックインダストリーズ由来の製品ＶＰ ＳＴＸ８０が挙げられる。
【００２８】
様々な実施形態では、疎水性コーティング１００は、コア−シェルナノフィラー１２０を、総コーティングの約１から約８０重量％までの範囲の量で含むことができる。別の実施例では、コア−シェルナノフィラー１２０は疎水性コーティング１００の約２０から約７０重量％の量で、または、場合によっては、総コーティングの約３０から約６０重量％の量で存在することができる。
【００２９】
図１に戻ると、疎水性コーティング１００はまた、１つまたは複数のエラストマーポリマー類、例えば、フルオロエラストマー類、サーモエラストマー類、ポリパーフルオロエーテルエラストマー類、シリコーンエラストマー類、または他の架橋材料を含むポリマーマトリクスを含有することができる。様々な実施形態では、１つまたは複数の架橋ポリマー類は半軟質および／または溶融であり、ナノフィラーと混合させることができる。
【００３０】
様々な実施形態では、ポリマーマトリクス１１０は硬化部位モノマー（硬化剤）および、例えば、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、およびそれらの混合物からなる群より選択されるモノマー繰り返しユニットを有するフルオロエラストマーを含むことができる。
【００３１】
実施形態では、ポリマーマトリクス１１０のためのフルオロエラストマー類としては、例えば、ｉ）フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンのコポリマー類、ｉｉ）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびテトラフルオロエチレンのターポリマー類、およびｉｉｉ）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンおよび硬化部位モノマー（キュアサイトモノマー）のテトラポリマー類が挙げられる。
【００３２】
市販のフルオロエラストマー類としては、例えば、バイトン（VITON（登録商標））Ａ（ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）およびフッ化ビニリデン（ＶＤＦまたはＶＦ２）のコポリマー類）、バイトンＢ（テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）およびヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のターポリマー類）、およびバイトンＧＦ（ＴＦＥ、ＶＦ２、ＨＦＰおよび硬化部位モノマーのテトラポリマー類）、ならびにバイトンＥ、バイトンＥ６０Ｃ、バイトンＥ４５、バイトンＥ４３０、バイトンＢ９１０、バイトンＢ５０、バイトンＧＨおよびバイトンＧＦが挙げられる。バイトンの名称は、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社（DuPont de Nemours, Inc.）（デラウエア州ウィルミントン）の商標である。
【００３３】
他の市販のフルオロエラストマー類としては、例えば、ダイネオン（DYNEON）（商標）フルオロエラストマー類、およびスリーエム・カンパニー（３M Company）（ミネソタ州ツーハーバーズ）から入手可能なアフラス（AFLAS（登録商標））（すなわち、ポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレン）、ならびにソルバリーソレキシス（Solvary Solexis）（イタリアボッラーテＭＩ）から入手可能なＦｏｒ−６０ＫＩＲ（登録商標）、Ｆｏｒ−ＬＨＦ（登録商標）、ＮＭ（登録商標）、Ｆｏｒ−ＴＨＦ（登録商標）、Ｆｏｒ−ＴＦＳ（登録商標）、ＴＨ（登録商標）、およびＴＮ５０５（登録商標）として識別されるテクノフロン（Ｔｅｃｈｎｏｆｌｏｎ）類が挙げられる。
【００３４】
１つの実施形態では、ポリマーマトリクス１１０は、ビスフェノール化合物、ジアミノ化合物、アミノフェノール化合物、アミノ−シロキサン化合物、アミノ−シラン、フェノール−シラン化合物またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、有効な硬化剤と架橋されたフッ化ビニリデン含有フルオロエラストマーを含むことができる。例示的なビスフェノール硬化剤としては、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社から入手可能なバイトン キュラティブ（Curative）Ｎｏ．５０（ＶＣ−５０）が挙げられる。キュラティブＶＣ−５０は架橋剤としてビスフェノール−ＡＦおよび促進剤としてジフェニルベンジルホスホニウムクロリドを含むことができる。ビスフェノール−ＡＦは４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフェノールとしても公知である。
【００３５】
特定の実施形態では、ポリマーマトリクスとしては、３５モル％のフッ化ビニリデン（ＶＦ２）と、３４モル％のヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）と、２９モル％のテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）と、２％の硬化部位モノマーとを含むバイトンＧＦ（Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社）が挙げられる。硬化部位モノマーは、例えば、４−ブロモパーフルオロブテン−１，１，１−ジヒドロ−４−ブロモパーフルオロブテン−１，３−ブロモパーフルオロプロペン−１，１，１−ジヒドロ−３−ブロモパーフルオロプロペン−１とすることができ、これもまた、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社（デラウエア州ウィルミントン）から入手可能である。
【００３６】
様々な実施形態では、疎水性コーティング１００はさらに、他のフィラー（図示せず）、例えば無機粒子を開示したポリマーマトリクス内に含むことができる。様々な実施形態では、無機粒子は、金属酸化物類、非金属酸化物類、および金属類からなる群より選択することができる。具体的には、金属酸化物類としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銅、五酸化アンチモン、および酸化スズインジウムが挙げられる。非金属酸化物類としては、例えば、窒化ホウ素、および炭化ケイ素（ＳｉＣ）が挙げられる。金属類としては、例えば、ニッケル、銅、銀、金、亜鉛、および鉄が挙げられる。様々な実施形態では、当業者に公知の他の添加物を、ダイアモンド含有コーティング複合物中に含ませることができる。
【００３７】
