平坦化コーティングを有する基材及びその製造方法
約１ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する基材の平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように、組成物でコーティングされた基材。前記組成物は、重合した形態で、少なくとも１つ以上のアクリレート含有モノマー、オリゴマー、又は樹脂と、粒径が２０ｎｍ以下である複数の無機酸化物粒子と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦化表面、具体的には、表面を平坦化するために用いられるコーティング、より具体的には、約１ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を示すように基材表面を平坦化するためのポリマー平坦化コーティングに関する。また、本発明は、基材の表面を平坦化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学及び／又は電気機器用のコーティングされたポリマー基材の開発は、当該技術分野において数多く報告されている。特定のこれら用途では、基材表面のうち１つ以上が非常に平滑である（即ち、非常に低い表面粗度値を有する）ことが望ましい。かかるポリマー基材上に平滑な表面を得るために平坦化コーティングを用いることが知られている。平坦化コーティングの１つの方式が、米国特許出願公開第２００５／０２３８８７１号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
平坦化コーティンが利用可能であっても、かかるコーティングの代替品及び改良が継続的に必要とされている。本発明は、かかる代替平坦化コーティングを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
２０ｎｍ以下の粒径を有する無機酸化物（例えば、シリカ）粒子をアクリレート系平坦化コーティングに含めることにより、かかる粒子を含まない同組成物に比べて、コーティングの表面の平滑度（即ち、低い表面粗度値）を予想以上に改善できることが明らかになった。また、表面の平滑度のかかる予想外の改善は、比較的低濃度（即ち、負荷）の無機酸化物粒子によって得られることも明らかになった。
【０００５】
本発明の１つの態様では、約１ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する基材の平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように、組成物でコーティングされた基材を提供する。前記組成物は、ポリマー形態で、少なくとも１つの又は２つ以上のアクリレート含有モノマーのブレンド、オリゴマー、又は樹脂と、粒径が２０ｎｍ以下である複数の無機酸化物粒子と、を含む。本発明の基材の実施では、以下を含む多数の任意の特徴を使用してもよい。
【０００６】
基材の平坦化表面は、０．７ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有し得る。組成物は、少なくとも約５重量％の無機酸化物粒子を含み得る。無機酸化物粒子は、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲内の粒径を有することができると考えられる。好ましくは約５ｎｍの粒径を有し、且つ約５重量％〜約４０重量％の範囲の濃度であるシリカ粒子、特にコロイド状シリカ粒子を含む無機酸化物粒子を用いて所望の結果が得られた。組成物は、重合前の形態で放射線硬化性であることが望ましい。平坦化層の平坦化表面は、約４Ｈ以上の硬度を有し得る。平坦化層の平坦化表面は、金属層及びバリア層のうち少なくとも１つで更にコーティングされてもよい。
【０００７】
本発明の別の態様では、基材の表面の平坦化方法を提供する。前記方法は、主表面を有する基材と、少なくとも１つの又は２つ以上のアクリレート含有モノマーのブレンド、オリゴマー、又は樹脂及び粒径が２０ｎｍ以下である複数の無機酸化物粒子と、を含む組成物を提供する工程を含む。前記基材の主表面は、前記組成物でコーティングされ、コーティングされた組成物は、約１ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように重合される。本発明の方法の実施では、以下を含む多数の任意の特徴を使用してもよい。
【０００８】
形成される平坦化表面は、０．７ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有し得る。コーティングされる組成物が、コロイド状粒子の分散液の形態の無機酸化物粒子を含む場合、特にコロイド状粒子がシリカ粒子を含む場合に、望ましい結果が得られた。本方法は、組成物が放射線硬化性組成物を含む場合、コーティングされた組成物を放射線硬化する工程を更に含み得る。必要に応じて、コーティングされた組成物を、硬化する前に乾燥作業を通して処理してもよい。基材が不定長の可撓性ウェブ基材である場合、本方法は、前記ウェブ基材をその長手方向軸と平行な方向に移動させながら（例えば、ウェブ運搬プロセスにおいて上流又は下流に）、組成物で前記ウェブ基材の主表面をコーティングする工程を含み得る。本方法は、平坦化表面を少なくとも１層の金属層及びバリア層でコーティングする工程を更に含み得る。
【０００９】
本方法は、また、組成物でコーティングされる前に、基材の主表面を清浄化する工程を含み得る。例えば、基材の主表面は、３マイクロメートルもの小さな粒径の粒子に加えて、可能ならば３マイクロメートルよりも大きな粒子を少なくとも実質的に含まないように、清浄化してよい。本願と共に２００８年１２月３１日に出願された、代理人整理番号６４１１４ＵＳ００２に対応する、ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ Ａ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＯＦ Ａ ＤＥＶＩＣＥ，ＡＮＤ ＴＨＥ ＲＥＳＵＬＴＩＮＧ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳと題された同時係属及び同一出願人による米国仮特許出願は、かかる清浄化プロセスについて開示しており、その全文は参照することにより本明細書に組み込まれる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態を説明する際、明瞭化のために特定の技術用語が使用される。ただし、本発明は、そのように選択される特定の用語に限定されることを意図するものではなく、そのように選択される各用語は、同様に作用する全ての技術的等価物を含む。
【００１１】
本発明に係る基材は、例えば、不定長の可撓性ウェブ、プレート、シート又は他の構造体を含み得る。基材は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、約２５マイクロメートル２の走査面積に対して測定したとき、約１ｎｍ以下、約０．９ｎｍ以下、約０．８ｎｍ以下、約０．７ｎｍ以下、約０．６ｎｍ以下、約０．５ｎｍ以下、約０．４ｎｍ以下、又は約０．３ｎｍ以下の平均Ｒａ及び／又はＲｑ二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗度を有する基材の平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように、組成物でコーティングされる。組成物は、重合された形態で、少なくとも１つと好ましくは２つ以上のアクリレート含有モノマーのブレンド、オリゴマー、又は樹脂と、粒径２０ｎｍ以下の複数の（即ち、少なくとも約１重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、３０重量％、４０重量％、５０重量％、又はこれ以上）無機酸化物粒子と、を含む。他の実施形態では、無機酸化物粒子は、１ｎｍ以上且つ１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下の粒径を有する。
