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TW201829086A - 基體保護膜、防止附著之構件及防止附著之構件之形成方法 - Google Patents

基體保護膜、防止附著之構件及防止附著之構件之形成方法 Download PDF

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TW201829086A
TW201829086A TW107100136A TW107100136A TW201829086A TW 201829086 A TW201829086 A TW 201829086A TW 107100136 A TW107100136 A TW 107100136A TW 107100136 A TW107100136 A TW 107100136A TW 201829086 A TW201829086 A TW 201829086A
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日商星和電機股份有限公司
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Abstract

本發明課題在於提供一種可高於由靜電斥力所產生的物質附著減少效果地減少物質向基體表面的附著之基體保護膜。 　　解決手段為將包含帶電物質且具有靜電斥力的第1層(電荷保持層(3))形成於基體(1)表面上，並在此第1層的表面上形成控制表面自由能的第2層(由官能基長度未達1nm且為50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基所構成的官能基層(4))。透過如此形成基體保護膜(2)，由於可保持基體(1)表面上的靜電斥力，同時減少由分子間力所引起的物質附著，而能夠高於僅由靜電斥力所產生的物質附著減少效果地減少物質向基體(1)表面的附著。

Description

基體保護膜、防止附著之構件及防止附著之構件之形成方法
[0001] 本發明係有關於一種可減少物質向基體(例如玻璃製或樹脂製基體)的表面的附著之基體保護膜、及、此種基體保護膜形成於表面而成的防止附著之構件、與其形成方法。
[0002] 作為減少物質(污染物質等)向基體的表面的附著之技術，既有提案專利文獻1、2所記載之技術。於專利文獻1、2所記載之技術中，係藉由將電荷保持於基體的表面，而藉由靜電斥力來減少物質的附著。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0003] 　　[專利文獻1]日本專利第4926176號 　　[專利文獻2]日本專利第5624458號
[發明所欲解決之課題] 　　[0004] 如上述專利文獻1、2所記載之技術，可藉由將電荷保持於基體的表面，而藉由靜電斥力來減少物質的附著力，但要求高於此種由靜電斥力所產生的物質附著減少效果地減少物質向基體表面的附著力。 　　[0005] 本發明係考量如此現況而完成者，茲以提供一種可高於由靜電斥力所產生的物質附著減少效果地減少物質向基體表面的附著之基體保護膜、及、提供一種此種基體保護膜形成於表面而成的防止附著之構件、與其形成方法為目的。 [解決課題之手段] 　　[0006] 本發明之基體保護膜係可減少物質向基體的表面的附著之基體保護膜，其特徵為：由包含帶電物質且具有靜電斥力的第1層、與控制表面自由能的第2層所構成，前述第1層係形成於前述基體表面上，於此第1層的表面上形成有前述第2層。而且，前述第2層係由50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基所形成，該第2層的厚度為未達1nm。 　　[0007] 根據本發明之基體保護膜，可藉由形成於基體表面上之第1層的靜電斥力減少物質附著。再者，由於在此第1層的表面上形成控制表面自由能的第2層，且將此第2層由50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基形成，並將該第2層的厚度調成未達1nm，因此可藉此第2層降低表面自由能而減少分子間力所引起的物質附著。藉此，由於可保持基體表面上之第1層所產生的靜電斥力，同時減少分子間力所引起的物質附著，而能夠高於僅由靜電斥力所產生的物質附著減少效果地減少物質向基體表面的附著。 　　[0008] 本發明之防止附著之構件，其特徵為在玻璃製或樹脂製基體表面形成具有上述特徵之基體保護膜而成。根據此種防止附著之構件，可有效減少物質(污染物質等)向表面的附著。 [發明之效果] 　　[0009] 根據本發明之基體保護膜及防止附著之構件，可高於僅由靜電斥力所產生的物質附著減少效果地減少物質向基體表面的附著。
