JP5347948B2 - Droplet movement control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エレクトレット上での液滴の移動を制御する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for controlling movement of a droplet on an electret.
従来、静電誘導型振動発電装置やコンデンサマイクロフォンに、絶縁材料に電荷を注入したエレクトレット(Electret)を使用した静電誘導型変換素子が用いられている。エレクトレットの材料としては、従来、主にポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等の鎖状の高分子化合物が使用されていた。最近、該エレクトレットの材料として、主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有する重合体(たとえば特許文献1)や、シクロオレフィンポリマー(たとえば特許文献2)を用いることが提案されている。特許文献3には、表面電荷密度の向上のために、特定の比誘電率を有する層に、比誘電率が0.3以上異なる材料を含む特定厚さの層を積層した積層体をエレクトレットとして用いることが提案されている。
Conventionally, an electrostatic induction conversion element using an electret in which an electric charge is injected into an insulating material is used in an electrostatic induction vibration power generator or a condenser microphone. As materials for electrets, chain polymer compounds such as polycarbonate, polypropylene and polytetrafluoroethylene have been conventionally used. Recently, it has been proposed to use a polymer having a fluorine-containing aliphatic ring structure in the main chain (for example, Patent Document 1) or a cycloolefin polymer (for example, Patent Document 2) as the material for the electret. In
一方、従来、エレクトロウェッティングを利用して液滴の形状や位置を制御する技術が知られている。エレクトロウェッティングは、電気的に膜表面のぬれ性を制御する方法であり、たとえば絶縁膜上に液滴を置き、絶縁膜の下の平板電極と液滴中に差し込んだ電極間に電圧を加えると、液滴と平板電極間に形成されるキャパシタの静電エネルギー分だけ表面エネルギーが減少し、液滴と絶縁膜との接触角が減少する。このような技術は、微小化学物質分析システムや液体レンズなどに適用されており、画像表示装置に利用することも提案されている(たとえば特許文献4)。また最近では、液滴等の物質の位置および形状を制御する制御装置として、エレクトレットを備えたものが提案されている(特許文献5)。 On the other hand, conventionally, a technique for controlling the shape and position of a droplet using electrowetting is known. Electrowetting is a method for electrically controlling the wettability of the film surface. For example, a droplet is placed on an insulating film, and a voltage is applied between a plate electrode under the insulating film and an electrode inserted into the droplet. Then, the surface energy is reduced by the electrostatic energy of the capacitor formed between the droplet and the plate electrode, and the contact angle between the droplet and the insulating film is reduced. Such a technique is applied to a microchemical substance analysis system, a liquid lens, and the like, and is also proposed to be used for an image display device (for example, Patent Document 4). Recently, as a control device for controlling the position and shape of a substance such as a droplet, an apparatus including an electret has been proposed (Patent Document 5).
特許文献5記載の制御装置は、液滴等の移動を低電圧で制御できる利点を有する。しかし、該制御装置においては、エレクトレットに液滴を接触させたままにすると、経時的にエレクトレットの表面電位が大きく減衰する問題がある。特許文献5には、エレクトレットからの電荷の散逸を防止するために、エレクトレットの、液滴と接する面に保護膜を設けることが提案されており、保護膜の材料としてはポリパラキシリレンが記載されている。しかし本発明者らの検討により、ポリパラキシリレンからなる保護膜は、液滴としてヘキサデカンのような比較的炭素数の大きい飽和炭化水素を用いる場合、該液滴との接触時間が長くなるとエレクトレットから剥離する問題があることがわかった。保護膜が剥離すると、上記と同様、表面電位が減衰してしまう。
さらに、ポリパラキシリレンからなる保護膜を設けると、透明性(光透過性)が低下することもわかった。透明性の低下は、たとえば該制御装置を画像表示装置に用い、エレクトレットを液滴よりも視認側に配置する場合に好ましくない。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、液滴が比較的炭素数の大きい飽和炭化水素である場合の表面電位の減衰が長期にわたって抑制され、透明性にも優れたエレクトレットを備える液滴移動制御装置を提供する。
The control device described in
Furthermore, it was also found that when a protective film made of polyparaxylylene is provided, the transparency (light transmission) is lowered. The decrease in transparency is not preferable when, for example, the control device is used in an image display device and the electret is arranged on the viewing side with respect to the droplet.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a liquid provided with an electret having excellent surface transparency in which attenuation of a surface potential when a droplet is a saturated hydrocarbon having a relatively large carbon number is suppressed over a long period of time. A droplet movement control device is provided.
本発明者らは、鋭意検討の結果、エレクトレットとして特定の積層膜に電荷を注入したものを用いることで上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、下記[1]〜[12]の発明である。
[1]共通電極と、該共通電極上に設けられたエレクトレットと、該エレクトレットに対向配置された複数の対向電極と、前記エレクトレットと前記対向電極との間の静電エネルギーを制御する静電エネルギー制御手段と、前記エレクトレットと接する液滴とを備え、前記エレクトレット上での液滴の移動を制御する装置であって、
前記液滴が、温度25℃、圧力105Paの条件下にて液体である炭素数10〜17の飽和炭化水素を含有し、
前記エレクトレットが、前記共通電極側から、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)に由来する材料(a’)を含む層(A)と、主鎖に脂肪族環を有する非含フッ素重合体(b)または該非含フッ素重合体(b)に由来する材料(b’)を含む層(B)とがこの順に積層された積層体に電荷を注入してなるものであり、
[前記非含フッ素重合体(b)の比誘電率−前記含フッ素重合体(a)の比誘電率]の値が、0.1以上0.3未満であることを特徴とする、液滴移動制御装置。
[2]前記層(A)の厚さが1〜50μmであり、前記層(B)の厚さが0.5〜10μmである、[1]の液滴移動制御装置。
[3]前記層(B)上に、さらに、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(c)または該含フッ素重合体(c)に由来する材料(c’)を含む層(C)が積層されている、[1]または[2]の液滴移動制御装置。
[4]前記層(C)の厚さが0.5〜5μmである、[3]の液滴移動制御装置。
[5]前記非含フッ素重合体(b)が、下式(b1−1)で表される繰り返し単位を有する、[1]〜[4]の液滴移動制御装置。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by using an electret having a specific laminated film injected with a charge, and have completed the present invention.
The present invention is the following [1] to [12].
[1] A common electrode, an electret provided on the common electrode, a plurality of counter electrodes disposed to face the electret, and electrostatic energy for controlling electrostatic energy between the electret and the counter electrode A device comprising a control means and a droplet in contact with the electret, the device controlling the movement of the droplet on the electret,
The droplets contain a saturated hydrocarbon having 10 to 17 carbon atoms that is liquid under conditions of a temperature of 25 ° C. and a pressure of 10 5 Pa;
The electret, from the common electrode side, a layer (A) containing a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a material (a ′) derived from the fluoropolymer (a); The non-fluorinated polymer (b) having an aliphatic ring in the main chain or the layer (B) containing the material (b ′) derived from the non-fluorinated polymer (b) is charged in the laminate in this order. der made by injecting a is,
Value of - [the non-fluoropolymer dielectric constant of (b) the relative dielectric constant of the fluorine-containing polymer (a)], characterized in der Rukoto 0.1 or more and less than 0.3, the liquid Drop movement control device.
[2] The droplet movement control device according to [1], wherein the thickness of the layer (A) is 1 to 50 μm and the thickness of the layer (B) is 0.5 to 10 μm.
[3] A layer (C) containing a fluorine-containing polymer (c) having an aliphatic ring in the main chain or a material (c ′) derived from the fluorine-containing polymer (c) on the layer (B) (C ) Are stacked, the droplet movement control device according to [1] or [2].
[4] The droplet movement control device according to [3], wherein the thickness of the layer (C) is 0.5 to 5 μm.
[5] The droplet movement control device according to [1] to [4], wherein the non-fluorinated polymer (b) has a repeating unit represented by the following formula (b1-1).
[6]前記非含フッ素重合体(b)が、前記式(b1−1)中のR1およびR2が相互に結合して環を形成している繰り返し単位を有する、[5]の液滴移動制御装置。
[7]前記非含フッ素重合体(b)が、下式(b1−12)で表される繰り返し単位を有する、[6]の液滴移動制御装置。
[6] The liquid according to [5], wherein the non-fluorinated polymer (b) has a repeating unit in which R 1 and R 2 in the formula (b1-1) are bonded to each other to form a ring. Drop movement control device.
[7] The droplet movement control device according to [6], wherein the non-fluorinated polymer (b) has a repeating unit represented by the following formula (b1-12).
[8]前記非含フッ素重合体(b)が、さらに、前記式(b1−1)中のR1およびR2が相互に結合して環を形成していない繰り返し単位を有する、[6]または[7]の液滴移動制御装置。
[9]前記含フッ素重合体(a)が、末端基としてカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有する、[1]〜[8]の液滴移動制御装置。
[10]前記材料(a’)が、前記含フッ素重合体(a)と、アミノ基を有するシランカップリング剤との反応生成物である、[1]〜[9]の液滴移動制御装置。
[11]前記飽和炭化水素がヘキサデカンである、[1]〜[10]の液滴移動制御装置。
[12]画像表示装置である、[1]〜[11]の液滴移動制御装置。
[8] The non-fluorinated polymer (b), further having a repeating unit R 1 and R 2 do not form a ring with each other in the front above formula (b1-1), [6 ] Or [7] droplet movement control device.
[9] The droplet movement control device according to [1] to [8], wherein the fluoropolymer (a) has a carboxy group or an alkoxycarbonyl group as a terminal group.
[10] The droplet movement control device according to [1] to [9], wherein the material (a ′) is a reaction product of the fluoropolymer (a) and a silane coupling agent having an amino group. .
[11] The droplet movement control device according to [1] to [10], wherein the saturated hydrocarbon is hexadecane.
[12] The droplet movement control device according to [1] to [11], which is an image display device.
本発明によれば、液滴が比較的炭素数の大きい飽和炭化水素である場合の表面電位の減衰が長期にわたって抑制され、透明性にも優れたエレクトレットを備える液滴移動制御装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, attenuation | damping of surface potential when a droplet is a saturated hydrocarbon with comparatively large carbon number can be suppressed over a long period of time, and a droplet movement control apparatus provided with the electret which was excellent also in transparency can be provided.
本発明の液滴移動制御装置(以下、単に「制御装置」ということがある。)は、共通電極と、該共通電極上に形成された樹脂膜に電荷を注入したエレクトレットと、該エレクトレットに対向配置された複数の対向電極と、前記エレクトレットと前記対向電極との間の静電エネルギーを制御する静電エネルギー制御手段と、前記エレクトレットと接する液滴とを備え、前記エレクトレット上での液滴の移動を制御する装置である。
「エレクトレット上での液滴の移動」とは、液滴のエレクトレット上での位置、液滴のエレクトレットとの接触面の形状、のいずれか一方または両方の変動を意味する。
The droplet movement control device of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “control device”) has a common electrode, an electret in which electric charges are injected into a resin film formed on the common electrode, and the electret. A plurality of counter electrodes arranged, electrostatic energy control means for controlling electrostatic energy between the electret and the counter electrode, and droplets in contact with the electret, the droplets on the electret It is a device that controls movement.
“Movement of a droplet on an electret” means a variation in one or both of the position of the droplet on the electret and the shape of the contact surface of the droplet with the electret.
以下、本発明の制御装置の構成を、図面を参照して説明する。
本発明の制御装置の一実施形態を図1に示す。図1は、本実施形態の制御装置1の構成の一部の概略断面図である。
制御装置1は、透明基板2と、透明基板2上に形成された透明電極層(共通電極)3と、透明電極層3上に設けられたエレクトレット4と、エレクトレット4と略平行に一定間隔を空けて配置された対向基板5とを備え、対向基板5の、エレクトレット4側の表面には複数の対向電極6a、6bが形成されている。
エレクトレット4と対向電極6a、6bとの間の空間内には、無色または着色された液滴7が配置されており、液滴7が存在していない領域には空気などの気体が存在している。液滴7の上端および下端はそれぞれエレクトレット4および対向電極6a、6bと接している。
透明電極層3はアース(基準電位点)に接続されている。
Hereinafter, the configuration of the control device of the present invention will be described with reference to the drawings.
One embodiment of the control device of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a schematic sectional view of a part of the configuration of the control device 1 of the present embodiment.
The control device 1 includes a
A colorless or
The
制御装置1は、さらに、エレクトレット4と対向電極6a、6bとの間の静電エネルギーを制御する静電エネルギー制御手段を備える。
制御装置1は前記特許文献5に記載の制御装置と同様の原理により液滴7の形状や位置を変化させることができる。
The control device 1 further includes electrostatic energy control means for controlling electrostatic energy between the
The control device 1 can change the shape and position of the
静電エネルギー制御手段としては、エレクトレット4と対向電極6aまたは対向電極6bとの間の静電エネルギーを制御できるものであれば特に限定されないが、対向電極とそれに接続されたキャパシタとの接続状態を切り替える方式のものが好ましい。
該方式の静電エネルギー制御手段として、たとえば図2に示すような、キャパシタと、各対向電極の接続状態(対向電極がキャパシタに接続しているかアース(基準電位点)に接続しているか)を切り替える切替装置と、を含むものが挙げられる。
The electrostatic energy control means is not particularly limited as long as it can control the electrostatic energy between the
As the electrostatic energy control means of this system, for example, as shown in FIG. 2, the connection state between the capacitor and each counter electrode (whether the counter electrode is connected to the capacitor or to the ground (reference potential point)) And a switching device for switching.
図2に示す静電エネルギー制御手段は、一方の端子が対向電極6aに接続され、他方の端子がアースに接続されている第一のキャパシタ8aと、一方の端子が対向電極6bに接続され、他方の端子がアースに接続されている第二のキャパシタ8bと、SPDT(Single Pole Double Throw:単極双投)スイッチ9と、を備える。
SPDTスイッチ9により対向電極6a、6bの接続状態を切り替えると、両者の間の静電エネルギーが変化する。その結果、液滴7の位置が変化する。図2に示す制御手段では、キャパシタは8aと8bの2個使用されている。各キャパシタの一方の端子が接地されており、他方の端子が対向電極6a、6bのいずれか一方と接続されている。図2に示されたSPDT9の状態では、対向電極6aが直接接地され、対向電極6bがキャパシタ8aに接続された接続状態となっている。また、SPDT9を切り替えると、対向電極6bが直接接地され、対向電極6aがキャパシタ8aに接続された接続状態とすることができる。このように、対向電極6a、6bとキャパシタ8a、8bおよびアース(基準電位点)との間の接続状態を切り替えることにより、エレクトレット4と対向電極6a、6bとの間の静電エネルギーを変更することができる。
たとえば、まず初めに液滴7が、対向電極6b上に位置している場合に、図2に示すように対向電極6aがアースに接続し、対向電極6bがキャパシタ8bに接続した状態では、液滴7は、対向電極6bから対向電極6aの方向に移動する。続いて、対向電極6aがキャパシタ8aに接続し、対向電極6bがアースに接続した状態に切り替えると、液滴7は、対向電極6aから対向電極6bの方向に移動する。なお、液滴の移動方向は、静電エネルギーが最小化する方向となるため、エレクトレットの材料や表面状態、液滴の誘電率などによっても、移動方向は変化しうる。
In the electrostatic energy control means shown in FIG. 2, one terminal is connected to the
When the connection state of the
For example, when the
上記のように、キャパシタと切替装置とを含む静電エネルギー制御手段を用いる場合、対向電極6a、6bそれぞれの接続状態を切り替えるだけで液滴7の移動を制御できる。該切り替えは3V以内の低電圧で行うことができるため、該制御装置1に外部から高電圧を供給する必要がない。
As described above, when the electrostatic energy control means including the capacitor and the switching device is used, the movement of the
なお、ここでは静電エネルギー制御手段として2個のキャパシタ8a、8bと、2つの対向電極6a、6bそれぞれの接続状態を切り替え可能なSPDTスイッチ9とを備えたものを示したが、本発明はこれに限定されない。
たとえば対向電極の数は3つ以上であってもよい。
また、SPDTスイッチ9の代わりに、リレースイッチ、photoMOSリレー等の半導体スイッチその他の適宜な切替スイッチが利用できる。
また、切替装置として、特許文献5(特開2009−171676号公報)の図2に示される制御装置22のように、2つの対向電極のいずれか一方のみの接続状態を切り替え可能なものを用いてもよい。
In this example, the electrostatic energy control means includes two
For example, the number of counter electrodes may be three or more.
Further, in place of the
Further, as the switching device, a device capable of switching the connection state of only one of the two counter electrodes is used like the control device 22 shown in FIG. 2 of Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-171676). May be.
また、エレクトレット4と対向電極6aまたは対向電極6bとの間の静電エネルギーを変化させ得るものであれば、キャパシタと切替装置とを含むもの以外の他の静電エネルギー制御手段を用いてもよい。該他の静電エネルギー制御手段としては、たとえば極板間隔や重なり面積の変化を用いた可変キャパシタ等が挙げられる。
Further, as long as the electrostatic energy between the
本実施形態の制御装置1は、画像表示装置として好適である。制御装置1を画像表示装置として用いる場合、透明基板2が表示側となる。
画像表示装置としては、たとえば、電子掲示板、電子広告、電子ペーパーディスプレイ、等が挙げられる。
透明基板2の「透明」とは、可視光領域(300nm〜800nm)の光を透過し得ることを意味する。透明基板2は、波長550nmおよび650nmの光線透過率が90%以上であることが好ましい。
透明基板2を構成する材料としては、絶縁材料が好ましい。該絶縁材料の抵抗値としては体積固有抵抗値で1010Ωcm以上が好ましく、1012Ωcm以上がより好ましい。
透明基板2を構成する絶縁材料は、波長589nmにおける屈折率が1.3〜2.0であることが好ましく、1.4〜1.7であることがより好ましい。このような絶縁材料として具体的には、ガラス、セラミックス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエーテルスルフォン、等の有機高分子材料等が挙げられる。これらのなかでもガラスが好ましい。特に本発明の液滴移動制御装置を画像表示装置として用いる場合には、ディスプレイ基板用ガラスが好ましい。
透明基板2は、単一の層からなるものであってもよく、複数の層からなるものであってもよい。
The control device 1 of the present embodiment is suitable as an image display device. When the control device 1 is used as an image display device, the
Examples of the image display device include an electronic bulletin board, an electronic advertisement, and an electronic paper display.
“Transparent” of the
As a material constituting the
The insulating material constituting the
The
透明電極層3は、導電性材料から構成される。導電性材料の抵抗値としては、体積固有抵抗値で0.1Ωcm以下が好ましく、0.01Ωcm以下がより好ましい。
導電性材料としては、特に限定されず、たとえば電極の材料として用いられている公知の材料が使用できる。具体的には、金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、錫、コバルト、パラジウム、白金、これらのうちの少なくとも1種を主成分とする合金等の金属;ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化スズ等の金属酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、PEDOT/PSS、カーボンナノチューブなどから成る有機導電材料;等が挙げられる。これらの中でも、金属酸化物が好ましく、ITO(Indium Tin Oxide)が特に好ましい。
透明電極層3は、単一の層からなるものであってもよく、複数の層からなるものであってもよく、組成に分布のある構造を形成していてもよい。
透明電極層3の厚さ(複数の層よりなる場合は合計の厚さ)は、透明性、導電性、生産性等を考慮すると、10〜1,000nmが好ましく、100〜500nmがより好ましい。
The
The conductive material is not particularly limited, and for example, a known material used as an electrode material can be used. Specifically, a metal such as gold, silver, copper, nickel, chromium, aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, tin, cobalt, palladium, platinum, an alloy mainly containing at least one of these; ITO ( Examples thereof include metal oxides such as Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), zinc oxide, titanium dioxide, and tin oxide; organic conductive materials made of polyaniline, polypyrrole, PEDOT / PSS, carbon nanotubes, and the like. Among these, metal oxides are preferable, and ITO (Indium Tin Oxide) is particularly preferable.
