CN102341467A - 涂布组合物、涂膜、层积体及层积体的制造方法 - Google Patents
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- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/10—Esters
- C08F220/12—Esters of monohydric alcohols or phenols
- C08F220/16—Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms
- C08F220/18—Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms with acrylic or methacrylic acids
- C08F220/1804—C4-(meth)acrylate, e.g. butyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate or tert-butyl (meth)acrylate
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- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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- C08F230/04—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal
- C08F230/08—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal containing silicon
- C08F230/085—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal containing silicon the monomer being a polymerisable silane, e.g. (meth)acryloyloxy trialkoxy silanes or vinyl trialkoxysilanes
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- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
- C08G77/20—Polysiloxanes containing silicon bound to unsaturated aliphatic groups
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- C08J7/0423—Coating with two or more layers, where at least one layer of a composition contains a polymer binder with at least one layer of inorganic material and at least one layer of a composition containing a polymer binder
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- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/04—Coating
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- C08J7/04—Coating
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- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
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- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
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- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
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- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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- C08F230/08—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing a metal containing silicon
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- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
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- C09D143/04—Homopolymers or copolymers of monomers containing silicon
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- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
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- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
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Abstract
本发明的课题在于提供一种涂布组合物,其防污性、透明性、亲水性优异,即使在高温下也能够维持表面亲水性。本发明的一种涂布组合物含有(A)数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物颗粒和(B)聚合物颗粒,下式(I)表示的、所述(B)成分中的水相成分的含量为20质量%以下。水相成分的含量(%)=(以截留分子量50000过滤(B)成分所得到的滤液的干燥质量)×(100-总固体成分质量)/(所述滤液的质量-所述滤液的干燥质量)×100/总固体成分质量…(I)。
Description
技术领域
本发明涉及涂布组合物、涂膜、层积体以及层积体的制造方法。更详细地说,涉及涂布组合物、涂膜、层积体及其制造方法、以及使用它们的太阳能电池组件、反射器装置以及太阳能发电***。
背景技术
近年来,由于全球性的温室现象,对于环境的意识高涨,不产生二氧化碳等温室气体的新能源***引起关注。太阳能电池发电、风力发电等环境友好的可再生能源由于不排放二氧化碳等诱发温室化的气体,因而作为清洁能源正积极地展开研究开发,由于安全性、易操作性优异,因而太阳能电池、太阳能发电备受关注。
代表性的太阳能发电方法有集中方式(中央塔式)、分散方式(抛物面槽式)、碟式/斯特林方式,这些方式利用反射镜将太阳光汇聚至一部分,利用该聚光热通过热电转换而得到电能,因此关键在于无损失地聚光,但作为大幅影响效率的主要因素,反射镜的污垢所引起的反射率的降低尤其成为问题。另外,同样地,对于利用由玻璃或耐候性树脂膜等构成的保护罩来保护受光面的太阳能电池,也由于保护罩在长期使用中因煤尘而污染,透光率降低,存在太阳能电池的能量转换效率降低等类似的问题。
作为防止表面产生污垢的技术,例如专利文献1中公开了以下技术:在含有锐钛矿型二氧化钛的层上涂布涂布液(该涂布液加入有溶解于氨水中的钨酸和蒸馏水),在700℃实施烧结处理而形成由氧化钨构成的层,形成表面层。另外,还进行了通过不仅混合无机成分,还混合有机成分以提高防污性等的尝试。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10-114545号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,以专利文献1为首的现有的涂布组合物依然存在改善的余地。在专利文献1所述的技术中,由于仅混合了无机成分,因此在制成在用于太阳能电池组件等的大型反射镜等的表面上形成的涂膜时,存在容易产生裂纹、容易剥离的问题。
另外,在不仅含有无机成分、还含有有机成分的涂布组合物的情况下,防污性、透明性、亲水性等方面也依然存在改善的余地。此外,在将该涂膜放置于沙漠那样的高温下时,由于水相成分渗出到涂膜的表面等原因,存在防污性能大幅降低的问题。
本发明是鉴于上述情况而进行的,其目的之一在于提供一种在制成涂膜时防污性、透明性、亲水性优异、且即使在高温下也能够维持表面亲水性的涂布组合物。
用于解决课题的方案
本发明人为了解决上述课题进行了深入研究,结果发现通过制成含有(A)数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物颗粒和(B)聚合物颗粒、且水相成分的含量在预定量以下的涂布组合物,能够解决上述课题,从而完成了本发明。
即,本发明如下所述。
[1]
一种涂布组合物,其含有:
(A)数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物颗粒、和
(B)聚合物颗粒,
下式(I)表示的、所述(B)成分中的水相成分的含量为20质量%以下。
水相成分的含量(%)=(以截留分子量50000过滤(B)成分所得到的滤液的干燥质量)×(100-总固体成分质量)/(所述滤液的质量-所述滤液的干燥质量)×100/总固体成分质量…(I)
[2]
如[1]所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分为在含有
(b1)成分:水解性硅化合物、
(b2)成分:乙烯基单体、
(b3)成分:乳化剂、和
(b4)成分:水
的聚合原液中,所述(b1)成分和所述(b2)成分聚合而得到的聚合物乳液颗粒(B1)。
[3]
如[1]或[2]所述的涂布组合物,其中,所述水相成分的含量为15质量%以下。
[4]
如[1]~[3]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分的数均粒径为10nm~800nm。
[5]
如[2]~[4]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(b2)成分为具有选自由羟基、羧基、酰胺基、氨基和醚基组成的组中的至少一种官能团的乙烯基单体。
[6]
如[2]~[5]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(b2)成分相对于所述(B)成分的质量比((b2)/(B))为0.01/1~1/1。
[7]
如[2]~[6]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(b2)成分相对于所述(A)成分的质量比((b2)/(A))为0.01/1~1/1。
[8]
如[1]~[7]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分具有核/壳结构,该核/壳结构包括核层、和包覆所述核层的1层或2层以上的壳层。
[9]
如[8]所述的涂布组合物,其中,所述核层中,所述(b2)成分相对于所述(b1)成分的质量比((b2)/(b1))为0.01/1~1/1,
所述壳层的最外层中,所述(b2)成分相对于所述(b1)成分的质量比((b2)/(b1))为0.01/1~5/1。
[10]
如[2]~[9]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分为在形成所述核层的种子颗粒的存在下使所述聚合原液聚合而得到的聚合物乳液颗粒,
所述种子颗粒是使选自由所述(b1)成分、所述(b2)成分和(b5)成分组成的组中的至少一种以上聚合而得到的,所述(b5)成分为能够与所述(b2)成分共聚的其他乙烯基单体。
[11]
如[2]~[10]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(b2)成分为具有仲酰胺基、叔酰胺基或者这两者的乙烯基单体。
[12]
如[1]~[11]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(A)成分相对于所述(B)成分的质量比((A)/(B))为110/100~480/100。
[13]
如[1]~[12]任一项所述的涂布组合物,其还含有:
(C)成分:选自由下式(1)、(2)和(3)表示的化合物组成的组中的1种以上的水解性硅化合物。
R1 nSiX4-n (1)
(式(1)中,R1表示氢原子;或者可以具有卤素基、羟基、巯基、氨基、(甲基)丙烯酰基或环氧基的碳原子数为1~10的烷基、链烯基、炔基或芳基。X表示水解性基团,n为0~3的整数。)
X3Si-R2 n-SiX3 (2)
(式(2)中,X表示水解性基团,R2表示碳原子数为1~6的亚烷基或亚苯基,n为0或1。)
R3-(O-Si(OR3)2)n-OR3 (3)
(式(3)中,R3表示碳原子数为1~6的烷基。n为2~8的整数。)
[14]
如[13]所述的涂布组合物,其中,所述(C)成分相对于所述(A)成分的质量比((C)/(A))为1/100~150/100。
[15]
如[1]~[14]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分的数均粒径为10nm~100nm。
[16]
如[1]~[15]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(A)成分包含:
(A1)成分:数均粒径为1nm~400nm的氧化硅、和
(A2)成分:数均粒径为1nm~2000nm的红外线吸收剂,
所述(A1)成分和所述(A2)成分的总含量相对于所述(B)成分的含量的质量比((A1+A2)/(B))为60/100~1000/100,
所述(A2)成分的含量相对于所述(B)成分和所述(A1)成分的所述总含量的质量比((A2)/(A1+B))为0.05/100~40/100。
[17]
如[1]~[16]任一项所述的涂布组合物,其中,所述(A)成分包含:
(A1)成分:数均粒径为1nm~400nm的氧化硅、和
(A3)成分:数均粒径为1nm~2000nm的光催化剂,
所述(A1)成分和所述(A3)成分的总含量相对于所述(B)成分的含量的质量比((A1+A3)/(B))为60/100~480/100,
所述(A1)成分的含量相对于所述(A1)成分和所述(A3)成分的所述总含量的质量比((A1)/(A1+A3))为85/100~99/100。
[18]
如[1]~[17]任一项所述的涂布组合物,其为防反射用涂布组合物。
[19]
如[1]~[17]任一项所述的涂布组合物,其为耐溶剂用涂布组合物。
[20]
如[1]~[17]任一项所述的涂布组合物,其为抗静电用涂布组合物。
[21]
如[1]~[17]任一项所述的涂布组合物,其为耐热用涂布组合物。
[22]
如[1]~[17]任一项所述的涂布组合物,其为硬膜用涂布组合物。
[23]
一种涂膜,其由[1]~[22]任一项所述的涂布组合物获得。
[24]
一种涂膜,其是含有(A)数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物、和被所述(A)成分包围的聚合物颗粒(B)的涂膜,
其中,将通过超滤法由所述(B)成分提取的截留分子量为50000以下的成分(B2)制成膜时,膜表面的水接触角为30°以下。
[25]
一种涂膜,其是含有(A)数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物、和被所述(A)成分包围的聚合物颗粒(B)的涂膜,
其中,将通过超滤法由所述(B)成分提取的截留分子量为50000以下的成分(B2)制成膜时,膜表面的水接触角超过30°,(B2)的含量为5质量%以下。
[26]
如[24]或[25]所述的涂膜,其中,所述(B)成分为乳液颗粒。
[27]
如[23]~[26]任一项所述的涂膜,该涂膜在20℃的表面水接触角为30°以下。
[28]
如[23]~[27]任一项所述的涂膜,其中,经过在温度90℃、湿度90%的条件下静置24小时的高温高湿试验后,涂膜表面的水接触角为20°以下。
[29]
一种层积体,其具备基材和涂膜,
该涂膜形成于所述基材的至少一个表面,是通过涂布[1]~[22]任一项所述的涂布组合物而得到的涂膜、或是[23]~[28]任一项所述的涂膜。
[30]
如[29]所述的层积体,其中,所述层积体的透光率高于所述基材的透光率。
[31]
如[29]或[30]所述的层积体,其中,所述涂膜的折射率比所述基材的折射率低0.1以上。
[32]
如[29]~[31]任一项所述的层积体,其中,所述涂膜为具有2层以上的涂膜。
[33]
如[29]~[32]任一项所述的层积体,其中,位于所述基材的相反侧的最表层的折射率比与所述最表层相邻的层的折射率低0.1以上。
[34]
如[32]或[33]所述的层积体,其中,构成所述涂膜的各层的厚度(dn)为10nm~800nm,
所述涂膜的总厚度(∑dn)为100nm~4000nm。
[35]
如[29]~[34]任一项所述的层积体,其中,所述基材的透光率为30%~99%。
[36]
如[29]~[35]任一项所述的层积体,其中,所述涂膜的与所述基材相反一侧的表面的反射率(Rc)相对于所述基材中的所述涂膜侧的表面的反射率(Rb)的比例((Rc)/(Rb))为98%以上。
[37]
如[29]~[36]任一项所述的层积体,其中,所述涂膜与所述基材的折射率之差为0.2以下。
[38]
如[29]~[37]任一项所述的层积体,其中,所述涂膜的折射率为1.3~1.48。
[39]
如[36]~[38]任一项所述的层积体,其中,所述基材中的所述涂膜侧的表面的反射率(Rb)为80%以上。
[40]
如[29]~[39]任一项所述的层积体,其中,所述基材包括选自由玻璃、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、环状烯烃树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂和乙烯-氟乙烯共聚物组成的组中的至少一种。
[41]
一种层积体的制造方法,其具备以下工序:
在基材的至少一个表面涂布[1]~[22]任一项所述的涂布组合物而形成涂膜的工序;
对所述涂膜实施70℃以上的加热处理、或者0.1kPa以上的加压处理中至少一种的工序。
