JP5046239B2 - Organic inorganic composite - Google Patents

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Description

本発明は、有機無機複合体に関し、更に詳しくは、可視光線に対する光透過率が高く、屈折率および靭性を向上させることが可能な有機無機複合体に関するものである。   The present invention relates to an organic-inorganic composite, and more particularly to an organic-inorganic composite having a high light transmittance for visible light and capable of improving the refractive index and toughness.

液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ(PDP)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(EL)などのフラットパネルディスプレイ(FPD)用基板としては、従来、ガラス基板が多く用いられてきた。しかしながら、ガラス基板には、割れ易い、曲げられない、比重が大きく軽量化に不向きであるなどの問題がある。そこで、ガラス基板の代わりに、柔軟性を有するプラスチック基板を用いる試みが数多く行われるようになってきた。   Conventionally, a glass substrate has been often used as a substrate for a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display (LCD), a plasma display (PDP), and an electroluminescence display (EL). However, the glass substrate has problems that it is easily broken, cannot be bent, has a large specific gravity, and is not suitable for weight reduction. Therefore, many attempts have been made to use a plastic substrate having flexibility instead of a glass substrate.

フラットパネルディスプレイ(FPD)用途のプラスチック基板に要求される特性としては、透明性、屈折率、機械的特性などが挙げられる。
また、プラスチック材料の屈折率を向上させるための無機酸化物フィラーとしては、ジルコニア、チタニアなどの酸化物微粒子が高屈折率フィラーとして利用されている。
また、無機酸化物フィラーを樹脂と複合化するために、水系溶媒や有機溶媒中に無機酸化物フィラーを分散させた分散液が開発され、樹脂の屈折率の向上について検討されている。
この複合化の例としては、粒径10〜100nmのジルコニア粒子と樹脂とを複合化したジルコニア粒子複合化プラスチックを用いた高屈折率かつ高透明性の厚み数ミクロンの膜が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Properties required for plastic substrates for flat panel display (FPD) applications include transparency, refractive index, and mechanical properties.
As inorganic oxide fillers for improving the refractive index of plastic materials, oxide fine particles such as zirconia and titania are used as high refractive index fillers.
Further, in order to make the inorganic oxide filler complex with the resin, a dispersion liquid in which the inorganic oxide filler is dispersed in an aqueous solvent or an organic solvent has been developed, and an improvement in the refractive index of the resin has been studied.
As an example of this composite, a film having a high refractive index and a high transparency of several microns in thickness using a zirconia particle composite plastic in which a zirconia particle having a particle diameter of 10 to 100 nm and a resin are combined has been proposed ( For example, see Patent Document 1).

一方、親水性樹脂は、水や各種有機溶剤への溶解性・加工性に優れるため、医薬品、生活用品から工業用原料に至るまで幅広く使用されている。特に光学用途では、高い光透過率や高い屈折率などの特性が必要とされ、さらには、高い熱安定性、高い硬度など、様々な特性が要求される。
これら光学用途の親水性樹脂としては、屈折率を任意に制御する試みとして、ポリビニルアルコールに金属酸化物を複合化させた組成物が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2005−161111号公報 特表平09−500974号公報
On the other hand, hydrophilic resins are widely used from pharmaceuticals and daily necessities to industrial raw materials because of their excellent solubility and processability in water and various organic solvents. In particular, in optical applications, characteristics such as high light transmittance and high refractive index are required, and various characteristics such as high thermal stability and high hardness are required.
As a hydrophilic resin for these optical applications, a composition in which a metal oxide is combined with polyvinyl alcohol has been proposed as an attempt to arbitrarily control the refractive index (see, for example, Patent Document 2).
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-161111 JP-T 09-500974

ところで、従来の無機酸化物粒子複合化プラスチックを用いた基板の透明性を評価する場合、基板の厚みを光路長として、この光路長における可視光線の透過率を求めている。したがって、基板が厚いと、その透明性を維持するのが困難になる。
例えば、上述した従来のジルコニア粒子複合化プラスチックからなる膜の場合、厚みを数μmとすることで高屈折率、高透明性を確保したものであるから、厚みが数十μm、あるいはそれ以上になると、透明性を維持するのが困難になる。
By the way, when evaluating the transparency of a substrate using a conventional plastic compounded with inorganic oxide particles, the thickness of the substrate is taken as the optical path length, and the visible light transmittance at this optical path length is obtained. Therefore, if the substrate is thick, it becomes difficult to maintain its transparency.
For example, in the case of a film made of the above-mentioned conventional zirconia particle composite plastic, a thickness of several μm ensures a high refractive index and high transparency, so that the thickness is several tens of μm or more. Then, it becomes difficult to maintain transparency.

また、ジルコニア粒子などの金属酸化物粒子を疎水性である樹脂と複合化しようとすると、この金属酸化物粒子の表面が親水性を有しているため、金属酸化物粒子と樹脂とが分離したり、分離はしないものの濁って失透したりなどの不具合が発生するおそれがあり、樹脂の透明性を維持したまま金属酸化物粒子と複合化することは困難である。
そこで、一般的な解決法として、金属酸化物粒子の表面を疎水化するために、有機高分子分散剤などを金属酸化物粒子の表面に付与することにより、金属酸化物粒子と樹脂との相溶性を高める工夫がなされている。
In addition, when metal oxide particles such as zirconia particles are combined with a hydrophobic resin, the metal oxide particles and the resin are separated because the surface of the metal oxide particles is hydrophilic. However, it is difficult to form a composite with metal oxide particles while maintaining the transparency of the resin.
Therefore, as a general solution, in order to make the surface of the metal oxide particles hydrophobic, an organic polymer dispersing agent or the like is applied to the surface of the metal oxide particles, so that the phase of the metal oxide particles and the resin is reduced. The device which raises solubility is made.

しかしながら、有機高分子分散剤などを金属酸化物粒子の表面に付与することにより、金属酸化物粒子と疎水性樹脂との相溶性を高めることは可能であるが、結果として、得られる組成物には、有機高分子分散剤を多量に含有するため、金属酸化物粒子の添加量が制限され、ひいてはその光学機能の向上が制限されてしまうという問題があった。また、有機高分子分散剤に起因する耐熱性の低下を招くという問題があった。   However, it is possible to enhance the compatibility between the metal oxide particles and the hydrophobic resin by applying an organic polymer dispersant or the like to the surface of the metal oxide particles. Has a problem in that it contains a large amount of an organic polymer dispersant, so that the amount of metal oxide particles added is limited, and as a result, improvement of its optical function is limited. In addition, there is a problem that the heat resistance is reduced due to the organic polymer dispersant.

