JP3694882B2 - 反射防止性能を有する防曇性物品及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防曇性能を有するメガネ・カメラ等のレンズ、窓ガラス、車のフロントガラス、ヘルメットのシールド、水中メガネ、または浴室内で使用する鏡等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物品に防曇性能を付与する方法として、従来から以下に述べる様な種々の方法がとられている。
【０００３】
合成樹脂基材自体に界面活性剤を練り込んだり、親水性の単量体を共重合して合成樹脂基材を形成して防曇性能を付与する方法は、特開昭５１−１０７８４１，特開昭５５−１０２６３２，特公昭５７−３１７３５，特開昭５８−１６０３２５，特開昭６０−１４１７２７，特開昭６１−１１４２０１，特開昭６１−１１４２０２，特開昭６２−２２０２，特開昭６２−２２０３などに開示されている。
【０００４】
物品に防曇性能を有するコーティングを施す方法も良く知られ、特公昭４５−１８９７２，特公昭５０−１７１０，特開昭５２−１４６７９１，特開昭５３−３９３４７，特開昭５５−９９９３０，特開昭５５−７５０，特開昭５５−１４８２８３，特開昭５７−１１９９７３，特公昭５８−１６８８，特開昭５９−１５４７３，特公昭６２−２８９８６，特開平１−２４９８１８，特開平２−１８０４８，特開平２−１７３０７８，などに開示されている。
【０００５】
以上に示した方法は、基材自体、あるいは厚いコーティング層に、親水性と吸水性を付与して防曇性能を達成しようとするものである。
【０００６】
吸水性の悪いガラスなどの無機物質に、直接防曇性能を付与する方法として、最表面を処理して親水性または疎水性を持たせる方法が知られ、特開昭５３−５６１７７，特公昭５７−６１２９４，特開平２−２５２６３８，特開平４−３６６１４０，特開平５−９６６７９，特開平５−１５５６４１，特開昭５４−１０５１２０，特開昭６０−２１０６４１，特開昭６２−５７４８４，特開平２−２２３４１，などに開示されている。
【０００７】
表面改質の方法としてのグラフト重合は、特開平１−２３０６４４，特開平２−３８４３１，特開平４−２２５３０１に開示されている。
【０００８】
さらに、無機物質の細孔・凹凸と親水性物質を組み合わせた特許及び表面の凹凸を利用した特許として、特開昭４９−１８９１０，特公昭５２−１１３２１，特開昭５４−５７５１６，特開昭６１−９１０４２，特公平１−５８４８１，特開平３−１９４５０１が挙げられる。
【０００９】
以上に示した方法も含め、物品に防曇性能を付与するには、１）基材に吸水性を持たせる。２）基材表面を親水性にする。３）基材表面を撥水性にする。４）物品の表面温度を高くし、空気中の水分が表面で凝結しない様にする。の４点の方法が過去から提案され、色々な試みがなされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では次に述べる様な問題点を有していた。
【００１１】
樹脂基材自体や樹脂コーティング層に防曇性能を付与する方法は、防曇性能としては十分な性能が得られるが、親水性・吸水性を持つ樹脂は吸水すると柔らかくなり、非常に傷がつき易いものとなっていた。これでは眼鏡レンズなど耐摩耗性が要求される部分に使用した場合、傷によって光学特性が劣化し、実用に耐えられない。さらに、空気中の汚れ、例えばタバコの煙なども吸着し易く、光学物品が着色してしまうなどの欠点もあった。
【００１２】
さらに、これらの方法の最大の欠点は、反射防止膜などの光学的特性を向上する為の表面処理を最表面に施すことができないことである。現在広く使用されいて、性能の良い反射防止膜は、無機物質からなる反射防止膜であり、酸化ケイ素などの無機物質表面に防曇性能を持たせなければならない。
【００１３】
ガラス表面や無機物質表面に防曇性能を付与する方法としては、一般に用いられている界面活性剤を表面に塗布する方法があるが、持続性に問題があり、水分によって界面活性剤が容易に脱落してしまう。
【００１４】
そのほかに、ガラス表面や無機物質表面に親水性の物質を用いて極薄い薄膜を形成し、防曇性能を達成する方法があるが、従来技術に従うとそれらの物質と表面との結合が弱く、簡単にそれらの物質が脱落して長期間防曇性能が維持できなかった。
【００１５】
逆に撥水性を付与する場合、従来示されている技術では、表面の水に対する接触角が１４０゜前後にしかならず十分な防曇性能が得られているとは言いがたい。
【００１６】
以上に述べた課題を解決する為に、無機物質表面をシランカップリング剤で処理した後、反応性界面活性剤を反応させる方法も提案されているが、反応性界面活性剤の構造によっては十分な防曇効果が得られなかった。
