CN108884176B - 固化性树脂组合物及光学部件 - Google Patents
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Abstract
本发明的固化性树脂组合物的树脂组合物(X)含有:固化性树脂成分(10)、以及表面改性的纳米金刚石(20),以及有机溶剂。表面改性的纳米金刚石(20)含有纳米金刚石粒子的ND粒子(21)、以及具有含(甲基)丙烯酰基的有机链且键合于所述ND粒子(21)的硅烷偶联剂(22)。该固化性树脂组合物(X),适用于形成具有高透明性和高耐擦伤性的纳米金刚石分散固化树脂部(X)。另外,本发明的光学部件,其在透光区域的至少一部分具有所述的树脂组合物(X)的固化物的固化树脂部。该光学部件适用于实现具有高透明性和高擦伤性的固化树脂部或固化树脂膜的光学部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种与无机材料复合化而成的固化性树脂组合物、以及具有由该组合物所形成的固化树脂部的光学部件。另外,本申请依据2016年3月18日提出申请的日本专利申请特愿2016-054663号主张优先权,并援引该申请所记载的全部内容。
背景技术
近年来,在各种用途中,需要透明性优异且耐擦伤性高的塑料材料或树脂材料。例如,适用于各种照相机的镜头、眼镜透镜表面的覆膜、以及各种光学部件中的防反射膜或折射率调整膜、硬涂层。另外,就该树脂材料而言,已开发出分散有氧化锆微粒、氧化钛微粒的复合材料等(例如下述的专利文献1、2)。
另一方面,近年来,正在开发被称为纳米金刚石的微粒状的金刚石材料。纳米金刚石根据用途不同,有时需要粒径在10nm以下的所谓个位数纳米金刚石。该纳米金刚石的技术已记载于例如下述专利文献3、4中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-185924号公报
专利文献2:日本特开2009-162848号公报
专利文献3:日本特开2005-001983号公报
专利文献4:日本特开2010-126669号公报
发明内容
本发明所解决的技术问题
纳米金刚石可以像块状金刚石那样表现出高机械强度和高折射率等。通常,由于作为微粒的纳米粒子在表面原子(配位不饱和)的比例大,因此可以在相邻粒子的表面原子间起作用的范德华力的总和很大并且容易发生聚集(aggregation)。除此之外,采用纳米金刚石粒子的情况下,相邻微晶的晶面之间的库仑相互作用有助于非常坚固地凝集,而发生称为凝集(agglutination)的现象。纳米金刚石粒子具有特异的性质,即微晶或一次粒子之间可以重叠地相互作用,但在技术上存在难以达到纳米金刚石粒子分散于树脂材料中的状态这样的困难。纳米金刚石粒子的分散性低是含有纳米金刚石粒子的复合材料的设计自由度低的主要原因,特别地,有时也是使有机材料和纳米金刚石复合的障碍。
本发明在如上所述的情况下完成,本发明的目的在于提供一种适用于形成具有高透明度和高耐擦伤性的纳米金刚石分散固化树脂部的固化性树脂组合物。另外,本发明的另一个目的在于提供一种具有该固化树脂部的光学部件。
解决技术问题的技术方案
根据本发明的第一侧面,提供一种固化树脂组合物。该组合物含有固化树脂形成用的成分(固化性树脂成分)、表面改性的纳米金刚石和有机溶剂。表面改性的纳米金刚石含有纳米金刚石粒子和硅烷偶联剂,所述硅烷偶联剂具有含有(甲基)丙烯酰基的有机链且键合于纳米金刚石粒子。本发明的固化性树脂组合物是例如用于通过涂覆于规定基材上之后使其干燥和固化而形成具有透光性的固化树脂部或固化树脂膜的材料。固化性树脂成分是能够形成固化树脂的成分,例如,包括通过光照射或加热而发生聚合反应的固化性单体和/或低聚物。表面改性的纳米金刚石的纳米金刚石粒子可以是纳米金刚石的一次粒子,也可以是纳米金刚石的二次粒子。纳米金刚石一次粒子指粒径在10nm以下的纳米金刚石。硅烷偶联剂是指在其与无机材料之间产生化学键,且兼具含硅反应性基团以及键合于该硅的有机链的有机硅化合物,本发明的表面改性的纳米金刚石的硅烷偶联剂以其反应性基团在其与纳米金刚石粒子表面之间产生共价键而键合于该粒子。另外,(甲基)丙烯酰基是指丙烯酰基和/或甲基丙烯酰基。
在具有该构成的本发明固化性树脂组合物中,表面改性的纳米金刚石具有硅烷偶联剂作为通过如上所述的共价键键合于纳米金刚石粒子的表面改性要素,所述硅烷偶联剂具有含(甲基)丙烯酰基的有机链。该硅烷偶联剂中的含(甲基)丙烯酰基的有机链位于表面改性的纳米金刚石与周围的界面侧。在该状态下,具有这种状态的表面改性的纳米金刚石粒子对有机材料的亲和力比没有表面改性的纳米金刚石粒子高。因此,该表面改性的纳米金刚石适用于实现在含有固化性树脂成分和有机溶剂的本发明的固化性树脂组合物中的高分散稳定性。
另外,在表面改性的纳米金刚石中,位于其与周围的界面处的有机链中存在作为聚合性基团的(甲基)丙烯酰基。在本发明的组合物中的固化性树脂成分的聚合过程中,表面改性的纳米金刚石的(甲基)丙烯酰基可以与固化性树脂成分共聚,在形成的固化树脂部或固化树脂膜中,将表面改性的纳米金刚石或纳米金刚石粒子掺入固化树脂的基质。如上所述,适用于实现在本发明的固化性树脂组合物中的高分散稳定性的表面改性纳米金刚石,适用于将纳米金刚石粒子分散并掺入于固化树脂基质。即,在适用于实现在本发明的固化性树脂组合物中的高分散稳定性的表面改性纳米金刚石的表面存在作为聚合基团的(甲基)丙烯酰基的构成,适用于由本发明的固化性树脂组合物形成含有固化树脂和分散于其基质中的纳米金刚石粒子的纳米复合材料。由本发明的固化性树脂组合物形成的固化树脂部或固化树脂膜中,具有机械强度极高的金刚石微粒即纳米金刚石粒子分散于固化树脂基质中的构成,适用于在该固化树脂部或固化树脂膜中实现高透明度和高耐擦伤性。
如上所述,本发明的固化性树脂组合物适合于形成具有高透明度和高耐擦伤性的分散有纳米金刚石的固化树脂部。
优选如下:纳米金刚石粒子为通过爆轰法产生的纳米金刚石粒子(爆轰法纳米金刚石粒子)。爆轰法纳米金刚石粒子的一次粒子粒径为一位数纳米,该构成适宜用于实现由本发明固化性树脂组合物形成的固化树脂部的高透明度。
表面改性纳米金刚石的粒径D50(中值粒径)优选为50nm以下,更优选为30nm以下,进一步优选为20nm以下。该构成适用于实现由本发明固化性树脂组合物形成的固化树脂部的高透明度。
优选如下:表面改性的纳米金刚石中的硅烷偶联剂的有机链为丙烯酸丙酯和/或甲基丙烯酸丙酯。该构成适用于在本发明固化性树脂组合物形成的固化树脂部实现高透明度,同时实现高耐擦伤性。
优选如下:固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。更加优选:固化性树脂成分为选自季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯的低聚物、季戊四醇四丙烯酸酯的低聚物、以及季戊四醇三丙烯酸酯与季戊四醇四丙烯酸酯形成的低聚物中的至少一种。根据该构成,在本发明的固化性树脂组合物中,可以容易实现表面有机链中具有(甲基)丙烯酰基的表面改性纳米金刚石的分散稳定化。另外,根据本构成,本发明的固化性树脂组合物中的固化性树脂成分的聚合过程中,容易使表面改性的纳米金刚石的表面有机链中的(甲基)丙烯酰基与固化性树脂成分共聚。
本发明固化性树脂组合物所含有的固体成分(所含的固体成分)中固化性树脂成分的比例,就由本发明固化性树脂组合物形成的固化树脂部中根据其用途充分发挥固化树脂的特性的观点而言,优选30质量%以上,更优选40质量%以上,进一步优选55质量%以上,更进一步优选60质量%以上。就由本发明固化性树脂组合物形成的固化树脂部中根据其用途充分利用表面改性纳米金刚石的效果的观点而言,本发明固化性组合物所含有的固体成分中固化性树脂成分的比例,优选99.9质量%以下,更加优选99质量%以下,进一步优选95质量%以下。
优选如下:有机溶剂包括四氢呋喃。根据该构成,在本发明固化性树脂组合物中,易于实现表面改性纳米金刚石的分散稳定性。
本发明第一侧面的固化性树脂组合物,优选含有锆,并且,锆与表面改性的纳米金刚石的总含量中的锆的比例为0.01质量%以上。根据该构成,本发明的固化性树脂组合物中,易于实现表面改性纳米金刚石的分散稳定性。
