JPWO2019065772A1 - 塗布組成物、積層体及び太陽電池モジュール、並びに積層体の製造方法 - Google Patents

塗布組成物、積層体及び太陽電池モジュール、並びに積層体の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2019065772A1
JPWO2019065772A1 JP2019545583A JP2019545583A JPWO2019065772A1 JP WO2019065772 A1 JPWO2019065772 A1 JP WO2019065772A1 JP 2019545583 A JP2019545583 A JP 2019545583A JP 2019545583 A JP2019545583 A JP 2019545583A JP WO2019065772 A1 JPWO2019065772 A1 JP WO2019065772A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
silane compound
coating composition
mass
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019545583A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6847243B2 (ja
Inventor
英明 椿
英明 椿
北川 浩隆
浩隆 北川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Publication of JPWO2019065772A1 publication Critical patent/JPWO2019065772A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6847243B2 publication Critical patent/JP6847243B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/18Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer of foamed material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/04Polysiloxanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/65Additives macromolecular
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

ポリマー粒子と、式(1)で表される加水分解性シラン化合物及び前記加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物から選ばれるシラン化合物と、溶解度パラメーターの水素結合項が16MPa1/2以上の有機溶媒と、を含む塗布組成物、積層体及びその製造方法、並びに太陽電池モジュール。式(1)中、R1は、それぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表す。H−Si(OR1)3式(1)

Description

本開示は、塗布組成物、積層体及び太陽電池モジュール、並びに積層体の製造方法に関する。
近年、厚みが数μm〜数10nmの薄い層をコーティング法により塗布して形成するための塗布組成物が、光学フィルム、印刷、フォトリソグラフィー等の用途に広く使用されている。塗布組成物のうち、水性の塗布組成物は、水を主成分とする溶媒を用いていることから、塗布形成された膜の表面エネルギーが低く、透明性に優れる。一方、有機溶媒を主成分とした塗布組成物は、塗布組成物の粘性が低く、塗布組成物の表面張力も低い等の利点がある。そのため、溶媒として水又は有機溶媒のいずれを用いた塗布組成物も様々な用途に適用されている。
塗布組成物の具体的な用途としては、例えば、反射防止膜、光学レンズ、光学フィルタ、各種ディスプレイの薄層フィルムトランジスタ(TFT)用平坦化膜、結露防止膜、防汚膜、表面保護膜等の機能性膜への適用が挙げられる。中でも、反射防止膜は、例えば、太陽電池モジュール、監視カメラ、照明機器、標識等の保護膜に適用することが可能であり、近年では反射防止膜の有用性が注目されている。
太陽電池モジュールのフロントガラスは、モジュールの最表面に配置されているため、反射防止性のみならず、耐傷性の向上も求められる。加えて、太陽電池モジュールの組み立て工程においては、フロントガラスを配置する際に、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体(以下「EVA」と略称する。)などの樹脂が封止材として用いられる場合がある。 このような場合において、封止材などの物質がフロントガラス表面のような硬質表面の所望とされない領域に接触しても容易な除去(例えば、剥離、拭き取り等)を可能とする防汚性も求められる。
上記の塗布組成物に関連する技術として、例えば、特開2016−1199号公報には、加水分解性の高いSiX(Xは加水分解基)で表されるシリカマトリックス前駆体を有しており、良好な耐傷性が得られる塗布組成物が開示されている。また、塗布組成物の屈折率及び空孔の直径を特定することで、反射防止性を向上させている。
また、特許第4512250号公報に記載の塗布組成物は、高反応性及び低表面エネルギーを有するシリカマトリックス前駆体として水素シルセスキオキサン(水素化3官能シラン化合物)を有する例が開示されており、耐傷性及び防汚性に優れるとされている。
しかし、特開2016−1199号公報に記載の塗布組成物は、上記シリカマトリックス前駆体を用いた場合、その表面エネルギーが高いため、膜表面に形成されるマトリックスの緻密性が十分ではなかった。そのため、EVAなどの樹脂が塗布膜表面に付着した場合、膜内部にまで樹脂が浸透し、容易には除去できず、防汚性が悪化してしまう問題があった。
また、特許第4512250号公報においては、良好な反射防止性を得るのに好適な膜厚(例えば、平均膜厚80nm〜200nm)の塗膜が得られるように塗布液をコートした場合、水素シルセスキオキサン同士が凝集しやすく、しかもガラスに対する濡れ性も悪いため、膜厚ムラが生じやすい。そのため、反射防止に適正な膜厚を均一に形成することが困難であり、良好な反射防止性を得ることはできない。
本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、反射防止性、耐傷性及び防汚性に優れた膜が得られる塗布組成物を提供することにある。
本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、反射防止性、耐傷性及び防汚性に優れた積層体及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、優れた発電性能を発現する太陽電池モジュールを提供することにある。
課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
<1> ポリマー粒子と、下記式(1)で表される加水分解性シラン化合物及び上記加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物から選ばれるシラン化合物と、溶解度パラメーターの水素結合項が16MPa1/2以上の有機溶媒と、を含む塗布組成物である。
H−Si(OR 式(1)
式(1)において、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表す。
<2> 更に、下記式(2)で表される加水分解性シラン化合物及び上記加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物を含む<1>に記載の塗布組成物である。
−Si(OR 式(2)
式(2)において、Rは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rは、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のフッ化アルキル基、炭素数6〜12のアリール基を表す。
<3> 上記有機溶媒の沸点が、50℃以上200℃未満である<1>又は<2>に記載の塗布組成物である。
<4> 上記溶解度パラメーターの水素結合項が、16MPa1/2以上22MPa1/2未満である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の塗布組成物である。
<5> 上記式(1)で表される加水分解性シラン化合物及び上記加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物から選ばれるシラン化合物を、シラン化合物の全量に対して50質量%以上含む<1>〜<4>のいずれか1つに記載の塗布組成物である。
<6> 水を含み、かつ、溶媒の全質量に対する上記有機溶媒の含有量が50質量%以上である<1>〜<5>のいずれか1つに記載の塗布組成物である。
<7> 固形分濃度が、塗布組成物の全質量に対して1質量%以上20質量%以下である<1>〜<6>のいずれか1つに記載の塗布組成物である。
<8> 基材の上に、<1>〜<7>のいずれか1つに記載の塗布組成物の硬化物を有する積層体である。
<9> 上記基材がガラス基材である<8>に記載の積層体である。
<10> 上記ガラス基材が、表面に凹凸構造を有する<9>に記載の積層体である。
<11> <8>〜<10>のいずれか1つに記載の積層体を備えた太陽電池モジュールである。
<12> <1>〜<7>のいずれか1つに記載の塗布組成物を、基材上にロールコーターにより塗布して塗布膜を形成する工程と、塗布により形成された塗布膜を乾燥する工程と、乾燥後の塗布膜を焼成する工程と、を有する積層体の製造方法である。
本発明の一実施形態によれば、反射防止性、耐傷性及び防汚性に優れた膜が得られる塗布組成物が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、反射防止性、耐傷性及び防汚性に優れた積層体及びその製造方法が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、優れた発電性能を発現する太陽電池モジュールが提供される。
以下、本開示の塗布組成物、積層体及びその製造方法、太陽電池モジュールについて、詳細に説明する。
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、本明細書において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に相当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。
また、本明細書中の「工程」の用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば本用語に含まれる。
本開示において、「シリカマトリクス」とは、加水分解性シラン化合物又は加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物が縮合することで得られる硬化物による連続相をいう。
<塗布組成物>
本開示の塗布組成物は、ポリマー粒子と、下記式(1)で表される加水分解性シラン化合物及び上記加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物から選ばれるシラン化合物(以下、総じて「水素化3官能シラン化合物」又は「水素化3官能アルコキシシラン化合物」ともいう。)と、溶解度パラメーターの水素結合項(δH)が16MPa1/2以上の有機溶媒と、を含む。
H−Si(OR 式(1)
式(1)において、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表す。
従来から、上記塗布組成物に関連する技術として、以下のような検討がなされてきた。
例えば、特開2016−1199号公報は、加水分解及び縮合反応性の高い4官能シラン化合物を用いているため、形成される膜は、硬度が高く耐傷性に優れる。一方で、4官能シラン化合物は、極性(誘電率)が高いため、ポリマー粒子のような空孔形成剤とともに用いた場合には、塗膜中での表面偏在性が不足し、表面に緻密な膜を形成し難い。そのため、膜面にEVAなどの樹脂が接触した際、膜内部にまで樹脂が浸透し、結果、防汚性が悪化してしまう問題がある。
特許第4512250号公報は、水素シルセスキオキサン(水素化3官能シラン化合物)を用いて膜を形成し、形成された膜は耐傷性及び防汚性に優れることが期待される。ところが、溶媒として、SP値の水素結合項(δH)が低い溶媒が用いられているため、高極性の水素シルセスキオキサンを溶媒和で十分に安定化できない。そのため、塗膜乾燥中に水素シルセスキオキサン同士が凝集しやすく、膜厚ムラを生じやすい。また、親水的なガラス基板への濡れ性が悪いため、膜厚ムラが生じやすい。したがって、膜厚が不均一となることで、反射防止性は低下する。
