JP2015193757A - 塗料組成物、ハードコート層およびハードコート層付き光学基材ならびにこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平均粒子径が5〜50nmの範囲にありTi、Zn、SnおよびZrから選ばれる1種または2種以上の金属成分を含む結晶性無機酸化物微粒子と、重合性有機ケイ素化合物と、硬化触媒と、分散媒とを含む分散液を準備する工程(I)、および前記分散液から前記分散媒の全部または一部を揮発させて除去することにより、粘度が10〜40mPa・sの塗料組成物を得る工程(II)を含むハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
【選択図】なし
Description
さらに、薄い塗膜の形成を複数回を繰り返して厚いハードコート層を形成することは可能であるが、この方法では、ハードコート層の形成に時間がかかり、生産性に劣る。
[1]
(I)平均粒子径が5〜50nmの範囲にありTi、Zn、SnおよびZrから選ばれる1種または2種以上の金属成分を含む結晶性無機酸化物微粒子と、重合性有機ケイ素化合物と、硬化触媒と、分散媒とを含む分散液を準備する工程、および
(II)前記分散液から前記分散媒の全部または一部を揮発させて除去することにより、粘度が10〜40mPa・sの塗料組成物を得る工程
を含むハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
前記分散媒を含まないか40質量%以下の割合で含有する上記[1]に記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
前記工程(II)を温度25〜50℃で実施する上記[1]または[2]に記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
前記工程(II)を減圧下で実施する上記[1]〜[3]のいずれかに記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
前記工程(I)において、前記結晶性無機酸化物微粒子、前記重合性有機ケイ素化合物、前記硬化触媒および前記分散媒を含む混合液を、熟成させ、次いでレベリング剤と混合して前記分散液を得る、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
前記結晶性無機酸化物微粒子が、表面にグリシドキシ基および/または(メタ)アクリロイルオキシ基を有するコアシェル型粒子である、上記[1]〜[5]のいずれかに記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
前記重合性有機ケイ素化合物の一部または全部がγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランである上記[1]〜[6]のいずれかに記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
上記[1]〜[7]のいずれかに記載の方法で製造されるハードコート層形成用塗料組成物。
上記[1]〜[7]のいずれかに記載の方法でハードコート層形成用塗料組成物を製造する工程、および
被塗布物の表面に、ディップコート法により前記塗料組成物を塗布し、次いで硬化させてハードコート層を形成する工程
を含むハードコート層の製造方法。
ディップコート法による前記塗料組成物の1回の塗布で形成される前記ハードコート層の厚さが6〜30μmである、上記[9]に記載のハードコート層の製造方法。
前記ハードコート層の屈折率が1.50〜1.80の範囲にある上記[9]または[10]に記載のハードコート層の製造方法。
上記[9]〜[11]のいずれかの方法で製造されるハードコート層。
上記[1]〜[7]のいずれかに記載の方法でハードコート層形成用塗料組成物を製造する工程、および
光学基材の表面に、ディップコート法により前記塗料組成物を塗布し、硬化させてハードコート層を形成する工程
を含むハードコート層付き光学基材の製造方法。
ディップコート法による前記塗料組成物の1回の塗布で形成される前記ハードコート層の厚さが6〜30μmである、上記[13]に記載のハードコート層付き光学基材の製造方法。
前記ハードコート層の屈折率が1.50〜1.80の範囲にある上記[13]または[14]に記載のハードコート層の製造方法。
上記[13]〜[15]のいずれかに記載の方法で製造されるハードコート層付き光学基材。
また、本発明のハードコート層の製造方法またはハードコート層付き光学基材の製造方法によれば、厚く、耐擦傷性、透明性等に優れたハードコート層、ないしこのようなハードコート層を備えたハードコート層付き光学基材を提供することができる。
本発明に係るハードコート層形成用塗料組成物の製造方法は、
