JP7439769B2 - 撥水撥油層付き基材、およびその製造方法 - Google Patents

撥水撥油層付き基材、およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、撥水撥油層付き基材、およびその製造方法に関する。
基材の表面に撥水撥油性、指紋汚れ除去性、潤滑性(指で触った際の滑らかさ)等を付与するために、ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖および反応性シリル基を有する含フッ素化合物を用いた表面処理によって、基材の表面に含フッ素化合物の縮合物からなる撥水撥油層を形成することが知られている。
また、撥水撥油層には、耐摩耗性が求められることから、基材と撥水撥油層との間の接着性を改良するために、これらの間に下地層を設けることが行われている。たとえば、基材と撥水撥油層との間に、蒸着によって酸化ケイ素層を設けること(特許文献1、2)、基材と撥水撥油層との間に、Si(NCO)等の(加水分解)縮合物からなる下地層を設けること(特許文献3)が行われている。
特開2014-218639号公報 特開2012-72272号公報 国際公開第2014/126064号
特許文献1~3に記載の酸化ケイ素層や下地層では、基材と撥水撥油層との間の接着性が不充分なことがある。撥水撥油層には、耐摩耗性のさらなる向上が求められており、そのために、基材と撥水撥油層との間の接着性のさらなる向上も求められている。
一方、このような撥水撥油層は、光学物品、タッチパネル(指で触れる面等)などの用途に用いられるため、耐摩耗性が長期にわたって持続すること、すなわち、耐摩耗性の長期信頼性の向上が求められている。
そこで、本発明は、耐摩耗性の長期信頼性が向上した撥水撥油層付き基材およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、下記構成を採用することにより、上記目的が達成されることを見出した。
[1]基材と、前記基材の表面に形成された下地層と、前記下地層の表面に形成された撥水撥油層とをこの順で有する撥水撥油層付き基材であって、
前記撥水撥油層は、反応性シリル基を有する含フッ素化合物の縮合物からなり、
前記下地層が、ケイ素を含む酸化物を含み、アルカリ金属およびアルミニウムを実質的に含まず、
前記基材が、アルカリ金属およびアルミニウムを含むシリカガラスからなり、
前記撥水撥油層の表面側からC60イオンスパッタリングを用いたX線光電子分光法(XPS)により作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイル(測定ピッチ:2.0nm以下)から、下記(a),(b),(c)を特定した場合に、下記(c)で求まるアルカリ欠乏指数が0.0超となることを特徴とする、撥水撥油層付き基材。
なお、深さ方向プロファイルの横軸の深さは、膜厚既知のシリコンウェハ上熱酸化膜(SiO膜)のスパッタレートを用いて算出した換算深さとする。
(a)XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルにおいて、フッ素濃度が10at%以下となる最初の点を、前記撥水撥油層と、前記下地層との境界とする。
(b)XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルから、ケイ素に対するアルミニウムの割合(Al/Si)、およびケイ素に対するアルカリ金属元素の合計の割合(アルカリ金属元素/Si)を求め、深さ70.0nm以上80.0nm以下の領域における(Al/Si)の数値、および(アルカリ金属元素/Si)の数値の平均値をそれぞれ1として、深さ方向の各部位における(Al/Si)、および(アルカリ金属元素/Si)をそれぞれ規格化し、(Al/Si)の規格化した数値が0.50以上となる最初の点を下地層と基材との境界とする。
(c)(b)で求まる下地層と基材との境界を起点とし、該起点から深さ方向に20nmまでの領域を領域Xとし、該領域Xについて、下記式で定義されるアルカリ欠乏指数を求める。
アルカリ欠乏指数=〔領域Xにおける、規格化したAl/Siの平均値 - 領域Xにおける、規格化したアルカリ金属元素/Siの平均値〕×20
[2]前記アルカリ欠乏指数が0.5超である、[1]に記載の撥水撥油層付き基材。
[3]前記基材が、少なくとも一方の主面に化学強化処理が施された化学強化ガラスであり、前記化学強化処理が施された主面に、前記下地層が形成されている、[1]または[2]に記載の撥水撥油層付き基材。
[4]前記(a)で特定される前記撥水撥油層のフッ素濃度の平均値である平均フッ素濃度が15at%以上である、[1]~[3]のいずれかに記載の撥水撥油層付き基材。
[5]前記(a)および前記(b)で特定される前記下地層の厚さが1.0~45.0nmである、[1]~[4]のいずれかに記載の撥水撥油層付き基材。
[6]前記(a)および前記(b)で特定される前記下地層の厚さが7.0~25.0nmである、[1]~[5]のいずれかに記載の撥水撥油層付き基材。
[7]前記基材の厚さが0.1~1.5mmである、[1]~[6]のいずれかに記載の撥水撥油層付き基材。
[8]前記含フッ素化合物が、反応性シリル基を2個以上有する含フッ素化合物である、[1]~[7]のいずれかに記載の撥水撥油層付き基材。
[9]前記含フッ素化合物が、ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖および反応性シリル基を有する含フッ素エーテル化合物である、[1]~[8]のいずれかに記載の撥水撥油層付き基材。
[10]前記ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖が、オキシペルフルオロアルキレン基を主とするポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖である、[9]に記載の撥水撥油層付き基材。
[11]基材の表面に、ケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物を含む下地層を形成し、
次いで、前記下地層の表面に、反応性シリル基を有する含フッ素化合物の縮合物からなる撥水撥油層を形成し、
その後、撥水撥油層形成面側を水系媒体処理して、
[1]~[10]のいずれかの撥水撥油層付き基材を製造することを特徴とする撥水撥油層付き基材の製造方法。
[12]前記水系媒体処理が、酸水溶液で洗浄する処理、または、酸水溶液に浸漬する処理である、[11]に記載の撥水撥油層付き基材の製造方法。
本発明によれば、耐摩耗性の長期信頼性が向上した撥水撥油層付き基材およびその製造方法を提供できる。
本発明の撥水撥油層付き基材の一例を示す断面図である。 本発明におけるアルカリ欠乏指数の算出手順を一例を示した図である。
本明細書において、式(1)で表される単位を「単位(1)」と記す。他の式で表される単位も同様に記す。式(2)で表される基を「基(2)」と記す。他の式で表される基も同様に記す。式(3)で表される化合物を「化合物(3)」と記す。他の式で表される化合物も同様に記す。
本明細書において、「アルキレン基がA基を有していてもよい」という場合、アルキレン基は、アルキレン基中の炭素-炭素原子間にA基を有していてもよいし、アルキレン基-A基-のように末端にA基を有していてもよい。
本発明における用語の意味は以下の通りである。
「2価のオルガノポリシロキサン残基」とは、下式で表される基である。下式におけるRは、アルキル基(好ましくは炭素数1~10)、または、フェニル基である。また、g1は、1以上の整数であり、1~9の整数が好ましく、1~4の整数が特に好ましい。
Figure 0007439769000001
「シルフェニレン骨格基」とは、-Si(RPhSi(R-(ただし、Phはフェニレン基であり、Rは1価の有機基である。)で表される基である。Rとしては、アルキル基(好ましくは炭素数1~10)が好ましい。
「ジアルキルシリレン基」は、-Si(R-(ただし、Rはアルキル基(好ましくは炭素数1~10)である。)で表される基である。
化合物の「数平均分子量」は、H-NMRおよび19F-NMRによって、末端基を基準にしてオキシフルオロアルキレン基の数(平均値)を求めることによって算出される。
図1における寸法比は、説明の便宜上、実際のものとは異なったものである。
図1は、本発明の撥水撥油層付き基材の一例を模式的に示す断面図である。撥水撥油層付き基材10は、基材12と、基材12の一方の表面に形成された下地層14と、下地層14の表面に形成された撥水撥油層16と、をこの順で有する。
図1の例では、基材12の一方の面のみに、下地層14および撥水撥油層16が形成されているが、これに限定されず、基材12の両面に下地層14および撥水撥油層16が形成されていてもよい。
基材12は、アルカリ金属およびアルミニウムを含むシリカガラスからなる。下地層14は、ケイ素を含む酸化物を含み、アルカリ金属およびアルミニウムを実質的に含まない。撥水撥油層16は、反応性シリル基を有する含フッ素化合物の縮合物からなる。
基材12、下地層14および撥水撥油層16の詳細については後述する。
本発明の撥水撥油層付き基材は、撥水撥油層の表面側からC60イオンスパッタリングを用いたX線光電子分光法(XPS)により作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%(100atomic%)とした深さ方向プロファイルが後述する条件を満たす。なお、本発明の基材が化学強化処理されたガラス基材の場合、アルカリ金属元素をリチウム以外のアルカリ金属元素に限定してもよい。リチウムは最もイオン半径の小さいアルカリ金属元素であり、リチウムを含有したガラス基材であっても、化学強化処理後の表層ではリチウム以外のアルカリ金属元素が主なアルカリ金属元素となるためである。また、本発明の基材がルビジウムとセシウムを実質的に含まず、かつナトリウムやカリウムを含む溶融塩を用いて化学強化処理されているガラス基材の場合、アルカリ金属元素をナトリウムとカリウムに限定してもよい。
60イオンスパッタリングを用いるのは、アルカリ金属元素について、正確な深さ方向プロファイルを得るためである。
深さ方向プロファイルの横軸の深さはスパッタ時間として与えられる。このスパッタ時間を深さに変換するためには、スパッタレートが必要となる。本発明では、膜厚既知のシリコンウェハ上熱酸化膜(SiO膜)のスパッタレートを予め求めておき、この値を用いて算出したSiウェハ上熱酸化膜の換算深さを深さ方向プロファイルの横軸とする。
深さ方向プロファイルの測定ピッチは、シリコンウェハ上熱酸化膜(SiO膜)の換算深さとして2.0nm以下とする。
作成した深さ方向プロファイルから、下記(a),(b),(c)を特定する。この手順については、図2を参照して説明する。なお、図2では「at%」を「atomic%」と記す。
図2は、硝酸カリウムの溶融塩を用いて化学強化されたアルカリ金属元素を含有するアルミノシリケートガラス(AGC社製Dragontrail(登録商標))を基材として用いた撥水撥油層付き基材について、XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルのうち、フッ素(F)の深さ方向プロファイルと、該深さ方向プロファイルから求めたケイ素に対するアルミニウムの割合(Al/Si)と、ケイ素に対する、ナトリウムおよびカリウムの合計の割合((Na+K)/Si)とを示している。なお、該撥水撥油層付き基材においては、アルカリ金属元素をナトリウムとカリウムに限定することができる。
(a)XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルにおいて、フッ素濃度が10at%以下となる最初の点(図2中、点A)を、撥水撥油層と、下地層との境界とする。したがって、撥水撥油層表面から点Aまでの深さが撥水撥油層の厚さとなる。
(b)XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルから、ケイ素に対するアルミニウムの割合(Al/Si)、およびケイ素に対する、ナトリウムおよびカリウムの合計の割合((Na+K)/Si)を求め、深さ70.0nm以上80.0nm以下の領域における(Al/Si)の数値、および((Na+K)/Si)の数値の平均値をそれぞれ1として、深さ方向の各部位における(Al/Si)、および((Na+K)/Si)をそれぞれ規格化する。図2では、深さ70.0nm以上80.0nm以下の領域における(Al/Si)の数値、および((Na+K)/Si)の数値の平均値をそれぞれ1として、深さ方向の各部位における(Al/Si)、および((Na+K)/Si)をそれぞれ規格化した値を示している。
(Al/Si)の規格化した数値が0.50以上となる最初の点(図2中、点B)を下地層と基材との境界とする。したがって、点Aから点Bまでの深さが下地層の厚さとなる。
なお、点Aから点Bまでの深さが0.0nm超かつ2.0nm以下と見積もられる場合、深さ方向プロファイルの測定ピッチは、シリコンウェハ上熱酸化膜(SiO膜)の換算深さとして1.0nm以下に設定することが好ましい。
(c)(b)で求まる下地層と基材との境界を起点とし、該起点から深さ方向に20nmまでの領域を領域Xとし、該領域Xについて、下記式で定義されるアルカリ欠乏指数を求める。
アルカリ欠乏指数=〔領域Xにおける、規格化したAl/Siの平均値 - 領域Xにおける、規格化した(Na+K)/Siの平均値〕×20
図2中、グレートーンで示した部位が、アルカリ欠乏指数に相当する。上記式中の20は、グレートーンで示した部位をアルカリ欠乏指数と対応させる目的から、該領域Xの深さを指す数値(単位:nm)として、導入している。
本発明の撥水撥油層付き基材は、上記(c)で求まるアルカリ欠乏指数が0.0超であり、0.5超であることが好ましく、1.0超であることがさらに好ましい。これにより、撥水撥油層の耐摩耗性の長期信頼性が向上する。アルカリ欠乏指数の上限は特に規定されないが、18以下が好ましく、15以下がより好ましい。
アルカリ欠乏指数が0.0超であると、撥水撥油層の耐摩耗性の長期信頼性が向上する理由について、本発明者らは以下のように推測する。
撥水撥油層の耐摩耗性の長期信頼性が向上するには、下地層からの撥水撥油層の剥離を抑制する必要がある。下地層からの撥水撥油層の剥離を抑制するため、本発明における下地層はアルカリ金属を実質的に含まない構成としている。アルカリ金属が下地層表面に存在すると、雰囲気中の水分と反応して、アルカリ金属イオンと水酸化物イオンが生じる。この水酸化物イオンにより撥水撥油層と下地層との界面のSi-O-Si結合が切断され、下地層から撥水撥油層が剥離すると考えられる。しかしながら、長期の使用により、特に、高温高湿環境での長期の使用により、基材に含まれるアルカリ金属が、下地層に含まれる水素とイオン交換反応し、下地層へ移動すると考えられる。このようなアルカリ金属が下地層表面に表出すると、雰囲気中の水分と反応して、アルカリ金属イオンと水酸化物イオンが生じる。この水酸化物イオンにより撥水撥油層と下地層との界面のSi-O-Si結合が切断され、下地層から撥水撥油層が剥離すると考えられる。
アルカリ欠乏指数が0.0超である場合、下地層と基材との境界から深さ方向に20nmまでの表面近傍領域は、基材内部に比べてアルカリ金属が欠乏している。そのため、基材から下地層へのアルカリ金属の移動が抑制される。その結果、上述した作用による撥水撥油層が抑制され、撥水撥油層の耐摩耗性の長期信頼性が向上すると考えられる。
以下、本発明の撥水撥油層付き基材についてさらに記載する。
(基材)
