JP2017124529A - 防曇フィルム及び防曇用組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
防曇層は、1種類以上の微細化セルロースと、1種類以上の多価金属イオンと、を含有しており、
微細化セルロースの、数平均短軸径は1nm以上500nm以下であり、数平均長軸径は0.05μm以上50μm以下であり、グルコピラノース単位のヒドロキシ基の少なくとも一部がカルボキシ基に変換されている、ことを特徴とする防曇フィルムである。
本発明に係る防曇層12は少なくとも1種類以上の微細化セルロースと少なくとも1種類以上の多価金属イオンを含有する。
グルコピラノース単位の少なくとも一部のヒドロキシ基(OH基)がカルボキシ基に酸
化された微細化セルロースを用いることにより、微細化セルロースの少なくとも一部のカルボキシ基が多価金属イオンと架橋構造を有するために耐水性が向上する。また、このカルボキシ基は、水垢の原因となるカルシウムイオンを補足することができる。
微細化セルロースの短軸の数平均短軸径が、1nm以上500nm以下であり、長軸の数平均長軸径は0.05μm以上50μm以下の微細化セルロースを含有することにより、耐水性、耐水垢性に優れ、長期間に渡り高い防曇効果を有する。また、強度が高く、高い透明性を有し、熱による寸法変化の少ない防曇フィルムを得ることができる。
微細化セルロースとは、その構造の少なくとも一辺がナノメートルオーダーであるセルロースのことを示し、その調製方法については特に限定されない。通常、微細化セルロースは、ミクロフィブリル構造由来の繊維形状を取る。本実施形態に用いる微細化セルロースとしては、以下に示す特徴を有することが好ましい。防曇層12に微細化セルロースを用いることにより、塗工性に優れ、耐湿性、耐水性、耐水垢性、透明性に優れ、高い強度を有し、熱による寸法変化の少ない防曇フィルムを得ることができる。
また、微細化セルロースの長軸の数平均長軸径は0.05μm以上50μm以下であることが望ましい。数平均長軸径が0.05μm未満であると防曇層12の機械的強度が低下する。数平均長軸径が500μmを超えると、防曇フィルムの透明性が低くなる。
更に好ましくは、0.1μm以上10μm以下である。
特に特開2008−1728号公報に示されたCSNFを用いれば、繊維表面に高密度に存在するカルボキシ基が多価金属イオンにより架橋構造を有するため、耐水性、耐水垢性が良好になり、高い防曇効果と透明性を維持した防曇フィルムを得ることができる。
特に限定されないが、微細酸化セルロースの製造方法は、酸化工程(セルロース原料からN−オキシル化合物を用いて酸化セルロースを得る工程)と、微細化工程(酸化工程を経た酸化セルロースを水性媒体中で微細化して微細酸化セルロース分散液を調製する工程)とを有することが好ましい。この方法を用いることにより、所望の長軸の数平均軸径、短軸の数平均軸径、カルボキシ基導入量、粘度特性を制御し、防曇効果に優れ、耐水性、耐水垢性、透明性に優れ、強度の高い防曇フィルムを得ることができる。
微細化セルロースの原料としては、特に限定されず、木材セルロースを用いる場合には、針葉樹パルプや広葉樹パルプ、古紙パルプなど、一般的に用いられるものを用いることができる。精製および微細化のしやすさから、針葉樹パルプが好ましい。N−オキシル化合物としては、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−1−オキシラジカル)、2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシル、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、4−エトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、4−アセトアミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、等が挙げられる。
されてしまうおそれがあり、酸化処理においては、酸化が進行するにつれて、カルボキシ基が生成することにより系内のpHが低下してしまうため、酸化処理中、反応系のpHを9以上11以下に保つことが好ましい。
酸化セルロースを微細化する方法としてはまず、酸化セルロースに水性媒体を加えて懸濁させる。水性媒体としては、前述と同様のものが挙げられ、水が特に好ましい。必要に応じて、酸化セルロースや生成する微細セルロース繊維の分散性を上げるために、懸濁液のpH調整を行ってもよい。pH調整に用いられるアルカリ水溶液としては、酸化工程の説明で挙げたアルカリ水溶液と同様のものが挙げられる。
