CN106680905A - 具有表面处理层的物品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种物品,其具有氧化锆基材、位于基材上的中间层、和位于中间层上的由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成的表面处理层,上述中间层含有一种以上的金属氧化物。本发明的物品中的表面处理层具有高的摩擦耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有表面处理层的物品、特别是在氧化锆基材上具有由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂得到的表面处理层的物品及其制造方法。
背景技术
已知某种含氟化合物用于基材的表面处理时,可以提供优异的拨水性、拨油性、防污性等。作为这样的含氟硅烷化合物,已知有分子主链上具有全氟聚醚基、在分子末端或末端部具有与Si原子键合的能够水解的基团的含全氟聚醚基的硅烷化合物。例如,在专利文献1中记载了在分子末端或末端部具有与Si原子键合的能够水解的基团的含全氟聚醚基的硅烷化合物。
由含有如上所述的含氟硅烷化合物的表面处理剂得到的层(以下,也称为“表面处理层”)作为所谓的功能性薄膜实施于玻璃等。特别是上述表面处理层在薄膜中也能够发挥如上所述的功能,因此,适用于要求光透过性或透明性的眼镜、触摸面板、便携终端的操作画面等光学部件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-117012号公报
发明内容
发明所要解决的课题
例如,在便携终端等操作画面中一般使用玻璃基材,在该玻璃基材上形成上述的表面处理层。另一方面,在筐体部分的表面具有类似于金刚石的光泽等的设计性优异,因此,有时利用氧化锆陶瓷。便携终端等尤其要求摩擦耐久性的提高,但根据本发明人的研究得知:在玻璃基材上所形成的表面处理层可以具有充分的摩擦耐久性,但在氧化锆陶瓷上所形成的表面处理层的摩擦耐久性不充分。
因此,本发明的目的在于,提供一种在氧化锆陶瓷基材、即氧化锆基材上形成有具有更高的摩擦耐久性的表面处理层的物品以及这样的层的形成方法。
用于解决课题的技术方案
本发明人等进行了深入研究的结果发现,通过在氧化锆基材上形成金属氧化物的层、在其上使用含有含氟硅烷化合物的组合物形成表面处理层,可以得到摩擦耐久性优异的表面处理层,直至完成了本发明。
根据本发明的第一要点,提供一种物品,其具有氧化锆基材、位于基材上的中间层、和位于中间层上的由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成的表面处理层,其中,
上述中间层含有一种以上的金属氧化物。
根据本发明的第二要点,提供一种在氧化锆基材上形成由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成的表面处理层的方法,其包括:
在氧化锆基材上使用一种以上的金属氧化物形成中间层的工序;
接着,在中间层上使用含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成表面处理层的工序。
根据本发明的第三要点,提供一种物品的制造方法,所述物品具有氧化锆基材、位于基材上的中间层、和位于中间层上的由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成的表面处理层,该制造方法包括:
在氧化锆基材上使用一种以上的金属氧化物形成中间层的工序;
接着,在中间层上使用含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成表面处理层的工序。
发明效果
根据本发明,可以在氧化锆基材上得到具有高的摩擦耐久性的表面处理层。
具体实施方式
以下,对本发明的物品以及制造方法进行说明。
本发明的物品具有氧化锆基材、在该基材上所形成的中间层、和在该中间层上所形成的表面处理层。
本发明的物品可以为筐体(例如形态终端的筐体等)、珠宝配饰品(例如钟表的文字盘等)、眼镜框架等或者它们的一部分。
氧化锆基材是指由以氧化锆为主要成分的材料构成的基材。另外,本说明书中,“主要成分”是指在其材料中含量最多的材料、例如含量为50质量%以上的材料。
作为氧化锆基材中所含的主要成分以外的其它成分,没有特别限定,可以列举例如稳定化剂、着色剂等。
作为稳定化剂,没有特别限定,例如可以为氧化镁、氧化钙、氧化钇、氧化钪或氧化铈等金属氧化物。
作为着色剂,没有特别限定,例如可以为Co、Cr、Fe、Mn或Ni的氧化物、或复合氧化物。在一个方式中,着色剂为Fe2O3。
氧化锆基材的形状没有特别限定。另外,想要形成中间层和表面处理层的基材的表面区域为基材表面的至少一部分即可,可以根据想要制造的物品的用途和具体的规格等而适当确定。
在一个方式中,在基材上形成中间层之前,可以对基材进行前处理、例如清洗处理。通过进行前处理,基材与中间层的密合性提高,可以得到更高的摩擦耐久性。
在氧化锆基材上设置中间层。
中间层含有一种以上的金属氧化物,可以为单层,也可以为多层。
作为中间层中所含的金属氧化物,没有特别限定,可以列举例如氧化硅(典型而言为SiO2)、氧化铝(典型而言为Al2O3)、氧化锆(典型而言为ZrO2)等。
在一个方式中,中间层至少含有氧化硅或氧化铝。通过中间层含有氧化硅或氧化铝,可以在基材上得到摩擦耐久性更高的表面处理层。
在优选的方式中,中间层至少含有氧化硅。通过中间层含有氧化硅,可以在基材上得到摩擦耐久性更高的表面处理层。
进而,在优选的方式中,中间层含有氧化硅和氧化铝。通过中间层含有氧化硅和氧化铝,可以在基材上得到摩擦耐久性更高的表面处理层。
在上述的3个方式中,中间层可以进一步含有氧化锆。
在优选的方式中,在中间层中,在表面处理剂侧的表面存在氧化硅。通过在中间层的表面处理剂侧的表面使氧化硅存在,可以在基材上得到摩擦耐久性更高的表面处理层。
在优选的方式中,在中间层中,在基材侧的表面存在氧化铝或氧化锆、优选氧化铝。通过在中间层的基材侧的表面使氧化铝或氧化锆、特别是氧化铝存在,基材与中间层更强地结合,其结果,可以得到摩擦耐久性更高的表面处理层。
中间层可以为单层,也可以由多层构成,但优选由多层构成。
中间层为单层时,中间层中所含的金属氧化物可以为1种,也可以为2种以上。
金属氧化物含有2种以上时,2种以上的金属氧化物可以均匀地分布于中间层中,也可以不均匀地分布。优选在基材侧存在更多的氧化铝或氧化锆、特别是氧化铝,在表面处理层侧存在更多的氧化硅。
中间层为多层、例如2层、3层或4层时,各层可以由1种或2种以上的金属氧化物构成,但优选由1种金属氧化物构成。中间层也可以具有多个相同金属氧化物的层。另外,只要在邻接的金属氧化物的层间,构成它们的金属氧化物的种类有意地不同,所述的层间的边界可以不一定明确。例如,在邻接的金属氧化物的层间,可以具有构成它们的金属氧化物的两者存在的区域。通常,金属氧化物的两者存在的区域的厚度可以为50nm以下,优选为20nm以下,更优选为5nm以下。
在优选的方式中,多层中的最位于基材侧的层为氧化铝的层或氧化锆的层,优选为氧化铝的层,最位于表面处理剂侧的层为氧化硅的层。
作为中间层的优选的实例,可以列举下述的层结构。另外,左侧为基材侧,右侧为表面处理层侧。
(i)SiO2
(ii)Al2O3
(iii)Al2O3/SiO2
(iv)ZrO2/Al2O3/SiO2
(v)Al2O3/SiO2/Al2O3/SiO2
其中,优选Al2O3/SiO2和ZrO2/Al2O3/SiO2,特别优选Al2O3/SiO2。
中间层的厚度没有特别限定,优选为5nm以上,更优选为10nm以上,进一步优选为20nm以上,进一步更优选为30nm以上,优选为80nm以下,更优选为50nm以下。通过将中间层的厚度设为如上所述的范围,可以得到具有更高的摩擦耐久性的表面处理层。
由多层构成中间层时,各层的厚度没有特别限定,优选为5nm以上,更优选为10nm以上,进一步优选为15nm以上,优选为50nm以下,更优选为30nm以下。通过将各层的厚度设为如上所述的范围,可以得到具有更高的摩擦耐久性的表面处理层。
中间层的形成方法只要是可以在基材上形成金属氧化物的层的方法,就没有特别限定,可以使用蒸镀法、例如物理气相成长法(PVD:Physical Vapor Deposition)和化学气相成长法(CVD:Chemical VaporDeposition)等。作为PVD法,没有特别限定,可以列举例如真空蒸镀法和溅射等。作为真空蒸镀法的具体例,可以列举电阻加热、电子束、使用微波等的高频加热、离子束和类似的方法。作为CVD方法的具体例,可以列举等离子体CVD、光学CVD、热CVD和类似的方法。其中,优选PVD法,特别优选电阻加热蒸镀或电子束蒸镀,更优选电子束蒸镀。通过使用PVD法,可以得到具有更高的摩擦耐久性的表面处理层。
在一个方式中,在中间层上形成表面处理层之前,可以对基材进行前处理、例如清洗处理。通过进行前处理,中间层与表面处理层的密合性提高,可以得到更高的摩擦耐久性。
在中间层上设置表面处理层。表面处理层使用含有含氟硅烷化合物的表面处理剂而形成,在表面具有全氟聚醚基,经由硅烷部分与中间层结合。
表面处理层的厚度没有特别限定,从摩擦耐久性方面考虑,优选为1~50nm,更优选为1~30nm,进一步更优选为15~30nm的范围。
上述含氟硅烷化合物优选含有全氟聚醚基,例如为下述通式(A1)、(A2)、(B1)、(B2)、(C1)、(C2)、(D1)和(D2)所示的1种以上的化合物,
(Rf-PFPE)β,-X5-(SiR1 nR2 3-n)β …(B1)
(R2 3-nR1 nSi)β-X5-PFPE-X5-(SiR1 nR2 3-n)β …(B2)
(Rf-PFPE)γ,-X7-(SiRa kRb 1Rc m)γ …(C1)
(Rc mRb 1Ra kSi)γ-X7-PFPE-X7-(SiRa kRb 1Rc m)γ …(C2)
(Rf-PFPE)δ’-X9-(CRd k’Re 1’Rf m’)δ …(D1)
(Rf m’Re 1’Rd k’C)δ-X9-PFPE-X9-(CRd k’Re 1’Rf m’)δ …(D2)
[式中:
PFPE在每次出现时分别独立地为式:
-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-所示的基团,
(式中,a、b、c和d分别独立地为0~200的整数,a、b、c和d之和至少为1,标注下标a、b、c或d并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的。);
Rf在每次出现时分别独立地表示可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基;
R1在每次出现时分别独立地表示氢原子或碳原子数1~22的烷基;
R2在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
R11在每次出现时分别独立地表示氢原子或卤原子;
R12在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
n在每个(-SiR1 nR2 3-n)单元中独立地为0~3的整数;
其中,在式(A1)、(A2)、(B1)和(B2)中,至少存在1个R2;
X1分别独立地表示单键或2~10价的有机基团;
X2在每次出现时分别独立地表示单键或2价的有机基团;
t在每次出现时分别独立地为1~10的整数;
α分别独立地为1~9的整数;
α’为1~9的整数;
X5分别独立地表示单键或2~10价的有机基团;
β分别独立地为1~9的整数;
β’为1~9的整数;
X7分别独立地表示单键或2~10价的有机基团;
γ分别独立地为1~9的整数;
γ’为1~9的整数;
Ra在每次出现时分别独立地表示-Z-SiR71 pR72 qR73 r;
Z在每次出现时分别独立地表示氧原子或2价的有机基团;
R71在每次出现时分别独立地表示Ra’;
Ra’与Ra意义相同;
Ra中,经由Z基连结成直链状的Si最多为5个;
