TW202348433A - 柔性單層聚矽氧烷硬塗層 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種包含柔性或可彎曲基板層(A)及單層塗層之分層結構,該單層塗層包含矽氧烷聚合物,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈,及關於一種製備該分層結構之方法。
Description
本發明係關於一種包含柔性或可彎曲基板層(A)及單層塗層之分層結構,該單層塗層包含矽氧烷聚合物,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈,及關於一種製備該分層結構之方法。
透明塑膠已廣泛用作光學及透明顯示器行業中之核心材料。特定言之,透明塑膠(諸如PET(聚對苯二甲酸伸乙酯)、PI(聚醯亞胺)、PC(聚碳酸酯)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯))由於其高透光率及適合折射率之特性,已應用於柔性電子應用中,包括顯示器、光學透鏡、透明板及汽車工業作為玻璃之輕質替代物。然而,此等塑膠具有低耐磨性之缺點,因為其具有比玻璃低的表面硬度。
為增加耐磨性及可光圖案化性,經建議採用柔性的且可彎曲的硬塗層膜。適合柔性硬塗層為例如如WO 2019/193258中所揭示之基於聚矽氧烷之柔性硬塗層。
硬塗層具有歸因於光反射之增加而降低例如顯示器之可視性的缺點。為了減少光反射,已提議抗反射塗層作為多層方法中硬塗層上的額外層。
舉例而言,WO 2006/082701A1揭示透明塑膠膜基板上之兩層塗層,其具有來自含有含(甲基)丙烯酸酯基之可固化化合物及含(甲基)丙烯酸酯基之反應性聚矽氧的材料的第一硬塗層,以及來自含有含矽氧烷組分之化合物的材料的第二抗反射(低折射)塗層。
於例如US 11,046,827 B2及KR 2004-0076422A中建議硬塗層及低折射層的其他兩層方法。
甚至已例如在JP 2001-293818A中建議硬塗層、高折射層及低折射層之三層塗層。
此類多層方法具有降低之耐刮擦性及折射率不匹配之缺點,其導致如例如CN 206270519 U中所論述之濃重的彩虹圖案。較差耐刮擦性的原因可為用於改良耐刮擦性之硬塗層通常為與塑膠基板直接接觸的內層,且對低折射外層之黏附力相當弱。
當如TW 2009-16818 A中所論述應用低折射層作為內層及硬塗層作為外層時,塗層展示良好的耐刮擦性及較低的彩虹圖案,但並未解決高反射率問題。
由於多層結構存在技術挑戰,因此更高效的方法將減少反射率且增加單層中的耐刮擦性。已藉由添加奈米大小之粒子(諸如二氧化矽或氧化鋁)試圖增加低折射層耐刮擦性,但影響單層中之耐刮擦性及降低反射率一直係個挑戰。單層解決方案典型地在光學及耐刮擦性特性方面做出妥協。TW 2014-11177 A描述一種單層塗層,其含有奈米粒子混合物及黏合劑,具有經乾式蝕刻之表面,且展現出在經乾式蝕刻之表面上形成的蛾眼結構。此在硬塗層表面上產生複數個稜柱形結構。因此,除具有高水平之奈米粒子的抗反射硬塗層之外,亦執行了乾式蝕刻程序,奈米粒子充當蝕刻遮罩,產生對於可能外部層(如印刷油墨)具有良好黏附特性之表面。
一般而言,當折射率高於1.45時,塑膠基板與硬塗層之間的折射率差異並不大,且因此反射率降低的影響並不非常大。
因此,在此項技術中需要透明塑膠基板上之柔性塗層,其為柔性的且在機械特性(諸如耐刮擦性)及光學特性(諸如低折射率)方面展示出改良的特性平衡以用於減少光反射。
在本發明中,提出一種單層塗層,其顯示此類改良之特性平衡。該單層塗層包含矽氧烷聚合物,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈。
本發明係關於一種分層結構,其包含
(A)基板層;及
(B)塗佈於該基板層(A)之至少一個表面上之單層塗層,
其中
該單層塗層(B)包含矽氧烷聚合物,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈;及
該基板層(A)為柔性的、可彎曲的或兩者兼具。
此外,本發明係關於一種用於製造如上文或下文所描述之分層結構之方法,其包含以下步驟:
• 提供組成物,該組成物包含至少三種不同矽烷單體,其中該等矽烷單體中之至少一者包括能夠達成與相鄰矽氧烷聚合物交聯之活性基團,及包含氟化聚合物基團之至少一種單體;
• 使該組成物經受該等單體之至少部分水解,以形成包含矽氧烷聚合物之組成物,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈;
• 提供柔性的或可彎曲的或兩者兼具之基板;
• 將包含該矽氧烷聚合物之該組成物沉積至該基板之至少一個表面上以形成包含該矽氧烷聚合物之該組成物的單層塗層,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈;
• 交聯該等矽氧烷聚合物鏈以便獲得單層塗層,該單層塗層包含與該基板之該至少一個表面黏附接觸之交聯矽氧烷聚合物。
再者,本發明係關於一種分散或溶解於溶劑中的矽烷組成物,其包含,
• 至少三種不同矽烷單體,其中該等矽烷單體中之至少一者包括能夠達成與相鄰矽氧烷聚合物交聯之活性基團,及
• 至少一種單體,其包含氟化聚合物基團;
該組成物能夠在聚合後在基板層之至少一個表面上形成厚度為1至50 µm、尤其約5至20 µm的單層塗層,該基板層為柔性、可彎曲的或兩者兼具。
另外,本發明係關於一種用於製造包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈之矽氧烷聚合物的方法,該方法包含以下步驟:
• 在第一溶劑中混合至少三種不同矽烷單體及至少一種包含氟化聚合物基團之單體,以形成混合物;
• 使該混合物在催化劑存在下經歷該等單體之至少部分水解,由此使該等水解單體至少部分聚合且交聯;
• 視情況將該第一溶劑更換為第二溶劑;
• 使該混合物藉由熱或輻射引發進一步交聯以形成包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈的該矽氧烷聚合物,
該矽氧烷聚合物能夠在基板層之至少一個表面上形成厚度為1至50 µm、尤其約5至20 µm的單層塗層,該基板層為柔性、可彎曲的或兩者兼具。
矽烷組成物、矽氧烷聚合物、其單體、單層塗層及基板層較佳由如上文及下文所描述之所有其具體實例及特性定義。
本發明單層塗層在機械特性(尤其耐刮擦性)及光學特性(尤其低折射率)方面顯示出改良之特性平衡。歸因於使用單層塗層,不會出現如同多層塗層的層間黏附問題。
本發明之意義上的「單層塗層」意謂在基板層(A)之至少一個表面上之塗層,其由單層組成。
本發明之意義上的單層塗層(B)與基板層(A)之至少一個表面黏附接觸意謂在基板層(A)之至少一個表面與單層塗層(B)之間不存在其他塗層或黏附層。
關於構造及操作方法之各種例示性及非限制性具體實例連同其額外目標及優勢將在結合附圖研讀時自特定例示性具體實例之以下描述最佳地理解。
動詞「包含」及「包括」在本文件中用作開放性限制,其既不排除亦不需要存在未敍述之特徵。在附屬項中敍述之特徵可彼此自由組合,除非另有明確陳述。
本發明技術提供分層結構,其中基板層(A)具備包含矽氧烷聚合物之單層塗層,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈。分層結構為「可彎曲的」,意為其能夠圍繞具有曲率半徑之心軸彎曲而不會斷裂。
如WO 2019/193258中所描述,可使用涉及分層結構圍繞心軸之內折或外折的試驗來測試彎曲性特性。
