DE112021005989T5

DE112021005989T5 - Beschichtungsmittel, harzteil und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE112021005989T5
Application number: DE112021005989.0T
Authority: DE
Inventors: Ayano SASAKI; Sayako SATO; Hidenori MUNEKATA; Motoshige Isobe; Hisashi Muramatsu; Koji Arimitsu
Original assignee: Toyota Industries Corp; Tokyo University of Science
Current assignee: Toyota Industries Corp; Tokyo University of Science
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2023-08-24
Also published as: CN116368000A; JPWO2022102732A1; US20230407127A1; WO2022102732A1

Abstract

Beschichtungsmittel mit: einer filmbildenden Komponente, die eine Organosiliciumverbindung mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe und einer Alkoxysilylgruppe enthält; und einer filmhärtenden Komponente, die so zusammengesetzt ist, dass beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht eine Base und ein Radikal erzeugen werden kann. Die filmhärtende Komponente beinhaltet einen nicht-ionischen Photobasengenerator, der keine ionische Bindung in der Molekularstruktur aufweist. Der Gehalt des nicht-ionischen Photobasengenerators beträgt 0,1 Massenteile oder mehr und 50 Massenteile oder weniger, bezogen auf 100 Massenteile der Organosiliciumverbindung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsmittel, ein Harzelement und ein Verfahren zur Herstellung des Elements.
STAND DER TECHNIK
In der Vergangenheit wurden anorganische Materialien wie etwa Stahl, Aluminium und Glas für Teile von Fahrzeugen wie etwa Autos und Eisenbahnen verwendet. In den letzten Jahren wurde der Ersatz von Teilen aus anorganischen Materialien durch Teile aus organischen Materialien wie etwa Kunststoff vorangetrieben, um das Gewicht von Fahrzeugen zu reduzieren. Die organischen Werkstoffe sind zwar leichter als die anorganischen Werkstoffe, aber sie sind weich und zerkratzen leicht.
Um die Haltbarkeit von Teilen aus organischen Materialien gegen Kratzer zu verbessern, wurden Techniken zur Bildung harter Schichten auf den Oberflächen der Teile vorgeschlagen. In der Patentdokument 1 wird zum Beispiel ein Abdeckelement beschrieben, das ein Harzsubstrat, eine auf der Oberfläche des Harzsubstrats gebildete Grundierungsschicht und eine auf der Grundierungsschicht gebildete Hartschicht umfasst.
Zur Herstellung eines Films, der eine zweischichtige Struktur aufweist, die aus einer Grundierungsschicht und einer Hartbeschichtungsschicht zusammengesetzt ist, wie bei dem Abdeckelement in Patentdokument 1, ist es jedoch erforderlich, nacheinander einen Schritt des Aufbringens einer Grundierung auf ein Harzsubstrat, einen Schritt des Trocknens der Grundierung zur Bildung einer Grundierungsschicht, einen Schritt des Aufbringens eines Beschichtungsmittels auf die Grundierungsschicht und einen Schritt des Härtens des Beschichtungsmittels zur Bildung einer Hartbeschichtungsschicht durchzuführen. Dadurch wird die Arbeit zur Herstellung des Films kompliziert, und die für die Arbeit zur Herstellung des Films erforderlichen Kosten steigen an.
Zur Lösung dieses Problems wird ein Beschichtungsmittel vorgeschlagen, das enthält: eine filmbildende Komponente, die eine Organosiliciumverbindung (A) mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe, einer Fluoralkylgruppe und einer Alkoxysilylgruppe enthält; und einen Photobasengenerator, der bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht eine Base und ein Radikal erzeugt (Patentdokument 2). Das Beschichtungsmittel in Patentdokument 2 ermöglicht es für einen einzigen Beschichtungsfilm, das er äquivalent zu einem herkömmlichen Film mit zweischichtigem Aufbau funktioniert.
LITERATUR DES STANDES DER TECHNIK

Patentdokument 1: JP 2006-240294 A
Patentdokument 2: JP 2020-33530 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE PROBLEME
Der im Beschichtungsmittel der Patentdokument 2 enthaltene Photobasengenerator ist ein ionischer Photobasengenerator, bei dem ein Anion und ein Kation durch eine Ionenbindung verbunden sind. In dem ionischen Photobasenbildner sind ein Zustand, in dem ein Anion und ein Kation aneinander gebunden sind, und ein Zustand, in dem eine freie Säure und eine freie Base voneinander getrennt sind, in einem chemischen Gleichgewicht, so dass selbst dann, wenn das Beschichtungsmittel nicht mit Licht bestrahlt wird, eine geringe Menge an freier Base in dem Beschichtungsmittel vorhanden sein kann.
Aus diesem Grund hat das Beschichtungsmittel in der Patentdokument 2 das Problem, dass die Sol-Gel-Reaktion der filmbildenden Komponente wahrscheinlich auch im Dunkeln allmählich abläuft, da eine Spur von freier Base aus dem ionischen Photobasengenerator freigesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde vor diesem Hintergrund gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beschichtungsmittel bereitzustellen, das hervorragend an einem Substrat, das aus einem Harz gemacht ist, haftet, das es ermöglicht, einen Beschichtungsfilm mit hoher Haltbarkeit gegen Kratzer in Übereinstimmung mit einem einfachen Vorgang zu bilden, und das eine hervorragende Lagerstabilität aufweist, ein Harzelement mit einem Beschichtungsfilm, der aus dem Beschichtungsmittel gebildet ist, und ein Verfahren zur Herstellung des Harzelements.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Beschichtungsmittel bereit, das beinhaltet:

eine filmbildende Komponente, die eine Organosiliciumverbindung mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe und einer Alkoxysilylgruppe enthält; und
eine filmhärtende Komponente, die so zusammengesetzt ist, dass sie bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht eine Base und ein Radikal erzeugen kann, wobei
die filmhärtende Komponente einen nicht-ionischen Photobasengenerator enthält, der keine Ionenbindung in einer Molekularstruktur aufweist, und
ein Gehalt des nicht-ionischen Photobasengenerators 0,1 Massenteile oder mehr und 50 Massenteile oder weniger beträgt, bezogen auf 100 Massenteile der Organosiliciumverbindung.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Harzelement bereit, das beinhaltet:

ein Substrat, das aus einem Harz gemacht ist; und
einen Beschichtungsfilm, der aus einem gehärteten Produkt des Beschichtungsmittels gemäß dem oben genannten Aspekt gemacht und auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei
der Beschichtungsfilm aufweist:
eine Struktureinheit, die sich von der radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe ableitet; und
eine Struktureinheit mit einer Siloxanbindung.

EFFEKTE DER ERFINDUNG
In dem Beschichtungsmittel sind die filmbildende Komponente, die die Organosiliciumverbindung mit der spezifischen funktionellen Gruppe enthält, und die filmhärtende Komponente beinhaltet. Durch Bestrahlen des Beschichtungsmittels, das eine solche Zusammensetzung aufweist, mit ultraviolettem Licht, können eine Base und ein Radikal im Beschichtungsmittel erzeugt werden.
Die von der filmhärtenden Komponente erzeugte Base reagiert mit der in der Organosiliciumverbindung enthaltenen Alkoxysilylgruppe und kann daher die Härtung zwischen den Organosiliciumverbindungen durch eine Sol-Gel-Reaktion voranschreiten lassen. Darüber hinaus reagiert das aus der filmhärtenden Komponente erzeugte Radikal mit der in der Organosiliciumverbindung enthaltenen radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe, und kann daher die radikalische Polymerisation dieser funktionellen Gruppen voranschreiten lassen.
Wie oben beschrieben, kann das Beschichtungsmittel, wenn es mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, die Sol-Gel-Reaktion und die radikalische Polymerisation parallel voranschreiten lassen. Dadurch kann ein Beschichtungsfilm gebildet werden, in dem eine durch die radikalische Polymerisation gebundene organische Komponente und eine durch die Sol-Gel-Reaktion gebundene anorganische Komponente miteinander vermischt sind.
Darüber hinaus enthält die filmhärtende Komponente den nicht-ionischen Photobasengenerator ohne Ionenbindung in der Molekularstruktur (im Folgenden „Photobasengenerator“). Der Photobasengenerator hat keine Ionenbindung in der Molekülstruktur, so dass die Freisetzung der Base im Dunkeln verringert werden kann. Daher kann durch die Verwendung des Photobasengenerators die Lagerstabilität des Beschichtungsmittels verbessert werden.
Der Beschichtungsfilm, der nach dem oben genannten Verfahren gebildet wird, weist an der Grenzfläche zwischen dem Film und dem Substrat, das aus einem Harz gemacht ist, eine Struktureinheit auf, die sich von mindestens einer Acryloylgruppe und einer Methacryloylgruppe ableitet. Auf diese Weise haftet der Beschichtungsfilm hervorragend auf dem Substrat. Darüber hinaus enthält der Beschichtungsfilm eine Struktureinheit mit einer Siloxanbindung, d. h. eine anorganische Komponente, die durch eine Sol-Gel-Reaktion gebildet wird. Durch das Vorhandensein der anorganischen Komponente ermöglicht es, die Härte der Oberfläche des Beschichtungsfilms zu erhöhen.
Wie oben beschrieben, kann der oben genannte Aspekt ein Beschichtungsmittel bereitstellen, das eine ausgezeichnete Haftung zu einem Substrat, das aus einem Harz gemacht ist, aufweist, das es ermöglicht, einen Beschichtungsfilm mit hoher Beständigkeit gegen Kratzer mittels eines einfachen Vorgangs zu bilden, und das eine ausgezeichnete Lagerstabilität aufweist.
Figurenliste