The
The thickness of the transparent electrode layer 3 (the total thickness in the case of a plurality of layers) is preferably 10 to 1,000 nm, more preferably 100 to 500 nm, considering transparency, conductivity, productivity, and the like.
透明電極層3の形成方法は特に限定されず、物理的蒸着法、無電解めっき法等の、導電性薄膜の形成方法として公知の方法を利用できる。
物理蒸着法としては、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
無電解めっき法とは、金属塩、還元剤等を含む無電解めっき液に、表面に触媒が付着した基板を浸漬し、還元剤から生じる電子の還元力によって、触媒が付着した基板表面において選択的に金属を析出させ、無電解めっき膜を形成する方法である。
無電解めっき液に含まれる金属塩としては、ニッケル塩(硫酸ニッケル、塩化ニッケル、次亜リン酸ニッケル等。)、第二銅塩(硫酸銅、塩化銅、ピロリン酸等。)、コバルト塩(硫酸コバルト、塩化コバルト等。)、貴金属塩(塩化白金酸、塩化金酸、ジニトロジアンミン白金、硝酸銀等。)等が挙げられる。
無電解めっき液に含まれる還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、ホルムアルデヒド、テトラヒドロほう酸ナトリウム、ジアルキルアミンボラン、ヒドラジン等が挙げられる。
無電解めっき法により透明電極層3を形成する場合、透明電極層3を形成する前に、予め、透明基板2の表面に触媒を付着させておくことが好ましい。該触媒としては、金属微粒子、金属を担持した微粒子、コロイド、有機金属錯体等が挙げられる。
The formation method of the
Examples of physical vapor deposition include sputtering, vacuum vapor deposition, and ion plating.
The electroless plating method is selected on the surface of the substrate on which the catalyst has adhered by immersing the substrate with the catalyst on the surface in an electroless plating solution containing a metal salt, reducing agent, etc., and the reducing power of electrons generated from the reducing agent. In this method, a metal is deposited to form an electroless plating film.
As metal salts contained in the electroless plating solution, nickel salts (nickel sulfate, nickel chloride, nickel hypophosphite, etc.), cupric salts (copper sulfate, copper chloride, pyrophosphoric acid, etc.), cobalt salts ( Cobalt sulfate, cobalt chloride, etc.), noble metal salts (chloroplatinic acid, chloroauric acid, dinitrodiammine platinum, silver nitrate, etc.).
Examples of the reducing agent contained in the electroless plating solution include sodium hypophosphite, formaldehyde, sodium tetrahydroborate, dialkylamine borane, hydrazine and the like.
In the case where the
エレクトレット4は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)に由来する材料(a’)を含む層(A)と、主鎖に脂肪族環を有する非含フッ素重合体(b)または該非含フッ素重合体(b)に由来する材料(b’)を含む層(B)とがこの順に積層された積層体に電荷を注入してなるものである。
該積層体においては、エレクトレットとしての電荷保持を担う層(A)が透明電極層3に接しており、かつ層(A)と層(B)とが直接接している。層(A)および層(B)がこのように配置されていることにより、エレクトレット4の、液滴7の接触による表面電位の減衰が長期にわたって抑制され、制御装置1の耐久性が向上する。また、層(A)、層(B)ともに可視光の透過率が高いため、該積層体全体としての透明性、ひいてはエレクトレット4の透明性も高い。そのため、透明基板2が画像表示装置の表示側となる場合に液滴7を視認しやすく、制御装置1の画像表示装置としての有用性が高い。
The
In the laminate, the layer (A) responsible for charge retention as an electret is in contact with the
前記積層体において、層(A)の厚さは、1〜50μmが好ましく、5〜20μmがより好ましい。層(A)の厚さが1μm以上であると、エレクトレット4の電荷保持性能が良好で、耐熱性等も向上する。層(A)の厚さが50μm以下であると、製膜時の生産性および膜の均一性に優れる。
層(B)の厚さは、0.5〜10μmが好ましく、1〜6μmがより好ましい。該範囲内であると液滴7の接触による表面電位の減衰抑制効果が良好である。また、層(B)の厚さが0.5μm以上であると製膜した際の膜に欠陥ができにくく、かつ膜の均一性を確保しやすい。
層(A)、層(B)および各層の形成方法については、後でより詳細に説明する。
In the laminate, the thickness of the layer (A) is preferably 1 to 50 μm, and more preferably 5 to 20 μm. When the thickness of the layer (A) is 1 μm or more, the charge retention performance of the
The thickness of the layer (B) is preferably 0.5 to 10 μm, and more preferably 1 to 6 μm. Within this range, the effect of suppressing the attenuation of the surface potential due to the contact of the
The layer (A), the layer (B), and a method for forming each layer will be described in detail later.
前記積層体においては、層(B)上に、さらに、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(c)または該含フッ素重合体(c)に由来する材料(c’)を含む層(C)が積層されていることが好ましい。これにより、前記表面電位の減衰抑制効果がさらに向上するとともに、液滴に対する大きな接触角を保つことができる。また、エレクトレット4の、液滴7を構成する飽和炭化水素に対する耐性が向上し、該飽和炭化水素による当該積層体の減膜を抑制できる。その結果、制御装置1の耐久性がさらに向上する。
層(C)を設ける場合、当該積層体においては、液滴7と接する側の最表面に層(C)が配置されることが好ましい。
層(C)の厚さは、0.5〜5μmが好ましく、0.5〜2μmがより好ましい。層(C)の厚いは0.5μm以上であると、液滴7に対する耐性向上効果に優れ、5μm以下であると液滴7の接触による表面電位の減衰抑制効果が良好である。
層(C)およびその形成方法については、後でより詳細に説明する。
In the laminate, the layer (B) further includes a fluorine-containing polymer (c) having an aliphatic ring in the main chain or a material (c ′) derived from the fluorine-containing polymer (c). It is preferable that (C) is laminated. As a result, the effect of suppressing the attenuation of the surface potential is further improved, and a large contact angle with respect to the droplet can be maintained. Moreover, the tolerance with respect to the saturated hydrocarbon which comprises the
In the case of providing the layer (C), it is preferable that the layer (C) is disposed on the outermost surface on the side in contact with the
The thickness of the layer (C) is preferably 0.5 to 5 μm, and more preferably 0.5 to 2 μm. When the thickness of the layer (C) is 0.5 μm or more, the effect of improving the resistance to the
The layer (C) and the formation method thereof will be described later in detail.
前記積層体の全体の厚さは、エレクトレットしての特性、加工する上で有利であること等から、層(A)と層(B)との2層積層体の場合は1.5〜60μmが好ましく、6〜30μmがより好ましい。層(A)と層(B)と層(C)との3層積層体の場合は2〜65μmが好ましく、6〜30μmがより好ましい。
層(A)、層(B)、層(C)それぞれの厚さ、当該積層体全体の厚さは、光干渉式膜厚測定装置により測定できる。
The total thickness of the laminate is 1.5 to 60 μm in the case of a two-layer laminate of a layer (A) and a layer (B) because of the characteristics of electret, which is advantageous for processing, etc. Is preferable, and 6 to 30 μm is more preferable. In the case of a three-layer laminate of layer (A), layer (B), and layer (C), 2 to 65 μm is preferable, and 6 to 30 μm is more preferable.
The thickness of each of the layer (A), the layer (B) and the layer (C) and the thickness of the entire laminate can be measured by an optical interference type film thickness measuring device.
前記積層体の形成方法は特に限定されない。たとえば、基板として前記透明電極層3が形成された透明基板2を用い、該基板の透明電極層3上に、層(A)および層(B)を、さらには層(C)を、順次形成することにより形成できる。
各層を形成する間に、下地(積層される側の層)に対して表面処理を施してもよい。該表面処理としては、シランカップリング剤をコーティングする方法、プラズマ処理により表面を親水化または粗化する方法などを適用することができる。
シランカップリング剤をコーティングする場合には、シランカップリング剤を溶媒に溶解し、下地上にコーティングすることにより当該表面処理を行うことができる。シランカップリング剤、溶媒については、それぞれ、後述する層(A)の説明中に挙げるシランカップリング剤、溶媒と同様のものが挙げられる。コーティング方法については、該層(A)の説明中に挙げるコーティング液のコーティング方法と同様の方法が挙げられる。
プラズマ処理により表面を親水化または粗化する場合には、酸素、窒素、アルゴン、メタン、CHF3、CF4等のガスを用いたプラズマ処理が適用可能である。これらのガスは、それぞれ単独で用いてもよく、また、適当に混合して用いても良い。該プラズマ処理においては、下地の膜厚減少を最小にするために、酸素、窒素、アルゴン、メタンガスまたはこれらの混合ガスを用いることがより好適である。
The method for forming the laminate is not particularly limited. For example, the
During the formation of each layer, a surface treatment may be applied to the base (layer on the side to be laminated). As the surface treatment, a method of coating a silane coupling agent, a method of hydrophilizing or roughening the surface by plasma treatment, and the like can be applied.
In the case of coating a silane coupling agent, the surface treatment can be performed by dissolving the silane coupling agent in a solvent and coating on a base. About a silane coupling agent and a solvent, the thing similar to the silane coupling agent and solvent which are mentioned in description of the layer (A) mentioned later, respectively is mentioned. As for the coating method, the same method as the coating method of the coating liquid mentioned in the description of the layer (A) can be mentioned.
When the surface is hydrophilized or roughened by plasma treatment, plasma treatment using a gas such as oxygen, nitrogen, argon, methane, CHF 3 , or CF 4 can be applied. These gases may be used singly or in a suitable mixture. In the plasma treatment, it is more preferable to use oxygen, nitrogen, argon, methane gas, or a mixed gas thereof in order to minimize the decrease in the film thickness of the base.
前記積層体に電荷を注入することで該積層体をエレクトレット4とすることができる。
電荷の注入方法としては、一般的に絶縁体を帯電させる方法であれば手段を選ばずに用いることができる。たとえば、G.M.Sessler, Electrets Third Edition,pp20,Chapter2.2“Charging and Polarizing Methods”(Laplacian Press, 1998)に記載のコロナ放電法、電子ビーム衝突法、イオンビーム衝突法、放射線照射法、光照射法、接触帯電法、液体接触帯電法等が適用可能である。本発明においては特にコロナ放電法、電子ビーム衝突法を用いることが好ましい。
電荷を注入する際の温度条件としては、当該積層体の層(A)に含まれる重合体(a)または材料(a’)のガラス転移温度(Tg)以上で行うことが、注入後に保持される電荷の安定性の面から好ましく、該Tg+10℃〜該Tg+20℃程度の温度条件で行うことが特に好ましい。
電荷を注入する際の印加電圧としては、前記積層体の絶縁破壊電圧以下であれば、高圧を印加することが好ましい。本発明において、積層体への印加電圧は、正電荷では6〜30kV、好ましくは8〜15kVであり、負電荷では−6〜−30kV、好ましくは−8〜−15kVである。
重合体(a)または材料(a’)は、正電荷より負電荷をより安定に保持できることから、印加電圧は負電荷であることが好ましい。この場合、エレクトレット4の表面電位はマイナスとなる。
By injecting electric charge into the laminate, the laminate can be made into an
As a method for injecting electric charge, any method can be used as long as it is a method for charging an insulator. For example, the corona discharge method described in GMSessler, Electrets Third Edition, pp20, Chapter 2.2 “Charging and Polarizing Methods” (Laplacian Press, 1998), electron beam collision method, ion beam collision method, radiation irradiation method, light irradiation method, A contact charging method, a liquid contact charging method, or the like is applicable. In the present invention, it is particularly preferable to use a corona discharge method or an electron beam collision method.
As a temperature condition for injecting the charge, it is maintained after the injection that the temperature is higher than the glass transition temperature (Tg) of the polymer (a) or the material (a ′) contained in the layer (A) of the laminate. It is preferable from the viewpoint of the stability of the electric charge, and it is particularly preferable to carry out under the temperature condition of about Tg + 10 ° C. to Tg + 20 ° C.
It is preferable to apply a high voltage as the applied voltage for injecting electric charges if it is not higher than the dielectric breakdown voltage of the laminate. In the present invention, the voltage applied to the laminate is 6 to 30 kV for positive charges, preferably 8 to 15 kV, and −6 to −30 kV for negative charges, preferably −8 to −15 kV.
Since the polymer (a) or the material (a ′) can hold a negative charge more stably than a positive charge, the applied voltage is preferably a negative charge. In this case, the surface potential of the
なお、ここでは、基板として表面に透明電極層3が形成された透明基板2を用い、該透明電極層3上に積層体を形成し、電荷を注入する例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、任意の基板上に前記積層体を形成し、該積層体を基板から剥離した後、これを、表面に透明電極層3が形成された透明基板2上に配置し、電荷を注入してエレクトレット4としてもよい。また、任意の基板上に前記積層体を形成し、電荷を注入してエレクトレット4とした後、該エレクトレット4を基板から剥離し、これを、表面に透明電極層3が形成された透明基板2上に配置してもよい。
Here, an example is shown in which a
電荷の注入を行わない場合、前記基板としては、特に材質を選ばずに用いることができる。電荷の注入を行う場合、前記基板としては、得られた積層体に電荷を注入する際にアースに接続できるような基板であればよい。好ましい材質としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、錫、コバルト、パラジウム、白金、これらのうちの少なくとも1種を主成分とする合金等の導電性の金属が挙げられる。また、材質が導電性の金属以外のもの、たとえばガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の高分子化合物材料等の絶縁性の材料の基板(絶縁性基板)であっても、その表面にスパッタリング、蒸着、ウエットコーティング等の方法で金属膜、またはITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化スズ等の金属酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、PEDOT/PSS、カーボンナノチューブなどから成る有機導電材料などをコーティングしたものであれば用いることができる。またシリコン等の半導体材料も同様の表面処理を行ったものであるか、または半導体材料そのものの抵抗値が低いものであれば、基板として用いることができる。基板材料の抵抗値としては、体積固有抵抗値で0.1Ωcm以下であることが好ましく、特に0.01Ωcm以下であることがより好ましい。このような低抵抗値の基板材料であれば、当該基板上に形成された積層体にそのまま電荷を注入してエレクトレットとすることができる。 When no charge is injected, the substrate can be used without any particular material. In the case of injecting charges, the substrate may be any substrate that can be connected to the ground when injecting charges into the obtained laminate. Preferred materials include, for example, conductivity such as gold, silver, copper, nickel, chromium, aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, tin, cobalt, palladium, platinum, and an alloy containing at least one of these as a main component. These metals are mentioned. The substrate is made of an insulating material other than a conductive metal, for example, an inorganic material such as glass, a polymer compound material such as polyethylene terephthalate, polyimide, polycarbonate, or acrylic resin (insulating substrate). In addition, a metal film or a metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), zinc oxide, titanium dioxide, or tin oxide by a method such as sputtering, vapor deposition, or wet coating on the surface; polyaniline, polypyrrole , PEDOT / PSS, an organic conductive material made of carbon nanotubes, or the like may be used. Further, a semiconductor material such as silicon can be used as a substrate if the same surface treatment is performed or the semiconductor material itself has a low resistance value. The resistance value of the substrate material is preferably 0.1 Ωcm or less, more preferably 0.01 Ωcm or less, in terms of volume resistivity. With such a low resistance substrate material, it is possible to produce an electret by injecting a charge as it is into the laminate formed on the substrate.
対向基板5は、透明基板2と同様に透明であってもよく、透明でなくてもよい。
対向基板5を構成する材料としては、絶縁材料が好ましい。該絶縁材料の抵抗値としては体積固有抵抗値で1010Ωcm以上が好ましく、1012Ωcm以上がより好ましい。
対向基板5を構成する絶縁材料は、透明であってもよく、透明でなくてもよく、透明であることが好ましい。透明な絶縁材料として具体的には、前記透明基板2の説明で挙げた絶縁材料と同様のものが挙げられる。
前記絶縁材料に着色剤、光散乱剤等の添加剤が配合されていてもよい。たとえば絶縁材料として透明な樹脂を用い、該樹脂と屈折率が異なる材料からなる光散乱剤を配合すると、該対向基板5に入射した光が散乱して、表示側から視認した際に背景が白く見える。
対向基板5は、単一の層からなるものであってもよく、複数の層からなるものであってもよい。たとえば前記添加剤が配合された層と、配合されていない層とが積層された積層体であってもよい。
The
As a material constituting the
The insulating material constituting the
Additives such as a colorant and a light scattering agent may be blended in the insulating material. For example, when a transparent resin is used as the insulating material and a light scattering agent made of a material having a refractive index different from that of the resin is blended, the light incident on the
The
対向基板5上には、複数の対向電極6a、6bが形成されている。
対向電極6a、6bは、透明電極層3と同様に透明であることが好ましい。
対向電極6a、6bを構成する材料としては、導電性材料であれば特に限定されない。該導電性材料の抵抗値としては体積固有抵抗値で0.1Ωcm以下が好ましく、0.01Ωcm以下がより好ましい。導電性材料として具体的には、前記透明電極層3の説明で挙げた導電性材料と同様のものが挙げられる。
対向電極6a、6bは、単一の層からなるものであってもよく、複数の層からなるものであってもよく、組成に分布のある構造を形成していてもよい。
対向電極6a、6bの厚さ(複数の層よりなる場合は合計の厚さ)は、10〜1,000nmが好ましく、100〜500nmがより好ましい。該厚さが上記範囲内であると、導電性、生産性に優れる。
対向電極6a、6bの形状および配置は特に限定されず、液滴の移動をどのように制御するかに応じて適宜設定すればよい。具体例として、どちらか一方を画素の中央部、他方を外周部に配置することにより、電極の切り替えによる画素中央部の見え方(色、光の強度、焦点位置など)を変化させることができる。
また、2枚の基板によりファブリ・ペロー型干渉計を構成し、液滴の移動によって光学距離を変化させることも可能と考えられる。
On the
The
The material constituting the
The
The thickness of the
The shape and arrangement of the
It is also possible to construct a Fabry-Perot interferometer with two substrates and change the optical distance by moving the droplet.
対向電極6a、6bの形成方法としては、特に限定されず、公知の方法を利用できる。具体的には、たとえば対向基板5上に導電性薄膜を形成し、該導電性薄膜をパターニングする方法が挙げられる。
導電性薄膜の形成方法としては、たとえば前記透明電極層3の形成方法で説明した物理的蒸着法、無電解めっき法等が挙げられる。
導電性薄膜のパターニングは、たとえばフォトリソグラフィー法とウェットエッチング法の組み合わせ、ナノメタルインク等を印刷することによる配線形成、等により実施できる。たとえばフォトリソグラフィー法とウェットエッチング法の組み合わせによるパターニングは、導電性薄膜上にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成した後、該レジスト膜に対し、露光、現像を行うことでパターン(レジストマスク)を形成し、該レジストマスクをマスクとして導電性薄膜をエッチングすることにより実施できる。導電性薄膜のエッチングは、たとえばエッチング液として導電性薄膜を溶解する液体(通常は酸性溶液)を用いたウェットエッチングにより実施できる。また、ナノメタルインク等を印刷する方法としてはスクリーン印刷法、インクジェット法またはマイクロコンタクトプリンティング法等を用いることができる。ナノメタルインクとは前述の導電性材料のナノ粒子を有機溶媒や水等に分散させたインクのことをいう。
A method for forming the
Examples of the method for forming the conductive thin film include the physical vapor deposition method and the electroless plating method described in the method for forming the
The patterning of the conductive thin film can be performed by, for example, a combination of a photolithography method and a wet etching method, wiring formation by printing nanometal ink, or the like. For example, patterning by a combination of a photolithography method and a wet etching method is performed by applying a photoresist on a conductive thin film to form a resist film, and then exposing and developing the resist film to form a pattern (resist mask). And etching the conductive thin film using the resist mask as a mask. Etching of the conductive thin film can be performed by, for example, wet etching using a liquid (usually an acidic solution) that dissolves the conductive thin film as an etchant. Further, as a method for printing nano metal ink or the like, a screen printing method, an ink jet method, a micro contact printing method, or the like can be used. The nano metal ink refers to an ink in which nanoparticles of the conductive material described above are dispersed in an organic solvent, water, or the like.