様々な実施形態において、開示したナノフィラー１２０を組み入れると、ポリマーマトリクス１１０を所望の特性、例えば、表面疎水性、機械的ロバスト性、導電率、などを有するものとすることができる。
【００３８】
いかなる特別な理論にも縛られるものではないが、疎水性コア−シェルナノフィラーを組み入れると、ある表面形態を生成させ、形成されたコーティング材を疎水性にすることができると考えられる。さらに、疎水性コア−シェルナノフィラーは複合コーティング材内のフィラーの表面張力を低下させることができる。
【００３９】
開示したナノフィラーを組み込まずに、ポリマーマトリクスのみ（例えば、バイトンのみ）の場合と比べ、開示したコーティング材は、例えば、約１０５°以上、場合によっては約１０５°から約１５０°までの範囲の水接触角を有する、より疎水性の表面を有することができる。特定の実施形態では、疎水性コーティング材は、少なくとも約１５０°の水接触角を有する超疎水性となり得る。
【００４０】
様々な例示的な実施形態では、コア−シェルナノフィラー１２０は疎水性コーティング１００中に、総コーティングの少なくとも３０重量％の量で存在することができ、そのため、疎水性コーティング１００は少なくとも約１５０°の水接触角を有する超疎水性とすることができる。
【００４１】
様々な実施形態では、疎水性コーティング１００は、ナノフィラー１２０を含んでいないポリマーマトリクス１１０のみ（例えば、バイトンのみ）の場合と比較して、改善された硬度などの改善された機械的特性を有することができる。硬度は一般に、例えば、当業者に公知の、ロックウェル硬度試験、ブリネル硬度試験、ヴィッカース硬度試験、ヌープ硬度試験および鉛筆硬度試験により測定することができる。様々な実施形態では、疎水性コーティング１００は、鉛筆硬度試験により測定すると約１Ｈ以上の硬度を有することができる。場合によっては、疎水性コーティング１００の硬度は約１Ｈから約４Ｈまでの範囲、または約２Ｈから約３Ｈまでの範囲とすることができる。
【００４２】
様々な実施形態では、疎水性コーティング１００は増加した導電率、すなわち、減少した電気抵抗率を有することができる。例えば、疎水性コーティング１００は約１０１６Ω／ｓｑ未満の表面抵抗率を有することができる。別の実施例では、疎水性コーティング１００の表面抵抗率は、約１０５Ω／ｓｑから約１０１５Ω／ｓｑまで、または約１０７Ω／ｓｑから約１０１２Ω／ｓｑまでの範囲とすることができる。
【００４３】
図２は本発明の教示の様々な実施形態による、開示した疎水性コーティングを形成するための例示的な方法を示す。例示的な方法２００は、下記で一連の行為または事象として説明し、記載するが、本発明はそのような行為または事象の説明した順序に制限されないことは認識されるであろう。例えば、本発明の教示によれば、いくつかの行為は、本明細書で説明および／または記載したものとは別の他の行為または事象と異なる順序で、および／または同時におきてもよい。さらに、説明した工程全てが、本発明の教示による方法を実行するのに必要とされなくてもよい。
【００４４】
図２の２０２では、コーティング組成物は、疎水性コア−シェルナノフィラーと、１つまたは複数のエラストマーポリマー類と、および／または対応する硬化剤と、必要に応じて、当業者に公知の無機フィラー粒子または界面活性剤とを分散させるために、有効な溶媒を含むように調製することができる。
【００４５】
有効な溶媒としては、水または、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、およびそれらの混合物を含むがそれらに限定されない、有機溶媒が挙げられる。適した分散物を形成することができる他の溶媒は本明細書の実施形態の範囲内に入る可能性がある。
【００４６】
ある実施形態では、コーティング組成物は開示した疎水性コア−シェルナノフィラー、バイトンなどのフルオロエラストマー類、ならびに関連する硬化剤、例えばビスフェノール硬化剤ＶＣ−５０、および、必要に応じて、ＭｇＯなどの無機フィラーをＭＩＢＫなどの有機溶媒中に含むことができる。
【００４７】
図２の２０４では、コーティング組成物は基材に適用させることができる。コーティング組成物を基材上に適用するためには様々なコーティング技術を使用することができる。本明細書で使用されるように、「コーティング技術」という用語は、分散物またはコーティング組成物を材料または表面に適用、形成、または堆積するための技術またはプロセスを示す。そのため、「コーティング」または「コーティング技術」という用語は、特に限定されず、浸漬コーティング、塗装、刷毛塗り、ローラ塗装、たんぼずり、噴霧コーティング、スピンコーティング、鋳造、リングコーティング、モールドコーティング、押出コーティングまたは流し塗りを使用することができる。例えば、ギャップコーティングを使用して、平坦基材、例えばベルトまたはプレートを被覆することができ、一方、流し塗りを使用して円筒基材、例えばドラムまたはロールを被覆することができる。被覆した物品はその後、様々な構造を有するように成形することができる。
【００４８】
様々な実施形態では、コーティングプロセスのために使用される基材としては、広範囲にわたる材料、例えば、金属類、金属合金類、ゴム類、ガラス、セラミック類、プラスチック類、または織物類が挙げられる。別の実施例では、使用される金属類としては、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、鋼、ニッケル、銅、およびそれらの混合物が挙げられ、一方、使用されるプラスチック類としては、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ（アリーレンエーテル）、ポリアミドおよびそれらの混合物が挙げられる。
【００４９】
図２の２０６では、基材上でのコーティング組成物の適用後、適用したコーティング組成物を、例えば、約１５０℃から約３００℃までの範囲の高温で凝固させることができる。例えば、凝固プロセスとしては、乾燥プロセス、および／または、場合によっては、硬化プロセスが挙げられ、疎水性コーティングが形成される。
【００５０】
いくつかの実施形態では、適用したコーティング組成物の有効な溶媒は、硬化プロセス前に部分的にまたは完全に蒸発させることができる。例えば、溶媒を最初に、約２時間以上室温で蒸発させることができる。他の蒸発時間および温度は、本明細書の実施形態の範囲内とすることができる。蒸発後、コーティング組成物を硬化させることができる。
【００５１】
様々な実施形態では、硬化プロセスは使用するポリマー（類）および硬化剤（類）により決定することができ、例えば、段階的硬化プロセスが挙げられる。例示的な硬化プロセスは、例えば約２６０℃以下の低温での段階的硬化とすることができる。例示的な実施形態では、コートしたコーティング組成物を約１４９℃の対流式オーブンに約２時間入れることができ、温度を約１７７℃まで上昇させることができ、さらに２時間硬化を実施することができ、温度を約２０４℃まで上昇させることができ、コーティングをさらにその温度で約２時間硬化させることができ、最後に、オーブン温度を約２３２℃まで上昇させることができ、コーティングをさらに６時間硬化させることができる。他の硬化スケジュールが可能である。当業者に公知の硬化スケジュールは本明細書の実施形態の範囲内とすることができる。