基板層(A)
基板層(A)可為任何種類之基板,諸如玻璃、石英、矽、氮化矽、聚合物、金屬及塑膠或其混合物。此外,基板層(A)亦可包括多個不同表面,諸如不同氧化物、經摻雜氧化物、半金屬及其類似物或其混合物。
適合聚合物為例如熱塑性聚合物,諸如聚烯烴、聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碳酸酯、丙烯酸聚合物,諸如聚(甲基丙烯酸甲酯)及定製設計聚合物。
尤其較佳聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)及無色聚醯亞胺(CPI)。
基板層(A)可為裝置之最外層或單個堆疊之內部層。基板層(A)可塗佈在一側或兩側上。
基板層(A)較佳地具有10至500 µm,更佳地為20至400 µm之厚度。
基板層(A)為柔性的、可彎曲的或兩者兼具,使得其能夠圍繞具有第一最小曲率半徑之心軸彎曲而不會斷裂。
本發明之分層結構尤其能夠圍繞具有第二最小曲率半徑之心軸彎曲而不斷裂,該第一最小曲率半徑小於或等於第二最小曲率半徑。
由此,分層結構較佳為可彎曲的,在使用最小半徑為2.5 mm的外折運動中無裂紋形成,至多可彎曲20,000次。
此外,分層結構較佳為可彎曲的,在使用最小半徑為1.5 mm,較佳1.0 mm的內折運動中無裂紋形成,至多可彎曲200,000次。
再者,當以0.25吋/分鐘(0,64 cm/min)的伸長速率伸長至8%時,分層結構較佳不顯示裂紋形成。
可在將第一組成物沉積於基板之至少一個表面上以形成單層塗層(B)之前改質基板層(A)之至少一個表面。
基板層(A)之至少一個表面可經物理或化學改質。
適合物理改質為電漿處理或電暈處理或類似處理。
適合的化學改質可為用於清潔基板層(A)之至少一個表面的化學清潔製程。
藉助於物理或化學改質,較佳地活化至少一個表面以促進基板層(A)與第一塗層(B)之間的黏附。
在一具體實例中,視情況選用之塗層組成物沉積於基板層(A)之至少一個表面上,因此視情況選用之額外塗層形成於基板層(A)之至少一個表面上。該視情況選用之額外塗層接著在一側上與基板層(A)之至少一個表面黏附接觸且在另一側上與單層塗層(B)黏附接觸。
就此而言,「黏附接觸」意謂在基板層(A)與視情況選用之額外塗層以及視情況選用之額外塗層與單層塗層(B)之至少一個表面之間不存在其他塗層或黏附層。
該視情況選用之額外塗層可具有5至300 nm之厚度或300 nm至5 µm之厚度。
在特定情況下,通常施加該視情況選用之額外塗層,諸如促進基板層(A)與單層塗層(B)之間的黏附力、潤濕單層塗層(B)、促進分層結構之光學效能或促進分層結構之機械效能。
然而,較佳地,基板層與單層塗層(B)之間不施加視情況選用之額外塗層。
單層塗層(B)
分層結構包含塗佈在基板層(A)之至少一個表面上之單層塗層,以獲得單層塗層(B)。
較佳地,單層塗層(B)與基板層(A)之至少一個表面黏附接觸。
就此而言,「黏附接觸」意謂在單層塗層(B)與基板層(A)之至少一個表面之間不存在其他塗層或黏附層。
單層塗層(B)較佳地具有1至100 µm、較佳2至50 µm、更佳5至40 µm之厚度。
單層塗層(B)包含矽氧烷聚合物,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈。
較佳矽氧烷聚合物包含選自至少兩種不同矽烷單體之單體單元,其中矽烷單體中之至少一者包括能夠達成與相鄰矽氧烷聚合物鏈交聯之活性基團,且其中相鄰矽氧烷聚合物鏈藉助於該活性基團交聯。
矽氧烷聚合物可包含選自2至10,諸如2至6,較佳2至4種不同矽烷單體之單體單元。與此相關的「不同」意謂矽烷單體在至少一個化學部分上不同。
活性基團較佳為環氧基、脂環族環氧基(例如縮水甘油基)、乙烯基、烯丙基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及矽烷基及其組合。
由此,環氧基、脂環族環氧基(例如縮水甘油基)、乙烯基、烯丙基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯基在熱或輻射引發時,較佳在適合引發劑(諸如熱或自由基引發劑)存在下能夠達成與相鄰矽氧烷聚合物鏈交聯。
適合的熱或自由基引發劑較佳選自過氧苯甲酸三級戊酯、4,4-偶氮雙(4-氰基戊酸)、1,1'-偶氮雙(環己烷甲腈)、過氧化苯甲醯、2,2-雙(三級丁基過氧)丁烷、1,1-雙(三級丁基過氧)環己烷、2,2'-偶氮二異丁腈(AIBN)、2,5-雙(三級丁基過氧)-2,5-二甲基己烷、2,5-雙(三級丁基過氧)-2,5-二甲基-3-己炔、雙(1-(三級丁基過氧)-1-甲基乙基)苯、1,1-雙(三級丁基過氧)-3,3,5-三甲基環己烷、氫過氧化三級丁基、過乙酸三級丁酯、過氧化三級丁基、過氧苯甲酸三級丁酯、三級丁基過氧化異丙基碳酸酯、氫過氧化異丙苯、過氧化環己酮、過氧化二異丙苯、過氧化月桂醯、過氧化2,4-戊二酮、過氧乙酸或過硫酸鉀。尤其較佳為2,2'-偶氮二異丁腈(AIBN)。
矽烷基團能夠在矽氫化時,較佳在適合催化劑(諸如基於鉑(Pt)之催化劑,諸如Speier催化劑(H
2PtCl
6.H
2O)、Karstedt催化劑(Pt(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷複合物溶液)或基於銠(Rh)之催化劑,諸如三(三苯基膦)氯化銠(I))之存在下達成與相鄰矽氧烷聚合物鏈之碳-碳雙鍵(諸如乙烯基或烯丙基)交聯。
在一個具體實例中,含有第一活性基團,例如選自環氧基、脂環族環氧基(例如縮水甘油基)及乙烯基及烯丙基之單體與含有第二活性基團,例如選自丙烯酸酯基及甲基丙烯酸酯基之單體之間的莫耳比在1:100至100:1,特定言之1:10至10:1,例如5:1至1:2或3:1至1:1範圍內變化。
在一些具體實例中,含有第二活性基團之組分亦選自除矽烷單體以外的含有丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯之化合物,諸如四乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、新戊四醇三丙烯酸酯、雙三甲基丙烷四丙烯酸酯、二新戊四醇五丙烯酸酯及二新戊四醇六丙烯酸酯及其組合。
在一些具體實例中,基於單體之莫耳部分,活性基團或活性基團將以約1至35%之濃度存在。
適合矽烷單體較佳由式(I)表示
R
1 aSiX
4-a(I)
其中
R
1係選自氫及包含直鏈及分支鏈烷基、環烷基、烯基、炔基、(烷基)丙烯酸酯、環氧基、烯丙基、乙烯基及烷氧基以及具有1至6個環之芳基的基團,且其中該基團經取代或未經取代;
X為可水解基團或烴殘基;且
a為整數1至3。
可水解基團尤其為烷氧基(參見式II)。
R
1及/或可水解基團X之烷氧基可相同或不同,且較佳選自具有下式之基團
-O-R
2(II)
其中
R
2代表具有1至10個,較佳1至6個碳原子之直鏈或分支鏈烷基,且視情況呈現一或兩個選自鹵素、羥基、乙烯基、環氧基及烯丙基之群的取代基。最佳為甲氧基及乙氧基。
尤佳為包含根據式(II)之烷氧基之二、三或四烷氧基矽烷。
