JPWO2011155365A1 - 表面に微細な凹凸を有する成形体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

硬化性樹脂組成物を硬化することで形成された成型体の一部または全部の表面に山状部と山状部間に形成された溝状部とから構成された微細形状が形成されてなる、表面に凹凸を有する成形体であって、前記硬化性樹脂組成物が、一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位と、シラノール基および/または加水分解性シリル基とを有するポリシロキサンセグメント(a1)と、アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)とが、一般式(3)で表される結合により結合された複合樹脂(A)、及びポリイソシアネート(B)を含有し、前記ポリシロキサンセグメント(a1)の含有率が前記硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して10〜60重量%であり、且つ、ポリイソシアネート(B)の含有率が前記硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して5〜50重量%である表面に凹凸を有する成形体及びその製造方法を提供する。

Description

本発明は、表面に微細な凹凸を有する成形体に関する。
樹脂板等に微細な凹凸を設けて、様々な用途、例えば光を制御するシートや、表面がマット化された加飾シートとして利用する方法が知られている。例えば透明基材に光拡散性を有するインクが任意のパターンで印刷された、光拡散型の光学シートや(例えば特許文献1参照)、加飾成形シートの表面樹脂層にナノインプリント金型を押圧して微細凹凸を形成した、低反射モスアイ構造を有する、加飾シート(例えば特許文献2参照)が知られている。
これらの、微細な凹凸を有するシートは、光学部材用途、例えば表示装置用の導光板、拡散板、無反射フィルムや偏光フィルム、あるいは太陽電池装置用途、例えば太陽電池装置用の透過性フィルムなどに応用が検討されているが、その場合、成型されるパターンが高精度であることは勿論、成型された微細パターンが、後加工に耐え得る強度と耐候性とを持つ必要があり、また平坦で大面積の成型体を生産性良く製造する技術が必要である。
平坦で大面積の成型体を生産性良く製造する技術として、光硬化性樹脂組成物を使用してナノインプリントにより微細凹凸を形成する方法が知られている(例えば特許文献3参照)。具体的には、トリメチロールプロパントリアクリレート等の1分子中に3以上のアクリル基及び/またはメタクリル基を含有する1種以上の単量体を20〜60重量%の範囲で含有し、(b)光硬化反応によって結合して固形となる成分が98重量%以上であり、(c)25℃における粘度が10mPa・s以下である光硬化性樹脂組成物を使用してナノインプリントした微細凹凸を有する成形体を得ている。
しかしながら該光硬化性樹脂組成物を使用した成形体は、例えば太陽電池に要求されるような、屋外で10年以上の長期にわたる曝露等の非常に厳しい条件では、クラック等が発生し、微細な凹凸を維持できないといった問題があった。
特開2010−91759号公報 特開2010−82829号公報 特開2009−19174号公報
本発明が解決しようとする課題は、屋外における優れた長期耐候性(具体的には耐クラック性及び耐光性)を持つ、微細形状が形成されてなる表面に凹凸を有する成形体を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討の結果、ポリシロキサンセグメントを特定の範囲内とすること、且つ、系中にアルコール性水酸基とイソシアネート基とを共存させた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物が、屋外における長期耐候性(具体的には耐クラック性及び、耐光性)を併せ持ち、さらには、高温加熱せずに、公知の微細構造作成方法を利用して微細構造を形成することができることを見出し、上記課題を解決した。
すなわち本発明は、硬化性樹脂組成物を硬化することで形成された成型体の一部または全部の表面に山状部と山状部間に形成された溝状部とから構成された微細形状が形成されてなる、表面に凹凸を有する成形体であって、
前記硬化性樹脂組成物が、一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位と、シラノール基および/または加水分解性シリル基とを有するポリシロキサンセグメント(a1)と、アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)とが、一般式(3)で表される結合により結合された複合樹脂(A)、及びポリイソシアネート(B)を含有し、前記ポリシロキサンセグメント(a1)の含有率が前記硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して10〜60重量%であり、且つ、ポリイソシアネート(B)の含有率が前記硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して5〜50重量%である表面に凹凸を有する成形体を提供する。
Figure 2011155365
(1)
Figure 2011155365

(2)
(一般式(1)及び(2)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、−R−CH=CH、−R−C(CH)=CH、−R−O−CO−C(CH)=CH、及び−R−O−CO−CH=CHからなる群から選ばれる1つの重合性二重結合を有する基(但しRは単結合又は炭素原子数1〜6のアルキレン基を表す。)、炭素原子数が1〜6のアルキル基、炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基、アリール基、または炭素原子数が7〜12のアラルキル基を表し、R、R及びRの少なくとも1つは前記重合性二重結合を有する基である)
Figure 2011155365

(3)
(一般式(3)中、炭素原子は前記ビニル系重合体セグメント(a2)の一部分を構成し、酸素原子のみに結合したケイ素原子は、前記ポリシロキサンセグメント(a1)の一部分を構成するものとする)
また本発明は、前記記載の成形体の製造方法であって、基材表面に設けられた硬化性樹脂組成物層に、凹凸構造を有するモールドを押し付けて、この状態で樹脂組成物側から活性エネルギー線硬化させ、その後モールドを剥離する、表面に凹凸を有する成形体の製造方法を提供する。
また本発明は、前記表面に凹凸を有する成形体を用いた太陽電池陽電池モジュールの受光面側表面保護部材、及び該受光面側表面保護部材を用いた太陽電池モジュールを提供する。
本発明により、屋外における長期耐候性(具体的には耐クラック性及び、耐光性)を持つ、微細形状が形成されてなる表面に凹凸を有する成形体を得ることができる。
太陽電池モジュールを示したものである。
(硬化性樹脂組成物 複合樹脂(A))
本発明で使用する複合樹脂(A)は、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位と、シラノール基および/または加水分解性シリル基とを有するポリシロキサンセグメント(a1)(以下単にポリシロキサンセグメント(a1)と称す)と、アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)(以下単にビニル系重合体セグメント(a2)と称す)とが、前記一般式(3)で表される結合により結合された複合樹脂(A)である。前記一般式(3)で表される結合は、得られる成形体の耐アルカリ性に特に優れ好ましい。
Figure 2011155365

(3)
後述のポリシロキサンセグメント(a1)が有するシラノール基および/または加水分解性シリル基と、後述のビニル系重合体セグメント(a2)が有するシラノール基および/または加水分解性シリル基とが脱水縮合反応して、前記一般式(3)で表される結合が生じる。従って前記一般式(3)中、炭素原子は前記ビニル系重合体セグメント(a2)の一部分を構成し、酸素原子のみに結合したケイ素原子は、前記ポリシロキサンセグメント(a1)の一部分を構成するものとする。
複合樹脂(A)の形態は、例えば、前記ポリシロキサンセグメント(a1)が前記重合体セグメント(a2)の側鎖として化学的に結合したグラフト構造を有する複合樹脂や、前記重合体セグメント(a2)と前記ポリシロキサンセグメント(a1)とが化学的に結合したブロック構造を有する複合樹脂等が挙げられる。
(ポリシロキサンセグメント(a1))
本発明におけるポリシロキサンセグメント(a1)は、一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位と、シラノール基および/または加水分解性シリル基とを有すセグメントである。一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位中には重合性二重結合を有する基が含まれている。
(一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位)
前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位は、重合性二重結合を有する基を必須成分として有している。
具体的には、前記一般式(1)及び(2)におけるR、R及びRは、それぞれ独立して、−R−CH=CH、−R−C(CH)=CH、−R−O−CO−C(CH)=CH、及び−R−O−CO−CH=CHからなる群から選ばれる1つの重合性二重結合を有する基(但しRは単結合又は炭素原子数1〜6のアルキレン基を表す)、炭素原子数が1〜6のアルキル基、炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基、アリール基または炭素原子数が7〜12のアラルキル基を表し、R、R及びRの少なくとも1つは前記重合性二重結合を有する基である。また前記Rにおける前記炭素原子数が1〜6のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、sec−ブチレン基、tert−ブチレン基、ペンチレン基、イソペンチレン基、ネオペンチレン基、tert−ペンチレン基、1−メチルブチレン基、2−メチルブチレン基、1,2−ジメチルプロピレン基、1−エチルプロピレン基、ヘキシレン基、イソヘシレン基、1−メチルペンチレン基、2−メチルペンチレン基、3−メチルペンチレン基、1,1−ジメチルブチレン基、1,2−ジメチルブチレン基、2,2−ジメチルブチレン基、1−エチルブチレン基、1,1,2−トリメチルプロピレン基、1,2,2−トリメチルプロピレン基、1−エチル−2−メチルプロピレン基、1−エチル−1−メチルプロピレン基等が挙げられる。中でもRは、原料の入手の容易さから単結合または炭素原子数が2〜4のアルキレン基が好ましい。
また、前記炭素原子数が1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘシル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、1,1−ジメチルブチル基、1,2−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、1−エチルブチル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1−エチル−2−メチルプロピル基、1−エチル−1−メチルプロピル基等が挙げられる。
また、前記炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。また、前記アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−ビニルフェニル基、3−イソプロピルフェニル基等が挙げられる。
また、前記炭素原子数が7〜12のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ジフェニルメチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
