説明

複合樹脂、それを含むコーティング剤組成物、及び被覆物品

【課題】(1)多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子(A)の存在下に、
(2)下記ビスシラン化合物(B)を含む有機ケイ素化合物を加水分解・縮合させることにより得られる、(1)成分と(2)成分の加水分解・縮合物が一体化した複合樹脂。
n3-nSi−Y−SiR3-nn (B)
(式中、Yはフッ素原子で置換されてもよい2価の有機基又は芳香環を含んでもよい2価の有機基であり、Rは1価の有機基であり、XはOH基又は加水分解性基であり、n=1、2又は3である。)
【解決手段】本発明の複合樹脂は、多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子を含有するため、樹脂中に空隙を有する。屈折率が最も低い空気を含むため、硬化物或いは硬化被膜とすると、屈折率を低くすることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、(1)多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子(A)の存在下に、(2)ビスシラン化合物(B)を含むシラン化合物を加水分解・縮合させることにより得られる、(1)成分と(2)成分が一体化した新規な複合樹脂、この複合樹脂と有機溶媒を含有するコーティング剤組成物、及びこのコーティング剤組成物を被覆した物品に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、コンピューター、テレビ、プラズマディスプレイ等の各種ディスプレイ、液晶表示装置、透明プラスチックレンズ、各種計器のカバー、自動車、電車の窓ガラス等の光学物品に、視認性を向上させる目的から、反射防止膜を最外層に設けたものが使用されている。反射防止の原理から、反射防止膜は、低屈折率である必要がある。
【0003】
フッ素樹脂は、本質的に屈折率が低く、耐アルカリ性に優れる材料であるので、ディスプレイ等の反射防止用途にも適用されている。しかしながら、フッ素樹脂は、その分子構造からゴム材料として使用されることが多く、耐擦傷性に優れる硬質な保護コーティング剤とすることは難しい。
【0004】
近年、パーフルオロアルキル基を有する加水分解性シラン化合物が開発され、その特性を活かして、耐アルカリ性、撥水性、撥油性、防汚性、反射防止性等に優れた各種コーティング剤が開発されている。しかしながら、その特性をもたらすパーフルオロアルキル基が嵩高く、不活性であるため、硬化被膜の架橋密度が低くなり、その結果、フッ素樹脂と比較するとかなり硬質となっているが、耐擦傷性はまだ不十分である。
【0005】
耐擦傷性を高める目的で、パーフルオロアルキル基含有シランとテトラアルコキシシラン等の各種シラン化合物とを共加水分解する方法(特開2000−119634号公報:特許文献1)、パーフルオロアルキレン基をスペーサーとして含有するビスシラン化合物を主成分とする材料(特開2004−315712号公報:特許文献2)などが提案されており、耐擦傷性、密着性は良好な水準に達しているが、屈折率が十分低下していないために反射防止性は不十分であった。
【0006】
屈折率が最も低い材料は空気であり、それを硬化物の構造中に取り込む目的で、粒子の内部に空隙を有する無機質微粒子が考案され、多孔質あるいは中空シリカゾルが提案されている(特開平7−133105号、特開2001−233611号公報:特許文献3,4)。この材料を、フッ素置換アルキル基含有シリコーンと混合して使用する方法(特開2002−79616号公報:特許文献5)、電離放射線硬化性モノマーを含むバインダー成分に分散して使用する方法(特開2004−272197号公報:特許文献6)が試みられている。本発明者が確認してみたところ、中空シリカゾルを上記各種バインダーの有機溶媒溶液に混合すると均一に分散するが、有機溶媒が揮散すると、中空シリカゾルは内部に空隙を含むため塗膜表面に浮上っているのが観察された。その結果、硬化被膜全体としては良好な反射防止性を示すが、中空構造で強度的に弱い中空シリカ粒子が表面に多量に存在し、バインダー成分による固定が十分でないため、硬化被膜は十分な耐擦傷性が得られず、またシリカ成分の欠点である耐アルカリ性が不良であることが解った。
【0007】
中空シリカゾルの欠点を解消する目的で、フッ素置換アルキル基含有シラン化合物で表面処理を行った中空シリカゾルをテトラアルコキシシランから誘導されるバインダーに混合・分散させて使用する方法(特開2005−266051号公報:特許文献7)が試みられている。疎水性基で表面が被覆されたため、耐アルカリ性は改善されているが、この方法では混合しているだけなので、中空シリカ粒子の浮上りを防止できておらず、耐擦傷性は改善されていない。また、電離放射線重合性基含有シラン化合物で表面処理を行った中空シリカゾルを電離放射線硬化型樹脂中に分散させる試みもなされている(特開2005−99778号公報:特許文献8)。硬化時にはバインダーと粒子は結合するが、やはり硬化前の浮上りは防止できておらず、耐擦傷性は十分ではない。
【0008】
以上のように、優れた水準の耐擦傷性及び反射防止性を両立できるコーティング剤はこれまでなかった。
【0009】
【特許文献1】特開2000−119634号公報
