JP7176819B2 - ガラス類似フィルム - Google Patents

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Description

関連出願との相互引用
本出願は、2018年11月23日に出願された大韓民国特許出願第10-2018-0146243号に基づく優先権の利益を主張し、当該大韓民国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
技術分野
本発明は、ガラス類似フィルムに関する。
無機素材であるガラスは、透明性と熱的安定性に優れ、垂直荷重と接線荷重に対する抵抗度が良いため、耐スクラッチ性に優れた長所を有している。しかし、ガラスは、柔軟性が落ち、加工が難しく、高温での加工が必要なので、熱的安定性が一般的に落ちる高分子などの有機素材と複合化することが難しいという側面で活用度が制限され得る。
高密度のシリカ層を形成してガラス素材が有する長所のうち必要な長所を取りつつガラス素材が有する短所を補うことを考慮することができる。シリカ層を形成する最も一般的な方法としては、アルコキシシランなどの加水分解縮合性素材を適用したゾルゲル(sol-gel)工程が知られている。しかし、ゾルゲル工程を通じてガラス素材のような物性を有するシリカ層を具現するためには、高密度の膜を得るための高温塑性工程が必要なので、有機素材との複合化側面で相変らず問題がある。
他の方法としては、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)方式やゾルゲルコーティングされた膜をエキシマレーザー(Excimer laser)などを通じて硬化させてガラス類似膜を得る方法が考慮され得、このような方法は、有機素材上に直接シリカ層を形成することができるので有機素材と複合化が容易である。しかし、前記方式の適用のためには、高価の装置が必要であり、工程が複雑であり、一定レベル以上の厚さのシリカ層あるいは一定面積以上の大面積のシリカ層を得ることが難しい。
本発明は、ガラス類似フィルムに関する。本発明では、ガラス素材が示す長所のうち少なくとも一つ以上の長所を有すると共にガラス素材が有する短所が解消できるフィルムを提供することを一つの目的とする。本発明」の上記のようなガラス類似フィルムは、高価の装置を使用せず、低温の簡単な工程を通じても容易に形成できる。
本明細書で言及する物性のうち測定温度及び/又は測定圧力が結果に影響を及ぼす物性は、特に異に言及しない限り、常温及び/又は常圧で測定した結果である。
用語「常温」は、加温したり減温しない自然そのままの温度であり、例えば、10℃~30℃の範囲内のいずれか一つの温度、約23℃又は約25℃程度の温度を意味する。また、本明細書で温度の単位は、特に異に規定しない限り、「℃」である。
用語「常圧」は、加圧したり減圧しない自然そのままの圧力であり、通常、大気圧レベルの約1気圧程度を意味する。
また、本明細書で測定湿度が結果に影響を及ぼす物性の場合、該当物性は、前記常温及び/又は常圧状態で特に調節されない自然そのままの湿度で測定した物性である。
本発明で用語「アルキル基」、「アルキレン基」又は「アルコキシ基」は、特に異に規定しない限り、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖のアルキル基、アルキレン基又はアルコキシ基を意味するか、炭素数3~20、炭素数3~16、炭素数3~12、炭素数3~8又は炭素数3~6の環状アルキル基、アルキレン基あるいはアルコキシ基を意味することができる。
本発明で用語「アルケニル基」は、特に異に規定しない限り、炭素数2~20、炭素数2~16、炭素数2~12、炭素数2~8又は炭素数2~4の直鎖又は分枝鎖のアルケニル基を意味するか、炭素数3~20、炭素数3~16、炭素数3~12、炭素数3~8又は炭素数1~6の環状アルケニル基を意味することができる。
本発明で用語「アリール基」又は「アリーレン基」は、特に異に規定しない限り、炭素数6~24、炭素数6~18又は炭素数6~12のアリール基又はアリーレン基を意味するか、フェニル基又はフェニレン基を意味することができる。
本発明で用語「エポキシ基」は、特に異に規定しない限り、3個の環構成原子を有する環状エーテル(cyclic ether)又は前記環状エーテルを含む化合物から誘導された1価残基を意味することができる。エポキシ基としては、グリシジル基、エポキシアルキル基、グリシドキシアルキル基又は脂環式エポキシ基などが例示され得る。上記で脂環式エポキシ基は、脂肪族炭化水素環構造を含み、前記脂肪族炭化水素環を形成している2個の炭素原子がまたエポキシ基を形成している構造を含む化合物に由来する1価残基を意味することができる。脂環式エポキシ基としては、6個~12個の炭素を有する脂環式エポキシ基が例示され得、例えば、3,4-エポキシシクロへキシルエチル基などが例示され得る。
前記アルキル基、アルキレン基、アルコキシ基、アルケニル基、アリール基、アリーレン基又はエポキシ基は、任意に一つ以上の置換基で置換されていてもよい。
本発明は、ガラス類似フィルムに関する。本発明で用語「ガラス類似フィルム」は、シリカネットワークを主成分で有する膜とハードコート層の複合構造であって、ガラス素材が有する少なくても一つの長所を示すことができる膜を意味する。前記ガラス類似フィルムは、ガラス素材と完全に同一な物性を示すか、ガラス素材が有する長所を全て示す必要はなく、ガラス素材特有の長所のうち目的とする少なくとも一つ以上の長所を示すことができるものであれば、本発明で定義するガラス類似フィルムに該当する。一つの例示で、本発明では、ガラス素材と同等レベルの接線及び垂直荷重に対する抵抗度を示すフィルムをガラス類似フィルムと称することができる。上記で垂直荷重は、後述する鉛筆硬度により代弁され、接線荷重は、後述する耐スクラッチ性に対応される。したがって、本発明は、後述するスチールウール(Steel wool)抵抗度及び/又は鉛筆硬度を示すフィルムがガラス類似フィルムで定義され得る。
前記ガラス類似フィルムは、優れた耐スクラッチ性を示すことができる。例えば、前記ガラス類似フィルムは、5,000回以上の500gスチールウール抵抗度(Steel wool resistance)を示すことができる。上記で500gスチールウール抵抗度(Steel wool resistance)は、スチールウールテストで確認される表面特性であり、前記テストは、下記実施例に記載された方式で評価できる。前記スチールウールテストは、約25℃の温度及び50%の相対湿度で行われ得る。
本発明で前記ガラス類似フィルムの500gスチールウール抵抗度(Steel wool resistance)は、他の例示で、約5,500回以上、6,000回以上、6,500回以上、7,000回以上、7,500回以上、8,000回以上、8,500回以上、9,000回以上又は9,500回以上であってもよい。前記スチールウール抵抗度は、その数値が高いほどガラス類似フィルムが優れた耐スクラッチ性を示すことを意味するため、その上限は特に制限されない。一つの例示で、前記500gスチールウール抵抗度は、20,000回以下又は15,000回以下程度であってもよい。
前記ガラス類似フィルムは、高い表面硬度を示すことができる。例えば、前記ガラス類似フィルムは、鉛筆硬度が5H以上であってもよい。前記鉛筆硬度は、一般的な鉛筆硬度測定装置を用い、約25℃の温度及び50%の相対湿度で500gの荷重及び45度の角度で鉛筆の芯をガラス類似フィルム表面に引く方式で測定することができる。ガラス類似フィルム表面で圧痕、スクラッチ又は破裂などの欠陷の発生が確認されるまで鉛筆の芯の硬度を段階的に増加させて鉛筆硬度を測定することができる。ガラス類似フィルムの鉛筆硬度は、他の例示で、約6H以上、7H以上、8H以上又は9H以上であってもよい。
また、前記ガラス類似フィルムは、優れた柔軟性を有することができる。本発明のガラス類似フィルムは、例えば、上記言及された耐スクラッチ性及び/又は表面硬度を示すと共に優れた柔軟性を示すことができる。例えば、前記ガラス類似フィルムは、1~40pi程度の最大維持曲率半径を示すことができる。上記で「最大維持曲率半径」とは、ASTM D522規格によるマンドレルテストによって前記ガラス類似フィルムを屈曲させたときにガラス類似フィルムの表面で欠陷が観察されない状態で最大に屈曲されたときの曲率半径を意味する。
前記曲率半径は、他の例示で、1.5pi以上であるか、38pi以下程度、36pi以下程度、34pi以下程度、32pi以下程度、30pi以下程度、28pi以下程度、26pi以下程度、24pi以下程度、22pi以下程度、20pi以下程度、18pi以下程度、16pi以下程度、14pi以下程度、12pi以下程度、10pi以下程度、8pi以下程度、6pi以下程度、4pi以下程度又は3pi以下程度であってもよい。
前記ガラス類似フィルムは、所定範囲の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)を示すことができる。例えば、前記ガラス類似フィルムは、水蒸気透過率が1g/m/day以上であってもよい。前記水蒸気透過率は、間接的に前記ガラス類似フィルムに含まれているシリカ層のシリカネットワークの密度及び/又は結晶化の程度あるいは結晶化有無を反映することができる。このような水蒸気透過率は、ASTM F1249規格によって測定した数値である。前記水蒸気透過率は、他の例示で、1.5g/m/day以上程度、2g/m/day以上程度、2.5g/m/day以上程度、3g/m/day以上程度又は3.5g/m/day以上程度であってもよい。前記水蒸気透過率の上限は特に制限されるものではないが、約20g/m/day以下程度、19.5g/m/day以下程度、19g/m/day以下程度、18.5g/m/day以下程度、18g/m/day以下程度、17.5g/m/day以下程度、17g/m/day以下程度、16.5g/m/day以下程度、16g/m/day以下程度、15.5g/m/day以下程度、15g/m/day以下程度、14.5g/m/day以下程度、14g/m/day以下程度、13.5g/m/day以下程度、13g/m/day以下程度、12.5g/m/day以下程度、12g/m/day以下程度、11.5g/m/day以下程度、11g/m/day以下程度、10.5g/m/day以下程度、10g/m/day以下程度、9.5g/m/day以下程度、9g/m/day以下程度、8.5g/m/day以下程度、8g/m/day以下程度、7.5g/m/day以下程度、7g/m/day以下程度、6.5g/m/day以下程度、6g/m/day以下程度、5.5g/m/day以下程度、5g/m/day以下程度又は4.5g/m/day以下程度であってもよい。このような水蒸気透過率は、ASTM F1249規格によって測定することができる。
他の例示で、前記シリカ層は、通常、水蒸気遮断性がないと知られたポリマーフィルム上に約1μm程度の厚さで形成された状態で前記ポリマーフィルム単独の水蒸気透過率を10%以上変更させない程度の水蒸気遮断性を有することができる。例えば、前記ポリマーフィルム単独の水蒸気遮断性をW1とし、そのポリマーフィルム上に前記シリカ層が約1μm程度の厚さで形成されている積層体の水蒸気遮断性をW2とする場合、100×(W-W)/Wで計算される値の絶対値は、10(%)以下程度であってもよい。このとき、前記ポリマーフィルムとしては、大略その自体の水蒸気透過率が3.9~4,000g/m/dayレベルであるPET(poly(ethylene terephthalate))フィルム又はTAC(Triacetyl cellulose)フィルムが例示され得る。
通常的に、ガラス素材は、水蒸気透過率が低い素材と知られているため、前記水蒸気透過率は、ガラス素材のような物性であると言えない。しかし、本発明者らは、シリカネットワークにより形成された膜が前記範囲の水蒸気透過率を示すことができるレベルの密度乃至結晶化の程度を有し、そのような膜がハードコート層と組み合わされると、上述したガラス素材の長所である耐スクラッチ性及び/又は表面硬度が確保されるフィルムを得ることができるという点を確認した。したがって、前記水蒸気透過度は、本発明のガラス類似フィルムが目的とする物性を確保可能にする重要な要因のうちの一つである。
ガラス類似フィルムは、少なくとも互いに積層されたシリカ層とハードコート層を含み、これを組み合わせて前記物性を達成することができる。
上記でハードコート層は、業界に公知されたように、一定レベル以上の表面硬度を示すように形成された有機層、無機層又は有無機層である。
例えば、前記ハードコート層は、鉛筆硬度が5H以上であってもよい。前記鉛筆硬度は、前記ガラス類似フィルムに対して鉛筆硬度を測定する方式と同一の方式で測定することができる。ハードコート層の鉛筆硬度は、他の例示で、約6H以上、7H以上、8H以上又は9H以上であってもよい。
前記ハードコート層の材料と形成方法は、業界に多様に知られており、本発明では、このような公知の材料及び方法を適用して前記ハードコート層を形成することができる。
ハードコート層の代表的な材料は、紫外線などの光や熱により硬化する硬化型化合物である。前記硬化性化合物は、ラジカル硬化性であるか、陽イオン硬化性であってもよい。したがって、一つの例示で、前記ハードコート層は、硬化された硬化性化合物を含むことができる。例えば、前記化合物と重合開始剤を含有するハードコート層用組成物を用いて前記ハードコート層を形成することができる。通常的には、光により硬化する硬化性化合物が用いられる。
