JP7213503B2 - Inspection method for surface-modified substrate - Google Patents

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Description

本発明は、表面改質基材の製造方法、その製造方法により製造される表面改質基材、及びその検査方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a surface-modified substrate, a surface-modified substrate manufactured by the method, and an inspection method for the same.

基材の改質方法として、その末端に基材と吸着又は反応しうる基を有するポリマーを基材に作用させることで、物理的又は化学的に結合したポリマー層を基材表面に形成する方法が知られている。また、基材表面に付与した重合性基を起点としてモノマーを重合させることで、基材表面からグラフトしたポリマー層を形成する方法も知られている。 As a method of modifying a substrate, a method of forming a physically or chemically bonded polymer layer on the surface of a substrate by allowing a polymer having a group capable of adsorbing or reacting with the substrate at its end to act on the substrate. It has been known. Also known is a method of forming a polymer layer grafted from the substrate surface by polymerizing a monomer starting from a polymerizable group imparted to the substrate surface.

近年、1990年代に発展したリビングラジカル重合の技術を利用して基板上に高密度にグラフトされる、いわゆる「濃厚ポリマーブラシ」が研究されている。この濃厚ポリマーブラシでは、高分子鎖が1~4nm間隔の高密度で基板上にグラフトされる。このような濃厚ポリマーブラシにより基材表面を改質し、低摩擦性、タンパク質吸着抑制、サイズ排除特性、親水性、撥水性等などの特徴を付与することができる(例えば、特許文献1及び2、非特許文献1~3)。 In recent years, so-called "dense polymer brushes", which are grafted onto a substrate at high density using the technique of living radical polymerization developed in the 1990s, have been studied. In this dense polymer brush, polymer chains are grafted onto the substrate at a high density with 1-4 nm spacing. Such dense polymer brushes can be used to modify the surface of the substrate and impart characteristics such as low friction, suppression of protein adsorption, size exclusion properties, hydrophilicity, and water repellency (for example, Patent Documents 1 and 2). , Non-Patent Documents 1-3).

特開2008-133434号公報JP 2008-133434 A 特開2010-261001号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-261001

Adv.Polym.Sci.,2006,197,1-45Adv. Polym. Sci. , 2006, 197, 1-45 J.Am.Chem.Soc.,2005,127,15843-15847J. Am. Chem. Soc. , 2005, 127, 15843-15847 Polym.Chem.,2012,3,148-153Polym. Chem. , 2012, 3, 148-153

しかし、基材表面に形成されるポリマー層は、その厚さがナノ~ミクロンサイズと薄く、しかも透明であることが多い。したがって、ポリマー層の厚さを測定するには、原子間力顕微鏡やエリプソメトリーなどを使用する必要があるため、解析に手間と時間がかかるといった課題がある。また、ポリマー層の一部につけた傷を電子顕微鏡などで観察して、ポリマー層の厚さを測定する方法もあるが、この方法ではポリマー層の一部の厚さしか測定することができない。また、表面処理基材は工業的に大量生産される工業部品であることから、一定の品質が保たれていることを確認するには全量検査する必要がある。しかし、上記の厚さの測定方法等では全量検査に対応することは困難である。 However, the polymer layer formed on the substrate surface is often as thin as nano- to micron-sized and transparent. Therefore, in order to measure the thickness of the polymer layer, it is necessary to use an atomic force microscope, ellipsometry, or the like, so there is a problem that the analysis takes time and effort. There is also a method of measuring the thickness of the polymer layer by observing scratches on a portion of the polymer layer with an electron microscope or the like, but this method can only measure the thickness of a portion of the polymer layer. Moreover, since the surface-treated base material is an industrial part that is industrially mass-produced, it is necessary to inspect the entire amount in order to confirm that a certain quality is maintained. However, it is difficult for the above thickness measuring method and the like to correspond to the total inspection.

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、傷や欠損等の欠陥の有無や程度を容易に確認することが可能なポリマー層をその表面に備えた表面改質基材の製造方法を提供することにある。また、本発明の課題とするところは、上記の製造方法によって製造される、傷や欠損等の欠陥の有無や程度を容易に確認することが可能なポリマー層をその表面に備えた表面改質基材を提供することにある。さらに、本発明の課題とするところは、上記の表面改質基材の検査方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a polymer layer that allows easy confirmation of the presence and degree of defects such as scratches and defects. To provide a method for producing a surface-modified substrate having on its surface. In addition, the object of the present invention is to provide a surface-modified surface having a polymer layer on its surface that can easily check the presence or absence and degree of defects such as scratches and defects, which is manufactured by the above-described manufacturing method. It is to provide a base material. A further object of the present invention is to provide a method for inspecting the above surface-modified substrate.

すなわち、本発明によれば、以下に示す表面改質基材の製造方法が提供される。
[1]100~1,000MPaの圧力条件下、重合開始基が結合した基材の共存下で、ラジカル重合性蛍光色素を含むモノマーを表面開始ラジカル重合又は表面開始リビングラジカル重合し、前記基材の表面に結合した蛍光性ポリマーからなる膜厚100nm以上の蛍光性ポリマー層を形成する工程を有する表面改質基材の製造方法。
[2]さらに、前記重合開始基と同一の開始基を有する開始基モノマーの共存下で表面開始ラジカル重合又は表面開始リビングラジカル重合して、前記蛍光性ポリマー層に含まれない遊離ポリマーを形成し、形成した前記遊離ポリマーの分子量から、前記蛍光性ポリマーの分子量を推測する前記[1]に記載の表面改質基材の製造方法。
[3]前記重合開始基が、下記一般式(1)又は(2)で表される前記[1]又は[2]に記載の表面改質基材の製造方法。
That is, according to the present invention, the following method for producing a surface-modified substrate is provided.
[1] Under pressure conditions of 100 to 1,000 MPa, in the presence of a base material to which a polymerization initiating group is bonded, a monomer containing a radically polymerizable fluorescent dye undergoes surface-initiated radical polymerization or surface-initiated living radical polymerization, and the base material is A method for producing a surface-modified substrate, comprising the step of forming a fluorescent polymer layer having a thickness of 100 nm or more comprising a fluorescent polymer bonded to the surface of
[2] Furthermore, surface-initiated radical polymerization or surface-initiated living radical polymerization is performed in the coexistence of an initiating group monomer having the same initiating group as the polymerization initiating group to form a free polymer that is not contained in the fluorescent polymer layer. The method for producing a surface-modified substrate according to [1] above, wherein the molecular weight of the fluorescent polymer is estimated from the molecular weight of the formed free polymer.
[3] The method for producing a surface-modified substrate according to [1] or [2], wherein the polymerization initiation group is represented by the following general formula (1) or (2).

Figure 0007213503000001
(前記一般式(1)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Rは、水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、Rは、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 0007213503000001
(In the general formula (1), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or represents an amide group, R 2 represents an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or an amide group, and "*" represents a bonding position)

Figure 0007213503000002
(前記一般式(2)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Yは、O又はNHを示し、Rは、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、Rは、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 0007213503000002
(In the general formula (2), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, Y represents O or NH, and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group. shown, R 4 represents an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, and "*" represents the bonding position)

[4]さらに、ハロゲン化第4級アンモニウム塩、ハロゲン化第4級ホスホニウム塩、及びハロゲン化アルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも一種の塩の共存下で、表面開始ラジカル重合又は表面開始リビングラジカル重合する前記[1]~[3]のいずれかに記載の表面改質基材の製造方法。
[5]前記ラジカル重合性蛍光色素が、(メタ)アクリロイルオキシ基を有するモノマーである前記[1]~[4]のいずれかに記載の表面改質基材の製造方法。
[4] Further, in the presence of at least one salt selected from the group consisting of quaternary ammonium halide salts, quaternary phosphonium halide salts, and alkali metal halide salts, surface-initiated radical polymerization or surface-initiated The method for producing a surface-modified substrate according to any one of [1] to [3], wherein living radical polymerization is performed.
[5] The method for producing a surface-modified substrate according to any one of [1] to [4], wherein the radically polymerizable fluorescent dye is a monomer having a (meth)acryloyloxy group.

また、本発明によれば、以下に示す表面改質基材が提供される。
[6]前記[1]及び[3]~[5]のいずれかに記載の製造方法によって製造される表面改質基材。
Further, according to the present invention, the following surface-modified substrate is provided.
[6] A surface-modified substrate produced by the production method according to any one of [1] and [3] to [5].

