JPWO2020066851A1 - 無機酸化物粒子を含むアクリル系コーティング組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱硬化や光硬化が可能であり、屈折率、硬度、密着性、透明性、耐光性、屈曲性、耐擦傷性、密着性等が要求される被覆基材を形成するために保存安定性が向上したコーティング組成物を提供すること。
【解決手段】2nm乃至60nmの平均粒子径を有する金属酸化物のコロイド粒子(a1)を核として、その表面を1nm乃至40nmの平均一次粒子径を有する金属酸化物のコロイド粒子(a2)を含む層で被覆された平均粒子径2nm乃至100nmの変性された金属酸化物粒子(A)と、炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(B)とを含むコーティング組成物。金属酸化物粒子(A)は、核粒子(a1)と、粒子(a2)を含む最外層の間に、更に粒子(a2)を含む中間層を有するものである。重合性化合物(B)はトリアジントリオン骨格を有し且つ炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物である。基材と、この基材上に形成された被膜とを備える光学部材。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱硬化や光硬化が可能な有機無機複合成分を用いたコーティング組成物及び該コーティング組成物から得られる光学部材に関する。
コーティング組成物が被覆された基材は例えば光学部材、機械部品材料、電子部品材料、建築材料、成形材料等の種々の分野に適用される。適用される用途によっては、それら被覆された基材には屈折率、硬度、密着性、透明性、耐光性、屈曲性が要求される。また被覆するためのコート液は保存安定性が要求される。
例えば、ラジカル重合性化合物と、ラジカル発生剤、金属酸化物を含み、金属酸化物がアルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム、ビスマス、カルシウム、スズ、マンガン、アンチモン、ケイ素、又はチタンの酸化物である回路接続用接着剤組成物が開示されている(特許文献1参照)。
また、(A)表面に(メタ)アクリロイル基が−O−Si−X−結合を介して結合している有機無機複合体、(B)紫外線吸収剤、(C)ヒンダードアミン系光安定剤、(D)沸点が70℃乃至200℃の有機溶剤を有する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物が開示されている(特許文献2参照)。
また、チタン、セリウム、ジルコニウム又はスズから選ばれる金属アルコキシドの加水分解縮合物からなる金属酸化物ゾルと重合性化合物とを含み、硬化により光学製品を得る方法が開示されている(特許文献3参照)。
国際公開第2017/090659号 特開2014−037453号公報 特開2005−075723号公報
本発明は熱硬化や光硬化が可能であり、屈折率、硬度、密着性、透明性、耐光性、屈曲性が要求される被覆基材を形成するために保存安定性が向上したコーティング組成物を提供することを課題とする。
すなわち、本発明は第1観点として、2nm乃至60nmの平均粒子径を有する金属酸化物のコロイド粒子(a1)を核として、その表面を1nm乃至40nmの平均一次粒子径を有する金属酸化物のコロイド粒子(a2)を含む層で被覆された平均粒子径2nm乃至100nmの変性された金属酸化物粒子(A)と、炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(B)とを含むコーティング組成物、
第2観点として、金属酸化物粒子(A)が、2nm乃至100nmの平均粒子径を有し、且つTi、Sn、Zr、Si、Al、Sb、Fe、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、In、Ta、Pb、Bi、Hf、Ge、Ce及びWからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物又は複合酸化物(a1)を核として、その表面を1nm乃至40nmの平均一次粒子径を有し、且つTi、Sn、Zr、Si、Al、Sb、Fe、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、In、Ta、Pb、Bi、Hf、Ge、Ce、及びWからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物又は複合酸化物(a2)を含む少なくとも1層で被覆した平均粒子径2nm乃至100nmの変性された金属酸化物粒子(A)であって、核粒子(a1)と、粒子(a2)を含む層は互いに金属成分が異なるか又は複合酸化物として異なるものである第1観点に記載のコーティング組成物、
第3観点として、金属酸化物粒子(A)が、最外層に被覆された粒子(a2)を含む層は金属成分としてSiを含んでいるものである第1観点又は第2観点に記載のコーティング組成物、
第4観点として、金属酸化物粒子(A)は、核粒子(a1)と、粒子(a2)を含む最外層の間に、更に粒子(a2)を含む中間層を有するものである第1観点乃至第3観点のうちいずれか一つに記載のコーティング組成物、
第5観点として、重合性化合物(B)は、トリアジントリオン骨格を有し且つ炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(b1−1)又はウレタン結合を有する芳香族化合物であり且つ炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(b1−2)である第1観点乃至第4観点のいずれか一つに記載のコーティング組成物、
第6観点として、重合性化合物(B)が、式(b1−1)で表される重合性化合物(b1−1)又は式(b1−2)で表される重合性化合物(b1−2):
Figure 2020066851
(式(b1−1)中、R及びRはそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、Rは水素原子又は炭素原子数1乃至10のアルキル基であり、n及びnはそれぞれ0乃至10の整数を示す。
式(b1−2)中、R21、R22、R23、R24、R25及びR26はそれぞれ水素原子又はメチル基を示す。)を含む第1観点乃至第5観点のうちいずれか一つに記載のコーティング組成物、
第7観点として、重合性化合物(B)が、式(b2)で表される重合性化合物(b2):
Figure 2020066851
(式(b2)中、Rはそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、Tは炭素原子、又はエーテル結合を含んでいても良い脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、又はそれらの組み合わせであり、nは1乃至10、nは0乃至5、nは0乃至2、nは0乃至2の整数を示す。)を更に含む第6観点に記載のコーティング組成物、
第8観点として、重合開始剤(C)として光重合開始剤又は熱重合開始剤を更に含有する第1観点乃至第7観点のうちいずれか一つに記載のコーティング組成物、
第9観点として、重合開始剤(C)が、光ラジカル重合開始剤、熱ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤又は熱カチオン重合開始剤である第8観点に記載のコーティング組成物、
第10観点として、界面活性剤を更に含む第1観点乃至第9観点のうちいずれか一つに記載のコーティング組成物、
第11観点として、第1観点乃至第10観点のうちいずれか一つに記載のコーティング組成物の光硬化物又は熱硬化物からなる被膜、
第12観点として、基材と、この基材上に形成された第11観点に記載の被膜とを備える光学部材、及び
第13観点として、第1観点乃至第10観点のうちいずれか一つに記載のコーティング組成物を基材に被覆する工程、溶剤を除去する工程、光照射及び/又は加熱を行う工程を含む被膜を有する基材の製造方法である。
本発明は金属酸化物のコロイド粒子(a1)を核として、その表面を金属酸化物のコロイド粒子(a2)を含む層で被覆された平均粒子径2nm乃至100nmのコロイド粒子(A)と、炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(B)とを含むコーティング組成物である。
核粒子(a1)の表面を、粒子(a2)を含む少なくとも1層で被覆した構造を有する金属酸化物粒子を用いることができる。被覆構造を有する変性コロイド粒子(A)を用いることにより透明性、硬度の向上が達成されると共に、塗布される基材に応じた屈折率の調製が可能である。
被覆構造を有する金属酸化物粒子を用いることでそれらをコーティング組成物として含んだ被膜は多くの機能を付与することが可能である。
例えば、金属酸化物ゾル同士をブレンドした場合、被膜中でミクロ的に金属酸化物成分の偏在化と、その偏在化によって機能的に均一化が達成されない場合があるが、本発明では被覆構造を有することで、各粒子が金属酸化物成分として均一であり、塗膜全体に渡り同一の機能を発揮することで、塗膜面のどの部分でも均一な効果が期待できる。
また、金属酸化物粒子が単独では達成できない機能を被覆構造なり、複合化することで目的とする機能を発揮することができる。例えばバインダー成分となる重合性化合物に相溶性のない金属酸化物粒子であっても、被覆構造を形成することで相溶性の高い金属酸化物粒子にすることができる。また、金属酸化物粒子表面が光や熱による外力により変化する性質がある場合でも、その金属酸化物の変化を他の金属酸化物により抑制することができれば、被覆構造を有することで機能を発揮することが可能である。
粒子の被覆構造は核となる粒子と、被覆される粒子を混合して加熱処理することで得られる。例えば、核粒子の表面電位と、被覆粒子の表面電位を逆にすることで静電的な力により、核粒子の表面に被覆粒子が被覆され、それらを加熱することで界面でM−O−M’(M、M’は金属を表す)による結合を形成することができる。被覆構造を有する粒子は水性媒体から、有機溶剤への溶剤置換によっても被覆構造が変化しないことから、界面での反応が形成されているものと考えられる。
また、重合性化合物(B)はトリアジントリオン骨格を有する重合性化合物を用いることで、トリアジントリオン骨格に起因して耐光性が向上する。トリアジントリオン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物は、(メタ)アクリレート基が分子内に1個、2個、3個の割合で有する構造が存在するが、分子内に(メタ)アクリレート基を2個有することで、コーティング組成物をフィルムに塗布して硬化した被膜は密着性が高く、フィルムの伸縮に追随して被膜のクラックや剥離がなく、屈曲性に優れたものとなる。
また、重合性化合物(B)はウレタン結合を有する芳香族化合物を用いることで、耐擦傷性や密着性が向上する。
本発明は2nm乃至60nmの平均粒子径を有する金属酸化物のコロイド粒子(a1)を核として、その表面を1nm乃至40nmの平均一次粒子径を有する金属酸化物のコロイド粒子(a2)を含む層で被覆された平均粒子径2nm乃至100nmの変性された金属酸化物粒子(A)と、炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(B)とを含むコーティング組成物である。
上記核粒子(a1)と変性粒子(A)は動的光散乱法(DLS法)で測定した平均粒子径(nm)の値を用いることができる。
上記被覆粒子(a2)は電子線に透過投影像(透過型電子顕微鏡)により測定した平均一次粒子径(nm)を用いることができる。
コロイド粒子(a1)は核となる粒子(a1)であり核粒子(a1)とも呼ばれる。コロイド粒子(a2)は被覆する粒子(a2)であり被覆粒子(a2)とも呼ばれる。変性された金属酸化物粒子(A)が変性された粒子(A)であり変性粒子(A)とも呼ばれる。
