JP2020149014A - 超撥水性フィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】高い透明性、超撥水性及び帯電防止性を兼ね備えた超撥水性フィルムを提供する。【解決手段】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、上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、上記重合体層は、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、上記透明導電性粒子は、上記凹部内の上記複数の凸部の先端よりも深い位置に配置され、上記先端が上記超撥水性フィルムの最表面に露出している超撥水性フィルム。【選択図】 図1

Description

本発明は、超撥水性フィルムに関する。より詳しくは、ナノメートルサイズの凹凸構造を有する超撥水性フィルムに関するものである。
ナノメートルサイズの凹凸構造(ナノ構造)の一種である、モスアイ構造(蛾の目状の構造)を有するフィルムは、優れた反射防止性を有することが知られている。このモスアイ構造を有するフィルムと金属微粒子とを組み合わせた構成が特許文献1において提案されている。具体的には、モスアイ構造を構成する凸部の間隙の底部に金属微粒子を充填し、網目状の導電部を形成することによって、金属微粒子が構成する網目状の導電部で優れた導電性を示し、かつ金属微粒子が充填されていない領域で優れた透明性(光透過性)を示すとともに、モスアイ構造で優れた低反射性を示す透明導電体が開示されている。特許文献1では、このような透明導電体が、ディスプレイ分野のタッチパネル等で透明電極として利用できる、と記載されている。
一方、熱可塑性樹脂フィルムにおいて、絶縁性を低減させる(表面固有抵抗値を下げる)ために帯電防止機能を付与することが一般的に行われている。例えば、特許文献2には、(1)帯電防止剤を含有する基材プラスチックフィルムの少なくとも片面に、樹脂及び/又は無機微粒子を含有する組成物からなる微小な線状体から構成される表面層を有する、表面改質プラスチックフィルムや、(2)基材プラスチックフィルムの少なくとも片面に導電性を有する被膜を有し、当該皮膜上に、樹脂及び/又は無機微粒子を含有する組成物からなる微小な線状体から構成される表面層を有する、表面改質プラスチックフィルムや、(3)基材プラスチックフィルムの少なくとも片面が帯電防止剤で処理されてなり、当該面に、樹脂及び/又は無機微粒子を含有する組成物からなる微小な線状体から構成される表面層を有する、表面改質プラスチックフィルムが開示されている。
国際公開第2016/056434号 特許第4745342号明細書
ところで、本発明者らは、モスアイ構造の構成材料を工夫することによって、高い透明性を有し、かつ非常に優れた撥水性(超撥水性)を有するフィルムを実現できることを見出した。このような超撥水性フィルムを貼り付ければ、素材の外観を損なうことなく水分の付着を防止することができる。なお、上記特許文献1及び2に記載の技術は、超撥水性フィルムを提供するものではない。
一方、超撥水性フィルムの構成材料は、高い絶縁性を有することから、摩擦により静電気が発生し帯電しやすいものであった。帯電によって、超撥水性フィルムの表面には、ホコリ、ハウスダスト、花粉等の汚れが付着・堆積し易くなってしまう。したがって、超撥水性フィルムとしての機能を向上するために、高い透明性及び超撥水性に加えて、帯電防止性を付与することが求められていた。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、高い透明性、超撥水性及び帯電防止性を兼ね備えた超撥水性フィルムを提供することを目的とするものである。
(1)本発明の一実施形態は、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、上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、上記重合体層は、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、上記透明導電性粒子は、上記凹部内の上記複数の凸部の先端よりも深い位置に配置され、上記先端が上記超撥水性フィルムの最表面に露出している、超撥水性フィルム。
(2)また、本発明のある実施形態は、上記(1)の構成に加え、上記透明導電性粒子は、酸化インジウムスズ粒子を含む、超撥水性フィルム。
(3)また、本発明のある実施形態は、上記(1)又は上記(2)の構成に加え、上記透明導電性粒子は、2〜50nmの平均粒径を有する、超撥水性フィルム。
(4)また、本発明のある実施形態は、上記(1)、上記(2)又は上記(3)の構成に加え、上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、超撥水性フィルム。
(5)また、本発明のある実施形態は、上記(1)、上記(2)、上記(3)又は上記(4)の構成に加え、上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、超撥水性フィルム。
本発明によれば、高い透明性、超撥水性及び帯電防止性を兼ね備えた超撥水性フィルムを提供することができる。
