JP4673664B2 - High refractive index resin composition for coating - Google Patents
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Description
本発明は、高屈折率で耐光性に優れた超微粒子、ゾル液及びそれを含んだコーティング液、並びに耐擦傷性、表面硬度、耐磨耗性、密着性、透明性、耐熱性、耐光性、耐候性、紫外線遮蔽性等が良好で、基材に形成した際に干渉縞の発生しないコート膜、樹脂組成物並びにその製造法に関する。 The present invention is an ultrafine particle having a high refractive index and excellent light resistance, a sol liquid and a coating liquid containing the same, as well as scratch resistance, surface hardness, wear resistance, adhesion, transparency, heat resistance, and light resistance. In addition, the present invention relates to a coating film, a resin composition, and a method for producing the same, which have good weather resistance, ultraviolet shielding properties and the like, and do not generate interference fringes when formed on a substrate.
酸化チタンには代表的な結晶型としてルチル型とアナターゼ型とがある。これまで高屈折率用の金属酸化物超微粒子ゾル液として、屈折率no=2.56、ne=2.49を有するアナターゼ型酸化チタン超微粒子を主成分とした材料が、主に用いられている。これに対し、ルチル型酸化チタンはその屈折率が屈折率no=2.61、ne=2.9(no:常光線に対する屈折率、ne:異常光線に対する屈折率)(実験科学講座 日本化学会編)であり、アナターゼ型に比べて高屈折率、紫外線吸収といった光学特性などに優れていることが知られており、このルチル型酸化チタン超微粒子、及びゾル液を合成する試みが積極的に行われている。しかしながら、産業的に用い得るルチル型酸化チタン超微粒子、及びゾル液は未だ得られていないのが現状である。 Titanium oxide includes a rutile type and an anatase type as typical crystal types. So far, materials mainly composed of anatase-type titanium oxide ultrafine particles having a refractive index no = 2.56 and ne = 2.49 have been mainly used as high refractive index metal oxide ultrafine particle sol solutions. Yes. On the other hand, the refractive index of rutile-type titanium oxide has a refractive index no = 2.61, ne = 2.9 (no: refractive index for ordinary light, ne: refractive index for extraordinary light) (Chemical Society of Japan, Experimental Science) It is known that the optical properties such as high refractive index and ultraviolet absorption are superior to those of anatase type, and attempts to synthesize the rutile titanium oxide ultrafine particles and sol liquid are positive. Has been done. However, the present situation is that the rutile-type titanium oxide ultrafine particles and the sol liquid that can be used industrially have not been obtained yet.
例えば、元々低屈折率タイプのアナターゼ型酸化チタンを製造する方法において、スズをドーピング剤として添加し、強制的にルチル型に変異させようとする方法が報告されている。H.Chengらによる、Chem. Mater., 7, 663, (1995)に記載された方法によれば、強酸性、高濃度条件下、水熱合成法により合成する。しかし220℃という高温であるために、結晶径が20nmを越え、しかも酸化スズが混じるため良好なルチル型酸化チタンは得られないという欠点を有する。また、X.Z.Dingらによる、Nano Mater., 4, 663, (1994)記載の方法によれば、60℃条件下、チタニウムテトラブトキシドの水、エタノール混合溶液を原料とし、ドーピング剤として四塩化スズ五水和物、触媒として塩酸を添加し、アナターゼ型をルチル型へ変換する。しかし、この方法でもアナターゼ型が残存あるいは酸化スズが生成するという欠点がある。特許文献1には通常アナターゼ型になるところをスズ化合物添加でルチル型にするが、同様の欠点がある。 For example, in a method of originally manufacturing a low refractive index type anatase type titanium oxide, a method of adding tin as a doping agent and forcibly changing to a rutile type has been reported. According to the method described by H. Cheng et al. In Chem. Mater., 7, 663, (1995), the compound is synthesized by a hydrothermal synthesis method under strongly acidic and high concentration conditions. However, because of the high temperature of 220 ° C., the crystal diameter exceeds 20 nm, and tin oxide is mixed, so that there is a disadvantage that a good rutile type titanium oxide cannot be obtained. In addition, according to the method described in Nano Mater., 4, 663, (1994) by XZDing et al., A titanium tetrabutoxide water / ethanol mixed solution was used as a raw material under conditions of 60 ° C. Hydrochloric acid is added as a hydrate and catalyst to convert the anatase form to the rutile form. However, this method also has the disadvantage that the anatase type remains or tin oxide is produced. In Patent Document 1, an anatase type is usually converted into a rutile type by adding a tin compound, but has the same drawbacks.
一方、ルチル型酸化チタンを低温で合成する方法が、H.D.Namらにより、Jpn. J. Appl. Phys., 37, 4603(1998)に報告されている。しかし、この方法によれば、長繊維状のルチル型酸化チタンが寄せ集まった凝集粒子径200〜400nmの凝集体が生成する。 On the other hand, a method for synthesizing rutile titanium oxide at a low temperature has been reported by H.D.Nam et al. In Jpn. J. Appl. Phys., 37, 4603 (1998). However, according to this method, an aggregate having an aggregate particle diameter of 200 to 400 nm in which long-fiber rutile titanium oxide is gathered is generated.
一方、プラスチック製メガネレンズは、低屈折率のジエチレングリコールビスアリルカーボネート樹脂(屈折率1.50)が用いられてきたが、近年、特許文献2に記載されているチオール化合物とイソシアネート化合物を熱重合し、チオウレタン結合を形成して得られるポリチオエポキシ系樹脂レンズ(屈折率1.60〜1.70)、さらには特許文献3に記載されているチオエポキシ化合物の開環熱重合により得られるポリチオエポキシ系樹脂レンズ(屈折率1.70以上)が開発されている。ところが、プラスチックレンズは耐擦傷性が低く傷が付き易いという欠点を持つため、シリカゾルおよび有機ケイ素化合物を用いたコーティング液を調製し、ハードコート膜を表面に設ける方法が行われている。 On the other hand, low refractive index diethylene glycol bisallyl carbonate resin (refractive index of 1.50) has been used for plastic spectacle lenses, but in recent years, a thiol compound and an isocyanate compound described in Patent Document 2 are thermally polymerized. , A polythioepoxy resin lens (refractive index of 1.60 to 1.70) obtained by forming a thiourethane bond, and a polythio obtained by ring-opening thermal polymerization of a thioepoxy compound described in Patent Document 3. Epoxy resin lenses (refractive index of 1.70 or more) have been developed. However, since plastic lenses have the drawback of being scratch resistant and easily scratched, a method of preparing a coating solution using silica sol and an organosilicon compound and providing a hard coat film on the surface has been performed.
また、光硬化型ハードコート膜は簡便に製膜出来るため、同様に耐擦傷性向上のためのハードコート膜として用いられている。 Further, since the photocurable hard coat film can be easily formed, it is used as a hard coat film for improving the scratch resistance.
また、プラスチックレンズは耐衝撃性が低いという欠点を持つ。そのため、基材とハードコート膜との間にプライマー膜を施し、衝撃を吸収させるといった方法が用いられている。しかしながら、基材が高屈折率であるのに対して低い屈折率であるため、塗膜に基材との屈折率差による干渉縞が見え、外観不良となるという問題が生じる。そのため、ハードコート膜、プライマー膜あるいは光硬化型ハードコート膜の屈折率も、基材の屈折率同等レベルにまでに近づける必要がある。 In addition, plastic lenses have the disadvantage of low impact resistance. Therefore, a method of applying a primer film between the base material and the hard coat film to absorb impact is used. However, since the base material has a high refractive index and a low refractive index, interference fringes due to a difference in refractive index from the base material are seen in the coating film, resulting in a problem of poor appearance. Therefore, the refractive index of the hard coat film, the primer film, or the photocurable hard coat film needs to be close to the refractive index equivalent level of the substrate.
同様に耐光性、耐候性等に優れた高屈折率の超微粒子、ゾル液が光学レンズ(メガネレンズ、CD、DVDなどの情報記録機器におけるピックアップレンズ、デジタルカメラなどの撮影機器用レンズ等)、光学プリズム、光導波路、光ファイバー、薄膜成形物、光学用接着剤、光半導体用封止材料等の高屈折光学部材の材料等だけでなくプラスチック劣化防止添加剤、化粧品添加剤、自動車用窓ガラス、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、ELディスプレイ、光学フィルター等の光学部材、屈折率調製用に金属材料、セラミックス材料、ガラス材料、プラスチック材料などといった製品分野でも求められている。 Similarly, ultra-fine particles of high refractive index with excellent light resistance and weather resistance, and sol liquid are optical lenses (glass lenses, pick-up lenses in information recording devices such as CDs and DVDs, lenses for photographing devices such as digital cameras), Optical prisms, optical waveguides, optical fibers, thin film moldings, optical adhesives, materials for high refractive optical members such as optical semiconductor sealing materials, etc., as well as plastic deterioration prevention additives, cosmetic additives, automotive window glass, There are also demands in the field of products such as plasma displays, liquid crystal displays, EL displays, optical members such as optical filters, and metal materials, ceramic materials, glass materials, plastic materials, etc. for refractive index adjustment.
これまでコート膜高屈折率化用コーティング液に添加する金属酸化物超微粒子、ゾル液として、酸化アンチモンが推奨されてきたが、レンズのプラスチック基材の屈折率が最近のように1.6以上の場合には、もはやこの酸化アンチモンでは対応できない。酸化アンチモン自体は屈折率1.7を有しているが、屈折率の低い有機ケイ素化合物等に充填させて用いるため、コート膜としての屈折率が基材よりも低くなるためである。 Up to now, antimony oxide has been recommended as a metal oxide ultrafine particle and sol solution to be added to the coating liquid for increasing the refractive index of the coating film, but the refractive index of the plastic substrate of the lens is 1.6 or more as recently. In this case, this antimony oxide can no longer be used. This is because antimony oxide itself has a refractive index of 1.7, but is used by being filled in an organosilicon compound having a low refractive index, so that the refractive index as a coating film is lower than that of the substrate.
このような問題を解決する手段として、現在、酸化アンチモンなどよりも屈折率の高いアナターゼ型酸化チタンからなる超微粒子をハードコート膜、プライマー膜及び光硬化型ハードコート膜に含有させるという手法が用いられている。 As a means for solving such problems, a technique of containing ultrafine particles made of anatase-type titanium oxide having a refractive index higher than that of antimony oxide or the like in the hard coat film, primer film and photo-curable hard coat film is currently used. It has been.
しかしながらアナターゼ型酸化チタン超微粒子を用いたコート膜は耐光性に劣ることが分かっている。すなわち、酸化チタンの光触媒作用により、光吸収で発生した電子−ホールによる有機物分解を起こし、耐擦傷性、表面硬度、耐磨耗性、透明性、耐熱性、耐光性、耐候性、紫外線遮蔽性能等が問題となっている。 However, it has been found that a coating film using anatase-type titanium oxide ultrafine particles is inferior in light resistance. In other words, the photocatalytic action of titanium oxide causes organic matter decomposition due to electron-holes generated by light absorption, scratch resistance, surface hardness, abrasion resistance, transparency, heat resistance, light resistance, weather resistance, UV shielding performance Etc. is a problem.
現在ではこのような干渉縞、およびアナターゼ型酸化チタン超微粒子含有コート膜の耐光性を改善させる目的で、例えば特許文献4記載のような、アナターゼ型酸化チタンと金属酸化物を複合した超微粒子、あるいはアナターゼ型酸化チタンを金属酸化物で被覆した超微粒子及びこれを用いたコーティング液、コート膜が適用されている。 At present, for the purpose of improving the light resistance of such interference fringes and anatase-type titanium oxide ultrafine particle-containing coat film, for example, as described in Patent Document 4, ultrafine particles composed of anatase-type titanium oxide and a metal oxide, Alternatively, ultrafine particles obtained by coating anatase-type titanium oxide with a metal oxide, and a coating liquid and a coating film using the same are applied.
これらはいずれも金属酸化物被覆によるアナターゼ型酸化チタン超微粒子の不活性化を目標としたものである。このように酸化チタン超微粒子を金属酸化物で被覆することで耐光性は改善される。しかし、使用されている酸化チタンはアナターゼ型であるために、屈折率が約2.5であり、耐光性向上のために金属酸化物で被覆した場合には大幅に屈折率が低下してしまい、本来のアナターゼ型酸化チタンの屈折率よりは低くなり、コート膜の屈折率を向上させる効果は低い。被覆する金属酸化物の量を減らし屈折率を上げたとしても耐光性が不十分となり、高屈折率基材、特に1.70以上のメガネレンズ基材に用いた場合には、耐光性を持たせたままコート膜の屈折率を向上させることは困難であり、干渉縞を完全に消失させることが出来ていないのが現状である。 These are all aimed to inactivate anatase-type titanium oxide ultrafine particles by metal oxide coating. Thus, light resistance is improved by coat | covering a titanium oxide ultrafine particle with a metal oxide. However, since titanium oxide used is anatase type, the refractive index is about 2.5, and when coated with a metal oxide to improve light resistance, the refractive index is greatly reduced. The refractive index is lower than that of the original anatase titanium oxide, and the effect of improving the refractive index of the coating film is low. Even if the amount of the metal oxide to be coated is reduced and the refractive index is increased, the light resistance is insufficient, and when used on a high refractive index substrate, particularly a spectacle lens substrate of 1.70 or more, it has light resistance. It is difficult to improve the refractive index of the coating film as it is, and the interference fringes cannot be completely eliminated at present.