このような問題は、親水性樹脂であるポリビニルアルコールでもみられる場合があり、樹脂と金属酸化物粒子との水素結合による相互作用のために、樹脂自体が凝集してしまうため、金属酸化物粒子を、表面処理を施さずにポリビニルアルコール樹脂と複合化することは問題が生じる場合があった。そのため、金属酸化物粒子に表面処理を施した場合、金属酸化物粒子と樹脂との相溶性が高まり、透明なジルコニア粒子複合化プラスチックが得られるものの、金属酸化物粒子表面の有機成分による耐熱性の低下を生じるおそれがあった。   Such problems may also be seen with polyvinyl alcohol, which is a hydrophilic resin, and the resin itself aggregates due to the interaction between the resin and the metal oxide particles due to hydrogen bonding. There is a case where a problem arises when the resin is compounded with polyvinyl alcohol resin without surface treatment. Therefore, when the surface treatment is performed on the metal oxide particles, the compatibility between the metal oxide particles and the resin is increased, and a transparent zirconia particle composite plastic is obtained, but the heat resistance due to the organic components on the surface of the metal oxide particles is obtained. There was a risk of lowering.

また、従来の樹脂製の光学機能膜、光学フィルム、光学レンズでは、一般的に熱安定性が低く、特に高温環境下では光学特性が変動するなどの欠点を有しており、従来より要求されている高い熱安定性に対処することが難しいという問題点があった。
また、耐熱性および耐薬品性に優れているとされたプラスチックレンズにおいても、屈折率が低く、耐熱性もそれほど高いものではなく、高い熱安定性、高屈折率などの要求に応えることは難しかった。
In addition, conventional optical functional films, optical films, and optical lenses made of resin generally have low thermal stability, and have disadvantages such as fluctuations in optical characteristics, particularly under high temperature environments. There was a problem that it was difficult to cope with high thermal stability.
In addition, even plastic lenses that are said to have excellent heat resistance and chemical resistance have a low refractive index and are not so high in heat resistance, and it is difficult to meet demands for high thermal stability and high refractive index. It was.

従来の高い屈折率を有する材料としては、ジルコニア、チタニア、酸化スズなどの高屈折率フィラーを樹脂中に含有させた複合材料がある。
しかしながら、従来の複合材料では、一次粒子径が数μmの粗大なものから数nmの微細なものまでのいずれの高屈折率フィラーであっても、凝集が激しく、樹脂中に混練しても粒子径が数μmの粗大粒の状態で存在するため、樹脂中に高屈折率フィラーを均一に分散させることができなかった。したがって、複合材料の可視光線に対する光透過率、屈折率および靭性をさらに向上させることが難しいという問題点があった。
As a conventional material having a high refractive index, there is a composite material in which a high refractive index filler such as zirconia, titania or tin oxide is contained in a resin.
However, in the conventional composite material, any high refractive index filler having a primary particle diameter of a few μm to a fine one of several nanometers is agglomerated, and even if kneaded in a resin, the particles Since it exists in the state of coarse particles having a diameter of several μm, the high refractive index filler could not be uniformly dispersed in the resin. Therefore, there is a problem that it is difficult to further improve the light transmittance, refractive index, and toughness of the composite material with respect to visible light.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、透明性が高く、かつ、屈折率、靭性および耐熱性を向上させることが可能な有機無機複合体を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the organic-inorganic composite_body | complex which has high transparency and can improve a refractive index, toughness, and heat resistance.

本発明者等は、無機フィラーとしてのジルコニア粒子、特に、正方晶ジルコニアを複合材料の第2相として添加した場合、この複合材料がマルテンサイト変態と称される体積膨張により高い靭性を示すことに着目し、従来のジルコニア粒子が有する、一次粒子径が数μmの粗大なものから数nmの微細なものまでのいずれであっても凝集が激しく、樹脂中に混練しても粒子径が数μmの粗大粒の状態で存在し、透明性が失われるという欠点を克服するために鋭意検討を重ねた結果、ジルコニア粒子として平均分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の正方晶ジルコニア粒子を用い、この正方晶ジルコニア粒子を含む有機無機複合体により光学機能膜、光学フィルムおよび光学レンズを構成すれば、高光透過率、高屈折率、高い熱安定性、高硬度および耐候性を満足することを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventors show that when zirconia particles as an inorganic filler, particularly tetragonal zirconia is added as the second phase of the composite material, the composite material exhibits high toughness due to volume expansion called martensitic transformation. Attention is focused on the fact that conventional zirconia particles have a large primary particle diameter of several μm to a few nanometers, and agglomeration is intense, and even when kneaded in resin, the particle diameter is several μm. As a result of intensive studies in order to overcome the disadvantage that transparency is lost in the state of coarse particles, tetragonal zirconia particles having an average dispersed particle size of 1 nm or more and 20 nm or less are used as zirconia particles. High optical transmittance, high refractive index, high thermal stability, high hardness if optical functional film, optical film and optical lens are composed of organic-inorganic composite containing tetragonal zirconia particles And they found that the weather resistance was satisfied, and completed the present invention.

すなわち、本発明の有機無機複合体は、平均分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の正方晶ジルコニア粒子と、主鎖あるいは側鎖に窒素原子を有する親水性樹脂とを含有してなり、前記親水性樹脂は、ポリオキサゾリン類からなることを特徴とする。 That is, the organic-inorganic composite of the present invention, the average dispersed particle diameter of 1nm or more and 20nm or less tetragonal zirconia particles, Ri name contains a hydrophilic resin having a nitrogen atom in the main chain or side chain, wherein The hydrophilic resin is characterized by comprising polyoxazolines .

前期親水性樹脂は、ポリビニルピロリドン、ポリオキサゾリンのいずれかからなることが好ましい。
前記正方晶ジルコニア粒子は、前記親水性樹脂中に分散してなることが好ましい。
前記正方晶ジルコニア粒子の含有率は1質量%以上かつ90質量%以下であることが好ましい。
The hydrophilic resin in the previous period is preferably made of either polyvinylpyrrolidone or polyoxazoline.
It is preferable that the tetragonal zirconia particles are dispersed in the hydrophilic resin.
The content of the tetragonal zirconia particles is preferably 1% by mass or more and 90% by mass or less.

本発明の有機無機複合体によれば、平均分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の正方晶ジルコニア粒子と、主鎖あるいは側鎖に窒素原子を含有する親水性樹脂とを含有してなるので、透明性を維持することができ、屈折率および靭性を向上させることができる。   According to the organic-inorganic composite of the present invention, it contains tetragonal zirconia particles having an average dispersed particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less, and a hydrophilic resin containing nitrogen atoms in the main chain or side chain. Transparency can be maintained and refractive index and toughness can be improved.

