JPWO2004099074A1 - 透明被膜形成用塗布液および透明被膜付基材、表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
無機酸化物粒子が平均連結数で2〜10個鎖状に連結した無機酸化物粒子群と、
極性溶媒とを含んでなることを特徴としている。
また、このような塗布液を使用すれば、耐擦傷性、スクラッチ強度、鉛筆硬度、基材との密着性等に加え、ヘーズ、防眩性に優れた、透明被膜を有する被膜付基材を得ることができる。
透明被膜形成用塗布液
まず、本発明に係る透明被膜形成用塗布液について説明する。
本発明に係る透明被膜形成用塗布液は、無機酸化物粒子が平均連結数で2〜10個鎖状に連結した無機酸化物粒子群と、マトリックス形成成分と極性溶媒と、を含んでなることを特徴としている。(なお、本発明の透明被膜形成用塗布液には、導電性微粒子は含まれていない)
[無機酸化物粒子群]
本発明に用いる無機酸化物粒子群は無機酸化物粒子が平均連結数で2〜10個鎖状に連結したものである。
平均粒子径がこの範囲にあれば、所望の無機酸化物粒子群を得ることができるとともに、耐擦傷性、スクラッチ強度、鉛筆硬度に優れ、さらには基材との密着性にも優れ、しかも、防眩性が向上した透明被膜を形成することができる。平均粒子径が前記下限未満のものは、得ること自体が困難であり、仮に得られたとしても鎖状の無機酸化物粒子群を形成することが難しく、このため前記のような優れた効果を発現できない。平均粒子径が前記上限を超えたものでは、防眩性は向上するものの、透明被膜、透明導電性被膜のヘーズが悪化する傾向にある。
シリカ粒子が多孔質粒子および/または内部に空洞を有する中空粒子であると、シリカの屈折率1.45よりも屈折率の低い粒子が得られ、透明被膜に配合して用いると、得られる透明被膜の屈折率を低下させることができる。その結果、反射防止性能に優れた透明被膜付基材、透明導電性被膜付基材を得ることができる。
また、鎖状の無機酸化物粒子群を含んでいると、透明被膜を形成したときに透明被膜の表面に微細な凹凸が形成され、反射光が散乱されるため防眩性に優れた透明被膜を形成することができると思料される。
マトリックス形成成分としては、シリカ、チタニア、ジルコニア、酸化アンチモンなどの無機酸化物、またはこれらの複合酸化物が挙げられる。
(式中、Rはビニル基、アリール基、アクリル基、炭素数1〜8のアルキル基、水素原子またはハロゲン原子であり、R’はビニル基、アリール基、アクリル基、炭系数1〜8のアルキル基、−C2H4OCnH2n+1(n=1〜4)または水素原子であり、aは0〜3の整数である。)
このようなアルコキシランとしては、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、テトラブトキシシラン、テトラオクチルシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシランなどが挙げられる。
本発明で用いられる極性溶媒としては、
水;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ジアセトンアルコール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコール、ヘキシレングリコールなどのアルコール類;酢酸メチルエステル、酢酸エチルエステルなどのエステル類;ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノ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、アセチルアセトン、アセト酢酸エステルなどのケトン類などが挙げられる。これらは単独で使用してもよく、また2種以上混合して使用してもよい。
