WO2020184475A1 - ポリマー部材-無機基材複合体、その製造方法、及びそのためのポリマー部材 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a polymer member-inorganic base material composite, a method for producing the same, and a polymer member for that purpose.
- Polymer members such as polyolefin-based polymer members such as polypropylene, polyethylene, and cycloolefin polymers, are excellent in lightness, mechanical strength, chemical resistance, and the like, and therefore are excellent in resin film, non-woven fabric, automobile parts, and electrical equipment parts. , Widely used in molded products such as camera lenses.
- inorganic materials such as metals, semiconductors, or oxides thereof have mechanical, thermal, optical, and chemical properties different from those of polymer members.
- Patent Document 1 provides a composite material useful for a microchip, a liquid crystal protective film of a television, etc. by integrating an inorganic material and a polyolefin-based resin material without using an adhesive.
- the thin film is formed, and the inorganic material and the polyolefin-based resin material on which the thin film is formed are irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 100 to 200 nm, respectively, and then the polyolefin-based resin material is laminated on the thin film of the inorganic material.
- ultraviolet rays having a wavelength of 100 to 200 nm, respectively
- the present invention provides a useful method for joining a polymer member to an inorganic base material without using an adhesive, a polymer member used for that purpose, and the like.
- ⁇ Aspect 1> To provide a heat-modified polymer layer-inorganic base material composite in which one or more heat-modified polymer layers are adhered to an inorganic base material, and to provide a polymer member via the one or more heat-modified polymer layers.
- the polymer member comprises at least inorganic particles and a polymer.
- ⁇ Aspect 7> Aspects in which the inorganic substrate is selected from the group consisting of metals and semi-metals, metal and semi-metal oxides, metal and semi-metal nitrides, metal and semi-metal carbides, carbon materials, and combinations thereof.
- ⁇ Aspect 8> It has an inorganic base material, one or more heat-modified polymer layers that are in close contact with the inorganic base material, and a polymer member that is in close contact with the inorganic base material via the one or more heat-modified polymer layers.
- the polymer member comprises at least inorganic particles and a polymer. Polymer member-inorganic substrate composite.
- the polymer member is in the form of a film and further contains a coupling agent.
- the additional polymeric member is in the form of a film, further containing inorganic particles, no coupling agent, and in the form of a film.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the polymer member-inorganic base material composite of the present invention.
- the polymer member is bonded to the inorganic substrate via one or more heat-modified polymer layers. Therefore, it is considered that the adhesion of the polymer member to the inorganic base material can be improved.
- the polymer member is directly on one or more heat-modified polymer layers or on one or more heat-modified polymer layers. It can be bonded to a polymer layer that has not been heat-denatured.
- a method for producing a heat-modified polymer layer-inorganic base material composite in which one or more heat-modified polymer layers are in close contact with the inorganic base material is to form a first polymer layer on the inorganic base material.
- the first polymer layer can then be heated to a first heat-modified polymer layer, which can include adhering the first heat-modified polymer layer onto the inorganic substrate.
- the polymer member contains at least inorganic particles and a polymer, and particularly contains at least inorganic particles and a cycloolefin polymer.
- the polymer member contains inorganic particles in this way, it is possible to adjust physical properties such as the refractive index of the polymer member.
- the polymer member comprises at least inorganic particles, a polymer, and a coupling agent, in particular inorganic particles, a cycloolefin polymer, and a silane coupling agent. At least include.
- the adhesion of the polymer member to the heat-modified polymer layer can be further improved.
- the adhesion of the polymer member to the heat-modified polymer layer is lowered due to the inclusion of inorganic particles, the adhesion of the polymer member to the heat-modified polymer layer can be further improved.
- the coupling agent especially the coupling agent adhering to the surface of the inorganic particles, improves the dispersibility of the inorganic particles in the polymer member and the remaining coupling. It is believed that the agent improves the adhesion of the polymer member to the heat-modified polymer layer.
- the inorganic base material used in the method of the present invention may be any inorganic base material, for example, metal and semi-metal, metal and semi-metal oxide, metal and semi-metal nitride, metal and semi-metal carbide. , Carbon materials, and combinations thereof can be selected.
- the metal include aluminum, magnesium, titanium, nickel, chromium, iron, copper, gold, silver, tungsten, zirconium, yttrium, indium, and iridium
- examples of the metalloid include silicon.
- Examples thereof include germanium, GaAs, InGaAs, InAlAs, LiTaO x , NbTaO x , ZnTe, GaSe, GaP, CdTe, diamond, and diamond-like carbon. Therefore, examples of the metal oxide include oxides of these metals, and examples of the semi-metal oxide include oxides of these metalloids. Examples of the oxide of silicon include glass such as quartz glass and soda glass, and examples of the oxide of aluminum include sapphire. Examples of the nitride include aluminum nitride and silicon nitride. Examples of the carbide include silicon carbide. Moreover, as a carbon material, diamond and the like can be mentioned.
- Inorganic substrates especially metals or semimetals, may be subjected to treatments such as ozone treatment and ultraviolet treatment on their surfaces in order to increase functional groups that can be used for bonding with the first heat-denatured polymer layer, such as hydroxyl groups. it can.
- an inorganic material having a melting point higher than the heat-denaturation temperature of the heat-denatured polymer layer can be preferably used.
- the inorganic base material may be in any form, for example, a film shape, a sheet shape, a plate shape (plate shape), a tubular shape, a rod shape, a disk shape, or the like. Further, the inorganic base material may have an arbitrary size.
- a first polymer layer is formed on the inorganic substrate, and the first polymer layer is heated to a first heat-modified polymer layer, whereby the first heat-modified polymer layer is brought into close contact with the inorganic substrate. be able to.
- a second polymer layer is formed on the first heat-modified polymer layer, and the second polymer layer is heated to heat the second heat-modified polymer layer.
- the second heat-modified polymer layer can be brought into close contact with the first heat-modified polymer layer.
- the first heat-modified polymer layer provides good bonding with the inorganic substrate
- the second heat-modified polymer layer is the first heat-modified polymer layer and polymer.
- the degree of heat modification of the second heat-modified polymer layer may be less than the degree of heat modification of the first heat-modified polymer layer in order to provide good bonding with the member.
- a third polymer layer is formed on the second heat-modified polymer layer, and the third polymer layer is heated to heat the third polymer layer.
- the heat-modified polymer layer of 3 can be formed, whereby the third heat-modified polymer layer can be brought into close contact with the second heat-modified polymer layer.
- the second heat-modified polymer layer provides good bonding with the first heat-modified polymer layer
- the third heat-modified polymer layer is the second heat-modified polymer layer.
- the degree of heat modification of the third heat-modified polymer layer may be less than the degree of heat modification of the second heat-modified polymer layer in order to provide good bonding with the polymer layer and the polymer member.
- the degree of heat denaturation of these heat-denaturing polymer layers can be adjusted by the temperature, time, ambient atmosphere, etc. of heating for heat denaturation.
- the degree of heat denaturation of the first heat-modified polymer layer is the degree to which the first heat-modified polymer layer adheres to the inorganic substrate, that is, the inorganic group of the first polymer layer before heat denaturation.
- the adhesion of the first heat-modified polymer layer to the inorganic substrate may be higher than the adhesion to the material.
- the degree of heat modification of the second heat-modified polymer layer is the degree to which the second heat-modified polymer layer adheres to the first heat-modified polymer layer, that is, the degree of heat modification of the second polymer layer before heat modification.
- the adhesion of the second heat-modified polymer layer to the first heat-modified polymer layer may be increased as compared with the adhesion to the heat-modified polymer layer of 1.
- the degree of heat modification of the third heat-modified polymer layer is the degree to which the third heat-modified polymer layer adheres to the second heat-modified polymer layer, that is, the degree of heat modification of the third polymer layer before heat modification.
- the adhesion of the third heat-modified polymer layer to the second heat-modified polymer layer may be increased as compared with the adhesion to the second heat-modified polymer layer.
- the degree of heat denaturation of these heat-denatured polymer layers can be adjusted by, for example, the heating temperature for heat denaturation of the heat-denatured polymer layer, the oxygen concentration in the heating atmosphere, and the like. That is, in order to increase the degree of heat denaturation, the heating temperature can be raised and / or the oxygen concentration in the heating atmosphere can be increased, and conversely, the degree of heat denaturation can be reduced. The heating temperature can be lowered and / or the oxygen concentration in the heating atmosphere can be lowered.
- the heating temperature for heat denaturation of the heat-denatured polymer layer may be 50 ° C. or higher, 100 ° C. or higher, 140 ° C. or higher, 160 ° C. or higher, 180 ° C. or higher, or 200 ° C. or higher, 500 ° C. or lower, 400 ° C. or higher.
- it may be 360 ° C. or lower, 320 ° C. or lower, or 280 ° C. or lower.
- this heating can be performed in an oxygen-containing atmosphere, particularly in air.
- the degree of heat modification of these heat-modified polymer layers is, for example, the oxygen content of the heat-modified polymer constituting the heat-modified polymer layer, specifically, the number of oxygen atoms and carbon atoms contained in the heat-modified polymer layer. It can be evaluated using the ratio of the number of oxygen atoms contained in the heat-modified polymer layer to the total of (the number of oxygen atoms / (the number of oxygen atoms + the number of carbon atoms) ⁇ 100 (%)). In this case, it can be considered that the larger the ratio, the larger the degree of heat denaturation.
- XPS X-ray photoelectron spectroscopy
- K-Alpha Thermofisher Science Tiffic
- Such a ratio (number of oxygen atoms / (number of oxygen atoms + number of carbon atoms) x 100 (%)) is 0.3% or more, 0.5% or more, 1.0% or more, 2.0% or more, Or, when it is 5.0% or more and 50% or less, 30% or less, 20% or less, 10% or less, or 8% or less, it is used as an index indicating the degree of heat modification of the heat-modified polymer layer. Is appropriate.
- this ratio of the first heat-denatured polymer layer and the second heat is 0.1% or more, 0.2% or more, 0.3% or more, 0.4% or more, 0. It may be 5.5% or more, 0.8% or more, 1.0% or more, 2.0% or more, or 3.0% or more, and 10.0% or less, 7.0% or less, 5.0. % Or less, 3.0% or less, 2.0% or less, 1.0% or less, 0.5% or less, 0.3% or less, or 0.1 or less.
- the ratio of the number of oxygen atoms contained in the second heat-modified polymer layer to the total number of oxygen atoms and carbon atoms contained in the second heat-modified polymer layer (that is, the second heat modification).
- the number of oxygen atoms / (number of oxygen atoms + number of carbon atoms) ⁇ 100 (%) ratio of the polymer layer) is the first with respect to the total number of oxygen atoms and carbon atoms contained in the first heat-modified polymer layer.
- the ratio of the number of oxygen atoms contained in the heat-modified polymer layer of 1 that is, the ratio of the number of oxygen atoms / (the number of oxygen atoms + the number of carbon atoms) ⁇ 100 (%) of the first heat-modified polymer layer
- 0.1% or more and 10.0% or less may be small.
- the degree of heat modification of these heat-modified polymer layers can be evaluated by, for example, the IR absorption spectrum of the heat-modified polymer constituting the heat-modified polymer layer.
- IR absorption analyzer for that purpose, Nicolet 6700 (Thermo) Fisher SCIENTIFIC) can be used.
- the intensity of the absorption peak can be determined by reading the maximum value of the absorbance of the absorption peak.
- the first heat denaturation polymer layer The difference in this ratio between adjacent heat-modified polymer layers, such as the difference between this ratio and this ratio in the second heat-modified polymer layer, is 0.1 or more, 0.2 or more, 0.3 or more, 0. It may be 4 or more, 0.5 or more, 0.8 or more, 1.0 or more, 2.0 or more, or 3.0 or more, and 10.0 or less, 7.0 or less, 5.0 or less, 3 It may be 0.0 or less, 2.0 or less, 1.0 or less, 0.5 or less, 0.3 or less, or 0.1 or less.
- the intensity of the absorption peak of CH expansion and contraction vibration (-)) may be smaller than 0.1 or more and 20.0 or less.
- the heating method is not particularly limited, but a method using a heating source such as an oven, a hot plate, infrared rays, a flame, a laser, or a flash lamp can be used.
- a heating source such as an oven, a hot plate, infrared rays, a flame, a laser, or a flash lamp.
- the polymer layer such as the first polymer layer can be formed by coating and / or thermocompression bonding.
- the polymer constituting these polymer layers can be dissolved in a solvent to form a solution, the solution can be coated, and the polymer layer can be dried to form the polymer layer.
- a solution such as a spin coating method, a roll coater method, a spray coating method, a die coater method, an applicator method, a dip coating method, a brush coating, a spatula coating, a roller coating, or a curtain flow coater method is used. Techniques and the like can be mentioned.
- a step of removing the solvent by heating after applying the coating solution can be included.
- the heating conditions can be selected from sufficient temperature, heating time, and atmospheric pressure conditions for removing the solvent from the coating film.
- thermocompression bonding a method of melting or welding a bulk solid, powder, film or the like while applying pressure at will, for example, a hot pressing method, a welding method, or a powder. It can be done by a method such as a painting method.
- the thickness of the polymer layer such as the first polymer layer may be any thickness at which the obtained heat-modified polymer layer can provide good bonding between the inorganic base material and the polymer member, for example. It may be 1 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more, and may be 100 ⁇ m or less, 30 ⁇ m or less, or 10 ⁇ m or less, and further 1000 nm or less, 500 nm or less, or 100 nm or less.
- the heat-modified polymer layer is for joining the polymer member to the inorganic base material through the heat-modified polymer layer. Therefore, it is preferable that the heat-modified polymer layer is composed of the same type of polymer as the polymer constituting the polymer member in order to promote the bonding between the heat-modified polymer layer and the polymer member.
- the polymer layer such as the first polymer layer may be formed of an olefin polymer, for example, a cycloolefin polymer.
- the olefin polymer is a polymer obtained by polymerizing a monomer containing an olefin as a main component, that is, 50% by mass or more, 60% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more of a monomer portion derived from an olefin. It means a polymer obtained by polymerizing a monomer containing 90% by mass or more or 95% by mass or more.
- the olefin polymer examples include a copolymer of ⁇ -olefin and ethylene or propylene such as polyethylene, polypropylene, polybutene, polymethylpentene, propylene-ethylene copolymer and propylene-butene copolymer, and styrene-butadiene-styrene.
- examples thereof include block copolymers, styrene-hexadiene-styrene copolymers, styrene-pentadiene-styrene copolymers, ethylene-propylene-diene copolymers (RPDM), cycloolefin polymers, and the like. It is not limited to only. Each of these olefin polymers may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
- cycloolefin polymers can be mentioned in particular.
- the cycloolefin polymer is a polymer having a cycloolefin moiety in the polymer main chain.
- examples of such a cycloolefin polymer include a ring-opening polymer of a cycloolefin monomer, an addition polymer of a cycloolefin monomer, a copolymer of a cycloolefin monomer and a chain olefin, and the like. It is not limited to such an example.
- the cycloolefin monomer is a compound having a ring structure formed by carbon atoms and having a carbon-carbon double bond in the ring structure.
- Examples of the cycloolefin monomer include dicyclics such as 2-norbornene and norbornene, tricyclics such as dicyclopentadiene and dihydrodicyclopentadiene, tetracyclododecene, ethylidenetetracyclododecene, and funyltetracyclododecene.
- Norbornene-based monomers that are monomers containing norbornene rings such as tetracyclics such as, pentacyclics such as tricyclopentadiene, and seven rings such as tetracyclopentadiene; Examples thereof include monocyclic cycloolefins such as octadiene, but the present invention is not limited to these examples.
- the cycloolefin monomer may have a substituent as long as the object of the present invention is not impaired.
- Cycloolefin polymer is manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., such as Nippon Zeon Co., Ltd., product name: Zeonex series, Zeonoa series, etc., product name: Sumilite series, JSR Co., Ltd., product name: Arton. ⁇ Series, manufactured by Mitsui Kagaku Co., Ltd., product name: Appel series, manufactured by Ticona, product name: Topas, manufactured by Hitachi Kasei Co., Ltd., product name: Optrez series, etc. Can be done.
- the non-heat-modified polymer layer is heat-modified such as the first heat-modified polymer layer.
- the polymer layer and the polymer member are the same type of polymer.
- the heat-modified polymer layer such as the first heat-modified polymer layer, the non-heat-modified polymer layer, and the polymer member are all olefin polymers such as cyclo. It may be made of an olefin polymer.