(I)平均粒子径が5〜50nmの範囲にありTi、Zn、SnおよびZrから選ばれる1種または2種以上の金属成分を含む結晶性無機酸化物微粒子と、重合性有機ケイ素化合物と、硬化触媒と、分散媒とを含む分散液を準備する工程、および
(II)前記分散液から前記分散媒の全部または一部を揮発させて除去することにより、粘度が10〜40mPa・sの塗料組成物を得る工程
を含む製造方法である。
<工程(I)>
前記工程(I)では、無機酸化物微粒子(A)、重合性有機ケイ素化合物(B)、硬化触媒(C)および分散媒(D)を含む分散液を準備する。
結晶性無機酸化物微粒子は、その粒子形状は、球状、鎖状、異形状、金平糖状などを用いることができ、特に規定されるものではない。
紫外線吸収能が高いことからは、前記結晶性無機酸化物微粒子(A)は、その大半(例えば80質量%以上)または全部がTi、Zn、Snから選ばれる金属元素を含む微粒子であることが好ましい。
前記コアシェル型微粒子(ii)を構成する核粒子と被覆層との質量比(被覆層/核粒子)は、好ましくは5〜100であり、より好ましくは10〜80である。前記質量比がこの範囲にあると、前記コアシェル型微粒子(ii)は分散液中で安定性に優れ、この分散液を用いると、均一で安定な塗膜を形成できるだけでなく、核粒子に光活性点が存在したとき、被覆層でその性質を抑制する効果も奏される。
ケイ素酸化物層を有すると、コアシェル型微粒子の屈折率を調整することができるほか、得られる塗膜の耐光性、耐候性、密着性を向上させることができる。
前記結晶性無機酸化物微粒子(A)の比表面積は、好ましくは60〜400m2/g、より好ましくは100〜300m2/gの範囲にある。
前記結晶性無機酸化物微粒子(A)は、たとえば特開2000−204301号公報、特開2002−363442号公報、特開2010-168266号公報などに記載された方法により製造することができる。
工程(I)で準備される前記分散液および工程(II)で得られる塗料組成物に含まれる前記結晶性無機酸化物微粒子(A)の量は、後述する重合性有機ケイ素化合物(B)の量を100質量部とすると、分散液および塗料組成物中での前記結晶性無機酸化物微粒子(A)の安定性に優れ、この塗料組成物を用いると、均一で安定でかつ膜強度を有する塗膜を得られることから、好ましくは10質量部以上、より好ましくは25質量部以上であり、分散液および塗料組成物中での前記結晶性無機酸化物微粒子(A)の安定性に優れ、この塗料組成物を用いると、均一で安定な透明塗膜を得られることから、好ましくは150質量部以下、より好ましくは120質量部以下である。
前記重合性有機ケイ素化合物(B)は、重合することにより、本発明に係る塗料組成物から形成される塗膜の中で、前記無機酸化物微粒子(A)のバインダーとして機能する。
R1 aR2 bSi(OR3)4-(a+b) (I)
(式中、R1は炭素数1〜6のアルキル基、ビニル基を含有する炭素数8以下の有機基、エポキシ基を含有する炭素数8以下の有機基、メタクリロキシ基を含有する炭素数8以下の有機基、メルカプト基を含有する炭素数1〜5の有機基またはアミノ基を含有する炭素数1〜5の有機基であり、
R2は炭素数3以下のアルキル基、アルキレン基、シクロアルキル基もしくはハロゲン化アルキル基またはアリル基であり、
R3は炭素数3以下のアルキル基、アルキレン基またはシクロアルキル基である。
また、aは0または1の整数、bは0、1または2の整数である。)
前記硬化触媒(C)としては、アジピン酸、イタコン酸、リンゴ酸、無水トリメリト酸、無水ピロメリト酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸等の有機カルボン酸;トリス(2,4−ペンタンジオナト)アルミニウム(III)などの一般式:M(CH2COCH2COCH3)n(ここで、Mは金属元素であり、nは金属元素Mの価数である。)で示される金属アセチルアセトナート;チタンアルコキシド、ジルコアルコキシド等の金属アルコキシド;酢酸ナトリウム、酢酸カリウム等のアルカリ金属有機カルボン酸塩;過塩素酸リチウム、過塩素酸マグネシウム等の過塩素酸類;グアニジン、グアニジン有機酸、グアニジン無機酸塩、アルキルグアニジン、アミノグアニジン、ジシアンジアミド等のシアナミド骨格を有する化合物などを挙げることができる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記分散媒(D)としては、水および有機溶媒(本明細書においては、溶媒と分散媒とを特に区別せずに、溶媒と記載することがある。)が挙げられる。前記有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類;メチルエチルケトン、ジアセトンアルコール等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセルソルブ類などが挙げられる。これらの中でも、メタノール等の低級アルコールや水が好ましい。これらの溶媒は1種単独で使用してもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。
