コア−シェル型ナノ粒子
本発明は、光学コーティングの形成に好適な、コア−シェル型ナノ粒子を含む組成物であって、上記ナノ粒子が、（ａ）ポリマーを含むコア材料と、（ｂ）金属酸化物を含むシェル材料とを含む、組成物に関する。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、新規なナノ粒子を含むコーティングに関する。より具体的には、本発明は、ポリマー−金属酸化物または中空金属酸化物のコア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティング、その調製方法、およびその潜在的用途に関する。
【０００２】
ナノ粒子を使用して光学コーティングを作製することは周知である。このようなコーティングを用いて様々な光学機能を達成することができる。例えば、反射防止コーティングは、基材よりも低い効果的な屈折率を有する多孔質のコーティングを形成することにより得られる（米国特許第２，４３２，４８４号明細書）。典型的には、この反射防止系はバインダーおよびナノ粒子を含んでいる。例えば、米国特許第６，９２１，５７８号明細書には、ナノ粒子の存在下に酸触媒を用いてバインダー（例えば、オルトケイ酸テトラエチルＴＥＯＳ）を加水分解する、反射防止コーティング系の調製方法が記載されている。このような手法により反射防止特性を有するコーティングを得ることが可能であるが、幾つかの欠点にも悩まされている。例えば、再現性のある光学および機械特性を有するコーティングが得られる安定なコーティング組成物を作製することは容易ではないので、このようなコーティングを工業規模で作製することが困難な可能性がある。同様に、好適な光学特性（屈折率等）を有するコーティングを製造するためには、高い多孔性を実現する必要がある。これは、バインダー中に空隙を組み込むことにより達成することができるが、そうすることにより機械特性が失われてしまう。
【０００３】
コーティング中で中空または多孔質の粒子を利用することが提案されている（例えば、欧州特許第１６７４８９１号明細書、米国特許公開第２００４／０５８１７７号明細書、国際公開第２００５０２１２５９号パンフレット、国際公開第２００５／０５９６０１号パンフレット、国際公開第２００６／０３０７２０号パンフレット、および国際公開第２００６／０３３４５６号パンフレット参照）。こうすることにより、バインダーネットワーク内ではなく粒子内部に空隙が設けられ、その結果として、反射防止コーティングの機械的安定性が向上する。このような中空粒子系には明らかな利点があるにも拘わらず、ここにも幾つかの欠点がある。例えば、先行技術の中空粒子は、寸法および形態の制御が難しいことが示されている。このことにより、適切かつ再現性のある特性を有するコーティングを製造することが困難になる。また、このような粒子の製造を特に工業規模で行う場合は問題が生じやすくなる可能性がある。さらに、特定の場合においては単分散系が望ましく、これは、先行技術の方法では得ることが困難な可能性がある。加えて、粒子中に空隙を生じさせる方法は、光学コーティング中に使用するのに必ずしも適合するわけではない。
【０００４】
意外にも、ポリマーコア−金属酸化物シェル粒子のバッチを再現性のある方法で製造し、反射防止コーティング等の光学コーティング中に使用することが可能であることが見出された。このようなコーティングは、ナノ粒子を同程度に充填した同程度の反射率を示すコーティングよりも高い機械的安定性を示す。
【０００５】
本発明の一態様によれば、
（ａ）ポリマーを含むコア材料と、
（ｂ）金属酸化物を含むシェル材料と
を含むコア−シェル型ナノ粒子を含む、光学コーティングの形成に好適な組成物が提供される。
【０００６】
本発明の特定の実施形態においては、
（ａ）ポリマーを含むコア材料と、
（ｂ）金属酸化物、好ましくはシリカを含むシェル材料と
を含むコア−シェル型ナノ粒子を含むコーティング組成物であって、上記ナノ粒子がロッド状または芋虫状の形態を有する、組成物が提供される。特定の実施形態においては、ポリマーは、カチオン的に安定化されたコポリマーミセル、より好ましくは、ジブロックまたはトリブロックコポリマーを含む。他の好ましい実施形態においては、ポリマーは、カチオン的に安定化されたラテックスを含む。
【０００７】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子を含み、この粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、光学コーティングが提供される。
【０００８】
本発明のさらなる態様によれば、光学コーティングを形成する方法であって、
（ａ）コア−シェル型ナノ粒子を含む組成物を基材に適用するステップと、
（ｂ）上記組成物を硬化させることによってネットワークを強化し、そしてポリマーコアを除去するステップと
を含み、このコア−シェル型ナノ粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、方法が提供される。
【０００９】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子の光学用途のための使用が提供される。
【００１０】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティング組成物で少なくとも一部がコーティングされた基材であって、この粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、基材が提供される。
【００１１】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティング組成物で少なくとも一部がコーティングされた基材を含む物品であって、この粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、物品が提供される。
【００１２】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子を含む薄膜コーティングであって、この粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、薄膜コーティングが提供される。本明細書において用いられる「薄膜」とは、平均厚さが３００ｎｍ以下であるコーティングを指す。
【００１３】
本明細書において用いられる「ナノ粒子」という用語は、平均一次粒度が１μｍ未満、好ましくは５００ｎｍ未満、より好ましくは３５０ｎｍ未満である粒子を指す。粒度は、動的光散乱（ＤＬＳ）および透過型電子顕微鏡観察（ＴＥＭ）によって測定することができる。
【００１４】
本明細書において用いられる「コア−シェル」という用語は、ポリマー材料（例えば、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロック−コポリマー等）を含むコア材料と金属酸化物（例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化スズ等）を含むシェル材料とを含む粒子を指す。
【００１５】
本明細書において用いられる「バインダー」という用語は、ナノ粒子を物理的または化学的に架橋し、好ましくは、粒子を基材に結合させることもできる物質を指す。
【００１６】
本明細書において用いられる「固形分重量の」という用語は、水を含む溶媒を全て除去した後の重量百分率を指す。
【００１７】
特段の指定が無い限り、本明細書における参考文献はすべて参照により本明細書に援用するものとする。
【００１８】
本明細書の本文および特許請求の範囲全体を通して、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」という単語ならびにその単語の変形、例えば「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、「含むがこれらに限定されるものではない」ことを意味し、それ以外の部分、添加剤、成分、整数、またはステップを除外することを意図するものではない（除外しない）。
【００１９】
本明細書の本文および特許請求の範囲全体を通して、単数形には、その文脈において別段の必要がない限り、複数形が包含される。特に、不定冠詞が用いられている場合、本明細書は、その文脈において別段の必要がない限り、単数と同様に複数も意図しているものと理解されたい。
【００２０】
本発明の特定の態様、実施形態、または実施例と一緒に記載される特徴、整数、特性、化合物、化学部分、または基は、不適合でない限り、本明細書に記載される他の任意の態様、実施形態、または実施例にも適用可能であると理解されたい。
【００２１】
本発明は、コア−シェル型ナノ粒子およびその光学コーティング中における使用に関する。本発明の粒子は、ポリマーを含むコアと、金属酸化物を含むシェルとを含む。
【００２２】
本発明において使用されるナノ粒子は任意の好適なサイズであってもよい。好ましくは、粒子の平均特定サイズ（ａｖｅｒａｇｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｉｚｅ）ｇ（ここで、ｇ＝１／２×（長さ＋幅））は約３００ｎｍ以下である。より好ましくは、粒子の平均サイズは約２００ｎｍ以下である。よりさらに好ましくは、粒子の平均サイズは約１００ｎｍ以下である。好ましくは、粒子の平均サイズは１ｎｍ以上、より好ましくは、粒子の平均サイズは約１０ｎｍ以上である。
【００２３】
好ましくは、空隙の平均特定サイズは１ｎｍ以上、より好ましくは３ｎｍ以上、よりさらに好ましくは６ｎｍ以上である。好ましくは、空隙の平均特定サイズは１００ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以下、よりさらに好ましくは７０ｎｍ以下である。
【００２４】
好ましくは、シェルの厚みは少なくとも１ｎｍ、より好ましくは少なくとも５ｎｍ、よりさらに好ましくは少なくとも１０ｎｍである。好ましくは、シェルの厚みは７５ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下、よりさらに好ましくは２５ｎｍ以下である。
【００２５】
ナノ粒子は、種類、サイズ、および形状の異なる粒子の混合物を含んでいてもよい。しかしながら、好ましくは、ナノ粒子は、適度に均一なサイズおよび形状を有する比較的単分散なものである。
【００２６】
一実施形態においては、本明細書において使用される粒子は、好ましくはロッド状または芋虫状粒子等の非球状である。他の好ましい実施形態においては、粒子は、ほぼ球状である。
【００２７】
好ましい実施形態においては、空隙率は、好ましくは約５％〜約９０％、より好ましくは約１０％〜約７０％、よりさらに好ましくは約２５％〜約５０％である。空隙率（ｘ）は以下の等式に従い求めてもよい：
【数１】
（式中、ｒａは、コアの半径であり、ｒｂは、外側のシェルの半径である）。
【００２８】
本明細書において使用されるナノ粒子は、ポリマーを含むコア材料を含む。任意の好適なポリマー、例えば、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびこれらの組合せ等を使用してもよい。
【００２９】
好ましくは、コアは、ポリマーの約３０重量％以上、より好ましくは約５０重量％以上、よりさらに好ましくは約７０重量％以上、より一層好ましくは約９０％以上を構成する。
【００３０】
本発明においては、コア材料の一部または全部を粒子から除去することが必要となる場合がある。これは、任意の好適な方法により製造工程の任意の好適な時点で達成してもよい。好ましい方法としては、例えば、熱分解、光分解、溶剤洗浄、電子線、レーザー、触媒分解、およびこれらの組合せが挙げられる。好ましくは、コアは、ナノ粒子をコーティングまたはコーティング形成に用いられる組成物に添加した後に除去される。したがって、本発明の範囲は、コアが存在し、そのコアが部分的または完全に除去されているコア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティングも包含する。
【００３１】
好ましい実施形態においては、コアは、熱分解性または熱不安定性ポリマーを含む。好ましいポリマーは、６００℃以下、より好ましくは４５０℃以下、よりさらに好ましくは３５０℃以下で不安定化するものである。好ましくは、ポリマーは、室温以上、より好ましくは１５０℃以上、よりさらに好ましくは２５０℃以上で不安定化する。好適な熱不安定性ポリマーとしては、例えば、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびこれらの組合せが挙げられる。
【００３２】
好ましくは、コアは、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ（メタ）アクリレート、ポリメタクリレート、およびこれらの組合せから選択されるポリマーを含む。
【００３３】
好ましくは、コアは、ポリ（メタ）アクリレートを含む。ポリ（メタ）アクリレートとは、１種またはそれ以上のビニルモノマーの（コ）ポリマーであると理解される。好適な（（恒久的）４級化が可能でない（ｎｏｎ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ）ｑｕａｔｅｒｎｉｓａｂｌｅ））モノマーの例としては、スチレン（スチレンそのもの、アルファ−メチルスチレン（ｍｅｔｈｌｙｓｔｙｌｅｎｅ）、ｏ−、ｍ−、およびｐ−エチルスチレン、ｏ−、ｍ−、およびｐ−エチルスチレン、ｐ−クロロスチレン、ｐ−ブロモスチレン等）；アルカノール（通常はＣ１〜Ｃ１２）およびシクロアルカノール（通常はＣ５〜Ｃ１２）の直鎖および分岐のアクリルおよびメタクリル酸エステル（メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸イソボルニル、およびメタクリル酸シクロヘキシル、ならびに対応するアクリル酸エステル等）；ビニルエステル（酢酸ビニル、アルカン酸ビニル等）；ハロゲン化ビニル（塩化ビニル等）；ハロゲン化ビニリデン（塩化ビニリデン等）；ジエン（１，３−ブタジエンやイソプレン等）が挙げられる。
