CN102892851A - 紫外线吸收膜形成用涂布液和紫外线吸收玻璃物品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于形成具有耐磨损性等机械耐久性、并充分确保无色透明性、且长时间曝光导致的紫外线吸收能力劣化少的紫外线吸收膜的涂布液,以及具备使用该涂布液形成的具有耐磨损性等机械耐久性、并充分确保无色透明性、且长时间曝光导致的紫外线吸收能力劣化少的紫外线吸收膜的紫外线吸收玻璃物品。含有由选自水解性硅化合物类中的至少1种构成的氧化硅系基体原料成分、紫外线吸收剂、第一质子的pKa为1.0~5.0的酸、和水的紫外线吸收膜形成用涂布液以及使用它得到的紫外线吸收玻璃物品。
Description
技术领域
本发明涉及用于在玻璃等物品表面形成紫外线吸收膜的涂布液以及具有使用该涂布液而形成的紫外线吸收膜的紫外线吸收玻璃物品。
背景技术
近年来,已尝试对透明基板形成紫外线吸收膜,上述透明基板包括汽车等车辆用的窗玻璃、安装于房屋、大楼等建筑物的建材用窗玻璃等,上述紫外线吸收膜具有吸收通过它们而射入车内、屋内的紫外线的能力,并且具有耐磨损性等机械耐久性。
为了获得上述具有高耐磨损性和紫外线吸收能力的紫外线吸收被膜,从以往开始,进行了使用将有机系紫外线吸收剂配合于硅烷化合物而得到的涂布液在基板上形成二氧化硅系紫外线吸收膜的尝试。例如,在专利文献1中记载了将含有硅醇盐和聚乙二醇等水溶性有机聚合物、还含有紫外线吸收剂、有机色素的涂布液涂布于玻璃板上,使其固化而得到由有机无机复合膜构成的紫外线吸收膜。但是,专利文献1记载的二氧化硅系紫外线吸收膜虽然具有耐摩擦性等机械耐久性,但在要求无色透明的情况下膜中出现黄色的方面、因长时间曝光而紫外线吸收能力劣化的方面存在问题。
因此,需要确保耐磨损性等机械耐久性、并充分确保无色透明性、且长时间曝光导致的紫外线吸收能力劣化少的紫外线吸收膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2006/137454号小册子
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的,其目的在于提供用于形成具有耐磨损性等机械耐久性、并充分确保无色透明性、且长时间曝光导致的紫外线吸收能力劣化少的紫外线吸收膜的涂布液,以及具备使用该涂布液而形成的具有耐磨损性等机械耐久性、并充分确保无色透明性、且长时间曝光导致的紫外线吸收能力劣化少的紫外线吸收膜的紫外线吸收玻璃物品。
本发明提供具有以下构成的紫外线吸收膜形成用涂布液以及紫外线吸收玻璃物品。
[1]一种紫外线吸收膜形成用涂布液,含有氧化硅系基体原料成分、紫外线吸收剂、第一质子的pKa为1.0~5.0的酸和水,该氧化硅系基体原料成分由选自水解性硅化合物类中的至少1种构成。
[2]根据[1]所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,以所述酸的第一质子完全离解时质子相对于涂布液总质量的摩尔浓度为0.005~5.0摩尔/kg的比例含有所述酸。
[3]根据[1]或[2]所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,所述酸是选自乙酸、乳酸、马来酸、丙二酸和草酸中的至少1种。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,作为所述氧化硅系基体原料成分的主成分,含有可包含部分水解缩合物的4官能性水解性硅化合物,该涂布液还含有挠性赋予成分。
[5]根据[1]~[4]中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,作为所述氧化硅系基体原料成分的主成分,含有4官能性水解性硅化合物和3官能性水解性硅化合物,该4官能性水解性硅化合物和3官能性水解性硅化合物可包含各自的部分水解缩合物和/或两者的部分水解共缩合物。
[6]根据[1]~[5]中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,所述紫外线吸收剂为二苯甲酮系紫外线吸收剂。
[7]根据[6]所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,所述二苯甲酮系紫外线吸收剂是含羟基的二苯甲酮系化合物与含环氧基的水解性硅化合物反应而得到的水解性硅化合物。
[8]根据[1]~[7]中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,相对于所述氧化硅系基体原料成分100质量份,所述紫外线吸收剂的含量为1~50质量份。
[9]根据[1]~[8]中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,相对于所述氧化硅系基体原料成分的SiO2换算量,所述水的含量以摩尔比计为1~20当量。
[10]根据[1]~[9]中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,还含有二氧化硅微粒。
[11]根据[10]所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,相对于所述氧化硅系基体原料成分100质量份,所述二氧化硅微粒的含量为0.5~50质量份。
[12]根据[1]~[11]中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,所述氧化硅系基体原料成分相对于涂布液总质量的含量,以将该成分所含的硅原子换算成SiO2时的SiO2含量计为1~20质量%。
[13]一种紫外线吸收玻璃物品,具有玻璃基材和紫外线吸收膜,所述紫外线吸收膜是在所述玻璃基材的至少一部分表面使用[1]~[12]中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液而形成的。
使用本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液,能够形成具有耐磨损性等机械耐久性、并且充分确保无色透明性、长时间曝光导致的紫外线吸收能力劣化少的紫外线吸收膜,具有这样的紫外线吸收膜的本发明的紫外线吸收玻璃物品是无色透明的,且对于机械以及紫外线吸收能力均具有长期耐久性。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。
[本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液]
紫外线吸收膜形成用涂布液含有氧化硅系基体原料成分、紫外线吸收剂、第一质子的pKa为1.0~5.0的酸和水,上述氧化硅系基体原料成分由选自水解性硅化合物类中的至少1种构成。
<氧化硅系基体原料成分>
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液所含的氧化硅系基体原料成分由选自水解性硅化合物类中的至少1种构成。在本说明书中,水解性硅化合物类是作为至少1个水解性基团与硅原子结合的硅烷化合物组以及这样的硅烷化合物组中的1种或2种以上的部分水解(共)缩合物的总称来使用。另外,水解性硅化合物的官能性的数是指与硅原子结合的水解性基团的数。
在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,水解性硅化合物类在作为催化剂的上述酸和水的存在下,水解性基团水解而生成结合于硅原子的羟基(即,硅醇基),接着,硅醇基彼此脱水缩合而生成-Si-O-Si-表示的硅氧烷键而高分子量化。仅由2官能性水解性硅化合物只能生成线状的聚硅氧烷,但由3官能性水解性硅化合物、4官能性水解性硅化合物可生成聚硅氧烷的3维的网络,形成氧化硅系基体。另外,由2官能性水解性硅化合物与3官能性水解性硅化合物、4官能性水解性硅化合物的混合物也能形成聚硅氧烷的3维的网络·氧化硅系基体。
在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,作为氧化硅系基体原料成分的主成分,优选包含可含有部分水解缩合物的4官能性水解性硅化合物,此时,进一步优选含有后述的挠性赋予成分。作为上述氧化硅系基体原料成分,另外,作为主成分,优选含有4官能性水解性硅化合物和3官能性水解性硅化合物,所述4官能性水解性硅化合物和3官能性水解性硅化合物也可以含有4官能性水解性硅化合物和3官能性水解性硅化合物的各自部分水解缩合物和/或它们的部分水解共缩合物。
作为氧化硅系基体原料成分的特别优选的方式是以下方式,即,氧化硅系基体原料成分仅由可含有部分水解缩合物的4官能性水解性硅化合物构成,与挠性赋予成分一同配合于紫外线吸收膜形成用涂布液。或者是以下方式,即,氧化硅系基体原料成分由可以含有各自部分水解缩合物和/或它们的部分水解共缩合物的4官能性水解性硅化合物和3官能性水解性硅化合物构成,根据需要与挠性赋予成分一同配合于紫外线吸收膜形成用涂布液。
