WO2012086659A1 - 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
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Definitions
- the present invention relates to a resin substrate with a hard coat film and a method for producing the same.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-26934
- a polyisocyanate compound or the like is crosslinked on a transparent plastic substrate for the purpose of improving durability under a high temperature environment and hot water resistance.
- a hard coat film in which a thermosetting acrylic resin layer containing a cured acrylic copolymer and a silane coupling agent and a silicone hard coat layer containing a cured product of an organosiloxane resin composition are laminated is proposed.
- Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No.
- 2006-240294 discloses a coating member obtained by laminating a primer layer and a hard coat layer on a resin base material, and provides adhesion and crack resistance of the coating.
- a flexibility imparting agent is added to the hard coat layer
- the primer layer contains a thermosetting acrylic resin and a thermoplastic acrylic resin copolymerized with an ultraviolet absorber.
- the hard coat film and the covering member proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are not sufficient in adhesion between the primer layer and the silicone-based hard coat layer in a high-humidity environment. When the accelerated weather resistance test under severe conditions of humidity was performed, there was a problem that peeling and cracking occurred between the primer layer and the hard coat layer.
- the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and in a resin substrate with a hard coat film in which a silicone-based hard coat layer is provided on a resin substrate via a primer layer, the scratch resistance is improved.
- Hard coat that is excellent in weather resistance such as adhesion after accelerated weathering test (hereinafter also referred to as “weather resistance”) and crack resistance after weathering test (hereinafter also referred to as “weather cracking resistance”). It aims at providing the resin substrate with a film.
- the resin substrate with a hard coat film of the present invention has a primer layer containing an acrylic polymer (P) as a main component on at least one surface of a resin substrate, and a hard material containing a cured product of organopolysiloxane as a main component.
- the primer layer further comprises a silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ), a hydroxyl group A modified product (X) obtained by reacting a compound ( ⁇ ) having at least two crosslinkable functional groups capable of reacting with
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) includes a polymer unit based on methyl methacrylate (MMA), a polymer unit having a hydrolyzable silyl group and / or a SiOH group, and a polymer unit having a hydroxyalkyl group.
- the resin substrate with a hard coat film of the present invention comprises a primer layer containing an acrylic polymer (P) and a silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) as main components on at least one surface of the resin substrate, and an organo A resin substrate with a hard coat film having a hard coat layer containing a cured product of polysiloxane as a main component in order from the resin substrate side, wherein the acrylic polymer (P) is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
- the silyl group-containing acrylic polymer is composed of polymerized units based on methacrylic acid alkyl ester having 90 to 100 mol% of the total polymerized units constituting the acrylic polymer (P) and is based on methyl methacrylate.
- ( ⁇ ) is a polymerized unit based on methyl methacrylate (MMA), a hydrolyzable silyl group and 50% to 95% by mole of the total of the polymer units comprising a polymer unit having a // SiOH group and a polymer unit having a hydroxyalkyl group and constituting the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) is methyl methacrylate (MMA)
- the primer layer is a modified product obtained by further reacting the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) with a compound ( ⁇ ) having two or more crosslinkable functional groups capable of reacting with hydroxyl groups. It contains the body (X).
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) is a polymer unit having the hydrolyzable silyl group and / or SiOH group, and 0.5 to 0.5 to the total polymer units constituting the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ). It is preferable to contain in the ratio of 49.5 mol%.
- the polymer unit having the hydroxyalkyl group is a proportion of 0.5 to 30 mol% of the entire polymer units constituting the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ). It is preferable to contain.
- the polymerized unit having a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group is preferably a polymer unit in which the hydrolyzable silyl group and / or SiOH group is bonded to a side chain through a C—Si bond.
- the said silyl group containing acrylic polymer ((alpha)) does not contain the polymerization unit which has an aromatic hydrocarbon group in a side chain.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) preferably has a mass average molecular weight of 5,000 to 300,000.
- the crosslinkable functional group is preferably at least one selected from the group consisting of an isocyanate group, a carbodiimide group, and an epoxy group.
- the modified body (X) is a cross-link of the compound ( ⁇ ) having two or more crosslinkable functional groups capable of reacting with the hydroxyl group and a part of the hydroxyalkyl group of the polymer unit having the hydroxyalkyl group. It is preferable that it is a thing obtained by making a reactive functional group react.
- the primer layer comprises two or more modified bodies (X) by a reaction between a hydroxyalkyl group contained in one modified body (X) and the crosslinkable functional group contained in another modified body (X). It is preferable to contain a crosslinked product obtained by crosslinking.
- the mass average molecular weight of the acrylic polymer (P) which is the main component of the primer layer is preferably 20,000 to 1,000,000.
- the content of the acrylic polymer (P) as the main component of the primer layer in the primer layer is preferably 50 to 98% by mass.
- the thickness of the primer layer is preferably 0.1 ⁇ m to 7 ⁇ m.
- the film thickness of the hard coat layer is preferably 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
- the method for producing a resin substrate with a hard coat film of the present invention is for forming a primer layer containing, as main components, an acrylic polymer (P) and a silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) on at least one surface of a resin substrate.
- the acrylic polymer (P) comprises polymerized units based on alkyl methacrylate having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, the method comprising: Polymerization units in which 90 to 100 mol% of all the polymerized units constituting the acrylic polymer (P) are based on methyl methacrylate.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) comprises polymerized units based on methyl methacrylate (MMA), polymerized units having hydrolyzable silyl groups and / or SiOH groups, and polymerized units having a hydroxyalkyl group. And 50 to 95 mol% of the entire polymerized units constituting the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) are polymerized units based on methyl methacrylate (MMA), and the primer layer forming composition further comprises It contains a modified product (X) obtained by reacting a silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) with a compound ( ⁇ ) having two or more crosslinkable functional groups capable of reacting with a hydroxyl group.
- the manufacturing method of the said resin substrate with a hard coat film can manufacture the above-mentioned resin substrate with a hard coat film of this invention.
- the “hard coat film” refers to a multi-layer film including a hard coat layer formed on a resin substrate. That is, in the present invention, the entire film having the primer layer and the hard coat layer is referred to as “hard coat film”.
- the “hydrolyzable silyl group” refers to a silyl group having a hydrolyzable group directly bonded to a silicon atom.
- the “hydrolyzable group” refers to a group that becomes a hydroxyl group (—OH group) by hydrolysis.
- the “hydrolyzable silyl group and / or SiOH group” means a silyl group in which a hydrolyzable group is bonded to a silicon atom, including those partially hydrolyzed to a hydroxyl group (—OH group). means.
- the “hydrolyzable silyl group and / or SiOH group” can also be described as “having at least one group selected from the group of hydrolyzable silyl groups and SiOH groups”. Specific examples of the hydrolyzable group will be described in detail later.
- the resin substrate with a hard coat film of the present invention is excellent in scratch resistance and weather resistance such as weather adhesion and weather cracking.
- a resin substrate having a hard coat film having excellent scratch resistance and weather resistance such as weather adhesion and weather cracking is obtained. Can do.
- FIG. 1 shows an embodiment of a resin substrate with a hard coat film of the present invention.
- This resin substrate 1 with a hard coat film has a primer layer 3 containing an acrylic polymer (P) as a main component on at least one surface of a resin substrate 2, and a hard material containing a cured product of organopolysiloxane as a main component.
- the coat layer 4 is laminated in this order.
- the acrylic polymer (P) is contained in the primer layer, the adhesion between the resin substrate 2 and the hard coat layer 4 can be improved. Furthermore, the acrylic polymer (P) is a thermoplastic resin, has higher toughness than the cross-linked polymer, and has excellent followability to deformation of the resin substrate 2, so that it is unlikely that defects will occur in the durability test. It is done.
- a silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) having a hydrolyzable silyl group bonded in the primer layer, and a compound ( ⁇ ) having a crosslinkable functional group Since the primer layer 3 containing the modified product (X) obtained by reacting with is provided, the scratch resistance of the hard coat film is good, and the weather resistance adhesion and weather crack resistance according to the hard coat layer 4 are provided. It also has excellent weather resistance.
- the hydrolyzable silyl group of the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) contained in the primer layer 3 is a curable end group (for example, T group) that the organopolysiloxane (T unit) constituting the hard coat layer 4 has (for example, , Si—OX (wherein —OX is a hydroxyl group or an alkoxy group)), and a siloxane bond (—O—Si—O—) is generated, and adhesion between the primer layer 3 and the hard coat layer 4 Properties, particularly weather-resistant adhesion.
- the primer layer 3 excellent in adhesiveness is provided in this way, it is excellent also in weather resistance, such as the weather resistance adhesiveness concerning the hard-coat layer 4, and a weather cracking property.
- the resin that is the material of the resin substrate used in the present invention includes polycarbonate resin, polystyrene resin, aromatic polyester resin, acrylic resin, polyester resin, polyarylate resin, and the weight of halogenated bisphenol A and ethylene glycol.
- examples thereof include thermoplastic resins such as condensates, acrylic urethane resins, and halogenated aryl group-containing acrylic resins.
- polycarbonate resins such as aromatic polycarbonate resins and acrylic resins such as polymethyl methacrylate acrylic resins are preferable, and polycarbonate resins are more preferable.
- bisphenol A-based polycarbonate resins are particularly preferable.
- the resin substrate may contain two or more types of thermoplastic resins as described above, or may be a laminated substrate in which two or more layers are laminated using these resins.
- the shape of the resin substrate is not particularly limited, and may be a flat plate or curved.
- the color tone of the resin substrate is preferably colorless and transparent or colored and transparent.
- the resin substrate with a hard coat film of the present invention has a primer layer 3 mainly composed of an acrylic polymer (P) on at least one surface of the resin substrate 2.
- the primer layer 3 is a layer provided to improve the adhesion between the resin substrate 2 and a hard coat layer 4 described later, and the adhesion between the resin substrate 2 and the resin substrate 2 is ensured by being in direct contact with the resin substrate 2.
- the primer layer 3 of the resin substrate with a hard coat film of the present invention contains the acrylic polymer (P) and the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) described below as main components, and the silyl group-containing acrylic polymer. It contains a modified product (X) obtained by reacting ( ⁇ ) with a compound ( ⁇ ) having a crosslinkable functional group.
- the acrylic polymer (P) as the main component constituting the primer layer a homopolymer or copolymer (copolymer) having a monomer unit having a methacryl group (for example, methacrylic acid ester) as a monomer unit is used.
- the acrylic polymer (P) is a homopolymer or copolymer using a monomer of an alkyl ester having 1 to 6 carbon atoms as an alkyl group, and having a polymerization unit based on methyl methacrylate of 90 to Those containing 100 mol% are used.
- the acrylic polymer (P) may be a homopolymer having methyl methacrylate as a monomer unit as long as it contains 90 to 100 mol% of a polymer unit based on methyl methacrylate. Further, it may be a copolymer having a monomer unit of a methacrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms.
- acrylic polymer (P) for primer used in the present invention examples include alkyl methacrylates having 1 to 6 carbon atoms in the alkyl group, especially methyl methacrylate, n-butyl methacrylate, tert-butyl methacrylate, and methacrylic acid.
- a homopolymer obtained by polymerizing one or more selected from the group consisting of ethyl, isobutyl methacrylate and the like as a main monomer, and a copolymer of these monomers are preferable.
- homopolymers such as methyl methacrylate, tert-butyl methacrylate, and ethyl methacrylate (that is, polymethyl methacrylate, polytert-butyl methacrylate, polyethyl methacrylate), or methyl methacrylate and n methacrylate -A copolymer of one or more selected from the group consisting of butyl, ethyl methacrylate and isobutyl methacrylate is more preferred.
- the acrylic polymer (P) used for forming the primer layer preferably has a mass average molecular weight Mw of 20,000 or more, more preferably 50,000 or more, and 1,000,000 or less. Preferably used.
- the acrylic polymer (P) having a mass average molecular weight Mw within this range is preferable because it exhibits sufficient adhesion and strength performance as a primer layer.
- the mass average molecular weight Mw refers to a value measured with polystyrene as a standard substance by gel permeation chromatography.
- acrylic polymer (P) is also commercially available.
- these commercially available products for example, Dianal LR269 (trade name, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., polymethyl methacrylate (PMMA), Mass average molecular weight: 100,000), LR248 (trade name, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., polymethyl methacrylate (PMMA), mass average molecular weight: 155,000), etc., commercially available as a solution previously dissolved in an appropriate solvent. Can be used.
- Dianal BR80 (trade name, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., polymethyl methacrylate (PMMA), mass average molecular weight: 90,000)
- Dianal BR88 (trade name, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., polymethyl methacrylate (PMMA))
- M-4003 (trade name, manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd., polymethyl methacrylate (PMMA), mass average molecular weight: 700,000-1,300,000), etc.
- the polymer can be used by dissolving in a suitable solvent. Furthermore, it is also possible to use a mixture of two or more of these acrylic polymers.
- the content of the acrylic polymer (P) as the main component in the primer layer 3 is preferably 50 to 98% by mass. If the content of the acrylic polymer (P) as the main component is less than 50% by mass, the toughness of the primer layer 3 becomes low and the primer layer 3 becomes difficult to follow the movement of the substrate. Etc. may occur easily. On the other hand, when the content of the acrylic polymer (P) exceeds 98% by mass, a siloxane bond (—O—Si—O—) is not sufficiently formed between the primer layer 3 and the hard coat layer 4, and the hard It may be difficult to sufficiently improve the adhesion with the coat layer 3.
- the primer layer forming composition containing the acrylic polymer (P) as a main component is 50% of the acrylic polymer with respect to the total amount of each component of the primer layer forming composition excluding the solvent.
- the content is preferably 50 to 98% or more.
- the primer layer 3 contains a modified product (X) obtained by reacting a silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) with a compound ( ⁇ ) having a crosslinkable functional group.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) is a polymer unit having a polymer unit ( ⁇ 1) having a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group and a hydroxyalkyl group (hereinafter sometimes referred to as C—OH group). ( ⁇ 2) and polymerized units ( ⁇ 3) based on methyl methacrylate.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) preferably has a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group of the polymerization unit ( ⁇ 1) and a hydroxyalkyl group of the polymerization unit ( ⁇ 2) in its side chain.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) has a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group contained in the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ), or the polymer ( ⁇ ) has. It is considered that a siloxane bond is formed by a reaction between the hydrolyzable silyl group and / or SiOH group and the hydrolyzable silyl group and / or SiOH group of the organopolysiloxane constituting the hard coat layer described later. Therefore, “the primer layer contains a silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ), and this silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) contains a polymerized unit having a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group”.
- this silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) does not contain a polymer unit having an aromatic hydrocarbon group. That is, it is preferable not to have a structure in which a monomer having an aromatic hydrocarbon group such as an ultraviolet absorbing group is copolymerized.
- the polymerized unit ( ⁇ 1) having a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group has a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group attached to the hydrocarbon group bonded to the acrylic polymer as the main chain, and C—Si. Those bonded to the side chain via a bond are preferred.
- Such a polymerized unit ( ⁇ 1) is obtained by polymerization / copolymerization of an acrylic monomer (silyl group-containing acrylic monomer) in which (A) a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group is bonded via a C—Si bond. This can be a polymerized unit based on a silyl group-containing acrylic monomer.
- the polymer unit ( ⁇ 2) having a hydroxyalkyl group (C—OH group) preferably has a C—OH group bonded to the side chain.
- Such a polymerized unit ( ⁇ 2) can be obtained by polymerization / copolymerization of an acrylic monomer having a (B) hydroxyalkyl group (C—OH group), which is converted into an acrylic monomer having a C—OH group.
- a polymer unit ( ⁇ 1) having a hydrolyzable silyl group can be obtained by modifying a part of the thus obtained C—OH group-containing polymer unit by the method described later.
- a silyl group-containing acrylic monomer that is, an acrylic monomer in which a hydrolyzable silyl group is bonded via a C—Si bond
- a silyl group-containing acrylic monomer includes one or more C—Si bonds in one molecule.
- Any monomer having a bound hydrolyzable silyl group and one acryl group or methacryl group can be used without any particular limitation.
- a monomer having a hydrolyzable silyl group and a methacryl group is preferable.
- the hydrolyzable silyl group is a group in which the hydrolyzable group is directly bonded to the silicon atom of the silyl group. That is, the hydrogen atom of the silyl group (—SiH 3 ) is substituted with a hydrolyzable group.
- the hydrolyzable group represents a group that becomes a hydroxyl group (—OH group) by hydrolysis, and specifically includes a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, Isobutoxy group, sec-butoxy group, alkoxy group such as tert-butoxy group, acyloxy group such as phenoxy group, acetyloxy group, oxime group such as butanoxime group, amino group such as amino group, methylamino group, chloro group, etc. Mention may be made of halogen groups.