核粒子(a1)と被覆粒子(a2)は粒子界面で反応が生じるため、核粒子(a1)+被覆粒子(a2)が変性粒子(A)の粒子径に必ずしもならない。
本発明のコーティング組成物は上記成分以外に溶剤を含み、そして任意成分として重合開始剤、クエンチャー、界面活性剤等を含むことができる。
本発明のコーティング組成物は固形分として0.1質量%乃至60質量%、又は1質量%乃至50質量%、10質量%乃至45質量%である。ここで固形分とはコーティング組成物の全成分から溶剤成分を除いたものである。
金属酸化物粒子(A)は金属の酸化物や、複合金属酸化物からなる粒子を示す。
金属酸化物粒子(A)が、2nm乃至60nm、又は3nm乃至40nmの平均粒子径を有し、且つTi、Sn、Zr、Si、Al、Sb、Fe、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、In、Ta、Pb、Bi、Hf、Ge、Ce及びWからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物又は複合酸化物(a1)を核として、その表面を1nm乃至40nm、又は2nm乃至20nmの平均一次粒子径を有し、且つTi、Sn、Zr、Si、Al、Sb、Fe、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、In、Ta、Pb、Bi、Hf、Ge、Ce及びWからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物又は複合酸化物(a2)を含む少なくとも1層で被覆した平均粒子径2nm乃至100nm、又は3nm乃至50nmの金属酸化物粒子(A)であって、核粒子(a1)と、粒子(a2)を含む層は互いに金属成分が異なるか又は複合酸化物として異なるものである。
粒子(a1)と粒子(a2)の金属成分が異なる場合は、粒子(a1)と粒子(a2)が金属元素として異なる場合である。また、粒子(a1)と粒子(a2)が複合酸化物として異なる場合は、粒子(a1)と粒子(a2)が金属成分として重複する金属種が存在していても、複合酸化物として粒子(a1)と粒子(a2)は異なる場合である。
被覆層の厚みは被覆粒子(a2)の粒子径に依存するが、被覆粒子(a1)の粒子径に応じて1nm乃至40nmとすることができる。
金属元素として異なる場合は例えば、粒子(a1)にTiOを用い、粒子(a2)にSnOを用いるような場合である。
金属成分として重複する金属種が存在していても、複合酸化物として異なる場合は、例えば粒子(a1)にTiO−ZrO−SnOを用い、粒子(a2)にSnO−SiOを用いる場合が挙げられる。
粒子(a1)に最外層として粒子(a2)による層を用い、中間層に更に粒子(a2)を用いた場合でも同様である。中間層に用いる粒子(a2)は、上記粒子(a2)に例示された成分と同様の成分を用いることができ、核粒子(a1)及び最外層粒子(a2)とは互いに金属成分が異なるか、又は複合酸化物として異なるものである。
金属酸化物、又は複合金属酸化物の平均粒子径、平均一次粒子径の値は、動的光散乱法(DLS法)で測定した平均粒子径(nm)の値、電子線による透過投影像(透過型電子顕微鏡)で観測された平均一次粒子径(nm)の値が挙げられる。金属酸化物、複合酸化物としては例えば、TiO、SnO、ZrO、SiO、Al、Sb、Fe、CuO、ZnO、Y、Nb、MoO、Ta、PbO、Bi、HfO、In、GeO、CeO、WO、WO−Sb、WO−SnO、SnO−ZrO、TiO−SnO、SnO−SiO、TiO−ZrO−SnO、TiO−CeO−SnO、WO−SnO−SiO等が挙げられる。
金属酸化物粒子(A)は、(a1)からなる粒子に、(a2)からなる被覆層が形成された構造を用いることができる。
これらの被覆構造を有する複合金属酸化物粒子は、核粒子として、SnO−ZrO、TiO−ZrO−SnOを用いて、被覆粒子としてSiO、SnO−SiO、WO−SnO−SiO等 を用いることができる。例えば核粒子(a1)としてSnO−ZrO、被覆粒子(a2)としてWO−SnO−SiOからなる変性された金属酸化物粒子、
また核粒子(a1)としてTiO、被覆粒子(a2)としてTiO−SnOからなる変性された金属酸化物粒子が挙げられ、
また、核粒子(a1)としてTiO−ZrO−SnO、被覆粒子(a2)としてSnO−SiOからなる変性された金属酸化物粒子が挙げられる。
核粒子と被覆層からなる粒子の場合、核粒子(a1)と被覆層の粒子(a2)は質量比で、1:0.01乃至1、または1:0.1乃至0.5の範囲で用いることができる。
また核粒子と中間層と被覆層からなる粒子の場合、核粒子(a1)と中間層の粒子(a2)と被覆層の粒子(a2)は質量比で、1:0.01乃至1:0.01乃至1、又は1:0.1乃至0.5:0.1乃至0.5の範囲で用いることが出来る。
金属酸化物粒子(A)は、金属酸化物粒子のコロイド溶液として用いることができる。金属酸化物粒子のコロイド溶液(ゾル)は、水性ゾルとして製造されたものを、有機溶剤に溶媒置換して有機溶剤ゾルとして用いることができる。有機溶剤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、メチルエチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の溶剤を用いることができる。
金属酸化物粒子(A)の含有量は、重合性化合物(B)100質量部に対して、10質量部乃至1000質量部、又は50質量部乃至500質量部、又は50質量部乃至300質量部の割合で含有することができる。
金属酸化物粒子(A)が、最外層に被覆された粒子(a2)を含む層は金属成分としてSiを含むことが好ましい。その場合は、金属成分としてSi、即ちSiO成分を含むものであり、最外層をシランカップリング剤で被覆する場合に、シランカップリング剤との反応性が向上するので好ましい。
金属酸化物粒子(A)の表面被覆に用いられる加水分解性シランは、式(3)の加水分解性シラン及び/又は式(4)の加水分解性シランを含むことができる。式(3)の加水分解性シラン、式(4)の加水分解性シランは、更に他の加水分解性シランを併用することが可能であり、式(3)の加水分解性シラン及び/又は式(4)の加水分解性シラン:他の加水分解性シランの重量比は、1:0.1乃至1.0、又は1:0.5乃至1.0の範囲で用いることができる。
金属酸化物粒子(A)の表面被覆量は、金属酸化物粒子表面に被覆される上記シラン化合物のSi原子の数として0.1個/nm乃至10.0個/nm、0.1個/nm乃至5.0個/nm、又は0.1個/nm乃至3.0個/nmの範囲で用いることができる。上記表面被覆量は金属酸化物粒子(A)に対して添加した加水分解性シランの質量であり、金属酸化物粒子(A)の比表面積と加水分解性シランの添加量から計算することができる。
Figure 2020066851
式(3)中、R11はアクリロキシ基、メタクリロキシ基、アリール基、アルキル基、グリシドキシ基、ポリエチレングリコール基、又はそれら官能基を含む炭素原子数1乃至10のアルキレン基を含み、Si原子にSi−C結合で結合しているものであり、R12はアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子からなる加水分解性基であり少なくとも1つのR12の加水分解基は金属酸化物粒子表面でM−O−Siの結合を形成し、MはTi、Sn、Zr、Si、Al、Sb、Fe、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、In、Ta、Pb、Bi、Hf、Ge、Ce及びWからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属を示す。aは1乃至3の整数を示す。
式(4)中、R13はアルキル基で且つSi−C結合によりケイ素原子と結合しているものであり、R14はアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示し、Yはアルキレン基、アリーレン基、NH基、又は酸素原子を示し、dは0乃至3の整数を示し、eは0又は1の整数である。
上記アルキル基は炭素原子数1乃至10のアルキル基であり、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、シクロブチル基、1−メチル−シクロプロピル基、2−メチル−シクロプロピル基、n−ペンチル基、1−メチル−n−ブチル基、2−メチル−n−ブチル基、3−メチル−n−ブチル基、1,1−ジメチル−n−プロピル基、1,2−ジメチル−n−プロピル基、2,2−ジメチル−n−プロピル基、1−エチル−n−プロピル基、シクロペンチル基、1−メチル−シクロブチル基、2−メチル−シクロブチル基、3−メチル−シクロブチル基、1,2−ジメチル−シクロプロピル基、2,3−ジメチル−シクロプロピル基、1−エチル−シクロプロピル基、2−エチル−シクロプロピル基、n−ヘキシル基、1−メチル−n−ペンチル基、2−メチル−n−ペンチル基、3−メチル−n−ペンチル基、4−メチル−n−ペンチル基、1,1−ジメチル−n−ブチル基、1,2−ジメチル−n−ブチル基、1,3−ジメチル−n−ブチル基、2,2−ジメチル−n−ブチル基、2,3−ジメチル−n−ブチル基、3,3−ジメチル−n−ブチル基、1−エチル−n−ブチル基、2−エチル−n−ブチル基、1,1,2−トリメチル−n−プロピル基、1,2,2−トリメチル−n−プロピル基、1−エチル−1−メチル−n−プロピル基、1−エチル−2−メチル−n−プロピル基、シクロヘキシル基、1−メチル−シクロペンチル基、2−メチル−シクロペンチル基、3−メチル−シクロペンチル基、1−エチル−シクロブチル基、2−エチル−シクロブチル基、3−エチル−シクロブチル基、1,2−ジメチル−シクロブチル基、1,3−ジメチル−シクロブチル基、2,2−ジメチル−シクロブチル基、2,3−ジメチル−シクロブチル基、2,4−ジメチル−シクロブチル基、3,3−ジメチル−シクロブチル基、1−n−プロピル−シクロプロピル基、2−n−プロピル−シクロプロピル基、1−i−プロピル−シクロプロピル基、2−i−プロピル−シクロプロピル基、1,2,2−トリメチル−シクロプロピル基、1,2,3−トリメチル−シクロプロピル基、2,2,3−トリメチル−シクロプロピル基、1−エチル−2−メチル−シクロプロピル基、2−エチル−1−メチル−シクロプロピル基、2−エチル−2−メチル−シクロプロピル基及び2−エチル−3−メチル−シクロプロピル基等が挙げられる。
また、アルキレン基は上述のアルキル基から誘導されるアルキレン基を上げることができる。
アリール基は例えばフェニル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられ、アリーレン基は上記アリール基から誘導される基であり、フェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基等が挙げられる。