硬化型化合物の例としては、アクリレート系の作用基を有する化合物などの1個又は2個以上の不飽和結合を有する化合物がある。このような化合物は、通常、ラジカル硬化性である。1個の不飽和結合を有する化合物としては、例えば、エチル(メタ)アクリレート、エチルへキシル(メタ)アクリレート、スチレン、メチルスチレン及び/又はN-ビニルピロリドンなどがある。2個以上の不飽和結合を有する化合物としては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレートなど及びこれらをエチレンオキシドなどに変性した多官能化合物、又は前記多官能化合物と(メタ)アクリレートなどの反応生成物(例えば、多価アルコールのポリ(メタ)アクリレートエステル)などが挙げられる。
前記化合物外に不飽和二重結合を有する比較的低分子量(例えば、数平均分子量が300~8万レベルであるか、400~5000レベル)のポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂及び/又はポリチオールポリエン樹脂なども前記硬化型化合物として用いられる。上記で用語「樹脂」の意味には、モノマー以外にダイマー、オリゴマー又はポリマーなども含む。適切な硬化型化合物の例としては、3個以上の不飽和結合を有する化合物が挙げられる。このような化合物を用いると、形成するハードコート層の架橋密度を向上させることができ、目的硬度をより容易に達成できる。このような化合物としては、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ポリエステル多官能アクリレートオリゴマー(3官能~15官能)及び/又はウレタン多官能アクリレートオリゴマー(3官能~15官能)などを例示することができるが、これらに制限されるものではない。
他の例示で、ハードコート層を形成する硬化性化合物としては、下記化学式Eの平均単位を有するケイ素化合物が例示され得る。このような場合に、前記ハードコート層は、下記化学式Eの平均単位を有するケイ素化合物(ポリオルガノシロキサン化合物)の硬化物を含むことができる。前記硬化物は、例えば、陽イオン硬化物であってもよい。
[化学式E]
(R SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2(RO1/2
化学式Eで、R~Rは、それぞれ独立的に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基又は陽イオン硬化性官能基であり、R~Rのうち少なくとも一つは、陽イオン硬化性官能基であり、Rは、水素原子又はアルキル基であり、a、b、c及びdの和を1に換算したときに、c/(a+b+c+d)は、0.7以上の数であり、e/(a+b+c+d)は、0~0.4の範囲内の数である。
化学式Eは、一つの例示で、縮合性シラン化合物の縮合反応物であってもよい。
化学式Eで、R~Rは、それぞれケイ素原子に直接結合している官能基であって、化学式Eの化合物内でそれぞれ複数存在してもよく、複数存在する場合に、それらは同一であるか相異なっていてもよい。前記R~Rは、それぞれ独立的に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基又は陽イオン硬化性官能基であってもよい。一方、R~Rのうち少なくとも一つは、陽イオン硬化性官能基であり、例えば、少なくとも前記R(Rが複数である場合にRのうち少なくとも一つ)は、陽イオン硬化性官能基であってもよい。
陽イオン硬化性官能基としては、エポキシ基を例示することができる。本明細書で用語「エポキシ基」は、特に異に規定しない限り、3個の環構成原子を有する環状エーテル(cyclic ether)又は前記環状エーテルを含む化合物から誘導された1価残基を意味することができる。エポキシ基としては、グリシジル基、エポキシアルキル基、グリシドキシアルキル基又は脂環式エポキシ基などが例示され得る。上記で脂環式エポキシ基は、脂肪族炭化水素環構造を含み、前記脂肪族炭化水素環を形成している2個の炭素原子がまたエポキシ基を形成している構造を含む化合物に由来する1価残基を意味することができる。脂環式エポキシ基としては、6個~12個の炭素原子を有する脂環式エポキシ基が例示され得、例えば、3,4-エポキシシクロへキシルエチル基などが例示され得る。
このような陽イオン硬化性官能基は、全体R~Rのうち約50モル%以上、55モル%以上、60モル%以上、65モル%以上、70モル%以上、75モル%以上、80モル%以上、85モル%以上、90モル%以上又は95モル%以上の割合で存在することができる。前記陽イオン硬化性官能基の割合の上限には特に制限はなく、例えば、約100モル%以下程度であってもよい。
化学式Eで、RO1/2は、ケイ素原子に結合されている縮合性官能基であってもよい。すなわち、縮合性シラン化合物を縮合させて前記化学式Eの化合物を形成する過程で反応せず、残存する縮合性官能基が前記RO1/2で表示され得る。
化学式Eで、a、b、c及びdの和を1に換算したときに、c/(a+b+c+d)は、0.7以上、0.75以上、0.8以上、0.85以上、0.9以上又は0.95以上の数であってもよく、1以下の数であってもよい。
また、化学式Eで、a、b、c及びdの和を1に換算したときに、e/(a+b+c+d)は、0~0.4の範囲内の数であってもよい。前記e/(a+b+c+d)は、他の例示で、0.35以下程度、0.3以下程度、0.25以下程度、0.2以下程度、0.15以下程度、0.1以下程度又は0.05以下程度であってもよい。
ハードコート層の材料として、前記化学式Eの化合物が適用される場合には、上述したように前記ハードコート層は、前記化学式Eの化合物の陽イオン硬化物を含むことができる。すなわち、一つの例示で、前記ハードコート層は、前記化学式Eの化合物が陽イオン反応により硬化された層であってもよい。このような場合に、前記ハードコート層は、前記化学式Eの化合物の陽イオン硬化物を重量割合で、例えば、55重量%以上、60重量%以上、65重量%以上、70重量%以上、75重量%以上、80重量%以上、85重量%以上、90重量%以上又は95重量%以上含むことができる。また、このような場合に、前記陽イオン硬化物の含量は、100重量%以下、100重量%未満、95重量%以下、90重量%以下、85重量%以下、80重量%以下、75重量%以下又は70重量%以下程度であってもよい。
前記材料を適用してハードコート層を形成する方式は公知にされており、本発明では、このような公知の方式を適用して前記ハードコート層を形成することができる。例えば、上記言及された化合物と適切な開始剤(例えば、化合物がラジカル硬化型であれば、ラジカル重合開始剤、化合物が陽イオン硬化型であれば、陽イオン重合開始剤、あるいはハイブリッドタイプであれば、前記開始剤2種の混合)を混合した混合物をコーティングし、開始剤を通じて重合を開始して硬化を進行させ得る。このとき、開始剤が光開始剤であれば、光の照射を通じて開始させ得、熱開始剤であれば、熱の印加を通じて開始させ得る。
ハードコート層は、目的によって公知の任意の添加剤を含むことができるが、このような添加剤としては、有機、無機又は有無機の微粒子、分散剤、界面活性剤、帯電防止剤、シランカップリング剤、増粘剤、着色防止剤、着色剤(顔料、染料)、消泡剤、レベリング剤、難燃剤、紫外線吸収剤、接着付与剤、重合禁止剤、酸化防止剤及び/又は表面改質剤などが例示され得るが、これらに制限されるものではない。
このようなハードコート層は、例えば、約10μm~100μmの範囲内の厚さを有することができる。前記ハードコート層の厚さは、他の例示で、15μm以上程度、20μm以上程度又は25μm以上程度であるか、95μm以下程度、90μm以下程度、85μm以下程度、80μm以下程度、75μm以下程度、70μm以下程度、65μm以下程度、60μm以下程度、55μm以下程度、50μm以下程度、45μm以下程度、40μm以下程度又は35μm以下程度であってもよい。
また、ガラス類似フィルムは、シリカ層を含む。用語「シリカ層」は、シリカネットワークを主成分で有する膜であって、ガラス素材が有する長所のうち少なくともいずれか一つの長所を示すことができる膜を意味する。ただし、前記シリカ層は、ガラス素材と完全に同一な物性を示すか、ガラス素材が有する長所を全て示す必要はなく、ガラス素材特有の長所のうち目的とする少なくとも一つ以上の長所を示すことができると、本発明で定義するシリカ層に該当する。
本発明で用語「シリカネットワーク」は、シロキサン結合(Siloxane linkage、-Si-O-Si-)からなるか、それを含んでなる網あるいは3次元ケージ構造を意味することができる。一つの例示で、前記シリカネットワークは、後述するアルコキシシランの縮合物であってもよい。シリカネットワークは、例えば、下記化学式A又はBの単位を含むか、そのような単位からなってもよい。上記で「シリカネットワークが下記化学式A及び/又はBの単位からなる」とは、上記シリカネットワークが下記化学式Aの単位及び/又は下記化学式Bの単位のみを含むことを意味する。
[化学式A]
SiO(4-n)/2
[化学式B]
SiO3/21/2
化学式A及びBで、Rは、水素、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アリールアルキル基、エポキシ基又は(メタ)アクリロイルオキシアルキル基であり、nは、0又は1であり、Lは、直鎖、分枝鎖又は環状アルキレン基及びアリーレン基からなる群より選択されたいずれか一つ又は2個以上の組み合わせからなる2価連結基である。
化学式Bで「Lがアルキレン基及びアリーレン基からなる群より選択されたいずれか一つ又は2個以上の組み合わせからなる2価連結基」とは、Lが上記言及された直鎖、分枝鎖又は環状アルキレン基及びアリーレン基であるか、あるいはそのうちから選択された2種以上が組み合わされて2価連結基を形成したことを意味する。
化学式Bで、直鎖又は分枝鎖アルキレン基としては、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖アルキレン基が用いられ得、環状アルキレン基としては、炭素数3~20、炭素数3~16、炭素数3~12、炭素数3~8又は炭素数1~6の環状アルキレン基が用いられ得る。
化学式Aで、酸素原子の右下付き添字は、シリカネットワークで一つのケイ素原子が成しているシロキサン結合の数を意味する。例えば、nが0である場合に、化学式Aは、SiO4/2で表示されるが、これは、一つのケイ素原子が4個の酸素原子に連結されて4個のシロキサン結合を形成していることを意味する。シロキサン結合は、一つの酸素原子を2個のケイ素原子が共有して形成されるので、化学式で酸素原子の右下付き添字4/2は、一つのケイ素原子に4個の酸素原子が結合されており、そのそれぞれの酸素原子がまた他のケイ素原子と結合されていることを意味する。このようなネットワークは、例えば、後述する製造方法で、原料としてテトラアルコキシシランのような4官能性シランを用いて形成することができる。
類似に、nが1である場合に、化学式Aは、RSiO3/2で表示されるが、これは、一つのケイ素原子が3個の酸素原子に連結されて3個のシロキサン結合を形成しており、そのケイ素原子に官能基としてRが結合されている形態を意味する。このようなネットワークは、例えば、後述する製造方法で、原料としてトリアルコキシシランなどの3官能性シランを用いて形成することができる。
化学式Bは、一つのケイ素原子が3個の酸素原子と連結され、その3個の酸素原子がそれぞれ異なるケイ素原子と連結されて3個のシロキサン結合を形成すると同時に、そのケイ素原子が他のケイ素原子とLを媒介で連結されて-Si-L-Si-結合を形成していることを意味する。このようなネットワークは、例えば、後述する製造方法で、原料として1,2-ビス(トリエトキシシラン)エタンなどのように2個のトリアルコキシシリル基が2価連結基により連結されている構造の化合物を用いて形成することができる。
本発明のシリカ層のシリカネットワークは、化学式A又はBの単位のうち任意のいずれか一つの単位からなるか、あるいは前記単位のうち2個以上の組み合わせを通じてなってもよい。この場合、化学式Aの単位でもnが0である単位及びnが1である単位のうちいずれか一つの単位が用いられるか、あるいはその2個の単位が全て用いられ得る。
本発明のシリカ層は、前記シリカネットワークを主成分で含むことができる。「シリカ層がシリカネットワークを主成分で含む」とは、シリカ層内に前記シリカネットワークの割合が重量の割合として、例えば、55重量%以上、60重量%以上、65重量%以上、70重量%以上、75重量%以上、80重量%以上、85重量%以上、90重量%以上又は95重量%以上である場合を意味することができる。前記シリカ層内にシリカネットワークの割合は、100重量%以下又は100重量%未満であってもよい。
上記のようなシリカネットワークを高密度で形成してシリカ層がガラス素材が有する長所のうち必要な長所を示すようにすることができる。
例えば、前記シリカ層は、単独であるいは他の機能性膜(例えば、前記ハードコート層)と組み合わされて優れた耐スクラッチ性を示すことができる。例えば、前記シリカ層は、5,000回以上の500gスチールウール抵抗度(Steel wool resistance)を有することができる。上記で500gスチールウール抵抗度(Steel wool resistance)は、スチールウールテストで確認される表面特性であり、前記テストは、下記実施例に記載された方式で評価することができる。前記スチールウールテストは、約25℃の温度及び50%の相対湿度で行われ得る。前記シリカ層の500gスチールウール抵抗度(Steel wool resistance)は、他の例示で、約5,500回以上、6,000回以上、6,500回以上、7,000回以上、7,500回以上、8,000回以上、8,500回以上、9,000回以上又は9,500回以上であってもよい。前記スチールウール抵抗度は、その数値が高いほどシリカ層が優れた耐スクラッチ性を示すことを意味するため、その上限は特に制限されない。一つの例示で、前記500gスチールウール抵抗度は、20,000回以下程度又は15,000回以下程度、10,000回以下程度、9,000回以下程度又は8,500回以下程度であってもよい。