[實施發明之形態] 　　[0011] 以下，基於圖式說明本發明之實施形態。 　　[0012] [實施形態1] 　　圖1為表示本發明之基體保護膜的一例的示意圖。 　　[0013] 此例之基體保護膜2係由具有靜電斥力的電荷保持層(第1層)3、與控制表面自由能的官能基層(第2層)4所構成，在玻璃製或樹脂製基體(基板)1的表面上形成有電荷保持層3，於此電荷保持層3的表面上形成有官能基層4。 　　[0014] 電荷保持層3係包含帶電物質地形成。官能基層4係由甲基(50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基)所形成的自組裝單分子膜(SAM)，其厚度為未達1nm。 　　[0015] 根據此例之基體保護膜2，可藉由形成於基體1的表面上之電荷保持層3的靜電斥力減少物質附著。再者，由於在此電荷保持層3的表面上形成有由官能基長度(厚度)未達1nm且為50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基(甲基)所構成的官能基層4，因此可減少分子間力所引起的物質附著。藉此，由於可保持基體1的表面上的靜電斥力，同時減少分子間力所引起的物質附著，而能夠高於僅由靜電斥力所產生的物質附著減少效果地減少物質向基體1的表面的附著。 　　[0016] 而且，如圖1所示，在玻璃製或樹脂製基體1的表面上形成有由電荷保持層3與官能基層4所構成的基體保護膜2者，係本發明之「防止附著之構件」的一例(防止附著之構件10)。 　　[0017] 此外，官能基層4不限於自組裝單分子膜(SAM)，也可為以其他形成方法(後述之撥水基或撥水・撥油基之形成方法)所形成的層(甲基層)。 　　[0018] [實施形態2] 　　圖2為表示本發明之基體保護膜的另一例的示意圖。 　　[0019] 此例之基體保護膜12有以下特徵：在具有靜電斥力的電荷保持層(第1層)13的表面上形成有由己基(50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基)所構成的官能基層(SAM：第2層)14；除此之外的構成係與上述之[實施形態1]的構成相同。 　　[0020] 於此例之基體保護膜12中，亦可保持基體11的表面上的靜電斥力，同時減少分子間力所引起的物質附著，而能夠高於僅由靜電斥力所產生的物質附著減少效果地減少物質向基體11的表面的附著。 　　[0021] 而且，如圖2所示，在玻璃製或樹脂製基體(基板)11的表面上形成有由電荷保持層13與官能基層14所構成的基體保護膜12者，係本發明之「防止附著之構件」的另一例(防止附著之構件20)。 　　[0022] 此外，官能基層14不限於自組裝單分子膜(SAM)，也可為以其他形成方法(後述之撥水基或撥水・撥油基之形成方法)所形成的層(己基層)。 　　[0023] 在以上實施形態中，係在電荷保持層(3，13)的表面上形成由甲基或己基所構成的官能基層(4，14)，惟本發明不限定於此，只要是官能基長未達1nm且為50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基，則亦可將由其他官能基(茲參照後述之烴系官能基及氟化物系官能基)所構成的官能基層形成於電荷保持層的表面上。 　　[0024] [電荷保持層] 　　其次，就電荷保持層(3，13)加以說明。 　　[0025] 作為使電荷保持層所含之帶電物質，可使用任意的導電體與介電體或半導體之組合，而基於基體表面的自潔淨化觀點，較佳使用摻金屬氧化鈦、摻金屬氧化矽。