JP6597607B2 - 酸化アルミニウム又はアルミニウム基板用の密着被膜形成剤 - Google Patents
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Description
基材に他の物質を擦りつけた際の傷の付きにくさである耐擦傷性を上げるため、ガラスなどの部材表面にフッ素系化合物やシリコン系化合物などの防汚剤を塗布する技術も知られている。防汚剤を塗布することで表面の滑り性が良くなり、衝撃が加わっても、滑り性によってその衝撃をやわらげることができ、優れた耐擦傷性を得ることができる。また、防汚剤の塗布により、撥水、撥油、及び指紋が付きにくいという効果も得られる。
1.アルコキシシランの加水分解・縮合体と、アルミニウム塩とを含有することを特徴とする酸化アルミニウム又はアルミニウム基板用の密着被膜形成剤。
2.アルコキシシランの加水分解・縮合体が、下記式(I)及び(II)で示されるアルコキシシランから選ばれる少なくとも1種を含むアルコキシシラン成分の加水分解・縮合体である、上記1に記載の密着被膜形成剤。
(化1)
Si(OR1)4 (I)
(化2)
R2 mSi(OR3)4−m (II)
上記式(I)及び(II)において、R1及びR3は、それぞれ独立して、炭素数1〜5のアルキル基を表し、R2は、ハロゲン原子、ビニル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、スチリル基、フェニル基、及びシクロヘキシル基からなる群から選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよく、かつヘテロ原子を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、水素原子、ハロゲン原子、ビニル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、スチリル基、フェニル基、シクロヘキシル基、アミノ基、グリシドキシ基、メルカプト基、イソシアネート基又はウレイド基を表す。mは1〜3の整数を表す。
4.上記アルミニウム塩が硝酸アルミニウム塩である、上記1〜3のいずれか1項に記載の密着被膜形成剤。
5.珪素原子の全モル数(Si)とアルミニウム原子のモル数(Al)を合計に対するアルミニウム原子のモル比(Al/(Si+Al))が、0.1〜0.5である、上記1〜4のいずれか1項に記載の密着被膜形成剤。
6.析出防止剤として、N−メチル−ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1つを含有する、上記1〜5のいずれか1項に記載の密着被膜形成剤。
8.上記7に記載の密着被膜を有する酸化アルミニウム又はアルミニウム基板。
9.上記7に記載の密着被膜を有するタッチパネル。
10.上記1〜6のいずれか1項に記載の密着被膜形成剤を、酸化アルミニウム基板又はアルミニウム基板に塗布した塗膜を100〜600℃で焼成する酸化アルミニウム又はアルミニウム基板用の密着被膜の形成方法。
(A)成分であるアルコキシシシランの加水分解・縮合体は、下記式(I)及び(II)で表されるアルコキシシランから選ばれる少なくとも1種を含むアルコキシシラン成分の加水分解・縮合体である。
Si(OR1)4 (I)
R1は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。反応性の観点から、OR1基としては、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシ基が好ましい。
式(I)で表されるアルコキシシランは、全アルコキシシラン中、40モル%以下では充分な硬度が得られない場合があるため、40モル%以上が好ましい。より好ましくは50モル%以上である。更に好ましくは80モル%以上である。
R2 mSi(OR3)4−m (II)
R2は、ハロゲン原子、ビニル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、スチリル基、フェニル基、及びシクロヘキシル基からなる群から選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよく、かつヘテロ原子を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、水素原子、ハロゲン原子、ビニル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、スチリル基、フェニル基、シクロヘキシル基、アミノ基、グリシドキシ基、メルカプト基、イソシアネート基又はウレイド基を表す。なお、R1、R2及びR3が複数となる場合、R1、R2及びR3は、それぞれ独立して、上記定義を表す。
