WO2014163057A1 - シラン系膜を有する物品の製造方法 - Google Patents

シラン系膜を有する物品の製造方法 Download PDF

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WO2014163057A1
WO2014163057A1 PCT/JP2014/059576 JP2014059576W WO2014163057A1 WO 2014163057 A1 WO2014163057 A1 WO 2014163057A1 JP 2014059576 W JP2014059576 W JP 2014059576W WO 2014163057 A1 WO2014163057 A1 WO 2014163057A1
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WO
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carbon atoms
fluorine
independently
silane
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PCT/JP2014/059576
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English (en)
French (fr)
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福田 晃之
健 前平
義昭 本多
大貴 石井
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ダイキン工業株式会社
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    • B05D5/08Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
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    • B05D3/00Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
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    • B05D3/029After-treatment with microwaves
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2551/00Optical elements

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an article having a silane-based film and an article produced by such a method.
  • silane compounds can provide excellent water repellency, oil repellency, antifouling property, surface slipperiness and the like when used for surface treatment of a substrate.
  • a film obtained from a silane compound, that is, a silane-based film is applied to various substrates such as glass, plastic, fiber, and building material as a so-called functional thin film (see Patent Document 1).
  • Such a silane-based film is generally formed on the substrate surface by a dry coating method such as vacuum deposition or sputtering.
  • the silane-based film can also be formed on the substrate surface by a wet coating method such as dipping or spraying and an atmospheric pressure plasma method (see Patent Document 1).
  • the silane-based film is generally formed by a dry coating method such as vacuum deposition or sputtering, but these methods have a problem of low productivity.
  • a wet coating method such as dipping or spraying has high productivity, but it cannot be said that the durability of the resulting silane-based film is sufficient.
  • the silane-based film can exhibit the above-described functions even in a thin film, it is suitably used for optical members such as glasses and touch panels that require light transmission or transparency. There is a demand for further improvement in performance.
  • the present invention provides a method for producing an article including a substrate and a silane-based film that covers the surface of the substrate, and is capable of forming a silane-based film having higher friction durability. Objective.
  • a method for producing an article comprising a substrate and a silane-based film covering the surface of the substrate, (A) forming a precursor film containing a silane compound having a hydrolyzable group bonded to Si on the surface of the substrate; (B) A manufacturing method is provided which includes irradiating a substrate on which the precursor film is formed with microwaves to form a silane-based film derived from the precursor film on the surface of the substrate.
  • an article obtained by the above production method of the present invention is also provided.
  • the silane-based film in such an article has higher friction durability as compared with the silane-based film in an article obtained by a conventional manufacturing method.
  • the surface of the substrate has high friction durability.
  • a silane-based film can be formed.
  • 3 is a graph showing the friction durability of the fluorinated silane-based films produced in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 of the present invention.
  • 4 is a graph showing the friction durability of the fluorinated silane-based films produced in Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 of the present invention.
  • 4 is a graph showing the friction durability of the fluorinated silane-based films produced in Examples 5 and 6 and Comparative Example 3 of the present invention.
  • a film containing a silane compound is formed on a surface of a substrate as a precursor film, and then the precursor film is post-treated, whereby a silane-based film is formed.
  • a forming method and as this post-treatment, microwave irradiation is performed.
  • the substrate that can be used in the present invention is, for example, glass, resin (natural or synthetic resin, for example, a general plastic material, plate, film, or other forms), metal (aluminum, copper May be a single metal such as iron or a composite of an alloy), ceramics, semiconductor (silicon, germanium, etc.), fiber (woven fabric, non-woven fabric, etc.), fur, leather, wood, ceramics, stone, etc.
  • the material constituting the surface of the substrate is a reactive group (a group capable of reacting with a hydroxyl group or a group bonded to Si after hydrolysis of the silane compound) at least immediately before forming the precursor film. As long as it has, it will not specifically limit.
  • some layer such as a hard coat layer or an antireflection layer may be formed on the surface (outermost layer) of the substrate.
  • the antireflection layer either a single-layer antireflection layer or a multilayer antireflection layer may be used.
  • inorganic materials that can be used for the antireflection layer include SiO 2 , SiO, ZrO 2 , TiO 2 , TiO, Ti 2 O 3 , Ti 2 O 5 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , CeO 2 , MgO. , Y 2 O 3 , SnO 2 , MgF 2 , WO 3 and the like.
  • these inorganic substances may be used alone or in combination of two or more thereof (for example, as a mixture).
  • a multilayer antireflection layer it is preferable to use SiO 2 and / or SiO for the outermost layer.
  • a transparent electrode for example, indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide
  • ITO indium tin oxide
  • the base material is an anti-static layer, insulating layer, adhesive layer, protective layer, decorative frame layer (I-CON), atomized film, hard coating layer, polarizing film, phase difference according to the specific specifications. You may have a film, a liquid crystal display module, etc.
  • the shape of the substrate is not particularly limited.
  • the surface region of the base material on which the silane-based film is to be formed may be at least part of the surface of the base material, and can be appropriately determined according to the use and specific specifications of the article to be manufactured.
  • a base material at least a surface portion thereof may be made of a material originally having a hydroxyl group.
  • materials include glass, and metals (particularly base metals) on which a natural oxide film or a thermal oxide film is formed on the surface, ceramics, and semiconductors.
  • it can be introduced to the surface of the substrate by applying some pretreatment to the substrate. Or increase it. Examples of such pretreatment include plasma treatment (for example, corona discharge) and ion beam irradiation.
  • the plasma treatment can be preferably used for introducing or increasing hydroxyl groups on the surface of the base material and for cleaning the base material surface (removing foreign matter or the like).
  • an interfacial adsorbent having a carbon-carbon unsaturated bond group is previously formed in the form of a monomolecular film on the substrate surface by the LB method (Langmuir-Blodgett method) or chemical adsorption method. And then cleaving the unsaturated bond in an atmosphere containing oxygen, nitrogen or the like.
  • a base material at least a surface portion thereof may be made of a material containing another reactive group, for example, a silicone compound having one or more Si—H groups, or an alkoxysilane.
  • a precursor film containing a silane compound having a hydrolyzable group bonded to Si is formed on the surface of the base material.
  • the silane compound used in the present invention is not particularly limited as long as it has a hydrolyzable group bonded to Si, but a fluorine-containing silane compound is preferable. Moreover, in addition to the hydrolyzable group couple
  • silane compound one or more selected from the group of chlorosilanes, alkoxysilanes, and silane coupling agents are used.
  • chlorosilanes include methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, and dimethyl.
  • alkoxysilanes include tetramethoxysilane, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, and tetraethoxy.
  • Silane methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, decyltrimetho Shishiran and the like, in particular, alkoxysilanes are preferably used.
  • silane coupling agent examples include vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltris ( ⁇ -methoxyethoxy) silane, ⁇ - (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, ⁇ - Glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltriethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltriethoxysilane, ⁇ -methacrylic Ropropylmethyldimethoxysilane, ⁇ -methacrylopropylmethyldiethoxysilane, N- ⁇ - (amylethyl) - ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane
  • fluorine-containing silane compound having a hydrolyzable group bonded to Si and a perfluoropolyether group are compounds represented by the following general formulas (1a) and (1b) (one or two types) It may be a mixture of the above).
  • Rf 1 represents an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms which may be substituted with one or more fluorine atoms, preferably substituted with one or more fluorine atoms. Or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • the alkyl group optionally substituted by one or more fluorine atoms is a fluoroalkyl group in which the terminal carbon atom is CF 2 H— and all other carbon atoms are fully substituted by fluorine.
  • a perfluoroalkyl group more preferably a perfluoroalkyl group.
  • a, b, c and s each represent the number of three types of repeating units of perfluoropolyether constituting the main skeleton of the polymer, each independently an integer of 0 or more and 200 or less, wherein a, b, c And the sum of s is at least 1, preferably 1-100.
  • each repeating unit with subscripts a, b, c, or s enclosed in parentheses is arbitrary in the formula.
  • — (OC 4 F 8 ) — represents — (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —, — (OCF (CF 3 ) CF 2 CF 2 ) —, — (OCF 2 CF (CF 3 ) CF 2 )-,-(OCF 2 CF 2 CF (CF 3 ))-,-(OC (CF 3 ) 2 CF 2 )-,-(OCF 2 C (CF 3 ) 2 )-,-(OCF (CF 3 ) CF (CF 3 ))-,-(OCF (C 2 F 6 ) CF 2 )-and-(OCF 2 CF (C 2 F 6 ))-may be used, preferably- (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —.
  • — (OCF 2 CF 2 ) — is preferable.
  • — (OC 2 F 4 ) — may be either — (OCF 2 CF 2 ) — or — (OCF (CF 3 )) —, but is preferably — (OCF 2 CF 2 ) —.
  • d and f are 0 or 1.
  • e and g are integers of 0 or more and 2 or less.
  • m and l are integers of 1 or more and 10 or less.
  • X represents a hydrogen atom or a halogen atom.
  • the halogen atom is preferably an iodine atom, a chlorine atom, or a fluorine atom.
  • Y represents a hydrogen atom or a lower alkyl group.
  • the lower alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Z represents a fluorine atom or a lower fluoroalkyl group.
  • the lower fluoroalkyl group is, for example, a fluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, preferably a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, more preferably a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, still more preferably a trifluoromethyl group. It is.
  • Z is a fluorine atom
  • d and f are 1.
  • T and R 1 are groups bonded to Si. T represents a hydroxyl group or a hydrolyzable group.
  • hydrolyzable groups examples include —OA, —OCOA, —O—N ⁇ C (A) 2 , —N (A) 2 , —NHA, halogen (wherein A is substituted or unsubstituted Represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms).
  • the hydroxyl group is not particularly limited, but may be a group produced by hydrolysis of a hydrolyzable group.
  • R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • n is an integer of 1 or more and 3 or less.
  • fluorine-containing silane compound having a hydrolyzable group bonded to Si and a perfluoropolyether group a compound represented by any one of the following general formulas (2a) and (2b) (one type or It may be a mixture of two or more.
  • Rf 2 represents an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms which may be substituted with one or more fluorine atoms, and preferably substituted with one or more fluorine atoms. Or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • the alkyl group optionally substituted by one or more fluorine atoms is a fluoroalkyl group in which the terminal carbon atom is CF 2 H— and all other carbon atoms are fully substituted by fluorine.
  • a perfluoroalkyl group more preferably a perfluoroalkyl group.
  • PFPE represents — (OC 4 F 8 ) s — (OC 3 F 6 ) b — (OC 2 F 4 ) c — (OCF 2 ) d — and corresponds to a perfluoro (poly) ether group.
  • a, b, c and s each represent the number of repeating units of three kinds of perfluoropolyethers constituting the main skeleton of the polymer, each independently an integer of 0 to 200, The sum of c and s is at least 1, preferably 1-100.
  • the order of presence of each repeating unit with subscripts a, b, c, or s enclosed in parentheses is arbitrary in the formula.
  • — (OC 4 F 8 ) — represents — (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —, — (OCF (CF 3 ) CF 2 CF 2 ) —, — (OCF 2 CF (CF 3 ) CF 2 )-,-(OCF 2 CF 2 CF (CF 3 ))-,-(OC (CF 3 ) 2 CF 2 )-,-(OCF 2 C (CF 3 ) 2 )-,-(OCF (CF 3 ) CF (CF 3 ))-,-(OCF (C 2 F 6 ) CF 2 )-and-(OCF 2 CF (C 2 F 6 ))-may be used, preferably- (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —.
  • — (OCF 2 CF 2 ) — is preferable.
  • — (OC 2 F 4 ) — may be either — (OCF 2 CF 2 ) — or — (OCF (CF 3 )) —, but is preferably — (OCF 2 CF 2 ) —.
  • T and R 2 are groups bonded to Si. T represents a hydroxyl group or a hydrolyzable group.
  • hydrolyzable groups examples include —OA, —OCOA, —O—N ⁇ C (A) 2 , —N (A) 2 , —NHA, halogen (wherein A is substituted or unsubstituted Represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms).
  • the hydroxyl group is not particularly limited, but may be a group produced by hydrolysis of a hydrolyzable group.
  • R 2 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • n is an integer of 1 or more and 3 or less.