液滴7としては、温度25℃、圧力105Paの条件(以下、標準環境という。)下にて液体である炭素数10〜17の飽和炭化水素を含有するものが用いられる。該飽和炭化水素は、アルカン(直鎖状または分岐鎖状の飽和炭化水素)であってもよく、シクロアルカン(環状の飽和炭化水素)であってもよい。
液滴7を構成する飽和炭化水素としては、アルカンが好ましく、直鎖状のアルカンがより好ましい。中でも炭素数10〜17の直鎖状のアルカンが好ましく、炭素数12〜16の直鎖状のアルカンがより好ましく、ヘキサデカンが最も好ましい。
液滴7を構成する飽和炭化水素は1種であっても2種以上であってもよい。
As the
The saturated hydrocarbon constituting the
The saturated hydrocarbon constituting the
本実施形態にて、液滴7は着色されている。ただし本発明はこれに限定されず、液滴7は無着色であってもよい。
液滴7の着色に用いられる着色剤としては、特に限定されず、公知の顔料、染料等のなかから適宜選択できる。たとえば、アントラキノンレッド、ジケトピロロピロールレッド、塩臭素化銅フタロシアニン、銅フタロシアニン等が挙げられる。
着色剤の配合量は、使用する着色剤の種類、所望の色調を考慮して適宜設定できる。
液滴7は、本発明の効果を損なわない範囲で、前記飽和炭化水素および着色剤以外の他の成分を含有してもよい。該他の成分としては、たとえば界面活性剤、粘度調整剤、シランカップリング剤、等が挙げられる。
ただし本発明の効果を考慮すると、液滴7は、前記飽和炭化水素および着色剤以外の成分は含まないことが好ましい。
In the present embodiment, the
The colorant used for coloring the
The blending amount of the colorant can be appropriately set in consideration of the type of colorant to be used and the desired color tone.
The
However, in consideration of the effect of the present invention, it is preferable that the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
たとえば上記実施形態では、エレクトレット4に対向配置する電極の数が2個(対向電極6a、6b)の例を示したが、該電極の数はこれに限定されず、液滴7を移動させる距離等に応じて適宜決定することができる。
上記実施形態では、透明基板2、対向基板5としてそれぞれ表面が平滑な平板を用いた例を示したが本発明はこれに限定されず、透明基板2または対向基板5として、表面に凹凸が形成された基板を用いてもよい。たとえば表面に、対向電極6a、6bに対応するパターンの凹凸が形成された基板を用いてもよい。該基板には、その他のパターンの凹凸が形成されていてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above embodiment, the example in which the number of electrodes opposed to the
In the said embodiment, although the example which used the flat plate with the smooth surface was shown as the
表面に凹凸が形成された基板の作製方法としては、真空プロセス、湿式プロセス等の従来公知の方法が利用でき、特に限定されない。真空プロセスとしては、マスクを介したスパッタリング法、マスクを介した蒸着法等が挙げられる。湿式プロセスとしては、ロールコーター法、キャスト法、ディッピング法、スピンコート法、水上キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法、ダイコート法、インクジェット法、スプレーコート法等が挙げられる。また、凸版印刷法、グラビア印刷法、平板印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法などの印刷技術も用いることができる。さらに、表面に微細な凹凸が形成された基板の作製方法として、ナノインプリント法、フォトリソグラフィー法なども挙げられる。 As a method for producing a substrate having a surface with unevenness, a conventionally known method such as a vacuum process or a wet process can be used, and is not particularly limited. Examples of the vacuum process include a sputtering method through a mask and a vapor deposition method through a mask. Examples of the wet process include a roll coater method, a cast method, a dipping method, a spin coat method, a water cast method, a Langmuir / Blodget method, a die coat method, an ink jet method, and a spray coat method. Printing techniques such as letterpress printing, gravure printing, lithographic printing, screen printing, and flexographic printing can also be used. Furthermore, examples of a method for manufacturing a substrate having fine unevenness on the surface include a nanoimprint method and a photolithography method.
上記実施形態では液滴7がエレクトレット4および対向電極6a、6bの両方に接触している例を示したが本発明はこれに限定されず、エレクトレット4および対向電極6a、6bのいずれか一方のみに接触していてもよい。ただし本発明においては、液滴7が、少なくともエレクトレット4に接触していることが好ましい。
In the above embodiment, an example in which the
<層(A)>
層(A)は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)に由来する材料(a’)を含有する。これにより、層(A)が、電荷保持性能が高く、かつ透明性に優れたものとなる。
材料(a’)としては、含フッ素重合体(a)に該含フッ素重合体(a)以外の他の成分を混合した材料、含フッ素重合体(a)と該含フッ素重合体(a)以外の他の成分との反応生成物、等が挙げられる。層(A)が該反応生成物を含む場合、該層(A)中には、該反応生成物の形成に用いた含フッ素重合体(a)または他の成分の一部が未反応のまま残留していてもよい。材料(a’)について詳しくは後述する。
<Layer (A)>
The layer (A) contains a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a material (a ′) derived from the fluoropolymer (a). Thereby, the layer (A) has high charge retention performance and excellent transparency.
Examples of the material (a ′) include a material obtained by mixing the fluorine-containing polymer (a) with components other than the fluorine-containing polymer (a), the fluorine-containing polymer (a), and the fluorine-containing polymer (a). And reaction products with other components other than the above. When the layer (A) contains the reaction product, the fluoropolymer (a) used for forming the reaction product or a part of other components remains unreacted in the layer (A). It may remain. Details of the material (a ′) will be described later.
[含フッ素重合体(a)]
含フッ素重合体(a)は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体である。
ここで、「含フッ素重合体」は、その構造中にフッ素原子を有する重合体である。
含フッ素重合体(a)において、フッ素原子は、主鎖を構成する炭素原子に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。低吸水率・低誘電率で絶縁破壊電圧が高く、体積抵抗率の高いエレクトレット化に適していることから、フッ素原子が、主鎖を構成する炭素原子に結合していることが好ましい。
[Fluoropolymer (a)]
The fluorinated polymer (a) is a fluorinated polymer having an aliphatic ring in the main chain.
Here, the “fluorinated polymer” is a polymer having a fluorine atom in its structure.
In the fluorine-containing polymer (a), the fluorine atom may be bonded to the carbon atom constituting the main chain or may be bonded to the side chain. The fluorine atom is preferably bonded to the carbon atom constituting the main chain because it is suitable for electretization with a low water absorption and low dielectric constant, high dielectric breakdown voltage, and high volume resistivity.
「主鎖に脂肪族環を有する」とは、脂肪族環の環骨格を構成する炭素原子のうち、少なくとも1つが、含フッ素重合体(a)の主鎖を構成する炭素原子であることを意味する。
含フッ素重合体(a)の重合に用いられた単量体が有する重合性二重結合に由来する炭素原子のうち、少なくとも1つが、前記主鎖を構成する炭素原子となる。たとえば含フッ素重合体(a)が、後述するような環状単量体を重合させて得た含フッ素重合体の場合は、該二重結合を構成する2個の炭素原子が主鎖を構成する炭素原子となる。また、2個の重合性二重結合を有する単量体を環化重合させて得た含フッ素重合体の場合は、2個の重合性二重結合を構成する4個の炭素原子のうちの少なくとも2個が主鎖を構成する炭素原子となる。
“Having an aliphatic ring in the main chain” means that at least one of the carbon atoms constituting the ring skeleton of the aliphatic ring is a carbon atom constituting the main chain of the fluoropolymer (a). means.
At least one of the carbon atoms derived from the polymerizable double bond of the monomer used for the polymerization of the fluoropolymer (a) is a carbon atom constituting the main chain. For example, when the fluoropolymer (a) is a fluoropolymer obtained by polymerizing a cyclic monomer as described later, two carbon atoms constituting the double bond constitute the main chain. It becomes a carbon atom. In the case of a fluorinated polymer obtained by cyclopolymerizing a monomer having two polymerizable double bonds, among the four carbon atoms constituting the two polymerizable double bonds At least two are carbon atoms constituting the main chain.
「脂肪族環」とは、芳香族性を有さない環を示す。脂肪族環は、飽和であってもよく、不飽和であってもよい。脂肪族環は、環骨格が、炭素原子のみから構成される炭素環構造のものであってもよく、環骨格に、炭素原子以外の原子(ヘテロ原子)を含む複素環構造のものであってもよい。該ヘテロ原子としては酸素原子、窒素原子等が挙げられる。
脂肪族環の環骨格を構成する原子の数は、4〜7個が好ましく、5〜6個であることがより好ましい。すなわち、脂肪族環は4〜7員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
脂肪族環は置換基を有していてもよく、有さなくてもよい。「置換基を有していてもよい」とは、該脂肪族環の環骨格を構成する原子に置換基(水素原子以外の原子または基)が結合してもよいことを意味する。
“Aliphatic ring” refers to a ring having no aromaticity. The aliphatic ring may be saturated or unsaturated. The aliphatic ring may have a carbocyclic structure in which the ring skeleton is composed only of carbon atoms, and has a heterocyclic structure that includes atoms other than carbon atoms (heteroatoms) in the ring skeleton. Also good. Examples of the hetero atom include an oxygen atom and a nitrogen atom.
The number of atoms constituting the ring skeleton of the aliphatic ring is preferably 4 to 7, and more preferably 5 to 6. That is, the aliphatic ring is preferably a 4- to 7-membered ring, and more preferably a 5- to 6-membered ring.
The aliphatic ring may or may not have a substituent. The phrase “which may have a substituent” means that a substituent (an atom or group other than a hydrogen atom) may be bonded to an atom constituting the ring skeleton of the aliphatic ring.
脂肪族環は、非含フッ素脂肪族環であってもよく、含フッ素脂肪族環であってもよい。電荷保持性能に優れることから、含フッ素脂肪族環であることが好ましい。
非含フッ素脂肪族環は構造中にフッ素原子を含まない脂肪族環である。非含フッ素脂肪族環として、具体的には、飽和または不飽和の脂肪族炭化水素環、該脂肪族炭化水素環における炭素原子の一部が酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換された脂肪族複素環等が挙げられる。
含フッ素脂肪族環は、構造中にフッ素原子を含む脂肪族環である。含フッ素脂肪族環としては、脂肪族環の環骨格を構成する炭素原子に、フッ素原子を含む置換基(以下、含フッ素基という。)が結合した脂肪族環が挙げられる。含フッ素基としては、フッ素原子、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、=CF2等が挙げられる。
該含フッ素脂肪族環または非含フッ素脂肪族環は、含フッ素基以外の置換基を有していてもよい。
The aliphatic ring may be a non-fluorinated aliphatic ring or a fluorinated aliphatic ring. Since it is excellent in charge retention performance, it is preferably a fluorine-containing aliphatic ring.
The non-fluorinated aliphatic ring is an aliphatic ring that does not contain a fluorine atom in the structure. Specifically, as the non-fluorinated aliphatic ring, a saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon ring, and a part of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon ring is substituted with a hetero atom such as an oxygen atom or a nitrogen atom. An aliphatic heterocyclic ring etc. are mentioned.
The fluorine-containing aliphatic ring is an aliphatic ring containing a fluorine atom in the structure. Examples of the fluorinated aliphatic ring include an aliphatic ring in which a substituent containing a fluorine atom (hereinafter referred to as a fluorinated group) is bonded to a carbon atom constituting the ring skeleton of the aliphatic ring. Examples of the fluorine-containing group include a fluorine atom, a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkoxy group, and ═CF 2 .
The fluorine-containing aliphatic ring or non-fluorine-containing aliphatic ring may have a substituent other than the fluorine-containing group.
好ましい含フッ素重合体(a)として、下記含フッ素環状重合体(I)、含フッ素環状重合体(II)が挙げられる。
含フッ素環状重合体(I):環状含フッ素単量体に基づく単位を有する重合体。
含フッ素環状重合体(II):ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位を有する重合体。
「環状重合体」とは環状構造を有する重合体を意味する。
「単位」は、重合体を構成する繰り返し単位を意味する。
以下、式(1)で表される化合物を「化合物(1)」とも記す。他の式で表される単位、化合物等についても同様に記し、たとえば式(3−1)で表される単位を「単位(3−1)」とも記す。
Preferred fluorine-containing polymers (a) include the following fluorine-containing cyclic polymers (I) and fluorine-containing cyclic polymers (II).
Fluorinated cyclic polymer (I): a polymer having units based on a cyclic fluorinated monomer.
Fluorine-containing cyclic polymer (II): a polymer having units formed by cyclopolymerization of a diene fluorine-containing monomer.
“Cyclic polymer” means a polymer having a cyclic structure.
“Unit” means a repeating unit constituting a polymer.
Hereinafter, the compound represented by the formula (1) is also referred to as “compound (1)”. The same applies to units, compounds and the like represented by other formulas. For example, the unit represented by formula (3-1) is also referred to as “unit (3-1)”.
含フッ素環状重合体(I)は、「環状含フッ素単量体」に基づく単位を有する。
「環状含フッ素単量体」とは、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子間に重合性二重結合を有する単量体、または、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子と含フッ素脂肪族環外の炭素原子との間に重合性二重結合を有する単量体である。
環状含フッ素単量体としては、下記の化合物(1)または化合物(2)が好ましい。
The fluorinated cyclic polymer (I) has units based on “cyclic fluorinated monomer”.
“Cyclic fluorine-containing monomer” means a monomer having a polymerizable double bond between carbon atoms constituting a fluorine-containing aliphatic ring, or a carbon atom constituting a fluorine-containing aliphatic ring and a fluorine-containing fat. It is a monomer having a polymerizable double bond with a carbon atom outside the group ring.
As the cyclic fluorine-containing monomer, the following compound (1) or compound (2) is preferable.
X1、X2、X3、X4、Y1およびY2におけるパーフルオロアルキル基は、炭素数が1〜7であることが好ましく、炭素数1〜4であることがより好ましい。該パーフルオロアルキル基は、直鎖状または分岐鎖状が好ましく、直鎖状がより好ましい。具体的には、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等が挙げられ、特にトリフルオロメチル基が好ましい。
X1、X2、X3、X4、Y1およびY2におけるパーフルオロアルコキシ基としては、前記パーフルオロアルキル基に酸素原子(−O−)が結合したものが挙げられ、トリフルオロメトキシ基が特に好ましい。
The perfluoroalkyl group in X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , Y 1 and Y 2 preferably has 1 to 7 carbon atoms, and more preferably 1 to 4 carbon atoms. The perfluoroalkyl group is preferably linear or branched, and more preferably linear. Specific examples include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl group, and the like, and a trifluoromethyl group is particularly preferable.
Examples of the perfluoroalkoxy group in X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , Y 1 and Y 2 include those in which an oxygen atom (—O—) is bonded to the perfluoroalkyl group, and a trifluoromethoxy group Is particularly preferred.
式(1)中、X1は、フッ素原子であることが好ましい。
X2は、フッ素原子、トリフルオロメチル基、または炭素数1〜4のパーフルオロアルコキシ基であることが好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基であることがより好ましい。
X3およびX4は、それぞれ独立に、フッ素原子または炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基であることがより好ましい。
化合物(1)の好ましい具体例として、化合物(1−1)〜(1−5)が挙げられる。
In formula (1), X 1 is preferably a fluorine atom.
X 2 is preferably a fluorine atom, a trifluoromethyl group, or a perfluoroalkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably a fluorine atom or a trifluoromethoxy group.
X 3 and X 4 are each independently preferably a fluorine atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably a fluorine atom or a trifluoromethyl group.
Preferable specific examples of compound (1) include compounds (1-1) to (1-5).
式(2)中、Y1およびY2は、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基または炭素数1〜4のパーフルオロアルコキシ基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基がより好ましい。
化合物(2)の好ましい具体例として、化合物(2−1)〜(2−2)が挙げられる。
In formula (2), Y 1 and Y 2 are each independently preferably a fluorine atom, a C 1-4 perfluoroalkyl group or a C 1-4 perfluoroalkoxy group, and a fluorine atom or trifluoromethyl Groups are more preferred.
Preferable specific examples of compound (2) include compounds (2-1) to (2-2).
含フッ素環状重合体(I)は、上記環状含フッ素単量体により形成される単位のみから構成されてもよく、該単位と、それ以外の他の単位とを有する共重合体であってもよい。
ただし、該含フッ素環状重合体(I)中、環状含フッ素単量体に基づく単位の割合は、該含フッ素環状重合体(I)を構成する全繰り返し単位の合計に対し、20モル%以上が好ましく、40モル%以上がより好ましく、100モル%であってもよい。
該他の単量体としては、上記環状含フッ素単量体と共重合可能なものであればよく、特に限定されない。具体的には、後述するジエン系含フッ素単量体、側鎖に反応性官能基を有する単量体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)等が挙げられる。
なお環状含フッ素単量体とジエン系含フッ素単量体との共重合により得られる重合体は含フッ素環状重合体(I)として考える。
The fluorinated cyclic polymer (I) may be composed only of units formed by the cyclic fluorinated monomer, or may be a copolymer having the units and other units. Good.
However, the proportion of units based on the cyclic fluorinated monomer in the fluorinated cyclic polymer (I) is 20 mol% or more based on the total of all repeating units constituting the fluorinated cyclic polymer (I). Is preferable, 40 mol% or more is more preferable, and 100 mol% may be sufficient.
The other monomer is not particularly limited as long as it is copolymerizable with the cyclic fluorine-containing monomer. Specific examples include diene fluorine-containing monomers described later, monomers having a reactive functional group in the side chain, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl ether), and the like.
A polymer obtained by copolymerization of a cyclic fluorine-containing monomer and a diene fluorine-containing monomer is considered as a fluorine-containing cyclic polymer (I).
含フッ素環状重合体(II)は、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位を有している。
「ジエン系含フッ素単量体」とは、2個の重合性二重結合およびフッ素原子を有する単量体である。該重合性二重結合としては、特に限定されないが、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。
ジエン系含フッ素単量体としては、下記化合物(3)が好ましい。
CF2=CF−Q−CF=CF2 ・・・(3)。
式(3)中、Qは、エーテル性酸素原子を有していてもよく、フッ素原子の一部がフッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜5、好ましくは1〜3の、分岐を有してもよいパーフルオロアルキレン基である。該フッ素以外のハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
Qはエーテル性酸素原子を有するパーフルオロアルキレン基であることが好ましい。その場合、該パーフルオロアルキレン基におけるエーテル性酸素原子は、該基の一方の末端に存在していてもよく、該基の両末端に存在していてもよく、該基の炭素原子間に存在していてもよい。環化重合性の点から、該基の一方の末端に存在していることが好ましい。
The fluorinated cyclic polymer (II) has a unit formed by cyclopolymerization of a diene fluorinated monomer.
The “diene fluorine-containing monomer” is a monomer having two polymerizable double bonds and fluorine atoms. Although it does not specifically limit as this polymerizable double bond, A vinyl group, an allyl group, an acryloyl group, and a methacryloyl group are preferable.
As the diene fluorine-containing monomer, the following compound (3) is preferable.