本開示の塗布組成物は、溶解度パラメーターの水素結合項が16MPa1/2以上の有機溶媒と水素化3官能シラン化合物の併用で良好な膜厚均一性を得ることができ、反射防止性が向上する。すなわち、塗布組成物は、ポリマー粒子と水素化3官能シラン化合物を含み、溶解度パラメーターの水素結合項が16MPa1/2以上の有機溶媒を用いた場合に、ポリマー粒子の分散安定性と、水素化3官能シラン化合物の溶解均一性がともに向上し得る。この理由としては、水素化3官能シラン化合物及びその加水分解物は、従来用いられてきたアルキル化3官能シラン化合物に対して極性が高いため、溶解度パラメーターの水素結合項が16MPa1/2以上の有機溶媒を用いることで、溶媒との水素結合により安定化され、従来のアルキル化3官能シラン化合物よりも溶解しやすくなる。これにより、シラン化合物の凝集が抑制され、膜中に、均一に水素化3官能シラン化合物とポリマー粒子が分散し、膜厚の均一性が高い塗布膜が形成される。同様に、溶解度パラメーターの水素結合項が16MPa1/2以上の有機溶媒は、親水的なガラス基板への濡れ性が良く、塗布時に膜厚ムラを生じない。
反射防止膜には反射防止性向上のための適性な膜厚がある。このため、膜厚均一性が向上することで、塗膜全体が狙いの適性膜厚となり、反射防止性が向上する。
従来の4官能シラン化合物は、3官能シラン化合物よりも表面エネルギーが高いため、塗布膜の表面に偏在しにくい。そのため、表面にシリカマトリックスの緻密な層を形成できず、膜表面にポリマー粒子に起因する空孔が形成され、防汚性が悪化する。
しかし、水素化3官能シラン化合物のような低極性の3官能シラン化合物は、ポリマー粒子に対して表面エネルギーが低く、膜表面に偏在しやすい。これにより、膜表面にシリカマトリックスの緻密層が形成され、防汚性が良化する。
水素化3官能シラン化合物は、焼成前においては3官能シラン化合物が有する性質を呈して膜面に偏在しやすい。その一方、焼成後においては、分子中の水素が脱離して4官能シラン化合物と同じSi−(OH)構造をとるため、形成された膜の硬度が向上し、ひいては耐傷性を良化することができる。
3官能シラン化合物は、4官能シラン化合物に比べて縮合反応性が低く、塗布組成物の経時での増粘が抑制され、液経時安定性が良好になる。これに対して、4官能シラン化合物は、3官能シラン化合物に比べて、塗布組成物の液経時安定性がやや低下するものの、縮合反応性の点で優れている。
本開示の水素化3官能シラン化合物は、4官能シラン化合物より低反応性ではあるが、液経時安定性が良好になる利点があり、しかも焼成後は4官能シラン化合物を用いた場合と同様の構造が得られるため、高き膜硬度が得られる利点も有している。
以下、本開示の塗布組成物に含まれる各成分について、詳細に説明する。
(ポリマー粒子)
本開示の塗布組成物は、空孔形成剤としてポリマー粒子の少なくとも一種を含有する。
ポリマー粒子は、塗布組成物により形成された塗布膜中から除去可能な粒子であり、熱処理により塗布膜中から除去可能な粒子であることが好ましい。塗布膜からポリマー粒子が除去されることにより、熱処理後の塗布膜中には空孔が形成される。
熱処理により上記塗布膜中から除去可能な粒子としては、例えば、熱処理が行われた際に、熱分解及び揮発の少なくとも一方により除去される粒子が挙げられる。
ポリマー粒子の熱分解温度は、300℃〜800℃が好ましく、400℃〜700℃がより好ましい。
熱分解温度とは、熱質量/示差熱(TG/TDA)測定において、質量減少率が50質量%に達した時点の温度を意味する。
また、ポリマー粒子のガラス転移温度(Tg)は、0℃〜150℃が好ましく、30℃〜100℃がより好ましい。
Tgを150℃以下とすることにより、得られる膜の防汚性がより向上する。これは、塗布組成物の流動性が高くなることにより、加水分解性シラン化合物の膜表面への偏在がより容易になるためであると考えられる。
Tgを0℃以上とすることにより、得られる膜の耐傷性がより向上する。これは、ポリマー粒子の熱分解温度を300℃以上にすることができ、膜の機械強度を高く維持したまま、均一な大きさの空孔を得ることができるためであると考えられる。
ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K7121−1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
なお、本明細書中において、「防汚性」は、セロテープ(登録商標)を貼り付けた際のテープ糊残り性で評価されるものであるが、例えば太陽電池モジュールの分野において、組立工程でフロントガラスを配置する際、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)などの樹脂がフロントガラス等の所望されない領域に接触して付着した場合も、容易に除去(例えば剥離、拭き取り等)し得る性質も良好にすることができる。
ポリマー粒子に含まれるポリマーとしては、所望の粒径のポリマー粒子が得られれば特に限定されるものではない。ポリマーとしては、(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、スチレン系モノマー、ジエン系モノマー、イミド系モノマー、及びアミド系モノマーよりなる群(以下、「特定モノマー群」ともいう。)から選ばれるモノマーの単独重合体又は共重合体が好ましい。
また、塗布組成物の液経時安定性の観点から、ポリマー粒子を構成するポリマーは、ヒドロキシ基やカルボキシ基等の、シラノール基と反応して縮合する官能基を含まないことが好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシエチル、(メタ)アクリル酸プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシプロピル、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールのジアクリル酸エステル、ジエチルグリコールのジアクリル酸エステル、トリエチレングリコールのジアクリル酸エステル、ポリエチレングリコールのジアクリル酸エステル、ジプロピレングリコールのジアクリル酸エステル、トリプロピレングリコールのジアクリル酸エステル、エチレングリコールのジメタクリル酸エステル、ジエチレングリコールのジメタクリル酸エステル、トリエチレングリコールのジメタクリル酸エステル、ポリエチレングリコールのジアクリル酸エステル、プロピレングリコールのジメタクリル酸エステル、ジプロピレングリコールのジメタクリル酸エステル、トリプロピレングリコールのジメタクリル酸エステル等が挙げられる。
スチレン系モノマーとしては、スチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、トリエチルスチレン、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ヘキシルスチレン、ヘプチルスチレン、オクチルスチレン、フロロスチレン、クロルスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、クロルメチルスチレン、ニトロスチレン、アセチルスチレン、メトキシスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−スチレンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。
ジエン系モノマーとしては、ブタジエン、イソプレイン、シクロペンタジエン、1,3−ペンタジエン、ジシクロペンタジエン等が挙げられる。
イミド系モノマーとしては、マレイミド、N−メチルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、6−アミノヘキシルコハク酸イミド、2−アミノエチルコハク酸イミド等が挙げられる。
アミド系モノマーとしては、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミドなどのアクリルアミド系誘導体、N、N−ジメチルアクリルアミド、N、N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド等のアリルアミン系誘導体、N−アミノスチレン等のアミノスチレン類等が挙げられる。
ポリマー粒子が含有するポリマーは、溶媒への分散性を得るべく、架橋構造を有するポリマーであることが好ましい。
架橋構造を有するポリマー粒子は、後述する乳化剤と、架橋反応性モノマーを重合することで得ることができる。用いることができる架橋反応性モノマーに特に制限は無いが、たとえば、分子内に不飽和二重結合を有するもの、ラジカル重合性の二重結合を有するもの、分子内に反応性官能基を有するもの(具体的には、カルボキシ基、ヒドロキシ基、エポキシ基、アミノ基、アミド基、マレイミド基、スルホン酸基、リン酸基、イソシアネート基、アルコキシ基、アルコキシシリル基等が挙げられる)が挙げられ、1種又はこれらの組み合わせから選択される。
架橋反応性モノマーとしては、これらの中でも、ラジカル重合性の二重結合を有するモノマーが好ましく、分子内に複数のラジカル重合性の二重結合を有する(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、又はスチレン系モノマーが更に好ましい。
架橋反応性モノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、デカエチレングリコールジメタクリレート、ペンタデカエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレンジメタクリレート、アリルメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート等の多官能(メタ)アクリレート;ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、およびこれらの誘導体等の芳香族ジビニル化合物;N,N−ジビニルアニリン;ジビニルエーテル;ジビニルサルファイド;ジビニルスルホン酸;ポリブタジエン;ポリイソプレン不飽和ポリエステルなどが挙げられる。
ポリマー粒子は、耐傷性及び防汚性をより向上させる観点から、ノニオン性ポリマー粒子であることが好ましい。塗布組成物がノニオン性ポリマー粒子を含むことで、加水分解性シラン化合物とノニオン性ポリマー粒子との相溶性が向上し、ノニオン性ポリマー粒子が塗布組成物に均一に分散しやすくなる。これにより、塗布組成物によって膜が形成された際において、膜中に存在する空孔の分布は均一化し、かつ、加水分解性シラン化合物が膜表面に偏在することと相俟って、耐傷性及び防汚性をより向上させることができる。
「ノニオン性ポリマー粒子」とは、ノニオン性乳化剤を用いた乳化重合により合成された、その構造内にノニオン性乳化剤由来の構造を含有するポリマー粒子である。
ここで、ノニオン性ポリマー粒子は、その構造内にノニオン性乳化剤由来の構造を含有し、アニオン性乳化剤由来の構造又はカチオン性乳化剤由来の構造を実質的に含まないポリマー粒子である。上記実質的に含まないとは、乳化剤由来の構造の全量に対して、ノニオン性乳化剤由来の構造の割合が99質量%以上であることを指す。
ノニオン性乳化剤由来の構造の割合は、熱分解GC−MS(ガスクロマトグラフ質量分析法)を用いて、公知の方法によりポリマー粒子のフラグメントを分析することにより、算出することが可能である。
ノニオン性ポリマー粒子は、自己分散性粒子であることが好ましい。自己分散性粒子とは、ポリマー粒子自身が有する親水部によって、水及びアルコールを含む水性媒体中で分散状態となり得る水及びアルコール不溶性ポリマーからなる粒子をいう。なお、分散状態とは、水性媒体中に水及びアルコール不溶性ポリマーが液体状態で分散された乳化状態(エマルション)、及び、水性媒体中に水不溶性ポリマーが固体状態で分散された分散状態(サスペンジョン)の両方の状態を含むものである。
また、「水不溶性」とは、水100質量部(25℃)に対する溶解量が5.0質量部以下であることを指す。
ノニオン性ポリマー粒子が、自己分散性粒子であることにより、得られる膜においてノニオン性ポリマー粒子が均一に分散しやすく、また、例えば、塗布組成物が乳化剤を含まないか、乳化剤の含有量を塗布組成物の全質量に対し1質量%以下とすることができるため、耐傷性と防汚性に優れる。
ノニオン性ポリマー粒子を合成するためのノニオン性乳化剤としては、種々のノニオン性乳化剤を好適に用いることができる。ノニオン性乳化剤として好ましくは、エチレンオキシド鎖を有するノニオン性乳化剤が挙げられ、更に好ましくは、分子中にラジカル重合性の二重結合をもった、エチレンオキシド鎖を有するノニオン性の反応性乳化剤が挙げられる。これにより、良好な鉛筆硬度を有する膜を得ることができる。その理由は定かではないが、重合時の乳化安定性が良好となることで、ポリマー粒子の膜中分散状態が均一となり、空孔の分布が均一となることにより、空孔の分布が不均一であることに起因した局所的な毛管力及びクラックの発生が抑制され、得られる膜の耐傷性が向上するものと考えられる。
エチレンオキシド鎖を有するノニオン性乳化剤として具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等の乳化剤が挙げられる。
