高分子／ナノ粒子コンポジットを用いた超撥水性コーティング法の開発

蓮の葉表面のマイクロ/ナノ構造や化学組成を模倣し，高い水滴接触角と低いロールオフ角を示す優れたセルフクリーニング超撥水性コーティング膜を開発した．半透明で耐久性のあるセルフクリーニングシリカ-PMMAナノ複合材料を用いて，ガラス上に超撥水性コーティングを行った． PMMA濃度が2%で浸漬時間を30分でコーティングしたとき，最も高い水滴接触角を示した．浸漬時間が1分のコーティング膜では，ガラス基板上のコーティングが薄く，超撥水性を示すには不十分であった．浸漬時間が15分になると，コーティング膜は表面上に多孔質なドメイン構造を形成し，基板表面を覆うように成長し始めた．このドメイン構造は空気を閉じ込めることができず簡単に水で置き換えられ，そのため水滴接触角は150°以下となりWenzel状態となってしまう．一方，浸漬時間が30分以上になると，コーティング膜は多孔質構造体の連結構造をとり，マイクロメートルスケールで空隙を有していた．また，PMMA濃度については，4 %や6 %と濃くすることで水滴接触角は低下した．これは，シリカ粒子で構成された凹凸構造が軟質ポリマーの増加によって減少したと考えている．条件を最適化したPMMA濃度が2 %で浸漬時間30分でコーティングした膜は，優れた超撥水性と超親油性を示した．スクラッチ試験機を用いて機械的強度も調べた．PMMA高分子を含まないシリカコーティングでは，機械的安定性は低く，わずか1.1 mNの荷重をかけただけでも簡単に膜が剥がれた．一方，PMMA濃度を2%でコーティングした膜はおよそ2倍の2.8 mNの荷重まで耐えることができた．また，シリカ中のPMMA濃度は機械的特性の影響を及ぼすだけではなく，光学特性にも大きく関わり，PMMA濃度が高くなると光透過性が向上した．総じて，シリカなど無機膜に含まれるポリマー添加量が少量であれば，複合膜の特性，特に疎水性，機械的耐久性及び光学的透明性は向上することがわかった．

蓮の葉表面のマイクロ/ナノ構造や化学組成を模倣し，高い水滴接触角と低いロールオフ角を示す優れたセルフクリーニング超撥水性コーティング膜を開発した．半透明で耐久性のあるセルフクリーニングシリカ-PMMAナノ複合材料を用いて，ガラス上に超撥水性コーティングを行った． PMMA濃度が2%で浸漬時間を30分でコーティングしたとき，最も高い水滴接触角を示した．浸漬時間が1分のコーティング膜では，ガラス基板上のコーティングが薄く，超撥水性を示すには不十分であった．浸漬時間が15分になると，コーティング膜は表面上に多孔質なドメイン構造を形成し，基板表面を覆うように成長し始めた．このドメイン構造は空気を閉じ込めることができず簡単に水で置き換えられ，そのため水滴接触角は150°以下となりWenzel状態となってしまう．一方，浸漬時間が30分以上になると，コーティング膜は多孔質構造体の連結構造をとり，マイクロメートルスケールで空隙を有していた．また，PMMA濃度については，4 %や6 %と濃くすることで水滴接触角は低下した．これは，シリカ粒子で構成された凹凸構造が軟質ポリマーの増加によって減少したと考えている．条件を最適化したPMMA濃度が2 %で浸漬時間30分でコーティングした膜は，優れた超撥水性と超親油性を示した．スクラッチ試験機を用いて機械的強度も調べた．PMMA高分子を含まないシリカコーティングでは，機械的安定性は低く，わずか1.1 mNの荷重をかけただけでも簡単に膜が剥がれた．一方，PMMA濃度を2%でコーティングした膜はおよそ2倍の2.8 mNの荷重まで耐えることができた．また，シリカ中のPMMA濃度は機械的特性の影響を及ぼすだけではなく，光学特性にも大きく関わり，PMMA濃度が高くなると光透過性が向上した．総じて，シリカなど無機膜に含まれるポリマー添加量が少量であれば，複合膜の特性，特に疎水性，機械的耐久性及び光学的透明性は向上することがわかった．