【００１２】
本明細書で使用するとき、明白に逆の記述がない限り、１つ以上のアクリレート含有モノマーの言及は、１つ以上の（メチル）アクリレート含有モノマーも指す。「ウェブ」は、本明細書で使用するとき、本発明に従って平坦化され得るポリマーフィルム又は層からなるか、又は少なくとも含む。ウェブは、ポリマーフィルム又は層に対する強化裏材（例えば、繊維強化フィルム、織布、又は不織布スクリム、布地等）を更に含んでよい。「可撓性」であるウェブは、ロールに巻き取ることができるウェブである。「不定長」のウェブは、幅よりもはるかに長いウェブを指す。本明細書で使用するとき、単数形の用語「平坦化層」は、基材上にコーティングされるとき非常に平滑な平坦化表面を提供するために、本発明に従って用いられる任意の組成物の１層又は複数の層を含む。
【００１３】
本発明の平坦化層は、一般に、約０．５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲の厚さを有する。本平坦化層は、また、約１マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの範囲の厚さを有し得る。本平坦化層は、約３マイクロメートル〜約２５マイクロメートルの範囲の厚さを有することが望ましい場合がある。本平坦化層は、また、約３マイクロメートル〜約１０マイクロメートルの範囲の厚さを有することが望ましい場合がある。
【００１４】
アクリレート含有モノマーのブレンド、及び粒径が約５ｎｍであり、且つ約５重量％〜約４０重量％の範囲の濃度でロードされるシリカ粒子を含むコーティング組成物を用いて、望ましい結果が得られた。粒径５ｎｍ超且つ粒径２０ｎｍ以下のより大きなシリカ粒子も同様に機能すると考えられる。また、類似の範囲の粒径のジルコニア、チタニア、及び他の無機酸化物粒子を用いて類似又は少なくとも満足のいく結果を得ることができると考えられる。平坦化層に、放射線（例えば、紫外線又は他の化学線）硬化性組成物を用いても満足のいく結果が得られた。重合組成物は、１つ以上のアクリレート又は（メチル）アクリレート含有モノマー及び無機酸化物粒子の非水分散液であってもよく、１００％固体製剤であってもよい。
【００１５】
【表１】
【００１６】
マレイン酸モノ−（２−アクリロイルオキシ−エチル）エステル（ＨＥＡＳ）の調製 無水フタル酸（７４．１２グラム）、２−ヒドロキシエチルアクリレート（８７．９グラム）、及びトリエチルアミン（０．４４グラム）を丸底フラスコ内で混合した。少量の乾燥空気を液体に吹き込んだ。反応混合物を混合し、７５℃に加熱し、その温度で６時間保持した。その後、生成物を室温に冷却し、ＮＭＲ（核磁気共鳴）を用いて、生成物がマレイン酸モノ−（２−アクリロイルオキシ−エチル）エステルであることを確認した。生成物を１−メトキシ−２−プロパノールと混合して５０重量％の溶液を調製した。
【実施例】
【００１７】
実施例１ 本発明に従って、全てＥｘｔｏｎ，ＰＡのＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏ．から市販されている３つの異なるアクリレートモノマーのブレンドを含む平坦化コーティング組成物を調製した。ブレンドは、それぞれ、Ｓａｒｔｏｍｅｒ製モノマーＳＲ−４４４、ＳＲ−２３８、及びＳＲ−５０６の４０：４０：２０混合物であった。ＳＲ−４４４は、約１０３℃に等しいＴｇを有するペンタエリスリトールトリアクリレートであり、ＳＲ−２３８は、約４３℃に等しいＴｇを有する１，６−ヘキサンジオールジアクリレートであり、ＳＲ−５０６は、約８８℃〜約９４℃の範囲のＴｇを有するイソボルニルアクリレートである。このアクリレートモノマーのブレンドは、コーティング材料の全組成物の５８重量％であった。全組成物の別の１重量％は、Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙのＢＡＳＦからＬｕｃｉｒｉｎ（登録商標）ＴＰＯ−Ｌとして市販されている２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィネート光開始剤であった。コーティング組成物の約４１重量％は、Ｎａｐｅｒｖｉｌｌｅ，ＩｌｌｉｎｏｉｓのＮａｌｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から市販されている表面処理されたＮａｌｃｏ ２３２６シリカゾルであった。Ｎａｌｃｏ ２３２６シリカ粒子の平均粒径は５ｎｍ、ｐＨは１０．５、固体含量は１５重量％である。
【００１８】
Ｎａｌｃｏ ２３２６粒子は、先ず、約４００グラムを１クオートのジャーに充填することにより表面処理された。１−メトキシ−２−プロパノール（４５０ｇ）、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン（２７．８２ｇ）、及びＰｒｏｓｔａｂｂ（５重量％水溶液０．１７ｇ）に入れて混合し、撹拌しながらコロイド状分散液に添加した。ジャーを密閉し、１６時間８０℃に加熱した。
【００１９】
上記表面処理されたシリカ分散液（約８２０グラム）、樹脂１（約９８ｇ）、及びＰｒｏｓｔａｂｂの５％溶液（約０．７５ｇ）を組み合わせ、混合した。水及び１−メトキシ−２−プロパノールを、回転蒸発を介して混合物から除去して、全重量約１７０ｇの樹脂を得た。コーティング時の粘度調節の目的のために、組成物を、メチル−エチルケトン（ＭＥＫ）を用いて５０：５０の重量比に希釈した。
【００２０】
スロット幅４インチ（１０２ｍｍ）及びスロット高さ０．００５インチ（０．１３ｍｍ）のスロットダイコーターを用いて、フィルム基材上に実施例１の組成物をコーティングした。具体的には、コーティング組成物を、約２ｃｍ３／分の速度でポリエステルテレフタレートフィルム上にシリンジポンプにより供給した。フィルムの厚さは、０．００２インチ（０．０５ｍｍ）であった。フィルムは、実施例１の組成物でコーティングされながら、約６．６ｆｔ／分（２ｍ／分）のライン速度で前進した。コーティングされたフィルムを、乾燥するまで７４℃に設定された１２フィート（３．７メートル）の強制空気オーブンを通して移動させた。次いで、乾燥した組成物を、Ｈ型電球を備えた硬化所で紫外線に曝露した。得られた平坦化層の厚さは、約４〜５マイクロメートルであった。
【００２１】
実施例２〜８ それぞれ、約５％、１０％、１５％、２１％、２６％、３１％、及び３６％、シリカ粒子濃度を変化させたことを除いて、実施例１のコーティング組成物をこれら実施例についても繰り返した。得られた平坦化層の厚さは、約４〜５マイクロメートルであった。
【００２２】
比較例１ シリカ粒子を全く含まないことを除いて、実施例１のコーティング組成物を繰り返した。得られた平坦化層の厚さは、約４〜５マイクロメートルであった。
【００２３】
各実施例の表面粗度値を、５×５マイクロメートルの走査面積を用いてＡＦＭで測定し、結果を表１に提供する。
【００２４】
【表２】
【００２５】
実施例９ コーティングに用いたアクリレートがＳＲ−４９４のみであり、コーティング溶液をＩＰＡ／Ｔｏｌ（ＭＥＫではない）で希釈したことを除いて、実施例１のコーティング手順に従った。５ｍｉｌ（１２７マイクロメートル）のシムを有する幅４インチ（１０２ｍｍ）のスロットダイに、１．３ｃｃ／分でシリンジポンプを介してコーティング溶液を供給した。ウェブ速度は、２ｍ／分であった。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００２６】
比較例２ 大部分のＳＲ−４９４及び１重量％のＴＰＯ−Ｌを含む樹脂をＩＰＡ／Ｔｏｌで５０重量％に希釈し、実施例９のようにコーティングした。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００２７】