工程(I)で準備される前記分散液および工程(II)で得られる前記塗料組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、添加剤(E)が配合されていてもよい。添加剤(E)としては、例えば、レベリング剤、界面活性剤、酸化防止剤、ラジカル補足剤、紫外線安定剤、紫外線吸収剤、離型剤、着色防止剤、帯電防止剤、蛍光染料、染料、顔料、香料、可塑剤、光増感剤、安定剤等の添加剤が挙げられる。
工程(I)では、上記の各成分を混合して前記分散液を調製することによって前記分散液を準備してもよく、市販品を入手することによって前記分散液を準備してもよい。
熟成は、好ましくは前記混合液を5〜40℃で1〜48時間撹拌することにより実施される。
前記分散液の固形分濃度は、好ましくは10〜60質量%、より好ましくは15〜55質量%である。
前記工程(II)では、工程(I)で準備された前記分散液から前記分散媒の全部または一部を揮発させて除去することにより、粘度が10〜40mPa・sの塗料組成物を得る。
このように前記工程(I)で得られた前記分散液から前記分散媒の全部または一部を揮発させて除去することにより、ハードコート層形成用塗料組成物が得られる。
本発明に係るハードコート層の製造方法は、上述した本発明に係るハードコート層形成用塗料組成物の製造方法によりハードコート層形成用塗料組成物を製造する工程、および被塗布物(たとえば、光学基材)の表面に、ディップコート法により前記塗料組成物を塗布し、次いで硬化させてハードコート層を形成する工程を含むことを特徴としている。
本発明に係る塗膜は、光学基材または後述する中間層の表面に、本発明に係る塗料組成物を塗布し、硬化させることにより形成することができる。
前記光学基材としては、公知のものを特に制限なく使用することが可能であり、ガラス板、眼鏡レンズ、光学レンズ等、ポリカーボネート、アクリル樹脂、PET、TAC等のプラスチックシート、プラスチックフィルム等、プラスチックパネル、自動車用樹脂窓等が挙げられる。中でも樹脂系基材は好適に用いることができる。
前記光学基材と前記塗膜(ハードコート層)との間には、光学基材と前記塗膜との接着性の向上、塗膜付きプラスチックレンズの耐衝撃性の向上などを目的として光学基材とハードコート層等の塗膜との間に従来設けられていた中間層(プライマー層などともいう。)が設けられてもよい。
また前記中間層は、フォトクロミック性を有していてもよい。フォトクロミック性を有する中間層は、前記中間層を形成するため塗料組成物として、フォトクロミック性を有する化合物が配合されたものを使用することにより、形成することができる。
前記中間層の厚さは、たとえば0.1〜200μm、さらに好ましくは0.5〜100μmである。
本発明に係る塗膜付き光学物品において、前記塗膜(ハードコート層)の表面にはさらに反射防止層が設けられていてもよい。前記反射防止層を形成する方法としては、公知の方法を使用することができる。
本発明に係る塗膜付きプラスチックレンズにおける積層構成の例としては、
ハードコート層/光学基材/ハードコート層、
ハードコート層/中間層/光学基材/ハードコート層、
反射防止層/ハードコート層/光学基材/ハードコート層、
反射防止層/ハードコート層/中間層/光学基材/ハードコート層
ハードコート層/光学基材/ハードコート層、
ハードコート層/中間層/光学基材/ハードコート層、
ハードコート層/中間層/光学基材/中間層/ハードコート層、
反射防止層/ハードコート層/光学基材/ハードコート層/反射防止層
反射防止層/ハードコート層/中間層/光学基材/ハードコート層/反射防止層
反射防止層/ハードコート層/中間層/光学基材/中間層/ハードコート層/反射防止層
などが挙げられ、中間層および光学基材は、それぞれフォトクロミック性を有するものであってもよい。
[測定方法および評価試験方法]
本発明の実施例その他で使用された測定方法および評価試験方法は以下の通りである。
(1)平均粒子径の測定方法
結晶性無機酸化物微粒子の平均粒子径は、次のように測定した。まず、結晶性無機酸化物微粒子を含む分散液(または混合液)を水分散液(ゾル)の場合は蒸留水で、メタノール分散液(ゾル)の場合はメタノールにて約1,000倍希釈してコロジオン膜付金属グリッド(応研商事(株))に塗布し250Wランプにて30分間照射して溶媒を飛散し測定用サンプルを調製した。この測定用サンプルを用いて、高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)((株)日立ハイテクノロジーズ製S−5500)を用いて、加速電圧30kVの条件下、倍率25万倍でSEM写真を撮影し、この写真に撮影された任意の100個以上の結晶性無機酸化物微粒子について、それぞれの粒子径を写真上で計測し、それらの平均をとることにより平均粒子径を求めた。