特別合適的矽烷單體係選自以下之群:四乙氧基矽烷(TEOS)、四甲氧基矽烷(TMS)、甲基三乙氧基矽烷(MTEOS)、甲基三甲氧基矽烷(MTMS)、二甲基二乙氧基矽烷(DMDEOS)、二甲基二甲氧基矽烷(DMDMS)、二苯基二甲氧基矽烷(DPDMS)、3-(三甲氧基矽基)丙基甲基丙烯酸酯(MEMO)、3-(三乙氧基矽基)丙基甲基丙烯酸酯、5-(雙環庚烯基)三乙氧基矽烷(BCHTEOS)、(3-縮水甘油氧基丙基)三乙氧基矽烷、(3-縮水甘油氧基丙基)三甲氧基矽烷(GPTMS)、(十七氟-1,1,2,2-四氫癸基)三甲氧基矽烷、(十七氟-1,1,2,2-四氫癸基)三乙氧基矽烷(F17)、1H,1H,2H,2H-全氟十二烷基三乙氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟十二烷基三甲氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟戊基三乙氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟戊基三甲氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟十四烷基三乙氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟十四烷基三甲氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷(allylTMS)、烯丙基三乙氧基矽烷(allylTEOS)、乙烯基三甲氧基矽烷(vinylTMS)、乙烯基三乙氧基矽烷(vinylTEOS)、(3-縮水甘油氧基丙基)二甲氧基甲基矽烷(Me-GPTMS)、甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷(Me-MEMO)、苯基甲基二甲氧基矽烷(PMDMS)、雙[(2,2,3,3,4,4-六氟丁基)丙酸酯]-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、[2-(3,4-環氧基環己基)乙基]三甲氧基矽烷(ECTMS)及其混合物。
矽烷單體較佳係選自3-(三甲氧基矽基)丙基甲基丙烯酸酯(MEMO)及(3-縮水甘油氧基丙基)三甲氧基矽烷(GPTMS)之群。
該等矽烷單體較佳以50至99.99 wt%、較佳60至99 wt%、再更佳75至97 wt%之莫耳量存在於矽氧烷聚合物中。
在一個具體實例中,第一矽氧烷聚合物(B-1)之至少兩種不同矽烷單體包含至少一種雙矽烷。
適合之雙矽烷較佳由式(III)表示
(R
3)
3Si-Y-Si(R
4)
3, (III)
其中
R
3及R
4獨立地選自氫及由直鏈或分支鏈烷基、環烷基、烯基、炔基、(烷基)丙烯酸酯、環氧基、烯丙基、乙烯基、烷氧基以及具有1至6個環之芳基組成之群的基團,且其中該基團經取代或未經取代;及
Y為選自二價未經取代或經取代之脂族及芳族基團的鍵聯基團,諸如伸烷基、伸芳基、-O-伸烷基-O-;-O-伸芳基-O-;伸烷基-O-伸烷基、伸芳基-O-伸芳基;伸烷基-Z
1C(=O)Z
2-伸烷基、伸芳基-Z
1C(=O)Z
2-伸芳基及-O-伸烷基-Z
1C(=O)Z
2-伸苯基-O-;-O-伸芳基-Z
1C(=O)Z
2-伸芳基-O-,其中Z
1及Z
2各自選自直接鍵或-O-。
在二價「伸烷基」基團及其他類似脂族基團中,烷基殘基(或衍生自烷基部分之殘基)代表1至10個、較佳1至8個、或1至6個或甚至1至4個碳原子,實例包括伸乙基及亞甲基及伸丙基。
「伸芳基」代表典型地含有1至3個芳環及6至18個碳原子之芳族二價基團。此類基團藉由伸苯基(例如1,4-伸苯基及1,3-伸苯基)及伸聯苯基以及伸萘基或伸蒽基例示。
伸烷基及伸芳基可視情況經1至5個選自以下之取代基取代:羥基、鹵基、乙烯基、環氧基及烯丙基以及烷基、芳基及芳烷基。
較佳烷氧基含有1至4個碳原子。實例為甲氧基及乙氧基。
術語「苯基」包括經取代的苯基,諸如苯基三烷氧基,尤其苯基三甲氧基或三乙氧基,以及全氟苯基。苯基以及其他芳族或脂環族基團可直接偶合至矽原子,或其可經由亞甲基或伸乙基橋偶合至矽原子。
例示性雙矽烷包括1,2-雙(三乙氧基矽基)乙烷(BTESE)、1,2-雙(三甲氧基矽基)乙烷(MEOS)及其混合物。
較佳具有以0至35 wt%、較佳1至25 wt%、再更佳3至20 wt%之莫耳量存在於矽氧烷聚合物中之雙矽烷。
另外,矽氧烷聚合物包含至少一種、諸如1至10、較佳1至6、更佳1或2種,最佳一種包含氟化聚合物基團之單體。
包含氟化聚合物基團之該單體較佳選自氟化聚矽氧烷及改質之全氟聚醚。
改質之全氟聚醚較佳地選自矽烷改質之全氟聚醚、羧基酯改質之全氟聚醚,諸如丙烯酸酯改質之全氟聚醚及甲基丙烯酸酯改質之全氟聚醚、基於環氧之全氟聚醚及其混合物。
此類氟化聚矽氧烷及改質之全氟聚醚可以商業方式購自Shin-Etsu Subelyn®的KY-100系列的氟化防污塗層組分,諸如KY-1900及KY-1901,Shin-Etsu Subelyn®的KY-1200系列的氟化防污添加劑,諸如KY-1271,或OPTOOL系列的Daikin氟化防污塗層組分,OPTOOL UD-509、OPTOOL UD-120及OPTOOL DSX。
其他適合的氟化聚矽氧烷為例如分子量在1500至20000 g/mol、較佳2000至15000 g/mol範圍內之聚(甲基-3,3,3-三氟丙基)矽氧烷。
至少一種氟化單體較佳以0.01至10 wt%、較佳0.02至7 wt%、再更佳0.05至5 wt%之重量量存在於矽氧烷聚合物中。
尤其較佳地,單體係選自1,2-雙(三乙氧基矽基)乙烷(BTESE)、3-(三甲氧基矽基)丙基甲基丙烯酸酯(MEMO)及(3-縮水甘油氧基丙基)三甲氧基矽烷(GPTMS)之群的兩種或更多種之混合物,以及額外選自KY-1900及KY-1901、KY-1271、OPTOOL UD-509、OPTOOL UD-120、OPTOOL DSX或聚(甲基-3,3,3-三氟丙基)矽氧烷之氟化單體,其分子量在1500至20000 g/mol,較佳在2000至15000 g/mol範圍內。
包含矽氧烷聚合物之組成物較佳藉由包含以下步驟之方法形成:
• 在第一溶劑中混合至少兩種不同矽烷單體及包含氟化聚合物基團之至少一種單體(較佳如上文或下文所描述)以形成混合物;
• 使該混合物在催化劑存在下經歷該等單體之至少部分水解,由此使該等水解單體至少部分聚合且交聯;
• 視情況將該第一溶劑更換為第二溶劑;
• 視情況藉由矽氫化、熱或輻射引發使該混合物進一步交聯。
第一溶劑較佳選自以下之群:丙酮、四氫呋喃(THF)、甲苯、1-丙醇、2-丙醇、甲醇、乙醇、水(H
2O)、環戊酮、乙腈、丙二醇丙醚、甲基-三級丁基醚(MTBE)、丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、丙二醇單甲醚(PGME)及丙二醇丙醚(PnP)。
單體可在任何適合之溫度下混合於第一溶劑中以溶解單體。通常情況下,室溫足夠。
在下一方法步驟中,使混合物在催化劑存在下經歷至少部分水解。
適合催化劑為酸性催化劑、鹼性催化劑或其他催化劑。
酸性催化劑較佳選自硝酸(HNO
3)、硫酸(H
2SO
4)、甲酸(HCOOH)、鹽酸(HCl)、磺酸、氟化氫(HF)、乙酸(CH
3COOH)、三氟甲磺酸或對甲苯磺酸。尤其較佳的酸性催化劑為硝酸(HNO
3)及鹽酸(HCl)。
鹼性催化劑較佳選自三乙胺(TEA)、氫氧化銨(NH
4OH)、氫氧化四乙銨(TEAH)、氫氧化四甲銨(TMEA)、1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷、咪唑及二伸乙基三胺。
其他催化劑較佳選自2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基丙烯酸酯、聚(乙二醇) 200、聚(乙二醇) 300及正丁基三聚氰胺甲醛樹脂。
水解步驟較佳在20至80℃之溫度下進行1至24小時,諸如在室溫下進行隔夜。