1 ist ein erklärendes Diagramm, das Infrarotabsorptionsspektren von Beschichtungsfilmen zeigt, die aus den Testmitteln 1 bis 4 in Beispiel 1 hergestellt wurden.
2 ist ein erklärendes Diagramm, das die Variationen in der Intensität eines Absorptionspeaks zeigt, der von einer Siloxanbindung in Beispiel 4 stammt.
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Verteilung von Si-Atomen in einem Querschnitt eines Testkörpers G aus Beispiel 5 zeigt.
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Verteilung von Si-Atomen in einem Querschnitt eines Testkörpers H aus Beispiel 5 zeigt.
5 ist ein erklärendes Diagramm, in dem die Strukturen von Beschichtungsfilmen, die aus den Testmitteln 13 bis 42 in Beispiel 6 hergestellt wurden, auf der Grundlage eines gewichteten Mittels einer absoluten Viskosität und einer Differenz der freien Oberflächenenergie geordnet sind.
6 ist ein erklärendes Diagramm, in dem die Strukturen von Beschichtungsfilmen, die aus den Testmitteln 13 bis 42 in Beispiel 6 hergestellt wurden, auf der Grundlage einer gemischten Viskosität und einer Differenz in der freien Oberflächenenergie angeordnet sind.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
(Beschichtungsmittel)
Die im Beschichtungsmittel enthaltenen Komponenten werden beschrieben.
[Filmbildende Komponente]
- Organosiliciumverbindung
Das Beschichtungsmittel enthält als die filmbildende Komponente eine Organosiliciumverbindung mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe und einer Alkoxysilylgruppe.
Die in der Organosiliciumverbindung enthaltene radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe kann eine beliebige funktionelle Gruppe sein, die durch radikalische Polymerisation polymerisiert werden kann. Als radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe kann zum Beispiel eine Acryloylgruppe, eine Methacryloylgruppe und dergleichen verwendet werden. Die Organosiliciumverbindung kann als die radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe nur eine Art von funktioneller Gruppe, die aus diesen funktionellen Gruppen ausgewählt ist, oder zwei oder mehr Arten von funktionellen Gruppen davon aufweisen. Um die Reaktivität bei der radikalischen Polymerisationsreaktion zu erhöhen, weist die Organosiliciumverbindung bevorzugt eine oder zwei Arten von einer Acryloylgruppen und einer Methacryloylgruppe als die radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe auf.
Die in der Organosiliciumverbindung enthaltene Alkoxysilylgruppe kann z. B. in Form eines Alkoxysilanmonomers vorliegen oder an das Siloxangerüst gebunden sein. Beispiele für das Siloxangerüst beinhalten eine Partialstruktur, die in einem Kondensationsprodukt eines Alkoxysilans wie etwa einem Alkoxysilan-Oligomer oder einem Alkoxysilan-Polymer enthalten ist, ein Silsesquioxan mit einer Käfigstruktur, ein Silsesquioxan mit einer Leiterstruktur und ein Silsesquioxan mit einer Zufallsstruktur.
Als die Organosiliciumverbindung können beispielsweise ein Alkoxysilan mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe, wie etwa 3-(Meth)acryloxypropyltrimethoxysilan, 3-(Meth)acryloxypropyltriethoxysilan und 3-(Meth)acryloxypropylmethyldimethoxysilan, Kondensationsprodukte davon, ein Silsesquioxan mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe und dergleichen verwendet werden. Das Molekulargewicht des Silsesquioxans kann z. B. im Bereich von einigen Hundert bis zu einigen Zehntausend ausgewählt werden. Diese Organosiliciumverbindungen können einzeln oder in Kombination mit zwei oder mehreren davon verwendet werden.
Darüber hinaus kann die Organosiliciumverbindung eine Fluoralkylgruppe aufweisen. Als die Fluoralkylgruppe kann zum Beispiel eine Fluoralkylgruppe der allgemeinen Formel CF₃(CF)_3nCH₃CH₃- (wobei n eine ganze Zahl von 0 oder mehr ist) verwendet werden. Beispiele der Fluoralkylgruppe beinhalten eine 3,3,3-Trifluorpropylgruppe, eine 1H,1H,2H,2H-Nonafluorhexylgruppe, eine 1H,1H,2H,2H-Tridecafluoroctylgruppe und eine 1H,1H,2H,2H-Heptadecafluorodecylgruppe. Die Organosiliciumverbindung kann als die Fluoralkylgruppe eine einzige Art von funktioneller Gruppe aufweisen, die aus diesen funktionellen Gruppen ausgewählt ist, oder sie kann zwei oder mehr Arten von funktionellen Gruppen davon aufweisen.
- Polymerisierbarer Ester
Die filmbildende Komponente des Beschichtungsmittels kann zusätzlich zur Organosiliciumverbindung einen polymerisierbaren Ester mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe (ausgenommen die Organosiliciumverbindung) enthalten. Der polymerisierbare Ester kann mit Radikalen, die aus einer filmhärtenden Komponente erzeugt werden, radikalisch polymerisiert werden, um eine organische Komponente im Beschichtungsfilm zu bilden. Darüber hinaus kann der polymerisierbare Ester mit einer in der Organosiliciumverbindung enthaltenen radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe reagieren, um sich mit der Organosiliciumverbindung zu verbinden.
Durch Beimischen des polymerisierbaren Esters in das Beschichtungsmittel kann die Flexibilität des Beschichtungsfilms weiter verbessert werden, während die Härte des Beschichtungsfilms nach dem Härten erhalten bleibt. Infolgedessen kann die Haftung zwischen dem Substrat, das aus einem Harz gemacht ist, und dem Beschichtungsfilm weiter verbessert werden.
Wenn der polymerisierbare Ester in dem Beschichtungsmittel enthalten ist, beträgt der Gehalt des polymerisierbaren Esters, ausgedrückt als Massenverhältnis, bevorzugt das 0,1-fache oder mehr und das 1000-fache oder weniger, stärker bevorzugt das 1-fache oder mehr und das 100-fache oder weniger, noch stärker bevorzugt das 1-fache oder mehr und das 10-fache oder weniger, besonders bevorzugt das 1-fache oder mehr und das 5-fache oder weniger, am meisten bevorzugt das 2-fache oder mehr und das 3-fache oder weniger des Gehalts der Organosiliciumverbindung. In diesem Fall kann der Effekt der Verbesserung der Härte durch die anorganische Komponente und der Effekt der Verbesserung der Haftung und der Flexibilität durch die organische Komponente in ausgewogener Weise erreicht werden.
Als der polymerisierbare Ester kann eine Esterverbindung mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe verwendet werden. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass eine Verbindung, die eine radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe und eine Alkoxysilylgruppe in der Molekularstruktur enthält, wie die oben beschriebene Organosiliciumverbindung behandelt wird und von dem polymerisierbaren Ester ausgeschlossen ist.
Als die radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe, die in dem polymerisierbaren Ester enthalten ist, kann die gleiche funktionelle Gruppe wie die radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe, die in der oben beschriebenen Organosiliciumverbindung enthalten ist, verwendet werden. Darüber hinaus kann die im polymerisierbaren Ester enthaltene radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe die gleiche funktionelle Gruppe sein wie die in der Organosiliciumverbindung enthaltene radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppe oder eine andere funktionelle Gruppe als diese.
Genauer gesagt, können zum Beispiel Monoester wie etwa Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, 1-Methylethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, 2-Methylpropyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat und 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat; Diester wie etwa 1,6-Hexandiol-di(meth)acrylat, Polyethylenglykol-di(meth)acrylat und Isocyanursäure-Ethylenoxid-modifiziertes Di(meth)acrylat; und Ester mit drei oder mehr Acryloylgruppen, wie etwa Trimethylolpropan-tri(meth)acrylat, Pentaerythrit-tri(meth)acrylat, Pentaerythrit-tetra(meth)acrylat und Isocyanursäure-Ethylenoxid-modifiziertes Tri(meth)acrylat, als der polymerisierbare Ester verwendet werden.
In dem Beschichtungsmittel können diese polymerisierbaren Ester einzeln oder zwei oder mehr Arten davon in Kombination verwendet werden. Darüber hinaus kann der polymerisierbare Ester ein Monomer der oben beschriebenen Verbindung sein oder kann ein Oligomer sein, das durch vorherige Polymerisation mehrerer Monomere erhalten wird.
Der polymerisierbare Ester weist bevorzugt zwei oder mehr radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppen pro Molekül auf. In diesem Fall können Verbindungen mit radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppen leicht über den polymerisierbaren Ester miteinander polymerisiert werden. Dadurch kann die Härte des Beschichtungsfilms weiter erhöht und die Beständigkeit gegen Kratzer weiter verbessert werden.
Der polymerisierbare Ester weist bevorzugt drei oder mehr radikalisch polymerisierbare funktionelle Gruppen pro Molekül auf. In diesem Fall können Struktureinheiten, die sich von dem polymerisierbaren Ester ableiten, und Struktureinheiten, die sich von der Organosiliciumverbindung ableiten, zu einer Netzwerkform polymerisiert werden. Dadurch kann die Härte des Beschichtungsfilms noch weiter erhöht und die Beständigkeit gegen Kratzer weiter verbessert werden.
Das Beschichtungsmittel erfüllt bevorzugt die folgende Bedingung (α) oder Bedingung (β). Genauer gesagt, kann das Beschichtungsmittel nur die Bedingung (α) oder nur die Bedingung (β) erfüllen. Alternativ dazu kann das Beschichtungsmittel sowohl die Bedingung (α) als auch die Bedingung (β) erfüllen.
Bedingung (α): die Organosiliciumverbindung und der polymerisierbare Ester erfüllen die Beziehungen von Formeln (I) und (II)
Bedingung (β): die Organosiliciumverbindung und der polymerisierbare Ester erfüllen die Beziehungen von Formeln (III) und (IV)
[Mathematische Formel 1] $\begin{array}{l} 32.946 \times (γ_{e s t e r} - γ_{S i} - 16.7) < \frac{w_{S i} η_{S i} + w_{e s t e r} η_{e s t e r}}{w_{s i} + w_{e s t e r}} + 331.2 \\ < 32.946 (γ_{e s t e r} - γ_{S i} + 7.0) \end{array}$

[Mathematische Formel 2] $\frac{w_{S i} η_{S i} + w_{e s t e r} η_{e s t e r}}{w_{S i} + w_{e s t e r}} > 200$