実施例１０ 商品表記ＮＡＬＣＯ ＯＯＳＳＯＯ８（１５０グラム、６１．３５重量％が直径８〜１０ｎｍのＺｒＯ２である）としてＮＡＬＣＯ（Ｎａｐｅｒｖｉｌｌｅ，Ｉｌｌ）から入手可能なジルコニアゾル及びＭＥＥＡＡ（７．２４グラム）を、５００ｍＬの丸底フラスコに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（１０５グラム）、ＨＥＡＳ（６．２７グラム）、樹脂１（６１．３５グラム）、及びＰＲＯＳＴＡＢＢ（５．０重量％水溶液、１．２２グラム）をフラスコに入れた。次いで、１−メトキシ−２−プロパノール及び水を回転蒸発を介して除去した。得られた混合物を、半透明であり、媒体粘度分散物を形成した。得られた組成物は、硬化性樹脂中に分散した約４５重量％のＺｒＯ２粒子を含有していた。分散液を固形分５０％になるようにＩＰＡ／Ｔｏｌに溶解させ、ＴＰＯ−Ｌ ０．６６ｇを添加した後実施例９のようにコーティングした。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００２８】
実施例１１ 商品表記ＮＡＬＣＯ ＯＯＳＳＯＯ８（１５０グラム、６１．３５重量％が直径８〜１０ｎｍのＡｒＯ２である）としてＮＡＬＣＯ（Ｎａｐｅｒｖｉｌｌｅ，Ｉｌｌ）から入手可能なジルコニアゾル及びＭＥＥＡＡ（７．３０グラム）を、５００ｍＬの丸底フラスコに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（１０８グラム）、ＨＥＡＳ（１１．７５グラム）、樹脂１（２７．８８グラム）、及びＰＲＯＳＴＡＢＢ（５．０重量％水溶液、１．００グラム）をフラスコに入れた。次いで、１−メトキシ−２−プロパノール及び水を回転蒸発を介して除去した。得られた混合物は、半透明であり、粘稠な分散液を形成した。得られた組成物は、硬化性樹脂中に分散した約６０重量％のＺｒＯ２粒子を含有していた。ＴＰＯ−Ｌ ０．７０ｇを添加した後、分散液を固形分５０％になるようにＩＰＡ／Ｔｏｌに溶解させた。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００２９】
実施例１２ 溶媒としてＩＰＡ／Ｔｏｌを用いて、実施例１のコーティング調製手順に従い、基材を実施例９のコーティング条件を用いてコーティングした。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３０】
実施例１３ 溶媒としてＩＰＡ／Ｔｏｌを用いて、実施例１のコーティング調製手順に従い、基材を実施例９のコーティング条件を用いてコーティングした。Ｎａｌｃｏ ２３２６粒子の表面処理により、以下のように、シリカ分散液のシラン修飾によって極性が高くなるように変化した：Ｎａｌｃｏ ２３２６（４５０ｇ）を１ｑｔのジャーに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（５０６．７２ｇ）、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン（１５．８８ｇ）及びＳｉｌｑｕｅｓｔ Ａ１２３０（３２．０９ｇ）を混合し、撹拌しながらコロイド状分散液に添加した。ジャーを密閉し、１６時間８０℃に加熱した。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３１】
実施例１４ 溶媒としてＩＰＡ／Ｔｏｌを用いて、実施例１のコーティング調製手順に従い、基材を実施例９のコーティング条件を用いてコーティングした。Ｎａｌｃｏ ２３２６粒子の表面処理は、以下のように、シリカ分散液のシラン修飾によって疎水性が高くなるように変化した：Ｎａｌｃｏ ２３２６（４５０ｇ）を１ｑｔのジャーに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（５０６．７２ｇ）、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン（１５．８８ｇ）及びＢＳ１３１６（１４．９８ｇ）を混合し、撹拌しながらコロイド状分散液に添加した。ジャーを密閉し、１６時間８０℃に加熱した。表面処理されたシリカ分散液を樹脂１、及び約１グラムの５重量％ Ｐｒｏｓｔａｂｂ水溶液と組み合わせた。混合物を回転蒸発させて、物質がフラスコから流れないほど粘稠にした。ＩＰＡ／Ｔｏｌを用いてフラスコから物質をすすぎ、５０重量％に希釈した。ＴＰＯ−Ｌ（０．５９グラム）をコーティング溶液に添加した。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３２】
実施例１５ 溶媒としてＩＰＡ／Ｔｏｌを用いて、実施例１のコーティング調製手順に従い、基材を実施例９のコーティング条件を用いてコーティングした。Ｎａｌｃｏ ２３２６の表面処理により、以下のように、シリカ分散液のシラン修飾によって紫外線硬化時に粒子が樹脂と反応しないように変化した：Ｎａｌｃｏ ２３２６（４５０ｇ）を１ｑｔのジャーに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（５０６．７２ｇ）、（２−シアノエチル）トリエトキシシラン（１４．７９）、及びＢＳ１３１６（１４．９９ｇ）を混合し、撹拌しながらコロイド状分散液に添加した。ジャーを密閉し、１６時間８０℃に加熱した。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３３】
比較例３ ＩＰＡ／Ｔｏｌを溶媒として用いたことを除いて比較例１と同様に別の比較例を作製し、実施例９のコーティング条件に従った。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３４】
平坦化層の平坦化表面が、ＡＳＴＭ Ｄ３３６３−０５に示されているような鉛筆の芯の引っ掻き試験により測定したとき、少なくとも約２Ｈ、３Ｈ、４Ｈ、又はそれより硬い表面硬度を示すことが望ましい。また、平坦化表面は、スチールウール手動引っ掻き耐性試験で００のランクを満たす若しくはそれを超えるか、以下のような摩耗耐性試験に合格することが望ましい。硬化したフィルムの磨耗耐性は、スタイラスに固定されているスチールウールシートを、フィルム表面を横断するように振動させることができる機械装置を用いることによって、コーティング方向に対してクロスウェブにテストした。スタイラスは、２１０ｍｍ／秒（３．５ワイプ／秒）の速度において６０ｍｍの掃引幅にわたって振動した（ここで「ワイプ」は、６０ｍｍの１回の移動として定義される）。スタイラスは、直径が３．２ｃｍの平坦、円筒形のベース形状を有した。スタイラスは、フィルム表面に垂直なスチールウールによって加えられる力を増大するために追加のおもりを取り付けることができるよう設計された。＃００００スチールウールシートは、Ｈｕｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｆｕｌｔｏｎ，ＭＯから入手可能な「Ｍａｇｉｃ Ｓａｎｄ−Ｓａｎｄｉｎｇ Ｓｈｅｅｔｓ」であった。＃００００は、６００〜１２００グリットの紙やすりに等しい特定のグリットを有する。３．２ｃｍのスチールウールディスクを研磨シートからダイカットし、３ＭブランドのＳｃｏｔｃｈ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒというテープで３．２ｃｍのスタイラス基部に固定した。各例につき１つのサンプルを試験し、試験中１０００ｇの重量を適用し、５０ワイプを使用した。続いて、試料の引っかき傷について目視検査した。理想的には、摩耗又は引っ掻き傷が発生しないことであるが、ほんのわずかな引っ掻き傷を示すサンプルは試験に合格する。一旦コーティングしかつ重合すると、得られる実施例１の平坦化層は、もし存在したとしても、実質的に表面に引っ掻き傷が存在しない０にランク付けされたスチールウールを用いた手による引っ掻きに対して耐性を有し得る平坦化表面を形成した。実施例９、１２、及び１３、並びに比較例２及び３は、上記摩耗耐性試験に合格した。
【００３５】
