JP6229989B2 - Surface modification method and surface modification material - Google Patents

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Description

本発明は、表面改質方法及び表面改質材料に関する。 The present invention relates to a surface modification method and a surface modification materials.

ポリマーブラシは、幅広い産業分野に関連する、様々な優れた表面特性を提供することができる材料として知られている。最近では、水中で撥油性を示す表面としての応用も提案されている。   Polymer brushes are known as materials that can provide a variety of superior surface properties associated with a wide range of industrial fields. Recently, application as a surface exhibiting oil repellency in water has also been proposed.

非特許文献1には、表面に11−(2−ブロモイソブチリルオキシ)ウンデシルチオ基が導入されている金に、不活性ガス中で、ATRP法を用いて、ポリメタクリル酸2−ヒドロキシエチルのポリマーブラシを導入する方法が開示されている。   In Non-Patent Document 1, poly (2-hydroxyethyl methacrylate) having a surface of 11- (2-bromoisobutyryloxy) undecylthio group is introduced into an inert gas using an ATRP method in an inert gas. A method of introducing a polymer brush is disclosed.

一方、還元剤を用いて、ATRP触媒用金属塩を還元することによりATRP触媒を生成させるATRP法として、AGET(Activator Generated by Electron Transfer) ATRP法及びARGET(Activator ReGenerated by Electron Transfer) ATRP法が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。   On the other hand, as an ATRP method for generating an ATRP catalyst by reducing a metal salt for an ATRP catalyst using a reducing agent, an AGEN (Activator Generated by Electron Transfer) ATRP method and an ARGET (Activator Regenerated by Electron Transfer) method are known. (For example, see Patent Documents 1 and 2).

Macromolecules 2002, 35, 1175-1179, “Functionalization of Surfaces by Water-Accelerated Atom-Transfer Radical Polymerization of Hydroxyethyl Methacrylate and Subsequent Derivatization”Macromolecules 2002, 35, 1175-1179, “Functionalization of Surfaces by Water-Accelerated Atom-Transfer Radical Polymerization of Hydroxyethyl Methacrylate and Subsequent Derivatization”

WO2007/025310号WO2007 / 025310 WO2008/021500号WO2008 / 021500

しかしながら、所定のpHの水に浸漬した後の撥油性に優れるポリマーブラシを簡便に導入することができないという問題がある。   However, there is a problem that a polymer brush excellent in oil repellency after being immersed in water having a predetermined pH cannot be easily introduced.

なお、特許文献1、2に開示されている方法では、重合系中から酸素を除去する必要がある。また、重合液中のモノマーの濃度を10体積%以上にする必要がある。さらに、重合液に環境負荷が大きいDMF等の有機溶媒を添加する必要がある。   In the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to remove oxygen from the polymerization system. Further, the concentration of the monomer in the polymerization solution needs to be 10% by volume or more. Furthermore, it is necessary to add an organic solvent such as DMF, which has a large environmental load, to the polymerization solution.

本発明の一態様は、上記従来技術が有する問題に鑑み、固体の表面に、所定のpHの水に浸漬した後の撥油性に優れるポリマーブラシを簡便に導入することが可能な表面改質方法を提供することができる。 One aspect of the present invention is a surface modification method in which a polymer brush having excellent oil repellency after being immersed in water having a predetermined pH can be easily introduced on a solid surface in view of the problems of the above-described conventional technology. Law can be provided.

本発明の一態様は、固体の表面に、アミノ基を導入する工程と、該表面にアミノ基が導入された固体と2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸誘導体を反応させて、前記固体の表面に2−ブロモイソブチリル基を導入する工程と、該表面に2−ブロモイソブチリル基が導入された固体を、空気中で、水溶性モノマー、水、ATRP触媒用金属塩、ATRP触媒用配位子及び還元剤を含む重合液中に浸漬し、AGET ATRP法又はARGET ATRP法を用いて、前記水溶性モノマーを重合することにより前記固体の表面にポリマーブラシを導入する工程を有し、前記水溶性モノマーは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸2−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸1,2−ジヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]ジメチル(3−スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド、(メタ)アクリルアミド、N−2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−1,2−ジヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド又はN−2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミドである。 One aspect of the present invention, the surface of the solid, the step of introducing an amino group, by reacting solid and 2-bromo-2-methylpropionic acid derivatives which have an amino group is introduced to the surface, the surface of said solid And introducing a 2-bromoisobutyryl group into the surface, and a solid having the 2-bromoisobutyryl group introduced on the surface thereof in the air, water-soluble monomer, water, metal salt for ATRP catalyst, for ATRP catalyst Dipping in a polymerization solution containing a ligand and a reducing agent, and using an AGET ATRP method or an ARGET ATRP method to polymerize the water-soluble monomer to introduce a polymer brush onto the solid surface, The water-soluble monomer includes (meth) acrylic acid, 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, 2-diethylaminoethyl (meth) acrylate, 1,2-diethylene (meth) acrylate. Roxyethyl, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2- (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine, [2- (meth) acryloyloxyethyl] dimethyl (3-sulfopropyl) ammonium hydroxide, (meth) acrylamide, N- 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylamide, N-2-diethylaminoethyl (meth) acrylamide, N-1,2-dihydroxyethyl (meth) acrylamide or N-2-hydroxyethyl (meth) acrylamide.

本発明の一態様は、固体の表面に、アミノ基を導入する工程と、該表面にアミノ基が導入された固体と2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸誘導体を反応させて、前記固体の表面に2−ブロモイソブチリル基を導入する工程と、該表面に2−ブロモイソブチリル基が導入された固体に、空気中で、水溶性モノマー、水、ATRP触媒用金属塩、ATRP触媒用配位子及び還元剤を含む重合液を塗布し、AGET ATRP法又はARGET ATRP法を用いて、前記水溶性モノマーを重合することにより前記固体の表面にポリマーブラシを導入する工程を有し、前記水溶性モノマーは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸2−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸1,2−ジヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]ジメチル(3−スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド、(メタ)アクリルアミド、N−2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−1,2−ジヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド又はN−2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミドである。 One aspect of the present invention, the surface of the solid, the step of introducing an amino group, by reacting solid and 2-bromo-2-methylpropionic acid derivatives which have an amino group is introduced to the surface, the surface of said solid Introducing a 2-bromoisobutyryl group into the surface, and a solid in which the 2-bromoisobutyryl group is introduced on the surface, in the air, water-soluble monomer, water, metal salt for ATRP catalyst, for ATRP catalyst Applying a polymer solution containing a ligand and a reducing agent, and introducing a polymer brush onto the solid surface by polymerizing the water-soluble monomer using the AGET ATRP method or the ARGET ATRP method, Water-soluble monomers are (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid 2-dimethylaminoethyl, (meth) acrylic acid 2-diethylaminoethyl, (meth) acrylic acid 1,2-dihydride. Xylethyl, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2- (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine, [2- (meth) acryloyloxyethyl] dimethyl (3-sulfopropyl) ammonium hydroxide, (meth) acrylamide, N- 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylamide, N-2-diethylaminoethyl (meth) acrylamide, N-1,2-dihydroxyethyl (meth) acrylamide or N-2-hydroxyethyl (meth) acrylamide.

本発明の一態様によれば、固体の表面に、所定のpHの水に浸漬した後の撥油性に優れるポリマーブラシを簡便に導入することが可能な表面改質方法を提供することができる。


According to one aspect of the present invention, it is possible to provide the surface of the solid, the surface modifying how that can be easily introduced into the polymer brushes with excellent oil repellency after immersion in water of a given pH .


