JP2006035624A - Optical article having reflection-preventive property and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低汚染性、耐擦傷性、加工性などに優れた反射防止性を有する光学物品及びその製造方法に関するものであり、特に光学用素子、例えば反射防止性を有する光学フィルムとしてCRT,LCD,PDP,ELなど各種ディスプレイの前面版として利用されるものである。 The present invention relates to an optical article having antireflection properties excellent in low contamination, scratch resistance, workability, and the like, and a method for producing the same, and in particular, as an optical element, for example, an optical film having antireflection properties such as CRT, It is used as the front version of various displays such as LCD, PDP and EL.
透明材料を通して物を見る場合、反射光が強く反射像が明瞭であることは煩わしく、時にはゴースト、フレアなどと呼ばれる反射像を生じて不快感を与えたりする。また反射した光のために、内容物、表示体が判然としない問題が生ずる。
従来より反射防止のためには、高屈折率材料と低折率材料の複数層から形成されているのが一般的であり、その製造方法としては屈折率が基材と異なる物質をガラスやプラスチックなどの基材上に、真空蒸着法、スパッタリング法などにより被膜形成させる方法が行われていた。例えば、プラスチック基材の最表層にＰＶＤ法により形成した二酸化ケイ素からなる層とその表面に有機ポリシロキサン系重合物またはポリフルオロアルキル基含有化合物を含む反射防止膜を設けた後に熱硬化処理を行い、光学物品を得る方法（特許文献１、２参照）が記載されている。特に近年になってからはフィルムの高機能化が進み、軽量、安全、取り扱いやすさなどの長所を生かして、フィルムを基材とした上に薄膜を設けることにより反射防止性を有する光学物品が考案され、実用化されている。しかし、薄膜形成においては特に低反射率化への要望増大が大きくなり、該要求を満足させるためには最表層の低屈折率化が望まれる。しかし、低屈折率かを図ると、形成層の緻密化が低下し、それに伴い硬度が低下するという課題があった。またフィルム基材のような、変形しやすい基材の場合、例えば硬化条件などの製造条件が限られているのが実状であり、各層の好適材料をいかに迅速に硬化し被膜形成するのが課題となる。かかる課題の改善策として、たとえば、細孔を有する外殻の内部に空洞が形成されてなる中空球状シリカ微粒子を含む透明被膜層が未硬化の場合、表面に電磁波を照射するか、あるいはアンモニアなどの活性ガス雰囲気下に晒して透明被膜成分の硬化を促進する方法（特許文献３参照）が開示されている。しかしながら薄膜形成においては、いずれも低屈折率性と表面硬度のバランスが難しく、両方満足する優れた品質の光学物品を提供する技術は確立されていない。
Conventionally, in order to prevent reflection, it is generally formed from a plurality of layers of a high refractive index material and a low refractive index material. As a manufacturing method thereof, a material having a refractive index different from that of the base material is made of glass or plastic. A method of forming a film on a substrate such as a vacuum deposition method or a sputtering method has been performed. For example, a layer made of silicon dioxide formed by the PVD method on the outermost layer of a plastic substrate and an antireflection film containing an organic polysiloxane polymer or a polyfluoroalkyl group-containing compound on the surface are provided, and then thermosetting is performed. A method for obtaining an optical article (see Patent Documents 1 and 2) is described. In particular, since recent years, the functionality of films has been improved, and optical articles having antireflection properties by providing a thin film on a film as a base material, taking advantage of lightness, safety, ease of handling, etc. Invented and put into practical use. However, in the formation of a thin film, the demand for lowering the reflectance particularly increases, and in order to satisfy the demand, lowering the refractive index of the outermost layer is desired. However, when the refractive index is lowered, there is a problem that the densification of the formation layer is lowered and the hardness is lowered accordingly. In addition, in the case of a base material that is easily deformed, such as a film base material, for example, manufacturing conditions such as curing conditions are limited, and it is a problem to quickly form a suitable material for each layer to form a film. It becomes. As an improvement measure for such a problem, for example, when the transparent coating layer containing hollow spherical silica fine particles in which cavities are formed inside the outer shell having pores is uncured, the surface is irradiated with electromagnetic waves or ammonia or the like A method of accelerating the curing of the transparent film component by exposure to an active gas atmosphere (see Patent Document 3) is disclosed. However, in thin film formation, it is difficult to balance low refractive index properties and surface hardness, and no technology has been established to provide an optical article of excellent quality that satisfies both.
従来硬い表面硬度を付与するためには、薄膜表面にシリカ無機微粒子などに代表される無機微粒子を数重量パーセント含む塗布液を、熱処理により硬化させて基材上に設けることが必要であるが、このような組成物からなる硬化被膜表面からなる特性としては滑りが悪く、布などの摩耗によって傷が付きやすいなどの問題点を有していた。さらには硬度付与に比例して屈折率が上昇する問題がある。またこれらの問題点を改良する目的で各種の表面処理剤によるコーティングが提案されているが、これらは水や各種の溶剤によって溶解するために一時的にすべり性を付与するものであり、いずれも耐久性に乏しい。
又、屈折率の低い材料として例えば一般的に知られているポリフルオロアルキル基含有シラン化合物または該化合物の部分加水分解縮合物および、またはその重合物からなる塗布液を硬化させて基材上に設ける技術が開発されているが、いずれにおいても、これらの硬化被膜表面組成の本質としては反射防止性と耐摩擦性がともに優れた性質を有するものではないし、優れた物品は得られていない。
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、優れた反射防止効果を有し、かつ優れた耐摩擦性を有する光学物品の製造方法を提供せんとするものである。
Conventionally, in order to impart a hard surface hardness, it is necessary to provide a coating solution containing several weight percent of inorganic fine particles typified by silica inorganic fine particles on the thin film surface by curing it by heat treatment, The characteristics of the surface of the cured film made of such a composition have problems such as poor slip and easy scratches due to abrasion of cloth and the like. Furthermore, there is a problem that the refractive index increases in proportion to the imparting of hardness. In addition, coatings with various surface treatment agents have been proposed for the purpose of improving these problems, but these temporarily provide slipperiness because they dissolve in water and various solvents. Poor durability.