作為前述金屬，較佳為選自由金、銀、鉑、銅、鋯、錫、錳、鎳、鈷、鐵、鋅、鹼金屬、鹼土類金屬所成群組之金屬元素的至少1種，更佳為至少2種，尤以銀或錫、以及銅或鐵為佳。作為氧化鈦，可使用TiO2 、TiO3 、TiO、TiO3 /nH2 O等各種的氧化物或過氧化物；作為氧化矽，可使用SiO2 、SiO3 、SiO、SiO3 /nH2 O等各種的氧化物或過氧化物。 　　[0026] 電荷保持層的膜厚不特別限定，較佳為10nm～1μm的範圍，更佳為10nm～100nm的範圍。 　　[0027] [官能基層] 　　其次，就低表面自由能之官能基層(4，14)加以說明。 　　[0028] 首先，所稱降低表面自由能，係與將其表面撥水化或撥水、撥油化之意義相等。而且，為使表面呈撥水化或撥油化，則需於其表面形成撥水基或撥水/撥油基。於本實施形態中，係藉由在電荷保持層的表面上形成撥水基或撥水/撥油基，來減少表面自由能。 　　[0029] 作為此撥水基，可舉出烴系官能基。 　　[0030] 作為烴系官能基，可舉出烷基、伸烷基、苯基、苯甲基、苯乙基、羥苯基、氯苯基、胺苯基、萘基、蒽基、芘基、噻吩基、吡咯基、環己基、環己烯基、環戊基、環戊烯基、吡啶基、氯甲基、甲氧乙基、羥乙基、胺乙基、氰基、巰丙基、乙烯基、丙烯醯氧乙基、甲基丙烯醯氧乙基、環氧丙氧丙基、或乙醯氧基等。 　　[0031] 又，作為撥水/撥油基，可舉出氟化物系官能基。 　　[0032] 作為氟化物系官能基，可舉出氟烷基、氟伸烷基、氟苯基、氟苯甲基、氟苯乙基、氟萘基、氟蒽基、氟芘基、氟噻吩基、氟吡咯基、氟環己基、氟環己烯基、氟環戊基、氟環戊烯基、氟吡啶基、氟甲氧乙基、胺基氟乙基、氟乙烯基、或氟乙醯氧基。 　　[0033] 作為將以上之撥水基或撥水/撥油基(烴系官能基或氟化物系官能基)形成於電荷保持層的表面上之方法，可舉出自組裝單分子膜(SAM)之化學吸附、採電漿CVD之蒸鍍、採溶膠凝膠法之形成、奈米粒子之塗佈、使用表面改質劑之方法、採交互層合法之薄膜形成、複合電鍍、電泳法、或蝕刻處理等。 [實施例] 　　[0034] 茲與比較例共同說明本發明之實施例。 　　[0035] [實施例1] ・電荷保持層形成用之溶液 　　首先，作為電荷保持層形成用之溶液，係使用 Sustainable Titania Technology股份有限公司製品。具體而言，係將摻銅銳鈦礦型過氧化鈦、摻錫銳鈦礦型過氧化鈦、摻鋯銳鈦礦型過氧化鈦、及摻鉀聚矽酸鹽以下述表1所示混合比(重量比)混合者作為電荷保持層形成用之溶液使用。 　　[0036][0037] ・電荷保持層形成 　　藉由刮刀法，在100mm×100mm之玻璃基板(浮法玻璃)的表面上，將上述電荷保持層形成用之溶液塗佈成形成後的厚度為100nm，於200℃使其硬化15分鐘，而於玻璃基板(基體)的表面上形成電荷保持層。 　　[0038] ・自組裝單分子膜形成(官能基層形成) 　　將形成有上述電荷保持層的玻璃基板、與自組裝單分子膜形成用之溶液：三甲氧基甲基矽烷0.5ml收容於密閉容器內，並將此密閉容器配置於真空加熱爐內。然後，在爐內壓力0.1kPa以下的減壓環境下於170℃加熱2小時，使甲基吸附於電荷保持層的表面上，而形成自組裝單分子膜(SAM)(參照圖1)。 　　[0039] 將此[實施例1]中所製作者，亦即在玻璃基板的表面上形成電荷保持層，並使甲基吸附於此電荷保持層的表面上而形成自組裝單分子膜(官能基層)者作為評定基板1。 　　[0040] [實施例2] 　　根據與[實施例1]相同的處理，在100mm×100mm之玻璃基板(浮法玻璃)的表面上形成電荷保持層。 　　[0041] 將形成有此電荷保持層的玻璃基板、與自組裝單分子膜形成用之溶液：己基三甲氧基矽烷0.5ml收容於密閉容器內，並將此密閉容器配置於真空加熱爐內。然後，在爐內壓力0.1kPa以下的減壓環境下於170℃加熱2小時，使己基吸附於電荷保持層的表面上，而形成自組裝單分子膜(SAM)(參照圖2)。 　　[0042] 將此[實施例2]中所製作者，亦即在玻璃基板的表面上形成電荷保持層，並使己基吸附於此電荷保持層的表面上而形成自組裝單分子膜(官能基層)者作為評定基板2。 　　[0043] [比較例1] 　　根據與[實施例1]相同的處理，在100mm×100mm之玻璃基板(浮法玻璃)的表面上形成電荷保持層。 　　