実施例1−1の重合時間に対するポリマーブラシの厚さの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the thickness of the polymer brush with respect to the superposition | polymerization time of Example 1-1. 実施例1−1のポリマーブラシの断面のSEM写真である。It is a SEM photograph of the section of the polymer brush of Example 1-1. 実施例1−1、1−2の重合時間に対するポリマーブラシの厚さの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the thickness of the polymer brush with respect to the polymerization time of Example 1-1, 1-2. 比較例1の重合時間に対するポリマーブラシの厚さの関係を示す図である。6 is a graph showing the relationship of the thickness of a polymer brush with respect to the polymerization time of Comparative Example 1. FIG. 実施例3−1〜3−7の重合液中のアスコルビン酸の濃度に対するポリマーブラシの厚さの関係を示す。The relationship of the thickness of the polymer brush with respect to the density | concentration of ascorbic acid in the polymerization liquid of Examples 3-1 to 3-7 is shown.

次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。   Next, the form for implementing this invention is demonstrated with drawing.

表面改質方法は、固体の表面に、アミノ基又はヒドロキシル基を導入する工程と、表面にアミノ基又はヒドロキシル基が導入された固体と2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸誘導体を反応させて、固体の表面に2−ブロモイソブチリル基を導入する工程と、表面に2−ブロモイソブチリル基が導入された固体を、空気中で、水溶性モノマー、水、ATRP触媒用金属塩、ATRP触媒用配位子及び還元剤を含む重合液中に浸漬し、AGET ATRP法又はARGET ATRP法を用いて、水溶性モノマーを重合することにより固体の表面にポリマーブラシを導入する工程を有する。このため、固体の表面にポリマーブラシを簡便に導入することができる。   The surface modification method comprises a step of introducing an amino group or a hydroxyl group on the surface of a solid, a reaction of a solid having an amino group or a hydroxyl group introduced on the surface with a 2-bromo-2-methylpropionic acid derivative, A step of introducing a 2-bromoisobutyryl group on the surface of the solid, and a solid having the 2-bromoisobutyryl group introduced on the surface thereof, in the air, water-soluble monomer, water, metal salt for ATRP catalyst, ATRP It has the process of introduce | transducing a polymer brush on the surface of a solid by immersing in the polymerization liquid containing the ligand for a catalyst, and a reducing agent, and polymerizing a water-soluble monomer using AGET ATRP method or ARGET ATRP method. For this reason, a polymer brush can be simply introduced on the solid surface.

水溶性モノマーは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸2−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸1,2−ジヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]ジメチル(3−スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド、(メタ)アクリルアミド、N−2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−1,2−ジヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド又はN−2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミドである。このため、所定のpHの水に浸漬した後の撥油性に優れるポリマーブラシを形成することができる。   Water-soluble monomers are (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid 2-dimethylaminoethyl, (meth) acrylic acid 2-diethylaminoethyl, (meth) acrylic acid 1,2-dihydroxyethyl, (meth) acrylic acid 2 -Hydroxyethyl, 2- (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine, [2- (meth) acryloyloxyethyl] dimethyl (3-sulfopropyl) ammonium hydroxide, (meth) acrylamide, N-2-dimethylaminoethyl (meth) Acrylamide, N-2-diethylaminoethyl (meth) acrylamide, N-1,2-dihydroxyethyl (meth) acrylamide or N-2-hydroxyethyl (meth) acrylamide. For this reason, the polymer brush excellent in oil repellency after being immersed in the water of predetermined | prescribed pH can be formed.

重合液中の水溶性モノマーの濃度は、1〜50体積%であることが好ましく、5〜45体積%であることがさらに好ましい。重合液中の水溶性モノマーの濃度が1体積%以上であることにより、コストを低減することができ、50体積%以下であることにより、環境負荷を低減することができる。   The concentration of the water-soluble monomer in the polymerization solution is preferably 1 to 50% by volume, and more preferably 5 to 45% by volume. When the concentration of the water-soluble monomer in the polymerization solution is 1% by volume or more, the cost can be reduced, and when it is 50% by volume or less, the environmental load can be reduced.

固体としては、特に限定されないが、金属、金属酸化物、合金、半導体、セラミックス、ガラス等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as solid, A metal, a metal oxide, an alloy, a semiconductor, ceramics, glass, etc. are mentioned.

固体の表面の形状としては、特に限定されないが、平面、曲面、凹凸面、ポーラス面等が挙げられる。   The shape of the solid surface is not particularly limited, and examples thereof include a flat surface, a curved surface, an uneven surface, and a porous surface.

このとき、重合液が水を含むため、室温下、短時間で水溶性モノマーを重合させることができ、固体の表面に、厚いポリマーブラシを導入することができる。   At this time, since the polymerization solution contains water, the water-soluble monomer can be polymerized in a short time at room temperature, and a thick polymer brush can be introduced on the solid surface.

重合液は、水と混和することが可能な有機溶媒をさらに含んでいてもよい。   The polymerization liquid may further contain an organic solvent that is miscible with water.

水と混和することが可能な有機溶媒としては、特に限定されないが、エタノール等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as an organic solvent which can be mixed with water, Ethanol etc. are mentioned.

ATRP触媒用金属塩としては、酸化された後又はそれ自体が重合液に含まれる還元剤により還元されることが可能であれば、特に限定されないが、塩化銅(I)、塩化銅(II)、臭化銅(I)、臭化銅(II)、塩化チタン(II)、塩化チタン(III)、塩化チタン(IV)、臭化チタン(IV)、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、臭化鉄(II)、臭化鉄(III)、塩化コバルト(II)、臭化コバルト(II)、塩化ニッケル(II)、臭化ニッケル(II)、塩化モリブデン(III)、塩化モリブデン(V)、塩化ルテニウム(III)等が挙げられる。   The metal salt for ATRP catalyst is not particularly limited as long as it can be reduced by a reducing agent contained in the polymerization solution after being oxidized or not, but copper (I) chloride, copper (II) chloride , Copper (I) bromide, copper (II) bromide, titanium (II) chloride, titanium (III) chloride, titanium (IV) chloride, titanium (IV) bromide, iron (II) chloride, iron chloride (III) ), Iron (II) bromide, iron (III) bromide, cobalt (II) chloride, cobalt (II) bromide, nickel (II) chloride, nickel (II) bromide, molybdenum (III) chloride, molybdenum chloride (V), ruthenium (III) chloride, etc. are mentioned.

水溶性モノマーに対する触媒用金属塩のモル比は、0.004〜0.03であることが好ましい。   The molar ratio of the catalyst metal salt to the water-soluble monomer is preferably 0.004 to 0.03.