さらに、本発明によれば、以下に示す表面改質基材の検査方法が提供される。
[7]前記[6]に記載の表面改質基材の前記蛍光性ポリマー層に紫外線を照射して発生させた蛍光により、前記蛍光性ポリマー層の状態を確認する工程を有する表面改質基材の検査方法。
Furthermore, according to the present invention, there is provided a method for inspecting a surface-modified substrate as described below.
[7] A surface-modifying group having a step of confirming the state of the fluorescent polymer layer by fluorescence generated by irradiating the fluorescent polymer layer of the surface-modified substrate according to [6] with ultraviolet rays. Material inspection method.

本発明によれば、傷や欠損等の欠陥の有無や程度を容易に確認することが可能なポリマー層をその表面に備えた表面改質基材の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、上記の製造方法によって製造される、傷や欠損等の欠陥の有無や程度を容易に確認することが可能なポリマー層をその表面に備えた表面改質基材を提供することができる。さらに、本発明によれば、上記の表面改質基材の検査方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the surface modification base material provided with the polymer layer which can confirm easily the presence or absence and grade of defects, such as a crack and a defect, on the surface can be provided. Further, according to the present invention, there is provided a surface-modified substrate having a polymer layer on its surface, which is manufactured by the above-described manufacturing method and allows easy confirmation of the presence or absence and degree of defects such as scratches and defects. can provide. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for inspecting the above surface-modified substrate.

<表面改質基材及びその製造方法>
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明の表面改質基材の製造方法は、常圧~1,000MPaの圧力条件下、重合開始基が結合した基材の共存下で、ラジカル重合性蛍光色素を含むモノマーを表面開始ラジカル重合又は表面開始リビングラジカル重合し、前記基材の表面に結合した蛍光性ポリマーからなる蛍光性ポリマー層を形成する工程(重合工程)を有する。また、本発明の表面改質基材は、上記の製造方法によって製造されるものである。以下、本発明の表面改質基材及びその製造方法の詳細について説明する。
<Surface modified substrate and method for producing the same>
Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments. The method for producing a surface-modified substrate of the present invention comprises surface-initiated radical polymerization of a monomer containing a radically polymerizable fluorescent dye in the presence of a substrate to which a polymerization initiation group is bonded under normal pressure to 1,000 MPa pressure conditions. Alternatively, it has a step of surface-initiated living radical polymerization to form a fluorescent polymer layer composed of a fluorescent polymer bonded to the surface of the substrate (polymerization step). Moreover, the surface-modified substrate of the present invention is manufactured by the above manufacturing method. Details of the surface-modified substrate and the method for producing the same of the present invention will be described below.

従来、基材の表面からビニル系ポリマーをグラフトさせて表面改質する方法が知られている。基材表面にポリマーをグラフトさせる方法としては、例えば、基材表面からポリマーを重合させる、いわゆる表面開始重合方法がある。表面開始重合方法としては、基材表面に放射線等を照射して発生させたラジカルから重合を開始する方法;基材表面に導入したアゾ基や過酸化物基を有する化合物から重合を開始する方法;などがある。これに対して、本発明の表面改質基材の製造方法では、ラジカルを発生させる基である重合開始基がその表面に結合した基材を使用し、この重合開始基からラジカル重合又はリビングラジカル重合してポリマーをグラフトさせ、基材の表面にポリマー層を形成する。 Conventionally, a method of modifying the surface of a base material by grafting a vinyl polymer onto the surface of the base material is known. As a method of grafting a polymer onto the substrate surface, for example, there is a so-called surface-initiated polymerization method in which a polymer is polymerized from the substrate surface. The surface-initiated polymerization method includes a method of initiating polymerization from radicals generated by irradiating the substrate surface with radiation or the like; a method of initiating polymerization from a compound having an azo group or a peroxide group introduced to the substrate surface. ;and so on. On the other hand, in the method for producing a surface-modified substrate of the present invention, a substrate having a polymerization initiating group, which is a radical-generating group, bonded to its surface is used, and radical polymerization or living radicals are produced from the polymerization initiating group. Polymerization grafts the polymer to form a polymer layer on the surface of the substrate.

(基材)
基材の種類は特に限定されず、天然物、人工物、無機部材、有機部材のいずれであっても用いることができる。また、塊状物、粉末、シート、フィルム、ペレット、板などのさまざまな形状の基材を用いることができる。なかでも、重合溶液に耐えうる基材を用いることが好ましい。基材の具体例としては、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、セラミックス、木材、ケイ素化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セルロース、ガラス等のフィルム、繊維、シートなどを挙げることができる。
(Base material)
The type of base material is not particularly limited, and any of natural materials, artificial materials, inorganic members, and organic members can be used. In addition, substrates of various shapes such as lumps, powders, sheets, films, pellets and plates can be used. Among them, it is preferable to use a substrate that can withstand the polymerization solution. Specific examples of the substrate include metals, metal oxides, metal nitrides, metal carbides, ceramics, wood, silicon compounds, thermoplastic resins, thermosetting resins, cellulose, films such as glass, fibers, and sheets. be able to.

基材には表面処理を施してもよい。表面処理としては、シランカップリング処理、シリカコート処理、シリカアルミナ処理などの無機処理;プラズマ処理、紫外線照射処理、オゾン酸化処理、放射線処理、X線処理、電子線処理、レーザー処理などの洗浄・活性化処理などを挙げることができる。 The substrate may be surface-treated. Surface treatments include inorganic treatments such as silane coupling treatment, silica coating treatment and silica alumina treatment; plasma treatment, ultraviolet irradiation treatment, ozone oxidation treatment, radiation treatment, X-ray treatment, electron beam treatment and laser treatment. An activation process etc. can be mentioned.

(重合開始基)
重合開始基としては、通常の(リビング)ラジカル重合で用いられる開始基を用いることができる。リビングラジカル重合としては、ニトロキサイド化合物を開始化合物として熱解離させてラジカルを発生させるNMP法;ハロゲン基を有する化合物を開始化合物として、銅やルテニウムの金属錯体を触媒として酸化還元で行う原子移動ラジカル重合(ATRP法);ジチオエステル基を有する化合物を使用する可逆的付加開裂型連鎖移動重合(RAFT法);有機テルルを開始化合物とするTERP法;ヨウ素基を有する化合物を開始化合物とし、触媒としてヨウ素をラジカルとして引き抜くことができる有機化合物を触媒として行う可逆的移動触媒重合(RTCP法);ハロゲン基を有する化合物を開始化合物として、触媒としてハロゲン化第4級アンモニウム塩等を使用して重合する可逆的触媒媒介重合(RCMP法);ハロゲン交換重合;などがある。これらの重合法で用いられる開始基をその表面に導入した基材を使用し、その開始基を起点として(リビング)ラジカル重合することで、基材の表面に蛍光性ポリマーが結合(グラフト)した蛍光性ポリマー層を形成することができる。
(Polymerization initiating group)
As the polymerization initiation group, an initiation group used in ordinary (living) radical polymerization can be used. Living radical polymerization includes the NMP method in which radicals are generated by thermally dissociating a nitroxide compound as an initiating compound; atom transfer radical polymerization performed by redox using a compound having a halogen group as an initiating compound and a metal complex of copper or ruthenium as a catalyst. (ATRP method); reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT method) using a compound having a dithioester group; TERP method using an organic tellurium as an initiating compound; a compound having an iodine group as an initiating compound and iodine as a catalyst Reversible transfer catalyst polymerization (RTCP method) using an organic compound that can abstract as a radical as a catalyst; reactive catalyst-mediated polymerization (RCMP method); halogen exchange polymerization; Using a base material with the initiating group used in these polymerization methods introduced onto its surface, the fluorescent polymer was bonded (grafted) to the surface of the base material by (living) radical polymerization with the initiating group as the starting point. A fluorescent polymer layer can be formed.

ニトロキサイド化合物を使用するNMP法、有機テルル化合物を使用するTERP法、及びジチオエステル基を有する化合物を使用するRAFT法の場合、開始化合物は特殊であり、コスト的にもさほど有利であるとは言えない。このため、下記一般式(1)又は(2)で表される重合開始基を用いることが好ましい。一般式(1)又は(2)中のXがラジカルとして脱離するとともに、生成した炭素ラジカルにしてモノマーが挿入されて重合する。これにより、開始基を末端とするポリマーが形成される。 In the case of the NMP method using a nitroxide compound, the TERP method using an organic tellurium compound, and the RAFT method using a compound having a dithioester group, the starting compounds are special and are not very cost effective. Absent. Therefore, it is preferable to use a polymerization initiation group represented by the following general formula (1) or (2). X in the general formula (1) or (2) is eliminated as a radical, and a monomer is inserted as a generated carbon radical for polymerization. This forms a polymer terminated with the initiating group.