【００３４】
官能基を有するモノマー（例えば、架橋性を付与するためのもの）が場合により含まれていてもよく、その例としては、ヒドロキシおよびエポキシ基を有する（メタ）アクリル酸エステル（メタクリル酸ヒドロキシアルキル（通常はＣ１〜Ｃ１２）、例えば、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸グリシジル、および対応するアクリル酸エステル等）に加えて、ケトおよびアルデヒド基を有するモノマー（アクロレイン、メタクロレイン、メチルビニルケトン等）、アクリル酸およびメタクリル酸ヒドロキシアルキル（通常はＣ１〜Ｃ１２）エステルのアセトアセトキシエステル（アセトアセトキシエチルアクリレートおよびメタクリレート等）に加えて、ケトまたはアルデヒド含有アミド（ジアセトンアクリルアミド等）が挙げられる。第３級アミン基を有するモノマーとしては、例えば、オリゴマーの形成に使用される非イオン性アミン基を有するビニルモノマー（成分ｉ）、（ａ））が挙げられ、これらに限定されるものではないが、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノヘキシル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ−メチル−Ｎ−ブチル−アミノエチル（メタ）アクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、２−（１，１，３，３，−テトラメチルブチルアミノ）エチル（メタ）アクリレート、ベータ−モルホリノエチル（メタ）アクリレート、４−（ベータ−アクリロキシエチル）ピリジン、ビニルベンジルアミン、ビニルフェニルアミン、２−ビニルピリジン、または４−ビニルピリジン、ｐ−アミノスチレン、ジアルキルアミノスチレン（ｄｉａｌｋｙａｍｉｎｏｓｔｙｌｅｎｅ）（Ｎ，Ｎ，−ジアミノメチルスチレン等）、置換されたジアリルアミン、Ｎ−ビニルピペリジン、Ｎ−ビニルイミダゾール、Ｎ−ビニルイミダゾリン、Ｎ−ビニルピラゾール、Ｎ−ビニルインドール、（メタ）アクリルアミド（２−（ジメチルアミノ）エチル（メタ）アクリルアミド、２−（ｔｅｒｔ−ブチルアミノ）エチル（メタ）アクリルアミド、３−（ジメチルアミノ）プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−置換（メタ）アクリルアミド、Ｎ−アミノアルキル（メタ）アクリルアミド等）、ビニルエーテル（１０−アミノデシルビニルエーテル、９−アミノオクチルビニルエーテル、６−（ジエチルアミノ）ヘキシルビニルエーテル、５−アミノペンチルビニルエーテル、３−アミノプロピルビニルエーテル、２−アミノエチルビニルエーテル、２−アミノブチルビニルエーテル、４−アミノブチルビニルエーテル、２−ジメチルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−（３，５，５，−トリエチルヘキシル）アミノエチルビニルエーテル、Ｎ−シクロヘキシルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−メチルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−２−エチルヘキシルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−ｔｅｒｔ−オクチルアミノエチルビニルエーテル、ベータ−ピロリジノエチルビニルエーテル、または（Ｎ−ベータ−ヒドロキシエチル−Ｎ−メチル）アミノエチルビニルエーテル等）も使用してもよい。環式ウレイドまたはチオ尿素含有不飽和モノマー（（メタ）アクリロキシエチルエチレン尿素、（メタ）アクリロキシエチルエチレンチオ尿素（メタ）アクリルアミドエチレン尿素、（メタ）アクリルアミドエチレンチオ尿素等）も使用してもよい。アミン基を有するビニルモノマーの混合物も使用してもよい。所望により、これらの非イオン性モノマーを、例えば以下に説明する中和によってカチオン性にしてもよい。
【００３５】
オリゴマーを形成するのに使用される、恒久的第４級アンモニウム基を有するビニルモノマー（成分ｉ）、（ｂ））には、例えば、塩化メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム（ＭＡＰＴＡＣ）、塩化ジアリルジメチルアンモニウム（ＤＡＤＭＡＣ）、塩化２−トリメチルアンモニウムエチルメタクリレート（ＴＭＡＥＭＣ）、ならびに置換された（メタ）アクリル酸および（メタ）アクリルアミドモノマーの第４級（ｑｕａｒｔｅｎａｒｙ）アンモニウム塩がある。上に例を列挙した恒久的第４級アンモニウム基を有するビニルモノマー等の既にカチオン性であるアミン基を有するビニルモノマーの場合は、中和は不要である。
【００３６】
ビニルオリゴマーの形成に使用してもよい、既に中和されたアミン基を有するビニルモノマー（成分ｉ）、（ｃ））は、成分ｉ）、ａ）に関し上に列挙した非イオン性のアミン基を有するビニルモノマーと同じである。しかしながら、モノマー（ｃ）を得るためには、モノマー（ａ）を重合させる前に酸、好ましくは有機酸で処理する。このようにして、非イオン性のアミン基を有するモノマーを重合前にカチオン性にする。これは、非イオン性のアミン基を有するビニルモノマーの全部または一部に施してもよい。
【００３７】
中和が必要なアミン基を有するビニルモノマーおよび既にカチオン性である恒久的第４級アンモニウム基を有するモノマーの混合物も使用してもよい。
【００３８】
好ましくは、アミン基を有するビニルモノマーは、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、およびこれらの混合物からなる群から選択される。ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートがより好ましい。
【００３９】
好ましくは、コアは、ブロックコポリマー、より好ましくは、ジブロックおよび／またはトリブロックコポリマーから選択されるポリマーを含む。
【００４０】
好ましい実施形態においては、コア材料は、カチオン性ポリマーを含む。カチオン性ブロックコポリマーがより好ましい。コポリマーミセルがよりさらに好ましい。ジブロックコポリマーミセルがより一層好ましい。上記ジブロックコポリマーミセルは、好ましくは、第１ポリマーの少なくとも１種のブロックを有するコアおよび上記第１ポリマーとは異なる第２ポリマーの少なくとも１種のブロックを有する外殻を有している。
【００４１】
好ましくは、上記コポリマーは、第１ポリマーおよび第２ポリマーを含み、この両方がアミノ系（アルク）アクリレート（（ａｋｌ）ａｃｒｙｋａｔｅ）モノマー単位、より好ましくは第３級アミノ系（アルク）アクリレート単位、最も好ましくは、第３級アミノアルキル（アルク）アクリレート単位を含んでいる。特に好ましくは、上記（アルク）アクリレート単位は、アクリレート、またはより詳細には、メタクリレート単位を含む。
【００４２】
好ましい実施形態においては、上記第３級アミノアルキルメタクリレート単位は、ジアルキルアミノアルキルメタクリレート単位、特にジアルキルアミノエチルメタクリレート単位を含む。特に好ましい実施形態においては、上記コポリマーは、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ）を含む。
【００４３】
ミセルは、上記ポリマーをベースとする、未架橋または架橋型（シェル架橋型等）ミセルであってもよい。したがって、特に好ましい実施形態は、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］等の、第３級アミンメタクリレートから誘導されたブロックコポリマーをベースとする未架橋またはシェル架橋型ミセルを想定している。
【００４４】
上記第３級アミノ系（アルク）アクリレートコポリマーのミセルを架橋させることが可能な１つの方法は、上記コポリマーの第３級アミノ基を二官能性４級化剤で部分的または完全に４級化することによるものである。したがって、好ましい実施形態の場合は、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ）の部分架橋を、ＰＤＭＡ鎖を好適な二官能性４級化剤、例えば、１，２−ビス−（ヨードエトキシ）エタン（ＢＩＥＥ）等のビス（ハロアルコキシ）アルカンを用いて選択的に４級化／架橋することによって達成してもよい。この好ましい実施形態においては、ＰＤＰＡ鎖は基本的に４級化されないままである。
【００４５】
本発明はまた、ハロゲン化アルキル（特にヨードメタン等のヨウ化アルキル）等の単官能性４級化剤を用いることにより４級化が達成される、類似の非架橋型の４級化された誘導体も想定している。しかしながら、シリカ沈着過程の制御は材料が架橋されている場合に向上し得ると考えられている。
【００４６】
ポリマーの重合度は、好ましくは、規定の範囲内で制御される。本発明の好ましい実施形態においては、ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡコポリマーの重合度は、好ましくは、ＰＤＰＡの平均重合度が２０〜２５の範囲内となり、ＰＤＭＡの平均重合度が６５〜７０の範囲内となるように制御され、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマー（下付き文字は、各ブロック平均重合度を示す）を用いた場合に特に好ましい結果が得られる。上記実施形態においては、ＰＤＰＡ単位はミセルのコアを形成し、ＰＤＭＡ単位はミセルの外殻を形成する。
【００４７】
ポリマーコア材料は、任意の好適な重合法により調製してもよいが、好ましい実施形態に関しては、グループ移動重合法やＲＡＦＴおよびＡＴＲＰのような制御ラジカル重合法等の方法を用いた場合に特に好ましい結果が得られる。次いで、コア材料の金属酸化物による被覆が、例えば、好適な前駆体で処理することによって行われる。
【００４８】
好ましい実施形態においては、ポリマーコアはラテックスであり、より好ましくは、イオン的に安定化されたポリマーラテックスである。本明細書において用いられる「ラテックス」という用語は、ポリマー粒子の安定化された懸濁液を指す。好ましくは、この懸濁液は、カチオン性懸濁液である。ポリマー粒子の平均サイズは、好ましくは１〜４００ｎｍ、より好ましくは１０〜２５０ｎｍ、よりさらに好ましくは３０〜１５０ｎｍの範囲内にある。懸濁液のｐＨ範囲は、好ましくは３〜７、より好ましくは３．５〜６である。
【００４９】
好ましくは、ラテックスは、ポリマーおよびカチオン性界面活性剤を含む。任意の好適なポリマー、例えば、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロック−コポリマー、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびこれらの組合せ等を使用してもよい。
【００５０】
好ましくは、ポリマーは、スチレンモノマー、（メタ）アクリルモノマー、ならびにこれらのコポリマーおよび組合せを含む。
【００５１】
好ましくは、界面活性剤は、アンモニウム界面活性剤を含む。
【００５２】
コアは、好ましくは、水性カチオン性ビニルポリマー組成物を含む。カチオン性基は、ポリマー中に組み込んでもよいし、または任意の他の形態で、例えば、カチオン性界面活性剤の添加などによって加えてもよい。好ましくは、カチオン性基は、少なくとも一部がポリマーに結合している。好ましくは、カチオン性基は、重合の際にポリマー中に組み込まれる。
【００５３】
ポリマーは、任意の好適な方法で作製してもよい。例えば、溶液中で、分散させ、場合により溶媒を蒸発させ；界面活性剤を用い；ポリマー（またはオリゴマー）安定剤を用い、場合により少量の界面活性剤を存在させ；塊状または懸濁重合を行い、続いて、このポリマーを水中に放散させ、場合により、続いてさらなる重合ステップを行う。特定の実施形態においては、さらなるビニル重合の安定剤として、ポリマー分散液（または溶液）Ａが使用される。ポリマーＡは、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート等であってもよい。
【００５４】
本発明のナノ粒子は、金属酸化物を含むシェル材料を含む。任意の好適な金属酸化物を使用してもよい。好ましくは、金属酸化物は、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、アンチモンドープ酸化スズ、酸化スズ、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、およびこれらの組合せから選択される。
【００５５】
好ましくは、シェルは、シリカを含む。より好ましくは、シェルは、シリカを少なくとも９０重量％含む。
【００５６】