前記シリカ層は、前記シリカネットワークと共に窒素原子を含むことができる。
シリカ層を形成するにおいて、いわゆるゾルゲル(sol-gel)工程と知られた工法を適用するが、特定の触媒を適用し、必要に応じて工程条件を調節することで、上記のような特性のシリカ層を低温工程でも形成できるという点を確認した。このような方式は、例えば、通常的に高密度のシリカ層を形成すると知られているシラザンを適用した方式や高温でゲル化を進行する方式とは全く異なる方式であり、その結果形成される膜質も異なるようになる。
例えば、前記シリカ層は、前記シリカネットワークと共に前記特定触媒に由来する成分である窒素原子を含むことができる。
しかし、通常、シリカ層を形成する方式のうちシラザンを適用した方式で形成したシリカ層の場合、シラザンに由来する窒素原子を含むが、該当窒素原子は、ケイ素原子と結合された形態として存在し、その割合も本発明の場合とは異なる。すなわち、シラザンを適用した方式で形成したシリカ層は、ケイ素原子と窒素原子の結合(Si-N)を含む。しかし、本発明のシリカ層での窒素原子は、上記状態で存在せず、したがって、本発明のシリカ層は、前記ケイ素原子と窒素原子の結合(Si-N)を含まない。一方、上記で高温ゲル化工程を通じて得られるシリカ層も窒素原子は含まない。
一つの例示で、前記シリカ層に含まれる窒素原子は、ルイス塩基である特定アミン化合物に含まれているか、それに由来する窒素原子であってもよい。すなわち、前記アミン化合物は、後述するシリカ層の形成工程で触媒として用いられるものであり、したがって、窒素原子は、このようなアミン化合物に含まれているか、それに由来することができる。
上記で「窒素原子が触媒であるアミン化合物に由来する」とは、前記アミン化合物が触媒作用を行いながら他の種類の化合物に変形された場合に、その変形された化合物に該当窒素原子が含まれていることを意味することができる。
前記アミン化合物、pKaが8以下であってもよい。前記pKaは、他の例示で、7.5以下、7以下、6.5以下、6以下、5.5以下、5以下、4.5以下又は約4以下程度であるか、約1以上、1.5以上、2以上、2.5以上又は3以上程度であってもよい。
前記アミン化合物は、沸点(boiling point)が80℃~500℃の範囲内であってもよい。前記沸点は、他の例示で、90℃以上、100℃以上、110℃以上、120℃以上、130℃以上、140℃以上、150℃以上、160℃以上、170℃以上、180℃以上、190℃以上、200℃以上、210℃以上、220℃以上、230℃以上、240℃以上、250℃以上、260℃以上、270℃以上、280℃以上、290℃以上、300℃以上、310℃以上、320℃以上、330℃以上、340℃以上又は350℃以上であるか、1,000℃以下、900℃以下、800℃以下、700℃以下、600℃以下、500℃以下、400℃以下又は300℃以下程度であってもよい。
アミン化合物は、引火点(flash point)が80℃以上であってもよい。前記引火点は、他の例示で、90℃以上、100℃以上、110℃以上、120℃以上、130℃以上、140℃以上、150℃以上又は155℃以上であるか、1,000℃以下、900℃以下、800℃以下、700℃以下、600℃以下、500℃以下、300℃以下、200℃以下、190℃以下、180℃以下又は170℃以下程度であってもよい。
アミン化合物は、常温蒸気圧が10,000Pa以下であってもよい。前記常温蒸気圧は、他の例示で、9,000Pa以下、8,000Pa以下、7,000Pa以下、6,000Pa以下、5,000Pa以下、4,000Pa以下、3,000Pa以下、2,000Pa以下、1,000Pa以下、900Pa以下、800Pa以下、700Pa以下、600Pa以下、500Pa以下、400Pa以下、300Pa以下、200Pa以下、100Pa以下、90Pa以下、80Pa以下、70Pa以下、60Pa以下、50Pa以下、40Pa以下、30Pa以下、20Pa以下、10Pa以下、9Pa以下、8Pa以下、7Pa以下、6Pa以下、5Pa以下、4Pa以下、3Pa以下、2Pa以下、1Pa以下、0.9Pa以下、0.8Pa以下、0.7Pa以下、0.6Pa以下、0.5Pa以下、0.4Pa以下、0.3Pa以下、0.2Pa以下、0.1Pa以下、0.09Pa以下、0.08Pa以下、0.07Pa以下、0.06Pa以下、0.05Pa以下、0.04Pa以下、0.03Pa以下、0.02Pa以下、0.01Pa以下、0.009Pa以下、0.008Pa以下、0.007Pa以下、0.006Pa以下、0.005Pa以下、0.004Pa以下又は0.003Pa以下であるか、0.0001Pa以上、0.0002Pa以上、0.0003Pa以上、0.0004Pa以上、0.0005Pa以上、0.0006Pa以上、0.0007Pa以上、0.0008Pa以上、0.0009Pa以上、0.001Pa以上、0.0015Pa以上又は0.002Pa以上程度であってもよい。以上記述したような特性を有するアミン化合物を適用することで、目的とする物性のシリカ層を効果的に得ることができる。
上記のような物性のアミン化合物は、熱的に安定であり、火事の危険が少なく、低い蒸気圧により悪臭及び爆発の危険性も少ない付随的な利点もある。
アミン化合物としては、上記言及された特性を有するものであれば、特に制限なしに用いることができる。例えば、前記アミン化合物としては、下記化学式2~5のうちいずれか一つで表示される化合物を用いることができる。
Figure 0007176819000001
Figure 0007176819000002
Figure 0007176819000003
Figure 0007176819000004
化学式2~5において、R~R15は、それぞれ独立的に水素又はアルキル基であってもよい。
化学式2~5で、アルキル基は、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~15、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4であるか、炭素数4~20、炭素数6~20、炭素数8~20、炭素数4~16、炭素数6~16、炭素数8~16、炭素数4~12、炭素数6~12又は炭素数8~10の直鎖、分枝鎖又は環状アルキル基であってもよい。
アミン化合物は、例えば、下記化学式2-1、化学式3-1、化学式4-1及び化学式5-1のうちいずれか一つの化合物であってもよい。
Figure 0007176819000005
Figure 0007176819000006
Figure 0007176819000007
Figure 0007176819000008
適切な例示で、前記アミン化合物は、化学式5で、R13~R15は、アルキル基である化合物であってもよい。上記でアルキル基は、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~15、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4であるか、炭素数4~20、炭素数6~20、炭素数8~20、炭素数4~16、炭素数6~16、炭素数8~16、炭素数4~12、炭素数6~12又は炭素数8~10の直鎖、分枝鎖又は環状アルキル基であってもよい。
他の例示で、前記窒素原子は、いわゆる潜在性塩基発生剤と知られた化合物に含まれたものであるか、それに由来するものであってもよい。このとき、由来の意味は、上記で記述した通りである。用語「潜在性塩基発生剤」は、常温及び常圧などの一般的な環境下では塩基性を示さないが、適切な熱の印加あるいは紫外線などの光の照射により塩基性を示す化合物又は塩基性を有する化合物乃至触媒に転換される化合物を意味する。このような化合物は、多様に知られているが、例えば、後述する化合物であってもよい。
例えば、前記潜在性塩基発生剤は、下記化学式6で表示される化合物であってもよい。下記化学式6で表示される化合物は、熱塩基発生剤として作用することができる。
Figure 0007176819000009
化学式6で、Rは、水素、炭素数1~20のアルキル基又は炭素数6~12のアリール基であり、R11及びR12は、それぞれ独立的に水素又は炭素数1~4のアルキル基であり、R10は、水素、炭素数1~4のアルキル基、炭素数7~16のアリールアルキル基又は下記化学式7の置換基であってもよい。
Figure 0007176819000010
化学式7で、Lは、炭素数1~4のアルキレン基であってもよく、例えば、メチレン基又はエチレン基などであってもよい。
化学式6で、Rのアルキル基は、一つの例示で、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖のアルキル基であるか、炭素数1~20、炭素数4~20、炭素数8~20、炭素数12~20又は炭素数16~20の直鎖又は分枝鎖のアルキル基であってもよい。
化学式6で、Rのアリール基は、炭素数6~12のアリール基であるか、フェニル基であってもよい。
化学式6で、R10のアリールアルキル基は、炭素数が7~16であると共に、炭素数1~4のアルキル基を含むアリールアルキル基であってもよく、例えば、炭素数1~4のアルキル基を有するフェニルアルキル基であってもよい。
上記でアルキル基、アリール基、アリールアルキル基などは、任意に一つ以上の置換基により置換されていてもよく、このような場合に置換基としては、ヒドロキシ基、ニトロ基又はシアノ基などが例示され得るが、これらに制限されるものではない。
他の例示で、前記塩基発生剤は、下記化学式8で表示される陽イオン(cation)を有するイオン性化合物であってもよい。下記化学式8で表示される陽イオンを有するイオン性化合物は、光塩基発生剤として作用することができる。
Figure 0007176819000011
化学式8で、R13~R20は、それぞれ独立的に水素又は炭素数1~20のアルキル基であってもよい。
前記アルキル基は、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖のアルキル基であってもよく、例えば、メチル基、エチル基あるいは分枝鎖のプロピル基などであってもよい。
他の例示で、前記アルキル基は、炭素数3~20、炭素数3~16、炭素数3~12、炭素数3~8又は炭素数4~8の環状アルキル基であってもよく、例えば、シクロヘキシル基などであってもよい。
上記で化学式8のアルキル基は、任意に一つ以上の置換基により置換されていてもよく、このような場合に置換基としては、ヒドロキシ基、ニトロ基又はシアノ基などが例示され得るが、これらに制限されるものではない。
一つの例示で、前記塩基発生剤は、下記化学式9又は10で表示される陽イオン(cation)を有するイオン性化合物であってもよい。下記化学式9又は10で表示される陽イオンを有するイオン性化合物は、光塩基発生剤として作用することができる。
Figure 0007176819000012
化学式9で、R21~R24は、それぞれ独立的に水素又は炭素数1~20のアルキル基であってもよい。
Figure 0007176819000013
化学式10で、R25~R30は、それぞれ独立的に水素又は炭素数1~20のアルキル基であってもよい。
化学式9又は10で、アルキル基は、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖のアルキル基であってもよく、例えば、メチル基、エチル基あるいは分枝鎖のプロピル基などであってもよい。
化学式9又は10で、アルキル基は、炭素数3~20、炭素数3~16、炭素数3~12、炭素数3~8又は炭素数4~8の環状アルキル基であってもよく、例えば、シクロヘキシル基などであってもよい。
上記で化学式9又は10で、アルキル基は、任意に一つ以上の置換基により置換されていてもよく、このような場合に置換基としては、ヒドロキシ基、ニトロ基又はシアノ基などが例示され得るが、これらに制限されるものではない。
化学式8~10などの陽イオン(cation)と共にイオン性化合物に含まれる陰イオン(anion)の種類は特に制限されず、適切な種類の陰イオンが用いられ得る。
例えば、前記陰イオンは、下記化学式11又は12で表示される陰イオンであってもよい。
Figure 0007176819000014
化学式11で、Lは、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4のアルキレン基であるか、上記のような炭素数を有するアルキリデン基であってもよい。
Figure 0007176819000015
化学式12で、R35~R38は、それぞれ独立的に水素、アルキル基又はアリール基であってもよい。
化学式12で、アルキル基は、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4の直鎖、分枝鎖又は環状のアルキル基であってもよい。
化学式12で、アリール基は、炭素数6~30、炭素数6~24、炭素数6~18又は炭素数6~12のアリール基であるか、フェニル基であってもよい。
一つの例示で、前記塩基発生剤は、下記化学式13で表示される化合物であってもよい。下記化学式13で表示される化合物は、光塩基発生剤として作用することができる。
Figure 0007176819000016
