TW202041578A - 混合組成物 - Google Patents
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Abstract
本發明的目的在於提供一種能夠對撥液層賦予優異的耐磨耗性的技術。本發明的組成物是金屬化合物(G)、聚矽氮烷(F)以及含有矽氧烷鏈的化合物(H)的混合組成物,所述金屬化合物為選自由下述式(G1)所示的金屬化合物及其縮合物中的至少一種。
M(Rg10
)r
(Ag1
)m-r
(G1)
[式(G1)中,M表示Al、Fe、In、Ge、Hf、Si、Ti、Sn、Zr或Ta,Rg10
表示含有烴鏈的基、或氫原子,r為0或1。多個Ag1
分別獨立地表示水解性基,m對應於金屬原子M而為3~5的整數]。
Description
本發明是有關於一種聚矽氮烷、含有矽氧烷鏈的化合物、及金屬化合物的混合組成物。
於各種顯示裝置、光學元件、半導體元件、建築材料、汽車零件、奈米壓印(nano-imprint)技術等中,因液滴附著於基材的表面而存在產生如下問題的情況:基材污染或腐蝕、進而該些污染或腐蝕所致的性能降低等。因此,於該些領域中,要求基材表面的撥液性良好。
在專利文獻1中,記載有將至少一個含有三烷基矽基的分子鏈與至少一個水解性基鍵結於矽原子的有機矽化合物、以及水解性基鍵結於金屬原子的金屬化合物混合而得到的塗佈組成物,並揭示了由該塗佈組成物得到的皮膜能夠兼具撥水-撥油性、耐光性、耐熱性。另外,在專利文獻2中記載了將具有至少一個三烷基矽基、兩個以上水解性矽基的有機矽化合物、以及至少一個水解性基鍵結於金屬原子的金屬化合物混合而得到的組成物,且揭示了該組成物提供一種除了撥水性以外,耐熱性及耐光性亦良好的皮膜。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2016/068138號
[專利文獻2]日本專利特開2017-119849號公報
[發明所欲解決之課題]
然而,專利文獻1及專利文獻2中,在耐磨耗性方面留有研究的餘地。另外,還存在如下問題:使塗佈劑硬化形成皮膜時,為了以實用的速度形成,需要加熱。
[解決課題之手段]
本發明者等人為了解決所述課題反覆進行了深入研究,結果發現,藉由將聚矽氮烷、含有矽氧烷鏈的化合物、以及金屬化合物的混合組成物用作基材與撥液層之間的中間層用塗佈劑(中間層形成用組成物),可在不損害撥液性的情況下提高形成皮膜時的耐磨耗性,較佳在常溫下亦能夠以實用的速度進行硬化,從而完成了本發明。本發明如下。
[1]一種混合組成物,是金屬化合物(G)、聚矽氮烷(F)以及含有矽氧烷鏈的化合物(H)的混合組成物,所述金屬化合物(G)為選自由下述式(G1)所表示的金屬化合物及其縮合物中的至少一種,
M(Rg10
)r
(Ag1
)m-r
(G1)
[式(G1)中,M表示Al、Fe、In、Ge、Hf、Si、Ti、Sn、Zr或Ta,Rg10
表示含有烴鏈的基、或氫原子,r為0或1。多個Ag1
分別獨立地表示水解性基,m對應於金屬原子M而為3~5的整數]。
[2]如[1]所述的組成物,其中相對於所述聚矽氮烷(F)、所述含有矽氧烷鏈的化合物(H)、及所述金屬化合物(G)的合計質量,所述含有矽氧烷鏈的化合物(H)與所述金屬化合物(G)的質量比為5%~95%。
[3]如[1]或[2]所述的組成物,其中聚矽氮烷(F)具有由下述式(f1)所表示的結構單元,
[化1]
[式(f1)中,Rf11
、Rf12
及Rf13
分別獨立地表示氫原子、可具有取代基的碳數1~10的烴基、或烷基矽基]。
[4]如[3]所述的組成物,其中聚矽氮烷(F)具有結構單元(f2),所述結構單元(f2)為所述式(f1)中的Rf11
及Rf12
的至少一者為碳數1~10的烴基。
[5]如[4]所述的組成物,其中聚矽氮烷(F)除了所述結構單元(f2)以外,更具有由下述式(f3)所示的結構單元,
[化2]
[式(f3)中,Rf31
及Rf32
分別獨立地表示氫原子或碳數1~10的烴基,Yf
表示碳數1~10的二價烴基,多個Xf
分別獨立地表示水解性基]。
[6]如[1]至[5]中任一項所述的組成物,其中含有矽氧烷鏈的化合物(H)為由下述式(H1)所表示的化合物,
[化3]
[式(H1)中,Rh1
表示具有三烷基矽基和矽氧烷鏈的分子鏈,Ah1
分別獨立地表示水解性基,Zh1
表示具有三烷基矽基和矽氧烷鏈的分子鏈、含有矽氧烷骨架的基或含有烴鏈的基,Rh1
及Zh1
的三烷基矽基中所含的氫原子可經取代為氟原子,x表示0~3的整數]。
[7]如[6]所述的化合物,其中所述式(H1)中,Rh1
為由下述式(s3)所表示的基,
[化4]
[式(s3)中,多個Rs1
分別獨立地表示烴基或三烷基矽基氧基,所述烴基或所述三烷基矽基氧基所含的氫原子可經取代為氟原子,
多個Rs2
分別獨立地表示碳數1~10的烷基,
n1表示1以上的整數,
Zs1
表示-O-或二價烴基,所述二價烴基中所含的-CH2
-可經取代為-O-;
Ys1
表示單鍵或-Si(Rs2
)2
-Ls1
-,所述Ls1
表示二價烴基,所述二價烴基中所含的-CH2
-可經取代為-O-]。
[8]如[1]至[7]中任一項所述的組成物,其中聚矽氮烷(F)、含有矽氧烷鏈的化合物(H)、及金屬化合物(G)的合計量為0.2質量%以上且小於2.6質量%。
[9]如[1]至[8]中任一項所述的組成物,其中含有矽氧烷鏈的化合物(H)的量小於0.3質量%。
[10]如[1]至[9]中任一項所述的組成物,其用於基材與撥液層的中間層。
[11]如[10]所述的組成物,其中所述撥液層是藉由矽烷醇基的脫水縮合反應而形成的膜。
再者,所述混合組成物亦包括混合後例如在保管中進行了反應的組成物。
[發明的效果]
藉由將本發明的混合組成物用作中間層形成用組成物,可提供具有優異耐磨耗性的皮膜。另外,作為較佳的方式,藉由將本發明的混合組成物用作中間層形成用組成物,即使在常溫下亦能夠以實用的速度進行皮膜的硬化。
以下,依次對聚矽氮烷(F)、含有矽氧烷鏈的化合物(H)、及金屬化合物(G)進行說明。
1.聚矽氮烷(F)
本發明的聚矽氮烷(F)只要是具有矽-氮鍵的化合物,則沒有特別限定,但較佳具有下述式(f1)所示的結構單元。
作為Rf11
~Rf13
所表示的碳數1~10的烴基,可列舉:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等直鏈狀的飽和脂肪族烴基;異丙基、第二丁基、第三丁基、甲基戊基、乙基戊基、甲基己基、乙基己基、丙基己基、第三辛基等分支狀飽和脂肪族烴基;環戊基、環己基、環庚基、環辛基等環狀飽和脂肪族烴基;乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基等不飽和脂肪族烴基;苯基、萘基、對-第三丁基苯基、甲苯基、二甲苯基、異丙苯基、均三甲苯基、2,6-二乙基苯基、2-甲基-6-乙基苯基等芳香族烴基;烷基環烷基、環烷基烷基、芳烷基等所述例示的烴基組合而成的基。
作為該碳數1~10的烴基可具有的取代基,可列舉:選自氟原子、氯原子、溴原子、碘原子中的鹵素原子;羥基;硝基;胺基;氰基;硫醇基;環氧基;縮水甘油氧基;(甲基)丙烯醯氧基;形成環的原子數為6~12的雜芳基;甲氧基、乙氧基等碳數1~3烷氧基;形成環的碳數為6~12的芳氧基等。
作為Rf11
~Rf13
所表示的碳數1~10的烴基,較佳為未經取代的碳數1~10的飽和脂肪族烴基,更佳為未經取代的碳數1~6的直鏈狀的飽和脂肪族烴基,進而佳為未經取代的甲基、乙基、丙基、或丁基,最佳為甲基。
作為Rf11
~Rf13
所表示的烷基矽基,可列舉:三甲基矽基、三乙基矽基、三正丙基矽基、三異丙基矽基、三第三丁基矽基、甲基二乙基矽基、二甲基矽基、二乙基矽基、甲基矽基、乙基矽基等。
聚矽氮烷(F)較佳為具有在所述式(f1)中,Rf11
及Rf12