上記アルコキシ基は炭素原子数1乃至10のアルコキシ基が挙げられ、例えばメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチロキシ基、1−メチル−n−ブトキシ基、2−メチル−n−ブトキシ基、3−メチル−n−ブトキシ基、1,1−ジメチル−n−プロポキシ基、1,2−ジメチル−n−プロポキシ基、2,2−ジメチル−n−プロポキシ基、1−エチル−n−プロポキシ基、n−ヘキシロキシ基、1−メチル−n−ペンチロキシ基、2−メチル−n−ペンチロキシ基、3−メチル−n−ペンチロキシ基、4−メチル−n−ペンチロキシ基、1,1−ジメチル−n−ブトキシ基、1,2−ジメチル−n−ブトキシ基、1,3−ジメチル−n−ブトキシ基、2,2−ジメチル−n−ブトキシ基、2,3−ジメチル−n−ブトキシ基、3,3−ジメチル−n−ブトキシ基、1−エチル−n−ブトキシ基、2−エチル−n−ブトキシ基、1,1,2−トリメチル−n−プロポキシ基、1,2,2−トリメチル−n−プロポキシ基、1−エチル−1−メチル−n−プロポキシ基及び1−エチル−2−メチル−n−プロポキシ基等が、また環状のアルコキシ基としてはシクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、1−メチル−シクロプロポキシ基、2−メチル−シクロプロポキシ基、シクロペンチロキシ基、1−メチル−シクロブトキシ基、2−メチル−シクロブトキシ基、3−メチル−シクロブトキシ基、1,2−ジメチル−シクロプロポキシ基、2,3−ジメチル−シクロプロポキシ基、1−エチル−シクロプロポキシ基、2−エチル−シクロプロポキシ基、シクロヘキシロキシ基、1−メチル−シクロペンチロキシ基、2−メチル−シクロペンチロキシ基、3−メチル−シクロペンチロキシ基、1−エチル−シクロブトキシ基、2−エチル−シクロブトキシ基、3−エチル−シクロブトキシ基、1,2−ジメチル−シクロブトキシ基、1,3−ジメチル−シクロブトキシ基、2,2−ジメチル−シクロブトキシ基、2,3−ジメチル−シクロブトキシ基、2,4−ジメチル−シクロブトキシ基、3,3−ジメチル−シクロブトキシ基、1−n−プロピル−シクロプロポキシ基、2−n−プロピル−シクロプロポキシ基、1−i−プロピル−シクロプロポキシ基、2−i−プロピル−シクロプロポキシ基、1,2,2−トリメチル−シクロプロポキシ基、1,2,3−トリメチル−シクロプロポキシ基、2,2,3−トリメチル−シクロプロポキシ基、1−エチル−2−メチル−シクロプロポキシ基、2−エチル−1−メチル−シクロプロポキシ基、2−エチル−2−メチル−シクロプロポキシ基及び2−エチル−3−メチル−シクロプロポキシ基等が挙げられる。
上記アシルオキシ基は炭素原子数2乃至10のアシルオキシ基は、例えばメチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n−プロピルカルボニルオキシ基、i−プロピルカルボニルオキシ基、n−ブチルカルボニルオキシ基、i−ブチルカルボニルオキシ基、s−ブチルカルボニルオキシ基、t−ブチルカルボニルオキシ基、n−ペンチルカルボニルオキシ基、1−メチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、2−メチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、3−メチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、1,1−ジメチル−n−プロピルカルボニルオキシ基、1,2−ジメチル−n−プロピルカルボニルオキシ基、2,2−ジメチル−n−プロピルカルボニルオキシ基、1−エチル−n−プロピルカルボニルオキシ基、n−ヘキシルカルボニルオキシ基、1−メチル−n−ペンチルカルボニルオキシ基、2−メチル−n−ペンチルカルボニルオキシ基、3−メチル−n−ペンチルカルボニルオキシ基、4−メチル−n−ペンチルカルボニルオキシ基、1,1−ジメチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、1,2−ジメチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、1,3−ジメチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、2,2−ジメチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、2,3−ジメチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、3,3−ジメチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、1−エチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、2−エチル−n−ブチルカルボニルオキシ基、1,1,2−トリメチル−n−プロピルカルボニルオキシ基、1,2,2−トリメチル−n−プロピルカルボニルオキシ基、1−エチル−1−メチル−n−プロピルカルボニルオキシ基、1−エチル−2−メチル−n−プロピルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基、及びトシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
上記ハロゲン原子としてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
上記加水分解性シランは例えば以下の化合物を例示することができる。
Figure 2020066851
上記式中R12は上記の段落[0039]で記載したとおり、アルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子からなる加水分解性基を示す。これらは信越化学工業(株)製のシランカップリング剤として入手することができる。
式(4)の化合物にはトリメチルシリル化剤を含むものであり、ヘキサメチルジシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザン等が挙げられる。これらのシリル化剤は東京化成工業(株)から入手することができる。
金属酸化物粒子(A)のシラン化合物による表面処理は、例えば金属酸化物粒子(A)のメタノールゾルに式(3)及び/又は式(4)の加水分解性シランを添加して加水分解と表面被覆を行うことができる。
アルコキシシリル基、アシロキシシリル基、又はハロゲン化シリル基の加水分解には、加水分解性基の1モル当たり、0.5モル乃至100モル、好ましくは1モル乃至10モルの水を用いる。
また、加水分解性基の1モル当たり0.001モル乃至10モル、好ましくは0.001モル乃至1モルの加水分解触媒を用いることができる。
加水分解と縮合を行う際の反応温度は、通常20℃乃至80℃である。
加水分解は完全に加水分解を行うことも、部分加水分解することでも良い。即ち、加水分解縮合物中に加水分解物やモノマーが残存していても良い。
加水分解し縮合させる際に触媒を用いることができる。
加水分解触媒としてはキレート化合物、有機酸、無機酸、有機塩基、又は無機塩基を併用することができる。
本発明において重合性化合物(B)はトリアジントリオン骨格を有し且つ炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物や、芳香族ウレタン結合を有し且つ炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物を用いることができる。
重合性化合物(B)として、式(b1−1)で表される重合性化合物(b1−1)を用いることができる。式(b1−1)中、R及びRはそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、Rは水素原子又は炭素原子数1乃至10のアルキル基であり、n及びnはそれぞれ0乃至10の整数を示す。
式(b1−1)で表される重合性化合物としては例えば以下に例示することができる。
Figure 2020066851
Figure 2020066851
トリアジントリオン骨格を有する2官能アクリレートが好ましく、特に式(b1−1−1)で表される化合物が好ましく、例えば東亜合成株式会社製、商品名アロニックス M−215として入手することができる。
また、重合性化合物(B)として、式(b1−2)で表される重合性化合物(b1−2)を用いることができる。式(b1−2)中、R21、R22、R23、R24、R25及びR26はそれぞれ水素原子又はメチル基を示す。
式(b1−2)で表される重合性化合物(b1−2)は以下に例示することができる。
Figure 2020066851
Figure 2020066851
ウレタン結合を有する芳香族化合物(b1−2)は、トルエン2,4−ウレタンアクリレート構造と、トルエン2,6−ウレタンアクリレート構造とがあり、通常はモル比で80:20の割合で含まれていて、それらの混合物として用いることができる。
上記(b1−2−1)と(b1−2−3)で表される化合物の混合物は、例えばダイセルオルネクス社製の商品名EBECRYL220として入手することができる。
重合性化合物(B)として、上記重合性化合物(b1)に加えて、更に式(b2)で表される重合性化合物(b2)として2官能以上のアクリレート化合物を用いることができる。式(b2)で表される重合性化合物(b2)は2官能アクリレート、3官能アクリレート、4官能アクリレート及び5官能以上のアクリレートが挙げられる。
これらの多官能アクリレートは式(b2)で表される重合性化合物(b2)を用いることができる。式(b2)中、Rはそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、Tは炭素原子、又はエーテル結合を含んでいても良い脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、又はそれらの組み合わせであり、nは1乃至10、nは0乃至5、nは0乃至2、nは0乃至2の整数を示す。
脂肪族炭化水素基は上記の段落[0041]で記載した炭素原子数1乃至10のアルキル基に由来する炭化水素基を上げることができる。芳香族炭化水素基は炭素原子数6乃至40の芳香族炭化水素基であり、例えばフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピレン基等が挙げられる。
これらの重合性化合物(B)は例えば以下に例示することができる。
例えば2官能アクリレートとしては下記の式(b2−1)、式(b2−2)で表される化合物が挙げられ、3官能アクリレートとしては下記の式(b2−3)で表される化合物が挙げられ、4官能アクリレートとしては下記の式(b2−4)で表される化合物が挙げられ、5官能以上のアクリレートとしては下記の式(b2−5)で表される化合物が挙げられる。式(b2−1)で表される化合物は、例えば日本化薬(株)製、商品名KAYARAD NPGDA、式(b2−2)で表される化合物は、例えば日本化薬(株)製、商品名KAYARAD R−551、式(b2−3)で表される化合物は、例えば日本化薬(株)製、商品名KAYARAD TMPTA、式(b2−4)で表される化合物は、例えば日本化薬(株)製、商品名KAYARAD T−1420(T)、式(b2−5)で表される化合物は、例えば日本化薬(株)製、商品名KAYARAD DPHAとして入手することができる。
また、重合性化合物(b1)の合成の時に副生成物として重合性化合物(b2)を含むことを許容する。例えば重合性化合物(b1−2)において重合性化合物(b2)が含まれていても良い。この重合性化合物としてはペンタエリトリトールトリ(メタ)アクリレート(b2−6)、ペンタエリトリトールテトラ(メタ)アクリレート(b2−7)が挙げられる。
Figure 2020066851
Figure 2020066851
Figure 2020066851
Figure 2020066851
重合性化合物(b2)は、これら多官能アクリレートの中でも5官能以上のアクリレートである式(b2−5)で表される化合物が好ましい。
重合性化合物(B)は重合性化合物(b1)を単独で使用することも、重合性化合物(b2)を単独で使用することも可能である。しかし、重合性化合物(b1)と重合性化合物(b2)を併用する場合は、重合性化合物(b1)と重合性化合物(b2)は質量比で、100乃至0.1:1、又は100乃至1.0:1、又は20乃至1.3:1、又は10乃至1.3:1の割合で含有することができる。
本発明では重合開始剤(C)として光重合開始剤(c1)又は熱重合開始剤(c2)を含有することができる。
重合開始剤(C)は、光ラジカル重合開始剤(c1−1)、熱ラジカル重合開始剤(c2−1)、光カチオン重合開始剤(c1−2)、又は熱カチオン重合開始剤(c2−2)を用いることができる。