作为水解性硅化合物所具有的水解性基团,具体而言,可举出烷氧基(包括烷氧取代烷氧基等取代烷氧基)、烯基氧基、酰基、酰氧基、肟基、酰胺基、氨基、亚氨氧基、氨基氧基、烷基取代氨基、异氰酸酯基、氯原子等。其中,作为水解性基团,优选烷氧基、烯基氧基、酰氧基、亚氨氧基、氨基氧基等有机氧基,特别优选烷氧基。作为烷氧基,优选碳原子数4以下的烷氧基和碳原子数4以下的烷氧取代烷氧基(2-甲氧基乙氧基等),特别优选甲氧基和乙氧基。
上述4官能性水解性硅化合物是4个水解性基团与硅原子结合的化合物。4个水解性基团可以互相相同,也可以不同。水解性基团优选为烷氧基,更优选为碳原子数4以下的烷氧基,进一步优选为甲氧基和乙氧基。具体而言,可举出四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四仲丁氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷等,在本发明中优选使用四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷等。这些可以单独使用1种,也可以并用2种以上。
上述3官能性水解性硅化合物是3个水解性基团和1个非水解性基团与硅原子结合的化合物。3个水解性基团可以互相相同,也可以不同。水解性基团优选为烷氧基,更优选为碳原子数4以下的烷氧基,进一步优选为甲氧基和乙氧基。
作为非水解性基团,优选为非水解性的具有官能团或不具有官能团的1价有机基团,更优选为具有官能团的非水解性的1价有机基团。非水解性的1价有机基团是指该有机基团与硅原子通过碳-硅键而键合的、键合末端原子为碳原子的有机基团。
在此,本说明书中使用的官能团是与单纯的取代基相区别的、概括性地表示具有反应性的基团的用语,例如,饱和烃基之类的非反应性基团不包含于其中。另外,在侧链具有单体这样的不涉及高分子化合物的主链形成的加成聚合性的不饱和双键(烯键性双键)是官能团的1种。另外,在本说明书中使用的(甲基)丙烯酸酯等的“(甲基)丙烯酸”的用语是意味着“丙烯酸”和“甲基丙烯酸”两者的用语。
在上述非水解性的1价有机基团中,作为不具有官能团的非水解性的1价有机基团,优选烷基、芳基等不具有加成聚合性的不饱和双键的烃基、卤代烷基等不具有加成聚合性的不饱和双键的卤代烃基。作为不具有官能团的非水解性的1价有机基团,特别优选碳原子数为20以下,更优选为10以下。作为该1价有机基团,优选碳原子数为4以下的烷基。
作为具备不具有官能团的非水解性的1价有机基团的3官能性水解性硅化合物,具体而言,可举出甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、甲基三异丙烯氧基硅烷、甲基三丁氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三乙酰氧基硅烷等。这些可以单独使用1种,也可以并用2种以上。
作为上述具有官能团的非水解性的1价有机基团中的官能团,可举出环氧基、(甲基)丙烯酰氧基、伯氨基或仲氨基、氧杂环丁烷基、乙烯基、苯乙烯基、脲基、巯基、异氰酸酯基、氰基、卤素原子等,优选环氧基、(甲基)丙烯酰氧基、伯氨基或仲氨基、氧杂环丁烷基、乙烯基、脲基、巯基等。特别优选环氧基、伯氨基或仲氨基、(甲基)丙烯酰氧基。作为具有环氧基的1价有机基团,优选具有环氧丙氧基、3,4-环氧己基的1价有机基团,作为具有伯氨基或仲氨基的有机基团,优选具有氨基、单烷基氨基、苯基氨基、N-(氨基烷基)氨基等的1价有机基团。
1价有机基团中的官能团可以存在2个以上,但除了伯氨基或仲氨基的情况以外,优选具有1个官能团的1价有机基团。伯氨基或仲氨基的情况下,可以具有2个以上的氨基,此时,优选具有1个伯氨基和1个仲氨基的1价有机基团,例如,优选N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基、3-脲基丙基等。具有这些官能团的1价有机基团的总碳原子数优选为20以下,更优选为10以下。
作为具备具有官能团的非水解性1价有机基团的3官能性水解性硅化合物,具体而言,可举出以下化合物。
可举出乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三异丙烯氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、5,6-环氧己基三甲氧基硅烷、9,10-环氧癸基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二(3-甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三丙氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、2-氰基乙基三甲氧基硅烷等。
其中,作为优选的化合物,是1个在碳原子数为2或3的烷基的末端具有官能团的1价有机基团和3个碳原子数4以下的烷氧基与硅原子结合的3官能性水解性硅化合物。上述官能团为环氧丙氧基、2,3-环氧环己基、氨基、烷基氨基(烷基的碳原子数为4以下)、苯基氨基、N-(氨基烷基)氨基(烷基的碳原子数为4以下)、以及(甲基)丙烯酰氧基中的任一种。
作为这样的化合物,具体而言,可举出3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二(3-甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷等。从与硅烷化合物的反应性方面考虑,特别优选3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷等。这些可以单独使用1种,也可以并用2种以上。
另外,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,作为氧化硅系基体原料成分,可以根据需要含有2官能性水解性硅化合物。
2官能性水解性硅化合物是2个水解性基团和2个非水解性基团与硅原子结合的化合物。2个水解性基团可以互相相同,也可以不同。水解性基团优选为烷氧基,更优选为碳原子数4以下的烷氧基,进一步优选为甲氧基和乙氧基。
作为非水解性基团,优选为非水解性的1价有机基团。非水解性的1价有机基团可以根据需要具有与上述3官能性水解性硅化合物相同的官能团。
作为上述2官能性水解性硅化合物,具体而言,可举出二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二(2-甲氧基乙氧基)硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二甲基二丙氧基硅烷、二甲基二异丙烯氧基硅烷、二甲基二丁氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基甲基二乙酰氧基硅烷、乙烯基甲基二(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基甲基二异丙烯氧基硅烷、苯基甲基二甲氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷、苯基甲基二乙酰氧基硅烷、3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氯丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氯丙基甲基二丙氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-氰基乙基甲基二甲氧基硅烷等。这些可以单独使用1种,也可以并用2种以上。
在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,上述4官能性水解性硅化合物、3官能性水解性硅化合物、2官能性水解性硅化合物可以以其本身的形式配合,也可以以各自的部分水解缩合物的形式配合,还可以以它们的2种以上的部分水解共缩合物的形式配合。以下,将部分水解缩合物和部分水解共缩合物总称为部分水解(共)缩合物。
部分水解(共)缩合物是指水解性硅化合物水解、接着脱水缩合而生成的低聚物(多聚体)。部分水解(共)缩合物是溶解于通常溶剂的程度的高分子量化物。部分水解(共)缩合物具有水解性基团、硅醇基,具有进一步进行水解(共)缩合而成为最终固化物的性质。可以仅由某1种水解性硅化合物得到部分水解缩合物,另外,也可以由2种以上的水解性硅化合物得到作为它们的共缩合物的部分水解共缩合物。
上述水解性硅化合物的部分水解(共)缩合例如可以在酸催化剂存在下,使在水解性硅化合物的低级醇溶液中添加了水的反应液在10~40℃搅拌1~48小时而进行。应予说明,对于反应中所使用的酸催化剂的种类、量,与紫外线吸收膜形成用涂布液含有的酸相同。