【００５２】
様々な実施形態では、コーティングプロセスのために使用される基材は、疎水性コーティングの最終形成後に除去しても、しなくてもよい。
【００５３】
下記実施例は本発明の教示およびその好都合な特性の例示であり、本開示または特許請求の範囲をいかなる意味においても制限するものと解釈すべきではない。
【実施例】
【００５４】
＜実施例１＞ 疎水性コーティング組成物および疎水性コーティングの調製
エボニックインダストリーズから市販されているコア−シェルフィラーＶＰ ＳＴＸ８０１（Ｂ．Ｅ．Ｔ．表面積＝４０〜７０ｍ２／ｇ）と、バイトンＧＦとを、ビスフェノール硬化剤ＶＣ５０（デラウエア州ウィルミントンのデュポン・ド・ヌムール社から入手可能なバイトン キュラティブＮｏ．５０）、バイトンＧＦの約２％と共に、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）の有機溶媒中で、２−ｍｍステンレスショットを用いて２００ｒｐｍで１８時間、ミリングすることにより調製した。様々な重量負荷をコーティング組成物のポリマバイトンＧＦおよびコア−シェルフィラーに対して使用した。
【００５５】
２０μｍのナイロン布を通して濾過した後、均一なナノコーティング組成物が得られ、その後、リングコーティングプロセスにより例示的なアルミニウムドラム上にコートした。
【００５６】
コーティング組成物のコーティングプロセス後、硬化プロセスを約４９℃で約２時間、約１７７℃で約２時間、その後約２０４℃で約２時間、その後、後硬化のために約２３２℃で約６時間、の傾斜（ランプ：ｒａｍｐ）温度で実施した。結果として、２０μｍの厚さのナノ複合膜コーティングが各コーティング組成物に対して得られた。
【００５７】
比較のために、バイトンＧＦのみのコーティングもまた、同様に、コア−シェルフィラーＶＰ ＳＴＸ８０１を組み入れずに調製した。
【００５８】
＜実施例２＞ 疎水性コーティングの特性
表１は、コア−シェルフィラーを含まないバイトンポリマー、およびバイトンポリマー（７０重量％または６０重量％）と、コア−シェルフィラーＶＰ ＳＴＸ８０１（３０重量％または４０重量％）とを含む複合材料の水接触角および表面抵抗率を比較したものである。
【００５９】
水接触角は約２３℃の周囲温度で、脱イオン水を用いて、接触角システム（Contact Angle System）ＯＣＡ機器（モデルＯＣＡ１５、データフィジクスインスツルメンツ（Dataphysics Instruments）ゲーエムベーハー、ドイツのフィルダーシュタット）により測定した。少なくとも１０の測定を実施し、表１に示すように、平均した。
【００６０】
表面抵抗率は約２３℃の温度、約６５％の周囲湿度で測定した。４〜６の測定を、形成した各複合コーティング材の様々なスポットで、ハイレジスティビティメーター（High Resistivity Meter）（日本の三菱化学（株）（Mitsubishi Chemical CORP.）由来のヒレスタ−アップ（Hiresta-Up）ＭＣＰ−ＨＴ４５０）を用いて実施した。平均した結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
示されているように、疎水性コア−シェルナノフィラーを組み入れると、得られたコーティング材の接触角が増加した。さらに、バイトン／コア−シェルナノフィラーを含むコーティング複合材料は、バイトンのみのコーティング材よりも、より導電性であった。一例として、４０％のナノフィラーを含む得られたコーティング材は、１５０°にほぼ等しい接触角および約１０９Ω／ｓｑを超える表面抵抗率を有した。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 疎水性コーティング、１１０ ポリマーマトリクス、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ ナノフィラー、１２５Ａ，１２５Ｂ 金属酸化物コア、１２８Ａ，１２８Ｂ シリカシェル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般には複合コーティングに関し、より詳細には、疎水性コーティングおよびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撥水疎水性表面およびその製造は、金属成分に対する腐食抑制領域において、衣類のための化学剤および生物剤保護の領域において、および他の多くの用途に対し、大きな好機を有する。
【０００３】
より高い疎水性があると、超疎水性の表面およびコーティングは、特有の性質、例えば、汚染防止、固着防止および自浄化を備えたいわゆる「ハスの葉効果（ロータス効果）」を有する。これらの特性は、船のための生物付着防止塗料、アンテナおよび窓のための雪の固着防止、自動車のための自浄フロントガラス、金属精錬、汚れにくい布地、防汚建築用コーティングなどを含む多くの用途に対し望ましい。
【０００４】
疎水性または超疎水性の表面およびコーティングの作製のためにフィラー材料がしばしば使用される。例えば、カーボンナノチューブは、その顕著な機械的特性、ならびに他の特有の特性、例えば導電率および耐化学性のために、フィラー材料として使用されるのに大きな関心が寄せられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０９２０４６号公報
【特許文献２】特開平１０−０３１３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、他のフィラー材料もまた、疎水性および／または超疎水性を付与するために複合コーティング材中に組み入れることが望ましい場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による疎水性コーティングは、エラストマーポリマーを含むポリマーマトリクスと、ポリマーマトリクス内に分散された複数のナノフィラーと、を含み、各ナノフィラーは、金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を備え、シリカシェルは疎水性部分を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な疎水性コーティングの一部の概略図である。
【図１Ａ】例示的なナノフィラーの概略図である。
【図１Ｂ】例示的なナノフィラーの概略図である。
