JPH03218823A - 透明プラスチック物品及びその製造方法 - Google Patents

透明プラスチック物品及びその製造方法

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JPH03218823A
JPH03218823A JP1224494A JP22449489A JPH03218823A JP H03218823 A JPH03218823 A JP H03218823A JP 1224494 A JP1224494 A JP 1224494A JP 22449489 A JP22449489 A JP 22449489A JP H03218823 A JPH03218823 A JP H03218823A
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JP
Japan
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film
resistance
transparent plastic
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oxide
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JP1224494A
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English (en)
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Ichiro Makino
一郎 牧野
Hidekazu Ando
英一 安藤
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、優れた耐久性を有するハードコートを被覆し
た透明プラスチック板、及びその製造方法に関するもの
である。
[従来の技術] 従来より透明プラスチック板として、その透明性、耐薬
品性、加工の容易さなどから、塩化ビニル樹脂、アクリ
ルニトリル樹脂、ポリカーボーネート樹脂などが広《利
用されている。しかし、これらの透明性樹脂は、同じ透
明無機材料であるガラスに比較し、耐擦傷性の点で劣り
、キズがつきやすい、《もり易いなどの欠点があり、建
築用窓材、自動車用窓、車両用官としては使用しにくい
[発明の解決しようとする課題] 透明プラスチックは、可視光線の透過性、耐薬品性、耐
破墳性、耐候性に優れるため、産業上あるいは日用品と
して広く利用されている。
しかし、同じ透明材料であるガラスに比較して耐擦傷性
、耐摩耗性に劣るため、透明性が重視される建築用窓、
自動車用及び車両性窓、レンズ、メガネ及びフィルター
などの光学用材料として使用するときは、キズやくもり
の発生のために商品としての寿命が短かくなり、結果と
してコスト高になるため使用されにくい。しかし一方、
透明プラスチックは、ガラスに比較して耐破壊性に優れ
るため、建築用、自動車用、車両用及びメガネ用として
は有用な材料である。
以上の点から、透明プラスチックの欠点である耐擦傷性
、耐摩耗性を向上させれば、透明プラスチック及びガラ
ス両者の優れた特性を兼ねそなえた透明材料を得ること
ができる。
[課題を解決するための手段] 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであり
、プラスチックからなる基体の表面にZr. Ti, 
Hf, Sn, Ta, Inのうち少なくとも1種と
B(ホウ素)とSi(ケイ素〕のうち少なくとも1種と
を含む酸化物を主成分とする非晶質酸化物からなるハー
ドコートを被覆したことを特徴とする透明プラスチック
物品を提供するものである。
本発明はZr, Ti , Hf, Sn, Ta, 
Inのうち少なくとも1種と、B,Siのうち少なくと
も1種を含む非晶質酸化物が耐擦傷性、耐摩耗性、化学
的耐久性に優れた薄膜であることを見出して成されたも
のである。
表1は、本発明におけるハードコートとして好適な各種
非晶質酸化物膜の性質を示したものである。それぞれ表
に挙げた組成のターゲットを用いて、反応性スパッタリ
ングにより製膜したものである。同じターゲットを用い
ても、膜組成や屈折率は成膜条件により若干変動するこ
とがあるので、表1はあくまでも一例を示したものであ
る。
結晶性は、薄膜X線回折により観測した。
又、耐擦傷性は、砂消しゴムによる擦り試験の結果で、
Oは傷が殆どつかなかったもの、×は容易に傷が生じた
ものである。
耐摩耗性は、テーバー試験(摩耗輪CS−10F、加重
500 g, 1000回転)の結果、ヘイズ4%以内
のものを○、ヘイズ4%超のものを×とした。耐酸性は