[42]
如[29]~[40]任一项所述的层积体,其为能量转换装置用构件。
[43]
如[42]所述的层积体,其为太阳能电池组件的保护构件。
[44]
一种太阳能电池组件,其具备:
[42]所述的层积体、
与所述层积体相对配置的背板、和
配置于所述层积体与所述背板之间的发电元件。
[45]
如[42]所述的层积体,其为反光镜的保护构件。
[46]
一种反射器装置,其具备:
反光镜、
保护所述反光镜的反射面的[45]所述的层积体、和
支撑所述反光镜的支撑体。
[47]
一种太阳能发电***,其具备:
[46]所述的反射器装置、和
将由所述反射器装置汇聚的太阳光转换为电能的装置。
发明的效果
根据本发明,能够提供一种在制成涂膜时防污性、透明性和亲水性优异、且即使在高温下也能够维持表面亲水性的涂布组合物。
附图说明
图1为本实施方式的层积体的一个例子的示意性截面图。
图2为本实施方式的太阳能电池组件的一个例子的示意性截面图。
图3为本实施方式的反射器装置的一个例子的示意性立体图。
具体实施方式
以下,对本发明的具体实施方式(以下,简称为“本实施方式”。)进行详细说明。以下的本实施方式为用于说明本发明的例示,并非将本发明限定于以下内容。本发明可以在其要点的范围内进行适当变形来实施。
本说明书中的“(甲基)丙烯酸”是指“丙烯酸”和与其对应的“甲基丙烯酸”,“(甲基)丙烯酸酯”是指“丙烯酸酯”和与其对应的“甲基丙烯酸酯”,“(甲基)丙烯酰”是指“丙烯酰”和与其对应的“甲基丙烯酰”。
<涂布组合物>
本实施方式的涂布组合物含有(A)数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物颗粒和(B)聚合物颗粒,下式(I)表示的、所述(B)成分中的水相成分的含量为20质量%以下。
水相成分的含量(%)=(以截留分子量50000过滤(B)成分所得到的滤液的干燥质量)×(100-总固体成分质量)/(所述滤液的质量-所述滤液的干燥质量)×100/总固体成分质量…(I)
本发明人查明,制成涂膜时膜表面的接触角上升的主要的原因在于水相成分(疏水性成分)从涂膜内部流出。由该见解发现,通过使(B)成分中的水相成分的含量在上述范围,限定在水介质中的分配率,能够维持涂膜表面的亲水性。需要说明的是,本实施方式中所说的“涂膜”未必为连续膜,也可以为不连续膜、岛状分散膜等方式。
此外,将该水相成分制成膜时在20℃的表面接触角优选为30°以下。将水相成分制成膜时在20℃的表面水接触角大于30°的情况下,其含量优选为5质量%以下。此处,表面接触角是指干燥膜与存在于其表面的水滴的切线所成的角度,可以通过液滴法测定。需要说明的是,本实施方式中“亲水性”是指相对于测定对象物的表面的水(23℃)接触角优选为60°以下、更优选为30°以下、进一步优选为20°以下。
以下,对能够在涂布组合物和涂膜中混合的成分进行说明。
本实施方式的涂布组合物含有(A)成分:数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物。由此,能够制成透明性和亲水性高的涂膜。认为(A)成分通过与(B)成分相互作用而作为(B)成分的固化剂发挥作用(但作用不限于此)。对该相互作用没有特别限定,例如可以例示出(A)成分通常所具有的官能团(例如羟基等)与(B)成分所具有的官能团(例如羟基、羧基、酰胺基、氨基以及醚基等)的氢键、(A)成分通常所具有的官能团与(B)成分的化学键(例如缩合)等。
(A)成分的粒径是指数均粒径(可以是一次颗粒和二次颗粒的混合物,也可以仅是一次颗粒和二次颗粒中的任意一种),为1nm~400nm、优选为1nm~100nm、更优选为3nm~80nm、进一步优选为5nm~50nm。通过使(A)成分的数均粒径为上述范围,能够对所得到的涂膜和层积体等的光学特性等作出贡献。特别地,使其数均粒径为100nm以下时,能够大幅提高所得到的涂膜和层积体的透光率。需要说明的是,本实施方式中的数均粒径(以下有时简称为“粒径”)是根据后述实施例的方法测定的。
对用于(A)成分的金属氧化物没有特别限定,可以使用公知的物质,从与(B)成分的相互作用的方面出发,优选为选自由二氧化硅、氧化铝、氧化锑、二氧化钛、氧化铟、氧化锡、氧化锆、氧化铅、氧化铁、硅酸钙、氧化镁、氧化铌以及氧化铈组成的组中的1种以上物质。其中,从表面羟基多、与(B)成分的相互作用特别强的方面考虑,更优选为选自由二氧化硅(氧化硅)、氧化铝(alumina)、氧化锑以及它们的复合氧化物组成的组中的1种以上物质。在制成后述涂膜时,由于表面羟基多的(A)成分能够形成连续相,因此涂膜表面的羟基密度升高,其自身的亲水性也升高,因而更优选上述金属氧化物。(A)成分的金属氧化物可以单独使用一种,也可以组合两种以上来使用。
对(A)成分的形态没有特别限定,可以举出例如粉体、分散液、溶胶等。此处所说的“分散液”和“溶胶”是指,(A)成分在水、亲水性有机溶剂或者它们的混合溶剂中以0.01~80质量%(优选为0.1~50质量%)的浓度、以一次颗粒或者二次颗粒的至少一种的方式分散的状态。
作为亲水性有机溶剂,可以举出例如乙二醇、丁基溶纤剂、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙醇、甲醇等醇类;丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮等酮类;四氢呋喃、二氧六环等醚类;二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺等酰胺类;二甲基亚砜和硝基苯;以及它们的2种以上的混合物。
可以根据希望对涂布组合物或者涂膜赋予的性质等,在上述成分或其他成分中选择适当的物质作为(A)成分。作为可以对涂布组合物或者涂膜赋予的性质等,可以举出例如防反射性、耐溶剂性、抗静电性、耐热性、硬膜性、光催化活性等。可以根据所期望的性质,针对添加的成分、含量、以及数均粒径等物性等进行适当选择。此外,在希望提高特定性能的效果的情况下,以及希望对涂布组合物赋予2种以上性能的情况下,也可以合用2种以上的金属氧化物。从这方面考虑,作为代表性物质,可以举出(A1)氧化硅、(A2)红外线吸收剂、(A3)光催化剂、(A4)导电性金属氧化物等。以下对它们进行说明。
(A1)成分只要是氧化硅(所谓的二氧化硅)即可,其制法没有特别限定,可以通过沉淀法、干式法等制造。从处理性的方面出发,更优选胶态二氧化硅。(A1)成分为胶态二氧化硅的情况下,可以利用溶胶-凝胶法制备使用,也可以利用市售品。在利用溶胶-凝胶法制备胶态二氧化硅的情况下,可以参照Werner Stober et al;J.Colloid andInterface Sci.,26,62-69(1968)、Rickey D.Badley et al;Lang muir 6,792-801(1990)、色料协会志(色材協会誌),61[9]488-493(1988)等中记载的方法进行制备。
胶态二氧化硅是以二氧化硅作为基本单元的氧化硅的水或水溶性溶剂的分散体,其数均粒径优选为1nm~400nm、更优选为1nm~200nm、进一步优选为1nm~100nm、更进一步优选为5nm~30nm。若数均粒径为1nm以上,则涂膜和后述的涂布组合物的储藏稳定性更良好,若数均粒径为100nm以下,则涂膜的透明性更良好。具有上述范围的粒径的胶态二氧化硅可以以水性分散液的状态使用酸性和碱性中的任一种,可以根据一起混合的(B)成分的水性分散体的稳定区域来适当选择其pH。
作为以水为分散介质的酸性的胶态二氧化硅,作为市售品可以举出例如日产化学工业社制造的SNOWTEX(商标)-O、SNOWTEX-OS、SNOWTEX-OL;旭电化工业社制造的ADELITE(商标)AT-20Q;Clariant Japan社制造的Klebosol(商标)20H12、Klebosol 30CAL25等。
作为碱性的胶态二氧化硅,可以举出例如通过碱金属离子、铵离子或胺的添加而稳定化的氧化硅等。更具体地说,作为市售品可以举出日产化学工业社制造的SNOWTEX-20、SNOWTEX-30、SNOWTEX-C、SNOWTEX-C30、SNOWTEX-CM40、SNOWTEX-N、SNOWTEX-N30、SNOWTEX-K、SNOWTEX-XL、SNOWTEX-YL、SNOWTEX-ZL、SNOWTEXPS-M、SNOWTEXPS-L等;旭电化工业社制造的ADELITEAT-20、ADELITE AT-30、ADELITE AT-20N、ADELITE AT-30N、ADELITE AT-20A、ADELITE AT-30A、ADELITE AT-40、ADELITE AT-50等;Clariant Japan社制造的Klebosol 30R9、Klebosol 30R50、Klebosol 50R50;杜邦社制造的LUDOX(商标)HS-40、LUDOX HS-30、LUDOX LS、LUDOX SM-30等。
作为以水溶性溶剂为分散介质的胶态二氧化硅,作为市售品可以举出例如日产化学工业社制造的MA-ST-M(数均粒径为20nm~25nm的甲醇分散型)、IPA-ST(数均粒径为10nm~15nm的异丙醇分散型)、EG-ST(数均粒径为10nm~15nm的乙二醇分散型)、EG-ST-ZL(数均粒径为70nm~100nm的乙二醇分散型)、NPC-ST(数均粒径为10nm~15nm的乙二醇单丙基醚分散型)等。
胶态二氧化硅可以单独使用一种,也可以组合两种以上来使用。(A)成分的金属氧化物含有胶态二氧化硅作为主要成分的情况下,作为少量成分,可以含有氧化铝、铝酸钠等。另外,胶态二氧化硅中可以共存无机碱(氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氨等)和有机碱(四甲基铵等)作为稳定剂。此处,主要成分是指在金属氧化物中含有50质量%以上、优选为70质量%以上的成分。
作为(A2)成分的红外线吸收剂是在红外区域(波长800nm以上)具有吸收带的有机物、无机物和它们的混合物。作为红外线吸收剂,可以举出无机微粒和有机微粒。作为无机微粒,具体地说,可以举出氧化铈、氧化锌、以及用氧化硅包覆的该微粒;掺杂锡的氧化铟(ITO)、掺杂锑的氧化锡(ATO)、掺杂氟的氧化锡(FTO)等透明导电性微粒;银、金、铂、铑、钯等贵金属微粒;式MxWyOz(其中,M元素表示选自由H、He、碱金属、碱土金属、稀土元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi以及I组成的组中的一种以上的元素,W表示钨,O表示氧,0.0001≤x/y≤1.5,1.0≤z/y≤5.0)表示的复合钨氧化物等。此外,氧化锆、氧化锡、氧化铋、二氧化钛等在紫外区域具有吸收的微粒可以单独使用一种,也可以组合两种以上来使用。
这些红外线吸收剂比较稳定,也能够微粒化,因此能够在抑制可见光区域的散射的同时吸收红外区域的波长,因而优选。其中,更优选为选自由ITO、ATO、氧化铈、氧化锌以及用氧化硅包覆的该红外线吸收剂组成的组中的至少一种。
作为有机微粒,只要是在近红外线(800nm~1100nm)的波长带域具有最大吸收波长的色素等,则其种类和组成等没有限定。例如优选二亚铵系的近红外线吸收色素。二亚铵系的近红外线吸收色素在波长850nm~1100nm的近红外区域具有摩尔吸光系数为10万左右的强吸收性,在波长400nm~500nm的可见光区域略有吸收,因此呈黄褐色的透过色,但可见光透射性优于其他近红外线吸收色素,因此在可见光区域可以得到高透射率,因而优选。可以单独使用选自由在波长750nm~950nm具有最大吸收、在可见光区域无吸收的酞菁系色素、有机金属络合物系色素以及花青系色素组成的组中的1种以上的色素,也可以将其合用两种以上。另外,也可以使用以聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙烯基磺酸等为代表的导电性聚合物。
为了赋予涂膜绝热性,可以单独使用或者合用着色颜料作为(A2)成分。这种情况下,优选例如JIS A5759-1998中规定的日光反射比为13%以上的着色颜料,具体地说,可以举出作为白色系颜料的钛白、氧化锌系颜料等白色系颜料;氧化铁系颜料、喹吖啶酮系颜料等红色系颜料;氧化铁系颜料、氢氧化铁系颜料、铬酸铅系颜料、偶氮系颜料等黄色系颜料;酞菁蓝、复合氧化物系颜料等蓝色系颜料;铬绿、酞菁绿系颜料等绿色系颜料等。
红外线吸收剂理想的是在太阳光的红外线波长、特别是相当于硅的吸收带的波段无吸收,优选在可见紫外光区域波长300nm~780nm中的平均反射率为25%以下,在红外区域波长780nm~2500nm中的平均反射率为15%以上。
含有(A2)成分的情况下,优选在波长1000nm~2500nm的波段具有0.1%以上的吸收。波长1000nm~2500nm的区域是红外线被有效转换为热的波段,该波段中优选具有0.1%以上的吸收,更优选为10%以上。但是,由于该波段与硅的吸收区域重叠,因此也可以根据红外线吸收剂的红外线吸收能力调整添加量来使用。
通过设定为不由于颗粒的散射而使硅的吸收带波长的光散射的粒径,能够有效地抑制温度的上升,而不会对太阳能电池的发电性能带来不良影响。从这样的方面考虑,数均粒径优选为10nm~2000nm、更优选为10nm~1500nm、进一步优选为10nm~1000nm。通过使数均粒径为10nm以上,能够保持分散稳定性,通过使数均粒径为2000nm以下,即使在(A2)成分的添加量多时散射光也不增强,太阳能电池的发电效率不降低。
通常,这些红外线吸收剂具有难以分散于水系溶剂中的倾向,因此优选为通过用作(A1)成分的氧化硅均匀或者不均匀地包覆红外线吸收剂的表面而得到的(A2)红外线吸收剂。由此,能够进一步提高与(A1)成分的混合稳定性、(A2)红外线吸收剂的耐候性等。对用(A1)氧化硅包覆(A2)红外线吸收剂的方法没有特别限定,可以采用公知的方法,例如将红外线吸收剂分散于水中,用高压均化器分散处理后,搅拌下添加四乙氧基硅烷、水玻璃等,适当调整pH,并进行温度管理,从而可以获得。
对(A2)成分的形态没有特别限定,可以举出例如粉体、分散液、溶胶等。此处所说的“分散液”和“溶胶”是指(A2)成分在水和/或亲水性有机溶剂中以0.01~80质量%(优选为0.1~50质量%)的浓度、以一次颗粒和/或二次颗粒的方式分散的状态。
分散液或溶胶中观察的(A2)成分的数均粒径能够对所得到的涂膜的光学特性等作出贡献。特别地,其数均粒径为100nm以下时,能够大幅提高所得到的涂膜的透明性。
作为(A3)成分的光催化剂是指通过光照射表现出光催化活性和亲水性的至少一者的化合物(以下有时简称为“光催化剂”)。光催化剂为通过光照射表现出光催化活性的化合物时,所得到的涂膜的表面在污染有机物质的分解活性(有机物分解性)、耐污染性方面表现优异。
作为光催化剂,可以举出例如TiO2、ZnO、SrTiO3、BaTiO3、BaTiO4、BaTi4O9、K2NbO3、Nb2O5、Fe2O3、Ta2O5、K3Ta3Si2O3、WO3、SnO2、Bi2O3、BiVO4、NiO、Cu2O、RuO2、CeO2、以及具有选自由Ti、Nb、Ta和V组成的组中的至少一种元素的层状氧化物(参照例如日本特开昭62-74452号公报、日本特开平2-172535号公报、日本特开平7-24329号公报、日本特开平8-89799号公报、日本特开平8-89800号公报、日本特开平8-89804号公报、日本特开平8-198061号公报、日本特开平9-248465号公报、日本特开平10-99694号公报、日本特开平10-244165号公报等)等。在这些光催化剂中,TiO2(二氧化钛)是无害的,化学稳定性也优异,因而优选。作为二氧化钛,可以使用锐钛矿型、金红石型、板钛矿型中的任一种。
从所得到的涂布组合物表现出抗静电性能等方面考虑,作为(A4)成分,可以使用具有导电性的金属氧化物。作为这样的具有导电性的金属氧化物,可以举出例如掺杂锡的氧化铟(ITO)、掺杂锑的氧化锡(ATO)、氧化锡、氧化锌等。另外,从与(B)成分的相互作用的方面出发,也可以合用例如氧化铝、氧化锑、氧化铟、氧化锡、氧化锆、氧化铅、氧化铁、硅酸钙、氧化镁、氧化铌、氧化铈等。
(B)成分为聚合物颗粒。本实施方式的涂膜中,优选以被(A)成分包围的(B)聚合物颗粒的形式存在。(B)聚合物颗粒是指具有不饱和键的单体成分通过自由基、阳离子、阴离子等的介入而进行了聚合的高分子的颗粒。
本实施方式中,式(I)表示的(B)的水相成分的含量为20质量%以下。通过使(B)成分的水相成分为20质量%以下,能够使透明性和亲水性优异,并且即使在高温下也能够维持优异的亲水性。
水相成分的含量(%)=(以截留分子量50000过滤(B)成分所得到的滤液的干燥质量)×(100-总固体成分质量)/(所述滤液的质量-所述滤液的干燥质量)×100/总固体成分质量…(I)
(B)成分中的水相成分的含量优选为15质量%以下、更优选为10质量%以下,由此能够使防污性、透明性和亲水性优异,并且不仅在高温下、在高湿下甚至高温高湿下也能够维持优异的亲水性。
(B)成分优选为乳液颗粒。通过设定为乳液颗粒,能够在制成后述的涂膜时由(A)成分和(B)成分形成海岛结构。通过形成海岛结构,能够使金属氧化物局部存在于涂膜最表面,通过金属氧化物的羟基等亲水基团表现出良好的亲水性。对乳液颗粒没有特别限定,可以举出例如丙烯酸乳液、苯乙烯乳液、丙烯酸苯乙烯乳液、丙烯酸硅乳液、硅乳液、氟树脂乳液等。
(B)成分更优选是在含有(b1)成分:水解性硅化合物、(b2)成分:乙烯基单体、(b3)成分:乳化剂和(b4)成分:水的聚合原液中,由(b1)成分和(b2)成分聚合而得到的聚合物乳液颗粒。作为这样得到的(B)成分,可以优选使用来自(b1)成分的羟基与(b2)成分的聚合产物通过氢键等复合化而成的物质。
作为(b1)成分,可以举出例如下式(4)表示的化合物或其缩合产物、硅烷偶联剂等。
SiWxRy (4)
此处,式中,W表示选自由碳原子数为1~20的烷氧基、羟基、碳原子数为1~20的乙酰氧基、卤原子、氢原子、碳原子数为1~20的肟基、烯氧基、氨氧基和酰胺基组成的组中的至少一种基团。R表示选自由直链状或支链状的碳原子数为1~30的烷基、碳原子数为5~20的环烷基、以及不带取代或者带有碳原子数为1~20的烷基或碳原子数为1~20的烷氧基或卤原子取代的碳原子数为6~20的芳基组成的组中的至少一种烃基。x为1~4的整数,y为0以上且3以下的整数。另外,x+y=4。
硅烷偶联剂是指分子内存在乙烯基聚合性基团、环氧基、氨基、甲基丙烯酰基、巯基、异氰酸酯基等与有机物具有反应性的官能团的硅烷衍生物。