【特許文献2】特開2004−315712号公報
【特許文献3】特開平7−133105号公報
【特許文献4】特開2001−233611号公報
【特許文献5】特開2002−79616号公報
【特許文献6】特開2004−272197号公報
【特許文献7】特開2005−266051号公報
【特許文献8】特開2005−99778号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、優れた耐擦傷性と低屈折率性、反射防止性を有する複合樹脂、これを含有するコーティング剤組成物、及びこれを被覆した物品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、内部に空隙を有する無機酸化物微粒子と特定構造のビスシラン化合物の加水分解物を一体化させた複合樹脂とすると、単純に混合するだけの場合に比較して、内部に空隙を有する無機酸化物微粒子を浮き上らせることなく、硬化被膜中に均一分散することができ、優れた機械強度(耐擦傷性)及び低屈折率性(反射防止性)を両立できることを見出し、本発明をなすに至った。
【0012】
従って、本発明は、下記複合樹脂、コーティング剤組成物及び被覆物品を提供する。
[1](1)多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子(A)の存在下に、
(2)下記ビスシラン化合物(B)を含む有機ケイ素化合物を加水分解・縮合させることにより得られる、(1)成分と(2)成分の加水分解・縮合物が一体化した複合樹脂。
n3-nSi−Y−SiR3-nn (B)
(式中、Yはフッ素原子で置換されてもよい2価の有機基又は芳香環を含んでもよい2価の有機基であり、Rは1価の有機基であり、XはOH基又は加水分解性基であり、n=1、2又は3である。)
[2]無機酸化物微粒子(A)が、SiO2を主成分とするものであることを特徴とする[1]記載の複合樹脂。
[3]無機酸化物微粒子(A)の平均粒子径が、1〜100nmであることを特徴とする[1]又は[2]記載の複合樹脂。
[4]ビスシラン化合物(B)が、下記式で表されるものであることを特徴とする[1],[2]又は[3]記載の複合樹脂。
(CH3O)3Si−CH2CH2−Cm2m−CH2CH2−Si(OCH33
(式中、m=2〜20の整数である。)
[5]無機酸化物微粒子(A)の存在下に、ビスシラン化合物(B)と下記一般式(C)
F(CF2a24−SiR3-bb (C)
(式中、R、Xは上記の通り。aは4、6、8、10又は12、bは2又は3である。)
で示されるシラン化合物とを共加水分解・縮合させるようにした[1]〜[4]のいずれかに記載の複合樹脂。
[6][1]〜[5]のいずれかに記載の複合樹脂と有機溶媒を含むことを特徴とするコーティング剤組成物。
[7][6]記載のコーティング剤組成物が基材の最外層に塗装されてなることを特徴とする被覆物品。
【発明の効果】
【0013】
本発明の複合樹脂は、多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子を含有するため、樹脂中に空隙を有する。屈折率が最も低い空気を含むため、硬化物あるいは硬化被膜とすると、屈折率を低くすることができる。また、(1)成分と(2)成分の加水分解・縮合物が一体化しているため、硬化物あるいは硬化被膜は均一な高硬度被膜となり、耐擦傷性に優れる。従って、コンピューター、テレビ、プラズマディスプレイ等の各種ディスプレイ、液晶表示装置に用いる偏光板、透明プラスチックレンズ、各種計器のカバー、自動車、電車の窓ガラス等の反射防止性と耐擦傷性の両特性を必要とする光学物品に好適に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明の複合樹脂は、(1)多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子(A)の存在下に、(2)後述するビスシラン化合物(B)を含む有機ケイ素化合物を加水分解・縮合させて得られる、(1)成分と(2)成分の加水分解・縮合物が一体化されてなるものである。
ここで、第1の成分である多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子は、従来公知のものを使用することができる。屈折率をより低下させるためには空隙率を高める必要があり、その目的には、外殻層を有し、内部が空洞になっているタイプが適している。無機質としては、Si、Ti、Zn、Sb、Y、La、Zr、Al、In、Sn、Ce、Feなどの各種金属酸化物が可能であるが、屈折率を下げる目的からは、Si系が適しており、特にSiO2系を主成分とするものがよい。
【0015】
このような空隙を有する微粒子としては、特開平7−133105号、特開2001−233611号公報等に開示された複合酸化物ゾル、又は中空シリカ微粒子が挙げられる。この空隙を有する無機酸化物微粒子の屈折率は、1.20〜1.44の範囲を満たしているのがよい。
【0016】
無機酸化物微粒子の平均粒子径は、好ましくは1〜100nm、より好ましくは5〜80nm、更に好ましくは30〜60nmの範囲を満たすのがよい。平均粒径がこの下限未満であると、粒子が凝集しやすく、不安定となるおそれがある。上限を超過すると、硬化被膜の透明性が低下するおそれがある。また、上記無機酸化物微粒子は内部に空洞を有する外殻からなるが、この微粒子の外殻層は、0.1〜30nm、特に1〜20nmの厚さ範囲にあることが望ましい。外殻層の厚さが下限未満では、均一な層を形成できず、穴が開き十分な強度が得られず、また空隙が樹脂で充填されるため屈折率が低下する場合がある。上限を超過すると、空隙率が低下するため、十分な屈折率の低減効果が得られない場合がある。
