JPWO2007060884A1 - 中空シリカ微粒子、それを含む透明被膜形成用組成物、および透明被膜付基材 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、外周部が殻、中心部が中空で、殻は外側が緻密で内側ほど粗な濃度傾斜構造をもったコア・シェル構造であるミクロンサイズの球状シリカ粒子が公知である(特許文献4参照)。
このようなシリカ微粒子を含有するフィルムや透明被膜においては、しばしば、得られるフィルムや透明被膜の白化の問題が生じていた。
また、本発明は、そのような優れた効果を発揮できる中空シリカ微粒子を含有する透明被膜形成用組成物および、該透明被膜形成用組成物を硬化して得られる透明被膜付基材を提供することを目的とする。
本出願の第2の発明は、前記中空シリカ微粒子が200℃〜500℃の温度範囲での示差熱保持測定(DTA)において正のDTAピークを有することを特徴とする。
本出願の第4の発明は前記中空シリカ微粒子が、その表面に有する珪素原子に直接結合した有機基が飽和または不飽和の炭素数1〜18の炭化水素基、炭素数1〜18のハロゲン化炭化水素基から選ばれる1種以上のものであることを特徴とする。
本出願の第7の発明は、前記第1〜第4のいずれかの発明に係る中空シリカ微粒子とバインダーを含むことを特徴とする透明被膜形成用組成物である。
本出願の第8の発明は、前記第7の発明に係る透明被膜形成用組成物が硬化した透明被膜を表面に有することを特徴とする透明被膜付基材である。
一般式(1): -R-OC(=O)CCH3=CH2
(Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基)
一般式(2): -R-OC(=O)CH=CH2
(Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基)
一般式(3): -R-CnFaHb
(a+b=2n+1、 n は1〜3の整数、Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基)
本出願の第12の発明は、前記第11の発明に係る透明被膜形成用組成物に含まれる前記中空シリカ微粒子の濃度(CPA)が0.1〜20重量%、バインダーの固形分としての濃度(CM)が1〜50重量%の範囲にあり、溶媒が極性溶媒であることを特徴とする透明被膜形成用組成物である。
本出願の第16の発明は、前記第15の発明において、前記中空シリカ微粒子の偏在して、分散している状態が、単層状または多層状であることを特徴とする透明被膜付基材である。
本出願の第18の発明は、前記第17の発明において、前記中空シリカ微粒子の偏在して、分散している状態が、単層状または多層状であり、前記金属酸化物微粒子の偏在して、分散している状態が、単層状または多層状であることを特徴とする透明被膜付基材である。
本発明の製造方法によれば、前記の中空シリカ微粒子を効率的に製造することができる。
本発明の中空シリカ微粒子は、平均粒子径5〜300nm、比表面積50〜1500m2/gであり、外殻の内部に空洞が形成されてなる中空のシリカ微粒子であって、熱重量測定(TG)により、200℃〜500℃の温度範囲において1.0重量%以上の重量減少を示すことを特徴とする中空シリカ微粒子である。また、このような中空シリカ微粒子は、通常、200℃〜500℃の温度範囲における示差熱保持測定において、正のDTAピークを示すことを特徴とするものである。
この様な珪素原子に直接結合した有機基は、シラン化合物と中空シリカ微粒子の表面シラノール基との前記反応により、Si−O−SiA3(Aは有機基)の様な構造をとって中空シリカ微粒子表面に結合するものと言われている。
DTA曲線のピークは有機基の脱離にともなう発熱反応を表すものであることが知られている。本発明においては、通常、前記熱重量特性が現れる温度範囲(200℃〜500℃)において、DTA曲線のピークが現れるものである。
本発明の中空シリカ微粒子を含有する透明被膜の基材との密着性、被膜の白化防止および耐擦傷性の面から見て、本発明の中空シリカ微粒子は、下記一般式(1)または一般式(2)の有機基を有するものであり、熱重量測定(TG)により、200℃〜500℃の温度範囲において1.5重量%以上の重量減少を示すものが好ましい。
一般式(1): -R-OC(=O)CCH3=CH2
(Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基)
一般式(2): -R-OC(=O)CH=CH2
(Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基)
また、前記と同様な理由で、本発明の中空シリカ微粒子が、下記一般式(3)の有機基を有するものが好ましい。
一般式(3): -R-CnFaHb
(a+b=2n+1、 n は1〜3の整数、Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基)