【００１７】
反射防止性能と防曇性能を兼ね備えたものとして、無機物と親水性物質の組み合わせも提案されている。特に、特開平３−１９４５０１は、無機コート膜の微細間隙と親水性物質を利用した防曇について記載されているが、微細構造及び、反射防止膜の最上層に関しての詳細な記述がなかった。さらに、これら無機物質の表面には、水ヤケが発生したり、汚れやすかった。
【００１８】
そこで、本発明は以上の様な問題点を解決し、物品の反射防止特性などの光学特性、耐摩耗性、耐水ヤケ、耐汚染性を低下させることなく、優れた防曇性能、持続性、を有する物品を得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１記載の発明は、基材上に設けられた、無機物質からなる単層及び多層反射防止膜の最上層を、ガス導入を行いながら真空蒸着によって形成した後、親水性物質で最上層を処理し、最上層の細孔及び微細な凹凸に親水性物質を固定し、かつ、撥水性を有する物質で無機物質表面を処理することを特徴とする。
【００２１】
レンズ、ガラス、鏡等の光学部品には、透過率の向上や反射率の低減を目的として、単層及び多層の反射防止膜がしばしば設けられる。これらの反射防止膜は真空蒸着法やスパッタ法で形成される。真空蒸着の場合、形成された膜はバルクと比較して充填率が低く、表面も凹凸のある表面である。一般の蒸着では高密度で硬い膜を求めるため、充填率を上げる必要がある。従って、蒸着前及び蒸着中の真空度は、高真空度で行うことが多い。
【００２２】
一方、本発明ではガスを導入しながら真空蒸着によって反射防止膜を形成する。蒸着中にガスを導入し、低真空にすることによって、膜の充填率をさらに低くすることができる。導入ガスは、膜との反応を避けるためＡｒ等の不活性ガスが望ましい。このようにして作成された膜は、ガスを導入しない場合の膜より、サイズの大きな細孔及び微細な凹凸を多数持つ。ガス導入量は、蒸着前の真空度で２×１０^-5ｈＰａ以上が望ましい。ちなみに、二酸化珪素膜を例に取るとガス導入しないときの屈折率は、１．４５、充填率は０．９８程度であるが、Ａｒガスを真空度が４×１０^-4ｈＰａになるまで導入して蒸着を行うと、屈折率１．３６充填率０．７８程度になる。十分な防曇性能を得るためには充填率が０．９５以下であることが大切である。
【００２３】
ガス導入を行う層は反射防止膜の最上層に行う。単層の反射防止膜であれば、単層そのものに行う。これら最上層は、反射防止膜の設計上、低屈折率層が用いられる。低屈折率層にガス導入を行って、さらに低屈折率になるのはかまわないが、高屈折率層にまでガス導入を行って、高屈折率層の屈折率が低下すると、高性能の反射防止特性が得られにくい。さらに、表面硬度も得られなくなる。従って、本発明では、最上層の低屈折率層に対してガス導入を行う。
【００２４】
基材が合成樹脂の場合、基材の変形を避けるため高温で蒸着できない。そのため、反射防止膜の低屈折率層には、低温でも硬い膜が得られる二酸化珪素が良く用いられる。
【００２５】
本発明では、以上のようにガス導入して形成した最上層の細孔及び微細な凹凸に親水性物質を固定する。親水性物質としては、脂肪酸石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸塩等の陰イオン界面活性剤、第４アンモニウム基を持つ陽イオン界面活性剤、長鎖アルキルアミノ酸等の両性界面活性剤、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等の非イオン界面活性剤、などの界面活性剤、グルコシルエチルメタクリレート、メタクリル酸、アクリル酸、２−ヒドロキシルエチルメタクリレート、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−（２−メタクロイルオキシエチル）−２−ピロリドン、グリセリルメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、等のヒドロキシルアルキル（メタ）アクリレート類、ポリアルキレングリコールモノ（メタ）アクリレート類、（メタ）アクリルアミド類、Ｎ−ビニルラクタム類、等の親水性モノマー及びそれらからなるポリマーを挙げることができる。
【００２６】
これらの親水性物質は単体、混合物どちらで用いても良い。さらに、親水性物質であれば、これらに限定される事はない。
【００２７】
