JP2019142130A - 伸長性ハードコートフィルムならびに成形体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の積層体は、基材層の少なくとも一方の面に、ハードコート層が積層された積層体である。ハードコート層は、耐擦傷性に優れており、室温(20〜25℃)下、1kg/cm2の荷重をかけてスチールウール♯0000で1000回往復(速度10cm/s)摺動しても(擦っても)、表面に傷(例えば、線状傷)がつかないのが好ましく、表面に傷がつかず、かつ表面に変化(例えば、表面が薄く削れて色合いが変わるなどの変化)がないのが特に好ましい。なお、本明細書および特許請求の範囲において、耐擦傷性の評価は、後述する実施例に記載の方法で評価でき、傷の判別は、目視観察により評価する。
フッ素非含有ビニル系化合物としては、例えば、単官能ビニル系化合物[(メタ)アクリル酸エステル、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル系単量体、ビニルピロリドンなどのビニル系単量体、スチレンなどの芳香族ビニル系単量体など]、多官能ビニル系化合物[例えば、多官能(メタ)アクリレートなど]などが挙げられる。これらのビニル系化合物は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、ハードコート層では、耐擦傷性の点から、通常、多官能(メタ)アクリレートが汎用される。
アルキレングリコールジ(メタ)アクリレートとしては、例えば、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(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、オクタンジオール、デカンジオールなどのC2−12アルキレングリコールジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらのアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートは、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートなどのC4−8アルキレングリコールジ(メタ)アクリレートが好ましい。
AO変性多価アルコール(メタ)アクリレ−トにおいて、多価アルコールの価数(ヒドロキシル基の数)は、特に限定されず、2価以上であればよいが、耐擦傷性を向上できる点から、3価以上が好ましい。さらに、多価アルコールの価数は、耐擦傷性と伸長性とを両立できる点から、例えば3〜10価、好ましくは3〜9価、さらに好ましくは4〜8価(特に5〜7価)程度である。
ウレタン(メタ)アクリレートは、ポリイソシアネート類に活性水素原子を有する(メタ)アクリレートを反応させて得られたウレタン(メタ)アクリレートであってもよい。
これらのフッ素非含有ビニル系化合物の中でも、耐擦傷性および伸長性を両立させるためには、少なくともウレタン(メタ)アクリレートを含むのが好ましく、ウレタン(メタ)アクリレートと、ウレタン非含有(メタ)アクリレート[アルキレングリコールジ(メタ)アクリレートおよび/またはAO変性多価アルコール(メタ)アクリレ−ト]との組み合わせが特に好ましい。さらに、両特性を高度に両立させるためには、3000以下の重量平均分子量を有する3官能以上のウレタン(メタ)アクリレートと、AO変性多価アルコール(メタ)アクリレ−ト(特に、4〜8価アルコールの各ヒドロキシル基に1〜3モルのエチレンオキシドが付加した付加体)との組み合わせが最も好ましい。
前記硬化性組成物は、耐擦傷性を向上できる点から、前記フッ素非含有ビニル系化合物に加えて、フッ素含有ビニル系化合物をさらに含むのが好ましい。
前記硬化性組成物は、ハードコート層の製膜性などを向上できる点から、熱可塑性樹脂をさらに含んでいてもよい。
前記硬化性組成物は、耐擦傷性や表面の硬度を向上できる点から、フィラーをさらに含んでいてもよい。