R72在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
R73在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
p在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
q在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
r在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
其中,在每个-Z-SiR71 pR72 qR73 r中,p、q和r之和为3,在式(C1)和(C2)中,至少存在1个R72;
Rb在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
Rc在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
k在每次出现时分别独立地为1~3的整数;
l在每次出现时分别独立地为0~2的整数;
m在每次出现时分别独立地为0~2的整数;
其中,在标注γ并用括弧括起来的单元中,k、l和m之和为3;
X9分别独立地表示单键或2~10价的有机基团;
δ分别独立地为1~9的整数;
δ’为1~9的整数。
Rd在每次出现时分别独立地表示-Z’-CR81 p’R82 q’R83 r’;
Z’在每次出现时分别独立地表示氧原子或2价的有机基团;
R81在每次出现时分别独立地表示Rd’;
Rd’与Rd意义相同;
Rd中,经由Z’基连结成直链状的C最多为5个;
R82在每次出现时分别独立地表示-Y-SiR85 jR86 3-j;
Y在每次出现时分别独立地表示2价的有机基团;
R85在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
R86在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
j在每个(-Y-SiR85 jR86 3-j)单位中独立地表示1~3的整数;
R83在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
p’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
q’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
r’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
Re在每次出现时分别独立地表示-Y-SiR85 jR86 3-j;
Rf在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
k’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
l’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
m’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
其中,式中,至少1个q’为2或3,或者至少1个l’为2或3。]。
在本说明书中使用的情况下,“烃基”是指为含有碳和氢的基团,且从烃中脱离了1个氢原子的基团。作为这样的烃基,没有特别限定,可以列举可以取代有1个以上的取代基的碳原子数1~20的烃基、例如脂肪族烃基、芳香族烃基等。上述“脂肪族烃基”可以为直链状、支链状或环状中的任意种,也可以为饱和或不饱和中的任意种。另外,烃基可以含有1个以上的环结构。另外,这样的烃基在其末端或分子链中可以具有1个以上的N、O、S、Si、酰胺、磺酰基、硅氧烷、羰基、羰氧基等。
在本说明书中使用的情况下,作为“烃基”的取代基,没有特别限定,可以列举例如选自卤原子;可以取代有1个以上的卤原子的C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、C3-10不饱和环烷基、5~10元的杂环基、5~10元的不饱和杂环基、C6-10芳基和5~10元的杂芳基中的1个以上的基团。
在本说明书中使用的情况下,“2~10价的有机基团”是指含有碳的2~10价的基团。作为这样的2~10价的有机基团,没有特别限定,可以列举从烃基中进一步脱离了1~9个氢原子的2~10价的基团。例如,作为2价的有机基团,没有特别限定,可以列举从烃基中进一步脱离了1个氢原子的2价的基团。
以下,对上述式(A1)、(A2)、(B1)、(B2)、(C1)、(C2)、(D1)和(D2)所示的含全氟聚醚基的硅烷化合物进行说明。
式(A1)和(A2):
上述式中,PFPE为-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-,相当于全氟聚醚基。在此,a、b、c和d分别独立地为0或1以上的整数,a、b、c和d之和至少为1。优选a、b、c和d分别独立地为0以上200以下的整数,例如为1~200的整数,更优选分别独立地为0以上100以下的整数。另外,优选a、b、c和d之和为5以上,更优选为10以上,例如为10以上100以下。另外,标注a、b、c或d并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的。这些重复单元中,-(OC4F8)-可以为-(OCF2CF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2CF2)-、-(OCF2CF(CF3)CF2)-、-(OCF2CF2CF(CF3))-、-(OC(CF3)2CF2)-、-(OCF2C(CF3)2)-、-(OCF(CF3)CF(CF3))-、-(OCF(C2F5)CF2)-和-(OCF2CF(C2F5))-中的任意个,但优选为-(OCF2CF2CF2CF2)-。-(OC3F6)-可以为-(OCF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2)-和-(OCF2CF(CF3))-中的任意个,但优选为-(OCF2CF2CF2)-。另外,-(OC2F4)-可以为-(OCF2CF2)-和-(OCF(CF3))-中的任意个,但优选为-(OCF2CF2)-。
在一个方式中,PFPE为-(OC3F6)b-(式中,b为1以上200以下、优选为5以上200以下、更优选为10以上200以下的整数),优选为-(OCF2CF2CF2)b-(式中,b为1以上200以下、优选为5以上200以下、更优选为10以上200以下的整数)或-(OCF(CF3)CF2)b-(式中,b为1以上200以下、优选为5以上200以下、更优选为10以上200以下的整数),更优选为-(OCF2CF2CF2)b-(式中,b为1以上200以下、优选为5以上200以下、更优选为10以上200以下的整数)。
在其它方式中,PFPE为-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-(式中,a和b分别独立地为0以上30以下的整数,c和d分别独立地为1以上200以下、优选为5以上200以下、更优选为10以上200以下的整数,标注下标a、b、c或d并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的),优选为-(OCF2CF2CF2CF2)a-(OCF2CF2CF2)b-(OCF2CF2)c-(OCF2)d-。在一个方式中,PFPE可以为-(OC2F4)c-(OCF2)d-(式中,c和d分别独立地为1以上200以下、优选为5以上200以下、更优选为10以上200以下的整数,标注下标c或d并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的)。
进而,在其它方式中,PFPE为-(OC2F4-R18)n”-所示的基团。式中,R18为选自OC2F4、OC3F6和OC4F8中的基团、或者为从这些基团中独立地选择的2或3个基团的组合。作为从OC2F4、OC3F6和OC4F8中独立地选择的2或3个基团的组合,没有特别限定,可以列举例如-OC2F4OC3F6-、-OC2F4OC4F8-、-OC3F6OC2F4-、-OC3F6OC3F6-、-OC3F6OC4F8-、-OC4F8OC4F8-、-OC4F8OC3F6-、-OC4F8OC2F4-、-OC2F4OC2F4OC3F6-、-OC2F4OC2F4OC4F8-、-OC2F4OC3F6OC2F4-、-OC2F4OC3F6OC3F6-、-OC2F4OC4F8OC2F4-、-OC3F6OC2F4OC2F4-、-OC3F6OC2F4OC3F6-、-OC3F6OC3F6OC2F4-和-OC4F8OC2F4OC2F4-等。上述n”为2~100的整数,优选为2~50的整数。上述式中,OC2F4、OC3F6和OC4F8可以为直链或支链的任意种,优选为直链。该方式中,PFPE优选为-(OC2F4-OC3F6)n”-或-(OC2F4-OC4F8)n”-。
上述式中,Rf表示可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基。
上述可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基中的“碳原子数1~16的烷基”可以为直链,也可以为支链,优选为直链或支链的碳原子数1~6、特别是碳原子数1~3的烷基,更优选为直链的碳原子数1~3的烷基。
上述Rf优选为取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基,更优选为CF2H-C1-15氟亚烷基,进一步优选为碳原子数1~16的全氟烷基。
该碳原子数1~16的全氟烷基可以为直链,也可以为支链,优选为直链或支链的碳原子数1~6、特别是碳原子数1~3的全氟烷基,更优选为直链的碳原子数1~3的全氟烷基,具体而言,为-CF3、-CF2CF3或-CF2CF2CF3。
上述式中,R1在每次出现时分别独立地表示氢原子或碳原子数1~22的烷基、优选为碳原子数1~4的烷基。
上述式中,R2在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团。
上述“能够水解的基团”在本说明书中使用的情况下,是指通过水解反应能够从化合物的主骨架中脱离的基团。作为能够水解的基团的实例,可以列举:-OR、-OCOR、-O-N=CR2、-NR2、-NHR、卤素(这些式中,R表示取代或非取代的碳原子数1~4的烷基)等,优选为-OR(即烷氧基)。R的实例中,包含:甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基等非取代烷基;氯甲基等取代烷基。其中,优选烷基、特别是非取代烷基,更优选甲基或乙基。羟基没有特别限定,可以为能够水解的基团进行水解而产生的羟基。
上述式中,R11在每次出现时分别独立地表示氢原子或卤原子。卤原子优选为碘原子、氯原子或氟原子,更优选为氟原子。
上述式中,R12在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基。低级烷基优选为碳原子数1~20的烷基,更优选为碳原子数1~6的烷基,可以列举例如:甲基、乙基、丙基等。
上述式中,n在每个(-SiR1 nR2 3-n)单元中独立地为0~3的整数,优选为0~2,更优选为0。其中,式中,所有的n不同时为0。换句话说,式中,至少存在1个R2。
上述式中,X1分别独立地表示单键或2~10价的有机基团。该X1被解释为在式(A1)和(A2)所示的化合物中连结主要提供拨水性和表面润滑性等的全氟聚醚部(即Rf-PFPE部或-PFPE-部)和提供与基材的结合能的硅烷部(即标注α并用括弧括起来的基团)的连接部。因此,该X1只要能够使式(A1)和(A2)所示的化合物稳定地存在,可以是任意的有机基团。