親水性のモノマー及びビニル基、アクリル基、メタクリル基、グリシジル基、アリル基、エポキシ基、メルカプト基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基等の反応性末端基とスルホン基、水酸基、アンモニウムクロライドなどの親水性部分を持つ反応性界面活性剤を親水性物質として用いる場合、これらの物質を細孔及び表面の凹凸に付着させた後、熱、紫外線等の電磁波、電子線等の放射線などによって反応を促進し、強固に固定させることができる。さらに、最上層が二酸化珪素の場合、反応性を有する親水性物質と二酸化珪素双方との反応基を持つシランカップリング剤を一緒に用いれば、膜との密着性も向上し、防曇の持続性などの耐久性が向上する。
【００２８】
親水性物質で、細孔や微細な凹凸からはみ出して無機物質上で膜を形成している物や、反応に寄与できなかった未反応モノマーを洗浄により洗い流すことにより、処理前と反射防止特性等の外観が変わらない処理を行うことができる。
【００２９】
本発明では、さらに表面に存在する無機物質を、撥水性を有する物質で処理する。これは、親水性物質を固定する前でも後でも良い。処理後の表面の接触角が９０゜以上であれば、十分な耐水ヤケ性、耐汚染性が得られる。無機物質が二酸化珪素の場合、フッ素を含むシランカップリング剤が有効である。シランカップリング剤の例としては、ハロゲン化シラン、末端シラノールを有するシラン化合物、アルコキシシラン、アミノシラン、シラザン、珪素官能型シリルイソシアネート等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。これらの物質は、単体で用いても良いし、混合物で用いても良い。
【００３０】
処理は形成された蒸着膜に影響を与えない低温で行うのが望ましい。処理方法は、処理液を浸漬法やスピン法で塗布した後、加熱して反応させる方法や、真空槽内あるいは、大気中でガスとして反応させる方法をとることができる。反応方法については特に限定されない。
【００３１】
以上のように形成した最表面は、撥水性を持つ無機物質と親水性物質が存在する表面となる。
【００３２】
防曇性の付与される物品はどんな物でも良いが、特にレンズ・鏡・窓・ゴーグル・水中眼鏡などの光学物品であれば用途上非常に有効である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３４】
〔実施例１〕
予め水酸化ナトリウム溶液（０．１Ｎ）に浸漬し、よく水洗、乾燥したジエチレングリコールビスアリルカーボネート製レンズに以下に示すコーティング液をディッピング法で、膜厚が２．５μｍになる様塗布し、１３０℃で２時間加熱硬化してハードコート層を設けた。
【００３５】
（コーティング液の調整）
攪拌装置を備えた、反応容器中に、エタノール２０６ｇ，エタノール分散コロイダルシリカ３９６ｇ（触媒化成工業株式会社製“オスカル１２３２”固形分３０％），γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランの部分加水分解物３１２ｇ，フローコントロール剤０．２ｇ（日本ユニカー（株）製“Ｌ−７６０４”）及び０．０５Ｎ酢酸水溶液８６ｇを加え、室温で３時間攪拌をし、コーティング液とした。
【００３６】
以上のようにして得られたコーティング済みレンズを真空槽内にセットし、真空蒸着により、基板温度５０℃で、コーティング表面に反射防止処理を行った。膜構成は、光学膜厚でレンズ側から、二酸化ケイ素層がλ／４，酸化ジルコニウム層と二酸化ケイ素層の合成膜厚が、λ／４，酸化ジルコニウム層がλ／４，最上層の二酸化ケイ素層がλ／４とした。（λは５２０nm）ここで、最上層の二酸化珪素層を形成する際に、アルゴンガスを導入し、真空度を２×１０−４ｈＰａにした状態で蒸着を行った。最上層の屈折率は、１．４１、充填率は、０．８９であった。このように形成した反射防止膜付きレンズを、次の手順で調整した防曇処理用反応液で処理した。
【００３７】
アクリルアミド２ｇ、アゾビスイソブチロニトリル０．１ｇ、界面活性剤０．０１ｇを純水９８ｇに加え、均一な水溶液とし、コーテイング反応液とした。
【００３８】
このコーテイング反応液に、先に形成した反射防止膜付きレンズを液温１５℃で１分間浸漬した。その後、湿度６０％、温度２５℃の雰囲気で、１ｃｍ／分の速度でレンズを引き上げた。引き上げ後、窒素気流中、高圧水銀灯を用いて、紫外線照射と５０℃まで加熱を行った。その後、トリクロロエチレンにより洗浄を行った。洗浄後のレンズの外観、反射防止特性に、大きな変化は見られなかった。
【００３９】
次に、上記のように作製したレンズを２−（パーフルオロオクチル）エチルトリアミノシラン３ｇをＣ₆Ｆ₁₄を主成分としたＣ₅Ｆ₁₂及びＣ₇Ｆ₁₆の混合溶剤 （住友３Ｍ製ＦＸ３２５０）９７ｇに溶解した液温２０℃の液に５分間浸漬し、浸漬後、相対湿度５０％、温度５０℃雰囲気中に取り出し、１０分間放置した。その後、アセトンによりレンズを拭きあげた。
【００４０】
