JP2014080471A - 単層膜及びこれからなる親水性材料 - Google Patents

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在 長谷川
Kenichi Fujii
謙一 藤井
Kazuyuki Fukuda
和幸 福田
Jun Kamata
潤 鎌田
Mitsuki Okazaki
光樹 岡崎
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Abstract

【課題】防曇性、防汚性(セルフクリーニング性)及び帯電防止性(ほこり付着防止性)に優れ、更に耐擦傷性等にも優れる、高い親水性と表面硬度を有する単層膜、該単層膜を含んでなる防曇材料、防汚材料及び帯電防止材料、更に基材表面にこの単層膜を設けてなる積層体を熱重合により製造する方法を提供する。
【解決手段】特定の化合物(I)と化合物(II)とを化合物(II)に対する化合物(I)のモル比(I)/(II)が1/0.05〜1/1000の範囲となるように含み、かつ1時間半減温度T1/2が40〜100℃の範囲にある過酸化物(III)と溶剤(IV)とを含む組成物を作製し、該組成物からなる塗膜を基材の少なくとも片面に形成した後、該塗膜を熱により共重合させて、スルホン酸基、カルボキシル基及びリン酸基から選ばれる少なくとも1種のアニオン性親水基が、外表面のアニオン濃度(Sa)と基材に接する内表面と外表面との中間地点のアニオン濃度(Da)とのアニオン濃度比(Sa/Da)が1.1以上となるように分布する単層膜を形成した積層体を作成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、防曇性、防汚性及び帯電防止性に優れる、アニオン性親水基が特定の濃度比で分布する単層膜の製造方法に関する。更に詳しくは、特定の化合物と1分子内に2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを含む組成物を熱重合して得られる親水性の共重合体からなる単層膜、該単層膜を含んでなる防曇材料、防汚材料及び帯電防止材料、防曇被膜、防汚被膜及び帯電防止被膜、並びにこれらの単層膜及び被膜が基材表面に設けられた積層体の製造方法に関する。
親水性を有する樹脂としては、例えば、特許文献1に記載されている3−スルホプロピルメタクリレート・カリウム塩、2−アクリルアミド−2−メチルプロパン−スルホン酸・ナトリウム塩、及びポリエチレングリコールジアクリレートを用いて得られるポリマー、特許文献2に記載されている3−スルホプロピルメタクリレート・ナトリウム塩と長鎖ウレタンジアクリレート(新中村化学社製、商品名「NKオリゴ UA−W2A」)を用いて得られるポリマー、特許文献3に記載されている2−スルホエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、トリメチロールプロパンアクリレート、及びスピログリコールウレタンジアクリレートを用いて得られるポリマー、特許文献4に記載されている2−スルホエチルメタクリレート及び/又はリン酸基を有する(メタ)アクリレートとエポキシ樹脂を用いて得られるポリマー、非特許文献1に記載されているヒドロキシエチルメタクリレート、スルホアルキレン(C6〜C10)メタクリレート、及びメチレンビスアクリルアミドを用いて得られるポリマー等が知られている。
特許文献1には得られた透明ゲルが生体接着剤として使用されることが記載され、特許文献2には得られたポリマーがインク吸収性に優れ、耐水性が高く、ブロッキングのないインクジェット記録方式に用いられる被記録材として使用され、特許文献3には得られたポリマーが光情報ディスク駆動のためのメタルハブと樹脂基盤を強固に接着する接着剤として使用されることが記載されている。特許文献4にはエチレン性不飽和結合が架橋するとともにスルホン酸基若しくはリン酸基もエポキシ基とイオン反応して架橋することによって得られたポリマーが機械的性能、耐溶剤性、造膜性、接着性、透明性、耐磨耗性に優れた電導性硬化膜として使用できることが記載されている。
非特許文献4にはガラス上に形成された微架橋被膜の親水性が、モノマーとして使用したスルホアルキレンメタクリレートのアルキレン鎖長(C6〜C10)によって変化し(前進接触角と後退接触角)、更に水和時間によっても変化すること等が記載されている。
また、特許文献6では、親水性成型物を製造する方法として、基材の表面に架橋重合性モノマー組成物を塗布し紫外線照射量をコントロールして不完全に重合した架橋ポリマーを形成させ、次いで親水性モノマーを塗布し再び紫外線を照射する事により親水モノマーを架橋ポリマーの表面にブロック又はグラフト重合させる2度塗りによる2層構造の提案が行われている。
しかしながら、本発明者の検討によれば上記特許文献1〜4に記載のポリマーは、分子間の架橋度合いが低く水に対する溶解性が高いか又は水に溶解しないが水を吸収してゲル状になり易(やす)かったり、表面が軟らかく傷つき易(やす)かったり、又は親水性が不充分で、防曇材料及び防汚材料として使用するには充分とは言えないものであった。上記特許文献6の方法は、例えば、親水モノマーと架橋モノマーからなる組成物を塗布し紫外線等によって重合させる1度塗りによる1層構造の一般的な方法に比べ、明らかに煩雑でコスト高であり、表面の平滑性も損ない易く、好ましい方法とは言えないものであった。
本発明者らも、上記問題を解決する方法として、水酸基含有(メタ)アクリルアミド化合物を用いる重合体を先に提案した(特許文献5)。
一般的に、防汚コート用の樹脂に要求される物性として、高い表面硬度と高い親水性が挙げられる。防曇コート用の樹脂に要求される物性として、比較的高い表面硬度、及び防汚用途以上の親水性が挙げられる。
また、これら重合体又は樹脂を作製する方法としては、熱重合(熱による重合)、紫外線重合(紫外線による重合)等が知られているが、熱重合は紫外線重合に対して、1)設備の制約が少ない、2)成型物の表面が平面に限られず複雑な形状にも対応できる、3)開始に紫外光を使わないため、紫外線吸収剤等の紫外線吸収能を有する添加剤をより高い自由度で使用できるという利点を有している。このため高い表面硬度と親水性を持つ親水性膜を熱により重合する方法が望まれていた。
特開2003−000000号公報 特表2002−521140号公報 特開平11−115305号公報 特開平08−325524号公報 特公昭53−010636号公報 国際公開第2004/058900号公報 特開2001−98007号公報
Journal of Colloid and Interface Science,vol.110(2),468-476(1986年)
本発明は、防曇性、防汚性(セルフクリーニング性)及び帯電防止性(ほこり付着防止性)に優れ、更に耐擦傷性等にも優れる、高い親水性と表面硬度を有する単層膜、該単層膜を含んでなる防曇材料、防汚材料及び帯電防止材料、更に基材表面にこの単層膜を設けてなる積層体を熱重合により製造する方法を提供することを目的とする。
本発明者らの検討によれば、熱重合により親水性の単層膜の作製を行う際に、得られる膜の透明性や親水性が低下する場合があることがわかった。
本発明者らは、上記課題を解決すべく、更に検討を重ねた結果、
特定の分解温度を有する開始剤を用いて熱重合を行うことにより、上記問題が防止できること、また、得られる単層膜が優れた防曇性、防汚性、帯電防止性及び耐擦傷性を発揮することを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の積層体の製造方法は、
下記一般式(1)で表される化合物(I)と2以上の(メタ)アクリロイル基を有する(但し、スルホン酸基、カルボキシル基及びリン酸基を有さない)化合物(II)とを化合物(II)に対する化合物(I)のモル比(I)/(II)が1/0.05〜1/1000の範囲となるように含み、かつ1時間半減温度T1/2が40〜100℃の範囲にある過酸化物(III)と溶剤(IV)とを含む組成物を作製する第一工程、
該組成物からなる塗膜を基材の少なくとも片面に形成する第二工程、
該塗膜を熱により共重合させて、スルホン酸基、カルボキシル基及びリン酸基から選ばれる少なくとも1種のアニオン性親水基が、外表面のアニオン濃度(Sa)と基材に接する内表面と外表面との中間地点のアニオン濃度(Da)とのアニオン濃度比(Sa/Da)が1.1以上となるように分布する単層膜を形成する第三工程を含むことを特徴とする。
[X]s[M1]l[M2]m (1)
(上記式(1)中、sは1又は2を表し、l及びmはs=l+2mを満たす整数を表す。M1は、水素イオン、アンモニウムイオン、及びアルカリ金属イオンから選ばれる少なくとも1つの1価カチオンであり、M2はアルカリ土類金属イオンから選ばれる少なくとも1つの2価カチオンである。Xは、下記一般式(1−1)〜(1−4)で示される基から選ばれる少なくとも1つの1価アニオンである。)
Figure 2014080471
Figure 2014080471
Figure 2014080471
Figure 2014080471
(上記式(1−1)〜(1−4)中、J及びJ'はそれぞれ独立にH又はCH3であり、nは0又は1を表し、Rはそれぞれ独立に、炭素数1〜600の脂肪族炭化水素基であり、該脂肪族炭化水素基に含まれる任意のメチレン基は、2価の芳香族基、2価の脂肪族環状炭化水素基、−O−、−COO−、又は−OCO−で置換されていてもよい。)
上記第一工程で作製される組成物に含まれる過酸化物(III)としては、パーオキシカーボネート、及びジアシルパーオキサイドから選ばれる少なくとも1種が好ましい。
前記第二工程において塗膜を基材に形成した後、塗膜を形成する組成物に含まれる溶剤(IV)の含有量が30重量%以下となるように乾燥し、その後前記第三工程において塗膜の熱による共重合を行うことが好ましい。
前記第一工程で作製される組成物に更に紫外線吸収剤が含まれていることが好ましい。
本発明によれば、親水性の単層膜、これらを含む親水性材料、例えば、防曇材料、防汚材料及び帯電防止材料、防曇被膜、防汚被膜及び帯電防止被膜、並びにこれらを基材に積層してなる積層体を熱重合により製造する方法提供することができる。
アニオン濃度比の測定用試料調製の方法を示す略図である。
本発明の製造方法の第一工程では、化合物(I)、1分子中に2以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(II)、1時間半減温度T1/2が40〜100℃の範囲にある過酸化物(III)、及び溶剤(IV)を含む組成物を作製する。
上記組成物に含まれる化合物(I)は、下記一般式(1)で表される。
[X]s[M1]l[M2]m (1)
上記式(1)中、sは1又は2を表し、l及びmはs=l+2mを満たす整数を表す。
M1は、水素イオン、アンモニウムイオン、及びアルカリ金属イオンから選ばれる少なくとも1つの1価カチオンである。
なお、本発明でいうアンモニウムイオンとは、アンモニア、1級アミン、2級アミン又は3級アミンに水素イオンが結合してできた陽イオンである。上記アンモニウムイオンとしては、親水性の観点からは、アンモニア及び炭素数の少ないアミンに水素イオンが結合した陽イオンが好ましく、アンモニアに水素イオンが結合して形成されるアンモニウムイオン、メチルアンモニウムがより好ましい。
上記アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムなどが挙げられる。
上記M1の中でもアルカリ金属イオンが好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、及びルビジウムイオンがより好ましい。
M2は、アルカリ土類金属イオンから選ばれる少なくとも1つの2価カチオンである。
Xは、下記一般式(1−1)〜(1−4)で示される基から選ばれる少なくとも1つの1価アニオンである。
Figure 2014080471
Figure 2014080471
Figure 2014080471
Figure 2014080471
上記一般式(1−1)〜(1−4)中、J及びJ'はそれぞれ独立にH又はCH3である。nは0又は1を表す。Rはそれぞれ独立に、炭素数1〜600の脂肪族炭化水素基を表し、該該脂肪族炭化水素基に含まれる任意のメチレン基は、2価の芳香族基、2価の脂肪族環状炭化水素基、−O−、−COO−、又は−OCO−で置換されていてもよい。
