[发明专利]在非晶形碳膜层上固定防水防油层的方法及由所述方法形成的层叠体

说明书

技术领域

本发明公开内容涉及在设置于基材上的由非晶形碳膜构成的层上固定由防水性和/或防油性(或“防水防油”)材料构成的层的方法，以及由该方法形成的层叠体。具体地，本发明公开内容涉及在包含硅的非晶形碳膜上固定由防水防油材料形成的层的方法，并且涉及由所述方法形成的层叠体。

背景技术

非晶形碳膜如金刚石样的碳膜(缩写为“DLC膜”)具有优越的耐磨损性、滑动性和强度。因此，非晶形碳膜用在各种领域中，例如用于各种装置如切割工具和模具的保护膜。此外，在高聚物材料形成的树脂膜或树脂瓶的表面上形成非晶形碳膜以充当H₂O和O₂气体阻挡膜。具体地，合乎需要的是在非晶形碳膜形成的保护膜上设置的防水防油层应该提供优越的耐磨损性和滑动性，以及抑制水分子(H₂O)吸附在表面(这会导致污染和气体阻挡效果下降)上的防水防油性。

例如，日本专利申请公开号平6-215367(“专利文献1”)涉及磁性储存介质的保护层，并且公开了用由电晕放电产生的中性自由基物种(原子气体)照射硬质碳保护层，随后形成包含具有至少一个极性基团的含氟润滑剂的层。此外，日本专利申请公开号2001-266328(“专利文献2”)公开了用氮等离子体处理非晶形硬质碳膜表面，由此在距表面内产生包含6-20原子％氮气的碳保护膜并且在该碳保护膜上形成氟-系的润滑层。

同时，日本专利号2889116(“专利文献3)公开了将硅和氮混合到非晶形硬质碳膜层中从而产生这样的非晶形硬质碳膜：其对于基材具有优越的附着性并且具有提高的润滑特性如滑动性和耐磨损性。另外，日本专利申请公开号2010-67637(“专利文献4”)公开了在具有较差附着性的非晶形碳膜的表面上固定由树脂形成的粘合剂的方法。专利文献4公开了通过用紫外线氧化包含硅的非晶形碳膜的表面而形成硅烷醇基团，随后使该硅烷醇基团与包含在粘合剂中的Si-OR(其中R是甲基或乙基)基团反应，并且将粘合剂经由偶联剂固定在包含硅的非晶形碳膜的表面上。

相关文献

相关专利文献清单

专利文献1：日本专利申请公开号平6-215367

专利文献2：日本专利申请公开号2001-266328

专利文献3：日本专利号2889116

专利文献4：日本专利申请公开号2010-67637

发明概述

然而，如在专利文献1和2中公开的，在非晶形碳膜层上形成的氟-改性的润滑层不能有效地保留在具有较差附着性的非晶形碳膜层上；因此氟-系的润滑层的功能不能被充分利用，并且不能获得均一的防油性和润滑性。另一个问题是形成的防油剂层和润滑层耐力不够充分，易于降解。专利文献3没有公开这样的结构，即其中第二层牢固地固定在非晶形碳膜的表面层上，由此提供防水防油性。

如在专利文献4中所提出的，克服上述问题的一个方法是用紫外线照射包含硅的非晶形碳膜层并且由此增加非晶形碳膜本身的保持力，从而有效地保持硅烷偶联剂。然而，由于非晶形碳膜不足以对抗由紫外线产生的臭氧，因此用紫外线照射的非晶形碳膜会被降解。另一个问题是，当非晶形碳层的表面层被氧化时，在膜上进行重复等离子体处理时，可能会剧烈地发生异常的放电，因而难以通过等离子体在用紫外线照射的非晶形碳膜上形成另外的膜或通过等离子蚀刻去除非晶形碳膜。

本发明公开内容是改进这些常规方法；并且本发明的一个目的是提供一种在非晶形碳层上设置具有优越固定性的防水防油层的方法。本发明的另一个目的是提供具有牢固地固定在非晶形碳膜上的防水防油层的层叠体。本发明的其他目的参考本说明书中的完整描述将变得显而易见。

作为旨在上述目的的研究结果，发明人发现，当将氮加入到包含硅的非晶形碳膜中时，该非晶形碳膜与包含选自由Si、Ti、Al和Zr组成的组的任何一种元素的偶联剂紧密结合。

根据本发明公开内容的一个实施方案的方法包括下述步骤：制备基材；直接或间接在基材上设置非晶形碳膜层，所述非晶形碳膜层至少在其表面中包含硅和氮；以及经由偶联剂在非晶形碳膜层上设置含氟的防水防油层，所述偶联剂能与非晶形碳膜层形成基于极性的氢键和/或通过与非晶形碳膜层的官能团的缩合反应形成-O-M键(M是选自由Si、Ti、Al和Zr组成的组中的任一种元素)。