本発明の有機無機複合体の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The best mode of the organic-inorganic composite of the present invention will be described.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

「有機無機複合体」
図1は、本発明の有機無機複合体を備えた複合基材の一実施形態を示す概略断面図である。
この実施形態の複合基材10は、平板状の透明基材11と、この透明基材11の一方の面11aに形成された有機無機複合体12とから概略構成されており、透明基材11と有機無機複合体12全体が光透過領域をなしている。
"Organic inorganic composite"
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a composite substrate provided with the organic-inorganic composite of the present invention.
The composite base material 10 of this embodiment is roughly composed of a flat transparent base material 11 and an organic-inorganic composite 12 formed on one surface 11 a of the transparent base material 11. The entire organic / inorganic composite 12 forms a light transmission region.

有機無機複合体12は、平均分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の正方晶ジルコニア粒子を、主鎖あるいは側鎖に窒素原子を含有する親水性樹脂中に分散した透明複合体である。   The organic-inorganic composite 12 is a transparent composite in which tetragonal zirconia particles having an average dispersed particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less are dispersed in a hydrophilic resin containing nitrogen atoms in the main chain or side chain.

ここで、ジルコニア粒子を正方晶ジルコニア粒子に限定した理由は、微粒子の粒径が20nm以下のように小さくなると、正方晶の方が従来知られている単斜晶よりも安定になること、および、硬度が高く、透明複合体の機械的特性を向上させることができる上に、ジルコニア粒子を樹脂中に分散させた透明複合体においては、その第2相として正方晶ジルコニア粒子を添加すると、単斜晶ジルコニア粒子を添加した場合と比べて、マルテンサイト変態と称される体積膨張により高い靭性を示すからである。   Here, the reason for limiting the zirconia particles to tetragonal zirconia particles is that when the particle size of the fine particles is reduced to 20 nm or less, the tetragonal crystal becomes more stable than the conventionally known monoclinic crystal, and In the transparent composite in which the hardness is high and the mechanical properties of the transparent composite are improved and the zirconia particles are dispersed in the resin, when tetragonal zirconia particles are added as the second phase, This is because, as compared with the case where oblique zirconia particles are added, high toughness is exhibited by volume expansion called martensitic transformation.

また、正方晶ジルコニア粒子の平均分散粒径を1nm以上かつ20nm以下と限定した理由は、平均分散粒径が1nm未満であると、結晶性が乏しくなり、屈折率などの粒子特性を発現することが難しくなるからであり、一方、平均分散粒径が20nmを超えると、分散液や透明複合体とした場合に透明性が低下するからである。
このように、正方晶ジルコニア粒子は、ナノサイズの粒子であるから、樹脂と複合化して透明複合体としても、光散乱が小さく、複合体の透明性を維持することが可能である。
The reason why the average dispersed particle size of the tetragonal zirconia particles is limited to 1 nm or more and 20 nm or less is that when the average dispersed particle size is less than 1 nm, the crystallinity is poor and the particle characteristics such as refractive index are exhibited. On the other hand, if the average dispersed particle size exceeds 20 nm, the transparency is lowered in the case of a dispersion or a transparent composite.
Thus, since the tetragonal zirconia particles are nano-sized particles, even if they are combined with a resin to form a transparent composite, light scattering is small, and the transparency of the composite can be maintained.

有機無機複合体12は高い透明性を維持できるため、有機無機複合体12の厚みは、光学機能を得るため、0.1μm以上かつ1cm以下が好ましく、より好ましくは1μm以上かつ1mm以下である。   Since the organic-inorganic composite 12 can maintain high transparency, the thickness of the organic-inorganic composite 12 is preferably 0.1 μm or more and 1 cm or less, more preferably 1 μm or more and 1 mm or less in order to obtain an optical function.

有機無機複合体12における正方晶ジルコニア粒子の含有率は、1質量%以上かつ90質量%以下が好ましく、より好ましくは5質量%以上かつ80質量%以下、さらに好ましくは10質量%以上かつ75質量%以下である。
ここで、正方晶ジルコニア粒子の含有率を1質量%以上かつ90質量%以下と限定した理由は、下限値の1質量%は屈折率、機械的特性および熱的特性の向上が可能となる添加率の最小値であるからであり、一方、上限値の90質量%は樹脂自体の特性(柔軟性)を維持することができる添加率の最大値であるからである。
The content of tetragonal zirconia particles in the organic-inorganic composite 12 is preferably 1% by mass to 90% by mass, more preferably 5% by mass to 80% by mass, and still more preferably 10% by mass to 75% by mass. % Or less.
Here, the reason why the content of tetragonal zirconia particles is limited to 1% by mass or more and 90% by mass or less is that the lower limit of 1% by mass is an additive that can improve the refractive index, mechanical characteristics, and thermal characteristics. This is because the upper limit of 90% by mass is the maximum value of the addition rate that can maintain the characteristics (flexibility) of the resin itself.

有機無機複合体12では、正方晶ジルコニア粒子の含有率を25質量%とした場合、光路長を1mmとしたときの可視光透過率は90%以上が好ましく、より好ましくは92%以上である。
この可視光透過率は、有機無機複合体12における正方晶ジルコニア粒子の含有率により異なり、正方晶ジルコニア粒子の含有率が1質量%では95%以上、正方晶ジルコニア粒子の含有率が40質量%では80%以上である。
In the organic-inorganic composite 12, when the content of tetragonal zirconia particles is 25% by mass, the visible light transmittance is preferably 90% or more, more preferably 92% or more when the optical path length is 1 mm.
This visible light transmittance varies depending on the content of tetragonal zirconia particles in the organic-inorganic composite 12, and is 95% or more when the content of tetragonal zirconia particles is 1% by mass, and the content of tetragonal zirconia particles is 40% by mass. Then, it is 80% or more.

なお、正方晶ジルコニア粒子の屈折率は2.15であるから、この正方晶ジルコニア粒子を樹脂中に分散させることにより、ポリビニルピロリドン樹脂の屈折率1.25程度と比べて、屈折率をそれ以上に向上させることが可能である。
また、正方晶ジルコニア粒子は、単斜晶ジルコニア粒子に比べてマルテンサイト変態による靭性値の向上を期待できる上に、靭性、硬度が高く、複合体の機械的特性向上に適している。
また、正方晶ジルコニア粒子は、ナノサイズの粒子であるから、樹脂と複合化させた場合においても、光散乱が小さく、複合体の透明性を維持することが可能である。
In addition, since the refractive index of tetragonal zirconia particles is 2.15, by dispersing the tetragonal zirconia particles in the resin, the refractive index is higher than that of the polyvinylpyrrolidone resin having a refractive index of about 1.25. It is possible to improve it.
Further, the tetragonal zirconia particles can be expected to improve the toughness value due to martensitic transformation as compared with the monoclinic zirconia particles, and have high toughness and hardness, and are suitable for improving the mechanical properties of the composite.
In addition, since tetragonal zirconia particles are nano-sized particles, even when they are combined with a resin, light scattering is small and the transparency of the composite can be maintained.

