JP2015112812A - 積層体 - Google Patents

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光代 秋元
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Abstract

【課題】可視光の透過性に優れ、200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射する積層体、該積層体を使用した窓材等の提供。
【解決手段】本発明は、基材1と保護層2とを有し、保護層が、無機化合物粒子と、該無機化合物粒子に結合しているポリマーとを含有する有機無機複合体を含み、ポリマーの分子量分布が2.3以下であり、保護層中の無機化合物粒子の粒子分散度が0.8以下であり、保護層の厚みが1μm〜5mmであり、200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射する積層体10。特定波長が280〜314nm及び35〜400nmに含まれる積層体10。全光線透過率が80%以上であり、Hazeが12%以下である積層体。前記基材1がポリカーボネート又はアクリル樹脂を含む積層体10。
【選択図】図2

Description

本発明は、積層体、窓材、車両及び建築物に関する。
近年、石油を含む化石燃料の枯渇や、過剰なCO排出による地球温暖化・環境破壊が、世界的に問題となっている。これらの問題を解消するため、エネルギー消費量削減や、CO排出量削減が、国際的な重要課題と位置付けられており、産業・運輸・民生の各部門で、様々な対策が検討されている。
中でも、上記運輸部門のエネルギー消費量の約9割を占める自動車をはじめ、鉄道車両等の大量生産される輸送機器の軽量化は、エネルギー消費量削減やCO排出量削減に、大きく寄与すると試算されている。軽量化の具体的手段としては、車両を構成する部品や部材を、金属やガラスのような密度の高い材料(体積当たりの質量が重い)から、樹脂のような密度の低い材料(体積当たりの質量が軽い)へ、置き換える方法が効果的である。
現在、自動車や電車をはじめとする車両や、建築物の窓材には、主にガラス板が使用されている。ガラスの密度は約2.5g/cmと、密度が約1.2g/cmであるポリカーボネート樹脂(以下、「PC樹脂」という。)やアクリル樹脂の2倍以上である。つまり、窓材を現行のガラスから、樹脂に代替することにより、体積当たりの質量が1/2以下となり、大幅な軽量化が可能となる。
以前より、ガラス代替として、PC樹脂等への置き換えが検討されているが、樹脂の劣化や黄変が、普及への妨げの一因となっている。
紫外線(UV)に曝されることが、劣化や黄変の原因となるため、一般的には樹脂やそのコーティング材に、UV吸収剤を配合する場合が多い。しかしながら、UV吸収剤の配合のみでは、効果が不十分であり、UV吸収剤の配合による樹脂性能の低下等の問題がある。
そこで、樹脂によるガラス代替を推進するために、樹脂性能の低下を抑制しつつ、紫外線の影響を抑制するための新たな技術が検討されている。例えば、特許文献1には、紫外線吸収剤を含有する硬化被膜を設けた、PC樹脂積層体が開示され、特許文献2には、シリカ粒子と紫外線吸収剤を含有する、ハードコート層を設けた、ポリカーボネート樹脂積層体が開示されている。
特開2011−183758号公報 特開2006−51655号公報
紫外線の照射量を抑制するための手段として、例えば、TiO、ZnO等の無機微粒子を、樹脂に分散させることや、該無機微粒子を分散させた保護層を樹脂の表面に形成することで、紫外線を散乱させる方法が挙げられる。しかし、無機微粒子を分散させた樹脂や保護層は、紫外線反射機能は有するものの、著しく透明度を損なうため、車両や建築物の窓材(ガラス代替)の用途には不向きである。また、UV吸収剤を樹脂に配合することや、UV吸収剤を配合したハードコート剤を樹脂表面に塗工することで、紫外線を吸収させる方法の場合、透明性が低下する傾向にある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、透過性に優れ、200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射する積層体、該積層体を使用した窓材等を提供することを目的とする。
本発明は、以下のものに関する。
[1]基材と保護層とを有する積層体であり、保護層が、無機化合物粒子と、該無機化合物粒子に結合しているポリマーとを含有する有機無機複合体を含み、ポリマーの分子量分布が2.3以下であり、保護層中の無機化合物粒子の粒子分散度が0.8以下であり、保護層の厚みが1μm〜5mmであり、200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射する、積層体。
[2]保護層が単層である、[1]に記載の積層体。
[3]特定波長が280〜314nmに含まれる、[1]又は[2]に記載の積層体。
[4]特定波長が315〜400nmに含まれる、[1]又は[2]に記載の積層体。
[5]基材に含まれる紫外線吸収剤が1%以下である、[1]〜[4]のいずれかに記載の積層体。
[6]全光線透過率が80%以上である、[1]〜[5]のいずれかに記載の積層体。
[7]耐候性試験後のHazeが12%以下である、[1]〜[6]のいずれかに記載の積層体。
[8]基材が芳香族基を有する化合物を含む、[1]〜[7]のいずれかに記載の積層体。
[9]基材がポリカーボネート又はアクリル樹脂を含む、[1]〜[8]のいずれかに記載の積層体。
[10]無機化合物粒子の平均粒径が200nm未満である、[1]〜[9]のいずれかに記載の積層体。
[11]保護層中の無機化合物粒子の粒子分散度が0.5以下である、[1]〜[10]のいずれかに記載の積層体。
[12]無機化合物粒子が、酸化ケイ素粒子又はその複合粒子である、[1]〜[11]のいずれかに記載の積層体。
[13]保護層が、無機化合物粒子と、該無機化合物粒子にカップリング剤を介して結合しているポリマーとを含有する有機無機複合体を含み、
カップリング剤が下記式(I)で表される構造を有する、[1]〜[12]のいずれかに記載の積層体。
X−Si(R11)(R12)(R13)・・・(I)
(式中、Xは重合開始基を示し、R11及びR12はそれぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基を示し、R13は炭素数1〜9のアルコキシ基、水酸基、水素原子又はハロゲン原子を示す。)
[14]保護層が、有機無機複合体を含むコーティング材を、基材に塗工して得られた層である、[1]〜[13]のいずれかに記載の積層体。
[15]ポリマーの分子量が10000〜100000g/molである、[1]〜[14]のいずれかに記載の積層体。
[16]第二の保護層を更に有し、
第二の保護層が、無機化合物粒子と、該無機化合物粒子に結合しているポリマーとを含有する有機無機複合体を含み、
該ポリマーの分子量が10000〜100000g/molであり、分子量分布が2.3以下であり、
第二の保護層中の無機化合物粒子の粒子分散度が0.8以下である、[1]〜[15]のいずれかに記載の積層体。
[17]770〜1000nmに含まれる特定波長の光を更に反射する、[16]に記載の積層体。
[18]ハードコート層を更に有する、[1]〜[17]のいずれかに記載の積層体。
[19][1]〜[18]のいずれかに記載の積層体を備える、窓材。
[20][19]に記載の窓材を備える、車両。
[21][19]に記載の窓材を備える、建築物。
本発明によれば、透過性に優れ、200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射する積層体、該積層体を使用した、窓材等を提供することができる。
無機化合物粒子の最大長及び最小幅の算出方法を示す模式図である。 積層体の一実施形態を示す模式断面図である。 積層体の一実施形態を示す模式断面図である。 積層体の一実施形態を示す模式断面図である。 積層体の一実施形態を示す模式断面図である。
以下、本発明を実施するための形態(以下、本実施形態)について詳細に説明する。なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本実施形態の積層体は、基材と保護層とを有し、保護層が無機化合物粒子と、該無機化合物粒子に結合しているポリマーとを含有する有機無機複合体を含み、保護層の厚みが1μm〜5mmであり、200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射することを特徴とする。
[(A)無機化合物粒子]
無機化合物粒子とは、無機化合物から形成される粒子である。無機化合物とは、有機化合物以外の化合物であり、具体的には、一部の炭素化合物を除き、炭素以外の元素で構成される化合物を指す。
無機化合物を構成する元素としては、例えば、周期律表1〜16族の元素が挙げられる。この元素は、特に限定されるものではないが、周期律表2〜14族に属する元素が好ましい。その具体例としては、2族元素(Mg、Ca、Ba等)、3族元素(La、Ce、Eu、Ac、Th等)、4族元素(Ti、Zr、Hf等)、5族元素(V、Nb、Ta等)、6族元素(Cr、Mo、W等)、7族元素(Mn、Re等)、8族元素(Fe、Ru、Os等)、9族元素(Co、Rh、Ir等)、10族元素(Ni、Pd、Pt等)、11族元素(Cu、Ag、Au等)、12族元素(Zn、Cd等)、13族元素(Al、Ga、In等)、及び14族元素(Si、Ge、Sn、Pb等)が挙げられる。
これら元素を含む無機化合物としては、例えば、酸化物(複合酸化物を含む)、ハロゲン化物(フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物)、オキソ酸塩(硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、過塩素酸塩、炭酸塩等)、一酸化炭素、二酸化炭素及び二硫化炭素等の陰性の元素と上記元素とから形成される化合物、並びに、青酸、青酸塩、シアン酸塩、チオシアン酸塩及び炭化物などの塩が挙げられる。
炭素化合物のうち、例外的に無機化合物に分類されるものには、例えば、ダイヤモンド、ロンズデーライト、グラファイト、グラフェン、フラーレン類(バックミンスターフラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等)、ガラス状炭素、カルビン、アモルファス炭素、カーボンナノフォームなど炭素の同素体等が挙げられる。
1つの無機化合物粒子は、上記元素のうち1種又は2種以上を含んでいてもよい。複数種の元素は、粒子中に均一に存在していても、偏在していてもよく、ある元素の化合物の粒子の表面が、別の元素の化合物によって被覆されていてもよい。これら無機化合物粒子は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
無機化合物粒子(特に球状粒子)の大きさは、特に限定されるものではないが、平均粒径(粒子の外径の平均値)は好ましくは10〜380nmである。平均粒径が380nmより大きいと、反射する光の波長が400nmよりも大きくなる可能性があり、平均粒径が10nm未満であると、反射する光の波長が200nm未満となる可能性がある。同様の観点から、無機化合物粒子の平均粒径の下限値は、より好ましくは20nm以上であり、更に好ましくは30nm以上であり、より一層好ましくは40nm以上であり、特に好ましくは50nm以上である。無機化合物粒子の平均粒径の上限値は、より好ましく300nm以下であり、更に好ましくは250nm以下であり、より一層好ましくは200nm未満であり、特に好ましくは190nm以下である。無機化合物粒子の平均粒径の測定方法は後述の実施例において詳細に説明される。
無機化合物粒子の形状や結晶形は、特に限定されるものではなく、例えば、球状、結晶状、鱗片状、柱状、管状、繊維状、中空状、多孔質状、数珠状等、様々な形状であってよい。
無機化合物粒子は、無機酸化物粒子であることが好ましい。無機酸化物粒子とは、炭素以外の元素、例えば、Si、Zr、Ti、Ce、Zn、Ar、Sn、Ca、Ba等の酸化物から形成された粒子であれば、特に限定されるものではない。無機酸化物粒子として、入手のし易さの観点から、酸化ケイ素(SiO)、ZrO、TiO、Al、CeO、ZnO、BaTiO及びCaCOが好ましく、SiO、Al、CeO及びZnOがより好ましく、酸化ケイ素粒子又はその複合粒子であることが更に好ましい。無機酸化物粒子は、ZrO粒子又はTiO粒子と、これら粒子の表面を被覆するSiO、Al等とを有していてもよい。これらは、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
無機化合物粒子の屈折率は、特に限定されるものではないが、特定波長を反射する機能を効果的に発現させる観点から、保護層に含まれるポリマーの屈折率と差があるとよい。そのため、保護層に用いるポリマーの屈折率に応じ、無機化合物粒子を選択する必要ことが好ましい。
特定波長の反射機能を効果的に発現させるためには、保護層における無機化合物粒子の屈折率とポリマーの屈折率との差は、好ましくは0.05以上、より好ましく0.08以上、更に好ましくは0.1以上、特に好ましくは0.12以上である。
図1は、無機化合物粒子の最大長L及び最小幅DICの算出方法を示す模式図である。無機化合物粒子の最大長L及び最小幅Dは、特に限定されるものではないが、L/D≦1.2を満たすことが好ましい。L/Dが1.2以下であることにより、より優れた特定波長反射効果が得られる。L/Dはより好ましくは、1.1以下、更に好ましくは1.05以下である。L/Dの測定方法については後述の実施例において詳細に説明される。
無機化合物粒子の円形度は、好ましくは0.92〜1である。円形度が0.92以上であることにより、より優れた特定波長反射効果が得られる。同様の観点から、この円形度は、より好ましくは0.94〜1、更に好ましくは0.96〜1である。円形度の測定方法については後述の実施例において詳細に説明される。
[(B)ポリマー]
本実施形態に係るポリマーは、その少なくとも一部は、無機化合物粒子の表面に、後述のカップリング剤(重合開始基を有するカップリング剤)を介して結合していることが好ましい。この無機化合物粒子とポリマーとの結合は、結合の強さの観点から、共有結合であることが好ましい。このポリマーは、1種又は2種以上のラジカル重合性モノマーをモノマー単位として含んでいる。また、後述する有機無機複合体は、異なるモノマー単位から構成される複数種のポリマーを含有していてよい。
<カップリング剤>
本実施形態におけるカップリング剤は、無機化合物粒子表面と、上述のポリマーとの連結を促進するために用いられる化合物である。このカップリング剤は、重合開始基、及び、無機化合物粒子表面と反応して結合を生成する官能基、を有する化合物であれば、特に限定されるものではない。このときの無機化合物粒子表面は、無機化合物そのものから形成されていてもよいし、表面処理されていてもよい。ここでいう表面処理とは、化学反応、熱処理、光照射、プラズマ照射、放射線照射等により、無機化合物粒子表面を官能基により修飾することである。
カップリング剤を、無機化合物粒子表面と結合させる方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、無機化合物粒子表面の水酸基とカップリング剤とを反応させる方法や、無機化合物粒子表面の表面処理により導入された官能基とカップリング剤とを反応させる方法がある。無機化合物粒子に結合したカップリング剤に、更にカップリング剤を反応させて、複数のカップリング剤を連結することも可能である。また、カップリング剤の種類によっては、水や触媒を併用してもよい。
カップリング剤が有する官能基は、特に制限はないが、無機化合物粒子表面の水酸基との反応により結合を生成する場合には、例えば、リン酸基、カルボキシ基、酸ハライド基、酸無水物基、イソシアネート基、グリシジル基、クロロシリル基、アルコキシシリル基、シラノール基、アミノ基、ホスホニウム基及びスルホニウム基等が挙げられる。中でも、反応性と、酸残存量や着色とのバランスの観点から、好ましいのは、イソシアネート基、クロロシリル基、アルコキシシリル基及びシラノール基であり、更に好ましくは、クロロシリル基及びアルコキシシリル基である。
カップリング剤の官能基数は、特に限定されるものではないが、1官能又は2官能であることが好ましく、特に好ましくは1官能である。官能基が2個以上存在すると、カップリング剤の縮合物(副生物)が生成し、その除去が困難になる場合がある。また、有機無機複合膜中に未反応の官能基が残存するため、加熱乾燥、加熱加工する工程などによってはアルコールや水などを生成し、膜が発泡する要因となる。また、無機化合物粒子が凝集する要因にもなりうる。
カップリング剤が有する重合開始基は、重合開始能を有する官能基であれば、特に限定されるものではない。例えば、後述のニトロキシド媒介ラジカル重合(以下、「NMP」という。)、原子移動ラジカル重合(以下、「ATRP」という。)、可逆的付加・脱離連鎖移動重合(以下、「RAFT」という。)に用いられる重合開始基が挙げられる。
NMPにおける重合開始基は、ニトロキシド基が結合している基であれば、特に限定されるものではない。
ATRPにおける重合開始基は、典型的には、ハロゲン原子を含む基である。ハロゲン原子の結合解離エネルギーが低いことが好ましい。例えば、3級炭素原子に結合したハロゲン原子、ビニル基、ビニリデン基及びフェニル基等の不飽和炭素−炭素結合に隣接する炭素原子に結合したハロゲン原子、カルボニル基、シアノ基及びスルホニル基等のヘテロ原子含有共役性基に直接結合するか又はこれらに隣接する原子に結合したハロゲン原子が導入された基が、好ましい構造として挙げられる。より具体的には、下記一般式(1)で表される有機ハロゲン化物基、及び、下記一般式(2)で表されるハロゲン化スルホニル基が好適である。
Figure 2015112812
Figure 2015112812
式(1)及び(2)中、R及びRは、それぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有していてもよいアリル基、置換基を有していてもよい炭素数6〜20のアリール基、アルキルアリール基、又は、置換基を有していてもよいアルキルアリール基を示し、Zはハロゲン原子を示す。
式(1)の重合開始基は、下記一般式(3)に示されるように、カルボニル基を有するものであってもよい。式(3)中、R、R及びZは、式(1)中のR、R及びZと同義である。
Figure 2015112812
式(3)の重合開始基の具体例を下記化学式に示す。
Figure 2015112812
RAFTにおける重合開始基は、一般的なラジカル重合開始基であれば、特に限定されるものではない。また、RAFT剤として機能するイオウ原子を含有する基を重合開始基として使用することもできる。重合開始基の例としては、トリチオカーボネート、ジチオエステル、チオアミド、チオカルバメート、ジチオカルバメート、チオウラン、チオ尿素、ジチオオキサミド、チオケトン及びトリスルフィドが挙げられる。
カップリング剤は、下記式(I)で表される構造を有することが好ましい。
X−Si(R11)(R12)(R13) ・・・(I)
式(I)中、Xは、上述の重合開始基を示し、R11及びR12は、それぞれ独立に、炭素数が1〜10のアルキル基を示し、R13は、炭素数が1〜10のアルコキシ基、水素原子、水酸基又はハロゲン原子を示す。
好適なカップリング剤の具体例としては、以下のようなシラン化合物がある。
・3−(2−ブロモイソブチロキシ)プロピルジメチルクロロシラン(Cas番号:370870−81−8)
・プロピオン酸,2−ブロモ−2−メチル−,3−(ジクロロメチルシリル)プロピル エステル(Cas番号:1057260−39−5)
・プロピオン酸,2−ブロモ−2−メチル−,3−(トリクロロシリル)プロピル エステル(Cas番号:688359−84−4)
・3−(メトキシジメチルシリルプロピル)−2−ブロモ−2−メチルプロピオネート(Cas番号:531505−27−8)
・3−(ジメトキシメチルシリルプロピル)−2−ブロモ−2−メチルプロピオネート(Cas番号:1186667−60−6)
・3−(トリメトキシシリルプロピル)−2−ブロモ−2−メチルプロピオネート(Cas番号:314021−97−1)
・(3−(2−ブロモイソブチリル)プロピル)ジメチルエトキシシラン(Cas番号:265119−86−6)
・(3−(2−ブロモイソブチリル)プロピル)メチルジエトキシシラン(Cas番号:1186667−65−1)
・プロピオン酸,2−ブロモ−2−メチル−,3−(トリエトキシシリル)プロピル エステル(Cas番号:880339−31−1)