作为式(4)表示的化合物的具体例子,可以举出例如四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷等四烷氧基硅烷类;甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、异丙基三甲氧基硅烷、异丙基三乙氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、正戊基三甲氧基硅烷、正己基三甲氧基硅烷、正庚基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、环己基三甲氧基硅烷、环己基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-羟基乙基三甲氧基硅烷、2-羟基乙基三乙氧基硅烷、2-羟基丙基三甲氧基硅烷、2-羟基丙基三乙氧基硅烷、3-羟基丙基三甲氧基硅烷、3-羟基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三正丙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷、3-脲丙基三乙氧基硅烷等三烷氧基硅烷类;二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、二正丙基二甲氧基硅烷、二正丙基二乙氧基硅烷、二异丙基二甲氧基硅烷、二异丙基二乙氧基硅烷、二正丁基二甲氧基硅烷、二正丁基二乙氧基硅烷、二正戊基二甲氧基硅烷、二正戊基二乙氧基硅烷、二正己基二甲氧基硅烷、二正己基二乙氧基硅烷、二正庚基二甲氧基硅烷、二正庚基二乙氧基硅烷、二正辛基二甲氧基硅烷、二正辛基二乙氧基硅烷、二正环己基二甲氧基硅烷、二正环己基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷等二烷氧基类;三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷等单烷氧基硅烷类等。这些物质可以单独使用一种,也可以合用两种以上。
作为(b1)成分,可以使用具有苯基的硅醇盐(例如苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷等)。在使用具有苯基的硅醇盐的情况下,水和乳化剂的存在下的聚合稳定性会变得良好,因而优选。
(b1)成分可以包含具有硫羟基的硅烷偶联剂、(b1-1)成分:具有乙烯基聚合性基团的水解性硅化合物。在使用这些成分作为(b1)成分的情况下,所得到的涂膜的长期防污染性会变得良好,因而优选。
作为具有硫羟基的硅烷偶联剂,可以举出例如3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷等。
作为(b1-1)成分,可以举出例如3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三正丙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、2-三甲氧基甲硅烷基乙基乙烯基醚等具有乙烯基聚合性基团的硅烷偶联剂等。
这些硅烷偶联剂通过与后述的(b2)成分的共聚或链转移反应能够生成化学键。因此,在将具有乙烯基聚合性基团或硫羟基的硅烷偶联剂与上述(b1)成分混合或者复合化而使用的情况下,能够通过化学键使(b1)成分的聚合产物与后述的(b2)成分的聚合产物复合化。
作为(b1-1)成分中的“乙烯基聚合性基团”,可以举出例如乙烯基、烯丙基等,其中优选为3-(甲基)丙烯酰氧基丙基。
(b1)成分可以含有(b1-2)成分:环状硅氧烷低聚物。在使用(b1-2)成分的情况下,所得到的涂膜的柔软性会变得更良好,因而优选。
作为环状硅氧烷低聚物,可以例示出下式(5)表示的化合物。
(R’2SiO)m (5)
此处,式中,R’表示选自由氢原子、直链状或支链状的碳原子数为1~30个的烷基、碳原子数为5~20的环烷基、以及不带取代或者带有碳原子数为1~20的烷基或碳原子数为1~20的烷氧基或卤原子取代的碳原子数为6~20的芳基组成的组中的至少一种。m为整数,2≤m≤20。
其中,从反应性等的方面考虑,优选为八甲基环四硅氧烷等环状二甲基硅氧烷低聚物。
使用缩合产物作为(b1)成分的情况下,该缩合产物的聚苯乙烯换算的重均分子量(基于GPC法)优选为200~5000、更优选为300~1000。
从聚合稳定性的方面出发,(b1)成分的含量相对于(B)成分的含量的质量比((b1)/(B))优选为0.01/100~80/100、更优选为0.1/100~70/100。
从聚合稳定性的方面出发,(b1-1)成分的含量相对于(B)成分的含量的质量比((b1-1)/(B))优选为0.01/100~20/100、更优选为0.5/100~10/100。从聚合稳定性的方面出发,(b1-1)成分的含量相对于(b2)成分的含量的质量比((b1-1)/(b2))优选为0.1/100~100/100、更优选为0.5/100~50/100。
从亲水性的方面出发,(b1-2)成分的含量相对于(B)成分的含量的质量比((b1-2)/(B))优选为0.01/100~20/100、更优选为0.5/100~5/100。从聚合稳定性的方面出发,(b1-2)成分的含量相对于(b2)成分的含量的质量比((b1-2)/(b2))优选为0.5/100~50/100、更优选为1.0/100~20/100。
(b2)成分为乙烯基单体。作为(b2)成分,优选为具有选自由羟基、羧基、酰胺基、氨基以及醚基组成的组中的至少一种官能团的乙烯基单体。通过设定为具有这样的官能团的乙烯基单体,容易与(B)成分以外的其他成分(例如(A)成分的金属氧化物等)所具有的官能团化学键合(例如缩合等),能够提高相互作用。
作为以(b2)成分列举的含羟基的乙烯基单体的具体例子,可以举出例如(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯或者(甲基)丙烯酸4-羟丁酯那样的各种(甲基)丙烯酸羟基烷基酯类;2-羟基乙基乙烯基醚或者4-羟基丁基乙烯基醚那样的各种含羟基的乙烯基醚类;2-羟基乙基烯丙基醚那样的各种含羟基的烯丙基醚类;由以聚乙二醇为代表的各种聚醚多元醇、和以(甲基)丙烯酸为代表的各种不饱和羧酸得到的聚氧亚烷基二醇的单酯类;上述各种含羟基的单体类与以ε-己内酯为代表的各种内酯类的加成物;以(甲基)丙烯酸缩水甘油酯为代表的各种含环氧基的不饱和单体与以乙酸为代表的各种酸类的加成物;以(甲基)丙烯酸为代表的各种不饱和羧酸类与以“CarduraE”(荷兰Shell社制造的商品名)为代表的α-烯烃的环氧化物以外的各种单环氧化合物的加成物等。
作为以(b2)成分列举的含羧基的乙烯基单体的具体例子,可以举出例如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸2-羧乙酯、丁烯酸、衣康酸、马来酸或者富马酸那样的各种不饱和羧酸类;衣康酸单甲酯、衣康酸单正丁酯、马来酸单甲酯、马来酸单正丁酯、富马酸单甲酯、富马酸单正丁酯那样的不饱和二羧酸类与饱和一元醇类的单酯类(半脂类);己二酸单乙烯基酯或者琥珀酸单乙烯基酯那样的各种饱和二羧酸的单乙烯基酯类;琥珀酸酐、戊二酸酐、邻苯二甲酸酐或者偏苯三酸酐那样的各种饱和多元羧酸的酸酐类与上述各种含羟基的乙烯基系单体类的加成反应产物;将上述各种含羧基的单体类与内酯类加成反应而得到的单体类等。
作为以(b2)成分列举的含氨基的乙烯基单体的具体例子,可以举出例如(甲基)丙烯酸2-二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸2-二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸2-二正丙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸3-二甲氨基丙酯、(甲基)丙烯酸4-二甲氨基丁酯或者N-[2-(甲基)丙烯酰氧基]乙基吗啉那样的各种含叔氨基的(甲基)丙烯酸酯类;乙烯基吡啶、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基喹啉那样的各种含叔氨基的芳香族乙烯基系单体类;N-(2-二甲氨基)乙基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二乙基氨基)乙基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二正丙基氨基)乙基(甲基)丙烯酰胺、N-(3-二甲氨基)丙基(甲基)丙烯酰胺、N-(4-二甲氨基)丁基(甲基)丙烯酰胺或者N-[2-(甲基)丙烯酰胺]乙基吗啉那样的各种含叔氨基的(甲基)丙烯酰胺类;N-(2-二甲氨基)乙基丁烯酰胺、N-(2-二乙基氨基)乙基丁烯酰胺、N-(2-二正丙基氨基)乙基丁烯酰胺、N-(3-二甲氨基)丙基丁烯酰胺或者N-(4-二甲氨基)丁基丁烯酰胺那样的各种含叔氨基的丁烯酰胺类;2-二甲氨基乙基乙烯基醚、2-二乙基氨基乙基乙烯基醚、3-二甲氨基丙基乙烯基醚或者4-二甲氨基丁基乙烯基醚那样的各种含叔氨基的乙烯基醚类等。
作为以(b2)成分列举的含醚基的乙烯基单体的具体例子,可以举出聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯高级脂肪酸酯、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物那样的各种侧链上具有聚醚链的乙烯基醚类、烯丙基醚类或(甲基)丙烯酸酯类的乙烯基单体类。含醚基的乙烯基单体也可以使用市售品,可以举出例如BlemmerPE-90、PE-200、PE-350、PME-100、PME-200、PME-400、AE-350(以上为日本油脂社制造、商品名)、MA-30、MA-50、MA-100、MA-150、RA-1120、RA-2614、RMA-564、RMA-568、RMA-1114、MPG130-MA(以上为日本乳化剂社制造、商品名)等。此处,聚氧乙烯链的氧化乙烯单元数优选为2~30。低于2时,具有涂膜的柔软性不充分的倾向,超过30时,涂膜***,具有耐粘连性变差的倾向。
作为以(b2)成分列举的含酰胺基的乙烯基单体的具体例子,可以例示出例如N-烷基或N-亚烷基取代(甲基)丙烯酰胺。更具体地说,可以举出例如N-甲基丙烯酰胺、N-甲基甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙基甲基丙烯酰胺、N-甲基-N-乙基丙烯酰胺、N-甲基-N-乙基甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺、N-异丙基甲基丙烯酰胺、N-正丙基甲基丙烯酰胺、N-甲基-N-正丙基丙烯酰胺、N-甲基-N-异丙基丙烯酰胺、N-丙烯酰吡咯烷、N-甲基丙烯酰吡咯烷、N-丙烯酰哌啶、N-甲基丙烯酰哌啶、N-丙烯酰六氢化氮杂卓、N-丙烯酰吗啉、N-甲基丙烯酰吗啉、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双甲基丙烯酰胺、N-乙烯基乙酰胺、双丙酮丙烯酰胺、双丙酮甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟甲基甲基丙烯酰胺等。
作为上述(b2)成分,从进一步提高与其他成分的氢键性的方面考虑,优选为具有仲酰胺基、叔酰胺基或者这两者的乙烯基单体。特别是从氢键力的方面出发,优选为具有叔酰胺基的乙烯基单体。
从聚合稳定性的方面出发,(b2)成分的含量相对于(B)成分的含量的质量比((b2)/(B))为0.01/1~1/1、优选为0.1/1~0.5/1、更优选为0.2/1~0.4/1。
从与(A1)成分的氢键性和混合稳定性的方面出发,(b2)成分的含量相对于(A1)成分的含量的质量比((b2)/(A1))为0.01/1~1/1、优选为0.1/1~1/1、更优选为0.2/1~0.7/1。
作为(b3)成分,可以举出例如烷基苯磺酸、烷基磺酸、烷基磺化琥珀酸、聚氧乙烯烷基硫酸、聚氧乙烯烷基芳基硫酸、聚氧乙烯二苯乙烯基苯基醚磺酸等酸性乳化剂、酸性乳化剂的碱金属(Li、Na、K等)盐、酸性乳化剂的铵盐、脂肪酸皂等阴离子型表面活性剂;烷基三甲基溴化铵、烷基溴化吡啶鎓、咪唑啉鎓月桂酸酯等季铵盐、吡啶鎓盐、咪唑啉鎓盐形式的阳离子型表面活性剂;聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯二苯乙烯基苯基醚等非离子型表面活性剂等。这些物质可以单独使用一种,也可以组合两种以上来使用。
作为(b3)成分,从提高所得到的(B)成分的水分散稳定性的方面考虑,以及从提高所得到的涂膜的长期防污染性的方面考虑,优选使用具有自由基聚合性的双键的反应性乳化剂。作为反应性乳化剂,可以举出例如具有磺酸基或磺酸盐基的乙烯基单体、具有硫酸酯基的乙烯基单体以及它们的碱金属盐、铵盐、聚氧乙烯等具有非离子基的乙烯基单体、以及具有季铵盐的乙烯基单体等。
作为具有磺酸基或磺酸盐基的乙烯基单体,可以举出例如以下化合物:具有自由基聚合性的双键且通过磺酸基的铵盐、钠盐或钾盐那样的取代基进行了部分取代的化合物(该化合物具有选自由碳原子数为1~20的烷基、碳原子数为2~4的烷基醚基、碳原子数为2~4的聚烷基醚基、苯基、萘基以及琥珀酸基组成的组中的取代基);磺酸基的铵盐、钠盐或钾盐那样的具有结合有取代基的乙烯基的乙烯基磺酸盐化合物等。
作为具有硫酸酯基的乙烯基单体,可以举出例如以下化合物:具有自由基聚合性的双键且通过硫酸酯基的铵盐、钠盐或钾盐那样的取代基进行了部分取代的化合物(该化合物具有选自由碳原子数为1~20的烷基、碳原子数为2~4的烷基醚基、碳原子数为2~4的聚烷基醚基、苯基以及萘基组成的组中的取代基);等等。
作为通过磺酸基的铵盐、钠盐或钾盐那样的取代基进行了部分取代的具有琥珀酸基的化合物的具体例子,可以举出烯丙基磺化琥珀酸盐等。更详细地说,可以举出例如ELEMINOL JS-2(三洋化成社制造、商品名)、Latemul S-120、S-180A或S-180(花王社制造、商品名)等。
作为通过磺酸基的铵盐、钠盐或钾盐那样的取代基进行了部分取代的化合物(该化合物具有碳原子数为2~4的烷基醚基或碳原子数为2~4的聚烷基醚基)的具体例子,可以举出例如Aquaron HS-10或KH-1025(第一工业制造药社制造、商品名)、ADEKA REASOAP SE-1025N或SR-1025(旭电化工业社制造、商品名)等。
作为具有非离子基的乙烯基单体,具体地说,可以举出例如α-[1-[(烯丙氧基)甲基]-2-(壬基苯氧基)乙基]-ω-羟基聚氧乙烯(商品名:ADEKA REASOAP NE-20、NE-30、NE-40等、旭电化工业社制造)、聚氧乙烯烷基丙烯基苯基醚(商品名:Aquaron RN-10、RN-20、RN-30、RN-50等、第一制药工业社制造)。
从聚合稳定性的方面出发,(b3)成分的用量相对于100质量份(B)成分优选为10质量份以下、更优选为0.001~5质量份。
(B)成分是在含有上述(b1)~(b3)的各成分以及(b4)成分(即水)的聚合原液中使(b1)成分和(b2)成分聚合而得到的聚合物乳液颗粒。从聚合稳定性的方面出发,(b4)成分的用量以聚合原液中的含量计优选为30~99.9质量%。
聚合原液中除了可以混合(b1)~(b4)成分之外,还可以进一步混合各种成分。首先,优选在聚合原液中进一步混合(b5)成分:能够与上述(b2)成分共聚的其他乙烯基单体。从控制所生成的聚合产物的特性(玻璃化转变温度、分子量、氢键力、极性、分散稳定性、耐候性、与作为(b1)成分的水解性硅化合物的聚合产物的相容性等)的方面考虑,优选使用这样的(b5)成分。
作为(b5)成分,可以举出例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、芳香族乙烯基化合物、乙烯腈类、以及含有环氧基的乙烯基单体、含有羰基的乙烯基单体、阴离子型乙烯基单体那样的含有官能团的单体等。
作为(b5)成分占全部乙烯基单体中的比例,优选为0.001~30质量%、更优选为0.05~10质量%的范围。从控制玻璃化转变温度、分子量、氢键力、极性、分散稳定性、耐候性、与作为(b1)成分的水解性硅化合物的聚合产物的相容性等方面考虑,优选在该范围使用(b5)成分。
聚合原液中可以混合链转移剂。作为链转移剂,可以举出例如正辛基硫醇、正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇那样的烷基巯醇类;苄硫醇、十二烷基苄硫醇那样的芳香族硫醇类;硫代苹果酸那样的硫代羧酸或它们的盐或者它们的烷基酯类、或者多硫醇类、二硫化二异丙基黄原酸酯、二硫化二(亚甲基三羟甲基丙烷)黄原酸酯和硫代乙二醇、以及α-甲基苯乙烯的二聚物等烯丙基化合物等。
这些链转移剂的用量相对于全部乙烯基单体的总量100质量份优选为0.001~30质量份、更优选为0.05~10质量份。从聚合稳定性的方面出发,优选在该范围使用链转移剂。
此外,可以在聚合原液中混合分散稳定剂。对分散稳定剂没有特别限定,可以举出例如选自由多元羧酸和磺酸盐组成的组中的各种水溶性低聚物类;聚乙烯醇、羟乙基纤维素、淀粉、马来酸化聚丁二烯、马来酸化醇酸树脂、聚丙烯酸(盐)、聚丙烯酰胺、水溶性或水分散性丙烯酸树脂等合成或天然的水溶性或水分散性的各种高分子物质等。这些物质可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
分散稳定剂的用量相对于100质量份(B)成分的聚合物乳液颗粒优选为10质量份以下、更优选为0.001~5质量份。
上述聚合原液的聚合优选在聚合催化剂的存在下实施。作为(b1)成分的聚合催化剂,可以举出例如盐酸、氢氟酸等卤化氢类;乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、乳酸等羧酸类;硫酸、对甲苯磺酸等磺酸类;烷基苯磺酸、烷基磺酸、烷基磺基琥珀酸、聚氧乙烯烷基硫酸、聚氧乙烯烷基芳基硫酸、聚氧乙烯二苯乙烯基苯基醚磺酸等酸性乳化剂类;酸性或弱酸性的无机盐、邻苯二甲酸、磷酸、硝酸那样的酸性化合物类;氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、乙酸钠、四甲基氯化铵、四甲基氢氧化铵、三丁基胺、二氮杂双环十一碳烯、乙二胺、二亚乙基三胺、乙醇胺类、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)-氨基丙基三甲氧基硅烷那样的碱性化合物类;辛酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡那样的锡化合物等。其中,作为(b1)成分的水解性硅化合物的聚合催化剂,不仅作为聚合催化剂发挥作用而且作为乳化剂发挥作用的酸性乳化剂类、特别是碳原子数为5~30的烷基苯磺酸(十二烷基苯磺酸等)是优选的。
作为(b2)成分的聚合催化剂,优选在热或还原性物质等的作用下发生自由基分解从而引起乙烯基单体的加成聚合的自由基聚合催化剂。作为这样的自由基聚合催化剂,可以举出例如水溶性或油溶性的过硫酸盐、过氧化物、偶氮二化合物,优选这些物质。更具体地说,作为自由基聚合催化剂,可以举出例如过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化氢、叔丁基过氧化氢、叔丁基过氧化苯甲酸酯、2,2-偶氮二异丁腈、2,2-偶氮二(2-二氨基丙烷)盐酸盐、2,2-偶氮二(2,4-二甲基戊腈)等。
作为聚合催化剂的用量,相对于100质量份全部乙烯基单体优选为0.001~5质量份。需要说明的是,在期望促进聚合速度以及在70℃以下的低温下聚合的情况下,将例如亚硫酸氢钠、氯化亚铁、抗坏血酸盐、雕白粉等还原剂与自由基聚合催化剂组合使用是有利的。
本实施方式中,(b1)成分的聚合和(b2)成分的聚合也可以分别实施,但同时实施时,能够实现利用氢键等形成的微观的有机-无机复合化,因而优选。
