JP2020149014A - 超撥水性フィルム - Google Patents
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Abstract
Description
基材2の材料としては、例えば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルメタクリレート(MMA)等の樹脂が挙げられる。基材2は、上記材料に加えて、可塑剤等の添加剤を適宜含んでいてもよい。基材2の表面(重合体層3側の表面)には易接着処理が施されていてもよく、例えば、易接着処理が施されたトリアセチルセルロースフィルムを用いることができる。また、基材2の表面(重合体層3側の表面)にはケン化処理が施されていてもよく、例えば、ケン化処理が施されたトリアセチルセルロースフィルムを用いることができる。超撥水性フィルム1が液晶表示装置等の偏光板を備える表示装置に取り付けられるものである場合、基材2は、偏光板の一部を構成するものであってもよい。
重合体層3は、複数の凸部4が可視光の波長以下のピッチPで設けられた凹凸構造、いわゆる蛾の目状の表面構造(モスアイ構造)を表面に有している。重合体層3は、撥水性の材料により構成されたモスアイ構造を表面に有することによって、水、ヘキサデカン、シクロヘキサン等の溶媒に対する超撥水性フィルム1の表面接触角を大幅に高めることが可能となり、優れた超撥水性能を発揮することができる。また、モスアイ構造が表面に存在すると、表面反射が大幅に減少するので、優れた反射防止性を発揮することも可能である。
多官能アクリレートは、アクリロイル基を1分子当たり2個以上有するアクリレートを指す。多官能アクリレートを配合することにより、重合体層3の架橋密度が高まり、適度な硬度(弾性)が付与されるため、耐擦性が高まる。多官能アクリレートは、耐擦性及び密着性の観点から、エチレンオキサイド基を有することが好ましい。耐擦性は、重合体層3の架橋密度及びガラス転移温度と相関すると考えられ、架橋密度を上げ、かつ、ガラス転移温度を下げれば、耐擦性を顕著に高めることができる。例えば、エチレンオキサイド基を有する多官能アクリレートを含有する重合性組成物は、プロピレンオキサイド基を有する多官能アクリレートを含有する場合と比較して、ガラス転移温度を低くすることができる。また、エチレンオキサイド基は、プロピレンオキサイド基(炭化水素基も同様)はエチレンオキサイド基よりも極性が高く、基材2との相互作用が高いため、密着性(重合体層3と基材2との密着性)が高まる。
単官能アクリレートは、アクリロイル基を1分子当たり1個有するアクリレートを指す。単官能アクリレートを配合することにより、多官能アクリレートとパーフルオロポリエーテル基を有するフッ素含有離型剤との相溶性が高まるため、耐擦性が高まる。更に、重合性組成物の硬化収縮を抑制し、基材2との凝集力が高まるため、密着性が高まる。
パーフルオロポリエーテル基を有するフッ素含有離型剤の公知例としては、ダイキン工業社製の「オプツール(登録商標)DAC」、「オプツールDAC−HP」、ソルベイ社製の「フォンブリン(登録商標)MT70」、「フォンブリンAD1700」等が挙げられる。パーフルオロポリエーテル基を有するフッ素含有離型剤は、フッ素原子が重合体層3の表面(基材2とは反対側の表面)に配向しやすい。したがって、パーフルオロポリエーテル基を有するフッ素含有離型剤を用いることで、超撥水性を得ることができる。更に、滑り性を高くすることができるので、優れた耐擦性を得ることができる。
上記重合性組成物は、更に、重合開始剤を含有していてもよい。これにより、重合性組成物の硬化性が高まる。
透明導電性粒子11は、凸部4よりも小さく、具体的には、凸部4の高さ及びピッチPよりも小さい平均粒径を有する。透明導電性粒子11の平均粒径は、好ましくは2〜50nmであり、より好ましくは2〜20nmである。図1に示したように、透明導電性粒子11は、凹部内の底部を充填し、凸部4の先端よりも深い位置(低い位置)に配置される。すなわち、凸部4の先端は、透明導電性粒子11によって覆われておらず、超撥水性フィルム1の最表面に露出している。凸部4の先端にはパーフルオロポリエーテル基を有するフッ素含有離型剤が存在するので、凸部4の先端が露出していることで超撥水性が得られる。また、超撥水性フィルム1の凹凸構造が設けられた表面において、凹部は網目状に設けられており、凹部内の底部に充填された透明導電性粒子11は、網目状の導電部を形成している。網目状の導電部が設けられていることで、摩擦により静電気が発生した場合であっても帯電することを防止できる。以上のことから、超撥水性フィルム1の表面は、超撥水性と帯電防止性(導電性)とを両立することができる。
(プロセス1)