硬化性組成物は、その種類に応じて、さらに硬化剤を含んでいてもよい。例えば、熱硬化性組成物では、アミン類、多価カルボン酸類などの硬化剤を含んでいてもよく、光硬化性組成物では、硬化剤として、光重合開始剤および/または光硬化促進剤を含んでいてもよい。光重合開始剤としては、慣用の成分、例えば、アセトフェノン類またはプロピオフェノン類、ベンジル類、ベンゾイン類、ベンゾフェノン類、チオキサントン類、アシルホスフィンオキシド類などが挙げられる。光硬化促進剤としては、例えば、第三級アミン類(ジアルキルアミノ安息香酸エステルなど)、ホスフィン系光重合促進剤など挙げられる。硬化剤の割合は、フッ素非含有ビニル系化合物100重量部に対して、例えば0.1〜20重量部、好ましくは0.5〜10重量部、さらに好ましくは1〜5重量部程度である。
硬化性組成物は、慣用の添加剤をさらに含んでいてもよい。慣用の添加剤としては、例えば、他の硬化性樹脂(フッ素含有エポキシ樹脂、フッ素含有ウレタン系樹脂など)、レベリング剤(フッ素含有ビニル系化合物を除く)、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤など)、界面活性剤、水溶性高分子、充填剤、架橋剤、カップリング剤、着色剤、難燃剤、滑剤、ワックス、防腐剤、粘度調整剤、増粘剤、消泡剤などが挙げられる。慣用の添加剤の割合は、例えば、フッ素非含有ビニル系化合物100重量部に対して、例えば0.01〜10重量部(特に0.1〜5重量部)程度である。
ハードコート層が前記硬化性組成物の硬化物で形成されている場合、前述のように、ウレタン(メタ)アクリレートに加えてAO変性多価アルコール(メタ)アクリレートを含むのが特に好ましく、所定の割合でAO変性体によるオキシアルキレン基由来のエーテル結合を含むことにより、ハードコート層の耐擦傷性および伸長性のバランスを取ることができる。エーテル結合の有無は、赤外線スペクトルにおいて、1150〜1080cm−1の範囲(吸収ピークとしては1100cm−1付近)にエーテル結合(C−O−C)の逆対称伸縮の吸収が見られることから容易に判別できる。硬化物中のオキシアルキレン単位の割合は、例えば2〜50重量%、好ましくは4〜30重量%、さらに好ましくは5〜20重量%程度である。オキシアルキレン単位の割合が少なすぎると、伸長性が低下する虞があり、逆に多すぎると、耐擦傷性が低下する虞がある。
基材層は、後述する積層体の引張伸度が5%以上を充足できれば、特に限定されず、セラミックや金属などの無機材料で形成されていてもよいが、伸長性および成形性に優れる点から、有機材料が好ましい。
本発明の積層体は、前記基材層の少なくとも一方の面(特に片面)に、前記耐擦傷性を有するハードコート層が積層されており、耐擦傷性に優れるだけでなく、伸長性にも優れている。本発明の積層体は、JIS K6251に準拠した引張伸度が5%以上(例えば5〜20%)であり、好ましくは6%以上(例えば6〜15%)、さらに好ましくは7%以上(例えば7〜13%)、最も好ましくは8%以上(例えば8〜12%)である。なお本明細書および特許請求の範囲において、引張伸度は、JIS K6251に準拠した方法で測定でき、詳細には、後述する実施例に記載の方法で測定できる。
本発明の成形体は、前記積層体を含んでおり、積層体のハードコート層が成形体の表面に位置してハードコート機能を発現できればよく、成形体の形状や構造は特に限定されないが、伸長性を有するため、曲げ加工が必要な成形体に適している。そのため、本発明の成形体は、前記積層体を有し、かつ前記積層体の少なくとも一部が湾曲または屈曲した成形体であってもよい。成形体の形状は、成形方法に応じて、各種の形状を選択できる。インモールドラミネート(IML)などのインモールド成形では、射出成形によって、表面が本発明の積層体で被覆された二次元または三次元形状の成形体を調製でき、熱成形(自由吹込成形、真空成形、折り曲げ加工、圧空成形、マッチモールド成形など)では、本発明の積層体自体を二次成形して容器(凹部を有するシート)などの成形体を調製できる。これらのうち、本発明の積層体は、透明性に優れた積層体も容易に調製できるため、光学用途や装飾(加飾)用途などで汎用されるインモールド成形に特に有効である。インモールド成形では、通常、本発明の積層シートを金型内にインサートした状態で、溶融状態の熱可塑性樹脂または未硬化の硬化性樹脂(または硬化性樹脂を含む組成物)を金型内で射出成形した後、固化することにより、本発明の成形体を得ることができる。光学用途では、透明性を生かした各種の光学シートであってもよく、装飾用途では、基材層のハードコート層が積層されていない面に意匠性を有する印刷を施してもよく、印刷面側にインモールド成形により樹脂と一体化した成形体(加飾成形体)であってもよい。
(フッ素非含有ビニル系化合物)