作为得到(B)成分的方法,在足以使乳化剂形成胶束的量的水的存在下将(b1)成分和(b2)成分聚合的所谓的乳液聚合是适宜的。作为乳液聚合的方法,可以举出以下方法:例如将(b1)成分和(b2)成分、以及根据需要使用的(b3)成分直接或者在乳化后的状态下一次性或者分批、或者连续地滴加在反应容器中,在聚合催化剂的存在下,优选在大气压至必要时的10MPa的压力下,于约30~150℃的反应温度进行聚合;等等。但是,根据需要也可以在所述压力以上的压力、或者所述温度以下的温度条件下进行聚合。
关于聚合原液的混合,从聚合稳定性的方面出发,优选以总固体成分质量为0.1~70质量%、优选为1~55质量%的范围的方式混合(b1)~(b4)的各成分。将(B)成分放入加热至100℃的烘箱中干燥2小时,求出干燥质量,根据下式(II)可以求出总固体成分质量(质量%)。
总固体成分质量(质量%)=干燥质量/(B)成分的质量×100…(II)
进行乳液聚合时,从使得到的(B)成分的粒径适度成长或对其进行控制的方面考虑,优选使用种子聚合法。种子聚合法是指预先使乳液颗粒(种子颗粒)存在于水相中使其聚合的方法。作为进行种子聚合法时聚合体系中的pH,优选为1.0~10.0、更优选为1.0~6.0。该pH可以使用磷酸氢二钠、硼砂、碳酸氢钠、氨等pH缓冲剂进行调节。
作为得到(B)成分的方法,也可以应用以下方法:在使(b1)成分聚合所必需的(b3)成分和(b4)成分的存在下,将(b1)成分和(b2)成分在必要时的溶剂的存在下聚合,然后添加水直至聚合产物成为乳液。
从使得到的涂膜的基材密合性提高的方面考虑,(B)成分优选具有核/壳结构,该核/壳结构包括核层、和包覆上述核层的1层或2层以上的壳层。作为形成该核/壳结构的方法,以多阶段进行乳液聚合的多段乳液聚合是非常有用的。核/壳结构可以通过例如利用透射型电子显微镜等进行的形态观察或通过粘弹性测定进行的解析等来观察。
(B)成分是在含有形成上述核层的种子颗粒的上述聚合原液中使上述(b1)成分和上述(b2)成分聚合而得到的聚合物乳液颗粒,上述种子颗粒更优选是使选自由上述(b1)成分、上述(b2)成分和(b5)成分组成的组中的至少一种以上成分聚合而得到的颗粒,(b5)成分为能够与上述(b2)成分共聚的其他乙烯基单体。该情况下,多段乳液聚合也是有用的。
关于多段乳液聚合,具体地说,例如作为第1阶段,在(b3)成分和(b4)成分的存在下,使选自由(b1)成分、(b2)成分和(b5)成分组成的组中的至少一种以上的成分聚合而形成种子颗粒,作为第2阶段,在该种子颗粒的存在下,添加含有(b1)成分和(b2)成分、以及必要时的(b5)成分的聚合原液进行聚合(2段聚合法)。在实施3段以上的多段乳液聚合的情况下,例如作为第3阶段,可以进一步添加含有(b1)成分和(b2)成分、以及必要时的(b5)成分的聚合原液来进行聚合。从聚合稳定性的方面出发,这样的方法也是优选的。
在采用2段聚合法的情况下,从聚合稳定性的方面出发,上述第1阶段中所用的聚合原液中的固体成分质量(M1)与上述第2阶段中所添加的聚合原液中的固体成分质量(M2)的质量比((M1)/(M2))优选为9/1~1/9、更优选为8/2~2/8。
另外,作为上述核/壳结构,从聚合稳定性的方面出发,优选具有以下结构:种子颗粒的粒径分布(体积平均粒径/数均粒径)没有较大变化,而通过上述第2阶段的聚合,粒径增大。需要说明的是,体积平均粒径可以与数均粒径同样测定。
聚合物乳液颗粒(B)优选在上述核层中,(b2)成分的含量相对于(b1)成分的含量的质量比((b2)/(b1))为0.01/1~1/1。在壳层的最外层,(b2)成分的含量相对于(b1)成分的含量的质量比((b2)/(b1))优选为0.01/1~5/1。核层中,通过使质量比((b2)/(b1))为0.01/1以上,具有聚合稳定性更优异的倾向,通过使质量比((b2)/(b1))为1/1以下,耐久性和柔软性会进一步提高。另外,在壳层的最外层中,通过使质量比((b2)/(b1))为0.01/1以上,能够增大与(A)成分的相互作用,通过使质量比((b2)/(b1))为5/1以下,能够适度抑制相互作用,具有可获得充分的稳定性的倾向。
核/壳结构的核层的玻璃化转变温度(Tg)优选为0℃以下。这种情况下,可以得到室温下的柔软性更加优异的涂膜,因此可以形成难以产生裂纹等的太阳能电池用的保护构件,因而优选。需要说明的是,本实施方式中,Tg可以通过差示扫描热量测定装置(DSC)来测定。
(B)成分的数均粒径优选为10nm~800nm。通过将(B)成分的粒径调整到这样的范围,并与数均粒径为1nm~400nm的(A)成分组合而形成组合物,会使耐候性、防污染性更加良好。从提高所得到的涂膜的透明性的方面出发,(B)成分的数均粒径更优选为10nm~100nm。
(A)成分的表面积(SA)与(B)成分的表面积(SB)之比((SA)/(SB))优选为0.001~1000的范围。需要说明的是,关于各成分的表面积的计算,可以将颗粒的形状假设为正球形,由(A)成分和(B)成分的各自的粒径、各自的质量以及各自的比重算出。
本实施方式中,除上述各成分之外,可以根据其用途和使用方法等在其中混合通常添加混合于涂料或成型用树脂中的添加剂成分,混合时根据各自的目的对例如光稳定剂、紫外线吸收剂、增稠剂、流平剂、触变剂、消泡剂、冷冻稳定剂、消光剂、交联反应催化剂、颜料、固化催化剂、交联剂、填充剂、抗结皮剂、分散剂、湿润剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、流变控制剂、成膜助剂、防锈剂、染料、增塑剂、润滑剂、还原剂、防腐剂、防霉剂、消臭剂、黄变防止剂、抗静电剂或电荷调整剂等进行选择、组合来进行混合。
作为光稳定剂,优选使用例如受阻胺系光稳定剂。其中,优选分子内具有自由基聚合性的双键的自由基聚合性光稳定剂。作为紫外线吸收剂,可以举出例如有机系紫外线吸收剂。作为这样的有机系紫外线吸收剂,可以举出例如二苯甲酮系紫外线吸收剂、苯并***系紫外线吸收剂、三嗪系紫外线吸收剂等。其中,优选使用分子内具有自由基聚合性的双键的自由基聚合性紫外线吸收剂。另外,优选紫外线吸收能力高的苯并***系紫外线吸收剂、三嗪系紫外线吸收剂。
光稳定剂优选与有机系紫外线吸收剂合用。两者的合用可以有助于提高所得到的涂膜的耐候性。另外,这些有机系紫外线吸收剂、光稳定剂、各种添加剂成分可以仅与(A1)成分、(A2)成分和(B)成分混合,也可以在合成(B)成分时共存。
为了提高所得到的涂膜的强度和防污性,本实施方式的涂布组合物优选进一步含有水解性硅化合物作为(C)成分。作为(C)成分使用的水解性含硅化合物,可以使用选自由下式(1)表示的水解性含硅化合物(c1)、下式(2)表示的水解性含硅化合物(c2)、下式(3)表示的水解性硅化合物(c3)组成的组中的1种以上物质。
R1 nSiX4-n (1)
此处,式(1)中,R1表示氢原子;或者可以具有卤素基、羟基、巯基、氨基、(甲基)丙烯酰基或环氧基的碳原子数为1~10的烷基、链烯基、炔基或芳基。X表示水解性基团,n为0~3的整数。水解性基团只要是通过水解产生羟基的基团则没有特别限定,可以举出例如卤原子、烷氧基、酰氧基、氨基、苯氧基、肟基等。
X3Si-R2 n-SiX3 (2)
此处,式(2)中,X表示水解性基团,R2表示碳原子数为1~6的亚烷基或亚苯基。n为0或1。
R3-(O-Si(OR3)2)n-OR3 (3)
此处,式(3)中,R3表示碳原子数为1~6的烷基。n为2~8的整数。
作为水解性硅化合物(c1)和(c2),具体地说,可以举出四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四(正丙氧基)硅烷、四(异丙氧基)硅烷、四(正丁氧基)硅烷、四(异丁氧基)硅烷、四仲丁氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、环己基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲氧基硅烷、二乙氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、双(三甲氧基甲硅烷基)甲烷、双(三乙氧基甲硅烷基)甲烷、双(三苯氧基甲硅烷基)甲烷、双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷、双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷、双(三苯氧基甲硅烷基)乙烷、1,3-双(三甲氧基甲硅烷基)丙烷、1,3-双(三乙氧基甲硅烷基)丙烷、1,3-双(三苯氧基甲硅烷基)丙烷、1,4-双(三甲氧基甲硅烷基)苯、1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-羟基丙基三甲氧基硅烷、3-羟基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、四乙酰氧基硅烷、四(三氯乙酰氧基)硅烷、四(三氟乙酰氧基)硅烷、三乙酰氧基硅烷、三(三氯乙酰氧基)硅烷、三(三氟乙酰氧基)硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、甲基三(三氯乙酰氧基)硅烷、四氯硅烷、四溴硅烷、四氟硅烷、三氯硅烷、三溴硅烷、三氟硅烷、甲基三氯硅烷、甲基三溴硅烷、甲基三氟硅烷、四(甲乙酮肟)硅烷、三(甲乙酮肟)硅烷、甲基三(甲乙酮肟)硅烷、苯基三(甲乙酮肟)硅烷、双(甲乙酮肟)硅烷、甲基双(甲乙酮肟)硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基环三硅氮烷、双(二甲氨基)二甲基硅烷、双(二乙基氨基)二甲基硅烷、双(二甲氨基)甲基硅烷、双(二乙基氨基)甲基硅烷等。
作为上述式(3)表示的水解性硅化合物(c3)的具体例子,可以举出四甲氧基硅烷的部分水解缩合物(例如多摩化学工业社制造的商品名“M silicate 51”;COLCOATCO.,Ltd制造的商品名“MSI51”;三菱化学社制造的商品名“MS51”、“MS56”)、四乙氧基硅烷的部分水解缩合物(多摩化学工业社制造的商品名“silicate 35”、“silicate 45”;COLCOAT CO.,Ltd制造的商品名“ESI40”、“ESI48”)、四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷的(共)部分水解缩合物(多摩化学工业社制造的商品名“FR-3”、COLCOAT CO.,Ltd制造的商品名“EMSi48”)等。
对上述(A1)成分和上述(A2)成分的总含量相对于上述(B)成分的含量的质量比((A1+A2)/B)没有特别限定,然而从总透光率和红外线吸收的方面出发,优选为60/100~1000/100、更优选为100/100~500/100、进一步优选为120/100~300/100。
从涂膜的总透光率的方面出发,(A2)成分的含量相对于(B)成分和(A1)成分的总含量的质量比((A2)/(B+A1))优选为0.05/100~40/100、更优选为0.1/100~20/100、进一步优选为0.1/100~10/100。
从聚合稳定性的方面出发,上述(b2)成分相对于上述(B)成分的质量比((b2)/(B))优选为0.01/1~1/1、更优选为0.1/1~0.8/1、进一步优选为0.2/1~0.5/1。
从提高与金属氧化物的氢键力的方面出发,上述(b2)成分相对于上述(A)成分的质量比((b2)/(A))优选为0.01/1~1/1、更优选为0.05/1~0.8/1、进一步优选为0.1/1~0.4/1。
(A2)成分与(A1)成分相比,比较容易产生二次凝聚,因此通过使(A2)成分的含量相对于上述(B)成分和上述(A1)成分的总含量的质量比((A2)/(A1+B))为40/100以下,能够提高涂膜的透明性,抑制散射所致的透光率的降低。通过使上述(A2)成分的含量相对于上述(B)成分和上述(A1)成分的总含量的质量比((A2)/(A1+B))为0.05/100以上,能够提高涂膜表面的红外线吸收,抑制硅的温度上升,提高发电效率。
从亲水性和成膜性的方面出发,上述(A)成分相对于上述(B)成分的质量比((A)/(B))优选为110/100~480/100、更优选为110/100~300/100、进一步优选为150/100~250/100。通过为该比例,能够进一步提高防污性、透明性、亲水性,同时能够形成耐冲击性和耐久性、以及高温下、高湿下、或者高温高湿下的涂膜表面的亲水性也优异的涂膜。
(C)成分相对于(A)成分的质量比((C)/(A))优选为1/100~150/100、更优选为10/100~120/100、进一步优选为40/100~120/100。若(C)/(A1)为1/100以上,则具有即使在高温条件下或高湿条件下也能够维持亲水性的倾向,若(C)/(A)为150/100以下,则具有能够进一步提高制成涂膜时的耐冲击性的倾向。
(A)成分优选含有作为(A1)成分的数均粒径为1nm~400nm的氧化硅和作为(A2)成分的数均粒径为1nm~2000nm的红外线吸收剂。(A1)成分可以一边与(B)成分相互作用,一边在(B)成分的颗粒间形成连续相而存在。其结果,由于涂膜的最表面存在亲水性高的氧化硅颗粒,因此无论是否进行光照射,都能在形成涂膜后立即得到高亲水性,并且能够进一步提高耐热性、透明性、耐候性。这种情况下,上述(A1)成分和上述(A2)成分的总含量相对于上述(B)成分的含量的质量比((A1+A2)/(B))优选为60/100~1000/100,上述(A2)成分的含量相对于上述(B)成分和上述(A1)成分的上述总含量的质量比((A2)/(A1+B))优选为0.05/100~40/100。
(A)成分优选含有(A1)成分:数均粒径为1nm~400nm的氧化硅、和(A3)成分:数均粒径为1nm~2000nm的光催化剂。(A1)成分可以一边与(B)成分相互作用,一边在(B)成分的颗粒间形成连续相而存在。其结果,由于涂膜的最表面存在亲水性高的氧化硅颗粒,因此无论是否进行光照射,都能在形成涂膜后立即得到高亲水性,并且能够进一步提高透明性、耐候性。这种情况下,上述(A1)成分和上述(A3)成分的总含量相对于上述(B)成分的含量的质量比((A1+A3)/(B))更优选为60/100~480/100,上述(A1)成分的含量相对于上述(A1)成分和上述(A3)成分的上述总含量的质量比((A1)/(A1+A3))更优选为85/100~99/100。
(涂布组合物的用途)
由本实施方式的涂布组合物得到的涂膜具有优异的防污性、透明性、亲水性、耐久性(耐冲击性),能够形成即使在高温下、高湿下、或者高温高湿下也可维持表面亲水性的涂膜,因此可以适合用于各种用途中。另外,如上所述,除了这些特性之外,还可以根据需要赋予其他特性,因此可以适合用于各种用途中。可以适宜地用作例如防反射用、耐溶剂用、抗静电用、耐热用、硬膜用的涂布组合物。
(防反射用涂布组合物的情况)
本实施方式的涂布组合物,其固化时间不会过长,还能使可使用的基材的种类的限制得到缓和。此外,关于所得到的涂膜,由于也能够赋予耐光性、耐摩擦性、耐久性优异的优点,因而也可以适宜地用作防反射用涂布组合物。可以适宜地用作防反射膜,该防反射膜不仅用于防止外部光线对液晶显示面板、冷阴极射线管面板和等离子体显示屏等各种显示面板;在室外显示的招牌等的显示屏;以及电光布告板等的照射,而且用于提高画质。
作为防反射用涂布组合物和使用了该组合物的各种构件的优选方式的一个例子,可以举出以下物质。通过进一步满足以下条件,不仅能够对涂膜赋予防污性、透明性、亲水性等,还能够赋予防反射性能。
(1)
优选为一种防反射用涂布组合物,其含有:
作为(A)成分的数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物、和
作为(B)成分的数均粒径为10nm~800nm的聚合物乳液颗粒,
(B)成分是将含有上述(b1)~(b4)的各成分的聚合原液聚合而得到的聚合物乳液颗粒,
(A)成分相对于(B)成分的质量比((A)/(B))为50/100~450/100。
特别地,作为(A)成分,更优选使用选自由上述(A1)氧化硅、(A3)光催化剂以及(A4)导电性金属氧化物组成的组中的至少一种以上物质。使用这些各成分的优点如上所述,但除此之外,使用(A3)光催化剂时,能够通过光照射表现出光催化活性和亲水性,能够在涂膜表面更显著地表现出对污染有机物质的优异的分解活性、耐污染性。
(2)
上述(1)中,优选(b2)成分相对于(B)成分的质量比(b2)/(B)为0.1/1~0.5/1。
(3)
上述(1)或(2)中,优选(b2)成分与(A)成分的质量比(b2)/(A)为0.1/1~1/1。
(4)
上述(1)~(3)任一项中,优选(B)成分具有核/壳结构,该核/壳结构包括核层、和包覆核层的1层或2层以上的壳层。
(5)
上述(4)的核层中,优选(b2)成分与(b1)成分的质量比(b2)/(b1)为0.01/1~1/1,壳层的最外层中,优选(b2)成分与(b1)成分的质量比(b2)/(b1)为0.1/1~5/1。
(6)
上述(4)或(5)中,优选(B)成分是通过在形成核层的种子颗粒的存在下使聚合原液聚合而得到的,种子颗粒通过使选自由(b1)成分、(b2)成分以及能够与(b2)成分共聚的乙烯基单体组成的组中的至少一种以上成分聚合而得到。
(7)
上述(1)~(6)的任一项中,优选(b2)成分为具有仲酰胺基、叔酰胺基、或者这两者的乙烯基单体。
(8)
上述(1)~(7)的任一项中,优选(B)成分的粒径为120~450nm。
(9)
上述(1)~(8)的任一项中,优选进一步含有上述(C)成分。
(10)
可以制成由上述防反射用涂布组合物形成的防反射复合体。
(11)
可以制成含有上述防反射用涂布组合物的防反射复合体。
(12)
可以制成含有上述防反射复合体的显示屏。
(13)
可以制成含有上述防反射复合体的外装显示用构件。
(耐溶剂用涂布组合物的情况)
如上所述,本实施方式的涂布组合物具有(A)成分与(B)成分相互作用的倾向,因此不仅可以对所得到的涂膜赋予防污性、透明性、亲水性优异的优点,还可以赋予耐候性等优异的优点,因此也可以适宜地用作耐溶剂用涂布组合物。工业生产的物品通常在制造工序或制品的组装、安装工序中用醇等溶剂进行清洗,因此要求具有耐溶剂性。例如在光学透镜等光学部件的情况下,用异丙醇等对表面的污垢进行擦拭,此时若不具有耐溶剂性,则会导致表面溶解、透明性等光学特性降低。因此,可以适宜地用作用于对这样的物品赋予耐溶剂性的涂布组合物。
作为耐溶剂用涂布组合物和使用了该组合物的各种构件的优选方式的一个例子,可以举出以下物质。通过进一步满足以下条件,不仅能够对涂膜赋予透明性、亲水性、防污性等,还能够赋予耐溶剂性能。
(1)
优选为一种耐溶剂用涂布组合物,其含有:
作为(A)成分的数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物、和
作为(B)成分的数均粒径为10nm~800nm的聚合物乳液颗粒,
(B)成分是将含有上述(b1)~(b4)的各成分的聚合原液聚合而得到的聚合物乳液颗粒,
(A)成分相对于(B)成分的质量比((A)/(B))为50/100~300/100。
(2)
上述(1)中,优选(b2)成分相对于(B)成分的质量比((b2)/(B))为0.1/1~0.5/1。
(3)
上述(1)或(2)中,优选(b2)成分与(A)成分的质量比((b2)/(A))为0.1/1~1/1。