[0044] 將此[比較例1]中所製作者，亦即在玻璃基板的表面上僅形成有電荷保持層者作為比較基板1。 　　[0045] [比較例2] 　　根據與[實施例1]相同的處理，在100mm×100mm之玻璃基板(浮法玻璃)的表面上形成電荷保持層。 　　[0046] 將形成有此電荷保持層的玻璃基板、與自組裝單分子膜形成用之溶液：十八基三甲氧基矽烷0.5ml收容於密閉容器內，並將此密閉容器配置於真空加熱爐內。然後，在爐內壓力0.1kPa以下的減壓環境下於170℃加熱2小時，使十八基吸附於電荷保持層的表面上，而形成自組裝單分子膜(SAM)(參照圖3)。 　　[0047] 將此[比較例2]中所製作者，亦即在玻璃基板的表面上形成電荷保持層，並使十八基吸附於此電荷保持層的表面上而形成自組裝單分子膜(官能基層)者作為比較基板2。 　　[0048] -表面自由能的評定- ＜接觸角測定＞ 　　作為接觸角測定所使用的溶媒，係準備水、二碘甲烷、正十六烷，並將此各溶媒，各以5μl對[實施例1]中所製作的評定基板1滴下，並測定各溶媒的接觸角。此接觸角測定係對評定基板1的5處進行，以此5處的平均作為各溶媒的接觸角。 　　[0049] ＜表面自由能的算出＞ 　　將上述接觸角測定中所得之各溶媒的接觸角θ代入由Young式與擴展Fowkes式所導出的下述式(1)，以所得3個算式為聯立方程式對其求解而求出γS d 、γS p 、及γS h ，並算出表面自由能(=γS d +γS p +γS h )。將其結果示於下述表2。 　　[0050][0051] 於此，(1)式中，γS d 、γS p 、γS h 係分別表示基板(官能基層、電荷保持層)的分散力成分、極性力成分、氫鍵力成分。 　　[0052] 又，γL 、γL d 、γL p 、γL h 係分別表示溶媒的表面自由能、分散力成分、極性力成分、氫鍵力成分。水、二碘甲烷、正十六烷之各溶媒的表面自由能γL 、分散力成分γL d 、極性力成分γL p 、氫鍵力成分γL h 為已知值。 　　[0053] 進而，對[實施例2]中所製作的評定基板2、[比較例1]中所製作的比較基板1、及[比較例2]中所製作的比較基板2之各基板，亦分別以與上述同樣的方法測定接觸角並算出表面自由能。將其各結果示於下述表2。 　　[0054] 又，下述表2中亦記載有自組裝單分子膜的厚度(官能基的厚度)。此外，就厚度而言，係以電荷保持層表面與自組裝單分子膜(官能基層)之間的長度作為厚度(參照圖1～圖3)。 　　[0055][0056] 由表2之結果，可確認表面吸附有甲基、己基之各官能基的評定基板1、2、及表面吸附有十八基(官能基)的比較基板2，與未吸附有官能基的比較基板1相比，可降低表面自由能。具體而言，可確認：就表面未吸附有官能基的比較基板1，其表面自由能為100mJ/m2 以上；相對於此，就表面吸附有官能基的評定基板1、2及比較基板2，可使表面自由能成為50mJ/m2 以下之較低的值。 　　[0057] -防污性能的評定- ＜粒子附著試驗＞ 　　對評定基板1、評定基板2、比較基板1、及比較基板2之各基板，使用假想為屋外污染的任意粒子，進行噴灑一定時間的粒子附著試驗。 　　[0058] ＜穿透率的變化率測定＞ 　　首先，就供測定穿透率的裝置參照圖4加以說明。 　　[0059] 此圖4所示裝置係具備：鹵素燈101；將此鹵素燈101的輸出光(鹵素光)聚集於試樣S(待測定穿透率之各基板)的聚光透鏡102；供檢測穿透試樣S的光的光檢測器103；及供輸入光檢測器103之輸出訊號的個人電腦104等。 　　[0060] 個人電腦104係基於光檢測器103之輸出訊號求取試樣S的鹵素光的穿透率(試樣S的穿透光強度/朝試樣S的入射光強度)。而且，個人電腦104係求取進行上述粒子附著試驗前之試樣S的穿透率、與進行粒子附著試驗後之試樣S的穿透率的差(穿透率的變化率)。 　　[0061] 然後，對此種裝置分別裝設評定基板1、評定基板2、比較基板1、及比較基板2之各基板的試樣S(粒子附著試驗前者與粒子附著試驗後者)，並針對此各基板測定上述粒子附著試驗前後之穿透率的變化率。將其結果示於下述表3。 　　[0062] 表3中，係設比較基板1之穿透率的變化率為100而表示評定基板1、2及比較基板2之各穿透率的變化率(%)。