化学式13で、R31及びR32は、それぞれ独立的に水素、直鎖、分枝鎖又は環状アルキル基であってもよい。他の例示で、上記R31及びR32は、互いに連結されて上記R31及びR32が連結されている窒素原子と一緒に窒素含有ヘテロ環構造を形成することができる。また、化学式13で、Arは、アリール基であってもよく、Lは、-L-O-又は炭素数2~4のアルケニル基であってもよく、上記でLは、炭素数1~4のアルキレン基又は炭素数1~4のアルキリデン基であってもよい。
化学式13で、R31及びR32のアルキル基は、炭素数1~20、炭素数1~16、炭素数1~12、炭素数1~8又は炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖のアルキル基であってもよく、例えば、メチル基、エチル基あるいは分枝鎖のプロピル基などであってもよい。
他の例示で、化学式13で、R31及びR32のアルキル基は、炭素数3~20、炭素数3~16、炭素数3~12、炭素数3~8又は炭素数4~8の環状アルキル基であってもよく、例えば、シクロヘキシル基などであってもよい。
他の例示で、上記R31及びR32は、互いに連結されて上記R31及びR32が連結されている窒素原子と一緒に窒素含有ヘテロ環構造を形成することができる。前記環構造は、上記R31及びR32が連結されている窒素原子を含んで全て1個以上、例えば、1個又は2個の窒素原子を含み、また3個~20個、3個~16個、3個~12個又は3個~8個の炭素原子を有する構造であってもよい。
前記窒素含有ヘテロ環構造としては、ピペリジン構造又はイミダゾール構造などが例示され得るが、これらに制限されるものではない。
前記窒素含有ヘテロ環構造がピペリジン構造である場合に、化学式13の化合物は、下記化学式13-1で表示され得、イミダゾール構造である場合には、下記化学式13-2で表示され得る。
Figure 0007176819000017
Figure 0007176819000018
化学式13-1及び13-2で、Arは、アリール基であってもよく、例えば、炭素数6~30、炭素数6~30又は炭素数6~18のアリール基であってもよい。
前記アリール基の例としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基(anthryl group)あるいはアントラキノニル基(anthraquinonyl group)などが例示され得、具体的には、9-アントリル基(9-anthryl group)あるいはアントラキノン-1-イル基(anthroquinon-1-yl group)あるいはアントラキノン-2-イル基(anthroquinon-2-yl group)などが例示され得るが、これらに制限されるものではない。
化学式13-1及び13-2で、Lは、-L-O-又は炭素数2~4のアルケニル基であってもよい。上記で-L-O-の場合には、LがArに連絡され、Oが化学式13-1及び13-2のカルボニル基の炭素原子に連絡された構造、あるいはOがArに連絡され、Lが化学式8のカルボニル基の炭素原子に連絡された構造が導出され得る。
上記でLは、炭素数1~4のアルキレン基又は炭素数1~4のアルキリデン基であってもよい。
化学式13、13-1、13-2のアルキル基、窒素含有ヘテロ環構造、アリール基、アルケニル基、アルキレン基及び/又はアルキリデン基には、任意に一つ以上の置換基が置換されていてもよく、その例としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基及び/又はメタクリロイルオキシ基などが例示され得るが、これらに制限されるものではない。
上記のような潜在性塩基発生剤としては、公知の物質合成法によって合成された上記構造の化合物あるいは業界に公知の製品を入手して用いることができる。上記製品としては、WAKO社のWPBGシリーズあるいは四国化成のCurezol製品などがあるが、これに制限されるものではない。
本発明でシリカ層に含まれる前記窒素原子の割合は特に制限されない。すなわち、上述したように、前記窒素原子は、製造過程で触媒で用いられた物質に由来するものであってもよく、このような場合には、窒素原子の割合で用いられた触媒の量によって決定され得る。
シリカ層に含まれる窒素原子の割合は、一つの例示で、0.0001~6重量%の範囲内であってもよい。前記割合は、他の例示で、約0.0005重量%以上程度、0.001重量%以上程度、0.005重量%以上程度、0.1重量%以上程度、0.15重量%以上程度、0.2重量%以上程度、0.25重量%以上程度、0.3重量%以上程度、0.35重量%以上程度、0.4重量%以上程度、0.45重量%以上程度、0.5重量%以上程度、0.55重量%以上程度又は0.6重量%以上程度であるか、5.8重量%以下程度、5重量%以下程度、6重量%以下程度、5.4重量%以下程度、5.2重量%以下程度、5重量%以下程度、4.8重量%以下程度、4.6重量%以下程度、4.4重量%以下程度、4.2重量%以下程度、4重量%以下程度、3.8重量%以下程度、3.6重量%以下程度、3.4重量%以下程度、3.2重量%以下程度、3重量%以下程度、2.8重量%以下程度、2.6重量%以下程度、2.4重量%以下程度、2.2重量%以下程度、2.0重量%以下程度、1.8重量%以下程度、1.6重量%以下程度、1.4重量%以下程度、1.2重量%以下程度、1重量%以下程度、0.8重量%以下程度、0.6重量%以下程度、0.4重量%以下程度、0.2重量%以下程度、0.1重量%以下程度、0.08重量%以下程度、0.06重量%以下程度、0.04重量%以下程度、0.02重量%以下程度、0.01重量%以下程度、0.008重量%以下程度又は0.006重量%以下程度であってもよい。
シリカ層は、前記シリカネットワーク及び窒素原子に追加で任意の他の成分を含んでもよい。このような成分の例としては、シリカ、セリアやチタニアなどのナノ粒子、フッ素系又はケイ素系スリップ剤及び/又は乾燥遅延剤などが例示され得るが、これらに制限されるものではない。このような添加剤は、目的を考慮して任意に添加され得、その具体的な種類と割合は、目的に応じて調節され得る。
上記のようなシリカ層は、目的とする物性によって適切な厚さを有することができる。例えば、前記シリカ層の厚さは、約0.4~5μmの範囲内であってもよく、他の例示で、0.6μm以上、0.8μm以上、1μm以上、1.2μm以上、1.6μm以上、1.8μm以上又は2μm以上であるか、4.8μm以下、4.6μm以下、4.4μm以下、4.2μm以下、4μm以下、3.8μm以下、3.6μm以下、3.4μm以下、3.2μm以下又は3μm以下程度であってもよい。
このようなシリカ層は、シリカ前駆体及び酸触媒を含むシリカ前駆体組成物で形成されたシリカ前駆体層を用いて製造することができる。
前記シリカ前駆体層は、追加成分として潜在性塩基発生剤、すなわち、上述した化学構造の化合物を含んでもよく、含まなくてもよい。前記潜在性塩基発生剤を含む場合には、前記シリカ前駆体に適切な熱を印加するか、光を照射して塩基を発生させ、ゲル化を進行してシリカ層を形成することができ、潜在性塩基発生剤を含まない場合には、前記シリカ前駆体層をルイス塩基と接触させるステップを含むことができる。ルイス塩基としては、上述したアミン化合物が用いられ得る。
本発明で用語「シリカ前駆体組成物」は、いわゆる、ゾルゲル法の原料又は前記ゾルゲル法の進行過程の中間生成物であって、シラン化合物の縮合物であるシリカゾルを含む組成物を意味することができる。したがって、前記シリカ前駆体は、シリカ前駆体を含む組成物であり、シリカ前駆体は、適用された原料であるシラン化合物及び/又はそのシラン化合物が縮合されて形成されたシリカゾルを意味することができる。
本発明の前記シリカ前駆体組成物は、原料としてシラン化合物を含む組成物を酸触媒で処理して得られた組成物であってもよい。したがって、前記シリカ前駆体組成物は、pHが少なくとも5以下であってもよい。上記のような範囲のpHを有するように触媒を用いて原料の縮合反応を進行すると、つながる工程で目的とする物性のシリカ層を形成することに有利である。上記pHは、他の例示で、4.5以下、4以下又は3.5以下程度であるか、0以上、0超過、0.5以上又は1以上程度であってもよい。
前記シリカ前駆体は、前記原料であるシラン化合物、そのシラン化合物の加水分解物及び/又はそのシラン化合物の縮合反応物を含むことができる。
このとき、原料であるシラン化合物としては、例えば、下記化学式C又はDの化合物を用いることができる。
[化学式C]
SiR (4-n)(OR
化学式Cで、Rは、化学式AでのRの定義と同一であり、Rは、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~12のアリール基又は水素原子などであってもよく、nは、3又は4である。上記でアルキル基は、炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖のアルキル基であってもよく、任意に一つ以上の置換基に置換されていてもよい。前記アルキル基は、例えば、メチル基又はエチル基であってもよい。前記アルキル基、アルコキシ基又はアリール基は、任意に置換されていてもよく、この場合、置換基としては、グリシジル基、ハロゲン原子、脂環式エポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基などがあるが、これらに制限されるものではない。
Figure 0007176819000019
化学式Dで、Lは、上述した化学式BでのLと同一である。一つの例示で、上記Lは、炭素数1~4のアルキレン基であってもよい。化学式Dで、R~Rは、それぞれ独立的に炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、炭素数6~12のアリール基又は水素原子である。上記でアルキレン基は、炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖のアルキレン基であってもよく、任意に一つ以上の置換基に置換されていてもよい。前記アルキレン基は、例えば、メチレン基又はエチレン基であってもよい。また、化学式Dで、アルキル基は、炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖のアルキル基であってもよく、任意に一つ以上の置換基に置換されていてもよい。前記アルキル基は、例えば、メチル基又はエチル基であってもよい。上記でアルコキシは、炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖のアルコキシ基であってもよく、任意に一つ以上の置換基に置換されていてもよい。前記アルコキシは、例えば、メトキシ基又はエトキシ基であってもよい。上記でアリール基は、炭素数6~12のアリール基又はフェニル基などであってもよい。
シリカ前駆体組成物は、上述したシリカ前駆体(すなわち、原料であるシラン化合物、その加水分解物及び/又はその縮合物など)を、例えば、約5~60重量%の範囲内に含むことができる。前記割合は、他の例示で、約6重量%以上、7重量%以上、8重量%以上、9重量%以上、10重量%以上、11重量%以上、12重量%以上、13重量%以上、14重量%以上、15重量%以上、16重量%以上、17重量%以上、18重量%以上、19重量%以上、20重量%以上、21重量%以上、22重量%以上、23重量%以上、24重量%以上、25重量%以上、26重量%以上、27重量%以上、28重量%以上、29重量%以上、30重量%以上、31重量%以上、32重量%以上、33重量%以上、34重量%以上、35重量%以上、36重量%以上、37重量%以上、38重量%以上又は39重量%以上であるか、約59重量%以下、58重量%以下、57重量%以下、56重量%以下、55重量%以下、54重量%以下、53重量%以下、52重量%以下、51重量%以下、50重量%以下、49重量%以下、48重量%以下、47重量%以下、46重量%以下、45重量%以下、44重量%以下、43重量%以下、42重量%以下、41重量%以下、40重量%以下、約39重量%以下、38重量%以下、37重量%以下、36重量%以下、35重量%以下、34重量%以下、33重量%以下、32重量%以下、31重量%以下、30重量%以下、29重量%以下、28重量%以下、27重量%以下、26重量%以下、25重量%以下、24重量%以下、23重量%以下、22重量%以下、21重量%以下、20重量%以下、19重量%以下、18重量%以下、17重量%以下、16重量%以下又は15重量%以下程度であってもよい。
一つの例示で、前記シリカ前駆体の割合は、前記シリカ前駆体組成物に対して乾燥及び脱水過程を経た後に確認される固形分の量を前記乾燥及び脱水前の組成物の量との関係から計算して求められる百分率値であってもよい。一つの例示で、前記乾燥工程は、約80℃で約1時間程度進行され得、前記脱水過程は、約200℃で約24時間の間進行され得る。他の例示で、前記シリカ前駆体の割合は、前記シリカ前駆体組成物の製造に適用されたシラン化合物の量であってもよい。
以下、本明細書でシリカ前駆体組成物の成分間の割合を規定する際において用いるシリカ前駆体の割合乃至重量は、前記乾燥及び脱水過程を経た後に残存する成分の割合乃至重量を基準としたものであるか、あるいは前記シリカ前駆体組成物の製造に適用されたシラン化合物の量であってもよい。
上記のような含量が確保され得るレベルにゾル化を進行して確保されたシリカ前駆体組成物は、適切な粘度を示して工程性及びハンドリング性において有利であり、シリカ層を形成する過程での乾燥時間を最小化し、染みなどがなく、均一な厚さなどの優れた物性が確保された目的物を得ることに有利である。