CF 2 = CF-Q-CF =
In formula (3), Q may have an etheric oxygen atom, and a part of fluorine atoms may be substituted with a halogen atom other than fluorine atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 1 carbon atoms. 3 is a perfluoroalkylene group which may have a branch. Examples of halogen atoms other than fluorine include chlorine atom and bromine atom.
Q is preferably a perfluoroalkylene group having an etheric oxygen atom. In that case, the etheric oxygen atom in the perfluoroalkylene group may be present at one end of the group, may be present at both ends of the group, and is present between the carbon atoms of the group. You may do it. From the viewpoint of cyclopolymerizability, it is preferably present at one end of the group.
化合物(3)の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
CF2=CFOCF2CF=CF2、
CF2=CFOCF(CF3)CF=CF2、
CF2=CFOCF2CF2CF=CF2、
CF2=CFOCF2CF(CF3)CF=CF2、
CF2=CFOCF(CF3)CF2CF=CF2、
CF2=CFOCFClCF2CF=CF2、
CF2=CFOCCl2CF2CF=CF2、
CF2=CFOCF2OCF=CF2、
CF2=CFOC(CF3)2OCF=CF2、
CF2=CFOCF2CF(OCF3)CF=CF2、
CF2=CFCF2CF=CF2、
CF2=CFCF2CF2CF=CF2、
CF2=CFCF2OCF2CF=CF2。
Specific examples of the compound (3) include the following compounds.
CF 2 = CFOCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF (CF 3 ) CF═CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) CF═CF 2 ,
CF 2 = CFOCF (CF 3 ) CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCFClCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCCl 2 CF 2 CF =
CF 2 = CFOCF 2 OCF = CF 2 ,
CF 2 = CFOC (CF 3) 2 OCF =
CF 2 = CFOCF 2 CF (OCF 3 ) CF═CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 OCF 2 CF =
化合物(3)の環化重合により形成される単位として、下記単位(3−1)〜(3−4)等が挙げられる。 Examples of the unit formed by the cyclopolymerization of the compound (3) include the following units (3-1) to (3-4).
含フッ素重合体(a)は、反応性官能基を有することが好ましい。これにより、液滴の接触による表面電位の減衰抑制効果が向上する。反応性官能基は、含フッ素重合体(a)の主鎖末端に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。
「反応性官能基」とは、加熱等を行った際に、当該含フッ素重合体(a)の分子間、または含フッ素重合体(a)とともに配合されている他の成分と反応して結合を形成し得る反応性を有する基を意味する。
たとえば該他の成分として、後述するシランカップリング剤または極性官能基を2個以上有する分子量50〜2,000の化合物(ただしシランカップリング剤は除く。)(以下、多価極性化合物という。)を配合し、材料(a’)とする場合は、含フッ素重合体(a)が、シランカップリング剤が有する官能基または多価極性化合物が有する極性官能基と反応し得る反応性官能基を有することが好ましい。
The fluorinated polymer (a) preferably has a reactive functional group. Thereby, the effect of suppressing the attenuation of the surface potential due to the contact of the droplet is improved. The reactive functional group may be bonded to the end of the main chain of the fluoropolymer (a) or may be bonded to the side chain.
The “reactive functional group” is bonded by reacting with other components blended between the molecules of the fluoropolymer (a) or together with the fluoropolymer (a) when heating or the like is performed. Means a reactive group capable of forming.
For example, as the other component, a silane coupling agent described later or a compound having a molecular weight of 50 to 2,000 having two or more polar functional groups (excluding the silane coupling agent) (hereinafter referred to as a polyvalent polar compound). Is used as a material (a ′), the fluorine-containing polymer (a) has a reactive functional group capable of reacting with the functional group possessed by the silane coupling agent or the polar functional group possessed by the polyvalent polar compound. It is preferable to have.
含フッ素重合体(a)が有する反応性官能基としては、重合体中への導入のしやすさ、シランカップリング剤または多価極性化合物との相互作用の強さ等を考慮すると、カルボキシ基、酸ハライド基、アルコキシカルボニル基、カルボニルオキシ基、カーボネート基、スルホ基、ホスホノ基、ヒドロキシ基、チオール基、シラノール基およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
含フッ素重合体(a)は、上記の中でも、カルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有することが好ましい。
As the reactive functional group possessed by the fluoropolymer (a), in view of ease of introduction into the polymer, strength of interaction with the silane coupling agent or the polyvalent polar compound, etc., a carboxy group And at least one selected from the group consisting of an acid halide group, an alkoxycarbonyl group, a carbonyloxy group, a carbonate group, a sulfo group, a phosphono group, a hydroxy group, a thiol group, a silanol group and an alkoxysilyl group.
Among the above, the fluoropolymer (a) preferably has a carboxy group or an alkoxycarbonyl group.
含フッ素重合体(a)の比誘電率は1.8〜8.0が好ましく、1.8〜5.0がより好ましく、1.8〜3.0がさらに好ましく、1.8〜2.7が特に好ましく、1.8〜2.3が最も好ましい。該比誘電率が上記範囲の下限値以上であると、エレクトレットとして蓄えうる電荷量が高く、上限値以下であると、電気絶縁性、およびエレクトレットとしての電荷保持安定性に優れる。該比誘電率は、ASTM D150に準拠し、周波数1MHzにおいて測定される。
また、層(A)はエレクトレットとしての電荷保持を担う部分であることから、含フッ素重合体(a)としては、体積固有抵抗が高く、絶縁破壊強度が大きいものが好ましい。
含フッ素重合体(a)の体積固有抵抗は1010〜1020Ωcmが好ましく、1016〜1019Ωcmがより好ましい。該体積固有抵抗は、ASTM D257により測定される。
含フッ素重合体(a)の絶縁破壊強度は10〜25kV/mmが好ましく、15〜22kV/mmがより好ましい。該絶縁破壊強度は、ASTM D149により測定される。
含フッ素重合体(a)の屈折率は、基板との屈折率差を小さくし、複屈折等による光の干渉を抑え、透明性を確保する点から、1.2〜2.0が好ましく、1.2〜1.5がより好ましい。
The relative dielectric constant of the fluoropolymer (a) is preferably 1.8 to 8.0, more preferably 1.8 to 5.0, still more preferably 1.8 to 3.0, and 1.8 to 2. 7 is particularly preferable, and 1.8 to 2.3 is most preferable. When the relative dielectric constant is not less than the lower limit of the above range, the amount of charge that can be stored as an electret is high, and when it is not more than the upper limit, the electrical insulation and the charge retention stability as an electret are excellent. The relative dielectric constant is measured at a frequency of 1 MHz in accordance with ASTM D150.
In addition, since the layer (A) is a part responsible for charge retention as an electret, the fluoropolymer (a) preferably has a high volume resistivity and a high dielectric breakdown strength.
The volume resistivity of the fluoropolymer (a) is preferably 10 10 to 10 20 Ωcm, and more preferably 10 16 to 10 19 Ωcm. The volume resistivity is measured according to ASTM D257.
The dielectric breakdown strength of the fluoropolymer (a) is preferably 10 to 25 kV / mm, and more preferably 15 to 22 kV / mm. The dielectric breakdown strength is measured according to ASTM D149.
The refractive index of the fluoropolymer (a) is preferably 1.2 to 2.0 from the viewpoint of reducing the difference in refractive index with the substrate, suppressing light interference due to birefringence and the like, and ensuring transparency. 1.2 to 1.5 is more preferable.
含フッ素重合体(a)の重量平均分子量は、5万以上が好ましく、15万以上がより好ましく、20万以上がさらに好ましく、25万以上が特に好ましい。該重量平均分子量が5万以上であると、製膜しやすい。特に20万以上であると、膜の耐熱性が向上し、エレクトレットとした際、保持した電荷の熱安定性が向上する。
一方、該重量平均分子量が大きすぎると、溶媒に溶けにくくなり、製膜プロセスが制限される等の問題が生じるおそれがある。したがって、含フッ素重合体(a)の重量平均分子量は、100万以下が好ましく、85万以下がより好ましく、65万以下がさらに好ましく、55万以下が特に好ましい。
The weight average molecular weight of the fluoropolymer (a) is preferably 50,000 or more, more preferably 150,000 or more, further preferably 200,000 or more, and particularly preferably 250,000 or more. When the weight average molecular weight is 50,000 or more, film formation is easy. In particular, when it is 200,000 or more, the heat resistance of the film is improved, and the thermal stability of the retained charge is improved when an electret is formed.
On the other hand, when the weight average molecular weight is too large, it is difficult to dissolve in a solvent, and there is a possibility that problems such as limitation of the film forming process may occur. Therefore, the weight average molecular weight of the fluoropolymer (a) is preferably 1 million or less, more preferably 850,000 or less, further preferably 650,000 or less, and particularly preferably 550,000 or less.
含フッ素重合体(a)は、前述した単量体を重合させることにより合成したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。
主鎖にエーテル性酸素原子を含む含フッ素脂肪族環を有し、主鎖の末端にカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有する含フッ素重合体の市販品としては、CYTOP(登録商標、旭硝子社製)が挙げられる。
As the fluoropolymer (a), one synthesized by polymerizing the above-described monomers may be used, or a commercially available product may be used.
CYTOP (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) is a commercially available fluoropolymer having a fluorine-containing aliphatic ring containing an etheric oxygen atom in the main chain and having a carboxy group or an alkoxycarbonyl group at the end of the main chain. Is mentioned.
[材料(a’)]
材料(a’)としては、上述したように、含フッ素重合体(a)に該含フッ素重合体(a)以外の他の成分を混合した材料、含フッ素重合体(a)と該含フッ素重合体(a)以外の他の成分との反応生成物、等が挙げられる。
該反応生成物としては、たとえば含フッ素重合体(a)および該他の成分を溶媒に溶解したコーティング液を加熱(溶媒を揮発させて成膜する際のベーク等)した際に、各成分が反応して生成するものが挙げられる。
該他の成分としては、シランカップリング剤または多価極性化合物が好ましく、シランカップリング剤が特に好ましい。これにより、形成されるエレクトレットの電荷保持性能(保持した電荷の熱安定性、経時安定性等)が向上する。該効果は、特に、含フッ素重合体(a)が末端基としてカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有する場合に顕著である。これは、含フッ素重合体(a)とシランカップリング剤または多価極性化合物とがナノ相分離を引き起こし、シランカップリング剤または多価極性化合物由来のナノクラスタ構造が形成され、当該ナノクラスタ構造が、エレクトレットにおける電荷を蓄える部位として機能するためであると推察される。
材料(a’)中、シランカップリング剤または多価極性化合物は、分子同士が反応した状態で存在していてもよい。
[Material (a ′)]
As the material (a ′), as described above, a material obtained by mixing the fluorine-containing polymer (a) with other components other than the fluorine-containing polymer (a), the fluorine-containing polymer (a), and the fluorine-containing polymer Reaction products with other components other than the polymer (a), and the like can be mentioned.
As the reaction product, for example, when the coating liquid in which the fluoropolymer (a) and the other components are dissolved in a solvent is heated (such as baking when the solvent is evaporated to form a film), each component is What is produced | generated by reacting is mentioned.
As this other component, a silane coupling agent or a polyvalent polar compound is preferable, and a silane coupling agent is particularly preferable. Thereby, the charge retention performance (thermal stability of the retained charge, stability over time, etc.) of the electret formed is improved. This effect is particularly remarkable when the fluoropolymer (a) has a carboxy group or an alkoxycarbonyl group as a terminal group. This is because the fluorine-containing polymer (a) and the silane coupling agent or polyvalent polar compound cause nanophase separation, and a nanocluster structure derived from the silane coupling agent or polyvalent polar compound is formed. However, it is guessed that it is because it functions as a site | part which stores the electric charge in an electret.
In the material (a ′), the silane coupling agent or the polyvalent polar compound may be present in a state in which molecules react with each other.
シランカップリング剤としては、特に限定されず、従来公知または周知のものを含めて広範囲にわたって利用できる。
シランカップリング剤としては、アミノ基を有するシランカップリング剤が好ましい。
入手の容易性等を考慮すると、特に好ましいシランカップリング剤は、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、およびN−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、から選択される1種以上である。
It does not specifically limit as a silane coupling agent, It can utilize over a wide range including a conventionally well-known or well-known thing.
As the silane coupling agent, a silane coupling agent having an amino group is preferable.
Considering availability, etc., particularly preferred silane coupling agents are γ-aminopropylmethyldiethoxysilane, γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, and N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxy One or more selected from silane.
シランカップリング剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シランカップリング剤の配合量は、含フッ素重合体(a)とシランカップリング剤との合計量に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.3〜10質量%がより好ましく、0.5〜5質量%が最も好ましい。この範囲にあると、含フッ素重合体(a)と均一に混合でき、各成分を溶媒に溶解してコーティング液とした際、相分離を起こしにくい。
A silane coupling agent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
0.1-20 mass% is preferable with respect to the total amount of a fluoropolymer (a) and a silane coupling agent, and, as for the compounding quantity of a silane coupling agent, 0.3-10 mass% is more preferable, 0.5-5 mass% is the most preferable. When it is in this range, it can be uniformly mixed with the fluoropolymer (a), and when each component is dissolved in a solvent to form a coating solution, phase separation is unlikely to occur.
多価極性化合物は、極性官能基を2個以上有する分子量50〜2,000の化合物(ただし前記シランカップリング剤は除く。)である。
「極性官能基」とは、下記の(1a)および(1b)の何れか一方または両方の特性を有する官能基である。
(1a)電気陰性度の異なる2種類以上の原子を含み、当該官能基中に分極による極性を有する。
(1b)当該官能基と結合した炭素との電気陰性度の差により分極を生じさせる。
The polyvalent polar compound is a compound having two or more polar functional groups and a molecular weight of 50 to 2,000 (excluding the silane coupling agent).
The “polar functional group” is a functional group having one or both of the following properties (1a) and (1b).
(1a) Two or more types of atoms having different electronegativity are included, and the functional group has polarity due to polarization.
(1b) Polarization is caused by the difference in electronegativity with carbon bonded to the functional group.
上記特性(1a)のみを有する極性官能基の具体例としては、ヒドロキシフェニル基等が挙げられる。
上記特性(1b)のみを有する極性官能基の具体例としては、1級アミノ基(−NH2)、2級アミノ基(−NH−)、ヒドロキシ基、チオール基等が挙げられる。
上記特性(1a)および(1b)の両方を有する極性官能基の具体例としては、スルホ基、ホスホノ基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、酸ハライド基、ホルミル基、イソシアナート基、シアノ基、カルボニルオキシ基(−C(O)−O−)カーボネート基(−O−C(O)−O−)等が挙げられる。
Specific examples of the polar functional group having only the above characteristic (1a) include a hydroxyphenyl group.
Specific examples of the polar functional group having only the characteristic (1b) include a primary amino group (—NH 2 ), a secondary amino group (—NH—), a hydroxy group, and a thiol group.
Specific examples of the polar functional group having both the above characteristics (1a) and (1b) include sulfo group, phosphono group, carboxy group, alkoxycarbonyl group, acid halide group, formyl group, isocyanate group, cyano group, carbonyl group. And an oxy group (—C (O) —O—) carbonate group (—O—C (O) —O—).
多価極性化合物の分子量は50〜2,000であり、100〜2,000が好ましい。多価極性化合物の分子量が50未満であると分子量が低いために揮発しやすくなり、製膜後に膜中に残存させることが困難になる。また、多価極性化合物の分子量が2,000超であると、含フッ素重合体(a)と層分離しやすくなり、相溶性に問題が生じ易い。 The molecular weight of the polyvalent polar compound is 50 to 2,000, preferably 100 to 2,000. When the molecular weight of the polyvalent polar compound is less than 50, the molecular weight is low, so that it easily volatilizes, and it is difficult to remain in the film after film formation. Moreover, when the molecular weight of the polyvalent polar compound is more than 2,000, layer separation from the fluoropolymer (a) is facilitated, and a problem is likely to occur in compatibility.
多価極性化合物としては、ペンタン−1,5−ジアミン、ヘキサン−1,6−ジアミン、シクロヘキサン−1,2−ジアミン、シクロヘキサン−1,3−ジアミン、シクロヘキサン−1,4−ジアミン、1,2−ジアミノベンゼン、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、トリアミノメチルアミン、トリス(2−アミノエチル)アミン、トリス(3−アミノプロピル)アミン、シクロヘキサン−1,3,5−トリアミン、シクロヘキサン−1,2,4−トリアミン、1,3,5−トリアミノベンゼン、1,2,4−トリアミノベンゼン、2,4,6−トリアミノトルエン、1,3,5−トリス(2−アミノエチル)ベンゼン、1,2,4−トリス(2−アミノエチル)ベンゼン、2,4,6−トリス(2−アミノエチル)トルエン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンおよびポリエチレンイミンからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましく、トリス(2−アミノエチル)アミン、トリス(3−アミノプロピル)アミン、シクロヘキサン−1,3−ジアミン、ヘキサン−1,6−ジアミン、ジエチレントリアミンおよびポリエチレンイミンからなる群から選ばれる少なくとも1種が最も好ましい。 Examples of the polyvalent polar compound include pentane-1,5-diamine, hexane-1,6-diamine, cyclohexane-1,2-diamine, cyclohexane-1,3-diamine, cyclohexane-1,4-diamine, and 1,2. -Diaminobenzene, 1,3-diaminobenzene, 1,4-diaminobenzene, triaminomethylamine, tris (2-aminoethyl) amine, tris (3-aminopropyl) amine, cyclohexane-1,3,5-triamine , Cyclohexane-1,2,4-triamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene, 2,4,6-triaminotoluene, 1,3,5-tris (2 -Aminoethyl) benzene, 1,2,4-tris (2-aminoethyl) benzene, 2,4,6-tris (2-aminoethyl) to More preferred is at least one selected from the group consisting of ene, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine and polyethyleneimine, and tris (2-aminoethyl) amine, tris (3-aminopropyl) amine, cyclohexane-1, Most preferred is at least one selected from the group consisting of 3-diamine, hexane-1,6-diamine, diethylenetriamine and polyethyleneimine.
多価極性化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。たとえば、極性官能基を2個有する化合物と、極性官能基を3個以上有する化合物とを混合して用いてもよい。
多価極性化合物の配合量は、含フッ素重合体(a)の配合量の0.01〜30質量%であることが好ましく、0.05〜10質量%であることがより好ましい。該配合量が0.01質量%以上であると、多価極性化合物を配合することによる効果が充分に得られる。該配合量が30質量%以下であると、含フッ素重合体(a)との混和性が良好であり、コーティング液中での分布が均一となる。
A polyvalent polar compound may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. For example, a compound having two polar functional groups and a compound having three or more polar functional groups may be mixed and used.
The blending amount of the polyvalent polar compound is preferably 0.01 to 30% by weight, more preferably 0.05 to 10% by weight, based on the blending amount of the fluoropolymer (a). The effect by mix | blending a polyvalent polar compound as this compounding quantity is 0.01 mass% or more is fully acquired. When the blending amount is 30% by mass or less, the miscibility with the fluoropolymer (a) is good, and the distribution in the coating liquid becomes uniform.
層(A)の形成方法としては特に限定されず、公知の製膜方法を利用できる。好ましい形成方法として、含フッ素重合体(a)を溶媒に溶解してなるコーティング液、または含フッ素重合体(a)と該含フッ素重合体(a)以外の他の成分とを溶媒に溶解してなるコーティング液を用いてコーティング膜(層(A))を製膜する方法が挙げられる。
該他の成分としては、上述したとおり、シランカップリング剤または多価極性化合物が好ましく、シランカップリング剤が特に好ましい。
It does not specifically limit as a formation method of a layer (A), A well-known film forming method can be utilized. As a preferred formation method, a coating solution obtained by dissolving the fluoropolymer (a) in a solvent, or the fluoropolymer (a) and other components other than the fluoropolymer (a) are dissolved in a solvent. And a method of forming a coating film (layer (A)) using the coating liquid.