[Mathematische Formel 3] $η > - 4.6003 (γ_{e s t e r} - γ_{S i}) + 219.4655$

[Mathematische Formel 4] $γ_{e s t e r} - γ_{S i} > 37$
In den Formeln (I) bis (IV) stellt γ_Si eine freie Oberflächenenergie (Einheit: mJ/cm²) der Organosiliciumverbindung dar, γ_ester stellt eine freie Oberflächenenergie (Einheit: mJ/cm²) des polymerisierbaren Esters dar, η_Si stellt eine absolute Viskosität (Einheit: mPa·s) der Organosiliciumverbindung bei 60°C dar, η_ester stellt eine absolute Viskosität (Einheit: mPa·s) des polymerisierbaren Esters bei 60°C dar, w_Si stellt einen Gehalt (Einheit: g) der Organosiliciumverbindung dar, und w_ester stellt einen Gehalt (Einheit: g) des polymerisierbaren Esters dar, und η in der Formel (III) stellt eine Mischviskosität (Einheit: mPa·s) der Organosiliciumverbindung und des polymerisierbaren Esters dar, dargestellt durch Formel (V).
[Mathematische Formel 5] $log (log (η + 1)) = \sum_{i = S i, e s t e r} \frac{w_{i}}{w_{S i} + w_{e s t e r}} (log (log (η_{i} + 1)))$
Durch die Verwendung der Organosiliciumverbindung und des polymerisierbaren Esters, die die Bedingung (α) oder die Bedingung (β) in Kombination erfüllen, kann die durch eine Sol-Gel-Reaktion hergestellte anorganische Komponente während des Härtungsprozesses des Beschichtungsmittels an der Oberfläche des Beschichtungsfilms segregiert werden. Infolgedessen kann ein Beschichtungsfilm gebildet werden, bei dem die Konzentration an Siloxanbindungen an der äußersten Oberfläche des Beschichtungsfilms maximal wird. Durch die oben beschriebene Segregation der anorganischen Komponente an der äußersten Oberfläche des Beschichtungsfilms kann die Haltbarkeit des Beschichtungsfilms gegen Kratzer weiter verbessert werden.
Der Wert der linken Seite in der Formel (II), d.h. das gewichtete Mittel der absoluten Viskosität η_Si der Organosiliciumverbindung und der absoluten Viskosität η_ester des polymerisierbaren Esters, beträgt bevorzugt 1200 mPa·s oder weniger, stärker bevorzugt 1000 mPa·s oder weniger, noch stärker bevorzugt 900 mPa·s oder weniger.
Die Mischviskosität η der Organosiliciumverbindung und des polymerisierbaren Esters im Beschichtungsmittel beträgt bevorzugt 1000 mPa·s oder weniger, stärker bevorzugt 600 mPa·s oder weniger, noch stärker bevorzugt 500 mPa·s oder weniger, besonders bevorzugt 300 mPa·s oder weniger. Darüber hinaus beträgt die Mischviskosität η der Organosiliciumverbindung und des polymerisierbaren Esters im Beschichtungsmittel bevorzugt 50 mPa·s oder mehr. Darüber hinaus beträgt die Differenz γ_ester - γ_Si zwischen der freien Oberflächenenergie γ_ester des polymerisierbaren Esters und der freien Oberflächenenergie γ_Si der Organosiliciumverbindung im Beschichtungsmittel bevorzugt 10 mJ/cm² oder mehr und 37 mJ/cm² oder weniger, bevorzugt 15 mJ/cm² oder mehr und 37 mJ/cm² oder weniger, stärker bevorzugt 20 mJ/cm² oder mehr und 37 mJ/cm² oder weniger.
[Filmhärtende Komponente]
Das Beschichtungsmittel enthält eine filmhärtende Komponente, um eine Reaktion zur Härtung der filmbildenden Komponente zu ermöglichen. Die filmhärtende Komponente ist so zusammengesetzt, dass sie beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht sowohl eine Base als auch ein Radikal erzeugen kann. Zum Beispiel kann die filmhärtende Komponente einen Photobasengenerator enthalten, der so zusammengesetzt ist, dass er beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht sowohl eine Base als auch ein Radikal erzeugen kann. Darüber hinaus kann die filmhärtende Komponente sowohl einen Photobasengenerator, der so zusammengesetzt ist, dass er beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht eine Base erzeugen kann, als auch einen photoradikalischen Polymerisationsinitiator, der so zusammengesetzt ist, dass er beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht ein Radikal erzeugen kann, enthalten.
- Nicht-ionischer Photobasengenerator
Das Beschichtungsmittel enthält als filmhärtende Komponente 0,1 bis 50 Massenteile eines nicht-ionischen Photobasengenerators, bezogen auf 100 Massenteile der Organosiliciumverbindung. Der Photobasengenerator ist so zusammengesetzt, dass er beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht in der Lage ist, zumindest eine Base zu erzeugen. Die spezifische Menge des Photobasengenerators wird in das Beschichtungsmittel eingemischt, wodurch eine Sol-Gel-Reaktion der filmbildenden Komponente zur Bildung einer anorganischen Komponente im Beschichtungsfilm stattfinden kann.
Darüber hinaus weist der Photobasengenerator keine Ionenbindung in der Molekularstruktur auf. Vielmehr sind die Atome, die den Photobasengenerator bilden, durch kovalente Bindungen miteinander verbunden. Daher kann der Photobasengenerator die spontane Freisetzung der Base im Dunkeln einschränken. Aus diesem Grund kann durch das Beimischen des Photobasengenerators in das Beschichtungsmittel die Lagerstabilität des Beschichtungsmittels verbessert werden.
In dem Fall, wo der Gehalt des Photobasengenerators weniger als 0,1 Massenteile beträgt, kann die Menge der vom Photobasengenerator beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht erzeugten Base unzureichend sein. Infolgedessen kann das Beschichtungsmittel gegebenenfalls nicht ausreichend gehärtet werden, sodass die Verringerung der Härte des Beschichtungsfilms verursacht werden kann. Durch Einstellen des Gehalts des Photobasengenerators im Beschichtungsmittel, sodass er 0,1 Massenteile oder mehr, bevorzugt 1 Massenteil oder mehr, stärker bevorzugt 5 Massenteile oder mehr, jeweils bezogen auf 100 Massenteile der Organosiliciumverbindung, beträgt, kann ein solches Problem leicht vermieden werden.
Um die Härtung des Beschichtungsmittels weiter zu beschleunigen, ist es bevorzugt den Gehalt des Photobasengenerators zu erhöhen. Wenn der Gehalt des Photobasengenerators übermäßig erhöht wird, wird jedoch die Menge an ultraviolettem Licht, die im Photobasengenerator absorbiert wird, erhöht. Wenn das Beschichtungsmittel mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, kann daher die Menge des ultravioletten Lichts, die tief in das Beschichtungsmittel eindringt, unzureichend sein. Außerdem kann die vom Photobasengenerator erzeugte Base je nach Menge des Photobasengenerators als Katalysator dienen, um die Hydrolyse des Harzes des Substrats zu beschleunigen. Um diese Probleme zu vermeiden, beträgt der Gehalt des Photobasengenerators 50 Massenteile oder weniger, bezogen auf 100 Massenteile der Organosiliciumverbindung. Unter demselben Gesichtspunkt beträgt der Gehalt des Photobasengenerators bevorzugt 45 Massenteile oder weniger, stärker bevorzugt 30 Massenteile oder weniger, noch stärker bevorzugt 20 Massenteile oder weniger, jeweils bezogen auf 100 Massenteile der Organosiliciumverbindung.
Der Photobasengenerator kann so zusammengesetzt sein, dass er beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht sowohl eine Base als auch ein Radikal erzeugen kann. In diesem Fall, wenn das Beschichtungsmittel mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, kann ein Radikal, das als Startpunkt für eine radikalische Polymerisationsreaktion dient, in dem Beschichtungsmittel gebildet werden. Der Photobasengenerator, der so zusammengesetzt ist, dass er sowohl eine Base als auch ein Radikal erzeugt, ermöglicht es also alleine, dass sowohl eine Sol-Gel-Reaktion als auch eine radikalische Polymerisationsreaktion voranschreiten.
Der Photobasengenerator weist in der Molekularstruktur einen Ultraviolettlicht-Absorptionseinheit, die ultraviolettes Licht absorbiert, und eine Baseneinheit, die an die Ultraviolettlicht-Absorptionseinheit gebunden ist, auf. Die Ultraviolettlicht-Absorptionseinheit weist beispielsweise eine Struktureinheit auf, die einen aromatischen Ring wie etwa einen Benzolring, einen Naphthalinring, einen Phenanthrenring, einen Anthracenring, einen Anthrachinonring, einen Xanthenring oder einen Thioxanthenring enthält und kann ein Radikal erzeugen, wenn ultraviolettes Licht absorbiert wird.
Darüber hinaus beinhaltet die Baseneinheit beispielsweise eine Struktureinheit auf, die als eine Base dient, wenn sie von der Ultraviolettlicht-Absorptionskomponente desorbiert, wie etwa primäre bis tertiäre Aminogruppen, ein quaternäres Ammoniumkation, eine Carbamoylgruppe, eine Carbamatbindung, eine Iminobindung und ein stickstoffhaltiger heterocyclischer Ring. Wenn die Ultraviolettlicht-Absorptionseinheit ultraviolettes Licht absorbiert, kann die Baseneinheit von der Ultraviolettlicht-Absorptionseinheit desorbieren, um eine Base zu erzeugen.
Beispiele für den Photobasengenerator beinhalten spezifischer (E)-N-(Bis(dimethylamino)methylen)-3-(2-hydroxyphenyl)acrylamid und (E)-N-Cyclohexyl-N-((E)-(cyclohexylimino)(piperidin-1-yl)methyl)-3-(2-hydroxyphenyl)acrylamid.
- Photoradikalischer Polymerisationsinitiator
Die filmhärtende Komponente kann einen photoradikalischen Polymerisationsinitiator enthalten. Der photoradikalische Polymerisationsinitiator ist so zusammengesetzt, dass er beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht ein Radikal erzeugen kann. Durch Beimischen des photoradikalischen Polymerisationsinitiators in das Beschichtungsmittel kann die radikalische Polymerisation der filmbildenden Komponente voranschreiten, wodurch eine organische Komponente in dem Beschichtungsfilm gebildet wird.
Darüber hinaus weist der photoradikalische Polymerisationsinitiator keine Ionenbindung in der Molekularstruktur auf. Genauer gesagt sind die Atome, die den photoradikalischen Polymerisationsinitiator bilden, durch kovalente Bindungen miteinander verbunden. Daher kann der photoradikalische Polymerisationsinitiator die Bildung von Radikalen in der Dunkelheit einschränken. Aus diesem Grund kann durch das Beimischen des photoradikalisches Polymerisationsinitiators in das Beschichtungsmittel die Lagerstabilität des Beschichtungsmittels verbessert werden.
In dem Fall, wo in der filmhärtenden Komponente kein Radikal aus dem Photobasengenerator erzeugt werden kann, beträgt der Gehalt an dem photoradikalischen Polymerisationsinitiator bevorzugt 0,1 Massenteile oder mehr und 50 Massenteile oder weniger, bezogen auf 100 Massenteile der filmbildenden Komponente. Durch Einstellen des Gehalts des photoradikalischen Polymerisationsinitiators, sodass er 0,1 Massenteile oder mehr ist, kann die Menge des vom photoradikalischen Polymerisationsinitiator erzeugten Radikals beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht ausreichend erhöhtet werden. So kann das Beschichtungsmittel leicht gehärtet werden. Unter dem Gesichtspunkt der weiteren Beschleunigung der radikalischen Polymerisation der filmbildenden Komponente wird der Gehalt des photoradikalischen Polymerisationsinitiators bevorzugt auf 1 Massenteil oder mehr eingestellt, noch stärker bevorzugt auf 5 Massenteile oder mehr eingestellt, jeweils bezogen auf 100 Massenteile der filmbildenden Komponente.
Unter dem Gesichtspunkt der weiteren Beschleunigung der Härtung des Beschichtungsmittels ist es bevorzugt, den Gehalt des photoradikalischen Polymerisationsinitiators zu erhöht. Wenn der Gehalt des photoradikalischen Polymerisationsinitiators übermäßig erhöht wird, wird jedoch die Menge an ultraviolettem Licht, die in dem photoradikalischen Polymerisationsinitiator absorbiert wird, erhöht. Wenn das Beschichtungsmittel mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, kann die Menge des ultravioletten Lichts, die tief in das Beschichtungsmittel eindringt, unzureichend sein. Unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung eines solchen Problems beträgt der Gehalt des photoradikalischen Polymerisationsinitiators bevorzugt 50 Massenteile oder weniger, stärker bevorzugt 45 Massenteile oder weniger, noch stärker bevorzugt 30 Massenteile oder weniger, jeweils besonders bevorzugt 20 Massenteile oder weniger, bezogen auf 100 Massenteile der filmbildenden Komponente.
Als photoradikalischer Polymerisationsinitiator können beispielsweise eine Verbindung auf Acetophenon-Basis, eine Verbindung auf BenzophenonBasis, eine Verbindung auf α-Ketoester-Basis, eine Verbindung auf Phosphinoxid-Basis, eine Benzoinverbindung, eine Verbindung auf Titanocen-Basis, ein Photoinitiator auf Acetophenon/Benzophenon-Hybrid-Basis, ein PhotoPolymerisationsinitiator auf Oxim-Ester-Basis, Campherchinon und dergleichen verwendet werden.
Beispiele für eine Verbindung auf Acetophenonbasis beinhalten 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-on, 1-Hydroxycyclohexyl-phenyl-keton, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on, 1-[4-(2-Hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-on, 2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1-on, 2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butan-1-on, Diethoxyacetophenon, Oligo{2-hydroxy-2-methyl-1-[4-(1-methylvinyl)phenyl]propanon} und 2-Hydroxy-l-{4-[4-(2-hydroxy-2-methylpropionyl)benzyl]phenyl}-2-methylpropan-1-on.
Beispiele für eine Verbindung auf Benzophenonbasis beinhalten Benzophenon, 4-Phenylbenzophenon, 2,4,6-Trimethylbenzophenon und 4-Benzoyl-4'-methyldiphenylsulfid. Beispiele für eine Verbindung auf α-Ketoesterbasis beinhalten Benzoylformiatmethylester, einen 2-(2-Oxo-2-phenylacetoxyethoxy)ethylester einer Oxyphenylessigsäure und einen 2-(2-Hydroxyethoxy)ethylester einer Oxyphenylessigsäure.
Beispiele für Verbindungen auf Phosphinoxid-Basis beinhalten 2,4,6-Trimethylbenzoyl-Diphenylphosphinoxid, Bis(2,4,6-Trimethylbenzoyl)phenylphosphinoxid und Bis(2,6-Dimethoxybenzoyl)-2,4,4-trimethylpentylphosphinoxid. Beispiele für die Benzoinverbindung beinhalten Benzoin, Benzoinmethylether, Benzoinethylether, Benzoinisopropylether und Benzoinisobutylether. Beispiele für Photoinitiatoren auf Acetophenon/Benzophenon-Hybridbasis beinhalten 1-[4-(4-Benzoylphenylsulfanyl)phenyl]-2-methyl-2-(4-methylphenylsulfinyl)propan-1-on. Beispiele für Photopolymerisationsinitiatoren auf Oximesterbasis beinhalten 2-(O-Benzoyloxim)-1-[4-(Phenylthio)]-1,2-Octandion.
Als der photoradikalischer Polymerisationsinitiator kann eine einzige Art von Verbindung, die aus diesen Verbindungen ausgewählt ist, verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten von Verbindungen davon in Kombination verwendet werden.
- Andere Additive
Das Beschichtungsmittel kann neben der Organosiliciumverbindung und dem nicht-ionischen Photobasengenerator als wesentliche Bestandteile auch Additive enthalten, die für die Verwendung in einem Beschichtungsmittel bekannt sind, soweit die Härtung des Beschichtungsmittels nicht beeinträchtigt wird. Beispielsweise kann das Beschichtungsmittel als Additiv ein Additiv zur Einschränkung der Verschlechterung eines Beschichtungsfilms enthalten, wie etwa einen Ultraviolettabsorber, einen Radikalfänger und einen gehinderten Amin-Lichtstabilisator. Durch die Verwendung dieser Additive kann den Effekt der Verbesserung der Witterungsbeständigkeit eines Beschichtungsfilms erwartet werden.
Darüber hinaus kann das Beschichtungsmittel als Additiv einen Oberflächenkonditionierer, wie etwa ein Egalisierungsmittel und ein Entschäumungsmittel, enthalten. Durch die Verwendung dieser Additive kann die Dicke des Beschichtungsmittels gleichmäßig gemacht werden. Daher kann in einem mit dem Beschichtungsfilm bereitgestellten Harzelements erwartet werden, dass sich die Haltbarkeit gegen Kratzer weiter verbessert.
Ferner kann das Beschichtungsmittel einen ionischen Photobasengenerator enthalten, d.h. einen Photobasengenerator, der ein Anion und ein Kation enthält, die durch eine ionische Bindung verbunden sind, so dass die Lagerstabilität nicht beeinträchtigt wird. Wie oben beschrieben, erzeugt der ionische Photobasengenerator jedoch selbst im Dunkeln eine winzige Menge an Base, so dass die Lagerstabilität des Beschichtungsmittels verringert werden kann, wenn der Gehalt an ionischem Photobasengenerator übermäßig erhöht wird. Unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung der Verringerung der Lagerstabilität des Beschichtungsmittels ist der Gehalt des ionischen Photobasengenerators bevorzugt kleiner als 0,1 Massenteile, stärker bevorzugt 0,01 Massenteile oder weniger, bezogen auf 100 Massenteile der filmbildenden Komponente, und besonders bevorzugt 0 Massenteile, d.h. es ist besonders bevorzugt, dass das Beschichtungsmittel keinen ionischen Photobasengenerator enthält.
Durch Härten des Beschichtungsmittels kann ein transparenter Beschichtungsfilm auf dem Substrat gebildet werden. Daher kann, wenn das Beschichtungsmittel auf die Oberfläche beispielsweise eines transparenten Elements für ein Fenster aufgebracht wird, d. h. ein Element als ein Ersatz für ein Fensterglas, das aus einem anorganischen Material gemacht ist, ein im Vergleich mit einem Glas, das aus einem anorganischen Material gemacht ist, ein leichtgewichtiges transparentes Element für ein Fenster erhalten werden.
Darüber hinaus wird das Beschichtungsmittel auf die Oberfläche beispielsweise eines Karosserieblechs aufgebracht, so dass sich auf der Oberfläche des Karosserieblechs eine Klarlackschicht bilden kann. Darüber kann zu dem Beschichtungsmittel wie geeignet ein Färbemittel, wie etwa ein Pigment, zuzugeben werden, wodurch der Beschichtungsfilm gefärbt wird.
Nachdem das Beschichtungsmittel auf das Substrat, das aus einem Harz gemacht ist, aufgebracht wurde, wird das Beschichtungsmittel durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht gehärtet, um dadurch ein Harzelement zu erhalten. Dieses Harzelement umfasst das aus einem Harz hergestellte Substrat und
einen Beschichtungsfilm, der aus einem gehärteten Produkt des Beschichtungsmittels gemacht und auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist.
Darüber hinaus enthält der Beschichtungsfilm:

eine Struktureinheit, die sich von der radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe ableitet; und
eine Struktureinheit mit einer Siloxanbindung.