光ラジカル重合開始剤(c1−1)としては、例えば、イミダゾール化合物、ジアゾ化合物、ビスイミダゾール化合物、N−アリールグリシン化合物、有機アジド化合物、チタノセン化合物、アルミナート化合物、有機過酸化物、N−アルコキシピリジニウム塩化合物、及びチオキサントン化合物等が挙げられる。アジド化合物としては、p−アジドベンズアルデヒド、p−アジドアセトフェノン、p−アジド安息香酸、p−アジドベンザルアセトフェノン、4,4’−ジアジドカルコン、4,4’−ジアジドジフェニルスルフィド、及び2,6−ビス(4’−アジドベンザル)−4−メチルシクロヘキサノン等を挙げることができる。ジアゾ化合物としては、1−ジアゾ−2,5−ジエトキシ−4−p−トリルメルカプトベンゼンボロフルオリド、1−ジアゾ−4−N,N−ジメチルアミノベンゼンクロリド、及び1−ジアゾ−4−N,N−ジエチルアミノベンゼンボロフルオリド等を挙げることができる。ビスイミダゾール化合物としては、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,5,4’,5’−テトラキス(3,4,5−トリメトキシフェニル)1,2’−ビスイミダゾール、及び2,2’−ビス(o−クロロフェニル)4,5,4’,5’−テトラフェニル−1,2’−ビスイミダゾール等を挙げることができる。チタノセン化合物としては、ジシクロペンタジエニル−チタン−ジクロリド、ジシクロペンタジエニル−チタン−ビスフェニル、ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル)、ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)、ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,4,6−トリフルオロフェニル)、ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロフェニル)、ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,4−ジフルオロフェニル)、ビス(メチルシクロペンタジエニル)−チタン−ビス(2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル)、ビス(メチルシクロペンタジエニル)−チタン−ビス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)、ビス(メチルシクロペンタジエニル)−チタン−ビス(2,6−ジフルオロフェニル)、及びジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)等を挙げることができる。
光ラジカル重合開始剤としては、また、1,3−ジ(tert−ブチルジオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3‘,4,4’−テトラキス(tert−ブチルジオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3−フェニル−5−イソオキサゾロン、2−メルカプトベンズイミダゾール、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、及び2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン等を挙げることができる。
これらの光ラジカル重合剤としては、例えばBASF社製、商品名Irgacure TPO(c1−1−1)として入手することができる。
Figure 2020066851
光カチオン重合開始剤(c1−2)としては、例えばスルホン酸エステル、スルホンイミド化合物、ジスルホニルジアゾメタン化合物、ジアルキル−4−ヒドロキシスルホニウム塩、アリールスルホン酸−p−ニトロベンジルエステル、シラノール−アルミニウム錯体、(η−ベンゼン)(η−シクロペンタジエニル)鉄(II)等が挙げられる。
スルホンイミド化合物としては、例えば、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ノナフルオロ−ノルマルブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド及びN−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ナフタルイミド等が挙げられる。
ジスルホニルジアゾメタン化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−ジメチルベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、及びメチルスルホニル−p−トルエンスルホニルジアゾメタン等が挙げられる。
光カチオン重合開始剤としては、また、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オンを挙げることができる。
また、芳香族ヨードニウム塩化合物、芳香族スルホニウム塩化合物、芳香族ジアゾニウム塩化合物、芳香族ホスホニウム塩化合物、トリアジン化合物及び鉄アレーン錯体化合物等は、光ラジカル重合開始剤としても、光カチオン重合開始剤としても用いることができる。
芳香族ヨードニウム塩化合物としては、例えばジフェニルヨードニウムクロライド、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムメシレート、ジフェニルヨードニウムトシレート、ジフェニルヨードニウムブロミド、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムメシレート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムトシレート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムクロリド、ビス(p−クロロフェニル)ヨードニウムクロライド、ビス(p−クロロフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、更にビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェートなどのビス(アルキルフェニル)ヨードニウム塩、アルコキシカルボニルアルコキシ−トリアルキルアリールヨードニウム塩(例えば、4−[(1−エトキシカルボニル−エトキシ)フェニル]−(2,4,6−トリメチルフェニル)−ヨードニウムヘキサフルオロホスフェートなど)、ビス(アルコキシアリール)ヨードニウム塩(例えば、(4−メトキシフェニル)フェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネートなどのビス(アルコキシフェニル)ヨードニウム塩)が挙げられる。
芳香族スルホニウム塩化合物としては、例えば、トリフェニルスルホニウムクロリド、トリフェニルスルホニウムブロミド、トリ(p−メトキシフェニル)スルホニウムテトラフルオロボレート、トリ(p−メトキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスホネート、トリ(p−エトキシフェニル)スルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムトリフレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート等のトリフェニルスルホニウム塩や、(4−フェニルチオフェニル)ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、(4−フェニルチオフェニル)ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネート、ビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィド−ビス−ヘキサフルオロホスフェート、(4−メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート)等のスルホニウム塩が挙げられる。
芳香族ジアゾニウム塩化合物としては、例えば、ベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロホスフェート、ベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロボレート等のジアゾニウム塩が挙げられる。
芳香族ホスホニウム塩としてトリフェニルホスホニウムクロリド、トリフェニルホスホニウムブロミド、トリ(p−メトキシフェニル)ホスホニウムテトラフルオロボレート、トリ(p−メトキシフェニル)ホスホニウムヘキサフルオロホスホネート、トリ(p−エトキシフェニル)ホスホニウムテトラフルオロボレート、4−クロロベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロホスフェート、ベンジルトリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート等のホスホニウム塩が挙げられる。
トリアジン化合物としては、例えば、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−〔2−(5−メチルフラン−2−イル)エテニル〕−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−〔2−(フラン−2−イル)エテニル〕−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−〔2−(4−ジエチルアミノ−2−メチルフェニル)エテニル〕−1,3,5−トリアジン等のトリアジン化合物が挙げられる。
鉄アレーン錯体化合物としては、例えば、キシレン−シクロペンタジエニル鉄(II)ヘキサフルオロアンチモネート、クメン−シクロペンタジエニル鉄(II)ヘキサフルオロホスフェート、キシレン−シクロペンタジエニル鉄(II)トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メタナイド等の鉄アレーン錯体化合物が挙げられる。
さらに、トリフェニルセレニウムヘキサフルオロホスフェートなどのセレニウム塩、(η又はη−イソプロピルベンゼン)(η−シクロペンタジエニル)鉄(II)ヘキサフルオロホスフェートなどのメタロセン錯体も、光ラジカル重合開始剤としても、光カチオン重合開始剤としても用いることができる。
光カチオン重合開始剤(c1−2)としては、例えば、下記式(c1−2−1)乃至式(c1−2−67)で表される化合物がさらに挙げられる。
Figure 2020066851
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Figure 2020066851
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熱ラジカル重合開始剤(c2−1)としては例えば、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、4,4’−アゾビス(4-シアノ吉草酸)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸)ジメチル、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、tert−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、ジ−tert−ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、過酸化ベンゾイル等が挙げられる。これらは東京化成工業(株)から入手することができる。