なお、上記平均粒子径は、電子顕微鏡写真(断面による空洞部分の測定を含む)、コールターカウンター法による測定で得ることができる。
【0017】
この無機酸化物微粒子の表面は、後述する特定構造のビスシランから誘導されるバインダーとの架橋反応性をよくするため、Si系、Ti系、Al系などのカップリング剤で表面処理をすることは好ましくない。
【0018】
この無機酸化物微粒子は、水、あるいは有機溶媒に分散したものを用いるのがよい。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエーテル類、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、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、アセチルアセトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸エチル等のエステル類、キシレン、トルエン等を具体例として挙げることができる。
【0019】
次に、第2成分である、上記空隙を有する無機酸化物微粒子と複合化させる有機ケイ素化合物について説明する。必須成分であるビスシラン化合物(B)は、下記一般式で表すことができる。
【0020】
n3-nSi−Y−SiR3-nn (B)
(式中、Yはフッ素原子で置換されてもよい2価の有機基又は芳香環を含んでもよい2価の有機基であり、Rは1価の有機基であり、XはOH基又は加水分解性基であり、n=1、2又は3である。)
【0021】
Yは、フッ素原子で置換されてもよい2価の有機基、あるいは芳香環を含んでもよい2価の有機基を表す。具体的には、−CH2−、−C24−、−C48−、−C612−、−C610−等の炭素数1〜10、特に1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基等の2価炭化水素基、−C24−(CF24−C24−、−C24−(CF26−C24−、−C24−(CF28−C24−、−C24−(CF210−C24−、−C24−(CF212−C24−、−C24−(CF216−C24−等のフッ素含有の炭素数6〜20、特に6〜16の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基等の2価の炭化水素基、−C64−、−CH2−C64−CH2−、−C24−C64−C24−等の炭素数6〜20、特に6〜10のアリーレン基、アリーレン基とアルキレン基とが結合した基等の芳香環含有2価炭化水素基を例示することができる。この中でも、硬化被膜の硬度と屈折率の低減効果を考慮すると、下記一般式で表すことのできるフッ素置換の2価炭化水素基が好ましい。
−CH2CH2−Cm2m−CH2CH2
(m=2〜20)
【0022】
mが1では十分な撥水性が得られず、良好な屈折率の低減効果が達成できない場合がある。また、mが20を超過すると、架橋密度が不十分となる結果、硬化被膜が柔軟になり、良好な耐擦傷性が得られないおそれがある。シラン化合物の沸点が著しく上昇する結果、精製が難しくなり、経済的にも不利となる場合がある。パーフルオロアルキレン基の鎖長は、4〜12の範囲を満たすのがより好ましい。特に好ましくは、4〜8の範囲を満たすのがよい。
【0023】
Rは、メチル、エチル、ブチル、ヘキシル、シクロヘキシル基などの直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、フェニル基等のアリール基等の1価の有機基を表し、炭素数1〜10のものが好ましい。
【0024】
Xは、OH基、ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルコキシ基、アシルオキシ基、アルケノキシ基、−NCO基を表す。具体的には、OH基、Clなどのハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基などのアルコキシ基、イソプロペノキシ基などのアルケノキシ基、アセトキシ基等のアシルオキシ基、メチルエチルケトキシム基等のケトオキシム基、メトキシエトキシ基等のアルコキシアルコキシ基、−NCO基などを挙げることができる。メトキシ基、エトキシ基のシラン化合物が取り扱いやすく、加水分解時の反応の制御もしやすいため、好ましい。
【0025】
シロキサン架橋可能な基Xの個数を示すnは、1、2、3いずれでも採ることが可能であるが、2、3が硬化性の観点から好ましい。架橋密度を上げて、耐擦傷性を良好なレベルにするためには、n=3とするのがよい。
【0026】
以上を満たすビスシラン化合物の具体例としては、
(CH3O)3Si−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C612−Si(OCH33
(CH3O)2(CH3)Si−C24−Si(CH3)(OCH32
(CH3O)(CH32Si−C24−Si(CH32(OCH3)、
