JPWO2006112234A1 - 樹脂組成物、硬化膜及び積層体 - Google Patents

樹脂組成物、硬化膜及び積層体 Download PDF

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Abstract

下記成分(A)〜(C):(A)重合性基を有する含フッ素重合体、(B)重合性基を有し、硬化後の屈折率が1.55以上となる有機化合物、(C)ケトン類及びエステル類からなる群から選択される1種以上の有機溶剤、を有し、全溶剤に占める前記(C)ケトン類及びエステル類からなる群から選択される1種以上の有機溶剤の割合が30質量%以上である硬化性樹脂組成物;及びそれを硬化させて得られる二層以上の多層構造を有する硬化膜。

Description

本発明は、硬化性樹脂組成物及びそれからなる硬化膜に関し、特に、例えば、低屈折率層と高屈折率層等の、二層以上の多層構造を有する硬化膜を一の塗膜から形成することができる硬化性樹脂組成物及びそれからなる硬化膜に関する。
液晶表示パネル、冷陰極線管パネル、プラズマディスプレー等の各種表示パネルにおいて、外光の映りを防止し、画質を向上させるために、低屈折率性、耐擦傷性、塗工性、及び耐久性に優れた硬化物からなる低屈折率層を含む反射防止膜が求められている。これら表示パネルにおいては、付着した指紋、埃等を除去するため、その表面を、エタノール等を含侵したガーゼで拭くことが多く、耐擦傷性が求められている。特に、液晶表示パネルにおいては、反射防止膜は、偏光板と貼り合わせた状態で液晶ユニット上に設けられている。また、基材としては、例えば、トリアセチルセルロース等が用いられているが、このような基材を用いた反射防止膜では、偏光板と貼り合わせる際の密着性を増すために、通常、アルカリ水溶液でケン化を行う必要がある。従って、液晶表示パネルの用途においては、耐久性において、特に、耐アルカリ性に優れた反射防止膜が求められている。
反射防止膜の低屈折率層用材料として、例えば、水酸基含有含フッ素重合体を含むフッ素樹脂系塗料が知られており、特許文献1、特許文献2及び特許文献3等に開示されている。しかし、このようなフッ素樹脂系塗料では、塗膜を硬化させるために、水酸基含有含フッ素重合体と、メラミン樹脂等の硬化剤とを、酸触媒下、加熱して架橋させる必要があり、加熱条件によっては、硬化時間が過度に長くなったり、使用できる基材の種類が限定されてしまったりという問題があった。また、得られた塗膜についても、耐候性には優れているものの、耐擦傷性や耐久性に乏しいという問題があった。
そこで、上記の問題点を解決するため、特許文献4では、少なくとも1個のイソシアネート基と少なくとも1個の付加重合性不飽和基とを有するイソシアネート基含有不飽和化合物と水酸基含有含フッ素重合体とを、イソシアネート基の数/水酸基の数の比が0.01〜1.0の割合で反応させて得られる不飽和基含有含フッ素ビニル重合体を含む塗料用組成物が提案されている。
特開昭57−34107号公報 特開昭59−189108号公報 特開昭60−67518号公報 特公平6−35559号公報
これら従来のフッ素系材料による反射防止膜は、基材上に設けられた高屈折率層に、フッ素系材料からなる低屈折率層を形成する必要があり、これらの層を形成するための塗布工程を別々に設ける必要があった。
また、表層である低屈折率層の耐擦傷性が十分ではなかった。
本発明は、以上のような状況を背景としてなされたものであって、その目的は、低屈折率層と高屈折率層を効率的に製造できる、紫外線によって硬化しうる硬化性樹脂組成物を提供することにある。また、本発明の他の目的は、透明性が高く、基材に対する密着性が大きく、優れた耐擦傷性を有し、しかも環境耐性に優れた硬化膜を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を行い、紫外線の照射によって硬化する重合性基含有含フッ素重合体に、高屈折率の重合性基含有有機化合物を配合し、かつ特定の有機溶剤を組み合わせた組成物を基材に塗布し、溶剤を蒸発させると、含フッ素重合体が高濃度に存在する層と、高屈折率の重合性基含有有機化合物が高濃度に存在する層との二以上の層に分離することを見出した。さらに、シリカ粒子をこの組成物に配合すると、シリカ粒子は含フッ素重合体が高濃度に存在する層に高密度に存在し、高屈折率の重合性基含有有機化合物が高濃度に存在する層には実質的に存在しないことを見出した。これらの組成物に紫外線照射して硬化させて得た硬化膜は、低反射で耐擦傷性、耐薬品性、防汚性、透明性に優れていることを確認し、本発明を完成させた。
本発明によれば、下記の硬化性樹脂組成物、その硬化膜及び積層体が提供される。
[1]下記成分(A)〜(C):
(A)重合性基を有する含フッ素重合体、
(B)重合性基を有し、硬化後の屈折率が1.55以上となる有機化合物、
(C)ケトン類及びエステル類からなる群から選択される1種以上の有機溶剤、
を有し、全溶剤に占める前記(C)ケトン類及びエステル類からなる群から選択される1種以上の有機溶剤の割合が30質量%以上である硬化性樹脂組成物。
[2]前記(A)重合性基を有する含フッ素重合体が、1個のイソシアネート基と1個以上のエチレン性不飽和基とを有する化合物(A−1)と、水酸基を有する含フッ素重合体(A−2)との反応物である上記[1]に記載の硬化性樹脂組成物。
[3]前記水酸基を有する含フッ素重合体(A−2)が、下記の構造単位(a)〜(c)の合計を100モル%としたとき、(a)20〜70モル%、(b)10〜70モル%及び(c)5〜70モル%を含有し、かつゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算数平均分子量が5,000〜50,000である上記[1]又は[2]に記載の硬化性樹脂組成物。
(a)下記一般式(1)で表される構造単位。
(b)下記一般式(2)で表される構造単位。
(c)下記一般式(3)で表される構造単位。
[式中、R1はフッ素原子、フルオロアルキル基、又は−OR2で表される基(R2はアルキル基、又はフルオロアルキル基を示す)を示す]
[式中、R3は水素原子又はメチル基を、R4はアルキル基、−(CH2)x−OR5
若しくは−OCOR5で表される基(R5はアルキル基、又はグリシジル基を、xは0又は1の数を示す)、カルボキシル基、又はアルコキシカルボニル基を示す]
[式中、R6は水素原子、又はメチル基を、R7は水素原子、又はヒドロキシアルキル基を、aは0又は1の数を示す]
[4]前記水酸基を有するフッ素重合体(A−2)が、上記の構造単位(a)〜(c)の合計100モル部に対して、アゾ基含有ポリジメチルシロキサン化合物に由来する下記構造単位(d)0.1〜10モル部を含む上記[3]に記載の硬化性樹脂組成物。
(d)下記一般式(4)で表される構造単位。
[式中、R8及びR9は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、又はアリール基を示す]
[5]前記水酸基を有するフッ素重合体(A−2)が、前記構造単位(d)を下記構造単位(e)の一部として含むことを特徴とする上記[4]に記載の硬化性樹脂組成物。
(e)下記一般式(5)で表される構造単位。
[式中、R10〜R13は水素原子、アルキル基、又はシアノ基を示し、R14〜R17は水素原子又はアルキル基を示し、b、fは1〜6の数、c、eは0〜6の数、dは1〜200の数を示す。]
[6]前記水酸基を有する含フッ素重合体(A−2)が、上記の構造単位(a)〜(c)の合計を100モル部に対して、下記構造単位(f)0〜5モル部を含む上記[2]〜[5]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(f)下記一般式(6)で表される構造単位。
[式中、R18は乳化作用を有する基を示す。]
[7]前記1個のイソシアネート基と1個以上のエチレン性不飽和基とを有する化合物(A−1)が、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネートである上記[2]〜[6]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[8]前記重合性基を有する有機化合物(B)が、重合性基として1個以上の(メタ)アクリロイル基を含有する上記[1]〜[7]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[9]前記重合性基を有する有機化合物(B)が、下記の構造単位(g)〜(i)のいずれか1種類又は2種類以上を繰り返し単位として有することを特徴とする上記[1]〜[8]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(g)下記一般式(7)で表される構造単位。
(h)下記一般式(8)で表される構造単位。
(i)下記一般式(9)で表される構造単位。
[式中、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
[式中、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
[10]前記(B)重合性基を有する有機化合物が、下記構造式(j)〜(m)で表される、前記構造単位(g)〜(i)のいずれか1種類又は2種類以上を含み、かつ(メタ)アクリロイル基を有する有機化合物(Ba)である請求項1〜9のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
(j)下記一般式(10)で表される構造単位。
(k)下記一般式(11)で表される構造単位。
(l)下記一般式(12)で表される構造単位。
(m)下記一般式(13)で表される構造単位。
[式中、R19はメチル基又は水素原子、R20は炭素数3以下のアルキル基又は水素原子、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
[式中、R21はメチル基又は水素原子、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
[式中、R22はメチル基又は水素原子、R23は炭素数3以下のアルキル基又は水素原子を示す。]
[式中、R24はメチル基又は水素原子、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
[11]前記有機溶剤(C)が、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチルからなる群から選ばれる1種単独又は2種類以上の混合である上記[1]から10のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[12]さらに、(D)1個以上の重合性基を有する化合物及び/又は1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する含フッ素化合物を含有する請求項1〜11のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
[13]さらに、(E)シリカ粒子を含有する上記[1]〜[12]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[14]前記(E)シリカ粒子が、(メタ)アクリロイル基を有する有機化合物(S)によって表面処理されている上記[13]に記載の硬化性樹脂組成物。
[15]前記(S)(メタ)アクリロイル基を有する有機化合物が、(メタ)アクリロイル基に加えて、下記構造式(n)に示す基を有する上記[14]に記載の硬化性樹脂組成物。
(n)下記一般式(14)で表される構造単位。
[式中、Uは、NH、O(酸素原子)又はS(イオウ原子)を示し、Vは、O又はSを示す。]
[16]前記(S)(メタ)アクリロイル基を有する有機化合物が、分子内にシラノール基を有する化合物又は加水分解によってシラノール基を生成する化合物である上記[14]又は[15]に記載の硬化性樹脂組成物。
[17]さらに、(F)光ラジカル重合開始剤を含有する上記[1]〜[16]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[18]上記[1]〜[17]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物を硬化させて得られ、二層以上の多層構造を有する硬化膜。
[19]前記(A)重合性基を有する含フッ素重合体を主成分とする硬化物からなる1以上の層と、前記(B)重合性基を有し、硬化後の屈折率が1.55以上となる有機化合物を主成分とする硬化物からなる1以上の層からなる二層以上の層構造を有する上記[18]に記載の硬化膜。
[20]さらに、前記(E)シリカ粒子が、実質的に、前記(A)重合性基を有する含フッ素重合体を主成分とする硬化物からなる層に存在する、上記[19]に記載の硬化膜。
[21]上記[18]〜[20]のいずれかに記載の硬化膜を有する積層体。
本発明の硬化性樹脂組成物は、一の塗膜から、低屈折率層及び高屈折率層等の、任意の二層以上の多層構造を有する硬化膜を形成することができるため、多層構造を有する硬化膜の製造工程を簡略化できる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、熱による硬化反応を行わないため、短時間で硬化でき、生産性に優れた硬化膜を提供することができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、特に、反射防止膜、選択透過膜フィルター等の光学材料の形成に有利に用いることができ、また、フッ素含量が高いことを利用して、耐候性が要求される基材に対する塗料用材料、耐候フィルム用材料、コーティング用材料、その他として好適に使用することができる。しかも、当該硬化膜は、基材に対する密着性に優れ、耐擦傷性が高く、良好な反射防止効果を付与することから、反射防止膜として極めて有用であり、各種の表示装置に適用することにより、その視認性を向上させることができる。
図1は、本発明の硬化性樹脂組成物から形成される硬化膜を含む反射防止膜積層体の模式図を示す。 図2は、シリカ粒子を含有する本発明の硬化性樹脂組成物から形成される硬化膜を含む反射防止膜積層体の模式図を示す。 図3は、本発明の硬化膜の典型的な二層分離状態を示す電子顕微鏡写真である。 図4は、シリカ粒子を含有する本発明の硬化膜の典型的な二層分離状態を示す電子顕微鏡写真である。
以下、本発明の硬化性樹脂組成物、その硬化膜及び積層体について具体的に説明する。
I.硬化性樹脂組成物
本発明の硬化性樹脂組成物は、
(A)重合性基を有する含フッ素重合体
(B)重合性基を有し、硬化後の屈折率が1.55以上となる有機化合物
(C)ケトン類及びエステル類からなる群から選択される1種以上の有機溶剤
(D)1個以上の重合性基を有する化合物及び/又は1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する含フッ素(化合物
(E)シリカ粒子
(F)光ラジカル重合開始剤
(G)その他の成分
を含有するものである。これらの内、(A)〜(C)は必須成分、(D)〜(G)は必要に応じて添加する非必須成分である。
1.本発明の化性樹脂組成物の各構成成分について具体的に説明する。
(A)重合性基を有する含フッ素重合体
本発明の(A)成分は重合性基を有する含フッ素重合体(以下、「重合性基含有含フッ素重合体」ということがある)である。重合性基としては、特に限定されず、例えば、エポキシ基、ビニル基、(メタ)アクリロイル基等が挙げられ、中でも(メタ)アクリロイル基が好ましい。