- the specific material and forming method of the polymer member the above description regarding the heat-modified polymer layer such as the first heat-modified polymer layer can be referred to.
- the polymer member may be a member of any shape, for example, a film or a film.
- the polymer members can be joined by coating or thermocompression bonding, particularly thermocompression bonding.
- the polymer member contains at least inorganic particles and a polymer, and particularly preferably contains at least inorganic particles and a cycloolefin polymer.
- the preferable thickness thereof is 1 cm or less, 5 mm or less, 2 mm or less, 1 mm or less, 500 ⁇ m or less, 200 ⁇ m or less, 100 ⁇ m or less, or 50 ⁇ m or less, and 1 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or more. It is 5 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, or 15 ⁇ m or more.
- the polymer member preferably further contains a coupling agent, and particularly further contains a silane coupling agent.
- Such a polymer member may be an optical member, particularly an antireflection film.
- the polymer member may consist of a plurality of parts, and in particular, the polymer member may be a composite film which is a laminate of a plurality of layers.
- the number of layers of the laminated body is preferably 2 or more, and 500 layers or less, 100 layers or less, 80 layers or less, 60 layers or less, 40 layers or less. Below, it is preferably 30 layers or less, 20 layers or less, 10 layers or less, or 5 layers or less.
- the heat-modified polymer layer such as the first heat-modified polymer layer and the polymer member are preferably the same type of polymer.
- the heat-modified polymer layer such as the first heat-modified polymer layer and the polymer member are all olefins. It may be made of a polymer, such as a cycloolefin polymer.
- the above description regarding the heat-modified polymer layer such as the first heat-modified polymer layer can be referred to.
- inorganic particles examples include any inorganic particles that can be dispersed in the polymer member, and examples of such inorganic particles include metal or semi-metal particles, metal or semi-metal oxides. Alternatively, particles of a fluoride, particles of a compound containing a metal or a semi-metal can be mentioned.
- a metal or metalloid at least one selected from the group consisting of Si, Ge, Al, Mg, Ti, Ni, Cr, Fe, Cu, Au, Ag, W, Zr, Y, In and Ir is used. It can be preferably used, and Si and Ge can be particularly preferably used.
- Examples of the compound containing such a metal or a semi-metal include GaAs, InGaAs, InAlAs, LiTaO x , NbTaO x , ZnTe, GaSe, GaP, CdTe, diamond, diamond-like carbon, and SiC.
- examples of the silicon particles include silicon particles obtained by a laser thermal decomposition method, particularly a laser thermal decomposition method using a CO 2 laser.
- the above-mentioned inorganic particles particularly silicon particles, have a concentration of individual impurity elements of 1,000 ppm or less, 500 ppm or less, 300 ppm or less, 100 ppm or less, 50 ppm or less, 10 ppm or less, or 1 ppm in order to give good optical properties. It may be: When the above-mentioned inorganic particles are silicon particles, examples of such impurities include Group 13 and Group 15 elements.
- the average primary particle size of the inorganic particles is 1 nm or more, or 3 nm or more, and is 10,000 nm or less, 5000 nm or less, 2000 nm or less, 1000 nm or less, 500 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, or It is preferably 10 nm or less.
- the average primary particle size of the particles is directly determined based on the image taken by observation with a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope), a transmission electron microscope (TEM), or the like. By measuring and analyzing a particle group consisting of 100 or more sets, it can be obtained as a number average primary particle diameter.
- SEM Scanning Electron Microscope
- TEM transmission electron microscope
- the particle size is too large, it may be unfavorable because it tends to cause scattering. If the particle size of the particles is too small, the increase in the specific surface area of the particles promotes the activation of the particle surface, and the cohesiveness between the particles becomes remarkably high, which reduces the handleability, which may be unfavorable. ..
- the content ratio of the inorganic particles is, for example, a volume ratio of the polymer to the inorganic particles of 1: 99 to 99: 1, 5: 95 to 95: 5, 10: 90 to 85:15, 20: 80 to 80:20. It can be from 30:70 to 75:25, or 40:60 to 70:30. If the number of inorganic particles is too small, the degree of adjustment of the refractive index or the like of the polymer member may be small, and if the number of inorganic particles is too large, the strength or the like of the polymer member may not be maintained.
- the portion of the polymer member bonded to the heat-modified polymer layer-inorganic substrate composite satisfies the volume ratio of the polymer and the inorganic particles. Is preferable. Therefore, for example, when the polymer member is a composite film which is a laminate of a plurality of layers, the layer bonded to the heat-denatured polymer layer-inorganic substrate composite of the composite film is the polymer and the inorganic particles. It is preferable to satisfy the volume ratio.
- any coupling agent that can be combined with inorganic particles can be used.
- a silane coupling agent for example, a titanate coupling agent, an aluminate coupling agent can be used, and in particular, a silane coupling agent can be used.
- an olefin polymer for example, a cycloolefin polymer is used as the polymer of the polymer member
- the coupling agent is a coupling agent having a functional group having good miscibility with these polymers, for example, an alkyl chain, a cyclohexyl group, or a benzene ring.
- a coupling agent having an alkyl chain having 1 to 30, 1 to 25 or 1 to 20 carbon atoms, a cyclohexyl group, and a benzene ring can be used.
- the coupling agent and / or the hydrolyzed condensate of the coupling agent may be used alone or in combination of two or more.
- octadecyltriethoxysilane OTS
- octyltriethoxysilane triethoxyphenylsilane
- 3-phenylpropyltriethoxysilane cyclohexyltrimethoxysilane
- octadecyltrimethoxysilane octadecyltrichlorosilane, etc.
- 3-Aminopropyltrimethossisisilane 3-aminopropyltriethoxysilane, ⁇ - (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane, ⁇ - (2-aminoethyl) aminopropyltriethoxysilane, ⁇ - (2-amino Ethyl) Aminopropylmethyldimethoxysilane, ⁇ - (2-aminoethyl) aminopropylmethyldiethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltriethoxysilane, N- ⁇ - (N-vinylbenzyl) Aminoethyl) - ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane hydrochloride, N- ⁇ - (N-vinylbenzylaminoethyl) - ⁇ -aminopropyltriethoxysilane hydrochloride
- the content ratio of the coupling agent is, for example, that the mass ratio of the inorganic particles to the coupling agent is 1:99 to 99: 1, 5:95 to 95: 5, 10:90 to 90:10, 20:80 to It can be 80:20, 30:70 to 70:30, or 40:60 to 60:40. If the amount of the coupling agent is too small, the adhesion between the polymer member and the heat-modified polymer layer may be insufficient, and if the amount of the coupling agent is too large, the strength as the polymer member cannot be maintained. In some cases.
- Polymer member-inorganic base material composite In the heat-modified polymer layer-inorganic base material composite that can be used for producing the polymer member-inorganic base material composite of the present invention, one or more heat-modified polymer layers are in close contact with the inorganic base material. Further, in the polymer member-inorganic base material composite of the present invention, the polymer member adheres to the inorganic base material via one or more heat-modified polymer layers of the heat-modified polymer layer-inorganic base material composite of the present invention. doing.
- the polymer members 30, 31 and 32 are the heat-modified polymer layer-inorganic. It is bonded to the inorganic base material 10 via one or more heat-modified polymer layers 20, 21 and 22 of the base material composites 110 and 120.
- the adhesion of the polymer member to the inorganic base material can be improved.
- the polymer member according to the present disclosure may form a composite polymer member together with an additional polymer member containing at least a polymer.
- the description regarding the polymer member can be referred to except that it may not contain inorganic particles.
- Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 >> In Examples 1 to 9, as shown in FIG. 1 (b), the first and second heat-modified polymer layers 21 and 22 and the first and second antireflection as a polymer member are formed on the silicon substrate 10. A laminate having layers 31 and 32 in this order was formed, and the adhesion of the composite antireflection film composed of the first and second antireflection layers to the silicon substrate was evaluated for this laminate.
- Comparative Example 1 a laminate having first and second antireflection layers as polymer members in this order is formed on a silicon substrate, and the first and second antireflection layers are formed on the laminate. The adhesion of the composite antireflection film made of the above to the silicon substrate was evaluated.
- cycloolefin polymer (COP) (Nippon Zeon Co., Ltd., Zeonex TM 480R, glass transition temperature 138 ° C.) was used as a material for both the heat-modified polymer layer and the polymer member. ) was used.
- COP cycloolefin polymer
- COP solution A was obtained by mixing and stirring 7% by mass of COP and 93% by mass of toluene at room temperature.
- COP solution B2 (containing OTS-treated silicon particles)
- b-1 Preparation of silicon particles
- Silicon particles are prepared by a laser pyrolysis (LP: Laser pyrolysis) method using a carbon dioxide laser using monosilane gas as a raw material. Made.
- LP Laser pyrolysis
- the metal impurity content of the obtained silicon particles was measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS)
- the Fe content was 15 ppb
- the Cu content was 18 ppb
- the Ni content was measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS)
- the Fe content was 15 ppb
- the Cu content was 18 ppb
- the Ni content was measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS)
- the Fe content was 15 ppb
- the Cu content was 18 ppb
- the Ni content was measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS)
- the Fe content was 15
- Silicon particles and octadecyltriethoxysilane are placed in a closed container in an amount such that the ratio-weight ratio of silicon particles to OTS is 1: 1 (mass ratio).
- OTS-treated silicon particles were obtained by mixing, heating to 120 ° C., and holding for 3 hours.
- (C-2) Formation of First Antireflection Layer The COP solution B2 obtained as described above is applied onto the second antireflection layer using a doctor blade to obtain a coating film at 110 ° C. By heating to remove the solvent in the coating film, a first antireflection layer having a thickness of 20 ⁇ m was formed on the second antireflection layer having a thickness of 25 ⁇ m.
- the silicon substrate coated with the COP solution A in this way was held on a hot plate heated to 120 ° C. and dried to obtain a silicon substrate with a first polymer layer. Then, the substrate is heat-denatured by holding it on a hot plate heated to 280 ° C. for 1 minute, and the first heat-denatured polymer layer having a film thickness of 23 nm is brought into close contact with the silicon substrate. I let you.
- Second Heat-Modified Polymer Layer COP Solution A was spin-coated on the first heat-modified polymer layer of the silicon substrate obtained as described above. Spin coating was performed by maintaining a rotation speed of 2000 rpm for 20 seconds.
- the silicon substrate coated with the COP solution A in this way was held on a hot plate heated to 120 ° C. and dried to form a second polymer layer on the first heat-modified polymer layer. Then, the substrate is heat-denatured by holding the substrate on a hot plate heated to 200 ° C. for 2 minutes, and the second heat-denatured polymer layer having a thickness of 23 nm is subjected to the first heat. Adhered on the modified polymer layer.
- the first antireflection layer is brought into contact with the second heat-modified polymer layer on the second heat-modified polymer layer of the silicon base material obtained as described above.
- the composite antireflection film obtained as described above is brought into close contact with each other and heat-bonded at a temperature of 115 ° C. and a pressure of 0.2 MPa for 60 minutes to form a composite antireflection film on the second heat-modified polymer layer. It was brought into close contact.
- the obtained evaluation laminate has a first heat-modified polymer layer, a second heat-modified polymer layer, a first antireflection layer, and a second antireflection layer in this order on a silicon substrate. It was.
- a cutter knife was used to make cuts in the composite antireflection film formed on the silicon substrate to reach the silicon substrate at 1 mm intervals. After making 6 cuts, 6 more cuts were made so as to be orthogonal to the cuts to form a grid-like cut.
- a Scotch mending tape (3M, 810, width 24 mm) was attached to the surface of the polymer member, and the tape was rubbed with a finger from above to bring it into close contact, and then the tape was peeled off. The area where the tape was attached and peeled in this way was observed with a stereomicroscope.
- Table 1 shows the preparation conditions and evaluation results of the evaluation laminate of Example 1 having the first and second heat-modified polymer layers and the first and second antireflection layers on the silicon substrate. There is.
- Example 2 The method for forming the second antireflection layer was the spray method (Example 2), and the volume ratio of COP to silicon particles was changed in the COP solution for preparing the COP solution B2 (Example 3).
- Example 3 For evaluation of Examples 2 to 8 having first and second heat-modified polymer layers and first and second antireflection layers on a silicon substrate in the same manner as in Example 1 except for 8). A laminate was obtained.
- the evaluation laminates of Examples 2 to 8 were evaluated in the same manner as in Example 1.
- the preparation conditions and evaluation results for the evaluation laminates of Examples 2 to 8 are shown in Table 1 below.
- COP solution B2' (containing non-OTS-treated silicon particles) was obtained without surface treatment of silicon particles using OTS in the production process of COP solution B2, and this COP solution B2'was used instead of COP solution B2. Except for the above, an evaluation laminate having the first and second heat-modified polymer layers and the first and second antireflection layers was obtained in the same manner as in Example 1. The evaluation laminate of Example 9 was evaluated in the same manner as in Example 1. The preparation conditions and evaluation results for the evaluation laminate of Example 9 are shown in Table 1 below.
- Example 10 An evaluation laminate having first and second heat-modified polymer layers and first to fourth antireflection layers on a silicon substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except for the following points: (I) A fourth coating film having a thickness of 25 ⁇ m was obtained by applying the COP solution B1 on a glass plate using a doctor blade and heating at 110 ° C. to remove the solvent in the coating film. Obtaining an antireflection layer on a glass plate, (Ii) After the above (i), a coating film is obtained by applying COP solution B2 on the fourth antireflection layer using a doctor blade, and heated at 110 ° C. to obtain a solvent in the coating film.
- a third antireflection layer having a thickness of 20 ⁇ m was obtained in the fourth antireflection layer.
- a coating film is obtained by further applying the COP solution B1 on the third antireflection layer using a doctor blade, and the coating film is heated at 110 ° C. in the coating film.
- a second antireflection layer having a thickness of 25 ⁇ m was obtained in the third antireflection layer.
- a coating film is obtained by further applying the COP solution B2 on the second antireflection layer using a doctor blade, and the coating film is heated at 110 ° C. in the coating film.
- a first antireflection layer having a thickness of 20 ⁇ m was obtained on the second antireflection layer.
- Example 10 The evaluation laminate of Example 10 was evaluated in the same manner as in Example 1. The preparation conditions and evaluation results for the evaluation laminate of Example 10 are shown in Table 2 below.
- Example 11 An evaluation laminate having first and second heat-modified polymer layers and first to third antireflection layers on a silicon substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except for the following points: (I) A coating film is obtained by applying the COP solution B1 on a glass plate using a doctor blade, and a third coating film having a thickness of 25 ⁇ m is removed by heating at 110 ° C. to remove the solvent in the coating film. Obtaining an antireflection layer on a glass plate, (Ii) After the above (i), the COP solution B2'used in Example 9, that is, silicon particles not surface-treated by OTS, is contained on the third antireflection layer by using a doctor blade.
- a coating film is obtained by applying the COP solution, and the solvent in the coating film is removed by heating at 110 ° C. to form a second antireflection layer having a thickness of 15 ⁇ m on the third antireflection layer.
- a coating film is obtained by further applying the COP solution B2 on the second antireflection layer using a doctor blade, and the coating film is heated at 110 ° C. in the coating film. By removing the solvent, a first antireflection layer having a thickness of 5 ⁇ m was obtained on the second antireflection layer.
- Example 11 The evaluation laminate of Example 11 was evaluated in the same manner as in Example 1. The preparation conditions and evaluation results for the evaluation laminate of Example 11 are shown in Table 2 below.
- COP1 Cycloolefin polymer (Arton TM (JSR Corporation))
- COP2 Cycloolefin polymer (Zeon Corporation, Zeonex TM 480R, glass transition temperature 138 ° C)
- Reference Examples 1 to 14 and Reference Comparative Examples 1 to 2 COP1 was used as a material for both the heat-modified polymer layer and the polymer member. Further, in Reference Comparative Examples 1 and 2, COP1 was used as the material of the polymer member without using the heat-modified polymer layer.
- a solution for a heat-denatured polymer layer was spin-coated on a silicon substrate as an inorganic substrate. Spin coating was performed by maintaining a rotation speed of 2000 rpm for 20 seconds.
- the silicon substrate coated with the heat-modified polymer layer solution in this way is held on a hot plate heated to 120 ° C., and the heat-modified polymer layer solution is dried to obtain a silicon substrate with a first polymer layer.