- Alkoxy groups such as a methoxy group and an ethoxy group are preferred because of easy controllability of hydrolyzability and availability.
- substituent other than the hydrolyzable group include an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a hexyl group, and a decyl group, and a phenyl group. From the viewpoint of availability, it is preferable to use a methyl group or an ethyl group.
- Examples of (B) acrylic monomers having a C—OH group include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate (also referred to as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate), 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, and hydroxydiethylene glycol.
- (Meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylate and the like can be mentioned.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) includes (A) a silyl group-containing acrylic monomer, (B) an acrylic monomer having a C—OH group, and (C) other than methyl methacrylate (MMA). It can have polymerized units based on polymerizable acrylic monomers.
- C) Other copolymerizable acrylic monomers include acrylic acid esters and methacrylic acid esters having an alkyl group having 2 to 18 carbon atoms, acrylic acid esters and methacrylic acid having a cycloalkyl group having 12 or less carbon atoms.
- An acrylic acid ester or methacrylic acid ester having an ester group or an epoxy group, specifically, glycidyl methacrylate can be used.
- the other copolymerizable acrylic monomer may be one type or two or more types.
- acrylic acid esters and methacrylic acid esters having a linear alkyl group having 2 to 16 carbon atoms are preferred, and specifically, ethyl methacrylate (EMA), n-butyl methacrylate (BMA), decyl methacrylate (DMA ), Lauryl methacrylate (LMA), cetyl methacrylate (CMA) and the like.
- EMA ethyl methacrylate
- BMA n-butyl methacrylate
- DMA decyl methacrylate
- LMA Lauryl methacrylate
- CMA cetyl methacrylate
- a linear alkyl group it is suitable as a monomer for a silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) because it has a higher compatibility with the polymethyl methacrylate, which is the main component of the primer layer, compared to a branched alkyl group.
- the glass transition temperature (Tg) of the polymer can be appropriately controlled by the length of the straight chain.
- the content ratio of the polymer units having hydrolyzable silyl groups and / or SiOH groups (hereinafter sometimes referred to as silyl group-containing polymer units) ( ⁇ 1) is the polymer unit constituting the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ).
- the total content is preferably 0.5 to 49.5 mol%.
- the silyl group-containing polymer unit ( ⁇ 1) is less than 0.5 mol%, the hydrolyzable silyl group of the polymer unit and the siloxane unit (T unit) of the organopolysiloxane constituting the hard coat layer described later. The reaction does not occur sufficiently, and the effect of improving the adhesion with the hard coat layer cannot be obtained sufficiently.
- the polymer unit based on the silyl group-containing polymer unit ( ⁇ 1) exceeds 49.5 mol%, an unreacted hydrolyzable group tends to remain, so that post-crosslinking is formed over time and cracks are generated. It may be easy to do.
- the polymerized units ( ⁇ 3) based on methyl methacrylate (MMA) is 50 mol% or less, the compatibility (compatibility) with the primer layer may be deteriorated.
- the content ratio of the polymerization unit having a hydroxyalkyl group (C—OH group) (hereinafter sometimes referred to as a C—OH group-containing polymerization unit) ( ⁇ 2) is the polymerization constituting the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ). It is preferably 0.5 to 30 mol% of the whole unit.
- the content ratio of the C—OH group-containing polymer unit ( ⁇ 2) is less than 0.5 mol%, it becomes difficult to sufficiently enhance the compatibility of the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) with the hard coat layer. .
- the content ratio of the C—OH group-containing polymer unit ( ⁇ 2) exceeds 30 mol%, the compatibility of the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) with the hard coat layer becomes excessively high, and the hard coat described later There is a possibility that the layer-forming composition dissolves in the primer layer and the adhesion between the substrate and the primer layer is lowered.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) contains polymer units based on the above-mentioned (C) other copolymerizable acrylic monomers
- the content ratio of the polymer units is silyl group-containing acrylic.
- the content is preferably 0 to 40% by mole based on the total number of polymerization units constituting the polymer ( ⁇ ).
- the content ratio of the polymer units ( ⁇ 3) based on methyl methacrylate (MMA) is 50 to 95 mol based on the entire polymer units constituting the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ). %.
- the polymerization unit ( ⁇ 3) based on methyl methacrylate (MMA) is less than 50 mol%, the compatibility between the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) and the acrylic polymer (P) that is the main component of the primer layer. May be low.
- the polymerization unit ( ⁇ 3) based on methyl methacrylate (MMA) exceeds 95 mol%, the ratio of the polymerization unit ( ⁇ 1) having a hydrolyzable silyl group is decreased, and the adhesion between the primer layer and the hard coat layer is reduced. May become insufficient.
- the particularly preferred copolymer composition of the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) is 60 to 95 mol% of polymer units ( ⁇ 3) based on methyl methacrylate (MMA), and 0.5 to 0.5 mol of silyl group-containing polymer units ( ⁇ 1). 15 mol%, C—OH group-containing polymer units ( ⁇ 2) are 0.5 to 15 mol%, and (C) polymer units based on other copolymerizable acrylic monomers are 0 to 35 mol%.
- This silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) comprises (A) a polymer unit ( ⁇ 1) based on 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, which is a silyl group-containing acrylic monomer, and (B) an acrylic having a C—OH group.
- p, q, r, s, and t are respectively a polymerized unit based on methyl methacrylate (MMA), a polymerized unit based on lauryl methacrylate (LMA), and n-butyl methacrylate (BMA).
- MMA methyl methacrylate
- LMA lauryl methacrylate
- BMA n-butyl methacrylate
- Represents the ratio (molar ratio) of polymerized units based on 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and polymerized units based on 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), and p + q + r + s + t 100 holds.
- the molar ratio p of polymerization units based on methyl methacrylate (MMA) is preferably 50 to 95.
- the molar ratio s of polymerized units based on (A) silyl group-containing acrylic monomer 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane is preferably 0.5 to 49.5, and (B) C—OH
- the molar ratio t of polymerized units based on 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) which is a group-containing acrylic monomer is preferably 0.5-30.
- the molar ratios q and r of polymerized units based on (C) other copolymerizable acrylic monomers lauryl methacrylate (LMA) and n-butyl methacrylate (BMA) are 0 to 20 and 0 to 30, respectively. And the total is preferably 0 to 40.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) can be obtained, for example, by the method described below (Method 1). That is, the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) has (A) a silyl group-containing acrylic monomer having a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group, and (B) a hydroxyalkyl group (C—OH group). In a solution containing a monomer component consisting of an acrylic monomer, methyl methacrylate (MMA), and (C) another acrylic monomer that can be copolymerized as required, a solution such as dicumyl peroxide or benzoyl peroxide is added.
- MMA methyl methacrylate
- a solution such as dicumyl peroxide or benzoyl peroxide is added.
- an initiator for radical polymerization selected from oxides or azo compounds such as 2,2′-azobis (isobutyronitrile), and under heating (40 to 150 ° C., particularly 50 to 120 ° C. for 1 to 10 hours, In particular, it can be obtained by reacting for 3 to 8 hours.
- Examples of the (A) silyl group-containing acrylic monomer having a hydrolyzable silyl group and / or SiOH group used in the copolymerization reaction according to (Method 1) include 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyldimethylmethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxy Examples include propylmethyldimethoxysilane. Among these, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane are particularly preferable from the viewpoints of availability, handling, crosslinking density, and reactivity.
- the first acrylic polymer (intermediate) includes (B) an acrylic monomer having a C—OH group, and methyl methacrylate (MMA)), If necessary, (C) peroxides such as dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, or 2,2′-azobis (isobutyro) are added to a solution containing a monomer component composed of another copolymerizable acrylic monomer. It is obtained by adding an initiator for radical polymerization selected from azo compounds such as nitrile) and reacting under heating (40 to 150 ° C., particularly 50 to 120 ° C. for 1 to 10 hours, particularly 3 to 8 hours). Can do.
- an initiator for radical polymerization selected from azo compounds such as nitrile
- methyl methacrylate (MMA) and (C) other copolymerizable acrylic monomers are each polymerized in the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) in which the number of polymerized units based on each is finally obtained. Since it becomes a composition (molar ratio) of a unit, these monomers are mix
- Such a first acrylic polymer is also commercially available.
- a commercially available product such as a hydroxyalkyl group-containing acrylic polymer JR4811 (trade name, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., polymerization based on methyl methacrylate (MMA)).
- the molar ratio of the units, polymerized units based on lauryl methacrylate (LMA), polymerized units based on n-butyl methacrylate (BMA), and polymerized units based on hydroxyethyl methacrylate (HEMA) is 67: 3: 21: 9. , Mw 16,000) can be used.
- the mass average molecular weight Mw of JR4811 is determined by gel permeation chromatography (GPC, HLC-8220GPC manufactured by Tosoh Corporation, RI detection, column: TSK guard column Super HZ-L + TSKgel SuperHZ4000 + HZ3000 + HZ2500 + HZ2000, eluent: THF, eluent: THF).
- the polymerization unit and the molar ratio thereof were determined by dissolving in deuterated chloroform and nuclear magnetic resonance analysis ( 13 C-NMR, ECA600 manufactured by JEOL Ltd.).
- Examples of the group capable of reacting with the C—OH group include an isocyanate group and an epoxy group.
- an isocyanate group can be preferably used as the group capable of reacting with the C—OH group from the viewpoint of easy reaction control.
- silyl group-containing isocyanate for example, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane and 3-isocyanatetrimethoxysilane can be used.
- a part of the C—OH group-containing polymer unit of the first acrylic polymer is modified to a silyl group-containing polymer unit. That is, in some of the C—OH group-containing polymer units, the isocyanate group of the silyl group-containing isocyanate reacts with the C—OH group of the side chain (urethane reaction), whereby a hydrolyzable silyl group is present on the side chain. be introduced.
- the C—OH group-containing polymerization of the first acrylic polymer A part of the units may be polymerized units having a hydrolyzable silyl group introduced into the side chain via a urethane bond, and the remaining polymerized units may remain as C-OH group-containing polymerized units.
- a silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) is obtained by modifying a part of the C—OH group-containing polymerization unit of the first acrylic polymer to a silyl group-containing polymerization unit.
- the ratio of polymer units modified to silyl group-containing polymer units by reaction with silyl group-containing isocyanate (hereinafter referred to as the modification rate). It can be 5 to 75 mol%.
- the modification rate is the ratio of the group reacted with the isocyanate group in the C—OH group of the first acrylic polymer. You can also.
- the C—OH group-containing polymer unit ( ⁇ 2) contained in the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) is 0.5 to 0.5% of the total polymer units constituting the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ). It is preferably 30 mol%. If the C—OH group-containing polymerization unit contained in the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) is less than 0.5 mol%, a modified product (X) resulting from a reaction with a compound ( ⁇ ) having a crosslinkable functional group Is not sufficiently formed, and there is a possibility that a crosslinked body is hardly formed in the primer layer.
- methyl methacrylate (MMA), lauryl methacrylate (LMA), n-butyl methacrylate (BMA), and 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) are in a ratio of 67: 3: 21: 9.
- MMA methyl methacrylate
- LMA lauryl methacrylate
- BMA n-butyl methacrylate
- HEMA 2-hydroxyethyl methacrylate
- a hydrolyzable silyl group (triethoxysilyl group) is introduced by being modified by the reaction between the C—OH group and the isocyanate group.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) preferably has a mass average molecular weight Mw of 5,000 to 300,000.
- Mw mass average molecular weight of the silyl group-containing acrylic polymer
- the mass average molecular weight of the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) exceeds 300,000, the viscosity of the polymer increases, so that it becomes difficult to apply a primer layer forming composition (described later) containing the polymer. In some cases, an appropriate film thickness cannot be obtained.
- the mass average molecular weight of the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) is less than 5,000, the entanglement with the acrylic polymer (P) in the primer layer becomes weak, and the strength of the primer layer decreases. Weather resistance may be reduced.
- these silyl group-containing acrylic polymers ( ⁇ ) do not contain a polymer unit having an aromatic hydrocarbon group in the side chain. That is, it is preferable not to have a structure in which a monomer having an aromatic hydrocarbon group such as an ultraviolet absorbing group is copolymerized.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) contained in the primer layer has a structure in which a monomer having an aromatic hydrocarbon group such as an organic ultraviolet absorbing group is copolymerized, the silyl group-containing acrylic polymer (P) which is the main component of the primer layer becomes insufficient, and the scratch resistance of the hard coat film may not be sufficiently improved.
- the compound ( ⁇ ) having two or more crosslinkable functional groups capable of reacting with a hydroxyl group is for reacting with the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) to form a modified product (X). That is, the crosslinkable functional group contained in the compound ( ⁇ ) is combined with the hydroxyl group contained in the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) to form a modified product (X) and other modified products (X). By reacting with the hydroxyl group bonded to the side chain of the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) contained in the polymer, a crosslinked structure between the modified products (X) can be formed.
- the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) can be uniformly present in the primer layer 3.
- the hydrolyzable silyl group present at the interface S between the primer layer 3 and the hard coat layer 4 is fixed by the crosslinked structure, the hydrolyzable silyl group contained in the primer layer 3 and the hard coat layer 4 Reaction with the curable end group Si—OX contained in the organopolysiloxane (T unit) contained in the substrate occurs at the interface S to form a siloxane bond (—O—Si—O—). Therefore, the adhesion between the primer layer 3 and the hard coat layer 4, particularly the weather resistance adhesion, is enhanced.
- crosslinkable functional group capable of reacting with a hydroxyl group examples include an isocyanate group, a carbodiimide group, and an epoxy group.
- the compound ( ⁇ ) is not particularly limited as long as it can form a crosslinked product of the modified products (X) with a crosslinkable functional group capable of reacting with a hydroxyl group.
- a blocked isocyanate shown below is preferably used. Can be used. Block isocyanate is an isocyanate precursor that generates isocyanate by heat treatment or the like. By using this blocked isocyanate, the storage stability of the composition for forming a primer layer is lower than when polyisocyanate is used. improves.
- an alcoholic solvent can be used at the time of preparation of the primer layer forming composition, it is preferable from the viewpoint of easy preparation of the primer layer forming composition as compared with polyisocyanate which cannot use an alcoholic solvent.
- the blocked isocyanate is a compound obtained by reacting a blocking agent with a polyisocyanate having two or more isocyanate groups in the molecule.
- Isocyanates include 1,6-hexane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate.
- Xylylene diisocyanate 4,4'dicyclohexylmethane diisocyanate, 4,4'-hydroxylated diisocyanate, isophorone diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, 4,4-diphenyl Diisocyanate, 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, phenylene 1,4-diisocyanate, phenylene 2,6-diisocyanate, 1,3,6-hexamethylene triisocyanate, or And hexamethylene diisocyanate.
- adducts of these polyisocyanate compounds with polyhydric alcohols and low molecular weight polyester resins, cyclized polymers of the above polyisocyanate compounds, or isocyanate burettes are also included.
- aliphatic polyisocyanate compounds such as hexamethylene diisocyanate and isophorone diisocyanate
- adducts of aliphatic polyisocyanate compounds and polyhydric alcohols and cyclized polymers of aliphatic polyisocyanate compounds are preferable because of excellent weather resistance. .
- Examples of the blocking agent reacted with the isocyanate group of the polyisocyanate compound include oximes such as acetooxime and methyl ethyl ketoxime, active methylene compounds such as dimethyl malonate, diethyl malonate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, and acetylacetone.
- Examples of such compounds include phenols, phenols, ⁇ -caprolactam, mercaptans, amines, imides, acid amides, imidazoles, ureas, carbamates, imines, and sulfites.
- the blocked isocyanate compound examples include Duranate 17B-60PX, TPA-B80E, TPA-B80X, MF-B60X, E402-B80T, ME20-B80S, MF-K60X, K6000 (these are trade names, Asahi Kasei) Chemicals, Inc., hexamethylene diisocyanate (hereinafter also referred to as HDI) block isocyanate, or Takenate B-882N (trade name, Mitsui Chemicals Polyurethane, HDI block isocyanate), Takenate B-830 ( Trade name, manufactured by Mitsui Chemicals Polyurethanes Co., Ltd., tolylene diisocyanate block isocyanate), Takenate B-815N (trade name, manufactured by Mitsui Chemicals Polyurethanes Co., Ltd., 4,4'-diphenylmethane diisocyanate type) Rock isocyanate), Takenate B-846N (trade name, manufactured by Mits
- the curing temperature of the primer layer forming composition depends on the temperature at which the blocking agent is desorbed, but the desorption temperature of the blocking agent can be appropriately adjusted depending on the structure of the polyisocyanate and the structure of the blocking agent. From the viewpoint of preventing deformation of the resin substrate during thermosetting, it is preferable to use a blocked isocyanate having a curing temperature of the primer layer forming composition of 200 ° C. or lower.