  • Each X independently represents a divalent to 7-valent organic group.
  • the X group is interpreted as a linker that links the perfluoropolyether part (PFPE part) and the silane part (—SiT m R 2 3-m ) in formulas (2a) and (2b). Therefore, the X group may be any divalent to 7-valent organic group as long as the compounds represented by the formulas (2a) and (2b) can exist stably.
  • ⁇ in the formula is an integer of 1 to 6. For example, when X is a divalent organic group, ⁇ is 1 and X is a 7-valent organic group. In this case, ⁇ is 6.
  • X is a divalent to tetravalent organic group, ⁇ is 1 to 3, and more preferably, X is a divalent organic group and ⁇ is 1.
  • Examples of X are not particularly limited.
  • R 31 represents — (CH 2 ) s — or o-, m- or p-phenylene group, preferably — (CH 2 ) s —
  • R 32 represents — (CH 2 ) t — or o-, m- or p-phenylene group, preferably — (CH 2 ) t —
  • X 1 represents-(X 2 ) r- X 2 is independently at each occurrence —O—, —S—, o—, m- or p-phenylene, —C (O) O—, —CONR 34 —, —O—CONR 34.
  • n represents a group, Each occurrence of R 33 independently represents a phenyl group or a C 1-6 alkyl group, preferably a C 1-6 alkyl group, more preferably a methyl group; Each occurrence of R 34 independently represents a hydrogen atom, a phenyl group or a C 1-6 alkyl group (preferably a methyl group); m is each independently an integer of 1 to 100, preferably an integer of 1 to 20, at each occurrence; n is independently an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 3, at each occurrence.
  • s is an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 3, even more preferably 1 or 2
  • t is an integer of 1 to 20, preferably an integer of 2 to 6, more preferably an integer of 2 to 3
  • r is an integer of 1 to 10, preferably an integer of 1 to 5, more preferably an integer of 1 to 3
  • p is 0 or 1
  • q is 0 or 1.
  • X is A C 1-20 alkylene group, -R 31 -X 3 -R 32- , or -X 4 -R 32- [Wherein, R 31 and R 32 are as defined above. ] It can be.
  • the X is A C 1-20 alkylene group, — (CH 2 ) s —X 3 — (CH 2 ) t —, or —X 4 — (CH 2 ) t — [Wherein, s and t are as defined above. ] It is.
  • X 3 is -O-, -S-, -C (O) O-, -CONR 34 -, -O-CONR 34 -, -Si (R 33 ) 2- , -(Si (R 33 ) 2 O) m -Si (R 33 ) 2- , —O— (CH 2 ) u — (Si (R 33 ) 2 O) m —Si (R 33 ) 2 —, —CONR 34 — (CH 2 ) u — (Si (R 33 ) 2 O) m —Si (R 33 ) 2 —, —CONR 34 — (CH 2 ) v —N (R 34 ) —, or —CONR 34 — (o-, m- or p-phenylene) -Si (R 33 ) 2 — [Wherein, R 33 , R 34 , m and v are as defined above, u is an integer of 1
  • X 4 is -S-, -C (O) O-, -CONR 34 -, —CONR 34 — (CH 2 ) u — (Si (R 33 ) 2 O) m —Si (R 33 ) 2 —, —CONR 34 — (CH 2 ) v —N (R 34 ) —, or —CONR 34 — (o-, m- or p-phenylene) -Si (R 33 ) 2 — Represents.
  • the X is A C 1-20 alkylene group, — (CH 2 ) s —X 3 — (CH 2 ) t —, or —X 4 — (CH 2 ) t — [Wherein each symbol is as defined above. ] It can be.
  • said X is A C 1-20 alkylene group, -(CH 2 ) s -O- (CH 2 ) t- , -(CH 2 ) s- (Si (R 33 ) 2 O) m -Si (R 33 ) 2- (CH 2 ) t- , — (CH 2 ) s —O— (CH 2 ) u — (Si (R 33 ) 2 O) m —Si (R 33 ) 2 — (CH 2 ) t —, or — (CH 2 ) s —O— (CH 2 ) t —Si (R 33 ) 2 — (CH 2 ) u —Si (R 33 ) 2 — (C v H 2v ) — [Wherein each symbol is as defined above, and v is an integer of 1 to 20, preferably an integer of 2 to 6, more preferably an integer of 2 to 3. ] It is.
  • — (C v H 2v ) — may be linear or branched.
  • the X group is substituted with one or more substituents selected from a fluorine atom, a C 1-3 alkyl group, and a C 1-3 fluoroalkyl group (preferably a C 1-3 perfluoroalkyl group). It may be.
  • X include, for example: —CH 2 O (CH 2 ) 2 —, —CH 2 O (CH 2 ) 3 —, —CH 2 O (CH 2 ) 6 —, —CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (CH 3 ) 2 OSi (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 2 —, -CH 2 O (CH 2) 3 Si (CH 3) 2 OSi (CH 3) 2 OSi (CH 3) 2 (CH 2) 2 -, -CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (CH 3 ) 2 O (Si (CH 3 ) 2 O) 2 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 2- , —CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (CH 3 ) 2 O (Si (CH 3 ) 2 O) 3 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 2 —, —CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (CH 3 ) 2 O (Si (CH 3 ) 2 O) 3 Si (CH 3 ) 2 (CH 2
  • X group examples include the following groups: [Wherein D is —CH 2 O (CH 2 ) 2 —, —CH 2 O (CH 2 ) 3 —, —CF 2 O (CH 2 ) 3 —, -(CH 2 ) 2- , -(CH 2 ) 3- , - (CH 2) 4 -, -CONH- (CH 2 ) 3- , -CON (CH 3 )-(CH 2 ) 3- , —CON (Ph) — (CH 2 ) 3 — (wherein Ph represents phenyl), and A group selected from E is — (CH 2 ) n — (n is an integer of 2 to 6); D is bonded to PFPE of the molecular main chain of formulas (2a) and (2b), and E is bonded to the Si atom. ]
  • X groups include the following groups: [Wherein, in each X group, any one of T is the following group bonded to PFPE of the molecular main chain of formulas (2a) and (2b): —CH 2 O (CH 2 ) 2 —, —CH 2 O (CH 2 ) 3 —, —CF 2 O (CH 2 ) 3 —, -(CH 2 ) 2- , -(CH 2 ) 3- , - (CH 2) 4 -, -CONH- (CH 2 ) 3- , -CON (CH 3 )-(CH 2 ) 3- , —CON (Ph) — (CH 2 ) 3 — (wherein Ph represents phenyl), or And at least one other T is — (CH 2 ) n — (n is an integer of 2 to 6), which is bonded to the Si atom of the molecular main chain of the formulas (2a) and (2b), and is present In the case, the rest are each independently a methyl group or
  • the compounds represented by the formulas (2a) and (2b) are compounds represented by the following formulas (2a ′) and (2b ′).
  • Rf 2 , T, R 2 , n, s, a, b and c are the same as those described for the above formulas (2a) and (2b).
  • d and f are 0 or 1.
  • h and j are 1 or 2.
  • i and k are integers of 2 or more and 20 or less.
  • Z represents a fluorine atom or a lower fluoroalkyl group.
  • the lower fluoroalkyl group is, for example, a fluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, preferably a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, more preferably a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, still more preferably a trifluoromethyl group. It is.
  • Z is a fluorine atom, and d and f are 1.
  • Rf 3 represents a perfluoropolyether group, preferably a perfluoropolyether group having 1 to 300 carbon atoms: provided that all or part of the fluorine atoms bonded to the terminal carbon atom are hydrogen atoms. May be. p represents 0 or 1; q represents 1 or 2.
  • R 31 represents an alkylene group, preferably an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms.
  • —OR 32 is an alkoxy group bonded to Si, and R 32 represents an alkyl group, preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • L 3 represents —CO—.
  • X is -O -, - NR 33 -, - S -, - SO 2 -, - SO 2 NR 33 - and -NR 33 CO- group selected from the group consisting of, preferably a -O-.
  • R 33 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 3 or less carbon atoms.
  • the fluorine-containing silane compound used in the present invention may not have a perfluoropolyether group.
  • Another example of the fluorine-containing silane compound having a hydrolyzable group bonded to Si is a compound represented by the following general formula (4) (may be one kind or a mixture of two or more kinds). . (Rf 4 -L 4 ) r SiT n R 4 4-nr (4)
  • (Rf 4 -L 4 )-, T and R 4 are all groups bonded to Si.
  • Rf 4 represents a linear, branched or cyclic fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or a fluorinated aromatic group having 6 to 14 carbon atoms.
  • L 4 represents a divalent linking group having 10 or less carbon atoms.
  • the divalent linking group may be an alkylene group having preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, and the alkylene group may be linear, branched or substituted (for example, a halogen atom, a hydroxyl group).
  • T represents a hydroxyl group or a hydrolyzable group.
  • hydrolyzable groups include —OA, —OCOA, —O—N ⁇ C (A) 2 , —N (A) 2 , —NHA, halogen (wherein A is substituted or unsubstituted Represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and is preferably —OA (alkoxy group).
  • A include an unsubstituted alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group; and a substituted alkyl group such as a chloromethyl group.
  • an alkyl group particularly an unsubstituted alkyl group is preferable, and a methyl group is more preferable.
  • the hydroxyl group is not particularly limited, but may be a group produced by hydrolysis of a hydrolyzable group.
  • R 4 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • n and r are integers of 1 or more and 3 or less, and the sum of n and r is 4 or less.
  • r may be 0, but in order to exhibit functions such as water repellency, oil repellency, antifouling property, and surface slipperiness (or lubricity), r must be an integer of 1 to 3. Is preferred.
  • fluorinated silane compound having a hydrolyzable group bonded to Si and a perfluoropolyether group a compound represented by any one of the following general formulas (5a) and (5b) (one type or It may be a mixture of two or more.
  • Rf 5 represents an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms which may be substituted with one or more fluorine atoms, preferably substituted with one or more fluorine atoms. Or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • the alkyl group optionally substituted by one or more fluorine atoms is a fluoroalkyl group in which the terminal carbon atom is CF 2 H— and all other carbon atoms are fully substituted by fluorine.
  • a perfluoroalkyl group more preferably a perfluoroalkyl group.
  • Each PFPE independently represents — (OC 4 F 8 ) a — (OC 3 F 6 ) b — (OC 2 F 4 ) c — (OCF 2 ) d —, where a, b, c And d are each independently an integer of 0 or more and 200 or less, and the sum of a, b, c and d is at least 1, preferably 1 to 100.
  • the order of presence of each repeating unit in parentheses with the suffix a, b, c or d is arbitrary in the formula.
  • — (OC 4 F 8 ) — represents — (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —, — (OCF (CF 3 ) CF 2 CF 2 ) —, — (OCF 2 CF (CF 3 ) CF 2 )-,-(OCF 2 CF 2 CF (CF 3 ))-,-(OC (CF 3 ) 2 CF 2 )-,-(OCF 2 C (CF 3 ) 2 )-,-(OCF (CF 3 ) CF (CF 3 ))-,-(OCF (C 2 F 6 ) CF 2 )-and-(OCF 2 CF (C 2 F 6 ))-may be used, preferably- (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —.
  • — (OCF 2 CF 2 ) — is preferable.
  • — (OC 2 F 4 ) — may be either — (OCF 2 CF 2 ) — or — (OCF (CF 3 )) —, but is preferably — (OCF 2 CF 2 ) —.
  • X is a divalent to tetravalent organic group, ⁇ is 1 to 3, and more preferably, X is a divalent organic group and ⁇ is 1.
  • Y represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, a hydrolyzable group, or a hydrocarbon group independently at each occurrence.
  • Examples of the hydrolyzable group are the same as those described for R 12 above.
  • the hydroxyl group is not particularly limited, but may be a group produced by hydrolysis of a hydrolyzable group.
  • Y is preferably a hydroxyl group, —OR (wherein R represents a C 1-12 alkyl group, preferably a C 1-6 alkyl group, more preferably a C 1-3 alkyl group), C 1-12 An alkyl group, a C 2-12 alkenyl group, a C 2-12 alkynyl group, or a phenyl group, more preferably —OCH 3 , —OCH 2 CH 3 , —OCH (CH 3 ) 2 . These groups may be substituted with, for example, one or more substituents selected from a fluorine atom, a C 1-6 alkyl group, a C 2-6 alkenyl group, and a C 2-6 alkynyl group. .