Figure 0007213503000003
(前記一般式(1)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Rは、水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、Rは、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 0007213503000003
(In the general formula (1), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or represents an amide group, R 2 represents an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or an amide group, and "*" represents a bonding position)

一般式(1)中、Xが結合している炭素原子は第3級炭素原子又は第4級炭素原子である。R及びRの少なくとも1つはアルキル基以外の基であることが好ましい。すなわち、R及びRの少なくとも1つがアルキル基以外の電子供与性基であると、Xが脱離しやすくなる。なかでも、Xが第4級炭素原子に結合していると、ラジカルを発生させるのにより好ましい。 In general formula (1), the carbon atom to which X is bonded is a tertiary carbon atom or a quaternary carbon atom. At least one of R 1 and R 2 is preferably a group other than an alkyl group. That is, when at least one of R 1 and R 2 is an electron-donating group other than an alkyl group, X becomes easier to leave. Among them, it is more preferable for X to be bonded to a quaternary carbon atom to generate a radical.

Figure 0007213503000004
(前記一般式(2)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Yは、O又はNHを示し、Rは、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、Rは、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 0007213503000004
(In the general formula (2), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, Y represents O or NH, and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group. shown, R 4 represents an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, and "*" represents the bonding position)

一般式(2)中、Xが結合している炭素原子は第3級炭素原子又は第4級炭素原子である。エステル基又はアミド基が電子供与性基であるので、R及びRのいずれもがアルキル基であってもよい。また、Xが第4級炭素原子に結合していると、ラジカルを発生させるのにより好ましい。 In general formula (2), the carbon atom to which X is bonded is a tertiary carbon atom or a quaternary carbon atom. Both R 3 and R 4 may be alkyl groups, as ester or amide groups are electron donating groups. Also, it is more preferable for X to be attached to a quaternary carbon atom to generate a radical.

重合開始基を基材の表面に導入する(結合させる)方法としては、例えば、重合開始基を有する化合物を、塗布、蒸着、転写、電着、ラミネート、単層膜形成などの方法で基材に付与する方法を挙げることができる。なかでも、重合開始基及び基材と反応する基を有する化合物や;重合開始基を有するポリマーを基材に付与することが好ましい。重合開始基を有するポリマーとしては、三次元架橋構造を有するポリマーや、基材と反応する基をさらに有するポリマーが好ましい。基材と反応する基を有する化合物やポリマーを基材に付与することで、基材表面に重合開始基を基材表面に強固に導入することができる。 As a method for introducing (bonding) the polymerization initiation group to the surface of the substrate, for example, a compound having a polymerization initiation group is applied to the substrate by a method such as coating, vapor deposition, transfer, electrodeposition, lamination, or formation of a single layer film. A method of giving to can be mentioned. Among them, it is preferable to apply a compound having a polymerization initiating group and a group that reacts with the substrate, or a polymer having a polymerization initiating group to the substrate. As the polymer having a polymerization initiation group, a polymer having a three-dimensional crosslinked structure and a polymer further having a group that reacts with the substrate are preferable. By applying a compound or polymer having a group that reacts with the base material to the base material, the polymerization initiation group can be firmly introduced to the base material surface.

反応性基は、基材の種類にあわせて適宜選択すればよい。例えば、シリコン基板、金属、金属酸化物、水酸基を有する無機化合物等を基材として用いる場合には、アルコキシシリル基、エポキシ基などが反応性基として好ましい。また、セルロースなどの水酸基を有する有機化合物を基材として用いる場合には、酸ハロゲン化物、酸無水物、イソシアネート基などが反応性基として好ましい。 The reactive group may be appropriately selected according to the type of substrate. For example, when a silicon substrate, a metal, a metal oxide, an inorganic compound having a hydroxyl group, or the like is used as the base material, an alkoxysilyl group, an epoxy group, or the like is preferable as the reactive group. When an organic compound having a hydroxyl group such as cellulose is used as the base material, acid halides, acid anhydrides, isocyanate groups and the like are preferred as reactive groups.

重合性基を有するポリマーとしては、下記一般式(3)で表されるモノマーと、(メタ)アクリロシロキシプロピルトリメチルシリルや(メタ)アクリロイロキシプロピルトリエトキシシリルなどのアルコキシシリル基を有するモノマーと、を含むモノマー成分を重合して得られるポリマー(ポリマータイプの処理剤)を用いることが好ましい。 As the polymer having a polymerizable group, a monomer represented by the following general formula (3) and a monomer having an alkoxysilyl group such as (meth)acryloyloxypropyltrimethylsilyl or (meth)acryloyloxypropyltriethoxysilyl It is preferable to use a polymer (polymer-type treatment agent) obtained by polymerizing a monomer component containing .

Figure 0007213503000005
Figure 0007213503000005

また、重合開始基を有する化合物としては、下記式(4)で表される、重合開始基及び基材と反応する基(アルコキシシリル基)を有する化合物を用いることが好ましい。 As the compound having a polymerization initiating group, it is preferable to use a compound having a polymerization initiating group and a group (alkoxysilyl group) that reacts with the substrate represented by the following formula (4).

Figure 0007213503000006
Figure 0007213503000006

(ラジカル重合性蛍光色素)
ラジカル重合性蛍光色素は、不飽和結合等を含むラジカル重合性基を有する蛍光色素である。このようなラジカル重合性蛍光色素を含むモノマーを重合することで、基材の表面に結合した蛍光性ポリマーからなる蛍光性ポリマー層を形成することができる。ラジカル重合性蛍光色素としては、メロシアニン系蛍光色素、ペリレン系蛍光色素、アクリジン系蛍光色素、ルシフェリン系蛍光色素、ピラニン系蛍光色素、スチルベン系蛍光色素、ローダミ系蛍光色素、クマリン系蛍光色素、アゾ系蛍光色素、ピラン系蛍光色素、ピロメテン系蛍光色素、フルオレセイン系蛍光色素、ウンベリフェロン系蛍光色素などの有機系色素;ユウロピウム系色素などの無機系色素;を挙げることができる。
(Radical polymerizable fluorescent dye)
A radically polymerizable fluorescent dye is a fluorescent dye having a radically polymerizable group containing an unsaturated bond or the like. By polymerizing a monomer containing such a radically polymerizable fluorescent dye, it is possible to form a fluorescent polymer layer composed of the fluorescent polymer bound to the surface of the substrate. Radically polymerizable fluorescent dyes include merocyanine-based fluorescent dyes, perylene-based fluorescent dyes, acridine-based fluorescent dyes, luciferin-based fluorescent dyes, pyranine-based fluorescent dyes, stilbene-based fluorescent dyes, rhodami-based fluorescent dyes, coumarin-based fluorescent dyes, and azo-based fluorescent dyes. Organic dyes such as fluorescent dyes, pyran-based fluorescent dyes, pyrromethene-based fluorescent dyes, fluorescein-based fluorescent dyes, and umbelliferone-based fluorescent dyes; and inorganic dyes such as europium-based dyes.

ラジカル重合性蛍光色素のより具体的な例としては、下記一般式(5)~(11)(Rは水素原子又はメチル基を示す)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基を有するモノマーを挙げることができる。また、下記一般式(5)~(11)中のRは、メチル基であることが好ましい。 More specific examples of radically polymerizable fluorescent dyes include monomers having a (meth)acryloyloxy group represented by the following general formulas (5) to (11) (R represents a hydrogen atom or a methyl group): be able to. Moreover, R in the following general formulas (5) to (11) is preferably a methyl group.

Figure 0007213503000007
Figure 0007213503000007

重合させるモノマーの全てをラジカル重合性蛍光色素としてもよいが、濃度消光等により発光しにくくなったり、嵩高いモノマーであるために反応せずに残存したりする場合がある。また、ラジカル重合性色素は発光強度が高いため、使用量が少なくても強く発光する。このため、全モノマー中のラジカル重合性蛍光色素の量は、0.01~10質量%とすることが好ましく、0.1~5質量%とすることがさらに好ましい。 Although all of the monomers to be polymerized may be radically polymerizable fluorescent dyes, it may become difficult to emit light due to concentration quenching or the like, or may remain without reaction due to bulky monomers. In addition, since the radically polymerizable dye has a high emission intensity, it emits strong light even when the amount used is small. Therefore, the amount of the radically polymerizable fluorescent dye in all monomers is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.1 to 5% by mass.