本发明的第一侧面的固化性树脂组合物优选进一步含有中空二氧化硅粒子。本发明固化性树脂组合物中的中空二氧化硅粒子粒径优选1nm以上,且优选1000nm以下,更加优选500nm以下,进一步优选300nm以下。本发明的固化性树脂组合物的中空二氧化硅粒子的含有比例,优选为0.5质量%以上,更加优选为1质量%以上,进一步优选2质量%以上。另外,本发明的固化性树脂组合物的中空二氧化硅粒子的含有比例,优选90质量%以下,更加优选80质量%以下,更加优选60质量%以下。该构成除了在由本发明的固化性组合物形成的固化树脂部中实现高透明度和高耐擦伤性,还适用于实现良好的防反射性。
根据本发明的第二侧面提供一种光学部件。该光学部件在透光区域的至少一部分具有本发明第一侧面所述的固化性树脂组合物的固化物。本发明的光学部件,适用于实现具有高透明度和高耐擦伤性的固化树脂部或固化树脂膜的光学部件。本发明的光学部件例如具有含有基材和所述固化物的叠层结构部。该情况下,该叠层结构部的雾度优选2.0%以下,更加优选1.0%以下。本发明中,雾度是根据JISK7136而测定的值。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的固化性树脂组合物的放大示意图。
图2是图1所示的固化性树脂组合物中所含有的表面改性的纳米金刚石的制作方法的一个例子的步骤图。
图3是本发明的其他实施方式的光学部件的部分剖面图。
具体实施方式
图1是本发明的一个实施方式的作为固化性树脂组合物的树脂组合物X的放大示意图。树脂组合物X含有固化性树脂成分10、表面改性的纳米金刚石20、以及分散剂30。另外,树脂组合物X是用于例如通过涂布于指定基材上后进行干燥及固化而形成透光性的固化树脂膜或固化树脂部的材料。
树脂组合物X中所含有的固化性树脂成分10是用于形成由树脂组合物X所形成的固化树脂部或固化树脂膜的主材料的固化树脂。在本实施方式中,固化性树脂成分10是用于通过光照射或加热使聚合反应进行而形成固化型丙烯酸树脂的单体和/或低聚物。
作为固化性树脂成分10的单体、或用于构成固化性树脂成分10的低聚物的单体,可使用具有多个(甲基)丙烯酰基的多官能(甲基)丙烯酸酯。“(甲基)丙烯酰基”指丙烯酰基和/或甲基丙烯酰基。“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯。作为多官能(甲基)丙烯酸酯,可列举:二官能(甲基)丙烯酸酯、三官能(甲基)丙烯酸酯、以及四官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯。作为二官能(甲基)丙烯酸酯,可列举:二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、PO改性新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、EO改性双酚A二(甲基)丙烯酸酯、EO改性双酚F二(甲基)丙烯酸酯、EO改性三聚异氰酸二(甲基)丙烯酸酯、以及三环癸烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯。作为三官能(甲基)丙烯酸酯,可列举:季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷乙氧基三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、甘油丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、以及EO改性三聚异氰酸三(甲基)丙烯酸酯。作为四官能以上的多官能(甲基)丙烯酸酯,可列举:季戊四醇乙氧基四(甲基)丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、以及二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯。“EO改性”指具有聚(氧化乙烯)链的化合物。“PO改性”指具有聚(氧化丙烯)链的化合物。就作为固化性树脂成分10的单体、或用于形成作为固化性树脂成分10的低聚物的单体而言,可使用一种多官能(甲基)丙烯酸酯,也可使用二种以上的多官能(甲基)丙烯酸酯。在本实施方式中,从后述的表面改性的纳米金刚石20的树脂组合物X中的分散安定性以及所形成的固化树脂部中的分散性的观点而言,固化性树脂成分10优选选自季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯的低聚物、季戊四醇四丙烯酸酯的低聚物、以及季戊四醇三丙烯酸酯与季戊四醇四丙烯酸酯的低聚物中的至少一种。
固化性树脂成分10中,除了多官能(甲基)丙烯酸酯,还可以以单体的形态或低聚物中单体单元的形态含有具有一个(甲基)丙烯酰基的单官能(甲基)丙烯酸酯。作为单官能(甲基)丙烯酸酯,可列举:(甲基)丙烯酸β-羧基乙酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸癸酯、EO改性酚(甲基)丙烯酸酯、EO改性壬基酚(甲基)丙烯酸酯、以及EO改性(甲基)丙烯酸2-乙基己酯。用于形成固化性树脂成分10的单官能(甲基)丙烯酸酯可使用一种单官能(甲基)丙烯酸酯,也可使用两种以上单官能(甲基)丙烯酸酯。树脂组合物X中的固化性树脂成分10中以单体的形态或低聚物中的单体单元的形态存在的单官能(甲基)丙烯酸酯的比例,例如为50质量%以下,优选30质量%以下,更优选20质量%以下。
另外,固化性树脂成分10中,除了多官能(甲基)丙烯酸酯,还可以以单体的形态或低聚物中的单体单元的形态,含有氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯或聚酯(甲基)丙烯酸酯。
在树脂组合物X中所含的固体成分中,如上所述的固化性树脂成分10的比例优选30质量%以上,更优选40质量%以上,进一步优选55质量%以上,进一步更优选60质量%以上。另外,树脂组合物X中所含的固体成分中的固化性树脂成分10的比例优选99.9质量%以下,更优选99质量%以下,进一步优选95质量%以下。
由树脂组合物X形成固化树脂部或固化树脂膜时,采用由于照射光而使固化性树脂成分10发生聚合反应的构成时,树脂组合物X含有光聚合引发剂。作为光聚合引发剂,可列举:苯偶姻醚类光聚合引发剂、苯乙酮类光聚合引发剂、α-酮醇类光聚合引发剂、芳香族磺酰基氯类光聚合引发剂、光活性肟类光聚合引发剂、苯偶姻类光聚合引发剂、苯偶酰类光聚合引发剂、二苯甲酮类光聚合引发剂、缩酮类光聚合引发剂、以及噻吨酮类光聚合引发剂。作为苯偶姻醚类光聚合引发剂,可列举:苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻丙基醚、苯偶姻异丙基醚、苯偶姻异丁基醚、以及2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮。作为苯乙酮类光聚合引发剂,可列举:2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、1-羟基环己基苯基酮、4-苯氧基二氯苯乙酮、以及4-(叔丁基)二氯苯乙酮。作为α-酮醇类光聚合引发剂,可列举:2-甲基-2-羟基苯丙酮、以及1-[4-(2-羟基乙基)苯基]-2-甲基丙烷-1-酮。作为芳香族磺酰基氯类光聚合引发剂,可列举:2-萘磺酰基氯。作为光活性肟光聚合引发剂,可列举1-苯基-1,1-丙二酮-2-(邻乙氧基羰基)-肟。作为苯偶姻类光聚合引发剂,可列举苯偶姻。作为苯偶酰类光聚合引发剂可列举苯偶酰。作为二苯甲酮类光聚合引发剂,可列举:二苯甲酮、苯甲酰苯甲酸、3,3'-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、以及聚乙烯基二苯甲酮。作为缩酮类光聚合引发剂,可列举苄基二甲基缩酮。作为噻吨酮类光聚合引发剂,可列举:噻吨酮、2-氯噻吨酮、2-甲基噻吨酮、2,4-二甲基噻吨酮、异丙基噻吨酮、2,4-二异丙基噻吨酮、以及十二烷基噻吨酮。相对于固化性树脂成分10总量(100质量份),树脂组合物X中的光聚合引发剂的含量为例如0.1~10质量份。
由树脂组合物X形成固化树脂部或固化树脂膜时,采用通过加热而使固化性树脂成分10发生聚合反应的构成时,树脂组合物X含有热聚合引发剂。作为热聚合引发剂,可列举:偶氮类聚合引发剂、过氧化物类聚合引发剂、以及氧化还原类聚合引发剂。作为偶氮聚合引发剂,可列举:2,2'-偶氮双异丁腈、2,2'-偶氮双-2-甲基丁腈、2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸)二甲酯、以及4,4'-偶氮双-4-氰基戊酸。作为过氧化物类聚合引发剂,可列举:二苯甲酰基过氧化物、以及过马来酸叔丁酯。相对于固化性树脂成分10总量(100质量份),树脂组合物X中的热聚合引发剂的含量例如为0.1~10质量份。