  • the above Q independently represents —Z—SiR 13 p R 14 3-p at each occurrence.
  • Z in each occurrence independently represents a divalent organic group.
  • Z is a C 1-6 alkylene group, — (CH 2 ) s ′ —O— (CH 2 ) t ′ — (wherein s ′ is an integer of 1 to 6, and t ′ is Or an integer of 1 to 6) or -phenylene- (CH 2 ) u ' -(wherein u' is an integer of 0 to 6), more preferably a C 1-3 alkylene group.
  • These groups may be substituted with, for example, one or more substituents selected from a fluorine atom, a C 1-6 alkyl group, a C 2-6 alkenyl group, and a C 2-6 alkynyl group. .
  • R 13 represents a hydroxyl group or a hydrolyzable group independently at each occurrence.
  • R 13 is —OR (wherein R represents a substituted or unsubstituted C 1-3 alkyl group, more preferably a methyl group).
  • R 14 represents, independently at each occurrence, an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms or Q ′.
  • P is an integer of 0 to 3 independently for each Q and Q ′, and the sum of p is 1 or more.
  • Si in Q or Q' does not have a hydroxyl group or a hydrolyzable group.
  • the adhesive strength with the substrate is low, and the durability is low. Therefore, at least one Si in Q or Q ′ needs to have at least one hydroxyl group or hydrolyzable group. In other words, the total sum of p must be at least 1 or more.
  • p is preferably Is 2 or more, for example, 2 or 3, more preferably 3.
  • the term “end” includes not only the end of the main chain of the —QQ ′ 0-5 chain but also the end of a branched chain. That is, when the -QQ ' 0-5 chain forms a branched chain, there are multiple ends.
  • R 14 in Q When at least one of R 14 in Q is Q ′, two or more Si atoms that are linearly linked through a Z group are present in Q.
  • the maximum number of Si atoms connected in a straight chain via the Z group is five. Note that “the number of Si atoms linearly linked via a Z group in Q” is equal to the number of repeating —Z—Si— linearly linked in Q.
  • K is an integer selected from 1 to 3, preferably 2 or more, more preferably 3.
  • the silane compound to be used may be appropriately selected according to the function desired for the silane-based film, specifically, water repellency, oil repellency, antifouling property, surface slipperiness (or lubricity) and the like.
  • Specific silane compounds include, for example, OPTOOL (registered trademark) series (for example, OPTOOL DSX-E, OPTOOL AES, OPTOOL UD500, etc.) from Daikin Industries, Ltd. and KY-130 and KY-178 from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. KY-185, Dow Corning DC2634, etc. can be used.
  • OPTOOL registered trademark
  • the precursor film is formed by applying a silane compound having a hydrolyzable group bonded to Si as described above alone or as a film forming composition containing the compound so as to cover the surface of the substrate. Can be implemented.
  • the film-forming composition may contain a fluoropolyether compound that can be understood as a fluorine-containing oil, preferably a perfluoropolyether compound (hereinafter referred to as “fluorine-containing oil”).
  • fluorine-containing oil a fluorine-containing oil
  • the fluorine-containing oil contributes to further improving the surface slipperiness of the silane-based film.
  • the fluorine-containing oil can be contained, for example, in an amount of 0 to 80 parts by mass, preferably 0 to 40 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the silane compound.
  • fluorine-containing oils include compounds represented by the following general formula (6) (perfluoropolyether compounds).
  • R 21 represents an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms which may be substituted with one or more fluorine atoms, and preferably R 21 may be substituted with one or more fluorine atoms.
  • the alkyl group optionally substituted by one or more fluorine atoms is a fluoroalkyl group in which the terminal carbon atom is CF 2 H— and all other carbon atoms are fully substituted by fluorine.
  • a perfluoroalkyl group more preferably a perfluoroalkyl group.
  • R 22 represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms which may be substituted with one or more fluorine atoms, preferably substituted with one or more fluorine atoms Or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • the alkyl group optionally substituted by one or more fluorine atoms is a fluoroalkyl group in which the terminal carbon atom is CF 2 H— and all other carbon atoms are fully substituted by fluorine.
  • a perfluoroalkyl group more preferably a perfluoroalkyl group.
  • a ′, b ′, c ′ and s ′ each represent the number of three types of repeating units of perfluoropolyether constituting the main skeleton of the polymer, and are each independently an integer of 0 to 300, The sum of ', b', c 'and s' is at least 1, preferably 1-100.
  • each repeating unit in parentheses with subscripts a ′, b ′, c ′ or s ′ is arbitrary in the formula.
  • — (OC 4 F 8 ) — represents — (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —, — (OCF (CF 3 ) CF 2 CF 2 ) —, — (OCF 2 CF (CF 3 ) CF 2 )-,-(OCF 2 CF 2 CF (CF 3 ))-,-(OC (CF 3 ) 2 CF 2 )-,-(OCF 2 C (CF 3 ) 2 )-,-(OCF (CF 3 ) CF (CF 3 ))-,-(OCF (C 2 F 6 ) CF 2 )-and-(OCF 2 CF (C 2 F 6 ))-may be used, preferably- (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —.
  • — (OCF 2 CF 2 ) — is preferable.
  • — (OC 2 F 4 ) — may be either — (OCF 2 CF 2 ) — or — (OCF (CF 3 )) —, but is preferably — (OCF 2 CF 2 ) —.
  • a compound represented by any one of the following general formulas (6a) and (6b) (one kind or a mixture of two or more kinds may be used).
  • R 21 and R 22 are as described above; in formula (6a), a ′′ is an integer of 1 to 100; in formula (6b), a ′′ and s ′′ are respectively It is an integer of 0 to 30 independently, and b ′′ and c ′′ are each independently an integer of 1 to 300.
  • the order of presence of each repeating unit in parentheses with subscripts a ′′, b ′′, c ′′ or s ′′ is arbitrary.
  • the compound represented by the general formula (6a) and the compound represented by the general formula (6b) may be used alone or in combination. It is preferable to use the compound represented by the general formula (6b) rather than the compound represented by the general formula (6a) because higher surface slip properties can be obtained.
  • the compound represented by the general formula (6a) and the compound represented by the general formula (6b) are preferably used in a mass ratio of 1: 1 to 1:30. According to such a mass ratio, a silane-based film having an excellent balance between surface slipperiness and friction durability can be obtained.
  • the fluorine-containing oil may be a compound represented by the general formula Rf 1 -F (wherein Rf 1 is as described above).
  • the compound represented by Rf 1 -F has high affinity with the compound represented by any one of the general formulas (1a), (1b), (2a), (2b), (3) and (4). It is preferable at the point obtained.
  • the fluorine-containing oil may have an average molecular weight of 1000 to 30000. Thereby, high surface slipperiness can be obtained.
  • the compound represented by the general formula (6a) preferably has an average molecular weight of 2000 to 6000, and the compound represented by the general formula (6b) has a molecular weight of 8000 to 30000. It is preferable to have an average molecular weight of In the range of these average molecular weights, high surface slipperiness can be obtained.
  • the film-forming composition may further contain a silicone compound that can be understood as a silicone oil (hereinafter referred to as “silicone oil”). Silicone oil contributes to improving the surface slipperiness of the silane-based film.
  • the silicone oil in the film-forming composition, can be contained in an amount of, for example, 0 to 300 parts by mass, preferably 50 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the silane compounds.
  • a silicone oil for example, a linear or cyclic silicone oil having a siloxane bond of 2000 or less can be used.
  • the linear silicone oil may be so-called straight silicone oil and modified silicone oil.
  • the straight silicone oil include dimethyl silicone oil, methylphenyl silicone oil, and methylhydrogen silicone oil.
  • modified silicone oil include those obtained by modifying straight silicone oil with alkyl, aralkyl, polyether, higher fatty acid ester, fluoroalkyl, amino, epoxy, carboxyl, alcohol and the like.
  • the cyclic silicone oil include cyclic dimethylsiloxane oil.
  • the method for coating the precursor film is not particularly limited.
  • a wet coating method and a dry coating method can be used, but the wet coating method is preferable because of high productivity.
  • wet coating methods include dip coating, spin coating, flow coating, spray coating, roll coating, gravure coating and similar methods.
  • Examples of the dry coating method include vacuum deposition, sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), and similar methods.
  • Specific examples of the vacuum deposition method include resistance heating, electron beam, high frequency heating, ion beam, and similar methods.
  • Specific examples of the CVD method include plasma-CVD, optical CVD, thermal CVD, and similar methods.
  • the silane compound (which may be alone or in the form of a composition containing the compound) may be diluted with a solvent and then applied to the substrate surface.
  • the following solvents are preferably used: Perfluoroaliphatic hydrocarbons having 5 to 12 carbon atoms (eg perfluorohexane, perfluoromethylcyclohexane and perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane); polyfluoroaromatic hydrocarbons (eg bis (trifluoromethyl)) Benzene); polyfluoroaliphatic hydrocarbons; hydrofluoroether (HFE) (eg, perfluoropropyl methyl ether (C 3 F 7 OCH 3 ), perfluorobutyl methyl ether (C 4 F 9 OCH 3 ), perfluorobutyl Alkyl perfluoroalkyl ethers such as ethyl ether
  • HFE hydrofluoroether
  • HFE perfluoropropyl methyl ether
  • hydrofluoroether is preferable, and perfluorobutyl methyl ether (C 4 F 9 OCH 3 ) and / or perfluorobutyl ethyl ether (C 4 F 9 OC 2 H 5 ) is particularly preferable.
  • the formation of the precursor film may be performed so that the silane compound is present together with a catalyst for hydrolysis and dehydration condensation in the precursor film.
  • a catalyst for hydrolysis and dehydration condensation in the precursor film.
  • a catalyst may be added in the case of the wet coating method.
  • the catalyst-added silane compound is vacuum-deposited as it is, or using a pellet-like material obtained by impregnating a metal porous body such as iron or copper with the catalyst-added silane compound. You may do.
  • any suitable acid or base can be used for the catalyst.
  • the acid catalyst for example, acetic acid, formic acid, trifluoroacetic acid and the like can be used.
  • a base catalyst ammonia, organic amines, etc. can be used, for example.
  • the substrate on which the precursor film is formed is irradiated with microwaves.
  • the frequency of the microwave irradiated in the present invention is not particularly limited, but is preferably 300 MHz to 300 GHz.
  • center frequencies defined by ITU International Telecommunication Union
  • ITU International Telecommunication Union
  • center frequencies defined by ITU are 433.92 MHz, 915 MHz, 2.45 GHz, 5
  • a microwave having a frequency of .8 GHz, 24.125 GHz, 61.25 GHz, 122.5 GHz, or 245 GHz is used, and a microwave having a center frequency of 2.45 GHz is typically used.
  • the base material on which the precursor film is formed and the water molecules acting on the hydrolyzable group are efficiently heated, and the formation of the silane-based film is promoted.
  • the output of the microwave irradiated in the present invention is not particularly limited, but is preferably 100 W to 20 kW, more preferably 5 to 15 kW, and particularly preferably 10 kW.
  • the precursor film is efficiently heated and the formation of the silane-based film is promoted.
  • the damage to a base material can be suppressed by making an output into 20 kW or less.
  • the irradiation time of the microwave irradiated in the present invention can vary depending on the output of the microwave, the components of the precursor film, the presence or absence of moisture (described later), etc., but generally 0.1 to 10 minutes, Preferably it is 1 to 3 minutes.
  • the method of the present invention is industrially advantageous because a silane-based film can be formed in such a short time.
  • moisture may be supplied to the precursor film before or during irradiation of the precursor film with microwaves.
  • moisture may be supplied to the precursor film.
  • hydrolysis of the hydrolyzable group of the precursor film is promoted, and a silane-based film having high friction durability can be obtained.
  • the method of supplying moisture to the precursor film is not particularly limited, and examples thereof include methods such as spraying of moisture, steam (steam), and spraying of superheated steam.
  • the inside of the system at, for example, 80 ° C. to 250 ° C., preferably 80 ° C. to 180 ° C., more preferably 100 ° C. to 150 ° C.
  • water droplets adhere to the substrate and the formed silane film.