- a silicon substrate with a first heat-modified polymer layer having a thickness of 23 nm was obtained and the substrate was heat-modified by holding the substrate on a hot plate heated to 280 ° C. for 1 minute.
- the silicon substrate coated with the solution for the heat-modified polymer layer in this way is held on a hot plate heated to 120 ° C.
- the solution for the heat-modified polymer layer is dried, and the solution for the heat-modified polymer layer is placed on the first heat-modified polymer layer.
- a second polymer layer was formed.
- the substrate is heat-denatured by holding it on a hot plate heated to 200 ° C. for 2 minutes, and a second polymer layer having a film thickness of 23 nm is placed on the first heat-denatured polymer layer.
- the heat-modified polymer layer was brought into close contact.
- the heat-modified polymer layer-inorganic base material composite thus obtained was used as the heat-modified polymer layer-inorganic base material composite of Reference Example 1.
- the silicon substrate coated with the polymer member solution in this way is held on a hot plate heated to 140 ° C. for 10 minutes, the polymer member solution is dried, and a film is formed on the second heat-modified polymer layer. Polymer members with a thickness of 23 nm were joined.
- the polymer member-inorganic base material composite thus obtained was used as the polymer member-inorganic base material composite of Reference Example 1.
- a Scotch mending tape (3M, 810, width 24 mm) was attached to the surface of the polymer member, and the tape was rubbed with a finger from above to bring it into close contact, and then the tape was peeled off. The area where the tape was attached and peeled in this way was observed with a stereomicroscope.
- the silicon substrate coated with the heat-modified polymer layer solution in this way is held on a hot plate heated to 120 ° C.
- the heat-modified polymer layer solution is dried, and the heat-modified polymer layer solution is placed on the second heat-modified polymer layer.
- a third polymer layer was formed.
- the third polymer layer is heat-denatured, and a third having a thickness of 23 nm is placed on the second heat-denatured polymer layer.
- the heat-modified polymer layer was brought into close contact.
- the heat-modified polymer layer-inorganic base material composite thus obtained was used as the heat-modified polymer layer-inorganic base material composite of Reference Example 3A.
- ⁇ Reference comparison example 1> Similar to Reference Example 1 except that COP1 was spin-coated directly on the silicon substrate without forming the first and second heat-modified polymer layers on the silicon substrate as the inorganic substrate. Therefore, a polymer member-inorganic base material composite of Reference Comparative Example 1 was prepared and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in Tables R1 and 2 below.
- the polymer member After forming the first heat-modified polymer layer on the silicon base material as the inorganic base material, the polymer member can be used directly on the first heat-modified polymer layer without forming the second heat-modified polymer layer.
- the polymer member-inorganic substrate composites of Reference Examples 10 to 14 were prepared in the same manner as in Reference Examples 5, 6, 1, 7, and 8 except that the solution was spin-coated, respectively. It was evaluated in the same manner. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in Table R4 below.
- Reference Examples 15 to 20 and Reference Comparative Example 3 As described below, in Reference Examples 15 to 20, COP2 was used as a material for both the heat-modified polymer layer and the film of the polymer member. Further, in Reference Comparative Example 3, COP2 was used as the material of the film of the polymer member without using the heat-modified polymer layer.
- ⁇ Reference comparison example 3> Similar to Reference Example 15 except that COP2 was spin-coated directly on the silicon substrate without forming the first and second heat-modified polymer layers on the silicon substrate as the inorganic substrate. Therefore, a polymer member-inorganic base material composite of Reference Comparative Example 3 was prepared and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in Table R5 below.
- Reference Example 21 and Reference Comparative Example 4 As described below, in Reference Example 21, a polyethylene (PE) film (thickness 30 ⁇ m) was used as a material for both the heat-modified polymer layer and the polymer member. Further, in Reference Comparative Example 4, a polyethylene film (thickness 30 ⁇ m) was used as a material for the polymer member without using the heat-modified polymer layer.
- PE polyethylene
- ⁇ Reference example 21> (Formation of first heat-denatured polymer layer) A silicon substrate with a polyethylene film was obtained by heating the substrate to 120 ° C. and holding it for 1 minute in a state where a polyethylene film (thickness 30 ⁇ m) was placed on a silicon substrate as an inorganic substrate. The polyethylene film was heat-modified by holding it on a hot plate heated to 280 ° C. for 1 minute to obtain a silicon substrate with a first heat-modified polymer layer.
- Reference example 4 Reference example except that the polyethylene film as the polymer member was directly bonded to the silicon base material without forming the first and second heat-modified polymer layers on the silicon base material as the inorganic base material.
- a polymer member-inorganic base material composite of Reference Comparative Example 4 was prepared in the same manner as in Reference Example 1, and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in Table R7 below.
- Reference example 22-27 As described below, in Reference Examples 22 to 27, different polymers were used for the material of the heat-modified polymer layer and the material of the polymer member.
- Reference Example 25 a polyethylene film (thickness 30 ⁇ m) is bonded onto the second heat-modified polymer layer obtained as described above as in Reference Example 21, and the polymer member of Reference Example 25-inorganic.
- a base material composite was prepared and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in Table R8 below.
- Reference Example 27 the solution for the polymer member of COP2 obtained as in Reference Example 15 was spin-coated on the second heat-modified polymer layer obtained as described above, dried, and subjected to Reference Example 26.
- a polymer member-inorganic base material composite was prepared and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in Table R8 below.
- Reference Examples 28 to 30 and Reference Comparative Examples 5 to 7 >> ⁇ Reference Examples 28 to 30> Except that a silicon base material (Reference Example 28), a copper plate (Reference Example 29), and an aluminum plate (Reference Example 30) having a SiN layer formed on the surface were used as the inorganic base material instead of the silicon base material.
- a silicon base material Reference Example 28
- a copper plate Reference Example 29
- an aluminum plate Reference Example 30
- polymer member-inorganic base material composites of Reference Examples 28 to 30 were prepared and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in Table R9 below.
- Reference Comparative Examples 5 to 7 The polymer member-inorganic base material composites of Reference Comparative Examples 5 to 7 were prepared in the same manner as in Reference Examples 28 to 30, except that the heat-modified polymer layer was not used, and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. did. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in the table below.
- Reference comparison examples 8 to 13 As described below, in Reference Comparative Examples 8 to 13, a silicon base material as an inorganic base material was treated with a silane coupling agent, and a polymer member was bonded to the treated surface.
- Example 8 the polymer members are joined by spin coating in the same manner as in Reference Example 15 without forming a heat-denatured polymer layer on the surface of the OTS-treated silicon substrate thus obtained for reference comparison.
- the polymer member-inorganic base material composite of Example 8 was prepared and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in Table R10 below.
- Reference Comparative Example 10 in the same manner as in Reference Comparative Examples 8 and 9, except that 3-phenylpropyltriethoxysilane (PTS) was used instead of octadecyltriethoxysilane (OTS) as the silane coupling agent.
- PTS 3-phenylpropyltriethoxysilane
- OTS octadecyltriethoxysilane
- the polymer member-inorganic base material composites of No. 11 were prepared and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. The preparation conditions and evaluation results of this composite material are shown in Table R10 below.
- Reference Comparative Examples 12 to 13 are the same as those of Reference Comparative Examples 8 and 9, except that 3-aminopropyltriethoxysilane (ATS) was used instead of octadecyltriethoxysilane (OTS) as the silane coupling agent.
- ATS 3-aminopropyltriethoxysilane
- OTS octadecyltriethoxysilane
- the polymer concentration in the polymer solution for forming the heat-modified polymer layer is set to 1% by mass to 7% by mass, and the spin coating rotation speed for forming the heat-modified polymer layer is set to 2000 rpm to 4000 rpm. In this case (Reference Examples 1 to 4), it is understood that the peeling of the polymer member is suppressed as compared with the case where the heat-modified polymer layer is not used (Reference Comparative Example 1).
