JPWO2012099125A1 - ハードコート被膜付き樹脂基板およびその製造方法 - Google Patents

ハードコート被膜付き樹脂基板およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

耐候密着性、耐候クラック性に優れたハードコート被膜付き樹脂基板を提供することを目的とする。樹脂基板2の少なくとも一方の面上に、アクリル系ポリマー(P)を主成分として含有するプライマー層3、およびハードコート層4を、樹脂基板2側から順に有し、プライマー層3に含有されるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、ならびにシリル基含有重合単位を含有し、芳香族炭化水素基を側鎖に有する重合単位を含有せず、(アクリル系ポリマー(P)の含有量)/(アクリル系ポリマー(P)の含有量とシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の含有量との合計量)×100の値が、50〜98質量%であるハードコート被膜付き樹脂基板1。

Description

本発明は、ハードコート被膜付き樹脂基板およびその製造方法に関する。
近年、自動車等の車輌用の窓材や家屋、ビル等の建物に取り付けられる建材用の窓ガラスとして、これまでの無機ガラス板に代わって透明樹脂板の需要が高まっている。
透明樹脂板の耐擦傷性および耐候性を向上させる目的で、種々のハードコート剤、特にシリコーン系ハードコート剤を用いて透明樹脂板の表面に被膜を形成することが提案されている。また、その際、ハードコート層と透明樹脂板との密着性を向上させるために、プライマー層等の接着層を介在させることも検討されている。
しかし、透明樹脂板とハードコート層との間にプライマー層が設けられた構造においては、プライマー層自体の耐衝撃性の問題や、プライマー層とハードコート層との間の密着性が不十分であるという問題、さらに被膜全体として、長期使用後のクラックの発生や密着性の低下など、耐候性の問題があった。特に、高湿度の環境下に長時間置くと、プライマー層とシリコーン系ハードコート層との間の密着性が低下し、剥離が生じ易いという問題があった。
このような問題に対して、特許文献1には、ハードコート層との密着性を向上させるために、γ−メタクリロオキシプロピルトリメトキシシランと反応性紫外線吸収剤との共重合型ポリマーによりプライマー層を形成したハードコート層付き樹脂基板が提案されている。また、特許文献2には、メチルメタクリレートとγ−アクリロキシプロピルトリメトキシシランと反応性紫外線吸収剤との共重合型ポリマーにより、プライマー層を形成したハードコート層付き樹脂基板が提案されている。さらに、特許文献3には、樹脂製基材の上に、プライマー層とハードコート層とを積層させてなる被覆部材において、被膜の密着性や耐クラック性を向上させることを目的として、ハードコート層に可撓性付与剤を添加するとともに、プライマー層に、熱硬化性アクリル樹脂及び熱可塑性アクリル樹脂を重量比で95:5〜30:70の割合で含有させることが記載されている。
しかしながら、これらのハードコート層付き樹脂基板や被覆物品においては、いずれも高湿度環境下でのプライマー層とシリコーン系ハードコート層との密着性が十分ではなく、特に湿度条件の厳しい促進耐候性試験を行った場合は、プライマー層とハードコート層との間に剥離が生じることがあった。
日本特開2001−47574号公報 日本特開平4−120181号公報 日本特開2006−240294号公報
本発明は、上記の従来技術が有する問題を解消すべくなされたものであり、シリコーン系ハードコート層がプライマー層を介して樹脂基板に設けられたハードコート被膜付き樹脂基板において、耐擦傷性に優れるとともに、促進耐候試験後の密着性(以下、「耐候密着性」ともいう。)、耐候試験後のクラック性(以下、「耐候クラック性」ともいう。)等の耐候性にも優れるハードコート被膜付き樹脂基板を提供することを目的とする。
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板は、樹脂基板の少なくとも一方の面上に、アクリル系ポリマー(P)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を主成分として含有するプライマー層、およびオルガノポリシロキサンの硬化物を主成分として含有するハードコート層を、前記樹脂基板側から順に有するハードコート被膜付き樹脂基板であって、前記アクリル系ポリマー(P)は、炭素数1〜6のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルに基づく重合単位から成り、該アクリル系ポリマー(P)を構成する重合単位全体の90〜100モル%がメタクリル酸メチルに基づく重合単位であり、前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、ならびに加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位を含有し、該シリル基含有アクリル系ポリマーを構成する重合単位全体の50〜95モル%がメタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位であり、前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、芳香族炭化水素基を側鎖に有する重合単位を含有せず、前記アクリル系ポリマー(P)と前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)との質量比、すなわち(アクリル系ポリマー(P)の含有量)/(アクリル系ポリマー(P)の含有量とシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の含有量との合計量)×100の値が、50〜98質量%であることを特徴とする。
前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、前記加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位を、該シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を構成する重合単位全体の5〜50モル%の割合で含有することが好ましい。
また、前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、前記メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、ならびに前記加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位から成り、前記メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位と、前記加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位とのモル比が、50:50〜95:5であることが好ましい。
また、前記加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位は、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランおよび3−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、ならびにこれらの加水分解物または部分加水分解物に基づく重合単位からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また、前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、ヒドロキシアルキル基を有する重合単位を含有しないことが好ましい。
前記アクリル系ポリマー(P)は、メタクリル酸メチルに基づく重合単位から成ることが好ましい。また、前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の質量平均分子量は、5,000〜300,000であることが好ましい。また、前記プライマー層の主成分である前記アクリル系ポリマー(P)の質量平均分子量は、20,000〜1,500,000であることが好ましい。
また、前記オルガノポリシロキサンは、T単位とQ単位のみで構成され、その個数の割合は、T:Q=90〜100:10〜0であることが好ましい。
また、本発明のハードコート被膜付き樹脂基板の製造方法は、樹脂基板の少なくとも一方の面上に、アクリル系ポリマー(P)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を主成分として含有するプライマー層形成用組成物を塗布し乾燥させてプライマー層を形成する工程と、前記プライマー層の上に、オルガノポリシロキサンを主成分として含有するハードコート層形成用組成物を塗布し硬化させてハードコート層を形成する工程と、を備えるハードコート被膜付き樹脂基板の製造方法であって、前記アクリル系ポリマー(P)は、炭素数1〜6のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルに基づく重合単位から成り、該アクリル系ポリマー(P)を構成する重合単位全体の90〜100モル%がメタクリル酸メチルに基づく重合単位であり、前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、ならびに加水分解性シリル基および/またはSiOH基を側鎖に有する重合単位を含有し、該シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を構成する重合単位全体の50〜95モル%がメタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位であり、前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、芳香族炭化水素基を側鎖に有する重合単位を含有せず、前記アクリル系ポリマー(P)と前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)との質量比、すなわち(アクリル系ポリマー(P)の含有量)/(アクリル系ポリマー(P)の含有量とシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の含有量との合計量)×100の値が、50〜98質量%である、ことを特徴とする。
上記した数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用され、特段の定めがない限り、以下本明細書において「〜」は、同様の意味をもって使用される。
本明細書において、「ハードコート被膜」とは、樹脂基板上に形成されたハードコート層を含む多層からなる被膜をいう。すなわち、本発明においては、プライマー層、およびハードコート層を有する被膜全体を、「ハードコート被膜」という。
「加水分解性シリル基」とは、ケイ素原子に直接結合された加水分解性基を有するシリル基をいう。ここで、「加水分解性基」とは、加水分解により水酸基(−OH基)となる基をいう。したがって、「加水分解性シリル基および/またはSiOH基」とは、一部が加水分解により水酸基(−OH基)となったものを含めて、ケイ素原子に加水分解性基が結合したシリル基を意味する。なお、「加水分解性シリル基および/またはSiOH基」とは、「加水分解性シリル基およびSiOH基の群から選ばれる少なくとも1種の基を有する」と記載することもできる。加水分解性基の具体例については後で詳述する。
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板は、耐擦傷性に優れるとともに、耐候密着性、耐候クラック性等の耐候性にも優れる。また、本発明のハードコート被膜付き樹脂基板の製造方法によれば、耐擦傷性に優れるとともに、耐候密着性、耐候クラック性等の耐候性にも優れるハードコート被膜付き樹脂基板を得ることができる。
本発明のシリコーン系ハードコート被膜付き樹脂基板の断面模式図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板の一実施形態を図1に示す。このハードコート被膜付き樹脂基板1は、樹脂基板2の少なくとも一方の面上に、アクリル系ポリマー(P)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を主成分として含有するプライマー層3、オルガノポリシロキサンの硬化物を主成分として含有するハードコート層4が、この順に積層されている。
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板においては、プライマー層中に、アクリル系ポリマー(P)を含むため、樹脂基板2及びハードコート層4との密着性を向上させることができる。さらに、アクリル系ポリマーは熱可塑性樹脂であり、架橋型ポリマーに比較してしなやかであり、樹脂基板2の変形に対する追従性にすぐれているため、耐久試験で欠点が発生しにくいと考えられる。
また、本発明のハードコート被膜付き樹脂基板においては、前記プライマー層中にメタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、ならびに加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位を含有するシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を含有させたプライマー層3が設けられているので、ハードコート被膜の耐擦傷性が良好であるとともに、ハードコート層4に係る耐候密着性、耐候クラック性等の耐候性にも優れている。
すなわち、プライマー層3に含有される、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の加水分解性シリル基が、ハードコート層4を構成するオルガノポリシロキサン(T単位)が有する反応性の末端基(例えば、Si−OX基。ただし、−OXは水酸基またはアルコキシ基を示す。)と反応してシロキサン結合(−O−Si−O−)を形成するので、プライマー層3とハードコート層4との間の密着性、特に耐候密着性が向上する。そして、このように密着性に優れたプライマー層3が設けられているので、ハードコート層4に係る耐候密着性、耐候クラック性等の耐候性に優れたハードコート被膜が得られる。
以下、本発明のハードコート被膜付き樹脂基板を構成する各層について、詳細に説明する。
(1)樹脂基板
本発明に用いる樹脂基板の材料である樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ハロゲン化ビスフェノールAとエチレングリコールとの重縮合物、アクリルウレタン樹脂、ハロゲン化アリール基含有アクリル系ポリマー等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
これらのなかでも、芳香族系ポリカーボネート樹脂等のポリカーボネート樹脂やポリメチルメタクリレート系アクリル樹脂等のアクリル樹脂が好ましく、ポリカーボネート樹脂がより好ましい。さらに、ポリカーボネート樹脂のなかでも、特にビスフェノールA系ポリカーボネート樹脂が好ましい。なお、樹脂基板は、上記のような熱可塑性樹脂を2種以上含んでもよいし、これらの樹脂を用いて、2層以上積層された積層基板であってもよい。また、樹脂基板の形状は、特に限定されず、平板であってもよいし、湾曲していてもよい。樹脂基板の色調は、無色透明または着色透明であることが好ましい。