反応性乳化剤として具体的には、種々の分子量(エチレンオキシド付加モル数の異なる)のポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレングリコールのモノマレイン酸エステル及びその誘導体、2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリルアミド、等が挙げられ、エチレンオキシド鎖を有する反応性乳化剤が好ましい。
エチレンオキシド鎖を有する反応性乳化剤としては、エチレンオキシド鎖が存在する限り、その連鎖数が1以上であればいずれの乳化剤も使用することができるが、中でも好ましいのはエチレンオキシド鎖の連鎖数が2以上30以下、特に好ましいのは3以上15以下の乳化剤である。エチレンオキシド鎖を有するノニオン性乳化剤は、これらの群より選ばれた少なくとも1種以上を使用することができる。
ノニオン性乳化剤としては、市販品を用いてもよい。
ノニオン性の乳化剤の市販品の例としては、「ノイゲン」シリーズ、「アクアロン」シリーズ(以上、第一工業製薬株式会社製)、「ラテムルPD−420」、「ラテムルPD−430」、「ラテムルPD−450」、「エマルゲン」シリーズ(以上、花王(株)製)が挙げられる。中でも、「アクアロン」シリーズ、「ラテムルPD−420」、「ラテムルPD−430」、「ラテムルPD−450」、などのエチレンオキシド鎖を有し、かつ分子中にラジカル重合性の二重結合を有する反応性乳化剤が最も好適に用いられる。
また、本開示の塗布組成物は、ポリマー粒子としては、イオン性のポリマー粒子を使用しないことが好ましいが、イオン性のポリマー粒子を併用することもできる。イオン性のポリマー粒子を混合する場合、その混合量は、ポリマー粒子全体量100質量部に対して、通常30質量部以下であり、好ましくは、10質量部以下、最も好ましくは、3質量部以下である。
ポリマー粒子の数平均一次粒子径は、60nm以上200nm以下であることが好ましい。ポリマー粒子の数平均一次粒子径が上記範囲内にあると、塗布膜の反射防止性及び耐傷性がより良好なものとなる。なお、耐傷性は、鉛筆硬度を測定することで評価することができ、鉛筆硬度が高い膜は耐傷性に優れている。
具体的には、ポリマー粒子の数平均一次粒子径が60nm以上であると、膜中の空孔間のマトリクス厚が確保され、膜強度を保持しやすい。そのため、膜中の空孔の潰れが原因で生じる空孔度不足に起因した反射防止性及び耐傷性の低下が抑制される。
一方、ポリマー粒子の数平均一次粒子径が200nm以下であると、例えば、膜の厚みが130nmである場合に、膜の厚みに比べて空孔サイズが大きくなり過ぎないため、膜面で開口して空気層と繋がる開放空孔が形成されにくい。したがって、膜面に孔が存在しない平滑面が得られ、耐傷性により優れたものとなる。
上記のうち、ポリマー粒子の数平均一次粒子径は、安定な空孔形成の観点から、150nm以下が好ましく、120nm以下がより好ましい。また、ポリマー粒子の数平均一次粒子径は、安定な空孔形成の観点から、80nm以上が更に好ましい。
また、ポリマー粒子の数平均一次粒子径は、目的とする硬化膜の膜厚よりも小さいことが好ましい。
ポリマー粒子の数平均一次粒子径は、動的光散乱法により計測される値である。具体的には、日機装株式会社製のMicrotrac(Version 10.1.2−211BH)を用いて測定し、個数換算粒径の累積50%値(d50)として得られた値をポリマー粒子の数平均一次粒子径とする。
ポリマー粒子の塗布組成物中における含有量としては、塗布組成物の全質量に対して、1.0質量%〜10質量%が好ましく、1.5質量%〜5.5質量%がより好ましく、3.0質量%〜5.0質量%がさらに好ましい。
ポリマー粒子の含有量が上記範囲内であると、塗布組成物を反射防止膜の形成に用いた場合に反射防止性をより向上させるのに適している。
ポリマー粒子の塗布組成物中における含有量の、シリカ粒子の含有量と後述するシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対する質量比としては、0.2以上0.95以下であることが好ましく、0.2以上0.6以下であることがより好ましい。
ポリマー粒子の含有量の質量比は、反射防止性の向上に寄与する。
ポリマー粒子の含有量の、シリカ粒子の含有量とシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対する質量比が0.2以上であると、反射防止に適した量の空孔が形成されやすく、空孔度が上昇して反射防止性がより良好になる。一方、ポリマー粒子の含有量の、シリカ粒子の含有量とシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対する質量比は、反射防止性の観点からは多過ぎないことが好ましい。具体的には、ポリマー粒子の含有量の、シリカ粒子の含有量とシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対する質量比は、シリカ粒子の含有量とシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対し、0.95以下が好ましい。ポリマー粒子の含有量の質量比が0.95以下であると、膜面で開口して空気層と繋がる開放空孔が形成されにくいため、膜面に孔が存在しない平滑面が得られやすい。結果、反射防止性の悪化が抑制される。
また、反射防止性に加えて良好な耐傷性を得る観点からは、ポリマー粒子の好ましい含有量の、シリカ粒子の含有量とシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対する質量比は0.6以下である。膜中の空孔が少ないと膜強度は高まるところ、ポリマー粒子の含有量の質量比が0.6以下であると、空孔があっても必要とされる膜強度が保たれ、耐傷性の悪化が抑えられる。即ち、ポリマー粒子の含有量の質量比が0.6以下であると、反射防止性及び耐傷性がより良好になる。
なお、耐傷性は、鉛筆硬度を測定することで評価することができ、鉛筆硬度が高い膜は耐傷性に優れている。
なお、ポリマー粒子の含有量の、シリカ粒子の含有量とシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対する質量比とは、(ポリマー粒子の質量)/{(シリカ粒子の含有量)+(シラン化合物のSiO換算質量)}により得られる値である。
シラン化合物のSiO換算質量は、対象となるシラン化合物の構造を解析し、シラン化合物の分子量から算出される値である。
上記のうち、ポリマー粒子の含有量の、シリカ粒子の含有量とシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対する質量比は、反射防止膜を形成する場合は、反射防止性をより向上させる観点から、0.4〜0.6がより好ましく、0.5〜0.6が更に好ましい。
更には、ポリマー粒子の含有量が塗布組成物の全質量に対して3.0質量%〜5.0質量%であって、シリカ粒子の含有量と後述するシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対するポリマー粒子の含有量の質量比が0.4〜0.6である場合が特に好ましい。
(シラン化合物)
本開示の塗布組成物は、下記式(1)で表される加水分解性シラン化合物及び式(1)で表される加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物から選ばれるシラン化合物の少なくとも一種を含有する。
H−Si(OR 式(1)
式(1)において、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表す。
における炭素数1〜3のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル、i−プロピル基等が挙げられる。
本開示では、水素化3官能シラン化合物と溶解度パラメーターの水素結合項(δH)が16MPa1/2以上の有機溶媒とを含み、塗布膜の膜厚均一性を向上させる。
すなわち、水素化3官能シラン化合物及びその加水分解物は、従来用いられてきたアルキル化3官能シラン化合物に対して極性が高い。しかし、溶解度パラメーターの水素結合項(δH)が16MPa1/2以上の溶媒を用いることで、水素化3官能シラン化合物は溶媒との水素結合により安定化され、従来のアルキル化3官能シラン化合物よりも溶解しやすくなる。
これにより、シラン化合物の凝集が抑制され、膜中に、均一に膜を形成する水素化3官能シラン化合物が分散し、均一な膜厚の塗布膜が形成できる。
また、膜厚均一性が向上することで、塗膜全体が適性膜厚となり、反射防止性が向上する。
さらに、水素化3官能シラン化合物は、塗布工程において偏在性に優れる。また、高温焼成時に水素が脱離し、4官能シラン化合物と同じSi−(OH)の構造をとるため、硬化反応性にも優れる。これにより、塗布時偏在性と焼成時硬化反応性(耐傷性)を両立できる。
水素化3官能シラン化合物としては、例えば、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリn−プロポキシシラン、トリn−ブトキシシラン、トリn−ペンチルオキシシラン、トリn−ヘキシルオキシシラン、トリn−ヘプチルオキシシラン、トリn−オクチルオキシシラン等が挙げられる。
水素化3官能シラン化合物の中でも、好ましくはRが炭素数1〜2のアルキル基である化合物である。具体的には、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、等が挙げられる。
式(1)で表される加水分解性シラン化合物には、上市されている市販品を用いてもよい。市販品の例としては、トリメトキシシラン(水素化3官能シラン化合物、東京化成工業株式会社製)、トリエトキシシラン(水素化3官能シラン化合物、東京化成工業株式会社製)、等がある。
本開示の塗布組成物は、溶媒として水を含むことができ、加水分解性シラン化合物の一部が加水分解して縮合していてもよい。そのため、本開示の塗布組成物は、式(1)で表される加水分解性シラン化合物と、式(1)で表される加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物と、を含んでいてもよい。
式(1)で表される加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物としては、例えば、水素シルセスキオキサンオリゴマーが挙げられる。耐傷性の観点からは、水素シルセスキオキサンオリゴマーは特に好ましい。
水素シルセスキオキサンオリゴマーは、下記の合成例で得られるものでもよい。
例えば、50.5gのp−トルエンスルホン酸1水和物、151.5gの90質量%硫酸及び429.5gのクロロベンゼンをフラスコ中で混合し、250rpm(round per minute)で攪拌混合し、水相と有機相とからなる2相混合物を作製する。更に、50.0gのHSiClを70.0gのクロロベンゼンに溶解したものを50分かけて添加する。添加した後、反応混合物を2時間攪拌する。その後、この混合物を分液ロートに入れ、水相を排出した。得られた有機相を100mLの47%硫酸で2回洗浄し、更に100mLの脱イオン水で2回洗浄する。この有機相に約20gの炭酸カルシウム(CaCO)を加え、10分攪拌して中和する。次いで、約20gの硫酸マグネシウム(MgSO)を加え、10分攪拌して脱水する。得られた溶液をろ過し、溶媒をストリップする。以上により、可溶性の水素シルセスキオキサン樹脂17.9gが得られる。この例では、91%の収率が得られる。
本開示では、上記以外のシラン化合物を含んでもよく、更に、下記式(2)で表される3官能の加水分解性シラン化合物及び式(2)で表される加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物から選ばれるシラン化合物(以下、総じて「3官能シラン化合物」又は「3官能アルコキシシラン化合物」ともいう。)を含むことが好ましい。
水素化3官能シラン化合物に、膜面に移動して偏在しやすい3官能シラン化合物が加わることで、膜面により一層緻密なシリカマトリクスが形成されやすく、防汚性を更に向上させることができる。
また、水素化3官能シラン化合物に、縮合反応性が相対的に低い3官能シラン化合物が加わることで、塗布組成物の液経時安定性を更に向上させることができる。3官能シラン化合物の含有量は、水素化3官能シランの含有量を超えないことが、耐傷性の観点からは好ましい。
−Si(OR 式(2)
式(2)において、Rは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rは、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のフッ化アルキル基、炭素数6〜12のアリール基を表す。
及びRがいずれも炭素数1〜8のアルキル基を表す場合は、R及びRは同一であっても異なっていてもよい。
における炭素数1〜8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル、i−プロピル基等が挙げられる。