熱カチオン重合開始剤(c2−2)としては例えば、ジシアンジアミド、p−トルエンスルホン酸シクロヘキシル、メチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボラート、ベンジル(4−ヒドロキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモナート、(4−ヒドロキシフェニル)メチル(2−メチルベンジル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモナート等が挙げられる。これらは東京化成工業(株)から入手することができる。
光重合開始剤(C)は重合性化合物(B)100質量部に対して、0.01質量部乃至50質量部、又は0.1質量部乃至15質量部の範囲で用いることができる。
本発明のコーティング組成物には、ラジカル重合ではラジカル捕捉剤(クエンチャー)を用いることができる。さらに貯蔵中に光・熱・空気などによってモノマーが重合してしまうのを防ぐために用いることができる。また、コーティング組成物に含有し、感度変化の抑制や、パターン精度を向上することができる。例えば、4−tert−ブチルピロカテコール、tert−ブチルヒドロキノン、1,4−ベンゾキノン、6−tert−ブチル−2,4−キシレノール、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール、2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、ヒドロキノン、4−メトキシフェノール、フェノチアジン等を用いることができる。これらは東京化成工業(株)製の製品を用いることができる。
本発明のコーティング組成物には、カチオン重合では塩基性化合物(クエンチャー)として含窒素有機化合物を1種又は2種以上配合することができる。
含窒素有機化合物としては、酸発生剤より発生する酸が膜中に拡散する際の拡散速度を抑制することができる化合物が適している。含窒素有機化合物の配合により、膜中での酸の拡散速度が抑制されて解像度が向上し、露光後の感度変化を抑制したり、基板や環境依存性を少なくし、露光余裕度やパターンを向上することができる。また、コーティング組成物の保存安定性を向上することができる。
このような含窒素有機化合物(クエンチャー)としては、第一級、第二級、第三級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド類、イミド類、カーバメート類、アンモニア、アンモニウム塩、スルホニウム塩等が挙げられる。
第一級の脂肪族アミン類としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン等が挙げられる。第二級の脂肪族アミン類としては、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン等が挙げられる。第三級の脂肪族アミン類としては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン等が挙げられる。芳香族アミン類及び複素環アミン類としては、例えば、アニリン誘導体(より具体的には、アニリン、N−メチルアニリン、N−エチルアニリン、N−プロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、エチルアニリン、プロピルアニリン、トリメチルアニリン、2−ニトロアニリン、3−ニトロアニリン、4−ニトロアニリン、2,4−ジニトロアニリン、2,6−ジニトロアニリン、3,5−ジニトロアニリン、N,N−ジメチルトルイジン等)、ジフェニル(p−トリル)アミン、メチルジフェニルアミン、トリフェニルアミン、フェニレンジアミン、ナフチルアミン、ジアミノナフタレン、ピロール誘導体(より具体的には、ピロール、2H−ピロール、1−メチルピロール、2,4−ジメチルピロール、2,5−ジメチルピロール、N−メチルピロール等)、オキサゾール誘導体(より具体的には、オキサゾール、イソオキサゾール等)、チアゾール誘導体(より具体的には、チアゾール、イソチアゾール等)、イミダゾール誘導体(より具体的には、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール等)、ピラゾール誘導体、フラザン誘導体、ピロリン誘導体(より具体的には、ピロリン、2−メチル−1−ピロリン等)、ピロリジン誘導体(より具体的には、ピロリジン、N−メチルピロリジン、ピロリジノン、N−メチルピロリドン等)、イミダゾリン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ピリジン誘導体(より具体的には、ピリジン、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン、4−(1−ブチルペンチル)ピリジン、ジメチルピリジン、トリメチルピリジン、トリエチルピリジン、フェニルピリジン、3−メチル−2−フェニルピリジン、4−tert−ブチルピリジン、ジフェニルピリジン、ベンジルピリジン、メトキシピリジン、ブトキシピリジン、ジメトキシピリジン、4−ピロリジノピリジン、2−(1−エチルプロピル)ピリジン、アミノピリジン、ジメチルアミノピリジン等)、ピリダジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾリジン誘導体、ピペリジン誘導体、ピペラジン誘導体、モルホリン誘導体、インドール誘導体、イソインドール誘導体、1H−インダゾール誘導体、インドリン誘導体、キノリン誘導体(例えばキノリン、3−キノリンカルボニトリル等)、イソキノリン誘導体、シンノリン誘導体、キナゾリン誘導体、キノキサリン誘導体、フタラジン誘導体、プリン誘導体、プテリジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントリジン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、1,10−フェナントロリン誘導体、アデニン誘導体、アデノシン誘導体、グアニン誘導体、グアノシン誘導体、ウラシル誘導体、ウリジン誘導体等が挙げられる。
クエンチャーとしての含有量は、重合性化合物(B)100質量部に対して、0.001質量部乃至1質量部、又は0.01質量部乃至0.5質量部の範囲で用いることができる。
本発明では界面活性剤(レベリング剤)を用いることができる。界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフエノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロツクコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、商品名エフトップEF301、EF303、EF352((株)トーケムプロダクツ製)、商品名メガファックF171、F173、R−08、R−30、R−30N、R−40LM(DIC(株)製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、商品名アサヒガードAG710,サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、及びオルガノシロキサンポリマ−KP341(信越化学工業(株)製)、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 L−7001)等を挙げることができる。これらの界面活性剤は重合性化合物(B)100質量部に対して、0.002質量部乃至10質量部、又は0.02質量部乃至5質量部の割合で添加することができる。
本願発明のコーティング組成物に使用される溶剤としては、前記の固形分を溶解できる溶剤であれば、特に制限なく使用することができる。そのような溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、ブタノール、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルイソブチルカルビノール、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸イソプロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸アミル、ギ酸イソアミル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸ヘキシル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、3−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メトキシプロピルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、アセト酢酸メチル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロヘキサノン、N、N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、4−メチル−2−ペンタノール、及びγ−ブチロラクトン等を挙げることができる。これらの溶剤は単独で、または二種以上の組み合わせで使用することができる。
コーティング組成物の製造方法として、撹拌機付きの容器に、溶剤、金属酸化物粒子(A)のコロイド溶液、重合性化合物(B)、必要に応じて重合開始剤(C)、クエンチャー、界面活性剤を加えて攪拌することで製造することができる。重合開始剤、光酸発生剤、クエンチャーとして窒素有機化合物は上記溶剤の一部に予め溶解させて加えることができる。
以下、本発明のコーティング組成物の使用について説明する。
基板(例えば、フィルムシート、シリコンウエハー基板、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、ガラス基板、ITO基板、ポリイミド基板、及び低誘電率材料(low−k材料)被覆基板等)の上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明のコーティング組成物が塗布され、その後、加熱することにより熱硬化によるコーティング膜(コーティング組成物の熱硬化物からなる被膜)が形成される。加熱する条件としては、加熱温度20℃乃至250℃、又は20℃乃至110℃、加熱時間0.3分間乃至60分間の中から適宜、選択される。ここで、形成されるコーティング膜の膜厚としては、例えば、0.01μm乃至10μmであり、または0.02μm乃至8μmであり、または0.05μm乃至6μmであり、または0.1μm乃至5μmである。
被覆されたコーティング膜が光硬化させる場合には、溶剤の除去のために20℃乃至100℃で、加熱時間0.3分間乃至60分間で乾燥を行い、その後、波長500nm乃至190nmの紫外線を用いて、露光量1mJ/cm乃至20000mJ/cm、または10mJ/cm乃至15000mJ/cm、または50mJ/cm乃至11000mJ/cmによって光硬化によるコーティング膜を形成した。形成されるコーティング膜の膜厚としては、例えば、0.01μm乃至10μmであり、または0.02μm乃至8μmであり、または0.05μm乃至6μmであり、または0.1μm乃至5μmである。
本発明では熱硬化と光硬化を併用することが可能である。先に熱硬化を行いその後に光硬化を行う場合や、光硬化を行い後から熱硬化を行うことができる。
実施例および比較例で得られた硬化膜を有する光学部材について、以下に示す測定方法により諸物性を測定し評価した。
(1)屈折率
反射率測定機(オリンパス(株)製 USPM−RU)を用いて、ガラス基板上に形成した硬化膜の反射率を測定した。測定した反射率から、光学シミュレーションを用いて、硬化膜の屈折率を算出した。
(2)硬度試験
ダイナミック超微小硬度計((株)島津製作所製 DUH−211)を用いて、ガラス基板上に形成した硬化膜の硬度HMs[N/mm]を測定した。判断基準は下記の通りである。
A:硬度が250以上である。
B:硬度が150以上250未満である。
C:硬度が150未満である。
(3)透明性
ヘイズメーター(日本電色工業(株)製 NDH7000)を用いて、ガラス基板上に形成した硬化膜のヘイズ値を測定した。判断基準は次の通りである。