上記Rとしては、任意のメチレン基が2価の芳香族基、2価の脂肪族環状炭化水素基、−O−、−COO−、又は−OCO−で置換されていてもよい炭素数2〜100の脂肪族炭化水素基が好ましく、任意のメチレン基が2価の芳香族基、2価の脂肪族環状炭化水素基、−O−、−COO−、又は−OCO−で置換されていてもよい炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基がより好ましい。
前記化合物(I)の中でも、m=0の化合物が好ましい。
上記Xの式量は、通常50〜18,000、好ましくは100〜1,000、より好ましくは170〜500である。
前記化合物(I)の中でも、下記一般式(1−1−1)及び一般式(1−1−2)で表される化合物が好ましい。
Figure 2014080471
Figure 2014080471
上記式(1−1−1)及び(1−2−1)において、Jは、H又はCH3である。
1及びR2は、それぞれ独立に、H、CH3、又はC25である。これらR1及びR2の中でも、合成の容易さからHが好ましい。
nは1〜20の整数を表すが、合成の容易さから、好ましくは2〜10の整数、より好ましくは2〜4の整数である。
lは、2〜10の整数を表すが、好ましくは2〜6の整数、より好ましくは2〜4の整数である。
Mは水素イオン、アンモニウムイオン、及びアルカリ金属イオンから選ばれる少なくとも1つの1価カチオン、又はアルカリ土類金属イオンから選ばれる少なくとも1つの2価カチオンである。
そして、Mが1価のカチオンである場合にはmは1であり、Mが2価のカチオンである場合にはmは2である。
上記アンモニウムイオンは、アンモニア、1級アミン、2級アミン又は3級アミンに水素イオンが結合してできた陽イオンである。上記アンモニウムイオンとしては、親水性の観点からは、アンモニア及び炭素数の少ないアミンに水素イオンが結合した陽イオンが好ましく、アンモニアに水素イオンが結合して形成されるアンモニウムイオン、メチルアンモニウムがより好ましい。
上記アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムなどが挙げられる。上記アルカリ土類金属としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムなどが挙げられる。
これらMの中でも、1価のカチオンが好ましく、アルカリ金属イオンがより好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、及びルビジウムイオンが更に好ましい。
これら式(1−1−1)及び(1−1−2)で表される単量体の中でも、2−スルホニルエチル−(メタ)アクリレート、3−スルホニルプロピル−(メタ)アクリレート及びこれら化合物のアルカリ金属塩が好ましい。
上記化合物(I)の分子量は、通常168〜18,000、好ましくは180〜1,000、より好ましくは200〜500である。
上記化合物(I)は1種単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
なお、本発明の単量体組成物には上記化合物(I)が含まれるが、上記化合物(I)の少なくとも一部が反応してオリゴマーの形になって上記単量体組成物に含まれていてもよい。なお、ここでいうオリゴマーとは上記化合物(I)から形成される繰り返し単位を通常2〜20含むものである。なお、該オリゴマーの分子量は、通常30,000以下、好ましくは10,000以下、より好ましくは5,000以下の範囲である。
上記化合物(I)は公知の方法又は公知に準ずる方法により製造でき、例えば、特公昭49−36214号公報、特公昭51−9732号公報、特開昭63284157号公報、又は米国特許第3024221号明細書に記載された方法により製造できる。
上記式(1−1−1)で表される単量体は、例えば、アルカリ金属炭酸塩の存在下、(メタ)アクリル酸とプルパンスルトンとを反応させることにより製造できる。また、上記式(1−1−2)で表される単量体は、例えば、ポリオールの一部の水酸基をハロゲン化水素でハロゲン化し、次いで置換されたハロゲンにアルカリ金属スルホネートを反応させて水酸基を有するアルカリ金属スルホネート化合物を合成し、最後にこの水酸基と(メタ)アクリル酸ハライド又は(メタ)アクリル酸とを反応させることにより製造できる。
第一工程で作製される上記組成物には、更に、1分子中に2以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(II)が含まれる。ただし、化合物(II)は、スルホン酸基、カルボキシル基、及びリン酸基のいずれも有さない。
この化合物(II)に含まれる(メタ)アクリロイル基の形態については特に制限はないが、(メタ)アクリロイル基は、例えば、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルチオ基、又は(メタ)アクリルアミド基などの形態で化合物(II)に含まれるが、好ましくは、(メタ)アクリロイルオキシ基又は(メタ)アクリロイルチオ基の形態で含まれる。
上記化合物(II)としては、例えば、1以上の水酸基と2以上の(メタ)アクリロイル基とを有する化合物、1以上のエーテル結合又はチオエーテル結合と2以上の(メタ)アクリロイル基とを有する化合物、1以上のエステル結合と2以上の(メタ)アクリロイル基とを有する化合物、1以上の脂肪族環構造又は芳香族環構造と2以上の(メタ)アクリロイル基とを有する化合物、1以上のヘテロ環構造と2以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物などが挙げられる。
これら化合物(II)の中でも、下記一般式(2−1)及び(2−2)で表される化合物が好ましい。
Figure 2014080471
Figure 2014080471
上記式(2−1)及び(2−2)において、R3及びR5〜R9はそれぞれ独立にH又はCH3であり、R12及びR13はそれぞれ独立にH又はCH3であり、X1、X2、X3、X4及びX5はそれぞれ独立にO又はSである。aは2〜30の整数を表し、bは0〜2の整数を表し、cは0〜30の整数を表し、dは0〜20の整数を表し、eは0〜2の整数を表す。iは1〜20の整数を表し、好ましくは1〜10、より好ましくは1〜5、更に好ましくは1〜3の整数を表す。kは1〜10の整数を表し、より好ましくは2〜8、更に好ましくは2〜6の整数を表す。
Aは、下記化学式から選ばれる1種を表す。
Figure 2014080471
又は
Figure 2014080471
から選ばれる1種を表す。
ここで、*は結合手である。
5、R6、R7、R9、R10及びR11はそれぞれ独立にH又はCH3であり、R100及びR101はそれぞれ独立にH又は炭素数1〜6のアルキル基であり、R200及びR201はそれぞれ独立にH、CH3又はフェニル基である。Rは、ヘキサメチレン、イソホロン(1−メチレン−3−エチレン−3−メチル−5,5−ジメチル−シクロヘキサン)、ノルボルナンジメチレン、ジシクロヘキシレンメタン、シクロヘキサンジメチレン又はキシリレンであり、R50はヘキサメチレン、イソホロン(1−メチレン−3−エチレン−3−メチル−5,5−ジメチル−シクロヘキサン)、ノルボルナンジメチレン、ジシクロヘキシレンメタン、シクロヘキサンジメチレン、トルイレン、ジフェニルメタン又はキシリレンである。
VはOH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、W1〜W3はそれぞれ独立にH、CH3、OH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、ZはOH、結合手(*)を有する酸素原子、COOH又は結合手(*)を有するカルボキシル基(COO)を表し、V1〜V3はそれぞれ独立にH又は結合手(*)である。
n1及びn2はそれぞれ独立に0〜8の整数を表し、o1及びo2はそれぞれ独立に1〜3の整数を表し、fは1〜20の整数を表し、gは0〜3の整数を表し、mは0又は1を表す。qは1〜7の整数を表し、好ましくは1〜5の整数、より好ましくは1〜3の整数を表す。a1は、2〜3の整数を表し、好ましくは3である。a2は、3〜4の整数を表し、好ましくは3である。a3は、4〜6の整数を表し、好ましくは5又は6である。a4は、2〜3の整数を表し、好ましくは3である。a5は、2〜4の整数を表し、好ましくは3又は4である。
上記一般式(2−1)〜(2−2)で表される化合物は、公知の方法又は公知に準ずる方法により製造できる。また、市販品として入手可能である。
上記式(2−1)及び一般式(2−2)で表される化合物の中でも、下記一般式(3)〜(8)及び(10)〜(33)で表される化合物が好ましい。
Figure 2014080471
上記式(3)中、R3及びR4はそれぞれ独立にH又はCH3であり、R100及びR101はそれぞれ独立にH又は炭素数1〜6のアルキル基であり、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表し、n1及びn2はそれぞれ独立に0〜8の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(4)中、R3〜R6はそれぞれ独立にH又はCH3であり、R100及びR101はそれぞれ独立にH又は炭素数1〜6のアルキル基であり、n1及びn2はそれぞれ独立に0〜8の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(5)中、R3〜R6はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表し、c1は2〜30の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(6)中、R3〜R6はそれぞれ独立にH又はCH3であり、c2及びc3はそれぞれ独立に1〜5の整数を表し、d1は2〜20の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(7)中、R3及びR4はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表し、d1は2〜20の整数を表し、mは0又は1を表す。
Figure 2014080471
上記式(8)中、R3及びR4はそれぞれ独立にH又はCH3であり、o1及びo2はそれぞれ独立1〜3の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(10)中、R3〜R8はそれぞれ独立にH又はCH3であり、c4及びc5はそれぞれ独立に0〜5の整数を表し、mは0又は1を表す。
Figure 2014080471
上記式(11)中、R3及びR4はそれぞれ独立にH又はCH3であり、mは0又は1を表す。
Figure 2014080471
上記式(12)中、R3〜R7はそれぞれ独立にH又はCH3である。
Figure 2014080471
上記式(13)中、*は結合手であり、R3、R5及びR6それぞれ独立にH又はCH3であり、c6は0〜3の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(14)中、R3〜R8はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表し、c7及びc8はそれぞれ独立に0〜5の整数を表し、mは0又は1を表す。
Figure 2014080471
上記式(15)中、R3〜R10はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表し、c9及びc10はそれぞれ独立に0〜30の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(16)中、R3〜R10はそれぞれ独立にH又はCH3であり、c11〜c14は1以上の整数を表し、なおかつc11+c12+c13+c14=4〜30を満足する。
Figure 2014080471