(ラジカル重合性蛍光色素以外のモノマー)
ラジカル重合性蛍光色素以外のモノマー(その他のモノマー)としては、ラジカル重合しうる従来公知のモノマーをいずれも用いることができ、形成しようとする蛍光性ポリマー層の特性に合わせて適宜選択して用いればよい。なかでも、(メタ)アクリロイルオキシ基を有するモノマー((メタ)アクリレート系モノマー)を用いることが好ましく、(メタクリロイルオキシ基を有するモノマー(メタクリレート系モノマー)を用いることがさらに好ましい。
(Monomers other than radically polymerizable fluorescent dyes)
As the monomer (other monomer) other than the radically polymerizable fluorescent dye, any conventionally known monomer capable of radical polymerization can be used, and the monomer is appropriately selected and used according to the characteristics of the fluorescent polymer layer to be formed. Just do it. Among them, it is preferable to use a monomer having a (meth)acryloyloxy group ((meth)acrylate-based monomer), and it is more preferable to use a monomer having a methacryloyloxy group (methacrylate-based monomer).

(重合方法)
重合工程では、上記のラジカル重合性蛍光色素を含むモノマーをラジカル重合又はリビングラジカル重合する。また、一般式(1)又は(2)で表される基などのハロゲン原子を有する基を重合開始基とする場合、従来公知の金属錯体を用いる原子移動ラジカル重合によってモノマーを重合することが好ましい。金属錯体としては、塩化銅、臭化銅と、ジノニルビピリジン、トリジメチルアミノエチルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミンなどのポリアミンとの錯体や;ジクロロトリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム;などを挙げることができる。原子移動ラジカル重合は、バルク重合であってもよく、有機溶剤などを用いる溶液重合であってもよい。有機溶剤としては、炭化水素系溶剤、エステル系溶剤、グリコール系溶剤、エーテル系溶剤、アミド系溶剤、アルコール系溶剤、スルホキシド系溶剤、尿素系溶剤、イオン液体などを用いることができる。
(Polymerization method)
In the polymerization step, the monomer containing the radically polymerizable fluorescent dye is subjected to radical polymerization or living radical polymerization. Further, when a group having a halogen atom such as the group represented by the general formula (1) or (2) is used as the polymerization initiation group, it is preferable to polymerize the monomer by atom transfer radical polymerization using a conventionally known metal complex. . Examples of metal complexes include complexes of copper chloride or copper bromide with polyamines such as dinonylbipyridine, tridimethylaminoethylamine and pentamethyldiethylenetriamine; dichlorotris(triphenylphosphine)ruthenium; and the like. Atom transfer radical polymerization may be bulk polymerization or solution polymerization using an organic solvent or the like. Examples of organic solvents that can be used include hydrocarbon-based solvents, ester-based solvents, glycol-based solvents, ether-based solvents, amide-based solvents, alcohol-based solvents, sulfoxide-based solvents, urea-based solvents, and ionic liquids.

原子移動ラジカル重合では重金属を用いるため、着色や環境への負荷を考慮する必要があるとともに、反応系から除去する必要もある。このため、重金属を用いない汎用の有機化合物の存在下で重合することが好ましい。具体的には、ハロゲン化第4級アンモニウム塩、ハロゲン化第4級ホスホニウム塩、及びハロゲン化アルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも一種の塩の共存下で、ラジカル重合性蛍光色素と(メタ)アクリレート系モノマーを含むモノマーを重合することが好ましい。これにより、市販の安価な有機材料や無機塩で重合することができる。また、金属を除去する必要がないため、環境に対する負荷を減ずることができるとともに、工程を簡略化することもできる。 Since heavy metals are used in atom transfer radical polymerization, it is necessary to consider their coloring and load on the environment, and also to remove them from the reaction system. Therefore, it is preferable to polymerize in the presence of a general-purpose organic compound that does not use heavy metals. Specifically, the radically polymerizable fluorescent dye and ( It is preferred to polymerize monomers including meth)acrylate monomers. As a result, it is possible to polymerize with commercially available inexpensive organic materials and inorganic salts. In addition, since there is no need to remove metal, the load on the environment can be reduced and the process can be simplified.

重合開始基中のX(ハロゲン)がラジカルとして脱離するとともに、Xの脱離とともに生成した炭素ラジカルにモノマーが挿入されて重合が進行する。その際、上記の特定の塩を共存させることで、ハロゲンラジカルの引き抜き又はハロゲン交換が生じ、生成した炭素ラジカルからモノマーの重合が進行して蛍光性ポリマーが形成される。 X (halogen) in the polymerization initiating group is eliminated as a radical, and the monomer is inserted into the carbon radical generated as X is eliminated to proceed with polymerization. At that time, the coexistence of the specific salt described above causes abstraction of halogen radicals or halogen exchange, and polymerization of monomers proceeds from the generated carbon radicals to form a fluorescent polymer.

ハロゲン化第4級アンモニウム塩としては、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラオクチルアンモニウム、塩化ノニルピリジニウム、塩化コリンなどを挙げることができる。ハロゲン化第4級ホスホニウム塩としては、塩化テトラフェニルホスホニウム、臭化メチルトリブチルホスホニウム、ヨウ化テトラブチルホスホニウムなどを挙げることができる。ハロゲン化アルカリ金属塩としては、臭化リチウム、ヨウ化カリウムなどを挙げることができる。 Halogenated quaternary ammonium salts include benzyltrimethylammonium chloride, tetrabutylammonium bromide, tetrabutylammonium iodide, tetraoctylammonium iodide, nonylpyridinium chloride, choline chloride and the like. Halogenated quaternary phosphonium salts include tetraphenylphosphonium chloride, methyltributylphosphonium bromide, and tetrabutylphosphonium iodide. Examples of alkali metal halide salts include lithium bromide and potassium iodide.

塩としては、ヨウ化物塩を用いることが好ましい。ヨウ化物塩を用いることで、リビングラジカル重合が進行し、分子量分布がより狭いポリマーを得ることができる。また、ヨウ化第4級アンモニウム塩、ヨウ化第4級ホスホニウム塩、及びヨウ化アルカリ金属塩などの重合溶液に溶解しうる塩を用いることが好ましく、ヨウ化第4級アンモニウム塩を用いることがさらに好ましい。ヨウ化第4級アンモニウム塩としては、ヨウ化ベンジルテトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラオクチルアンモニウム、ヨウ化ドデシルトリメチルアンモニウム、ヨウ化オクタデシルトリメチルアンモニウム、ヨウ化トリオクダデシルメチルアンモニウムなどを挙げることができる。 As the salt, it is preferable to use an iodide salt. By using an iodide salt, living radical polymerization proceeds and a polymer with a narrower molecular weight distribution can be obtained. In addition, it is preferable to use a salt soluble in the polymerization solution such as a quaternary ammonium iodide salt, a quaternary phosphonium iodide salt, and an alkali metal iodide salt, and a quaternary ammonium iodide salt is preferably used. More preferred. Examples of quaternary ammonium iodide salts include benzyltetrabutylammonium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetraoctylammonium iodide, dodecyltrimethylammonium iodide, octadecyltrimethylammonium iodide, triocdacdecylmethylammonium iodide, and the like. can be mentioned.

活性度を高めるとともに、より濃厚で高分子量のポリマーを得る観点から、重合開始基に対する塩の量は当モル以上とすることが好ましく、10倍モル以上とすることがさらに好ましく、100倍モル以上としてもよい。 From the viewpoint of increasing the activity and obtaining a polymer with a higher concentration and a higher molecular weight, the amount of the salt to the polymerization initiating group is preferably equal to or more than the molar amount, more preferably 10 times the molar amount or more, and more preferably 100 times the molar amount or more. may be

この第4級塩やハロゲン化物塩を使用する方法において、その重合条件は特に限定されない。従来公知の条件で行われる。好ましくは、温度は60℃以上、溶媒として有機溶媒を使用することが好ましい。溶媒としては、従来公知の溶媒が使用でき、特に限定されない。その溶剤は前記した従来公知の有機溶剤が使用できるが、好ましくは、塩を溶解する溶剤を使用することがよく、アルコール系、グリコール系、アミド系、尿素系、スルホキシド系、イオン液体などの極性が高い有機溶剤が好ましい。 In the method using this quaternary salt or halide salt, the polymerization conditions are not particularly limited. It is carried out under conventionally known conditions. Preferably, the temperature is above 60° C. and an organic solvent is used as the solvent. Conventionally known solvents can be used as the solvent, and there is no particular limitation. As the solvent, conventionally known organic solvents can be used, but it is preferable to use a solvent that dissolves salts. Organic solvents with high . are preferred.

重合工程では、常圧~1,000MPaの圧力条件下、好ましくは100~1,000MPa、さらに好ましくは200~800MPa、特に好ましくは300~600MPaの圧力条件下で重合する。具体的には、モノマー及び基材を入れた重合容器の全体に、水などの媒体を介して均一に圧力を付与しながら重合する。圧力を付与した状態でラジカル重合することで、停止反応を抑制し、より高分子量の蛍光性ポリマーを形成することができる。 In the polymerization step, polymerization is carried out under normal pressure to 1,000 MPa, preferably 100 to 1,000 MPa, more preferably 200 to 800 MPa, particularly preferably 300 to 600 MPa. Specifically, the entire polymerization vessel containing the monomer and the base material is polymerized while uniformly applying pressure via a medium such as water. Radical polymerization under pressure can suppress the termination reaction and form a fluorescent polymer having a higher molecular weight.