(C25O)3Si−C24−Si(OC253
Cl3Si−C24−SiCl3
(CH3COO)3Si−C24−Si(OCOCH33
(CH3O)3Si−C64−Si(OCH33
(CH3O)2(CH3)Si−C64−Si(CH3)(OCH32
(CH3O)(CH32Si−C64−Si(CH32(OCH3)、
(CH3O)3Si−C24−C64−C24−Si(OCH33
(CH3O)2(CH3)Si−C24−C64−C24−Si(CH3)(OCH32
(CH3O)(CH32Si−C24−C64−C24−Si(CH32(OCH3)、
(CH3O)3Si−C24−(CF22−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C24−(CF24−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C24−(CF26−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C24−(CF28−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C24−(CF210−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C24−(CF212−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C24−(CF216−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C24−(CF220−C24−Si(OCH33
(C25O)3Si−C24−(CF24−C24−Si(OC253
(C25O)3Si−C24−(CF26−C24−Si(OC253
(C37O)3Si−C24−(CF24−C24−Si(OC373
(C37O)3Si−C24−(CF26−C24−Si(OC373
(CH3O)2(CH3)Si−C24−(CF24−C24−Si(CH3)(OCH32
(CH3O)2(CH3)Si−C24−(CF26−C24−Si(CH3)(OCH32
(CH3O)2(C65)Si−C24−(CF24−C24−Si(C65)(OCH32
(CH3O)2(C65)Si−C24−(CF26−C24−Si(C65)(OCH32
【0027】
これらの中でも、好ましくは、
(CH3O)3Si−C24−(CF24−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C24−(CF26−C24−Si(OCH33
(CH3O)3Si−C24−(CF28−C24−Si(OCH33
の各ビスシラン化合物を使用するのがよい。
【0028】
本発明においては、(2)成分のビスシラン化合物を含む有機ケイ素化合物において、上記ビスシラン化合物(B)に加えて、他のシラン化合物を共加水分解・縮合することもできる。このビスシラン化合物と併用可能なシラン化合物について説明すると、ビスシラン化合物以外に、求める諸特性に影響を与えない範囲内で、下記化合物を併用することができる。具体的には、テトラエトキシシラン等のシリケート類、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3,4−エポキシシクロヘキシルトリメトキシシラン等のエポキシ官能性アルコキシシラン類、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノ官能性アルコキシシラン類、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の(メタ)アクリル官能性アルコキシシラン類、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト官能性アルコキシシラン類、メチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン等のアルキルアルコキシシラン類、フェニルトリメトキシシラン等のフェニルアルコキシシラン類、クロロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、パーフルオロブチルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルエチルトリメトキシシラン等のハロゲン置換アルキルアルコキシシラン類、
CF3(CF27SO2NH−C36−Si(OCH33
CF3(CF27CONH−C36−Si(OCH33
パーフルオロポリエーテル基含有メトキシシラン等のフッ素含有置換基を有するアルコキシシラン類、及びこれらの誘導体を挙げることができる。
【0029】
上記シラン化合物中、フッ素置換パーフルオロアルキル基を含有するシラン化合物が、屈折率を低下させる効果を有している点、及び耐アルカリ性を向上させる点から、併用するのに最も適している。このシランは、下記の一般式(C)で表すことができる。
F(CF2a24−SiR3-bb (C)
(式中、R、Xは上記の通り。)
【0030】
パーフルオロアルキル基の鎖長を決定するaは、4、6、8、10又は12の値を採るのがよい。この値より短いと、硬化被膜中のフッ素原子の含有率が低くなり、耐アルカリ性が低下する場合がある。シロキサン架橋可能な基Xの個数を示すbは2又は3が好ましい。架橋密度を上げて、耐擦傷性を良好なレベルにするためには、b=3とするのがよい。