実施形態の超撥水性フィルムを示す断面模式図である。 図1中の重合体層の形状を示す平面模式図である。 (a)は、透明導電性粒子11の充填量dが凸部4の高さHと同等である場合(d=H)の超撥水性フィルムを示した断面模式図であり、(b)は、(a)に示した場合(d=H)における超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真である。 (a)は、透明導電性粒子11の充填量dが凸部4の高さHの3/4倍程度である場合(d=3/4H)の超撥水性フィルムを示した断面模式図であり、(b)は、(a)に示した場合(d=3/4H)における超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真である。 (a)は、透明導電性粒子11の充填量dが凸部4の高さHの1/2倍程度である場合(d=1/2H)の超撥水性フィルムを示した断面模式図であり、(b)は、(a)に示した場合(d=1/2H)における超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真である。 (a)は、透明導電性粒子11の充填量dが凸部4の高さHの1/4倍程度である場合(d=1/4H)の超撥水性フィルムを示した断面模式図であり、(b)は、(a)に示した場合(d=1/4H)における超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真である。 透明導電性粒子11が凹部内の底部に配置されるメカニズムを説明する図である。 重合体層3の形成方法の第一の例を説明するための断面模式図である。 重合体層3の形成方法の第二の例を説明するための断面模式図である。 重合体層3の形成方法の第三の例を説明するための断面模式図である。 第二の金型を用いて得られた重合体層の表面形状を説明するための断面模式図である。 アスペクト比が5.7の凸部を有する超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真であり、(a)は、ITOインク塗布前の表面状態を示しており、(b)は、ITOインク塗布後の表面状態を示している。 実施例1〜4の超撥水性フィルムの反射スペクトルを示したグラフである。
以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこの実施形態のみに限定されるものではない。また、実施形態の各構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。
実施形態の超撥水性フィルムについて、図1及び2を参照して以下に説明する。図1は、実施形態の超撥水性フィルムを示す断面模式図である。図2は、図1中の重合体層の形状を示す平面模式図である。図示のように、実施形態の超撥水性フィルム1は、基材2上に、凹凸構造を表面に有する重合体層3が設けられたものである。凹凸構造は、複数の凸部(突起)4が可視光の波長(780nm)以下のピッチPで設けられたものである。ここで、ピッチPは、隣接する凸部4の頂点間の距離を意味する。複数の凸部4間に形成された凹部内には、透明導電性粒子11が配置されている。
<基材2>
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。
基材2の厚みは、透明性及び加工性を確保する観点から、50μm以上、100μm以下であることが好ましい。
<重合体層3>
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。
重合体層3の厚みTは、重合体層3に含まれるフッ素含有離型剤中のフッ素原子を重合体層3の表面(基材2とは反対側の表面)に高濃度で配向させる観点から、20μm以下であることが好ましい。重合体層3の厚みTは、図1に示すように、基材2側の表面から凸部4の頂点までの距離を指す。重合体層3の厚みTの好ましい下限は、5μmであり、より好ましい下限は、8μmである。重合体層3の厚みTのより好ましい上限は、12μmである。
凸部4の形状は、先端に向かって細くなる形状であれば特に限定されず、例えば、柱状の下部と半球状の上部とによって構成される形状(釣鐘状)、錐体状(コーン状、円錐状)等の、先端に向かって細くなる形状(テーパー形状)が挙げられる。図1中、隣接する凸部4の間隙(凹部)の底辺は傾斜した形状となっているが、傾斜せずに水平な形状であってもよい。
複数の凸部4の平均ピッチは、モアレ、虹ムラ等の光学現象の発生を充分に防止する観点から、100nm以上、400nm以下であることが好ましく、100nm以上、200nm以下であることがより好ましい。複数の凸部4の平均ピッチは、具体的には、走査型電子顕微鏡で撮影された平面写真の1μm角の領域内における、すべての隣接する凸部のピッチ(図1中のP)の平均値を指す。
複数の凸部4の平均高さは、100nm以上、1000nm以下であることが好ましく、100nm以上、500nm以下であることがより好ましく、100nm以上、300nm以下であることが更に好ましい。複数の凸部4の平均高さが上記範囲内であれば、後述する複数の凸部4の好ましい平均アスペクト比と両立させることができる。一方、複数の凸部4の平均高さが高過ぎると、金型を押し当ててモスアイ構造を形成する際にフッ素含有離型剤中のフッ素原子が金型に引き寄せられる現象を利用したとしても、重合体層3の表面(基材2とは反対側の表面)にフッ素原子を配向させにくくなることがある。複数の凸部4の平均高さは、具体的には、走査型電子顕微鏡で撮影された断面写真における、連続して並んだ10個の凸部の高さ(図1中のH)の平均値を指す。ただし、10個の凸部を選択する際は、欠損や変形した部分(測定用試料を準備する際に変形させてしまった部分等)がある凸部を除く。
複数の凸部4の平均アスペクト比は、2以上、5以下であることが好ましい。上記平均アスペクト比が2未満である場合、モアレ、虹ムラ等の光学現象の発生を充分に防止することができず、優れた反射防止性が得られないことがある。複数の凸部4の平均アスペクト比が5よりも大きい場合、凹凸構造の加工性が低下し、凸部4同士の付着(スティッキング)が発生したり、凹凸構造を形成する際の転写具合が悪化したりする(後述する金型6が詰まったり、巻き付いてしまう、等)ことがある。上記平均アスペクト比は、複数の凸部4の平均高さと平均半値幅との比(高さ/半値幅)を指す。