シリカ前駆体の含量を上記範囲に維持する方法は特に制限されず、ゾル化過程での適用触媒の種類や工程時間及びその他工程条件を調節して前記含量を達成することができる。
前記シリカ前駆体組成物は、酸触媒を用いて誘導された組成物であってもよい。例えば、前記シラン化合物を適正な酸触媒と接触してゾル化を進行させて前記シリカ前駆体組成物を形成することができる。上記過程で適用される酸触媒の種類及びその割合は特に制限されず、適合な縮合反応を誘導し、上述した範囲のpHが確保可能なものを用いることができる。
酸触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、フルオル硫酸、窒酸、リン酸、酢酸、ヘキサフルオロリン酸、p-トルエンスルホン酸及びトリフルオロメタンスルホン酸などから選択された1種又は2種以上の混合が例示され得るが、これらに制限されない。
シリカ前駆体組成物を形成するために用いられる前記酸触媒の量は特に制限されず、上述した範囲のpHが確保され、必要な場合に後述するシリカゾル前駆体含量が確保されるように制御され得る。
一つの例示で、前記酸触媒は、前記シリカ前駆体組成物が、前記シリカ前駆体100重量部に対して、0.01~50重量部の酸触媒を含むように用いられ得る。前記割合は、他の例示で、0.03重量部以上、0.1重量部以上、0.5重量部以上、1重量部以上、5重量部以上、10重量部以上、15重量部以上、20重量部以上又は25重量部以上であるか、45重量部以下、40重量部以下、35重量部以下、30重量部以下、25重量部以下、20重量部以下、15重量部以下、10重量部以下、5重量部以下又は3重量部以下程度であってもよい。
シリカ前駆体組成物は、上記成分に追加で任意の成分を含むことができる。例えば、前記シリカ前駆体組成物は、溶媒をさらに含むことができる。
溶媒としては、例えば、沸点が約50℃~150℃の範囲内である溶媒を用いることができる。このような溶媒としては、水などの水性溶媒又は有機溶媒が例示され得、有機溶媒としては、アルコール、ケトン又はアセテート溶媒などが例示され得る。適用できるアルコール溶媒の例には、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、i-プロピルアルコール、i-ブチルアルコール、n-ブチルアルコール及び/又はt-ブチルアルコールなどが例示され得、ケトン溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジメチルケトン、メチルイソプロピルケトン及び/又はアセチルアセトンなどが例示され得、アセテート溶媒としては、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート及び/又はブチルアセテートなどが例示され得るが、これらに制限されるものではない。
一つの例示で、前記組成物は、前記水性溶媒と有機溶媒の混合溶媒を含むことができ、このとき、水性溶媒としては、水が用いられ、有機溶媒としては、上述したアルコール、ケトン及び/又はアセテート溶媒が用いられ得るが、これらに制限されるものではない。
シリカ前駆体組成物内で前記溶媒の量は、特に制限されるものではないが、例えば、原料で用いられたシラン化合物のモル数に対して約2倍~8倍のモル数の溶媒が用いられ得る。
一つの例示で、前記シリカ前駆体組成物は、前記シリカ前駆体100重量部に対して40~2,000重量部の溶媒を含むことができる。
前記割合は、他の例示で、約45重量部以上、50重量部以上、55重量部以上、60重量部以上、65重量部以上、70重量部以上、75重量部以上、80重量部以上又は85重量部以上、90重量部以上程度、95重量部以上程度、100重量部以上程度、150重量部以上程度、200重量部以上程度、250重量部以上程度、300重量部以上程度、350重量部以上程度、400重量部以上程度、450重量部以上程度、500重量部以上程度、550重量部以上程度、600重量部以上程度、650重量部以上程度、700重量部以上程度又は750重量部以上程度であるか、1,800重量部以下、1,600重量部以下、1,400重量部以下又は1,300重量部以下程度であってもよい。
溶媒として水性溶媒と有機溶媒の混合物を適用する場合には、前記有機溶媒100重量部に対して、約5~200重量部程度の水性溶媒を用いることができるが、これに制限されない。前記割合は、他の例示で、約10重量部以上、15重量部以上、20重量部以上、25重量部以上又は30重量部以上、35重量部以上程度、40重量部以上程度、45重量部以上程度、50重量部以上程度、55重量部以上程度、60重量部以上程度、65重量部以上程度、70重量部以上程度、75重量部以上程度、80重量部以上程度、85重量部以上程度、90重量部以上程度又は95重量部以上位程度であるか、約180重量部以下程度、160重量部以下程度、140重量部以下程度、120重量部以下程度又は110重量部以下程度であってもよい。
また、既に記述したようにシリカ前駆体組成物は、上述した潜在性塩基発生剤を含んでいてもよい。このような場合に含まれ得る潜在性塩基発生剤の具体的な種類は、上述した通りである。
潜在性塩基発生剤が含まれる場合に、その割合は、前記シリカ前駆体100重量部に対して、約0.01~50重量部程度の割合で含むことができる。前記潜在性塩基発生剤の割合は、他の例示で、約0.05重量部以上、0.1重量部以上、0.5重量部以上、1重量部以上、1.5重量部以上、2重量部以上、2.5重量部以上、3重量部以上又は3.5重量部以上であるか、45重量部以下、40重量部以下、35重量部以下、30重量部以下、25重量部以下、20重量部以下、15重量部以下、10重量部以下又は5重量部以下程度であってもよい。
シリカ前駆体組成物は、上述した成分外にも多様な添加剤を必要に応じて含むことができ、その例としては、前記シリカ層の任意成分で例示したものと同一な成分が挙げられる。
ただし、前記シリカ前駆体組成物が前記潜在性塩基発生剤を含まず、それによって、後述するルイス塩基との接触工程が行われる場合に、前記シリカ前駆体組成物は、触媒としては上述した酸触媒のみを含み、他の塩基触媒は含まなくてもよい。すなわち、前記ルイス塩基と接触される前記前駆体層は、触媒としては上述した酸触媒のみを含み、塩基触媒は含まなくてもよい。
前記シリカ前駆体組成物は、例えば、前記シラン化合物と酸触媒を接触させて製造することができる。一つの例示で、前記組成物は、前記溶媒及びシラン化合物を混合してシリカ前駆体分散液を製造した後に前記分散液に酸触媒を添加して製造することができる。また、必要な場合に、適正な時期に上述した潜在性塩基発生剤をさらに配合することができる。
上記で適用されるシラン化合物、溶媒及び酸触媒などの種類は既に記述した通りであり、これらの割合も上記言及された範囲によって調節され得る。また、上記で酸触媒及び/又は潜在性塩基発生剤の添加は、酸触媒及び/又は潜在性塩基発生剤自体のみを分散液に添加してもよく、酸触媒及び/又は潜在性塩基発生剤を適正な溶媒と混合した後にその混合物を添加する方式で添加してもよい。
前記シリカ前駆体組成物の形成ステップは、上述したように組成物が5以下のpHを有するように行われ得る。
上記のように、シラン化合物と酸触媒の接触を通じてシリカ前駆体組成物を形成するステップは、80℃以下の温度で行われ得る。例えば、前記酸触媒との接触ステップは、大略常温~80℃以下の温度で行われ得る。
潜在性塩基発生剤を含まない場合、上記のような方式で形成されたシリカ前駆体組成物で形成したシリカ前駆体層を上述したルイス塩基であるアミン化合物と接触させるステップを行う。上記でシリカ前駆体層は、上述したシリカ前駆体組成物その自体であるか、それから所定処理を通して形成した対象であってもよい。例えば、前記シリカ前駆体層は、前記シリカ前駆体組成物を適正レベルに乾燥して溶媒を除去したものであってもよい。
このようなシリカ前駆体層は、多様な形態に成形された状態であってもよく、例えば、膜形態に成形されたものであってもよい。一つの例示で、前記シリカ前駆体層は、前記シリカ前駆体組成物を適正な基材上に塗布して乾燥して形成されたものであってもよい。前記乾燥により前記組成物に含まれた溶媒が適正レベルに除去され得る。前記塗布は、適正なコーティング技法で行われ得、例えば、バーコーティング、コンマコーティング、リップコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング及び/又はグラビアコーティング方式などが適用され得る。このような塗布時の塗布厚さは、目的とするシリカ層のレベルを考慮して選択され得る。前記乾燥ステップは、目的とするレベルに溶媒が除去されるように条件が制御され得る。一つの例示によると、前記乾燥ステップは、約120℃以下の温度で行われ得る。前記乾燥温度は、他の例示で、約50℃以上、55℃以上、60℃以上、65℃以上、70℃以上又は75℃以上で行われるか、約110℃以下、100℃以下、90℃以下又は85℃以下程度で行われてもよい。また、乾燥時間は、約30秒~1時間の範囲内で調節され得、前記時間は、55分以下、50分以下、45分以下、40分以下、35分以下、30分以下、25分以下、20分以下、15分以下、10分以下、5分以下又は3分以下程度であってもよい。
上記のような方式でシリカ前駆体層を形成した後にこれをルイス塩基と接触させる前に任意の処理が行われてもよい。このような処理の例としては、プラズマ又はコロナ処理などを通じた表面改質ステップなどが例示され得るが、これらに制限されるものではない。前記プラズマ処理とコロナ処理を行う具体的な方式は特に制限されず、例えば、大気圧プラズマを用いた直接法又は間接法など公知の方式で行われ得る。このような表面処理は、ルイス塩基との接触ステップで接触効率を高め、塩基触媒処理効果を改善してシリカ層の物性を一層改善することができる。
上記でシリカ前駆体組成物が塗布される基材の種類は特に制限されず、例えば、前記基材は、シリカ層の形成後にシリカ層がそれから除去される離型性工程フィルムであるか、あるいは前記シリカ層と一緒に用いられる基材、例えば、後述する機能性有機フィルムであってもよい。例えば、前記シリカ層が電子素子の部品に適用される場合、前記基材は、前記シリカ層が具備された部品になり得る。
本発明では、全ての工程が低温工程で進行され得るので、上記で基材の適用自由度は高く、例えば、通常、高温工程で適合ではないと知られた高分子基材も用いられ得る。このような基材の例としては、PET(ポリエチレンテレフタレート、polyethylene terephthalate)、PEN(ポリエチレンナフタレート、Polyethylene naphthalate)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン、Polyether ether ketone)及びPI(ポリイミド、Polyimide)などのフィルムが単層又は複層の形態のフィルムなどが例示され得るが、これらに制限されるものではない。
また、高分子フィルムとしては、例えば、TAC(トリアセチルセルロース、triacetyl cellulose)フィルム;ノルボルネン誘導体などのCOP(シクロオレフィンコポリマー、cyclo olefin copolymer)フィルム;PMMA(ポリ(メチルメタクリレート)、poly(methyl methacrylate)などのアクリルフィルム;PC(ポリカーボネート、polycarbonate)フィルム;PE(ポリエチレン、polyethylene)フィルム;PP(ポリプロピレン、polypropylene)フィルム;PVA(ポリビニルアルコール、polyvinyl alcohol)フィルム;DAC(ジアセチルセルロース、diacetyl cellulose)フィルム;Pac(ポリアクリレート、Polyacrylate)フィルム;PES(ポリエーテルスルホン、poly ether sulfone)フィルム;PEEK(ポリエーテルエーテルケトン、polyetheretherketon)フィルム;PPS(ポリフェニルスルホン、polyphenylsulfone)フィルム、PEI(ポリエーテルイミド、polyetherimide)フィルム;PEN(ポリエチレンナフタレート、polyethylenenaphthatlate)フィルム;PET(ポリエチレンテレフタレート、polyethyleneterephtalate)フィルム;PI(ポリイミド、polyimide)フィルム;PSF(ポリスルホン、polysulfone)フィルム;PAR(ポリアリレート、polyarylate)フィルム又はフッ素樹脂フィルムなども適用され得る。
必要な場合に、前記基材には、適切な表面処理が行われていてもよい。
前記基材は、必要に応じて適切な機能性フィルム、例えば、位相差フィルム、偏光フィルム、輝度向上フィルムや高屈折又は低屈折膜などの光学機能性フィルムであってもよい。
潜在性塩基発生剤を含まない場合、上記のようなステップを経て形成されたシリカ前駆体層をルイス塩基であるアミン化合物と接触させてシリカ層を形成することができる。用語「ルイス塩基」は、公知されたように非共有電子対を与えられる物質を意味する。
本発明では、上述した特定のシリカ前駆体組成物をルイス塩基と接触させてゲル化させてシリカ層を形成することで、低温でも目的とする物性のシリカ層を形成することができる。
前記シリカ前駆体層を前記ルイス塩基と接触させる方式は特に制限されない。例えば、前記シリカ前駆体層をルイス塩基内に浸漬するか、ルイス塩基を前記シリカ前駆体層にコーティング、噴霧及び/又は滴下する方式などを適用することができる。
ルイス塩基としては、上述したpKa、沸点(boiling point)、引火点(flash point)及び/又は常温蒸気圧を有するアミン化合物を用いることができる。