As said other component, as above-mentioned, a silane coupling agent or a polyvalent polar compound is preferable, and a silane coupling agent is especially preferable.
溶媒としては、少なくとも含フッ素重合体(a)を溶解する溶媒が用いられ、他の成分を含む場合、前記含フッ素重合体(a)を溶解する溶媒が、該他の成分を溶解するものであれば、該溶媒単独で均一な溶液とすることができる。また、該他の成分を溶解する他の溶媒を併用してもよい。
溶媒として具体的には、プロトン性溶媒、非プロトン性溶媒等が挙げられ、それらの中から当該コーティング液に配合される成分を溶解するものを適宜選択すればよい。
「プロトン性溶媒」とは、プロトン供与性を有する溶媒である。「非プロトン性溶媒」とは、プロトン供与性を有さない溶媒である。
As the solvent, a solvent that dissolves at least the fluoropolymer (a) is used, and when it contains other components, the solvent that dissolves the fluoropolymer (a) dissolves the other components. If present, the solvent alone can be a uniform solution. Moreover, you may use together the other solvent which melt | dissolves this other component.
Specific examples of the solvent include a protic solvent, an aprotic solvent, and the like, and a solvent that dissolves a component to be blended in the coating liquid may be appropriately selected.
The “protic solvent” is a solvent having a proton donating property. An “aprotic solvent” is a solvent that does not have proton donating properties.
プロトン性溶媒としては、たとえば以下に示すプロトン性非含フッ素溶媒、プロトン性含フッ素溶媒等が挙げられる。
メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、2−ブタオール、t−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、1−オクタノール、2−オクタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、乳酸メチル等のプロトン性非含フッ素溶媒。
2−(パーフルオロオクチル)エタノールなどの含フッ素アルコール、含フッ素カルボン酸、含フッ素カルボン酸のアミド、含フッ素スルホン酸等のプロトン性含フッ素溶媒。
Examples of the protic solvent include the following protic non-fluorinated solvents and protic fluorinated solvents.
Methanol, ethanol, 1-propanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, pentanol, hexanol, 1-octanol, 2-octanol, ethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene Protic non-fluorinated solvents such as glycol monobutyl ether, propylene glycol, and methyl lactate.
Protic fluorine-containing solvents such as 2- (perfluorooctyl) ethanol and other fluorine-containing alcohols, fluorine-containing carboxylic acids, amides of fluorine-containing carboxylic acids, and fluorine-containing sulfonic acids.
非プロトン性溶媒としては、たとえば以下に示す非プロトン性非含フッ素溶媒、非プロトン性含フッ素溶媒等が挙げられる。
ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、デカリン、アセトン、シクロヘキサノン、2−ブタノン、ジメトキシエタン、モノメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジグライム、トリグライム、プロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテート(PGMEA)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、アニソール、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、メシチレン、テトラリン、メチルナフタレン等の非プロトン性非含フッ素溶媒。
Examples of the aprotic solvent include the following aprotic non-fluorinated solvents and aprotic fluorinated solvents.
Hexane, cyclohexane, heptane, octane, decane, dodecane, decalin, acetone, cyclohexanone, 2-butanone, dimethoxyethane, monomethyl ether, ethyl acetate, butyl acetate, diglyme, triglyme, propylene glycol monomethyl ether monoacetate (PGMEA), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMA), N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, anisole, dichloromethane, dichloroethane, chloroform, carbon tetrachloride, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, Aprotic non-fluorine-containing solvents such as mesitylene, tetralin and methylnaphthalene.
1,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等のポリフルオロ芳香族化合物、パーフルオロトリブチルアミン等のポリフルオロトリアルキルアミン化合物、パーフルオロデカリン等のポリフルオロシクロアルカン化合物、パーフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)等のポリフルオロ環状エーテル化合物、パーフルオロポリエーテル、ポリフルオロアルカン化合物、ハイドロフルオロエーテル(HFE)等の非プロトン性含フッ素溶媒。 Polyfluoroaromatic compounds such as 1,4-bis (trifluoromethyl) benzene, polyfluorotrialkylamine compounds such as perfluorotributylamine, polyfluorocycloalkane compounds such as perfluorodecalin, perfluoro (2-butyltetrahydrofuran) Aprotic fluorine-containing solvents such as polyfluoro cyclic ether compounds such as), perfluoropolyethers, polyfluoroalkane compounds, and hydrofluoroethers (HFE).
これらの溶媒は、いずれか1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。またこれらの他にも広範な化合物が使用できる。
これらのうち、含フッ素重合体(a)の溶解の用いる溶媒としては、含フッ素重合体(a)の溶解度が大きく、良溶媒であることから、非プロトン性含フッ素溶媒が好ましい。
シランカップリング剤または多価極性化合物を溶解する溶媒としては、プロトン性含フッ素溶媒が好ましい。
該溶媒の沸点は、コーティングの際に均一な膜を形成しやすいことから、65〜220℃が好ましく、100〜220℃が好ましい。
Any one of these solvents may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used. In addition to these, a wide range of compounds can be used.
Among these, the solvent used for dissolving the fluoropolymer (a) is preferably an aprotic fluorine-containing solvent because the solubility of the fluoropolymer (a) is large and a good solvent.
The solvent for dissolving the silane coupling agent or the polyvalent polar compound is preferably a protic fluorine-containing solvent.
The boiling point of the solvent is preferably 65 to 220 ° C., and preferably 100 to 220 ° C., because a uniform film can be easily formed during coating.
コーティング液の調製に用いる溶媒は、水分含量が少ないことが好ましい。該水分含量は、100ppm以下が好ましく、20ppm以下がより好ましい。
コーティング液における含フッ素重合体(a)の濃度は、0.1〜30質量%が好ましく、0.5〜20質量%がより好ましい。
コーティング液の固形分濃度は、形成しようとする膜厚に応じて適宜設定すればよい。通常、0.1〜30質量%であり、0.5〜20質量%が好ましい。
なお固形分は、質量を測定したコーティング液を常圧下200℃で1時間加熱することで、溶媒を留去し、残存する固形分の質量を測定して算出する。
The solvent used for preparing the coating liquid preferably has a low water content. The water content is preferably 100 ppm or less, and more preferably 20 ppm or less.
The concentration of the fluoropolymer (a) in the coating liquid is preferably from 0.1 to 30% by mass, and more preferably from 0.5 to 20% by mass.
What is necessary is just to set the solid content concentration of a coating liquid suitably according to the film thickness to form. Usually, it is 0.1-30 mass%, and 0.5-20 mass% is preferable.
The solid content is calculated by heating the coating liquid whose mass was measured at 200 ° C. for 1 hour under normal pressure to distill off the solvent and measuring the mass of the remaining solid content.
コーティング液は、各成分を含む組成物を予め調製し、これを溶媒に溶解して得てもよく、各成分をそれぞれ溶媒に溶解し、各溶液を混合して得てもよい。
各成分を含む組成物を予め調製する場合の該組成物の製造方法としては、固体と固体、または固体と液体を混練、共融押し出し法等により混合してもよく、それぞれを可溶な溶媒に溶解した各溶液を混合してもよい。これらの中でも、各溶液を混合することがより好ましい。
たとえば含フッ素重合体(a)とシランカップリング剤とを併用する場合、コーティング液は、含フッ素重合体(a)を非プロトン性含フッ素溶媒に溶解した重合体溶液と、シランカップリング剤をプロトン性含フッ素溶媒に溶解したシランカップリング剤溶液とを各々調製し、該重合体溶液とシランカップリング剤溶液とを混合することによって得ることが好ましい。非プロトン性含フッ素溶媒およびプロトン性含フッ素溶媒についてはそれぞれ後述する。
The coating liquid may be obtained by preparing a composition containing each component in advance and dissolving it in a solvent, or by dissolving each component in a solvent and mixing each solution.
As a method for producing the composition in the case of preparing a composition containing each component in advance, the solid and the solid, or the solid and the liquid may be mixed by kneading, eutectic extrusion, etc. Each solution dissolved in may be mixed. Among these, it is more preferable to mix each solution.
For example, when the fluoropolymer (a) and a silane coupling agent are used in combination, the coating liquid comprises a polymer solution obtained by dissolving the fluoropolymer (a) in an aprotic fluorine-containing solvent, and a silane coupling agent. A silane coupling agent solution dissolved in a protic fluorine-containing solvent is preferably prepared, and the polymer solution and the silane coupling agent solution are preferably mixed. The aprotic fluorinated solvent and the protic fluorinated solvent will be described later.
コーティング膜の製膜は、たとえば、コーティング液を基板の表面にコーティングし、ベーク等により乾燥させることにより実施できる。
コーティング方法としては、溶液から膜を形成させる従来公知の方法が利用でき、特に限定されない。かかる方法の具体例としては、スピンコート法、ロールコート法、キャスト法、ディッピング法、水上キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法、ダイコート法、インクジェット法、スプレーコート法等が挙げられる。また、凸版印刷法、グラビア印刷法、平板印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法などの印刷技術も用いることができる。
乾燥は、常温での風乾により行ってもよいが、加熱してベークすることにより行うことが好ましい。ベーク温度は、溶媒の沸点以上であることが好ましく、特に230℃以上の高温で行うことが、添加したシランカップリング剤や多価極性化合物と重合体(a)との反応を充分に完結させる点で特に好ましい。
The coating film can be formed, for example, by coating the surface of the substrate with a coating liquid and drying it by baking or the like.
As the coating method, a conventionally known method for forming a film from a solution can be used and is not particularly limited. Specific examples of such a method include a spin coating method, a roll coating method, a casting method, a dipping method, a water casting method, a Langmuir-Blodget method, a die coating method, an ink jet method, and a spray coating method. Printing techniques such as letterpress printing, gravure printing, lithographic printing, screen printing, and flexographic printing can also be used.
Drying may be performed by air drying at normal temperature, but is preferably performed by heating and baking. The baking temperature is preferably equal to or higher than the boiling point of the solvent, and particularly at a high temperature of 230 ° C. or higher, the reaction between the added silane coupling agent or polyvalent polar compound and the polymer (a) is sufficiently completed. Particularly preferred in terms.
<層(B)>
層(B)は、主鎖に脂肪族環を有する非含フッ素重合体(b)または該非含フッ素重合体(b)に由来する材料(b’)を含む。これにより、前記液滴の接触による表面電位の減衰抑制できる。
材料(b’)としては、非含フッ素重合体(b)に該非含フッ素重合体(b)以外の他の成分を混合した材料、非含フッ素重合体(b)と該非含フッ素重合体(b)以外の他の成分との反応生成物、等が挙げられる。層(B)が該反応生成物を含む場合、該層(B)中には、該反応生成物の形成に用いた含フッ素重合体(b)または他の成分の一部が未反応のまま残留していてもよい。材料(b’)について詳しくは後述する。
<Layer (B)>
The layer (B) contains a non-fluorinated polymer (b) having an aliphatic ring in the main chain or a material (b ′) derived from the non-fluorinated polymer (b). Thereby, attenuation of the surface potential due to the contact of the droplet can be suppressed.
Examples of the material (b ′) include a material obtained by mixing the non-fluorinated polymer (b) with other components other than the non-fluorinated polymer (b), the non-fluorinated polymer (b) and the non-fluorinated polymer ( Reaction products with other components other than b) and the like. When the layer (B) contains the reaction product, the fluoropolymer (b) used for forming the reaction product or a part of other components remains unreacted in the layer (B). It may remain. Details of the material (b ′) will be described later.
[非含フッ素重合体(b)]
非含フッ素重合体(b)は、主鎖に脂肪族環を有する非含フッ素重合体である。
ここで、「非含フッ素重合体」は、その構造中にフッ素原子を有さない重合体である。
「主鎖に脂肪族環を有する」、「脂肪族環」についての説明は、前記含フッ素重合体(a)で説明したとおりである。ただし非含フッ素重合体(b)における脂肪族環は非含フッ素脂肪族環である。
非含フッ素脂肪族環として具体的には、飽和または不飽和の脂肪族炭化水素環、該脂肪族炭化水素環における炭素原子の一部が酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換された脂肪族複素環等が挙げられる。これらの中でも、脂肪族炭化水素環が好ましく、飽和脂肪族炭化水素環が好ましい。
該非含フッ素脂肪族環は、含フッ素基以外の置換基を有していてもよい。
[Non-fluorinated polymer (b)]
The non-fluorinated polymer (b) is a non-fluorinated polymer having an aliphatic ring in the main chain.
Here, the “non-fluorinated polymer” is a polymer having no fluorine atom in its structure.
The explanation of “having an aliphatic ring in the main chain” and “aliphatic ring” is as described for the fluoropolymer (a). However, the aliphatic ring in the non-fluorinated polymer (b) is a non-fluorinated aliphatic ring.
Specific examples of the non-fluorinated aliphatic ring include a saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon ring, and a fatty acid in which a part of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon ring is substituted with a hetero atom such as an oxygen atom or a nitrogen atom. Group heterocycle and the like. Among these, an aliphatic hydrocarbon ring is preferable and a saturated aliphatic hydrocarbon ring is preferable.
The non-fluorinated aliphatic ring may have a substituent other than the fluorine-containing group.
本発明において、非含フッ素重合体(b)としては、非含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子のうち少なくとも2つが主鎖に組み込まれている非含フッ素重合体が好ましい。該非含フッ素重合体としては、たとえば下記単位(b1)を有するものが挙げられる。 In the present invention, the non-fluorinated polymer (b) is preferably a non-fluorinated polymer in which at least two carbon atoms constituting the non-fluorinated aliphatic ring are incorporated in the main chain. Examples of the non-fluorinated polymer include those having the following unit (b1).
式(b1)中、R”の炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。また、該炭化水素基は飽和であってもよく、不飽和であってもよく、飽和であることが好ましい。
直鎖状または分岐鎖状の炭化水素基としては、炭素数1〜4のアルキレン基が好ましく、直鎖状であることが特に好ましい。
環状の炭化水素基としては、置換基を有していてもよい単環式または多環式のシクロアルカンから水素原子を2つ除いた基が好ましい。単環式のシクロアルカンとしては、シクロペンタン、シクロヘキサン等の炭素数5〜8のシクロアルカンが好ましい。多環式のシクロアルカンとしては、炭素数7〜12のシクロアルカンが好ましく、具体的にはノルボルナン、アダマンタン等が挙げられる。これらの中でも、シクロペンタンまたはノルボルナンが好ましい。
In formula (b1), the hydrocarbon group represented by R ″ may be linear, branched or cyclic. The hydrocarbon group may be saturated or unsaturated. It is preferable that it is saturated.
As the linear or branched hydrocarbon group, an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and a linear group is particularly preferable.
The cyclic hydrocarbon group is preferably a group obtained by removing two hydrogen atoms from a monocyclic or polycyclic cycloalkane which may have a substituent. As the monocyclic cycloalkane, a cycloalkane having 5 to 8 carbon atoms such as cyclopentane and cyclohexane is preferable. As the polycyclic cycloalkane, a cycloalkane having 7 to 12 carbon atoms is preferable, and specific examples include norbornane and adamantane. Among these, cyclopentane or norbornane is preferable.
R”の炭化水素基が有していてもよい置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、フェニル基等のアリール基、アダマンチル基等の多環式の脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
置換基としてのアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、炭素数が1〜10であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。該アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
置換基としてのシクロアルキル基は、炭素数が3〜10であることが好ましく、5〜8であることがより好ましい。該シクロアルキル基としては、シクロペンチル基またはシクロヘキシル基が特に好ましい。
置換基としてのアルコキシ基は、前記アルキル基に酸素原子(−O−)が結合したものが挙げられる。
Examples of the substituent that the hydrocarbon group of R ″ may have include an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkoxy group, an aryl group such as a phenyl group, and a polycyclic aliphatic hydrocarbon group such as an adamantyl group. Can be mentioned.
The alkyl group as a substituent may be linear or branched, and preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms. The alkyl group is preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or an isopropyl group, more preferably a methyl group or an ethyl group, and particularly preferably a methyl group.
The cycloalkyl group as a substituent preferably has 3 to 10 carbon atoms, and more preferably 5 to 8 carbon atoms. As the cycloalkyl group, a cyclopentyl group or a cyclohexyl group is particularly preferable.
Examples of the alkoxy group as a substituent include those in which an oxygen atom (—O—) is bonded to the alkyl group.
式(b1)中、mは0〜10の整数である。
mが1以上の整数の場合、後述する単位(b1−1)のように、ポリマー主鎖が、脂肪族炭化水素環のオルト位ではなく、メチレン基1つ以上の間隔をあけて結合することにより当該脂肪族炭化水素環がポリマー主鎖に組み込まれている。
mが0の場合、後述する単位(b1−2)のように、ポリマー主鎖が、脂肪族炭化水素環のオルト位に結合することにより当該脂肪族炭化水素環がポリマー主鎖に組み込まれている。
mとしては、1〜3が好ましく、1が最も好ましい。
M is an integer of 0-10 in a formula (b1).
When m is an integer of 1 or more, as in the unit (b1-1) described later, the polymer main chain is not an ortho position of the aliphatic hydrocarbon ring, and is bonded with an interval of one or more methylene groups. The aliphatic hydrocarbon ring is incorporated into the polymer main chain.
When m is 0, the aliphatic hydrocarbon ring is incorporated into the polymer main chain by bonding the polymer main chain to the ortho position of the aliphatic hydrocarbon ring as in the unit (b1-2) described later. Yes.
As m, 1-3 are preferable and 1 is the most preferable.
rおよびsは、それぞれ、0であってもよく、1であってもよい。mが0の場合は、rおよびsが0であることが好ましい。mが1の場合は、rおよびsが1であることが好ましい。
単位(b1)としては、以下に示す単位(b1−1)または単位(b1−2)が好ましい。
r and s may each be 0 or 1. When m is 0, r and s are preferably 0. When m is 1, r and s are preferably 1.
As the unit (b1), the following unit (b1-1) or unit (b1-2) is preferable.
式(b1−1)中、R1およびR2におけるアルキル基、シクロアルキル基としては、それぞれ、前記R”の炭化水素基が有していてもよい置換基として挙げたアルキル基、シクロアルキル基と同様のものが挙げられる。
R1およびR2は相互に結合して形成される環としては、単環式または多環式のシクロアルカンが好ましい。単環式のシクロアルカンとしては、シクロペンタン、シクロヘキサン等の炭素数5〜8のシクロアルカンが好ましい。多環式のシクロアルカンとしては、炭素数7〜12のシクロアルカンが好ましく、具体的にはノルボルナン、アダマンタン等が挙げられる。これらの中でも、シクロペンタンまたはノルボルナンが好ましい。
該環は置換基を有していてもよい。該置換基としては、前記R”の炭化水素基が有していてもよい置換基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
In formula (b1-1), as the alkyl group and cycloalkyl group in R 1 and R 2, the alkyl group and cycloalkyl group mentioned as the substituents that the hydrocarbon group of R ″ may have, respectively. The same thing is mentioned.
As the ring formed by bonding R 1 and R 2 to each other, a monocyclic or polycyclic cycloalkane is preferable. As the monocyclic cycloalkane, a cycloalkane having 5 to 8 carbon atoms such as cyclopentane and cyclohexane is preferable. As the polycyclic cycloalkane, a cycloalkane having 7 to 12 carbon atoms is preferable, and specific examples include norbornane and adamantane. Among these, cyclopentane or norbornane is preferable.
The ring may have a substituent. Examples of the substituent include the same groups as those described above as the substituent that the hydrocarbon group of R ″ may have.