树脂组合物X中所含有的表面改性的纳米金刚石20包含:作为纳米金刚石微粒的ND粒子21、以及与其键合的硅烷偶联剂22。
表面改性的纳米金刚石20中的ND粒子21可为纳米金刚石的一次粒子,也可为纳米金刚石的二次粒子。ND粒子21为小于二次粒子的一次粒子的技术方案,适用于在树脂组合物X所形成的固化树脂部或固化树脂膜实现高透明性。ND粒子21优选如后述的通过爆轰法生成的纳米金刚石粒子(爆轰法纳米金刚石粒子)。爆轰法纳米金刚石粒子的一次粒子粒径为个位数纳米,该技术方案适用于在树脂组合物X所形成的固化树脂部实现高透明性。ND粒子21的粒径D50(中值粒径)例如为1~100nm。该粒径D50的上限优选40nm,更优选20nm,进一步优选10nm。ND粒子21的粒径D50越小,越适于使由树脂组合物X所形成的固化树脂部或固化树脂膜实现高透明性。微粒的粒径D50是通过动态光散射法所测定的值。
表面改性的纳米金刚石20中的硅烷偶联剂22键合于ND粒子21。硅烷偶联剂是指在其与无机材料之间产生化学键,且兼具含硅反应性基团、以及键合于该硅的有机链的有机硅化合物,硅烷偶联剂22以其反应性基团在其与ND粒子21的表面之间产生共价键而键合于ND粒子21。作为构成键合于ND粒子21的硅烷偶联剂22的硅烷偶联剂的反应性基团,可列举:硅烷醇基(-SOH)、以及可产生硅烷醇基的水解性基团。作为该水解性基团,可列举:键合于硅的甲氧基、乙氧基等烷氧基甲硅烷基,键合于硅的氯、溴等卤代甲硅烷基,以及键合于硅的乙酰氧基。这些水解性基团通过水解反应可产生硅烷醇基。通过在该硅烷偶联剂的硅烷醇基与ND粒子21表面的例如羟基之间的脱水缩合反应,可在该硅烷偶联剂与ND粒子21表面之间产生化学键。
表面改性的纳米金刚石20中的硅烷偶联剂22在其有机链中含有(甲基)丙烯酰基。(甲基)丙烯酰基指丙烯酰基和/或甲基丙烯酰基。作为硅烷偶联剂22中的含有(甲基)丙烯酰基的有机链,优选可列举丙烯酸丙酯及甲基丙烯酸丙酯。若依据该构成,在树脂组合物X中,容易实现表面有机链中具有(甲基)丙烯酰基的表面改性的纳米金刚石20的分散安定化。另外,若依据该构成,在树脂组合物X中的上述固化性树脂成分10进行聚合的过程中,容易使表面改性的纳米金刚石20的表面有机链中的(甲基)丙烯酰基与固化性树脂成分10共聚。用于构成该硅烷偶合剂22的硅烷偶联剂,可列举:丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸3-(甲基二甲氧基甲硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸3-(甲基二乙氧基甲硅烷基)丙酯、以及甲基丙烯酸3-(三乙氧基甲硅烷基)丙酯。
如上所述含有ND粒子21及硅烷偶联剂22而成的表面改性的纳米金刚石20的粒径D50(中值粒径)为例如10~120nm。该粒径D50的上限优选50nm,更优选30nm,进一步优选20nm。表面改性的纳米金刚石20的粒径D50越小,越适合使由树脂组合物X所形成的固化树脂部或固化树脂膜实现高透明性。
另外,树脂组合物X中的表面改性的纳米金刚石20的含有比例为例如0.01~60质量%。从由树脂组合物X所形成的固化树脂部的例如透明性与折射率的平衡的观点而言,树脂组合物X中的表面改性的纳米金刚石20的含有比例优选0.1质量%以上,更优选1质量%以上。另外,从由树脂组合物X所形成的固化树脂部中的例如透明性与折射率的平衡的观点而言,树脂组合物X所含的固体成分中的表面改性的纳米金刚石20的比例为例如0.05~70质量%。
分散剂30是用于使固化性树脂成分10及表面改性的纳米金刚石20适当分散于树脂组合物X中的介质。分散剂30是含有50质量%以上的有机溶剂的有机类分散剂。作为该有机溶剂,可列举:四氢呋喃、丙酮、甲乙酮、1-甲氧基丙醇、甲基异丁基酮、异丙醇、以及2-丁醇。作为分散剂30可使用一种有机溶剂,也可使用两种以上有机溶剂。分散剂30优选包含四氢呋喃。若依据该构成,在树脂组合物X中,容易实现表面改性的纳米金刚石20的分散安定化。
树脂组合物X可进一步含有中空二氧化硅粒子。该构成适合在由树脂组合物X所形成的固化树脂部中表现防反射性。该中空二氧化硅粒子的粒径优选1~1000nm,更优选1~500nm,更优选1~300nm。另外,树脂组合物X含有中空二氧化硅粒子时,其含有比例的下限优选0.5质量%,更优选1质量%,进一步优选2质量%,该含有比例的上限优选90质量%,更优选80质量%,进一步优选60质量%。
树脂组合物X除了以上成分以外,也可含有其他成分。作为其他成分,可列举:消泡剂、流平剂、氟类防污添加剂、以及聚硅氧烷类防污添加剂。树脂组合物X含有氟类防污添加剂时,在由树脂组合物X所形成的固化树脂部中有显现滑爽性的倾向。固化树脂部中滑爽性的显现有助于实现高耐擦伤性。作为该氟类防污添加剂的市售品,可列举:大金工业株式会社制造的“Optool”、信越化学工业株式会社制造的“KY-1200”系列、DIC株式会社制造的“Megafac”、以及关东电化工业株式会社制造的“Fclear”。
图2是树脂组合物X中所含有的表面改性的纳米金刚石20的制作方法的一个例子的步骤图。本方法包含生成步骤S1、精制步骤S2、pH调整步骤S3、干燥步骤S4及改性步骤S5。
在生成步骤S1中,进行爆轰法而生成纳米金刚石。首先,将在成形的炸药中安装电雷管,设置于爆轰用耐压性容器内部,以在容器内形成大气成分的常压气体与使用的炸药共存的状态,封闭容器。容器例如为铁制,容器的容积例如为0.5~40m3。炸药可使用三硝基甲苯(TNT)与环三亚甲基三硝基胺(也即黑索金(RDX))的混合物。TNT与RDX的质量比(TNT/RDX)例如在40/60~60/40的范围内。炸药的使用量例如为0.05~2.0kg。
在生成步骤S1中,使电雷管引爆,在容器内使炸药发生爆轰。爆轰是指伴随化学反应的爆炸中、反应所产生的火焰面以超音速的高速移动的爆炸。发生爆轰时,将使用的炸药发生部分不完全燃烧而呈游离状态的碳作为原料,在爆轰产生的冲击波的压力与能量的作用下而生成纳米金刚石。就纳米金刚石而言:利用爆轰法得到的产物,首先,通过邻接的一次粒子或微晶之间非常强的相互作用、即范德华力的作用与结晶面间库伦相互作用产生的叠加作用,使一次粒子彼此聚集,构成凝集体。
在生成步骤S1中,然后通过在室温下放置例如24小时,使容器及其内部降温。放置冷却之后,进行作业,将附着于容器内壁的纳米金刚石粗产物(包含如上述方式制备的纳米金刚石粒子的凝集体及烟灰)以刮铲进行刮除,回收纳米金刚石粗产物。通过如以上爆轰法,可得到纳米金刚石粒子的粗产物。另外,通过进行必要次数的如以上的生成步骤S1,可取得所期望量的纳米金刚石粗产物。
在本实施方式中,精制步骤S2包含使强酸与作为原料的纳米金刚石粗产物在例如水溶剂中进行作用的酸处理。以爆轰法所得的纳米金刚石粗产物中容易含有金属氧化物,该金属氧化物来自爆轰法所使用的容器等的Fe、Co、Ni等的氧化物。通过例如在水溶剂中与指定的强酸发生作用,可从纳米金刚石粗产物将金属氧化物溶解/除去(酸处理)。用于该酸处理的强酸优选无机酸,可列举:盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸以及王水。在酸处理中,可使用一种强酸,也可使用两种以上强酸。在酸处理使用的强酸的浓度例如为1~50质量%。酸处理温度例如为70~150℃。酸处理时间例如为0.1~24小时。另外,酸处理可在减压下、常压下或加压下进行。通过该酸处理后,例如通过倾析法(decantation)来进行固体成分(包含纳米金刚石凝集体)的水洗。优选反复进行利用倾析法对该固体成分进行水洗直到使沉淀液的pH为例如2~3为止。
在本实施方式中,精制步骤S2包含氧化处理,其用于使用氧化剂而从纳米金刚石粗产物(精制结束前的纳米金刚石凝集体)除去石墨。以爆轰法得到的纳米金刚石粗产物中包含石墨,该石墨源自于使用的炸药发生部分性不完全燃烧而游离的碳中未形成纳米金刚石结晶的碳。例如经过上述酸处理之后在例如水溶剂中与指定的氧化剂作用,由此可从纳米金刚石粗产物除去石墨(氧化处理)。作为用于该氧化处理的氧化剂,可列举:铬酸、铬酸酐、二铬酸、高锰酸、高氯酸、以及它们的盐。氧化处理中,可使用一种氧化剂,也可使用二种以上氧化剂。在氧化处理所使用的氧化剂的浓度例如为3~50质量%。相对于供应至氧化处理的纳米金刚石粗产物100质量份,氧化处理中的氧化剂的使用量为例如300~500质量份。氧化处理温度为例如100~200℃。氧化处理时间例如为1~24小时。氧化处理可在减压下、常压下或加压下进行。另外,就提高石墨除去效率的观点而言,优选氧化处理在无机酸的共存下进行。作为无机酸,可列举:盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、以及王水。在氧化处理使用无机酸时,无机酸的浓度例如为5~80质量%。该氧化处理后,例如通过倾析法或离心沉降法来进行固体成分(包含纳米金刚石凝集体)的水洗。水洗起初时的上清液有着色,优选反复进行该固体成分的水洗直到使上清液在目视时变成透明为止。通过反复水洗,将作为杂质的电解质(NaCl等)降低或除去。电解质浓度低时,适合使通过本方法而得到的纳米金刚石粒子实现高分散性及高分散安定性。