このアルコキシシランの加水分解・縮合体は、塩基及び水の存在下に縮合させることが可能である。塩基の存在量はアルコキシシランに対して0.01倍モルから2倍モルが好ましく、0.05倍モルから1倍モルがより好ましい。水の存在量はアルコキシシランに対して0.5倍モルから10倍モルが好ましく、1倍モルから5倍モルがより好ましい。
本発明の密着被膜形成剤に含有されるアルミニウム塩としては、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、蓚酸アルミニウム、スルファミン酸アルミニウム、スルホン酸アルミニウム、アセト酢酸アルミニウム、アルミニウムアセチルアセトナート、これらの水和物、含水塩、又は塩基性塩が挙げられる。
その中でも、入手の容易性と、被膜形成剤の貯蔵安定性の点から、特に、硝酸アルミニウム塩が好ましい。
本発明の密着被膜形成剤には、保存安定性の観点から、析出防止剤が含まれることが好ましい。析出防止剤は、本発明の密着被膜形成剤から被膜を形成した際、被膜中にアルミニウム塩が析出するのを防止するために用いられる。
析出防止剤としては、N−メチル−ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール、これらの誘導体等が挙げられ、これらを1種又は2種以上混合して使用することができる。
本発明の密着被膜形成剤は、通常、上記の(A)成分及び(B)成分を溶解又は分散させる有機溶媒を含有する。この有機溶媒は、密着被膜形成剤の塗膜を形成し、この塗膜を加熱処理して密着被膜を得る際に逸散し、形成された密着被膜中には残存しないのが好ましい。このため、かかる有機溶媒としては、上記の(A)成分及び(B)成分を良好に溶解又は分散させ、沸点が好ましくは60〜250℃、より好ましくは75〜200℃のものが好適である。
有機溶媒の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、酢酸エチルエステルなどのエステル類、エチレングリコールなどのグリコール類及びそのエーテル誘導体、エステル誘導体、ジエチルエーテルなどのエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素類などが挙げられる。なかでも、溶媒の残存性及び塗布性の観点から、エタノール、プロパノール、又はプロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましい。
本発明の密着被膜形成剤は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、上記以外の成分、例えば、無機微粒子、メタロキサンモノマー、メタロキサンオリゴマー、メタロキサンポリマー、架橋剤、有機ポリマー、レベリング剤、界面活性剤等の成分が含まれていてもよい。
本発明の密着被膜形成剤は、上記の(A)成分である、式(I)及び(II)で表されるアルコキシシランから選ばれる少なくとも1種と、(B)成分であるアルミニウム塩と、水を含有する有機溶媒中で混合することにより製造される。式(I)及び(II)で表されるアルコキシシランは、水との接触により加水分解・縮合して加水分解・縮合体に転化する。これにより、本発明の密着被膜形成剤は、アルコキシシランの加水分解・縮合体と、アルミニウム塩とが有機溶媒中に溶解又は分散して含有する組成物の形態で得られる。
ここで使用される有機溶媒は、好ましい特性も含めて、本発明の密着被膜形成剤中に含有される上記した有機溶媒と同じものが使用できる。
なお、上記加水分解において、(B)成分であるアルミニウム塩の含水塩が共存する場合には、その含水分が反応に関与するため、加水分解に用いる水の量に対して金属塩の含水分を算入する必要がある。
析出防止剤は、アルミニウム塩のアルミニウムを酸化アルミニウムに換算して、(析出防止剤/酸化アルミニウム)の重量比率が1以上であるのが好ましく、2〜20がより好ましい。この比率が1未満であると、塗膜形成時における金属塩の析出防止効果が小さくなる。
本発明の密着被膜形成剤を、酸化アルミニウム又はアルミニウム基板のように、表面が酸化アルミニウムで覆われている基板に塗布し、焼成することにより基板表面に密着被膜が得られる。
本発明の密着被膜形成剤を用い、基板表面にその塗膜を形成する方法としては、様々な塗布法を適用して行うことができる。例えば、ディップコート法、スピンコート法、スプレーコート法、刷毛塗り法、ロール転写法、スクリーン印刷法、インクジェット法、フレキソ印刷法等を用いることができる。
