CN103889596A - 带被膜的基板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在制造具有被膜的带被膜的基板的方法中,在确保使用的被膜形成用组合物的贮藏稳定性的同时,能够实现简便、高生产效率、及基板无劣化、外观良好、具有高耐久性的带被膜的基板的制造的方法。带被膜的基板的制造方法是制造在基板上具有被膜的带被膜的基板的方法,其包括:制备包含具有能水解的官能团的硅烷化合物、实质上不含水解反应催化剂的被膜形成用组合物的工序;在基板上涂布上述被膜形成用组合物而形成涂膜的工序;将上述涂膜干燥而制成前体膜的工序;以及利用包含水解反应催化剂作为主成分的处理剂处理上述前体膜的表面的工序。

Description

带被膜的基板的制造方法
技术领域
本发明涉及在基板上具有被膜的带被膜的基板的制造方法。
背景技术
以往,基于各种目的,广泛使用在玻璃或树脂等基板上形成有被膜的带被膜的基板。作为形成被膜的方法,已知通过条件温和的溶胶凝胶法,利用具有水解性基团的硅烷化合物的水解反应来形成被膜的方法。根据该方法,通常使用包含具有水解性基团的硅烷化合物和酸、碱等催化剂的被膜形成用组合物(例如参照专利文献1),但是该被膜形成用组合物存在长期贮藏时水解慢慢进行,从而硅烷化合物发生高分子化等贮藏稳定性方面的问题。
为了解决这样的贮藏稳定性的问题,例如专利文献2中,采用通过使被膜形成用组合物不含催化剂,将该组合物涂布在基板上后,置于酸或碱气氛中,从而使水解进行的方法。但是,专利文献2的方法中,为了形成酸或碱气氛而在需要特殊的装置方面及安全性的确保方面存在问题。此外,该方法中,在被膜形成用组合物被涂布在基板上的状态下,基板整体暴露在酸或碱气氛中,所以有时上述涂布面以外的基板表面劣化、外观变差。
此外,根据硅烷化合物的种类,例如含氟有机硅化合物等中,作为将包含该硅烷化合物和酸、碱等催化剂的被膜形成用组合物涂布在基板上后的水解条件,还需要长时间的加湿,在生产效率方面需要改善(例如参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2001-207162号公报
专利文献2:日本专利特开2001-205187号公报
专利文献3:国际公开第2011/016458号文本
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种在制造具有被膜的带被膜的基板的方法中,在确保使用的被膜形成用组合物的贮藏稳定性的同时,能够实现简便、高生产效率、及基板无劣化、外观良好、具有高耐久性的带被膜的基板的制造的方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明提供具有下述[1]~[12]的构成的带被膜的基板的制造方法。
[1]一种带被膜的基板的制造方法,它是制造在基板上具有被膜的带被膜的基板的方法,其包括:制备包含具有至少一种能水解的官能团的硅烷化合物、实质上不含水解反应催化剂的被膜形成用组合物的工序;在基板上涂布所述被膜形成用组合物而形成涂膜的工序;将所述涂膜干燥而制成前体膜的工序;以及利用包含水解反应催化剂作为主成分的处理剂处理所述前体膜的表面,制成被膜的工序。
[2]如[1]所述的带被膜的基板的制造方法,其中,所述水解反应催化剂是酸或碱。
[3]如[1]或[2]所述的带被膜的基板的制造方法,其中,所述水解反应催化剂是酸。
[4]如[2]或[3]所述的带被膜的基板的制造方法,其中,所述酸是选自盐酸、硝酸、硫酸、对甲苯磺酸及甲磺酸的1种以上的酸。
[5]如[1]~[4]中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其中,所述具有能水解的官能团的硅烷化合物是具有选自全氟烷基、全氟聚醚基及聚二甲基硅氧烷链的结构的硅烷化合物。
[6]如[1]~[5]中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其中,所述能水解的官能团选自碳原子数1~10的烷氧基、异氰酸酯基及氯原子。
[7]如[1]~[6]中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其中,作为所述具有能水解的官能团的硅烷化合物,包括能水解的官能团是氯原子或异氰酸酯基的硅烷化合物、和能水解的官能团是烷氧基的硅烷化合物。
[8]如[1]~[7]中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其中,所述处理剂实质上不含硅烷化合物。
[9]如[1]~[8]中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其中,所述前体膜表面的处理通过一边使含浸、保持有所述处理剂的保液部件加压接触所述前体膜表面一边移动来进行。
[10]如[9]所述的带被膜的基板的制造方法,其中,构成所述保液部件的原材料选自海绵、无纺布、织布及纸。
[11]如[1]~[10]中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其中,在所述对前体膜的表面进行处理的工序之前,还包括将所述前体膜在0~60℃、50~100RH%下加湿10~180分钟的工序。
[12]如[1]~[11]中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其中,所述基板的构成材料是玻璃或树脂。
发明的效果
根据本发明,能够提供一种在制造具有被膜的带被膜的基板的方法中,在确保使用的被膜形成用组合物的贮藏稳定性的同时,能够实现简便、高生产效率、及基板无劣化、外观良好、具有高耐久性的带被膜的基板的制造的方法。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行说明。还有,但本发明不应被解释为限定于下述说明。
本发明的制造方法是制造在基板上具有被膜的带被膜的基板的方法,其特征是,包括以下的(A)~(D)的工序。
(A)制备包含具有能水解的官能团的硅烷化合物、实质上不含水解反应催化剂的被膜形成用组合物的工序(以下称为被膜形成用组合物制备工序或(A)工序);
(B)将上述被膜形成用组合物涂布在基板上而形成涂膜的工序(以下称为涂布工序或(B)工序);
(C)将上述涂膜干燥而制成前体膜的工序(以下称为干燥工序或(C)工序);
(D)利用包含水解反应催化剂作为主成分的处理剂处理上述前体膜的表面,制成被膜的工序(以下称为催化处理工序或(D)工序)。
本发明的制造方法中,在上述(C)工序和(D)工序之间,较好是还包括对由(C)工序所得的基板上的前体膜在0~60℃、50~100RH%下加湿10~180分钟的工序(以下称为加湿工序或(C-1)工序)。此外,在上述(C)工序和(D)工序之间也可以根据需要设置对基板上的前体膜在超过60℃的温度下进行加热的工序(以下称为加热工序或(C-2)工序)。
此外,具有被膜的带被膜的基板可以在基板和被膜之间具有具备各种功能的中间膜,此时,(B)工序中涂布被膜形成用组合物的面不是基板表面,而是基板表面上所形成的中间膜表面。
具有能水解的官能团(以下称为“水解性基团”)的硅烷化合物在催化剂和水的存在下,硅原子所结合的水解性基团水解而生成硅原子所结合的羟基(硅烷醇基),接着,硅烷醇基之间脱水缩合,生成以-Si-O-Si-表示的硅氧烷键,从而高分子量化。此外,在使用具有氯原子作为水解性基团的硅烷化合物、即氯硅烷时,多数情况下,氯硅烷的氯原子和硅烷醇基通过脱氯化氢反应生成硅氧烷键。
以下,将具有水解性基团的硅烷化合物称为“水解性硅烷化合物”。通过水解性硅烷化合物的水解缩合,根据硅原子所结合的水解性基团的个数,形成线状的聚硅氧烷或三维网络结构的聚硅氧烷,从而形成被膜。另外,水解性硅烷化合物中,包含硅原子数为1以上的水解性硅烷化合物、及它们单独或组合而得的部分水解缩合物。
根据现有的方法,为了在基板上形成被膜,通过将包含水解性硅烷化合物和水解反应催化剂和溶剂的被膜形成用组合物涂布在基板上,在干燥后或在干燥的同时进行水解缩合使其固化,从而制成被膜。本发明的制造方法中,在被膜形成用组合物中不掺合水解反应催化剂,使涂膜干燥而制成前体膜后,在其表面使水解反应催化剂发挥作用,从而能够确保被膜形成用组合物的贮藏稳定性,同时能够实现简便、高生产效率、且基板无劣化、外观良好的带被膜的基板的制造。
作为采用本发明的制造方法的被膜,只要主要是由硅氧烷键形成被膜就没有特别限定,本发明也包括以下的被膜:为了使其带有各种功能,使用作为硅原子所结合的水解性基团以外的基团导入了各种功能性官能团的水解性硅烷化合物而形成的被膜。特别是为了使被膜带有拒水性,在使用具有含氟有机基团的水解性硅烷化合物而形成的被膜中,因为拒水膜要求高耐久性,所以优选使用本发明的方法。