複数の凸部4の平均幅は、100nm以上、1000nm以下であることが好ましく、100nm以上、500nm以下であることがより好ましく、100nm以上、300nm以下であることが更に好ましい。フッ素含有離型剤中のフッ素原子は、複数の凸部4の毛細管現象によっても重合体層3の表面(基材2とは反対側の表面)への移動(上昇)が促進されると考えられる。ここで、複数の凸部4の平均幅が大き過ぎると、その毛細管力が弱まるため、重合体層3の表面に配向しにくくなることがある。一方、複数の凸部4の平均幅が小さ過ぎると、複数の凸部4の平均アスペクト比が大きくなりやすく、スティッキングが発生することがある。複数の凸部4の平均幅は、具体的には、走査型電子顕微鏡で撮影された断面写真における、連続して並んだ10個の凸部の幅(図1中のW)の平均値を指す。ただし、10個の凸部を選択する際は、欠損や変形した部分(測定用試料を準備する際に変形させてしまった部分等)がある凸部を除く。
凸部4は、ランダムに配置されていても、規則的(周期的)に配置されていてもよい。凸部4の配置には周期性があってもよいが、その周期性に起因する不要な回折光が発生しない等の利点から、図2に示すように、凸部4の配置には周期性がない(ランダムである)ことが好ましい。
重合体層3は、重合性組成物の硬化物である。重合体層3としては、例えば、活性エネルギー線硬化性の重合性組成物の硬化物、熱硬化性の重合性組成物の硬化物等が挙げられる。ここで、活性エネルギー線は、紫外線、可視光線、赤外線、プラズマ等を指す。重合体層3は、活性エネルギー線硬化性の重合性組成物の硬化物であることが好ましく、中でも、紫外線硬化性の重合性組成物の硬化物であることがより好ましい。
重合性組成物は、(A)多官能アクリレートと、(B)単官能アクリレートと、(C)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少なくとも含有し、その他の成分を含有していてもよい。
(A)多官能アクリレート
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。
多官能アクリレートの官能基数は、好ましくは4以上、より好ましくは6以上、更に好ましくは9以上である。上記官能基数が3以下である場合、重合体層3の架橋密度が高まらず、硬度が低くなり過ぎてしまうことがあるため、耐擦性が高まりにくいことがある。一方、多官能アクリレートの官能基数が多過ぎると、重合体層3の架橋密度が高くなり過ぎてしまい、その弾性が不足することがあるため、耐擦性が高まりにくいことがある。このような観点から、多官能アクリレートの官能基数の好ましい上限値は15である。ここで、多官能アクリレートの官能基数は、1分子当たりのアクリロイル基の個数を指す。
多官能アクリレートが有するエチレンオキサイド基の個数は、好ましくは1官能基当たり3〜15個、より好ましくは1官能基当たり4〜12個、更に好ましくは1官能基当たり6〜9個である。エチレンオキサイド基の個数が1官能基当たり3個未満である場合、重合体層3の弾性が不足することがあるため、耐擦性が高まりにくいことがある。エチレンオキサイド基の個数が1官能基当たり15個よりも多い場合、重合体層3の架橋密度が低くなり過ぎてしまうことがあるため、耐擦性が高まりにくいことがある。ここで、1官能基当たりのエチレンオキサイド基の個数は、(1分子当たりのエチレンオキサイド基の個数)/(1分子当たりのアクリロイル基の個数)を指す。
上記多官能アクリレートとしては、例えば、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ポリグリセリンポリアクリレート等が挙げられる。エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレートの公知例としては、新中村化学工業社製の「NKエステル ATM−35E」(官能基数:4、エチレンオキサイド基の個数:1官能基当たり8.75個)等が挙げられる。エトキシ化ポリグリセリンポリアクリレートの公知例としては、新中村化学工業社製の「NK ECONOMER(登録商標) A−PG5027E」(官能基数:9、エチレンオキサイド基の個数:1官能基当たり3個)、「NK ECONOMER A−PG5054E」(官能基数:9、エチレンオキサイド基の個数:1官能基当たり6個)等が挙げられる。
重合性組成物中の多官能アクリレートの含有率は、重合性組成物の全量を100重量%とするとき、好ましくは50〜70重量%であり、より好ましくは55〜65重量%であり、更に好ましくは58〜62重量%である。多官能アクリレートの含有率が50重量%未満である場合、重合体層3の弾性が低下するため、充分な耐擦性が得られないおそれがある。多官能アクリレートの含有率が70重量%よりも高い場合、重合体層3の架橋密度が低くなるため、充分な耐擦性が得られないおそれがある。重合性組成物が多官能アクリレートを複数種類含有する場合、上記含有率は、複数種類の多官能アクリレートの含有率の合計を指す。
(B)単官能アクリレート
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。