【0031】
以上を満たすフッ素原子置換有機基を含有する有機珪素化合物の具体例としては、
CF3(CF2324−Si(OCH33
CF3(CF2324−Si(OC253
CF3(CF2324−Si(CH3)(OCH32
CF3(CF2524−Si(OCH33
CF3(CF2724−Si(OCH33
CF3(CF2724−Si(OC253
CF3(CF2724−Si(CH3)(OCH32
CF3(CF2924−Si(OCH33
CF3(CF21124−Si(OCH33
等を示すことができるが、上記例に限定されるものではない。
この中でも、下記のものが特に好ましい。
CF3(CF2724−Si(OCH33
【0032】
併用可能なシラン化合物は、前記ビスシラン化合物と下記の比率(質量比)で使用するのがよい。
ビスシラン化合物/併用シラン化合物=75/25〜100/0
併用するシランの量が、この範囲を超えると、架橋密度が低下し、十分な耐擦傷性が得られない場合が生じる。また、アルキルシリケート、エポキシ官能性シラン、(メタ)アクリル官能性シラン、メルカプト官能性シラン、アミノ官能性シラン等の親水性シラン化合物の含有率は、全併用シラン化合物中に10質量%以下、特に好ましくは1質量%以下であることが好ましい。硬化物あるいは硬化被膜の表面が、水溶性のアルカリ性物質で濡れやすくなり、アルカリ性の攻撃を受け劣化を起すため、これ以上配合するのは避けた方がよい。なお、上記併用シラン化合物を配合する場合、ビスシラン化合物/併用シラン化合物の割合は、99.5/0.5又は併用シランがそれより多いことが好ましい。
【0033】
前記多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子と、ビスシラン化合物を含む有機ケイ素化合物との質量比率は、無機酸化物微粒子/有機ケイ素化合物=10/90〜60/40の範囲を満たすのがよい。これ未満では、屈折率の低減効果が乏しく、良好な反射防止性が得られないおそれがある。また、この範囲を超えると、相対的なバインダー量が不足し、無機酸化物微粒子の固定が十分なされないため、良好な水準の耐擦傷性が得られないため、好ましくない。更に好ましくは、20/80〜50/50、特に好ましくは、30/70〜45/55の範囲を満たすのがよい。
【0034】
また、耐擦傷性及び低屈折率(反射防止性)に影響を与えない範囲で、各種加水分解性金属化合物を併用してもよい。具体的には、テトラブトキシチタン、テトラ−i−プロポキシチタン、ジブトキシ−(ビス−2,4−ペンタンジオネート)チタン、ジ−i−プロポキシ(ビス−2,4−ペンタンジオネート)チタンなどの有機チタンエステル、テトラブトキシジルコニウム、テトラ−i−プロポキシジルコニウム、ジブトキシ−(ビス−2,4−ペンタンジオネート)ジルコニウム、ジ−i−プロポキシ(ビス−2,4−ペンタンジオネート)ジルコニウムなどの有機ジルコニウムエステル、アルミニウムトリイソプロポキシド等のアルコキシアルミニウム化合物、アルミニウムアセチルアセトナート錯体等のアルミニウムキレート化合物、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Ru、Co、Rh、Ni、Zn、Ga、In、Ge、Sn等の加水分解性誘導体等を例示することができるが、これに限定されるものではない。特に、耐薬品性が課題の場合には、Zr、Hf等の金属誘導体を併用するのがよい。
【0035】
本発明では、多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子(A)の存在下に、ビスシラン化合物(B)を含む有機ケイ素化合物を、加水分解・縮合させることにより、両者が一体化した複合樹脂を用いる。この加水分解・縮合させる方法としては、従来公知の方法を適用することができる。
【0036】
この加水分解・縮合を行う際に、触媒として下記のものを使用することができる。塩酸、硝酸、酢酸、マレイン酸等の酸類、NaOH、KOH等のアルカリ金属水酸化物、アンモニア、トリエチルアミン、ジブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン等のアミン化合物、及びアミン化合物の塩類、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどの第四級アンモニウム塩等の塩基類、フッ化カリウム、フッ化ナトリウムのようなフッ化塩、固体酸性触媒あるいは固体塩基性触媒(例えばイオン交換樹脂触媒など)、鉄−2−エチルヘキソエート、チタンナフテート、亜鉛ステアレート、ジブチル錫ジアセテートなどの有機カルボン酸の金属塩、テトラブトキシチタン、テトラ−i−プロポキシチタン、ジブトキシ−(ビス−2,4−ペンタンジオネート)チタン、ジ−i−プロポキシ(ビス−2,4−ペンタンジオネート)チタンなどの有機チタンエステル、テトラブトキシジルコニウム、テトラ−i−プロポキシジルコニウム、ジブトキシ−(ビス−2,4−ペンタンジオネート)ジルコニウム、ジ−i−プロポキシ(ビス−2,4−ペンタンジオネート)ジルコニウムなどの有機ジルコニウムエステル、アルミニウムトリイソプロポキシド等のアルコキシアルミニウム化合物、アルミニウムアセチルアセトナート錯体等のアルミニウムキレート化合物等の有機金属化合物、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどのアミノアルキル置換アルコキシシランが例示され、これらを単独で又は混合して使用してもよい。