このようなアミン化合物は、120℃又は120℃以下の温度で液状であってもよい。すなわち、前記アミン化合物は、それ自体でも適用され得、水などの水性溶媒又は有機溶媒などと混合して適用され得る。例えば、前記化合物が120℃又はその以下の温度で固相である場合などには、水性又は有機溶媒に溶解されて用いられ得る。上記で使用できる有機溶媒は、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチルピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N-ジエチルアセトアミド(DEAc)、N,N-ジメチルメトキシアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド、テトラメチルウレア、N-メチルカプロラクタム、テトラヒドロフラン、m-ジオキサン、p-ジオキサン、1,2-ジメトキシエタン、ビス(2-メトキシエチル)エーテル、1,2-ビス(2-メトキシエトキシ)エタン、ビス[2-(2-メトキシエトキシ)]エーテル、ポリ(エチレングリコール)メタクリレート(PEGMA)、ガンマ-ブチロラクトン(GBL)及びエクアミド(Equamide M100、Idemitsu Kosan Co.,Ltd)のうちいずれか一つ以上が例示され得るが、これに制限されるものではない。
以上、記述したように、前記ルイス塩基を上述した特定シリカ前駆体組成物と接触させてゲル化を行うことで、目的とする物性のシリカ層を効果的に得ることができる。
すなわち、上記のようなルイス塩基との接触によって前記シリカ前駆体層のゲル化あるいは硬化反応が誘導され得る。
このようなゲル化乃至硬化は、低温条件でも進行され得、特に別途の処理なしで効果的に進行されて目的とする物性のシリカ層を形成することができる。一つの例示で、前記ゲル化乃至硬化反応、すなわち、ルイス塩基との接触は、低温、例えば、約120℃以下程度で行われ得る。前記接触は、一つの例示で、110℃以下、100℃以下、90℃以下又は85℃以下で行われてもよく、60℃以上、65℃以上、70℃以上又は75℃以上程度で行われてもよい。
潜在性塩基発生剤を含む場合に、前記接触工程なしに前記シリカ前駆体に熱を印加するか、光を照射して塩基を発生させることで、前記ゲル化乃至硬化を進行させてシリカ層を形成することができる。
すなわち、前記潜在性塩基発生剤が含まれた場合には、前記塩基発生剤を活性化させるステップを行うことができる。活性化ステップは、該当発生剤が塩基性化合物乃至は触媒に転換されるか、あるいは前記化合物乃至触媒を生成するようにする過程を総称する。
前記塩基発生剤の活性化ステップの具体的な条件は、用いられる塩基発生剤の種類を考慮して調節され得る。例えば、熱塩基発生剤が適用される場合に、前記活性化ステップは、前記シリカ層が約50℃~250℃の範囲内の温度、約50℃~200℃の範囲内の温度又は約50℃~150℃の範囲内の温度に維持されるように熱を印加して行われ得、光塩基発生剤が適用される場合には、前記シリカ層に約300nm~450nmの波長の光を照射して行うことができる。上記で熱の印加は、例えば、約1分~1時間の範囲内の時間の間行われ得、光の照射は、約200mJ/cm~3J/cmの強度で行うことができる。
本発明では、上記のような方式でシリカ層を形成することができる。本発明では、このような方式でシリカ層を形成した後に任意の洗浄工程などの他の追加的な工程を行ってもよい。
本発明の前記シリカ層の形成方法では、全ての工程が低温工程で進行され得る。すなわち、本発明の全ての工程は、後述する低温工程の温度下で行われ得る。本発明で用語「低温工程」は、工程温度が約350℃以下、約300℃以下、約250℃以下、約200℃以下、約150℃以下又は約120℃以下である工程を意味する。本発明のシリカ層の製造工程は、全ての工程が前記温度範囲で行われ得る。
本発明では、上記のような低温工程によっても効果的に目的とする物性のシリカ層、例えば、高密度であると共に高硬度のシリカ層を形成することができるので、例えば、連続的で且つ低価の工程で目的物性のシリカ層を大量に形成することができ、また、高分子フィルムなどのように熱に弱い基材上にも前記シリカ層を直接効果的に形成することができる。前記低温工程で工程温度の下限は特に制限されず、例えば、前記低温工程は、約10℃以上、15℃以上、20℃以上又は25℃以上で行われ得る。
本発明のガラス類似フィルムで前記ハードコート層とシリカ層は、多様な形態で存在することができ、それぞれ1層以上存在してもよい。
基本的に、ガラス類似フィルムは、互いに積層された前記ハードコート層とシリカ層を少なくとも1層ずつ含む。
一つの例示で、前記ガラス類似フィルムは、図1に示したように、基材フィルム300をさらに含み、前記基材フィルム300の一面に前記ハードコート層200とシリカ層100が順次形成された構造であってもよい。
他の例示で、前記ガラス類似フィルムは、図2に示したように、基材フィルム300をさらに含み、前記基材フィルム300の両面に前記ハードコート層200が形成された構造であって、前記2層のハードコート層200のうちいずれか一つの層上に前記シリカ層100が形成された構造を有してもよい。
他の例示で、前記ガラス類似フィルムは、図3に示したように、基材フィルム300をさらに含み、前記基材フィルム300の両面に前記ハードコート層200が形成された構造であって、前記2層の全てのハードコート層200上に前記シリカ層100が形成された構造を有してもよい。
すなわち、基材フィルムが加えられる場合に、その表面にハードコート層とシリカ層が順次形成された構造を有することができ、このとき、少なくとも一つの最外郭には前記シリカ層が存在できる。
また、前記基材フィルムと前記ハードコート層は、互いに接するか、その間に他の層が存在してもよく、前記ハードコート層とシリカ層は、互いに接するか、その間に他の層が存在してもよい。
前記構造で適用できる基材フィルムの種類は特に制限されず、例えば、公知の高分子フィルムが適用され得る。このようなフィルムの例としては、TAC(トリアセチルセルロース、triacetyl cellulose)フィルム;ノルボルネン誘導体などのCOP(シクロオレフィンコポリマー、cyclo olefin copolymer)フィルム;PMMA(ポリ(メチルメタクリレート)、poly(methyl methacrylate)などのアクリルフィルム;PC(ポリカーボネート、polycarbonate)フィルム;PE(ポリエチレン、polyethylene)フィルム;PP(ポリプロピレン、polypropylene)フィルム;PVA(ポリビニルアルコール、polyvinyl alcohol)フィルム;DAC(ジアセチルセルロース、diacetyl cellulose)フィルム;Pac(ポリアクリレート、Polyacrylate)フィルム;PES(ポリエーテルスルホン、poly ether sulfone)フィルム;PEEK(ポリエーテルエーテルケトン、polyetheretherketon)フィルム;PPS(ポリフェニルスルホン、polyphenylsulfone)フィルム、PEI(ポリエーテルイミド、polyetherimide)フィルム;PEN(ポリエチレンナフタレート、polyethylenenaphthatlate)フィルム;PET(ポリエチレンテレフタレート、polyethyleneterephtalate)フィルム;PI(ポリイミド、polyimide)フィルム;PEI(ポリ(エーテルイミド)、poly(etherimide))フィルム、PSF(ポリスルホン、polysulfone)フィルム;PAR(ポリアリレート、polyarylate)フィルム又はフッ素樹脂フィルムなどがあるが、これらに制限されるものではない。
このような基材フィルムの厚さは、通常、20μm~300μm程度のレベルであってもよい。
基材フィルムは、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。例えば、2枚の基材フィルムを接着剤などを用いて互いに付着して前記基材フィルムとして適用することができる。
図4~図6は、それぞれ図1~図3のガラス類似フィルムの基材フィルム300であって、2枚の基材フィルム301、302を接着剤層400で付着した構造を導入した場合を例示的に示す図である。この場合、接着層としては、特に制限なしに公知の接着層が適用され得る。
ガラス類似フィルムが上述した物性を有するようにするために、上記多様な構造のガラス類似フィルムで各層の特性が調節され得る。
例えば、図2、3、5及び図6のように、基材フィルムを基準として上部及び下部に形成されるハードコート層は、互いに同一な範囲の弾性率を有するか、あるいは異なる範囲の弾性率を有することができる。本明細書で言う前記弾性率は、ナノインデンター(Nano Indenter)を用いて測定したものであってもよい。このような装置を用いた場合に、装置のチップ(tip)で試片を押し、それによる試片の変形を測定する方式で弾性率を確認することができる。前記ナノインデンターとしては、公知の装置が用いられ得る(例えば、MTS社のNano Indenter XPなど)。例えば、図2及び図5のように、1層のシリカ層が含まれる構造の場合に、前記シリカ層に相対的に近いハードコート層の圧入弾性率(M)と前記シリカ層に相対的に遠いハードコート層の圧入弾性率(M)の割合(M/M)は、約0.8~10の範囲内であってもよく、このとき、前記シリカ層に相対的に遠いハードコート層の圧入弾性率(M)は、0.1~20GPaの範囲内にあってもよい。
このような場合に、前記シリカ層の圧入弾性率(M)は、前記シリカ層に相対的に近いハードコート層の圧入弾性率(M)と類似なレベルであるか、あるいは前記ハードコート層の圧入弾性率(M)より大きく、例えば、その割合(M/M)は、約0.8~10の範囲内の範囲であってもよい。
また、例えば、図2、3、5及び6の構造で基材フィルムの両面に形成されるハードコート層の厚さは、互いに同一なレベルであってもよく、異なるレベルであってもよい。例えば、図2及び図5のように、1層のシリカ層が含まれる構造の場合に、前記シリカ層と相対的に近いハードコート層の厚さ(T)と相対的に遠いハードコート層の厚さ(T)の割合(T/T)は、約0.1~1.5の範囲内であってもよい。このような場合に、各ハードコート層の厚さは、上述した通りである。
例えば、ガラス類似フィルムに含まれる各シリカ層の厚さ(T)は、単一ハードコート層の厚さ(T)と同一なレベルであってもよく、あるいはそれに比べて小さくてもよい。例えば、前記各シリカ層の厚さ(T)と単一のハードコート層の厚さ(T)の割合(T/T)は、約4以上であってもよい。前記割合(T/T)は、他の例示で、約6以上、8以上、10以上、12以上又は14以上であってもよい。また、前記割合(T/T)は、他の例示で、約40以下、35以下、30以下、25以下、20以下、18以下又は16以下程度であってもよい。
一方、ガラス類似フィルムがシリカ層と一緒に複数のハードコート層を含む場合に、各シリカ層の厚さ(T)及びハードコート層の全体合計厚さ(TTH)の割合(TTH/T)は、8以上であってもよい。前記割合(TTH/T)は、他の例示で、10以上、15以上、20以上、25以上、30以上、35以上、40以上、45以上、50以上、55以上又は60以上であるか、200以下、180以下、160以下、140以下、120以下、100以下、90以下、80以下、70以下又は60以下程度であってもよい。
前記構造で単一シリカ層及びハードコート層の厚さ範囲は上述した範囲内である。
ガラス類似フィルムの各層の状態を上記のように制御することで、目的とする物性のガラス類似フィルムを形成することができる。
本発明では、ガラス素材が示す長所のうち少なくとも一つ以上の長所を有すると共にガラス素材が有する短所が解消され得るガラス類似フィルムを提供することができる。本発明の上記のようなガラス類似フィルムを高価の装置を使用せず、低温の簡単な工程を通じても容易に形成することができる。
ガラス類似フィルムの例示的な構造を示す図である。 ガラス類似フィルムの例示的な構造を示す図である。 ガラス類似フィルムの例示的な構造を示す図である。 ガラス類似フィルムの例示的な構造を示す図である。 ガラス類似フィルムの例示的な構造を示す図である。 ガラス類似フィルムの例示的な構造を示す図である。
以下、本発明による実施例などを通じて前記ガラス類似フィルムをより詳しく説明するが、本出願の範囲が、以下に制限されるものではない。
1.500gスチールウール抵抗度の評価
スチールウール抵抗度は、スチールウールとしてヨーロッパのBriwax社で販売する等級#0000のスチールウールを用いて評価した。測定装置(製造社:KIPAE ENGINEERING & TECHNOLOGY、商品名:KM-M4360)を用いて前記スチールウールを500gの荷重でシリカ層に接触させ、左右に移動させながらスチールウール抵抗度を評価した。このとき、接触面積は、約横及び縦がそれぞれ2cm及び2cm程度(接触面積:2cm)になるようにした。前記移動は、約60回/minの速度で行い、移動距離は、約10cmにした。肉眼観察で反射を観察し、圧痕、スクラッチ又は破裂などが確認されるまではスチールウールテストを行った。
2.鉛筆硬度の評価
鉛筆硬度は、鉛筆硬度測定装置(製造社:CHUNGBUK TECH、商品名:Pencil Hardness Tester)を用い、500gの荷重及び45度の角度で円筒状の鉛筆の芯でシリカ層の表面を引きながら圧痕、スクラッチ又は破裂などのような欠陷の発生が確認されるまで鉛筆の芯の硬度を段階的に増加させた。上記で鉛筆の芯の速度は、約1mm/secにし、移動距離は、約10mmにした。このようなテストは、約25℃の温度及び50%の相対湿度で行った。