在水解步驟期間,單體至少部分水解。該至少部分水解之單體隨後至少部分聚合,較佳藉由縮合聚合且交聯形成矽氧烷聚合物,其包含有包含一或多個氟化碳基團之側鏈。
該矽氧烷聚合物通常具有在約500至30000 g/mol範圍內之相對較低分子量。
根據一較佳具體實例,使混合物經受至少部分水解包括回流。典型回流時間為2小時。
在水解步驟之後,在視情況選用之另一方法步驟中,第一溶劑可更換為第二溶劑。視情況選用之溶劑更換係有利的,因為其有助於移除在水解單體期間形成的水及醇。另外,當用作基板上之塗層時,其改良了最終矽氧烷聚合物溶液之特性。
第二溶劑較佳選自丙二醇甲基醚(PGME)、丙二醇甲基醚乙酸酯(PGMEA)、1-乙醇、2-乙醇(IPA)、丙烯腈二丙酮醇(DAA)、甲基異丁基酮(MIBK)或丙二醇正丙基醚(PnP)之群。
包含矽氧烷聚合物之混合物可在水解步驟之後進一步經歷交聯步驟。由此,矽氧烷聚合物較佳藉由矽氫化、熱或輻射引發至少部分交聯。
在本上下文中,術語「部分交聯」意謂聚合物能夠在有利於交聯之條件下進一步交聯。實務上,在第一聚合步驟之後聚合物仍含有至少一些反應性交聯基團。下文將描述典型地在部分交聯之組成物沉積於基板上之後發生的進一步交聯。
矽氧烷聚合物較佳使用如上文所描述之催化劑藉由矽氫化、熱或輻射引發至少部分交聯。
由此,較佳在約30℃至200℃範圍內之溫度下進行熱交聯。
典型地交聯在溶劑之回流條件下進行。
為了改良材料在應用於光微影時之解析度,矽氧烷聚合物可視情況在聚合期間,尤其在縮合聚合期間或緊接在縮合聚合之後部分交聯。各種方法可用於達成交聯。舉例而言,可採用交聯方法,其中兩個鏈經由不影響任何意欲用於UV固化之活性基團的反應性基團接合。舉例而言,例如使用一個鏈上的質子與另一條鏈上的雙鍵反應之矽氫化將達成所需種類之交聯。另一實例為經由雙鍵或環氧基進行的交聯。
不同活性基團較佳用於交聯。因此,矽氧烷聚合物之交聯可使用自由基引發劑及光酸產生劑用具有雙鍵或環氧基或兩者兼具之活性基團(諸如環氧基、乙烯基或烯丙基或甲基丙烯酸酯基)達成。
環氧基可用於UV固化,且反之亦然。交聯所需之活性基團比例通常小於UV固化所需之活性基團比例,例如基於單體計約0.1至10 mol%以用於交聯及基於單體計約5至50 mol%以用於UV光微影。
添加至反應混合物/溶液中之引發劑之量一般為約0.1至10 wt%,較佳約0.5至5 wt%,根據矽氧烷聚合物之總重量計算。
由於部分交聯,分子量將典型地為2至10倍。因此,根據在約500至2000 g/mol範圍內之分子量,交聯將使其增加超過3000 g/mol,較佳增加至4000至20000 g/mol。
視情況,存在於矽氧烷聚合物之主鏈中之所得游離Si-OH基團可經封端來保護。為封端,使游離Si-OH基團與矽烷(諸如甲基二氯氟矽烷(Cl
2FSiCH
3、甲基氟二甲氧基矽烷((MeO)
2SiFCH
3)、3-氯丙基三甲氧基矽烷(Cl(CH
2)
3Si(OMe)
3)、乙基三甲氧基矽烷(ETMS)或三甲基氯矽烷(ClSiMe
3))在諸如三乙基鋁(TEA)或咪唑之催化劑存在下反應。催化劑之量在總固體之1.5至2 wt%範圍內變化。反應時間在40至45 min範圍內變化。
典型地引入至包含第三矽氧烷聚合物(D-1)之第一組成物中的其他添加劑包括可進一步改變經塗佈及固化之膜的最終表面特性或改良塗層(B)對基板層(A)或其他塗層(C)之潤濕性/黏附特性或改良沉積及乾燥期間之塗層乾燥及包裝行為以達到良好視覺品質之化學物質。
此等添加劑可為界面活性劑、消泡劑、防污劑、潤濕劑等。此類添加劑之實例包括:BYK-301、BYK-306、BYK-307、BYK-308、BYK-333、BYK-051、BYK-036、BYK-028、BYK-057A、BYK-011、BYK-055、BYK-036、BYK-067A、BYK-088、BYK-302、BYK-310、BYK-322、BYK-323、BYK-33l、BYK-333、BYK-341、BYK-345、BYK-348、BYK-377、BYK-378、BYK-381、BYK-390、BYK-3700,以上均可購自BYK Chemie GmbH。
添加劑較佳以固體總重量之0.01至5 wt%、更佳0.1至1 wt%之量存在。
在進一步縮合之前,較佳地自材料移除過量水,且在此階段有可能視需要使溶劑更換為另一合成溶劑。此其他合成溶劑可充當矽氧烷聚合物之最終加工溶劑或最終加工溶劑中之一者。殘餘水及醇及其他副產物可在進一步縮合步驟完成之後移除。可在調配步驟期間添加額外加工溶劑以形成最終加工溶劑組合。可在矽氧烷聚合物之最終過濾之前添加添加劑,諸如熱引發劑、輻射敏感性引發劑、敏化劑、界面活性劑及其他添加劑。在調配組成物之後,聚合物準備好在例如輥對輥膜沉積中或在微影製程中進行加工。
藉由調節水解及縮合條件,可控制能夠去質子化之基團(例如OH-基團)及來自矽氧烷聚合物組成物之矽烷前驅體之任何殘餘離去基團(例如烷氧基)的濃度/含量,且亦控制矽氧烷聚合物之最終分子量。此大大影響矽氧烷聚合物材料在基於水溶液之顯影劑溶液中的溶解度。此外,聚合物之分子量亦極大地影響矽氧烷聚合物在顯影溶液中之溶解度特性。
因此,舉例而言,已發現當最終矽氧烷聚合物具有高含量之剩餘羥基及低含量之烷氧基(例如乙氧基)基團時,最終矽氧烷聚合物可溶解於鹼-水顯影劑溶液(例如氫氧化四甲基銨;TMAH或氫氧化鉀;KOH)中。
另一方面,若最終矽氧烷聚合物之剩餘烷氧基-基團含量較高,且其幾乎不含有任何OH-基團,則最終矽氧烷聚合物在以上種類之鹼-水顯影劑中具有極低溶解度。OH-基團或其他官能基,諸如胺基(NH2)、硫醇(SH)、羧基、苯酚或類似的產生對鹼性顯影劑系統的溶解性的官能基可直接連接至矽氧烷聚合物主鏈之矽原子或視情況連接至與矽氧烷聚合物主鏈連接的有機官能基以進一步促進且控制鹼性顯影劑溶解性。
在合成之後,矽氧烷聚合物組成物可使用恰當溶劑或溶劑組合稀釋以得到固體含量,其在膜沉積中將產生預選膜厚度。
通常,在合成之後向矽氧烷組成物中添加另一量之引發劑分子化合物。引發劑可視情況與聚合期間所添加之引發劑類似,用於產生可引發UV固化步驟中之「活性」官能基之聚合的物質。因此,在環氧基之情況下,可使用陽離子或陰離子引發劑。在合成材料中具有雙鍵作為「活性」官能基之基團的情況下,可採用自由基引發劑。此外,熱引發劑(根據自由基、陽離子或陰離子機制工作)可用於促進「活性」官能基之交聯。光引發劑及敏化劑之恰當組合之選擇亦取決於所使用曝光源(波長)。此外,所使用敏化劑之選擇視所選擇之引發劑類型而定。
組成物中熱或輻射引發劑及敏化劑之濃度一般為約0.1至10%,較佳約0.5至5%,其由矽氧烷聚合物之質量計算。
如上文所描述之組成物可包含呈組成物之1 wt.%與50 wt.%之間的量的固體奈米粒子或其他化合物。奈米粒子(或類似奈米或微尺度棒、晶體、球、點、芽等)尤其選自光散射、光吸收、光發射及/或導電顏料、染料、有機及無機磷光體、氧化物、量子點、聚合物或金屬之群。
隨後將包含如上文所描述之矽氧烷聚合物之組成物沉積於基板層(A)之至少一個表面上以形成單層塗層(B)。
較佳地,單層塗層(B)與基板層(A)之至少一個表面黏附接觸。
適合沉積法包括旋塗、夾塗、噴霧、噴墨、輥對輥、凹版印刷、反向凹版印刷、刮棒塗佈、狹縫塗佈、柔版印刷、簾式塗佈、網板印刷塗佈法、擠壓塗佈、浸塗、淋塗或縫塗。
沉積之組成物在基板層(A)之表面上形成單層塗層(B)。典型地,在沉積之後或在沉積步驟期間,蒸發溶劑且較佳藉由熱乾燥或視情況藉由合併之真空及/或熱乾燥來乾燥單層塗層(B)。此步驟亦稱作預固化。
在第二後續步驟中,單層塗層(B)藉由使用UV曝露隨後在高溫下進行熱固化而固化至最終硬度。