また、R、R及びRの少なくとも1つは前記重合性二重結合を有する基であるとは、具体的には、ポリシロキサンセグメント(a1)が一般式(1)で表される構造単位のみを有する場合にはRが前記重合性二重結合を有する基であり、ポリシロキサンセグメント(a1)が一般式(2)で表される構造単位のみを有する場合にはR及び/又はRが前記重合性二重結合を有する基であり、ポリシロキサンセグメント(a1)が一般式(1)と一般式(2)で表される構造単位の両方を有する場合には、R、R及びRの少なくとも1つが重合性二重結合を有する基であることを示す。
本発明においては、前記重合性二重結合は、ポリシロキサンセグメント(a1)中に2つ以上存在することが好ましく、3〜200個存在することがより好ましく、3〜50個存在することが更に好ましく、耐擦傷性に優れた成形体を得ることができる。具体的には、前記ポリシロキサンセグメント(a1)中の重合性二重結合の含有率が3〜20重量%であれば、所望の耐擦傷性を得ることができる。
なおここで重合性二重結合の含有率の計算は、−CH=CHを有する基であれば分子量を27とし、−C(CH)=CHを有する基であれば分子量を41として計算した。
前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位は、ケイ素の結合手のうち2または3つが架橋に関与した、三次元網目状のポリシロキサン構造単位である。三次元網目構造を形成しながらも密な網目構造を形成しないので、製造時にゲル化等を生じることもなく、得られる複合樹脂の長期保存安定性も良好となる。
(シラノール基および/または加水分解性シリル基)
本発明においてシラノール基とは、珪素原子に直接結合した水酸基を有する珪素含有基である。該シラノール基は具体的には、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位の、結合手を有する酸素原子が水素原子と結合して生じたシラノール基であることが好ましい。
また本発明において加水分解性シリル基とは、珪素原子に直接結合した加水分解性基を有する珪素含有基であり、具体的には、例えば、一般式(4)で表される基が挙げられる。
Figure 2011155365

(4)
(一般式(4)中、Rはアルキル基、アリール基又はアラルキル基等の1価の有機基を、Rはハロゲン原子、アルコキシ基、アシロキシ基、フェノキシ基、アリールオキシ基、メルカプト基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、イミノオキシ基及びアルケニルオキシ基からなる群から選ばれる加水分解性基である。またbは0〜2の整数である。)
前記Rにおいて、アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘシル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、1,1−ジメチルブチル基、1,2−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、1−エチルブチル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1−エチル−2−メチルプロピル基、1−エチル−1−メチルプロピル基等が挙げられる。
またアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−ビニルフェニル基、3−イソプロピルフェニル基等が挙げられる。
またアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ジフェニルメチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
前記Rにおいて、ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、第二ブトキシ基、第三ブトキシ基等が挙げられる。
またアシロキシ基としては、例えば、ホルミルオキシ、アセトキシ、プロパノイルオキシ、ブタノイルオキシ、ピバロイルオキシ、ペンタノイルオキシ、フェニルアセトキシ、アセトアセトキシ、ベンゾイルオキシ、ナフトイルオキシ等が挙げられる。
またアリールオキシ基としては、例えば、フェニルオキシ、ナフチルオキシ等が挙げられる。
アルケニルオキシ基としては、例えば、ビニルオキシ基、アリルオキシ基、1−プロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシ基、2−ブテニルオキシ基、3−ブテニルオキシ基、2−ペテニルオキシ基、3−メチル−3−ブテニルオキシ基、2−ヘキセニルオキシ基等が挙げられる。
前記Rで表される加水分解性基が加水分解されることにより、一般式(4)で表される加水分解性シリル基はシラノール基となる。加水分解性に優れることから、中でも、メトキシ基およびエトキシ基が好ましい。
また前記加水分解性シリル基は具体的には、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位の、結合手を有する酸素原子が前記加水分解性基と結合もしくは置換されている加水分解性シリル基であることが好ましい。
前記シラノール基や前記加水分解性シリル基は、活性エネルギー線による硬化の際に、活性エネルギー線硬化反応と平行して、シラノール基中の水酸基や加水分解性シリル基中の前記加水分解性基の間で加水分解縮合反応が進行するので、ポリシロキサン構造の架橋密度が高まり、耐溶剤性などに優れた成形体を形成することができる。
また、前記シラノール基や前記加水分解性シリル基を含むポリシロキサンセグメント(a1)と後述のアルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)とを、前記一般式(3)で表される結合を介して結合させる際に使用する。
ポリシロキサンセグメント(a1)は、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位と、シラノール基および/または加水分解性シリル基とを有する以外は特に限定はなく、他の基を含んでいてもよい。例えば、
前記一般式(1)におけるRが前記重合性二重結合を有する基である構造単位と、前記一般式(1)におけるRがメチル等のアルキル基である構造単位とが共存したポリシロキサンセグメント(a1)であってもよいし、
前記一般式(1)におけるRが前記重合性二重結合を有する基である構造単位と、前記一般式(1)におけるRがメチル基等のアルキル基である構造単位と、前記一般式(2)におけるR及びRがメチル基等のアルキル基である構造単位とが共存したポリシロキサンセグメント(a1)であってもよいし、
前記一般式(1)におけるRが前記重合性二重結合を有する基である構造単位と、前記一般式(2)におけるR及びRがメチル基等のアルキル基である構造単位とが共存したポリシロキサンセグメント(a1)であってもよいし、特に限定はない。
具体的には、ポリシロキサンセグメント(a1)としては、例えば以下の構造を有するもの等が挙げられる。
Figure 2011155365
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Figure 2011155365
Figure 2011155365
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本発明においては、前記ポリシロキサンセグメント(a1)を硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して10〜60重量%含むことが特徴であり、耐候性に優れる。
(アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2))
本発明におけるビニル系重合体セグメント(a2)は、アルコール性水酸基を有するアクリル重合体、フルオロオレフィン重合体、ビニルエステル重合体、芳香族系ビニル重合体及びポリオレフィン重合体等のビニル重合体セグメントであり、中でもアルコール水酸基を有する(メタ)アクリルモノマーを共重合させたアクリル系重合体セグメントが、得られる成形体の透明性や光沢に優れることから好ましい。
アルコール水酸基を有する(メタ)アクリルモノマーとしては、具体的には、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、3−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、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ジ−2−ヒドロキシエチルフマレート、モノ−2−ヒドロキシエチルモノブチルフマレート、ポリエチレングルコールモノ(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、「プラクセルFMもしくはプラクセルFA」〔ダイセル化学(株)製のカプロラクトン付加モノマー〕等の各種α、β−エチレン性不飽和カルボン酸のヒドロキシアルキルエステル類、またはこれらとε−カプロラクトンとの付加物、等が挙げられる。
中でも2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが、反応が容易であり好ましい。
前記アルコール性水酸基量は、後述のポリイソシアネート(B)の含有率が硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して5〜50重量%の範囲であることから、実際のポリイソシアネート(B)の添加量から算出して適宜決定するのが好ましい。
また、後述の通り本発明においてはアルコール性水酸基を有する活性エネルギー線硬化性モノマーを併用してもより好ましい。従ってアルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)中のアルコール性水酸基量は、併用するアルコール性水酸基を有する活性エネルギー線硬化性モノマーの量まで加味して決定することができる。実質的にはビニル系重合体セグメント(a2)の水酸基価に換算して30〜300の範囲となるように含有することが好ましい。
共重合可能な他の(メタ)アクリルモノマーとしては特に限定はなく、公知のモノマーを使用することが可能である。またビニルモノマーも共重合可能である。例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(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、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート等の炭素原子数が1〜22のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート類;ベンジル(メタ)アクリレート、2−フェニルエチル(メタ)アクリレート等のアラルキル(メタ)アクリレート類;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等のシクロアルキル(メタ)アクリレート類;2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、4−メトキシブチル(メタ)アクリレート等のω−アルコキシアルキル(メタ)アクリレート類;スチレン、p−tert−ブチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル系モノマー類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、安息香酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル類;クロトン酸メチル、クロトン酸エチル等のクロトン酸のアルキルエステル類;ジメチルマレート、ジ−n−ブチルマレート、ジメチルフマレート、ジメチルイタコネート等の不飽和二塩基酸のジアルキルエステル類;エチレン、プロピレン等のα−オレフィン類;フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン等のフルオロオレフィン類;エチルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル類;シクロペンチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等のシクロアルキルビニルエーテル類;N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−(メタ)アクリロイルモルホリン、N−(メタ)アクリロイルピロリジン、N−ビニルピロリドン等の3級アミド基含有モノマー類等が挙げられる。