上述式中,α为1~9的整数,α’为1~9的整数。这些α和α’可以根据X1的价数而变化。式(A1)中,α和α’之和与X1的价数相同。例如,X1为10价的有机基团时,α和α’之和为10,例如α可以为9且α’可以为1,α可以为5且α’可以为5,或α可以为1且α’可以为9。另外,X1为2价的有机基团时,α和α’为1。式(A2)中,α为从X1的价数中减去1所得的值。
上述X1优选为2~7价,更优选为2~4价,进一步优选为2价的有机基团。
在一个方式中,X1为2~4价的有机基团,α为1~3,α’为1。
在其它方式中,X1为2价的有机基团,α为1,α’为1。该情况下,式(A1)和(A2)用下述式(A1’)和(A2’)表示。
作为上述X1的实例,没有特别限定,可以列举例如下述式表示的2价的基团,
-(R31)p1-(Xa)q1-
[式中:
R31表示单键、-(CH2)s’-或者邻、间或对亚苯基,优选为-(CH2)s’-,
s’为1~20的整数,优选为1~6的整数,更优选为1~3的整数,进一步更优选为1或2,
Xa表示-(Xb)l’-,
Xb在每次出现时分别独立地表示选自-O-、-S-、邻、间或对亚苯基、-C(O)O-、-Si(R33)2-、-(Si(R33)2O)m”-Si(R33)2-、-CONR34-、-O-CONR34-、-NR34-和-(CH2)n’-中的基团,
R33在每次出现时分别独立地表示苯基、C1-6烷基或C1-6烷氧基,优选为苯基或C1-6烷基,更优选为甲基,
R34在每次出现时分别独立地表示氢原子、苯基或C1-6烷基(优选为甲基),
m”在每次出现时分别独立地为1~100的整数,优选为1~20的整数,
n’在每次出现时分别独立地为1~20的整数,优选为1~6的整数,更优选为1~3的整数,
l’为1~10的整数,优选为1~5的整数,更优选为1~3的整数,
p1为0或1,
q1为0或1,
在此,p1和q1中的至少一个为1,标注p1或q1并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序是任意的]。
在此,R31和Xa(典型而言为R31和Xa的氢原子)可以被选自氟原子、C1-3烷基和C1-3氟烷基中的1个以上的取代基取代。
优选上述X1为-(R31)p1-(Xa)q1-R32-。R32表示单键、-(CH2)t’-或邻、间或对亚苯基,优选为-(CH2)t’-。t’为1~20的整数,优选为2~6的整数,更优选为2~3的整数。在此,R32(典型而言为R32的氢原子)可以被选自氟原子、C1-3烷基和C1-3氟烷基中的1个以上的取代基取代。
优选上述X1可以为
C1-20亚烷基、
-R31-Xc-R32-、或
-Xd-R32-
[式中,R31和R32与上述意义相同。]。
更优选上述X1为
C1-20亚烷基、
-(CH2)s’-Xc-、
-(CH2)s’-Xc-(CH2)t’-
-Xd-、或
-Xd-(CH2)t’-
[式中,s’和t’与上述意义相同。]。
上述式中,Xc表示
-O-、
-S-、
-C(O)O-、
-CONR34-、
-O-CONR34-、
-Si(R33)2-、
-(Si(R33)2O)m”-Si(R33)2-、
-O-(CH2)u’-(Si(R33)2O)m”-Si(R33)2-、
-O-(CH2)u’-Si(R33)2-O-Si(R33)2-CH2CH2-Si(R33)2-O-Si(R33)2-、
-O-(CH2)u’-Si(OCH3)2OSi(OCH3)2-、
-CONR34-(CH2)u’-(Si(R33)2O)m”-Si(R33)2-、
-CONR34-(CH2)u’-N(R34)-、或
-CONR34-(邻、间或对亚苯基)-Si(R33)2-
[式中,R33、R34和m”与上述意义相同,
u’为1~20的整数,优选为2~6的整数,更优选为2~3的整数。]。Xc优选为-O-。
上述式中,Xd表示
-S-、
-C(O)O-、
-CONR34-、
-CONR34-(CH2)u’-(Si(R33)2O)m”-Si(R33)2-、
-CONR34-(CH2)u’-N(R34)-、或
-CONR34-(邻、间或对亚苯基)-Si(R33)2-
[式中,各符号与上述意义相同。]。
更优选上述X1可以为
C1-20亚烷基、
-(CH2)s’-Xc-(CH2)t’-、或
-Xd-(CH2)t’-
[式中,各符号与上述意义相同。]。
进一步更优选上述X1为
C1-20亚烷基、
-(CH2)s’-O-(CH2)t’-、
-(CH2)s’-(Si(R33)2O)m”-Si(R33)2-(CH2)t’-、
-(CH2)s’-O-(CH2)u’-(Si(R33)2O)m”-Si(R33)2-(CH2)t’-、或
-(CH2)s’-O-(CH2)t’-Si(R33)2-(CH2)u’-Si(R33)2-(CvH2v)-
[式中,R33、m”、s’、t’和u’与上述意义相同,v为1~20的整数,优选为2~6的整数,更优选为2~3的整数。]。
上述式中,-(CvH2v)-可以为直链,也可以为支链,例如可以为-CH2CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH(CH3)-、-CH(CH3)CH2-。
上述X1基可以取代有选自氟原子、C1-3烷基和C1-3氟烷基(优选为C1-3全氟烷基)中的1个以上的取代基。
在一个方式中,X1基可以为-O-C1-6亚烷基以外。
在其它方式中,作为X1基,可以列举例如下述的基团:
[式中,R41分别独立地为氢原子、苯基、碳原子数1~6的烷基或C1-6烷氧基,优选为甲基;
D为选自
-CH2O(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3-、
-CF2O(CH2)3-、
-(CH2)2-、
-(CH2)3-、
-(CH2)4-、
-CONH-(CH2)3-、
-CON(CH3)-(CH2)3-、
-CON(Ph)-(CH2)3-(式中,Ph是指苯基)、和
(式中,R42分别独立地表示氢原子、C1-6的烷基或C1-6的烷氧基、优选甲基或甲氧基、更优选甲基。)中的基团,
E为-(CH2)n-(n为2~6的整数),
D键合于分子主链的PFPE,E键合于与PFPE相对的基团。]
作为上述X1的具体的实例,可以列举例如:
-CH2O(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3-、
-CH2O(CH2)6-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)2Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)3Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)10Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)20Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2OCF2CHFOCF2-、
-CH2OCF2CHFOCF2CF2-、
-CH2OCF2CHFOCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2CF2-
-CH2OCH2(CH2)7CH2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)2-、
-CH2OCH2CH2CH2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)3-、
-(CH2)2-、
-(CH2)3-、
-(CH2)4-、
-(CH2)6-、
-CONH-(CH2)3-、
-CON(CH3)-(CH2)3-、
-CON(Ph)-(CH2)3-(式中,Ph是指苯基)、
-CONH-(CH2)6-、
-CON(CH3)-(CH2)6-、
-CON(Ph)-(CH2)6-(式中,Ph是指苯基)、
-CONH-(CH2)2NH(CH2)3-、
-CONH-(CH2)6NH(CH2)3-、
-CH2O-CONH-(CH2)3-、
-CH2O-CONH-(CH2)6-、
-S-(CH2)3-、
-(CH2)2S(CH2)3-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)2Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)3Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)10Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)20Si(CH3)2(CH2)2-
-C(O)O-(CH2)3-、
-C(O)O-(CH2)6-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-(CH2)2-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-CH(CH3)-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-(CH2)3-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-CH(CH3)-CH2-、
-OCH2-、
-O(CH2)3-、
-OCFHCF2-、
等。
进而,在其它方式中,X1为式:-(R16)x-(CFR17)y-(CH2)z-所示的基团。式中,x、y和z分别独立地为0~10的整数,x、y和z之和为1以上,用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的。
上述式中,R16在每次出现时分别独立地为氧原子、亚苯基、亚咔唑基、-NR26-(式中,R26表示氢原子或有机基团)或2价的有机基团。优选R16为氧原子或2价的极性基团。
作为上述“2价的极性基团”,没有特别限定,可以列举-C(O)-、-C(=NR27)-和-C(O)NR27-(这些式中,R27表示氢原子或低级烷基)。该“低级烷基”例如为碳原子数1~6的烷基、例如甲基、乙基、正丙基,这些基团可以取代有1个以上的氟原子。
上述式中,R17在每次出现时分别独立地为氢原子、氟原子或低级氟烷基,优选为氟原子。该“低级氟烷基”例如为碳原子数1~6,优选为碳原子数1~3的氟烷基,优选为碳原子数1~3的全氟烷基,更优选为三氟甲基、五氟乙基,进一步优选为三氟甲基。
该方式中,X1优选为式:-(O)x-(CF2)y-(CH2)z-(式中,x、y和z与上述意义相同,用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的)所示的基团。
作为上述式:-(O)x-(CF2)y-(CH2)z-所示的基团,可以列举例如:-(O)x’-(CH2)z”-O-[(CH2)z”’-O-]z””和-(O)x’-(CF2)y”-(CH2)z”-O-[(CH2)z”’-O-]z””(式中,x’为0或1,y”、z”和z”’分别独立地为1~10的整数,z””为0或1)所示的基团。其中,这些基团的左端键合于PFPE侧。
在其它优选的方式中,X1为-O-CFR13-(CF2)e-。
上述R13分别独立地表示氟原子或低级氟烷基。低级氟烷基例如为碳原子数1~3的氟烷基,优选为碳原子数1~3的全氟烷基,更优选为三氟甲基、五氟乙基,进一步优选为三氟甲基。
上述e分别独立地为0或1。
在一个具体例中,R13为氟原子,e为1。
进而,在其它方式中,作为X1基的实例,可以列举下述的基团:
[式中:
R41分别独立地为氢原子、苯基、碳原子数1~6的烷基或C1-6烷氧基,优选为甲基;
各X1基中,T中的任意几个为与分子主链的PFPE键合的以下的基团:
-CH2O(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3-、
-CF2O(CH2)3-、
-(CH2)2-、
-(CH2)3-、
-(CH2)4-、
-CONH-(CH2)3-、
-CON(CH3)-(CH2)3-、
-CON(Ph)-(CH2)3-(式中,Ph是指苯基)或