R1およびR2が相互に結合して環を形成している場合の単位(b1−1)の具体例として、下記単位(b1−11)、単位(b1−12)等が挙げられる。
式(b1−12)中、R11のアルキル基としては、前記R”の炭化水素基が有していてもよい置換基として挙げたアルキル基と同様のものが挙げられる。
Specific examples of the unit (b1-1) when R 1 and R 2 are bonded to each other to form a ring include the following unit (b1-11) and unit (b1-12).
In formula (b1-12), examples of the alkyl group for R 11 include the same alkyl groups as those described above for the substituent that the hydrocarbon group for R ″ may have.
式(b1−2)中、R3およびR4は、それぞれ、前記R1およびR2と同様である。
R3およびR4が相互に結合して環を形成している場合の単位(b1−2)の具体例としては、下記単位(b1−21)、単位(b1−22)等が挙げられる。
R13のアルキル基としては、前記R”の炭化水素基が有していてもよい置換基として挙げたアルキル基と同様のものが挙げられる。
In formula (b1-2), R 3 and R 4 are the same as R 1 and R 2 , respectively.
Specific examples of the unit (b1-2) in the case where R 3 and R 4 are bonded to each other to form a ring include the following units (b1-21) and units (b1-22).
As the alkyl group for R 13, the same alkyl groups as those described above for the substituent that the hydrocarbon group for R ″ may have may be mentioned.
非含フッ素重合体(b)は、単位(b1)として、上記のような単位のうちのいずれか1種を含有してもよく、2種以上を含有してもよい。
非含フッ素重合体(b)中、単位(b1)の割合は、当該非含フッ素重合体(b)を構成する全繰り返し単位の合計に対し、30モル%以上が好ましく、40モル%以上がより好ましく、100モル%であってもよい。
The non-fluorinated polymer (b) may contain any one of the above units as the unit (b1), or may contain two or more types.
In the non-fluorinated polymer (b), the proportion of the unit (b1) is preferably 30 mol% or more, more preferably 40 mol% or more with respect to the total of all repeating units constituting the non-fluorinated polymer (b). More preferably, it may be 100 mol%.
非含フッ素重合体(b)は、単位(b1)以外の他の単位(以下、単位(b2)ということがある。)を含んでいてもよい。
単位(b2)としては、従来、前記単位(b1)とともに共重合体を形成する単位として知られている公知の単位が利用でき、特に限定されない。
該単位(b2)としては、置換基を有していてもよいオレフィンに基づく単位が好ましく、該単位としては、たとえば下記単位(b2−1)が挙げられる。
式(b2−1)中、R5のアルキル基としては、前記R”の炭化水素基が有していてもよい置換基として挙げたアルキル基と同様のものが挙げられる。
The non-fluorinated polymer (b) may contain a unit other than the unit (b1) (hereinafter sometimes referred to as a unit (b2)).
As the unit (b2), a known unit conventionally known as a unit that forms a copolymer with the unit (b1) can be used, and is not particularly limited.
The unit (b2) is preferably a unit based on an olefin which may have a substituent. Examples of the unit include the following unit (b2-1).
In formula (b2-1), examples of the alkyl group for R 5 include the same alkyl groups as those described above as the substituent that the hydrocarbon group for R ″ may have.
非含フッ素重合体(b)としては、特に、下記非含フッ素重合体(I)、非含フッ素重合体(II)が好ましい。
非含フッ素重合体(I):前記単位(b1−1)を有する非含フッ素重合体。
非含フッ素重合体(II):前記単位(b1−2)および単位(b2)を有する非含フッ素重合体。
非含フッ素重合体(I)は、本発明の効果を損なわない範囲で、単位(b1−1)以外の単位を含んでいてもよい。
非含フッ素重合体(II)は、本発明の効果を損なわない範囲で、単位(b1−2)および単位(b2)以外の単位を含んでいてもよい。
As the non-fluorinated polymer (b), the following non-fluorinated polymer (I) and non-fluorinated polymer (II) are particularly preferable.
Non-fluorinated polymer (I): a non-fluorinated polymer having the unit (b1-1).
Non-fluorinated polymer (II): a non-fluorinated polymer having the unit (b1-2) and the unit (b2).
The non-fluorinated polymer (I) may contain units other than the unit (b1-1) as long as the effects of the present invention are not impaired.
The non-fluorinated polymer (II) may contain units other than the unit (b1-2) and the unit (b2) as long as the effects of the present invention are not impaired.
非含フッ素重合体(I)は、単位(b1−1)として、1種を有してもよく、2種以上を有してもよい。
本発明においては、特に、単位(b1−1)として、前記R1およびR2が相互に結合して環を形成している単位を有することが好ましい。なかでも、単位(b1−12)を有することが好ましい。
単位(b1−1)として、前記R1およびR2が相互に結合して環を形成している単位を有する場合、非含フッ素重合体(I)は、さらに、単位(b1−1)として、前記R1およびR2が相互に結合して環を形成していない単位(以下、単位(b1−13)という。)を有することが好ましい。
単位(b1−13)としては、R1およびR2の少なくとも一方が水素原子であるものが好ましく、R1およびR2の両方が水素原子であるものが特に好ましい。
Non-fluorinated polymer (I) may have 1 type as a unit (b1-1), and may have 2 or more types.
In the present invention, it is particularly preferable that the unit (b1-1) has a unit in which R 1 and R 2 are bonded to each other to form a ring. Especially, it is preferable to have a unit (b1-12).
When the unit (b1-1) has a unit in which R 1 and R 2 are bonded to each other to form a ring, the non-fluorinated polymer (I) is further converted into a unit (b1-1). And R 1 and R 2 preferably have a unit which is not bonded to each other to form a ring (hereinafter referred to as unit (b1-13)).
As the unit (b1-13), one in which at least one of R 1 and R 2 is a hydrogen atom is preferable, and one in which both R 1 and R 2 are hydrogen atoms is particularly preferable.
非含フッ素重合体(b)のTgは、層(A)を形成する含フッ素重合体(a)上に製膜する際の製膜の容易さの観点から、100〜160℃が好ましく、120〜150℃がより好ましい。
非含フッ素重合体(I)中、単位(b1−12)と単位(b1−13)との比率(モル比)は、上記Tgを調整する観点から、10:90〜100:0が好ましく、40:60〜80:20が好ましい。
The Tg of the non-fluorinated polymer (b) is preferably 100 to 160 ° C. from the viewpoint of ease of film formation when the film is formed on the fluoropolymer (a) forming the layer (A). -150 degreeC is more preferable.
In the non-fluorinated polymer (I), the ratio (molar ratio) between the unit (b1-12) and the unit (b1-13) is preferably 10:90 to 100: 0 from the viewpoint of adjusting the Tg, 40: 60-80: 20 is preferable.
非含フッ素重合体(I)中、単位(b1−1)の割合は、当該非含フッ素重合体(I)を構成する全繰り返し単位の合計に対し、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましく、100モル%が特に好ましい。すなわち、非含フッ素重合体(I)としては、単位(b1−1)のみから構成される重合体が特に好ましい。なかでも、単位(b1−12)と単位(b1−13)とからなるもの好ましい。 In the non-fluorinated polymer (I), the proportion of the unit (b1-1) is preferably 80 mol% or more, and 90 mol% with respect to the total of all repeating units constituting the non-fluorinated polymer (I). The above is more preferable, and 100 mol% is particularly preferable. That is, as the non-fluorinated polymer (I), a polymer composed only of the unit (b1-1) is particularly preferable. Especially, what consists of a unit (b1-12) and a unit (b1-13) is preferable.
非含フッ素重合体(II)は、単位(b1−2)、単位(a2)として、それぞれ、1種を含有してもよく、2種以上を含有してもよい。
非含フッ素重合体(II)中、単位(b1−2)の割合は、当該非含フッ素重合体(II)を構成する全繰り返し単位の合計に対し、20〜70モル%が好ましく、30〜50モル%がより好ましい。また、単位(a2)の割合は、当該非含フッ素重合体(II)を構成する全繰り返し単位の合計に対し、30〜80モル%が好ましく、50〜70モル%がより好ましい。
また、非含フッ素重合体(II)中の単位(b1−2)および単位(a2)の含有量の比(モル比)は、単位(b1−2):単位(a2)=20:80〜70:30の範囲内が好ましく、30:70〜50:50の範囲内がより好ましい。
非含フッ素重合体(II)の好ましい具体例としては、下記式(II−1)、(II−2)にそれぞれ示す2種の単位を含む共重合体が挙げられる。
The non-fluorinated polymer (II) may contain one type or two or more types as the unit (b1-2) and the unit (a2), respectively.
In the non-fluorinated polymer (II), the proportion of the unit (b1-2) is preferably 20 to 70 mol% with respect to the total of all repeating units constituting the non-fluorinated polymer (II), and 30 to 50 mol% is more preferable. Moreover, 30-80 mol% is preferable with respect to the sum total of all the repeating units which comprise the said non-fluoropolymer (II), and, as for the ratio of a unit (a2), 50-70 mol% is more preferable.
Moreover, the ratio (molar ratio) of the content of the unit (b1-2) and the unit (a2) in the non-fluorinated polymer (II) is unit (b1-2): unit (a2) = 20: 80 to The range of 70:30 is preferable, and the range of 30:70 to 50:50 is more preferable.
Preferable specific examples of the non-fluorinated polymer (II) include copolymers containing two types of units represented by the following formulas (II-1) and (II-2), respectively.
非含フッ素重合体(b)は、反応性官能基を有していてもよい。反応性官能基は、含フッ素重合体(a)の主鎖末端に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。
反応性官能基としては、前記含フッ素重合体(a)の説明で挙げたものと同様のものが挙げられる。
非含フッ素重合体(b)が有する反応性官能基としては、アルコキシカルボニル基(エステル基ともいう。)、カルボキシ基、カルボン酸ハライド基、アミド基、水酸基、アミノ基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホンアミド基、チオール基、シアノ基等が好ましく、カルボキシ基またはアルコキシカルボニル基が特に好ましい。
The non-fluorinated polymer (b) may have a reactive functional group. The reactive functional group may be bonded to the end of the main chain of the fluoropolymer (a) or may be bonded to the side chain.
Examples of the reactive functional group are the same as those described in the description of the fluoropolymer (a).
The reactive functional group possessed by the non-fluorinated polymer (b) includes an alkoxycarbonyl group (also referred to as an ester group), a carboxy group, a carboxylic acid halide group, an amide group, a hydroxyl group, an amino group, a sulfonic acid group, and a sulfonic acid. An ester group, a sulfonamide group, a thiol group, a cyano group and the like are preferable, and a carboxy group or an alkoxycarbonyl group is particularly preferable.
主鎖末端または側鎖にカルボキシ基を有する場合、該カルボキシ基にはシラン化合物が結合していてもよい。
シラン化合物は、たとえば主鎖末端または側鎖にカルボキシ基を有する非含フッ素重合体と、後述するようなシランカップリング剤とを反応させることにより、該カルボキシ基に結合させることができる。
In the case where the main chain terminal or side chain has a carboxy group, a silane compound may be bonded to the carboxy group.
The silane compound can be bonded to the carboxy group by reacting, for example, a non-fluorinated polymer having a carboxy group at the main chain terminal or side chain with a silane coupling agent as described later.
主鎖末端または側鎖にアルコキシカルボニル基、カルボキシ基等の反応性官能基を有する非含フッ素重合体としては、たとえば、非含フッ素重合体に、不飽和カルボン酸およびその誘導体からなる群から選択される変性単量体をグラフト共重合させてなる変性高分子化合物が挙げられる。
不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、α−エチルアクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、ナジック酸、メチルナジック酸等が挙げられる。
不飽和カルボン酸の誘導体としては、前記不飽和カルボン酸の酸ハライド、アミド、イミド、酸無水物、エステル等が挙げられ、具体例としては、塩化マレニル、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、マレイン酸者メチル、マレイン酸ジメチル等が挙げられる。
As the non-fluorinated polymer having a reactive functional group such as an alkoxycarbonyl group or a carboxy group at the main chain terminal or side chain, for example, the non-fluorinated polymer is selected from the group consisting of unsaturated carboxylic acids and derivatives thereof. And a modified polymer compound obtained by graft copolymerization of the modified monomer.
Examples of the unsaturated carboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, α-ethylacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid, nadic acid, methyl nadic acid and the like.
Examples of the unsaturated carboxylic acid derivatives include acid halides, amides, imides, acid anhydrides, esters, and the like of the unsaturated carboxylic acids. Specific examples include maleenyl chloride, maleic anhydride, citraconic anhydride, maleic acid. Examples thereof include methyl and dimethyl maleate.
非含フッ素重合体(b)の比誘電率は、特に限定されないが、液滴による表面電位の減衰抑制効果に優れることから、[非含フッ素重合体(b)の比誘電率−含フッ素重合体(a)の比誘電率]の値が、0.1以上0.5未満であることが好ましく、0.1以上0.3未満であることがより好ましい。
非含フッ素重合体(b)のTgは、含フッ素重合体(a)との積層膜形成の容易さの観点から、100〜160℃が好ましく、120〜150℃がより好ましい。
非フッ素重合体(b)の屈折率は、基板及び層(A)との屈折率差を小さくし、複屈折等による光の干渉を抑え、透明性を確保する点から、1.3〜2.0が好ましく、1.4〜1.7がより好ましい。
The relative dielectric constant of the non-fluorinated polymer (b) is not particularly limited, but is excellent in the effect of suppressing the attenuation of the surface potential due to droplets. The relative dielectric constant of the combined (a)] is preferably 0.1 or more and less than 0.5, and more preferably 0.1 or more and less than 0.3.
The Tg of the non-fluorinated polymer (b) is preferably from 100 to 160 ° C, more preferably from 120 to 150 ° C, from the viewpoint of the ease of forming a laminated film with the fluoropolymer (a).
The refractive index of the non-fluorinated polymer (b) is 1.3 to 2 from the viewpoint of reducing the difference in refractive index from the substrate and the layer (A), suppressing light interference due to birefringence and the like, and ensuring transparency. 0.0 is preferable, and 1.4 to 1.7 is more preferable.
非含フッ素重合体(b)は、合成したものを用いてもよく、市販のものを用いてもよい。非含フッ素重合体(b)は公知の方法により合成でき、たとえば前記単位(b1)を有する非含フッ素重合体の合成方法としては、下記(1)〜(7)等が知られている。
(1)ノルボルネン類とオレフィンとを付加共重合させる方法(たとえば下記反応式(1’)に示す方法)。
(2)ノルボルネン類の開環メタセシス重合体に対して水素添加する方法(たとえば下記反応式(2’)に示す方法)。
(3)アルキリデンノルボルネンをトランスアニュラー重合する方法(たとえば下記反応式(3’)に示す方法)。
(4)ノルボルネン類を付加重合させる方法(たとえば下記反応式(4’)に示す方法)。
(5)シクロペンタジエンの1,2−および1,4−付加重合体に対して水素添加する方法(たとえば下記反応式(5’)に示す方法)。
(6)シクロヘキサジエンの1,2−および1,4−付加重合体に対して水素添加する方法(たとえば下記反応式(6’)に示す方法)。
(7)共役ジエンを環化重合させる方法(たとえば下記反応式(7’)に示す方法)。
As the non-fluorinated polymer (b), a synthesized one or a commercially available one may be used. The non-fluorinated polymer (b) can be synthesized by a known method. For example, the following (1) to (7) are known as a synthesis method of the non-fluorinated polymer having the unit (b1).
(1) A method of addition copolymerization of norbornenes and olefin (for example, a method shown in the following reaction formula (1 ′)).
(2) A method of hydrogenating a ring-opening metathesis polymer of norbornene (for example, a method shown in the following reaction formula (2 ′)).
(3) A method of transannular polymerization of alkylidene norbornene (for example, a method shown in the following reaction formula (3 ′)).
(4) A method of addition polymerization of norbornene (for example, a method shown in the following reaction formula (4 ′)).
(5) A method of hydrogenating 1,2- and 1,4-addition polymers of cyclopentadiene (for example, a method shown in the following reaction formula (5 ′)).
(6) A method of hydrogenating 1,2- and 1,4-addition polymers of cyclohexadiene (for example, a method shown in the following reaction formula (6 ′)).
(7) A method of cyclopolymerizing a conjugated diene (for example, a method shown in the following reaction formula (7 ′)).
各反応式中、R1〜R5はそれぞれ前記と同じである。
R6〜R7はそれぞれ独立にアルキル基であり、該アルキル基としては、前記Rの炭化水素基が有していてもよい置換基として挙げたアルキル基と同様のものが挙げられる。
In each reaction formula, R 1 to R 5 are the same as described above.
R 6 to R 7 are each independently an alkyl group, and examples of the alkyl group include the same alkyl groups listed as the substituents that the hydrocarbon group of R may have.
これらの中では、(1)の方法により得られるシクロオレフィンポリマー(ノルボルネン類とオレフィンの付加共重合体)、および(2)の方法により得られるシクロオレフィンポリマー(ノルボルネン類の開環メタセシス重合体の水素添加ポリマー)が、造膜性に優れる点、合成が容易である点から好ましい。
ノルボルネン類の付加共重合体としては、たとえばアペル(登録商標)(三井化学社製)、TOPAS(登録商標)(Ticona社製)の商品名で販売されているものが挙げられる。
また、ノルボルネン類の開環メタセシス重合体の水素添加ポリマーとしては、種々のものがあるが、透明性、低吸湿性、耐熱性を有することから、ゼオネックス(登録商標)(日本ゼオン社製)、ゼオノア(登録商標)(日本ゼオン社製)、アートン(登録商標)(JSR社製)の商品名で販売されているポリマーが好ましい。
Among these, cycloolefin polymers obtained by the method (1) (addition copolymers of norbornenes and olefins) and cycloolefin polymers obtained by the method (2) (ring-opening metathesis polymers of norbornenes) Hydrogenated polymer) is preferred from the viewpoint of excellent film forming property and easy synthesis.
Examples of the norbornene addition copolymer include those sold under the trade names of Apel (registered trademark) (manufactured by Mitsui Chemicals) and TOPAS (registered trademark) (manufactured by Ticona).
In addition, as the hydrogenated polymer of the ring-opening metathesis polymer of norbornene, there are various types, but since it has transparency, low moisture absorption, and heat resistance, ZEONEX (registered trademark) (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), Polymers sold under the trade names of ZEONOR (registered trademark) (manufactured by Nippon Zeon) and Arton (registered trademark) (manufactured by JSR) are preferred.
[材料(b’)]
材料(b’)としては、上述したように、非含フッ素重合体(b)に該非含フッ素重合体(b)以外の他の成分を混合した材料、非含フッ素重合体(b)と該非含フッ素重合体(b)以外の他の成分との反応生成物、等が挙げられる。
該反応生成物としては、たとえば非含フッ素重合体(b)および該他の成分を溶媒に溶解したコーティング液を加熱(溶媒を揮発させて成膜する際のベーク等)した際に、各成分が反応して生成するものが挙げられる。
該他の成分としては、前記材料(a’)と同様、シランカップリング剤または多価極性化合物が好ましく、シランカップリング剤が特に好ましい。
材料(b’)中、シランカップリング剤または多価極性化合物は、分子同士が反応した状態で存在していてもよい。
[Material (b ')]
As the material (b ′), as described above, the non-fluorinated polymer (b) is mixed with other components other than the non-fluorinated polymer (b), the non-fluorinated polymer (b) and the non-fluorinated polymer (b). Examples include reaction products with other components other than the fluoropolymer (b).
As the reaction product, for example, when the coating solution in which the non-fluorinated polymer (b) and the other components are dissolved in a solvent is heated (baking for forming a film by evaporating the solvent, etc.) Are produced by reaction.
As the other component, like the material (a ′), a silane coupling agent or a polyvalent polar compound is preferable, and a silane coupling agent is particularly preferable.