经过该氧化处理后,可以用碱溶液处理纳米金刚石。通过该碱处理,可将纳米金刚石表面的酸性官能基(例如羧基)转换成盐(例如羧酸盐)。所使用的碱溶液,可列举氢氧化钠水溶液。该碱处理中,碱溶液浓度例如为1~50重量%,处理温度为例如70~150℃,处理时间为例如0.1~24小时。另外,经过该碱处理后,可以酸溶液处理纳米金刚石。通过经过该酸处理,可使纳米金刚石表面的酸性官能基的盐再返回游离的酸性官能基。所使用的酸溶液可列举盐酸。该酸处理可在室温下进行,也可在加热下进行。对于经过氧化处理后的碱处理或之后的酸处理后的纳米金刚石,可通过例如倾析法或离心沉降法来进行固体成分(包含纳米金刚石凝集体)的水洗。
在本方法中,然后进行pH调整步骤S3。pH调整步骤S3是用于在以下干燥步骤S4前将含有经过上述精制步骤S2的纳米金刚石凝集体的溶液的pH调整至指定的pH的步骤。在本步骤中,例如在经过精制步骤S2而取得的沉淀液(包含纳米金刚石凝集体)中加入超纯水而获得悬浊液之后,在该悬浊液中加入酸或碱。碱可使用例如氢氧化钠。在本步骤中,该悬浊液的pH优选调整至8~12,更优选9~11。
在本方法中,然后进行干燥步骤S4。在本步骤中,例如使用蒸发器而使液体成分从经过pH调整步骤S3而得到的上述溶液蒸发后,将由此所产生的残留固体成分在干燥用烘箱内加热干燥使其干燥。加热干燥温度例如为40~150℃。通过经过如此的干燥步骤S4,可得到纳米金刚石凝集体的粉末。
在本方法中,进行改性步骤S5。改性步骤S5是例如对于以上方式而得的纳米金刚石凝集体中所含的纳米金刚石粒子,通过使其与指定的硅烷偶联剂键合而进行表面改性的用的步骤。在改性步骤S5中,首先,例如将含有依上述方式而得到的干燥纳米金刚石(纳米金刚石凝集体)、硅烷偶联剂、以及溶剂的混合溶液在反应容器内加以搅拌。然后,对于反应容器内的混合溶液,添加作为破碎介质的氧化锆珠粒。氧化锆珠粒的直径例如为15~500μm。然后,使用具备可振荡超声波的振子的超声波产生装置,对该溶液中的纳米金刚石进行改性处理。具体而言,将超声波产生装置的振子的前端插入于反应容器内而浸渍于所述溶液中,使该振子产生超声波。本改性处理优选一边对供应至处理的溶液进行例如冰水冷却一边进行。本改性处理的处理时间例如为4~10小时。用于本处理的溶液中,纳米金刚石的含有比例例如为0.5~5质量%,硅烷偶联剂的浓度例如为5~40质量%。作为溶剂,可列举:四氢呋喃、丙酮、甲乙酮、1-甲氧基丙醇、甲基异丁基酮、异丙醇、或2-丁醇。另外,溶液中的纳米金刚石与硅烷偶联剂的比例(质量比)例如为2:1~1:10。本改性处理中,在受到超声波照射的溶液内基于声波效应而产生空洞现象,通过空洞现象中的微小气泡崩坏时产生的喷射喷流而使溶液内的氧化锆珠获得极大的动能。并且,该氧化锆珠对同一溶液内的纳米金刚石凝集体赋予冲击能量,由此,从纳米金刚石凝集体破碎(崩解)出纳米金刚石粒子,硅烷偶联剂作用于解离状态的纳米金刚石粒子而键合。该键合经过例如硅烷偶联剂侧的硅烷醇基与纳米金刚石粒子侧的表面羟基之间的脱水缩合反应而产生的共价键。硅烷偶联剂具有水解性基时,可以利用该反应所含的微量水分,由该水解性基产生硅烷醇基。通过如以上的改性步骤S5,可制作包含ND粒子21及与其键合的硅烷偶联剂22的表面改性的纳米金刚石20。在经过本步骤的溶液中存在有未反应纳米金刚石凝集体时,静置该溶液后,通过采集其上清液,可得到未反应纳米金刚石凝集体的含量降低的表面改性的纳米金刚石分散液。另外,对于表面改性的纳米金刚石分散液,也可进行将改性步骤S5所使用的上述溶剂换成其他溶剂的溶剂更换操作。
树脂组合物X可使用例如以上述方式制作的表面改性的纳米金刚石20来制造。具体而言,也可将例如以上述方式所得的表面改性的纳米金刚石分散液(含有表面改性的纳米金刚石20)、另外准备的固化性树脂成分10、分散剂30、以及按需要而添加的聚合引发剂等其他成分加以混合。
如以上方式,可制造至少含有固化性树脂成分10、表面改性的纳米金刚石20、以及分散剂30的树脂组合物X。然后,可由该树脂组合物X形成固化树脂部或固化树脂膜。在形成固化树脂部时,例如将树脂组合物X涂布于基材上,通过加热等而使分散剂30从基材上的树脂组合物X蒸散等,然后通过照射光、加热等而使基材上的树脂组合物X固化。
树脂组合物X中,表面改性的纳米金刚石20具有硅烷偶联剂22作为如上述通过共价键键合于ND粒子21的表面改性的要素,所述硅烷偶联剂22具有含(甲基)丙烯酰基的有机链。硅烷偶联剂22中的含(甲基)丙烯酰基的有机链位于表面改性的纳米金刚石20与其周围的界面侧的位置。进行了该实施方式的表面改性的ND粒子21相比不进行表面改性的纳米金刚石粒子,对于有机材料的亲和性更高。因此,表面改性的纳米金刚石20也适用于实现含有固化性树脂成分10及有机溶剂的树脂组合物X中的高分散安定性。
此外,在位于表面改性的纳米金刚石20与其周围的界面的有机链中存在有作为聚合性基的(甲基)丙烯酰基。树脂组合物X中的固化性树脂成分10聚合的过程中,表面改性的纳米金刚石20的(甲基)丙烯酰基可与固化性树脂成分10共聚,所形成的固化树脂部或固化树脂膜中,表面改性的纳米金刚石20或ND粒子21被导入至固化树脂的基质。如上所述,适用于实现树脂组合物X中的高分散安定性的表面改性的纳米金刚石20适用于使ND粒子21分散并导入于固化树脂基质。即,在适用于实现树脂组合物X中的高分散安定性的表面改性的纳米金刚石20的表面存在有作为聚合性基团的(甲基)丙烯酰基的方案,适用于由树脂组合物X形成含有固化树脂及分散于其基质中的ND粒子21的纳米复合材料。由树脂组合物X所形成的固化树脂部或固化树脂膜中,机械强度极大的金刚石微粒即ND粒子21分散于固化树脂基质中的方案,适用于在该固化树脂部或固化树脂膜中实现高透明性以及高耐擦伤性。
如上所述,树脂组合物X适于形成具有高透明性且具有高耐擦伤性的纳米金刚石分散固化树脂部。另外,树脂组合物X优选含有锆,并且所述锆在锆与表面改性的纳米金刚石20的总含量中的比例为0.01质量%以上。若依据该构成,容易实现在树脂组合物X中表面改性的纳米金刚石20的分散安定化。
图3是本发明的其他实施方式的光学部件Y的部分剖面图。光学部件Y具备透明基材40、以及作为纳米金刚石分散固化树脂膜的固化树脂膜X'。光学部件Y液晶显示器、有机电致发光显示器、以及等离子体显示器等的平面显示器用的透明基板、透镜、以及触控用透明面板等透光的光学部件。
透明基材40是构成光学部件Y的主要结构元件的透明部件,且包含透光区域。该透明基材40例如由树脂材料或玻璃材料所构成。作为透明基材40用的树脂材料,可列举:纤维素乙酸酯膜、聚酯膜、聚碳酸酯膜、以及聚降冰片烯膜。作为纤维素乙酸酯膜,可列举:三乙酰基纤维素膜、二乙酰基纤维素膜、纤维素乙酸酯丙酸酯膜、以及纤维素乙酸酯丁酸酯膜。作为聚酯膜,可列举:聚对苯二甲酸乙二醇酯膜及聚萘二甲酸乙二醇酯膜。就实现光学部件Y中充分的透光性的观点而言,透明基材40的雾度优选2.0%以下,更优选1.0%以下。本实施方式中,雾度是依据JIS K 7136而测定的值。另外,从实现光学部件Y中充分的透光性的观点而言,透明基材40的厚度优选400μm以下,更优选200μm以下。
固化树脂膜X'由上述树脂组合物X所形成(省略内部结构的图示),且设成覆盖透明基材40的透光区域的至少一部分。即,光学部件Y在透光区域的至少一部分具有由树脂组合物X所形成的部位。固化树脂膜X'的厚度例如为0.01~100μm。如上述,由适用于形成具有高透明性且具有高耐擦伤性的由固化树脂部的树脂组合物X所形成的固化树脂膜X',可发挥作为多层硬涂层的最表层或硬涂层的功能。另外,依照透明基材40的例如折射率而设定固化树脂膜X'的例如折射率和/或厚度,由此,固化树脂膜X'可发挥作为折射率调整膜(Index matching Film)或防反射膜的功能。固化树脂膜X'构成上述的透明基材40以及硬涂层时,从实现充分的透光性及良好的弯折性的观点,光学部件Y的厚度优选50μm以下,更优选20μm以下。
