DE69228143T2

DE69228143T2 - Hydrophiler chemisch adsorbierter Film und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69228143T2
Application number: DE69228143T
Authority: DE
Inventors: Norihisa Settsu-Shi 566 Osaka Mino; Kazufumi Hirakata-Shi Osaka Ogawa; Mamoru Osaka-Shi 543 Soga
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1992-04-29
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: EP0511657A3; KR960014112B1; EP0511657A2; EP0799688A3; DE69228143D1; US5614263A; DE69232804T2; US5466523A; EP0799688A2; EP0799688B1; EP0511657B1; DE69232804D1

Description

GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydrophilen, chemisch adsorbierten Film und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen hydrophilen, chemisch adsorbierten Film, in dem hydrophile, funktionelle Gruppen durch chemische Bindungen an chemisch adsorbierte Moleküle gebunden sind und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Erfindung betrifft ebenso ein beschlagverhinderndes Substrat für ein optisches Material, wobei das Substrat den hydrophilen, chemisch adsorbierten Film, der vorstehend beschrieben wurde, verwendet und die Oberfläche des Substrats hydrophil gemacht wird. Die Erfindung betrifft insbesondere ein beschlagverhinderndes Substrat mit einem hydrophilen, chemisch adsorbierten Film, der auf der Oberfläche eines Badezimmerspiegels, eines Make-up-Spiegels, eines Fensterglases, eines Fahrzeugfensterglases, eines Rückspiegels und einer optischen Linse gebildet wird. Die Erfindung betrifft ferner einen hochstabilen, beschlagverhindernden, ölabweisenden, monomolekularen Film oder einen beschlagverhindernden, ölabweisenden, laminierten Film, der den vorstehend beschriebenen hydrophilen, chemisch adsorbierten Film verwendet. Insbesondere betrifft die Erfindung einen chemisch adsorbierten Film auf Fluorkohlenstoffgrundlage oder einen chemisch adsorbierten, laminierten Film mit dem Ziel der Bereitstellung von Beschlagverhinderungseigenschaften und ölabweisenden Eigenschaften auf der Oberfläche eines durchsichtigen Substrates, wobei der Film eine Dicke im Nanometerbereich aufweist, hydrophil und stark ölabweisend ist und die Oberfläche durch hydrophile Gruppen bedeckt ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es war auf verschiedenen Gebieten erforderlich, die Oberfläche eines hydrophoben Materials hydrophil zu machen. Beispielsweise ist es erforderlich, die Oberfläche von Kunststoffen, Fasern, Keramikerzeugnissen und ähnlichen Materialien hydrophil zu machen. Nimmt man beispielsweise synthetische Fasern, wird erwartet, daß ihre Verwendung für Kleidung, wie Unterwäsche, und ihre industrielle Verwendung, beispielsweise für Wischblätter, weiter zunimmt, wenn die Oberfläche von Polyester-, Polyolefin- und ähnlichen synthetischen Fasern hydrophil gemacht werden kann. Es ist in der Industrie wichtig, eine Technik zur Bildung von vielseitig anwendbaren Molekülen als Verfahren zur Herstellung eines chemisch adsorbierten Films bereitzustellen, der in einem gewünschten Maß hydrophil ist.
Bis jetzt sind die Plasmabehandlung oder ähnliche Verfahren als Mittel zum Hydrophilmachen der Oberfläche von Kunststoffen, Fasern, Keramikerzeugnissen und ähnlichen Materialien bekannt.
Als ein unterschiedliches Mittel wurde das Ogawa-Verfahren beschrieben, in dem funktionelle Gruppen, die besondere Funktionen aufweisen, vorausgehend für die chemische Absorption in ein oberflächenaktives Material eingetragen werden, um einen spezifischen, chemisch adsorbierten Film zu bilden (siehe beispielsweise US-A- 4,673,474).
Jedoch kann die Plasmabehandlung nicht eine ausreichende hydrophile Eigenschaft verleihen. Zusätzlich ist das Plasmaverfahren kompliziert. Ferner ist es mit dem vorstehend beschriebenen Ogawa-Verfahren schwierig, vorausgehend hydrophile Gruppen in das oberflächenaktive Material selbst einzubauen, wodurch der Herstellung von chemisch adsorbierten Filmen, die bis zu einem gewünschten Maß hydrophil sind, starke Beschränkungen auferlegt werden. Das heißt, dieses Verfahren ist kaum vielseitig anwendbar.
Wenn die relative Luftfeuchtigkeit hoch ist oder während niedriger Temperatur im Winter, kann Beschlag, beispielsweise auf einem Kraftfahrzeugfensterglas oder auf Badezimmerspiegeln, erzeugt werden. Beschlag wird aufgrund einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit des optischen Substrats des Kraftfahrzeugfensterglases oder des Badezimmerspiegels erzeugt. Wenn die atmosphärische Temperatur plötzlich erhöht wird oder wenn eine Oberfläche in Kontakt mit einer Luftatmosphäre mit hoher Temperatur kommt, während die andere Oberfläche kühl bleibt, wird die Wassermenge in der Luft auf der Oberfläche kondensiert. Dies wird als Beschlag bezeichnet. In der Regenzeit ist beispielsweise die relative Feuchtigkeit in der Luft gesättigt und Beschlag wird leicht durch Kondensation erzeugt, wenn jemand atmet oder schwitzt. Es ist im Stand der Technik wohlbekannt, diese Beschlagbildung durch Auftragen von Beschichtungschemikalien oder -harzen, die hydrophile Verbindungen, wie Polyvinylalkohol und Polyethylenglycol enthalten, oder durch Auftragen eines hydrophilen Films auf die Oberfläche des optischen Materials zu verhindern.
Jedoch wird durch Auftragen von hydrophilen Harzen oder durch Auftragen eines hydrophilen Films auf die Oberfläche des optischen Materials die Durchsichtigkeit des Materials verschlechtert. Zusätzlich können Trennung oder Materialfehler auftreten. Ferner weist das Verfahren des Auftragens von hydrophilen Chemikalien oder Harzen Probleme dadurch auf, daß die Beständigkeit niedrig ist, obwohl die Kosten niedrig sind. Bis jetzt gibt es verschiedene Vorschläge für das Versehen einer Oberfläche mit Beschlagverhinderungseigenschaften, die leicht durch Dampf oder Wassertropfen auf Fensterglas, Badezimmerspiegeln und Glaslinsen Beschlag bildet.
Es gibt verschiedene beschriebene Verfahren zur Verbesserung der Beschlagverhinderungseigenschaften von Glas, Kunststoffen und anderen Substraten, beispielsweise ein Verfahren des Auftragens eines hydrophilen Beschichtungsfilmes von denaturiertem Polyethylenglycol oder Poly(hydroxyethylmethacrylat) oder ein Verfahren zum Auftragen verschiedener Harze auf Silikongrundlage.
Die Harze auf Silikongrundlage sind jedoch weniger durchsichtig und erfordern daher eine sehr kleine Beschichtungsdicke, wenn sie aufgetragen werden sollen, wenn der Farbton oder der Glanz des Substrats aufrechterhalten werden soll. Da sie jedoch weniger hart sind und geringere Kratzfesteigenschaften aufweisen, wird jedoch durch Verringerung der Dicke des Beschichtungsfilms die Beständigkeit verringert. Ebenso sind denaturiertes Polyethylenglycol oder Poly(hydroxyethylmethacrylat) kaum abriebbeständig und in der Beständigkeit unterlegen.