・プロピオン酸,2−ブロモ−,3−(クロロジメチルシリル)プロピル エステル(Cas番号:438001−36−6)
・プロピオン酸,2−ブロモ−,3−(トリクロロシリル)プロピル エステル(Cas番号:663174−64−9)
・プロピオン酸,2−ブロモ−,3−(メトキシジメチルシリル)プロピル エステル(Cas番号:861807−46−7)
・(3−(2−ブロモプロピオニル)プロピル)ジメチルエトキシシラン(Cas番号:265119−85−5)
・(3−(2−ブロモプロピオニル)プロピル)トリエトキシシラン(Cas番号:1233513−06−8)
上記ポリマーの重合形態は、特に限定されるものではないが、例えば、ホモポリマー、周期共重合ポリマー、ブロック共重合ポリマー、ランダム共重合ポリマー、グラジエント共重合ポリマー、テーパード共重合ポリマー又はグラフト共重合ポリマーが挙げられる。中でも、ガラス転移温度(以下、「Tg」という。)や屈折率等の物性制御の観点から、共重合ポリマーが好ましい。
上記ポリマーは、汎用有機溶媒に対する溶解性や熱分解抑制の観点から、アクリル酸エステル類及びメタクリル酸エステル類のホモポリマー又は共重合ポリマーであることが好ましい。
ラジカル重合性のモノマーは、原子移動ラジカル重合(以下、「ATRP」という。)、又は可逆的付加・脱離連鎖移動重合(以下、「RAFT」という。)で重合可能であることが好ましい。
上記モノマーとしては、例えば、エチレン、「ブタ−1,3−ジエン、2−メチルブタ−1,3−ジエン、2−クロロブタ−1,3−ジエンのようなジエン類」、「スチレン、α−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−ヒドロキシスチレン、アセトキシスチレン、4−クロロメチルスチレン2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン、4−アミノスチレンなどのスチレン類」、「アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸tert−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸オクタデシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸トリメチルシリル、アクリル酸アミド、アクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル、アクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル、アクリル酸2,2,3,3,−テトラフルオロプロピル、アクリル酸1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピル、アクリル酸1H,1H,2H,2H−ヘプタデカフルオロデシル、アクリル酸1H,1H,3H−ヘキサフルオロブチル、アクリル酸1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル、アクリル酸1H,1H−ヘプタフルオロブチル、アクリル酸2−イソシアナトエチル、1,1−(ビスアクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートなどのアクリル酸エステル類」、「メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸オクタデシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸トリメチルシリル、メタクリル酸アミド、メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル、メタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチル、メタクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル、メタクリル酸1H,1H,2H,2H−ヘプタデカフルオロデシル、メタクリル酸1H,1H,3H−ヘキサフルオロブチル、メタクリル酸2,2,3,3,−テトラフルオロプロピル、メタクリル酸1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル、メタクリル酸1H,1H,7H−ドデカフルオロペンチル、メタクリル酸2−イソシアナトエチル、メタクリル酸2−(0−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル、2−[(3,5−ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレートなどのメタクリル酸エステル類」、「アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、アクリル酸2−ヒドロキシブチル、アクリル酸3−ヒドロキシブチル、アクリル酸4−ヒドロキシブチル、アクリル酸2−ヒドロキシヘキシル、アクリル酸6−ヒドロキシヘキシル、アクリル酸3−パーフルオロブチル−2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−パーフルオロオクチル−2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸3−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2−ヒドロキシブチル、メタクリル酸3−ヒドロキシブチル、メタクリル酸4−ヒドロキシブチル、メタクリル酸6−ヒドロキシヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸3−パーフルオロブチル−2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸3−パーフルオロヘキシル−2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸3−パーフルオロオクチル−2−ヒドロキシプロピル、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−シクロプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−ヒドロキシメチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどの(メタ)アクリル酸誘導体」、「酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニルのようなビニルエステル類」、「ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルなどのビニルエーテル類」、「ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルケトン類、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾル、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンなどのN−ビニル化合物」、「アリルアルコール、塩化アリル、酢酸アリル、塩化ビニル、塩化ビニリデンのようなアリル化合物」、「フッ化ビニル、フッ化ビニリデンなどのフッ素アルキル基を有する化合物」、「アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、4−グリシジルスチレン等の官能性モノマー類」、「アクリル酸アリル、メタクリル酸アリル、ジアクリル酸無水物、ジアクリル酸1,2−エタンジイル、トリアクリル酸ペンタエリスリトール、テトラアクリル酸ペンタエリスリトール、ジビニルベンゼンなどの反応性二重結合を二つ以上有する化合物」などが挙げられる。中でも、コーティング膜や成形体の透明性を特に重視する場合は、スチレン類、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルを選択することが好ましい。
上記モノマーの中でも、屈折率制御や撥水性/撥油性の付与を目的とする場合、フッ素を含有するモノマーを少なくとも1種以上選択することが好ましく、入手が容易であることから、アクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル、アクリル酸2,2,3,3−テトラフルオロプロピル、アクリル酸2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル、アクリル酸1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピル、メタクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル、メタクリル酸2,2,3,3−テトラフルオロプロピル、メタクリル酸2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル、及びメタクリル酸1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピルが更に好ましい。
フッ素を含有しないモノマーとしては、入手が容易であることから、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種のモノマーの使用が好ましく、中でも、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル及びメタクリル酸ブチルから選ばれるモノマーが好ましい。
以下に、好ましいモノマーの具体例を化学式で示す。
Figure 2015112812
Figure 2015112812
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上記ポリマーは、後述する有機無機複合体を架橋させる目的で、架橋性官能基を有していてもよい。架橋性官能基の種類は、特に限定されるものではないが、反応性の観点から、(メタ)アクリロイル基、環状エーテル基(エポキシ基、オキセタン基等)などが好ましい。
本実施形態に用い得る反応性二重結合は、後述する紫外線光等の活性光線の照射によりラジカルを発生する化合物(光ラジカル開始剤)から重合反応を開始して、硬化することができる不飽和結合のことをいう。反応性二重結合としては、(メタ)アクリロイル基(アクリロイル基又はメタクリロイル基)中の炭素−炭素二重結合が好ましい。
反応性二重結合をポリマー中に導入する方法としては、反応性二重結合を二つ以上有する化合物をモノマーとして使用してポリマーを合成する方法、官能基を有するモノマーからポリマーを合成した後に、反応性二重結合を有する化合物をその官能基に付加させる方法等が挙げられる。
反応性二重結合を二つ以上有する化合物としては、限定されるものではないが、有機ポリマーを合成する際にゲル化等の問題を抑制できる、反応性の異なる二つ以上の二重結合を有する化合物が好ましい。中でも入手が容易な点からアクリル酸アリルがより好ましい。
反応性二重結合を有する化合物をポリマーに付加させる手法としては、ポリマー中の官能基と反応性二重結合を有する化合物中の官能基を反応させることが好ましい。ポリマー中又は反応性二重結合を有する化合物中の官能基としては、水酸基、アルコキシシリル基、エポキシ基、カルボキシル基、イソシアネート基、アミノ基、アミド基等の官能基が好ましい。これらの官能基の組み合わせとしては、例えば、水酸基−カルボキシル基、アミノ基−カルボキシル基、アミド基−カルボキシル基、アルコキシシリル基−カルボニル基、イソシアネート基−水酸基、エポキシ基−水酸基、アルコキシシリル基−水酸基、アミド基−水酸基、エポキシ基−アミノ基等が挙げられる。
反応性二重結合を有し、かつ水酸基を有する化合物としては、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル等のヒドロキシアルキルビニルエーテル類;ジエチレングリコールモノビニルエーテル、トリエチレングリコールモノビニルエーテル、テトラエチレングリコールモノビニルエーテル等のエチレングリコールモノビニルエーテル類;ヒドロキシエチルアリルエーテル、ヒドロキシブチルアリルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノアリルエーテル等のヒドロキシアルキルアリルエーテル類;ヒドロキシエチルカルボン酸ビニルエステル、ヒドロキシブチルカルボン酸ビニルエステル、((ヒドロキシメチルシクロヘキシル)メトキシ)酢酸ビニルエステル等のヒドロキシアルキルビニルエステル類;ヒドロキシエチルカルボン酸アリルエステル、ヒドロキシブチルカルボン酸アリルエステル、((ヒドロキシメチルシクロヘキシル)メトキシ)酢酸アリルエステル等のヒドロキシアルキルカルボン酸アリルエステル類;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類などが好ましい。
反応性二重結合を有し、かつアルコキシシリル基を有する化合物としては、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、トリメトキシシリルプロピルビニルエーテル等が好ましい。
反応性二重結合を有し、かつカルボキシル基(開環してカルボキシル基となるものを含む)を有する化合物としては、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、シトラコン酸、ウンデシレン酸などが好ましい。アミノ基を有する化合物としては、アミノプロピルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル等が好ましい。
反応性二重結合を有し、かつイソシアネート基を有する化合物としては、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレート、1,1−ビス(アクリロイルメチル)エチルイソシアネート、メタクリル酸2−(0−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル、2−[(3,5−ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレート等が好ましい。
反応性二重結合を有し、かつエポキシ基を有する化合物としては、グリシジルビニルエーテル、グリシジルカルボン酸ビニルエステル、グリシジルアリルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート等が好ましい。
特に限定されるものではないが、架橋性官能基としてイソシアネート基を導入する場合、重合反応の容易さと官能基の反応性の観点から、(メタ)アクリル酸2−イソシアナトエチル、メタクリル酸2−(0−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル、及び2−[(3,5−ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレート等をモノマー単位の一つとして使用することでポリマーを合成する手法が好ましい。更に、(メタ)アクリル酸2−イソシアナトエチル等を、モノマー単位の一つとして使用してポリマーを合成し、得られたポリマー中のイソシアネート基と、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の水酸基を反応させることで、架橋性官能基として、(メタ)アクリロイル基を導入することも可能である。
架橋性官能基として、(メタ)アクリロイル基を導入する場合、重合反応の容易さと官能基の反応性の観点から、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等をモノマー単位の一つとして使用することでポリマーを合成した後に、ポリマー中の水酸基と2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレート、1,1−(ビスアクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート等のイソシアネート基を反応させる手法がより好ましい。
また架橋性官能基として、環状エーテル基(エポキシ基等)を導入する場合、重合反応の容易さの観点から、グリリジル(メタ)アクリレートを、モノマー単位の一つとして使用することでポリマーを合成する手法が好ましい。
上記ポリマーの形状は、特に限定されるものではないが、例えば、鎖状、分岐鎖状、ラダー型、スター型が挙げられる。その他、任意の置換基等を導入し、分散性や相溶性を向上させることも可能である。
上記ポリマーの分子量は、特に限定されるものではないが、その数平均分子量(以下、「Mn」という。)は、好ましくは4000〜500000g/mol、より好ましくは8000〜200000g/mol、更に好ましくは10000〜100000g/molである。Mnが4000g/mol未満であると、無機化合物粒子の凝集が起こり易くなる傾向があり、更に、無機化合物粒子の周りに形成されるポリマー層の厚みが薄くなることで膜の形状を保つことが困難になる傾向にある。500000g/molを超えると、無機化合物粒子としての特性が発現されにくくなり、保護層の粒子分散度を適正に保てなくなる傾向にある。
上記ポリマーの分子量分布は、質量平均分子量(以下、「Mw」という。)とMnより、Mw/Mnにより求められる。ここでいうMn及びMwは、後述の実施例において詳細に説明されるように、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される、ポリメタクリル酸メチル換算の値である。
[有機無機複合体]
本実施形態に係る有機無機複合体は、上記無機化合物粒子と、該無機化合物粒子に結合しているポリマーとを含む。有機無機複合体に含まれるポリマーの分子量分布は、2.3以下であり、好ましくは1.0〜2.1、より好ましくは1.0〜2.0、更に好ましくは1.0〜1.8である。屈折率が周期的に変化するナノ構造体である、フォトニック結晶を形成するためには、ポリマーの分子量(鎖長)が揃っていること、つまり、分子量分布が1に近い値であることが好ましい。
重合反応において、連鎖移動反応や二分子停止反応などが起こった場合には、分子量分布が2.3より大きくなる。その場合、フリーポリマーが生成する、又は、無機化合物粒子が凝集するなどの不具合が生じ、上述の屈折率が周期的に変化するナノ構造体を形成しにくくなる。また、本実施形態に係る有機無機複合体の塗膜においては、無機化合物粒子に結合したポリマーが主にバインダーとして機能するため、ポリマーの分子量が揃った、より均一なシェル層を形成することが、自己成膜性の観点からも極めて重要である。
フリーポリマーとは、無機化合物粒子に結合していないポリマーを意味する。硬化物においては、硬化物を形成する組成物であって、硬化反応前に無機化合物粒子に結合していないポリマー、又は、低分子量の有機化合物も含まれる。
本実施形態における、無機化合物粒子に結合していないフリーポリマーの割合は、後述の方法で求められ、上述の屈折率が周期的に変化するナノ構造体を形成させるためには、その割合は好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは3質量%以下である。上述したように、フリーポリマーの割合が30質量%以上になると、所望のナノ構造体を作製することが難しくなる。
有機無機複合体のTgは、特に限定されるものではないが、べたつきを抑制しつつ、良好な成膜性を付与できるという理由から、−10〜180℃であることが好ましく、より好ましくは0〜160℃、更に好ましくは20〜150℃、特に好ましくは40〜120℃である。
有機無機複合体のハロゲン含有量とは、臭素及び塩素の合計量を指す。このハロゲン含有量は特に限定されるものではないが、成膜性が良好であるという理由から、当該有機無機複合体の全質量を基準として、0.001〜2.5質量%であることが好ましく、より好ましくは、0.01〜1.5質量%、更に好ましくは0.1〜1質量%である。
有機無機複合体における無機化合物粒子の含有量は、特に限定されるものではないが、成形・成膜の観点から、有機無機複合体の全質量を基準として、好ましくは10〜70質量%、更に好ましくは15〜60質量%、特に好ましくは20〜50質量%である。また、同様の観点から、無機化合物粒子の含有量は、有機無機複合体の全体積を基準として、好ましくは5〜60体積%、更に好ましくは8〜50体積%、特に好ましくは10〜40体積%である。
[有機無機複合体の製造方法]