Wenn das Beschichtungsmittel mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, bewirken die Base und die Radikale, die von der filmhärtenden Komponente erzeugt werden, dass die radikalische Polymerisation und die Sol-Gel-Reaktion wie oben beschrieben parallel ablaufen. Die parallele Durchführung der radikalischen Polymerisation und der Sol-Gel-Reaktion, wie oben beschrieben, ermöglicht die Bildung eines Beschichtungsfilms mit hervorragender Haftung auf dem Substrat und hervorragender Beständigkeit gegen Kratzer.
Es ist bevorzugt, dass eine Konzentration der Siloxanbindungen im Beschichtungsfilm an der Oberfläche des Beschichtungsfilms maximal ist. Da die anorganische Komponente in solch einer Weise an der äußersten Oberfläche des Beschichtungsfilms segregiert ist, kann die Haltbarkeit des Beschichtungsfilms gegenüber Kratzern weiter verbessert werden.
Die Konzentration der Siloxanbindungen im Beschichtungsfilm kann in Richtung des Substrats hin geringer werden. Genauer gesagt kann die Konzentration der anorganischen Komponente im Beschichtungsfilm in der Tiefenrichtung kontinuierlich variiert werden, so dass die Konzentration der Siloxanbindungen an der äußersten Oberfläche des Beschichtungsfilms maximal ist, während die Konzentration der anorganischen an der Grenzfläche zwischen dem Beschichtungsfilm und dem Substrat minimal ist. In diesem Fall kann der Beschichtungsfilm im Vergleich zu einem Fall, in dem die anorganische Komponente und die organische Komponente phasengetrennt sind, besser vor dem Abblättern oder Abfallen bewahrt werden.
Für das Harzelement kann das Harz, das das Substrat bildet, gemäß der beabsichtigten Verwendung des Harzelements geeignet ausgewählt werden. Zum Beispiel kann im Falle der Verwendung des Harzelements als transparentes Element für ein Fenster ein Polycarbonatharz für das Substrat verwendet werden. Das Polycarbonatharz hat verschiedene hervorragende Eigenschaften, die für das transparente Element für ein Fenster erforderlich sind, wie etwa Witterungsbeständigkeit, Festigkeit und Transparenz. Daher kann durch das Bilden des transparenten Beschichtungsfilms auf dem aus dem Polycarbonatharz gemachten Substrat ein Harzelement erhalten werden, das als transparentes Element für ein Fenster geeignet ist.
Das Harzelement kann zum Beispiel durch ein Herstellungsverfahren hergestellt werden, das umfasst:

einen Herstellungsschritt zur Herstellung eines Substrats, das aus einem Harz gemacht ist;
einen Beschichtungsschritt zum Aufbringen des Beschichtungsmittels auf die Oberfläche des Substrats; und
einen Härtungsschritt, bei dem das Beschichtungsmittel mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, um einen Beschichtungsfilm aus einem gehärteten Produkt des Beschichtungsmittels auf der Oberfläche des Substrats zu bilden.

Im Herstellungsverfahren kann für das Aufbringen des Beschichtungsmittels im Beschichtungsschritt gemäß gewünschter Schichtdicke, Form der Ausrüstung und dergleichen eine geeignete Vorrichtung aus den bekannten Aufbringungsvorrichtungen wie etwa Sprühbeschichter, Fliessbeschichter, Schleuderbeschichter, Tauchbeschichter, Stabbeschichter und Applikator für die Verwendung ausgewählt werden.
Nach dem Beschichtungsschritt kann das Beschichtungsmittel erforderlichenfalls erwärmt und anschließend getrocknet werden.
Für die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht im Härtungsschritt kann beispielsweise eine geeignete Lichtquelle aus bekannten Lichtquellen, die ultraviolettes Licht erzeugen können, wie eine Quecksilberlampe, eine Metallhalogenidlampe, eine lichtemittierende Diode und eine Excimer-Lampe, gemäß den Absorptionswellenlängen, den erforderlichen Lichtmengen und dergleichen des Photobasengenerators und des photoradikalischen Polymerisationsinitiators, für die Verwendung ausgewählt werden. Darüber hinaus kann das Beschichtungsmittel im Härtungsschritt mit ultraviolettem Licht in einer Luftatmosphäre oder mit ultraviolettem Licht in einer Stickstoffatmosphäre bestrahlt werden. Das Beschichtungsmittel kann mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden, während es erforderlichenfalls erwärmt wird, um die Reaktion zu beschleunigen.
Darüber hinaus kann nach dem Härtungsschritt erforderlichenfalls ein Schritt der Erwärmung des Beschichtungsfilms zur Beschleunigung der Härtung durchgeführt werden.
BEISPIELE
Es werden Beispiele für das Beschichtungsmittel beschrieben. Es wird bemerkt, dass das Beschichtungsmittel, das mit dem Beschichtungsfilm bereitgestellte Harzelement und das Verfahren zur Herstellung des Harzelements gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgenden Aspekte beschränkt sind, und die Konfiguration kann in geeigneter Weise geändert werden, solange der Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
Hier sind die in den Beispielen verwendeten Verbindungen:
- Organosiliciumverbindung
PAS: Kondensationsprodukt von 3-(Trimethoxysilyl)propylacrylat (siehe die folgende Strukturformel (1))
Es wird bemerkt, dass n in der Strukturformel (1) eine ganze Zahl von 1 oder mehr ist. Das gewichtsgemittelte Molekulargewicht des in den Beispielen verwendeten PAS beträgt spezifisch 1400.
PMAS: Poly-3-(trimethoxysilyl)propylmethacrylat (siehe Strukturformel (2))
Es wird bemerkt, dass n in der Strukturformel (2) eine ganze Zahl von 1 oder mehr ist.
- Polymerisierbarer Ester
AHM: 3-Acryloyloxy-2-hydroxypropylmethacrylat
- Nicht-ionischer Photobasengenerator
Cou-TMG: (E)-N-(Bis(dimethylamino)methylen)-3-(2-hydroxyphenyl)acrylamid (siehe Strukturformel (3))
Es wird bemerkt, dass der in den Beispielen verwendete nicht-ionische Photobasengenerator so zusammengesetzt ist, dass beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht eine Base erzeugt. Wenn der in den Beispielen verwendete nicht-ionische Photobasengenerator mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, werden keine Radikale erzeugt.
- Photoradikalischer Polymerisationsinitiator
Omnirad 819 (photoradikalischer Polymerisationsinitiator mit einer Verbindung auf α-Ketoesterbasis, hergestellt von IGM Resins B.V.)
Es wird bemerkt, dass „Omnirad“ eine eingetragene Marke der IGM Group B.V. ist.
- Ionischer Photobasengenerator
XT-TMG: Guanidinium-(9-oxoxanthen-2-yl)ethanoat (siehe Strukturformel (4))
(Beispiel 1)
Das Beschichtungsmittel gemäß dem vorliegenden Beispiel beinhaltet: eine filmbildende Komponente, die eine Organosiliciumverbindung mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe und einer Alkoxysilylgruppe enthält; und eine filmhärtende Komponente, die so zusammengesetzt ist, dass sie beim Bestrahlen mit ultraviolettem Licht eine Base und ein Radikal erzeugen kann. Die filmhärtende Komponente enthält einen nicht-ionischen Photobasengenerator, der keine ionische Bindung in der Molekularstruktur enthält. Der Gehalt des nicht-ionischen Photobasengenerators beträgt 0,1 Massenteile oder mehr und 50 Massenteile oder weniger, bezogen auf 100 Massenteile der Organosiliciumverbindung.

Nachfolgend werden spezifischere Zusammensetzungen des Beschichtungsmittels gemäß dem vorliegenden Beispiel beschrieben. Im vorliegenden Beispiel wurden drei Arten von Beschichtungsmitteln (Tabelle 1: Testmittel 1 bis 3) hergestellt, indem PAS als eine Organosiliciumverbindung, AHM als ein polymerisierbarer Ester, Cou-TMG als ein nicht-ionischer Photobasengenerator und Omnirad 819 als ein photoradikalischer Polymerisationsinitiator in Chloroform in den in Tabelle 1 angegebenen Massenverhältnissen gelöst wurden. Im vorliegenden Beispiel wurde zum Vergleich mit den Testmitteln 1 bis 3 ein in Tabelle 1 dargestelltes Testmittel 4 hergestellt. Ein Testmittel 4 weist die gleiche Zusammensetzung wie die Testmittel 1 bis 3 auf, enthält jedoch keinen nicht-ionischen Photobasenbildner.
[Tabelle 1] (Tabelle 1)

			Testmittel 1	Testmittel 2	Testmittel 3	Testmittel 4
Organosiliciumverbindung	PAS	Massenteile	50	50	50	50
Polymerisierbarer Ester	AHM	Massenteile	10	10	10	10
Nicht-ionischer Photobasengenerator	Cou-TMG	Massenteile	1,25	2,5	5	-
Photoradikalischer Polymerisationsinitiator	Omnirad 819	Massenteile	3	3	3	3

Anschließend wurden auf Substraten, die aus einem Harz gemacht sind, Beschichtungsfilme gebildet, die aus gehärteten Produkten der Testmittel gemacht sind, um Harzelemente herzustellen. Das Verfahren zur Herstellung der Harzelemente wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
Zunächst wurde ein Herstellungsschritt zur Herstellung eines Substrats, das aus einem Harz gemacht ist, durchgeführt. Im vorliegenden Beispiel wurde ein Plattenmaterial, das aus einem Polycarbonatharz gemacht ist, mit einer Dicke von 5 mm als Substrat hergestellt.
Anschließend wurde ein Beschichtungsschritt zum Aufbringen des Testmittels auf die Oberfläche des Substrats ausgeführt. Für das Aufbringen des Testmittels wurde ein Applikator verwendet. Darüber hinaus wurde gemäß dem vorliegenden Beispiel das Testmittel auf das Substrat aufgebracht und das Substrat anschließend 10 Minuten lang auf 60°C erwärmt, um ein Vorbacken durchzuführen.
Nach dem Vorbacken wurde ein Härtungsschritt durchgeführt, bei dem das Testmittel mit ultraviolettem Licht bestrahlt wurde, um einen Beschichtungsfilm aus einem gehärteten Produkt des Testmittels auf der Oberfläche des Substrats zu bilden. In dem vorliegenden Beispiel wurde die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Außerdem wurde als Lichtquelle für das ultraviolette Licht eine Leuchtdiode mit einer Peakwellenlänge von 365 nm verwendet. Darüber hinaus wurde die Beleuchtungsstärke des ultravioletten Lichts auf 30 mW/cm² und die Belichtung auf 10800 mJ/cm² eingestellt.
Nach dem Bestrahlen mit ultraviolettem Licht wurde der Beschichtungsfilm 10 Minuten lang bei 100°C erwärmt, um ein Nachbacken durchzuführen. Auf diese Weise wurde ein Testkörper erhalten. Der erhaltene Testkörper war klar und farblos. Darüber hinaus betrug die Dicke des auf dem Substrat gebildeten Beschichtungsfilms etwa 50 µm.
Anschließend wurde mittels Fourier-Transformations-Infrarot-Absorptionsspektroskopie (FT-IR) ein Infrarot-Absorptionsspektrum des Beschichtungsfilms auf dem Substrat aufgenommen. 1 zeigt Beispiele von Infrarot-Absorptionsspektren der aus den Testmitteln 1 bis 4 hergestellten Beschichtungsfilme. Es wird bemerkt, dass die vertikale Achse von 1 die Absorption darstellt, während die horizontale Achse die Wellenzahl (cm^-1) darstellt.
Bei den in 1 dargestellten Infrarot-Absorptionsspektren treten Absorptionspeaks, die von den nicht umgesetzten Organosiliciumverbindungen stammen, bekanntermaßen bei einer Wellenzahl von 1140 cm^-1 auf. Gemäß 1 kann verstanden werden, dass die Absorptionswerte der von den Organosiliciumverbindungen abgeleiteten Absorptionspeaks in den Fällen der Infrarot-Absorptionsspektren der Testmittel 1 bis 3 kleiner sind als der Absorptionswert des von der Organosiliciumverbindung abgeleiteten Absorptionspeaks im Fall des Infrarot-Absorptionsspektrums des Testmittels 4. Aufgrund dieser Ergebnisse kann verstanden werden, dass durch das Einmischen des nicht-ionischen Photobasengenerators in das Beschichtungsmittel bewirkt wird, dass die Sol-Gel-Reaktion der Organosiliciumverbindung voranschreitet. Insbesondere in den Fällen des Testmittels 2 und des Testmittels 3, in denen der Gehalt des nicht-ionischen Photobasengenerators 5 Massenteile oder mehr, bezogen auf 100 Massenteile der Organosiliciumverbindung, beträgt, werden fast keine Absorptionspeaks beobachtet, die von den nicht umgesetzten Organosiliciumverbindungen stammen, und es wird geschätzt, dass die Organosiliciumverbindungen fast vollständig umgesetzt sind.
(Beispiel 2)
Im vorliegenden Beispiel wurde die Härte eines Beschichtungsfilms nach dem folgenden Verfahren bewertet. Konkret wurde zunächst ein Plattenmaterial, das aus Polycarbonat gemacht ist, mit einer Dicke von 5 mm als Substrat hergestellt. Das in Tabelle 1 aufgeführte Testmittel 2 wurde auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht, und dann wurde das Substrat 10 Minuten lang bei 60°C erwärmt, um ein Vorbacken durchzuführen. Nach dem Vorbacken wurde das Testmittel 2 unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um einen Beschichtungsfilm auf der Oberfläche des Substrats zu bilden.
Nachdem die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht durchgeführt wurde, wurde der Beschichtungsfilm unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen erwärmt, um ein Nachbacken durchzuführen. Auf diese Weise wurden die Testkörper A bis D erhalten. Die erhaltenen Testkörper waren alle klar und farblos. Darüber hinaus betrug die Dicke des auf dem Substrat gebildeten Beschichtungsfilms etwa 50 µm.
Unter Verwendung der so erhaltenen Testkörper A bis D wurde die Ritzhärte des Beschichtungsfilms nach der in JIS K 5400 beschriebenen Stiftmethode bewertet. Die Ritzhärte des Beschichtungsfilms in jedem Testkörper war wie in Tabelle 2 dargestellt.
[Tabelle 2] (Tabelle 2)