好ましくは、上記シェル材料は、上記コア材料上に沈着された少なくとも１種のシリカ前駆体由来のシリカを含む。場合により、上記少なくとも１種のシリカ前駆体は、無機ケイ酸塩、例えば、ケイ酸ナトリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩を含んでいてもよい。しかしながら、好ましいシリカ前駆体は、有機ケイ酸エステル化合物、特に、オルトケイ酸テトラメチルやオルトケイ酸テトラエチル等のケイ酸アルキルエステルを含む。最も好ましくは、上記シリカ前駆体は、オルトケイ酸テトラメチルを含む。上記処理は、未架橋のミセル内でコポリマー鎖を効果的に架橋させ、それによってミセルを解離に対し安定化させることが見出された。
【００５７】
シリカ沈着は、温和な条件下でポリマーを好適なシリカ前駆体で単純に処理することによって実施されてもよい。したがって、好ましいコポリマーおよびラテックスミセルのいずれの場合も、このような材料をシリカ前駆体（典型的には、有機ケイ酸エステル化合物、特に、オルトケイ酸テトラエチル等のケイ酸アルキルエステル、最も好ましくはオルトケイ酸テトラメチル）と一緒に、５〜６０℃、ｐＨ６．２〜９．０で１０〜３００分間撹拌してもよい。典型的な反応においては、ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡコポリマーミセルをオルトケイ酸テトラメチルで２０℃、ｐＨ７．２で２０分間処理してもよい。本発明の第２の態様の方法は、低いｐＨ値（典型的にはｐＨ１）で実施すべきであるシリカ沈着手順が必要とされる先行技術の方法よりも勝っている正にこの点によって重要な利点が得られる。
【００５８】
第３級アミンメタクリレート系ブロックコポリマー（具体例は、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ））から誘導された、選択的に４級化された非架橋型およびシェル架橋型（ＳＣＬ）ミセルをベースとする組成物を用いることにより、特に好ましい結果が達成されており、この種の材料を鋳型として用いると、直径が５０ｎｍ未満の明確に画定されたコポリマー−シリカナノ粒子の生体模倣による形成が特に上首尾に行われることが証明されている。部分的または完全に４級化されたポリ（２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート）（ＰＤＭＡ）の外殻および疎水性ポリ（２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）（ＰＤＰＡ）のコアを含むジブロックコポリマーミセルは、特に、温和な条件下すなわちｐＨ７．２の２０℃の水溶液からシリカを沈着させるためのナノサイズの鋳型として用いられている。
【００５９】
さらに、アクリルコポリマーラテックス粒子（例えば、ＤＳＭネオレジンズ（ＤＳＭ ＮｅｏＲｅｓｉｎｓ）より入手可能なネオクリル（ＮｅｏＣｒｙｌ）ＸＫ−３０）を含む組成物を用いることにより好ましい結果が達成されている。好ましいラテックス粒子の平均粒度は６０〜９０ｎｍであり、カチオン性界面活性剤で安定化されている。この粒子は、シリカ沈着の鋳型として用いられている。室温下において中性の水性環境下でＴＭＯＳを前駆体として用いてシリカの生体模倣沈着を実施することができる。
【００６０】
本明細書における、温和な条件、短い反応時間、および入手可能な試薬を利用できるという事実は、商業的に適用可能な製造方法を準備する際には明らかな利点が得られるであろう。さらに、粒子のサイズおよび／または性質を制御できることも有利である。
【００６１】
本明細書におけるコーティング組成物は、典型的には、バインダーを含む。バインダーの主要な機能は、コーティングの一体性を損なわせないことにある。すなわち、ナノ粒子をコーティング内および基材に対し固定することにある。任意の好適なバインダーを使用してもよいが、好ましくは、バインダーは、粒子および基材と共有結合を形成するものである。バインダーは、硬化前は、好ましくは、アルキルまたはアルコキシ基を有する無機化合物を含む。さらに、バインダーは、好ましくは、自身が重合することにより実質的に連続した高分子ネットワークを形成する。
【００６２】
本発明の一実施形態においては、バインダーは、無機材料を含む。好ましくは、バインダーは、実質的に無機材料からなる。バインダーは、好ましくは、１種またはそれ以上の無機酸化物から誘導された化合物を含む。好ましくは、バインダーは、金属アルコキシド等の加水分解性材料を含む。好ましくは、バインダーは、アルコキシシラン、アルコキシジルコニウム、アルコキシアルミニウム、アルコキシチタン、ケイ酸アルキル、ケイ酸ナトリウム、またはこれらの組合せを含む。アルコキシシランが好ましく、トリおよびテトラアルコキシシランが好ましい。好ましくは、ケイ酸エチル、アルミン酸エチル、ジルコン酸エチル、および／またはチタン酸エチルバインダーが使用される。テトラアルコキシシランが最も好ましい。
【００６３】
コーティング組成物中のバインダーの量は、好ましくは、固形分重量の１％以上、より好ましくは２％以上である。好ましくは、バインダーの量は、固形分重量の４０％以下、より好ましくは２５％以下であろう。百分率は、ナノ粒子中の金属酸化物の量に対するバインダー中の金属酸化物の量として算出される。
【００６４】
好ましくは、バインダーおよびナノ粒子の混合物のｐＨは、約２以上、より好ましくは約３以上である。ｐＨは、好ましくは約７以下、より好ましくは約４以下である。
【００６５】
本明細書における組成物は溶媒を含んでいてもよい。好ましい溶媒としては、水、有機溶媒、およびこれらの組合せが挙げられる。しかしながら、バインダーの化学的性質に応じて多くの溶媒が有用である。好適な溶媒としては、これらに限定されるものではないが、水、非プロトン性有機溶媒、アルコール、およびこれらの組合せが挙げられる。好適な溶媒の例としては、これらに限定されるものではないが、イソプロパノール、エタノール、アセトン、エチルセロソルブ、メタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、メチルエチルエーテル、メチルブチルエーテル、トルエン、メチルエチルケトン、およびこれらの組合せが挙げられる。
【００６６】
通常、コーティング組成物は、粒子およびバインダーの粘度を基材に薄い層を適用できるような値に調整する量の非反応性溶媒を含む。好ましくは、その粘度は、約２．０ｍＰａ．ｓ以上、好ましくは２．２ｍＰａ．ｓ以上、よりさらに好ましくは約２．４ｍＰａ．ｓ以上であろう。好ましくは、粘度は、約２０ｍＰａ．ｓ以下、好ましくは約１０ｍＰａ．ｓ以下、より好ましくは約６ｍＰａ．ｓ以下、よりさらに好ましくは約３ｍＰａ．ｓ以下である。粘度はウベローデ（Ｕｂｂｅｌｏｈｄｅ）ＰＳＬ ＡＳＴＭ ＩＰ ｎｏ １（２７０４２型）で測定することができる。
【００６７】
好ましくは、本明細書におけるコーティング組成物を硬化させる前の固形分の量は、約５重量％以下、より好ましくは約４重量％以下、よりさらに好ましくは約３重量％以下である。好ましくは、固体の量は、約０．５重量％以上、より好ましくは約１重量％以上、より好ましくは約１．５重量％以上である。
【００６８】
本組成物は、光学コーティングを形成するのに好適である。本明細書において用いられる「光学コーティング」という用語は、主要機能として光学機能を有するコーティングを指す。光学コーティングの例としては、反射防止、ノングレア、防眩、帯電防止、ＥＭ制御（例えば、ＵＶ制御、日射制御、ＩＲ制御、ＲＦ制御等）の機能が得られるように設計されたものが挙げられる。
【００６９】
好ましくは、本コーティングは、反射防止用である。より好ましくは、本コーティングは、コーティングされた１つの面から４２５〜６７５ｎｍ（可視光領域）の波長で測定すると、最低反射率が約２％以下、好ましくは約１．５％以下、より好ましくは約１％以下となるものである。４２５〜６７５ｎｍの領域全体にわたる１つの面からの反射率の平均値は、好ましくは約２．５％以下、より好ましくは約２％以下、よりさらに好ましくは約１．５％以下、より一層好ましくは約１％以下であろう。通常、反射率の最小値は、４２５〜６５０ｎｍの間の波長、好ましくは４５０ｎｍ以上、より好ましくは５００ｎｍ以上の波長にあるであろう。好ましくは、最小値は、６００ｎｍ以下の波長にある。人間の目が最も感じやすい波長（色）である５５０ｎｍ付近の波長に反射率の最低値があるものが人間の目にとって最適である。
【００７０】
このコーティング組成物は、基材に適用することができる。任意の好適な基材を使用してもよい。光学コーティングにより利点が得られ得る基材、特に、反射防止コーティングにより利点を得られるであろうものが好ましい。基材は、好ましくは、透明度の高いものである。好ましくは、透明度は、４２５〜６７５ｎｍの波長において、厚さ２ｍｍで約９４％以上、より好ましくは約９６％以上、よりさらに好ましくは約９７％以上、よりさらに好ましくは約９８％以上である。
【００７１】
本明細書における基材は、有機物質であってもよく、例えば、基材は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネートもしくはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエステル等の有機ポリマー材料または類似の光学的性質を有するポリマー材料であってもよい。この実施形態においては、有機基材材料がその形態を実質的に維持し、実質的に熱分解を受けない十分に低い温度で硬化させることができるコーティングを使用することが好ましい。好ましい１つの方法は、欧州特許出願公開第Ａ−１５９１８０４号明細書に記載された触媒を使用することである。他の好ましい硬化方法は、国際公開第２００５／０４９７５７号パンフレットに記載されている。
【００７２】
本明細書における基材は、無機物質であってもよい。好ましい無機基材としては、セラミック、サーメット、ガラス、石英、またはこれらの組合せが挙げられる。フロートガラスが好ましい。透明度が９８％以上である低鉄分ガラス、いわゆる白板硝子が最も好ましい。
【００７３】
好ましくは、コーティング組成物は、結果として得られる乾燥コーティングの厚みが約５０ｎｍ以上、好ましくは約７０ｎｍ以上、より好ましくは約９０ｎｍ以上となるように物品に適用される。好ましくは、乾燥コーティングの厚みは約３００ｎｍ以下、より好ましくは約２００ｎｍ以下、よりさらに好ましくは約１６０ｎｍ以下、より一層好ましくは約１４０ｎｍ以下である。
【００７４】
薄肉のコーティングを基材に適用するのに利用できる方法は数多くある。所要の厚みを得るのに好適な湿潤したコーティング組成物を適用する方法が許容されるであろう。好ましい方法としては、メニスカス（キス）コーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、スピンコーティング、およびディップコーティングが挙げられる。浸漬した基材のあらゆる面にコーティングが得られ、かつ再現性のある一定の厚みが得られるディップコーティングが好ましい。スピンコーティングは、幅または長さが２０ｃｍ以下のものなどのより小さいガラス板を使用する場合は容易に用いることができる。連続工程の場合は、メニスカス、ロール、およびスプレーコーティングが有用である。
【００７５】
一旦基材に適用された後のコーティングは、硬化（ｃｕｒｉｎｇ、ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）が必要となるであろう。必要に応じて、使用されるバインダー材料の種類により決定される場合が多い任意の好適な手段により硬化を実施してもよい。硬化の手段としては、例えば、加熱、ＩＲ処理、紫外線曝露、触媒硬化、およびこれらの組合せが挙げられる。
【００７６】
触媒を使用する場合は、酸触媒が好ましい。好適な触媒としては、これらに限定されるものではないが、酢酸、ギ酸、硝酸、クエン酸、酒石酸等の有機酸、リン酸、塩酸、硫酸等の無機酸、およびこれらの混合物が挙げられるが、緩衝能を有する酸が好ましい。
【００７７】
好ましい実施形態においては、硬化は加熱により達成される。加熱硬化は、通常、約１５０℃以上、好ましくは約２００℃以上で実施される。好ましくは、この温度は、約７００℃以下、より好ましくは約５００℃以下であろう。硬化が起こる時間は、通常、３０秒以上である。通常、硬化は、１０時間以下、好ましくは４時間以下で実施される。
【００７８】
一実施形態においては、コーティング組成物は熱硬化性であり、ガラス板の焼入れステップの前に上記板に適用される。通常、焼入れステップは６００℃までの温度で実施される。したがって、この場合、硬化および焼入れ工程は１段階で実施される。
【００７９】
好ましくは、この硬化ステップによってナノ粒子のコア材料も、少なくとも一部、より好ましくは実質的に完全に分解される。
【００８０】
好ましくは、基材は、コーティングを適用する前に清浄化される。ホコリ、油、および他の有機化合物等の少量の汚染物質がコーティングに欠陥が現れる原因となる。
【００８１】
本発明によるコーティングが良好な光学および機械特性を示すことが見出された。所望の機械特性としては、基材に対する良好な接着性、良好な衝撃穴あけ強さ、良好な耐スクラッチ性、および良好な耐摩耗性が挙げられる。
【００８２】
以下の実施例を参照することにより本発明をさらに例示するが、本開示の範囲を何ら限定するものではない。
【００８３】
［実施例］
［実施例１］