これに対して従来のアナターゼ型酸化チタンより屈折率の高いルチル型酸化チタンは、前記した通り、用い得る超微粒子、ゾル液が無いのが現状であった。
本発明は、屈折率1.50以上、特に1.70以上の基材に塗布した際に、干渉縞が発生せず、耐擦傷性、表面硬度、耐磨耗性、密着性、透明性、耐熱性、耐光性、耐候性、紫外線遮蔽性等に優れたハードコーティング液、プライマーコーティング液、あるいは光硬化型ハードコーティング液、及びコート膜、あるいは樹脂組成物を提供することを目的とする。 In the present invention, when applied to a substrate having a refractive index of 1.50 or more, particularly 1.70 or more, no interference fringes are generated, and scratch resistance, surface hardness, wear resistance, adhesion, transparency, It is an object of the present invention to provide a hard coating solution, primer coating solution, photocurable hard coating solution, coating film, or resin composition excellent in heat resistance, light resistance, weather resistance, ultraviolet shielding properties, and the like.
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を行った結果、焼結剤として用いられるスズ化合物が長繊維化を防止すると共に凝集も防止し、ルチル型酸化チタン超微粒子、分散性に優れたゾル液が得られることを見出し、これを核超微粒子としアンチモン酸化物とケイ素酸化物で被覆することによって耐光性、耐候性、透明性、分散性に優れた高屈折率の平均粒子径が1〜100nmの複合酸化物超微粒子、即ち複合酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the tin compound used as a sintering agent prevents long fiber formation and also prevents aggregation. Sol liquid with excellent properties can be obtained, and by coating this with antimony oxide and silicon oxide as core ultrafine particles, the average of high refractive index with excellent light resistance, weather resistance, transparency and dispersibility It has been found that composite oxide ultrafine particles having a particle diameter of 1 to 100 nm, that is, composite oxide-coated tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles can be obtained, and the present invention has been completed.
即ち、本発明は、有機ケイ素化合物、その加水分解物及びその縮合物の一種以上、あるいはポリウレタン、ポリエステルなどの樹脂、あるいは光硬化型モノマーをマトリックス成分として、結晶径2〜20nmを有するスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子をアンチモン酸化物とケイ素酸化物で被覆した超微粒子を必須成分として含有するハードコーティング液、プライマーコーティング液、あるいは光硬化型ハードコーティング液、および屈折率1.5〜2.0の樹脂あるいは無機物である基材上に形成される干渉縞の見えないコート膜、あるいは樹脂組成物に関するものである。 That is, the present invention relates to a tin-modified rutile having a crystal diameter of 2 to 20 nm using one or more of an organosilicon compound, a hydrolyzate thereof and a condensate thereof, a resin such as polyurethane and polyester, or a photocurable monomer as a matrix component. Hard coating solution, primer coating solution, or photo-curable hard coating solution containing ultrafine particles of type titanium oxide coated with antimony oxide and silicon oxide as essential components, and a refractive index of 1.5 to 2.0 The present invention relates to a coating film or a resin composition in which interference fringes are not formed, which is formed on a base material that is a resin or an inorganic substance.
より具体的には、
1.チタンに対するスズのモル比(Sn/Ti)が0.001〜2のスズ化合物共存下、Ti濃度が0.07〜5mol/lのチタン化合物水溶液をpHが−1〜3の範囲で反応させて得られるSn/Ti組成モル比が0.001〜0.5であり、且つ結晶径の短軸、長軸が2〜20nmであるルチル型酸化チタン超微粒子である核微粒子と、上記核微粒子を被覆するアンチモン酸化物被覆層と、上記アンチモン酸化物被覆層を被覆するケイ素酸化物被覆層とから構成され、結晶径の短軸、長軸が2〜20nmである複合酸化物超微粒子を含有するコーティング組成物。
2.上記複合酸化物超微粒子の被覆層/核の重量比が1/99〜90/10であり、上記アンチモン酸化物被覆層と上記ケイ素酸化物被覆層に含まれるアンチモン酸化物/ケイ素酸化物の重量比が、100/1〜1/50である1記載のコーティング組成物。
3.上記複合酸化物超微粒子の屈折率が1.5〜2.8である1又は2記載のコーティング組成物。
4.上記複合酸化物超微粒子からなる、平均凝集粒子径が、10〜100nmである超微粒子凝集体の結晶を含有する1〜3の何れかに記載のコーティング組成物。
5.上記複合酸化物超微粒子が、水あるいは有機溶剤に分散してなるゾル液を含有する1〜4の何れかに記載のコーティング組成物。
6.有機ケイ素化合物、その加水分解物及びその縮合物の中から選択される一種以上を含有してなる1〜5の何れかに記載のコーティング組成物。
7.6記載のコーティング組成物を用いて硬化して得られるハードコート膜。
8.樹脂または樹脂モノマー一種以上を含有してなる1〜5の何れかに記載のコーティング組成物。
9.8記載のコーティング組成物を用いて硬化して得られるプライマー膜。
10.光硬化型モノマー一種以上を含有してなる1〜5の何れかに記載のコーティング組成物。
11.10記載のコーティング組成物を用いて硬化して得られるハードコート膜。
12.屈折率が1.5〜2.8である7記載のハードコート膜。
13.屈折率が1.5〜2.8である9記載のプライマー膜。
14.屈折率が1.5〜2.8である11記載のハードコート膜。
15.7または12に記載のハードコート膜が施された基材。
16.9または13に記載のプライマー膜が施された基材。
17.11または14に記載のハードコート膜が施された基材。
18.9または13に記載のプライマー膜の上に7または12に記載のハードコート膜が施されてなる基材。
19.基材の屈折率が1.5〜2.0である15〜18の何れかに記載の基材。
20.基材がポリチオウレタン系樹脂あるいはポリチオエポキシ系樹脂である15〜19の何れかに記載の基材。
21.15〜20の何れかに記載の基材上にさらに反射防止膜を施してなる基材。
に関するものである。
More specifically,
1. In the presence of a tin compound having a molar ratio of tin to titanium (Sn / Ti) of 0.001 to 2, a titanium compound aqueous solution having a Ti concentration of 0.07 to 5 mol / l is reacted in a pH range of −1 to 3. A core fine particle which is a rutile-type titanium oxide ultrafine particle having a Sn / Ti composition molar ratio of 0.001 to 0.5 and a short axis of crystal diameter and a long axis of 2 to 20 nm, and the above core fine particle. containing antimony oxide coating layer to be coated is composed of a silicon oxide target Kutsugaeso covering the antimony oxide coating layer, the minor axis of the crystal diameter, the composite oxide ultrafine particles long axis is 2~20nm Coating composition.
2. The composite oxide ultrafine particle coating layer / nucleus weight ratio is 1/99 to 90/10, and the antimony oxide / silicon oxide weight contained in the antimony oxide coating layer and the silicon oxide coating layer. The coating composition according to 1 , wherein the ratio is 100/1 to 1/50.
3. The composite oxide fine particles refractive index of 1 or 2 coating composition according is 1.5 to 2.8.
4). The composite oxide composed of ultra-fine particles, the average agglomerated particle size, coating composition according to any one of 1 to 3 containing crystal ultrafine particles agglomerates is 10 to 100 nm.
5. The composite oxide ultrafine particles, water or a coating composition according to any one of 1 to 4, containing a sol solution obtained by dispersing in an organic solvent.
6). The coating composition according to any one of 1 to 5, comprising at least one selected from an organosilicon compound, a hydrolyzate thereof and a condensate thereof.
A hard coat film obtained by curing using the coating composition according to 7.6.
8). The coating composition according to any one of 1 to 5, comprising at least one resin or resin monomer.
A primer film obtained by curing using the coating composition according to 9.8.
10. The coating composition according to any one of 1 to 5, comprising at least one photocurable monomer.
A hard coat film obtained by curing using the coating composition according to 11.10.
12 8. The hard coat film according to 7, which has a refractive index of 1.5 to 2.8.
13. 10. The primer film according to 9, having a refractive index of 1.5 to 2.8.
14 11. The hard coat film according to 11, having a refractive index of 1.5 to 2.8.
A substrate on which the hard coat film according to 15.7 or 12 is applied.
A substrate provided with the primer film according to 16.9 or 13.
17. A substrate on which the hard coat film described in 14 or 14 is applied.
A substrate obtained by applying the hard coat film described in 7 or 12 on the primer film described in 18.9 or 13.
19. The base material in any one of 15-18 whose refractive index of a base material is 1.5-2.0.
20. The substrate according to any one of 15 to 19, wherein the substrate is a polythiourethane resin or a polythioepoxy resin.
21. A substrate obtained by further applying an antireflection film on the substrate according to any one of 21.15 to 20.
It is about.
本発明のスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子は、従来の製法では成し得なかったものであり、かつアナターゼ型では得られない高屈折率の超微粒子、ゾル液を提供することが出来る。このスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子をアンチモン酸化物とケイ素酸化物で被覆して得られた超微粒子、ゾル液をコーティング液およびコート膜に適用した場合に、1.50以上、特に1.70以上の高屈折率基材上に作成したハードコート、プライマー、光硬化型コート膜を形成した基材において、干渉縞が見えず、かつ耐光性に優れたコート膜、あるいは樹脂組成物を提供することができる。 The tin-modified rutile type titanium oxide ultrafine particles of the present invention can be provided as ultrafine particles and sol liquid having a high refractive index that cannot be obtained by the conventional production method and that cannot be obtained by the anatase type. When the tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles are coated with antimony oxide and silicon oxide, the ultrafine particles, and when the sol liquid is applied to the coating liquid and the coating film, 1.50 or more, particularly 1.70. Provided is a coating film or a resin composition in which interference fringes are not visible and light resistance is excellent in a base material on which a hard coat, primer, or photocurable coating film formed on the above high refractive index base material is formed. be able to.
また、本発明は1.50以上、特に1.70以上の高屈折率基材上に作成したハードコート、プライマー、光硬化型ハードコート膜を形成した基材において、干渉縞が見えず、耐擦傷性、表面硬度、耐磨耗性、密着性、透明性、耐熱性、耐光性、耐候性、紫外線遮蔽性等に優れた材料を提供することも可能になった。 Further, in the present invention, interference fringes are not seen on a base material on which a hard coat, primer, or photocurable hard coat film formed on a high refractive index base material of 1.50 or higher, particularly 1.70 or higher, is visible. It has also become possible to provide a material having excellent scratch resistance, surface hardness, abrasion resistance, adhesion, transparency, heat resistance, light resistance, weather resistance, ultraviolet shielding properties and the like.
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明は、チタンに対するスズのモル比(Sn/Ti)が0.001〜2のスズ化合物共存下、Ti濃度が0.07〜5mol/lのチタン化合物水溶液をpHが−1〜3の範囲で反応させて得られるSn/Ti組成モル比が0.001〜0.5であり、且つ結晶径の短軸、長軸が2〜20nmであるルチル型酸化チタン超微粒子を核微粒子とし、これとアンチモン酸化物とケイ素酸化物を含む被覆層から構成され、結晶径の短軸、長軸が2〜20nmである複合酸化物超微粒子を含有するコーティング組成物、である。 The present invention provides a titanium compound aqueous solution having a Ti concentration of 0.07 to 5 mol / l in the coexistence of a tin compound having a molar ratio of tin to titanium (Sn / Ti) of 0.001 to 2, and a pH of −1 to 3. Rutile-type titanium oxide ultrafine particles having a Sn / Ti composition molar ratio of 0.001 to 0.5 and a minor axis of crystal diameter and a major axis of 2 to 20 nm obtained as a result of the reaction are used as core fine particles. And a coating composition containing composite oxide ultrafine particles having a minor axis of crystal diameter and a major axis of 2 to 20 nm, comprising a coating layer containing antimony oxide and silicon oxide.
まず、最初に核微粒子であるスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子について、説明する。 First, tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles, which are core fine particles, will be described.
本発明のスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子とは、チタンに対するスズのモル比(Sn/Ti)が0.001〜2のスズ化合物共存下、Ti濃度が0.07〜5mol/lのチタン化合物水溶液をpHが−1〜3の範囲で反応させて得られるスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子であって、該超微粒子のSn/Ti組成モル比が0.001〜0.5であり、且つ結晶径の短軸、長軸が2〜20nm、超微粒子凝集体の結晶の平均凝集粒子径が、10〜100nmであることを特徴とするスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子、である。 The tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles of the present invention are titanium compounds having a Ti concentration of 0.07 to 5 mol / l in the presence of a tin compound having a molar ratio of tin to titanium (Sn / Ti) of 0.001 to 2. Tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles obtained by reacting an aqueous solution in the range of −1 to 3, the Sn / Ti composition molar ratio of the ultrafine particles being 0.001 to 0.5, and A tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particle, characterized in that the minor axis and the major axis of the crystal diameter are 2 to 20 nm, and the average aggregate particle diameter of crystals of the ultrafine particle aggregate is 10 to 100 nm.
なお、ここで言う結晶径とは、いわゆる一次粒子径のことであって、化学便覧改訂3版(基礎編 丸善株式会社)記載のようにa、c軸方向長さで表現される。本明細書ではそれぞれ短軸、長軸と呼ぶ。また、平均凝集粒子径とは、一次粒子が凝集してなる粒子径を表す。 The crystal diameter referred to here is a so-called primary particle diameter, and is expressed by the lengths in the a and c axis directions as described in Chemical Handbook Revision 3 (Basic Edition Maruzen Co., Ltd.). In this specification, they are called a short axis and a long axis, respectively. Moreover, the average aggregated particle diameter represents a particle diameter obtained by aggregating primary particles.
まず、スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子の製造法について説明する。 First, a method for producing tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles will be described.