主鎖あるいは側鎖に窒素原子を含有する親水性樹脂としては、ポリビニルピロリドンあるいはポリオキサゾリンが好適に用いられる。ポリビニルピロリドン(Polyvinylpyrrolidone、PVP)としては、特に限定されないが、例えば、分子量が1000以上かつ1000000以下のものが用いられる。
ポリオキサゾリンとしては、特に限定されないが、例えば、分子量が1000以上かつ1000000以下のものが用いられる。
また、主鎖あるいは側鎖に窒素原子を含有する親水性樹脂としては、上記以外に、ポリ2−メチル2−オキサゾリン、ポリ2−ブチル2−オキサゾリンなどのポリオキサゾリン類、ポリアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリビニルホルムアミド、ポリビニルアセトアミド、ポリビニルイソブチルアミドなどのポリアミド類が挙げられる。
As the hydrophilic resin containing a nitrogen atom in the main chain or side chain, polyvinylpyrrolidone or polyoxazoline is preferably used. Although it does not specifically limit as polyvinylpyrrolidone (Polyvinylpyrrolidone, PVP), For example, the molecular weight is 1000 or more and 1000000 or less.
Although it does not specifically limit as polyoxazoline, For example, the molecular weight is 1000 or more and 1 million or less.
Other hydrophilic resins containing nitrogen atoms in the main chain or side chain include polyoxazolines such as poly-2-methyl 2-oxazoline and poly-2-butyl 2-oxazoline, polyacrylamide, and polydimethylacrylamide. And polyamides such as polyisopropylacrylamide, polyvinylformamide, polyvinylacetamide, and polyvinylisobutyramide.

ポリビニルピロリドンおよびポリオキサゾリンは、親水基を有する親水性樹脂である。
ここで、親水基を有することは、この樹脂中に表面処理を施さない正方晶ジルコニア粒子を分散させるための必須条件である。さらに、樹脂が水溶性であれば、正方晶ジルコニア粒子の水分散液に樹脂を溶解させることができるから、容易に、水中で正方晶ジルコニア粒子と樹脂とを均一に混合させることができる。そして、混合後に水を除去することにより、容易に、樹脂中に正方晶ジルコニア粒子を均一に分散させた有機無機複合体を製造することができる。
Polyvinyl pyrrolidone and polyoxazoline are hydrophilic resins having a hydrophilic group.
Here, having a hydrophilic group is an essential condition for dispersing tetragonal zirconia particles not subjected to surface treatment in the resin. Furthermore, if the resin is water-soluble, the resin can be dissolved in the aqueous dispersion of tetragonal zirconia particles, so that the tetragonal zirconia particles and the resin can be easily mixed uniformly in water. Then, by removing water after mixing, an organic-inorganic composite in which tetragonal zirconia particles are uniformly dispersed in the resin can be easily produced.

この有機無機複合体は、上記以外に、その特性を損なわない範囲において、他の無機酸化物粒子、樹脂モノマーなどを含有していてもよい。
上記以外の無機酸化物粒子としては、例えば、単斜晶または立方晶のジルコニア粒子、酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、アンチモン添加酸化スズ(ATO)、スズ添加酸化インジウム(ITO)などが挙げられる。
In addition to the above, this organic-inorganic composite may contain other inorganic oxide particles, resin monomers, and the like as long as the characteristics are not impaired.
Examples of inorganic oxide particles other than the above include monoclinic or cubic zirconia particles, titanium oxide, cerium oxide, zinc oxide, tin oxide, antimony-added tin oxide (ATO), tin-added indium oxide (ITO), and the like. Is mentioned.

透明基材11としては、無機材料からなる基材または樹脂基材が用いられる。
無機材料からなる基材としては、例えば、石英ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラスなどのガラスや、サファイヤなどのセラミックスからなる基材が挙げられる。
樹脂基材としては、例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリシクロヘキシルメタクリレートなどのアクリレート、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアリレート、ポリアクリル酸エステル、ポリアミド、フェノール−ホルムアルデヒド(フェノール樹脂)、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、アクリロニトリル・スチレン共重合体(AS樹脂)、メチルメタクレート・スチレン共重合体(MS樹脂)、ポリ−4−メチルペンテン、ノルボルネン系ポリマー、ポリウレタン、エポキシ、シリコーンなどからなる基材が挙げられる。
As the transparent substrate 11, a substrate made of an inorganic material or a resin substrate is used.
Examples of the base material made of an inorganic material include glass such as quartz glass, soda lime glass, and white plate glass, and a base material made of ceramics such as sapphire.
Examples of the resin substrate include acrylates such as polymethyl methacrylate (PMMA) and polycyclohexyl methacrylate, polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyether, polyester, polyarylate, polyacrylate, polyamide, and phenol-formaldehyde. (Phenol resin), diethylene glycol bisallyl carbonate, acrylonitrile / styrene copolymer (AS resin), methyl methacrylate / styrene copolymer (MS resin), poly-4-methylpentene, norbornene polymer, polyurethane, epoxy, silicone The base material which consists of etc. is mentioned.

この有機無機複合体は、平均分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の正方晶ジルコニア粒子を主鎖あるいは側鎖に窒素原子を含有する親水性樹脂に分散したので、透明性が維持されるとともに、屈折率および靭性も向上する。これにより、透明性、屈折率、熱安定性、硬度および耐候性が向上し、よって、長期に亘って信頼性が向上する。   In this organic-inorganic composite, since tetragonal zirconia particles having an average dispersed particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less are dispersed in a hydrophilic resin containing nitrogen atoms in the main chain or side chain, transparency is maintained, The refractive index and toughness are also improved. Thereby, transparency, refractive index, thermal stability, hardness and weather resistance are improved, and thus reliability is improved over a long period of time.

「有機無機複合体の製造方法」
次に、本発明の有機無機複合体の製造方法を説明する。
この有機無機複合体を作製する際、以下に示すジルコニア透明分散液を用いる。
このジルコニア透明分散液は、分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の正方晶ジルコニア粒子と、分散媒とを含む分散液である。
"Method for producing organic-inorganic composite"
Next, the manufacturing method of the organic inorganic composite of the present invention will be described.
When producing this organic-inorganic composite, the following zirconia transparent dispersion is used.
This zirconia transparent dispersion is a dispersion containing tetragonal zirconia particles having a dispersed particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less and a dispersion medium.

分散媒は、基本的には、水、有機溶媒、液状の樹脂モノマー、液状の樹脂オリゴマーのうち1種または2種以上を主成分としたものである。
上記の有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、ブタノール、オクタノールなどのアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトンなどのエステル類、ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド類が好適に用いられ、これらの溶媒のうち1種または2種以上を用いることができる。
The dispersion medium basically includes one or more of water, an organic solvent, a liquid resin monomer, and a liquid resin oligomer as a main component.
Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, and octanol, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, and γ-butyrolactone. Esters such as diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), ethers such as diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, acetone, Methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetylacetone, cyclohexanone Any ketone, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene, and amides such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetoacetamide and N-methylpyrrolidone are preferably used. One of these solvents Or 2 or more types can be used.