US-A-4,539,061 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von einschichtigen Strukturen, wobei Moleküle mit Trichlorsilangruppen an einem Ende davon an das Substrat gebunden sind. Die Moleküle weisen funktionelle Gruppen am anderen Ende auf, die in hydrophile Gruppen, wie OH- oder COOH-Gruppen, umgewandelt werden können.
EP-A-492545 offenbart ein durchsichtiges Substrat, auf dem ein monomolekularer Film durch chemische Absorption von Silanen gebildet wird, die endständige Hydroxy- oder Aminogruppen aufweisen können.
FR-A-1459124 offenbart die Behandlung eines Polymersubstrates mit Silanen, die endständige Thiolgruppen aufweisen.
DE-A-37 06 782 offenbart die Verwendung von Silanverbindungen zum Modifizieren von Windschutzscheiben, was einen chemisch adsorbierten Film ergibt, der hydrophile Gruppen, wie OH, NH&sub2; oder CN, an der äußeren Oberfläche davon aufweist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen chemisch adsorbierten Film, in dem hydrophile Gruppen eingebaut sind, und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, die die vorstehend beschriebenen Probleme, die dem Stand der Technik innewohnen, lösen können.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein beschlagverhinderndes Substrat mit einem stark durchsichtigen und beständigen, erstrebenswert beschlagverhindernden, hydrophilen Beschichtungsfilm, der auf die Oberfläche eines optischem Materials aufgetragen wird, bereitzustellen, das die vorstehend beschriebenen Probleme, die dem Stand der Technik innewohnen, lösen kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Beschichtungsfilm auf Fluorkohlenstoffgrundlage bereitzustellen, der hervorragende Beschlagverhinderungseigenschaften und ölabweisende Eigenschaften aufweist, den Farbton oder Glanz des Substrats behält, weniger zu Beschädigungen neigt, hohe Kratzfestigkeit und eine hydrophile Oberfläche aufweist, indem ein monomolekularer Film mit einer Dicke im Nanometerbereich, der eine einheitliche Dicke aufweist, entweder als ein laminierter Film oder ein nichtlaminierter Film verwendet wird, wodurch die Probleme, die dem Stand der Technik innewohnen, gelöst werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung stellen wir einen hydrophilen, chemisch adsorbierten Film bereit, der eine gerade Kohlenstoffkette umfaßt, die ein Grundgerüst aufweist, das durch kovalente Si-Bindungen an eine Substratoberfläche gebunden ist, wobei der chemisch adsorbierte Film mindestens eine hydrophile Gruppe enthält, die aus den Gruppen -N&spplus;R&sub3;X&supmin; (wobei X ein Halogenatom darstellt und R einen Niederalkylrest darstellt), -NO&sub2; und -SO&sub3;H ausgewählt ist, wobei das Wasserstoffatom in der -SO&sub3;H-Gruppe durch ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder andere Metalle ersetzt sein kann.
Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß das Wasserstoffatom in der -SO&sub3;H-Gruppe durch ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder andere Metalle substituiert ist. Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß der chemisch adsorbierte Film ein monomolekularer Film oder ein Polymerfilm ist.
Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß das Substrat ein optisches Substrat ist.
Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß der hydrophile, chemisch adsorbierte Film auf die Oberfläche einer inneren Schicht, die Siloxanbindungen enthält, laminiert wird.
Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß der chemisch adsorbierte Film eine Fluorkohlenstoffgruppe enthält und die Oberfläche davon hydrophile Gruppen enthält.
Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß der chemisch adsorbierte Film ein fluorenthaltender, laminierter Film ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung stellen wir Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen, chemisch adsorbierten Films bereit, umfassend:
A) das Inkontaktbringen eines hydrophile Gruppen enthaltenden Substrats mit einer nichtwäßrigen Lösung, die ein oberflächenaktives Material enthält, das geradkettige Moleküle aufweist, die an einem Ende eine Chlorsilylgruppe und am anderen Ende mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die aus einem Bromatom, einem Iodatom, einer Cyangruppe, einer Thiocyangruppe, einer Chlorsilylgruppe und einem organischen Rest, der eine Esterbindung aufweist, ausgewählt ist, wobei eine Dehydrochlorierungsreaktion zwischen den hydrophilen Gruppen auf der Substratoberfläche und den Chlorsilylgruppen des oberflächenaktiven Materials bewirkt wird, wodurch ein chemisch adsorbierter Film auf der Substratoberfläche gebildet wird, und
B) das Umwandeln der funktionellen Gruppe am anderen Ende des oberflächenaktiven Materials in mindestens eine hydrophile Gruppe, die aus den Gruppen -N&spplus;R&sub3;X&supmin; (wobei X ein Halogenatom darstellt und R einen Niederalkylrest darstellt), -NO&sub2; und -SO&sub3;H ausgewählt ist, wobei das Wasserstoffatom in der -SO&sub3;H-Gruppe durch ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder andere Metalle ersetzt sein kann.
Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß das oberflächenaktive Material, das die Chlorsilylgruppe enthält durch die Formel
oder durch die Formel
dargestellt wird, wobei A mindestens eine funktionelle Gruppe darstellt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Bromatom, einem Iodatom, einer Cyangruppe, einer Thiocyangruppe, einer Chlorsilylgruppe und einem organischen Rest, der eine Esterbindung enthält, besteht, n und m ganze Zahlen in einem Bereich von 1 bis 30 darstellen, R und R' einen Alkylrest, einen Alkoxyrest oder einen Arylrest bedeuten. Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß die funktionelle Gruppe am anderen Ende des oberflächenaktiven Materials in eine -SO&sub3;H-Gruppe umgewandelt wird und dann das Wasserstoffatom in der Sulfonsäuregruppe durch ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall oder andere Metalle ersetzt wird.
Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß der chemisch adsorbierte Film ein monomolekularer Film oder ein Polymerfilm ist.
Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß das Substrat, das die Hydroxylgruppen auf der Oberfläche enthält, aus einem Material hergestellt wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Glas, Metallen, Keramikerzeugnissen und Kunststoffen besteht.
Es ist in dieser Erfindung bevorzugt, daß das Substrat, das Hydroxylgruppen auf der Oberfläche enthält, ein Substrat ist, dessen Oberfläche durch Behandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Plasmaatmosphäre hydrophil gemacht worden ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Fig. 1 (a) bis (d) zeigen ein Glassubstrat wie in Beispiel 1 der Erfindung.
Die Fig. 2 (a) bis (c) zeigen ein Glassubstrat wie in Beispiel 2 der Erfindung.
Die Fig. 3 (a) bis (c) zeigen ein Glassubstrat wie in Referenzbeispiel 3.