- Reference Examples 31-36 A solution for the heat-denatured polymer layer was obtained by mixing and stirring 20% by mass of COP1 and 80% by mass of chloroform at room temperature, and the temperature of the hot plate for heat denaturation was set to 400 ° C. (reference example). 31), 320 ° C (Reference Example 32), 280 ° C (Reference Example 33), 240 ° C (Reference Example 34), 200 ° C (Reference Example 35), and 160 ° C (Reference Example 36). In the same manner as in Reference Example 1, a silicon substrate with a heat-denatured polymer layer was obtained on a silicon substrate as an inorganic substrate.
- the X-ray source was a monochromatic AlK ⁇ ray, and the measurement was performed with a photoelectron extraction angle of 0 degrees.
- the O1s peak area was determined by drawing a baseline according to Shirley's method in the range of 527 to 537 eV, and the C1s peak area was determined by drawing a baseline according to Shirley's method in the range of 280 to 290 eV.
- the oxygen concentration and the oxygen concentration on the film surface were obtained by correcting the O1s peak area and the C1s peak area with sensitivity coefficients peculiar to each device.
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Abstract
ポリマー部材-無機基材複合体、その製造方法、並びにそのためのポリマー部材を提供する。ポリマー部材-無機基材複合体210、220を製造する本発明の方法は、無機基材10上に1又は複数の熱変性ポリマー層20、21、22が密着している熱変性ポリマー層-無機基材複合体110、120を提供すること、及び1又は複数の熱変性ポリマー層20、21、22を介して、ポリマー部材30、31、32を無機基材に接合させることを含む。
Description
本発明は、ポリマー部材-無機基材複合体、その製造方法、及びそのためのポリマー部材に関する。
ポリマー部材、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、シクロオレフィンポリマーなどのポリオレフィン系ポリマー部材は、軽さ、機械的強度、耐薬品性などに優れていることから、樹脂フィルム、不織布、自動車用部品、電気機器用部品、カメラレンズなどの成形品に幅広く用いられている。これに対して、金属、半導体、又はそれらの酸化物等の無機材料は、ポリマー部材とは異なる機械的、熱的、光学的、及び化学的性質を有する。
したがって、ポリマー部材を無機基材に接合して、それらの異なる性質を好ましく利用することが検討されている。
これに関して、例えば特許文献1では、接着剤を使用しないで無機材料とポリオレフィン系樹脂材料とを一体化して、マイクロチップ、テレビの液晶保護膜等に有用な複合材料を提供している。具体的には、この特許文献1では、無機材料及びポリオレフィン系樹脂材料を有する複合材料の製造方法であって、無機材料の表面上に親水性基を有する有機材料からなる厚さが1~50nmである薄膜を形成させ、当該薄膜が形成された無機材料及びポリオレフィン系樹脂材料に、それぞれ波長が100~200nmである紫外線を照射した後、当該無機材料の薄膜上に前記ポリオレフィン系樹脂材料を積層し、前記無機材料と前記ポリオレフィン系樹脂材料とを一体化させる方法を提案している。
上記のように、接着剤を使用しないでポリマー部材を無機基材に接合することが好ましい場合がある。したがって、本発明では、接着剤を使用しないでポリマー部材を無機基材に接合するために有益な方法、及びそのために用いられるポリマー部材等を提供する。
本発明の態様としては、下記の態様を挙げることができる。
〈態様1〉
無機基材上に1又は複数の熱変性ポリマー層が密着している熱変性ポリマー層-無機基材複合体を提供すること、及び
前記1又は複数の熱変性ポリマー層を介して、ポリマー部材を前記無機基材に接合させること、
を含み、
前記ポリマー部材が、無機粒子、及びポリマーを少なくとも含む、
ポリマー部材-無機基材複合体の製造方法。
〈態様2〉
前記ポリマー部材が、カップリング剤をさらに含む、態様1に記載の方法。
〈態様3〉
前記ポリマー部材が、膜状又はフィルム状である、態様1又は2に記載の方法。
〈態様4〉
前記ポリマー部材の接合を熱圧着によって行う、態様1~3のいずれか一項に記載の方法。
〈態様5〉
前記1又は複数の熱変性ポリマー層が、オレフィンポリマーで形成されており、かつ前記ポリマー部材の前記ポリマーが、オレフィンポリマーである、態様1~4のいずれか一項に記載の方法。
〈態様6〉
前記オレフィンポリマーが、シクロオレフィンポリマーである、態様5に記載の方法。
〈態様7〉
前記無機基材が、金属及び半金属、金属及び半金属の酸化物、金属及び半金属の窒化物、金属及び半金属の炭化物、炭素材料、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、態様1~6のいずれか一項に記載の方法。
〈態様8〉
無機基材、前記無機基材に密着している1又は複数の熱変性ポリマー層、前記1又は複数の熱変性ポリマー層を介して前記無機基材に密着しているポリマー部材を有し、かつ
前記ポリマー部材が、無機粒子、及びポリマーを少なくとも含む、
ポリマー部材-無機基材複合体。
〈態様9〉
前記ポリマー部材が、カップリング剤をさらに含む、態様8に記載の複合体。
〈態様10〉
前記ポリマー部材が、膜状又はフィルム状である、態様8又は9に記載の複合体。
〈態様11〉
前記1又は複数の熱変性ポリマー層が、オレフィンポリマーで形成されており、かつ前記ポリマー部材の前記ポリマーが、オレフィンポリマーである、態様8~10のいずれか一項に記載の複合体。
〈態様12〉
前記オレフィンポリマーが、シクロオレフィンポリマーである、態様11に記載の複合体。
〈態様13〉
無機粒子、ポリマー、及びカップリング剤を少なくとも含む、ポリマー部材。
〈態様14〉
膜状又はフィルム状である、態様13に記載のポリマー部材。
〈態様15〉
前記無機粒子の平均一次粒径が1~500nmである、態様13又は14に記載のポリマー部材。
〈態様16〉
無機粒子、及びポリマーを少なくとも含む、ポリマー部材、並びに
ポリマーを少なくとも含む、追加のポリマー部材
を有する、複合ポリマー部材。
〈態様17〉
膜状又はフィルム状である、請求項16に記載の複合ポリマー部材。
〈態様18〉
前記無機粒子の平均一次粒径が1~500nmである、態様16又は17に記載の複合ポリマー部材。
〈態様19〉
前記ポリマー部材及び前記追加のポリマー部材のうちの少なくともいずれかが、カップリング剤をさらに含む、態様16~18のいずれか一項に記載の複合ポリマー部材。
〈態様20〉
前記ポリマー部材が、フィルム状であり、かつカップリング剤をさらに含み、
前記追加のポリマー部材が、フィルム状であり、無機粒子をさらに含み、かつカップリング剤を含んでおらず、かつ
フィルム状である、
態様19に記載の複合ポリマー部材。
〈態様21〉
光学用である、態様13~15のいずれか一項に記載のポリマー部材、及び態様16~20のいずれか一項に記載の複合ポリマー部材。
無機基材上に1又は複数の熱変性ポリマー層が密着している熱変性ポリマー層-無機基材複合体を提供すること、及び
前記1又は複数の熱変性ポリマー層を介して、ポリマー部材を前記無機基材に接合させること、
を含み、
前記ポリマー部材が、無機粒子、及びポリマーを少なくとも含む、
ポリマー部材-無機基材複合体の製造方法。
〈態様2〉
前記ポリマー部材が、カップリング剤をさらに含む、態様1に記載の方法。
〈態様3〉
前記ポリマー部材が、膜状又はフィルム状である、態様1又は2に記載の方法。
〈態様4〉
前記ポリマー部材の接合を熱圧着によって行う、態様1~3のいずれか一項に記載の方法。
〈態様5〉
前記1又は複数の熱変性ポリマー層が、オレフィンポリマーで形成されており、かつ前記ポリマー部材の前記ポリマーが、オレフィンポリマーである、態様1~4のいずれか一項に記載の方法。
〈態様6〉
前記オレフィンポリマーが、シクロオレフィンポリマーである、態様5に記載の方法。
〈態様7〉
前記無機基材が、金属及び半金属、金属及び半金属の酸化物、金属及び半金属の窒化物、金属及び半金属の炭化物、炭素材料、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、態様1~6のいずれか一項に記載の方法。
〈態様8〉
無機基材、前記無機基材に密着している1又は複数の熱変性ポリマー層、前記1又は複数の熱変性ポリマー層を介して前記無機基材に密着しているポリマー部材を有し、かつ
前記ポリマー部材が、無機粒子、及びポリマーを少なくとも含む、
ポリマー部材-無機基材複合体。
〈態様9〉
前記ポリマー部材が、カップリング剤をさらに含む、態様8に記載の複合体。
〈態様10〉
前記ポリマー部材が、膜状又はフィルム状である、態様8又は9に記載の複合体。
〈態様11〉
前記1又は複数の熱変性ポリマー層が、オレフィンポリマーで形成されており、かつ前記ポリマー部材の前記ポリマーが、オレフィンポリマーである、態様8~10のいずれか一項に記載の複合体。
〈態様12〉
前記オレフィンポリマーが、シクロオレフィンポリマーである、態様11に記載の複合体。
〈態様13〉
無機粒子、ポリマー、及びカップリング剤を少なくとも含む、ポリマー部材。
〈態様14〉
膜状又はフィルム状である、態様13に記載のポリマー部材。
〈態様15〉
前記無機粒子の平均一次粒径が1~500nmである、態様13又は14に記載のポリマー部材。
〈態様16〉
無機粒子、及びポリマーを少なくとも含む、ポリマー部材、並びに
ポリマーを少なくとも含む、追加のポリマー部材
を有する、複合ポリマー部材。
〈態様17〉
膜状又はフィルム状である、請求項16に記載の複合ポリマー部材。
〈態様18〉
前記無機粒子の平均一次粒径が1~500nmである、態様16又は17に記載の複合ポリマー部材。
〈態様19〉
前記ポリマー部材及び前記追加のポリマー部材のうちの少なくともいずれかが、カップリング剤をさらに含む、態様16~18のいずれか一項に記載の複合ポリマー部材。
〈態様20〉
前記ポリマー部材が、フィルム状であり、かつカップリング剤をさらに含み、
前記追加のポリマー部材が、フィルム状であり、無機粒子をさらに含み、かつカップリング剤を含んでおらず、かつ
フィルム状である、
態様19に記載の複合ポリマー部材。
〈態様21〉
光学用である、態様13~15のいずれか一項に記載のポリマー部材、及び態様16~20のいずれか一項に記載の複合ポリマー部材。
本開示によれば、接着剤を使用しないでポリマー部材を無機基材に接合するために有益な方法、及びそのために用いられるポリマー部材等を提供することができる。
《ポリマー部材-無機基材複合体の製造方法》
ポリマー部材-無機基材複合体を製造する本発明の方法は、
無機基材上に1又は複数の熱変性ポリマー層が密着している熱変性ポリマー層-無機基材複合体を提供すること、及び
この1又は複数の熱変性ポリマー層を介して、ポリマー部材を無機基材に接合させること、
を含む。
ポリマー部材-無機基材複合体を製造する本発明の方法は、
無機基材上に1又は複数の熱変性ポリマー層が密着している熱変性ポリマー層-無機基材複合体を提供すること、及び
この1又は複数の熱変性ポリマー層を介して、ポリマー部材を無機基材に接合させること、
を含む。
理論に限定されるものではないが、ポリマー部材-無機基材複合体を製造する本発明の方法によれば、1又は複数の熱変性ポリマー層を介して、ポリマー部材を無機基材に接合させることによって、無機基材に対するポリマー部材の密着性を改良することができると考えられる。ここで、1又は複数の熱変性ポリマー層を介するポリマー部材と無機基材との接合に関して、ポリマー部材は、1若しくは複数の熱変性ポリマー層に直接に、又は1若しくは複数の熱変性ポリマー層上の熱変性されていないポリマー層に、接合させることができる。
無機基材上に1又は複数の熱変性ポリマー層が密着している熱変性ポリマー層-無機基材複合体を製造するための方法は、無機基材上に第1のポリマー層を形成し、そして第1のポリマー層を加熱して第1の熱変性ポリマー層にし、それによって無機基材上に第1の熱変性ポリマー層を密着させることを含むことができる。
なお、本発明のポリマー部材-無機基材複合体では、ポリマー部材は、無機粒子、及びポリマーを少なくとも含み、特に無機粒子、及びシクロオレフィンポリマーを少なくとも含む。
このようにポリマー部材が無機粒子を含有していることによって、ポリマー部材の屈折率等の物性を調節することが可能になる。
本開示に係るポリマー部材-無機基材複合体の1つの好ましい実施態様では、ポリマー部材が、無機粒子、ポリマー、及びカップリング剤を少なくとも含み、特に無機粒子、シクロオレフィンポリマー、及びシランカップリング剤を少なくとも含む。
ポリマー部材がさらにカップリング剤を含有していることによって、熱変性ポリマー層に対するポリマー部材の密着性をさらに向上させることができる。特に、無機粒子を含有していることによって熱変性ポリマー層に対するポリマー部材の密着性が低下している場合に、熱変性ポリマー層に対するポリマー部材の密着性をさらに向上させることができる。
理論に限定されるものではないが、これは、カップリング剤、特に無機粒子の表面に付着しているカップリング剤が、ポリマー部材中における無機粒子の分散性を改良すると共に、残部のカップリング剤が、熱変性ポリマー層に対するポリマー部材の密着性を改良することによると考えられる。
〈無機基材〉
本発明の方法において用いられる無機基材は、任意の無機基材であってよく、例えば金属及び半金属、金属及び半金属の酸化物、金属及び半金属の窒化物、金属及び半金属の炭化物、炭素材料、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択することができる。具体的には、金属としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ニッケル、クロム、鉄、銅、金、銀、タングステン、ジルコニウム、イットリウム、インジウム、イリジウム等を挙げることができ、半金属としては、シリコン、ゲルマニウム、GaAs、InGaAs、InAlAs、LiTaOx、NbTaOx、ZnTe、GaSe、GaP、CdTe、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン等を挙げることができる。したがって、金属酸化物としては、これらの金属の酸化物等を挙げることができ、また半金属酸化物としては、これらの半金属の酸化物等を挙げることができる。シリコンの酸化物としては、石英ガラス、ソーダガラスなどのガラスを挙げることができ、アルミニウムの酸化物としてはサファイア等を挙げることができる。窒化物としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等を挙げることができる。炭化物としては、炭化ケイ素を挙げることができる。また、炭素材料としては、ダイヤモンド等を挙げることができる。
本発明の方法において用いられる無機基材は、任意の無機基材であってよく、例えば金属及び半金属、金属及び半金属の酸化物、金属及び半金属の窒化物、金属及び半金属の炭化物、炭素材料、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択することができる。具体的には、金属としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ニッケル、クロム、鉄、銅、金、銀、タングステン、ジルコニウム、イットリウム、インジウム、イリジウム等を挙げることができ、半金属としては、シリコン、ゲルマニウム、GaAs、InGaAs、InAlAs、LiTaOx、NbTaOx、ZnTe、GaSe、GaP、CdTe、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン等を挙げることができる。したがって、金属酸化物としては、これらの金属の酸化物等を挙げることができ、また半金属酸化物としては、これらの半金属の酸化物等を挙げることができる。シリコンの酸化物としては、石英ガラス、ソーダガラスなどのガラスを挙げることができ、アルミニウムの酸化物としてはサファイア等を挙げることができる。窒化物としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等を挙げることができる。炭化物としては、炭化ケイ素を挙げることができる。また、炭素材料としては、ダイヤモンド等を挙げることができる。
無機基材、特に金属又は半金属は、第1の熱変性ポリマー層との結合に利用できる官能基、例えば水酸基を増加させるために、オゾン処理、紫外線処理等の処理をその表面に行うことができる。
無機基材上に安定に熱変性オレフィンポリマー層を形成する観点から、熱変性ポリマー層の熱変性温度よりも高い融点を有する無機材料を好ましく用いることができる。
無機基材は任意の形態であってよく、例えば、フィルム状、シート状、プレート状(板状)、管状、棒状、円盤状等であってよい。また、無機基材は任意の大きさであってよい。
〈熱変性ポリマー層〉
無機基材上に第1のポリマー層を形成し、そして第1のポリマー層を加熱して第1の熱変性ポリマー層にし、それによって無機基材上に第1の熱変性ポリマー層を密着させることができる。
無機基材上に第1のポリマー層を形成し、そして第1のポリマー層を加熱して第1の熱変性ポリマー層にし、それによって無機基材上に第1の熱変性ポリマー層を密着させることができる。
また、第1の熱変性ポリマー層を形成した後で、第1の熱変性ポリマー層上に第2のポリマー層を形成し、そして第2のポリマー層を加熱して第2の熱変性ポリマー層にし、それによって第1の熱変性ポリマー層上に第2の熱変性ポリマー層を密着させることができる。
第2の熱変性ポリマー層を用いる場合、第1の熱変性ポリマー層が無機基材との良好な結合を提供し、かつ第2の熱変性ポリマー層が、第1の熱変性ポリマー層及びポリマー部材との良好な結合を提供するために、第2の熱変性ポリマー層の熱変性の程度が、第1の熱変性ポリマー層の熱変性の程度よりも小さくてもよい。
また、本発明の方法では、第2の熱変性ポリマー層を形成した後で、第2の熱変性ポリマー層上に第3のポリマー層を形成し、そして第3のポリマー層を加熱して第3の熱変性ポリマー層にし、それによって第2の熱変性ポリマー層上に第3の熱変性ポリマー層を密着させることができる。
第3の熱変性ポリマー層を用いる場合、第2の熱変性ポリマー層が第1の熱変性ポリマー層との良好な結合を提供し、かつ第3の熱変性ポリマー層が、第2の熱変性ポリマー層及びポリマー部材との良好な結合を提供するために、第3の熱変性ポリマー層の熱変性の程度が、第2の熱変性ポリマー層の熱変性の程度よりも小さくてもよい。
また、同様にして、第4、第5等のさらなる熱変性ポリマー層を用いることができる。
これらの熱変性ポリマー層の熱変性の程度は、熱変性のための加熱の温度、時間、周囲雰囲気等によって調整することができる。
具体的には例えば、第1の熱変性ポリマー層の熱変性の程度は、無機基材上に第1の熱変性ポリマー層が密着する程度、すなわち熱変性前の第1のポリマー層の無機基材に対する密着性と比較して、第1の熱変性ポリマー層の無機基材に対する密着性が大きくなる程度であってよい。
同様に、第2の熱変性ポリマー層の熱変性の程度は、第1の熱変性ポリマー層上に第2の熱変性ポリマー層が密着する程度、すなわち熱変性前の第2のポリマー層の第1の熱変性ポリマー層に対する密着性と比較して、第2の熱変性ポリマー層の第1の熱変性ポリマー層に対する密着性が大きくなる程度であってよい。
また同様に、第3の熱変性ポリマー層の熱変性の程度は、第2の熱変性ポリマー層上に第3の熱変性ポリマー層が密着する程度、すなわち熱変性前の第3のポリマー層の第2の熱変性ポリマー層に対する密着性と比較して、第3の熱変性ポリマー層の第2の熱変性ポリマー層に対する密着性が大きくなる程度であってよい。
これらの熱変性ポリマー層の熱変性の程度は、例えば、熱変性ポリマー層の熱変性のための加熱の温度、加熱を行う雰囲気中の酸素濃度等によって調節することができる。すなわち、熱変性の程度を大きくするためには、加熱の温度を高くすること、及び/又は加熱を行う雰囲気中の酸素濃度を高くすることができ、反対に、熱変性の程度を小さくするためには、加熱の温度を低くすること、及び/又は加熱を行う雰囲気中の酸素濃度を低くすることができる。
熱変性ポリマー層の熱変性のための加熱の温度は、50℃以上、100℃以上、140℃以上、160℃以上、180℃以上、又は200℃以上であってよく、500℃以下、400℃以下、360℃以下、320℃以下、又は280℃以下であってよい。また、この加熱は、酸素含有雰囲気、特に空気中において行うことができる。