(4)
上述(1)~(3)任一项中,优选(B)成分具有核/壳结构,该核/壳结构包括核层、和包覆核层的1层或2层以上的壳层。
(5)
上述(4)的核层中,优选(b2)成分相对于(b1)成分的质量比((b2)/(b1))为0.01/1~1/1,壳层的最外层中,优选(b2)成分相对于(b1)成分的质量比((b2)/(b1))为0.1/1~5/1。
(6)
上述(4)或(5)的核层中,优选(B)成分是通过在形成核层的种子颗粒的存在下使聚合原液聚合而得到的,种子颗粒通过使选自由(b1)成分、(b2)成分以及能够与(b2)成分共聚的乙烯基单体组成的组中的至少一种以上成分聚合而得到。
(7)
(1)~(6)的任一项中,优选(b2)成分为具有仲酰胺基、叔酰胺基、或者这两者的乙烯基单体。
(8)
(1)~(7)的任一项中,优选(B)成分的数均粒径为20~250nm。
(9)
(1)~(8)的任一项中,优选进一步含有(C)成分。
(10)
可以制成由上述耐溶剂用涂布组合物形成的耐溶剂复合体。
(11)
可以制成含有上述耐溶剂用涂布组合物的耐溶剂复合体。
(12)
可以制成含有上述耐溶剂复合体的显示屏。
(13)
可以制成含有上述耐溶剂复合体的外装显示用构件。
(14)
可以制成含有上述耐溶剂复合体的窗用透明塑料。
(15)
可以制成含有上述耐溶剂复合体的太阳能发电用透明保护材料。
(抗静电用涂布组合物的情况)
本实施方式的涂布组合物中,由于可以使用导电性金属氧化物作为(A)成分,因此还可以对涂膜赋予抗静电性能。由此还可以用作抗静电用涂布组合物。作为抗静电用涂布组合物和使用了该组合物的各种构件的优选方式的一个例子,可以举出以下物质。特别地,作为(A)成分,更优选使用选自由上述(A1)氧化硅、(A3)光催化剂以及(A4)导电性金属氧化物组成的组中的至少一种以上物质。使用这些各成分的优点如上所述,通过进一步满足以下条件,不仅能够对涂膜赋予防污性、透明性、亲水性等,还能够赋予抗静电性能。
(1)
优选为一种抗静电用涂布组合物,其含有:
作为(A)成分的数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物、和
作为(B)成分的数均粒径为10nm~800nm的聚合物乳液颗粒,
(B)成分是将含有上述(b1)~(b4)的各成分的聚合原液聚合而得到的聚合物乳液颗粒,
(A)成分相对于(B)成分的质量比((A)/(B))为150/100~450/100。
(2)
上述(1)中,优选(b2)成分相对于(B)成分的质量比((b2)/(B))为0.1/1~0.5/1。
(3)
上述(1)或(2)中,优选(b2)成分与(A)成分的质量比((b2)/(A))为0.1/1~1/1。
(4)
上述(1)~(3)任一项中,优选(B)成分具有核/壳结构,该核/壳结构包括核层、和包覆核层的1层或2层以上的壳层。
(5)
上述(4)的核层中,优选(b2)成分与(b1)成分的质量比(b2)/(b1)为0.01/1~1/1,壳层的最外层中,优选(b2)成分与(b1)成分的质量比(b2)/(b1)为0.1/1~5/1。
(6)
(4)或(5)的抗静电用涂布组合物的核层中,优选(B)成分是通过在形成核层的种子颗粒的存在下使聚合原液聚合而得到的,种子颗粒通过使选自由(b1)成分、(b2)成分以及能够与(b2)成分共聚的乙烯基单体组成的组中的至少一种以上成分聚合而得到。
(7)
(1)~(6)的任一项中,优选(b2)成分为具有仲酰胺基、叔酰胺基、或者这两者的乙烯基单体。
(8)
(1)~(7)的任一项中,优选(B)成分的数均粒径为50~350nm。
(9)
(1)~(8)的任一项中,优选抗静电用涂布组合物进一步含有上述(C)成分,其中,
(A)成分相对于(B)成分的质量比((A)/(B))为150/100~350/100,
(A)成分相对于(C)成分的质量比((C)/(A))为0.5/100~110/100。
(10)
可以制成由上述抗静电用涂布组合物形成的抗静电复合体。
(11)
可以制成含有上述抗静电用涂布组合物的抗静电复合体。
(12)
可以制成含有上述抗静电复合体的显示屏。
(13)
可以制成含有上述抗静电复合体的外装显示用构件。
(14)
可以制成含有上述抗静电复合体的窗用透明塑料。
(15)
可以制成含有上述抗静电复合体的太阳能发电用透明保护材料。
(耐热用涂布组合物的情况)
本实施方式的涂布组合物中,由于可以使用(A2)红外线吸收剂作为(A)成分,因此还能够对涂膜赋予耐热性能、隔热性能。由此还可以用作隔热用涂布组合物。特别地,作为(A)成分,更优选使用选自由上述(A1)氧化硅、(A3)光催化剂以及(A4)导电性金属氧化物组成的组中的至少一种以上物质。使用这些各成分的优点如上所述,通过进一步满足以下条件,不仅能够对涂膜赋予透明性、亲水性、防污性等,还能够赋予耐热、隔热性能。
(1)
一种耐热用涂布组合物,其含有:
作为(A1)成分的数均粒径为1nm~400nm的氧化硅、
作为(A2)成分的数均粒径为1nm~2000nm的红外线吸收剂、和
作为(B)成分的数均粒径为10nm~800nm的聚合物乳液颗粒。
(2)
上述(1)中,优选上述(A2)成分为选自由掺杂锡的氧化铟、掺杂锑的氧化锡、氧化铈、氧化锌以及用氧化硅包覆的该红外线吸收剂组成的组中的至少一种。
(3)
上述(1)或(2)中,优选上述(B)成分是在含有上述(b1)成分~(b4)成分的聚合原液中使上述(b1)成分和上述(b2)成分聚合而得到的聚合物乳液颗粒。
(4)
上述(1)~(3)的任一项中,优选上述(A1)成分和上述(A2)成分的总含量相对于(B)成分的含量的质量比((A1+A2)/(B))为60/100~1000/100,
优选上述(A2)成分的含量相对于上述(B)成分和上述(A1)成分的总含量的质量比((A2)/(B+A1))为0.05/100~40/100。
(5)
上述(1)~(4)中,优选上述(b2)成分的含量相对于上述(B)成分的含量的质量比((b2)/(B))为0.1/1~0.5/1。
(6)
上述(1)~(5)中,优选上述(b2)成分的含量相对于上述(A1)成分的含量的质量比((b2)/(A1))为0.1/1~1/1。
(7)
上述(1)~(6)中,优选上述(B)成分具有核/壳结构,该核/壳结构包括核层、和包覆核层的1层或2层以上的壳层。
(8)
上述(7)的核层中,优选上述(b2)成分的含量相对于上述(b1)成分的含量的质量比((b2)/(b1))为0.01/1~1/1,
上述壳层的最外层中,优选上述(b2)成分的含量相对于上述(b1)成分的含量的质量比((b2)/(b 1))为0.1/1~5/1。
(9)
上述(7)或(8)中,优选上述(B)成分是在含有形成上述核层的种子颗粒的上述聚合原液中使上述(b1)成分和上述(b2)成分聚合而得到的聚合物乳液颗粒,
上述种子颗粒为使选自由上述(b1)成分、上述(b2)成分和(b5)成分(能够与上述(b2)成分共聚的其他乙烯基单体)组成的组中的至少一种以上的成分聚合而得到的颗粒。
(10)
上述(3)~(9)中,优选上述(b2)成分为具有仲酰胺基、叔酰胺基、或者这两者的乙烯基单体。
(11)
上述(1)~(10)中,优选进一步含有(C)成分,
上述(C)成分的含量相对于上述(A1)成分的含量的质量比((C)/(A1))为1/100~100/100。
(12)
上述(1)~(11)中,优选上述(B)成分的数均粒径为10~100nm。
(13)
上述(1)~(12)中,优选上述(A1)成分是数均粒径为1nm~400nm的胶态二氧化硅。
(14)
上述(1)~(13)中,优选上述(A2)成分在波长1000nm~2500nm的波段具有0.1%以上的吸收。
(15)
可以制成具有基材和涂膜的太阳能电池用构件,所述涂膜是在上述基材上涂布上述耐热用涂布组合物并使其干燥而形成的。这些太阳能电池用构件可以用作太阳能电池的保护构件。
(硬膜用涂布组合物的情况)
本实施方式的涂布组合物,其固化时间不会过长,还能使可使用的基材的种类的限制得到缓和。此外,关于所得到的涂膜,由于也能够赋予耐光性、耐摩擦性、耐久性优异的优点,因而也可以适宜地用作硬膜用涂布组合物。作为硬膜用涂布组合物和使用了该组合物的各种构件的优选方式的一个例子,可以举出以下物质。通过进一步满足以下条件,不仅能够对涂膜赋予防污性、透明性、亲水性等,还能够赋予硬膜性能。
(1)
优选为一种硬膜用涂布组合物,其含有:
作为(A)成分的粒径为1nm~400nm的金属氧化物、和
作为(B)成分的粒径为10nm~800nm的聚合物乳液颗粒,
(B)成分是将含有上述(b1)~(b4)的各成分的聚合原液聚合而得到的聚合物乳液颗粒,
(A)成分相对于(B)成分的质量比((A)/(B))为50/100~350/100。
(2)
上述(1)中,优选(b2)成分相对于(B)成分的质量比((b2)/(B))为0.1/1~0.5/1。
(3)
上述(1)或(2)中,优选(b2)成分相对于(A)成分的质量比((b2)/(A))为0.1/1~1/1。
(4)
上述(1)~(3)任一项中,优选(B)成分具有核/壳结构,该核/壳结构包括核层、和包覆该核层的1层或2层以上的壳层。
(5)
上述(4)的核层中,优选(b2)成分相对于(b1)成分的质量比((b2)/(b1))为0.01/1~1/1,壳层的最外层中,优选(b2)成分相对于(b1)成分的质量比(b2)/(b1)为0.1/1~5/1。
(6)
上述(4)或(5)中,优选(B)成分是通过在形成核层的种子颗粒的存在下使聚合原液聚合而得到的,种子颗粒通过使选自由(b1)成分、(b2)成分以及能够与(b2)成分共聚的乙烯基单体组成的组中的至少一种以上成分聚合而得到。
(7)
上述(1)~(6)的任一项中,优选(b2)成分为具有仲酰胺基、叔酰胺基、或者这两者的乙烯基单体。
(8)
(1)~(7)的任一项中,优选(B)成分的数均粒径为50~250nm。
(9)
上述(1)~(8)的任一项中,优选进一步含有上述(C)成分,
(A)成分相对于(B)成分的质量比((A)/(B))为50/100~350/100,
(A)成分相对于(C)成分的质量比((C)/(A))为5/100~90/100。
(10)
可以制成由上述硬膜用涂布组合物形成的硬膜复合体。
(11)
可以制成含有上述硬膜用涂布组合物的硬膜复合体。
(12)
可以制成含有上述硬膜复合体的显示屏。
(13)
可以制成含有上述硬膜复合体的外装显示用构件。
(14)
可以制成含有上述硬膜复合体的交通工具用窗。
(15)
可以制成含有上述硬膜复合体的太阳能发电用透明保护材料。
可以由本实施方式的涂布组合物得到涂膜。对本实施方式的涂膜的形成方法没有限定,作为由涂布液形成涂膜的方法,也可以采用公知的方法。例如将分散于水或有机溶剂等中的涂布组合物涂布到所要形成的对象物(例如基材等)上后,使其干燥,从而可以形成涂膜。更详细地,通过反复进行涂布上述涂布组合物并干燥的处理,也可以制成两层以上的涂膜。这种情况下,可以采用以下方法:首先将涂布组合物涂布于基材等并进行干燥,得到单一的层,然后再在该层上涂布涂布组合物(即重叠涂布)并干燥,形成另一层,必要时反复进行上述步骤。这样,可以得到层积有2层以上的层的涂膜。
本实施方式的涂膜的另一方式是一种含有金属氧化物颗粒(A)、和被上述(A)成分包围的聚合物颗粒(B)的涂膜,将通过超滤法由上述(B)成分提取的截留分子量为50000以下的成分(B2)制成膜时,膜表面的水接触角为30°以下。
将由(B)成分提取的截留分子量为50000以下的成分(B2)制成干燥膜时,在20℃与水的表面接触角大于30°即可,对(A)成分、(B)成分以及(B2)成分的组成等没有特别限定。例如可以采用上述(A)成分、(B)成分等。此处,表面接触角是指干燥膜与存在于其表面的水滴的切线所成的角度,可以通过液滴法测定。
该涂膜中,(B2)成分的含量优选为5质量%以下。通过使上述水相成分的含量为5质量%以下,使在水介质中的分配率为特定范围,从而即使在高温下、高湿下、甚至高温高湿下也能够维持高表面亲水性。
本实施方式的涂膜中,可以形成金属氧化物颗粒(A)包围聚合物颗粒(B)的结构,作为它们的分散形态,优选为所谓的海岛结构。例如可以使(A)成分为海相,(B)成分为岛相。(A)成分优选一边与(B)成分相互作用,一边在(B)成分的颗粒间形成连续相而存在。这种情况下,可以进一步提高所得到的涂布组合物的反射率、耐候性、防污性。
此外,(B)成分优选为上述乳液颗粒,作为乳液颗粒,优选为上述聚合物乳液颗粒(B1)。该乳液颗粒、或者聚合物乳液颗粒可以使用上述物质。
作为本实施方式的优选方式,可以制成20℃的表面水接触角为20°的涂膜。
此外,经过在90℃、湿度90%的条件下静置24小时的高温高湿试验后,优选涂膜表面的水接触角为20°以下。高温高湿试验后的涂膜表面的水接触角通过后述的实施例所记载的方法测定。该试验中使用的温度、湿度的控制方法可以使用公知的高温高湿试验机、例如ESPEC社制造的SH-661。另外,还可以向密封容器中加入蒸馏水,以预定的温度加热密封容器形成饱和蒸气,从而用于评价。
<层积体>
可以由本实施方式的涂膜和涂布组合物得到层积体。图1是本实施方式的层积体的一个例子的示意性截面图。本实施方式的层积体1具有基材10和涂膜12,该涂膜12形成于上述基材10的至少一个表面,是通过涂布上述涂布组合物而得到的。
对使用本实施方式的涂布组合物来形成涂膜的方法没有特别限定,可以举出以下方法:例如在基材上涂布涂布组合物,并使其干燥,从而形成涂膜。此时的涂布组合物的固体成分浓度优选为0.01~60质量%、更优选为1~40质量%。涂布组合物的粘度(20℃)优选为0.1~100000mPa·s、更优选为1~10000mPa·s。
对将涂布组合物涂布到基材上的方法没有特别限定,可以举出例如喷雾喷涂法、流涂法、辊涂法、棒涂法、刷毛涂布法、浸渍涂布法、旋转涂布法、丝网印刷法、浇铸法、凹版印刷法、苯胺印刷法等。对于本实施方式的层积体,例如在基材上形成涂膜后,还可以根据需要进行热处理、紫外线照射等。对热处理的温度没有特别限定,优选为20℃~500℃、更优选为40℃~250℃。
本实施方式中,上述涂膜可以为单层,也可以具有两个以上的层。通过为复数层,可以对层积体赋予多种功能,因而优选。作为形成具有复数层涂膜的层积体的方法,可以举出例如上述的重叠涂布的方法等。
对基材没有特别限定,优选含有选自由玻璃、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、环状聚烯烃树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、乙烯-氟乙烯共聚物组成的组中的一种物质。这些树脂可以根据所期望的物性来选择适当的材料。例如从透明性、耐候性、轻量化的方面出发,优选使用选自由玻璃、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、环状烯烃树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂以及乙烯-氟乙烯共聚物组成的组中的至少一种,或者使用它们的复合材料。另外,从赋予耐候性的方面考虑,还可以在丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、环状聚烯烃树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、乙烯-氟乙烯共聚物中进一步混入耐候剂等。基材可以为单层,也可以为复数层。
作为上述涂膜的厚度,优选为0.05μm~100μm、更优选为0.1μm~10μm。从透明性的方面出发,优选为100μm以下的厚度,为了表现耐候性、防污染性等功能,优选为0.05μm以上的厚度。
涂膜由2层以上的层构成时,更优选各层的厚度(dn)为10nm~800nm,涂膜的总厚度(∑dn)为100nm~4000nm。通过使厚度的比例在上述范围,可以得到与基材、单层涂膜相比更高的透光率。通过使复数层中的任一层的厚度(dn)为10nm以上,膜厚的控制变得容易,即使是在具有凹凸的基材表面形成涂膜的情况下,也能够有效抑制涂膜的不均。另外,通过使任一层的厚度(dn)为800nm以下,能够较高地维持透光率。复数层的总厚度(∑dn)取决于构成复数层的单一层的厚度,若其总厚度(∑dn)为100nm以上,则能够确保单一层的厚度,容易控制膜厚。另外,通过使复数层的总厚度(∑dn)为4000nm以下,从而与相同膜厚的仅由单一层构成的涂膜相比,可以显示出高透光率。
涂膜由2层以上的层构成时,作为得到各层的厚度(dn)为10nm~800nm、上述涂膜的总厚度(∑dn)为100nm~4000nm的层积体的方法,可以举出例如将作为其原料的本实施方式的涂布组合物中的固体成分浓度抑制到例如1~10质量%的方法。通过将固体成分浓度抑制到上述范围,能够使涂膜的总厚度在上述范围。
本发明人对于层积复数层的涂膜的情况下的层厚度等进行了深入研究,结果发现,通过将涂膜的层的厚度(dn和∑dn)设定在上述范围,可以得到比基材和单层的涂膜更高的透光率。此外,通过将作为涂膜原料的涂布组合物用水稀释,使得其固体成分浓度优选为1~10质量%,从而能够更有效地提高透光率。关于其理由的详细情况尚未明确,但认为下述内容为其理由之一。
即,为了得到上述层厚的涂膜,希望使作为其原料的涂布组合物中的固体成分浓度降低至例如1~10质量%。这是因为,通过使固体成分浓度在该范围内,在层积复数层时可以使其总厚度在上述范围内。另一方面,推测其原因为,对于(A)成分和(B)成分等而言,考虑到存在它们的固体颗粒能够以稳定的分散状态存在的浓度和pH,通过使用水或醇等稀释溶剂、优选剧烈地进行稀释,分散状态会变得不稳定,形成某种缔合体或絮凝体。另外,据认为,若使用稳定地形成了某种缔合体或絮凝体的涂布组合物,形成由复数层构成的涂膜,则该涂膜的空隙率增大,透光率提高。
本实施方式中,层积体的透光率优选高于上述基材的透光率。由此能够在作为太阳能电池等能量转换装置用构件使用时提高太阳能电池等能量转换装置的能量输出功率。需要说明的是,本实施方式中的透光率是根据后述的实施例所记载的方法测定的。另外,基材的透光率优选为30%~99%、更优选为70%~99%、进一步优选为80%~99%。通过使基材的透光率在上述范围,能够得到实用上输出功率高的太阳能电池。透光率可以根据JIS K7105测定。
本实施方式中,上述涂膜的折射率优选比上述基材的折射率低0.1以上。由此能够提高透光率。涂膜具有2层以上的层时,优选太阳光入射侧的最表层的折射率比与上述最表层相邻的层的折射率低0.1以上。由此能够通过使折射率从太阳光的入射侧向基材阶段性地降低,来抑制对涂膜表面的反射,提高透光率。反射率是根据后述的实施例所记载的方法测定的。
本实施方式中,优选涂膜与基材的折射率之差为0.2以下。通过使折射率之差在上述范围以下,可以得到与基材同样的反射特性,从而可以提高反射率,有效地汇聚太阳能。折射率是根据后述的实施例所记载的方法测定的。
本实施方式的涂膜的折射率优选为1.30~1.48、更优选为1.34~1.43。另外,优选涂膜的折射率和最表层的折射率这两者在上述范围。涂膜和最表层的折射率可以根据所使用的基材的种类、厚度、形状来选择,通过使涂膜的折射率为1.30以上,具有提高涂膜的强度的倾向,通过使涂膜的折射率为1.48以下,具有可以抑制光的散射、特别是可以降低雾度值的倾向。