- the compound ( ⁇ ) having two or more crosslinkable functional groups capable of reacting with a hydroxyalkyl group is a hydroxyl group contained in the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ). It is preferable that the isocyanate group generated from the blocked isocyanate is blended at a ratio of 0.5 to 2 equivalents. If the compounding amount of the compound ( ⁇ ) is less than 0.5 equivalent to the hydroxyalkyl group contained in the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ), the modified product (X) may not be formed sufficiently.
- the compounding amount of the compound ( ⁇ ) exceeds 2 equivalents with respect to the hydroxyalkyl group contained in the silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ), unreacted isocyanate groups and the like remain in the modified product (X).
- the crosslinking density is increased, and the primer layer may be excessively hard.
- the primer layer preferably contains an ultraviolet absorber in order to suppress yellowing of the resin substrate.
- an ultraviolet absorber the thing similar to the ultraviolet absorber contained in the composition for hard-coat layer formation mentioned later can be used. These may use 1 type and may use 2 or more types together.
- the content of the ultraviolet absorber in the primer layer is preferably 1 to 50 parts by mass, particularly preferably 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component such as acrylic polymer (P).
- the primer layer may further contain a light stabilizer, a curing catalyst of a hydroxyalkyl group and an isocyanate group, and the like.
- the light stabilizer include hindered amines; nickel complexes such as nickel bis (octylphenyl) sulfide, nickel complex-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl phosphate monoethylate, nickel dibutyldithiocarbamate. Two or more of these may be used in combination.
- the content of the light stabilizer in the primer layer is preferably 0.01 to 50 parts by weight, and 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin component such as the acrylic polymer (P). Particularly preferred.
- Curing catalysts include di-n-butyltin dilaurate, di-n-butyltin acetate, di-n-butyltin dioctanoate, di-n-butyltin bis (2-ethylhexyl maleate), dimethylhydroxytin oleate, dimethyl Organic tin compounds such as tin dineodecanoate, di-n-octyltin dilaurate, di-n-octyltin dimaleate, n-butyltin tris (2-ethylhexanoate), dimethylethanolamine, triethylenediamine, etc. And tertiary amines.
- the content of the curing catalyst is preferably 0.001 to 3.0 parts by mass, and more preferably 0.002 to 2.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component of the primer layer.
- the content of the curing catalyst is less than 0.001 part by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component of the primer layer, the crosslinking reaction cannot be sufficiently promoted.
- the primer There is a possibility that the curing of the layer proceeds excessively and the adhesion with the hard coat layer is lowered.
- the method for forming the primer layer on at least one surface of the resin substrate is not particularly limited, but preferably the acrylic polymer (P) and the silyl group-containing acrylic.
- a method is used in which a primer layer forming composition containing a polymer ( ⁇ ), a compound ( ⁇ ), an ultraviolet absorber, and a solvent is applied onto a resin substrate and dried.
- the primer layer forming composition used for forming the primer layer usually contains a solvent.
- the solvent is not particularly limited as long as it is a solvent capable of stably dissolving the acrylic polymer (P).
- ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; ethers such as tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and 1,2-dimethoxyethane; esters such as ethyl acetate, butyl acetate and methoxyethyl acetate Methanol; ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methoxyethanol, diacetone alcohol, 2-butoxyethanol, 1-methoxy-2- Examples include alcohols such as propanol and diacetone alcohol; hydrocarbons such as n-hexane, n-heptane, iso
- the amount of the solvent is preferably 50 to 10,000 parts by mass, particularly preferably 100 to 10,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component such as acrylic polymer (P).
- the content of the nonvolatile component (solid content) in the primer layer forming composition is preferably 0.5 to 75% by mass, particularly 1 to 60% by mass, based on the total amount of the composition. preferable.
- the primer layer forming composition may further contain additives such as a leveling agent, an antifoaming agent and a viscosity modifier.
- the method for applying the primer layer forming composition onto the resin substrate is not particularly limited, and examples thereof include spray coating, flow coating, die coating, and spin coating.
- the heating conditions for drying are not particularly limited, but are preferably 50 to 140 ° C. and 5 minutes to 3 hours.
- the primer layer formed on the resin substrate using the above primer layer forming composition cannot prevent yellowing due to weathering deterioration of the resin substrate itself if the thickness of the primer layer is too thin.
- the yellowing of the substrate, weathering cracks, and weather adhesion are reduced, and as a result, the weather resistance of the resin substrate with a hard coat film is lowered.
- the thickness of such a primer layer is preferably from 0.1 ⁇ m to 7 ⁇ m, particularly preferably from 2 ⁇ m to 7 ⁇ m.
- this film thickness means the thickness when a primer layer is formed alone on a substrate such as a resin substrate.
- the hard coat layer used in the resin substrate with a hard coat film of the present invention contains a cured product of organopolysiloxane as a main component.
- the polyorganosiloxane that forms the cured product may be a curable polyorganosiloxane. For example, it can be used without particular limitation.
- Organopolysiloxane is composed of silicon-containing bond units called M units, D units, T units, and Q units.
- curable organopolysiloxane is an oligomeric polymer mainly composed of T units or Q units, a polymer composed only of T units, a polymer composed only of Q units, T units and Q units.
- polymer composed of There is a polymer composed of
- these polymers may further contain a small amount of M units and D units.
- the T unit has one silicon atom, one hydrogen atom or monovalent organic group bonded to the silicon atom, and an oxygen atom bonded to another silicon atom ( Or a unit having three functional groups capable of bonding to other silicon atoms).
- the monovalent organic group bonded to the silicon atom is a monovalent organic group in which the atom bonded to the silicon atom is a carbon atom.
- the functional group that can be bonded to another silicon atom is a hydroxyl group or a group that becomes a hydroxyl group by hydrolysis (hereinafter referred to as a hydrolyzable group).
- the total number of oxygen atoms bonded to other silicon atoms and functional groups that can bond to other silicon atoms is three, and the number of functional groups that can bond to oxygen atoms bonded to other silicon atoms and other silicon atoms is different.
- the T unit is classified into three types of units called T1, T2, and T3.
- T1 has one oxygen atom bonded to another silicon atom
- T2 has two oxygen atoms
- T3 has three oxygen atoms.
- an oxygen atom bonded to another silicon atom is represented by O *
- a monovalent functional group that can be bonded to another silicon atom is represented by Z.
- O * representing an oxygen atom bonded to another silicon atom is an oxygen atom bonded between two silicon atoms, and is an oxygen atom in a bond represented by Si—O—Si. Accordingly, one O * exists between the silicon atoms of two silicon-containing bond units. In other words, O * represents an oxygen atom shared by two silicon atoms of two silicon-containing bond units. In the chemical formula of the silicon-containing bond unit described later, it is expressed as if O * is bonded to one silicon atom, but this O * is an oxygen atom shared with the silicon atom of other silicon-containing bond units. It does not mean that two silicon-containing bond units are bonded by a bond represented by Si—O * —O * —Si.
- the M unit is a unit having 3 organic groups and O * 1
- the D unit is a unit having 2 organic groups and O * 2 (or O * 1 and 1 Z group)
- Q The unit is a unit having 0 organic group and 0 * 4 organic groups (or a total of 4 O * 1 to 3 and 3 to 1 Z groups).
- Each silicon-containing bond unit is formed from a compound (hereinafter also referred to as a monomer) having no oxygen atom (O *) bonded to another silicon atom (having only a Z group).
- the monomer forming the T unit is hereinafter referred to as T monomer.
- Monomers that form M units, D units, and Q units are also referred to as M monomers, D monomers, and Q monomers.
- the monomer is represented by (R′—) a Si (—Z) 4-a .
- a represents an integer of 0 to 3
- R ′ represents a hydrogen atom or a monovalent organic group
- Z represents a monovalent functional group capable of bonding to a hydroxyl group or another silicon atom.
- the Z group is usually a hydrolyzable group.
- R ′ is preferably in the same category as R described later.
- the curable organopolysiloxane is obtained by a reaction in which a part of the Z group of the monomer is converted to O *.
- the organopolysiloxane is a copolymer comprising two or more silicon-containing bond units, these copolymers are usually obtained from a mixture of the corresponding monomers.
- the Z group of the monomer is a hydrolyzable group, the Z group is converted into a hydroxyl group by a hydrolysis reaction, and then two silicon atoms are converted by a dehydration condensation reaction between two hydroxyl groups bonded to separate silicon atoms. Bonding through an oxygen atom (O *).
- hydroxyl groups (or Z groups that have not been hydrolyzed) remain, and when the curable organopolysiloxane is cured, these hydroxyl groups and Z groups react and cure as described above.
- the cured product of the curable organopolysiloxane is a three-dimensionally crosslinked polymer, and the cured product of the curable organopolysiloxane having many T units and Q units is a cured product having a high crosslinking density.
- the Z group of the curable organopolysiloxane is converted to O *, but a part of the Z group (particularly hydroxyl group) remains and is considered to be a cured product having a hydroxyl group.
- the curable organopolysiloxane is cured at a high temperature, it may be a cured product in which almost no hydroxyl groups remain.
- the Z group of the monomer is a hydrolyzable group
- examples of the Z group include an alkoxy group, a chlorine atom, an acyloxy group, and an isocyanate group.
- a monomer in which the Z group is an alkoxy group is used as the monomer.
- the alkoxy group is a hydrolyzable group having a relatively low reactivity as compared with a chlorine atom and the like, and in the curable organopolysiloxane obtained by using a monomer in which the Z group is an alkoxy group, the Z group is not present together with the hydroxyl group. Often an alkoxy group of the reaction is present.
- the Z group of the monomer is a hydrolyzable group having a relatively high reactivity (for example, a chlorine atom)
- most of the Z groups in the curable organopolysiloxane obtained using the monomer are hydroxyl groups. Therefore, in a normal curable organopolysiloxane, the Z group in each unit constituting it is often composed of a hydroxyl group or a hydroxyl group and an alkoxy group.
- curable organopolysiloxanes having T units as main silicon-containing bond units are preferably used.
- curable organopolysiloxane is simply referred to as organopolysiloxane.
- organopolysiloxane (T) refers to an M unit, a D unit, a T unit, and An organopolysiloxane in which the ratio of the number of T units to the total number of Q units is from 50 to 100%.
- an organopolysiloxane having a ratio of the number of T units of from 70 to 100% is particularly preferred. Uses an organopolysiloxane having a T-unit ratio of 90 to 100%. Moreover, as other units contained in a small amount other than T units, D units and Q units are preferable, and Q units are particularly preferable.
- the ratio of the number of M units, D units, T units, and Q units in the organopolysiloxane can be calculated from the value of the peak area ratio by 29Si-NMR.
- the organopolysiloxane (T) preferably used in the present invention is an organopolysiloxane having T units represented by the following T1 to T3.
- T1 R—Si (—OX) 2 (—O * —)
- T2 R—Si (—OX) (— O * —) 2
- T3 R—Si (—O *-) 3 (Wherein R represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted monovalent organic group having 1 to 10 carbon atoms, X represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and O * represents two (Represents an oxygen atom connecting silicon atoms.)
- R in the above chemical formula is not limited to one type, and T1, T2, and T3 may each include a plurality of types of R.
- —OX in the above chemical formula represents a hydroxyl group or an alkoxy group.
- -OX may be the same or different between T1 and T2.
- the two —OX in T1 may be different.
- one may be a hydroxyl group and the other may be an alkoxy group.
- the alkoxy groups may be different alkoxy groups. However, as described later, usually, the two alkoxy groups are the same alkoxy group.
- T0 a T unit that does not have an oxygen atom (O *) that bonds two silicon atoms and has only three -OX is hereinafter referred to as T0.
- T0 actually corresponds to an unreacted T monomer contained in the organopolysiloxane and is not a silicon-containing bond unit. This T0 is measured in the same manner as T1 to T3 in the analysis of units of T1 to T3.
- T0 to T3 in the organopolysiloxane can be analyzed by measuring the bonding state of silicon atoms in the organopolysiloxane by nuclear magnetic resonance analysis ( 29 Si-NMR). The ratio of the number of T0 to T3 is determined from the peak area ratio of 29 Si-NMR. -OX in the organopolysiloxane molecule can be analyzed by infrared absorption analysis. The ratio of the number of hydroxyl groups bonded to silicon atoms and the number of alkoxy groups is determined from the peak area ratio of the infrared absorption peaks of the two.
- the weight average molecular weight Mw, the number average molecular weight Mn, and the dispersity Mw / Mn of the organopolysiloxane are values measured by gel permeation chromatography using polystyrene as a standard substance.
- the characteristics of such an organopolysiloxane do not refer to the characteristics of one molecule but are determined as the average characteristics of each molecule.
- T two or more different T1, T2, and T3 may exist in each molecule.
- two or more types of T2 with different R may exist.
- Such organopolysiloxanes are obtained from a mixture of two or more T monomers.
- an organopolysiloxane obtained from a mixture of two or more T monomers having different R it is considered that two or more T1, T2, and T3 having different R exist.
- the ratio of the number of different R in the organopolysiloxane obtained from a mixture of a plurality of T monomers having different R reflects the composition ratio of the T monomer mixture having different R as a whole T unit.
- the ratio of the number of units with different R in each of T1, T2, and T3 does not necessarily reflect the composition ratio of T monomer mixtures with different R. This is because the reactivity of the T monomer, T1, and T2 may differ depending on the difference in R even if the three —OXs in the T monomer are the same.
- the organopolysiloxane (T) is preferably produced from at least one T monomer represented by R—Si (—OY) 3 .
- R is the same as R described above, and Y represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
- Y may be a substituted alkyl group such as an alkoxy-substituted alkyl group in addition to an unsubstituted alkyl group.
- Three Y in one molecule may be different. However, usually three Y are the same alkyl group.
- Y is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably 1 or 2 carbon atoms. Specific examples of Y include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, a t-butyl group, and a 2-methoxyethyl group.
- R is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted monovalent organic group having 1 to 10 carbon atoms.
- the organic group means an organic group in which the atom bonded to the silicon atom is a carbon atom as described above.
- Examples of the unsubstituted monovalent organic group include hydrocarbon groups such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and an aralkyl group. These hydrocarbon groups include alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups and alkynyl groups having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups having 5 or 6 carbon atoms, aryl groups having 6 to 10 carbon atoms, and 7 carbon atoms. ⁇ 10 aralkyl groups are preferred.
- Examples of the substituted monovalent organic group include a hydrocarbon group in which a ring hydrogen atom such as a cycloalkyl group, an aryl group, and an aralkyl group is substituted with an alkyl group, and the hydrogen atom of the hydrocarbon group is a halogen atom or a functional group And a substituted organic group substituted with a functional group-containing organic group.
- a hydroxyl group, mercapto group, carboxyl group, epoxy group, amino group, cyano group and the like are preferable.
- an alkyl group having a chlorine atom or a fluorine atom such as a chloroalkyl group or a polyfluoroalkyl group is preferable.
- the functional group-containing organic group include an alkoxy group, an acyl group, an acyloxy group, an alkoxycarbonyl group, a glycidyl group, an epoxycyclohexyl group, an alkylamino group, a dialkylamino group, an arylamino group, and an N-aminoalkyl-substituted aminoalkyl group. preferable.
- T monomer having a substituted organic group substituted with a functional group or a functional group-containing organic group contains a category of compounds called silane coupling agents.
- substituted organic group examples include the following organic groups. 3-chloropropyl group, 3,3,3-trifluoropropyl group, 3-mercaptopropyl group, p-mercaptomethylphenylethyl group, 3-acryloyloxypropyl group, 3-methacryloyloxypropyl group, 3-glycidoxy Propyl group, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl group, 3-aminopropyl group, N-phenyl-3-aminopropyl group, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl group, 2-cyanoethyl Group.
- a particularly preferred monovalent organic group as R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
- the organopolysiloxane (T) is preferably an organopolysiloxane obtained by using a T monomer having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms alone or two or more thereof.
- An organopolysiloxane obtained by using one or more T monomers having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and a small amount of other T monomers as the organopolysiloxane (T) is also preferable.
- the proportion of other T monomers is preferably 30 mol% or less, particularly preferably 15 mol% or less, based on the total amount of T monomers.
- a T monomer having a substituted organic group substituted with a functional group, a functional group-containing organic group, or the like in a category called a silane coupling agent is preferable.
- T monomer having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms include, for example, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, and ethyltriethoxysilane. In particular, methyltrimethoxysilane and ethyltrimethoxysilane are preferable.
- T monomer having a substituted organic group and the like include the following compounds.