これらの熱変性ポリマー層の熱変性の程度は、例えば、熱変性ポリマー層を構成する熱変性ポリマーの酸素含有量、具体的には、熱変性ポリマー層に含まれる酸素原子と炭素原子の原子数の合計に対する、熱変性ポリマー層に含まれる酸素の原子数の割合(酸素原子数/(酸素原子数+炭素原子数)×100(%))を用いて評価することができる。この場合には、この割合が大きいほど、熱変性の程度が大きいものとして考えることができる。ここで、熱変性ポリマー層の酸素及び炭素原子の含有量を評価する手法としては、例えばX線光電子分光(XPS)を挙げることができ、そのためのXPS装置としては、K-Alpha(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)を用いることができる。
このような割合(酸素原子数/(酸素原子数+炭素原子数)×100(%))が、0.3%以上、0.5%以上、1.0%以上、2.0%以上、又は5.0%以上であって、50%以下、30%以下、20%以下、10%以下、又は8%以下のときに、特に熱変性ポリマー層の熱変性の程度を表す指標として用いることが適切である。
上記の割合(酸素原子数/(酸素原子数+炭素原子数)×100(%))を用いて熱変性の程度を評価する場合、第1の熱変性ポリマー層のこの割合と第2の熱変性ポリマー層のこの割合との差等の、隣接する熱変性ポリマー層間のこの割合の差は、0.1%以上、0.2%以上、0.3%以上、0.4%以上、0.5%以上、0.8%以上、1.0%以上、2.0%以上、又は3.0%以上であってよく、また10.0%以下、7.0%以下、5.0%以下、3.0%以下、2.0%以下、1.0%以下、0.5%以下、0.3%以下、又は0.1以下であってよい。
すなわち、例えば、第2の熱変性ポリマー層に含まれる酸素原子と炭素原子の原子数の合計に対する、第2の熱変性ポリマー層に含まれる酸素の原子数の割合(すなわち、第2の熱変性ポリマー層についての酸素原子数/(酸素原子数+炭素原子数)×100(%)の割合)は、第1の熱変性ポリマー層に含まれる酸素原子と炭素原子の原子数の合計に対する、第1の熱変性ポリマー層に含まれる酸素の原子数の割合(すなわち、第1の熱変性ポリマー層についての酸素原子数/(酸素原子数+炭素原子数)×100(%)の割合)よりも、0.1%以上10.0%以下小さくてよい。
また、これらの熱変性ポリマー層の熱変性の程度は、例えば、熱変性ポリマー層を構成する熱変性ポリマーのIR吸収スペクトルによって評価することができ、そのためのIR吸収分析装置としては、Nicolet6700(Thermo Fisher SCIENTIFIC社)を用いることができる。具体的には、熱変性ポリマー層の熱変性の程度は、C―H伸縮振動の吸収ピークの強度に対する、C=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合(C=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合/C―H伸縮振動の吸収ピークの強度(-))で評価することができる。この場合には、この割合が大きいほど、熱変性の程度が大きいものとして考えることができる。吸収ピークの強度は、吸収ピークの吸光度の値の最大値を読み取ることによって求めることができる。
このような割合(C=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合/C―H伸縮振動の吸収ピークの強度(-))が、0.01以上、0.02以上、0.05以上、0.1以上、0.15以上、又は0.20以上であって、20以下、10以下、又は5以下のときに、特に熱変性ポリマー層の熱変性の程度を表す指標として用いることが適切である。
上記の割合(C=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合/C―H伸縮振動の吸収ピークの強度(-))を用いて熱変性の程度を評価する場合、第1の熱変性ポリマー層のこの割合と第2の熱変性ポリマー層のこの割合との差等の、隣接する熱変性ポリマー層間のこの割合の差は、0.1以上、0.2以上、0.3以上、0.4以上、0.5以上、0.8以上、1.0以上、2.0以上、又は3.0以上であってよく、また10.0以下、7.0以下、5.0以下、3.0以下、2.0以下、1.0以下、0.5以下、0.3以下、又は0.1以下であってよい。
すなわち、例えば、第2の熱変性ポリマー層のC―H伸縮振動の吸収ピークの強度に対する、第2の熱変性ポリマー層のC=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合(すなわち、第2の熱変性ポリマー層についてのC=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合/C―H伸縮振動の吸収ピークの強度(-) )は、第1の熱変性ポリマー層のC―H伸縮振動の吸収ピークの強度に対する、第1の熱変性ポリマー層のC=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合(すなわち、第1の熱変性ポリマー層についてのC=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合/C―H伸縮振動の吸収ピークの強度(-) )よりも、0.1以上20.0以下小さくていよい。
加熱の方法としては、特に限定されないが、オーブン、ホットプレート、赤外線、火炎、レーザー、又はフラッシュランプ等の加熱源を用いた方法を用いることができる。
なお、第1のポリマー層等のポリマー層の形成は、コーティング及び/又は熱圧着によって行うことができる。
このポリマー層の形成をコーティングによって行う場合には、これらのポリマー層を構成するポリマーを溶媒に溶解させて溶液とし、この溶液をコーティングし、そして乾燥してポリマー層を形成することができる。この場合のコーティング方法としては、スピンコート法、ロールコーター法、スプレーコーティング法、ダイコーター法、アプリケータ法、浸漬コーティング法、刷毛塗り、ヘラ塗り、ローラー塗り、カーテンフローコーター法等の溶液を用いる手法等を挙げることができる。
第1のポリマー層等のポリマー層を、溶液を用いる手法で形成した場合、塗液の塗布後に加熱することによって溶剤を除去する工程を含むことができる。この場合、加熱条件は、塗膜から溶剤を除去するのに十分な温度及び加熱時間、雰囲気圧力条件を選択することができる。
また、コーティング層の形成を熱圧着によって行う場合には、随意に圧力を加えてプレスしつつ、バルク固体、粉体、フィルム等を溶融又は溶着させる手法、例えば熱プレス法、溶着法、粉体塗装法等の手法によって行うことができる。
なお、第1のポリマー層等のポリマー層の厚さは、得られる熱変性ポリマー層が、無機基材とポリマー部材との間の良好な接合を提供できる任意の厚さであってよく、例えば1nm以上、5nm以上、又は10nm以上であってよく、また100μm以下、30μm以下、又は10μm以下、さらには1000nm以下、500nm以下、又は100nm以下であってよい。
上記のとおり、熱変性ポリマー層は、それを介して、ポリマー部材を、無機基材に接合するためのものである。したがって、この熱変性ポリマー層は、ポリマー部材を構成するポリマーと同種のポリマーで構成されていることが、熱変性ポリマー層とポリマー部材との接合を促進するために好ましい。
したがって、例えば第1のポリマー層等のポリマー層は、オレフィンポリマー、例えばシクロオレフィンポリマーで形成されていてよい。
なお、オレフィンポリマーは、オレフィンを主成分として含有するモノマーを重合させることによって得られるポリマー、すなわちオレフィン由来のモノマー部分を50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、又は95質量%以上含有するモノマーを重合させることによって得られるポリマーを意味する。オレフィンポリマーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン、プロピレン-エチレン共重合体やプロピレン-ブテン共重合体などのα-オレフィンとエチレンもしくはプロピレンとの共重合体、スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体、スチレン-ヘキサジエン-スチレン共重合体、スチレン-ペンタジエン-スチレン共重合体、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体(RPDM)、シクロオレフィンポリマー等が挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのオレフィンポリマーは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
これらのオレフィンポリマーのなかでは、特にシクロオレフィンポリマーを挙げることができる。
シクロオレフィンポリマーは、ポリマー主鎖にシクロオレフィン部分を有するポリマーである。このようなシクロオレフィンポリマーとしては、例えば、シクロオレフィンモノマーの開環重合体、シクロオレフィンモノマーの付加重合体、シクロオレフィンモノマーと鎖状オレフィンとの共重合体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
シクロオレフィンモノマーは、炭素原子で形成される環構造を有し、当該環構造中に炭素-炭素二重結合を有する化合物である。シクロオレフィンモノマーとしては、例えば、2-ノルボルネン、ノルボルナジエンなどの二環体、ジシクロペンタジエン、ジヒドロジシクロペンタジエンなどの三環体、テトラシクロドデセン、エチリデンテトラシクロドデセン、フニルテトラシクロドデセンなどの四環体、トリシクロペンタジエンなどの五環体、テトラシクロペンタジエンなどの七環体などのノルボルネン環を含むモノマーであるノルボルネン系モノマー;シクロブテン、シクロペンテン、シクロオクテン、シクロドデセン、1,5-シクロオクタジエンなどの単環シクロオレフィンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。シクロオレフィンモノマーは、本発明の目的が阻害されない範囲で置換基を有していてもよい。
シクロオレフィンポリマーは、例えば、日本ゼオン(株)製、商品名:ゼオネックス・シリーズ、ゼオノア・シリーズなど、住友ベークライト(株)製、商品名:スミライト・シリーズ、JSR(株)製、商品名:アートン・シリーズ、三井化学(株)製、商品名:アペル・シリーズ、Ticona社製、商品名:Topas、日立化成(株)製、商品名:オプトレッツ・シリーズなどとして商業的に容易に入手することができる。
なお、ポリマー部材を、1又は複数の熱変性ポリマー層上の熱変性されていないポリマー層に接合させる場合、この熱変性されていないポリマー層としては、第1の熱変性ポリマー層等の熱変性ポリマー層及びポリマー部材と同種のポリマーであることが好ましく、例えば第1の熱変性ポリマー層等の熱変性ポリマー層、熱変性されていないポリマー層、及びポリマー部材は、いずれもオレフィンポリマー、例えばシクロオレフィンポリマーで形成されていてよい。具体的なポリマー部材の材料及び形成方法に関しては、第1の熱変性ポリマー層等の熱変性ポリマー層に関する上記の記載を参照することができる。
〈ポリマー部材〉
本発明の方法では、ポリマー部材は、任意の形状の部材であってよく、例えば膜状又はフィルム状であってよい。この場合、ポリマー部材の接合を、コーティング又は熱圧着、特に熱圧着によって行うことができる。ここで、このポリマー部材は、無機粒子、及びポリマーを少なくとも含み、特に好ましくは無機粒子、及びシクロオレフィンポリマーを少なくとも含む。
ポリマー部材が膜状又はフィルム状である場合、その好ましい厚さは、1cm以下、5mm以下、2mm以下、1mm以下、500μm以下、200μm以下、100μm以下、又は50μm以下であり、1μm以上、2μm以上、5μm以上、10μm以上、又は15μm以上である。
本発明の方法では、ポリマー部材は、任意の形状の部材であってよく、例えば膜状又はフィルム状であってよい。この場合、ポリマー部材の接合を、コーティング又は熱圧着、特に熱圧着によって行うことができる。ここで、このポリマー部材は、無機粒子、及びポリマーを少なくとも含み、特に好ましくは無機粒子、及びシクロオレフィンポリマーを少なくとも含む。
ポリマー部材が膜状又はフィルム状である場合、その好ましい厚さは、1cm以下、5mm以下、2mm以下、1mm以下、500μm以下、200μm以下、100μm以下、又は50μm以下であり、1μm以上、2μm以上、5μm以上、10μm以上、又は15μm以上である。
ポリマー部材は、好ましくはカップリング剤をさらに含んでおり、特にはシランカップリング剤をさらに含んでいる。
このようなポリマー部材は、光学用部材、特に反射防止フィルムであってよい。ポリマー部材は、複数の部分からなっていてよく、特に、ポリマー部材は、複数の層の積層体である複合フィルムであってよい。
ポリマー部材が複数の層の積層体である複合フィルムである場合、積層体の層数は2層以上であることが好ましく、500層以下、100層以下、80層以下、60層以下、40層以下、30層以下、20層以下、10層以下、又は5層以下であることが好ましい。
ポリマー部材が複数の層の積層体である複合フィルムである場合、積層体の層数は2層以上であることが好ましく、500層以下、100層以下、80層以下、60層以下、40層以下、30層以下、20層以下、10層以下、又は5層以下であることが好ましい。
第1の熱変性ポリマー層等の熱変性ポリマー層、及びポリマー部材は同種のポリマーであることが好ましく、例えば第1の熱変性ポリマー層等の熱変性ポリマー層、及びポリマー部材は、いずれもオレフィンポリマー、例えばシクロオレフィンポリマーで形成されていてよい。具体的なポリマー部材のポリマー及び形成方法に関しては、第1の熱変性ポリマー層等の熱変性ポリマー層に関する上記の記載を参照することができる。
(無機粒子)
本発明における無機粒子としては、ポリマー部材中に分散させることができる任意の無機粒子を挙げることができ、このような無機粒子としては、例えば金属又は半金属の粒子、金属又は半金属の酸化物又はフッ化物の粒子、金属又は半金属を含む化合物の粒子を挙げることができる。
本発明における無機粒子としては、ポリマー部材中に分散させることができる任意の無機粒子を挙げることができ、このような無機粒子としては、例えば金属又は半金属の粒子、金属又は半金属の酸化物又はフッ化物の粒子、金属又は半金属を含む化合物の粒子を挙げることができる。
このような金属又は半金属としては、Si、Ge、Al、Mg,Ti、Ni、Cr,Fe、Cu、Au、Ag、W、Zr、Y、In及びIrからなる群から選ばれる少なくとも一種を好適に用いることができ、Si、Geを特に好適に用いることができる。また、このような金属又は半金属の酸化物及びフッ化物としては、MgO、Al2O3、Bi2O3、CaF2、In2O3、In2O3・SnO2、HfO2、La2O3、MgF2、Sb2O5、Sb2O5・SnO2、SiO2、SnO2、TiO2、Y2O3、ZnO及びZrO2、からなる群から選ばれる少なくとも一種を好適に用いることができ、MgO、Al2O3、SiO2、TiO2を特に好適に用いることができる。また、このような金属又は半金属を含む化合物としては、GaAs、InGaAs、InAlAs、LiTaOx、NbTaOx、ZnTe、GaSe、GaP、CdTe、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、SiCなどが挙げられる。
無機粒子がシリコン粒子である場合、シリコン粒子としては、レーザー熱分解法、特にCO2レーザーを用いたレーザー熱分解法によって得られたシリコン粒子を挙げることができる。
上記の無機粒子、特にシリコン粒子は、良好な光学的な性質を与えるために、個々の不純物元素の濃度が1,000ppm以下、500ppm以下、300ppm以下、100ppm以下、50ppm以下、10ppm以下、又は1ppm以下であってよい。上記の無機粒子がシリコン粒子である場合、このような不純物としては、13族及び15族元素を挙げることができる。
無機粒子の平均一次粒子径は、1nm以上、又は3nm以上であって、10000nm以下、5000nm以下、2000nm以下、1000nm以下、500nm以下、200nm以下、100nm以下、50nm以下、30nm以下、20nm以下、又は10nm以下であることが好ましい。
ここで、本発明においては、粒子の平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)、透過型電子顕微鏡(TEM)等による観察によって、撮影した画像を元に直接粒子径を計測し、集合数100以上からなる粒子群を解析することで、数平均一次粒子径として求めることができる。
なお、粒径が大きすぎる場合は、散乱を生じやすくなるため好ましくないことがあり、また。粒子の粒径が小さすぎる場合は、粒子の比表面積が増大することにより粒子表面の活性化を促し、粒子同士の凝集性が著しく高くなり、それによって取り扱い性が低下するため好ましくないことがある。
無機粒子の含有割合は、例えば、ポリマーと無機粒子の体積比が、1:99~99:1、5:95~95:5、10:90~85:15、20:80~80:20、30:70~75:25、又は40:60~70:30になるようにすることができる。無機粒子が少なすぎる場合には、ポリマー部材の屈折率等の調節の程度が小さくなることがあり、また無機粒子が多すぎる場合には、ポリマー部材としての強度等が維持できない場合がある。上記のようにポリマー部材は、複数の部分からなっていている場合、ポリマー部材のうちの熱変性ポリマー層-無機基材複合体に接合される部分が、このポリマーと無機粒子の体積比を満たすことが好ましい。したがって例えば、ポリマー部材が、複数の層の積層体である複合フィルムである場合、この複合フィルムのうちの熱変性ポリマー層-無機基材複合体に接合される層が、このポリマーと無機粒子の体積比を満たすことが好ましい。
本発明におけるカップリング剤としては、無機粒子と組み合わせることができる任意のカップリング剤を用いることができる。具体的にはカップリング剤としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤を用いることができ、特にシランカップリング剤を用いることができる。ポリマー部材のポリマーとして、オレフィンポリマー、例えばシクロオレフィンポリマーを用いる場合、カップリング剤としては、これらのポリマーに対する混和性が良好な官能基、例えばアルキル鎖、シクロヘキシル基、ベンゼン環を有するカップリング剤、より具体的には炭素原子数が1~30、1~25、又は1~20のアルキル鎖、シクロヘキシル基、ベンゼン環を有するカップリング剤を用いることができる。カップリング剤及び/又はカップリング剤の加水分解縮合物は、単独もしくは2種以上を併用してもよい。
具体的には、カップリング剤としては、オクタデシルトリエトキシシラン(OTS)、オクチルトリエトキシシラン、トリエトキシフェニルシラン、3-フェニルプロピルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリクロロシラン、3-アミノプロピルトリメトシシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン、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、N-β-(N-ビニルベンジルアミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン・塩酸塩、N-β-(N-ビニルベンジルアミノエチル)-γ-アミノプロピルトリエトキシシラン・塩酸塩、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トリエトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ-アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ-アニリノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、オクタデシルジメチル〔3-(トリメトキシシリル)プロピル〕アンモニウムクロライド、オクタデシルジメチル〔3-(トリエトキシシリル)プロピル〕アンモニウムクロライド、γ-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
カップリング剤の含有割合は、例えば、無機粒子とカップリング剤との質量比が、1:99~99:1、5:95~95:5、10:90~90:10、20:80~80:20、30:70~70:30、又は40:60~60:40になるようにすることができる。カップリング剤が少なすぎる場合には、ポリマー部材と熱変性ポリマー層との密着性が不十分になることがあり、またカップリング剤が多すぎる場合には、ポリマー部材としての強度等が維持できない場合がある。
《ポリマー部材-無機基材複合体》
本発明のポリマー部材-無機基材複合体の製造のために用いることができる熱変性ポリマー層-無機基材複合体では、1又は複数の熱変性ポリマー層が無機基材に密着している。また、本発明のポリマー部材-無機基材複合体では、ポリマー部材が、本発明の熱変性ポリマー層-無機基材複合体の1又は複数の熱変性ポリマー層を介して、無機基材に密着している。
本発明のポリマー部材-無機基材複合体の製造のために用いることができる熱変性ポリマー層-無機基材複合体では、1又は複数の熱変性ポリマー層が無機基材に密着している。また、本発明のポリマー部材-無機基材複合体では、ポリマー部材が、本発明の熱変性ポリマー層-無機基材複合体の1又は複数の熱変性ポリマー層を介して、無機基材に密着している。
具体的には、図1(a)及び(b)に示すように、本発明のポリマー部材-無機基材複合体210、220では、ポリマー部材30、31、32が、熱変性ポリマー層-無機基材複合体110、120の1又は複数の熱変性ポリマー層20、21、22を介して、無機基材10に接合されている。
このような本発明のポリマー部材-無機基材複合体によれば、無機基材に対するポリマー部材の密着性を改良することができる。
本発明の熱変性ポリマー層-無機基材複合体、及び本発明のポリマー部材-無機基材複合体の各構成の詳細については、本発明の方法に関する記載を参照することができる。