図8(a)に示すように、重合性組成物5を基材2の表面上に塗布する。重合性組成物5の塗布は、例えば、スプレー方式、グラビア方式、スロットダイ方式、バーコート方式等で行うことができる。重合性組成物5の塗布方法としては、膜厚を均一にし、生産性を向上する観点から、グラビア方式又はスロットダイ方式が好適に用いられる。重合性組成物5が溶剤を含有する場合、重合性組成物5の塗布後に、溶剤を除去する加熱処理(乾燥処理)を行ってもよい。加熱処理は、溶剤の沸点以上の温度で行われることが好ましい。
図8(b)に示すように、重合性組成物5を間に挟んだ状態で、基材2を金型6に押し当てる。その結果、凹凸構造が重合性組成物5の表面(基材2とは反対側の表面)に形成される。
凹凸構造を表面に有する重合性組成物5を硬化させる。その結果、図8(c)に示すように、重合体層3が形成される。
図8(d)に示すように、金型6を重合体層3から剥離する。
第二の例は、重合性組成物5の成分を2層に分けて塗布した後、両層を一体化させること以外、第一の例と同様であるため、重複する点については説明を適宜省略する。
図9(a)に示すように、重合性組成物5のうちの一部の成分(例えば、多官能アクリレート及び単官能アクリレート)を少なくとも含有する第一の樹脂7を、基材2の表面上に塗布する。次に、重合性組成物5の残りの成分(例えば、フッ素含有離型剤)を少なくとも含有する第二の樹脂8を、塗布された第一の樹脂7の表面(基材2とは反対側の表面)上に塗布する。
図9(b)に示すように、第一の樹脂7及び第二の樹脂8を間に挟んだ状態で、基材2を金型6に第一の樹脂7側から押し当てる。その結果、凹凸構造を表面(基材2とは反対側の表面)に有する重合性組成物5が形成される。重合性組成物5は、第一の樹脂7及び第二の樹脂8が一体化し、両樹脂の界面が存在しないものである。
凹凸構造を表面に有する重合性組成物5を硬化させる。その結果、図9(c)に示すように、重合体層3が形成される。
図9(d)に示すように、金型6を重合体層3から剥離する。
第三の例は、第二の樹脂を金型の表面上に塗布すること以外、第二の例と同様であるため、重複する点については説明を適宜省略する。
図10(a)に示すように、重合性組成物5のうちの一部の成分(例えば、多官能アクリレート及び単官能アクリレート)を少なくとも含有する第一の樹脂7を、基材2の表面上に塗布する。次に、重合性組成物5の残りの成分(例えば、フッ素含有離型剤)を少なくとも含有する第二の樹脂8を、金型6の表面(凹凸面)上に塗布する。第一の樹脂7の塗布と第二の樹脂8の塗布とは、異なるタイミングで行われてもよく、同じタイミングで行われてもよい。
図10(b)に示すように、第一の樹脂7及び第二の樹脂8を間に挟んだ状態で、基材2を金型6に第一の樹脂7側から押し当てる。その結果、凹凸構造を表面(基材2とは反対側の表面)に有する重合性組成物5が形成される。
凹凸構造を表面に有する重合性組成物5を硬化させる。その結果、図10(c)に示すように、重合体層3が形成される。
図10(d)に示すように、金型6を重合体層3から剥離する。
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
下記組成を有し、パーフルオロポリエーテル基を有するフッ素含有離型剤(以下、「PFPE系フッ素含有離型剤」ともいう)を含有する第一の重合性組成物を、TACフィルム上に滴下(塗布)し、バーコーターを用いてTACフィルムの表面全体に広げた。
(1)Miwon Specialty Chemical社製「Miramer M282」(ポリエチレングリコールジアクリレート)78重量%
(2)Miwon Specialty Chemical社製「Miramer M300」(トリメチロールプロパントリアクリレート)12重量%
(3)KJケミカルズ社製「ACMO」(単官能アクリレート:N−アクリロイルモルホリン)5重量%
(4)IGM Resins社製「Omnirad 819」(アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤)1重量%
(5)IGM Resins社製「Omnirad 184」(アルキルフェノン系光重合開始剤)1重量%
(6)信越化学工業社製「X71−1203E」(PFPE系フッ素含有離型剤)3重量%
凸部の形状:釣鐘状
凸部の平均ピッチ:150nm
凸部の平均高さ:200nm
凸部の平均幅(半値幅):70nm
凸部の平均アスペクト比(平均高さ/平均幅):2.9
ITOインクの塗布を行わず、ITO粒子を重合体層の凹部内に配置しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の超撥水性フィルムを作製した。
溶媒であるシクロヘキサノンを用いて希釈することによって、下記表1に示したようにITOインクのITO含有率を変更し、ITO粒子の充填量(凹部への埋め込み量)を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜4の超撥水性フィルムを作製した。