ブトゥアン（Ｂｕｅｔｕｅｎ），Ｖ；アームズ（Ａｒｍｅｓ），Ｓ．Ｐ．；ビリンガム（Ｂｉｌｌｉｎｇｈａｍ），Ｎ．Ｃ．、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９９７年、６７１〜６７２頁に記載の方法に従いグループ移動重合を用いてモノマーを逐次付加させることによりＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを合成した。一連の単分散に近いポリ（メチルメタクリレート）を較正基準として用いたゲル浸透クロマトグラフィー分析から、Ｍｎが１８０００であり、Ｍｗ／Ｍｎが１．０８であることが示された。ＰＤＰＡおよびＰＤＭＡブロックの平均重合度は、１Ｈ ＮＭＲ分光を用いることにより、それぞれ２３および６８と推定された。
【００８４】
ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマー（４級化度＝０％）をｐＨ２で分子状に溶解させた後、ＮａＯＨを用いて溶液のｐＨをｐＨ７．２に調整することにより非架橋型ミセル調製した。２５℃における動的光散乱（ＤＬＳ）調査から、ｐＨ７．２のコポリマーミセルの０．２５ｗｔ％溶液においては、ミセルの強度平均径が３７ｎｍであることが示された。
【００８５】
上記ミセルのミセル水溶液（０．２５ｗ／ｖ％、ｐＨ７．２）２．０ｍｌをオルトケイ酸テトラメチル１．０ｍｌと混合した後、初期に不均質な溶液を自然条件下で２０分間撹拌することによりケイ酸化を達成した。こうして得られた混成コア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子をエタノールで洗浄した後、１６０００ｒｐｍ、５分間の遠心分離／再分散サイクルに３回かけた。次いで、沈降したコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の再分散を、超音波浴を用いて達成した。
【００８６】
［実施例２］
実施例１のようにグループ移動重合を用いてモノマーを逐次付加することによりＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを合成した。
【００８７】
ブトゥアン，Ｖ；アームズ，Ｓ．Ｐ．；ビリンガム，Ｎ．Ｃ．、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２００１年、第３４巻、１１４８〜１１５９頁に記載されたように、ヨードメタンを用いたＰＤＭＡブロックの部分４級化（目標４級化度は５０％または１００％のいずれか）をＴＨＦ中で２４時間実施した。
【００８８】
５０％または１００％４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを用いて調製された非架橋型ミセルも同様に、実施例１に記載したようなｐＨ調整によって調製した。ｐＨ７．２で実施したＤＬＳ調査から、５０％および１００％４級化されたコポリマーミセルの０．２５ｗｔ％水溶液の場合は、強度平均径がそれぞれ２９ｎｍおよび２６ｎｍであることが示された。
【００８９】
ＰＤＭＡ鎖が５０％４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマーミセルの０．２５ｗｔ．％水溶液２．０ｍｌにオルトケイ酸テトラメチル（１．０ｍｌ）を２０℃で添加し、連続撹拌しながらシリカ沈着を２０分間継続させた後、遠心分離によって単離した。
【００９０】
５０％４級化されたコポリマー前駆体を用いて得られた混成コア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子のＤＬＳ調査から、ｐＨ７付近のミセルの強度平均径が３４ｎｍであることが示された。
【００９１】
［実施例３］
グループ移動重合を用いてモノマーを逐次添加することによりＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを合成し、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーの非架橋型ミセルを実施例１に記載したように調製した。
【００９２】
二官能性４級化剤である１，２−ビス−（２−ヨードエトキシ）エタン（ＢＩＥＥ、目標架橋度３０％を達成するため、ＤＭＡ残基１個当たり０．１５ｍｏｌ）をＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマーミセルの０．２５％溶液にｐＨ７．２で添加することにより外殻ＰＤＭＡ鎖のシェル架橋を達成した。シェル架橋を２５℃で少なくとも７２時間実施した。シェル架橋させた後のＤＬＳ調査から、強度平均径が３２ｎｍであることが示され、ＴＥＭ調査からは、乾燥させたＳＣＬミセルの数平均径が２６ｎｍであることが示された。ＳＣＬミセル水溶液をｐＨ２に調整してＤＬＳ調査を行ったところ、ＳＣＬミセルの膨潤とにより強度平均径が４５ｎｍであることが示された。
【００９３】
低ｐＨにおいてはＰＤＰＡ鎖が高度にプロトン化され、したがってもはや疎水性ではなくなるので、非架橋型ミセルの場合は低ｐＨで単純に解離して分子状に溶解した溶液を形成するという理由から、このＤＬＳ実験により、シェル架橋が上首尾に行われたことも確認された。さらに、５０％４級化されたコポリマーを用いて調製されたＳＣＬミセルのＤＬＳにより示された強度平均径はｐＨ７．２で３７ｎｍであった。
【００９４】
０．２５ｗｔ％ＳＣＬミセル溶液を２．０ｍｌ分取して、メタノール２．０ｍｌおよびオルトケイ酸テトラメチル２．０ｍｌの混合物に加えることによりシリカ沈着を達成した。ここでは、メタノールを共溶媒として作用させ、ＴＭＯＳが確実に水相と混和するようにした。シリカ沈着を４０分間継続した後に得られた生成物のＴＥＭ調査を行い、明確に画定されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の形成を確認した。一方、この処理を１２０分間継続した後でさえも、鋳型を介していないシリカナノ構造の形跡は認められなかった。
【００９５】
［実施例４］
ＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９−ＰＤＰＡ７６トリブロックコポリマーをＰＥＯベースのマクロ開始剤を用いた原子移動ラジカル重合により合成した。まず、マクロ開始剤（１．００ｇ、０．４６３ｍｍｏｌ）を２５ｍｌの一頚フラスコに加え、次いで、吸引／窒素サイクルを３回行うことにより脱気した後、ＤＭＡ（２．１８ｇ、１３．８８ｍｍｏｌ、目標架橋度３０）、２，２’−ビピリジン（１４４．５ｍｇ、０．９２５ｍｍｏｌ）、次いで、脱気した９５／５ｖ／ｖＩＰＡ／水混合物３．２ｍｌを加えた。この溶液を４０℃の油浴に入れて均質になるまで撹拌した。次いで、塩化銅（Ｉ）（４５．８ｍｇ、０．４６３ｍｍｏｌ）を加えて反応を４０℃で３．５時間窒素中で連続撹拌しながら実施した。この時間が経過した後、１Ｈ ＮＭＲ分光で測定したＤＭＡモノマーの反応率は９６％に到達した。
【００９６】
その後、ＤＰＡ（４．９４ｇ、２３．１３ｍｍｏｌ、目標架橋度＝５０）および９５／５ｖ／ｖＩＰＡ／水混合物５．０ｍｌの混合物を加えた。２段階重合を４０℃で１８．５時間実施した後、空気に触れさせることにより停止した。１Ｈ ＮＭＲ分析により、ＤＰＡモノマー反応率が９９％に到達したことが示された。コポリマー溶液をＴＨＦ（２００ｍｌ）で希釈し、シリカカラムを通して使用済み触媒を除去した。次いで、コポリマー溶液を減圧濃縮し、固体のコポリマーを脱イオン水（１００ｍｌ）中で析出させることにより残留モノマーおよび任意の未反応のＰＥＯ−ＤＭＡジブロックコポリマーを除去した。精製された白色のコポリマーを真空中で一夜凍結乾燥させることにより単離した。全体の収量は６．１ｇ（７６％）であった。
【００９７】
ＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９−ＰＤＰＡ７６トリブロックコポリマーをｐＨ２で分子状に溶解した後、ＮａＯＨを用いて溶液のｐＨを７．２に調整してミセルのロッドを形成させる調製を行った。最終コポリマー濃度を１．０ｗｔ％とした。過剰のＴＭＯＳ（０．２０ｇ、すなわちＴＭＯＳ：コポリマー質量比２０：１）をコポリマー溶液１．０ｍｌに加え、次いで、ケイ酸化を２０℃、ｐＨ７．２で２０分間実施することによりシリカ沈着を達成した。エタノールで洗浄した後、１３０００ｒｐｍ、１５分間の遠心分離／再分散サイクルを３回行うことによりシリカロッドを得た。
【００９８】
［実施例５］
予め低重合させたテトラエトキシシランを調製するために、テトラエトキシシラン（５８．４ｇ）の２−プロパノール（１５９．０ｇ）溶液を撹拌しながら、水（５３．６ｇ、１２．２重量％）および酢酸（５．９ｇ）を添加した。２４時間後、この混合物を２−プロパノール（１６０．７ｇ）で所望の濃度に希釈した。結果として得られた混合物のｐＨ値を濃硝酸（１．３ｇ）を加えて１．０に低下させた。
【００９９】
実施例２のように調製されたシリカコア−シェル型粒子（１２５ｍｇ）の５．７重量％懸濁液に２−プロパノール（１２５ｍｇ）を添加した。次いで、様々な量の予め低重合させたテトラエトキシシランを混合物に添加して、５分間振盪させた。結果として得られた配合物を、５ｃｍ×１ｃｍの大きさの清浄化されたガラス板上に２５００ｍｉｎ−１の速度でスピンコートした。ＡＲフィルムをガラス基材の両面に適用した。コーティングされたガラス板を４５０℃の温度で４時間硬化させた。
【０１００】
この試料の反射率は１．３％であり、スチールウールテスト（荷重２５０ｇ）による損傷は目視では認められなかった。コア−シェル型粒子と類似の寸法を有する中実シリカ粒子を用いて類似の方法で調製された試料の反射率は１．９％以上であった。
【０１０１】
［実施例６］
ネオクリルＸＫ−３０（４．４１ｇ、ＤＳＭネオレジンズより入手可能な４２．５％アクリルコポリマー）を水（１０．００ｇ）で処理した。次いで、テトラメトキシシラン（１０．００ｍｌ）を室温で２時間かけて加えた。添加が完了した後、混合物を室温で１．５時間撹拌し、次いで、エタノールで希釈した（１０８．４ｇ）。
【０１０２】
これらの粒子の３．１重量％懸濁液を８ｃｍ×１０ｃｍの大きさの清浄化したガラス板に引き上げ速度４．２ｍｍ・ｓ−１でディップコートした。ＡＲフィルムをガラス基材の両面に適用した。コーティングされたガラス板を４５０℃の温度で４時間硬化させた。５５０ｎｍにおける反射率は１未満であった。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、新規なナノ粒子を含むコーティングに関する。より具体的には、本発明は、ポリマー−金属酸化物または中空金属酸化物のコア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティング、その調製方法、およびその潜在的用途に関する。
【０００２】
ナノ粒子を使用して光学コーティングを作製することは周知である。このようなコーティングを用いて様々な光学機能を達成することができる。例えば、反射防止コーティングは、基材よりも低い効果的な屈折率を有する多孔質のコーティングを形成することにより得られる（米国特許第２，４３２，４８４号明細書）。典型的には、この反射防止系はバインダーおよびナノ粒子を含んでいる。例えば、米国特許第６，９２１，５７８号明細書には、ナノ粒子の存在下に酸触媒を用いてバインダー（例えば、オルトケイ酸テトラエチルＴＥＯＳ）を加水分解する、反射防止コーティング系の調製方法が記載されている。このような手法により反射防止特性を有するコーティングを得ることが可能であるが、幾つかの欠点にも悩まされている。例えば、再現性のある光学および機械特性を有するコーティングが得られる安定なコーティング組成物を作製することは容易ではないので、このようなコーティングを工業規模で作製することが困難な可能性がある。同様に、好適な光学特性（屈折率等）を有するコーティングを製造するためには、高い多孔性を実現する必要がある。これは、バインダー中に空隙を組み込むことにより達成することができるが、そうすることにより機械特性が失われてしまう。
【０００３】
コーティング中で中空または多孔質の粒子を利用することが提案されている（例えば、欧州特許第１６７４８９１号明細書、米国特許公開第２００４／０５８１７７号明細書、国際公開第２００５０２１２５９号パンフレット、国際公開第２００５／０５９６０１号パンフレット、国際公開第２００６／０３０７２０号パンフレット、および国際公開第２００６／０３３４５６号パンフレット参照）。こうすることにより、バインダーネットワーク内ではなく粒子内部に空隙が設けられ、その結果として、反射防止コーティングの機械的安定性が向上する。このような中空粒子系には明らかな利点があるにも拘わらず、ここにも幾つかの欠点がある。例えば、先行技術の中空粒子は、寸法および形態の制御が難しいことが示されている。このことにより、適切かつ再現性のある特性を有するコーティングを製造することが困難になる。また、このような粒子の製造を特に工業規模で行う場合は問題が生じやすくなる可能性がある。さらに、特定の場合においては単分散系が望ましく、これは、先行技術の方法では得ることが困難な可能性がある。加えて、粒子中に空隙を生じさせる方法は、光学コーティング中に使用するのに必ずしも適合するわけではない。
【０００４】
意外にも、ポリマーコア−金属酸化物シェル粒子のバッチを再現性のある方法で製造し、反射防止コーティング等の光学コーティング中に使用することが可能であることが見出された。このようなコーティングは、ナノ粒子を同程度に充填した同程度の反射率を示すコーティングよりも高い機械的安定性を示す。
【０００５】
本発明の一態様によれば、
（ａ）ポリマーを含むコア材料と、
（ｂ）金属酸化物を含むシェル材料と
を含むコア−シェル型ナノ粒子を含む、光学コーティングの形成に好適な組成物が提供される。
【０００６】
本発明の特定の実施形態においては、