- R-Si (-OY) other than T monomer represented by 3 (R'-) a Si (-Z ) T monomers represented by 4-a (a 3) , for example, methyltrichlorosilane, Examples thereof include ethyltrichlorosilane, phenyltrichlorosilane, 3-glycidoxypropyltrichlorosilane, methyltriacetoxysilane, and ethyltriacetoxysilane.
- the Z group is preferably an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group, or the like. Examples of the D monomer include the following compounds.
- the four Z groups may be different but are usually the same.
- the Z group is preferably an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably a methoxy group or an ethoxy group.
- Examples of the Q monomer include the following compounds.
- the organopolysiloxane (T) used in the present invention is obtained by subjecting the above T monomer and the like to partial hydrolysis condensation. Usually, this reaction is performed by heating T monomer or the like and water in a solvent. A catalyst is preferably present in the reaction system.
- the desired organopolysiloxane can be produced by adjusting the reaction conditions such as the type of monomer, the amount of water, the heating temperature, the type and amount of catalyst, and the reaction time. In some cases, a commercially available organopolysiloxane can be used as it is as a target organopolysiloxane, or a target organopolysiloxane can be produced using a commercially available organopolysiloxane.
- Acid catalysts include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, nitrous acid, perchloric acid, sulfamic acid; formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, oxalic acid, succinic acid, maleic acid, lactic acid, p- An organic acid such as toluenesulfonic acid may be mentioned. In particular, acetic acid is preferred.
- the solvent is preferably a hydrophilic organic solvent, and particularly preferably an alcohol solvent.
- alcohol solvents examples include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-ethoxyethanol, diacetone alcohol, 2-butoxyethanol and the like. It is done.
- the reaction temperature can be reacted at room temperature when a catalyst is present. Usually, an appropriate temperature is adopted from the reaction temperature of 20 to 80 ° C. according to the purpose.
- the hydrolysis condensation reaction is a reaction in which T1 is generated from T0 (T monomer), T2 is generated from T1 and T3 is generated from T2.
- Condensation reaction in which at least one hydrolyzable group is converted to a hydroxyl group from T0 to T1
- the reaction rate of the condensation reaction in which T3 is generated from the reaction becomes slower in this order. Even considering the hydrolysis reaction of the hydrolyzable group, it is considered that the peak of the abundance of each unit moves from T0 to T3 as the reaction proceeds.
- the reaction conditions are relatively mild, the movement of the abundance peak is considered to proceed relatively orderly.
- the organopolysiloxanes (T) used in the present invention the organopolysiloxane (a) has a relatively high molecular weight in which the amount of T0 and T1 is small and the ratio of the amounts of T2 and T3 is in a specific range.
- Organopolysiloxanes, and such organopolysiloxanes can be produced by selecting relatively mild reaction conditions.
- the reactivity of the condensation reaction varies depending on R, and when R is different, the reactivity of the hydroxyl group also varies.
- R for example, when R is an alkyl group, the smaller the number of carbon atoms in the alkyl group), the higher the reactivity of the hydroxyl group. Accordingly, it is preferable to select the T monomer in consideration of the relationship between the reactivity of the hydrolyzable group and the reactivity of the hydroxyl group.
- the rate of hydrolysis reaction of a hydrolyzable group to a hydroxyl group varies depending on the type of hydrolyzable group, and it is preferable to consider the relationship with the rate of condensation reaction. For example, when the OX group of T2 is an alkoxy group, if the rate of the hydrolysis reaction is too slow, T2 in which the OX group is a hydroxyl group decreases. Similarly, when the rate of the hydrolysis reaction is too slow, T1 in which the OX group is a hydroxyl group decreases. For this reason, it becomes difficult to obtain a high ratio of the amount of hydroxyl groups to alkoxy groups in the organopolysiloxane.
- the alkoxy group which is an OX group is preferably a highly reactive alkoxy group, that is, an alkoxy group having a low carbon number, and most preferably a methoxy group.
- the reactivity of the hydrolyzable group is sufficiently high, an organopolysiloxane having a high proportion of hydroxyl groups can be obtained from an organopolysiloxane having a high proportion of hydrolyzable groups without much progress of the condensation reaction.
- one kind of curable organopolysiloxane (T) thus obtained may be blended alone, or two or more kinds may be blended together. Is also possible.
- a composition hereinafter referred to as “hard coat” that is usually used and contains a material before curing of the components constituting the hard coat layer.
- a composition for forming a layer " is prepared and used.
- the curable organopolysiloxane (T) preferably used in the present invention is also incorporated into such a hard coat layer-forming composition in the production process so as to be contained as a cured product in the obtained hard coat layer. It becomes possible.
- organopolysiloxane (a) and organopolysiloxane (b) will be described below as a particularly preferred combination of organopolysiloxane (T) from the viewpoint of scratch resistance.
- the curable organopolysiloxane used in the present invention is described below. It is not limited to these. Further, the organopolysiloxane (a) and the organopolysiloxane (b) are not precluded from being used in the present invention alone as the organopolysiloxane (T).
- the organopolysiloxane (a) has a mass average molecular weight of 800 to 8000.
- the organopolysiloxane (a) does not substantially contain T0 which is a T monomer.
- (T2 + T3) / (T1 + T2 + T3) is preferably in the range of 0.85 to 1.00, 0.90 or more and less than 1.00 It is more preferable that For T3 / T2, the preferred range is 2.0 to 4.0.
- the organopolysiloxane (a) and the organopolysiloxane (b) described later can be obtained.
- the scratch resistance of the finally obtained hard coat layer can be improved.
- (B) / (A) in the organopolysiloxane (a) is a parameter indicating condensation reactivity. The larger this value, that is, the greater the proportion of hydroxyl groups compared to the alkoxy groups, the greater the organopolysiloxane (a).
- a composition for forming a hard coat layer is formed by combining the organopolysiloxane (b) and the organopolysiloxane (b)
- the curing reaction during the formation of the cured film is accelerated.
- alkoxy groups left unreacted during the formation of the cured film may cause a decrease in scratch resistance of the finally obtained hard coat layer, and if post-curing progresses, it may cause micro cracks.
- (B) / (A) in the organopolysiloxane (a) is 12.0 or more, preferably 16.0 or more. Note that (A) may be zero.
- the mass average molecular weight of the organopolysiloxane (a) is 800 to 8000, preferably 1000 to 6000.
- the organopolysiloxane (a) and the organopolysiloxane (b) are used in combination in the composition for forming a hard coat layer of the present invention.
- the scratch resistance of the finally obtained hard coat layer can be sufficiently improved.
- the organopolysiloxane (a) used in the hard coat layer forming composition for forming a hard coat layer having particularly excellent scratch resistance all T It is preferable that 70% by mass or more of the monomer is methyltrialkoxysilane, and preferably the alkoxy group has 1 to 4 carbon atoms. However, a small amount of T monomer other than methyltrialkoxysilane can be used in combination for the purpose of improving the adhesion, hydrophilicity, water repellency and the like.
- a T monomer or the like is subjected to a hydrolysis condensation reaction in a solvent in the presence of an acid catalyst.
- the water required for hydrolysis is usually 1 to 10 equivalents, preferably 1.5 to 7 equivalents, and more preferably 3 to 5 equivalents of water with respect to 1 equivalent of the monomer.
- the monomer is hydrolyzed and condensed, it can also be carried out in a reaction system in which colloidal silica (described later) is present.
- colloidal silica described later
- water-dispersed colloidal silica is used as the colloidal silica, water is supplied from this dispersion. Is done.
- the amount of the acid catalyst used is preferably from 0.1 to 50 parts by weight, particularly preferably from 1 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the monomer.
- the solvent the alcohol solvent is preferable, and methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, and 2-butanol are particularly preferable from the viewpoint of good solubility of the resulting organopolysiloxane (a). preferable.
- the reaction temperature is 20 to 40 ° C., and the reaction time is 1 hour to several days.
- the hydrolysis and condensation reaction of the monomer is an exothermic reaction, it is preferable that the temperature of the system does not exceed 60 ° C. It is also preferable to allow the hydrolysis reaction to proceed sufficiently under such conditions, and then to proceed the condensation reaction at 40 to 80 ° C. for 1 hour to several days in order to stabilize the resulting organopolysiloxane.
- Organopolysiloxane (a) can also be produced from commercially available organopolysiloxane. Since the commercially available organopolysiloxane is usually an organopolysiloxane having a higher proportion of alkoxy groups than the hydroxyl group, it is particularly similar to the desired organopolysiloxane (a) except for the above (B) / (A). It is preferable to produce organopolysiloxane (a) by increasing the proportion of hydroxyl groups by hydrolysis reaction using a commercially available organopolysiloxane.
- organopolysiloxane examples include the following organopolysiloxanes, which are partially hydrolyzed condensates of methyltrimethoxysilane. It should be noted that “ND” is not more than a detected amount when the 29 Si-NMR peak area ratio is measured using a nuclear magnetic resonance analyzer, manufactured by JEOL Ltd., ECP400 (trade name). Shown (the same applies below).
- the organopolysiloxane (a) When producing the organopolysiloxane (a) from the above-mentioned commercially available organopolysiloxane, it is preferable to hydrolyze the alkoxy group of the commercially available organopolysiloxane mainly in the presence of an acid catalyst. For example, 0 to 10 times (mass basis) of a solvent is added to a commercially available organopolysiloxane, stirred well, then an acid aqueous solution having a concentration of about 0.1 to 70% by mass is added, A method such as stirring at a temperature of 20 to 70 ° C. for 1 to 24 hours is preferable.
- a solvent to be used an aqueous solvent can be used, and the alcohol solvent to which water is added can also be used.
- organopolysiloxane (b) used in combination with the organopolysiloxane (a) in the composition for forming a hard coat layer used in the present invention is 1/10 to 1/1 of the mass average molecular weight of the organopolysiloxane (a). It is an organopolysiloxane having a mass average molecular weight of 5 times.
- the organopolysiloxane (b) is an organopolysiloxane having a mass average molecular weight smaller than that of the combined organopolysiloxane (a), and has the T1 to T3 units.
- the ratio of the numbers of T1, T2, and T3, the ratio of T3 / T2, and the ratio of (B) / (A) are not particularly limited.
- the mass average molecular weight of the organopolysiloxane (b) is preferably 1/8 to 1 / 1.5 times that of the combined organopolysiloxane (a).
- the weight average molecular weight of the organopolysiloxane (b) exceeds 1 / 1.5 times the weight average molecular weight of the organopolysiloxane (a), in other words, the weight average molecular weight of the organopolysiloxane (a)
- the mass average molecular weight of b) is less than 1.5 times, the toughness of the finally obtained hard coat layer is lowered, which causes cracks.
- the mass average molecular weight of the organopolysiloxane (b) is less than 1/10 times the mass average molecular weight of the organopolysiloxane (a), in other words, the mass average molecular weight of the organopolysiloxane (a) is the organopolysiloxane (b).
- the weight average molecular weight of 10 exceeds 10 times, the scratch resistance of the finally obtained hard coat layer is lowered, and there is a possibility that a hard coat layer having sufficient scratch resistance cannot be obtained.
- a large ratio of T0 and T1 in the organopolysiloxane (b) generally indicates that the hydrolysis reaction or condensation reaction of the raw material monomer was insufficient when the organopolysiloxane was produced.
- the composition for forming a hard coat layer containing this and the organopolysiloxane (a) is used for heat curing when forming a cured film.
- the occurrence of cracks tends to increase.
- the ratio of T3 of the resulting organopolysiloxane increases.
- the composition for forming a hard coat layer containing this and the organopolysiloxane (a) is used, and at the time of thermosetting when forming a cured film, Since appropriate crosslinking reaction becomes difficult, a cured film may not be formed, and a hard coat layer having sufficient scratch resistance may not be finally obtained.
- the organopolysiloxane (b) can be produced from a T monomer or the like in the same manner as the organopolysiloxane (a).
- Commercially available organopolysiloxane can be used as organopolysiloxane (b) as it is.
- Examples of commercially available organopolysiloxanes that can be used as the organopolysiloxane (b) include the following organopolysiloxanes.
- the notation of “trace” is 0.01 or more and 0.25 when the 29 Si-NMR peak area ratio is measured using an ECP400 (trade name) manufactured by JEOL Ltd., manufactured by JEOL Ltd. Indicates the following (the same applies hereinafter).
- T0: T1: T2: T3 ND: 2: 36: 62.
- T0: T1: T2: T3 trace: 21: 58: 21.
- the ratio of the content of the organopolysiloxane (b) to the organopolysiloxane (a) is 1.5 to It is preferably 30 times, and more preferably 2 to 15 times.
- the organopolysiloxane three-dimensional crosslinked structure formed by the curing reaction is an organopolysiloxane (b) -based three-dimensional crosslinked.
- the component (a) organopolysiloxane is partially incorporated, and the finally obtained hard coat layer can have good scratch resistance.
- the hard coat layer forming composition used in the present invention contains the above curable organopolysiloxane, preferably organopolysiloxane (T).
- the content of the organopolysiloxane in the composition for forming a hard coat layer is preferably 50 to 100% by mass with respect to the total amount of the composition excluding the solvent (hereinafter referred to as “nonvolatile component” as necessary) More preferably, it is 60 to 95% by mass.
- the amount of the non-volatile component is measured based on a mass change after being held at 150 ° C. for 45 minutes.
- the composition for forming a hard coat layer containing an organopolysiloxane as a main component is 50% or more of the organopolysiloxane with respect to the total amount of each component of the composition for forming a hard coat layer excluding the solvent. It shows that it contains.
- the hard coat layer forming composition used in the present invention may contain various additives in addition to the organopolysiloxane.
- a composition for forming a hard coat layer containing silica fine particles is preferable.
- colloidal silica refers to silica fine particles dispersed in water or an organic solvent such as methanol, ethanol, isobutanol, or propylene glycol monomethyl ether.
- the silica fine particles can be blended with the raw material monomer in the process of producing the organopolysiloxane.
- organopolysiloxane in a reaction system containing colloidal silica, an organopolysiloxane containing silica fine particles can be obtained.
- a T monomer and, if necessary, water or an acid catalyst are added to colloidal silica, and the organopolysiloxane can be produced in the colloidal silica dispersion medium as described above.
- a composition for forming a hard coat layer used in the present invention containing silica fine particles can be produced.
- the silica fine particles used in the composition for forming a hard coat layer according to the present invention preferably has an average particle size (BET method) of 1 to 100 nm. If the average particle diameter exceeds 100 nm, the particles diffusely reflect light, and thus the value of the haze value of the obtained hard coat layer becomes large, which may be undesirable in terms of optical quality. Further, the average particle size is particularly preferably 5 to 40 nm. This is for imparting scratch resistance to the hard coat layer and maintaining the transparency of the hard coat layer. Moreover, although colloidal silica can use both a water dispersion type and an organic solvent dispersion type, it is more preferable to use a water dispersion type.
- colloidal silica dispersed in an acidic aqueous solution.
- the colloidal silica may contain inorganic fine particles other than silica fine particles such as alumina sol, titanium sol, and ceria sol.
- the content of the silica fine particles in the hard coat layer forming composition used in the present invention is preferably 1 to 50% by mass, preferably 5 to 40% by mass, based on the total amount of the composition (nonvolatile components) excluding the solvent. Is more preferred.
- the content of the silica fine particles in the nonvolatile component in the composition for forming a hard coat layer used in the present invention is less than 1% by mass, sufficient scratch resistance may not be ensured in the obtained hard coat layer, and the content is If it exceeds 50% by mass, the proportion of organopolysiloxane in the non-volatile component will be too low, and it will be difficult to form a cured film by thermal curing of the organopolysiloxane, and cracks will occur in the finally obtained hard coat layer There is a possibility that the silica fine particles aggregate and the transparency of the hard coat layer is lowered.
- the composition for forming a hard coat layer used in the present invention may further contain additives such as an antifoaming agent and a viscosity modifier for the purpose of improving the coatability, and the purpose of improving the adhesion to the primer layer.
- additives such as an antifoaming agent and a viscosity modifier for the purpose of improving the coatability, and the purpose of improving the adhesion to the primer layer.
- an additive such as an adhesion-imparting agent may be included, and a leveling agent may be included as an additive for the purpose of improving the coatability and the smoothness of the resulting coating film.
- the amount of these additives is preferably 0.01 to 2 parts by mass for each additive component with respect to 100 parts by mass of the organopolysiloxane.
- the composition for forming a hard coat layer used in the present invention may contain a dye, a pigment, a filler and the like as long as the object of the present invention is not impaired.
- the hard coat layer forming composition used in the present invention may further contain a curing catalyst.