≪複合ポリマー部材≫
≪複合ポリマー部材≫
本開示に係るポリマー部材は、ポリマーを少なくとも含む追加のポリマー部材とともに、複合ポリマー部材を形成してよい。
追加のポリマー部材に関しては、無機粒子を含まない場合があるということ以外は、ポリマー部材に関する記載を参照することができる。
《実施例1~9及び比較例1》
実施例1~9では、図1(b)に示すように、シリコン基板10上に、第1及び第2の熱変性ポリマー層21、22、並びにポリマー部材としての第1及び第2の反射防止層31、32をこの順に有する積層体を形成し、そしてこの積層体について、第1及び第2の反射防止層からなる複合反射防止フィルムの、シリコン基板に対する密着性を評価した。
実施例1~9では、図1(b)に示すように、シリコン基板10上に、第1及び第2の熱変性ポリマー層21、22、並びにポリマー部材としての第1及び第2の反射防止層31、32をこの順に有する積層体を形成し、そしてこの積層体について、第1及び第2の反射防止層からなる複合反射防止フィルムの、シリコン基板に対する密着性を評価した。
また、比較例1では、シリコン基板上に、ポリマー部材としての第1及び第2の反射防止層をこの順に有する積層体を形成し、そしてこの積層体について、第1及び第2の反射防止層からなる複合反射防止フィルムの、シリコン基板に対する密着性を評価した。
なお、実施例1~9及び比較例1では、熱変性ポリマー層及びポリマー部材の両方の材料として、シクロオレフィンポリマー(COP)(日本ゼオン株式会社、Zeonex(商標)480R、ガラス転移点温度138℃)を用いた。
〈実施例1〉
(1)COP溶液Aの調製
7質量%のCOP及び93質量%のトルエンを、室温において混合及び撹拌することによって、COP溶液Aを得た。
(1)COP溶液Aの調製
7質量%のCOP及び93質量%のトルエンを、室温において混合及び撹拌することによって、COP溶液Aを得た。
(2)第1及び第2の反射防止フィルムを有する複合反射防止フィルムの調整
(a)COP溶液B1(シリコン粒子非含有)の調製
35質量%のCOP及び65質量%のトルエンを、室温において混合及び撹拌することによって、COP溶液B1を得た。
(a)COP溶液B1(シリコン粒子非含有)の調製
35質量%のCOP及び65質量%のトルエンを、室温において混合及び撹拌することによって、COP溶液B1を得た。
(b)COP溶液B2(OTS処理シリコン粒子含有)の調製
(b-1)シリコン粒子の作製
シリコン粒子は、モノシランガスを原料として、二酸化炭素レーザーを用いたレーザー熱分解(LP:Laser pyrolysis)法により作製した。また、得られたシリコン粒子の金属不純物含有量を、誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-MS)を用いて測定したところ、Feの含有量は15ppb、Cuの含有量は18ppb、Niの含有量は10ppb、Crの含有量は21ppb、Coの含有量は13ppb、Naの含有量は20ppb、及びCaの含有量は10ppbであった。無機粒子の平均一次粒径は100nmであった。
(b-1)シリコン粒子の作製
シリコン粒子は、モノシランガスを原料として、二酸化炭素レーザーを用いたレーザー熱分解(LP:Laser pyrolysis)法により作製した。また、得られたシリコン粒子の金属不純物含有量を、誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-MS)を用いて測定したところ、Feの含有量は15ppb、Cuの含有量は18ppb、Niの含有量は10ppb、Crの含有量は21ppb、Coの含有量は13ppb、Naの含有量は20ppb、及びCaの含有量は10ppbであった。無機粒子の平均一次粒径は100nmであった。
(b-2)シリコン粒子の表面処理
シリコン粒子とオクタデシルトリエトキシシラン(OTS)を、シリコン粒子とOTSの割合重量比が1:1(質量比)となるような分量で、密閉容器の中に入れ混合し、ついで120℃に加熱し、3時間保持することにより、OTS処理シリコン粒子を得た。
シリコン粒子とオクタデシルトリエトキシシラン(OTS)を、シリコン粒子とOTSの割合重量比が1:1(質量比)となるような分量で、密閉容器の中に入れ混合し、ついで120℃に加熱し、3時間保持することにより、OTS処理シリコン粒子を得た。
(b-3)COP溶液B2の調製
10質量%のCOP及び90質量%のトルエンを室温において混合及び撹拌することによって、COP溶液を得た。このCOP溶液に、COPとシリコン粒子との体積比が65:35となるようにして、OTS処理シリコン粒子を加えて混合した。さらにこの混合液をホモジナイザーで15分間分散させることによって、OTS処理シリコン粒子を含有しているCOP溶液B2を調製した。
10質量%のCOP及び90質量%のトルエンを室温において混合及び撹拌することによって、COP溶液を得た。このCOP溶液に、COPとシリコン粒子との体積比が65:35となるようにして、OTS処理シリコン粒子を加えて混合した。さらにこの混合液をホモジナイザーで15分間分散させることによって、OTS処理シリコン粒子を含有しているCOP溶液B2を調製した。
(c)複合反射防止フィルムの調製
(c-1)第2の反射防止層の形成
上記のようにして得たCOP溶液B1を、ドクターブレードを用いて、ガラス板上に塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み25μmの第2の反射防止層をガラス板上に得た。
(c-1)第2の反射防止層の形成
上記のようにして得たCOP溶液B1を、ドクターブレードを用いて、ガラス板上に塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み25μmの第2の反射防止層をガラス板上に得た。
(c-2)第1の反射防止層の形成
上記のようにして得たCOP溶液B2を、ドクターブレードを用いて、第2の反射防止層上に塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み20μmの第1の反射防止層を、厚み25μmの第2の反射防止層上に形成した。
上記のようにして得たCOP溶液B2を、ドクターブレードを用いて、第2の反射防止層上に塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み20μmの第1の反射防止層を、厚み25μmの第2の反射防止層上に形成した。
(c-3)複合反射防止フィルムの剥離
上記のようにして得た第1及び第2の反射防止層をガラス板から剥離して、第1及び第2の反射防止層を有する複合反射防止フィルム(複合ポリマー部材)を得た。
上記のようにして得た第1及び第2の反射防止層をガラス板から剥離して、第1及び第2の反射防止層を有する複合反射防止フィルム(複合ポリマー部材)を得た。
(3)第1の熱変性ポリマー層の形成
無機基材としてのシリコン基板上に、COP溶液Aをスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
無機基材としてのシリコン基板上に、COP溶液Aをスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
その後、このようにCOP溶液Aをコーティングしたシリコン基板を、120℃に加熱したホットプレート上に保持して乾燥させて、第1のポリマー層付きシリコン基板を得た。その後、この基板を、280℃に加熱したホットプレート上に1分間にわたって保持することによって第1のポリマー層を熱変性させて、膜厚23nmの第1の熱変性ポリマー層を、シリコン基板に密着させた。
(4)第2の熱変性ポリマー層の形成
上記のようにして得たシリコン基板の第1の熱変性ポリマー層上に、COP溶液Aをスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
上記のようにして得たシリコン基板の第1の熱変性ポリマー層上に、COP溶液Aをスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
その後、このようにCOP溶液Aをコーティングしたシリコン基板を、120℃に加熱したホットプレート上に保持して乾燥させて、第1の熱変性ポリマー層上に第2のポリマー層を形成した。その後、この基板を、200℃に加熱したホットプレート上に2分間にわたって保持することによって第2のポリマー層を熱変性させて、膜厚23nmの第2の熱変性ポリマー層を、第1の熱変性ポリマー層上に密着させた。
(5)複合反射防止フィルムの接合
上記のようにして得たシリコン基材の第2の熱変性ポリマー層上に、第1の反射防止層が第2の熱変性ポリマー層に接触するようにして、上記のようにして得た複合反射防止フィルムを密着させ、115℃の温度及び0.2MPaの圧力で60分間にわたって熱圧着して、第2の熱変性ポリマー層上に、複合反射防止フィルムを密着させた。得られた評価用積層体は、シリコン基板上に、第1の熱変性ポリマー層、第2の熱変性ポリマー層、第1の反射防止層、及び第2の反射防止層にこの順に有していた。
上記のようにして得たシリコン基材の第2の熱変性ポリマー層上に、第1の反射防止層が第2の熱変性ポリマー層に接触するようにして、上記のようにして得た複合反射防止フィルムを密着させ、115℃の温度及び0.2MPaの圧力で60分間にわたって熱圧着して、第2の熱変性ポリマー層上に、複合反射防止フィルムを密着させた。得られた評価用積層体は、シリコン基板上に、第1の熱変性ポリマー層、第2の熱変性ポリマー層、第1の反射防止層、及び第2の反射防止層にこの順に有していた。
(クロスカット試験)
上記のようにして得た評価用積層体について、クロスカット試験を行った。
上記のようにして得た評価用積層体について、クロスカット試験を行った。
具体的には、カッターナイフを用いて、シリコン基板上に形成した複合反射防止フィルムに、1mm間隔でシリコン基板に到達する切れ目を入れた。6本の切れ目を入れた後で、さらにこの切れ目に直交するようにさらに6本の切れ目を入れ、碁盤の目状の切れ目を形成した。
その後、スコッチ・メンディングテープ(3M社、810、幅24mm)を、ポリマー部材の表面に貼り付け、そしてテープの上から指でこすって密着させた後で、テープを引き剥がした。このようにしてテープの貼り付け及び剥離を行った領域を、実体顕微鏡で観察した。
評価結果は下記のように分類した。
A:カットの縁が完全に滑らかで,どの格子の目にもはがれが認められなかった。
B:ポリマー部材が部分的なはがれを生じたが、クロスカット部で影響を受けたのは、35%未満であった。
C:ポリマー部材が全面的に大はがれを生じ、クロスカット部で影響を受けたのは、35%以上であった。
D:基材へのポリマー部材の付着性が不良だったため、クロスカット試験を行わなかった。
A:カットの縁が完全に滑らかで,どの格子の目にもはがれが認められなかった。
B:ポリマー部材が部分的なはがれを生じたが、クロスカット部で影響を受けたのは、35%未満であった。
C:ポリマー部材が全面的に大はがれを生じ、クロスカット部で影響を受けたのは、35%以上であった。
D:基材へのポリマー部材の付着性が不良だったため、クロスカット試験を行わなかった。
実施例1の複合反射防止フィルムでは、カットの縁が完全に滑らかで、どの格子の目にも剥がれは認められなかった(評価A)。シリコン基板上に第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びに第1及び第2の反射防止層を有する実施例1の評価用積層体の作成条件及び評価結果を、下記の表1に示している。
〈実施例2~8〉
第2の反射防止層の形成方法をスプレー法としたこと(実施例2)、及びCOP溶液B2の調製のためのCOP溶液中においてCOPとシリコン粒子との体積比を変更したこと(実施例3~8)を除いて、実施例1と同様にして、シリコン基板上に第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びに第1及び第2の反射防止層を有する実施例2~8の評価用積層体を得た。この実施例2~8の評価用積層体について、実施例1と同様にして評価した。実施例2~8の評価用積層体についての作成条件及び評価結果を、下記の表1に示している。
第2の反射防止層の形成方法をスプレー法としたこと(実施例2)、及びCOP溶液B2の調製のためのCOP溶液中においてCOPとシリコン粒子との体積比を変更したこと(実施例3~8)を除いて、実施例1と同様にして、シリコン基板上に第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びに第1及び第2の反射防止層を有する実施例2~8の評価用積層体を得た。この実施例2~8の評価用積層体について、実施例1と同様にして評価した。実施例2~8の評価用積層体についての作成条件及び評価結果を、下記の表1に示している。
〈実施例9〉
COP溶液B2の製造工程においてOTSを用いたシリコン粒子の表面処理を実施せずにCOP溶液B2’(非OTS処理シリコン粒子含有)を得、このCOP溶液B2’をCOP溶液B2の代わりに用いたこと以外は、実施例1と同様にして、シリコン基板上に第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びに第1及び第2の反射防止層を有する評価用積層体を得た。この実施例9の評価用積層体について、実施例1と同様にして評価した。実施例9の評価用積層体についての作成条件及び評価結果を、下記の表1に示している。
COP溶液B2の製造工程においてOTSを用いたシリコン粒子の表面処理を実施せずにCOP溶液B2’(非OTS処理シリコン粒子含有)を得、このCOP溶液B2’をCOP溶液B2の代わりに用いたこと以外は、実施例1と同様にして、シリコン基板上に第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びに第1及び第2の反射防止層を有する評価用積層体を得た。この実施例9の評価用積層体について、実施例1と同様にして評価した。実施例9の評価用積層体についての作成条件及び評価結果を、下記の表1に示している。
〈比較例1〉
第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成しなかったこと以外は、実施例9と同様にして、シリコン基板上に、第1及び第2の反射防止層を有する評価用積層体を得た。この比較例1の評価用積層体について、実施例1と同様にして評価した。比較例1の評価用積層体についての作成条件及び評価結果を、下記の表1に示している。
第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成しなかったこと以外は、実施例9と同様にして、シリコン基板上に、第1及び第2の反射防止層を有する評価用積層体を得た。この比較例1の評価用積層体について、実施例1と同様にして評価した。比較例1の評価用積層体についての作成条件及び評価結果を、下記の表1に示している。
《実施例10》
下記の点を除いて、実施例1と同様にして、シリコン基板上に第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びに第1~第4の反射防止層を有する評価用積層体を得た:
(i)COP溶液B1を、ドクターブレードを用いて、ガラス板上に塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み25μmの第4の反射防止層を、ガラス板上に得たこと、
(ii)上記(i)の後で、ドクターブレードを用いて、第4の反射防止層上に、COP溶液B2を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み20μmの第3の反射防止層を、第4の反射防止層に得たこと、
(iii)上記(ii)の後で更に、ドクターブレードを用いて、第3の反射防止層上に、COP溶液B1を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み25μmの第2の反射防止層を、第3の反射防止層に得たこと、
(iv)上記(iii)の後で更に、ドクターブレードを用いて、第2の反射防止層上に、COP溶液B2を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み20μmの第1の反射防止層を、第2の反射防止層上に得たこと。
下記の点を除いて、実施例1と同様にして、シリコン基板上に第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びに第1~第4の反射防止層を有する評価用積層体を得た:
(i)COP溶液B1を、ドクターブレードを用いて、ガラス板上に塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み25μmの第4の反射防止層を、ガラス板上に得たこと、
(ii)上記(i)の後で、ドクターブレードを用いて、第4の反射防止層上に、COP溶液B2を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み20μmの第3の反射防止層を、第4の反射防止層に得たこと、
(iii)上記(ii)の後で更に、ドクターブレードを用いて、第3の反射防止層上に、COP溶液B1を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み25μmの第2の反射防止層を、第3の反射防止層に得たこと、
(iv)上記(iii)の後で更に、ドクターブレードを用いて、第2の反射防止層上に、COP溶液B2を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み20μmの第1の反射防止層を、第2の反射防止層上に得たこと。
この実施例10の評価用積層体について、実施例1と同様にして評価した。実施例10の評価用積層体についての作成条件及び評価結果を、下記の表2に示している。
《実施例11》
下記の点を除いて、実施例1と同様にして、シリコン基板上に第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びに第1~第3の反射防止層を有する評価用積層体を得た:
(i)COP溶液B1を、ドクターブレードを用いて、ガラス板上に塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み25μmの第3の反射防止層を、ガラス板上に得たこと、
(ii)上記(i)の後で、ドクターブレードを用いて、第3の反射防止層上に、実施例9で用いたCOP溶液B2’、すなわちOTSによる表面処理をしていないシリコン粒子を含有しているCOP溶液を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み15μmの第2の反射防止層を、第3の反射防止層上に得たこと。
(iii)上記(ii)の後で更に、ドクターブレードを用いて、第2の反射防止層上に、COP溶液B2を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み5μmの第1の反射防止層を、第2の反射防止層上に得たこと。
下記の点を除いて、実施例1と同様にして、シリコン基板上に第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びに第1~第3の反射防止層を有する評価用積層体を得た:
(i)COP溶液B1を、ドクターブレードを用いて、ガラス板上に塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み25μmの第3の反射防止層を、ガラス板上に得たこと、
(ii)上記(i)の後で、ドクターブレードを用いて、第3の反射防止層上に、実施例9で用いたCOP溶液B2’、すなわちOTSによる表面処理をしていないシリコン粒子を含有しているCOP溶液を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み15μmの第2の反射防止層を、第3の反射防止層上に得たこと。
(iii)上記(ii)の後で更に、ドクターブレードを用いて、第2の反射防止層上に、COP溶液B2を塗布することにより塗膜を得、110℃において加熱して塗膜中の溶剤を除去することにより、厚み5μmの第1の反射防止層を、第2の反射防止層上に得たこと。
この実施例11の評価用積層体について、実施例1と同様にして評価した。実施例11の評価用積層体についての作成条件及び評価結果を、下記の表2に示している。
実施例1~11と比較例1との比較からは、熱変性ポリマー層を介して反射防止フィルム(ポリマー部材)を無機基材に接合させることによって、無機基材に対する反射防止フィルムの密着性が改良されることが理解される。
また、表1及び表2で見られるように、反射防止フィルム(ポリマー部材)がカップリング剤を含有している場合には、反射防止層が無機粒子を含有している場合であっても、熱変性ポリマー層と反射防止フィルムとの密着性がさらに改良されることが理解される。
《参考実施例1~14及び参考比較例1~2》
以下の参考例及び参考比較例では、熱変性ポリマー層の形成、熱変性ポリマー層に対するポリマー部材の密着性について評価している。
以下の参考例及び参考比較例では、熱変性ポリマー層の形成、熱変性ポリマー層に対するポリマー部材の密着性について評価している。
以下の参考例で熱変性ポリマー層及びポリマー部材の形成のために用いたポリマーは下記のとおりである:
COP1: シクロオレフィンポリマー(アートン(商標)(JSR株式会社))
COP2: シクロオレフィンポリマー(日本ゼオン株式会社、Zeonex(商標)480R、ガラス転移点温度138℃)
COP1: シクロオレフィンポリマー(アートン(商標)(JSR株式会社))
COP2: シクロオレフィンポリマー(日本ゼオン株式会社、Zeonex(商標)480R、ガラス転移点温度138℃)
《参考例1~14及び参考比較例1~2》
以下のとおり、参考例1~14では、熱変性ポリマー層及びポリマー部材の両方の材料として、COP1を用いた。また、参考比較例1~2では、熱変性ポリマー層を用いずに、ポリマー部材の材料として、COP1を用いた。