ATRP触媒用配位子としては、特に限定されないが、2,2’−ビピリジル、4,4’−ジメチル−2,2’−ビピリジル、4,4’−ジ−t−ブチル−2,2’−ビピリジル、4,4’−ジノニル−2,2’−ビピリジル、N−ブチル−2−ピリジルメタンイミン、N−オクチル−2−ピリジルメタンイミン、N−ドデシル−N−(2−ピリジルメチレン)アミン、N−オクタデシル−N−(2−ピリジルメチレン)アミン、N,N,N’,N’’,N’’’−ペンタメチルジエチレントリアミン、トリス(2−ピリジルメチル)アミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、トリス(2−ジメチルアミノエチル)アミン、1,4,8,11−テトラアザシクロテトラデカン、1,4,8,11−テトラメチル−1,4,8,11−テトラアザシクロテトラデカン、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ピリジルメチル)エチレンジアミン等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a ligand for ATRP catalysts, 2,2'-bipyridyl, 4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridyl, 4,4'-di-t-butyl-2,2 ' -Bipyridyl, 4,4'-dinonyl-2,2'-bipyridyl, N-butyl-2-pyridylmethanimine, N-octyl-2-pyridylmethanimine, N-dodecyl-N- (2-pyridylmethylene) amine N-octadecyl-N- (2-pyridylmethylene) amine, N, N, N ′, N ″, N ′ ″-pentamethyldiethylenetriamine, tris (2-pyridylmethyl) amine, 1,1,4, 7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine, tris (2-dimethylaminoethyl) amine, 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane, 1,4,8,11-tetra Chill -1,4,8,11- tetraazacyclotetradecane, N, N, N ', N'- tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine, and the like.

ATRP触媒用金属塩に対するATRP触媒用配位子のモル比は、0.50〜1.5である。   The molar ratio of the ATRP catalyst ligand to the ATRP catalyst metal salt is 0.50 to 1.5.

還元剤としては、特に限定されないが、アスコルビン酸、グルコース、ジ−n−ブチルスズビス(2−エチルヘキサノエート)等が挙げられる。中でも、環境負荷が小さく、強力な還元作用を示すことから、アスコルビン酸が好ましい。   Although it does not specifically limit as a reducing agent, Ascorbic acid, glucose, di-n-butyltin bis (2-ethylhexanoate) etc. are mentioned. Among them, ascorbic acid is preferable because it has a small environmental load and exhibits a strong reducing action.

ATRP触媒用金属塩に対する還元剤のモル比は、0.30〜50であることが好ましく、7〜31であることがさらに好ましい。ATRP触媒用金属塩に対する還元剤のモル比が0.30以上であることにより、重合系中の還元体としてのATRP触媒用金属塩(例えば、塩化銅(I))の濃度の低下を抑制することができ、50以下であることにより、重合停止反応を抑制することができる。   The molar ratio of the reducing agent to the metal salt for ATRP catalyst is preferably from 0.30 to 50, and more preferably from 7 to 31. When the molar ratio of the reducing agent to the metal salt for ATRP catalyst is 0.30 or more, the decrease in the concentration of the metal salt for ATRP catalyst (for example, copper (I) chloride) as a reductant in the polymerization system is suppressed. The polymerization termination reaction can be suppressed by being 50 or less.

固体の表面にアミノ基又はヒドロキシル基を導入する方法としては、特に限定されないが、アミノ基又はヒドロキシル基を有するシランカップリング剤で固体の表面を処理する方法等が挙げられる。   The method for introducing an amino group or hydroxyl group on the surface of the solid is not particularly limited, and examples thereof include a method for treating the surface of the solid with a silane coupling agent having an amino group or a hydroxyl group.

アミノ基を有するシランカップリング剤としては、特に限定されないが、3−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a silane coupling agent which has an amino group, 3-aminopropyl triethoxysilane etc. are mentioned.

ヒドロキシル基を有するシランカップリング剤としては、特に限定されないが、ヒドロキシメチルトリエトキシシラン等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a silane coupling agent which has a hydroxyl group, Hydroxymethyltriethoxysilane etc. are mentioned.

2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸誘導体としては、特に限定されないが、2−ブロモイソブチリルブロミド、2−ブロモイソブチリルクロリド、2−ブロモイソブチリルヨージド、2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸プロピル等が挙げられる。   The 2-bromo-2-methylpropionic acid derivative is not particularly limited, but 2-bromoisobutyryl bromide, 2-bromoisobutyryl chloride, 2-bromoisobutyryl iodide, 2-bromo-2-methyl Examples include methyl propionate, ethyl 2-bromo-2-methylpropionate, and propyl 2-bromo-2-methylpropionate.

上記以外の固体の表面に2−ブロモイソブチリル基を導入する方法としては、3−(2−ブロモイソブチリルアミノ)プロピルトリアルコキシシラン又は3−(2−ブロモイソブチリルオキシ)プロピルトリアルコキシシランを固体の表面に化学気相蒸着させる方法、3−(2−ブロモイソブチリルアミノ)プロピルトリアルコキシシラン又は3−(2−ブロモイソブチリルオキシ)プロピルトリアルコキシシランを含み、必要に応じて、テトラアルコキシシランをさらに含むゾルゲル溶液を固体の表面に塗布する方法等が挙げられる。   As a method for introducing a 2-bromoisobutyryl group on the surface of a solid other than the above, 3- (2-bromoisobutyrylamino) propyltrialkoxysilane or 3- (2-bromoisobutyryloxy) propyltri A method of chemical vapor deposition of an alkoxysilane on a solid surface, comprising 3- (2-bromoisobutyrylamino) propyltrialkoxysilane or 3- (2-bromoisobutyryloxy) propyltrialkoxysilane, Accordingly, a method of applying a sol-gel solution further containing tetraalkoxysilane to a solid surface can be used.

ゾルゲル溶液の塗布方法としては、特に限定されないが、スピンコーティング法、スプレーコーティング法、ディップコーティング法等が挙げられる。   A method for applying the sol-gel solution is not particularly limited, and examples thereof include a spin coating method, a spray coating method, and a dip coating method.

アルコキシシランにおけるアルコキシ基としては、特に限定されないが、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as an alkoxy group in alkoxysilane, A methyl group, an ethyl group, a propyl group, etc. are mentioned.

なお、表面に2−ブロモイソブチリル基が導入された固体を重合液中に浸漬する代わりに、表面に2−ブロモイソブチリル基が導入された固体に重合液を塗布してもよい。   Instead of immersing the solid having 2-bromoisobutyryl group introduced on the surface in the polymerization solution, the polymerization solution may be applied to the solid having 2-bromoisobutyryl group introduced on the surface.

この場合、重合液は、増粘剤をさらに含んでいてもよい。これにより、重合液のはじきを防ぎ、固体の表面に重合液を均一に塗布することができる。   In this case, the polymerization liquid may further contain a thickener. Thereby, the repelling of a polymerization liquid can be prevented and a polymerization liquid can be uniformly apply | coated to the surface of a solid.

増粘剤としては、特に限定されないが、ポリビニルアルコール等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a thickener, Polyvinyl alcohol etc. are mentioned.

重合液の塗布方法としては、特に限定されないが、筆又は刷毛を用いて、重合液を塗布する方法、スポイトを用いて、重合液を滴下する方法等が挙げられる。   The method for applying the polymerization solution is not particularly limited, and examples thereof include a method for applying the polymerization solution using a brush or a brush, and a method for dropping the polymerization solution using a dropper.

なお、重合液が塗布された固体の表面を被覆材で被覆してもよい。これにより、重合液を固体の表面全体に均一に行き渡らせることができる。   The solid surface to which the polymerization solution is applied may be covered with a coating material. Thereby, the polymerization liquid can be uniformly distributed over the entire surface of the solid.

被覆材としては、特に限定されないが、濾紙、フィルム等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a coating material, A filter paper, a film, etc. are mentioned.

表面改質材料は、前述の表面改質方法により表面が改質されている。   The surface of the surface modifying material is modified by the surface modifying method described above.