結晶性無機酸化物微粒子を含む分散液を乾燥させて得られた粉体を磁製ルツボ(B−2型)に約30ml採取し、300℃の温度で2時間乾燥後、デシケータに入れて室温まで冷却し、測定用サンプルを得た。次に、このサンプルを1g取り、全自動表面積測定装置(湯浅アイオニクス社製、マルチソーブ12型)を用いて、粒子の比表面積(m2/g)をBET法にて測定した。
<チタニウム、ケイ素、スズの含有量>
固形分濃度10重量%の結晶性無機酸化物微粒子を含む水分散液3gを容量30mlの蓋付きジルコニアボールに採取し、乾燥(200℃、20分)させ、焼成(700℃、5分)した後、Na2O2 2gおよびNaOH 1gを加えて15分間溶融した。さらに、HCl 50mlと水200mlを加えて溶解したのち、純水で500mlになるよう希釈して試料とした。得られた試料について、ICP装置(島津製作所(株)製、ICPS−8100、解析ソフトウェアICPS−8000)を用いて、チタニウム、スズ、ケイ素の含有量を酸化物換算基準(TiO2、SnO2、SiO2)で測定した。
固形分濃度10重量%の結晶性無機酸化物微粒子を含む水分散液9gを容量100mlの白金皿に採取し、サンドバス上で200℃、20分間加熱して乾燥させた後、バーナーで700℃、5分間加熱して有機物を除去後、HF 10mlおよびH2SO4 5mlを加えて白煙が出るまで加熱した。さらに、これを100mlとなるように純水で希釈した後、ジルコニウムはICP装置((株)島津製作所製、ICPS−8100、解析ソフトウェアICPS−8000)を用いて酸化物換算基準(ZrO2)で測定し、カリウムは原子吸光装置((株)日立製作所製、Z−5300、ソフトウェアZ−2000)を用いて酸化物換算基準(K2O)で測定した。
結晶性無機酸化物微粒子の分散液を磁製ルツボ(B−2型)に約30ml採取し、110℃で12時間加熱して乾燥させた後、デシケータに入れて室温まで冷却した。次に、冷却物を乳鉢で15分間粉砕した後、X線回折装置(理学電気(株)製、RINT−2100、Cu−Kα線、40kV、30mA)を用いて結晶形態を測定した。なお、本発明でいう結晶形態は、この測定結果から判定された形態(たとえば、ルチル型など)を示す。
(5)pHの測定方法
試料50mlを入れたセルに、25℃の温度に保たれた恒温槽中で、pH4、7および9の標準液で更正が完了したpHメータ(堀場製作所製、F22)のガラス電極を挿入して、pH値を測定した。
(6)塗料組成物の粘度測定方法
結晶性無機酸化物微粒子を含む塗料組成物を20ml秤量して、粘度計(東機産業(株)製、TV−10M)を用いて室温にて粘度測定を行った。このとき、粘度計のローターの回転数は、試料の粘度が1.0〜10.0mPa・sの範囲にあるときは60rpm、粘度が10.0〜20.0mPa・sの範囲にあるときは30rpm、粘度が20.0〜50.0mPa・sの範囲にあるときは12rpm、粘度が50.0〜100.0mPa・sの範囲にあるときには6rpmとした。
結晶性無機酸化物微粒子を含む塗料組成物を磁製ルツボに約10g採取し、120℃で1時間加熱して乾燥させた後、デシケータに入れて室温まで冷却した。次に、乾燥前後の重量変化から塗料組成物の固形分を下式により算出した。
(塗布組成物の固形分)=100×(乾燥後重量−磁製ルツボ重量)/(乾燥前重量−磁製ルツボ重量)
(8)塗膜の膜硬度(Bayer値)の測定方法
磨耗試験機BTM(米コルツ社製)およびヘーズ値測定装置(NIPPON DENSHOKU製NDH2000)を使用し、プラスチックレンズ基板(後述する試験片。以下「被試験レンズ」ともいう。)と基準レンズとのヘーズ値の変化に基づいてBayer値を算出した。基準レンズとしては、市販のプラスチックレンズ基材CR−39基材(ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、PPG社製モノマー使用、基材の屈折率1.60)を使用した。
R=[D(stdf)−D(std0)]/[D(testf)−D(test0)]
内壁が黒色である箱の中に蛍光灯「商品名:メロウ5N」(東芝ライテック(株)製、三波長型昼白色蛍光灯)を取り付け、プラスチックレンズ基板(後述する試験片)を蛍光灯の直下に、ハードコート層側または反射防止層側を蛍光灯に向けて置き、これらの透明度(曇りの程度)をヘーズメーター(NIPPON DENSHOKU製NDH2000)にて確認し、以下の基準で評価した。
A:ヘーズ値が0.3%未満
B:ヘーズ値が0.3%以上〜1.0%未満
C:ヘーズ値が1.0%以上〜5.0%未満
D:ヘーズ値が5.0%以上