本発明に係る透明被膜付基材は、基材と、該基材上に設けられた透明被膜とからなり、該透明被膜が、前記透明被膜形成用塗布液を用いて形成されたことを特徴としている。
[透明被膜の形成]
透明被膜の形成方法としては、基材(あるいは後述する透明導電性微粒子層を設ける場合には該層)の上に、前記透明被膜形成用塗布液を塗布し、乾燥し、硬化させることによって透明被膜を形成する。
[導電性微粒子層]
導電性微粒子
本発明で用いられる導電性微粒子は、Au、Ag、Pd、Pt、Rh、Ru、Cu、Fe、Ni、Co、Sn、Ti、In、Al、Ta、Sbなどの金属から選ばれる1種以上の金属からなる金属微粒子であることが好ましい。
2種以上の金属は、固溶状態にある合金であっても、固溶状態に無い共晶体であってもよく、合金と共晶体が共存していてもよい。
このような複合金属微粒子は、金属の酸化やイオン化が抑制されるため、複合微粒子の粒子成長等が抑制され、複合金属微粒子の耐腐食性が高く、導電性、光透過率の低下が小さいなど信頼性に優れている。
導電性微粒子の平均粒径が前記上限を越えると、金属による光の吸収が大きくなり、粒子層の光透過率が低下するとともにヘーズが大きくなる。このため得られる被膜付基材を、たとえば陰極線管の前面板として用いると、表示画像の解像度が低下することがある。また、導電性微粒子の平均粒径が前記下限未満の場合には粒子層の表面抵抗が急激に大きくなるため、本発明の目的を達成しうる程度の低抵抗値を有する被膜を得ることができないことがある。
例えば、アルコール・水混合溶媒中で、前記1種以上の金属の塩を還元することによって導電性微粒子を得ることができる。このとき、必要に応じて還元剤を添加してもよく、還元剤としては、硫酸第1鉄、クエン酸3ナトリウム、酒石酸、水素化ホウ素ナトリウム、次亜リン酸ナトリウムなどが挙げられる。また、圧力容器中で約100℃以上の温度で加熱処理してもよい。
導電性無機酸化物微粒子としては、たとえば酸化錫、Sb、FまたはPがドーピングされた酸化錫、酸化インジウム、SnまたはFがドーピングされた酸化インジウム、酸化アンチモン、低次酸化チタンなどが挙げられる。これらの導電性無機酸化物微粒子の平均粒径は、1〜200nm、好ましくは2〜150nmの範囲にあることが好ましい。
このようなマトリックス成分としては、シリカからなるものが好ましい。具体的には、アルコキシシランなどの有機ケイ素化合物の加水分解重縮合物またはアルカリ金属ケイ酸塩水溶液を脱アルカリして得られるケイ酸重縮合物等が挙げられる。さらに塗料用樹脂などを用いることもできる。このマトリックスは、前記金属微粒子(導電性微粒子が含まれている場合は合計)1重量部当たり、0.01〜0.5重量部、好ましくは0.03〜0.3重量部の量で含まれていればよい。またマトリックス成分は、導電性微粒子層形成用塗布液中に、0.01〜2重量%、好ましくは0.1〜1重量%の量で含まれていることが望ましい。
また、金属微粒子の分散性を向上させるため、透明導電性微粒子層形成用塗布液中に有機系安定剤が含まれていてもよい。このような有機系安定剤として具体的には、ゼラチン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタール酸、アジピン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、クエン酸などの多価カルボン酸およびその塩、あるいはこれらの混合物などが挙げられる。
導電性微粒子層の形成
導電性微粒子層を形成する方法としては、たとえば、前記導電性微粒子層形成用塗布液をディッピング法、スピナー法、スプレー法、ロールコーター法、フレキソ印刷法などの方法で、基材上に塗布したのち、常温〜約90℃の範囲の温度で乾燥すればよい。