このようにして導入されたカルボキシ基の対イオンは、酸化工程においてpHを調整するのに用いたアルカリ溶液、或いは微細化工程の際のpH調整に用いたアルカリ溶液により変更できる。例えば、水酸化ナトリウム水溶液を用いた場合、カルボキシ基の対イオンはナトリウムイオン(Na+)であり、カルボキシ基はCOO−Na+(Na型)である。得られた分散液は、そのまま、または希釈、濃縮等を行って、防曇フィルムの製造に用いることができる。
多価金属イオンは、微細化セルロースの少なくとも2つ以上のカルボキシ基と配位(イオン結合)するため、架橋構造を形成し、耐水性を向上することができる。また、水垢の原因となるカルシウムイオン(Ca2+)が表面に残留した場合も、微細化セルロース層内に入り、カルボキシ基に配位することで、水垢を防ぎ、更に耐水性を向上させる。
多価金属イオンとしては、例えば、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、カドミウムイオン、ニッケル(II)イオン、亜鉛イオン、銅(II)イオン、水銀(II)イオン、コバルト(II)イオン、錫(II)イオン、マンガン(II)イオン、アルミニウムイオン、鉄(III)イオン、クロム(III)イオン、錫(IV)イオン、マンガン(IV)イオンが挙げられる。特に、安全性、耐水性の観点から、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、アルミニウムイオンが好ましい。
微細化セルロースが、電子線照射、ガンマー線照射、紫外線照射のうち少なくとも1種類以上の方法により架橋構造を形成されることが好ましい。特に電子線、ガンマー線を照射することで、耐水性を向上することができる。
防曇層12には、必要に応じて添加剤を含有しても構わない。例えば、水溶性高分子、可塑剤、紫外線遮蔽材、赤外線遮蔽材、抗菌剤、微粒子等を含有することができる。
可塑剤としては、フタル酸エステル系可塑剤、芳香族カルボン酸エステル系可塑剤、脂肪族二塩基酸エステル系可塑剤、脂肪族エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、エポキシ系可塑剤、含塩素系可塑剤、ポリエステル系可塑剤、グリコール系可塑剤、糖アルコール系可塑剤等が挙げられる。
微細化セルロースと可塑剤の相溶性が低いと、延伸性、成型性の向上効果が得られ難く、微細化セルロースと可塑剤とが分離して、表面に可塑剤がにじみ出る現象(浸出)、汗をかいたような現象(発汗)、透明度がなくなる現象(失透)、白濁が起こることがある。微細化セルロースとの相溶性が高く、透明性が良好で、発汗性が見られない点から、グリコール系可塑剤、糖アルコール系可塑剤がより好ましい。
可塑剤の含有量は、防曇層12(100質量%)に対し、0.01質量%以上30質量%以下が好ましく、0.1質量%以上20質量%以下がより好ましい。
タンパク質としては、ゼラチン、カゼイン、コンドロイチン硫酸ナトリウム等が挙げられる。
ビニル系樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン・ビニルアセテート共重合体等が挙げられる。
アクリル系樹脂としては、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシビニルポリマー、ポリアクリルアミド、アクリルアミド・アクリレート共重合体等が挙げられる。
ポリエチレン系樹脂としては、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール等が挙げられる。
中でも、ビニル系樹脂やポリエチレン系樹脂は、微細化セルロースとの相溶性が良好で、均一な防曇層12を形成することができるため、好ましい。水溶性高分子は、1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。また、環境負荷の観点から、天然由来の高分子であることが望ましい。
水溶性高分子の含有量は、防曇層12(100質量%)に対し、0.01質量%以上80質量%以下が好ましく、0.1質量%以上50質量%以下がより好ましい。
紫外線遮蔽材の防曇層12における含有量は、特に限定されないが、0.1質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
防曇フィルム1の基材11は、プラスチック材料であることが好ましい。プラスチック材料は、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等。)、ポリエステル(ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート等。)、ポリアミド(ナイロン−6、ナイロン−66等。)、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、アクリルセルロース(トリアセチリルセルロース、ジアセチルセルロース等。)等が挙げられる。