（ａ）ポリマーを含むコア材料と、
（ｂ）金属酸化物、好ましくはシリカを含むシェル材料と
を含むコア−シェル型ナノ粒子を含むコーティング組成物であって、上記ナノ粒子がロッド状または芋虫状の形態を有する、組成物が提供される。特定の実施形態においては、ポリマーは、カチオン的に安定化されたコポリマーミセル、より好ましくは、ジブロックまたはトリブロックコポリマーを含む。他の好ましい実施形態においては、ポリマーは、カチオン的に安定化されたラテックスを含む。
【０００７】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子を含み、この粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、光学コーティングが提供される。
【０００８】
本発明のさらなる態様によれば、光学コーティングを形成する方法であって、
（ａ）コア−シェル型ナノ粒子を含む組成物を基材に適用するステップと、
（ｂ）上記組成物を硬化させることによってネットワークを強化し、そしてポリマーコアを除去するステップと
を含み、このコア−シェル型ナノ粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、方法が提供される。
【０００９】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子の光学用途のための使用が提供される。
【００１０】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティング組成物で少なくとも一部がコーティングされた基材であって、この粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、基材が提供される。
【００１１】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティング組成物で少なくとも一部がコーティングされた基材を含む物品であって、この粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、物品が提供される。
【００１２】
本発明のさらなる態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子を含む薄膜コーティングであって、この粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、薄膜コーティングが提供される。本明細書において用いられる「薄膜」とは、平均厚さが３００ｎｍ以下であるコーティングを指す。
【００１３】
本明細書において用いられる「ナノ粒子」という用語は、平均一次粒度が１μｍ未満、好ましくは５００ｎｍ未満、より好ましくは３５０ｎｍ未満である粒子を指す。粒度は、動的光散乱（ＤＬＳ）および透過型電子顕微鏡観察（ＴＥＭ）によって測定することができる。
【００１４】
本明細書において用いられる「コア−シェル」という用語は、ポリマー材料（例えば、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロック−コポリマー等）を含むコア材料と金属酸化物（例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化スズ等）を含むシェル材料とを含む粒子を指す。
【００１５】
本明細書において用いられる「バインダー」という用語は、ナノ粒子を物理的または化学的に架橋し、好ましくは、粒子を基材に結合させることもできる物質を指す。
【００１６】
本明細書において用いられる「固形分重量の」という用語は、水を含む溶媒を全て除去した後の重量百分率を指す。
【００１７】
特段の指定が無い限り、本明細書における参考文献はすべて参照により本明細書に援用するものとする。
【００１８】
本明細書の本文および特許請求の範囲全体を通して、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」という単語ならびにその単語の変形、例えば「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、「含むがこれらに限定されるものではない」ことを意味し、それ以外の部分、添加剤、成分、整数、またはステップを除外することを意図するものではない（除外しない）。
【００１９】
本明細書の本文および特許請求の範囲全体を通して、単数形には、その文脈において別段の必要がない限り、複数形が包含される。特に、不定冠詞が用いられている場合、本明細書は、その文脈において別段の必要がない限り、単数と同様に複数も意図しているものと理解されたい。
【００２０】
本発明の特定の態様、実施形態、または実施例と一緒に記載される特徴、整数、特性、化合物、化学部分、または基は、不適合でない限り、本明細書に記載される他の任意の態様、実施形態、または実施例にも適用可能であると理解されたい。
【００２１】
本発明は、コア−シェル型ナノ粒子およびその光学コーティング中における使用に関する。本発明の粒子は、ポリマーを含むコアと、金属酸化物を含むシェルとを含む。
【００２２】
本発明において使用されるナノ粒子は任意の好適なサイズであってもよい。好ましくは、粒子の平均特定サイズ（ａｖｅｒａｇｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｉｚｅ）ｇ（ここで、ｇ＝１／２×（長さ＋幅））は約３００ｎｍ以下である。より好ましくは、粒子の平均サイズは約２００ｎｍ以下である。よりさらに好ましくは、粒子の平均サイズは約１００ｎｍ以下である。好ましくは、粒子の平均サイズは１ｎｍ以上、より好ましくは、粒子の平均サイズは約１０ｎｍ以上である。
【００２３】
好ましくは、空隙の平均特定サイズは１ｎｍ以上、より好ましくは３ｎｍ以上、よりさらに好ましくは６ｎｍ以上である。好ましくは、空隙の平均特定サイズは１００ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以下、よりさらに好ましくは７０ｎｍ以下である。
【００２４】
好ましくは、シェルの厚みは少なくとも１ｎｍ、より好ましくは少なくとも５ｎｍ、よりさらに好ましくは少なくとも１０ｎｍである。好ましくは、シェルの厚みは７５ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下、よりさらに好ましくは２５ｎｍ以下である。
【００２５】
ナノ粒子は、種類、サイズ、および形状の異なる粒子の混合物を含んでいてもよい。しかしながら、好ましくは、ナノ粒子は、適度に均一なサイズおよび形状を有する比較的単分散なものである。
【００２６】
一実施形態においては、本明細書において使用される粒子は、好ましくはロッド状または芋虫状粒子等の非球状である。他の好ましい実施形態においては、粒子は、ほぼ球状である。
【００２７】
好ましい実施形態においては、空隙率は、好ましくは約５％〜約９０％、より好ましくは約１０％〜約７０％、よりさらに好ましくは約２５％〜約５０％である。空隙率（ｘ）は以下の等式に従い求めてもよい：
【数１】
（式中、ｒａは、コアの半径であり、ｒｂは、外側のシェルの半径である）。
【００２８】
本明細書において使用されるナノ粒子は、ポリマーを含むコア材料を含む。任意の好適なポリマー、例えば、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびこれらの組合せ等を使用してもよい。
【００２９】
好ましくは、コアは、ポリマーの約３０重量％以上、より好ましくは約５０重量％以上、よりさらに好ましくは約７０重量％以上、より一層好ましくは約９０％以上を構成する。
【００３０】
本発明においては、コア材料の一部または全部を粒子から除去することが必要となる場合がある。これは、任意の好適な方法により製造工程の任意の好適な時点で達成してもよい。好ましい方法としては、例えば、熱分解、光分解、溶剤洗浄、電子線、レーザー、触媒分解、およびこれらの組合せが挙げられる。好ましくは、コアは、ナノ粒子をコーティングまたはコーティング形成に用いられる組成物に添加した後に除去される。したがって、本発明の範囲は、コアが存在し、そのコアが部分的または完全に除去されているコア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティングも包含する。
【００３１】
好ましい実施形態においては、コアは、熱分解性または熱不安定性ポリマーを含む。好ましいポリマーは、６００℃以下、より好ましくは４５０℃以下、よりさらに好ましくは３５０℃以下で不安定化するものである。好ましくは、ポリマーは、室温以上、より好ましくは１５０℃以上、よりさらに好ましくは２５０℃以上で不安定化する。好適な熱不安定性ポリマーとしては、例えば、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびこれらの組合せが挙げられる。
【００３２】
好ましくは、コアは、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ（メタ）アクリレート、ポリメタクリレート、およびこれらの組合せから選択されるポリマーを含む。
【００３３】
好ましくは、コアは、ポリ（メタ）アクリレートを含む。ポリ（メタ）アクリレートとは、１種またはそれ以上のビニルモノマーの（コ）ポリマーであると理解される。好適な（（恒久的）４級化が可能でない（ｎｏｎ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ）ｑｕａｔｅｒｎｉｓａｂｌｅ））モノマーの例としては、スチレン（スチレンそのもの、アルファ−メチルスチレン（ｍｅｔｈｌｙｓｔｙｌｅｎｅ）、ｏ−、ｍ−、およびｐ−エチルスチレン、ｏ−、ｍ−、およびｐ−エチルスチレン、ｐ−クロロスチレン、ｐ−ブロモスチレン等）；アルカノール（通常はＣ１〜Ｃ１２）およびシクロアルカノール（通常はＣ５〜Ｃ１２）の直鎖および分岐のアクリルおよびメタクリル酸エステル（メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸イソボルニル、およびメタクリル酸シクロヘキシル、ならびに対応するアクリル酸エステル等）；ビニルエステル（酢酸ビニル、アルカン酸ビニル等）；ハロゲン化ビニル（塩化ビニル等）；ハロゲン化ビニリデン（塩化ビニリデン等）；ジエン（１，３−ブタジエンやイソプレン等）が挙げられる。
【００３４】
官能基を有するモノマー（例えば、架橋性を付与するためのもの）が場合により含まれていてもよく、その例としては、ヒドロキシおよびエポキシ基を有する（メタ）アクリル酸エステル（メタクリル酸ヒドロキシアルキル（通常はＣ１〜Ｃ１２）、例えば、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸グリシジル、および対応するアクリル酸エステル等）に加えて、ケトおよびアルデヒド基を有するモノマー（アクロレイン、メタクロレイン、メチルビニルケトン等）、アクリル酸およびメタクリル酸ヒドロキシアルキル（通常はＣ１〜Ｃ１２）エステルのアセトアセトキシエステル（アセトアセトキシエチルアクリレートおよびメタクリレート等）に加えて、ケトまたはアルデヒド含有アミド（ジアセトンアクリルアミド等）が挙げられる。第３級アミン基を有するモノマーとしては、例えば、オリゴマーの形成に使用される非イオン性アミン基を有するビニルモノマー（成分ｉ）、（ａ））が挙げられ、これらに限定されるものではないが、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノヘキシル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ−メチル−Ｎ−ブチル−アミノエチル（メタ）アクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、２−（１，１，３，３，−テトラメチルブチルアミノ）エチル（メタ）アクリレート、ベータ−モルホリノエチル（メタ）アクリレート、４−（ベータ−アクリロキシエチル）ピリジン、ビニルベンジルアミン、ビニルフェニルアミン、２−ビニルピリジン、または４−ビニルピリジン、ｐ−アミノスチレン、ジアルキルアミノスチレン（ｄｉａｌｋｙａｍｉｎｏｓｔｙｌｅｎｅ）（Ｎ，Ｎ，−ジアミノメチルスチレン等）、置換されたジアリルアミン、Ｎ−ビニルピペリジン、Ｎ−ビニルイミダゾール、Ｎ−ビニルイミダゾリン、Ｎ−ビニルピラゾール、Ｎ−ビニルインドール、（メタ）アクリルアミド（２−（ジメチルアミノ）エチル（メタ）アクリルアミド、２−（ｔｅｒｔ−ブチルアミノ）エチル（メタ）アクリルアミド、３−（ジメチルアミノ）プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−置換（メタ）アクリルアミド、Ｎ−アミノアルキル（メタ）アクリルアミド等）、ビニルエーテル（１０−アミノデシルビニルエーテル、９−アミノオクチルビニルエーテル、６−（ジエチルアミノ）ヘキシルビニルエーテル、５−アミノペンチルビニルエーテル、３−アミノプロピルビニルエーテル、２−アミノエチルビニルエーテル、２−アミノブチルビニルエーテル、４−アミノブチルビニルエーテル、２−ジメチルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−（３，５，５，−トリエチルヘキシル）アミノエチルビニルエーテル、Ｎ−シクロヘキシルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−メチルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−２−エチルヘキシルアミノエチルビニルエーテル、Ｎ−ｔｅｒｔ−オクチルアミノエチルビニルエーテル、ベータ−ピロリジノエチルビニルエーテル、または（Ｎ−ベータ−ヒドロキシエチル−Ｎ−メチル）アミノエチルビニルエーテル等）も使用してもよい。環式ウレイドまたはチオ尿素含有不飽和モノマー（（メタ）アクリロキシエチルエチレン尿素、（メタ）アクリロキシエチルエチレンチオ尿素（メタ）アクリルアミドエチレン尿素、（メタ）アクリルアミドエチレンチオ尿素等）も使用してもよい。アミン基を有するビニルモノマーの混合物も使用してもよい。所望により、これらの非イオン性モノマーを、例えば以下に説明する中和によってカチオン性にしてもよい。