  • the drying step after the formation of the silane-based film can be omitted.
  • silane-based film derived from the precursor film is formed on the surface of the base material.
  • the resulting silane-based film has high friction durability.
  • this silane-based film has water repellency, oil repellency, and antifouling properties (for example, to prevent smudges such as fingerprints), surface, depending on the silane compound used. It can have slipperiness (or lubricity, for example, the ability to wipe off dirt such as fingerprints), and can be suitably used as a functional thin film.
  • the present invention is not limited by any theory, but the reason why the friction durability of the silane-based film is improved by the method of the present invention is considered as follows.
  • film formation can be promoted by applying heat to the precursor film.
  • heat conduction is not efficient and temperature unevenness is likely to occur.
  • the substrate on which the precursor film is formed is directly and uniformly simultaneously heated by irradiating microwaves, so that the film formation reaction proceeds very efficiently.
  • water acts on a hydrolyzable group bonded to Si of the precursor film, so that hydrolysis occurs quickly.
  • the article having a silane-based film thus obtained is not particularly limited, but may be an optical member.
  • optical members include: lenses such as eyeglasses; front protective plates, antireflection plates, polarizing plates, and antiglare plates for displays such as PDP and LCD; for devices such as mobile phones and portable information terminals. Touch panel sheet; disc surface of optical disc such as Blu-ray (registered trademark) disc, DVD disc, CD-R, MO; optical fiber, etc.
  • the thickness of the silane-based film is not particularly limited.
  • the thickness of the silane-based film is preferably in the range of 1 to 30 nm, preferably 1 to 15 nm, from the viewpoint of optical performance, friction durability and antifouling property.
  • Example 1 Preparation of film-forming composition 0.1 part by weight of a composition mainly composed of a compound represented by the following formula (molecular weight: about 4000) and hydrofluoroether (manufactured by 3M, Novec HFE7200 (perfluorobutyl ether) ) 99.9 parts by weight were mixed to prepare a film forming composition.
  • a composition mainly composed of a compound represented by the following formula molecular weight: about 4000
  • hydrofluoroether manufactured by 3M, Novec HFE7200 (perfluorobutyl ether)
  • Chemically tempered glass manufactured by Corning, "Gorilla” glass, thickness 0.55 mm, planar dimension 55 mm x 100 mm was used as the substrate.
  • the substrate surface was cleaned and activated by plasma treatment using an atmospheric pressure plasma generator (Enercon plasma treatment device “Dyne-A-Mite IT”).
  • the film forming composition prepared above was spray-coated uniformly on the surface of the substrate.
  • the coating amount of the film-forming composition was 0.2 ml (coating solution flow rate 3.0 ml / min) per substrate.
  • the base material in which said precursor film was formed was installed in the microwave generator (made by Microelectronics).
  • microwaves having a frequency of 2.45 GHz and an output of 10 kW were irradiated for 1 minute, and then the substrate was taken out from the apparatus. In this way, a fluorine-containing silane film derived from the precursor film was formed on the substrate surface.
  • Example 2 A fluorine-containing silane-based film derived from the precursor film in the same manner as in Example 1 except that the microwave was irradiated while introducing water vapor (flow rate 40 L / h) and hot air (120 ° C.) during the post-treatment. was formed on the substrate surface.
  • Example 3 The fluorine-containing silane film derived from the precursor film is used as the base material surface in the same manner as in Example 1 except that the compound represented by the following formula is used as the fluorine-containing silane compound used for the preparation of the film-forming composition. Formed. However, the average value of n is 20. CF 3 CF 2 CF 2 O (CF 2 CF 2 CF 2 O) n CF 2 CF 2 CH 2 OCH 2 CH 2 CH 2 Si [CH 2 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3 ] 3
  • Example 4 The fluorine-containing silane-based film derived from the precursor film in the same manner as in Example 3 except that the microwave was irradiated while introducing water vapor (flow rate 40 L / h) and hot air (120 ° C.) during the post-treatment. Was formed on the substrate surface.
  • Example 5 The fluorine-containing silane film derived from the precursor film is used as the base material surface in the same manner as in Example 1 except that the compound represented by the following formula is used as the fluorine-containing silane compound used for the preparation of the film-forming composition. Formed. However, the average value of n is 15 and the average value of m is 16. CF 3 O (CF 2 CF 2 O) n (CF 2 O) m CF 2 CH 2 OCH 2 CH 2 CH 2 Si [CH 2 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3 ] 3
  • Example 6 The fluorine-containing silane-based film derived from the precursor film in the same manner as in Example 5 except that the microwave was irradiated while introducing water vapor (flow rate 40 L / h) and hot air (120 ° C.) during the post-treatment. was formed on the substrate surface.
  • Example 1 Comparative Example 1 Except that the post-treatment is normally dry as in the conventional case, that is, the base material on which the precursor film is formed is dried by heating at 120 ° C. for 1 hour in an electric furnace, as in Example 1. A fluorine-containing silane-based film derived from the precursor film was formed on the substrate surface.
  • Example 3 As in Example 5, except that the post-treatment was normally dry as in the past, that is, the base material on which the precursor film was formed was dried by heating at 120 ° C. for 1 hour in an electric furnace. A fluorine-containing silane-based film derived from the precursor film was formed on the substrate surface.
  • the static contact angle of water was measured for the fluorine-containing silane-based films formed on the substrate surface in the above examples and comparative examples.
  • the static contact angle of water was measured with 1 ⁇ L of water using a contact angle measuring device (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
  • steel wool friction durability evaluation was carried out as friction durability evaluation. Specifically, the base material on which the fluorinated silane-based film is formed is horizontally disposed, and steel wool (count # 0000, dimensions 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 5 mm) is brought into contact with the exposed upper surface of the fluorinated silane-based film, A load of 1000 gf was applied, and then the steel wool was reciprocated at a speed of 140 mm / sec with the load applied. The static contact angle (degree) of water was measured every 2000 reciprocations. The evaluation was stopped when the measured value of the contact angle was less than 100 degrees. The results are shown in Table 2. Further, the results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 using the same fluorine-containing silane compound are shown in FIG. 1, the results of Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 are shown in FIG. 2, and Examples 5 and 6 and Comparative Example are used. The results of 3 are shown in FIG.