における炭素数1〜8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、ブチル基等が挙げられ、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましい。Rにおけるアルキル基は、無置換でも置換基で置換されていてもよい。アルキル基が置換されている場合の置換基の例としては、ハロゲン原子、アミノ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、イソシアナート基、グリシドキシ基、(メタ)アクリロイルオキシ基、ウレイド基等が含まれる。
における炭素数1〜8のフッ化アルキル基としては、例えば、フルオロメチル基、フルオロエチル基、トリフルオロプロピル基等が挙げられる。
における炭素数6〜12のアリール基としては、例えば、フェニル基、ベンジル基、トリル基等が挙げられる。
「R−Si(OR」で表される3官能アルコキシシランとしては、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、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、n−ブチルトリエトキシシラン、n−ペンチルトリメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−ヘキシルトリエトキシシラン、n−ヘプチルトリメトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリ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、シクロヘキシ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−クロロプロピルトリエトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、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、2−ヒドロキシエチルトリメトキシシラン、2−ヒドロキシエチルトリエトキシシラン、2−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、2−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアナートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、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−(メタ)アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリ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トリn−プロポキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリイソプロポキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシランが挙げられる。
式(2)で表される3官能アルコキシシラン化合物の中でも、好ましくは、Rが炭素数1〜3のアルキル基である化合物である。具体的には、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン等が好ましい化合物である。
シラン化合物は、重量平均分子量600〜6000のオリゴマーであることも好ましい。重量平均分子量が上記範囲にあると、膜の耐傷性及び防汚性を両立させやすい。
具体的には、シラン化合物の重量平均分子量が600以上であると、塗布組成物により得られる膜の耐傷性により優れたものとなる。これは、塗布組成物により膜が形成される際、縮合の度合いが小さくなり過ぎないためであると考えられる。また、シラン化合物の重量平均分子量が6000以下であると、耐傷性及び防汚性により優れたものとなる。これは、シラン化合物の運動性を維持しやすく、塗布組成物により膜形成される際、シラン化合物の膜表面への偏析量が保たれ、表面硬化層が形成されるためと考えられる。
シラン化合物の重量平均分子量は、耐傷性及び防汚性を両立し、かつ、更に向上させる点で、1600〜6000が好ましく、より好ましくは1600〜3000である。
重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値を指す。
GPCによる測定は、測定装置として、HLC(登録商標)−8020GPC(東ソー(株))を用い、カラムとして、TSKgel(登録商標)Super Multipore HZ−H(4.6mmID×15cm、東ソー(株))を3本用い、溶離液として、ジメチルホルムアミドを用いる。また、測定条件としては、試料濃度を0.45質量%、流速を0.35mL/min、サンプル注入量を10μL、及び測定温度を40℃とし、示差屈折率(RI)検出器を用いて行う。
検量線は、東ソー(株)の「標準試料TSK standard,polystyrene」:「F−40」、「F−20」、「F−4」、「F−1」、「A−5000」、「A−2500」、「A−1000」、及び「n−プロピルベンゼン」の8サンプルから作製する。
本開示において、水素化3官能シラン化合物の含有量は、シラン化合物の全量に対して、50質量%以上が好ましく、75質量%以上がさらに好ましく、90質量%以上が特に好ましい。
シラン化合物には、上市されている市販品を用いてもよい。
市販品の例としては、KC−89S(R:メチル基、R:メチル基、重量平均分子量770、信越化学工業(株)製)、KR−515(R:メチル基、R:メチル基、重量平均分子量1100、信越化学工業(株)製)、KR−500(R:メチル基、R:メチル基、重量平均分子量1200、信越化学工業(株)製)、KBM−13(R:メチル基、R:メチル基、分子量136.2、信越化学工業(株)製)、KBM−103(R:メチル基、R:フェニル基、分子量198.3、信越化学工業(株)製)、KBM−3103C(R:メチル基、R:デシル基、分子量262.5、信越化学工業(株)製)、KBE−04(R:エチル基、R:エトキシ基、分子量208.3、信越化学工業(株)製)、X−40−9225(R:メチル基、R:メチル基、重量平均分子量5200、信越化学工業(株)製)、X−40−9246(R:メチル基、R:メチル基、重量平均分子量3000、信越化学製)、X−40−9250(R:メチル基、R:メチル基、重量平均分子量6300、信越化学工業(株)製)、トリエトキシ(1H、1H、2H、2H−ノナフルオロヘキシル)シラン(R:エチル基、R:フッ化アルキル基、分子量410.4、東京化成工業(株)製)、等が挙げられる。
本開示におけるシラン化合物の含有量としては、塗布組成物の全質量に対して、1質量%〜10質量%がより好ましく、2質量%〜8質量%が更に好ましく、3質量%〜6質量%が特に好ましい。
シラン化合物の含有量が上記範囲内であると、焼成後にシリカマトリクスが良好に形成され、高硬度の多孔質膜の形成に有利である。
(溶媒)
本開示の塗布組成物は、溶解度パラメーターの水素結合項(δH)が16MPa1/2以上の有機溶媒を含有する。これによって、既述の水素化3官能シラン化合物と溶媒が水素結合を形成し、水素化3官能シラン化合物が安定化され、膜の厚みムラを小さく抑えて膜厚均一性をより高めることができる。
上記の溶解度パラメーターの水素結合項(δH)とは、ハンセン(Hansen)溶解度パラメータ(SP値)の水素結合項(δH)をいう。
16MPa1/2以上の溶解度パラメーターの水素結合項(δH)を有する有機溶剤の例としては、メタノール(δH=21.4MPa1/2)、エタノール(δH=18.3MPa1/2)、1−プロパノール(δH=16.2MPa1/2)、2−プロパノール(δH=16.2MPa1/2)等のアルコール系溶媒;エチレングリコール(δH=27.7MPa1/2)、ジエチレングリコール(δH=22.1MPa1/2)、トリエチレングリコール(δH=19.2MPa1/2)、エチレングリコールモノメチルエーテル(δH=17.0MPa1/2)等のグリコール系溶媒;ヒドロキシアセトン(δH=17.7MPa1/2)、アセトイン(3−ヒドロキシ−2−ブタノン;δH=16.0MPa1/2)等のケトン系溶媒;などが挙げられる。
ハンセン溶解度パラメーターの水素結合項(δH)は、ハンセン(Hansen)により算出された溶解度パラメーターのことを示し、Industrial Solvents Handbook(Wesley L. Archer著)、及びHansen Solubility Parameters: A User's Handbook, Second Edition(Charles M. Hansen著)に記載された溶解度パラメーターの値又は算出方法によって求められる値が適用される。
ハンセン溶解度パラメーターの水素結合項(δH)としては、16MPa1/2以上22MPa1/2未満が好ましい。
また、本開示における有機溶媒は、沸点に制限されるものではないが、常温常圧下における沸点が50℃以上300℃未満の有機溶剤が好ましい。
有機溶媒の沸点が50℃以上であることで、塗布膜からの溶剤の過度な蒸発が抑制され、基板の面内の温度均一性が向上し、膜厚均一性がより向上する。また、有機溶媒の沸点が300℃未満であることで、乾燥工程において、膜内部における有機溶媒の残留を抑制することができ、より緻密な膜が形成され、耐傷性がより向上する。
沸点が上記範囲内にある有機溶媒の例としては、メタノール(沸点64.5℃)、エタノール(沸点78.3℃)、2−プロパノール(沸点82.2℃)、ヒドロキシアセトン(沸点145℃)、1−プロパノール(沸点97.0℃)、エチレングリコール(沸点197.3℃)、エチレングリコールモノメチルエーテル(沸点124℃)、アセトイン(沸点144℃)が挙げられる。
上記の中でも、沸点が50℃以上200℃未満の有機溶剤がより好ましい。
有機溶媒の中では、ポリマー粒子の分散性の観点からは、アルコール系溶媒が好ましく、1価のアルコールがより好ましく、メタノール、エタノール及び2−プロパノールが更に好ましく、2−プロパノールが特に好ましい。
本開示の塗布組成物は、水及び有機溶媒の双方を含有する態様として、塗布組成物の調製に用いられる成分の溶解性の観点から、水と2−プロパノールとを含有する態様がより好ましい。
溶媒としては、水を含有することが好ましい。水が含有されることで、ポリマー粒子を分散させ、かつ、既述のシラン化合物を加水分解させ、溶解させるのに適している。
水としては、不純物を含まないか、不純物の含有量が低減された水であることが好ましく、例えば、脱イオン水が好ましい。
塗布組成物が水を含有する場合、塗布組成物中における水の含有量は、得られる膜の耐傷性をより向上させる観点から、塗布組成物の全質量に対して、0.5質量%〜20質量%が好ましく、2質量%〜15質量%がより好ましく、4質量%〜10質量%が更に好ましい。
水の含有量が上記範囲内であると、塗布組成物により得られる膜中に効率的にシリカマトリクスを形成することができると考えられる。
反射防止膜を形成する場合、膜の反射防止性をより向上させる観点から、溶媒として、水及び有機溶媒を含むことが好ましい。
溶媒として水及び有機溶媒を含む場合、溶媒の全質量に対する有機溶媒の含有量は、50質量%以上であることが好ましい。
有機溶媒の含有量が50質量%以上であると、膜の厚みムラがより小さく抑えられ、均一性のより高い膜が得られやすい。これは、成膜する際の乾燥過程において、塗布膜中に存在する水の量が相対的に少なくなるので、水溶性が比較的高くないシラン化合物の凝集が抑えられてシリカマトリックスの偏析と空孔の偏在とが抑えられるためと考えられる。
これにより、膜全体が反射防止に適した厚みとなり、反射防止性が効果的に向上する。
上記のうち、溶媒の全質量に対する有機溶媒の含有量としては、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、80質量%以上が特に好ましい。また、シラン化合物の加水分解性を保持する観点から水を含有することが好ましいため、有機溶媒の含有量は、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましい。
有機溶媒は、ポリマー粒子を分散させ、かつ、加水分解性シラン化合物を溶解し、かつ、溶解度パラメーターの水素結合項(δH)が16MPa1/2以上の有機溶媒である。
この場合、塗布組成物の全質量に対する、水と有機溶媒の合計の含有量としては、80質量%〜99質量%が好ましく、10質量%〜98質量%がより好ましく、92質量%〜97質量%が更に好ましい。
(他の成分)
本開示の塗布組成物は、上記した成分に加え、必要に応じて、更に他の成分を含有してもよい。他の成分としては、シリカ粒子、電解質、界面活性剤、増粘剤、アルカリ金属シリケート等が挙げられる。
−シリカ粒子−
本開示の塗布組成物は、数平均一次粒子径が2nm以上15nm以下であるシリカ粒子の少なくとも一種を含有することが好ましい。シリカ粒子を含有することで、膜硬度が高まり、かつ、クラックの生じにくい耐傷性が得られる。