(2)プライマー層
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板は、樹脂基板2の少なくとも一方の面上にアクリル系ポリマー(P)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を主成分とするプライマー層3を有する。プライマー層3は、樹脂基板2と後述するハードコート層4との密着性を向上させるために設けられる層であり、樹脂基板2と直接接することで樹脂基板2との間の密着性が確保される。
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板のプライマー層3においては、主成分として、アクリル系ポリマー(P)、及び下記に述べるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を含有する。
プライマー層を構成する主成分であるアクリル系ポリマー(P)としては、メタクリル基を有するモノマー(例えば、メタクリル酸エステル)を重合単位とするホモポリマーまたはコポリマー(共重合体)が用いられる。具体的には、アクリル系ポリマー(P)としては、炭素数1〜6のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルを重合単位とするホモポリマーまたはコポリマーであって、メタクリル酸メチルに基づく重合単位を90〜100モル%含有するものが用いられる。
すなわち、アクリル系ポリマー(P)は、メタクリル酸メチルに基づく重合単位を90〜100モル%含有するものであれば、メタクリル酸メチルを重合単位とするホモポリマーであってもよく、メタクリル酸メチルと、炭素数2〜6のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルとを重合単位とするコポリマーであってもよい。
本発明に用いるアクリル系ポリマー(P)としては、アルキル基の炭素数が1〜6のメタクリル酸アルキルエステル、なかでも特にメタクリル酸メチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソブチル等から選ばれる1種をモノマーとして重合して得られるホモポリマーや、それらのモノマー同士のコポリマーが好ましい。また、メタクリル酸メチル、メタクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸エチル等のホモポリマー(すなわち、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸tert−ブチル、ポリメタクリル酸エチル)、または、メタクリル酸メチルと、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソブチルから選ばれる1種または2種以上とのコポリマーがより好ましい。
また、アクリル系ポリマー(P)は、質量平均分子量Mwが20,000以上であることが好ましく、50,000以上がより好ましく、1,500,000以下のものが好ましく使用される。質量平均分子量Mwがこの範囲にあるアクリル系ポリマー(P)は、プライマー層としての密着性や強度の性能が十分に発揮され好ましい。なお、本明細書において質量平均分子量Mwとは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により、ポリスチレンを標準物質として測定した値をいう。
なお、このようなアクリル系ポリマー(P)は市販もされており、本発明においては、これらの市販品、例えば、ダイヤナールLR269(商品名、三菱レイヨン社製、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、質量平均分子量:100,000)、LR248(商品名、三菱レイヨン社製、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、質量平均分子量:155,000)等のような、予め適当な溶媒に溶解した溶液として市販されているものを使用することができる。また、ダイヤナールBR80(商品名、三菱レイヨン社製、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、質量平均分子量:90,000)、ダイヤナールBR88(商品名、三菱レイヨン社製、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、質量平均分子量:430,000)、M−4003(商品名、根上工業社製、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、質量平均分子量:700,000〜1,300,000)等のようなアクリル系ポリマーを、適当な溶媒に溶解して使用することが可能である。さらに、これらのアクリル系ポリマーの2種以上を混合して使用することも可能である。
プライマー層3に、前記のアクリル系ポリマー(P)を含有させることで、プライマー層3の靱性が増し、耐衝撃性を向上させることができる。
(シリル基含有アクリル系ポリマー(α))
プライマー層3には、上述したアクリル系ポリマー(P)とともに、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)が含有されている。
すなわち、本発明のプライマー層は、アクリル系ポリマー(P)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を主成分として含有する。ここにおいて、アクリル系ポリマー(P)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を主成分とするプライマー層とは、プライマー層におけるアクリル系ポリマー(P)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の合計の含有割合が、50質量%以上であることをいう。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位(以下、シリル基含有重合単位ということがある。)(α1)と、メタクリル酸メチルに基づく重合単位(α2)とを含有する。
各シリル基含有重合単位(α1)に含有される加水分解性シリル基の数は、通常1個であるが2個以上とすることもできる。シリル基含有重合単位(α1)は、主鎖となるアクリル系ポリマーに結合された炭化水素基に、加水分解性シリル基が、C−Si結合を介して結合しているものが好ましい。
なお、シリル基含有重合単位(α1)は、(A)加水分解性シリル基がC−Si結合を介して結合されたアクリル系モノマー(即ち、シリル基含有アクリル系モノマー)の重合/共重合により得ることができ、これを加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位(α1)とすることができる。
ここで、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、このポリマーに含有される加水分解性シリル基および/またはSiOH基同士の反応により、あるいは該ポリマーの有する加水分解性シリル基および/またはSiOH基と後述するハードコート層を構成するオルガノポリシロキサンの加水分解性シリル基および/またはSiOH基との間の反応によりシロキサン結合を形成していると考えられる。したがって、「プライマー層は、加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位を含有するシリル基含有アクリル系ポリマーを含有する」という表現においては、加水分解性シリル基および/またはSiOH基がシロキサン結合を形成している場合を含むと解釈するものとする。
また、このシリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、芳香族炭化水素基を側鎖に有する重合単位を含有しない。すなわち、紫外線吸収性基のような芳香族炭化水素基を有するモノマーが共重合された構造を有していない。
プライマー層3における、前記したアクリル系ポリマー(P)と、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)とは、その質量比、すなわち(アクリル系ポリマー(P)の含有量)/(アクリル系ポリマー(P)の含有量とシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の含有量との合計量)×100の値が50〜98質量%となるように含有させる。プライマー層3における、(アクリル系ポリマー(P)の含有量)/(アクリル系ポリマー(P)の含有量とシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の含有量との合計量)×100の値が50質量%未満であると、プライマー層3の靱性が低くなり、プライマー層3にクラック等が生じ易くなるおそれがある。
一方、(アクリル系ポリマー(P)の含有量)/(アクリル系ポリマー(P)の含有量とシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の含有量との合計量)×100の値が98質量%を超えると、プライマー層3とハードコート層4との間でシロキサン結合(−O−Si−O−)が十分に形成されず、ハードコート層3との密着性を十分に向上させることが困難となるおそれがある。
(シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の合成)
このようなシリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、(A)C−Si結合を介して結合された加水分解性シリル基を有するアクリル系モノマー(以下、シリル基含有アクリル系モノマーということがある。)と、(B)メタクリル酸メチルとからなるモノマー成分を共重合して得ることができる。
(シリル基含有アクリル系モノマー)
(A)のシリル基含有アクリル系モノマーとしては、1分子中に1個または2個以上のC−Si結合を介して結合された加水分解性シリル基を有し、かつ1個のアクリル基またはメタクリル基を有するモノマーであれば、特に限定されることなく使用することができる。特に、1個の加水分解性シリル基を有するメタクリル酸エステルが好ましい。
加水分解性シリル基は、加水分解性基がケイ素原子に直接結合し、シリル基(−SiH)の水素原子が加水分解性基により置換された基である。ここで、加水分解性基は、前記したように、加水分解により水酸基(ケイ素原子に結合されたOH基)となる基を示し、具体的には、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、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基、アセチルオキシ基等のアシルオキシ基、ブタノキシム基等のオキシム基、アミノ基、メチルアミノ基等のアミノ基、クロル基等のハロゲン基を挙げることができる。加水分解性の制御のし易さおよび入手のし易さから、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基が好ましい。上記加水分解性基以外の置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、デシル基などのアルキル基、フェニル基などを例示できる。入手し易さから、加水分解性基以外の置換基がメチル基、エチル基であるものを用いることが好ましい。
このような加水分解性シリル基が結合されたシリル基含有アクリル系モノマーとしては、例えば、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。これらの中でも、入手のし易さ、取り扱い性、架橋密度および反応性などの点から、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシランが特に好ましい。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α2)の含有割合は、このシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を構成する重合単位全体の50〜95モル%である。
メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位が50モル%未満であると、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、プライマー層の主成分であるアクリル系ポリマー(P)との相溶性が低くなるおそれがある。一方、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位が95モル%を超えると、加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位(α1)の割合が低くなり、ハードコート層のオルガノポリシロキサンに含まれる加水分解性シリル基等との結合部位が不足するため、耐候密着性向上の効果を十分に得られないおそれがある。
加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位(α1)の含有割合は、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を構成する重合単位全体の5モル%以上50モル%以下とすることが好ましい。
加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位(α1)が5モル%未満では、この重合単位が有する加水分解性シリル基と、後述するハードコート層を構成するオルガノポリシロキサンの有する末端基(例えば、Si−OX基。ただし、−OXは水酸基またはアルコキシ基を示す。)との反応が十分に起こらず、ハードコート層との密着性向上の効果が十分に得られない。また、(A)加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位(α1)が50モル%を超えると、未反応の加水分解性基が残存し易くなるため、経時での後架橋が形成し、クラックが発生し易くなる場合がある。また、必然的に、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α2)が50モル%以下になるため、プライマー層におけるなじみ(相溶性)が悪くなる可能性がある。
すなわち、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)における共重合組成は、(A)加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位(α1)が5〜50モル%、(B)メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α2)が50〜95モル%、とすることが好ましい。