在一個具體實例中,預固化及最終固化步驟藉由使用增加之加熱梯度進行加熱來組合。除僅熱固化製程以外,固化可在三個步驟中進行,該製程包含熱預固化及UV固化,之後為最終熱固化。亦可應用兩步固化製程,其中熱預固化之後為UV固化。在此情況下,在UV固化之後較佳不應用最終熱固化。
根據一特定具體實例,該方法進一步包括使所沉積之膜顯影。在一個具體實例中,顯影包含使沉積之第一矽氧烷聚合物組成物曝露(全區域或使用光罩或十字線或雷射直接成像之選擇性曝露)於UV光。顯影步驟典型地在任何預固化步驟之後且在最終固化步驟之前進行。
因此,在一個具體實例中,該方法包含以下步驟
- 預固化或乾燥沉積於基板層(A)之至少一個表面上之單層塗層(B);
- 視情況曝露由此獲得之單層塗層(B);
- 視情況使由此獲得之單層塗層(B)顯影;及
- 固化單層塗層(B)。
例示性含有環氧官能基的單體包括(3-縮水甘油氧基丙基)三甲氧基矽烷、1-(2-(三甲氧基矽基)乙基)環己烷-3,4-環氧化物、(3-縮水甘油氧基丙基)三乙氧基矽烷、(3-縮水甘油氧基丙基)三丙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三(2-甲氧基乙氧基)矽烷、2,3-環氧基丙基三乙氧基矽烷、3,4-環氧基丁基三乙氧基矽烷、4,5-環氧基戊基三乙氧基矽烷、5,6-環氧基己基三乙氧基矽烷、5,6-環氧基己基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、4-(三甲氧基矽基)丁烷-1,2-環氧化物。
官能化化合物之其他實例為丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯化合物,諸如四乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、新戊四醇三丙烯酸酯、二(三羥甲基丙烷)四丙烯酸酯、二新戊四醇五丙烯酸酯及二新戊四醇六丙烯酸酯及其組合。此類化合物可用作矽烷組成物之一部分。
根據一特定具體實例,該方法進一步包括固化組成物。
基板層(A)之至少一個表面上之單層塗層(B)之厚度(亦即膜厚度)可在1至100 µm、較佳2至50 µm、更佳5至40 µm之範圍內。
單層塗層(B)較佳地為柔性硬塗層。
較佳地,經藉由ASTM D3363-00,Elcometer測試儀所測定,單層塗層(B)的鉛筆硬度為至少2H、更佳3H、再更佳至少4H。
較佳地,經藉由ASTM D3359-09,Cross-Hatch測試儀所測試,單層塗層(B)之黏附力為4B-5B。
此外,單層塗層(B)經在Taber線性磨損試驗(使用來自Taber Industries的線性磨損機)中之無視覺刮痕所證明較佳地具有耐刮擦性,該試驗用BonStar鋼絲絨#0000,在1 kg重量、2×2 cm磨頭大小、2.0吋行程長度、60個循環/分鐘下進行至多2000個線性循環,以及橡皮擦磨損試驗中證明。
再者,單層塗層(B)經在Minoan橡皮擦磨損試驗中之無視覺刮痕所證明較佳地具有耐刮擦性,該試驗使用TABER®線性磨損機-型號5750,Minoan橡皮擦,1 kg重量鉛,40個循環/分鐘,進行1000個循環。
分層結構
根據本發明之分層結構包含基板層(A)及單層塗層(B)。單層塗層(B)較佳為分層結構之最外層,且較佳與基板層(A)之至少一個表面黏附接觸。此意謂無其他塗層或塗層塗覆於基板層(A)之至少一個表面上。
分層結構展示不同層彼此之間的黏附、高耐刮擦性及低反射率之良好特性平衡。
分層結構在Taber線性磨損試驗(使用來自Taber Industries的線性磨損機)中無視覺刮痕,較佳地顯示出耐刮擦性,該試驗用BonStar鋼絲絨#0000,在1 kg重量、2×2 cm磨頭大小、2.0吋行程長度、60個循環/分鐘下進行至多2000個線性循環。
再者,分層結構經在Minoan橡皮擦磨損試驗中之無視覺刮痕所證明較佳地具有耐刮擦性,該試驗使用TABER®線性磨損機-型號5750,Minoan橡皮擦,1 kg重量鉛,40個循環/分鐘,進行1000個循環。
此外,分層結構在Taber線性磨損試驗(使用來自Taber Industries的線性磨損機)中較佳地具有至少95°、更佳至少98°、再更佳至少100°的水接觸角(WCA),該試驗用BonStar鋼絲絨#0000,在1 kg重量、2×2 cm磨頭大小、2.0吋行程長度、60個循環/分鐘下進行至多2000個線性循環。
再者,分層結構在Minoan橡皮擦磨損試驗中較佳地具有至少90°的水接觸角(WCA),該試驗使用TABER®線性磨損機-型號5750,Minoan橡皮擦,1 kg重量鉛,40個循環/分鐘,進行1000個循環。
另外,分層結構較佳顯示1.40至1.55,更佳1.45至1.50之折射率。
此外,當在經塗佈之無色聚醯亞胺(CPI)50微米膜上量測時,分層結構在550 nm波長下較佳展示至少89.5%,更佳89.8%至90.5%之透射率。
與未經塗佈之CPI膜相比,分層結構在550 nm波長下較佳展示0.5至1.5%之透射率的增加。
再者,當在經塗佈之聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)50微米膜上量測時,分層結構在550 nm波長下較佳展示至少90.8%,更佳90.9%至91.5%之透射率。
與未經塗佈之PET膜相比,分層結構在550 nm波長下較佳展示0.2至1.0%之透射率的增加。
另外,當在經塗佈之無色聚醯亞胺(CPI)膜上量測時,分層結構較佳具有不超過0.5%,較佳0.1至0.4%之混濁度。
再者,當在經塗佈之聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)膜上量測時,分層結構較佳具有不超過0.8%,較佳0.2至0.6%之混濁度。
分層結構較佳能夠圍繞具有曲率半徑之心軸彎曲而不斷裂,其證明為在外折心軸直徑測試上的值小於0.8 cm,尤其小於0.4 cm。
根據本發明之分層結構適用於柔性電子應用中,包括顯示器、光學透鏡、透明板及汽車工業,尤其作為玻璃之輕質替代物。
本發明之特徵進一步在於以下非限制性實施例:
實施例: 測定方法 分子量 :聚合物藉由凝膠滲透層析法來表徵。層析系統由配備有等度HPLC泵及折射率偵測器之GPC設備組成。將聚矽氧烷(0.20 g;50%固體含量)溶解於THF(HPLC等級;2.30 g)中。分析物注入體積為100 µL,流速為0.70 mL/min,且管柱溫度設定為40℃。使用四種基於聚苯乙烯排阻之管柱。移動相為THF(HPLC等級)。使用內標測定聚合物之數目平均分子量(
M
n )及重量平均分子量(
M
w ),例如,兩個系列之聚苯乙烯(系列A:5種聚苯乙烯,其中
M
w = 120.000 g/mol、42.400 g/mol、10.700 g/mol、2.640 g/mol、474 g/mol及系列B:4種聚合物,其中
M
w = 193.000 g/mol、16.700 g/mol、6.540 g/mol、890 g/mol)。
固體含量:使用Mettler Toledo HB43儀器測定聚合物之固體含量。在鋁盤/杯上對樣品進行稱重,且使用約1 g材料執行量測。
黏度 :所用工具為Grabner儀器黏度計MINIVIS-II。所使用之方法係「落球黏度量測」。在T=20℃下藉由使用具有3.175 mm直徑之鋼珠來量測樣品。