  • the fluorine-containing silane-based film can be obtained by post-treatment using microwaves as compared with the case of post-treatment by normal drying with dry air at 150 ° C. It was confirmed that the friction durability was greatly improved.
  • the present invention can be suitably used for forming a silane-based film on a variety of substrates, particularly on the surface of optical members that require transparency.

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Abstract

 基材および該基材の表面を被覆するシラン系膜を含む物品の製造方法であって、より高い摩擦耐久性を有するシラン系膜を形成することのできる方法を提供する。 基材および該基材の表面を被覆するシラン系膜を含む物品の製造方法において、 (a)基材の表面に、Siに結合した加水分解可能な基を有するシラン化合物を含む前駆体膜を形成し、 (b)該前駆体膜が形成された基材にマイクロ波を照射して、該基材の表面に該前駆体膜に由来するシラン系膜を形成する。

Description

シラン系膜を有する物品の製造方法
 本発明は、シラン系膜を有する物品の製造方法およびかかる方法によって製造される物品に関する。
 ある種のシラン化合物は、基材の表面処理に用いると、優れた撥水性、撥油性、防汚性、表面滑り性などを提供し得ることが知られている。シラン化合物から得られる膜、即ち、シラン系膜は、いわゆる機能性薄膜として、例えばガラス、プラスチック、繊維、建築資材など種々多様な基材に施されている(特許文献1を参照のこと)。
 かかるシラン系膜は、一般的に真空蒸着やスパッタリングなどの乾燥被覆法により基材表面に形成される。また、シラン系膜は、浸漬やスプレーなどの湿潤被覆法および常圧プラズマ法などによっても基材表面に形成することができる(特許文献1を参照のこと)。
特開2008-534696号公報
 上記したように、シラン系膜は、一般的に真空蒸着やスパッタリングなどの乾燥被覆法によって形成されるが、これらの方法は生産性が低いという問題がある。一方、浸漬やスプレーなどの湿潤被覆法は、生産性は高いが、得られるシラン系膜の耐久性について十分であるとは言えない。特に、シラン系膜は、上記した機能を薄膜でも発揮し得ることから、光透過性ないし透明性が求められるメガネやタッチパネルなどの光学部材に好適に利用されており、これらの用途において、摩擦耐久性の一層の向上が要求されている。
 本発明は、基材および該基材の表面を被覆するシラン系膜を含む物品の製造方法であって、より高い摩擦耐久性を有するシラン系膜を形成することのできる方法を提供することを目的とする。
 本発明の1つの要旨によれば、基材および該基材の表面を被覆するシラン系膜を含む物品の製造方法であって、
 (a)基材の表面に、Siに結合した加水分解可能な基を有するシラン化合物を含む前駆体膜を形成し、
 (b)該前駆体膜が形成された基材にマイクロ波を照射して、該基材の表面に該前駆体膜に由来するシラン系膜を形成する
ことを含む、製造方法が提供される。
 本発明の上記製造方法によれば、従来のシラン系膜の形成方法に比べて高い摩擦耐久性を有するシラン系膜を、簡便に形成することができる。
 本発明のもう1つの要旨によれば、本発明の上記製造方法によって得られる物品もまた提供される。かかる物品におけるシラン系膜は、従来の製造方法によって得られた物品におけるシラン系膜に比べて、上述の通り、高い摩擦耐久性を有する。
 本発明によれば、Siに結合した加水分解可能な基を有するシラン化合物を含む前駆体膜が形成された基材にマイクロ波を照射することにより、該基材の表面に高い摩擦耐久性を有するシラン系膜を形成することができる。
本発明の実施例1および2ならびに比較例1で作製した含フッ素シラン系膜の摩擦耐久性を示すグラフである。 本発明の実施例3および4ならびに比較例2で作製した含フッ素シラン系膜の摩擦耐久性を示すグラフである。 本発明の実施例5および6ならびに比較例3で作製した含フッ素シラン系膜の摩擦耐久性を示すグラフである。
 以下、本発明の実施形態を通じて、本発明の物品の製造方法およびそれによって得られる物品について詳述するが、本発明はこれに限定されるものではない。
 本発明の物品の製造方法は、概略的には、基材の表面にシラン化合物を含む膜を前駆体膜として形成し、その後、この前駆体膜を後処理し、これにより、シラン系膜を形成する方法としても理解され得、この後処理として、マイクロ波照射を実施するものである。
 まず、基材を準備する。本発明に使用可能な基材は、例えばガラス、樹脂(天然または合成樹脂、例えば一般的なプラスチック材料であってよく、板状、フィルム、その他の形態であってよい)、金属(アルミニウム、銅、鉄等の金属単体または合金等の複合体であってよい)、セラミックス、半導体(シリコン、ゲルマニウム等)、繊維(織物、不織布等)、毛皮、皮革、木材、陶磁器、石材等、任意の適切な材料で構成され得、少なくとも前駆体膜を形成する直前に、基材の表面を構成する材料が反応性基(シラン化合物の加水分解後のSiに結合した基または水酸基と反応し得る基)を有する限り、特に限定されない。
 例えば、本発明のシラン系膜を有する物品が光学部材である場合、基材の表面(最外層)に何らかの層(または膜)、例えばハードコート層や反射防止層などが形成されていてよい。反射防止層には、単層反射防止層および多層反射防止層のいずれを使用してもよい。反射防止層に使用可能な無機物の例としては、SiO、SiO、ZrO、TiO、TiO、Ti、Ti、Al、Ta、CeO、MgO、Y、SnO、MgF、WOなどが挙げられる。これらの無機物は、単独で、またはこれらの2種以上を組み合わせて(例えば混合物として)使用してよい。多層反射防止層とする場合、その最外層にはSiOおよび/またはSiOを用いることが好ましい。本発明のシラン系膜を有する物品が、タッチパネル用の光学ガラス部品である場合、透明電極、例えば酸化インジウムスズ(ITO)や酸化インジウム亜鉛などを用いた薄膜を、基材(ガラス)の表面の一部に有していてもよい。また、基材は、その具体的仕様等に応じて、耐電防止層、絶縁層、粘着層、保護層、装飾枠層(I-CON)、霧化膜、ハードコーティング層、偏光フィルム、相位差フィルム、および液晶表示モジュールなどを有していてもよい。
 基材の形状は特に限定されない。また、シラン系膜を形成すべき基材の表面領域は、基材表面の少なくとも一部であればよく、製造すべき物品の用途および具体的仕様等に応じて適宜決定され得る。
 かかる基材としては、少なくともその表面部分が、水酸基を元々有する材料から成るものであってよい。かかる材料としては、ガラスが挙げられ、また、表面に自然酸化膜または熱酸化膜が形成される金属(特に卑金属)、セラミックス、半導体等が挙げられる。あるいは、樹脂等のように、水酸基を有していても十分でない場合や、水酸基を元々有していない場合には、基材に何らかの前処理を施すことにより、基材の表面に水酸基を導入したり、増加させたりすることができる。かかる前処理の例としては、プラズマ処理(例えばコロナ放電)や、イオンビーム照射が挙げられる。プラズマ処理は、基材表面に水酸基を導入または増加させ得ると共に、基材表面を清浄化する(異物等を除去する)ためにも好適に利用され得る。また、かかる前処理の別の例としては、炭素炭素不飽和結合基を有する界面吸着剤をLB法(ラングミュア-ブロジェット法)や化学吸着法等によって、基材表面に予め単分子膜の形態で形成し、その後、酸素や窒素等を含む雰囲気下にて不飽和結合を開裂する方法が挙げられる。
 また、かかる基材としては、少なくともその表面部分が、別の反応性基、例えばSi-H基を1つ以上有するシリコーン化合物や、アルコキシシランを含む材料から成るものであってもよい。
 次に、かかる基材の表面に、Siに結合した加水分解可能な基を有するシラン化合物を含む前駆体膜を形成する。
 本発明で用いられるシラン化合物は、Siに結合した加水分解可能な基を有する限り、特に限定されないが、含フッ素シラン化合物が好ましい。また、含フッ素シラン化合物として、Siに結合した加水分解可能な基に加えて、パーフルオロポリエーテル基を有するものを用いることができる。
 上記シラン化合物としては、クロロシラン類、アルコキシシラン類、シランカップリング剤の群から選ばれる1種もしくは2種以上が使用されるが、クロロシラン類としては、例えば、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン等が挙げられ、アルコキシシラン類としては、例えば、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン等が挙げられ、特に、アルコキシシラン類が好適に用いられる。
 上記シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリロプロピルメチルジエトキシシラン、N-β-(アミルエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
 Siに結合した加水分解可能な基およびパーフルオロポリエーテル基を有する含フッ素シラン化合物の例として、以下の一般式(1a)および(1b)のいずれかで表される化合物(1種または2種以上の混合物であってよい)が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 これら式中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し、好ましくは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~3のアルキル基である。好ましくは、上記1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいアルキル基は、末端炭素原子がCFH-であり他のすべての炭素原子がフッ素により全置換されているフルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基であり、より好ましくはパーフルオロアルキル基である。
 a、b、cおよびsは、ポリマーの主骨格を構成するパーフルオロポリエーテルの3種の繰り返し単位数をそれぞれ表し、互いに独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびsの和は少なくとも1、好ましくは1~100である。添字a、b、cまたはsを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。これら繰り返し単位のうち、-(OC)-は、-(OCFCFCFCF)-、-(OCF(CF)CFCF)-、-(OCFCF(CF)CF)-、-(OCFCFCF(CF))-、-(OC(CFCF)-、-(OCFC(CF)-、-(OCF(CF)CF(CF))-、-(OCF(C)CF)-および-(OCFCF(C))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCFCFCFCF)-である。-(OC)-は、-(OCFCFCF)-、-(OCF(CF)CF)-および-(OCFCF(CF))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCFCFCF)-である。-(OC)-は、-(OCFCF)-および-(OCF(CF))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCFCF)-である。
 dおよびfは0または1である。
 eおよびgは0以上2以下の整数である。
 mおよびlは、1以上10以下の整数である。
 Xは水素原子またはハロゲン原子を表す。ハロゲン原子は、好ましくはヨウ素原子、塩素原子、フッ素原子である。
 Yは水素原子または低級アルキル基を表す。低級アルキル基は、好ましくは炭素数1~20のアルキル基である。
 Zはフッ素原子または低級フルオロアルキル基を表す。低級フルオロアルキル基は、例えば炭素数1~3のフルオロアルキル基、好ましくは炭素数1~3のパーフルオロアルキル基、より好ましくはトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、更に好ましくはトリフルオロメチル基である。代表的には、Zはフッ素原子であり、dおよびfは1である。
 TおよびRはSiに結合した基である。
 Tは水酸基または加水分解可能な基を表す。加水分解可能な基の例としては、-OA、-OCOA、-O-N=C(A)、-N(A)、-NHA、ハロゲン(これら式中、Aは、置換または非置換の炭素数1~3のアルキル基を示す)などが挙げられる。水酸基は、特に限定されないが、加水分解可能な基が加水分解して生じたものであってもよい。
 Rは水素原子または炭素数1~22のアルキル基を表し、好ましくは炭素数1~22のアルキル基、より好ましくは炭素数1~3のアルキル基である。
 nは1以上3以下の整数である。
 Siに結合した加水分解可能な基およびパーフルオロポリエーテル基を有する含フッ素シラン化合物の別の例として、以下の一般式(2a)および(2b)のいずれかで表される化合物(1種または2種以上の混合物であってよい)が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005

 これら式中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し、好ましくは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~3のアルキル基である。好ましくは、上記1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいアルキル基は、末端炭素原子がCFH-であり他のすべての炭素原子がフッ素により全置換されているフルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基であり、より好ましくはパーフルオロアルキル基である。
 PFPEは、-(OC-(OC-(OC-(OCF-を表し、パーフルオロ(ポリ)エーテル基に該当する。a、b、cおよびsは、ポリマーの主骨格を構成する3種のパーフルオロポリエーテル類の繰り返し単位数をそれぞれ表し、互いに独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびsの和は少なくとも1、好ましくは1~100である。添字a、b、cまたはsを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。これら繰り返し単位のうち、-(OC)-は、-(OCFCFCFCF)-、-(OCF(CF)CFCF)-、-(OCFCF(CF)CF)-、-(OCFCFCF(CF))-、-(OC(CFCF)-、-(OCFC(CF)-、-(OCF(CF)CF(CF))-、-(OCF(C)CF)-および-(OCFCF(C))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCFCFCFCF)-である。-(OC)-は、-(OCFCFCF)-、-(OCF(CF)CF)-および-(OCFCF(CF))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCFCFCF)-である。-(OC)-は、-(OCFCF)-および-(OCF(CF))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCFCF)-である。
 TおよびRはSiに結合した基である。