Die Fig. 3 (d) bis (e) zeigen ein Glassubstrat wie in Beispiel 4 der Erfindung.
Die Fig. 4 (a) bis (d) zeigen eine durchsichtige, optische Linse aus Polycarbonat wie in Beispiel 5 der Erfindung.
Die Fig. 5 (a) bis (c) zeigen ein Glassubstrat wie in Beispiel 6 der Erfindung.
Die Fig. 6 (a) bis (e) zeigen eine Glaslinse für eine Brille wie in Beispiel 7 der Erfindung.
Die Fig. 7 (a) bis (c) zeigen einen Poly(ethylenterephthalat)film wie in Referenzbeispiel 8.
Die Fig. 8 (a) bis (d) zeigen ein Glassubstrat wie in Referenzbeispiel 9.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung werden hydrophile funktionelle Gruppen durch chemische Bindungen und via chemisch adsorbierten Molekülen an die Substratoberfläche gebunden. Es besteht daher kein Bedarf vorausgehend eine besondere hydrophile Gruppe in das oberflächenaktive Material einzubauen und es ist möglich, einen chemisch adsorbierten, monomolekularen Film herzustellen, der in einem vergleichsweise frei steuerbaren Grad hydrophil ist.
Um die Beschlagverhinderungseigenschaften bereitzustellen, wird eine leicht ionisierbare, funktionelle Gruppe als hydrophile Gruppe verwendet.
Im einzelnen wird gemäß der Erfindung ein beschlagverhinderndes Substrat bereitgestellt, das ein optisches Material mit einem chemisch adsorbierten, monomolekularen Film ist, der auf die Substratoberfläche aufgetragen wird. Der monomolekulare Film bildet einen Beschichtungsfilm, der mit geradkettigen Molekülen versehen ist, die hydrophile Gruppen enthalten, die chemisch via Siloxanbindungen gebunden sind.
In einer Struktur gemäß der Erfindung wird die mindestens eine hydrophile Gruppe aus den Gruppen -N&spplus;R&sub3;X&supmin; (wobei X ein Halogenatom bedeutet und R einen Niederalkylrest darstellt), -NO&sub2; und -SO&sub3;H ausgewählt, wobei das Wasserstoffatom in der -SO&sub3;H- Gruppe durch ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder andere Metalle ersetzt sein kann. Ferner ist in der vorstehend beschriebenen Struktur das Wasserstoffatom in der -SO&sub3;H- Gruppe vorzugsweise durch ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder andere Metalle, beispielsweise ein Alkalimetall, das aus Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium ausgewählt ist, ein Erdalkalimetall, das aus Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium ausgewählt ist, und andere Metalle, die aus Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zirkon etc., ausgewählt sind, ersetzt. Mit der vorstehend beschriebenen Struktur des beschlagverhindernden Substrats gemäß der Erfindung, in dem geradkettige Moleküle, die hydrophile, funktionelle Gruppen enthalten, via Siloxanbindungen an die Substratoberfläche des optischen Materials gebunden sind, benetzen Wassertropfen die Substratoberfläche und erzeugen keinen Beschlag, der sich über die gesamte Oberfläche ausdehnt, wenn Kondensation auf der Oberfläche auftritt. Da der monomolekulare Film chemisch adsorbiert ist, trennt er sich ferner nicht ab. Da er eine Dicke im Nanometerbereich aufweist, ist er ferner hervorragend durchsichtig, beeinträchtigt nicht das optische Leistungsvermögen des Substrates und kann hervorragend dauerhaftig gemacht werden.
Wenn es angestrebt wird, wasserabweisende Eigenschaften zusätzlich zu den hydrophilen Eigenschaften bereitzustellen, werden ferner vorausgehend Fluoratome eingebaut. Im einzelnen wird ein Fluor enthaltender, monomolekularer Film auf einer Substratoberfläche via Siloxanbindungen gebildet und hydrophile Gruppen an die Oberfläche des chemisch adsorbierten Films gebunden. Es ist daher möglich, die Härte des chemisch adsorbierten Films weiter zu verbessern.
Das oberflächenaktive Material auf Chlorsilangrundlage, das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist nicht auf solche Materialien in Form einer geraden Kette, die vorstehend beschrieben wurden, beschränkt. Es ist möglich, einen verzweigten Alkylfluorid- oder Kohlenwasserstoffrest oder solche Reste mit einem substituierten Alkylfluorid- oder Kohlenwasserstoffrest mit Silikon an einem Ende (d. h. die Reste, die durch die Formeln R&sub2;SiCl&sub2;, R&sub3;SiCl, R&sup6;R&sup7;SiCl&sub2; oder R&sup6;R&sup7;R&sup6;SiCl dargestellt werden, in denen R, R&sup6;, R&sup7; und R&sup8; einen Fluorkohlenstoffrest oder Kohlenwasserstoffrest bedeuten) zu verwenden. Um jedoch die Adsorptionsdichte zu erhöhen, ist die geradkettige Form bevorzugt.
Ferner werden durch chemische Adsorption eines Materials mit einer Chlorsilylgruppe, beispielsweise SiCl&sub4;, SiHCl&sub3;, SiH&sub2;Cl&sub2; und Cl(SiCl&sub2;O)nSiCl&sub3; (wobei n eine ganze Zahl in einem Bereich von 1 bis 20 bedeutet), zur Bildung einer inneren Schicht und dann deren Umsetzung mit Wasser, Chlorsilylbindungen an der Oberfläche in hydrophile Silanolbindungen umgewandelt, wodurch der hydrophile, monomolekulare Film auf dem Substrat vor der hydrophilen Monoschicht hergestellt wird. Unter den Materialien, die eine Chlorsilylgruppe enthalten, ist Tetrachlorsilan (SiCl&sub4;) dadurch bevorzugt, daß es hochreaktiv ist und ein niedriges Molekulargewicht aufweist. Es kann daher Silanolbindungen mit hoher Dichte bereitstellen. Auf diese Weise ist es möglich, ein Substrat stark hydrophyl zu machen. Außerdem kann auf diese Oberfläche ein oberflächenaktives Material auf Chlorsilangrundlage, das Fluorkohlenstoffreste enthält, chemisch adsorbiert werden. Auf diese Weise kann ein chemisch adsorbierter Film, der geeignet eine hohe Dichte aufweist, erhalten werden.
Gemäß der Erfindung kann jedes Substrat verwendet werden, das -OH, -COOH, -NH&sub2; oder andere hydrophile Gruppen auf seiner Oberfläche enthält. Ein Substrat, wie eine Kunststoffolie, die relativ wenig Hydroxylgruppen auf der Oberfläche enthält, kann chemisch mittels Verfahren, wie einer Ozonoxidation, einer Plasmabehandlung, einer Coronabehandlung oder einer Bestrahlung mit Elektronenstrahlen behandelt werden, um ein Substrat zu erhalten, das eine erhöhte Zahl von hydrophilen Gruppen enthält und für die Erfindung geeignet ist. Polyamidharze und Polyurethanharze weisen Iminogruppen (= NH) auf der Oberfläche auf und erfordern daher keine vorausgehende Behandlung.
Da das oberflächenaktive Material mit Wasser reagiert, soll das nichtwäßrige, organische Lösungsmittel, das gemäß der Erfindung verwendet werden soll, einen möglichst niedrigen Wassergehalt aufweisen und soll das oberflächenaktive Material ausreichend lösen. Beispiele sind solche Lösungsmittel, die langkettige Alkylreste aufweisen, aromatische Kohlenwasserstoffe, gesättigte Ringverbindungen und Halogen enthaltende Kohlenwasserstoffe.
Die folgende Beschreibung der Beispiele betrifft chemisch adsorbierte, monomolekulare Filme, die Gruppen -N&spplus;R&sub3;X&supmin; (wobei X ein Halogenatom bedeutet und R einen Niederalkylrest darstellt), -NO&sub2;- und -SO&sub3;H aufweisen.