重合性基含有含フッ素重合体(A)は、1個のイソシアネート基と1個以上のエチレン性不飽和基とを有する化合物(A−1)と、水酸基を有する含フッ素重合体(A−2)とを反応させて得られ、イソシアネート基/水酸基のモル比が1.1〜1.9の割合で反応させて得られるものが好ましい。
(A−1)1個のイソシアネート基と1個以上のエチレン性不飽和基とを有する化合物
化合物(A−1)としては、分子内に、1個のイソシアネート基と、1個以上の重合性基を有している化合物であれば特に制限されるものではない。尚、イソシアネート基を2個以上有すると、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)と反応させる際にゲル化を起こす可能性がある。また、上記エチレン性不飽和基としては、本発明の硬化性樹脂組成物をより容易に硬化させることができることから、(メタ)アクリロイル基がより好ましい。このような化合物としては、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、2−(メタ)アクリロイルオキシプロピルイソシアネートの一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。
尚、化合物(A−1)は、ジイソシアネート及び水酸基含有(メタ)アクリレートを反応させて合成することもできる。この場合、ジイソシアネートの例としては、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、1,3−キシリレンジイソシアネート、1,4−キシリレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルフェニレンジイソシアネート、4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、1,6−ヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネアート)、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス(2−イソシアネートエチル)フマレート、6−イソプロピル−1,3−フェニルジイソシアネート、4−ジフェニルプロパンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、2,5(又は2,6)−ビス(イソシアネートメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。これらの中では、2,4−トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネアート)、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンが特に好ましい。
また、水酸基含有(メタ)アクリレートの例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、カプロラクトン(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(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、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ジ(メタ)アクリレートモノステアレート、イソシアヌル酸EO変性ジ(メタ)アクリレート等一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。これらの中では、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートが特に好ましい。尚、水酸基含有多官能(メタ)アクリレートの市販品としては、例えば、大阪有機化学(株)製 商品名 HEA、日本化薬(株)製 商品名 KAYARAD DPHA、PET−30、東亞合成(株)製 商品名 アロニックス M−215、M−233、M−305、M−400等として入手することができる。
ジイソシアネート及び水酸基含有多官能(メタ)アクリレートから合成する場合には、ジイソシアネート1モルに対し、水酸基含有多官能(メタ)アクリレートの添加量を1〜1.2モルとするのが好ましい。
このような化合物の合成方法としては、ジイソシアネート及び水酸基含有(メタ)アクリレートを一括で仕込んで反応させる方法、水酸基含有(メタ)アクリレート中にジイソシアネートを滴下しながら反応させる方法等を挙げることができる。
(A−2)水酸基含有含フッ素重合体
水酸基含有含フッ素重合体(A−2)は、下記構造単位(a)、(b)、(c)から構成されていることが好ましく、さらに構造単位(d)、(f)を含むことがより好ましい。
構造単位(a)
構造単位(a)は、下記一般式(1)で表される。
[式中、R1はフッ素原子、フルオロアルキル基、又は−OR2で表される基(R2はアルキル基、又はフルオロアルキル基を示す)を示す]
上記一般式(1)において、R及びRのフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロシクロヘキシル基等の炭素数1〜6のフルオロアルキル基が挙げられる。また、Rのアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基が挙げられる。
構造単位(a)は、含フッ素ビニル単量体を重合成分として用いることにより導入することができる。このような含フッ素ビニル単量体としては、少なくとも1個の重合性不飽和二重結合と、少なくとも1個のフッ素原子とを有する化合物であれば特に制限されるものではない。このような例としてはテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、3,3,3−トリフルオロプロピレン等のフルオロレフィン類;アルキルパーフルオロビニルエーテル又はアルコキシアルキルパーフルオロビニルエーテル類;パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)、(プロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)、パーフルオロ(イソブチルビニルエーテル)等のパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)類;パーフルオロ(プロポキシプロピルビニルエーテル)等のパーフルオロ(アルコキシアルキルビニルエーテル)類の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。これらの中でも、ヘキサフルオロプロピレンとパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)又はパーフルオロ(アルコキシアルキルビニルエーテル)がより好ましく、これらを組み合わせて用いることがさらに好ましい。
尚、構造単位(a)の含有率は、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の構成単位(a)〜(c)の合計を100モル%としたときに、20〜70モル%である。構造単位(a)の含有率が20モル%未満では、本願が意図するところのフッ素含有材料の光学的特徴である低屈折率の発現が困難であり、一方、含有率が70モル%を超えると、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の有機溶剤への溶解性、透明性、又は基材への密着性が低下する場合がある。また、上記の理由により、構造単位(a)の含有率を、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)中の構造単位(a)〜(c)の合計に対して、25〜65モル%とするのがより好ましく、30〜60モル%とするのがさらに好ましい。
構造単位(b)
構造単位(b)は、下記一般式(2)で表される。
[式中、R3は水素原子又はメチル基を、R4はアルキル基、−(CH2)x−OR5若しくは−OCOR5で表される基(R5はアルキル基、又はグリシジル基を、xは0又は1の数を示す)、カルボキシル基、又はアルコキシカルボニル基を示す]
一般式(2)において、R又はRのアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ラウリル基等の炭素数1〜12のアルキル基が挙げられ、アルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等が挙げられる。
構造単位(b)は、上述の置換基を有するビニル単量体を重合成分として用いることにより導入することができる。このようなビニル単量体の例としては、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、tert−ブチルビニルエーテル、n−ペンチルビニルエーテル、n−ヘキシルビニルエーテル、n−オクチルビニルエーテル、n−ドデシルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテルもしくはシクロアルキルビニルエーテル類;エチルアリルエーテル、ブチルアリルエーテル等のアリルエーテル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプロン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、ステアリン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル類;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、2−(n−プロポキシ)エチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類;(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸類等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。
尚、構造単位(b)の含有率は、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の構成単位(a)〜(c)の合計を100モル%としたときに、10〜70モル%である。構造単位(b)の含有率が10モル%未満になると、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の有機溶剤への溶解性が低下する場合があり、一方、含有率が70モル%を超えると、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の透明性、及び低反射率性等の光学特性が低下する場合がある。また、このような理由により、構造単位(b)の含有率は、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)中の構造単位(a)〜(c)の合計に対して、20〜60モル%とするのがより好ましく、30〜60モル%とするのがさらに好ましい。
構造単位(c)
構造単位(c)は、下記一般式(3)で表される。
[式中、R6は水素原子、又はメチル基を、R7は水素原子、又はヒドロキシアルキル基を、aは0又は1の数を示す]
一般式(3)において、Rのヒドロキシアルキル基としては、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、4−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、5−ヒドロキシペンチル基、6−ヒドロキシヘキシル基が挙げられる。
構造単位(c)は、水酸基含有ビニル単量体を重合成分として用いることにより導入することができる。このような水酸基含有ビニル単量体の例としては、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、3−ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2−ヒドロキシプロピルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、3−ヒドロキシブチルビニルエーテル、5−ヒドロキシペンチルビニルエーテル、6−ヒドロキシヘキシルビニルエーテル等の水酸基含有ビニルエーテル類、2−ヒドロキシエチルアリルエーテル、4−ヒドロキシブチルアリルエーテル、グリセロールモノアリルエーテル等の水酸基含有アリルエーテル類、アリルアルコール等が挙げられる。また、水酸基含有ビニル単量体としては、上記以外にも、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、カプロラクトン(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート等を用いることができる。
尚、構造単位(c)の含有率は、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の構成単位(a)〜(c)の合計を100モル%としたときに、5〜70モル%とすることが好ましい。含有率が5モル%未満になると、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の有機溶剤への溶解性が低下する場合があり、一方、含有率が70モル%を超えると、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の透明性、及び低反射率性等の光学特性が低下する場合がある。また、このような理由により、構造単位(c)の含有率を、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)中の構造単位(a)〜(c)の合計に対して、5〜40モル%とするのがより好ましく、5〜30モル%とするのがさらに好ましい。
構造単位(d)及び構造単位(e)
また、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)は、さらに下記構造単位(d)を含んで構成することも好ましい。以下、構造単位(d)について説明する。
構造単位(d)は、下記一般式(4)で表される。
[式中、R8及びR9は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、又はアリール基を示す]
一般式(4)において、R又はRのアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数1〜3のアルキル基が、ハロゲン化アルキル基としてはトリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基等の炭素数1〜4のフルオロアルキル基等が、アリール基としてはフェニル基、ベンジル基、ナフチル基等がそれぞれ挙げられる。
構造単位(d)は、前記一般式(4)で表されるポリシロキサンセグメントを有するアゾ基含有ポリシロキサン化合物を用いることにより導入することができる。このようなアゾ基含有ポリシロキサン化合物の例としては、下記一般式(15)で表される化合物が挙げられる。
