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基材表面の改質方法、改質された表面を有する基材およびその製造方法 UPDATE 外国出願あり

国内特許コード P08A013545
整理番号 TUK20031039
掲載日 2008年7月18日
出願番号 特願2006-548946
登録番号 特許第4117356号
出願日 平成17年12月16日(2005.12.16)
登録日 平成20年5月2日(2008.5.2)
国際出願番号 JP2005023177
国際公開番号 WO2006064918
国際出願日 平成17年12月16日(2005.12.16)
国際公開日 平成18年6月22日(2006.6.22)
優先権データ
  • 特願2004-365903 (2004.12.17) JP
発明者
  • 安澤 幹人
  • 小出 崇志
出願人
  • 国立大学法人徳島大学
発明の名称 基材表面の改質方法、改質された表面を有する基材およびその製造方法 UPDATE 外国出願あり
発明の概要 下記工程からなる基材表面の改質方法および改質された表面を有する基材の製造方法。
(1)基材の表面にポリシラザンを塗布してポリシラザン被膜を形成する工程、(2)ポリシラザン被膜表面に式:-[(R)O]- (1)(式中、Rはアルキレン基であり、m、nは1以上の正数である。)で示される有機基を主骨格とする有機化合物を塗布する工程、ついで(3)前記工程を経た基材を加熱して、前記ポリシラザンをシリカに転化せしめ、該有機化合物を該シリカ層に結合させる工程。;
基材の表面にシリカ層が形成されており、該シリカ層の表層部に、該シリカ層に結合した上記式(1)で示される有機基を主骨格とする有機化合物層が形成されている、改質された表面を有する基材。
従来技術、競合技術の概要


従来、金属基材の表面にシリカ被膜を形成し金属基材の表面を改質する方法としては数多くの方法が提案されている。例えば、特開昭62-88327号(特許文献1)は、シリコンウエハー上に、オルガノシクロシラザンから得られた重合体のトルエン溶液を塗布し、室温で乾燥させた後、酸素または水蒸気の存在下に高温焼成してシリカフィルムを形成する方法を教示している。特開平9-157594号(特許文献2)は、ステンレススチール板あるいは金属、ガラス、セラミック等の上に、ペルヒドロポリシラザンのキシレン溶液を塗布し、大気中、450℃で加熱してシリカ被膜を形成する方法を教示している。特開平10-194753号(特許文献3)は、シリコンウエハー上に、ペルヒドロポリシラザンのキシレン溶液を塗布し、室温でアミン化合物と水蒸気に接触させ、ついで焼成してシリカ被膜を形成する方法を教示している。特開2004-155834(特許文献4)は、金属、ガラス、セラミック、プラスチック等の表面にアミン系触媒を含有するペルヒドロポリシラザンのキシレン溶液を塗布し常温放置してシリカ層を形成する方法を教示している。しかし、これらの方法は、いずれも金属、ガラス、セラミック、プラスチック等の表面にシリカ層を形成して耐熱性、耐摩耗性、耐食性の表面に改質する方法に関するものであり、これらの方法で得られた基材表面は、親水性を有しておらず、また、人体への接触適合性を有しておらず、例えば、人体、特には生体に接触して使用される基材としては満足できるものではない。



特開平7-82528号(特許文献5)は、ポリシラザンとアルコール(例、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール)の混合物からなるシリカ系被膜形成用塗布液を教示しているが、形成されたシリカ層は親水性が不十分であり、硬度が小さく、耐摩耗性が劣るという問題がある。特開2003-327908(特許文献6)は、アニオン系界面活性剤と両性界面活性剤と非イオン系界面活性剤の水溶液からなる親水性維持剤・促進剤原液を教示しており、ポリシラザン含有コーテイング膜に塗布すると親水性が維持・促進されるとのことであるが、シリカ層表面にアニオン系界面活性剤と両性界面活性剤と非イオン系界面活性剤が付着しているので、人体、特には生体に接触して使用される基材としては満足できるものではない。また、親水性の耐久性が不十分である。



一方、金属基材表面にポリエチレングリコール等の親水性ポリマーを塗布して親水性表面に改質する方法も試みられているが、このような親水性ポリマーそのものを金属表面に直接化学結合させることは難しく、親水性、耐薬品性、人体への接触適合性等の表面特性を有する基材は得られていない。



【特許文献1】
特開昭62-88327号公報
【特許文献2】
特開平9-157594号公報
【特許文献3】
特開平10-194753号公報
【特許文献4】
特開2004-155834公報
【特許文献5】
特開平7-82528号公報
【特許文献6】
特開2003-327908公報

産業上の利用分野


本発明は、基材表面を改質する方法、改質された表面を有する基材およびその製造方法に関し、詳しくは、金属等の基材表面に親水性、耐摩耗性、耐薬品性、人体への接触適合性等の特性を付与することのできる基材表面の改質方法、改質された表面を有する基材およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
下記工程からなることを特徴とする基材表面の改質方法。
(1)基材の表面にポリシラザンを塗布してポリシラザン被膜を形成する工程、
(2)該ポリシラザン被膜に、一般式:-[(R)O]- (1)(式中、Rはアルキレン基であり、m、nは1以上の正数である。)で示される有機基を主骨格とする有機化合物を塗布する工程、ついで、
(3)前記工程を経た基材を加熱して、該ポリシラザン被膜をシリカ層に転化せしめ、該有機化合物を該シリカ層のシリカに結合させる工程。

