TW201219329A - Surface treatment and article - Google Patents

Description

201219329 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明揭示内容係關於具有疏水性和疏油性特性之表面 以及其製造方法。所揭示表面能夠使用作為例如觸控銀 幕應用或包含與人皮膚接觸之其他應用。

【先前技術J

[0002] 當皮膚接觸未經抗污痕處理的玻璃時，會留下油潰殘渣， 很難移除。藉著處理玻璃，我們可增加表面的疏水性和疏 油性，使其可以抗污痕，也較容易清洗玻璃。 C) [0003] 目前處理玻璃以增加表面疏水性和疏油性的方法是以全 氟聚醚功能基三甲氧矽烷處理玻璃，這需要用到相當昂貴 的氟化物溶劑。相關的問題集中在材料的成本，薄膜品質 (即均勻、堅固，和孔洞形成），以及薄膜的可處理性和固 化時間。 [〇〇〇4] 因此我們需要容易塗覆的塗層，可提供100度-120度之間 的水接觸角度，和70度-90度範圍的油酸接觸角度，也可以 ^ 提供所需的品質和耐磨性。 【發明内容】 [〇〇〇5] 本發明者已發展出一種和傳統技術比起來，可利用較便宜 的材料達到目標接觸角度和耐磨的表面處理方式。 [0006] —個實施例的方法是包括提供包含表面氫氧基的表面；塗 覆胺到表面以形成第一塗層表面；塗覆氟化矽烷化合物到 第一塗層表面以形成第二塗層表面；矽烷和胺以及表面氫 氧基反應，在胺、氟化矽烷和表面之間形成交互連結的網 100116416 表單編號A0101 第3頁/共14頁 1003381318-0 201219329 [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] 100116416 狀結構。 另一實施例的物品包括基板以及化學鏈結到基板的一層， 包括與胺交互連結的氟化矽烷。 其他的特徵和優點將會在以下詳細說明，有部分對熟悉此 項技術的人來說是很明顯的，可藉著執行這裡說明和申請 專利範圍的實施例，以及附圖而得到暸解。 人們瞭解先前一般說明及下列詳細說明只作為範例性及 說明性，以及預期提供概要或架構以瞭解申請專利範圍界 定出本發明原理及特性。 附圖也被包括來以提供進一步的瞭解，併入且構成這份說 明書的一部分。附圖說明了 一個或以上的實施例，和其描 述以起解釋各種實施例的原則和運作。 【實施方式】 第一實施例的方法是包括提供包含表面氫氧基的表面；塗 覆胺到表面以形成第一塗層表面；塗覆氟化矽烷化合物到 第一塗層表面以形成第二塗層表面；矽烷和胺以及表面氫 氧基反應，在胺、氟化矽烷和表面之間形成交互連結的網 狀結構。 在一項實施例中，提供的表面是玻璃。提供的表面可呈現 為基板上面的一層，例如，提供的表面可以是基板上的玻 璃層。在另一實施例中，提供的表面是玻璃基板。又在另 一實施例中，提供的表面是高分子聚合物，可以單獨存在， 或作為基板上面的一層。 提供的表面包括表面氫氧基。如這裡使用的，氫氧基一詞 表單編號A0101 第4頁/共14頁 1003381318-0 [0013] 201219329 [0014] Ο [0015] ❹ [0016] [0017] 二見’)。在一些實施财，表面氣氧基™ 私料式呈現，這裡的氫氧基鏈結到石夕原子 等離子清洗表面，增加提供的表面上表 St中首可:兩個步驟塗覆胺和氟一合物 塗層表面 胺到提供的表面，卿成第一 步成第命接者塗覆氣化石夕烧化合物到第一塗層表面，以 =第二”表面。可使祕何適合的技 層或氣溶膠涂思么β = ^ /X /Λ i ，浸潰塗層可^:覆胺到提供的表面。在1實施例中 以上的時間在 浸潰表面=秒鐘，1分鐘，或咖 面。在其他實施㈣㈣提供的表 提供的表面。 、'合劑中，然後塗覆到 可使用任何適合的技術， 譬如浸潰塗覆咬5、々 ， 加_化合物到第一塗層表面施 化—潰表：：： 里"“*从上的時間。在-項實施例中，可單獨塗覆 化石夕烧化合物到第-塗層表面。在其他實施H獨塗覆敗 烷化合物可以擴散、 '，氟化矽 擴政在洛劑中，然後塗覆到第一塗層表面。 適當的溶劑包括那些無水的，疏水的 或氣化德化合⑽反應卜關的例子^ 族碳氮化合物，譬如已烧、環己院、庚燒;替代的:： 石炭氫化合物，譬如乳酸乙輯；和芳香族碳氫化合物，譬如夫 苯。 T 在-項實把例中’胺的功能是作為催化劑，提升氣化砂烷 100116416 表單煸號A0101 第5頁/共14頁 1〇〇3381318 -0 201219329 化合物和表面氫氧基之間的反應。在另一實施例中，胺的 功能是作為交互連結劑，以形成矽烷的矽，胺的氮，和表面 氫氧基的氧之間的網狀結構。在有些實施例中，胺的功能 是作為催化劑和交聯劑兩者。 [0018] 在一項實施例中，胺是多官能基。如這裡使用的，多官能 基胺是定義為具有一個以上胺基的胺化合物，譬如二胺或 三胺。 [0019] 在一項實施例中，胺包括初級和二級胺，例如包括附加到 氮原子的一個或兩個R基的胺。胺也可以包括至少兩個初 級或至少兩個二級的胺基。在一項實施例中，胺是聚醚胺 。適合的胺包括聚醚胺，譬如Jeffamine Diamines D-230和D-400;Jeffamine Triamine T-403;和Jef-famine EDR-148和EDR-176。在一項實施例中，胺是選 擇自四乙烯四胺（TETA)和四乙烯五胺（ΤΕΡΑ)。在一項實 施例中，胺是乙烯二胺。可選擇氟化矽烷化合物來調整處 理表面的最終性質。如這裡使用的，π氟化矽烷” 一詞是指 氯化矽烷，包含至少一個全氟化或部分氟化的脂肪族或芳 香族替代物。在一項實施範例，矽烷是氟化的烷基矽烷。 適合的矽烷包含全氟化烷基三氣矽烷，譬如全氟化辛基三 氣矽烷，以及氟化烷基矽烷，譬如（十七氟-1,1,2, 2-四氫 癸基）三氣矽烷。 [0020] 選擇最適當的矽烷和溶劑組合時，可考慮矽烷在溶劑中的 可溶性。就這方面來看，當氟增加時，標準碳氫溶劑中的 矽烷溶解度就會減少。 100116416 表單編號Α0101 第6頁/共14頁 1003381318-0 201219329 [0021] [0022]