圧力を付与した状態、好ましくは100MPa以上の圧力条件下でラジカル重合することで、停止反応を抑制し、より高分子量の蛍光性ポリマーを形成することができる。なお、1,000MPa超の圧力に耐えうる容器や装置を用意するのは困難であり、実用的ではない。形成される蛍光性ポリマーの分子量が大きくなるに伴い、基材表面に形成される蛍光性ポリマー層の膜厚が厚くなる。蛍光性ポリマー層の膜厚を厚くすることで、基材表面をこれまでにない特性を示すように改質することができる。蛍光性ポリマー層の膜厚は、例えば、数nmから数μmとすることができ、好ましくは10nm以上、さらに好ましくは100nm以上とすることができる。 Radical polymerization under a pressure condition, preferably at a pressure of 100 MPa or more, can suppress the termination reaction and form a fluorescent polymer with a higher molecular weight. It should be noted that it is difficult and impractical to prepare a container or apparatus that can withstand a pressure of over 1,000 MPa. As the molecular weight of the fluorescent polymer formed increases, the film thickness of the fluorescent polymer layer formed on the substrate surface increases. By increasing the thickness of the fluorescent polymer layer, the substrate surface can be modified to exhibit unprecedented properties. The film thickness of the fluorescent polymer layer can be, for example, several nm to several μm, preferably 10 nm or more, more preferably 100 nm or more.

重合容器としては、密閉可能であるとともに、高圧に耐えうる容器を用いることが好ましい。また、容器の内部に圧力が伝達される必要があるため、プラスチック製の軟質部分や伸縮部分などの、圧力で変形する部分を有する容器を用いることが好ましい。具体的には、ポリエチレン製の瓶、ペットボトル、レトルトパウチ、ブリスター容器など様々な容器を用いることができる。また、重合時の温度で変形しにくい、耐熱性を有する素材からなる容器が好ましい。さらに、重合用の溶剤等で侵されにくい、耐薬品性や耐溶剤性などの特性を有する素材からなる容器が好ましい。重合容器を構成する素材としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エンジニアプラスチック等を挙げることができる。また、重合時には、可能な限り、重合容器内に気体が入りこまないようにすることが好ましい。例えば、重合容器の容量の90%以上に重合溶液を仕込むことが好ましい。 As the polymerization vessel, it is preferable to use a vessel that can be sealed and that can withstand high pressure. In addition, since it is necessary to transmit pressure to the inside of the container, it is preferable to use a container having a portion that is deformed by pressure, such as a plastic soft portion or an elastic portion. Specifically, various containers such as polyethylene bottles, PET bottles, retort pouches, and blister containers can be used. Also, a container made of a heat-resistant material that is resistant to deformation at the temperature during polymerization is preferable. Furthermore, it is preferable to use a container made of a material having properties such as chemical resistance and solvent resistance, which is resistant to being attacked by a solvent for polymerization or the like. Examples of materials constituting the polymerization vessel include polyolefin resins, fluorine resins, polyester resins, polyamide resins, engineering plastics, and the like. During polymerization, it is preferable to prevent gas from entering the polymerization vessel as much as possible. For example, it is preferable to charge the polymerization solution to 90% or more of the volume of the polymerization vessel.

ラジカル重合性蛍光色素以外のモノマー(その他のモノマー)を適宜選択して用いることで、形成される蛍光性ポリマー層の特性を任意に設定することができる。例えば、その他のモノマーとしてフッ素系モノマーを用いることで、水や油をはじきやすい表面張力の低い蛍光性ポリマー層を形成することができる。また、その他のモノマーとしてポリエチレングリコール基やカルボキシ基などを有するモノマーを使用することで、当たった水蒸気が直ちに水滴となって曇りにくい親水性の蛍光性ポリマー層を形成することができる。さらに、タンパク等が付着しにくい生体適合性基材を製造することも可能である。また、形成された蛍光性ポリマー層を潤滑油等で膨潤させて潤滑膜とし、極低摩擦性のポリマー層とすることもできる。 By appropriately selecting and using a monomer (other monomer) other than the radically polymerizable fluorescent dye, the properties of the fluorescent polymer layer to be formed can be arbitrarily set. For example, by using a fluorine-based monomer as another monomer, it is possible to form a fluorescent polymer layer that easily repels water and oil and has a low surface tension. In addition, by using a monomer having a polyethylene glycol group, a carboxy group, or the like as another monomer, it is possible to form a hydrophilic fluorescent polymer layer in which impinging water vapor immediately turns into water droplets and is less likely to cloud. Furthermore, it is also possible to produce a biocompatible substrate to which proteins and the like are less likely to adhere. Further, the formed fluorescent polymer layer may be swollen with lubricating oil or the like to form a lubricating film, thereby forming an extremely low-friction polymer layer.

形成されるポリマー層は、後述するように、紫外線を照射することで蛍光を発する蛍光性ポリマー層であることから、紫外線の照射によってポリマー層における傷や欠損等の欠陥の有無や程度を容易に確認することができる。但し、ポリマー層における欠陥の有無や程度を確認することは可能である一方で、形成された蛍光性ポリマー層を構成する蛍光性ポリマーの分子量を検証することは容易であるとは言えない。そこで、本発明の製造方法では、重合開始基と同一の開始基を有する開始基モノマーの共存下で表面開始ラジカル重合又は表面開始リビングラジカル重合することが好ましい。すなわち、基材に結合せずにフリーで存在する開始基モノマーをラジカル重合することで、蛍光性ポリマー層に含まれない遊離ポリマーが形成される。そして、形成された遊離ポリマーの分子量を定法にしたがって測定することで、基材表面に形成された蛍光性ポリマー層を構成する蛍光性ポリマーの分子量を推測することができる。 As will be described later, the formed polymer layer is a fluorescent polymer layer that emits fluorescence when irradiated with ultraviolet rays. Therefore, the presence or absence and degree of defects such as scratches and defects in the polymer layer can be easily determined by irradiation with ultraviolet rays. can be confirmed. However, while it is possible to confirm the presence or absence and degree of defects in the polymer layer, it cannot be said that it is easy to verify the molecular weight of the fluorescent polymer that constitutes the formed fluorescent polymer layer. Therefore, in the production method of the present invention, it is preferable to carry out surface-initiated radical polymerization or surface-initiated living radical polymerization in the coexistence of an initiating group monomer having the same initiating group as the polymerization initiating group. That is, a free polymer that is not contained in the fluorescent polymer layer is formed by radically polymerizing an initiating group monomer that exists free without bonding to the substrate. By measuring the molecular weight of the formed free polymer according to a standard method, the molecular weight of the fluorescent polymer forming the fluorescent polymer layer formed on the substrate surface can be estimated.

開始基モノマーとしては、基材に結合した重合開始基と同一の基を有する化合物を用いる。具体的には、下記式(12)~(14)で表される化合物を開始基モノマーとして用いることができる。 As the initiating group monomer, a compound having the same group as the polymerization initiating group bonded to the substrate is used. Specifically, compounds represented by the following formulas (12) to (14) can be used as initiating group monomers.

Figure 0007213503000008
Figure 0007213503000008

重合系中の開始基モノマーの量は、0.01質量%以下とすることが好ましく、0.001質量%以下とすることがさらに好ましい。開始基モノマーの量が多すぎると、重合系が高粘度化してしまい、得られる表面改質基材を取り出しにくくなることがある。また、基材表面に付着した、開始基モノマーから形成された遊離ポリマーを洗浄して除去するのに時間がかかる場合がある。なお、形成される遊離ポリマーの、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、通常、1,000~10,000,000であり、好ましくは100,000以上である。 The amount of the initiating group monomer in the polymerization system is preferably 0.01% by mass or less, more preferably 0.001% by mass or less. If the amount of the initiating group monomer is too large, the viscosity of the polymerization system increases, and it may become difficult to take out the obtained surface-modified base material. In addition, it may take time to wash and remove the free polymer formed from the initiating group monomer attached to the substrate surface. The polystyrene-equivalent number average molecular weight (Mn) of the formed free polymer measured by gel permeation chromatography (GPC) is usually 1,000 to 10,000,000, preferably 100, 000 or more.