本開示の塗布組成物では、数平均一次粒子径が特定範囲にある小粒径のシリカ粒子を選択的に含有する。塗布組成物は、特に数平均一次粒子径15nm以下の小粒径のシリカ粒子を含むことで、シラン化合物の脱水縮合に伴って発生する収縮応力が、小サイズのシリカ粒子の細かな動きによって緩和される。これにより、大サイズの粒子では起きやすいクラックの発生が抑制され、膜の耐傷性を高め得るものと推察される。即ち、数平均一次粒子径が15nm以下であると、収縮応力に起因するシリカ粒子の大きな移動が少なくなるため、クラックが起きにくく、元々硬いシリカ粒子を用いても改善されない耐傷性を効果的に高めることができる。これは、塗布膜の焼成により、複数のシリカ粒子が連結されて粒子連結体が形成され、膜の硬度が高まるためと考えられる。
なお、数平均一次粒子径が2nm以上であると、容易に入手が可能である。
シリカ粒子の数平均一次粒子径は、分散したシリカ粒子を透過型電子顕微鏡により観察し、撮影した写真の画像から求められる。
具体的には、写真の画像から無作為に抽出した200個のシリカ粒子について、投影面積を測定し、測定された投影面積から円相当径を求め、求めた円相当径の値を算術平均することにより得られた値をシリカ粒子の数平均一次粒子径とする。
シリカ粒子としては、無孔質シリカ粒子が好ましい。
「無孔質シリカ粒子」とは、粒子の内部に空隙を有しないシリカ粒子を意味し、中空シリカ粒子、多孔質シリカ粒子等の粒子の内部に空隙を有するシリカ粒子とは区別される。なお、「無孔質シリカ粒子」には、粒子の内部にポリマー等のコアを有し、コアの外殻(シェル)がシリカ、又はシリカの前駆体(例えば、焼成によってシリカに変化する素材)で構成されるコア−シェル構造のシリカ粒子は含まれない。
無孔質シリカ粒子は、塗布膜を焼成する場合には、焼成の前後で塗布膜中に存在する粒子の状態が変化すると考えられる。具体的には、焼成前の塗布膜中では、それぞれの無孔質シリカ粒子が単一粒子(ファンデル・ワールス力により凝集した状態等の集合している状態をここでは単一粒子とする。)として存在し、焼成後の塗布膜中では、複数の無孔質シリカ粒子のうち少なくとも一部が、互いに連結された粒子連結体として存在すると考えられる。
シリカ粒子としては、球状、鎖状、又は数珠状のいずれの形状の粒子を用いてもよく、上市されている市販品を用いてもよい。
球状のシリカ粒子の市販品の具体例としては、日産化学工業株式会社製の「スノーテックス(登録商標)ST−OXS」(数平均一次粒子径:4nm〜6nm、固形分:10質量%)、「スノーテックス(登録商標)ST−O」(数平均一次粒子径:10−15nm、固形分:20質量%)、日本国触媒化成工業株式会社製の「ファインカタロイド(登録商標)F−120」(数平均一次粒子径:4−8nm、固形分:20質量%)、NALCO社製の「NALCO(登録商標)8699」(数平均一次粒子径:2nm、固形分:15質量%)、NALCO社製の「NALCO(登録商標)1130」(数平均一次粒子径:8nm、固形分:30質量%)、NALCO社製の「NALCO(登録商標)1030」(数平均一次粒子径:12nm、固形分:30質量%)、等が挙げられる。
鎖状のシリカ粒子の市販品の具体例としては、日産化学工業株式会社製の「スノーテックス(登録商標)ST−OUP」(数平均一次粒子径:9−15nm、固形分:15質量%)、「スノーテックス(登録商標)ST−UP」(数平均一次粒子径:9−15nm、固形分:20質量%)、等が挙げられる。
数珠状のシリカ粒子の市販品の具体例としては、日産化学工業株式会社製の「スノーテックス(登録商標)PS−S」(数平均一次粒子径:10−15nm、固形分:15質量%)、「スノーテックス(登録商標)PS−SO」(数平均一次粒子径:10−15nm、固形分:15質量%)、等が挙げられる。
シリカ粒子の塗布組成物中における含有量としては、塗布組成物の全質量に対して、0.2質量%〜40質量%が好ましく、0.5質量%〜30質量%がより好ましく、1質量%〜20質量%がさらに好ましい。
シリカ粒子の含有量が0.2質量%以上であると、耐傷性に優れた膜質が得られやすい。また、シリカ粒子の含有量が40質量%以下であると、膜面の凸凹が小さく面状平滑な膜を形成するのに有利であり、防汚性により優れたものとなる。
−電解質−
本開示の塗布組成物は、電解質を含有してもよい。電解質としては、酸、塩基及び塩から選ばれる化合物が挙げられる。電解質とは、溶媒である水に溶解させた際に、陽イオンと陰イオンに乖離する化合物をさす。
また、本開示において、「酸」とは、Hを与える物質を指し、「塩基」とは、Hを受け取る物質を指す。酸のうち、pKa<0を満たす酸が強酸である。
酸は、既述のpHを維持し得る範囲であれば、弱酸及び強酸のいずれを用いてもよい。酸としては、例えば、酢酸(pKa:4.8)等の弱酸;硝酸(pKa:−1.4)、リン酸(pKa:2.1)、塩酸(pKa:−8.0)、硫酸(pKa:−3.0)等の強酸が挙げられる。
塩基としては、水酸化ナトリウム(共役酸のpKa:15.7)、水酸化カリウム(共役酸のpKa:15.7)、アンモニア(共役酸のpKa:9.3)等が挙げられる。
塩としては、酢酸アンモニウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、硝酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、リン酸アンモニウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、塩化アンモニウム、塩化ナトリウム等が挙げられる。
また、塩に代えて、酸と塩基とを添加してもよい。この場合、酸と塩基とを添加する場合には、酸のpKaが5.5以下であり、かつ、塩基である共役酸のpKaが8.5以上であることが好ましい。
塩としては、アンモニウム塩及び金属塩が好適であり、金属塩には、アルカリ金属(例えばナトリウム、カリウム等)の塩及びアルカリ土類金属(例えばマグネシウム、カルシウム等)の塩が含まれる。これらのうち、金属塩は、塗膜を形成した後に金属が膜中に残存し、機能層として例えば反射防止層を形成した場合に、膜中の金属が屈折率に影響して反射防止性を低下させる場合がある点で、アンモニウム塩が好ましい。
したがって、塩としては、弱酸及び強酸から選ばれる酸のアンモニウム塩がより好ましく、酢酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、塩化アンモニウム等は更に好ましい。
酸、塩基及び塩から選ばれる電解質の含有量としては、塗布組成物中のモル濃度として、0.001mol/L〜0.5mol/Lが好ましく、0.005mol/L〜0.4mol/Lがより好ましく、0.01mol/L〜0.3mol/Lがさらに好ましい。
−界面活性剤−
塗布組成物は、界面活性剤を含有することができる。界面活性剤を含有することで、塗布組成物の基材への濡れ性の改善に有効である。
界面活性剤としては、例えば、アセチレン系ノニオン性界面活性剤、ポリオール系ノニオン性界面活性剤等を挙げることができる。また、界面活性剤は、上市されている市販品を用いてもよく、例えば、日信化学工業社製のオルフィンシリーズ(例えば、オルフィンEXP.4200、オルフィンEXP.4123等)、ダウ・ケミカル社製のTRITON BG−10、花王社製のマイドールシリーズ(例えば、マイドール10、マイドール
12等)などを用いることができる。
−増粘剤−
塗布組成物は、増粘剤を含有することができる。増粘剤を含むことで、塗布組成物の粘度を調整することができる。
増粘剤としては、例えば、ポリエーテル、ウレタン変性ポリエーテル、ポリアクリル酸、ポリアクリルスルホン酸塩、ポリビニルアルコール、多糖類等が挙げられる。中でも、ポリエーテル、変性ポリアクリル系スルホン酸塩、ポリビニルアルコールが好ましい。増
粘剤として上市されている市販品を用いてもよく、市販品としては、例えば、サンノプコ社製のSNシックナー601(ポリエーテル)、SNシックナー615(変性ポリアクリル系スルホン酸塩)、和光純薬工業社製のポリビニルアルコール(重合度:約1,000〜2,000)等が挙げられる。
増粘剤の含有量は、塗布組成物の全質量に対して0.01質量%〜5.0質量%程度が好ましい。
−アルカリ金属シリケート−
塗布組成物は、アルカリ金属シリケートを含有してもよい。
アルカリ金属シリケートを含有することで、反射防止性と耐傷性との双方を向上させることができる。アルカリ金属シリケートとは、珪酸のアルカリ金属塩を指し、下記の式Aにより表されるアルカリ金属シリケートが好ましい。
O・nSiO ・・・式A
式Aにおいて、Mは、アルカリ金属を表す。アルカリ金属としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、セシウム(Cs)等が挙げられる。Mで表されるアルカリ金属としては、Li又はKが好ましい。アルカリ金属としてLi又はKを選択することで、Naに比べて、更に耐傷性が向上する。
式Aにおいて、nは、アルカリ金属シリケートのモル比を表す。nは、架橋性の観点から、5.0以下である化合物が好ましい。
アルカリ金属シリケートのモル比nが適切な値であると、架橋しやすくなると考えられる。そのため、MがLiである場合、n≦5.0を満たす化合物を選択することにより、アルカリ金属シリケートがシリカ粒子と架橋しやすく、耐傷性が更に向上すると考えられる。Mで表されるアルカリ金属がLiである場合、nは3.0以上であることがより好ましい。
他の成分は、本開示の実施形態における効果を著しく損なわない範囲で含有することができる。
〜固形分濃度〜
本開示の塗布組成物は、例えば反射防止性に優れた反射防止膜の形成に好適に用いることができる。
反射防止膜の形成には、膜の反射防止性をより向上させる観点から、固形分濃度は、塗布組成物の全質量に対して、1質量%以上20質量%以下であることが好ましい。
固形分濃度が1質量%以上であると、塗布組成物が流動しやすくなり過ぎず、基材上の凹部に溜まりにくくなるため、膜の厚みムラが生じにくい。また、固形分濃度が20質量%以下であると、例えばロールコートする場合などの際に、塗布ロールへ良好に濡れ広がるため、膜の厚みムラが生じにくい。したがって、塗布組成物の固形分濃度が上記範囲であることで、塗布組成物の塗布膜が基材の塗布面に追従しやすく、厚みムラが小さく均一性の高い膜が得られやすい。これにより、膜全体が反射防止に適した厚みとなり、反射防止性が効果的に向上する。
上記のうち、固形分濃度は、2質量%〜10質量%がより好ましく、2質量%〜6質量%が更に好ましい。
塗布組成物中の固形分濃度は、溶媒の含有量により調整することができる。
なお、本開示における固形分濃度とは、塗布組成物の全質量に対する、塗布組成物から溶媒(例えば水及び有機溶媒)を除いた質量の割合をいう。
本開示の塗布組成物は、既述のように小サイズのシリカ粒子と3官能シラン化合物とを含有してなることで、例えば、塗布組成物の硬化物である反射防止膜の形成に好適に用いることができる。本開示の塗布組成物を用いた反射防止膜は、適切な屈折率を有する膜を厚みムラの発生が抑えられた均一性の高い厚みで形成され、表面が平滑で高い硬度を有しているため、反射防止性に優れ、耐傷性及び防汚性にも優れたものとなる。
本開示の塗布組成物の硬化物として、反射防止膜を一例に説明する。
本開示の塗布組成物は、表面に凹凸構造を有する基材と硬化膜とを有する積層体の、硬化膜の塗布形成に好適に用いることができる。例えば太陽電池モジュールに搭載されるフロントガラスでは、ガラス基材上に太陽光の反射を軽減するための反射防止膜を有しており、ガラス基材の表面には防眩性を付与する等の目的で凹凸構造が設けられている。
反射防止膜の反射防止性は、以下の平均反射率の変化(ΔR)により示される。
本開示に係る反射防止膜は、上記ΔRの数値が正の値をとるものである。
具体的には、紫外可視赤外分光光度計(型番:UV3100PC、島津製作所社製)により、基材上に反射防止膜が形成された積層体の、波長400nm〜1,100nmの光における反射率(%)を積分球を用いて測定する。反射率を測定する際、積層体の裏面(基材の反射防止膜が形成されていない側の面)の反射を抑えるため、裏面となる基材の表面に黒色のテープ(型番:SPV-202、日東電工社製)を貼り付ける。そして、測定された波長400nm〜1,100nmにおける各波長の反射率から、積層体の平均反射率(RAV;単位%)を算出する。同様に、反射防止膜が形成されていない基材の、波長400nm〜1,100nmの光における反射率(%)を測定する。そして、測定された波長400nm〜1,100nmにおける各波長の反射率から、基材の平均反射率(R0AV;単位%)を算出する。
次いで、平均反射率RAV、R0AVから、反射防止膜が形成されていない基材に対する平均反射率の変化(ΔR;単位:%)を下記式(a)にしたがって算出する。
ΔR =R0AV− RAV 式(a)
ΔRは、数値が正の値で、かつ、大きいほど反射防止(AR)性に優れることを示す。
反射率は、積分球付の分光光度計を用いることにより測定することができる。本開示においては、測定装置として紫外可視赤外分光光度計(型番:UV3100PC、島津製作所社製)を用い、波長400nm〜1,100nmの光における反射率を、積分球を用いて測定し、それぞれの波長における反射率の値を算術平均することにより得られた値を平均反射率として採用している。
反射防止膜のΔRは、反射防止性の観点から、2.3%以上が好ましく、2.6%以上がより好ましい。
反射防止膜の平均膜厚としては、反射防止性の観点から、50nm〜250nmの範囲とすることができる。中でも、反射防止性の点で、80nm〜200nmが好ましい。