【図２】コーティング組成物から疎水性コーティングを形成するための例示的な方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図のいくつかの細部は簡略化されており、厳密な構造的な正確さ、細部、および尺度を維持するよりも、実施形態の理解を容易にするように描かれていることに注意すべきである。
【００１０】
例示的な実施形態は、疎水性コーティングのための材料および方法を提供する。疎水性コーティングは、１つまたは複数のエラストマーポリマー類を含むポリマーマトリクス中に分散されたナノフィラーを含むことができる。ナノフィラーは金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を含むことができる。シリカシェルはそれに付着した１つまたは複数の疎水性部分を含むことができる。疎水性コーティングを形成するための例示的な方法はコーティング組成物を基材に適用する工程を含むことができる。開示した疎水性コーティングは、コア−シェルナノフィラーの組み入れにより、改善された表面疎水性、機械的ロバスト性、および／または導電率を有することができる。
【００１１】
図１は、本発明の教示の様々な実施形態による、例示的な疎水性コーティング１００の一部を示す。図１で示したコーティング１００は、一般化された概略図を示し、他の成分／フィラー／粒子を添加することができ、または既存の成分／フィラー／粒子を除去し、もしくは変更することができることは当業者には容易に明らかとなるはずである。
【００１２】
本明細書で使用されるように、「疎水性コーティング」という用語は、水接触角が約９０°以上である表面濡れ性を有するコーティングを示す。典型的には、疎水性表面上では、例えば、直径２ｍｍの水滴が玉のようになるが、基材を適度に傾斜させても表面から流れ落ちることはない。表面を傾斜させるにつれ、液滴の下方側での濡れ角は増加するが、液滴の上方側の濡れ角は減少する。前進(下り)界面は固体表面の次の増分に進めるのが困難であり、後退する(上り)界面はその少しの固体表面を解き放つことが困難であるので、液滴は静止し、または定位置に固定される傾向がある。疎水性表面は、前進接触角と後退接触角との間で大きなヒステリシスを有する（典型的には２０°以上）ものとして説明されている。
【００１３】
図１に示されるように、例示的な疎水性コーティング１００は、ポリマーマトリクス１１０内に分散された複数のナノフィラー１２０を含むことができる。
【００１４】
本明細書で使用されるように、別記しない限り、「ナノフィラー」という用語は、金属酸化物コア上に、またはその周りにシリカシェルを有するコア−シェル構造を含むフィラー材料を示す。図１のナノフィラー１２０はこのようにコア−シェルナノフィラーとすることができる。実施形態では、「ナノフィラー」のシリカシェルは疎水性部分を含むことができる。「ナノフィラー」１２０はこのように疎水性ナノフィラーとすることができる。
【００１５】
様々な実施形態では、ナノフィラー１２０は、例えば、約１ｎｍから約１０００ｎｍ（１μｍ）のサイズを有することができる。様々な実施形態では、ナノフィラー１２０は約１ｎｍから約１００ｎｍまで、または約２０ｎｍから約５０ｎｍまでの範囲のサイズを有することができる。サイズの範囲は、特定の適用の特別な使用または構造によって、変動する可能性があることに注意すべきである。
【００１６】
本明細書で使用されるように、平均粒子サイズは、フィラー粒子の形状に基づくナノフィラーの任意の特性寸法の平均サイズ、例えば、当業者に公知の重量によるメジアン粒径（ｄ５０）を示す。例えば、平均粒子サイズは、実質的に球状のナノフィラーの直径または不規則形状の粒子に対する公称直径の観点から与えることができる。
【００１７】
さらに、粒子の形状は、いかなる様式でも制限されない。様々な実施形態では、ナノフィラー１２０は、例えば、ナノスフェア、ナノチューブ、ナノファイバ、ナノシャフト、ナノピラー、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノニードル、ナノウィスカーの形態、および／またはそれらの様々な機能化および誘導フィブリル形態とすることができ、糸、ヤーン、織物などの例示的な形態を有するナノファイバが含まれる。そのようなナノフィラー１２０は、同じまたは異なるポリマーマトリクス内で、円形、楕円、正方形、自形などを含む様々な断面形状をとることができる。
【００１８】
図１Ａ、図１Ｂは、さらに、本発明の教示の様々な実施形態による図１の疎水性コーティング１００のために使用される開示したナノフィラー１２０Ａ，１２０Ｂに対する例示的な断面を示す。図示されるように、ナノフィラー１２０Ａ，１２０Ｂはそれぞれ、金属酸化物コア１２５Ａ，１２５Ｂを取り囲むシリカシェル１２８Ａ，１２８Ｂを含むことができる。
【００１９】
シリカシェル１２８，１２８Ａ，１２８Ｂは、例えばシリカ（ＳｉＯ２）、シリコーン（Ｒ２ＳｉＯ）、および／または多面体オリゴマーシルセスキオキサン（polyhedral oligomeric silsequioxane（ＰＯＳＳ、ＲＳｉＯ１．５））から製造することができ、ここで、Ｒは約１から約１８の炭素原子、もしくは約４から約８の炭素原子を有するアルキル、または約６から約２４の炭素原子、もしくは約６から約１６の炭素原子を有するアリールである。シリカシェル１２８，１２８Ａ，１２８Ｂは、総ナノフィラー１２０の約５から約４０重量％、場合によっては、ナノフィラー１２０，１２０Ａ，１２０Ｂの約１０から約３０重量％、もしくは約１５から約２０重量％の量で存在することができる。
【００２０】
一般に、シリカは表面上のシラノール（＞Ｓｉ−ＯＨ）基のために親水性である。これらのシラノール基は、化学的に様々な試薬と反応し、シリカを疎水性とする可能性がある。例えば、図１−図１Ｂにおいて示したナノフィラー１２０のシリカシェル１２８は化学的に活性である可能性があり、シラザン、フルオロシラン、ポリシロキサン、アルキルまたはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない疎水性部分を用いて共有結合により修飾することができる。
【００２１】
特定のシラザン例としては、下記構造／式で表される、ヘキサメチルジシラザン（１，１，１−トリメチル−Ｎ−（トリメチルシリル）−シラナミン）、２，２，４，４，６，６−ヘキサメチルシクロトリシラザン、１，３−ジエチル−１，１，３，３−テトラメチルジシラザン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジフェニルジシラザン、および／または、１，３−ジメチル−１，１，３，３−テトラフェニルジシラザンが挙げられる。
【００２２】
【化１】
【００２３】
特定のフルオロシラン例としては、Ｃ６Ｆ１３ＣＨ２ＣＨ２ＯＳｉ（ＯＣＨ３）３、Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＯＳｉ（ＯＣＨ２ＣＨ５）３、またはそれらの混合物が挙げられる。
【００２４】
