JP2003073652A

JP2003073652A - 防曇性組成物、防曇性被膜およびその形成方法

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Publication number: JP2003073652A
Application number: JP2001266808A
Authority: JP
Inventors: Keiji Honjo; 啓司本城; Noboru Murata; 昇村田
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2021-09-04
Also published as: JP4043207B2

Abstract

(57)【要約】【課題】防曇性、耐水拭き性、耐摩耗性が優れ長期間
にわたり防曇性能を維持すること。【解決手段】イソシアネート、ポリオール、酸化物微
粒子を含む吸水性を有するシラン化合物よりなるマトリ
ックス中に、該イソシアネート基に反応滑性な官能基を
有する界面活性剤を化学結合により固定することにより
表面親水と吸水の両方の機能を兼ね備え優れた防曇性を
発揮させるとともに、該マトリックスとしてシリコン系
化合物を用いることによりさらに機械的強度も持たせる
ようにすること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、防曇性能を有する
メガネ・カメラ等のレンズ、窓ガラス、車両用ガラス、
ヘルメットのシールド、水中眼鏡等の物品、または浴室
内で使用する鏡等の特に透明性が要求される物品に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】物品に防曇性を付与する方法として、例
えば、（１）吸水性樹脂を用いる或いは無機質の膜を多
孔性にして吸水能を付与する等の吸水性を付与する方
法、（２）界面活性剤を表面に塗布する、親水性物質を
表面に塗布する、基材自身に親水性の物質を用いる、或
いは光触媒活性を示す酸化チタンを用いる等の表面を親
水性にする方法、（３）表面を疎水性にする或いは基材
表面に撥水剤を塗布又は撥水性物質を練りこむ方法、
（４）物品の表面温度を高くし結露しないようにする方
法等従来から種々の方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法はそれぞれ下記に示すような問題がある。例えば、
（１）の方法においては、吸水すると基材が膨潤し強度
が低下するので、機械的耐久性が要求される部位には使
用できない等、（２）の方法においては、表面に油分が
付着すると親水性が損なわれたり、界面活性剤の場合は
簡単に流れ落ちてしまい、また光触媒膜では、紫外線が
当たることが必須であり、紫外線が当たらない場所で
は、親水性および防曇性を発現することは極めて困難で
あり、そのために新たに光源を設置する必要がある等、
（３）の方法においては、接触角が１６０°の超撥水性
でないと防曇性能は期待できない等、（４）の方法にお
いては、透明性を要求される部位では非常に不利である
等、いずれの方法においても一時的もしくは比較的短時
間の間だけ防曇性を付与するもので、防曇効果の十分な
持続性は期待し難いばかりでなく、またコスト高となり
実用化においては採用が困難なものであった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の課題に
鑑みなしたものであって、吸水性を有するマトリックス
中に界面活性剤を化学結合により固定することにより表
面親水と吸水の両方の機能を兼ね備え優れた防曇性を発
揮することができるとともに、さらに、該マトリックス
にシリコン系化合物を用いることにより機械的強度を持
たせた高耐久性も兼備する防曇組成物、防曇性被膜およ
びその製造方法を提供するものである。

【０００５】すなわち、本発明の防曇性組成物は、界面
活性剤およびイソシアネート基含有シラン化合物を含ん
でなることを特徴とする。

【０００６】また、本発明の防曇性組成物は、界面活性
剤が、イソシアネート基に反応活性な官能基を持つこと
を特徴とする。

【０００７】さらに、本発明の防曇性組成物は、ポリオ
ールおよび／または酸化物を含んでなることを特徴とす
る。

【０００８】さらにまた、本発明の防曇性組成物は、上
記酸化物がシリカおよび／またはシリカ微粒子であるこ
とを特徴とする。

【０００９】また、本発明の防曇性被膜は、被膜のマト
リックス成分であるイソシアネート基含有シラン化合物
とウレタン結合を介して界面活性剤が固定されてなるこ
とを特徴とする。