Further, as a material having a low refractive index, for example, a generally known polyfluoroalkyl group-containing silane compound or a partially hydrolyzed condensate of the compound and / or a coating solution composed of a polymer thereof is cured to be applied onto a substrate. Although the technology to provide is developed, in any case, the essence of these cured coating surface compositions does not have both excellent antireflection properties and friction resistance, and excellent articles have not been obtained.
In view of the background of the prior art, the present invention is intended to provide a method for producing an optical article having an excellent antireflection effect and excellent friction resistance.
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、
（１）透明基材上の少なくとも片面に、紫外線硬化性を有する高屈折率層を設け、該層上に熱硬化性を有する低屈折率層を設けた後、加熱硬化と同時にまたは加熱硬化後に紫外線照射を行うことを特徴とする反射防止性を有する光学物品の製造方法。
（２）少なくとも反射防止性を有する面の基材表面がハードコート被膜が設けられてなる基材であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止性を有する光学物品の製造方法。
（３）紫外線硬化性を有する高屈折率層が、分子内に（メタ）アクリロイル基を少なくとも３つ含む多官能性（メタ）アクリル化合物、粒子径が5nm〜100nmで屈折率が1.65〜２.80を有する一種類以上の金属酸化物と放射線重合開始剤を含有する液状硬化性樹脂組成物の硬化から得られる層であることを特徴とする、請求項１、２に記載の反射防止性を有する光学物品の製造方法。
（４）熱硬化性を有する低屈折率層が、細孔を有する外殻の内部に多孔質および、または空洞が形成された平均粒子径５〜100nmからなるシリカ微粒子と紫外線透過率が10%以上のマトリックス樹脂からなり、屈折率が１．２５〜１．４５であることを特徴とする請求項１〜３に記載の反射防止性を有する光学物品の製造方法。
（５）基材上の少なくとも片面に、紫外線硬化性を有する高屈折率層、該層上に熱硬化性低屈折率層を有し、熱硬化性低屈折率層上から少なくとも紫外線照射されてなる物品において600nmの波長における反射率が0.7%以下、耐スクラッチ性が４以上であることを特徴とする反射防止性を有する光学物品。
（６）紫外線硬化性を有する高屈折率層が、ITO、ATOから選ばれる一種類以上の無機酸化物と多官能アクリル樹脂からなり、屈折率が2.5〜1.5のであることを特徴とする、請求項５に記載の反射防止性を有する光学物品。
（７）低屈折率層が、外殻の内部に多孔質および、または空洞が形成された平均粒子径５〜100nmからなるシリカ微粒子と紫外線透過率が10%以上のマトリックス樹脂からなり、屈折率が１．２５〜１．４５であることを特徴とする請求項５，６に記載の反射防止性を有する光学物品。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means. That is,
(1) After providing a high refractive index layer having ultraviolet curability on at least one surface on a transparent substrate and providing a low refractive index layer having thermosetting on the layer, simultaneously with heat curing or after heat curing A method for producing an optical article having antireflection properties, characterized by performing ultraviolet irradiation.
(2) The method for producing an optical article having antireflective properties according to claim 1, wherein at least the surface of the substrate having antireflective properties is a base material provided with a hard coat film.
(3) A high refractive index layer having ultraviolet curing properties is a polyfunctional (meth) acrylic compound having at least three (meth) acryloyl groups in the molecule, a particle diameter of 5 nm to 100 nm, and a refractive index of 1.65 to 2. The antireflective property according to claim 1, wherein the antireflective property is a layer obtained by curing a liquid curable resin composition containing at least one metal oxide having 80 and a radiation polymerization initiator. A method for producing an optical article.
(4) The thermosetting low refractive index layer is composed of silica fine particles having an average particle diameter of 5 to 100 nm in which porous and / or voids are formed inside the outer shell having pores and an ultraviolet transmittance of 10%. The method for producing an optical article having antireflective properties according to claim 1, comprising the matrix resin described above, and having a refractive index of 1.25 to 1.45.
(5) A high refractive index layer having ultraviolet curing property on at least one surface of the substrate, a thermosetting low refractive index layer on the layer, and at least ultraviolet irradiation from the thermosetting low refractive index layer. An optical article having antireflective properties, wherein the reflectance at a wavelength of 600 nm is 0.7% or less and the scratch resistance is 4 or more.
(6) The high refractive index layer having ultraviolet curability is composed of one or more inorganic oxides selected from ITO and ATO and a polyfunctional acrylic resin, and has a refractive index of 2.5 to 1.5. Item 6. An optical article having antireflection properties according to Item 5.
(7) The low refractive index layer is composed of silica fine particles having an average particle diameter of 5 to 100 nm having a porous and / or void formed in the outer shell, and a matrix resin having an ultraviolet transmittance of 10% or more. The optical article having antireflective properties according to claim 5, wherein is from 1.25 to 1.45.
本発明によれば、耐スクラッチ性と低反射率の両方を満足する光学物品を容易、かつ、確実に提供することができるものである。 According to the present invention, an optical article that satisfies both scratch resistance and low reflectance can be provided easily and reliably.
