制造具有含氟硅烷類涂層的物品的方法
【專利摘要】本發明提供制造物品的方法，該物品包括基材和涂布該基材表面的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層，其中該方法可形成具有增強的磨擦耐久性的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層。該方法包括以下步驟：(a)在基材表面上形成包括具有鍵合至Si的可水解基團的含全氟聚醚基團的硅烷化合物的前體涂層；(b)供給水分至該前體涂層；然后(c)在超過60℃的干燥氛圍下加熱基材表面上的前體涂層，以在基材表面上形成衍生自該前體涂層的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層。
【專利說明】制造具有含氟硅烷類涂層的物品的方法
[0001] 本申請要求于2012年2月28日提交的美國臨時申請第61/604,431號的優先權 和權益,其全部內容并入本文以供參考。
【技術領域】
[0002] 本發明涉及制造具有含全氟聚醚基團的硅烷類涂層的物品的方法和通過該方法 制造的物品。
【背景技術】
[0003] 已知某些含氟硅烷類化合物在用于基材表面處理時能夠提供優異的防水性、防油 性、防污性、表面平滑性等。由含氟硅烷類化合物形成的涂層（即含氟硅烷類涂層）作為所 謂的功能薄涂層應用于各種基材，如玻璃、塑料、纖維和建筑材料（參見專利文獻1和2)。
[0004] 含氟硅烷類涂層可通過如下方法在基材的表面形成：濕法涂覆如浸漬和噴霧、干 法涂覆如真空沉積和濺射、或常壓等離子體法等（參見專利文獻2)。
[0005] 已知在用包含硅烷化合物的組合物涂覆基材表面后向形成的涂層供應水以促進 反應，因為含氟硅烷類涂層花費較長時間才充分發揮上述作用（參見專利文獻1)。另外還 已知在玻璃表面的防水處理過程中向高溫燒成爐提供過熱的水蒸氣以提高耐堿性（參見 專利文獻3)。
[0006] 引用列表
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻 I JP 357〇l：34B
[0009] 專利文獻 2 JP 2008-534696A
[0010] 專利文獻 3 JP 2〇10_227883A
【發明內容】
[0011] 為了提供長時間保有上述功能的基材而要求含氟硅烷類涂層具有高耐久性。因為 含氟硅烷類涂層即使是薄涂層的形式也能發揮此等功能，所以其適合用于要求具有光學透 明度或透明度的光學部件諸如眼鏡和觸控面板。特別地，在這些用途中，進一步要求增加磨 擦耐久性。然而，形成含氟硅烷類涂層的常規方法不再足以滿足不斷增加的增強磨擦耐久 性的需求。
[0012] 另外，因為上述用途中也要求優異的表面平滑特性，所以能提供優異的表面平滑 特性的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層是適合的。然而，發現在形成涂層期間進行加熱干燥 的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層比接受自然干燥者具有更差的磨擦耐久性。
[0013] 本發明的目的是提供制造如下物品的方法，該物品包括基材和涂布該基材表面的 含全氟聚醚基團的硅烷類涂層，其中該方法可形成具有增強的磨擦耐久性的含全氟聚醚基 團的硅烷類涂層。
[0014] 根據本發明的第一方面，提供一種制造物品的方法，該物品包括基材和涂布該基 材表面的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層，其中該方法包括以下步驟：
[0015] (a)在基材表面形成前體涂層，其中該前體涂層包括具有鍵合到Si的可水解基團 的含全氟聚醚基團的硅烷化合物；
[0016] (b)對前體涂層提供水；且然后
[0017] (C)在超過60°C的干燥氛圍下加熱基材表面上的前體涂層，從而在基材表面上形 成得自該前體涂層的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層。
[0018] 根據上述本發明制造物品的方法，與常用制造物品的方法（更具體地，形成含全 氟聚醚基團的硅烷類涂層的方法）相比，可形成具有較高磨擦耐久性的含全氟聚醚基團的 硅烷類涂層。雖然本發明不受任何理論約束，但可認為增加磨擦耐久性的原因如下。根據本 發明制造物品的方法，在步驟（a)中，在基材表面上形成包括具有鍵合至Si的可水解基團 的含全氟聚醚基團的硅烷化合物的前體涂層，然后在步驟（b)中供應水分至該前體涂層。 由此，水作用于存在于含全氟聚醚基團的硅烷化合物中的鍵合至Si的可水解基團，從而使 含全氟聚醚基團的硅烷化合物快速水解。然后，在步驟（c)中于超過60°C的干燥氛圍下在 基材表面上加熱此前體涂層，從而使含全氟聚醚基團的硅烷化合物間的鍵合至Si的可水 解基團快速脫水縮合，并使含全氟聚醚基團的硅烷化合物中鍵合至Si的可水解基團與存 在于基材表面的反應基團（例如，羥基等）快速反應（例如，脫水縮合）。結果，在形成于基 材表面的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層中，含全氟聚醚基團的硅烷化合物彼此結合，同時 含全氟聚醚基團的硅烷化合物結合至基材。因此，含全氟聚醚基團的硅烷類涂層本身的涂 布強度以及含全氟聚醚基團的硅烷類涂層與基材表面間的粘附強度提高，從而獲得高的磨 擦耐久性。