【００３５】
オリゴマーを形成するのに使用される、恒久的第４級アンモニウム基を有するビニルモノマー（成分ｉ）、（ｂ））には、例えば、塩化メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム（ＭＡＰＴＡＣ）、塩化ジアリルジメチルアンモニウム（ＤＡＤＭＡＣ）、塩化２−トリメチルアンモニウムエチルメタクリレート（ＴＭＡＥＭＣ）、ならびに置換された（メタ）アクリル酸および（メタ）アクリルアミドモノマーの第４級（ｑｕａｒｔｅｎａｒｙ）アンモニウム塩がある。上に例を列挙した恒久的第４級アンモニウム基を有するビニルモノマー等の既にカチオン性であるアミン基を有するビニルモノマーの場合は、中和は不要である。
【００３６】
ビニルオリゴマーの形成に使用してもよい、既に中和されたアミン基を有するビニルモノマー（成分ｉ）、（ｃ））は、成分ｉ）、ａ）に関し上に列挙した非イオン性のアミン基を有するビニルモノマーと同じである。しかしながら、モノマー（ｃ）を得るためには、モノマー（ａ）を重合させる前に酸、好ましくは有機酸で処理する。このようにして、非イオン性のアミン基を有するモノマーを重合前にカチオン性にする。これは、非イオン性のアミン基を有するビニルモノマーの全部または一部に施してもよい。
【００３７】
中和が必要なアミン基を有するビニルモノマーおよび既にカチオン性である恒久的第４級アンモニウム基を有するモノマーの混合物も使用してもよい。
【００３８】
好ましくは、アミン基を有するビニルモノマーは、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、およびこれらの混合物からなる群から選択される。ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートがより好ましい。
【００３９】
好ましくは、コアは、ブロックコポリマー、より好ましくは、ジブロックおよび／またはトリブロックコポリマーから選択されるポリマーを含む。
【００４０】
好ましい実施形態においては、コア材料は、カチオン性ポリマーを含む。カチオン性ブロックコポリマーがより好ましい。コポリマーミセルがよりさらに好ましい。ジブロックコポリマーミセルがより一層好ましい。上記ジブロックコポリマーミセルは、好ましくは、第１ポリマーの少なくとも１種のブロックを有するコアおよび上記第１ポリマーとは異なる第２ポリマーの少なくとも１種のブロックを有する外殻を有している。
【００４１】
好ましくは、上記コポリマーは、第１ポリマーおよび第２ポリマーを含み、この両方がアミノ系（アルク）アクリレート（（ａｋｌ）ａｃｒｙｋａｔｅ）モノマー単位、より好ましくは第３級アミノ系（アルク）アクリレート単位、最も好ましくは、第３級アミノアルキル（アルク）アクリレート単位を含んでいる。特に好ましくは、上記（アルク）アクリレート単位は、アクリレート、またはより詳細には、メタクリレート単位を含む。
【００４２】
好ましい実施形態においては、上記第３級アミノアルキルメタクリレート単位は、ジアルキルアミノアルキルメタクリレート単位、特にジアルキルアミノエチルメタクリレート単位を含む。特に好ましい実施形態においては、上記コポリマーは、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ）を含む。
【００４３】
ミセルは、上記ポリマーをベースとする、未架橋または架橋型（シェル架橋型等）ミセルであってもよい。したがって、特に好ましい実施形態は、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］等の、第３級アミンメタクリレートから誘導されたブロックコポリマーをベースとする未架橋またはシェル架橋型ミセルを想定している。
【００４４】
上記第３級アミノ系（アルク）アクリレートコポリマーのミセルを架橋させることが可能な１つの方法は、上記コポリマーの第３級アミノ基を二官能性４級化剤で部分的または完全に４級化することによるものである。したがって、好ましい実施形態の場合は、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ）の部分架橋を、ＰＤＭＡ鎖を好適な二官能性４級化剤、例えば、１，２−ビス−（ヨードエトキシ）エタン（ＢＩＥＥ）等のビス（ハロアルコキシ）アルカンを用いて選択的に４級化／架橋することによって達成してもよい。この好ましい実施形態においては、ＰＤＰＡ鎖は基本的に４級化されないままである。
【００４５】
本発明はまた、ハロゲン化アルキル（特にヨードメタン等のヨウ化アルキル）等の単官能性４級化剤を用いることにより４級化が達成される、類似の非架橋型の４級化された誘導体も想定している。しかしながら、シリカ沈着過程の制御は材料が架橋されている場合に向上し得ると考えられている。
【００４６】
ポリマーの重合度は、好ましくは、規定の範囲内で制御される。本発明の好ましい実施形態においては、ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡコポリマーの重合度は、好ましくは、ＰＤＰＡの平均重合度が２０〜２５の範囲内となり、ＰＤＭＡの平均重合度が６５〜７０の範囲内となるように制御され、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマー（下付き文字は、各ブロック平均重合度を示す）を用いた場合に特に好ましい結果が得られる。上記実施形態においては、ＰＤＰＡ単位はミセルのコアを形成し、ＰＤＭＡ単位はミセルの外殻を形成する。
【００４７】
ポリマーコア材料は、任意の好適な重合法により調製してもよいが、好ましい実施形態に関しては、グループ移動重合法やＲＡＦＴおよびＡＴＲＰのような制御ラジカル重合法等の方法を用いた場合に特に好ましい結果が得られる。次いで、コア材料の金属酸化物による被覆が、例えば、好適な前駆体で処理することによって行われる。
【００４８】
好ましい実施形態においては、ポリマーコアはラテックスであり、より好ましくは、イオン的に安定化されたポリマーラテックスである。本明細書において用いられる「ラテックス」という用語は、ポリマー粒子の安定化された懸濁液を指す。好ましくは、この懸濁液は、カチオン性懸濁液である。ポリマー粒子の平均サイズは、好ましくは１〜４００ｎｍ、より好ましくは１０〜２５０ｎｍ、よりさらに好ましくは３０〜１５０ｎｍの範囲内にある。懸濁液のｐＨ範囲は、好ましくは３〜７、より好ましくは３．５〜６である。
【００４９】
好ましくは、ラテックスは、ポリマーおよびカチオン性界面活性剤を含む。任意の好適なポリマー、例えば、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロック−コポリマー、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびこれらの組合せ等を使用してもよい。
【００５０】
好ましくは、ポリマーは、スチレンモノマー、（メタ）アクリルモノマー、ならびにこれらのコポリマーおよび組合せを含む。
【００５１】
好ましくは、界面活性剤は、アンモニウム界面活性剤を含む。
【００５２】
コアは、好ましくは、水性カチオン性ビニルポリマー組成物を含む。カチオン性基は、ポリマー中に組み込んでもよいし、または任意の他の形態で、例えば、カチオン性界面活性剤の添加などによって加えてもよい。好ましくは、カチオン性基は、少なくとも一部がポリマーに結合している。好ましくは、カチオン性基は、重合の際にポリマー中に組み込まれる。
【００５３】
ポリマーは、任意の好適な方法で作製してもよい。例えば、溶液中で、分散させ、場合により溶媒を蒸発させ；界面活性剤を用い；ポリマー（またはオリゴマー）安定剤を用い、場合により少量の界面活性剤を存在させ；塊状または懸濁重合を行い、続いて、このポリマーを水中に放散させ、場合により、続いてさらなる重合ステップを行う。特定の実施形態においては、さらなるビニル重合の安定剤として、ポリマー分散液（または溶液）Ａが使用される。ポリマーＡは、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート等であってもよい。
【００５４】
本発明のナノ粒子は、金属酸化物を含むシェル材料を含む。任意の好適な金属酸化物を使用してもよい。好ましくは、金属酸化物は、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、アンチモンドープ酸化スズ、酸化スズ、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、およびこれらの組合せから選択される。
【００５５】
好ましくは、シェルは、シリカを含む。より好ましくは、シェルは、シリカを少なくとも９０重量％含む。
【００５６】
好ましくは、上記シェル材料は、上記コア材料上に沈着された少なくとも１種のシリカ前駆体由来のシリカを含む。場合により、上記少なくとも１種のシリカ前駆体は、無機ケイ酸塩、例えば、ケイ酸ナトリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩を含んでいてもよい。しかしながら、好ましいシリカ前駆体は、有機ケイ酸エステル化合物、特に、オルトケイ酸テトラメチルやオルトケイ酸テトラエチル等のケイ酸アルキルエステルを含む。最も好ましくは、上記シリカ前駆体は、オルトケイ酸テトラメチルを含む。上記処理は、未架橋のミセル内でコポリマー鎖を効果的に架橋させ、それによってミセルを解離に対し安定化させることが見出された。
【００５７】
シリカ沈着は、温和な条件下でポリマーを好適なシリカ前駆体で単純に処理することによって実施されてもよい。したがって、好ましいコポリマーおよびラテックスミセルのいずれの場合も、このような材料をシリカ前駆体（典型的には、有機ケイ酸エステル化合物、特に、オルトケイ酸テトラエチル等のケイ酸アルキルエステル、最も好ましくはオルトケイ酸テトラメチル）と一緒に、５〜６０℃、ｐＨ６．２〜９．０で１０〜３００分間撹拌してもよい。典型的な反応においては、ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡコポリマーミセルをオルトケイ酸テトラメチルで２０℃、ｐＨ７．２で２０分間処理してもよい。本発明の第２の態様の方法は、低いｐＨ値（典型的にはｐＨ１）で実施すべきであるシリカ沈着手順が必要とされる先行技術の方法よりも勝っている正にこの点によって重要な利点が得られる。
【００５８】
第３級アミンメタクリレート系ブロックコポリマー（具体例は、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ））から誘導された、選択的に４級化された非架橋型およびシェル架橋型（ＳＣＬ）ミセルをベースとする組成物を用いることにより、特に好ましい結果が達成されており、この種の材料を鋳型として用いると、直径が５０ｎｍ未満の明確に画定されたコポリマー−シリカナノ粒子の生体模倣による形成が特に上首尾に行われることが証明されている。部分的または完全に４級化されたポリ（２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート）（ＰＤＭＡ）の外殻および疎水性ポリ（２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）（ＰＤＰＡ）のコアを含むジブロックコポリマーミセルは、特に、温和な条件下すなわちｐＨ７．２の２０℃の水溶液からシリカを沈着させるためのナノサイズの鋳型として用いられている。
【００５９】
さらに、アクリルコポリマーラテックス粒子（例えば、ＤＳＭネオレジンズ（ＤＳＭ ＮｅｏＲｅｓｉｎｓ）より入手可能なネオクリル（ＮｅｏＣｒｙｌ）ＸＫ−３０）を含む組成物を用いることにより好ましい結果が達成されている。好ましいラテックス粒子の平均粒度は６０〜９０ｎｍであり、カチオン性界面活性剤で安定化されている。この粒子は、シリカ沈着の鋳型として用いられている。室温下において中性の水性環境下でＴＭＯＳを前駆体として用いてシリカの生体模倣沈着を実施することができる。
【００６０】
本明細書における、温和な条件、短い反応時間、および入手可能な試薬を利用できるという事実は、商業的に適用可能な製造方法を準備する際には明らかな利点が得られるであろう。さらに、粒子のサイズおよび／または性質を制御できることも有利である。
【００６１】
本明細書におけるコーティング組成物は、典型的には、バインダーを含む。バインダーの主要な機能は、コーティングの一体性を損なわせないことにある。すなわち、ナノ粒子をコーティング内および基材に対し固定することにある。任意の好適なバインダーを使用してもよいが、好ましくは、バインダーは、粒子および基材と共有結合を形成するものである。バインダーは、硬化前は、好ましくは、アルキルまたはアルコキシ基を有する無機化合物を含む。さらに、バインダーは、好ましくは、自身が重合することにより実質的に連続した高分子ネットワークを形成する。