平均膜厚は、反射防止膜を、膜面と垂直な方向に平行に切断し、切断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で10箇所観察し、10枚のSEM像から各々の観察箇所の膜厚を計測し、得られた10個の計測値(膜厚)を平均することにより求められる。反射防止膜が基材上に形成されている場合、反射防止膜を基材ごと基材表面と直交する方向に切断して上記観察を行う。基材としては、後述する積層体の製造に用いられる基材を用いることができる。
<積層体及びその製造方法>
本開示の積層体は、基材の上に、既述の本開示の塗布組成物の硬化物を有している。
既述の本開示の塗布組成物が用いられるので、基材の硬化物を有する側は、膜内部に複数の空孔を有しながら膜の厚み均一性及び平滑性が高く、かつ、高硬度を有している。これにより、良好な反射防止性を示し、かつ、防汚性及び耐傷性に優れている。本開示の積層体は、反射防止材料に好適である。
基材としては、例えば、ガラス、樹脂、金属、セラミック、又は、ガラス、樹脂、金属及びセラミックから選ばれる少なくとも一つを複合化した複合材料等の基材が挙げられる。好ましい基材は、ガラス基材である。
基材の厚みには、特に制限はなく、目的又は用途等に応じて適宜選択すればよい。
本開示における基材(好ましくはガラス基材)の中でも、本開示の効果、特に反射防止性及び防汚性がより効果的に奏される点及び防眩性を付与する点から、表面に凹凸構造を有する基材であることが好ましい。
凹凸構造を有する基材とは、表面の算術平均粗さRaが0.1μm〜1.0μmである基材を指す。Raがこの範囲にある基材上に塗布膜を積層することで、防眩性を有し、反射防止等の機能を有する積層体が形成される。Raとしては、防眩性、反射防止等の機能を付与する上で、0.2μm〜0.7μmがより好ましい。
算術平均粗さRaは、表面粗さ計(型番:ハンディサーフE−35B、(株)東京精密社製)を用い、JIS−B0601に準拠して測定される値である。
積層体における硬化物の厚みは、50nm〜800nmの範囲とすることができ、例えば反射防止用途に用いる場合には、50nm〜250nmが好適であり、80nm〜200nmがより好ましく、120nm〜140nmが特に好ましい。
硬化物の厚みが50nm以上であると、塗布膜の厚みの均一性に優れている。また、硬化物の厚みが800nm以下であると、耐クラック性が良好になり、高固形分(例えば20質量%以上)とした場合にも塗布性を良好に保つことができる。
また、硬化物の厚みを120nm〜140nmの範囲とすることで、特に太陽光スペクトル強度がピークとなる600nm付近で最大の反射防止効果が得られる。
〜積層体の製造方法〜
次に、本開示の積層体の製造方法について説明する。
本開示の積層体の製造方法は、既述の本開示の塗布組成物を、基材の上にロールコーターにより塗布して塗布膜を形成する工程(以下、「塗布膜形成工程」ともいう。)と、塗布膜を乾燥する工程(以下、「乾燥工程」ともいう。)と、乾燥後の塗布膜を焼成する工程(以下、「焼成工程」ともいう。)と、を有している。本開示の積層体の製造方法は、上記工程のほか、必要に応じて、更に、洗浄工程、表面処理工程、冷却工程等の他の工程を有していてもよい。
本開示の積層体の製造方法では、既述の塗布組成物が用いられるので、基材の表面状態に関わらず、反射防止性に優れ、耐傷性及び防汚性にも優れた積層体が得られる。
−塗布膜形成工程−
塗布膜形成工程では、基材上に既述の本開示の塗布組成物をロールコーターにより塗布し、塗布膜を形成する。
塗布膜形成工程では、既述のように、塗布時の帯電を抑えて塗膜の厚みムラの発生が抑制されるように、特定の電解質とポリマー粒子及び加水分解性シラン化合物とを含む本開示の塗布組成物が用いられるため、少なくとも後述する乾燥工程及び焼成工程を経て形成された膜は、輝点状故障の発生が抑えられ、反射防止膜である場合には反射防止性に優れたものとなる。また、膜の耐傷性及び防汚性にも優れる。
塗布組成物の塗布量は、特に限定されるものではなく、塗布組成物中の固形分の濃度、所望の膜厚等に応じて、操作性等を考慮し、適宜設定することができる。塗布組成物の塗布量は、0.01mL/m〜30mL/mであることが好ましく、0.1mL/m〜20mL/mであることがより好ましく、1mL/m〜15mL/mであることが更に好ましい。塗布組成物の塗布量が、上記の範囲内であると、塗布精度が良好となり、反射防止性により優れた膜を形成することができる。
本開示の積層体の製造方法は、塗布膜形成工程における塗布にロールコーターが用いられる。ロールコーターを用いて成膜する場合に、基材の表面に塗膜の不均一が生じやすいが、本開示においては、既述の塗布組成物が用いられることで、均一性のある塗膜を形成しやすく、厚みバラツキを少なく抑えることができる。
特に、基材の表面に塗布組成物を塗布するロール(即ち、コーティングロール)の表面材質がゴムである場合に塗膜の不均一が生じやすい。
ゴムとしては、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)である。
基材としては、ガラス、樹脂、金属、セラミック、又は、ガラス、樹脂、金属及びセラミックから選ばれる少なくとも一つを複合化した複合材料等の任意の基材を選択することができる。
いずれの基材を用いた場合も、本開示の積層体の製造方法による効果が期待されるが、塗布組成物を塗布するコーティングロールが最も基材と相互作用しやすいため、基材としては、効果がより一層奏される点で、ガラス基材が好ましい。
ガラス基材を用いると、ヒドロキシ基の縮合が、加水分解性シラン化合物が有するヒドロキシ基同士だけでなく、加水分解性シラン化合物が有するヒドロキシル基とガラス表面のヒドロキシル基との間でも発生するため、基材との密着性に優れた塗布膜を形成することができる。
基材の中でも、表面に凹凸構造を有する基材を用いた場合に、本開示の積層体の製造方法による効果がより一層奏される。凹凸構造を有する基材については、既述の通りである。
−乾燥工程−
乾燥工程では、塗布膜形成工程で形成された塗布膜を乾燥させる。
乾燥工程では、塗布組成物中の溶媒が除去されることにより、塗布膜が基材上に固定されることが好ましい。
塗布組成物中の溶媒が除去されることで、緻密な膜が形成される。塗布組成物がシリカ粒子等の無機粒子を含む場合であれば、膜中に無機粒子が密に配置され、より緻密な膜が形成される。膜が緻密になり、硬度が高くなることで、優れた耐傷性が得られると考えられる。また、膜が緻密になり、膜面が平滑となることで、汚れが付着し難くなり、防汚性にも優れるものと考えられる。
塗布膜の乾燥は、室温(25℃)で行ってもよいし、加熱装置を用いて行ってもよい。
加熱装置としては、目的の温度に加熱することができれば、特に限定されることなく、公知の加熱装置をいずれも用いることができる。加熱装置としては、オーブン、電気炉等の他、製造ラインに合わせて独自に作製した加熱装置を用いることができる。
塗布膜の乾燥は、例えば、上記の加熱装置を用いて、雰囲気温度40℃〜200℃にて塗布膜を加熱することにより行ってもよい。加熱により塗布膜を乾燥する場合には、例えば、加熱時間を1分間〜30分間程度とすることができる。
塗布膜の乾燥条件としては、塗布膜を、雰囲気温度40℃〜200℃にて1分間〜10分間加熱する乾燥条件が好ましく、雰囲気温度100℃〜180℃にて1分間〜5分間加熱する乾燥条件がより好ましい。
乾燥後の塗布膜の平均膜厚は、50nm以上の範囲とすることができ、80nm〜200nmの範囲が好ましい。平均膜厚が50nm以上であると、膜の反射防止性が優れたものとなり、80nm〜200nmであると反射防止性により優れる。平均膜厚の測定方法については、既述の通りである。
−焼成工程−
焼成工程では、乾燥工程を経た塗布膜を焼成して硬化膜を得る。
焼成工程では、400℃〜800℃の雰囲気温度で焼成することが好ましい。乾燥後の塗布膜を400℃〜800℃の雰囲気温度で焼成することで、乾燥工程で形成された緻密な膜の硬度が更に高まり、耐傷性が更に向上する。さらに、焼成によって塗布膜中の有機成分、特にはポリマー粒子の少なくとも一部が熱分解し、消失するので、焼成後の塗布膜には部分的に任意のサイズの空隙が形成され、反射防止性を効果的に向上させることができる。
また、既述の水素化3官能シラン化合物は、高温焼成時に水素が脱離し、4官能シラン化合物と同じSi−(OH)の構造をとる。これにより、塗布時には水素化3官能シラン化合物として偏在性に優れ、焼成時には4官能シラン化合物として耐傷性に優れ、両者を両立できる。
塗布膜の焼成は、加熱装置を用いて行うことができる。加熱装置としては、目的の温度に加熱することができれば、特に限定されることなく、公知の加熱装置をいずれも用いることができる。加熱装置としては、電気炉等の他、製造ラインに合わせて独自に作製した焼成装置を用いることができる。
塗布膜の焼成温度(雰囲気温度)は、450℃以上800℃以下であることがより好ましく、500℃以上800℃以下であることが更に好ましく、600℃以上800℃以下であることが特に好ましい。焼成時間は、1分間〜10分間であることが好ましく、1分間〜5分間であることがより好ましい。
−他の工程−
本開示の積層体の製造方法には、必要に応じて、上記の工程以外の他の工程を含んでもよい。他の工程としては、洗浄工程、表面処理工程、冷却工程等が挙げられる。
既述した本開示の塗布組成物を用いることで、既述の本開示の塗布組成物の硬化物である多孔質膜を形成することができる。また、既述した本開示の積層体及びその製造方法では、既述の本開示の塗布組成物の硬化物である多孔質膜を有する積層体を作製することができる。
本開示の多孔質膜は、下記式(1)で表される3官能の加水分解性シラン化合物及び式(1)で表される加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物から選ばれるシラン化合物の硬化物であるシリカマトリクス及び必要に応じてシリカ粒子を含み、表面を除く膜の内部に孤立孔を有する膜である。
H−Si(OR 式(1)
式(1)において、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表す。
なお、式(1)の詳細は、既述の通りであり、好ましい態様も同様である。また、シリカ粒子及びシラン化合物の詳細については、既述の通りであり、好ましい態様も同様である。
本開示の塗布組成物では、水素化3官能シラン化合物を用いることで、焼成前においては3官能シラン化合物として膜面に移動して偏在しやすい一方、焼成後には、分子中の水素が脱離して4官能シラン化合物と同じSi−(OH)構造をとるため、形成される多孔質膜は、硬度が高く、耐傷性に優れたものである。
「表面を除く膜の内部に孤立孔を有する」とは、多孔質膜の膜内部には互いに繋がらない孤立した複数の空孔(孤立孔)を有し、膜表面には、膜表面にて直径5nm以上の開口する開放空孔が存在していないことを意味する。つまり、膜表面には、ポリマー粒子が膜面に存在していたために焼成で形成された孔が膜面で開口し、開口した孔の内部と空気層とが繋がった領域が存在しないことを示す。
なお、「膜表面にて開口する開放空孔が存在していないこと」は、膜の表面を走査型電子顕微鏡で観察することにより確認することができる。
即ち、シリカマトリクスは、既述の塗布組成物中に含有されたシラン化合物を焼成して得られる硬化物(焼成物)である。焼成を経ることで、塗布組成物中に含まれるポリマー粒子が消失して空孔を形成し、複数の空孔はシリカマトリクスによって区画されている。シリカマトリクスには、必要に応じてシリカ粒子が含まれる。
これにより、多孔質膜は、複数の空孔を有する多孔質構造を有するが、上記の通り、水素化3官能シラン化合物が4官能シラン化合物を用いた場合と同様の硬化作用を担うため、良好な硬度を有し、耐傷性が良化する。更に、シリカ粒子が含まれると、硬度がより一層高められ、耐傷性により優れたものとなる。
そして、焼成前に膜中に含まれる水素化3官能シラン化合物は3官能化合物であるため、焼成によって膜面に緻密なシリカマトリクス層が設けられる。これにより、反射防止性及び防汚性にも優れている。
なお、多孔質膜がシリカ粒子を有する場合、シリカ粒子に対するシリカマトリクスの質量比は、2.0以上であることが好ましい。
多孔質膜の厚みは、特に制限されるものではなく、50nm〜800nmの範囲とすることができる。多孔質膜を例えば反射防止膜として用いる場合は、50nm〜250nmが好適であり、80nm〜200nmがより好ましく、120nm〜140nmが特に好ましい。
多孔質膜の厚みが50nm以上であると、膜の厚みの均一性に優れている。また、多孔質膜の厚みが800nm以下であると、耐クラック性が良好になる。
<太陽電池モジュール>
本開示の太陽電池モジュールは、既述の本開示の積層体を備えたものである。
本開示における積層体は、太陽電池モジュールに搭載されるフロントガラス等であってもよい。この場合、太陽電池モジュールは、本開示における積層体、即ち、基材と本開示における反射防止膜とを有する積層体を備えたものである。
太陽電池モジュールは、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子を、太陽光が入射する側に配置される本開示に係る積層体と、ポリエステルフィルムに代表される太陽電池用バックシートと、の間に配置して構成されたものでもよい。本開示に係る積層体とポリエステルフィルム等の太陽電池用バックシートとの間は、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の樹脂に代表される封止材によって封止される。