基材は、アルカリ金属およびアルミニウムを含むシリカガラスからなる。アルカリ金属としては、たとえば、リチウム、ナトリウム、カリウムが挙げられる。基材中の各成分の含有量は、化学強化処理を施す場合、以下の範囲が好ましい。なお、下記の組成範囲を満たせば、他の成分が含まれていてもよい。
SiO:55~75モル%
Al:0.5~20モル%
LiOとNaOとKOの合計濃度:5~25モル%
上記した各成分の含有量は、酸化物基準のモル%である。
基材を構成するガラスとしては、たとえば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスが挙げられる。
基材としては、タッチパネル用基材、ディスプレイ用基材が好ましく、タッチパネル用基材が特に好ましい。タッチパネル用基材は、透光性を有するのが好ましい。「透光性を有する」とは、JIS R3106:1998(ISO 9050:1990)に準じた垂直入射型可視光透過率が25%以上であるのを意味する。
また基材としては、下記の例が挙げられる。建材、装飾建材、インテリア用品、輸送機器(たとえば、自動車)、看板・掲示板、飲用器・食器、水槽、観賞用器具(たとえば、額、箱)、実験器具、家具、アート・スポーツ・ゲームに使用する、ガラス製品。携帯電話(たとえば、スマートフォン)、携帯情報端末、ゲーム機、リモコン等の機器における外装部分(表示部を除く)に使用する、ガラス製品。
上記の用途に用いられる基材は、少なくとも一方の主面に化学強化処理が施された化学強化ガラスであることが好ましい。この場合、化学強化処理が施された主面に、下地層が形成されていることが好ましい。なお、上記化学強化ガラスは、対向する2つの主面の両方に化学強化処理が施されていることが好ましい。
工業的に広く使われている化学強化処理法としては、ガラス転移点以下の溶融塩にガラスを浸漬するイオン交換法が挙げられる。これは、ガラス内部のアルカリイオンをよりイオン半径の大きなアルカリイオンと交換し、イオン半径の違いにより圧縮応力を表面に発生させる方法である。例えば、ガラス内部のリチウムイオンと溶融塩中のナトリウムイオンのイオン交換や、ガラス内部のナトリウムイオンと溶融塩中のカリウムイオンのイオン交換などが挙げられる。これらイオン交換を、順次あるいは同時に実施する方法もある。
基材の厚さは0.1mm以上1.5mm以下が強度および軽量化の観点から好ましく、0.3mm以上1.2mm以下がより好ましく、0.4mm以上0.9mm以下がさらに好ましい。
(下地層)
上述したように、下地層に含まれるケイ素を含む酸化物は、アルカリ金属を実質的に含まない。本明細書において、アルカリ金属を実質的に含まないとは、XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルにより求まる、下地層中のアルカリ金属元素の合計含有量、より具体的には、上述した(a),(b)により求まる点Aから点Bまでの深さ方向プロファイルのアルカリ金属元素の合計濃度の平均値が5.0at%以下を指す。下地層中のアルカリ金属元素の合計含有量は4.0at%以下が好ましく、3.0at%以下がより好ましい。下限は、0.0at%である。
また、下地層に含まれるケイ素を含む酸化物は、アルミニウムを実質的に含まない。本明細書において、アルミニウムを実質的に含まないとは、XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルから、ケイ素に対するアルミニウムの割合(Al/Si)を求め、深さ70.0nm以上80.0nm以下の領域における(Al/Si)の数値の平均値を1として、深さ方向の各部位における(Al/Si)を規格化した深さ方向プロファイルにより求まる、下地層中の(Al/Si)の規格化した数値、より具体的には、上述した(a),(b)により求まる点Aから点Bまでの深さ方向プロファイルの(Al/Si)の規格化した数値の平均値が0.50未満を指す。下地層中の(Al/Si)の規格化した数値は0.40以下が好ましく、0.30以下がより好ましい。下限は、0.00である。
下地層中のケイ素を含む酸化物の含有量は、下地層の全質量に対して、撥水撥油層の耐摩耗性がより優れる点から、80質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、100質量%(下地層の全てが酸化物であること)が特に好ましい。
下地層中の酸素濃度は、XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルより求まる。より具体的には、XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルより、上述した(a),(b)により求まる点Aから点Bまでの領域を、XPSにより取得した下地層に含まれる全元素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルへ適用し、点Aから点Bまでの領域における酸素濃度の平均値として算出する。下地層中の酸素濃度は、撥水撥油層の耐摩耗性がより優れる点から、40~70at%が好ましく、50~70at%がより好ましく、60~70at%が特に好ましい。
下地層中のケイ素濃度は、XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルより求まる。より具体的には、XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルより、上述した(a),(b)により求まる点Aから点Bまでの領域を、XPSにより取得した下地層に含まれる全元素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルへ適用し、点Aから点Bまでの領域におけるケイ素濃度の平均値として算出する。下地層中のケイ素濃度は、撥水撥油層の耐摩耗性がより優れる点から、15~40at%が好ましく、20~40at%がより好ましく、25~35at%が特に好ましい。
上述した(a),(b)により、点Aから点Bまでの深さとして求まる下地層の厚さは、1.0~45.0nmが好ましく、3.0~35.0nmがより好ましく、7.0~25.0nmが特に好ましい。下地層の厚さが上記下限値以上であれば、下地層による撥水撥油層の接着性がより向上して、撥水撥油層の耐摩耗性がより優れる。下地層の厚さが上記上限値以下であれば、下地層自体の耐摩耗性が優れる。下地層は、上述した範囲内であれば、組成分布(濃度分布)を有していてもよく、凹凸を有していてもよい。
(撥水撥油層)
上述したように、撥水撥油層は、反応性シリル基を有する含フッ素化合物の縮合物からなる。反応性シリル基とは、加水分解性シリル基およびシラノール基(Si-OH)を意味する。加水分解性シリル基の具体例としては、後述の式(2)で表される基のLが加水分解性基である基が挙げられる。
加水分解性シリル基は、加水分解反応によりSi-OHで表されるシラノール基となる。シラノール基は、さらにシラノール基間で脱水縮合反応してSi-O-Si結合を形成する。また、シラノール基は、下地層に含まれる酸化物に由来するシラノール基と脱水縮合反応してSi-O-Si結合を形成できる。すなわち、反応性シリル基の少なくとも一部が加水分解性シリル基である場合、撥水撥油層は、含フッ素化合物の反応性シリル基が加水分解反応および脱水縮合反応した縮合物を含む。反応性シリル基のすべてがシラノール基である場合は、撥水撥油層は、含フッ素化合物のシラノール基が脱水縮合反応した縮合物を含む。含フッ素化合物が有する反応性シリル基としては、その少なくとも一部が加水分解性シリル基であることが好ましい。
上述した(a)により、撥水撥油層表面から点Aまでの深さとして求まる撥水撥油層の厚さは、5.0nm以下が好ましく、2.0nm以下が特に好ましい。撥水撥油層の厚さが下限値以上であれば、撥水撥油層による効果が充分に得られる。撥水撥油層の厚さが上記上限値以下であれば、利用効率が高い。なお、撥水撥油層の厚さは0nm超である。
撥水撥油層は、上述した(a)で撥水撥油層のフッ素濃度の平均値として特定される平均フッ素濃度が15at%以上が、撥水撥油層による効果が充分に得られるため好ましく、25at%以上がより好ましく、35at%以上が特に好ましい。
<反応性シリル基を有する含フッ素化合物>
反応性シリル基を有する含フッ素化合物は、撥水撥油層の撥水撥油性が優れる点から、ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖および反応性シリル基を有する含フッ素エーテル化合物が好ましい。
ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖は、式(1)で表される単位を複数含む。
(OX) ・・・(1)
Xは、1個以上のフッ素原子を有するフルオロアルキレン基である。
フルオロアルキレン基の炭素数は、撥水撥油層の耐候性および耐食性がより優れる点から、2~6が好ましく、2~4が特に好ましい。
フルオロアルキレン基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよいが、本発明の効果がより優れる点から、直鎖状が好ましい。
フルオロアルキレン基におけるフッ素原子の数としては、撥水撥油層の耐食性がより優れる点から、炭素原子の数の1~2倍が好ましく、1.7~2倍が特に好ましい。
フルオロアルキレン基は、フルオロアルキレン基中のすべての水素原子がフッ素原子に置換された基(ペルフルオロアルキレン基)であってもよい。
単位(1)の具体例としては、-OCHF-、-OCFCHF-、-OCHFCF-、-OCFCH-、-OCHCF-、-OCFCFCHF-、-OCHFCFCF-、-OCFCFCH-、-OCHCFCF-、-OCFCFCFCH-、-OCHCFCFCF-、-OCFCFCFCFCH-、-OCHCFCFCFCF-、-OCFCFCFCFCFCH-、-OCHCFCFCFCFCF-、-OCF-、-OCFCF-、-OCFCFCF-、-OCF(CF)CF-、-OCFCFCFCF-、-OCF(CF)CFCF-、-OCFCFCFCFCF-、-OCFCFCFCFCFCF-が挙げられる。
ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖中に含まれる単位(1)の繰り返し数mは2以上であり、2~200の整数がより好ましく、5~150の整数がさらに好ましく、5~100の整数が特に好ましく、10~50の整数が最も好ましい。
ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖は、2種以上の単位(1)を含んでいてもよい。2種以上の単位(1)としては、たとえば、炭素数の異なる2種以上の単位(1)、炭素数が同じであっても側鎖の有無や側鎖の種類が異なる2種以上の単位(1)、炭素数が同じであってもフッ素原子の数が異なる2種以上の単位(1)が挙げられる。
2種以上の(OX)の結合順序は限定されず、ランダム、交互、ブロックに配置されてもよい。
ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖は、指紋汚れ除去性の優れた膜とするために、オキシペルフルオロアルキレン基である単位(1)を主とするポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖であることが好ましい。(OX)で表されるポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖において、単位(1)の全数m個に対するオキシペルフルオロアルキレン基である単位(1)の数の割合は、50~100%であることが好ましく、80~100%であることがより好ましく、90~100%が特に好ましい。
ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖としては、ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖、および、片末端または両末端に水素原子を有するオキシフルオロアルキレン単位をそれぞれ1個または2個有するポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖がより好ましい。
ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖が有する(OX)としては、(OCHma(2-ma)m11(OCmb(4-mb)m12(OCmc(6-mc)m13(OCmd(8-md)m14(OCme(10-me)m15(OCmf(12-mf)m16が好ましい。
maは0または1であり、mbは0~3の整数であり、mcは0~5の整数であり、mdは0~7の整数であり、meは0~9の整数であり、mfは0~11の整数である。
m11、m12、m13、m14、m15およびm16は、それぞれ独立に、0以上の整数であり、100以下が好ましい。
m11+m12+m13+m14+m15+m16は2以上の整数であり、2~200の整数がより好ましく、5~150の整数がより好ましく、5~100の整数がさらに好ましく、10~50の整数が特に好ましい。
なかでも、m12は2以上の整数が好ましく、2~200の整数が特に好ましい。
また、Cmc(6-mc)、Cmd(8-md)、Cme(10-me)およびCmf(12-mf)は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、撥水撥油層の耐摩擦性がより優れる点から直鎖状が好ましい。
なお、上記式は単位の種類とその数を表すものであり、単位の配列を表すものではない。すなわち、m11~m16は単位の数を表すものであり、たとえば、(OCHma(2-ma)m11は、(OCHma(2-ma))単位がm11個連続したブロックを表すものではない。同様に、(OCHma(2-ma))~(OCmf(12-mf))の記載順は、その記載順にそれらが配列していることを表すものではない。
上記式において、m11~m16の2以上が0でない場合(すなわち、(OX)が2種以上の単位から構成されている場合)、異なる単位の配列は、ランダム配列、交互配列、ブロック配列およびそれら配列の組合せのいずれであってもよい。
さらに、上記各単位も、また、その単位が2以上含まれている場合、それらの単位は異なっていてもよい。たとえば、m11が2以上の場合、複数の(OCHma(2-ma))は同一であっても異なっていてもよい。
反応性シリル基としては、式(2)で表される基が好ましい。
-Si(R)3-n ・・・(2)
含フッ素エーテル化合物が有する基(2)の数は、1個以上であり、撥水撥油層の耐摩擦性がより優れる点で、2個以上が好ましく、2~10個がより好ましく、2~5個がさらに好ましく、2または3個が特に好ましい。
基(2)が1分子中に複数ある場合、複数ある基(2)は、同じであっても異なっていてもよい。原料の入手容易性や含フッ素エーテル化合物の製造容易性の点からは、互いに同じであることが好ましい。
Rは、1価の炭化水素基であり、1価の飽和炭化水素基が好ましい。Rの炭素数は、1~6が好ましく、1~3がより好ましく、1~2が特に好ましい。
Lは、加水分解性基または水酸基である。
加水分解性基は、加水分解反応により水酸基となる基である。すなわち、Si-Lで表される加水分解性を有するシリル基は、加水分解反応によりSi-OHで表されるシラノール基となる。シラノール基は、さらにシラノール基間で反応してSi-O-Si結合を形成する。また、シラノール基は、下地層に含まれる酸化物に由来するシラノール基と脱水縮合反応して、Si-O-Si結合を形成できる。