【００６２】
本発明の一実施形態においては、バインダーは、無機材料を含む。好ましくは、バインダーは、実質的に無機材料からなる。バインダーは、好ましくは、１種またはそれ以上の無機酸化物から誘導された化合物を含む。好ましくは、バインダーは、金属アルコキシド等の加水分解性材料を含む。好ましくは、バインダーは、アルコキシシラン、アルコキシジルコニウム、アルコキシアルミニウム、アルコキシチタン、ケイ酸アルキル、ケイ酸ナトリウム、またはこれらの組合せを含む。アルコキシシランが好ましく、トリおよびテトラアルコキシシランが好ましい。好ましくは、ケイ酸エチル、アルミン酸エチル、ジルコン酸エチル、および／またはチタン酸エチルバインダーが使用される。テトラアルコキシシランが最も好ましい。
【００６３】
コーティング組成物中のバインダーの量は、好ましくは、固形分重量の１％以上、より好ましくは２％以上である。好ましくは、バインダーの量は、固形分重量の４０％以下、より好ましくは２５％以下であろう。百分率は、ナノ粒子中の金属酸化物の量に対するバインダー中の金属酸化物の量として算出される。
【００６４】
好ましくは、バインダーおよびナノ粒子の混合物のｐＨは、約２以上、より好ましくは約３以上である。ｐＨは、好ましくは約７以下、より好ましくは約４以下である。
【００６５】
本明細書における組成物は溶媒を含んでいてもよい。好ましい溶媒としては、水、有機溶媒、およびこれらの組合せが挙げられる。しかしながら、バインダーの化学的性質に応じて多くの溶媒が有用である。好適な溶媒としては、これらに限定されるものではないが、水、非プロトン性有機溶媒、アルコール、およびこれらの組合せが挙げられる。好適な溶媒の例としては、これらに限定されるものではないが、イソプロパノール、エタノール、アセトン、エチルセロソルブ、メタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、メチルエチルエーテル、メチルブチルエーテル、トルエン、メチルエチルケトン、およびこれらの組合せが挙げられる。
【００６６】
通常、コーティング組成物は、粒子およびバインダーの粘度を基材に薄い層を適用できるような値に調整する量の非反応性溶媒を含む。好ましくは、その粘度は、約２．０ｍＰａ．ｓ以上、好ましくは２．２ｍＰａ．ｓ以上、よりさらに好ましくは約２．４ｍＰａ．ｓ以上であろう。好ましくは、粘度は、約２０ｍＰａ．ｓ以下、好ましくは約１０ｍＰａ．ｓ以下、より好ましくは約６ｍＰａ．ｓ以下、よりさらに好ましくは約３ｍＰａ．ｓ以下である。粘度はウベローデ（Ｕｂｂｅｌｏｈｄｅ）ＰＳＬ ＡＳＴＭ ＩＰ ｎｏ １（２７０４２型）で測定することができる。
【００６７】
好ましくは、本明細書におけるコーティング組成物を硬化させる前の固形分の量は、約５重量％以下、より好ましくは約４重量％以下、よりさらに好ましくは約３重量％以下である。好ましくは、固体の量は、約０．５重量％以上、より好ましくは約１重量％以上、より好ましくは約１．５重量％以上である。
【００６８】
本組成物は、光学コーティングを形成するのに好適である。本明細書において用いられる「光学コーティング」という用語は、主要機能として光学機能を有するコーティングを指す。光学コーティングの例としては、反射防止、ノングレア、防眩、帯電防止、ＥＭ制御（例えば、ＵＶ制御、日射制御、ＩＲ制御、ＲＦ制御等）の機能が得られるように設計されたものが挙げられる。
【００６９】
好ましくは、本コーティングは、反射防止用である。より好ましくは、本コーティングは、コーティングされた１つの面から４２５〜６７５ｎｍ（可視光領域）の波長で測定すると、最低反射率が約２％以下、好ましくは約１．５％以下、より好ましくは約１％以下となるものである。４２５〜６７５ｎｍの領域全体にわたる１つの面からの反射率の平均値は、好ましくは約２．５％以下、より好ましくは約２％以下、よりさらに好ましくは約１．５％以下、より一層好ましくは約１％以下であろう。通常、反射率の最小値は、４２５〜６５０ｎｍの間の波長、好ましくは４５０ｎｍ以上、より好ましくは５００ｎｍ以上の波長にあるであろう。好ましくは、最小値は、６００ｎｍ以下の波長にある。人間の目が最も感じやすい波長（色）である５５０ｎｍ付近の波長に反射率の最低値があるものが人間の目にとって最適である。
【００７０】
このコーティング組成物は、基材に適用することができる。任意の好適な基材を使用してもよい。光学コーティングにより利点が得られ得る基材、特に、反射防止コーティングにより利点を得られるであろうものが好ましい。基材は、好ましくは、透明度の高いものである。好ましくは、透明度は、４２５〜６７５ｎｍの波長において、厚さ２ｍｍで約９４％以上、より好ましくは約９６％以上、よりさらに好ましくは約９７％以上、よりさらに好ましくは約９８％以上である。
【００７１】
本明細書における基材は、有機物質であってもよく、例えば、基材は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネートもしくはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエステル等の有機ポリマー材料または類似の光学的性質を有するポリマー材料であってもよい。この実施形態においては、有機基材材料がその形態を実質的に維持し、実質的に熱分解を受けない十分に低い温度で硬化させることができるコーティングを使用することが好ましい。好ましい１つの方法は、欧州特許出願公開第Ａ−１５９１８０４号明細書に記載された触媒を使用することである。他の好ましい硬化方法は、国際公開第２００５／０４９７５７号パンフレットに記載されている。
【００７２】
本明細書における基材は、無機物質であってもよい。好ましい無機基材としては、セラミック、サーメット、ガラス、石英、またはこれらの組合せが挙げられる。フロートガラスが好ましい。透明度が９８％以上である低鉄分ガラス、いわゆる白板硝子が最も好ましい。
【００７３】
好ましくは、コーティング組成物は、結果として得られる乾燥コーティングの厚みが約５０ｎｍ以上、好ましくは約７０ｎｍ以上、より好ましくは約９０ｎｍ以上となるように物品に適用される。好ましくは、乾燥コーティングの厚みは約３００ｎｍ以下、より好ましくは約２００ｎｍ以下、よりさらに好ましくは約１６０ｎｍ以下、より一層好ましくは約１４０ｎｍ以下である。
【００７４】
薄肉のコーティングを基材に適用するのに利用できる方法は数多くある。所要の厚みを得るのに好適な湿潤したコーティング組成物を適用する方法が許容されるであろう。好ましい方法としては、メニスカス（キス）コーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、スピンコーティング、およびディップコーティングが挙げられる。浸漬した基材のあらゆる面にコーティングが得られ、かつ再現性のある一定の厚みが得られるディップコーティングが好ましい。スピンコーティングは、幅または長さが２０ｃｍ以下のものなどのより小さいガラス板を使用する場合は容易に用いることができる。連続工程の場合は、メニスカス、ロール、およびスプレーコーティングが有用である。
【００７５】
一旦基材に適用された後のコーティングは、硬化（ｃｕｒｉｎｇ、ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）が必要となるであろう。必要に応じて、使用されるバインダー材料の種類により決定される場合が多い任意の好適な手段により硬化を実施してもよい。硬化の手段としては、例えば、加熱、ＩＲ処理、紫外線曝露、触媒硬化、およびこれらの組合せが挙げられる。
【００７６】
触媒を使用する場合は、酸触媒が好ましい。好適な触媒としては、これらに限定されるものではないが、酢酸、ギ酸、硝酸、クエン酸、酒石酸等の有機酸、リン酸、塩酸、硫酸等の無機酸、およびこれらの混合物が挙げられるが、緩衝能を有する酸が好ましい。
【００７７】
好ましい実施形態においては、硬化は加熱により達成される。加熱硬化は、通常、約１５０℃以上、好ましくは約２００℃以上で実施される。好ましくは、この温度は、約７００℃以下、より好ましくは約５００℃以下であろう。硬化が起こる時間は、通常、３０秒以上である。通常、硬化は、１０時間以下、好ましくは４時間以下で実施される。
【００７８】
一実施形態においては、コーティング組成物は熱硬化性であり、ガラス板の焼入れステップの前に上記板に適用される。通常、焼入れステップは６００℃までの温度で実施される。したがって、この場合、硬化および焼入れ工程は１段階で実施される。
【００７９】
好ましくは、この硬化ステップによってナノ粒子のコア材料も、少なくとも一部、より好ましくは実質的に完全に分解される。
【００８０】
好ましくは、基材は、コーティングを適用する前に清浄化される。ホコリ、油、および他の有機化合物等の少量の汚染物質がコーティングに欠陥が現れる原因となる。
【００８１】
本発明によるコーティングが良好な光学および機械特性を示すことが見出された。所望の機械特性としては、基材に対する良好な接着性、良好な衝撃穴あけ強さ、良好な耐スクラッチ性、および良好な耐摩耗性が挙げられる。
【００８２】
以下の実施例を参照することにより本発明をさらに例示するが、本開示の範囲を何ら限定するものではない。
【００８３】
［実施例］
［実施例１］
ブトゥアン（Ｂｕｅｔｕｅｎ），Ｖ；アームズ（Ａｒｍｅｓ），Ｓ．Ｐ．；ビリンガム（Ｂｉｌｌｉｎｇｈａｍ），Ｎ．Ｃ．、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９９７年、６７１〜６７２頁に記載の方法に従いグループ移動重合を用いてモノマーを逐次付加させることによりＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを合成した。一連の単分散に近いポリ（メチルメタクリレート）を較正基準として用いたゲル浸透クロマトグラフィー分析から、Ｍｎが１８０００であり、Ｍｗ／Ｍｎが１．０８であることが示された。ＰＤＰＡおよびＰＤＭＡブロックの平均重合度は、１Ｈ ＮＭＲ分光を用いることにより、それぞれ２３および６８と推定された。
【００８４】
ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマー（４級化度＝０％）をｐＨ２で分子状に溶解させた後、ＮａＯＨを用いて溶液のｐＨをｐＨ７．２に調整することにより非架橋型ミセル調製した。２５℃における動的光散乱（ＤＬＳ）調査から、ｐＨ７．２のコポリマーミセルの０．２５ｗｔ％溶液においては、ミセルの強度平均径が３７ｎｍであることが示された。
【００８５】
上記ミセルのミセル水溶液（０．２５ｗ／ｖ％、ｐＨ７．２）２．０ｍｌをオルトケイ酸テトラメチル１．０ｍｌと混合した後、初期に不均質な溶液を自然条件下で２０分間撹拌することによりケイ酸化を達成した。こうして得られた混成コア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子をエタノールで洗浄した後、１６０００ｒｐｍ、５分間の遠心分離／再分散サイクルに３回かけた。次いで、沈降したコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の再分散を、超音波浴を用いて達成した。
【００８６】
［実施例２］
実施例１のようにグループ移動重合を用いてモノマーを逐次付加することによりＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを合成した。
【００８７】
ブトゥアン，Ｖ；アームズ，Ｓ．Ｐ．；ビリンガム，Ｎ．Ｃ．、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２００１年、第３４巻、１１４８〜１１５９頁に記載されたように、ヨードメタンを用いたＰＤＭＡブロックの部分４級化（目標４級化度は５０％または１００％のいずれか）をＴＨＦ中で２４時間実施した。
【００８８】
５０％または１００％４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを用いて調製された非架橋型ミセルも同様に、実施例１に記載したようなｐＨ調整によって調製した。ｐＨ７．２で実施したＤＬＳ調査から、５０％および１００％４級化されたコポリマーミセルの０．２５ｗｔ％水溶液の場合は、強度平均径がそれぞれ２９ｎｍおよび２６ｎｍであることが示された。
【００８９】
ＰＤＭＡ鎖が５０％４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマーミセルの０．２５ｗｔ．％水溶液２．０ｍｌにオルトケイ酸テトラメチル（１．０ｍｌ）を２０℃で添加し、連続撹拌しながらシリカ沈着を２０分間継続させた後、遠心分離によって単離した。
【００９０】
５０％４級化されたコポリマー前駆体を用いて得られた混成コア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子のＤＬＳ調査から、ｐＨ７付近のミセルの強度平均径が３４ｎｍであることが示された。
【００９１】
［実施例３］
グループ移動重合を用いてモノマーを逐次添加することによりＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを合成し、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーの非架橋型ミセルを実施例１に記載したように調製した。