[0019] 通過本發明制造物品的方法而形成的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層除磨擦耐久 性之外可以具有防水性、防油性、防污特性（例如，防止粘附污垢諸如指印）、表面平滑特性 (或潤滑性，例如擦拭污垢諸如指印的特性）等，因此，可適當地用作功能性薄涂層。
[0020] 在本發明中，可在溫度0?500°C的氛圍下進行步驟（b)中的水供應。經由在此溫 度范圍下供給水分，而使水解繼續進行。
[0021] 在本發明的實施方式中，可通過將步驟（a)中前體涂層形成于其上的基材暴露于 過熱水蒸氣而循序進行步驟（b)和步驟（c)。該"過熱水蒸氣"也稱為"過熱蒸氣"，表示其 是經由加熱飽和水蒸氣至超過沸點（常壓下IO(TC)的溫度而得到的。將有前體涂層形成于 其上的基材暴露于過熱水蒸氣，首先，前體涂層表面出現水珠冷凝，從而對前體涂層提供水 分。隨即，在由于過熱水蒸氣所造成的干燥氛圍下，前體涂層表面上的水分量逐漸減少。再 者，前體涂層在干燥氛圍期間，基材表面上的前體涂層經由接觸過熱水蒸氣而加熱。因此， 使用過熱水蒸氣，簡單地通過將有前體涂層形成于其上的基材暴露于過熱水蒸氣而使水供 應和干燥加熱可以循序進行。
[0022] 可使用除了鍵合至Si的可水解基團之外還具有全氟聚醚基團的化合物作為用于 本發明中的含全氟聚醚基團的硅烷化合物。
[0023] 具有鍵合至Si的可水解基團的含全氟聚醚基團的硅烷化合物的實例包含一種或 多種任何下列通式（Ia)和（Ib)所示的化合物：
[0024]
【權利要求】
1. 一種制造物品的方法，所述物品包括基材和涂覆所述基材的表面的含全氟聚醚基團 的硅烷類涂層，其中所述方法包括以下步驟： (a) 在所述基材的表面上形成前體涂層，其中所述前體涂層包括具有鍵合到Si的可水 解基團的含全氟聚醚基團的硅烷化合物； (b) 對所述前體涂層提供水；且然后 (c) 在溫度超過60°C的干燥氛圍下加熱所述基材的表面上的前體涂層，從而在所述基 材的表面上形成得自所述前體涂層的含全氟聚醚基團的硅烷類涂層。
2. 根據權利要求1所述的制造物品的方法，其中在(TC至500°C溫度的氛圍下進行步驟 (b)中的水提供。
3. 根據權利要求1或2所述的制造物品的方法，其中通過將步驟（a)中其上形成有所 述前體涂層的基材暴露于過熱水蒸氣，使步驟（b)和（C)循序進行。
4. 根據權利要求1所述的制造物品的方法，其中所述具有鍵合到Si的可水解基團的含 全氟聚醚基團的硅烷化合物包括一種或多種任何下列通式（Ia)和通式（Ib)的化合物：
其中： Rf1為具有1至16個碳原子的烷基，其可以被或可以未被一個或多個氟原子取代；a、b、c和s各自獨立地為O至200的整數，其中a、b、c和s之和至少為1，且通式中括 號內有下標符號a、b、c或s的各個重復單元的發生順序并無限制； d和f各自獨立地為0或1 ; e和g各自獨立地為0至2的整數； m和1各自獨立地為1至10的整數； X為氫原子或鹵素原子； Y為氫原子或低級燒基； Z為氟原子或低級氟烷基； T為可水解基團； R1為氫原子或具有1至22個碳原子的烷基；且η為1至3的整數。
5. 根據權利要求1所述的制造物品的方法，其中所述具有鍵合到Si的可水解基團的含 全氟聚醚基團的硅烷化合物包括一種或多種任何下列通式（2a)和通式（2b)的化合物：
其中： Rf2為具有1至16個碳原子的烷基，其可以被或可以未被一個或多個氟原子取代； а、b、c和s各自獨立地為O至200的整數，其中a、b、c和s之和至少為1，且通式中括 號內有下標符號a、b、c或s的各個重復單元的發生順序并無限制； d和f各自獨立地為0或1 ;h和j為1或2 ; i和k各自獨立地為2至20的整數； Z為氟原子或低級氟烷基； T為可水解基團； R2為氫原子或具有1至22個碳原子的烷基；且η為1至3的整數。 б. 根據權利要求1所述的制造物品的方法，其中所述具有鍵合到Si的可水解基團的含 全氟聚醚基團的硅烷化合物包括一種或多種下列通式（3)的化合物： Rf3 [-L3p-X-R31-Si(OR32) 3] q· ·· (3) 其中： Rf3為全氟聚醚基團，條件是連接至末端碳原子的全部或部分氟原子可以是或者可以 不是氫原子； P為0或1 ;q為1或2 ; R31為亞烷基； R32為烷基； L3 為-CO-; X為選自-〇_、-NR33-、-S-、-S02-、-SO2NR33-和-NR33CO-的基團；其中R33為氫原子或具 有3個或更少的碳原子的烷基。
7. -種物品，其通過根據權利要求1-6中任一項所述的方法制造。
8. 根據權利要求7所述的物品，其中所述基材的表面由具有羥基的材料制成。
9. 根據權利要求7或8所述的物品，其中所述基材的表面由選自玻璃、樹脂、金屬和陶 瓷的材料制成。
10. 根據權利要求7-9中任一項所述的物品，其為光學部件。
【文檔編號】C09D183/12GK104321393SQ201380011189
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年2月27日 優先權日:2012年2月28日
【發明者】本多義昭, 福田晃之, 中井康裕 申請人:大金工業株式會社