本発明において用いられるスズ化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には例えば塩化スズ、硝酸スズ、硫酸スズ、スズ酸塩などのスズ塩化合物あるいは酸化物、水酸化物、金属スズ等から選ばれるスズ化合物等が好ましいものとして挙げられる。
本発明において用いられるチタン化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には例えば、塩化酸化チタン、硫酸チタン、硝酸チタン、チタンアルコキシド、水和酸化チタン(あらかじめチタン化合物をアルカリ条件で加水分解させたものも含む)などから選ばれるチタン化合物等が好ましいものとして挙げられる。
The tin compound used in the present invention is not particularly limited, but specifically, for example, a tin salt compound such as tin chloride, tin nitrate, tin sulfate, stannate, or an oxide, hydroxide, metal Preferred examples include tin compounds selected from tin and the like.
The titanium compound used in the present invention is not particularly limited. Specifically, for example, titanium chloride oxide, titanium sulfate, titanium nitrate, titanium alkoxide, hydrated titanium oxide (a titanium compound in advance under alkaline conditions). Preferred examples include titanium compounds selected from such as hydrolyzed ones).
まず、スズ化合物を水溶液に添加しておき、これにチタン化合物を加える。スズ化合物とチタン化合物は同時に加えてもよいし、どちらが先であってもよい。また、混合化合物の形態であってもよい。反応媒体は水が望ましいが、アルコール等の有機溶剤あるいは水と有機溶剤の混合媒体でもよい。 First, a tin compound is added to an aqueous solution, and a titanium compound is added thereto. The tin compound and the titanium compound may be added at the same time, or either one may be first. Moreover, the form of a mixed compound may be sufficient. The reaction medium is preferably water, but may be an organic solvent such as alcohol or a mixed medium of water and an organic solvent.
ルチル型酸化チタンの結晶成長制御のための修飾剤として反応に用いるスズ化合物の量は、チタンに対するスズのモル比(Sn/Ti)が0.001〜2、好ましくは0.01〜1であることが望ましい。スズ量を上記範囲より少なくしていくとルチル型酸化チタン超微粒子は生成するが、結晶径、凝集粒子径が大きくなり、したがって分散性が悪くなる可能性がある。また、コート膜とした際に塗膜の透明性が低下する可能性がある。また、上記範囲より多くしていっても、ルチル型を有する酸化チタン超微粒子の合成は可能であるが、反応に要する時間が長くなり、この場合はルチル型酸化チタン超微粒子に多量のスズ化合物が付着したものが得られる可能性がある。また、これより大きいと残存スズ化合物量が多くなり、粒子屈折率が低下する可能性がある。 The amount of tin compound used in the reaction as a modifier for controlling crystal growth of rutile titanium oxide is such that the molar ratio of tin to titanium (Sn / Ti) is 0.001 to 2, preferably 0.01 to 1. It is desirable. If the tin amount is less than the above range, rutile-type titanium oxide ultrafine particles are produced, but the crystal diameter and aggregated particle diameter are increased, and therefore the dispersibility may be deteriorated. Moreover, when it is set as a coating film, the transparency of a coating film may fall. Further, even if the amount is larger than the above range, it is possible to synthesize the titanium oxide ultrafine particles having the rutile type, but the time required for the reaction becomes long. In this case, a large amount of tin compound is contained in the rutile type titanium oxide ultrafine particles. There is a possibility that a product with attached will be obtained. On the other hand, if it is larger than this, the amount of the residual tin compound increases, and the particle refractive index may decrease.
反応液中のTi濃度は0.07〜5mol/l、好ましくは0.1mol/lから1mol/lが望ましい。上記範囲より低いTi濃度では、Sn/Ti(モル比)として0.01〜0.03の範囲でスズ化合物を添加してもアナターゼ型とルチル型の混合酸化チタン超微粒子が生成する可能性がある。同様に上記範囲より低いTi濃度では、Sn/Ti(モル比)として0.03より大きい範囲でスズ化合物を添加すると、ルチル型酸化スズを有する酸化チタン酸化スズ混合超微粒子が生成する可能性がある。 The Ti concentration in the reaction solution is 0.07 to 5 mol / l, preferably 0.1 to 1 mol / l. When the Ti concentration is lower than the above range, there is a possibility that anatase-type and rutile-type mixed titanium oxide ultrafine particles may be produced even if a tin compound is added in the range of 0.01 to 0.03 as Sn / Ti (molar ratio). is there. Similarly, at a Ti concentration lower than the above range, if a tin compound is added in a range larger than 0.03 as Sn / Ti (molar ratio), there is a possibility that titanium oxide-tin oxide mixed ultrafine particles having rutile tin oxide are generated. is there.
反応液のpHは−1〜3が望ましい。必要に応じて塩酸や硝酸などで調節する。pHが3より大きい条件で反応させると、スズ化合物を加えない場合ではアナターゼ型酸化チタンになってしまい、これを避けるためにスズ化合物を添加してルチル構造を得ようとすると、酸化スズなどのルチル型酸化チタンではない異種物質が生成してしまう可能性がある。 The pH of the reaction solution is desirably −1 to 3. Adjust with hydrochloric acid or nitric acid as necessary. When the reaction is carried out under a condition where the pH is greater than 3, anatase-type titanium oxide is obtained in the case where no tin compound is added, and in order to avoid this, a tin compound is added to obtain a rutile structure. There is a possibility that foreign substances other than rutile-type titanium oxide are produced.
反応温度に関しては、Ti濃度とpHが上記の範囲であれば良く、特に制限は無いが、好ましくは−10〜100℃、さらに好ましくは20〜60℃が推奨される。反応温度に応じて反応完了時間が決定されるが、通常は0.5〜10時間で実施する。 Regarding the reaction temperature, the Ti concentration and pH may be in the above ranges, and there is no particular limitation, but preferably −10 to 100 ° C., more preferably 20 to 60 ° C. is recommended. Although the reaction completion time is determined depending on the reaction temperature, it is usually carried out in 0.5 to 10 hours.
上記の反応により生成したスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子中に含まれるスズ化合物量として、Sn/Tiモル比=0.001〜0.5であることが好ましい。スズ量を上記範囲より少なくしていくとルチル型酸化チタン超微粒子の粒子径が大きくなり、分散性が悪くなる可能性がある。また、上記範囲より多くしていくと、より効率よく結晶成長及び凝集を制御し、粒子径の小さな超微粒子が得られるが、ルチル型酸化チタン超微粒子に多量のスズ化合物が付着したものが得られ、結果として屈折率の低い超微粒子が得られる可能性がある。 The amount of tin compound contained in the tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles produced by the above reaction is preferably Sn / Ti molar ratio = 0.001 to 0.5. If the amount of tin is made smaller than the above range, the particle diameter of the rutile titanium oxide ultrafine particles becomes large and the dispersibility may be deteriorated. Also, if the amount is larger than the above range, crystal growth and aggregation can be controlled more efficiently, and ultrafine particles with a small particle diameter can be obtained, but a rutin-type titanium oxide ultrafine particle with a large amount of tin compound attached can be obtained. As a result, ultrafine particles having a low refractive index may be obtained.
この方法により得られたスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子の結晶径の短軸、長軸は2〜20nm、平均凝集粒子径は10〜100nmである。 The minor axis and major axis of the tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles obtained by this method have a minor axis and a major axis of 2 to 20 nm, and an average aggregated particle diameter of 10 to 100 nm.
本発明のスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子が得られる反応機構(反応メカニズム)は現在十分に明らかではないが、これは表面がスズ化合物で修飾されていることを特徴としている。原料に用いたスズ化合物、あるいは溶液中で解離したスズイオン、あるいは加水分解等により溶液中で生成したスズ化合物が、酸化チタン表面に配位、吸着、化学結合等により付着したものと推測される。また、元々アナターゼ型ではなくルチル型酸化チタン生成条件でスズ化合物を修飾剤として添加したもので、長軸方向への結晶成長が阻止された結果生じたものと推測される。このことは超微粒子の結晶径が2〜20nmであるスズ修飾酸化チタン超微粒子を得るために必要な修飾スズ化合物量が酸化チタンを隙間無く被覆する量には程遠い、チタンに対するモル比が0.001〜0.5という少量であることからも窺える。 Although the reaction mechanism (reaction mechanism) by which the tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles of the present invention are obtained is not sufficiently clear at present, this is characterized in that the surface is modified with a tin compound. It is presumed that the tin compound used as the raw material, the tin ion dissociated in the solution, or the tin compound generated in the solution by hydrolysis or the like adhered to the titanium oxide surface by coordination, adsorption, chemical bonding, or the like. In addition, it is presumed that the tin compound was originally added as a modifier under the conditions for producing rutile type titanium oxide instead of the anatase type, and this was caused as a result of the inhibition of crystal growth in the major axis direction. This indicates that the amount of the modified tin compound necessary for obtaining tin-modified titanium oxide ultrafine particles having a crystal diameter of 2 to 20 nm is far from the amount of titanium oxide coated without a gap, and the molar ratio to titanium is 0. It can be seen from the small amount of 001-0.5.
上記により得られた反応生成物は、そのままスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子、ゾル液として用いてもよいし、所望の後処理を施してもよい。すなわち、エバポレーターによる減圧濃縮、限外ろ過などの公知の方法で精製、適当な濃度に濃縮することも可能である。遠心分離して白色沈殿物を得、水、その他所望の媒体に対して再分散させることも可能である。スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子を水に分散させたゾル液は、メタノールなどのアルコール類、2−メトキシエタノールなどのセロソルブ類といった有機溶媒に溶媒置換して、有機溶媒分散スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液として用いることも可能である。 The reaction product obtained as described above may be used as tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles or sol liquid as it is, or may be subjected to a desired post-treatment. That is, it can be purified by a known method such as vacuum concentration using an evaporator or ultrafiltration, and concentrated to an appropriate concentration. Centrifugation can yield a white precipitate that can be redispersed in water or other desired media. The sol liquid in which tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles are dispersed in water is substituted with an organic solvent such as alcohols such as methanol and cellosolves such as 2-methoxyethanol, and organic solvent-dispersed tin-modified rutile-type titanium oxide It can also be used as an ultrafine particle sol solution.
本発明により得られたスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子の結晶径の短軸、長軸は2〜20nm、平均凝集粒子径は10〜100nmであることが好ましい。結晶径が2nmより小さいと、これらを含むコーティング液を用いてコート膜を作成した場合に耐擦傷性、硬度が不十分となり、また、本来得られる屈折率が得られなくなる可能性がある。20nmより大きいと、光の散乱が生じる可能性がある。平均凝集粒子径が100nmより大きいと、得られるコート膜が白濁し、不透明となる可能性がある。 It is preferable that the minor axis and the major axis of the tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles obtained by the present invention are 2 to 20 nm and the average aggregate particle diameter is 10 to 100 nm. When the crystal diameter is smaller than 2 nm, the scratch resistance and hardness are insufficient when a coating film is prepared using a coating solution containing these, and the originally obtained refractive index may not be obtained. If it is larger than 20 nm, light scattering may occur. If the average aggregate particle size is larger than 100 nm, the resulting coating film may become cloudy and opaque.
次に被覆層の調製方法について述べる。 Next, a method for preparing the coating layer will be described.
本発明において、上記で合成したスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子あるいはそのゾル液を光学材料、ハードコート材料、樹脂レンズ等に用いる場合、酸化チタンの光触媒性による周辺有機物の劣化を防止するため、耐光性を付与することが必要になる。この目的のためにアンチモン酸化物とケイ素酸化物によりスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子を被覆することが行われる。なお、被覆とは超微粒子表面を完全に覆った形態、あるいは隙間が空いた形態両方を意味する。 In the present invention, when the tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles synthesized above or a sol solution thereof is used for an optical material, a hard coat material, a resin lens, etc., in order to prevent deterioration of surrounding organic substances due to the photocatalytic property of titanium oxide, It is necessary to impart light resistance. For this purpose, tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles are coated with antimony oxide and silicon oxide. In addition, a coating means both the form which covered the ultrafine particle surface completely, or the form with which the clearance gap was vacant.
上記被覆に用いられるアンチモン酸化物としては特に制限はないが、塩化アンチモン、アンチモンアルコキシド、酢酸アンチモン、酸化アンチモン、酒石酸アンチモニルカリウム、ヘキサヒドロキソアンチモン酸カリウム、アンチモン酸カリウム、アンチモン酸ナトリウムなどを挙げることが出来る。なお、ここでいうアンチモン酸化物とは無定形の酸化物、結晶性の酸化物、あるいは水和した状態であってもよい。また、アンチモン酸あるいはその塩が核微粒子表面に吸着、結合した状態を含んでいてもよい。 The antimony oxide used for the coating is not particularly limited, and examples thereof include antimony chloride, antimony alkoxide, antimony acetate, antimony oxide, antimony potassium tartrate, potassium hexahydroxoantimonate, potassium antimonate, and sodium antimonate. I can do it. The antimony oxide here may be an amorphous oxide, a crystalline oxide, or a hydrated state. Further, it may contain a state in which antimonic acid or a salt thereof is adsorbed and bound to the surface of the nuclear fine particles.
まず、アンチモン酸化物で被覆する。被覆層の形成方法としては、まず、スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子の水ゾル液を調製する。この分散液の濃度は固形分として0.01〜50重量%、好ましくは0.1〜10重量%の範囲にあることが望ましい。分散液の固形分濃度が0.01重量%未満の場合は生産性が低く工業的に有効でなく、分散液の固形分濃度が50重量%を越えると得られる超微粒子が凝集体となる可能性がある。 First, it is coated with antimony oxide. As a method for forming the coating layer, first, an aqueous sol solution of tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles is prepared. It is desirable that the concentration of this dispersion is in the range of 0.01 to 50% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight as the solid content. If the solid content concentration of the dispersion is less than 0.01% by weight, the productivity is low and not industrially effective, and if the solid content concentration of the dispersion exceeds 50% by weight, the resulting ultrafine particles may become aggregates. There is sex.
次にスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子の水ゾル液にアンチモン酸化物を添加する。アンチモン酸化物の添加量は、最終的に得られるアンチモン酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子中のアンチモン酸化物の割合が1〜90重量%の範囲になるようにする。これより小さいと耐光性が十分ではない可能性がある。また、これより大きいと十分な屈折率が得られない可能性がある。 Next, antimony oxide is added to an aqueous sol solution of tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles. The amount of antimony oxide added is such that the proportion of antimony oxide in the finally obtained antimony oxide-coated tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles is in the range of 1 to 90% by weight. If it is smaller than this, the light resistance may not be sufficient. If it is larger than this, a sufficient refractive index may not be obtained.
上記アンチモン酸化物を水及び/または有機溶媒に溶解した溶液を、上記スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子の水ゾル液に、必要に応じて溶液のpH、温度を適宜調節しながら添加し、必要に応じて熟成することによって被覆層を形成することができる。被覆層形成後、限外ろ過等により洗浄処理して不純物を除去してもよい。 A solution prepared by dissolving the antimony oxide in water and / or an organic solvent is added to the water-sol solution of the tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles while appropriately adjusting the pH and temperature of the solution as necessary. The coating layer can be formed by aging according to the above. After the coating layer is formed, impurities may be removed by washing treatment by ultrafiltration or the like.
続いてケイ素酸化物で被覆する。上記被覆に用いられるケイ素酸化物としてはケイ酸ナトリウム、あるいはケイ酸カリウムなどのケイ酸塩を挙げることが出来る。従来公知の方法でケイ酸塩を陽イオン交換、あるいは酸を添加することによって得られるケイ酸ゾル、あるいはさらに塩基を添加して安定化したケイ酸ゾルが好適である。ここでいうケイ素酸化物とは無定形の酸化物、結晶性の酸化物、あるいは水和した状態であってもよい。また、ケイ酸、ケイ酸オリゴマーあるいはそれらの塩が核微粒子表面に吸着、結合した状態であってもよい。 Subsequently, it is coated with silicon oxide. Examples of the silicon oxide used for the coating include silicates such as sodium silicate and potassium silicate. A silicate sol obtained by cation exchange of silicate by a conventionally known method or addition of an acid, or a silicate sol stabilized by adding a base is preferred. The silicon oxide here may be an amorphous oxide, a crystalline oxide, or a hydrated state. Further, a state in which silicic acid, silicic acid oligomer or a salt thereof is adsorbed and bonded to the surface of the core fine particle may be used.
被覆層の形成方法としては、まず、アンチモン酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子の水ゾル液を調製する。この分散液の濃度は固形分として0.01〜50重量%、好ましくは0.1〜20重量%の範囲にあることが望ましい。分散液の固形分濃度が0.01重量%未満の場合は生産性が低く工業的に有効でなく、分散液の固形分濃度が50重量%を越えると得られる超微粒子が凝集体となる可能性がある。 As a method for forming the coating layer, first, an aqueous sol solution of antimony oxide-coated tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles is prepared. It is desirable that the concentration of this dispersion is in the range of 0.01 to 50% by weight, preferably 0.1 to 20% by weight as the solid content. If the solid content concentration of the dispersion is less than 0.01% by weight, the productivity is low and not industrially effective, and if the solid content concentration of the dispersion exceeds 50% by weight, the resulting ultrafine particles may become aggregates. There is sex.
核微粒子(この場合、アンチモン酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子をさす)を含む反応液にケイ素酸化物を水および/または有機溶媒に溶解した溶液を連続的あるいは断続的に添加して核微粒子表面において反応させる。1〜100時間かけて核微粒子ゾル液がゲル化しない程度に滴下することが望ましい。反応液のpHは7〜11の範囲を保っていることが好ましく、さらには8〜10が好ましい。この範囲にpHがあると核微粒子表面での重合が進行し、緻密な被覆層が得られる。この範囲より大きいと得られる微粒子の分散性が低下する可能性がある。この範囲より小さいと重合が進行しにくい可能性がある。 A solution in which silicon oxide is dissolved in water and / or an organic solvent is continuously or intermittently added to a reaction solution containing nuclear fine particles (in this case, ultrafine particles of tin-modified rutile titanium oxide coated with antimony oxide). The reaction is performed on the surface of the nuclear fine particles. It is desirable to add dropwise to such an extent that the core fine particle sol solution does not gel over 1 to 100 hours. The pH of the reaction solution is preferably maintained in the range of 7 to 11, and more preferably 8 to 10. When the pH is in this range, polymerization on the surface of the core fine particles proceeds and a dense coating layer can be obtained. If it is larger than this range, the dispersibility of the resulting fine particles may be lowered. If it is smaller than this range, the polymerization may not proceed easily.
反応液中でのケイ酸あるいはケイ酸塩の滴下終了後の濃度は酸化ケイ素換算で0.01〜5wt%が好ましく、さらには0.5〜2wt%が好ましい。これより小さいとケイ酸あるいはケイ酸塩が重合せず緻密な被覆層が形成されない可能性がある。これより大きいと重合が進行しすぎてゲル化あるいは不溶物が生成する可能性がある。 The concentration of silicic acid or silicate after completion of dropping in the reaction solution is preferably 0.01 to 5 wt%, more preferably 0.5 to 2 wt% in terms of silicon oxide. If it is smaller than this, silicic acid or silicate may not be polymerized and a dense coating layer may not be formed. If it is larger than this, the polymerization may proceed excessively and gelation or insoluble matter may be generated.
反応温度は通常室温〜200℃が好ましく、さらには80℃〜180℃が好ましい。これより低いと緻密な被覆層が形成出来ない可能性がある。これより高いと微粒子がゲル化する可能性がある。 The reaction temperature is usually preferably from room temperature to 200 ° C, more preferably from 80 ° C to 180 ° C. If it is lower than this, a dense coating layer may not be formed. If it is higher than this, the fine particles may be gelled.
被覆層形成後、限外ろ過等により洗浄処理して不純物を除去してもよい。 After the coating layer is formed, impurities may be removed by washing treatment by ultrafiltration or the like.
このようにして得られるアンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子は、被覆層の量により、アンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子自体の屈折率と耐光性を調節することが出来る。耐光性を付与出来、かつ屈折率が1.5〜2.8で調節可能である。 The thus obtained antimony oxide + silicon oxide-coated tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles have a refractive index of antimony oxide + silicon oxide-coated tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles themselves depending on the amount of the coating layer. And light resistance can be adjusted. Light resistance can be imparted and the refractive index can be adjusted from 1.5 to 2.8.
用いられるアンチモン酸化物とケイ素酸化物の量は、特に制限はないが、被覆層/核の重量比が1/99〜90/10であることが好ましい。この範囲より小さいと酸化チタンの光触媒性を抑えることが出来ず、耐光性が悪くなる可能性がある。また、この範囲より大きいと必要な屈折率が得られなくなる可能性がある。 The amount of antimony oxide and silicon oxide used is not particularly limited, but the coating layer / nucleus weight ratio is preferably 1/99 to 90/10. If it is smaller than this range, the photocatalytic property of titanium oxide cannot be suppressed, and the light resistance may deteriorate. If it is larger than this range, the necessary refractive index may not be obtained.
被覆層に含まれるアンチモン酸化物とケイ素酸化物の重量比は、特に制限はないが、酸化アンチモン/酸化ケイ素=100/1〜1/50であることが望ましい。これより大きいと耐光性が悪くなる可能性がある。これより小さいと分散性が悪くなったり、必要な屈折率が得られなくなる可能性がある。 The weight ratio between the antimony oxide and the silicon oxide contained in the coating layer is not particularly limited, but is preferably antimony oxide / silicon oxide = 100/1 to 1/50. If it is larger than this, the light resistance may deteriorate. If it is smaller than this, the dispersibility may be deteriorated, or the necessary refractive index may not be obtained.
また本発明の複合酸化物超微粒子の製造法においては、アンチモン酸化物で被覆層を形成した後にケイ素酸化物を被覆しても、ケイ素酸化物で被覆層を形成した後にアンチモン酸化物を被覆してもよいが、スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子を先にケイ素化合物で被覆する場合、分散安定性が悪くなる場合があるため、アンチモン酸化物で先に被覆を行うことが望ましい。核微粒子ゾル液に一方の酸化物を加えて被覆後、限外ろ過等の精製を行った後もう一方の酸化物で被覆しても、精製を行わずそのまま加えて被覆を行ってもよい。 In the method for producing composite oxide ultrafine particles of the present invention, the coating layer is formed with antimony oxide and then coated with silicon oxide, or the coating layer is formed with silicon oxide and then coated with antimony oxide. However, when tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles are first coated with a silicon compound, dispersion stability may be deteriorated, and therefore it is desirable to perform coating with antimony oxide first. One oxide may be added to the core fine particle sol solution to coat, and after purification such as ultrafiltration, the other oxide may be coated, or it may be added as it is without purification.
上記により得られた反応生成物は、そのままアンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液として用いてもよいし、所望の後処理を施してもよい。すなわち、エバポレーターによる減圧濃縮、限外ろ過などの公知の方法で精製、適当な濃度に濃縮することも可能である。遠心分離して白色沈殿物を得、水、その他所望の媒体に対して再分散させることも可能である。アンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子を分散させた水ゾル液は、メタノールなどのアルコール類、2−メトキシエタノールなどのセロソルブ類といった有機溶媒に溶媒置換して、有機溶媒に分散したアンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液として用いることも可能である。 The reaction product obtained as described above may be used as it is as an antimony oxide + silicon oxide-coated tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particle sol solution, or may be subjected to a desired post-treatment. That is, it can be purified by a known method such as vacuum concentration using an evaporator or ultrafiltration, and concentrated to an appropriate concentration. Centrifugation can yield a white precipitate that can be redispersed in water or other desired media. The aqueous sol solution in which antimony oxide + silicon oxide-coated tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles are dispersed is replaced with an organic solvent such as alcohols such as methanol and cellosolves such as 2-methoxyethanol. It can also be used as an antimony oxide-dispersed tin oxide-modified tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particle sol solution.
本発明により得られた複合酸化物超微粒子、即ちアンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子のカルボン酸、アミン、有機ケイ素酸化物、あるいは有機ポリマーなどで修飾することにより、表面修飾されたアンチモン酸化物とケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液として用いることも可能である。これにより有機溶剤、樹脂等への分散性、相溶性が向上する。 By modifying the composite oxide ultrafine particles obtained by the present invention, that is, antimony oxide + silicon oxide coated tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles with carboxylic acid, amine, organic silicon oxide, or organic polymer, It can also be used as a surface-modified antimony oxide and silicon oxide-coated tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particle sol solution. This improves dispersibility and compatibility with organic solvents and resins.
表面処理に用いられるカルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、メタクリル酸、酒石酸、グリコール酸などが好適に用いられる。 As the carboxylic acid used for the surface treatment, acetic acid, propionic acid, acrylic acid, methacrylic acid, tartaric acid, glycolic acid and the like are preferably used.
また、表面処理に用いられるアミンとしては、プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ブチルアミンなどが好適に用いられる。これらで表面処理を行うには、例えばこれらの水あるいはアルコールなどの溶液に超微粒子あるいはゾル液を混合し、必要に応じて触媒を加えた後、所定時間常温で放置するか、加熱処理を行うとよい。 Further, as the amine used for the surface treatment, propylamine, diisopropylamine, butylamine and the like are preferably used. In order to perform surface treatment with these, for example, ultrafine particles or a sol solution is mixed in a solution such as water or alcohol, and after adding a catalyst as necessary, it is left at room temperature for a predetermined time or is subjected to heat treatment. Good.
有機ケイ素酸化物表面処理は、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシランなどが好適に用いられる。処理方法としては有機ケイ素酸化物を含む溶剤にゾル液を混合し、必要に応じて触媒を加えた後、一定時間室温から60℃の範囲で加熱した後に限外ろ過、遠心分離などの方法で混合液中の未反応分を除去する等の方法で行われる。 For the organosilicon oxide surface treatment, tetramethoxysilane, methyltrimethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane, or the like is preferably used. As a treatment method, a sol solution is mixed with a solvent containing an organosilicon oxide, a catalyst is added if necessary, and the mixture is heated for a predetermined time in a range of room temperature to 60 ° C. and then subjected to ultrafiltration, centrifugation, or the like. It is performed by a method such as removing unreacted components in the mixed solution.
また有機ポリマーとしてはアミノ基、カルボン酸基など微粒子表面と反応、吸着等相互作用を有することが可能な官能基を有するポリマーが望ましい。ポリスチレンをアミノ化、クロロメチル化、スルホン化した、さらにはそれらの誘導体であるスチロール系樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド等のアクリル系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。表面処理方法は上記記載の方法で行えばよい。 The organic polymer is preferably a polymer having a functional group capable of interacting with the surface of the fine particles such as amino group and carboxylic acid group, such as reaction and adsorption. Polystyrene aminated, chloromethylated, sulfonated, and their derivatives, styrene resins, polymethyl methacrylate, polyethyl acrylate, polyacrylic acid, polyacrylamide and other acrylic resins, vinyl alcohol resins, epoxy Based resins and the like. The surface treatment method may be performed by the method described above.
用いられる表面処理剤の量は、用いる有機溶剤、樹脂などのバインダー等への分散性を考慮して適宜設定される。 The amount of the surface treatment agent to be used is appropriately set in consideration of dispersibility in a binder such as an organic solvent and a resin to be used.