上記の液状の樹脂モノマーとしては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチルなどのアクリル系またはメタクリル系のモノマー、エポキシ系モノマーなどが好適に用いられる。
また、上記の液状の樹脂オリゴマーとしては、ウレタンアクリレート系オリゴマー、エポキシアクリレート系オリゴマー、アクリレート系オリゴマーなどが好適に用いられる。
As the liquid resin monomer, acrylic or methacrylic monomers such as methyl acrylate and methyl methacrylate, and epoxy monomers are preferably used.
Moreover, as said liquid resin oligomer, a urethane acrylate oligomer, an epoxy acrylate oligomer, an acrylate oligomer, etc. are used suitably.

このジルコニア透明分散液における正方晶ジルコニア粒子の含有率は、1質量%以上かつ70質量%以下が好ましく、より好ましくは1質量%以上かつ50質量%以下、さらに好ましくは5質量%以上かつ30質量%以下である。
ここで、正方晶ジルコニア粒子の含有率を1質量%以上かつ70質量%以下と限定した理由は、この範囲は正方晶ジルコニア粒子が良好な分散状態を取りうる範囲であり、含有率が1質量%未満では、正方晶ジルコニア粒子としての効果が低下し、一方、70質量%を超えると、ゲル化や凝集沈澱が生じ、分散液としての特徴を消失するからである。
The content of tetragonal zirconia particles in the zirconia transparent dispersion is preferably 1% by mass to 70% by mass, more preferably 1% by mass to 50% by mass, and even more preferably 5% by mass to 30% by mass. % Or less.
Here, the reason why the content of the tetragonal zirconia particles is limited to 1% by mass or more and 70% by mass or less is that this range is a range in which the tetragonal zirconia particles can take a good dispersion state, and the content is 1% by mass. If it is less than%, the effect as tetragonal zirconia particles is reduced. On the other hand, if it exceeds 70% by mass, gelation and aggregation precipitation occur, and the characteristics as a dispersion are lost.

このジルコニア透明分散液は、上記以外に、その特性を損なわない範囲において、他の無機酸化物粒子、樹脂モノマーなどを含有していてもよい。
正方晶ジルコニア粒子以外の無機酸化物粒子としては、単斜晶または立方晶のジルコニア粒子、酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、アンチモン添加酸化スズ(ATO)、スズ添加酸化インジウム(ITO)などが挙げられる。
In addition to the above, the zirconia transparent dispersion may contain other inorganic oxide particles, resin monomers, and the like as long as the characteristics are not impaired.
As inorganic oxide particles other than tetragonal zirconia particles, monoclinic or cubic zirconia particles, titanium oxide, cerium oxide, zinc oxide, tin oxide, antimony-added tin oxide (ATO), tin-added indium oxide (ITO) Etc.

このジルコニア透明分散液は、正方晶ジルコニア粒子の含有率を5質量%とした場合、光路長を10mmとしたときの可視光線透過率が90%以上が好ましく、より好ましくは95%以上である。
この可視光線透過率は、ジルコニア粒子の含有率により異なり、正方晶ジルコニア粒子の含有率が1質量%では95%以上、正方晶ジルコニア粒子の含有率が40質量%では80%以上である。
In the zirconia transparent dispersion, when the content of tetragonal zirconia particles is 5% by mass, the visible light transmittance is preferably 90% or more, more preferably 95% or more when the optical path length is 10 mm.
This visible light transmittance varies depending on the content of zirconia particles, and is 95% or more when the content of tetragonal zirconia particles is 1% by mass, and 80% or more when the content of tetragonal zirconia particles is 40% by mass.

次いで、上述のジルコニア透明分散液と、ポリビニルピロリドン、ポリオキサゾリンのいずれかからなる親水性樹脂を混合し、流動性の高い状態の混合溶液を調製する。
次いで、この混合溶液を、スピンコート法、バーコート法、フローコート法、ディップ法などの各種塗布方法により、透明基材11の一方の面11aを覆うように塗布して塗膜を形成した後、この塗膜を加熱して溶媒(分散媒)を除去し、透明基材11上に、樹脂中に正方晶ジルコニア粒子が均一に分散した有機無機複合体12を形成する。
以上により、図1に示す本実施形態の有機無機複合体12を作製することができる。
Next, the above-mentioned zirconia transparent dispersion is mixed with a hydrophilic resin composed of either polyvinylpyrrolidone or polyoxazoline to prepare a mixed solution having a high fluidity.
Next, after this mixed solution is applied so as to cover one surface 11a of the transparent substrate 11 by various coating methods such as a spin coating method, a bar coating method, a flow coating method, and a dip method, a coating film is formed. The coating film is heated to remove the solvent (dispersion medium), and the organic-inorganic composite 12 in which tetragonal zirconia particles are uniformly dispersed in the resin is formed on the transparent substrate 11.
As described above, the organic-inorganic composite 12 of this embodiment shown in FIG. 1 can be produced.

以上説明したように、本実施形態によれば、分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の正方晶ジルコニア粒子を親水性樹脂に分散した有機無機複合体12を備えたので、有機無機複合体12の光透過率、屈折率、熱安定性、硬度および耐候性を向上させることができる。
したがって、高光透過率、高屈折率、高い熱安定性、高硬度および耐候性に優れた有機無機複合体を提供することができる。
As described above, according to this embodiment, since the organic-inorganic composite 12 in which tetragonal zirconia particles having a dispersed particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less are dispersed in a hydrophilic resin is provided, the organic-inorganic composite 12 Light transmittance, refractive index, thermal stability, hardness and weather resistance can be improved.
Therefore, it is possible to provide an organic-inorganic composite that is excellent in high light transmittance, high refractive index, high thermal stability, high hardness, and weather resistance.

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example.

「実施例1」
(ジルコニア透明分散液の調製)
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40L(リットル)に溶解させたジルコニウム塩溶液に、28%アンモニア水344gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体スラリーを調整した。
次いで、このスラリーに、硫酸ナトリウム300gを5Lの純水に溶解させた硫酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの硫酸ナトリウムの添加量は、ジルコニウム塩溶液中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して30質量%であった。
次いで、この混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。
次いで、この固形物を自動乳鉢により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、500℃にて1時間焼成した。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離機を用いて洗浄を行い、添加した硫酸ナトリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、正方晶ジルコニア粒子を作製した。
"Example 1"
(Preparation of zirconia transparent dispersion)
To a zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate is dissolved in 40 L (liter) of pure water, dilute ammonia water in which 344 g of 28% ammonia water is dissolved in 20 L of pure water is added with stirring, and the zirconia precursor slurry is added. It was adjusted.
Next, an aqueous sodium sulfate solution in which 300 g of sodium sulfate was dissolved in 5 L of pure water was added to this slurry with stirring. The amount of sodium sulfate added at this time was 30% by mass with respect to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconium salt solution.
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.
Next, this solid material was pulverized with an automatic mortar and then baked in the air at 500 ° C. for 1 hour using an electric furnace.
Next, the fired product is put into pure water, stirred to form a slurry, washed using a centrifuge, and after sufficiently removing the added sodium sulfate, dried in a drier. Tetragonal zirconia particles were prepared.