前記モノマーを共重合させる際の重合方法、溶剤、あるいは重合開始剤にも特に限定はなく、公知の方法によりビニル系重合体セグメント(a2)を得ることができる。例えば、塊状ラジカル重合法、溶液ラジカル重合法、非水分散ラジカル重合法等の種々の重合法により、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、tert−ブチルパーオキシピバレート、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジ−tert−ブチルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート等の重合開始剤を使用してビニル系重合体セグメント(a2)を得ることができる。
前記ビニル系重合体セグメント(a2)の数平均分子量としては、数平均分子量(以下Mnと略す)に換算して500〜200,000の範囲であることが好ましく、前記複合樹脂(A)を製造する際の増粘やゲル化を防止でき、且つ得られる成形体の耐久性に優れる。Mnは中でも700〜100,000の範囲がより好ましく、1,000〜50,000の範囲がなお好ましい。
また前記ビニル系重合体セグメント(a2)は、前記ポリシロキサンセグメント(a1)と一般式(3)で表される結合により結合された複合樹脂(A)とするために、ビニル系重合体セグメント(a2)中の炭素原子に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を有する。これらのシラノール基および/または加水分解性シリル基は、後述の複合樹脂(A)の製造において一般式(3)で表される結合となってしまうために、最終生成物である複合樹脂(A)中のビニル系重合体セグメント(a2)には殆ど存在しない。しかしながらビニル系重合体セグメント(a2)にシラノール基および/または加水分解性シリル基が残存していても何ら問題はなく、活性エネルギー線による硬化の際に、活性エネルギー線硬化反応と平行して、シラノール基中の水酸基や加水分解性シリル基中の前記加水分解性基の間で加水分解縮合反応が進行するので、ポリシロキサン構造の架橋密度が高まり、耐溶剤性などに優れた成形体を形成することができる。
炭素原子に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を有するビニル系重合体セグメント(a2)は、具体的には、前記アルコール水酸基を有する(メタ)アクリルモノマー、前記汎用モノマー、及び、炭素原子に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を含有するビニル系モノマーとを共重合させて得る。
炭素原子に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を含有するビニル系モノマーとしては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルトリ(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、2−トリメトキシシリルエチルビニルエーテル、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリクロロシラン等が挙げられる。中でも、加水分解反応を容易に進行でき、また反応後の副生成物を容易に除去することができることからビニルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。
(複合樹脂(A)の製造方法)
本発明で用いる複合樹脂(A)は、具体的には下記(方法1)〜(方法3)に示す方法で製造する。
(方法1)前記アルコール性水酸基を有する(メタ)アクリルモノマー、前記汎用の(メタ)アクリルモノマー等、及び、前記炭素原子に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を含有するビニル系モノマーとを共重合させて炭素原子に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を含有するビニル系重合体セグメント(a2)を得る。これに、シラノール基および/または加水分解性シリル基並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物、必要に応じて汎用のシラン化合物とを混合し、加水分解縮合反応させる。
該方法においては、シラノール基および/または加水分解性シリル基並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物のシラノール基あるいは加水分解性シリル基と、炭素原子に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を含有するビニル系重合体セグメント(a2)が有するシラノール基および/または加水分解性シリル基とが加水分解縮合反応し、前記ポリシロキサンセグメント(a1)が形成されると共に、前記ポリシロキサンセグメント(a1)と、アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)とが前記一般式(3)で表される結合により複合化された複合樹脂(A)が得られる。
(方法2)方法1と同様にして、炭素原子に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を含有するビニル系重合体セグメント(a2)を得る。
一方、シラノール基および/または加水分解性シリル基並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物、必要に応じて汎用のシラン化合物を加水分解縮合反応させ、ポリシロキサンセグメント(a1)を得る。そして、ビニル系重合体セグメント(a2)が有するシラノール基および/または加水分解性シリル基と、とポリシロキサンセグメント(a1)とが有するシラノール基および/または加水分解性シリル基とを加水分解縮合反応をさせる。
(方法3)方法1と同様に、炭素原子に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を含有するビニル系重合体セグメント(a2)を得る。一方、方法2と同様にして、ポリシロキサンセグメント(a1)を得る。更に、重合性二重結合を併有するシラン化合物を含有するシラン化合物と、必要に応じて汎用のシラン化合物とを混合し、加水分解縮合反応させる。
前記(方法1)〜(方法3)で使用する、シラノール基および/または加水分解性シリル基並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物としては、具体的には、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルトリ(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、2−トリメトキシシリルエチルビニルエーテル、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリクロロシラン等が挙げられる。中でも、加水分解反応を容易に進行でき、また反応後の副生成物を容易に除去することができることからビニルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。
また、前記(方法1)〜(方法3)で使用する、汎用のシラン化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、iso−ブチルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等の各種のオルガノトリアルコキシシラン類;ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ−n−ブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルシクロヘキシルジメトキシシランもしくはメチルフェニルジメトキシシラン等の、各種のジオルガノジアルコキシシラン類;メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシランもしくはジフェニルジクロロシラン等のクロロシラン類が挙げられる。中でも、加水分解反応が容易に進行し、また反応後の副生成物を容易に除去することが可能なオルガノトリアルコキシシランやジオルガノジアルコキシシランが好ましい。
また、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランもしくはテトラn−プロポキシシランなどの4官能アルコキシシラン化合物や該4官能アルコキシシラン化合物の部分加水分解縮合物を、本発明の効果を損なわない範囲で併用することもできる。前記4官能アルコキシシラン化合物又はその部分加水分解縮合物を併用する場合には、前記ポリシロキサンセグメント(a1)を構成する全珪素原子に対して、該4官能アルコキシシラン化合物の有する珪素原子が、20モル%を超えない範囲となるように併用することが好ましい。
また、前記シラン化合物には、ホウ素、チタン、ジルコニウムあるいはアルミニウムなどの珪素原子以外の金属アルコキシド化合物を、本発明の効果を損なわない範囲で併用することもできる。例えば、ポリシロキサンセグメント(a1)を構成する全珪素原子に対して、上述の金属アルコキシド化合物の有する金属原子が、25モル%を超えない範囲で、併用することが好ましい。
前記(方法1)〜(方法3)における加水分解縮合反応は、前記加水分解性基の一部が水などの影響で加水分解され水酸基を形成し、次いで該水酸基同士、あるいは該水酸基と加水分解性基との間で進行する進行する縮合反応をいう。該加水分解縮合反応は、公知の方法で反応を進行させることができるが、前記製造工程で水と触媒とを供給することで反応を進行させる方法が簡便で好ましい。
使用する触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、燐酸等の無機酸類;p−トルエンスルホン酸、燐酸モノイソプロピル、酢酸等の有機酸類;水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム等の無機塩基類;テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート等のチタン酸エステル類;1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5(DBN)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、トリ−n−ブチルアミン、ジメチルベンジルアミン、モノエタノールアミン、イミダゾール、1−メチルイミダゾール等の各種の塩基性窒素原子を含有する化合物類;テトラメチルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、ジラウリルジメチルアンモニウム塩等の各種の4級アンモニウム塩類であって、対アニオンとして、クロライド、ブロマイド、カルボキシレートもしくはハイドロオキサイドなどを有する4級アンモニウム塩類;ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジオクトエート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセチルアセトナート、オクチル酸錫又はステアリン酸錫など錫カルボン酸塩等が挙げられる。触媒は単独で使用しても良いし、2種以上併用しても良い。