本说明书中,将涂布被膜形成用组合物而得的膜称为“涂膜”,将使其干燥后的状态称为“前体膜”,此外,将使其通过水解缩合固化而得的膜称为“被膜”。
本说明书中使用的(甲基)丙烯酰氧基等“(甲基)丙烯酰氧基……”的术语表示“丙烯酰氧基……”和“甲基丙烯酰氧基……”两者的意思。还有,后述的“(甲基)丙烯酸……”的术语同样地表示“丙烯酸……”和“甲基丙烯酸……”两者的意思。
将本说明书中的以式(1A)表示的化合物记作化合物(1A)。其他化合物也同样。
将本说明中的以式(A)表示的基团记作基团(A)。其他基团也同样。
下面对各工序进行说明。
(A)被膜形成用组合物制备工序
被膜形成用组合物是用于在基板上形成含水解性硅烷化合物的涂膜的组合物,其包含水解性硅烷化合物。通常,为了确保组合物在基板上的涂布性,还包含溶剂。此外,本发明中使用的被膜形成用组合物实质上不含水解反应催化剂。
(水解性硅烷化合物)
水解性硅烷化合物只要是通过硅氧烷键能形成被膜的水解性硅烷化合物即可,无特别限定。具体而言,可例举硅原子的4个键与1~4个水解性基团结合、其余的键与氢原子或有机基团结合的水解性硅烷化合物。另外,具有1个水解性基团的水解性硅烷化合物,其单独难以形成被膜,所以与具有2个以上的水解性基团的水解性硅烷化合物组合使用。
作为水解性硅烷化合物所具有的水解性基团,具体可例举碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数2~10的氧基烷氧基、碳原子数2~10的酰氧基、碳原子数2~10的链烯氧基、卤素原子或异氰酸酯基。其中,优选碳原子数1~10的烷氧基、异氰酸酯基及氯原子。一分子中具有多个水解性基团的情况下,它们可以相同或不同。
以下,对于水解性硅烷化合物,以形成含氟被膜所使用的含氟水解性硅烷化合物及不具有氟原子的水解性硅烷化合物为例进行说明。
作为含氟水解性硅烷化合物,可例举具有含氟聚醚基的水解性硅烷化合物、具有含氟烷基的水解性硅烷化合物、具有结合有含氟有机基团的聚二甲基硅氧烷链结构的硅烷化合物等。作为含氟聚醚基及含氟烷基,分别优选全氟聚醚基及全氟烷基。
此外,作为不具有氟原子的水解性硅烷化合物,可例举具有水解性基团的有机硅烷化合物、具有聚二甲基硅氧烷链结构的硅烷化合物(均不具有氟原子)等。
其中,优选具有选自全氟烷基、全氟聚醚基及聚二甲基硅氧烷链的结构的硅烷化合物。
(1)具有全氟聚醚基的水解性硅烷化合物
作为具有水解性基团和全氟聚醚基的硅烷化合物,具体可例举以下述式(1A)表示的化合物及以下述式(1B)表示的化合物等。
A1-Q1-SiX1 mR1 3-m……(1A)
A1-Q1-{CH2CH(SiX1 mR1 3-m)}n-H……(1B)
式(1A)及式(1B)中的符号如下所述。
A1:以下述式(A)表示的基团。
[化1]
(式(A)中,RF1表示全氟烷基;a、b、c、d分别独立地表示0或1以上的整数;a+b+c+d至少为1以上,a、b、c、d括起来的各重复单元的存在顺序不局限于式中的顺序。)
Q1:表示可含有选自酰胺键、氨基甲酸酯键、醚键、酯键、-CF2-基及亚苯基的1种或2种的、由-CH2-重复单元构成的碳原子数2~12的2价有机基团(其中,-CH2-基的1个氢原子可以被-OH基取代),所述酰胺键选自-C(=O)NH-、-C(=O)N(CH3)-、-C(=O)N(C6H5)-。以下,-C(=O)N……表示为-CON……。例如,-C(=O)NH-表示为-CONH-。
X1:表示碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数2~10的氧基烷氧基、碳原子数2~10的酰氧基、碳原子数2~10的链烯氧基、卤素原子或异氰酸酯基。m个X1彼此可以相同或不同。
R1:表示氢原子或、氢原子的一部分或全部可被取代的碳原子数1~8的一价烃基(例如烷基、链烯基、芳基)。3-m个R1彼此可以相同或不同。
m:表示1、2或3。
n:表示1~10的整数。
化合物(1A)及化合物(1B)中的A1中,a、b、c及d的上限分别独立地优选为200,更优选50。此外,a+b+c+d的上限优选200,更优选100。作为A1,具体可例举RF1-(OCF2)c-、RF1-(OCF2CF2)a-(OCF2)c、RF1-(OCF2CF2)a、RF1-(OCF2CF2CF2)d、RF1-{OCF(CF3)CF2}b等。
作为化合物(1A)及化合物(1B)中的Q1,具体可例举-(CH2)n1-(n1表示2~4的整数)、-CONH(CH2)n2-(n2表示2~4的整数)、-(CF2)n3-、-O-(CF2)n3-(n3表示2~4的整数)、-CH2OCONHC3H6-、-COCH2CH(OH)CH2OC3H6-、-CH2OCH2CH(OH)CH2OC3H6-、-CH2OC3H6-、-CF2OC3H6-等。其中,优选选自-CONHC3H6-、-CONHC2H4-、-CH2OCONHC3H6-、-COCH2CH(OH)CH2OC3H6-、-CH2OCH2CH(OH)CH2OC3H6-、-CH2OC3H6-、-CF2OC3H6-、-C2H4-、-C3H6-、-C2F4-及-OC2F4-的任一种2价有机基团。进一步优选-CONHC3H6-、-CONHC2H4-、-C2H4-。
作为化合物(1A)及化合物(1B)中的X1,具体可例举甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、苯氧基、氯原子、溴原子、异氰酸酯基等。其中,优选碳原子数1~10的烷氧基、异氰酸酯基及氯原子,特别优选甲氧基、乙氧基等。m优选为2或3。
作为化合物(1A)及化合物(1B)中的R1,具体可例举氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基等。其中,优选氢原子、甲基、乙基等。
作为以式(1A)表示的化合物,更具体而言,可例举以下的(1A-1)~(1A-5)的化合物。
CF3-(OCF2)c-Q1-SiX1 mR1 3-m……(1A-1)
CF3-(OCF2CF2)a-(OCF2)c-Q1-SiX1 mR1 3-m……(1A-2)
CF3CF2-(OCF2CF2)a-Q1-SiX1 mR1 3-m……(1A-3)
CF3CF2CF2-(OCF2CF2CF2)d-Q1-SiX1 mR1 3-m……(1A-4)
CF3CF2CF2-{OCF(CF3)CF2}b-Q1-SiX1 mR1 3-m……(1A-5)
作为以式(1B)表示的化合物,更具体而言,可例举以下的(1B-1)~(1B-5)的化合物。
CF3-(OCF2)c-Q1-{CH2CH(SiX1 mR1 3-m)}n-H……(1B-1)
CF3-(OCF2CF2)a-(OCF2)c-Q1-{CH2CH(SiX1 mR1 3-m)}n-H……(1B-2)
CF3CF2-(OCF2CF2)a-Q1-{CH2CH(SiX1 mR1 3-m)}n-H……(1B-3)
CF3CF2CF2-(OCF2CF2CF2)d-Q1-{CH2CH(SiX1 mR1 3-m)}n-H……(1B-4)
CF3CF2CF2-{OCF(CF3)CF2}b-Q1-{CH2CH(SiX1 mR1 3-m)}n-H……(1B-5)
上述式(1A-1)~(1B-5)中的符号分别独立地与上述式(1A)、(1B)中的符号相同,优选形态也与上述相同。
其中,优选化合物(1A-2),其中特别优选以下的化合物。
CF3-(OCF2CF2)a-OCF2-CONHC3H6Si(OCH3)3
CF3-(OCF2CF2)a-OCF2-CONHC3H6Si(OC2H5)3
CF3-(OCF2CF2)a-OCF2-CONHC2H4Si(OCH3)3
CF3-(OCF2CF2)a-OCF2-CONHC2H4Si(OC2H5)3
CF3-(OCF2CF2)a-OCF2-C2H4Si(OCH3)3
CF3-(OCF2CF2)a-OCF2-C2H4Si(OC2H5)3
(其中,上述全部化合物中,a表示7~8、平均值为7.3。)
其中,进一步优选CF3(OCF2CF2)aOCF2CONHC3H6Si(OCH3)3
上述化合物(1A)及(1B)可通过公知的方法来制造。例如,具体而言,上述化合物(1A-2)可通过WO2009-008380号公报中所述的方法来制造。此外,化合物(1B)可通过例如日本专利特开平9-157388号公报中所述的方法来制造。
作为具有水解性基团和全氟聚醚基的硅烷化合物,可使用以下述式(2)表示的含有全氟聚醚残基的聚有机硅氧烷。
W21 s1(R21)t1Z21-Q21-A2-Q22-Z22(R22)t2W22 s2……(2)