【0037】
この触媒の添加量は、有機ケイ素化合物100質量部に対し0.01〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部である。この量が0.01質量部よりも少ないと、反応完結までに時間が掛かり過ぎたり、反応が進行しない場合がある。また、10質量部より多いとコスト的に不利であり、得られる反応物が着色してしまったり、副反応が多くなったり、不安定化するおそれがある。
【0038】
加水分解・縮合反応は、溶剤で稀釈した系で実施するのがよい。この溶剤としては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエーテル類、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、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、アセチルアセトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸エチル等のエステル類、キシレン、トルエン等が挙げられる。溶剤の添加量は任意だが、溶液中の有効成分の量が、0.5〜50質量%であるように調節するのがよい。好ましくは、1〜30質量%であるのがよい。
【0039】
加水分解・縮合反応は、多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子と、ビスシラン化合物を含む有機ケイ素化合物とを、上記有機溶媒中に分散・混合し、ここに必要に応じて前記加水分解・縮合触媒を添加し、更に加水分解用水を添加し、加水分解・縮合を行う。加水分解に使用する水の量は、全有機ケイ素化合物の加水分解性基(SiX)の合計モル数に対して、0.3〜10倍モルの水を使用するのがよい。この量未満では、加水分解が十分進行せず、無機微粒子と有機ケイ素化合物から誘導されるバインダーとの架橋が十分進行しないおそれがある。また、これを超えると、コーティング溶液とした場合、残存する水が十分揮発せず、被膜が白化してしまう危険性が発生する場合がある。より好ましくは、0.5〜5倍モルの水を使用するのがよい。有機ケイ素化合物は、無機酸化物微粒子の存在下に1度に全量加水分解してもよいし、多段階に分割して添加し、加水分解してもよい。
【0040】
本発明のポイントは、無機酸化物微粒子と有機ケイ素化合物の加水分解物とが結合した複合体(複合樹脂)が形成される点である。上記のようにして調製された複合体から後述する実施例で示した方法により水で無機酸化物微粒子を抽出した場合、反応に使用した無機酸化物微粒子の全量に対して、50質量%以下の量しか抽出されないことが本発明の目的を達成するためには必要である。これを超えた量が抽出されると、有機ケイ素化合物から誘導されたバインダー成分と結合していない無機酸化物微粒子の量が多過ぎ、均一な硬化物が得られなくなり、本発明の目的を達することはできない。より好ましくは40質量%以下、特に好ましくは30質量%以下であるのがよい。
【0041】
なお、ここでの無機酸化物微粒子の抽出は、無機酸化物微粒子が有機ケイ素化合物の加水分解・縮合物と複合体を形成しているかどうかを評価するものであり、無機酸化物微粒子は親水性であるのに対し、これが有機ケイ素化合物と複合化すると疎水性になることから、水と相溶しない有機溶媒と水との混合物によって抽出・移行処理を行った場合、有機ケイ素化合物と反応していない親水性の無機酸化物微粒子が水に移行・抽出されるものである。
【0042】
本発明の複合樹脂と有機溶媒とを含む組成物は、コーティング剤組成物として使用することができる。このコーティング剤組成物には、必要に応じて、含ケイ素系、あるいは含フッ素系界面活性剤を添加してもよい。具体的には、各種ポリエーテル変性シリコーン化合物、及び住友スリーエム社(商品名:フルオラード)、デュポン社(フルオロアルキルポリエーテル)、旭硝子社(商品名:サーフロン)から販売されている各種含フッ素系界面活性剤、及びパーフルオロシランを単独で加水分解・縮合したSiOH基末端のオリゴマーを挙げることができる。特に、パーフルオロシランを単独で加水分解・縮合したSiOH基末端のオリゴマーは、それを添加した本発明のコーティング剤組成物を塗装した場合、防汚性を更に向上させ、水性及び/又は油性の塗料、マジックインキ、油性汚れの代表である指紋等の、水性汚れ、並びに油性汚れのいずれも容易に除去できる表面にすることができ、しかもその効果が耐久性に優れるものとすることが可能なので、最も好ましい。添加量は、コーティング剤中の固形分に対して、0.01〜10質量%の範囲であればよく、塗装時のレベリング性を確保するのに有効である。
【0043】
上記方法にて得られた本発明のコーティング剤組成物に、更に有機系及び無機系の紫外線吸収剤、系内のpHをシラノール基が安定に存在しやすいpH2〜7に制御するための緩衝剤、例えば、酢酸−酢酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム−クエン酸などの任意成分が含まれていてもよい。
【0044】