光学部件Y的含有上述透明基材40及固化树脂膜X'的叠层结构部的雾度,就实现光学部件Y中充分透光性的观点而言,优选2.0%以下,更优选1.0%以下。
该光学部件Y可通过将上述树脂组合物X涂布于透明基材40上并膜化之后使其干燥及固化而制造。作为涂布手段,可列举:棒式涂布器、喷涂涂布器、旋转涂布器、浸渍涂布器、模头涂布器、缺角轮涂布器、以及凹版涂布器。
光学部件Y具有固化树脂膜X',该固化树脂膜X'由适用于形成具有高透明性且具有高耐擦伤性的固化树脂部或固化树脂膜的树脂组合物X所形成。因此,光学部件Y适用于实现具备具有高透明性且具有高耐擦伤性的固化树脂部或固化树脂膜的光学部件。
实施例
[ND分散液S1的制作]
经过如以下的生成步骤、精制步骤、pH调整步骤、干燥步骤、以及改性步骤,制作表面改性的纳米金刚石分散液或表面改性的纳米金刚石。
在生成步骤中,首先将成形的炸药上安装有电雷管的装置设置于爆炸用耐压性容器的内部,在容器内以大气成分的常压气体与使用炸药共存的状态下,封闭容器。容器为铁制,容器的容积为15m3。作为炸药使用三硝基甲苯(TNT)与环三亚甲基三硝基胺(也即黑索金(Hexogen)(RDX))的混合物0.50kg。该炸药中的TNT与RDX的质量比(TNT/RDX)为50/50。然后,引爆电雷管,在容器内使炸药爆炸。然后,通过在室温放置24小时,使容器及其内部降温。该放置冷却之后,进行作业,将附着于容器内壁的纳米金刚石粗产物(包含以上述爆轰法所生成的纳米金刚石粒子的凝集体及烟灰)以刮铲进行刮除,回收纳米金刚石粗产物。纳米金刚石粗产物的回收量为0.025kg。
对于通过进行多次如上述的生成步骤而取得的纳米金刚石粗产物,然后进行精制步骤的酸处理。具体而言,对向该纳米金刚石粗产物200g中加入6L的10质量%盐酸而得的浆料,在常压条件的回流下进行1小时的加热处理。该酸处理中的加热温度为85~100℃。然后,冷却后,通过倾析法,进行固体成分(包含纳米金刚石凝集体与烟灰)的水洗。反复进行利用倾析法对该固体成分的水洗直到使沉淀液的pH从低pH侧达到2为止。
然后,进行精制步骤的氧化处理。具体而言,首先,在倾析法后的沉淀液中加入5L的60质量%硫酸水溶液及2L的60质量%铬酸水溶液而制成浆料之后,对于该浆料,在常压条件的回流下进行5小时的加热处理。该氧化处理中的加热温度为120~140℃。然后,冷却后,通过倾析法,进行固体成分(包含纳米金刚石凝集体)的水洗。刚刚水洗时的上清液有着色,反复进行利用倾析法对该固体成分进行水洗直到使上清液在目视时变成透明为止。然后,对于通过该反复过程的最后的倾析法而得的沉淀液,加入10质量%氢氧化钠水溶液1L,然后,在常压条件的回流下进行1小时的加热处理。该处理中的加热温度为70~150℃。然后,冷却后,通过倾析法获得沉淀液,对于该沉淀液加入20质量%盐酸,由此调整pH至2.5。此后,对于该沉淀液中的固体成分,以离心沉降法进行水洗。
然后,进行pH调整步骤。具体而言,在以离心沉降法而经过上述水洗而取得的沉淀物中加入超纯水而制备固体成分浓度8质量%的悬浊液后,通过添加氢氧化钠,将该悬浊液的pH调整至10。如此方式,得到pH经调整的浆料。
然后,进行干燥步骤。具体而言,使用蒸发器而使液体成分从在pH调整步骤所得的纳米金刚石水分散液蒸发之后,将由此所产生的残留固体成分通过在干燥用烘箱内的加热干燥而进行干燥。加热干燥温度设为120℃。
然后,进行改性步骤。具体而言,首先,在50ml试样瓶中量取经过上述干燥步骤而得的纳米金刚石粉末0.15g,在150℃对该纳米金刚石粉末施加预备干燥1小时。然后,将混合有该纳米金刚石粉末、作为溶剂的四氢呋喃(THF)14g、作为硅烷偶联剂的丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(东京化成工业株式会社制造)1g而成的溶液搅拌10分钟。然后,对于该溶液,添加氧化锆珠(商品名“DZBΦ30”,典型粒径为20~40μm,大研化学工业株式会社制造)34g。然后,使用作为超声波发生装置的均质机(商品名“超声波分散机UH-600S”,SMT株式会社制造),对所述混合溶液施加改性处理。具体而言,将超声波发生装置的振子的前端插入至反应容器内而以浸渍于所述溶液的状态从该振子产生超声波,将反应容器以冰水冷却,同时对该反应容器内的所述混合溶液施加8小时的超声波处理或改性处理。本处理中,起初为灰浊色的溶液,逐渐变成黑色并增加了透明性。认为这是因为:从纳米金刚石凝集体依次破碎(碎解)出纳米金刚石粒子,硅烷偶联剂作用于解离状态的纳米金刚石粒子并键合,经过表面改性的纳米金刚石粒子在THF溶剂中分散安定化。如下述通过动态光散射法测定8小时的改性处理后的表面改性的纳米金刚石的粒径D50(中值粒径),结果为15nm。如以上方式,制作表面改性的纳米金刚石分散液(ND分散液S1)或表面改性的纳米金刚石。
将如以上方式得到的ND分散液S1静置一整天后,采集上清液。然后,对于甲苯16ml与己烷4ml的混合溶剂滴入该上清液。上清液的总滴入量为10ml。通过滴下,原本为黑色透明的上清液在混合溶剂中变化成灰浊色。对该滴入后的混合溶剂施加使用离心分离机的离心分离处理,由此回收沉降的固体成分(表面改性的纳米金刚石粒子)。该离心分离处理中,离心力为20000×g,离心时间为10分钟。对于回收的固体成分,进行干燥后通过后述的ICP发光分光分析法测定Zr含量,结果为7.1质量%。
[ND分散液S2的制作]
除了将在改性步骤中使用的硅烷偶联剂设为甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(东京化成工业株式会社制造)1g以取代丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯以外,经过与ND分散液S1的制作有关的上述同样的一系列步骤(生成步骤、精制步骤、pH调整步骤、干燥步骤、改性步骤),制作其他的表面改性的纳米金刚石分散液(ND分散液S2)或表面改性的纳米金刚石。对于该表面改性的纳米金刚石,如以下通过动态光散射法测定8小时的改性处理后的粒径D50(中值粒径),结果为19nm。另外,对于ND分散液S2中的表面改性的纳米金刚石,以与ND分散液S1中的表面改性的纳米金刚石同样做法测定Zr含量,结果为7.5质量%。
[ND分散液S3的制作]
在改性步骤中不使用氧化锆珠,除此以外,其余经过与ND分散液S1的制作有关的上述同样的一系列步骤(生成步骤、精制步骤、pH调整步骤、干燥步骤、改性步骤),制作其他的纳米金刚石分散液(ND分散液S3)。在改性步骤中,被供给于超声波处理的混合溶液(含有纳米金刚石凝集体及硅烷偶联剂)即使经过8小时的超声波处理,仍然保持原本的灰浊色,在该混合溶液中存在沉降物。因此认为,在ND分散液S3中所含有的纳米金刚石中未键合硅烷偶联剂。对于所述沉降物,干燥后通过以下ICP发光分光分析法测定Zr含量,结果为小于0.01质量%。
[硬涂层PET膜的制作]
如下方式,制作在表面具有硬涂层的PET膜。具体而言,首先将氨基甲酸酯丙烯酸酯(商品名“KRM8200”,Daciel-Allnex株式会社制造)30质量份、甲乙酮70质量份、光聚合引发剂(商品名“Irgacure 184(Irgacure 184)”,BASF制)2质量份加入遮光瓶并进行混合,制备硬涂层形成用涂料。然后,在厚度75μm的易粘合PET膜(商品名“A-4300”,东洋纺株式会社制造)上,使用线棒流延该硬涂层形成用涂料而形成涂膜,然后,在80℃下使用干燥机干燥该涂膜1分钟(干燥后涂膜的厚度为5μm)。然后,使用紫外线照射装置(商品名“ECS-4011GX”,光源为高压水银灯,Eyegraphics株式会社制造),在氮环境下,对PET膜上的涂膜照射紫外线。在该紫外线照射中,光源输出设为4kW,输送照射对象物的输送带的输送速度设为4m/分钟。如以上方式,制作硬涂层PET膜。
[实施例1]