[0023] [0024] ❹ [0025] [0026] [0027] [0028] 矽烷和胺以及氫氧基之間可能同時發生反應。在一項實 施範例，反應可經由在爐中加熱來完成。例如，可以100°C 加熱處理表面1 0分鐘，20分鐘或以上。也可以利用加熱蒸 發掉殘留在表面的過量溶劑。 有些實施例在塗覆胺和/或矽烷之間和/或之後，包括一個 烘乾步驟。第一塗層表面可以在塗覆氟化矽烷化合物之 前，以空氣烘乾一段時間，譬如1分鐘，5分鐘，10分鐘或以 上，根據溶劑而定。更者，第二塗層表面也可以在加熱前 ，以空氣烘乾一段時間，譬如1分鐘，5分鐘，10分鐘或以上 〇 在一項實施例中，在胺，氟化矽烷和表面之間形成的交互 連結網路包括矽烷至少一部分的矽，鏈結到胺至少一部分 的氮和表面氫氧基至少一部分的氧。 在一項實施例中，交互連結網狀結構在提供的表面上形成 疏水性塗層。疏水性塗層包含的表面有抗水性，大多數無 法溶解在水中或被水排斥，或不會被水弄濕。 在一項實施例中，交互連結的網狀結構在提供的表面形成 疏水性塗層。疏水性表面包括缺少油親合性的表面。 第二實施例的物品包括基板；和化學鏈結到基板的一層， 包括與胺交互連結的氟化矽烷。 在一項實施例中，基板是玻璃。在另一實施例中，基板是 高分子聚合物。 在一項實施例中，層包括和胺交互連結的氟化矽烷，包括 100116416 表單編號A0101 第7頁/共14頁 1003381318-0 201219329 矽烷的矽鏈結到胺的氮。層經由矽烷的矽和表面氫氧美 的氧之間的鏈結，化學鏈結到基板。 [0029] [0030] [0031] 在一項實施例中’層是疏水性表面，例如表面的水接觸角 度大於95度，譬如大於98度，大於1〇〇度，或大於1〇5度。 在一項實施例中，表面是疏油性的，例如表面的油酸接觸 角度大於70度。 將更進一步藉由下列的例子來說明各種實施例。在含有 4%肥皂溶液的超音波池中清潔玻璃基板。在超音波清潔 之後，在DI水中清洗兩次玻璃基板，以移除任何肥皂殘留 。將玻璃基板放在等離子清洗器中，以空氣等離子清洗 分鐘，從表面移除任何有機材料殘留，在表面上形成矽醇 基。 準備兩種個別的溶液，以塗層玻璃基板。第一種包含在 150 ml己烷的0. 15 ml乙烯二胺（EDA)的胺溶液。第二 種，150 ml己烷中0.2 ml(十七氟-ι，ι，2,2-四氫癸基） 三氣矽烷（HDFTCS)的氟化矽烷化合物溶液。以空氣等離 子清洗的玻璃基板首先放到胺/己烷溶液丨分鐘。丨分鐘之 後，移除玻璃基板，使其在空氣中烘乾。乾了之後將胺塗 層的玻璃基板放到矽烷/己烷溶液丨分鐘。丨分鐘之後以 空氣烘乾基板，放在固定架，置入100X；的爐中j小時。在 —小時的後烘烤後，以水沖洗基板，接著再以乙醇清洗並 以氮氣流吹乾。 使用上述的方法準備三種玻璃基板。樣本A在矽烷塗層之 前，未經胺催化劑/交互連結劑處理。樣本B在矽烷塗層之 100116416 表單編號A0101 第8頁/共14頁 ^003381318- [0032] 201219329 前，以EDA處理，而樣本C在矽烷塗層之前，以三胺功能基聚 醚胺（TA)處理。三種樣本都以HDFTCS處理。 [0033] 圖1顯示的是這三種樣本和水（以正方形表示），以及和油 酸（以圓形表示）接觸角度的測量。 [0034] 圖2顯示的是樣本B和C抗磨損測試的結果，晝出的接觸角 度作為測試週期的函數。測試週期定義為一次樣本表面 向前和反向的擦拭；在整個處理過程的不同點上測量接觸 角度達1 0, 000次測試週期。樣本B和水的接觸角度以實心 正方形表示，而樣本B和油酸的接觸角度以空心正方形表 示。樣本C和水的接觸角度以實心三角形表示，而樣本C和 油酸的接觸角度以空心三角形表示。 [0035] 如上述使用甲苯中的三功能基聚醚（2分鐘）胺，和己烷中 的氟化矽烷（1分鐘），來準備另外的玻璃樣本。從各個處 理步驟收集樣本，在85/85溫度/溼度的條件下672小時。 樣本如下：1)控制，2)在胺和矽烷浸泡之間的乙醇沖洗步 驟，3)矽烷浸泡之後的乙醇沖洗步驟，4)胺和矽烷步驟之 後的乙醇沖洗，5)胺步驟之後，在100°C烘烤15分鐘，和6) 胺步驟之後，以乙醇沖洗，在100°C烘烤15分鐘。圖3比較 測試前（以空心正方形表示），和之後（以實心三角形表示） 的水接觸角度測量。也如圖3所示的是，測試前（以實心圓 形表示），和之後（以空心三角形表示）的油接觸角度測量 〇 [0036] 除了特別地說明，我們並不想讓這裡提出的任何方法被認 為是必須以特定的順序執行步驟。據此，在一個請求方法 100116416 表單編號A0101 第9頁/共14頁 1003381318-0 201219329 不用真正重複某種順序的步驟，或是沒有在聲明或敘述中 陳述步驟要被限制在一定的步驟時，不要推論成是以任何 特定的順序執行。 [0037] 熟知此技術者瞭解本發明能夠作許多變化及改變而並不 會脫離本發明之精神及範圍。由於包含本發明精神及實 質内容之所揭示實施例的變化組合，次組合以及改變為熟 知此技術者了解，本發明含蓋本發明各種變化及改變，其 屬於下列申請專利範圍以及同等物範圍内。 【圖式簡單說明】 [0038] 圖1是三個實施例接觸角度測量的比較圖。 [0039] 圖2是兩個實施例接觸角度測量的比較圖，作為測試週期 的函數。 [0040] 圖3是在85/85溫度/溼度測試之前和之後，接觸角度測量 的比較圖。 【主要元件符號說明】 [0041] 無。 100116416 表單編號A0101 第10頁/共14頁 1003381318-0