加水分解性基の具体例としては、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イソシアナート基(-NCO)が挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数1~4のアルコキシ基が好ましい。アリールオキシ基としては、炭素数3~10のアリールオキシ基が好ましい。ただしアリールオキシ基のアリール基としては、ヘテロアリール基を含む。ハロゲン原子としては、塩素原子が好ましい。アシル基としては、炭素数1~6のアシル基が好ましい。アシルオキシ基としては、炭素数1~6のアシルオキシ基が好ましい。
Lとしては、含フッ素エーテル化合物の製造がより容易である点から、炭素数1~4のアルコキシ基およびハロゲン原子が好ましい。Lとしては、塗布時のアウトガスが少なく、含フッ素エーテル化合物の保存安定性がより優れる点から、炭素数1~4のアルコキシ基が好ましく、含フッ素エーテル化合物の長期の保存安定性が必要な場合にはエトキシ基が特に好ましく、塗布後の反応時間を短時間とする場合にはメトキシ基が特に好ましい。
nは、0~2の整数である。
nは、0または1が好ましく、0が特に好ましい。Lが複数存在することによって、撥水撥油層の下地層への密着性がより強固になる。
nが1以下である場合、1分子中に存在する複数のLは同じであっても異なっていてもよい。原料の入手容易性や含フッ素エーテル化合物の製造容易性の点からは、互いに同じであることが好ましい。nが2である場合、1分子中に存在する複数のRは同じであっても異なっていてもよい。原料の入手容易性や含フッ素エーテル化合物の製造容易性の点からは、互いに同じであることが好ましい。
含フッ素エーテル化合物としては、撥水撥油層の撥水撥油性および耐摩擦性により優れる点で、式(3)で表される化合物が好ましい。
[A-(OX)-O-]Z[-Si(R)3-n ・・・(3)
Aは、ペルフルオロアルキル基または-Q[-Si(R)3-nである。
ペルフルオロアルキル基中の炭素数は、撥水撥油層の耐摩擦性がより優れる点から、1~20が好ましく、1~10がより好ましく、1~6がさらに好ましく、1~3が特に好ましい。
ペルフルオロアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。
ただし、Aが-Q[-Si(R)3-nである場合、jは1である。
ペルフルオロアルキル基としては、CF-、CFCF-、CFCFCF-、CFCFCFCF-、CFCFCFCFCF-、CFCFCFCFCFCF-、CFCF(CF)-等が挙げられる。
ペルフルオロアルキル基としては、撥水撥油層の撥水撥油性がより優れる点から、CF-、CFCF-、CFCFCF-が好ましい。
Qは、(k+1)価の連結基である。後述するように、kは1~10の整数である。よって、Qとしては、2~11価の連結基が挙げられる。
Qとしては、本発明の効果を損なわない基であればよく、たとえば、エーテル性酸素原子または2価のオルガノポリシロキサン残基を有していてもよいアルキレン基、炭素原子、窒素原子、ケイ素原子、2~8価のオルガノポリシロキサン残基、および、基(g2-1)~基(g2-9)および基(g3-1)~基(g3-9)が挙げられる。
R、L、n、Xおよびmの定義は、上述の通りである。
Zは、(j+g)価の連結基である。
Zは、本発明の効果を損なわない基であればよく、たとえば、エーテル性酸素原子または2価のオルガノポリシロキサン残基を有していてもよいアルキレン基、炭素原子、窒素原子、ケイ素原子、2~8価のオルガノポリシロキサン残基、および、基(g2-1)~基(g2-9)および基(g3-1)~基(g3-9)が挙げられる。
jは、1以上の整数であり、撥水撥油層の撥水撥油性がより優れる点から、1~5の整数が好ましく、化合物(3)を製造しやすい点から、1が特に好ましい。
gは、1以上の整数であり、撥水撥油層の耐摩擦性がより優れる点から、2~4の整数が好ましく、2または3がより好ましく、3が特に好ましい。
化合物(3)としては、撥水撥油層の初期水接触角および耐摩擦性により優れる点から、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)が好ましい。これらの中でも、化合物(3-11)および化合物(3-21)は撥水撥油層の初期水接触角に特に優れ、化合物(3-31)は、撥水撥油層の耐摩擦性に特に優れる。
f1-(OX)-O-Y11[-Si(R)3-ng1 ・・・(3-11)
[Rf2-(OX)-O-]j221[-Si(R)3-ng2 ・・・(3-21)
[L3-n(R)Si-]k332-(OX)-O-Y31[-Si(R)3-ng3 ・・・(3-31)
式(3-11)中、X、m、R、nおよびLはそれぞれ、式(3)におけるX、m、R、nおよびLの定義と同義である。
f1は、ペルフルオロアルキル基であり、ペルフルオロアルキル基の好適態様および具体例は上述の通りである。
11は、(g1+1)価の連結基であり、その具体例は式(3)中のZと同じである。
g1は、2以上の整数であり、撥水撥油層の耐摩擦性がより優れる点から、2~15の整数が好ましく、2~4の整数がより好ましく、2または3がさらに好ましく、3が特に好ましい。
式(3-21)中、X、m、R、nおよびLはそれぞれ、式(3)におけるX、m、R、nおよびLの定義と同義である。
f2は、ペルフルオロアルキル基であり、ペルフルオロアルキル基の好適態様および具体例は上述の通りである。
j2は、2以上の整数であり、2~6の整数が好ましく、2~4の整数がより好ましい。
21は、(j2+g2)価の連結基であり、その具体例は式(3)中のZと同じである。
g2は、2以上の整数であり、撥水撥油層の耐摩擦性がより優れる点から、2~15の整数が好ましく、2~6がより好ましく、2~4がさらに好ましく、4が特に好ましい。
式(3-31)中、X、m、R、nおよびLはそれぞれ、式(3)におけるX、m、R、nおよびLの定義と同義である。
k3は、1以上の整数であり、1~4の整数が好ましく、2または3がより好ましく、3が特に好ましい。
32は、(k3+1)価の連結基であり、その具体例は式(3)中のQと同じである。
31は、(g3+1)価の連結基であり、その具体例は式(3)中のZと同じである。
g3は、1以上の整数であり、1~4の整数が好ましく、2または3がより好ましく、3が特に好ましい。
式(3-11)におけるY11は、基(g2-1)(ただし、d1+d3=1(つまり、d1またはd3が0である。)、g1=d2+d4、d2+d4≧2である。)、基(g2-2)(ただし、e1=1、g1=e2、e2≧2である。)、基(g2-3)(ただし、g1=2である。)、基(g2-4)(ただし、h1=1、g1=h2、h2≧2である。)、基(g2-5)(ただし、i1=1、g1=i2、i2≧2である。)、基(g2-7)(ただし、g1=i3+1である。)、基(g2-8)(ただし、g1=i4、i4≧2である。)、または、基(g2-9)(ただし、g1=i5、i5≧2である。)であってもよい。
式(3-21)におけるY21は、基(g2-1)(ただし、j2=d1+d3、d1+d3≧2、g2=d2+d4、d2+d4≧2である。)、基(g2-2)(ただし、j2=e1、e1=2、g2=e2、e2=2である。)、基(g2-4)(ただし、j2=h1、h1≧2、g2=h2、h2≧2である。)、または、基(g2-5)(ただし、j2=i1、i1=2、g2=i2、i2=2である。)であってもよい。
また、式(3-31)におけるY31およびY32はそれぞれ独立に、基(g2-1)(ただし、g3=d2+d4、k3=d2+d4である。)、基(g2-2)(ただし、g3=e2、k3=e2である。)、基(g2-3)(ただし、g3=2、k3=2である。)、基(g2-4)(ただし、g3=h2、k3=h2である。)、基(g2-5)(ただし、g3=i2、k3=i2である。)、基(g2-6)(ただし、g3=1、k3=1である。)、基(g2-7)(ただし、g3=i3+1、k3=i3+1である。)、基(g2-8)(ただし、g3=i4、k3=i4である。)、または、基(g2-9)(ただし、g3=i5、k3=i5である。)であってもよい。
Figure 0007439769000002
(-A-)e1C(Re24-e1-e2(-Q22-)e2 ・・・(g2-2)
-A-N(-Q23-) ・・・(g2-3)
(-A-)h1(-Q24-)h2 ・・・(g2-4)
(-A-)i1Si(Re34-i1-i2(-Q25-)i2 ・・・(g2-5)
-A-Q26- ・・・(g2-6)
-A-CH(-Q22-)-Si(Re33-i3(-Q25-)i3 ・・・(g2-7)
-A-[CHC(Re4)(-Q27-)]i4-Re5 ・・・(g2-8)
-A-Z(-Q28-)i5 ・・・(g2-9)
ただし、式(g2-1)~式(g2-9)においては、A側が(OX)に接続し、Q22、Q23、Q24、Q25、Q26、Q27およびQ28側が[-Si(R)3-n]に接続する。
は、単結合、アルキレン基、または炭素数2以上のアルキレン基の炭素-炭素原子間に-C(O)NR-、-C(O)-、-OC(O)O-、-NHC(O)O-、-NHC(O)NR-、-O-または-SONR-を有する基であり、各式中、Aが2以上存在する場合、2以上のAは同一であっても異なっていてもよい。アルキレン基の水素原子は、フッ素原子に置換されていてもよい。
22は、アルキレン基、炭素数2以上のアルキレン基の炭素-炭素原子間に-C(O)NR-、-C(O)-、-NR-または-O-を有する基、アルキレン基のSiに接続しない側の末端に-C(O)NR-、-C(O)-、-NR-または-O-を有する基、または炭素数2以上のアルキレン基の炭素-炭素原子間に-C(O)NR-、-C(O)-、-NR-または-O-を有しかつSiに接続しない側の末端に-C(O)NR-、-C(O)-、-NR-または-O-を有する基であり、各式中、Q22が2以上存在する場合、2以上のQ22は同一であっても異なっていてもよい。
23は、アルキレン基、または炭素数2以上のアルキレン基の炭素-炭素原子間に-C(O)NR-、-C(O)-、-NR-または-O-を有する基であり、2個のQ23は同一であっても異なっていてもよい。
24は、Q24が結合するZにおける原子が炭素原子の場合、Q22であり、Q24が結合するZにおける原子が窒素原子の場合、Q23であり、各式中、Q24が2以上存在する場合、2以上のQ24は同一であっても異なっていてもよい。
25は、アルキレン基、または炭素数2以上のアルキレン基の炭素-炭素原子間に-C(O)NR-、-C(O)-、-NR-または-O-を有する基であり、各式中、Q25が2以上存在する場合、2以上のQ25は同一であっても異なっていてもよい。
26は、アルキレン基、または炭素数2以上のアルキレン基の炭素-炭素原子間に-C(O)NR-、-C(O)-、-NR-または-O-を有する基である。
は、水素原子、炭素数1~6のアルキル基またはフェニル基である。
27は、単結合またはアルキレン基である。
28は、アルキレン基、または、炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間にエーテル性酸素原子もしくは2価のオルガノポリシロキサン残基を有する基である。
は、Aが直接結合する炭素原子または窒素原子を有しかつQ24が直接結合する炭素原子または窒素原子を有するh1+h2価の環構造を有する基である。
e1は、水素原子またはアルキル基であり、各式中、Re1が2以上存在する場合、2以上のRe1は同一であっても異なっていてもよい。
e2は、水素原子、水酸基、アルキル基またはアシルオキシ基である。
e3は、アルキル基である。
e4は、水素原子またはアルキル基であり、化合物を製造しやすい点から、水素原子が好ましい。各式中、Re4を2以上存在する場合、2以上のRe4は同一であっても異なっていてもよい。
e5は、水素原子またはハロゲン原子であり、化合物を製造しやすい点から、水素原子が好ましい。
d1は、0~3の整数であり、1または2が好ましい。d2は、0~3の整数であり、1または2が好ましい。d1+d2は、1~3の整数である。
d3は、0~3の整数であり、0または1が好ましい。d4は、0~3の整数であり、2または3が好ましい。d3+d4は、1~3の整数である。
d1+d3は、Y11またはY21においては1~5の整数であり、1または2が好ましく、Y11、Y31およびY32においては1である。
d2+d4は、Y11またはY21においては2~5の整数であり、4または5が好ましく、Y31およびY32においては3~5の整数であり、4または5が好ましい。
e1+e2は、3または4である。e1は、Y11においては1であり、Y21においては2~3の整数であり、Y31およびY32においては1である。e2は、Y11またはY21においては2または3であり、Y31およびY32においては2または3である。
h1は、Y11においては1であり、Y21においては2以上の整数(2が好ましい)であり、Y31およびY32においては1である。h2は、Y11またはY21においては2以上の整数(2または3が好ましい)であり、Y31およびY32においては1以上の整数(2または3が好ましい)である。
i1+i2は、Y11においては3または4であり、Y12においては4であり、Y31およびY32においては3または4である。i1は、Y11においては1であり、Y21においては2であり、Y31およびY32においては1である。i2は、Y11においては2または3であり、Y12においては2であり、Y31およびY32においては2または3である。
i3は、2または3である。
i4は、Y11においては2以上(2~10の整数が好ましく、2~6の整数が特に好ましい)であり、Y31およびY32においては1以上(1~10の整数が好ましく、1~6の整数が特に好ましい)である。
i5は、2以上であり、2~7の整数であることが好ましい。
22、Q23、Q24、Q25、Q26、Q27、Q28のアルキレン基の炭素数は、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)を製造しやすい点、および撥水撥油層の耐摩擦性、耐光性および耐薬品性がさらに優れる点から、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、1~4が特に好ましい。ただし、炭素-炭素原子間に特定の結合を有する場合のアルキレン基の炭素数の下限値は2である。
における環構造としては、上述した環構造が挙げられ、好ましい形態も同様である。なお、Zにおける環構造にはAやQ24が直接結合するため、環構造にたとえばアルキレン基が連結して、そのアルキレン基にAやQ24が連結することはない。
は、(i5+1)価のオルガノポリシロキサン残基であり、下記の基が好ましい。ただし、下式におけるRは、アルキル基(好ましくは炭素数1~10)、または、フェニル基である。
Figure 0007439769000003
e1、Re2、Re3またはRe4のアルキル基の炭素数は、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)を製造しやすい点から、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましく、1~2が特に好ましい。
e2のアシルオキシ基のアルキル基部分の炭素数は、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)を製造しやすい点から、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましく、1~2が特に好ましい。
h1は、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)を製造しやすい点、ならびに、撥水撥油層の耐摩擦性および指紋汚れ除去性がさらに優れる点から、1~6が好ましく、1~4がより好ましく、1または2がさらに好ましく、1が特に好ましい。