Temperatur des Nachbackens (°C) Zeit des Nachbackens (min) Ritzhärte

Testkörper A Nicht durchgeführt 6H

Testkörper B 60 5 7H

Testkörper C 100 5 8H

Testkörper D 140 5 8H bis 9H
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, machten es die Testmittel gemäß dem vorliegenden Beispiel möglich, die Ritzhärte mit zunehmender Temperatur des Nachbackens zu erhöhen.
(Beispiel 3)
In diesem Beispiel wurde die Lagerstabilität eines Beschichtungsmittels mit dem folgenden Verfahren bewertet. Zunächst wurden 0,51 g Methanol in ein Fläschchen eingewogen. In diesem Methanol wurden 0,10 g PMAS und 0,012 g Cou-TMG gelöst, um ein Testmittel 5 zu erhalten. Das Verhältnis zwischen PMAS und Cou-TMG im Testmittel 5 wird dargestellt durch PMAS : Cou-TMG = 100 : 8 im molaren Verhältnis.
Im vorliegenden Beispiel wurde zum Vergleich mit dem Testmittel 5 ein Testmittel 6 hergestellt, in dem das XT-TMG als ionischer Photobasengenerator anstelle des Cou-TMG gemischt wurde. Zur Herstellung des Testmittels 6 wurden zunächst 0,50 g Methanol in ein Fläschchen eingewogen. In diesem Methanol wurden 0,10 g PMAS und 0,013 g XT-TMG gelöst, um das Testmittel 6 zu erhalten. Das Verhältnis zwischen PMAS und XT-TMG im Testmittel 6 wird dargestellt durch PMAS : XT-TMG = 100 : 8 im molaren Verhältnis. Es wird bemerkt, dass das Testmittel 5 und das Testmittel 6 im Dunkeln hergestellt wurden.
Anschließend wurden die Testmittel 5 und 6 in den Fläschchen in einem dunklen Raum bei einer Raumtemperatur von 25°C gelagert und die Viskositäten der Testmittel in den Fläschchen visuell ausgewertet. Als Ergebnis war das Testmittel 6, in das der ionische Photobasengenerator eingemischt war, in der Viskosität am vierten Tag nach Beginn der Lagerung erhöht und es wurde festgestellt, dass das Testmittel 6 geliert war. Im Gegensatz dazu wurde bei dem Testmittel 5, in das der nicht-ionische Photobasengenerator eingemischt war, auch nach 6 Tagen nach Beginn der Lagerung kein Anstieg der Viskosität beobachtet.
Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass durch das Einmischen des nicht-ionischen Photobasengenerators in das Beschichtungsmittel die Lagerstabilität des Beschichtungsmittels verbessert werden kann.
(Beispiel 4)
Im vorliegenden Beispiel wurden Beschichtungsmittel (Testmittel 7 bis 10) mit den in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzungen hergestellt und die Beschichtungsmittel auf Lagerstabilität und Härtbarkeit geprüft. Nachstehend sind die spezifischen Strukturen der im vorliegenden Beispiel verwendeten Organosiliciumverbindung, des polymerisierbaren Esters und des nicht-ionischen Photobasengenerators aufgeführt:
- Organosiliciumverbindung
PTSA: Kondensationsprodukt von 3-(trimethoxysilyl)propylacrylat (siehe allgemeine Formel (5))

wobei n in der Strukturformel (5) eine ganze Zahl von 1 oder mehr ist. Das gewichtsgemittelte Molekulargewicht des im vorliegenden Beispiel verwendeten PTSA beträgt konkret 3,5 × 10⁴.
- Polymerisierbarer Ester
TMPTA: Trimethylolpropantriacrylat
- Nicht-ionischer Photobasengenerator
Cou-DCMC: (E)-N-Cyclohexyl-N-((E)-(cyclohexylimino)(piperidin-1-yl)methyl)-3-(2-hydroxyphenyl)acrylamid (siehe Strukturformel (6))
Im vorliegenden Beispiel wurden vier Arten von Beschichtungsmitteln (Testmittel 7 bis 10) hergestellt, indem PTSA als eine Organosiliciumverbindung, TMPTA als ein polymerisierbarer Ester, Cou-DCMC als ein nicht-ionischer Photobasengenerator und Omnirad 819 als ein photoradikalischer Polymerisationsinitiator in Methanol in den in Tabelle 3 angegebenen Massenverhältnissen gelöst wurden. Es wird bemerkt, dass die Menge des Methanols auf 180 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile der Gesamtmenge von PTSA und TMPTA, eingestellt wurde. Darüber hinaus wurden die Testmittel im Dunkeln eingestellt.

Im vorliegenden Beispiel wurde ein in Tabelle 3 dargestelltes Testmittel 11 zum Vergleich zu den Testmitteln 7 bis 10 hergestellt. Das Testmittel 11 hat die gleiche Zusammensetzung wie das Testmittel 7, enthält aber keinen nicht-ionischen Photobasengenerator.
[Tabelle 3] (Tabelle 3)

			Testmittel 7	Testmittel 8	Testmittel 9	Testmittel 10	Testmittel 11
Organosiliciumverbindung	PTSA	Massenteile	50	50	50	50	50
Polymerisierbarer Ester	TMPTA	Massenteile	50	50	50	50	50
Nicht-ionischer Photobasengenerator	Cou-DCMC	Massenteile	3	1	2	3	-
Photoradikalischer Polymerisationsinitiator	Omnira d819	Massenteile	10	3	3	3	10