以下のとおり、参考例1~14では、熱変性ポリマー層及びポリマー部材の両方の材料として、COP1を用いた。また、参考比較例1~2では、熱変性ポリマー層を用いずに、ポリマー部材の材料として、COP1を用いた。
〈参考例1〉
(熱変性ポリマー層用溶液の調製)
7質量%のCOP1及び93質量%のクロロホルムを、室温において混合及び撹拌することによって、熱変性ポリマー層用溶液を得た。
(熱変性ポリマー層用溶液の調製)
7質量%のCOP1及び93質量%のクロロホルムを、室温において混合及び撹拌することによって、熱変性ポリマー層用溶液を得た。
(第1の熱変性ポリマー層の形成)
無機基材としてのシリコン基板上に、熱変性ポリマー層用溶液をスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
無機基材としてのシリコン基板上に、熱変性ポリマー層用溶液をスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
その後、このように熱変性ポリマー層用溶液をコーティングしたシリコン基板を、120℃に加熱したホットプレート上に保持し、熱変性ポリマー層用溶液を乾燥させて、第1のポリマー層付きシリコン基板を得、そして、この基板を、280℃に加熱したホットプレート上に1分間にわたって保持することによって第1のポリマー層を熱変性させて、膜厚が23nmの第1の熱変性ポリマー層付きシリコン基板を得た。
(第2の熱変性ポリマー層の形成)
上記のようにして得たシリコン基板の第1の熱変性ポリマー層上に、熱変性ポリマー層用溶液をスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
上記のようにして得たシリコン基板の第1の熱変性ポリマー層上に、熱変性ポリマー層用溶液をスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
その後、このように熱変性ポリマー層用溶液をコーティングしたシリコン基板を、120℃に加熱したホットプレート上に保持し、熱変性ポリマー層用溶液を乾燥させて、第1の熱変性ポリマー層上に第2のポリマー層を形成した。そして、この基板を、200℃に加熱したホットプレート上に2分間にわたって保持することによって第2のポリマー層を熱変性させて、第1の熱変性ポリマー層上に膜厚が23nmの第2の熱変性ポリマー層を密着させた。このようにして得られた熱変性ポリマー層-無機基材複合体を、参考例1の熱変性ポリマー層-無機基材複合体とした。
(ポリマー部材用溶液の調製)
7質量%のCOP1及び93質量%のクロロホルムを、室温において混合及び撹拌することによって、ポリマー部材用溶液を得た。
7質量%のCOP1及び93質量%のクロロホルムを、室温において混合及び撹拌することによって、ポリマー部材用溶液を得た。
(ポリマー部材の接合)
上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、ポリマー部材用溶液をスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、ポリマー部材用溶液をスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
その後、このようにポリマー部材用溶液をコーティングしたシリコン基板を、140℃に加熱したホットプレート上に10分間にわたって保持し、ポリマー部材用溶液を乾燥させて、第2の熱変性ポリマー層上に膜厚が23nmのポリマー部材を接合した。このようにして得られたポリマー部材-無機基材複合体を、参考例1のポリマー部材-無機基材複合体とした。
(クロスカット試験)
カッターナイフを用いて、シリコン基板上に形成した第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びにポリマー部材の積層体に、1mm間隔でシリコン基板に到達する切れ目を入れた。6本の切れ目を入れた後で、さらにこの切れ目に直交するようにさらに6本の切れ目を入れ、碁盤の目状の切れ目を形成した。
カッターナイフを用いて、シリコン基板上に形成した第1及び第2の熱変性ポリマー層、並びにポリマー部材の積層体に、1mm間隔でシリコン基板に到達する切れ目を入れた。6本の切れ目を入れた後で、さらにこの切れ目に直交するようにさらに6本の切れ目を入れ、碁盤の目状の切れ目を形成した。
その後、スコッチ・メンディングテープ(3M社、810、幅24mm)を、ポリマー部材の表面に貼り付け、そしてテープの上から指でこすって密着させた後で、テープを引き剥がした。このようにしてテープの貼り付け及び剥離を行った領域を、実体顕微鏡で観察した。
評価結果は下記のように分類した。
A:カットの縁が完全に滑らかで,どの格子の目にもはがれが認められなかった。
B:ポリマー部材が部分的なはがれを生じたが、クロスカット部で影響を受けたのは、35%未満であった。
C:ポリマー部材が全面的に大はがれを生じ、クロスカット部で影響を受けたのは、35%以上であった。
A:カットの縁が完全に滑らかで,どの格子の目にもはがれが認められなかった。
B:ポリマー部材が部分的なはがれを生じたが、クロスカット部で影響を受けたのは、35%未満であった。
C:ポリマー部材が全面的に大はがれを生じ、クロスカット部で影響を受けたのは、35%以上であった。
参考例1のポリマー部材-無機基材複合体では、カットの縁が完全に滑らかで、どの格子の目にも剥がれは認められなかった(評価A)。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R1に示している。
〈参考例2~8〉
熱変性ポリマー層を形成するための溶液中のポリマーの濃度(参考例2及び3)、熱変性ポリマー層を形成するための溶液中のスピンコーティング条件(参考例4)、第1の熱変性ポリマーの熱変性の温度(参考例5~8)を表R1及び2のように変更したことを除いて、参考例1と同様にして、参考例2~8のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R1及び2に示している。
熱変性ポリマー層を形成するための溶液中のポリマーの濃度(参考例2及び3)、熱変性ポリマー層を形成するための溶液中のスピンコーティング条件(参考例4)、第1の熱変性ポリマーの熱変性の温度(参考例5~8)を表R1及び2のように変更したことを除いて、参考例1と同様にして、参考例2~8のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R1及び2に示している。
〈参考例3A〉
(第1及び第2の熱変性ポリマー層の形成)
第1の熱変性ポリマーの熱変性の温度を300℃にしたこと、及び、第2の熱変性ポリマーの熱変性の温度を280℃とし処理時間を1分間としたことを除いて、参考例1と同様にして、シリコン基板上に第1の熱変性ポリマー層及び第2の熱変性ポリマーを形成した。
(第1及び第2の熱変性ポリマー層の形成)
第1の熱変性ポリマーの熱変性の温度を300℃にしたこと、及び、第2の熱変性ポリマーの熱変性の温度を280℃とし処理時間を1分間としたことを除いて、参考例1と同様にして、シリコン基板上に第1の熱変性ポリマー層及び第2の熱変性ポリマーを形成した。
(第3の熱変性ポリマー層の形成)
上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層の上に、熱変性ポリマー層用溶液をスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層の上に、熱変性ポリマー層用溶液をスピンコートした。スピンコートは、2000rpmの回転速度を20秒間にわたって保持して行った。
その後、このように熱変性ポリマー層用溶液をコーティングしたシリコン基板を、120℃に加熱したホットプレート上に保持し、熱変性ポリマー層用溶液を乾燥させて、第2の熱変性ポリマー層上に第3のポリマー層を形成した。そして、この基板を、200℃に加熱したホットプレート上に2分間にわたって保持することによって第3のポリマー層を熱変性させて、第2の熱変性ポリマー層上に膜厚が23nmの第3の熱変性ポリマー層を密着させた。このようにして得られた熱変性ポリマー層-無機基材複合体を、参考例3Aの熱変性ポリマー層-無機基材複合体とした。
(ポリマー部材の接合)
その後、参考例1と同様にしてポリマー部材の接合を行うことにより参考例3Aのポリマー部材-無機基材複合体を作成した。
その後、参考例1と同様にしてポリマー部材の接合を行うことにより参考例3Aのポリマー部材-無機基材複合体を作成した。
(クロスカット試験)
参考例3Aのポリマー部材-無機基材複合体を、参考例1と同様にして評価した。
参考例3Aのポリマー部材-無機基材複合体を、参考例1と同様にして評価した。
この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R1に示している。
〈参考比較例1〉
無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、シリコン基材上に直接に、COP1をスピンコーティングしたことを除いて、参考例1と同様にして、参考比較例1のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R1及び2に示している。
無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、シリコン基材上に直接に、COP1をスピンコーティングしたことを除いて、参考例1と同様にして、参考比較例1のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R1及び2に示している。
〈参考例9〉
ポリマー部材の接合の際に、シクロオレフィンポリマーをスピンコーティングする代わりに、COP1のフィルム(厚さ100μm)を、第2の熱変性ポリマー層上に配置し、50MPaの圧力及び140℃の温度で2時間にわたって保持して、このフィルムと第2の熱変性ポリマー層とを熱圧着したことを除いて、参考例1と同様にして、参考例9のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R3に示している。
ポリマー部材の接合の際に、シクロオレフィンポリマーをスピンコーティングする代わりに、COP1のフィルム(厚さ100μm)を、第2の熱変性ポリマー層上に配置し、50MPaの圧力及び140℃の温度で2時間にわたって保持して、このフィルムと第2の熱変性ポリマー層とを熱圧着したことを除いて、参考例1と同様にして、参考例9のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R3に示している。
〈参考比較例2〉
無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、シリコン基材上に直接に、COP1のフィルム(厚さ100μm)を熱圧着したことを除いて、参考例9と同様にして、参考比較例2のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R3に示している。
無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、シリコン基材上に直接に、COP1のフィルム(厚さ100μm)を熱圧着したことを除いて、参考例9と同様にして、参考比較例2のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R3に示している。
〈参考例10~14〉
無機基材としてのシリコン基材上に第1の熱変性ポリマー層を形成した後、第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、第1の熱変性ポリマー層上に直接に、ポリマー部材用溶液をスピンコートしたことを除いて、それぞれ参考例5,6、1、7、及び8と同様にして、参考例10~14のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R4に示している。
無機基材としてのシリコン基材上に第1の熱変性ポリマー層を形成した後、第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、第1の熱変性ポリマー層上に直接に、ポリマー部材用溶液をスピンコートしたことを除いて、それぞれ参考例5,6、1、7、及び8と同様にして、参考例10~14のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R4に示している。
《参考例15~20及び参考比較例3》
以下のとおり、参考例15~20では、熱変性ポリマー層及びポリマー部材の膜の両方の材料として、COP2を用いた。また、参考比較例3では、熱変性ポリマー層を用いずに、ポリマー部材の膜の材料として、COP2を用いた。
以下のとおり、参考例15~20では、熱変性ポリマー層及びポリマー部材の膜の両方の材料として、COP2を用いた。また、参考比較例3では、熱変性ポリマー層を用いずに、ポリマー部材の膜の材料として、COP2を用いた。
〈参考例15〉
熱変性ポリマー層用溶液及びポリマー部材用溶液の両方の調製において、10質量%のCOP2及び90質量%のトルエンを室温において混合及び撹拌することにより熱変性ポリマー層用溶液を得たことを除いて、参考例1と同様にして、参考例15のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R5に示している。
熱変性ポリマー層用溶液及びポリマー部材用溶液の両方の調製において、10質量%のCOP2及び90質量%のトルエンを室温において混合及び撹拌することにより熱変性ポリマー層用溶液を得たことを除いて、参考例1と同様にして、参考例15のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R5に示している。
〈参考例16〉
熱変性ポリマー層を形成するための溶液中のポリマーの濃度を10質量%から1質量%のように変更したことを除いて、参考例15と同様にして、参考例16のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R5に示している。
熱変性ポリマー層を形成するための溶液中のポリマーの濃度を10質量%から1質量%のように変更したことを除いて、参考例15と同様にして、参考例16のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R5に示している。
〈参考比較例3〉
無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、シリコン基材上に直接に、COP2をスピンコーティングしたことを除いて、参考例15と同様にして、参考比較例3のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R5に示している。
無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、シリコン基材上に直接に、COP2をスピンコーティングしたことを除いて、参考例15と同様にして、参考比較例3のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R5に示している。
〈参考例17~20〉
第1の熱変性ポリマーの熱変性の温度を表R6のように変更したことを除いて、参考例15と同様にして、参考例17~20のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R6に示している。
第1の熱変性ポリマーの熱変性の温度を表R6のように変更したことを除いて、参考例15と同様にして、参考例17~20のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R6に示している。
《参考例21及び参考比較例4》
以下のとおり、参考例21では、熱変性ポリマー層及びポリマー部材の両方の材料として、ポリエチレン(PE)フィルム(厚さ30μm)を用いた。また、参考比較例4では、熱変性ポリマー層を用いずに、ポリマー部材の材料として、ポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を用いた。
以下のとおり、参考例21では、熱変性ポリマー層及びポリマー部材の両方の材料として、ポリエチレン(PE)フィルム(厚さ30μm)を用いた。また、参考比較例4では、熱変性ポリマー層を用いずに、ポリマー部材の材料として、ポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を用いた。
〈参考例21〉
(第1の熱変性ポリマー層の形成)
無機基材としてのシリコン基板上にポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を配置した状態で、120℃に基材を加熱し1分間保持することにより、ポリエチレンフィルム付きシリコン基板を得、そして、この基板を、280℃に加熱したホットプレート上に1分間にわたって保持することによってポリエチレンフィルムを熱変性させて、第1の熱変性ポリマー層付きシリコン基板を得た。
(第1の熱変性ポリマー層の形成)
無機基材としてのシリコン基板上にポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を配置した状態で、120℃に基材を加熱し1分間保持することにより、ポリエチレンフィルム付きシリコン基板を得、そして、この基板を、280℃に加熱したホットプレート上に1分間にわたって保持することによってポリエチレンフィルムを熱変性させて、第1の熱変性ポリマー層付きシリコン基板を得た。
(第2の熱変性ポリマー層の形成)
上記のようにして得たシリコン基板の第1の熱変性ポリマー層上に、ポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を配置した状態で、120℃に基材を加熱し1分間保持することにより、第1の熱変性ポリマー層上にポリエチレンフィルムを貼り付けた。そして、この基板を、200℃に加熱したホットプレート上に2分間にわたって保持することによってポリエチレンフィルムを熱変性させて、第1の熱変性ポリマー層上に第2の熱変性ポリマー層を密着させた。このようにして得られた熱変性ポリマー層-無機基材複合体を、参考例21の熱変性ポリマー層-無機基材複合体とした。
上記のようにして得たシリコン基板の第1の熱変性ポリマー層上に、ポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を配置した状態で、120℃に基材を加熱し1分間保持することにより、第1の熱変性ポリマー層上にポリエチレンフィルムを貼り付けた。そして、この基板を、200℃に加熱したホットプレート上に2分間にわたって保持することによってポリエチレンフィルムを熱変性させて、第1の熱変性ポリマー層上に第2の熱変性ポリマー層を密着させた。このようにして得られた熱変性ポリマー層-無機基材複合体を、参考例21の熱変性ポリマー層-無機基材複合体とした。
(ポリマー部材の接合)
上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、ポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を配置した状態で、120℃に基材を加熱し1分間保持し、その後さらに140℃に基材を加熱し10分間保持することにより、第1の熱変性ポリマー層上に、ポリマー部材としてのポリエチレンフィルムを接合した。このようにして得られたポリマー部材-無機基材複合体を、参考例21のポリマー部材-無機基材複合体とし、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R7に示している。
上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、ポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を配置した状態で、120℃に基材を加熱し1分間保持し、その後さらに140℃に基材を加熱し10分間保持することにより、第1の熱変性ポリマー層上に、ポリマー部材としてのポリエチレンフィルムを接合した。このようにして得られたポリマー部材-無機基材複合体を、参考例21のポリマー部材-無機基材複合体とし、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R7に示している。
〈参考比較例4〉
無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、シリコン基材上に直接に、ポリマー部材としてのポリエチレンフィルムを接合したことを除いて、参考例21と同様にして、参考比較例4のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R7に示している。
無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成せずに、シリコン基材上に直接に、ポリマー部材としてのポリエチレンフィルムを接合したことを除いて、参考例21と同様にして、参考比較例4のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R7に示している。
《参考例22~27》
以下のとおり、参考例22~27では、熱変性ポリマー層の材料とポリマー部材の材料とで異なるポリマーを用いた。
以下のとおり、参考例22~27では、熱変性ポリマー層の材料とポリマー部材の材料とで異なるポリマーを用いた。
〈参考例22及び23〉
(第1及び第2の熱変性ポリマー層の形成)
参考例1でのようにして、COP1を用いて、無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成した。
(第1及び第2の熱変性ポリマー層の形成)
参考例1でのようにして、COP1を用いて、無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成した。