- Curing catalysts include aliphatic carboxylic acids (formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, lactic acid, tartaric acid, succinic acid, etc.), alkali metal salts such as lithium salt, sodium salt, potassium salt; benzyltrimethylammonium salt, tetramethylammonium salt Quaternary ammonium salts such as salts and tetraethylammonium salts; metal alkoxides and chelates such as aluminum, titanium and cerium; ammonium perchlorate, ammonium chloride, ammonium sulfate, sodium acetate, imidazoles and their salts, ammonium trifluoromethylsulfonate, Bis (tolufluoromethylsulfonyl) bromomethylammonium and the like can be mentioned.
- the blending amount of the curing catalyst is preferably 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organopolysiloxane.
- the content of the curing catalyst is less than 0.01 parts by mass, it is difficult to obtain a sufficient curing rate.
- the content is more than 10 parts by mass, the storage stability of the composition for forming a hard coat layer is reduced, or a precipitate is formed. There are things to do.
- the hard coat layer forming composition used in the present invention preferably further contains an ultraviolet absorber in order to suppress yellowing of the resin substrate.
- an ultraviolet absorber benzophenone UV absorbers, benzotriazole UV absorbers, benzimidazole UV absorbers, cyanoacrylate UV absorbers, salicylate UV absorbers, benzylidene malonate UV absorbers, triazine UV An absorbent etc. are mentioned. These ultraviolet absorbers may be used alone or in combination of two or more. Further, in order to prevent the ultraviolet absorber from bleeding out from the finally obtained hard coat layer, an ultraviolet absorber having a trialkoxysilyl group may be used.
- the ultraviolet absorber having a trialkoxysilyl group is converted into a hydroxyl group by a hydrolysis reaction during the formation of a cured film by thermal curing of the organopolysiloxane, and then incorporated into the cured film by a dehydration condensation reaction. Bleeding out of the absorbent from the hard coat layer can be suppressed.
- Specific examples of such trialkoxysilyl groups include trimethoxysilyl groups and triethoxysilyl groups.
- the content of the ultraviolet absorber in the hard coat layer forming composition is preferably 0.1 to 50 parts by mass, and preferably 0.1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organopolysiloxane. Is particularly preferred.
- the pH of the hard coat layer forming composition is adjusted to 2.0 to 7.0. It is preferable to adjust to 3.0 to 6.0, more preferably to 3.0 to 6.0, and further preferably to 4.0 to 5.5. Under conditions where the pH is 2.0 or lower, or 7.0 or higher, the hydroxyl group bonded to the silicon atom is extremely unstable and thus is not suitable for storage. Examples of the pH adjustment method include addition of an acid and adjustment of the content of the curing catalyst.
- Acids include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, nitrous acid, perchloric acid, sulfamic acid; formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, oxalic acid, succinic acid, maleic acid, lactic acid, p-toluene
- examples include organic acids such as sulfonic acid.
- the composition for forming a hard coat layer used in the present invention is usually prepared in a form in which organopolysiloxane as an essential component and various additives as optional components are dissolved and dispersed in a solvent. It is necessary for all the non-volatile components in the hard coat layer forming composition to be stably dissolved and dispersed in a solvent.
- the solvent is contained at least 20% by mass, preferably 50% by mass or more. More preferably, the alcohol solvent is contained at least 20% by mass, preferably 50% by mass or more.
- alcohols used in such solvents include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 1-methoxy-2-propanol, and 2-ethoxyethanol.
- Diacetone alcohol, 2-butoxyethanol and the like are preferable.
- alcohol having a boiling point of 80 to 160 ° C. is preferable from the viewpoint of good solubility of the organopolysiloxane and good coating property.
- ethanol 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 1-methoxy-2-propanol, 2-ethoxyethanol, diacetone alcohol, and 2 -Butoxyethanol is preferred.
- the solvent used in the composition for forming a hard coat layer used in the present invention includes, for example, a lower alcohol generated by hydrolyzing a raw material monomer, for example, an alkyltrialkoxysilane, when an organopolysiloxane is produced.
- a raw material monomer for example, an alkyltrialkoxysilane
- the dispersed organic solvent is also included.
- a solvent other than the above a solvent other than alcohol that can be mixed with water / alcohol may be used in combination.
- Ketones such as acetone and acetylacetone; esters such as ethyl acetate and isobutyl acetate; ethers such as propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether and diisopropyl ether.
- the amount of the solvent used in the composition for forming a hard coat layer according to the present invention is preferably 50 to 3000 parts by mass, and preferably 150 to More preferably, it is 2000 parts by mass.
- composition for forming a hard coat layer used in the present invention can be obtained by uniformly mixing the various components described above by ordinary methods.
- the resin substrate with a hard coat film of the present invention is formed by coating the hard coat layer-forming composition on the primer layer obtained above to form a coating film, and mainly comprising the organopolysiloxane in the coating film. It can be produced by curing a curable composition as a component to form a hard coat layer.
- the method for applying the hard coat layer forming composition is not particularly limited, and examples thereof include a usual coating method such as a spray coating method, a flow coating method, a die coating method, and a spin coating method. It is preferable to appropriately adjust the viscosity, solid content concentration and the like of the composition for forming a hard coat layer according to the coating method to be used.
- the solvent is usually dried and removed from a temperature of 0 ° C. or more under a temperature condition lower than the thermal deformation temperature of the resin substrate / primer layer. Thereafter, it is cured by heating.
- the solvent drying conditions include 0 to 60 ° C. and 10 minutes to 10 hours.
- the thermosetting reaction is preferably performed at a high temperature within a range where there is no problem in the heat resistance of the resin substrate and the primer layer, because the curing can be completed more quickly.
- the curing temperature is preferably 50 to 200 ° C., particularly preferably 80 to 160 ° C., and particularly preferably 100 to 140 ° C.
- the curing time is preferably 10 minutes to 4 hours, particularly preferably 20 minutes to 3 hours, particularly preferably 30 minutes to 2 hours.
- the thickness of the coating film formed by applying the composition for forming a hard coat layer on the surface of a resin substrate or the like depends on the solid content concentration in the composition. It is preferable to adjust the solid content appropriately so that the film thickness after curing is within a predetermined range.
- the film thickness of the cured film applied on the resin substrate is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less in the state after curing described below, and 2 ⁇ m.
- the thickness is particularly preferably 8 ⁇ m or less. If the thickness of the hard coat layer is too small, it may be difficult to ensure sufficient scratch resistance. On the other hand, if the thickness of the hard coat layer is too large, cracks and peeling may occur easily. Therefore, the thickness of the cured film (that is, the thickness of the hard coat layer) is 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less in order to suppress the occurrence of cracks and peeling while ensuring sufficient scratch resistance. Is preferred.
- this film thickness means the thickness when a hard coat layer is formed alone on a substrate such as a resin substrate.
- a technique for forming the top coat layer whose main component is SiO 2 it is preferable to apply a technique of applying poly (perhydro) silazane on the hard coat layer and curing, or a technique such as vapor deposition or sputtering.
- the resin substrate 1 with a hard coat film of this invention was demonstrated, it is not necessarily limited to such a structure, Moreover, about the formation order of each part, etc. in the limit which can manufacture the resin substrate 1 with a hard coat film. It can be changed as appropriate.
- Examples 1 to 5 are examples, and examples 6 to 8 are comparative examples.
- PMMA polymethyl methacrylate
- DBR ultraviolet absorber dibenzoresorcinol
- Mn, Mw, and Mw / Mn of polymethyl methacrylate are gel permeation chromatography (GPC, HLC-8220GPC manufactured by Tosoh Corporation, RI detection, column: TSK guard column Super HZ-L + TSKgel Super HZ 4000 + HZ 3000 + HZ 2500 + THZ 2000), eluent: Sought by.
- the reaction solution was put into hexane and reprecipitation purification was performed. From the result of NMR measurement of the purified product, it was found that the modification rate of OH group (C—OH group) of hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was 50%.
- the Si group-containing acrylic resin solution thus obtained was designated Si group-containing acrylic resin solution S-1.
- Preparation of primer layer forming composition (Preparation Example 1) A polymethyl methacrylate solution (P-1) 80 g and an Si group-containing acrylic resin solution (S-1) 20 g were mixed to obtain a mixed solution. In this mixed solution, 1 equivalent of HDI-based blocked isocyanate TPA-B60E (manufactured by Asahi Kasei Chemicals) is added to the OH group contained in the Si group-containing acrylic resin solution (S-1), and further dibenzoresorcinol as an ultraviolet absorber. 0.8 g of DBR (manufactured by Clariant) and 0.2 g of triazine ultraviolet absorber (TINUVIN477, manufactured by BASF) were added to obtain a primer layer forming composition Pr-1.
- TPA-B60E manufactured by Asahi Kasei Chemicals
- Preparation Example 2 A polymethyl methacrylate solution (P-1) 80 g and an Si group-containing acrylic resin solution (S-1) 20 g were mixed to obtain a mixed solution.
- 1 equivalent of HDI-based blocked isocyanate TPA-B60E (manufactured by Asahi Kasei Chemicals) is added to the OH group contained in the Si group-containing acrylic resin solution (S-1), and further dibenzoresorcinol as an ultraviolet absorber.
- 0.8 g of DBR (manufactured by Clariant) and 0.2 g of triazine ultraviolet absorber (TINUVIN479, manufactured by BASF) were added to obtain a composition Pr-2 for forming a primer layer.
- Preparation Example 3 70 g of polymethyl methacrylate solution (P-1) and 30 g of Si group-containing acrylic resin solution (S-1) were mixed to obtain a mixed solution.
- 1 equivalent of HDI-based blocked isocyanate TPA-B60E (manufactured by Asahi Kasei Chemicals) is added to the OH group contained in the Si group-containing acrylic resin solution (S-1), and further dibenzoresorcinol as an ultraviolet absorber.
- 0.7 g (DBR, manufactured by Clariant) and 0.3 g of triazine-based ultraviolet absorber (TINUVIN477, manufactured by BASF) were added to obtain a primer layer forming composition Pr-3.
- Preparation Example 4 60 g of a polymethyl methacrylate solution (P-1) and 40 g of an Si group-containing acrylic resin solution (S-1) were mixed to obtain a mixed solution.
- 1 equivalent of HDI-based blocked isocyanate TPA-B60E (manufactured by Asahi Kasei Chemicals) is added to the OH group contained in the Si group-containing acrylic resin solution (S-1), and further dibenzoresorcinol as an ultraviolet absorber.
- 0.6 g (DBR, manufactured by Clariant) and 0.4 g triazine-based ultraviolet absorber (TINUVIN477, manufactured by BASF) were added to obtain a primer layer forming composition Pr-4.
- Preparation Example 5 A polymethyl methacrylate solution (P-1) 80 g and an Si group-containing acrylic resin solution (S-2) 20 g were mixed to obtain a mixed solution.
- 1 equivalent of HDI-based blocked isocyanate TPA-B60E (Asahi Kasei Chemicals) is added to the OH group contained in the Si group-containing acrylic resin solution (S-2), and dibenzoresorcinol as an ultraviolet absorber.
- Preparation Example 7 A polymethyl methacrylate solution (P-1) 80 g and an Si group-containing acrylic resin solution (S-2) 20 g were mixed to obtain a mixed solution. To this mixed solution, 0.8 g of dibenzoresorcinol (DBR, manufactured by Clariant) and 0.2 g of triazine-based UV absorber (TINUVIN477, manufactured by BASF) are added as an ultraviolet absorber, and a primer layer forming composition Pr -7 was obtained.
- DBR dibenzoresorcinol
- TINUVIN477 triazine-based UV absorber
- HDI block isocyanate TPA-B60E (manufactured by Asahi Kasei Chemicals) is added to 100 g of the Si group-containing acrylic resin solution (S-1) in an amount equivalent to the OH group contained in the Si group-containing acrylic resin solution (S-1). Further, 1 g of a triazine ultraviolet absorber (TINUVIN479, manufactured by BASF) was added as an ultraviolet absorber to obtain a primer layer forming composition Pr-8.
- TINUVIN479 triazine ultraviolet absorber
- the organopolysiloxane was analyzed by the following items and methods.
- B) / (A) the organopolysiloxane used in the examples had only a silicon atom-bonded methoxy group (SiO—CH 3 ) as a silicon atom-bonded alkoxy group, the following (B) / (A) The ratio of Si—OH / SiO—CH 3 determined by the method was used.
- FT-IR infrared absorption analyzer
- model: Avatar / Nicolet FT-IR360 absorption derived from Si—OH around 900 cm ⁇ 1 and 2860 cm ⁇ 1.
- the ratio of the number of Si—OH / SiO—CH 3 was determined from the area ratio with the absorption derived from the nearby SiO—CH 3 .
- the bonding state of silicon atom in organopolysiloxane is determined by a nuclear magnetic resonance analyzer ( 29 Si-NMR: It was determined from the peak area ratio of 29 Si-NMR using ECP400 manufactured by JEOL Ltd.
- the measurement conditions are 10 mm ⁇ sample tube made of polytetrafluoroethylene (PTFE), proton decoupling, pulse width 45 °, waiting time 15 sec, relaxation reagent: Cr (acac) 3 0.1 mass%, external standard sample: tetra Methylsilane.
- the chemical shift of 29 Si-NMR derived from each structure is as follows. (T0 to T3) T0: ⁇ 40 to ⁇ 41 ppm, T1: -49 to -50 ppm, T2: -57 to -59 ppm, T3: -66 to -70 ppm.
- organopolysiloxane (b) (hereinafter referred to as “(b) component organopolysiloxane”) and preparation of solution of organopolysiloxane (b) composition 167 g of water-dispersed silica sol (pH 3.1, silica fine particle solid content 20%) having an average particle diameter of 30 nm and acetic acid 14 g were charged, and 136 g of methyltrimethoxysilane was added. After stirring for 1 hour, the pH of the composition stabilized at 4.5. This composition was aged at 25 ° C. for 4 days and partially hydrolyzed and condensed.
- a solution (PSi-1 concentration: 40% by mass) containing component (b) organopolysiloxane PSi-1 was obtained.
- the obtained organopolysiloxane (b) is almost free of monomeric T0 form [R—Si (OH) 3 ] (R is CH 3 ), and the raw material methyltrimethoxysilane is an oligomeric organopolysiloxane. It was confirmed that it was almost completely converted to polysiloxane.
- Mn of the obtained component (b) organopolysiloxane PSi-1 was 400, Mw was 670, and Mw / Mn was 1.68.
- 4 parts by mass of a benzophenone-based ultraviolet absorber was added to 100 parts by mass of the component (b) component organopolysiloxane (PSi-1) obtained above and aged at 25 ° C. for 24 hours or more.
- a mixed solvent composed of 40: 40: 15: 5 (mass ratio) of 1-butanol: isopropanol: methanol: 1-methoxy-2-propanol was used, and the non-volatile component was 25% by mass (150 ° C., 45 Min), a solution of an organopolysiloxane (b) PSi-1 composition having a viscosity of 4.4 mPa ⁇ s was prepared.
- Example 1 A primer layer-forming composition Pr-1 was applied to a polycarbonate resin plate (Carbo Glass (registered trademark) Polish Clear (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.)) having a thickness of 3 mm so as to have a film thickness of 4 ⁇ m by dip coating. Then, after being left at 25 ° C. for 20 minutes, it was cured at 120 ° C. for 30 minutes using a hot-air circulating dryer (manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd., HISPEC HS250). Next, on the primer layer thus formed, the hard coat layer forming composition HC-1 was applied by a dip coating method so as to have a film thickness of 3 ⁇ m, left at 25 ° C. for 20 minutes, and then at 120 ° C. It was cured by heating for 1 hour. This operation was performed on both surfaces of the polycarbonate resin plate to produce a resin substrate with a hard coat film.
- Carbo Glass (registered trademark) Polish Clear trade name,
- Example 2 A resin substrate with a hard coat film was produced in the same manner as in Example 1 except that the primer layer forming composition Pr-2 was used instead of the primer layer forming composition Pr-1.
- Example 3 In the same manner as in Example 1, except that the primer layer forming composition Pr-3 was applied by the dip coating method so that the film thickness was 5 ⁇ m instead of the primer layer forming composition Pr-1. A resin substrate with a coat film was produced.
- Example 4 A resin substrate with a hard coat film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the primer layer forming composition Pr-4 was used instead of the primer layer forming composition Pr-1.
- Example 5 In the same manner as in Example 1, except that the primer layer forming composition Pr-5 was applied by the dip coating method so that the film thickness was 5 ⁇ m instead of the primer layer forming composition Pr-1. A resin substrate with a coat film was produced.
- Example 6 A resin substrate with a hard coat film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the primer layer forming composition Pr-6 was used instead of the primer layer forming composition Pr-1.