<Lagerstabilität>
Die Fläschchen, die Testmittel 7 bis 10 enthalten, wurden im Dunkeln bei einer Raumtemperatur von 25°C gelagert, und die Viskosität der Testmittel in den Fläschchen wurde visuell bewertet. Das Ergebnis war, dass bei den Testmitteln 7 bis 10 auch nach einem Zeitraum von 6 Tagen nach Beginn der Lagerung kein Anstieg der Viskosität zu beobachten war. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Lagerstabilität des Beschichtungsmittels auch bei Verwendung des nicht-ionischen Photobasengenerators gemäß dem vorliegenden Beispiel verbessert werden kann.
<Härtbarkeit>
Für die Bewertung der Härtbarkeit wurden die Testmittel 7 und 11 verwendet. Zunächst wurde das Testmittel 7 durch Schleuderbeschichtung auf ein Substrat, das aus einem Polycarbonatharz gemacht ist, aufgebracht. Das Substrat, auf das das Testmittel 7 aufgebracht wurde, wurde durch Erwärmen des Substrats auf 60°C für 10 Minuten einem Vorbacken unterzogen, wodurch ein Testkörper E bereitgestellt wurde. Unabhängig davon wurde das Testmittel 11 durch Schleuderbeschichtung auf ein Substrat, das aus einem Polycarbonatharz gemacht ist, aufgebracht. Das Substrat mit dem aufgebrachten Testmittel 11 wurde durch 10-minütiges Erwärmen auf 60°C einem Vorbacken unterzogen, wodurch ein Testkörper F bereitgestellt wurde.
Nach dem Vorbacken wurde ein Härtungsschritt durchgeführt, bei dem die Testkörper E und F mit ultraviolettem Licht bestrahlt wurden, um Beschichtungsfilme aus gehärteten Produkten der Testmittel auf den Oberflächen der Substrate zu bilden. Gemäß dem vorliegenden Beispiel wurde das Bestrahlen mit ultraviolettem Licht in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Außerdem wurde als Lichtquelle für das ultraviolette Licht eine Leuchtdiode mit einer Peakwellenlänge von 365 nm verwendet. Die Beleuchtungsstärke des ultravioletten Lichts wurde auf 30 mW/cm² eingestellt, und die Belichtung wurde auf 9000 mJ/cm² eingestellt.
Anschließend wurden die Testkörper E und F erwärmt, um ein Nachbacken der Beschichtungsfilme durchzuführen. Das Nachbacken gemäß dem vorliegenden Beispiel umfasst einen ersten Erwärmungsschritt, bei dem die Beschichtungsfilme 10 Minuten lang auf eine Temperatur von 60°C erwärmt werden, einen zweiten Erwärmungsschritt, bei dem die Beschichtungsfilme 10 Minuten lang auf eine Temperatur von 100°C erwärmt werden, und einen dritten Erwärmungsschritt, bei dem die Beschichtungsfilme 10 Minuten lang auf eine Temperatur von 140°C erwärmt werden. Bei jedem der Testkörper E und F, die dem Nachbacken unterzogen wurden, war der Beschichtungsfilm 30 bis 40 µm dick und visuell farblos und transparent. Darüber hinaus betrug bei der Messung der Lichtdurchlässigkeit des mit dem Testkörper E bereitgestellten Beschichtungsfilm im Bereich des sichtbaren Lichts die Lichtdurchlässigkeit des Beschichtungsfilms 96%.
Anschließend wurden Infrarot-Absorptionsspektren des Films des Testmittels 7 und des Films des Testmittels 11 unter Verwendung der Testkörper E und F, die dem Vorbacken unterzogen wurden, aufgenommen. Für jedes Infrarotabsorptionsspektrum wurde die Peakintensität des Absorptionspeaks bei einer Wellenzahl von 1118 cm^-1, der von der Siloxanbindung stammt, durch die Peakintensität des Absorptionspeaks bei einer Wellenzahl von 1729 cm^-1, der von der Carbonylgruppe stammt, geteilt, um das Peakintensitätsverhältnis des Absorptionspeaks der Siloxanbindung zum Absorptionspeak, der von der Carbonylgruppe stammt, zu berechnen. Dann wird das auf der Grundlage des Infrarot-Absorptionsspektrums des Films des Testmittels 7 berechnete Peakintensitätsverhältnis durch das auf der Grundlage des Infrarot-Absorptionsspektrums des Films des Testmittels 11 berechnete Peakintensitätsverhältnis geteilt, um die normalisierte Intensität des von der Siloxanbindung abgeleiteten Absorptionspeaks in dem vorgebackenen Testkörper E zu normalisieren.
Der vorgenannte Vorgang wurde in ähnlicher Weise für die Testkörper in jeder Stufe nach dem Bestrahlen mit ultraviolettem Licht durchgeführt: nach dem ersten Erwärmungsschritt in dem Vorbacken, nach dem zweiten Erwärmungsschritt und nach dem dritten Erwärmungsschritt, wodurch die normalisierte Intensität des Absorptionspeaks, der von der Siloxanbindung im Testkörper E abgeleitet wurde, in jeder Stufe berechnet wurde.
2 zeigt die normierte Intensität des von der Siloxanbindung abgeleiteten Absorptionspeaks im Testkörper E in jeder Stufe. Es wird bemerkt, dass die vertikale Achse in 2 die normalisierte Intensität des Absorptionspeaks darstellt, der von der Siloxanbindung abgeleitet ist, welcher nach dem oben beschriebenen Verfahren berechnet wurde.
Wie in 2 gezeigt, war im Fall des Beschichtungsfilms, der unter Verwendung des Testmittels 7, das den nicht-ionischen Photobasengenerator enthält, hergestellt wurde, die normalisierte Intensität des Absorptionspeaks, der von der Siloxanbindung ableitet ist, nach dem Bestrahlen mit ultraviolettem Licht etwa 1,2-mal so hoch wie die Intensität vor dem Bestrahlen mit ultraviolettem Licht. Die normalisierte Intensität des von der Siloxanbindung abgeleiteten Absorptionspeaks stieg zwar auch in jedem Erwärmungsschritt des Nachbackens an, aber die Steigerungsrate war geringer als zum Zeitpunkt der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht. Aus diesen Ergebnissen lässt sich schließen, dass die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht das Voranschreiten der Sol-Gel-Reaktion auch im Testmittel 7 ausreichend bewirkt.
(Beispiel 5)
Im vorliegenden Beispiel wurde eine anorganische Komponente in einem Beschichtungsfilm auf ihre Verteilung hin untersucht. Konkret wurde ein Testmittel 8 durch Schleuderbeschichtung auf ein Substrat, das aus einem Polycarbonatharz gemacht ist, aufgebracht. Das Substrat mit dem darauf aufgebrachten Testmittel 8 wurde einem Vorbacken unterzogen, indem das Substrat 40 Minuten lang auf 60°C erwärmt wurde, um das Testmittel 8 zu trocknen. Nach dem Vorbacken wurde das Testmittel 8 auf dem Substrat mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um ein Testkörper G zu erhalten, der das Substrat und einen Beschichtungsfilm aus einem gehärteten Produkt des Testmittels 8 enthält und auf dem Substrat bereitgestellt ist. Es wird bemerkt, dass die Bedingungen für die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht die gleichen sind wie in Beispiel 4.
Darüber hinaus wurden im vorliegenden Beispiel 50 Massenteile PTSA, 50 Massenteile TMPTA, 3,0 Massenteile Cou-TMG und 10 Massenteile Omnirad 819 in Tetrachlorkohlenstoff gelöst, um ein Testmittel 12 herzustellen. Es ist zu beachten, dass die Stoffmenge (Molzahl) des Cou-TMG im Testmittel 12 gleich der Stoffmenge des Cou-DCMC im Testmittel 8 ist.
Das Testmittel 12 wurde durch Schleuderbeschichtung auf ein Substrat, das aus einem Polycarbonatharz gemacht ist, aufgebracht. Dann wurde das Substrat mit dem darauf aufgebrachten Testmittel 12 einem Vorbacken unterzogen, indem das Substrat auf 60°C für 40 Minuten erwärmt wurde, und dann wurde mit ultravioletten Strahlen bestrahlt, um ein Testkörper H zu erhalten, der das Substrat und einen Beschichtungsfilm aus einem gehärteten Produkt des Testmittels 12 enthält und auf dem Substrat bereitgestellt ist. Es ist zu beachten, dass die Bedingungen für die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht die gleichen sind wie in Beispiel 4.
Anschließend wurden Querschnitte der Beschichtungsfilme des Testkörpers G und des Testkörpers H unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops betrachtet und die Verteilung der Si-Atome in den Querschnitten der Beschichtungsfilme mittels energiedispersiver Röntgenanalyse ausgewertet. 3 zeigt die Verteilung der Si-Atome im Querschnitt des Beschichtungsfilms des Testkörpers G, und 4 zeigt die Verteilung der Si-Atome im Querschnitt des Beschichtungsfilms des Testkörpers H. Es wird bemerkt, dass die Helligkeit in 3 und 4 das Vorhandensein von Si-Atomen anzeigt, und ein Teil mit einer kleineren Anzahl von Si-Atomen ist dunkler, während ein Teil mit einer größeren Anzahl von Si-Atomen heller ist.
Wie in den 3 und 4 gezeigt, weisen die Beschichtungsfilme 2 der Testkörper G und H fast keine Si-Atome in der Nähe der Grenzflächen zwischen den Beschichtungsfilmen 2 und den Substraten 1 auf und weisen mehr Si-Atome in Richtung der äußersten Oberflächen der Beschichtungsfilme 2 auf. Aus diesen Ergebnissen lässt sich schließen, dass die durch die Sol-Gel-Reaktionen erzeugten anorganischen Komponenten in der Nähe der Oberflächen der Beschichtungsfilme 2 in den Testkörpern G und H segregiert sind.
Aus dem Vergleich zwischen den 3 und 4 geht außerdem hervor, dass das Testmittel 8, das Cou-DCMC als einen nicht-ionischen Photobasengenerator enthält, eine stärkere Segregation der anorganischen Komponente an der äußersten Oberfläche des Beschichtungsfilms ermöglicht als das Testmittel 12, das das Cou-TMG enthält. Wie oben beschrieben, kann man erwarten, dass durch Erhöhen der Konzentration der anorganischen Komponente an der äußersten Oberfläche des Beschichtungsfilms die Effekte wie eine Verbesserung in Härte und Abriebfestigkeit des Beschichtungsfilms, welche durch die Segregation der anorganischen Komponente erzielt werden, weiter verstärkt werden.
(Beispiel 6)
Im vorliegenden Beispiel wurde die Kombination aus der Organosiliciumverbindung und dem polymerisierbaren Ester zur Herstellung von Beschichtungsmitteln unterschiedlich verändert und die Verteilung der anorganischen Komponente in dem aus jedem Beschichtungsmittel hergestellten Beschichtungsfilm wurde untersucht. Die im vorliegenden Beispiel verwendeten Verbindungen werden im Folgenden beschrieben.
- Organosiliciumverbindung
PTSA: Kondensationsprodukt von 3-(Trimethoxysilyl)propylacrylat
Im Folgenden wird das Verfahren zur Synthese des im vorliegenden Beispiel verwendeten PTSA beschrieben. Zunächst werden 100 mmol 3-(Trimethoxysilyl)propylacrylat (im Folgenden als „TSA“ bezeichnet) und 1000 mmol trockenes Methanol in einen Kolben gegeben und der Inhalt 10 Minuten lang gerührt, während der Kolben in einem Eisbad gekühlt wird. Nachdem der Kolben aus dem Eisbad genommen wurde, werden 200 mmol Wasser und 30 mmol Salzsäure in den Kolben gegeben. Nachdem der Inhalt des Kolbens 10 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt wurde, wird er beim Erwärmen auf 70°C in einer Stickstoffatmosphäre 10 Minuten lang gerührt, um das TSA zu kondensieren.
Nachdem das Rühren beendet wurde, werden 7,5 mL Tetrahydrofuran und 300 mL Cyclohexan in den Kolben gegeben, um das PTSA wieder auszufällen. Danach werden das Lösungsmittel und die Nebenprodukte im Kolben entfernt, und dadurch kann das PTSA erhalten werden.
P(TSA-TFS): Kondensationsprodukt von
3-(Trimethoxysilyl)propylacrylat und Trimethoxy(3,3,3-trifluorpropyl)silan (siehe Strukturformel (7))

wobei n in der Strukturformel (7) eine ganze Zahl von 1 oder mehr ist. Im Folgenden wird das Verfahren zur Synthese des im vorliegenden Beispiel verwendeten P(TSA-TFS) beschrieben.
Zunächst werden 20 mmol TSA, 80 mmol Trimethoxy-(3,3,3-trifluorpropyl)silan (im Folgenden als „TFS“ bezeichnet) und 1000 mmol trockenes Methanol in einen Kolben gegeben und der Inhalt 10 Minuten lang gerührt, während der Kolben in einem Eisbad gekühlt wird. Nach dem Herausnehmen des Kolbens aus dem Eisbad werden 200 mmol Wasser und 30 mmol Salzsäure in den Kolben gegeben. Nachdem der Inhalt des Kolbens 20 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt wurde, wird der Inhalt des Kolbens beim Erwärmen auf 70°C unter Stickstoffatmosphäre 10 Minuten lang gerührt, damit das TSA und das TFS kondensieren.
Nachdem das Rühren beendet wurde, werden 8,0 mL Tetrahydrofuran und 320 mL Cyclohexan in den Kolben gegeben, um das P(TSA-TFS) wieder auszufällen. Danach werden das Lösungsmittel und die Nebenprodukte im Kolben entfernt, und dadurch kann das P(TSA-TFS) erhalten werden.
P (TSA-TFTS): Kondensationsprodukt von 3-(Trimethoxysilyl)propylacrylat und 1H,1H,2H,2H-Tridecafluoro-n-octyltrimethoxysilan (siehe die Strukturformel (8))
Es wird bemerkt, dass n in der Strukturformel (8) eine ganze Zahl von 1 oder mehr ist. Im Folgenden wird das Verfahren zur Synthese des im vorliegenden Beispiel verwendeten P(TSA-TFTS) beschrieben.
Zunächst werden 4,0 mmol TSA, 16 mmol 1H,1H,2H,2H-Tridecafluoro-n-octyltrimethoxysilan (im Folgenden als „TFTS“ bezeichnet) und 400 mmol trocknes Methanol in einen Kolben gegeben und der Inhalt 10 Minuten lang gerührt, während der Kolben in einem Eisbad gekühlt wird. Nachdem der Kolben aus dem Eisbad genommen wurde, werden 40 mmol Wasser und 12 mmol Salzsäure in den Kolben gegeben. Nachdem der Inhalt des Kolbens 20 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt wurde, wird der Inhalt des Kolbens beim Erwärmen auf 70°C in einer Stickstoffatmosphäre 10 Minuten lang gerührt, damit das TSA und das TFTS kondensieren.
Nachdem das Rühren beendet wurde, werden 7,5 mL Tetrahydrofuran und 400 mL Cyclohexan in den Kolben gegeben, um das P(TSA-TFTS) wieder auszufällen. Danach werden das Lösungsmittel und die Nebenprodukte im Kolben entfernt, und dadurch kann das P(TSA-TFTS) erhalten werden.
P(TSA-PFPS): Kondensationsprodukt von 3-(Trimethoxysilyl)propylacrylat und 3-(Pentafluorphenyl)propyltrimethoxysilan (siehe Strukturformel (9))
Es wird bemerkt, dass n in der Strukturformel (9) eine ganze Zahl von 1 oder mehr ist. Im Folgenden wird das Verfahren zur Synthese des im vorliegenden Beispiel verwendeten P(TSA-PFPS) beschrieben.
Zunächst werden 4,0 mmol TSA, 16,0 mmol 3-(Pentafluorphenyl)propyltrimethoxysilan (im Folgenden als „PFPS“ bezeichnet) und 400 mmol trockenes Methanol in einen Kolben gegeben und der Inhalt 10 Minuten lang gerührt, während der Kolben in einem Eisbad gekühlt wird. Nachdem der Kolben aus dem Eisbad genommen wurde, werden 40 mmol Wasser und 12 mmol Salzsäure in den Kolben gegeben. Nachdem der Inhalt des Kolbens 20 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt wurde, wird der Inhalt des Kolbens beim Erwärmen auf 70°C unter Stickstoffatmosphäre 10 Minuten lang gerührt, damit das TSA und das PFPS kondensieren.
Nachdem das Rühren beendet wurde, werden 7,5 mL Tetrahydrofuran und 400 mL Cyclohexan in den Kolben gegeben, um das P(TSA-PFPS) wieder auszufällen. Danach werden das Lösungsmittel und die Nebenprodukte im Kolben entfernt, und dadurch kann das P(TSA-PFPS) erhalten werden.
- Polymerisierbarer Ester

PETTA: Pentaerythritoltetraacrylat
TMPTA: Trimethylolpropantriacrylat
NGD: Nonamethylenglykoldiacrylat
AHM: Allyloxyhydroxypropylmethacrylat
BZA: Benzylacrylat
PET3A: Pentaerythritoltriacrylat