プラスチックレンズ基板(後述する試験片)のハードコート層側または反射防止層側の表面を、#0000スチールウール(日本スチールウール(株)製)を用い、荷重1kg/cm2で幅1cm、3cmの距離を50往復/100秒の条件で擦った後、スチールウール摺動面積に対する傷自体の面積の割合を目視にて判定し、以下の基準で評価した。
評価基準:
A:2%未満
B:2%以上〜30%未満
C:30%以上〜60%未満
D:60%以上
プラスチックレンズ基板(後述する試験片)のハードコート層側または反射防止層側の表面に、ナイフで縦横1mmの間隔でそれぞれ11本の平行な傷を付けて100個の升目を作り、これにセロハンテープを接着し、次いで、セロハンテープを90度方向へ急激に引っ張り、この操作を合計5回行い、塗膜が剥離せず残存している升目の数を、以下の2段階に分類することによって密着性を評価した。
評価基準:
残存升目の数95個以上 :○
残存升目の数95個未満 :×
プラスチックレンズ基板(後述する試験片)をキセノンウエザーメーター(スガ試験機(株)製X−75型)で曝露試験した後、外観の確認および前記の密着性の評価と同様の評価を行い、以下の基準で評価した。なお、曝露時間は、反射防止層を有している基板は250時間、反射防止層を有していない基板は50時間とした。
○:剥離していないマス目の数が95個以上
×:剥離していないマス目の数が95個未満。
プラスチックレンズ基板(後述する試験片)に退色試験用水銀ランプ(東芝(株)製H400−E)により紫外線を50時間照射し、照射前後に塗膜プラスチックレンズ基板の透過率測定(日本電子(株)製、V−550)を行い、照射前後での透過率変化((照射前の透過率−照射後の透過率)/照射前の透過率×100(%))を以下の基準で耐光性を評価した。なお、ランプと塗膜プラスチックレンズ基板との距離は、70mmとし、ランプの出力は、塗膜プラスチックレンズ基板の表面温度が45±5℃となるように調整した。また、この試験は、反射防止層をハードコート層の表面に設けた塗膜プラスチックレンズ基板を対象として行った。
○:透過率変化が5%未満
△:透過率変化が5%以上〜10%未満
×:透過率変化が10%以上
顕微分光測定機(OLYMPUS製USPM−RU)を用いて、プラスチック基板(後述する試験片)の反射率から、塗膜の膜厚および屈折率を測定した。
結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MP−1)の調製
(工程1)チタニウムを主成分とする複合酸化物微粒子(コア粒子)の調製
四塩化チタン(大阪チタニウムテクノロジーズ(株)製)をTiO2換算基準で7.75重量%含む四塩化チタン水溶液93.7kgと、アンモニアを15重量%含むアンモニア水(宇部興産(株)製)36.3kgとを混合し、pH9.5の白色スラリー液を調製した。次いで、このスラリーを濾過した後、純水で洗浄して、固形分含有量が10重量%の含水チタン酸ケーキ72.6kgを得た。
<工程2.1>
オキシ塩化ジルコニウム(太陽鉱工(株)製)をZrO2換算基準で2重量%含むオキシ塩化ジルコニウム水溶液26.3kgに、アンモニアを15重量%含むアンモニア水を撹拌下で徐々に添加して、pH8.5のスラリー液を得た。次いで、このスラリーを濾過した後、純水で洗浄して、ジルコニウム成分をZrO2に換算基準で10重量%含むケーキ5.26kgを得た。
次いで、この混合液(1c)をオートクレーブ(耐圧硝子工業(株)製、50L)に入れて、160℃の温度で18時間、加熱処理を行なったのち、室温まで冷却して、限外濾過膜装置(旭化成(株)製、SIP−1013)を用いて固形分含有量10重量%に濃縮することにより、チタニウムを主成分とするコア粒子の表面を、ジルコニウムおよびケイ素を含む複合酸化物からなるシェルで被覆してなる結晶性無機酸化物微粒子(1)の透明乳白色水分散液(以下、「結晶性無機酸化物微粒子の水分散液(P−1)」ともいう。)3.8kgを調製した。
この結晶性無機酸化物微粒子(1)のX線回折では結晶性ピークが検出され、結晶構造はルチル型であった。
上記工程2で得られた結晶性無機酸化物微粒子の水分散液(P−1)1470gに陽イオン交換樹脂を混合して脱イオン処理した後、前記イオン交換樹脂を分離して得られた分散液に、メタノール(林純薬(株)製、メチルアルコール濃度:99.9重量%)2940gに表面処理剤としてテトラエトキシシラン(多摩化学工業(株)製、正珪酸エチル)133.6gを溶解させたメタノール溶液を撹拌下で添加した後、60℃の温度で20時間、加熱した。
結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MP−2)の調製
(工程1)チタニウムを主成分とする複合酸化物微粒子(コア粒子)の調製
製造例1の工程1と同様の操作を行った。
<工程2.1>