本実施形態に係る有機無機複合体は、例えば、無機化合物粒子の表面に、重合開始基を有するカップリング剤を結合させる工程と、重合開始基により開始されるラジカル重合により上記ポリマーを形成させる工程と、必要に応じて上記ポリマーに反応性二重結合を有する化合物を付加させる工程と、を備える方法により得ることができる。
無機化合物粒子とカップリング剤との反応により、無機化合物粒子の表面にカップリング剤が導入された表面改質無機化合物粒子が得られる。無機化合物粒子とカップリング剤との反応は、これらが分散又は溶解する反応液中で行うことができる。この時、反応液を加熱してもよい。カップリング剤との反応後、又は、カップリング剤と同時に疎水化剤を加え、反応してもよい。無機化合物粒子表面の残留水酸基と反応するものであれば、疎水化剤の種類は特に限定されるものではないが、例えば、1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、クロロトリメチルシラン(TMS)、ジメチルエチルクロロシラン、クロロジメチルプロピルシラン、ブチルクロロジメチルシラン、クロロトリエチルシラン、クロロジメチルフェニルシラン、ベンジルクロロジメチルシラン、クロロジメチル(3−フェニルプロピル)シラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン等が挙げられる。
ラジカル重合としては、生成するポリマーの分子量の分散度(分子量分布)を小さくすることができる点で、リビングラジカル重合(以下、「LRP」という。)を選択することが好ましい。LRPとしては、NMP、ATRP及びRAFTがある。一般的に、この中でも、重合開始剤の汎用度、適用可能なモノマーの種類の多さ、重合温度等の点から、ATRPが特に好ましい。また、本実施形態に係る有機無機複合体においては、無機化合物粒子に結合していないフリーのポリマーの生成を抑制する必要があり、この観点からも、重合制御が容易なATRPが特に好ましい。
ラジカル重合の方式は特に限定されず、例えば、塊状重合法又は溶液重合法を選択できる。更に、生産性や安全性の観点から、懸濁重合、乳化重合、分散重合、シード重合等の方式を採用してもよい。
重合温度は、特に限定されるものではなく、重合方法及びモノマー種に応じ、適宜、選択することができる。例えばATRPやRAFTの場合、重合温度は好ましくは−50℃〜200℃、更に好ましくは0℃〜150℃、特に好ましくは20℃〜130℃である。モノマーがアクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルを含む場合、50〜130℃で重合を行うと、比較的短時間で精密重合することができる。
重合時間は、特に制限されるものではなく、重合方法やモノマー種に応じ、適宜、選択することができるが、例えば、0.1〜48時間とすることができる。重合時間がこの範囲内にあると、有機無機複合体における無機化合物粒子の含有量が好ましいものとなり、有機無機複合体間に空隙を形成することができ、均一な膜の形成が容易となり、その膜強度が十分なものになり易い傾向にある。同様の観点から、重合時間は、0.2〜24時間とすることがより好ましく、更に好ましくは、0.5〜12時間である。
重合反応は、無溶媒で行っても、溶媒存在下で行ってもよい。溶媒を使用する場合、表面改質無機化合物粒子の分散性と、重合触媒の溶解性とが良好な溶媒が好ましい。溶媒は単独で用いても、複数種を組み合わせて使用してもよい。
溶媒の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルエチルケトン(MEK)、アセトン、ジアセトンアルコール、アニソール、トルエン、キシレン、ベンゼン、エチルベンゼン、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、1−プロパノール、2−プロパノール、メタノール、エタノール、1−ブタノール、t−ブタノール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド(DMSO)、n−メチルピロリドン、1,4−ジオキサン、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸2−メトキシ−1−メチルエチル、酢酸セロソルブ、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸3−メトキシ−3−メチルブチル、オクタン、シクロヘキサン、ジエチルエーテル、メチルセロソルブ、セロソルブ、n−ブチルセロソルブ、t−ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルメトキシブタノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ヘキサン1,6−ジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、ミネラルスピリット、水等が挙げられる。
溶媒の使用量は、特に限定されるものではないが、例えば、モノマー100質量部に対し、0〜2000質量部が好ましく、より好ましくは0〜1000質量部である。溶媒量が少ないと、反応速度が大きい傾向にあり有利であるが、モノマー種や重合条件によっては、重合溶液粘度が高くなる傾向にある。また、溶媒量が多いと、重合溶液粘度が低くなるが、反応速度が低下するため、適宜、配合比率を調整するのが好ましい。
重合反応は、無触媒で行っても、触媒を使用して行ってもよいが、生産性の観点から、触媒を使用することが好ましい。触媒の種類は、特に限定されるものではないが、重合方法やモノマー種等により、任意の触媒を適宜、使用すればよい。例えば、ATRPの場合、触媒の種類は、一般的に知られている各種のものの中から、重合方式等に応じて適宜選択すればよい。具体的には、例えば、Cu(0)、Cu、Cu2+、Fe、Fe2+、Fe3+、Ru2+又はRu3+を含む金属触媒を使用できる。中でも、分子量や分子量分布の高度な制御を達成するためには、特にCuを含む1価の銅化合物及び0価の銅が好ましい。その具体例としては、Cu(0)、CuCl、CuBr等が挙げられる。これらは、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。触媒の使用量は、重合開始基1モルに対して、通常0.01〜100モル、好ましくは0.01〜50モル、更に好ましくは0.01〜10モルである。
金属触媒は、通常、有機配位子と併用される。金属への配位原子としては、例えば、窒素原子、酸素原子、リン原子、硫黄原子等が挙げられる。中でも、窒素原子、リン原子が好ましい。有機配位子の具体例としては、2,2’−ビピリジン及びその誘導体、1,10−フェナントロリン及びその誘導体、テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン(以下、「PMDETA」という。)、トリス(ジメチルアミノエチル)アミン(以下、「Me6TREN」という。)、トリス(2−ピリジルメチル)アミン、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等が挙げられる。アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類の重合を行う場合は、PMDETA、Me6TREN、2,2’−ビピリジン及びその誘導体の1つである4,4’−ジ(5−ノニル)−2,2’−ジピリジン(以下、「dNbpy」という。)が好ましい。有機配位子の具体例を下記化学式に示す。
Figure 2015112812
金属触媒と有機配位子とは、別々に添加して重合系中で混合してもよいし、予め混合してからそれらを重合系中へ添加してもよい。特に、銅化合物を使用する場合は、前者の方法が好ましい。
重合反応において、上記に加え、添加剤を必要に応じて使用することができる。添加剤の種類としては、特に限定されるものではないが、例えば、分散剤・安定剤、乳化剤(界面活性剤)等が挙げられる。
分散剤・安定剤は、その機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、ポリヒドロキシスチレン、ポリスチレンスルホン酸、ビニルフェノール−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ビニルフェノール−(メタ)アクリル酸エステル共重合体等のポリスチレン誘導体;ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポチエチル(メタ)アクリレート、ポリブチル(メタ)アクリレート等のポリ(メタ)アクリル酸誘導体;ポリメチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテル、ポリブチルビニルエーテル、ポリイソブチルビニルエーテル等のポリビニルアルキルエーテル誘導体;セルロース、メチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリ酢酸ビニル等のポリ酢酸ビニル誘導体;ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリ−2−メチル−2−オキサゾリン等の含窒素ポリマー誘導体;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のポリハロゲン化ビニル誘導体;ポリジメチルシロキサン等のポリシロキサン誘導体等の各種疎水性又は親水性の分散剤、安定剤が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、複数を組み合わせて使用してもよい。
乳化剤(界面活性剤)は、その機能を有するものであれば、特に限定されるものではないが、ラウリル硫酸ナトリウムなどのアルキル硫酸エステル塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、脂肪酸塩、アルキルリン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩等のアニオン系乳化剤;アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩、アルキルベタイン、アミンオキサイド等のカチオン系乳化剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル等のノニオン系乳化剤等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、複数を組み合わせて使用してもよい。
ポリマーに反応性二重結合を有する化合物を付加させる工程としては、ラジカル重合により得られた有機無機複合体を含有する重合溶液に、反応性二重結合を有する化合物を導入して、そのまま反応を行ってもよいし、洗浄精製した有機無機複合体を再度、有機溶媒中に分散させてから反応を行ってもよい。
ポリマー中の官能基と、反応性二重結合を有する化合物の官能基との反応は、無触媒で行っても、触媒を使用して行ってもよいが、生産性の観点から、触媒を使用することが好ましい。
官能基同士の反応中に、反応性二重結合がラジカル反応してゲル化することを抑制するために、反応液に重合禁止剤を導入してもよい。
上述の製造方法であれば、特に限定されるものではないが、以下に代表的な製造方法を示す。
[有機無機複合体の製造方法1:不連続工程による製造方法]
(1)無機化合物粒子の分散液に、重合開始基を有するカップリング剤を加え、所定の温度で反応させ、更に疎水化剤を加えて反応し、表面改質無機化合物粒子の分散液を得る。
(2)室温まで冷却後、上記分散液を所定の溶媒で洗浄し、遠心分離等で固形分を分離・乾燥し、表面改質無機化合物粒子を得る。
(3)上記表面改質無機化合物粒子を、重合溶媒に分散させた後、ラジカル重合性モノマーと触媒を加え、所定の条件で反応し、上記重合開始基により開始されるリビングラジカル重合により、上記無機化合物粒子に結合しているポリマーを形成させ、有機無機複合体1を得る。必要に応じ、(4)以降の反応を行う。
(4)室温まで冷却後、上記有機無機複合体1の反応液に、重合禁止剤を加え、更に反応性二重結合を含む官能基を有する化合物と触媒を加え、所定の条件で反応させた後、溶媒で洗浄し、有機無機複合体2を得る。
[有機無機複合体の製造方法2:連続工程による製造方法]
(1)無機化合物粒子の分散液に、重合開始基を有するカップリング剤を加え、所定の温度で反応させ、更に疎水化剤を加えて反応し、表面改質無機化合物粒子の分散液を得る。
(2)室温まで冷却後、ラジカル重合性モノマーと触媒を加え、所定の条件で反応し、上記重合開始基により開始されるリビングラジカル重合により、上記無機化合物粒子に結合しているポリマーを形成させ、有機無機複合体1を得る。必要に応じ、(3)以降の反応を行う。
(3)室温まで冷却後、上記有機無機複合体1の反応液に、重合禁止剤を加え、更に反応性二重結合を含む官能基を有する化合物と触媒を加え、所定の条件で反応させた後、溶媒で洗浄し、有機無機複合体2を得る。
[コーティング材]
本実施形態のコーティング材は、上記有機無機複合体を含むものであれば、特に限定されるものではなく、その形態は液体でも固体でもよいが、好ましくは液体である。中でも、有機無機複合体を有機溶媒に分散させたものが好ましい。
コーティング材に使用する有機溶媒は、特に限定されるものではないが、上述の有機無機複合体の分散性が良好で、比較的安全性が高く、汎用的な有機溶媒が好ましい。これらの溶媒は、単独で用いても、複数を混合して使用しても構わない。成膜性と安全性の観点から、有機溶媒の蒸発速度は、酢酸ブチルを100とした場合に、好ましくは10〜600、更に好ましくは20〜200である。同様の観点から、有機溶媒の沸点は好ましくは75〜200℃、更に好ましくは90〜180℃である。これらは単独で使用しても、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
有機溶媒の例としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、イソホロン、テトラヒドロフラン(THF)、2−メトキシエタノール(メチルセロソルブ)、2−エトキシエタノール(エチルセロソルブ)、2−n−ブトキシエタノール(n−ブチルセロソルブ)、エチレングリコールモノ―tert−ブチルエーテル(t−ブチルセロソルブ)、1−メトキシ−2−プロパノール(プロピレングリコールモノエチルエーテル)、3−メトキシ−3−メチルブタノール(メチルメトキシブタノール)、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル(ジエチレングリコールモノブチルエーテル)、ベンゼン、トルエン、キシレン、アニソール(メトキシベンゼン)、ベンゾトリフルオリド、シクロヘキサン、ヘキサン、ミネラルスピリッド、ベンジルアルコール、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、t−ブタノール、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸2−メトキシ−1−メチルエチル(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート)、酢酸2−エトキシエチル(酢酸セロソルブ)、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸3−メトキシ−3−メチルブチル、ジエチルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、n−メチルピロリドン(NMP)、ピリジン、1,4−ジオキサン、クロロホルム等が挙げられる。
更に必要に応じ、光重合開始剤、架橋剤、フリーポリマー、添加剤、可塑剤、油脂、乳化剤(界面活性剤)、カップリング剤、酸、アルカリ、モノマー、オリゴマー、ポリマー、顔料、染料、香料、色素等を加えてもよい。
本実施形態に係る光重合開始剤は、活性光線の照射により、組成物を重合させるものであれば、特に限定されるものではないが、光ラジカル開始剤、光酸発生剤、光塩基発生剤の3つに大別できる。
光ラジカル開始剤としては、活性光線又は放射線の照射によりラジカルを発生する化合物を用いることが好ましい。このような光ラジカル開始剤を用いることにより、活性光線又は放射線の照射により発生したラジカルにより、上記有機ポリマー中の反応性二重結合の重合反応が生起され、有機無機複合体を硬化することができる。
このような光ラジカル開始剤としては、アセトフェノン類、ベンゾイン類、ベンゾフェノン類、ケタール類、アントラキノン類、チオキサントン類、アゾ化合物、過酸化物類、2,3−ジアルキルジオン化合物類、ジスルフィド化合物類、チウラム化合物類、フルオロアミン化合物類、オキシムエステル類などが用いられる。光ラジカル開始剤の具体例としては、2,2’−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン、1−ヒドロキシジメチルフェニルケトン、2−メチル−4’−メチルチオ−2−モリホリノプロピオフェノン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モリホリノフェニル)−ブタノン−1、2−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モリホリノプロパン−1−オン、α−ヒドロキシアセトフェノン、α−アミノアセトフェノンなどのアセトフェノン類、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ペンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルジメチルレタールなどのベンゾイン類、べンゾフェノン、2,4’−ジクロロベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、p−クロロベンゾフェノンなどのべンゾフェノン類、1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)−2−(0−べンゾイルオキシム)]、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(0−アセチルオキシム)等のオキシムエステル類がある。これらの光ラジカル開始剤は単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。
光酸発生剤とは、活性光線又は放射線の照射により、酸を発生する化合物であり、例えば、スルホン酸誘導体、オニウム塩類、カルボン酸エステル類が挙げられる。
スルホン酸誘導体としては、例えば、ジスルホン類、ジスルホニルジアゾメタン類、ジスルホニルメタン類、スルホニルベンゾイルメタン類、トリフルオロメチルスルホネート誘導体などのイミドスルホネート類、ベンゾインスルホネート類、1−オキシ−2−ヒドロキシ−3−プロピルアルコールのスルホネート類、ピロガロールトリスルホネート類、ベンジルスルホネート類を挙げることができる。具体的には、ジフェニルジスルホン、ジトシルジスルホン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(クロルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(キシリルスルホニル)ジアゾメタン、フェニルスルホニルベンゾイルジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)メタン、ベンゾイントシラート、1,2−ジフェニル−2−ヒドロキシプロピルトシラート、1,2−ジ(4−メチルメルカプトフェニル)−2−ヒドロキシプロピルトシラート、ピロガロールメチルスルホネート、ピロガロールエチルスルホネート、2,6−ジニトロフェニルメチルトシラート、オルト−ニトロフェニルメチルトシラート、パラ−ニトロフェニルトシラート等を挙げることができる。
カルボン酸エステルとしては、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドメチルスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトシルスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメチルスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドカンファースルホネート、コハク酸イミドフェニルスルホネート、コハク酸イミドトシルスルホネート、コハク酸イミドトリフルオロメチルスルホネート、コハク酸イミドカンファースルホネート、フタル酸イミドトリフルオロスルホネート、シス−5−ノルボルネン−エンド−2,3−ジカルボン酸イミドトリフルオロメチルスルホネート等を挙げることができる。