コロナ処理、プラズマ処理等が挙げられる。
基材11の一方の面に形成された防曇層12とは反対側の面に粘着層13を設けることが好ましい。粘着層13を設けることにより、建物や車の窓等に貼り付けることができる。粘着層13に用いる材料は特に限定するものではなく、公知の樹脂等を用いることができる。例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの1種類または複数種類を混合して使用することができる。
防曇フィルム1の製造方法は特に限定されないが、例えば次のように製造することができる。
1.基材11の片面に表面処理層を形成する工程
2.表面処理層上に接着層を形成する工程
3.接着層上に防曇層12を形成する工程
4.防曇層12に多価金属イオンを含有させる工程
5.粘着層13を形成する工程
基材11の片面に表面処理を施し表面処理層を形成する場合、表面処理の方法は限定されず、公知の方法を用いることができる。表面処理の方法としては、例えばコロナ処理、プラズマ処理等が挙げられる。特に、大気中にてインラインで処理可能なコロナ処理を用いると生産性が良好である。
基材11と防曇層12の間に接着層を設ける場合の接着層の形成方法は、公知の方法を用いることができる。例えば、樹脂エマルション等をコーティングすることで接着層を形成させても構わない。コーティングの方法は、常温乾燥コーティング、加熱硬化コーティング、電着コーティング等の公知の方法を用いることができる。コーティングを行う際のコーティング液の溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類を用いることが好ましい。
以下であることが好ましく、より好ましくは1質量%以上20質量%以下である。前記固形分濃度が下限値以上であれば、塗工後の乾燥が容易になる。前記固形分濃度が上限値以下であれば、塗工性がより良好になる。
防曇層12の形成方法は限定されず、公知の方法により防曇層12を形成することができる。例えば、コーティングにより防曇層12を形成することができる。コーティングの方法は、常温乾燥コーティング、加熱硬化コーティング、電着コーティング等の公知の方法を用いることができる。
防曇層12に多価金属イオンを含有させる方法は、特に限定されるものではないが、微細化セルロースの製造工程及び微細化セルロース製造工程の後にて含有させてもよく、防曇層形成工程にて含有させてもよく、防曇層12を形成後に含有させてもよい。
例えば、微細化セルロースを製造する工程で多価金属イオンを含有させる場合、酸化工程で得られた酸化パルプの分散液に多価金属塩を含有する水溶液を添加し、攪拌することで、多価金属イオンを含有させることができる。微細化セルロースを製造した後で多価金属イオンを含有させる場合、多価金属塩を含有する水溶液を添加することができる。防曇層12を形成した後に多価金属イオンを含有させる場合は、防曇層12を形成後、多価金属塩を含有する水溶液を塗布することで、多価金属塩を含浸させてもよい。
粘着層13を形成する方法は、特に限定しないが、公知のコーティング手法により粘着層13を形成できる。例えば、表面に剥離層を有する支持体に粘着層13をコーティングし、基材11の防曇層12が形成された面とは反対側の面に貼り合わせることができる。貼りあわせの方法は、ドライラミネート、熱ラミネート等公知の方法を用いることができる。
<実施例1−1>
(木材セルロースのTEMPO酸化)
針葉樹クラフトパルプ70gを蒸留水3500gに懸濁し、蒸留水350gにTEMPOを0.7g、臭化ナトリウムを7g溶解させた溶液を加え、20℃まで冷却した。ここに2mol/L、密度1.15g/mLの次亜塩素酸ナトリウム水溶液450gを滴下により添加し、酸化反応を開始した。系内の温度は常に20℃に保ち、反応中のpHの低下
は0.5Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加することでpH10に保ち続けた。セルロースの質量に対して、水酸化ナトリウムが3.00mmol/gになった時点で、過剰量のエタノールを添加し反応を停止させた。その後、ガラスフィルターを用いて蒸留水によるろ過洗浄を繰り返し、酸化パルプを得た。
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプを固形分重量で0.1g量りとり、1%濃度で水に分散させ、塩酸を加えてpHを2.5とした。その後0.5M水酸化ナトリウム水溶液を用いた電導度滴定法により、カルボキシ基量(mmol/g)を求めた。結果は1.61mmol/gであった。
TEMPO酸化パルプの結晶化度を算出した。測定には試料水平型多目的X線回折装置(UltimaIII、Rigaku)を用い、X線出力:(40kv、40mA)の条件で、5°≦2θ≦35°の範囲でX線回折パターンを測定した。本発明において得られるX線回折パターンは全てセルロースI型結晶構造に由来するものであるため、以下に示す手法によって結晶化度を算出した。