3.最大維持曲率半径の評価
最大維持曲率半径は、ASTM D522規格によるマンドレル屈曲評価方式で評価した。
4.窒素原子割合の測定方法
シリカ層内の窒素原子の割合は、光電子分光法(X-ray photoelectron spectroscopy、XPS)で測定することができる。前記方式は、光電効果(Photoelectric effect)を基盤として高エネルギーの光と表面の相互作用に起因した光電効果により放出された電子の運動エネルギーを測定して分析を行う。光源としてX線を用いて分析試料の元素のコア電子(core electron)を放出させ、放出された電子の運動エネルギーを測定して結合エネルギーを測定することができる。測定された結合エネルギーを分析して試料を構成する元素を確認することができ、化学的シフトを通じて化学結合状態などに対する情報を得ることができる。本発明では、各実施例などに記載された方式でシリカ層をシリコンウェハー上に約0.5μm~3μm程度の厚さで形成した後に前記方式で窒素原子の割合を測定することができる。このような場合に適用される測定装置の具体的な種類は、前記光電子分光法の測定が可能なものであれば、特に制限されない。
5.厚さの測定
基材フィルム、ハードコート層及びシリカ層などの厚さは、カバー層に対してSEM(Scanning electron microscope)写真を撮影した後にその写真により確認した。
6.水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)の評価
水蒸気透過率は、シリカ層に対してASTM F1249規格によって評価した。下記各実施例で記載した方式と同一の方式で、シリカ層を50μm厚さのPET(Poly(ethylene terephthalate))フィルム上に約1μmの厚さで形成した後に評価した。上記で適用されたPETフィルムは、同一にASTM F1249規格によって測定したとき、単独で水蒸気透過率が約3.9~4.1g/m/day程度である。
7.ヒーティングテスト
カバー層に対するヒーティングテストは、タッチチップ(touch tip)が装着された装置(K-9232、MIK21社)を用いて前記タッチチップでカバー層をヒーティングして行った。このとき、ヒーティング時の圧力は、約250gfレベルにし、1回ヒーティング時間は、0.5秒にして行った。
8.ライティング(Writing)テスト
カバー層に対するライティングテストは、タッチチップ(touch tip)が装着された装置(K-9700、MIK21社)を用いて行った。ライティング範囲は、X軸、Y軸及びZ軸の範囲がそれぞれ700mm、550mm及び100mmになるようにし、ライティング時の圧力は、約250gfレベルにした。
<実施例1>
2-(3,4-エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン及び3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを公知の脱水/縮合方式で1:1のモル比で縮合させてオリゴマー(ポリオルガノシロキサン)を製造し、これを通じて、ハードコート層を形成した。このオリゴマーの平均単位は、大略(RSiO3/20.5(RSiO3/2)であり、上記でRは、2-(3,4-エポキシシクロへキシル)エチル基であり、Rは、3-グリシドキシプロピル基である。前記オリゴマー及び陽イオン光開始剤(CPI-100P、San-Apro社)を追加で混合してハードコート層用組成物を製造した。前記陽イオン光開始剤は、オリゴマー100重量部に対して、約5~6重量部の割合で適用した。基材フィルムとして、厚さが約40μm程度である基材フィルム(ZRT、Zero Retardation TAC、FujiFilm社)の一面に前記ハードコート層用組成物をコーティングした後、80℃程度の温度で約2分間乾燥した後に紫外線の照射装置(Fusion社、D bulb)で紫外線を約1,000mJ/cmの光量で照射して硬化させることで、厚さが約30μm程度であるハードコート層を形成した。同一に、基材フィルムの他の面にも厚さが約30μm程度であるハードコート層を形成した(ハードコート層/基材フィルム/ハードコート層構造の両面ハードコートフィルム)。
その後、シリカ層を前記両面ハードコートフィルムのいずれか一つのハードコート層上に形成した。TEOS(テトラエトキシシラン、tetraethoxy silane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:4:4:0.2の重量割合(TEOS:EtOH:HO:HCl)で混合し、常温(25℃)で3日程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。前記ハードコート層上に前記シリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物の層を大気圧プラズマ処理した後、80℃程度の温度に維持されたトリオクチルアミン(TOA)(pKa:3.5、沸点(boiling point):約366℃、引火点(flash point):約163℃、常温蒸気圧:約0.002Pa)に約5分程度浸漬してシリカ層を形成した。形成されたシリカ層は、60℃程度の流水で2分程度洗浄し、80℃程度のオーブンで1分の間乾燥した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、7,000回程度であり、鉛筆硬度は、9H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.005重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<実施例2>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。TEOS(テトラエトキシシラン、tetraethoxy silane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:4:4:0.01の重量割合(TEOS:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。ハードコート層に前記シリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物の層を大気圧プラズマ処理した後、80℃程度の温度に維持されたトリオクチルアミン(TOA)(pKa:3.5、沸点(boiling point):約366℃、引火点(flash point):約163℃、常温蒸気圧:約0.002Pa)に約5分程度浸漬してシリカ層を形成した。形成されたシリカ層を60℃程度の流水で2分程度洗浄し、80℃程度のオーブンで1分の間乾燥した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、7,000回程度であり、鉛筆硬度は、9H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.005重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<実施例3>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。BTESE(ビス(トリエトキシシリル)エタン、bis(triethoxysilyl)ethane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:6:6:0.01の重量割合(BTESE:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。ハードコート層に前記シリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で約10μm程度の厚さで塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物の層を大気圧プラズマ処理した後、80℃程度の温度に維持されたトリオクチルアミン(TOA)(pKa:3.5、沸点(boiling point):約366℃、引火点(flash point):約163℃、常温蒸気圧:約0.002Pa)に約5分程度浸漬してシリカ層を形成した。形成されたシリカ層を60℃程度の流水で2分程度洗浄し、80℃程度のオーブンで1分の間乾燥した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、8,000回程度であり、鉛筆硬度は、8H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.005重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<実施例4>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。TEOS(テトラエトキシシラン、tetraethoxy silane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:4:4:0.01の重量割合(TEOS:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。前記シリカ前駆体組成物の固形分100重量部に対して、約4重量部の潜在性塩基発生剤(下記化学式F、WPBG-018、WAKO社)を混合した。
Figure 0007176819000020
ハードコート層上に前記潜在性塩基発生剤が混合されたシリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物に対して紫外線の照射装置(Fusion社、D bulb)で約660mJ/cmの光量で紫外線を照射してシリカ層を形成した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、6,000回程度であり、鉛筆硬度は、8H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.15~0.18重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<実施例5>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。
BTESE(ビス(トリエトキシシリル)エタン、bis(triethoxysilyl)ethane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:6:6:0.01の重量割合(BTESE:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。前記シリカ前駆体組成物の固形分100重量部に対して、約4重量部の潜在性塩基発生剤(下記化学式F、WPBG-018、WAKO社)を混合した。
Figure 0007176819000021
ハードコート層上に前記潜在性塩基発生剤が混合されたシリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物に対して紫外線の照射装置(Fusion社、D bulb)で約660mJ/cmの光量で紫外線を照射してシリカ層を形成した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、7,000回程度であり、鉛筆硬度は、8H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.15~0.18重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<実施例6>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。
TEOS(テトラエトキシシラン、tetraethoxy silane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:4:4:0.01の重量割合(TEOS:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。前記シリカ前駆体組成物の固形分100重量部に対して、約2重量部の潜在性塩基発生剤(下記化学式G、C11Z、Shikoku chemical社)を混合した。
Figure 0007176819000022
ハードコート層上に前記潜在性塩基発生剤が混合されたシリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物の層を約120℃で10分間維持してシリカ層を形成した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、7,000回程度であり、鉛筆硬度は、9H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.22~0.24重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<実施例7>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。