特に好ましい共重合組成は、(A)加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位(α1)が5〜40モル%、(B)メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α2)が60〜95モル%である。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)が、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α2)と、加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位、すなわちシリル基含有重合単位(α1)とから成る場合、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれる、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α2)と、シリル基含有重合単位(α1)とのモル比が、(MMAに基づく重合単位(α2)):(シリル基含有重合単位(α1))=50:50〜95:5であることが好ましい。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)における、(MMAに基づく重合単位(α2)):(シリル基含有重合単位(α1))のモル比、すなわち(MMAに基づく重合単位(α2))/(シリル基含有重合単位(α1))の値が50/50未満であると、プライマー層中での、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、アクリル系ポリマー(P)との相溶性が低くなるおそれがある。また、未反応の加水分解性基が残存し易くなるため、経時での後架橋が形成し、クラックが発生し易くなる場合もある。一方、(MMAに基づく重合単位(α2))/(シリル基含有重合単位(α1))の値が95/5を超えると、この重合単位が有する加水分解性シリル基と、後述するハードコート層を構成するオルガノポリシロキサンの有する末端基(例えば、Si−OX基。ただし、−OXは水酸基またはアルコキシ基を示す。)との反応が十分に生起せず、ハードコート層との密着性向上の効果が十分に得られないことがある。
メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α2)と、加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位(α1)とのモル比は、より好ましくは60:40〜90:10であることが好ましい。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、公知の方法で合成することができる。たとえば、(A)シリル基含有アクリル系モノマーと、(B)メタクリル酸メチルとを含有する溶液に、ジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等のパーオキサイド類又は2,2´−アゾビス(イソブチロニトリル)等のアゾ化合物から選択されるラジカル重合用開始剤を加え、加熱下(40〜150℃、特に50〜120℃で1〜10時間、特に3〜8時間)で反応させることにより得ることができる。
(A)シリル基含有アクリル系モノマーである3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランと、(B)メタクリル酸メチル(MMA)との2元共重合体であるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を、以下の組成式に示す。
Figure 2012099125
この組成式において、XおよびYは、それぞれ(B)メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、および(A)3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランに基づく重合単位のモル比を表わす。2元共重合体である前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)においては、X+Y=100となる。そして、(B)メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位のモル比Xは、前記したように、50〜95とすることが好ましい。また、(A)3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランに基づく重合単位のモル比Yは、5〜50であることが好ましい。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の質量平均分子量Mwは、5,000〜300,000であることが好ましい。シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の質量平均分子量が300,000を超える場合には、ポリマーの粘度が過度に高くなり、これを含むプライマー層形成用組成物(後述する)の塗布が困難となり、プライマー層3において適切な膜厚を得られない場合がある。
一方、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の質量平均分子量が5,000未満であると、プライマー層中でのアクリル系ポリマーとの絡み合いが弱くなり、プライマー層3の強度が低下するおそれがある。
また、これらのシリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、芳香族炭化水素基を側鎖に有する重合単位を含有しない。すなわち、紫外線吸収性基のような芳香族炭化水素基を有するモノマーが共重合された構造を有していない。プライマー層に含まれるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)が、有機系紫外線吸収基のような芳香族炭化水素基を有するモノマーが共重合された構造を有する場合は、ハードコート層を構成するオルガノポリシロキサンとの反応性が不十分となり、密着性、特に耐候密着性の向上が望めない。また、プライマー層の主成分となるアクリル系ポリマー(P)とのなじみも不十分となり、ハードコート被膜の耐擦傷性の改善が十分に得られない。
また、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、ヒドロキシアルキル基を有する重合単位を含有しないことが好ましい。プライマー層に含まれるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を、親水性基であるヒドロキシアルキル基を有しないものとすることで、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の吸湿性が低く、耐湿劣化が抑制されたプライマー層とすることができる。
プライマー層には、樹脂基板の黄変を抑制するために、紫外線吸収剤が含まれていることが好ましい。紫外線吸収剤としては、後述するハードコート層形成用組成物に含まれる紫外線吸収剤と同様のものを用いることができる。これらは1種を用いてもよく、2種以上を併用してもよい。プライマー層中の紫外線吸収剤の含有量は、アクリル系ポリマー(P)とシリル基含有アクリルポリマー(α)等の樹脂成分100質量部に対して、1〜50質量部であることが好ましく、1〜30質量部が特に好ましい。
プライマー層は、さらに光安定剤等を含有してもよい。光安定剤としては、ヒンダードアミン類;ニッケルビス(オクチルフェニル)サルファイド、ニッケルコンプレクス−3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジルリン酸モノエチラート、ニッケルジブチルジチオカーバメート等のニッケル錯体が挙げられる。これらは2種以上を併用してもよい。プライマー層中の光安定剤の含有量は、アクリル系ポリマー(P)とシリル基含有アクリルポリマー(α)等の樹脂成分100質量部に対して、0.01〜50質量部であることが好ましく、0.1〜10質量部が特に好ましい。
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板において、前記した樹脂基板の少なくとも一方の面上にプライマー層を形成させる方法は、特に限定されないが、好ましくは、上記アクリル系ポリマー(P)、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)、紫外線吸収剤、および溶媒を含むプライマー層形成用組成物を樹脂基板上に塗布し乾燥させる方法が用いられる。
プライマー層形成に用いるプライマー層形成用組成物には、通常、溶媒が含まれる。溶媒としては、前記アクリル系ポリマー(P)を安定に溶解することが可能な溶媒であれば、特に限定されない。具体的には、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;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メトキシエチル等のエステル類;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類;n−ヘキサン、n−ヘプタン、イソクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ガソリン、軽油、灯油等の炭化水素類;アセトニトリル、ニトロメタン、水等が挙げられる。これらは2種以上を併用してもよい。
溶媒の量は、アクリル系ポリマー(P)等の樹脂成分100質量部に対して、50〜10000質量部であることが好ましく、100〜10000質量部が特に好ましい。なお、プライマー層形成用組成物中の不揮発成分(固形分)の含有量は、組成物全量に対して0.5〜75質量%であることが好ましく、1〜60質量%であることが特に好ましい。
上記プライマー層形成用組成物は、レベリング剤、消泡剤、粘性調整剤等の添加剤をさらに含んでいてもよい。
プライマー層形成用組成物を樹脂基板上に塗布する方法は、特に限定されないが、スプレーコート法、ディップコート法、フローコート法、スピンコート法、ダイコート法等が挙げられる。また、乾燥のための加熱条件は、特に限定されないが、50〜140℃で5分〜3時間であることが好ましい。
上記プライマー層形成用組成物を用いて樹脂基板上に形成されるプライマー層は、プライマー層の膜厚が薄すぎると、樹脂基板自身の耐候劣化による黄変を防ぎきれず、ハードコート被膜付き樹脂基板の黄変、耐候クラック、耐候密着性が低下し、その結果、ハードコート被膜付き樹脂基板の耐候性が低下する。このようなプライマー層の厚さとしては、0.1μm以上、7μm以下であることが好ましく、2μm以上、5μm以下であることが特に好ましい。なお、この膜厚は、樹脂基板のような基板上にプライマー層を単独で成膜したときの厚さを意味する。
(3)ハードコート層
(オルガノポリシロキサン)
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板に用いるハードコート層は、主成分としてオルガノポリシロキサンの硬化物を含有するが、この硬化物を形成するポリオルガノシロキサンとしては、硬化性のポリオルガノシロキサンであれば、特に制限なく用いることができる。
オルガノポリシロキサンは、M単位、D単位、T単位、Q単位と呼ばれる含ケイ素結合単位から構成される。この内、硬化性のオルガノポリシロキサンは、主としてT単位またはQ単位から構成されるオリゴマー状のポリマーであり、T単位のみから構成されるポリマー、Q単位のみから構成されるポリマー、T単位とQ単位から構成されるポリマーがある。また、それらポリマーはさらに少量のM単位やD単位を含むこともある。
硬化性のオルガノポリシロキサンにおいて、T単位は、1個のケイ素原子を有し、そのケイ素原子に結合した1個の水素原子または1価の有機基と、他のケイ素原子に結合した酸素原子(または他のケイ素原子に結合できる官能基)3個とを有する単位である。ケイ素原子に結合した1価の有機基は、ケイ素原子に結合する原子が炭素原子である1価の有機基である。他のケイ素原子に結合できる官能基は、水酸基または加水分解により水酸基となる基(以下加水分解性基という)である。他のケイ素原子に結合した酸素原子と他のケイ素原子に結合できる官能基の合計は3個であり、他のケイ素原子に結合した酸素原子と他のケイ素原子に結合できる官能基の数の違いにより、T単位は、T1、T2、T3と呼ばれる3種の単位に分類される。T1は他のケイ素原子に結合した酸素原子の数が1個、T2はその酸素原子の数が2個、T3はその酸素原子の数が3個である。本明細書等においては、他のケイ素原子に結合した酸素原子をO*で表し、他のケイ素原子に結合できる1価の官能基をZで表す。
なお、他のケイ素原子に結合した酸素原子を表すO*は、2個のケイ素原子間を結合する酸素原子であり、Si−O−Siで表される結合中の酸素原子である。したがって、O*は、2つの含ケイ素結合単位のケイ素原子間に1個存在する。言い換えれば、O*は、2つの含ケイ素結合単位の2つのケイ素原子に共有される酸素原子を表す。後述の含ケイ素結合単位の化学式において、1つのケイ素原子にO*が結合している様に表現するが、このO*は、他の含ケイ素結合単位のケイ素原子と共有している酸素原子であり、2つの含ケイ素結合単位がSi−O*−O*−Siで表される結合で結合することを意味するものではない。
前記M単位は、上記有機基3個とO*1個を有する単位、D単位は、上記有機基2個とO*2個(またはO*1個とZ基1個)を有する単位、Q単位は、上記有機基0個とO*4個(またはO*1〜3個とZ基3〜1個の計4個)を有する単位である。それぞれの含ケイ素結合単位は、他のケイ素原子に結合した酸素原子(O*)を有しないZ基のみを有する化合物(以下モノマーともいう)から形成される。T単位を形成するモノマーを以下Tモノマーという。M単位、D単位、Q単位を形成するモノマーも同様にMモノマー、Dモノマー、Qモノマーという。
このモノマーは、(R’−)Si(−Z)4−aで表される。ただし、aは0〜3の整数、R’は水素原子または1価の有機基、Zは水酸基または他のケイ素原子に結合できる1価の官能基を表す。この化学式において、a=3の化合物がMモノマー、a=2の化合物がDモノマー、a=1の化合物がTモノマー、a=0の化合物がQモノマーである。上記モノマーにおいて、Z基は通常加水分解性基である。また、R’が2または3個存在する場合(aが2または3の場合)、複数のR’は異なっていてもよい。R’としては、後述の好ましいRと同じ範疇のものが好ましい。
硬化性オルガノポリシロキサンは、モノマーのZ基の一部をO*に変換する反応により得られる。オルガノポリシロキサンが2種以上の含ケイ素結合単位を含むコポリマーの場合、通常、これらコポリマーはそれぞれ対応するモノマーの混合物から得られる。モノマーのZ基が加水分解性基の場合、Z基は加水分解反応により水酸基に変換され、次いで別々のケイ素原子に結合した2個の水酸基の間における脱水縮合反応により、2個のケイ素原子が酸素原子(O*)を介して結合する。硬化性オルガノポリシロキサン中には水酸基(または加水分解しなかったZ基)が残存し、硬化性オルガノポリシロキサンの硬化の際にこれら水酸基やZ基が上記と同様に反応して硬化する。硬化性オルガノポリシロキサンの硬化物は、3次元的に架橋したポリマーであり、T単位やQ単位の多い硬化性オルガノポリシロキサンの硬化物は架橋密度の高い硬化物となる。硬化の際、硬化性オルガノポリシロキサンのZ基がO*に変換されるが、Z基(特に水酸基)の一部は残存し、水酸基を有する硬化物となると考えられる。硬化性オルガノポリシロキサンを高温で硬化させた場合は、水酸基がほとんど残存しない硬化物となることもある。