ウレタンアクリレート:新中村化学工業(株)製「UA−1100H」
エチレンオキサイド(EO)変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート:新中村化学工業(株)製「A−DPH−12E」
ナノシリカ含有アルコキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート:エボニック社製「NANOCRYL C165」
ナノシリカ含有ヘキサンジオールジアクリレート:エボニック社製「NANOCRYL C140」
シリコーン含有アクリレート:ダイセルオルネクス(株)製「KRM8479」、有効成分80%。
フッ素含有アクリレートA:DIC(株)製「メガファックRS−76−E」、有効成分40%
フッ素含有アクリレートB:Omnova Solutions社製「ポリフォックス3320」、有効成分100%。
セルロースアセテートプロピオネート:イーストマン社製「CAP−482−20」、アセチル化度=2.5%、プロピオニル化度=46%、ポリスチレン換算数平均分子量75,000。
光重合開始剤A:BASFジャパン(株)製「イルガキュア907」
光重合開始剤B:BASFジャパン(株)製「イルガキュア184」。
PETフィルム:三菱ケミカル(株)製「O321」、厚み100μm。
光学式膜厚計を用いて、任意の10箇所を測定し、平均値を算出した。
得られたハードコートフィルムを、JIS K6251に準拠の引張7号形ダンベル状に打ち抜くことにより試験片を作製した。引張試験機((株)島津製作所製「オートグラフAG−X」)を用い、チャック間距離を20mmに設定し、23℃、相対湿度50%の雰囲気中で1mm/minの引張速度で試験片を伸長し、ハードコート層にクラックが生じない最大の試験片の伸度(引張伸度)を測定し、そのときの伸度を下記式に基づいて求めた。なお、ハードコート層に発生するクラックは目視にて観察した。
スチールウール♯0000でカバーされた直径1.0cmのスティックを備えたスチールウール耐久性試験機を用いて、室温(20〜25℃)下において、ハードコート層の表面を1kg/cm2の荷重において、速度10cm/s、距離5cmで1000往復摩擦後、ハードコートフィルムを黒色アクリル板にシリコーン系透明粘着剤で貼りつけ、三波長蛍光管を装備した蛍光灯下で表面の状態を観察し、以下の基準で評価した。
B:線状の傷はないが、表面が薄く削れて色合いが変わる
C:無数の線状傷がある。
JIS K5600に示される試験法(750g荷重)により鉛筆硬度を測定した。
ヘイズメーター(日本電色工業(株)製「NDH5000W」)を用いて、JIS K7136に示される試験法によりヘイズおよび全光線透過率を測定した。
自動・動的接触角計(協和界面科学(株)製「型式DCA−UZ」)を使用し、塗膜に対し、約3μLの各液の接触角を5点測定して平均した。
ウレタンアクリレート40重量部、EO変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート60重量部、セルロースアセテートプロピオネート0.9重量部、フッ素含有アクリレートA1.3重量部、光重合開始剤A1重量部、光重合開始剤B2重量部を、メチルエチルケトン135重量部、1−ブタノール29重量部、1−メトキシ−2−プロパノールプロピレングリコールモノメチルエーテル29重量部の混合溶媒に溶解した。この溶液を、ワイヤーバー#10を用いて、PETフィルム上に流延した後、100℃のオーブン内で1分間放置し、溶媒を蒸発させて厚さ約5μmのコート層を形成させた。そして、コート層に高圧水銀ランプ(アイグラフィックス社製)からの紫外線を約5秒間照射し(紫外線照射量:120mJ/cm2)、ハードコートフィルム(積層体)を作製した。
ウレタンアクリレートを80重量部、EO変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを20重量部に変えたこと以外は実施例1と同様の方法でハードコートフィルムを作製した。
ウレタンアクリレートを30重量部、EO変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを70重量部に変えたこと以外は実施例1と同様の方法でハードコートフィルムを作製した。
フッ素含有アクリレートA1.3重量部を、フッ素含有アクリレートB0.4重量部とシリコーン含有アクリレート0.2重量部との混合物に変えたこと以外は実施例1と同様の方法でハードコートフィルムを作製した。