表面改質材料のポリマーブラシの厚さは、4〜700nmであることが好ましい。   The thickness of the polymer brush of the surface modifying material is preferably 4 to 700 nm.

pHが2である酸水溶液に浸漬した後の表面改質材料のn−ヘキサデカンに対する前進接触角(θ)及び後退接触角(θ)は、150°以上であることが好ましい。The advancing contact angle (θ A ) and receding contact angle (θ R ) of n-hexadecane of the surface modifying material after being immersed in an acid aqueous solution having a pH of 2 is preferably 150 ° or more.

pHが2である酸水溶液に浸漬した後の表面改質材料のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスθ−θは、10°以下であることが好ましく、5°以下であることがさらに好ましい。このため、5°以下の傾斜角(滑落角という)で油滴を滑落させることができ、撥油性(液滴除去能及び防汚性)に優れる表面改質材料が得られる。The contact angle hysteresis θ AR with respect to n-hexadecane of the surface modifying material after being immersed in an acid aqueous solution having a pH of 2 is preferably 10 ° or less, and more preferably 5 ° or less. For this reason, oil droplets can be slid down at an inclination angle of 5 ° or less (referred to as sliding angle), and a surface modifying material having excellent oil repellency (droplet removal ability and antifouling property) can be obtained.

表面改質材料は、pHが異なる酸水溶液又は塩基水溶液に浸漬すると、油滴に対する前進接触角(θ)、後退接触角(θ)、接触角ヒステリシス(θ−θ)及び滑落角が変化する。この表面改質材料のpH応答性は、繰り返し機能する。When the surface modifying material is immersed in an acid aqueous solution or a base aqueous solution having different pHs, the advancing contact angle (θ A ), receding contact angle (θ R ), contact angle hysteresis (θ A −θ R ) and sliding angle with respect to the oil droplets are immersed. Changes. The pH responsiveness of this surface modifying material functions repeatedly.

pHが10である塩基水溶液に浸漬した後の表面改質材料のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスθ−θに対する、pHが2である酸水溶液に浸漬した後の表面改質材料のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスθ−θの比は、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがさらに好ましい。このため、浸漬する水のpHの変化による撥油性の変化が大きい。n- of the surface modification material after being immersed in an acid aqueous solution having a pH of 2 with respect to the contact angle hysteresis θ AR of the surface modification material after being immersed in an aqueous base solution having a pH of 10 with respect to n-hexadecane. The ratio of the contact angle hysteresis θ AR to hexadecane is preferably 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less. For this reason, the change in oil repellency due to the change in pH of the water to be immersed is large.

表面改質材料は、潤滑処理、抗菌処理、防汚処理、超撥水/撥油処理、刺激応答性表面等に適用することができる。   The surface modifying material can be applied to lubrication treatment, antibacterial treatment, antifouling treatment, super water / oil repellent treatment, stimulus-responsive surface and the like.

[前処理基板の作製]
1cm×1cmのシリコン基板をエタノール中で5分間超音波洗浄した後、窒素気流中で乾燥させた。次に、1×10Paで30分間オゾン洗浄した後、約100μLの3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)と共に、密封式のテフロン(登録商標)容器に入れ、100℃で60分間加熱処理した。これにより、シリコン基板の表面に存在するシラノール基と、APTESのトリエトキシシリル基を、脱水縮合させ、シリコン基板の表面にアミノ基を導入した。さらに、シリコン基板に吸着している余分なAPTESをトルエンでリンスした後、窒素気流中で乾燥させた。次に、アミノ基が導入されたシリコン基板を、ATRP開始剤としての、2−ブロモイソブチリルブロミド(BIBB)を0.1M1,4−ジオキサン溶液に一晩浸漬し、シリコン基板の表面に2−ブロモイソブチリル基を導入し、前処理基板を得た。
[Preparation of pretreatment substrate]
A 1 cm × 1 cm silicon substrate was ultrasonically cleaned in ethanol for 5 minutes and then dried in a nitrogen stream. Next, after ozone cleaning at 1 × 10 3 Pa for 30 minutes, together with about 100 μL of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), put it in a sealed Teflon (registered trademark) container and heat treatment at 100 ° C. for 60 minutes. did. As a result, silanol groups present on the surface of the silicon substrate and the triethoxysilyl group of APTES were dehydrated and condensed to introduce amino groups on the surface of the silicon substrate. Further, excess APTES adsorbed on the silicon substrate was rinsed with toluene and then dried in a nitrogen stream. Next, the silicon substrate into which the amino group was introduced was immersed in a 0.1 M 1,4-dioxane solution of 2-bromoisobutyryl bromide (BIBB) as an ATRP initiator overnight. -A bromoisobutyryl group was introduced to obtain a pretreated substrate.

[実施例1−1]
AGET ATRP法を用いて、前処理基板の表面に、ポリ(メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル)(PDMAEMA)のポリマーブラシを導入した。具体的には、メタクリル酸2−ジメチルアミノエチル(DMAEMA)8mL、水7mL、塩化銅(II)16mg及びN,N,N’,N’’,N’’’−ペンタメチルジエチレントリアミン50μLを20mLのガラス瓶に入れた後、アスコルビン酸の1mg/mL水溶液20μLを加えて、約2分間攪拌し、重合液を得た。次に、前処理基板を重合液中に浸漬して重合を開始した後、ガラス瓶をPTFE製のネジ蓋で密封した。このとき、重合液を脱気していないため、ガラス瓶には約4mLの空気が含まれていた。さらに、攪拌せずに、室温下(23〜28℃)で重合した後、ガラス瓶からポリマーブラシが導入されたガラス基板を取り出して、水で十分にリンスし、表面改質基板を得た。
[Example 1-1]
A polymer brush of poly (2- (dimethylamino) ethyl methacrylate) (PDMAEMA) was introduced on the surface of the pretreated substrate using the AGET ATRP method. Specifically, 2-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) 8 mL, water 7 mL, copper (II) chloride 16 mg and N, N, N ′, N ″, N ′ ″-pentamethyldiethylenetriamine 50 μL in 20 mL After putting in a glass bottle, 20 μL of a 1 mg / mL aqueous solution of ascorbic acid was added and stirred for about 2 minutes to obtain a polymerization solution. Next, after prepolymerizing the substrate by immersing the pretreated substrate in the polymerization solution, the glass bottle was sealed with a screw cap made of PTFE. At this time, since the polymerization solution was not degassed, the glass bottle contained about 4 mL of air. Furthermore, after superposing | polymerizing under room temperature (23-28 degreeC), without stirring, the glass substrate in which the polymer brush was introduce | transduced was taken out from the glass bottle, and it rinsed sufficiently with water, and obtained the surface modification board | substrate.

図1に、重合時間に対するポリマーブラシの厚さの関係を示す。   FIG. 1 shows the relationship of the thickness of the polymer brush to the polymerization time.

図1から、ポリマーブラシの厚さは、約30分間のインキュベーション期間の後、約2nm/minで直線的に増加し、重合を開始してから約200分後に300nmに達していることがわかる。ポリマーブラシの厚さが直線的に増加していることから、重合が高いレベルで制御されており、成長するポリマー鎖の端末にブロモ基又はクロロ基が保持されていることが示唆される。ポリマーブラシの厚さが300nmに達した後、ポリマーブラシの厚さの増加は緩やかになった。これは、成長するポリマー鎖の末端のブロモ基又はクロロ基が減少することにより、成長するポリマー鎖の数が減少したためであると考えられる。その結果、ポリマーブラシの厚さは、重合を開始してから1380分後に、670nmに達していた。   From FIG. 1, it can be seen that the thickness of the polymer brush increases linearly at about 2 nm / min after an incubation period of about 30 minutes and reaches 300 nm about 200 minutes after the start of polymerization. The linear increase in the thickness of the polymer brush indicates that the polymerization is controlled at a high level and that bromo or chloro groups are retained at the ends of the growing polymer chain. After the thickness of the polymer brush reached 300 nm, the increase in the thickness of the polymer brush became gradual. This is considered to be because the number of growing polymer chains is decreased by decreasing the bromo group or chloro group at the terminal of the growing polymer chain. As a result, the thickness of the polymer brush reached 670 nm after 1380 minutes from the start of polymerization.