上記式(17)中、R3及びR4はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(18)中、R3〜R8はそれぞれ独立にH又はCH3であり、R200及びR201はそれぞれ独立にH、CH3又はフェニル基であり、c4及びc5はそれぞれ独立に0〜5の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(19)中、R3〜R5及びR11はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1〜b3はそれぞれ独立に0〜2の整数を表し、fは1〜20の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(20)中、*は結合手であり、VはOH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、R3、R5及びR6はそれぞれ独立にH又はCH3であり、a1は2又は3を表し、b1は0〜2の整数を表し、c15は0〜20の整数を表す。)
Figure 2014080471
上記式(21)中、*は結合手であり、W1はH、CH3、OH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、R3、R5及びR6はそれぞれ独立にH又はCH3であり、a2は3又は4を表し、c16は0〜20の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(22)中、*は結合手であり、W2及びW3はそれぞれ独立にH、CH3、OH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、R3、R5及びR6はそれぞれ独立にH又はCH3であり、a3は4〜6の整数を表し、c17は0〜3の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(23)中、R30はヘキサメチレン、イソホロン(1−メチレン−3−エチレン−3−メチル−5,5−ジメチル−シクロヘキサン)、ノルボルナンジメチレン、ジシクロヘキシレンメタン、シクロヘキサンジメチレン、又はキシリレンであり、R3〜R10はそれぞれ独立にH又はCH3であり、e1及びe2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(24)中、W4はH、CH3、OH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、R3、R5及びR6はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1は0〜2の整数を表し、c15は0〜20の整数を表し、a6は1〜6の整数を表し、n100は1〜6の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(25)中、R3〜R10はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表し、c9及びc10はそれぞれ独立に0〜5の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(26)中、R3はH又はCH3であり、p1は1〜6の整数を表し、a10は3を表す。
Figure 2014080471
上記式(27)中、R3〜R8はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表し、c7及びc8はそれぞれ独立に0〜5の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(28)中、R3〜R8はそれぞれ独立にH又はCH3であり、b1及びb2はそれぞれ独立に0〜2の整数を表し、c7及びc8はそれぞれ独立に0〜5の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(29)中、R3及びR5〜R13はそれぞれ独立にH又はCH3であり、i1は0〜5の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(30)中、R3及びR5〜R9はそれぞれ独立にH又はCH3であり、W1はH、CH3、OH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、a2は3又は4を表し、i1は0〜5の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(31)中、R3〜R9はそれぞれ独立にH又はCH3であり、W2及びW3はそれぞれ独立にH、CH3、OH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、a7は1〜6の整数を表し、a8は0〜5の整数を表し、なおかつa7+a8=4〜6を満足する。
Figure 2014080471
上記式(32)中、R70はトルイレン、ジフェニルメタン、ヘキサメチレン、イソホロン(1−メチレン−3−エチレン−3−メチル−5,5−ジメチル−シクロヘキサン)、ノルボルナンジメチレン、ジシクロヘキシレンメタン、シクロヘキサンジメチレン、N,N‘,N“−トリス(ヘキサメチレン)−イソシアヌレート、N,N,N’−トリス(ヘキサメチレン)−ウレア、N,N,N‘,N’−テトラキス(ヘキサメチレン)−ウレア、又はキシリレンであり、R3、R5及びR6はそれぞれ独立にH又はCH3であり、W1はH、CH3、OH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、a9は2〜3の整数を表し、a10は2〜4の整数を表し、b1は0〜2の整数を表し、c4は0〜5の整数を表す。
Figure 2014080471
上記式(33)中、R70は、トルイレン、ジフェニルメタン、ヘキサメチレン、イソホロン(1−メチレン−3−エチレン−3−メチル−5,5−ジメチル−シクロヘキサン)、ノルボルナンジメチレン、ジシクロヘキシレンメタン、シクロヘキサンジメチレン、N,N‘,N“−トリス(ヘキサメチレン)−イソシアヌレート、N,N,N’−トリス(ヘキサメチレン)−ウレア、N,N,N‘,N’−テトラキス(ヘキサメチレン)−ウレア、又はキシリレンであり、R3、R5及びR6はそれぞれ独立にH又はCH3であり、W2及びW3はそれぞれ独立にH、CH3、OH又は結合手(*)を有する酸素原子であり、a9は3〜5の整数を表し、a10は2〜4の整数を表し、b1は0〜2の整数を表し、c4は0〜5の整数を表す。
上記一般式(3)で表される化合物(II)としては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,2−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、2−メチル−1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、1,2−ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピルオキシ}エタン、1,2−ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピルオキシ}プロパン、1,3−ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピルオキシ}プロパン、1,4−ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピルオキシ}プタン、1,6−ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピルオキシ}ヘキサンなどが挙げられる。
上記一般式(4)で表される化合物(II)としては、例えば、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸ジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
上記一般式(5)で表される化合物(II)としては、例えば、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,2−ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ポリブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、 ポリエチレングリコール−ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピル}エーテル、1,2−ポリプロピレングリコール−ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピル}エーテルなどが挙げられる。
上記一般式(6)で表される化合物(II)としては、例えば、1,2−ポリプロピレングリコール−ビス{(メタ)アクリロイル−ポリ(オキシエチレン)}エーテルなどが挙げられる。
上記一般式(7)で表される化合物(II)としては、例えば、1,3−ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ポリブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ポリブチレングリコール−ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピル}エーテルなどが挙げられる。
上記一般式(8)で表される化合物(II)としては、例えば、ビス{2−(メタ)アクリロイルチオ−エチル}スルフィド、ビス{5−(メタ)アクリロイルチオ−3−チアペンチル}スルフィドなどが挙げられる。
上記一般式(10)で表される化合物(II)としては、例えば、シクロヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ビス{(メタ)アクリロイルオキシ−メチル}シクロヘキサン、ビス{7−(メタ)アクリロイルオキシ−2,5−ジオキサヘプチル}シクロヘキサン、ビス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(エチレンオキシ)−メチル}シクロヘキサンなどが挙げられる。
上記一般式(11)で表される化合物(II)としては、例えば、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
上記一般式(12)で表される化合物(II)としては、例えば、2−プロペノイックアシッド {2−(1,1,−ジメチル−2−{(1−オキソ−2−プロペニル)オキシ}エチル)−5−エチル−1,3−ジオキサン−5−イル}メチルエステル(日本化薬社製,商品名「KAYARAD R−604」)などが挙げられる。
上記一般式(13)で表される化合物(II)としては、例えば、N,N‘,N“−トリス{2−(メタ)アクリロイルオキシ−エチル}イソシアヌレートなどが挙げられる。
上記一般式(14)で表される化合物(II)としては、例えば、キシリレンジオールジ(メタ)アクリレート、ビス{7−(メタ)アクリロイルオキシ−2,5−ジオキサヘプチル}ベンゼン、ビス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(エチレンオキシ)−メチル}ベンゼンなどが挙げられる。
上記一般式(15)で表される化合物(II)としては、例えば、ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ビス{(メタ)アクリロイル−オキシエチル}ビスフェノールA、ビス{(メタ)アクリロイル−オキシプロピル}ビスフェノールA、ビス{(メタ)アクリロイル−ポリ(オキシエチレン)}ビスフェノールA、ビス{(メタ)アクリロイル−ポリ(オキシ−1,2−プロピレン)}ビスフェノールA、ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピル}ビスフェノールA、ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピルーオキシエチル}ビスフェノールA、ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピル−オキシプロピル}ビスフェノールA、ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピル−ポリ(オキシエチレン)}ビスフェノールA、ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピル−ポリ(オキシ−1,2−プロピレン)}ビスフェノールAなどが挙げられる。