この方法により結晶径の短軸、長軸は2〜20nm、平均凝集粒子径は10〜100nmのアンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子が得られる。 By this method, ultrafine particles of antimony oxide + silicon oxide-coated tin-modified rutile type titanium oxide having a minor axis and a major axis of 2 to 20 nm and an average aggregated particle diameter of 10 to 100 nm are obtained.
結晶径が2nmより小さいと、これらを含む光学材料、ハードコート材料、樹脂レンズ等に用いた場合に本来得られる屈折率が得られなくなる可能性がある。またコーティング液を用いてハードコート膜等を作成した場合に耐擦傷性、硬度が不十分となる可能性がある。20nmより大きいと、光の散乱が生じる可能性がある。平均凝集粒子径が100nmより大きいと、得られるコート膜が白濁し、不透明となる可能性がある。 When the crystal diameter is smaller than 2 nm, there is a possibility that the refractive index originally obtained when used for optical materials, hard coat materials, resin lenses and the like containing these may not be obtained. In addition, when a hard coat film or the like is prepared using a coating solution, scratch resistance and hardness may be insufficient. If it is larger than 20 nm, light scattering may occur. If the average aggregate particle size is larger than 100 nm, the resulting coating film may become cloudy and opaque.
本発明により得られたアンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子の結晶径の短軸、長軸は2〜20nm、平均凝集粒子径は10〜100nmであることが好ましい。結晶径が2nmより小さいと、これらを含むコーティング液を用いてコート膜を作成した場合に耐擦傷性、硬度が不十分となり、また、本来得られる屈折率が得られなくなる可能性がある。20nmより大きいと、光の散乱が生じる可能性がある。平均凝集粒子径が100nmより大きいと、得られるコート膜が白濁し、不透明となる可能性がある。 The minor axis and major axis of the antimony oxide + silicon oxide-coated tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles obtained by the present invention are preferably 2 to 20 nm and the average aggregate particle diameter is preferably 10 to 100 nm. When the crystal diameter is smaller than 2 nm, the scratch resistance and hardness are insufficient when a coating film is prepared using a coating solution containing these, and the originally obtained refractive index may not be obtained. If it is larger than 20 nm, light scattering may occur. If the average aggregate particle size is larger than 100 nm, the resulting coating film may become cloudy and opaque.
次にコート膜の作成方法について説明する。 Next, a method for forming a coating film will be described.
本発明における、ハードコート膜はマトリックス形成成分である(A)、及び(B)を必須成分として含有したコーティング組成物より形成される。
(A)成分は、有機ケイ素化合物、並びにその加水分解物、部分加水分解物、部分縮合物からなる群より選ばれた少なくとも1種のケイ素含有物質から成り、用いられる有機ケイ素化合物としては特に制限はないが、以下の一般式(1)で表される有機ケイ素化合物が好ましいものとして挙げられる。
In the present invention, the hard coat film is formed from a coating composition containing (A) and (B), which are matrix forming components, as essential components.
The component (A) is composed of an organosilicon compound and at least one silicon-containing substance selected from the group consisting of a hydrolyzate, a partial hydrolyzate and a partial condensate thereof, and the organosilicon compound used is particularly limited. However, an organosilicon compound represented by the following general formula (1) is preferable.
(R1)a(R2)bSi(OR3)(3−a−b) (1)
(式中、R1、R2はアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、アリル基、アシル基、アクリロキシ基、メタクリロキシ基、メルカプト基、アミノ基またはエポキシ基等を有する有機基であり、Si‐C結合によりケイ素と結合するものである。R3は炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシアルキル基またはアシル基等の有機基である。)
(R 1 ) a (R 2 ) b Si (OR 3 ) (3-ab) (1)
(Wherein R 1 and R 2 are organic groups having an alkyl group, a halogenated alkyl group, a vinyl group, an allyl group, an acyl group, an acryloxy group, a methacryloxy group, a mercapto group, an amino group, an epoxy group, etc. (It is bonded to silicon by a -C bond. R 3 is an organic group such as an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxyalkyl group, or an acyl group.)
一般式(1)におけるR1、R2及びR3としては、具体的には例えば、アルキル基を有する有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等が、ハロゲン化アルキル基を有する有機基としては、クロロメチル基、3−クロロプロピル基等が、アシル基を有する有機基としては、アセトキシプロピル基等が、アクリロキシ基を有する有機基としては、3−アクリロキシプロピル基等が、メタクリロキシ基を有する有機基としては、メタクリロキシプロピル基等が、メルカプト基を有する有機基としては、メルカプトメチル基等が、アミノ基を有する有機基としては、3−アミノプロピル基等が、エポキシ基を含有する有機基としては、3−グリシドキシプロピル基等が、アルコキシアルキル基としては、メトキシエチル基等が挙げられる。 Specific examples of R 1 , R 2, and R 3 in the general formula (1) include, for example, an organic group having an alkyl group, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or the like having a halogenated alkyl group. Examples of the group include a chloromethyl group and a 3-chloropropyl group. Examples of the organic group having an acyl group include an acetoxypropyl group. Examples of the organic group having an acryloxy group include a 3-acryloxypropyl group. The organic group having a group is a methacryloxypropyl group, the mercapto group is an organic group, the mercaptomethyl group is an amino group, the 3-aminopropyl group is an epoxy group, etc. Examples of the organic group to be contained include 3-glycidoxypropyl group, and examples of the alkoxyalkyl group include methoxyethyl group. The
一般式(1)で表される化合物ととしては、具体的には例えば、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、クロロメチルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルジメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アセトキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)メチルジメトキシシラン、メタクリロキシメチルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メルカプトメチルメチルジエトキシシラン、メルカプトメチルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、p−アミノフェニルトリメトキシシラン、3−アミニプロピルメチルジエトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)ジメチルエトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)メチルジメトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン、などが挙げられる。 Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include methyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, chloromethyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, and 3-chloropropyltriacetoxy. Silane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, allyldimethoxysilane, allyltriethoxysilane, acetoxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyldimethylmethoxysilane, (3-acryloxypropyl) methyldimethoxysilane, methacryloxymethyl Triethoxysilane, methacryloxypropyldimethylethoxysilane, methacryloxypropyldimethylmethoxysilane, methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, methacryloxypropylmethyl Methoxysilane, methacryloxypropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, mercaptomethylmethyldiethoxysilane, mercaptomethyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyl Trimethoxysilane, p-aminophenyltrimethoxysilane, 3-aminipropylmethyldiethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) dimethylethoxysilane, ( 3-glycidoxypropyl) methyldiethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) methyldimethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane And the like.
本発明においては、一般式(1)で表される有機ケイ素化合物の中で、(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)メチルジメトキシシラン及びこれらの加水分解物、部分加水分解物、部分縮合物がより好適に用いられる。また、これらを単独で又は混合物として使用する事が可能である。 In the present invention, among the organosilicon compounds represented by the general formula (1), (3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) methyldiethoxysilane, Sidoxypropyl) methyldimethoxysilane and their hydrolysates, partial hydrolysates and partial condensates are more preferably used. These can be used alone or as a mixture.
また、上記有機ケイ素化合物以外の有機ケイ素化合物として以下の一般式(2)で表される化合物を併用することもできる。 Moreover, the compound represented by the following general formula (2) can also be used together as organosilicon compounds other than the said organosilicon compound.
Si(OR3)4 (2)
(式中、R3は炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシアルキル基またはアシル基等の有機基である。)
Si (OR 3 ) 4 (2)
(In the formula, R 3 is an organic group such as an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxyalkyl group, or an acyl group.)
一般式(2)におけるR3の具体例としては、一般式(1)のR3と同じものが挙げられる。
一般式(2)で表される化合物ととしては、具体的には例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン等が挙げられる。また、これらを単独で又は混合物として使用する事が可能である。
Specific examples of R 3 in the general formula (2) include the same R 3 in the general formula (1).
Specific examples of the compound represented by the general formula (2) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetra-n-butoxysilane, and tetra-tert. -Butoxysilane, tetra-sec-butoxysilane and the like. These can be used alone or as a mixture.
一般式で表される有機ケイ素化合物の加水分解は塩酸などを添加することにより行われる。これによりアルコキシ基の一部または全てが加水分解される。メタノールなどのアルコール類、メチルセロソルブなどのセロソルブ類、酢酸エチルなどのエステル類、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトンなどのケトン類、クロロホルムなどのハロゲン炭化水素類、トルエン、ヘプタンなどの炭化水素類などで希釈して行ってもよい。 Hydrolysis of the organosilicon compound represented by the general formula is carried out by adding hydrochloric acid or the like. Thereby, a part or all of the alkoxy group is hydrolyzed. Alcohols such as methanol, cellosolves such as methyl cellosolve, esters such as ethyl acetate, ethers such as tetrahydrofuran, ketones such as acetone, halogen hydrocarbons such as chloroform, hydrocarbons such as toluene and heptane, etc. Dilution may be performed.
(B)成分は、結晶径2〜20nm、平均凝集粒子径10〜100nmに制御された複合酸化物超微粒子、即ちスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子をアンチモン酸化物とケイ素酸化物で被覆してなる超微粒子であり、水に分散したゾル液である。また、溶剤置換により、メタノールなどのアルコール類、メチルセロソルブなどのセロソルブ類、酢酸エチルなどのエステル類、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトンなどのケトン類、クロロホルムなどのハロゲン炭化水素類、トルエン、ヘプタンなどの炭化水素類等に分散したゾル液である。 Component (B) is a composite oxide ultrafine particle controlled to have a crystal diameter of 2 to 20 nm and an average aggregate particle diameter of 10 to 100 nm, that is, tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles coated with antimony oxide and silicon oxide. It is a sol liquid dispersed in water. Also, by solvent replacement, alcohols such as methanol, cellosolves such as methyl cellosolve, esters such as ethyl acetate, ethers such as tetrahydrofuran, ketones such as acetone, halogen hydrocarbons such as chloroform, toluene, heptane, etc. A sol liquid dispersed in the hydrocarbons.
本発明においては、上記コーティング組成物を塗布・硬化して得られたハードコート膜中に含まれる(B)の固形分(超微粒子)の比率は1〜80重量%、好ましくは10〜60重量%が望ましい。これより小さいと、屈折率の向上など超微粒子を加える効果が小さく、これより大きいと密着性の低下、クラックの発生などといった塗膜性能が低下する可能性がある。 In the present invention, the ratio of the solid content (ultrafine particles) of (B) contained in the hard coat film obtained by applying and curing the coating composition is 1 to 80% by weight, preferably 10 to 60% by weight. % Is desirable. If it is smaller than this, the effect of adding ultrafine particles such as an improvement in refractive index is small, and if it is larger than this, there is a possibility that the coating film performance such as lowering of adhesion and occurrence of cracks may be lowered.
上記方法により屈折率1.5〜2.0を得ることが出来るが、干渉縞を防止するためには基材の屈折率に対して±0.05の範囲、好ましくは±0.02の範囲にコート膜の屈折率を調節する必要がある。このため、基材の屈折率が1.6〜2.0の場合には、それに合わせて上記範囲内で添加する(B)成分量を変えてハードコート膜屈折率を1.5〜2.0に調節することが必要である。屈折率が1.50のジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)樹脂基材などの低屈折率基材に対しては、添加する(B)成分量を少なくすることで当然対応出来る。 A refractive index of 1.5 to 2.0 can be obtained by the above method, but in order to prevent interference fringes, a range of ± 0.05, preferably a range of ± 0.02, with respect to the refractive index of the substrate. In addition, it is necessary to adjust the refractive index of the coating film. For this reason, when the refractive index of the base material is 1.6 to 2.0, the hard coat film refractive index is changed to 1.5 to 2 by changing the amount of the component (B) added within the above range accordingly. It is necessary to adjust to zero. Naturally, a low refractive index substrate such as a diethylene glycol bis (allyl carbonate) resin substrate having a refractive index of 1.50 can be dealt with by reducing the amount of component (B) to be added.
上記基材に対応するために、用いられる複合酸化物超微粒子、即ちスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子をアンチモン酸化物とケイ素酸化物で被覆してなる超微粒子の屈折率は、2.0〜2.8、特に屈折率が1.70以上の基材に対応するためには2.3〜2.8であることが望ましい。屈折率が1.70未満の基材に対しては従来の金属酸化物超微粒子に比べて少ない添加量で高屈折率化することが出来るため、コート膜中の金属酸化物超微粒子添加量が多すぎることに起因するクラックの発生、密着性の低下などの可能性が無い。 In order to correspond to the above base material, the refractive index of the composite oxide ultrafine particles used, that is, the ultrafine particles obtained by coating tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles with antimony oxide and silicon oxide is 2.0 to In order to cope with a substrate having a refractive index of 2.8, particularly a refractive index of 1.70 or more, it is preferably 2.3 to 2.8. For a substrate having a refractive index of less than 1.70, the refractive index can be increased with a small addition amount compared to the conventional metal oxide ultrafine particles. There is no possibility of occurrence of cracks due to too much, decrease in adhesion, and the like.