なお、ポリマーブラシの厚さは、エリプソメーターを用いて測定した。   The thickness of the polymer brush was measured using an ellipsometer.

図2に、ポリマーブラシの断面のSEM写真を示す。   In FIG. 2, the SEM photograph of the cross section of a polymer brush is shown.

図2から、ポリマーブラシが平滑で均質であることがわかる。   From FIG. 2, it can be seen that the polymer brush is smooth and homogeneous.

[実施例1−2]
塩化銅(II)、N,N,N’,N’’,N’’’−ペンタメチルジエチレントリアミン及びアスコルビン酸の1mg/mL水溶液の添加量を、それぞれ8mg、25μL及び10μLに変更した以外は、実施例1−1と同様にして、表面改質基板を得た。
[Example 1-2]
Except for changing the addition amount of 1 mg / mL aqueous solution of copper (II) chloride, N, N, N ′, N ″, N ′ ″-pentamethyldiethylenetriamine and ascorbic acid to 8 mg, 25 μL and 10 μL, respectively. A surface-modified substrate was obtained in the same manner as Example 1-1.

図3に、実施例1−1、1−2の重合時間に対するポリマーブラシの厚さの関係を示す。   In FIG. 3, the relationship of the thickness of the polymer brush with respect to the polymerization time of Example 1-1, 1-2 is shown.

図3から、塩化銅(II)、ペンタメチルジエチレントリアミン及びアスコルビン酸の添加量が実施例1−1の半量である実施例1−2では、インキュベーション期間が実施例1−1における約30分間から約80分間に増加することがわかる。これは、Cu(I)がCu(II)に酸化することにより、重合反応を阻害する酸素を重合系から除去する速度が遅くなるためであると考えられる。また、実施例1−1では、重合を開始してから約30分後にポリマーブラシが急激に成長するのに対し、実施例1−2では、重合を開始してから約160分後に、ポリマーブラシが急激に成長する。これは、ポリマーブラシの成長速度が、重合系中の[Cu(I)]/[Cu(II)]に比例することに起因するためである。実施例1−2では、重合を開始してから80分後に、重合系中のCu(I)の存在量が少ないため、ポリマーブラシの成長が遅い。一方、重合を開始してから120分後に、重合系中の[Cu(I)]/[Cu(II)]の存在量が増加するため、ポリマーブラシの成長が速くなり、重合を開始してから約160分後に、重合系からほぼ全ての酸素が除去され、重合系中の[Cu(I)]/[Cu(II)]は最大になり、一定になる。   From FIG. 3, in Example 1-2 in which the addition amounts of copper (II) chloride, pentamethyldiethylenetriamine, and ascorbic acid are half of those in Example 1-1, the incubation period is from about 30 minutes to about 0.1 minutes in Example 1-1. It turns out that it increases in 80 minutes. This is considered to be because the rate at which oxygen that inhibits the polymerization reaction is removed from the polymerization system is slowed by the oxidation of Cu (I) to Cu (II). In Example 1-1, the polymer brush rapidly grows about 30 minutes after the start of polymerization, whereas in Example 1-2, the polymer brush is about 160 minutes after the start of polymerization. Grows rapidly. This is because the growth rate of the polymer brush is proportional to [Cu (I)] / [Cu (II)] in the polymerization system. In Example 1-2, since the amount of Cu (I) in the polymerization system is small after 80 minutes from the start of polymerization, the growth of the polymer brush is slow. On the other hand, 120 minutes after the start of the polymerization, the amount of [Cu (I)] / [Cu (II)] in the polymerization system increases, so the growth of the polymer brush becomes faster and the polymerization starts. About 160 minutes after the removal, almost all oxygen is removed from the polymerization system, and [Cu (I)] / [Cu (II)] in the polymerization system becomes maximum and becomes constant.

[実施例2]
ARGET ATRP法を用いて、前処理基板の表面に、ポリ(メタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチル)(PDEAEMA)のポリマーブラシを導入した。具体的には、メタクリル酸2−ジエチルアミノエチル(DEAEMA)8mL、水3mL、エタノール4mL、塩化銅(II)2.8mg及びN,N,N’,N’’,N’’’−ペンタメチルジエチレントリアミン5μLを20mLのガラス瓶に入れた。次に、アスコルビン酸の1mg/mL水溶液1mLを加えて、約2分間攪拌し、重合液を得た。次に、前処理基板を重合液中に浸漬して重合を開始した後、ガラス瓶をPTFE製のネジ蓋で密封した。このとき、重合液を脱気していないため、ガラス瓶には約4mLの空気が含まれていた。さらに、攪拌せずに、室温下(23〜28℃)で24時間重合した後、ガラス瓶からポリマーブラシが導入されたガラス基板を取り出して、水で十分にリンスし、表面改質基板を得た。表面処理基板に導入されているポリマーブラシは、厚さが70nmであった。
[Example 2]
A polymer brush of poly (2- (diethylamino) ethyl methacrylate) (PDEAEMA) was introduced on the surface of the pretreated substrate using the ARGET ATRP method. Specifically, 2-diethylaminoethyl methacrylate (DEAEMA) 8 mL, water 3 mL, ethanol 4 mL, copper (II) chloride 2.8 mg and N, N, N ′, N ″, N ′ ″-pentamethyldiethylenetriamine 5 μL was placed in a 20 mL glass bottle. Next, 1 mL of a 1 mg / mL aqueous solution of ascorbic acid was added and stirred for about 2 minutes to obtain a polymerization solution. Next, after prepolymerizing the substrate by immersing the pretreated substrate in the polymerization solution, the glass bottle was sealed with a screw cap made of PTFE. At this time, since the polymerization solution was not degassed, the glass bottle contained about 4 mL of air. Furthermore, after superposing | polymerizing at room temperature (23-28 degreeC) for 24 hours, without stirring, the glass substrate in which the polymer brush was introduce | transduced was taken out from the glass bottle, and it rinsed enough with water, and obtained the surface modification board | substrate. . The polymer brush introduced into the surface treatment substrate had a thickness of 70 nm.