本発明の中空シリカ微粒子を含有する透明被膜の基材との密着性、被膜の白化防止および耐擦傷性に加えて、後記した透明被膜中に中空シリカ微粒子を層状に偏在させる効果の面から見て、本発明の中空シリカ微粒子は、動的光散乱法により測定される平均粒子径が5〜300nm、比表面積が50〜1500m2/gであり、外殻の内部に空洞が形成されてなる中空のシリカ微粒子であって、熱重量測定(TG)により、200℃〜500℃の温度範囲において1.0重量%以上の重量減少を示し、同温度範囲における示差熱保持測定(DTA)において正のDTAピークを有し、その表面に珪素原子に直接結合した有機基を有する中空シリカ微粒子であって、表面電荷量(QA)が5〜20μeq/gの範囲にある中空シリカ微粒子が特に好ましい。
本発明の中空シリカ微粒子は、原料として公知の中空シリカ微粒子を使用するものである。一般に中空シリカ微粒子は、外殻に細孔を有するものである。本発明の中空シリカ微粒子においては、外殻の細孔が存在してもよく、また、次記するような製造方法の工程中にて、加熱により細孔が消失していてもよい。
本発明の原料となる中空シリカ微粒子としては、平均粒子径が5〜300nm、比表面積が50〜1500m2/gのものが使用される。
例えば、水を分散媒として調製された中空シリカ微粒子からなるシリカゾルを溶媒置換して、オルガノゾルとする。通常は、限外濾過膜またはロータリーエバポレーターを用いて、シリカ固形分が1〜70重量%のオルガノゾルとする。
シリカ固形分については、溶媒の種類にもよるが70重量%以上は、中空シリカ微粒子が溶媒に分散し難く、1重量%未満では実用的ではない。
シラン化合物の添加量については、通常は、中空シリカ微粒子100重量部に対して、1〜50重量部添加される。1重量部未満では、未処理の中空シリカ微粒子の割合が高くなり好ましくない。他方、50重量部を越える場合は、シラン化合物が過剰となり、経済的ではない。シラン化合物の添加量としては、好適には3〜25重量部が推奨される。
このうち、特にアクリル基を有するシラン、メタクリル基を有するシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシランなどが好ましい。
アルカリ触媒の種類については、格別に限定されるものではないが、アンモニア、アルカリ金属の水酸化物、アミン化合物などが好適に使用される。または、これらアルカリは水溶液の形で添加しても良い。
また、前記の中空シリカ微粒子にシラン化合物を反応させるときの反応時間については、0.1時間未満では、充分に反応が進行しない場合があり、実用的ではない。他方、100時間を越えて反応させても、収率等に向上は見られず、それ以上の反応の継続は必要ない。この反応時間については、好適には3時間〜30時間の範囲が推奨される。
本発明の中空シリカ微粒子が分散したシリカ濃度1〜70重量%のオルガノゾルを調製し、30℃〜300℃の温度範囲で、該オルガノゾルにシラン化合物およびアルカリ触媒を添加し、シリカ配合量に対して水分量が0.1〜50重量%の条件で、該シラン化合物と該中空シリカ微粒子を反応させることを特徴とする中空シリカ微粒子の製造方法においては、特に前記シラン化合物の添加量が、前記中空シリカ微粒子100重量部に対して、1〜50重量部の範囲にあり、前記アルカリ触媒の添加量が、前記オルガノゾルに対して、20〜2,000ppmの範囲にある中空シリカ微粒子の製造方法が推奨される。
本出願の中空シリカ微粒子の製造方法の別の態様として、中空シリカ微粒子が分散したシリカ濃度1〜70重量%のオルガノゾルを調製し、30℃〜300℃の温度範囲で、該オルガノゾルにシラン化合物および/または疎水性官能基を有する多官能アクリル酸エステル樹脂、およびアルカリ触媒を添加し、シリカ配合量に対して水分量が0.1〜50重量%の条件で、該シラン化合物と該中空シリカ微粒子を反応させることを特徴とする中空シリカ微粒子の製造方法を挙げることができる。
本発明の透明被膜形成用組成物は、前記した本発明の中空シリカ微粒子とバインダーとを含むものである。
前記バインダーとは、基材の表面に被膜を形成し得る成分をいい、基材との密着性や硬度、塗工性等の条件に適合する有機樹脂等から選択して用いられ、有機樹脂、加水分解性有機珪素化合物またはその部分加水分解縮合物が、必要に応じて溶媒に分散されて使用される。
この様な光開始剤、硬化用触媒の例としては、過酸化物、アゾ化合物等のラジカル開始剤、チタン化合物、錫化合物、白金触媒、イシシアネートなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
本発明の透明被膜形成用組成物は、オルガノゾルまたはバインダーに由来する有機溶媒を含むものであり、用途に応じて適宜有機溶剤で希釈される。本発明の透明被膜形成用組成物は、好適には、本発明の中空シリカ微粒子およびバインダー(固形分)からなる固形分100重量部に対して、有機溶媒100〜5000重量部で希釈されたものが使用される。
メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、メチルイソカルビノールなどのアルコール類;
アセトン、2−ブタノン、エチルアミルケトン、ジアセトンアルコール、イソホロン、シクロヘキサノンなどのケトン類;
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;
ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、3,4−ジヒドロ−2H−ピランなどのエーテル類;