将上述的ND分散液S1静置一昼夜后采集的上清液滴入于甲苯16ml与己烷4ml的混合溶剂中(总滴入量10ml),将滴入后的混合溶剂供应至离心分离处理(离心力20000×g,离心时间10分钟)而将沉降的固体成分(表面改性的纳米金刚石粒子)回收。在该方式所回收的固体成分中加入四氢呋喃(THF)而制备表面改性的纳米金刚石的THF溶液(固体成分浓度3质量%),有关该溶液,使用超声波处理装置(商品名“ASU-10”,AS-1株式会社制造)进行10分钟的超声波处理。对于该超声波处理后的THF溶液中的表面改性的纳米金刚石,如以下通过动态光散射法测定粒径D50(中值粒径),结果为17nm。另一方面,将该超声波处理后的THF溶液(含有源自ND分散液S1的表面改性的纳米金刚石,固体成分浓度为3质量%)、防反射涂料(商品名“ELCOM P-5062”,含有中空二氧化硅微粒,固体成分浓度3质量%,日挥触媒化成株式会社制造)以相对于防反射涂料固体成分100质量份,THF溶液的固体成分为2质量份的含量比投入于遮光瓶中,使用振荡器进行1小时的混合。通过该方式,制备源自ND分散液S1的表面改性的纳米金刚石的分散的防反射涂料(表面改性的纳米金刚石浓度约为0.06质量%)。然后,在上述的硬涂层PET膜的硬涂层上,使用线棒流延该防反射涂料而形成涂膜后,在80℃使用干燥机使该涂膜干燥1分钟(干燥后的涂膜的厚度为100nm)。然后,使用紫外线照射装置(商品名“ECS-4011GX”,光源为高压水银灯,Eyegraphics株式会社制造),在氮环境下,对硬涂层PET膜上的所述涂膜照射紫外线。该紫外线照射中,光源输出设为4kW,输送照射对象物的输送带的输送速度设为2m/分钟。如以上方式,制作实施例1的带有防反射层的硬涂层PET膜。
[实施例2]
对于防反射涂料(商品名“ELCOM P-5062”,日挥触媒化成株式会社制造)与THF溶液(含有源自ND分散液S1的表面改性的纳米金刚石,固体成分浓度为3质量%)的含量比,相对防反射涂料的固体成分100质量份,将THF溶液的固体成分设为5质量份以取代2质量份,除此以外,以与实施例1同样做法,制备防反射涂料(表面改性的纳米金刚石浓度为约0.15质量%),且除了使用该防反射涂料以外,其余与实施例1同样方式,制作实施例2的带有防反射层支硬涂层PET膜。
[实施例3]
将上述ND分散液S2静置一昼夜后采取的上清液滴入于甲苯16ml与己烷4ml的混合溶剂中(总滴入量10ml),将滴入后的混合溶剂供应至离心分离处理(离心力20000×g,离心时间10分钟)而将沉降的固体成分(表面改性的纳米金刚石粒子)回收。在通过该方式所回收的固体成分中加入四氢呋喃(THF)而制备表面改性的纳米金刚石的THF溶液(固体成分浓度3质量%),对于该溶液,使用超声波处理装置(商品名“ASU-10”,AS-1株式会社制造)进行10分钟的超声波处理。将该超声波处理后的THF溶液(含有源自ND分散液S2的表面改性的纳米金刚石,固体成分浓度为3质量%)、防反射涂料(商品名“ELCOM P-5062”,含有中空二氧化硅微粒,固体成分浓度3质量%,日挥触媒化成株式会社制造)以相对于防反射涂料的固体成分100质量份,使THF溶液的固体成分成为5质量份的含量比投入于遮光瓶中,使用振荡器进行1小时的混合。通过该方式,制备源自ND分散液S2的表面改性的纳米金刚石的分散的防反射涂料(表面改性的纳米金刚石浓度约为0.15质量%)。然后,在上述硬涂层PET膜的硬涂层上,使用线棒流延该防反射涂料而形成涂膜后,在80℃使用干燥机使该涂膜干燥1分钟(干燥后的涂膜的厚度为100nm)。然后,使用紫外线照射装置(商品名“ECS-4011GX”,光源为高压水银灯,Eyegraphics株式会社制造),在氮环境下,对硬涂层PET膜上的所述涂膜照射紫外线。该紫外线照射中,光源输出设为4kW,输送照射对象物的输送带的输送速度设为2m/分钟。如以上方式,制作实施例3的带有防反射层的硬涂层PET膜。
[比较例1]
除了使用防反射涂料(商品名“ELCOM P-5062”,含有中空二氧化硅微粒,固体成分浓度3质量%,日挥触媒化成株式会社制造)以取代含有表面改性纳米金刚石的防反射涂料以外,其余与实施例1~3同样做法,制作比较例1的带有防反射层的硬涂层PET膜。
[比较例2]
使用上述的ND分散液S3以取代ND分散液S2,除此以外,其余与实施例3同样做法,制备防反射涂料(源自ND分散液S3的纳米金刚石的浓度约为0.06质量%),且除了使用该防反射涂料以外,其余与实施例3同样做法,制作比较例2的带有防反射层的硬涂层PET膜。
[实施例4]
将上述的ND分散液S1静置一昼夜后采取的上清液滴入于甲苯16ml与己烷4ml的混合溶剂中(总滴入量10ml),将滴入后的混合溶剂供应至离心分离处理(离心力20000×g,离心时间10分钟)而将沉降的固体成分(表面改性的纳米金刚石粒子)回收。在通过该方式所回收的固体成分中加入四氢呋喃(THF)而制备表面改性的纳米金刚石的THF溶液(固体成分浓度3质量%),对该溶液,使用超声波处理装置(商品名“ASU-10”,AS-1株式会社制造)进行10分钟的超声波处理。将该超声波处理后的THF溶液(含有源自ND分散液S1的表面改性的纳米金刚石,固体成分浓度为3质量%)、以及季戊四醇三丙烯酸酯与季戊四醇四丙烯酸酯的多官能丙烯酸酯混合物(商品名“PET IA”,酸值10,羟值100,Daciel-Allnex株式会社制造),以相对于多官能丙烯酸酯混合物60质量份,使THF溶液的固体成分成为40质量份的含量比投入于遮光瓶,且进一步将相对于这些总量100质量份为2质量份的光聚合引发剂(商品名“Irgacure184”,BASF制)投入于遮光瓶中,使用振荡器进行1小时的混合。如此方式,制备源自ND分散液S1的表面改性的纳米金刚石的分散的折射率调整膜形成用涂料。然后,在上述的硬涂层PET膜的硬涂层上,使用线棒流延该折射率调整膜形成用涂料而形成涂膜后,在80℃下使用干燥机使该涂膜干燥1分钟(干燥后的涂膜的厚度为200nm)。然后,使用紫外线照射装置(商品名“ECS-4011GX”,光源为高压水银灯,Eyegraphics株式会社制造),在氮环境下,对硬涂层PET膜上的所述涂膜照射紫外线。该紫外线照射中,光源输出设为4kW,输送照射对象物的输送带的输送速度设为2m/分钟。如以上方式,制作实施例4的带有折射率调整膜的硬涂层PET膜。
[实施例5]
对于多官能丙烯酸酯混合物(商品名“PETIA”,Daciel-Allnex株式会社制造)与THF溶液(含有源自ND分散液S1的表面改性的纳米金刚石,固体成分浓度为3质量%)的含量比,设置为相对于多官能丙烯酸酯混合物40质量份,THF溶液的固体成分为60质量份,除此以外,其余与实施例4同样做法,制作实施例5的带有折射率调整膜的硬涂层PET膜。
[比较例3]
使用上述的ND分散液S3以取代ND分散液S1,除此以外,其余与实施例4同样做法,制备THF溶液(含有源自ND分散液S3的纳米金刚石,固体成分浓度为3质量%),并使用该THF溶液,除此以外,其余与实施例4同样做法,制作比较例3的带有折射率调整膜的硬涂层PET膜。
[实施例6]
将上述ND分散液S1静置一昼夜后采取的上清液滴入于甲苯16ml与己烷4ml的混合溶剂中(总滴入量10ml),将滴入后的混合溶剂供应至离心分离处理(离心力20000×g,离心时间10分钟)而将沉降的固体成分(表面改性的纳米金刚石粒子)回收。在通过该方式所回收的固体成分中加入四氢呋喃(THF)而制备表面改性的纳米金刚石的THF溶液(固体成分浓度3质量%),有关该溶液,使用超声波处理装置(商品名“ASU-10”,AS-1株式会社制造)进行10分钟的超声波处理。对于下述混合物,使用振动机进行1小时的混合。所述混合物中,以相对于多官能丙烯酸酯混合物100质量份,使以THF溶液的固形分固体成分成为1质量份的量比含有该超声波处理后的THF溶液(含有源自ND分散液S1的表面改性的纳米金刚石,固体成分浓度为3质量%)、以及季戊四醇三丙烯酸酯与季戊四醇四丙烯酸酯的多官能丙烯酸酯混合物(商品名“PETIA”,酸值10,羟值100,Daciel-Allnex株式会社制造),并且进一步含有四氢呋喃60质量份及光聚合引发剂(商品名“Irgacure184”,BASF制)2质量份。如此方式,制备分散有源自ND分散液S1的表面改性的纳米金刚石的硬涂层形成用涂料。然后,在厚度75μm的易粘合PET膜(商品名“A-4300”,东洋纺株式会社制造)上,使用线棒流延该硬涂层形成用涂料而形成涂膜后,在80℃下使用干燥机使该涂膜干燥1分钟(干燥后的涂膜的厚度为5μm)。然后,使用紫外线照射装置(商品名“ECS-4011GX”,光源为高压水银灯,Eyegraphics株式会社制造),在氮环境下,对PET膜上的涂膜照射紫外线。该紫外线照射中,光源输出设为4kW,输送照射对象物的输送带的输送速度设为4m/分钟。如以上方式,制作实施例6的硬涂层PET膜。
[实施例7]
使用上述的ND分散液S2以取代ND分散液S1,除此以外,其余与实施例6同样做法,制备THF溶液(含有源自ND分散液S2的纳米金刚石,固体成分浓度为3质量%),且除了使用该THF溶液以外,其余与实施例6同样做法,制作实施例7的硬涂层PET膜。