太陽電池モジュールは、既述の反射防止膜を有する積層体を備えるので、反射防止性に優れ、防汚性及び耐傷性に優れることから、長期間使用した際に膜表面に汚れ及び傷が発生することによる光透過性の低下が抑制され、発電効率に優れると考えられる。
本開示に係る太陽電池モジュールは、本開示に係る積層体を、太陽電池モジュールの最外層に備えていることが好ましい。すなわち、本開示に係る太陽電池モジュールの最外層が、反射防止膜であることが好ましい。本開示の太陽電池モジュールは、最外層が反射防止膜であっても、本開示に係る反射防止膜は、封止材などの樹脂を容易に除去できる防汚性を有することから、組み立て工程における優れた製造効率が得られる。
太陽電池モジュールにおける積層体及びバックシート以外の部材については、例えば、「太陽光発電システム構成材料」(杉本栄一監修、(株)工業調査会、2008年発行)に詳細に記載されている。太陽電池モジュールは、太陽光が入射する側に本開示に係る積層体を備えている形態が好ましく、本開示に係る積層体以外の構成に制限はない。
太陽電池モジュールの、太陽光が入射する側に配置される基材は、本開示に係る積層体である形態が好ましい。
太陽電池モジュールに使用される太陽電池素子としては、特に制限はない。太陽電池モジュールには、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系太陽電池素子、銅−インジウム−ガリウム−セレン、銅−インジウム−セレン、カドミウム−テルル、ガリウム−砒素等のIII−V族又はII−VI族化合物半導体系太陽電池
素子など、各種公知の太陽電池素子をいずれも適用することができる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
−ポリマー粒子1の合成−
下記の組成からなる混合液を、冷却しながら、ホモジナイザーを用いて10,000rpmで5分間攪拌して乳化し、乳化液64.8質量部を得た。
<混合液の組成>
イオン交換水: 35質量部
メチルメタクリレート: 13.8質量部
n−ブチルアクリレート: 13.8質量部
メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(n=9): 0.6質量部
ジエチレングリコールジメタクリレート: 0.6質量部
エチレンオキシド鎖を有するノニオン性反応性乳化剤: 0.4質量部
(商品名:ラテムルPD−450(主成分:ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル)、花王株式会社製)
重合開始剤(商品名:V−65、和光純薬工業株式会社製): 0.6質量部
一方、撹拌装置、環流冷却器、温度計及び窒素ガス吹き込み管を備えた反応器に、イオン交換水35質量部、エチレンオキシド鎖を有するノニオン性反応性乳化剤(商品名:ラテムルPD−450(主成分:ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル)、花王株式会社製)0.2質量部を入れて65℃に昇温した後、窒素置換した。窒素雰囲気下、65℃を保持しながら乳化液を3時間かけて均一に滴化し、さらに65℃で2時間反応させた。
反応終了後、冷却して、ポリマー粒子1の水性エマルジョンを得た。
水性エマルジョンは、固形分濃度が30質量%であり、ポリマー粒子1の平均一次粒径が100nmであった。
(実施例1)
−塗布組成物の調製−
上記の水性エマルジョン(ポリマー粒子1)2.5質量部と、トリメトキシシラン(水素化3官能シラン化合物、有効成分濃度100質量%、東京化成工業株式会社製)4.0質量部と、酢酸水溶液(和光純薬工業株式会社製、水で有効成分濃度10質量%に希釈して使用)0.5質量部と、水4.7質量部と、トクソーIPA(2−プロパノール株式会社トクヤマ製)90.7質量部と、を混合し、撹拌することにより、塗布組成物を調製した。
−膜サンプル及び積層体の作製−
調製した塗布組成物を、厚さ3mmの型板ガラス基材(塗布面の算術平均粗さRa=0.4μm)上にロールコーター(材質:EPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)を用いて塗布(塗布量:0.2mL/m〜3mL/m)し、塗布膜を形成した。次いで、形成した塗布膜を、オーブンを用いて雰囲気温度100℃で1分間加熱し、乾燥させた。
次に、乾燥後の塗布膜を、電気炉を用い、雰囲気温度700℃で3分間焼成することにより、膜サンプル(反射防止膜)を作製した。
以上のようにして、ガラス基材上に反射防止膜である膜サンプルを有する積層体を得た。膜サンプルは、ガラス基材上に形成される膜サンプルの最終的な平均膜厚が130nmになるように形成した。
なお、Raは、表面粗さ計(型番:ハンディサーフE−35B、(株)東京精密社製)を用い、JIS−B0601に準拠して測定した。
平均膜厚は、ガラス基材上に焼成後の膜サンプル(反射防止膜)を有する積層体を、基材の基板面と直交する方向に平行に切断し、切断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で10箇所観察し、10枚のSEM像から各々の観察箇所の膜厚を計測し、得られた10個の計測値(膜厚)を平均することで確認した。
−評価−
上記で得た塗布組成物、膜サンプル又は積層体を用い、以下の評価を行った。評価結果を表1に示す。なお、表1中、各成分の添加量における「−」の記載は、該当する成分を含有していないことを示す。
(1)反射防止(AR)性
紫外可視赤外分光光度計(型番:UV3100PC、島津製作所社製)により、ガラス基材上に膜サンプル(反射防止膜)が形成された積層体の、波長380nm〜1,100nmの光における反射率(%)を積分球を用いて測定した。反射率の測定は、積層体の裏面(ガラス基材の膜サンプルが形成されていない側の面)の反射を抑えるため、裏面となるガラス基材の表面に黒色のテープを貼り付けて行った。そして、測定された波長380nm〜1,100nmにおける各波長の反射率から、積層体の平均反射率(RAV;単位%)を算出した。
上記と同様にして、膜サンプルが形成されていないガラス基材の、波長380nm〜1,100nmの光における反射率(%)を測定した。そして、測定された波長380nm〜1,100nmにおける各波長の反射率から、ガラス基材の平均反射率(R0AV;単位%)を算出した。
上記の平均反射率RAV、R0AVから、膜サンプルが形成されていないガラス基材に対する平均反射率の変化(ΔR;単位:%)を下記式(a)にしたがって算出した。
ΔRは、数値が大きいほど反射防止(AR)性に優れることを示す。
ΔR =R0AV−RAV 式(a)
反射防止性の許容範囲は、2.1%以上であり、2.5%以上が好ましい。
(2)耐傷性(鉛筆硬度)
鉛筆として三菱鉛筆(株)製のUNI(登録商標)を用い、膜サンプルの膜面(反射防止層の表面)の鉛筆硬度をJIS K−5600−5−4(1999年)に記載の方法にしたがって測定した。
鉛筆硬度の許容範囲は、B以上であり、H以上であることが好ましい。なお、本明細書において、例えば「鉛筆硬度がB以上である」とは、鉛筆硬度がBであるか、それよりも硬い(例えばHB、F、H等)ことを示す。
測定された鉛筆硬度を、下記に示す評価基準に対応させてランク付けした。ランク3〜5が鉛筆硬度の許容範囲である。結果を表1及び表2に示す。
<評価基準>
A:鉛筆硬度が6H以上である。
B:鉛筆硬度が4H〜5Hである。
C:鉛筆硬度がB〜3Hである。
D:鉛筆硬度が2B以下である。
(3)防汚性(テープ糊残り性)
セロテープ(登録商標)(ニチバン社製、幅18mm、長さ56mm)を、膜サンプルの膜面に貼りあわせ、消しゴムでこすってサンプル膜にテープを付着させた。テープを付着させてから1分後にテープの端を持ってサンプル膜面に直角に保ち、瞬間的にひきはがした。
その後、サンプル膜のテープが付着していた領域を、10行×10列=100個の連続した1.8mm×5.6mmサイズの区画に100分割し、100個の区画のうち、テープの粘着剤がテープから剥がれて残っている区画の数(x)を計測した。xの値が小さいほど防汚性(テープ糊残り性)が良好であることを示す。
テープ糊残り性の許容範囲は、区画の数(x)が9以下である。計測された区画の数(x)を、下記に示す評価基準にしたがってランク付けした。ランクA又はBが許容範囲である。
<評価基準>
A:x≦3個
B:4個≦x≦9個
C:10個≦x≦50個
D:x>50
(4)液経時安定性
振動式粘度計(株式会社セコニック製、型式VISCOMATE VM−100A)を用い、25℃における塗布組成物の粘度を計測した。塗布組成物を調製直後に測定した塗布組成物粘度をηdayとし、40℃で10日間放置した後の塗布組成物粘度をη10dayとし、下記式(a)より粘性変化値ηを算出した。
η=η10day/ηday 式(a)
算出されたηの値が1に近いほど、経時による液の粘性変化が小さく、塗布組成物の液経時安定性に優れることを示す。粘性変化の許容範囲は1.40以下であり、1.20以下であることが好ましく、1.10以下であることがより好ましい。
<評価基準>
A:1≦η<1.2
B:1.2≦η≦1.5
C:η>1.5
(実施例2〜10、比較例1〜5)
実施例1において、塗布組成物に用いられる成分を下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、塗布組成物を調製し、評価を行った。評価結果を表1に示す。
(実施例11〜17)
実施例1において、塗布組成物に用いられる加水分解性シラン化合物及び上記加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物を2種類以上含有することにより、加水分解性シラン化合物の全質量に対する式(1)の化合物の含有量の質量比を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、塗布組成物を調製し、評価を行った。評価結果を表2に示す。
また、実施例15では、シリカ粒子の含有量とシラン化合物の二酸化ケイ素換算の含有量との総和に対する、ポリマー粒子の含有量の質量比は、0.37である。
なお、表2中、各成分の添加量における「−」の記載は、該当する成分を含有していないことを示す。
(実施例18〜26)
実施例1において、塗布組成物に用いられるイソプロパノール及び水の含有量を変えることにより、溶媒の全質量に対する、溶解度パラメーターの水素結合項(δH)が16MPa1/2以上の有機溶媒の含有量を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、塗布組成物を調製し、評価を行った。評価結果を表3に示す。
なお、表3中、各成分の添加量における「−」の記載は、該当する成分を含有していないことを示す。

表1〜表3に示す成分の詳細を以下に示す。
トリメトキシシラン:(水素化3官能シラン化合物)、東京化成工業株式会社製
トリエトキシシラン:(水素化3官能シラン化合物)、東京化成工業株式会社製
水素シルセスキオキサンオリゴマー:下記の方法で合成(水素化3官能シラン化合物)
メチルトリメトキシシラン:KBM−13(3官能シラン化合物)、信越化学工業株式会社製
トリエトキシ(1H、1H、2H、2H−ノナフルオロヘキシル)シラン:(3官能シラン化合物)、東京化成工業株式会社製
フェニルトリメトキシシラン:KBM−103(3官能シラン化合物)、信越化学工業株式会社製
テトラエトキシシラン:KBE−04(3官能シラン化合物)、信越化学工業株式会社製
酢酸:酢酸水溶液(pKa:4.76、和光純薬工業株式会社製)を脱イオン水で希釈して調製した10質量%酢酸水溶液
硝酸:硝酸水溶液(d.1.38、pKa:−1.4、和光純薬工業株式会社製)を脱イオン水で希釈して調製した40質量%硝酸水溶液
酢酸アンモニウム:酢酸アンモニウム(pKa:4.8、和光純薬工業株式会社製)を脱イオン水で希釈して調製した50質量%酢酸アンモニウム水溶液
スノーテックス(登録商標)ST−OXS:球状シリカ粒子(数平均一次粒子径:4nm〜6nm、固形分:10質量%の水溶液)、日産化学工業株式会社製
水:脱イオン水
2−プロパノール:トクソーIPA(沸点=82.2℃、δH=16.2MPa1/2)、株式会社トクヤマ製
エタノール:沸点=78.3℃、δH=18.3MPa1/2、和光純薬工業株式会社製
メタノール:沸点=64.5℃、δH=21.4MPa1/2、和光純薬工業株式会社製
エチレングリコール:沸点=197.3℃、δH=27.7MPa1/2、和光純薬工業株式会社製
ヒドロキシアセトン:沸点=145℃、δH=17.7MPa1/2、和光純薬工業株式会社製
ブタノール:沸点=99℃、δH=14.7MPa1/2、和光純薬工業株式会社製
アセトン:沸点=56℃、δH=5.1MPa1/2、和光純薬工業株式会社製