[比較例1]
AGET ATRP法を用いて、前処理基板の表面に、ポリメタクリル酸ナトリウムのポリマーブラシを導入した。具体的には、メタクリル酸ナトリウム3g、水4.6mL、塩化銅(II)8mg及びN,N,N’,N’’,N’’’−ペンタメチルジエチレントリアミン25μLを20mLのガラス瓶に入れた後、アスコルビン酸の1mg/mL水溶液10μLを加えて約2分間攪拌し、重合液を得た。次に、前処理基板を重合液中に浸漬して重合を開始した後、ガラス瓶をPTFE製のネジ蓋で密封した。このとき、重合液を脱気していないため、ガラス瓶には約4mLの空気が含まれていた。さらに、攪拌せずに、室温下(23〜28℃)で重合した後、ガラス瓶からポリマーブラシが導入されたガラス基板を取り出して、水で十分にリンスし、表面改質基板を得た。
[Comparative Example 1]
A polymer brush of poly (sodium methacrylate) was introduced on the surface of the pretreatment substrate using the AGET ATRP method. Specifically, 3 g of sodium methacrylate, 4.6 mL of water, 8 mg of copper (II) chloride, and 25 μL of N, N, N ′, N ″, N ′ ″-pentamethyldiethylenetriamine were placed in a 20 mL glass bottle. Then, 10 μL of a 1 mg / mL aqueous solution of ascorbic acid was added and stirred for about 2 minutes to obtain a polymerization solution. Next, after prepolymerizing the substrate by immersing the pretreated substrate in the polymerization solution, the glass bottle was sealed with a screw cap made of PTFE. At this time, since the polymerization solution was not degassed, the glass bottle contained about 4 mL of air. Furthermore, after superposing | polymerizing under room temperature (23-28 degreeC), without stirring, the glass substrate in which the polymer brush was introduce | transduced was taken out from the glass bottle, and it rinsed sufficiently with water, and obtained the surface modification board | substrate.

図4に、重合時間に対するポリマーブラシの厚さの関係を示す。   FIG. 4 shows the relationship between the polymer brush thickness and the polymerization time.

図4から、ポリマーブラシの厚さは、インキュベーション期間を経ずに増加するが、重合を開始してから1320分後に、150nmに達していることがわかる。   From FIG. 4 it can be seen that the thickness of the polymer brush increases without the incubation period, but reaches 150 nm 1320 minutes after the start of polymerization.

次に、実施例1−1、2、比較例1の表面改質基板の所定のpHの水に浸漬した後の撥油性を評価した。このとき、実施例1−1の表面改質基板としては、厚さが20nmのポリマーブラシが導入されている基板を用い、実施例2の表面改質基板としては、厚さが29nmのポリマーブラシが導入されている基板を用い、比較例1の表面改質基板としては、厚さが87nmのポリマーブラシが導入されている基板を用いた。   Next, the oil repellency after immersing the surface-modified substrates of Examples 1-1 and 2 and Comparative Example 1 in water having a predetermined pH was evaluated. At this time, a substrate into which a polymer brush having a thickness of 20 nm was introduced as the surface modified substrate of Example 1-1, and a polymer brush having a thickness of 29 nm was used as the surface modified substrate of Example 2. Was used, and as the surface modified substrate of Comparative Example 1, a substrate into which a polymer brush having a thickness of 87 nm was introduced was used.

[所定のpHの水に浸漬した後の撥油性]
pHが2である酸水溶液又はpHが10である塩基水溶液に、表面改質基板を浸漬した後、自動接触角計DM−501Hi(協和界面科学社製)を用いて、n−ヘキサデカン3μLに対する前進接触角θ及び後退接触角θを25℃で測定した。次に、式
θ−θ
から、接触角ヒステリシスΔθを算出した。
[Oil repellency after immersion in water at a predetermined pH]
After immersing the surface-modified substrate in an aqueous acid solution having a pH of 2 or an aqueous base solution having a pH of 10, the automatic contact angle meter DM-501Hi (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) is used to move forward with respect to 3 μL of n-hexadecane. Contact angle θ A and receding contact angle θ R were measured at 25 ° C. Next, the formula θ A −θ R
From the above, the contact angle hysteresis Δθ was calculated.

表1に、実施例1−1、2、比較例1の表面改質基板のpHが2である酸水溶液又はpHが10である塩基水溶液に浸漬した後の撥油性の評価結果を示す。   Table 1 shows the evaluation results of oil repellency after immersion in the acid aqueous solution having a pH of 2 or the base aqueous solution having a pH of 10 of the surface-modified substrates of Examples 1-1 and 2 and Comparative Example 1.

Figure 0006229989
なお、ΔpHは、pHの変化よるθ及びθの変化を意味する。
Figure 0006229989
ΔpH means a change in θ A and θ R due to a change in pH.

表1から、実施例1−1、2の表面改質基板は、pHが2である酸水溶液に浸漬した後のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスΔθが、それぞれ4°、8°であるため、5°以下の傾斜角(滑落角という)で油滴を滑落させることができ、撥油性(液滴除去能及び防汚性)に優れる。   From Table 1, since the surface modified substrates of Examples 1-1 and 2 have a contact angle hysteresis Δθ with respect to n-hexadecane after being immersed in an acid aqueous solution having a pH of 2, respectively, 4 ° and 8 °, Oil drops can be slid down at an inclination angle of 5 ° or less (referred to as sliding angle), and the oil repellency (droplet removal ability and antifouling property) is excellent.

また、実施例1−1、2の表面改質基板は、pHが10である塩基水溶液に浸漬した後のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスΔθに対する、pHが2である酸水溶液に浸漬した後のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスΔθの比が、それぞれ0.04、0.08であるため、浸漬する水のpHの変化による撥油性の変化が大きい。   The surface modified substrates of Examples 1-1 and 2 were immersed in an acid aqueous solution having a pH of 2 with respect to the contact angle hysteresis Δθ with respect to n-hexadecane after being immersed in a basic aqueous solution having a pH of 10. Since the ratio of the contact angle hysteresis Δθ to n-hexadecane is 0.04 and 0.08, respectively, the change in oil repellency due to the change in the pH of the immersion water is large.

これに対して、比較例1の表面改質基板は、pHが10である塩基水溶液に浸漬した後のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスΔθに対する、pHが2である酸水溶液に浸漬した後のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスΔθの比が9であるため、浸漬する水のpHの変化による撥油性の変化が小さい。   On the other hand, the surface modified substrate of Comparative Example 1 is n after being immersed in an aqueous acid solution having a pH of 2 with respect to the contact angle hysteresis Δθ for n-hexadecane after being immersed in an aqueous base solution having a pH of 10. -Since the ratio of the contact angle hysteresis Δθ to hexadecane is 9, the change in oil repellency due to the change in the pH of the water to be immersed is small.

[実施例3−1]
ARGET ATRP法を用いて、前処理基板の表面に、ポリ(メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル)(PDMAEMA)のポリマーブラシを導入した。具体的には、メタクリル酸2−ジメチルアミノエチル(DMAEMA)0.8mL、水15.2mL、塩化銅(II)2.8mg及びN,N,N’,N’’,N’’’−ペンタメチルジエチレントリアミン5μLを20mLのガラス瓶に入れた後、アスコルビン酸1mgを加えて、約2分間攪拌し、重合液を得た。
[Example 3-1]
A polymer brush of poly (2- (dimethylamino) ethyl methacrylate) (PDMAEMA) was introduced onto the surface of the pretreated substrate using the ARGET ATRP method. Specifically, 2-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) 0.8 mL, water 15.2 mL, copper (II) chloride 2.8 mg and N, N, N ′, N ″, N ′ ″-penta After putting 5 μL of methyldiethylenetriamine in a 20 mL glass bottle, 1 mg of ascorbic acid was added and stirred for about 2 minutes to obtain a polymerization solution.

スポイトを用いて、前処理基板に重合液を数滴滴下して重合を開始した後、重合液が滴下された前処理基板の表面をワットマン濾紙で被覆した。さらに、室温下(23〜28℃)で90分間重合した後、ワットマン濾紙を剥離して、水で十分にリンスし、表面改質基板を得た。   Using a dropper, several drops of the polymerization solution were dropped on the pretreated substrate to start polymerization, and then the surface of the pretreated substrate on which the polymerization solution was dropped was coated with Whatman filter paper. Furthermore, after polymerizing at room temperature (23 to 28 ° C.) for 90 minutes, the Whatman filter paper was peeled off and thoroughly rinsed with water to obtain a surface modified substrate.