至少一方為碳數為1~10的烴基的結構單元(f2),即,有機聚矽氮烷。另外,Rf13
較佳為氫原子。
聚矽氮烷(F)除了所述結構單元(f2)以外,更佳為更具有下述式(f3)所示的結構單元。
作為Rf31
及Rf32
所表示的碳數1~10的烴基,可舉出與所述Rf11
~Rf13
所表示的碳數1~10的烴基中說明的基相同的基。其中,較佳為碳數1~10的飽和脂肪族烴基,更佳為碳數1~6的直鏈狀的飽和脂肪族烴基,進而佳為甲基、乙基、丙基或丁基。
作為Yf
所表示的二價烴基,其碳數較佳為1~4,更佳為1~3,進而佳為1~2。所述二價烴基較佳為鏈狀,為鏈狀的情況下,可為直鏈狀、分支鏈狀的任一種。另外,所述二價烴基較佳為二價脂肪族烴基,更佳為烷二基。作為二價烴基,可列舉:亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基等。
進而,所述二價烴基中所含的一部分-CH2
-可經取代為-O-。該情況下,連續的兩個-CH2
-不會同時經取代為-O-,與Si原子鄰接的-CH2
-不會經取代為-O-。於兩個以上的-CH2
-經取代為-O-的情況下,-O-與-O-間的碳原子數較佳為2~4,進而佳為2~3。作為二價烴基的一部分經取代為-O-而成的基,具體而言,可例示具有(聚)乙二醇單元的基、具有(聚)丙二醇單元的基等。
作為Xf
所表示的水解性基,只要為藉由水解而提供羥基(矽烷醇基)的基即可,例如可較佳地列舉:甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等碳數1~4的烷氧基;羥基;乙醯氧基;氯原子;異氰酸酯基等。其中,較佳為碳數1~4的烷氧基,更佳為碳數1~2的烷氧基。多個Xf
可相同、亦可不同,並且較佳為相同。
相對於所述聚矽氮烷(F)100質量%,所述式(f3)的SiXf 3
基較佳含有2質量%以上,更佳為5質量%以上,進而佳為8質量%以上。上限沒有限定,但可為50質量%以下,亦可為40質量%以下,亦可為30質量%以下。
聚矽氮烷(F)為有機聚矽氮烷時,Si-H的氫原子、以及鍵結於Si的碳數1~10的烴基的含有比可適宜選擇,例如烴基/氫原子的莫耳比為0.1~50,較佳為0.2~10。再者,該些的莫耳比可根據核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)測定等算出。
以組成物的整體為100質量%時的聚矽氮烷(F)的量較佳為0.01質量%以上,更佳為0.05質量%以上,進而佳為0.1質量%以上,進而更佳為0.3質量%以上,另外較佳為2.5質量%以下,更佳為2質量%以下,進而佳為1.5質量%以下,進而更佳為1質量%以下。
2.含有矽氧烷鏈的化合物(H)
本發明中的含有矽氧烷鏈的化合物(H)只要是具有至少一個矽氧烷鍵的化合物,則沒有特別限定,該矽氧烷鏈可以是直鏈狀亦可以是分支鏈狀,較佳為直鏈狀。
作為矽氧烷鏈,較佳為包含二烷基矽氧烷鏈,更佳為包含直鏈狀二烷基矽氧烷鏈。另外,所述矽氧烷鏈可更包含矽氧烷鍵以外的二價基,作為該二價基,可列舉:二價烴基、二價烴基的一部分亞甲基(-CH2
-)經取代為氧原子而成的基、以及-O-等。
矽氧烷鏈的末端較佳為鍵結有矽基。矽基是在矽原子上鍵結了三個取代基的基,作為該取代基,可列舉氫原子、含有烴鏈的基、烷基矽基氧基以及水解性基等。
所述含有烴鏈的基是指至少一部分具有烴鏈的基,通常僅由烴基(烴鏈)構成,視需要亦可為該烴鏈的一部分亞甲基(-CH2
-)經取代為氧原子而成的基。另外,與Si原子鄰接的亞甲基(-CH2
-)不會經取代為氧原子,另外,連續的兩個亞甲基(-CH2
-)亦不會同時經取代為氧原子。
再者,所謂含有烴鏈的基的碳數,於未經氧取代型的含有烴鏈的基的情況下,是指構成烴基(烴鏈)的碳原子的數量,於經氧取代型的含有烴鏈的基的情況下,是指將氧原子假定為亞甲基(-CH2
-)並進行計數而得的碳原子的數量。
以下,只要並無特別說明,則以未經氧取代型的含有烴鏈的基(即一價烴基)為例而對含有烴鏈的基進行說明,於任一說明中,均可將構成含有烴鏈的基的亞甲基(-CH2
-)中的一部分經取代為氧原子。
關於所述含有烴鏈的基,於其為烴基的情況下,碳數較佳為1以上3以下,更佳為1。另外,所述含有烴鏈的基可為分支鏈亦可為直鏈。所述含有烴鏈的基較佳為含有飽和或不飽和的脂肪族烴鏈的基,更佳為含有飽和脂肪族烴鏈的基。作為所述含有飽和脂肪族烴鏈的基,更佳為飽和脂肪族烴基(烷基)。飽和脂肪族烴基例如包含甲基、乙基、丙基等。
於飽和脂肪族烴基的一部分亞甲基(-CH2
-)經取代為氧原子的情況下,具體而言,可例示具有(聚)乙二醇單元的基等。
作為所述水解性基,只要為藉由水解而提供羥基(矽烷醇基)的基即可,例如可較佳地列舉:甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等碳數1~6的烷氧基;羥基;乙醯氧基;氯原子;異氰酸酯基等。其中,較佳為碳數1~6的烷氧基,更佳為碳數1~4的烷氧基,進而佳為碳數1~2的烷氧基。
作為所述烷基矽基氧基,可舉出單烷基矽基氧基、二烷基矽基氧基以及三烷基矽基氧基,其中,較佳為三烷基矽基氧基。作為三烷基矽基氧基,可例示三甲基矽基氧基、三乙基矽基氧基、三丙基矽基氧基等。
當一個矽原子具有多個取代基時,多個取代基可相同亦可不同。
在矽氧烷鏈的末端,較佳為鍵結有鍵結了至少一個水解性基的矽原子,更佳為鍵結有鍵結了兩個以上水解性基的矽原子,進而佳為鍵結有鍵結了三個水解性基的矽原子。該鍵結了水解性基的矽原子可鍵結於矽氧烷鏈的一個末端,亦可鍵結於矽氧烷鏈的兩末端,但較佳為僅鍵結於一個末端側。
更佳為在矽氧烷鏈的兩末端,鍵結有具有3個烷氧基作為取代基的矽基(三烷氧基矽基)、具有3個烷基作為取代基的矽基(三烷基矽基)、以及具有3個三烷基矽基氧基作為取代基的矽基(三(三烷基矽基氧基)矽基)中的任意一者,特佳為在一個末端側鍵結有三烷氧基矽基,在另一個末端側鍵結有三烷基矽基或三(三烷基矽基氧基)矽基。
作為本發明的含有矽氧烷鏈的化合物(H)的更佳的形態,是具有三烷基矽基和矽氧烷鏈的分子鏈(以下,有時將該分子鏈稱為「分子鏈(ts1)」)與至少一個矽原子(以下,有時將該矽原子稱為「中心矽原子」)鍵結的化合物
含有矽氧烷鏈的化合物(H)中,與中心矽原子鍵結的分子鏈(ts1)的個數較佳為1以上3以下,更佳為2以下,特佳為1以上。
於含有矽氧烷鏈的化合物(H)的中心矽原子,除了分子鏈(ts1)之外,亦可鍵結有水分解性基、含有較構成所述分子鏈(ts1)的原子數少的原子數的矽氧烷骨架的基、或含有烴鏈的基,所述含有烴鏈的基含有碳數較構成分子鏈(ts1)的原子數更少的烴鏈。
所述含有矽氧烷鏈的化合物(H)具體而言,較佳為下述式(H1)所示的化合物。
式(H1)中,Rh1
表示具有三烷基矽基和矽氧烷鏈的分子鏈,Ah1
分別獨立地表示水解性基,Zh1
表示具有三烷基矽基和矽氧烷鏈的分子鏈、含有矽氧烷骨架的基、或含有烴鏈的基,Rh1
及Zh1
的三烷基矽基所含的氫原子可經取代為氟原子,x表示0~3的整數。
Rh1
的具有三烷基矽基和矽氧烷鏈的分子鏈(分子鏈(ts1))是具有含有三烷基矽基的基與上述矽氧烷鏈的末端鍵結的結構的一價基。含有三烷基矽基的烷基亦可經取代為氟烷基。
所述含有三烷基矽基的基為包含至少一個三烷基矽基的基,較佳為包含兩個以上、進而佳為包含三個三烷基矽基。含有三烷基矽基的基較佳為式(s1)所表示的基。
式(s1)中,多個Rs1
分別獨立地表示烴基或三烷基矽基氧基,該烴基或三烷基矽基氧基中所含的氫原子可經取代為氟原子。*表示鍵結鍵。
所述式(s1)中,較佳為Rs1
的至少一個為三烷基矽基氧基,或Rs1
全部為烷基。
於Rs1
為烴基的情況下,其碳數較佳為1~4,更佳為1~3,進而佳為1~2。於Rs1
為烴基的情況下,較佳為脂肪族烴基,更佳為烷基。作為該烷基,可列舉:甲基、乙基、丙基、丁基等。多個Rs1