上記一般式(16)で表される化合物(II)としては、例えば、ビス{(メタ)アクリロイル−オキシエチル−オキシプロピル}ビスフェノールA、ビス{(メタ)アクリロイルポリ(オキシエチレン)−ポリ(オキシ−1,2−プロピレン)}ビスフェノールAなどが挙げられる。
上記一般式(17)で表される化合物(II)としては、例えば、ナフタレンジオールジ(メタ)アクリレート、ビス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピル−オキシ}ナフタレンなどが挙げられる。
上記一般式(18)で表される化合物(II)としては、例えば、9,9−フルオレンジオールジ(メタ)アクリレート、9,9−ビス{4−(2−(メタ)アクリロイルオキシ−エチル−オキシ)}フルオレン、9,9−ビス{3−フェニル−4−(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(エチレンオキシ)}フルオレンなどが挙げられる。
上記一般式(19)で表される化合物(II)としては、例えば、フェノールノボラック型エポキシ(メタ)アクリレート(新中村化学製,商品名「NKオリゴ EA−6320,EA−7120,EA−7420」)などが挙げられる。
上記一般式(20)で表される化合物(II)としては、例えば、グリセリン−1,3−ジ(メタ)アクリレート、1−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−3−メタクリロイルオキシ−プロパン、2,6,10−トリヒドロキシ−4,8−ジオキサウンデカン−1,11−ジ(メタ)アクリレート、1,2,3−トリス{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシ−プロピル−オキシ}プロパン、1,2,3−トリス{2−(メタ)アクリロイルオキシ−エチル−オキシ}プロパン、1,2,3−トリス{2−(メタ)アクリロイルオキシ−プロピル−オキシ}プロパン、1,2,3−トリス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(エチレンオキシ)}プロパン、1,2,3−トリス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(1,2−プロピレンオキシ)}プロパンなどが挙げられる。
上記一般式(21)で表される化合物(II)としては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパン−トリス{(メタ)アクリロイルオキシ−エチル−オキシ}エーテル、トリメチロールプロパン−トリス{2−(メタ)アクリロイルオキシ−プロピル−オキシ}エーテル、トリメチロールプロパン−トリス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(エチレンオキシ)}エーテル、トリメチロールプロパン−トリス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(1,2−プロピレンオキシ)}エーテル、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトール−テトラキス{(メタ)アクリロイルオキシ−エチル−オキシ}エーテル、ペンタエリスリトール−テトラキス{2−(メタ)アクリロイルオキシ−プロピル−オキシ}エーテル、ペンタエリスリトール−テトラキス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(エチレンオキシ)}エーテル、ペンタエリスリトール−テトラキス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(1,2−プロピレンオキシ)}エーテルなどが挙げられる。
上記一般式(22)で表される化合物(II)としては、例えば、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパン−テトラキス{(メタ)アクリロイルオキシ−エチル−オキシ}エーテル、ジトリメチロールプロパン−テトラキス{2−(メタ)アクリロイルオキシ−プロピル−オキシ}エーテル、ジトリメチロールプロパン−テトラキス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(エチレンオキシ)}エーテル、ジトリメチロールプロパン−テトラキス{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(1,2−プロピレンオキシ)}エーテル、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトール−ヘキサ{(メタ)アクリロイルオキシ−エチル−オキシ}エーテル、ジペンタエリスリトール−ヘキサ{2−(メタ)アクリロイルオキシ−プロピル−オキシ}エーテル、ジペンタエリスリトール−ヘキサ{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(エチレンオキシ)}エーテル、ジペンタエリスリトール−ヘキサ{(メタ)アクリロイルオキシ−ポリ(1,2−プロピレンオキシ)}エーテルなどが挙げられる。
上記一般式(23)で表される化合物(II)としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、又は4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシルアルキル(メタ)アクリレートとヘキサメチレンジイソシアナートとの反応物、ヒドロキシルアルキル(メタ)アクリレートとイソホロンジイソシアナートとの反応物、ヒドロキシルアルキル(メタ)アクリレートとビス(イソシアナトメチル)ノルボルナンとの反応物、ヒドロキシルアルキル(メタ)アクリレートとノルビス(4−イソシアナトシクロヘキシル)メタンとの反応物、ヒドロキシルアルキル(メタ)アクリレートと1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンとの反応物、ヒドロキシルアルキル(メタ)アクリレートとm−キシリレンジイソシアナートとの反応物などが挙げられる。
上記組成物に含まれる、化合物(II)に対する化合物(I)のモル比 (I)/(II)は、通常1/0.05〜1/1000の範囲、好ましくは1/1〜1/1000の範囲、より好ましくは1/5〜1/1000の範囲、特に好ましくは1/5〜1/500の範囲である。(I)/(II)のモル比が上記範囲内にあることにより、得られる単層膜の膜厚が大きくなった場合であっても、親水性に優れ、しかも耐擦傷性にも優れる単層膜が得られる。
第一工程で作製される上記組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、化合物(I)、化合物(II)以外の他の重合性化合物(VI)が含まれていてもよい。
上記他の重合性化合物(VI)としては、例えば、(メタ)アクリル酸などの化合物(I)以外のカルボキシル基又はカルボン酸塩基含有単量体;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソボルニルなどのアルキルモノ(メタ)アクリレート;N,N−ジメチル−アミノエチル−(メタ)アクリレート、N,N−ジメチル−アミノエチル−(メタ)アクリレート塩酸塩などのアミノ基又はアンモニウム塩基含有単量体;ビニルスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸カリウム、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸カリウムなどの化合物(I)以外のスルホン酸基又はスルホン酸塩基含有単量体;
アリル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコーリビス(アリルカーボネート)、ジアリルフタレート、ジビニルベンゼン、ジビニルスルホン、グリシジル(メタ)アクリレート、3−イソプロペニル−α,α−ジメチル−ベンジルイソシアナート、(メタ)アクリロイルイソシアナート、(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアナート、キシリレンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、ビス(イソシアナトメチル)ノルボルナン、イソホロンジイソシアナート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ビス(4−イソシアナト−シクロヘキシル)メタンなどが挙げられる。
また、単層膜の屈折率の値を大きくしたい場合には、上記単量体(III)として、2,5−ビス(アクリロイルチオメチル)−1,4−ジチアン、1,8−ビス(アクリロイルチオ)−5−アクリロイルチオメチル−3,6−ジチアオクタン、2,5−ビス(アクリロイルチオメチル)−1,4−ジチアン、1,11−ビス(アクリロイルチオ)−4,8−ビス(アクリロイルチオメチル)−3,6,9−トリチアウンデカンなどの硫黄原子を有する単量体を用いてもよい。
上記重合性化合物(VI)の組成物中の含有量は本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、化合物(I)及び化合物(II)の合計100モル%に対し、通常100モル%以下、好ましくは49モル%以下、より好ましくは40モル%以下、更に好ましくは20モル%以下の量、通常1モル%以上、好ましくは3モル%以上の量で使用する。このような含有量で単量体組成物に含ませることにより、柔軟性、靭性、屈折率などの物性を調整できる。
第一工程で作製される上記組成物には、1時間半減温度T1/2が40〜100℃の範囲にある過酸化物(III)が含まれる。このような過酸化物(III)が組成物に含まれていることにより、熱により共重合させて得られる単層膜の親水性、及び耐擦傷性に優れる。このような単層膜が基材上に形成される詳細なメカニズムは不明であるが、過酸化物の分解が遅くなると、単層膜を形成する組成物の共重合(硬化)が遅くなってしまい、組成物中で相分離が起きやすくなると考えられ、その結果、単層膜表面の親水基が固定化されず親水性が低下したり、硬化不足のため耐擦傷性が低下すると推定される。
1時間半減温度T1/2が40〜100℃の範囲にある過酸化物(III)としては、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等のパーオキシジカーボネート(RO−(C=O)−O−O−(C=O)−OR’:R及びR’は炭化水素基を表す。);ジラウロイルパーオキサイド、ジベンゾイルパーオキシド等のジアシルパーオキシド(R−(C=O)−O−O−(C=O)−R’:R及びR’は炭化水素基を表す。);t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート等のパーオキシエステル(R−(C=O)−O−O−R’又はR−O−(C=O)−O−O−R’:R及びR’は炭化水素基を表す。));アルキルパーオキシエステル(R−(C=O)−O−O−R’:R及びR’は炭化水素基を表す。)などが挙げられる。
これら過酸化物(III)の中でも、得られる膜の親水性が高く、耐擦傷性に優れるという観点から、パーオキシカーボネート、ジアシルパーオキシドが好ましく、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジベンゾイルパーオキシドがより好ましい。
上記過酸化物(III)は1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
第一工程で作製される組成物には、熱重合開始剤として上記過酸化物(III)が含まれていれば、本発明の効果を損なわない範囲で、他の過酸化物、アゾ化合物などの熱重合開始剤が含まれていてもよい。このような過酸化物(III)以外の熱重合開始剤が組成物に含まれている場合には、その熱重合開始剤に含まれている過酸化物のうち少なくとも1種の1時間半減温度が、40〜100℃の範囲にあることが好ましい。