モノマーのZ基が加水分解性基である場合、そのZ基としては、アルコキシ基、塩素原子、アシルオキシ基、イソシアネート基等が挙げられる。多くの場合、モノマーとしては、Z基がアルコキシ基のモノマーが使用される。アルコキシ基は塩素原子などと比較すると反応性の比較的低い加水分解性基であり、Z基がアルコキシ基であるモノマーを使用して得られる硬化性オルガノポリシロキサン中にはZ基として水酸基とともに未反応のアルコキシ基が存在することが多い。モノマーのZ基が反応性の比較的高い加水分解性基(例えば塩素原子)の場合、そのモノマーを使用して得られる硬化性オルガノポリシロキサン中のZ基はそのほとんどが水酸基となる。したがって、通常の硬化性オルガノポリシロキサンにおいては、それを構成する各単位におけるZ基は、水酸基からなるか、または水酸基とアルコキシ基からなることが多い。
本発明においては、これら硬化性のオルガノポリシロキサンのうちでも、T単位を主な含ケイ素結合単位として構成される硬化性のオルガノポリシロキサンが好ましく用いられる。以下、特に言及しない限り、硬化性のオルガノポリシロキサンを単にオルガノポリシロキサンという。ここで、本明細書において、T単位を主な構成単位とするオルガノポリシロキサン(以下、必要に応じて「オルガノポリシロキサン(T)」という。)とは、M単位、D単位、T単位およびQ単位の合計数に対するT単位数の割合が50〜100%のオルガノポリシロキサンをいうが、本発明においてより好ましくは、該T単位数の割合が70〜100%のオルガノポリシロキサンを、特に好ましくは該T単位数の割合が90〜100%のオルガノポリシロキサンを用いるものである。また、T単位以外に少量含まれる他の単位としては、D単位とQ単位が好ましく、特にQ単位が好ましい。
すなわち、本発明においては、これら硬化性のオルガノポリシロキサンのうちでも、T単位とQ単位のみで構成され、その個数の割合がT:Q=90〜100:10〜0であるオルガノポリシロキサンが特に好ましく用いられる。
なお、オルガノポリシロキサンにおけるM単位、D単位、T単位、Q単位の数の割合は、29Si−NMRによるピーク面積比の値から計算できる。
本発明に好ましく用いられるオルガノポリシロキサン(T)は、下記T1〜T3で表されるT単位を有するオルガノポリシロキサンである。
T1:R−Si(−OX)(−O*−)
T2:R−Si(−OX)(−O*−)
T3:R−Si(−O*−)
(式中、Rは、水素原子または炭素数が1〜10の置換または非置換の1価の有機基を表し、Xは、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表し、O*は2つのケイ素原子を連結する酸素原子を表す。)
上記化学式におけるRは、1種に限定されず、T1、T2、T3は、それぞれ複数種のRを含んでいてもよい。また、上記化学式における−OXは、水酸基またはアルコキシ基を表す。−OXは、T1およびT2の間で同一であっても異なっていてもよい。T1における2つの−OXは異なっていてもよく、例えば、一方が水酸基で、他方がアルコキシ基であってもよい。また、2つの−OXがいずれもアルコキシ基である場合、それらのアルコキシ基は異なるアルコキシ基であってもよい。ただし、後述のように、通常は2つのアルコキシ基は同一のアルコキシ基である。
なお、2個のケイ素原子を結合する酸素原子(O*)を有しない、−OXのみを3個有するT単位を以下T0という。T0は、実際には、オルガノポリシロキサン中に含まれる未反応のTモノマーに相当し、含ケイ素結合単位ではない。このT0は、T1〜T3の単位の解析においてT1〜T3と同様に測定される。
オルガノポリシロキサン中のT0〜T3は、核磁気共鳴分析(29Si−NMR)によりオルガノポリシロキサン中のケイ素原子の結合状態を測定して解析できる。T0〜T3の数の比は、29Si−NMRのピーク面積比から求める。オルガノポリシロキサン分子中の−OXは、赤外吸光分析により解析できる。ケイ素原子に結合した水酸基とアルコキシ基の数の比は、両者の赤外吸収ピークのピーク面積比から求める。オルガノポリシロキサンの質量平均分子量Mw、数平均分子量Mn、および分散度Mw/Mnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により、ポリスチレンを標準物質として測定した値をいう。このようなオルガノポリシロキサンの特性は、分子1個の特性をいうものではなく、各分子の平均の特性として求められるものである。
オルガノポリシロキサン(T)中には、1分子中に複数存在するT1、T2、T3は、それぞれ異なる2種以上が存在していてもよい。例えば、Rが異なる2種以上のT2が存在していてもよい。このようなオルガノポリシロキサンは、2種以上のTモノマーの混合物から得られる。例えば、Rが異なる2種以上のTモノマーの混合物から得られるオルガノポリシロキサン中には、Rが異なるそれぞれ2種以上のT1、T2、T3が存在すると考えられる。Rが異なる複数のTモノマーの混合物から得られたオルガノポリシロキサン中の異なるRの数の比は、T単位全体として、Rが異なるTモノマー混合物の組成比を反映している。しかし、T1、T2、T3それぞれにおけるRが異なる単位の数の比は、Rが異なるTモノマー混合物の組成比を反映しているとは限らない。なぜならば、たとえTモノマーにおける3個の−OXが同一であっても、Tモノマー、T1、T2の反応性がRの相違によって異なる場合があるからである。
オルガノポリシロキサン(T)は、R−Si(−OY)で表されるTモノマーの少なくとも1種から製造されることが好ましい。この式において、Rは前記のRと同一であり、Yは炭素数1〜6のアルキル基を表す。Yは非置換のアルキル基以外に、アルコキシ置換アルキル基などの置換アルキル基であってもよい。1分子中の3個のYは異なっていてもよい。しかし、通常は3個のYは同一のアルキル基である。Yは、炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましく、炭素数1または2であることがより好ましい。具体的なYとしては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、2−メトキシエチル基などが挙げられる。
Rは、水素原子または炭素数が1〜10の置換または非置換の1価の有機基である。有機基とは、前記のようにケイ素原子に結合する原子が炭素原子である有機基をいう。
非置換の1価の有機基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルアルキル基などの炭化水素基が挙げられる。これら炭化水素基としては、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基やアルキニル基、炭素数5または6のシクロアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数7〜10のアルアルキル基が好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ビニル基、アリル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
置換の1価の有機基としては、シクロアルキル基、アリール基、アルアルキル基などの環の水素原子がアルキル基で置換された炭化水素基、前記炭化水素基の水素原子がハロゲン原子、官能基、官能基含有有機基などで置換された置換有機基などがある。官能基としては、水酸基、メルカプト基、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ基、シアノ基などが好ましい。ハロゲン原子置換有機基としては、クロロアルキル基、ポリフルオロアルキル基などの塩素原子またはフッ素原子を有するアルキル基が好ましい。官能基含有有機基としては、アルコキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基、グリシジル基、エポキシシクロヘキシル基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリールアミノ基、N−アミノアルキル置換アミノアルキル基などが好ましい。特に、塩素原子、メルカプト基、エポキシ基、アミノ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、グリシジル基、アルキルアミノ基、N−アミノアルキル置換アミノアルキル基などが好ましい。官能基や官能基含有有機基などで置換された置換有機基を有するTモノマーは、シランカップリング剤と呼ばれる範疇の化合物を含む。
置換有機基の具体例としては、以下の有機基が挙げられる。
3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、3−メルカプトプロピル基、p−メルカプトメチルフェニルエチル基、3−アクリロイルオキシプロピル基、3−メタクリロイルオキシプロピル基、3−グリシドキシプロピル基、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基、3−アミノプロピル基、N−フェニル−3−アミノプロピル基、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基、2−シアノエチル基。
上記Rとして特に好ましい1価有機基は、炭素数1〜4のアルキル基である。オルガノポリシロキサン(T)としては、炭素数1〜4のアルキル基を有するTモノマーの単独またはその2種以上を使用して得られるオルガノポリシロキサンが好ましい。また、オルガノポリシロキサン(T)として、炭素数1〜4のアルキル基を有するTモノマーの1種以上と少量の他のTモノマーを使用して得られるオルガノポリシロキサンもまた好ましい。他のTモノマーの割合は、Tモノマー全量に対し30モル%以下、特に15モル%以下が好ましい。他のTモノマーとしては、シランカップリング剤と呼ばれる範疇の、官能基や官能基含有有機基などで置換された置換有機基を有するTモノマーが好ましい。
炭素数1〜4のアルキル基を有するTモノマーの具体例としては、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、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシランが挙げられる。特に、メチルトリメトキシシランとエチルトリメトキシシランが好ましい。置換有機基等を有するTモノマーの具体例としては、例えば、下記の化合物が挙げられる。
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、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、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、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、3−シアノエチルトリメトキシシラン。
R−Si(−OY)で表されるTモノマー以外の(R’−)Si(−Z)4−aで表されるTモノマー(a=3)としては、例えば、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、3−グリシドキシプロピルトリクロロシラン、メチルトリアセトキシシラン、エチルトリアセトキシシランなどが挙げられる。
(R’−)Si(−Z)4−aで表されるDモノマー(a=2)において、2個のR’は同一であっても、異なっていてもよい。同一の場合は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましい。異なる場合は、一方のR’が炭素数1〜4のアルキル基であり、他方のR’が前記官能基や官能基含有有機基などで置換された置換有機基であることが好ましい。また、Z基としては、炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基等が好ましい。Dモノマーとしては、例えば、下記の化合物が挙げられる。
ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジアセトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、3−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−メタクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−シアノエチルメチルジメトキシシラン。
(R’−)Si(−Z)4−aで表されるQモノマー(a=0)において、4個のZ基は異なっていてもよいが、通常は同一である。Z基としては、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、特にメトキシ基またはエトキシ基であることが好ましい。Qモノマーとしては、例えば、下記の化合物が挙げられる。
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラn−プロポキシシラン、テトラn−ブトキシシラン、テトラsec−ブトキシシラン、テトラt−ブトキシシラン。
本発明に用いるオルガノポリシロキサン(T)は、上記Tモノマー等を部分加水分解縮合させることによって得られる。通常、Tモノマー等と水とを溶媒中で加熱することによりこの反応を行う。反応系には触媒を存在させることが好ましい。モノマーの種類、水の量、加熱温度、触媒の種類や量、反応時間等の反応条件を調節して目的のオルガノポリシロキサンを製造することができる。また、場合によっては、市販のオルガノポリシロキサンをそのまま目的のオルガノポリシロキサンとして使用することや、市販のオルガノポリシロキサンを使用して目的とするオルガノポリシロキサンを製造することも可能である。
上記触媒としては、酸触媒が好ましい。酸触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、亜硝酸、過塩素酸、スルファミン酸等の無機酸;ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、乳酸、p−トルエンスルホン酸等の有機酸が挙げられる。特に、酢酸が好ましい。上記溶媒としては親水性の有機溶媒が好ましく、特にアルコール系溶媒が好ましい。アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−エトキシエタノール、ジアセトンアルコール、2−ブトキシエタノール等が挙げられる。反応温度は、触媒が存在する場合、室温で反応させることができる。通常は、20〜80℃の反応温度から目的に応じて適切な温度を採用する。
加水分解縮合反応は、T0(Tモノマー)からT1が生成し、T1からT2が生成し、T2からT3が生成する反応である。加水分解性基の1個以上が水酸基変換されたT0からT1が生成する縮合反応、2個の−OXの少なくとも一方が水酸基であるT1からT2が生成する縮合反応、−OXが水酸基であるT2からT3が生成する縮合反応、の反応速度はこの順に遅くなると考えられる。加水分解性基の加水分解反応を考慮しても、反応が進むにしたがって各単位の存在量のピークは、T0からT3へ移動していくと考えられる。反応条件が比較的温和である場合には、存在量のピークの移動は、比較的整然と進行すると考えられる。本発明に用いるオルガノポリシロキサン(T)のうちでもオルガノポリシロキサン(a)は、T0やT1の存在量が少なく、かつT2とT3の存在量の比が特定の範囲にある比較的高分子量のオルガノポリシロキサンであり、このようなオルガノポリシロキサンは比較的温和な反応条件を選択することにより製造することができる。