以下、本発明について実施の形態について具体的に述べる。本発明に関わる反射防止物品は、基材上の少なくても片面に設けた高屈折率層、及び該層上の設けた低屈折率層、もしくはハードコート被膜を有する基材上の少なくても片面に設けた高屈折率層、および該層状に設けた低屈折率層とからなる。
［基材］
本発明に用いる基材とは、有機高分子からなる基材物品であればいかなるものでもいいのであるが、透明性、屈折率、分散などの光学特性、さらには耐衝撃性、耐熱性、耐久性、機械的強度、耐薬品性、成形性などの諸物性からみて、プラスチック材料が特に有効な結果を与える。上記のプラスチック材料としてはポリエステル、特にポリエチレンテレフタラート、及び不飽和エステルアクリロニトリルースチレン共重合体、塩化ビニル、ポリエレタン、エポキシ樹脂、ポリカーボネートなどの熱可塑性、或いは熱硬化性樹脂を有していてもよい。高硬度を付与する被膜材料によって付着性、硬度、耐薬品性、耐熱性、耐久性などの諸物性を向上させることが出来る。
［基材の前処理］
本発明において上記基材上にハードコート塗布液をコートするにあたっては、塗布されるべき基材表面は清浄化されていることが好ましく、清浄化に際しては界面活性剤による汚れ除去、さらには有機溶剤による脱脂、蒸気洗浄、エアースプレーを噴射し、洗浄する方法がある。また密着性、耐久性の向上を目的として各種の前処理を施すことも有効な手段であり、特に好ましく用いられる方法としては、活性化ガス処理、酸、アルカリなどによる薬品処理からなる。
［ハードコート被膜材料］
前記基材上に設けられるハードコート被膜材料としては、ガラス、プラスチックの表面高硬度化被膜として知られる各種の材料を適用したものを用いることができる（平２−３６９２１、特公平６−５３２４，特公平６−９８７０３）。またシリカ微粒子に代表される無機微粒子、チタン、アルミニウム、ケイ素、スズなどの金属酸化物、またマトリックス樹脂としてアクリル酸とペンタエリスリトールなどから得られるアクリル系架橋物を含んでいて良い。またこれらの組成物中には硬化を促進させる目的、或いは硬化可能にならしめる目的から各種の硬化剤、三次元架橋剤を添加することもできる。これらの具体例としては窒素含有有機物、シリコーン樹脂硬化剤、シランカップリング剤、各種金属アルコレート、各種金属キレート化合物、イソシアネート化合物およびその重合体、メラミン樹脂、多官能アクリル樹脂、尿素樹脂などがあり、これらを一種類、ないし２種類以上添加しても良い。
上記組成による有機含有硬化性物質は通常揮発性溶媒に希釈して塗布液とする。溶媒として用いられるものには特に限定されないが、使用にあたっては組成物の安定性、無機物に対する塗れ性、揮発性などを考慮して決められるべきである。またこのような組成から得られる硬化被膜が屈折率2.0〜1.5の範囲であり、この範囲を超えれば優れた反射防止性を発揮するのは不可能である。
［ハードコート被膜の形成］
上記組成による有機物含有硬化性物質の塗布液を用いたハードコート被膜の形成方法としては、液状組成物の場合、マイクログラビアコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、カーテンフローコーティング、ロールコーティング、スプレーコーティング、流し塗り法などを用いてコーティングする方法などがある。この様な方法を用いて基材上に塗布し、場合に応じて乾燥させる。乾燥方法としては適用されている基材、及び被膜成分によって決定されるべきだが、通常は室温以上、３００℃以下の範囲の温度での乾燥を行う。
また塗布時におけるフロー向上のためにはフッ素も含む各種の界面活性剤が使用できる。
［ハードコート被膜の硬化方法］
形成されたハードコート被膜の硬化方法としては適用されている基材、及び被膜成分によって決定されるべきだが、通常は室温以上、３００℃以下の範囲の温度での加熱処理による方法、さらには成分中の紫外線吸収、硬化性官能基を利用して可視領域よりも波長の短い紫外線を用いて照射し吸収、硬化させる方法、もしくは加熱処理と放射線を照射し硬化させる方法を同時に併用してもよい。
［ハードコート被膜有する基材の前処理］
本発明において上記基材上にハードコート被膜が有されており、かつこの上に高屈折率層塗布液をコートするにあたっては、塗布されるべきハードコート被膜付き基材表面は清浄化されていることが好ましく、清浄化に際しては界面活性剤による汚れ除去、さらには有機溶剤による脱脂、蒸気洗浄、エアースプレーを噴射し、洗浄する方法がある。また密着性、耐久性の向上を目的として各種の前処理を施すことも有効な手段であり、特に好ましく用いられる方法としては、活性化ガス処理、酸、アルカリなどによる薬品処理からなる。
［高屈折率層］
前記基材、もしくはハードコート層被膜を有する前記基材上の少なくとも片面に高屈折率層被膜が形成される。
［高屈折率層材料］
高屈折率材料としては紫外線硬化性を有し、分子内に（メタ）アクリロイル基を少なくとも３つ含む多官能性（メタ）アクリル化合物、分子中に重合性不飽和基とアルコキシシラン基とを有する化合物と、ジルコニウム、アンチモン、亜鉛、スズ、セリウム及びチタンよりなる群から選ばれる金属の酸化物の粒子を反応させて得られる反応生成物並びに放射線重合開始剤を含有する液状硬化性樹脂組成物からなり、一種類ないし２種類以上添加してもよい。上記組成による有機含有硬化性物質は通常揮発性溶媒に希釈して塗布液とする。溶媒として用いられるものには特に限定はされないが、使用にあたっては組成物の安定性、無機物に対する塗れ性、揮発性などを考慮して決められるべきである。一種類のみならず２種類以上の混合物として用いることも可能である。
［高屈折率層被膜の形成］
上記組成による有機物含有硬化性物質の塗布液を用いた高屈折率層被膜の形成方法としては、液状組成物の場合、マイクログラビアコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、カーテンフローコーティング、ロールコーティング、スプレーコーティング、流し塗り法などを用いてコーティングする方法などがある。この様な方法を用いて基材上に塗布し、場合に応じて乾燥させる。乾燥方法としては適用されている基材、及び被膜成分によって決定されるべきだが、通常は室温以上、３００℃以下の範囲の温度での乾燥を行う。
また塗布時におけるフロー向上のためにはフッ素も含む各種の界面活性剤が使用できる。
［高屈折率層被膜の硬化方法］
形成された高屈折率層被膜の硬化方法としては適用されている基材、及び被膜成分によって決定されるべきだが、通常は室温以上、３００℃以下の範囲の温度での加熱処理による方法、さらには成分中の紫外線吸収、硬化性官能基を利用して可視領域よりも波長の短い紫外線を用いて照射し吸収、硬化させる方法を用いる。