[式中、R10〜R13は水素原子、アルキル基、又はシアノ基を示し、R14〜R17は水素原子又はアルキル基を示し、b、fは1〜6の数、c、eは0〜6の数、dは1〜200の数、mは1〜20の数を示す。]
一般式(15)で表される化合物を用いた場合には、構造単位(d)は、下記構造単位(e)の一部として水酸基含有含フッ素重合体に含まれる。
構造単位(e)は、下記一般式(5)で表される。
[式中、R10〜R13、R14〜R17、b、c、d、e、及びfは、上記一般式(15)と同じである。]
一般式(5)において、R10〜R13のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等の炭素数1〜12のアルキル基が挙げられ、R14〜R17のアルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数1〜3のアルキル基が挙げられる。
本発明において、上記一般式(15)で表されるアゾ基含有ポリシロキサン化合物としては、下記一般式(16)で表される化合物が特に好ましい。
[式中、d及びmは、上記一般式(15)と同じである。]
尚、構造単位(d)の含有率は、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の構造単位(a)〜(c)の合計100モル部に対して、0.1〜10モル部とすることが好ましい。構造単位(d)の含有率が0.1モル部未満になると、硬化後の塗膜の表面滑り性が低下し、塗膜の耐擦傷性が低下する場合があり、一方、含有率が10モル部を超えると、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の透明性に劣り、コート材として使用する際に、塗布時にハジキ等が発生し易くなる。また、このような理由により、構造単位(d)の含有率は、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の構造単位(a)〜(c)の合計100モル部に対して、0.1〜5モル部とするのがより好ましく、0.1〜3モル部とするのがさらに好ましい。同じ理由により、構造単位(e)の含有率は、その中に含まれる構造単位(d)の含有率を上記範囲にするよう決定することが望ましい。
構造単位(f)
また、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)は、さらに上記構造単位(f)を含んで構成することも好ましい。以下、構造単位(f)について説明する。
構造単位(f)は、下記一般式(6)で表される。
[式中、R18は乳化作用を有する基を示す]
一般式(6)において、R18の乳化作用を有する基としては、疎水性基及び親水性基の双方を有し、かつ、親水性基がポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等のポリエーテル構造である基が好ましい。
このような乳化作用を有する基の例としては下記一般式(17)で表される基が挙げられる。
[式中、nは1〜20の数、pは0〜4の数、qは3〜50の数を示す]
構造単位(f)は、反応性乳化剤を重合成分として用いることにより導入することができる。このような反応性乳化剤としては、下記一般式(18)で表される化合物が挙げられる。
[式中、n、p、及びqは、上記一般式(17)と同様である]
尚、構造単位(f)の含有率は、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の構造単位(a)〜(c)の合計100モル部に対して、0.1〜5モル部とすることが好ましい。構造単位(f)の含有率が0.1モル部未満では、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の溶剤への溶解性向上の効果が小さく、一方、含有率が5モル部を超えると、硬化性樹脂組成物の粘着性が過度に増加し、取り扱いが困難になるばかりか、コート材等に用いた場合に耐湿性が低下してしまう。また、このような理由により、構造単位(f)の含有率を、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の構造単位(a)〜(c)の合計100モル部に対して、0.1〜3モル部とするのがより好ましく、0.2〜3モル部とするのがさらに好ましい。
水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の分子量
水酸基含有含フッ素重合体(A−2)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下「GPC」という。)で、テトラヒドロフラン(以下「THF」という。)を溶剤として測定したポリスチレン換算数平均分子量が5,000〜500,000であることが好ましい。この理由は、数平均分子量が5,000未満になると、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の機械的強度が低下する場合があるためであり、一方、数平均分子量が500,000を超えると、本発明の硬化性樹脂組成物の粘度が高くなり、薄膜コーティングが困難となる場合がるためである。また、このような理由により、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)のポリスチレン換算数平均分子量を10,000〜300,000とするのがより好ましく、10,000〜100,000とするのがさらに好ましい。
化合物(A−1)と水酸基含有含フッ素重合体(A−2)との反応モル比
本発明で用いる重合性基含有含フッ素重合体(A)は、上述した、1個のイソシアネート基と、1個以上のエチレン性不飽和基とを含有する化合物(A−1)と、水酸基含有含フッ素重合体(A−2)とを、イソシアネート基/水酸基のモル比が1.1〜1.9の割合で反応させて得られることが好ましい。この理由は、モル比が1.1未満になると耐擦傷性及び耐久性が低下する場合があるためであり、一方、モル比が1.9を超えると、硬化性樹脂組成物の塗膜のアルカリ水溶液浸漬後の耐擦傷性が低下する場合があるためである。また、このような理由により、イソシアネート基/水酸基のモル比を、1.1〜1.5とするのがより好ましく、1.2〜1.5とするのがさらに好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物中における(A)重合性基含有含フッ素重合体の含有量は、有機溶剤を除く組成物全量100質量%に対して、通常20〜80質量%である。この理由は、含有量が20質量%未満となると、前記の二層分離が不十分となり硬化塗膜の反射率が高くなったり、フッ素重合体が高濃度に存在する層が反射防止膜に適当な膜厚を得ることが困難となり、十分な反射防止効果が得られない場合があるためである。一方、添加量が80質量%を超えても、前記の二層分離が不十分となり硬化塗膜の反射率が高くなったり、高屈折率の重合性化合物が高濃度に存在する層が反射防止膜に適当な膜厚を得ることが困難となり、十分な反射防止効果を得ることができず、また耐擦傷性が得られない場合があるためである。また、このような理由から(A)成分の添加量を30〜70質量%とするのがより好ましく、30〜60質量%の範囲内の値とするのがさらに好ましい。
(B)重合性基を有し、硬化後の屈折率が1.55以上となる有機化合物
本発明で用いる重合性基を有する有機化合物は、それ単独で硬化させた硬化膜のアッベ屈折率計で測定される屈折率が1.55以上となる重合性有機化合物(以下、「高屈折率重合性基含有有機化合物(B)」ということがある)である。
硬化後の屈折率を高めるために分子構造内に芳香環やフッ素以外のハロゲン元素等を含有するものが好ましい。また、重合性基としては光ラジカル開始剤又は光酸発生剤によって重合可能なビニル基、(メタ)アクリロイル基、環状エーテル基等を用いることができる。この中で(メタ)アクリロイル基が最も好ましい。
(B)成分の内、(メタ)アクリロイル基を分子内に1個有する化合物としては、ベンジル(メタ)アクリレート、N−(メタ)アクリルモルホリド、1−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、パクラミルフェノールアクリレート、3−o−フェニルフェノール−1−(メタ)アクリロイル−2−ヒドロキシプロパン等が挙げられる。これらの市販品としては、東亜合成製M−110、5700、大阪有機化学工業製ビスコート#160、192、220、第一工業製PHE、共栄社製BZ、BZ−A、PO−A、M600、日本化薬製R−128H、新中村化学製401P等が挙げられる。
なお、高い屈折率を発現させるために下記一般式(7)〜(9)で示される構造単位(g)〜(i)のうち1種類以上を繰り返し単位として有している化合物を用いることができる。
[式中、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す]
[式中、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す]
さらに、本発明においては、硬化塗膜の機械的特性を向上させる目的で、分子内に2個以上の(メタ)アクリロイル基を含有している化合物を使用することが好ましく、より具体的には重合性有機化合物(B)として、下記の構造式(10)〜(13)で表される化合物であることが好ましい。
[式中、R19はメチル基又は水素原子、R20は炭素数3以下のアルキル基又は水素原子、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
[式中、R21はメチル基又は水素原子、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
[式中、R22はメチル基又は水素原子、R23は炭素数3以下のアルキル基又は水素原子を示す。]
[式中、R24はメチル基又は水素原子、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
これらの化合物として用いることができる市販品としては、新中村化学工業製A−BPEF、A−BPE−4、BPE−200、BPE−500、日本ユピカ製ネオポール8330、8332、8335、大阪有機化学工業製ビスコート700、昭和高分子製VR60、70、90、V776、サートマー製SR349、348、601、日本化薬製カヤラッドR−551、712、東亞合成製M−208、210、TO−904、TO−905、共栄社製BP−2EM、BR−MA、等が挙げられる。
硬化塗膜の硬度を考慮するとこれら二官能以上の高屈折率重合性基含有有機化合物を、(B)成分として用いることが好ましい。しかし、少量の単官能の高屈折率化合物は下地基材との密着性を改善することができ、結果的に耐擦傷性を改良することができる。従って、(B)成分全量を100質量%とした場合、二官能以上の化合物が50質量%以上用いられることが好ましい。二官能以上の高屈折率重合性有機化合物が(B)成分中50質量%未満となると十分な硬度が得られず、耐擦傷性が低下する場合がある。
本発明の硬化性樹脂組成物中における(B)高屈折率重合性基含有有機化合物の含有量は、有機溶剤を除く組成物全量100質量%に対して、通常20〜80質量%である。この理由は、含有量が20質量%未満となると、前記の二層分離が不十分となり硬化塗膜の反射率が高くなったり、高屈折率重合性有機化合物が高濃度に存在する層が反射防止膜として適当な膜厚を得ることが困難となり、十分な反射防止効果が得られない場合があるためであり、耐擦傷性も低下する恐れがある。一方、添加量が80質量%を超えると、前記の二層分離が不十分となり硬化塗膜の反射率が高くなったり、低屈折率の重合性フッ素重合体が高濃度に存在する層が反射防止膜に適当な膜厚を得ることが困難となり、十分な反射防止効果を得ることができなくなる。また、このような理由から(B)成分の添加量を20〜70質量%とするのがより好ましく、20〜60質量%の範囲内の値とするのがさらに好ましい。
(C)ケトン類及びエステル類からなる群から選択される1種以上の有機溶剤
本発明の硬化性樹脂組成物に含まれる(C)有機溶剤は、上記(A)重合性基含有含フッ素重合体に対する溶解性が高い溶剤であり、ケトン類又はエステル類を用いることができる。
本発明で(C)成分として用いる有機溶剤として、具体的には、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン、メチルアミルケン、メチルプロピルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルアセテート、プロピレングリコールモノエチルアセテート等のエステル類が挙げられる。この中でメチルイソブチルケトン、酢酸ブチル、メチルアミルケトン、プロピレングリコールモノメチルアセテートが好ましい。本発明では、これらの溶剤を単独若しくは2種類以上の混合溶剤として用いることができる。
さらに、本発明における低屈折率の重合性基含有含フッ素重合体(A)と高屈折率の重合性基含有有機化合物(B)の二層分離を発現させるために、有機溶剤(C)は、本発明の組成物中の全溶剤量100質量%中30質量%以上含有することが必要である。全溶剤中の(C)成分の割合が30質量%未満となると(A)及び(B)成分の分離性が不十分となり反射率が高くなる場合がある。そのためこれら有機溶剤(C)は、溶剤組成中40質量%以上含有することが好ましく、50質量%以上含有することがさらに好ましい。
硬化性樹脂組成物中の溶剤(C)を含む有機溶剤の配合量は、固形成分の合計量を100質量部として、通常300〜5000質量部、好ましくは300〜4000質量部、より好ましくは300〜3000質量部である。
(D)1個以上の重合性基を有する化合物及び/又は1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する含フッ素化合物
本発明においては、(A)成分及び(B)成分の層分離を妨げない範囲で、(D)1個以上の重合性基を有する化合物(以下、「重合性化合物(D1)」又は「化合物(D1)」ということがある)、及び/又は、1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する含フッ素化合物(以下、「含フッ素(メタ)アクリレート化合物(D2)」又は「化合物(D2)」ということがある)を配合することができる。(化合物(D1)と化合物(D2)とを合わせて、「重合性モノマー(D)」ということがある。)
(1)1個以上の重合性基を有する(メタ)アクリレート化合物
ここで、重合性基としては、特に限定されず、例えば、ビニル基、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基等が挙げられ、中でも(メタ)アクリロイル基及びビニル基が好ましく、(メタ)アクリロイル基が特に好ましい。
1個以上の重合性基を有する重合性化合物(D1)は、硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物及びそれを用いた反射防止膜の耐擦傷性を高めるために用いられる。化合物(D1)としては、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ)アクリレート化合物が好ましい。
ビニル基を有する重合性化合物(D1)は、分子内に1個以上のビニル基を有する化合物であれば特に制限されるものではなく、例えば、N−ビニル−2−ピロリドンが挙げられる。このようなビニル基を有する重合性化合物(D1)の市販品としては、例えば、アロニックスM−150(東亞合成(株)製)が挙げられる。