BEISPIEL 1 (Einbau einer -N&spplus;R&sub3;X&supmin;-Gruppe (wobei X ein Halogenatom darstellt und R einen Niederalkylrest darstellt)

Ein hydrophiles Glassubstrat 71 wurde hergestellt (Fig. 1 (a)) und dann gewaschen. Das Substrat wurde in eine nichtwäßrige Lösung, die ein Material mit einer Chlorsilylgruppe an jedem Ende enthielt, beispielsweise eine gemischte Lösung von 80 Gewichtsprozent n-Hexadecan (oder Toluol, Xylol oder Bicyclohexyl), 12 Gewichtsprozent Kohlenstofftetrachlorid und 8 Gewichtsprozent Chloroform, die etwa 2 Gewichtsprozent ClSi(CH&sub3;)&sub2;(CH&sub2;)&sub1;&sub0;SiCl&sub3; enthielt, eingetaucht und darin etwa fünf Stunden gehalten.
Eine Dehydrochlorierungsreaktion wurde zwischen den Chlorsilyl(SiCl)gruppen in dem Material, das eine Chlorsilylgruppe an jedem Ende enthielt, und den Hydroxylgruppen, die zahlreich an der Substratoberfläche enthalten waren, bewirkt. Das Substrat wurde dann mit Chloroform gewaschen, um nichtumgesetztes Material zu entfernen, das auf der Oberfläche verblieb. Auf diese Weise wurden Bindungen, die durch die Formel [18] dargestellt werden, auf der gesamten Substratoberfläche erzeugt. [Formel 18]
Ein monomolekularer Film 72, der Chlorsilylgruppen enthielt, konnte auf diese Weise gebildet werden. Der Film war chemisch (oder kovalent) an die Faseroberflächen gebunden (Fig. 1 (b)). Das behandelte Substrat wurde dann in eine Chloroformlösung, eingetaucht, die 10 Gewichtsprozent (CH&sub3;)&sub2;N(CH&sub2;)&sub2;OH enthielt, wobei eine Dehydrochlorierungsreaktion bewirkt wurde. Das Substrat wurde dann mit Chloroform gewaschen. Ein monomolekularer Film 73, der durch die Formel [19] dargestellt wird, konnte auf diese Weise erhalten werden (Fig. 1 (c)). [Formel 19]
Das Substrat wurde dann ferner in eine Cyclohexanlösung getaucht, die CH&sub3;I enthielt, und die Lösung wurde zwei Stunden umlaufend umgewälzt. Auf diese Weise konnte ein sehr stark hydrophiler, monomolekularer Film 74 erhalten werden, der quartäre Aminogruppen, wie sie durch die Formel [20] dargestellt sind, an der Oberfläche enthielt (Fig. 1 (d)). [Formel 20]

BEISPIEL 2 (Einbau einer -NO&sub2;-Gruppe)

Ein hydrophiles Glassubstrat 81 (Fig. 2 (a)) wurde hergestellt und mit einer organischen Lösung gewaschen. Das Substrat wurde in eine nichtwäßrige Lösung, die ein Material enthielt, das ein Brom- oder Iodatom und eine Chlorsilylgruppe aufwies, beispielsweise eine gemischte Lösung von 80 Gewichtsprozent n-Hexadecan (oder Toluol, Xylol oder Bicyclohexyl), 12 Gewichtsprozent Kohlenstofftetrachlorid und 8 Gewichtsprozent Chloroform, die ungefähr 2 Gewichtsprozent Br(CH&sub2;)&sub1;&sub0;SiCl&sub3; enthielt, eingetaucht und ungefähr fünf Stunden darin gehalten.
Eine Dehydrochlorierungsreaktion wurde auf diese Weise zwischen den Chlorsilyl(SiCl)gruppen in dem Material, das ein Brom- oder Iodatom und eine Chlorsilylgruppe enthielt, und den Hydroxylgruppen, die zahlreich an der Substratoberfläche enthalten waren, bewirkt. Das Substrat wurde dann mit Chloroform gewaschen, um nichtumgesetztes Material zu entfernen, das auf der Oberfläche verblieb. Auf diese Weise wurden Bindungen, die durch die Formel [21] dargestellt werden, auf der gesamten Substratoberfläche erzeugt. [Formel 21]
Ein monomolekularer Film 82, der Bromatome enthielt, konnte auf diese Weise gebildet werden. Der Film war chemisch (oder kovalent) an die Substratoberfläche gebunden, und seine Dicke betrug etwa 1,5 nm (Fig. 2 (b)).
Das behandelte Substrat wurde dann in einer alkalischen, wäßrigen Lösung, die 5 Gewichtsprozent AgNO&sub3; enthielt, zwei Stunden bei 80ºC umgesetzt. Auf diese Weise konnte ein hydrophiler, monomolekularer Film 83 (Fig. 8(c)) erhalten werden, der durch die Formel [22] dargestellt wird. [Formel 22]
Dieser monomolekulare Film war sehr stark chemisch (oder kovalent) an das Substrat gebunden und trennte sich nicht ab.

Referenzbeispiel 3 (Einbau einer Schwefelwasserstoff(-SH)gruppe)

Ein hydrophiles Glassubstrat 91 (Fig. 3 (a)) wurde hergestellt und mit einer organischen Lösung gewaschen. Das Substrat wurde in eine nichtwäßrige Lösung, die ein Material enthielt, das Thiocyan(-SCH)gruppen und Chlorsilylgruppen aufwies, beispielsweise eine gemischte Lösung von 80 Gewichtsprozent (oder Toluol, Xylol oder Bicyclohexyl), 12 Gewichtsprozent Kohlenstofftetrachlorid und 8 Gewichtsprozent Chloroform, die ungefähr 2 Gewichtsprozent NCS(CH&sub2;)&sub1;&sub0;SiCl&sub3; enthielt, eingetaucht und ungefähr fünf Stunden darin gehalten.
Eine Dehydrochlorierungsreaktion wurde auf diese Weise zwischen den Chlorsilyl- (-SiCl)gruppen in dem Material und den Hydroxylgruppen, die zahlreich auf der Substratoberfläche enthalten waren, bewirkt. Das Substrat wurde dann mit Freon 113 gewaschen, um nichtumgesetztes Material, das auf der Oberfläche verblieb, zu entfernen, gefolgt von Waschen mit Wasser oder der Behandlung mit Luft, die Feuchtigkeit enthielt. Die verbliebenen SiCl-Gruppen wurden in -SiOH-Gruppen umgewandelt. Jede Silanolgruppe wurde dann dehydratisiert und vernetzt, um nach dem Trocknen eine Siloxanbindung wie in Formel [23] zu bilden. Die Trocknungstemperatur kann Raumtemperatur oder darüber sein. [Formel 23]
Ein monomolekularer Film 92, der Thiocyangruppen enthielt, konnte auf diese Weise erhalten werden (Fig. 3 (b)). Der Film war chemisch (oder kovalent) an die Substratoberfläche gebunden. Seine Dicke betrug ungefähr 1,5 nm.
Das behandelte Substrat wurde dann vier Stunden in einem Etherlösung, die Lithiumaluminiumhydrid (10 mg/ml) enthielt, eingetaucht. Auf diese Weise wurde ein hydrophiler, monomolekularer Film 93 (Fig. 3 (c)), der durch die Formel [24] dargestellt wird, erhalten. [Formel 24]
Der Film trennte sich beim Waschen nicht ab.