前記触媒の添加量に特に限定はないが、一般的には前記シラノール基または加水分解性シリル基を有する各々の化合物全量に対して、0.0001〜10重量%の範囲で使用することが好ましく、0.0005〜3重量%の範囲で使用することがより好ましく、0.001〜1重量%の範囲で使用することが特に好ましい。
また、供給する水の量は、前記シラノール基または加水分解性シリル基を有する各々の化合物が有するシラノール基または加水分解性シリル基1モルに対して0.05モル以上が好ましく、0.1モル以上がより好ましく、特に好ましくは、0.5モル以上である。
これらの触媒及び水は、一括供給でも逐次供給であってもよく、触媒と水とを予め混合したものを供給しても良い。
前記(方法1)〜(方法3)における加水分解縮合反応を行う際の反応温度は、0℃〜150℃の範囲が適切であり、好ましくは、20℃〜100℃の範囲内である。また、反応の圧力としては、常圧、加圧下又は減圧下の、いずれの条件においても行うことができる。また、前記加水分解縮合反応において生成しうる副生成物であるアルコールや水は、必要に応じ蒸留などの方法により除去してもよい。
前記(方法1)〜(方法3)における各々の化合物の仕込み比率は、所望とする本発明で使用する複合樹脂(A)の構造により適宜選択される。中でも、得られる成形体の耐久性が優れることから、ポリシロキサンゼグメント(a1)の含有率が30〜80重量%となるよう複合樹脂(A)を得るのが好ましく、30〜75重量%が更に好ましい。
前記(方法1)〜(方法3)において、ポリシロキサンセグメントとビニル系重合体セグメントをブロック状に複合化する具体的な方法としては、ポリマー鎖の片末端あるいは両末端のみに前記したシラノール基および/または加水分解性シリル基を有するような構造のビニル系重合体セグメントを中間体として使用し、例えば、(方法1)であれば、当該ビニル系重合体セグメントに、シラノール基および/または加水分解性シリル基並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物、必要に応じて汎用のシラン化合物とを混合し、加水分解縮合反応させる方法が挙げられる。
一方、前記(方法1)〜(方法3)において、ビニル系重合体セグメントに対してポリシロキサンセグメントをグラフト状に複合化させる具体的な方法としては、ビニル系重合体セグメントの主鎖に対し、前記したシラノール基および/または加水分解性シリル基をランダムに分布させた構造を有するビニル系重合体セグメントを中間体として使用し、例えば、(方法2)であれば、当該ビニル系重合体セグメントが有するシラノール基および/または加水分解性シリル基と、前記したポリシロキサンセグメントが有するシラノール基および/または加水分解性シリル基とを加水分解縮合反応をさせる方法を挙げることができる。
(硬化性樹脂組成物 ポリイソシアネート(B))
本発明で使用する硬化性樹脂組成物は、ポリイソシアネート(B)を、硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して5〜50重量%含有する。
ポリイソシアネートを該範囲含有させることで、屋外における長期耐候性(具体的には耐クラック性)が特に優れる成形体が得られる。これは、ポリイソシアネートと系中の水酸基(これは、前記ビニル系重合体セグメント(a2)中の水酸基や後述のアルコール性水酸基を有する活性エネルギー線硬化性モノマー中の水酸基である)とが反応して、ソフトセグメントであるウレタン結合が形成され、重合性二重結合由来の硬化による応力の集中を緩和させる働きをするのではと推定している。
ポリイソシアネート(B)の含有量が、硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して5重量%未満の場合、当該組成物から得られる成形体に、屋外での長期曝露においてクラックが発生するという問題点が発生する。一方、ポリイソシアネート(B)の含有率が、硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して50重量%を超えて高い場合、成形体の耐擦傷性が著しく低下するという問題点が生じる。
使用するポリイソシアネート(B)としては特に限定はなく公知のものを使用することができるが、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート類や、メタ−キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチル−メタ−キシリレンジイソシアネート等のアラルキルジイソシアネート類を主原料とするポリイソシアネートは、長期屋外曝露での成形体が黄変するという問題点が生じるため使用量を最小限にすることが好ましい。
屋外での長期使用という観点から、本発明で用いるポリイソシアネートとしては、脂肪族ジイソシアネートを主原料とする脂肪族ポリイソシアネートが好適である。脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(以下「HDI」と略す)、2,2,4−(又は、2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソイシアネート、リジンイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水添キシレ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、1,4−ジイソシアネートシクロヘキサン、1,3−ビス(ジイソシアネートメチル)シクロヘキサン、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。中でも、耐クラック性とコストの観点からHDIが特に好適である。
脂肪族ジイソシアネートから得られる脂肪族ポリイソシアネートとしては、アロファネート型ポリイソシアネート、ビウレット型ポリイソシアネート、アダクト型ポリイソシアネート及びイソシアヌレート型ポリイソシアネートが挙げられるが、いずれも好適に使用することができる。
なお、前記したポリイソシアネートとしては、種々のブロック剤でブロック化された、いわゆるブロックポリイソシアネート化合物を使用することもできる。ブロック剤としては、例えばメタノール、エタノール、乳酸エステル等のアルコール類;フェノール、サリチル酸エステル等のフェノール性水酸基含有化合物類;ε−カプロラクタム、2−ピロリドン等のアマイド類;アセトンオキシム、メチルエチルケトオキシム等のオキシム類;アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン等の活性メチレン化合物類等を使用することができる。
前記ポリイソシアネート(B)中のイソシアネート基は、ポリイソシアネートの全固形分量に対し3〜30重量%であることが、得られる硬化塗膜の耐クラック性と耐擦傷性の点から好ましい。(B)中のイソシアネート基が3%より少ないと、ポリイソシアネートの反応性が低く耐擦傷性が著しく低下するし、30%を超えて多い場合、ポリイソシアネートの分子量が小さくなり、応力緩和による耐クラック性が発現しなくなるので、注意が必要である。
ポリイソシアネートと系中の水酸基(これは、前記ビニル系重合体セグメント(a2)中の水酸基や後述のアルコール性水酸基を有する活性エネルギー線硬化性モノマー中の水酸基である)との反応は、特に加熱等は必要なく、例えば硬化形態がUVである場合には、塗装、UV照射後室温に放置することで徐徐に反応していく。また必要に応じて、UV照射後、80℃で数分間〜数時間(20分〜4時間)加熱して、アルコール性水酸基とイソシアネートの反応を促進してもよい。その場合は、必要に応じて公知のウレタン化触媒を使用してもよい。ウレタン化触媒は、所望する反応温度に応じて適宜選択する。
本発明で使用する硬化性樹脂組成物を活性エネルギー線である紫外線硬化させる場合には、光重合開始剤を使用することが好ましい。光重合開始剤としては公知のものを使用すればよく、例えば、アセトフェノン類、ベンジルケタール類、ベンゾフェノン類からなる群から選ばれる一種以上を好ましく用いることができる。前記アセトフェノン類としては、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、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、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)ケトン等が挙げられる。前記ベンジルケタール類としては、例えば、1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、ベンジルジメチルケタール等が挙げられる。前記ベンゾフェノン類としては、例えば、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル等が挙げられる。前記ベンゾイン類等としては、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等が挙げられる。光重合開始剤(B)は単独で使用しても良いし、2種以上を併用してもよい。
前記光重合開始剤(B)の使用量は、前記複合樹脂(A)100重量%に対して、1〜15重量%が好ましく、2〜10重量%がより好ましい。
また、紫外線硬化させる場合は、必要に応じて多官能(メタ)アクリレートを含有するのが好ましい。多官能(メタ)アクリレートは、前述の通り、ポリイソシアネート(B)と反応させることからアルコール性水酸基を有するものが好ましい。例えば、1,2−エタンジオールジアクリレート、1,2−プロパンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリス(2−アクリロイルオキシ)イソシアヌレート、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、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレート、ジ(ペンタエリスリトール)ペンタアクリレート、ジ(ペンタエリスリトール)ヘキサアクリレート等の1分子中に2個以上の重合性2重結合を有する多官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。また、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート等も多官能アクリレートとして例示することができる。これらは単独で使用しても良いし、2種以上併用しても良い。
特に、硬化塗膜の耐擦傷性の観点と、ポリイソシアネートとの反応による耐クラック性の向上の観点から、ペンタエリスリトールトリアクリレート及びジペンタエリスリトールペンタアクリレートが好ましい。
また、前記多官能(メタ)アクリレートに併用して、単官能(メタ)アクリレートを併用することもできる。例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシ(メタ)アクリレート(例えばダイセル化学工業(株)製商品名「プラクセル」)、フタル酸とプロピレングリコールとから得られるポリエステルジオールのモノ(メタ)アクリレート、コハク酸とプロピレングリコールとから得られるポリエステルジオールのモノ(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、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシプロピル(メタ)アクリレート、各種エポキシエステルの(メタ)アクリル酸付加物、等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、などのカルボキシル基含有ビニル単量体;ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、スルホエチル(メタ)アクリレートなどのスルホン酸基含有ビニル単量体;2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−3−クロロ−プロピルアシッドホスフェート、2−メタクリロイルオキシエチルフェニルリン酸などの酸性リン酸エステル系ビニル単量体;N−メチロール(メタ)アクリルアミドなどのメチロール基を有するビニル単量体等を挙げることができる。これらは1種又は2種以上を用いることができる。多官能イソシアネート(b)のイソシアネート基との反応性を考慮すると、単量体(c)としては、水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステルが特に好ましい。