単官能アクリレートとしては、アミド基を有するものが好適に用いられ、例えば、N−アクリロイルモルホリン、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、N−n−ブトキシメチルアクリルアミド等が挙げられる。N−アクリロイルモルホリンの公知例としては、KJケミカルズ社製の「ACMO(登録商標)」等が挙げられる。N,N−ジメチルアクリルアミドの公知例としては、KJケミカルズ社製の「DMAA(登録商標)」等が挙げられる。N,N−ジエチルアクリルアミドの公知例としては、KJケミカルズ社製の「DEAA(登録商標)」等が挙げられる。N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミドの公知例としては、KJケミカルズ社製の「HEAA(登録商標)」等が挙げられる。ダイアセトンアクリルアミドの公知例としては、日本化成社製の「DAAM(登録商標)」等が挙げられる。N−n−ブトキシメチルアクリルアミドの公知例としては、MRCユニテック社製の「NBMA」等が挙げられる。
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が好ましい。このような構成によれば、単官能アクリレートの粘度が低くなり、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より高まる。また、基材2がトリアセチルセルロースフィルムである場合、密着性がより高まる。
重合性組成物中の単官能アクリレートの含有率は、重合性組成物の全量を100重量%とするとき、好ましくは15〜30重量%であり、より好ましくは15〜25重量%であり、更に好ましくは16〜20重量%である。上記含有率が15重量%未満である場合、滑り性が低下し、充分な耐擦性が得られないおそれがある。また、重合性組成物の硬化収縮が抑制されず、密着性が低下するおそれがある。上記含有率が30重量%よりも高い場合、重合体層3の架橋密度が低くなり、充分な耐擦性が得られないおそれがある。重合性組成物が単官能アクリレートを複数種類含有する場合、上記含有率は、複数種類の単官能アクリレートの含有率の合計を指す。
(C)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
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。
重合性組成物中の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含有率は、重合性組成物の全量を100重量%とするとき、好ましくは0.01〜5重量%であり、より好ましくは0.01〜2.5重量%、更に好ましくは0.02〜2重量%である。上記含有率が0.01重量%未満である場合、重合体層3の表面(基材2とは反対側の表面)に配向するフッ素原子の量が少なくなり過ぎてしまうため、充分な超撥水性が得られないおそれがある。また、滑り性が低下し、その結果、耐擦性が低下することがある。上記含有率が5重量%よりも高い場合、多官能アクリレート及び単官能アクリレートとの相溶性が低くなり、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)に均一に配向せず、超撥水性及び耐擦性が低下することがある。重合性組成物がフッ素含有離型剤を複数種類含有する場合、上記含有率は、複数種類のフッ素含有離型剤の含有率の合計を指す。
(D)他の成分
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。
重合開始剤としては、例えば、光重合開始剤、熱重合開始剤等が挙げられ、中でも、光重合開始剤が好ましい。光重合開始剤は、活性エネルギー線に対して活性であり、モノマーを重合する重合反応を開始させるために添加されるものである。
光重合開始剤としては、例えば、ラジカル重合開始剤、アニオン重合開始剤、カチオン重合開始剤等が挙げられる。このような光重合開始剤としては、例えば、p−tert−ブチルトリクロロアセトフェノン、2,2’−ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等のアセトフェノン類;ベンゾフェノン、4,4’−ビスジメチルアミノベンゾフェノン、2−クロロチオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−エチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン等のケトン類;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエーテル類;ベンジルジメチルケタール、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等のベンジルケタール類;2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド等のアシルフォスフィンオキサイド類;1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン等のアルキルフェノン類、等が挙げられる。2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイドの公知例としては、IGM Resins社製の「LUCIRIN(登録商標) TPO」、「IRGACURE(登録商標) TPO」等が挙げられる。ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイドの公知例としては、IGM Resins社製の「Omnirad 819」等が挙げられる。1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンの公知例としては、IGM Resins社製の「Omnirad 184」等が挙げられる。