式(2)中,A2是2价的全氟聚醚残基;Q21、Q22分别独立地为可含有选自酰胺键、氨基甲酸酯键、醚键、酯键、-CF2-基及亚苯基的1种或2种的、由-CH2-重复单元构成的碳原子数2~12的2价有机基团(其中,-CH2-基的1个氢原子可以被-OH基取代),所述酰胺键选自-CONH-、-CON(CH3)-、-CON(C6H5)-;Z21、Z22分别独立地为具有3个以上硅氧烷键的3~11价的聚有机硅氧烷残基;R21、R22分别独立地为碳原子数8~40的1价烷基;t1、t2分别独立地为1~8的整数;W21、W22分别独立地为下述式(W)表示的基团;s1、s2分别独立地为1~9的整数;其中,s1+t1=(Z21的价数-1)、s2+t2=(Z22的价数-1)。
-(CH2)p-SiX2 mR23 3-m……(W)
式(W)中,X2表示碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数2~10的氧基烷氧基、碳原子数2~10的酰氧基、碳原子数2~10的链烯氧基、卤素原子、或异氰酸酯基。其中,优选碳原子数1~10的烷氧基、异氰酸酯基及氯原子。m个X2彼此可以相同或不同。
R23表示碳原子数1~4的烷基、或苯基;3-m个R23彼此可以相同或不同。m是1、2或3;p是2~10的整数。
作为A2,具体可例举下述通式(A3)、(A4)、或(A5)表示的基团。
-(CF2)e1(OCF2CFY)fO{(CF2)gO)}h(CFYCF2O)i(CF2)e2-……(A3)
(式(A3)中,Y分别独立地为氟原子或CF3基;e1、e2为1~3的整数;g为2~6的整数;f、i分别为0~100的整数;f+i为2~100;h为0~6的整数;各重复单元的排列可以是无规排列。)
-(CF2)e3(OCF2CF2CF2)jO(CF2)e4-……(A4)
(式(A4)中,j是1~100的整数;e3、e4是1~3的整数。)
-(CF2)e5(OCF2CFY)k(OCF2)lO(CF2)e6-……(A5)
(式(A5)中,Y是氟原子或CF3基;e5、e6是1~3的整数;k、l分别为0~100的整数、且k+l为2~100;各重复单元的排列可以是无规排列。)
式(2)中所示的硅烷化合物中,A2更优选为以下述式(A6)表示的基团。
-CF2-(OCF2CF2)x-(OCF2)y-OCF2-……(A6)
(式(A6)中,x为0~50的整数;y为1~50的整数;及x+y为2~60的整数。)
上述化合物(2)可通过公知的方法、例如日本专利第4666667号公报中所述的方法来制造。
(2)具有全氟烷基的水解性硅烷化合物
作为具有水解性基团和全氟烷基的硅烷化合物,具体可例举以下述式(3)表示的化合物等。
CF3-(CF2)r-Q3-SiR3 3-mX3 m……(3)
式(3)中的符号如下所述。
r:表示0~19的整数。
Q3:表示碳原子数1~10的不含氟原子的2价有机基团。
m:表示1、2或3。
R3:表示氢原子或、氢原子的一部分或全部可被取代的碳原子数1~8的一价烃基(例如烷基、链烯基、芳基)。3-m个R3彼此可以相同或不同。
X3:表示碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数2~10的氧基烷氧基、碳原子数2~10的酰氧基、碳原子数2~10的链烯氧基、卤素原子或异氰酸酯基。其中,优选碳原子数1~10的烷氧基、异氰酸酯基及氯原子。m个X3彼此可以相同或不同。
作为Q3,具体可例举选自-(CH2)n4(n4表示1~10、优选1~6的整数)、-CONH(CH2)n5(n5表示1~9、优选1~5的整数)及-CONH(CH2)n6NH(CH2)n7(n6表示1~8、优选1~4的整数;n7表示9-n6、优选5-n6)的2价有机基团。其中,优选-(CH2)2、-CONH(CH2)3、-CONH(CH2)2NH(CH2)3等。
作为式(3)表示的具有全氟烷基的水解性硅烷化合物,优选以下的(3-1)~(3-6)所示的化合物。
CF3-(CF2)r(CH2)n4SiX3 3……(3-1)
CF3-(CF2)r(CH2)n4Si(R3)X3 2……(3-2)
CF3-(CF2)rCONH(CH2)n5SiX3 3……(3-3)
CF3-(CF2)rCONH(CH2)n5Si(R3)X3 2……(3-4)
CF3-(CF2)rCONH(CH2)n6NH(CH2)5-n6SiX3 3……(3-5)
CF3-(CF2)rCONH(CH2)n6NH(CH2)5-n6Si(R3)X3 2……(3-6)
式(3-1)~(3-6)中的X3、R3表示与上述式(3)相同的含义,优选的形态也相同。r是1~19的整数;n4是1~6的整数;n5是1~5的整数;n6是1~4的整数。
其中,室外用途中,从耐候性的观点考虑,优选化合物(3-1),其中特别优选以下的化合物。
C6F13CH2CH2Si(OCH3)3
C8F17CH2CH2Si(OCH3)3
C6F13CH2CH2SiCl3
C8F17CH2CH2SiCl3
C6F13CH2CH2Si(NCO)3
C8F17CH2CH2Si(NCO)3
上述化合物(3)可通过通常的方法来制造。此外,作为化合物(3)有市售品,本发明中也可以使用这样的市售品。
(3)具有结合有含氟有机基团的聚二甲基硅氧烷链的水解性硅烷化合物
作为在具有水解性基团的聚二甲基硅氧烷链上结合有含氟有机基团的硅烷化合物,具体可例举以下述式(4)表示的化合物等。
[化2]
Figure BDA0000496552090000111
(式(4)中,Rf1是含有氟原子的碳原子数1~20的1价有机基团;Q4是亚烷基;z是0~100的整数;R4是碳原子数1~5的1价烃基;X4是水解性基团;m是2或3。)
作为Rf1,优选1价多氟烃基。“1价多氟烃基”是指1价烃基的2个以上的氢原子被氟原子取代了的基团。Rf1的碳原子数是1~20,但优选4~16,特别优选4~12。作为Rf1,优选多氟烷基。
Rf1中的氟原子数以(多氟烃基中的氟原子数)/(与多氟烃基对应的同一碳原子数的烃基中的氢原子数)×100(%)表达时,优选60%以上,特别优选80%以上。作为Rf1,优选全氟烃基(烃基中的氢原子全部被氟原子取代了的基团),特别优选全氟烷基。
Rf1的结构是直链结构或分支结构,优选直链结构。分支结构的情况下,优选分支部分的碳原子数是1~3个左右的短链,且分支部分位于Rf1的末端附近。
以下例举Rf1的具体例。以下的例中,包括具有同一分子式的结构异构性的基团。C4F9-(例如F(CF2)4-、(CF3)2CFCF2-、(CF3)3C-、CF3CF2CF(CF3)-等)、C5F11-(例如F(CF2)5-、(CF3)2CF(CF2)2-、(CF3)3CCF2-、CF3(CF2)2CF(CF3)-等)、C6F13-、C8F17-、C10F21-、C12F25-、C14F29-、C16F33-、C18F37-、C20F41-等。
作为Q4,优选-(CH2)q-(q是2以上的整数);作为q,优选2~6的整数,特别优选2或3。即、Q4特别优选-CH2CH2-或-CH2CH2CH2-。z是0~100的整数,优选1~50,特别优选2~30。
R4是碳原子数1~5的1价烃基。作为R4,优选碳原子数1~5的烷基,例如优选可例举甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基等。3-m个R4可以相同或不同。
X4是水解性基团,可例举碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数2~10的氧基烷氧基、碳原子数2~10的酰氧基、碳原子数2~10的链烯氧基、卤素原子、或异氰酸酯基。其中,优选-OR41(R41是碳原子数1~10的1价的可含有氧原子的烃基)、氯原子、异氰酸酯基,特别优选碳原子数1~10的烷氧基、氯原子、异氰酸酯基。作为-OR41,优选可例举例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、异丙烯氧基、正丁氧基、乙酰氧基。m个X4可以相同或不同。m是1、2或3,优选2或3。
作为本发明的含氟有机硅化合物的优选的具体例,可例举Rf1为C8F17-(包括结构异构性的基团)、Q4为-CH2CH2-、z为9~48、m=3、且3个X4全部为甲氧基、氯原子或异氰酸酯基的化合物。
上述化合物(2)可通过公知的方法、例如日本专利特开2002-121286号公报中所述的方法来制造。
(4)不具有氟原子的水解性硅烷化合物
作为不具有氟原子的水解性硅烷化合物,具体可例举下述通式(5)表示的水解性硅烷化合物、上述式(4)中具有结合有CH3-、OH-、R4 3-mX4 mSi-O-等而不是结合有Rf-Q4-的聚二甲基硅氧烷链的水解性硅烷化合物等。
R51 vSiR52 w(X5)4-v-w……(5)