本発明によるコーティング剤組成物によって基材表面に形成される反射防止膜の膜厚は、通常0.01〜0.5μmに制御するのがよい。特に、0.1μm程度の光学膜厚に調整すると、良好な反射防止性が得られる。本組成物を基材表面にコーティングする方法としては、ディッピング法、スピンコート法、フローコート法、ロールコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法など特に限定されるものではないが、膜厚の制御を容易に行うことができることから、ディッピング法、スプレー法及びロールコート法で所定の膜厚になるように行うのが好ましい。
【0045】
本コーティング剤を合成樹脂製透明基材に塗装する。合成樹脂の具体例としては、光学的特性に優れるものであれば全て適用可能であるが、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリアルキレンテレフタレート樹脂、ジアセチルセルロース、アセテートブチレートセルロース、トリアセチルセルロース等のセルロース樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリアリレート等の液晶性樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、トリメチルペンテン、ポリビニルノルボルネン、環構造含有ポリオレフィン系樹脂等のポリオレフィン樹脂、及びこれらの複合化樹脂を例示することができるが、これに限定されるものではない。特に好ましくは、ポリカーボネート樹脂、PET等のポリアルキレンテレフタレート樹脂、トリアセチルセルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂である。透明基材は、成型部品、板状、フィルム状いずれでもよい。塗装の作業性の容易さから、フィルム状のものがより好ましい。
【0046】
本発明によるコーティング剤組成物によって基材表面に形成される硬化被膜上に、各種撥油性防汚被膜を更に積層してもよい。本発明による反射防止性部品を使用する際付着する指紋等の油性汚れの付着防止、付着した汚れを容易に除去することを目的に、撥油性防汚被膜を設けることができる。
【0047】
本発明によるコーティング剤組成物によって基材表面に形成される硬化被膜の下に、基材との間に、耐擦傷性を向上させる目的で硬質の保護膜、反射防止性を向上させる目的で高屈折率膜、埃などの付着防止あるいは帯電を防止する目的で導電性膜などの各種機能性膜を、単独あるいは複層設けてもよい。
【0048】
本発明のコーティング剤組成物を塗装・被覆した透明基材を、優れた耐擦傷性及び耐薬品性を備えた反射防止性部品として使用する際、別の透明基材に貼り付けて使用することも可能である。他の基材に貼付して使用するために、基材のコーティング剤を被覆した側と反対側に、従来公知のアクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、あるいはシリコーン系接着剤、感圧接着剤を設けてもよい。特にアクリル系、シリコーン系が好ましい。この層の膜厚は1〜500μmの範囲であればよい。薄すぎると良好な接着力が得られず、厚すぎると経済的に不利となり好ましくない。更にこの上に表面保護用の保護プラスチックシートを設けてもよい。
【実施例】
【0049】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記の例において%は質量%、部は質量部、本明細書中における平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(以下、GPCという。)によるポリスチレン換算の数平均分子量を示す。
【0050】
[実施例1]
攪拌機、コンデンサー及び温度計を備えた3リットルフラスコに、下記ビスシラン化合物(A)を100g、及び中空シリカ微粒子ゾル(平均粒子径60nm、外殻厚み10nmの中空シリカをイソプロパノールに分散させたシリカ濃度20%溶液)を200g、陽イオン交換樹脂を1g仕込み、25℃で撹拌・混合した。ここに、水を40g、10分かけて滴下した。更に40℃で6時間攪拌し、加水分解・縮合を終了した。この溶液をエタノールで不揮発分4%まで稀釈し、陽イオン交換樹脂を濾別し、ポリエーテル変性シリコーンを0.1g、及びアルミニウム・アセトアセテートを1g加え、コーティング剤溶液(1)を調製した。
【0051】
上記ビスシラン化合物(A)の代わりに、イソプロパノールを100g用いて、以下同様に処理し、中空シリカゾルのみを含む溶液(1)−Nを調製した。
清浄なガラス瓶に、上記各溶液を10g秤取し、メチルイソブチルケトンを20g、イオン交換水を50g加え、10分間振盪機で振盪し、親水性シリカ分を抽出し、水相の不揮発分を測定し、比較した。溶液(1)−Nを用いた場合、仕込んだ分の100%が抽出されたが、溶液(1)の場合には、仕込んだ分の13%しか抽出されず、中空シリカゾル微粒子の大部分は、ビスシラン化合物の加水分解物と縮合し、一体化して複合樹脂となっているのが確認された。
(CH3O)3Si−C24−C48−C24−Si(OCH33 (A)
【0052】
[比較例1]
実施例1において、中空シリカ微粒子ゾルを用いずに、同様に加水分解・縮合を行った。終了後、中空シリカ微粒子ゾルを実施例1と同量添加し、同様にしてコーティング溶液(2)を調製した。