In the material (b ′), the silane coupling agent or the polyvalent polar compound may exist in a state in which molecules react with each other.
層(B)の形成方法は特に限定されず、公知の製膜方法を利用できる。たとえば前記含フッ素重合体(a)の代わりに非含フッ素重合体(b)を用いる以外は前記層(A)と同様の手順で形成できる。すなわち、コーティング液を調製し、該コーティング液を層(A)の表面にコーティングし、ベーク等により乾燥させることにより形成できる。
コーティング液の調製に用いる溶媒としては、上述したプロトン性溶媒、非プロトン性溶媒等の中から当該コーティング液に配合される成分を溶解するものを適宜選択すればよい。
非含フッ素重合体(b)を溶解する溶媒としては、非プロトン性溶媒が好ましく、炭化水素類がより好ましく、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、メシチレン、テトラリン、メチルナフタレン等の芳香族炭化水素類がさらに好ましく、トルエン、キシレンが特に好ましい。
The formation method of a layer (B) is not specifically limited, A well-known film forming method can be utilized. For example, it can be formed by the same procedure as the layer (A) except that the non-fluorinated polymer (b) is used instead of the fluoropolymer (a). That is, it can be formed by preparing a coating liquid, coating the surface of the layer (A) with the coating liquid, and drying by baking or the like.
As a solvent used for the preparation of the coating liquid, a solvent capable of dissolving the components blended in the coating liquid may be appropriately selected from the above-mentioned protic solvents and aprotic solvents.
The solvent that dissolves the non-fluorinated polymer (b) is preferably an aprotic solvent, more preferably a hydrocarbon, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, mesitylene, tetralin, and methylnaphthalene. Are more preferable, and toluene and xylene are particularly preferable.
<層(C)>
層(C)は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(c)または該含フッ素重合体(c)に由来する材料(c’)を含有する。層(C)を設けることにより、透明性をほとんど損なうことなく、前記液滴に対する耐性を向上できる。
含フッ素重合体(c)、材料(c’)としては、それぞれ、前記含フッ素重合体(a)、材料(a’)と同様のものが挙げられる。層(C)は、層(A)と同様の手順で形成できる。
本発明において、層(A)を構成する材料は同じであっても異なってもよい。たとえば含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(c)とは同じであっても異なってもよい。また、層(A)が材料(a’)を含み、層(C)が材料(c’)を含まなくてもよく、層(A)が材料(a’)を含まず、層(C)が材料(c’)を含んでもよい。
<Layer (C)>
The layer (C) contains a fluoropolymer (c) having an aliphatic ring in the main chain or a material (c ′) derived from the fluoropolymer (c). By providing the layer (C), the resistance to the droplets can be improved with almost no loss of transparency.
Examples of the fluoropolymer (c) and the material (c ′) are the same as those of the fluoropolymer (a) and the material (a ′), respectively. The layer (C) can be formed in the same procedure as the layer (A).
In the present invention, the material constituting the layer (A) may be the same or different. For example, the fluoropolymer (a) and the fluoropolymer (c) may be the same or different. In addition, the layer (A) may include the material (a ′), the layer (C) may not include the material (c ′), the layer (A) may not include the material (a ′), and the layer (C) May include material (c ′).
本発明に用いるエレクトレットが、層(A)と層(B)とがこの順に積層された積層体に電荷を注入してなるものである場合、層(A)として前述の含フッ素環状重合体(II)または含フッ素環状重合体(II)にシランカップリング剤もしくは多価極性化合物を混合した材料、層(B)として前述の非含フッ素重合体(I)、の組み合わせが好ましい。層(A)と層(B)に前述の重合体を用いた場合に、液滴7の接触による表面電位の減衰が長期にわたって抑制されるだけでなく、可視光における透明性に優れており、また、2層の屈折率差が小さいために複屈折等による干渉縞が生じにくい等の理由から、この組み合わせが好ましい。
また、本発明に用いるエレクトレットが、層(A)と層(B)と層(C)とがこの順に積層された積層体に電荷を注入してなるものである場合、層(A)として前述の含フッ素環状重合体(II)または含フッ素環状重合体(II)にシランカップリング剤もしくは多価極性化合物を混合した材料、層(B)として前述の非含フッ素重合体(I)、層(C)として前述の含フッ素環状重合体(II)または含フッ素環状重合体(II)にシランカップリング剤または多価極性化合物を混合した材料、の組み合わせが好ましい。層(A)と層(B)と層(C)とを前述の組み合わせで用いた場合、液滴7の接触による表面電位の減衰が長期にわたって抑制され、可視光における透明性に優れており、また、3層の屈折率差が小さいために複屈折等による干渉縞が生じにくいだけでなく、耐溶剤性が高く、液滴7の接触による減膜を抑えられるという利点を有する。
When the electret used in the present invention is formed by injecting a charge into a laminate in which the layer (A) and the layer (B) are laminated in this order, the above-mentioned fluorine-containing cyclic polymer ( A combination of the above-mentioned non-fluorinated polymer (I) as a material obtained by mixing a silane coupling agent or a polypolar compound with II) or the fluorinated cyclic polymer (II) and the layer (B) is preferable. When the above-mentioned polymer is used for the layer (A) and the layer (B), not only is the surface potential attenuated by contact with the
When the electret used in the present invention is formed by injecting a charge into a laminate in which the layer (A), the layer (B), and the layer (C) are laminated in this order, the layer (A) is described above. A fluorine-containing cyclic polymer (II) or a material obtained by mixing a fluorine-containing cyclic polymer (II) with a silane coupling agent or a polypolar compound, and the layer (B) as the non-fluorinated polymer (I), (C) is preferably a combination of the above-mentioned fluorine-containing cyclic polymer (II) or a material obtained by mixing a fluorine-containing cyclic polymer (II) with a silane coupling agent or a polypolar compound. When the layer (A), the layer (B), and the layer (C) are used in the above combination, attenuation of the surface potential due to contact with the
以下に、上記実施形態の具体例を実施例として説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
以下の各例において使用した材料の比誘電率は、ASTM D150に準拠し、周波数1MHzにおいて測定された値である。
体積固有抵抗値は、ASTM D257に準拠して測定された値である。
絶縁破壊電圧は、ASTM D149に準拠して測定された値である。
固有粘度[η](30℃)(単位:dl/g)は、30℃で、パーフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)を溶媒として、ウベローデ型粘度計により測定された値である。
パーフルオロブテニルビニルエーテルの重合体の重量平均分子量(Mw)は、日本化学会誌、2001,NO.12,P.661に記載の[η]とMwとの関係式([η]=1.7×10−4×Mw0.60)を用い、上記で測定した固有粘度[η]より算出した値である。
また、以下の各例では、エレクトレットを形成する基板として、低抵抗のシリコン基板(体積固有抵抗値0.003〜0.007Ωcm)を用いた。以下、該低抵抗のシリコン基板を「シリコン基板」と記す。
また、以下の各例で、膜厚の測定は浜松ホトニクス社製光干渉式膜厚測定装置C10178を用いて行った。
Specific examples of the above embodiment will be described below as examples. The present invention is not limited to the following examples.
The relative dielectric constant of the material used in each of the following examples is a value measured at a frequency of 1 MHz in accordance with ASTM D150.
The volume specific resistance value is a value measured according to ASTM D257.
The dielectric breakdown voltage is a value measured according to ASTM D149.
The intrinsic viscosity [η] (30 ° C.) (unit: dl / g) is a value measured by an Ubbelohde viscometer at 30 ° C. using perfluoro (2-butyltetrahydrofuran) as a solvent.
The weight average molecular weight (Mw) of the polymer of perfluorobutenyl vinyl ether is described in Journal of Chemical Society of Japan, 2001, NO. 12, p. This is a value calculated from the intrinsic viscosity [η] measured above using the relational expression ([η] = 1.7 × 10 −4 × Mw 0.60 ) between [η] and Mw described in 661.
In each of the following examples, a low-resistance silicon substrate (volume specific resistance value of 0.003 to 0.007 Ωcm) was used as a substrate for forming the electret. Hereinafter, the low-resistance silicon substrate is referred to as a “silicon substrate”.
In each of the following examples, the film thickness was measured using a light interference type film thickness measuring device C10178 manufactured by Hamamatsu Photonics.
[製造例1:重合体溶液P1の調製]
パーフルオロブテニルビニルエーテル(CF2=CFOCF2CF2CF=CF2)の45g、イオン交換水の240g、メタノールの16g、および重合開始剤として、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート粉末(((CH3)2CHOCOO)2)の0.2gを内容積1Lの耐圧ガラス製オートクレーブに入れた。系内を窒素で3回置換した後、40℃で23時間懸濁重合を行った。その結果、重合体A1の40gを得た。
該重合体A1の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、モノマーに存在した二重結合に起因する1660cm−1、1840cm−1付近の吸収は確認できなかった。
[Production Example 1: Preparation of polymer solution P1]
45g of perfluoro butenyl vinyl ether (CF 2 = CFOCF 2 CF 2 CF = CF 2), ion exchange water 240 g, methanol 16g, and as a polymerization initiator, diisopropyl peroxydicarbonate powder (((CH 3) 2 0.2 g of CHOCOO) 2 ) was placed in a pressure-resistant glass autoclave having an internal volume of 1 L. After the inside of the system was replaced with nitrogen three times, suspension polymerization was performed at 40 ° C. for 23 hours. As a result, 40 g of polymer A1 was obtained.
Measurement of the infrared absorption spectrum of the polymer A1, 1660 cm -1 attributable to the double bond that is present in the monomer, absorption near 1840cm -1 was not confirmed.
前記重合体A1を空気中にて250℃で8時間熱処理後、水中に浸漬することにより、末端基として−COOH基を有する重合体A2を得た。
該重合体A2の固有粘度[η](30℃)は0.24dl/g、該固有粘度[η]から求められたMwは177,000、体積固有抵抗値は>1017Ωcm、絶縁破壊電圧は19kV/mm、比誘電率は2.1であった。また、重合体A2の圧縮成形フィルムの赤外線吸収スペクトルを測定した結果、−COOH基に由来する1775cm−1、1810cm−1の特性吸収が認められた。また、重合体A2について示差走査熱分析(DSC)を行ったところ、ガラス転移温度(Tg)は108℃であった。また、重合体A2の圧縮成形フィルムにおいて、アッベ屈折率計によりD線(波長589nm)を用いて測定した屈折率(以下、「nD」ということがある。)は1.34であった。
パーフルオロトリブチルアミンに、上記重合体A2を15質量%の濃度で溶解させ、重合体溶液P1を得た。
The polymer A1 was heat treated in air at 250 ° C. for 8 hours and then immersed in water to obtain a polymer A2 having —COOH groups as terminal groups.
The intrinsic viscosity [η] (30 ° C.) of the polymer A2 is 0.24 dl / g, the Mw obtained from the intrinsic viscosity [η] is 177,000, the volume resistivity is> 10 17 Ωcm, the dielectric breakdown voltage Was 19 kV / mm and the relative dielectric constant was 2.1. Moreover, as a result of measuring the infrared absorption spectrum of the compression molding film of polymer A2, characteristic absorption of 1775 cm < -1 > and 1810 cm < -1 > originating in -COOH group was recognized. Further, when differential scanning calorimetry (DSC) was performed on the polymer A2, the glass transition temperature (Tg) was 108 ° C. Further, in the compression-molded film of the polymer A2, the refractive index (hereinafter sometimes referred to as “n D ”) measured with an Abbe refractometer using the D line (wavelength 589 nm) was 1.34.
The polymer A2 was dissolved in perfluorotributylamine at a concentration of 15% by mass to obtain a polymer solution P1.
[製造例2:重合体組成物溶液M1の調製]
上記重合体溶液P1の84.6gにパーフルオロトリブチルアミンの10.6gを加えた溶液と、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシランの0.4gを2−(パーフルオロヘキシル)エタノールの4.7gに溶解したシランカップリング剤溶液とを、均一に混合し、重合体組成物溶液M1を得た。
[Production Example 2: Preparation of polymer composition solution M1]
A solution obtained by adding 10.6 g of perfluorotributylamine to 84.6 g of the polymer solution P1 and 0.4 g of γ-aminopropylmethyldiethoxysilane are added to 4.7 g of 2- (perfluorohexyl) ethanol. The dissolved silane coupling agent solution was uniformly mixed to obtain a polymer composition solution M1.
[製造例3:エレクトレットAの製造]
(1)積層膜Aの製膜:
3cm角、厚さ350μmのシリコン基板に、前記重合体組成物溶液M1をスピンコート法によりコーティングした後、200℃でベークして乾燥させることにより、膜厚15μmのコーティング膜(以下、「コーティング膜A1」ともいう。)を形成した。次に、サムコインターナショナル研究所社製REACTIVE ION ETCHING SYSTEM RIE−10NRを用いて、コーティング膜A1の表面にN2プラズマ処理を行った。続いて該コーティング膜A1上に、シクロオレフィンポリマー(日本ゼオン社製 ZEONEX480、比誘電率2.3、ガラス転移温度138℃、屈折率nD=1.53)の15質量%m−キシレン溶液をスピンコート法によりコーティングした。その後、160℃で1時間ベークして乾燥させることにより、総膜厚20μmの積層膜A[基板側から、層(A):15μm/層(B):5μmの順で積層された2層積層体]を得た。
[Production Example 3: Production of electret A]
(1) Film formation of laminated film A:
A 3 cm square, 350 μm thick silicon substrate was coated with the polymer composition solution M1 by spin coating, then baked at 200 ° C. and dried to form a 15 μm thick coating film (hereinafter “coating film”). Also referred to as “A1”). Next, using a SAMCO International Institute Inc. REACTIVE ION ETCHING SYSTEM RIE-10NR, it was N 2 plasma treatment on the surface of the coating film A1. Subsequently, a 15% by mass m-xylene solution of a cycloolefin polymer (ZEONEX 480 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., relative dielectric constant 2.3, glass transition temperature 138 ° C., refractive index n D = 1.53) is formed on the coating film A1. Coating was performed by a spin coating method. Thereafter, by baking at 160 ° C. for 1 hour and drying, a laminated film A having a total film thickness of 20 μm [from the substrate side, layer (A): 15 μm / layer (B): two layers laminated in the order of 5 μm. Body].
(2)コロナ荷電による電荷の注入:
得られた積層膜Aに、コロナ放電にて電荷を注入することによりエレクトレットAとした。電荷の注入は、図3に概略構成図を示すコロナ荷電装置を用い、120℃にて、荷電電圧−8kV、荷電時間3分の条件で、以下の手順により行った。すなわち、基板(本例ではシリコン基板)(10)を電極として、直流高圧電源装置(12)(HAR−20R5;松定プレシジョン社製)により、コロナ針(14)と基板(10)との間に−8kVの高電圧をかけることにより、基板(10)上に形成された積層体(11)に電荷を注入した。このコロナ荷電装置においては、コロナ針(14)から放電した負イオンはグリッド(16)で均一化された後、積層体(11)上に降り注ぎ、電荷が注入される。なお、グリッド(16)には、グリッド用電源(18)から−1,200Vの電圧を印加した。
(2) Charge injection by corona charging:
The obtained laminated film A was electret A by injecting electric charge by corona discharge. Charge injection was performed by the following procedure using a corona charging apparatus whose schematic configuration is shown in FIG. 3 at 120 ° C. under the conditions of a charging voltage of −8 kV and a charging time of 3 minutes. That is, using a substrate (silicon substrate in this example) (10) as an electrode, a DC high voltage power supply device (12) (HAR-20R5; manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd.) is used between the corona needle (14) and the substrate (10). By applying a high voltage of −8 kV to the substrate, charges were injected into the laminate (11) formed on the substrate (10). In this corona charging device, the negative ions discharged from the corona needle (14) are made uniform by the grid (16), and then dropped onto the laminate (11) to inject charges. A voltage of −1,200 V was applied to the grid (16) from the grid power supply (18).
(3)表面電位の測定:
コロナ荷電により電荷を注入した直後のエレクトレットAについて、常温(25℃)に戻してその表面電位(初期表面電位)を測定した。また、各エレクトレットを、20℃、60%RHで一定時間保管した後、後述する試験例1(溶媒浸漬試験)を行う直前に常温に戻してその表面電位(浸漬試験前表面電位)を測定した。その結果を表1に示す。
表面電位(V)は、表面電位計(model279、モンローエレクトロニクス社製)を用い、各エレクトレットの9点の測定点(膜の中心から3mm毎に格子状に設定。図4参照。)の表面電位を測定し、それらの平均値として求めた。
(3) Measurement of surface potential:
About electret A immediately after inject | pouring an electric charge by corona charge, it returned to normal temperature (25 degreeC), and the surface potential (initial surface potential) was measured. Moreover, after each electret was stored at 20 ° C. and 60% RH for a certain period of time, the surface potential (surface potential before immersion test) was measured by returning to normal temperature immediately before performing Test Example 1 (solvent immersion test) described later. . The results are shown in Table 1.
The surface potential (V) is a surface potential meter (model 279, manufactured by Monroe Electronics Co., Ltd.), and the surface potential of nine measurement points of each electret (set in a grid pattern every 3 mm from the center of the membrane, see FIG. 4). Were measured and obtained as an average value thereof.
[製造例4:エレクトレットBの製造]
3cm角、厚さ350μmのシリコン基板に、重合体組成物溶液M1の代わりに前記重合体溶液P1を用いた以外は製造例3と同様にして、膜厚15μmのコーティング膜A2を形成した。次に、コーティング膜A2の表面に、製造例3と同じ手順でN2プラズマ処理を行った。続いて、コーティング膜A2上に、シクロオレフィンポリマー膜を膜厚5μmにて形成し、総膜厚20μmの積層膜B[基板側から、層(A2):15μm/層(B):5μmの順で積層された2層積層体]を得た。
この積層膜Bに、製造例3と同じ手順により電荷を注入してエレクトレットBとし、初期表面電位および浸漬試験前表面電位を測定した。その結果を表1に示す。
[Production Example 4: Production of electret B]
A coating film A2 having a thickness of 15 μm was formed on a 3 cm square, 350 μm thick silicon substrate in the same manner as in Production Example 3 except that the polymer solution P1 was used instead of the polymer composition solution M1. Next, N 2 plasma treatment was performed on the surface of the coating film A2 by the same procedure as in Production Example 3. Subsequently, a cycloolefin polymer film is formed on the coating film A2 with a film thickness of 5 μm, and a laminated film B having a total film thickness of 20 μm [from the substrate side, layer (A2): 15 μm / layer (B): 5 μm in this order. To obtain a two-layer laminate].
Electric charges were injected into this laminated film B by the same procedure as in Production Example 3 to obtain electret B, and the initial surface potential and the surface potential before the immersion test were measured. The results are shown in Table 1.
[製造例5:エレクトレットCの製造]
3cm角、厚さ350μmのシリコン基板に、製造例3と同様にして、膜厚15μmのコーティング膜A1を形成した。次に、コーティング膜A1の表面に、実施例1と同じ手順でN2プラズマ処理を行った。続いて、製造例3と同様の方法にて、コーティング膜A1上にシクロオレフィンポリマー膜を膜厚5μmにて形成し、総膜厚20μmの積層膜を得た。さらに、当該積層膜上に重合体組成物溶液M1をスピンコート法によりコーティングした。その後、200℃でベークして乾燥させることにより、総膜厚21μmの積層膜C[基板側から、層(A):15μm/層(B):5μm/層(C):1μmの順で積層された3層積層体]を得た。
この積層膜Cに、製造例3と同じ手順により電荷を注入してエレクトレットCとし、初期表面電位および浸漬試験前表面電位を測定した。その結果を表1に示す。
[Production Example 5: Production of electret C]
A coating film A1 having a film thickness of 15 μm was formed on a 3 cm square silicon substrate having a thickness of 350 μm in the same manner as in Production Example 3. Next, N 2 plasma treatment was performed on the surface of the coating film A1 by the same procedure as in Example 1. Subsequently, in the same manner as in Production Example 3, a cycloolefin polymer film was formed with a film thickness of 5 μm on the coating film A1 to obtain a laminated film having a total film thickness of 20 μm. Furthermore, the polymer composition solution M1 was coated on the laminated film by a spin coating method. Then, by baking at 200 ° C. and drying, a laminated film C having a total film thickness of 21 μm [from the substrate side, layer (A): 15 μm / layer (B): 5 μm / layer (C): laminated in the order of 1 μm. A three-layer laminate] was obtained.