［高屈折率層被膜を有する基材の前処理］
本発明において上記基材上にハードコート被膜が有されており、かつこの上に高屈折率層塗布液をコートするにあたっては、塗布されるべきハードコート被膜付き基材表面は清浄化されていることが好ましく、清浄化に際しては界面活性剤による汚れ除去、さらには有機溶剤による脱脂、蒸気洗浄、エアースプレーを噴射し、洗浄する方法がある。また密着性、耐久性の向上を目的として各種の前処理を施すことも有効な手段であり、特に好ましく用いられる方法としては、活性化ガス処理、酸、アルカリなどによる薬品処理からなる。
［低屈折率層］
前記高屈折率層上に低屈折率層が設けられている。
紫外線透過性を有する低屈折率層としては細孔を有する外殻の内部に多孔質および、または空洞が形成された平均粒子径5〜100nmからなるシリカ微粒子と熱硬化性を有し、紫外線透過率が10%以上のマトリックス樹脂である。
［低屈折率層材料］
本発明として用いられるマトリックス樹脂は加熱により三次元架橋する性質を有し、紫外線透過率が10%以上の樹脂であれば特に限定されない。三次元架橋としては、イオン性結合、水素結合の中でも、水、酸素などの環境に対する安定性の面から共有結合によって架橋されていることが好ましい。共有結合による架橋としては熱安定性の観点から（チオ）ウレタン架橋、メラミン架橋、（メタ）アクリル架橋、ポリシロキサン架橋の中でも特に表面硬度、反射防止性向上の点から、ポリシロキサン架橋が好ましく、特に有機基としては、少なくともその一部がフッ素含有ポリシロキサンであることがより好ましい。またフッ素含有ポリシロキサンのフッ素含有有機基としては炭素数が３〜７の有機基であることが最も好ましく用いられる。有機ポリシロキサンとしては、有機アルコキシシラン、有機アシロキシシラン、有機ハロゲンシランの各化合物をそのまま用いてもよいのであるが、より低温での架橋を得るためには、各化合物を加水分解して用いることが好ましい。さらには、シリカ微粒子の分散性向上を目的としてシラン化合物を加水分解した後、少なくともその一部を有機結合させて用いることが実施可能な一態様として挙げる事ができる。目的とする反射防止性、用いられる高屈折率層の屈折率などによって適宜選択されるべきものであるが、一般に表面硬度と反射防止性との関係からマトリックス樹脂中に含まれるフッ素含有有機ポリシロキサンは３０ｗｔ％〜６０ｗｔ％が好ましい。また低屈折率層全体に占める該フッ素含有有機ポリシロキサンの含有量は１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％であることが好ましい。シリカ微粒子の併用にあたってはフッ素含有有機ポリシロキサン加水分解物もしくは重合体にシリカ微粒子を加えてもよいし、加水分解時、もしくは重合時にシリカ微粒子を共存させてもよい。また、加水分解に際し、水添加のみで行うことも可能であるが、特に加水分解反応を速やかに進めるためには触媒を用いることも何ら問題ではない。用いることができる触媒としては塩酸、酢酸、蟻酸、硝酸などの酸を用いた酸性水溶液であり、これらを添加することにより加水分解を行う。また重縮合させる時は加水分解時よりもさらに温度を上げるが、いずれにせよ酸濃度、反応温度と時間によっては、得られる被膜の物性が異なるので用途に適した物性を得るような条件設定をするのがよい。また、加水分解反応に関しては溶媒が生成してくるので、無溶媒で加水分解させることが可能であるが、加水分解をさらに均一に行うため、もしくは設定温度に応じて、シラン化合物と別途、好適溶媒を混合した後、加水分解、重縮合を行うことも可能である。また目的に応じて加水分解後の生成アルコール等を加熱及び、または減圧下にて適量を留出させ除去し、その後好適溶媒を添加することも可能である。溶媒として用いられるものには特に限定されないが、使用にあたっては組成物の安定性、無機物に対する塗れ性、揮発性などを考慮して決定溶媒を一種類のみならず２種類以上の混合物として用いることも可能である。またこれらの組成物中には硬化を促進させる目的、或いは硬化可能にならしめる目的から各種の硬化剤、三次元架橋剤を添加することもできる。これらの具体例としては窒素含有有機物、シリコーン樹脂硬化剤、シランカップリング剤、各種金属アルコレート、各種金属キレート化合物、イソシアネート化合物およびその重合体、メラミン樹脂、多官能アクリル樹脂、尿素樹脂などがあり、これらを一種類、ないし２種類以上添加しても良い。
［低屈折率層被膜の形成］
上記組成による有機物含有硬化性物質の塗布液を用いた高屈折率層被膜の形成方法としては、液状組成物の場合、マイクログラビアコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、カーテンフローコーティング、ロールコーティング、スプレーコーティング、流し塗り法などを用いてコーティングする方法などがある。この様な方法を用いて基材上に塗布し、場合に応じて乾燥させる。乾燥方法としては適用されている基材、及び被膜成分によって決定されるべきだが、通常は室温以上、３００℃以下の範囲の温度での乾燥を行う。
また塗布時におけるフロー向上のためにはフッ素も含む各種の界面活性剤が使用できる。
［低屈折率層被膜の硬化方法］
形成された高屈折率層被膜の硬化方法としては適用されている基材、及び被膜成分によって決定されるべきだが、通常は室温以上、３００℃以下の範囲の温度での加熱処理により低屈折率層を被膜の硬化を行った後、可視領域よりも波長の短い紫外線を用いて照射し高屈折率層以下の層を硬化させる方法、あるいは加熱処理と放射線照射を同時に行い硬化皮膜を形成する方法を用いてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described. The antireflective article according to the present invention has at least a high refractive index layer provided on one side of the substrate, and a low refractive index layer provided on the layer, or a substrate having a hard coat film. It consists of a high refractive index layer provided on one side and a low refractive index layer provided in the layer form.