2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;
2−メトキシエチルアセテート、2−エトキシエチルアセテート、2−ブトキシエチルアセテートなどのグリコールエーテルアセテート類;
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、乳酸エチル、エチレンカーボネートなどのエステル類;
ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;
ヘキサン、ヘプタン、iso−オクタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類;
塩化メチレン、1,2−ジクロルエタン、ジクロロプロパン、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類;
ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;
N−メチル−2−ピロリドン、N−オクチル−2−ピロリドンなどのピロリドン類
などを例示することができる。これらの分散媒は、1種単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。このうち、特に極性溶媒が好適に使用できる。
また、本発明の透明被膜形成用組成物については、目的、用途に応じて防腐剤、抗菌剤、消泡剤、紫外線劣化防止剤、染料、レべリング剤などを添加しても良い。
本発明の透明被膜形成用組成物の好適な態様として、表面電荷量(QA)が5〜20μeq/gの範囲にある前記中空シリカ微粒子、前記バインダーおよび極性溶媒を含み、該中空シリカ微粒子の濃度(CPA)が0.1〜20重量%の範囲にあり、バインダーの固形分としての濃度(CM)が1〜50重量%の範囲にあることを特徴とする透明被膜形成用組成物を挙げることができる。
中空シリカ微粒子の濃度(CPA)が0.1重量%未満の場合、中空シリカ微粒子を含有してなる透明被膜形成用組成物が硬化してなる被膜中において、中空シリカ微粒子が偏在して、分散したことによる光学的特性や電気的特性が発現し難い。中空シリカ微粒子の濃度(CPA)が20重量%を超えると、中空シリカ微粒子を含有してなる透明被膜形成用組成物が硬化してなる被膜中に、中空シリカ微粒子が単分散する傾向が強まる。中空シリカ微粒子の濃度(CPA)については、好適には1〜10重量%の範囲が推奨される。
この透明被膜形成用組成物の好適な態様(1)に係る透明被膜形成用組成物の製造方法についても、前記透明被膜形成用組成物の製造方法が適用される。
本発明の透明被膜形成用組成物の好適な別の態様として、透明被膜形成用組成物が、表面電荷量(QA)が5〜20μeq/gの範囲にある中空シリカ微粒子、表面電荷量(QB)が51〜150μeq/gの範囲にある金属酸化物微粒子、バインダーおよび極性溶媒を含むものであり、該金属酸化物微粒子の表面電荷量(QB)と該中空シリカ微粒子の表面電荷量(QA)との差[(QB)−(QA)]の値が20〜100μeq/gの範囲にあり、該中空シリカ微粒子の濃度(CPA)が0.1〜20重量%の範囲にあり、該金属酸化物微粒子の濃度(CPB)が0.1〜20重量%の範囲にあり、バインダーの固形分としての濃度(CM)が1〜50重量%の範囲にあることを特徴とする透明被膜形成用組成物を挙げることができる。
[(QB)−(QA)]の値が、100μeq/gを超える場合は、両微粒子の表面電荷量の差が大きく、中空シリカ微粒子および金属酸化物微粒子がそれぞれ凝集し易くなる。
透明被膜を高屈折率膜として用いる場合は、金属酸化物微粒子として、通常屈折率が1.60以上、さらには1.80以上の微粒子が用いられ、具体的にはZrO2、TiO2、Sb2O5、ZnO2、Al2O3、SnO2、アンチモンドープ酸化錫、錫ドープ酸化インジウム、酸化錫ドープリン(PTO)等が好適に使用される。
なお、金属酸化物微粒子については、所望により、前記シラン化合物にて、処理されたものを使用してもよく、更には、本発明の第5の発明に係る中空シリカ微粒子の製造方法において、中空シリカ微粒子に代えて金属酸化物微粒子を適用することにより処理された金属酸化物微粒子を使用しても良い。
この透明被膜形成用組成物の好適な態様(2)に係る透明被膜形成用組成物の製造方法についても、前記透明被膜形成用組成物の製造方法において、更に金属酸化物微粒子を添加することにより行うことができる。
本発明の透明被膜付基材は、本発明の透明被膜形成用組成物を基材上で、単独でまたは他の被膜を介して硬化してなるものである。
当該基材の材質としては、被膜を形成することが可能な固体物であれば格別に制限されるものではない。 例えば、ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂、PET、TAC(トリアセチルセルロース)、MS基板(メタクリル酸メチルとスチレンの共重合物、ポリオレフイン系基材等が挙げられる。基材の形態としては、プラスチックシート、プラスチックフィルム、プラスチックレンズ、プラスチックパネル、陰極線管、蛍光表示管、液晶表示板等が挙げられる。
なお、本発明の透明被膜付基材上に更に別の目的でコーテイングがなされても良い。