【００１０】さらに、本発明の防曇性被膜は、膜表面の
親水性とマトリックスの吸水性とを有することを特徴と
する。

【００１１】また、本発明の防曇性被膜の形成方法は、
下記の工程により基材表面に防曇性被膜を被覆すること
を特徴とする。（ａ）基材を用意する工程と、（ｂ）界面活性剤、イソ
シアネート基含有シラン化合物を混合して塗布液を調製
する工程と、（ｃ）前記塗布液を前記基材表面上に塗布
し、１２０℃〜２５０℃の温度で熱処理することにより
基材表面に防曇性被膜を被覆する工程。

【００１２】さらに、本発明の防曇性被膜の形成方法
は、前記（ｂ）工程において、界面活性剤、イソシアネ
ート基含有シラン化合物とともにポリオールおよび／ま
たは酸化物を同時に混合して塗布液を調製することを特
徴とする。

【００１３】さらにまた、本発明の防曇性被膜の形成方
法は、前記（ｂ）工程において、界面活性剤、ポリオー
ル、イソシアネート基含有シラン化合物を混合し充分に
反応させ、イソシアネート基がなくなってから酸化物を
混合してなることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の防曇性組成物は、界面活
性剤およびイソシアネート基含有シラン化合物を含んで
なることを特徴とする。

【００１５】本発明に用いる界面活性剤は、イソシアネ
ート基（−ＮＣＯ）と反応する官能基を有することが好
ましく、その官能基としては例えば、−ＯＨ基、−ＮＨ
₂基、−ＮＨ基、−ＳＨ基等が挙げられる。これらの官
能基とイソシアネート基含有シラン化合物が反応して、
マトリックスに界面活性剤が固定されて、該界面活性剤
が溶出することなく長期にわたって防曇性を発現させる
機能を維持することが可能となる。なお、イソシアネー
ト基と反応する官能基を持たない界面活性剤を用いた場
合には、耐テーバー摩耗性、耐水性は良好でも繰り返し
防曇性、冷温防曇性が低下する恐れがある。

【００１６】本発明に用いるイソシアネート基含有シラ
ン化合物としては、イソシアネート基を持つシラン系化
合物であれば特に限定するものではなく、例えば、テト
ライソシアネートシラン、メチルトリイソシアネートシ
ラン、モノメトキシトリイソシアネートシラン、モノエ
トキシトリイソシアネートシラン、ジメトキシジイソシ
アネートシラン、ジエトキシジイソシアネートシラン、
モノイソシアネートトリメトキシシラン、モノイソシア
ネートトリエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピ
ルトリメトキシシランなどが挙げられる。さらには、有
機系のイソシアネート化合物とシリコン系化合物とを予
め反応させて用いることも可能である。なお、本発明の
防曇性組成物は、前記の界面活性剤およびイソシアネー
ト基含有シラン化合物にポリオールおよび／または酸化
物を添加することが好ましい。

【００１７】前記ポリオールとしては、一般的に用いら
れるポリオールであれば特に限定されるものではない
が、例えば、ポリプロピレングリコール系、ポリエチレ
ンオキシド系等の親水性を示すポリオールがより好まし
い。これらポリオールと前記イソシアネートシランが反
応することにより、ウレタン結合が形成され、このウレ
タン結合部とポリオールの両方により吸水機能を持つこ
とができるものとなる。

【００１８】また、前記酸化物としては、シリカ、アル
ミナ、ジルコニア、酸化タンタル等が挙げられるが、基
材の硬度と親水性の両方の面からシリカ、アルミナがよ
り好ましい。また、アルミナ、シリカの酸化物微粒子を
用いることも可能である。

【００１９】本発明の防曇性組成物は、前記界面活性
剤、イソシアネートシラン、場合によってはポリオール
および／または酸化物で調合液を作成した後、さらにシ
リコン、アルミ、ジルコニア等のアルコキシト゛やその縮
重合物のゾルを混合することも可能である。その場合に
は、イソシアネートシランは水やアルコールと反応しや
すいので、界面活性剤、ポリオール、イソシアネートシ
ラン、場合によっては酸化物を十分反応させて、イソシ
アネート基がなくなってから酸化物と混合することが望
ましい。酸化物を添加する場合は、相溶性や液の安定性
などからシリコンアルコキシドおよびその重縮合体であ
る酸化物ゾルを用いることが好ましい。