各コーティングされたフィルムの表面粗度は、タッピングモードの原子間力顕微鏡を用いて評価することができる。Ｓａｎｔａ Ｂａｒｂａｒａ，ＣＡのＶｅｅｃｏ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．から市販されている、Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ ＩＩＩａコントローラを備えるＤｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ５０００ ＳＰＭシステム走査型プローブ顕微鏡を用いて、周囲条件下で空気中にてサンプルを撮像した。振動プローブチップで表面を軽くタッピングすることによりトポグラフィーをマッピングする特許技術（Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）であるタッピングモード（商標）を用いてサンプル表面と断続的に接触する走査を行った。カンチレバーの振動振幅は、表面のトポグラフィーとともに変化し、トポグラフィー画像は、これら変化をモニタし、それを最低限に抑えるためにｚフィードバック・ループを閉じることにより得られる。タッピングモード（商標）におけるカンチレバーの振動振幅は、典型的には、約数十ナノメートルである。用いたチップは、ばね定数が〜４２Ｎ／ｍ（１２〜１０３Ｎ／ｍ）であり、共振周波数が〜３００ｋＨｚ（２００〜４００ｋＨｚ）である異方性Ｓｉプローブ（ＯＴＥＳＰ，Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｃ．）であった。更に、前記機器は、Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩのｎＰｏｉｎｔ Ｉｎｃ．から入手した制御電子回路を備える特注閉ループ大面積スキャナ（１８０×１８０μｍ２）を装備していた。全ての画像は、５１２×５１２のデータ点を含んでいた。Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ ５．３０ソフトウェアに含まれるアルゴリズムを用いて画像解析及び測定を実施した。必要に応じてフラットニング又は面フィッティングを適用して、一部の画像の傾きを補正した。
【００３６】
本発明は、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変形及び変更を加えられてもよい。したがって、本発明は、上記実施形態に限定されず、添付された「請求項」及びすべてのその等価物に記述する制限によって規制される。例えば、本発明に係るコーティング組成物で有用であり得る他の潜在的アクリレート物質は、米国特許第５，１０４，９２９号中に見出すことができる。上記の全ての特許及び特許出願は、背景技術部分のものを含め、全体的に参考として本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦化表面、具体的には、表面を平坦化するために用いられるコーティング、より具体的には、約１ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を示すように基材表面を平坦化するためのポリマー平坦化コーティングに関する。また、本発明は、基材の表面を平坦化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学及び／又は電気機器用のコーティングされたポリマー基材の開発は、当該技術分野において数多く報告されている。特定のこれら用途では、基材表面のうち１つ以上が非常に平滑である（即ち、非常に低い表面粗度値を有する）ことが望ましい。かかるポリマー基材上に平滑な表面を得るために平坦化コーティングを用いることが知られている。平坦化コーティングの１つの方式が、米国特許出願公開第２００５／０２３８８７１号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
平坦化コーティンが利用可能であっても、かかるコーティングの代替品及び改良が継続的に必要とされている。本発明は、かかる代替平坦化コーティングを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
２０ｎｍ以下の粒径を有する無機酸化物（例えば、シリカ）粒子をアクリレート系平坦化コーティングに含めることにより、かかる粒子を含まない同組成物に比べて、コーティングの表面の平滑度（即ち、低い表面粗度値）を予想以上に改善できることが明らかになった。また、表面の平滑度のかかる予想外の改善は、比較的低濃度（即ち、負荷）の無機酸化物粒子によって得られることも明らかになった。
【０００５】
本発明の１つの態様では、約１ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する基材の平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように、組成物でコーティングされた基材を提供する。前記組成物は、ポリマー形態で、少なくとも１つの又は２つ以上のアクリレート含有モノマーのブレンド、オリゴマー、又は樹脂と、粒径が２０ｎｍ以下である複数の無機酸化物粒子と、を含む。本発明の基材の実施では、以下を含む多数の任意の特徴を使用してもよい。
【０００６】
基材の平坦化表面は、０．７ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有し得る。組成物は、少なくとも約５重量％の無機酸化物粒子を含み得る。無機酸化物粒子は、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲内の粒径を有することができると考えられる。好ましくは約５ｎｍの粒径を有し、且つ約５重量％〜約４０重量％の範囲の濃度であるシリカ粒子、特にコロイド状シリカ粒子を含む無機酸化物粒子を用いて所望の結果が得られた。組成物は、重合前の形態で放射線硬化性であることが望ましい。平坦化層の平坦化表面は、約４Ｈ以上の硬度を有し得る。平坦化層の平坦化表面は、金属層及びバリア層のうち少なくとも１つで更にコーティングされてもよい。
【０００７】
本発明の別の態様では、基材の表面の平坦化方法を提供する。前記方法は、主表面を有する基材と、少なくとも１つの又は２つ以上のアクリレート含有モノマーのブレンド、オリゴマー、又は樹脂及び粒径が２０ｎｍ以下である複数の無機酸化物粒子と、を含む組成物を提供する工程を含む。前記基材の主表面は、前記組成物でコーティングされ、コーティングされた組成物は、約１ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように重合される。本発明の方法の実施では、以下を含む多数の任意の特徴を使用してもよい。
【０００８】
形成される平坦化表面は、０．７ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有し得る。コーティングされる組成物が、コロイド状粒子の分散液の形態の無機酸化物粒子を含む場合、特にコロイド状粒子がシリカ粒子を含む場合に、望ましい結果が得られた。本方法は、組成物が放射線硬化性組成物を含む場合、コーティングされた組成物を放射線硬化する工程を更に含み得る。必要に応じて、コーティングされた組成物を、硬化する前に乾燥作業を通して処理してもよい。基材が不定長の可撓性ウェブ基材である場合、本方法は、前記ウェブ基材をその長手方向軸と平行な方向に移動させながら（例えば、ウェブ運搬プロセスにおいて上流又は下流に）、組成物で前記ウェブ基材の主表面をコーティングする工程を含み得る。本方法は、平坦化表面を少なくとも１層の金属層及びバリア層でコーティングする工程を更に含み得る。
【０００９】
本方法は、また、組成物でコーティングされる前に、基材の主表面を清浄化する工程を含み得る。例えば、基材の主表面は、３マイクロメートルもの小さな粒径の粒子に加えて、可能ならば３マイクロメートルよりも大きな粒子を少なくとも実質的に含まないように、清浄化してよい。本願と共に２００８年１２月３１日に出願された、代理人整理番号６４１１４ＵＳ００２に対応する、ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ Ａ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＯＦ Ａ ＤＥＶＩＣＥ，ＡＮＤ ＴＨＥ ＲＥＳＵＬＴＩＮＧ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳと題された同時係属及び同一出願人による米国仮特許出願は、かかる清浄化プロセスについて開示しており、その全文は参照することにより本明細書に組み込まれる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態を説明する際、明瞭化のために特定の技術用語が使用される。ただし、本発明は、そのように選択される特定の用語に限定されることを意図するものではなく、そのように選択される各用語は、同様に作用する全ての技術的等価物を含む。