次いで、この正方晶ジルコニア粒子15gに、分散媒として水85gを加え、0.1mmφのジルコニアビーズを用いたビーズミルにより分散処理を行い、ジルコニア透明分散液(Z1)を調製した。
次いで、このジルコニア透明分散液(Z1)における正方晶ジルコニア粒子の平均分散粒径を測定した。
正方晶ジルコニア粒子の平均分散粒径の測定には、動的光散乱式粒径分布測定装置(Malvern社製)を用い、ジルコニア透明分散液(Z1)中の正方晶ジルコニア粒子の含有量を1質量%に調製したものを測定用試料とした。
その結果、ジルコニア透明分散液(Z1)における正方晶ジルコニア粒子の平均分散粒径は7nmであった。
Next, 85 g of water as a dispersion medium was added to 15 g of the tetragonal zirconia particles, and a dispersion treatment was performed by a bead mill using 0.1 mmφ zirconia beads to prepare a zirconia transparent dispersion (Z1).
Next, the average dispersed particle diameter of tetragonal zirconia particles in this zirconia transparent dispersion (Z1) was measured.
For measuring the average dispersed particle size of tetragonal zirconia particles, a dynamic light scattering particle size distribution measuring device (Malvern) was used, and the content of tetragonal zirconia particles in the zirconia transparent dispersion (Z1) was set to 1. A sample prepared for mass% was used as a measurement sample.
As a result, the average dispersed particle diameter of tetragonal zirconia particles in the zirconia transparent dispersion (Z1) was 7 nm.

(有機無機複合体の作製)
次いで、上記のジルコニア透明分散液(Z1)1.00gに、メタノール7.11gとポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)0.85gを加えて混合し、ジルコニア/ポリビニルピロリドン混合溶液を調製した。
次いで、50mm×50mm×2mmのソーダライムガラス基板上に、バーコート法により、この混合溶液を塗布した後、乾燥機により60℃にて24時間加熱して予備乾燥した後、減圧下、80℃にて24時間乾燥して、実施例1の有機無機複合体を作製した。
なお、この有機無機複合体は、ジルコニア/ポリビニルピロリドン混合溶液の塗布と乾燥を繰り返し、硬化後の膜厚が100μmとなるように調整した。
得られた有機無機複合体における正方晶ジルコニア粒子の含有率は15質量%であった。
(Preparation of organic-inorganic composite)
Next, 7.11 g of methanol and 0.85 g of polyvinyl pyrrolidone (k30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are added to 1.00 g of the above zirconia transparent dispersion (Z1) and mixed to prepare a zirconia / polyvinyl pyrrolidone mixed solution. did.
Next, this mixed solution was applied onto a 50 mm × 50 mm × 2 mm soda lime glass substrate by a bar coating method, and then pre-dried by heating at 60 ° C. for 24 hours with a dryer, and then at 80 ° C. under reduced pressure. And dried for 24 hours to prepare the organic-inorganic composite of Example 1.
The organic / inorganic composite was adjusted so that the film thickness after curing was 100 μm by repeatedly applying and drying the zirconia / polyvinylpyrrolidone mixed solution.
The content of tetragonal zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 15% by mass.

「実施例2」
ジルコニア透明分散液(Z1)2.00gに、メタノール6.29gとポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)0.70gを加えた以外は実施例1と同様にして、実施例2の有機無機複合体を作製した。
得られた有機無機複合体における正方晶ジルコニア粒子の含有率は30質量%であった。
"Example 2"
The organic of Example 2 was the same as Example 1 except that 6.29 g of methanol and 0.70 g of polyvinylpyrrolidone (k30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to 2.00 g of the zirconia transparent dispersion (Z1). An inorganic composite was prepared.
The content of tetragonal zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 30% by mass.

「実施例3」
ジルコニア透明分散液(Z1)3.33gに、メタノール5.20gとポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)0.50gを加えた以外は実施例1と同様にして、実施例3の有機無機複合体を作製した。
得られた有機無機複合体における正方晶ジルコニア粒子の含有率は50質量%であった。
"Example 3"
The organic of Example 3 is the same as Example 1 except that 3.30 g of the zirconia transparent dispersion (Z1) is added with 5.20 g of methanol and 0.50 g of polyvinylpyrrolidone (K30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). An inorganic composite was prepared.
The content of tetragonal zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 50% by mass.

「実施例4」
ジルコニア透明分散液(Z1)4.67gに、メタノール3.69gとポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)0.30gを加えた以外は実施例1と同様にして、実施例4の有機無機複合体を作製した。
得られた有機無機複合体における正方晶ジルコニア粒子の含有率は70質量%であった。
Example 4
The organic of Example 4 was the same as Example 1 except that 3.69 g of methanol and 0.30 g of polyvinylpyrrolidone (k30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to 4.67 g of the zirconia transparent dispersion (Z1). An inorganic composite was prepared.
The content of tetragonal zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 70% by mass.

「実施例5」
ジルコニア透明分散液(Z1)1.00gに、メタノール7.11gとポリ2−エチル2−オキサゾリン(平均分子量50000、Aldrich製)0.85gを加えた以外は実施例1と同様にして、実施例5の有機無機複合体を作製した。
得られた有機無機複合体における正方晶ジルコニア粒子の含有率は15質量%であった。
"Example 5"
The same procedure as in Example 1 was repeated except that 7.11 g of methanol and 0.85 g of poly-2-ethyl 2-oxazoline (average molecular weight 50000, manufactured by Aldrich) were added to 1.00 g of the zirconia transparent dispersion (Z1). 5 organic-inorganic composites were prepared.
The content of tetragonal zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 15% by mass.

「実施例6」
ジルコニア透明分散液(Z1)4.67gに、メタノール3.69gとポリ2−エチル2−オキサゾリン(平均分子量50000、Aldrich製)0.30gを加えた以外は実施例1と同様にして、実施例6の有機無機複合体を作製した。
得られた有機無機複合体における正方晶ジルコニア粒子の含有率は70質量%であった。
"Example 6"
The same procedure as in Example 1 was conducted, except that 3.67 g of methanol and 0.30 g of poly-2-ethyl 2-oxazoline (average molecular weight 50000, manufactured by Aldrich) were added to 4.67 g of the zirconia transparent dispersion (Z1). 6 organic-inorganic composite was produced.
The content of tetragonal zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 70% by mass.