結晶化度(%)=〔(I22.6−I18.5)/I22.6〕×100
ただし、I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、及びI18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す。
TEMPO酸化で得た酸化パルプ1gを99gの蒸留水に分散させ、ジューサーミキサーで30分間微細化処理し、微細化セルロース濃度が1質量%の微細化セルロース水分散液を得た。微細化セルロース水分散液に含まれる微細化セルロースの数平均短軸径は4nmであった。
1質量%の微細化セルロース分散液に、塩化カルシウム水溶液を添加して1時間攪拌した。
原子間力顕微鏡を用いて微細化セルロースの数平均短軸長を算出した。まず微細化セルロースの分散液を0.001%となるように希釈したのち、マイカ板上に20μLずつキャストして風乾した。乾燥後に原子間力顕微鏡(AFM5400L、日立ハイテク社製)を用い、DFMモードで微細化セルロースの形状を観察した。微細化セルロースの数平均短軸径は、原子間力顕微鏡による観察画像から100本の繊維の長軸径(最大径)を測定し、その平均値として求めた。
微細化セルロース分散液の固形分濃度1%の分散体において、光路長1cmの石英セルにて、分散媒をリファレンスとして、波長が660nmの光透過率を分光光度計(日本分光、NRS−1000)にて測定した。
PET基材の片面にコロナ処理を施し、微細化セルロースと多価金属イオンを含む分散液を、塗工液として(固形分濃度1質量%)、バーコーターに塗工し、120℃にて乾燥して防曇層(厚さ1.3μm)を形成した。
実施例1−1の多価金属塩の添加において、微細化セルロース分散液に、塩化カルシウム水溶液の代わりに塩化マグネシウムを添加した以外は実施例1−1と同様に防曇フィルムを作製した。
実施例1−1の多価金属塩の添加において、微細化セルロース分散液に、塩化カルシウム水溶液の添加をせずに、防曇フィルムを製造し、その後、防曇層の上に水酸化カルシウムの水溶液を塗工して含浸させ、その後120℃で乾燥させた以外は実施例1と同様に防曇フィルムを作製した。
実施例1−1において、微細化セルロース分散液を蒸留水に分散させ(固形分濃度2質量%)、架橋剤Aとしてビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体(商品名「ガントレッツAN−119」、アイエスピージャパン製)を微細化セルロースの固形分濃度に対して5質量%を加えて攪拌して塗工液を作製した以外は実施例1と同様に防曇フィルムを作製した。
実施例1−1において、微細化セルロース分散液中に分散させて固形分濃度2質量%の微細化セルロース水分散液を調製した。続いて、固形分濃度2質量%の微細化セルロース水分散液に対し、同量の固形分濃度2質量%のポリビニルアルコール(商品名「PVA124」、クラレ社製)を加えて攪拌し、塗液を作製した以外は実施例1と同様に防曇フィルムを作製した。
実施例1−1の木材セルロースのTEMPO酸化において、TEMPO酸化の反応温度が30℃であること以外は、実施例1と同様に微細化セルロースを製造し、防曇フィルムを製造した。尚、酸化パルプのカルボキシ基量は1.57mmol/gであり、長軸径は564nmであった。
実施例1において、TEMPO酸化の反応温度が40℃であること以外は、実施例1と同様に微細化セルロースを製造し、防曇フィルムを製造した。尚、酸化パルプのカルボキシ基量は1.55mmol/gであり、長軸径は302nmであった。
実施例1−1の木材セルロースのTEMPO酸化において、水酸化カルシウム水溶液を添加しなかった以外は実施例1と同様に防曇フィルムを作製した。
実施例1−1において、微細化セルロース分散液の代わりに、固形分濃度2質量%の水溶性高分子Aとしてポリビニルアルコール(商品名「PVA124」、クラレ製)を、塗液としてフィルムを作製した以外は実施例1−1と同様に防曇フィルムを作製した。
実施例1−1において、微細化セルロース分散液の代わりに、固形分濃度2質量%の水溶性高分子Bとしてカルボキシメチルセルロース(商品名「CMC1180」、ダイセルファインケム製)を、塗液としてフィルムを作製した以外は実施例1と同様に防曇フィルムを作製した。
<防曇性の評価>
50℃の温水を入れた恒温槽の上部に、作製した防曇フィルムを防曇層が内側になるように覆い、防曇フィルムが曇り始めるまでの時間を測定した。
以下の評価基準により評価を行った。
○:2分以上目視で恒温槽内を観察できた。
△:30秒以上2分以内に目視で恒温槽内を観察できなくなった。
×:30秒以内に目視で恒温槽内を観察できなくなった。