膜厚度及折射率 ( RI ):使用橢圓偏光儀UVISEL-VASE Horiba Jobin-Yvon量測膜厚度及折射率。使用Gorilla Glass 4或矽晶圓(直徑:150 mm,類型/摻雜劑:P/Bor,定向:<1-0-0>,電阻率:1-30 Ω. cm,厚度:675+/-25 μm,TTV:<5 μm,粒子:< 20 @ 0,2 μm,前表面:經拋光;後表面:經蝕刻;Flat 1 SEMI標準)或其他合適基板進行量測。可在使用噴霧工具(典型噴霧方法:掃描速度:300 mm/s;間距:50 mm;間隙:100 mm;流動速率:5-6 ml/min;霧化氣壓:5 kg/cm
2)之預先處理(電漿)玻璃基板上製備材料膜,繼之以例如在T=150℃下熱固化60 min。
透射率 ( T% ) 及反射 ( R% ):使用Konica Minolta分光光度計CM-3700A(Specta Magic NX軟體)量測透射率及反射率。
顏色及混濁度量測 :L*(D 65)、a*(D 65)及b*(D 65)及混濁度藉由使用Konica Minolta分光光度計CM-3700A(Specta Magic NX軟體)測定
鉛筆硬度 ( PEHA ):鉛筆硬度根據ASTM標準D3363-00使用Elcometer鉛筆硬度測試儀測定。
水接觸角 ( WCA ):靜態接觸角量測藉由光學張力計使用蒸餾水(4 µL小液滴大小)進行,三個量測點的平均值記錄為量測結果值且使用楊-拉普拉斯方程(Young-Laplace equation)作為描述液滴輪廓的數值方法(工具:attention theta光學張力計)。
磨損 :進行磨損試驗,例如使用Bon Star鋼絲絨#000,1 kg負荷,1×1 cm頭,2.0吋行程,60個循環/分鐘速度,使用taber線性磨損機5750及使用TABER®線性磨損機-型號5750,Minoan橡皮擦,1 kg重量鉛,40個循環/分鐘,進行1000個循環。
視覺品質 ( VQ ):可用肉眼進行視覺檢驗,在顯微鏡下使用綠或紅光品質燈檢測觀測。視覺品質可在0(最佳)至3(較差)之間評分。
黏附力:黏附力根據ASTM標準D3359-D9使用Elcometer cross-hatch測試儀及Elcometer膠帶測試測定。
製備實施例 實施例 1 : FlexHC 與 KY1900在500 mL圓底燒瓶中,將BTESE(5,3 g;0,0150 mol)、GPTMS(22,8 g;0.0965 mol)、MEMO(9,25 g;0,0372 mol)及KY1900(0,5 g)混合於丙酮(28 g;0.4821 mol)中。歷經15分鐘逐滴添加HNO
3(0,1 M;9,5 g;0,5278 mol)且在室溫下攪拌反應混合物隔夜。添加PGME(7,8 g;0,086 mol)且進行自丙酮至PGME之溶劑交換程序。
實施例 2 : FlexHC 與 KY1900 ( 不同量)
在500 mL圓底燒瓶中,將BTESE(5,3 g;0,0150 mol)、GPTMS(22,8 g;0.0965 mol)、MEMO(9,25 g;0,0372 mol)及KY1900(1,0 g)混合於丙酮(28 g;0.4821 mol)中。歷經15分鐘逐滴添加HNO
3(0,1 M;9,5 g;0,5278 mol)且在室溫下攪拌反應混合物隔夜。添加PGME(7,8 g;0,086 mol)且進行自丙酮至PGME之溶劑交換程序。
實施例 3 : FlexHC 與 KY1900 於 IPA 中 而非丙酮 ( KY1900 在丙酮中的溶解度問題 )在500 mL圓底燒瓶中,將BTESE(5,3 g;0,0150 mol)、GPTMS(22,8 g;0.0965 mol)、MEMO(9,25 g;0,0372 mol)及KY1900(0,5 g)混合於IPA(26,25 g;0.4368 mol)中。歷經15分鐘逐滴添加HNO
3(0,1 M;8,87 g;0,4928 mol)且在室溫下攪拌反應混合物隔夜。添加PGME(27,26 g;0,3024 mol)且進行自丙酮至PGME之溶劑交換程序。
實施例 4 : FlexHC 與 KY1900 於 IPA 中( 在第 2 步中添加 KY1900 )在500 mL圓底燒瓶中,將BTESE(5,3 g;0,0150 mol)、GPTMS(22,8 g;0.0965 mol)、MEMO(9,25 g;0,0372 mol)混合於IPA(26,25 g;0.4368 mol)中。歷經15分鐘逐滴添加HNO
3(0,1 M;8,87 g;0,4928 mol)且在室溫下攪拌反應混合物隔夜。逐滴添加KY1900(0.15 g)至HNO
3(0,1M;1,0 g;0,0556 mol)。在1小時之後,添加PGME(27,26 g;0,3024 mol)且進行自丙酮至PGME之溶劑交換程序。
實施例 5 : FlexHC 與 OPTOOL DSX 於 IPA 中在500 mL圓底燒瓶中,將BTESE(5,3 g;0,0150 mol)、GPTMS(22,8 g;0.0965 mol)、MEMO(9,25 g;0,0372 mol)及OPTOOL DSX(0,2 g)混合於IPA(26,25 g;0.4368 mol)中。歷經15分鐘逐滴添加HNO
3(0,1 M;8,87 g;0,4928 mol)且在室溫下攪拌反應混合物隔夜。添加PGME(27,26 g;0,3024 mol)且進行自丙酮至PGME之溶劑交換程序。
實施例 6 : FlexHC 與聚 ( 甲基 -3,3,3- 三氟丙基 ) 矽氧烷 , Mw=2400在500 mL圓底燒瓶中,將BTESE(21.15 g;0.06 mol)、GPTMS(91,0 g;0,3850 mol)、MEMO(37 g;0,1490 mol)、聚(甲基-3,3,3-三氟丙基)矽氧烷(2,0 g)混合於丙酮(130,77 g;2,8373 mol)中,混合於丙酮(112 g;1,9353 mol)中。歷經15分鐘逐滴添加HNO
3(0,1 M;35,47 g;1,9706 mol)且在室溫下攪拌反應混合物隔夜。添加PGME(90 g;0,9986 mol)且進行自丙酮至PGME之溶劑交換程序。
實施例 7 : FlexHC 與聚 ( 甲基 -3,3,3- 三氟丙基 ) 矽氧烷 , Mw=14000在500 mL圓底燒瓶中,將BTESE(21.15 g;0.06 mol)、GPTMS(91,0 g;0,3850 mol)、MEMO(37 g;0,1490 mol)、聚(甲基-3,3,3-三氟丙基)矽氧烷(2,0 g)混合於丙酮(130,77 g;2,8373 mol)中,混合於丙酮(112 g;1,9353 mol)中。歷經15分鐘逐滴添加HNO
3(0,1 M;35,47 g;1,9706 mol)且在室溫下攪拌反應混合物隔夜。添加PGME(90 g;0,9986 mol)且進行自丙酮至PGME之溶劑交換程序。
實施例 8 : FlexHC 與 KY1271在500 mL圓底燒瓶中,將BTESE(24,0 g;0.0677 mol)、GPTMS(100 g;0,4231 mol)、MEMO(40 g;0.1611 mol)及KY1271(0.1 wt%至2,5 wt%)混合於丙酮(160 g;2,75 mol)中。歷經15分鐘逐滴添加HNO
3(0,1 M;35,2 g;1,9556 mol)且在室溫下攪拌反應混合物隔夜。添加PGME(140 g;1,553 mol)且進行自丙酮至PGME之溶劑交換程序。
實施例 9 : FlexHC 與 OPTOOL UD-509 及 UD-120在500 mL圓底燒瓶中,將BTESE(24,0 g;0.0677 mol)、GPTMS(100 g;0,4231 mol)、MEMO(40 g;0.1611 mol)及OPTOOL(0.1 wt%至2,5 wt%)混合於丙酮(160 g;2,75 mol)中。歷經15分鐘逐滴添加HNO