紫外線による硬化方法の一例としては、基材に本発明の透明被膜形成用組成物を塗布し、70℃〜100℃にて予備乾燥を行った後、高圧水銀ランプまたはフュージョンランプを用い、波長は開始剤の吸収波長に合わせて、300〜1,000mJ/Cm2の範囲で紫外線照射して硬化させる。
本発明の基材に形成された透明被膜の屈折率は、中空シリカ系微粒子とバインダー成分の混合比率および使用するバインダーの屈折率によっても異なるが、1. 15〜1. 42と低屈折率となる。
本発明の透明被膜付基材の好適な態様としては、基材およびその表面に、平均粒子径5〜300nmの前記中空シリカ微粒子がバインダーに分散してなる透明被膜(膜厚100nm〜10000nm)が形成されてなる透明被膜付基材であって、該透明被膜中、厚さ方向の中間点より外表面側には該中空シリカ微粒子が偏在して、分散してなることを特徴とする透明被膜付基材を挙げることができる。
この透明被膜付基材においては、前記の通り、該被膜の厚さ方向の中間点より外表面側に中空シリカ微粒子が偏在して、分散してなるものであり、中空シリカ微粒子は、単層状または多層状ないしは点在して存在する。このような分散状態、特に単層状または多層状に偏在して分散した場合、該透明被膜は、中空シリカ微粒子の低屈折率に起因する反射防止性能あるいは中空シリカ微粒子の導電性に起因する帯電防止性能が強く発現される。
本発明の透明被膜付基材の別の好適な態様として、基材およびその表面に、平均粒子径1〜50nmの金属酸化物微粒子と平均粒子径5〜300nmの前記中空シリカ微粒子がバインダーに分散してなる透明被膜(膜厚100nm〜10000nm)が形成されてなる透明被膜付基材であって、該透明被膜中、厚さ方向の中間点より基材側には、該金属酸化物微粒子が偏在して、分散してなり、該厚さ方向の中間点より外表面側には該中空シリカ微粒子が偏在して、分散してなることを特徴とする透明被膜付基材を挙げることができる。
この透明被膜付基材については、中空シリカ微粒子および金属酸化物微粒子がそれぞれ単層または多層を構成するため、中空シリカ微粒子に起因する特性(反射防止性能、帯電防止性能など)と、所定の金属酸化物微粒子に起因する特性(擦傷性、基材への密着性、高屈折率に基づく特性、導電性など)を併せもつ被膜となる。
平均粒径5nm、SiO2濃度20重量%のシリカゾル100gと純水1900gとを混合して反応母液を調製し、80℃に加温した。この反応母液のpHは10.5であり、同母液にSiO2として1.17重量%の珪酸ナトリウム水溶液9,000gと、Al2O3として0.83重量%のアルミン酸ナトリウム水溶液9,000g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、珪酸ナトリウムおよびアルミン酸ナトリウムの添加直後、12.5に上昇し、その後、ほとんど変化しなかった。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。
このオルガノゾルは、平均粒子径が46nmで、比表面積が123m2/g、細孔容積 0.4596ml/gの中空シリカ微粒子が分散したオルガノゾル(以下、「中空シリカゾルA」と称する。)である。
前記中空シリカゾルA(シリカ固形分濃度20重量%)200gを用意し、限外濾過膜にて、メタノールへの溶媒置換を行い、SiO2分が20重量%のオルガノゾル100g(水分量はSiO2分に対して0.5重量%)を調製した。そこへ28%アンモニア水溶液を前記オルガノゾル100gに対してアンモニアとして100ppmとなるように加え、充分に混合し、次に、メタクリルシラン(信越化学株式会社製KBM503)4g(前記SiO2分100重量部に対して20重量部相当)を添加し、反応液(水分量はSiO2分に対して0.6重量%)とした。これを50℃に加温し、攪拌しながら50℃で15時間加熱を行なった。加熱終了後、反応液を常温まで冷却し、限外濾過膜で洗浄して、SiO2濃度20重量%の被覆中空微粒子からなるオルガノゾルを調製した。
このオルガノゾルについて、平均粒子径の測定、比表面積の測定、200〜500℃での示差熱熱重量同時測定(TG/DTA)および、微粒子の表面電荷量の測定を行い、その結果を後記する他の実施例および比較例の結果と共に表1に記した。
粒子径分布測定装置(大塚電子株式会社製、LP−510モデルPAR−III、動的光散乱法による測定原理)を使用して、レーザー光による動的光散乱法により平均粒子径を測定した。
具体的には、試料シリカゾルを0.58%アンモニア水にて希釈して、シリカ濃度1質量%に調整し、下記粒径測定装置を用いて平均粒子径を測定した。
ゾル50mlを110℃で20時間乾燥した試料について、比表面積測定装置(ユアサアイオニクス株式会社製、マルチソーブ12)を用いて窒素吸着法(BET法)により測定した。
具体的には、シリカゾル50mlにHNO3を加えて、pH3.5に調整し、1−プロパノール40mlを加え、110℃で20時間乾燥した試料について、乳鉢で粉砕後、マッフル炉にて500℃、1時間焼成し、測定用試料とした。そして、比表面積測定装置(ユアサアイオニクス製、型番マルチソーブ12)を用いて窒素吸着法(BET法)を用いて、窒素の吸着量から、BET1点法により比表面積を算出した。