这里,式(5)中,R51是碳原子数1~18的取代或非取代的1价烃基;R52是碳原子数1~18的烷基或芳基;X5表示碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数2~10的氧基烷氧基、碳原子数2~10的酰氧基、碳原子数2~10的链烯氧基、卤素原子、或异氰酸酯基。v及w是0、1或2;v+w是0、1或2。
上述式(5)中,R51具体可例举碳原子数1~18的烷基、芳基、氟以外的卤代烷基、氟以外的卤代芳基、链烯基、或这些基团的氢原子的一部分或全部被(甲基)丙烯酰氧基、巯基、氨基、氰基、环氧基等取代基取代了的取代1价烃基。
更具体而言,可例示甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、己基、癸基、环己基等烷基,苯基、苯乙基等芳基,3-氯丙基等氟以外的卤代烷基,对氯苯基等氟以外的卤代芳基,乙烯基、烯丙基、9-癸烯基、对乙烯基苄基等链烯基,3-(甲基)丙烯酰氧基丙基等含(甲基)丙烯酰氧基的有机基团,3-巯基丙基、对巯基甲基苯基乙基等含巯基的有机基团,3-氨基丙基、(2-氨基乙基)-3-氨基丙基等含氨基的有机基团,2-氰基乙基等含氰基的有机基团,3-环氧丙氧基丙基、2-(3,4-环氧环己基)乙基等含环氧基的有机基团等。
本发明中,R51优选可例举3-环氧丙氧基丙基、2-(3,4-环氧环己基)乙基、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基等。具有这些有机基团的化合物能实现除硅氧烷键以外的有机结合,在获得常温固化性方面是优选的。上述式(5)中,v表示的硅原子所结合的R51的个数为0、1或2;v为2时,2个R51可以相同或不同。本发明中,从耐磨损性的观点考虑,优选v=0。
上述式(5)中,R52是碳数1~18的烷基或芳基,具体可例举甲基、乙基、丙基、己基、癸基、十八烷基、苯基等。优选的R52是碳原子数为4以下的烷基。上述式(5)中,w表示的硅原子所结合的R52的个数为0、1或2;w为2时,2个R52可以相同或不同。本发明中,从耐磨损性的观点考虑,优选w=0。
上述式(5)的X5中,碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数2~10的氧基烷氧基、碳原子数2~10的酰氧基、碳原子数2~10的链烯氧基是以-OR53(R53是碳原子数1~10的可包含氧原子的1价烃基)表示的基团。作为这样的1价烃基,可例举碳原子数1~10的烷基、碳原子数2~10的链烯基、碳原子数5或6的环烷基、碳原子数2~10的酰基、碳原子数7~10的芳烷基等,具体可例举甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、己基、异丙烯基等。作为含氧原子的1价烃基,可例举碳原子数2~10的烷氧基烷基、酰氧基烷基、烷氧基羰基烷基等,具体可例举2-甲氧基乙基、乙酰基等。
作为X5,其中优选碳原子数1~10的烷氧基、氯原子、异氰酸酯基,从水解速度、涂布液的稳定性的观点考虑,特别优选甲氧基、乙氧基、异丙氧基、叔丁氧基等碳原子数4以下的烷氧基。
上述式(5)中,v及w表示的硅原子所结合的R51、R52的个数是0、1或2,v+w是0、1或2,所以4-v-w表示的上述式(5)中的硅原子所结合的X5的个数是4、3或2。该情况下,2~4个X5可以不同,但从确保均匀的反应性的观点考虑,优选相同。
以下示出作为上述式(5)表示的不具有氟原子的水解性硅烷化合物优选使用的4官能性、3官能性、或2官能性的烷氧基硅烷化合物的具体例。
作为2官能性烷氧基硅烷化合物,可优选使用二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、苯基甲基二甲氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷等。
作为3官能性烷氧基硅烷化合物,可优选使用甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三异丙氧基硅烷、甲基三叔丁氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三异丙氧基硅烷、乙基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、正丙基三异丙氧基硅烷、正丙基三叔丁氧基硅烷、正己基三甲氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、正己基三异丙氧基硅烷、正己基三叔丁氧基硅烷、正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧基硅烷、正癸基三异丙氧基硅烷、正癸基三叔丁氧基硅烷、正十八烷基三甲氧基硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷、正十八烷基三异丙氧基硅烷、正十八烷基三叔丁氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三异丙氧基硅烷、苯基三叔丁氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三叔丁氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三异丙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三叔丁氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三叔丁氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三异丙氧基硅烷、3-氨基丙基三叔丁氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三异丙氧基硅烷、3-巯基丙基三叔丁氧基硅烷等。
作为4官能性烷氧基硅烷化合物,可优选使用四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷、二甲氧基二乙氧基硅烷等。
另外,除了上述式(5)表示的水解性硅烷化合物以外,也可以将单独使用时难以形成被膜的、例如式(5)中的硅原子所结合的X5的个数为1个的一官能的水解性硅烷化合物与具有2个以上水解性基团的水分解性硅烷化合物组合来使用。
(5)水解性硅烷化合物的组合
本发明的制造方法中,作为水解性硅烷化合物,根据目的、用途等,考虑到成膜性及耐摩耗性、耐腐蚀性、耐候性等耐久性、以及拒水性等功能,可使用例如选自以上示出的水解性硅烷化合物的1种或2种以上。
作为本发明的制造方法优选使用的、使用含氟水解性硅烷化合物的拒水性被膜时的水解性硅烷化合物的优选组合,可例举例如具有含氟聚醚基的水解性硅烷化合物、与具有含氟烷基的水解性硅烷化合物及/或具有结合有含氟烷基的聚二甲基硅氧烷链结构的硅烷化合物的组合。
此外,水解性硅烷化合物中,反应性随该化合物所具有的水解性基团的种类而不同。这里,将反应性低的硅烷化合物与反应性高的硅烷化合物组合使用时,如果不添加催化剂,则反应性低的硅烷化合物的水解反应有时不能充分进行。另一方面,如果添加催化剂,则反应性高的硅烷化合物发生水解脱水缩合反应、容易产生沉淀,所以有可能会产生贮藏稳定性下降的问题。因此,将反应性高的硅烷化合物和反应性低的硅烷化合物组合使用时,优选不添加催化剂。
这里,作为反应性高的硅烷化合物的水解性基团,可例举氯原子、异氰酸酯基,作为反应性低的硅烷化合物的水解性基团,可例举烷氧基。
本发明的制造方法中,被膜形成用组合物实质上不含有水解反应催化剂,所以贮藏稳定性优异,特别是在如上所述将反应性高的硅烷化合物和反应性低的硅烷化合物组合使用时,该效果显著。
此外,本发明的制造方法中具有催化处理工序,所以被膜形成用组合物即使实质上不含水解反应催化剂,水解反应也能充分进行,能得到具备高耐久性的带被膜的基板。
例如,将具有氯原子或异氰酸酯基作为水解性基团的硅烷化合物和具有烷氧基作为水解性基团的硅烷化合物组合使用时,被膜形成用组合物中它们的含有比例以具有氯原子或异氰酸酯基作为水解性基团的硅烷化合物:具有烷氧基作为水解性基团的硅烷化合物的质量比计,优选为9~2:1~8,特别优选9~5:1~5。另外,作为这里使用的烷氧基,优选碳原子数1~10的烷氧基,特别优选甲氧基、乙氧基等。
作为适用本发明的制造方法的水解性硅烷化合物,更优选上述式(1A)表示的具有全氟聚醚基的水解性硅烷化合物与上述式(3)表示的具有全氟烷基的水解性硅烷化合物的组合。
化合物(1A)中,进一步优选化合物(1A-2),特别优选CF3(OCF2CF2)aOCF2CONH C3H6Si(OCH3)3(其中,a表示7~8、平均值为7.3)。