[比较例4]
使用上述的ND分散液S3以取代ND分散液S1,除此以外,其余与实施例6同样做法,制备THF溶液(含有源自ND分散液S3的纳米金刚石,固体成分浓度为3质量%),且除了使用该THF溶液以外,其余与实施例6同样做法,制作比较例4的硬涂层PET膜。
[比较例5]
不使用含有表面改性的纳米金刚石的THF溶液,除此以外,其余与实施例6同样方式,制作比较例5的硬涂层PET膜。
[比较例6]
使用作为多官能丙烯酸酯的二季戊四醇六丙烯酸酯(商品名“DPHA”,酸值0.2,羟值5,Daciel-Allnex株式会社制造)40质量份,以取代季戊四醇三丙烯酸酯与季戊四醇四丙烯酸酯的多官能丙烯酸酯混合物(商品名“PETIA”,酸值10,羟值100,Daciel-Allnex株式会社制造)40质量份,除此以外,其余与实施例6同样方式,制作比较例6的硬涂层PET膜。
[中值直径]
纳米金刚石分散液中所含的纳米金刚石粒子的上述中值粒径(粒径D50)为如下测得的值:使用Spectris公司制造的装置(商品名“Zeta Sizer nano ZS”),通过动态光散射法(非接触后方散射法)测定的值。供应至测定的纳米金刚石分散液制成纳米金刚石浓度为0.2~2.0质量%后,经过超声波清洗机进行超声波照射。
[ICP发光分光分析法]
对于通过加热而使溶剂从纳米金刚石分散液蒸发之后残留的干燥物(粉末)100mg,以置入于磁性坩埚的状态在电炉内进行干式分解。该干式分解以450℃进行1小时的条件,然后以550℃进行1小时的条件、以及继而以650℃进行1小时的条件,以3阶段进行。通过如上干式分解之后,对于磁性坩埚内的残留物,在磁性坩埚中加入浓硫酸0.5ml而使其蒸发干固。然后,使所得的干固物最后溶解于20ml的超纯水中。如此方式制备分析试样。将该分析试样供应至以ICP发光分光分析装置(商品名“CIROS120”,Rigaku株式会社制造)进行的ICP发光分光分析。以本分析的检测下限值成为50质量ppm的方式制备所述分析试样。另外,本分析中以与分析试样的硫酸浓度相同浓度的硫酸水溶液对SPEX株式会社制造的混合标准溶液XSTC-22以及关东化学株式会社制造的原子吸光用标准溶液Zr1000进行适当稀释而制备,作为检量线用标准溶液使用。而且,在本分析中,从作为测定对象的纳米金刚石分散液试料的测定值中减去在空坩埚条件下进行同样操作及分析而得的测定值,而求出试料中的锆(Zr)含量。
[总透光率]
对于实施例1~7及比较例1~6的各膜,使用总透光率测定装置(商品名:“NDH-5000W”,日本电色工业株式会社制造),测定总透光率(%)。本测定依据JIS K 7105而进行。其结果显示于表1~3中。
[雾度]
对于实施例1~7及比较例1~6的各膜,使用雾度测定装置(商品名:“NDH-5000W”,日本电色工业株式会社制造),测定雾度(%)。雾度的测定依据JIS K 7136来进行。其结果显示于表1~3中。
[折射率]
对于实施例4、5及比较例3的各膜,使用折射率测定装置(商品名:“NDH-5000W”,日本电色工业株式会社制)测定折射率。折射率的测定依据JIS K 7142来进行。其结果显示于表2中。
[耐擦伤性]
对于实施例1~3、6、7及比较例1、2、4~6的各膜的涂膜形成面,使用摩擦测试机,进行摩擦试验。本摩擦试验中,试验环境为23℃及50%RH,所使用的摩擦材料为钢丝绒#0000(日本steel wool株式会社制造),试验对象表面上的摩擦材料的移动距离为10cm,材料对于试验对象表面的荷重为200g(实施例1~3及比较例1、2)或2000g(实施例6、7及比较例4~6),使摩擦材料相对试验对象表面进行往复移动的次数为50次(实施例1~3及比较例1、2)或1000次(实施例6、7及比较例4~6)。本摩擦试验中,对结束摩擦作业后的各膜的背面以黑色马克笔涂满后,利用反射光,以目视观察摩擦部分的擦伤的程度。然后,即使仔细观察仍完全看不出刮伤的情况评价为优(◎),仔细观察则可看出5条以内的刮伤的情况评价为良好(○),明显可看到有刮伤的情况评价为不良(×)。其结果显示于表1、3中。
[评价]
在带有防反射层的硬涂层PET膜的实施例1~3及比较例1、2的膜中,相比于防反射层中未分散有纳米金刚石的比较例1的膜及防反射层中未分散表面改性纳米金刚石的比较例2的膜,防反射层中分散有表面改性的纳米金刚石(带有硅烷偶联剂的纳米金刚石)的实施例1~3显示高耐擦伤性。另外,实施例1~3的膜相比于比较例2的膜,雾度明显较低,透明性优异。
在带有折射率调整膜的硬涂层PET膜的实施例4、5及比较例3的膜中,相比于折射率调整膜中未分散表面改性的纳米金刚石的比较例3的膜,在折射率调整膜中分散有表面改性的纳米金刚石(带有硅烷偶联剂的纳米金刚石)的实施例4、5,其雾度明显较低,透明性优异。
在作为硬涂层PET膜的实施例6、7及比较例4~6的膜中,相较于硬涂层中未分散纳米金刚石的比较例5的膜及硬涂层中未分散表面改性的纳米金刚石的比较例4、6的膜,硬涂层中分散有表面改性的纳米金刚石(带有硅烷偶联剂的纳米金刚石)的实施例6、7显示高的耐擦伤性。另外,实施例6、7的膜相较于比较例4、6的膜,其雾度显著地较低,透明性优异。
具有包含源自ND分散液S3的纳米金刚石的涂膜的比较例2~4的各膜中,其雾度高且透明性低的原因,被认为是源自ND分散液S3的纳米金刚石发生了凝聚。
表1
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 | |
ELCOM P-5062(质量份) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
纳米金刚石材料 | ND1 | ND1 | ND2 | - | ND3 |
纳米金刚石添加量(质量份) | 2 | 5 | 5 | 0 | 5 |
总透光率(%) | 94.9 | 94.7 | 94.6 | 95.1 | 94.4 |
雾度(%) | 0.8 | 0.6 | 0.6 | 0.7 | 9.5 |
耐擦伤性 | ○ | ◎ | ◎ | × | × |
表2
实施例4 | 实施例5 | 比较例3 | |
多官能丙烯酸酯PETLA(质量份) | 60 | 40 | 60 |
纳米金刚石材料 | ND1 | ND1 | ND3 |
纳米金刚石添加量(质量份) | 40 | 60 | 40 |
总透光率(%) | 90.2 | 88.1 | 88.2 |
雾度(%) | 0.6 | 0.5 | 18.5 |
折射率 | 1.624 | 1.702 | 1.621 |
表3
实施例6 | 实施例7 | 比较例4 | 比较例5 | 比较例6 | |
多官能丙烯酸酯PETLA(质量份) | 100 | 100 | 100 | 100 | - |
多官能丙烯酸酯DPHA(质量份) | - | - | - | - | 100 |
纳米金刚石材料 | ND1 | ND2 | ND3 | - | ND1 |
纳米金刚石添加量(质量份) | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
总透光率(%) | 91.2 | 90.9 | 90.7 | 91.2 | 90.5 |
雾度(%) | 0.6 | 0.5 | 10.2 | 0.6 | 4.5 |
抗擦伤性 | ◎ | ◎ | ○ | ○ | ○ |
作为上面的总结,本发明的构成及其变化记载于以下作为附记。
[附记1]一种固化性树脂组合物,其含有:固化性树脂成分;表面改性的纳米金刚石,其含有纳米金刚石粒子、以及具有含(甲基)丙烯酰基的有机链且键合于所述纳米金刚石粒子的硅烷偶联剂;以及有机溶剂。
[附记2]根据附记1所述的固化性树脂组合物,其中,所述纳米金刚石粒子为爆轰法纳米金刚石粒子。
[附记3]根据附记1或2所述的固化性树脂组合物,其中,所述表面改性的纳米金刚石的中值粒径为50nm以下。
[附记4]根据附记1或2所述的固化性树脂组合物,其中,所述表面改性的纳米金刚石的中值粒径为30nm以下。
[附记5]根据附记1或2所述的固化性树脂组合物,其中,所述表面改性的纳米金刚石的中值粒径为20nm以下。
[附记6]根据附记1~5中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述硅烷偶联剂的所述有机链为丙烯酸丙酯和/或甲基丙烯酸丙酯。
[附记7]根据附记1~6中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。