【００１１】
本発明に係る基材は、例えば、不定長の可撓性ウェブ、プレート、シート又は他の構造体を含み得る。基材は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、約２５マイクロメートル２の走査面積に対して測定したとき、約１ｎｍ以下、約０．９ｎｍ以下、約０．８ｎｍ以下、約０．７ｎｍ以下、約０．６ｎｍ以下、約０．５ｎｍ以下、約０．４ｎｍ以下、又は約０．３ｎｍ以下の平均Ｒａ及び／又はＲｑ二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗度を有する基材の平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように、組成物でコーティングされる。組成物は、重合された形態で、少なくとも１つと好ましくは２つ以上のアクリレート含有モノマーのブレンド、オリゴマー、又は樹脂と、粒径２０ｎｍ以下の複数の（即ち、少なくとも約１重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、３０重量％、４０重量％、５０重量％、又はこれ以上）無機酸化物粒子と、を含む。他の実施形態では、無機酸化物粒子は、１ｎｍ以上且つ１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下の粒径を有する。
【００１２】
本明細書で使用するとき、明白に逆の記述がない限り、１つ以上のアクリレート含有モノマーの言及は、１つ以上の（メチル）アクリレート含有モノマーも指す。「ウェブ」は、本明細書で使用するとき、本発明に従って平坦化され得るポリマーフィルム又は層からなるか、又は少なくとも含む。ウェブは、ポリマーフィルム又は層に対する強化裏材（例えば、繊維強化フィルム、織布、又は不織布スクリム、布地等）を更に含んでよい。「可撓性」であるウェブは、ロールに巻き取ることができるウェブである。「不定長」のウェブは、幅よりもはるかに長いウェブを指す。本明細書で使用するとき、単数形の用語「平坦化層」は、基材上にコーティングされるとき非常に平滑な平坦化表面を提供するために、本発明に従って用いられる任意の組成物の１層又は複数の層を含む。
【００１３】
本発明の平坦化層は、一般に、約０．５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲の厚さを有する。本平坦化層は、また、約１マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの範囲の厚さを有し得る。本平坦化層は、約３マイクロメートル〜約２５マイクロメートルの範囲の厚さを有することが望ましい場合がある。本平坦化層は、また、約３マイクロメートル〜約１０マイクロメートルの範囲の厚さを有することが望ましい場合がある。
【００１４】
アクリレート含有モノマーのブレンド、及び粒径が約５ｎｍであり、且つ約５重量％〜約４０重量％の範囲の濃度でロードされるシリカ粒子を含むコーティング組成物を用いて、望ましい結果が得られた。粒径５ｎｍ超且つ粒径２０ｎｍ以下のより大きなシリカ粒子も同様に機能すると考えられる。また、類似の範囲の粒径のジルコニア、チタニア、及び他の無機酸化物粒子を用いて類似又は少なくとも満足のいく結果を得ることができると考えられる。平坦化層に、放射線（例えば、紫外線又は他の化学線）硬化性組成物を用いても満足のいく結果が得られた。重合組成物は、１つ以上のアクリレート又は（メチル）アクリレート含有モノマー及び無機酸化物粒子の非水分散液であってもよく、１００％固体製剤であってもよい。
【００１５】
【表１】
【００１６】
マレイン酸モノ−（２−アクリロイルオキシ−エチル）エステル（ＨＥＡＳ）の調製 無水フタル酸（７４．１２グラム）、２−ヒドロキシエチルアクリレート（８７．９グラム）、及びトリエチルアミン（０．４４グラム）を丸底フラスコ内で混合した。少量の乾燥空気を液体に吹き込んだ。反応混合物を混合し、７５℃に加熱し、その温度で６時間保持した。その後、生成物を室温に冷却し、ＮＭＲ（核磁気共鳴）を用いて、生成物がマレイン酸モノ−（２−アクリロイルオキシ−エチル）エステルであることを確認した。生成物を１−メトキシ−２−プロパノールと混合して５０重量％の溶液を調製した。
【実施例】
【００１７】
実施例１ 本発明に従って、全てＥｘｔｏｎ，ＰＡのＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏ．から市販されている３つの異なるアクリレートモノマーのブレンドを含む平坦化コーティング組成物を調製した。ブレンドは、それぞれ、Ｓａｒｔｏｍｅｒ製モノマーＳＲ−４４４、ＳＲ−２３８、及びＳＲ−５０６の４０：４０：２０混合物であった。ＳＲ−４４４は、約１０３℃に等しいＴｇを有するペンタエリスリトールトリアクリレートであり、ＳＲ−２３８は、約４３℃に等しいＴｇを有する１，６−ヘキサンジオールジアクリレートであり、ＳＲ−５０６は、約８８℃〜約９４℃の範囲のＴｇを有するイソボルニルアクリレートである。このアクリレートモノマーのブレンドは、コーティング材料の全組成物の５８重量％であった。全組成物の別の１重量％は、Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙのＢＡＳＦからＬｕｃｉｒｉｎ（登録商標）ＴＰＯ−Ｌとして市販されている２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィネート光開始剤であった。コーティング組成物の約４１重量％は、Ｎａｐｅｒｖｉｌｌｅ，ＩｌｌｉｎｏｉｓのＮａｌｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から市販されている表面処理されたＮａｌｃｏ ２３２６シリカゾルであった。Ｎａｌｃｏ ２３２６シリカ粒子の平均粒径は５ｎｍ、ｐＨは１０．５、固体含量は１５重量％である。
【００１８】
Ｎａｌｃｏ ２３２６粒子は、先ず、約４００グラムを１クオートのジャーに充填することにより表面処理された。１−メトキシ−２−プロパノール（４５０ｇ）、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン（２７．８２ｇ）、及びＰｒｏｓｔａｂｂ（５重量％水溶液０．１７ｇ）に入れて混合し、撹拌しながらコロイド状分散液に添加した。ジャーを密閉し、１６時間８０℃に加熱した。
【００１９】
上記表面処理されたシリカ分散液（約８２０グラム）、樹脂１（約９８ｇ）、及びＰｒｏｓｔａｂｂの５％溶液（約０．７５ｇ）を組み合わせ、混合した。水及び１−メトキシ−２−プロパノールを、回転蒸発を介して混合物から除去して、全重量約１７０ｇの樹脂を得た。コーティング時の粘度調節の目的のために、組成物を、メチル−エチルケトン（ＭＥＫ）を用いて５０：５０の重量比に希釈した。
【００２０】
スロット幅４インチ（１０２ｍｍ）及びスロット高さ０．００５インチ（０．１３ｍｍ）のスロットダイコーターを用いて、フィルム基材上に実施例１の組成物をコーティングした。具体的には、コーティング組成物を、約２ｃｍ３／分の速度でポリエステルテレフタレートフィルム上にシリンジポンプにより供給した。フィルムの厚さは、０．００２インチ（０．０５ｍｍ）であった。フィルムは、実施例１の組成物でコーティングされながら、約６．６ｆｔ／分（２ｍ／分）のライン速度で前進した。コーティングされたフィルムを、乾燥するまで７４℃に設定された１２フィート（３．７メートル）の強制空気オーブンを通して移動させた。次いで、乾燥した組成物を、Ｈ型電球を備えた硬化所で紫外線に曝露した。得られた平坦化層の厚さは、約４〜５マイクロメートルであった。
【００２１】