上記縮合反応の反応性は、Rによって変化し、Rが異なると水酸基の反応性も変化する。通常Rが小さいほど(例えば、Rがアルキル基の場合、アルキル基の炭素数が少ないほど)、水酸基の反応性は高い。したがって、加水分解性基の反応性と水酸基の反応性の関係を考慮して、Tモノマーを選択することが好ましい。
さらに、加水分解性基の水酸基への加水分解反応の速度は、加水分解性基の種類により変化し、縮合反応の速度との関係を考慮することが好ましい。例えば、T2のOX基がアルコキシ基である場合、その加水分解反応の速度が遅すぎると、OX基が水酸基であるT2が少なくなる。同様に、加水分解反応の速度が遅すぎると、OX基が水酸基であるT1が少なくなる。このため、オルガノポリシロキサン中のアルコキシ基に対する水酸基の存在量の比が高いものを得ることが困難となる。このため、OX基であるアルコキシ基は、反応性の高いアルコキシ基、すなわち炭素数の低いアルコキシ基が好ましく、メトキシ基がもっとも好ましい。加水分解性基の反応性が充分高い場合、加水分解性基の割合の高いオルガノポリシロキサンから、縮合反応をあまり進めることなく、水酸基の割合の高いオルガノポリシロキサンを得ることができる。
本発明に用いるハードコート層形成用組成物には、このようにして得られる硬化性のオルガノポリシロキサン(T)の1種を単独で配合することも、2種以上を併用して配合することも可能である。
なお、本発明のハードコート被膜付き樹脂基板においては、ハードコート層を形成するために、通常用いられる、ハードコート層を構成する成分の硬化前の材料を含有する組成物(以下、「ハードコート層形成用組成物」という。)を調製しこれを用いる。本発明に好ましく用いられる硬化性のオルガノポリシロキサン(T)についても、製造過程において、このようなハードコート層形成用組成物に配合することで、得られるハードコート層にその硬化物として含有させることが可能となる。
耐擦傷性の観点から特に好ましいオルガノポリシロキサン(T)の組合せとして、オルガノポリシロキサン(a)およびオルガノポリシロキサン(b)の組合せについて以下に説明するが、本発明に用いる硬化性オルガノポリシロキサンがこれらに限定されるものではない。また、オルガノポリシロキサン(a)およびオルガノポリシロキサン(b)が、それぞれ単独でオルガノポリシロキサン(T)として本発明に使用されることを妨げるものでもない。
(オルガノポリシロキサン(a))
オルガノポリシロキサン(a)は、T1〜T3の各単位を、T1:T2:T3=0〜5:15〜40:55〜85、かつT3/T2=1.5〜4.0の割合で含む。また、オルガノポリシロキサン(a)中のOX基について、それがアルコキシ基である個数(A)とそれが水酸基である個数(B)との割合、すなわち(B)/(A)が、分子平均で12.0以上である。かつ、オルガノポリシロキサン(a)の質量平均分子量は800〜8000である。なお、オルガノポリシロキサン(a)は、TモノマーであるT0を実質的に含まない。
オルガノポリシロキサン(a)を構成するT1、T2およびT3の各単位の割合については、(T2+T3)/(T1+T2+T3)が、0.85〜1.00の範囲にあることが好ましく、0.90以上、1.00未満であることがより好ましい。また、T3/T2については、好ましい範囲は2.0〜4.0である。
オルガノポリシロキサン(a)を構成するT1、T2およびT3の割合を、各分子の平均組成でこのような範囲にすることで、オルガノポリシロキサン(a)と後述するオルガノポリシロキサン(b)とを組み合わせて本発明に係るハードコート層形成用組成物に用いた際に、最終的に得られるハードコート層の耐擦傷性を向上させることができる。
オルガノポリシロキサン(a)における上記(B)/(A)は、縮合反応性を示すパラメータであり、この値が大きいほど、つまりアルコキシ基に比べて水酸基の割合が多いほど、オルガノポリシロキサン(a)とオルガノポリシロキサン(b)とを組み合わせてハードコート層形成用組成物とした際に、硬化膜形成時の硬化反応が促進される。また、硬化膜形成時に未反応で残ったアルコキシ基は、最終的に得られるハードコート層の耐擦傷性の低下を招くおそれがあり、後硬化が進行すればマイクロクラックの原因ともなるため、アルコキシ基に比べて水酸基の割合が多いほどよい。オルガノポリシロキサン(a)における(B)/(A)は、12.0以上であるが、好ましくは16.0以上である。なお、(A)は0であってもよい。
(B)/(A)の値が12.0未満であると、アルコキシ基に比べて水酸基の割合が少なすぎて、硬化反応促進の効果が得られず、またアルコキシ基の影響により耐擦傷性の低下を招くおそれがあり、後硬化が進行してマイクロクラックの原因となる。つまり、(B)/(A)の値が12.0未満であると、硬化膜形成に際して、オルガノポリシロキサン(a)とオルガノポリシロキサン(b)の硬化反応により形成される3次元架橋構造(ネットワーク構造)に、オルガノポリシロキサン(a)の一部が組み込まれず、ブリードアウトしやすくなること等に起因して、架橋密度が低下し、耐摩耗性が得られないという問題や、硬化が十分に進行しにくくなる等の問題が発生する。
オルガノポリシロキサン(a)の質量平均分子量は、800〜8000であり、好ましくは、1000〜6000である。オルガノポリシロキサン(a)の質量平均分子量がこの範囲にあることで、オルガノポリシロキサン(a)とオルガノポリシロキサン(b)とを組み合わせて本発明のハードコート層形成用組成物に用いた際に、最終的に得られるハードコート層の耐擦傷性を十分に向上させることができる。
本発明において、特に耐擦傷性に優れたハードコート層を形成するためのハードコート層形成用組成物に用いるオルガノポリシロキサン(a)を得るには、原料の加水分解性シラン化合物として、全Tモノマー中70質量%以上がメチルトリアルコキシシラン、好ましくはアルコキシ基の炭素数は1〜4を用いることが好ましい。ただし、密着性の改善、親水性、撥水性等の機能発現を目的として少量のメチルトリアルコキシシラン以外のTモノマーを併用することもできる。
オルガノポリシロキサン(a)を製造する方法としては、上記のように、溶媒中で酸触媒存在下にTモノマー等を加水分解縮合反応させる。ここで加水分解に必要な水は、モノマー1当量に対して通常、水1〜10当量、好ましくは1.5当量〜7当量、さらに好ましくは3〜5当量である。モノマーを加水分解および縮合する際に、後述するようにコロイダルシリカが存在する反応系で行うこともでき、このコロイダルシリカとして水分散型のコロイダルシリカを使用した場合は、水はこの分散液から供給される。酸触媒の使用量は、モノマー100質量部に対して、0.1〜50質量部が好ましく、1〜20質量部が特に好ましい。溶媒としては、前記アルコール系溶媒が好ましく、得られるオルガノポリシロキサン(a)の溶解性が良好な点から、具体的には、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノールが特に好ましい。
通常、反応温度は20〜40℃、反応時間は1時間〜数日間が採用される。モノマーの加水分解縮合反応は発熱反応であるが、系の温度は60℃を超えないことが好ましい。このような条件で十分に加水分解反応を進行させ、ついで、得られるオルガノポリシロキサンの安定化のため40〜80℃で1時間〜数日間縮合反応を進行させることも好ましく行われる。
オルガノポリシロキサン(a)は、また、市販のオルガノポリシロキサンから製造することができる。市販のオルガノポリシロキサンは、通常、水酸基に比較してアルコキシ基の割合が高いオルガノポリシロキサンであるので、特に、前記(B)/(A)以外は目的とするオルガノポリシロキサン(a)に類似した市販のオルガノポリシロキサンを使用して加水分解反応で水酸基の割合を高めて、オルガノポリシロキサン(a)を製造することが好ましい。
オルガノポリシロキサン(a)の原料として使用できる市販のオルガノポリシロキサンとしては、例えば、メチルトリメトキシシランの部分加水分解縮合物である以下のオルガノポリシロキサンがある。なお、「ND」の表記は、核磁気共鳴分析装置、日本電子株式会社製、ECP400(商品名)を用いて29Si−NMRのピーク面積比を測定した際に、検出量以下であることを示す(以下同様)。
メチル系シリコーンレジンKR−220L(商品名、信越化学工業社製); T0:T1:T2:T3=ND:ND:28:72、Si−OH/SiO−CH=11.7、質量平均分子量Mw=4720、数平均分子量Mn=1200、Mw/Mn=3.93。
メチル系シリコーンレジンKR−500(商品名、信越化学工業社製); T0:T1:T2:T3=ND:15:58:27、Si−OH基由来のピークはFT−IRにより確認されず、実質SiO−CHのみ存在。Mw=1240、Mn=700、Mw/Mn=1.77。
上記のような市販のオルガノポリシロキサンからオルガノポリシロキサン(a)を製造する場合、市販のオルガノポリシロキサンを、酸触媒存在下で主にアルコキシ基の加水分解を行うことが好ましい。例えば、市販のオルガノポリシロキサンに0〜10倍量(質量ベース)の溶媒を加え、よく撹拌し、次いで0.1〜70質量%程度の濃度の酸水溶液を添加して、15〜80℃、好ましくは20〜70℃の温度で1〜24時間撹拌する等の方法が挙げられる。用いる溶媒としては、水溶媒が使用でき、そのほか水を添加した前記アルコール系溶媒も使用できる。
(オルガノポリシロキサン(b))
本発明に用いるハードコート層形成用組成物に上記オルガノポリシロキサン(a)と組合わせて用いるオルガノポリシロキサン(b)は、オルガノポリシロキサン(a)の質量平均分子量の1/10〜1/1.5倍の質量平均分子量を有するオルガノポリシロキサンである。オルガノポリシロキサン(b)は、組み合わされるオルガノポリシロキサン(a)よりも質量平均分子量の小さいオルガノポリシロキサンであり、前記T1〜T3単位を有する。T1、T2、T3の数の比、T3/T2の割合、(B)/(A)の比は特に限定されない。
オルガノポリシロキサン(b)の質量平均分子量は、好ましくは組み合わされるオルガノポリシロキサン(a)の1/8〜1/1.5倍である。オルガノポリシロキサン(b)の質量平均分子量がオルガノポリシロキサン(a)の質量平均分子量の1/1.5倍を超えると、言い換えれば、オルガノポリシロキサン(a)の質量平均分子量がオルガノポリシロキサン(b)の質量平均分子量の1.5倍未満では、最終的に得られるハードコート層の靱性が低下し、クラックの発生の要因となる。また、オルガノポリシロキサン(b)の質量平均分子量がオルガノポリシロキサン(a)の質量平均分子量の1/10倍未満では、言い換えれば、オルガノポリシロキサン(a)の質量平均分子量がオルガノポリシロキサン(b)の質量平均分子量の10倍を超えると、最終的に得られるハードコート層の耐擦傷性が低くなり、十分な耐擦傷性を有するハードコート層を得ることができない可能性がある。
より好ましいオルガノポリシロキサン(b)は、T0、T1、T2およびT3で示される各含ケイ素結合単位が、これらの単位の個数の割合で、T0:T1:T2:T3=0〜5:0〜50:5〜70:10〜90の範囲にあるオルガノポリシロキサンである。オルガノポリシロキサン(b)中のT0およびT1の割合が大きいということは、一般にそのオルガノポリシロキサンを製造する際に、原料モノマーの加水分解反応や縮合反応が不充分であったことを示す。オルガノポリシロキサン(b)において、T0およびT1の割合が大きいと、これとオルガノポリシロキサン(a)とを含有するハードコート層形成用組成物を用いて、硬化膜を形成させる際の熱硬化時に、クラックの発生が多くなる傾向となる。また、一般にオルガノポリシロキサンを製造する際に、原料モノマーの縮合反応を進行させすぎると、得られるオルガノポリシロキサンのT3の割合が高くなる。オルガノポリシロキサン(b)において、T3の割合が必要以上に高くなると、これとオルガノポリシロキサン(a)を含むハードコート層形成用組成物を用いて、硬化膜を形成させる際の熱硬化時に、適切な架橋反応が困難になるため、硬化膜を形成できなくなるおそれがあり、また最終的に十分な耐擦傷性を有するハードコート層を得ることができないことがある。
オルガノポリシロキサン(b)としては、オルガノポリシロキサン(a)と同様にTモノマー等から製造することができる。また、市販のオルガノポリシロキサンをそのままオルガノポリシロキサン(b)として使用することができる。オルガノポリシロキサン(b)として使用することができる市販のオルガノポリシロキサンとしては、例えば、下記のオルガノポリシロキサンがある。なお、「trace」の表記は、核磁気共鳴分析装置、日本電子株式会社製、ECP400(商品名)を用いて、29Si−NMRのピーク面積比を測定した際に、0.01以上0.25以下であることを示す(以下同様)。
トスガード510(商品名、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製); 分子量:Mn=1370、Mw=1380、Mw/Mn=1.01。T単位の個数:(M単位とD単位とQ単位のそれぞれの個数の総量)=99.9以上:ND。T0:T1:T2:T3=ND:2:36:62。
KP851(商品名、信越化学工業社製); 分子量:Mn=1390、Mw=1400、Mw/Mn=1.01、T単位の個数:(M単位とD単位とQ単位のそれぞれの個数の総量)=99.9以上:ND。T0:T1:T2:T3=trace:21:58:21。
ここで、以下に説明する本発明に用いるハードコート層形成用組成物においては、上記オルガノポリシロキサン(a)に対するオルガノポリシロキサン(b)の含有量の割合は、質量比で、1.5〜30倍であることが好ましく、2〜15倍であることがより好ましい。本発明に用いるハードコート層形成用組成物において、このような割合で両者を含有すれば、硬化反応により形成されるオルガノポリシロキサン3次元架橋構造が、オルガノポリシロキサン(b)主体の3次元架橋構造中に(a)成分オルガノポリシロキサンが部分的に組み込まれた構成となり、最終的に得られるハードコート層の耐擦傷性を良好なものとすることができる。
本発明に用いるハードコート層形成用組成物は、上記硬化性のオルガノポリシロキサン、好ましくはオルガノポリシロキサン(T)を含有する。ハードコート層形成用組成物におけるオルガノポリシロキサンの含有量は、溶媒を除く組成物(以下、必要に応じて「不揮発成分」という)全量に対して、50〜100質量%であることが好ましく、60〜95質量%であることがより好ましい。本発明において、不揮発成分の量は、150℃で45分間保持した後の質量変化に基づいて測定している。
本発明において、オルガノポリシロキサンを主成分として含有するハードコート層形成用組成物とは、溶媒を除いたハードコート層形成用組成物の各成分の合量に対し、オルガノポリシロキサンを50%以上含有することを示す。
(任意成分)
本発明に用いるハードコート層形成用組成物には、上記オルガノポリシロキサンの他に、種々の添加剤が含まれていてもよい。たとえば、本発明のハードコート層を有する樹脂基板のハードコート層の耐擦傷性をさらに向上させるためには、シリカ微粒子が含まれるハードコート層形成用組成物が好ましい。このために、ハードコート層形成用組成物にコロイダルシリカを配合することが好ましい。なお、コロイダルシリカとは、シリカ微粒子が、水またはメタノール、エタノール、イソブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の有機溶媒中に分散されたものをいう。