应予说明,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,4官能性水解性硅化合物、3官能性水解性硅化合物、2官能性水解性硅化合物无论是以上述何种状态配合,作为最终构成氧化硅系基体的单元,各自相区别。以下,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,例如,对于4官能性水解性硅化合物,将其本身及其部分水解缩合物、和部分水解共缩合物中的来自该水解性硅化合物的成分统称为来自4官能性水解性硅化合物的成分。
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液所含的氧化硅系基体原料成分优选如上所述,(1)仅由来自4官能性水解性硅化合物的成分构成,或者(2)由来自4官能性水解性硅化合物的成分和来自3官能性水解性硅化合物的成分构成。应予说明,(1)的情况下,为了所得紫外线吸收膜确保一定膜厚的同时获得充分的耐裂性,紫外线吸收膜形成用涂布液特别优选含有挠性赋予成分。另外,(2)的情况下,来自4官能性水解性硅化合物的成分与来自3官能性水解性硅化合物的成分的配合比例、即来自4官能性水解性硅化合物的成分/来自3官能性水解性硅化合物的成分以质量比计,优选为30/70~95/5,更优选为40/60~90/10,最优选为50/50~80/20。
另外,上述来自2官能性水解性硅化合物的成分在(1)、(2)中根据需要任意配合。相对于氧化硅系基体原料成分总量,配合量以质量%计,优选为30质量%以下的量。
另外,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,上述氧化硅系基体原料成分相对于涂布液总质量的含量,以将该氧化硅系基体原料成分所含的硅原子换算为SiO2时的SiO2含量计,优选为1~20质量%,更优选为3~15质量%。氧化硅系基体原料成分相对于该涂布液总质量的含量小于1%时,需要增加涂布液的涂布量以获得所期望的膜厚的紫外线吸收膜,其结果,有可能使外观变差,超过20质量%时,涂布了涂布液的状态下的膜厚变厚,得到的紫外线吸收膜有可能发生裂纹。
<紫外线吸收剂>
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液为了使用其形成的膜发挥紫外线吸收膜的作用而含有紫外线吸收剂。在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,通过使酸催化剂为特定的酸催化剂,从而防止紫外线吸收剂的因光导致的劣化,并且能够长期使用。
作为紫外线吸收剂,具体而言,可举出二苯甲酮类、三嗪类、苯并三唑类、氰基丙烯酸酯类、偶氮次甲基类、吲哚类、水杨酸酯类和蒽类等有机系紫外线吸收剂。这些紫外线吸收剂包含苯并三唑系紫外线吸收剂、三嗪系紫外线吸收剂、二苯甲酮系紫外线吸收剂、氰基丙烯酸酯系紫外线吸收剂、偶氮次甲基系紫外线吸收剂、吲哚系紫外线吸收剂、水杨酸酯系紫外线吸收剂、蒽系紫外线吸收剂等、和使用这些化合物制作的水分散体、乳液、以及这些化合物与金属的配位化合物。
作为上述苯并三唑系紫外线吸收剂,具体而言,可举出2-〔5-氯(2H)-苯并三唑-2-基〕-4-甲基-6-(叔丁基)苯酚(作为市售品的TINUVIN 326(商品名,Ciba Japan公司制)等)、辛基-3-[3-叔4-羟基-5-[5-氯-2H-苯并三唑-2-基]丙酸酯、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4,6-二叔戊基苯酚、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-[2-羟基-3-(3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺-甲基)-5-甲基苯基]苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔丁基苯基)-2H-苯并三唑、甲基3-(3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、2-(2H-苯并三唑-2-基)-4,6-双(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(1-甲基-1-苯基乙基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚等。
作为上述三嗪系紫外线吸收剂,具体而言,可举出2-[4-[(2-羟基-3-十二烷氧基丙基)氧]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪、2-[4-[(2-羟基-3-(2’-乙基)己基)氧]-2-羟基苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪、2,4-双(2-羟基-4-丁氧基苯基)-6-(2,4-双-丁氧基苯基)-1,3,5-三嗪、2-(2-羟基-4-[1-辛基羰基乙氧基]苯基)-4,6-双(4-苯基苯基)-1,3,5-三嗪、TINUVIN477(商品名,Ciba Japan株式会社制))等。
作为上述氰基丙烯酸酯系紫外线吸收剂,具体而言,可举出UVINUL3008(商品名,BASF Japan株式会社制)等;作为水杨酸酯系紫外线吸收剂,具体而言,可举出对叔丁基苯基水杨酸酯、对辛基苯基水杨酸酯等;作为蒽系紫外线吸收剂,具体而言,可举出蒽和蒽衍生物等;作为吲哚系紫外线吸收剂,可举出BONASORB UA-3911、BONASORB UA-3912(商品名,均为Orient Chemical公司制)等;作为偶氮次甲基系紫外线吸收剂,可举出BONASORB UA-3701(商品名,Orient Chemical公司制)等。
作为上述二苯甲酮系紫外线吸收剂,具体而言,可举出2,4-二羟基二苯甲酮、2,2’,3(或4、5、6中的任一)-三羟基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、2,4-二羟基-2’,4’-二甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮等。
这些例示的有机系紫外线吸收剂的光的极大吸收波长在325~425nm的范围,大概在325~390nm的范围的较多,是对比较长的波长的紫外线也具有吸收能力的吸收剂。在本发明中,这些紫外线吸收剂可以单独使用1种,也可以并用2种以上。另外,在这些紫外线吸收剂中,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,从溶解性方面考虑,优选使用二苯甲酮系紫外线吸收剂。
从得到的紫外线吸收膜具有充分的紫外线吸收能力而且确保紫外线吸收膜的机械强度的方面考虑,相对于氧化硅系基体原料成分100质量份,本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中的紫外线吸收剂的含量优选为1~50质量份,更优选为5~40质量份,特别优选为8~30质量份。
另外,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,还可以配合下述反应生成物作为紫外线吸收剂,该反应生成物是在上述有机系紫外线吸收剂中根据需要导入官能团并使其与上述具备具有官能团的非水解性1价有机基团的水解性硅化合物反应而得到的。
作为这样的反应生成物,具体而言,可举出上述本发明中优选使用的二苯甲酮系紫外线吸收剂例如含羟基的二苯甲酮系化合物与含环氧基的水解性硅化合物的反应生成物(以下,也称为“甲硅烷基化二苯甲酮系化合物”)。如果将甲硅烷基化二苯甲酮系化合物配合于紫外线吸收膜形成用涂布液,则该化合物与上述水解性硅化合物一同形成具有交联结构的氧化硅系基体。由此,来自甲硅烷基化二苯甲酮系化合物的含羟基二苯甲酮系化合物残基固定于氧化硅系基体,从而防止渗出(BleedOut)。其结果,得到的紫外线吸收膜能够长期保持紫外线吸收能力。
作为上述甲硅烷基化二苯甲酮系化合物的原料即具有羟基的二苯甲酮系化合物,只要是具有二苯甲酮骨架的化合物且具有羟基的化合物即可,在本发明中,从进行甲硅烷基化后也具有优异的紫外线吸收能力的方面考虑,优选使用由下述通式(a)表示的具有2~4个羟基的二苯甲酮系化合物。从紫外线吸收能力方面、特别是到380nm为止的长波长的紫外线吸收能力方面考虑,含羟基的二苯甲酮系化合物所具有的羟基数更优选为3个或4个。
(式中,X表示各自可以相同也可以不同的氢原子或羟基,其中的至少1个为羟基。)