示差熱熱重量測定装置(理学電機株式会社製、Themoplus TG8110)を用いて示差熱熱重量同時測定を行なった。測定条件は、空気雰囲気下、昇温速度10℃/分、室温〜500℃の温度範囲である。
実施例1および他の全ての実施例および全ての比較例における中空シリカ微粒子の示差熱熱重量同時測定(TG/DTA)測定用の試料については、前記の通り調製されたオルガノゾルの溶媒を除去した後、ヘキサンで充分に洗浄を行い、ヘキサンを除去した後、減圧乾燥機で乾燥させて粉末の試料(15mg)として測定に供した。
なお、実施例1〜実施例10、比較例3、実施例13〜実施例16にて使用した被覆中空シリカ微粒子については、それぞれ200℃〜500℃の温度範囲での、示差熱保持測定(DTA)において、X軸を温度、Y軸を発熱量としたとき、いずれも表1に示したピーク位置(温度)に発熱反応による正のピークを有するものであった。
中空シリカ微粒子または金属酸化物微粒子の表面電荷量の測定方法は、表面電位滴定装置(Mutek(株) pcd-03)を用いて、中空シリカ微粒子または金属酸化物微粒子の分散液(濃度1重量%、使用量15g)を0.001Nのポリ塩化ジアリルジメチルアンモニウムを用いて滴定し、粒子単位グラム当たりの表面電荷量(μeq/g)求めた。その結果を表1に示した。
また、オルガノゾルおよび反応液の水分量の測定については、それぞれ測定試料(1m≡)をシリンジに採取し、0.01g〜0.02gを水分計(京都電子工業株式会社製、カールフィッシャー水分計MKC−510)にて測定した。他の実施例および比較例についても同様に取り扱った。
上記実施例1〜実施例10および比較例1、比較例2および比較例3で得られた各オルガノゾル100g(シリカ固形分20g)とバインダー(アクリル樹脂[品番ヒタロイド1007、日立化成株式会社製]3gとを混合し、これに光開始剤(1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、商品名イルガキュア184)を前記シリカと樹脂の合計量に対して3重量%添加して、透明被膜形成用組成物を調製した。
実施例11で得られた各透明被膜形成用組成物を、PETフィルムにバーコーター法で塗布し、80℃で、1分間乾燥させて、透明被膜の膜厚が100nmの透明被膜付基材を得た。
この透明被膜付基材の被膜性能として、白化防止、耐擦傷性、密着性、透明被膜の屈折率、防眩性、鉛筆硬度、表面抵抗値、全光線透過率、ヘーズ、および、波長550nmの光線の反射率を測定した。なお、以下に示す実施例13〜16および比較例4についても同様に測定し、結果を表1に示した。
なお、未塗布のPETフィルムは全光線透過率が90. 7%、ヘイズが2. 0%、波長550nmの光線の反射率が7. 0%であった。
透明被膜付基材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(登録商標)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、以下の4段階に分類することによって密着性を評価した。
A: 残存升目の数95個以上
B: 残存升目の数90〜94個
C: 残存升目の数85〜89個
D: 残存升目の数84個以下
この透明被膜付基材について白化防止効果を測定し、その結果を表1に示した。白化防止効果は、透明被膜付基材を温度80℃の乾燥器に30分間入れて、塗膜の亀裂や白化の有無を目視観察し、次の3段階で評価した。
A: 亀裂や白化が無いもの。
B: 亀裂や白化が少し認められるもの。
C: 亀裂や白化がかなり認められるもの。
この透明被膜付基材について耐擦傷性を測定し、その結果を表1に示した。耐擦傷性は、#0000スチールウールを用い、荷重500g/cm2で50回摺動し、膜の表面を目視観察し、以下の4段階で評価した。
A: 筋条の傷が認められない。
B: 筋条に傷が僅かに認められる。
C: 筋条に傷が多数認められる。
D: 面が全体的に削られている。
透明被膜の屈折率は、エリプソメーター(ULVAC社製、EMS−1)により測定した。
透明被膜付基材の裏面を黒スプレーで均一に塗り、30Wの蛍光灯から2m離れ、蛍光灯の映り込みを目視に確認して防眩性を評価した。
◎: 蛍光灯が全く見えない。
○: 蛍光灯がわずかに見える。
△: 蛍光灯は見えるが輪郭がぼける。
×: 蛍光灯がはっきり見える。
鉛筆硬度は、JIS K 5400に準じて、鉛筆硬度試験器で測定した。即ち、被膜表面に対して45度の角度に鉛筆をセットし、所定の加重を負荷して一定速度で引っ張り、傷の有無を観察した。
表面抵抗を表面抵抗計(三菱油化(株)製:LORESTA)で測定した。
全光線透過率およびヘイズは、ヘーズメーター(日本電色株式会社製、NDH2000)により測定した。
波長550nmの光線の反射率は、分光光度計(日本分光社、Ubest−55)により測定した。
低屈折率成分として、シリカ系中空微粒子分散ゾル(触媒化成工業(株)製:スルーリア1420、平均粒子径60nm、濃度20.5重量%、分散媒:イソプロパノ−ル、粒子屈折率1.30、水分量はSiO2分に対して0.5重量%)を用いた。このゾル100gにパーフルオロオクチルエチルトリエトキシシラン10g(東レダウコーニング製 AY43-158E 100%)を混合し28%アンモニア水溶液を前記オルガノゾル100gに対してアンモニアとして400ppmとなるように加え(水分量は、SiO2分に対して、1重量%)、40℃で5時間攪拌し表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾルを得た(固形分20.3%)。