乾燥後の塗膜を100℃以上で加熱して、マトリックス成分を硬化させる。
塗布工程または乾燥工程の後に、あるいは乾燥工程中に、塗膜に可視光線よりも波長の短い電磁波を照射して、マトリックス成分を硬化させる。
塗布工程または乾燥工程の後に、あるいは乾燥工程中に、塗膜をマトリックス形成成分の硬化反応を促進するアンモニアなどのガス雰囲気中に晒すことによって、マトリックス形成成分を硬化させる。
ハードコート膜は、ハードコート膜形成用のマトリックス形成成分と、必要に応じてシリカ、ジルコニア、酸化アンチモン等の無機微粒子とを含む塗布液、をロールコーター法、スピナー法等で塗布し、乾燥し、必要に応じて加熱等することによって行うことができる。
本発明に係る表示装置は、前記透明被膜付基材で構成された前面板を備え、透明被膜が該前面板の他表面に形成されている。
シリカゾル(触媒化成工業(株)製:SI−550、平均粒子径5nm、SiO2濃度20重量%、シリカ中Na:2700ppm)2000gにイオン交換水6000gを加え、ついで陽イオン交換樹脂(三菱化学(株)製:SK−1BH)400gを添加し、1時間撹拌して脱アルカリ処理した。
正珪酸エチル(SiO2:28重量%)50g、エタノール194.6g、濃硝酸1.4gおよび純水34gの混合溶液を室温で5時間攪拌してSiO2濃度5重量%の透明被膜形成成分を含む液を調製した。
ブラウン管用パネルガラス(14″)の表面を40℃で保持しながら、スピナー法で100rpm、90秒の条件で上記透明被膜形成用塗布液(A)を塗布し乾燥し、160℃で30分間焼成して透明被膜付基材(A)を得た。このときの膜厚は120nmであった。
反射防止膜付基材(A)の反射防止膜上に標準試験針((株)ロックウェル製:硬度HRC−60、ψ0.5mm)をセットし、1±0.3Kgの荷重をかけ、30〜40mmのストロークで掃引した。掃引した後、1000ルックス照明下、被膜表面から45cm離れて表面の観察を行った。
B:断続的に筋条傷が観察される。
C:浅く連続した筋条傷が観察される。
D:明瞭に連続した筋条傷が観察される。
JIS−K−5300に基づき実施した。
透明被膜付基材(A)の表面にナイフで縦横1mmの間隔で11本の平行な傷を付け100個の升目を作り、これにセロファンテープを接着し、次いで、セロファンテープを剥離したときに被膜が剥離せず残存している升目の数を数え、結果を表1に示す。
防眩性の評価
透明被膜付基材(A)の透明被膜表面の光沢度を、光沢度計(日本電色(株)製:PG−1)を用いて測定した。結果を表1に示す。なお光沢度が低いものは、防眩性が高いことを示す。
実施例1と同様にしてSiO2濃度5重量%の透明被膜形成成分を含む液50gを調製した。これに、実施例1と同様にして得たSiO2濃度5重量%のシリカ粒子(A)分散液30gを混合し、ついで、エタノール/ブタノール/ジアセトンアルコール/イソプロパノール(2:1:1:5重量混合比)の混合溶媒を加え、SiO2濃度1重量%の透明被膜形成用塗布液(B)を調製した。
透明被膜形成用塗布液(B)を用いた以外は、実施例1と同様にして透明被膜付基材(B)を得た。
シリコーン系紫外線硬化樹脂(コルコート(株)製:コルコートP)を2−プロパノール/酢酸メチル/メチルエチルケトン(1:1:1重量混合比)の混合溶媒で濃度30重量%に希釈してハードコート膜形成用塗布液(CH)を調製した。
実施例1と同様にしてSiO2濃度5重量%の透明被膜形成成分を含む液50gを調製した。これに、実施例1と同様にして得たSiO2濃度5重量%のシリカ粒子(A)分散液30gを混合し、ついで、エタノール/ブタノール/ジアセトンアルコール/イソプロパノール(2:1:1:5重量混合比)の混合溶媒を加え、SiO2濃度2.5重量%の透明被膜形成用塗布液(C)を調製した。