また、シリカ微粒子は、上記オルガノポリシロキサンの製造過程で、原料のモノマーに配合することもできる。コロイダルシリカを含む反応系中でオルガノポリシロキサンを製造することにより、シリカ微粒子を含むオルガノポリシロキサンが得られる。例えば、コロイダルシリカにTモノマーと必要により水や酸触媒を添加し、コロイダルシリカの分散媒中で前記のようにオルガノポリシロキサンを製造することができる。このようにして得られたオルガノポリシロキサンを使用して、シリカ微粒子を含む本発明に用いるハードコート層形成用組成物を製造することができる。
本発明に係るハードコート層形成用組成物に用いる上記シリカ微粒子は、平均粒径(BET法)が1〜100nmであることが好ましい。平均粒径が100nmを超えると、粒子が光を乱反射するため、得られるハードコート層の曇価の値が大きくなり、光学品質上好ましくない場合がある。さらに、平均粒径は5〜40nmであることが特に好ましい。これは、ハードコート層に耐擦傷性を付与しつつ、かつハードコート層の透明性を保持するためである。また、コロイダルシリカは、水分散型および有機溶剤分散型のどちらも使用できるが、水分散型を使用することがより好ましい。さらには、酸性水溶液中で分散させたコロイダルシリカを用いることが、特に好ましい。さらに、コロイダルシリカには、アルミナゾル、チタンゾル、セリアゾル等のシリカ微粒子以外の無機質微粒子を含有させることもできる。
本発明に用いるハードコート層形成用組成物におけるシリカ微粒子の含有量としては、溶媒を除く組成物(不揮発成分)全量に対して、1〜50質量%となる量が好ましく、5〜40質量%となる量がより好ましい。本発明に用いるハードコート層形成用組成物における不揮発成分中のシリカ微粒子の含有量が1質量%未満では、得られるハードコート層において十分な耐擦傷性を確保できないことがあり、前記含有量が50質量%を越えると、不揮発成分中の、オルガノポリシロキサンの割合が低くなりすぎて、オルガノポリシロキサンの熱硬化による硬化膜形成が困難になり、最終的に得られるハードコート層にクラックが発生したり、シリカ微粒子同士の凝集が起こってハードコート層の透明性が低下する、などのおそれがある。
本発明に用いるハードコート層形成用組成物は、さらに、塗工性向上の目的で、消泡剤や粘性調整剤等の添加剤を含んでいてもよく、プライマー層への密着性向上の目的で密着性付与剤等の添加剤を含んでいてもよく、また、塗工性および得られる塗膜の平滑性を向上させる目的でレベリング剤を添加剤として含んでいてもよい。これらの添加剤の配合量は、オルガノポリシロキサン100質量部に対して、各添加剤成分毎に0.01〜2質量部となる量が好ましい。また、本発明に用いるハードコート層形成用組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で、染料、顔料、フィラーなどを含んでいてもよい。
本発明に用いるハードコート層形成用組成物は、さらに硬化触媒を含有してもよい。硬化触媒としては、脂肪族カルボン酸(ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、酒石酸、コハク酸等)のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩;ベンジルトリメチルアンモニウム塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩等の四級アンモニウム塩;アルミニウム、チタン、セリウム等の金属アルコキシドやキレート;過塩素酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸ナトリウム、イミダゾール類及びその塩、トリフルオロメチルスルホン酸アンモニウム、ビス(トルフルオルメチルスルホニル)ブロモメチルアンモニウム等が挙げられる。また、硬化触媒の配合量は、オルガノポリシロキサン100質量部に対して、好ましくは0.01〜10質量部であり、より好ましくは0.1〜5質量部である。硬化触媒の含有量が0.01質量部より少ないと十分な硬化速度が得られにくく、10質量部より多いとハードコート層形成用組成物の保存安定性が低下したり、沈殿物を生じたりすることがある。
また、本発明に用いるハードコート層形成用組成物は、樹脂基板の黄変を抑制するために、さらに紫外線吸収剤を含むことが好ましい。紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾイミダゾール系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、サリシレート系紫外線吸収剤、ベンジリデンマロネート系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤等が挙げられる。これらの紫外線吸収剤は、1種を使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、最終的に得られるハードコート層から上記紫外線吸収剤がブリードアウトするのを抑制するために、トリアルコキシシリル基を有する紫外線吸収剤を用いてもよい。トリアルコキシシリル基を有する紫外線吸収剤は、オルガノポリシロキサンの熱硬化による硬化膜形成の際に、加水分解反応により水酸基に変換され、次いで脱水縮合反応により硬化膜中に組み込まれ、結果として、紫外線吸収剤のハードコート層からのブリードアウトを抑制することができるものである。このようなトリアルコキシシリル基として、具体的には、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基等が挙げられる。ハードコート層形成用組成物中の紫外線吸収剤の含有量は、オルガノポリシロキサン100質量部に対して、0.1〜50質量部であることが好ましく、0.1〜30質量部であることが特に好ましい。
さらに、本発明においては、常温でのハードコート層形成用組成物のゲル化を防止し、保存安定性を増すために、ハードコート層形成用組成物のpHを、2.0〜7.0に調整することが好ましく、3.0〜6.0に調整することがより好ましく、4.0〜5.5に調整することがさらに好ましい。pHが2.0未満、あるいは7.0超の条件下では、ケイ素原子に結合した水酸基が極めて不安定であるため保存に適さない。pH調整の手法としては、酸の添加、硬化触媒の含有量の調整等が挙げられる。酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、亜硝酸、過塩素酸、スルファミン酸等の無機酸;ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、乳酸、p−トルエンスルホン酸等の有機酸が挙げられる。
本発明に用いるハードコート層形成用組成物は、通常、必須成分であるオルガノポリシロキサン、および任意成分である種々の添加剤等が溶媒中に溶解、分散した形態で調製される。前記ハードコート層形成用組成物中の全不揮発成分が溶媒に安定に溶解、分散することが必要であり、そのために溶媒は、少なくとも20質量%以上、好ましくは50質量%以上含有する。より好ましくは、アルコール溶媒を、少なくとも20質量%以上、好ましくは50質量%以上含有する。
このような溶媒に用いるアルコールとしては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、2−エトキシエタノール、ジアセトンアルコール、および2−ブトキシエタノール等が好ましく、これらのうちでも、オルガノポリシロキサンの溶解性が良好な点、塗工性が良好な点から、沸点が80〜160℃のアルコールが好ましい。具体的には、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、2−エトキシエタノール、ジアセトンアルコール、および2−ブトキシエタノールが好ましい。
また、本発明に用いるハードコート層形成用組成物に用いる溶媒としては、オルガノポリシロキサンを製造する際に、原料モノマー、例えばアルキルトリアルコキシシランを加水分解することに伴って発生する低級アルコール等や、水分散型コロイダルシリカ中の水で加水分解反応に関与しない水分、有機溶媒分散系のコロイダルシリカを使用した場合には、その分散有機溶媒も含まれる。
さらに、本発明に用いるハードコート層形成用組成物においては、上記以外の溶媒として、水/アルコールと混和することができるアルコール以外の他の溶媒を併用してもよく、このような溶媒としては、アセトン、アセチルアセトン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸イソブチル等のエステル類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル類が挙げられる。
本発明に係るハードコート層形成用組成物において用いる溶媒の量は、ハードコート層形成用組成物中の全不揮発成分100質量部に対して、50〜3000質量部であることが好ましく、150〜2000質量部であることがより好ましい。
本発明に用いるハードコート層形成用組成物は、上記説明した各種成分を通常の方法で、均一に混合することで得られる。
(塗布・硬化)
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板は、上記のハードコート層形成用組成物を、上記で得られたアクリル系プライマー層上に塗布して塗膜を形成し、前記塗膜中のオルガノポリシロキサンを主成分とする硬化性組成物を硬化させてハードコート層とすることにより製造することができる。
上記ハードコート層形成用組成物を塗布する方法としては、特に限定されないが、スプレーコート法、ディップコート法、フローコート法、ダイコート法、スピンコート法等の通常の塗工方法が挙げられる。用いる塗工方法に応じて、ハードコート層形成用組成物の粘度、固形分濃度等を適宜調整することが好ましい。
アクリル系プライマー層上に塗布されたシリコーン系ハードコート層形成用組成物は、通常、0℃以上、樹脂基板・プライマー層の熱変形温度未満の温度条件下で溶媒が乾燥、除去された後、加熱硬化される。溶媒の乾燥条件としては、例えば0〜60℃、10分〜10時間の条件が挙げられる。また、減圧度を調整しながら真空乾燥などを用いてもよい。熱硬化反応は、樹脂基板およびプライマー層の耐熱性に問題がない範囲において高い温度で行う方がより早く硬化を完了させることができ、好ましい。しかし、例えば、1価の有機基としてメチル基を有するオルガノポリシロキサンを用いた場合、加熱硬化時の温度が250℃以上では、熱分解によりメチル基が脱離するため、好ましくない。よって、硬化温度としては、50〜200℃が好ましく、80〜160℃が特に好ましく、100℃〜140℃がとりわけ好ましい。硬化時間は10分間〜4時間が好ましく、20分間〜3時間が特に好ましく、30分間〜2時間がとりわけ好ましい。
ハードコート層形成用組成物を樹脂基板等の表面に塗布して形成される塗膜の厚さは、組成物における固形分濃度による。硬化後の膜厚が所定の範囲内になるように、固形分濃度を勘案する等して、適宜調整することが好ましい。
なお、樹脂基板上に施される硬化膜の膜厚は、以下に説明する硬化後の状態で、0.1μm以上、10μm以下であることが好ましく、1μm以上、8μm以下であることがさらに好ましく、2μm以上、7μm以下であることが特に好ましい。
ハードコート層の膜厚が小さすぎると、十分な耐擦傷性を確保することが困難である可能性がある。一方、ハードコート層の膜厚が大きすぎると、クラックや剥離が発生しやすくなるおそれがある。よって、十分な耐擦傷性を確保しつつ、クラックや剥離の発生を抑制するためには、硬化膜の膜厚(すなわち、ハードコート層の膜厚)は、0.1μm以上、10μm以下であることが好ましい。
なお、この膜厚は、樹脂基板のような基板上にハードコート層を単独で成膜したときの厚さを意味する。
本発明のハードコート層を有する樹脂基板においては、さらなる耐擦傷性や膜強度向上のために、上記ハードコート層を有する樹脂基板のハードコート層の上に、主成分がSiOとなるトップコート層を施してもよい。主成分がSiOとなるトップコート層の形成方法としては、上記ハードコート層上にポリ(パーヒドロ)シラザンを塗工し硬化する手法や、蒸着、スパッタなどの手法を適用することが好ましい。
以上、本発明のハードコート被膜付き樹脂基板1について説明したが、必ずしもこのような構造に限定されず、また各部の形成順序等についても、ハードコート被膜付き樹脂基板1の製造が可能な限度において適宜変更することができる。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。例1〜5は実施例であり、例6〜9は比較例である。
<ポリメタクリル酸メチル溶液>
ポリメタクリル酸メチル(PMMA)(数平均分子量Mn=120,000、質量平均分子量Mw=340,000、分散度Mw/Mn=2.8)を、1メトキシ2プロパノール:ジアセトンアルコール=85:15(質量比)からなる溶媒に溶解し、不揮発分が10質量%となるように調整し、プライマー組成物であるポリメタクリル酸メチル溶液P−1を得た。
ポリメタクリル酸メチルのMn、Mw、およびMw/Mnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC、東ソー社製のHLC−8220GPC、RI検出、カラム:TSKguardcolum SuperHZ−L +TSKgel SuperHZ4000+HZ3000+HZ2500+HZ2000、溶離液:THF)によって求めた。
以下に示す方法で、プライマー層用組成物を調製した。得られた樹脂等のMwは、前記と同様のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって求めた。
<シリル基含有アクリル系ポリマー溶液>
(合成例1)
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた0.5リットルフラスコに、窒素気流下で、メチルメタクリレート(MMA)90gと3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTM)を25g、およびジアセトンアルコール200gを混合したものを入れ80℃に加熱した。その後、重合開始剤として2、2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)0.7gを投入し、80〜90℃で3時間撹拌し、MMAとMPTAとを共重合させた。なお、モノマー成分であるMMAとMPTMとのモル比は、90:10であった。
こうして得られた溶液を、1−メトキシ−2−プロパノールで希釈して不揮発分を10質量%とし、加水分解性シリル基含有アクリル系ポリマー(シリル基含有アクリル系ポリマーと示す。)溶液S−1を得た。
得られたシリル基含有アクリル系ポリマーのMw(重量平均分子量)は114,000であった。
(合成例2)
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた0.5リットルフラスコに、窒素気流下で、メチルメタクリレート(MMA)80gとγ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTA)を50g、およびジアセトンアルコール200gを混合したものを入れ、80℃に加熱した。その後、重合開始剤として2、2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)0.7gを投入し、80〜90℃で3時間撹拌し、MMAとMPTAとを共重合させた。なお、モノマー成分であるMMAとMPTAとのモル比は、80:20であった。