特定のポリシロキサン例としては、２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサン、２，４，６，８，１０−ペンタメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、２，４，６−トリメチル−２，４，６−トリフェニルシクロトリシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、またはそれらの混合物が挙げられる。
【００２５】
実施形態では、図１−図１Ｂで示したシリカシェル１２８はまた、例えば、イオン結合、水素結合、またはファンデルワールス結合により疎水性部分と物理的に結合させることができる。
【００２６】
金属酸化物コア１２５Ａ，１２５Ｂは、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、アルミニウムドープ酸化亜鉛、アンチモンドープ二酸化チタン、アンチモンドープ酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、同様にドープした酸化物類、および／または他の適した公知の酸化物類を含むが、それらに限定されない金属酸化物を、例えば、ナノフィラー１２０，１２０Ａ，１２０Ｂの約６０から約９５重量％、約７０から約９０重量％、または約８０から約８５重量％の量で含むことができる。
【００２７】
様々な実施形態では、コア−シェルナノフィラー１２０は、例えば、エボニックインダストリーズ（EVONIK Industries）（ドイツのフランクフルト）から市販されている。市販のナノフィラーの例としては、例えば、約４０から約７０ｍ２／ｇのＢ．Ｅ．Ｔ．表面積（比表面積）を有し、８５％の二酸化チタンコアおよび、１，１，１−トリメチル−Ｎ−（トリメチルシリル）−シラナミンで疎水的に修飾されている１５％のシリカシェルを有するエボニックインダストリーズ由来の製品ＶＰ ＳＴＸ８０が挙げられる。
【００２８】
様々な実施形態では、疎水性コーティング１００は、コア−シェルナノフィラー１２０を、総コーティングの約１から約８０重量％までの範囲の量で含むことができる。別の実施例では、コア−シェルナノフィラー１２０は疎水性コーティング１００の約２０から約７０重量％の量で、または、場合によっては、総コーティングの約３０から約６０重量％の量で存在することができる。
【００２９】
図１に戻ると、疎水性コーティング１００はまた、１つまたは複数のエラストマーポリマー類、例えば、フルオロエラストマー類、サーモエラストマー類、ポリパーフルオロエーテルエラストマー類、シリコーンエラストマー類、または他の架橋材料を含むポリマーマトリクスを含有することができる。様々な実施形態では、１つまたは複数の架橋ポリマー類は半軟質および／または溶融であり、ナノフィラーと混合させることができる。
【００３０】
様々な実施形態では、ポリマーマトリクス１１０は硬化部位モノマー（硬化剤）および、例えば、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、およびそれらの混合物からなる群より選択されるモノマー繰り返しユニットを有するフルオロエラストマーを含むことができる。
【００３１】
実施形態では、ポリマーマトリクス１１０のためのフルオロエラストマー類としては、例えば、ｉ）フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンのコポリマー類、ｉｉ）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびテトラフルオロエチレンのターポリマー類、およびｉｉｉ）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンおよび硬化部位モノマー（キュアサイトモノマー）のテトラポリマー類が挙げられる。
【００３２】
市販のフルオロエラストマー類としては、例えば、バイトン（VITON（登録商標））Ａ（ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）およびフッ化ビニリデン（ＶＤＦまたはＶＦ２）のコポリマー類）、バイトンＢ（テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）およびヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のターポリマー類）、およびバイトンＧＦ（ＴＦＥ、ＶＦ２、ＨＦＰおよび硬化部位モノマーのテトラポリマー類）、ならびにバイトンＥ、バイトンＥ６０Ｃ、バイトンＥ４５、バイトンＥ４３０、バイトンＢ９１０、バイトンＢ５０、バイトンＧＨおよびバイトンＧＦが挙げられる。バイトンの名称は、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社（DuPont de Nemours, Inc.）（デラウエア州ウィルミントン）の商標である。
【００３３】
他の市販のフルオロエラストマー類としては、例えば、ダイネオン（DYNEON）（商標）フルオロエラストマー類、およびスリーエム・カンパニー（３M Company）（ミネソタ州ツーハーバーズ）から入手可能なアフラス（AFLAS（登録商標））（すなわち、ポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレン）、ならびにソルバリーソレキシス（Solvary Solexis）（イタリアボッラーテＭＩ）から入手可能なＦｏｒ−６０ＫＩＲ（登録商標）、Ｆｏｒ−ＬＨＦ（登録商標）、ＮＭ（登録商標）、Ｆｏｒ−ＴＨＦ（登録商標）、Ｆｏｒ−ＴＦＳ（登録商標）、ＴＨ（登録商標）、およびＴＮ５０５（登録商標）として識別されるテクノフロン（Ｔｅｃｈｎｏｆｌｏｎ）類が挙げられる。
【００３４】
１つの実施形態では、ポリマーマトリクス１１０は、ビスフェノール化合物、ジアミノ化合物、アミノフェノール化合物、アミノ−シロキサン化合物、アミノ−シラン、フェノール−シラン化合物またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、有効な硬化剤と架橋されたフッ化ビニリデン含有フルオロエラストマーを含むことができる。例示的なビスフェノール硬化剤としては、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社から入手可能なバイトン キュラティブ（Curative）Ｎｏ．５０（ＶＣ−５０）が挙げられる。キュラティブＶＣ−５０は架橋剤としてビスフェノール−ＡＦおよび促進剤としてジフェニルベンジルホスホニウムクロリドを含むことができる。ビスフェノール−ＡＦは４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフェノールとしても公知である。
【００３５】