比較例1で用いた金型に対し、陽極酸化80V2分間×4回とエッチング20分間×3回とを追加処理として行い、より深い凹部を有する第二の金型を作製した。陽極酸化には0.4%シュウ酸水溶液を使用し、エッチングには0.85%リン酸液を使用した。得られた第二の金型を溶剤揮発後の樹脂に押し当て重合体層を形成したこと以外は、比較例1と同様にして、比較例2の超撥水性フィルムを作製した。
第二の金型を溶剤揮発後の第一の重合性組成物に押し当て重合体層を形成したことと、溶媒であるシクロヘキサノンを用いて希釈することによって、下記表1に示したようにITOインクのITO含有率を変更し、ITO粒子の充填量(凹部への埋め込み量)を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5及び6の超撥水性フィルムを作製した。
凸部の形状:釣鐘状
凸部の平均ピッチ:150nm
凸部の平均高さ:400nm
凸部の平均幅(半値幅):70nm
凸部の平均アスペクト比(平均高さ/平均幅):5.7
重合体層の材料として、下記組成を有し、パーフルオロアルキル基を有するフッ素含有離型剤(以下、「RF系フッ素含有離型剤」ともいう)を含有する第二の重合性組成物を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、比較例3の撥水性フィルムを作製した。
(1)Miwon Specialty Chemical社製「Miramer M282」(ポリエチレングリコールジアクリレート)78重量%
(2)Miwon Specialty Chemical社製「Miramer M300」(トリメチロールプロパントリアクリレート)12重量%
(3)KJケミカルズ社製「ACMO」(単官能アクリレート:N−アクリロイルモルホリン)5重量%
(4)IGM Resins社製「Omnirad 819」(アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤)1重量%
(5)IGM Resins社製「Omnirad 184」(アルキルフェノン系光重合開始剤)1重量%
(6)ダイセル・オルネクス社製「EBECRY8110」(RF系フッ素含有離型剤)2.7重量%
(7)ユニマテック社製「CHEMINOX FAAC−6」(RF系フッ素含有離型剤)0.3重量%
重合体層の材料を第二の重合性組成物に変更したことと、溶媒であるシクロヘキサノンを用いて希釈することによって、下記表2に示したようにITOインクの濃度を変更し、ITO粒子の充填量(凹部への埋め込み量)を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例4〜6の撥水性フィルムを作製した。
重合体層の材料として以下の組成を有する第三の重合性組成物を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、比較例7の親水性フィルムを作製した。
(1)Miwon Specialty Chemical社製「Miramer M282」(ポリエチレングリコールジアクリレート)80.4重量%
(2)Miwon Specialty Chemical社製「Miramer M300」(トリメチロールプロパントリアクリレート)12.4重量%
(3)KJケミカルズ社製「ACMO」(単官能アクリレート:N−アクリロイルモルホリン)5.2重量%
(4)IGM Resins社製「Omnirad 819」(アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤)1重量%
(5)IGM Resins社製「Omnirad 184」(アルキルフェノン系光重合開始剤)1重量%
重合体層の材料を第三の重合性組成物に変更したことと、溶媒であるシクロヘキサノンを用いて希釈することによって、下記表3に示したようにITOインクの濃度を変更し、ITO粒子の充填量(凹部への埋め込み量)を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例8〜10の親水性フィルムを作製した。
実施例及び比較例の超撥水性フィルム、撥水性フィルム及び親水性フィルムについて、以下の評価を行った。評価結果は、下記表1〜3中に示した。
超撥水性の指標として、純水に対する接触角(撥水性)及びヘキサデカンに対する接触角(撥油性)を測定した。具体的には、フィルムの重合体層の表面(基材とは反対側の表面)に対して水又はヘキサデカンを2μl滴下し、滴下直後の接触角を測定した。接触角の測定値としては、協和界面科学社製のポータブル接触角計「PCA−1」を用いて、θ/2法(θ/2=arctan(h/r)、θ:接触角、r:液滴の半径、h:液滴の高さ)で測定された、3箇所の接触角の平均値を示した。ここで、1箇所目の測定点としては、各例のフィルムの中央部分を選択し、2箇所目及び3箇所目の測定点としては、1箇所目の測定点から20mm以上離れ、かつ、1箇所目の測定点に対して互いに点対称な位置にある2点を選択した。