可相同亦可不同,較佳為相同。於Rs1
全部為烴基的情況下(尤其是烷基),三個Rs1
的合計碳數較佳為9以下,更佳為6以下,進而佳為4以下。較佳為三個Rs1
中的至少一個為甲基,更佳為至少兩個為甲基,特佳為三個Rs1
全部為甲基。
作為Rs1
全部為烴基(烷基)的基(三烷基矽基),具體而言,可列舉下述式所表示的基等。式中,*表示鍵結鍵。
作為所述三烷基矽基氧基,可列舉氧原子與Rs1
全部為烴基(烷基)的基(三烷基矽基)的矽原子鍵結的基。所述式(s1)中,較佳為Rs1
的至少一個為三烷基矽基氧基,更佳為兩個以上的Rs1
為三烷基矽基氧基,進而佳為三個Rs1
為三烷基矽基氧基。
作為Rs1
的至少一個為三烷基矽基氧基的基,可列舉下述式所表示的基。
在分子鏈(ts1)中,含有三烷基矽基的基較佳為鍵結於所述矽氧烷鏈的末端(自由端側)、尤其是矽氧烷鏈的主鏈(最長直鏈)的末端(自由端側)。
鍵結有含有三烷基矽基的基的矽氧烷鏈與上述說明的矽氧烷鏈相同,較佳為含有直鏈狀二烷基矽氧烷鏈。另外,所述矽氧烷鏈可包含二價烴基。即便矽氧烷鏈的一部分為二價烴基,因剩餘部分為二烷基矽氧烷鏈,因此所獲得的皮膜的化學及物理耐久性良好。
所述矽氧烷鏈較佳為式(s2)所表示的基。
式(s2)中,多個Rs2
分別獨立地表示碳數1~10的烷基。Zs1
表示-O-或二價烴基,該二價烴基中所含的-CH2
-可經取代為-O-。Ys1
表示單鍵或-Si(Rs2
)2
-Ls1
-。Ls1
表示二價烴基,該二價烴基中所含的-CH2
-可經取代為-O-。左側的*表示與中心矽原子的鍵結鍵,右側的*表示與含有三烷基矽基的基的鍵結鍵。n1表示1以上的整數。
Rs2
的碳數較佳為1~4,更佳為1~3,進而佳為1~2。
n1較佳為1~100,更佳為1~80,進而佳為1~60,進而更佳為1~50,特佳為1~30。
Zs1
或Ls1
所表示的二價烴基的碳數較佳為1~10,更佳為1~6,進而佳為1~4。所述二價烴基較佳為鏈狀,為鏈狀的情況下,可為直鏈狀、分支鏈狀的任一種。另外,所述二價烴基較佳為二價脂肪族烴基,更佳為烷二基。作為二價烴基,可列舉:亞甲基、伸乙基、伸丙基、伸丁基等。
進而,所述二價烴基中所含的一部分-CH2
-可經取代為-O-。該情況下,連續的兩個-CH2
-不會同時經取代為-O-,與Si原子鄰接的-CH2
-不會經取代為-O-。於兩個以上的-CH2
-經取代為-O-的情況下,-O-與-O-間的碳原子數較佳為2~4,進而佳為2~3。作為二價烴基的一部分經取代為-O-而成的基,具體而言,可例示具有(聚)乙二醇單元的基、具有(聚)丙二醇單元的基等。
於所述式(s2)中,較佳為:Zs1
為-O-,Ys1
為單鍵,即所述矽氧烷鏈僅包含二烷基矽基氧基的重覆。於二烷基矽氧烷鏈僅包含二烷基矽基氧基的重覆的情況下,所獲得的皮膜的化學及物理耐久性良好。
作為分子鏈(ts1)所含的矽氧烷鏈,可列舉下述式所表示的矽氧烷鏈。式中,q1表示1~60的整數,*表示與中心矽原子或含有三烷基矽基的基鍵結的鍵結鍵。
另外,構成分子鏈(ts1)的原子的合計數較佳為24以上,更佳為40以上,進而佳為50以上,另外,較佳為5000以下,更佳為4000以下,進而佳為2000以下,進而更佳為1200以下,特佳為700以下,最佳為250以下。
分子鏈(ts1)較佳為下述式(s3)所表示的基。
式(s3)中,Rs1
、Rs2
、Zs1
、Ys1
、n1與上述為相同含義。*表示與中心矽原子的鍵結鍵。
分子鏈(ts1)較佳為下述式(s3-1)所表示的基,更佳為下述式(s3-1-1)所表示的基。
式(s3-1)及式(s3-1-1)中,Rs2
、Ys1
、Zs1
、n1與所述Rs2
、Ys1
、Zs1
、n1為相同含義。Rs3
表示碳數1~4的烷基。*表示與中心矽原子的鍵結鍵。
Rs3
所表示的烷基的碳數較佳為1~3,更佳為1~2。另外,式(s3-1)及式(s3-1-1)中,-Si(Rs3
)3
中所含的Rs3
的合計碳數較佳為9以下,更佳為6以下,進而佳為4以下。進而,較佳為-Si(Rs3
)3
中所含的Rs3
中的至少一個Rs3
為甲基,更佳為兩個以上的Rs3
為甲基,特佳為三個Rs3
全部為甲基。
另外,分子鏈(ts1)進而佳為下述式(s3-2)所示的基,特佳為下述式(s3-2-1)所示的基。
式(s3-2)及式(s3-2-1)中,Rs2
、Ys1
、Zs1
、n1與所述Rs2
、Ys1
、Zs1
、n1為相同含義。Rs4
表示碳數1~4的烷基。*表示與中心矽原子的鍵結鍵。
作為Rs4
所表示的碳數1~4的烷基,可舉出在上述Rs3
中說明的基,其較佳的範圍亦相同。
作為分子鏈(ts1),可列舉式(s3-I)所表示的基。式(s3-I)中,*表示與中心矽原子的鍵結鍵。
上述表1、表2所示的n30較佳為1~30。
其次,對式(H1)中的Ah1
進行說明。Ah1
分別獨立地為水解性基,且只要為藉由水解而提供羥基(矽烷醇基)的基即可,例如可較佳地列舉:甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等碳數1~6的烷氧基;羥基;乙醯氧基;氯原子;異氰酸酯基等。其中,較佳為碳數1~6的烷氧基,更佳為碳數1~4的烷氧基,進而佳為碳數1~2的烷氧基。
式(H1)中的Zh1
表示具有三烷基矽基和矽氧烷鏈的分子鏈、含有矽氧烷骨架的基、或含有烴鏈的基。Zh1
為具有三烷基矽基和矽氧烷鏈的分子鏈時,可列舉與上述Rh1
相同者。
於Zh1
為含有矽氧烷骨架的基的情況下,所述含有矽氧烷骨架的基為含有矽氧烷單元(Si-O-)的一價基,較佳為由數量較構成Rh1
的分子鏈(ts1)的原子數少的數的原子構成。藉此,含有矽氧烷骨架的基成為較分子鏈(ts1)而言長度短、或立體廣度(體積大小)小的基。含有矽氧烷骨架的基亦可包含二價烴基。
含有矽氧烷骨架的基較佳為下述式(s4)所表示的基。
式(s4)中,Rs2
、Zs1
、及Ys1
與所述Rs2
、Zs1
、及Ys1
為相同含義。Rs5
表示烴基或羥基,該烴基中所含的-CH2
-可經取代為-O-,該烴基中所含的氫原子可經取代為氟原子。n3表示0~5的整數。*表示與中心矽原子的鍵結鍵。
作為Rs5
所表示的烴基,可列舉與Rs1
所表示的烴基相同的基,較佳為脂肪族烴基,更佳為烷基。碳數較佳為1~4,更佳為1~3,進而佳為1~2。
n3較佳為1~5,更佳為1~3。
含有矽氧烷骨架的基的原子數的合計較佳為600以下,更佳為500以下,進而佳為350以下,進而更佳為100以下,特佳為50以下,最佳為30以下,且較佳為10以上。另外,Rh1
的分子鏈(ts1)與Zh1
的含有矽氧烷骨架的基的原子數的差較佳為10以上,更佳為20以上,且較佳為1000以下,更佳為500以下,進而佳為200以下。
作為含有矽氧烷骨架的基,具體而言,可列舉下述式所表示的基。
於Zh1
為含有烴鏈的基的情況下,只要烴鏈部分的碳數較構成Rh1
中的分子鏈(ts1)的原子數少即可。另外,與構成分子鏈(ts1)的最長直鏈的原子數相比,較佳為烴鏈的最長直鏈的碳數少。作為含有烴鏈的基,可例示與上述例示的含有烴鏈的基同樣的基。
式(H1)中的x較佳為2以下,更佳為0或1,進而佳為0。
式(H1)所示的含有矽氧烷鏈的化合物(H)較佳為下述式(H2)所示的化合物。
式(H2)中,Rs1
、Rs2
、Zs1
、Ys1
、n1、Ah1
、Zh1
、x分別與所述Rs1
、Rs2
、Zs1
、Ys1
、n1、Ah1
、Zh1
、x為相同含義。
式(H2)所示的含有矽氧烷鏈的化合物(H)較佳為下述式(H2-1)所示的化合物,更佳為式(H2-1-1)所示的化合物。
式(H2-1)及式(H2-1-1)中,Rs2
、Rs3
、Ys1
、Zs1
、n1、Ah1
與上述Rs2
、Rs3
、Ys1
、Zs1
、n1、Ah1
為相同含義。