特定の実施形態では、ポリマーマトリクスとしては、３５モル％のフッ化ビニリデン（ＶＦ２）と、３４モル％のヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）と、２９モル％のテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）と、２％の硬化部位モノマーとを含むバイトンＧＦ（Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社）が挙げられる。硬化部位モノマーは、例えば、４−ブロモパーフルオロブテン−１，１，１−ジヒドロ−４−ブロモパーフルオロブテン−１，３−ブロモパーフルオロプロペン−１，１，１−ジヒドロ−３−ブロモパーフルオロプロペン−１とすることができ、これもまた、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社（デラウエア州ウィルミントン）から入手可能である。
【００３６】
様々な実施形態では、疎水性コーティング１００はさらに、他のフィラー（図示せず）、例えば無機粒子を開示したポリマーマトリクス内に含むことができる。様々な実施形態では、無機粒子は、金属酸化物類、非金属酸化物類、および金属類からなる群より選択することができる。具体的には、金属酸化物類としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銅、五酸化アンチモン、および酸化スズインジウムが挙げられる。非金属酸化物類としては、例えば、窒化ホウ素、および炭化ケイ素（ＳｉＣ）が挙げられる。金属類としては、例えば、ニッケル、銅、銀、金、亜鉛、および鉄が挙げられる。様々な実施形態では、当業者に公知の他の添加物を、ダイアモンド含有コーティング複合物中に含ませることができる。
【００３７】
様々な実施形態において、開示したナノフィラー１２０を組み入れると、ポリマーマトリクス１１０を所望の特性、例えば、表面疎水性、機械的ロバスト性、導電率、などを有するものとすることができる。
【００３８】
いかなる特別な理論にも縛られるものではないが、疎水性コア−シェルナノフィラーを組み入れると、ある表面形態を生成させ、形成されたコーティング材を疎水性にすることができると考えられる。さらに、疎水性コア−シェルナノフィラーは複合コーティング材内のフィラーの表面張力を低下させることができる。
【００３９】
開示したナノフィラーを組み込まずに、ポリマーマトリクスのみ（例えば、バイトンのみ）の場合と比べ、開示したコーティング材は、例えば、約１０５°以上、場合によっては約１０５°から約１５０°までの範囲の水接触角を有する、より疎水性の表面を有することができる。特定の実施形態では、疎水性コーティング材は、少なくとも約１５０°の水接触角を有する超疎水性となり得る。
【００４０】
様々な例示的な実施形態では、コア−シェルナノフィラー１２０は疎水性コーティング１００中に、総コーティングの少なくとも３０重量％の量で存在することができ、そのため、疎水性コーティング１００は少なくとも約１５０°の水接触角を有する超疎水性とすることができる。
【００４１】
様々な実施形態では、疎水性コーティング１００は、ナノフィラー１２０を含んでいないポリマーマトリクス１１０のみ（例えば、バイトンのみ）の場合と比較して、改善された硬度などの改善された機械的特性を有することができる。硬度は一般に、例えば、当業者に公知の、ロックウェル硬度試験、ブリネル硬度試験、ヴィッカース硬度試験、ヌープ硬度試験および鉛筆硬度試験により測定することができる。様々な実施形態では、疎水性コーティング１００は、鉛筆硬度試験により測定すると約１Ｈ以上の硬度を有することができる。場合によっては、疎水性コーティング１００の硬度は約１Ｈから約４Ｈまでの範囲、または約２Ｈから約３Ｈまでの範囲とすることができる。
【００４２】
様々な実施形態では、疎水性コーティング１００は増加した導電率、すなわち、減少した電気抵抗率を有することができる。例えば、疎水性コーティング１００は約１０１６Ω／ｓｑ未満の表面抵抗率を有することができる。別の実施例では、疎水性コーティング１００の表面抵抗率は、約１０５Ω／ｓｑから約１０１５Ω／ｓｑまで、または約１０７Ω／ｓｑから約１０１２Ω／ｓｑまでの範囲とすることができる。
【００４３】
図２は本発明の教示の様々な実施形態による、開示した疎水性コーティングを形成するための例示的な方法を示す。例示的な方法２００は、下記で一連の行為または事象として説明し、記載するが、本発明はそのような行為または事象の説明した順序に制限されないことは認識されるであろう。例えば、本発明の教示によれば、いくつかの行為は、本明細書で説明および／または記載したものとは別の他の行為または事象と異なる順序で、および／または同時におきてもよい。さらに、説明した工程全てが、本発明の教示による方法を実行するのに必要とされなくてもよい。
【００４４】
図２の２０２では、コーティング組成物は、疎水性コア−シェルナノフィラーと、１つまたは複数のエラストマーポリマー類と、および／または対応する硬化剤と、必要に応じて、当業者に公知の無機フィラー粒子または界面活性剤とを分散させるために、有効な溶媒を含むように調製することができる。
【００４５】
有効な溶媒としては、水または、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、およびそれらの混合物を含むがそれらに限定されない、有機溶媒が挙げられる。適した分散物を形成することができる他の溶媒は本明細書の実施形態の範囲内に入る可能性がある。
【００４６】
ある実施形態では、コーティング組成物は開示した疎水性コア−シェルナノフィラー、バイトンなどのフルオロエラストマー類、ならびに関連する硬化剤、例えばビスフェノール硬化剤ＶＣ−５０、および、必要に応じて、ＭｇＯなどの無機フィラーをＭＩＢＫなどの有機溶媒中に含むことができる。
【００４７】
図２の２０４では、コーティング組成物は基材に適用させることができる。コーティング組成物を基材上に適用するためには様々なコーティング技術を使用することができる。本明細書で使用されるように、「コーティング技術」という用語は、分散物またはコーティング組成物を材料または表面に適用、形成、または堆積するための技術またはプロセスを示す。そのため、「コーティング」または「コーティング技術」という用語は、特に限定されず、浸漬コーティング、塗装、刷毛塗り、ローラ塗装、たんぼずり、噴霧コーティング、スピンコーティング、鋳造、リングコーティング、モールドコーティング、押出コーティングまたは流し塗りを使用することができる。例えば、ギャップコーティングを使用して、平坦基材、例えばベルトまたはプレートを被覆することができ、一方、流し塗りを使用して円筒基材、例えばドラムまたはロールを被覆することができる。被覆した物品はその後、様々な構造を有するように成形することができる。
【００４８】