樹脂フィルム(トリアセチルセルロース(TAC)製樹脂フィルム、厚さ0.8mm)にハードコート膜形成用塗布液(CH)をロールコーター法で塗布し、120℃で120秒間乾燥した。ハードコート膜の膜厚は5μmであった。
希塩酸にて分散液のpHを3.0に調製し、オートクレーブにて、200℃で3時間処理した。
シリカ粒子は約4〜8個のシリカ粒子が連結しており(平均連結数6個で、長さ30nm)、シリカ粒子中のNa含有量は30ppmであった。
実施例1と同様にしてSiO2濃度5重量%の透明被膜形成成分を含む液50gを調製した。これに、SiO2濃度5重量%のシリカ粒子(B)分散液30gを混合し、ついで、エタノール/ブタノール/ジアセトンアルコール/イソプロパノール(2:1:1:5重量混合比)の混合溶媒を加え、SiO2濃度2.5重量%の透明被膜形成用塗布液(D)を調製した。
透明被膜形成用塗布液(D)を用いた以外は実施例3と同様にして透明被膜付基材(D)を得た。
純水100gに、あらかじめクエン酸3ナトリウムを得られる金属微粒子1重量部当たり0.01重量部となるように加え、これに合計金属換算で濃度が10重量%となり、Ag/Pdの重量比が8/2となるように硝酸銀および硝酸パラジウム水溶液を加え、さらに硝酸銀および硝酸パラジウムの合計モル数と等モル数の硫酸第一鉄の水溶液を添加した。
混合物、窒素雰囲気下で1時間攪拌して複合金属微粒子の分散液を得た。得られた分散液は遠心分離器により水洗して不純物を除去した後、水に分散させて金属微粒子(E)分散液を調製した。このとき、平均粒子径は8nm、濃度10重量%であった。
金属微粒子(E)分散液20gを、エタノール/ブタノール/ジアセトンアルコール/イソプロピルアルコール(2:1:1:5重量混合比)の混合有機溶媒480gに、混合し、固形分濃度0.4重量%の導電性微粒子層形成用塗布液(E)を調製した。
ブラウン管用パネルガラス(14″)の表面を40℃で保持しながら、スピナー法で150rpm、90秒の条件で上記透明導電性微粒子層形成用塗布液(E)を塗布・乾燥して、導電性微粒子層を形成した。
次いで、導電性微粒子層上に、同じように、スピナー法で150rpm、90秒の条件で、実施例1と同様にして得た被膜形成用塗布液(A)を塗布・乾燥し、160℃で30分間焼成して透明被膜付基材(E)を得た。
ブラウン管用パネルガラス(14″)の表面を40℃で保持しながら、スピナー法で100rpm、90秒の条件で、実施例5と同様にして得た導電性微粒子層形成用塗布液(E)を塗布し乾燥して導電性微粒子層を形成した。
次いで、導電性微粒子層上に、同じように、スピナー法で100rpm、90秒の条件で、実施例2と同様にして得た透明被膜形成用塗布液(B)を塗布・乾燥し、160℃で30分間焼成して透明被膜付基材(F)を得た。
Snドープ酸化インジウム微粒子分散液(触媒化成工業(株)製:IME−25、平均粒子径20nm、固形分濃度20.5重量%)2.5gを、イソプロピルアルコール/ブチルセロソルブ(8/2重量混合比)混合溶媒に添加し、これにシリコーン系紫外線硬化樹脂(コルコート(株)製:コルコートP)0.5gを混合して透明導電性微粒子層形成用塗布液(G)を得た。
実施例3と同様にして樹脂フィルム(トリアセチルセルロース(TAC)製樹脂フィルム、厚さ0.8mm)にハードコート膜形成用塗布液(CH)をロールコーター法で塗布し、120℃で60秒間乾燥し、ついで紫外線照射(600mJ/cm2)した。このとき、ハードコート膜の膜厚は5μmであった。