【００９２】
二官能性４級化剤である１，２−ビス−（２−ヨードエトキシ）エタン（ＢＩＥＥ、目標架橋度３０％を達成するため、ＤＭＡ残基１個当たり０．１５ｍｏｌ）をＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマーミセルの０．２５％溶液にｐＨ７．２で添加することにより外殻ＰＤＭＡ鎖のシェル架橋を達成した。シェル架橋を２５℃で少なくとも７２時間実施した。シェル架橋させた後のＤＬＳ調査から、強度平均径が３２ｎｍであることが示され、ＴＥＭ調査からは、乾燥させたＳＣＬミセルの数平均径が２６ｎｍであることが示された。ＳＣＬミセル水溶液をｐＨ２に調整してＤＬＳ調査を行ったところ、ＳＣＬミセルの膨潤とにより強度平均径が４５ｎｍであることが示された。
【００９３】
低ｐＨにおいてはＰＤＰＡ鎖が高度にプロトン化され、したがってもはや疎水性ではなくなるので、非架橋型ミセルの場合は低ｐＨで単純に解離して分子状に溶解した溶液を形成するという理由から、このＤＬＳ実験により、シェル架橋が上首尾に行われたことも確認された。さらに、５０％４級化されたコポリマーを用いて調製されたＳＣＬミセルのＤＬＳにより示された強度平均径はｐＨ７．２で３７ｎｍであった。
【００９４】
０．２５ｗｔ％ＳＣＬミセル溶液を２．０ｍｌ分取して、メタノール２．０ｍｌおよびオルトケイ酸テトラメチル２．０ｍｌの混合物に加えることによりシリカ沈着を達成した。ここでは、メタノールを共溶媒として作用させ、ＴＭＯＳが確実に水相と混和するようにした。シリカ沈着を４０分間継続した後に得られた生成物のＴＥＭ調査を行い、明確に画定されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の形成を確認した。一方、この処理を１２０分間継続した後でさえも、鋳型を介していないシリカナノ構造の形跡は認められなかった。
【００９５】
［実施例４］
ＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９−ＰＤＰＡ７６トリブロックコポリマーをＰＥＯベースのマクロ開始剤を用いた原子移動ラジカル重合により合成した。まず、マクロ開始剤（１．００ｇ、０．４６３ｍｍｏｌ）を２５ｍｌの一頚フラスコに加え、次いで、吸引／窒素サイクルを３回行うことにより脱気した後、ＤＭＡ（２．１８ｇ、１３．８８ｍｍｏｌ、目標架橋度３０）、２，２’−ビピリジン（１４４．５ｍｇ、０．９２５ｍｍｏｌ）、次いで、脱気した９５／５ｖ／ｖＩＰＡ／水混合物３．２ｍｌを加えた。この溶液を４０℃の油浴に入れて均質になるまで撹拌した。次いで、塩化銅（Ｉ）（４５．８ｍｇ、０．４６３ｍｍｏｌ）を加えて反応を４０℃で３．５時間窒素中で連続撹拌しながら実施した。この時間が経過した後、１Ｈ ＮＭＲ分光で測定したＤＭＡモノマーの反応率は９６％に到達した。
【００９６】
その後、ＤＰＡ（４．９４ｇ、２３．１３ｍｍｏｌ、目標架橋度＝５０）および９５／５ｖ／ｖＩＰＡ／水混合物５．０ｍｌの混合物を加えた。２段階重合を４０℃で１８．５時間実施した後、空気に触れさせることにより停止した。１Ｈ ＮＭＲ分析により、ＤＰＡモノマー反応率が９９％に到達したことが示された。コポリマー溶液をＴＨＦ（２００ｍｌ）で希釈し、シリカカラムを通して使用済み触媒を除去した。次いで、コポリマー溶液を減圧濃縮し、固体のコポリマーを脱イオン水（１００ｍｌ）中で析出させることにより残留モノマーおよび任意の未反応のＰＥＯ−ＤＭＡジブロックコポリマーを除去した。精製された白色のコポリマーを真空中で一夜凍結乾燥させることにより単離した。全体の収量は６．１ｇ（７６％）であった。
【００９７】
ＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９−ＰＤＰＡ７６トリブロックコポリマーをｐＨ２で分子状に溶解した後、ＮａＯＨを用いて溶液のｐＨを７．２に調整してミセルのロッドを形成させる調製を行った。最終コポリマー濃度を１．０ｗｔ％とした。過剰のＴＭＯＳ（０．２０ｇ、すなわちＴＭＯＳ：コポリマー質量比２０：１）をコポリマー溶液１．０ｍｌに加え、次いで、ケイ酸化を２０℃、ｐＨ７．２で２０分間実施することによりシリカ沈着を達成した。エタノールで洗浄した後、１３０００ｒｐｍ、１５分間の遠心分離／再分散サイクルを３回行うことによりシリカロッドを得た。
【００９８】
［実施例５］
予め低重合させたテトラエトキシシランを調製するために、テトラエトキシシラン（５８．４ｇ）の２−プロパノール（１５９．０ｇ）溶液を撹拌しながら、水（５３．６ｇ、１２．２重量％）および酢酸（５．９ｇ）を添加した。２４時間後、この混合物を２−プロパノール（１６０．７ｇ）で所望の濃度に希釈した。結果として得られた混合物のｐＨ値を濃硝酸（１．３ｇ）を加えて１．０に低下させた。
【００９９】
実施例２のように調製されたシリカコア−シェル型粒子（１２５ｍｇ）の５．７重量％懸濁液に２−プロパノール（１２５ｍｇ）を添加した。次いで、様々な量の予め低重合させたテトラエトキシシランを混合物に添加して、５分間振盪させた。結果として得られた配合物を、５ｃｍ×１ｃｍの大きさの清浄化されたガラス板上に２５００ｍｉｎ−１の速度でスピンコートした。ＡＲフィルムをガラス基材の両面に適用した。コーティングされたガラス板を４５０℃の温度で４時間硬化させた。
【０１００】
この試料の反射率は１．３％であり、スチールウールテスト（荷重２５０ｇ）による損傷は目視では認められなかった。コア−シェル型粒子と類似の寸法を有する中実シリカ粒子を用いて類似の方法で調製された試料の反射率は１．９％以上であった。
【０１０１】
［実施例６］
ネオクリルＸＫ−３０（４．４１ｇ、ＤＳＭネオレジンズより入手可能な４２．５％アクリルコポリマー）を水（１０．００ｇ）で処理した。次いで、テトラメトキシシラン（１０．００ｍｌ）を室温で２時間かけて加えた。添加が完了した後、混合物を室温で１．５時間撹拌し、次いで、エタノールで希釈した（１０８．４ｇ）。
【０１０２】
これらの粒子の３．１重量％懸濁液を８ｃｍ×１０ｃｍの大きさの清浄化したガラス板に引き上げ速度４．２ｍｍ・ｓ−１でディップコートした。ＡＲフィルムをガラス基材の両面に適用した。コーティングされたガラス板を４５０℃の温度で４時間硬化させた。５５０ｎｍにおける反射率は１未満であった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティング組成物であって、前記ナノ粒子が、
（ａ）ポリマーを含むコア材料と、
（ｂ）金属酸化物を含むシェル材料と
を含む、組成物。
【請求項２】
前記コア材料が、カチオン性である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記ポリマーが、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ（メタ）アクリレート、これらのコポリマーおよび組合せから選択される、請求項１または２に記載の組成物。
【請求項４】
前記ポリマーが、ラテックス、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびこれらの組合せから選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５】
前記ポリマーが、カチオン性ポリマーから選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６】
金属酸化物が、シリカである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項７】
前記組成物が、バインダーを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項８】
前記組成物が、無機酸化物を含むバインダーを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項９】
前記ナノ粒子の潜在的な空隙率が５％〜９０％である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の組成物で少なくとも一部がコーティングされた基材。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組成物でコーティングされた基材を含む物品。
【請求項１２】
コア−シェル型ナノ粒子を含むコーティング組成物であって、前記ナノ粒子が、
（ａ）ポリマーを含むコア材料と、
（ｂ）金属酸化物を含むシェル材料と
を含み、前記ナノ粒子が、ロッドまたは芋虫状の形態を有する、組成物。
【請求項１３】
コア−シェル型ナノ粒子を含む組成物を基材に適用するステップと、前記組成物を硬化させるステップとを含む、光学コーティングの形成方法であって、前記コア−シェル型ナノ粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、方法。
【請求項１４】
コア−シェル型ナノ粒子の、光学コーティングのための使用。
【請求項１５】
コア−シェル型ナノ粒子の、薄膜コーティングのための使用。
【請求項１】
コア−シェル型ナノ粒子を含む光学コーティング組成物であって、前記ナノ粒子が、
（ａ）ポリマーを含むコア材料と、
（ｂ）金属酸化物を含むシェル材料と
を含む、組成物。
【請求項２】
前記コア材料が、カチオン性である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記ポリマーが、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ（メタ）アクリレート、これらのコポリマーおよび組合せから選択される、請求項１または２に記載の組成物。
【請求項４】
前記ポリマーが、ラテックス、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびこれらの組合せから選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５】
前記ポリマーが、カチオン性ポリマーから選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６】
金属酸化物が、シリカである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項７】
前記組成物が、バインダーを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項８】
前記組成物が、無機酸化物を含むバインダーを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項９】
前記ナノ粒子の潜在的な空隙率が５％〜９０％である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の組成物で少なくとも一部がコーティングされた基材。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組成物でコーティングされた基材を含む物品。
【請求項１２】
コア−シェル型ナノ粒子を含むコーティング組成物であって、前記ナノ粒子が、
（ａ）ポリマーを含むコア材料と、
（ｂ）金属酸化物を含むシェル材料と
を含み、前記ナノ粒子が、ロッドまたは芋虫状の形態を有する、組成物。
【請求項１３】
コア−シェル型ナノ粒子を含む組成物を基材に適用するステップと、前記組成物を硬化させるステップとを含む、光学コーティングの形成方法であって、前記コア−シェル型ナノ粒子が、ポリマーを含むコア材料と、金属酸化物を含むシェル材料とを含む、方法。
【請求項１４】
コア−シェル型ナノ粒子の、光学コーティングのための使用。
【請求項１５】
コア−シェル型ナノ粒子の、薄膜コーティングのための使用。
【公表番号】特表２０１０−５０３０３３（Ｐ２０１０−５０３０３３Ａ）
【公表日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２７０４９（Ｐ２００９−５２７０４９）
【出願日】平成１９年９月５日（２００７．９．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／００７７２８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０２８６４０
【国際公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（５０３２２０３９２）ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． (873)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月５日（２００７．９．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／００７７２８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０２８６４０
【国際公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（５０３２２０３９２）ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． (873)
【Ｆターム（参考）】
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