BEISPIEL 4 (Einbau einer-SO&sub3;H-Gruppe)

Der monomolekulare Film 93 (Fig. 3 (c)), der in Referenzbeispiel 3 (c) erhalten und durch die vorstehende gezeigte Formel 24 dargestellt wird, wurde 30 Minuten bei einer Temperatur von 40 bis 50ºC in eine gemischte Lösung, die 10 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid und 10 Gewichtsprozent Essigsäure in einem Volumenverhältnis von 1 : 5 enthielt, eingetaucht. Auf diese Weise wurde ein stark hydrophiler, monomolekularer Film 94 (Fig. 3 (d)), der durch die Formel [25] dargestellt wird, erhalten. [Formel 25]
Das behandelte Substrat wurde dann in eine wäßrige Lösung eingetaucht, die erhalten wird, wenn man ungefähr 2 Gewichtsprozent eines Alkalimetalls, eines Erdalkalimetalls oder einer anderen Metallverbindung, beispielsweise NaOH, auflöst. Auf diese Weise wurde ein sehr stark hydrophiler Film 95 (Fig. 3 (e)), der durch die Formel [26] dargestellt wird, gebildet. [Formel 26]
Der Film trennte sich durch Wischen nicht ab. Der Film hatte sehr gute Hydrophilieeigenschaften und das Glas hatte ausgezeichnete Beschlagverhinderungseigenschaften.
In der vorstehend beschriebenen Struktur gemäß den Beispielen 1, 2 und 4 wird ein hydrophiler, monomolekularer Film oder ein laminierter, monomolekularer Film, der ausgezeichnet beschlagverhindernd ist und eine Dicke im Nanometerbereich hat, derart gebildet, daß er chemisch (oder kovalent) an die Substratoberfläche gebunden ist, nicht beschlägt, ölabstoßend, ausgezeichnet kratzbeständig und abriebbeständig ist. Der Film kann erhalten werden, ohne die Durchsichtigkeit, den Farbton und den Glanz des Substrats merklich zu beeinträchtigen.

BEISPIEL 5 (Einbau einer -N&spplus;R&sub3;X&supmin;-Gruppe (wobei X ein Halogenatom darstellt und R einen Niederalkylrest darstellt)

Die Oberfläche eines Polycarbonatsubstrats für optische Linsen (oder eines Plattensubstrats aus Acrylharz) wurde 20 Minuten einer Sauerstoffplasmabehandlung in einem UV-Trockenstripper ("UV-1", hergestellt von Samco International Co.) bei einer Sauerstoffließgeschwindigkeit von 1 Liter/Minute, 300 W, unterzogen, wobei die Oberfläche oxidiert wurde. Das Substrat wurde in eine Wasserlösung, die eine Bichromsäure enthielt, eingetaucht und bei 80ºC ungefähr 30 Minuten darin gehalten und mit Wasser gewaschen. Das Substrat 141 wurde mit einem organischen Lösungsmittel gewaschen. Das Substrat wurde in eine nichtwäßrige Lösung, die etwa 2 Gewichtsprozent SiCl&sub4; in einer Freon-113-Lösung enthielt, eingetaucht und ungefähr eine Stunde darin gehalten. Das Substrat wurde nachfolgend mit einem Lösungsmittel, beispielsweise Freon 113, gewaschen und dann mit Wasser gewaschen. Als ein Ergebnis wies das Substrat einen monomolekularen Siloxanfilm (innere Schicht) 142 [Fig. 4 (a)] auf, der vorstehend in den Formeln [A] und/oder [B] dargestellt ist.
Das Substrat wurde in eine nichtwäßrige Lösung, die an jedem Ende eine Chlorsilangruppe enthielt, beispielsweise eine Freon-113-Lösung, die ungefähr 2 Gewichtsprozent ClSi(CH&sub3;)&sub2;(CH&sub2;)&sub1;&sub0;SiCl&sub3; enthielt, eingetaucht und ungefähr fünf Stunden darin gehalten. Eine Dehydrochlorierungsreaktion wurde zwischen den Chlorsilan(SiCl)gruppen in dem Material, das eine Chlorsilangruppe an jedem Ende enthielt, und den Hydroxylgruppen, die auf der Oberfläche der inneren Schicht enthalten waren, bewirkt. Auf diese Weise wurden Bindungen, die durch die Formel [38] dargestellt werden, auf der gesamten Substratoberfläche erzeugt. Ein monomolekularer Film 143, der Chlorsilangruppen enthielt, konnte auf diese Weise gebildet werden. Der Film war chemisch oder (kovalent) an die Substratoberfläche gebunden [Fig. 4 (b)]. [Formel 38]
Das behandelte Substrat wurde dann für eine Dehydrochlorierungsreaktion in eine Freon-113-Lösung, die 10 Gewichtsprozent (CH&sub3;)&sub2;N(CH&sub2;)&sub2;OH enthielt, eingetaucht und dann mit Freon 113 gewaschen. Auf diese Weise wurde ein monomolekularer Film 144 (Fig. 4 (c)), der durch die Formel [39] dargestellt wird, erhalten. [Formel 39]
Das auf diese Weise erhaltene Substrat wurde in einer Chloroformlösung, die CH&sub3;I enthielt, zwei Stunden refluxiert. Auf diese Weise wurde Substrat 145 [Fig. 4 (d)], das quartäre Aminogruppen auf der Oberfläche aufwies, die durch die Formel [40] dargestellt werden, und das sehr stark von Wasser benetzt wurde, erhalten. [Formel 40]
Der monomolekulare Film hatte einen Wasserbenetzungswinkel von 50 Grad und trübte sich nicht in einer Atmosphäre mit hoher Luftfeuchtigkeit.