実施例1と同様にして、親水性シリカ分の抽出試験を行った。抽出率は97%で、添加するだけでは、バインダー成分と中空シリカ微粒子とは結合しておらず、一体化していなかった。
【0053】
[実施例2〜6、比較例2〜3]
シラン化合物を代えて実施例1と同様にして各種コーティング液を調製した。
詳細は表1に示す。
【0054】
使用したシラン化合物、防汚剤、レベリング剤等は以下の通りである。
(B)(CH3O)3Si−C24−C612−C24−Si(OCH33
(C)C81724−Si(OCH33
(D)Si(OC254
(E)C81724−Si(OCH33を加水分解・縮合させたSiOH基を含む分子量1,600のシリコーン樹脂の20%アルコール溶液:防汚剤
(F)ポリエーテル変性シリコーン:レベリング剤
(G)Zr(OC494:Zr化合物
【0055】
また、実施例中の各種物性の測定及び評価は以下の方法で行った。
〔塗装方法〕
・塗装方法:
表面を清浄化したガラス板に、下記の各層を、所定の膜厚となるように浸漬法で塗布し、硬化させた。
(I)高屈折率層
硬化被膜の屈折率が1.68になる信越化学工業(株)製のシリコーン系コーティング剤X−12−2170を使用して、硬化膜厚を0.1μmになるように浸漬法で塗布した。10分間風乾させた後、120℃の熱風循環オーブン中で60分間保持し、硬化させた。
(II)本発明のコーティング剤硬化層
(I)の層を形成後、本発明のコーティング剤溶液を用いて、浸漬法で塗布した。
硬化膜厚は約0.1μm付近で、分光光度計を用いて反射率を測定した場合に、波長500〜600nmの領域で反射率が最も低くなるような光学膜厚に調整した。
塗布後、10分間風乾させた後、120℃の熱風循環オーブン中で60分間保持し、硬化させた。
【0056】
・耐擦傷性:
(方式−1)
往復式引掻き試験機((株)ケイエヌテー製)にスチールウール#0000を装着し、荷重500g/cm2下で、10往復させた後のキズの本数を測定した。
<評価の水準>
0本 → ◎
1〜2本 → ○
3〜5本 → △
5本以上 → ×
【0057】
・耐薬品性:
被膜上に、0.1N(0.4%)NaOH水溶液を1滴滴下し、1昼夜放置後、薬剤を除去し、その表面状態を目視で観察した。
<評価の水準>
変化無し → ○
跡形が残る → △
被膜溶解 → ×
【0058】
・反射防止性:
分光光度計を用いて反射率を測定し、波長500〜600nmの領域で反射率が最も低い値を最小反射率とした。
【0059】
・防汚性:
表面に指紋を付着させ、ティッシュペーパーで往復10回擦り、その汚れを擦り取った際、その汚れの残存程度により、下記基準で初期防汚性として判定した。
更に、アセトンを含浸させた脱脂綿で10回表面を拭いた後、再度上記防汚性を測定し、その判定結果を耐久防汚性とした。
<評価の水準>
残存無し → ○
一部残存 → △
大部分残存 → ×
【0060】
・撥油性:
JIS R 3257:1999に準じて、オレイン酸の接触角を測定した。
【0061】
【表1】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
(1)多孔質及び/又は内部に空隙を有する無機酸化物微粒子(A)の存在下に、
(2)下記ビスシラン化合物(B)を含む有機ケイ素化合物を加水分解・縮合させることにより得られる、(1)成分と(2)成分の加水分解・縮合物が一体化した複合樹脂。
n3-nSi−Y−SiR3-nn (B)
(式中、Yはフッ素原子で置換されてもよい2価の有機基又は芳香環を含んでもよい2価の有機基であり、Rは1価の有機基であり、XはOH基又は加水分解性基であり、n=1、2又は3である。)
【請求項2】
無機酸化物微粒子(A)が、SiO2を主成分とするものであることを特徴とする請求項1記載の複合樹脂。
【請求項3】
無機酸化物微粒子(A)の平均粒子径が、1〜100nmであることを特徴とする請求項1又は2記載の複合樹脂。
【請求項4】
ビスシラン化合物(B)が、下記式で表されるものであることを特徴とする請求項1,2又は3記載の複合樹脂。
(CH3O)3Si−CH2CH2−Cm2m−CH2CH2−Si(OCH33
(式中、m=2〜20の整数である。)
【請求項5】
無機酸化物微粒子(A)の存在下に、ビスシラン化合物(B)と下記一般式(C)
F(CF2a24−SiR3-bb (C)
(式中、R、Xは上記の通り。aは4、6、8、10又は12、bは2又は3である。)
で示されるシラン化合物とを共加水分解・縮合させるようにした請求項1〜4のいずれか1項記載の複合樹脂。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか1項記載の複合樹脂と有機溶媒を含むことを特徴とするコーティング剤組成物。
【請求項7】
請求項6記載のコーティング剤組成物が基材の最外層に塗装されてなることを特徴とする被覆物品。

【公開番号】特開2007−146106(P2007−146106A)
【公開日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【国際特許分類】
【公開請求】
【出願番号】特願2006−112095(P2006−112095)
【出願日】平成18年4月14日(2006.4.14)
【出願人】(000002060)信越化学工業株式会社 (3,361)
【Fターム(参考)】