得られた物品の防曇性評価方法は“ＪＩＳ−Ｓ４０３０ 眼鏡用くもり止め剤試験方法”の低温部くもり止め性に従って１〜４級で評価した。（１級が一番防曇性能が良く、４級が一番悪い。） さらに、防曇性能の耐久性の評価として、反射防止膜表面を、布で１ｋｇの荷重をかけ、５００回摩擦した後、防曇性の低下の程度を上記防曇性評価方法で評価した。耐水ヤケ性の試験は、水道水をレンズ表面にたらし乾燥させた後、布で残留物を拭き取った。残留物が残ればＣ、完全に拭き取れればＡ、一部残ればＢと評価した。
【００４１】
評価結果は、表１に実施例と比較例をまとめて示した。
【００４２】
上述のような構成によれば、表面に親水性物質と撥水性を有する二酸化珪素が存在し、反射防止性能と耐水ヤケ性、耐汚染性を有する耐久性のある防曇を同時に実現することができる。
【００４３】
【表１】

【００４４】
〔実施例２〕
実施例１で作成した、コーテイング済みレンズに反射防止膜を形成した後、出力４００ＷのアルゴンＲＦプラズマで処理を行いながら、真空槽内に２−ヒドロキシエチルメタクリレートを導入し、気体の状態で反射防止表面と接触させ、表面に皮膜が形成されない程度にプラズマ重合を行った。その後、真空槽内にビス（パーフルオロプロピルメチル）ジアミノシランを導入し、表面の二酸化珪素と反応させた。
【００４５】
得られたレンズは、実施例１と同様の評価方法で評価した。結果は、表１に示した。
【００４６】
上述のような構成によれば、表面に親水性物質と撥水性を持つ二酸化珪素が存在し、反射防止性能と耐水ヤケ性、耐汚染性を持つ耐久性のある防曇を同時に実現することができる。
【００４７】
〔実施例３〕
防曇処理用反応液を、次の手順で調整した。即ち、２−ヒドロキシエチルアクリレート１ｇ、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、０．５ｇ、５０％エタノール水溶液１９８ｇ、アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）０．００１ｇ、ポリエチレングリコール系界面活性剤０．０２ｇを加え、均一な水溶液とし、コーテイング液とした。
【００４８】
この液に、実施例１で作製した反射防止膜付きレンズを浸漬し、１０ｃｍ／分で引き上げた後、６０℃で１時間加熱した。その後、レンズを水洗し、アセトンで拭きあげた。
【００４９】
次に、上記のように作製したレンズをヘキサメチルジシラザン蒸気の充満した容器に釣り下げ、蒸気にさらすことによって表面を処理した。処理後、アセトンにより拭きあげた。
【００５０】
得られたレンズは、実施例１と同様の評価方法で評価した。結果は、表１に示した。
【００５１】
上述のような構成によれば、表面に親水性物質と撥水性を持つ二酸化珪素が存在し、反射防止性能と耐水ヤケ性、耐汚染性を持つ耐久性のある防曇を同時に実現することができる。
【００５２】
〔比較例１〕
実施例１で形成した反射防止膜付きレンズで、２−（パーフルオロオクチル）エチルトリアミノシランによる処理を行わないレンズを比較例１とした。
【００５３】
〔比較例２〕
実施例１で最上層の二酸化珪素をアルゴンガス導入を行わずに形成し、ビス（パーフルオロプロピルメチル）ジアミノシランで処理を行わないレンズを比較例２とした。
【００５４】
【発明の効果】
【００５５】
請求項１記載の発明によれば、充填率の低い膜に親水性物質を固定することが可能となり、親水性物質の密度が高まり、さらに、表面に露出した無機物質に撥水性を付与することができ、十分な防曇性能と反射防止性能、耐摩耗性、耐水ヤケ性、耐汚染性を兼ね備えることができる。

Claims (6)

1. 基材上に設けられた、無機物質からなる単層及び多層反射防止膜の最上層を、ガス導入を行いながら真空蒸着によって形成した後、親水性物質で最上層を処理し、最上層の細孔及び微細な凹凸に親水性物質を固定し、かつ、撥水性を有する物質で無機物質表面を処理することを特徴とする反射防止性能を有する防曇性物品の製造方法。
2. 前記の基材が合成樹脂製レンズであることを特徴とする請求項１記載の反射防止性能を有する防曇性物品の製造方法。
3. 前記の最上層が二酸化珪素及び二酸化珪素を主成分とする物質であることを特徴とする請求項１記載の反射防止性能を有する防曇性物品の製造方法。
4. 前記のガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項１記載の反射防止性能を有する防曇性物品の製造方法。
5. 前記の親水性物質が反応性を有する物質であって、最上層を親水性物質で処理後、加熱及び電磁波・放射線の照射によって反応を促進することを特徴とする請求項１記載の反射防止性能を有する防曇性物品の製造方法。
6. 前記の撥水性を有する物質が、フッ素を含むシラン化合物であることを特徴とする請求項１記載の反射防止性能を有する防曇性物品の製造方法。