式(H2)所示的含有矽氧烷鏈的化合物(H)進而佳為下述式(H2-2)所示的化合物,特佳為式(H2-2-1)所示的化合物。
式(H2-2)及式(H2-2-1)中,Rs2
、Rs4
、Ys1
、Zs1
、n1、Ah1
與上述Rs2
、Rs4
、Ys1
、Zs1
、n1、Ah1
為相同含義。
作為式(H2)所示的含有矽氧烷鏈的化合物(H),具體而言,可舉出式(H-I)所示的化合物。
作為上述含有矽氧烷鏈的化合物(H),更佳為下述式(H3)及下述式(H4)所示的化合物。
[式(H3)中,n2是1~60的整數]。
[式(H4),n4是1~60的整數]。
所述n2及n4更佳為2以上的整數,進而佳為3以上的整數,並且更佳為50以下的整數,進而佳為45以下的整數,進一步更佳為30以下的整數,特佳為25以下的整數。
含有矽氧烷鏈的化合物(H)的數量平均分子量(Mn)較佳為300以上,更佳為350以上,進而佳為400以上,另外,較佳為5200以下,更佳為4000以下,進而佳為3500以下,進而更佳為3200以下,特佳為3000以下,最佳為2500以下。
上述數量平均分子量(Mn)例如可使用凝膠滲透層析法(Gel Permeation Chromatography,GPC)在以下條件下測定。再者,作為前處理,較佳為將用溶離液溶解後,用0.45 μm薄膜過濾器過濾後的溶液作為測定溶液。
[測定條件]
裝置:島津LC-10
管柱:奧麗高帕瑞(OligoPore)、PLgel MIXED-D
溶離液:甲苯
流量:1.0-mL/min
檢測器:折射率(Reflective Index,RI)檢測器
管柱溫度:35℃
注入量:50 μL
分子量標準:標準聚苯乙烯110000、100000、43000、38000、6000、2600、600
以組成物的整體為100質量%時的,含有矽氧烷鏈的化合物(H)的量較佳為0.005質量%以上,更佳為0.01質量%以上,進而佳為0.03質量%以上,另外較佳為1.0質量%以下,更佳為0.5質量%以下,進而佳為小於0.3質量%,進而更佳為0.2質量%以下,特佳為0.15質量%以下。
上述含有矽氧烷鏈的化合物(H)的量可在組成物的製備時調整。所述含有矽氧烷鏈的化合物(H)的量亦可以由組成物的分析結果算出。再者,本說明書中,記載各成分的量或質量比的範圍時,與上述同樣,該範圍可在組成物的製備時調整。
在本發明的組成物中,藉由使用規定量的含有矽氧烷鏈的化合物(H),使組成物與基材接觸時的塗佈性提高。
作為含有矽氧烷鏈的化合物(H)的合成方法的例子,可列舉日本專利特開2017-201009號公報中記載的方法。
3.金屬化合物(G)
本發明的金屬化合物(G)為選自下述式(G1)所表示的金屬化合物及其縮合物中的至少一種。
M(Rg10
)r
(Ag1
)m-r
(G1)
[式(G1)中,M表示Al、Fe、In、Ge、Hf、Si、Ti、Sn、Zr或Ta,Rg10
表示含有烴鏈的基、或氫原子,r為0或1。多個Ag1
分別獨立地表示水解性基,m對應於金屬原子M而為3~5的整數]。
所述式(G1)所表示的金屬化合物是在金屬原子M上至少鍵結有水解性基Ag1
的化合物。再者,在本說明書中,「金屬」以亦包含Si、Ge等半金屬的含義使用。
作為金屬原子M,較佳為Al、Si、Ti、Sn或Zr,更佳為Al、Si、Ti或Zr,進而佳為Si。
作為Ag1
所表示的水解性基,只要為藉由水解而提供羥基(矽烷醇基)的基即可,例如可較佳地列舉:甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等碳數1~6的烷氧基;羥基;乙醯氧基;氯原子;異氰酸酯基等。其中,較佳為碳數1~6的烷氧基,更佳為碳數1~4的烷氧基,進而佳為碳數1~2的烷氧基。
Rg10
所表示的含有烴鏈的基是指至少一部分具有烴基的基,通常僅由烴基(烴鏈)構成,視需要亦可為該烴鏈的一部分亞甲基(-CH2
-)經取代為氧原子而成的基。另外,與金屬原子M鄰接的亞甲基(-CH2
-)不會經取代為氧原子,另外,連續的兩個亞甲基(-CH2
-)亦不會同時經取代為氧原子。
再者,所謂含有烴鏈的基的碳數,於未經氧取代型的含有烴鏈的基的情況下,是指構成烴基(烴鏈)的碳原子的數量,於經氧取代型的含有烴鏈的基的情況下,是指將氧原子假定為亞甲基(-CH2
-)並進行計數而得的碳原子的數量。
以下,只要並無特別說明,則以未經氧取代型的含有烴鏈的基(即一價烴基)為例而對含有烴鏈的基進行說明,於任一說明中,均可將構成含烴鏈的基的亞甲基(-CH2
-)中的一部分取代為氧原子。
關於所述含有烴鏈的基,於其為烴基的情況下,碳數較佳為1以上18以下,更佳碳數為1以上10以下,進而佳碳數為1以上6以下,進而更佳為1。另外,所述含有烴鏈的基可為分支狀亦可為直鏈狀。所述含有烴鏈的基較佳為含有飽和或不飽和的脂肪族烴鏈的基,更佳為含有飽和脂肪族烴鏈的基。作為所述含有飽和脂肪族烴鏈的基,更佳為飽和脂肪族烴基。飽和脂肪族烴基例如包含甲基、乙基、丙基等。
於飽和脂肪族烴基的一部分亞甲基(-CH2
-)經取代為氧原子的情況下,具體而言,可例示具有(聚)乙二醇單元的基等。
m是金屬原子M的價數,在金屬原子M為Al、Fe、In等三價金屬的情況下為3,在金屬原子M為Ge、Hf、Si、Ti、Sn、Zr等四價金屬的情況下為4,在金屬原子M為Ta等五價金屬的情況下為5。
作為所述式(G1)所表示的金屬化合物,可列舉出r=0、即在金屬原子M上僅鍵結有水解性基Ag1
的金屬化合物G11;或者,r=1、即在金屬原子M上鍵結了一個含有烴鏈的基或一個氫原子、及兩個以上水解性基Ag1
的金屬化合物G12。
3-1.金屬化合物G11
作為在金屬原子M上僅鍵結有水解性基Ag1
的金屬化合物G11,具體而言,可列舉三乙氧基鋁、三丙氧基鋁、三丁氧基鋁等三烷氧基鋁;三乙氧基鐵等三烷氧基鐵;三甲氧基銦、三乙氧基銦、三丙氧基銦、三丁氧基銦等三烷氧基銦;四甲氧基鍺、四乙氧基鍺、四丙氧基鍺、四丁氧基鍺等四烷氧基鍺;四甲氧基鉿、四乙氧基鉿、四丙氧基鉿、四丁氧基鉿等四烷氧基鉿;四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四丙氧基矽烷、四丁氧基矽烷等四烷氧基矽烷;四甲氧基鈦、四乙氧基鈦、四丙氧基鈦、四丁氧基鈦等四烷氧基鈦;四甲氧基錫、四乙氧基錫、四丙氧基錫、四丁氧基錫等四烷氧基錫;四甲氧基鋯、四乙氧基鋯、四丙氧基鋯、四丁氧基鋯等四烷氧基鋯;五甲氧基鉭、五乙氧基鉭、五丙氧基鉭、五丁氧基鉭等五烷氧基鉭等。
3-2.金屬化合物G12
在金屬原子M上鍵結有一個含有烴鏈的基、或一個氫原子、及兩個以上水解性基Ag1
的金屬化合物G12較佳為金屬原子M為四價的金屬(Ge、Hf、Si、Ti、Sn、Zr等),更佳為金屬原子M為Si。作為金屬原子M為Si時的具體例,可列舉甲基三甲氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、甲基三丙氧基矽烷等烷基三烷氧基矽烷;乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷等烯基三烷氧基矽烷;三甲氧基矽烷、三乙氧基矽烷、三丙氧基矽烷等三烷氧基矽烷;二甲氧基甲基矽烷、二乙氧基甲基矽烷等二烷氧基烷基矽烷等。
作為所述式(G1)所表示的金屬化合物,具體而言,較佳為下述式(G2)所示的化合物。
Si(ORg21
)y
(Rg22
)4-y
(G2)
[式(G2)中,Rg21
表示碳數1~6的烷基,Rg22
表示含有烴鏈的基或氫原子,y為3或4。]
Rg21
所表示的烷基的碳數較佳為1~4,更佳為1~3,進而佳為1或2。
作為Rg21
所表示的烷基,可列舉:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基等。
作為Rg22
所表示的含有烴鏈的基,可列舉與所述Rg10