前記多官能アクリレート(C)を用いる場合の使用量としては、本発明で使用する硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して1〜85重量%が好ましく、5〜80重量%がより好ましい。前記多官能アクリレートを前記範囲内で使用することによって、得られる成形体の硬度等の物性を改善することができる。
紫外線硬化させる際に使用する光は、例えば、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、アルゴンレーザー、ヘリウム・カドミウムレーザー、紫外線発光ダイオード等を使用することができる。これらを用いて、約180〜400nmの波長の紫外線を、前記硬化性樹脂組成物の塗布面に照射することによって硬化させることが可能である。紫外線の照射量としては、使用される光重合開始剤の種類及び量によって適宜選択される。
一方、本発明で使用する硬化性樹脂組成物を熱硬化させる場合には、組成物中の重合性二重結合反応と、アルコール性水酸基とイソシアネートとのウレタン化反応との反応温度、反応時間等を考慮して、各々の触媒を選択することが好ましい。
また、熱硬化性樹脂を併用することも可能である。熱硬化性樹脂としては、ビニル系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、石油樹脂、ケトン樹脂、シリコン樹脂あるいはこれらの変性樹脂等が挙げられる。
また、塗工時の粘度を調整するために、有機溶剤を含有していてもよい。有機溶剤としては、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、シクロヘキサン、シクロペンタン等の脂肪族系又は脂環族系の炭化水素類;トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール、n−ブタノール、エチレングルコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸n−ブチル、酢酸n−アミル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングルコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルn−アミルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル等のポリアルキレングリコールジアルキルエーテル類;1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド又はエチレンカーボネートを単独で使用又は2種以上を併用して使用することができる。
その他、本発明で使用する硬化性樹脂組成物には、必要に応じて有機溶剤、無機顔料、有機顔料、体質顔料、粘土鉱物、ワックス、界面活性剤、安定剤、流動調整剤、染料、レベリング剤、レオロジーコントロール剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、又は可塑剤等の種々の添加剤等を使用することもできる。
本発明で使用する硬化性樹脂組成物は、含有する複合樹脂(A)がポリシロキサンセグメント(a1)とビニル系重合体セグメント(a2)の両方を有する為、塗膜の表面滑性等を向上させることが可能なシリコン樹脂も、アクリル系の樹脂や活性エネルギー線硬化性モノマーも比較的相溶しやすい。そのため相溶性のよい組成物を得ることができる。
(凹凸を有する成形体の製造方法)
本発明の表面に凹凸を有する成形体は、具体的には、前記硬化性樹脂組成物を、鋳型(モールド)等を使用して成形体の形状とし、あるいは、基材等の上に塗布等により膜状とし、公知の方法にて山状部と山状部間に形成された溝状部とから構成された微細形状を設けた後、硬化させて得たものである。
鋳型等を使用して成形体の形状とする方法としては、例えば、射出成形法やマッチモールド成形、あるいは注型成形法等が挙げられる。予め山状部と山状部間に形成された溝状部とから構成された微細形状が形成された鋳型に、前記熱溶融された液状の硬化性樹脂組成物を流し込んだ後、熱または活性エネルギー線等により前記硬化性樹脂組成物を硬化させる。その後鋳型から離型することにより、本発明の表面に凹凸を有する成形体が得られる。例えば射出成形法の場合では、予め予め山状部と山状部間に形成された溝状部とから構成された微細形状が形成された射出成形用鋳型に、熱溶融された前記硬化性樹脂組成物を射出流入し、その後鋳型の温度により冷却する工程を経た後鋳型を離型することで、鋳型に形成された微細形状が表面に形成された成形体を得ることができる。
また、予め基材等の表面に塗布等により膜状の硬化性樹脂組成物層を設け、該硬化性樹脂組成物層を硬化することで、成形体を形成する方法としては、例えば、特開2001−155623号公報、特開2005−99707号公報、特開2005−279807号公報等にある粒子マスクを用いる方法、Thin Solid Films 351 (1999) 73−78 にあるホログラム・リソグラフィーを用いる方法、特開2003−4916号公報にある電子線描画やレーザー描画を用いる方法、ナノインプリント等のエンボス加工を施す方法、プラズマ処理する方法、オフセット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、昇華転写法等の印刷法等が挙げられる。中でも、エンボス加工を施す方法が、高精度のパターンを、平坦で大面積の成型体に対し与えることができ生産性が高く好ましい。代表的な技術として、UVエンボス法、ナノインプリント法がある。
UVエンボス法を使用して成形体の形状とする方法としては、基材等の表面に設けた前記硬化性樹脂組成物層上に、微細パターンを表面に持つエンボスロールを、前記硬化性樹脂組成物を樹脂フィルム基材上に塗工しながら送り、塗工面をエンボスロールに抱かせながらロールを回転しつつUV照射を行うことでUV硬化樹脂を硬化し、硬化後にエンボスロールから樹脂フィルム基材ごとUV硬化樹脂層も離型することによって微細パターンの形状を表面に賦形したフィルムを作製することが可能である。
ナノインプリント法を使用して成形体の形状とする方法としては、基材等の表面に設けた前記硬化性樹脂組成物層上に、ナノインプリント用モールドを押圧しながら加熱することで、軟化した前記硬化性樹脂組成物層をモールドの微細形状に押入し、その後、前記硬化性樹脂組成物層を冷却してからナノインプリント用モールドを離すことによって、あるいは、紫外線を照射して前記硬化性樹脂組成物層を硬化してからナノインプリント用モールドを分離することによって、ナノインプリント用モールドに形成されている微細形状が前記硬化性樹脂層表面に形成された成形体を得ることができる。
具体的には、基材等の表面に設けた前記硬化性樹脂組成物層上にナノインプリント用モールドを押し付けるように接触させ、狭持する。ナノインプリント用モールドは大面積の成形体を効率よく製造する方法として、ロールプロセスに適合するような平面状原版のアップダウン方式、ベルト状原版の貼り合わせ方式、ロール状原版のロール転写方式、ロールベルト状原版のロール転写方式などの方法で接触させる方法も好ましい。ナノインプリント用モールドの材質としては、光を透過する材質として、石英ガラス、紫外線透過ガラス、サファイヤ、ダイアモンド、ポリジメチルシロキサン等のシリコーン材料、フッ素樹脂、その他光を透過する樹脂材料等が挙げられる。加熱によって前記硬化性樹脂組成物を硬化させる場合や光によって硬化させる場合でも、使用する基材が光を透過する材質であれば、ナノインプリント用モールドは光を透過しない材質でもよい。光を透過しない材質としては、金属、シリコン、SiC、マイカ等が挙げられる。
ナノインプリント用モールドは前述の通り平面状、ベルト状、ロール状、ロールベルト状などの任意の形態のものを選択できる。浮遊ゴミなどによる原版の汚染防止等の目的で、転写面に従来公知の離型処理を施すことは好ましい。
UVエンボス法、あるいはナノインプリント法における基材等の上に前記硬化性樹脂組成物を膜状とする方法は、前記基材が3次元形状を有する物品あるいは部材である場合には、例えば刷毛塗り法、ローラー塗装法、スプレー塗装法、浸漬塗装法、フロー・コーター塗装法、ロール・コーター塗装法もしくは電着塗装法などの公知慣用の塗装方法により設けることが好ましい。
一方、基材として可とう性を有するシートを使用して膜状とする場合には、シート状のプラスチック基材上に、前記樹脂組成物層を、フローコーター、ロールコーター、吹き付け法、エアレススプレー法、エアスプレー法、刷毛塗り、ローラー塗り、コテ塗り、浸漬法、引き上げ法、ノズル法、巻き取り法、流し法、盛り付け、パッチング法等により設ける方法が挙げられる。
また膜厚は所望する凹凸の深さに大きく依存するが、0.03μm〜300μmの範囲が好ましい。
(基材)
前記基材としては、種々のものが使用できるが、例えば金属基材、無機質基材、プラスチック基材、紙、木質系基材等を使用することができる。
前記プラスチック基材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン類;ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル類;ナイロン1、ナイロン11、ナイロン6、ナイロン66、ナイロンMX−Dなどのポリアミド類;ポリスチレン、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体(ABS樹脂)等のスチレン系重合体;ポリメチルメタクリレート、メチルメタクリレート・エチルアクリレート共重合体等のアクリル系重合体;ポリカーボネート等を使用することができる。前記プラスチック基材は、単層又は2層以上の積層構造を有するものであってもよい。また、これらのプラスチック基材は、未延伸、一軸延伸、二軸延伸されていてもよい。
また、前記プラスチック基材には、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要に応じて、公知の帯電防止剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤、結晶核剤、滑剤等の公知の添加剤が含まれていても良い。
前記プラスチック基材は、本発明で使用する前記硬化性樹脂組成物との密着性を更に向上させるために、基材表面に公知の表面処理が施されていてもよく、かかる表面処理としては、例えば、コロナ放電処理、プラズマ処理、フレームプラズマ処理、電子線照射処理、紫外線照射処理等が挙げられ、これらの1種または2種以上を組み合わせた処理を行ってもよい。
前記基材の形状は、特に制限がなく、例えば、シート状、板状、球状、フィルム状ないしは大型の構築物又は複雑なる形状の組立物あるいは成形物であってもよい。
(硬化工程)
UVエンボス法、あるいはナノインプリント法における硬化の方法は、活性エネルギー線を利用してもよいし熱により硬化させてもよい。硬化を低温で進行させる(反応率を上げる)観点から、重合開始剤として前記光重合開始剤を用い、光照射により前記硬化性樹脂組成物層を硬化させる方法が特に好ましい。硬化を低温で行う場合、光照射の方法としては、エンボスロールあるいはモールドが光を透過する材質の場合は、エンボスロールあるいはモールド側から光を照射する方法や、基材が光を透過する材質の場合は基材側から光を照射する方法が挙げられる。光照射に用いる光としては、光重合開始剤が反応する光であればよく、中でも、光重合開始剤が容易に反応し、より低温で硬化させることができる面から、450nm以下の波長の光(紫外線、X線、γ線等の活性エネルギー線)が好ましい。操作性の面から200から450nmの波長の光が特に好ましい。具体的には、前述の紫外線硬化させる際に使用する光を使用することができる。