(1.IN  H2SO.中に240時間浸漬した結果
、T,(可視光透過率).Rv (可視光反射率)の浸
漬前に対する変化率が1%以内のものをO.1〜4%の
ものを△、膜が溶解して消滅してしまったものを×とし
た。耐アルカリ性は0.IN NaOH中に240時間
浸漬した結果、TV,Rvの浸漬前に対する変化率が1
%以内のものをO、膜が溶解してしまったものを×とし
た。煮沸テストは、1気圧下、100℃の水に2時間浸
漬した後、TV,R,の浸漬前に対する変化率が1%以
内であるとき○、1%超のとき×とした。
本発明のハードコート1において、ホウ素やケイ素の含
有割合は特に限定されるものではないが、以下のような
範囲が好ましい。
ZrBヮ0,膜に関しては、表1から明らかなよう?、
膜中のBが少ないと結晶性の膜ができ、Bが多いと非品
質の膜ができる傾向があることがわかる。そして、結晶
性の膜は耐擦傷性及び耐摩耗性が劣るのに対して非晶質
の膜は優れていることがわかる。これは非晶質の膜は、
表面が平滑である為であると考えられる。従って、Zr
BxOy膜(膜中のZrに対するBの原子比Xが0.1
0<x)の膜は耐擦傷性、耐摩耗性に優れている。B2
03は吸湿性で空気中の水分を吸収して溶けてしまうの
で、ZrBウOy膜においてX≦3程度が好ましい。
ZrBxOy膜中のZrに対する0(酸素)の原子比は
特に限定されないが、多すぎると膜構造が粗になりボソ
ボソの膜になってしまうこと、又、あまり少ないと膜が
金属的になり透過率が低下したり膜の耐擦傷.性が低下
する傾向があることなどの理由によりZrO■とB20
3の複合系となる量程度であることが好ましい。即ち、
複合酸化物をZr02+ X BO+. sと表すと、
BがZrに対して原子比でX含まれる時に、y=2+1
.5x程度であることが好ましい。
又、表1より、zrBxoy膜中のBの量が増えるにつ
れ、膜の屈折率が低下する傾向があることがわかる。膜
中のBを増やすことにより、屈折率nは2.0ぐらいか
ら1.5程度まで低下する。
従って0.10<x≦3.2<y≦6.5のZrBxO
y膜は良好な耐擦傷性及び耐摩耗性を有し、かつ、Bの
量によって自由に屈折率を選択できる本発明の目的に好
適な耐擦傷性保護膜である。
さらに、表1に示したように、膜中OBの含有量が増え
るにつれ、耐酸性、耐アルカリ性が劣化する傾向がある
。X≧2.3で耐酸性が悪《なり、X≧4で耐アルカリ
性の低下及び煮沸テストで劣化を示すようになる。従っ
て、高化学的耐久性が要求される用途には、ZrBxO
y ( x <2.3)の非晶質酸化物膜が好ましい。
以上のように、Zr(h膜にBを加えたことにより、膜
が非品質化し、表面が平滑化し、これが耐摩耗性及び耐
擦傷性の向上に寄与していると考えられる。又、Bの量
で屈折率の調節が可能となり、さらに、ZrO.膜と比
べて、内部応力が小さいため、基体(ガラス、プラスチ
ックetc)や基体上の下地膜との密着性の点で有利で
ある。これは特に厚い膜を形成する場合に有利である。
次に、ZrSizOy膜に関しては、やはりアモルファ
スであり、耐擦傷性、耐摩耗性の高い膜が得られる。
屈折率については、ZrO. ( n = 2.15)
とSiCh( n = 1.46)の間でその組成割合
によって上下する。
ZrSzzOy膜において、0.05≦Z(膜中のZr
に対するSiの原子比)≦19であることが好ましい。
z<0.05だと、膜が非品質化せず、十分な物理的耐
久性が得られない。又、z>19だと、耐アルカリ性が
悪くなる。又、y ( ZrSizOy膜中のZrに対
する○の原子比)は、ZrBxOy膜について述べたの
と同様の理由により、SiがZrに対して原子比でZ含
まれる時に、y=2+2z程度であることが好ましい。
従って高耐久性が要求される用途には、0.05≦Z≦
19. 2.1≦y〈40のZrSizOy膜が好まし
?。
又、zrB,tsixoy膜も本発明のハードコートと
して好適な膜である。かかる膜中のZrに対するBの原
子比x,Siの原子比Z、0の原子比yは、x+z≧0
.05であれば膜が非晶質化し、耐擦傷性及び耐摩耗性
の高い膜となるので好ましい。又、X+Z≦19であれ
ば耐アルカリ性も良好であるので、ZrBxSizOy
膜においては、0.05≦x+Z≦19であるのが好ま
しい。ただし、上述のように、B20,は吸湿性で空気
中の水分を吸収して溶けてしまうため、ZrB.Si.
0,膜中にあまり多く含有されない方がよい。具体的に
は、膜中において、ZrO■<25mo1%、かつSi
(h<25 mo1%で残りが8203となる程B20
,が含まれていると化学的耐久性が不十分となる。
即ち、ZrB*SizOy膜中のZr:B:Si(原子
比)を1:x:zとすると、1/(1+x+z)<?.