様々な実施形態では、コーティングプロセスのために使用される基材としては、広範囲にわたる材料、例えば、金属類、金属合金類、ゴム類、ガラス、セラミック類、プラスチック類、または織物類が挙げられる。別の実施例では、使用される金属類としては、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、鋼、ニッケル、銅、およびそれらの混合物が挙げられ、一方、使用されるプラスチック類としては、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ（アリーレンエーテル）、ポリアミドおよびそれらの混合物が挙げられる。
【００４９】
図２の２０６では、基材上でのコーティング組成物の適用後、適用したコーティング組成物を、例えば、約１５０℃から約３００℃までの範囲の高温で凝固させることができる。例えば、凝固プロセスとしては、乾燥プロセス、および／または、場合によっては、硬化プロセスが挙げられ、疎水性コーティングが形成される。
【００５０】
いくつかの実施形態では、適用したコーティング組成物の有効な溶媒は、硬化プロセス前に部分的にまたは完全に蒸発させることができる。例えば、溶媒を最初に、約２時間以上室温で蒸発させることができる。他の蒸発時間および温度は、本明細書の実施形態の範囲内とすることができる。蒸発後、コーティング組成物を硬化させることができる。
【００５１】
様々な実施形態では、硬化プロセスは使用するポリマー（類）および硬化剤（類）により決定することができ、例えば、段階的硬化プロセスが挙げられる。例示的な硬化プロセスは、例えば約２６０℃以下の低温での段階的硬化とすることができる。例示的な実施形態では、コートしたコーティング組成物を約１４９℃の対流式オーブンに約２時間入れることができ、温度を約１７７℃まで上昇させることができ、さらに２時間硬化を実施することができ、温度を約２０４℃まで上昇させることができ、コーティングをさらにその温度で約２時間硬化させることができ、最後に、オーブン温度を約２３２℃まで上昇させることができ、コーティングをさらに６時間硬化させることができる。他の硬化スケジュールが可能である。当業者に公知の硬化スケジュールは本明細書の実施形態の範囲内とすることができる。
【００５２】
様々な実施形態では、コーティングプロセスのために使用される基材は、疎水性コーティングの最終形成後に除去しても、しなくてもよい。
【００５３】
下記実施例は本発明の教示およびその好都合な特性の例示であり、本開示または特許請求の範囲をいかなる意味においても制限するものと解釈すべきではない。
【実施例】
【００５４】
＜実施例１＞ 疎水性コーティング組成物および疎水性コーティングの調製
エボニックインダストリーズから市販されているコア−シェルフィラーＶＰ ＳＴＸ８０１（Ｂ．Ｅ．Ｔ．表面積＝４０〜７０ｍ２／ｇ）と、バイトンＧＦとを、ビスフェノール硬化剤ＶＣ５０（デラウエア州ウィルミントンのデュポン・ド・ヌムール社から入手可能なバイトン キュラティブＮｏ．５０）、バイトンＧＦの約２％と共に、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）の有機溶媒中で、２−ｍｍステンレスショットを用いて２００ｒｐｍで１８時間、ミリングすることにより調製した。様々な重量負荷をコーティング組成物のポリマバイトンＧＦおよびコア−シェルフィラーに対して使用した。
【００５５】
２０μｍのナイロン布を通して濾過した後、均一なナノコーティング組成物が得られ、その後、リングコーティングプロセスにより例示的なアルミニウムドラム上にコートした。
【００５６】
コーティング組成物のコーティングプロセス後、硬化プロセスを約４９℃で約２時間、約１７７℃で約２時間、その後約２０４℃で約２時間、その後、後硬化のために約２３２℃で約６時間、の傾斜（ランプ：ｒａｍｐ）温度で実施した。結果として、２０μｍの厚さのナノ複合膜コーティングが各コーティング組成物に対して得られた。
【００５７】
比較のために、バイトンＧＦのみのコーティングもまた、同様に、コア−シェルフィラーＶＰ ＳＴＸ８０１を組み入れずに調製した。
【００５８】
＜実施例２＞ 疎水性コーティングの特性
表１は、コア−シェルフィラーを含まないバイトンポリマー、およびバイトンポリマー（７０重量％または６０重量％）と、コア−シェルフィラーＶＰ ＳＴＸ８０１（３０重量％または４０重量％）とを含む複合材料の水接触角および表面抵抗率を比較したものである。
【００５９】
水接触角は約２３℃の周囲温度で、脱イオン水を用いて、接触角システム（Contact Angle System）ＯＣＡ機器（モデルＯＣＡ１５、データフィジクスインスツルメンツ（Dataphysics Instruments）ゲーエムベーハー、ドイツのフィルダーシュタット）により測定した。少なくとも１０の測定を実施し、表１に示すように、平均した。
【００６０】
表面抵抗率は約２３℃の温度、約６５％の周囲湿度で測定した。４〜６の測定を、形成した各複合コーティング材の様々なスポットで、ハイレジスティビティメーター（High Resistivity Meter）（日本の三菱化学（株）（Mitsubishi Chemical CORP.）由来のヒレスタ−アップ（Hiresta-Up）ＭＣＰ−ＨＴ４５０）を用いて実施した。平均した結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
示されているように、疎水性コア−シェルナノフィラーを組み入れると、得られたコーティング材の接触角が増加した。さらに、バイトン／コア−シェルナノフィラーを含むコーティング複合材料は、バイトンのみのコーティング材よりも、より導電性であった。一例として、４０％のナノフィラーを含む得られたコーティング材は、１５０°にほぼ等しい接触角および約１０９Ω／ｓｑを超える表面抵抗率を有した。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 疎水性コーティング、１１０ ポリマーマトリクス、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ ナノフィラー、１２５Ａ，１２５Ｂ 金属酸化物コア、１２８Ａ，１２８Ｂ シリカシェル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーポリマーを含むポリマーマトリクスと、
前記ポリマーマトリクス内に分散された複数のナノフィラーと、
を含み、
各ナノフィラーは、金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を備え、前記シリカシェルは疎水性部分を含む、疎水性コーティング。
【請求項２】