日本電色工業社の濁度計NDH2000を用いて測定した。ヘイズは、下記式で定義されるものである。
ヘイズ(%)=散乱光/全光線透過光×100
日本電色工業社の濁度計NDH2000を用いて測定した。
帯電量は、まず静止状態で測定した後、手袋を嵌めた手でサンプル表面を20回擦り、擦った後の帯電量も測定した。帯電量の測定には、ION SYSTEMS社のElectrostatic Fieldmeter Model775を用いた。
(1)摩擦抵抗
フィルムを新東科学社製の表面性測定機「HEIDON−14FW」のステージ上に固定し、水平状態を確認した。その後、フィルムの重合体層の表面(基材とは反対側の表面)上にプローブをセットして、日本スチールウール社製のスチールウール「#0000」に荷重400gを加えた状態で1回擦り、摩擦抵抗(単位:N)を測定した。なお、スチールウールで擦る際、重合体層の表面とスチールウールとの接触面は直径25mmの円状であり、ストローク幅を20mm、速度を30mm/minとした。
フィルムの重合体層の表面(基材とは反対側の表面)を、日本スチールウール社製のスチールウール「#0000」に荷重400gを加えた状態で擦った。この際、重合体層の表面とスチールウールとの接触面は、直径25mmの円状であった。そして、照度100lx(蛍光灯)の環境下で目視観察しながら、フィルムの重合体層の表面(基材とは反対側の表面)に付いた傷の本数「N」(単位:本)を数えた。なお、スチールウールで擦る際、試験機として新東科学社製の表面性測定機「HEIDON(登録商標)−14FW」を用い、ストローク幅を10mm、速度を100mm/s、擦る回数を10往復とした。判定基準は、下記の通りとした。
レベル10:N=0
レベル9:N=1〜2
レベル8:N=3〜5
レベル7:N=6〜10
レベル6:N=11〜15
レベル5:N=16〜20
レベル4:N=21〜25
レベル3:N=26〜30
レベル2:N=31〜35
レベル1:N≧36
(実施例1〜6及び比較例1、2について)
静止状態の帯電量については、すべての実施例及び比較例においてほぼ同等であった。しかしながら、ITOインクを塗布していない比較例1及び2の超撥水性フィルムでは、表面擦り後の帯電量が2kVまで上昇するのに対し、ITOインクを塗布した実施例1〜6の超撥水性フィルムでは帯電量の上昇がない又は小さく、帯電防止効果を得ることができた。
実施例及び比較例で用いた重合体層の材料のITOインクに対する接触角は、以下の通りであった。
第一の重合性組成物(PFPE系フッ素含有離型剤を含有):78.6°
第二の重合性組成物(RF系フッ素含有離型剤を含有):27.6°
第三の重合性組成物(フッ素含有離型剤を含有せず):10.7°
比較例1:1×1014〜1×1015Ω/□
実施例1:5×105〜8×106Ω/□
実施例2:9×107〜3×108Ω/□
実施例3:5×108〜2×109Ω/□
実施例4:7×109〜5×1010Ω/□
2:基材
3:重合体層
4:凸部
5:重合性組成物
6:金型
7:第一の樹脂
8:第二の樹脂
11:透明導電性粒子
P:凸部のピッチ
H:凸部の高さ
W:凸部の幅
T:重合体層の厚み
T1:第一の樹脂の厚み
T2:第二の樹脂の厚み
Claims (5)
- 複数の凸部が可視光の波長以下のピッチで設けられた凹凸構造を表面に有する重合体層と、
前記複数の凸部間に設けられた凹部内に配置された透明導電性粒子と、を備える超撥水性フィルムであって、
前記重合体層は、多官能アクリレートと、単官能アクリレートと、パーフルオロポリエーテル基を有するフッ素含有離型剤とを含有する重合性組成物の硬化物であり、
前記透明導電性粒子は、前記凹部内の前記複数の凸部の先端よりも深い位置に配置され、前記先端が前記超撥水性フィルムの最表面に露出している
ことを特徴とする超撥水性フィルム。 - 前記透明導電性粒子は、酸化インジウムスズ粒子を含むことを特徴とする請求項1に記載の超撥水性フィルム。
- 前記透明導電性粒子は、2〜50nmの平均粒径を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の超撥水性フィルム。
- 前記複数の凸部の平均アスペクト比は、2以上、5以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超撥水性フィルム。
- 前記単官能アクリレートは、N−アクリロイルモルホリン、及び、N,N−ジメチルアクリルアミドのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の超撥水性フィルム。
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