上記のようにして、酸化アルミニウム基板上で、本発明の密着被膜形成剤から被膜が形成される。この密着被膜は、その表面に、様々な特性被膜を形成するーティング剤を形成するための密着補助層として機能することができる。例えば、コーティング剤として防汚剤を用いた場合は、優れた耐擦傷特性被膜を表面に有する酸化アルミニウム基板が得られる。
本発明の密着被膜形成剤は、酸化アルミニウム又はアルミニウム基板の表面に密着被膜を形成するのに使用される。すなわち、酸化アルミニウム基板の表面に密着被膜を形成し、次いで、密着被膜の表面には、特定のコーティング剤から得られる機能性膜を形成する。密着被膜は、上述した本発明の密着被膜形成剤から、酸化アルミニウム基板の表面に直接に形成される。
密着被膜や機能性膜の厚さは、いずれも、5〜1000nmが好ましく、より好ましくは10〜400nmである。
また、金属アルミニウムの表面は、空気中で酸化し、酸化アルミニウム被膜が形成されるため、本発明の密着被膜形成剤は、金属アルミニウム基板から成る構造体に対しても使用することができる。
本発明において、密着被膜上に設けられる機能性膜は特に限定されない。具体的な例としては、防汚剤、塗料、接着剤、反射防止剤、撥水剤、親水剤、撥油剤、親油剤、ハードコート剤、防滑材などから得られる被膜を挙げることができる。
発明の密着被膜形成剤を使用して得られる酸化アルミニウム基板の代表例として、図1に示されるタッチパネル用カバーガラスが挙げられる。図1は、タッチパネル用カバーガラスの模式的な断面図である。タッチパネル用カバーガラス1は、サファイアガラス4の表面上に、機能性膜2を密着被膜3を介して有する。密着被膜3は、本発明の密着被膜形成剤を用いてサファイアガラスの表面に直接形成された被膜である。機能性膜2の一例としては、防汚層が挙げられる。防汚層は防汚剤を塗布し、焼成することで形成できる。
サファイアガラス上に本発明の被膜形成剤から得られる密着被膜を形成し、続いて防汚剤の膜を形成することで、指や物質をこすり付けても防汚剤をサファイアガラス上に維持することができる。これにより、タッチパネルを使用する際の耐擦傷性、撥水性、撥油性の劣化及び指紋などが付着する問題を防ぐことができる。
[化合物とその略称]
TEOS:テトラエトキシシラン AN:硝酸アルミニウム・九水和物
EtOH:エタノール PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
HG:ヘキシレングリコール PB:プロピレングリコールモノブチルエーテル
BCS:エチレングリコールモノブチルエーテル
防汚剤: FT−Net社製、P−5425−0.2
4つ口反応フラスコに、EtOH(22.49g)、水(7.42g)、及びAN(12.88g)を投入し、攪拌した。次いで、EtOH(28.60g)、及びTEOS(28.60g)を投入し、20℃で1時間攪拌して、溶液を調製した。
この溶液(30g)をHG(14g)、PB(10.5g)、BCS(10.5g)、及びPGME(35g)と混合することで密着被膜形成剤を得た。
4つ口反応フラスコに、EtOH(22.93g)、水(6.6g)、及びAN(19.62g)を投入し、攪拌した。次いで、EtOH(25.43g)、及びTEOS(25.43g)を投入し、1時間水浴中で攪拌して、溶液を調製した。
この溶液(30g)をHG(14g)、PB(10.5g)、BCS(10.5g)、及びPGME(35g)と混合することで密着被膜形成剤を得た。
還流管を備えつけた4つ口反応フラスコに、EtOH(33.87g)、アルコキシシランとしてTEOS(34.72g)を投入し、攪拌した。次いで、EtOH(16.94g)、水(13.6g)、及び硝酸60重量%含有水溶液(0.88g)を、30分間滴下しながら投入し、攪拌した。次いで、3時間還流し、室温まで放冷して、溶液を調製した。
この溶液(30g)をHG(14g)、PB(10.5g)、BCS(10.5g)、及びPGME(35g)と混合することで密着被膜形成剤を得た。
スピンコーターを用い、上述した実施例1、2及び比較例1の密着被膜形成剤を、それぞれ、厚さ0.7mmのサファイアガラス(単結晶サファイアガラス、表面粗さ:1Å以下)に塗布し、ホットプレート上で80℃で3分間の乾燥を行った。続いて、クリーンオーブン中で、150℃又は300℃で、30分間加熱することで、厚さ50〜100nmの実施例及び比較例の密着被膜を得た。
次に、機能性膜を形成するコーティングとして剤である防汚剤を、スピンコーターを用いて、実施例及び比較例から得られる密着被膜付基板に塗布した。その後、ホットプレート上で80℃で、3分間乾燥させ、次いで、クリーンオーブン中、170℃で、20分間加熱させることで、表面に防汚剤膜を有するサファイアガラスを製造した。