h2は、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)を製造しやすい点、ならびに、撥水撥油層の耐摩擦性および指紋汚れ除去性がさらに優れる点から、2~6が好ましく、2~4がより好ましく、2または3が特に好ましい。
11の他の形態としては、基(g3-1)(ただし、d1+d3=1(つまり、d1またはd3が0である。)、g1=d2×r1+d4×r1である。)、基(g3-2)(ただし、e1=1、g1=e2×r1である。)、基(g3-3)(ただし、g1=2×r1である。)、基(g3-4)(ただし、h1=1、g1=h2×r1である。)、基(g3-5)(ただし、i1=1、g1=i2×r1である。)、基(g3-6)(ただし、g1=r1である。)、基(g3-7)(ただし、g1=r1×(i3+1)である。)、基(g3-8)(ただし、g1=r1×i4である。)、基(g3-9)(ただし、g1=r1×i5である。)が挙げられる。
21の他の形態としては、基(g3-1)(ただし、j2=d1+d3、d1+d3≧2、g2=d2×r1+d4×r1である。)、基(g3-2)(ただし、j2=e1、e1=2、g2=e2×r1、e2=2である。)、基(g3-4)(ただし、j2=h1、h1≧2、g2=h2×r1である。)、基(g3-5)(ただし、j2=i1、i1は2または3、g2=i2×r1、i1+i2は3または4である。)が挙げられる。
31およびY32の他の形態としては、基(g3-1)(ただし、g3=d2×r1+d4×r1、k3=d2×r1+d4×r1である。)、基(g3-2)(ただし、g3=e2×r1、k3=e2×r1である。)、基(g3-3)(ただし、g3=2×r1、k3=2×r1である。)、基(g3-4)(ただし、g3=h2×r1、k3=h2×r1である。)、基(g3-5)(ただし、g3=i2×r1、k3=i2×r1である。)、基(g3-6)(ただし、g3=r1、k3=r1である。)、基(g3-7)(ただし、g3=r1×(i3+1)、k3=r1×(i3+1)である。)、基(g3-8)(ただし、g3=r1×i4、k3=r1×i4である。)、基(g3-9)(ただし、g3=r1×i5、k3=r1×i5である。)が挙げられる。
Figure 0007439769000004
(-A-)e1C(Re24-e1-e2(-Q22-Ge2 ・・・(g3-2)
-A-N(-Q23-G ・・・(g3-3)
(-A-)h1(-Q24-Gh2 ・・・(g3-4)
(-A-)i1Si(Re34-i1-i2(-Q25-Gi2 ・・・(g3-5)
-A-Q26-G ・・・(g3-6)
-A-CH(-Q22-G)-Si(Re33-i3(-Q25-Gi3 ・・・(g3-7)
-A-[CHC(Re4)(-Q27-G)]i4-Re5 ・・・(g3-8)
-A-Z(-Q28-Gi5 ・・・(g3-9)
ただし、式(g3-1)~式(g3-9)においては、A側が(OX)に接続し、G側が[-Si(R)3-n]に接続する。
は、基(g3)であり、各式中、Gが2以上存在する場合、2以上のGは同一であっても異なっていてもよい。G以外の符号は、式(g2-1)~式(g2-9)における符号と同じである。
-Si(R3-r1(-Q-)r1 ・・・(g3)
ただし、式(g3)においては、Si側がQ22、Q23、Q24、Q25、Q26、Q27およびQ28に接続し、Q側が[-Si(R)3-n]に接続する。Rは、アルキル基である。Qは、アルキレン基、炭素数2以上のアルキレン基の炭素-炭素原子間に-C(O)NR-、-C(O)-、-NR-または-O-を有する基、または-(OSi(R-O-であり、2以上のQは同一であっても異なっていてもよい。r1は、2または3である。Rは、水素原子、炭素数1~6のアルキル基またはフェニル基である。Rは、アルキル基、フェニル基またはアルコキシ基であり、2個のRは同一であっても異なっていてもよい。pは、0~5の整数であり、pが2以上の場合、2以上の(OSi(R)は同一であっても異なっていてもよい。
のアルキレン基の炭素数は、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)を製造しやすい点、ならびに、撥水撥油層の耐摩擦性、耐光性および耐薬品性がさらに優れる点から、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、1~4が特に好ましい。ただし、炭素-炭素原子間に特定の結合を有する場合のアルキレン基の炭素数の下限値は2である。
のアルキル基の炭素数は、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)を製造しやすい点から、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましく、1~2が特に好ましい。
のアルキル基の炭素数は、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)を製造しやすい点から、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましく、1~2が特に好ましい。
のアルコキシ基の炭素数は、化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)の保存安定性に優れる点から、1~10が好ましく、1~6がより好ましく、1~3がさらに好ましく、1~2が特に好ましい。
pは、0または1が好ましい。
化合物(3-11)、化合物(3-21)および化合物(3-31)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。下式の化合物は、工業的に製造しやすく、取扱いやすく、撥水撥油層の撥水撥油性、耐摩擦性、指紋汚れ除去性、潤滑性、耐薬品性、耐光性および耐薬品性がより優れ、なかでも耐光性が特に優れる点から好ましい。下式の化合物におけるRは、上述した式(3-11)におけるRf1-(OX)-O-または式(3-21)におけるRf2-(OX)-O-と同様であり、好適態様も同様である。下式の化合物におけるQは、式(3-31)における-(OX)-O-と同様であり、好適態様も同様である。
11が基(g2-1)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000005
11が基(g2-2)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000006
21が基(g2-2)である化合物(3-21)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000007
11が基(g2-3)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000008
11が基(g2-4)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000009
11が基(g2-5)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000010
11が基(g2-7)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000011
11が基(g3-1)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000012
11が基(g3-2)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000013
11が基(g3-3)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000014
11が基(g3-4)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000015
11が基(g3-5)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000016
11が基(g3-6)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000017
11が基(g3-7)である化合物(3-11)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000018
21が基(g2-1)である化合物(3-21)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000019
31およびY32が基(g2-1)である化合物(3-31)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000020
31およびY32が基(g2-2)である化合物(3-31)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000021
31およびY32が基(g2-3)である化合物(3-31)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000022
31およびY32が基(g2-4)である化合物(3-31)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000023
31およびY32が基(g2-5)である化合物(3-31)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000024
31およびY32が基(g2-6)である化合物(3-31)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000025
31およびY32が基(g2-7)である化合物(3-31)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000026
31およびY32が基(g3-2)である化合物(3-31)としては、たとえば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007439769000027
含フッ素エーテル化合物としては、膜の撥水撥油性および耐摩擦性により優れる点で、式(3X)で表される化合物もまた好ましい。
[A-(OX)Z’[-Si(R)3-n ・・・(3X)
化合物(3X)は、撥水撥油層の撥水撥油性がより優れる点から、式(3-1)で表される化合物が好ましい。
A-(OX)-Z31 ・・・(3-1)
式(3-1)中、A、Xおよびmの定義は、式(3)中の各基の定義と同義である。
Z’は(j+g)価の連結基である。
Z’は、本発明の効果を損なわない基であればよく、たとえば、エーテル性酸素原子または2価のオルガノポリシロキサン残基を有していてもよいアルキレン基、酸素原子、炭素原子、窒素原子、ケイ素原子、2~8価のオルガノポリシロキサン残基、および、式(3-1A)、式(3-1B)、式(3-1A-1)~(3-1A-6)からSi(R)nL3-nを除いた基が挙げられる。
31は、基(3-1A)または基(3-1B)である。
-Q-X31(-Q-Si(R)3-n(-R31 ・・・(3-1A)
-Q-[CHC(R32)(-Q-Si(R)3-n)]-R33 ・・・(3-1B)
は、単結合または2価の連結基である。
2価の連結基としては、たとえば、2価の炭化水素基、2価の複素環基、-O-、-S-、-SO-、-N(R)-、-C(O)-、-Si(R-および、これらを2種以上組み合わせた基が挙げられる。ここで、Rは、アルキル基(好ましくは炭素数1~10)、または、フェニル基である。Rは、水素原子またはアルキル基(好ましくは炭素数1~10)である。
上記2価の炭化水素基としては、2価の飽和炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基、アルケニレン基、アルキニレン基が挙げられる。2価の飽和炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状または環状であってもよく、たとえば、アルキレン基が挙げられる。2価の飽和炭化水素基の炭素数は1~20が好ましい。また、2価の芳香族炭化水素基は、炭素数5~20が好ましく、たとえば、フェニレン基が挙げられる。アルケニレン基としては、炭素数2~20のアルケニレン基が好ましく、アルキニレン基としては、炭素数2~20のアルキニレン基が好ましい。
なお、上記これらを2種以上組み合わせた基としては、たとえば、-OC(O)-、-C(O)N(R)-、エーテル性酸素原子を有するアルキレン基、-OC(O)-を有するアルキレン基、アルキレン基-Si(R-フェニレン基-Si(Rが挙げられる。
31は、単結合、アルキレン基、炭素原子、窒素原子、ケイ素原子または2~8価のオルガノポリシロキサン残基である。
なお、上記アルキレン基は、-O-、シルフェニレン骨格基、2価のオルガノポリシロキサン残基またはジアルキルシリレン基を有していてもよい。アルキレン基は、-O-、シルフェニレン骨格基、2価のオルガノポリシロキサン残基およびジアルキルシリレン基からなる群から選択される基を複数有していてもよい。
31で表されるアルキレン基の炭素数は、1~20が好ましく、1~10が特に好ましい。
2~8価のオルガノポリシロキサン残基としては、2価のオルガノポリシロキサン残基、および、後述する(w+1)価のオルガノポリシロキサン残基が挙げられる。
は、単結合または2価の連結基である。
2価の連結基の定義は、上述したQで説明した定義と同義である。
31は、水酸基またはアルキル基である。
アルキル基の炭素数は、1~5が好ましく、1~3がより好ましく、1が特に好ましい。
31が単結合またはアルキレン基の場合、hは1、iは0であり、
31が窒素原子の場合、hは1~2の整数であり、iは0~1の整数であり、h+i=2を満たし、
31が炭素原子またはケイ素原子の場合、hは1~3の整数であり、iは0~2の整数であり、h+i=3を満たし、
31が2~8価のオルガノポリシロキサン残基の場合、hは1~7の整数であり、iは0~6の整数であり、h+i=1~7を満たす。
(-Q-Si(R)3-n)が2個以上ある場合は、2個以上の(-Q-Si(R)3-n)は、同一であっても異なっていてもよい。R31が2個以上ある場合は、2個以上の(-R31)は、同一であっても異なっていてもよい。
は、単結合、または、エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基であり、化合物を製造しやすい点から、単結合が好ましい。
エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
32は、水素原子または炭素数1~10のアルキル基であり、化合物を製造しやすい点から、水素原子が好ましい。
アルキル基としては、メチル基が好ましい。
は、単結合またはアルキレン基である。アルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、1~6が特に好ましい。化合物を製造しやすい点から、Qは、単結合または-CH-が好ましい。
33は、水素原子またはハロゲン原子であり、化合物を製造しやすい点から、水素原子が好ましい。
yは、1~10の整数であり、1~6の整数が好ましい。
2個以上の[CHC(R32)(-Q-Si(R)3-n)]は、同一であっても異なっていてもよい。
基(3-1A)としては、基(3-1A-1)~(3-1A-6)が好ましい。
-(X32s1-Qb1-SiR3-n ・・・(3-1A-1)
-(X33s2-Qa2-N[-Qb2-Si(R)n33-n ・・・(3-1A-2)