【請求項2】
基材が無機質基材である請求項1に記載の改質方法。

【請求項3】
無機質基材が金属、ガラスまたはセラミックである請求項2に記載の改質方法。

【請求項4】
該有機化合物がアルキレングリコールまたはポリアルキレングリコールである請求項1に記載の改質方法。

【請求項5】
該ポリシラザンが繰り返し単位として
【化7】


単位を有するものであり、該アルキレングリコールまたはポリアルキレングリコールが一般式:HO[R4O]H (2)(式中、R4は炭素原子数1~4のアルキレン基であり、nは1以上の数である。)または一般式:HO[R5O]6 (3)(式中、R5は炭素原子数1~3のアルキレン基であり、R6は炭素原子数1~3のアルキル基であり、nは1以上の数である。)で示される請求項4に記載の改質方法。

【請求項6】
該ポリシラザンがペルヒドロポリシラザンであり、一般式(2)または一般式(3)で示されるアルキレングリコールがエチレングリコールであり、ポリアルキレングリコールがポリエチレングリコールである請求項5に記載の改質方法。

【請求項7】
該ポリシラザンが触媒量のシリカ転化促進触媒を含有するものである請求項1、請求項5または請求項6に記載の改質方法。

【請求項8】
ポリエチレングリコールの数平均分子量が90~2000である請求項6に記載の改質方法。

【請求項9】
シリカ転化促進触媒がアミン系触媒である請求項7に記載の改質方法。

【請求項10】
ポリシラザンからシリカへの転化率が80%以上である請求項1、請求項4、請求項5、請求項6または請求項7に記載の改質方法。

【請求項11】
シリカ層の厚みが10~1500nmである請求項1、請求項4、請求項5、請求項6または請求項7に記載の改質方法。

【請求項12】
基材の表面にシリカ層が形成されており、該シリカ層の表層部に、該シリカ層に結合した、式:-[(R)O]- (1)(式中、Rはアルキレン基であり、m、nは1以上の正数である。)で示される有機基を主骨格とする有機化合物層が形成されていることを特徴とする改質された表面を有する基材。

【請求項13】
シリカ層の厚みが10~1500nmである請求項12に記載の基材。

【請求項14】
該有機化合物層がドメイン構造を有していることを特徴とする請求項12に記載の基材。

【請求項15】
該基材が無機質基材である請求項12に記載の基材。

【請求項16】
該無機質基材が金属、ガラスまたはセラミックである請求項15に記載の基材。

【請求項17】
該シリカ層がポリシラザンから誘導されたものであり、該有機化合物層がアルキレングリコールまたはポリアルキレングリコールに由来するものである請求項12に記載の基材。

【請求項18】
該ポリシラザンが繰り返し単位として
【化8】


単位を有するものであり、該アルキレングリコールまたはポリアルキレングリコールが一般式:HO[R4O]H (2)(式中、R4は炭素原子数1~4のアルキレン基であり、nは1以上の数である。)または一般式:HO[R5O]6 (3)(式中、R5は炭素原子数1~3のアルキレン基であり、R6は炭素原子数1~3のアルキル基であり、nは1以上の数である。)で示される請求項17に記載の基材。

【請求項19】
該ポリシラザンがペルヒドロポリシラザンであり、一般式(2)または一般式(3)で示されるアルキレングリコールがエチレングリコールであり、該ポリアルキレングリコールがポリエチレングリコールである請求項18に記載の基材。

【請求項20】
基材表面のシリカ層が親水性表面を有することを特徴とする請求項12記載の基材。

【請求項21】
シリカ層表面の水に対する接触角が10~50度である請求項20に記載の基材。

【請求項22】
改質された表面を有する基材が人体に接触して使用される部品または物品を構成する材料である請求項21に記載の基材。

【請求項23】
下記工程からなり、基材の表面にシリカ層が形成されており、該シリカ層の表層部に、該シリカ層に結合した、式:-[(R)O]- (1)(式中、Rはアルキレン基であり、m、nは1以上の正数である。)で示される有機基を主骨格とする有機化合物層が形成されていることを特徴とする改質された表面を有する基材の製造方法。
(1)基材の表面にポリシラザン被膜を形成する工程、
(2)該ポリシラザン被膜に、一般式:-[(R)O]- (1)(式中、Rはアルキレン基であり、m、nは1以上の正数である。)で示される有機基を主骨格とする有機化合物層を形成する工程、ついで
(3)前記工程を経た基材表面のポリシラザン被膜をシリカ層に転化せしめ、該有機化合物層をシリカ層に結合させる工程。

【請求項24】
該ポリシラザン被膜の形成がポリシラザンの溶液を塗布することにより、該有機化合物層の形成が該有機化合物自体またはその溶液を塗布することにより、ポリシラザン被膜のシリカ層への転化および該有機化合物層のシリカ層への結合が加熱することによる請求項23に記載の製造方法。

【請求項25】
該有機化合物がアルキレングリコールまたはポリアルキレングリコールである請求項23に記載の製造方法。

【請求項26】
該ポリシラザンが繰り返し単位として
【化9】


単位を有するものであり、該アルキレングリコールまたはポリアルキレングリコールが一般式:HO[R4O]-H (2)(式中、R4は炭素原子数1~4のアルキレン基であり、nは1以上の数である。)または一般式:HO[R5O]6 (3)(式中、R5は炭素原子数1~3のアルキレン基であり、R6は炭素原子数1~3のアルキル基であり、nは1以上の数である。)で示される請求項25に記載の製造方法。

【請求項27】
該ポリシラザンがペルヒドロポリシラザンであり、一般式(2)または一般式(3)で示されるアルキレングリコールがエチレングリコールであり、ポリアルキレングリコールがポリエチレングリコールである請求項26に記載の製造方法。

【請求項28】
該ポリシラザンが触媒量のシリカ転化促進触媒を含有するものである請求項23、請求項24、請求項25、請求項26または請求項27記載の製造方法。

【請求項29】
該シリカ転化促進触媒がアミン系触媒である請求項28に記載の製造方法。
国際特許分類(IPC)
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