[附记8]根据附记1~7中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分为选自季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯的低聚物、季戊四醇四丙烯酸酯的低聚物、以及季戊四醇三丙烯酸酯与季戊四醇四丙烯酸酯形成的低聚物中的至少一种。
[附记9]根据附记1~8中任一项所述的固化性树脂组合物,其所含的固体成分中,所述固化性树脂成分的比例为30质量%以上。
[附记10]根据附记1~8中任一项所述的固化性树脂组合物,其所含的固体成分中,所述固化性树脂成分的比例为40质量%以上。
[附记11]根据附记1~8中任一项所述的固化性树脂组合物,其所含的固体成分中,所述固化性树脂成分的比例为55质量%以上。
[附记12]根据附记1~8中任一项所述的固化性树脂组合物,其所含的固体成分中,所述固化性树脂成分的比例为60质量%以上。
[附记13]根据附记1~12中任一项所述的固化性树脂组合物,其所含的固体成分中,所述固化性树脂成分的比例为99.9质量%以下。
[附记14]根据附记1~12中任一项所述的固化性树脂组合物,其所含的固体成分中,所述固化性树脂成分的比例为99质量%以下。
[附记15]根据附记1~12中任一项所述的固化性树脂组合物,其所含的固体成分中,所述固化性树脂成分的比例为95质量%以下。
[附记16]根据附记1~15中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述有机溶剂含有四氢呋喃。
[附记17]根据附记1~16中任一项所述的固化性树脂组合物,其含有锆,并且,锆与所述表面改性的纳米金刚石的总含量中,锆的比例为0.01质量%以上。
[附记18]根据附记1~17中任一项所述的固化性树脂组合物,其进一步含有中空二氧化硅粒子。
[附记19]根据附记18所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的粒径为1nm以上。
[附记20]根据附记18或19所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的粒径为1000nm以下。
[附记21]根据附记18或19所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的粒径为500nm以下。
[附记22]根据附记18或19所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的粒径为300nm以下。
[附记23]根据附记18~22中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的含有比例为0.5质量%以上。
[附记24]根据附记18~22中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的含有比例为1质量%以上。
[附记25]根据附记18~22中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的含有比例为2质量%以上。
[附记26]根据附记18~25中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的含有比例为90质量%以下。
[附记27]根据附记18~25中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的含有比例为80质量%以下。
[附记28]根据附记18~25中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的含有比例为60质量%以下。
[附记29]一种光学部件,其在透光区域的至少一部分具有附记1~28中任一项所述的固化性树脂组合物的固化物。
[附记30]根据附记29所述的光学部件,其具有包含基材及所述固化物的叠层结构部,且该叠层结构部的雾度为2.0%以下。
[附记31]根据附记29所述的光学部件,其具有包含基材及所述固化物的叠层结构部,且该叠层结构部的雾度为1.0%以下。
符号说明
X 树脂组合物(固化性树脂组合物)
X' 固化树脂膜
Y 光学部件
10 固化性树脂成分
20 表面改性的纳米金刚石
21 ND粒子(纳米金刚石粒子)
22 硅烷偶联剂
30 分散剂
Claims (24)
1.一种固化性树脂组合物,其含有:
固化性树脂成分、
表面改性的纳米金刚石,其含有纳米金刚石粒子、以及具有含(甲基)丙烯酰基的有机链且键合于所述纳米金刚石粒子上的硅烷偶联剂,且所述纳米金刚石粒子与所述硅烷偶联剂的比例以质量比计为2:1~1:10、以及
有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的固化性树脂组合物,其中,所述纳米金刚石粒子为爆轰法纳米金刚石粒子。
3.根据权利要求1所述的固化性树脂组合物,其中,所述表面改性的纳米金刚石的中值粒径为50nm以下。
4.根据权利要求2所述的固化性树脂组合物,其中,所述表面改性的纳米金刚石的中值粒径为50nm以下。
5.根据权利要求1所述的固化性树脂组合物,其中,所述硅烷偶联剂的所述有机链为丙烯酸丙酯和/或甲基丙烯酸丙酯。
6.根据权利要求2所述的固化性树脂组合物,其中,所述硅烷偶联剂的所述有机链为丙烯酸丙酯和/或甲基丙烯酸丙酯。
7.根据权利要求3所述的固化性树脂组合物,其中,所述硅烷偶联剂的所述有机链为丙烯酸丙酯和/或甲基丙烯酸丙酯。
8.根据权利要求4所述的固化性树脂组合物,其中,所述硅烷偶联剂的所述有机链为丙烯酸丙酯和/或甲基丙烯酸丙酯。
9.根据权利要求1所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。
10.根据权利要求2所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。
11.根据权利要求3所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。
12.根据权利要求4所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。
13.根据权利要求5所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。
14.根据权利要求6所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。
15.根据权利要求7所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。
16.根据权利要求8所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分具有(甲基)丙烯酰基。
17.根据权利要求1~16中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述固化性树脂成分为选自季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯的低聚物、季戊四醇四丙烯酸酯的低聚物、以及季戊四醇三丙烯酸酯与季戊四醇四丙烯酸酯形成的低聚物中的至少一种。
18.根据权利要求1~16中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,在所含的固体成分中,所述固化性树脂成分的比例为30质量%以上。
19.根据权利要求1~16中任一项所述的固化性树脂组合物,其中,所述有机溶剂含有四氢呋喃。
20.根据权利要求1~16中任一项所述的固化性树脂组合物,其含有锆,并且,锆与所述表面改性的纳米金刚石的总含量中,锆的比例为0.01质量%以上。
21.根据权利要求1~16中任一项所述的固化性树脂组合物,其进一步含有中空二氧化硅粒子。
22.根据权利要求21所述的固化性树脂组合物,其中,所述中空二氧化硅粒子的含有比例为0.5质量%以上。
23.一种光学部件,其在透光区域的至少一部分具有权利要求1~22中任一项所述的固化性树脂组合物的固化物。
24.根据权利要求23所述的光学部件,其具有包含基材和所述固化物的叠层结构部,且该叠层结构部的雾度为2.0%以下。
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