重合性組成物は、更に、溶剤を含有していてもよい。溶剤は、上述した(A)〜(C)の成分中に有効成分とともに含有されていてもよく、上述した(A)〜(C)の成分とは別に含有されていてもよい。
溶剤としては、例えば、アルコール(炭素数1〜10:例えば、メタノール、エタノール、n−又はi−プロパノール、n−、sec−、又は、t−ブタノール、ベンジルアルコール、オクタノール等)、ケトン(炭素数3〜8:例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、ジブチルケトン、シクロヘキサノン等)、エステル又はエーテルエステル(炭素数4〜10:例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル等)、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールモノメチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルアセテート、エーテル(炭素数4〜10:例えば、EGモノメチルエーテル(メチルセロソロブ)、EGモノエチルエーテル(エチルセロソロブ)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソロブ)、プロピレングリコールモノメチルエーテル等)、芳香族炭化水素(炭素数6〜10:例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等)、アミド(炭素数3〜10:例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等)、ハロゲン化炭化水素(炭素数1〜2:例えば、メチレンジクロライド、エチレンジクロライド等)、石油系溶剤(例えば、石油エーテル、石油ナフサ等)等が挙げられる。
<透明導電性粒子11>
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。
超撥水性と帯電防止性とを両立する観点から、透明導電性粒子11の充填量(厚み)dは、凸部4の高さHの1/2以上、3/4以下となることが好ましい。図3(a)は、透明導電性粒子11の充填量dが凸部4の高さHと同等である場合(d=H)の超撥水性フィルムを示した断面模式図であり、図3(b)は、図3(a)に示した場合(d=H)における超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真である。図3(a)及び(b)に示した場合(d=H)には、優れた帯電防止性が得られるものの、超撥水性が充分に得られないおそれがある。図4(a)は、透明導電性粒子11の充填量dが凸部4の高さHの3/4倍程度である場合(d=3/4H)の超撥水性フィルムを示した断面模式図であり、図4(b)は、図4(a)に示した場合(d=3/4H)における超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真である。図4(a)及び(b)に示した場合(d=3/4H)には、優れた帯電防止性及び超撥水性が得られる。図5(a)は、透明導電性粒子11の充填量dが凸部4の高さHの1/2倍程度である場合(d=1/2H)の超撥水性フィルムを示した断面模式図であり、図5(b)は、図5(a)に示した場合(d=1/2H)における超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真である。図5(a)及び(b)に示した場合(d=1/2H)には、優れた帯電防止性及び超撥水性が得られる。図6(a)は、透明導電性粒子11の充填量dが凸部4の高さHの1/4倍程度である場合(d=1/4H)の超撥水性フィルムを示した断面模式図であり、図6(b)は、図6(a)に示した場合(d=1/4H)における超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真である。図6(a)及び(b)に示した場合(d=1/4H)には、優れた超撥水性が得られるものの、帯電防止性が充分に得られないおそれがある。
透明導電性粒子11の材質としては、導電性と透明性を両立できるものが好ましく、表面抵抗は10〜10Ω/□であることが好ましく、透過率は90%以上であることが好ましい。なお、表面抵抗及び透過率は、ベタ膜としての測定値である。表面抵抗は、三菱ケミカルアナリテック社の表面抵抗計ハイレスタ−UX MCP−HT800を用いて測定することができる。上記の表面抵抗及び透過率を満たす材料としては、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)等が挙げられる。透明導電性粒子11は、複数種類の粒子を含んでいてもよい。
超撥水性フィルム1は、超撥水性を有することから、防汚性能を発揮することができる。また、超撥水性フィルム1は、透明性、反射防止性及び帯電防止性を兼ね備えたものである。超撥水性フィルム1の用途は特に限定されないが、例えば、反射防止フィルム等の光学フィルム用途であってもよい。このような反射防止フィルムは、表示装置の内部又は外部に取り付けることで、視認性の向上に寄与する。
超撥水性フィルム1の製造方法は特に限定されず、例えば、基材2上に、複数の凸部4が設けられた凹凸構造を表面に有する重合体層3を形成した後、重合体層3の表面上に、透明導電性粒子11を溶媒中に分散した微粒子分散液を塗布し、加熱する方法が挙げられる。微粒子分散液の塗布方法は特に限定されず、例えば、スピンコート法、滴下法等の公知の方法を用いることができる。滴下法を用いる場合、重合体層3の表面の一部に微粒子分散液を滴下し、凹凸構造によって生じる毛細管現象によって、滴下された微粒子分散液を重合体層3の表面全体に広げてもよい。