実施例２〜８ それぞれ、約５％、１０％、１５％、２１％、２６％、３１％、及び３６％、シリカ粒子濃度を変化させたことを除いて、実施例１のコーティング組成物をこれら実施例についても繰り返した。得られた平坦化層の厚さは、約４〜５マイクロメートルであった。
【００２２】
比較例１ シリカ粒子を全く含まないことを除いて、実施例１のコーティング組成物を繰り返した。得られた平坦化層の厚さは、約４〜５マイクロメートルであった。
【００２３】
各実施例の表面粗度値を、５×５マイクロメートルの走査面積を用いてＡＦＭで測定し、結果を表１に提供する。
【００２４】
【表２】
【００２５】
実施例９ コーティングに用いたアクリレートがＳＲ−４９４のみであり、コーティング溶液をＩＰＡ／Ｔｏｌ（ＭＥＫではない）で希釈したことを除いて、実施例１のコーティング手順に従った。５ｍｉｌ（１２７マイクロメートル）のシムを有する幅４インチ（１０２ｍｍ）のスロットダイに、１．３ｃｃ／分でシリンジポンプを介してコーティング溶液を供給した。ウェブ速度は、２ｍ／分であった。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００２６】
比較例２ 大部分のＳＲ−４９４及び１重量％のＴＰＯ−Ｌを含む樹脂をＩＰＡ／Ｔｏｌで５０重量％に希釈し、実施例９のようにコーティングした。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００２７】
実施例１０ 商品表記ＮＡＬＣＯ ＯＯＳＳＯＯ８（１５０グラム、６１．３５重量％が直径８〜１０ｎｍのＺｒＯ２である）としてＮＡＬＣＯ（Ｎａｐｅｒｖｉｌｌｅ，Ｉｌｌ）から入手可能なジルコニアゾル及びＭＥＥＡＡ（７．２４グラム）を、５００ｍＬの丸底フラスコに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（１０５グラム）、ＨＥＡＳ（６．２７グラム）、樹脂１（６１．３５グラム）、及びＰＲＯＳＴＡＢＢ（５．０重量％水溶液、１．２２グラム）をフラスコに入れた。次いで、１−メトキシ−２−プロパノール及び水を回転蒸発を介して除去した。得られた混合物を、半透明であり、媒体粘度分散物を形成した。得られた組成物は、硬化性樹脂中に分散した約４５重量％のＺｒＯ２粒子を含有していた。分散液を固形分５０％になるようにＩＰＡ／Ｔｏｌに溶解させ、ＴＰＯ−Ｌ ０．６６ｇを添加した後実施例９のようにコーティングした。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００２８】
実施例１１ 商品表記ＮＡＬＣＯ ＯＯＳＳＯＯ８（１５０グラム、６１．３５重量％が直径８〜１０ｎｍのＡｒＯ２である）としてＮＡＬＣＯ（Ｎａｐｅｒｖｉｌｌｅ，Ｉｌｌ）から入手可能なジルコニアゾル及びＭＥＥＡＡ（７．３０グラム）を、５００ｍＬの丸底フラスコに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（１０８グラム）、ＨＥＡＳ（１１．７５グラム）、樹脂１（２７．８８グラム）、及びＰＲＯＳＴＡＢＢ（５．０重量％水溶液、１．００グラム）をフラスコに入れた。次いで、１−メトキシ−２−プロパノール及び水を回転蒸発を介して除去した。得られた混合物は、半透明であり、粘稠な分散液を形成した。得られた組成物は、硬化性樹脂中に分散した約６０重量％のＺｒＯ２粒子を含有していた。ＴＰＯ−Ｌ ０．７０ｇを添加した後、分散液を固形分５０％になるようにＩＰＡ／Ｔｏｌに溶解させた。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００２９】
実施例１２ 溶媒としてＩＰＡ／Ｔｏｌを用いて、実施例１のコーティング調製手順に従い、基材を実施例９のコーティング条件を用いてコーティングした。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３０】
実施例１３ 溶媒としてＩＰＡ／Ｔｏｌを用いて、実施例１のコーティング調製手順に従い、基材を実施例９のコーティング条件を用いてコーティングした。Ｎａｌｃｏ ２３２６粒子の表面処理により、以下のように、シリカ分散液のシラン修飾によって極性が高くなるように変化した：Ｎａｌｃｏ ２３２６（４５０ｇ）を１ｑｔのジャーに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（５０６．７２ｇ）、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン（１５．８８ｇ）及びＳｉｌｑｕｅｓｔ Ａ１２３０（３２．０９ｇ）を混合し、撹拌しながらコロイド状分散液に添加した。ジャーを密閉し、１６時間８０℃に加熱した。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３１】
実施例１４ 溶媒としてＩＰＡ／Ｔｏｌを用いて、実施例１のコーティング調製手順に従い、基材を実施例９のコーティング条件を用いてコーティングした。Ｎａｌｃｏ ２３２６粒子の表面処理は、以下のように、シリカ分散液のシラン修飾によって疎水性が高くなるように変化した：Ｎａｌｃｏ ２３２６（４５０ｇ）を１ｑｔのジャーに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（５０６．７２ｇ）、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン（１５．８８ｇ）及びＢＳ１３１６（１４．９８ｇ）を混合し、撹拌しながらコロイド状分散液に添加した。ジャーを密閉し、１６時間８０℃に加熱した。表面処理されたシリカ分散液を樹脂１、及び約１グラムの５重量％ Ｐｒｏｓｔａｂｂ水溶液と組み合わせた。混合物を回転蒸発させて、物質がフラスコから流れないほど粘稠にした。ＩＰＡ／Ｔｏｌを用いてフラスコから物質をすすぎ、５０重量％に希釈した。ＴＰＯ−Ｌ（０．５９グラム）をコーティング溶液に添加した。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３２】
実施例１５ 溶媒としてＩＰＡ／Ｔｏｌを用いて、実施例１のコーティング調製手順に従い、基材を実施例９のコーティング条件を用いてコーティングした。Ｎａｌｃｏ ２３２６の表面処理により、以下のように、シリカ分散液のシラン修飾によって紫外線硬化時に粒子が樹脂と反応しないように変化した：Ｎａｌｃｏ ２３２６（４５０ｇ）を１ｑｔのジャーに入れた。１−メトキシ−２−プロパノール（５０６．７２ｇ）、（２−シアノエチル）トリエトキシシラン（１４．７９）、及びＢＳ１３１６（１４．９９ｇ）を混合し、撹拌しながらコロイド状分散液に添加した。ジャーを密閉し、１６時間８０℃に加熱した。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３３】
比較例３ ＩＰＡ／Ｔｏｌを溶媒として用いたことを除いて比較例１と同様に別の比較例を作製し、実施例９のコーティング条件に従った。５×５マイクロメートル及び２０×２０マイクロメートルの走査面積について表面粗度値を測定し、結果を表１に報告した。
【００３４】