(メタ)アクリロイル基を有する重合性化合物(D1)は、分子内に1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であれば特に制限されるものではない。(メタ)アクリロイル基を1個有するモノマーとしては、例えばアクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン、7−アミノ−3,7−ジメチルオクチル(メタ)アクリレート、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、イソボルニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、エチルジエチレングリコール(メタ)アクリレート、t−オクチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエン(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミドテトラクロロフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、テトラブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−トリクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−トリブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ビニルカプロラクタム、N−ビニルピロリドン、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ペンタクロロフェニル(メタ)アクリレート、ペンタブロモフェニル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、メチルトリエチレンジグリコール(メタ)アクリレートで表される化合物を例示することができる。これらの単官能性モノマーうち、イソボルニル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレートが特に好ましい。
これらの単官能性モノマーの市販品としては、例えばアロニックスM−101、M−102、M−111、M−113、M−117、M−152、TO−1210(以上、東亞合成(株)製)、KAYARAD TC−110S、R−564(以上、日本化薬(株))、ビスコート2311HP、ビスコート2000、ビスコート2100、ビスコート2150、ビスコート8F、ビスコート17F(以上、大阪有機化学工業(株)製)等を挙げることができる。
また、(メタ)アクリロイル基を2個以上有する多官能性モノマーとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジイルジメチレンジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド(以下「EO」という。)変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド(以下「PO」という。)変性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、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルの両末端(メタ)アクリル酸付加物、1,4−ブタンジオールジ(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、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、ポリエステルジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(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、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、フェノールノボラックポリグリシジルエーテルの(メタ)アクリレート等を例示することができる。
これらの多官能性モノマーの市販品としては、例えば、SA1002(以上、三菱化学(株)製)、ビスコート195、ビスコート230、ビスコート260、ビスコート215、ビスコート310、ビスコート214HP、ビスコート295、ビスコート300、ビスコート360、ビスコートGPT、ビスコート400、ビスコート540、ビスコート3000、ビスコート3700(以上、大阪有機化学工業(株)製)、カヤラッドR−526、HDDA、NPGDA、TPGDA、MANDA、R−604、R−684、PET−30、GPO−303、TMPTA、THE−330、DPHA、DPHA−2H、DPHA−2C、DPHA−2I、D−310、D−330、DPCA−20、DPCA−30、DPCA−60、DPCA−120、DN−0075、DN−2475、T−1420、T−2020、T−2040、TPA−320、TPA−330、RP−1040、RP−2040、R−011、R−300、R−205(以上、日本化薬(株)製)、アロニックスM−220、M−233、M−240、M−215、M−305、M−309、M−310、M−315、M−325、M−400、M−6200、M−6400(以上、東亞合成(株)製)、ライトアクリレートBP−4EA、BP−4PA、BP−2EA、BP−2PA、DCP−A(以上、共栄社化学(株)製)、ニューフロンティアBPE−4、BR−42M、GX−8345(以上、第一工業製薬(株)製)、ASF−400(以上、新日鐵化学(株)製)、リポキシSP−1506、SP−1507、SP−1509、VR−77、SP−4010、SP−4060(以上、昭和高分子(株)製)等を挙げることができる。
尚、重合性基を有する化合物(D1)としては、これらのうち、分子内に2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物を含有することが好ましい。さらに、分子内に3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物が特に好ましい。かかる3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物としては、上記に例示されたトリ(メタ)アクリレート化合物、テトラ(メタ)アクリレート化合物、ペンタ(メタ)アクリレート化合物、ヘキサ(メタ)アクリレート化合物等の中から選択することができ、これらのうち、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(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、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレートが特に好ましい。上記の化合物は、各々1種単独で又は2種以上組み合わせを用いることができる。
(2)1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する含フッ素(メタ)アクリレート化合物
1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する含フッ素(メタ)アクリレート化合物(D2)は、硬化性樹脂組成物の屈折率を低下させるために用いられる。
化合物(D2)については、1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する含フッ素(メタ)アクリレート化合物であれば特に制限されるものではない。このような例として、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。
さらに2個以上の水酸基を有するフッ素アルコールを(メタ)アクリル酸で変性した化合物も用いることができる。ここで2個以上の水酸基を有するフッ素アルコールとは、具体的には2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ−1,6−ヘキサンジオール、3,3,4,4,5,5,6,6−オクタフルオロオクタン−1,8−ジオール等が挙げられる。これらの多官能フッ素アルコールを酸クロライド法や酸触媒による脱水縮合法、相間移動触媒法等の一般的エステル化法によって(メタ)アクリロイル基を有する多官能フッ素モノマーを得ることができる。また、末端アクリルのフッ素オリゴマー(サートマー社製、CN4000)等を用いることもできる。これらの多官能フッ素(メタ)アクリレート類は化合物(D2)として用いることができ、低屈折率層の屈折率低減や強度改善を図ることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物中における(D)成分の含有量については、(A)成分及び(B)成分の層分離を妨げない範囲であれば特に制限されるものではないが、有機溶剤を除く組成物全量100質量%に対して、通常0〜30質量%である。添加量が30質量%を超えると、成分(A)及び(B)の分離性が損なわれ、硬化塗膜の反射率が高くなり、十分な反射防止効果が得られない場合があるためである。
(E)シリカ粒子
本発明の硬化性樹脂組成物には、シリカを主成分とする粒子を配合することができる。このシリカ粒子は、硬化膜の硬度を高め耐擦傷性を改良するために添加する。
シリカを主成分とする粒子としては、公知のものを使用することができ、また、その形状も、球状であれば通常のコロイダルシリカに限らず中空粒子、多孔質粒子、コア・シェル型粒子等であっても構わない。また、球状に限らず、不定形の粒子であってもよい。また、粒径は1〜200nmであることが好ましく、さらに好ましくは1〜100nmである。粒径が200nm以上となると硬化塗膜の透明性が損なわれる場合がある。さらに、シリカ粒子(E)としては、固形分が10〜40質量%のコロイダルシリカが好ましい。
また、分散媒は、水あるいは有機溶媒が好ましい。有機溶媒としては、メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ブタノール、エチレングリコールモノプロピルエーテル等のアルコール類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;酢酸エチル、酢酸ブチル、γ−ブチロラクトン等のエステル類;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエ−テル類等の有機溶剤を挙げることができ、これらの中で、アルコール類及びケトン類が好ましい。これら有機溶剤は、単独で、又は2種以上混合して分散媒として使用することができる。
シリカを主成分とする粒子の市販品としては、例えば、コロイダルシリカとして、日産化学工業(株)製 商品名:メタノールシリカゾル、IPA−ST、MEK−ST、MEK−ST−S、MEK−ST−L、IPA−ZL、NBA−ST、XBA−ST、DMAC−ST、ST−UP、ST−OUP、ST−20、ST−40、ST−C、ST−N、ST−O、ST−50、ST−OL等を挙げることができる。
また、コロイダルシリカ表面に化学修飾等の表面処理を行ったものを使用することができ、例えば分子中に1以上のアルキル基を有する加水分解性ケイ素化合物又はその加水分解物を含有するもの等を反応させることができる。このような加水分解性ケイ素化合物としては、トリメチルメトキシシラン、トリブチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジブチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、1,1,1―トリメトキシ−2,2,2−トリメチル−ジシラン、ヘキサメチル−1,3−ジシロキサン、1,1,1―トリメトキシ−3,3,3−トリメチル−1,3−ジシロキサン、α−トリメチルシリル−ω−ジメチルメトキシシリル−ポリジメチルシロキサン、α−トリメチルシリル−ω−トリメトキシシリル−ポリジメチルシロキサンヘキサメチル−1,3−ジシラザン等を挙げることができる。また、分子中に1以上の反応性基を有する加水分解性ケイ素化合物を使用することもできる。分子中に1以上の反応性基を有する加水分解性ケイ素化合物は、例えば反応性基としてNH基を有するものとして、尿素プロピルトリメトキシシラン、N―(2−アミノエチル)―3―アミノプロピルトリメトキシシラン等、OH基を有するものとして、ビス(2−ヒドロキシエチル)―3アミノトリプロピルメトキシシラン等、イソシアネート基を有するものとして3−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン等、チオシアネート基を有するものとして3−チオシアネートプロピルトリメトキシシラン等、エポキシ基を有するものとして(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン、2−(3,4―エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等、チオール基を有するものとして、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。好ましい化合物として、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランを挙げることができる。
シリカを主成分とする粒子(E)は、(メタ)アクリロイル基を有する有機化合物(以下、「特定有機化合物(S)」ということがある。)によって表面処理がなされたものであることが好ましい。かかる表面処理により、UV硬化系アクリルモノマーと共架橋化することができ、耐擦傷性が向上する。
(2)特定有機化合物(S)
本発明に用いられる特定有機化合物は、分子内に(メタ)アクリロイル基を有する重合性の化合物である。この化合物は、分子内に、さらに下記式(14)に示す基を含む化合物であること及び分子内にシラノール基を有する化合物又は加水分解によってシラノール基を生成する化合物であることが好ましい。
[式(14)中、XはNH、O(酸素原子)又はS(イオウ原子)を示し、YはO又はSを示す。]
(i)重合性基
特定有機化合物に含まれる重合性不飽和基はアクリロイル基又はメタクリロイル基である。
この重合性基は、活性ラジカル種により付加重合をする構成単位である。
(ii)式(14)に示す基
特定有機化合物は、分子内に前記式(14)に示す基をさらに含むものであることが好ましい。前記式(m)に示す基[−X−C(=Y)−NH−]は、具体的には、[−O−C(=O)−NH−]、[−O−C(=S)−NH−]、[−S−C(=O)−NH−]、[−NH−C(=O)−NH−]、[−NH−C(=S)−NH−]、及び[−S−C(=S)−NH−]の6種である。これらの基は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、熱安定性の観点から、[−O−C(=O)−NH−]基と、[−O−C(=S)−NH−]基及び[−S−C(=O)−NH−]基の少なくとも1とを併用することが好ましい。