涂膜的与基材相反一侧的表面(S1)的反射率(Rc)相对于基材中的涂膜侧的表面(S2)的反射率(Rb)的比例(Rc/Rb)优选为98%以上、更优选为99.5%以上、进一步优选为99.7%以上(参照图1)。此外,反射率(Rc)相对于反射率(Rb)的减少率((Rb-Rc)/Rb)优选为2%以下、优选为0.5%以下、更优选为0.3%以下。
在以一定的膜厚重叠涂布涂膜而得到层积体的情况下,由于涂膜自身带来的光吸收、基材与涂膜的界面和涂膜彼此之间的界面的光散射等,具有涂膜的反射率(Rc)低于基材的反射率(Rb)的倾向。特别是在使用反射率(Rb)高的基材的情况下,该倾向尤为明显。本实施方式的使用了有机无机复合涂膜的层积体即使通过涂膜的重叠涂布来反复进行涂膜的层积,也能够将反射率(Rc)相对于反射率(Rb)的减少率抑制到2%以下。也可以进一步降低反射率,但考虑到能量效率,优选使减少率为2%以下。
此外,上述反射率(Rb)优选为80%以上。由此能够有效地汇聚太阳光,能够抑制装置的发电成本。
本实施方式的层积体的制造方法只要是在基材上形成涂膜的方法即可,也可以采用公知的方法。可以优选采用具有以下工序的制造方法:在基材的至少一个表面涂布本实施方式的涂布组合物,形成涂膜的工序;和对上述涂膜实施70℃以上的加热处理、0.1kPa以上的加压处理、或者这两者的工序。在使用本实施方式的涂布组合物形成涂膜的工序中,作为得到本实施方式的涂膜的方法,可以采用上述方法。另外,通过进行对所得到的涂膜实施70℃以上的加热处理、0.1kPa以上的加压处理、或者这两者的工序,可以使涂膜更加致密。对加热处理的方法没有特别限定,可以使用公知的装置等进行。对加压处理的方法没有特别限定,可以使用公知的装置等进行。
<能量转换装置用构件>
本实施方式的层积体可以适宜地用作能量转换装置用构件。作为能量转换装置,可以举出例如利用太阳光的发电装置等。作为能量用构件,是指例如可以在利用太阳光的发电中使用的构件,更具体地说,可以举出用于太阳能电池组件的构件、用于太阳能发电***的构件等。更具体地说,可以用作作为太阳能电池组件的表面的保护构件的玻璃罩或作为背面的保护构件的背板、密封材料、铝框等模框、聚光型太阳能电池的菲涅耳透镜、用于太阳能发电的反光镜等。
特别地,本实施方式的层积体适合用作太阳能电池组件的保护构件。例如在沙漠等中设置并使用大规模的太阳能电池组件的情况下,由于随风飞舞的沙子等附着于太阳能电池组件的保护构件上,会产生构件的表面受损或透明性、防污性的效果降低等问题。但是,由于本实施方式的层积体的涂膜具有优异的防污性、透明性、亲水性、耐久性(耐冲击性),即使在高温高湿下也能够维持表面亲水性,因而还可以通过雨水等简便地冲洗所附着的沙子或灰尘等。
<太阳能电池组件>
以本实施方式的层积体作为太阳能电池组件的保护构件(以下有时简称为保护构件),可以制成太阳能电池组件。图2是本实施方式的太阳能电池的一个方式的简要截面图。本实施方式的太阳能电池组件2具有保护构件20、与上述保护构件20相对配置的背板22、和配置于上述保护构件20与上述背板22之间的发电元件24。此外,发电元件24通过密封材料26密封。太阳能电池组件2中,太阳光L从保护构件20侧入射,到达发电元件24。
保护构件20是用于保护发电元件24等的保护构件。保护构件20在基板的表面形成有涂膜204。这种情况下,保护构件20作为透射太阳光的透光性基板发挥功能,同时由于上述防污性、红外线屏蔽性优异,因而能够抑制太阳能电池的组件温度的上升。另外,保护构件20优选以形成有上述涂膜204的面作为太阳能电池组件2的表面侧的方式使用。
以耐候性、防水性、耐污染性、机械强度为首,保护构件20优选具备用于可确保太阳能电池组件2在室外暴露时的长期可靠性的性能。另外,为了有效活用太阳光,优选光损耗小、透明性高的构件。对基材202的材料没有特别限定,可以使用上述材料。更具体地说,优选玻璃基板;由聚酯树脂、氟树脂、丙烯酸树脂、环状烯烃(共)聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等构成的树脂膜等,其中,从耐候性、耐冲击性、成本的平衡的方面出发,更优选为玻璃基板。
使用玻璃基板的情况下,优选波长350~1400nm的光的总透光率为80%以上、更优选为90%以上。作为该玻璃基板,通常使用红外部的吸收少的白板玻璃,但即便是青板玻璃,只要厚度为3mm以下则通常对太阳能电池组件的输出功率特性的影响较少。另外,为了提高玻璃基板的机械强度,可以通过热处理来得到钢化玻璃,也可以使用未经热处理的浮法平板玻璃。
作为树脂膜,从透明性、强度、成本等方面出发,优选为聚酯树脂,尤其更优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂。另外,还优选使用耐侯性特别良好的氟树脂。具体地说,可以举出四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚氟乙烯树脂(PVF)、聚偏二氟乙烯树脂(PVDF)、聚四氟乙烯树脂(TFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚三氟氯乙烯树脂(CTFE)等。从耐候性的方面出发,优选为聚偏二氟乙烯树脂,从兼顾耐候性和机械强度的方面考虑,优选为四氟乙烯-乙烯共聚物。
作为涂膜204,可以使用上述涂膜。对于在基材202上形成涂膜204的方法,也可以使用上述方法。
对背板22没有特别限定,由于位于太阳能电池组件的最表层,因而优选与上述保护构件20同样地具有耐候性、机械强度等各种特性。因此,可以用与保护构件20同样的材质构成背板。即,在背板中,也可以使用能够在保护构件20(特别是基材202)中使用的上述各种材料。特别地,可以优选使用聚酯树脂以及玻璃基板,其中,从耐候性、成本的方面出发,更优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)。
背板22不以太阳光的通过为前提,因此不必要求对保护构件20所要求的透明性(透光性)。因而,虽未图示,但为了增加太阳能电池组件2的机械强度、或为了防止温度变化所产生的变形或翘曲,也可以粘贴加强板。可以优选使用例如钢板、塑料板、FRP(玻璃纤维增强塑料)板等。
背板22可以具有由2层以上构成的多层结构。作为多层结构,可以举出例如以下结构:在中央层的两面,按照与中央层对称的配置的方式,层积一层或两层以上的相同成分的层;等等。作为具有这样的结构的物质,可以举出例如PET/氧化铝蒸镀PET/PET、PVF(商品名:TEDLAR)/PET/PVF、PET/AL箔/PET等。
发电元件24只要能够利用半导体的光生伏打效应来发电,则没有特别限定,可以使用例如硅(单晶系、多晶系、非晶(无定形)系)、化合物半导体(3-5族、2-6族、其他)等,其中,从发电性能与成本的平衡的方面出发,优选为多晶硅。
密封材料26只要是能够密封发电元件24的构件即可,对其种类没有特别限定,可以举出例如含有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)等树脂的树脂密封片等。通过使这样的树脂密封片热熔融,能够与作为密封对象的发电元件24等密合,从而进行密封。通过使用该密封材料,能够防止发电元件的蠕变,同时还能够发挥对保护构件20或背板22的优异的粘接性。
对本实施方式中的太阳能电池的制造方法没有特别限定,也可以采用公知的方法。例如,可以以保护构件20/密封材料26/发电元件24/密封材料26/背板22的顺序层叠,利用真空层压装置在150℃、15分钟的条件下进行真空层压,从而制造太阳能电池。
对太阳能电池组件2的各构件的厚度没有特别限定,从耐候性、耐冲击性的方面出发,保护构件20的厚度优选为3mm以上,从绝缘性的方面出发,背板22的厚度优选为75μm以上,从发电性能与成本的平衡的方面出发,发电元件24的厚度优选为140μm~250μm,从缓冲特性和密封性的方面出发,密封材料26的厚度优选为250μm以上。
<反射器装置>
图3是本实施方式的反射器装置的一个例子的示意性立体图。可以形成如下的反射器装置3:其具有反光镜32、在上述反光镜的反射面侧形成的本实施方式的层积体30、和支撑上述反射镜32的支撑体34。以本实施方式的层积体30作为反光镜32的保护构件(以下有时简称为“保护构件”)可以制成反射器装置。对反射器装置3的构成没有特别限定,可以适当变形为适宜的构成。
<太阳能发电***>
本实施方式中,可以制成如下述的太阳能发电***:其具有上述反射器装置、和将由该反射器装置汇聚的太阳光转换成电能的装置。对太阳能发电***的构成没有特别限定,可以适当变形为适宜的构成。
实施例
接下来,举出实施例和比较例对本发明进行更详细的说明,但本发明不限定于以下实施例。需要说明的是,各种物性按照下述方法评价。需要说明的是,本实施例中,只要不特别声明,则“%”和“份”为质量基准。
·数均粒径
加入溶剂进行稀释,使试样中的固体成分含量为0.1~20质量%,使用湿式粒度分析仪(日机装制造MICROTRAC UPA-9230)进行测定。
·初期接触角
将去离子水的水滴置于试样的表面(涂布组合物的涂布面),在23℃放置1分钟后,使用接触角测定装置(协和界面科学制造、CA-X150型接触角计)进行测定。
·初期雾度/透光率
使用浊度计(日本电色工业制造、NDH2O00),根据JIS K7105测定试样的雾度值(初期雾度值)。需要说明的是,透光率根据JIS K7105测定。
·涂膜外观
用显微镜(KEYENCE社制造;倍数100倍)观察试样(涂布组合物的涂布面)的外观。其结果如下评价。
○:基本上没有微小裂纹、
△:微小裂纹多、
×:无法成膜
·耐热试验后的接触角
将试样在70℃保存10天后,将去离子水的水滴置于涂布面,在23℃放置1分钟后,使用接触角测定装置(协和界面科学制造、CA-X150型接触角计)进行测定。
·高湿试验后的接触角
将ESPEC社制造的SH-661设定于40℃、90%RH的条件下,将试样保存16小时后,将去离子水的水滴置于涂布面,在23℃放置1分钟后,使用接触角测定装置(协和界面科学制造、CA-X150型接触角计)进行测定。
·高温高湿保存后的接触角
将ESPEC社制造的SH-661设定于90℃、90%RH的条件下,将试样静置24小时后,将去离子水的水滴置于涂布面,在23℃放置1分钟后,使用接触角测定装置(协和界面科学制造、CA-X150型接触角计)进行测定。
·铅笔硬度
试样的铅笔硬度使用铅笔硬度计(TESTER SANGYO CO,.LTD.制造)进行测定。
·耐摩擦性试验
用棉棒施加500g的负荷对试样的表面往复擦拭10次,通过目视观察变化。
○:基本上无变化、
△:略有伤痕、
×:伤痕多
·涂膜反射率
试样的绝对反射率使用反射分光膜厚计(大塚电子社制造、FE3000)进行测定。
·抗静电性
试样的表面电阻值使用浊度计(日本电色工业制造、NDH2O00)进行测定。
·耐溶剂试验后的外观
制成耐溶剂用复合体后,对预先浸渍于异丙醇中的棉棒施加500g的负荷,对耐溶剂用复合体的涂布组合物涂布面往复擦拭10次,用显微镜(KEYENCE社制造;倍数100倍)观察涂膜的状态。其结果如下评价。
○:基本上没有微小裂纹、
△:有微小裂纹、
×:裂纹较多。
·耐热性
制成耐热用复合体后,在150℃的热板上贴放10分钟,其后使用浊度计(日本电色工业制造、NDH2O00)测定雾度值。结果如下评价。
○:雾度≤2、
△:2<雾度≤10、
×:10<雾度。
·耐溶剂性
制作功能性复合体(比较例中为涂膜)后,用浸渍了丙酮的棉棒对该表面往复擦拭10次,目视判断其后的表面的外观。
◎:基本上无变化、
○:略有变化、
△:稍微泛白、
×:显著泛白
·表面硬度
试样(比较例中为涂膜)的铅笔硬度使用铅笔硬度计(TESTER SANGYO CO,.LTD.制造)进行测定。
·层积体反射率
使用紫外可见近红外分光光度计(日本分光制造、商品名“V-670”)和大型积分球计,测定基材和层积体的反射率。测定中,将波长350nm~500nm的范围内反射率最高的值作为评价值。测定层积体的反射率时,基材使用在3mm厚的青板玻璃上进行了A1蒸镀的镜。在青板玻璃面涂布涂布组合物,将从该涂膜面入射的光的反射率作为测定值。
·膜厚和折射率
使用膜厚计(大塚电子制造、商品名“FE-3000”),测定层积后的涂膜的膜厚、以及该涂膜和基材的折射率(波长:633nm)。
·耐候性试验后的接触角
对于基材上层积的涂膜,利用氙弧灯耐候试验机(Suga Test Instruments Co.,Ltd.制造、循环条件:氙灯照度60W/m2、BPT63℃、50%RH、102分钟、降雨、30℃、95%RH、18分钟)实施2500小时耐候性试验。接下来,将去离子水的水滴置于涂膜的表面,在23℃放置1分钟后,使用接触角测定装置(协和界面科学制造、CA-X150型接触角计)测定该水滴的接触角。
·空孔径、空隙率
使用电子显微镜以25万倍观察涂膜表面,求出其表面的空孔径的最大直径、最大宽度。此外,求出外接圆当量直径。由1边1000nm的正方形的面积和膜厚求出涂膜体积,由该结果计算出空隙率。
·涂膜表面的碳量(C/Si)分析
将基材上形成的涂膜分割成约3mm见方的小片,作为测定用试样。测定使用XPS(PHI Quantera SXM),以激发源:monoAlkα、15kV×6.7mA、分析尺寸:1.5mm×100μm、测取区域(全谱扫描;0~1、100eV、窄扫描;Si,2p、Cls(K,2p)、Ols、Nals,Ca2p,通能(全谱扫描;200eV、窄扫描;112eV)的条件实施。关于所得到的结果,通过将Si元素设为1并将各元素的相对元素浓度(原子%)标准化来求出,计算出C/Si的比例。
(制造例1)
(聚合物乳液颗粒(HB-1)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸6g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将丙烯酸丁酯150g、四乙氧基硅烷30g、苯基三甲氧基硅烷145g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺165g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKAREASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约2小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为70nm的聚合物乳液颗粒(HB-1)水分散体。水相成分为18质量%。
(制造例2)
(聚合物乳液颗粒(HB-2)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸4.6g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将丙烯酸丁酯86g、苯基三甲氧基硅烷133g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺137g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKA REASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约2小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为100nm的聚合物乳液颗粒(HB-2)水分散体。水相成分为18质量%。
(制造例3)
(聚合物乳液颗粒(HB-3)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸2.6g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将丙烯酸丁酯86g、苯基三甲氧基硅烷133g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺137g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKA REASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约2小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为180nm的聚合物乳液颗粒(HB-3)水分散体。水相成分为18质量%。
(制造例4)
(聚合物乳液颗粒(HB-4)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸4g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将丙烯酸丁酯86g、苯基三甲氧基硅烷133g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺137g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKA REASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约2小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为130nm的聚合物乳液颗粒(HB-4)水分散体。水相成分为18质量%。
(制造例5)
(聚合物乳液颗粒(HB-5)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸10g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将丙烯酸丁酯86g、苯基三甲氧基硅烷133g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺137g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKA REASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约2小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为40nm的聚合物乳液颗粒(HB-5)水分散体。水相成分为18质量%。
(制造例6)
(聚合物乳液颗粒(HB-6)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸20g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将丙烯酸丁酯86g、苯基三甲氧基硅烷133g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺137g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKA REASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约2小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为20nm的聚合物乳液颗粒(HB-6)水分散体。水相成分为18质量%。
(制造例7)