[Base material]
The base material used in the present invention may be any base material made of an organic polymer, but optical properties such as transparency, refractive index and dispersion, as well as impact resistance, heat resistance and durability. In view of various physical properties such as property, mechanical strength, chemical resistance and moldability, plastic materials give particularly effective results. The plastic material may include thermoplastics such as polyester, especially polyethylene terephthalate, and unsaturated ester acrylonitrile-styrene copolymer, vinyl chloride, polyeletane, epoxy resin, polycarbonate, or thermosetting resin. . Various physical properties such as adhesion, hardness, chemical resistance, heat resistance and durability can be improved by a coating material imparting high hardness.
[Pretreatment of substrate]
In the present invention, when the hard coat coating solution is coated on the substrate, it is preferable that the surface of the substrate to be coated is cleaned. There are methods of cleaning by spraying degreasing, steam cleaning and air spray. Further, various pretreatments for the purpose of improving adhesion and durability are also effective means, and particularly preferably used methods include activated gas treatment, chemical treatment with acid, alkali and the like.
[Hard coat film material]
As the hard coat film material provided on the base material, materials to which various materials known as glass and plastic surface hardened films are applied can be used (Japanese Patent Laid-Open No. 2-336921, Japanese Patent Publication No. 6-5324, JP 6-98703). In addition, inorganic fine particles typified by silica fine particles, metal oxides such as titanium, aluminum, silicon, and tin, and acrylic crosslinked products obtained from acrylic acid and pentaerythritol as a matrix resin may be included. In addition, various curing agents and three-dimensional crosslinking agents can be added to these compositions for the purpose of accelerating curing or making them curable. Specific examples of these include nitrogen-containing organic substances, silicone resin curing agents, silane coupling agents, various metal alcoholates, various metal chelate compounds, isocyanate compounds and polymers thereof, melamine resins, polyfunctional acrylic resins, urea resins, and the like. These may be added singly or in combination of two or more.
The organic-containing curable substance having the above composition is usually diluted with a volatile solvent to form a coating solution. Although it does not specifically limit to what is used as a solvent, In using, it should determine in consideration of stability of a composition, the applicability | paintability with respect to an inorganic substance, volatility, etc. Further, a cured film obtained from such a composition has a refractive index in the range of 2.0 to 1.5, and if it exceeds this range, it is impossible to exhibit excellent antireflection properties.
[Hard coat film formation]
As a method for forming a hard coat film using a coating liquid of an organic substance-containing curable substance having the above composition, in the case of a liquid composition, microgravure coating, spin coating, dip coating, curtain flow coating, roll coating, spray coating, flow There is a coating method using a coating method. Using such a method, it is applied onto a substrate and dried according to circumstances. The drying method should be determined according to the applied substrate and coating components, but is usually performed at a temperature in the range of room temperature to 300 ° C.
Various surfactants including fluorine can be used to improve the flow during coating.
[Hard coat film curing method]
The method of curing the formed hard coat film should be determined by the substrate to be applied and the film components, but is usually a method by heat treatment at a temperature in the range of room temperature to 300 ° C. A method of irradiating and absorbing and curing using ultraviolet rays having a wavelength shorter than the visible region using a UV curable functional group, or a method of heating and irradiating and curing at the same time may be used in combination. .
[Pretreatment of substrate having hard coat film]
In the present invention, a hard coat film is provided on the substrate, and when the high refractive index layer coating solution is coated thereon, the surface of the substrate with the hard coat film to be applied is cleaned. It is preferable to use a method of removing dirt by a surfactant, cleaning by degreasing with an organic solvent, steam cleaning, and spraying air spray for cleaning. Further, various pretreatments for the purpose of improving adhesion and durability are also effective means, and particularly preferably used methods include activated gas treatment, chemical treatment with acid, alkali and the like.
[High refractive index layer]
A high refractive index layer coating is formed on at least one surface of the substrate or the substrate having a hard coat layer coating.
[High refractive index layer material]
As a high refractive index material, it has ultraviolet curability, has a polyfunctional (meth) acryl compound containing at least three (meth) acryloyl groups in the molecule, and has a polymerizable unsaturated group and an alkoxysilane group in the molecule. From a reaction product obtained by reacting a compound with particles of a metal oxide selected from the group consisting of zirconium, antimony, zinc, tin, cerium and titanium, and a liquid curable resin composition containing a radiation polymerization initiator Thus, one kind or two or more kinds may be added. The organic-containing curable substance having the above composition is usually diluted with a volatile solvent to form a coating solution. Although what is used as a solvent is not specifically limited, In use, it should be determined in consideration of the stability of the composition, the wettability to inorganic substances, volatility, and the like. It is possible to use not only one type but also a mixture of two or more types.
[Formation of high refractive index layer coating]
As a method for forming a high refractive index layer film using a coating liquid of an organic substance-containing curable material having the above composition, in the case of a liquid composition, microgravure coating, spin coating, dip coating, curtain flow coating, roll coating, spray coating There is a method of coating using a flow coating method or the like. Using such a method, it is applied onto a substrate and dried according to circumstances. The drying method should be determined according to the applied substrate and coating components, but is usually performed at a temperature in the range of room temperature to 300 ° C.
Various surfactants including fluorine can be used to improve the flow during coating.
[Curing method of high refractive index layer coating]
The method of curing the formed high refractive index layer coating should be determined by the applied substrate and coating components, but is usually a method by heat treatment at a temperature in the range of room temperature to 300 ° C., Uses a method of absorbing and curing by irradiating with ultraviolet rays having a wavelength shorter than the visible region using ultraviolet absorption and curable functional groups in the components.
[Pretreatment of substrate having high refractive index layer coating]
In the present invention, a hard coat film is provided on the substrate, and when the high refractive index layer coating solution is coated thereon, the surface of the substrate with the hard coat film to be applied is cleaned. It is preferable to use a method of removing dirt by a surfactant, cleaning by degreasing with an organic solvent, steam cleaning, and spraying air spray for cleaning. Further, various pretreatments for the purpose of improving adhesion and durability are also effective means, and particularly preferably used methods include activated gas treatment, chemical treatment with acid, alkali and the like.
[Low refractive index layer]
A low refractive index layer is provided on the high refractive index layer.
The low-refractive index layer having ultraviolet transparency has thermosetting silica fine particles with an average particle diameter of 5 to 100 nm in which a porous and / or void is formed inside the outer shell having pores, and transmits ultraviolet rays. Matrix resin with a rate of 10% or more.