BEISPIEL 6 (Einbau einer -NO&sub2;-Gruppe)

Ein Glassubstrat 151 (Fig. 5 (a)) wurde mit einem organischen Lösungsmittel gewaschen und in eine nichtwäßrige Lösung, die ein Bromatom oder ein Iodatom oder eine Chlorsilangruppe, beispielsweise eine Lösung von 80 Gewichtsprozent n- Hexadecan (oder Toluol, Xylol oder Bicyclohexyl), 12 Gewichtsprozent Kohlenstofftetrachlorid und 8 Gewichtsprozent Chloroform, die ungefähr 2 Gewichtsprozent einer Verbindung enthielt, die durch die Formel [41] dargestellt wird, eingetaucht und darin ungefähr fünf Stunden gehalten. [Formel 41]
Eine Dehydrochlorierungsreaktion wurde zwischen den Chlorsilan(-SiCl)gruppen in dem Material, das ein Bromatom oder eine Iodatom und eine Chlorsilangruppe enthielt, und den Hydroxylgruppen 152, die zahlreich auf der Substratoberfläche enthalten waren, bewirkt. Auf diese Weise wurden Bindungen, die durch die Formel [42] dargestellt werden, auf der gesamten Substratoberfläche erzeugt. [Formel 42]
Ein monomolekularer Film 153, der Bromatome enthielt, wurde auf diese Weise gebildet. Der Film war chemisch (oder kovalent) an die Substratoberfläche gebunden. Seine Dicke betrug ungefähr 2,5 nm [Fig. 5 (b))]. Das behandelte Substrat wurde dann für eine Reaktion bei 80ºC zwei Stunden in eine wäßrige, alkalische Lösung eingetaucht, die 5 Gewichtsprozent AgNO&sub3; enthielt. Auf diese Weise wurde ein hydrophiler, monomolekularer Film 154 (Fig. 5(c)) erhalten, der durch die Formel [43] dargestellt wird. [Formel 43]
Der monomolekulare Film hatte einen Wasserbenetzungswinkel von 70 Grad und beschlug nicht in einer Atmosphäre mit hoher Luftfeuchtigkeit.

BEISPIEL 7 (Einbau einer -SO&sub3;H-)

Eine Glaslinse für eine Brille 161 (Fig. 6 (a)) wurde mit einem organischen Lösungsmittel gewaschen und in eine nichtwäßrige Lösung, die ein Material enthielt, das eine Thiocyan(-SCH)gruppe und eine Chlorsilangruppe enthielt, beispielsweise eine Lösung von 80 Gewichtsprozent n-Hexadecan (oder Toluol, Xylol oder Bicyclohexyl), 12 Gewichtsprozent Kohlenstofftetrachlorid und 8 Gewichtsprozent Chloroform, die ungefähr 2 Gewichtsprozent NCS(CH&sub2;)&sub1;&sub0;SiCl&sub3; enthielt, eingetaucht und darin ungefähr fünf Stunden gehalten.
Eine Dehydrochlorierungsreaktion wurde zwischen den Chlorsilan(SiCl)gruppen in dem Material, das eine Thiocyan(-SCH)gruppe und eine Chlorsilangruppe enthielt, und den Hydroxylgruppen 162, die zahlreich auf der Glasoberfläche enthalten waren, bewirkt. Auf diese Weise wurden Bindungen, die durch die Formel [44] dargestellt werden, auf der gesamten Glasoberfläche erzeugt. [Formel 44]
Ein monomolekularer Film 163, der Thiocyangruppen enthielt, wurde auf diese Weise gebildet. Der Film war chemisch oder (kovalent) an die Glasoberfläche gebunden [Fig. 6 (b)].
Das behandelte Glas wurde dann vier Stunden in eine Etherlösung, die darin gelöst Lithiumaluminiumhydrid (10 mg/ml) enthielt, eingetaucht. Auf diese Weise wurde ein hydrophiler, monomolekularer Film 164 (Fig. 6 (c)), der durch die Formel [45] dargestellt wird, erhalten. [Formel 45]
Das auf diese Weise erhaltene Glas wurde ferner 30 Minuten bei 40 bis 50ºC in eine gemischte Lösung, die 10 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid und 10 Gewichtsprozent Essigsäure in einem Volumenverhältnis von 1 : 5 enthielt, eingetaucht. Auf diese Weise wurde ein stark hydrophiler, monomolekularer Film 165 (Fig. 6 (d)), der durch die Formel [46] dargestellt wird, erhalten. [Formel 46]
Das Glas wurde dann ferner in eine wäßrige Lösung eingetaucht, die ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder eine andere Metallverbindung, beispielsweise 2 Gewichtsprozent NaOH (oder Ca(OH)&sub2;), enthielt, eingetaucht und gehalten. Auf diese Weise wurden Bindungen wie in Formel [47] gebildet. [Formel 47]
Der monomolekulare Film 166 hatte einen Wasserbenetzungswinkel von 45 Grad und beschlug nicht in einer Atmosphäre mit hoher Luftfeuchtigkeit.

Referenzbeispiel 8

Wie in Fig. 7 (a) gezeigt, wurde ein hydrophiles Poly(ethylenterephthalat)-Filmsubstrat 211 hergestellt. Die Substratoberfläche wurde oxidiert. Die Oberfläche kann, beispielsweise durch Behandlung mit Dichromsäure oxidiert werden, um hydrophil zu sein. Nachdem gut getrocknet worden war, wurde das Substrat in eine Freon-113- Lösung eingetaucht und ungefähr zwei Stunden darin gehalten. Die Lösung wurde hergestellt, indem ein chemisches Material mit zwei Trichlorsilylgruppen an den Molekülenden, beispielsweise Cl&sub3;Si(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)&sub6;(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3;, in einer Konzentration von ungefähr 2 Gewichtsprozent, aufgelöst wurde. Da die Oberfläche des Glassubstrats 211 viele Hydroxylgruppen 212 enthielt, wurde auf diese Weise eine Dehydrochlorierungsreaktion zwischen den -SiCl-Gruppen an beiden Enden der Moleküle des chemischen adsorbierten Materials bewirkt, wobei Bindungen, die durch die Formel [48] dargestellt werden, auf der gesamten Substratoberfläche erzeugt wurden. [Formel 48]
Das Substrat wurde nachfolgend gut gewaschen, wobei man ein organisches Lösungsmittel (d. h. Freon 113) verwendete, um überzähliges, chemisch adsorbiertes Material, das auf der Oberfläche des Substrats verblieb, zu entfernen, und dann mit Wasser gewaschen und getrocknet. Als ein Ergebnis wurde eine monomolekulare Schicht auf Siloxangrundlage, die durch die Formel [49] dargestellt wird, derart gebildet, daß sie durch chemische Bindungen (oder kovalente Bindungen) an die Substratoberfläche gebunden war. [Formel 49]
Die chemische Bindung erfolgt mittels einer Siloxanbindung. Die Bildung des chemisch adsorbierten, monomolekularen Films 213, der in Fig. 7 (b) gezeigt ist, wurde durch FTIR-Spektroskopie bestätigt und die Dicke betrug ungefähr 1,5 Nanometer (nm). Er war derart fest gebunden, daß er sich nicht abtrennte.
Wenn nachfolgend die Schritte vom chemischen Adsorptionsschritt bis zum Schritt des Waschens mit Wasser und dem Trocknungsschritt ausgeführt wurden, erhielt man eine bimolekulare Schicht 214, die in Fig. 7 (b) gezeigt ist. Die Bildung des chemisch adsorbierten, monomolekularen Films wurde durch FTIR-Spektroskopie bestätigt und die Dicke betrug ungefähr 3,0 Nanometer (nm). Er war derart fest gebunden, daß er sich nicht abtrennte.
Wenn die Schritte vom chemischen Adsorptionsschritt bis zum Schritt des Waschens mit Wasser und dem Trocknungsschritt für eine notwendige Anzahl von Schichten wiederholt wurden, wurde gleichfalls ein laminierter, monomolekularer, chemisch adsorbierter Film auf Fluorkohlenstoffgrundlage erhalten, dessen Oberfläche von Hydroxylgruppen bedeckt war, der ein bißchen hydrophil, beschlagverhindernd und ölabstoßend war und eine sehr starke Haftung aufwies. Während in den vorstehend beschriebenen Beispielen Cl&sub3;Si(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)&sub6;(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3; verwendet wurde, können andere Verbindungen ebenso verwendet werden. Beispiele solcher Verbindungen sind Cl&sub3;Si(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)&sub8;(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3;,
und