ついで、ハードコート膜表面に、導電性微粒子層形成用塗布液(G)をロールコーター法で塗布し、120℃で60秒間乾燥し、紫外線照射(600mJ/cm2)した。このとき、導電性微粒子層の厚みは120nmであった。
さらに、実施例3と同様にして得た透明被膜形成用塗布液(C)を、導電性微粒子層上に、スピナー法、100rpm、90秒の条件で導電性微粒子層の上に塗布し、120℃で120秒間乾燥して透明被膜付基材(G)を得た。このときの透明被膜の膜厚は120nmであった。
平均粒径5nm、SiO2濃度20重量%のシリカゾル100gと純水1900gの混合物を80℃に加温した。この反応母液のpHは10.5であった。この反応母液にSiO2として1.17重量%の珪酸ナトリウム水溶液9000gとAl2O3として0.83重量%のアルミン酸ナトリウム水溶液9000gとを同時に添加した。
その間、反応液の温度を80℃に保持した。反応液のpHは添加直後、12.5に上昇し、その後、殆ど変化しなかった。添加終了後、反応液を室温まで冷却し、限外濾過膜で洗浄して固形分濃度20重量%のSiO2・Al2O3一次粒子分散液を調製した。
次いで、pH3の塩酸水溶液10Lと純水5Lを加えながら限外濾過膜で溶解したアルミニウム塩を分離して固形分濃度20重量%の複合酸化物微粒子(P−1)水分散液を調製した。
ついで、限外濾過膜にて分散媒を水に置換してSiO2・Al2O3濃度5重量%のシリカ・アルミナ粒子(RB)分散液を調製した。シリカ・アルミナ粒子(RC)の平均粒子径は40nmであった。
ついで、室温で陽イオン交換樹脂を添加して1時間撹拌して脱アルカリ処理した。陽イオン交換樹脂を分離した後、陰イオン交換樹脂を添加して1時間撹拌して脱アニオン処理したSiO2・Al2O3濃度5重量%のシリカ・アルミナ粒子(C)分散液を調製した。
シリカ・アルミナ粒子は約3〜5個の粒子が連結しており(平均連結数3個で、長さ120nm)、シリカ・アルミナ粒子中のNa含有量は50ppmであった。
なお、屈折率は標準屈折液としてCARGILL製のSeriesA、AAを用い、以下の方法で測定した。
粒子の屈折率の測定方法
(1)複合酸化物分散液をエバポレーターに採り、分散媒を蒸発させる。
(2)これを120℃で乾燥し、粉末とする。
(3)屈折率が既知の標準屈折液を2、3滴ガラス板上に滴下し、これに上記粉末を混合する。
(4)上記(3)の操作を種々の標準屈折液で行い、混合液が透明になったときの標準屈折液の屈折率を微粒子の屈折率とする。
実施例1と同様にしてSiO2濃度5重量%の透明被膜形成成分を含む液50gを調製した。
これに、SiO2・Al2O3濃度5重量%のシリカ・アルミナ粒子(C)分散液30gを混合し、ついで、エタノール/ブタノール/ジアセトンアルコール/イソプロパノール(2:1:1:5重量混合比)の混合溶媒を加え、SiO2・Al2O3濃度2.5重量%の透明被膜形成用塗布液(H)を調製した。
実施例1において、透明被膜形成用塗布液(A)の代わりに透明被膜形成用塗布液(H)を用いた以外は同様にして透明被膜付基材(H)を得た。
実施例7において、透明被膜形成用塗布液(C)の代わりに実施例8と同様にして得た透明被膜形成用塗布液(H)を用いた以外は同様にして透明被膜付基材(I)を得た。
シリカ粒子(RA)分散液の調製(非連結粒子)
実施例1におけると同様にしてシリカ粒子(A)分散液の調製の途中工程で得たSiO2濃度5重量%のシリカ粒子(RA)分散液を調製した。
実施例1と同様にしてSiO2濃度5重量%の透明被膜形成成分を含む液280gを調製した。これに、SiO2濃度5重量%のシリカ粒子(RA)分散液56gを混合し、ついで、エタノール/ブタノール/ジアセトンアルコール/イソプロパノール(2:1:1:5重量混合比)の混合溶媒を加え、SiO2濃度1重量%の透明被膜形成用塗布液(RA)を調製した。