平坦化層の平坦化表面が、ＡＳＴＭ Ｄ３３６３−０５に示されているような鉛筆の芯の引っ掻き試験により測定したとき、少なくとも約２Ｈ、３Ｈ、４Ｈ、又はそれより硬い表面硬度を示すことが望ましい。また、平坦化表面は、スチールウール手動引っ掻き耐性試験で００のランクを満たす若しくはそれを超えるか、以下のような摩耗耐性試験に合格することが望ましい。硬化したフィルムの磨耗耐性は、スタイラスに固定されているスチールウールシートを、フィルム表面を横断するように振動させることができる機械装置を用いることによって、コーティング方向に対してクロスウェブにテストした。スタイラスは、２１０ｍｍ／秒（３．５ワイプ／秒）の速度において６０ｍｍの掃引幅にわたって振動した（ここで「ワイプ」は、６０ｍｍの１回の移動として定義される）。スタイラスは、直径が３．２ｃｍの平坦、円筒形のベース形状を有した。スタイラスは、フィルム表面に垂直なスチールウールによって加えられる力を増大するために追加のおもりを取り付けることができるよう設計された。＃００００スチールウールシートは、Ｈｕｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｆｕｌｔｏｎ，ＭＯから入手可能な「Ｍａｇｉｃ Ｓａｎｄ−Ｓａｎｄｉｎｇ Ｓｈｅｅｔｓ」であった。＃００００は、６００〜１２００グリットの紙やすりに等しい特定のグリットを有する。３．２ｃｍのスチールウールディスクを研磨シートからダイカットし、３ＭブランドのＳｃｏｔｃｈ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒというテープで３．２ｃｍのスタイラス基部に固定した。各例につき１つのサンプルを試験し、試験中１０００ｇの重量を適用し、５０ワイプを使用した。続いて、試料の引っかき傷について目視検査した。理想的には、摩耗又は引っ掻き傷が発生しないことであるが、ほんのわずかな引っ掻き傷を示すサンプルは試験に合格する。一旦コーティングしかつ重合すると、得られる実施例１の平坦化層は、もし存在したとしても、実質的に表面に引っ掻き傷が存在しない０にランク付けされたスチールウールを用いた手による引っ掻きに対して耐性を有し得る平坦化表面を形成した。実施例９、１２、及び１３、並びに比較例２及び３は、上記摩耗耐性試験に合格した。
【００３５】
各コーティングされたフィルムの表面粗度は、タッピングモードの原子間力顕微鏡を用いて評価することができる。Ｓａｎｔａ Ｂａｒｂａｒａ，ＣＡのＶｅｅｃｏ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．から市販されている、Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ ＩＩＩａコントローラを備えるＤｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ５０００ ＳＰＭシステム走査型プローブ顕微鏡を用いて、周囲条件下で空気中にてサンプルを撮像した。振動プローブチップで表面を軽くタッピングすることによりトポグラフィーをマッピングする特許技術（Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）であるタッピングモード（商標）を用いてサンプル表面と断続的に接触する走査を行った。カンチレバーの振動振幅は、表面のトポグラフィーとともに変化し、トポグラフィー画像は、これら変化をモニタし、それを最低限に抑えるためにｚフィードバック・ループを閉じることにより得られる。タッピングモード（商標）におけるカンチレバーの振動振幅は、典型的には、約数十ナノメートルである。用いたチップは、ばね定数が〜４２Ｎ／ｍ（１２〜１０３Ｎ／ｍ）であり、共振周波数が〜３００ｋＨｚ（２００〜４００ｋＨｚ）である異方性Ｓｉプローブ（ＯＴＥＳＰ，Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｃ．）であった。更に、前記機器は、Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩのｎＰｏｉｎｔ Ｉｎｃ．から入手した制御電子回路を備える特注閉ループ大面積スキャナ（１８０×１８０μｍ２）を装備していた。全ての画像は、５１２×５１２のデータ点を含んでいた。Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ ５．３０ソフトウェアに含まれるアルゴリズムを用いて画像解析及び測定を実施した。必要に応じてフラットニング又は面フィッティングを適用して、一部の画像の傾きを補正した。
【００３６】
本発明は、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変形及び変更を加えられてもよい。したがって、本発明は、上記実施形態に限定されず、添付された「請求項」及びすべてのその等価物に記述する制限によって規制される。例えば、本発明に係るコーティング組成物で有用であり得る他の潜在的アクリレート物質は、米国特許第５，１０４，９２９号中に見出すことができる。上記の全ての特許及び特許出願は、背景技術部分のものを含め、全体的に参考として本明細書に組み込まれる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約０．８ｎｍ以下の平均ＲＭＳ表面粗度を有する基材の平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように組成物でコーティングされた基材であって、前記組成物が、重合した形態で、少なくとも１つのアクリレート含有モノマー、オリゴマー、又は樹脂と、１５ｎｍ以下の粒径の複数の無機酸化物粒子と、を含む、基材。
【請求項２】
前記基材の前記平坦化表面が０．６ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する、請求項１に記載の基材。
【請求項３】
前記組成物が、重合した形態で、２つ以上のアクリレート含有モノマー、オリゴマー、樹脂、又はこれらの組み合わせ、のブレンドを含む、請求項１又は２に記載の基材。
【請求項４】
前記組成物が、少なくとも約５重量％の前記無機酸化物粒子を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基材。
【請求項５】
前記無機酸化物粒子が、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲内の粒径を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基材。
【請求項６】
前記無機酸化物粒子がシリカ粒子を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基材。
【請求項７】
前記組成物が、その重合前形態で放射線硬化性である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基材。
【請求項８】
前記組成物が、約５ｎｍの粒径、かつ約５重量％〜約４０重量％の範囲の濃度のシリカ粒子を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基材。
【請求項９】
前記平坦化層の前記平坦化表面が、約２Ｈ又はそれよりも硬い硬度を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の基材。
【請求項１０】
前記平坦化層の前記平坦化表面が、金属層及びバリア層の少なくとも一方でコーティングされている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基材。
【請求項１１】
基材の表面を平坦化する方法であって、
主表面を有する基板を提供する工程と、
少なくとも１つのアクリレート含有モノマー、オリゴマー、又は樹脂と、粒径１５ｎｍ以下の複数の無機酸化物粒子と、を含む組成物を提供する工程と、
前記基材の主表面を前記組成物でコーティングする工程と、
約０．８ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように、前記コーティングされた組成物を重合させる工程と、を含む方法。
【請求項１２】