A:ヘイズ値が0.3未満である。
B:ヘイズ値が0.3以上1.0未満である。
C:ヘイズ値が1.0以上3.0未満である。
D:ヘイズ値が3.0以上10.0未満である。
E:ヘイズ値が10.0以上である。
(4)耐光性試験
分光光度計((株)島津製作所製 UV−3600)を用いて、得られた光学部材(ガラス基板上に硬化膜を形成したもの)の透過率を測定し、JIS7373に基づいてYI値を算出した。その後、QUV促進耐候試験機(UVAランプ 照射強度890mW/m)を用いて、120時間露光を行った光学部材のYI値を算出した。紫外線照射前後の光学部材のΔYIを算出した。判断基準は次の通りである。
A:ΔYIが1.0未満である。
B:ΔYIが1.0以上2.0未満である。
C:ΔYIが2.0以上である。
(5)屈曲性試験
円筒マンドレル曲げ試験機(BEVS社製 1603/MS)を用いて、曲率半径R=1mmの試験棒をセットした試験機に、得られた光学部材(PET フィルム(東洋紡(株)製 コスモシャインA4300、厚さ100μm)上に硬化膜を形成したもの)を曲げた際に、硬化膜が外側に位置するように光学部材を本体クランプで挟みこみ固定した。ローラーを試験板に近づけ、ハンドルを1秒〜2秒の時間をかけて均等に180°回した。その後、クラック発生の有無をデジタルマイクロスコープ(キーエンス社製 VHX−6000)を用いて確認した。判定基準は次の通りである。
1:硬化膜上にクラックが発生せず。
2:硬化膜上に1本乃至9本のクラックが発生。
3:硬化膜上に10本乃至29本のクラックが発生。
4:硬化膜上に30本以上のクラックが発生。
(6)耐擦傷性試験
装置:新東科学(株)製 往復摩耗試験機 TRIBOGEAR TYPE:30S
走査速度:1.2sec/cycle
走査距離:30mm
硬化膜表面を、往復摩耗試験機に取り付けたスチールウール[ボンスター販売(株)製 ボンスター(登録商標)#0000(超極細)]で250g/cmの荷重を掛けて20往復擦り、傷の程度を目視で確認し以下の基準に従い評価した。
1:傷が5本以下である。
2:傷が6本以上、20本以下である。
3:傷が21本以上である。
(7)密着性試験
硬化膜に1mm間隔で100目クロスカットを施し、このクロスカットした部分に粘着テープ(セロハンテープ、ニチバン(株)製品)を強く貼り付けた後、粘着テープを急速に剥がし、粘着テープを剥がした後の硬化膜の剥離の有無を調べた。評価基準は下記の通りである。
A:全く剥離が無いか、又は100目中5目未満の剥離が確認できる。
B:100目中5目乃至30目の剥離が確認できる。
C:100目中31目乃至100目の剥離が確認できる。
(参考例1):核となる酸化チタン−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(a1−1)の調製。
25質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液319.5gを純水947.1gに溶解し、次いでメタスズ酸14.8g(SnO換算で12.5g含有)、チタンテトライソプロポキシド236.6g(TiO換算で66.6g含有)、及びシュウ酸二水和物82.0g(シュウ酸換算で58.5g)を撹拌下で添加した。該混合溶液を80℃で2時間保持し、更に580Torrまで減圧して2時間保持し、混合溶液を調製した。ガラスライニングされたオートクレーブ容器に、上記混合溶液を投入し、140℃で5時間水熱処理を行い、室温に冷却後、取り出した。得られたゾルは酸性の酸化チタン−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(A1)の水分散ゾルであり、pH3.9、全金属酸化物濃度(TiO、及びSnO)5.0質量%、動的光散乱法による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)16nmであった。得られたゾルを110℃で乾燥させた粉末のX線回折分析を行い、ルチル型結晶であることが確認された。
(参考例2):被覆物となる二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(a2−1)の調製。
JIS3号珪酸ナトリウム(SiO換算で29.8質量%含有)77.2gを純水668.8gに溶解し、次いでスズ酸ナトリウム一水和物NaSnO・HO(SnO換算で55.1質量%含有)20.9gを溶解した。得られた水溶液を水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IR−120B、オルガノ(株)製)を充填したカラムに通液した。次いで得られた水分散ゾルにジイソプロピルアミンを7.2g添加した。得られたゾルはアルカリ性の二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B1)の水分散ゾルであり、pH8.0、全金属酸化物濃度(SnO、及びSnO)1.7質量%であった。透過型電子顕微鏡による観察で一次粒子径は1nm乃至4nmであった。
(参考例3):二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン−酸化第二スズ−酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(A−1)の調製。
オキシ塩化ジルコニウム(ZrO換算で21.2質量%含有)82.7gを純水501.1gで希釈して、オキシ塩化ジルコニウム水溶液583.8g(ZrO換算で3.0質量%含有)を調製し、参考例1で調製した酸化チタン−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(A1)の水分散ゾル1516.2gを撹拌下で添加した。次いで95℃に加熱することにより加水分解を行って、表面に酸化ジルコニウムの薄膜層が形成された酸化チタン−酸化第二スズ−酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子の水分散ゾルを得た。得られた水分散ゾル2041.2gを参考例2で調製したアルカリ性の二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(B1)の水分散ゾル1763.3gに撹拌下で添加し、陰イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IRA−410、オルガノ(株)製)500ミリリットルを詰めたカラムに通液した。次いで通液後の水分散ゾルを95℃で3時間加熱した後、限外濾過膜法で濃縮した。次いで、得られた水分散ゾルの分散媒をロータリーエバポレーターを用いてメタノールに置換して、二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン−酸化第二スズ−酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子(C1)のメタノール分散ゾルを得た。このメタノール分散ゾルは、pH5.2、全金属酸化物(TiO、ZrO、SnO、及びSiO)濃度30.5質量%、粘度1.8mPa・s、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)20nmであった。
変性金属酸化物粒子(A−1)は、酸化チタン−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子からなる核粒子(a1−1)の表面に、酸化ジルコニウムの中間層(a−2)が形成され、その表面に二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(a2−1)が形成された構造を有するものである。
(参考例4)二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物で変性された酸化チタン−酸化第二スズ−酸化ジルコニウム複合酸化物コロイド粒子をアクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理したコロイド粒子(A−2)の調製
参考例3で得られた変性金属酸化物粒子(A−1)のメタノール分散ゾル98.4gを容器にとり、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製 KBM―5103)6.8gを撹拌下で添加し、還流下で5時間反応を行ない、アクリロキシプロピルトリメトキシシランが表面に結合した変性金属酸化物粒子(A−2)のメタノール分散ゾルを105.2g得た。変性金属酸化物粒子(A−2)は、酸化チタン−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子からなる核粒子(a1−1)の表面に、酸化ジルコニウムの中間層(a−2)が形成され、その表面に二酸化珪素−酸化第二スズ複合酸化物コロイド粒子(a2−1)が形成され、更に粒子表面をアクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理された構造を有する。シランカップリング剤のケイ素原子と、変性金属酸化物粒子(A−2)の単位表面は、3.0個/nmに相当する。
得られたゾルは、比重1.070、粘度1.9mPa・s、全金属酸化物濃度30.5質量%、水分0.8質量%、動的光散乱法(DLS)による平均粒子径(動的光散乱法粒子径)は18nmであった。
(実施例1)
(コーティング組成物の作製)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)13.2質量部、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)4.4質量部、メタノール5.2質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル18.3質量部を加え、撹拌しながら参考例3で製造された変性金属酸化物(A−1)コロイド液(固形分30.5質量%)57.2質量部を加えた。次いで、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 商品名Irgacure TPO)0.9質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)0.9質量部を加え、0.5時間撹拌を行い、コーティング液(コーティング組成物)を作製した。
(硬化膜の形成及び評価)
ガラス基板とPETフィルムを用意し、これらにスピンコート法でコーティング液(コーティング組成物)を塗布し、80℃で5分間溶媒を揮発させた後、照射強度29mW/cmの高圧水銀ランプで6分間紫外線処理(29mW/cm×6×60=10440mJ/cm)して塗膜を硬化させ、膜厚3μmの硬化膜を有する光学部材を形成した。
上記(1)乃至(5)に示す試験を実施した。評価結果を表2に示す。
(実施例2)
実施例1において、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)の添加量を10.5質量部に、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)の添加量を7.0質量部にそれぞれ変更し、硬化膜形成時の紫外線処理時間を3分に変更した以外は、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例3)