化合物(3)中,优选化合物(3-1),其中特别优选C6F13CH2CH2Si(OCH3)3、C8F17CH2CH2Si(OCH3)3、C6F13CH2CH2SiCl3、C8F17CH2CH2SiCl3、C6F13CH2CH2Si(NCO)3、C8F17CH2CH2Si(NCO)3
该情况下,被膜形成用组合物中的化合物(1A)的含有比例,作为[化合物(1A)]/[化合物(3)+化合物(1A)]×100表示的化合物(1A)相对于化合物(3)和化合物(1A)的总质量的质量百分比,优选10~90质量%,更优选10~60质量%,特别优选10~30质量%。
此外,被膜形成用组合物中的化合物(3)的含有比例,作为化合物(3)相对于化合物(3)和化合物(1A)的总质量的质量百分比,优选90~10重量%,更优选40~90质量%,特别优选70~90质量%。
另外,在将水解性硅烷化合物掺合于被膜形成用组合物中时,各化合物可以在其原来的状态下掺合,也可以作为其部分水解缩合物掺合。此外,也可作为该化合物和其部分水解缩合物的混合物掺合到被膜形成用组合物中。
此外,在将2种以上的水解性硅烷化合物组合使用时,各化合物可以在其原来的状态下掺合到被膜形成用组合物中,也可以作为它们各自的部分水解缩合物掺合,还可以作为2种以上的化合物的部分水解共缩聚物掺合。此外,也可以是这些化合物、部分水解缩合物、部分水解共缩聚物的混合物。以下,水解性硅烷化合物的术语以除化合物自身外还包含这样的部分水解缩合物、部分水解共缩聚物的含义使用。
由2种以上的水解性硅烷化合物形成的部分水解共缩聚物是指,在溶剂中、在酸催化剂或碱催化剂等催化剂存在下,水解性硅烷基的全部或一部分水解,接着脱水缩合而生成的低聚物(聚合物)。另外,该部分水解共缩聚物的缩合度(聚合度)为生成物溶解于溶剂中的程度。
这里,本发明的制造方法中使用的被膜形成用组合物实质上不含催化水解性硅烷化合物的水解反应的催化剂。因此,在掺合水解性硅烷化合物的部分水解缩合物及部分水解共缩聚物时,以该生成反应液中存在的催化剂不被带入被膜形成用组合物的条件进行掺合。
被膜形成用组合物在将2种以上的水解性硅烷化合物组合使用、是这些化合物、部分水解缩合物、部分水解共缩聚物的混合物的情况下,各水解性硅烷化合物相对于水解性硅烷化合物总量的质量百分比是指用反应前的各水解性硅烷化合物的量计算的组成比例。这样,包含部分水解缩合物及部分水解共缩聚物的情况下,可通过原料组成确定有效成分的组成比例。
(溶剂)
本发明中使用的被膜形成用组合物在包含水解性硅烷化合物的状态下被涂布在基板上时,为了确保作业性、成膜性等,通常含有溶剂。溶剂只要是溶解使用的水解性硅烷化合物的溶剂,就没有特别限定。作为溶剂,优选醇类、醚类、酮类、芳香族烃类、石蜡类烃类、乙酸酯类等,特别优选含氟原子的有机溶剂(例如氟代醇、氟代烃)。溶剂不局限于1种,也可以将极性、蒸发速度等不同的2种以上的溶剂混合使用。
被膜形成用组合物含有部分水解缩合物及部分水解共缩聚物的情况下,可含有用于制造它们而使用的溶剂,此外,该溶剂和被膜形成用组合物的溶剂可以相同。
作为被膜形成用组合物中的溶剂的比例,优选相对于水解性硅烷化合物的总质量100质量份为500~100000质量份,特别优选1000~10000质量份。被膜形成用组合物中的溶剂的含有比例如果在上述范围内,则容易形成均匀的涂膜,所得的被膜也不会有处理不均匀之虞。
(水)
被膜形成用组合物可以包含用于使所含的水解性硅烷化合物水解缩合的水。被膜形成用组合物中的水的掺合量优选相对于水解性硅烷化合物的总质量100质量份为10~50质量份左右。另外,被膜形成用组合物即使不含水,也能够在以下的自涂膜到前体膜的状态下,利用气氛中的水分来进行水解性硅烷化合物的水解缩合。
(其他成分)
被膜形成用组合物中,在不损害本发明的效果的范围内,可根据目的任意地含有添加剂。作为添加剂,优选考虑与必需成分的反应性或相溶性等进行选择,优选可例举二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛等金属氧化物的超微粒子、染料或颜料等着色用材料、防污性材料、各种树脂等。添加剂的添加量优选相对于被膜形成用组合物的固体成分(除去溶剂等挥发性成分后的成分)100质量份为0.01~20质量份。添加剂在被膜形成用组合物中的过量添加会导致所得的被膜的性能下降。
这里,被膜形成用组合物实质上不含水解反应催化剂。实质上不含是指,具体而言,自所含的水解性硅烷化合物除去作为反应副产物生成的催化剂后的量相对于被膜形成用组合物总量为0.01质量%以下的含量。另外,作为自所含的水解性硅烷化合物生成的作为反应副产物的催化剂,可例举例如自具有氯原子作为水解性基团的硅烷化合物生成的盐酸等。
以部分水解缩合物及部分水解共缩聚物的形态含有水解性硅烷化合物时,使用除去了在制作它们的过程中使用的水解反应催化剂而得的物质。但是,除去全部的水解反应催化剂是困难的,有时会微量地含有这样的来源于原料的水解反应催化剂。这样的情况下,也可用上述实质上不含水分解反应催化剂的量、即、按照除去上述作为反应副生成物生成的催化剂而得的量相对于被膜形成用组合物总量为0.01质量%以下的条件掺合部分水解缩合物及部分水解共缩聚物。
(制备)
被膜形成用组合物通过以使水解性硅烷化合物和其他各种成分的各规定量形成均匀的组成的条件进行混合来制备。
本发明的制造方法中,由此制备的被膜形成用组合物实质上不含水解反应催化剂,所以贮藏稳定性优异。
(B)涂布工序
接着,将由(A)工序制得的被膜形成用组合物涂布在基板上以形成涂膜。
作为在基板上涂布被膜形成用组合物的方法,只要是能形成均匀的涂膜的方法,就没有特性限定。例如,可使用刷涂、流涂、旋涂、浸涂、刮墨刀涂布、喷涂、模涂、手涂等方法。通过这些方法,按照最终所得的被膜厚度达到规定厚度的条件调整涂膜厚度,在基板上涂布被膜形成用组合物。另外,作为采用本发明的制造方法的被膜厚度,没有特别限定,但优选50nm以下的厚度,其下限是单分子层的厚度。被膜厚度更优选为1~30nm,特别优选1~20nm。
采用本发明的制造方法的带被膜的基板所使用的基板只要是由通常需要赋予被膜的材质构成的基板即可,无特别限定,优选使用由金属、树脂、玻璃、陶瓷、或其组合(复合材料、层叠材料等)构成的基板。特别优选玻璃或树脂等透明的基板。作为玻璃,可例举通常的钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、无碱玻璃、石英玻璃等,其中,特别优选钠钙玻璃。此外,作为树脂,可例举聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸类树脂及聚亚苯基碳酸酯等芳香族聚碳酸酯类树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等芳香族聚酯类树脂等。
基板的形状可以是平板,也可以整面或部分具有曲率。基板的厚度可根据带被膜的基板的用途适当选择,但通常优选1~10mm。
作为本发明中使用的上述基板,可以使用根据目的对其表面实施了酸处理(使用稀释的氢氟酸、硫酸、盐酸等的处理)、碱处理(使用氢氧化钠水溶液等的处理)或放电处理(等离子体照射、电晕照射、电子射线照射等)等的基板。此外,基板可以是在其表面设有蒸镀膜、溅射膜、通过湿式法等而形成的各种中间膜而得的基板。基板是钠钙玻璃的情况下,在耐久性方面优选设置防止Na离子溶出的膜。基板是由浮法制造的玻璃的情况下,在耐久性方面优选在表面锡量少的顶面设置被膜。
作为可以设置在基板表面、即基板和被膜之间的中间膜,可以是与该被膜不同的以二氧化硅为主体的中间膜。例如,作为被膜,在具有使用含氟水解性硅烷化合物而得的拒水性被膜的带被膜的基板的情况下,从密合性及耐久性等观点考虑,优选具有以二氧化硅为主体的中间膜。作为这样的中间膜,具体而言,优选使用选自以下述通式(6)表示的化合物、其部分水解缩合物、及全氢聚硅氮烷的化合物而形成的中间膜。
Si(X6)4……(6)
上述式(6)中,X6表示卤素原子、烷氧基或异氰酸酯基,它们彼此可以相同或不同。其中,X6优选为氯原子、碳原子数1~4的烷氧基或异氰酸酯基,更优选4个X6相同。作为化合物(6),具体而言,优选使用Si(NCO)4、Si(OCH3)4、Si(OC2H5)4等。
全氢聚硅氮烷是具有以-SiH2-NH-SiH2-表示的结构的线状或环状的低聚物,平均每1分子的硅原子数优选为2~500。
此外,作为具有使用含氟水解性硅烷化合物而得的拒水性被膜的带被膜的基板上的中间膜,可设置将选自上述化合物(6)、其部分水解缩合物及全氢聚硅氮烷的化合物,和含氟水解性硅烷化合物、例如化合物(3)这样的具有全氟烷基的水解性硅烷化合物组合使用而形成的以二氧化硅为主体的中间膜。