前記組成物でコーティングされる前に、前記基材の前記主表面を清浄化する工程を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基材の前記主表面を、３マイクロメートル以上の粒径を有する粒子を実質的に含まないように清浄化する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記平坦化表面が０．６ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記組成物が、２つ以上のアクリレート含有モノマー、オリゴマー、樹脂、又はこれらの組み合わせ、のブレンドを含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記組成物が、少なくとも約５重量％の前記無機酸化物粒子を含む、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記無機酸化物粒子が、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲内の粒径を有する、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記組成物が、コロイド状粒子の分散体の形態をした無機酸化物粒子を含む、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記コロイド状粒子がシリカ粒子を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記組成物が放射線硬化性組成物である、請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記組成物が、粒径約５ｎｍ、かつ約５重量％〜約４０重量％の範囲の濃度のコロイド状シリカ粒子を含む、請求項１１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記基材が不定長の可撓性ウェブ基材であり、かつ前記主表面が、前記ウェブ基材をその長手方向軸と平行な方向に移動させながら前記組成物でコーティングされる、請求項１１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記平坦化表面を金属層及びバリア層の少なくとも一方でコーティングする工程を更に含む、請求項１１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１】
約０．８ｎｍ以下の平均ＲＭＳ表面粗度を有する基材の平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように組成物でコーティングされた基材であって、前記組成物が、重合した形態で、少なくとも１つのアクリレート含有モノマー、オリゴマー、又は樹脂と、１５ｎｍ以下の粒径の複数の無機酸化物粒子と、を含む、基材。
【請求項２】
前記基材の前記平坦化表面が０．６ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する、請求項１に記載の基材。
【請求項３】
前記組成物が、重合した形態で、２つ以上のアクリレート含有モノマー、オリゴマー、樹脂、又はこれらの組み合わせ、のブレンドを含む、請求項１又は２に記載の基材。
【請求項４】
前記組成物が、少なくとも約５重量％の前記無機酸化物粒子を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基材。
【請求項５】
前記無機酸化物粒子が、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲内の粒径を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基材。
【請求項６】
前記無機酸化物粒子がシリカ粒子を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基材。
【請求項７】
前記組成物が、その重合前形態で放射線硬化性である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基材。
【請求項８】
前記組成物が、約５ｎｍの粒径、かつ約５重量％〜約４０重量％の範囲の濃度のシリカ粒子を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基材。
【請求項９】
前記平坦化層の前記平坦化表面が、約２Ｈ又はそれよりも硬い硬度を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の基材。
【請求項１０】
前記平坦化層の前記平坦化表面が、金属層及びバリア層の少なくとも一方でコーティングされている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基材。
【請求項１１】
基材の表面を平坦化する方法であって、
主表面を有する基板を提供する工程と、
少なくとも１つのアクリレート含有モノマー、オリゴマー、又は樹脂と、粒径１５ｎｍ以下の複数の無機酸化物粒子と、を含む組成物を提供する工程と、
前記基材の主表面を前記組成物でコーティングする工程と、
約０．８ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する平坦化表面を画定する平坦化層を形成するように、前記コーティングされた組成物を重合させる工程と、を含む方法。
【請求項１２】
前記組成物でコーティングされる前に、前記基材の前記主表面を清浄化する工程を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基材の前記主表面を、３マイクロメートル以上の粒径を有する粒子を実質的に含まないように清浄化する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記平坦化表面が０．６ｎｍ以下のＲＭＳ表面粗度を有する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記組成物が、２つ以上のアクリレート含有モノマー、オリゴマー、樹脂、又はこれらの組み合わせ、のブレンドを含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記組成物が、少なくとも約５重量％の前記無機酸化物粒子を含む、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記無機酸化物粒子が、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲内の粒径を有する、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記組成物が、コロイド状粒子の分散体の形態をした無機酸化物粒子を含む、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記コロイド状粒子がシリカ粒子を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記組成物が放射線硬化性組成物である、請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記組成物が、粒径約５ｎｍ、かつ約５重量％〜約４０重量％の範囲の濃度のコロイド状シリカ粒子を含む、請求項１１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記基材が不定長の可撓性ウェブ基材であり、かつ前記主表面が、前記ウェブ基材をその長手方向軸と平行な方向に移動させながら前記組成物でコーティングされる、請求項１１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記平坦化表面を金属層及びバリア層の少なくとも一方でコーティングする工程を更に含む、請求項１１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【公表番号】特表２０１２−５１３９２４（Ｐ２０１２−５１３９２４Ａ）
【公表日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４４５５２（Ｐ２０１１−５４４５５２）
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６９５６４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７８２３３
【国際公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６９５６４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７８２３３
【国際公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
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