上記複合酸化物超微粒子、即ちスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子をアンチモン酸化物とケイ素酸化物で被覆してなる超微粒子は、有機ケイ素化合物で表面処理をして用いることが望ましい。超微粒子表面のヒドロキシル基と有機ケイ素化合物を反応させることにより、塗膜(有機ケイ素化合物の縮合物)との混和性がさらに向上し、有機溶剤中への分散性も向上する。また、硬化の際に粒子表面とマトリックス成分の有機ケイ素化合物とが反応することにより、耐擦傷性が向上する。用いられる有機ケイ素化合物としては上述した化合物が用いられる。また、カルボン酸、アミンなどの有機物で表面処理し、有機溶剤中への分散安定性を向上させることも可能である。 The composite oxide ultrafine particles, that is, ultrafine particles obtained by coating tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particles with antimony oxide and silicon oxide are desirably used after being surface-treated with an organosilicon compound. By reacting the hydroxyl group on the surface of the ultrafine particles with the organosilicon compound, the miscibility with the coating film (condensate of organosilicon compound) is further improved, and the dispersibility in the organic solvent is also improved. In addition, the scratch resistance is improved by the reaction between the particle surface and the organosilicon compound of the matrix component during curing. As the organosilicon compound used, the above-described compounds are used. It is also possible to improve the dispersion stability in an organic solvent by surface treatment with an organic substance such as carboxylic acid or amine.
表面処理に用いられる有機ケイ素化合物としては、上記一般式(1)、(2)に記載の有機ケイ素化合物が好ましいが、特に(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)メチルジメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン及びこれらの加水分解物が好適に用いられ、これらを単独で又は混合物として使用する事が可能である。 As the organosilicon compound used for the surface treatment, organosilicon compounds described in the above general formulas (1) and (2) are preferable, and in particular, (3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane, (3-glycidoxy Propyl) methyldiethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) methyldimethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane and hydrolysates thereof are preferably used, and these can be used alone or as a mixture. It is.
有機ケイ素化合物表面処理は、有機ケイ素化合物を含む溶剤にゾル液を混合し、一定時間室温から60℃の範囲で加熱した後に限外ろ過、遠心分離などの方法で混合液中の未反応分を除去する等の方法で行われる。用いられる有機ケイ素化合物の量は、ハードコーティング組成物に用いる有機溶剤への分散性を考慮して適宜設定される。 In the surface treatment of the organosilicon compound, the sol solution is mixed with a solvent containing the organosilicon compound, heated in a range of room temperature to 60 ° C. for a certain time, and then the unreacted component in the mixture solution is removed by a method such as ultrafiltration or centrifugation. It is performed by a method such as removal. The amount of the organosilicon compound used is appropriately set in consideration of dispersibility in the organic solvent used in the hard coating composition.
表面処理に用いられるカルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、メタクリル酸などが好適に用いられる。 As the carboxylic acid used for the surface treatment, acetic acid, propionic acid, acrylic acid, methacrylic acid and the like are preferably used.
また、表面処理に用いられるアミンとしては、プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ブチルアミンなどが好適に用いられる。 Further, as the amine used for the surface treatment, propylamine, diisopropylamine, butylamine and the like are preferably used.
本発明において、ハードコーティング組成物に用いられる有機溶剤としては、特に制限はなく、具体的には例えばメタノールなどのアルコール類、メチルセロソルブなどのセロソルブ類、酢酸エチルなどのエステル類、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトンなどのケトン類、クロロホルムなどのハロゲン炭化水素類、トルエン、ヘプタンなどの炭化水素類などが挙げられ、2種以上混合して用いてもよい。 In the present invention, the organic solvent used in the hard coating composition is not particularly limited. Specifically, for example, alcohols such as methanol, cellosolves such as methyl cellosolve, esters such as ethyl acetate, ethers such as tetrahydrofuran, etc. , Ketones such as acetone, halogen hydrocarbons such as chloroform, hydrocarbons such as toluene and heptane, etc., may be used as a mixture.
本発明のハードコーティング組成物の調整方法としては、(A)成分である有機ケイ素化合物、並びにその加水分解物、部分加水分解物又は部分縮合物の溶液と(B)成分であるスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子をアンチモン酸化物とケイ素酸化物で被覆してなる超微粒子を、水あるいは有機溶剤等に分散したゾル液を混合した後に必要に応じて上記の有機溶剤を添加してもよいし、あらかじめ(A)成分あるいは(B)成分に上記有機溶剤を添加した後、混合してもよい。 As a method for preparing the hard coating composition of the present invention, the organosilicon compound as the component (A) and the hydrolyzate, partial hydrolyzate or partial condensate solution thereof and the tin-modified rutile type as the component (B) After mixing ultrafine particles of titanium oxide ultrafine particles coated with antimony oxide and silicon oxide with a sol solution dispersed in water or an organic solvent, the above organic solvent may be added as necessary. The organic solvent may be added to the component (A) or the component (B) in advance and then mixed.
また、上記有機ケイ素化合物は、触媒がなくても硬化は可能であるが、反応を促進するために硬化触媒を加えることが可能である。 The organosilicon compound can be cured without a catalyst, but a curing catalyst can be added to accelerate the reaction.
硬化反応を促進するための硬化触媒としては、特に制限はなく、具体的には例えばアルミニウムアセチルアセトナート、鉄アセチルアセトナート、等の金属錯体、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等のアルカリ金属有機カルボン酸塩、過塩素酸アルミニウムなどの過塩素酸塩、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、無水フマル酸、イタコン酸、無水イタコン酸等の有機カルボン酸、メチルイミダゾール、ジシアンジアミド等の窒素含有有機化合物、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド等の金属アルコキシド、等を例示できる。 The curing catalyst for accelerating the curing reaction is not particularly limited, and specifically, for example, metal complexes such as aluminum acetylacetonate and iron acetylacetonate, and alkali metal organic carboxylates such as potassium acetate and sodium acetate. Perchlorates such as aluminum perchlorate, organic carboxylic acids such as maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, fumaric anhydride, itaconic acid, itaconic anhydride, nitrogen-containing organic compounds such as methylimidazole and dicyandiamide, titanium Examples thereof include metal alkoxides such as alkoxides and zirconium alkoxides.
これらの中から特にアルミニウムアセチルアセトナートを使用することが、耐擦傷性、ポットライフ等の観点から望ましい。 Of these, use of aluminum acetylacetonate is particularly desirable from the viewpoint of scratch resistance, pot life, and the like.
上記に用いる触媒量としては、膜中固形分に対して0.1〜5重量%の範囲で用いることが望ましい。この範囲より小さいと触媒としての効果が低い可能性がある。逆にこの範囲より大きいと硬度、耐擦傷性が不十分となる可能性がある。 The amount of the catalyst used for the above is desirably in the range of 0.1 to 5% by weight with respect to the solid content in the film. If it is smaller than this range, the effect as a catalyst may be low. On the other hand, if it is larger than this range, the hardness and scratch resistance may be insufficient.
(B)成分はスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子をアンチモン酸化物とケイ素酸化物で被覆してなる超微粒子のみが望ましいが、屈折率向上などの効果が劣るものの他の金属超微粒子と併用することも可能である。例えばコロイダルシリカ、酸化アンチモンコロイドなどを挙げることが出来る。 As the component (B), only ultrafine particles obtained by coating tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles with antimony oxide and silicon oxide are desirable, but they are used in combination with other metal ultrafine particles that are not effective in improving the refractive index. It is also possible. Examples thereof include colloidal silica and antimony oxide colloid.
また、塗布時におけるぬれ性および硬化膜の平滑性を向上させる目的で、シリコン系あるいはフッ素系など各種の界面活性剤をコーティング液に含有させることが出来る。さらに、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤、分散染料、顔料、色素、染色向上剤等も添加することも可能である。 Also, various surfactants such as silicon or fluorine can be contained in the coating liquid for the purpose of improving the wettability during coating and the smoothness of the cured film. Furthermore, ultraviolet absorbers, antioxidants, antistatic agents, disperse dyes, pigments, pigments, dyeing improvers, and the like can be added.
上記のハードコーティング組成物は基材上に塗布硬化して硬化膜とする。硬化膜を基材上に塗布する方法としては、ディッピング法、スピン法、スプレー法等通常行われる方法が適用できるが、ディッピング法、スピン法が効率よく好ましい。 The hard coating composition is applied and cured on a substrate to form a cured film. As a method for applying the cured film on the substrate, a commonly performed method such as a dipping method, a spin method, or a spray method can be applied, but the dipping method and the spin method are preferable efficiently.
上記のハードコーティング組成物を基材に塗布する前に、基材に対し酸、アルカリ、各種有機溶媒による化学処理、プラズマ、紫外線等による物理的処理、各種洗剤を用いる洗剤処理、さらには、各種樹脂を用いたプライマー処理を用いることによって基材と硬化膜との密着性等を向上させることが出来る。 Before applying the above hard coating composition to the substrate, the substrate is chemically treated with acid, alkali, various organic solvents, physical treatment with plasma, ultraviolet rays, etc., detergent treatment with various detergents, Adhesion between the substrate and the cured film can be improved by using a primer treatment using a resin.
塗布した膜の硬化は熱風乾燥によって行い、硬化条件としては、80〜200℃の熱風中で行うことがよく、特に90〜120℃が好ましい。硬化時間としては0.5〜5時間、特に1〜2時間が好ましい。また、ハードコート膜厚は概ね0.01〜30μm、好ましくは0.5〜5μmが望ましい。膜厚が薄すぎると耐擦傷性が低くなり、また厚すぎると外観不良となる、あるいはクラックが生じるなどの問題が発生する可能性がある。 The applied film is cured by hot air drying, and the curing condition is preferably 80 to 200 ° C. in hot air, particularly preferably 90 to 120 ° C. The curing time is preferably 0.5 to 5 hours, particularly 1 to 2 hours. The hard coat film thickness is generally about 0.01 to 30 μm, preferably 0.5 to 5 μm. If the film thickness is too thin, the scratch resistance may be low, and if it is too thick, problems such as poor appearance or cracks may occur.
またプライマー膜についても同様に、基材との屈折率差が大きいと、干渉縞が生じる。この干渉縞をなくすためにはレンズと同程度の高屈折率プライマー膜を形成する必要があり、本発明に関わる複合酸化物超微粒子、即ち複合酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液は、このような高屈折率プライマー膜形成用のコーティング組成物としても好適である。 Similarly, for the primer film, if the difference in refractive index from the substrate is large, interference fringes are generated. In order to eliminate the interference fringes, it is necessary to form a high refractive index primer film equivalent to the lens. The composite oxide ultrafine particles according to the present invention, that is, the composite oxide-coated tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particle sol solution Is also suitable as a coating composition for forming such a high refractive index primer film.
上記のプライマーコーティング組成物の調製方法としては上記のハードコート膜中のマトリックス成分である有機ケイ素化合物に変えて、樹脂を用いることでプライマー膜として用いることも可能である。 The primer coating composition can be prepared as a primer film by using a resin instead of the organosilicon compound that is a matrix component in the hard coat film.
用いられる樹脂としては、通常プライマー用途に用いられる樹脂であれば特に制限はないが、本発明においては、ポリウレタン、ポリエステルなどの樹脂が好適である。 The resin to be used is not particularly limited as long as it is a resin that is usually used for primer applications. In the present invention, resins such as polyurethane and polyester are suitable.
上記のプライマーコーティング組成物の調整方法としては、特に制限はないが、例えば、上記樹脂を溶媒に分散したもの、例えば水性分散体に、本発明の超微粒子又はそのゾル液を混合してプライマーコーティング組成物とする方法が挙げられる。あるいはそれら樹脂のモノマー又はその部分重合物(プレポリマー)および重合触媒をコーティング組成物に添加しておき、塗膜形成段階において、加熱等により重合させ、プライマー膜とすることも可能である。 The method for preparing the primer coating composition is not particularly limited. For example, the primer coating is performed by mixing the resin in a solvent, for example, an aqueous dispersion with the ultrafine particles of the present invention or a sol solution thereof. The method of using as a composition is mentioned. Alternatively, it is also possible to add a monomer of the resin or a partial polymer (prepolymer) thereof and a polymerization catalyst to the coating composition and polymerize by heating or the like in the coating film forming stage to form a primer film.
さらに、ハードコート膜と基材との間にプライマー膜を形成することで、基材の耐衝撃性、密着性を向上させることが出来る。 Furthermore, by forming a primer film between the hard coat film and the substrate, the impact resistance and adhesion of the substrate can be improved.
プライマー膜中に含まれる超微粒子固形分の比率は1〜80重量%、好ましくは10〜60重量%が望ましい。これより小さいと、屈折率の向上など超微粒子を加える効果が小さく、これより大きいと密着性等の塗膜性能が低下する可能性がある。 The ratio of the solid content of ultrafine particles contained in the primer film is 1 to 80% by weight, preferably 10 to 60% by weight. If it is smaller than this, the effect of adding ultrafine particles such as improvement of the refractive index is small, and if it is larger than this, the coating performance such as adhesion may be lowered.
また、塗膜中のマトリックス成分である有機ケイ素化合物に変えて光硬化型モノマーを用いることで光硬化型ハードコート膜などとして用いることも可能である。 Moreover, it can also be used as a photocurable hard coat film by using a photocurable monomer instead of the organosilicon compound which is a matrix component in the coating film.
上記において、光硬化型モノマーとしては、特に制限はないが、アクリル系化合物、あるいはメタクリル系化合物又はその部分重合物(プレポリマー)が好適である。 In the above, although there is no restriction | limiting in particular as a photocurable monomer, An acrylic compound, a methacryl type compound, or its partial polymer (prepolymer) is suitable.
上記コーティング組成物の調製方法としては、特に制限はないが、例えば、上記化合物を溶媒に溶解したものに、本発明の複合酸化物超微粒子又はそのゾル液及び開始剤等を混合してコーティング組成物とする方法が挙げられる。そして塗膜形成段階において、必要な波長の光を照射することで重合させ、硬化膜とすることが可能である。 The method for preparing the coating composition is not particularly limited. For example, the composite oxide ultrafine particles of the present invention or a sol solution thereof and an initiator are mixed with the compound dissolved in a solvent to form a coating composition. The method to make a thing is mentioned. And in a coating-film formation stage, it can superpose | polymerize by irradiating the light of a required wavelength, and can be set as a cured film.