また、光照射時に反応物を加熱して前記硬化を加速させてもよい。加熱する場合の温度は、300℃以下が好ましく、0から200℃がより好ましく、0から150℃がさらに好ましく、25から80℃が特に好ましい。該温度範囲において、前記硬化性樹脂組成物層に形成される微細パターン形状の精度が高く保持される。また光照射を行わずに、加熱のみで前記硬化性樹脂組成物層を硬化させてもよい。
上記のいずれの方式についても、大面積の成形体を効率よく製造する方法として、ロールプロセスに適合するように反応機内を搬送する方法で硬化する方法も好ましい。
(離型工程)
硬化工程後、成形体をエンボスロールあるいはモールドから剥離することにより、エンボスロールあるいはモールドの凹凸パターンを転写した凸凹パターンが前記硬化性樹脂組成物層の硬化物の表面に形成された成形体が得られる。成形体の反りなどの変形を抑えたり、凸凹パターンの精度を高めたりする面で、剥離工程の温度としては、成形体の温度が常温(25℃)付近まで冷却した後に実施する方法や、成形体の温度がまだ硬化工程の反応温度程度の時に剥離する場合であっても、成形体に一定の張力を与えた状態で常温(25℃)付近まで冷却する方法が好ましい。
また、前記UVエンボスで使用するエンボスロールやナノインプリント用モールドとしても、本発明の成形体を使用することができる。この場合、光/熱硬化性組成物を転写材料として転写体を製造する場合には、本発明の成形体表面には従来公知の離型処理を施すことが好ましい。
このようにして得られた表面に凸凹を有する成形体を、例えば、光学部材用途等、例えば光学用レンズ、表示装置用の導光板、拡散板、無反射フィルムや偏光フィルム、太陽電池装置用の透過性フィルム、更に、建築用途等、例えば光触媒性フィルム、防眩フィルム、防汚染性フィルムとして使用する場合では、凹凸は、深さが0.01〜50μmの範囲であり、少なくとも1方向のピッチが0.01〜50μmの範囲であり、凸凹構造の形状としては、例えばレンズ構造、ピラー構造、ライン・アンド・スペース構造、格子構造、ピラミッド構造、ハニカム構造、ドット構造、ナノ流路等の用途を想定した任意形状、干渉露光の手法を応用した波状構造、これらの構造を重ね合わせた複合的構造等が好ましい。これらの形状を水平方向に継ぎ合わせた構造であっても、また単層構造であっても、垂直方向に積み重ねた多層構造であってもよい。
(太陽電池用保護シート)
また、本発明によって得られる成形体を、太陽電池モジュールの受光面側表面保護部材の構成部材として使用することができる。具体的には、本発明で使用する硬化性樹脂組成物層をプラスチック基板の片面に設けた上で、各種方法で凹凸を作成し、硬化させることで、太陽電池モジュールの受光面側表面保護部材、具体的には太陽電池用保護シートとして好適に使用することができる。
発電効率の高い太陽電池モジュールを開発する上で、採光効果の高い太陽電池用保護シートが求められている。太陽電池用保護シートの採光効果を高める方法として、樹脂によりガラス表面に幾何学的三次元構造体を形成することで、光の斜め入射時の入射角を小さい角度に変換し、あるいは反射光の再入射を行うことで採光効果を得る方法が一般的に検討されている。
本発明では、前記複合樹脂(A)層をプラスチック基板の片面に設けた上で、各種方法で凹凸を作成し、硬化させることで、長期耐候性に優れなおかつ採光効率の高い太陽電池モジュールの受光面側表面保護部材を作成することができる。また、該太陽電池モジュールの受光面側表面保護部材を用いた太陽電池モジュールは、発電効果が高くなおかつ屋外でも長期耐候性を有する。
(プラスチック基板)
本発明で使用するプラスチック基板は、たとえば、ポリエチレン(PE)(高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン)、ポリプロピレン(PP)、ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体ケン化物、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート系樹脂、フッ素樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、アセタール系樹脂、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート)、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、その他の各種の樹脂のフィルムまたはシートを使用することができる。これらの樹脂のフィルムまたはシートは、一軸または二軸方向に延伸されているものでもよい。また前記樹脂フィルムを複数層積層されたものであってもよいし、金属酸化物、並びに無機化合物が蒸着されていても良い。また本発明の効果を損なわない範囲で、公知の紫外線吸収剤、水分吸収剤(乾燥剤)、酸素吸収剤、酸化防止剤等公知の添加剤が添加されていてもよい。中でも透明性等太陽電池用保護シートの性能を考慮すると、ポリエチレン(PE)(高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン)、ポリプロピレン(PP)、ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂等が好ましく使用される。
前記プラスチック基板の片側に、前記複合樹脂(A)を含有する硬化性樹脂組成物層を設ける。硬化性樹脂組成物層の形成方法は公知の方法でよく、例えば、カレンダ法、フローコーター法、ロールコーター法、吹き付け法、エアレススプレー法、エアスプレー法、刷毛塗り、ローラー塗り、コテ塗り、浸漬法、引き上げ法、ノズル法、巻き取り法、流し法、盛り付け、パッチング法等により設ける方法が挙げられる。
硬化性樹脂組成物層の膜厚は、0.05μm〜150μmの範囲が好ましい。0.05μm未満では紫外線遮蔽能の不足するおそれがあり、150μmを超える膜厚では後工程において塗膜に割れが生じるおそれがある。
(表面に凹凸構造を持つ太陽電池用保護シートの製造方法)
前記硬化性樹脂組成物層に、微細パターンを表面に持つモールドを押し付け、その状態で活性エネルギー線硬化、熱硬化、あるいは活性エネルギー線と熱硬化させて硬化させ、モールドを離型することで表面に微細パターンを持つ太陽電池用保護シートを得ることができる。
モールドを押し付ける方法としては、ロール形状のモールドを用いて、プラスチック基板をロールに抱かせながらロールを回転して押し付ける方法や、平板形モールドを用いて、モールド表面とプラスチック基板表面を平行に押し付ける方法がある。
硬化性樹脂組成物の硬化は、製造効率の面から、活性エネルギー線硬化を用いる方法が好ましい。活性エネルギー線は硬化性樹脂組成物をより低温で硬化させることができる、450nm以下の波長の光(紫外線、X線、γ線等)が好ましく、操作性の面から200nmから450nmの波長の紫外線が特に好ましい。紫外線透過性のモールドおよびプラスチック基板を用いた場合、モールド及びプラスチック基板のいずれの側から照射してもよいが、例えば金属製モールドのような紫外線透過性のないモールドを用いた場合、前記透明性プラスチック基板側から照射しても良い。
前記凹凸を形成した硬化性樹脂組成物層に、前述の活性エネルギー線硬化、熱硬化、あるいは活性エネルギー線と熱硬化させて硬化させることで、硬化させた保護層を有する太陽電池用保護シートを得ることができる。
前記保護層のヘイズとしては、塗膜の強度や耐久性、太陽電池の変換効率の観点から総合的に選定すれば良いが、太陽電池の変換効率の観点から好ましくは20以下、より好ましくは10以下、さらに好ましくは5以下である。
太陽電池用保護シートは、太陽電池モジュールの受光面側保護シートとして好適に使用することができる。
例えば、受光面側保護シートとして使用する場合は、前記金属酸化物として透明性の高い酸化亜鉛を使用するのが好ましい。この場合、使用する酸化亜鉛の添加量は1〜25%が好ましく、1.5〜20%が最も好ましい。
(太陽電池モジュール)
本発明の太陽電池用保護シートを受光面側保護シートとして使用する場合の、太陽電池モジュールの具体的態様の一例を図1に示す。なお本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。
図1において示される太陽電池モジュールは、太陽電池用受光面側保護シート1、第1封止材2、太陽電池群3、第2封止材4、太陽電池用保護シート5が順次積層されることによって構成される。なお太陽電池用受光面側保護シート1は、該保護シート1のプラスチック基板(本発明の複合樹脂(A)を含有する硬化性樹脂組成物層の硬化面とは反対側の面)と第1封止材2とが合わさる状態、即ち前記硬化性樹脂組成物を硬化させた保護層が最表層となるように積層させる。
第1封止材2及び第2封止材4は、本発明の太陽電池用保護シート1と電池用保護シート5との間で、太陽電池群3を封止する。第1封止材2及び第2封止材4としては、EVAの他、EEA、PVB、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂を用いることができる。また、第1封止材2及び第2封止材4は過酸化物等の架橋剤を含む。従って、第1封止材2及び第2封止材4は所定の架橋温度以上に加熱されることにより、軟化された後、架橋が開始される。
太陽電池群3は、複数の太陽電池と配線材とを有する。複数の太陽電池は配線材により互いに電気的に接続される。
その後、ラミネート装置でラミネートした第1封止材2と第2封止材4を加熱により本硬化させることで、太陽電池モジュールを得ることができる。
次に、本発明を、実施例及び比較例により具体的に説明をする。例中断りのない限り、「部」「%」は重量規準である。
(合成例1〔ポリシロキサンの調整例〕)
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、メチルトリメトキシシラン(MTMS) 415部、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTS)756部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、60℃まで昇温した。次いで、「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕 0.1部と脱イオン水 121部からなる混合物を5分間で滴下した。滴下終了後、反応容器中を80℃まで昇温し、4時間攪拌することにより加水分解縮合反応を行い、反応生成物を得た。
得られた反応生成物中に含まれるメタノールおよび水を、1〜30キロパスカル(kPa)の減圧下、40〜60℃の条件で除去することにより、数平均分子量が1000で、有効成分が75.0%であるポリシロキサン(a1−1) 1000部を得た。
尚、「有効成分」とは、使用したシランモノマーのメトキシ基が全て加水分解縮合反応した場合の理論収量(重量部)を、加水分解縮合反応後の実収量(重量部)で除した値、即ち、〔シランモノマーのメトキシ基が全て加水分解縮合反応した場合の理論収量(重量部)/加水分解縮合反応後の実収量(重量部)〕の式により算出したものである。
(合成例2(同上))
合成例1と同様の反応容器に、MTMS 442部、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(APTS) 760部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、60℃まで昇温した。次いで、「A−3」 0.1部と脱イオン水 129部からなる混合物を5分間で滴下した。滴下終了後、反応容器中を80℃まで昇温し、4時間攪拌することにより加水分解縮合反応を行い、反応生成物を得た。得られた反応生成物中に含まれるメタノールおよび水を、1〜30キロパスカル(kPa)の減圧下、40〜60℃の条件で除去することにより、数平均分子量が1000で、有効成分が75.0%であるポリシロキサン(a1−2) 1000部を得た。
(合成例3[ビニル系重合体(a2−1)の調製例])