この表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾル15.5gと、ヘキサエリスリトールトリペンタアクリレート(日本化薬(株):KAYARAD DPHA)30gに光開始剤(チバスプシャリティ(株)製、イルガキュア184、IPAで溶解、固形分濃度10%)0.42g、およびイソプロパノ−ルとメチルイソブチルケトンの1/1(重量比)混合溶媒54.08gとを充分に混合して透明被膜形成用塗布液(A-1)を調製した。
透明被膜形成用塗布液(A-1)をPETフィルム(厚さ100μm、屈折率1.65、基材透過率88.0%、Haze1.0%、反射率5.1%)にバ−コ−タ−で塗布し、70℃で1分間乾燥した後、高圧水銀灯(80W/cm)を1分間照射して硬化させて透明被膜付基材(1)を調製した。このときの透明被膜の膜厚は5μmであった。透明被膜の一部を縦方向に垂直に切断し、断面を透過型電子顕微鏡によって観察したところ、上部にシリカ系中空微粒子が厚さ100nmの層をなしており、下部はマトリックスのみで粒子の存在は認められなかった。
低屈折率成分として、シリカ系中空微粒子分散ゾル(触媒化成工業(株)製:スルーリア1420、平均粒子径60nm、濃度20.5重量%、分散媒:イソプロパノ−ル、粒子屈折率1.30、水分量はSiO2分に対して0.5重量%)を用いた。このゾル100gにγ-メタアクリロオキシプロピルトリメトキシシラン1.88g(信越シリコ−ン株製 KBM-503 SiO2成分81.2%)を混合し、28%アンモニア水溶液を前記オルガノゾル100gに対してアンモニアとして400ppmとなるように加え(水分量はSiO2分に対して1重量%)、40℃で5時間攪拌し表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾルを得た(固形分20.3%)。
この表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾル15.5gとペンタエリスリトールトリアセテート(共栄社化学(株):PE-3A)24gと、ジエチルアミノエチルメタクリレート(共栄社化学(株):ライトエステルDE)3gに光開始剤(チバスプシャリティ(株)製イルガキュア184、IPAで溶解、固形分濃度10%)0.42g、およびイソプロパノ−ルとメチルイソブチルケトンの1/1(重量比)混合溶媒54.08gとを充分に混合して透明被膜形成用塗布液(A-2)を調製した。
透明被膜形成用塗布液(A-2)をPETフィルム(厚さ100μm、屈折率1.65、基材透過率88.0%、Haze1.0%、反射率5.1%)にバ−コ−タ−で塗布し、70℃で1分間乾燥した後、高圧水銀灯(80W/cm)を1分間照射して硬化させて透明被膜付基材(2)を調製した。このときの膜厚は5μmであった。透明被膜の一部を縦方向に垂直に切断し、断面を透過型電子顕微鏡によって観察したところ、上部にシリカ系中空微粒子が厚さ100nmの層をなしており、下部はマトリックスのみで粒子の存在は認められなかった。
低屈折率成分として、シリカ系中空微粒子分散ゾル(触媒化成工業(株)製:スルーリア1420−120、平均粒子径120nm、濃度20.5重量%、分散媒:イソプロパノ−ル、粒子屈折率1.20、水分量はSiO2分に対して0.5重量%)を用いた。このゾル100gにγ-アクリロオキシプロピルトリメトキシシラン1.88g(信越シリコ−ン株製 KBM-5103 SiO2成分81.6%)を混合し、28%アンモニア水溶液を前記オルガノゾル100gに対してアンモニアとして400ppmとなるように加え(水分量は、SiO2分に対して、1重量%)、40℃で5時間攪拌し表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾルを得た(固形分20.3%)。
この表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾル15.5gとパーフルオロエチルアクリレート(共栄社化学(株):FA-108)24gと、ジエチルアミノエチルメタクリレート(共栄社化学(株):ライトエステルDE)3gに光開始剤(チバスプシャリティ(株)製イルガキュア184、IPAで溶解、固形分濃度10%)0.42g、およびイソプロパノ−ルとメチルイソブチルケトンの1/1(重量比)混合溶媒57.08gとを充分に混合して透明被膜形成用塗料(A-3)を調製した。
透明被膜形成用塗料(A-3)をPETフィルム(厚さ100μm、屈折率1.65、基材透過率88.0%、Haze1.0%、反射率5.1%)にバ−コ−タ−で塗布し、70℃で1分間乾燥した後、高圧水銀灯(80W/cm)を1分間照射して硬化させて透明被膜付基材(3)を調製した。このときの膜厚は5μmであった。透明被膜の一部を縦方向に垂直に切断し、断面を透過型電子顕微鏡によって観察したところ、上部にシリカ系中空微粒子が厚さ120nmの層をなしており、下部はマトリックスのみで粒子の存在は認められなかった。