表面改質基板を水に浸漬した後、n−ヘキサデカンを表面改質基板に滴下すると、n−ヘキサデカンの液滴は、表面改質基板の表面を自由に動くことができた。このことから、表面改質基板は、水に浸漬した後の撥油性に優れることがわかった。   When n-hexadecane was dropped onto the surface-modified substrate after the surface-modified substrate was immersed in water, the n-hexadecane droplets were able to move freely on the surface of the surface-modified substrate. From this, it was found that the surface-modified substrate was excellent in oil repellency after being immersed in water.

[実施例3−2〜3−7]
アスコルビン酸の添加量を、2mg、10mg、20mg、30mg、40mg、80mgに変更した以外は、実施例3−1と同様にして、表面改質基板を得た。
[Examples 3-2 to 3-7]
A surface modified substrate was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that the amount of ascorbic acid added was changed to 2 mg, 10 mg, 20 mg, 30 mg, 40 mg, and 80 mg.

表面改質基板を水に浸漬した後、n−ヘキサデカンを表面改質基板に滴下すると、n−ヘキサデカンの液滴は、表面改質基板の表面を自由に動くことができた。このことから、表面改質基板は、水に浸漬した後の撥油性に優れることがわかった。   When n-hexadecane was dropped onto the surface-modified substrate after the surface-modified substrate was immersed in water, the n-hexadecane droplets were able to move freely on the surface of the surface-modified substrate. From this, it was found that the surface-modified substrate was excellent in oil repellency after being immersed in water.

図5に、重合液中のアスコルビン酸の濃度に対するポリマーブラシの厚さの関係を示す。   FIG. 5 shows the relationship of the thickness of the polymer brush with respect to the concentration of ascorbic acid in the polymerization solution.

なお、ポリマーブラシの厚さは、エリプソメーターを用いて測定した。   The thickness of the polymer brush was measured using an ellipsometer.

図5から、重合液中のアスコルビン酸の最適濃度は0.2M(30mg添加)であることがわかった。ここで、重合液中のアスコルビン酸の濃度が低い場合、重合速度は遅いが、重合が制御されるため、厚さが大きいポリマーブラシが導入されると考えられる。しかしながら、重合液中のアスコルビン酸の濃度が低い場合、溶液中の酸素が再生成したCu(I)を酸化して、アスコルビン酸が短時間で消費されるため、短時間で重合が停止すると考えられる。一方、重合液中のアスコルビン酸の濃度が高い場合、重合系中のポリマーラジカルの濃度が高くなりやすいため、重合の初期に停止反応が起こりやすく、結果として、ポリマーブラシの厚さが小さくなると考えられる。   From FIG. 5, it was found that the optimum concentration of ascorbic acid in the polymerization solution was 0.2M (30 mg added). Here, when the concentration of ascorbic acid in the polymerization solution is low, the polymerization rate is slow, but since the polymerization is controlled, it is considered that a polymer brush having a large thickness is introduced. However, when the concentration of ascorbic acid in the polymerization solution is low, the oxygen in the solution oxidizes the regenerated Cu (I), and ascorbic acid is consumed in a short time. It is done. On the other hand, when the concentration of ascorbic acid in the polymerization solution is high, the concentration of polymer radicals in the polymerization system tends to be high, so a stop reaction is likely to occur early in the polymerization, resulting in a decrease in the thickness of the polymer brush. It is done.

[実施例4]
DMAEMA4.8mL、水7.0mL、塩化銅(II)8.0mg、N,N,N’,N’’,N’’’−ペンタメチルジエチレントリアミン50μL及びポリビニルアルコール0.50gを20mLのガラス瓶に入れた後、アスコルビン酸0.01mgを加えて、約2分間攪拌し、重合液を得た。
[Example 4]
DMAEMA 4.8 mL, water 7.0 mL, copper (II) chloride 8.0 mg, N, N, N ′, N ″, N ′ ″-pentamethyldiethylenetriamine 50 μL and polyvinyl alcohol 0.50 g are placed in a 20 mL glass bottle. Thereafter, 0.01 mg of ascorbic acid was added and stirred for about 2 minutes to obtain a polymerization solution.

得られた重合液を用い、重合液が滴下された前処理基板の表面をワットマン濾紙で被覆しなかった以外は、実施例3−1と同様にして、表面改質基板を得た。ポリマーブラシは、厚さが4〜6nmであった。   Using the obtained polymerization solution, a surface-modified substrate was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that the surface of the pretreated substrate on which the polymerization solution was dropped was not coated with Whatman filter paper. The polymer brush had a thickness of 4-6 nm.

表面改質基板を水に浸漬した後、n−ヘキサデカンを表面改質基板に滴下すると、n−ヘキサデカンの液滴は、表面改質基板の表面を自由に動くことができた。このことから、表面改質基板は、水に浸漬した後の撥油性に優れることがわかった。   When n-hexadecane was dropped onto the surface-modified substrate after the surface-modified substrate was immersed in water, the n-hexadecane droplets were able to move freely on the surface of the surface-modified substrate. From this, it was found that the surface-modified substrate was excellent in oil repellency after being immersed in water.

[実施例5]
DMAEMA0.8mL、水15.2mL、塩化銅(II)2.8mg及びN,N,N’,N’’,N’’’−ペンタメチルジエチレントリアミン5μLを20mLのガラス瓶に入れた後、アスコルビン酸20mgを加えて、約2分間攪拌し、重合液を得た。
[Example 5]
DMAEMA 0.8 mL, water 15.2 mL, copper (II) chloride 2.8 mg and N, N, N ′, N ″, N ′ ″-pentamethyldiethylenetriamine 5 μL were placed in a 20 mL glass bottle, and then ascorbic acid 20 mg Was added and stirred for about 2 minutes to obtain a polymerization solution.

得られた重合液を用いた以外は、実施例3−1と同様にして、表面改質基板を得た。ポリマーブラシは、厚さが10nmであった。   A surface-modified substrate was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that the obtained polymerization solution was used. The polymer brush had a thickness of 10 nm.

表面改質基板を水に浸漬した後、n−ヘキサデカンを表面改質基板に滴下すると、n−ヘキサデカンの液滴は、表面改質基板の表面を自由に動くことができた。このことから、表面改質基板は、水に浸漬した後の撥油性に優れることがわかった。   When n-hexadecane was dropped onto the surface-modified substrate after the surface-modified substrate was immersed in water, the n-hexadecane droplets were able to move freely on the surface of the surface-modified substrate. From this, it was found that the surface-modified substrate was excellent in oil repellency after being immersed in water.

本国際出願は、2014年4月25日に出願された日本国特許出願2014−091865号及び2014年5月8日に出願された日本国特許出願2014−097191号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願2014−091865号及び日本国特許出願2014−097191号の全内容を本国際出願に援用する。   This international application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2014-091865 filed on April 25, 2014 and Japanese Patent Application No. 2014-097191 filed on May 8, 2014 The entire contents of Japanese Patent Application No. 2014-091865 and Japanese Patent Application No. 2014-097191 are incorporated herein by reference.