合成例1と同様の反応容器に、フェニルトリメトキシシラン(PTMS) 20.1部、ジメチルジメトキシシラン(DMDMS) 24.4部、イソプロピルアルコール 35.9部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、n−ブチルメタクリレート 22.6部、n−ブチルアクリレート 27.7部、アクリル酸 1.3部、MPTS 3.8部、β−ヒドロキシエチルメタクリレート 37.5部、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(TBPEH) 15部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.05部と脱イオン水 12.8部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物であるビニル系重合体(a2−1)が得られた。
(合成例4〔複合樹脂(A)の調製例〕)
合成例1と同様の反応容器に、フェニルトリメトキシシラン(PTMS) 20.1部、ジメチルジメトキシシラン(DMDMS) 24.4部、酢酸n−ブチル 107.7部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、メチルメタクリレート(MMA) 15部、n−ブチルメタクリレート(BMA) 45部、2−エチルヘキシルメタクリレート(EHMA) 39部、アクリル酸(AA) 1.5部、MPTS 4.5部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA) 45部、酢酸n−ブチル 15部、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(TBPEH) 15部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.05部と脱イオン水 12.8部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物が得られた。尚、TBPEHの残存量は、ヨウ素滴定法により測定した。
次いで、前記反応生成物に、合成例1で得られたポリシロキサン(a1−1) 162.5部を添加して、5分間攪拌したのち、脱イオン水 27.5部を加え、80℃で4時間攪拌を行い、前記反応生成物とポリシロキサンの加水分解縮合反応を行った。得られた反応生成物を、10〜300kPaの減圧下で、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、次いで、メチルエチルケトン(MEK) 150部、酢酸n−ブチル 27.3部を添加し、不揮発分が50.0%であるポリシロキサンセグメントとビニル重合体セグメントからなる複合樹脂(A−1) 600部を得た。
(合成例5(同上))
合成例1と同様の反応容器に、PTMS 20.1部、DMDMS 24.4部、酢酸n−ブチル 107.7部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、MMA 15部、BMA 45部、EHMA 39部、AA 1.5部、MPTS 4.5部、HEMA 45部、酢酸n−ブチル 15部、TBPEH 15部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.05部と脱イオン水 12.8部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物が得られた。尚、TBPEHの残存量は、ヨウ素滴定法により測定した。
次いで、前記反応生成物に、合成例1で得られたポリシロキサン(a1−1) 562.5部を添加して、5分間攪拌したのち、脱イオン水 80.0部を加え、80℃で4時間攪拌を行い、前記反応生成物とポリシロキサンの加水分解縮合反応を行った。得られた反応生成物を、10〜300kPaの減圧下で、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、次いで、MEK 128.6部、酢酸n−ブチル 5.8部を添加し、不揮発分が70.0%であるポリシロキサンセグメントとビニル重合体セグメントからなる複合樹脂(A−2) 857部を得た。
(合成例6(同上))
合成例1と同様の反応容器に、PTMS 20.1部、DMDMS 24.4部、酢酸n−ブチル 107.7部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、MMA 15部、BMA 45部、EHMA 39部、AA 1.5部、MPTS 4.5部、HEMA 45部、酢酸n−ブチル 15部、TBPEH 15部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.05部と脱イオン水 12.8部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物が得られた。尚、TBPEHの残存量は、ヨウ素滴定法により測定した。
次いで、前記反応生成物に、合成例2で得られたポリシロキサン(a1−2) 162.5部を添加して、5分間攪拌したのち、脱イオン水 27.5部を加え、80℃で4時間攪拌を行い、前記反応生成物とポリシロキサンの加水分解縮合反応を行った。得られた反応生成物を、10〜300kPaの減圧下で、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、次いで、MEK 150部、酢酸n−ブチル 27.3部を添加し、不揮発分が50.0%であるポリシロキサンセグメントとビニル重合体セグメントからなる複合樹脂(A−3) 600部を得た。
(合成例7(同上))
合成例1と同様の反応容器に、PTMS 17.6部、DMDMS 21.3部、酢酸n−ブチル 129.0部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、MMA 21部、BMA 63部、EHMA 54.6部、AA 2.1部、MPTS 6.3部、HEMA 63部、酢酸n−ブチル 21部、TBPEH 21部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.04部と脱イオン水 11.2部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物が得られた。尚、TBPEHの残存量は、ヨウ素滴定法により測定した。
次いで、前記反応生成物に、合成例1で得られたポリシロキサン(a1−1)87.3部を添加して、5分間攪拌したのち、脱イオン水 12.6部を加え、80℃で4時間攪拌を行い、前記反応生成物とポリシロキサンの加水分解縮合反応を行った。得られた反応生成物を、10〜300kPaの減圧下で、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、次いで、MEK 150部を添加し、不揮発分が50.0%であるポリシロキサンセグメントとビニル重合体セグメントからなる複合樹脂(A−4) 600部を得た。
前記合成例2で得たビニル系重合体(a2−1)346部に、n−ブチルメタクリレートを148部添加、そして合成例1で得られたポリシロキサン(a1−1) 162.5部を添加して、5分間攪拌したのち、脱イオン水 27.5部を加え、80℃で4時間攪拌を行い、前記反応生成物とポリシロキサンの加水分解縮合反応を行った。得られた反応生成物を、10〜300kPaの減圧下で、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、不揮発分が72%であるポリシロキサンセグメント(a1−1)とビニル系重合体セグメント(a2−1)とを有する複合樹脂(A−5) 400部を得た。
(比較合成例1〔比較対照用樹脂(R−1)の調製〕)
合成例1と同様の容器に、酢酸n−ブチル 107.7部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、メチルメタクリレート(MMA) 15部、n−ブチルメタクリレート(BMA) 45部、2−エチルヘキシルメタクリレート(EHMA) 39部、アクリル酸(AA) 1.5部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA) 45部、酢酸n−ブチル 15部、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(TBPEH) 15部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物である比較対照用樹脂中間体が得られた。
次いで、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTS)123部を投入した後、「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕 0.1部と脱イオン水 121部からなる混合物を5分間で滴下した。滴下終了後、反応容器中を80℃まで昇温し、4時間攪拌することにより加水分解縮合反応を行い、反応生成物を得た。得られた反応生成物を、10〜300kPaの減圧下で、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、次いで、メチルエチルケトン(MEK) 150部、酢酸n−ブチル 27.3部を添加し、不揮発分が50.0%である比較対照用樹脂(R−1)を得た。
比較合成例2〔比較対照用複合樹脂(R−2)の調整〕
合成例1と同様の反応容器に、PTMS 191部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、120℃まで昇温した。次いで、MMA 169部、MPTS 11部、TBPEH 18部からなる混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器内へ4時間で滴下した。その後、同温度で16時間攪拌し、トリメトキシシリル基を有するアクリル重合体を調製した。
次いで、前記反応容器の温度を80℃に調整し、攪拌しながら、MTMS 131部、APTS 226部、DMDMS 116部を、前記反応容器中へ添加した。その後、「A−3」 6.3部と脱イオン水 97部との混合物を、5分間で滴下し、同温度で2時間攪拌することにより、加水分解縮合反応させ、反応生成物を得た。反応生成物を、1H−NMRで分析したところ、前記アクリル重合体が有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。得られた反応生成物を、10〜300kPaの減圧下で、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、次いで、酢酸n−ブチル 400部を添加し、不揮発分が60.0%であるポリシロキサンセグメントとアクリル重合体セグメントからなる比較対照用複合樹脂(R−2) 600部を得た。尚、この合成例は、特許文献2の実施例に記載の合成例1に従うものである。
(実施例1 表面に凹凸を有する成形体の製造方法)
合成例1で得られた複合樹脂(A−1) 40.0部、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA) 7.0部、イルガキュア184[光重合開始剤 チバ・ジャパン株式会社製] 1.08部、チヌビン400[ヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤 チバ・ジャパン株式会社製] 0.67部、チヌビン123[ヒンダードアミン系光安定化剤(HALS) チバ・ジャパン株式会社製] 0.34部、バーノックDN−901S〔ポリイソシアネート DIC(ディーアイシー)株式会社製〕6.7部を混合することによって硬化性樹脂組成物(組成物−1)を得た。次に、表面に離型処理した東洋紡社製のPETフィルム「コスモシャイン A4200」(膜厚50μm)に、組成物−1を2μm厚にバーコートしたうえで、80℃、1分間プレベイクした後、表面に高さ500nm、幅500nm、ピッチ500nmのホール構造を有する石英ガラス製の平板状のモールドを押し付けて、ピーク波長375nm±5のLED光源により、この状態で樹脂組成物側から1000mJ/cmの光量で光照射して硬化させ、その後モールドとPETフィルムを剥離し、表面にピラー状の凹凸を有する成形体を得た。