透明導電性粒子11の凹部内への充填には、重合体層3の表面特性が関係することが分かっている。透明導電性粒子11を凸部4間の凹部内に円滑に埋め込むためには、凸部4の先端に透明導電性粒子11を付着させずに滑らせることが重要であり、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添加することによって、低い摩擦抵抗が得られ、透明導電性粒子11を凹部内に円滑に埋め込むことができる。以下、図7を用いて、透明導電性粒子11が凹部内の底部に配置されるメカニズムについて説明する。図7(a)に示したように、塗布直後、微粒子分散液は重合体層3によってある程度弾かれるため、凹凸構造の上方で滞留する。そして、図7(b)に示したように、溶媒が徐々に揮発し、透明導電性粒子11が凝集し始める。図7(c)に示したように、溶媒の揮発が進み、透明導電性粒子11は更に凝集する。その結果、図7(d)に示したように、重合体層3の表面(凸部4の斜面)の滑り性と透明導電性粒子11の凝集による重みの自重によって透明導電性粒子11が凹部内へ入り込み始める。最終的には、図7(e)に示したように、透明導電性粒子11が凹部の奥まで入り込む。
以下、重合体層3の形成方法について、図8〜10を用いて詳しく説明する。図8は、重合体層3の形成方法の第一の例を説明するための断面模式図であり、図9は、重合体層3の形成方法の第二の例を説明するための断面模式図であり、図10は、重合体層3の形成方法の第三の例を説明するための断面模式図である。
<重合体層3の形成方法の第一の例>
(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。
(プロセス2)
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。
モスアイ構造の雌型を有する金型6は、例えば、次の方法で作製されるものを用いることができる。まず、金型6の材料となるアルミニウムを、支持基材の表面上にスパッタリング法によって成膜する。次に、成膜されたアルミニウムの層に対して、陽極酸化及びエッチングを交互に繰り返すことによって、モスアイ構造の雌型を作製することができる。この際、陽極酸化を行う時間、及び、エッチングを行う時間を調整することによって、金型6の凹凸構造を変化させることができる。
支持基材の材料としては、例えば、ガラス;ステンレス、ニッケル等の金属;ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、環状オレフィン系高分子(代表的には、ノルボルネン系樹脂等である、日本ゼオン社製の「ゼオノア(登録商標)」、JSR社製の「アートン(登録商標)」)等のポリオレフィン系樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース等の樹脂;等が挙げられる。また、支持基材の表面上にアルミニウムを成膜したものの代わりに、アルミニウム製の基材を用いてもよい。
金型6の形状としては、例えば、平板状、ロール状等が挙げられる。また、金型6の表面は、離型処理が施されていることが好ましい。これにより、金型6を重合体層3から容易に剥離することができる。また、金型6の表面自由エネルギーが低くなるため、上記プロセス2において、基材2を金型6に押し当てる際に、成分C、D中のフッ素原子を重合性組成物5の表面(基材2とは反対側の表面)に均一に配向させることができる。更に、重合性組成物5を硬化させる前に、フッ素含有離型剤中のフッ素原子が重合性組成物5の表面(基材2とは反対側の表面)から離れてしまうことを防止することができる。その結果、超撥水性フィルム1において、フッ素含有離型剤中のフッ素原子を重合体層3の表面(基材2とは反対側の表面)に均一に配向させることができる。金型6の離型処理に用いられる材料としては、例えば、フッ素系材料、シリコン系材料、リン酸エステル系材料等が挙げられる。フッ素系材料の公知例としては、ダイキン工業社製の「オプツールDSX」、「オプツールAES4」等が挙げられる。
(プロセス3)
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。
重合性組成物5の硬化方法としては、例えば、活性エネルギー線の照射、加熱等による方法が挙げられる。重合性組成物5の硬化は、活性エネルギー線の照射によって行われることが好ましく、中でも、紫外線の照射によって行われることがより好ましい。活性エネルギー線の照射は、重合性組成物5の基材2側から行ってもよく、重合性組成物5の金型6側から行ってもよい。また、重合性組成物5に対する活性エネルギー線の照射回数は、1回のみであってもよいし、複数回であってもよい。重合性組成物5の硬化(上記プロセス3)は、重合性組成物5への凹凸構造の形成(上記プロセス2)と同じタイミングで行ってもよい。
(プロセス4)
図8(d)に示すように、金型6を重合体層3から剥離する。
上述した第一の例において、例えば、基材2をロール状にすれば、上記プロセス1〜4を連続的かつ効率的に行うことができる。
<重合体層3の形成方法の第二の例>
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。
(プロセス1)
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。
第一の樹脂7及び第二の樹脂8の塗布方法としては、例えば、スプレー方式、グラビア方式、スロットダイ方式、バーコート方式等を用いることができる。第一の樹脂7の塗布方法としては、膜厚を均一にする観点から、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。第二の樹脂8の塗布方法としては、膜厚が容易に調製可能であり、かつ、装置コストを低減する観点から、スプレー方式が好適に用いられる。中でも、スワールノズル、静電ノズル、又は、超音波ノズルを用いて塗布することが特に好ましい。
