ディップコーティング

ディップコーティングは工業用コーティングプロセスであり、コーティングされた布地やコンドームなどのバルク製品や、バイオメディカル分野などの特殊コーティングの製造に使用されます。ディップコーティングは学術研究でもよく使用され、多くの化学およびナノ材料工学研究プロジェクトでは薄膜コーティングを作成するためにディップコーティング技術が使用されています。

ディップコーティングされた最も古い製品は、ろうそくだったかもしれません。布地などの柔軟な層状基材の場合、ディップコーティングは連続ロールツーロールプロセスとして実行できます。3D オブジェクトをコーティングする場合は、単にコーティング液に挿入したり、そこから取り出したりします。コンドームを作る場合は、型をコーティング液に浸します。初期のろうそく製造方法など、一部の製品では、このプロセスが何度も繰り返され、一連の薄いフィルムが比較的厚い最終オブジェクトにまで膨らみます。

最終製品には基材とコーティングが組み込まれている場合もあれば、コンドームの場合のように、コーティングが剥がされて乾燥または固化したコーティングのみからなる物体が形成される場合もあります。

スピンコーティングの一般的な代替法として、ディップコーティング法は研究目的でゾルゲル前駆体から薄膜を製造するために頻繁に採用されており、一般的には平坦または円筒形の基板上に薄膜を塗布するために使用されます。^[1]

プロセス

ディップコーティングプロセスは5つの段階に分けられます。^[2]

浸漬: 基材をコーティング材料の溶液に一定の速度で（できればジッターなしで）浸します。
起動: 基板はしばらく溶液内に留まっており、引き上げられ始めています。
堆積：薄い層は引き上げられると同時に基板上に堆積します。引き上げはジッターを避けるために一定の速度で行われます。速度によってコーティングの厚さが決まります（引き上げが速いほどコーティング材料が厚くなります）。^[3]
排水: 余分な液体は表面から排出されます。
蒸発: 溶媒が液体から蒸発し、薄い層を形成します。アルコールなどの揮発性溶媒の場合、蒸発は堆積および排水の段階ですでに始まります。

連続プロセスでは、各ステップが連続して直接実行されます。

薄膜のディップコーティングの最終状態を決定する要因は数多くあります。初期の基板表面の機能性、浸漬時間、引き上げ速度、ディッピングサイクル数、溶液の組成、濃度と温度、各ディッピングシーケンスの溶液数、環境湿度など、多くの要因を制御することで、多種多様な繰り返し可能なディップコーティングフィルム構造と厚さを製造できます。ディップコーティング技術は、かさばった複雑な形状でも均一で高品質のフィルムを形成できます。

研究への応用

ディップコーティング技術は、自己組織化とゾルゲル技術による薄膜の製造に使用されます。自己組織化により、正確に 1 分子層のフィルム厚を実現できます。ゾルゲル技術では、主に堆積速度と溶液粘度によって決まる、増加した正確に制御された厚さのフィルムが作成されます。新興分野として、ナノ粒子はコーティング材料としてよく使用されます。ディップコーティングの用途には次のものがあります。

多層センサーコーティング
インプラント機能主義者
ハイドロゲル
ゾルゲルナノ粒子コーティング
自己組織化単分子層
層ごとに重ねられたナノ粒子の集合体。

ナノ粒子コーティング

ディップコーティングは、バイオセラミックナノ粒子、バイオセンサー、インプラント、ハイブリッドコーティングの製造などに利用されています。たとえば、ディップコーティングは、ポリメチルメタクリレート上にハイドロキシアパタイトとTiO ₂ナノ粒子を固定するための、シンプルかつ高速な非熱コーティング法を確立するために使用されています。^[4]

別の研究では、厚さ25〜70nmの多孔質セルロースナノ結晶とポリビニルアルコールCNC / PVAナノ複合フィルムをディップコーティング法でガラス基板上に堆積させた。^[5]