第一工程で作製される上記組成物には、溶剤(IV)が含まれる。溶剤(IV)としては、例えば、アルキルモノアルコール、アルコキシエタノール、アルコキシプロパノールに代表されるアルコキシアルキルアルコール、アルキレングリコール、グリセリン等アルコール、アルキレングリコールメチルエーテル等のアルキレングリコールアルキルエーテル、ケトン、カルボン酸、カルボン酸エステル、エーテル、アミド、ニトリル、水、水とアルコールなどのこれら化合物の混合物等の極性溶剤が挙げられる。これら溶剤(IV)は1種単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
これら溶剤(IV)の中でも、得られる単層膜中のアニオン濃度比(Sa/Da)を大きくする(アニオンを単層膜の表面に濃縮し易くする)観点からは、上記溶剤(IV)の沸点は、30〜170℃の範囲が好ましく、50〜140℃がより好ましく、60〜125℃が更に好ましい。なお、溶剤(IV)が複数の化合物の混合物である場合には、その混合物中に含まれる最も沸点の高い化合物の沸点が上記範囲にあることが好ましい。
上記沸点の範囲の溶剤(IV)としては、例えば、メタノール、エタノール、シクロヘキサノール、1−プロパノール、イソプロパノール(IPA)、1−ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、1−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、イソペンタノール(3−メチル−1−ブタノール)などのアルキルモノアルコール;2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、1−メトキシ−2−プロパノールなどのアルコキシアルキルアルコール;等のアルコール化合物
シクロヘキサノン、2−メチルシクロヘキサノン、アセトンなどのケトン;
蟻酸、酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸;
酢酸メチルなどのカルボン酸エステル;
ジオキサン、アニソール、テトラヒドロフラン(THF)などのエーテル;
N,N’−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N’−ジメチルアセトアミドDMACなどのアミド;
アセトニトリルなどのニトリル;
及び水等が挙げられる。
これら溶剤(IV)の中でもアルコール、及びアルコールとケトンの混合物が好ましい。
アルコールの中では、メタノール、エタノール、1−プロパノール、1−ブタノール、1−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、イソペンタノール(3−メチル−1−ブタノール)等の1級アルキルモノアルコール及び2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノールなどの1級アルキルモノアルコールと直鎖アルキレングリコールの反応生成物である、直鎖アルコキシアルキルアルコールが好ましい傾向にある。
アルコールとケトンの混合物の中では、メタノールとアセトンの混合物が好ましい。
上記溶剤(IV)の使用量は、本発明の積層体が得られる限り特に制限はなく、経済性等を考慮して適宜その使用量を決定することができる。
本発明で得られる単層膜を、例えば防汚材料、防曇材料等として使用する際に、長期間外部に曝されても変質しないようにするためには、第一工程で作製される上記組成物には、更に紫外線吸収剤又はヒンダードアミン系光安定剤を添加して、耐候処方の組成物とすることが望ましい。
上記紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤、プロパンジオック酸エステル系紫外線吸収剤、及びオキサニリド系紫外線吸収剤などの種々の一般的な紫外線吸収剤を用いることができる。紫外線重合により、単層膜を形成する場合には、紫外線吸収剤がその紫外線を吸収してしまい、著しい場合にはその重合が阻害される場合があるが、本発明の製造方法では熱重合を主体として単層膜を形成するため、このような問題は生じ難い。
上記紫外線吸収剤としては、例えば、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−p−クレゾール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−tert−ブチルフェノール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ジ−tert−ブチルフェノール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ビス(1−メチル−1−フェニルエチル)フェノール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチル−ブチル)−6−(1−メチル−1−フェニルエチル)フェノール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(3−オン−4−オキサ−ドデシル)−6−tert−ブチル−フェノール、2−{5−クロロ(2H)−ベンゾトリアゾール−2−イル}−4−(3−オン−4−オキサ−ドデシル)−6−tert−ブチル−フェノール、2−{5−クロロ(2H)−ベンゾトリアゾール−2−イル}−4−メチル−6−tert−ブチル−フェノール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ジ−tert−ペンチルフェノール、2−{5−クロロ(2H)−ベンゾトリアゾール−2−イル}−4,6−ジ−tert−ブチルフェノール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−tert−オクチルフェノール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−メチル−6−n−ドデシルフェノール、メチル−3−{3−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル}プロピオネート/ポリエチレングリコール300の反応性生物などのベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤;
2−(4−フェノキシ−2−ヒドロキシ−フェニル)−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン、2−(2−ヒドロキシ−4−オキサ−ヘキサデシロキシ)−4,6−ジ(2、4−ジメチル−フェニル)−1,3,5−トリアジン、2−(2−ヒドロキシ−4−オキサ−ヘプタデシロキシ)−4,6−ジ(2、4−ジメチル−フェニル)−1,3,5−トリアジン、2−(2−ヒドロキシ−4−iso−オクチロキシ−フェニル)−4,6−ジ(2、4−ジメチル−フェニル)−1,3,5−トリアジン、商品名チヌビン400(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、商品名チヌビン405(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、商品名チヌビン460(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、商品名チヌビン479(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)などのトリアジン系紫外線吸収剤;
2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系紫外線吸収剤;
2,4−ジ−tert−ブチルフェニル−3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンゾエートなどのベンゾエート系紫外線吸収剤;及び
プロパンジオック酸−{(4−メトキシフェニル)−メチレン}−ジメチルエステル、商品名ホスタビンPR−25(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名ホスタビンB−CAP(クラリアント・ジャパン株式会社製)などのプロパンジオック酸エステル系紫外線吸収剤;
2−エチル−2'−エトキシ−オキサニリド、商品名Sanduvor VSU(クラリアント・ジャパン株式会社製)などのオキサニリド系紫外線吸収剤などが挙げられる。
これら紫外線吸収剤の中でもトリアジン系紫外線吸収剤が好ましい傾向にある。
上記紫外線吸収剤の使用量は、単量体組成物に含まれる化合物(I)、化合物(II)及び必要に応じて含まれる重合性化合物(VI)の合計100重量部に対して、通常0.01〜20重量部、好ましくは0.05〜10重量部の範囲である。
紫外線吸収剤の使用量が上記下限値未満である場合には、得られる単層膜の耐候性の改良効果が小さくなる傾向にある。また、紫外線吸収剤の使用量が上記上限値を超えて添加しても、耐候性の改良効果がこれ以上大きくならない場合がある。
上記ヒンダードアミン系光安定剤(Hindered Amin Light Stabilizers:HALS)は、一般にHALSと略称されている通常、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン骨格を有する化合物の総称であり、分子量などにより、低分子量HALS、中分子量HALS、高分子量HALS及び反応型HALSに大別されている。
上記HALSとしては、例えば、商品名チヌビン111FDL(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、ビス(1−オクチロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート(商品名チヌビン123(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製))、商品名チヌビン144(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、商品名チヌビン292(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、商品名チヌビン765(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、商品名チヌビン770(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、N,N'−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン−2,4−ビス[N−ブチル−N−(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)アミノ]−6−クロロ−1,3,5−トリアジン縮合物(商品名CHIMASSORB119FL(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製))、商品名CHIMASSORB2020FDL(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、コハク酸ジメチル−1−(2−ヒドロキシエチル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン重縮合物(商品名CHIMASSORB622LD(チバ・スペシャリ・ティー・ケミカルズ株式会社製))、ポリ[{6−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル}{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}](商品名CHIMASSORB944FD(チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製))、商品名Sanduvor3050 Liq.(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名Sanduvor3052 Liq.(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名Sanduvor3058 Liq.(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名Sanduvor3051 Powder.(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名Sanduvor3070 Powder.(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名VP Sanduvor PR−31(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名ホスタビンN20(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名ホスタビンN24(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名ホスタビンN30(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名ホスタビンN321(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名ホスタビンPR−31(クラリアント・ジャパン株式会社製)、商品名ホスタビン845(クラリアント・ジャパン株式会社製)、及び商品名ナイロスタッブS−EED(クラリアント・ジャパン株式会社製)などが挙げられる。