- Example 7 A resin substrate with a hard coat film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the primer layer forming composition Pr-7 was used instead of the primer layer forming composition Pr-1.
- Example 8 A resin substrate with a hard coat film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the primer layer forming composition Pr-8 was used instead of the primer layer forming composition Pr-1.
- ⁇ 2> Weather resistance test The following weather resistance test was performed.
- an accelerated weathering tester using a metal halide lamp as a light source (manufactured by Daipura Wintes; Daipla Metal Weather “KW-R5TP-A”) is used for 50 cycles of three conditions of light irradiation, condensation, and darkness continuously. Loaded (600 hours).
- the light irradiation conditions are such that light is irradiated for 4 hours at an illuminance of 80 mW / cm 2 , a black panel temperature of 63 ° C., and a relative humidity of 80%, and the dew condensation conditions are 98% relative humidity without light irradiation.
- the black panel temperature is naturally cooled from 63 ° C.
- the illuminance during light irradiation was measured with an illuminance meter (trade name “UIT-101” manufactured by USHIO INC.). Further, a shower was performed for 10 seconds before and after the condensation.
- two or more silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) having a hydrolyzable silyl group and a hydroxyalkyl group bonded to the side chain, and a crosslinkable functional group (isocyanate group) in the primer layer As can be seen from Table 1, two or more silyl group-containing acrylic polymer ( ⁇ ) having a hydrolyzable silyl group and a hydroxyalkyl group bonded to the side chain, and a crosslinkable functional group (isocyanate group) in the primer layer.
- the subsequent haze (cloudiness value) difference was 10 or less, and the scratch resistance was acceptable.
- the appearance of the hard coat film after the weather resistance test was good and the weather adhesion was also excellent, and the adhesion between the hard coat layer and the primer
- the hard coat layer and the primer layer Insufficient adhesion results in a large initial haze (cloudiness value) and a large difference in haze (cloudiness value) after the Taber test, resulting in insufficient initial scratch resistance of the hard coat film. .
- cracks and peeling occurred in the hard coat film after the weather resistance test the appearance judgment after the weather resistance test was “x” and not only was rejected, but also the adhesion was poor.
- the haze cloudiness value
- the primer layer is inferior in conformity to the deformation of the resin substrate, cracks and peeling occur in the hard coat film after the weather resistance test, the appearance judgment after the weather resistance test is “x”, and the adhesion is poor. It was.
- the resin substrate having a hard coat film obtained according to the present invention has excellent scratch resistance and weather resistance, and is attached to a vehicle window material, a house, a building or the like that is attached to an automobile or various transportations. It is useful as a window material for building materials.
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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)およびシリル基含有アクリル系ポリマー(α)とを主成分として含有するプライマー層3、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4を、樹脂基板2側から順に有するハードコート被膜付き樹脂基板1であって、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、MMAに基づく重合単位、加水分解性シリル基を有する重合単位、及びヒドロキシアルキル基を有する重合単位を含有し、プライマー層3は、更にシリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)を含有す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。
特に、自動車等の車両では軽量化のために、窓材に透明樹脂板を用いることが提案されており、とりわけ芳香族ポリカーボネート系の透明樹脂板は、耐破壊性、透明性、軽量性、易加工性などに優れるため、有望な車両用窓材としてその使用が検討されている。しかしながら、このような透明樹脂板は、無機ガラス板の代わりに使用するには耐擦傷性や耐候性の点で問題があった。
特に、自動車等の車両では軽量化のために、窓材に透明樹脂板を用いることが提案されており、とりわけ芳香族ポリカーボネート系の透明樹脂板は、耐破壊性、透明性、軽量性、易加工性などに優れるため、有望な車両用窓材としてその使用が検討されている。しかしながら、このような透明樹脂板は、無機ガラス板の代わりに使用するには耐擦傷性や耐候性の点で問題があった。
そこで、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。
このような透明樹脂板では、環境変化や高温環境下でも、高い耐久性を有するものが求められている。
そこで、特許文献1(特開2004-26934号公報)には、高温環境下での耐久性や、耐熱水性を向上させることを目的として、透明プラスチック基材の上に、ポリイソシアネート化合物等で架橋させたアクリル共重合体とシランカップリング剤とを含む熱硬化性アクリル樹脂層と、オルガノシロキサン樹脂組成物の硬化物を含むシリコーン系ハードコート層とを積層させたハードコート被膜が提案されている。
また、特許文献2(特開2006-240294号公報)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、紫外線吸収剤を共重合させた熱硬化性アクリル樹脂及び熱可塑性アクリル樹脂を含有させることが記載されている。
しかしながら、特許文献1および特許文献2で提案されているハードコート被膜や被覆部材では、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なく、特に紫外線照射および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、クラックが生じるという問題があった。
そこで、特許文献1(特開2004-26934号公報)には、高温環境下での耐久性や、耐熱水性を向上させることを目的として、透明プラスチック基材の上に、ポリイソシアネート化合物等で架橋させたアクリル共重合体とシランカップリング剤とを含む熱硬化性アクリル樹脂層と、オルガノシロキサン樹脂組成物の硬化物を含むシリコーン系ハードコート層とを積層させたハードコート被膜が提案されている。
また、特許文献2(特開2006-240294号公報)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、紫外線吸収剤を共重合させた熱硬化性アクリル樹脂及び熱可塑性アクリル樹脂を含有させることが記載されている。
しかしながら、特許文献1および特許文献2で提案されているハードコート被膜や被覆部材では、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なく、特に紫外線照射および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、クラックが生じるという問題があった。
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)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、前記プライマー層は、更にシリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)を含有し、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、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、並びにヒドロキシアルキル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(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ることを特徴とする。
また、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、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、並びにヒドロキシアルキル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(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、前記プライマー層は、更に前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)を含有することを特徴とする。
また、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、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、並びにヒドロキシアルキル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(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、前記プライマー層は、更に前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)を含有す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0.5~49.5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、前記ヒドロキシアルキル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0.5~30モル%の割合で含有することが好ましい。
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、該加水分解性シリル基および/またはSiOH基がC-Si結合を介して側鎖に結合された重合単位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、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ことが好ましい。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。
前記架橋性官能基がイソシアネート基、カルボジイミド基、エポキシ基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、前記変性体(X)は、前記ヒドロキシアルキル基を有する重合単位の該ヒドロキシアルキル基の一部と、前記ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)の該架橋性官能基とを反応させて得られるものであることが好ましい。また、前記プライマー層は、一の変性体(X)に含まれるヒドロキシアルキル基と、他の変性体(X)に含まれる前記架橋性官能基との反応により、二以上の変性体(X)が架橋された架橋体を含有することが好ましい。
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20,000~1,000,000であることが好ましい。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、前記プライマー層における含有量は、50~98質量%であることが好ましい。
前記プライマー層の膜厚は0.1μm~7μmであることが好ましい。また、前記ハードコート層の膜厚は0.1μm~10μmであることが好ましい。
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、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、並びにヒドロキシアルキル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(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、前記プライマー層形成用組成物は、更に前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)を含有することを特徴とする。また、前記ハードコート被膜付き樹脂基板の製造方法は、上記した本発明のハードコート被膜付き樹脂基板を製造することができる。
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。
「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を有する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を有する樹脂基板を得ることができる。
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)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(P)は熱可塑性樹脂であり、架橋型ポリマーに比較して靱性が高く、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、プライマー層中に、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ポリマー(α)と、架橋性官能基を有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)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)が有する硬化性の末端基(例えば、Si-OX(ここにおいて、-OXは水酸基またはアルコキシ基))と反応して、シロキサン結合(-O-Si-O-)が生じるので、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も優れる。
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、プライマー層中に、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ポリマー(α)と、架橋性官能基を有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)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)が有する硬化性の末端基(例えば、Si-OX(ここにおいて、-OXは水酸基またはアルコキシ基))と反応して、シロキサン結合(-O-Si-O-)が生じるので、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も優れる。
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樹脂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。
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樹脂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)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、アクリル系ポリマー(P)および下記に述べる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とともに、このシリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、架橋性官能基を有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)を含有する。
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、アクリル系ポリマー(P)および下記に述べる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とともに、このシリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、架橋性官能基を有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)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)をモノマー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モノマー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モノマー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モノマー単位とするコポリマーであってもよい。
なお、本明細書において、(メタ)アクリル酸エステル等の「(メタ)アクリル……」なる表記は、「アクリル……」と「メタクリル……」の両方を意味する。
本発明に用いるプライマー用アクリル系ポリマー(P)としては、アルキル基の炭素数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なる群から選ばれる1種または2種以上を主な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なる群から選ばれる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、プライマー層形成に用いられるこれらの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、1,000,000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。
前記のアクリル系ポリマー(P)を、後に詳述する変性体(X)とともにプライマー層3に含有させることで、プライマー層3の高温時の熱変形が抑制され、プライマー層3の耐候性を向上させることができる。
プライマー層3における、主成分となるアクリル系ポリマー(P)の含有量は、50~98質量%であることが好ましい。主成分としてのアクリル系ポリマー(P)の含有量が50質量%未満であると、プライマー層3の靱性が低くなり、基板の動きにプライマー層3が追従し難くなるため、応力が発生し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。
本発明において、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形成用組成物とは、溶媒を除いたプライマー層形成用組成物の各成分の合量に対し、アクリル系ポリマーを50%以上、好ましく50~98%を以上含有することを示す。
本発明において、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形成用組成物とは、溶媒を除いたプライマー層形成用組成物の各成分の合量に対し、アクリル系ポリマーを50%以上、好ましく50~98%を以上含有することを示す。
プライマー層3は、前記したように、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、架橋性官能基を有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)を含有する。
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(α1)と、ヒドロキシアルキル基(以下、C-OH基ということがある。)を有する重合単位(α2)と、メタクリル酸メチルに基づく重合単位(α3)とを有している。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、重合単位(α1)の加水分解性シリル基および/またはSiOH基、ならびに重合単位(α2)のヒドロキシアルキル基を、その側鎖に有することが好ましい。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、重合単位(α1)の加水分解性シリル基および/またはSiOH基、ならびに重合単位(α2)のヒドロキシアルキル基を、その側鎖に有することが好ましい。
ここで、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、このシリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含ま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(α)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、「プライマー層が、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を含有し、このシリル基含有アクリル系ポリマー(α)が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」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ことが好ましい。
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)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および/またはSiOH基が、C-Si結合を介して側鎖に結合しているものが好ましい。
このような重合単位(α1)は、(A)加水分解性シリル基および/またはSiOH基がC-Si結合を介して結合されたアクリル系モノマー(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、これをシリル基含有アクリル系モノマーに基づく重合単位とすることができる。
また、ヒドロキシアルキル基(C-OH基)を有する重合単位(α2)は、C-OH基が側鎖に結合されているものが好ましい。このような重合単位(α2)は、(B)ヒドロキシアルキル基(C-OH基)を有する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C-OH基を有するアクリル系モノマーに基づく重合単位とすることができる。
さらに、こうして得られたC-OH基含有重合単位の一部を、後述する方法で変性することにより、加水分解性シリル基を有する重合単位(α1)を得ることもできる。
このような重合単位(α1)は、(A)加水分解性シリル基および/またはSiOH基がC-Si結合を介して結合されたアクリル系モノマー(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、これをシリル基含有アクリル系モノマーに基づく重合単位とすることができる。
また、ヒドロキシアルキル基(C-OH基)を有する重合単位(α2)は、C-OH基が側鎖に結合されているものが好ましい。このような重合単位(α2)は、(B)ヒドロキシアルキル基(C-OH基)を有する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C-OH基を有するアクリル系モノマーに基づく重合単位とすることができる。
さらに、こうして得られたC-OH基含有重合単位の一部を、後述する方法で変性することにより、加水分解性シリル基を有する重合単位(α1)を得ることもできる。
(A)シリル基含有アクリル系モノマー(すなわち、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)としては、1分子中に1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、加水分解性シリル基を有し、メタクリル基を有するモノマーが好ましい。
加水分解性シリル基は、加水分解性基がシリル基のケイ素原子に直接結合した基である。すなわち、シリル基(-SiH3)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(-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、メチル基、エチル基を用いることが好ましい。
(B)C-OH基を有するアクリル系モノマーとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート((メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチルともいう)、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
また、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、前記(A)シリル基含有アクリル系モノマー、(B)C-OH基を有するアクリル系モノマー、およびメタクリル酸メチル(MMA)以外の(C)共重合可能なアクリル系モノマーに基づく重合単位を有することができる。
(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーとしては、炭素数が2~18のアルキル基を有するアクリル酸エステルやメタクリル酸エステル、炭素数12以下のシクロアルキル基を有するアクリル酸エステルやメタクリル酸エステル、エポキシ基を有するアクリル酸エステルやメタクリル酸エステル、具体的にはグリシジルメタクリレートを使用することができる。(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーは、1種類であっても良く、2種類以上であっても良い。これらの中でも、炭素数が2~16の直鎖アルキル基を有するアクリル酸エステルやメタクリル酸エステルが好ましく、具体的には、エチルメタクリレート(EMA)、n-ブチルメタクリレート(BMA)、デシルメタクリレート(DMA)、ラウリルメタクリレート(LMA)、セチルメタクリレート(CMA)等を挙げることができる。直鎖アルキル基の場合、分岐型アルキル基に比較して、プライマー層主成分のポリメタクリル酸メチルとの相溶性が高いため、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)のモノマーとして好適であり、また、直鎖の長さによってポリマーのガラス転移温度(Tg)を適切に制御することが可能となる。
(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーとしては、炭素数が2~18のアルキル基を有するアクリル酸エステルやメタクリル酸エステル、炭素数12以下のシクロアルキル基を有するアクリル酸エステルやメタクリル酸エステル、エポキシ基を有するアクリル酸エステルやメタクリル酸エステル、具体的にはグリシジルメタクリレートを使用することができる。(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーは、1種類であっても良く、2種類以上であっても良い。これらの中でも、炭素数が2~16の直鎖アルキル基を有するアクリル酸エステルやメタクリル酸エステルが好ましく、具体的には、エチルメタクリレート(EMA)、n-ブチルメタクリレート(BMA)、デシルメタクリレート(DMA)、ラウリルメタクリレート(LMA)、セチルメタクリレート(CMA)等を挙げることができる。直鎖アルキル基の場合、分岐型アルキル基に比較して、プライマー層主成分のポリメタクリル酸メチルとの相溶性が高いため、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)のモノマーとして好適であり、また、直鎖の長さによってポリマーのガラス転移温度(Tg)を適切に制御することが可能となる。
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(以下、シリル基含有重合単位ということがある。)(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0.5~49.5モル%とすることが好ましい。
シリル基含有重合単位(α1)が0.5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シロキサン単位(T単位)との反応が十分に起らず、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、シリル基含有重合単位(α1)に基づく重合単位が49.5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(α3)が50モル%以下になるため、プライマー層とのなじみ(相溶性)が悪くなる可能性がある。
シリル基含有重合単位(α1)が0.5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シロキサン単位(T単位)との反応が十分に起らず、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、シリル基含有重合単位(α1)に基づく重合単位が49.5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(α3)が50モル%以下になるため、プライマー層とのなじみ(相溶性)が悪くなる可能性がある。
ヒドロキシアルキル基(C-OH基)を有する重合単位(以下、C-OH基含有重合単位ということがある。)(α2)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0.5モル%~30モル%とすることが好ましい。
C-OH基含有重合単位(α2)の含有割合が0.5モル%未満であると、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)のハードコート層との相溶性を十分に高めることが困難となる。一方、C-OH基含有重合単位(α2)の含有割合が30モル%を超えると、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)のハードコート層との相溶性が過度に高くなり、後述するハードコート層形成組成物がプライマー層に溶け込んで、基材とプライマー層の密着力が低下するおそれがある。
C-OH基含有重合単位(α2)の含有割合が0.5モル%未満であると、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)のハードコート層との相溶性を十分に高めることが困難となる。一方、C-OH基含有重合単位(α2)の含有割合が30モル%を超えると、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)のハードコート層との相溶性が過度に高くなり、後述するハードコート層形成組成物がプライマー層に溶け込んで、基材とプライマー層の密着力が低下するおそれがある。
またさらに、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)が、前記した(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーに基づく重合単位を含有する場合は、その重合単位の含有割合は、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の個数全体の0~40モル%とすることが好ましい。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)において、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α3)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(α3)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(α3)が95モル%を超えると、加水分解性シリル基を有する重合単位(α1)の割合が低くなり、プライマー層とハードコート層の密着力が不十分となるおそれがある。
メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α3)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(α3)が95モル%を超えると、加水分解性シリル基を有する重合単位(α1)の割合が低くなり、プライマー層とハードコート層の密着力が不十分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)の特に好ましい共重合組成は、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α3)が60~95モル%、シリル基含有重合単位(α1)が0.5~15モル%、C-OH基含有重合単位(α2)が0.5~15モル%、(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーに基づく重合単位が0~35モル%である。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の共重合組成の一例を、下記式(1)に示す。このシリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、(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に基づく重合単位(α1)と、(B)C-OH基を有するアクリル系モノマーである2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)に基づく重合単位(α2)と、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α3)と、(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーであるラウリルメタクリレート(LMA)に基づく重合単位、およびn-ブチルメタクリレート(BMA)に基づく重合単位をそれぞれ有している。
式(1)の組成式において、p、q、r、s、およびtは、それぞれメタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位、ラウリルメタクリレート(LMA)に基づく重合単位、n-ブチルメタクリレート(BMA)に基づく重合単位、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、および2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)に基づく重合単位の個数の比(モル比)を表し、p+q+r+s+t=100が成立する。
p、q、r、s、tにおいて、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位のモル比pは、50~95とすることが好ましい。また、(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に基づく重合単位のモル比sは、0.5~49.5であることが好ましく、(B)C-OH基含有アクリル系モノマーである2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)に基づく重合単位のモル比tは、0.5~30であることが好ましい。さらに、(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーであるラウリルメタクリレート(LMA)およびn-ブチルメタクリレート(BMA)に基づく重合単位のモル比qおよびrは、それぞれ0~20、0~30であり、合計で0~40であることが好ましい。
[方法1]
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、例えば以下に記載する方法(方法1)により得ることができる。
すなわち、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、(A)加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有するシリル基含有アクリル系モノマーと、(B)ヒドロキシアルキル基(C-OH基)を有するアクリル系モノマー、およびメタクリル酸メチル(MMA)、さらに必要に応じて(C)共重合可能な他のアクリル系モノマーからなるモノマー成分を含有する溶液に、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)に反応させることにより得ることができる。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、例えば以下に記載する方法(方法1)により得ることができる。
すなわち、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、(A)加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有するシリル基含有アクリル系モノマーと、(B)ヒドロキシアルキル基(C-OH基)を有するアクリル系モノマー、およびメタクリル酸メチル(MMA)、さらに必要に応じて(C)共重合可能な他のアクリル系モノマーからなるモノマー成分を含有する溶液に、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)に反応させることにより得ることができる。
このような(方法1)による共重合反応で用いられる、(A)加水分解性シリル基および/またはSiOH基を有する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。
[方法2]
また、以下に記載する方法(方法2)により、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を得ることもできる。
また、以下に記載する方法(方法2)により、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を得ることもできる。
(1)第1のアクリル系ポリマー(中間体)の合成
第1のアクリル系ポリマー(中間体)は、(B)C-OH基を有するアクリル系モノマー、およびメタクリル酸メチル(MMA))、さらに必要に応じて(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーからなるモノマー成分を含有する溶液に、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)に反応させることにより得ることができる。
ここで、メタクリル酸メチル(MMA)および(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーは、それぞれに基づく重合単位の個数が、最終的に得られるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)における各重合単位の組成(モル比)となるので、これらのモノマーは、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になるように配合する。
第1のアクリル系ポリマー(中間体)は、(B)C-OH基を有するアクリル系モノマー、およびメタクリル酸メチル(MMA))、さらに必要に応じて(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーからなるモノマー成分を含有する溶液に、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)に反応させることにより得ることができる。
ここで、メタクリル酸メチル(MMA)および(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーは、それぞれに基づく重合単位の個数が、最終的に得られるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)における各重合単位の組成(モル比)となるので、これらのモノマーは、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になるように配合する。
こうして、(B)C-OH基含有アクリル系モノマーに基づくC-OH基含有重合単位(α2)、メタクリル酸メチル(MMA)に基づく重合単位(α3)、および(C)他の共重合可能なアクリル系モノマーに基づく重合単位を有する共重合体である第1のアクリル系ポリマーが得られる。
このような第1のアクリル系ポリマーは市販もされており、本発明においては、市販品、例えばヒドロキシアルキル基含有アクリル系ポリマーJR4811(商品名、三菱レイヨン社製、メチルメタクリレート(MMA)に基づく重合単位と、ラウリルメタクリレート(LMA)に基づく重合単位と、n-ブチルメタクリレート(BMA)に基づく重合単位と、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)に基づく重合単位、とのモル比が67:3:21:9、Mw16,000)のものを使用することができる。なお、JR4811の質量平均分子量Mw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、JR4811を構成する重合単位とそのモル比については、重クロロホルムへ溶解させ核磁気共鳴分析(13C-NMR、日本電子社製ECA600)により求めたものである。
(2)シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の合成
第1のアクリル系ポリマーに、少なくとも1個(好ましくは1個)の加水分解性シリル基と、C-OH基と反応可能な少なくとも1個(好ましくは1個)の官能基を有する化合物を反応させる。
第1のアクリル系ポリマーに、少なくとも1個(好ましくは1個)の加水分解性シリル基と、C-OH基と反応可能な少なくとも1個(好ましくは1個)の官能基を有する化合物を反応させる。
C-OH基と反応可能な基としては、例えば、イソシアネート基、エポキシ基等が挙げられる。これらの中でも、反応コントロールのし易さの点から、C-OH基と反応可能な基としては、イソシアネート基を好ましく用いることができる。
加水分解性シリル基とイソシアネート基とを有する化合物(以下、シリル基含有イソシアネートということがある。)としては、例えば3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアネートトリメトキシシランを使用することができる。
加水分解性シリル基とイソシアネート基とを有する化合物(以下、シリル基含有イソシアネートということがある。)としては、例えば3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアネートトリメトキシシランを使用することができる。
このようなシリル基含有イソシアネートと反応させることにより、第1のアクリル系ポリマーのC-OH基含有重合単位の一部がシリル基含有重合単位に変性される。すなわち、一部のC-OH基含有重合単位において、側鎖のC-OH基に前記シリル基含有イソシアネートのイソシアネート基が反応(ウレタン化反応)することにより、側鎖に加水分解性シリル基が導入される。第1のアクリル系ポリマーに含有されるC-OH基含有重合単位と前記シリル基含有イソシアネートのイソシアネート基のモル比を適宜調整することで、第1のアクリル系ポリマーの有するC-OH基含有重合単位の一部を、側鎖にウレタン結合を介して加水分解性シリル基が導入された重合単位とし、残りの重合単位をC-OH基含有重合単位のままで残留させることができる。
こうして、第1のアクリル系ポリマーのC-OH基含有重合単位の一部をシリル基含有重合単位に変性することにより、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)が得られる。第1のアクリル系ポリマーの有するC-OH基含有重合単位のうちで、シリル基含有イソシアネートとの反応によりシリル基含有重合単位に変性された重合単位の割合(以下、変性率と示す。)は、5~75モル%とすることができる。C-OH基含有重合単位が1個のC-OH基を含有する場合、上記変性率は、第1のアクリル系ポリマーの有するC-OH基のうちで、イソシアネート基と反応した基の割合ということもできる。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれる、C-OH基含有重合単位(α2)は、上述したように、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0.5~30モル%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)に含まれる、C-OH基含有重合単位が0.5モル%未満であると、架橋性官能基を有する化合物(β)との反応による変性体(X)の形成が十分に進行せず、プライマー層中に架橋体が形成され難くなるおそれがある。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれる、C-OH基含有重合単位が0.5モル%未満であると、架橋性官能基を有する化合物(β)との反応による変性体(X)の形成が十分に進行せず、プライマー層中に架橋体が形成され難くなるおそれがある。
方法2によるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の合成の具体例を、下記反応式(2)で示す。
この反応式(2)では、メタクリル酸メチル(MMA)と、ラウリルメタクリレート(LMA)と、n-ブチルメタクリレート(BMA)、および2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)を、67:3:21:9のモル比で共重合してなる第1のアクリル系ポリマーに、加水分解性シリル基を有するイソシアネートである3-イソシアネートプロピルトリエトキシシランを反応させることにより、C-OH基含有重合単位の一部が変性され、加水分解性シリル基(トリエトキシシリル基)が導入された重合単位となっている。
ここで、第1のアクリル系ポリマーの有するC-OH基含有重合単位のうちで、C-OH基とイソシアネート基との反応により変性されて加水分解性シリル基(トリエトキシシリル基)が導入された重合単位のモル比nと、C-OH基含有重合単位のままで残留する重合単位のモル比mとの合計は、第1のアクリル系ポリマーにおけるC-OH基含有重合単位のモル比である9となっている(n+m=9)。そして、n/(n+m=9)が、前記したOH基含有重合単位の変性率となる。
シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、質量平均分子量Mwが、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、ポリマーの粘度が高くなるため、これを含むプライマー層形成用組成物(後述する)の塗布が困難になり、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(P)との絡み合いが弱くなり、プライマー層の強度が低下して耐候性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ことが好ましい。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)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、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)の側鎖に結合した加水分解性シリル基と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可能性がある。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可能性がある。
ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)は、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)と反応して変性体(X)を形成するためのものである。
すなわち、化合物(β)に含まれる架橋性官能基は、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれるヒドロキシル基と結合して変性体(X)を形成するとともに、他の変性体(X)に含まれるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の側鎖に結合したヒドロキシル基と反応することで、変性体(X)同士の架橋構造を形成することができる。
すなわち、化合物(β)に含まれる架橋性官能基は、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれるヒドロキシル基と結合して変性体(X)を形成するとともに、他の変性体(X)に含まれるシリル基含有アクリル系ポリマー(α)の側鎖に結合したヒドロキシル基と反応することで、変性体(X)同士の架橋構造を形成することができる。
このような架橋構造が形成されることで、プライマー層3の内部に、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)を均一に存在させることができる。特に、プライマー層3とハードコート層4との界面Sに存在する加水分解性シリル基が、架橋構造により固定化されるため、プライマー層3に含まれる加水分解性シリル基と、ハードコート層4に含まれるオルガノポリシロキサン(T単位)が有する硬化性の末端基Si-OXとの反応が界面Sで生じ、シロキサン結合(-O-Si-O-)が生成する。したがって、プライマー層3とハードコート層4との間の密着性、特に耐候密着性が高められる。
ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基としては、例えば、イソシアネート基、カルボジイミド基、エポキシ基等が挙げられる。
化合物(β)としては、ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基により、変性体(X)同士の架橋体を形成できるものであれば特に限定されないが、例えば、下記に示すブロックイソシアネートを好適に用いることができる。
ブロックイソシアネートは、加熱処理等することでイソシアネートを生成するイソシアネート前駆体であり、このブロックイソシアネートを用いることにより、ポリイソシアネートを用いたときと比較して、プライマー層形成用組成物の貯蔵安定性が向上する。また、プライマー層形成用組成物の調製時にアルコール系溶媒を使用できるため、アルコール系溶媒を使用できないポリイソシアネートと比較して、プライマー層形成用組成物の調製し易さの点から好ましい。
ブロックイソシアネートは、加熱処理等することでイソシアネートを生成するイソシアネート前駆体であり、このブロックイソシアネートを用いることにより、ポリイソシアネートを用いたときと比較して、プライマー層形成用組成物の貯蔵安定性が向上する。また、プライマー層形成用組成物の調製時にアルコール系溶媒を使用できるため、アルコール系溶媒を使用できないポリイソシアネートと比較して、プライマー層形成用組成物の調製し易さの点から好ましい。
ブロックイソシアネートとは、分子内に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネートにブロック剤を反応させることにより得られる化合物である。
イソシアネ-トとしては、1,6-ヘキサンジイソシアネ-ト、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネ-ト、2,4-トリレンジイソシアネ-ト、2,6-トリレンジイソシアネ-ト、キシリレンジイソシアネ-ト、4,4′ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、4,4′-水酸化ジイソシアネ-ト、イソホロンジイソシアネ-ト、1,5-ナフタレンジイソシアネ-ト、4,4-ジフェニルジイソシアネ-ト、1,3―ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、フェニレン1,4-ジイソシアネ-ト、フェニレン2,6-ジイソシアネ-ト、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネ-ト、又はヘキサメチレンジイソシアネートなどが挙げられる。
また、これらのポリイソシアネート化合物と多価アルコール、低分子量ポリエステル樹脂との付加物、上記ポリイソシアネート化合物同士の環化重合体、またはイソシアネート・ビュレット体なども挙げられる。中でも、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート化合物や脂肪族ポリイソシアネート化合物と多価アルコールとの付加物、脂肪族ポリイソシアネート化合物同士の環化重合体などが、耐候性に優れるため好ましい。
イソシアネ-トとしては、1,6-ヘキサンジイソシアネ-ト、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネ-ト、2,4-トリレンジイソシアネ-ト、2,6-トリレンジイソシアネ-ト、キシリレンジイソシアネ-ト、4,4′ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、4,4′-水酸化ジイソシアネ-ト、イソホロンジイソシアネ-ト、1,5-ナフタレンジイソシアネ-ト、4,4-ジフェニルジイソシアネ-ト、1,3―ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、フェニレン1,4-ジイソシアネ-ト、フェニレン2,6-ジイソシアネ-ト、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネ-ト、又はヘキサメチレンジイソシアネートなどが挙げられる。
また、これらのポリイソシアネート化合物と多価アルコール、低分子量ポリエステル樹脂との付加物、上記ポリイソシアネート化合物同士の環化重合体、またはイソシアネート・ビュレット体なども挙げられる。中でも、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート化合物や脂肪族ポリイソシアネート化合物と多価アルコールとの付加物、脂肪族ポリイソシアネート化合物同士の環化重合体などが、耐候性に優れるため好ましい。
上記ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基に反応させるブロック剤としては、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム等のオキシム類、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン等の活性メチレン化合物、アルコ-ル類、フェノ-ル類、ε-カプロラクタム、メルカプタン類、アミン類、イミド類、酸アミド類、イミダゾ-ル類、尿素類、カルバミン酸塩類、イミン類、又は亜硫酸塩類などが用いられる。
ブロックイソシアネート化合物としては、具体的には、例えば、デュラネート17B-60PX、TPA-B80E、TPA-B80X、MF-B60X、E402-B80T、ME20-B80S、MF-K60X、K6000(これらは商品名、旭化成ケミカルズ株式会社製、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、HDIとも言う。)系ブロックイソシアネート。)、又はタケネートB-882N(商品名、三井化学ポリウレタン株式会社製、HDI系ブロックイソシアネート。)、タケネートB-830(商品名、三井化学ポリウレタン株式会社製、トリレンジイソシアネート系ブロックイソシアネート)、タケネートB-815N(商品名、三井化学ポリウレタン株式会社製、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネ-ト系ブロックイソシアネート)、タケネートB-846N(商品名、三井化学ポリウレタン株式会社製、1,3―ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン系ブロックイソシアネート)、コロネートAP-M、2503、2515、2507、2513、又はミリオネートMS-50(商品名、日本ポリウレタン工業株式会社製、1,3―ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン系ブロックイソシアネート)などの市販されているものが挙げられ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用できる。これらの中でも、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族系ポリイソシアネートを利用したブロックイソシアネートが、耐候性の観点から好ましい。
プライマー層形成用組成物の硬化温度は、ブロック剤が脱離する温度に依存するが、ブロック剤の脱離温度は、ポリイソシアネートの構造およびブロック剤の構造により適宜調整することができる。熱硬化時における樹脂基板の変形を防止する観点から、プライマー層形成用組成物の硬化温度が200℃以下となるブロックイソシアネートを用いるのが好ましい。
ヒドロキシアルキル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)(以下、単に化合物(β)と記すことがある。)は、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれるヒドロキシル基に対してブロックイソシアネートから生成するイソシアネート基が0.5~2当量の割合で配合することが好ましい。
化合物(β)の配合量が、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれるヒドロキシアルキル基に対して0.5当量未満であると、変性体(X)が十分に形成されないおそれがある。一方、化合物(β)の配合量が、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれるヒドロキシアルキル基に対して2当量を超えると、変性体(X)に未反応のイソシアネート基等が残存し、経時的に水分などと反応することで架橋密度が上昇して、プライマー層が過度に硬くなるおそれがある。
化合物(β)の配合量が、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれるヒドロキシアルキル基に対して0.5当量未満であると、変性体(X)が十分に形成されないおそれがある。一方、化合物(β)の配合量が、シリル基含有アクリル系ポリマー(α)に含まれるヒドロキシアルキル基に対して2当量を超えると、変性体(X)に未反応のイソシアネート基等が残存し、経時的に水分などと反応することで架橋密度が上昇して、プライマー層が過度に硬くなるおそれがある。
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)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、さらに光安定剤や、ヒドロキシアルキル基とイソシアネート基との硬化触媒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)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。
硬化触媒としては、ジ-n-ブチル錫ジラウレート、ジ-n-ブチル錫アセテート、ジ-n-ブチル錫ジオクタノエート、ジ-n-ブチル錫ビス(2-エチルヘキシルマレエート)、ジメチルヒドロキシ錫オレエート、ジメチル錫ジネオデカノエート、ジ-n-オクチル錫ジラウレート、ジ-n-オクチル錫ジマレエート、n-ブチル錫トリス(2-エチルヘキサノエート)などの有機錫化合物、ジメチルエタノールアミン、トリエチレンジアミンなどの第3級アミン類などが挙げられる。これらは、単独または2種類以上を併用してもよい。
硬化触媒の含有量は、プライマー層の樹脂成分100質量部に対して0.001~3.0質量部であることが好ましく、0.002~2.0質量部であることがより好ましい。
硬化触媒の含有量が、プライマー層の樹脂成分100質量部に対して0.001質量部未満であると、架橋反応の促進作用を十分に得られず、3.0質量部を超えると、プライマー層の硬化が過度に進行し、ハードコート層との密着性が低下する可能性がある。
硬化触媒の含有量は、プライマー層の樹脂成分100質量部に対して0.001~3.0質量部であることが好ましく、0.002~2.0質量部であることがより好ましい。
硬化触媒の含有量が、プライマー層の樹脂成分100質量部に対して0.001質量部未満であると、架橋反応の促進作用を十分に得られず、3.0質量部を超えると、プライマー層の硬化が過度に進行し、ハードコート層との密着性が低下する可能性がある。
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)、化合物(β)、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、ジアセトンアルコール、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、フローコート法、ダイコート法、スピン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7μm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。
[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)
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。
モノマーは、(R’-)aSi(-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。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。
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)2(-O*-)
T2:R-Si(-OX)(-O*-)2
T3:R-Si(-O*-)3
(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。)
T2:R-Si(-OX)(-O*-)2
T3:R-Si(-O*-)3
(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)3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。
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)3で表されるTモノマー以外の(R’-)aSi(-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’-)aSi(-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’-)aSi(-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。
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、(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)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、(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(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、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、コロイダルシリカ(後述する)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-CH3=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-CH3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。
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。
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。
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る、最終的に得られるハードコート層にクラックが発生する、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以下、あるいは7.0以上の条件下では、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、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。
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、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。
プライマー層上に塗布された上記シリコーン系ハードコート層形成用組成物は、通常、0℃以上の温度から、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8μm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。
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SiO2となるトップコート層を施してもよい。主成分がSiO2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6~8は比較例である。
[1]プライマー層形成用組成物の調製
[1-1]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)と紫外線吸収剤ジベンゾレゾルシノール(クラリアント社製、DBR)をPMMA100質量部に対してDBRを10質量部の割合で配合した。これを、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、ポリメタクリル酸メチル溶液P-1を得た。
[1-1]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)と紫外線吸収剤ジベンゾレゾルシノール(クラリアント社製、DBR)をPMMA100質量部に対してDBRを10質量部の割合で配合した。これを、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、ポリメタクリル酸メチル溶液P-1を得た。
なお、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。
[1-2]Si基含有アクリル樹脂溶液の調製
(合成例1)
アクリル系ポリマーJR4811(商品名、三菱レイヨン社製、メチルメタクリレート(MMA)に基づく重合単位とラウリルメタクリレート(LMA)に基づく重合単位とn-ブチルメタクリレート(BMA)に基づく重合単位とヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)に基づく重合単位とのモル比が67:3:21:9、Mw16,000)のトルエン溶液(不揮発分22質量%)125gを、撹拌機、コンデンサーおよび温度計を備えた0.5リットルフラスコに窒素気流下で入れ、これに、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン(IPTE)11.7gと触媒としてジブチルスズジラウレート(東京化成社製)0.004gを添加し、80℃で3時間反応させた。反応溶液をヘキサンに入れ、再沈精製を行なった。
精製物のNMR測定の結果から、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)のOH基(C-OH基)の変性率は50%であることがわかった。