こうして得られた溶液を、1−メトキシ−2−プロパノールで希釈して不揮発分を10質量%とし、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液S−2を得た。
得られたシリル基含有アクリル系ポリマーの重量平均分子量は、68,000であった。
(合成例3)
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた0.5リットルフラスコに、窒素気流下で、メチルメタクリレート(MMA)60gとγ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTA)100g、およびジアセトンアルコール200gを混合したものを入れ80℃に加熱した。その後、重合開始剤として2、2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)0.8gを投入し、80〜90℃で3時間撹拌し、MMAとMPTAとを共重合させた。なお、モノマー成分であるMMAとMPTAとのモル比は、60:40であった。こうして得られた溶液を1−メトキシ−2−プロパノールで希釈して不揮発分を10質量%とし、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液S−3を得た。
得られたシリル基含有アクリル系ポリマーの重量平均分子量は、66,000であった。
(合成例4)
2−[2’−ヒドロキシ−5’−(2−メタクリロキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール(RUVA−93、大塚化学(株)製)22g、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTA)を25g、メチルメタクリレート(MMA)70g、グリシジルメタクリレート(GMA)6g、4−メチル−2−ペンタノン96gを混合したものを、単量体混合溶液とした。
2、2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)0.6gを4−メチル−2−ペンタノン49gに溶解したものを、重合開始剤溶液とした。
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた0.5リットルフラスコに溶剤としてジアセトンアルコール41gを仕込み、窒素気流下で80℃に加熱した。ここに予め調製しておいた前記単量体混合溶液66gと前記重合開始剤溶液15gを順次投入した。80℃で30分反応させた後、残りの単量体混合溶液と残りの重合開始剤溶液を、80〜90℃で1.5時間かけて同時に滴下した。さらに80〜90℃で5時間撹拌した。
得られた溶液を1−メトキシ−2−プロパノールで希釈して不揮発分を10質量%とし、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液S−4を得た。得られたシリル基含有アクリル系ポリマーのMwは71、000であった。
<プライマー層形成用組成物(プライマー組成物)>
(調製例1)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P−1)80g、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液(S−1)20g(固形分濃度で80:20の質量比)を混合し、さらに紫外線吸収剤としてジベンゾレゾルシノール(DBR、クラリアント社製)0.8gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.2gを投入して、プライマー層形成用組成物Pr−1を得た。
(調製例2)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P−1)60g、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液(S−1)40g(固形分濃度で60:40の質量比)を混合し、さらに紫外線吸収剤としてジベンゾレゾルシノール(DBR、クラリアント社製)0.6gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.4gを投入して、プライマー層形成用組成物Pr−2を得た。
(調製例3)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P−1)80g、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液(S−2)20g(固形分濃度で80:20の質量比)を混合し、さらに紫外線吸収剤としてジベンゾレゾルシノール(DBR、クラリアント社製)0.8gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.2gを投入して、プライマー層形成用組成物Pr−3を得た。
(調製例4)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P−1)60g、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液(S−2)40g(固形分濃度で60:40の質量比)を混合し、さらに紫外線吸収剤としてジベンゾレゾルシノール(DBR、クラリアント社製)0.6gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.4gを投入して、プライマー層形成用組成物Pr−4を得た。
(調製例5)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P−1)80g、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液(S−3)20g(固形分濃度で80:20の質量比)を混合し、さらに紫外線吸収剤としてジベンゾレゾルシノール(DBR、クラリアント社製)0.8gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.2gを投入して、プライマー層形成用組成物Pr−5を得た。
(調製例6)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P−1)100gに、紫外線吸収剤としてジベンゾレゾルシノール(DBR、クラリアント社製)0.8gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.2gを投入して、プライマー層形成用組成物Pr−6を得た。
(調製例7)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P−1)80g、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液(S−4)20gを混合し、さらに紫外線吸収剤としてジベンゾレゾルシノール(DBR、クラリアント社製)0.8gを投入して、プライマー層形成用組成物Pr−7を得た。
(調製例8)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P−1)40g、シリル基含有アクリル系ポリマー溶液(S−1)60gを混合し、さらに紫外線吸収剤としてジベンゾレゾルシノール(DBR、クラリアント社製)0.4gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.6gを投入して、プライマー層形成用組成物Pr−8を得た。
(調製例9)
シリル基含有アクリル系ポリマー溶液(S−1)100gへ、紫外線吸収剤としてジベンゾレゾルシノール(DBR、クラリアント社製)0.4gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.6gを投入して、プライマー層形成用組成物Pr−9を得た。
<ハードコート層形成用組成物(ハードコート剤組成物)>
以下に示す方法で、ハードコート剤組成物を調整した。なお、オルガノポリシロキサンの評価を以下に示す方法によって行った。
(1)ケイ素原子結合水酸基の個数(B)/ケイ素原子結合アルコキシ基の個数(A)
実施例において用いたオルガノポリシロキサンは、ケイ素原子結合アルコキシ基として、ケイ素原子結合メトキシ基(SiO−CH)を有するもののみであったため、上記(B)/(A)として、以下の方法により求めたSi−OH/SiO−CHの比を用いた。
すなわち、赤外吸光分析装置(FT−IR、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、型式:Avatar/Nicolet FT−IR360)を使用し、900cm−1付近のSi−OHに由来する吸収と、2860cm−1付近のSiO−CHに由来する吸収との面積比から、Si−OH/SiO−CHの面積比を求めた。
(2)オルガノポリシロキサン(シリコーン化合物)中のケイ素原子の結合状態の解析
オルガノポリシロキサン中のケイ素原子の結合状態、具体的には、T0〜T3の存在比を、核磁気共鳴装置(29Si−NMR:日本電子株式会社製、ECP400)を用いて、29Si−NMRのピーク面積比からそれぞれ求めた。測定条件は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製10mmφ試料管使用、プロトンデカップリング、パルス幅45°、待ち時間15sec、緩和試薬:Cr(acac)(トリス(アセチルアセトナト)クロム)を0.1質量%、外部標準試料:テトラメチルシランである。また、各構造に由来する29Si−NMRの化学シフトは、以下のとおりである。
T0:−40〜−41ppm、
T1:−49〜−50ppm、
T2:−57〜−59ppm、
T3:−66〜−70ppm。
(3)数平均分子量Mn、質量平均分子量Mw、および分散度Mw/Mn
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC、Waters社製のWaters2695、RI検出、カラム:Styragel ガードカラム+HR1+HR4+HR5E、溶離液:クロロホルム)によって求めた。
[1]オルガノポリシロキサン(a)(以下、必要に応じて「(a)成分オルガノポリシロキサン」という)の合成およびオルガノポリシロキサン(a)を含有する溶液の調製
0.2Lのフラスコに、メチル系シリコーンレジンKR−500(信越化学工業社製、Si−OH基由来のピークはFT−IRにより確認されず、実質SiO−CHのみである。各T単位の存在比はT0:T1:T2:T3=ND:15:58:27、Mn=700、Mw=1240、Mw/Mn=1.77)10gに、1−ブタノール10gを加え、よく撹拌し、酢酸10g、イオン交換水10gを加え、さらによく撹拌した。この溶液を40℃で1時間撹拌し、(a)成分オルガノポリシロキサンMSi−1(MSi−1濃度:25質量%)を得た。
得られたMSi−1について、FT−IRおよびH−NMRにより、原料であるKR−500との比較を行ったところ、SiO−CH基由来のピークの減少とSi−OH基由来のピークの出現を確認した。FT−IRのピーク面積比から求めたMSi−1のSi−OH/SiO−CHの比は41.0であった。MSi−1はT単位からなり、29Si−NMRの化学シフトから求めた各T単位の存在比は、T0:T1:T2:T3=ND:1.1:30.1:68.8であった。MSi−1のMnは、520、Mwは1150、Mw/Mnは2.22であった。
[2]オルガノポリシロキサン(b)(以下、必要に応じて「(b)成分オルガノポリシロキサン」という)の合成およびオルガノポリシロキサン(b)組成物の溶液の調製
1Lのフラスコに、約30nmの平均粒子径をもつ水分散シリカゾル(pH3.1、シリカ微粒子固形分20質量%)167gと酢酸14gを仕込み、メチルトリメトキシシラン136gを添加した。1時間撹拌した後、組成物のpHは4.5で安定化した。この組成物を25℃で4日間熟成し、部分加水分解縮合させた。こうして、(b)成分オルガノポリシロキサンPSi−1を含有する溶液(PSi−1濃度:40質量%)を得た。
得られた(b)成分オルガノポリシロキサンPSi−1は、T単位を主とした結合構造をもち、29Si−NMRの化学シフトから求めた各T単位の存在比は、T0:T1:T2:T3=ND:2:54:44であった。得られたオルガノポリシロキサン(b)には、モノマー状のT0体[R−Si(OH)](RはCH)がほぼ存在せず、原料のメチルトリメトキシシランは、オリゴマー状シリコーン化合物にほぼ完全に転換されていることが確認された。得られた(b)成分オルガノポリシロキサンPSi−1のMnは、400、Mwは670、Mw/Mnは1.68であった。
次いで、上記で得られた(b)成分オルガノポリシロキサンPSi−1の溶液100質量部、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤4質量部を加え、25℃で24時間以上熟成した。希釈溶媒として1−ブタノール:イソプロパノール:メタノール:1−メトキシ−2−プロパノールが40:40:15:5(質量比)からなる混合溶媒を用いて、不揮発分が25質量%(150℃、45分)、粘度が4.4mPa・sの(b)成分オルガノポリシロキサンPSi−1組成物溶液を調製した。
[3]ハードコート層形成用組成物の調製
上記[1]で得られた(a)成分オルガノポリシロキサンMSi−1を含む溶液に、上記[2]で得られた(b)成分オルガノポリシロキサンPSi−1を含む組成物溶液を、MSi−1:PSi−1=80:20(質量比)で配合し、よく混合することによって、ハードコート層形成用組成物HC−1を得た。
[4]ハードコート層を有する樹脂基板の作製
上記で得られたプライマー層形成用組成物、およびハードコート層形成用組成物を用い、以下に示すようにして、例1〜5および例6〜9のハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。なお、以下のプライマー層およびハードコート層の膜厚は、ポリカーボネート板上に単独で形成された各層の厚さとし、干渉膜厚測定装置(スペクトラ・コープ社製、Solid Lambda Thickness)を用いて測定した。このとき、屈折率はプライマー層n=1.56、ハードコート層n=1.46の値を用いた。すなわち、ポリカーボネート板上に単独で成膜したときに、膜厚がその値になるように成膜条件を設定し、その条件で各層を形成した。
(例1)
厚さ3mmのポリカーボネート樹脂板(カーボグラス(登録商標) ポリッシュ クリヤー(商品名、旭硝子社製))に、プライマー層形成用組成物Pr−1をディップコート方式で膜厚が4μmとなるように塗布し、25℃で20分間放置後、熱風循環式乾燥器(楠本化成社製、HISPEC HS250)を使用し、120℃で30分間加熱して硬化させた。
次に、こうして形成されたプライマー層の上に、ハードコート層形成用組成物HC−1をディップコート方式で膜厚が3μmとなるように塗布し、25℃で20分間放置後、120℃で1時間加熱して硬化させハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
(例2)
プライマー層形成用組成物Pr−1に代えて、プライマー層形成用組成物Pr−2を膜厚が5μmとなるように塗布したこと以外は、例1と同様にしてハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
(例3)
プライマー層形成用組成物Pr−1に代えて、プライマー層形成用組成物Pr−3を塗布したこと以外は、例1と同様にしてハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