(聚合物乳液颗粒(HB-7)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸6g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。
接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将丙烯酸丁酯150g、四乙氧基硅烷30g、苯基三甲氧基硅烷145g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与N-异丙基丙烯酰胺165g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKAREASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约2小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为70nm的聚合物乳液颗粒(HB-7)水分散体。水相成分为18质量%。
(制造例8)
(聚合物乳液颗粒(HB-8)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸6g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将丙烯酸丁酯150g、四乙氧基硅烷30g、苯基三甲氧基硅烷145g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺150g、(甲基)丙烯酸乙二醇酯15g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKA REASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约2小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为70nm的聚合物乳液颗粒(HB-7)水分散体。水相成分为18质量%。
(制造例9)
(聚合物乳液颗粒(HB-9)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸6g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将甲基丙烯酸甲酯150g、四乙氧基硅烷30g、苯基三甲氧基硅烷145g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺165g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKAREASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续热养护约8小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为90nm的聚合物乳液颗粒(HB-9)水分散体。水相成分为5质量%。
(制造例10)
(聚合物乳液颗粒(HB-10)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸6g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将甲基丙烯酸环己酯75g、甲基丙烯酸甲酯75g、四乙氧基硅烷30g、苯基三甲氧基硅烷145g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液与二乙基丙烯酰胺165g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKA REASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下,作为热养护而继续搅拌约8小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为70nm的聚合物乳液颗粒(HB-10)水分散体。水相成分为5质量%。
(制造例11)
(聚合物乳液颗粒(HB-11)水分散体的合成)
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸6g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将甲基丙烯酸环己酯75g、甲基丙烯酸甲酯75g、四乙氧基硅烷30g、苯基三甲氧基硅烷145g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺165g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKA REASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,在反应容器中的温度为80℃的状态下,作为热养护继续搅拌约4小时后,冷却至室温,用100目的金属丝网过滤后,用离子交换水将固体成分调整为10.0质量%,得到数均粒径为70nm的聚合物乳液颗粒(HB-11)水分散体。水相成分为9质量%。
(实施例1~35;表1~4)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEX”((A)成分)分散于水中,利用所得物质(固体成分10质量%)、制造例中得到的聚合物乳液颗粒(HB)和四乙氧基硅烷(C)以表1所示的配比得到涂布组合物。表中记载的“SNOWTEX”的粒径为商品目录值。
在5cm×5cm的玻璃上对所得到的涂布组合物进行浸渍涂布后,在70℃干燥10分钟,得到具有涂膜的层积体。它们的评价结果列于表1~4。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
如表1~4所示,可以确认,在各实施例中至少透明性、亲水性优异,即使高温下等也能维持表面亲水性。
(抗静电用途的研究;表5)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEXO”((A)成分)分散于水中,将得到的物质(固体成分10质量%、数均粒径10nm)与制造例中得到的聚合物乳液颗粒(HB)、四乙氧基硅烷(C)如表5那样混合,得到抗静电用涂布组合物。接着,在5cm×5cm的玻璃上对所得到的涂布组合物进行浸渍涂布后,在70℃干燥10分钟,得到抗静电用复合体。它们的评价结果列于表5。
[表5]
如表5所示,可以确认各实施例的复合体至少亲水性、透明性、外观以及表面电阻值优异。
(防反射用途的研究;表6)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEXO”((A)成分)分散于水中,将得到的物质(固体成分10质量%、数均粒径10nm)与制造例中得到的聚合物乳液颗粒(HB)、和四乙氧基硅烷(C)如表6那样混合,得到防反射用涂布组合物。接着,在5cm×5cm的玻璃上对所得到的涂布组合物进行浸渍涂布后,在70℃干燥10分钟,得到防反射用复合体。它们的评价结果记载于表6。
[表6]
如表6所示,可以确认各实施例的复合体至少亲水性、透明性、外观以及反射率优异。
(硬膜用途的研究;表7)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEXO”((A)成分)分散于水中,将得到的物质(固体成分10质量%、数均粒径10nm)与制造例中得到的聚合物乳液颗粒(HB)、和四乙氧基硅烷(C)如表7那样混合,得到硬膜用涂布组合物。接着,在5cm×5cm的聚碳酸酯:PC(厚度3mm)上对所得到的涂布组合物进行浸渍涂布后,在70℃干燥10分钟,得到硬膜用复合体。它们的评价结果记载于表7。
[表7]
如表7所示,可以确认各实施例的复合体至少亲水性、透明性、外观以及铅笔硬度优异。此外,可以确认实施例43~45的复合体的耐摩擦性作为实用水平也是优异的。
(耐溶剂用途的研究;表8)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEXO”((A)成分)分散于水中,将得到的物质(固体成分10质量%、数均粒径10nm)与制造例中得到的聚合物乳液颗粒(HB)、和四乙氧基硅烷(C)如表8那样混合,得到耐溶剂用涂布组合物。接着,在5cm×5cm的聚碳酸酯上对所得到的涂布组合物进行浸渍涂布后,在70℃干燥10分钟,得到耐溶剂用复合体。它们的评价结果记载于表8。
[表8]
如表8所示,可以确认各实施例的复合体至少亲水性、透明性优异。此外,可以确认实施例47、48的复合体在耐溶剂试验后的外观作为实用水平也是优异的。
(耐热用途的研究;表9)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEXO”((A)成分)分散于水中,将得到的物质(固体成分10质量%、数均粒径10nm)与制造例中得到的聚合物乳液颗粒(HB)、和四乙氧基硅烷(C)如表9那样混合,得到耐热用涂布组合物。接着,在5cm×5cm的玻璃上对所得到的涂布组合物进行浸渍涂布后,在70℃干燥10分钟,得到耐热用复合体。它们的评价结果记载于表9。
[表9]
如表9所示,可以确认各实施例的复合体至少亲水性、透明性、耐热后外观以及耐热后透明性优异。特别地,确认到实施例50、51的复合体的耐热后外观更加优异。
(功能性复合体的研究;表10)
(实施例54)
将胶态二氧化硅(日产化学工业社制造、商品名“SNOWTEXO”、将(A)分散于水中而得到的物质、固体成分10质量%、数均粒径10nm)与制造例中得到的聚合物乳液颗粒(HB-1)、(HB-2)和四乙氧基硅烷(C)以表10所示的比例混合,得到涂布组合物。
在5cm×5cm的基材(聚碳酸酯树脂制造、厚度:3mm)上对所得到的涂布组合物进行浸渍涂布后,在70℃干燥10分钟,得到涂膜。此外,使用LM50型真空层压装置(NPC社),利用条件1(150℃脱气5分钟后真空层压10分钟、压力100kPa)对涂膜实施加热处理和加压处理,得到功能性复合体。评价结果列于表10。
(实施例55、56)
除如表10所示变更组成以外,与实施例54同样地得到涂布组合物。在5cm×5cm的基材(聚碳酸酯树脂制、厚度:3mm)上对所得到的涂布组合物进行浸渍涂布后,在70℃干燥10分钟,得到涂膜。此外,将条件1代替为条件2(大气中、150℃加热30分钟),对涂膜实施加热处理,得到功能性复合体。评价结果列于表10。
(比较例5)
仅使用作为基材的聚碳酸酯树脂。除如表10所示变更组成以外,与实施例1同样地进行评价。评价结果列于表10。
[表10]
如表10所示,可以确认各实施例的复合体至少亲水性、透明性、外观、耐溶剂试验后外观以及表面硬度优异。
(层积体的制造;表11)
(实施例57)
将胶态二氧化硅(日产化学工业社制造、商品名“SNOWTEX-OS”((A)成分)用水稀释,调整成固体成分为10质量%的分散液(数均粒径8nm)。向其中混合制造例中合成的聚合物乳液颗粒水分散体,以表11所示的组成混合(C)成分的四乙氧基硅烷(信越化学社制造、商品名“KBE-04”),并用纯水调整,使得总的固体成分为4质量%,得到涂布组合物。
将所得到的涂布组合物浸渍涂布到基材的反射镜(对平板玻璃的背面(下面)实施了镀铝处理的物体)中的玻璃侧的表面上,使得干燥后达到预定的厚度。接下来,使浸渍涂布后的物体在70℃干燥30分钟,得到层积体。
需要说明的是,在测定雾度值时,除了将基材由反射镜变更为白板玻璃(厚度2mm、6×6cm见方)以外,与上述同样地制作层积体,将该层积体作为测定对象。
(实施例58)
使用与实施例57同样混合的涂布组合物,并如表11所示那样变更涂膜的厚度,除此之外与实施例57同样地制作层积体。此外,在该层积体的涂膜上对涂布组合物进行浸渍涂布,在70℃干燥30分钟,得到具有复数层涂膜的层积体。
(实施例59)
除变更为表11所示的组成以外与实施例57同样地混合,使用所得的涂布组合物,如表11所示那样变更涂膜的厚度,除此之外与实施例57同样地制作层积体。
(实施例60)
使用与实施例59同样混合的涂布组合物,并如表11所示那样变更涂膜的厚度,除此之外与实施例59同样地制作层积体。接下来,利用砂纸(#1000)以负荷22g/cm2对涂膜表面进行100次摩擦。其后,在摩擦表面后的涂膜上对涂布组合物进行浸渍涂布,在70℃干燥30分钟,得到具有多层涂膜的层积体。
(比较例6)
仅使用作为基材的反射镜。
实施例和比较例的评价结果列于表11。
[表11]
如表11所示,可以确认各实施例的层积体至少亲水性、反射率、透明性和外观优异。
(层积体、透射率的研究;表12、13)
(实施例61)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEX-OS”((A)成分)用水稀释,调整成固体成分为10质量%的分散液(数均粒径8nm),混合制造例1中合成的聚合物乳液(HB1),并以表12所示的配比混合作为四乙氧基硅烷(C)的信越化学社制造的商品名“KBE-04”,得到涂布组合物。
将所得到的涂布组合物以膜厚250nm旋涂到白板玻璃(厚度2mm、6×6cm见方)上,然后在70℃干燥30分钟,得到层积体。
(实施例62)
如表12所述的组成那样与实施例61同样地混合,使用所得到的涂布组合物制成层积体后,以相同的过程层积涂布组合物,得到多层的层积体。
(实施例63)
除了以表12所示的配比调整涂布液以外,通过与实施例61同样的过程得到层积体。
(实施例64)
通过与实施例61同样的过程反复层积,得到层积了10层涂布组合物的层积体。
(实施例65)
通过与实施例61同样的过程将涂布组合物层积1次后,利用钢丝绒(#7448)以负荷22g/cm2对涂膜表面进行10次摩擦。其后,再次将涂布组合物层积1次,得到层积体。
(实施例66)
除了将基材变更为三菱工程塑料社制造的聚碳酸酯树脂“Iupilon”(厚度3mm、5×5cm见方)以外,与实施例61同样地得到层积体。
(比较例7)
仅为基材的白板玻璃的评价结果列于表13。
(比较例8)
仅为基材的聚碳酸酯树脂的评价结果列于表13。
(比较例9)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEX-OS”((A)成分)用水稀释,调整成固体成分为10质量%的分散液(数均粒径8nm),并以表13所示的比例混合制造例中合成的聚合物乳液,此外混合30份作为甲基三甲氧基硅烷(C)的信越化学社制造的商品名“KBM-13”,得到涂布组合物。
将所得到的涂布组合物以膜厚250nm旋涂到白板玻璃(厚度2mm、6×6cm见方)上,然后在70℃干燥30分钟,得到层积体。
(比较例10)
对于比较例9中得到的层积体进一步重复同样的涂布,但由于涂布液的排斥(ハジキ)而无法得到2层的层积体。
实施例和比较例的评价结果列于表12、13。
[表12]
[表13]
如表12和表13所示,可以确认各实施例的层积体至少亲水性、透明性以及外观优异。另一方面,可以确认各比较例的层积体的亲水性、透明性和外观的至少一种较差。
(水系涂布组合物(合用二氧化钛)的研究;表14)
(实施例67~69)
将胶态二氧化硅(日产化学工业社制造、商品名“SNOWTEX-OS”((A)成分)用水稀释,调整成固体成分为10质量%的分散液(颗粒的数均粒径8nm)。以表14所示的组成向其中混合光催化剂(石原产业社制造、商品名“TSK-5”、数均粒径10nm、包覆氧化硅的二氧化钛水溶胶)((A3)成分)和制造例中合成的聚合物乳液颗粒的水分散体,得到涂布组合物。将所得到的涂布组合物以膜厚250nm通过旋涂的方式涂布到白板玻璃(厚度2mm、6×6cm见方)上,然后在70℃干燥30分钟,得到具有作为基材的白板玻璃、和设置于其上的涂膜的层积体。
(实施例70、71)
进而作为(C)成分,混合四乙氧基硅烷(信越化学社制造、商品名“KBE-04”),并以表14所示的组成进行混合,除此之外与实施例67同样地得到涂布组合物。使用该涂布组合物,除此之外与实施例67同样地得到层积体。
(实施例72)
以表14所述的组成进行混合,除此之外与实施例67同样地得到涂布组合物。除了使用该涂布组合物之外,与实施例67同样地得到层积体。
实施例和比较例的结果列于表14。
[表14]
如表14所示,可以确认各实施例的层积体至少初期的亲水性、透明性和折射率优异,同时耐候性试验后和加热试验后的亲水性也优异。
(功能性涂膜的研究;表15)
(实施例73)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEX-OS”((A)成分)用水稀释,调整成固体成分为10质量%的分散液(数均粒径8nm),混合制造例中合成的聚合物乳液,以表15所示的配比得到涂布组合物。
将所得到的涂布组合物以膜厚250nm旋涂到白板玻璃(厚度2mm、6×6cm见方)上,然后在70℃干燥30分钟,得到功能性涂膜。
(实施例74)
以表15所示的配比得到涂布组合物,除此之外与实施例74同样地得到功能性涂膜。
(实施例75)
以表15所示的配比得到涂布组合物,除此之外与实施例74同样地得到功能性涂膜。
(实施例76)
将日产化学工业社制造的商品名“SNOWTEX-OS”((A)成分)用水稀释,调整成固体成分为10质量%的分散液(数均粒径8nm),混合制造例中合成的聚合物乳液,作为四乙氧基硅烷(C)混合信越化学社制造的商品名“KBE-04”,以表15所示的配比得到涂布组合物。
将所得到的涂布组合物以膜厚250nm旋涂到白板玻璃(厚度2mm、6×6cm见方)上,然后在70℃干燥30分钟,得到功能性涂膜。
(实施例77)
以表15所示的配比得到涂布组合物,除此之外与实施例74同样地得到功能性涂膜。
(实施例78)
以表15所示的配比得到涂布组合物,除此之外与实施例74同样地得到功能性涂膜。
(比较例11)
仅使用作为基材的玻璃进行评价。
[表15]
如表15所示,可以确认各实施例的层积体的折射率、透明性和外观优异。
(制造例12)
聚合物乳液颗粒(TB-1)水分散体的合成
向具有回流冷却器、滴加槽、温度计和搅拌装置的反应器中投入离子交换水1600g、十二烷基苯磺酸4g后,搅拌下将温度加热至80℃。将反应容器中的温度保持在80℃,在该状态下用约2小时向其中滴加二甲基二甲氧基硅烷185g、苯基三甲氧基硅烷117g的混合液,其后,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约1小时。接着,在保持反应容器中的温度为80℃的状态下,将丙烯酸丁酯150g、四乙氧基硅烷30g、苯基三甲氧基硅烷145g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.3g的混合液;与二乙基丙烯酰胺165g、丙烯酸3g、反应性乳化剂(商品名“ADEKAREASOAP SR-1025”、旭电化社制造、固体成分25质量%水溶液)13g、过硫酸铵的2质量%水溶液40g、离子交换水1900g的混合液用约2小时同时滴加。此外,作为热养护,在反应容器中的温度为80℃的状态下继续搅拌约15小时。其后冷却至室温,用100目的金属丝网过滤,得到固体成分为14.03质量%、水相成分为2.76质量%、数均粒径为131nm的聚合物乳液颗粒(TB-1)水分散体。