低屈折率成分として、シリカ系中空微粒子分散ゾル(触媒化成工業(株)製:スルーリア1420、平均粒子径60nm、濃度20.5重量%、分散媒:イソプロパノ−ル、粒子屈折率1.30、水分量はSiO2分に対して0.5重量%)を用いた。このゾル100gにパーフルオロオクチルエチルトリエトキシシラン10g(東レダウコーニング製 AY43-158E 100%)を混合し28%アンモニア水溶液を前記オルガノゾル100gに対してアンモニアとして400ppmとなるように加え(水分量は、SiO2分に対して、1重量%)、40℃で5時間攪拌し表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾルを得た(固形分20.3%)。
帯電防止高屈折率成分としてATO微粒子分散ゾル(触媒化成工業(株)製:ELCOM V-3501、平均粒子径8nm、濃度20.5重量%、分散媒:エタノール、粒子屈折率1.75)を用いた。このゾル100gにγ-アクリロオキシプロピルトリメトキシシラン0.15g(信越シリコ−ン株製 KBM-5103 SiO2成分81.2%)を混合し超純水を10g添加し40℃で5時間攪拌し表面処理したATO微粒子分散ゾルを得た(固形分20.0%)。
この表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾル15.5gと、表面処理したATO微粒子分散ゾル30gと、ヘキサエリスリトールトリペンタアクリレート(日本化薬(株):KAYARAD DPHA)27gに光開始剤(チバスプシャリティ(株)製イルガキュア184、IPAで溶解、固形分濃度10%)0.35g、およびイソプロパノ−ルとメチルイソブチルケトンの1/1(重量比)混合溶媒27.15gとを充分に混合して透明被膜形成用塗料(A-4)を調製した。
透明被膜形成用塗料(A-6) TACフィルム(厚さ80μm、屈折率1.48、基材透過率88.0% Haze0.0%、反射率4.8%)にバ−コ−タ−で塗布し、70℃で1分間乾燥した後、高圧水銀灯(80W/cm)を1分間照射して硬化させて透明被膜付基材(4)を調製した。このときの膜厚は5μmであった。透明被膜の一部を縦方向に垂直に切断し、断面を透過型電子顕微鏡によって観察したところ、上部にシリカ系中空微粒子が厚さ100nmの層をなしており、下部はATO微粒子がマトリックス中に存在していた。
低屈折率成分として、シリカ系中空微粒子分散ゾル(触媒化成工業(株)製:スルーリア1420、平均粒子径60nm、濃度20.5重量%、分散媒:イソプロパノ−ル、粒子屈折率1.30、水分量はSiO2分に対して0.5重量%)を用いた。このゾル100gにパーフルオロオクチルエチルトリエトキシシラン1g(東レダウコーニング製 AY43-158E 100%)を混合し、40℃で5時間攪拌し表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾルを得た(固形分20.3%)。
この表面処理したシリカ系中空微粒子分散ゾル10.54gとペンタエリスリトールトリアセテート(共栄社化学(株):PE-3A)24gと、ジエチルアミノエチルメタクリレート(共栄社化学(株):ライトエステルDE)3gに光開始剤(チバスプシャリティ(株)製、イルガキュア184、IPAで溶解、固形分濃度10%)0.42g、およびイソプロパノ−ルとメチルイソブチルケトンの1/1(重量比)混合溶媒62.04gとを充分に混合して透明被膜形成用塗料(R-1)を調製した。
透明被膜形成用塗料(R-1)をPETフィルム(厚さ100μm、屈折率1.65、基材透過率88.0%、Haze1.0%、反射率5.1%)にバ−コ−タ−で塗布し、70℃で1分間乾燥した後、高圧水銀灯(80W/cm)を1分間照射して硬化させて透明被膜付基材(R-1)を調製した。このときの膜厚は5μmであった。透明被膜の一部を縦方向に垂直に切断し、断面を透過型電子顕微鏡によって観察したところ、シリカ系中空微粒子が膜中に均一に単分散した形で存在していた。
Claims (20)
- 動的光散乱法により測定される平均粒子径が5〜300nm、比表面積が50〜1500m2/gであり、外殻の内部に空洞が形成されてなる中空のシリカ微粒子であって、熱重量測定(TG)により、200℃〜500℃の温度範囲において1.0重量%以上の重量減少を示すことを特徴とする中空シリカ微粒子。
- 200℃〜500℃の温度範囲での示差熱保持測定(DTA)において正のDTAピークを有することを特徴とする請求項1の中空シリカ微粒子。
- 前記中空シリカ微粒子が、その表面に珪素原子に直接結合した有機基を有することを特徴とする請求項1または請求項2の中空シリカ微粒子。
- 前記有機基が飽和または不飽和の炭素数1〜18の炭化水素基、炭素数1〜18のハロゲン化炭化水素基から選ばれる1種以上のものであることを特徴とする請求項3の中空シリカ微粒子。
- 中空シリカ微粒子が分散したシリカ濃度1〜70重量%のオルガノゾルを調製し、30℃〜300℃の温度範囲で、該オルガノゾルにシラン化合物およびアルカリ触媒を添加し、シリカ配合量に対して水分量が0.1〜50重量%の条件で、該シラン化合物と該中空シリカ微粒子を反応させることを特徴とする、請求項1、請求項2、請求項3または請求項4の中空シリカ微粒子の製造方法。