3(0,1 M;35,2 g;1,9556 mol)且在室溫下攪拌反應混合物隔夜。添加PGME(140 g;1,553 mol)且進行自丙酮至PGME之溶劑交換程序。
應用實施例本發明塗層:
將包含BTESE、GPTMS、MEMO及於PGME中之0.5 wt% KY1271的聚合物的實施例9之組成物與1% BYK333及1% BYK067A混合以便獲得塗層組成物。
塗層:
將塗層組成物沉積於聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)膜50 μm上且固化於無色聚醯亞胺(CPI)膜50 μm上。
塗層及固化組成物為如下:
對於PET膜:120攝氏度/90秒,UV-500W(90秒),120攝氏度/10分鐘,刮棒塗佈機#4(對於厚膜為7-8 μm)或邁耶棒(Mayer rod)
對於CPI膜:120-140攝氏度/90秒,UV-500W(90秒),140攝氏度/10分鐘,刮棒塗佈機#4(對於厚膜為7-8 μm)
磨損試驗:
經塗佈之PET及CPI膜經受鋼絲絨磨損試驗及Minoan橡皮擦磨損試驗。經過400、800、1200、1600及2000個循環的鋼絲絨磨損試驗後及1000個循環的Minoan橡皮擦磨損試驗後,測定視覺品質及水接觸角。結果顯示於下表1中。
表1:磨損試驗之結果,視覺品質(VQ)及水接觸角(WCA)之比較
調配物 | KY1271 | 初始情形 | 400 個循環 鋼絲絨 | 800 個循環 鋼絲絨 | 1200 個循環 鋼絲絨 | 1600 個循環 鋼絲絨 | 2000 個循環 鋼絲絨 | 1000 個循環 Minoan 橡皮擦 | 註釋 | ||||||
WCA 初始 | VQ | WCA | VQ | WCA | VQ | WCA | VQ | WCA | VQ | WCA | VQ | WCA | |||
PET | 0,5% | 110 112 | 0 | 110 113 107 | 0 | 107 105 | 0 | 108 109 | 0-1 | 103 105 | 1 | 103 103 105 | 通過 | ||
CPI | 0,5% | 107 | 0 | 107 | 0 | 107 104 | 0 | 104 105 101 | 0 | 104 103 | 0 | 107 99 | 通過 |
光學特性:
圖1展示塗佈有本發明之塗層的CPI膜與未經塗佈之CPI膜相比的透射率。經塗佈之CPI膜與未經塗佈之CPI膜(裸CPI)相比展示更高的透射率。
圖2展示塗佈有本發明之塗層的PET膜與未經塗佈之PET膜相比的透射率。經塗佈之PET膜與未經塗佈之PET膜(裸PET)相比展示更高的透射率。
表2展示PET及CPI膜上的本發明塗層與未經塗佈之PET及CPI膜相比的光學特性及鉛筆硬度。
表2:PET及CPI膜上的本發明塗層與未經塗佈之PET及CPI膜相比的光學特性及PEHA
樣品 | L*(D65) | a*(D65) | b*(D65) | Haze (%) | T%(550nm) | T% 增加 | PEHA |
裸PET 50 µm | 96.25 | -0.07 | 1.17 | 0.45 | 90.38 | ||
經塗佈之PET 50 µm | 96.35 | -0.04 | 1.00 | 0.50 | 90.65 | 0.26 | H-2H |
裸CPI 50 µm | 95.60 | -0.72 | 2.07 | 0.22 | 88.94 | ||
經塗佈之CPI 50 µm | 95.96 | -0.69 | 2.14 | 0.32 | 89.77 | 0.83 | 4H |
無
[圖1]展示塗佈有本發明之塗層的CPI膜與未經塗佈之CPI膜相比的透射率。
[圖2]展示塗佈有本發明之塗層的PET膜與未經塗佈之PET膜相比的透射率。
Claims (15)
- 一種分層結構,其包含 (A)基板層;及 (B)塗佈於該基板層(A)之至少一個表面上之單層塗層, 其中 該單層塗層(B)包含矽氧烷聚合物,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈;及 該基板層(A)為柔性的、可彎曲的或兩者兼具。
- 如請求項1之分層結構,其中該矽氧烷聚合物包含選自至少兩種不同矽烷單體之單體單元,其中該等矽烷單體中之至少一者包括能夠達成與相鄰矽氧烷聚合物鏈交聯之活性基團,及至少一種包含氟化聚合物基團之單體,且其中該等相鄰矽氧烷聚合物鏈藉助於該活性基團交聯,且其中該至少兩種不同矽烷單體較佳包含至少一種雙矽烷。
- 如請求項2之分層結構,其中該至少兩種不同矽烷單體係選自四乙氧基矽烷(TEOS)、四甲氧基矽烷(TMS)、甲基三乙氧基矽烷(MTEOS)、甲基三甲氧基矽烷(MTMS)、二甲基二乙氧基矽烷(DMDEOS)、二甲基二甲氧基矽烷(DMDMS)、二苯基二甲氧基矽烷(DPDMS)、3-(三甲氧基矽基)丙基甲基丙烯酸酯(MEMO)、3-(三乙氧基矽基)丙基甲基丙烯酸酯、5-(雙環庚烯基)三乙氧基矽烷(BCHTEOS)、(3-縮水甘油氧基丙基)三乙氧基矽烷、(3-縮水甘油氧基丙基)三甲氧基矽烷(GPTMS)、(十七氟-1,1,2,2-四氫癸基)三甲氧基矽烷、(十七氟-1,1,2,2-四氫癸基)三乙氧基矽烷(F17)、1H,1H,2H,2H-全氟十二烷基三乙氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟十二烷基三甲氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟戊基三乙氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟戊基三甲氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟十四烷基三乙氧基矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟十四烷基三甲氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷(allylTMS)、烯丙基三乙氧基矽烷(allylTEOS)、乙烯基三甲氧基矽烷(vinylTMS)、乙烯基三乙氧基矽烷(vinylTEOS)、(3-縮水甘油氧基丙基)二甲氧基甲基矽烷(Me-GPTMS)、甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷(Me-MEMO)、苯基甲基二甲氧基矽烷(PMDMS)、雙[(2,2,3,3,4,4-六氟丁基)丙酸酯]-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、1,2-雙(三乙氧基矽基)乙烷(BTESE)、1,2-雙(三甲氧基矽基)乙烷(MEOS)、[2-(3,4-環氧基環己烷)乙基]三甲氧基矽烷(ECTMS)及其混合物。
- 如請求項2或3之分層結構,其中包含氟化聚合物基團之該至少一種單體係選自氟化聚矽氧烷、改質之全氟聚醚及其混合物,其中該改質之全氟聚醚較佳選自矽烷改質之全氟聚醚、羧基酯改質之全氟聚醚,諸如丙烯酸酯改質之全氟聚醚、甲基丙烯酸酯改質之全氟聚醚、基於環氧基之全氟聚醚及其混合物。
- 如前述請求項中任一項之分層結構,其中該單層塗層(B)具有1至100 µm,較佳2至50 µm,更佳5至40 µm之厚度。