オニウム塩としては、テトラフルオロボレート(BF4−)、ヘキサフルオロホスフェート(PF6−)、ヘキサフルオロアンチモネート(SbF6−)、ヘキサフルオロアルセネート(AsF6−)、ヘキサクロルアンチモネート(SbCl6−)、テトラフェニルボレート、テトラキス(トリフルオロメチルフェニル)ボレート、テトラキス(ペンタフルオロメチルフェニル)ボレート、過塩素酸イオン(ClO4−)、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CFSO3−)、フルオロスルホン酸イオン(FSO3−)、トルエンスルホン酸イオン、トリニトロベンゼンスルホン酸アニオン、トリニトロトルエンスルホン酸アニオン等のアニオンを有するスルホニウム塩又はヨードニウム塩を使用することができる。
スルホニウム塩としては、例えば、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアシルネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロベンジル)ボレート、メチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、メチルジフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロベンジル)ボレート、ジメチルフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルナフチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、トリトイルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、アニシルジフェニルスルホニウムヘキサヘキサフルオルアンチモネート、4−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、4−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロベンジル)ボレート、4−クロロフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリス(4−フェノキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(4−エトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、4−アセチルフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、4−アセチルフェニルジフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロベンジル)ボレート、トリス(4−チオメトキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート、ジ(メトキシスルホニルフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジ(メトキシナフチル)メチルスルホニウムテトラフルオロボレート、ジ(メトキシナフチル)メチルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロベンジル)ボレート、ジ(カルボメトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、(4−オクチルオキシフェニル)ジフェニルスルホニウムテトラキス(3,5−ビス−トリフルオロメチルフェニル)ボレート、トリス(ドデシルフェニル)スルホニウムテトラキス(3,5−ビス−トリフルオロメチルフェニル)ボレート、4−アセトアミドフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、4−アセトアミドフェニルジフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロベンジル)ボレート、ジメチルナフチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフルオロメチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフルオロメチルジフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロベンジル)ボレート、フェニルメチルベンジルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、10−メチルフェノキサチイニウムヘキサフルオロホスフェート、5−メチルチアントレニウムヘキサフルオロホスフェート、10−フェニル−9,9−ジメチルチオキサンテニウムヘキサフルオロホスフェート、10−フェニル−9−オキソチオキサンテニウムキサンテニウムテトラフルオロボレート、10−フェニル−9−オキソチオキサンテニウムテトラキス(ペンタフルオロベンジル)ボレート、5−メチル−10−オキソチアトレニウムテトラフルオロボレート、5−メチル−10−オキソチアトレニウムテトラキス(ペンタフルオロベンジル)ボレート、5−メチル−10,10−ジオキソチアトレニウムヘキサフルオロホスフェート等が挙げられる。
ヨードニウム塩としては、(4−n−デシロキシフェニル)フェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、〔4−(2−ヒドロキシ−n−テトラデシロキシ)フェニル〕フェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、〔4−(2−ヒドロキシ−n−テトラデシロキシ)フェニル〕フェニルヨードニウムトリフルオロスルホネート、〔4−(2−ヒドロキシ−n−テトラデシロキシ)フェニル〕フェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、〔4−(2−ヒドロキシ−n−テトラデシロキシ)フェニル〕フェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメチルスルホネート、ジ(ドデシルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジ(ドデシルフェニル)ヨードニウムトリフラート、ジフェニルヨードニウムビスルフェート、4,4’−ジクロロジフェニルヨードニウムビスルフェート、4,4’−ジブロモジフェニルヨードニウムビスルフェート、3,3’−ジニトロジフェニルヨードニウムビスルフェート、4,4’−ジメチルジフェニルヨードニウムビスルフェート、4,4’−ビススクシンイミドジフェニルヨードニウムビスルフェート、3−ニトロジフェニルヨードニウムビスルフェート、4,4’−ジメトキシジフェニルヨードニウムビスルフェート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、(4−オクチルオキシフェニル)フェニルヨードニウムテトラキス(3,5−ビス−トリフルオロメチルフェニル)ボレート等が挙げられる。
その他のオニウム塩としては、芳香族ジアゾニウム塩を使用することができ、例えばp−メトキシベンゼンジアゾニウム・ヘキサフルオロアンチモネート等を使用することができる。
商業的に入手できるオニウム塩としては、サンエイドSI−60、SI−80、SI−100、SI−60L、SI−80L、SI−100L、SI−L145、SI−L150、SI−L160、SI−L110、SI−L147(以上、三新化学工業(株)製)、UVI−6950、UVI−6970、UVI−6974、UVI−6990(以上、ユニオンカーバイド社製)、アデカオプトマーSP−150、SP−151、SP−170、SP−171、SP−172(以上、旭電化工業(株)製)、Irgacure 261、Irgacure250(チバスペシャルティケミカルズ(株)製)、CI−2481、CI−2624、CI−2639、CI−2064(以上、日本曹達(株)製)、CD−1010、CD−1011、CD−1012(以上、サートマー社製)、DS−100、DS−101、DAM−101、DAM−102、DAM−105、DAM−201、DSM−301、NAI−100、NAI−101、NAI−105、NAI−106、SI−100、SI−101、SI−105、SI−106、PI−105、NDI−105、BENZOIN TOSYLATE、MBZ−101、MBZ−301、PYR−100、PYR−200、DNB−101、NB−101、NB−201、BBI−101、BBI−102、BBI−103、BBI−109(以上、みどり化学(株)製)、PCI−061T、PCI−062T、PCI−020T、PCI−022T(以上、日本化薬(株)製)、IBPF、IBCF(三和ケミカル(株)製)CD1012(サートマー社製)、IBPF、IBCF(以上、三和ケミカル(株)製)、BBI−101、BBI−102、BBI−103、BBI−109(以上、みどり化学(株)製)、UVE1014(ゼネラルエレクトロニクス社製)、RHODORSIL−PI2074(ローディア社製)、WPI−113、WPI−116(和光純薬(株)製)等を挙げることができる。また、J. Polymer Science:Part A:polymer Chemistry,Vol.31, 1473−1482(1993), J. Polymer Science:Part A:polymer Chemistry,Vol.31, 1483−1491(1993)において記述されている方法により製造できるジアリールヨードニウム塩を使用することもできる。これらは、単独でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。
光塩基発生剤とは、例えば、非環状のアシルオキシイミノ化合物、非環状のカルバモイルオキシム化合物、カルバモイルヒドロキシルアミン化合物、カルバミン酸化合物、ホルムアミド化合物、アセトアミド化合物、カルバメート化合物、ベンジルカルバメート化合物、ニトロベンジルカルバメート化合物、スルホンアミド化合物、イミダゾール誘導体化合物、アミンイミド化合物、ピリジン誘導体化合物、α−アミノアセトフェノン誘導体化合物、4級アンモニウム塩誘導体化合物、α−ラクトン環誘導体化合物、アミンイミド化合物、フタルイミド誘導体化合物などを用いることができる。なかでも比較的アミンの発生効率が高いアシルオキシイミノ化合物が好ましい。これらは、単独でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。
本実施形態における硬化剤とは、樹脂組成物を硬化させるために用いられる物質であり、環状エーテル基と反応可能であれば、特に限定されるものではなく、後述の硬化促進剤との併用が好ましい。
硬化剤としては、例えば、酸無水物系化合物、アミン系化合物、アミド系化合物、フェノール系化合物等が挙げられ、中でも、酸無水物系化合物が好ましく、カルボン酸無水物がより好ましい。
また、ここで言う酸無水物系化合物には脂環式酸無水物が含まれ、カルボン酸無水物の中でも脂環式カルボン酸無水物が好ましい。これらの物質は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
硬化剤の具体例としては、例えば、無水フタル酸、無水コハク酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ジアミノジフェニルメタン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジアミノジフェニルスルホン、イソホロンジアミン、ジシアンジアミド、テトラエチレンペンタミン、ジメチルベンジルアミン、ケチミン化合物、リノレン酸の2量体とエチレンジアミンより合成されるポリアミド樹脂、ビスフェノール類、フェノール類(フェノール、アルキル置換フェノール、ナフトール、アルキル置換ナフトール、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシナフタレン等)と各種アルデヒドとの重縮合物、フェノール類と各種ジエン化合物との重合物、フェノール類と芳香族ジメチロールとの重縮合物、又はビスメトキシメチルビフェニルとナフトール類若しくはフェノール類との縮合物等、ビフェノール類及びこれらの変性物、イミダゾール、3フッ化硼素−アミン錯体、グアニジン誘導体等が挙げられる。
脂環式カルボン酸無水物の具体例としては、1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸、3,4,5,6−テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、「4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸=70/30」、4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、「メチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3−ジカルボン酸無水物/ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3−ジカルボン酸無水物」等が挙げられる。
また、脂肪族酸無水物の具体例としては、例えば、テトラプロペニル無水コハク酸、オクテニルコハク酸無水物、2,5−ジケトテトラヒドロフラン等が挙げられる。
本実施形態における硬化促進剤とは、硬化反応の促進を目的に使用される硬化触媒を意味し、単独で用いても、複数を組み合わせて使用してもよい。硬化促進剤は、特に限定されるものではないが、3級アミン類及びその塩を選択することが好ましい。
硬化促進剤の具体例としては、以下のものが挙げられる。
(1)3級アミン類:ベンジルジメチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、シクロヘキシルジメチルアミン、トリエタノールアミン等、
(2)イミダゾール類:2−メチルイミダゾール、2−n−ヘプチルイミダゾール、2−n−ウンデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−メチルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−n−ウンデシルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−フェニルイミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジ(ヒドロキシメチル)イミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−フェニル−4,5−ジ〔(2’−シアノエトキシ)メチル〕イミダゾール、1−(2−シアノエチル)−2−n−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテート、1−(2−シアノエチル)−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテート、1−(2−シアノエチル)−2−エチル−4−メチルイミダゾリウムトリメリテート、2,4−ジアミノ−6−〔2’−メチルイミダゾリル−(1’)〕エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−(2’−n−ウンデシルイミダゾリル)エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−〔2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)〕エチル−s−トリアジン、2−メチルイミダゾールのイソシアヌル酸付加物、2−フェニルイミダゾールのイソシアヌル酸付加物、2,4−ジアミノ−6−〔2’−メチルイミダゾリル−(1')〕エチル−s−トリアジンのイソシアヌル酸付加物等、
(3)有機リン系化合物:ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、亜リン酸トリフェニル等、
(4)4級ホスホニウム塩類:ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド、テトラ−n−ブチルホスホニウムブロマイド、メチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、n−ブチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、テトラフェニルホスホニウムブロマイド、エチルトリフェニルホスホニウムヨーダイド、エチルトリフェニルホスホニウムアセテート、テトラ−n−ブチルホスホニウムo,o−ジエチルホスホロジチオネート、テトラ−n−ブチルホスホニウムベンゾトリアゾレート、テトラ−n−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラ−n−ブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等、
(5)ジアザビシクロアルケン類:1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7及びその有機酸塩等、
(6)有機金属化合物:オクチル酸亜鉛、アクチル酸錫、アルミニウムアセチルアセトン錯体等、
(7)4級アンモニウム塩類:テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラ−n−ブチルアンモニウムブロマイド等、
(8)金属ハロゲン化合物:三フッ化ホウ素、ホウ酸トリフェニル等のホウ素化合物;塩化亜鉛、塩化第二錫等。
架橋剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、(メタ)アクリロイル基を複数個有する化合物が挙げられる。
(メタ)アクリロイル基を分子内に2個有する(メタ)アクリレート架橋剤としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート;トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートが例示される。
(メタ)アクリロイル基を分子内に3個有する(メタ)アクリレート架橋剤としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の分岐状アルキル基を有するトリ(メタ)アクリレート;グリセロールプロポキシトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリエトキシトリ(メタ)アクリレート等の分岐状アルキレンエーテル基を有するトリ(メタ)アクリレート;トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート等の複素環を含有するトリ(メタ)アクリレートが例示される。
(メタ)アクリロイル基を分子内に4個以上有する(メタ)アクリレート架橋剤としては、ジ(トリメチロールプロパン)テトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の複数の分岐状アルキル基を有するポリ(メタ)アクリレート;ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等の複数の分岐状アルキル基と水酸基とを有するポリ(メタ)アクリレートが例示される。これらの(メタ)アクリル酸エステル系架橋剤は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
後述の通りコーティングの手法は、特に限定されるものではないが、大面積にコーティング可能であることや設備コストの抑制が可能であるため、ウエットコート法を採用することが望ましい。そのためには、コーティング材は、上述の有機無機複合体を溶媒に分散させた液体であることが好ましい。
コーティング材における固形分濃度(フリーポリマーを含む有機無機複合体の濃度)は、特に限定されるものではないが、分散性と成膜性のバランスから、コーティング材全体質量を基準として、好ましくは1〜50質量%、更に好ましくは1〜30質量%、特に好ましくは1〜20質量%である。固形分濃度は、有機無機複合体をそのまま直接希釈して調整してもよいし、希薄溶液をエバポレーター等で濃縮して調製してもよい。
[基材]