[式中,R42分别独立地表示氢原子、C1-6的烷基或C1-6的烷氧基、优选甲基或甲氧基、更优选甲基。],其它的T中的几个为键合于与分子主链的PFPE相对的基团(即,在式(A1)和(A2)中,为碳原子,另外,在下述的式(B1)、(B2)、(C1)和(C2)中,为Si原子)的-(CH2)n”-(n”为2~6的整数),存在的情况下,剩余分别独立地为甲基、苯基、C1-6烷氧基或自由基捕捉基或紫外线吸收基。
自由基捕捉基只要是可以捕捉通过光照射而产生的自由基的基团,就没有特别限定,可以列举例如:二苯甲酮类、苯并***类、苯甲酸酯类、水杨酸苯酯类、丁烯酸类、丙二酸酯类、有机丙烯酸酯类、受阻胺类、受阻酚类或三嗪类的残基。
紫外线吸收基只要是可以吸收紫外线的基团,就没有特别限定,可以列举例如:苯并***类、羟基二苯甲酮类、取代和未取代苯甲酸或水杨酸化合物的酯类、丙烯酸酯或烷氧基肉桂酸酯类、草酰胺类、草酰替苯胺类、苯并噁嗪酮类、苯并噁唑类的残基。
在优选的方式中,作为优选的Rc,可以列举:
该方式中,X1、X5和X7分别独立地可以为3~10价的有机基团。
上述式中,t分别独立地为1~10的整数。在优选的方式中,t为1~6的整数。在其它优选的方式中,t为2~10的整数,优选为2~6的整数。
上述式中,X2在每次出现时分别独立地表示单键或2价的有机基团。X2优选为碳原子数1~20的亚烷基,更优选为-(CH2)u-(式中,u为0~2的整数)。
优选的式(A1)和(A2)所示的化合物为下述式(A1’)和(A2’)所示的化合物,
[式中:
PFPE分别独立地为下式所示的基团,
-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-
(式中,a、b、c和d分别独立地为0~200的整数,a、b、c和d之和至少为1,标注下标a、b、c或d并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的。);
Rf在每次出现时分别独立地表示可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基;
R1在每次出现时分别独立地表示氢原子或碳原子数1~22的烷基;
R2在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
R11在每次出现时分别独立地表示氢原子或卤原子;
R12在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
n为0~2的整数,优选为0;
X1为-O-CFR13-(CF2)e-;
R13为氟原子或低级氟烷基;
e为0或1;
X2为-(CH2)u-;
u为0~2的整数;
t为1~10的整数。]。
上述式(A1)和(A2)所示的化合物可以通过以下的方法而得到:例如将与Rf-PFPE-部分对应的全氟聚醚衍生物作为原料,在末端导入碘之后,使与-CH2CR12(X2-SiR1 nR2 3-n)-对应的乙烯基单体反应,从而得到上述的式(A1)和(A2)所示的化合物。
式(B1)和(B2):
(Rf-PFPE)β,-X5-(SiR1 nR2 3-n)β …(B1)
(R2 3-nR1 nSi)β-X5-PFPE-X5-(SiR1 nR2 3-n)β …(B2)
上述式(B1)和(B2)中,Rf、PFPE、R1、R2和n与关于上述式(A1)和(A2)的记载意义相同。
上述式中,X5分别独立地表示单键或2~10价的有机基团。该X5被解释为在式(B1)和(B2)所示的化合物中连结主要提供拨水性和表面润滑性等的全氟聚醚部(Rf-PFPE部或-PFPE-部)和提供与基材的结合能的硅烷部(具体而言为-SiR1 nR2 3-n)的连接部。因此,该X5只要能够使式(B1)和(B2)所示的化合物稳定地存在,可以为任意的有机基团。
上述式中的β为1~9的整数,β’为1~9的整数。这些β和β’根据X3的价数而确定,式(B1)中,β和β’之和与X5的价数相同。例如,X5为10价的有机基团时,β和β’之和为10,例如β可以为9且β’可以为1,β可以为5且β’可以为5,或者β可以为1且β’可以为9。另外,X5为2价的有机基团时,β和β’为1。式(B2)中,β为从X5的价数的值减去1所得的值。
上述X5为优选2~7价、更优选2~4价、进一步优选2价的有机基团。
在一个方式中,X5为2~4价的有机基团,β为1~3,β’为1。
在其它方式中,X5为2价的有机基团,β为1,β’为1。该情况下,式(B1)和(B2)用下述式(B1’)和(B2’)表示。
Rf-PFPE-X5-SiR1 nR2 3-n …(B1’)
R2 3-nR1 nSi-X5-PFPE-X5-SiR1 nR2 3-n …(B2’)
作为上述X5的实例,没有特别限定,可以列举例如与关于X1记载的基团同样的基团。
其中,优选的具体的X5可以列举:
-CH2O(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3-、
-CH2O(CH2)6-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)2Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)3Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)10Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)20Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2OCF2CHFOCF2-、
-CH2OCF2CHFOCF2CF2-、
-CH2OCF2CHFOCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2CF2-
-CH2OCH2(CH2)7CH2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)2-、
-CH2OCH2CH2CH2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)3-、
-(CH2)2-、
-(CH2)3-、
-(CH2)4-、
-(CH2)6-、
-CONH-(CH2)3-、
-CON(CH3)-(CH2)3-、
-CON(Ph)-(CH2)3-(式中,Ph是指苯基)、
-CONH-(CH2)6-、
-CON(CH3)-(CH2)6-、
-CON(Ph)-(CH2)6-(式中,Ph是指苯基)、
-CONH-(CH2)2NH(CH2)3-、
-CONH-(CH2)6NH(CH2)3-、
-CH2O-CONH-(CH2)3-、
-CH2O-CONH-(CH2)6-、
-S-(CH2)3-、
-(CH2)2S(CH2)3-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)2Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)3Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)10Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)20Si(CH3)2(CH2)2-
-C(O)O-(CH2)3-、
-C(O)O-(CH2)6-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-(CH2)2-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-CH(CH3)-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-(CH2)3-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-CH(CH3)-CH2-、
-OCH2-、
-O(CH2)3-、
-OCFHCF2-、
等。
优选的式(B1)和(B2)所示的化合物为下述式(B1’)和(B2’)所示的化合物,
Rf-PFPE-X5-SiR1 nR2 3-n …(B1’)
R2 3-nR1 nSi-X5-PFPE-X5-SiR1 nR2 3-n …(B2’)
[式中:
PFPE分别独立地为下式所示的基团,
-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-
(式中,a、b、c和d分别独立地为0~200的整数,a、b、c和d之和至少为1,标注下标a、b、c或d并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的。);
Rf在每次出现时分别独立地表示可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基;
R1在每次出现时分别独立地表示氢原子或碳原子数1~22的烷基;
R2在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
n为0~2的整数,优选为0;
X5为-CH2O(CH2)2-、-CH2O(CH2)3-或-CH2O(CH2)6-]。
上述式(B1)和(B2)所示的化合物可以通过公知的方法、例如专利文献1中记载的方法或其改良方法来制造。
式(C1)和(C2):
(Rf-PFPE)γ,-X7-(SiRa kRb 1Rc m)γ …(C1)
(Rc mRb 1Ra kSi)γ-X7-PFPE-X7-(SiRa kRb 1Rc m)γ …(C2)
上述式(C1)和(C2)中,Rf和PFPE与关于上述式(A1)和(A2)的记载意义相同。
上述式中,X7分别独立地表示单键或2~10价的有机基团。该X7被解释为在式(C1)和(C2)所示的化合物中连结主要提供拨水性和表面润滑性等的全氟聚醚部(Rf-PFPE部或-PFPE-部)和提供与基材的结合能的硅烷部(具体而言为-SiRa kRb lRc m基)的连接部。因此,该X7只要使式(C1)和(C2)所示的化合物稳定地存在,可以为任意的有机基团。
上述式中的γ为1~9的整数,γ’为1~9的整数。这些γ和γ’根据X7的价数而确定,式(C1)中,γ和γ’之和与X7的价数相同。例如,X7为10价的有机基团时,γ和γ’之和为10,例如γ可以为9且γ’可以为1,γ可以为5且γ’可以为5,或者γ可以为1且γ’可以为9。另外,X7为2价的有机基团时,γ和γ’为1。式(C1)中,γ为从X7的价数的值减去1所得的值。
上述X7为优选2~7价、更优选为2~4价、进一步优选2价的有机基团。
在一个方式中,X7为2~4价的有机基团,γ为1~3,γ’为1。
在其它方式中,X7为2价的有机基团,γ为1,γ’为1。该情况下,式(C1)和(C2)用下述式(C1’)和(C2’)表示。
Rf-PFPE-X7-SiRa kRb 1Rc m …(C1')
Rc mRb 1Ra kSi-X7-PFPE-X7-SiRa kRb 1Rc m …(C2')
作为上述X7的实例,没有特别限定,可以列举例如与关于X1记载的基团同样的基团。
其中,优选的具体的X7可以列举:
-CH2O(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3-、
-CH2O(CH2)6-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)2Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)3Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)10Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)20Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2OCF2CHFOCF2-、