所表示的含有烴鏈的基中說明的基相同的基,較佳的範圍亦相同。
作為式(G1)所表示的金屬化合物的縮合物,例如可列舉藉由在多個式(G1)所表示的金屬化合物之間,水解性基發生水解-縮合反應而形成的化合物。多個式(G1)所表示的金屬化合物可相同亦可不同,但較佳為相同。式(G1)所表示的金屬化合物較佳為縮合了2~60個的縮合物,更佳為縮合了2~40個的化合物,進而佳為縮合了2~20個的縮合物,進而更佳為縮合了2~10個的縮合物。可使式(G1)所表示的金屬化合物水解縮合而得到縮合物,亦可適當使用市售的矽氧烷寡聚物或樹脂。
金屬化合物(G)較佳為選自所述式(G2)所表示的化合物及其縮合物中的至少一種。
作為所述式(G2)所表示的化合物的縮合物,較佳為藉由在多個式(G2)所表示的金屬化合物之間,(ORg21
)基發生水解-縮合反應而形成的化合物,多個式(G2)所表示的金屬化合物可相同亦可不同,但較佳為相同。作為式(G2)所表示的化合物的縮合物,較佳為式(G2)所表示的金屬化合物縮合了2~60個的縮合物,更佳為縮合了2~40個的化合物,進而佳為縮合了2~20個的縮合物,進而更佳為縮合了2~10個的縮合物。另外,作為式(G2)所表示的化合物的縮合物,較佳為四烷氧基矽烷的縮合物,更佳為四甲氧基矽烷或四乙氧基矽烷的縮合物,特佳為四乙氧基矽烷的縮合物。作為式(G2)所表示的化合物的縮合物,具體而言,可例示可爾可特(COLCOAT)股份有限公司製造的矽酸乙酯40、矽酸乙酯48、矽酸甲酯51、矽酸甲酯53A等。
另外,可使用兩種以上金屬化合物(G)。
以組成物的整體為100質量%時的金屬化合物(G)的量較佳為0.01質量%以上,更佳為0.05質量%以上,進而佳為0.1質量%以上,進而更佳為0.15質量%以上,另外較佳為10質量%以下,更佳為3質量%以下,進而佳為1質量%以下,進而更佳為0.8質量%以下。
以組成物的整體為100質量%時的,聚矽氮烷(F)、含有矽氧烷鏈的化合物(H)、及金屬化合物(G)的合計量較佳為0.3質量%以上,更佳為0.4質量%以上,進而佳為0.5質量%以上,另外,較佳為5質量%以下,更佳為3質量%以下,進而佳為小於2.6質量%,進而更佳為1.5質量%以下,特佳為1.2質量%以下。
含有矽氧烷鏈的化合物(H)及金屬化合物(G)相對於聚矽氮烷(F)、含有矽氧烷鏈的化合物(H)、及金屬化合物(G)的合計量的質量比((H+G)/(F+H+G))較佳為1%以上,更佳為5%以上,進而佳為8%以上,另外,較佳為95%以下,更佳為85%以下,進而佳為80%以下,進而更佳為70%以下,特佳為60%以下。所述質量比過小時,有時產生外觀不良,另外,所述質量比過大時,有時無法賦予撥液層優異的硬化性。
本發明的混合組成物是混合了上述聚矽氮烷(F)、含有矽氧烷鏈的化合物(H)、以及金屬化合物(G)的組成物,藉由將該些(F)~(H)混合而得到。
4.溶劑(I)
本發明的組成物中可使用溶劑(I)。
作為溶劑(I),可列舉醇系溶媒、醚系溶媒、酮系溶媒、酯系溶媒、醯胺系溶媒、脂肪族烴系溶媒、芳香族烴系溶媒等。
作為所述醇系溶媒,可列舉:甲醇、乙醇、丙醇、2-丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、1-丙氧基2-丙醇等,作為所述醚系溶媒,可列舉:二甲氧基乙烷、四氫呋喃、二噁烷、二丁基醚等,作為酮系溶媒,可列舉:丙酮、甲基乙基酮(2-丁酮)等,作為酯系溶媒,可列舉:乙酸乙酯、乙酸丁酯等,作為醯胺系溶媒,可列舉二甲基甲醯胺等,作為脂肪族烴系溶媒,可列舉:戊烷、己烷、庚烷、辛烷、異辛烷、環戊烷、環己烷、環庚烷、甲基環己烷、礦油精(mineral spirit)等,作為芳香族烴系溶媒,可列舉:苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯等。其中,較佳為酮系溶媒、醚系溶媒、酯系溶媒、脂肪族烴系溶媒,更佳為脂肪族烴系溶媒。該些溶媒可使用一種,亦可適宜混合使用兩種以上。因塗佈液的穩定性增加且可減低塗敷晃動或塗敷時的異物,因此溶劑(I)較佳為並不具有水分。
以組成物的整體為100質量%時的溶劑(I)的量較佳為50質量%以上,更佳為80質量%以上,進而佳為90質量%以上,特佳為95質量%以上。上限根據聚矽氮烷(F)、含有矽氧烷鏈的化合物(H)、金屬化合物(G)、以及該些以外的添加成分(以下,稱為第三成分)的量來設定,聚矽氮烷(F)、含有矽氧烷鏈的化合物(H)、金屬化合物(G)、以及第三成分以外亦可為溶劑(I)。
本發明的混合組成物較佳為除所述聚矽氮烷(F)、含有矽氧烷鏈的化合物(H)、及金屬化合物(G)之外,亦混合溶劑(I)而得到。
在調整本發明的混合組成物時,可使觸媒共存。本發明中,所述觸媒較佳為能夠使聚矽氮烷硬化的觸媒,例如可列舉1-甲基哌嗪、1-甲基哌啶、4,4'-三亞甲基二哌啶、4,4'-三亞甲基雙(1-甲基哌啶)、二氮雜雙環-[2,2,2]辛烷、順式-2,6-二甲基哌嗪、4-(4-甲基哌啶)吡啶、吡啶、二吡啶、α-甲基吡啶、β-甲基吡啶、γ-甲基吡啶、哌啶、二甲基吡啶、嘧啶、噠嗪、4,4'-三亞甲基二吡啶、2-(甲基胺基)吡啶、吡嗪、喹啉、喹噁啉、三嗪、吡咯、3-吡咯啉、咪唑、三唑、四唑、1-甲基吡咯啶等N-雜環狀化合物,例如甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、丙基胺、二丙基胺、三丙基胺、丁基胺、二丁基胺、三丁基胺、戊基胺、二戊基胺、三戊基胺、己基胺、二己基胺、三己基胺、庚基胺、二庚基胺、辛基胺、二辛基胺、三辛基胺、苯基胺、二苯基胺、三苯基胺等胺類,例如1,8-二氮雜雙環[5.4.0]7-十一烯(diazabicyclo undecene,DBU)、1,5-二氮雜雙環[4.3.0]5-壬烯(diazabicyclo nonene,DBN)、1,5,9-三氮雜環十二烷、1,4,7-三氮雜環壬烷等。
另外,作為觸媒,除了所述觸媒以外,亦較佳為作為與矽原子鍵結的水解性基的水解-縮合觸媒發揮作用的觸媒,作為該觸媒,例如可列舉:酸性化合物;鹼性化合物;有機金屬化合物等。作為所述酸性化合物,可列舉:鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、過氧化氫、氯酸、次氯酸等無機酸;乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、馬來酸、硬脂酸等有機酸等。作為所述鹼性化合物,可列舉氨等。作為所述有機金屬化合物,可列舉以Al、Fe、Zn、Sn等金屬元素為中心金屬的有機金屬化合物,可列舉:羧酸鋁、乙醯丙酮鋁錯合物、乙醯乙酸乙酯鋁錯合物等有機鋁化合物;羧酸鐵(辛酸鐵等)等有機鐵化合物;乙醯丙酮化鋅一水合物、環烷酸鋅、辛酸鋅等有機鋅化合物;二丁基錫二乙酸酯錯合物等有機錫化合物,此外,作為有機金屬化合物,可列舉包含Ni、Ti、Pt、Rh、Co、Ru、Os、Pd、Ir等的金屬羧酸鹽;包含Ni、Pt、Pd、Rh等的乙醯丙酮化錯合物;Au、Ag、Pd、Ni、Zn、Ti等的金屬微粒子;金屬過氧化物;金屬氯化物;二茂鐵(ferrocene)、二茂鋯(zirconocene)等金屬的環戊二烯基錯合物等。
本發明的組成物中,於不會阻礙效果的範圍內,亦可使抗氧化劑、防鏽劑、紫外線吸收劑、光穩定劑、防黴劑、抗菌劑、生物附著防止劑、除臭劑、顏料、阻燃劑、抗靜電劑等各種添加劑共存。
由本發明的組成物得到的皮膜通常形成在基材上,作為使本發明的組成物與基材接觸的方法,例如可列舉:將組成物塗佈於基材的方法,可列舉:旋塗法、浸塗法、噴塗法、輥塗法、棒塗法、手工塗佈(使液體滲入至布等中並塗抹於基材的方法)、沖流(使用滴管等將液體直接施加至基材並進行塗佈的方法)、噴霧(使用噴霧而對基材進行塗佈的方法)等。尤其,就作業性的觀點而言,較佳為噴塗法、手工塗佈、沖流、旋塗法,更佳為沖流、旋塗法。