表3中，穿透率的變化率(粒子附著試驗前後之穿透率的變化率)愈小，表示物質(粒子)向基板表面的附著量愈低。此外，表3中亦記載自組裝單分子膜的厚度(官能基的厚度)。 　　[0063][0064] 由表3之結果，可確認評定基板1及評定基板2，即表面吸附有50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基(甲基、己基)，且此官能基層的厚度為未達1nm(0.19nm、0.89nm)的基板，比起未吸附有官能基的比較基板1穿透率的變化率較小，可提升防污性能(物質附著之減少效果)。 　　[0065] 又，如比較基板2，即使表面吸附有低表面自由能的官能基(十八基)，但此官能基層的厚度較厚(2.0nm)時，仍可確認比起未吸附有官能基的比較基板1(僅因靜電斥力而減少物質附著者)，穿透率的變化率較大，防污性能降低。 　　[0066] 由以上所述，藉由在電荷保持層的表面上附加官能基長度(厚度)未達1nm且為50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基，可謂可高於僅由靜電斥力所產生的物質附著減少效果地減少物質向基板(基體)表面的附著。研判這是因為，藉由在不喪失電荷保持層的靜電排斥機能下減少分子間力所引起的物質附著，可提升防污性能之故。 [產業上可利用性] 　　[0067] 本發明可有效地利用於可減少物質向基體的表面的附著之基體保護膜、及、此種基體保護膜形成於表面而成的防止附著之構件、與其形成方法。
[0068]
1、11‧‧‧基體
2、12‧‧‧基體保護膜
3、13‧‧‧電荷保持層
4、14‧‧‧官能基層
10、20‧‧‧防止附著之構件
[0010] 　　圖1為表示本發明之基體保護膜的一例的示意圖。 　　圖2為表示本發明之基體保護膜的另一例的示意圖。 　　圖3為表示比較例2中所形成之電荷保持層及自組裝單分子膜(SAM)的示意圖。 　　圖4為表示供測定穿透率之裝置的一例的示意結構圖。

Claims (8)

  1. 一種基體保護膜，其係可減少物質向基體的表面的附著之基體保護膜，其特徵為： 　　由包含帶電物質且具有靜電斥力的第1層、與控制表面自由能的第2層所構成，前述第1層係形成於前述基體表面上，於此第1層的表面上形成有前述第2層， 　　前述第2層係由50mJ/m2 以下之低表面自由能的官能基所形成，該第2層的厚度為未達1nm。
  2. 如請求項1之基體保護膜，其中前述官能基係選定屬自組裝單分子膜的甲基或己基。
  3. 如請求項1之基體保護膜，其中前述官能基係選定由烷基、伸烷基、苯基、苯甲基、苯乙基、羥苯基、氯苯基、胺苯基、萘基、蒽基、芘基、噻吩基、吡咯基、環己基、環己烯基、環戊基、環戊烯基、吡啶基、氯甲基、甲氧乙基、羥乙基、胺乙基、氰基、巰丙基、乙烯基、丙烯醯氧乙基、甲基丙烯醯氧乙基、環氧丙氧丙基、或乙醯氧基所構成的烴系撥水基。
  4. 如請求項1之基體保護膜，其中前述官能基係選定由氟烷基、氟伸烷基、氟苯基、氟苯甲基、氟苯乙基、氟萘基、氟蒽基、氟芘基、氟噻吩基、氟吡咯基、氟環己基、氟環己烯基、氟環戊基、氟環戊烯基、氟吡啶基、氟甲氧乙基、胺基氟乙基、氟乙烯基、或氟乙醯氧基所構成的氟化物系撥水/撥油基。
  5. 如請求項1之基體保護膜，其中前述帶電物質係選定摻金屬氧化鈦或摻金屬氧化矽。
  6. 如請求項5之基體保護膜，其中摻雜金屬係選定選自由金、銀、鉑、銅、鋯、錫、錳、鎳、鈷、鐵、鋅、鹼金屬、鹼土類金屬所成群組之金屬元素的至少1種。
  7. 一種防止附著之構件，其係在玻璃製或樹脂製基體的表面上形成如請求項1～6中任一項之基體保護膜而成。
  8. 一種防止附著之構件之形成方法，其係形成有如請求項7之基體保護膜而成的防止附著之構件之形成方法，其中， 　　在基體的表面形成第1層後，於該第1層的表面上，藉由自組裝單分子膜(SAM)之化學吸附、採電漿CVD之蒸鍍、採溶膠凝膠法之形成、奈米粒子之塗佈、使用表面改質劑之方法、採交互層合法之薄膜形成、複合電鍍、電泳法、或蝕刻處理形成厚度未達1nm的第2層。
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