【００２０】本発明の防曇性組成物、防曇性被膜は、表
面が親水性を有することを特徴とし、さらにマトリック
ス成分としてポリオールを添加して吸水性能をも持た
せ、親水性と吸水性を共存させることは、特に使用環境
が氷点下であるような場合にはより好ましい。なお、氷
点下に限らず、それ以外の環境下において使用する場合
でも、親水性と吸水性を共存させることは性能が向上す
るので好ましく、これらの選択は使用目的において適宜
選択することができる。

【００２１】本発明の防曇性組成物は、防曇性能を要す
る、例えば、メガネ・カメラ等のレンズ、窓ガラス、車
両用ガラス、ヘルメットのシールド、水中眼鏡等の物
品、または浴室内で使用する鏡等の特に透明性が要求さ
れる物品等に適用可能であるが、特に、ガラス、樹脂等
の基材表面に防曇性組成物を被覆し、防曇性被膜として
応用することが好ましい。そのような防曇性被膜の場合
には、該被膜のマトリックス成分であるイソシアネート
基含有シラン化合物とウレタン結合を介して界面活性剤
が固定され、該界面活性剤が溶出することなく長期にわ
たって防曇性を発現させる機能を維持することができ
る。

【００２２】また、本発明の防曇性被膜の形成方法は、
下記の工程により、基材表面に防曇性被膜を被覆するこ
とを特徴とする。（ａ）基材を用意する工程と、（ｂ）界面活性剤、イソ
シアネート基含有シラン化合物、溶媒を混合して塗布液
を調製する工程と、（ｃ）前記塗布液を前記基材表面上
に塗布し、１２０℃〜２５０℃の温度で熱処理すること
により基材表面に防曇性被膜を被覆する工程。

【００２３】基材表面に塗布液を塗布する手段として
は、ディップコート、フローコート、スピンコート、ロ
ールコート、スプレーコート、スクリーン印刷、フレキ
ソ印刷等の公知手段が採用できる。塗布後、１２０℃〜
２５０℃の比較的低温で、約３０分〜６０分程度加熱す
ることにより、溶媒の殆どが飛散すると同時にウレタン
反応が促進され膜が形成される。また、オルガノアルコ
キシシランを用いた場合には、熱処理によりシリカの重
合が促進され高強度の膜が作製可能となる。

【００２４】防曇性被膜の膜厚は、熱処理後において５
〜３０μｍ程度の膜厚とするのが望ましく、５μｍ未満
であると防曇耐久性が劣る傾向にあり、他方３０μｍを
越えると外観品質において光学歪みが発生する恐れが生
じる。

【００２５】本発明の防曇性被膜に使用する基材として
は、代表的なものとしてはガラスが用いられるが、その
ガラスは、自動車用、建築用、産業用ガラス等に通常用
いられている板ガラス、所謂フロート板ガラスなどであ
り、クリアをはじめグリ−ン、ブロンズ等各種着色ガラ
スや各種機能性ガラス、強化ガラスやそれに類するガラ
ス、合せガラスのほか複層ガラス等、さらに平板あるい
は曲げ板等各種板ガラス製品として使用できることは言
うまでもない。また板厚としては、例えば約１．０ｍｍ
程度以上約１２ｍｍ程度以下であり、建築用としては約
３．０ｍｍ程度以上約１０ｍｍ程度以下が好ましく、自
動車用としては約２．０ｍｍ程度以上約５．０ｍｍ程度
以下のガラスが好ましい。

【００２６】本発明の防曇性被膜は、比較的低温でガラ
ス、プラスチック等の基材表面に防曇性被膜を形成する
ことができるので、例えば鏡加工をしたガラス、曲げ加
工、成型まで完了した自動車用ガラス等に、全面もしく
は部分的に容易に成膜することがもできる。また、本発
明の基材は、ガラスに限定されるものではなく、ガラス
以外でも樹脂、金属、セラミックスなど、上記温度範囲
で熱処理をしても変質しないものであれば使用すること
ができる。