對使如所述般接觸於基材上的組成物在空氣中、常溫下靜置,藉此與空氣中的水分反應並進行分解與矽氧基(siloxy)化,從而可於基材上形成含有Si-O骨架的皮膜。靜置時間沒有特別限定,但較佳為1分鐘以上,更佳為2分鐘以上。另外,自實用性的觀點出發,較佳為12小時以下,更佳為1小時以下,進而佳為30分鐘以下,進而更佳為10分鐘以下。
皮膜的膜厚可以是例如0.1 nm~200 nm左右。較佳為0.2 nm~100 nm,更佳為0.3 nm~50 nm。
接觸本發明的組成物的基材並無特別限定,基材的形狀可為平面、曲面的任一種,亦可為將多個面組合而成的三維結構。
另外,基材的材質亦無限定,可由有機系材料、無機系材料的任一種構成。作為所述有機系材料,例如可列舉:丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯樹脂、苯乙烯樹脂、丙烯酸-苯乙烯共聚樹脂、纖維素樹脂、聚烯烴樹脂等熱塑性樹脂;酚樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯、矽酮樹脂、胺基甲酸酯樹脂等熱硬化性樹脂等。作為所述無機系材料,例如可列舉:陶瓷;玻璃;鐵、矽、銅、鋅、鋁等金屬;包含所述金屬的合金等。
亦可對所述基材預先實施易接著處理。作為所述易接著處理,例如可列舉:電暈處理、電漿處理、紫外線處理等親水化處理。另外,亦可實施利用樹脂、矽烷偶合劑、四烷氧基矽烷等的底塗處理,亦可對基材預先塗佈聚矽氮烷等玻璃皮膜。
較佳為在由本發明的組成物得到的皮膜的表面上進一步形成撥液層。即,較佳為在基材上形成由本發明的組成物(以下,有時稱為中間層形成用組成物)得到的中間層,進而在中間層的表面(與基材相反側的表面)形成撥液層。藉由將本發明的組成物用作撥液層與基材之間的中間層形成用組成物,機理的詳細情況不明,但受由中間層形成用組成物的水解縮合反應產生的生成物的影響等,與在基材上僅形成撥液層的情況相比,促進撥液層中的矽烷醇基的脫水縮合反應的可能性高。此時,藉由使用本發明的組成物作為中間層形成用組成物,撥液層的交聯密度變高,耐磨耗性顯著提高。另外,以往在以實用的速度形成撥液層時需要加熱,但藉由將本發明的組成物用作撥液層與基材之間的中間層形成用組成物,亦能夠以實用的速度進行撥液層的常溫硬化。
以下,對撥液層(撥液膜)進行說明。
作為用於得到撥液膜的組成物(以下,有時稱為撥液層形成用組成物),較佳為將至少一個含有三烷基矽基的分子鏈和至少一個水解性基鍵結於矽原子(以下,有時稱為中心矽原子)的有機矽化合物(A)、與金屬化合物(B)混合。
1.有機矽化合物(A)
作為有機矽化合物(A),較佳為使用在上述含有矽氧烷鏈的化合物(H)中說明的式(H1)中,x為0或1的化合物。藉由在分子鏈上鍵結含有三烷基矽基的基,由撥液層形成用組成物形成的皮膜的撥水性及撥油性、耐硫酸性以及耐溫水性提高,另外液滴變得容易移動。即便於將含有三烷基矽基的基的烷基取代為氟烷基的情況下,亦可同樣地提高該皮膜界面的撥液性(撥水性及/或撥油性,以下有時稱為「撥水-撥油性」)。
作為有機矽化合物(A),與上述含有矽氧烷鏈的化合物(H)中說明的形態相同,其較佳的範圍亦相同。其中,特佳為下述式(H3)所示的化合物。
[式(H3)中,n2為1~60的整數]。
所述n2更佳為2以上的整數,進而佳為3以上的整數,並且更佳為45以下的整數,進而佳為30以下的整數,特佳為25以下的整數。
以撥液層形成用組成物的整體為100質量%時的所述有機矽化合物(A)的量較佳為0.005質量%~10質量%,更佳為0.01質量%~5質量%,進而佳為0.01質量%~1質量%。
2.金屬化合物(B)
作為金屬化合物(B),較佳為下述式(b1)所表示的金屬化合物。
M(Rb10
)r
(Ab1
)m-r
(b1)
[式(b1)中,M表示Al、Fe、In、Ge、Hf、Si、Ti、Sn、Zr、或Ta,Rb10
表示含有矽氧烷骨架的基、含有烴鏈的基、或氫原子,r為0或1;多個Ab1
分別獨立地表示水解性基,m根據金屬原子M而為3~5的整數]。
較佳的所述金屬化合物(B)如所述式(b1)所示,是至少一個水解性基Ab1
鍵結於金屬原子M的化合物。再者,於本說明書中,所謂「金屬」,是以亦包含Si或Ge等半金屬的含義來使用。
如上所述,認為由撥液層形成用組成物得到的撥液膜藉由來自有機矽化合物(A)的三烷基矽基提高了撥水-撥油功能,且基於金屬化合物(B)的結構在撥液膜中作為間隔物發揮作用。
M較佳為Al、Si、Ti、Sn或Zr,更佳為Si。
Ab1
所表示的水解性基、及Rb10
所表示的含有矽氧烷骨架的基、含有烴鏈的基可自所述含有矽氧烷鏈的化合物(H)中說明的水解性基、含有矽氧烷骨架的基、以及含有烴鏈的基中適宜選擇,較佳的範圍亦相同。
m是金屬原子M的價數,於金屬原子M為Al、Fe、In等三價金屬的情況下為3,於金屬原子M為Ge、Hf、Si、Ti、Sn、Zr等四價金屬的情況下為4,於金屬原子M為Ta等五價金屬的情況下為5。
所述撥液層形成用組成物可使用兩種以上金屬化合物(B)。另外,亦可使用金屬化合物(B)的縮合物。
作為所述金屬化合物(B),具體而言,較佳為下述式(b2)所表示的化合物。
Si(ORb11
)z
H4-z
(b2)
[式(b2)中,Rb11
表示碳數1~6的烷基,z為3或4]。
Rb11
所表示的烷基的碳數較佳為1~4,更佳為1或2。
作為Rb11
所表示的烷基,可列舉甲基、乙基、丙基、丁基等。
以撥液層形成用組成物的整體為100質量%時的所述金屬化合物(B)的量較佳為0.01質量%~50質量%,更佳為0.05質量%~10質量%,進而佳為0.05質量%~1質量%。
所述撥液層形成用組成物是所述有機矽化合物(A)和金屬化合物(B)混合而成的組成物,藉由將該些(A)~(B)混合而得到。
3.觸媒(C)
在調整撥液層形成用組成物時,可使作為鍵結於矽原子的水解性基的水解-縮合觸媒發揮作用的觸媒(C)與所述有機矽化合物(A)及金屬化合物(B)一起共存,作為所述觸媒(C),可使用酸、鹼等,其中較佳為使用酸。作為酸,可以是無機酸亦可以是有機酸,自水解-縮合反應的控制的容易度出發,特佳為使用有機酸。作為觸媒(C),使用酸,如後所述,藉由抑制使用的水量,能夠使撥液膜形成時的反應平穩地進行,而能夠形成良好的撥液膜。
作為所述酸,具體而言,可列舉硝酸、鹽酸、馬來酸、磷酸、丙二酸、甲酸、苯甲酸、苯基乙酸、乙酸、丁酸、2-甲基丙酸、丙酸、2,2-二甲基丙酸等,較佳為有機酸,更佳為馬來酸(pKa=1.92)、甲酸(pKa=3.75)、乙酸(pKa=4.76)。
所述觸媒(C)可僅使用一種,亦可將兩種以上組合使用。
以撥液層形成用組成物的整體為100質量%時的所述觸媒(C)的量較佳為0.0001質量%~30質量%,更佳為0.00015質量%~1質量%。
4.水(D)
撥液層形成用組成物較佳使用水(D),藉由使用水(D),促進水解性基的水解。作為水(D),可以是空氣中的水分,亦可藉由添加而積極地混入組成物中。
所述撥液層形成用組成物的調整時使用的所述水(D)的量較佳為大於0質量%、小於2.20質量%。藉由使所述水量小於2.20質量%,能夠使撥液膜形成時的反應平穩地進行,從而能夠形成良好的撥液膜。
5.溶劑(E)
所述撥液層形成用組成物中可更使用溶劑(E)。作為溶劑(E),可使用所述溶劑(I)中例示的溶劑,其中,較佳為醇系溶媒或醚系溶媒,更佳為醇系溶媒。
以撥液層形成用組成物的整體為100質量%時的所述溶劑(E)的量較佳為10質量%~99.9質量%。
所述撥液層形成用組成物較佳為除了所述有機矽化合物(A)及金屬化合物(B)以外,混合觸媒(C)、水(D)、溶劑(E)等而得到。
所述撥液層形成用組成物中,於不會阻礙本發明的效果的範圍內,例如可使抗氧化劑、防鏽劑、紫外線吸收劑、光穩定劑、防黴劑、抗菌劑、生物附著防止劑、除臭劑、顏料、阻燃劑、抗靜電劑等各種添加劑共存。