(ポリマー部材の接合)
参考例22では、上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、参考例15でのようにして得たCOP2のポリマー部材用溶液をスピンコートし、乾燥して、参考例22のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R8に示している。
参考例22では、上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、参考例15でのようにして得たCOP2のポリマー部材用溶液をスピンコートし、乾燥して、参考例22のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R8に示している。
参考例23では、上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、参考例21でのようにしてポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を接合して、参考例23のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R8に示している。
〈参考例24及び25〉
(第1及び第2の熱変性ポリマー層の形成)
参考例15でのようにして、COP2を用いて、無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成した。
(第1及び第2の熱変性ポリマー層の形成)
参考例15でのようにして、COP2を用いて、無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成した。
(ポリマー部材の接合)
参考例24では、上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、参考例1でのようにして得たCOP1のポリマー部材用溶液をスピンコートし、乾燥して、参考例24のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R8に示している。
参考例24では、上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、参考例1でのようにして得たCOP1のポリマー部材用溶液をスピンコートし、乾燥して、参考例24のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R8に示している。
参考例25では、上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、参考例21でのようにしてポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を接合して、参考例25のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R8に示している。
〈参考例26及び27〉
(第1及び第2の熱変性ポリマー層の形成)
参考例21でのようにして、ポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を用いて、無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成した。
(第1及び第2の熱変性ポリマー層の形成)
参考例21でのようにして、ポリエチレンフィルム(厚さ30μm)を用いて、無機基材としてのシリコン基材上に第1及び第2の熱変性ポリマー層を形成した。
(ポリマー部材の接合)
参考例26では、上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、参考例1でのようにして得たCOP1のポリマー部材用溶液をスピンコートし、乾燥して、参考例26のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R8に示している。
参考例26では、上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、参考例1でのようにして得たCOP1のポリマー部材用溶液をスピンコートし、乾燥して、参考例26のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R8に示している。
参考例27では、上記のようにして得た第2の熱変性ポリマー層上に、参考例15でのようにして得たCOP2のポリマー部材用溶液をスピンコートし、乾燥して、参考例26のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R8に示している。
《参考例28~30及び参考比較例5~7》
〈参考例28~30〉
無機基材として、シリコン基材に代えて、それぞれSiN層を表面に形成したシリコン基材(参考例28)、銅板(参考例29)、及びアルミニウム板(参考例30)を用いたことを除いて、参考例15と同様にして、参考例28~30のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R9に示している。
〈参考例28~30〉
無機基材として、シリコン基材に代えて、それぞれSiN層を表面に形成したシリコン基材(参考例28)、銅板(参考例29)、及びアルミニウム板(参考例30)を用いたことを除いて、参考例15と同様にして、参考例28~30のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R9に示している。
〈参考比較例5~7〉
熱変性ポリマー層を用いなかったことを除いてそれぞれ参考例28~30と同様にして、参考比較例5~7のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表に示している。
熱変性ポリマー層を用いなかったことを除いてそれぞれ参考例28~30と同様にして、参考比較例5~7のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表に示している。
《参考比較例8~13》
以下のとおり、参考比較例8~13では、無機基材としてのシリコン基材をシランカップリング剤で処理し、この処理した表面に、ポリマー部材を接合した。
以下のとおり、参考比較例8~13では、無機基材としてのシリコン基材をシランカップリング剤で処理し、この処理した表面に、ポリマー部材を接合した。
〈参考比較例8~9〉
無機基材としてのシリコン基材を、紫外線及びオゾン処理(UV/O3処理)した後で、シランカップリング剤としてのオクタデシルトリエトキシシラン(OTS)の150℃の飽和蒸気圧雰囲気下において3時間保持することにより、OTS処理シリコン基材を得た。
無機基材としてのシリコン基材を、紫外線及びオゾン処理(UV/O3処理)した後で、シランカップリング剤としてのオクタデシルトリエトキシシラン(OTS)の150℃の飽和蒸気圧雰囲気下において3時間保持することにより、OTS処理シリコン基材を得た。
参考比較例8では、このようにして得たOTS処理シリコン基材の表面に熱変性ポリマー層を形成せずに、参考例15と同様にして、スピンコーティングによってポリマー部材を接合して、参考比較例8のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R10に示している。
参考比較例9では、このようにして得たOTS処理シリコン基材の表面に熱変性ポリマー層を形成せずに、参考例21と同様にして、熱圧着によってポリマー部材を接合して、参考比較例9のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R10に示している。
〈参考比較例10~11〉
シランカップリング剤として、オクタデシルトリエトキシシラン(OTS)の代わりに、3-フェニルプロピルトリエトキシシラン(PTS)を用いたことを除いて、それぞれ参考比較例8及び9と同様にして、参考比較例10~11のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R10に示している。
シランカップリング剤として、オクタデシルトリエトキシシラン(OTS)の代わりに、3-フェニルプロピルトリエトキシシラン(PTS)を用いたことを除いて、それぞれ参考比較例8及び9と同様にして、参考比較例10~11のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R10に示している。
〈参考比較例12~13〉
シランカップリング剤として、オクタデシルトリエトキシシラン(OTS)の代わりに、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(ATS)を用いたことを除いて、それぞれ参考比較例8及び9と同様にして、参考比較例12~13のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R10に示している。
シランカップリング剤として、オクタデシルトリエトキシシラン(OTS)の代わりに、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(ATS)を用いたことを除いて、それぞれ参考比較例8及び9と同様にして、参考比較例12~13のポリマー部材-無機基材複合体を作成し、参考例1と同様にして評価した。この複合材料の作成条件及び評価結果を下記の表R10に示している。
〈評価結果〉
上記の表R1からは、熱変性ポリマー層を形成するためのポリマー溶液におけるポリマー濃度を1質量%~7質量%にし、また熱変性ポリマー層を形成する際のスピンコート回転数を2000rpm~4000rpmにした場合(参考例1~4)に、熱変性ポリマー層を用いない場合(参考比較例1)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R1からは、熱変性ポリマー層を形成するためのポリマー溶液におけるポリマー濃度を1質量%~7質量%にし、また熱変性ポリマー層を形成する際のスピンコート回転数を2000rpm~4000rpmにした場合(参考例1~4)に、熱変性ポリマー層を用いない場合(参考比較例1)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
また、上記の表R1からは、熱変性ポリマー層を2層とした場合(参考例1~4)だけでなく、熱変性ポリマー層を3層とした場合(参考例3A)にも、熱変性ポリマー層を用いない場合(参考比較例1)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R2からは、熱変性ポリマー層を形成するための熱変性温度を200℃~360℃の温度にした場合(参考例1及び5~8)に、熱変性ポリマー層を用いない場合(参考比較例1)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R3からは、熱変性ポリマー層にポリマー部材フィルムを熱圧着して接合する場合(参考例9)に、熱変性ポリマー層を用いずにシリコン基材に直接にポリマー部材を熱圧着して接合する場合(参考比較例2)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R4からは、熱変性ポリマー層を2層にせずに1層のみ用いた場合(参考例10~14)にも、熱変性ポリマー層を用いない場合(参考比較例1)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R5からは、熱変性ポリマー層を形成するためのポリマー溶液におけるポリマー濃度を1質量%~10質量%にした場合(参考例15~16)に、熱変性ポリマー層を用いない場合(参考比較例3)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R6からは、熱変性ポリマー層を形成するための熱変性温度を200℃~360℃の温度にした場合(参考例10及び17~20)に、熱変性ポリマー層を用いない場合(参考比較例3)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R7からは、熱変性ポリマー層にポリマー部材フィルムを熱圧着して接合する場合(参考例21)に、熱変性ポリマー層を用いずにシリコン基材に直接にポリマー部材フィルムを熱圧着して接合する場合(参考比較例4)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R8からは、熱変性ポリマー層を形成するためのポリマーとポリマー部材を形成するためのポリマーとが異なっている条件においても、熱変性ポリマー層を用いる場合(参考例22~27)に、熱変性ポリマー層を用いない場合(参考比較例1、3及び4)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R9からは、基材がシリコン基材ではなく、SiNを表面に形成したシリコン基材、銅板、及びアルミニウム板である条件においても、熱変性ポリマー層を用いる場合(参考例28~30)に、熱変性ポリマー層を用いない場合(参考比較例5~7)と比較して、ポリマー部材の剥離が抑制されていることが理解される。
上記の表R10からは、基材がシランカップリング剤で処理されたシリコン基材である条件においても、熱変性ポリマー層を用いる場合(参考例)と比較すると、ポリマー部材の剥離が抑制されていないことが理解される。
《参考例31~36》
20質量%のCOP1及び80質量%のクロロホルムを、室温において混合及び撹拌することによって、熱変性ポリマー層用溶液を得たこと、並びに熱変性のためのホットプレートの温度を、400℃(参考例31)、320℃(参考例32)、280℃(参考例33)、240℃(参考例34)、200℃(参考例35)、及び160℃(参考例36)にしたことを除いて、参考例1と同様にして、無機基材としてのシリコン基板上に、熱変性ポリマー層付きシリコン基板を得た。
20質量%のCOP1及び80質量%のクロロホルムを、室温において混合及び撹拌することによって、熱変性ポリマー層用溶液を得たこと、並びに熱変性のためのホットプレートの温度を、400℃(参考例31)、320℃(参考例32)、280℃(参考例33)、240℃(参考例34)、200℃(参考例35)、及び160℃(参考例36)にしたことを除いて、参考例1と同様にして、無機基材としてのシリコン基板上に、熱変性ポリマー層付きシリコン基板を得た。
(XPSによる元素分析)
参考例31~36の熱変性ポリマー層について、XPS装置(K-Alpha(サーモフィッシャーサイエンティフィック社))を用いて、熱変性ポリマー層に含まれる酸素原子と炭素原子の原子数の合計に対する熱変性ポリマー層含まれる酸素の原子数の割合(O原子数/(O原子数+C原子数)(%))を求めた。
参考例31~36の熱変性ポリマー層について、XPS装置(K-Alpha(サーモフィッシャーサイエンティフィック社))を用いて、熱変性ポリマー層に含まれる酸素原子と炭素原子の原子数の合計に対する熱変性ポリマー層含まれる酸素の原子数の割合(O原子数/(O原子数+C原子数)(%))を求めた。
X線源は単色化したAlKα線を用いて、光電子取り出し角度0度として測定を行った。O1sピーク面積は、527~537eVの範囲でShirleyの方法に従ってベースラインを引くことにより求め、C1sピーク面積は、280~290eVの範囲でShirleyの方法に従ってベースラインを引くことにより求めた。フィルム表面の酸素濃度と酸素濃度は、上記O1sピーク面積及びC1sピーク面積をそれぞれの装置に固有の感度係数で補正して求めた。
この熱変性ポリマー層の作成条件及び評価結果を、下記の表R11に示している。この表R11からは、熱変性のための温度が下がるに従って、すなわち熱変性の程度が下がるに従って、この割合(O原子数/(O原子数+C原子数)(%))が小さくなっており、したがって熱変性ポリマー層の熱変性の程度の指標として、この割合を利用可能であることが理解される。
(赤外吸収スペクトル測定)
参考例31~36の熱変性ポリマー層について、IR吸収分析装置(Nicolet6700(Thermo Fisher SCIENTIFIC社))を用いて、4000~500cm-1の範囲の赤外透過吸収スペクトルを測定することにより、2947cm-1をピークとするC-H伸縮振動の吸収の吸収ピークの強度に対する、1732cm-1をピークとするC=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合(C=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合/C―H伸縮振動の吸収ピークの強度(-))を求めた。吸収ピークの強度は、吸収ピークの吸光度の値の最大値を読み取ることによって求めた。
参考例31~36の熱変性ポリマー層について、IR吸収分析装置(Nicolet6700(Thermo Fisher SCIENTIFIC社))を用いて、4000~500cm-1の範囲の赤外透過吸収スペクトルを測定することにより、2947cm-1をピークとするC-H伸縮振動の吸収の吸収ピークの強度に対する、1732cm-1をピークとするC=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合(C=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合/C―H伸縮振動の吸収ピークの強度(-))を求めた。吸収ピークの強度は、吸収ピークの吸光度の値の最大値を読み取ることによって求めた。
この熱変性ポリマー層の作成条件及び評価結果を、下記の表R11に示している。この表R11からは、熱変性のための温度が下がるに従って、すなわち熱変性の程度が下がるに従って、この割合(C=O伸縮振動の吸収ピークの強度の割合/C―H伸縮振動の吸収ピークの強度(-))が小さくなっており、したがって熱変性ポリマー層の熱変性の程度の指標として、この割合を利用可能であることが理解される。
10 無機基材
20、21、22 熱変性ポリマー層
30、31、32 ポリマー部材
110、120 熱変性ポリマー層-無機基材複合体
210、220 本発明のポリマー部材-無機基材複合体
20、21、22 熱変性ポリマー層
30、31、32 ポリマー部材
110、120 熱変性ポリマー層-無機基材複合体
210、220 本発明のポリマー部材-無機基材複合体
Claims (21)
- 無機基材上に1又は複数の熱変性ポリマー層が密着している熱変性ポリマー層-無機基材複合体を提供すること、及び
前記1又は複数の熱変性ポリマー層を介して、ポリマー部材を前記無機基材に接合させること、
を含み、
前記ポリマー部材が、無機粒子、及びポリマーを少なくとも含む、
ポリマー部材-無機基材複合体の製造方法。 - 前記ポリマー部材が、カップリング剤をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ポリマー部材が、膜状又はフィルム状である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記ポリマー部材の接合を熱圧着によって行う、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記1又は複数の熱変性ポリマー層が、オレフィンポリマーで形成されており、かつ前記ポリマー部材の前記ポリマーが、オレフィンポリマーである、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記オレフィンポリマーが、シクロオレフィンポリマーである、請求項5に記載の方法。
- 前記無機基材が、金属及び半金属、金属及び半金属の酸化物、金属及び半金属の窒化物、金属及び半金属の炭化物、炭素材料、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 無機基材、前記無機基材に密着している1又は複数の熱変性ポリマー層、前記1又は複数の熱変性ポリマー層を介して前記無機基材に密着しているポリマー部材を有し、かつ
前記ポリマー部材が、無機粒子、及びポリマーを少なくとも含む、
ポリマー部材-無機基材複合体。 - 前記ポリマー部材が、カップリング剤をさらに含む、請求項8に記載の複合体。
- 前記ポリマー部材が、膜状又はフィルム状である、請求項8又は9に記載の複合体。
- 前記1又は複数の熱変性ポリマー層が、オレフィンポリマーで形成されており、かつ前記ポリマー部材の前記ポリマーが、オレフィンポリマーである、請求項8~10のいずれか一項に記載の複合体。
- 前記オレフィンポリマーが、シクロオレフィンポリマーである、請求項11に記載の複合体。
- 無機粒子、ポリマー、及びカップリング剤を少なくとも含む、ポリマー部材。
- 膜状又はフィルム状である、請求項13に記載のポリマー部材。
- 前記無機粒子の平均一次粒径が1~500nmである、請求項13又は14に記載のポリマー部材。
- 無機粒子、及びポリマーを少なくとも含む、ポリマー部材、並びに
ポリマーを少なくとも含む、追加のポリマー部材
を有する、複合ポリマー部材。 - 膜状又はフィルム状である、請求項16に記載の複合ポリマー部材。
- 前記無機粒子の平均一次粒径が1~500nmである、請求項16又は17に記載の複合ポリマー部材。
- 前記ポリマー部材及び前記追加のポリマー部材のうちの少なくともいずれかが、カップリング剤をさらに含む、請求項16~18のいずれか一項に記載の複合ポリマー部材。
- 前記ポリマー部材が、フィルム状であり、かつカップリング剤をさらに含み、
前記追加のポリマー部材が、フィルム状であり、無機粒子をさらに含み、かつカップリング剤を含んでおらず、かつ
フィルム状である、
請求項19に記載の複合ポリマー部材。 - 光学用である、請求項13~15のいずれか一項に記載のポリマー部材、及び請求項16~20のいずれか一項に記載の複合ポリマー部材。
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