进而,在上述通式(a)表示的具有羟基的二苯甲酮系化合物中,在本发明中更优选2,4-二羟基二苯甲酮、2,2’,3-三羟基二苯甲酮、4,5,6-三羟基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮等,特别优选2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮。在将具有羟基的二苯甲酮系化合物甲硅烷基化的反应中,含羟基的二苯甲酮系化合物可以单独使用1种,或以2种以上的混合物的形式使用。
作为这样将含羟基的二苯甲酮系化合物甲硅烷基化的反应中使用的含环氧基的水解性硅化合物,可举出上述具有环氧基的非水解性1价有机基团与硅原子结合的3官能性或2官能性的水解性硅化合物。可优选地举出3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基甲基二甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷和2-(3,4-环氧环己基)乙基甲基二乙氧基硅烷等。
其中,在本发明中,从对涂布液的溶解性等观点考虑,作为上述含环氧基的水解性硅化合物,特别优选使用3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基甲基二甲氧基硅烷等。应予说明,在将含羟基的二苯甲酮系化合物甲硅烷基化的反应中,含环氧基的水解性硅化合物可以单独使用1种,或以2种以上的混合物的形式使用。
作为获得含羟基的二苯甲酮系化合物与含环氧基的水解性硅化合物的反应生成物的方法,可以应用通常的甲硅烷基化反应所涉及的方法,没有特别限定,具体而言,可举出以下方法。
使含羟基的二苯甲酮系化合物中的至少1种与含环氧基的水解性硅化合物中的至少1种根据需要在催化剂的存在下反应。反应所用的含环氧基的水解性硅化合物的量没有特别限定,相对于含羟基的二苯甲酮系化合物1摩尔,优选为0.5~5.0摩尔,进一步优选为1.0~3.0摩尔。含环氧基的水解性硅化合物的量相对于含羟基的二苯甲酮系化合物1摩尔小于0.5摩尔时,添加到本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中时,在膜中大量存在未被甲硅烷基化的含羟基的二苯甲酮系化合物,因此有可能渗出。另外,含环氧基的水解性硅化合物的量相对于含羟基的二苯甲酮系化合物1摩尔超过5.0摩尔时,由于涉及紫外线吸收的含羟基的二苯甲酮系化合物的绝对量变少,因此紫外线吸收性有可能降低。
作为上述甲硅烷基化反应中所使用的催化剂,优选日本特开昭58-10591号公报中记载的季铵盐。作为季铵盐,可例示四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵等。
催化剂向反应体系的添加量没有特别限定,相对于含羟基的二苯甲酮系化合物和含环氧基的水解性硅化合物的合计100质量份,优选0.005~10质量份的添加量,进一步优选0.01~5质量份的添加量。催化剂的添加量相对于含羟基的二苯甲酮系化合物和含环氧基的水解性硅化合物的合计100质量份小于0.005质量份时,反应需要长时间,另外超过10质量份时,将该反应生成物添加到本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中时,催化剂有可能降低涂布液的稳定性。
上述甲硅烷基化反应可以如下进行:在催化剂的存在下,使优选为上述比例的含羟基的二苯甲酮系化合物与含环氧基的水解性硅化合物的混合物在50~150℃的温度范围加热4~20小时。该反应可以在无溶剂的条件下进行,也可以在能够溶解含羟基的二苯甲酮系化合物和含环氧基的水解性硅化合物双方的溶剂中进行,从反应控制的容易性、操作的容易性考虑,优选使用溶剂的方法。作为这样的溶剂,可例示甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。另外,作为使用的溶剂的量,可举出相对于含羟基的二苯甲酮系化合物和含环氧基的水解性硅化合物的合计100质量份为10~300质量份左右的量。
作为在本发明中优选使用的甲硅烷基化二苯甲酮系化合物,可举出含有3个以上羟基的二苯甲酮系化合物的1~2个羟基与含环氧基的水解性硅化合物的环氧基反应而得到的反应生成物等,更优选地举出由下述式(b)所示的4-(2-羟基-3-(3-三甲氧基甲硅烷基)丙氧基)丙氧基)-2,2’,4’-三羟基二苯甲酮等。应予说明,下述式(b)中,Me表示甲基。
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液含有甲硅烷基化二苯甲酮系化合物作为紫外线吸收剂时,其配合量按照该甲硅烷基化二苯甲酮系化合物中的含羟基二苯甲酮系化合物残基的量为上述的紫外线吸收剂的含量的方式进行调整即可。另外,甲硅烷基化二苯甲酮系化合物与上述构成氧化硅系基体原料成分的水解性硅化合物类同样,可以作为部分水解缩合物来配合,也可以作为与这些水解性硅化合物类的部分水解共缩合物来配合。
<酸>
在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,通过将其含有的由选自上述水解性硅化合物类中的至少1种构成的氧化硅系基体原料成分如后述那样进行固化而形成紫外线吸收膜。本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液含有第一质子的pKa(以下,根据需要标记为“pKa1”)为1.0~5.0的酸作为用于促进该固化的酸催化剂。在本发明中,通过使用这样的酸作为酸催化剂,能够充分确保得到的紫外线吸收膜的无色透明性,并且能保持充分的耐光性,特别是能够防止紫外线吸收能力的光劣化。
作为用于上述本发明的酸,只要是第一质子的pKa为1.0~5.0的酸,就没有特别限制,具体而言,可举出乙酸(pKa1=4.76)、乳酸(pKa1=3.64)、马来酸(pKa1=1.84)、丙二酸(pKa1=2.60)、草酸(pKa1=1.04)等。其中,在本发明中特别优选乙酸。这些可以单独使用1种,也可以并用2种以上。
酸的添加量在能够发挥作为催化剂的功能的范围且在能够充分确保紫外线吸收膜的无色透明性的范围,可以没有特别限定地进行设定,具体而言,优选以该酸的第一质子完全离解时的质子相对于涂布液总质量的摩尔浓度为0.005~5.0摩尔/kg的比例含有所述酸,更优选以0.01~3.5摩尔/kg的比例含有所述酸。使用的酸的浓度小于0.005摩尔/kg时,有时作为催化剂不能充分发挥其功能,超过5.0摩尔/kg时,有可能水解速度变快,长期保管性变得不充分。
应予说明,本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液除了上述酸催化剂以外,还可以根据需要含有固化催化剂。作为固化催化剂,可举出脂肪族羧酸(甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、酒石酸、琥珀酸等)的锂盐、钠盐、钾盐等碱金属盐;苄基三甲基铵盐、四甲基铵盐、四乙基铵盐等季铵盐;铝、钛、铈等金属醇盐、螯合物;高氯酸铵、氯化铵、硫酸铵、乙酸钠、咪唑类及其盐、三氟甲基磺酸铵、双(三氟甲基磺酰基)溴甲基铵等。
<水>
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液含有由选自上述水解性硅化合物类中的至少1种构成的氧化硅系基体原料成分、紫外线吸收剂和第一质子的pKa为1.0~5.0的酸的同时还含有使上述水解性硅化合物类水解、缩聚的水。
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液含有的水的量只要是用于使上述水解性硅化合物类水解、缩聚的充分的量,则没有特别限制,相对于上述氧化硅系基体原料成分的SiO2换算量,以摩尔比计,优选为1~20当量的量,更优选为3~16当量的量。水的量以上述摩尔比计小于1当量时难以进行水解,在涂布时,有时根据基材而涂布液被排斥或雾度上升,超过20当量时,有时水解速度变快,长期保管性变得不充分。
应予说明,如后述,以提高耐磨损性、耐划伤性等紫外线吸收膜的硬度为目的而配合二氧化硅微粒时,特别是紫外线吸收膜形成用涂布液含有的水的量相对于上述氧化硅系基体原料成分的SiO2换算量以摩尔比计优选为2~20当量的量,更优选为3~17.5当量的量。水的量以上述摩尔比计小于2当量时,有时紫外线吸收膜的硬度降低,超过20当量时,有时水解速度变快,长期保管性变得不充分。
应予说明,使用后述的水分散型胶体二氧化硅作为二氧化硅微粒时、上述紫外线吸收剂作为水分散体使用时,它们的水也视作紫外线吸收膜形成用涂布液中含有的水。
<其它成分>
另外,本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液除了作为必要成分的由选自上述水解性硅化合物类中的至少1种构成的氧化硅系基体原料成分、紫外线吸收剂、pKa1为1.0~5.0的酸和水以外,在不损害本发明的效果的范围内,可以根据需要,含有各种任意的配合剂。
(挠性赋予成分)