藉由使所述撥液層形成用組成物硬化,可得到撥液膜。
作為使所述撥液層形成用組成物與由本發明的組成物得到的皮膜(中間層)接觸的方法,與在使所述中間層和基材接觸的方法中說明的方法相同。
在使所述撥液層形成用組成物與中間層接觸的狀態下,加熱1~10小時左右(例如80℃~300℃),藉此促進撥液層的水解性基的水解以及矽烷醇基的脫水縮合反應,而可在中間層上形成撥液層,但藉由使用本發明的組成物作為中間層形成用組成物,受中間層形成用組成物的水解縮合反應產生的生成物的影響等,即使不進行加熱,亦有可能促進撥液層的矽烷醇基的脫水縮合反應。即,藉由將本發明的組成物用作中間層形成用組成物,在空氣中、常溫常濕下靜置,亦可以實用的速度形成撥液膜。靜置時間沒有特別限定,較佳為1小時以上,更佳為3小時以上,進而佳為12小時以上。另外,自實用性的觀點出發,較佳為48小時以下,更佳為24小時以下。
撥液膜的膜厚可以是例如0.5 nm~100 nm左右。
[實施例]
以下列舉實施例來更具體地說明本發明,本發明當然不受下述實施例的限制,在能夠適合前述及後述主旨的範圍內能夠適當施加變更實施,該些均包含在本發明的技術範圍內。
[製造例1]
(撥水層形成用組成物的製作)
將上述式(H3)所示的化合物中n2的平均值為24的化合物(以下表述為化合物1)0.014質量份、三乙氧基矽烷0.036質量份溶解於2-丙醇0.1027質量份中,在室溫下攪拌10分鐘。對得到的溶液滴加0.1 M乙酸水溶液(乙酸:7.73×10-5
質量份、水:0.013質量份)後,在65℃下攪拌2小時,得到試樣溶液1。
將得到的試樣溶液1用2-丙醇46.7質量份稀釋,製作組成物A。
除了將有機矽化合物(A)、金屬化合物(B)、觸媒(C)、水(D)及溶劑(E)的種類及/或量如表5般變更以外,與組成物A同樣地得到組成物B及C。
[表5]
組成物A | 組成物B | 組成物C | |||
有機矽化合物(A) | 化合物1 | 質量份 | 0.014 | 0.011 | 0.014 |
質量% | 0.029 | 0.023 | 0.029 | ||
金屬化合物(B) | 三乙氧基矽烷 | 質量份 | 0.036 | 0.036 | |
質量% | 0.077 | 0.076 | |||
四乙氧基矽烷 | 質量份 | 0.036 | |||
質量% | 0.077 | ||||
觸媒(C) | 乙酸 | 質量份 | 7.73×10-5 | 7.73×10-5 | |
質量% | 1.65×10-4 | 1.64×10-4 | |||
馬來酸 | 質量份 | 2.5×10-3 | |||
質量% | 5.41×10-3 | ||||
水(D) | 質量份 | 0.013 | 0.010 | 0.383 | |
質量% | 0.027 | 0.022 | 0.811 | ||
溶劑(E) | 2-丙醇 | 質量份 | 46.81 | 46.81 | 46.81 |
質量% | 99.87 | 99.87 | 99.08 |
(中間層形成用組成物的製作)
使杜拉贊(Durazane)(註冊商標)1500快固化(rapid cure)(默克(MERCK)公司製造)0.15質量份、化合物(1)0.015質量份、四乙氧基矽烷0.09質量份溶解於異辛烷29.75質量份中,得到中間層形成用組成物(組成物1)。再者,杜拉贊(Durazane)(註冊商標)1500快固化(rapid cure)具有以下的下述式(f4)所表示的結構單元。
式(f4)中,R表示氫原子或甲基。
杜拉贊(Durazane)(註冊商標)1500快固化(rapid cure)具有9質量%~27質量%的Si(OC2
H5
)3
基,另外,所述(f4)中的結構中的SiH基的氫原子與Si-CH3
基的甲基的莫耳比(甲基/氫原子)為2.39。
所述Si(OC2
H5
)3
基的質量比、及氫原子與甲基的莫耳比基於1
H-NMR(400 MHz,基準:CDCl3
(=7.24 ppm))的積分值來決定。即,由積分值求出聚矽氮烷中的SiH、SiCH3
、及Si(OCH2
CH3
)3
的莫耳比,計算出氫原子和甲基的莫耳比。另外,分別換算成質量比,算出聚矽氮烷中所含的Si(OC2
H5
)3
基的質量%。
除了將聚矽氮烷(F)、含有矽氧烷鏈的化合物(H)、金屬化合物(G)及溶劑(I)的種類及/或量如表6般變更以外,與組成物1同樣地得到組成物2~13。
[表6]
組成物1 | 組成物2 | 組成物3 | 組成物4 | 組成物5 | 組成物6 | 組成物7 | 組成物8 | 組成物9 | 組成物10 | 組成物11 | 組成物12 | 組成物13 | |||
成分 | 聚矽氮烷(F) | 質量份 | 0.150 | 0.150 | 0.150 | 0.150 | 0.100 | 0.200 | 0.150 | 0.150 | 0030 | 0.020 | 0.100 | 0.100 | 0.100 |
質量% | 0.500 | 0.500 | 0.500 | 0.500 | 0.333 | 0.667 | 0.500 | 0.500 | 0.297 | 0.099 | 0.333 | 0.333 | 0333 | ||
包含矽氧烷鏈的化合物(H) | 化合物1 | 質量份 | 0.015 | 0.01 | 0.02 | 0.015 | 0.015 | 0.03 | 0.05 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | |||
質量% | 0.05 | 0.033 | 0.067 | 0.05 | 0.05 | 0.297 | 0.249 | 0.033 | 0.033 | 0033 | |||||
化合物2 | 質量份 | 0.015 | |||||||||||||
質量% | 0.050 | ||||||||||||||
化合物3 | 質量份 | 0.015 | |||||||||||||
質量% | 0.050 | ||||||||||||||
化合物4 | 質量份 | 0.015 | |||||||||||||
質量% | 0.050 | ||||||||||||||
金屬化合物(G) | 四乙氧基矽烷 | 質量份 | 0.09 | 0.09 | 0.09 | 0.09 | 0.06 | 0.12 | 0.03 | 0.18 | 0.03 | 0.043 | |||
質量% | 0.300 | 0.300 | 0.300 | 0.300| | 0.200 | 0.400 | 0.100 | 0.598 | 0.297 | 0.214 | |||||
三乙氧基矽烷 | 質量份 | 0 060 | |||||||||||||
質量% | 0.200 | ||||||||||||||
四甲氧基矽烷 | 質量份 | 0.060 | |||||||||||||
質量% | 0.200 | ||||||||||||||
矽酸乙酯40 | 質量份 | 0.060 | |||||||||||||
質量% | 0.200 | ||||||||||||||
溶劑(I) | 異辛烷 | 質量份 | 29.75 | 29.75 | 29.75 | 29.75 | 29.83 | 29 66 | 29.75 | 29.75 | 10.00 | 20.00 | 29.83 | 29.83 | 29.83 |
質量% | 99.15 | 99.15 | 99.15 | 99.15 | 99.43 | 98.87 | 99.35 | 98.85 | 99.11 | 99.44 | 99.43 | 99.43 | 99.43 | ||
F+H+G | 質量 | 0.85 | 0.85 | 0.85 | 0.85 | 0.57 | 1.13 | 0.65 | 1.15 | 0.89 | 0.56 | 0.57 | 0.57 | 0.57 | |