本発明の製造方法によれば、基材の表面特性を顕著に改質した表面改質基材を簡便に製造することができる。このため、本発明の製造方法は、医療用部材、電子材料、ディスプレイ材料、半導体材料、機械部品、摺動部材、電池材料などの様々な分野で用いられる各種の基材を製造する方法として有用である。さらに、紫外線照射により蛍光を発する蛍光性ポリマー層を有することから、ダミー防止、セキュリティー用途、意匠用途、及び潜在画像表現等に使用することができる。 According to the production method of the present invention, it is possible to easily produce a surface-modified substrate in which the surface properties of the substrate are significantly modified. Therefore, the production method of the present invention is useful as a method for producing various substrates used in various fields such as medical members, electronic materials, display materials, semiconductor materials, machine parts, sliding members, and battery materials. is. Furthermore, since it has a fluorescent polymer layer that emits fluorescence when irradiated with ultraviolet rays, it can be used for dummy prevention, security applications, design applications, latent image expression, and the like.

<表面改質基材の検査方法>
本発明の表面改質基材の検査方法は、上述の製造方法によって製造された表面改質基材の蛍光性ポリマー層に紫外線を照射して発生させた蛍光により、蛍光性ポリマー層の状態を確認する工程を有する。蛍光ポリマー層から発した蛍光を観察することで、基材表面がうまく改質されたか;基材表面の全体が改質されたか;すべての基材(全てのロット)の表面が改質されたか;等を確認することができる。すなわち、本発明の表面改質基材の検査方法は、製品を傷つけることなく検査することが可能な非破壊検査の一種である。
<Method for inspecting surface-modified substrate>
The method for inspecting a surface-modified substrate of the present invention uses the fluorescence generated by irradiating the fluorescent polymer layer of the surface-modified substrate manufactured by the above-described manufacturing method with ultraviolet rays to detect the state of the fluorescent polymer layer. It has a process to confirm. By observing the fluorescence emitted from the fluorescent polymer layer, whether the substrate surface was successfully modified; whether the entire substrate surface was modified; whether the surface of all substrates (all lots) was modified ; etc. can be confirmed. That is, the method for inspecting a surface-modified substrate of the present invention is a type of non-destructive inspection capable of inspecting products without damaging them.

紫外線を照射する装置としては、例えば、254nm、350~400nmなどの紫外線を発光する光源、ブラックライト、水銀ランプ、メタルハライドランプ、LEDライトなどを用いることができる。また、ハンディータイプの装置を使用して表面改質基材を個別に検査してもよいし、ベルトコンベア等の搬送手段に載せた複数の表面改質基材を機械的に連続して検査してもよい。さらには、蛍光顕微鏡を使用して、μmオーダー以下の傷や欠損等を確認することもできる。また、分光蛍光光度計や紫外可視分光光度計などの分光光度計などを使用することもできる。 As a device for irradiating ultraviolet rays, for example, a light source emitting ultraviolet rays of 254 nm, 350 to 400 nm, etc., a black light, a mercury lamp, a metal halide lamp, an LED light, and the like can be used. In addition, the surface-modified substrates may be individually inspected using a handy type device, or a plurality of surface-modified substrates placed on a conveying means such as a belt conveyor may be mechanically continuously inspected. may Furthermore, a fluorescence microscope can be used to confirm flaws, defects, and the like on the order of μm or less. Spectrophotometers such as spectrofluorophotometers and UV-visible spectrophotometers can also be used.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples. "Parts" and "%" in Examples and Comparative Examples are based on mass unless otherwise specified.

<表面改質基材の製造(1)>
(参考例1)
1cm×1cmサイズのシリコン基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄した後、チップクリーナー(バイオフォースナノサイエンス社製)を使用してUVオゾン照射し、シリコン基板の表面に水酸基を形成させて活性化した。エタノール100部、28%アンモニア水溶液10部、及び2-ブロモ-2-メチルプロピオニルオキシプロピルトリメトキシシラン(BPM)1部を入れた容器に活性化したシリコン基板を12時間浸漬させた。取り出したシリコン基板を、乾燥機を使用し、80℃で10分間乾燥させた。
<Production of surface-modified substrate (1)>
(Reference example 1)
After ultrasonically cleaning a silicon substrate of 1 cm × 1 cm size with isopropyl alcohol, it was irradiated with UV ozone using a chip cleaner (manufactured by Bioforce Nanoscience) to form hydroxyl groups on the surface of the silicon substrate for activation. The activated silicon substrate was immersed in a container containing 100 parts of ethanol, 10 parts of 28% aqueous ammonia solution, and 1 part of 2-bromo-2-methylpropionyloxypropyltrimethoxysilane (BPM) for 12 hours. The removed silicon substrate was dried at 80° C. for 10 minutes using a dryer.

ガラス製のサンプル瓶に、第一臭化銅0.0930部、ジノニルビピリジン0.6473部、メタクリル酸メチル(MMA)20.0240部、一般式(5)で表される化合物(R=メチル基、3”-メタクリロキシスピロベンゾ[c]-フラン[1,9”]キサンテン-3-オン、極大吸収波長341nm、蛍光色素-1)0.1部、アニソール20.0部、及びブロモイソ酪酸エチル(EBIB)の1.95%アニソール溶液0.01部を入れて均一化し、茶褐色の重合溶液を得た。 Into a glass sample bottle, 0.0930 parts of copper(I) bromide, 0.6473 parts of dinonyl bipyridine, 20.0240 parts of methyl methacrylate (MMA), the compound represented by the general formula (5) (R = methyl group, 3″-methacryloxyspirobenzo[c]-furan[1,9″]xanthen-3-one, maximum absorption wavelength 341 nm, fluorescent dye-1) 0.1 parts, anisole 20.0 parts, and bromoisobutyric acid 0.01 part of a 1.95% anisole solution of ethyl (EBIB) was added and homogenized to obtain a dark brown polymerization solution.

得られた重合溶液10部及び上記のシリコン基板を三方コック付きのガラス製シュレンク管に入れた。アルゴンガスを30分間吹き込んだ後、三方コックを閉めて密閉し、アンプル管とした。このアンプル管を60℃の湯浴に入れ、6時間重合した。冷却後、アンプル管内の重合溶液の一部をサンプリングし、テトラヒドロフラン(THF)を展開溶媒とするGPCにて測定したポリマーのポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は120,000であり、分子量分布(重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)=PDI)は1.05であった。アンプル管から取り出したシリコン基板をTHFに12時間浸漬し、虹色干渉を示すポリマー層が形成された表面改質基材を得た。 10 parts of the obtained polymerization solution and the above silicon substrate were placed in a glass Schlenk tube equipped with a three-way cock. After blowing argon gas for 30 minutes, the three-way cock was closed and the tube was sealed to form an ampoule tube. This ampoule tube was placed in a hot water bath at 60° C. and polymerized for 6 hours. After cooling, a part of the polymerization solution in the ampoule tube was sampled, and the polystyrene-equivalent number average molecular weight (Mn) of the polymer measured by GPC using tetrahydrofuran (THF) as a developing solvent was 120,000, and the molecular weight distribution ( Weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn) = PDI) was 1.05. The silicon substrate taken out from the ampoule tube was immersed in THF for 12 hours to obtain a surface-modified substrate on which a polymer layer exhibiting iridescent interference was formed.

得られた表面改質基材に波長365nmの紫外線を照射し、表面のポリマー層が発光したことを確認した。また、ポリマー層に傷や欠陥などは見当たらなかった。以上より、得られた表面改質基材には、Mn12万のポリマーからなる塗膜欠損等のないポリマー層が形成されたことを確認した。エリプソメトリー(商品名「EC-400」、ジェー・エー・ウーラム社製)を使用して測定したポリマー層の膜厚は75nmであった。 The obtained surface-modified base material was irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm, and it was confirmed that the polymer layer on the surface emitted light. Moreover, no scratches or defects were found in the polymer layer. From the above, it was confirmed that a polymer layer having no defects in the coating film and the like was formed on the obtained surface-modified base material. The film thickness of the polymer layer measured using ellipsometry (trade name “EC-400”, manufactured by JA Woollam) was 75 nm.

(比較例1)
蛍光色素-1を使用しないこと以外は前述の参考例1と同様にして、ポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは165,000であり、PDIは1.06であった。また、形成されたポリマー層の膜厚は78.5nmであった。得られた表面改質基材に波長365nmの紫外線を照射したが、表面のポリマー層が発光することはなかった。このため、形成されたポリマー層に欠損等が生じていたか否かを確認することはできなかった。
(Comparative example 1)
A surface-modified substrate on which a polymer layer was formed was obtained in the same manner as in Reference Example 1, except that the fluorescent dye-1 was not used. The resulting polymer had an Mn of 165,000 and a PDI of 1.06. Moreover, the film thickness of the formed polymer layer was 78.5 nm. The resulting surface-modified substrate was irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm, but the polymer layer on the surface did not emit light. Therefore, it was not possible to confirm whether or not the formed polymer layer had defects or the like.