在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,可以并优选在由选自上述水解性硅化合物类中的至少1种构成的氧化硅系基体原料成分固化而得到的氧化硅系基体中配合赋予挠性的成分(以下称为“挠性赋予成分”)。挠性赋予成分的配合能够有助于防止紫外线吸收膜中的裂纹发生。
应予说明,上述氧化硅系基体原料成分为任意构成的情况下,挠性赋予成分的配合均有效,但特别是仅由上述4官能性水解性硅化合物构成的氧化硅系基体,有时挠性不充分,如果在紫外线吸收膜形成用涂布液中将4官能性水解性硅化合物与挠性赋予成分组合而配合,则能够容易地制作机械强度和耐裂性双方均优异的紫外线吸收膜。
作为挠性赋予成分,例如可举出有机硅树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、含有聚氧亚烷基的亲水性有机树脂、环氧树脂等各种有机树脂、甘油等有机化合物。
使用有机树脂作为挠性赋予成分时,作为其形态,优选为液状、微粒等。有机树脂还可以在上述氧化硅系基体原料成分的固化、干燥等时作为交联、固化的树脂的原料成分而配合于紫外线吸收膜形成用涂布液。此时,在不阻碍氧化硅系基体的特性的范围,还可以使上述氧化硅系基体原料成分的一部分与作为挠性赋予成分的有机树脂原料成分、有机树脂部分反应而进行交联。
在挠性赋予成分中,作为有机硅树脂,可以优选地举出包括各种改性硅油的硅油,将末端含有水解性甲硅烷基或含聚合性基团的有机基团的二有机硅的一部分或全部交联的硅酮橡胶等。
作为含有聚氧亚烷基的亲水性有机树脂,优选地举出聚乙二醇(PEG)、聚醚磷酸酯系聚合物等。
作为聚氨酯树脂,可优选地举出聚氨酯橡胶等,作为丙烯酸系树脂,可优选地举出丙烯腈橡胶、丙烯酸烷基酯的均聚物、甲基丙烯酸烷基酯的均聚物、丙烯酸烷基酯与能够与该丙烯酸烷基酯共聚的单体的共聚物、甲基丙烯酸烷基酯与能够与该甲基丙烯酸烷基酯共聚的单体的共聚物等。作为上述能够与(甲基)丙烯酸烷基酯共聚的单体,可使用(甲基)丙烯酸的羟基烷基酯、具有聚氧亚烷基的(甲基)丙烯酸酯、具有紫外线吸收剂的部分结构的(甲基)丙烯酸酯、具有硅原子的(甲基)丙烯酸酯等。
作为挠性赋予成分将环氧树脂配合于紫外线吸收膜形成用涂布液时,优选将作为环氧树脂的原料成分的多环氧化物类与固化剂的组合配合或将多环氧化物类单独配合。多环氧化物类是指具有多个环氧基的化合物的总称。即,多环氧化物类的平均环氧基数为2以上,在本发明中优选平均环氧基数为2~10的多环氧化物。
作为这样的多环氧化物类,优选多缩水甘油醚化合物、多缩水甘油酯化合物和多缩水甘油胺化合物等多缩水甘油基化合物。另外,作为多环氧化物类,可以是脂肪族多环氧化物类、芳香族多环氧化物类中的任一种,优选脂肪族多环氧化物类。它们是具有2个以上环氧基的化合物。
其中,优选多缩水甘油醚化合物,特别优选脂肪族多缩水甘油醚化合物。作为多缩水甘油醚化合物,优选为2官能以上的醇的缩水甘油醚,从提高耐光性方面考虑,特别优选为3官能以上的醇的缩水甘油醚。应予说明,这些醇优选为脂肪族醇、脂环式醇、或糖醇。
具体而言,可举出乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、丙三醇多缩水甘油醚、二丙三醇多缩水甘油醚、聚丙三醇多缩水甘油醚、三羟甲基丙烷多缩水甘油醚、山梨糖醇多缩水甘油醚、季戊四醇多缩水甘油醚等。它们可以仅使用1种,也可以并用2种以上。
其中,特别是从能够提高耐光性方面考虑,优选丙三醇多缩水甘油醚、二丙三醇多缩水甘油醚、聚丙三醇多缩水甘油醚、以及山梨糖醇多缩水甘油醚等具有3个以上的羟基的脂肪族多元醇的多缩水甘油醚(每1分子的平均缩水甘油基(环氧基)数超过2)。它们可以单独使用1种,也可以并用2种以上。
在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,在上述挠性赋予成分中,从能够对得到的紫外线吸收膜保持机械强度的同时赋予充分的挠性方面考虑,优选配合这样的环氧树脂、特别是多环氧化物类、PEG(聚乙二醇)、甘油等。另外,上述环氧树脂、特别是多环氧化物类、PEG、甘油等除了防止长期光照导致的裂纹的发生的功能以外,还具有确保紫外线吸收膜的无色透明性的同时防止上述二苯甲酮系紫外线吸收剂的紫外线吸收能力的降低而提高耐光性的功能。应予说明,在本发明中,在它们当中特别优选多环氧化物类。
上述挠性赋予成分的配合量只要是不损害本发明的效果、能够对紫外线吸收膜赋予挠性并提高耐裂性的量,就没有特别限制,相对于上述氧化硅系基体原料成分100质量份,优选为0.1~20质量份的量,更优选为1.0~20质量份的量。
(二氧化硅微粒)
作为本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液可含有的任意的配合剂,可举出为了提高紫外线吸收膜的耐磨损性而配合的二氧化硅微粒。将二氧化硅微粒配合于紫外线吸收膜形成用涂布液时,优选以胶体二氧化硅的形式配合。应予说明,胶体二氧化硅是二氧化硅微粒分散于水或甲醇、乙醇、异丁醇、丙二醇单甲醚等有机溶剂中而形成的。在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液制造时适当配合胶体二氧化硅,能够制造含有二氧化硅微粒的紫外线吸收膜形成用涂布液。另外,制造水解性硅化合物的部分水解(共)缩合物时,在该原料水解性硅化合物中配合胶体二氧化硅来进行部分水解(共)缩合,能够得到含有二氧化硅微粒的部分水解(共)缩合物,也可以使用其形成含有二氧化硅微粒的本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液。
在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中配合二氧化硅微粒作为任意成分时,优选配合平均粒径(BET法)为1~100nm的二氧化硅微粒。平均粒径超过100nm时,由于粒子将光漫反射,所以得到的紫外线吸收膜的雾度值变大,有时在光学品质上不优选。进而,特别优选平均粒径为5~40nm。这是为了对紫外线吸收膜赋予耐磨损性、并且保持紫外线吸收膜的无色透明性。另外,胶体二氧化硅可以使用水分散型和有机溶剂分散型中的任一种,优选使用有机溶剂分散型。进而,胶体二氧化硅还可以含有氧化铝溶胶、二氧化钛溶胶、二氧化铈溶胶等除了二氧化硅微粒以外的无机质微粒。
另外,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中配合二氧化硅微粒作为任意成分时,作为其配合量,相对于紫外线吸收膜形成用涂布液中的上述氧化硅系基体原料成分100质量份,优选为5~50质量份的量,更优选为10~30质量份的量。上述配合量的范围是在使用本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液形成的紫外线吸收膜中确保充分的耐磨损性的同时维持紫外线吸收膜的制膜性、并且能够防止裂纹的发生、因二氧化硅微粒彼此的凝聚导致的紫外线吸收膜的无色透明性的降低的二氧化硅微粒的配合量的范围。
应予说明,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,以提高所得紫外线吸收膜的耐光性、尤其是防止紫外线吸收能力的光劣化为目的,使用上述pKa1为1.0~5.0的酸作为酸催化剂,由此,与使用了以往使用的强酸的情况相比,有时能够看到硬度、例如耐划伤性的降低。但是,为了提高上述紫外线吸收膜的耐磨损性而配合的二氧化硅微粒也发挥防止这样的耐划伤性的降低、将紫外线吸收膜硬度维持在一定水平的功能。二氧化硅微粒的具体的形态、优选形态与上述相同。另外,相对于上述氧化硅系基体原料成分100质量份,为了防止耐划伤性的降低而配合的二氧化硅微粒的配合量优选为0.5~50质量份,更优选为1.0~10质量份。
在此,为了充分发挥上述二氧化硅微粒所带来的防止耐划伤性降低的功能,除了添加该二氧化硅微粒,进一步优选增加为了使上述水解性硅化合物等水解、缩聚而配合的水量。作为此时的水的配合量,具体而言,可举出相对于上述氧化硅系基体原料成分的SiO2换算量,以摩尔比计,优选为2~20当量、更优选为3~17.5当量的配合量。
二氧化硅微粒与水的配合量中的任一种少于上述配合量的各自的下限时,有时降低耐划伤性。另外,配合超过上述上限的二氧化硅微粒时,有时对紫外线吸收膜的制膜性带来影响,配合超过上述上限的水时,有时水解速度变快,长期保管性不充分。
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液进一步以提高耐光性为目的,还可以含有光稳定剂。作为光稳定剂,优选地可以举出受阻胺系光稳定化剂(HALS)等。相对于紫外线吸收膜形成用涂布液中的上述氧化硅系基体原料成分100质量份,光稳定剂的配合量优选为0.001~0.015质量份的量,更优选为0.002~0.009质量份的量。