(H+G)/(F+H+G) | 質量比(%) | 41.2 | 41.2 | 41.2 | 41.2 | 41.2 | 41.2 | 23.1 | 56.4 | 66.7 | 82.3 | 41.2 | 41.2 | 41.2 |
表6中,化合物1~4如下所述。
化合物1:上述式(H3)所示的化合物中n2的平均值為24的化合物(由結構式算出的分子量:2212.52)
化合物2:上述式(H4)所示的化合物中n4的平均值為24的化合物(由結構式算出的分子量:1990.66)
化合物3:上述式(H4)所示的化合物中n4的平均值為3的化合物(由結構式算出的分子量:432.84)
化合物4:上述式(H3)所示的化合物中n2的平均值為3的化合物(由結構式算出的分子量:655.3)
[實施例1~15]
(皮膜的製作)
將藉由大氣壓電漿處理使表面活性化的玻璃基板5 cm2
×5 cm2
(伊各爾(EAGLE)XG,康寧(Corning)公司)設置為仰角45°。將500 μL中間層形成用組成物自玻璃基板上表面沖流,在常溫常濕下乾燥5分鐘。再從其上沖流撥液層形成用組成物500 μL,在常溫常濕下風乾1天,藉此在玻璃基板上形成皮膜。
[比較例1]
將藉由大氣壓電漿處理使表面活性化的玻璃基板5 cm2
×5 cm2
(伊各爾(EAGLE)XG,康寧(Corning)公司)設置為仰角45°。將500 μL撥液層形成用組成物自玻璃基板上表面沖流,在常溫常濕下風乾1天,藉此在玻璃基板上形成皮膜。
對於所述實施例及比較例中得到的皮膜,按照以下要領進行評價。
(接觸角)
使用協和界面科學股份有限公司製造的接觸角測定裝置「DM700」,將水滴量設為3.0 μL,藉由解析方法:θ/2法測定皮膜表面對於水的接觸角。接觸角為95°以上時評價為撥水性優異。
(滑落速度)
對皮膜表面滴加水,並藉由皮膜表面的水滴的滑落速度來評價撥水性。具體而言,使用協和界面科學股份有限公司製造的接觸角測定裝置「DM700」,對傾斜為20°的玻璃基板上的皮膜表面滴加50 μL的水,測定水滴自初期滴加位置滑落15 mm為止的時間,算出皮膜表面的水滴滑落速度(mm/秒)。將水滴的滑落速度為20 mm/秒以上的情況評價為撥水性優異。
(耐磨耗性)
在皮膜上滴加2.5 mL水,在其上接觸矽片(SR-400、虎牌聚合物(Tigers Polymer)公司製造)。然後,在自矽片上施加負荷500 gf的狀態下,在往返速度為每分鐘400 mm的條件下,並以400次為單位於20 mm的距離內擦拭矽片與皮膜,分別測定經磨耗的部位的中央部分3處的接觸角,且測定3處中2處降低至85°以下為止的次數。將次數為400次以上的情況評價為耐磨耗性優異。
將所使用的中間層形成用組成物及撥液層形成用組成物的種類、以及得到的皮膜的評價結果示於表7。
[表7]
撥液層形成用組成物 | 中間層形成用組成物 | 性能 | |||
接觸角 | 滑落速度 | 耐磨耗次數 | |||
° | mm/sec | 次 | |||
實施例1 | 組成物A | 組成物1 | 102.1 | 48.96 | 1600 |
實施例2 | 組成物A | 組成物2 | 103.8 | 42.20 | 2400 |
實施例3 | 組成物A | 組成物3 | 103.8 | 43.04 | 1600 |
實施例4 | 組成物A | 組成物4 | 104.2 | 46.51 | 2400 |
實施例5 | 組成物A | 組成物5 | 102.1 | 61.61 | 1600 |
實施例6 | 組成物A | 組成物6 | 101.2 | 24.69 | 2800 |
實施例7 | 組成物B | 組成物1 | 100.1 | 26.55 | 1600 |
實施例8 | 組成物C | 組成物1 | 102.0 | 78.74 | 1600 |
實施例9 | 組成物A | 組成物7 | 101.4 | 62.02 | 1200 |
實施例10 | 組成物A | 組成物8 | 102.0 | 29.38 | 1600 |
實施例11 | 組成物A | 組成物9 | 101.0 | 39.35 | 800 |
實施例12 | 組成物A | 組成物10 | 102.1 | 73.85 | 400 |
實施例13 | 組成物A | 組成物11 | 103.7 | 78.01 | 2000 |
實施例14 | 組成物A | 組成物12 | 104.2 | 103.52 | 1200 |
實施例15 | 組成物A | 組成物13 | 102.3 | 87.04 | 1600 |
比較例1 | 組成物A | 一 | 103.0 | 1.83 | 400> |
作為中間層形成用組成物,使用選自式(G1)所示的金屬化合物及其縮合物中的至少一種金屬化合物(G)、聚矽氮烷(F)、及含有矽氧烷鏈的化合物(H)的混合組成物,進而在中間層上形成撥液層的實施例1~15中,能夠在不損害撥液性的情況下製作具有優異的耐磨耗性和常溫硬化性的皮膜。
[產業上的可利用性]
使用本發明的組成物作為中間層形成用組成物,藉由在中間層上形成撥液膜而得到的皮膜不損害撥液性(特別是撥水性),耐磨耗性優異,較佳為常溫硬化性亦優異。因此,作為觸控面板顯示器等顯示裝置、光學元件、半導體元件、建築材料、汽車零件、奈米壓印技術等中的基材而有用。進而,可適宜作為電車、汽車、船舶、飛機等運輸機器中的主體、窗玻璃(前玻璃、側玻璃、後玻璃)、後視鏡(mirror)、減震器(bumper)等物品而使用。另外,亦可用於建築物外壁、帳篷(tent)、太陽光發電模組、隔音板、混凝土等戶外用途中。亦可用於漁網、捕蟲網、水槽等中。進而,亦可用於廚房、浴室、盥洗台、鏡子、洗手間周圍的各構件的物品、吊燈(chandelier)、瓷磚(tile)等陶瓷器、人工大理石、空調等各種室內設備中。另外,亦可作為工廠內的夾具或內壁、配管等的防污處理來使用。對於護目鏡(goggle)、眼鏡、防護帽(helmet)、柏青哥(Pachinko)、纖維、傘、玩具、足球等而言亦適宜。進而,亦可作為食品用包裝材、化妝品用包裝材、罐(pot)內部等各種包裝材料的附著防止劑而使用。
無。
無。
Claims (11)
- 一種混合組成物,是金屬化合物(G)、聚矽氮烷(F)以及含有矽氧烷鏈的化合物(H)的混合組成物,所述金屬化合物(G)為選自由下述式(G1)所表示的金屬化合物及其縮合物中的至少一種, M(Rg10 )r (Ag1 )m-r (G1) [式(G1)中,M表示Al、Fe、In、Ge、Hf、Si、Ti、Sn、Zr或Ta,Rg10 表示含有烴鏈的基、或氫原子,r為0或1,多個Ag1 分別獨立地表示水解性基,m對應於金屬原子M而為3~5的整數]。
- 如請求項1所述的組成物,其中相對於所述聚矽氮烷(F)、所述含有矽氧烷鏈的化合物(H)、及所述金屬化合物(G)的合計質量,所述含有矽氧烷鏈的化合物(H)與所述金屬化合物(G)的質量比為5%~95%。
- 如請求項3所述的組成物,其中所述聚矽氮烷(F)具有結構單元(f2),所述結構單元(f2)為所述式(f1)中的Rf11 及Rf12 的至少一者為碳數1~10的烴基。
- 如請求項1至請求項7中任一項所述的組成物,其中所述聚矽氮烷(F)、所述含有矽氧烷鏈的化合物(H)、及所述金屬化合物(G)的合計量為0.2質量%以上且小於2.6質量%。
- 如請求項1至請求項8中任一項所述的組成物,其中所述含有矽氧烷鏈的化合物(H)的量小於0.3質量%。
- 如請求項1至請求項9中任一項所述的組成物,其用於基材與撥液層的中間層。
- 如請求項10所述的組成物,其中所述撥液層是藉由矽烷醇基的脫水縮合反應而形成的膜。
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