製造例1の工程2.1において、水分散液(C−1)3.0kgに純水12.0kgを加えて固形分含有量を2重量%としたものを90℃の温度に加熱した後、これに前記過酸化ジルコン酸水溶液(1)および珪酸水溶液(1)添加する際に、前記過酸化ジルコン酸水溶液(1)および珪酸水溶液(1)をそれぞれ1.0kgおよび0.8kgに変更したこと以外は、製造例1の工程2.1と同様の操作を行い、混合液(2c)を得た。ここで、過酸化ジルコン酸水溶液(1)中に含まれるジルコン酸をZrO2で表し、珪酸水溶液(1)中に含まれる珪酸をSiO2で表したとき(以下の重量比の式では「SiO2-(1)」と表す。)、これらの重量比(ZrO2/SiO2-(1))は14/86であった。また、混合液(2c)中の無機酸化物微粒子に含まれる金属の重量を酸化物(TiO2、SnO2、SiO2(以下の重量比の式では「SiO2-(2)」と表す。))の重量に換算すると、重量比((ZrO2+SiO2-(1))/(TiO2+SnO2+SiO2-(2)))は7/100であった。
混合液(1c)を混合液(2c)に変更したこと以外は製造例1の工程2.2と同様の操作を行い、チタニウムを主成分とするコア粒子の表面を、ジルコニウムおよびケイ素を含む複合酸化物からなるシェルで被覆してなる結晶性無機酸化物微粒子(2)の透明乳白色水分散液(以下、「結晶性無機酸化物微粒子の水分散液(P−2)」ともいう。)3.8kgを調製した。
この結晶性無機酸化物微粒子(1)のX線回折では結晶性ピークが検出され、結晶構造はルチル型であった。
上記工程2で得られた結晶性無機酸化物微粒子の水分散液(P−2)1470gに陽イオン交換樹脂を混合して脱イオン処理した後、前記イオン交換樹脂を分離して得られた分散液に、メタノール(林純薬(株)製、メチルアルコール濃度:99.9重量%)2940gに表面処理剤としてテトラエトキシシラン(多摩化学工業(株)製、正珪酸エチル)133.6gを溶解させたメタノール溶液を撹拌下で添加した後、60℃の温度で20時間、加熱した。
結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MP−3)の調製
結晶性無機酸化物微粒子の水分散液(C−3)の調製
四塩化チタン(大阪チタニウムテクノロジ-ズ(株)製)をTiO2換算基準で7.75重量%含む四塩化チタン水溶液12.1kgと、アンモニアを15重量%含むアンモニア水(宇部興産(株)製)4.7kgとを混合し、pH9.5の白色スラリー液を調製した。次いで、このスラリーを濾過した後、純水で洗浄して、固形分含有量が10重量%の含水チタン酸ケーキ9.9kgを得た。
次に、得られたチタン系微粒子の焼成粉体0.17kgを純水250.4gに分散させ、これに10重量%濃度の水酸化カリウム水溶液24.8gを添加してpH11.0に調整した。次いで、この混合水溶液に粒子径0.1mmのアルミナビーズ(大明化学工業(株)製 高純度アルミナビーズ)1.27kgを加えて、これを湿式粉砕機(カンペ(株)製バッチ式卓上サンドミル)に供して180分間、前記チタン系微粒子の粉砕処理を行った。その後、石英ビーズを目開き44μmのステンレス製フィルターを用いて分離・除去したのち、さらに純水840.0gを添加して撹拌し、固形分含有量が11重量%の水分散ゾル1.17kgを得た。
さらに、前記と同様な操作を4回繰返し、固形分含有量が2.0重量%のチタン系微粒子(コア粒子)を含む水分散液(C−3)を合計で17.6kgを得た。
製造例2の工程2.2において、チタニウムを主成分とするコア粒子を含む水分散液(C−1)3.0kgを用いる代わりに、上記のチタン系微粒子(コア粒子)を含む水分散液(C−3)15.0kgを用いた以外は製造例2の工程2.2および工程3と同様の操作を行い、コアシェル型結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MP−3)を得た。結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MP−3)の水分含有量、固形分濃度およびpH、ならびに分散液(MP−3)中の結晶性無機酸化物微粒子の物性値を表1に示す。
コアシェル型でない結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MF−1)の調製
製造例1の工程3において、結晶性無機酸化物微粒子の水分散液(P−1)1470gを使用するかわりに、製造例1の工程1で得られたチタニウムを主成分とするコア粒子を含む水分散液(C−1)1470gを使用した以外は製造例1の工程3と同様の操作を行い、コアシェル型でない結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MF−1)を調製した。結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MF−1)の水分含有量、固形分濃度およびpH、ならびに分散液(MF−1)中の結晶性無機酸化物微粒子の物性値を表1に示す。