透明被膜形成用塗布液(RA)を用いた以外は実施例1と同様にして透明被膜付基材(RA)を得た。
透明被膜形成用塗布液(RB)の調製
実施例3において、シリカ粒子(A)分散液の代わりに実施例1と同様にして得たシリカ粒子(RA、連結していない粒子)分散液を用いた以外は同様にしてSiO2濃度1重量%の透明被膜形成用塗布液(RB)を調製した。
実施例3において、透明被膜形成用塗布液(RB)を用いた以外は実施例3と同様にして透明被膜付基材(RB)を得た。
シリカ・アルミナ粒子(RC)分散液の調製
実施例8におけると同様にしてシリカ・アルミナ粒子(C)分散液の調製の途中工程で得たシリカ・アルミナ粒子分散液(RC、連結していない粒子)をSiO2・Al2O3濃度5重量%に調整した。
実施例3と同様にしてSiO2(濃度5重量%)の透明被膜形成成分を含む液50gを調製した。これに、シリカ・アルミナ粒子(濃度5重量%)(RC)分散液30gを混合し、ついで、エタノール/ブタノール/ジアセトンアルコール/イソプロパノール(2:1:1:5重量混合比)の混合溶媒を加え、固形分濃度1重量%の透明被膜形成用塗布液(RC)を調製した。
透明被膜形成用塗布液(RC)を用いた以外は実施例1と同様にして透明被膜付基材(RC)を得た。
透明被膜付基材(RD)の製造
ブラウン管用パネルガラス(14″)の表面を40℃で保持しながら、スピナー法で150rpm、90秒の条件で、実施例5と同様にして得た透明導電性微粒子層形成用塗布液(E)を塗布し乾燥した。次いで、透明導電性微粒子層上に、同じように、スピナー法で150rpm、90秒の条件で、比較例1と同様にして得た透明被膜形成用塗布液(RA)を塗布・乾燥し、160℃で30分間焼成して透明被膜付基材(RD)を得た。
透明被膜付基材(RE)の製造
ブラウン管用パネルガラス(14″)の表面を40℃で保持しながら、スピナー法で100rpm、90秒の条件で、比較例3と同様にして得た透明被膜形成用塗布液(RC)を塗布・乾燥し、160℃で30分間焼成して透明被膜付基材(RE)を得た。
透明被膜付基材(RF)の製造
実施例9において、透明被膜形成用塗布液(H)の代わりに比較例3と同様にして得た透明被膜形成用塗布液(RC)を用いた以外は同様にして透明被膜付基材(RF)を得た。
Claims (7)
- 無機酸化物粒子が平均連結数で2〜10個鎖状に連結した無機酸化物粒子群と、
極性溶媒とを含んでなる透明被膜形成用塗布液。 - 前記無機酸化物粒子の平均粒子径が4〜200nmの範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の透明被膜形成用塗布液。
- 前記無機酸化物粒子がシリカ粒子であることを特徴とする請求項1または2に記載の透明被膜形成用塗布液。
- 前記シリカ粒子が多孔質粒子および/または内部に空洞を有する中空粒子であることを特徴とする請求項3に記載の透明被膜形成用塗布液。
- 基材と、該基材上に設けられた透明被膜とからなり、
該透明被膜が、請求項1〜4のいずれかに記載の透明被膜形成用塗布液を用いて形成されてなることを特徴とする透明被膜付基材。 - 前記基材と透明被膜との間に、平均粒子径が1〜200nmの導電性微粒子を含む透明導電性微粒子層が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の透明被膜付基材。
- 請求項5または6に記載の透明被膜付基材で構成された前面板を備え、透明被膜が該前面板の他表面に形成されていることを特徴とする表示装置。
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