[Low refractive index layer material]
The matrix resin used in the present invention is not particularly limited as long as it has a property of three-dimensional crosslinking by heating and has a UV transmittance of 10% or more. As the three-dimensional cross-linking, among ionic bonds and hydrogen bonds, cross-linking by covalent bonds is preferable from the viewpoint of stability to an environment such as water and oxygen. As crosslinking by covalent bond, polysiloxane crosslinking is preferable from the viewpoint of improving surface hardness and antireflection properties among (thio) urethane crosslinking, melamine crosslinking, (meth) acrylic crosslinking, and polysiloxane crosslinking from the viewpoint of thermal stability. In particular, it is more preferable that at least a part of the organic group is a fluorine-containing polysiloxane. The fluorine-containing organic group of the fluorine-containing polysiloxane is most preferably an organic group having 3 to 7 carbon atoms. As organic polysiloxane, each compound of organic alkoxysilane, organic acyloxysilane, and organic halogen silane may be used as it is, but in order to obtain crosslinking at a lower temperature, each compound is hydrolyzed and used. It is preferable. Furthermore, after hydrolyzing a silane compound for the purpose of improving the dispersibility of silica fine particles, at least a part of the silane compound can be used as an organic bond. Fluorine-containing organopolysiloxane contained in the matrix resin in general because of the relationship between surface hardness and antireflection properties, which should be selected as appropriate depending on the desired antireflection properties and the refractive index of the high refractive index layer used. Is preferably 30 wt% to 60 wt%. The content of the fluorine-containing organic polysiloxane in the entire low refractive index layer is preferably 10 wt% to 40 wt%. When the silica fine particles are used in combination, the silica fine particles may be added to the fluorine-containing organic polysiloxane hydrolyzate or polymer, or the silica fine particles may coexist during hydrolysis or polymerization. In addition, it is possible to carry out the hydrolysis only by adding water, but it is not a problem at all to use a catalyst in order to proceed the hydrolysis reaction quickly. The catalyst that can be used is an acidic aqueous solution using an acid such as hydrochloric acid, acetic acid, formic acid, nitric acid, etc., and hydrolysis is carried out by adding these. Also, when polycondensating, the temperature is raised further than during hydrolysis, but in any case, depending on the acid concentration, reaction temperature and time, the physical properties of the resulting film will vary, so the conditions must be set to obtain physical properties suitable for the application. It is good to do. In addition, since a solvent is generated for the hydrolysis reaction, it can be hydrolyzed without a solvent. However, in order to perform the hydrolysis more uniformly or according to the set temperature, it is suitable separately from the silane compound. It is also possible to carry out hydrolysis and polycondensation after mixing the solvents. Further, depending on the purpose, it is also possible to distill and remove a suitable amount of the produced alcohol after hydrolysis and / or under reduced pressure, and then add a suitable solvent. Although it is not particularly limited to those used as a solvent, it can be used as a mixture of not only one type but also two or more types in consideration of the stability of the composition, wettability to inorganic substances, volatility, etc. Is possible. In addition, various curing agents and three-dimensional crosslinking agents can be added to these compositions for the purpose of accelerating curing or making them curable. Specific examples of these include nitrogen-containing organic substances, silicone resin curing agents, silane coupling agents, various metal alcoholates, various metal chelate compounds, isocyanate compounds and polymers thereof, melamine resins, polyfunctional acrylic resins, urea resins, and the like. These may be added singly or in combination of two or more.
[Formation of low refractive index layer coating]
As a method for forming a high refractive index layer film using a coating liquid of an organic substance-containing curable material having the above composition, in the case of a liquid composition, microgravure coating, spin coating, dip coating, curtain flow coating, roll coating, spray coating There is a method of coating using a flow coating method or the like. Using such a method, it is applied onto a substrate and dried according to circumstances. The drying method should be determined according to the applied substrate and coating components, but is usually performed at a temperature in the range of room temperature to 300 ° C.
Various surfactants including fluorine can be used to improve the flow during coating.
[Curing method of low refractive index layer coating]
The method of curing the formed high refractive index layer coating should be determined by the substrate to be applied and the coating components, but usually has a low refractive index by heat treatment at a temperature in the range of room temperature to 300 ° C. A method of curing a layer with a film and then irradiating it with ultraviolet rays having a wavelength shorter than the visible region to cure a layer below the high refractive index layer, or a method of forming a cured film by simultaneously performing heat treatment and radiation irradiation May be used.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