这样的中间膜可通过公知的方法形成。即、将中间膜用的包含水解性硅烷化合物和溶剂的组合物涂布在基板表面,通过干燥除去溶剂、使其固化,从而形成中间膜。基板具有中间膜的情况下,在由此形成的中间膜的表面上,通过上述方法涂布被膜形成用组合物。
(C)干燥工序
本发明的制造方法中,对上述(B)工序中所形成的涂膜在下一(D)催化处理工序之前进行干燥,以此作为前体膜的状态。这里,涂膜是指构成该涂膜的成分的组成与涂布使用的被膜形成用组合物完全相同的涂膜;前体膜是指由通过干燥除去溶剂、与被膜形成用组合物的组成不同的成分构成的前体膜。换言之,即使仅除去了一点点溶剂,也包括在“前体膜”的范畴内。
干燥工序优选以直到被膜形成用组合物中掺合的溶剂量的90~100质量%被除去为止的条件自涂膜除去溶剂。特别优选被膜形成用组合物中掺合的溶剂在干燥工序中被全部除去。
干燥工序取决于被膜形成用组合物的制备中使用的溶剂的种类及量、涂膜厚度等,但具体而言,可通过在0~40℃放置10秒~10分钟左右来进行。
另外,即使不特意进行干燥工序,在涂膜形成后发生溶剂的蒸发的情况下,也认为存在干燥工序。
(C-1)加湿工序
本发明的制造方法中,在干燥工序后,对前体膜实施以下的催化处理工序。这里,本发明的制造方法中,优选在上述干燥工序和以下的催化处理工序之间设置加湿工序。这是因为通过加湿工序可促进前体膜中的水解性硅烷化合物的固化反应。加湿工序是对上述干燥工序中所得的基板上的前体膜在0~60℃下加湿10~180分钟的工序。温度和时间更优选为20~40℃、30~120分钟。作为湿度条件,优选50~100RH%,特别优选60~90RH%。
加湿工序具体可通过将干燥工序后的带前体膜的基板在温度及湿度设定为上述条件的恒温恒湿槽中保持规定的时间来进行。本发明的制造方法中,通过设置以下的催化处理工序,在自相同的原料形成同程度固化的被膜时,关于加湿条件,能够实现省略实施、或在大致常温下不耗费时间来实施,在生产性方面有利。
(C-2)加热工序
本发明的制造方法中,在干燥工序后,对前体膜实施以下的催化处理工序。这里,本发明的制造方法中,优选在上述干燥工序和以下的催化处理工序之间设置加热工序。这是因为通过加热工序可促进前体膜中的水解性硅烷化合物的固化反应。加热工序是对上述干燥工序中所得的基板上的前体膜在超过60℃且250℃以下加热10~180分钟的工序。温度和时间更优选为80~200℃、30~60分钟。
另外,也可以在(C)工序和(D)工序之间进行加湿工序和加热工序这两者。进行这两者的情况下,如果在加热工序后进行加湿工序,则加湿工序兼带基板的冷却工序的作用,因而优选。此外,如果在加热工序后进行加湿工序,则由于基板的余热,加湿工序达到高温高湿状态,可促进水解的进行,因而优选。
(D)催化处理工序
上述干燥工序后,优选在干燥工序后对上述加湿工序及/或加热工序中得到的前体膜的表面用包含水解反应催化剂作为主成分的处理剂进行处理,制成二氧化硅被膜。
(处理剂)
作为处理剂所含的水解反应催化剂,只要是催化被膜形成用组合物所含的水解性硅烷化合物的水解反应的成分就无特别限定,具体可例举酸或碱。作为酸催化剂,可使用盐酸、硝酸、乙酸、硫酸、磷酸、磺酸、甲磺酸、对甲苯磺酸等。作为碱催化剂,可使用氢氧化钠、氢氧化钾、氨等。
其中,水解反应催化剂优选酸,作为酸,优选选自盐酸、硝酸、硫酸、对甲苯磺酸及甲磺酸的1种以上的酸。其中,从在前体膜表面的残留性、安全性的观点考虑,优选对甲苯磺酸。
处理剂中,作为主成分含有的水解反应催化剂的含有量优选相对于处理剂总量,水解反应催化剂为0.01~5质量%的比例。如果水解反应催化剂的含量在该范围内,则包括前体膜的表面的前体膜中的水解性硅烷化合物的水解缩合反应得到促进,可获得充分固化的被膜。
处理剂中,除水解反应催化剂外还含有溶剂。溶剂是上述处理剂的必需成分,用于利用水解反应催化剂对前体膜表面进行均匀处理。作为处理剂中使用的溶剂,只要是溶解水解反应催化剂的溶剂就没有特别限定。催化处理工序中处理剂的溶剂最终需要被除去,所以其沸点优选在60~160℃的范围内,更优选60~120℃。
作为溶剂,具体而言,优选醇类、醚类、酮类、乙酸酯类等,作为满足上述沸点的条件的溶剂,具体可例举异丙醇、乙醇、丙二醇单甲醚、2-丁酮等。它们可以单独使用1种,也可以2种以上组合使用。处理剂中的溶剂的掺合量优选相对于水解反应催化剂100质量份为2000~1000000质量份。
处理剂还可以含有水。该水作为使包含所处理的前体膜的表面的前体膜中的水解性硅烷化合物发生水解缩合的水而发挥作用。所以,在处理剂含有水的情况下,将该水与上述溶剂区别开。处理剂中的水的掺合量优选相对于水解反应催化剂100质量份为50~15000质量份。另外,在处理剂不含水、前体膜含有水或气氛中水分充分存在时,也能利用该水进行水解性硅烷化合物的水解缩合。处理剂中,在不损害本发明的效果的范围内,可根据目的任意地含有添加剂。
此外,从使前体膜的水解缩合反应充分进行的目的考虑,处理剂优选实质上不含硅烷化合物、例如四甲氧基硅烷、全氟烷基烷基三甲氧基硅烷等。另外,实质上不含与上述同样,具体是指相对于处理剂总量,含量在0.01质量%以下。
(处理)
催化处理工序中,使用这样的处理剂对基板上的前体膜的表面进行处理。前体膜表面的处理只要是使处理剂与至少前体膜表面整体均匀地接触的处理即可,没有特别限定。前体膜表面的处理,具体而言,优选通过一边使含浸、保持有上述处理剂的保液部件加压接触上述前体膜表面一边移动来进行。
保液部件优选为以下构成:以一定的压力受到加压,从而能够一边将含浸、保持的处理剂中适量的处理剂供给至前体膜表面一边移动,移动后的前体膜表面用肉眼观察时无处理剂残留。
作为供给至前体膜表面的处理剂的供给量,以前体膜的每单位表面积的体积量计,具体而言,优选0.01~20ml/m2,更优选0.1~20ml/m2。压力优选为200~5000Pa,移动速度优选为0.01~10m/秒。保液部件的加压、移动可通过人的手来实施,但优选利用能够将压力及移动速度始终恒定地控制的装置来实施。
另外,作为催化处理工序的条件,温度优选0~40℃。如果低于0℃,则有可能导致处理后的残留水分的冻结、水解效果减小。如果超过40℃,则溶剂的蒸发加快,从而有可能导致作业性的下降。另外,作为催化处理工序的时间,优选5秒~5分钟。如果低于5秒,则可能会产生未能处理的部分,如果超过5分钟,则本工序限制速度,可能会使生产性下降。
此外,作为构成上述保液部件的原材料,具体可例举选自海绵、无纺布、织布及纸的原材料。作为保液部件,可使用市售品,例如可例举KimWipeL-100(商品名,日本制纸克瑞斯株式会社(日本製紙クレシア社)制)等的市售品。
由此,通过催化处理工序,自前体膜表面到前体膜内部的水解性硅烷化合物通过水解缩合而固化,得到具有被膜的带被膜的基板。
这里,根据需要,在(D)催化处理工序后,基于促进水解性硅烷化合物的进一步固化反应的目的,还可以设置选择适当条件的加湿工序。
作为由本发明的制造方法所得的被膜厚度,没有特别限定,但优选50nm以下的厚度,其下限是单分子层的厚度。被膜厚度更优选为1~30nm,特别优选1~20nm。
由本发明的制造方法所得的的被膜、例如拒水性膜可应用于例如汽车用窗玻璃、建筑用窗玻璃等。
本发明的制造具有被膜的带被膜的基板的方法是在确保使用的被膜形成用组合物的贮藏稳定性的同时,能够实现简便、高生产效率、及基板无劣化、外观良好、具有高耐久性的带被膜的基板的制造的方法。
实施例
以下示出本发明的实施例,但本发明并不受这些实施例的限定。另外,例1~12是实施例,例13~16是比较例。
以下的各例中制造的具有拒水性被膜的带被膜的基板(以下称为“带拒水膜的基板”)的评价按照如下方法进行。
<拒水性>
拒水性通过由以下的方法测得的水接触角(CA)值进行评价。首先,在进行以下的各试验前测定初期值。
[水接触角(CA)]
使用CA-X150(协和界面科学株式会社(協和界面科学社)制)对放置在带拒水膜的基板的拒水膜表面上的直径1mm的水滴的接触角进行测定。在拒水膜表面的不同的5处进行测定,算出其平均值。
<耐候性>
[室外暴露试验]
根据JISZ2381实施室外暴露试验。即、将带拒水膜的基板以使拒水膜表面相对于水平呈30度的角度朝南的方式设置在室外,试验开始3个月后,通过上述方法测定水接触角。将试验后的水接触角(CA)为90°以上的情况记为合格“○”,将低于90°的情况记为不合格“×”。
<耐腐蚀性>
[中性盐水喷雾试验]
根据JISZ2371实施盐水喷雾试验。即、将带拒水膜的基板以使拒水膜表面相对于水平呈20度的角度朝上的方式进行设置,将调整至pH6.5~7.2的范围的浓度5wt%的氯化钠水溶液在35℃气氛下喷雾300小时后,通过上述方法测定水接触角。将试验后的水接触角(CA)为55°以上的情况记为合格“○”,将低于55°的情况记为不合格“×”。
此外,各例中使用的化合物的缩写如下所示。
<化合物(3)>