セルロースアセテートプロピオネートを含まないこと以外は実施例1と同様の方法でハードコートフィルムを作製した。
EO変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートをナノシリカ含有アルコキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレートに変えたこと以外は実施例1と同様の方法でハードコートフィルムを作製した。
EO変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートをナノシリカ含有ヘキサンジオールジアクリレートに変えたこと以外は実施例1と同様の方法でハードコートフィルムを作製した。
ウレタンアクリレート100重量部、セルロースアセテートプロピオネート0.9重量部、フッ素含有アクリレートA1.3重量部、光重合開始剤A1重量部、光重合開始剤B2重量部を、メチルエチルケトン135重量部、1−ブタノール29重量部、1−メトキシ−2−プロパノールプロピレングリコールモノメチルエーテル29重量部の混合溶媒に溶解したこと以外は実施例1と同様の方法でハードコートフィルムを作製した。
EO変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート100重量部、セルロースアセテートプロピオネート0.9重量部、光重合開始剤A1重量部、光重合開始剤B2重量部を、メチルエチルケトン135重量部、1−ブタノール29重量部、1−メトキシ−2−プロパノールプロピレングリコールモノメチルエーテル29重量部の混合溶媒に溶解したこと以外は実施例1と同様の方法でハードコートフィルムを作製した。
Claims (16)
- 基材層の少なくとも一方の面に、ハードコート層が積層された積層体であって、JIS K6251に準拠した引張伸度が5%以上であり、かつ1kg/cm2の荷重をかけてスチールウール♯0000で前記ハードコート層の表面を1000回往復摺動しても傷がつかない積層体。
- ハードコート層の鉛筆硬度がF以上である請求項1記載の積層体。
- ヘイズが2%以下である請求項1または2記載の積層体。
- 全光線透過率が85%以上である請求項1〜3のいずれかに記載の積層体。
- ハードコート層が、フッ素非含有ビニル系化合物を含む硬化性組成物の硬化物で形成され、前記フッ素非含有ビニル系化合物が、多官能(メタ)アクリレートを含む請求項1〜4のいずれかに記載の積層体。
- 多官能(メタ)アクリレートが、ウレタン(メタ)アクリレートを含む請求項5記載の積層体。
- ウレタン(メタ)アクリレートが、3000以下の重量平均分子量を有する3官能以上のウレタン(メタ)アクリレートである請求項6記載の積層体。
- 多官能(メタ)アクリレートが、多価アルコール−アルキレンオキシド付加体の(メタ)アクリル酸エステルを含む請求項5〜7のいずれかに記載の積層体。
- 多価アルコール−アルキレンオキシド付加体において、多価アルコールが3価以上の多価アルコールであり、かつアルキレンオキシドの総付加モル数が2〜30モルである請求項8記載の積層体。
- 多価アルコール−アルキレンオキシド付加体が、4〜8価アルコールの各ヒドロキシル基に1〜3モルのエチレンオキシドが付加した付加体である請求項8または9記載の積層体。
- 硬化性組成物が、さらにフッ素含有ビニル系化合物を含む請求項5〜10のいずれかに記載の積層体。
- ウレタン(メタ)アクリレートと、多価アルコール−アルキレンオキシド付加体の(メタ)アクリル酸エステルとの重量割合が、前者/後者=80/20〜30/70であり、フッ素含有ビニル系化合物の割合が、フッ素非含有ビニル系化合物100重量部に対して0.1〜10重量部である請求項11記載の積層体。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の積層体を含む成形体。
- 積層体の少なくとも一部が湾曲または屈曲している請求項13記載の成形体。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の積層体を成形して成形体を製造する方法。
- インモールド成形する請求項15記載の方法。
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