-CH2OCF2CHFOCF2CF2-、
-CH2OCF2CHFOCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2CF2-
-CH2OCH2(CH2)7CH2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)2-、
-CH2OCH2CH2CH2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)3-、
-(CH2)2-、
-(CH2)3-、
-(CH2)4-、
-(CH2)6-、
-CONH-(CH2)3-、
-CON(CH3)-(CH2)3-、
-CON(Ph)-(CH2)3-(式中,Ph是指苯基)、
-CONH-(CH2)6-、
-CON(CH3)-(CH2)6-、
-CON(Ph)-(CH2)6-(式中,Ph是指苯基)、
-CONH-(CH2)2NH(CH2)3-、
-CONH-(CH2)6NH(CH2)3-、
-CH2O-CONH-(CH2)3-、
-CH2O-CONH-(CH2)6-、
-S-(CH2)3-、
-(CH2)2S(CH2)3-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)2Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)3Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)10Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)20Si(CH3)2(CH2)2-
-C(O)O-(CH2)3-、
-C(O)O-(CH2)6-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-(CH2)2-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-CH(CH3)-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-(CH2)3-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-CH(CH3)-CH2-、
-OCH2-、
-O(CH2)3-、
-OCFHCF2-、
等。
上述式中,Ra在每次出现时分别独立地表示-Z-SiR71 pR72 qR73 r。
式中,Z在每次出现时分别独立地表示氧原子或2价的有机基团。
上述Z优选为2价的有机基团,不包含与式(C1)或式(C2)中的分子主链的末端的Si原子(Ra所键合的Si原子)形成硅氧烷键的基团。
上述Z优选为C1-6亚烷基、-(CH2)g-O-(CH2)h-(式中,g为1~6的整数,h为1~6的整数)或-亚苯基-(CH2)i-(式中,i为0~6的整数),更优选为C1-3亚烷基。这些基团例如可以取代有选自氟原子、C1-6烷基、C2-6烯基和C2-6炔基中的1个以上的取代基。
式中,R71在每次出现时分别独立地表示Ra’。Ra’与Ra意义相同。
Ra中,经由Z基连结成直链状的Si最多为5个。即,上述Ra中,R71至少存在1个时,在Ra中经由Z基连结成直链状的Si原子存在2个以上,但经由所述的Z基连结成直链状的Si原子的数量最多为5个。其中,“Ra中的经由Z基连结成直链状的Si原子的数量”,与在Ra中连结成直链状的-Z-Si-的重复数相等。
例如,下述表示在Ra中经由Z基与Si原子连接的一例。
上述式中,*是指与主链的Si键合的部位,…是指键合有ZSi以外的规定的基团、即Si原子的3个键全部为…时、ZSi的重复的结束处。另外,Si的右肩的数字是指从*计数的经由Z基连结成直链状的Si的出现数量。即,用Si2结束ZSi重复的链中,“Ra中的经由Z基连结成直链状的Si原子的数量”为2个,同样地,用Si3、Si4和Si5结束ZSi重复的链中,“Ra中的经由Z基连结成直链状的Si原子的数量”分别为3、4和5个。其中,由上述的式可知,在Ra中,存在多个ZSi链,但这些链不需要全部为相同长度,可以分别是任意的长度。
在优选的方式中,如下所示,“Ra中的经由Z基连结成直链状的Si原子的数量”在所有的链中为1个(左式)或2个(右式)。
在一个方式中,Ra中的经由Z基连结成直链状的Si原子的数量为1个或2个,优选为1个。
式中,R72在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团。
上述“能够水解的基团”在本说明书中使用的情况下,是指能够接受水解反应的基团。作为能够水解的基团的实例,可以列举:-OR、-OCOR、-O-N=C(R)2、-N(R)2、-NHR、卤素(这些式中,R表示取代或非取代的碳原子数1~4的烷基)等,优选为-OR(烷氧基)。R的实例中,包含:甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基等非取代烷基;氯甲基等取代烷基。其中,优选烷基、特别是非取代烷基,更优选甲基或乙基。羟基没有特别限定,可以为能够水解的基团水解而产生的羟基。
优选R72为-OR(式中,R表示取代或非取代的C1-3烷基、更优选甲基)。
式中,R73在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基。该低级烷基优选为碳原子数1~20的烷基,更优选为碳原子数1~6的烷基,进一步优选为甲基。
式中,p在每次出现时分别独立地为0~3的整数;q在每次出现时分别独立地为0~3的整数;r在每次出现时分别独立地为0~3的整数。其中,p、q和r之和为3。
在优选的方式中,在Ra中的末端的Ra’(Ra’不存在的情况下,为Ra)中,上述q优选为2以上,例如为2或3,更优选为3。
在上述式(C1)和(C2)中,至少存在1个R72。
上述式中,Rb在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团。
上述Rb优选为羟基、-OR、-OCOR、-O-N=C(R)2、-N(R)2、-NHR、卤素(这些式中,R表示取代或非取代的碳原子数1~4的烷基),优选为-OR。R包含:甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基等非取代烷基;氯甲基等取代烷基。其中,优选烷基、特别是非取代烷基,更优选甲基或乙基。羟基没有特别限定,可以为能够水解的基团水解而产生的羟基。更优选Rc为-OR(式中,R表示取代或非取代的C1-3烷基、更优选甲基)。
上述式中,Rc在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基。该低级烷基优选为碳原子数1~20的烷基,更优选为碳原子数1~6的烷基,进一步优选为甲基。
式中,k在每次出现时分别独立地为0~3的整数;l在每次出现时分别独立地为0~3的整数;m在每次出现时分别独立地为0~3的整数。其中,k、l和m之和为3。
上述式(C1)和(C2)所示的化合物可以通过以下的方法得到:例如以与Rf-PFPE-部分对应的全氟聚醚衍生物作为原料,在末端导入羟基之后,在末端导入具有不饱和键的基团,使该具有不饱和键的基团和具有卤原子的甲硅烷基衍生物反应,进一步在该甲硅烷基上在末端导入羟基,使导入的具有不饱和键的基团和甲硅烷基衍生物反应,从而得到上述式(C1)和(C2)所示的化合物。例如,可以如国际公开第2014/069592号中记载的那样合成。
式(D1)和(D2):
(Rf-PFPE)δ’-X9-(CRd k’Re 1’Rf m’)δ …(D1)
(Rf m’Re 1’Rd k’C)δ-X9-PFPE-X9-(CRd k’Re 1’Rf m’)δ …(D2)
上述式(D1)和(D2)中,Rf和PFPE与关于上述式(A1)和(A2)的记载意义相同。
上述式中,X9分别独立地表示单键或2~10价的有机基团。该X9被解释为在式(D1)和(D2)所示的化合物中连结主要提供拨水性和表面润滑性等的全氟聚醚部(即Rf-PFPE部或-PFPE-部)和提供与基材的结合能的部(即标注δ并用括弧括起来的基团)的连接部。因此,该X9只要能够使式(D1)和(D2)所示的化合物稳定地存在,可以为任意的有机基团。
上述式中,δ为1~9的整数,δ’为1~9的整数。这些δ和δ’可以根据X9的价数而变化。式(D1)中,δ和δ’之和与X9的价数相同。例如,X9为10价的有机基团时,δ和δ’之和为10,例如δ可以为9且δ’可以为1,δ可以为5且δ’可以为5,或者δ可以为1且δ’可以为9。另外,X9为2价的有机基团时,δ和δ’为1。式(D2)中,δ为从X9的价数减去1所得的值。
上述X9优选为2~7价,更优选为2~4价,进一步优选为2价的有机基团。
在一个方式中,X9为2~4价的有机基团,γ为1~3,γ’为1。
在其它方式中,X9为2价的有机基团,γ为1,γ’为1。该情况下,式(D1)和(D2)用下述式(D1’)和(D2’)表示。
Rf-PFPE-X9-CRd k’Re 1’Rf m’ …(D1’)
Rf m’Re 1’Rd k’Cδ-X9-PFPE-X9-CRd k’Re 1’Rf m’ …(D2’)
作为上述X9的实例,没有特别限定,可以列举例如与关于X1记载的基团同样的基团。
其中,优选的具体的X9可以列举:
-CH2O(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3-、
-CH2O(CH2)6-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)2Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)3Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)10Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2O(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)20Si(CH3)2(CH2)2-、
-CH2OCF2CHFOCF2-、
-CH2OCF2CHFOCF2CF2-、
-CH2OCF2CHFOCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF2CF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2-、
-CH2OCH2CHFCF2OCF(CF3)CF2OCF2CF2CF2-
-CH2OCH2(CH2)7CH2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)2-、
-CH2OCH2CH2CH2Si(OCH3)2OSi(OCH3)2(CH2)3-、
-(CH2)2-、
-(CH2)3-、
-(CH2)4-、
-(CH2)6-、
-CONH-(CH2)3-、
-CON(CH3)-(CH2)3-、
-CON(Ph)-(CH2)3-(式中,Ph是指苯基)、
-CONH-(CH2)6-、
-CON(CH3)-(CH2)6-、
-CON(Ph)-(CH2)6-(式中,Ph是指苯基)、
-CONH-(CH2)2NH(CH2)3-、
-CONH-(CH2)6NH(CH2)3-、
-CH2O-CONH-(CH2)3-、
-CH2O-CONH-(CH2)6-、
-S-(CH2)3-、
-(CH2)2S(CH2)3-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2OSi(CH3)2OSi(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)2Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)3Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)10Si(CH3)2(CH2)2-、