化合物(3-1):C6F13C2H4SiCl3(东京化成工业株式会社(東京化成工業)制)
化合物(3-5):C6F13C2H4Si(NCO)3
(化合物(3-5)的合成例)
根据参考文献(《氟化学杂志(Journal of Fluorine Chemistry)》79(1996)87-91),使用21.5g的C6F13C2H4SiCl3和25.0g的氰酸银作为原料,在苯溶剂中、于80℃搅拌1小时进行合成,纯化得到17.3g室温下为液体的化合物(3-5)。
<化合物(1A)>
化合物(1A-21):CF3O(CF2CF2O)aCF2CONHC3H6Si(OCH3)3
(其中,上述化合物(1A-21)中,a表示7~8、平均值为7.3。)
另外,对于上述化合物(1A-21),分别使用由以下的合成例得到的化合物。这里,合成例中使用的化合物的缩写表示如下所述的化合物。
R-225:二氯五氟丙烷
RF2:-CF(CF3)OCF2CF(CF3)OCF2CF2CF3
R-113:CCl2FCClF2
(化合物(1A-21)的合成例)
向烧瓶内加入25g的CH3O(CH2CH2O)aCH2CH2OH(市售的聚氧乙烯二醇单甲醚,a=7~8、平均值为7.3)、20g的R-225、1.2g的NaF、及1.6g的吡啶,边将内温保持在10℃以下边剧烈搅拌,并用氮气鼓泡。一边将内温保持在5℃以下一边用3.0小时将46.6g的FC(O)-RF2滴加到烧瓶内。滴加结束后,于50℃搅拌12小时,于室温搅拌24小时,回收粗液。将粗液减压过滤后,将回收液用真空干燥机(50℃、5.0托)干燥12小时,得到粗液。将粗液溶解于100mL的R-225中,用1000mL的饱和碳酸氢钠水洗3次,回收有机相。向有机相中添加1.0g的硫酸镁,搅拌12小时后,加压过滤除去硫酸镁,用蒸发器将R-225从回收液蒸馏除去,得到56.1g室温下为液体的化合物(CH3O(CH2CH2O)aCH2CH2OC(O)-RF2(a=7~8、平均值为7.3))。
在3000mL的哈斯特洛伊合金(日文:ハステロイ)制的高压釜内,加入1560g的R-113进行搅拌,保持在25℃。在高压釜气体出口串联设置保持于20℃的冷却器、NaF颗粒填充层及保持于-20℃的冷却器。此外,设置用于将自保持于-20℃的冷却器凝集的液体返回至高压釜的液体返送管路。向高压釜内吹入氮气1.0小时后,以流速24.8L/小时将用氮气稀释至10%的氟气体(以下记作10%氟气体)吹入1小时。接着,以相同的流速将10%氟气体吹入高压釜内,同时用30小时注入将27.5g的CH3O(CH2CH2O)aCH2CH2OC(O)-RF2溶解于1350g的R-113而得的溶液。接着,以相同的流速将10%氟气体吹入高压釜内,同时注入12mL的R-113。此时,将内温改为40℃。接着,注入溶解了1质量%的苯的R-113溶液6mL。接着,吹入氟气体1.0小时后,再吹入1.0小时的氮气。反应结束后,通过真空干燥(60℃、6.0小时)蒸馏除去溶剂,得到45.4g的室温下为液体的化合物(CF3O(CF2CF2O)aCF2CF2OC(O)-RF2(a=7~8、平均值为7.3))。
对投入了搅拌片的300mL的茄型烧瓶进行充分的氮气置换。向茄型烧瓶内投入40g乙醇、5.6g的NaF、及R-225(50g)。向茄型烧瓶内滴加43.5g的CF3O(CF2CF2O)aCF2CF2OC(O)-RF2后,一边于室温进行鼓泡,一边剧烈搅拌。对茄型烧瓶出口进行氮密封。8小时后,在冷却管上设置真空泵,将体系内保持在减压状态,蒸馏除去过量的乙醇及通过置换而产生的CH3CH2OC(O)-RF2。24小时后,得到26.8g的室温下为液体的化合物(CF3O(CF2CF2O)aCF2C(O)OCH2CH3(a=7~8、平均值为7.3))。
向100mL的圆底烧瓶内投入33.1g的CF3O(CF2CF2O)aCF2C(O)OCH2CH3、3.7g的NH2CH2CH2CH2Si(OCH3)3,在室温下搅拌2小时。反应结束后,减压蒸馏除去未反应的NH2CH2CH2CH2Si(OCH3)3及副产物乙醇,得到32.3g的室温下为液体的化合物(1A-21)。
<化合物(6)>
化合物(6-1):Si(NCO)4(SI-400、商品名,松本精细化学株式会社制(マツモトファインケミカル社))
[1]包含水解反应催化剂的处理剂(F)的制备
后述的带拒水膜的基板的制造所涉及的各例中的(D)工序:按照以下的方法制备催化处理工序中使用的、包含水解反应催化剂作为主成分的处理剂(F)。
(制备例1-1)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入96.98g的异丙醇(纯正化学株式会社(純正化学社)制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社(和光純薬工業)制)、0.02g的对甲苯磺酸一水合物(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到(D)工序中使用的处理剂(F1)。此外,处理剂(F1)中的对甲苯磺酸的含量为0.018质量%。
(制备例1-2)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入96.95g的异丙醇(纯正化学株式会社制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社制)、0.05g的对甲苯磺酸一水合物(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到(D)工序中使用的处理剂(F2)。此外,处理剂(F2)中的对甲苯磺酸的含量为0.045质量%。
(制备例1-3)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入96.90g的异丙醇(纯正化学株式会社制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社制)、0.10g的对甲苯磺酸一水合物(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到(D)工序中使用的处理剂(F3)。此外,处理剂(F3)中的对甲苯磺酸的含量为0.09质量%。
(制备例1-4)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入96.80g的异丙醇(纯正化学株式会社制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社制)、0.20g的对甲苯磺酸一水合物(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到(D)工序中使用的处理剂(F4)。此外,处理剂(F4)中的对甲苯磺酸的含量为0.18质量%。
(制备例1-5)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入96.50g的异丙醇(纯正化学株式会社制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社制)、0.50g的对甲苯磺酸一水合物(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到(D)工序中使用的处理剂(F5)。此外,处理剂(F5)中的对甲苯磺酸的含量为0.45质量%。
(制备例1-6)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入96.00g的异丙醇(纯正化学株式会社制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社制)、1.00g的对甲苯磺酸一水合物(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到(D)工序中使用的处理剂(F6)。此外,处理剂(F6)中的对甲苯磺酸的含量为0.9质量%。
(制备例1-7)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入92.00g的异丙醇(纯正化学株式会社制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社制)、5.00g的对甲苯磺酸一水合物(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到(D)工序中使用的处理剂(F7)。此外,处理剂(F7)中的对甲苯磺酸的含量为4.5质量%。