 Tは水酸基または加水分解可能な基を表す。加水分解可能な基の例としては、-OA、-OCOA、-O-N=C(A)、-N(A)、-NHA、ハロゲン(これら式中、Aは、置換または非置換の炭素数1~3のアルキル基を示す)などが挙げられる。水酸基は、特に限定されないが、加水分解可能な基が加水分解して生じたものであってもよい。
 Rは水素原子または炭素数1~22のアルキル基を表し、好ましくは炭素数1~22のアルキル基、より好ましくは炭素数1~3のアルキル基である。
 nは1以上3以下の整数である。
 Xは、それぞれ独立して、2~7価の有機基を表す。当該X基は、式(2a)および(2b)において、パーフルオロポリエーテル部(PFPE部)と、シラン部(-SiT 3-m)とを連結するリンカーと解される。したがって、当該X基は、式(2a)および(2b)で表される化合物が安定に存在し得るものであれば、いずれの2~7価の有機基であってもよい。また、X基の価数に応じて、式中のαは、1~6の整数となり、例えば、Xが2価の有機基の場合、αは1であり、Xが7価の有機基の場合、αは6である。
 好ましい態様において、Xは2~4価の有機基であり、αは1~3であり、より好ましくは、Xは2価の有機基であり、αは1である。
 上記Xの例としては、特に限定するものではないが、例えば、下記式:
   -(R31-(X-R32
[式中:
 R31は、-(CH-またはo-、m-もしくはp-フェニレン基を表し、好ましくは-(CH-であり、
 R32は、-(CH-またはo-、m-もしくはp-フェニレン基を表し、好ましくは-(CH-であり、
 Xは、-(X-を表し、
 Xは、各出現において、それぞれ独立して、-O-、-S-、o-、m-もしくはp-フェニレン基、-C(O)O-、-CONR34-、-O-CONR34-、-NR34-、-Si(R33-、-(Si(R33O)-Si(R33-および-(CH-からなる群から選択される基を表し、
 R33は、各出現において、それぞれ独立して、フェニル基またはC1-6アルキル基を表し、好ましくはC1-6アルキル基、より好ましくはメチル基であり、
 R34は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、フェニル基またはC1-6アルキル基(好ましくはメチル基)を表し、
 mは、各出現において、それぞれ独立して、1~100の整数、好ましくは1~20の整数であり、
 nは、各出現において、それぞれ独立して、1~20の整数、好ましくは1~6の整数、より好ましくは1~3の整数であり、
 sは、1~20の整数、好ましくは1~6の整数、より好ましくは1~3の整数、さらにより好ましくは1または2であり、
 tは、1~20の整数、好ましくは2~6の整数、より好ましくは2~3の整数であり、
 rは、1~10の整数、好ましくは1~5の整数、より好ましくは1~3の整数であり、
 pは、0または1であり、
 qは、0または1である。]
で表される基が挙げられる。
 好ましくは、上記Xは、
1-20アルキレン基、
-R31-X-R32-、または
-X-R32
[式中、R31およびR32は、上記と同意義である。]
であり得る。
 より好ましくは、上記Xは、
1-20アルキレン基、
-(CH-X-(CH-、または
-X-(CH
[式中、sおよびtは、上記と同意義である。]
である。
 上記式中、Xは、
-O-、
-S-、
-C(O)O-、
-CONR34-、
-O-CONR34-、
-Si(R33-、
-(Si(R33O)-Si(R33-、
-O-(CHu-(Si(R33O)-Si(R33-、
-CONR34-(CHu-(Si(R33O)-Si(R33-、
-CONR34-(CH-N(R34)-、または
-CONR34-(o-、m-またはp-フェニレン)-Si(R33
[式中、R33、R34、mおよびvは、上記と同意義であり、
 uは1~20の整数、好ましくは2~6の整数、より好ましくは2~3の整数である。]を表す。Xは、好ましくは-O-である。
 上記式中、Xは、
-S-、
-C(O)O-、
-CONR34-、
-CONR34-(CHu-(Si(R33O)-Si(R33-、
-CONR34-(CH-N(R34)-、または
-CONR34-(o-、m-またはp-フェニレン)-Si(R33
を表す。
 より好ましくは、上記Xは、
1-20アルキレン基、
-(CH-X-(CH-、または
-X-(CH
[式中、各記号は、上記と同意義である。]
であり得る。
 さらにより好ましくは、上記Xは、
1-20アルキレン基、
-(CH-O-(CH-、
-(CH-(Si(R33O)-Si(R33-(CH-、
-(CH-O-(CHu-(Si(R33O)-Si(R33-(CH-、または
-(CH-O-(CH-Si(R33 -(CHu-Si(R33-(Cv2v)-
[式中、各記号は、上記と同意義であり、vは1~20の整数、好ましくは2~6の整数、より好ましくは2~3の整数である。]
である。
 上記式中、-(Cv2v)-は、直鎖であっても、分枝鎖であってもよく、例えば、-CHCH-、-CHCHCH-、-CH(CH)-、-CH(CH)CH-であり得る。
 上記X基は、フッ素原子、C1-3アルキル基およびC1-3フルオロアルキル基(好ましくは、C1-3パーフルオロアルキル基)から選択される1個またはそれ以上の置換基により置換されていてもよい。
 上記Xの具体的な例としては、例えば:
-CHO(CH-、
-CHO(CH-、
-CHO(CH-、
-CHO(CHSi(CHOSi(CH(CH-、
-CHO(CHSi(CHOSi(CHOSi(CH(CH-、
-CHO(CHSi(CHO(Si(CHO)Si(CH(CH-、
-CHO(CHSi(CHO(Si(CHO)Si(CH(CH-、
-CHO(CHSi(CHO(Si(CHO)10Si(CH(CH-、
-CHO(CHSi(CHO(Si(CHO)20Si(CH(CH-、
-(CH-、
-(CH-、
-(CH4-、
-(CH-、
-CONH-(CH-、
-CON(CH)-(CH-、
-CON(Ph)-(CH-(式中、Phはフェニルを意味する)、
-CONH-(CH-、
-CON(CH)-(CH-、
-CON(Ph)-(CH-(式中、Phはフェニルを意味する)、
-CONH-(CHNH(CH-、
-CONH-(CHNH(CH-、
-CHO-CONH-(CH-、
-CHO-CONH-(CH-、
-S-(CH-、
-(CHS(CH-、
-CONH-(CHSi(CHOSi(CH(CH-、
-CONH-(CHSi(CHOSi(CHOSi(CH(CH-、
-CONH-(CHSi(CHO(Si(CHO)Si(CH(CH-、
-CONH-(CHSi(CHO(Si(CHO)Si(CH(CH-、
-CONH-(CHSi(CHO(Si(CHO)10Si(CH(CH-、
-CONH-(CHSi(CHO(Si(CHO)20Si(CH(CH
-C(O)O-(CH-、
-C(O)O-(CH-、
-CH-O-(CH-Si(CH -(CH-Si(CH-(CH-、
-CH-O-(CH-Si(CH -(CH-Si(CH-CH(CH)-、
-CH-O-(CH-Si(CH -(CH-Si(CH-(CH-、
-CH-O-(CH-Si(CH -(CH-Si(CH-CH(CH)-CH-、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
などが挙げられる。
 また、別のX基の例としては、例えば下記の基が挙げられる:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
[式中、Dは、
-CHO(CH-、
-CHO(CH-、
-CFO(CH-、
-(CH-、
-(CH-、
-(CH4-、
-CONH-(CH-、
-CON(CH)-(CH-、
-CON(Ph)-(CH-(式中、Phはフェニルを意味する)、および
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
から選択される基であり、
 Eは、-(CH-(nは2~6の整数)であり、
 Dは、式(2a)および(2b)の分子主鎖のPFPEに結合し、Eは、Si原子に結合する。]
 さらに別のX基の例として、下記の基が挙げられる:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
[式中、各X基において、Tのうち任意の1つは、式(2a)および(2b)の分子主鎖のPFPEに結合する以下の基: 
-CHO(CH-、
-CHO(CH-、
-CFO(CH-、
-(CH-、
-(CH-、
-(CH4-、
-CONH-(CH-、
-CON(CH)-(CH-、
-CON(Ph)-(CH-(式中、Phはフェニルを意味する)、または
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
であり、別の少なくとも1つのTは、式(2a)および(2b)の分子主鎖のSi原子に結合する-(CH-(nは2~6の整数)であり、存在する場合、残りは、それぞれ独立して、メチル基またはフェニル基である。
 好ましくは、式(2a)および(2b)で表される化合物は、下記式(2a’)および(2b’)で表される化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 上記式中、Rf、T、R、n、s、a、bおよびcは、上記式(2a)および(2b)に関する記載と同意義である。
 dおよびfは0または1である。
 hおよびjは1または2である。
 iおよびkは2以上20以下の整数である。
 Zはフッ素原子または低級フルオロアルキル基を表す。低級フルオロアルキル基は、例えば炭素数1~3のフルオロアルキル基、好ましくは炭素数1~3のパーフルオロアルキル基、より好ましくはトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、更に好ましくはトリフルオロメチル基である。代表的には、Zはフッ素原子であり、dおよびfは1である。
 Siに結合した加水分解可能な基およびパーフルオロポリエーテル基を有する含フッ素シラン化合物の更に別の例として、以下の一般式(3)で表される化合物(1種または2種以上の混合物であってよい)が挙げられる。
 Rf[-L -X-R31-Si(OR32   ・・・(3)
 式中、Rfはパーフルオロポリエーテル基を表し、好ましくは炭素数1~300のパーフルオロポリエーテル基である:ただし、末端炭素原子に結合するフッ素原子の全部または一部は水素原子であってもよい。
 pは0または1を表す。
 qは1または2を表す。
 R31はアルキレン基を表し、好ましくは炭素数1~3のアルキレン基である。
 -OR32は、Siに結合したアルコキシ基であり、R32はアルキル基を表し、好ましくは炭素数1~3のアルキル基である。
 Lは-CO-を表す。
 Xは-O-、-NR33-、-S-、-SO-、-SONR33-および-NR33CO-からなる群より選択される基、好ましくは-O-を表す。R33は水素原子または炭素数3以下のアルキル基を表す。
 また、本発明に用いる含フッ素シラン化合物は、パーフルオロポリエーテル基を有していなくてもよい。Siに結合した加水分解可能な基を有する含フッ素シラン化合物の他の例として、以下の一般式(4)で表される化合物(1種または2種以上の混合物であってよい)が挙げられる。
 (Rf-LSiT 4-n-r   ・・・(4)
 式中、(Rf-L)-、TおよびRはいずれもSiに結合した基である。
 Rfは炭素数1~20の直鎖、分岐、環状の含フッ素アルキル基、または炭素数6~14の含フッ素芳香族基を表す。
 Lは炭素数10以下の2価の連結基を表す。2価の連結基は、好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~5のアルキレン基であってよく、このアルキレン基は、直鎖、分枝、置換(例えば、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、カルボキシル基、エポキシ基、アルキル基、アリール基等による)または無置換の、内部に連結基(例えばエーテル、エステル、アミド)を有していてよい。
 Tは水酸基または加水分解可能な基を表す。加水分解可能な基の例としては、-OA、-OCOA、-O-N=C(A)、-N(A)、-NHA、ハロゲン(これら式中、Aは、置換または非置換の炭素数1~3のアルキル基を示す)などが挙げられ、好ましくは-OA(アルコキシ基)である。Aの例には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などの非置換アルキル基;クロロメチル基などの置換アルキル基が含まれる。それらの中でも、アルキル基、特に非置換アルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。水酸基は、特に限定されないが、加水分解可能な基が加水分解して生じたものであってもよい。
 Rは水素原子または炭素数1~22のアルキル基を表し、好ましくは炭素数1~22のアルキル基、より好ましくは炭素数1~3のアルキル基である。
 nおよびrは1以上3以下の整数であって、nおよびrの和は4以下である。
 なお、rは0であってもよいが、撥水性、撥油性、防汚性、表面滑り性(または潤滑性)などの機能を発揮するには、rは1以上3以下の整数であることが好ましい。
 Siに結合した加水分解可能な基およびパーフルオロポリエーテル基を有する含フッ素シラン化合物の別の例として、以下の一般式(5a)および(5b)のいずれかで表される化合物(1種または2種以上の混合物であってよい)が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 これら式中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し、好ましくは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~3のアルキル基である。好ましくは、上記1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいアルキル基は、末端炭素原子がCFH-であり他のすべての炭素原子がフッ素により全置換されているフルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基であり、より好ましくはパーフルオロアルキル基である。
 PFPEは、それぞれ独立して、-(OC-(OC-(OC-(OCF-を表し、ここに、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびdの和は少なくとも1、好ましくは1~100である。添え字a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である。これら繰り返し単位のうち、-(OC)-は、-(OCFCFCFCF)-、-(OCF(CF)CFCF)-、-(OCFCF(CF)CF)-、-(OCFCFCF(CF))-、-(OC(CFCF)-、-(OCFC(CF)-、-(OCF(CF)CF(CF))-、-(OCF(C)CF)-および-(OCFCF(C))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCFCFCFCF)-である。-(OC)-は、-(OCFCFCF)-、-(OCF(CF)CF)-および-(OCFCF(CF))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCFCFCF)-である。-(OC)-は、-(OCFCF)-および-(OCF(CF))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCFCF)-である。
 Xおよびαは、上記式(2a)および(2b)に関する記載と同意義である。
 好ましい態様において、Xは2~4価の有機基であり、αは1~3であり、より好ましくは、Xは2価の有機基であり、αは1である。
 Yは、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、水酸基、加水分解可能な基、または炭化水素基を表す。加水分解可能な基は、上記R12に関する記載と同様のものが挙げられる。水酸基は、特に限定されないが、加水分解可能な基が加水分解して生じたものであってよい。