-CONH-(CH2)3Si(CH3)2O(Si(CH3)2O)20Si(CH3)2(CH2)2-
-C(O)O-(CH2)3-、
-C(O)O-(CH2)6-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-(CH2)2-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-CH(CH3)-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-(CH2)3-、
-CH2-O-(CH2)3-Si(CH3)2-(CH2)2-Si(CH3)2-CH(CH3)-CH2-、
-OCH2-、
-O(CH2)3-、
-OCFHCF2-、
等。
上述式中,Rd在每次出现时分别独立地表示-Z’-CR81 p’R82 q’R83 r’。
式中,Z’在每次出现时分别独立地表示氧原子或2价的有机基团。
上述Z’优选为C1-6亚烷基、-(CH2)g-O-(CH2)h-(式中,g为0~6的整数,例如为1~6的整数,h为0~6的整数,例如为1~6的整数)或-亚苯基-(CH2)i-(式中,i为0~6的整数),更优选为C1-3亚烷基。这些基团例如可以取代有选自氟原子、C1-6烷基、C2-6烯基和C2-6炔基中的1个以上的取代基。
式中,R81在每次出现时分别独立地表示Rd’。Rd’与Rd意义相同。
Rd中,经由Z’基连结成直链状的C最多为5个。即,上述Rd中,R81至少存在1个时,在Rd中经由Z’基连结成直链状的Si原子存在2个以上,但经由所述的Z’基连结成直链状的C原子的数量最多为5个。其中,“Rd中的经由Z’基连结成直链状的C原子的数量”与在Rd中连结成直链状的-Z’-C-的重复数相等。
在优选的方式中,如下所示,“Rd中的经由Z’基连结成直链状的C原子的数量”在所有的链中为1个(左式)或2个(右式)。
在一个方式中,Rd中的经由Z’基连结成直链状的C原子的数量为1个或2个,优选为1个。
式中,R82表示-Y-SiR85 jR86 3-j。
Y在每次出现时分别独立地表示2价的有机基团。
在优选的方式中,Y为C1-6亚烷基、-(CH2)g’-O-(CH2)h’-(式中,g’为0~6的整数、例如1~6的整数,h’为0~6的整数、例如1~6的整数)或-亚苯基-(CH2)i’-(式中,i’为0~6的整数)。这些基团例如可以取代有选自氟原子、C1-6烷基、C2-6烯基和C2-6炔基中的1个以上的取代基。
在一个方式中,Y可以为C1-6亚烷基或-亚苯基-(CH2)i’-。Y为上述的基团时,光耐性、特别是紫外线耐性可以进一步升高。
上述R85在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团。
上述“能够水解的基团”可以列举与式(C1)和(C2)同样的基团。
优选R85为-OR(式中,R表示取代或非取代的C1-3烷基、更优选乙基或甲基、特别是甲基)。
上述R86在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基。该低级烷基优选为碳原子数1~20的烷基,更优选为碳原子数1~6的烷基,进一步优选为甲基。
j在每个(-Y-SiR85 jR86 3-j)单元中独立地表示1~3的整数,优选2或3,更优选为3。
上述R83在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基。该低级烷基优选为碳原子数1~20的烷基,更优选为碳原子数1~6的烷基,进一步优选为甲基。
式中,p’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;q’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;r’在每次出现时分别独立地为0~3的整数。其中,p’、q’和r’之和为3。
在优选的方式中,在Rd中的末端的Rd’(Rd’不存在的情况下,为Rd)中,上述q’优选为2以上、例如为2或3、更优选为3。
上述式中,Re在每次出现时分别独立地表示-Y-SiR85 jR86 3-j。在此,Y、R85、R86和j与上述R82中的记载意义相同。
上述式中,Rf在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基。该低级烷基优选为碳原子数1~20的烷基,更优选为碳原子数1~6的烷基,进一步优选为甲基。
式中,k’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;l’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;m’在每次出现时分别独立地为0~3的整数。其中,k’、l’和m’之和为3。
在一个方式中,至少1个k’为2或3,优选为3。
在一个方式中,k’为2或3、优选为3。
在一个方式中,l’为2或3、优选为3。
上述式(D1)和(D2)中,至少1个q’为2或3,或者至少1个l’为2或3。即,式中,至少存在2个-Y-SiR85 jR86 3-j基。
式(D1)或式(D2)所示的含全氟(聚)醚基硅烷化合物可以通过组合公知的方法来制造。例如,X为2价的式(D1’)所示的化合物没有限定,可以如下地制造。
在HO-X-C(YOH)3(式中,X和Y分别独立地为2价的有机基团。)所示的多元醇中导入含有双键的基团(优选烯丙基)和卤素(优选溴),得到Hal-X-C(Y-O-R-CH=CH2)3(式中,Hal为卤素,例如为Br,R为二价的有机基团,例如为亚烷基。)所示的含双键的卤化物。接着,使末端的卤素和RPFPE-OH(式中,RPFPE为含全氟聚醚基的基团。)所示的含全氟聚醚基的醇反应,得到RPFPE-O-X-C(Y-O-R-CH=CH2)3。接着,使末端的-CH=CH2与HSiCl3及醇或HSiR85 3反应,可以得到RPFPE-O-X-C(Y-O-R-CH2-CH2-SiR85 3)3。
本发明中所使用的表面处理剂中所含的含全氟聚醚基的硅烷化合物的数均分子量优选为5,000以上,更优选为6,000以上,优选为100,000以下,更优选为30,000以下,进一步优选为10,000以下。
本发明中所使用的表面处理剂中所含的含全氟聚醚基的硅烷化合物中的全氟聚醚部分(Rf-PFPE-部分或-PFPE-部分)的数均分子量没有特别限定,优选可以为4,000~30,000,更优选可以为5,000~10,000。
本发明中所使用的表面处理剂可以用溶剂稀释。作为这样的溶剂,没有特别限定,可以列举例如选自全氟己烷、CF3CF2CHCl2、CF3CH2CF2CH3、CF3CHFCHFC2F5、1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-十三氟辛烷、1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷((ZEORORAH(商品名)等)、C4F9OCH3、C4F9OC2H5、CF3CH2OCF2CHF2、C6F13CH=CH2、二甲苯六氟化物、全氟苯、甲基十五氟庚基酮、三氟乙醇、五氟丙醇、六氟异丙醇、HCF2CF2CH2OH、甲基三氟甲烷磺酸酯、三氟乙酸和CF3O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2CF3[式中,m和n分别独立地为0以上1000以下的整数,标注m或n并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的,其中m和n之和为1以上。]、1,1-二氯-2,3,3,3-四氟-1-丙烯、1,2-二氯-1,3,3,3-四氟-1-丙烯、1,2-二氯-3,3,3-三氟-1-丙烯、1,1-二氯-3,3,3-三氟-1-丙烯、1,1,2-三氯-3,3,3-三氟-1-丙烯、1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯中的溶剂。这些溶剂可以单独使用,或者作为2种以上的混合物使用。
本发明中所使用的表面处理剂除含全氟聚醚基的硅烷化合物之外,可以含有其它成分。作为这样的其它成分,没有特别限定,可以列举例如可理解为含氟油的(非反应性的)氟聚醚化合物、优选全氟聚醚化合物(以下,称为“含氟油”)、可理解为硅油的(非反应性的)硅酮化合物(以下,称为“硅油”)、催化剂等。
作为上述含氟油,没有特别限定,可以列举例如以下的通式(3)所示的化合物(全氟聚醚化合物)。
Rf1-(OC4F8)a’-(OC3F6)b’-(OC2F4)c’-(OCF2)d’-Rf2…(3)
式中,Rf1表示可以取代有1个以上的氟原子的C1-16的烷基(优选C1-16的全氟烷基),Rf2表示可以取代有1个以上的氟原子的C1-16的烷基(优选为C1-16的全氟烷基)、氟原子或氢原子,Rf1和Rf2更优选分别独立地为C1-3的全氟烷基。
a’、b’、c’和d’分别表示构成聚合物的主骨架的全氟聚醚的4种重复单元数,相互独立地为0以上300以下的整数,a’、b’、c’和d’之和至少为1,优选为1~300,更优选为20~300。标注下标a’、b’、c’或d’并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的。这些重复单元中,-(OC4F8)-可以为-(OCF2CF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2CF2)-、-(OCF2CF(CF3)CF2)-、-(OCF2CF2CF(CF3))-、-(OC(CF3)2CF2)-、-(OCF2C(CF3)2)-、-(OCF(CF3)CF(CF3))-、-(OCF(C2F5)CF2)-和-(OCF2CF(C2F5))-中的任意种,但优选为-(OCF2CF2CF2CF2)-。-(OC3F6)-可以为-(OCF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2)-和-(OCF2CF(CF3))-中的任意种,优选为-(OCF2CF2CF2)-。-(OC2F4)-可以为-(OCF2CF2)-和-(OCF(CF3))-中的任意种,但优选为-(OCF2CF2)-。
作为上述通式(3)所示的全氟聚醚化合物的实例,可以列举以下的通式(3a)和(3b)中的任意个所示的化合物(可以为1种或2种以上的混合物)。
Rf1-(OCF2CF2CF2)b”-Rf2…(3a)
Rf1-(OCF2CF2CF2CF2)a”-(OCF2CF2CF2)b”-(OCF2CF2)c”-(OCF2)d”-Rf2…(3b)
这些式中,Rf1和Rf2如上所述;式(3a)中,b”为1以上100以下的整数;式(3b)中,a”和b”分别独立地为0以上30以下、例如1以上30以下的整数,c”和d”分别独立地为1以上300以下的整数。标注下标a”、b”、c”、d”并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的。
上述含氟油可以具有1,000~30,000的平均分子量。由此,可以得到高的表面润滑性。
本发明中所使用的表面处理剂中,相对于上述含全氟聚醚基的硅烷化合物的合计100质量份(在2种以上的情况下,分别为它们的合计,以下也同样),含氟油的含量可以为例如0~500质量份、优选为0~400质量份、更优选为5~300质量份。
通式(3a)所示的化合物和通式(3b)所示的化合物可以分别单独使用,也可以组合使用。与通式(3a)所示的化合物相比,使用通式(3b)所示的化合物,可以得到更高的表面润滑性,因此优选。组合使用它们的情况下,通式(3a)所示的化合物和通式(3b)所示的化合物的质量比优选为1﹕1~1﹕30,更优选1﹕1~1﹕10。根据这样的质量比,可以得到表面润滑性和摩擦耐久性的平衡优异的表面处理层。
在一个方式中,含氟油含有通式(3b)所示的1种以上的化合物。在这样的方式中,表面处理剂中的含全氟聚醚基的硅烷化合物的合计与式(3b)所示的化合物的质量比优选为10﹕1~1﹕10,更优选为4﹕1~1﹕4。