上記水素シルセスキオキサンオリゴマーの合成は、以下のようにして行った。即ち、50.5gのp−トルエンスルホン酸1水和物、151.5gの90質量%硫酸及び429.5gのクロロベンゼンをフラスコ中で混合し、250rpmで攪拌混合し、水相と有機相とからなる2相混合物を作製した。更に、50.0gのHSiClを70.0gのクロロベンゼンに溶解したものを50分かけて添加した。添加した後、反応混合物を2時間攪拌した。その後、この混合物を分液ロートに入れ、水相を排出した。得られた有機相を100mLの47%硫酸で2回洗浄し、更に100mLの脱イオン水で2回洗浄した。この有機相に約20gのCaCOを加え、10分攪拌して中和し、次いで約20gのMgSOを加え、10分攪拌して脱水した。この溶液をろ過し、次いで溶媒をストリップした。可溶性樹脂(水素シルセスキオキサン樹脂)17.9gを得、収率は91%であった。
実施例1〜26の塗布組成物では、いずれも膜内部には互いに繋がらない孤立した複数の空孔を有し、膜表面には、膜表面にて直径5nm以上の開口する開放空孔が存在していない多孔質膜が得られた。
表1に示すように、実施例1〜10の塗布組成物では、比較例に比べて、反射防止性、防汚性及び耐傷性の全てについて良好な結果が得られた。特に、有機溶剤のδHが16MPa1/2以上22MPa1/2以下である実施例1〜5及び7〜10の塗布組成物は、有機溶剤のδHが22MPa1/2よりも大きい実施例6の塗布組成物に比べ、より良好な反射防止性が得られた。
これに対して、水素化3官能シラン化合物を含まず、アルコキシ基の4官能シラン化合物を含む比較例1は、シラン化合物が膜面に偏在し得ず、膜面に緻密なシリカマトリクスが形成されないことによる防汚性の悪化が生じ、また耐傷性に劣っていた。
また、δHが16MPa1/2以上である有機溶剤を含まない比較例2及び3では、反射防止性が劣っていた。
また、表2に示されるように、水素化3官能シラン化合物及び3官能シラン化合物を組み合わせた実施例11〜17の塗布組成物では、反射防止性、防汚性及び耐傷性の全てにおいて良好であった。
中でも、シラン化合物全体の全質量に対する水素化3官能シラン化合物の含有量が50質量%を上回る実施例11〜15の塗布組成物は、上記含有量が50質量%を下回る実施例16及び17に比べて、耐傷性により優れていることが分かる。
また、水素化3官能シラン化合物を2種類含み、上記含有量が100質量%である実施例11の塗布組成物は、耐傷性により優れていることが分かる。
表3は、溶媒の全質量に対するδHが16MPa1/2以上の有機溶媒の含有量による影響を示している。
上記含有量が50質量%以上75質量%未満である実施例19及び20は、より優れている。また、上記含有量が75質量%以上である実施例18、22〜26の塗布組成物は、反射防止性に顕著に優れていた。
2017年9月29日に出願された日本国特許出願2017−191972号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。
本開示の塗布組成物は、輝点状故障に代表される画像欠陥が抑えられて外観上高い品質が求められる広範な技術分野に好適であり、例えば、光学レンズ、光学フィルタ、監視カメラ、標識、又は太陽電池モジュール等の光入射側の部材(フロントガラス、レンズ等)、照明機器の光照射側の部材(拡散ガラス等)に設けられる保護膜、反射防止膜、各種ディスプレイの薄層フィルムトランジスタ(TFT)用平坦化膜などに好適に用いられる。

Claims (12)

  1. ポリマー粒子と、
    下記式(1)で表される加水分解性シラン化合物及び前記加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物から選ばれるシラン化合物と、
    溶解度パラメーターの水素結合項が16MPa1/2以上の有機溶媒と、
    を含む塗布組成物。
    H−Si(OR 式(1)
    式(1)中、Rは、それぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表す。
  2. 更に、下記式(2)で表される加水分解性シラン化合物及び前記加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物を含む請求項1に記載の塗布組成物。
    −Si(OR 式(2)
    式(2)中、Rは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rは、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のフッ化アルキル基、又は炭素数6〜12のアリール基を表す。
  3. 前記有機溶媒の沸点が、50℃以上200℃未満である請求項1又は請求項2に記載の塗布組成物。
  4. 前記溶解度パラメーターの水素結合項が、16MPa1/2以上22MPa1/2未満である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の塗布組成物。
  5. 前記式(1)で表される加水分解性シラン化合物及び前記加水分解性シラン化合物の部分加水分解縮合物から選ばれるシラン化合物を、シラン化合物の全量に対して、50質量%以上含む請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の塗布組成物。
  6. 水を含み、かつ、溶媒の全質量に対する前記有機溶媒の含有量が50質量%以上である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の塗布組成物。
  7. 固形分濃度が、塗布組成物の全質量に対して1質量%以上20質量%以下である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の塗布組成物。
  8. 基材の上に、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の塗布組成物の硬化物を有する積層体。
  9. 前記基材が、ガラス基材である請求項8に記載の積層体。
  10. 前記ガラス基材が、表面に凹凸構造を有する請求項9に記載の積層体。
  11. 請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載の積層体を備えた太陽電池モジュール。
  12. 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の塗布組成物を、基材上にロールコーターにより塗布して塗布膜を形成する工程と、
    前記塗布膜を乾燥する工程と、
    乾燥後の前記塗布膜を焼成する工程と、を有する積層体の製造方法。
JP2019545583A 2017-09-29 2018-09-26 塗布組成物、積層体及び太陽電池モジュール、並びに積層体の製造方法 Active JP6847243B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017191972 2017-09-29
JP2017191972 2017-09-29
PCT/JP2018/035781 WO2019065772A1 (ja) 2017-09-29 2018-09-26 塗布組成物、積層体及び太陽電池モジュール、並びに積層体の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019065772A1 true JPWO2019065772A1 (ja) 2020-04-09
JP6847243B2 JP6847243B2 (ja) 2021-03-24

Family

ID=65901930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019545583A Active JP6847243B2 (ja) 2017-09-29 2018-09-26 塗布組成物、積層体及び太陽電池モジュール、並びに積層体の製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6847243B2 (ja)
WO (1) WO2019065772A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111180536B (zh) * 2020-01-03 2021-04-09 福州京东方光电科技有限公司 光电传感单元及其制备方法和光电传感器
JPWO2022091912A1 (ja) * 2020-10-30 2022-05-05

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04216827A (ja) * 1990-02-22 1992-08-06 Dow Corning Corp セラミックコーティング用先駆物質ポリマー
JP2012529679A (ja) * 2009-06-10 2012-11-22 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド 光学透明基材のための反射防止被覆
WO2016143297A1 (ja) * 2015-03-06 2016-09-15 日本板硝子株式会社 コーティング膜付きガラス板及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04216827A (ja) * 1990-02-22 1992-08-06 Dow Corning Corp セラミックコーティング用先駆物質ポリマー
JP2012529679A (ja) * 2009-06-10 2012-11-22 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド 光学透明基材のための反射防止被覆
WO2016143297A1 (ja) * 2015-03-06 2016-09-15 日本板硝子株式会社 コーティング膜付きガラス板及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6847243B2 (ja) 2021-03-24
WO2019065772A1 (ja) 2019-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6820354B2 (ja) 塗布組成物、反射防止膜及びその製造方法、積層体、並びに、太陽電池モジュール
JP6081929B2 (ja) コーティング組成物及び反射防止膜
JP5965210B2 (ja) 強化ガラス基板及び太陽電池モジュール
WO2007108432A1 (ja) 光学フィルムおよびその製造方法
US20200399170A1 (en) Coated glass sheet and method for producing same
JP6847243B2 (ja) 塗布組成物、積層体及び太陽電池モジュール、並びに積層体の製造方法
WO2017150132A1 (ja) 積層体の製造方法、反射防止膜付ガラス及び太陽電池モジュール
JP2012173428A (ja) 反射防止コーティング組成物
JP5692892B2 (ja) 塗膜及び水系有機無機複合組成物
JP2015018230A (ja) 光学塗膜形成用前躯体、光学塗膜、及び光学塗膜の製造方法
WO2019065771A1 (ja) 塗布組成物、積層体及びその製造方法、太陽電池モジュール並びに多孔質膜
JP2016085240A (ja) 光学塗膜、光学塗膜の製造方法、及び反射防止膜
JP6914330B2 (ja) 塗布組成物及び積層体の製造方法
WO2018101277A1 (ja) 塗布組成物、反射防止膜、積層体及び積層体の製造方法、並びに、太陽電池モジュール
WO2017150393A1 (ja) 水性塗布組成物、反射防止膜、積層体及び積層体の製造方法、並びに太陽電池モジュール
JP2016045408A (ja) 光学塗膜、光学塗膜の製造方法、及び反射防止膜
TW202235552A (zh) 包含交聯氟聚合物及氟聚合物粒子之電子電信物品、組成物、及方法
JP2018058914A (ja) 多孔質膜形成用組成物、多孔質膜形成用組成物の製造方法、多孔質膜の製造方法、積層体、及び太陽電池モジュール
WO2016072509A1 (ja) 水性塗布液、膜及びその製造方法、積層体、並びに太陽電池モジュール
JP6794151B2 (ja) コーティング膜、コーティング膜の製造方法、及びコーティング組成物
JP2016184023A (ja) 太陽電池カバーガラス用コーティング膜及びその製造方法
JP2016219545A (ja) 太陽電池用コーティング膜
JP6425964B2 (ja) 光学塗膜及び反射防止膜
JP2018176058A (ja) 積層体の製造方法
JP6457866B2 (ja) 太陽電池用のコーティング膜及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191114

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210119

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210302

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6847243

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250