本実施形態に係る基材は、特に限定されないが、樹脂系であることが好ましい。
基材の形状は、特に限定されず、例えば、板状、フィルム状、シート状、ボトル状、固形状等が例示される。
基材の厚みは、特に限定されるものではないが、フィルム状やシート状の場合には、強度維持の観点から、好ましくは100μm〜5cm、より好ましくは1mm〜3cm、更に好ましくは5mm〜2cmである。
基材の全光線透過率は、特に限定されるものではないが、透明性の観点から、好ましくは85%以上、より好ましくは87%以上、更に好ましくは90%以上である。
基材を構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いることができ、例えば、ポリカーボネート(PC)、「ポリメチルメタクリレート(PMMA)をはじめとするアクリル樹脂」、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリスチレン(PS)、「ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン」、「ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)等のポリエステル」、ポリアミド(PA)、ポリイミド、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリ乳酸(PLA)、AS樹脂、ABS樹脂、ポリウレタン(PU)、ポリアセタール(POM)、「ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂」、「トリアセチルセルロース樹脂(TAC樹脂)をはじめとするセルロース樹脂」、「グリシジルエーテルタイプ、グリシジルアミンタイプ、グリシジルエステルタイプ、脂環式タイプ等の、種々のエポキシ樹脂」、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。
基材は、芳香環のスタッキングにより、強度が付与できることから、芳香族基を有する化合物を含むことが好ましい。芳香族基を有する化合物として、好ましくは、PS、「PET、PBT、PTT、PEN、PBN等のポリエステル」、PC、「ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等の芳香族基を含むエポキシ樹脂」であり、より好ましくは、「PET、PBT、PTT、PEN、PBN等のポリエステル」、PCであり、更に好ましくは、PCである。
強度と透明性のバランスの観点からは、PC及びアクリル樹脂が好ましく、PCがより好ましい。上記樹脂は、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて使用してもよい。
基材の成形方法は、特に限定されるものではないが、一般的に、熱可塑性樹脂を用いる場合、溶融、賦形、冷却固化の工程を経て成形する。成形の方法は、特に限定されるものではないが、例えば、射出成形法、押出成形法、熱曲げ成形法、多色成形法、ブロー成形法、一旦シートやフィルムの形に加工した後、これを加熱した後に型を減圧又は加圧して製品の形にする真空・加圧成形法等が挙げられる。中でも、生産性と加工性の観点からは、射出成形法、熱曲げ成形法、多色成形法が好ましく、射出成形法が更に好ましい。射出成形法には、一般的な射出成形法に加え、射出圧縮成形法、射出プレス成形法、断熱金型成形法、急速加熱冷却金型成形法及び超高速射出成形法も含まれる。
一般的に、熱硬化性樹脂を用いる場合、比較的分子量の小さい熱硬化性樹脂に、硬化剤を混ぜて加熱し、硬化させて成形する。熱硬化性樹脂として、粉末樹脂を使用する場合は、圧縮成形などの方法で硬化・成形する場合がある。また、液状樹脂を使用する場合は、布状の繊維などに含浸し、これらを積層して加熱圧縮する積層成形法、繊維強化材を種々の方法で混ぜて成形するFRP成形法等が利用できる。
基材には、紫外線吸収剤が含まれていてもよい。紫外線吸収剤の含有量は、特に限定されるものではないが、好ましくは1%以下、より好ましくは0.01〜0.5%、更に好ましくは0.05〜0.3%である。紫外線吸収剤が1%より多く含まれる場合、劣化は抑制されるが、ポリマーの強度等が低下する場合がある。
[紫外線吸収剤]
紫外線吸収剤は、紫外線を吸収する物質であれば、特に限定されるものではないが、例えば、後述のベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物、環状イミノエステル系化合物、シアノアクリレート系化合物、オキザニリド系化合物、サリシレート系化合物、ホルムアミジン系化合物、無機化合物等が挙げられる。これらは、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。また、紫外線吸収剤と、後述の光安定剤を併用することも可能である。
ベンゾフェノン系化合物としては、例えば、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−ベンジロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホキシトリハイドライドレイトベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシ−5−ソジウムスルホキシベンゾフェノン、ビス(5−ベンゾイル−4−ヒドロキシ−2−メトキシフェニル)メタン、2−ヒドロキシ−4−n−ドデシルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−2’−カルボキシベンゾフェノン等が例示される。
ベンゾトリアゾール系化合物としては、例えば、2−(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−tert−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3,5−ジクミルフェニル)フェニルベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3−tert−ブチル−5−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2,2’−メチレンビス[4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]、2−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−アミルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−tert−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−4−オクトキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2,2’−メチレンビス(4−クミル−6−ベンゾトリアゾールフェニル)、2,2’−p−フェニレンビス(1,3−ベンゾオキサジン−4−オン、2−[2−ヒドロキシ−3−(3,4,5,6−テトラヒドロフタルイミドメチル)−5−メチルフェニル]ベンゾトリアゾール等が例示される。
トリアジン系化合物としては、例えば、2−(2−ヒドロキシ−3−メチル−4−(2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシ)プロピルオキシフェニル)−4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−s−トリアジン、2−(2−ヒドロキシ−3−メチル−4−(2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシ)プロピルオキシフェニル)−4,6−ビス(4−メチルフェニル)−s−トリアジン、2−(2−ヒドロキシ−3−メチル−4−(2−(メタ)アクリロイルオキシ)エチルオキシフェニル)−4,6−ビス(4−メチルフェニル)−s−トリアジン、2−(2−ヒドロキシ−3−メチル−4−(2−(メタ)アクリロイルオキシ)エチルオキシフェニル)−4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−s−トリアジン等が例示される。
環状イミノエステル系化合物としては、例えば、2,2’−p−フェニレンビス(3,1−ベンゾオキサジン−4−オン)、2,2’−(4,4’−ジフェニレン)ビス(3,1−ベンゾオキサジン−4−オン)、2,2’−(2,6−ナフタレン)ビス(3,1−ベンゾオキサジン−4−オン)等が例示される。
シアノアクリレート系化合物としては、例えば、1,3−ビス−[(2’−シアノ−3’,3’−ジフェニルアクリロイル)オキシ]−2,2−ビス[(2−シアノ−3,3−ジフェニルアクリロイル)オキシ]メチル)プロパン、1,3−ビス−[(2−シアノ−3,3−ジフェニルアクリロイル)オキシ]ベンゼン、1,3−ビス−[(2’−シアノ−3’,3’−ジフェニルアクリロイル)オキシ]−2,2−ビス−[(2’−シアノ−3’,3’−ジフェニルアクリロイル)オキシ]メチルプロパン等が例示される。
オキザニリド系化合物としては、例えば、2−エチル−2’−エトキシオキザニリド、2−エトキシ−4’−ドデシルオキザニリド等が例示される。
サリシレート系化合物としては、例えば、フェニルサリシレート、p−オクチルフェニルサリシレート等が例示される。
ホルムアミジン系化合物としては、例えば、4−[[(メチルフェニルアミノ)メチレン]アミノ]−エチルエステル等が例示される。
無機化合物としては、例えば、酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステン、硫化亜鉛、硫化カドミウム等が挙げられる。
市販の紫外線吸収剤としては、例えば、BASF社製、「TINUVIN P」、「TINUVIN 120」、「TINUVIN 213」、「TINUVIN 234」、「TINUVIN 326」、「TINUVIN 329」、「TINUVIN 405」、「TINUVIN 411L」、「TINUVIN 571」、「TINUVIN 1577ED」、「CHIMASSORB 81」、城北化学工業(株)製、「JF−77」、「JF−79」、「JF−80」、「JF−83」、「JF−832」、「JF−90」、「JF−95」、「JAST−500」、ケミプロ化成(株)製、「KEMISORB 10」、「KEMISORB 11」、「KEMISORB 11S」、「KEMISORB 12」、「KEMISORB 71」、「KEMISORB 73」、「KEMISORB 74」、「KEMISORB 79」、「KEMISORB 102」、「KEMISORB 111」、「KEMISORB 279」、(株)ADEKA製、「アデカスタブ」シリーズ、「LA−29」、「LA−31」、「LA−32」、「LA−36」、「LA−46」、「LA−F70」、「1413」等が挙げられる。
[光安定剤]
光安定剤は、ラジカル捕捉等、光に対する安定化機構を持つ物質であれば、特に限定されるものではないが、例えば、ヒンダードアミン系化合物、金属錯体化合物が挙げられる。これらは単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。また、紫外線吸収剤と併用することも可能である。
ヒンダードアミン系化合物としては、例えば、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)カーボネート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)サクシネート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−オクタノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)ジフェニルメタン−p,p’−ジカーバメート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)ベンゼン−1,3−ジスルホネート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)フェニルホスファイト等が例示される。
金属錯体化合物としては、例えば、ニッケルビス(オクチルフェニルサルファイド、ニッケルコンプレクス−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジルリン酸モノエチラート、ニッケルジブチルジチオカーバメート等のニッケル錯体等が挙げられる。
市販の光安定剤の具体例としては、例えば、Clariant社製、「sanduvor 3051」、「sanduvor 3056」、「sanduvor 3058」、住友化学(株)製、「Sumisorb 577」、チバ・ジャパン(株)製、「サノールシリーズ」、「LS−440」、「LS−765」、(株)ADEKA製、「アデカスタブ」シリーズ、「LA−72」、「LA−77」、「LA−81」、「LA−82」、「LA−87」等が例示される。
[保護層]
本実施形態に係る保護層は、無機化合物粒子及びポリマーを含む層であれば、特に限定されるものではなく、単層であっても、複層であってもよい。上記保護層は、単層で、近紫外線(200〜400nm)に含まれる、特定波長の光を反射することができる。
保護層の厚みは、特に限定されるものではないが、特定波長反射効果の発現と製造コストの観点から、好ましくは1μm〜5mm、より好ましくは3μm〜2mm、更に好ましくは、5〜500μmである。
保護層に含まれる、無機化合物粒子及びポリマーの屈折率は、特に限定されるものではないが、保護層における、無機化合物粒子の屈折率と、ポリマーの屈折率との差が0.05以上であることが好ましく、より好ましくは0.08以上、更に好ましくは0.1以上、特に好ましくは0.12以上である。屈折率の差が0.05未満の場合、特定波長反射の機能が十分に発現しない場合がある。
保護層は、近紫外線(200〜400nm)に含まれる、特定波長の光を反射することができる。反射する特定波長は、200〜400nmに含まれれば、特に限定されるものではないが、中でも、オゾン層により遮蔽されずに地表に到達し、ポリマーや人体に対して有害である、UV−A(315〜400nm)又はUV−B(280〜314nm)に含まれる、特定波長の光を反射できることが好ましい。
UV−Aは、皮膚の真皮層に作用し、タンパク質を変性させる。また、メラニン色素を酸化させて褐色に変化させる。UV−Bは、表皮層に作用し、色素細胞がメラニンを生成し、日焼けの原因となる。
一般に太陽光線に曝されると、ポリマーは劣化する。中でも劣化に最も影響するのが、上記近紫外線(200〜400nm)であり、上述の「基材」を保護し、劣化を抑制するためには、この近紫外線に含まれる特定波長の光を反射させる必要がある。ポリマーを劣化させる具体的な波長の例としては、例えば、「プラスチックス Vol.55, No.5」によると、ポリエステル(325nm)、ポリスチレン(318nm)、ポリエチレン(300nm)、ポリプロピレン(310nm)、ポリ塩化ビニル(310nm)、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体(322〜364nm)、ホルムアルデヒド樹脂(300〜320nm)、酢酸セルロース(310nm)、ポリカーボネート(295nm)、ポリメチルメタクリレート(290〜315nm)との記載がある。
本実施形態に係る保護層(以下、場合により「第一の保護層」という。)は、200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射するフォトニック結晶の層である。フォトニック結晶は、屈折率が周期的に変化するナノ構造体を指し、ナノ構造内部の光の回折、散乱、干渉を利用することで、光(波長:数百〜数千nm)の伝播をナノ構造によって制御することが可能である。例えば、フォトニック結晶に光を照射すると、ある特定の波長の光のみを反射させることができる。
具体的には、上記保護層中の無機化合物粒子を、特定の粒子間距離に配置すること、つまり、無機化合物粒子をできるだけ均等に配置することで、200〜400nmの特定波長の光を反射することができる。また、上述の有機無機複合体を使用することで、粒子間距離と、粒子分散度を容易に制御することが可能となる。
保護層中の無機化合物粒子の粒子分散度は、屈折率が周期的に変化するナノ構造体であるフォトニック結晶を形成し易くするためには、0.8以下であり、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.3以下である。粒子分散度が0.8より大きいと、ナノ構造体の周期性が乱れ、所望の波長を効率良く反射できない場合がある。
フォトニック結晶の構造周期は波長の半分程度であり、近紫外線領域の場合、数十〜数百nmの極めて微細な周期構造となるため、微細加工による作製は容易ではない。
保護層は、無機化合物粒子及びポリマーを含む層であれば、特に限定されるものではないが、微細な周期構造を簡便に作製するためには、無機化合物粒子及びポリマーから構成される上述の有機無機複合体を使用することが好ましい。保護層の作製方法は、特に限定されるものではないが、例えば、所望の粒径の無機化合物粒子に、無機化合物粒子とは屈折率の異なる鎖長の揃ったポリマー鎖をグラフトした有機無機複合体を作製し、更に、真空熱プレスにより成形することで、フォトニック結晶を得ることが可能である。
保護層は、無機化合物粒子と、該無機化合物粒子に結合しているポリマーとを含有する有機無機複合体を含み、無機化合物粒子と、該無機化合物粒子に上述のカップリング剤を介して結合しているポリマーとを含有する有機無機複合体を含むことが好ましい。
例えば、鎖長の揃ったポリマー鎖、好ましくは分子量分布2.3以下のポリマー鎖をグラフトした有機無機複合体を加熱成形し、冷却すると、自動的に、ポリマー中に無機化合物粒子が均等に配列した保護層が形成できる。鎖長の揃ったポリマー鎖は、冷却時に、無機化合物粒子の周囲に均等な膜厚のポリマー層を形成する。無機化合物粒子の周囲に均等な膜厚のポリマー層を備える有機無機複合体が集積することで形成される保護層は、フォトニック結晶となり、200〜400nmの特定波長の光を反射することが可能となる。
保護層が熱可塑性の場合は、例えば、射出成形法、押出成形法、ブロー成形法等で、基材の上に保護層を一体成形する方法を選択してもよい。また、一旦シートやフィルムの形に加工した基材を用いて、真空・加圧成形法により、基材の上に保護層を成形する方法を選択してもよい。この時、保護層を形成するための材料の形態は、特に限定されるものではなく、例えば、紛末、固体、液体等のいずれでもよい。また、保護層のフィルムやシートを予め成形し、基材の上で加熱・成形し、積層してもよい。保護層が、熱硬化性の場合は、例えば、圧縮成形、積層成形法、FRP成形法等を利用することも可能である。これらの手法は、単独でも、複数を組み合わせて使用してもよい。
基材の上に、コーティングにより、保護層を形成してもよく、例えば、有機無機複合体を含むコーティング材を、基材に塗工して、保護層を形成することができる。
例えば、鎖長の揃ったポリマー鎖、好ましくは分子量分布が2.3以下のポリマー鎖をグラフトした有機無機複合体を溶媒に分散させた溶液を、基材に塗布し、乾燥させると、自動的に、ポリマー中に無機化合物粒子が均等に配列した保護層が作製される。鎖長の揃ったポリマー鎖は、乾燥時に、無機化合物粒子の周囲に均等な膜厚のポリマー層を形成する。無機化合物粒子の周囲に均等な膜厚のポリマー層を備える有機無機複合体が、塗布後、乾燥工程を経て集積することで形成される保護層は、フォトニック結晶となり、200〜400nmの特定波長の光を反射することが可能となる。
塗布方法としては、蒸着、スパッタリング、イオンプレーディング等のドライコーティング法、印刷、スリットコート、バーコート、アプリケーター塗工、スピンコート、ブレードコート、エアナイフコート、グラビアコート、ロールコート、スプレーコート、ディップコート等のウエットコーティング法などが、一般的に知られている。また上述の方法以外に、フィルム成形、ラミネート成形、射出成形、ブロー成形、圧縮成形、回転成形、押出成形、延伸成形等の成形加工法を応用し、基材の上に、保護層を形成する手法もある。これらの手法は、単独でも、複数を組み合わせて使用することも可能である。
保護層の硬化の手法としては、特に限定されるものではないが、熱硬化、常温硬化又はエネルギー線硬化が好ましく、熱硬化がより好ましい。
熱硬化の手法は、特に限定されるものではないが、例えば、水酸基、イソシアネート基、環状エーテル基等を持つポリマーをグラフトした有機無機複合体を、溶媒に分散させたものを、基材に塗布し、乾燥させた後に、加熱する方法が一般的である。また、上記コーティング材に、後述の架橋剤、硬化剤、触媒等を加えてもよい。