 上記Yは、好ましくは、水酸基、-OR(式中、RはC1-12アルキル基、好ましくはC1-6アルキル基、より好ましくはC1-3アルキル基を表す)、C1-12アルキル基、C2-12アルケニル基、C2-12アルキニル基、またはフェニル基であり、より好ましくは、-OCH、-OCHCH、-OCH(CH)である。これらの基は、例えば、フッ素原子、C1-6アルキル基、C2-6アルケニル基、およびC2-6アルキニル基から選択される1個またはそれ以上の置換基により置換されていてもよい。
 上記Qは、各出現において、それぞれ独立して、-Z-SiR13 14 3-pを表す。
 上記Zは、各出現において、それぞれ独立して、2価の有機基を表す。好ましくは、Zは、C1-6アルキレン基、-(CHs’-O-(CHt’-(式中、s’は、1~6の整数であり、t’は、1~6の整数である)または、-フェニレン-(CHu’-(式中、u’は、0~6の整数である)であり、より好ましくはC1-3アルキレン基である。これらの基は、例えば、フッ素原子、C1-6アルキル基、C2-6アルケニル基、およびC2-6アルキニル基から選択される1個またはそれ以上の置換基により置換されていてもよい。
 上記R13は、各出現において、それぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表す。好ましくは、R13は、-OR(式中、Rは、置換または非置換のC1-3アルキル基、より好ましくはメチル基を表す)である。
 上記R14は、各出現において、それぞれ独立して、炭素数1~22のアルキル基、またはQ’を表す。
 上記Q’は、Qと同意義であり、
 上記pは、各QおよびQ’において、それぞれ独立して、0~3の整数であって、pの総和は1以上である。各QまたはQ’において、上記pが0である場合、そのQまたはQ’中のSiは、水酸基および加水分解可能な基を有しないことになる。このような水酸基および加水分解可能な基が存在しない場合、基材との接着力が低く、耐久性が低くなる。したがって、QまたはQ’中の少なくとも1つのSiは、少なくとも1つの水酸基または加水分解可能な基を有している必要がある。換言すれば、上記pの総和は、少なくとも1以上でなければならない。
 パーフルオロポリエーテル基を有する分子主鎖の末端のSi原子に結合する、-Q-Q’0-5鎖の末端のQ’(Q’が存在しない場合、Q)において、上記pは、好ましくは2以上、例えば2または3であり、より好ましくは3である。ここに、末端とは、-Q-Q’0-5鎖の主鎖の末端のみならず、分枝鎖における末端も含む。即ち、-Q-Q’0-5鎖が分枝鎖を形成する場合、末端は複数存在する。
 上記QにおけるR14の少なくとも1つがQ’である場合、Q中にZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子が2個以上存在する。かかるZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子の数は最大で5個である。なお、「Q中のZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子の数」とは、Q中において直鎖状に連結される-Z-Si-の繰り返し数と等しくなる。
 上記kは、1~3から選択される整数であり、好ましくは2以上、より好ましくは3である。kを3とすることにより、基材との結合が強固となり、高い摩擦耐久性を得ることができる。
 使用するシラン化合物は、シラン系膜に所望される機能、具体的には、撥水性、撥油性、防汚性、表面滑り性(または潤滑性)などに応じて適宜選択してよい。
 具体的なシラン化合物としては、例えば、ダイキン工業株式会社のオプツール(登録商標)シリーズ(例えば、オプツールDSX-E、オプツールAES、オプツールUD500等)や信越化学工業株式会社のKY-130、KY-178、KY-185、また、ダウコーニング社のDC2634などを使用することができる。
 前駆体膜の形成は、上記のようなSiに結合した加水分解可能な基を有するシラン化合物を、単独でまたは該化合物を含む膜形成用組成物として、基材の表面を被覆するように適用することにより実施できる。
 上記膜形成用組成物は、含フッ素オイルとして理解され得るフルオロポリエーテル化合物、好ましくはパーフルオロポリエーテル化合物を含んでいてもよい(以下、「含フッ素オイル」と言う)。含フッ素オイルは、シラン系膜の表面滑り性を一層向上させるのに寄与する。
 膜形成用組成物中、上記シラン系化合物の合計100質量部に対して、含フッ素オイルは、例えば0~80質量部、好ましくは0~40質量部で含まれ得る。
 かかる含フッ素オイルとしては、以下の一般式(6)で表される化合物(パーフルオロポリエーテル化合物)が挙げられる。
 R21-(OC4F8)s’-(OC3F6)a’-(OC2F4)b’-(OCF2)c’-R22   ・・・(6)
 式中、R21は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し、好ましくは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~3のアルキル基である。好ましくは、上記1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいアルキル基は、末端炭素原子がCFH-であり他のすべての炭素原子がフッ素により全置換されているフルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基であり、より好ましくはパーフルオロアルキル基である。
 R22は、水素原子、フッ素原子、または1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し、好ましくは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~3のアルキル基である。好ましくは、上記1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいアルキル基は、末端炭素原子がCFH-であり他のすべての炭素原子がフッ素により全置換されているフルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基であり、より好ましくはパーフルオロアルキル基である。
 a’、b’、c’およびs’は、ポリマーの主骨格を構成するパーフルオロポリエーテルの3種の繰り返し単位数をそれぞれ表し、互いに独立して0以上300以下の整数であって、a’、b’、c’およびs’の和は少なくとも1、好ましくは1~100である。添字a’、b’、c’またはs’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。これら繰り返し単位のうち、-(OC)-は、-(OCFCFCFCF)-、-(OCF(CF)CFCF)-、-(OCFCF(CF)CF)-、-(OCFCFCF(CF))-、-(OC(CFCF)-、-(OCFC(CF)-、-(OCF(CF)CF(CF))-、-(OCF(C)CF)-および-(OCFCF(C))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCFCFCFCF)-である。-(OC)-は、-(OCFCFCF)-、-(OCF(CF)CF)-および-(OCFCF(CF))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCFCFCF)-である。-(OC)-は、-(OCFCF)-および-(OCF(CF))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCFCF)-である。
 上記一般式(6)で表されるパーフルオロポリエーテル化合物の例として、以下の一般式(6a)および(6b)のいずれかで示される化合物(1種または2種以上の混合物であってよい)が挙げられる。
R21-(OCF2CF2CF2)a’’-R22             ・・・(6a)
R21-(OCF2CF2CF2CF2)s’’-(OCF2CF2CF2)a’’-(OCF2CF2)b’’-(OCF2)c’’-R22  ・・・(6b)
 これら式中、R21およびR22は上記の通りであり;式(6a)中、a’’は1以上100以下の整数であり;式(6b)中、a’’およびs’’はそれぞれ独立して0以上30以下の整数であり、b’’およびc’’はそれぞれ独立して1以上300以下の整数である。これら式中、添字a’’、b’’、c’’またはs’’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。
 一般式(6a)で示される化合物および一般式(6b)で示される化合物は、それぞれ単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。一般式(6a)で示される化合物よりも、一般式(6b)で示される化合物を用いるほうが、より高い表面滑り性が得られるので好ましい。これらを組み合わせて用いる場合、一般式(6a)で表される化合物と、一般式(6b)で表される化合物とを、質量比1:1~1:30で使用することが好ましい。かかる質量比によれば、表面滑り性と摩擦耐久性のバランスに優れたシラン系膜を得ることができる。
 また、別の観点から、含フッ素オイルは、一般式Rf-F(式中、Rfは上記の通りである)で表される化合物であってよい。Rf-Fで表される化合物は、上記一般式(1a)、(1b)、(2a)、(2b)、(3)および(4)のいずれかで表される化合物と高い親和性が得られる点で好ましい。
 含フッ素オイルは、1000~30000の平均分子量を有していてよい。これにより、高い表面滑り性を得ることができる。代表的には、一般式(6a)で表される化合物の場合には、2000~6000の平均分子量を有することが好ましく、一般式(6b)で表される化合物の場合には、8000~30000の平均分子量を有することが好ましい。これら平均分子量の範囲では、高い表面滑り性を得ることができる。
 また、上記膜形成用組成物は、更に、シリコーンオイルとして理解され得るシリコーン化合物(以下、「シリコーンオイル」と言う)を含んでいてもよい。シリコーンオイルは、シラン系膜の表面滑り性を向上させるのに寄与する。
 膜形成用組成物中、上記シラン化合物の合計100質量部に対して、シリコーンオイルは、例えば0~300質量部、好ましくは50~200質量部で含まれ得る。
 かかるシリコーンオイルとしては、例えばシロキサン結合が2000以下の直鎖状または環状のシリコーンオイルを用い得る。直鎖状のシリコーンオイルは、いわゆるストレートシリコーンオイルおよび変性シリコーンオイルであってよい。ストレートシリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルが挙げられる。変性シリコーンオイルとしては、ストレートシリコーンオイルを、アルキル、アラルキル、ポリエーテル、高級脂肪酸エステル、フルオロアルキル、アミノ、エポキシ、カルボキシル、アルコールなどにより変性したものが挙げられる。環状のシリコーンオイルは、例えば環状ジメチルシロキサンオイルなどが挙げられる。
 前駆体膜の被覆方法は、特に限定されない。例えば、湿潤被覆法および乾燥被覆法を使用できるが、生産性が高いことから湿潤被覆法が好ましい。
 湿潤被覆法の例としては、浸漬コーティング、スピンコーティング、フローコーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、グラビアコーティングおよび類似の方法が挙げられる。
 乾燥被覆法の例としては、真空蒸着、スパッタリング、CVD(Chemical Vapor Deposition)および類似の方法が挙げられる。真空蒸着法の具体例としては、抵抗加熱、電子ビーム、高周波加熱、イオンビームおよび類似の方法が挙げられる。CVD方法の具体例としては、プラズマ-CVD、光学CVD、熱CVDおよび類似の方法が挙げられる。
 更に、常圧プラズマ法による被覆も可能である。
 湿潤被覆法を使用する場合、シラン化合物(単独または該化合物を含む組成物の形態であってよい)は、溶媒で希釈されてから基材表面に適用され得る。シラン化合物または組成物の安定性および溶媒の揮発性の観点から、次の溶媒が好ましく使用される:
炭素数5~12のパーフルオロ脂肪族炭化水素(例えば、パーフルオロヘキサン、パーフルオロメチルシクロヘキサンおよびパーフルオロ-1,3-ジメチルシクロヘキサン);ポリフルオロ芳香族炭化水素(例えば、ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン);ポリフルオロ脂肪族炭化水素;ヒドロフルオロエーテル(HFE)(例えば、パーフルオロプロピルメチルエーテル(COCH)、パーフルオロブチルメチルエーテル(COCH)、パーフルオロブチルエチルエーテル(COC)、パーフルオロヘキシルメチルエーテル(CCF(OCH)C)などのアルキルパーフルオロアルキルエーテル(パーフルオロアルキル基およびアルキル基は直鎖または分枝状であってよい))など。これらの溶媒は、単独で、または、2種以上の混合物として用いることができる。なかでも、ヒドロフルオロエーテルが好ましく、パーフルオロブチルメチルエーテル(COCH)および/またはパーフルオロブチルエチルエーテル(COC)が特に好ましい。
 前駆体膜の形成は、前駆体膜中でシラン化合物が、加水分解および脱水縮合のための触媒と共に存在するように実施することもできる。簡便には、湿潤被覆法による場合、シラン化合物(単独または該化合物を含む組成物の形態であってよい)を溶媒で希釈した後、基材表面に適用する直前に、シラン化合物の希釈液に触媒を添加してよい。乾燥被覆法による場合には、触媒添加したシラン化合物をそのまま真空蒸着処理するか、あるいは鉄や銅などの金属多孔体に、触媒添加したシラン化合物を含浸させたペレット状物質を用いて真空蒸着処理をしてもよい。
 触媒には、任意の適切な酸または塩基を使用できる。酸触媒としては、例えば、酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸などを使用できる。また、塩基触媒としては、例えばアンモニア、有機アミン類などを使用できる。
 以上のようにして前駆体膜を基材表面に形成した後、該前駆体膜が形成された基材にマイクロ波を照射する。
 本発明で照射するマイクロ波の周波数は、特に限定されないが、好ましくは300MHz~300GHzであり、例えば、ITU(International Telecommunication Union)で規定される中心周波数が433.92MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz、24.125GHz、61.25GHz、122.5GHz、または245GHzのマイクロ波が用いられ、代表的には中心周波数2.45GHzのマイクロ波が用いられる。当該周波数を用いることにより、前駆体膜が形成された基材、および加水分解可能な基に作用する水分子が効率的に加熱され、シラン系膜の形成が促進される。
 本発明で照射するマイクロ波の出力は、特に限定されないが、好ましくは100W~20kW、より好ましくは5~15kW、特に好ましくは10kWである。出力を100W以上とすることにより、前駆体膜が効率的に加熱され、シラン系膜の形成が促進される。また、出力を20kW以下とすることにより、基材へのダメージを抑えることができる。
 本発明で照射するマイクロ波の照射時間は、マイクロ波の出力、前駆体膜の成分、水分の有無(後述する)等に応じて変化し得るが、一般的には0.1~10分、好ましくは1~3分である。本発明の方法は、このような短時間でシラン系膜を形成できることから、工業的に有利である。
 また、前駆体膜にマイクロ波を照射する前あるいは照射中に、前駆体膜に水分を供給してもよい。前駆体膜に水分を供給することにより、前駆体膜の加水分解可能な基の加水分解が促進され、高い摩擦耐久性を有するシラン系膜を得ることができる。
 前駆体膜に水分を供給する方法は、特に限定されず、例えば、水分の噴霧、水蒸気(スチーム)、過熱水蒸気の吹付けなどの方法が挙げられる。
 また、系内を、例えば80℃~250℃、好ましくは80℃~180℃、さらに好ましくは100℃~150℃に維持することにより、基材および形成したシラン系膜に水滴が付着することを防止することができ、これによりシラン系膜形成後の乾燥工程を省くことができる。
 以上により、基材の表面に、前駆体膜に由来するシラン系膜が形成される。これにより得られるシラン系膜は、高い摩擦耐久性を有する。また、このシラン系膜は、高い摩擦耐久性に加えて、使用するシラン系化合物にもよるが、撥水性、撥油性、防汚性(例えば指紋等の汚れが付くのを防止する)、表面滑り性(または潤滑性、例えば指紋等の汚れの拭き取り性)などを有し得、機能性薄膜として好適に利用され得る。