- Andere siliciumhaltige Verbindungen
MTPD R18: Methacryloxypropyl-terminiertes Polydimethylsiloxan (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht: 4500 bis 5500, AZmax.co „DMS-R18“)
MTPD R22: Methacryloxypropyl-terminiertes Polydimethylsiloxan (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht: 10000, AZmax.co „DMS-R22“)
Es wird bemerkt, dass das MTPD R18 und das MTPD R22 keine Alkoxysilylgruppe aufweisen.
Tabelle 4 zeigt die absolute Viskosität bei 60°C (Einheit: mPa·s) und die freie Oberflächenenergie (Einheit: mJ/cm²) für jede der oben beschriebenen Verbindungen. Es wird bemerkt, dass für die Messung der absoluten Viskosität jeder Verbindung ein Rotationsviskosimeter („ViscoQC 300“, hergestellt von Anton Paar GmbH) verwendet wurde, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors so eingestellt war, dass der auf die Spindel ausgeübte Widerstand 10% oder mehr des maximalen Drehmoments betrug. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors bei der Messung der absoluten Viskosität war spezifisch wie in Tabelle 4 dargestellt. Darüber hinaus hat die freie Oberflächenenergie jeder Verbindung einen Wert, der auf der Grundlage der Säure-Base-Theorie für den polymerisierbaren Ester mit einer Hydroxylgruppe (-OH) in der Molekularstruktur berechnet wurde, und hat Werte, die auf der Grundlage der Owens-Wendt-Theorie für die Organosiliciumverbindung, die siliciumhaltige Verbindung, die sich von der Organosiliciumverbindung unterscheidet, und den polymerisierbaren Ester ohne Hydroxylgruppe (-OH) berechnet wurden.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung des Beschichtungsmittels beschrieben. Zunächst werden die Organosiliciumverbindung oder die siliciumhaltige Verbindung und der polymerisierbare Ester, wie in den Tabellen 5 und 6 dargestellt, zu einem Tetrachlorkohlenstoff als Lösungsmittel zugegeben. Die zugegebenen Mengen der Organosiliciumverbindung oder der siliciumhaltigen Verbindung und des polymerisierbaren Esters betragen jeweils 50 Massen-%, bezogen auf das Lösungsmittel. Ferner werden 3 Massen-% des photoradikalischen Polymerisationsinitiators („Omnirad 819“, hergestellt von IGM Resins B.V.), bezogen auf die Gesamtmenge der Organosiliciumverbindung oder der siliciumhaltigen Verbindung und des polymerisierbaren Esters, in das Lösungsmittel gegeben und gemischt, wodurch die Herstellung der in Tabelle 5 gezeigten Beschichtungsmittel (Testmittel 13 bis 37) und der in Tabelle 6 gezeigten Beschichtungsmittel (Testmittel 38 bis 48) ermöglicht wird. Es wird bemerkt, dass die in Tabelle 5 gezeigten Testmittel 28 bis 37 und die in Tabelle 6 gezeigten Testmittel 47 bis 48 Beispiele für die Verwendung einer siliciumhaltigen Verbindung ohne Alkoxysilylgruppe anstelle der Organosiliciumverbindung sind.
Im vorliegenden Beispiel wurde jedes Testmittel durch Schleuderbeschichtung auf ein Substrat, das aus einem Polycarbonatharz gemacht ist, aufgebracht, und dann wurde das Substrat durch Erwärmen auf 60°C einem Vorbacken unterzogen. Es wird bemerkt, dass die Erwärmungszeit beim Vorbacken 40 Minuten oder kürzer war.
Nach dem Vorbacken wurde ein Härtungsschritt durchgeführt, bei dem das Testmittel mit ultraviolettem Licht bestrahlt wurde, um einen Beschichtungsfilm aus einem gehärteten Produkt des Testmittels auf der Oberfläche des Substrats zu bilden. Gemäß dem vorliegenden Beispiel wurde die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Außerdem wurde als Lichtquelle für das ultraviolette Licht eine Leuchtdiode mit einer Peakwellenlänge von 365 nm verwendet. Darüber hinaus wurde die Beleuchtungsstärke des ultravioletten Lichts auf 30 mW/cm² und die Belichtung auf 7200 mJ/cm² eingestellt. Auf diese Weise wurde ein Harzelement mit einem Beschichtungsfilm aus einem gehärteten Produkt des Beschichtungsmittels auf dem Substrat erhalten.
Als nächstes wurde die Verteilung der anorganischen Komponente im Beschichtungsfilm mit dem folgenden Verfahren bewertet. Zunächst wurde die Oberfläche des Beschichtungsfilms mit Hilfe eines Sekundär-Rasterelektronenmikroskops mit energiedispersivem Röntgenanalysator (SEM-EDX) beobachtet, um ein Sekundärelektronenbild der Oberfläche, ein Kartierungsbild der Kohlenstoffatome und ein Kartierungsbild der Siliciumatome aufzunehmen. Anschließend wurde das Harzelement geschnitten, um einen Querschnitt des Beschichtungsfilms freizulegen. Dann wurden ein Sekundärelektronenbild des Querschnitts des Beschichtungsfilms, ein Kartierungsbild der Kohlenstoffatome und ein Kartierungsbild der Siliciumatome mit Hilfe von SEM-EDX aufgenommen.

Wenn an der Oberfläche des Beschichtungsfilms ein Bereich mit Siliciumatomen in höherer Konzentration und ein Bereich mit Siliciumatomen in niedrigerer Konzentration gebildet wurde, wurde festgestellt, dass der Beschichtungsfilm eine Phasentrennungsstruktur wie etwa eine Meer-Insel-Struktur oder eine Meer-Meer-Struktur aufweist. Wenn die Siliciumatome sowohl an der Oberfläche als auch im Querschnitt des Beschichtungsfilms gleichmäßig verteilt waren, wurde festgestellt, dass der Beschichtungsfilm eine einheitliche Struktur aufwies. Ferner wurde festgestellt, dass die Siliciumatome an der Oberfläche des Beschichtungsfilms gleichmäßig verteilt waren, und es wurde festgestellt, dass die anorganische Komponente in der Nähe der Oberfläche des Beschichtungsfilms im Querschnitt segregiert war. Die Verteilungen der anorganischen Komponenten in den aus den jeweiligen Testmitteln hergestellten Beschichtungsfilmen sind in den Tabellen 5 und 6 dargestellt.
[Tabelle 4] (Tabelle 4)

	Namen der Verbindungen	Absolute Viskosität bei 60(°C) (mPa·s)	Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (U/min)	freien Oberflächenenergie (mJ/cm²)
Organosiliciumverbindung	PTSA	680,0	5	39,4
	P(TSA-TFS)	1703,0	5	23,9
	P(TSA-TFTS)	600,4	5	11,4
	P(TSA-PFPS)	313,8	5	38,4
andere siliciumhaltige Verbindungen	MTPD R18	37,1	200	34,6
andere siliciumhaltige Verbindungen	MTPD R22	80,7	100	31,0
Polymerisierbarer Ester	PETTA	53,3	200	60,1
	TMPTA	14,5	250	60,5
	NGD	3,8	250	52,9
	AHM	8,7	250	48,6
	BZA	1,7	250	47,3
	PET3A	45,0	250	48,7

[Tabelle 5] (Tabelle 5)

	Siliciumhaltige Verbindungen			Polymerisierbarer Ester			Gewichtete Mittel von absoluten Viskositäten (mPa·s)	Gemischte Viskosität η (mPa· s)	Differenz zwischen freien Oberflächenenergieen	Verteilung von anorganischer Komponente
	Namen von Verbindungen	η_Si (mPa· s)	γ_Si (mJ/c m2)	Namen von Verbindungen	η_ester (mPa· s)	γ_ester (mJ/cm² )	Gewichtete Mittel von absoluten Viskositäten (mPa·s)	Gemischte Viskosität η (mPa· s)	Differenz zwischen freien Oberflächenenergieen	Verteilung von anorganischer Komponente
Testmittel 13	PTSA	680	39,4	PETTA	53,3	60,1	366,6	163,7	20,7	segregiert
Testmittel 14	PTSA	680	39,4	TMPTA	14,5	60,5	347,3	67,7	21,1	segregiert
Testmittel 15	PTSA	680	39,4	NGD	3,8	52,9	341,9	23,4	13,5	einheitlich
Testmittel 16	PTSA	680	39,4	AHM	8,7	48,6	344,4	46,1	9,2	einheitlich
Testmittel 17	PTSA	680	39,4	BZA	1,7	47,3	340,8	11,7	7,9	einheitlich
Testmittel 18	P(TSA-TFS)	1703	23,9	PETTA	53,3	60,1	878,1	232,0	36,2	segregiert
Testmittel 19	P(TSA-TFS)	1703	23,9	TMPTA	14,5	60,5	858,8	90,6	36,6	segregiert
Testmittel 20	P(TSA-TFS)	1703	23,9	NGD	3,8	52,9	853,4	29,3	29	phasengetrennt
Testmittel 21	P(TSA-TFS)	1703	23,9	AHM	8,7	48,6	855,9	60,3	24,7	einheitlich
Testmittel 22	P(TSA-TFS)	1703	23,9	BZA	1,7	47,3	852,3	14,0	23,4	einheitlich
Testmittel 23	P(TSA-TFTS)	600,4	11,4	PETTA	53,3	60,1	326,8	155,9	48,7	phasengetrennt
Testmittel 24	P(TSA-TFTS)	600,4	11,4	TMPTA	14,5	60,5	307,5	65,0	49,1	phasengetrennt
Testmittel 25	P(TSA-TFTS)	600,4	11,4	NGD	3,8	52,9	302,1	22,7	41,5	phasengetrennt
Testmittel 26	P(TSA-TFTS)	600,4	11,4	AHM	8,7	48,6	304,6	44,4	37,2	phasengetrennt
Testmittel 27	P(TSA-TFTS)	600,4	11,4	BZA	1,7	47,3	301,0	11,3	35,9	phasengetrennt
Testmittel 28	MTPD R18	37,1	34,6	PETTA	53,3	60,1	45,2	44,3	25,5	phasengetrennt
Testmittel 29	MTPD R18	37,1	34,6	TMPTA	14,5	60,5	25,8	22,6	25,9	phasengetrennt
Testmittel 30	MTPD R18	37,1	34,6	NGD	3,8	52,9	20,4	9,9	18,3	phasengetrennt
Testmittel 31	MTPD R18	37,1	34,6	AHM	8,7	48,6	22,9	16,8	14	phasengetrennt
Testmittel 32	MTPD R18	37,1	34,6	BZA	1,7	47,3	19,4	5,7	12,7	phasengetrennt
Testmittel 33	MTPD R22	80,7	31	PETTA	53,3	60,1	67,0	65,2	29,1	phasengetrennt
Testmittel 34	MTPD R22	80,7	31	TMPTA	14,5	60,5	47,6	31,3	29,5	phasengetrennt
Testmittel 35	MTPD R22	80,7	31	NGD	3,8	52,9	42,2	12,8	21,9	phasengetrennt
Testmittel 36	MTPD R22	80,7	31	AHM	8,7	48,6	44,7	22,7	17,6	phasengetrennt
Testmittel 37	MTPD R22	80,7	31	BZA	1,7	47,3	41,2	7,0	16,3	phasengetrennt

[Tabelle 6] (Tabelle 6)

	Siliciumhaltige Verbindungen			Polymerisierbarer Ester			Gewichtete Mittel von absoluten Viskositäten (mPa·s)	Gemischte Viskosität η (mPa· s)	Differenz zwischen freien Oberflächenenergieen	Verteilung von anorganischer Komponente
	Namen von Verbindungen	η_Si (mPa· s)	γ_Si (mJ/c m2)	Namen von Verbindungen	η_ester (mPa· s)	γ_ester (mJ/cm² )	Gewichtete Mittel von absoluten Viskositäten (mPa·s)	Gemischte Viskosität η (mPa· s)	Differenz zwischen freien Oberflächenenergieen	Verteilung von anorganischer Komponente
Testmittel 38	PTSA	680	39,4	PET3A	45,0	48,7	362,5	147,1	9,3	einheitlich
Testmittel 39	P(TSA-TFS)	1703	23,9	PET3A	45,0	48,7	874,0	207,0	24,8	segregiert
Testmittel 40	P(TSA-TFTS)	600,4	11,4	PET3A	45,0	48,7	322,7	140,2	37,3	phasengetrennt
Testmittel 41	P(TSA-PFPS)	313,8	38,4	PETTA	53,3	60,1	183,5	119,6	21,7	einheitlich
Testmittel 42	P(TSA-PFPS)	313,8	38,4	TMPTA	14,5	60,5	164,2	52,1	22,1	einheitlich
Testmittel 43	P(TSA-PFPS)	313,8	38,4	NGD	3,8	52,9	158,8	19,1	14,5	einheitlich
Testmittel 44	P(TSA-PFPS)	313,8	38,4	AHM	8,7	48,6	161,3	36,3	10,2	einheitlich
Testmittel 45	P(TSA-PFPS)	313,8	38,4	BZA	1,7	47,3	157,7	9,8	8,9	einheitlich
Testmittel 46	P(TSA-PFPS)	313,8	38,4	PET3A	45,0	48,7	179,4	108,2	10,3	einheitlich
Testmittel 47	MTPD R18	37,1	34,6	PET3A	45,0	48,7	41,1	40,8	14,1	phasengetrennt
Testmittel 48	MTPD R22	80,7	31	PET3A	45,0	48,7	62,9	59,7	17,7	phasengetrennt