光硬化の手法は、特に限定されるものではなく、通常、活性光線の刺激により重合開始剤が分解することで重合開始種が発生し、対象物質の重合性官能基を重合するという経過を辿る。
光硬化とは、紫外線、近紫外線、可視光線、近赤外線、赤外線等の活性光線を照射することで硬化物を得る方法であり、活性光線の種類としては、特に限定されるものではないが、好ましくは紫外線又は可視光線、より好ましくは紫外線である。
光硬化の中でも、光ラジカル重合タイプは、反応性二重結合の反応性が高く、短い時間で架橋させられる等の利点から、より好ましい。
光ラジカル重合による架橋に加え、カチオン重合、加熱による架橋反応、有機ポリマーと反応し得る官能基を有する化合物との混合による架橋反応などを組み合わせて用いてもよい。有機無機複合体の架橋は、例えば、有機無機複合体のポリマー中に少なくとも1つの反応性二重結合を有する場合、光ラジカル開始剤から発生したラジカルにより反応性二重結合から重合反応を開始し、ポリマー間、又はポリマーと無機化合物粒子との間に結合を形成させることにより行うことができる。また、架橋剤を含む場合、架橋剤によりポリマー間、又はポリマーと無機化合物粒子との間に結合を形成させることにより行うことができる。なお、ポリマー間、又はポリマーと無機化合物粒子との間の結合は、異なる有機無機複合体のポリマー間、又はポリマーと無機化合物粒子との間での結合が好ましいが、同一の有機無機複合体のポリマー間、又はポリマーと無機化合物粒子との間での結合もあり得る。
活性光線の発生源は、特に限定されるものではなく、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、UVランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、蛍光灯、タングステンランプ、アルゴンイオンレーザ、ヘリウムカドミウムレーザ、ヘリウムネオンレーザ、クリプトンイオンレーザ、各種半導体レーザ、YAGレーザ、エキシマーレーザー、発光ダイオード、CRT光源、プラズマ光源、電子線照射器等の各種光源等が挙げられる。
照射光強度は、使用する光源の波長などに応じて異なるが、通常、数mW/cm〜10W/cmの範囲である。照射光強度は、好ましくは、数10mW/cm〜5W/cm程度の範囲内である。照射量は、反応性二重結合の感度、コーティング膜の厚みや温度などに応じて適宜設定される。
ここで、熱硬化とは、熱による化学反応により分子間に3次元の架橋結合を生じさせることで硬化させる方法である。熱硬化の方法としては、特に限定されるものではないが、硬化剤や硬化促進剤を使用して熱硬化させる方法、又は、熱カチオン重合開始剤を用いて熱硬化させる方法を選択するのが好ましく、中でも、硬化剤や硬化促進剤を使用して熱硬化させる方法がより好ましい。
[積層体]
本実施形態の積層体は、上述の基材と保護層とを有する。
本実施形態の積層体は、ポリマーや人体に有害な、近紫外線中の特定波長を反射できることから、ガラス代替材料として有用であり、車両や建築物等の窓材等として利用できる。
積層体の全光線透過率は、特に限定されるものではないが、透明性の観点から、80%以上であることが好ましく、より好ましくは85%以上、更に好ましくは88%以上、特に好ましくは90%以上である。全光線透過率が80%未満であると、透明性が要求される、窓材の用途に適さない場合がある。
積層体のテーバー摩耗試験後のHazeは、特に限定されるものではないが、好ましくは10%以下である。特に、自動車のリアウインドウやフロントガラス代替として使用する場合は、視認性の観点から、より好ましくは4%以下であり、更に好ましくは2%以下である。
積層体の耐候性試験後のHazeは、特に限定されるものではないが、視認性の観点から、好ましくは15%以下、より好ましくは12%以下、更に好ましくは10%以下、特に好ましくは7%以下である。Hazeが20%より大きいと、強度や視認性の低下が生じる場合がある。
積層体の耐候性試験後の黄色度(YI)は、特に限定されるものではないが、視認性の観点から、好ましくは8以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3以下である。YIが8より大きいと、車両の窓材として使用する場合、視認性が低下する場合がある。
図2は、積層体10の一実施形態を示す模式断面図である。積層体10は、基材1と、基材1上に設けられた第一の保護層2とを有している。積層体10は、保護層2を有することで、200〜400nmに含まれる特定波長を反射することができる。
(第二の保護層)
本実施形態の積層体には、上記第一の保護層と共に、第二の保護層が更に設けられていてもよい。第二の保護層は、770〜1000nmに含まれる特定波長の光を反射する層であれば、特に限定されるものではないが、上述の有機無機複合体を使用して作製することが好ましい。
図3は、積層体20の一実施形態を示す模式断面図である。積層体20は、基材1と、基材1上に設けられた第二の保護層4と、保護層4上に設けられた第一の保護層2とを有している。
第二の保護層を設けることにより、近紫外線(200〜400nm)に含まれる特定波長の反射に加え、近赤外線(770〜1000nm)に含まれる特定波長を反射することが可能となり、積層体に、遮熱効果を更に付与することができる。
第二の保護層に使用する有機無機複合体の無機化合物粒子の平均粒径は、特に限定されるものではないが、上述の保護層よりも、長波長を反射させるため、200〜800nmが好ましく、200〜600nmがより好ましい。
[ハードコート層]
本実施形態の積層体は、ハードコート層が更に設けられていてもよい。この場合、積層体は、基材、保護層及びハードコート層をこの順に有することが好ましい。
図4及び5は、ハードコート層を更に有する積層体の一実施形態を示す模式断面図である。図4に示す積層体30は、基材1と、基材1上に設けられた第一の保護層2と、保護層2上に設けられたハードコート層6とを有している。図5に示す積層体40は、基材1と、基材1上に設けられた第二の保護層4と、保護層4上に設けられた第一の保護層2と、保護層2上に設けられたハードコート層6とを有している。
ハードコート層は、後述のテーバー摩耗試験後のHazeが10%以下の層であれば、特に限定されるものではなく、ハードコート層を作製するために、ハードコート材を単独で使用しても、ハードコート材とプライマーとを併用してもよい。
ハードコート層の厚みは、特に限定されるものではないが、好ましくは1〜20μm、より好ましくは2〜10μm、更に好ましくは3〜8μmである。20μmより厚い場合、硬化時に発生する応力で、ハードコート層にクラックが生じる場合があり、1μm未満であると、所望の表面硬度が発現しない場合がある。
ハードコート材は、特に限定されるものではないが、例えば、シリコーン樹脂系ハードコート材、有機樹脂系ハードコート材等が使用できる。中でも、耐候性と表面硬度のバランスの観点から、シリコーン樹脂系ハードコート材が好ましい。
シリコーン樹脂系ハードコート材は、シロキサン結合を有する樹脂であれば、特に限定されるものではないが、例えば、トリアルコキシシラン化合物等の3官能シロキサン化合物を主成分とする化合物の部分加水分解縮合物、テトラアルコキシシラン化合物等の4官能シロキサン化合物を含む化合物の部分加水分解縮合物、これらの部分加水分解縮合物にコロイダルシリカ等の金属酸化物微粒子を充填した部分加水分解縮合物などが挙げられる。シリコーン樹脂系ハードコート材は、更に2官能シロキサン化合物又は1官能シロキサン化合物を含む化合物の部分加水分解縮合物を含んでいてもよい。また、必要に応じ、(メタ)アクリロイル基、環状エーテル基、イソシアネート基等の架橋性基を、構造に組み込むことも可能である。
シリコーン樹脂系ハードコート材は、更に必要に応じて任意の有機溶剤、水又はこれらの混合物に、溶解又は分散させてもよい。有機溶剤としては、低級脂肪酸アルコール類、多価アルコールとそのエーテル、エステル類等が挙げられる。
シリコーン樹脂系ハードコート材の硬化法は、特に限定されるものではないが、熱硬化タイプ、光硬化タイプ等を必要に応じて選択することができる。
有機樹脂系ハードコート材としては、例えば、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、「ポリオールアクリレート、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ホスファゼンアクリレート等の多官能アクリル樹脂」等が挙げられる。
またハードコート材には、表面の平滑化等の目的で、各種界面活性剤、例えば、シロキサン系、フッ化アルキル系界面活性剤などを添加してもよい。
市販のハードコート材としては、例えば、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社の「HPC587」、「AS4000」、「AS4700」、「UVHC3000」等が挙げられる。
上記ハードコート層の下には、接着性向上等を目的に、プライマー層を設けてもよい。
プライマー層の厚みは、特に限定されるものではないが、接着性の観点から、0.5〜20μmが好ましく、より好ましくは1〜10μmであり、更に好ましくは2〜5μmである。
プライマー層を形成する樹脂は、特に限定されるものではないが、例えば、「各種ブロックイソシアネート成分及びポリオール成分からなるウレタン樹脂」、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、アミノ樹脂、及び、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ホスファゼンアクリレート、メラミンアクリレート、アミノアクリレート等の各種多官能アクリル樹脂などが挙げられる。中でも、アクリル樹脂、多官能アクリル樹脂が好ましく、多官能アクリル樹脂の中でも、ウレタンアクリレートが特に好ましい。これらは単独でも、2種以上を併用して使用してもよい。
接着性を高めるために、プライマー層を形成する樹脂に、更に、シランカップリング剤やその部分縮合物を加えて使用してもよい。
シランカップリング剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン・塩酸塩、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、オクタデシルジメチル〔3−(トリメトキシシリル)プロピル〕アンモニウムクロライド、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等が例示される。
市販のプライマーとしては、例えば、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社の「SHP401」、「SHP470」、「SHP470FT」等が挙げられる。
ハードコート層やプライマー層を作製する方法は、特に限定されるものではないが、保護層にコーティングした後に、熱、光等の刺激により、硬化させる方法が好ましい。
コーティングの方法は、特に限定されるものではないが、例えば、ディップコート法、フローコート法、ブレードコート法、ナイフコート法、スクイズコート法、トランスファーロールコート法、グラビヤロールコート法、エアースプレーコート法、静電スプレーコート法、及び、スピンコート法等が例示され、中でも、ディップコート法及びフローコート法が好ましい。また、転写法等の、コーティング以外の方法を選択してもよい。
ハードコート層やプライマー層を作製する際に、プラズマ処理、コロナ処理等を施すことも可能である。
本実施形態に係る基材、保護層、積層体、第二の保護層、ハードコート層、プライマー層には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各種有機樹脂、紫外線吸収剤、光安定剤、着色剤、レベリング剤、滑剤、界面活性剤、シリコーン系化合物、反応性希釈剤、非反応性希釈剤、酸化防止剤、重合開始剤、重合禁止剤等を含有していてもよい。また、一般に樹脂用の添加剤(可塑剤、難燃剤、安定剤、帯電防止剤、耐衝撃強化剤、発泡剤、抗菌・防カビ剤、フィラー、防曇剤、架橋剤等)として供される物質を、配合しても差し支えない。また、さらに他の物質が含まれていてもよい。他の物質としては、溶剤、油脂、油脂加工品、天然樹脂、合成樹脂、顔料、染料、色素、剥離剤、防腐剤、接着剤、脱臭剤、凝集剤、洗浄剤、脱臭剤、pH調整剤、感光材料、インク、触媒、樹脂改質剤、可塑剤、柔軟剤、防錆剤、金属化合物、フィラー、離型剤、凝集剤、消泡剤、硬化剤、還元剤、フラックス剤、皮膜処理剤、鋳物原料、鉱物、酸・アルカリ、ショット剤、酸化防止剤、表面被覆剤、添加剤、酸化剤、燃料、漂白剤、発光素子、香料、コンクリート、繊維(カーボンファイバー、アラミド繊維、ガラス繊維等)、ガラス、金属、賦形剤、崩壊剤、結合剤、流動化剤、増粘剤、沈殿防止剤、垂れ防止剤、安定剤、保存剤、緩衝剤、懸濁化剤等が挙げられる。
着色剤は、着色を目的に使用される物質であれば特に限定されず、例えば、フタロシアニン、アゾ、ジスアゾ、キナクリドン、アントラキノン、フラバントロン、ペリノン、ペリレン、ジオキサジン、縮合アゾ、アゾメチン系の各種有機系色素、酸化チタン、硫酸鉛、クロムエロー、ジンクエロー、クロムバーミリオン、弁殻、コバルト紫、紺青、群青、カーボンブラック、クロムグリーン、酸化クロム、コバルトグリーン等の無機顔料が挙げられる。これらの着色剤は単独でも、複数を組み合わせて使用してもよい。
レベリング剤は、特に限定されず、例えば、シリコーン系レベリング剤(ジメチルポリシロキサン、有機変性ポリシロキサン等)、アクリレート系レベリング剤(エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、フッ素変性アクリレート、シリコーン変性アクリレート等)、エポキシ化大豆脂肪酸、エポキシ化アビエチルアルコール、水添ひまし油、チタン系カップリング剤等が挙げられる。これらのレベリング剤は単独でも、複数を組み合わせて使用してもよい。
滑剤は、特に限定されず、パラフィンワックス、マイクロワックス、ポリエチレンワックス等の炭化水素系滑剤;ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸等の高級脂肪酸系滑剤;ステアリルアミド、パルミチルアミド、オレイルアミド、メチレンビスステアロアミド、エチレンビスステアロアミド等の高級脂肪酸アミド系滑剤;硬化ひまし油、ブチルステアレート、エチレングリコールモノステアレート、ペンタエリスリトール(モノ−,ジ−,トリ−,又はテトラ−)ステアレート等の高級脂肪酸エステル系滑剤;セチルアルコール、ステアリルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリグリセロール等のアルコール系滑剤;ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リシノール酸、ナフテン酸等のマグネシウム、カルシウム、カドミウム、バリウム、亜鉛、鉛等の金属塩である金属石鹸類;カルナウバロウ、カンデリラロウ、ミツロウ、モンタンロウ等の天然ワックス類等が挙げられる。これらの滑剤は単独でも、複数を組み合わせて使用してもよい。
界面活性剤は、その分子中に溶媒に対して親和性を持たない疎水基と、溶媒に対して親和性を持つ親媒基(通常は親水基)を持つ、両親媒性物質を指す。また、その種類は特に限定されるものではなく、例えば、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤等が挙げられる。界面活性剤は単独でも、複数を組み合わせて使用してもよい。
シリコーン系化合物は、特に限定されず、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン縮合物、シリコーン部分縮合物、シリコーンオイル、シランカップリング剤、シリコーンオイル、ポリシロキサン等が挙げられ、その両末端、片末端、あるいは側鎖に有機基を導入して変性したものも含まれる。その変性の方法も特に限定されず、例えば、アミノ変性、エポキシ変性、脂環式エポキシ変性、カルビノール変性、メタクリル変性、ポリエーテル変性、メルカプト変性、カルボキシル変性、フェノール変性、シラノール変性、ポリエーテル変性、ポリエーテル・メトキシ変性、ジオール変性等が挙げられる。
反応性希釈剤は、特に限定されず、例えば、アルキルグリシジルエーテル、アルキルフェノールのモノグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、アルカン酸グリシジルエステル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられ、非反応性希釈剤としては、特に限定されず、例えば、ベンジルアルコール、ブチルジグリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の高沸点溶剤等が挙げられる。
酸化防止剤は、特に限定されず、例えば、トリフェニルホスフェート、フェニルイソデシルホスファイトなどの有機リン系酸化防止剤、ジステアリル−3,3’−チオジプロピネート等の有機イオウ系酸化防止剤、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール等のフェノール系酸化防止剤等が挙げられる。
本実施形態の積層体の用途は、特に限定されるものではないが、例えば、ガラス代替があり、具体的には、車両や建築物の窓材が挙げられる。窓材としては、可視光は透過し、人体に有害な、UV−Aや、UV−Bは、反射させることが望まれる。
本実施形態の積層体は、ガラス代替材料としての利用が有望であり、「車両、建築物等の窓材や屋根」、「建築物のテラス、パーテーション、化粧版等」、「照明用カバーやレンズ」、「信号機、光学機器、眼鏡等のレンズ」、「ディスプレイ、タッチパネル、太陽電池、電子・電気機器、OA機器等の周辺部材」、「パチンコ台等の遊技機用部品(回路カバー、シャーシ、パチンコ玉搬送ガイドなど等)」、ゴーグル、ショーウインドウ、額縁、水槽等への応用が可能である。また、上記以外にも、「ヘッドランプやテールランプレンズをはじめとする車両用灯具カバーやレンズ」、消音壁、銘板、包装材料、装飾品、雑貨等への応用が可能である。
車両は、特に限定されるものではないが、例えば、「四輪自動車、二輪自動車、トラック、バス、カート等の自動車類」、「新幹線、電車、リニアモーターカー等の鉄道車両」、「フォークリフト、ショベルカー、ブルドーザー等の重機類」等が挙げられる。
建築物は、特に限定されるものではないが、例えば、家屋、ビルディング、ガレージ、温室、モニュメント等が挙げられる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
以下に本実施形態をより具体的に説明した実施例を例示する。ただし、本発明はその要旨を超えない限りにおいて以下の実施例に限定されるものではない。
実施例及び比較例における物性の評価は以下の手順で行った。なお、特に断りのない限り、物性の評価は25℃の条件下で行った。
<無機化合物粒子のHR−STEM撮影>
(1)0.1gの有機無機複合体と、9.9gのクロロホルム(和光純薬工業株式会社製)をサンプル瓶にはかりとり、そこに回転子を入れた。内容物をスターラーで30分間攪拌した後、30分間超音波処理を施して、サンプル溶液を得た。有機無機複合体がクロロホルムに分散しにくい場合は、適宜、良分散性の溶媒を選択し、クロロホルムの代わりに用いた。
(2)上記サンプル溶液を、グリッド(応研商事株式会社製、「STEM100Cuグリッド」)に滴下し、風乾させて、有機無機複合体の膜(有機無機複合膜)を形成させた。
(3)グリッド上の有機無機複合体を、HR−STEMの透過モードで観察し、撮影を行った。粒子の大きさや形状に応じ、任意の測定倍率を選択した。
<無機化合物粒子の円形度>
(4)上記(1)〜(3)と同様の方法で撮影されたHR−STEM像を、画像解析ソフト(旭化成エンジニアリング株式会社製、「A像くん」)によって処理し、無機化合物粒子(粒子の外径)の「円相当径」と「周囲長」を算出した。「円相当径」とは、粒子の面積と等しい面積を有する円の直径を指す。算出された円相当径及び周囲長に基づき、下記式に従って、粒子200個各々の円形度を求めた。円形度が0.5以上である場合を「A」、円形度が0.5未満の場合を「B」と判定した。
円形度=(円相当径から求めた円周長)/(周囲長)・・・(10)
ここで、(円相当径から求めた円周長)=(円相当径)×πである。
(5)200個の粒子の円形度のうち、上位5%及び下位5%の数値を除去し、残り90%の平均値を求め、その値を無機化合物粒子の円形度とした。
<無機化合物粒子のL/D>