「比較例1」
メタノール7.9gに、ポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)1.0gを加えて混合し、ポリビニルピロリドン溶液を調製した。
次いで、50mm×50mm×2mmのソーダライムガラス基板上に、バーコート法により、このポリビニルピロリドン溶液を塗布した後、乾燥機により60℃にて24時間加熱して予備乾燥した後、減圧下、80℃にて24時間乾燥して、比較例1の有機無機複合体を作製した。
なお、この有機無機複合体は、ポリビニルピロリドン溶液の塗布と乾燥を繰り返し、硬化後の膜厚が100μmとなるように調整した。
“Comparative Example 1”
To 7.9 g of methanol, 1.0 g of polyvinyl pyrrolidone (k30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and mixed to prepare a polyvinyl pyrrolidone solution.
Next, this polyvinyl pyrrolidone solution was applied onto a 50 mm × 50 mm × 2 mm soda lime glass substrate by a bar coating method, heated at 60 ° C. for 24 hours with a dryer, preliminarily dried, and then subjected to 80 under reduced pressure. The organic-inorganic composite of Comparative Example 1 was produced by drying at 24 ° C. for 24 hours.
The organic / inorganic composite was adjusted so that the film thickness after curing was 100 μm by repeatedly applying and drying the polyvinylpyrrolidone solution.

「比較例2」
ジルコニア透明分散液(Z2)として、アモルファスジルコニア粒子の含有率が20質量%のZirconium(IV)oxide、colloidal dispersion(Alfa−Aesar社製)を用いた。
なお、アモルファスジルコニア粒子の平均粒子径は8nmであった。
次いで、このジルコニア透明分散液(Z2)1.50gに、メタノール6.74gとポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)0.70gを加えて混合し、ジルコニア/ポリビニルピロリドン混合溶液を調製した。
以下、実施例1と同様にして、比較例2の有機無機複合体を作製した。
得られた有機無機複合体におけるアモルファスジルコニア粒子の含有率は30質量%であった。
"Comparative Example 2"
As the zirconia transparent dispersion (Z2), Zirconium (IV) oxide having a content of amorphous zirconia particles of 20% by mass, colloidal dispersion (Alfa-Aesar) was used.
The average particle size of the amorphous zirconia particles was 8 nm.
Next, 6.74 g of methanol and 0.70 g of polyvinylpyrrolidone (k30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to 1.50 g of this zirconia transparent dispersion (Z2) and mixed to prepare a zirconia / polyvinylpyrrolidone mixed solution. .
Thereafter, an organic-inorganic composite of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1.
The content of amorphous zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 30% by mass.

「比較例3」
ジルコニア透明分散液(Z2)2.50gに、メタノール5.95gとポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)0.50gを加えた以外は実施例1と同様にして、比較例3の有機無機複合体を作製した。
得られた有機無機複合体におけるアモルファスジルコニア粒子の含有率は50質量%であった。
“Comparative Example 3”
The organic of Comparative Example 3 is the same as Example 1 except that 5.95 g of methanol and 0.50 g of polyvinylpyrrolidone (k30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are added to 2.50 g of the zirconia transparent dispersion (Z2). An inorganic composite was prepared.
The content of amorphous zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 50% by mass.

「比較例4」
ジルコニア透明分散液(Z3)として、微結晶ジルコニア粒子の含有率が20質量%のZirconium(IV)oxide、colloidal dispersion(Alfa−Aesar社製)を用いた。
なお、微結晶ジルコニア粒子の平均粒子径は100nmであった。
次いで、このジルコニア透明分散液(Z3)1.50gに、メタノール6.74gとポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)0.70gを加えて混合し、ジルコニア/ポリビニルピロリドン混合溶液を調製した。
以下、実施例1と同様にして、比較例4の有機無機複合体を作製した。
得られた有機無機複合体における微結晶ジルコニア粒子の含有率は30質量%であった。
“Comparative Example 4”
As the zirconia transparent dispersion (Z3), Zirconium (IV) oxide, colloidal dispersion (Alfa-Aesar) having a content of microcrystalline zirconia particles of 20% by mass was used.
The average particle size of the microcrystalline zirconia particles was 100 nm.
Next, 6.74 g of methanol and 0.70 g of polyvinylpyrrolidone (k30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to 1.50 g of this zirconia transparent dispersion (Z3) and mixed to prepare a zirconia / polyvinylpyrrolidone mixed solution. .
Thereafter, an organic-inorganic composite of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1.
The content of the microcrystalline zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 30% by mass.

「比較例5」
ジルコニア透明分散液(Z3)2.50gに、メタノール5.95gとポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)0.50gを加えた以外は実施例1と同様にして、比較例5の有機無機複合体を作製した。
得られた有機無機複合体における微結晶ジルコニア粒子の含有率は50質量%であった。
“Comparative Example 5”
The organic of Comparative Example 5 was the same as Example 1 except that 5.95 g of methanol and 0.50 g of polyvinylpyrrolidone (k30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to 2.50 g of the zirconia transparent dispersion (Z3). An inorganic composite was prepared.
The content of the microcrystalline zirconia particles in the obtained organic-inorganic composite was 50% by mass.

「比較例6」
メタノール7.9gに、ポリ2−エチル2−オキサゾリン(平均分子量50000、Aldrich製)1.0gを加えて混合し、ポリオキサゾリン溶液を調製した。
次いで、50mm×50mm×2mmのソーダライムガラス基板上に、バーコート法により、このポリビニルピロリドン溶液を塗布した後、乾燥機により60℃にて24時間加熱して予備乾燥した後、減圧下、80℃にて24時間乾燥して、比較例6の有機無機複合体を作製した。
なお、この有機無機複合体は、ポリオキサゾリン溶液の塗布と乾燥を繰り返し、硬化後の膜厚が100μmとなるように調整した。
“Comparative Example 6”
A polyoxazoline solution was prepared by adding and mixing 1.0 g of poly-2-ethyl 2-oxazoline (average molecular weight 50000, manufactured by Aldrich) to 7.9 g of methanol.
Next, this polyvinyl pyrrolidone solution was applied onto a 50 mm × 50 mm × 2 mm soda lime glass substrate by a bar coating method, heated at 60 ° C. for 24 hours with a dryer, preliminarily dried, and then subjected to 80 under reduced pressure. The organic-inorganic composite of Comparative Example 6 was produced by drying at 24 ° C. for 24 hours.
The organic-inorganic composite was adjusted so that the film thickness after curing was 100 μm by repeatedly applying and drying the polyoxazoline solution.

「有機無機複合体の評価」
実施例1〜6および比較例1〜6で作製した有機無機複合体の各々について、可視光透過率、屈折率およびガラス転移温度の評価を下記の方法により行った。
"Evaluation of organic-inorganic composites"
About each of the organic inorganic composite produced in Examples 1-6 and Comparative Examples 1-6, evaluation of visible light transmittance, refractive index, and glass transition temperature was performed by the following method.