前記式(14)に示す基[−X−C(=Y)−NH−]は、分子間において水素結合による適度の凝集力を発生させ、硬化物にした場合、優れた機械的強度、基材との密着性及び耐熱性等の特性を付与せしめるものと考えられる。
(iii)シラノール基又は加水分解によってシラノール基を生成する基
特定有機化合物は、分子内にシラノール基を有する化合物(以下、「シラノール基含有化合物」ということがある)又は加水分解によってシラノール基を生成する化合物(以下、「シラノール基生成化合物」ということがある)であることが好ましい。このようなシラノール基生成化合物としては、ケイ素原子上にアルコキシ基、アリールオキシ基、アセトキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等を有する化合物を挙げることができるが、ケイ素原子上にアルコキシ基又はアリールオキシ基を含む化合物、即ち、アルコキシシリル基含有化合物又はアリールオキシシリル基含有化合物が好ましい。
シラノール基又はシラノール基生成化合物のシラノール基生成部位は、縮合反応又は加水分解に続いて生じる縮合反応によって、シリカ粒子と結合する構成単位である。
(iv)好ましい態様
特定有機化合物(S)の好ましい具体例としては、例えば、下記式(19)に示す化合物を挙げることができる。
25、R26は、同一でも異なっていてもよく、水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基若しくはアリール基であり、r及びsはそれぞれ独立して、1、2又は3の数を示す。
25、R26の例として、メチル、エチル、プロピル、ブチル、オクチル、フェニル、キシリル基等を挙げることができる。
[(R25O)26 3-rSi−]で示される基としては、例えば、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、トリフェノキシシリル基、メチルジメトキシシリル基、ジメチルメトキシシリル基等を挙げることができる。このような基のうち、トリメトキシシリル基又はトリエトキシシリル基等が好ましい。
27は炭素数1〜12の脂肪族又は芳香族構造を有する2価の有機基であり、鎖状、分岐状又は環状の構造を含んでいてもよい。そのような有機基としては例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ヘキサメチレン、シクロヘキシレン、フェニレン、キシリレン、ドデカメチレン等を挙げることができる。これらのうち好ましい例は、メチレン、プロピレン、シクロヘキシレン、フェニレン等である。
また、R28は2価の有機基であり、通常、分子量14から1万、好ましくは、分子量76から500の2価の有機基の中から選ばれる。例えば、ヘキサメチレン、オクタメチレン、ドデカメチレン等の鎖状ポリアルキレン基;シクロヘキシレン、ノルボルニレン等の脂環式又は多環式の2価の有機基;フェニレン、ナフチレン、ビフェニレン、ポリフェニレン等の2価の芳香族基;及びこれらのアルキル基置換体、アリール基置換体を挙げることができる。また、これら2価の有機基は炭素及び水素原子以外の元素を含む原子団を含んでいてもよく、ポリエーテル結合、ポリエステル結合、ポリアミド結合、ポリカーボネート結合、さらには前記式(14)に示す基を含むこともできる。
29は(s+1)価の有機基であり、好ましくは鎖状、分岐状又は環状の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基の中から選ばれる。
Zは活性ラジカル種の存在下、分子間架橋反応をする重合性不飽和基を分子中に有する1価の有機基を示す。例えば、アクリロイル(オキシ)基、メタアクリロイル(オキシ)基、ビニル(オキシ)基、プロペニル(オキシ)基、ブタジエニル(オキシ)基、スチリル(オキシ)基、エチニル(オキシ)基、シンナモイル(オキシ)基、マレエート基、アクリルアミド基、メタアクリルアミド基等を挙げることができる。これらの中でアクリロイル(オキシ)基及びメタアクリロイル(オキシ)基が好ましい。また、bは好ましくは1〜20の正の整数であり、さらに好ましくは1〜10、特に好ましくは1〜5である。
本発明で用いられる特定有機化合物の合成は、例えば、特開平9−100111号公報に記載された方法を用いることができる。即ち、(イ)メルカプトアルコキシシランと、ポリイソシアネート化合物と、活性水素基含有重合性不飽和化合物との付加反応により行うことができる。また、(ロ)分子中にアルコキシシリル基及びイソシアネート基を有する化合物と、活性水素含有重合性不飽和化合物との直接的反応により行うことができる。さらに、(ハ)分子中に重合性不飽和基及びイソシアネート基を有する化合物と、メルカプトアルコキシシラン又はアミノシランとの付加反応により直接合成することもできる。
前記式(19)に示す化合物を合成するためには、これらの方法のうち(イ)が好適に用いられる。より詳細には、例えば、
(a)法;まずメルカプトアルコキシシランとポリイソシアネート化合物とを反応させることで、分子中にアルコキシシリル基、[−S−C(=O)−NH−]基及びイソシアネート基を含む中間体を形成し、次に中間体中に残存するイソシアネートに対して活性水素含有重合性不飽和化合物を反応させて、この不飽和化合物を[−O−C(=O)−NH−]基を介して結合させる方法、
(b)法;まずポリイソシアネート化合物と活性水素含有重合性不飽和化合物とを反応させることで分子中に重合性不飽和基、[−O−C(=O)−NH−]基、及びイソシアネート基を含む中間体を形成し、これにメルカプトアルコキシシランを反応させてこのメルカプトアルコキシシランを[−S−C(=O)−NH−]基を介して結合させる方法、
等を挙げることができる。さらに両者の中では、マイケル付加反応による重合性不飽和基の減少がない点で(a)法が好ましい。
前記式(19)に示す化合物の合成において、イソシアネート基との反応により[−S−C(=O)−NH−]基を形成することができるアルコキシシランの例としては、アルコキシシリル基とメルカプト基を分子中にそれぞれ1個以上有する化合物を挙げることができる。このようなメルカプトアルコキシシランとしては、例えば、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、メルカプトプロピルジメトキシメチルシラン、メルカプトプロピルメトキシジメチルシラン、メルカプトプロピルトリフェノキシシシラン、メルカプトプロピルトリブトキシシシラン等を挙げることができる。これらの中では、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシランが好ましい。また、アミノ置換アルコキシシランとエポキシ基置換メルカプタンとの付加生成物、エポキシシランとα,ω−ジメルカプト化合物との付加生成物を利用することもできる。
特定有機化合物を合成する際に用いられるポリイソシアネート化合物としては鎖状飽和炭化水素、環状飽和炭化水素、芳香族炭化水素で構成されるポリイソシアネート化合物の中から選ぶことができる。
このようなポリイソシアネート化合物の例としては、例えば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、1,3−キシリレンジイソシアネート、1,4−キシリレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルフェニレンジイソシアネート、4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、1,6−ヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネアート)、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス(2−イソシアネートエチル)フマレート、6−イソプロピル−1,3−フェニルジイソシアネート、4−ジフェニルプロパンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、2,5(又は2,6)−ビス(イソシアネートメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン等を挙げることができる。これらの中で、2,4−トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネアート)、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン等が好ましい。これらは1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
特定有機化合物の合成において、前記ポリイソシアネート化合物と付加反応により[−O−C(=O)−NH−]基を介し結合できる活性水素含有重合性不飽和化合物の例としては、分子内にイソシアネート基との付加反応により[−O−C(=O)−NH−]基を形成できる活性水素原子を1個以上有しかつ重合性不飽和基を1個以上含む化合物を挙げることができる。
これらの活性水素含有重合性不飽和化合物としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェニルオキシプロピル(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリロイルフォスフェート、4−ヒドロキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールモノ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタンジ(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、ジペンタエリスルトールペンタ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。また、アルキルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基含有化合物と、(メタ)アクリル酸との付加反応により得られる化合物を用いることができる。これらの化合物の中では、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等が好ましい。
これらの化合物は1種単独で又は2種以上の混合物として用いることができる。
(3)特定有機化合物によるシリカを主成分とする粒子(以下、粒子ともいう。)の表面処理方法
特定有機化合物による粒子の表面処理方法としては特に制限はないが、特定有機化合物と粒子とを混合し、加熱、攪拌処理することにより製造することも可能である。尚、特定有機化合物が有するシラノール基生成部位と、粒子とを効率よく結合させるため、反応は水の存在下で行われることが好ましい。ただし、特定有機化合物がシラノール基を有している場合は、水はなくてもよい。従って、粒子及び特定有機化合物を少なくとも混合する操作を含む方法により表面処理できる。
粒子と特定有機化合物の反応量は、粒子及び特定有機化合物の合計を100質量%として、好ましくは0.01質量%以上であり、さらに好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは1質量%以上である。0.01質量%未満であると、組成物中における粒子の分散性が十分でなく、得られる硬化物の透明性、耐擦傷性が十分でなくなる場合がある。
以下、特定有機化合物として、前記式(19)に示すアルコキシシリル基含有化合物(アルコキシシラン化合物)を例にとり、表面処理方法をさらに詳細に説明する。
表面処理時においてアルコキシシラン化合物の加水分解で消費される水の量は、1分子中のケイ素上のアルコキシ基の少なくとも1個が加水分解される量であればよい。好ましくは加水分解の際に添加、又は存在する水の量は、ケイ素上の全アルコキシ基のモル数に対し3分の1以上であり、さらに好ましくは全アルコキシ基のモル数の2分の1以上3倍未満である。完全に水分の存在しない条件下でアルコキシシラン化合物と粒子とを混合して得られる生成物は、粒子表面にアルコキシシラン化合物が物理吸着した生成物であり、そのような成分から構成される粒子を含有する組成物の硬化物においては、高硬度及び耐擦傷性の発現の効果は低い。
表面処理時においては、前記アルコキシシラン化合物を別途加水分解操作に付した後、これと粉体粒子又は粒子の溶剤分散ゾルを混合し、加熱、攪拌操作を行う方法;前記アルコキシシラン化合物の加水分解を粒子の存在下で行う方法;又は、他の成分、例えば、重合開始剤等の存在下、粒子の表面処理を行う方法等を選ぶことができる。この中では、前記アルコキシシラン化合物の加水分解を粒子の存在下で行う方法が好ましい。表面処理時、その温度は、好ましくは0℃以上150℃以下であり、さらに好ましくは20℃以上100℃以下である。また、処理時間は通常5分から24時間の範囲である。
表面処理時において、粉体を用いる場合、前記アルコキシシラン化合物との反応を円滑にかつ均一に行わせることを目的として、有機溶剤を添加してもよい。そのような有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル類;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ブチルエーテル等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類を挙げることができる。中でも、メタノール、イソプロパノール、ブタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレンが好ましい。
これらの溶剤の添加量は反応を円滑、均一に行わせる目的に合う限り特に制限はない。
粒子として溶剤分散ゾルを用いる場合、溶剤分散ゾルと、特定有機化合物とを少なくとも混合することにより製造することができる。ここで、反応初期の均一性を確保し、反応を円滑に進行させる目的で、水と均一に相溶する有機溶剤を添加してもよい。
また、表面処理時において、反応を促進するため、触媒として酸、塩又は塩基を添加してもよい。
酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等の無機酸;メタンスルフォン酸、トルエンスルフォン酸、フタル酸、マロン酸、蟻酸、酢酸、蓚酸等の有機酸;メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸等の不飽和有機酸を、塩としては、例えば、テトラメチルアンモニウム塩酸塩、テトラブチルアンモニウム塩酸塩等のアンモニウム塩を、また、塩基としては、例えば、アンモニア水、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジブチルアミン、シクロヘキシルアミン等の1級、2級又は3級脂肪族アミン、ピリジン等の芳香族アミン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウムヒドロキシド類等を挙げることができる。
これらの中で好ましい例は、酸としては、有機酸、不飽和有機酸、塩基としては3級アミン又は4級アンモニウムヒドロキシドである。これらの酸、塩又は塩基の添加量は、アルコキシシラン化合物100質量部に対して、好ましくは0.001質量部から1.0質量部、さらに好ましくは0.01質量部から0.1質量部である。
また、反応を促進するため、脱水剤を添加することも好ましい。