(例4)
プライマー層形成用組成物Pr−1に代えて、プライマー層形成用組成物Pr−4を塗布したこと以外は、例1と同様にしてハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
(例5)
プライマー層形成用組成物Pr−1に代えて、プライマー層形成用組成物Pr−5を膜厚が5μmとなるように塗布したこと以外は、例1と同様にしてハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
(例6)
プライマー層形成用組成物Pr−1に代えて、プライマー層形成用組成物Pr−6を塗布したこと以外は、例1と同様にしてハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
(例7)
プライマー層形成用組成物Pr−1に代えて、プライマー層形成用組成物Pr−7を膜厚が5μmとなるように塗布したこと以外は、例1と同様にしてハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
(例8)
プライマー層形成用組成物Pr−1に代えて、プライマー層形成用組成物Pr−8を膜厚が5μmとなるように塗布したこと以外は、例1と同様にして、ハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
(例9)
プライマー層形成用組成物Pr−1に代えて、プライマー層形成用組成物Pr−9を膜厚が5μmとなるように塗布したこと以外は、例1と同様にしてハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
[5]ハードコート被膜付き樹脂基板の評価
上記例1〜5および例6〜9でそれぞれ得られたハードコート被膜付き樹脂基板について、下記項目の評価を行った。表1に、初期における外観、密着性、曇価(ヘーズ)、耐擦傷性、および耐候性試験後の外観(耐候クラック性)、耐候密着性の測定・評価の結果を、プライマー組成物の種類およびハードコート被膜を構成する各層の膜厚とともに示す。
<1>初期評価
<1−1>初期外観
初期のハードコート被膜の外観を目視によって観察し、下記基準にしたがって異常の有無を判定した。
○:異常なし。
×:ハードコート被膜にクラック、剥離または著しいヘーズ有り。
<1−2>膜厚
各ハードコート層の膜厚を干渉膜厚測定装置(スペクトラ・コープ社製、Solid Lambda Thickness)を用いて測定した。このとき、屈折率は、プライマー層ではn=1.56、ハードコート層ではn=1.46の値を用いた。
<1−3>初期ヘーズ
JIS K7105(6.4)に準拠し、ヘーズメーター(スガ試験機株式会社製、型式:HGM−2)により、ヘーズ(曇価)を測定した。ヘーズ5以下であれば合格と判定される。
<1−4>初期耐擦傷性
JIS K7105(6.4)に準拠し、ヘーズメーター(スガ試験機株式会社製、型式:HGM−2)により、ヘーズ(曇価)を測定した。また、JIS K5600(5.9)に準拠し、テーバー磨耗試験機(東洋精機製作所社製、型式:ROTARY ABRASION TESTER)に磨耗輪 CALIBRASE(登録商標)CS−10F(TABER社製)を装着し、荷重500g下での500回転後のヘーズ(曇価)を測定し、試験後と試験前のヘーズ(曇価)差ΔH500を耐擦傷性とした。耐擦傷性の判定基準としては、ΔH500≦+10であれば合格と判定される。
<1−5>初期密着性
JIS K5600(5.6)に準拠し、カミソリ刃を用いて、ハードコート被膜に1mm間隔で縦、横11本ずつ切れ目を入れて100個の碁盤目を作製し、セロテープ(登録商標)(ニチバン社製、CT24)をよく付着させた後、剥離テストを行った。膜が剥離せずに残存したマス目数(X)をX/100で表示した。
<2>耐候性試験
以下に示す耐候性試験を行った。すなわち、光源にメタルハライドランプを用いた促進耐候性試験機(ダイプラ・ウインテス製;ダイプラ・メタルウェザー「KW−R5TP−A」)を用い、光照射、結露、暗黒の3条件を連続で50サイクル(600時間)負荷した。
ここで、光照射の条件は、照度80mW/cm(ウシオ電機株式会社製、商品名「UIT−101」で測定)、ブラックパネル温度63℃、相対湿度80%の条件下で4時間光を照射するものであり、結露の条件は、光を照射せずに相対湿度98%でブラックパネル温度を63℃から30℃に自然冷却させて4時間保持するものであり、暗黒の条件は、光を照射せずにブラックパネル温度75℃、相対湿度90%で4時間保持するものである。さらに、前記結露の前後にシャワーを各10秒ずつ実施する。
<2−1>耐候クラック性
耐候性試験(50サイクル、600時間)後のハードコート被膜の外観を目視によって観察し、下記基準で異常の有無を判定した。
○:異常なし。
×:ハードコート被膜にクラック、剥離または著しいヘーズ有り。
<2−2>耐候密着性
JIS K5600(5.6)に準拠し、耐候性試験後のハードコート被膜にカミソリ刃を用いて1mm間隔で縦、横11本ずつ切れ目を入れて100個の碁盤目を作製し、セロテープ(登録商標)(ニチバン社製、CT24)をよく付着させた後、剥離テストを行った。ハードコート被膜が剥離せずに残存したマス目数をXとし、X/100で耐候密着性を表示した。
Figure 2012099125
表1からわかるように、プライマー層に、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)が配合されたプライマー層を有する例1〜5のハードコート被膜付き樹脂基板では、初期のヘーズ(曇価)が小さく外観が良好であり、テーバー試験後のヘーズ(曇価)差が10以下であり、耐擦傷性が合格であった。また、耐候性試験後のハードコート被膜の外観が良好であるうえに、耐候密着性にも優れており、ハードコート層とプライマー層との密着性が向上されていた。
これに対して、プライマー層に、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を有しない例6のハードコート被膜付き樹脂基板では、初期においては、ヘーズ(曇価)が小さく外観が良好で、耐擦傷性も合格であるが、耐候性試験後にはハードコート被膜にクラックおよび剥離が発生し、耐候性試験後の外観判定が「×」となり、また密着性が悪かった。
また、プライマー層に、芳香族炭化水素基を側鎖に有する重合単位を含有するシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を配合した例7のハードコート被膜付き樹脂基板でも、初期においては、ヘーズ(曇価)が小さく外観が良好で、耐擦傷性も合格であるが、耐候性試験後にはハードコート被膜にクラックおよび剥離が発生し、耐候性試験後の外観判定が「×」となり、また密着性が悪かった。
また、プライマー層における(アクリル系ポリマー(P)の含有量)/(アクリル系ポリマー(P)の含有量とシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の含有量との合計量)の値が50質量%未満である例8のハードコート被膜付き樹脂基板、およびプライマー層がアクリル系ポリマー(P)を有しない例9のハードコート被膜付き樹脂基板では、初期において、ヘーズ(曇価)が大きく、ハードコート被膜にクラックおよび剥離が発生しており、外観に劣るとともに、耐候性試験後の外観判定が「×」となり、またには、密着性が悪かった。
本発明のハードコート被膜付き樹脂基板は、自動車や各種交通機関に取り付けられる車輌用の窓ガラス、家屋、ビル等の建物に取り付けられる建材用の窓ガラス、として好適に使用することができる。
なお、2011年1月20日に出願された日本特許出願2011−009359号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
1…ハードコート皮膜付き樹脂基板、2…樹脂基板、3…プライマー層、4…ハードコート層、S…プライマー層とハードコート層との境界面

Claims (10)

  1. 樹脂基板の少なくとも一方の面上に、アクリル系ポリマー(P)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を主成分として含有するプライマー層、およびオルガノポリシロキサンの硬化物を主成分として含有するハードコート層を、前記樹脂基板側から順に有するハードコート被膜付き樹脂基板であって、
    前記アクリル系ポリマー(P)は、炭素数1〜6のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルに基づく重合単位から成り、該アクリル系ポリマー(P)を構成する重合単位全体の90〜100モル%がメタクリル酸メチルに基づく重合単位であり、
    前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、ならびに加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位を含有し、該シリル基含有アクリル系ポリマーを構成する重合単位全体の50〜95モル%がメタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位であり、前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、芳香族炭化水素基を側鎖に有する重合単位を含有せず、
    前記アクリル系ポリマー(P)と前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)との質量比、すなわち(アクリル系ポリマー(P)の含有量)/(アクリル系ポリマー(P)の含有量とシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の含有量との合計量)×100の値が、50〜98質量%であることを特徴とするハードコート被膜付き樹脂基板。
  2. 前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、前記加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位を、該シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を構成する重合単位全体の5〜50モル%の割合で含有する、請求項1に記載のハードコート被膜付き樹脂基板。
  3. 前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、前記メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、ならびに前記加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位から成り、前記メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位と、前記加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位とのモル比が、50:50〜95:5である、請求項1または2に記載のハードコート被膜付き樹脂基板。
  4. 前記加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する重合単位が、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランおよび3−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、ならびにこれらの加水分解物または部分加水分解物に基づく重合単位からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のハードコート被膜付き樹脂基板。
  5. 前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、ヒドロキシアルキル基を有する重合単位を含有しない、請求項1〜4のいずれか1項に記載のハードコート被膜付き樹脂基板。
  6. 前記アクリル系ポリマー(P)は、メタクリル酸メチルに基づく重合単位から成る、請求項1〜5のいずれか1項に記載のハードコート被膜付き樹脂基板。
  7. 前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の質量平均分子量は、5,000〜300,000である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のハードコート被膜付き樹脂基板。
  8. 前記プライマー層の主成分である前記アクリル系ポリマー(P)の質量平均分子量は、20,000〜1,500,000である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のハードコート被膜付き樹脂基板。
  9. 前記オルガノポリシロキサンはT単位とQ単位のみで構成され、その個数の割合は、T:Q=90〜100:10〜0である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のハードコート被膜付き樹脂基板。
  10. 樹脂基板の少なくとも一方の面上に、アクリル系ポリマー(P)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)を主成分として含有するプライマー層形成用組成物を塗布し乾燥させてプライマー層を形成する工程と、前記プライマー層の上に、オルガノポリシロキサンを主成分として含有するハードコート層形成用組成物を塗布し硬化させてハードコート層を形成する工程と、を備えるハードコート被膜付き樹脂基板の製造方法であって、
    前記アクリル系ポリマー(P)は、炭素数1〜6のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルに基づく重合単位から成り、該アクリル系ポリマー(P)を構成する重合単位全体の90〜100モル%がメタクリル酸メチルに基づく重合単位であり、
    前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、ならびに加水分解性シリル基および/またはSiOH基を側鎖に有する重合単位を含有し、該シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を構成する重合単位全体の50〜95モル%がメタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位であり、
    前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、芳香族炭化水素基を側鎖に有する重合単位を含有せず、
    前記アクリル系ポリマー(P)と前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)との質量比、すなわち(アクリル系ポリマー(P)の含有量)/(アクリル系ポリマー(P)の含有量とシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の含有量との合計量)×100の値が、50〜98質量%である、ことを特徴とするハードコート被膜付き樹脂基板の製造方法。
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