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液进一步以赋予功能性为目的,还可以含有铟锡氧化物微粒、锑锡氧化物微粒等功能性微粒、有机色素。
另外,本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液以提高对基材的涂装性和所得涂膜的平滑性为目的,还可以含有表面活性剂作为添加剂。
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液进一步以提高对基材的涂装性为目的,还可以含有消泡剂、粘性调节剂等添加剂,以提高对基材的密合性为目的,还可以含有密合性赋予剂等添加剂。相对于紫外线吸收膜形成用涂布液中的上述氧化硅系基体原料成分100质量份,这些添加剂的配合量优选各添加剂成分每一种为0.01~2质量份的量。另外,本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液在不损害本发明的目的的范围内,还可以含有染料、颜料、填料等。
本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液通常制备成作为必需成分的规定量的上述氧化硅系基体原料成分、紫外线吸收剂、pKa1为1.0~5.0的酸和水、作为任意配合剂的各种添加剂等以任意的量溶解、分散于溶剂中的形态。上述紫外线吸收膜形成用涂布液中的总不挥发成分需要在溶剂中稳定地溶解、分散,为此,溶剂含有至少20质量%以上、优选为50质量%以上的醇。
作为用于这样的溶剂的醇,优选甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、2-乙氧基乙醇、4-甲基-2-戊醇和2-丁氧基乙醇等。其中,从上述氧化硅系基体原料成分的溶解性良好的方面、对基材的涂装性良好的方面考虑,优选沸点为80~160℃的醇。具体而言,优选乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、2-乙氧基乙醇、4-甲基-2-戊醇和2-丁氧基乙醇。
另外,作为用于本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液的溶剂,在上述涂布液含有水解性硅化合物的部分水解(共)缩合物时,还含有在其制造过程中伴随着将原料水解性硅化合物(例如烷基三烷氧基硅烷)水解而产生的低级醇等,在使用有机溶剂分散系的胶体二氧化硅时,还含有其分散有机溶剂。
进而,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中,作为上述以外的溶剂,也可以并用能够与水/醇混和的醇以外的其它溶剂,作为这样的溶剂,可举出丙酮、乙酰丙酮等酮类;乙酸乙酯、乙酸异丁酯等酯类;丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、二异丙基醚等醚类。
相对于紫外线吸收膜形成用涂布液中的总不挥发成分100质量份,在本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液中使用的溶剂的量优选为100~1900质量份,更优选为250~900质量份。
另外,本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液含有水解性硅化合物本身作为上述氧化硅系基体原料成分时,为了在保存等时使涂布液稳定化,也可以进行使它们部分水解(共)缩合的处理。
与上述同样,在该部分水解共缩合中,优选在与上述同样的酸催化剂的存在下,与上述同样的反应条件下进行。通常是将1种以上的水解性硅化合物单体根据需要混合后,在pKa1为1.0~5.0的酸催化剂的存在下在常温中搅拌规定时间,从而可以实现目的。上述任意的配合剂的配合可以在该部分水解共缩合之前进行,也可以在该部分水解共缩合之后进行。催化剂的添加、pH的调节优选在该部分水解共缩合之后进行。
[本发明的紫外线吸收玻璃物品]
本发明的紫外线吸收玻璃物品具有玻璃基材和紫外线吸收膜,上述紫外线吸收膜是在上述玻璃基材的至少一部分表面使用上述本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液而形成的。
作为用于本发明的紫外线吸收玻璃物品的玻璃基材的材质,没有特别限定,可举出通常的碱石灰玻璃、硼硅酸玻璃、无碱玻璃、石英玻璃等。另外,作为本发明的紫外线吸收玻璃物品的玻璃基材,可以使用吸收紫外线、红外线的玻璃基材。
应予说明,本发明的紫外线吸收玻璃物品由于紫外线吸收膜的耐磨损性优异,优选应用的是特别要求耐磨损性的用途,具体而言,是汽车的车窗用,特别是前窗、侧窗等滑动窗用的玻璃板。
本发明的紫外线吸收玻璃物品具有使用上述构成的本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液如后述那样形成的紫外线吸收膜,通过含有的紫外线吸收剂、特别是优选使用的二苯甲酮系紫外线吸收剂的紫外线吸收能力,从而波长380nm的光的透射率被抑制得较小。本发明的紫外线吸收玻璃物品作为玻璃板,以板厚3.5mm换算,具体而言,利用分光光度计(日立制作所制:U-3500)测定的波长380nm的光的透射率优选为7.0%以下,更优选为4.0%以下,特别优选为1.0%以下。
另外,本发明的紫外线吸收玻璃物品所具有的紫外线吸收膜是如下的紫外线吸收膜,即,通过使用采用上述pKa1为1.0~5.0的酸作为酸催化剂、优选进一步配合了上述多环氧化物类、PEG、甘油等挠性赋予成分的上述本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液来制作,从而保持紫外线吸收膜的无色透明性并且防止耐裂性等机械强度和紫外线吸收能力的光劣化,具有对于长期光照射的耐久性即耐光性。
进而,如果将作为紫外线吸收剂的本发明中优选使用的二苯甲酮系紫外线吸收剂作为含羟基的二苯甲酮系化合物和含环氧基的水解性硅化合物的反应生成物即甲硅烷基化二苯甲酮系化合物使用,则含羟基的二苯甲酮系化合物残基固定于构成紫外线吸收膜的氧化硅系基体,所以长期使用导致的渗出少,可以使本发明的紫外线吸收玻璃物品的紫外线吸收能力的长期保存稳定性优异。
作为在上述玻璃基材上形成本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液的具体方法,可举出以下方法,该方法包括:(A)在玻璃基材上涂布涂布液而形成涂膜的工序,(B)从上述涂膜除去上述有机溶剂并且使由选自上述水解性硅化合物类的至少1种构成的氧化硅系基体原料成分固化而形成固化物,从而形成紫外线吸收膜的工序。
首先,在(A)工序中,将涂布液涂布于玻璃基材上,形成涂布液的被膜。应予说明,在此形成的被膜是含有上述溶剂的被膜。向玻璃基材上涂布涂布液的方法只要是能够均匀涂布的方法,则没有特别限定,可以使用流动涂布法、浸涂法、旋涂法、喷涂法、柔版印刷法、丝网印刷法、凹版印刷法、辊涂法、弯月面涂布法、模涂法等公知的方法。涂布液的被膜的厚度是考虑最终得到的紫外线吸收膜的厚度来决定的。
接着,作为(B)的工序,实施从玻璃基材上的涂布液的被膜除去溶剂并且使上述水解性硅化合物等的氧化硅系基体原料成分固化而形成紫外线吸收膜的工序。
由于上述涂布液的被膜含有挥发性的有机溶剂等,所以利用涂布液形成被膜后,首先使该挥发性成分蒸发而除去。该挥发性成分的除去优选通过加热和/或减压干燥而进行。从提高涂膜的流平性的观点出发,优选在玻璃基材上形成涂布液的被膜后,在室温~120℃左右的温度下进行初步干燥。通常该初步干燥的操作中,与其同时进行挥发成分气化而除去,因此挥发成分除去的操作被包含在初步干燥中。初步干燥的时间、即挥发成分除去的操作的时间取决于用于形成被膜的涂布液,但优选为3秒~2小时左右。
应予说明,此时,虽然优选充分除去挥发成分,但也可以不完全除去。即,在对紫外线吸收膜的性能不带来影响的范围,也可以在紫外线吸收膜残留有机溶剂等。另外,为了除去上述挥发性成分而进行加热时,也可以连续实施其后根据需要而进行的用于氧化硅系化合物的制作的加热、和用于除去上述挥发性成分的加热、即通常的初步干燥。
如上所述,从涂膜除去挥发成分后,使上述水解性硅化合物等氧化硅系基体原料成分固化。该反应可以在常温下乃至加热下进行。在加热下生成固化物(氧化硅系基体)时,由于固化物含有有机成分,所以其加热温度的上限优选为200℃,特别优选为190℃。由于即使是在常温也能够生成固化物,所以其加热温度的下限没有特别限定。但是,想到通过加热促进反应时,加热温度的下限优选为60℃,更优选为80℃。因此,该加热温度优选为60~200℃,更优选为80~190℃。加热时间还取决于用于形成被膜的涂布液,优选为数分钟~数小时。
具有使用本发明的紫外线吸收膜形成用涂布液而如上形成的紫外线吸收膜的紫外线吸收玻璃物品的紫外线吸收膜的膜厚优选为1.0~8.0μm,更优选为1.5~7.0μm。紫外线吸收膜的膜厚小于1.0μm时,有时紫外线吸收效果变得不充分。另外,紫外线吸收膜的膜厚超过8.0μm时,有时显示所期望的耐磨损性时发生裂纹。