脱水剤としては、ゼオライト、無水シリカ、無水アルミナ等の無機化合物や、オルト蟻酸メチル、オルト蟻酸エチル、テトラエトキシメタン、テトラブトキシメタン等の有機化合物を用いることができる。中でも、有機化合物が好ましく、オルト蟻酸メチル、オルト蟻酸エチル等のオルトエステル類がさらに好ましい。
尚、粒子に結合したアルコキシシラン化合物の量は、通常、乾燥粉体を空気中で完全に燃焼させた場合の質量減少%の恒量値として、空気中で110℃から800℃までの熱質量分析により求めることができる。
(E)成分の樹脂組成物中における粒子量は、有機溶剤以外の組成物全量に対して通常30質量%未満であることが好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。粒子量が30質量%以上となると前記成分(A)と(B)の分離性が不十分となり、硬化塗膜の反射率が高くなる場合がある。尚、粒子の量は、固形分を意味し、粒子が溶剤分散ゾルの形態で用いられるときは、その配合量には溶剤の量を含まない。
(F)光ラジカル重合開始剤
本発明の硬化性樹脂組成物においては、必要に応じて、放射線(光)照射により活性ラジカル種を発生させる(F)光ラジカル重合開始剤(放射線(光)重合開始剤)を配合することができる。
放射線(光)重合開始剤としては、光照射により分解してラジカルを発生して重合を開始せしめるものであれば特に制限はなく、例えば、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3−メチルアセトフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)ブタン−1−オン、1,4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス−(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキシド、オリゴ(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−(4−(1−メチルビニル)フェニル)プロパノン)等を挙げることができる。
放射線(光)重合開始剤の市販品としては、例えば、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製 商品名:イルガキュア 184、369、651、500、819、907、784、2959、CGI1700、CGI1750、CGI1850、CG24−61、ダロキュア 1116、1173、BASF社製 商品名:ルシリン TPO、UCB社製 商品名:ユベクリル P36、ランベルティ社製 商品名:エザキュアー KIP150、KIP65LT、KIP100F、KT37、KT55、KTO46、KIP75/B等を挙げることができる。
本発明において必要に応じて用いられる光ラジカル重合開始剤(F)の配合量は、有機溶剤を除く組成物全量を100質量%として、通常0〜10質量%の量で配合し、0.01〜10質量%配合することが好ましく、0.1〜10質量%が、さらに好ましい。10質量%を超えると、硬化物としたときに内部(下層)まで硬化しないことがある。
(G)その他の成分
本発明の硬化性組成物には、本発明の効果を損なわない限り、必要に応じて、光増感剤、重合禁止剤、重合開始助剤、レベリング剤、濡れ性改良剤、界面活性剤、可塑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤、無機充填剤、顔料、染料、スリップ剤等を適宜配合できる。また、塗工性を改善する目的で、本発明における層分離性を妨げない範囲内において、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、t−ブチルアルコール、2−ブチルアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の(C)成分以外の有機溶剤を用いることもできる。
2.硬化性樹脂組成物の製造方法
本発明の組成物は、次のようにして製造する。
重合性基含有含フッ素重合体((A)成分)及び高屈折率重合性基含有有機化合物((B)成分)、有機溶剤((C)成分)、必要に応じて、重合性モノマー((D)成分)、シリカ粒子((E)粒子)、光ラジカル重合開始剤((F)成分)等を攪拌機付きの反応容器に入れ35℃〜45℃で2時間攪拌し本発明の硬化性樹脂組成物とする。
3.硬化性樹脂組成物の塗布(コーティング)方法
本発明の硬化性樹脂組成物は反射防止膜や被覆材の用途に好適であり、反射防止や被覆の対象となる基材としては、例えば、プラスチック(ポリカーボネート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、エポキシ、メラミン、トリアセチルセルロース、ABS、AS、ノルボルネン系樹脂等)、金属、木材、紙、ガラス、スレート等を挙げることができる。これら基材の形状は板状、フィルム状又は3次元成形体でもよく、コーティング方法は、通常のコーティング方法、例えばディッピングコート、スプレーコート、フローコート、シャワーコート、ロールコート、スピンコート、刷毛塗り等を挙げることができる。これらのコーティングによる塗膜の厚さは、乾燥、硬化後、通常0.01〜0.5μmであり、好ましくは、0.05〜0.2μmである。
4.硬化性樹脂組成物の硬化方法
本発明の硬化性樹脂組成物は、放射線(光)によって硬化させることができる。その線源としては、組成物をコーティング後短時間で硬化させることができるものである限り特に制限はないが、例えば、赤外線の線源として、ランプ、抵抗加熱板、レーザー等を、また可視光線の線源として、日光、ランプ、蛍光灯、レーザー等を、また紫外線の線源として、水銀ランプ、ハライドランプ、レーザー等を、また電子線の線源として、市販されているタングステンフィラメントから発生する熱電子を利用する方式、金属に高電圧パルスを通じて発生させる冷陰極方式及びイオン化したガス状分子と金属電極との衝突により発生する2次電子を利用する2次電子方式を挙げることができる。また、アルファ線、ベータ線及びガンマ線の線源として、例えば、60Co等の核分裂物質を挙げることができ、ガンマ線については加速電子を陽極へ衝突させる真空管等を利用することができる。これら放射線は1種単独で又は2種以上を同時に又は一定期間をおいて照射することができる。
放射線を用いた場合、露光量を0.01〜10J/cm2の範囲内の値とするのが好ましい。この理由は、露光量が0.01J/cm2未満となると、硬化不良が生じる場合があるためであり、一方、露光量が10J/cm2を超えると、硬化時間が過度に長くなる場合があるためである。また、このような理由により、露光量を0.05〜5J/cm2の範囲内の値とするのがより好ましく、0.3〜3J/cm2の範囲内の値とするのがより好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物の硬化反応は、嫌気的条件下において行ってもよい。その理由は酸素によるラジカル重合の阻害が抑制され、硬化反応がさらに進行し、硬化塗膜の機械的特性が改善され得るからである。嫌気的条件とするために用いられる気体としては、窒素や二酸化炭素、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。この中で窒素が好ましい。
II.硬化膜
本発明の硬化膜は、上記本発明の硬化性樹脂組成物を硬化させて得られ、二層以上の多層構造を有することを特徴とする。特に、前記(A)重合性基含有含フッ素重合体が高濃度に存在する1以上の層と、前記(B)高屈折率重合性基含有有機化合物が高濃度で存在する1以上の層からなる二層以上の層構造を有していることが好ましい。
本発明の硬化膜は、前記硬化性樹脂組成物を種々の基材、例えば、プラスチック基材にコーティングして硬化させることにより得ることができる。具体的には、組成物をコーティングし、好ましくは、15〜200℃で揮発成分を乾燥させた後、上述の、放射線で硬化処理を行うことにより被覆成形体として得ることができる。そのような場合、好ましい紫外線の照射光量は0.01〜10J/cmであり、より好ましくは、0.1〜2J/cmである。また、好ましい電子線の照射条件は、加圧電圧は10〜300KV、電子密度は0.02〜0.30mA/cmであり、電子線照射量は1〜10Mradである。
硬化性樹脂組成物を塗布後、組成物中の有機溶剤(C)が蒸発して乾燥する過程において、(A)成分の重合性基含有含フッ素化合物がフッ素含有の有機基を繰り返し単位として構造中に含むため表面自由エネルギーが低く、大気に近い界面付近に偏在化することで、硬化塗膜の大気界面付近に(A)成分が高濃度に濃縮された低屈折率の樹脂層が形成される。一方、大気界面とは反対側の塗布下地側では、(B)成分が偏在化し、高濃度に濃縮された高屈折率の樹脂層が形成される。
従って、硬化性樹脂組成物からなる一の塗膜を硬化させることにより、実質的に二層以上の層構造を有する硬化膜が得られる。これらの分離して形成される各層は、例えば、得られた硬化膜の反射率曲線より硬化膜の屈折率を算出することで確認することができる。尚、(A)成分が高濃度に存在する層は、実質的に(A)成分を主成分として構成された層であるが、層内部に(B)成分等が共存する場合がある。他方、(B)成分が高濃度に存在する層は、実質的に(B)成分を主成分として構成された層であるが、層内部に(A)成分等が共存する場合がある。本発明の硬化膜は、典型的には、(A)成分が高濃度に存在する層と(B)成分が高濃度に存在する層とが連続した層を形成した二層構造を有する。基材にTAC樹脂等を用いた場合、通常は、基材である層、(B)成分が高濃度に存在する層、(A)成分が高濃度に存在する層が、この順番に形成されている。
本発明の硬化膜を用いた反射防止膜の代表的な構成を図1に基づいて説明する。
本発明の硬化膜は、基材1の上に、必要に応じて、ハードコート層2が形成され、この上に、本発明の硬化性樹脂組成物からなる塗膜を形成し、硬化させることにより、一の塗膜から、(B)成分が高濃度に存在する高屈折率層3と、(A)成分が高濃度に存在する低屈折率層4が形成される。このようにして形成された二層の電子顕微鏡写真を図3に示す。図3の右側が空気側であり、左側が基材に近い側である。(A)成分が高濃度に存在する層と、(B)成分が高濃度に存在する層とが連続した二層を形成している様子がわかる。
本発明の硬化性樹脂組成物中の(A)重合性基含有含フッ素重合体は、熱硬化性樹脂(例えば、メラミン化合物)に比べて屈折率が低く、反射防止膜の低屈折率層として好ましい光学的特性を有している。そして、(B)の構成材料として、硬化後の屈折率の高い重合性基含有有機化合物を用いることにより、より良好な反射防止特性を有する反射防止膜を得ることができる。
本発明の硬化膜は、高硬度であるとともに、耐擦傷性並びに基材及び基材やハードコート層等の隣接層との密着性に優れた塗膜(被膜)を形成し得る特徴を有している。また、硬化反応に熱を用いないため、熱硬化反応で生じる加水分解反応を伴わないので、得られる硬化膜の耐湿熱性に優れている。従って、本発明の硬化膜は、フィルム型液晶素子、タッチパネル、プラスチック光学部品等の反射防止膜に特に好適に用いられる。
得られる連続する二層以上からなる硬化膜の膜厚は、目的・用途に応じて適宜設定すべきであるが、反射防止膜の高屈折率層及び低屈折率層として用いる場合には、二層以上からなる硬化膜全体の厚さは、通常0.1〜1μmの範囲内であり、好ましくは0.15〜0.5μmの範囲内である。
また、(A)成分が高濃度に存在する低屈折率層のみの厚さは、通常0.05〜0.2μmの範囲内、好ましくは0.05〜0.15μmの範囲内である。(B)成分が高濃度に存在する高屈折率層のみの厚さは、通常0.05〜0.9μmの範囲内、好ましくは0.05〜0.5μmの範囲内である。
得られた硬化膜の反射率の変化の程度は、(A)及び(B)成分の含有量、種類、(D)成分(重合性モノマー)の含有量、種類等により調整できる。さらに、(C)有機溶剤の種類、希釈度によっても硬化膜の反射率を調整することができる。
また、硬化膜の低屈折率部分における屈折率は、例えば、1.30〜1.50であり、高屈折率部分における屈折率は、1.55〜1.70である。
さらに本発明の組成物中に(E)シリカ粒子を配合すると、前記の二層分離において(E)成分は(A)成分が高濃度に存在する層に偏在化する。この場合、(E)成分が高密度に偏在化した(A)の低屈折率層と実質的に(E)成分が存在しない(B)成分が高濃度に存在する高屈折率層に分離する。この層分離は硬化塗膜の透過型電子線顕微鏡観察及び反射率曲線から算出される屈折率によって確認することができる。(E)成分が(A)成分が高濃度に存在する低屈折率層に偏在化することで、低屈折率層の硬度を改善し、耐擦傷性を向上させる。さらに(E)成分が重合性基を有する有機化合物(特定有機化合物(S))により表面処理されている場合、シリカ粒子と重合性フッ素重合体が化学結合し、さらに耐擦傷性が改善される。
(E)成分を含有する本発明の硬化性樹脂組成物からなる本発明の硬化膜を用いた反射防止膜の代表的な構成を図2に基づいて説明する。
本発明の硬化膜は、基材1の上に、必要に応じて、ハードコート層2が形成され、この上に、本発明の硬化性樹脂組成物からなる塗膜を形成し、硬化させることにより、一の塗膜から、(B)成分が高濃度に存在する高屈折率層3と、(A)成分が高濃度に存在する低屈折率層4が形成され、同時に、(A)成分が高濃度に存在する低屈折率層4中に、(E)成分のシリカ粒子5が存在している。このようにして形成された二層の電子顕微鏡写真を図4に示す。図4の左側が空気側であり、右側が基材に近い側である。(E)成分のシリカ粒子を含み、かつ(A)成分が高濃度に存在する層と、(B)成分が高濃度に存在する層とが連続した二層を形成している様子がわかる。
III.積層体
本発明の積層体は、本発明の硬化性樹脂組成物から得られる二層以上の層構造を有する硬化膜を、積層構造の一部とする積層体である。本発明の積層体を構成する基材層以外の任意の二以上の隣接層は、本発明の硬化性樹脂組成物の硬化膜として製造することができる。
本発明の積層体は、例えば、基材が透明基材の場合には、最外層(基材から最も遠い層)に低屈折率層を設けることにより、優れた反射防止膜となる。本発明の積層体は、反射防止膜の他にも、例えば、レンズ、選択透過膜フィルター等の光学用部品に使用できる。
反射防止膜の具体的層構成は、特に限定されるものではない。通常は、基材上に、少なくとも、高屈折率膜、及び低屈折率膜をこの順に積層することにより反射防止機能を持たせたものである。積層体の層構成の一部には、この他にも、ハードコート層、帯電防止層等を含めることができる。本発明の硬化性樹脂組成物を硬化することによって得られる硬化膜は、一の工程によって、基材の上に、高屈折率層及び低屈折率層を形成できるため、製造工程の簡略化ができる。
本発明の硬化膜は、通常、高屈折率層及び低屈折率層の二層からなり、これを基材上に形成することによって、反射防止膜として好適な積層体を形成することができる。本発明の積層体の典型例である反射防止膜を前述の図1に示す。
反射防止膜は、これら以外の層をさらに有していてもよく、例えば、高屈折率膜と低屈折率膜の組み合わせを複数個設けて広い波長範囲の光に対して比較的均一な反射率特性を有するいわゆるワイドバンドの反射防止膜としてもよく、帯電防止層を設けてもよい。
基材としては特に制限はないが、反射防止膜として用いる場合には、例えば前述の、プラスチック(ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、ノルボルネン系樹脂等)等を挙げることができる。