得られた精製物を、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%になるように調整した。こうして得られたSi基含有アクリル樹脂溶液をSi基含有アクリル樹脂溶液S-1とした。
(合成例1)
アクリル系ポリマーJR4811(商品名、三菱レイヨン社製、メチルメタクリレート(MMA)に基づく重合単位とラウリルメタクリレート(LMA)に基づく重合単位とn-ブチルメタクリレート(BMA)に基づく重合単位とヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)に基づく重合単位とのモル比が67:3:21:9、Mw16,000)のトルエン溶液(不揮発分22質量%)125gを、撹拌機、コンデンサーおよび温度計を備えた0.5リットルフラスコに窒素気流下で入れ、これに、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン(IPTE)11.7gと触媒としてジブチルスズジラウレート(東京化成社製)0.004gを添加し、80℃で3時間反応させた。反応溶液をヘキサンに入れ、再沈精製を行なった。
精製物のNMR測定の結果から、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)のOH基(C-OH基)の変性率は50%であることがわかった。
得られた精製物を、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%になるように調整した。こうして得られたSi基含有アクリル樹脂溶液をSi基含有アクリル樹脂溶液S-1とした。
(合成例2)
撹拌機、コンデンサーおよび温度計を備えた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)101g、ラウリルメタクリレート(LMA)12g、n-ブチルメタクリレート(BMA)45g、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)9g、3-メタクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTM)17g、およびジアセトンアルコール274gを混合したものを入れ、80℃に加熱した。さらに、重合開始剤として2,2´-アゾビス(イソブチロニトリル)0.9gを投入し、80~90℃で3時間撹拌して、MMA、LMA、BMA、HEMAおよびMPTMを共重合させた。なお、各モノマー成分のモル比は、MMA:LMA:BMA:HEMA:MPTM=67:3:21:4.5:4.5であり、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、Si基含有アクリル樹脂溶液S-2を得た。得られたSi基含有アクリル樹脂のMwは75,000であった。
撹拌機、コンデンサーおよび温度計を備えた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)101g、ラウリルメタクリレート(LMA)12g、n-ブチルメタクリレート(BMA)45g、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)9g、3-メタクリロオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTM)17g、およびジアセトンアルコール274gを混合したものを入れ、80℃に加熱した。さらに、重合開始剤として2,2´-アゾビス(イソブチロニトリル)0.9gを投入し、80~90℃で3時間撹拌して、MMA、LMA、BMA、HEMAおよびMPTMを共重合させた。なお、各モノマー成分のモル比は、MMA:LMA:BMA:HEMA:MPTM=67:3:21:4.5:4.5であり、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、Si基含有アクリル樹脂溶液S-2を得た。得られたSi基含有アクリル樹脂のMwは75,000であった。
[1-3]プライマー層形成用組成物の調製
(調製例1)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P-1)80g、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1) 20gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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とを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-1を得た。
(調製例1)
ポリメタクリル酸メチル溶液(P-1)80g、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1) 20gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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とを投入して、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)80g、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1) 20gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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(TINUVIN479、BASF社製)0.2gとを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-2を得た。
ポリメタクリル酸メチル溶液(P-1)80g、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1) 20gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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(TINUVIN479、BASF社製)0.2gとを投入して、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)70g、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1) 30gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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)0.7gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.3gとを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-3を得た。
ポリメタクリル酸メチル溶液(P-1)70g、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1) 30gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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)0.7gとトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN477、BASF社製)0.3gとを投入して、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、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1) 40gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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とを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-4を得た。
ポリメタクリル酸メチル溶液(P-1)60g、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1) 40gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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とを投入して、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、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-2) 20gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-2)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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とを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-5を得た。
ポリメタクリル酸メチル溶液(P-1)80g、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-2) 20gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-2)に含まれるOH基に対して1当量投入し、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とを投入して、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とを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-6を得た。
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とを投入して、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、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-2)20gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、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とを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-7を得た。
ポリメタクリル酸メチル溶液(P-1)80g、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-2)20gを混合し、混合溶液とした。この混合溶液に、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とを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-7を得た。
(調製例8)
Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)100gに、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、さらに紫外線吸収剤としてトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN479、BASF社製)1gとを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-8を得た。
Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)100gに、HDI系ブロックイソシアネートTPA-B60E(旭化成ケミカルズ製)を、Si基含有アクリル樹脂溶液(S-1)に含まれるOH基に対して1当量投入し、さらに紫外線吸収剤としてトリアジン系紫外線吸収剤(TINUVIN479、BASF社製)1gとを投入して、プライマー層形成用組成物Pr-8を得た。
[2]ハードコート層形成用組成物
オルガノポリシロキサンの分析を以下に示す項目および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)
以下、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-CH3)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-CH3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-CH3に由来する吸収との面積比から、Si-OH/SiO-CH3の個数の比を求めた。
(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)
以下、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-CH3)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-CH3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-CH3に由来する吸収との面積比から、Si-OH/SiO-CH3の個数の比を求めた。
(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、核磁気共鳴分析装置(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)3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~T3)
T0:-40~-41ppm、
T1:-49~-50ppm、
T2:-57~-59ppm、
T3:-66~-70ppm。
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、核磁気共鳴分析装置(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)3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~T3)
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。
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。
[2-1]オルガノポリシロキサン(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-CH3のみである。T体の存在比は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を含有する溶液(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1H-NMRにより、原料であるKR-500との比較を行ったところ、SiO-CH3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-CH3の比は41.0であった。MSi-1はT体結合構造からなり、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。また、MSi-1のMnは520、Mwは1150、Mw/Mnは2.22であった。
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-CH3のみである。T体の存在比は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を含有する溶液(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1H-NMRにより、原料であるKR-500との比較を行ったところ、SiO-CH3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-CH3の比は41.0であった。MSi-1はT体結合構造からなり、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。また、MSi-1のMnは520、Mwは1150、Mw/Mnは2.22であった。
[2-2]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%)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日間熟成して、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)3](RはCH3)がほぼ存在せず、原料のメチルトリメトキシシランは、オリゴマー状のオルガノポリシロキサン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)100質量部に、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、不揮発成分が25質量%(150℃、45分)、粘度が4.4mPa・sのオルガノポリシロキサン(b)PSi-1組成物の溶液を調製した。
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%)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日間熟成して、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)3](RはCH3)がほぼ存在せず、原料のメチルトリメトキシシランは、オリゴマー状のオルガノポリシロキサン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)100質量部に、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、不揮発成分が25質量%(150℃、45分)、粘度が4.4mPa・sのオルガノポリシロキサン(b)PSi-1組成物の溶液を調製した。
[2-3]ハードコート層形成用組成物の調製
上記[2-1]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[2-2]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。
上記[2-1]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[2-2]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。
[3]ハードコート被膜付き樹脂基板の作製
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。
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分間硬化させた。
つぎに、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た。この操作を、ポリカーボネート樹脂板の両面に施して、ハードコート被膜付き樹脂基板を作製した。
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分間硬化させた。
つぎに、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た。この操作を、ポリカーボネート樹脂板の両面に施して、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の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-2を用いたこと以外は、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。
プライマー層形成用組成物Pr-1の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-2を用いたこと以外は、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に代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-3を、膜厚が5μmとなるようにディップコート方式で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。
プライマー層形成用組成物Pr-1に代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-3を、膜厚が5μmとなるようにディップコート方式で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の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-4を用いたこと以外は、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。
プライマー層形成用組成物Pr-1の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-4を用いたこと以外は、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に代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-5を、膜厚が5μmとなるようにディップコート方式で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。
プライマー層形成用組成物Pr-1に代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-5を、膜厚が5μmとなるようにディップコート方式で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の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-6を用いたこと以外は、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。
プライマー層形成用組成物Pr-1の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-6を用いたこと以外は、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の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-7を用いたこと以外は、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。
プライマー層形成用組成物Pr-1の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-7を用いたこと以外は、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の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-8を用いたこと以外は、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。
プライマー層形成用組成物Pr-1の代わりに、プライマー層形成用組成物Pr-8を用いたこと以外は、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。
[4]ハードコート被膜付き樹脂基板の評価
上記[3]の例1~5および例6~8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、初期の外観、膜厚、耐擦傷性、密着性、および耐候試験後の外観(耐候クラック性)、耐候密着性の測定・評価の結果を、プライマー層形成用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。
上記[3]の例1~5および例6~8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、初期の外観、膜厚、耐擦傷性、密着性、および耐候試験後の外観(耐候クラック性)、耐候密着性の測定・評価の結果を、プライマー層形成用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>外観
初期のハードコート被膜(プライマー層とハードコート層を合わせた被膜全体。)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または剥離あり
<1-1>外観
初期のハードコート被膜(プライマー層とハードコート層を合わせた被膜全体。)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または剥離あり
<1-2>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500回転後のヘーズ(曇価)を測定し、試験後と試験前の曇価差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。
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500回転後のヘーズ(曇価)を測定し、試験後と試験前の曇価差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。
<1-3>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。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で初期密着性を表示した。
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。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で初期密着性を表示した。
<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、光の照射、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/cm2、ブラックパネル温度63℃、相対湿度80%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。なお、光照射の際の照度は、照度計(ウシオ電機社製、商品名「UIT-101」)で測定したものである。さらに、前記結露の前後にシャワーを各10秒間ずつ実施した。
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、光の照射、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/cm2、ブラックパネル温度63℃、相対湿度80%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。なお、光照射の際の照度は、照度計(ウシオ電機社製、商品名「UIT-101」)で測定したものである。さらに、前記結露の前後にシャワーを各10秒間ずつ実施した。
<2-1>耐候クラック性
前記耐候性試験(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または剥離あり
前記耐候性試験(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または剥離あり
<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。
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。
表1からわかるように、プライマー層に、側鎖に加水分解性シリル基とヒドロキシアルキル基とが結合されたシリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、架橋性官能基(イソシアネート基)を二以上有する化合物(β)(HDI系ブロックイソシアネート)と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、架橋性官能基(イソシアネート基)を二以上有する化合物(β)(HDI系ブロックイソシアネート)を有しない例7のハードコート被膜付き樹脂基板では、ハードコート層とプライマー層との密着性が不十分であるため、初期のヘーズ(曇価)が大きいうえ、テーバー試験後のヘーズ(曇価)差が大きくなっており、ハードコート被膜の初期耐擦傷性が不十分であった。また、耐候性試験後の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「×」となり不合格であるばかりでなく、密着性も悪かった。
また、プライマー層に、アクリル系ポリマー(P)を配合しない例8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、樹脂基板の変形に対するプライマー層の追従性に劣っており、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。
本発明により得られるハードコート被膜を有する樹脂基板は、優れた耐擦傷性、耐候性を有するものであり、自動車や各種交通機関に取り付けられる車両用の窓材、家屋、ビル等の建物に取り付けられる建材用の窓材等として有用である。
なお、2010年12月21日に出願された日本特許出願2010-284381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。
なお、2010年12月21日に出願された日本特許出願2010-284381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 (15)
- 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)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、
前記プライマー層は、更にシリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)を含有し、
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、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、並びにヒドロキシアルキル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(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る、
ことを特徴とするハードコート被膜付き樹脂基板。 - 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0.5~49.5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。
- 前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)は、前記ヒドロキシアルキル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0.5~30モル%の割合で含有する、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。
- 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、該加水分解性シリル基および/またはSiOH基がC-Si結合を介して側鎖に結合された重合単位である、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。
- 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しないことを特徴とする請求項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。
- 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1~5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。
- 前記架橋性官能基がイソシアネート基、カルボジイミド基、エポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1~6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。
- 前記変性体(X)は、前記ヒドロキシアルキル基を有する重合単位の該ヒドロキシアルキル基の一部と、前記ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)の該架橋性官能基とを反応させて得られるものである、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。
- 前記プライマー層は、一の変性体(X)に含まれるヒドロキシアルキル基と、他の変性体(X)に含まれる前記架橋性官能基との反応により、二以上の変性体(X)が架橋された架橋体を含有する、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。
- 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20,000~1,000,000である、請求項1~9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。
- 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、前記プライマー層における含有量は、50~98質量%である、請求項1~10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。
- 前記プライマー層の膜厚は0.1μm~7μmである、請求項1~11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。
- 前記ハードコート層の膜厚は0.1μm~10μmである、請求項1~12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。
- 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、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、並びにヒドロキシアルキル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(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、
前記プライマー層形成用組成物は、更に前記シリル基含有アクリル系ポリマー(α)と、ヒドロキシル基と反応可能な架橋性官能基を二以上有する化合物(β)とを反応させてなる変性体(X)を含有す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。 - 請求項1~13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を製造する、請求項14に記載のハードコート被膜付き樹脂基板の製造方法。
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