(1) 可視光透過率
分光光度計(V−570、日本分光社製)を用いて、波長350nm〜800nmの範囲で、可視光線の透過率を測定した。
ここでは、50mm×50mm×2mmのソーダライムガラス基板に、ポリビニルピロリドン(k30、和光純薬工業社製)を塗布した厚み100μmの有機膜を基準用試料とし、ガラス基板とポリビニルピロリドン膜の透過率を100%としたとき、可視光線の透過率が95%以上を「○」、95%未満を「×」とした。結果を表1に示す。
(1) Visible light transmittance The transmittance | permeability of visible light was measured in the wavelength range of 350 nm-800 nm using the spectrophotometer (V-570, JASCO Corporation make).
Here, a 100 μm-thick organic film obtained by coating polyvinyl pyrrolidone (k30, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) on a 50 mm × 50 mm × 2 mm soda lime glass substrate is used as a reference sample, and the transmittance between the glass substrate and the polyvinyl pyrrolidone film. When the transmittance was 100%, the visible light transmittance of 95% or more was evaluated as “◯”, and the transmittance of less than 95% was determined as “X”. The results are shown in Table 1.

(2)屈折率
実施例1〜6および比較例1〜6にて調製した混合溶液を、スピンコート法によりシリコンウェハー上に塗布し、乾燥して有機無機複合体を形成し、得られた有機無機複合体について、分光エリプソメーターを用いて、屈折率を測定した。
結果を表1に示す。
(2) Refractive index The mixed solutions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 were applied onto a silicon wafer by a spin coat method, dried to form an organic-inorganic composite, and the obtained organic The refractive index of the inorganic composite was measured using a spectroscopic ellipsometer.
The results are shown in Table 1.

(3)ガラス転移温度
実施例1〜6および比較例1〜6にて調製した混合溶液を、60℃にて24時間加熱して予備乾燥した後、減圧下、80℃にて24時間乾燥して有機無機複合体を形成し、得られた有機無機複合体について、示差走査熱量計(セイコー電子工業社製)を用いて、窒素ガスフロー下、昇温速度5℃/minの条件でガラス転移温度を測定した。
結果を表1に示す。
(3) Glass transition temperature The mixed solutions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 were preliminarily dried by heating at 60 ° C. for 24 hours, and then dried at 80 ° C. under reduced pressure for 24 hours. The organic-inorganic composite was formed, and the obtained organic-inorganic composite was subjected to glass transition using a differential scanning calorimeter (manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.) under a nitrogen gas flow at a temperature rising rate of 5 ° C./min. The temperature was measured.
The results are shown in Table 1.

Figure 0005046239
Figure 0005046239

表1の結果から、実施例1〜6の有機無機複合体は、可視光透過率、屈折率ともに良好であり、ガラス転移温度も大幅に向上していることから、高光透過率、高屈折率、高い熱安定性、高硬度および耐候性に優れていることが分かった。
一方、比較例1〜6の有機無機複合体は、可視光透過率、屈折率、ガラス転移温度のいずれかの特性が実施例1〜6と比べて劣っていた。
From the result of Table 1, since the organic-inorganic composites of Examples 1 to 6 have good visible light transmittance and refractive index, and the glass transition temperature is greatly improved, the high light transmittance and the high refractive index. It was found that the film was excellent in high thermal stability, high hardness and weather resistance.
On the other hand, the organic-inorganic composites of Comparative Examples 1 to 6 were inferior to Examples 1 to 6 in any of visible light transmittance, refractive index, and glass transition temperature.

本発明の有機無機複合体は、平均分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の正方晶ジルコニア粒子と、ポリビニルピロリドン、ポリオキサゾリンのいずれかからなる親水性樹脂とを含有してなり、正方晶ジルコニア粒子の表面が表面処理剤により修飾されない構成としたことにより、屈折率、靭性および耐熱性の向上と共に透明性の維持を図ることができるものであるから、液晶表示装置用基板、有機EL表示装置用基板、カラーフィルタ用基板、タッチパネル用基板、太陽電池用基板などの光学シート、半導体レーザ(LED)の封止材、透明板、光学レンズ、光学素子、光導波路などはもちろんのこと、これ以外の様々な工業分野においても、その効果は大である。   The organic-inorganic composite of the present invention contains tetragonal zirconia particles having an average dispersed particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less, and a hydrophilic resin composed of any one of polyvinylpyrrolidone and polyoxazoline, and comprises tetragonal zirconia particles. Since the surface of the substrate is not modified by the surface treatment agent, the refractive index, toughness and heat resistance can be improved and the transparency can be maintained. Therefore, the substrate for liquid crystal display devices and organic EL display devices can be used. Optical sheets such as substrates, color filter substrates, touch panel substrates, solar cell substrates, semiconductor laser (LED) sealing materials, transparent plates, optical lenses, optical elements, optical waveguides, etc. The effect is great even in various industrial fields.

本発明の有機無機複合体を備えた複合基材の一実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the composite base material provided with the organic inorganic composite of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 複合基材
11 透明基材
12 有機無機複合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Composite base material 11 Transparent base material 12 Organic-inorganic composite

Claims (4)

平均分散粒径が1nm以上かつ20nm以下の正方晶ジルコニア粒子と、主鎖あるいは側鎖に窒素原子を有する親水性樹脂とを含有してなり、
前記親水性樹脂は、ポリオキサゾリン類からなることを特徴とする有機無機複合体。
Mean and dispersion particle diameter is 1nm or more and 20nm or less tetragonal zirconia particles, Ri name contains a hydrophilic resin having a nitrogen atom in the main chain or side chain,
The said hydrophilic resin consists of polyoxazolines, The organic inorganic composite characterized by the above-mentioned .
前記親水性樹脂は、ポリオキサゾリン、ポリ2−メチル2−オキサゾリン、ポリ2−ブチル2−オキサゾリンのいずれかからなることを特徴とする請求項1に記載の有機無機複合体。 2. The organic-inorganic composite according to claim 1, wherein the hydrophilic resin is composed of any one of polyoxazoline, poly-2-methyl 2-oxazoline, and poly-2-butyl 2-oxazoline . 前記正方晶ジルコニア粒子は、前記親水性樹脂中に分散してなることを特徴とする請求項1または2に記載の有機無機複合体。   The organic-inorganic composite according to claim 1 or 2, wherein the tetragonal zirconia particles are dispersed in the hydrophilic resin. 前記正方晶ジルコニア粒子の含有率は1質量%以上かつ90質量%以下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の有機無機複合体。   4. The organic-inorganic composite according to claim 1, wherein the content of the tetragonal zirconia particles is 1% by mass or more and 90% by mass or less.
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