測定方法及び性能評価方法については以下の２項目を示す。
［反射率の測定］
日立計測器サービス（株）の分光光度計3410を用いて測定を行った。サンプルフィルムは３２０〜４００の耐水サンドペーパー裏面に均一に傷をつけ、黒色塗料（黒マジックインキ液）を塗布して、裏面からの反射を完全になくして測定する表面を積分球に押し当てて測定した。入射角度は10゜であり、検査波長領域は380nm〜800nmである。Scan speedは６００nm/minとした。
［スクラッチ性評価］
＃００００のスチールウールを用いて約２５０ｇｆ／ｃｍ2の荷重をかけ１０往復したときの傷の本数を観察し下記基準にて評価した。
Level 5:傷なしLevel ４:傷１〜５本 Level ３::傷５〜１０本 Level ２:傷１０本以上 Level １:全面傷
実施例１
［ハードコート層］
用いた基材はPETフィルム（厚さ１００μm東レ製）を用いた。この上にハードコート層用塗料を塗工した。
［ハードコート層の被膜形成方法］
ハードコート層はＺ７５２８（ＪＳＲ社製）濃度５０％塗料をメタリングバーを用いたハンドコーティングにより塗工した。番手が８番のメタリングバーを用いてA4サイズの基材に１．５ccの塗布液を垂らし、気泡が入らぬように気をつけながら、メタリングバーをひいて塗膜を塗り広げて薄膜を形成した。メタバーの番手に応じて厚みを調整した。Ｄｒｙ厚みは約５μmであった。
［ハードコート層塗膜の硬化方法］
ハードコート層塗料については基材に上記コーティング方法により薄膜形成をした後、すぐに温度を９０℃にしたオーブンに入れて1分間で熱処理を行った。その後高圧水銀灯一灯（１２０ｗ）を備えた、コンベアー式UV照射装置に、５ｍ／minの速度で一度通して紫外線照射(紫外線強度に換算した場合約300m.j)を行った。こうしてハードコート層被膜付き基材が得られた。
［高屈折率層］
得られたハードコート層被膜付き基材に高屈折率層用塗料を塗工した。
［高屈折率層用塗料の調製方法］
５０ｍｌスクリュー管に固形分濃度が１０％であるオプスターTU4005（JSR社製）12.0gを加えてからメチルイソブチルケトン8.0gを加えて室温（約２３―２５℃）で約１分間撹拌し、固形分濃度６％まで希釈した。
［高屈折率層の被膜形成方法］
調製した６％塗料をメタリングバーをメタリングバーを用いたハンドコーティングにより塗工した。番手が５番のメタリングバーを用いてA4サイズの基材に１．５ccの塗布液を垂らし、気泡が入らぬように気をつけながら、メタリングバーをひいて塗膜を塗り広げて薄膜を形成した。メタバーの番手に応じて厚みを調整した。Ｄｒｙ厚みは約100 nmであった。
[高屈折率層塗膜の硬化方法]
高屈折率層塗料については基材に上記コーティング方法により薄膜形成をした後、すぐに温度を９０℃にしたオーブンに入れて１分間で熱処理を行った。その後高圧水銀灯一灯（１２０ｗ）を備えた、コンベアー式UV照射装置に、５ｍ／minの速度で一度通して紫外線照射(紫外線強度に換算した場合約300m.j)を行った。こうしてハードコート,高屈折率層被膜付き基材を得た。
［低屈折率層］
得られたハードコート、高屈折率層被膜付き基材に対して低屈折率
［低屈折率層用塗料の調製方法］
200mlナスフラスコに撹拌子とメチルトリメトキシシラン/信越シリコーン社製21.0g ( 0.154mmol )を入れ、13-15℃にし、約30分から40分間かけて0.5規定に調製した蟻酸水溶液 8.53を滴下しながら100〜200 r.p.mで攪拌する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
About the measuring method and the performance evaluation method, the following two items are shown.
[Measurement of reflectance]
Measurements were made using a spectrophotometer 3410 from Hitachi Instrument Service Co., Ltd. The sample film is uniformly scratched on the back side of 320-400 water-resistant sandpaper, black paint (black magic ink liquid) is applied, and the surface to be measured is pressed against the integrating sphere completely without reflection from the back side. It was measured. The incident angle is 10 °, and the inspection wavelength region is 380 nm to 800 nm. Scan speed was 600 nm / min.
[Scratch evaluation]
Using # 0000 steel wool, a load of about 250 gf / cm 2 was applied and the number of scratches when 10 reciprocations were observed and evaluated according to the following criteria.
Level 5: No scratch Level 4: 1 to 5 scratches Level 3: 5 to 10 scratches Level 2: 10 or more scratches Level 1: Full scratches Example 1
[Hard coat layer]
The substrate used was a PET film (100 μm thick, manufactured by Toray). A hard coat layer coating was applied on top of this.
[Method for forming hard coat layer]
The hard coat layer was coated with Z7528 (manufactured by JSR) with a 50% concentration paint by hand coating using a metal ring bar. Using a No. 8 metering bar, dip a 1.5 cc coating solution onto an A4 size substrate and take care to prevent bubbles from entering. Formed. The thickness was adjusted according to the count of the metabar. The Dry thickness was about 5 μm.
[Hard coat layer coating method]
As for the hard coat layer coating material, a thin film was formed on the substrate by the above coating method, and immediately after that, it was placed in an oven at 90 ° C. and heat-treated for 1 minute. Thereafter, UV irradiation (about 300 m.j when converted to UV intensity) was performed once through a conveyor-type UV irradiation apparatus equipped with a high pressure mercury lamp (120 w) at a speed of 5 m / min. Thus, a substrate with a hard coat layer coating was obtained.
[High refractive index layer]
A coating material for a high refractive index layer was applied to the obtained base material with a hard coat layer coating.
[Preparation method of coating material for high refractive index layer]
Add 12.0 g of OPSTA TU4005 (manufactured by JSR) with a solid content concentration of 10% to a 50 ml screw tube, then add 8.0 g of methyl isobutyl ketone, and stir at room temperature (about 23-25 ° C) for about 1 minute. Dilute to 6% concentration.
[Method for forming film of high refractive index layer]
The prepared 6% paint was applied to the metal ring bar by hand coating using the metal ring bar. Using a No. 5 metering bar, dip a 1.5 cc coating solution onto an A4 size substrate and take care to prevent bubbles from entering. Formed. The thickness was adjusted according to the count of the metabar. The Dry thickness was about 100 nm.
[Curing method of high refractive index layer coating film]
Regarding the high refractive index layer coating material, a thin film was formed on the substrate by the above coating method, and immediately after that, it was placed in an oven at 90 ° C. and heat-treated for 1 minute. Thereafter, UV irradiation (about 300 m.j when converted to UV intensity) was performed once through a conveyor-type UV irradiation apparatus equipped with a high pressure mercury lamp (120 w) at a speed of 5 m / min. Thus, a substrate with a hard coat and a high refractive index layer coating was obtained.
[Low refractive index layer]
Low refractive index [method for preparing coating material for low refractive index layer] for the obtained hard coat and substrate with high refractive index layer coating
Put a stirring bar and 21.0 g (0.154 mmol) of methyltrimethoxysilane / Shin-Etsu Silicone into a 200 ml eggplant flask, bring it to 13-15 ° C, and add dropwise formic acid aqueous solution 8.53 prepared to 0.5 N over about 30 to 40 minutes. Stir at 100-200 rpm.