- 如前述請求項中任一項之分層結構,其中該基板層(A)之材料選自玻璃、石英、矽、氮化矽、聚合物、金屬及塑膠及其組合之群,其中該基板層(A)之材料較佳選自氧化物、摻雜之氧化物、半金屬及其混合物,其中該等塑膠較佳選自熱塑性聚合物,諸如聚烯烴、聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碳酸酯、丙烯酸聚合物,諸如聚(甲基丙烯酸甲酯),以及定製設計聚合物,且其中該基板層(A)之厚度較佳為10至500 µm,較佳為20至400 µm。
- 如前述請求項中任一項之分層結構,其具有一或多種、較佳所有以下特性: 經藉由ASTM D3363-00,Elcometer測試儀所測定,鉛筆硬度至少為2H;及/或 經藉由ASTM D3359-09,Cross-Hatch測試儀所測定,黏附力為4B至5B;及/或 經在Taber線性磨損試驗(使用來自Taber Industries的線性磨損機)中之無視覺刮痕所證明具有耐刮擦性,該試驗用BonStar鋼絲絨#0000,在1 kg重量、2×2 cm磨頭大小、2.0吋行程長度、60個循環/分鐘下進行至多2000個線性循環;及/或 經在Minoan橡皮擦磨損試驗中之無視覺刮痕所證明具有耐刮擦性,該試驗使用TABER®線性磨損機-型號5750,Minoan橡皮擦,1 kg重量鉛,40個循環/分鐘,進行1000個循環;及/或 在Taber線性磨損試驗(使用來自Taber Industries的線性磨損機)中之水接觸角為至少95°,該試驗用BonStar鋼絲絨#0000,在1 kg重量、2×2 cm磨頭大小、2.0吋行程長度、60個循環/分鐘下進行至多2000個線性循環;及/或 在Minoan橡皮擦磨損試驗中之水接觸角(WCA)為至少90°,該試驗使用TABER®線性磨損機-型號5750,Minoan橡皮擦,1 kg重量鉛,40個循環/分鐘,進行1000個循環;及/或 折射率為1.40至1.55;及/或 當在經塗佈之無色聚醯亞胺(CPI)膜上量測時,在550 nm波長下之透射率為至少89.5%;及/或 與未經塗佈之CPI膜相比,在550 nm波長下自0.5至1.5%之透射率的增加;及/或 當在經塗佈之無色聚醯亞胺(CPI)膜上量測時,混濁度不超過0.5%;及/或 當在經塗佈之聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)膜上量測時,在550 nm波長下之透射率為至少90.8%;及/或 與未經塗佈之PET膜相比,在550 nm波長下自0.2至1.0%之透射率的增加;及/或 當在經塗佈之聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)膜上量測時,混濁度不超過0.8%。
- 一種用於生產如前述請求項中任一項之分層結構之方法,其包含以下步驟: 提供組成物,該組成物包含至少三種不同矽烷單體,其中該等矽烷單體中之至少一者包括能夠達成與相鄰矽氧烷聚合物交聯之活性基團,及包含氟化聚合物基團之至少一種單體; 使該組成物經受該等單體之至少部分水解,以形成包含矽氧烷聚合物之組成物,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈; 提供柔性的或可彎曲的或兩者兼具之基板; 將包含該矽氧烷聚合物之該組成物沉積至該基板之至少一個表面上以形成包含該矽氧烷聚合物之該組成物的單層塗層,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈; 交聯該等矽氧烷聚合物鏈以便獲得單層塗層,該單層塗層包含與該基板之該至少一個表面黏附接觸之交聯矽氧烷聚合物。
- 如請求項8之方法,其中包含矽氧烷聚合物之該組成物藉由以下方式形成,該矽氧烷聚合物包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈: 在第一溶劑中混合至少兩種不同矽烷單體及至少一種包含氟化聚合物基團之單體,以形成混合物; 使該混合物在催化劑存在下經歷該等單體之至少部分水解,由此使該等水解單體至少部分聚合且交聯; 視情況將該第一溶劑更換為第二溶劑; 使該混合物藉由熱或輻射引發進一步交聯。
- 如請求項9之方法,其中該混合物進一步在選自以下之熱引發劑存在下藉由熱引發進一步交聯:過氧苯甲酸三級戊酯、4,4-偶氮雙(4-氰基戊酸)、1,1'-偶氮雙(環己烷甲腈)、過氧化苯甲醯、2,2-雙(三級丁基過氧)丁烷、1,1-雙(三級丁基過氧)環己烷、2,2'-偶氮二異丁腈(AIBN)、2,5-雙(三級丁基過氧)-Z,S-二甲基己烷、2,5-雙(三級丁基過氧)-2,5-二甲基-3-己炔、雙(1-(三級丁基過氧)-1-甲基乙基)苯、1,1-雙(三級丁基過氧)-3,3,5-三甲基環己烷、氫過氧化三級丁基、過乙酸三級丁酯、過氧化三級丁基、過氧苯甲酸三級丁酯、三級丁基過氧化異丙基碳酸酯、氫過氧化異丙苯、過氧化環己酮、過氧化二異丙苯、過氧化月桂醯、過氧化2,4-戊二酮、過氧乙酸或過硫酸鉀,較佳為2,2'-偶氮二異丁腈(AIBN)。
- 如請求項9或10之方法,其中該熱交聯在約30℃至200℃範圍內,典型地交聯在該溶劑之回流條件下進行。
- 如請求項8至11中任一項之方法,其中該組成物藉由旋塗、夾塗、噴霧、噴墨、輥對輥、凹版印刷、反向凹版印刷、刮棒塗佈、狹縫塗佈、柔版印刷、簾式塗佈、網板印刷塗佈法、擠壓塗佈或縫塗來沉積。
- 如請求項8至12中任一項之方法,其中該活性基團為環氧基、縮水甘油基、乙烯基、烯丙基、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基或其組合。
- 一種分散或溶解於溶劑中之矽烷組成物,其包含, 至少三種不同矽烷單體,其中該等矽烷單體中之至少一者包括能夠達成與相鄰矽氧烷聚合物交聯之活性基團,及 至少一種單體,其包含氟化聚合物基團; 該組成物能夠在聚合後在基板層之至少一個表面上形成厚度為1至50 µm、尤其約5至20 µm的單層塗層,該基板層為柔性、可彎曲的或兩者兼具。
- 一種用於製造包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈之矽氧烷聚合物的方法,該方法包含以下步驟: 在第一溶劑中混合至少三種不同矽烷單體及至少一種包含氟化聚合物基團之單體,以形成混合物; 使該混合物在催化劑存在下經歷該等單體之至少部分水解,由此使該等水解單體至少部分聚合且交聯; 視情況將該第一溶劑更換為第二溶劑; 使該混合物藉由熱或輻射引發進一步交聯以形成包含有包含一或多個氟化聚合物基團之側鏈的該矽氧烷聚合物, 該矽氧烷聚合物能夠在基板層之至少一個表面上形成厚度為1至50 µm、尤其約5至20 µm的單層塗層,該基板層為柔性、可彎曲的或兩者兼具。
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2023
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- 2023-04-12 TW TW112113586A patent/TW202348433A/zh unknown
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Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023198747A1 (en) | 2023-10-19 |
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