(6)上記(1)〜(3)と同様の方法で撮影されたHR−STEM像を、上記画像解析ソフトによって処理し、粒子200個各々の外径の、「最大長」及び「最小幅」を算出した。図1は、各粒子の最大長及び最小幅の算出方法を示す模式図である。図1に示されるように、「最大長」とは、HR−STEM像における粒子の周上の任意の2点間の距離の最大値を指し、「最小幅」とは、粒子が最大長を示す方向に対して垂直な方向における粒子の幅を指す。
(7)求められた最大長L及び最小幅Dを下記式に代入して、粒子200個各々のL/Dを求めた。
L/D=(最大長)/(最小幅)・・・(11)
(8)200個の粒子のL/Dのうち、上位5%及び下位5%の数値を除去し、残り90%の平均値を求め、その値を無機化合物粒子のL/Dとした。
<無機化合物粒子の平均粒径>
(9)撮影されたHR−STEM像を、上記画像解析ソフトによって処理し、粒子200個について、各々の粒子の外径の円相当径を求めた。
(10)200個の粒子の円相当径のうち、上位5%及び下位5%の数値を除去し、残り90%の平均値を求め、その値を「無機化合物粒子の平均粒径」とした。
<無機化合物粒子の屈折率>
無機化合物粒子の屈折率は、標準屈折液(Cargill社製)を使用して、以下の方法により求めた。但し、所望の屈折率の標準屈折液が入手出来ない場合は、屈折率既知の試薬で代用した。
(1)無機化合物粒子の分散液をエバポレーターに採り、分散媒を蒸発させた。
(2)これを120℃の真空乾燥機で乾燥し、粉末にした。
(3)屈折率既知の標準屈折液を、2〜3滴ガラス板上に滴下し、これに上記粉末を混合した。
(4)上記(3)の操作を種々の標準屈折液で行い、混合液が透明になったときの標準屈折液の屈折率を無機化合物粒子の屈折率とした。
<表面改質無機化合物粒子のハロゲン含有量の測定>
表面改質無機化合物粒子のハロゲン含有量を、燃焼処理及びそれに続くイオンクロマトグラフ法により、以下の手順で求めた。
(1)サンプルを酸素気流中で、石英燃焼管を使用して燃焼させ、発生したガスを、吸収液(3%過酸化水素水)に吸収させた。
(2)吸収液を適宜希釈し、吸収液中の臭素イオンと塩素イオンの量を、イオンクロマトグラフ(Daionex社製、「ICS−2000」)で、測定した。
(3)測定された臭素イオン及び塩素イオンの合計量から、表面改質無機化合物粒子の質量に対する、臭素イオン及び塩素イオンの合計量を、ハロゲン含有量として求めた。
<ポリマーの比重>
ポリマーの比重を、ASTM D792に準じて測定した。
<ポリマーの分子量及び分子量分布>
ポリマーの分子量及び分子量分布を、「分解法」又は「添加法」により求めた。有機無機複合体が、トルエンに対して易分散の場合は「分解法」で測定を行い、難溶性の場合は「添加法」で測定した。
[分解法]
(前処理)
無機化合物粒子に結合したポリマーの分子量測定のための前処理として、以下の手順に従って、有機無機複合体に対してふっ化水素酸処理(以下、「HF処理」という。)を施した。
(1)テフロン(登録商標)製回転子を入れたテフロン(登録商標)製、又は、任意の樹脂製容器に、2mLのトルエン(和光純薬工業株式会社製)と、15mgの相間移動触媒(Aldrich社製、「Alquat336」)を加え、攪拌して、相間移動触媒がトルエンに溶解した溶液を得る。
(2)溶液に有機無機複合体のサンプル200mgを加え、攪拌により溶解させる。
(3)得られた溶液に、更に、2mLのふっ化水素酸(和光純薬工業株式会社製、濃度:46〜48%)を加え、室温で24時間攪拌して、無機化合物粒子からポリマーを分離する。
(4)上記溶液を、炭酸カルシウム(和光純薬工業株式会社製)の水溶液によって中和する。この時、相分離が困難な場合は、さらにトルエン2mLを加えて遠心分離した溶液を使用してもよい。
(分子量測定)
上記前処理で得られたサンプル溶液について、下記の条件によりゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の測定を行った。測定結果から、ポリメタクリル酸メチルスタンダード(創和科学株式会社製)を用いて作成した検量線に基づいて、メインピークのポリメタクリル酸メチル換算の数平均分子量(Mn)及び質量平均分子量(Mw)を求めた。
・装置:東ソー株式会社製、「HLC−8220GPC」
・検出器:RI検出器
・移動相:テトラヒドロフラン
・流量:0.35mL/分
・カラム:東ソー株式会社製の「TSKgel GMHXL」を2本連結したものを用いた。
・カラム温度:40℃
(分子量分布)
ポリメタクリル酸メチル換算のMn及びMwを以下の式に代入して、ポリマーの分子量分布を求めた。分子量分布が2.31以下である場合を「A」、分子量分布が2.31を超える場合を「B」と判定した。
分子量分布=Mw/Mn・・・(12)
[添加法]
以下の方法で前処理を行い、「分子量測定」及び「分子量分布」は、上述の「分解法」と同様の方法で求めた。
(前処理)
以下の手順に従って、無機化合物粒子に結合したポリマーの「分子量」と「分子量分布」を求めた。分子量測定用サンプルとして、実施例とは別に、重合開始剤を添加した状態で有機無機複合体を合成し、重合開始剤の添加により副生するポリマーを測定し、これを無機化合物粒子に結合したポリマーの「分子量」と「分子量分布」とみなした。
(1)分子量測定用サンプルの合成
(1−1)実施例と同様の方法で、有機無機複合体の原料を含む溶液を準備した。
(1−2)上記溶液に、モノマー:重合開始剤=100:(0.01〜0.25)(mol比)となるように、重合開始剤を加えた。重合開始剤は、実施例の重合液中の臭素含有量に対し、約10〜20%の臭素含有量となるように配合した。
・重合開始剤:2−ブロモイソ酪酸エチル(EBIB):Aldrich社製
(1−3)上記溶液に触媒溶液を加え、実施例と同様の方法で、測定用サンプル(有機無機複合体と副生ポリマーの混合物)を重合した。
(1−4)フラスコを氷浴に浸して速やかに冷却してから、ヘキサンに投入して攪拌し、静置した。その後、上澄み液を廃棄した。
(1−5)残った沈殿物に、ヘキサンを再び加えて静置し、上澄み液を廃棄した。この操作を更に8回繰り返し、残った沈殿物を、実施例と同様の方法で乾燥した。
(2)上記(1)で得られた、分子量測定用サンプル1gに、10mLの溶媒(例えば、MIBK)を加え、24時間攪拌した。
(3)上記溶液に適量のTHFを加え、更に1時間攪拌した溶液を、遠心分離した。
(4)上述の「分解法」と同様の方法で、遠心分離後の上澄み液を測定し、「分子量」と「分子量分布」を求めた。
<有機無機複合体の「無機化合物粒子に結合しているポリマー」の量>
(1)サンプル瓶に10gの有機無機複合体をはかりとり、MIBKを加えて100mLとした後、回転子を入れて、内容物をスターラーで24時間攪拌した。
(2)別のサンプル瓶に、10mLの上記溶液をはかりとり、THFを加えて100mLに希釈後、回転子を入れて、内容物をスターラーで、更に24時間攪拌した。
(3)上記溶液を遠沈管に移し、遠心分離機で、6600rpmで30分間処理した。
(4)遠心分離後の上澄み液について、下記の条件によりゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の測定を行い、有機無機複合体におけるフリーポリマーを測定した。測定結果から、ポリメタクリル酸メチルスタンダード(創和科学株式会社製)を用いて作成した検量線に基づいて、メインピークのポリメタクリル酸メチル換算の、ピークトップ分子量(Mp)を求めた。
・装置:東ソー株式会社製、「HLC−8220GPC」
・検出器:RI検出器
・移動相:テトラヒドロフラン
・流量:0.35mL/分
・カラム:東ソー株式会社製の「TSKgel GMHXL」を2本連結したものを用いた。
・カラム温度:40℃
(5)上記で得られた、Mp>800のピークを、フリーポリマーとして定量した。定量の際には、Mpが最も近い「定量標準物質」を下記から選択して検量線を作成し、定量標準物質換算で、有機無機複合体中のフリーポリマーの量(質量%)を算出した。またピークが複数ある場合は、それらの合計量を求め、フリーポリマーの量(質量%)とした。
(5−1)定量標準物質:ポリメタクリル酸メチル(創和科学株式会社製)
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA850(Mp=860)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA2K(Mp=2,000)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA7K(Mp=7,500)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA11K(Mp=11,800)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA21K(Mp=20,850)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA30K(Mp=33,500)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA45K(Mp=46,300)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA85K(Mp=87,800)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA110K(Mp=107,000)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA135K(Mp=130,000)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA135K(Mp=130,000)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA190K(Mp=185,000)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA225K(Mp=240,000)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA320K(Mp=322,000)」
・ポリメタクリル酸メチル「PMMA680K(Mp=670,000)」
(6)有機無機複合体中のポリマー量(無機化合物粒子に結合しているポリマー及びフリーポリマーの量)の測定
熱重量測定装置により、以下の条件で有機無機複合体を加熱したときの質量減量(質量%)をn=3で測定し、その平均値を「有機無機複合体中のポリマー量(無機化合物粒子に結合しているポリマー及びフリーポリマーの量)」とした。
・装置:株式会社島津製作所、「TGA−50」
・雰囲気:1%酸素含有窒素気流
・試料容器:アルミパン
・温度プログラム:25℃スタート→20℃/分で昇温→500℃に到達→500℃で1時間保持
(7)上記で得られた「フリーポリマーの量(質量%)」と、「有機無機複合体中のポリマー量(無機化合物粒子に結合しているポリマー及びフリーポリマーの量)(質量%)」から、下記式に従って「無機化合物粒子に結合しているポリマーの量(質量%)」を算出した。
無機化合物粒子に結合しているポリマーの量(質量%)=(A−B)/A×100 ・・・(13)
ここで、A:有機無機複合体中のポリマー量(無機化合物粒子に結合しているポリマー及びフリーポリマーの量)(質量%)、B:フリーポリマーの量(質量%)である。
<有機無機複合体のTgの測定>
示差走査熱量測定装置(DSC)により、以下の条件で有機無機複合体のTgを求めた。
・装置:PerkinElmer社製、「Diamond DSC」
・温度プログラム:−40℃スタート→20分間保持→20℃/分で昇温→200℃
<有機無機複合体のハロゲン含有量の測定>
有機無機複合体のハロゲン含有量は、前述の「表面改質無機化合物粒子のハロゲン含有量の測定」と同様の方法で求めた。
<有機無機複合体の無機酸化物含有量の測定>
熱重量測定装置により、以下の条件で有機無機複合体を加熱したときの質量減量を求めた。
・装置:株式会社島津製作所、「TGA−50」
・雰囲気:1%酸素含有窒素気流
・試料容器:アルミパン
・温度プログラム:25℃スタート→20℃/分で昇温→500℃に到達→500℃で1時間保持
測定をn=3で行い、それらの平均値を有機無機複合体の無機酸化物含有量とした。質量%及び体積%の値を下記のように算出した。
(1)質量%
測定された質量減量(質量%)を以下の式に代入し、無機酸化物の含有量(質量%)を算出した。
無機酸化物含有量(質量%)=100−質量減量(質量%)
(2)体積%
(2−1)ポリマーの質量と体積の算出
測定された質量減量(mg)を、ポリマーの質量(mg)と見なし、その値を下記式に代入して、ポリマーの体積(μL)を算出した。
ポリマーの体積(μL)={ポリマーの質量(mg)}/{ポリマーの比重}
(2−2)無機酸化物の質量と体積の算出
測定された質量減量(mg)を下記式に代入して、無機酸化物の質量(mg)を算出した。
無機酸化物の質量(mg)=試料量(mg)−質量減量(mg)
無機酸化物の質量を下記式に代入して、無機酸化物の体積(μL)を算出した。
無機酸化物の体積(μL)={無機酸化物の質量(mg)}/{無機酸化物の密度(g/cm)}
(2−3)無機酸化物含有量(体積%)の算出
上記のようにして得られた値を下記式に代入して、無機酸化物含有量(体積%)を算出した。
Figure 2015112812
<保護層及び第二の保護層(成形体)の作製>
圧縮成形機を用いて、以下の条件で有機無機複合体を真空熱プレスすることによって、保護層又は第二の保護層となる厚み80〜110μmの成形体をそれぞれ作製し、ノギスで厚みを測定した。
・装置:株式会社神藤金属工業所製、「SFV−30」
・温度:150〜255℃
<基材と保護層とからなる積層体(単層)の作製>
基材(ポリカーボネート板:タキロン株式会社製、「PC1600」、厚み3mm)の上に、保護層を重ね、上述の<保護層及び第二の保護層(成形体)の作製>と同様の方法で、圧縮成形機で真空熱プレスすることで一体化させ、積層体(単層)(以下、「第一の積層体」という。)を作製した。
<基材、保護層及び第二の保護層からなる積層体の作製>
上述の基材の上に、第二の保護層を重ね、上述と同様の方法で、圧縮成形機で真空熱プレスすることで一体化させて、第二の積層体を作製した。次いで、第二の積層体の第二の保護層上に、保護層を更に重ね、上述と同様の方法で、圧縮成形機で真空熱プレスすることで一体化させ、積層体(以下、「第三の積層体」という。)を作製した。
<ハードコート層が設けられた積層体の作製>
上述の第一の積層体又は第三の積層体の上に、ハードコート材(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、「AS4700」)を塗工し、熱硬化させることで、厚み8μmのハードコート層が形成された積層体(以下、「第四の積層体」という。)を作製した。
この時、必要に応じ、プライマー(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、「SHP470」)を使用し、上記保護層とハードコート層の間に、厚み2μmのプライマー層を作製した。
<保護層(成形体)の屈折率測定>
屈折率測定装置を使用し、作製された保護層(成形体)の屈折率を下記条件で測定した。
・装置:Metricon社製、「MODEL 2010 PRISM COUPLER」
・測定波長:633nm
<基材と保護層とからなる積層体(単層)の反射率測定>
分光光度計を使用し、下記の条件で反射率を測定し、コントロールとの反射率の差スペクトルから、極大波長を求めた。
・装置:株式会社日立ハイテクノロジーズ製、「UV−4100」
・波長:200〜400nm
・極大波長の算出:下記式に従って、反射率の差スペクトルを算出し、極大波長を求めた。
差スペクトル=(積層体の反射スペクトル)−(コントロールの反射スペクトル)
<保護層及び第二の保護層(成形体)の粒子間距離と粒子分散度>
(1)第一の積層体から超薄切片を作製した。
(2)上記超薄切片を、高分解能走査透過電子顕微鏡(以下、HR−STEMという。)(株式会社日立製作所製、「HD−2300A」)の走査モードで観察し、撮影を行った。但し、粒子の大きさや形状に応じ、任意の測定倍率を選択した。
(3)上記HR−STEM像を、画像解析ソフト(旭化成エンジニアリング株式会社製、「A像くん」)で処理し、粒子500個について、重心間距離法により、粒子間距離を求めた。
(4)更に、下記式に従って、各々の粒子分散度を求め、その平均値を成形体の粒子分散度とした。粒子分散度が小さいほど、粒子がより均一に分散していることを意味する。
粒子分散度=(隣り合う粒子間の重心間距離の平均偏差)/(隣り合う粒子間の重心間距離)・・・(9)
<積層体の外観>
上記サンプルを目視により観察し、粒子の凝集が実質的に見られない場合を合格(「A」)と判定し、粒子の凝集が見られた場合を「B」と判定した。
<積層体の全光線透過率及びHazeの測定>
ヘーズメーター(日本電色工業株式会社製、「NDH 5000W」)を使用し、「JIS K7105:プラスチックの光学的特性試験方法」に準じて、コーティング膜の、全光線透過率とHazeを測定した。
<積層体の黄色度(YI)の測定>
分光色彩計(日本電色工業株式会社製、「SD−5000」)を使用し、黄色度(YI)の測定を行った。
<積層体のテーバー摩耗試験>
ASTM D1003に従い、CF10F摩耗輪、荷重500g、100サイクルの条件で行った。摩耗試験後のHazeを測定し、10%以下の場合を合格(「A」)、10%より大きい場合を不合格(「B」)とした。
<積層体の耐候性試験>
「JIS K5600−7−7:2008 塗料一般試験方法−第7部:塗膜の長期耐久性−第7節:促進耐候性及び促進耐光性(キセノンランプ法)」に従い、キセノンウエザーメーター(スガ試験機株式会社製)で、60W/mで2500時間照射を行った。
更に、耐候性試験後の積層体のHazeを測定し、15%以下の場合を合格(「A」)、15%より大きい場合を不合格(「B」)とした。
耐候性試験後の積層体の表面を、マイクロスコープ(株式会社キーエンス製)を使用して、200倍で観察し、劣化によるクラックの有無を確認した。クラックの発生が無い場合を合格(「A」)、クラックの発生がある場合を不合格(「B」)とした。
耐候性試験後の積層体のYIを測定し、YIが8以下の場合を合格(「A」)、8より大きい場合を不合格(「B」)とした。
<原材料>
実施例及び比較例で使用した原材料の内容を以下の(1)〜(13)に示す。
(1)無機化合物粒子溶液
(1−1)50nm球状シリカ溶液
・商品名:日産化学工業株式会社製、「MEK−ST−L」
・30質量%シリカ粒子/MEK溶液
・屈折率:1.45
(1−2)100nm球状シリカ溶液
・商品名:日産化学工業株式会社製、「MIBK−ST−ZL」
・30質量%シリカ粒子/MEK溶液
・屈折率:1.45
(1−3)200nm球状シリカ溶液
・商品名:日産化学工業株式会社製、「MEK−ST−2040」
・40質量%シリカ粒子/MEK溶液
・屈折率:1.45
(2)シラン化合物
(2−1)3−(2−ブロモイソブチロキシ)プロピルジメチルクロロシラン(以下、「BPS」という。)
公知の方法(特開2006−063042号公報等)を参考に、下記化学式(15)で表されるBPSを合成した。
Figure 2015112812

(2−2)1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン(以下、「HMDS」という。):東京化成工業株式会社製
(2−3)クロロトリエチルシラン(以下、「TES」という。):東京化成工業株式会社製
(3)重合触媒
(3−1)臭化銅(I)(CuBr):和光純薬工業株式会社製
(3−2)臭化銅(II)(CuBr):和光純薬工業株式会社製
(4)配位子
(4−1)N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン(以下、「PMDETA」という。):Aldrich社製
(4−2)4,4’−ジノニル−2,2’−ビピリジル(以下、「dNbpy」という。):Aldrich社製
(5)モノマー
以下のモノマーは、アルミナカラムを通じて重合禁止剤を除去した後、1時間以上窒素バブリングして、脱酸素処理を行ってから使用した。アルミナカラムが使用できない場合は、蒸留等の公知の方法で、重合禁止剤を除去してもよい。
(5−1)メタクリル酸ベンジル(以下、「BzMA」ともいう。):東京化成工業株式会社製
(5−2)スチレン(以下、「Sty」ともいう。):東京化成工業株式会社製
(6)溶剤等
(6−1)メタノール:和光純薬工業株式会社製