ゾルゲル法

無機ゾルのディップコーティング（またはいわゆるゾルゲル合成）は、薄い無機またはポリマーコーティングを作成する方法です。ゾルゲル合成では、堆積速度は、層の厚さ、密度、多孔度などに影響を与える重要なパラメータです。

ゾルゲル法は、保護コーティング、光学コーティング、セラミックコーティング、および同様の表面を作成するために材料科学で広く使用されている堆積方法です。この技術は、液体前駆体 (ゾル) の加水分解から始まり、重縮合を経て徐々にゲルを得ます。このゲルは、液相 (溶媒) と固相 (統合ネットワーク、通常はポリマーネットワーク) の両方を含む二相システムです。液体の割合は段階的に減少します。残りの液体は乾燥によって除去でき、熱処理と組み合わせて固体の材料特性を調整できます。

参照

参考文献

^ Scriven, LE (1988). 「ディップコーティングとスピンコーティングの物理と応用」化学によるセラミックスの改善 III . pp. 717–729.
^ ラハマン、MN (2007)。セラミック加工。ボカラトン：CRCプレス。pp. 242–244。ISBN 978-0-8493-7285-8。
^ Quéré , David (1999). 「繊維上の流体コーティング」。流体力学年次レビュー。31 (1): 347–384。doi : 10.1146 /annurev.fluid.31.1.347。ISSN 0066-4189 。
^ Riau, Andri K.; Mondal, Debasish; Setiawan, Melina; Palaniappan, Alagappan; Yam, Gary HF; Liedberg, Bo; Venkatraman, Subbu S.; Mehta, Jodhbir S. (2016 年 12 月 28 日). 「新しい非熱ディップコーティング法によるバイオセラミックナノ粒子によるポリマー表面の機能化」. ACS Applied Materials & Interfaces . 8 (51): 35565–35577. doi : 10.1021/acsami.6b12371 . hdl : 10356/80680 . ISSN 1944-8244.
^ Schyrr, Bastien; Pasche, Stéphanie; Voirin, Guy; Weder, Christoph; Simon, Yoan C.; Foster, E. Johan (2014 年 8 月 13 日). 「バイオセンサーセルロースナノクリスタル - ポリ (ビニルアルコール) スキャフォールド」. ACS Applied Materials & Interfaces . 6 (15): 12674–12683. doi :10.1021/am502670u. ISSN 1944-8244.

[1] Scriven, LE (1988). 「ディップコーティングとスピンコーティングの物理と応用」化学によるセラミックスの改善 III . pp. 717–729.

[2] ラハマン、MN (2007)。セラミック加工。ボカラトン：CRCプレス。pp. 242–244。ISBN 978-0-8493-7285-8。

[Quéré1999-3] ^ Quéré , David (1999). 「繊維上の流体コーティング」。流体力学年次レビュー。31 (1): 347–384。doi : 10.1146 /annurev.fluid.31.1.347。ISSN 0066-4189 。

[4] Riau, Andri K.; Mondal, Debasish; Setiawan, Melina; Palaniappan, Alagappan; Yam, Gary HF; Liedberg, Bo; Venkatraman, Subbu S.; Mehta, Jodhbir S. (2016 年 12 月 28 日). 「新しい非熱ディップコーティング法によるバイオセラミックナノ粒子によるポリマー表面の機能化」. ACS Applied Materials & Interfaces . 8 (51): 35565–35577. doi : 10.1021/acsami.6b12371 . hdl : 10356/80680 . ISSN 1944-8244.

[5] Schyrr, Bastien; Pasche, Stéphanie; Voirin, Guy; Weder, Christoph; Simon, Yoan C.; Foster, E. Johan (2014 年 8 月 13 日). 「バイオセンサーセルロースナノクリスタル - ポリ (ビニルアルコール) スキャフォールド」. ACS Applied Materials & Interfaces . 6 (15): 12674–12683. doi :10.1021/am502670u. ISSN 1944-8244.