在一个方式中,式(3a)所示的化合物的平均分子量优选为2,000~8,000。
在一个方式中,式(3b)所示的化合物的平均分子量优选为8,000~30,000。
在其它方式中,式(3b)所示的化合物的平均分子量优选为3,000~8,000。
在优选的方式中,在利用真空蒸镀法形成表面处理层的情况下,与含全氟聚醚基的硅烷化合物的平均分子量相比,可以增大含氟油的平均分子量。通过设为这样的平均分子量,可以得到更优异的摩擦耐久性和表面润滑性。
另外,从其它观点出发,含氟油可以为通式Rf3-F(式中,Rf3为C5-16全氟烷基。)所示的化合物。另外,可以为氯三氟乙烯低聚物。从可以得到与在末端为C1-16全氟烷基的上述分子末端具有碳-碳不饱和键的含氟化合物所示的化合物高的亲和性方面考虑,优选Rf3-F所示的化合物和氯三氟乙烯低聚物。
含氟油有助于提高表面处理层的表面润滑性。
作为上述硅油,可以使用例如硅氧烷键为2,000以下的直链状或环状的硅油。直链状的硅油可以为所谓的纯硅油和改性硅油。作为纯硅油,可以列举:二甲基硅油、甲基苯基硅油、甲基氢硅油。作为改性硅油,可以列举利用烷基、芳烷基、聚醚、高级脂肪酸酯、氟烷基、氨基、环氧基、羧基、醇等将纯硅油进行改性而得到的硅油。环状的硅油可以列举例如环状二甲基硅氧烷油等。
本发明中所使用的表面处理剂中,相对于含全氟聚醚基的硅烷化合物的合计100质量份(在2种以上的情况下,为它们的合计,以下也同样),硅油的含量例如可以为0~300质量份、优选为0~200质量份。
硅油有助于提高表面处理层的表面润滑性。
作为上述催化剂,可以列举酸(例如乙酸、三氟乙酸等)、碱(例如氨、三乙基胺、二乙基胺等)、过渡金属(例如Ti、Ni、Sn等)等。
催化剂促进含全氟聚醚基的硅烷化合物的水解和脱水缩合,促进表面处理层的形成。
作为形成表面处理层的方法,可以列举例如在中间层的表面形成含有含氟硅烷化合物的表面处理剂的膜、将该膜根据需要进行后处理、由此形成表面处理层的方法。
上述表面处理剂的膜形成可以通过将表面处理剂相对于中间层的表面、以覆盖该表面的方式而适用来实施。覆盖方法没有特别限定。例如可以使用湿润覆盖法和干燥覆盖法。
作为湿润覆盖法的实例,可以列举浸渍涂敷、旋涂、流动涂敷、喷涂、辊涂、照相凹版涂敷和类似的方法。
作为干燥覆盖法的实例,可以列举PVD法、CVD法和类似的方法。PVD法是指在真空中将固体原料加热(真空蒸镀)、或用高速的电子或离子进行照射、对固体表面的原子给予物理的能量而进行气化、使其在中间层上再结合而形成薄膜的方法。作为PVD法,没有特别限定,可以列举例如蒸镀法(通常为真空蒸镀法)和溅射等。作为蒸镀法(通常、真空蒸镀法)的具体例,可以列举电阻加热、电子束、使用微波等的高频加热、离子束和类似的方法。作为CVD方法的具体例,可以列举等离子体CVD、光学CVD、热CVD和类似的方法。其中,优选PVD法,特别优选蒸镀法、例如电阻加热蒸镀或电子束蒸镀,更优选电子束蒸镀。通过使用PVD法,可以得到具有更高的摩擦耐久性的表面处理层。
进而,也可以进行利用常压等离子体法进行覆盖。
使用湿润覆盖法的情况下,可以将本发明中所使用的表面处理剂用溶剂稀释后,适用于中间层表面。从本发明中所使用的表面处理剂的稳定性和溶剂的挥发性的观点出发,优选使用以下的溶剂:C5-12的全氟脂肪族烃(例如全氟己烷、全氟甲基环己烷和全氟-1,3-二甲基环己烷);聚氟芳香族烃(例如双(三氟甲基)苯);聚氟脂肪族烃(例如C6F13CH2CH3(例如旭硝子株式会社制的ASAHIKLIN(注册商标)AC-6000)、1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷(例如日本Zeon株式会社制的ZEORORA(注册商标)H);氢氟碳(HFC)(例如1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365mfc));氢氯氟碳(例如HCFC-225(ASAHIKLIN(注册商标)AK225));氢氟醚(HFE)(例如全氟丙基甲基醚(C3F7OCH3)(例如住友3M株式会社制的Novec(商标名)7000)、全氟丁基甲基醚(C4F9OCH3)(例如住友3M株式会社制的Novec(商标名)7100)、全氟丁基乙基醚(C4F9OC2H5)(例如住友3M株式会社制的Novec(商标名)7200)、全氟己基甲基醚(C2F5CF(OCH3)C3F7)(例如住友3M株式会社制的Novec(商标名)7300)等的烷基全氟烷基醚(全氟烷基和烷基可以为直链或支链状)、或CF3CH2OCF2CHF2(例如旭硝子株式会社制的ASAHIKLIN(注册商标)AE-3000))、1,2-二氯-1,3,3,3-四氟-1-丙烯(例如三井·杜邦氟化学社制的Vertrel(注册商标)Scion)等。这些溶剂可以单独使用,或者可以组合2种以上而作为混合物使用。进而,例如为了调整含全氟聚醚基的硅烷化合物的溶解性等,也可以与其它溶剂混合。
使用干燥覆盖法的情况下,本发明中所使用的表面处理剂可以直接供于干燥覆盖法,或者也可以用上述的溶剂稀释后供于干燥覆盖法。
就膜形成而言,优选在膜中以表面处理剂与用于水解和脱水缩合的催化剂同时存在的方式实施。简便而言,利用湿润覆盖法的情况下,将表面处理剂用溶剂稀释之后,在适用于中间层表面之前,可以在表面处理剂的稀释液中添加催化剂。在利用干燥覆盖法的情况下,可以将添加有催化剂的表面处理剂直接进行蒸镀(通常为真空蒸镀)进行处理、或者使用在铁或铜等金属多孔体中含浸添加有催化剂的表面处理剂而得到的颗粒状物质进行蒸镀(通常为真空蒸镀)处理。
在催化剂中,可以使用任意的适当的酸或碱。作为酸催化剂,例如可以使用乙酸、甲酸、三氟乙酸等。另外,作为碱催化剂,例如可以使用氨、有机胺类等。
接着,根据需要对膜进行后处理。该后处理没有特别限定,例如,可以连续地实施水分供给和干燥加热,更详细而言,可以如下地实施。
如上述那样在中间层的表面形成表面处理剂的膜之后,对该膜(以下,也称为“前体膜”)供给水分。水分的供给方法没有特别限定,例如,可以使用由于前体膜(和具有中间层的基材)和周围气氛的温度差引起的凝结、或水蒸气(蒸汽)的喷出等方法。
对前体膜供给水分时,认为水与表面处理剂中的与含全氟聚醚基的硅烷化合物的Si键合的能够水解的基团作用,可以使该化合物快速地水解。
水分的供给可以在设为例如0~250℃、优选60℃以上、进一步优选100℃以上、优选180℃以下、进一步优选150℃以下的气氛实施。通过在这样的温度范围中供给水分,可以使水解进行。此时的压力没有特别限定,简便而言可以设为常压。
接着,将该前体膜在该中间层的表面、在超过60℃的干燥气氛下进行加热。干燥加热方法没有特别限定,将前体膜与中间层和基材一起、在超过60℃、优选超过100℃的温度、且例如250℃以下、优选180℃以下的温度下、并且在不饱和水蒸气压的气氛下配置即可。此时的压力没有特别限定,简便而言可以设为常压。
在这样的气氛下,在本发明的含PFPE硅烷化合物间、与水解后的Si键合的基团彼此快速地脱水缩合。另外,在这样的化合物和中间层之间,在与该化合物的水解后的Si键合的基团与存在于中间层表面的反应性基团之间快速地反应,在存在于中间层表面的反应性基团为羟基的情况下进行脱水缩合。其结果,在含全氟聚醚基的硅烷化合物和中间层之间形成键。
上述的水分供给和干燥加热可以通过使用过热水蒸气而连续地实施。
过热水蒸气为将饱和水蒸气加热至比沸点高的温度而得到的气体,为在常压下、在超过100℃、一般而言500℃以下、例如300℃以下的温度下、且通过向超过沸点的温度的加热而成为不饱和水蒸气压的气体。本发明中,从抑制含全氟聚醚基的硅烷化合物的分解的观点出发,优选将250℃以下、优选180℃以下的过热水蒸气用于水分供给和干燥加热。将形成有前体膜的基材暴露于过热水蒸气时,首先,利用过热水蒸气和比较低温的前体膜之间的温度差,在前体膜表面产生凝结,由此对前体膜供给水分。不久,随着过热水蒸气和前体膜之间的温度差变小,前体膜表面的水分在过热水蒸气产生的干燥气氛中进行气化,前体膜表面的水分量逐渐地降低。在前体膜表面的水分量降低的期间、即前体膜处于干燥气氛下的期间,基材的表面的前体膜与过热水蒸气接触,由此,被加热至该过热水蒸气的温度(在常压下超过100℃的温度)。因此,如果使用过热水蒸气,则仅将形成有前体膜的基材暴露于过热水蒸气,可以连续地实施水分供给和干燥加热。
可以如以上那样实施后处理。可以为了进一步提高摩擦耐久性而实施这样的后处理,但请注意不是为了制造本发明的物品而必须的。例如,将表面处理剂适用于中间层表面之后,可以只原样地静置。
如上述那样,在中间层的表面形成来自本发明的表面处理剂的膜的表面处理层,制造本发明的物品。由此得到的表面处理层具有高的摩擦耐久性。另外,该表面处理层除了具有高的摩擦耐久性之外,根据使用的表面处理剂的组成的不同,还可以具有拨水性、拨油性、防污性(例如防止指纹等的污垢的附着)、防水性(防止水浸入电子零件等)、表面润滑性(或润滑性、例如指纹等的污垢的擦去性、或对手指的优异的触感)等,可以作为功能性薄膜而优选利用。
如上所述,通过在氧化锆基材上形成中间层,可以形成具有高的摩擦耐久性的表面处理层。因此,本发明提供一种在氧化锆基材上形成由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成的表面处理层的方法,其包括:
在氧化锆基材上使用一种以上的金属氧化物形成中间层的工序;
接着,在中间层上使用含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成表面处理层的工序。
在优选的方式中,中间层的形成通过在氧化锆基材上形成氧化铝的层、接着在氧化铝的层上形成氧化硅的层来进行。
另外,本发明提供一种物品的制造方法,所述物品具有氧化锆基材、位于基材上的中间层、和位于中间层上的由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成的表面处理层,该制造方法包括:
在氧化锆基材上使用一种以上的金属氧化物形成中间层的工序;
接着,在中间层上使用含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成表面处理层的工序。
在优选的方式中,中间层的形成通过在氧化锆基材上形成氧化铝的层、接着在氧化铝的层上形成氧化硅的层来进行。
实施例
对本发明的物品,通过以下的实施例更具体地进行说明,但本发明并不限定于这些实施例。
制备例
使下述式(平均组成)所示的含氟化合物以成为浓度20wt%的方式溶解于氢氟醚(3M社制、Novec HFE7200)而制备表面处理剂。CF3O(CF2CF2O)20(CF2O)16CF2CH2OCH2CH2CH2Si[CH2CH2CH2Si(OCH3)3]3
(其中,作为平均组成,包含(CF2CF2CF2CF2O)的重复单元0.17个和(CF2CF2CF2O)的重复单元0.18个,由于为微量,因此省略。)
实施例1~11
在氧化锆基材(7cm×5cm)上将下述表所示的金属氧化物通过电子束蒸镀(Electron Beam Deposition)以规定的厚度进行蒸镀,形成中间层。接着,在中间层上使上述制备的表面处理剂以规定的量蒸镀,形成表面处理剂的层。其后,将蒸镀有金属氧化物的基材在温度20℃湿度65%的气氛下静置24小时,使表面处理剂的层固化,得到表面处理层。
比较例1
除了在氧化锆基材上不形成中间层而直接蒸镀表面处理剂以外,与上述实施例同样地进行处理,形成表面处理层。
评价
·摩擦耐久性评价
对上述的实施例1~11和比较例1的表面处理层,测定水的静态接触角。水的静态接触角使用接触角测定装置(协和界面科学社制)、以水1μL实施。
首先,作为初期评价,形成表面处理层后,在与其表面还没有任何接触的状态下测定水的静态接触角(摩擦次数0次)。
其后,作为摩擦耐久性评价,实施钢丝绒摩擦耐久性评价。具体而言,将形成有表面处理层的基材水平配置,使钢丝绒(番号#0000、尺寸10mm×10mm)与表面处理层的露出上表面接触,对其上赋予1,000gf的负荷,其后,在施加负荷的状态下使钢丝绒往返(距离:120mm(往返)、速度:60rpm)。每一定的往返次数测定水的静态接触角(度)。在接触角的测定值成为低于100度的时刻停止评价。将测定值成为低于100度的时刻的往返次数示于下述表。