実施例1において、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)の添加量を15.8質量部に、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)の添加量を1.8質量部にそれぞれ変更し、硬化膜形成時の紫外線処理時間を3分(29mW/cm×3×60=5220mJ/cm)に変更した以外は、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例4)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)12.0質量部、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)4.0質量部、メタノール1.5質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル18.4質量部を加え、撹拌しながら参考例3で製造された変性金属酸化物(A−1)コロイド液(固形分30.5質量%)62.5質量部を加えた。次いで、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 商品名Irgacure TPO)0.8質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)0.8質量部を加え、0.5時間撹拌を行い、コーティング液(コーティング組成物)を作製した。その後、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例5)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)10.6質量部、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)3.5質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル15.6質量部を加え、撹拌しながら参考例3で製造された変性金属酸化物(A−1)コロイド液(固形分30.5質量%)68.9質量部を加えた。次いで、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 Irgacure TPO)0.7質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)0.7質量部を加え、0.5時間撹拌を行い、コーティング液(コーティング組成物)を作製した。その後、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例6)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)8.8質量部、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)2.9質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル10.3質量部を加え、撹拌しながら参考例3で製造された変性金属酸化物(A−1)コロイド液(固形分30.5質量%)76.8質量部を加えた。次いで、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 商品名Irgacure TPO)0.6質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)0.6質量部を加え、0.5時間撹拌を行い、コーティング液(コーティング組成物)を作製した。その後、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例7)
実施例1において、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)をエトキシ化ビスフェノールAジアクリレート(新中村化学(株)製 商品名ABE−300)に変更し、かつ添加量を8.8質量部に変更した。また、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)の添加量を8.8質量部に変更した。さらに、硬化膜形成時の紫外線処理時間を3分に変更した以外は、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例8)
実施例1において、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)をエトキシ化ビスフェノールAジアクリレート(新中村化学(株)製 商品名ABE−300)に変更し、硬化膜形成時の紫外線処理時間を3分に変更した以外は、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例9)
実施例1において、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)をトリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート(日立化成(株)製 商品名FA−731A)に変更し、硬化膜形成時の紫外線処理時間を3分に変更した以外は、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例10)
実施例1において、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)の添加量を8.8質量部に、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)の添加量を8.8質量部にそれぞれ変更し、硬化膜形成時の紫外線処理時間を3分に変更した以外は、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例11)
実施例1において、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)の添加量を4.4質量部に、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)の添加量を13.2質量部にそれぞれ変更し、硬化膜形成時の紫外線処理時間を3分に変更した以外は、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例12)
実施例1において、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)を添加せず、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)の添加量を17.6質量部に変更した以外は、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例13)
(高屈折率層コーティング組成物の作製)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、重合性不飽和結合基を有するウレタン結合含有芳香族化合物(ダイセルオルネクス株式会社製、商品名EBECRYL220、重合性化合物としては式(b1−2)で表される化合物と、式(b2−6)で表される化合物と、式(b2−7)で表される化合物とを含む)2.18質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル73.94質量部を加え、撹拌しながら参考例4で製造されたアクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理した変性金属酸化物(A−2)コロイド液(固形分30.5質量%)8.59質量部を加えた。次いで、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 商品名Irgacure TPO)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名Irgacure TPOとして1.0質量%)10.92質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)4.37質量部を加え、0.5時間撹拌を行い、コーティング液(コーティング組成物)を作製した。
(耐擦傷性、密着性評価用ハードコートコーティング組成物の作製)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、ウレタンアクリレート(共栄社化学(株)製 商品名UA−306H) 38.1質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル58.1質量部を加え、撹拌しながら、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 商品名Irgacure TPO)1.9質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)1.9質量部を加えた。その後、0.5時間撹拌を行い、コーティング液(コーティング組成物)を作製した。
(硬化膜の形成及び評価)
(屈折率、透明性評価)
ガラス基板を用意し、スピンコート法で高屈折率層コーティング液(高屈折率層コーティング組成物)を塗布し、80℃で5分間溶媒を揮発させた後、窒素雰囲気下、照射強度19mW/cmの高圧水銀ランプで6分間紫外線処理(19mW/cm×6×60=6840mJ/cm)して塗膜を硬化させ、膜厚200nmの硬化膜を有する光学部材を形成した。
上記(1)、(3)に示す試験を実施した。評価結果を表4に示す。
(耐擦傷性、密着性評価)
ポリカーボネート基板を用意し、UV硬化後の膜厚が5μmとなるように、ハードコートコーティング液(ハードコートコーティング組成物)をスピンコート法により塗布、80℃で5分間溶媒を揮発させた後、照射強度19mW/cmの高圧水銀ランプで30秒間紫外線処理(19mW/cm×30=570mJ/cm)して塗膜を硬化させ、ハードコート硬化膜を得た。その後、ハードコート硬化膜上にスピンコート法で高屈折率層コーティング液(高屈折率層コーティング組成物)を塗布し、80℃で5分間溶媒を揮発させた後、窒素雰囲気下、照射強度19mW/cmの高圧水銀ランプで6分間紫外線処理(19mW/cm×6×60=6840mJ/cm)して塗膜を硬化させ、積層硬化膜(膜厚:高屈折率層200nm、ハードコート層5μm)を形成した。
上記(7)、(8)に示す試験を実施した。評価結果を表4に示す。
(実施例14)
実施例13において、参考例4で製造されたアクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理した変性金属酸化物(A−2)コロイド液の代わりに、参考例3で製造された変性金属酸化物(A−1)コロイド液(固形分30.5質量%)を8.59質量部用いた以外は同様に高屈折率層コーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(実施例15)
実施例13において、重合性不飽和結合基を有するウレタン結合含有芳香族化合物(ダイセルオルネクス株式会社製、商品名EBECRYL220)の代わりに、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)1.64質量部と、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)0.55質量部とを用いた以外は同様に高屈折率層コーティング組成物の作成及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(比較例1)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)25.7質量部、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)8.6質量部、メタノール17.5質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル44.8質量部を加えた。次いで、上記溶液を撹拌させながら、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 商品名Irgacure TPO)1.7質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)1.7質量部を加え、0.5時間撹拌を行い、コーティング液(コーティング組成物)を作製した。