比較例2では、実施例及び比較例の密着被膜形成剤を塗膜せず、サファイアガラス基板に直接、防汚剤膜を形成した基板も作製した。
往復式耐擦傷性試験機(大栄科学精器製作所社製)の台上に保持された、上記実施例及び比較例で作製したサファイアガラス基板の表面上に、#0000の等級のスチールウール(日本スチールウール社製、登録商標:ボンスター)を、面積2cm2の四角形パッドを接触するように載せ、かかるパッドを印加荷重1,000g、毎分25往復の速度で、0往復から1000往復まで摩擦した。摩擦200往復ごとに、接触角計(協和界面科学社製、DM−701)を用いて、液量3μLでの水の接触角測定を行った。測定結果を、まとめて表1に示す。
一方、比較例1、2の防汚剤付サファイアガラス基板は、800往復のスチールウール摩擦により、水接触角が90°未満となり、20°以上低下した。
3 密着被膜層 4 サファイアガラス基板
Claims (9)
- アルコキシシランの加水分解・縮合体とアルミニウム塩とを、珪素原子の全モル数(Si)とアルミニウム原子のモル数(Al)との合計に対して、アルミニウム原子のモル比(Al/(Si+Al))が、0.2〜0.4になるように含有する密着被膜形成剤から得られる密着被膜を介して機能性膜が形成された酸化アルミニウム又はアルミニウム基板。
- アルコキシシランの加水分解・縮合体が、下記式(I)及び(II)で示されるアルコキシシランからなる群から選ばれる少なくとも1種を含むアルコキシシランの加水分解・縮合体である、請求項1に記載の酸化アルミニウム又はアルミニウム基板。
(化1)
Si(OR1)4 (I)
(化2)
R2 mSi(OR3)4−m (II)
上記式(I)及び(II)中、R1及びR3は、それぞれ独立して、炭素数1〜5のアルキル基を表し、R2は、ハロゲン原子、ビニル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、スチリル基、フェニル基、及びシクロヘキシル基からなる群から選ばれる少なくとも1種で置換されていてもよく、かつヘテロ原子を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、水素原子、ハロゲン原子、ビニル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、スチリル基、フェニル基、シクロヘキシル基、アミノ基、グリシドキシ基、メルカプト基、イソシアネート基又はウレイド基を表す。mは1〜3の整数を表す。 - 前記アルミニウム塩が、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、蓚酸アルミニウム、スルファミン酸アルミニウム、スルホン酸アルミニウム、アセト酢酸アルミニウム、アルミニウムアセチルアセトナート及びこれらの塩基性塩からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の酸化アルミニウム又はアルミニウム基板。
- 前記アルミニウム塩が、硝酸アルミニウムである請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸化アルミニウム又はアルミニウム基板。
- 析出防止剤として、N−メチル−ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1つを、更に含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸化アルミニウム又はアルミニウム基板。
- 前記酸化アルミニウムが、サファイアガラスである請求項1〜5のいずれか1項に記載の酸化アルミニウム又はアルミニウム基板。
- 前記機能性膜が、フッ素系化合物又はシリコン系化合物の膜である請求項1〜6のいずれか1項に記載の酸化アルミニウム又はアルミニウム基板。
- 前記機能性膜が防汚剤の膜である請求項1〜7のいずれか1項に記載の酸化アルミニウム又はアルミニウム基板からなるタッチパネル。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の酸化アルミニウム又はアルミニウム基板の製造方法であり、アルコキシシランの加水分解・縮合体とアルミニウム塩とを、珪素原子の全モル数(Si)とアルミニウム原子のモル数(Al)との合計に対して、アルミニウム原子のモル比(Al/(Si+Al))が、0.2〜0.4になるように含有する密着被膜形成剤を酸化アルミニウム基板又はアルミニウム基板に塗布した塗膜を100〜600℃で焼成して密着被膜を形成し、次いで、該密着被膜上に機能性膜を形成する製造方法。
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