 本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、本発明の方法によりシラン系膜の摩擦耐久性が向上する理由は次のように考えられる。シラン系膜の形成においては、前駆体膜に熱を加えることにより膜形成を促進することができる。しかしながら、一般的な乾燥空気を媒体とする加熱では、熱の伝導が効率的でなく、また温度のムラも生じやすい。一方、本発明の方法では、マイクロ波を照射することにより、前駆体膜が形成された基材が、直接的かつ均一に同時加熱されるので、非常に効率的に膜形成反応が進行する。また、前駆体膜に水分を供給することにより、前駆体膜のSiに結合した加水分解可能な基に水が作用して速やかに加水分解が生じる。そして、前駆体膜が形成された基材はマイクロ波により加熱されているので、シラン化合物同士の脱水縮合およびシラン化合物と基材の表面に存在する反応性基(例えば水酸基など)との間の反応(例えば脱水縮合)が速やかに生じる。この結果、シラン系膜そのものの膜強度およびシラン系膜と基材の表面との間の付着強度が増加し、よって、高い摩擦耐久性を有するシラン系膜が得られるものと考えられる。
 これによって得られるシラン系膜を有する物品は、特に限定されるものではないが、光学部材であり得る。光学部材の例には、次のものが挙げられる:眼鏡などのレンズ;PDP、LCDなどの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;携帯電話、携帯情報端末などの機器のタッチパネルシート;プルーレイ(Blu-ray)(登録商標)ディスク、DVDディスク、CD-R、MOなどの光ディスクのディスク面;光ファイバーなど。
 シラン系膜の厚さは、特に限定されない。光学部材の場合、シラン系膜の厚さは、1~30nm、好ましくは1~15nmの範囲であることが、光学性能、摩擦耐久性および防汚性の点から好ましい。
 以上、本発明の製造方法によって得られるシラン系膜を有する物品について説明したが、これらは上記で例示したものに限定されない。
 以下、本発明の物品の製造方法について、実施例を通じてより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
 ・膜形成用組成物の調製
 下記の式で表される化合物(分子量約4000)を主成分とする組成物0.1重量部と、ハイドロフルオロエーテル(スリーエム社製、ノベックHFE7200(パーフルオロブチルエーテル))99.9重量部とを混合して、膜形成用組成物を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式中、nnの平均値は20であり、mの平均値は3である。)
 ・基材および前処理
 基材として化学強化ガラス(コーニング社製、「ゴリラ」ガラス、厚さ0.55mm、平面寸法55mm×100mm)を用いた。基材(化学強化ガラス)を、大気圧プラズマ発生装置(エナーコン社プラズマ処理装置「Dyne-A-Mite IT」)を用いて、基材表面をプラズマ処理により洗浄および活性化した。
 ・前駆体膜の形成
 2流体ノズルを搭載したスプレー塗布装置(東邦化成社製)を用いて、上記で調製した膜形成用組成物を基材の表面に均一にスプレー塗布した。膜形成用組成物の塗布量は、基材1枚に対して0.2ml(塗布液流量3.0ml/min)とした。これにより、基材表面に前駆体膜を形成した。
 ・後処理
 次に、上記の前駆体膜が形成された基材を、マイクロ波発生装置(ミクロ電子社製)中に設置した。次いで、周波数2.45GHz、出力10kWのマイクロ波を1分間照射し、その後、装置から基材を取り出した。このようにして前駆体膜に由来する含フッ素シラン系膜を基材表面に形成した。
(実施例2)
 後処理の際に、水蒸気(流量40L/h)および熱風(120℃)を導入しながらマイクロ波を照射したこと以外は、実施例1と同様にして前駆体膜に由来する含フッ素シラン系膜を基材表面に形成した。
(実施例3)
 膜形成用組成物の調製に用いる含フッ素シラン化合物として、下記式で示される化合物を用いたこと以外は実施例1と同様にして、前駆体膜に由来する含フッ素シラン系膜を基材表面に形成した。ただし、nの平均値は20である。
  CF3CF2CF2O(CF2CF2CF2O) CF2CF2CH2OCH2CH2CH2Si[CH2CH2CH2Si(OCH3)3]3
(実施例4)
 後処理の際に、水蒸気(流量40L/h)および熱風(120℃)を導入しながらマイクロ波を照射したこと以外は、実施例3と同様にして前駆体膜に由来する含フッ素シラン系膜を基材表面に形成した。
(実施例5)
 膜形成用組成物の調製に用いる含フッ素シラン化合物として、下記式で示される化合物を用いたこと以外は実施例1と同様にして、前駆体膜に由来する含フッ素シラン系膜を基材表面に形成した。ただしnの平均値は15、mの平均値は16である。
  CF3O(CF2CF2O) (CF2O) CF2CH2OCH2CH2CH2Si[CH2CH2CH2Si(OCH3)3]3
(実施例6)
 後処理の際に、水蒸気(流量40L/h)および熱風(120℃)を導入しながらマイクロ波を照射したこと以外は、実施例5と同様にして前駆体膜に由来する含フッ素シラン系膜を基材表面に形成した。
(比較例1)
 後処理が従来のように通常乾燥であること、すなわち、前駆体膜が形成された基材を、電気炉において120℃で1時間加熱して乾燥したこと以外は、実施例1と同様にして前駆体膜に由来する含フッ素シラン系膜を基材表面に形成した。
(比較例2)
 後処理が従来のように通常乾燥であること、すなわち、前駆体膜が形成された基材を、電気炉において120℃で1時間加熱して乾燥したこと以外は、実施例3と同様にして前駆体膜に由来する含フッ素シラン系膜を基材表面に形成した。
(比較例3)
 後処理が従来のように通常乾燥であること、すなわち、前駆体膜が形成された基材を、電気炉において120℃で1時間加熱して乾燥したこと以外は、実施例5と同様にして前駆体膜に由来する含フッ素シラン系膜を基材表面に形成した。
 実施例および比較例の後処理条件を下記表1にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
(評価)
 以上の実施例および比較例にて基材表面に形成された含フッ素シラン系膜について、水の静的接触角を測定した。水の静的接触角は、接触角測定装置(協和界面科学社製)を用いて、水1μLにて実施した。
 まず、初期評価として、含フッ素シラン系膜形成後、膜表面に未だ何も触れていない状態で、水の静的接触角を測定した(摩擦回数 ゼロ回)。
 その後、摩擦耐久性評価として、スチールウール摩擦耐久性評価を実施した。具体的には、含フッ素シラン系膜を形成した基材を水平配置し、スチールウール(番手♯0000、寸法10mm×10mm×5mm)を含フッ素シラン系膜の露出上面に接触させ、その上に1000gfの荷重を付与し、その後、荷重を加えた状態でスチールウールを140mm/秒の速度で往復させた。往復回数2000回毎に水の静的接触角(度)を測定した。接触角の測定値が100度未満となった時点で評価を中止した。結果を表2に示す。また、同じ含フッ素シラン化合物を用いる、実施例1および2ならびに比較例1の結果を図1に、実施例3および4ならびに比較例2の結果を図2に、実施例5および6ならびに比較例3の結果を図3にそれぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
 表2および図1~3から理解されるように、150℃の乾燥空気での通常乾燥により後処理した場合と比較して、マイクロ波を用いて後処理することにより、含フッ素シラン系膜の摩擦耐久性が大幅に向上することが確認された。
 これは、通常乾燥が乾燥空気を媒体として基材を加熱するのに対して、マイクロ波は基材そのものを直接加熱するため、効率よく反応が進行するためと考えられる。
 また、マイクロ波と水蒸気を組み合わせた実施例2、4および6は、水蒸気を用いない実施例1、3および5と比較して、含フッ素シラン系膜の摩擦耐久性がさらに向上することが確認された。
 これは、水蒸気を用いることにより前駆体膜の加水分解可能な基に水が作用して速やかに加水分解が進行し、強固な含フッ素シラン系膜が形成されるためと考えられる。
 本発明は、種々多様な基材、特に透過性が求められる光学部材の表面に、シラン系膜を形成するために好適に利用され得る。

Claims (22)

  1.  基材および該基材の表面を被覆するシラン系膜を含む物品の製造方法であって、
     (a)基材の表面に、Siに結合した加水分解可能な基を有するシラン化合物を含む前駆体膜を形成し、
     (b)該前駆体膜が形成された基材にマイクロ波を照射して、該基材の表面に該前駆体膜に由来するシラン系膜を形成する
    ことを含む、製造方法。
  2.  前記(b)において、マイクロ波照射と同時に前駆体膜に水分を供給することを含む、請求項1記載の製造方法。
  3.  水分が水蒸気として供給される、請求項1に記載の製造方法。
  4.  マイクロ波の周波数が、300MHz~300GHzの周波数帯から選択される、請求項1~3のいずれかに記載の製造方法。
  5.  マイクロ波出力が、100W~20kWである、請求項1~4のいずれかに記載の製造方法。
  6.  シラン化合物が、含フッ素シラン化合物である、請求項1~5のいずれかに記載の製造方法。
  7.  シラン化合物が、パーフルオロポリエーテル基を更に有する、請求項1~6のいずれかに記載の製造方法。
  8.  含フッ素シラン化合物が、以下の一般式(1a)および(1b)のいずれか
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (これら式中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し、
     a、b、cおよびsはそれぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびsの和は少なくとも1であり、a、b、cまたはsを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり、
     dおよびfは0または1であり、
     eおよびgは0以上2以下の整数であり、
     mおよびlは、1以上10以下の整数であり、
     Xは水素原子またはハロゲン原子を表し、
     Yは水素原子または低級アルキル基を表し、
     Zはフッ素原子または低級フルオロアルキル基を表し、
     Tは水酸基または加水分解可能な基を表し、
     Rは水素原子または炭素数1~22のアルキル基を表し、
     nは1以上3以下の整数である。)
    で表される少なくとも1種の化合物を含む、請求項6または7に記載の製造方法。
  9.  Rfが、炭素数1~16のパーフルオロアルキル基である、請求項8に記載の製造方法。
  10.  含フッ素シラン化合物が、以下の一般式(2a)および(2b)のいずれか
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (これら式中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し、
     PFPEは、-(OC-(OC-(OC-(OCF-を表し、
     a、b、cおよびsはそれぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびsの和は少なくとも1であり、a、b、cまたはsを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり、
     Xは、それぞれ独立して、2~7価の有機基を表し、
     Tは水酸基または加水分解可能な基を表し、
     Rは水素原子または炭素数1~22のアルキル基を表し、
     nは1以上3以下の整数であり、
     αは、それぞれ独立して、1~6の整数である。)
    で表される少なくとも1種の化合物を含む、請求項6または7に記載の製造方法。
  11.  Rfが、炭素数1~16のパーフルオロアルキル基である、請求項10に記載の製造方法。
  12.  Xが2価の有機基であり、αが1である、請求項10または11に記載の製造方法。
  13.  含フッ素シラン化合物が、以下の一般式(3)
     Rf[-L -X-R31-Si(OR32   ・・・(3)
    (式中、Rfはパーフルオロポリエーテル基を表し:ただし、末端炭素原子に結合するフッ素原子の全部または一部は水素原子であってもよく、
     pは0または1を表し、
     qは1または2を表し、
     R31はアルキレン基を表し、
     R32はアルキル基を表し、
     Lは-CO-を表し、
     Xは-O-、-NR33-、-S-、-SO-、-SONR33-および-NR33CO-からなる群より選択される基を表し、R33は水素原子または炭素数3以下のアルキル基を表す。)
    で表される少なくとも1種の化合物を含む、請求項6または7に記載の製造方法。
  14.  含フッ素シラン化合物が、以下の一般式(4)
     (Rf-LSiT 4-n-r   ・・・(4)
    (式中、Rfは炭素数1~20の直鎖、分岐、環状の含フッ素アルキル基、または炭素数6~14の含フッ素芳香族基を表し、
     Lは炭素数10以下の2価の連結基を表し、
     Tは水酸基または加水分解可能な基を表し、
     Rは水素原子または炭素数1~22のアルキル基を表し、
     nおよびrは1以上3以下の整数であって、nおよびrの和は4以下である。)
    で表される少なくとも1種の化合物を含む、請求項6または7に記載の製造方法。
  15.  含フッ素シラン化合物が、以下の一般式(5a)および(5b)のいずれか
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    [式中:
     Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し、
     PFPEは、それぞれ独立して、-(OC-(OC-(OC-(OCF-を表し、ここに、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびdの和は少なくとも1であり、a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり、
     Xは、それぞれ独立して、2~7価の有機基を表し、
     Yは、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、水酸基、加水分解可能な基、または炭化水素基を表し、
     Qは、各出現において、それぞれ独立して、-Z-SiR13 14 3-pを表し、
     Zは、各出現において、それぞれ独立して、2価の有機基を表し:
     R13は、各出現において、それぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表し、
     R14は、各出現において、それぞれ独立して、炭素数1~22のアルキル基、またはQ’を表し、
     Q’は、Qと同意義であり、
     pは、各QおよびQ’において、それぞれ独立して、0~3の整数であって、pの総和は1以上であり、
     Q中、Z基を介して直鎖状に連結されるSiは最大で5個であり、
     kは、1~3の整数であり、
     αは、それぞれ独立して、1~6の整数である。]
    で表される少なくとも1種の化合物を含む、請求項6または7に記載の製造方法。
  16.  Rfが、炭素数1~16のパーフルオロアルキル基である、請求項15に記載の製造方法。
  17.  Xが2価の有機基であり、αが1である、請求項15または16に記載の製造方法。
  18.  請求項1~17のいずれかに記載の製造方法によって得られた物品。
  19.  シラン系膜が防汚性コーティングである、請求項18に記載の物品。
  20.  基材の表面を構成する材料が、水酸基を有する、請求項18または19に記載の物品。
  21.  基材の表面を構成する材料が、ガラス、樹脂、金属、セラミックスからなる群より選択される、請求項18~20のいずれかに記載の物品。
  22.  物品が、光学部材である、請求項18~21のいずれかに記載の物品。
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