Claims (1)

1. 201219329 七、申請專利範圍： 1 . 一種表面處理之方法，該方法是包括： 提供包含表面氫氧基的表面；塗覆胺到表面以形成第一塗 層表面； 塗覆氟化矽烷化合物到第一塗層表面以形成第二塗層表面 ;以及 石夕烧和胺以及表面氫氧基反應，在胺、氟化石夕烧和表面之 間形成交互連結的網狀結構。 ^ 2 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中所提供表面為等離子 Ο 清洗。 3 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中所提供表面為玻璃。 4 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中所提供表面為聚合物 〇 5.依據申請專利範圍第1項之方法，其中胺為多官能基。 6 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中胺為初級或二級胺。 7 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中胺為聚醚胺。 8 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中胺由乙烯二胺以及三 胺官能基聚醚胺。 9 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中矽烷為氟化的烷基矽 烧。 10 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中矽烷為（十七氟 -1，1, 2，2 -四氫癸基）三氣石夕烧。 11 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中胺藉由浸潰塗覆。 12 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中胺藉由氣溶膠塗覆。 13 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中氟化矽烷藉由浸潰塗 100116416 表單編號A0101 第11頁/共14頁 1003381318-0 201219329 覆。 14 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中氟化矽烷藉由氣溶膠 塗覆。 15 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中交互連結網狀結構形 成疏水性塗層於所提供表面上。 16 .依據申請專利範圍第1項之方法，其中交互連結網狀結構形 成疏油性塗層於所提供表面上。 17 . —種物品，其包含： 基板；以及 化學鏈結到基板的一層，其包括與胺交互連結的氟化矽烷 〇 18 .依據申請專利範圍第17項之物品，其中化學鏈結到基板的 一層為疏水性表面。 19 .依據申請專利範圍第17項之物品，其中表面具有大於95度 的水接觸角度。 20 .依據申請專利範圍第17項之物品，其中表面具有大於70度 的油酸接觸角度。 100116416 表單編號A0101 第12頁/共14頁 1003381318-0