上記HALSの使用量は、単量体組成物に含まれる化合物(I)、化合物(II)及び必要に応じて含まれる重合性化合物(VI)の合計100重量部に対して、通常0.01〜10重量部、好ましくは0.05〜5重量部、更に好ましくは0.05〜3重量部の範囲である。
HALSの使用量が上記下限値未満である場合には、得られる単層膜の耐候性の改良効果が小さくなる傾向にある。また、HALSの使用量が上記上限値を超えて添加しても、耐候性の改良効果がこれ以上大きくならない場合がある。
本発明の積層体の製造方法において、熱重合により単層膜を形成するが、熱重合に加えて更に放射線により一部を重合させてもよい。放射線としては、波長領域が通常0.0001〜800nm範囲のエネルギー線を用いることができる。このような放射線としては、例えば、α線、β線、γ線、X線、電子線、紫外線、可視光などが挙げられる。紫外線により一部を重合する場合には、紫外線ラジカル重合開始剤、紫外線カチオン重合開始剤、又は紫外線アニオン重合開始剤などの紫外線重合開始剤が、上記組成物に含まれていてもよい。また、紫外線により一部を重合する場合には、上記紫外線重合開始剤に加えて更に紫外線重合促進剤が上記混合物には含まれていてもよい。
また、第一工程で作製される上記組成物には、更に必要に応じて、赤外線吸収剤、ラジカル補足剤、酸化防止剤、重合禁止剤、色素、バインダー、内部離型剤、レベリング剤、触媒、種々の金属酸化物、金属、金属塩、ヨウ素、及びヨードニウム塩などのその他添加剤が含まれていてもよい。
機械強度又は熱安定性などを向上させる目的、光応答性又は殺菌性などを付与する目的等で、シリカ、酸化チタンなどの金属又は金属酸化物等が添加できる。また、殺菌性又は抗菌性などを付与する目的で、銀塩、リチウム塩などの金属塩、ヨウ素、又はヨードニウム塩等が添加できる。
これらその他添加剤の添加量は、その目的に応じ適宜設定できるが、単量体組成物に含まれる化合物(I)、化合物(II)及び必要に応じて含まれる重合性化合物(VI)の合計100重量部に対して、通常0.01〜200重量部、好ましくは0.1〜100重量部の囲である。
本発明の製造方法の第二工程では、基材の少なくとも片面に、第一工程で得た上記組成物から塗膜を形成する。
上記基材となる材料としては、例えば、シリカ、金属、金属酸化物などの結晶性又は非晶性などの無機材料;ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂などのポリマー材料、紙、パルプなどの有機材料、及びガラスフィラーとポリエチレンテレフタレートの混合物に代表される無機材料と有機材料のハイブリッド材料などが挙げられる。
本発明の基材となる材料としては上述の材料が例示できるが、本発明で使用される基材は無機材料、有機材料などからなる基材の表面に塗料等が塗布されたものであってもよい。
また上記基材の表面は、必要に応じて、物理的又は化学的処理、プライマー処理、などの表面処理が施されていてもよい。この表面処理は、例えば、基材と単層膜との接着性(密着性)を改良するために基材の表面を活性化することなどを目的として行われる。
物理的又は化学的処理としては、例えば、コロナ処理、オゾン処理、酸素ガス又は窒素ガス等を用いた低温プラズマ処理、グロー放電処理、化学薬品等を用いて行う酸化処理などが挙げられる。
プライマー処理は、いわゆるプライマーコート剤、アンダーコート剤、又はアンカーコート剤などを称されるコート剤を基材表面に塗布、乾燥することにより行われる。
上記コート剤としては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン、変性ポリオレフィン、セルロース系樹脂などの重合体をビヒクルの主成分とする重合体組成物が挙げられる。
上記コート剤としては、例えば、上記重合体を溶剤に溶解した溶剤型コート剤、上記重合体を水などの水性溶剤に分散したラテックスタイプ又はディスパーションタイプの水性型コート剤が挙げられる。
上記水性型コート剤に含まれる重合体としては、ポリオレフィン、ポリエチレンビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、ウレタンアクリル樹脂及びポリエステル系ポリウレタンなどのポリウレタン、ポリ塩化ビニル、シリコンアクリル樹脂、酢酸ビニルアクリル樹脂、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリルニトリル−ブタジエン共重合体、メチルメタアクリレート−ブタジエン共重合体、クロロプレンゴム、ポリブタジエンなどのゴム、ポリアクリル酸エステル、ポリ塩化ビニリデン、及びこれら樹脂をカルボン酸等で変性した重合体などが挙げられる。
これらコート剤の中でも、ポリウレタン含むコート剤が好ましい。ポリウレタンとしては、重合体の主鎖又は側鎖のいずれにウレタン結合を有していてもよく、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール又はアクリルポリオールなどのポリオールとイソシアネート化合物とを反応させることにより得られるポリウレタンを用いることができる。
また、上記ポリウレタンを含むコート剤としては、ポリオールを含む液と、イソシアネート化合物を含む液とをその場で混合してコートする二液型のコート剤を用いることもできる。この二液型のコート剤の場合、基材上にプライマーが形成される限り、ポリオールを含む液とイソシアネート化合物を含む液の混合方法は特に限定されない。また、基材上にプライマーが形成される限り、ポリオールとイソシアネート化合物との配合比も特に限定されないが、(ポリオールに含まれるOH基)/(イソシアネート化合物に含まれるNCO基)の値は、当量換算で、通常2/1〜1/40の範囲である。
これらポリウレタンを含むコート剤の中でも、基材と単層膜との密着性に優れ、剥離強度が高いという点でポリオールとして縮合系ポリエステルポリオール、ラクトン系ポリエステルポリオールなどのポリエステルポリオールを用い、イソシアネート化合物としてトリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネートなどを用いたポリウレタンを含むコート剤が好ましい。
上記コート剤を基材に塗布する方法としては、例えば、グラビアコート法、リバースロールコート法、ナイフコート法、キスコート法などが挙げられる。コート剤の塗布量は、乾燥状態で、通常0.01g/m2〜10g/m2、好ましくは0.05g/m2〜5g/m2である。
このように、必要に応じて処理を行った基材に、第一工程で作製した組成物を塗布して塗膜を形成する。組成物を塗布する方法としては特に制限はないが、例えば、バーコート法、グラビアコート法、ロールコート法、リバースロールコート法、ナイフコート法、キスコート法などが挙げられる。
第二工程において形成された塗膜は、通常乾燥され、その塗膜を形成する上記組成物から少なくとも一部の溶剤(IV)を除去する。溶剤の除去が不十分であると、得られる単層膜の透明性が低下する傾向にある。
したがって、塗膜を形成する上記組成物を共重合する直前のその組成物に含まれる溶剤(IV)の含有量は、好ましくは30重量%以下、より好ましくは10重量%以下、更に好ましくは5重量%以下、特に好ましくは1重量%以下である。
上記混合物からの溶剤の除去方法は特に制限はなく、例えば、室温下で静置し混合物から溶剤を自然蒸発させ除去する方法、加熱して上記混合物から溶剤を除去する方法、室温下で静置し風により上記混合物から溶剤を除去する方法、減圧して上記混合物から溶剤を除去する方法、減圧及び加熱して上記混合物から溶剤を除去する方法、並びに加熱及び風により上記混合物から溶剤を除去する方法などが挙げられる。
これら方法の中でも、温風により基材に塗布された上記混合物から溶剤を除去する方法、上記混合物を塗布された基材を加熱しながら更に温風により上記混合物から溶剤を除去する方法などに代表される加熱及び風により上記混合物から溶剤を除去する方法が好ましい。
加熱を伴い溶剤を除去する場合の加熱温度は、通常室温以上であり、上限を過酸化物の10時間半減期温度とすることが、過酸化物の分解を抑えられる点で好ましい。
溶剤除去を行う雰囲気は、大気であっても窒素などの不活性ガスでも構わない。しかし、雰囲気の湿度は低い方が好ましい傾向にある。雰囲気の湿度は好ましくは60%以下、より好ましくは50%以下、更に好ましくは40%以下である。
加熱を伴い溶剤を除去する場合、風を加えると蒸発速度が速くなり、溶剤の残存量の低下、乾燥時間の短縮、乾燥温度の低下などが可能となり、しかも溶剤を除去する際の基材からの膜剥れ(密着性低下)、クラック(膜割れ)などが抑制される傾向にある。
風を加える場合の風速は、好ましくは0.1m/秒〜30m/秒の範囲、より好ましくは0.1m/秒〜10m/秒の範囲、更に好ましくは0.2m/秒〜5m/秒の範囲である。風速が上記上限値を超えると均一な塗布面が得られにくくなる傾向にある。一方、上記下限値未満では、風を加える場合の効果が不十分になる傾向にある。
溶剤除去を行う際の圧力は特に限定されないが、常圧又は減圧下で溶剤除去を行うことが比較的好ましい。なお、溶剤除去は微加圧下で行ってもよい。
溶剤除去のための時間も、好ましい溶剤の残存量の観点などから適宜設定できるが、通常5分から30分程度が好ましい。
本発明の製造方法の第三工程では、第二工程で形成された塗膜を熱により共重合し、単層膜を形成し、単層膜と基材とを含む積層体を作製する。
熱による共重合を行う温度は、通常室温以上、使用基材の耐熱温度以下である。温度は、過酸化物の1時間半減期温度以上が好ましく、1時間半減期温度+20℃以上がより好ましく、1分間半減期温度以上がさらに好ましい。共重合温度が高いほど加熱時間を短くすることができるので、生産性の観点から好ましい。
また、重合は大気下で行ってもよいが、重合時間を短縮させる(酸素による重合阻害を回避する)観点から、窒素などの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。さらに重合は減圧下で実施しても良い。
加熱に必要な時間は共重合温度にもよるが、生産性の観点から短い方が好ましい。12時間以内が好ましく、6時間以内がより好ましく、4時間以内がさらに好ましく、2時間以内が特に好ましい。
また、酸素による重合阻害を回避する目的で、上記混合物の基材への塗布、溶剤の少なくとも一部の除去を行った後に、この混合物の塗布層をフィルムなどの被覆材で被覆してから重合を行ってもよい。被覆材で塗布層を被覆する際には、塗布層と被覆材との間に空気(酸素)を含まないように密着することが望ましい。空気、特に酸素を含まないようにすることで、放射線により重合を行う場合には放射線照射量を減らすことができる場合があり、また、過酸化物(III)などの重合開始剤量を減らすことができる。