- 前記シラン化合物の添加量が、前記中空シリカ微粒子100重量部に対して、1〜50重量部の範囲にあり、前記アルカリ触媒の添加量が、前記オルガノゾルに対して、20〜2,000ppmの範囲にあることを特徴とする請求項5記載の中空シリカ微粒子の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか記載の中空シリカ微粒子とバインダーとを含むことを特徴とする透明被膜形成用組成物。
- 請求項7記載の透明被膜形成用組成物が硬化した透明被膜を表面に有することを特徴とする透明被膜付基材。
- 前記中空シリカ微粒子が、下記一般式(1)または一般式(2)の有機基を有するものであり、熱重量測定(TG)により、200℃〜500℃の温度範囲において1.5重量%以上の重量減少を示すことを特徴とする請求項4記載の中空シリカ微粒子。
一般式(1): -R-OC(=O)CCH3=CH2
(Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基)
一般式(2): -R-OC(=O)CH=CH2
(Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基) - 前記中空シリカ微粒子が、下記一般式(3)の有機基を有することを特徴とする請求項4記載の中空シリカ微粒子。
一般式(3): -R-CnFaHb
(a+b=2n+1、 n は1〜3の整数、Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基) - 前記透明被膜形成用組成物に含まれる、前記中空シリカ微粒子の表面電荷量(QA)が5〜20μeq/gの範囲にあることを特徴とする請求項7記載の透明被膜形成用組成物。
- 前記透明被膜形成用組成物に含まれる前記中空シリカ微粒子の濃度(CPA)が0.1〜20重量%、バインダーの固形分としての濃度(CM)が1〜50重量%の範囲にあり、溶媒が極性溶媒であることを特徴とする請求項11記載の透明被膜形成用組成物。
- 前記透明被膜形成用組成物が、表面電荷量(QA)5〜20μeq/gの範囲にある中空シリカ微粒子を含み、更に、表面電荷量(QB)51〜150μeq/gの範囲にある金属酸化物微粒子を含み、該金属酸化物微粒子の表面電荷量(QB)と該中空シリカ微粒子の表面電荷量(QA)との差[(QB)−(QA)]の値が20〜100μeq/gの範囲にあることを特徴とする請求項7記載の透明被膜形成用組成物。
- 前記透明被膜形成用組成物に含まれる前記中空シリカ微粒子の濃度(CPA)が0.1〜20重量%、前記金属酸化物微粒子の濃度(CPB)が0.1〜20重量%の範囲にあり、バインダーの固形分としての濃度(CM)が1〜50重量%の範囲にあり、溶媒が極性溶媒であることを特徴とする請求項13記載の透明被膜形成用組成物。
- 請求項11または請求項12記載の透明被膜形成用組成物が硬化した透明被膜(膜厚100nm〜10000nm)を表面に有する透明被膜付基材であって、該透明被膜の厚さ方向の中間点より外表面側に該中空シリカ微粒子が偏在して、分散してなることを特徴とする透明被膜付基材。
- 前記中空シリカ微粒子の偏在して、分散している状態が、単層状または多層状であることを特徴とする、請求項15記載の透明被膜付基材。
- 請求項13または請求項14記載の透明被膜形成用組成物が硬化した透明被膜(膜厚100nm〜10000nm)を表面に有する透明被膜付基材であって、該透明被膜の厚さ方向の中間点より外表面側に前記中空シリカ微粒子が偏在して、分散してなり、該厚さ方向の中間点より基材側には、前記金属酸化物微粒子が偏在して、分散してなることを特徴とする透明被膜付基材。
- 前記中空シリカ微粒子の偏在して、分散している状態が、単層状または多層状であり、前記金属酸化物微粒子の偏在して、分散している状態が、単層状または多層状であることを特徴とする、請求項17記載の透明被膜付基材。
- 動的光散乱法により測定される平均粒子径が5〜300nm、比表面積が50〜1500m2/gであり、外殻の内部に空洞が形成されてなる中空のシリカ微粒子であって、熱重量測定(TG)により、200℃〜500℃の温度範囲において1.0重量%以上の重量減少を示し、同温度範囲における示差熱保持測定(DTA)において正のDTAピークを有し、その表面に珪素原子に直接結合した有機基を有する中空シリカ微粒子であって、表面電荷量(QA)が5〜20μeq/gの範囲にあることを特徴とする中空シリカ微粒子。
- 中空シリカ微粒子が有機溶媒に分散したシリカ濃度1〜70重量%のオルガノゾルを調製し、30℃〜300℃の温度範囲で、該オルガノゾルにシラン化合物および/または疎水性官能基を有する多官能アクリル酸エステル樹脂、およびアルカリ触媒を添加し、シリカ配合量に対して水分量が0.1〜50重量%の条件で、該シラン化合物と該中空シリカ微粒子を反応させることを特徴とする、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4または請求項19の中空シリカ微粒子の製造方法。
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