前記シリカシェルの前記疎水性部分は、シラザン、フルオロシラン、ポリシロキサン、アルキル、およびそれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記シラザンは、１，１，１−トリメチル−Ｎ−（トリメチルシリル）−シラナミン（ヘキサメチルジシラザン）、２，２，４，４，６，６−ヘキサメチルシクロトリシラザン、１，３−ジエチル−１，１，３，３−テトラメチルジシラザン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジフェニルジシラザン、１，３−ジメチル−１，１，３，３−テトラフェニルジシラザン、およびそれらの混合物からなる群より選択され、
前記フルオロシランは、Ｃ６Ｆ１３ＣＨ２ＣＨ２ＯＳｉ（ＯＣＨ３）３、Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＯＳｉ（ＯＣＨ２ＣＨ５）３、およびそれらの混合物からなる群より選択され、
前記ポリシロキサンは２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサン、２，４，６，８，１０−ペンタメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、２，４，６−トリメチル−２，４，６−トリフェニルシクロトリシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、およびそれらの混合物からなる群より選択され、
前記アルキルは約１から約１８の炭素原子を有する、請求項１記載の疎水性コーティング。
【請求項３】
前記シリカシェルは、シリカ（ＳｉＯ２）、シリコーン（Ｒ２ＳｉＯ）、多面体オリゴマーシルセキオキサン（ＰＯＳＳ、ＲＳｉＯ１．５）、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料を含み、
前記Ｒが、約１から約１８の炭素原子を有するアルキル、約６から約２４の炭素原子を有するアリール、またはそれらの組み合わせである、請求項１記載の疎水性コーティング。
【請求項４】
１つまたは複数のフルオロエラストマー類を含むフルオロエラストマーマトリクスと、
前記フルオロエラストマーマトリクス内に、前記フルオロエラストマーマトリクスを超疎水性とする量で分散された複数のナノフィラーと、
を含み、
各ナノフィラーは、金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を備え、前記シリカシェルは疎水性部分を含む、超疎水性コーティング。
【請求項５】
コーティング材を製造するための方法であって、
基材を準備する工程と、
エラストマーポリマーと、有機溶媒中の複数のナノフィラーと、を含むコーティング組成物を形成する工程であって、各ナノフィラーは、金属酸化物コア上にシリカシェルを有し、前記シリカシェルは疎水性部分を含む、工程と、
前記コーティング組成物を前記基材に適用する工程と、
前記適用したコーティング組成物を凝固させ、疎水性コーティングを形成する工程と、
を含む、方法。
【請求項１】
エラストマーポリマーを含むポリマーマトリクスと、
前記ポリマーマトリクス内に分散された複数のナノフィラーと、
を含み、
各ナノフィラーは、金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を備え、前記シリカシェルは疎水性部分を含む、疎水性コーティング。
【請求項２】
前記シリカシェルの前記疎水性部分は、シラザン、フルオロシラン、ポリシロキサン、アルキル、およびそれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記シラザンは、１，１，１−トリメチル−Ｎ−（トリメチルシリル）−シラナミン（ヘキサメチルジシラザン）、２，２，４，４，６，６−ヘキサメチルシクロトリシラザン、１，３−ジエチル−１，１，３，３−テトラメチルジシラザン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジフェニルジシラザン、１，３−ジメチル−１，１，３，３−テトラフェニルジシラザン、およびそれらの混合物からなる群より選択され、
前記フルオロシランは、Ｃ６Ｆ１３ＣＨ２ＣＨ２ＯＳｉ（ＯＣＨ３）３、Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＯＳｉ（ＯＣＨ２ＣＨ５）３、およびそれらの混合物からなる群より選択され、
前記ポリシロキサンは２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサン、２，４，６，８，１０−ペンタメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、２，４，６−トリメチル−２，４，６−トリフェニルシクロトリシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、およびそれらの混合物からなる群より選択され、
前記アルキルは約１から約１８の炭素原子を有する、請求項１記載の疎水性コーティング。
【請求項３】
前記シリカシェルは、シリカ（ＳｉＯ２）、シリコーン（Ｒ２ＳｉＯ）、多面体オリゴマーシルセキオキサン（ＰＯＳＳ、ＲＳｉＯ１．５）、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料を含み、
前記Ｒが、約１から約１８の炭素原子を有するアルキル、約６から約２４の炭素原子を有するアリール、またはそれらの組み合わせである、請求項１記載の疎水性コーティング。
【請求項４】
１つまたは複数のフルオロエラストマー類を含むフルオロエラストマーマトリクスと、
前記フルオロエラストマーマトリクス内に、前記フルオロエラストマーマトリクスを超疎水性とする量で分散された複数のナノフィラーと、
を含み、
各ナノフィラーは、金属酸化物コア上にシリカシェルを有するコア−シェル構造を備え、前記シリカシェルは疎水性部分を含む、超疎水性コーティング。
【請求項５】
コーティング材を製造するための方法であって、
基材を準備する工程と、
エラストマーポリマーと、有機溶媒中の複数のナノフィラーと、を含むコーティング組成物を形成する工程であって、各ナノフィラーは、金属酸化物コア上にシリカシェルを有し、前記シリカシェルは疎水性部分を含む、工程と、
前記コーティング組成物を前記基材に適用する工程と、
前記適用したコーティング組成物を凝固させ、疎水性コーティングを形成する工程と、
を含む、方法。
【図１】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２８０８８７（Ｐ２０１０−２８０８８７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２３８６２（Ｐ２０１０−１２３８６２）
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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