硬化膜の形成と評価は、硬化膜形成時の紫外線処理時間を3分に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
(比較例2)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート(東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)19.9質量部、ジペンタエリスリトールヘキサおよびペンタアクリレートの混合物(日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHA)6.6質量部、メタノール26.2質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル17.9質量部を加え、撹拌しながら、参考例1で得られた(a1−1)SnO−SiO複合化を行っていない酸化チタン系ゾル(固形分30.0% 水分散)26.5質量部を加えた。次いで、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 商品名Irgacure TPO)1.3質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)1.3質量部を加え、0.5時間撹拌を行い、コーティング液(コーティング組成物)を作製した。その後、実施例1と同様にコーティング組成物の作製及び硬化膜の形成・評価を実施した。
(比較例3)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、重合性不飽和結合基を有するウレタン結合含有芳香族化合物(ダイセルオルネクス株式会社製、商品名EBECRYL220、重合性化合物としては式(b1−2)で表される化合物と、式(b2−6)で表される化合物と、式(b2−7)で表される化合物とを含む)4.59質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル63.30質量部を加えた。次いで、上記溶液を撹拌させながら、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 商品名Irgacure TPO)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名Irgacure TPOとして1.0質量%)22.94質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)9.17質量部を加え、0.5時間撹拌を行い、高屈折率層コーティング液(高屈折率層コーティング組成物)を作製した。
硬化膜の形成と評価は、実施例13と同様に行った。
(比較例4)
マグネチックスターラーを備えたガラス製の容器に、重合性不飽和結合基を有するウレタン結合含有芳香族化合物(ダイセルオルネクス株式会社製、商品名EBECRYL220、重合性化合物としては式(b1−2)で表される化合物と、式(b2−6)で表される化合物と、式(b2−7)で表される化合物とを含む)2.39質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル72.89質量部を加え、撹拌しながら参考例1で得られた(a1−1)SnO−SiO複合化を行っていない酸化チタン系ゾル(固形分30.0% 水分散)7.97質量部を加えた。次いで、光ラジカル重合開始剤(BASF(株)製 商品名Irgacure TPO)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名Irgacure TPOとして1.0質量%)11.96質量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001)のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(商品名L−7001として2.0質量%)4.78質量部を加え、0.5時間撹拌を行い、コーティング液(コーティング組成物)を作製した。
硬化膜の形成と評価は、実施例13と同様に行った。
表1において、東亜合成(株)製 商品名アロニックス M−215)を(i)、
日本化薬(株)製 商品名KAYARAD DPHAを(ii)、
新中村化学(株)製 商品名ABE−300を(iii)
日立化成(株)製 商品名FA−731Aを(iv)、
BASF(株)製 商品名Irgacure TPOを(v)
東レ・ダウコーニング(株)製 商品名L−7001を(vi)
粒子(A−1)を(vii)
粒子(a1−1)を(viii)
粒子(A−2)を(ix)
ダイセルオルネクス(株)製、商品名EBECRYL220を(x)で示した。
また、表1において添加量はそれぞれの成分の質量部を示す。
Figure 2020066851
Figure 2020066851
Figure 2020066851
Figure 2020066851
変性された金属酸化物粒子(A)、炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(B)とを含むコーティング組成物による塗膜は、屈折率、硬度、透明性、耐光性、屈曲性、耐擦傷性、及び密着性において優れた性能を示した。
重合性化合物(B)において、重合性化合物(b1)と重合性化合物(b2)を併用するコーティング組成物による塗膜は、屈折率、硬度、透明性、耐光性、及び屈曲性において優れた性能を示した。
重合性化合物(B)において、重合性化合物(b1)と重合性化合物(b2)を併用することなく、重合性化合物(b2)を含むが重合性化合物(b1)を含まない場合、又は重合性化合物(b1)と重合性化合物(b2)を併用するが、重合性化合物(b1)の含有量が低い場合は、耐光性や屈曲性の点で若干性能が低下する。
金属酸化物粒子(A)を含有しない場合は、十分な硬度が得られず、屈折率調整も十分ではない。
また、被覆構造を有しない金属酸化物粒子(A)では、透明性、耐光性、屈曲性の点で十分ではない。
本発明では核粒子(a1)と被覆粒子(a2)を選択することにより基材の屈折率に合わせて所望の屈折率を調製することが可能であり、高屈折基材に対応したコーティング剤を製造することができる。また、最外層にシリカ成分を含有することで粒子表面をシランカップリング剤で表面処理して硬化成分となる重合性化合物の不飽和結合基と共重合が可能であり、樹脂マトリックス中に金属酸化物粒子を均一に固定化することができる。
また、重合性化合物(B)を選択することでコーティング組成物が求める機能に応じた組成物を製造することができる。
本発明は熱硬化や光硬化が可能であり、透明フィルムやガラス基板に塗布することにより、屈折率、硬度、密着性、透明性、耐光性、屈曲性、耐擦傷性、密着性等が要求される被覆基材を形成することが可能である。

Claims (13)

  1. 2nm乃至60nmの平均粒子径を有する金属酸化物のコロイド粒子(a1)を核として、その表面を1nm乃至40nmの平均一次粒子径を有する金属酸化物のコロイド粒子(a2)を含む層で被覆された平均粒子径2nm乃至100nmの変性された金属酸化物粒子(A)と、炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(B)とを含むコーティング組成物。
  2. 金属酸化物粒子(A)が、2nm乃至100nmの平均粒子径を有し、且つTi、Sn、Zr、Si、Al、Sb、Fe、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、In、Ta、Pb、Bi、Hf、Ge、Ce及びWからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物又は複合酸化物(a1)を核として、その表面を1nm乃至40nmの平均一次粒子径を有し、且つTi、Sn、Zr、Si、Al、Sb、Fe、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、In、Ta、Pb、Bi、Hf、Ge、Ce及びWからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属の酸化物又は複合酸化物(a2)を含む少なくとも1層で被覆した平均粒子径2nm乃至100nmの変性された金属酸化物粒子(A)であって、核粒子(a1)と、粒子(a2)を含む層は互いに金属成分が異なるか又は複合酸化物として異なるものである請求項1に記載のコーティング組成物。
  3. 金属酸化物粒子(A)が、最外層に被覆された粒子(a2)を含む層は金属成分としてSiを含んでいるものである請求項1又は請求項2に記載のコーティング組成物。
  4. 金属酸化物粒子(A)は、核粒子(a1)と、粒子(a2)を含む最外層の間に、更に粒子(a2)を含む中間層を有するものである請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載のコーティング組成物。
  5. 重合性化合物(B)は、トリアジントリオン骨格を有し且つ炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(b1−1)又はウレタン結合を有する芳香族化合物であり且つ炭素原子と炭素原子の不飽和結合を有する重合性化合物(b1−2)である請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
  6. 重合性化合物(B)が、式(b1−1)で表される重合性化合物(b1−1)又は式(b1−2)で表される重合性化合物(b1−2):
    Figure 2020066851
    (式(b1−1)中、R及びRはそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、Rは水素原子又は炭素原子数1乃至10のアルキル基であり、n及びnはそれぞれ0乃至10の整数を示す。
    式(b1−2)中、R21、R22、R23、R24、R25及びR26はそれぞれ水素原子又はメチル基を示す。)を含む請求項1乃至請求項5のうちいずれか1項に記載のコーティング組成物。
  7. 重合性化合物(B)が、式(b2)で表される重合性化合物(b2):
    Figure 2020066851
    (式(b2)中、Rはそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、Tは炭素原子、又はエーテル結合を含んでいても良い脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、又はそれらの組み合わせであり、nは1乃至10、nは0乃至5、nは0乃至2、nは0乃至2の整数を示す。)を更に含む請求項6に記載のコーティング組成物。
  8. 重合開始剤(C)として光重合開始剤又は熱重合開始剤を更に含有する請求項1乃至請求項7のうちいずれか1項に記載のコーティング組成物。
  9. 重合開始剤(C)が、光ラジカル重合開始剤、熱ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤又は熱カチオン重合開始剤である請求項8に記載のコーティング組成物。
  10. 界面活性剤を更に含む請求項1乃至請求項9のうちいずれか1項に記載のコーティング組成物。
  11. 請求項1乃至請求項10のうちいずれか1項に記載のコーティング組成物の光硬化物又は熱硬化物からなる被膜。
  12. 基材と、この基材上に形成された請求項11に記載の被膜とを備える光学部材。
  13. 請求項1乃至請求項10のうちいずれか1項に記載のコーティング組成物を基材に被覆する工程、溶剤を除去する工程、光照射及び/又は加熱を行う工程を含む被膜を有する基材の製造方法。
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