Claims (12)

固体の表面に、アミノ基を導入する工程と、
該表面にアミノ基が導入された固体と2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸誘導体を反応させて、前記固体の表面に2−ブロモイソブチリル基を導入する工程と、
該表面に2−ブロモイソブチリル基が導入された固体を、空気中で、水溶性モノマー、水、ATRP触媒用金属塩、ATRP触媒用配位子及び還元剤を含む重合液中に浸漬し、AGET ATRP法又はARGET ATRP法を用いて、前記水溶性モノマーを重合することにより前記固体の表面にポリマーブラシを導入する工程を有し、
前記水溶性モノマーは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸2−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸1,2−ジヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]ジメチル(3−スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド、(メタ)アクリルアミド、N−2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−1,2−ジヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド又はN−2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミドであることを特徴とする表面改質方法。
Introducing an amino group on the surface of the solid;
Reacting a solid having an amino group introduced on the surface with a 2-bromo-2-methylpropionic acid derivative to introduce a 2-bromoisobutyryl group on the surface of the solid;
The solid having a 2-bromoisobutyryl group introduced on the surface is immersed in a polymerization solution containing a water-soluble monomer, water, a metal salt for ATRP catalyst, a ligand for ATRP catalyst, and a reducing agent in air. Using the AGET ATRP method or the ARGET ATRP method to polymerize the water-soluble monomer to introduce a polymer brush onto the solid surface,
The water-soluble monomer is (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid 2-dimethylaminoethyl, (meth) acrylic acid 2-diethylaminoethyl, (meth) acrylic acid 1,2-dihydroxyethyl, (meth) acrylic acid 2-hydroxyethyl, 2- (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine, [2- (meth) acryloyloxyethyl] dimethyl (3-sulfopropyl) ammonium hydroxide, (meth) acrylamide, N-2-dimethylaminoethyl (meta ) A surface modification method characterized by being acrylamide, N-2-diethylaminoethyl (meth) acrylamide, N-1,2-dihydroxyethyl (meth) acrylamide or N-2-hydroxyethyl (meth) acrylamide.
前記重合液は、前記水溶性モノマーの濃度が1体積%以上50体積%以下であることを特徴とする請求項1に記載の表面改質方法。   2. The surface modification method according to claim 1, wherein the concentration of the water-soluble monomer in the polymerization solution is 1% by volume or more and 50% by volume or less. 前記ATRP触媒用金属塩に対する前記還元剤のモル比が0.30以上50以下であることを特徴とする請求項1に記載の表面改質方法。 Surface modification method according to claim 1, the molar ratio before Kikae source agent to the ATRP catalyst metal salt is characterized in that at least 0.30 50 or less. 固体の表面に、アミノ基を導入する工程と、
該表面にアミノ基が導入された固体と2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸誘導体を反応させて、前記固体の表面に2−ブロモイソブチリル基を導入する工程と、
該表面に2−ブロモイソブチリル基が導入された固体に、空気中で、水溶性モノマー、水、ATRP触媒用金属塩、ATRP触媒用配位子及び還元剤を含む重合液を塗布し、AGET ATRP法又はARGET ATRP法を用いて、前記水溶性モノマーを重合することにより前記固体の表面にポリマーブラシを導入する工程を有し、
前記水溶性モノマーは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸2−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸1,2−ジヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]ジメチル(3−スルホプロピル)アンモニウムヒドロキシド、(メタ)アクリルアミド、N−2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−1,2−ジヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド又はN−2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミドであることを特徴とする表面改質方法。
Introducing an amino group on the surface of the solid;
Reacting a solid having an amino group introduced on the surface with a 2-bromo-2-methylpropionic acid derivative to introduce a 2-bromoisobutyryl group on the surface of the solid;
Applying a polymerization solution containing a water-soluble monomer, water, a metal salt for ATRP catalyst, a ligand for ATRP catalyst, and a reducing agent in air to a solid having a 2-bromoisobutyryl group introduced on the surface; Using the AGET ATRP method or the ARGET ATRP method to introduce a polymer brush on the solid surface by polymerizing the water-soluble monomer,
The water-soluble monomer is (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid 2-dimethylaminoethyl, (meth) acrylic acid 2-diethylaminoethyl, (meth) acrylic acid 1,2-dihydroxyethyl, (meth) acrylic acid 2-hydroxyethyl, 2- (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine, [2- (meth) acryloyloxyethyl] dimethyl (3-sulfopropyl) ammonium hydroxide, (meth) acrylamide, N-2-dimethylaminoethyl (meta A method for surface modification characterized by being acrylamide, N-2-diethylaminoethyl (meth) acrylamide, N-1,2-dihydroxyethyl (meth) acrylamide or N-2-hydroxyethyl (meth) acrylamide.
前記重合液は、前記水溶性モノマーの濃度が1体積%以上50体積%以下であることを特徴とする請求項4に記載の表面改質方法。   The surface modification method according to claim 4, wherein the polymerization solution has a concentration of the water-soluble monomer of 1% by volume to 50% by volume. 前記ATRP触媒用金属塩に対する前記還元剤のモル比が0.30以上50以下であることを特徴とする請求項4に記載の表面改質方法。 Surface modification method according to claim 4 molar ratio before Kikae source agent to the ATRP catalyst metal salt is characterized in that at least 0.30 50 or less. 前記重合液は、増粘剤をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の表面改質方法。   The surface modification method according to claim 4, wherein the polymerization solution further includes a thickener. 前記重合液が塗布された固体の表面を被覆材で被覆することを特徴とする請求項4に記載の表面改質方法。   The surface modification method according to claim 4, wherein a solid surface to which the polymerization solution is applied is coated with a coating material. 請求項1に記載の表面改質方法により表面が改質されていることを特徴とする表面改質材料。   A surface-modified material, wherein the surface is modified by the surface-modifying method according to claim 1. pHが10である塩基水溶液に浸漬した後のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスに対する、pHが2である酸水溶液に浸漬した後のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスの比が0.1以下であることを特徴とする請求項9に記載の表面改質材料。   The ratio of the contact angle hysteresis for n-hexadecane after immersion in an acid aqueous solution having a pH of 2 to the contact angle hysteresis for n-hexadecane after immersion in an aqueous base solution having a pH of 10 is 0.1 or less. The surface modifying material according to claim 9. pHが2である酸水溶液に浸漬した後のn−ヘキサデカンに対する接触角ヒステリシスが10°以下であることを特徴とする請求項9に記載の表面改質材料。   The surface modification material according to claim 9, wherein the contact angle hysteresis with respect to n-hexadecane after being immersed in an acid aqueous solution having a pH of 2 is 10 ° or less. 請求項に記載の表面改質方法により表面が改質されていることを特徴とする表面改質材料。 A surface-modified material, the surface of which is modified by the surface-modifying method according to claim 4 .
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JP7058021B2 (en) * 2018-08-28 2022-04-21 国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学 Water and oil repellent for textiles and textile products
CN114575153B (en) * 2022-03-08 2024-01-19 南京工业大学 Intelligent fiber material capable of rapidly adhering cells and preparation method and application thereof

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WO2007025310A1 (en) * 2005-08-26 2007-03-01 Carnegie Mellon University Polymerization process with catalyst reactivation
WO2008021500A2 (en) * 2006-08-17 2008-02-21 University Of Pittsburgh-Of The Commonwealth System Of Higher Education Modification of surfaces with polymers
JP5640191B2 (en) * 2008-08-22 2014-12-17 国立大学法人東北大学 Polymer-modified hybrid nanoparticles having inorganic skeleton and synthesis method thereof
EP2653484B1 (en) * 2010-12-27 2017-02-15 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Surface modification method, surface-modified elastic body, syringe gasket, syringe, and tire

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