5 zeigt das Ergebnis der Organisation der Verteilungen der anorganischen Komponenten des Beschichtungsfilms unter Verwendung des Wertes des gewichteten Mittels (w_Siη_Si + w_esterη_ester)/(w_Si + w_ester) der absoluten Viskosität η_Si der Organosiliciumverbindung und der absoluten Viskosität η_ester des polymerisierbaren Esters und des Wertes der Differenz γ_ester - γ_Si zwischen der freien Oberflächenenergie γ_Si der Organosiliciumverbindung und der freien Oberflächenenergie γ_ester des polymerisierbaren Esters. Die vertikale Achse von 5 stellt das gewichtete Mittel (Einheit: mPa·s) der absoluten Viskosität η_Si der Organosiliciumverbindung und der absoluten Viskosität η_ester des polymerisierbaren Esters dar, und die horizontale Achse davon stellt die Differenz γ_ester - γ_Si (Einheit: mJ/cm²) zwischen der freien Oberflächenenergie γ_Si der Organosiliciumverbindung und der freien Oberflächenenergie γ_ester des polymerisierbaren Esters dar.
Wie in 5 gezeigt, haben die Umgebungen der Datenpunkte, die die Testmittel 13, 14, 18 und 19 unter den Testmitteln mit den anorganischen Komponenten in den Beschichtungsfilmen anzeigen, die in der Nähe der Oberflächen segregiert sind, keine Datenpunkte für die Testmittel mit den anorganischen Komponenten, die gleichmäßig verteilt sind, oder die Testmittel mit den anorganischen Komponenten und organischen Komponenten, die phasengetrennt sind. Ferner können die gewichteten Mittel der absoluten Viskositäten in den Testmitteln 13, 14, 18 und 19 als lineare Funktion der freien Oberflächenenergie angenähert werden. Die angenäherte Linie L1 der Datenpunkte der Testmittel 13, 14, 18 und 19, die durch die Methode der kleinsten Quadrate bestimmt wird, wird durch Formel (IIa) ausgedrückt:
[Mathematische Formel 6] $\frac{w_{S i} η_{S i} + w_{e s t e r} η_{e s t e r}}{w_{S i} + w_{e s t e r}} + 331.2 = 32.946 \times (γ_{e s t e r} - γ_{S i})$
Gemäß 5 überschneidet sich eine Linie L2, die durch Verschiebung der durch die Formel (IIa) dargestellten Linie L1 um -7,0 in Richtung der horizontalen Achse erhalten wird, mit dem Datenpunkt des Testmittels 20 mit der nicht-segregierten anorganischen Komponente. In ähnlicher Weise überschneidet sich eine Linie L3, die durch Verschieben der durch die Formel (IIa) dargestellten Linie L1 um +16,7 in Richtung der horizontalen Achse erhalten wird, mit dem Datenpunkt des Testmittels 27 mit dem nicht-segregierten anorganischen Bestandteil.
Ferner kann in 5 verstanden werden, dass der Beschichtungsfilm eine Struktur aufweist, die in eine Phase, die eine organische Komponente als Hauptkomponente enthält, und eine Phase, die eine anorganische Komponente als Hauptkomponente enthält, phasengetrennt ist, wenn das gewichtete Mittel der absoluten Viskosität η_Si der Organosiliciumverbindung bei 60°C und der absoluten Viskosität η_ester des polymerisierbaren Esters bei 60°C 200 mPa·s oder weniger beträgt.
Daher kann von diesen Ergebnissen verstanden werden, dass die anorganische Komponente in der Nähe der Oberfläche des Beschichtungsfilms segregiert werden kann, wenn die Bedingung (α) erfüllt ist, d.h. wenn die absolute Viskosität η_Si der Organosiliciumverbindung bei 60°C, die freie Oberflächenenergie γ_si der Organosiliciumverbindung, der Gehalt w_Si der Organosiliciumverbindung, die absolute Viskosität η_ester des polymerisierbaren Esters bei 60°C, die freie Oberflächenenergie γ_ester des polymerisierbaren Esters und der Gehalt w_ester des polymerisierbaren Esters die Beziehungen von Formeln (I) und (II) erfüllen:
[Mathematische Formel 7] $\begin{array}{l} 32.946 \times (γ_{e s t e r} - γ_{S i} - 16.7) < \frac{w_{S i} η_{S i} + w_{e s t e r} + w_{e s t e r} η_{e s t e r}}{w_{s i} + w_{e s t e r}} + 331.2 \\ < 32.946 (γ_{e s t e r} - γ_{S i} + 7.0) \end{array}$

[Mathematische Formel 8] $\frac{w_{S i} η_{S i} + w_{e s t e r} η_{e s t e r}}{w_{s i} + w_{e s t e r}} > 200$
Darüber hinaus zeigt 6 das Ergebnis der Organisation der Verteilungen der anorganischen Komponenten des Beschichtungsfilms unter Verwendung des Wertes der Mischviskosität η der Organosiliciumverbindung und des polymerisierbaren Esters und des Wertes der Differenz γ_ester - γ_Si zwischen der freien Oberflächenenergie γ_Si der Organosiliciumverbindung und der freien Oberflächenenergie γ_ester des polymerisierbaren Esters. Die vertikale Achse von 6 stellt die Mischviskosität η (Einheit: mPa·s) der Organosiliciumverbindung und des polymerisierbaren Esters dar, dargestellt durch Formel (V), und die horizontale Achse davon stellt die Differenz γ_ester - γ_Si (Einheit: mJ/cm²) zwischen der freien Oberflächenenergie γ_Si der Organosiliciumverbindung und der freien Oberflächenenergie γ_ester des polymerisierbaren Esters dar.
[Mathematische Formel 9] $log (log (η + 1)) = \sum_{i = S i, e s t e r} \frac{w_{i}}{w_{S i} + w_{e s t e r}} (log (log (η_{i} + 1)))$
Wie in 6 gezeigt, haben die Umgebungen der Datenpunkte, die die Testmittel 13, 18, 19, 39 unter den Testmitteln mit den anorganischen Komponenten in den Beschichtungsfilmen anzeigen, die in der Nähe der Oberflächen segregiert sind, keine Datenpunkte für die Testmittel mit den anorganischen Komponenten, die gleichmäßig verteilt sind, oder die Testmittel mit den anorganischen Komponenten und organischen Komponenten, die phasengetrennt sind. Ferner wird unter diesen Datenpunkten, die die Testmittel anzeigen, eine gerade Linie L4, die den Datenpunkt des Testmittels 13 und den Datenpunkt des Testmittels 19 verbindet, durch Formel (IIIa) dargestellt:
[Mathematische Formel 10] $η = - 4.6003 (γ_{e s t e r} - γ_{S i}) + 258.93$
Gemäß 6 überschneidet sich eine Linie L5, die durch Verschiebung der Linie L4 um -39,46452 in Richtung der vertikalen Achse erhalten wird, mit dem Datenpunkt des Testmittels 41 mit der nicht-segregierten anorganischen Komponente. Außerdem gibt es, wie durch die Linie L6 in 6 angezeigt, im Bereich der Differenz γ_ester - γ_Si von 37 mJ/cm² oder mehr zwischen der freien Oberflächenenergie γ_Si der Organosiliciumverbindung und der freien Oberflächenenergie γ_ester des polymerisierbaren Esters keine Datenpunkte der Testmittel, bei denen die anorganischen Komponenten in der Nähe der Oberflächen der Beschichtungsfilme segregiert sind.
Dementsprechend kann nach diesen Ergebnissen verstanden werden, dass die anorganische Komponente in der Nähe der Oberfläche des Beschichtungsfilms segregiert werden kann, auch wenn die Bedingung (β) erfüllt ist, d.h., wenn der Wert der Mischviskosität η der Organosiliciumverbindung und des polymerisierbaren Esters und der Wert der Differenz γ_ester - γ_Si zwischen der freien Oberflächenenergie γ_Si der Organosiliciumverbindung und der freien Oberflächenenergie γ_ester des polymerisierbaren Esters die Beziehungen von Formeln (III) und (IV) erfüllen:
[Mathematische Formel 11] $η > - 4.6003 (γ_{e s t e}_{r} - γ_{S i}) + 219.4655$

[Mathematische Formel 12] $γ_{e s t e r} - γ_{S i} < 37$
Es wird bemerkt, dass die filmbildende Komponente im vorliegenden Beispiel zwar ohne Verwendung des Photobasengenerators gehärtet wird, die Verteilung der anorganischen Komponente jedoch auch bei Verwendung eines nicht-ionischen Photobasengenerators als im Wesentlichen gleich eingeschätzt wird. Es wird also auch im Falle der Verwendung eines nicht-ionischen Photobasengenerators davon ausgegangen, dass die anorganische Komponente in der Nähe der Oberfläche des Beschichtungsfilms durch die Kombination der Organosiliciumverbindung und des polymerisierbaren Esters, die die oben beschriebene Bedingung (α) oder (β) erfüllen, segregiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006240294 A [0005]
JP 2020033530 A [0005]

Claims

Beschichtungsmittel, das umfasst: eine filmbildende Komponente, die eine Organosiliciumverbindung mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe und einer Alkoxysilylgruppe enthält; und eine filmhärtende Komponente, die so zusammengesetzt ist, dass sie bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht eine Base und ein Radikal erzeugen kann, wobei die filmhärtende Komponente einen nicht-ionischen Photobasengenerator enthält, der keine Ionenbindung in einer Molekularstruktur aufweist, und ein Gehalt des nicht-ionischen Photobasengenerators 0,1 Massenteile oder mehr und 50 Massenteile oder weniger beträgt, bezogen auf 100 Massenteile der Organosiliciumverbindung.
Beschichtungsmittel nach Anspruch 1, wobei die filmhärtende Komponente ferner 0,1 Massenteile oder mehr und 50 Massenteile oder weniger eines photoradikalischen Polymerisationsinitiators, bezogen auf 100 Massenteile der filmbildenden Komponente, enthält.
Beschichtungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die filmbildende Komponente ferner einen polymerisierbaren Ester mit einer radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe (ausgenommen die Organosiliciumverbindung) enthält und ein Gehalt des polymerisierbaren Esters das 0,1-fache oder mehr und das 1000-fache oder weniger von der Organosiliciumverbindung, ausgedrückt als Massenverhältnis, beträgt.
Beschichtungsmittel nach Anspruch 3, wobei eine Gesamtzahl der radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppen im polymerisierbaren Ester drei oder mehr pro Molekül beträgt.
Beschichtungsmittel nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Beschichtungsmittel mindestens eine der beiden folgenden Bedingungen erfüllt: Bedingung (α): die Organosiliciumverbindung und der polymerisierbare Ester erfüllen Beziehungen der folgenden Formeln (I) und (II), und Bedingung (β): die Organosiliciumverbindung und der polymerisierbare Ester erfüllen Beziehungen der folgenden Formeln (III) und (IV): [Mathematische Formel 1] $\begin{array}{l} 32.946 \times (γ_{e s t e r} - γ_{S i} - 16.7) < \frac{w_{S i} η_{S i} + w_{e s t e r} η_{e s t e r}}{w_{S i} + w_{e s t e r}} + 331.2 \\ < 32.946 (γ_{e s t e r} - γ_{S i} + 7.0) \end{array}$
[Mathematische Formel 2] $\frac{w_{S i} η_{S i} + w_{e s t e r} η_{e s t e r}}{w_{S i} + w_{e s t e r}} > 200$
[Mathematische Formel 3] $η > - 4.6003 (γ_{e s t e r} - γ_{S i}) + 219.4655$
[Mathematische Formel 4] $γ_{e s t e r} - γ_{S i} > 37$
wobei in den Formeln (I) bis (IV) γ_Si eine freie Oberflächenenergie (Einheit: mJ/cm²) der Organosiliciumverbindung darstellt, γ_ester eine freie Oberflächenenergie (Einheit: mJ/cm²) des polymerisierbaren Esters darstellt, η_Si eine absolute Viskosität (Einheit: mPa·s) der Organosiliciumverbindung bei 60°C darstellt, η_ester eine absolute Viskosität (Einheit: mPa·s) des polymerisierbaren Esters bei 60°C darstellt, w_Si einen Gehalt (Einheit: g) der Organosiliciumverbindung darstellt, und w_ester einen Gehalt (Einheit: g) des polymerisierbaren Esters darstellt, und η in der Formel (III) eine gemischte Viskosität (Einheit: mPa·s) der Organosiliciumverbindung und des polymerisierbaren Esters darstellt, dargestellt durch die folgende Formel (V): [Mathematische Formel 5] $log (log (η + 1)) = \sum_{i = S i, e s t e r} \frac{w_{i}}{w_{S i} + w_{e s t e r}} log (log (η_{i} + 1)))$
Harzelement, das umfasst: ein Substrat, das aus einem Harz gemacht ist; und einen Beschichtungsfilm, der aus einem gehärteten Produkt des Beschichtungsmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gemacht und auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei der Beschichtungsfilm aufweist: eine Struktureinheit, die sich von der radikalisch polymerisierbaren funktionellen Gruppe ableitet; und eine Struktureinheit mit einer Siloxanbindung.
Harzelement nach Anspruch 6, wobei eine Konzentration der Siloxanbindung in dem Beschichtungsfilm an der äußersten Oberfläche des Beschichtungsfilms maximal ist.
Harzelement nach Anspruch 7, wobei die Konzentration der Siloxanbindung im Beschichtungsfilm zum Substrat hin geringer wird.
Harzelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Substrat aus einem Polycarbonatharz gemacht ist.
Verfahren zur Herstellung eines Harzelements, wobei das Verfahren umfasst: einen Herstellungsschritt zur Herstellung eines Substrats, das aus einem Harz gemacht ist; einen Beschichtungsschritt, bei dem das Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf eine Oberfläche des Substrats aufgebracht wird; und einen Härtungsschritt, bei dem das Beschichtungsmittel mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, um einen Beschichtungsfilm aus einem gehärteten Produkt des Beschichtungsmittels auf der Oberfläche des Substrats zu bilden.
Verfahren zur Herstellung eines Harzelements nach Anspruch 10, wobei im Herstellungsschritt ein Substrat, das aus einem Polycarbonatharz gemacht ist, als das Substrat hergestellt wird.