(実施例2〜5、及び比較例1〜3)
第1表に示した配合に基づき、実施例1と同様の方法でそれぞれ硬化性樹脂組成物(組成物−2)〜(組成物−5)を調整、及び第2表に示した配合に基づき、実施例1と同様な方法でそれぞれ比較用硬化性樹脂組成物(比組成物−1)〜(比組成物−3)を調製し、実施例1と同様な方法で表面にピラー状の凹凸を有する成形体を得た。
(実施例6〜10 表面に凹凸を有する成形体の製造方法)
帝人製のPETフィルム「HBフィルム」(膜厚100μm)に対し、組成物−1〜組成物−5を2μm厚にバーコートしたうえで、80℃で1分間プレベイクした後、表面に高さ250nm、ピッチ280nmのモスアイ形状を有するニッケル製の平板状のモールドを押し付けて、メタルハライドランプにより、この状態でPETフィルムを通して1000mJ/cmの光量で光照射して硬化させ、その後モールドとPETフィルムを剥離し、表面にモスアイ形状の凹凸を有する成形体(FS−1〜FS−5)を得た。
(比較例4〜6 表面に凹凸を有する成形体の製造方法)
実施例6〜10と同様の方法により、比組成物1〜3を用いて、表面にモスアイ形状の凹凸を有する成形体(FS−2)および(FS−4)を得た。
(サブストレート型太陽電池モジュールの作製)
ラミネート装置(日清紡メカトロニクス製)の熱板を150℃に調整し、その熱板の上に、ステンレス板、前記太陽電池用封止材、多結晶シリコン型太陽電池セル、前記太陽電池用封止材、実施例6〜10または比較例4〜6に記載の成形体((FS−1)〜(FS−8)、ただし硬化性樹脂組成物塗布面が最外層となるように重ね合わせる)の順に重ね合わせ、ラミネート装置の蓋を閉じた状態で、脱気3分、プレス22分を順に行い、ラミネート装置から取り出し、サブストレート型太陽電池モジュール((M−1)〜(M−8))とした。
(評価)
前記実施例1〜5,及び比較例1〜3で得られた表面に凹凸を有する成形体の評価は次の通り行った。
(促進耐光試験後の黄変度評価)
紫外線劣化促進試験機(アイスーパーUVテスター SUV−W131:岩崎電気(株)製)を用いて、UV照射強度100mW/cm2として促進耐光試験を行った。
表面にピラー状の凹凸を有する成形体の促進試験200時間実施前後での、前記成形体の黄変度の評価を、ミノルタカメラ(株)社製の色彩色差計CR−100を用いてLab表示色の黄色味を示すb値を測定した。試験前後でのb値の差分Δbが0−1の時を○、1−5の時を△、5以上の値を示すときを×として、黄変度の評価を行った。
(耐候性評価)
表面にピラー状の凹凸を有する成形体のサンシャインウェザオメーターによる促進耐候性試験を実施し、試験前後での外観変化を観察した。
(JIS D 0205に準拠、ブラックパネル温度 63℃、相対湿度 50%、光の照度 255W/m2、水の噴射 12分/60分、照射期間 3000時間)
外観の特徴を下記の基準に従って評価を行うことにより、耐候性の評価を行った。
5;変化なし
4;ヘアークラック(細いひび)が散在する状態
3;幅1mm以上のクラックが観察される状態
2;部分的に塗膜が剥がれて欠落している状態
1;塗膜のほとんどが欠落している状態
(太陽電池用保護シートの耐候性評価)
太陽電池用保護シート(FS−1)及び比較用太陽電池用保護シート(FS−2)〜(FS−5)のサンシャインウェザオメーターによる促進耐候性試験(3000時間)を実施し、試験前後での外観変化を観察した。外観の特徴を前記の耐候性評価基準に従って評価を行うことにより、耐候性の評価を行った。
(評価方法 光反射率評価)
ミノルタ株式会社製CM−3600dを用いて、太陽電池用保護シート(FS−1)及び比較用太陽電池用保護シート(FS−2)〜(FS−5)のサンシャインウェザオメーターによる促進耐候性試験(3000時間)前後で、360nm〜740nmの波長領域の光線反射率を測定し、可視光線領域である500nm〜740nmの反射率の平均値を求めた。促進耐候試験前後での変化が2%未満の場合を○、2以上4未満の場合を△、4以上の場合を×と評価した。
(評価方法 拡散光透過率評価)
ミノルタ株式会社製CM−3600dを用いて、太陽電池用保護シート(FS−1)及び比較用太陽電池用保護シート(FS−2)〜(FS−5)のサンシャインウェザオメーターによる促進耐候性試験(3000時間)前後で、360nm〜740nmの波長領域の拡散光透過率を測定し、可視光線領域である500nm〜740nmの透過率の平均値を求めた。促進耐候試験前後での変化が2%未満の場合を○、2以上5未満の場合を△、5以上の場合を×と評価した。
(評価方法 太陽電池モジュールの発電量評価)
上記で得られたサブストレート型太陽電池モジュール(M−1)〜(M−5)を、千葉県佐倉市の屋外に設置された暴露台に、水平角50度となるように固定し、6ヶ月間静置した。
各太陽電池モジュール(M−1)〜(M−5)の6ヶ月間の屋外暴露後の発電効率を屋外暴露前の発電効率で除した値を発電効率比とし、発電効率比が0.95以上である場合を○、0.90以上0.95未満である場合を△、0.90未満である場合を×とした。
実施例1〜5,及び比較例1〜3の組成比、及び得られた表面にピラー状の凹凸を有する成形体の評価結果を表1及び表2に示す。
Figure 2011155365

Figure 2011155365
実施例6〜10,及び比較例4〜6の組成比、及び得られた表面にモスアイ形状の凹凸を有する成形体の評価結果を表3、及び表4に示す。
Figure 2011155365
Figure 2011155365
表1〜4の略語について。
(a1)はポリシロキサンセグメント(a1)の略である。
※1 硬化性樹脂組成物の全固形分量に対するポリシロキサンセグメント(a1)の含有率(%)である。
※2 硬化性樹脂組成物の全固形分量に対するポリイソシアネート(B)の含有率(%)である。
※3 複合樹脂(A)の全固形分量に対するポリシロキサンセグメント(a1)の含有率である。
DN−901S:バーノックDN−901S[ポリイソシアネート DIC株式会社製]である。
17−813:ユニディック17−813[ウレタンアクリレート DIC株式会社製]である。
PETA:ペンタエリスリトールトリアクリレートである。
I−184:イルガキュア184[光重合開始剤 チバ・ジャパン株式会社製]である。
I−127:イルガキュア127[光重合開始剤 チバ・ジャパン株式会社製]である。
チヌビン479:[ヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤 チバ・ジャパン株式会社製]である。
チヌビン152:[ヒンダードアミン系光安定化剤(HALS) チバ・ジャパン株式会社製]である。
本発明の凹凸を有する成形体は、太陽電池モジュールの受光面側表面保護部材として好適に使用できる。またそのほかにも、例えばモールドフィルム、ナノ・マイクロ光学要素、光学素子、表示素子、電子ペーパー、ストレージ、MEMS・PCB実装材料、微量生化学分析や微量化学合成、バイオ応用を目的とした高機能3次元ナノ・マイクロ流路、次世代電子素子、DNAチップ等といった様々な用途にも利用することが可能である。
1:太陽電池用受光面側保護シート
2:第1封止材
3:太陽電池群
4:第2封止材
5:太陽電池用裏面側保護シート
前記合成例2で得たビニル系重合体(a2−1)346部に、n−ブチルメタクリレートを148部添加、そして合成例1で得られたポリシロキサン(a1−1) 162.5部を添加して、5分間攪拌したのち、脱イオン水 27.5部を加え、80℃で4時間攪拌を行い、前記ビニル系重合体(a2−1)とポリシロキサンの加水分解縮合反応を行った。得られた反応生成物を、10〜300kPaの減圧下で、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、不揮発分が72%であるポリシロキサンセグメント(a1−1)とビニル系重合体セグメント(a2−1)とを有する複合樹脂(A−5) 400部を得た。
次いで、前記反応容器の温度を80℃に調整し、攪拌しながら、MTMS 131部、APTS 226部、DMDMS 116部を、前記反応容器中へ添加した。その後、「A−3」 6.3部と脱イオン水 97部との混合物を、5分間で滴下し、同温度で2時間攪拌することにより、加水分解縮合反応させ、反応生成物を得た。反応生成物を、1H−NMRで分析したところ、前記アクリル重合体が有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。得られた反応生成物を、10〜300kPaの減圧下で、40〜60℃の条件で2時間蒸留することにより、生成したメタノール及び水を除去し、次いで、酢酸n−ブチル 400部を添加し、不揮発分が60.0%であるポリシロキサンセグメントとアクリル重合体セグメントからなる比較対照用複合樹脂(R−2) 600部を得た。

Claims (6)

  1. 硬化性樹脂組成物を硬化することで形成された成型体の一部または全部の表面に山状部と山状部間に形成された溝状部とから構成された微細形状が形成されてなる、表面に凹凸を有する成形体であって、
    前記硬化性樹脂組成物が、一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位と、シラノール基および/または加水分解性シリル基とを有するポリシロキサンセグメント(a1)と、アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)とが、一般式(3)で表される結合により結合された複合樹脂(A)、及びポリイソシアネート(B)を含有し、前記ポリシロキサンセグメント(a1)の含有率が前記硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して10〜60重量%であり、且つ、ポリイソシアネート(B)の含有率が前記硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して5〜50重量%であることを特徴とする表面に凹凸を有する成形体。
    Figure 2011155365
    (1)
    Figure 2011155365

    (2)
    (一般式(1)及び(2)中、R、R及びRは、それぞれ独立して、−R−CH=CH、−R−C(CH)=CH、−R−O−CO−C(CH)=CH、及び−R−O−CO−CH=CHからなる群から選ばれる1つの重合性二重結合を有する基(但しRは単結合又は炭素原子数1〜6のアルキレン基を表す。)、炭素原子数が1〜6のアルキル基、炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基、アリール基、または炭素原子数が7〜12のアラルキル基を表し、R、R及びRの少なくとも1つは前記重合性二重結合を有する基である)
    Figure 2011155365

    (3)
    (一般式(3)中、炭素原子は前記ビニル系重合体セグメント(a2)の一部分を構成し、酸素原子のみに結合したケイ素原子は、前記ポリシロキサンセグメント(a1)の一部分を構成するものとする)
  2. 前記成形体が、基材表面に設けられた硬化性樹脂組成物層を硬化することで形成されている請求項1に記載の表面に凹凸を有する成形体。
  3. 前記基材がシート状である請求項2に記載の表面に凹凸を有する成型体。
  4. 請求項3記載の成形体を用いることを特徴とする、太陽電池モジュールの受光面側表面保護部材。
  5. 請求項4に記載の太陽電池モジュールの受光面側表面保護部材を用いることを特徴とする、太陽電池モジュール。
  6. 請求項1〜3のいずれかに記載の成形体の製造方法であって、基材表面に設けられた硬化性樹脂組成物層に、凹凸構造を有するモールドを押し付けて、この状態で硬化性樹脂組成物側から活性エネルギー線硬化させ、その後モールドを剥離することを特徴とする表面に凹凸を有する成形体の製造方法。
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