(6−2)テトラヒドロフラン(以下、「THF」という。):和光純薬工業株式会社製
(6−3)ヘキサン:和光純薬工業株式会社製
(6−4)イソプロピルアルコール(以下、「IPA」という。):和光純薬工業株式会社製
(6−5)2−ブタノン(以下、「MEK」という。):和光純薬工業株式会社製
(6−6)アニソール:和光純薬工業株式会社製
(7)メタノール−水混合溶液
(7−1)メタノール−水混合溶液−1:77容量%のメタノールと、23容量%のイオン交換水とを含む混合溶液
(7−2)メタノール−水混合溶液−2:80容量%のメタノールと、20容量%のイオン交換水とを含む混合溶液
(8)重合開始剤
(8−1)2−ブロモイソ酪酸エチル(以下、「EBIB」ともいう。):Aldrich社製
(8−2)アゾビスイソブチロニトリル(以下、「AIBN」ともいう。):和光純薬工業株式会社製
<表面改質無機化合物粒子−1の合成(BPS改質50nm球状シリカ粒子の合成)>
以下の手順に従って、BPS改質50nm球状シリカ粒子(BPSが表面に結合した、50nm球状シリカ粒子)を合成した。
(1)冷却管を接続し、回転子を入れた二口フラスコの内部を、窒素置換した。
(2)窒素下で、フラスコ内に84容量%の50nm球状シリカ溶液を導入し、更に、8容量%のBPSを導入し、攪拌を開始した。
(3)上記フラスコを85℃のオイルバスに浸し、攪拌しながら36時間反応を行った。
(4)反応液を室温まで冷却した後、窒素下で8容量%のHMDSを導入した。
(5)室温で2時間攪拌後、80℃で8時間攪拌して反応を行い、反応液を室温まで冷却した。
(6)反応液を遠沈管に移し、遠心分離機(株式会社久保田製作所製、型式:7700)を用いて、10000rpm、10℃で、30分間、遠心分離を行った。
(7)遠沈管内の上澄み液をメタノール−水混合溶液−2に投入、混合し、静置後、上澄み液を廃棄した。
(8)沈殿物に窒素を吹き込み、残留する液体を揮発させた後、少量のTHFを加え、攪拌により沈殿物をTHFに溶解させた。
(9)上記溶液をメタノールに投入して攪拌し、静置した後、上澄み液を廃棄した。
(10)残った沈殿物にメタノールを加えて攪拌し、静置した後、上澄み液を廃棄した。更にこの操作を10回繰り返した。
(11)上記沈殿物に窒素を吹きこみながら、一晩風乾することにより、液体を揮発させ、固形物を得た。
(12)上記固形物を、80℃、真空下で、24時間乾燥させて、BPS改質50nm球状シリカ粒子を得た。
(13)ハロゲン含有量は、0.62質量%であった。塩素は検出されなかったため、臭素含有量をハロゲン含有量として示した。
<表面改質無機化合物粒子−2の合成(BPS改質100nm球状シリカ粒子の合成)>
50nm球状シリカ溶液を、100nm球状シリカ溶液に変更し、配合量を以下のように変更した以外は、上述の<表面改質無機化合物粒子−1の合成>と同様の方法で、BPS改質100nm球状シリカ粒子を合成した。
配合量:100nm球状シリカ溶液(82容量%)、BPS(9容量%)、HMDS(9容量%)
ハロゲン含有量は、0.45質量%であった。
<表面改質無機化合物粒子−3の合成(BPS改質200nm球状シリカ粒子の合成)>
50nm球状シリカ溶液を、200nm球状シリカ溶液に変更し、MEKを加えて、30質量%濃度に調整した。配合量を以下のように変更した以外は、上述の<表面改質無機化合物粒子−1の合成>と同様の方法で、BPS改質200nm球状シリカ粒子を合成した。
配合量:30質量%濃度に調製した、200nm球状シリカ溶液(82容量%)、BPS(9容量%)、HMDS(9容量%)
<表面改質無機化合物粒子−4の合成(TES改質100nm球状シリカ粒子の合成)>
BPSを、TESに変更した以外は、上述の<表面改質無機化合物粒子−2の合成>と同様の方法で、TES改質100nm球状シリカ粒子を合成した。
[実施例1]
有機無機複合体Aを、表1の配合に従って、以下の手順で製造した。各成分の濃度は、全成分の合計量を基準とした数値である。得られた有機無機複合体Aの評価結果を表2に示す。
(1)回転子を入れたシュレンクフラスコに、CuBr及びCuBrを加え、フラスコ内部を真空処理してから窒素置換する操作を3回繰り返して、フラスコ内を脱酸素した後、少量のアニソールを窒素下で導入し、攪拌した。
(2)上記溶液に、PMDETAを加え、60℃で攪拌したものを、触媒溶液とした。
(3)冷却管を接続し、回転子を入れた別のシュレンクフラスコに、BPS改質50nm中空シリカ粒子を投入した。
(4)シュレンクフラスコに冷却管を接続し、フラスコ内部を真空処理してから窒素置換する操作を3回繰り返して、フラスコ内を脱酸素した。
(5)フラスコに、窒素下で、モノマー(BzMA)と、残りの溶媒(アニソール)を導入し、超音波洗浄機で10分間処理した後、60℃のオイルバスに浸し、攪拌した。
(6)更に、上記で調製した触媒溶液を、窒素下で導入後、反応液を40分間攪拌し、重合反応を行った。
(7)フラスコを氷浴に浸して速やかに冷却してから、メタノール(メタノールのみで固形分が析出しにくい場合は、ヘキサンを使用してもよい。)に投入して攪拌し、沈殿物が沈みにくい場合は、遠心分離で分離して、静置した。
(8)静置後、上澄み液を廃棄した後、残った沈殿物に、メタノールを再び加えて静置し、上澄み液を廃棄した。この操作を更に8回繰り返した。
(9)残った沈殿物に窒素を吹きこみながら、一晩風乾することにより、液体を揮発させ、固形物を得た。
(10)上記固形物を、真空下、80℃で24時間乾燥させて、有機無機複合体Aを得た。
(11)有機無機複合体AのTgを上述の方法で測定したところ、60℃であった。
(12)有機無機複合体Aのハロゲン含有量を、上述の方法で測定したところ、0.2質量%であった。塩素は検出されなかったため、臭素含有量をハロゲン含有量として示した。
(13)有機無機複合体Aを構成するポリマーの数平均分子量(Mn)及び質量平均分子量(Mw)を上述の方法で測定したところ、Mn=44600、Mw=75900、Mw/Mn=1.70(≦2.3)であり、鎖長が揃ったポリマー鎖が無機化合物粒子に結合していることがわかった。
(14)有機無機複合体Aのフリーポリマー量を測定したところ、フリーポリマーは3質量%であった。
(15)有機無機複合体Aの無機化合物粒子含有量を上述の方法で測定したところ、無機化合物粒子含有量は、38質量%及び25体積%であった。
(16)有機無機複合体Aを使用して、上述の方法で保護層(成形体)を作製し、評価した結果を表3に示す。屈折率は1.53、厚みは100μmであった。
(17)次に上述の方法で、第一の積層体を作製し、評価したところ、保護層の粒子間距離は82nm、粒子分散度は0.11であった。結果を表3に示す。
(18)後述する比較例1の第一の積層体をコントロールとして、積層体の反射率の差スペクトル求めたところ、235nmに極大ピークが得られ、特定波長を反射できることがわかった。
差スペクトル=(実施例1の積層体の反射スペクトル)−(コントロールの反射スペクトル)
[実施例2]
表1の配合に従い、実施例1のBPS改質50nm球状シリカ粒子を、BPS改質100nm球状シリカ粒子に変更し、反応時間を60分とした以外は、実施例1と同様の方法で、有機無機複合体Bを製造し、評価した結果を、表2に示す。
また、有機無機複合体Bを使用して、実施例1と同様の方法で、保護層(成形体)及び第一の積層体を作製し、評価した結果を、表3に示す。
後述する比較例1の第一の積層体をコントロールとして、実施例1と同様の方法で、反射率の差スペクトルを求めたところ、325nmに極大ピークが得られ、特定波長を反射できることがわかった。
[実施例3]
表1の配合に従い、実施例1のBPS改質50nm球状シリカ粒子を、BPS改質100nm球状シリカ粒子に変更し、更にモノマーを変更した。また、触媒溶液の調製方法を、下記(1)〜(2)に変更し、反応条件を80℃、20分とした以外は、実施例1と同様の方法で、有機無機複合体Cを製造し、評価した結果を、表2に示す。
(1)回転子を入れたシュレンクフラスコに、CuBr、CuBr及びdNbpyを加え、フラスコ内部を真空処理してから窒素置換する操作を3回繰り返して、フラスコ内を脱酸素した後、少量のアニソールを窒素下で導入し、攪拌した。
(2)上記溶液を、80℃で攪拌したものを、触媒溶液とした。
また、有機無機複合体Cを使用して、実施例1と同様の方法で、保護層(成形体)及び第一の積層体を作製し、評価した結果を、表3に示す。
後述する比較例2の第一の積層体をコントロールとして、実施例1と同様の方法で、反射率の差スペクトルを求めたところ、386nmに極大ピークが得られ、特定波長を反射できることがわかった。
[製造例1]
表1の配合に従い、実施例1のBPS改質50nm球状シリカ粒子を、BPS改質200nm球状シリカ粒子に変更し、反応時間を90分とした以外は、実施例1と同様の方法で、有機無機複合体Dを製造し、評価した結果を、表2に示す。
また、有機無機複合体Dを使用して、実施例1と同様の方法で、第二の保護層(成形体)及び基材と第二の保護層からなる第二の積層体を作製し、評価した結果を、表3に示す。
後述する比較例1の第一の積層体をコントロールとして、実施例1と同様の方法で、700〜900nmの反射スペクトルを測定し、反射率の差スペクトルを求めたところ、780nm付近にピークが得られた。
[実施例4]
(1)実施例1の保護層を基材の上に重ね、上述の方法で、第一の積層体を作製した。更にその上に、上述の方法で、ハードコート層を形成し、第四の積層体である積層体Eを作製し、評価した結果を、表4に示す。
(2)積層体Eの全光線透過率は89%であり、合格(「A」)であった。
(3)積層体Eのテーバー摩耗試験後に測定した、Hazeは5%以下であり、合格(「A」)であった。
(4)積層体Eの耐候性試験後に、上述の方法で評価を行った。Hazeは5%であり、合格(「A」)であった。また、YIは5であり、合格(「A」)であった。マイクロスコープで観察した結果、クラックは無く、合格(「A」)であった。
[実施例5]
(1)実施例2の保護層を基材の上に重ね、上述の方法で、第一の積層体を作製した。更にその上に、上述の方法で、プライマー層とハードコート層とを順に形成し、第四の積層体である積層体Fを作製し、評価した結果を、表4に示す。
(2)積層体Fの全光線透過率は87%であり、合格(「A」)であった。
(3)積層体Fのテーバー摩耗試験後に測定した、Hazeは5%以下であり、合格(「A」)であった。
(4)積層体Fの耐候性試験後に、上述の方法で評価を行った。Hazeは5%であり、合格(「A」)であった。また、YIは5であり、合格(「A」)であった。マイクロスコープで観察した結果、クラックは無く、合格(「A」)であった。
[実施例6]
(1)製造例1の第二の保護層を基材の上に重ね、上述の方法で、第二の積層体を作製し、その上に、実施例3の保護層を更に重ね、上述の方法で、第三の積層体を作製した。
(2)更にその上に、上述の方法で、プライマー層とハードコート層とを順に形成し、積層体Gを作製し、評価した結果を、表4に示す。
(3)積層体Gのテーバー摩耗試験後に、マイクロスコープで観察した結果、クラックは無く、合格(「A」)であった。
[比較例1]
表1の配合に従い、実施例1のBPS改質50nm球状シリカ粒子を用いずに、重合開始剤(EBIB)を添加し、反応時間を20分とした以外は、実施例1と同様の方法で、ポリマー(pBzMA)を製造し、評価した結果を、表2に示す。
また、pBzMAを使用して、実施例1と同様の方法で、保護層(成形体)及び第一の積層体を作製し、評価した結果を、表3に示す。
本比較例1の第一の積層体をコントロールとして、実施例1と同様の方法で、反射率の差スペクトルを求めたところ、差スペクトルはフラットとなり、ピークは得られなかった。 以上の結果から、総合判定は不合格(「B」)とした。
[比較例2]
表1の配合に従い、実施例3のBPS改質100nm球状シリカ粒子を用いずに、重合開始剤(EBIB)を添加し、反応時間を10分とした以外は、実施例3と同様の方法で、ポリマー(p(BzMA−co−Sty))を製造し、評価した結果を、表2に示す。
また、p(BzMA−co−Sty)を使用して、実施例1と同様の方法で、保護層(成形体)及び第一の積層体(単層)を作製し、評価した結果を、表3に示す。
本比較例2の第一の積層体をコントロールとして、実施例1と同様の方法で、反射率の差スペクトルを求めたところ、差スペクトルはフラットとなり、ピークは得られなかった。以上の結果から、総合判定は不合格(「B」)とした。
[比較例3]
実施例1の有機無機複合体A(無機化合物粒子含有量=38質量%)と同じ比率となるように、38質量%のBPS改質50nm球状シリカ粒子と、62質量%の比較例1のpBzMAを混合し、アニソールに分散させた。上記溶液を、エバポレーターで脱揮し、更に、実施例1と同様の条件で乾燥させて、有機無機複合体αを得た。
また、有機無機複合体αを使用して、実施例1と同様の方法で、保護層(成形体)及び第一の積層体を作製したところ、不透明であり、目視で無機化合物粒子が凝集していることがわかった。
保護層(成形体)の全光線透過率は測定不能であり、HR−STEMで観察したが、無機化合物の凝集が激しく、粒子間距離や粒子分散度も、算出不能であった。評価結果を、表3に示す。以上の結果から、総合判定は不合格(「B」)とした。
[比較例4]
表1の配合に従って、下記の手順で有機無機複合体βを作製した。
(1)回転子を入れたシュレンクフラスコに、AIBNを加え、フラスコ内部を真空処理してから窒素置換する操作を3回繰り返して、フラスコ内を脱酸素した後、少量のアニソールを窒素下で導入し、攪拌したものを、重合開始剤溶液とした。
(2)冷却管を接続し、回転子を入れた別のシュレンクフラスコに、TES改質100nm球状シリカ粒子を投入した。
(3)シュレンクフラスコに冷却管を接続し、フラスコ内部を真空処理してから窒素置換する操作を3回繰り返して、フラスコ内を脱酸素した。
(4)フラスコに、窒素下で残りのアニソールと、BzMAを導入し、実施例2と同様の条件で、5時間反応した。
(5)上記反応液を、実施例2と同様の方法で処理し、有機無機複合体βを得た。
(6)有機無機複合体βを、実施例1と同様の方法で、評価した結果を表2に示す。有機無機複合体βは、高分子体の大きなピークを有しており、Mn=28600、Mw=80000、Mw/Mn=2.80(>2.3)であり、ポリマーの鎖長の均一性が低いことがわかった。
(7)更に、有機無機複合体βを上述の方法で成形し、保護層(成形体)を得た。
(8)得られた保護層(成形体)及び第一の積層体を、実施例1と同様の方法で評価した。評価結果を表3に示す。保護層(成形体)の外観を目視で確認したところ、部分的に粒子の凝集が生じ、白濁した不均一な状態であり、透明な成形体が得られなかった。
(9)上記保護層(成形体)を、HR−STEMで観察したところ、粒子の塊が多く、粒子分散度を算出することができなかった。
(10)本比較例2の保護層(成形体)を使用した積層体をコントロールとして、実施例1と同様の方法で、反射率の差スペクトルを求めたところ、特徴的なピークは発現せず、特定波長の反射は確認できなかった。以上の結果から、総合判定は不合格(「B」)とした。
[比較例5]
保護層を形成せずに、基材だけを実施例1と同様の方法で評価した結果を、表4に示す。
テーバー摩耗試験後に測定した、Hazeは15%以上であり、不合格(「B」)であった。耐候性試験後の、Hazeは19%であり、マイクロスコープで観察した結果、非常に多くのクラックが観察され、顕著に劣化していることがわかった。不合格(「B」)であった。以上の結果から、総合判定は不合格(「B」)とした。
Figure 2015112812

*表中の数値は質量比(%)を示す。
Figure 2015112812
Figure 2015112812
Figure 2015112812
表3及び4より、実施例1〜6の積層体は、透過性に優れ、200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射し、基材の劣化や黄変が抑制されていることが確認できる。
本実施形態に係る、透過性に優れ、200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射する積層体は、例えば、車両や建築物の窓材として有用なものである。
1…基材、2…第一の保護層、4…第二の保護層、6…ハードコート層。

Claims (21)

  1. 基材と保護層とを有する積層体であり、
    前記保護層が、無機化合物粒子と、該無機化合物粒子に結合しているポリマーとを含有する有機無機複合体を含み、
    前記ポリマーの分子量分布が2.3以下であり、
    前記保護層中の前記無機化合物粒子の粒子分散度が0.8以下であり、
    前記保護層の厚みが1μm〜5mmであり、
    200〜400nmに含まれる特定波長の光を反射する、積層体。
  2. 前記保護層が単層である、請求項1に記載の積層体。
  3. 前記特定波長が280〜314nmに含まれる、請求項1又は2に記載の積層体。
  4. 前記特定波長が315〜400nmに含まれる、請求項1又は2に記載の積層体。
  5. 前記基材に含まれる紫外線吸収剤が1%以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の積層体。
  6. 全光線透過率が80%以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の積層体。
  7. 耐候性試験後のHazeが12%以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の積層体。
  8. 前記基材が芳香族基を有する化合物を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の積層体。
  9. 前記基材がポリカーボネート又はアクリル樹脂を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の積層体。
  10. 前記無機化合物粒子の平均粒径が200nm未満である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の積層体。
  11. 前記保護層中の前記無機化合物粒子の粒子分散度が0.5以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の積層体。
  12. 前記無機化合物粒子が、酸化ケイ素粒子又はその複合粒子である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の積層体。
  13. 前記保護層が、前記無機化合物粒子と、該無機化合物粒子にカップリング剤を介して結合している前記ポリマーとを含有する有機無機複合体を含み、
    前記カップリング剤が下記式(I)で表される構造を有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の積層体。
    X−Si(R11)(R12)(R13)・・・(I)
    (式中、Xは重合開始基を示し、R11及びR12はそれぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基を示し、R13は炭素数1〜9のアルコキシ基、水酸基、水素原子又はハロゲン原子を示す。)
  14. 前記保護層が、前記有機無機複合体を含むコーティング材を、前記基材に塗工して得られた層である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の積層体。
  15. 前記ポリマーの分子量が10000〜100000g/molである、請求項1〜14のいずれか一項に記載の積層体。
  16. 第二の保護層を更に有し、
    前記第二の保護層が、無機化合物粒子と、該無機化合物粒子に結合しているポリマーとを含有する有機無機複合体を含み、
    該ポリマーの分子量が10000〜100000g/molであり、分子量分布が2.3以下であり、
    前記第二の保護層中の前記無機化合物粒子の粒子分散度が0.8以下である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の積層体。
  17. 770〜1000nmに含まれる特定波長の光を更に反射する、請求項16に記載の積層体。
  18. ハードコート層を更に有する、請求項1〜17のいずれか一項に記載の積層体。
  19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の積層体を備える、窓材。
  20. 請求項19に記載の窓材を備える、車両。
  21. 請求項19に記載の窓材を備える、建築物。
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