Referenzbeispiel 9

Wie in Fig. 8 (a) gezeigt, wurde ein hydrophiles Glassubstrat 211 hergestellt. Nachdem das Substrat gut getrocknet worden war, wurde es in eine Lösung von 80 Gewichtsprozent n-Hexadecan (oder Toluol oder Xylol oder Bicyclohexyl), 12 Gewichtsprozent Kohlenstofftetrachlorid und 8 Gewichtsprozent Chloroform, wobei die Lösung ein chemisch adsorbiertes Material war, das 1 Gewichtsprozent eines Moleküls enthielt, das an einem Ende eine Trichlorsilylgruppe und am anderen Ende eine Vinylgruppe aufwies, beispielsweise CH&sub2;=CH-(CF&sub2;)&sub6;(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3;, eingetaucht und ungefähr zwei Stunden darin gehalten
Da die Oberfläche des Glassubstrats viele Hydroxylgruppen 212 enthielt, wurde eine Dehydrochlorierungsreaktion zwischen den -SiCl-Gruppen des chemisch adsorbierten Materials und den Hydroxylgruppen der Substratoberfläche bewirkt. Eine monomolekulare Schicht, die durch die Formel [49] dargestellt wird, wurde auf der gesamten Substratoberfläche gebildet. [Formel 49]
Das Substrat wurde dann mit Freon 113 gewaschen, um nichtumgesetztes Material zu entfernen, das auf der Oberfläche verblieb, gefolgt von Waschen mit Wasser oder der Behandlung mit Luft, die Feuchtigkeit enthielt. Die -SiCl-Gruppe wurde, wie in der Formel [50] dargestellt, in eine -SiOH-Gruppe umgewandelt. [Formel 50]
Jede Silanolgruppe (-SiOH) wurde dann dehydratisiert und vernetzt, um nach dem Trocknen eine Siloxanbindung (-SiO-) wie in Formel [51] zu bilden. Die Trocknungstemperatur kann Raumtemperatur oder darüber sein. [Formel 51]
Ein adsorbierter, monomolekularer Film 215 wurde auf der Oberfläche des Substrats, wie in Fig. 8 (b) gezeigt, erhalten. Der absorbierte, monomolekulare Film hat eine Fluorkohlenstoffgruppe und ist chemisch, (d. h. kovalent) an das Substrat gebunden. Die chemische Bindung erfolgt mittels einer Siloxanbindung. Die Bildung des chemisch adsorbierten, monomolekularen Films wurde mittels FTIR-Spektroskopie bestätigt und die Dicke betrug ungefähr 1,5 Nanometer (nm).
Er war derart fest gebunden, daß er sich nicht abtrennte.
Das Substrat wurde mit Energiestrahlung, wie Elektronenstrahlung, Ionenstrahlung, γ- Strahlung oder UV-Strahlung, in einer reaktiven Gasatmosphäre (zum Beispiel in Luft mit Elektronenstrahlung von ungefähr 5 Mrad) bestrahlt. Dadurch wurde eine monomolekulare Schicht 216, die von den Formeln [52] bis [54] dargestellt wird, derart gebildet, daß sie, wie in Fig. 8 (c) gezeigt, chemisch an die Oberfläche gebunden war. [Formel 52] [Formel 53] [Formel 54]
Durch Ausführen der Schritte vom chemischen Adsorptionsschritt, wobei CH&sub2;=CH- (CF&sub2;)&sub6;(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3; verwendet wurde, bis zum Schritt des Waschens mit Wasser, wurde ein bimolekularer Film 217, der, wie in Fig. 8 (d) gezeigt, Fluorkohlenstoffgruppen enthielt, erhalten.
Wenn die Schritte vom chemischen Adsorptionsschritt bis zum Schritt der Bestrahlung mit Energiestrahlung für eine erwünschte Anzahl von Schichten wiederholt wurde, wurde gleichfalls ein laminierter, chemisch adsorbierter, monomolekularer Film erhalten, dessen Oberfläche von Hydroxylgruppen bzw. Iminogruppen bedeckt war, und der ein bißchen hydrophil und ölabstoßend war und eine sehr starke Haftung aufwies.

Referenzbeispiel 10

Wie in Fig. 9 (a) gezeigt, wurde ein Polycarbonatsubstrat, das eine Dicke von 1,2 mm und einen Durchmesser von 60 mm aufwies, unter Verwendung eines UV-härtenden Haftmittels an ein anderes Polycarbonatsubstrat befestigt. Das auf diese Weise erhaltene Substrat wurde 10 Minuten bei einer Sauerstoffließgeschwindigkeit von 1 Liter/Minute einer Sauerstoffplasmabehandlung in einem UV-Trockenstripper ("UV-1", der von Samco International Co. hergestellt wird) unterworfen, um die Oberfläche zu oxidieren. Das Substrat wurde in eine Freon-113-Lösung, die das chemisch zu adsorbierende Material, HSi(CH&sub3;)&sub2;(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)&sub6;(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3;, in einer Konzentration von ungefähr 2 Gewichtsprozent enthielt, eingetaucht und gehalten. Da die Oberfläche des hydrophilen Substrats viele Hydroxylgruppen 212 enthielt, wurde eine Dehydrochlorierungsreaktion zwischen den -SiCl-Gruppen des chemisch zu absorbierenden Materials und den Hydroxylgruppen der Substratoberfläche bewirkt. Eine monomolekulare Schicht, die durch die Formel [55] dargestellt wird, wurde auf der gesamten Substratoberfläche gebildet. [Formel 55]
Das Substrat wurde dann gut mit einem organischen Lösungsmittel (d. h. Freon 113) gewaschen, um nichtumgesetztes, chemisch adsorbiertes Material zu entfernen, das auf der Oberfläche des Substrats verblieb. Ein laminierter, chemisch adsorbierter, monomolekularer Film 218 auf Fluorkohlenstoffgrundlage, der durch die Formel [56] dargestellt wird und dessen Oberfläche, wie in Fig. 9 (b) gezeigt, -SiH-Gruppen bedeckten, wurde erhalten. [Formel 56]
Das Substrat wurde ungefähr 10 Stunden mit einer H&sub2;O&sub2;-Lösung behandelt, die Kaliumfluorid, KHCO&sub3;, Methanol und Tetrahydrofuran enthielt. Eine monomolekulare Schicht 219, die durch die Formel [57] dargestellt wird, wurde auf diese Weise derart gebildet, daß sie, wie in Fig. 9 (c) gezeigt, chemisch an die Oberfläche gebunden war. [Formel 57]
Wenn man nachfolgend die Schritte vom chemischen Adsorptionsschritt, wobei HSi(CH&sub3;)&sub2;(CH&sub3;)&sub2;(CF&sub2;)&sub6;(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3; verwendet wurde, bis zum H&sub2;O&sub2;-Behandlungsschritt ausführte, wurde ein laminierter, molekularer Film 220, der Fluorkohlenstoffgruppen enthielt, die in der Fig. 9 (d) gezeigt sind, erhalten.
Wenn die Schritte vom chemischen Adsorptionsschritt bis zum H&sub2;O&sub2;-Behandlungsschritt für eine erwünschte Anzahl von Schichten wiederholt wurden, konnte gleichfalls ein laminierter, chemisch absorbierter, monomolekularer Film, der auf Fluorkohlenstoff basiert, erhalten werden, dessen Oberfläche von Hydroxylgruppen bedeckt war, der ein bißchen hydrophil und ölabstoßend war und eine sehr starke Haftung aufwies.
Unter Verwendung von Cl&sub3;Si(CH&sub2;)&sub2;(CF&sub2;)&sub6;(CH&sub2;)&sub2;SiCl&sub3; im letzten chemischen Adsorptionsschritt im vorstehend beschriebenen Beispiel, kann ein laminierter, chemisch adsorbierter, monomolekularer Film auf Fluorkohlenstoffgrundlage erhalten werden, dessen Oberfläche beschlagverhindernd, wasser- und ölabstoßend und durchsichtig ist. Das heißt, da der Fluor enthaltende, monomolekulare Film auf einer Substratoberfläche mittels Siloxanbindungen (oder kovalenten Bindungen) gebildet wird, ist er ausgezeichnet kratzbeständig, abriebbeständig, beschlagverhindernd und ölabstoßend. Da ferner viele hydrophile Reste an die Oberfläche des chemisch adsorbierten, monomolekularen Films gebunden sind, können ausgezeichnete Beschlagverhinderungseigenschaften und ölabstoßende Eigenschaften erhalten werden.
Ferner wird mit der bevorzugten Struktur gemäß der Erfindung ein laminierter, chemisch adsorbierter Film, der Fluor enthält, gebildet und ein ausgezeichneter, ölabstoßender Film kann erhalten werden.
Ferner kann mit dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ein beschlagverhindernder und ölabstoßender, monomolekularer Film gemäß der Erfindung rationell und effektiv hergestellt werden. Wenn das Herstellungsverfahren wiederholt ausgeführt wird, kann ferner ein laminierter Film rationell erhalten werden.
Ferner kann mit dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ein beschlagverhindernder, ölabstoßender, laminierter, monomolekularer Film rationell und logisch hergestellt werden.
Wie gezeigt wurde, ist die Erfindung in starkem Maß für die Industrie nützlich.