BTESE(ビス(トリエトキシシリル)エタン、bis(triethoxysilyl)ethane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:6:6:0.01の重量割合(BTESE:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。前記シリカ前駆体組成物の固形分100重量部に対して、約2重量部の潜在性塩基発生剤(下記化学式G、C11Z、Shikoku chemical社)を混合した。
Figure 0007176819000023
ハードコート層上に前記潜在性塩基発生剤が混合されたシリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物の層を約120℃で10分間維持してシリカ層を形成した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、8,000回程度であり、鉛筆硬度は、8H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.22~0.24重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<実施例8>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。
BTESE(ビス(トリエトキシシリル)エタン、bis(triethoxysilyl)ethane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:6:6:0.01の重量割合(BTESE:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。前記シリカ前駆体組成物の固形分100重量部に対して、約2重量部の潜在性塩基発生剤(下記化学式H、C17Z、Shikoku chemical社)を混合した。
Figure 0007176819000024
ハードコート層上に前記潜在性塩基発生剤が混合されたシリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物の層を約120℃で10分間維持してシリカ層を形成した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムの500gスチールウール抵抗度は、7,000回程度であり、鉛筆硬度は、7H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.14~0.17重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<実施例9>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。
BTESE(ビス(トリエトキシシリル)エタン、bis(triethoxysilyl)ethane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:6:6:0.01の重量割合(BTESE:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。前記シリカ前駆体組成物の固形分100重量部に対して、約2重量部の潜在性塩基発生剤(下記化学式I、2MZ-H、Shikoku chemical社)を混合した。
Figure 0007176819000025
ハードコート層上に前記潜在性塩基発生剤が混合されたシリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物の層を約120℃で10分間維持してシリカ層を形成した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、6,000回程度であり、鉛筆硬度は、7H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.64~0.67重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<実施例10>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。
BTESE(ビス(トリエトキシシリル)エタン、bis(triethoxysilyl)ethane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:6:6:0.01の重量割合(BTESE:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。前記シリカ前駆体組成物の固形分100重量部に対して、約2重量部の潜在性塩基発生剤(下記化学式J、1B2MZ、Shikoku chemical社)を混合した。
Figure 0007176819000026
前記ハードコート層上に前記潜在性塩基発生剤が混合されたシリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物の層を約120℃で10分間維持してシリカ層を形成した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する前記ヒーティングテストで、1,000,000回ヒーティング時まで損傷が観察されなかった。ライティングテストでは、100,000回ライティングまで損傷がなかった。ガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、6,000回程度であり、鉛筆硬度は、6H程度であり、シリカ層の内部に含まれた窒素原子の量は、0.29~0.32重量%程度であり、ガラス類似フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<比較例1>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。
TEOS(テトラエトキシシラン、tetraethoxy silane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:4:4:0.01の重量割合(TEOS:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。ハードコート層上に前記シリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した。乾燥した後にシリカ前駆体組成物の層を大気圧プラズマ処理した後、120℃程度の温度に維持された酢酸(acetic acid)に約10分程度浸漬してシリカ層を形成した。形成されたシリカ層を60℃程度の流水で2分程度洗浄し、80℃程度のオーブンで1分の間乾燥した。製造されたガラス類似フィルムのシリカ層に対する500gスチールウール抵抗度は、1,000回未満程度であり、鉛筆硬度は、1H程度であり、シリカ層内部で窒素原子は検出されなかった。フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。
<比較例2>
シリカ層の形成方式を次のように変更したこと以外は、実施例1と同一にガラス類似フィルムを製造した。
TEOS(テトラエトキシシラン、tetraethoxy silane)、エタノール(EtOH)、水(HO)及び塩酸(HCl)を1:4:4:0.01の重量割合(TEOS:EtOH:HO:HCl)で混合し、65℃で1時間程度撹拌してシリカ前駆体組成物を形成した。ハードコート層上に前記シリカ前駆体組成物をバーコーティング方式で塗布し、80℃で1分程度乾燥した後に120℃程度の温度に10分程度維持してシリカ層を形成した。形成されたシリカ層を60℃程度の流水で2分程度洗浄し、80℃程度のオーブンで1分の間乾燥した。製造されたガラス類似フィルムの500gスチールウール抵抗度は、1,000回未満であり、鉛筆硬度は、2H程度であり、シリカ層内部で窒素原子は検出されなかった。フィルムの最大維持曲率半径は、2pi程度であり、シリカ層の水蒸気透過率(WVTR:Water Vapor Transmission Rate)は、3.9~4.0g/m/day程度であった。

Claims (15)

  1. 順次形成されたハードコート層とシリカ層を含み、
    前記シリカ層は、下記化学式A及びBの単位からなる群より選択された一つ以上の単位からなるシリカネットワーク及び窒素原子を含
    500gスチールウール抵抗度が5,000回以上である、ガラス類似フィルム
    [化学式A]
    SiO(4-n)/2
    [化学式B]
    SiO3/21/2
    化学式A及びBで、Rは、水素、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アリールアルキル基、エポキシ基又は(メタ)アクリロイルオキシアルキル基であり、nは、0又は1であり、Lは、アルキレン基及びアリーレン基からなる群より選択されたいずれか一つ又は2個以上の組み合わせからなる2価連結基である。
  2. 500gスチールウール抵抗度が5,00回以上である、請求項1に記載のガラス類似フィルム。
  3. 鉛筆硬度が5H以上である、請求項1又は2に記載のガラス類似フィルム。
  4. 最大維持曲率半径が1~40piの範囲内である、請求項1から3のいずれか一項に記載のガラス類似フィルム。
  5. 前記シリカ層は、窒素原子とケイ素原子の結合(Si-N)は含まない、請求項1から4のいずれか一項に記載のガラス類似フィルム。
  6. 前記窒素原子は、pKaが8以下であるアミン化合物に含まれているか、それに由来するものである、請求項5に記載のガラス類似フィルム。
  7. 前記窒素原子は、沸点が80℃~500℃の範囲内のアミン化合物に含まれているか、それに由来するものである、請求項5又は6に記載のガラス類似フィルム。
  8. 前記窒素原子は、常温蒸気圧が10,000Pa以下であるアミン化合物に含まれているか、それに由来するものである、請求項5から7のいずれか一項に記載のガラス類似フィルム。
  9. 前記窒素原子は、下記化学式6で表示される化合物;下記化学式8~10のうちいずれか一つで表示される陽イオン化合物を有するイオン化合物又は下記化学式13の化合物に含まれているか、それに由来するものである、請求項5から8のいずれか一項に記載のガラス類似フィルム。
    Figure 0007176819000027
    化学式6で、Rは、水素、炭素数1~20のアルキル基又は炭素数6~12のアリール基であり、R11及びR12は、それぞれ独立的に水素又は炭素数1~4のアルキル基であり、R10は、水素、炭素数1~4のアルキル基、炭素数7~16のアリールアルキル基又は下記化学式7の置換基である:
    Figure 0007176819000028
    化学式7で、Lは、炭素数1~4のアルキレン基である:
    Figure 0007176819000029
    化学式8で、R13~R20は、それぞれ独立的に水素又は炭素数1~20のアルキル基である:
    Figure 0007176819000030
    化学式9で、R21~R24は、それぞれ独立的に水素又は炭素数1~20のアルキル基である:
    Figure 0007176819000031
    化学式10で、R25~R30は、それぞれ独立的に水素又は炭素数1~20のアルキル基である:
    Figure 0007176819000032
    化学式13で、R31及びR32は、それぞれ独立的に水素、炭素数1~4の直鎖又は分枝鎖アルキル基、炭素数4~8の環状アルキル基であるか、上記R31及びR32は、互いに連結されて上記R31及びR32が連結されている窒素原子と一緒に窒素含有ヘテロ環構造を形成し、Arは、アリール基であり、Lは、-L-O-又は炭素数2~4のアルケニル基であり、上記Lは、炭素数1~4のアルキレン基又は炭素数1~4のアルキリデン基である。
  10. 前記窒素原子のシリカ層内での割合が0.0001~6重量%の範囲内である、請求項5から9のいずれか一項に記載のガラス類似フィルム。
  11. 前記ハードコート層は、下記化学式Eの化合物の陽イオン硬化物を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載のガラス類似フィルム。
    [化学式E]
    (R SiO1/2(R SiO2/2(RSiO3/2(SiO4/2(RO1/2
    化学式Eで、R~Rは、それぞれ独立的に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基又は陽イオン硬化性官能基であり、R~Rのうち少なくとも一つは、陽イオン硬化性官能基であり、Rは、水素原子又はアルキル基であり、a、b、c及びdの和を1に換算したときに、c/(a+b+c+d)は、0.7以上の数であり、e/(a+b+c+d)は、0~0.4の範囲内の数である。
  12. 基材フィルム層をさらに含み、前記ハードコート層と前記シリカ層が前記基材フィルム上に順次形成されている、請求項1から11のいずれか一項に記載のガラス類似フィルム。
  13. 基材フィルム層をさらに含み、前記ハードコート層は、前記基材フィルムの両面に形成されている、請求項1から12のいずれか一項に記載のガラス類似フィルム。
  14. 前記シリカ層は、前記基材フィルムの両面に形成されたハードコート層のうち少なくとも一つのハードコート層上に形成されている、請求項13に記載のガラス類似フィルム。
  15. 前記基材フィルム層は、1層又は2層以上の基材フィルムを含む、請求項12又は13に記載のガラス類似フィルム。
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