上記被覆材としては、酸素が遮断される限り特に制限なく種々の材料を様々な形態で使用できるが、操作性の面からフィルムが好ましく、放射線により重合を行う場合には、重合を阻害しない放射線透過率の高い透明性フィルムが好ましい。
上記被覆材の材料としては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)及びエチレン−ビニルアルコール共重合体などのビニルアルコール系重合体、ポリアクリルアミド、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、二軸延伸ポリプロピレン(OPP)などが挙げられる。
上記被覆材、典型的にはフィルムの厚さは、通常3〜200μm、好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜50μmの範囲である。
なお、本発明の単層膜、及び、該単層膜を少なくとも基材の一方の面に形成した積層体では、上述の被覆材をそのまま被覆した状態にしておいてもよい。被覆材を単層膜上に形成しておくと、単層膜又は積層体を輸送、保管、陳列等する際の単層膜の傷つき、汚れを防止できる。
このようにして得られた、本発明の単層膜は、スルホン酸基(SO3 -)、カルボキシル基(CO2 -)、及びリン酸基(PO4 -)から選ばれる少なくとも1種のアニオン性親水基、好ましくはスルホン酸基(SO3 -)、を有する親水性有機単層膜である。
そして、その単層膜の外気に接する外表面のアニオン濃度(Sa)と基材に接する内表面と外表面との中間地点のアニオン濃度(Da)とのアニオン濃度比(Sa/Da)が1.1以上となる。
ここで、基材に接する内表面と外表面との中間地点とは、単層膜の膜厚方向でみたときに、基材に接する内表面部分と外気に接する外表面部分との1/2の地点をいう。
上記アニオン濃度比は、基材上に設けられた単層膜を斜めに切断し、単層膜の外気に接する外表面のアニオン濃度と内表面と外表面との中間地点のアニオン濃とを、飛行時間型二次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)を用いて測定して求める。
このような本発明の単層膜は、単層膜中の上述のアニオンが、基材側の内表面部分から外気に接する外表面部分まで濃度差を持って分布しており、外気と接する外表面部分に最も多くのアニオンが分布するようなアニオンの濃度差を有している。このようなアニオンの濃度差が膜厚方向に生じる理由は、塗膜又は単層膜形成の過程で親水性の上述のアニオンが外気と接する表面に自己集合するためであると推定される。本発明の単層膜は、このようにその単層膜の外表面に高親水性基のアニオンが高濃度で存在するので、防曇性、防汚性又はセルフクリーニング性、帯電防止性、埃付着防止性等に優れる。
上記アニオン濃度比(Sa/Da)は、好ましくは1.2以上、より好ましくは1.3以上である。アニオン濃度比が上記値以上である場合には、防曇性、防汚性又はセルフクリーニング性、帯電防止性、埃付着防止性等により優れる傾向にある。なお、アニオン濃度比(Sa/Da)は、通常20.0程度以下である。
本発明の単層膜の水接触角は、通常30°以下、好ましくは20°以下、より好ましくは10°以下である。水接触角が上記上限値以下である単層膜は、親水性が高く、水となじみ(濡れ)やすく親水性材料として優れている。したがって、例えば防曇材料、防曇被膜(以下、防曇コートとも言う)、防汚材料、防汚被膜又はセルフクリーニングコート、帯電防止材、速乾性材料又は速乾性コート、及び帯電防止被膜又はほこり付着防止コートなどに有用である。
例えば、防曇コートとして用いると膜表面に水滴が広がり水膜を形成させることができるため防曇効果に優れ、またセルフクリーニングコートとして用いると水が汚れとコーティング面の間に入り込み汚れを浮かせて除去することができるため防汚効果に優れている。
また、本発明のアニオン性親水基を有する単層膜は、従来のアニオン性親水基を有する被膜に比べ帯電防止性に優れており、帯電防止材、及び帯電防止被膜又はほこり付着防止コートなどにも有用である。
上記単層膜の厚さは、用途により適宜設定できるが、通常0.1〜100μm、好ましくは0.5〜20μm、より好ましくは1〜10μmの範囲である。
本発明の単層膜は、上記基材の形状を工夫するなどすることにより、種々の形態の単層膜とすることができる。
上記積層体の単層膜が形成されていない基材の他方の面には粘着層を設けてもよい。
このように粘着層を設けた積層体は、例えば防曇フィルム及び防汚フィルムなどとして、ガラス、浴室などの鏡、ディスプレイ、テレビなどの表示材料表面、看板、広告、案内板などの案内板、鉄道、道路などの標識、建物の外壁及び内壁、窓ガラス等に容易に貼付することができる。
粘着層は単層膜が形成されていない基材の他方の面に粘着剤を塗布し、更に必要に応じ溶剤を除去することにより、基材上に形成できる。この粘着剤は特に制限なく使用できる。上記粘着剤としては、例えば、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、ビニルエーテルポリマー系粘着剤、及びシリコーン粘着剤などが挙げられる。粘着層の厚さは、通常2〜50μm、好ましくは5〜30μmの範囲である。
なお、上記粘着層の上に更に剥離層が設けられていてもよい。
また、本発明の積層体は上記単層膜の表面に剥離可能な被覆材層が更に設けられていてもよい。
本発明の積層体は、基材の形状を工夫するなどすることにより、種々の形態の積層体とすることができる。例えば、本発明の単層膜及び積層体は、フィルム、シート、テープなどの形態で使用できる。なお、本発明の単層膜は、プライマー層として用いることもできる。
本発明で得られる単層膜及び積層体は親水性に優れ、防曇材料、防汚材料、帯電防止材料などとして有用である。例えば、透明樹脂、ガラスなどの透明材料からなる基材に本発明の単層膜を積層した積層体は、透明性、親水性、防曇性、防汚性、更には、帯電防止性、速乾性、結露防止性に優れた積層体として用いることができる。
そのため、本発明の単層膜及び積層体は、ボディー、ホイール、外装材、及び内装材などの自動車、船舶、航空機に代表される輸送機器用材;外壁材、内壁材、床材、家具材、浴室用材、洗面化粧室用材、換気扇などのキッチン用資材、トイレ用資材、配管用材、などの建築材及び住宅資材;高速道路などに設置される遮音板などの建設用材;衣服、布及び繊維などの衣料用材;窓材、鏡、光学フィルム、光ディスク、眼鏡、コンタクトレンズ、ゴーグル、反射フィルム、及び反射板などの光学材;ランプ用材及びライト用材などの照明用材;冷却フィンなどの産業資材;電化製品用材、配線用材、タッチパネルフラットパネルなどのディスプレイ用材、及びフォトレジストなどの電気・電子材料;インクジェット記録版、印刷・印字用プライマーなどの印刷材料;化粧品容器などの日用品用材などの用途に用いることができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明がこれら実施例のみに限定されるものではない。なお、本発明において被膜の物性評価は下記のようにして行った。
<外観>
単層膜表面を水道水にて水を流しながらキムワイプ(ワイパー S-200、株式会社クレシア製)で擦り洗いし、エアブローで膜表面を乾燥した後の外観を目視で評価した。
<水接触角の測定>
単層膜表面を水道水にて水を流しながらキムワイプ(ワイパー S-200、株式会社クレシア製)で擦り洗いし、エアブローで膜表面を乾燥した後、協和界面科学社製の水接触角測定装置CA−V型を用いて、室温(25℃)において3箇所測定し、平均値を記載した。
<スチールウール擦傷性試験>
スチールウール#0000を用い、1Kgfの荷重をかけて10往復擦り、傷が入らなかった場合を○、入った場合を×とした。
<アニオン及びカチオン濃度比の測定>
図1に示す試料調製の通りサンプルを斜めに切断し、飛行時間型2次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)を用いて、単層膜表面のアニオン濃度(Sa)と単層膜内部(膜の内表面と外表面との中間地点)のアニオン濃度(Da)とを測定し、その値からアニオン濃度比(Sa/Da)を求めた。
(分析装置と測定条件)
TOF−SIMS;ION・TOF社製 TOF−SIMS5
1次イオン;Bi3 2+(加速電圧25kV)
測定面積;400μm2
測定には帯電補正用電子銃を使用
(試料調製等)
図1に示す通りに、基材10の表面に単層膜20が設けられたサンプルを、切削方向30に向かって精密斜め切削を行った後、10×10mm2程度の大きさに切り出し、測定面にメッシュを当て、サンプルホルダーに固定し、外気と接する単層膜表面40及び単層膜内部50(膜厚1/2の地点、基材10に接する単層膜の内表面と単層膜表面との中間)で、飛行時間型2次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)を用いてアニオン濃度を測定した。
(評価)
評価は以下の計算式で行った。なお、各測定点のイオン濃度は、相対強度(トータル検出イオンに対する)を用いた。
Sa/Da(アニオン濃度比,傾斜度)=単層膜表面40でのアニオン濃度/単層膜内部50でのアニオン濃度
[製造例1] 混合液1の調製
下記表1の配合比に従い、固形分50wt%の均一な混合液1を調製した。
Figure 2014080471
なお、記号で示した化合物は以下のとおりである。
SPA−K;3−スルホプロピルアクリレートカリウム塩
P−2M;2-メタクロイロキシエチルアシッドホスフェート(ライトエステル P−2M;共栄社化学(株)製)
A−GLY−9E;エトキシ化グリセリントリアクリレート(NKエステル A−GLY−9E;新中村化学工業(株)製)
A9300−1CL;ε−カプロラクトン変性トリス−(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレート(NKエステル A9300−1CL;新中村化学工業(株)製)
U−15HA;多官能ウレタンアクリレート(NKエステル U−15HA;新中村化学工業(株))
S−EED;1,3−ベンゼンジカルボキサミド−N,N'−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)(ナイロスタッブ S−EED;クラリアント・ジャパン(株)製)
Figure 2014080471
[実施例1−1]
ガラス製スクリュー管に、製造例1で調製した混合液1(10.0g)、及び重合開始剤としてジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート(パーロイル TCP;日油(株)製)0.075gを加え、マグネチックスターラーを用いて室温で1時間撹拌し、均一なコーティング液を調製した。このコーティング液を、低湿度条件下(26℃−20%RH)、基材となるポリカーボネートシート(以下、PC板と略記)に、バーコーター#10を用いて塗布し、オーブン中、窒素ガス雰囲気下、炉内温度30−35℃で30分間乾燥させた。次いで100℃に昇温し(昇温時間5分)、100℃で2時間熱硬化させ、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表2に示す。
[実施例1−2]
実施例1−1において、重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを使用する代わりに、ジラウロイルパーオキサイド(パーロイルL;日油(株)製)0.075gを使用した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表2に示す。
[実施例1−3]
実施例1−1において、重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを使用する代わりにジベンゾイルパーオキシド(ナイパーBW;日油(株)製)0.075gを使用した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表2に示す。
[実施例1−4]
実施例1−1において、重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを使用する代わりに、パーロイル TCP 0.025g及びt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(パーブチルO;日油(株)製)0.025gを使用した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表2に示す。