上記光硬化型ハードコート膜中に含まれる超微粒子固形分の比率は1〜80重量%、好ましくは10〜60重量%が望ましい。これより小さいと、屈折率の向上など超微粒子を加える効果が小さく、これより大きいと密着性等の塗膜性能が低下する可能性がある。 The ratio of the solid content of the ultrafine particles contained in the photocurable hard coat film is 1 to 80% by weight, preferably 10 to 60% by weight. If it is smaller than this, the effect of adding ultrafine particles such as improvement of the refractive index is small, and if it is larger than this, the coating performance such as adhesion may be lowered.
プライマー膜、光硬化型ハードコート膜についても同様に、上記方法により屈折率1.50〜2.0を得ることが出来るが、干渉縞を防止するため基材の屈折率に対して±0.05の範囲、好ましくは±0.02の範囲にコート膜の屈折率を調節する必要がある。このため、基材の屈折率が1.50〜2.0の場合には、それに合わせて上記範囲内で添加する(B)成分量を変えてコート膜屈折率を1.50〜2.0に調節することが必要である。 Similarly, the refractive index of 1.50 to 2.0 can be obtained by the above method for the primer film and the photocurable hard coat film, but in order to prevent interference fringes, the refractive index of the substrate is ± 0. It is necessary to adjust the refractive index of the coating film in the range of 05, preferably in the range of ± 0.02. For this reason, when the refractive index of the substrate is 1.50 to 2.0, the coating film refractive index is changed to 1.50 to 2.0 by changing the amount of the component (B) added within the above range accordingly. It is necessary to adjust to.
本発明において、上記で作成した各コート膜の上に設けられる無機酸化物の蒸着膜からなる反射防止膜としては、特に限定されず、公知のTiO2、SiO2、Al2O3、Nb2O5などの無機酸化物の蒸着膜からなる単層、多層の反射防止膜を使用できる。 In the present invention, the antireflection film made of an inorganic oxide vapor deposition film provided on each of the coating films prepared above is not particularly limited, and is well-known TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , Nb 2. A single-layer or multi-layer antireflection film composed of a vapor-deposited film of an inorganic oxide such as O 5 can be used.
本発明のコーティング組成物を塗布・硬化される基材としては、本発明の用途に用いられる基材、例えばレンズ用等の光学部材であれば良く、特に制限されない。好適な基材の屈折率としては、1.6〜1.8であることがより好ましく、具体的にはポリチオウレタン系(屈折率1.67、1.70)の高屈折率レンズあるいはポリチオエポキシ系(屈折率1.74)の超高屈折率レンズ等が挙げられる。 The substrate on which the coating composition of the present invention is applied / cured is not particularly limited as long as it is a substrate used for the application of the present invention, for example, an optical member for lenses. The refractive index of a suitable base material is more preferably 1.6 to 1.8, specifically, a polythiourethane-based (refractive index 1.67, 1.70) high refractive index lens or poly Examples thereof include a thioepoxy-based (refractive index: 1.74) ultra-high refractive index lens.
本発明により得られるこれらの超微粒子、ゾル液、コーティング組成物、コート膜はポリチオウレタン系(屈折率1.67、1.70)の高屈折率レンズ、さらにはポリチオエポキシ系(屈折率1.74)の超高屈折率レンズなど1.60以上、特に1.70以上の高屈折率プラスチックレンズの高屈折率コート膜だけでなく、カメラ用レンズ、自動車用窓ガラス、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、ELディスプレイ、光学フィルター等のハードコート膜、反射防止膜としても適用することが可能である。 These ultrafine particles, sol solution, coating composition, and coating film obtained by the present invention are polythiourethane-based (refractive index 1.67, 1.70) high refractive index lenses, and further polythioepoxy-based (refractive index). 1.74) ultra-high refractive index lenses, such as high refractive index coating film of 1.60 or more, particularly high refractive index plastic lenses of 1.70 or more, as well as camera lenses, automotive window glass, plasma displays, liquid crystals It can also be applied as a hard coat film such as a display, an EL display, an optical filter, or an antireflection film.
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples.
(スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子、ゾル液の調製)
[製造例1]
四塩化スズ五水和物0.27gを100mlナス型フラスコに仕込み、イオン交換水50mlに溶解し、酸化塩化チタンの塩酸水溶液(Ti 15重量%含有)5mlを加えた。溶液のpHは−0.1であった。(仕込みTi濃度=0.45、Sn/Ti=0.03)マグネチックスターラーで攪拌し、50℃で1時間加熱したところ、白色の沈殿を得た。遠心分離を行い、白色沈殿を回収、イオン交換水に再分散させた。限外ろ過を行い、固形分2重量%のゾル液を得た。この固形分の粉末X線回折測定、電子顕微鏡観察を行った。120℃で2時間熱風乾燥を行った後に粉末X線回折測定を行ったところ、酸化チタンルチル型であった。結晶径は回折ピークの半値幅からDebye−Sherrerの式を用いて計算した。その結果、結晶径が平均それぞれ短軸5nm、長軸8nmであった。電子顕微鏡観察は透過型電子顕微鏡を用い、メッシュに希薄ゾル液を滴下したものを倍率20万倍、200万倍で観察した。その結果、平均凝集粒子径が23nmのルチル型酸化チタンであった。誘導結合プラズマ法分析によるSn/Tiの元素モル比は0.02であった。上記固形分の2.0重量%ゾル液10gをとり、ポリビニルピロリドン200mgを加え、さらにイオン交換水10gを加えたものを石英基板にスピンコートし、120℃で乾燥後、すみやかにエリプソメーターで屈折率を測定した。含有される固形分の体積分率から固形分の屈折率を評価し、n=2.72を得た。
(Preparation of tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particles and sol solution)
[Production Example 1]
Tin tetrachloride pentahydrate 0.27 g was charged into a 100 ml eggplant type flask, dissolved in 50 ml of ion-exchanged water, and 5 ml of a hydrochloric acid aqueous solution of titanium oxide chloride (containing 15 wt% Ti) was added. The pH of the solution was -0.1. (Ti concentration of Ti = 0.45, Sn / Ti = 0.03) The mixture was stirred with a magnetic stirrer and heated at 50 ° C. for 1 hour to obtain a white precipitate. Centrifugation was performed, and the white precipitate was collected and redispersed in ion-exchanged water. Ultrafiltration was performed to obtain a sol solution having a solid content of 2% by weight. This solid was subjected to powder X-ray diffraction measurement and electron microscope observation. When powder X-ray diffraction measurement was performed after hot-air drying at 120 ° C. for 2 hours, it was a titanium oxide rutile type. The crystal diameter was calculated from the half-value width of the diffraction peak using the Debye-Scherrer equation. As a result, the average crystal diameter was 5 nm for the minor axis and 8 nm for the major axis, respectively. The observation with an electron microscope was performed using a transmission electron microscope, and a solution obtained by dropping a diluted sol solution onto a mesh was observed at a magnification of 200,000 times and 2 million times. As a result, it was a rutile type titanium oxide having an average aggregated particle size of 23 nm. The elemental molar ratio of Sn / Ti by inductively coupled plasma analysis was 0.02. Take 10g of sol solution of 2.0% by weight of the above solid content, add 200mg of polyvinylpyrrolidone, and spin-coat onto quartz substrate with 10g of ion-exchanged water, dry at 120 ° C, and quickly refract with an ellipsometer. The rate was measured. The refractive index of the solid content was evaluated from the volume fraction of the solid content, and n = 2.72 was obtained.
[製造例2]
製造例1で四塩化スズ五水和物を0.9g用いた以外は実施例1と同様に実施した。(仕込みTi濃度=0.45、Sn/Ti=0.1)得られたゾル液の固形分を製造例1と同様に分析したところ、結晶径が平均それぞれ短軸5nm、長軸8nmで、平均凝集粒子径が20nmのルチル型酸化チタンであった。Sn/Tiの元素モル比は0.06であった。製造例1と同様に固形分の屈折率を評価し、n=2.65を得た。
[Production Example 2]
The same operation as in Example 1 was carried out except that 0.9 g of tin tetrachloride pentahydrate was used in Production Example 1. (Sticking Ti concentration = 0.45, Sn / Ti = 0.1) When the solid content of the obtained sol solution was analyzed in the same manner as in Production Example 1, the average crystal diameter was 5 nm for the minor axis and 8 nm for the major axis, respectively. It was a rutile type titanium oxide having an average aggregated particle size of 20 nm. The element molar ratio of Sn / Ti was 0.06. The refractive index of the solid content was evaluated in the same manner as in Production Example 1, and n = 2.65 was obtained.
(アンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液の調製) (Preparation of antimony oxide + silicon oxide-coated tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particle sol solution)
三酸化アンチモン30gの水懸濁液240gに水酸化カリウム20gを加えて70℃に加熱した後、35重量%過酸化水素水30gを滴下し、五酸化アンチモン換算で10重量%アンチモン酸塩水溶液を調製した。pH=8.3であった。 After adding 20 g of potassium hydroxide to 240 g of an aqueous suspension of 30 g of antimony trioxide and heating to 70 ° C., 30 g of 35 wt% aqueous hydrogen peroxide was added dropwise to give a 10 wt% antimonate aqueous solution in terms of antimony pentoxide. Prepared. The pH was 8.3.
水ガラス(酸化ケイ素 35重量%含有)にイオン交換水を加えて酸化ケイ素換算で3重量%の水溶液とした。 Ion exchange water was added to water glass (containing 35% by weight of silicon oxide) to give a 3% by weight aqueous solution in terms of silicon oxide.
水溶液を陽イオン交換樹脂に通液し、pH=2.6のケイ酸ゾル液を調製した。つづいてpH=8.2となるまで10重量%水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、2重量%の安定化ケイ酸ゾル液とした。 The aqueous solution was passed through a cation exchange resin to prepare a silicate sol solution having a pH of 2.6. Subsequently, a 10 wt% aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise until pH = 8.2 to obtain a 2 wt% stabilized silicate sol solution.
製造例1で調製した2重量%スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液1500gに上記のアンチモン酸塩水溶液66gを加えて85℃で8時間加熱した。限外ろ過を行い精製し、4重量%のアンチモン酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液とした。 66 g of the above antimonate aqueous solution was added to 1500 g of the 2 wt% tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particle sol solution prepared in Production Example 1, and heated at 85 ° C. for 8 hours. The solution was purified by ultrafiltration to obtain a 4 wt% antimony oxide-coated tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particle sol solution.
このアンチモン酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液2500gを90℃に加熱した。減圧にして水を除去しながら液量を2500gに保ちながら上記の安定化ケイ酸ゾル液630gを90時間かけて滴下し、さらに3時間加熱した。限外ろ過を行い精製し、10重量%のアンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液を調製した。120℃で2時間熱風乾燥を行った後に誘導結合プラズマ法による元素分析を行ったところ、酸化物換算で酸化アンチモン/酸化ケイ素/スズ修飾酸化チタン重量比=0.12/0.9/1であった。ロータリーエバポレーターによりメタノールへ溶媒を変換し、20重量%メタノール分散ゾル液とした。 2500 g of this antimony oxide-coated tin-modified rutile titanium oxide ultrafine particle sol solution was heated to 90 ° C. While removing the water under reduced pressure and keeping the liquid volume at 2500 g, 630 g of the above-mentioned stabilized silicate sol solution was added dropwise over 90 hours and further heated for 3 hours. Purification was performed by ultrafiltration to prepare a 10 wt% antimony oxide + silicon oxide-coated tin-modified rutile type titanium oxide ultrafine particle sol solution. After elemental analysis by inductively coupled plasma method after drying with hot air at 120 ° C. for 2 hours, the weight ratio of antimony oxide / silicon oxide / tin modified titanium oxide in terms of oxide = 0.12 / 0.9 / 1. there were. The solvent was converted to methanol by a rotary evaporator to obtain a 20 wt% methanol-dispersed sol solution.
製造例2で調製したスズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子ゾル液を用いた以外は実施例1と同様にして20重量%メタノール分散ゾル液を調製した。 A 20 wt% methanol-dispersed sol solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the tin-modified rutile-type titanium oxide ultrafine particle sol solution prepared in Production Example 2 was used.
(コーティング液の調製) (Preparation of coating solution)
(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン15gに0.001規定塩酸 3.5gを2時間かけて滴下し、3時間攪拌した。エチルセロソルブを30g加え、(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン部分加水分解物の溶液とした。次に、実施例1、2で得たメタノールゾル液(全固形濃度20重量%)9.3gに前述の(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン部分加水分解物溶液5.3gを添加、さらに硬化剤としてアルミニウムアセチルアセトナート50mg、界面活性剤(日本ユニカー(株)製:L7604)10mgを添加し、攪拌しコーティング液を作成した。 To 15 g of (3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane, 3.5 g of 0.001N hydrochloric acid was added dropwise over 2 hours and stirred for 3 hours. 30 g of ethyl cellosolve was added to prepare a solution of a partial hydrolyzate of (3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane. Next, 5.3 g of the aforementioned (3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane partial hydrolyzate solution was added to 9.3 g of the methanol sol solution (total solid concentration 20% by weight) obtained in Examples 1 and 2. Furthermore, 50 mg of aluminum acetylacetonate and 10 mg of a surfactant (manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd .: L7604) were added as a curing agent and stirred to prepare a coating solution.