(制备例1-8)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入96.72g的异丙醇(纯正化学株式会社制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社制)、0.28g的36wt%浓盐酸(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到(D)工序中使用的处理剂(F8)。此外,处理剂(F8)中的盐酸的含量为0.1质量%。
(制备例1-9)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入96.83g的异丙醇(纯正化学株式会社制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社制)、0.17g的60wt%浓硝酸(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到(D)工序中使用的处理剂(F9)。此外,处理剂(F9)中的硝酸的含量为0.1质量%。
(制备例1-10)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入97.00g的异丙醇(纯正化学株式会社制)、3.00g的蒸馏水(和光纯药工业株式会社制),于25℃搅拌1小时,得到用于比较的、在(D)工序中使用的处理剂(F10)。
[2]中间膜形成用组合物(E)的制备
后述的带拒水膜的基板的制造所涉及的各例中使用的中间膜形成用组合物(E)的制备例如下所示。
(制备例2-1)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入9.70g的乙酸丁酯(纯正化学株式会社制)、0.30g的化合物(6-1),于25℃搅拌30分钟,得到中间膜形成用的液状组合物(E1)。
(制备例2-2)
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入9.50g的乙酸丁酯(纯正化学株式会社制)、0.40g的化合物(6-1)及0.10g化合物(3-5),于25℃搅拌30分钟,得到中间膜形成用的液状组合物(E2)。
[例1~例16]带拒水膜的基板的制造及评价
使用由上述各制备例得到的中间膜形成用组合物(E)及处理剂(F),通过以下的(A)工序~(D)工序制造带拒水膜的基板。
(A)工序:被膜(拒水膜)形成用组合物(H)的制备
向设置有搅拌机、温度计的玻璃容器中投入3.10g乙酸丁酯(纯正化学株式会社制)、12.39g氢氟醚(AE3000、商品名,旭硝子株式会社制)、0.936g化合物(3-1)、0.234g化合物(1A-21),于25℃搅拌30分钟,得到作为被膜(拒水膜)形成用组合物的液状组合物(H1)。全部的例子(例1~例16)中,都使用了该被膜(拒水膜)形成用组合物(H1)。
另外,将被膜(拒水膜)形成用组合物(H1)在25℃的气氛下保管24小时后,发现未发生明显的沉淀,确认贮藏稳定性良好。
(B)工序:涂布工序
作为基板,使用用氧化铈对表面进行研磨清洗、干燥后的洁净的钠钙玻璃基板(水接触角5°、300mm×300mm×厚度3mm),各例中,如表1所示,通过刮墨辊涂布法涂布2g的上述所得的中间膜形成用液状组合物(E1)或(E2),使表面自然干燥。
全部例子(例1~例16)中,通过刮墨辊涂布法将2g上述(A)工序中所得的被膜(拒水膜)形成用组合物(H1)涂布在所得的带中间膜的玻璃基板的中间膜表面。
(C)工序:干燥工序
全部例子(例1~例16)中,上述(B)工序后,将形成有被膜(拒水膜)形成用组合物(H1)的涂膜的玻璃基板于常温(25℃)放置5分钟,将该涂膜干燥而制成前体膜。
(C-1)工序:加湿工序
例1~3、例5~9、例11~13及例15中,上述(C)工序后,将带前体膜的玻璃基板在设定为25℃、80RH%的恒温恒湿槽中保持1小时。另外,对于例4、10、14、16没有实施(C-1)工序而实施了以下的(D)工序。
(D)工序:催化处理工序
对于上述(C-1)工序后(例1~3、例5~9、例11~13及例15)或(C)工序后(例4、10、14、16)的、带前体膜的玻璃基板的前体膜的表面,各例中,如表1所示,用浸润了2g上述所得的含有酸催化剂的处理剂(F1)~(F9)或不含催化剂的处理剂(F10)中的任一种的KimWipe L-100(商品名,日本制纸克瑞斯株式会社制),在室温下进行擦拭(压力:1000Pa、速度:1.5m/秒),得到具有被膜(拒水膜)的带拒水膜的基板。另外,供给至前体膜的表面的处理剂的供给量为15ml/m2。由此,根据例1~16得到带被膜(拒水膜)的基板1~16。表1中示出各例中(B)的涂布工序中使用的中间膜形成用组合物、被膜(拒水膜)形成用组合物、(D)的催化处理工序中使用的处理剂、及有无(C-1)的加湿工序。
[表1]
Figure BDA0000496552090000311
[耐久性评价结果]
通过上述的评价方法对上述各例中得到的带被膜(拒水膜)的基板1~16进行耐久性的评价。将耐候性评价结果示于表2中,将耐腐蚀性评价结果示于表3中。
[表2]
Figure BDA0000496552090000321
[表3]
Figure BDA0000496552090000322
根据表2及表3可知,由本发明的制造方法得到的带被膜(拒水膜)的基板1~12的耐候性、耐食性表示的耐久性良好。另一方面,使用不含水解反应催化剂的处理剂而得的带被膜(拒水膜)的基板13~16的以耐候性、耐腐蚀性表示的耐久性能不足。另外,由本发明的制造方法得到的带被膜(拒水膜)的基板1~12中,还确认实施了(C-1)的加湿工序的例1~3、例5~9、例11、12的耐久性特别高。

Claims (12)

1.一种带被膜的基板的制造方法,它是制造在基板上具有被膜的带被膜的基板的方法,其特征在于,包括:
制备包含具有至少一种能水解的官能团的硅烷化合物、实质上不含水解反应催化剂的被膜形成用组合物的工序;
在基板上涂布所述被膜形成用组合物而形成涂膜的工序;
将所述涂膜干燥而制成前体膜的工序;以及
利用包含水解反应催化剂作为主成分的处理剂处理所述前体膜的表面,制成被膜的工序。
2.如权利要求1所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,所述水解反应催化剂是酸或碱。
3.如权利要求1或2所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,所述水解反应催化剂是酸。
4.如权利要求2或3所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,所述酸是选自盐酸、硝酸、硫酸、对甲苯磺酸及甲磺酸的1种以上的酸。
5.如权利要求1~4中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,所述具有能水解的官能团的硅烷化合物是具有选自全氟烷基、全氟聚醚基及聚二甲基硅氧烷链的结构的硅烷化合物。
6.如权利要求1~5中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,所述能水解的官能团选自碳原子数1~10的烷氧基、异氰酸酯基及氯原子。
7.如权利要求1~6中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,作为所述具有能水解的官能团的硅烷化合物,包括能水解的官能团是氯原子或异氰酸酯基的硅烷化合物、和能水解的官能团是烷氧基的硅烷化合物。
8.如权利要求1~7中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,所述处理剂实质上不含硅烷化合物。
9.如权利要求1~8中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,所述前体膜表面的处理通过一边使含浸、保持有所述处理剂的保液部件加压接触所述前体膜表面一边移动来进行。
10.如权利要求9所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,构成所述保液部件的原材料选自海绵、无纺布、织布及纸。
11.如权利要求1~10中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,在所述对前体膜的表面进行处理的工序之前,还包括将所述前体膜在0~60℃、50~100RH%下加湿10~180分钟的工序。
12.如权利要求1~11中任一项所述的带被膜的基板的制造方法,其特征在于,所述基板的构成材料是玻璃或树脂。
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