【００２７】

【作用】本発明の防曇性組成物及び防曇性被膜は、界面
活性剤をマトリックス中に固定し表面を親水性にするこ
とで長期にわたって優れた防曇性を発現できる。さら
に、ウレタン結合を有するシリコン系化合物と親水性ポ
リオールを用いると基材自身が吸水性を示す。この表面
の親水性とマトリックスの吸水性の両方の機能を持つこ
とにより氷点下以下の厳しい環境においても優れた防曇
性を有する。さらにマトリックスとしてシラン系化合物
を用いているので、吸水時の膜の膨潤と膜強度の低下を
抑制し、優れた耐擦傷性を有する。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。但し、本発明は、かかる実施例に限定されるもので
ない。なお、得られた防曇性被膜については、下記に示
す方法により品質評価を行った。

【００２９】繰り返し防曇性 ”眼鏡用くもり止め剤試験法”（ＪＩＳＳ４０３
０）に基づき、４３℃に設定した温水の水蒸気中に評価
用サンプルを３分間保持した時の曇り具合と、保持後に
常温（２３℃、６３％ＲＨ）中に取り出したときの呼気
による曇り具合を観察し、この操作を１０サイクル行
い、外観に異常がなく曇りが発生しないものを合格とし
た。

【００３０】冷温防曇性４℃に設定した冷蔵庫内に評価用サンプルを３０分間保
持した後、常温（２３℃、６３％ＲＨ）中に取り出した
ときの外観、曇り具合、呼気による曇り具合を観察し、
この操作を１０サイクル行い、外観に異常がなく曇りが
発生しないものを合格とした。

【００３１】耐摩耗性ＪＩＳＲ３２２１記載の耐摩耗性試験方法に基づ
き、評価用サンプルを摩耗ホイールＣＳー１０Ｆ、荷重
２５０ｇｆでテーバー式摩耗試験を行い、ヘーズ値（曇
価）を評価した。評価は、初期のヘーズ値Ｈ０と、１０
０回後のヘーズ値Ｈ１００と、２００回後のヘーズ値Ｈ
２００がＨ０≦Ｈ１００≦Ｈ２００で、初期と２００回
後のヘーズ値変化量△Ｈ（△Ｈ＝Ｈ２００−Ｈ０）が△
Ｈ≦１０４％である場合を合格（○）とし、Ｈ１００＞
Ｈ２００または△Ｈ＞１０％のものを不合格（×）とし
た。

【００３２】耐水性室温（２３±２℃）に保持した水中に評価サンプルを１
時間浸漬し、浸漬後に外観に異常がなく、爪による払拭
で剥離しないものを合格とした。

【００３３】実施例１ポリオキシエチレン脂肪酸エステルにＯＨ基を付加させ
た非イオン系界面活性剤を２０重量％、ポリプロピレン
グリコール系共重合体（分子量４０００万）のポリオー
ルを３０重量％、ジイソシアネートジエトキシシランを
５０重量％となるように混合・調整して防曇性組成物用
の調合液とした。次に、得られた調合液をディッピング
法により、予め洗浄したガラスサイズ１００ｍｍ×１０
０ｍｍ×２ｍｍ（厚さ）のフロートガラス表面に成膜
し、膜厚１５μｍの防曇性被膜付きガラスを得た。得ら
れた防曇性被膜付きガラスを評価した結果、表１に示す
ように繰り返し防曇性、冷温防曇性、耐テーバー摩耗
性、耐水性の全ての品質において優れたものであること
が確認された。

【００３４】

【表１】

【００３５】実施例２実施例１と比較し、防曇性組成物の成分比が、界面活性
剤２０重量％、ポリオール３０重量％、イソシアネート
シラン３０重量％、コロイダルシリカ２０重量％となる
ように調合液を調整した以外は実施例１と同様に行っ
た。なお、コロイダルシリカは、商品名「ＮＰＣ−Ｓ
Ｔ」（固形分２０％、日産化学製）を用いた。得られた
防曇性被膜付きガラスは、１６μｍの膜厚を有し、表１
に示すように実施例１と同様に全ての品質において優れ
た性能を示した。