ハードコート層形成用塗料組成物(H1)の調製
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Momentive Performance Materals Inc.製SILQUEST A−186 SILANE)160.1gとテトラエトキシシラン(多摩化学工業(株)製、正珪酸エチル)40.1gの混合液を液温10℃で撹拌しながら、そこへ0.1Nの塩酸水溶液94.7gを滴下した。更に、この混合液を液温10℃で48時間撹拌して、シラン化合物の加水分解を行い、加水分解液を得た。
ハードコート層形成用塗料組成物(H2)の調製
メタノール除去の際の温浴の温度を30℃から40℃に変更し、メタノール除去にかける時間を1時間から0.5時間に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、ハードコート層形成用塗料組成物(H2)を調製した。塗料組成物の物性を表2に示す。
ハードコート層形成用塗料組成物(H3)の調製
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Momentive Performance Materals Inc.製SILQUEST A−186 SILANE)160.1gを液温10℃で撹拌しながら、そこへ0.01Nの塩酸水溶液47.2gを滴下した。更に、この混合液を液温10℃で48時間撹拌して、シラン化合物の加水分解を行い、加水分解液を得た。
ハードコート層形成用塗料組成物(H4)の調製
メタノール分散液(MP−2)637.9gを製造例3で調製した固形分濃度20.5重量%の結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MP−3)637.9gに変更したこと以外は実施例3と同様の操作を行い、ハードコート層形成用塗料組成物(H4)を調製した。塗料組成物の物性を表2に示す。
ハードコート層形成用塗料組成物(C1)の調製
メタノール除去の際の温浴の温度を30℃から15℃に変更し、減圧度を徐々に上げメタノール除去にかける時間を1時間から12時間に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、ハードコート層形成用塗料組成物(C1)を調製した。塗料組成物の物性を表2に示す。
ハードコート層形成用塗料組成物(C2)の調製
メタノール除去の際の温浴の温度を30℃から60℃に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、ハードコート層形成用塗料組成物(C2)を調製した。塗料組成物の物性を表2に示す。
ハードコート層形成用塗料組成物(C3)の調製
メタノール分散液(MP−1)299.8gを製造例4で調製した固形分濃度20.5重量%の結晶性無機酸化物微粒子のメタノール分散液(MF−1)299.8gに変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、ハードコート層形成用塗料組成物(C3)を調製した。塗料組成物の物性を表2に示す。
プライマー層膜形成用塗料組成物(X1)の調製
市販の熱可塑性樹脂であるポリウレタンのエマルジョン「スーパーフレックス150」(第一工業製薬製、水分散型ウレタンエラストマー固形分含有量30%)205.3gに、上記製造例1で調製した結晶性無機酸化物微粒子群のメタノール分散液(MP−1)164.2gおよびイオン交換水96.9gを加えて10℃で1時間攪拌し、次いで、メタノール(林純薬(株)製、メチルアルコール濃度:99.9重量%)531.1g、およびレベリング剤としてのシリコーン系界面活性剤(東レ・ダウコーニング(株)製、L−7604)0.3gを加えて10℃で一昼夜攪拌して、プライマー層膜形成用塗料組成物(X1)を調製した。
<プラスチックレンズ基板(試験片)の作製>
(1)プラスチックレンズ基材の前処理
市販のプラスチックレンズ基材「モノマー名:MR−8」(三井化学(株)製、基材の屈折率1.60)、「モノマー名:MR−7」(三井化学(株)製、基材の屈折率1.67)および「モノマー名:MR−174」(三井化学(株)製、基材の屈折率1.74)を、40℃に保った10重量%濃度のKOH水溶液に2分間浸漬してエッチング処理を行った。更に、これらを取り出して水洗したのち、十分に乾燥させた。
前処理を行ったプラスチックレンズ基材にプライマー層膜形成用塗料組成物をそれぞれ塗布して塗膜を形成した。なお、この塗料組成物の塗布は、ディッピング法を用いて行った。
このようにして形成された前記プライマー層の予備硬化後の膜厚は、概ね0.5〜1.0μmであった。
前記前処理を行ったプラスチックレンズ基材、またはプライマー層が形成されたプラスチックレンズ基材の表面に、ハードコート層膜形成用の塗料組成物を塗布して塗膜を形成した。なお、この塗料組成物の塗布は、ディッピング法を用いて行った。