[比較例1−1]
実施例1−1において、重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを使用する代わりに、t−ブチルパーオキシラウレート(パーブチル L;日油(株)製;T1/2=118℃)0.075gを使用した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表2に示す。
Figure 2014080471
[実施例1−5]
実施例1−1において、重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを使用する代わりにパーロイル TCP 0.025gを使用した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表3に示す。
[実施例1−6]
実施例1−1において、重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを使用する代わりにパーロイル TCP 0.050gを使用した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表3に示す。
[実施例1−7]
実施例1−1において、重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを使用する代わりにパーロイル TCP 0.150gを使用した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表3に示す。
[実施例1−8]
実施例1−1において、100℃で2時間熱硬化させる代わりに、100℃で0.5時間熱硬化させた以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表3に示す。
[実施例1−9]
実施例1−1において、100℃で2時間熱硬化させる代わりに、100℃で1時間熱硬化させた以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表3に示す。
Figure 2014080471
[実施例1−10]
実施例1−1において、重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを使用する代わりにパーロイル TCP 0.150gを使用し、バーコーター#10の代わりにバーコーター#2を用いて塗布した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約1.4μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表4に示す。なお、下記表4には実施例1−1の結果も併記する。
[実施例1−11]
実施例1−1において、バーコーター#10の代わりにバーコーター#5を用いて塗布した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約3.4μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表4に示す。
[実施例1−12]
実施例1−1において、バーコーター#10の代わりにバーコーター#30を用いて塗布した以外は、実施例1−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約20μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表4に示す。
Figure 2014080471
[製造例2] 混合液2の調製
下記表5の配合比に従い、固形分50wt%の均一な混合液2を調製した。なお記号で示した化合物は、製造例1と同様の化合物である。
Figure 2014080471
[実施例2−1]
ガラス製スクリュー管に、製造例2で調製した混合液2(10.0g)、及び重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを加え、マグネチックスターラーを用いて室温で1時間撹拌し、均一なコーティング液を調製した。このコーティング液を、低湿度条件下(26℃−20%RH)、PC板に、バーコーター#10を用いて塗布し、オーブン中、窒素ガス雰囲気下、炉内温度30−35℃で30分間乾燥させた。次いで100℃に昇温し(昇温時間5分)、100℃で2時間熱硬化させ、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表6に示す。
[実施例2−2]
実施例2−1において、重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを使用する代わりにナイパー BW 0.075gを使用した以外は、実施例2−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を記表6に示す。
Figure 2014080471
[製造例3] 混合液3の調製
下記表7の配合比に従い、固形分50wt%の均一な混合液3を調製した。なお記号で示した化合物は、以下の通りである。
PE−3A;ペトールトリアクリレート(NKエステル A−TMM−3L;新中村化学工業(株)製)
Figure 2014080471
Figure 2014080471
[実施例3−1]
ガラス製スクリュー管に、製造例1で調製した混合液1(5.0g)、製造例3で調製した混合液3(5.0g)、および重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを加え、マグネチックスターラーを用いて室温で1時間撹拌し、均一なコーティング液を調製した。このコーティング液を、低湿度条件下(26℃−20%RH)、PC板に、バーコーター#10を用いて塗布し、オーブン中、窒素ガス雰囲気下、炉内温度30−35℃で30分間乾燥させた。次いで100℃に昇温し(昇温時間5分)、100℃で2時間熱硬化させ、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表8に示す。
[実施例3−2]
実施例3−1において、混合液1(5.0g)および混合液3(5.0g)を使用する代わりに、混合液1(3.3g)および混合液3(6.7g)を使用した以外は、実施例3−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表8に示す。
[実施例3−3]
実施例3−1において、混合液1(5.0g)および混合液3(5.0g)を使用する代わりに、混合液1(2.8g)および混合液3(7.2g)を使用した以外は、実施例3−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表8に示す。
Figure 2014080471
[製造例4] 混合液4の調製
下記表9の配合比に従い、固形分50wt%の均一な混合液4を調製した。なお記号で示した化合物は、製造例1〜3と同様の化合物である。
Figure 2014080471
[実施例4−1]
ガラス製スクリュー管に、製造例4で調製した混合液4(5.0g)、製造例3で調製した混合液3(5.0g)、および重合開始剤としてパーロイル TCP 0.075gを加え、マグネチックスターラーを用いて室温で1時間撹拌し、均一なコーティング液を調製した。このコーティング液を、低湿度条件下(26℃−20%RH)、PC板に、バーコーター#10を用いて塗布し、オーブン中、窒素ガス雰囲気下、炉内温度30−35℃で30分間乾燥させた。次いで100℃に昇温し(昇温時間5分)、100℃で2時間熱硬化させ、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表10に示す。
[実施例4−2]
実施例4−1において、混合液4(5.0g)および混合液3(5.0g)を使用する代わりに、混合液4(2.5g)および混合液3(7.5g)を使用した以外は、実施例4−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表10に示す。
[実施例4−3]
実施例4−1において、混合液4(5.0g)および混合液3(5.0g)を使用する代わりに、混合液4(1.7g)および混合液3(8.3g)を使用した以外は、実施例4−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表10に示す。
[実施例4−4]
実施例4−1において、混合液4(5.0g)および混合液3(5.0g)を使用する代わりに、混合液4(1.3g)および混合液3(8.7g)を使用した以外は、実施例4−1と同様の操作を行い、PC板上に膜厚約6.8μmのコーティング膜を形成させた。結果を下記表10に示す。
Figure 2014080471
以下、実施例1−1で得られた単層膜について、膜切削面の相対イオン強度比(アニオン及びカチオン濃度の分布)を、TOF−SIMSにより分析した。結果を表9に示す。
Figure 2014080471
本発明により得られる単層膜は、高親水性と高い硬度を有するため、防曇性、防汚性、及び帯電防止性を有する被膜及び該被膜が基材表面に被覆された積層体を得るのに有用である。
10:基材,20:単層膜,30:切削方向,40:単層膜表面,50:単層膜内部

Claims (4)

  1. 下記一般式(1)で表される化合物(I)と2以上の(メタ)アクリロイル基を有する(但し、スルホン酸基、カルボキシル基及びリン酸基を有さない)化合物(II)とを化合物(II)に対する化合物(I)のモル比(I)/(II)が1/0.05〜1/1000の範囲となるように含み、かつ1時間半減温度T1/2が40〜100℃の範囲にある過酸化物(III)と溶剤(IV)とを含む組成物を作製する第一工程、
    該組成物からなる塗膜を基材の少なくとも片面に形成する第二工程、
    該塗膜を熱により共重合させて、スルホン酸基、カルボキシル基及びリン酸基から選ばれる少なくとも1種のアニオン性親水基が、外表面のアニオン濃度(Sa)と基材に接する内表面と外表面との中間地点のアニオン濃度(Da)とのアニオン濃度比(Sa/Da)が1.1以上となるように分布する単層膜を形成する第三工程を含む、積層体の製造方法。
    [X]s[M1]l[M2]m (1)
    (上記式(1)中、sは1又は2を表し、l及びmはs=l+2mを満たす整数を表す。M1は、水素イオン、アンモニウムイオン、及びアルカリ金属イオンから選ばれる少なくとも1つの1価カチオンであり、M2はアルカリ土類金属イオンから選ばれる少なくとも1つの2価カチオンである。Xは、下記一般式(1−1)〜(1−4)で示される基から選ばれる少なくとも1つの1価アニオンである。)
    Figure 2014080471
    Figure 2014080471
    Figure 2014080471
    Figure 2014080471
    (上記式(1−1)〜(1−4)中、J及びJ'はそれぞれ独立にH又はCH3であり、nは0又は1を表し、Rはそれぞれ独立に、炭素数1〜600の脂肪族炭化水素基であり、該脂肪族炭化水素基に含まれる任意のメチレン基は、2価の芳香族基、2価の脂肪族環状炭化水素基、−O−、−COO−、又は−OCO−で置換されていてもよい。)
  2. 前記過酸化物(III)が、パーオキシカーボネート、及びジアシルパーオキサイドから選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の積層体の製造方法。
  3. 前記第二工程において塗膜を基材に形成した後、塗膜を形成する組成物に含まれる溶剤(IV)の含有量が30重量%以下となるように乾燥し、その後前記第三工程において塗膜の熱による共重合を行う、請求項1又は2に記載の積層体の製造方法。
  4. 前記第一工程で作製される組成物に更に紫外線吸収剤が含まれている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層体の製造方法。
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