-Qa3-G(R)[-Qb3-Si(R)3-n ・・・(3-1A-3)
-[C(O)N(R)]s4-Qa4-(O)t4-C[-(O)u4-Qb4-Si(R)3-n ・・・(3-1A-4)
-Qa5-Si[-Qb5-Si(R)3-n ・・・(3-1A-5)
-[C(O)N(R)]-Qa6-Za’[-Qb6-Si(R)3-n ・・・(3-1A-6)
なお、式(3-1A-1)~(3-1A-6)中、R、L、および、nの定義は、上述した通りである。
32は、-O-、または、-C(O)N(R)-である(ただし、式中のNはQb1に結合する)。
の定義は、上述した通りである。
s1は、0または1である。
b1は、アルキレン基である。なお、アルキレン基は、-O-、シルフェニレン骨格基、2価のオルガノポリシロキサン残基またはジアルキルシリレン基を有していてもよい。アルキレン基は、-O-、シルフェニレン骨格基、2価のオルガノポリシロキサン残基およびジアルキルシリレン基からなる群から選択される基を複数有していてもよい。
なお、アルキレン基が-O-、シルフェニレン骨格基、2価のオルガノポリシロキサン残基またはジアルキルシリレン基を有する場合、炭素原子-炭素原子間にこれらの基を有することが好ましい。
b1で表されるアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
b1としては、s1が0の場合は、-CHOCHCHCH-、-CHOCHCHOCHCHCH-、-CHCH-、-CHCHCH-、-CHOCHCHCHSi(CHOSi(CHCHCH-が好ましい。(X32s1が-O-の場合は、-CHCHCH-、-CHCHOCHCHCH-が好ましい。(X32s1が-C(O)N(R)-の場合は、炭素数2~6のアルキレン基が好ましい(ただし、式中のNはQb1に結合する)。Qb1がこれらの基であると化合物が製造しやすい。
基(3-1A-1)の具体例としては、以下の基が挙げられる。下記式中、*は、(OX)との結合位置を表す。
Figure 0007439769000028
33は、-O-、-NH-、または、-C(O)N(R)-である。
の定義は、上述した通りである。
a2は、単結合、アルキレン基、-C(O)-、または、炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間にエーテル性酸素原子、-C(O)-、-C(O)O-、-OC(O)-もしくは-NH-を有する基である。
a2で表されるアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、1~6が特に好ましい。
a2で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間にエーテル性酸素原子、-C(O)-、-C(O)O-、-OC(O)-または-NH-を有する基の炭素数は、2~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
a2としては、化合物を製造しやすい点から、-CH-、-CHCH-、-CHCHCH-、-CHOCHCH-、-CHNHCHCH-、-CHCHOC(O)CHCH-、-C(O)-が好ましい(ただし、右側がNに結合する。)。
s2は、0または1(ただし、Qa2が単結合の場合は0である。)である。化合物を製造しやすい点から、0が好ましい。
b2は、アルキレン基、または、炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間に、2価のオルガノポリシロキサン残基、エーテル性酸素原子もしくは-NH-を有する基である。
b2で表されるアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
b2で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間に、2価のオルガノポリシロキサン残基、エーテル性酸素原子または-NH-を有する基の炭素数は、2~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
b2としては、化合物を製造しやすい点から、-CHCHCH-、-CHCHOCHCHCH-が好ましい(ただし、右側がSiに結合する。)。
2個の[-Qb2-Si(R)3-n]は、同一であっても異なっていてもよい。
基(3-1A-2)の具体例としては、以下の基が挙げられる。下記式中、*は、(OX)との結合位置を表す。
Figure 0007439769000029
a3は、単結合、または、エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基であり、化合物を製造しやすい点から、単結合が好ましい。
エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
Gは、炭素原子またはケイ素原子である。
は、水酸基またはアルキル基である。Rで表されるアルキル基の炭素数は、1~4が好ましい。
G(R)としては、化合物を製造しやすい点から、C(OH)またはSi(Rga)(ただし、Rgaはアルキル基である。アルキル基の炭素数は1~10が好ましく、メチル基が特に好ましい。)が好ましい。
b3は、アルキレン基、または、炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間にエーテル性酸素原子もしくは2価のオルガノポリシロキサン残基を有する基である。
b3で表されるアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
b3で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間にエーテル性酸素原子または2価のオルガノポリシロキサン残基を有する基の炭素数は、2~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
b3としては、化合物を製造しやすい点から、-CHCH-、-CHCHCH-、-CHCHCHCHCHCHCHCH-が好ましい。
2個の[-Qb3-Si(R)3-n]は、同一であっても異なっていてもよい。
基(3-1A-3)の具体例としては、以下の基が挙げられる。下記式中、*は、(OX)との結合位置を表す。
Figure 0007439769000030
式(3-1A-4)中のRの定義は、上述した通りである。
s4は、0または1である。
a4は、単結合、または、エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基である。
エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
t4は、0または1(ただし、Qa4が単結合の場合は0である。)である。
-Qa4-(O)t4-としては、化合物を製造しやすい点から、s4が0の場合は、単結合、-CHO-、-CHOCH-、-CHOCHCHO-、-CHOCHCHOCH-、-CHOCHCHCHCHOCH-が好ましく(ただし、左側が(OX)に結合する。)、s4が1の場合は、単結合、-CH-、-CHCH-が好ましい。
b4は、アルキレン基であり、上記アルキレン基は-O-、-C(O)N(R)-(Rの定義は、上述した通りである。)、シルフェニレン骨格基、2価のオルガノポリシロキサン残基またはジアルキルシリレン基を有していてもよい。
なお、アルキレン基が-O-またはシルフェニレン骨格基を有する場合、炭素原子-炭素原子間に-O-またはシルフェニレン骨格基を有することが好ましい。また、アルキレン基が-C(O)N(R)-、ジアルキルシリレン基または2価のオルガノポリシロキサン残基を有する場合、炭素原子-炭素原子間または(O)u4と結合する側の末端にこれらの基を有することが好ましい。
b4で表されるアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
u4は、0または1である。
-(O)u4-Qb4-としては、化合物を製造しやすい点から、-CHCH-、-CHCHCH-、-CHOCHCHCH-、-CHOCHCHCHCHCH-、-OCHCHCH-、-OSi(CHCHCHCH-、-OSi(CHOSi(CHCHCHCH-、-CHCHCHSi(CHPhSi(CHCHCH-が好ましい(ただし、右側がSiに結合する。)。
3個の[-(O)u4-Qb4-Si(R)3-n]は、同一であっても異なっていてもよい。
基(3-1A-4)の具体例としては、以下の基が挙げられる。下記式中、*は、(OX)との結合位置を表す。
Figure 0007439769000031
a5は、エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基である。
エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
a5としては、化合物を製造しやすい点から、-CHOCHCHCH-、-CHOCHCHOCHCHCH-、-CHCH-、-CHCHCH-が好ましい(ただし、右側がSiに結合する。)。
b5は、アルキレン基、または、炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間にエーテル性酸素原子もしくは2価のオルガノポリシロキサン残基を有する基である。
b5で表されるアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
b5で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間にエーテル性酸素原子または2価のオルガノポリシロキサン残基を有する基の炭素数は、2~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
b5としては、化合物を製造しやすい点から、-CHCHCH-、-CHCHOCHCHCH-が好ましい(ただし、右側がSi(R)3-nに結合する。)。
3個の[-Qb5-Si(R)3-n]は、同一であっても異なっていてもよい。
基(3-1A-5)の具体例としては、以下の基が挙げられる。下記式中、*は、(OX)との結合位置を表す。
Figure 0007439769000032
式(3-1A-6)中のRの定義は、上述の通りである。
vは、0または1である。
a6は、エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基である。
エーテル性酸素原子を有していてもよいアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
a6としては、化合物を製造しやすい点から、-CHOCHCHCH-、-CHOCHCHOCHCHCH-、-CHCH-、-CHCHCH-が好ましい(ただし、右側がZa’に結合する。)。
a’は、(w+1)価のオルガノポリシロキサン残基である。
wは、2以上であり、2~7の整数であることが好ましい。
(w+1)価のオルガノポリシロキサン残基としては、前述した(i5+1)価のオルガノポリシロキサン残基と同じ基が挙げられる。
b6は、アルキレン基、または、炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間にエーテル性酸素原子もしくは2価のオルガノポリシロキサン残基を有する基である。
b6で表されるアルキレン基の炭素数は、1~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
b6で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子-炭素原子間にエーテル性酸素原子または2価のオルガノポリシロキサン残基を有する基の炭素数は、2~10が好ましく、2~6が特に好ましい。
b6としては、化合物を製造しやすい点から、-CHCH-、-CHCHCH-が好ましい。
w個の[-Qb6-Si(R)n33-n]は、同一であっても異なっていてもよい。
化合物(3X)は、撥水撥油層の撥水撥油性がより優れる点から、式(3-2)で表される化合物もまた好ましい。
[A-(OX)-Q-]j3232[-Q-Si(R)3-nh32 ・・・(3-2)
式(3-2)中、A、X、m、Q、Q、R、およびLの定義は、式(3-1)中および式(3-1A)中の各基の定義と同義である。
32は、(j32+h32)価の炭化水素基、または、炭化水素基の炭素原子間にエーテル性酸素原子を1つ以上有する炭素数2以上で(j32+h32)価の炭化水素基である。
32としては、1級の水酸基を有する多価アルコールから水酸基を除いた残基が好ましい。
32としては、原料の入手容易性の点から、式(Z-1)~式(Z-5)で表される基が好ましい。ただし、R34は、アルキル基であり、メチル基またはエチル基が好ましい。
Figure 0007439769000033
j32は2以上の整数であり、撥水撥油層の撥水撥油性がより優れる点から、2~5の整数が好ましい
h32は1以上の整数であり、撥水撥油層の耐摩擦性がより優れる点から、2~4の整数が好ましく、2または3がより好ましい。
含フッ素エーテル化合物の具体例としては、たとえば、下記の文献に記載のものが挙げられる。
特開平11-029585号公報および特開2000-327772号公報に記載のパーフルオロポリエーテル変性アミノシラン、
特許第2874715号公報に記載のケイ素含有有機含フッ素ポリマー、
特開2000-144097号公報に記載の有機ケイ素化合物、
特表2002-506887号公報に記載のフッ素化シロキサン、
特表2008-534696号公報に記載の有機シリコーン化合物、
特許第4138936号公報に記載のフッ素化変性水素含有重合体、
米国特許出願公開第2010/0129672号明細書、国際公開第2014/126064号、特開2014-070163号公報に記載の化合物、
国際公開第2011/060047号および国際公開第2011/059430号に記載のオルガノシリコン化合物、
国際公開第2012/064649号に記載の含フッ素オルガノシラン化合物、
特開2012-72272号公報に記載のフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー、
国際公開第2013/042732号、国際公開第2013/121984号、国際公開第2013/121985号、国際公開第2013/121986号、国際公開第2014/163004号、特開2014-080473号公報、国際公開第2015/087902号、国際公開第2017/038830号、国際公開第2017/038832号、国際公開第2017/187775号、国際公開第2018/216630号、国際公開第2019/039186号、国際公開第2019/039226号、国際公開第2019/039341号、国際公開第2019/044479号、国際公開第2019/049753号、国際公開第2019/163282号および特開2019-044158号公報、に記載の含フッ素エーテル化合物、
特開2014-218639号公報、国際公開第2017/022437号、国際公開第2018/079743号および国際公開第2018/143433号に記載のパーフルオロ(ポリ)エーテル含有シラン化合物、
国際公開第2018/169002号に記載のパーフルオロ(ポリ)エーテル基含有シラン化合物、
国際公開第2019/151442号に記載のフルオロ(ポリ)エーテル基含有シラン化合物、
国際公開第2019/151445号に記載の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物、
国際公開第2019/098230号に記載のパーフルオロポリエーテル基含有化合物、