滴下終了後約30分攪拌し2-プロパノール39.5gを加えて希釈し、固形分15%濃度の溶液にして１時間20〜25℃でで撹拌する。また別の200mlナスフラスコに撹拌子と3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン/信越シリコーン社製15.1gを入れ、1.0規定に調製した蟻酸水溶液 3.9gを20〜25℃の温度にて約20分かけて滴下しながら100〜200 r.p.mで攪拌する。そのまま約40分攪拌し次にIPA 49.7 gを加えて希釈し、固形分15%濃度の溶液にして１時間20〜25℃の温度で撹拌する。その後両者を混合しシランの加水分解溶液137.9gを得た。この反応溶液に対してメタノール溶液44.8gを加えて、ついでアルミニウムトリアセチルアセトネート1.0gをシラン加水分解溶液に対して投入し撹拌しながら、IPA 89.6gを加えた後、シリカ微粒子溶液（IPA分散型、固形分濃度20.5%）/触媒化成社製89.6gを加え、その後PGEE 89.6gを加えて最後に固形分濃度5%まで希釈した。
［低屈折率層の被膜形成方法］
調製した5%塗料をさらに濃度3%までに希釈した後に、メタリングバーを用いたハンドコーティングにより塗工した。番手が６番のメタリングバーを用いてA4サイズの基材に１．５ccの塗布液を垂らし、気泡が入らぬように気をつけながら、メタリングバーをひいて塗膜を塗り広げて薄膜を形成した。メタバーの番手に応じて厚みを調整した。Ｄｒｙ厚みは約100 nmであった。
［低屈折率層塗膜の硬化方法］
低屈折率層塗料については基材に上記コーティング方法によりハードコート、高屈折率層被膜付き基材に薄膜形成をした後、すぐに温度を130℃にしたオーブンに入れて1分間で熱処理を行った。その後高圧水銀灯一灯（１２０ｗ）を備えた、コンベアー式UV照射装置に、５ｍ／minの速度で一度通して紫外線照射(紫外線強度に換算した場合約300m.j)を行った。こうしてハードコート,高屈折率層、低屈折率層被膜付き基材を得た。得られた物品に対して反射率測定、硬度評価を行い、結果を表１に示した。
After completion of the dropwise addition, the mixture is stirred for about 30 minutes, diluted with 39.5 g of 2-propanol, diluted to a solution with a solid content of 15%, and stirred at 20-25 ° C. for 1 hour. In another 200 ml eggplant flask, put a stirring bar and 15.3 g of 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane / Shin-Etsu Silicone Co., Ltd., and add 3.9 g of formic acid aqueous solution prepared at 1.0 N at a temperature of 20-25 ° C. Stir at 100-200 rpm while dropping over about 20 minutes. The mixture is stirred for about 40 minutes and then diluted by adding 49.7 g of IPA to make a solution having a solid content of 15% and stirred at a temperature of 20 to 25 ° C. for 1 hour. Thereafter, both were mixed to obtain 137.9 g of a silane hydrolysis solution. To this reaction solution, 44.8 g of methanol solution was added, and then 1.0 g of aluminum triacetylacetonate was added to the silane hydrolyzed solution and stirred while adding IPA 89.6 g, followed by silica fine particle solution (IPA dispersion) Mold, solid content concentration 20.5%) / catalyst chemicals 89.6 g was added, and then PGEE 89.6 g was added and finally diluted to a solid content concentration of 5%.
[Method for forming film of low refractive index layer]
The prepared 5% paint was further diluted to a concentration of 3% and then applied by hand coating using a metering bar. Using a No. 6 metering bar, dip a 1.5 cc coating solution on an A4 size substrate and take care to prevent bubbles from entering. Formed. The thickness was adjusted according to the count of the metabar. The Dry thickness was about 100 nm.
[Curing method of low refractive index layer coating film]
For low-refractive-index layer paints, the substrate is hard-coated by the above coating method, and a thin film is formed on a substrate with a high-refractive-index layer coating. It was. Thereafter, UV irradiation (about 300 m.j when converted to UV intensity) was performed once through a conveyor-type UV irradiation apparatus equipped with a high pressure mercury lamp (120 w) at a speed of 5 m / min. Thus, a substrate with a hard coat, a high refractive index layer, and a low refractive index layer coating was obtained. The obtained article was subjected to reflectance measurement and hardness evaluation, and the results are shown in Table 1.
比較例１
低屈折率層塗膜の硬化方法についてUV照射を行わなかった以外は実施例１と同様の実験方法を用いた。こうして得られた物品に対して反射率測定、硬度評価を行い、結果を表１に示した。
Comparative Example 1
The same experimental method as in Example 1 was used except that UV irradiation was not performed for the method of curing the low refractive index layer coating film. The article thus obtained was subjected to reflectance measurement and hardness evaluation, and the results are shown in Table 1.
実施例２
層構成においてハードコート層が設けられていない以外は実施例１と同様の実験方法を用いた。こうして得られた物品に対して反射率測定、硬度評価を行い、結果を表１に示した。
Example 2
The same experimental method as in Example 1 was used except that the hard coat layer was not provided in the layer structure. The article thus obtained was subjected to reflectance measurement and hardness evaluation, and the results are shown in Table 1.
比較例２
層構成においてハードコート層が設けられていなく、かつ低屈折率層被膜の硬化方法ついて熱処理のみでUV照射処理を行わなかった以外は実施例１と同様の実験方法を用いた。こうして得られた物品に対して反射率測定、硬度評価を行い、結果を表１に示した。
Comparative Example 2
The same experimental method as in Example 1 was used, except that the hard coat layer was not provided in the layer structure, and the UV irradiation treatment was not performed only by heat treatment for the method of curing the low refractive index layer coating. The article thus obtained was subjected to reflectance measurement and hardness evaluation, and the results are shown in Table 1.
比較例３
層構成においてハードコート層と高屈折率層が設けられていない以外は実施例１と同様の実験方法を用いた。こうして得られた物品に対して反射率測定、硬度評価を行い、結果を表１に示した。
Comparative Example 3
The same experimental method as in Example 1 was used except that the hard coat layer and the high refractive index layer were not provided in the layer configuration. The article thus obtained was subjected to reflectance measurement and hardness evaluation, and the results are shown in Table 1.
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