【００３６】実施例３イソシアネートシランの原料としてジエトキシジイソシ
アネートシランとトリエトキシイソシアネートシランを
２：１(重量比)で混合したものを用いた以外は、実施例
２と同様とした。得られた防曇性被膜付きガラスは、１
２μｍの膜厚を有し、表１に示すように、実施例１と同
様に全ての品質において優れた性能を示した。

【００３７】実施例４界面活性剤２０重量％、ジイソシアネートジエトキシシ
ラン５０重量％、シリカゾル３０重量％となるように調
合液を調整した以外は実施例１と同様に行った。なお、
シリカゾルは、商品名「ＭＳ５１」（固形分５１％、三
菱化学製）を用いた。得られた防曇性被膜付きガラス
は、１４μｍの膜厚を有し、表１に示すように、実施例
１と同様に全ての品質において優れた性能を示した。

【００３８】比較例１実施例１のイソシアネートシランの変わりに、ヘキサメ
チレンジイソシアネートを用いた以外は、実施例１と同
様とした。得られた防曇性被膜付きガラスは、２０μｍ
の膜厚を有し、表１に示すように、繰り返し防曇性、冷
温防曇性において優れた防曇性を有したものの、耐テー
バー摩耗性、耐水性がＮＧであった。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の防曇性組
成物、防曇性被膜は、防曇性、耐水拭き性、耐摩耗性が
優れ長期間にわたり防曇性能を維持することが可能であ
り、建築用、自動車用、鏡用等に広く使用することがで
きるとともに、比較的低温でガラス、プラスチック等の
基材表面に防曇性被膜を形成することができるので、例
えば、鏡加工をしたガラス、曲げ加工、成型まで完了し
た自動車用ガラス等に、全面もしくは部分的に容易に成
膜することもできる等の利点を有する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】界面活性剤およびイソシアネート基含有シ
ラン化合物を含んでなることを特徴とする防曇性組成
物。
【請求項２】上記界面活性剤がイソシアネート基に反応
活性な官能基を持つことを特徴とする請求項1記載の防
曇性組成物。
【請求項３】上記防曇性組成物がポリオールおよび／ま
たは酸化物を含んでなることを特徴とする請求項１乃至
２記載の防曇性組成物。
【請求項４】上記酸化物がシリカおよび／またはシリカ
微粒子であることを特徴とする請求項３記載の防曇性組
成物。
【請求項５】被膜のマトリックス成分であるイソシアネ
ート基含有シラン化合物とウレタン結合を介して界面活
性剤が固定されてなることを特徴とする防曇性被膜。
【請求項６】防曇性被膜は、膜表面の親水性とマトリッ
クスの吸水性とを有することを特徴とする請求項５記載
の防曇性被膜。
【請求項７】下記の工程により、基材表面に防曇性被膜
を被覆することを特徴とする防曇性被膜の形成方法。
（ａ）基材を用意する工程と、（ｂ）界面活性剤、イソ
シアネート基含有シラン化合物を混合して塗布液を調製
する工程と、（ｃ）前記塗布液を前記基材表面上に塗布
し、１２０℃〜２５０℃の温度で熱処理することにより
基材表面に防曇性被膜を被覆する工程。
【請求項８】前記（ｂ）工程において、界面活性剤、イ
ソシアネート基含有シラン化合物とともにポリオールお
よび／または酸化物を同時に混合して塗布液を調製する
ことを特徴とする請求項８記載の防曇性被膜の形成方
法。
【請求項９】前記（ｂ）工程において、界面活性剤、ポ
リオール、イソシアネート基含有シラン化合物を混合し
充分に反応させ、イソシアネート基がなくなってから酸
化物を混合してなることを特徴とする請求項８記載の防
曇性被膜の形成方法。