使用超滤装置过滤聚合物乳液颗粒(TB-1)水分散体,得到含有水相成分的滤液(H-1)。将所得到的滤液(H-1)浸渍涂布到5cm×5cm的青板玻璃上后,在90℃干燥24小时,从而得到膜状的试验板(I-1)。将去离子水的水滴置于所得到的试验板(I-1)的膜表面,在20℃放置10秒后,测定初期接触角,结果为57°。
(制造例13)
聚合物乳液颗粒(TB-2)水分散体的合成
通过与合成例1相同的方法进行聚合,设制造例12中记载的热养护时间为8小时,得到固体成分为14.05质量%、水相成分为4.57质量%、数均粒径为132nm的聚合物乳液颗粒(TB-2)水分散体。
使用超滤装置过滤聚合物乳液颗粒(TB-2)水分散体,得到含有水相成分的滤液(H-2)。将所得到的滤液(H-2)浸渍涂布到5cm×5cm的青板玻璃上后,在90℃干燥24小时,从而得到膜状的试验板(I-2)。将去离子水的水滴置于所得到的试验板(I-2)的膜表面,在20℃放置10秒后,测定初期接触角,结果为56°。
(制造例14)
聚合物乳液颗粒(TB-3)水分散体的合成
通过与合成例1相同的方法进行聚合,设制造例12中记载的热养护时间为4小时,得到固体成分为14.08质量%、水相成分为8.91质量%、数均粒径为131nm的聚合物乳液颗粒(TB-3)水分散体。
使用超滤装置过滤聚合物乳液颗粒(TB-3)水分散体,得到含有水相成分的滤液(H-3)。将所得到的滤液(H-3)浸渍涂布到5cm×5cm的青板玻璃上后,在90℃干燥24小时,从而得到膜状的试验板(I-3)。将去离子水的水滴置于所得到的试验板(I-3)的膜表面,在20℃放置10秒后,测定初期接触角,结果为58°。
(制造例15)
通过与合成例1相同的方法进行聚合,设制造例12中记载的热养护时间为3.5小时,得到固体成分为14.02质量%、水相成分为11.46质量%、数均粒径为131nm的聚合物乳液颗粒(TB-4)水分散体。
使用超滤装置过滤聚合物乳液颗粒(B-4)水分散体,得到含有水相成分的滤液(H-4)。将所得到的滤液(H-4)浸渍涂布到5cm×5cm的青板玻璃上后,在90℃干燥24小时,从而得到膜状的试验板(I-4)。将去离子水的水滴置于所得到的试验板(I-4)的膜表面,在20℃放置10秒后,测定初期接触角,结果为57°。
(制造例16)
聚合物乳液颗粒(TB-5)水分散体的合成
通过与合成例1相同的方法进行聚合,设制造例12中记载的热养护时间为3小时,得到固体成分为14.05质量%、水相成分为14.12质量%、数均粒径为130nm的聚合物乳液颗粒(TB-5)水分散体。
使用超滤装置过滤聚合物乳液颗粒(TB-5)水分散体,得到含有水相成分的滤液(H-5)。将所得到的滤液(H-5)浸渍涂布到5cm×5cm的青板玻璃上后,在90℃干燥24小时,从而得到膜状的试验板(I-5)。将去离子水的水滴置于所得到的试验板(I-5)的膜表面,在20℃放置10秒后,测定初期接触角,结果为57°。
(制造例17)
通过与合成例1相同的方法进行聚合,设制造例12中记载的热养护时间为2.5小时,得到固体成分为14.07质量%、水相成分为16.34质量%、数均粒径为130nm的聚合物乳液颗粒(TB-6)水分散体。
使用超滤装置过滤聚合物乳液颗粒(B-6)水分散体,得到含有水相成分的滤液(H-6)。将所得到的滤液(H-6)浸渍涂布到5cm×5cm的青板玻璃上后,在90℃干燥24小时,从而得到膜状的试验板(I-6)。将去离子水的水滴置于所得到的试验板(I-6)的膜表面,在20℃放置10秒后,测定初期接触角,结果为58°。
(制造例18)
聚合物乳液颗粒(TB-7)水分散体的合成
通过与合成例1相同的方法进行聚合,设制造例12中记载的热养护时间为2小时,得到固体成分为14.06质量%、水相成分为18.19质量%、数均粒径为129nm的聚合物乳液颗粒(TB-7)水分散体。
使用超滤装置过滤聚合物乳液颗粒(TB-7)水分散体,得到含有水相成分的滤液(H-7)。将所得到的滤液(H-7)浸渍涂布到5cm×5cm的青板玻璃上后,在90℃干燥24小时,从而得到膜状的试验板(I-7)。将去离子水的水滴置于所得到的试验板(I-7)的膜表面,在20℃放置10秒后,测定初期接触角,结果为57°。
(制造例19)
聚合物乳液颗粒(TB-8)水分散体的合成
通过与合成例1相同的方法进行聚合,设制造例12中记载的热养护时间为1小时,得到固体成分为14.09质量%、水相成分为21.93质量%、数均粒径为130nm的聚合物乳液颗粒(TB-8)水分散体。
使用超滤装置过滤聚合物乳液颗粒(TB-8)水分散体,得到含有水相成分的滤液(H-8)。将所得到的滤液(H-8)浸渍涂布到5cm×5cm的青板玻璃上后,在90℃干燥24小时,从而得到膜状的试验板(I-8)。将去离子水的水滴置于所得到的试验板(I-8)的膜表面,在20℃放置10秒后,测定初期接触角,结果为56°。
(制造例20)
聚合物乳液颗粒(TB-9)水分散体的合成
通过与合成例1相同的方法进行聚合,不进行制造例12中记载的热养护,得到固体成分为14.11质量%、水相成分为28.66质量%、数均粒径为128nm的聚合物乳液颗粒(TB-9)水分散体。
使用超滤装置过滤聚合物乳液颗粒(TB-8)水分散体,得到含有水相成分的滤液(H-8)。将所得到的滤液(H-8)浸渍涂布到5cm×5cm的青板玻璃上后,在90℃干燥24小时,从而得到膜状的试验板(I-8)。将去离子水的水滴置于所得到的试验板(I-8)的膜表面,在20℃放置10秒后,测定初期接触角,结果为58°。
(实施例79)
向制造例12中合成的聚合物乳液颗粒(TB-1)水分散体100g中混合数均粒径为12nm的水分散胶态二氧化硅(商品名“SNOWTEXO”、日产化学工业社制造、固体成分20质量%)100g,并进行搅拌,得到水系有机-无机复合组合物(E-1)。
在5cm×5cm的青板玻璃上棒涂上述水系有机-无机复合组合物(E-1)以使膜厚为1μm后,在70℃干燥30分钟,从而得到具有有机-无机复合体覆膜(F-1)的试验板(G-1)。所得到的具有有机-无机复合体覆膜的试验板(G-1)与水的初期接触角为7.2°。
(实施例80)
代替聚合物乳液颗粒(TB-1)而使用制造例13中合成的聚合物乳液颗粒(TB-2)水分散体,除此之外通过与实施例79相同的方法得到具有有机-无机复合体覆膜(F-2)的试验板(G-2)。所得到的具有有机-无机复合体覆膜的试验板(G-2)与水的初期接触角为7.2°。
(实施例81)
代替聚合物乳液颗粒(TB-1)而使用制造例14中合成的聚合物乳液颗粒(TB-3)水分散体,除此之外通过与实施例79相同的方法得到具有有机-无机复合体覆膜(F-3)的试验板(G-3)。所得到的具有有机-无机复合体覆膜的试验板(G-3)与水的初期接触角为7.2°。
(实施例82)
代替聚合物乳液颗粒(TB-1)而使用制造例15中合成的聚合物乳液颗粒(TB-4)水分散体,除此之外通过与实施例79相同的方法得到具有有机-无机复合体覆膜(F-4)的试验板(G-4)。所得到的具有有机-无机复合体覆膜的试验板(G-4)与水的初期接触角为7.2°。
(实施例83)
代替聚合物乳液颗粒(TB-1)而使用制造例16中合成的聚合物乳液颗粒(TB-5)水分散体,除此之外通过与实施例79相同的方法得到具有有机-无机复合体覆膜(F-5)的试验板(G-5)。所得到的具有有机-无机复合体覆膜的试验板(G-5)与水的初期接触角为7.2°。
(实施例84)
代替聚合物乳液颗粒(TB-1)而使用制造例17中合成的聚合物乳液颗粒(TB-6)水分散体,除此之外通过与实施例79相同的方法得到具有有机-无机复合体覆膜(F-6)的试验板(G-6)。所得到的具有有机-无机复合体覆膜的试验板(G-6)与水的初期接触角为7.2°。
(实施例85)
代替聚合物乳液颗粒(TB-1)而使用制造例18中合成的聚合物乳液颗粒(TB-7)水分散体,除此之外通过与实施例79相同的方法得到具有有机-无机复合体覆膜(F-7)的试验板(G-7)。所得到的具有有机-无机复合体覆膜的试验板(G-7)与水的初期接触角为7.2°。
(比较例12)
代替聚合物乳液颗粒(TB-1)而使用制造例19中合成的聚合物乳液颗粒(TB-8)水分散体,除此之外通过与实施例79相同的方法得到具有有机-无机复合体覆膜(F-8)的试验板(G-8)。所得到的具有有机-无机复合体覆膜的试验板(G-8)与水的初期接触角为7.2°。
(比较例13)
代替聚合物乳液颗粒(TB-1)而使用制造例20中合成的聚合物乳液颗粒(TB-9)水分散体,除此之外通过与实施例79相同的方法得到具有有机-无机复合体覆膜(F-9)的试验板(G-9)。所得到的具有有机-无机复合体覆膜的试验板(G-9)与水的初期接触角为7.2°。
实施例和比较例的结果列于表16。
[表16]
如表16所示,可以确认各实施例的涂膜至少在高温高湿下也能够维持表面亲水性。
本申请基于2009年3月11日向日本国专利局提交的日本专利申请(日本特愿2009-058665)、2009年11月27日向日本国专利局提交的日本专利申请(日本特愿2009-270364)、2009年11月27日向日本国专利局提交的日本专利申请(日本特愿2009-270375)以及2010年3月2日向日本国专利局提交的日本专利申请(日本特愿2010-045505),以参考的形式将其内容引入本说明书。
工业实用性
本发明的涂膜和涂布组合物具有优异的防污性、透明性、亲水性、耐久性(耐冲击性),即使在高温高湿下也能够维持表面亲水性,因此可以用作太阳能电池组件或太阳能发电***等各种能源生产设备的构件等,可以适宜地用作太阳光的透过性、汇聚性良好的太阳能电池用的保护构件、太阳能发电用的反光镜的构件等。
符号的说明
1...层积体
10...基材
12...涂膜
2...太阳能电池组件
20...保护构件
22...背板
24...发电元件
26...密封材料
202...基材
204...涂膜
3...反射器装置
30...层积体(保护构件)
32...反光镜
34...支撑体
Claims (47)
1.一种涂布组合物,其含有:
(A)数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物颗粒、和
(B)聚合物颗粒,
下式(I)表示的、所述(B)成分中的水相成分的含量为20质量%以下,
水相成分的含量(%)=(以截留分子量50000过滤(B)成分所得到的滤液的干燥质量)×(100-总固体成分质量)/(所述滤液的质量-所述滤液的干燥质量)×100/总固体成分质量…(I)。
2.如权利要求1所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分是在含有
(b1)成分:水解性硅化合物、
(b2)成分:乙烯基单体、
(b3)成分:乳化剂、和
(b4)成分:水
的聚合原液中,所述(b1)成分和所述(b2)成分聚合而得到的聚合物乳液颗粒(B1)。
3.如权利要求1或2所述的涂布组合物,其中,所述水相成分的含量为15质量%以下。
4.如权利要求1~3任一项所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分的数均粒径为10nm~800nm。
5.如权利要求2~4任一项所述的涂布组合物,其中,所述(b2)成分为具有选自由羟基、羧基、酰胺基、氨基和醚基组成的组中的至少一种官能团的乙烯基单体。
6.如权利要求2~5任一项所述的涂布组合物,其中,所述(b2)成分相对于所述(B)成分的质量比(b2)/(B)为0.01/1~1/1。
7.如权利要求2~6任一项所述的涂布组合物,其中,所述(b2)成分相对于所述(A)成分的质量比(b2)/(A)为0.01/1~1/1。
8.如权利要求1~7任一项所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分具有核/壳结构,该核/壳结构包括核层、和包覆所述核层的1层或2层以上的壳层。
9.如权利要求2~8任一项所述的涂布组合物,其中,所述核层中,所述(b2)成分相对于所述(b1)成分的质量比(b2)/(b1)为0.01/1~1/1,
所述壳层的最外层中,所述(b2)成分相对于所述(b1)成分的质量比(b2)/(b1)为0.01/1~5/1。
10.如权利要求2~9任一项所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分为在形成所述核层的种子颗粒的存在下使所述聚合原液聚合而得到的聚合物乳液颗粒,
所述种子颗粒是使选自由所述(b1)成分、所述(b2)成分和(b5)成分组成的组中的至少一种以上聚合而得到的,所述(b5)成分为能够与所述(b2)成分共聚的其他乙烯基单体。
11.如权利要求2~10任一项所述的涂布组合物,其中,所述(b2)成分为具有仲酰胺基、叔酰胺基或者这两者的乙烯基单体。
12.如权利要求1~11任一项所述的涂布组合物,其中,所述(A)成分相对于所述(B)成分的质量比A/B为110/100~480/100。
13.如权利要求1~12任一项所述的涂布组合物,其还含有:
(C)成分:选自由下式(1)、(2)和(3)表示的化合物组成的组中的1种以上的水解性硅化合物,
R1 nSiX4-n (1)
式(1)中,R1表示氢原子;或者具有或不具有卤素基、羟基、巯基、氨基、(甲基)丙烯酰基或环氧基的碳原子数为1~10的烷基、链烯基、炔基或芳基,X表示水解性基团,n为0~3的整数,
X3Si-R2 n-SiX3 (2)
式(2)中,X表示水解性基团,R2表示碳原子数为1~6的亚烷基或亚苯基,n为0或1,
R3-(O-Si(OR3)2)n-OR3 (3)
式(3)中,R3表示碳原子数为1~6的烷基,n为2~8的整数。
14.如权利要求13所述的涂布组合物,其中,所述(C)成分相对于所述(A)成分的质量比(C)/(A)为1/100~100/100。
15.如权利要求1~14任一项所述的涂布组合物,其中,所述(B)成分的数均粒径为10nm~100nm。
16.如权利要求1~15任一项所述的涂布组合物,其中,所述(A)成分包含:
(A1)成分:数均粒径为1nm~400nm的氧化硅、和
(A2)成分:数均粒径为1nm~2000nm的红外线吸收剂,
所述(A1)成分和所述(A2)成分的总含量相对于所述(B)成分的含量的质量比(A1+A2)/(B)为60/100~1000/100,
所述(A2)成分的含量相对于所述(B)成分和所述(A1)成分的所述总含量的质量比(A2)/(A1+B)为0.05/100~40/100。
17.如权利要求1~16任一项所述的涂布组合物,其中,所述(A)成分包含:
(A1)成分:数均粒径为1nm~400nm的氧化硅、和
(A3)成分:数均粒径为1nm~2000nm的光催化剂,
所述(A1)成分和所述(A3)成分的总含量相对于所述(B)成分的含量的质量比(A1+A3)/(B)为60/100~480/100,
所述(A1)成分的含量相对于所述(A1)成分和所述(A3)成分的所述总含量的质量比(A1)/(A1+A3)为85/100~99/100。
18.如权利要求1~17任一项所述的涂布组合物,其为防反射用涂布组合物。
19.如权利要求1~17任一项所述的涂布组合物,其为耐溶剂用涂布组合物。
20.如权利要求1~17任一项所述的涂布组合物,其为抗静电用涂布组合物。
21.如权利要求1~17任一项所述的涂布组合物,其为耐热用涂布组合物。
22.如权利要求1~17任一项所述的涂布组合物,其为硬膜用涂布组合物。
23.一种涂膜,其由权利要求1~22任一项所述的涂布组合物获得。
24.一种涂膜,其是含有金属氧化物颗粒(A)、和被所述(A)成分包围的聚合物颗粒(B)的涂膜,
其中,将通过超滤法由所述(B)成分提取的截留分子量为50000以下的成分(B2)制成膜时,膜表面的水接触角为30°以下。
25.一种涂膜,其是含有(A)数均粒径为1nm~400nm的金属氧化物、和被所述(A)成分包围的聚合物颗粒(B)的涂膜,
其中,将通过超滤法由所述(B)成分提取的截留分子量为50000以下的成分(B2)制成膜时,膜表面的水接触角超过30°,(B2)的含量为5质量%以下。
26.如权利要求24或25所述的涂膜,其中,所述(B)成分为乳液颗粒。
27.如权利要求23~26任一项所述的涂膜,该涂膜在20℃的表面水接触角为30°以下。
28.如权利要求23~27任一项所述的涂膜,其中,经过在温度90℃、湿度90%的条件下静置24小时的高温高湿试验后,涂膜表面的水接触角为20°以下。
29.一种层积体,其具备基材和涂膜,
该涂膜形成于所述基材的至少一个表面,是通过涂布权利要求1~22任一项所述的涂布组合物而得到的涂膜、或是权利要求23~28任一项所述的涂膜。
30.如权利要求29所述的层积体,其中,所述层积体的透光率高于所述基材的透光率。
31.如权利要求29或30所述的层积体,其中,所述涂膜的折射率比所述基材的折射率低0.1以上。
32.如权利要求29~31任一项所述的层积体,其中,所述涂膜为具有2层以上的涂膜。
33.如权利要求29~32任一项所述的层积体,其中,位于所述基材的相反侧的最表层的折射率比与所述最表层相邻的层的折射率低0.1以上。
34.如权利要求32或33所述的层积体,其中,构成所述涂膜的各层的厚度(dn)为10nm~800nm,
所述涂膜的总厚度(∑dn)为100nm~4000nm。
35.如权利要求29~34任一项所述的层积体,其中,所述基材的透光率为30%~99%。
36.如权利要求29~35任一项所述的层积体,其中,所述涂膜的与所述基材相反一侧的表面的反射率(Rc)相对于所述基材中的所述涂膜侧的表面的反射率(Rb)的比例(Rc)/(Rb)为98%以上。
37.如权利要求29~36任一项所述的层积体,其中,所述涂膜与所述基材的折射率之差为0.2以下。
38.如权利要求29~37任一项所述的层积体,其中,所述涂膜的折射率为1.3~1.48。
39.如权利要求36~38任一项所述的层积体,其中,所述基材中的所述涂膜侧的表面的反射率(Rb)为80%以上。
40.如权利要求29~39任一项所述的层积体,其中,所述基材包括选自由玻璃、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、环状烯烃树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、乙烯-氟乙烯共聚物组成的组中的至少一种。
41.一种层积体的制造方法,其具备以下工序:
在基材的至少一个表面涂布权利要求1~22任一项所述的涂布组合物而形成涂膜的工序;和
对所述涂膜实施70℃以上的加热处理、或者0.1kPa以上的加压处理中至少一种的工序。
42.如权利要求29~40任一项所述的层积体,其为能量转换装置用构件。
43.如权利要求42所述的层积体,其为太阳能电池组件的保护构件。
44.一种太阳能电池组件,其具备:
权利要求42所述的层积体、
与所述层积体相对配置的背板、和
配置于所述层积体与所述背板之间的发电元件。
45.如权利要求42所述的层积体,其为反光镜的保护构件。
46.一种反射器装置,其具备:
反光镜、
保护所述反光镜的反射面的权利要求45所述的层积体、和
支撑所述反光镜的支撑体。
47.一种太阳能发电***,其具备:
权利要求46所述的反射器装置、和
将由所述反射器装置汇聚的太阳光转换为电能的装置。
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