特開2015-199906号公報、特開2016-204656号公報、特開2016-210854号公報および特開2016-222859号公報に記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン、
国際公開第2019/039083号および国際公開第2019/049754号に記載の含フッ素化合物。
含フッ素エーテル化合物の市販品としては、信越化学工業社製のKY-100シリーズ(KY-178、KY-185、KY-195等)、AGC社製のAfluid(登録商標)S550、ダイキン工業社製のオプツール(登録商標)DSX、オプツール(登録商標)AES、オプツール(登録商標)UF503、オプツール(登録商標)UD509等が挙げられる。
[撥水撥油層付き基材の製造方法]
本発明の撥水撥油層付き基材の製造方法では、基材の表面に、ケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物を含む下地層を形成し、次いで、下地層の表面に、反応性シリル基を有する含フッ素化合物の縮合物からなる撥水撥油層を形成する。ケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物を含む下地層を形成するのは、撥水撥油層との接着性に優れるためである。
但し、下地層がアルカリ金属を含むと、上述したように、下地層中のアルカリ金属が雰囲気中の水分と反応して、アルカリ金属イオンと水酸化物イオンが生じる。この水酸化物イオンにより撥水撥油層と下地層との界面のSi-O-Si結合が切断され、下地層から撥水撥油層が剥離するため、撥水撥油層の耐摩耗性の長期信頼性が低下する。
そのため、本発明の撥水撥油層付き基材の製造方法では、撥水撥油層形成後、撥水撥油層形成面側を水系媒体処理して、下地層がアルカリ金属を実質的に含まない状態とする。
(下地層の形成)
ケイ素の酸化物の前駆体とアルカリ金属源とを含む下地層形成材料を用いて、基材の表面にケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物を含む下地層を形成する。
ケイ素の酸化物の前駆体としては、ケイ酸、ケイ酸の部分縮合物、アルカリ金属ケイ酸塩、ケイ素原子に結合した加水分解性基を有するシラン化合物、該シラン化合物の部分加水分解縮合物等が挙げられる。ケイ酸やその部分縮合物は脱水縮合させてケイ素の酸化物とすることができ、アルカリ金属ケイ酸塩は酸や陽イオン交換樹脂によりケイ酸やその部分縮合物とし、生成したケイ酸やその部分縮合物を脱水縮合させてケイ素の酸化物とすることができる。ケイ素原子に結合した加水分解性基を有するシラン化合物における加水分解性基としては、アルコキシ基、塩素原子等が挙げられる。該シラン化合物の加水分解性基を加水分解させて水酸基とし、生成するシラノール化合物を脱水縮合させてケイ素の酸化物とすることができる。ケイ素原子に結合した加水分解性基を有するシラン化合物としては、テトラアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン等のアルコキシシランやテトラクロロシラン等が挙げられる。
ケイ素の酸化物の前駆体としては、ケイ酸、ケイ酸の部分縮合物、テトラアルコキシシランおよびテトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物が好ましい。
アルカリ金属源としては、アルカリ金属水酸化物、水溶性アルカリ金属塩等が挙げられる。水溶性アルカリ金属塩としては、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ金属塩酸塩、アルカリ金属硝酸塩等が挙げられる。アルカリ金属源としては、アルカリ金属水酸化物およびアルカリ金属炭酸塩が好ましい。
さらに、アルカリ金属ケイ酸塩はケイ素を含む酸化物の前駆体かつアルカリ金属源として用いることができる。上記の様に、アルカリ金属ケイ酸塩はケイ酸を経てケイ素の酸化物とすることができるが、その際に少量のアルカリ金属が生成するケイ素の酸化物中に残留することが少なくない。したがって、意図的に残留するアルカリ金属の量を調整して、所定量のアルカリ金属とケイ素とを含む酸化物を得ることができる。
ケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物を含む下地層を形成する方法としては、下記の(a1)または(a2)が好ましい。(a1)の方法はウェットコーティングを用いる方法であり、(a2)の方法はドライコーティングを用いる方法である。
(a1):ケイ酸、ケイ酸の部分縮合物、アルコキシシランおよびその部分加水分解縮合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸化ケイ素前駆体と、アルカリ金属源と、溶媒とを含むコーティング液を用いて、基材表面にケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物を含む下地層を形成する方法。
(a2):アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物を用いて、基材表面にケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物を含む下地層を形成する方法。
(a1)
ケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物層形成用のコーティング液としては、ケイ素を含む酸化物層を形成しやすい点から、ケイ素を含む酸化物の前駆体として、ケイ酸およびその部分縮合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、特にケイ酸の部分縮合物を含むことが特に好ましい。
ケイ酸やその部分縮合物の製造原料としてアルカリ金属ケイ酸塩を使用することが好ましい。アルカリ金属ケイ酸塩を使用することにより、生成するケイ素を含む酸化物層中に所定濃度のアルカリ金属原子を含ませることができる。また、アルカリ金属水酸化物等のアルカリ金属源を用いて、生成するケイ素を含む酸化物層中のアルカリ金属濃度を調整することもできる。
具体的には、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液を脱塩処理してケイ酸水溶液を得た後、ケイ酸水溶液に水溶性有機溶媒を加えることによって調製する方法が好ましい。脱塩処理条件を適宜選択することで、ケイ酸水溶液に好ましい量のアルカリ金属原子を含めることができる。脱塩処理の方法としては、たとえば、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液と陽イオン交換樹脂とを混合し、撹拌した後、陽イオン交換樹脂を除去する方法が挙げられる。この方法に用いられるアルカリ金属ケイ酸塩としては、ケイ酸ナトリウムが好ましい。
アルカリ金属ケイ酸塩としては、MO・nSiOで表されるケイ酸塩が挙げられ、具体的には、メタケイ酸塩(MSiO)、オルトケイ酸塩(MSiO)、二ケイ酸塩(MSi)、四ケイ酸塩(MSi)が挙げられる。
たとえば、ケイ酸ナトリウムとしては、JIS K1408-1966に規定されたNaO・nSiOが挙げられ、具体的には、メタケイ酸ナトリウム(NaSiO)、オルトケイ酸ナトリウム(NaSiO)、二ケイ酸ナトリウム(NaSi)、四ケイ酸ナトリウム(NaSi)が挙げられる。
溶媒としては、水および水溶性有機溶媒が好ましい。水溶性有機溶媒としては、アルコール系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、エーテル系有機溶媒、エステル系有機溶媒等が挙げられ、アルコール系有機溶媒が好ましい。アルコール系有機溶媒としては、イソプロピルアルコール、エタノール、n-ブタノール等が挙げられる。
コーティング液の固形分濃度(SiO換算)は、0.001~10質量%が好ましく、0.1~3質量%が特に好ましい。
基材の表面にコーティング液をウェットコーティングする方法としては、スピンコート法、ワイプコート法、スプレーコート法、スキージーコート法、ディップコート法、ダイコート法、インクジェット法、フローコート法、ロールコート法、キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法、グラビアコート法等が挙げられる。
基材の表面にコーティング液をウェットコーティングし、ウェット膜を形成した後、ウェット膜の溶媒を除去し、ケイ酸およびその部分縮合物を縮合させることによって、酸化ケイ素層を形成する。
ウェット膜の溶媒除去における温度、およびケイ酸およびその部分縮合物の縮合における温度は、0~600℃が好ましく、緻密な酸化ケイ素層を形成できる点から、200~600℃が特に好ましい。
(a2)
アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物を用いてドライコーティングを行う方法としては、プロセスの簡便性に優れる点から、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法等が挙げられる。装置の簡便さの点から、真空蒸着法が特に好ましい。真空蒸着時には、鉄や鋼等の金属多孔体に、含フッ素化合物を含浸させたペレット状物質または組成物を含浸させ乾燥したペレット状物質を使用してもよい。
真空蒸着法において、2種以上の、アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物を蒸着する場合には、それらを1つの蒸着源としてもよく、別々の蒸着源として共蒸着してもよい。特に、アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物からなる1つの蒸着源を用いることが好ましい。たとえば、2種以上の、アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物層を形成する場合は、2種以上の、アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物からなる1つの蒸着源を用いることが好ましい。
真空蒸着法における蒸着源等のドライコーティング法に使用するアルカリ金属とケイ素とを含む酸化物としては、アルカリ金属の含有量がケイ素に対して200ppm以上の、アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物であることが好ましい。アルカリ金属の含有量は、ケイ素に対して1,000ppm以上がより好ましく、10,000ppm以上が特に好ましい。アルカリ金属の含有量が上記範囲の下限値以上であれば、形成された下地層と撥水撥油層との間の接着性に優れる。なお、アルカリ金属の含有量の上限は、ケイ素に対して200,000ppmが好ましく、100,000ppmが特に好ましい。
アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物の製造方法としては、二酸化ケイ素をアルカリ金属源含有水溶液に添加して撹拌し、水を除去する方法が挙げられる。二酸化ケイ素としては、シリカゲル等の多孔質二酸化ケイ素が好ましい。アルカリ金属源含有水溶液としては、アルカリ金属水酸物水溶液、アルカリ金属炭酸塩水溶液等が挙げられる。また、(a1)のケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物層形成用のコーティング液から、アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物を製造することもできる。
また、ケイ酸ナトリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩から製造された、アルカリ金属を含む多孔質シリカゲル、該多孔質シリカゲルにさらにアルカリ金属源を含む水溶液を含浸し、乾燥や焼成を行って得られるアルカリ金属を含む多孔質シリカゲル、等を、アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物として用いることもできる。アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物は市販品を使用してもよく、M.S.GEL(商品名:AGCエスアイテック社製)等の、ケイ酸ナトリウムから製造された多孔質球状シリカゲルが挙げられる。
アルカリ金属とケイ素とを含む酸化物の形状は問わず、粉体、ビーズ、ペレット、カレット等が挙げられる。蒸着源等として使用しやすい点からは、ビーズ、ペレット、カレットが好ましい。ペレットの製造方法は問わないが、たとえば、粉体を圧粉成形してペレット状成形体にする方法が挙げられる。ペレット状成形体の大きさは特に限定されないが、小さいとコーティング時に飛び過ぎて好ましくないことから、たとえば、直径1cm以上が好ましい。カレットの製造方法としては、カルシウムを添加してガラス化したものをカッターで切断する、粉砕する方法が挙げられる。
(撥水撥油層の形成)
撥水撥油層は、含フッ素化合物または含フッ素化合物と液状媒体とを含む組成物(以下、「組成物」ともいう。)を用いて、ドライコーティングおよびウェットコーティングのいずれの製造方法でも形成できる。
組成物に含まれる液状媒体の具体例としては、水、有機溶媒が挙げられる。有機溶媒の具体例としては、フッ素系有機溶媒および非フッ素系有機溶媒が挙げられる。有機溶媒は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
フッ素系有機溶媒の具体例としては、フッ素化アルカン、フッ素化芳香族化合物、フルオロアルキルエーテル、フッ素化アルキルアミン、フルオロアルコールが挙げられる。
フッ素化アルカンは、炭素数4~8の化合物が好ましく、たとえば、C13H(AC-2000:製品名、AGC社製)、C13(AC-6000:製品名、AGC社製)、CCHFCHFCF(バートレル:製品名、デュポン社製)が挙げられる。
フッ素化芳香族化合物の具体例としては、ヘキサフルオロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン、ペルフルオロトルエン、1,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンが挙げられる。
フルオロアルキルエーテルは、炭素数4~12の化合物が好ましく、たとえば、CFCHOCFCFH(AE-3000:製品名、AGC社製)、COCH(ノベック-7100:製品名、3M社製)、COC(ノベック-7200:製品名、3M社製)、CCF(OCH)C(ノベック-7300:製品名、3M社製)が挙げられる。
フッ素化アルキルアミンの具体例としては、ペルフルオロトリプロピルアミン、ペルフルオロトリブチルアミンが挙げられる。
フルオロアルコールの具体例としては、2,2,3,3-テトラフルオロプロパノール、2,2,2-トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノールが挙げられる。
非フッ素系有機溶媒としては、水素原子および炭素原子のみからなる化合物、および、水素原子、炭素原子および酸素原子のみからなる化合物が好ましく、具体的には、炭化水素系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、エーテル系有機溶媒、エステル系有機溶媒、アルコール系有機溶媒が挙げられる。
炭化水素系有機溶媒の具体例としては、ヘキサン、へプタン、シクロヘキサンが挙げられる。
ケトン系有機溶媒の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが挙げられる。