(ハードコート膜の作成) (Creation of hard coat film)
屈折率1.74の樹脂レンズ(三井化学(株)製:MR−1.74)を用意し、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し超音波洗浄を行い、乾燥させた。この基材に実施例3で得られた各コーティング液をスピンコート法で塗布し、90℃で30分、その後120℃で2時間加熱処理をして、塗膜を硬化させた。このようにして得られたハードコート膜の厚みは2μmであった。 A resin lens having a refractive index of 1.74 (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc .: MR-1.74) was prepared, immersed in an aqueous sodium hydroxide solution, subjected to ultrasonic cleaning, and dried. Each coating liquid obtained in Example 3 was applied to this base material by a spin coating method, followed by heat treatment at 90 ° C. for 30 minutes and then at 120 ° C. for 2 hours to cure the coating film. The thickness of the hard coat film thus obtained was 2 μm.
(プライマーコーティング液の調製) (Preparation of primer coating solution)
ポリウレタン樹脂(全固形分濃度30重量%)の水分散体(第一工業製薬(株)製:スーパーフレックス150)5.3gに実施例2で調製したメタノールゾル液(固形分20重量%)9.3gを添加、さらにエチルセロソルブを加えて全固形分8重量%のコーティング液を作成した。 Methanol sol solution (solid content 20% by weight) 9 prepared in Example 2 in 5.3 g of an aqueous dispersion of polyurethane resin (total solid content 30% by weight) (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Superflex 150) 9 .3 g was added, and ethyl cellosolve was further added to prepare a coating solution having a total solid content of 8% by weight.
(プライマー膜の作成) (Preparation of primer film)
屈折率1.74の樹脂レンズ(三井化学(株)製:MR−1.74)を用意し、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し超音波洗浄を行い、乾燥させた。この基材に実施例5で得られたコーティング液をスピンコート法で塗布し、83℃で1時間、その後120℃で30分加熱乾燥をして、塗膜を作成した。このようにして得られたコート膜の厚みは1μmであった。 A resin lens having a refractive index of 1.74 (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc .: MR-1.74) was prepared, immersed in an aqueous sodium hydroxide solution, subjected to ultrasonic cleaning, and dried. The coating liquid obtained in Example 5 was applied to this substrate by a spin coating method, followed by heating and drying at 83 ° C. for 1 hour and then at 120 ° C. for 30 minutes to form a coating film. The thickness of the coating film thus obtained was 1 μm.
(プライマー膜付ハードコート膜の作成) (Preparation of hard coat film with primer film)
実施例6でプライマー膜を施したメガネレンズ基材上に、実施例2で調製したメタノールゾル液を用いて実施例3、4と同様にしてハードコート膜を作成した。 Using the methanol sol solution prepared in Example 2, a hard coat film was formed on the eyeglass lens substrate on which the primer film was applied in Example 6 in the same manner as in Examples 3 and 4.
(光硬化型コーティング液の調製) (Preparation of photocurable coating solution)
エチルセロソルブ15gにウレタンアクリレートオリゴマー(共栄社化学(株)製:UA306I)1.6g、重合開始剤(チバスペシャリティーケミカルズ社製:ダロキュア1173)を0.05g加えた。次に、実施例2で得たメタノールゾル液(全固形分20重量%)9.3gを添加しコーティング液を作成した。 To 15 g of ethyl cellosolve, 1.6 g of a urethane acrylate oligomer (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd .: UA306I) and 0.05 g of a polymerization initiator (manufactured by Ciba Specialty Chemicals: Darocur 1173) were added. Next, 9.3 g of the methanol sol solution (total solid content 20% by weight) obtained in Example 2 was added to prepare a coating solution.
(光硬化型コート膜の作成) (Creation of photocurable coating film)
屈折率1.74の樹脂レンズ(三井化学(株)製:MR−1.74)を用意し、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し超音波洗浄を行い、乾燥させた。この基材に実施例8で得られたコーティング液をスピンコート法で塗布し、高圧水銀灯(160W/cm)を用いて照射を行い、塗膜を硬化させた。このようにして得られたコート膜の厚みは2μmであった。干渉縞は見られなかった。 A resin lens having a refractive index of 1.74 (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc .: MR-1.74) was prepared, immersed in an aqueous sodium hydroxide solution, subjected to ultrasonic cleaning, and dried. The coating liquid obtained in Example 8 was applied to the base material by a spin coating method, and irradiated with a high pressure mercury lamp (160 W / cm) to cure the coating film. The thickness of the coating film thus obtained was 2 μm. No interference fringes were seen.
[比較例1]
イオン交換水2Lに酸化塩化チタンの塩酸水溶液(Ti含有率15重量%)20mlを加え、60℃で6時間加熱した。室温まで冷却した後、限外ろ過により濃縮、脱イオン処理を行い、固形分2重量%ゾル液とした。得られたゾル液の固形分を製造例1と同様に分析したところ、結晶径が短軸、長軸共に平均5nmの酸化チタンアナターゼ型であった。製造例1と同様に固形分の屈折率を評価し、n=2.52を得た。ロータリーエバポレーターによりメタノールへ溶媒を変換し、20重量%メタノール分散ゾル液とした。
[Comparative Example 1]
To 2 L of ion-exchanged water, 20 ml of a hydrochloric acid aqueous solution of titanium oxide chloride (Ti content 15% by weight) was added and heated at 60 ° C. for 6 hours. After cooling to room temperature, it was concentrated and deionized by ultrafiltration to obtain a sol solution having a solid content of 2% by weight. When the solid content of the obtained sol solution was analyzed in the same manner as in Production Example 1, it was a titanium oxide anatase type having an average of 5 nm on both the minor axis and the major axis. The refractive index of the solid content was evaluated in the same manner as in Production Example 1, and n = 2.52 was obtained. The solvent was converted to methanol by a rotary evaporator to obtain a 20 wt% methanol-dispersed sol solution.
(アンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆アナターゼ型酸化チタン超微粒子ゾル液の調製)
[比較例2]
比較例1で調製した固形分2.0重量%のアナターゼ型酸化チタン超微粒子ゾル液を用いた以外は、実施例1と同様にしてアンチモン酸化物+ケイ素酸化物被覆アナターゼ型酸化チタン超微粒子ゾル液を調製した。
(Preparation of antimony oxide + silicon oxide-coated anatase-type titanium oxide ultrafine particle sol solution)
[Comparative Example 2]
Antimony oxide + silicon oxide-coated anatase-type titanium oxide ultrafine particle sol in the same manner as in Example 1 except that the anatase-type titanium oxide ultrafine particle sol solution having a solid content of 2.0% by weight prepared in Comparative Example 1 was used. A liquid was prepared.
(コーティング液の調製)
[比較例3]
比較例1、2で調製したゾル液を用いた以外は、実施例3と同様にしてコーティング液を作成した。
(Preparation of coating solution)
[Comparative Example 3]
A coating solution was prepared in the same manner as in Example 3 except that the sol solution prepared in Comparative Examples 1 and 2 was used.
(ハードコート膜の作成)
[比較例4]
上記コーティング液を用いた以外は実施例4と同様にしてハードコート膜を作成した。
(Creation of hard coat film)
[Comparative Example 4]
A hard coat film was prepared in the same manner as in Example 4 except that the above coating solution was used.
上記方法によりハードコート膜を施したレンズ基材について、以下に示すように干渉縞、耐擦傷性、耐光性、およびコーティング液について、分散安定性を評価した。その結果を表1に示す。 The dispersion stability of the interference fringes, scratch resistance, light resistance, and coating solution was evaluated for the lens substrate on which the hard coat film was applied by the above method, as shown below. The results are shown in Table 1.
(a)干渉縞:蛍光灯下でハードコート膜を有する光学部材を目視で判断した。判断基準は以下の通りである。
○… 干渉縞がほとんど見えない。
△… 少し見える
×… かなり見える
(A) Interference fringes: An optical member having a hard coat film was visually determined under a fluorescent lamp. Judgment criteria are as follows.
○ ... Interference fringes are almost invisible.
△ ... looks a little × ... looks pretty
(b)耐擦傷性:スチールウール(♯000)により500g荷重で表面を摩擦し、傷ついた程度を目視で評価した。判断基準は以下の通りである。
○… ほとんど傷がつかない
△… 少し傷がつく
×… ひどく傷がつく
(B) Scratch resistance: The surface was rubbed with a steel wool (# 000) under a load of 500 g, and the degree of damage was visually evaluated. Judgment criteria are as follows.
○… Almost scratches △… Slightly scratches ×… Severely scratches
(c)耐光性試験:得られたハードコート膜付基材をソーラーシュミレーター(Type:sss−252161−ER ウシオ電機(株)製)による300時間照射後の密着性試験で剥離が無いもの、及び黄変がないものを○とした。基材とハードコート膜との密着性は、JISK−5600に準じてクロスカットテープ試験によって行った。すなわち、ナイフを基材表面に1mm感覚に切れ目を入れ、1平方mmのマス目を25個形成させる。次にその上へセロファン粘着テープを強く押し付けた後表面から90°方向へ急に引っ張り剥離した後コート膜の残っているマス目をもって密着性指標とした。
○… 剥がれなし(25/25)
×… 剥がれあり(24/25以下)
(C) Light resistance test: The substrate with hard coat film obtained was not peeled in an adhesion test after irradiation for 300 hours by a solar simulator (Type: sss-252161-ER manufactured by USHIO INC.), And The one without yellowing was marked as ◯. The adhesion between the base material and the hard coat film was measured by a cross-cut tape test according to JISK-5600. That is, the knife is cut on the surface of the substrate in the sense of 1 mm, and 25 squares of 1 mm 2 are formed. Next, the cellophane adhesive tape was strongly pressed onto it, and then suddenly pulled away from the surface in the direction of 90 ° and peeled off, and then the remaining grid of the coating film was used as an adhesion index.
○ ... No peeling (25/25)
× ... Peeled (24/25 or less)
(d)分散安定性:調製したコーティング液を室温で一ヶ月保存した際の変化を以下の指標で評価した。
○… 変化しない
△… 増粘した
×… ゲル化した
(D) Dispersion stability: The changes when the prepared coating solution was stored at room temperature for one month were evaluated by the following indices.
○ ... No change △ ... Increased viscosity × ... Gelled
(e)塗膜屈折率の測定: 石英基板上にコーティング液をスピンコート法により膜厚約700Åに塗布し、熱風乾燥した塗布膜を、自動波長走査型エリプソメーターM−150(日本分光(株)製)を用いて測定した。 (E) Measurement of refractive index of coating film: A coating solution was applied on a quartz substrate by spin coating to a film thickness of about 700 mm and dried with hot air to obtain an automatic wavelength scanning ellipsometer M-150 (JASCO Corporation )).
上記結果からわかるように、ルチル型酸化チタン超微粒子をアンチモン酸化物+ケイ素酸化物で被覆することによりアナターゼ型酸化チタンを用いた場合では得られない高屈折率、かつ微粒子光触媒性を効果的に抑制した複合酸化物超微粒子が得られており、干渉縞の発生しない高屈折率、かつ耐光性に優れたコート膜が得られている。 As can be seen from the above results, high refractive index and fine particle photocatalytic properties that cannot be obtained by using anatase type titanium oxide by coating rutile type titanium oxide ultrafine particles with antimony oxide + silicon oxide effectively Suppressed composite oxide ultrafine particles have been obtained, and a coating film having a high refractive index and excellent light resistance without interference fringes has been obtained.
本発明により得られた複合酸化物超微粒子、即ち複合酸化物被覆スズ修飾ルチル型酸化チタン超微粒子、ゾル液、コーティング組成物は基材に塗布された時、耐擦傷性、表面硬度、耐磨耗性、密着性、透明性、耐熱性、耐光性、耐候性、紫外線遮蔽性等が良好であり、干渉縞の発生しない高屈折率プラスチックレンズの高屈折率ハードコート膜を提供出来る。さらには高屈折率化剤、光線反射剤、紫外線吸収剤などとして、光学レンズ(メガネレンズ、CD、DVDなどの情報記録機器におけるピックアップレンズ、デジタルカメラなどの撮影機器用レンズ等)、光学プリズム、光導波路、光ファイバー、薄膜成形物、光学用接着剤、光半導体用封止材料等の高屈折光学部材の材料等だけでなくプラスチック劣化防止添加剤、化粧品添加剤、自動車用窓ガラス、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、ELディスプレイ、光学フィルター等の光学部材、屈折率調製用に金属材料、セラミックス材料、ガラス材料、プラスチック材料などといった製品を提供できるという有用性がある。 The composite oxide ultrafine particles obtained by the present invention, that is, the composite oxide-coated tin-modified rutile type titanium oxide ultrafine particles, the sol solution, and the coating composition, are applied to the base material when they are scratch resistant, surface hardness, abrasion resistant. It is possible to provide a high refractive index hard coat film of a high refractive index plastic lens that has good wear, adhesion, transparency, heat resistance, light resistance, weather resistance, ultraviolet shielding properties, etc., and does not generate interference fringes. Furthermore, as a high refractive index agent, light reflecting agent, ultraviolet absorber, etc., optical lenses (glass lenses, pickup lenses in information recording equipment such as CDs and DVDs, lenses for photographing equipment such as digital cameras), optical prisms, Optical waveguides, optical fibers, thin film moldings, optical adhesives, materials for high refractive optical members such as optical semiconductor encapsulating materials, plastic deterioration prevention additives, cosmetic additives, automotive window glass, plasma displays, There is utility that an optical member such as a liquid crystal display, an EL display, and an optical filter, and a product such as a metal material, a ceramic material, a glass material, and a plastic material for refractive index adjustment can be provided.
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