·外观评价
蒸镀后,通过目视评价基材的表面。评价基准如下所述。
○…表面看是平滑的,没有表面反射的变化。
△…有一些表面反射。
×…表面看不光滑,有表面反射的变化。
表1
由上述的结果确认:通过在氧化锆基材上形成金属氧化膜的中间层,摩擦耐久性提高。
工业上的可利用性
本发明可以优选利用于在氧化锆基材的表面形成具有高的摩擦耐久性的表面处理层。
Claims (22)
1.一种物品,其具有氧化锆基材、位于基材上的中间层、和位于中间层上的由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成的表面处理层,该物品的特征在于:
所述中间层含有一种以上的金属氧化物。
2.如权利要求1所述的物品,其特征在于:
中间层含有氧化硅或氧化铝。
3.如权利要求1或2所述的物品,其特征在于:
中间层含有氧化硅。
4.如权利要求1~3中任一项所述的物品,其特征在于:
中间层含有氧化硅和氧化铝。
5.如权利要求2~4中任一项所述的物品,其特征在于:
中间层还含有氧化锆。
6.如权利要求1~5中任一项所述的物品,其特征在于:
中间层由多个金属氧化物层构成。
7.如权利要求1~6中任一项所述的物品,其特征在于:
中间层由多个金属氧化物层构成,
与基材接触的金属氧化物层为氧化铝的层,
与表面处理层接触的金属氧化物的层为氧化硅的层。
8.如权利要求1~7中任一项所述的物品,其特征在于:
所述含氟硅烷化合物为下述通式(A1)、(A2)、(B1)、(B2)、(C1)、(C2)、(D1)和(D2)所示的1种以上的化合物,
(Rf-PFPE)β′-X5-(SiR1 nR2 3-n)β …(B1)
(R2 3-nR1 nSi)β-X5-PFPE-X5-(SiR1 nR2 3-n)β …(B2)
(Rf-PFPE)γ′-X7-(SiRa kRb 1Rc m)γ …(CI)
(Rc mRb 1Ra kSi)γ-X7-PFPE-X7-(SiRa kRb 1Rc m)γ …(C2)
(Rf-PFPE)δ′-X9-(CRd k′Re 1′Rf m′)δ …(D1)
(Rf m′Re 1′Rd k′C)δ-X9-PFPE-X9-(CRd k′Re1′Rf m′)δ…(D2)
式中:
PFPE在每次出现时分别独立地为式:
-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-所示的基团,
式中,a、b、c和d分别独立地为0~200的整数,a、b、c和d之和至少为1,标注下标a、b、c或d并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的;
Rf在每次出现时分别独立地表示可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基;
R1在每次出现时分别独立地表示氢原子或碳原子数1~22的烷基;
R2在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
R11在每次出现时分别独立地表示氢原子或卤原子;
R12在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
n在每个(-SiR1 nR2 3-n)单元中独立地为0~3的整数;
其中,式(A1)、(A2)、(B1)和(B2)中,至少存在1个R2;
X1分别独立地表示单键或2~10价的有机基团;
X2在每次出现时分别独立地表示单键或2价的有机基团;
t在每次出现时分别独立地为1~10的整数;
α分别独立地为1~9的整数;
α’为1~9的整数;
X5分别独立地表示单键或2~10价的有机基团;
β分别独立地为1~9的整数;
β’为1~9的整数;
X7分别独立地表示单键或2~10价的有机基团;
γ分别独立地为1~9的整数;
γ’为1~9的整数;
Ra在每次出现时分别独立地表示-Z-SiR71 pR72 qR73 r;
Z在每次出现时分别独立地表示氧原子或2价的有机基团;
R71在每次出现时分别独立地表示Ra’;
Ra’与Ra意义相同;
Ra中,经由Z基连结成直链状的Si最多为5个;
R72在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
R73在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
p在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
q在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
r在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
其中,在每个-Z-SiR71 pR72 qR73 r中,p、q和r之和为3,在式(C1)和(C2)中,至少存在1个R72;
Rb在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
Rc在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
k在每次出现时分别独立地为1~3的整数;
l在每次出现时分别独立地为0~2的整数;
m在每次出现时分别独立地为0~2的整数;
其中,在标注γ并用括弧括起来的单元中,k、l和m之和为3;
X9分别独立地表示单键或2~10价的有机基团;
δ分别独立地为1~9的整数;
δ’为1~9的整数;
Rd在每次出现时分别独立地表示-Z’-CR81 p’R82 q’R83 r’;
Z’在每次出现时分别独立地表示氧原子或2价的有机基团;
R81在每次出现时分别独立地表示Rd’;
Rd’与Rd意义相同;
Rd中,经由Z’基连结成直链状的C最多为5个;
R82在每次出现时分别独立地表示-Y-SiR85 jR86 3-j;
Y在每次出现时分别独立地表示2价的有机基团;
R85在每次出现时分别独立地表示羟基或能够水解的基团;
R86在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
j在每个(-Y-SiR85 jR86 3-j)单元中独立地表示1~3的整数;
R83在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
p’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
q’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
r’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
Re在每次出现时分别独立地表示-Y-SiR85 jR86 3-j;
Rf在每次出现时分别独立地表示氢原子或低级烷基;
k’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
l’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
m’在每次出现时分别独立地为0~3的整数;
其中,式中,至少1个q’为2或3,或者至少1个l’为2或3。
9.如权利要求8所述的物品,其特征在于:
PFPE分别独立地为下述式(a)~(c)中的任一个,
(a)-(OC3F6)b-
式(a)中,b为1以上200以下的整数;
(b)-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-
式(b)中,a和b分别独立地为0以上30以下的整数,c和d分别独立地为1以上200以下的整数,a、b、c和d之和为10以上200以下的整数,标注下标a、b、c或d并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的;
(c)-(OC2F4-R18)n”-
式(c)中,R18分别独立地为选自OC2F4、OC3F6和OC4F8中的基团,n”为2~100的整数。
10.如权利要求8或9所述的物品,其特征在于:
PFPE中,
OC4F8为OCF2CF2CF2CF2,
OC3F6为OCF2CF2CF2,
OC2F4为OCF2CF2。
11.如权利要求8~10中任一项所述的物品,其特征在于:
表面处理剂还含有选自含氟油、硅油和催化剂中的1种以上的其它成分。
12.如权利要求11所述的物品,其特征在于:
含氟油为式(3)所示的1种以上的化合物,
Rf1-(OC4F8)a’-(OC3F6)b’-(OC2F4)c’-(OCF2)d’-RF2···(3)
式中:
Rf1表示可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基;
Rf2表示可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基、氟原子或氢原子;
a’、b’、c’和d’分别表示构成聚合物的主骨架的全氟聚醚的4种重复单元数,相互独立地为0以上300以下的整数,a’、b’、c’和d’之和至少为1,标注下标a’、b’、c’或d’并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的。
13.如权利要求11或12所述的物品,其特征在于:
含氟油为式(3a)或(3b)所示的1种以上的化合物,
Rf1-(OCF2CF2CF2)b”-Rf2···(3a)
Rf1-(OCF2CF2CF2CF2)a”-(OCF2CF2CF2)b”-(OCF2CF2)c”-(OCF2)d”-Rf2···(3b)
式中:
Rf1表示可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基;
Rf2表示可以取代有1个以上的氟原子的碳原子数1~16的烷基、氟原子或氢原子;
式(3a)中,b”为1以上100以下的整数;
式(3b)中,a”和b”分别独立地为0以上30以下的整数,c”和d”分别独立地为1以上300以下的整数;
标注下标a”、b”、c”或d”并用括弧括起来的各重复单元的存在顺序在式中是任意的。
14.如权利要求1~13中任一项所述的物品,其特征在于:
该物品为筐体、眼镜框架或珠宝配饰品。
15.一种在氧化锆基材上由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成表面处理层的方法,其特征在于,包括:
在氧化锆基材上使用一种以上的金属氧化物形成中间层的工序;
接着,在中间层上使用含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成表面处理层的工序。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于:
中间层含有氧化硅或氧化铝。
17.如权利要求15或16所述的方法,其特征在于:
中间层含有氧化硅。
18.如权利要求15~17中任一项所述的方法,其特征在于:
中间层含有氧化硅和氧化铝。
19.如权利要求15~18中任一项所述的方法,其特征在于:
中间层还含有氧化锆。
20.如权利要求15~19中任一项所述的方法,其特征在于:
中间层的形成通过在氧化锆基材上形成氧化铝的层、接着在氧化铝的层上形成氧化硅的层来进行。
21.一种物品的制造方法,所述物品具有氧化锆基材、位于基材上的中间层、和位于中间层上的由含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成的表面处理层,该制造方法的特征在于,包括:
在氧化锆基材上使用一种以上的金属氧化物形成中间层的工序;
接着,在中间层上使用含有含氟硅烷化合物的表面处理剂形成表面处理层的工序。
22.如权利要求17所述的方法,其特征在于:
中间层的形成通过在氧化锆基材上形成氧化铝的层、接着在氧化铝的层上形成氧化硅的层来进行。
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