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。第一の樹脂7及び第二の樹脂8を同じタイミングで塗布する方法としては、例えば、共押し出し方式で塗布する方法が挙げられる。
第一の樹脂7の厚みT1は、3μm以上、30μm以下であることが好ましく、5μm以上、7μm以下であることが好ましい。
第二の樹脂8の厚みT2は、0.1μm以上、15μm以下であることが好ましく、1μm以上、10μm以下であることがより好ましく、2μm以上、8μm以下であることが更に好ましく、5μm以上、8μm以下であることが特に好ましい。
(プロセス2)
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。
(プロセス3)
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。
(プロセス4)
図9(d)に示すように、金型6を重合体層3から剥離する。
<重合体層3の形成方法の第三の例>
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。
(プロセス1)
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。
(プロセス2)
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。
(プロセス3)
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。
(プロセス4)
図10(d)に示すように、金型6を重合体層3から剥離する。
なお、第二の例及び第三の例では、上記プロセス1において、第一の樹脂7を基材2の表面上に塗布し、第二の樹脂8を、第一の樹脂7又は金型6の表面上に塗布することを示したが、第二の樹脂8を、第一の樹脂7及び金型6の両方の表面上に塗布してもよい。すなわち、上記プロセス1は、第一の樹脂7を基材2の表面上に塗布し、第二の樹脂8を、第一の樹脂7及び金型6のうちの少なくとも一方の表面上に塗布することによって行われてもよい。また、上記プロセス1は、第二の樹脂8を金型6の表面(凹凸面)上に塗布し、第一の樹脂7を第二の樹脂8の表面(金型6とは反対側の表面)上に塗布することによって行われてもよい。
[実施例及び比較例]
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。
(実施例1)
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。
<第一の重合性組成物の組成>
(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%
第一の重合性組成物に対して、凹凸構造の反転形状を表面に有する第一の金型をハンドローラーで押し当てた。その結果、凹凸構造が第一の重合性組成物の表面(TACフィルムとは反対側の表面)に形成された。
凹凸構造を表面に有する第一の重合性組成物に、TACフィルム側から紫外線(照射量:200mJ/cm)を照射し、第一の重合性組成物の硬化物である重合体層を得た後、金型を重合体層から剥離した。その結果、凹凸構造を表面に有し、かつ超撥水性を有する重合体層が得られた。重合体層の厚みTは、9.8μmであった。
第一の金型を用いて得られた重合体層の表面形状は、下記の通りであった。
凸部の形状:釣鐘状
凸部の平均ピッチ:150nm
凸部の平均高さ: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
重合体層の表面仕様の評価は、日立ハイテクノロジーズ社製の走査型電子顕微鏡「S−4700」を用いて行われた。なお、評価時には、メイワフォーシス社製のオスミウムコーター「Neoc−ST」を用いて、重合体層の表面(TACフィルムとは反対側の表面)上に和光純薬工業社製の酸化オスミウムVIII(厚み:5nm)が塗布された。
透明導電性微粒子分散液として、マクセル社製のITOインク(シクロヘキサノン中にITO粒子を分散した液)を使用した。ITOインク中のITOの含有率は、7.5重量%であった。重合体層の表面にITOインクを5ml滴下し、回転数1500rpmで15秒間スピン塗布を行った。その後、100℃で10分間ホットプレートにて乾燥を行い、ITO粒子を重合体層の凹部内に配置した。これにより、実施例1の超撥水性フィルムが完成した。超撥水性フィルムの製造条件について、下記表1に示した。
(比較例1)
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。
(実施例2〜4)
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2)
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。
(実施例5及び6)
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。
第二の金型を用いて得られた重合体層の表面形状は、図11に示したように、下記の通りであった。
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
(比較例3)
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。