このようにして形成された前記ハードコート層の硬化後の膜厚は、概ね10.0〜50.0μmであった。
前記ハードコート層の表面に、以下に示す構成の無機酸化物成分を真空蒸着法によって蒸着させた。ここでは、ハードコート層側から大気側に向かって、SiO2:0.06λ、ZrO2:0.15λ、SiO2:0.04λ、ZrO2:0.25λ、SiO2:0.25λの順序で積層された反射防止層をそれぞれ形成した。また、設計波長λは、520nmとした。
実施例1〜4、比較例1〜3で得られたハードコート層形成用の塗料組成物H1、H2、H3、H4、C1、C2、C3と、任意にプライマー層形成用塗料組成物X1を用いて、表3に示す組み合わせで前処理を行ったプラスチックレンズ基材上にプライマー層膜およびハードコート層膜を形成して試験片1〜13を作製した。試験片8、9、12および13では反射防止層も形成した。
Claims (16)
- (I)平均粒子径が5〜50nmの範囲にありTi、Zn、SnおよびZrから選ばれる1種または2種以上の金属成分を含む結晶性無機酸化物微粒子と、重合性有機ケイ素化合物と、硬化触媒と、分散媒とを含む分散液を準備する工程、および
(II)前記分散液から前記分散媒の全部または一部を揮発させて除去することにより、粘度が10〜40mPa・sの塗料組成物を得る工程
を含むハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。 - 前記分散媒を含まないか40質量%以下の割合で含有する請求項1に記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
- 前記工程(II)を温度25〜50℃で実施する請求項1または2に記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法
- 前記工程(II)を減圧下で実施する請求項1〜3のいずれかに記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
- 前記工程(I)において、前記結晶性無機酸化物微粒子、前記重合性有機ケイ素化合物、前記硬化触媒および前記分散媒を含む混合液を、熟成させ、次いでレベリング剤と混合して前記分散液を得る、請求項1〜4のいずれかに記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
- 前記結晶性無機酸化物微粒子が、表面にグリシドキシ基および/または(メタ)アクリロイルオキシ基を有するコアシェル型粒子である、請求項1〜5のいずれかに記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
- 前記重合性有機ケイ素化合物の一部または全部がγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランである請求項1〜6のいずれかに記載のハードコート層形成用塗料組成物の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の方法で製造されるハードコート層形成用塗料組成物。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の方法でハードコート層形成用塗料組成物を製造する工程、および
被塗布物の表面に、ディップコート法により前記塗料組成物を塗布し、次いで硬化させてハードコート層を形成する工程
を含むハードコート層の製造方法。 - ディップコート法による前記塗料組成物の1回の塗布で形成される前記ハードコート層の厚さが6〜30μmである、請求項9に記載のハードコート層の製造方法。
- 前記ハードコート層の屈折率が1.50〜1.80の範囲にある請求項9または10に記載のハードコート層の製造方法。
- 請求項9〜11のいずれかの方法で製造されるハードコート層。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の方法でハードコート層形成用塗料組成物を製造する工程、および
光学基材の表面に、ディップコート法により前記塗料組成物を塗布し、硬化させてハードコート層を形成する工程
を含むハードコート層付き光学基材の製造方法。 - ディップコート法による前記塗料組成物の1回の塗布で形成される前記ハードコート層の厚さが6〜30μmである、請求項13に記載のハードコート層付き光学基材の製造方法。
- 前記ハードコート層の屈折率が1.50〜1.80の範囲にある請求項13または14に記載のハードコート層の製造方法。
- 請求項13〜15のいずれかに記載の方法で製造されるハードコート層付き光学基材。
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