实施例
下面,举出本发明的实施例进一步说明,但本发明不限于这些实施例。应予说明,下面说明的例1~10为实施例,例11~13为比较例。另外,在各例中,以商品名记载的试剂的构成化合物如下所示。
在各例中,以商品名记载的试剂的构成化合物如下所示。
·SR-SEP:阪本药品工业社制,山梨糖醇系多缩水甘油醚。
·Solmix AP-1:Japan Alcohol Trading公司制,乙醇:异丙醇:甲醇=85:10:5(质量比)的混合溶剂。
·甲醇二氧化硅溶胶:日产化学工业社制,将平均一次粒径为10~20nm的二氧化硅微粒以固体成分浓度30质量%分散于甲醇中而得到的胶体二氧化硅。
(甲硅烷基化紫外线吸收剂的合成例)
加入49.2g的2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮(BASF社制)、47.3g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(信越化学社制)、0.8g的苄基三乙基氯化铵(纯正化学社制)、100g的乙酸丁酯(纯正化学社制),一边搅拌,一边升温至60℃,使其溶解,加热至120℃,反应4小时,从而得到了以固体成分浓度49质量%含有上述式(b)所示的4-(2-羟基-3-(3-三甲氧基甲硅烷基)丙氧基)丙氧基)-2,2’,4’-三羟基二苯甲酮(Si-THBP)的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液。应予说明,甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液中的4-(2-羟基-3-(3-三甲氧基甲硅烷基)丙氧基)丙氧基)-2,2’,4’-三羟基二苯甲酮中,51质量%来自于2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮。
(例1)
加入50.3g的Solmix AP-1、12.1g的四甲氧基硅烷、3.8g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、11.0g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、11.4g的乙酸、11.4的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液1。
然后,在清洁了表面的高热射线吸收绿玻璃(Tv:75.2%,Tuv:9.5%,波长380nm的光的透射率:38.5%,纵10cm、横10cm、厚度3.5mm,旭硝子社制,通称UVFL)上利用旋涂法涂布紫外线吸收膜形成用涂布液1,在大气中,以180℃干燥30分钟后,得到了带有紫外线吸收膜的玻璃板。如下评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
[评价]
1)膜厚:利用扫描型电子显微镜(日立制作所制:S-800)进行紫外线吸收膜的截面观察,通过得到的观察图像,得到了膜厚[nm]。
2)裂纹试验:以肉眼和金属显微镜观察干燥后的紫外线吸收膜,判断层面是否有裂纹。无裂纹、即以肉眼和显微镜无法观察到的为○、以肉眼看不到但以显微镜能够观察到的为△,以肉眼也能观察到的为×。
3)分光特性(透射率):利用分光光度计(日立制作所制:U-3500)进行测定,通过波长380nm的光线的透射率、和按照JIS-R3106算出的可见光透射率以及紫外线透射率来判定。
4)YI(黄变度):利用分光光度计(日立制作所制:U-3500)进行测定,通过按照JIS-K7105算出的黄变度来判定。
5)耐磨损性:使用Taber式耐磨损试验机,按照JIS-R3212(1998年)记载的方法,用CS-10F磨损轮进行1000转的磨损试验,通过雾度(雾度值)测定试验前后的损伤的程度,用雾度的增加量[%]进行评价。
6)促进耐候性试验(耐光性评价):在超级氙弧灯耐候试验机(Sugatest:SX75)设置检测体,使检测体暴露于照射照度150W/m2(300-400nm)、黑色面板温度83℃、湿度50RH%的条件,经过1000小时后,测定波长380nm的光对于检测体的透射率,用与上述2)相同的方法进行裂纹的判定。
(例2)
加入52.2g的Solmix AP-1、12.1g的四甲氧基硅烷、3.8g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、11.0g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、9.5g的乳酸、11.4g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液2。代替涂布液1使用上述涂布液2,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例3)
加入61.5g的Solmix AP-1、12.1g的四甲氧基硅烷、3.8g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、11.0g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、0.2g的丙二酸、11.4g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液3。代替涂布液1使用上述涂布液3,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例4)
加入52.5g的Solmix AP-1、11.3g的四甲氧基硅烷、3.6g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、10.3g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、0.9g的作为多环氧化物的SR-SEP、10.7g的乙酸、10.7g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液4。代替涂布液1使用上述涂布液4,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例5)
加入52.1g的Solmix AP-1、11.4g的四甲氧基硅烷、3.7g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、10.5g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、0.7g的甘油、10.8g的乙酸、10.8g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液5。代替涂布液1使用上述涂布液5,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例6)
加入52.5g的Solmix AP-1、11.3g的四甲氧基硅烷、3.6g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、10.3g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、0.9g的聚乙二醇400(关东化学社制)、10.7g的乙酸、10.7g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液6。代替涂布液1使用上述涂布液6,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例7)
加入45.0g的Solmix AP-1、10.5g的四甲氧基硅烷、3.5g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、10.2g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、0.8g的作为多环氧化物的SR-SEP、1.5g的作为胶体二氧化硅的甲醇二氧化硅溶胶、9.9g的乙酸、18.6g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液7。代替涂布液1使用上述涂布液7,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例8)