40℃の温水の入った恒温槽に、作製した防曇フィルムを浸漬し、1日置いた。1日経過後、フィルムを室温環境で乾燥させた。その後、50℃の温水を入れた恒温槽の上部に、作製したフィルムを防曇層が内側になるように覆い、防曇フィルムが曇り始めるまでの時間を測定した。
以下の評価基準により評価を行った。
○:1分以上目視で恒温槽内を観察できた。
△:10秒以上1分以内に目視で恒温槽内を観察できなくなった。
×:10秒以内に目視で恒温槽内を観察できなくなった。
50℃の温水の入った恒温槽の上部に、作製した防曇フィルムを防曇層が内側になるように覆った状態で5分間置いた後、室温環境で1時間静置し、フィルム乾燥させた。このサイクルを5回実施後、ヘイズメーターにてヘイズを測定した。水痕は目視で白濁して見えるため、試験前後のヘイズ差を測定することにより水垢による水痕の指標とできる。
以下の評価基準により評価を行った。
○:防曇試験前後のヘイズ差が0.5%未満であった。
△:防曇試験前後のヘイズ差が0.5%以上1.0%未満であった。
×:防曇試験前後のヘイズ差が1.0%以上であった。
11 基材
12 防曇層
13 粘着層
Claims (13)
- 透明な基材の少なくとも一方の面に防曇層を備えた防曇フィルムにおいて、
前記防曇層は、1種類以上の微細化セルロースと、1種類以上の多価金属イオンと、を含有しており、
前記微細化セルロースの、数平均短軸径は1nm以上500nm以下であり、前記微細化セルロースの数平均長軸径は0.05μm以上50μm以下であり、前記微細化セルロースのグルコピラノース単位のヒドロキシ基の少なくとも一部がカルボキシ基に変換されている、ことを特徴とする防曇フィルム。 - 前記多価金属イオンが、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄のうち少なくとも1種類以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の防曇フィルム。
- 前記微細化セルロースの有するカルボキシ基量が、0.1mmol/g以上3.0mmol/g以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の防曇フィルム。
- 前記微細化セルロースの少なくとも一部のグルコピラノースのC6位のOH基が選択的に酸化されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の防曇フィルム。
- 前記微細化セルロースの少なくとも一部が架橋構造を形成していることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の防曇フィルム。
- 前記架橋構造が、カルボジイミド化合物、グリオキサール、ビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、ビニルスルホン化合物、および有機チタン化合物や有機ジルコニウム化合物のうち1種類以上を含む架橋剤により形成されたことを特徴とする請求項5に記載の防曇フィルム。
- 前記防曇層が、少なくとも抗菌剤を含んでいることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の防曇フィルム。
- 前記抗菌剤が少なくとも1種類以上の金属を含むことを特徴とする請求項7に記載の防曇フィルム。
- 前記防曇層が、少なくとも赤外線遮蔽材料を含むことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の防曇フィルム。
- 前記赤外線遮蔽材料が、金属、金属酸化物のうち1種類以上を含むことを特徴とする請求項9に記載の防曇フィルム。
- 前記透明な基材がプラスチック基材であり、その片面に前記防曇層が形成されており、もう一方の面には粘着層が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の防曇フィルム。
- 前記防曇フィルムにおいて、前記粘着層の透明な基材とは反対側の面に剥離層を設けたことを特徴とする請求項11に記載の防曇フィルム。
- 1種類以上の微細化セルロースとを含有しており、
前記微細化セルロースの数平均短軸径は1nm以上500nm以下であり、
前記微細化セルロースの数平均長軸径は0.05μm以上50μm以下であり、
前記微細化セルロースのグルコピラノース単位のヒドロキシ基の少なくとも一部がカルボキシ基に変換されており、
前記微細化セルロースの結晶化度が70%以上であり、
前記微細化セルロースの固形分濃度が1%の分散体において、光路長1cm、波長が660nmの光線透過率が分散媒をリファレンスとして80%以上であることを特徴とする防曇用組成物。
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