第1部 ポーラス層形成による材料の超親水化とその応用

(2020年4月15日 10:00〜12:00)

　従来、実現が難しかった長寿命超親水性表面を実現するにあたり、材料表面の液体に対する親和性を支配する物理の理解は不可欠である。本講では、固体-液体間の親和性に関する基礎的な理解から、特異ほど強い親和性を実現するための手法などを分かりやすく解説する。また、講師が実現した階層性ナノ多孔層 (HNL) ガラスを長寿命超親水性材料の実例としてとりあげ、実際に得られる効果や機能性、その展開・展望について動画などをまじえて具体的に紹介する。

1. 表面張力と表面自由エネルギー
   1. 材料の濡れと表面張力、表面自由エネルギー
   2. 水滴接触角の物理
   3. 液体と固体の表面張力の相互作用
   4. フォークス式による固液親和性の理解と制御方法
   5. 表面の微細構造と水滴接触角
   6. 静的濡れ性と動的濡れ性
2. 超親水性表面
   1. 超親水性と表面自由エネルギー
   2. 超親水性の寿命
   3. 超親水性表面の機能性
   4. 既存の超親水性表面
3. 階層性ナノ多孔層 (HNL) による超親水ガラス
   1. HNLガラスの構造および形成方法
   2. HNLガラスが示す超親水性とその寿命
   3. HNLガラスによる防汚・防曇性
   4. HNLによるガラス表面の反射防止効果とそのメカニズム
   5. HNLガラスの実用化に向けた適合分野
• 質疑応答

第2部 シリカナノ粒子を用いた超親水・親油化の制御とその応用

(2020年4月15日 12:40〜14:10)

　表面を親水化することにより、汚れの易除去性 (水のみで洗浄可能) 、防曇性 (水滴を作らず濡れ広がる) 、帯電防止性 (空気中の湿気を吸着して静電気を抑える) などの特性を付与することができる。また、親油化によっては油 (脂) 汚れを目立たなくすることができる。本セミナーでは親水性物質であるシリカナノ粒子について、基礎、作り方の一例について紹介し、応用としてこれを用いた超親水膜について述べる。

1. 親水性膜と親油性膜
   1. 親水性、疎水性
   2. 親水性膜と親油性膜
   3. 撥水性
      • 撥水撥油
      • 撥水親油
   4. 超親水性膜
2. 超親水膜とその特長
   1. 超親水性膜の特長
      1. 汚れを落としやすい
      2. 視認性向上
      3. 速乾性
      4. 冷却性
      5. 帯電防止性
      6. 各種塗料やインクの濡れ性、密着性向上
   2. 超親水性膜の課題
3. シリカナノ粒子とそれを用いた超親水性膜
   1. ゾルゲル法 (アルコキシド法) の基礎
   2. シリカナノ粒子の合成方法例
   3. シリカナノ粒子の作製例
   4. シリカナノ粒子分散液の調製
      1. シリカナノ粒子の合成
      2. 濃縮および溶媒置換
      3. 表面シラノール基密度の測定方法
   5. 超親水性膜の作製
4. 応用例
   1. 市販親水性膜の紹介
   2. 超親水性膜の応用展開
• 質疑応答

第3部 アクリルシリコーン/シリカナノコンポジットによる超撥水表面の調製と制御

(2020年4月15日 14:20〜15:50)

　表面の親水・撥水性の発現から、有機無機ナノコンポジットを用いた超撥水表面の開発まで、基礎から応用展開に至る内容について解説します。

1. 表面のぬれと撥水
   • 表面自由エネルギー
   • 表面張力とぬれ
   • 凹凸の影響
2. ナノ複合微粒子
   • 種々の複合微粒子の調製方法
   • アルコキシド法を利用した複合微粒子の調製法
   • ナノ複合微粒子の応用
3. 超撥水表面の調製
   • 超撥水の調製方法
   • シリカ系ナノコンポジットを用いた超撥水表面の調製
   • 合成時における水の添加効果
   • 超撥水表面の応用
• 質疑応答

第4部 ガラスや金属表面に対する簡便な超撥水性付与～散逸構造制御に基づいた表面構造～

(2020年4月15日 16:00〜17:30)

　IoTの進展に伴いスマートフォンなどのモバイル電子機器は、いつでも・どこでも使えることが求められており、たとえば雨の中やお風呂場、海中など高湿下・水中においても利用可能なことが求められるようになってきた。これらの水対策には、電子機器内部への水の侵入を防ぐ防水とともに、端子部分などの撥水性の高度な制御が必要となってくる。一方、「10気圧防水」というような防水性に関してはJIS規格やIP規格を基準にすることが多いが、撥水性に関しては明確な工業規格があるわけではない。したがって、撥水性に関しては、どのような価値創出に結びつけるかのアイデア出しも鍵となってくる。たとえば、超撥水性とは「静止状態での水との接触角が150度を超えるもの」という定義が一般的であるが、それだけではなく超撥水という物性を制御することによって、液体の動的挙動に関して極めてユニークな価値を創出しようとすることが重要であると考えている。このような観点で演者らは超撥水表面の新しい設計思想とそれを安価に製造可能なプロセス技術という観点で研究を進めてきたので、本セミナーにて価値創出とその設計思想について解説したい。

1. 背景と経緯
2. 超撥水性実現のための一般的な設計指針
   • 基材表面の化学的性質の制御
   • 基材の表面物理形状の制御
   • 基材の化学的性質と表面形状の制御
3. 超撥水性付与のためのプロセス技術に関する新しい方法論
   • 塗布プロセス1
     • 汎用のフッ素系粒子と界面活性剤を用いて、熱力学的平衡論的な観点から分子設計を施すことにより、塗布といった簡便な製造工程で超撥水性を示すことのできる表面構造とその製造方法
   • 塗布プロセス2
     • 上述の材料系で非平衡論的な観点で分子設計を施すことにより、高い撥水性と透明性を示すことのできる表面構造とその製造方法
   • 照射プロセス
     • 粒子照射技術を利用した散逸構造形成により、高い撥水性を示すことのできる表面構造とその製造方法
   • 転写プロセス
     • 照射プロセスで形成した超撥水表面をプレス加工で転写することにより、高い撥水性を示すことのできる表面構造とその製造方法
4. 製品価値の事例紹介
• 質疑応答