加入61.7g的Solmix AP-1、12.1g的四甲氧基硅烷、3.8g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、11.0g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、4.8g的草酸1%水溶液、6.7g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液8。代替涂布液1使用上述涂布液8,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例9)
加入40.5g的Solmix AP-1、16.0g的四甲氧基硅烷、10.6g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、2.7g的2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、15.1g的乙酸、15.1g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液9。代替涂布液1使用上述涂布液9,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例10)
加入30.4g的Solmix AP-1、31.0g的四乙氧基硅烷、3.9g的2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、3.2g的聚乙二醇400(关东化学社制)、10.2g的乙酸、21.4g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液10。代替涂布液1使用上述涂布液10,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例11)
加入61.8g的Solmix AP-1、12.1g的四甲氧基硅烷、3.8g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、11.0g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、2.4g的硫酸10%水溶液、9.3的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液11。代替涂布液1使用上述涂布液11,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。应予说明,对该带有紫外线吸收膜的玻璃板进行裂纹试验后,由于紫外线吸收膜发生了裂纹,所以没有进行作为促进耐候性试验的透射率变化的测定。
(例12)
加入61.6g的Solmix AP-1、12.1g的四甲氧基硅烷、3.8g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、11.0g的上述合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂溶液、1.3g的硝酸10%水溶液、10.2g的离子交换水,得到了紫外线吸收膜形成用涂布液12。代替涂布液1使用上述涂布液12,除此以外,与例1同样进行,制作了带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。
(例13)
加入17.4g的Solmix AP-1、19.1g的四甲氧基硅烷、12.7g的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3.2g的2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、48.4g的0.1N硝酸(纯正化学制),得到了紫外线吸收膜形成用涂布液13。代替涂布液1使用上述涂布液13,除此以外,与例1同样进行,制作带有紫外线吸收膜的玻璃板。与例1同样地评价所得的带有紫外线吸收膜的玻璃板的特性。将评价结果示于表2。应予说明,对该带有紫外线吸收膜的玻璃板进行裂纹试验后,紫外线吸收膜发生了裂纹,因此没有进行作为促进耐候性试验的透射率变化的测定。
将上述例1~例13中得到的紫外线吸收膜形成用涂布液的组成整理并表示于表1。应予说明,在表1中,使用的化合物的简写表示以下化合物。
·TMOS:四甲氧基硅烷、
·TEOS:四乙氧基硅烷、
·GPTMS:3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、
·Si-THBP:在合成例中得到的甲硅烷基化紫外线吸收剂、
·THBP:2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、
·PEG400:聚乙二醇400。
另外,使用Si-THBP作为紫外线吸收剂时,表1的紫外线吸收剂的量表示来自Si-THBP中的THBP的部分的量。
[表1]
[表2]
如表2所示,在作为比较例的例11~13中制作的紫外线吸收膜虽然具有紫外线吸收能力,但无色透明性差,紫外线吸收能力对光劣化的耐性不充分。另一方面,在作为实施例的例1~10中制作的紫外线吸收膜的紫外线吸收能力优异,另外耐磨损性、耐裂性等机械特性也优异,并且充分确保无色透明性,长时间曝光导致的紫外线吸收能力的劣化少。
产业上的利用可能性
本发明的紫外线吸收玻璃物品具有优异的紫外线吸收性和机械强度,耐候性、耐久性也优异,所以能够适用于汽车用的门玻璃板等高度要求耐磨损性、耐裂性等机械耐久性、耐候性的部位。
应予说明,在此引用2010年5月14日申请的日本专利申请2010-111813号的说明书、权利要求书、说明书附图以及摘要的全部内容,作为本发明的公开内容而采用。
Claims (13)
1.一种紫外线吸收膜形成用涂布液,含有氧化硅系基体原料成分、紫外线吸收剂、第一质子的pKa为1.0~5.0的酸和水,该氧化硅系基体原料成分由选自水解性硅化合物类中的至少1种构成。
2.根据权利要求1所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,以所述酸的第一质子完全离解时质子相对于涂布液总质量的摩尔浓度为0.005~5.0摩尔/kg的比例含有所述酸。
3.根据权利要求1或2所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,所述酸是选自乙酸、乳酸、马来酸、丙二酸和草酸中的至少1种。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,作为所述氧化硅系基体原料成分的主成分,含有可包含部分水解缩合物的4官能性水解性硅化合物,该涂布液还含有挠性赋予成分。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,作为所述氧化硅系基体原料成分的主成分,含有4官能性水解性硅化合物和3官能性水解性硅化合物,该4官能性水解性硅化合物和3官能性水解性硅化合物可包含各自的部分水解缩合物和/或两者的部分水解共缩合物。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,所述紫外线吸收剂为二苯甲酮系紫外线吸收剂。
7.根据权利要求6所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,所述二苯甲酮系紫外线吸收剂是含羟基的二苯甲酮系化合物与含环氧基的水解性硅化合物反应而得到的水解性硅化合物。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,相对于所述氧化硅系基体原料成分100质量份,所述紫外线吸收剂的含量为1~50质量份。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,相对于所述氧化硅系基体原料成分的SiO2换算量,所述水的含量以摩尔比计为1~20当量。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,还含有二氧化硅微粒。
11.根据权利要求10所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,相对于所述氧化硅系基体原料成分100质量份,所述二氧化硅微粒的含量为0.5~50质量份。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液,其中,所述氧化硅系基体原料成分相对于涂布液总质量的含量,以将该成分所含的硅原子换算成SiO2时的SiO2含量计为1~20质量%。
13.一种紫外线吸收玻璃物品,具有玻璃基材和紫外线吸收膜,所述紫外线吸收膜是在所述玻璃基材的至少一部分表面使用权利要求1~12中任一项所述的紫外线吸收膜形成用涂布液而形成的。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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