Claims

1. Hydrophiler, chemisch adsorbierter Film, der eine gerade Kohlenstoffkette umfaßt, die ein Grundgerüst aufweist, das durch kovalente Si-Bindungen an eine Substratoberfläche gebunden ist, wobei der chemisch adsorbierte Film auf der äußeren Oberfläche mindestens eine hydrophile Gruppe enthält, die aus den Gruppen -N&spplus;R&sub3;X&supmin; (wobei X ein Halogenatom darstellt und R einen Niederalkylrest darstellt), -NO&sub2; und -SO&sub3;H ausgewählt ist, wobei das Wasserstoffatom in der -SO&sub3;H-Gruppe durch ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder andere Metalle ersetzt sein kann.

2. Hydrophiler, chemisch adsorbierter Film nach Anspruch 1, wobei das Wasserstoffatom in der -SO&sub3;H-Gruppe durch ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder andere Metalle ersetzt ist.

3. Hydrophiler, chemisch adsorbierter Film nach Anspruch 1, wobei der chemisch adsorbierte Film ein monomolekularer Film oder ein Polymerfilm ist.

4. Hydrophiler, chemisch adsorbierter Film nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein optisches Substrat ist.

5. Hydrophiler, chemisch adsorbierter Film nach Anspruch 1, wobei der hydrophile, chemisch adsorbierte Film auf die Oberfläche einer inneren Schicht laminiert ist, die Siloxanbindungen enthält.

6. Hydrophiler, chemisch adsorbierter Film nach Anspruch 1, wobei der chemisch adsorbierte Film eine Fluorkohlenstoffgruppe enthält und die Oberfläche davon hydrophile Gruppen enthält.

7. Hydrophiler, chemisch adsorbierter Film nach Anspruch 6, wobei der hydrophile, chemisch adsorbierte Film ein Fluor enthaltender, laminierter, chemisch adsorbierter Film ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen, chemisch adsorbierten Films umfassend:

A) das Inkontaktbringen eines hydrophile Gruppen enthaltenden Substrats mit einer nichtwäßrigen Lösung, die ein oberflächenaktives Material enthält, das geradkettige Moleküle aufweist, die an einem Ende eine Chlorsilylgruppe und am anderen Ende mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die aus einem Bromatom, einem Iodatom, einer Cyangruppe, einer Thiocyangruppe, einer Chlorsilylgruppe und einem organischen Rest, der eine Esterbindung aufweist, ausgewählt ist, wobei eine Dehydrochlorierungsreaktion zwischen den hydrophilen Gruppen auf der Substratoberfläche und den Chlorsilylgruppen des oberflächenaktiven Materials bewirkt wird, wodurch ein chemisch adsorbierter Film auf der Substratoberfläche gebildet wird, und

B) das Umwandeln der funktionellen Gruppe am anderen Ende des oberflächenaktiven Materials in mindestens eine hydrophile Gruppe, die aus den Gruppen -N&spplus;R&sub3;X&supmin; (wobei X ein Halogenatom darstellt und R einen Niederalkylrest darstellt), -NO&sub2; und -SO&sub3;H ausgewählt ist, wobei das Wasserstoffatom in der -SO&sub3;H-Gruppe durch ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder andere Metalle ersetzt sein kann.

9. Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen, chemisch adsorbierten Films nach Anspruch 8, wobei das oberflächenaktive Material, das die Chlorsilylgruppe enthält, durch die Formel

A-(CH&sub2;)m-SiCl&sub3;.

oder durch die Formel

dargestellt wird, wobei A mindestens eine funktionelle Gruppe darstellt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Bromatom, einem Iodatom, einer Cyangruppe, einer Thiocyangruppe, einer Chlorsilylgruppe und einem organischen Rest, der eine Esterbindung enthält, besteht, n und m ganze Zahlen in einem Bereich von 1 bis 30 darstellen, R und R' einen Alkylrest, einen Alkoxyrest oder einen Arylrest bedeuten.

10. Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen, chemisch adsorbierten Films nach Anspruch 8, wobei die funktionelle Gruppe am anderen Ende des oberflächenaktiven Materials in eine SO&sub3;H-Gruppe umgewandelt wird und dann das Wasserstoffatom in der Sulfonsäuregruppe durch ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall ersetzt wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen, chemisch adsorbierten Films nach Anspruch 8, wobei der chemisch adsorbierte Film ein monomolekularer Film oder ein Polymerfilm ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen, chemisch adsorbierten Films nach Anspruch 8, wobei das Substrat, das auf der Oberfläche Hydroxylgruppen enthält, aus einem Material hergestellt wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Glas, Metallen, Keramikerzeugnissen und Kunststoffen besteht.

13. Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen, chemisch adsorbierten Films nach Anspruch 8, wobei das Substrat, das auf der Oberfläche Hydroxylgruppen enthält, ein Substrat ist, dessen Oberfläche durch Behandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Plasmaatmosphäre hydrophil gemacht worden ist.