(実施例2)
参考例1で用いたものと同様のシリコン基板及び重合溶液を用意した。ポリエチレン製のサンプル瓶にシリコン基板を入れた後、サンプル瓶を重合溶液で充たして蓋をした。重合溶液が漏れないようにテープを巻くとともに、アルミパウチに入れて空気が入らないようにラミネートした。加圧媒体として水を入れた高圧装置(商品名「PV-400シリーズ」、シンコーポレーション社製)内にアルミパウチを入れ、60℃に加温するとともに、400MPaに加圧して4時間重合し、シリコン基板の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは1,500,000であり、PDIは1.04であった。また、形成されたポリマー層の膜厚は750nmであった。得られた表面改質基材に波長365nmの紫外線を照射し、表面のポリマー層が発光したことを確認した。また、ポリマー層に傷や欠陥などは見当たらなかった。
(Example 2)
A silicon substrate and a polymerization solution similar to those used in Reference Example 1 were prepared. After the silicon substrate was placed in a polyethylene sample bottle, the sample bottle was filled with a polymerization solution and capped. It was wrapped with tape so that the polymerization solution would not leak, and was placed in an aluminum pouch and laminated to prevent air from entering. Put an aluminum pouch in a high-pressure device (trade name "PV-400 series", manufactured by Shin Corporation) containing water as a pressurizing medium, heat to 60 ° C., pressurize to 400 MPa and polymerize for 4 hours, A surface-modified substrate having a polymer layer formed on the surface of the silicon substrate was obtained. The resulting polymer had an Mn of 1,500,000 and a PDI of 1.04. Moreover, the film thickness of the formed polymer layer was 750 nm. The obtained surface-modified base material was irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm, and it was confirmed that the polymer layer on the surface emitted light. Moreover, no scratches or defects were found in the polymer layer.

(実施例3)
炭化ケイ素製の基材(直径1cm、厚さ2mmの円板)を用意し、前述の参考例1と同様にして活性化させた。エタノール100部、28%アンモニア水溶液10部、及び2-アイオド-2-メチルプロピオニルオキシヘキシルトリエトキシシシラン(IHE)1部を入れた容器に活性化させた上記の基材を入れ、12時間浸漬させた後、取り出して送風乾燥した。
(Example 3)
A substrate made of silicon carbide (a disk with a diameter of 1 cm and a thickness of 2 mm) was prepared and activated in the same manner as in Reference Example 1 described above. 100 parts of ethanol, 10 parts of a 28% aqueous ammonia solution, and 1 part of 2-iodo-2-methylpropionyloxyhexyltriethoxysilane (IHE) were placed in a container containing the above activated substrate and immersed for 12 hours. After drying, it was taken out and air-dried.

ガラス製のサンプル瓶に、テトラブチルアンモニウムアイオダイド(TBAI)0.406部、MMA55.07部、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド(MDMPA)55.07部、アイオド酪酸エチルの1.95%MDMPA溶液0.1部、及び一般式(11)で表される化合物(R=メチル基、9-(2-メタクリロイルオキシエトキシカルボニルフェニル)-3,6-ビス(ジエチルアミノ)キサンチリウムのビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩、極大吸収波長552nm、蛍光色素-2)0.826部を入れて均一化し、赤色透明の重合溶液を得た。 In a glass sample bottle, 0.406 parts of tetrabutylammonium iodide (TBAI), 55.07 parts of MMA, 55.07 parts of 3-methoxy-N,N-dimethylpropionamide (MDMPA), and 1.5 parts of ethyl iodobutyrate were added. 0.1 part of a 95% MDMPA solution, and the compound represented by the general formula (11) (R = methyl group, 9-(2-methacryloyloxyethoxycarbonylphenyl)-3,6-bis(diethylamino)xanthylium bis( Trifluoromethanesulfonyl)imide salt, maximum absorption wavelength 552 nm, fluorescent dye-2) 0.826 parts were added and homogenized to obtain a red transparent polymerization solution.

フッ素樹脂製のサンプル瓶に上記の基材を入れた後、サンプル瓶を重合溶液で充たしてシールし、アルミパウチに入れて空気が入らないようにラミネートした。高圧装置内にアルミパウチを入れ、85℃に加温するとともに、400MPaに加圧して6時間重合し、炭化ケイ素製の基材の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは1,240,000であり、PDIは1.52であった。また、形成されたポリマー層の膜厚は620nmであった。GPCのUV吸収検出器で測定したポリマーのMnは1,270,000であり、PDIは1.43であった。得られた表面改質基材をTHFで洗浄した後、乾燥させた。ブラックライトの紫外線を照射し、表面のポリマー層が発光したことを確認した。また、ポリマー層に傷や欠陥などは見当たらなかった。表面改質基材をTHFに浸漬し、超音波洗浄した後、乾燥させた。紫外線を再度照射し、表面のポリマー層が発光したことを確認した。 After the substrate was placed in a fluororesin sample bottle, the sample bottle was filled with a polymerization solution, sealed, placed in an aluminum pouch, and laminated so as to prevent air from entering. An aluminum pouch was placed in a high-pressure apparatus, heated to 85° C., pressurized to 400 MPa and polymerized for 6 hours to obtain a surface-modified substrate having a polymer layer formed on the surface of the silicon carbide substrate. . The resulting polymer had an Mn of 1,240,000 and a PDI of 1.52. Moreover, the film thickness of the formed polymer layer was 620 nm. The polymer had a Mn of 1,270,000 and a PDI of 1.43 as determined by GPC UV absorption detector. The resulting surface-modified substrate was washed with THF and then dried. It was confirmed that the polymer layer on the surface emitted light by irradiating ultraviolet rays of a black light. Moreover, no scratches or defects were found in the polymer layer. The surface-modified substrate was immersed in THF, ultrasonically cleaned, and then dried. It was confirmed that the polymer layer on the surface emitted light by irradiating ultraviolet rays again.

(実施例4)
IHEに代えてBPMを用いるとともに、アイオド酪酸エチルに代えてEBIBを用いたこと以外は、前述の実施例3と同様にして、炭化ケイ素製の基材の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは1,620,000であり、PDIは2.88であった。また、形成されたポリマー層の膜厚は520nmであった。得られた表面改質基材をTHFで洗浄した後、乾燥させた。ブラックライトの紫外線を照射し、表面のポリマー層が発光したことを確認した。また、ポリマー層に傷や欠陥などは見当たらなかった。
(Example 4)
A surface modified product in which a polymer layer was formed on the surface of a silicon carbide substrate in the same manner as in Example 3 above except that BPM was used instead of IHE and EBIB was used instead of ethyl iodobutyrate. A quality substrate was obtained. The resulting polymer had an Mn of 1,620,000 and a PDI of 2.88. Moreover, the film thickness of the formed polymer layer was 520 nm. The resulting surface-modified substrate was washed with THF and then dried. It was confirmed that the polymer layer on the surface emitted light by irradiating ultraviolet rays of a black light. Moreover, no scratches or defects were found in the polymer layer.

<開始化合物の合成>
(合成例1)
撹拌機、還流コンデンサー、温度計、及び窒素導入管を取り付けた反応装置にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMAc)100部を入れて80℃に加温し、窒素ガスを吹き込んだ。別容器に、2-(2-ブロモイソブチリルオキシ)エチルメタクリラート(BBEM)50部、メタクリロイロキシプロピルトリエトキシシリル(MOPS)50部、及びアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1.5部を入れ、撹拌して均一なモノマー混合液を調製した。反応装置中にモノマー混合液の半量を添加した後、残りを2時間かけて滴下し、次いで、8時間重合してポリマー液を得た。ポリマー液の一部をサンプリングして測定した固形分は49.2%であり、ほとんどのモノマーが重合したことを確認した。ポリマー液中のポリマーのMnは23,000であり、PDIは2.51であった。得られたポリマー液にPGMAcを添加して希釈し、固形分15%である開始基ポリマー1溶液を得た。開始基ポリマー1溶液中の開始基ポリマー1は、所定の開始基及びアルコキシシリル基を有する、ポリマータイプの処理剤である。
<Synthesis of starting compound>
(Synthesis example 1)
100 parts of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMAc) was placed in a reactor equipped with a stirrer, a reflux condenser, a thermometer, and a nitrogen inlet tube, heated to 80° C., and nitrogen gas was blown thereinto. In a separate container, 2-(2-bromoisobutyryloxy)ethyl methacrylate (BBEM) 50 parts, methacryloyloxypropyltriethoxysilyl (MOPS) 50 parts, and azobisisobutyronitrile (AIBN) 1.5 were added and stirred to prepare a uniform monomer mixture. After half the amount of the monomer mixture was added to the reactor, the remainder was added dropwise over 2 hours and then polymerized for 8 hours to obtain a polymer liquid. A portion of the polymer liquid was sampled and measured to have a solid content of 49.2%, confirming that most of the monomers were polymerized. The Mn of the polymer in the polymer liquid was 23,000 and the PDI was 2.51. PGMAc was added to the obtained polymer liquid to dilute it, and a starting group polymer 1 solution having a solid content of 15% was obtained. The initiating group polymer 1 in the initiating group polymer 1 solution is a polymer-type treatment agent having predetermined initiating groups and alkoxysilyl groups.