[実施例]
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例の記載に何ら限定されるものではない。また、実施例中、各成分の配合量は特に記載のない限り、「部」は質量部を、「%」は質量%を意味している。
製造例1:水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の製造
内容積1.5Lの電磁攪拌機付きステンレス製オートクレーブを窒素ガスで十分置換した後、酢酸エチル1200g、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)346.3g、エチルビニルエーテル93.8g、ヒドロキシエチルビニルエーテル114.6g、ノニオン性反応性乳化剤として「アデカリアソープER−30」(旭電化工業株式会社製、固形分濃度15%)427.8g、アゾ基含有ポリジメチルシロキサンとして「VPS−1001」(和光純薬工業株式会社製)20.0g及び過酸化ラウロイル3.0gを加え、ドライアイス−メタノールで−50℃まで冷却した後、再度窒素ガスで系内の酸素を除去した。
次いでヘキサフルオロプロピレン214.8gを加え、昇温を開始した。オートクレーブ内の温度が60℃に達した時点での圧力は5.3×10Paを示した。その後、70℃で20時間攪拌下に反応を継続し、圧力が1.7×10Paに低下した時点でオートクレーブを水冷し、反応を停止させた。室温に達した後、未反応モノマーを放出しオートクレーブを開放し、固形分濃度29%のポリマー溶液を得た。得られたポリマー溶液をメタノールに投入しポリマーを析出させた後、メタノールにて洗浄し、50℃にて真空乾燥を行い780gの含フッ素重合体(A−2)を得た。
製造例2:アクリロイル基含有含フッ素重合体(A−3)の製造
電磁攪拌機、ガラス製冷却管及び温度計を備えた容量1リットルのセパラブルフラスコに、製造例1で得られた水酸基含有含フッ素重合体(A−2)を50.0g、重合禁止剤として2,6−ジ−t−ブチルメチルフェノール0.01g及びメチルイソブチルケトン(以下、「MIBK」という)374gを仕込み、20℃で水酸基含有含フッ素重合体(A−2)がMIBKに溶解して、溶液が透明、均一になるまで攪拌を行った。次いで、この系に、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート(A−1)16.0gを添加し、溶液が均一になるまで攪拌した後、ジブチルチンジラウレート0.1gを添加して反応を開始し、系の温度を55〜65℃に保持し5時間攪拌を継続することにより、エチレン性不飽和基含有含フッ素重合体(A−3)のMIBK溶液を得た。この溶液をアルミ皿に2g秤量後、150℃のホットプレート上で5分間乾燥、秤量して固形分含量を求めたところ、15.0%であった。
製造例3:重合性基を有する特定有機化合物(S−1)の合成
乾燥空気中、メルカプトプロピルトリメトキシシラン221部、ジブチル錫ジラウレート1部からなる溶液に対し、イソホロンジイソシアネート222部を攪拌しながら50℃で1時間かけて滴下後、70℃で3時間加熱攪拌した。これに新中村化学製NKエステルA−TMM−3LM−N(ペンタエリスリトールトリアクリレート60質量%とペンタエリスリトールテトラアクリレート40質量%とからなる。このうち、反応に関与するのは、水酸基を有するペンタエリスリトールトリアクリレートのみである。)549部を30℃で1時間かけて滴下後、60℃で10時間加熱攪拌することで重合性基を含む有機化合物を得た。反応液中の残存イソシアネート量をFT−IRで分析したところ0.1%以下であり、反応がほぼ定量的に終了したことを示した。生成物の赤外吸収スペクトルは原料中のメルカプト基に特徴的な2550カイザーの吸収ピーク及び原料イソシアネート化合物に特徴的な2260カイザーの吸収ピークが消失し、新たにウレタン結合及びS(C=O)NH−基に特徴的な1660カイザーのピーク及びアクリロキシ基に特徴的な1720カイザーのピークが観察され、重合性不飽和基としてのアクリロキシ基と−S(C=O)NH−、ウレタン結合を共に有するアクリロキシ基修飾アルコキシシランが生成していることを示した。以上により、下記式(20)及び(21)で示される化合物が合計で773部と、反応に関与しなかったペンタエリスリトールテトラアクリレート220部が混在している組成物(S−1)を得た。
[式中、Acrylは、アクリロイル基を示し、Me、メチル基を示す。]
製造例4:重合性基を有するシリカ粒子(E−1)の製造
製造例3で合成した特定有機化合物を含む組成物(S−1)4.0部、メチルエチルケトンシリカゾル(MEK−ST―L、日産化学工業製、数平均粒子径0.04μm、シリカ濃度30%)91.3部(固形分27.4部)、イソプロパノール0.2部及びイオン交換水0.1部の混合液を、80℃、3時間攪拌後、オルト蟻酸メチルエステル1.4部を添加し、さらに1時間同一温度で加熱攪拌することで無色透明の粒子分散液(E−1)を得た。粒子分散液(E−1)をアルミ皿に2g秤量後、120℃のホットプレート上で1時間乾燥、秤量して固形分含量を求めたところ、35質量%であった。
製造例5:2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(D−1)の製造
攪拌機付きの容器内のイソホロンジイソシアネート18.8部と、ジブチル錫ジラウレート0.2部とからなる溶液に対し、新中村化学製NKエステルA−TMM−3LM−N(反応に関与するのは、水酸基を有するペンタエリスリトールトリアクリレートのみである。)93部を、10℃、1時間の条件で滴下した後、60℃、6時間の条件で攪拌し、反応液とした。
この反応液中の生成物、即ち、製造例3と同様にして残存イソシアネート量をFT−IRで測定したところ、0.1質量%以下であり、反応がほぼ定量的に行われたことを確認した。また、分子内に、ウレタン結合、及びアクリロイル基(重合性不飽和基)とを含むことを確認した。
以上により、下記式(22)で示される化合物が75部得られたほか、反応に関与しなかったペンタエリスリトールテトラアクリレート37部が混在している混合物(D−1)を得た。
[式中、Acrylは、アクリロイル基を示す。]
製造例6:水酸基含有含フッ素重合体(A−4)の製造
内容積1.5Lの電磁攪拌機付きステンレス製オートクレーブを窒素ガスで十分置換した後、酢酸エチル1600g、ヘキサフルオロプロペン405.0g、エチルビニルエーテル32.0g、ヒドロキシエチルビニルエーテル99.0g、アゾ基含有ポリジメチルシロキサンとして「VPS−1001」(和光純薬工業株式会社製)24.0g及び過酸化ラウロイル4.0gを加え、ドライアイス−メタノールで−50℃まで冷却した後、再度窒素ガスで系内の酸素を除去した。
次いで1−ビニロキシヘプタフルオロデカン330.0gを加え、昇温を開始した。オートクレーブ内の温度が60℃に達した時点での圧力は5.2×10Paを示した。その後、70℃で20時間攪拌下に反応を継続し、圧力が1.7×10Paに低下した時点でオートクレーブを水冷し、反応を停止させた。室温に達した後、未反応モノマーを放出しオートクレーブを開放し、固形分濃度30%のポリマー溶液を得た。得られたポリマー溶液をメタノールに投入しポリマーを析出させた後、メタノールにて洗浄し、50℃にて真空乾燥を行い740gの含フッ素重合体(A−4)を得た。
製造例7:アクリロイル基含有含フッ素重合体(A−5)の製造
製造例2において水酸基含有含フッ素重合体(A−2)の代わりに(A−4)を使用した以外は同様の操作を行いエチレン性不飽和基含有含フッ素重合体(A−5)のMIBK溶液を得た。製造例2と同様に固形分含量を求めたところ、15.0%であった。
製造例8:水酸基含有含フッ素重合体(A−6)の製造
内容積1.5Lの電磁攪拌機付きステンレス製オートクレーブを窒素ガスで十分置換した後、酢酸エチル2100g、エチルビニルエーテル61g、ヒドロキシエチルビニルエーテル186g、1−ビニロキシーヘプタデカフルオロデカン621g、ノニオン性反応性乳化剤として「アデカリアソープER−30」(旭電化工業株式会社製、固形分濃度15%)1200g、アゾ基含有ポリジメチルシロキサンとして「VPS−1001」(和光純薬工業株式会社製)45g及び過酸化ラウロイル8gを加え、ドライアイス−メタノールで−50℃まで冷却した後、再度窒素ガスで系内の酸素を除去した。
次いでヘキサフルオロプロピレン760gを加え、昇温を開始した。オートクレーブ内の温度が60℃に達した時点での圧力は5.3×10Paを示した。その後、70℃で20時間攪拌下に反応を継続し、圧力が1.7×10Paに低下した時点でオートクレーブを水冷し、反応を停止させた。室温に達した後、未反応モノマーを放出しオートクレーブを開放し、固形分濃度29%のポリマー溶液を得た。得られたポリマー溶液をメタノールに投入しポリマーを析出させた後、メタノールにて洗浄し、50℃にて真空乾燥を行い1500gの含フッ素重合体(A−6)を得た。
製造例9:水酸基含有含フッ素重合体(A−7)の製造
内容積1.5Lの電磁攪拌機付きステンレス製オートクレーブを窒素ガスで十分置換した後、酢酸エチル1400g、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)506g、ヒドロキシエチルビニルエーテル151g、1−ビニロキシ−ヘプタデカフルオロデカン93g、ノニオン性反応性乳化剤として「アデカリアソープNE−30」(旭電化工業株式会社製、固形分濃度15%)150g、アゾ基含有ポリジメチルシロキサンとして「VPS−1001」(和光純薬工業株式会社製)23g及び過酸化ラウロイル4gを加え、ドライアイス−メタノールで−50℃まで冷却した後、再度窒素ガスで系内の酸素を除去し、昇温を開始した。オートクレーブ内の温度が60℃に達した時点での圧力は5.3×10Paを示した。その後、70℃で20時間攪拌下に反応を継続し、圧力が1.7×10Paに低下した時点でオートクレーブを水冷し、反応を停止させた。室温に達した後、未反応モノマーを放出しオートクレーブを開放し、固形分濃度30%のポリマー溶液を得た。得られたポリマー溶液をメタノールに投入しポリマーを析出させた後、メタノールにて洗浄し、50℃にて真空乾燥を行い720gの含フッ素重合体(A−7)を得た。
製造例10:重合性基含有含フッ素重合体(A−8)の製造
電磁攪拌機、ガラス製冷却管及び温度計を備えた容量10リットルのセパラブルフラスコに、製造例8で得られた水酸基含有含フッ素重合体(A−6)を680g、重合禁止剤として2,6−ジ−t−ブチルメチルフェノール0.1g及びMIBK4800gを仕込み、20℃で水酸基含有含フッ素重合体(A−6)がMIBKに溶解して、溶液が透明、均一になるまで攪拌を行った。次いで、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート(A−1)162gを添加し、溶液が均一になるまで攪拌した後、ジブチルチンジラウレート1.7gを添加して反応を開始し、温度を55〜65℃に保持して5時間攪拌を継続することにより、エチレン性不飽和基含有含フッ素重合体(A−8)のMIBK溶液を得た。この溶液をアルミ皿に2g秤量後、150℃のホットプレート上で5分間乾燥、秤量して固形分含量を求めたところ、15%であった。
製造例11:重合性基含有含フッ素重合体(A−9)の製造
電磁攪拌機、ガラス製冷却管及び温度計を備えた容量1リットルのセパラブルフラスコに、製造例9で得られた水酸基含有含フッ素重合体(A−7)を20g、MIBK180g、ジメチルアニリン5gを仕込み、室温で溶液が均一になるまで攪拌を行った。次いで、アクリル酸クロライド3.8gを添加し、溶液が均一になるまで攪拌した後、温度を55〜65℃に保持し12時間攪拌を行った。その後、室温まで冷却し、10%アンモニア水を8g滴下した。こうして得られた反応混合溶液をメタノールと水の混合溶液(混合比メタノール:水=9:1)1リットルに投入しポリマーを沈殿させた。貧溶媒をデカンテーションで取り除き、MIBK200gを加えて溶液が均一になるまで攪拌し、その後無水硫酸マグネシウム2gを加え、さらに1時間攪拌した。一晩放置後、無水硫酸マグネシウムをろ別してエチレン性不飽和基含有含フッ素重合体(A−9)のMIBK溶液を得た。この溶液をアルミ皿に2g秤量後、150℃のホットプレート上で5分間乾燥、秤量して固形分含量を求めたところ、10%であった。
実施例1:硬化性樹脂組成物1の調製
製造例1で得られた水酸基含有含フッ素重合体(A−2)4.75g(重合性基含有フッ素重合体として4.75g)、9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン(A−BPEF、新中村化学工業製)4.75g、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルホリノプロパン−1−オン(イルガキュア907、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.05g、MIBK115gを加え攪拌した。得られた硬化性樹脂組成物の固形分濃度は8%であった。
実施例2:硬化性樹脂組成物2の調製
製造例2で得られたアクリロイル基含有含フッ素重合体(A−3)のMIBK溶液31.7g(重合性基含有フッ素重合体として4.75g)、9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン(A−BPEF、新中村化学工業製)4.75g、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルホリノプロパン−1−オン(イルガキュア907、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.05g、MIBK88.1gを加え攪拌した。得られた硬化性樹脂組成物の固形分濃度は8%であった。
実施例3〜23、比較例1〜8
各成分を表1〜5に示す割合で配合した以外は実施例1〜2と同様にして硬化性樹脂組成物を得た。実施例7〜13では、製造例2においてMIBKの代わりに表3に記載の各希釈溶剤を使用して、アクリロイル基含有含フッ素重合体(A−3)を合成した以外は製造例2と同様に製造されたアクリロイル基含有含フッ素重合体(A−3)を用いることにより、各実施例に示された希釈溶剤を用いた硬化性樹脂組成物を得た。
また、上記実施例1〜23、比較例1〜8で製造した硬化性樹脂組成物を用いて、硬化膜を作製し、硬化膜の特性を評価した。硬化膜の製造方法は、下記のとおりである。
シリカ粒子ゾル(MEK−ST、日産化学工業製、数平均粒子径0.022μm、シリカ濃度30%)98.6g、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン(IRGACURE907、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製)1.2g、多官能ウレタンアクリレートオリゴマー(U−6HA、新中村化学工業製)33.2g、シクロヘキサノン7gを混合攪拌し、シリカ粒子含有ハードコート層用組成物を得た。このシリカ粒子含有ハードコート層用組成物を、ワイヤーバーコータ(#12)を用いて、トリアセチルセルロースフィルム(LOFO製、膜厚80μm)に塗工した後、オーブン中80℃で1分間乾燥した。続いて、空気下、高圧水銀ランプを用いて、0.3J/cmの光照射条件で紫外線を照射することにより、ハードコート層を形成した。ハードコート層の膜厚を触針式膜厚計にて測定したところ5μmであった。