<第二の重合性組成物の組成>
(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%
(比較例4〜6)
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。
(比較例7)
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。
<第三の重合性組成物の組成>
(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%
(比較例8〜10)
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。
[評価方法]
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。
<接触角>
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。
<ヘイズ>
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
<全光線透過率>
日本電色工業社の濁度計NDH2000を用いて測定した。
<帯電量>
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。
<機械特性>
(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。
(2)スチールウール耐擦性
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
[評価結果のまとめ]
(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。
次に、第一の金型を用い、ITOインクを塗布して作製した実施例1〜4の超撥水性フィルム同士を比較する。ITO含有率が高いITOインクを使用した実施例1の超撥水性フィルムは、純水に対する接触角が低く、摩擦抵抗が高く、スチールウール耐性に劣るものであった。一方、ITO含有率が低いITOインクを使用した実施例4の超撥水性フィルムは、表面擦り後の帯電量が少し上昇しており、帯電防止効果が小さかった。
また、第二の金型を用い、重合体層の凸部のアスペクト比が5.7と大きかった実施例5及び6の超撥水性フィルムは、ITOインクの塗布後にスティッキング(凸部同士の付着)が発生した。図12は、アスペクト比が5.7の凸部を有する超撥水性フィルムの表面状態を示した顕微鏡写真であり、(a)は、ITOインク塗布前の表面状態を示しており、(b)は、ITOインク塗布後の表面状態を示している。実施例5及び6の超撥水性フィルムは、スティッキングの影響により、ヘイズが大きく上昇し、全光線透過率も大きく低下した。また、機械特性も悪化し、実施例5及び6の超撥水性フィルムは、摩擦抵抗がやや高く、スチールウール耐性に劣るものであった。一方、実施例5及び6の超撥水性フィルムは、ヘキサデカンに対する接触角が若干高く超撥水性においては優れていた。
(比較例3〜10について)
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°
ITO粒子を凹部内に円滑に埋め込むためには、凸部の先端にITO粒子を付着させずに滑らせることが重要であり、実施例1〜6では、PFPE系フッ素含有離型剤を添加した効果によって、低い摩擦抵抗が得られており、ITO粒子を凹部内に円滑に埋め込むことができた。その結果、導電性を有するITO粒子が、凹部内の凸部の先端よりも深い位置に配置され、かつPFPE系フッ素含有離型剤を含有する樹脂で形成された凸部の先端がフィルムの最表面に露出しているので、超撥水性と帯電防止性とを両立することができる。一方、RF系フッ素含有離型剤又はフッ素を含有しない樹脂を用いた比較例3〜10の超撥水性フィルムは、表面でITOインクが馴染んでしまい、かつ滑り性も比較的弱い(摩擦抵抗が比較的高い)ため、ITO粒子が凸部の先端に付着し易く、凹部内に入り込みにくかった。
ITOインクを希釈して薄くした比較例6及び10では、表面擦り後の帯電量は上昇してしまう。これは、ITO粒子が凹部に理想的に埋まっておらず表面に凝集している影響で擦り時にITO粒子が取れてしまうためと考えられる。また、比較例4、5、8及び9は、水接触角が100°付近となっており、ITOからなるベタ膜とほぼ同じ値となった。ITO粒子がモスアイ表面に凝集して存在しているためであると思われる。
なお、実施例1〜4の超撥水性フィルムについて反射率を測定したところ、図13に示した結果であった。図13に示したように、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4の順に反射率が低下しており、特に実施例3及び4では優れた反射防止性が得られた。
また、実施例1〜4及び比較例1の超撥水性フィルムについて表面抵抗を測定したところ、以下に示した結果であった。表面抵抗は、三菱ケミカルアナリテック社の表面抵抗計ハイレスタ−UX MCP−HT800を用いて測定した。
比較例1:1×1014〜1×1015Ω/□
実施例1:5×10〜8×10Ω/□
実施例2:9×10〜3×10Ω/□
実施例3:5×10〜2×10Ω/□
実施例4:7×10〜5×1010Ω/□
1:超撥水性フィルム
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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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