エーテル系有機溶媒の具体例としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラエチレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。
エステル系有機溶媒の具体例としては、酢酸エチル、酢酸ブチルが挙げられる。
アルコール系有機溶媒の具体例としては、イソプロピルアルコール、エタノール、n-ブタノールが挙げられる。
組成物中の含フッ素化合物の含有量は、組成物の全質量に対して、0.01~50質量%が好ましく、1~30質量%が特に好ましい。
組成物中の液状媒体の含有量は、組成物の全質量に対して、50~99.99質量%が好ましく、70~99質量%が特に好ましい。
撥水撥油層は、たとえば、以下の方法で製造できる。
・含フッ素化合物または組成物を用いたドライコーティング法によって下地層の表面を処理して、下地層の表面に撥水撥油層を形成する方法。
・ウェットコーティング法によって組成物を下地層の表面に塗布し、乾燥させて、下地層の表面に撥水撥油層を形成する方法。
ドライコーティング法の具体例としては、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法が挙げられる。これらの中でも、含フッ素化合物の分解を抑える点、および、装置の簡便さの点から、真空蒸着法が好ましい。真空蒸着時には、鉄や鋼等の金属多孔体に、含フッ素化合物を担持させた、または組成物を含浸させ乾燥させた、ペレット状物質を使用してもよい。
ウェットコーティング法の具体例としては、スピンコート法、ワイプコート法、スプレーコート法、スキージーコート法、ディップコート法、ダイコート法、インクジェット法、フローコート法、ロールコート法、キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法、グラビアコート法が挙げられる。
組成物をウェットコーティングした後の乾燥温度は、20~200℃が好ましく、80~160℃が特に好ましい。
撥水撥油層の耐摩耗性を向上させるために、必要に応じて、反応性シリル基を有する含フッ素化合物と下地層との反応を促進するための操作を行ってもよい。該操作としては、加熱、加湿、光照射等が挙げられる。たとえば、水分を有する大気中で撥水撥油層が形成された下地層付き基材を加熱して、反応性シリル基のシラノール基への加水分解反応、シラノール基の縮合反応によるシロキサン結合の生成、下地層の表面のシラノール基と含フッ素化合物のシラノール基との縮合反応等の反応を促進できる。
表面処理後、撥水撥油層中の化合物であって他の化合物や酸化ケイ素層と化学結合していない化合物は、必要に応じて除去してもよい。具体的な方法としては、たとえば、撥水撥油層に溶媒をかけ流す方法、溶媒をしみ込ませた布でふき取る方法、撥水撥油層表面を酸洗浄する方法等が挙げられる。
(水系媒体処理)
撥水撥油層形成面側を水系媒体処理する方法としては、撥水撥油層形成面側を酸の水溶液で洗浄する方法、撥水撥油層形成面側を上記の酸の水溶液に浸漬する方法がある。酸としては、硝酸、硫酸、リン酸、塩酸などの無機酸や、有機カルボン酸(アスコルビン酸、クエン酸など)、有機ホスホン酸などの有機酸が挙げられるが、これらに限定されない。また、上記無機酸を使用した場合、pHの変動を抑制するために、無機酸とともにこれらの酸の塩を加えることも可能である。また、酸の水溶液の代わりに、撥水撥油層形成面側を純水で洗浄する方法、撥水撥油層形成面側を純水に浸漬する方法が挙げられる。
水系媒体処理としては、酸の水溶液で洗浄する処理および酸の水溶液に浸漬する処理が好ましい。酸としては、以下の無機酸や有機酸が挙げられる。無機酸としては、硝酸、硫酸、塩酸が挙げられる。ただしフッ酸は酸化ケイ素層を腐食するため好ましくない。有機酸としては、アスコルビン酸、クエン酸等の有機カルボン酸、および、有機ホスホン酸等が挙げられる。これら無機酸と有機酸は、単独で使用しても、混合して使用してもよい。また、前記無機酸を使用した場合、pHの変動を抑制するために、無機酸とともにこれらの酸の塩を加えてもよい。酸の水溶液のpHは1~3が好ましい。洗浄または浸漬時間としては1分~1時間が好ましい。
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。例1、例2、例6~9、例11~14は実施例であり、例3~例5、例10は比較例である。
[物性および評価]
(アルカリ欠乏指数)
60イオンスパッタリングを用いたX線光電子分光法(XPS)により、撥水撥油層の表面側から、フッ素、ケイ素、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、および酸素の合計濃度を100at%とする深さ方向プロファイルを作成した。深さ方向プロファイルは、膜厚既知のシリコンウェハ上熱酸化膜(SiO膜)のスパッタレートを予め求めておき、この値を用いて算出したシリコンウェハ上熱酸化膜(SiO膜)の換算深さを深さ方向プロファイルの横軸とした。深さ方向プロファイルの測定ピッチは、シリコンウェハ上熱酸化膜(SiO膜)の換算深さとして2.0nm以下とした。測定装置および測定条件を以下に示す。
<装置>
X線光電子分光分析装置:アルバック・ファイ社製のESCA-5500
<測定条件>
X線源:単色化AlKα線
光電子検出角度:試料面に対して75度
パスエネルギー:117.4eV
ステップエネルギー:0.5eV/step
スパッタイオン:加速電圧10kVのC60イオン
スパッタ銃のラスターサイズ:3×3mm
モニターした光電子ピーク:F1s,Si2p,Al2p,Na2s,K2s,O1s
フッ素、ケイ素、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルにおいて、フッ素濃度が10at%以下となる最初の点(点A)を、撥水撥油層と、下地層との境界とした。
フッ素、ケイ素、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルから、ケイ素に対するアルミニウムの割合(Al/Si)、およびケイ素に対する、ナトリウムおよびカリウムの合計の割合((Na+K)/Si)を求め、深さ70.0nm以上80.0nm以下の領域における(Al/Si)の数値、および((Na+K)/Si)の数値の平均値をそれぞれ1として、深さ方向の各部位における(Al/Si)、および((Na+K)/Si)をそれぞれ規格化した。
(Al/Si)の規格化した数値が0.50となる点(点B)を下地層と基材との境界とし、点Aから点Bまでの深さを下地層の厚さとした。
点Bを起点とし、該起点から深さ方向に20nmまでの領域を領域Xとし、該領域Xについて、下記式で定義されるアルカリ欠乏指数を求めた。
アルカリ欠乏指数=〔領域Xにおける、規格化したAl/Siの平均値 - 領域Xにおける、規格化した(Na+K)/Siの平均値〕×20
(耐摩耗性1)
撥水撥油層形成後、温度30℃、湿度70%の環境に1週間保管後、JIS L0849:2013(ISO 105-X12:2001)に準拠して往復式トラバース試験機(ケイエヌテー社製)を用い、スチールウールボンスター(番手:♯0000、寸法:5mm×10mm×10mm)を荷重:9.8N、速度:80rpmで往復させた。往復4,000回のスチールウール摩耗した後に、撥水撥油層の水の接触角を測定し、以下の評価基準にしたがって耐摩耗性を評価した。摩耗後の水の接触角の低下が小さいほど摩耗による性能の低下が小さく、耐摩耗性に優れる。
◎:水の接触角が105度以上
〇:水の接触角が100度以上105度未満
×:水の接触角が100度未満
(耐摩耗性2)
耐摩耗性1と同様に行った。ただし往復回数を16,000回とした。
◎:水の接触角が100度以上
〇:水の接触角が90度以上100度未満
△:水の接触角が80度以上90度未満
×:水の接触角が80度未満
[含フッ素化合物の合成]
[合成例1]
国際公開第2014/126064号に記載の化合物(ii-2)の製造方法を参考にして、化合物(3A)を得た。
CFCF-OCFCF-(OCFCFCFCFOCFCF-OCFCFCF-C(O)NH-CHCHCH-Si(OCH ・・・(3A)
単位数nの平均値:13、化合物(3A)の数平均分子量:4,920。
[合成例2]
国際公開第2017/038832号の例3に記載の方法にしたがい、化合物(1-1A)を得た。
CF-(OCFCF-OCFCFCFCFx3(OCFCF)-OCFCFCF-CH-N[CHCHCH-Si(OCH ・・・(1-1A)
単位数x3の平均値:13、化合物(1-1A)のMn:5,020
[合成例3]
国際公開第2017/038830号の例11に記載の方法にしたがい、化合物(1-1B)を得た。
CF-(OCFCFOCFCFCFCF(OCFCF)-OCFCFCF-C(O)NH-CH-C[CHCHCH-Si(OCH ・・・(1-1B)
単位数nの平均値:13、化合物(1-1B)のMn:5,400
[合成例4]
化合物(1-2B)を以下の手順にて合成した。
窒素置換した反応器内に、窒素置換ボックス中で秤量したNaHの21.8gを脱水したTHF(テトラヒドロフラン)100gに投入し、氷浴中で攪拌し、脱水したTHFのマロノニトリルを溶解させた50質量%マロノニトリル溶液の40gを添加した後、臭化アリルの80.6gを加え、氷浴中で4時間撹拌した。希塩酸水溶液を加え反応停止後、水および飽和食塩水で洗浄し、有機相を回収した。回収した溶液をエバポレータで濃縮し、粗生成物を得た。粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィに展開して化合物(X5-1)の42gを分取した。
Figure 0007439769000034
窒素置換した容量300mLのナスフラスコ内に、LiAlHの31.1g、脱水したTHFの100gを加え、氷浴で0℃になるまで攪拌した。化合物(X5-1)の40gをゆっくりと滴下した。薄層クロマトグラフィにて化合物(X5-1)の消失を確認後、反応粗液にNaSO・10HOをゆっくり加えてクエンチした後、セライトでろ過して、水および飽和食塩水にて洗浄した。回収した有機層を減圧留去して、カラムクロマトグラフィにて精製し、化合物(X5-2)の32.5gを得た。
Figure 0007439769000035
50mLのナスフラスコに、化合物(X5-2)の0.4gおよびCF(OCFCFOCFCFCFCF13OCFCFOCFCFCF-C(O)-CHの27gを加え、12時間撹拌した。NMRから、化合物(X5-2)がすべて化合物(X5-3)に変換していることを確認した。また、副生物であるメタノールが生成していた。得られた溶液をAE-3000の9.0gで希釈し、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(展開溶媒:AE-3000)で精製し、化合物(X5-3)の16.3g(収率66%)を得た。
なお、下式中、PFPEは、CF(OCFCFOCFCFCFCF13OCFCFOCFCFCF-である。
Figure 0007439769000036
100mLのPFA製ナスフラスコに、化合物(X5-3)の5.0g、白金/1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体のキシレン溶液(白金含有量:2%)の0.5g、HSi(OCHの0.3g、ジメチルスルホキシドの0.02gおよび1,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン(東京化成工業社製)の5.0gを入れ、40℃で10時間撹拌した。反応終了後、溶媒等を減圧留去し、孔径0.2μmのメンブランフィルタでろ過し、化合物(X5-3)の2つアリル基がヒドロシリル化された化合物(1-2B)を得た。ヒドロシリル化の転化率は100%であり、化合物(X5-3)は残存していなかった。
なお、下式中、PFPEは、CF(OCFCFOCFCFCFCF13OCFCFOCFCFCF-である。
Figure 0007439769000037
化合物(1-2B)のMn:9,800
[合成例5]
下記化合物(1-3A)と下記化合物(1-1D)を含む混合物(M1)を以下の手順にて合成した。
(合成例5-1)
国際公開第2013-121984号の実施例の例1-1に記載の方法にしたがって化合物(X6-1)を得た。
CF=CFO-CFCFCFCHOH ・・・(X6-1)
(合成例5-2)
200mLのナスフラスコに、HO-CHCFCFCH-OHの16.2g、炭酸カリウムの13.8gを入れ、120℃で攪拌し、化合物(X4-1)の278gを加えて120℃で2時間攪拌した。25℃に戻し、AC-2000(製品名、AGC社製、C13H)および塩酸をそれぞれ50g入れ、分液し、有機相を濃縮した。得られた反応粗液をカラムクロマトグラフィにて精製し、化合物(X6-2)の117.7g(収率40%)を得た。
Figure 0007439769000038
化合物(X6-2)のNMRスペクトル:
H-NMR(300.4MHz、溶媒:CDCl、基準:テトラメチルシラン(TMS)) δ(ppm):6.0(12H)、4.6(20H)、4.2(4H)、4.1(4H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl、基準:CFCl) δ(ppm):-85(24F)、-90(24F)、-120(20F)、-122(4F)、-123(4F)、-126(24F)、-144(12F)
単位数m+nの平均値:10。
(合成例5-3)
還流冷却器を接続した50mLのナスフラスコに、合成例5-2で得た化合物(X6-2)の20g、フッ化ナトリウムの粉末2.4g、AC-2000の20g、CFCFCFOCF(CF)COFの18.8gを加えた。窒素雰囲気下、50℃で24時間攪拌した。室温に冷却した後、加圧ろ過機でフッ化ナトリウム粉末を除去した後、過剰のCFCFCFOCF(CF)COFとAC-2000を減圧留去し、化合物(X6-3)の24g(収率100%)を得た。
Figure 0007439769000039
化合物(X6-3)のNMRスペクトル:
H-NMR(300.4MHz、溶媒:CDCl、基準:テトラメチルシラン(TMS)) δ(ppm):6.0(12H)、5.0(4H)、4.6(20H)、4.2(4H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl、基準:CFCl) δ(ppm):-79(4F)、-81(6F)、-82(6F)、-85(24F)、-90(24F)、-119(4F)、-120(20F)、-122(4F)、-126(24F)、-129(4F)、-131(2F)、-144(12F)。
単位数m+nの平均値:10。
(合成例5-4)
500mLのニッケル製反応器に、ClCFCFClCFOCFCFCl(以下、「CFE-419」と記す。)の250mLを入れ、窒素ガスをバブリングした。酸素ガス濃度が充分に下がった後、窒素ガスで希釈された20体積%のフッ素ガスを1時間バブリングした。合成例5-3で得た化合物(X6-3)のCFE-419溶液(濃度:10質量%、化合物(X6-3):24g)を6時間かけて投入した。フッ素ガスの導入速度(mol/時間)と化合物(X6-3)中の水素原子の導入速度(mol/時間)との比は2:1になるように制御した。化合物(X6-3)の投入が終わった後、ベンゼンのCFE-419溶液(濃度:0.1質量%、ベンゼン:0.1g)を断続的に投入した。ベンゼンの投入が終わった後、フッ素ガスを1時間バブリングし、最後に窒素ガスで反応器内を充分に置換した。溶媒を留去し、化合物(X6-4)の25.3g(収率90%)を得た。
Figure 0007439769000040
化合物(X6-4)のNMRスペクトル:
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl、基準:CFCl) δ(ppm):-79(4F)、-81(6F)、-82(6F)、-83(48F)、-87(44F)、-124(48F)、-129(4F)、-131(2F)。
単位数m+nの平均値:10。
(合成例5-5)
50mLのナスフラスコに、合成例5-4で得た化合物(X6-4)の25.3g、フッ化ナトリウムの2.2g、AC-2000の25mLを入れ、氷浴中で撹拌した。メタノールの1.7gを入れ、25℃で1時間撹拌した。ろ過した後、ろ液をカラムクロマトグラフィにて精製した。化合物(X6-5)の15g(収率80%)を得た。
Figure 0007439769000041
化合物(X6-5)のNMRスペクトル:
H-NMR(300.4MHz、溶媒:CDCl、基準:テトラメチルシラン(TMS)) δ(ppm):4.2(6H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl、基準:CFCl) δ(ppm):-83(44F)、-87(44F)、-119(4F)、-124(44F)。
単位数m+nの平均値:10。
(合成例5-6)
50mLのナスフラスコに、合成例5-5で得た化合物(X6-5)の15g、HNCHC(CHCH=CHの3.2g、AC-2000の15mLを入れ、0℃で24時間撹拌した。反応粗液をカラムクロマトグラフィにて精製し、目的物が含まれる留分3種にわけた。そのうち化合物(X6-6)は合わせて11.2g(収率70%)を得た。3種のそれぞれの留分を(C4-6a)、(C4-6b)、(C4-6c)とした。また(C4-6c)を再びカラムクロマトグラフィにて精製し、留分(C4-6d)を得た。
留分(C4-6a)~(C4-6c)には、化合物(X6-6)および化合物(X6-7)が含まれていた。そして、各留分を用いて19F-NMRによって、比(CF/CF)を求めた。なお、比におけるCFは、化合物(X6-7)の一方の末端にある-CF基(式中の点線枠内の-CF基)のモル数を意味し、19F-NMRでは-85~-87ppmに観測される。また、比におけるCFは、化合物(X6-7)の一方の末端近傍にある-CF-基(式中の点線枠内の-CF-基)と、化合物(X6-6)の両末端の近傍にある-CF-基(式中の点線枠内の-CF-基)と、の合計モル数を意味し、19F-NMRでは-120ppmに観測される。留分(C4-6d)では化合物(X6-7)が非検出であることを確認した。
留分(C4-6a)におけるCF/CF=0.11
留分(C4-6b)におけるCF/CF=0.06
留分(C4-6c)におけるCF/CF=0.05
Figure 0007439769000042
化合物(X6-6)のNMRスペクトル:
H-NMR(300.4MHz、溶媒:CDCl、基準:テトラメチルシラン(TMS)) δ(ppm):6.1(6H)、5.2(12H)、3.4(4H)、2.1(12H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl、基準:CFCl) δ(ppm):-83(44F)、-87(44F)、-120(4F)、-124(44F)。
単位数m+nの平均値:10。
Figure 0007439769000043
(合成例5-7)
50mLのナスフラスコに、合成例5-6で得た留分(C4-6a)の1g、トリメトキシシランの0.21g、アニリンの0.001g、AC-6000の1.0g、白金/1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体の0.0033gを入れ、25℃で一晩攪拌した。溶媒等を減圧留去し、混合物(M1)の1.2g(収率100%)を得た。
なお、混合物(M1)には、化合物(1-1D)および化合物(1-3A)が含まれていた。
混合物(M1)を用いて、19F-NMRによって合成例5-6と同様の手法で比(CF/CF)を求めた。式中の点線枠内の基は、19F-NMRの測定対象とした基である。
混合物(M1)におけるCF/CF=0.11
Figure 0007439769000044
Figure 0007439769000045
化合物(1-3A)のNMRスペクトル:
H-NMR(300.4MHz、溶媒:CDCl、基準:テトラメチルシラン(TMS)) δ(ppm):3.6(54H)、3.4(4H)、1.3(24H)、0.9(12H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl、基準:CFCl) δ(ppm):-83(44F)、-87(44F)、-120(4F)、-124(44F)。
単位数m+nの平均値:10、化合物(1-3A)のMn:5,200
留分(C4-6d)を原料にし、合成例5-7と同様の手法にて、化合物(1-3A)の分子量違いであるである化合物(1-4A)を得た。なお、化合物(1-4A)は19F-NMRでは-85~-87ppmに観測されるピークは非検出であった。
単位数m+nの平均値:9、化合物(1-4A)のMn:4,900
化合物(1-3A)と化合物(1-1B)とを50質量%ずつ含む混合物を混合物(M4)とした。また化合物(1-1B)の30質量%と化合物(1-3B)の70質量%とを含む混合物を混合物(M5)とした。
[合成例6]
特開2015-199906号公報の実施例4にしたがい、化合物(1-3B)を得た。
Figure 0007439769000046
上記式(1-3B)において、p1:q1≒47:53、p1+q1≒43である。
化合物(1-3B)のMn:4,800
[例1]
アイリッヒインテンシブミキサーEL-1(日本アイリッヒ社製)に、ソーダ灰(ソーダアッシュジャパン社製)の17.36g、シリカ粒子SC5500-SQ(商品名、アドマテックス社製)の243.66gを添加し、2400rpmで30秒間撹拌混合した。撹拌速度を4800rpmに変更し、撹拌しながら蒸留水39gを加え、さらに4800rpmで60秒間撹拌した。最後に900rpmで5分間撹拌した。得られた粒子をEL-1から取り出して、150℃で30分間乾燥した後、1,150℃で1時間焼成して焼結体1を得た。
真空蒸着装置(アルバック機工社製VTR-350M)内のモリブデン製ボートに蒸着材料(蒸着源)として焼結体1の10gと、化合物(3A)の0.5gを配置した。真空蒸着装置内に、硝酸カリウムの溶融塩を用いて化学強化されたアルカリ金属元素を含有するアルミノシリケートガラス(AGC社製Dragontrail(登録商標))をガラス基材として配置し、真空蒸着装置内を5×10-3Pa以下の圧力になるまで排気した。
焼結体1を載せたボートを2,000℃になるまで加熱し、ガラス基材に真空蒸着させ、厚み10nmの下地層を形成した。
さらに、化合物(3A)を載せたボートを700℃になるまで加熱し、下地層の表面に化合物(3A)を真空蒸着して、厚み10nmの撥水撥油層を形成した。撥水撥油層形成後、140℃30分間熱処理した後、撥水撥油層形成面側をpH2の硝酸水溶液に室温で10分間浸漬処理した。
点A(撥水撥油層と下地層との境界となる点)を含む、撥水撥油層のフッ素濃度の平均値は、37at%であった。
[例2]
硝酸水溶液による浸漬処理時間を30分間とした以外は例1と同様の手順を実施した。撥水撥油層のフッ素濃度の平均値は、36at%であった。
[例3]
硝酸水溶液による浸漬処理を実施しなかった以外は例1と同様の手順を実施した。撥水撥油層のフッ素濃度の平均値は、36at%であった。
[例4]
真空蒸着装置(アルバック機工社製VTR-350M)内のモリブデン製ボートに蒸着材料(蒸着源)として酸化ケイ素(キヤノンオプトロン社製)の30gと、化合物(3A)の5gを配置した。真空蒸着装置内に化学強化処理されたナトリウムとカリウムを含むアルミノシリケートガラスからなるガラス基材(Corning社製Gorilla Glass 3(登録商標))を配置し、真空蒸着装置内を5×10-3Pa以下の圧力になるまで排気した。
酸化ケイ素を載せたボートを2,000℃になるまで加熱し、ガラス基材に真空蒸着させ、厚み10nmの下地層を形成した。
さらに、化合物(3A)を載せたボートを700℃になるまで加熱し、下地層の表面に化合物(3A)を真空蒸着して、厚み10nmの撥水撥油層を形成した。撥水撥油層形成後、140℃30分間熱処理した後、硝酸水溶液による浸漬処理は実施しなかった。撥水撥油層のフッ素濃度の平均値は、38at%であった。
[例5]
例4と同様の手順で撥水撥油層形成後、撥水撥油層形成後、140℃30分間熱処理した後、例2と同様の手順で硝酸水溶液による浸漬処理を30分間実施した。撥水撥油層のフッ素濃度の平均値は、37at%であった。
[例6~9、11~14]
含フッ素化合物を表1に記載の化合物または混合物とした以外は、例2と同様の手順で硝酸水溶液による浸漬処理を30分間実施した。
[例10]
含フッ素化合物を化合物(1-4A)とした以外は、例4と同様の手順で試料を作成した。
Figure 0007439769000047
表1に示す通り、アルカリ欠乏指数が0.0超の撥水撥油層付き基材は、耐摩耗性の長期信頼性が向上した。
本発明の撥水撥油層付き基材は、撥水撥油性の付与が求められている各種の用途に用いることができる。たとえば、タッチパネル等の表示入力装置、透明なガラス製または透明なプラスチック製部材、メガネ用等のレンズ、キッチン用防汚部材、電子機器、熱交換器、電池等の撥水防湿部材や防汚部材、トイレタリー用防汚部材、導通しながら撥液が必要な部材、熱交換機の撥水・防水・滑水用部材、振動ふるいやシリンダ内部等の表面低摩擦用部材等に用いることができる。より具体的な使用例としては、ディスプレイの前面保護板、反射防止板、偏光板、アンチグレア板、あるいはそれらの表面に反射防止膜処理を施したもの、携帯電話(たとえば、スマートフォン)、携帯情報端末、ゲーム機、リモコン等の機器のタッチパネルシートやタッチパネルディスプレイ等の人の指または手のひらで画面上の操作を行う表示入力装置を有する各種機器(たとえば、表示部等に使用するガラスまたはフィルム、ならびに、表示部以外の外装部分に使用するガラスまたはフィルム)が挙げられる。上記以外にも、トイレ、風呂、洗面所、キッチン等の水周りの装飾建材、配線板用防水部材、熱交換機の撥水・防水・滑水用部材、太陽電池の撥水部材、プリント配線板の防水・撥水用部材、電子機器筐体や電子部品用の防水・撥水用部材、送電線の絶縁性向上用部材、各種フィルタの防水・撥水用部材、電波吸収材や吸音材の防水用部材、風呂、厨房機器、トイレタリー用の防汚部材、振動ふるいやシリンダ内部等の表面低摩擦用部材、機械部品、真空機器部品、ベアリング部品、自動車等の輸送機器用部品、工具等の表面保護用部材が挙げられる。
なお、2018年12月26日に出願された日本特許出願2018-242730号の明細書、特許請求の範囲、要約書および図面の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
10 撥水撥油層付き基材
12 基材
14 下地層
16 撥水撥油層

Claims (11)

  1. 基材と、前記基材の表面に形成された下地層と、前記下地層の表面に形成された撥水撥油層とをこの順で有する撥水撥油層付き基材であって、
    前記撥水撥油層は、反応性シリル基を有する含フッ素化合物の縮合物からなり、
    前記下地層が、ケイ素を含む酸化物を含み、アルカリ金属およびアルミニウムを実質的に含まず、
    前記基材が、アルカリ金属およびアルミニウムを含むシリカガラスからなり、
    前記撥水撥油層の表面側からC60イオンスパッタリングを用いたX線光電子分光法(XPS)により作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイル(測定ピッチ:2.0nm以下)から、下記(a),(b),(c)を特定した場合に、下記(c)で求まるアルカリ欠乏指数が0.5超となることを特徴とする、撥水撥油層付き基材。
    なお、深さ方向プロファイルの横軸の深さは、膜厚既知のシリコンウェハ上熱酸化膜(SiO膜)のスパッタレートを用いて算出した換算深さとする。
    (a)XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルにおいて、フッ素濃度が10at%以下となる最初の点を、前記撥水撥油層と、前記下地層との境界とする。
    (b)XPSにより作成した、フッ素、ケイ素、アルミニウム、アルカリ金属元素、および酸素の合計濃度を100at%とした深さ方向プロファイルから、ケイ素に対するアルミニウムの割合(Al/Si)、およびケイ素に対するアルカリ金属元素の合計の割合(アルカリ金属元素/Si)を求め、深さ70.0nm以上80.0nm以下の領域における(Al/Si)の数値、および(アルカリ金属元素/Si)の数値の平均値をそれぞれ1として、深さ方向の各部位における(Al/Si)、および(アルカリ金属元素/Si)をそれぞれ規格化し、(Al/Si)の規格化した数値が0.50以上となる最初の点を下地層と基材との境界とする。
    (c)(b)で求まる下地層と基材との境界を起点とし、該起点から深さ方向に20nmまでの領域を領域Xとし、該領域Xについて、下記式で定義されるアルカリ欠乏指数を求める。
    アルカリ欠乏指数=〔領域Xにおける、規格化したAl/Siの平均値 - 領域Xにおける、規格化したアルカリ金属元素/Siの平均値〕×20
  2. 前記基材が、少なくとも一方の主面に化学強化処理が施された化学強化ガラスであり、前記化学強化処理が施された主面に、前記下地層が形成されている、請求項に記載の撥水撥油層付き基材。
  3. 前記(a)で特定される前記撥水撥油層のフッ素濃度の平均値である平均フッ素濃度が15at%以上である、請求項1または2に記載の撥水撥油層付き基材。
  4. 前記(a)および前記(b)で特定される前記下地層の厚さが1.0~45.0nmである、請求項1~のいずれか一項に記載の撥水撥油層付き基材。
  5. 前記(a)および前記(b)で特定される前記下地層の厚さが7.0~25.0nmである、請求項1~のいずれか一項に記載の撥水撥油層付き基材。
  6. 前記基材の厚さが0.1~1.5mmである、請求項1~のいずれか一項に記載の撥水撥油層付き基材。
  7. 前記含フッ素化合物が、反応性シリル基を2個以上有する含フッ素化合物である、請求項1~のいずれか一項に記載の撥水撥油層付き基材。
  8. 前記含フッ素化合物が、ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖および反応性シリル基を有する含フッ素エーテル化合物である、請求項1~のいずれか一項に記載の撥水撥油層付き基材。
  9. 前記ポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖が、オキシペルフルオロアルキレン基を主とするポリ(オキシフルオロアルキレン)鎖である、請求項に記載の撥水撥油層付き基材。
  10. 基材の表面に、ケイ素とアルカリ金属とを含む酸化物を含む下地層を形成し、
    次いで、前記下地層の表面に、反応性シリル基を有する含フッ素化合物の縮合物からなる撥水撥油層を形成し、
    その後、撥水撥油層形成面側を水系媒体処理して、アルカリ金属を実質的に含まない下地層を形成し、
    請求項1~のいずれか一項に記載の撥水撥油層付き基材を製造することを特徴とする撥水撥油層付き基材の製造方法。
  11. 前記水系媒体処理が、酸水溶液で洗浄する処理、または、酸水溶液に浸漬する処理である、請求項10に記載の撥水撥油層付き基材の製造方法。
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