得られたハードコート層の上に、ワイヤーバーコータ(#3)を用いて、上記実施例1〜19及び比較例1〜8で得られた各硬化性樹脂組成物を塗工し、室温で5分間乾燥させた。その後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯ランプを用いて、0.9J/cmの光照射条件で紫外線を照射することにより全体の膜厚が0.2μmの硬化膜層を形成した。
<硬化膜の評価>
得られた硬化膜について、下記特性を評価した。得られた結果を表1〜5に示す。
(1)外観
前記の方法によって得られた硬化膜を蛍光灯下にて目視で、異物によるブツや塗布ムラによる虹模様等の外観上の欠陥を、以下の基準で評価した。
◎:硬化膜にブツや塗布ムラが全く認められない。
○:硬化膜にブツや塗布ムラがわずかに認められるものの、使用上の問題が無い。
△:硬化膜にブツや塗布ムラが認められる。
×:硬化膜にブツや塗布ムラが多く認められる。
(2)ヘイズ
得られた積層体における濁度(Haze値)を、Haze計を用いて測定し、以下の基準で評価した。
◎:Haze値が0.5%以下である。
○:Haze値が1%以下である。
△:Haze値が3%以下である。
×:Haze値が3%を超える。
(3)反射率
得られた反射防止用積層体の反射防止性を、分光反射率測定装置(大型試料室積分球付属装置150−09090を組み込んだ自記分光光度計U−3410、日立製作所(株)製)により、波長340〜700nmの範囲で反射率を測定して評価した。具体的には、アルミの蒸着膜における反射率を基準(100%)として、各波長における反射防止用積層体(反射防止膜)の反射率を測定し、そのうち波長550nmにおける光の反射率から、反射防止性を、以下の基準で評価した。
◎:反射率が1%以下である。
○:反射率が2%以下である。
△:反射率が3%以下である。
×:反射率が3%を超える。
(4)耐スチールウール性
硬化膜のスチールウール耐性テストを次に示す方法で実施した。即ち、スチールウール(ボンスターNo.0000、日本スチールウール(株)社製)を学振型摩擦堅牢度試験機(AB−301、テスター産業(株)製)に取りつけ、硬化膜の表面を荷重500gの条件で10回繰り返し擦過し、当該硬化膜の表面における傷の発生の有無を目視で、以下の基準で評価した。
◎:硬化膜に剥離や傷が全く認められない。
○:硬化膜の剥離や傷の発生がほとんど認められない。
△:硬化膜に細い傷が認められる。
×:硬化膜の一部に剥離が生じ、又は硬化膜の表面に筋状の傷が発生した。
(5)耐布性
硬化膜の布耐性テストを次に示す方法で実施した。即ち、ベンコット(S−2、旭化成社製)を学振型摩擦堅牢度試験機(AB−301、テスター産業(株)製)に取りつけ、硬化膜の表面を荷重1kgの条件で100回繰り返し擦過し、当該硬化膜の表面における傷の発生の有無を目視で、以下の基準で評価した。
◎:硬化膜に剥離や傷が全く認められない。
○:硬化膜の剥離や傷の発生がほとんど認められない。
△:硬化膜に細い傷が認められる。
×:硬化膜の一部に剥離が生じ、又は硬化膜の表面に筋状の傷が発生した。
(6)耐薬品性
硬化膜の薬品耐性テストを次に示す方法で実施した。得られた反射防止膜上に3%水酸化ナトリウム水溶液、1%塩酸、エタノール、MEK、ガラスマイペット(花王製)をそれぞれ1滴滴下し、室温で30分間放置した。その後、ベンコット(S−2、旭化成社製)で薬液を拭取り、室温で3分間乾燥させた。そして、滴下した痕を目視にて、以下の基準で評価した。
○:いずれの薬品でも硬化膜の剥離や傷が全く認められない。
△:1種類以上の薬品で硬化膜の剥離や傷が認められる。
×:すべての薬品で硬化膜の剥離や傷が認められる。
(7)防汚性
硬化膜の防汚性テストを次に示す方法で実施した。得られた反射防止膜上に指紋を付着させ、ベンコット(S−2、旭化成社製)で指紋を拭取った。拭取り跡を目視にて、以下の基準で評価した。
○:指紋が完全に拭取れる。
△:指紋がわずかに残る。
×:全く指紋が拭取れない。
(8)色目
上記(3)反射率の測定で得られた反射率曲線よりC光源による角度10°からの色空間の値(b*)により、以下の基準で評価した。
◎:b*が−5以下
○:b*が−5を超え−8以下
△:b*が−8を超え−10以下
×:b*が−10以上
各表において、「硬化後の屈折率」とは、その成分単独で硬化させた硬化膜のアッベ屈折率計で測定された屈折率を意味する。
各表に記載の成分の詳細を下記に示す。
(A)成分:
水酸基含有含フッ素重合体A−2(製造例1で製造)
アクリロイル基含有含フッ素重合体A−3(製造例2で製造)
アクリロイル基含有含フッ素重合体A−5(製造例7で製造)
(B)成分:
9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン(新中村化学製A−BPEF)
ビスフェノールA EO変性ジアクリレート(サートマー製SR−349)
臭素化ビスフェノールAエポキシジアクリレート(日本ユピカ製ネオポール8330)
ビスフェノールAエポキシアクリレート(日本ユピカ製ネオポール8332)
フルオレンとビスフェノールAとの共重合体のエポキシアクリレート(日本ユピカ製ネオポール8335)
希釈溶剤((C)成分の有機溶剤を含む):
各溶剤はすべて和光純薬製のものを用いた
(D)成分:
フェノキシエチルアクリレート(第一工業製PHE)
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬製DPHA)
N−ビニル−2−ピロリドン(東亞合成製M−150)
化合物(D−1)(製造例5で製造)
CN4000(サートマー社製末端アクリルのフッ素オリゴマー)
(E)成分:
アクリル変性シリカ粒子(E−1)(製造例3で製造)
(F)成分:
2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルホリノプロパン−1−オン(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製イルガキュア907)
(G)成分:
両末端メタクリル変性ポリジメチルシロキサン(チッソ社製FM7725、両末端メタクリルアクリルポリジメチルシロキサン、スリップ剤)
本発明の硬化性樹脂組成物は、一の塗膜から、基材上に二層以上の多層構造を有する硬化膜を形成することができる。
本発明の硬化性樹脂組成物、その硬化物は、例えば、プラスチック光学部品、タッチパネル、フィルム型液晶素子、プラスチック容器、建築内装材としての床材、壁材、人工大理石等の傷付き(擦傷)防止や汚染防止のための保護コーティング材;フィルム型液晶素子、タッチパネル、プラスチック光学部品等の反射防止膜;各種基材の接着剤、シーリング材;印刷インクのバインダー材等として、特に反射防止膜として好適に用いることができる。

Claims (21)

  1. 下記成分(A)〜(C):
    (A)重合性基を有する含フッ素重合体、
    (B)重合性基を有し、硬化後の屈折率が1.55以上となる有機化合物、
    (C)ケトン類及びエステル類からなる群から選択される1種以上の有機溶剤、
    を有し、全溶剤に占める前記(C)ケトン類及びエステル類からなる群から選択される1種以上の有機溶剤の割合が30質量%以上である硬化性樹脂組成物。
  2. 前記(A)重合性基を有する含フッ素重合体が、1個のイソシアネート基と1個以上のエチレン性不飽和基とを有する化合物(A−1)と、水酸基を有する含フッ素重合体(A−2)との反応物である請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 前記水酸基を有する含フッ素重合体(A−2)が、下記の構造単位(a)〜(c)の合計を100モル%としたとき、(a)20〜70モル%、(b)10〜70モル%及び(c)5〜70モル%を含有し、かつゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算数平均分子量が5,000〜50,000である請求項1又は2に記載の硬化性樹脂組成物。
    (a)下記一般式(1)で表される構造単位。
    (b)下記一般式(2)で表される構造単位。
    (c)下記一般式(3)で表される構造単位。
    [式中、R1はフッ素原子、フルオロアルキル基、又は−OR2で表される基(R2はアルキル基、又はフルオロアルキル基を示す)を示す]
    [式中、R3は水素原子又はメチル基を、R4はアルキル基、−(CH2)x−OR5
    若しくは−OCOR5で表される基(R5はアルキル基、又はグリシジル基を、xは0又は1の数を示す)、カルボキシル基、又はアルコキシカルボニル基を示す]
    [式中、R6は水素原子、又はメチル基を、R7は水素原子、又はヒドロキシアルキル基を、aは0又は1の数を示す]
  4. 前記水酸基を有するフッ素重合体(A−2)が、上記の構造単位(a)〜(c)の合計100モル部に対して、アゾ基含有ポリジメチルシロキサン化合物に由来する下記構造単位(d)0.1〜10モル部を含む請求項3に記載の硬化性樹脂組成物。
    (d)下記一般式(4)で表される構造単位。
    [式中、R8及びR9は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、又はアリール基を示す]
  5. 前記水酸基を有するフッ素重合体(A−2)が、前記構造単位(d)を下記構造単位(e)の一部として含むことを特徴とする請求項4に記載の硬化性樹脂組成物。
    (e)下記一般式(5)で表される構造単位。
    [式中、R10〜R13は水素原子、アルキル基、又はシアノ基を示し、R14〜R17は水素原子又はアルキル基を示し、b、fは1〜6の数、c、eは0〜6の数、dは1〜200の数を示す。]
  6. 前記水酸基を有する含フッ素重合体(A−2)が、上記の構造単位(a)〜(c)の合計を100モル部に対して、下記構造単位(f)0〜5モル部を含む請求項2〜5のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
    (f)下記一般式(6)で表される構造単位。
    [式中、R18は乳化作用を有する基を示す。]
  7. 前記1個のイソシアネート基と1個以上のエチレン性不飽和基とを有する化合物(A−1)が、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネートである請求項2〜6に記載の硬化性樹脂組成物。
  8. 前記重合性基を有する有機化合物(B)が、重合性基として1個以上の(メタ)アクリロイル基を含有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  9. 前記重合性基を有する有機化合物(B)が、下記の構造単位(g)〜(i)のいずれか1種類又は2種類以上を繰り返し単位として有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
    (g)下記一般式(7)で表される構造単位。
    (h)下記一般式(8)で表される構造単位。
    (i)下記一般式(9)で表される構造単位。
    [式中、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
    [式中、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
  10. 前記(B)重合性基を有する有機化合物が、下記構造式(j)〜(m)で表される、前記構造単位(g)〜(i)のいずれか1種類又は2種類以上を含み、かつ(メタ)アクリロイル基を有する有機化合物(Ba)である請求項1〜9のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
    (j)下記一般式(10)で表される構造単位。
    (k)下記一般式(11)で表される構造単位。
    (l)下記一般式(12)で表される構造単位。
    (m)下記一般式(13)で表される構造単位。
    [式中、R19はメチル基又は水素原子、R20は炭素数3以下のアルキル基又は水素原子、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
    [式中、R21はメチル基又は水素原子、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
    [式中、R22はメチル基又は水素原子、R23は炭素数3以下のアルキル基又は水素原子を示す。]
    [式中、R24はメチル基又は水素原子、Xは水素原子又はハロゲン原子(フッ素を除く)を示す。]
  11. 前記有機溶剤(C)が、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチルからなる群から選ばれる1種単独又は2種類以上の混合である請求項1〜10のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  12. さらに、(D)1個以上の重合性基を有する化合物及び/又は1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する含フッ素化合物を含有する請求項1〜11のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  13. さらに、(E)シリカ粒子を含有する請求項1〜12のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  14. 前記(E)シリカ粒子が、(メタ)アクリロイル基を有する有機化合物(S)によって表面処理されている請求項13に記載の硬化性樹脂組成物。
  15. 前記(S)(メタ)アクリロイル基を有する有機化合物が、(メタ)アクリロイル基に加えて、下記構造式(n)に示す基を有する請求項14に記載の硬化性樹脂組成物。
    (n)下記一般式(14)で表される構造単位。
    [式中、Uは、NH、O(酸素原子)又はS(イオウ原子)を示し、Vは、O又はSを示す。]
  16. 前記(S)(メタ)アクリロイル基を有する有機化合物が、分子内にシラノール基を有する化合物又は加水分解によってシラノール基を生成する化合物である請求項14又は15に記載の硬化性樹脂組成物。
  17. さらに、(F)光ラジカル重合開始剤を含有する請求項1〜16のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  18. 請求項1〜17のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を硬化させて得られ、二層以上の多層構造を有する硬化膜。
  19. 前記(A)重合性基を有する含フッ素重合体を主成分とする硬化物からなる1以上の層と、前記(B)重合性基を有し、硬化後の屈折率が1.55以上となる有機化合物を主成分とする硬化物からなる1以上の層からなる二層以上の層構造を有する請求項18に記載の硬化膜。
  20. さらに、前記(E)シリカ粒子が、実質的に、前記(A)重合性基を有する含フッ素重合体を主成分とする硬化物からなる層に存在する、請求項19に記載の硬化膜。
  21. 請求項18〜20のいずれか1項に記載の硬化膜を有する積層体。
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