25、かつz/ (1 +x+z) <0.25、即ち
、x+z−3>O、かつx−3z+1>Oの組成は化学
的耐久性が好ましくない。
yは、ZrBxOyの場合に述べたのと同様の理由によ
りこの膜をZrL + B203 + SiO■の複合
系と考えて、yは2+1.5 x+  2z程度である
ことが好ましい。よってほぼ2<y<40程度であるこ
とが好ましい。BやSiの含有量が多い程ZrB+tS
izOy膜の屈折率は低下する。
Zr以外の金属、即ち、Ti, Hf, Sn, Ta
, In ’と、BとSiのうち少なくとも1種とを含
む酸化物も同様に非品質となり、十分な耐擦傷性、及び
耐摩耗性が得られる。TiS1zOy膜を表1のサンプ
ル15に一例として示した。
本発明の非晶質酸化物からなるハードコートは、Zr,
 Ti, Hf. Sn, Ta, In, B, S
i, 0以外の元素、例えばB, Siと同様にガラス
構成元素であるRAS等を、耐久性向上、光学定数調整
、成膜時の安定性、あるいは成膜速度の向上等のために
、微量に含んでいてもよい。
本発明におけるハードコートの膜厚としては、特に限定
されないが、 100人以上、好まし《は1000人以
上、数μm以下程度が望ましい。
あまり薄すぎると十分な耐擦傷性が得られず、又、あま
り厚すぎると膜の剥離が生じ易《、又、生産性も悪いか
らである。
本発明においてハードコートを被覆するプラスチックか
らなる基体としては、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、
ポリカーボネート樹脂、ボリスチレン樹脂、ボリアミド
樹脂、ポリエステル樹脂、ボリブロビレン樹脂、フッ素
樹脂、ポリウレタン樹脂等からなる板又はフィルムが挙
げられるが特に限られるものではない。
本発明において、プラスチック基体と、ハードコートと
の間に、紫外線遮断層や熱線反射膜等、各種機能膜を介
在させても良い。
表2は塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボーネ
ート樹脂からなる透明板に反応性DCスパッタリングに
より、本発明のハードコート膜(1000人)を製膜し
たものの耐擦傷テスト及び耐摩耗テストの結果を示した
耐擦傷性は砂消しゴムによる擦り試験結果で、○は傷が
殆んどつかなかったもの、×は容易に傷が生じたもので
ある。
耐摩耗性はデーバー試験(摩耗輪CS−10F、加重5
00g. 1000回転)の結果、ヘイズ4%以内のも
のを○、ヘイズ4%超のものを×とした.表2 [作 用コ 本発明の透明プラスチック板上に被覆した非品質膜は、
非常に潤滑性に優れ、引っかかりが少ないため摩擦によ
り疵つきに《く、高耐擦傷性能及び高耐摩耗性能が得ら
れるものと考えられる。
[発明の効果] 本発明によれば、高耐擦傷性及び高耐摩耗性を有する大
面積の透明プラスチック板を製造できる。この透明プラ
スチック板は、建築用窓、自動車用窓、車両用窓など、
透明性、高耐擦傷性、高耐摩耗性、高耐破壊性を要求さ
れる部位の材料として最適である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、プラスチックからなる基体の表面にZr、Ti、H
    f、Sn、Ta、Inのうち少なくとも1種とB(ホウ
    素)とSi(ケイ素)のうち少なくとも1種とを含む酸
    化物を主成分とする非晶質酸化物からなるハードコート
    を被覆したことを特徴とする透明プラスチック物品。 2、ハードコートがZr(ジルコニウム)とB(ホウ素
    )を含む酸化物(ZrB_xO_y)を主成分とし、膜
    中のホウ素のジルコニウムに対する原子比xが0.10
    <x≦3であり、酸素のジルコニウムに対する原子比y
    が2<y≦6.5であることを特徴とする請求項1記載
    の透明プラスチック物品。 3、ハードコートがZr(ジルコニウム)とB(ホウ素
    )を含む酸化物(ZrB_xO_y)を主成分とし、膜
    中のホウ素のジルコニウムに対する原子比Xが0.10
    <x<2.3であり、酸素のジルコニウムに対する原子
    比yが2<y≦5.5であることを特徴とする請求項1
    記載の透明プラスチック物品。 4、ハードコートがZr(ジルコニウム)とSi(ケイ
    素)を含む酸化物(ZrSi_zO_y)を主成分とし
    、SiのZrに対する原子比zが0.05≦x≦19で
    あり、OのZrに対する原子比yが2.1≦y<40で
    あることを特徴とする請求項1記載の透明プラスチック
    物品 5、ハードコートがZr(ジルコニウム)とB(ホウ素
    )とSi(ケイ素)とを含む酸化物(ZrB_xSi_
    zO_y)を主成分とし、膜中のホウ素のジルコニウム
    に対する原子比をx、Siのジルコニウムに対する原子
    比をZ、酸素のZrに対する原子比をyとすると、0.
    05≦x+z≦19(ただしx+z−3>0かつx−3
    z+1>0の組成は除く)であり、2<y<40である
    ことを特徴とする請求項1記載の透明プラスチック物品
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