Electric charges were injected into this laminated film C by the same procedure as in Production Example 3 to obtain electret C, and the initial surface potential and the surface potential before the immersion test were measured. The results are shown in Table 1.
[製造例6:エレクトレットDの製造]
3cm角、厚さ350μmのシリコン基板に、製造例3と同様にして、膜厚15μmのコーティング膜A1を形成した。
このコーティング膜A1に、製造例3と同じ手順により電荷を注入してエレクトレットDとし、初期表面電位および浸漬試験前表面電位を測定した。その結果を表1に示す。
[Production Example 6: Production of electret D]
A coating film A1 having a film thickness of 15 μm was formed on a 3 cm square silicon substrate having a thickness of 350 μm in the same manner as in Production Example 3.
Electric charges were injected into this coating film A1 by the same procedure as in Production Example 3 to obtain electret D, and the initial surface potential and the surface potential before the immersion test were measured. The results are shown in Table 1.
[製造例7:エレクトレットEの製造]
3cm角、厚さ350μmのシリコン基板に、製造例3と同様にして、膜厚15μmのコーティング膜A1を形成した。次に、コーティング膜A1上に、ポリパラキシリレン樹脂(商品名:パリレン−C、日本パリレン社製、比誘電率2.95、ガラス転移温度87〜97℃、屈折率nD=1.64)をCVD法により化学蒸着して製膜し、総膜厚20μmの積層膜E[基板側から、層(A):15μm/層(B):5μmの順で積層された2層積層体]を得た。
この積層膜Eに、製造例3と同じ手順により電荷を注入してエレクトレットEとし、初期表面電位および浸漬試験前表面電位を測定した。その結果を表1に示す。
[Production Example 7: Production of electret E]
A coating film A1 having a film thickness of 15 μm was formed on a 3 cm square silicon substrate having a thickness of 350 μm in the same manner as in Production Example 3. Next, a polyparaxylylene resin (trade name: Parylene-C, manufactured by Japan Parylene Co., Ltd., relative dielectric constant 2.95, glass transition temperature 87-97 ° C., refractive index n D = 1.64 is formed on the coating film A1. ) By chemical vapor deposition using a CVD method, and a laminated film E having a total film thickness of 20 μm [a two-layer laminate in which layers (A): 15 μm / layer (B): 5 μm are laminated in this order from the substrate side] Got.
Electric charges were injected into this laminated film E by the same procedure as in Production Example 3 to obtain electret E, and the initial surface potential and the surface potential before the immersion test were measured. The results are shown in Table 1.
[製造例8]
製造例7と同様にして得た積層膜E上に重合体組成物溶液M1をスピンコート法によりコーティングし、200℃でベークして乾燥させたところ、層(B)(ポリパラキシリレン樹脂)に割れが生じてしまい、3層積層体をうまく形成できなかった。
[Production Example 8]
The laminated film E obtained in the same manner as in Production Example 7 was coated with the polymer composition solution M1 by a spin coating method, baked at 200 ° C. and dried to obtain a layer (B) (polyparaxylylene resin). As a result, a three-layer laminate could not be formed successfully.
[製造例9:エレクトレットFの製造]
3cm角、厚さ350μmのシリコン基板に、製造例3と同様にして、膜厚15μmのコーティング膜A1を形成した。次に、コーティング膜A1の表面に、製造例3と同じ手順でN2プラズマ処理を行った。続いて、コーティング膜A1上に、ポリアミック酸(商品名:セミコファインSP483、東レ社製、ポリイミド化後の比誘電率3.75、ガラス転移温度350℃以上)の12質量%N−メチルピロリドン(NMP)溶液をスピンコート法によりコーティングした。その後、200℃で5時間熱処理し、ポリイミド化させることにより、膜厚5μmのポリイミド膜を形成し、総膜厚20μmの積層膜を得た。さらに、当該積層膜上に重合体組成物溶液M1をスピンコート法によりコーティングした。その後、200℃でベークして乾燥させることにより、総膜厚21μmの積層膜F[基板側から、層(A):15μm/層(B):5μm/層(C):1μmの順で積層された3層積層体]を得た。
この積層膜Fに、製造例3と同じ手順により電荷を注入してエレクトレットFとし、初期表面電位および浸漬試験前表面電位を測定した。その結果を表1に示す。
[Production Example 9: Production of electret F]
A coating film A1 having a film thickness of 15 μm was formed on a 3 cm square silicon substrate having a thickness of 350 μm in the same manner as in Production Example 3. Next, N 2 plasma treatment was performed on the surface of the coating film A1 by the same procedure as in Production Example 3. Subsequently, 12% by mass N-methylpyrrolidone of polyamic acid (trade name: Semicofine SP483, manufactured by Toray Industries, Inc., relative dielectric constant after polyimideization, 3.75, glass transition temperature 350 ° C. or higher) on the coating film A1 ( NMP) solution was coated by spin coating. Then, it heat-processed at 200 degreeC for 5 hours, and it was made into polyimide, the polyimide film with a film thickness of 5 micrometers was formed, and the laminated film with a total film thickness of 20 micrometers was obtained. Furthermore, the polymer composition solution M1 was coated on the laminated film by a spin coating method. Thereafter, by baking at 200 ° C. and drying, a laminated film F having a total film thickness of 21 μm [from the substrate side, layer (A): 15 μm / layer (B): 5 μm / layer (C): laminated in the order of 1 μm. A three-layer laminate] was obtained.
Electric charges were injected into this laminated film F by the same procedure as in Production Example 3 to obtain electret F, and the initial surface potential and the surface potential before the immersion test were measured. The results are shown in Table 1.
[試験例1:溶媒浸漬試験]
表1に示す浸漬液体をシャーレに満たし、該浸漬液体中に、上記で得たエレクトレットA〜Fを浸漬した。そのまま25時間放置し、浸漬液体中から引き上げた後、前記と同じ手順で表面電位を測定した。その測定値(浸漬25時間後の表面電位)と、浸漬試験前表面電位から、表面電位の残存率(浸漬25時間後の表面電位/浸漬試験前表面電位×100(%))を求めた。その結果を表1に示した。
該残存率が70%以上であったエレクトレットについて、再び前記浸漬液体中に浸漬し、そのまま105時間(合計130時間)放置した。その後、浸漬液体中から引き上げて、前記と同様の手順で表面電位(浸漬130時間後の表面電位)を測定し、表面電位の残存率を求めた。また、該エレクトレットの膜表面状態(膜剥がれの有無、減膜の有無)を観察した。それらの結果を表1に示す。
各例で用いたエレクトレットのうち、エレクトレットA〜Cが本発明に用いられるエレクトレットに該当する。
[Test Example 1: Solvent immersion test]
The dipping liquid shown in Table 1 was filled in a petri dish, and the electrets A to F obtained above were dipped in the dipping liquid. The sample was left as it was for 25 hours and pulled up from the immersion liquid, and then the surface potential was measured by the same procedure as described above. From the measured value (surface potential after 25 hours of immersion) and the surface potential before immersion test, the residual ratio of the surface potential (surface potential after 25 hours of immersion / surface potential before immersion test × 100 (%)) was determined. The results are shown in Table 1.
The electret having the residual ratio of 70% or more was immersed again in the immersion liquid and left as it was for 105 hours (total 130 hours). Thereafter, the liquid was pulled up from the immersion liquid, and the surface potential (surface potential after 130 hours of immersion) was measured in the same procedure as described above to determine the residual ratio of the surface potential. In addition, the film surface state of the electret (presence or absence of film peeling, presence or absence of film reduction) was observed. The results are shown in Table 1.
Among the electrets used in each example, electrets A to C correspond to the electrets used in the present invention.
例1−1〜1−6の結果から、浸漬液体としてヘキサデカンを用いた場合、層(A)のみのエレクトレットD(例1−4)は、浸漬25時間後の表面電位が著しく低下した。2層積層体のエレクトレットA(例1−1)、B(例1−2)は、層(B)として主鎖に脂肪族環を有する非含フッ素重合体(b)を含む層を用いたことにより、浸漬25時間後および130時間後の表面電位の残存率が向上した。エレクトレットE(例1−5)も2層積層体であるが、層(B)として主鎖に脂肪族環を有する非含フッ素重合体(b)を含む層を用いなかったため、エレクトレットA(例1−1)およびB(例1−2)と比較して、浸漬130時間後の表面電位の残存率が低かった。
3層積層体のエレクトレットC(例1−3)は、層(B)として主鎖に脂肪族環を有する非含フッ素重合体(b)を含む層、層(C)として主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(c)を含む層を用いたことにより、エレクトレットD(例1−4)と比較して、浸漬25時間後および130時間後の表面電位の残存率が向上した。特に3層積層体にしたことで、2層までは同じ構成であるエレクトレットAよりもより浸漬25時間後および130時間後の表面電位の残存率が向上した。以上、特にエレクトレットC(例1−3)は、浸漬液体中への浸漬による膜の剥がれも膜厚の減少も見られず、ヘキサデカンに対する耐性が優れていることが確認できた。3層積層体のエレクトレットFは、層(B)として主鎖に脂肪族環を有する非含フッ素重合体(b)を含む層を用いなかったため、エレクトレットC(例1−3)と比較して、浸漬25時間後の表面電位の残存率が低かった。
また、例1−1、1−7〜1−10の結果から、液滴が炭素数10〜17のアルカンである例1−1、例1−7は、浸漬25時間後および130時間後の表面電位の残存率が向上した。一方、液滴が炭素数10〜17のアルカンでない例1−8〜10は、浸漬25時間後および130時間後の表面電位の残存率が低下した。特定の積層膜を用いたエレクトレットは、液滴が炭素数10〜17のアルカンである場合に有効であることが確認できた。
From the results of Examples 1-1 to 1-6, when hexadecane was used as the immersion liquid, the surface potential of the electret D (Example 1-4) having only the layer (A) was significantly lowered after 25 hours of immersion. For the electrets A (Example 1-1) and B (Example 1-2) of the two-layer laminate, a layer containing a non-fluorinated polymer (b) having an aliphatic ring in the main chain was used as the layer (B). As a result, the residual rate of the surface potential after 25 hours and 130 hours after immersion was improved. Electret E (Example 1-5) is also a two-layer laminate, but the layer containing the non-fluorinated polymer (b) having an aliphatic ring in the main chain was not used as the layer (B). Compared with 1-1) and B (Example 1-2), the residual rate of the surface potential after 130 hours of immersion was low.
A three-layer electret C (Example 1-3) is a layer containing a non-fluorinated polymer (b) having an aliphatic ring in the main chain as the layer (B), and an aliphatic in the main chain as the layer (C). By using the layer containing the fluorine-containing polymer (c) having a ring, the residual rate of the surface potential after immersion for 25 hours and after 130 hours was improved as compared with electret D (Example 1-4). In particular, by using a three-layer laminate, the surface potential remaining rate after immersion for 25 hours and after 130 hours improved more than electret A having the same configuration up to two layers. As described above, it was confirmed that the electret C (Example 1-3) was particularly excellent in resistance to hexadecane because neither peeling of the film nor reduction of the film thickness due to immersion in the immersion liquid was observed. The electret F of the three-layer laminate did not use a layer containing a non-fluorinated polymer (b) having an aliphatic ring in the main chain as the layer (B), so compared with the electret C (Example 1-3) The residual rate of the surface potential after 25 hours of immersion was low.
Further, from the results of Examples 1-1 and 1-7 to 1-10, Example 1-1 and Example 1-7 in which the droplets are alkanes having 10 to 17 carbon atoms were obtained after immersion for 25 hours and after 130 hours. The residual rate of surface potential was improved. On the other hand, in Examples 1-8 to 10, in which the droplets were not alkanes having 10 to 17 carbon atoms, the residual ratio of the surface potential after 25 hours and 130 hours after immersion decreased. It has been confirmed that the electret using a specific laminated film is effective when the droplet is an alkane having 10 to 17 carbon atoms.
[試験例2:透過率測定]
3cm角、厚さ500μmの石英ガラス基板に、製造例3〜5、7と同様にして、積層膜A、B、C、Eと同じ構成の積層膜を作製した(以下、それぞれ積層膜A’、B’、C’、E’という)。
3cm角、厚さ500μmの石英ガラス基板に、重合体組成物溶液M1の代わりに前記重合体溶液P1を用いた以外は製造例3と同様にして、膜厚15μmのコーティング膜A2を形成した。次に、コーティング膜A2上に、ポリパラキシリレン樹脂(日本パリレン社製パリレン−C、比誘電率2.95、ガラス転移温度87〜97℃)をCVD法により化学蒸着して製膜し、総膜厚20μmの積層膜G’[基板側から、層(A):15μm/層(B):5μmの順で積層された2層積層体]を得た。
積層膜A’、B’、C’、E’、G’について、SHIMADZU社製UV−3100を用いて可視光(波長550nm、650nm)の透過率(%)を測定した。その結果を表2に示す。
各例で用いた積層膜のうち、積層膜A’、B’、C’が本発明に用いられる積層膜に該当する。
[Test Example 2: Transmittance measurement]
A laminated film having the same structure as the laminated films A, B, C, and E was produced on a 3 cm square and 500 μm thick quartz glass substrate in the same manner as in Production Examples 3 to 5 and 7 (hereinafter, laminated films A ′, respectively). , B ′, C ′, E ′).
A coating film A2 having a film thickness of 15 μm was formed in the same manner as in Production Example 3 except that the polymer solution P1 was used instead of the polymer composition solution M1 on a 3 cm square quartz glass substrate having a thickness of 500 μm. Next, on the coating film A2, a polyparaxylylene resin (Parylene-C, manufactured by Japan Parylene Co., Ltd., relative dielectric constant 2.95, glass transition temperature 87 to 97 ° C.) is formed by chemical vapor deposition by a CVD method, A laminated film G ′ having a total film thickness of 20 μm [a two-layer laminated body in which layers (A): 15 μm / layer (B): 5 μm were laminated in this order from the substrate side] was obtained.
Regarding the laminated films A ′, B ′, C ′, E ′, and G ′, the transmittance (%) of visible light (wavelengths 550 nm and 650 nm) was measured using UV-3100 manufactured by SHIMADZU. The results are shown in Table 2.
Of the laminated films used in each example, laminated films A ′, B ′, and C ′ correspond to the laminated films used in the present invention.
表2に示す結果から、測定した可視光の透過率の値から判断して、一番基板側の層(A)がそれぞれ同じである積層膜A’、C’は積層膜E’に比べて、積層膜B’は積層膜G’に比べて、高い透明性を有していることがわかった。また、積層膜E’およびG’においては、積層膜A’、B’、C’には見られない干渉縞の発生が見られた。これは、積層膜E’およびG’において、層(A)と層(B)の屈折率差が積層膜A’、B’、C’と比較して大きいことにより発生しており、画像表示装置用に使用する場合には積層膜A’、B’、C’の構成の方が、積層膜E’およびG’の構成よりも優れていることを示している。 From the results shown in Table 2, the laminated films A ′ and C ′ having the same substrate-side layer (A) as compared with the laminated film E ′ are judged from the measured values of visible light transmittance. It was found that the laminated film B ′ has higher transparency than the laminated film G ′. Further, in the laminated films E ′ and G ′, generation of interference fringes not seen in the laminated films A ′, B ′, and C ′ was observed. This is caused by the difference in refractive index between the layer (A) and the layer (B) in the laminated films E ′ and G ′ as compared with the laminated films A ′, B ′, and C ′. When used for an apparatus, the configuration of the laminated films A ′, B ′, and C ′ is superior to the configurations of the laminated films E ′ and G ′.
[実施例1:液滴移動制御素子の製造]
図2の静電エネルギー制御手段を用いて、図1の液滴移動制御素子を作成する。液滴7は対向電極6bとエレクトレット4との間に配置し、液滴7としてヘキサデカンを使用する。エレクトレット4としては、上述の例1−3の3層積層体を用いる。エレクトレット4の表面電位は約−1,100Vである。また、キャパシタ8a、8bの容量は、寄生容量も含めてどちらも3pFである。
SPDT9によりキャパシタ8bを対向電極6bに接続し、対向電極6aを接地させると、液滴7が矢印方向(対向電極6bから対向電極6aの方向)に移動を始め、対向電極6aまで到達する。
次に、SPDT9を切り替え、キャパシタ8aを対向電極6aに接続し、対向電極6bを接地させると、液滴7が矢印方向(対向電極6aから対向電極6bの方向)に移動を始め、対向電極6bまで到達する。
[Example 1: Production of droplet movement control element]
The droplet movement control element of FIG. 1 is created using the electrostatic energy control means of FIG. The
When the
Next, when the
1…液滴移動制御装置、2…透明基板、3…透明電極層(共通電極)、4…エレクトレット、5…対向基板、6a…対向電極、6b…対向電極、7…液滴、8a…キャパシタ、8b…キャパシタ、9…SPDTスイッチ、10…基板、11…積層体、12…直流高圧電源装置、14…コロナ針、16…グリッド、17…電流計、18…グリッド用電源、19…ホットプレート。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Droplet movement control apparatus, 2 ... Transparent substrate, 3 ... Transparent electrode layer (common electrode), 4 ... Electret, 5 ... Counter substrate, 6a ... Counter electrode, 6b ... Counter electrode, 7 ... Droplet, 8a ... Capacitor , 8b ... Capacitor, 9 ... SPDT switch, 10 ... Substrate, 11 ... Laminated body, 12 ... DC high voltage power supply device, 14 ... Corona needle, 16 ... Grid, 17 ... Ammeter, 18 ... Power supply for grid, 19 ... Hot plate .
Claims (12)
前記液滴が、温度25℃、圧力105Paの条件下にて液体である炭素数10〜17の飽和炭化水素を含有し、
前記エレクトレットが、前記共通電極側から、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)に由来する材料(a’)を含む層(A)と、主鎖に脂肪族環を有する非含フッ素重合体(b)または該非含フッ素重合体(b)に由来する材料(b’)を含む層(B)とがこの順に積層された積層体に電荷を注入してなるものであり、
[前記非含フッ素重合体(b)の比誘電率−前記含フッ素重合体(a)の比誘電率]の値が、0.1以上0.3未満であることを特徴とする、液滴移動制御装置。 A common electrode, an electret provided on the common electrode, a plurality of counter electrodes disposed to face the electret, and electrostatic energy control means for controlling electrostatic energy between the electret and the counter electrode; A device for controlling the movement of the droplet on the electret, comprising a droplet in contact with the electret,
The droplets contain a saturated hydrocarbon having 10 to 17 carbon atoms that is liquid under conditions of a temperature of 25 ° C. and a pressure of 10 5 Pa;
The electret, from the common electrode side, a layer (A) containing a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a material (a ′) derived from the fluoropolymer (a); The non-fluorinated polymer (b) having an aliphatic ring in the main chain or the layer (B) containing the material (b ′) derived from the non-fluorinated polymer (b) is charged in the laminate in this order. der made by injecting a is,
Value of - [the non-fluoropolymer dielectric constant of (b) the relative dielectric constant of the fluorine-containing polymer (a)], characterized in der Rukoto 0.1 or more and less than 0.3, the liquid Drop movement control device.
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