<表面改質基材の製造(2)>
(実施例5)
3cm×3cmサイズのガラス基板を用意し、前述の参考例1と同様に活性化させた。合成例1で調製した開始基ポリマー1溶液をガラス基板に2,000回転で30秒間スピンコートした後、90℃で90秒間、150℃で10分間焼き付けて硬化させ、塗膜を形成した。エリプソメトリーで測定した塗膜の膜厚は1.69μmであった。そして、塗膜を形成した上記のガラス基板を用いたこと以外は、前述の実施例4と同様にして、ガラス基板の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは1,420,000であり、PDIは2.63であった。また、開始基ポリマー1溶液で形成した塗膜を含むポリマー層の膜厚は、1.97μmであった。すなわち、塗膜上に形成されたポリマー層の膜厚は280nmであった。得られた表面改質基材をTHFで洗浄した後、乾燥させた。紫外線を照射し、表面のポリマー層が赤色に発光したことを確認した。また、ポリマー層に傷や欠陥などは見当たらなかった。
<Production of surface-modified substrate (2)>
(Example 5)
A glass substrate having a size of 3 cm×3 cm was prepared and activated in the same manner as in Reference Example 1 described above. The starting group polymer 1 solution prepared in Synthesis Example 1 was spin-coated on a glass substrate at 2,000 rpm for 30 seconds, and then cured by baking at 90° C. for 90 seconds and 150° C. for 10 minutes to form a coating film. The coating film thickness measured by ellipsometry was 1.69 μm. Then, a surface-modified base material having a polymer layer formed on the surface of the glass substrate was obtained in the same manner as in Example 4 described above, except that the glass substrate having the coating film formed thereon was used. The resulting polymer had an Mn of 1,420,000 and a PDI of 2.63. The film thickness of the polymer layer including the coating film formed from the starting group polymer 1 solution was 1.97 μm. That is, the film thickness of the polymer layer formed on the coating film was 280 nm. The resulting surface-modified substrate was washed with THF and then dried. It was confirmed that the polymer layer on the surface emitted red light by irradiating ultraviolet rays. Moreover, no scratches or defects were found in the polymer layer.

(実施例6)
1.5cm×1.5cm、厚さ2.5mmのSUS402製の金属板を12個用意し、前述の参考例1と同様に活性化させた後、BPMで表面処理した。金属板を3個収容可能なフッ素樹脂製のフォルダーを4セット用意し、これらのフォルダーにBPMで表面処理した金属板をセットした。フッ素樹脂製のサンプル瓶にフォルダーを装填してグローブボックスに入れ、さらに、参考例1で調製した重合溶液で充たしてシールし、アルミパウチに入れて空気が入らないようにラミネートした。実施例2で使用した高圧装置内にアルミパウチを入れ、60℃に加温するとともに、400MPaに加圧して6時間重合し、金属板の表面にポリマー層が形成された12個の表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは1,080,000であり、PDIは1.23であった。また、形成されたポリマー層の膜厚は、いずれも630nmであった。得られた表面改質基材をTHFで洗浄した後、乾燥させた。表面改質基材の外観はすべて同様に見え、問題ないことを確認した。次いで、紫外線を照射したところ、発光していない部分(傷)を有するポリマー層が形成されていた表面改質基材が1つあった。これにより、1つの表面改質基材(ロット)が不合格であると判断することができた。
(Example 6)
Twelve SUS402 metal plates of 1.5 cm×1.5 cm and 2.5 mm thickness were prepared, activated in the same manner as in Reference Example 1, and then surface-treated with BPM. Four sets of fluororesin folders capable of accommodating three metal plates were prepared, and metal plates surface-treated with BPM were set in these folders. A fluororesin sample bottle was loaded with a folder, placed in a glove box, further filled with the polymerization solution prepared in Reference Example 1, sealed, placed in an aluminum pouch, and laminated to prevent air from entering. Put the aluminum pouch in the high-pressure apparatus used in Example 2, heat to 60 ° C., pressurize to 400 MPa and polymerize for 6 hours, 12 surface modifications in which a polymer layer was formed on the surface of the metal plate A substrate was obtained. The resulting polymer had an Mn of 1,080,000 and a PDI of 1.23. Moreover, the film thickness of the formed polymer layer was 630 nm in each case. The resulting surface-modified substrate was washed with THF and then dried. All of the surface-modified substrates looked the same in appearance, confirming that there were no problems. Then, when irradiated with ultraviolet rays, there was one surface-modified substrate on which a polymer layer having a portion (scratches) that did not emit light was formed. This made it possible to determine that one surface-modified substrate (lot) was rejected.

本発明の表面改質基材の製造方法によれば、自動車、航空機、電子機器、家電、電池部材、医療用材料、ディスプレイ材料などの部品の他、セキュリティー分野の部品や表示材料等の部品として用いられる基材を製造する方法として有用である。 According to the method for producing a surface-modified substrate of the present invention, in addition to parts such as automobiles, aircraft, electronic equipment, home appliances, battery members, medical materials, and display materials, parts in the security field and parts such as display materials It is useful as a method for producing the substrate used.

Claims (4)

100~1,000MPaの圧力条件下、重合開始基が結合した基材の共存下で、ラジカル重合性蛍光色素を含むモノマーを表面開始ラジカル重合又は表面開始リビングラジカル重合し、前記基材の表面に結合した蛍光性ポリマーからなる膜厚100nm以上の蛍光性ポリマー層を形成する工程を有する表面改質基材の製造方法によって製造される表面改質基材の前記蛍光性ポリマー層に紫外線を照射して発生させた蛍光により、前記蛍光性ポリマー層の欠陥の有無及び程度を確認する工程を有する表面改質基材の検査方法。 Under pressure conditions of 100 to 1,000 MPa, a monomer containing a radically polymerizable fluorescent dye is surface-initiated radical polymerization or surface-initiated living radical polymerization in the presence of a substrate to which a polymerization initiating group is bonded, and the surface of the substrate is coated. The fluorescent polymer layer of the surface-modified substrate produced by the method for producing a surface-modified substrate comprising the step of forming a fluorescent polymer layer having a thickness of 100 nm or more comprising a bonded fluorescent polymer is irradiated with ultraviolet rays. A method for inspecting a surface-modified substrate, comprising the step of confirming the presence or absence and degree of defects in the fluorescent polymer layer using fluorescence generated by the method. 前記重合開始基が、下記一般式(1)又は(2)で表される請求項1に記載の表面改質基材の検査方法。
Figure 0007213503000009
(前記一般式(1)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Rは、水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、Rは、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 0007213503000010
(前記一般式(2)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Yは、O又はNHを示し、Rは、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、Rは、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、「*」は結合位置を示す)
The method for inspecting a surface-modified substrate according to claim 1 , wherein the polymerization initiation group is represented by the following general formula (1) or (2).
Figure 0007213503000009
(In the general formula (1), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or represents an amide group, R 2 represents an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or an amide group, and "*" represents a bonding position)
Figure 0007213503000010
(In the general formula (2), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, Y represents O or NH, and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group. shown, R 4 represents an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, and "*" represents the bonding position)
前記製造方法が、さらに、ハロゲン化第4級アンモニウム塩、ハロゲン化第4級ホスホニウム塩、及びハロゲン化アルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも一種の塩の共存下で、表面開始ラジカル重合又は表面開始リビングラジカル重合する請求項1又は2に記載の表面改質基材の検査方法。 The production method further comprises surface-initiated radical polymerization or The method for inspecting a surface-modified substrate according to claim 1 or 2 , wherein the surface-initiated living radical polymerization is performed. 前記ラジカル重合性蛍光色素が、(メタ)アクリロイルオキシ基を有するモノマーである請求項1~のいずれか一項に記載の表面改質基材の検査方法。 The method for inspecting a surface-modified substrate according to any one of claims 1 to 3 , wherein the radically polymerizable fluorescent dye is a monomer having a (meth)acryloyloxy group.
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