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JP2004285320A - 硬化性組成物及びそれを用いた硬化処理物品 - Google Patents

硬化性組成物及びそれを用いた硬化処理物品 Download PDF

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JP2004285320A
JP2004285320A JP2003321972A JP2003321972A JP2004285320A JP 2004285320 A JP2004285320 A JP 2004285320A JP 2003321972 A JP2003321972 A JP 2003321972A JP 2003321972 A JP2003321972 A JP 2003321972A JP 2004285320 A JP2004285320 A JP 2004285320A
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film
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macromonomer
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JP2003321972A
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Inventor
Eiichi Kato
栄一 加藤
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

【課題】 硬度が高く硬化収縮が少ない硬化樹脂層を有する硬化処理物、特に、
膜剥がれやひび割れが生じにくく、十分な硬度を有する硬化処理物、及びそれに
用いる硬化性組成物を提供する。
【解決手段】 少なくともポリエステル構造の重合体主鎖の片末端に重合性不飽
和基を結合してなる重量平均分子量2万以下の一官能性マクロモノマーと重合開
始剤とを少なくとも含有する硬化性組成物を基材上に塗布し、硬化させて、硬化
樹脂層を有する硬化処理物を得る。
【選択図】 なし

Description

本発明は、基材上に塗布し、硬化させて得られる、硬度が高く硬化収縮が少ない硬化性組成物、及び該硬化性組成物を硬化して得られる硬化樹脂層を有する硬化処理物品に関する。さらに詳しくは、膜剥がれやひび割れの発生が少なく、優れた耐擦傷性、表面硬度を有する硬化性組成物及び硬化処理物品に関する。また、本発明は、膜剥がれやひび割れの発生が少なく、硬化後のカールの少ない、優れた耐擦傷性及び表面硬度を有する硬化性組成物及び硬化処理物品に関する。
近年、プラスチック製品が、加工性、軽量化の観点でガラス製品と置き換わりつつあるが、これらプラスチック製品の表面は傷つきやすいため、耐擦傷性を付与する目的で硬化樹脂層を直接塗設したり、硬化樹脂層付きプラスチックフィルム(硬化処理フィルムとも称する)を貼合して用いる場合が多い。また、従来のガラス製品についても、飛散防止のためにプラスチックフィルムを貼合する場合が増えており、これらのフィルム表面の硬度強化のために、その表面に硬化樹脂層を形成することは有用であり、広く行われている。
従来、熱硬化性組成物又は活性エネルギー線硬化型組成物を塗布した後、硬化させて得られる硬化処理フィルムが種々提案されている。特に、低温で硬化可能な活性エネルギー線(紫外線等)硬化型組成物が広く用いられている。一般に、紫外線硬化型組成物に用いられている硬化性成分は、分子内に2〜6個のアクリル酸エステル基を有する多官能アクリレートモノマーと称される化合物やポリウレタンジアクリレート(特許文献1等)、ポリエステルジアクリレート(特許文献2等)、エポキシアクリレート(特許文献3等)と称される分子内に数個のアクリル酸エステル基を有する分子量が数百から数千のオリゴマー、及び無機又は有機の微粒子が併用される(特許文献4〜5等)。又、ラジカル重合性化合物の酸素重合阻害を回避できるカチオン重合性のプロペニル基含有のポリエステル化合物を用いる技術(特許文献6)、膜の耐削れ性改良としてポリエステル樹脂とアクリルモノマー共重合してアクリル変性ポリエステルを用いる技術(特許文献7)等が知られている。
更に、ガラスやプラスチックなどの透明基材上に少なくとも高屈折率層と低屈折率層を有する多層積層型の反射防止フィルムにおける高屈折率層に、硬化性組成物を用いることが知られている。かかる多層積層型の反射防止膜は、液晶表示装置などの画像表示装置に用いられる。反射防止フィルムを、硬化性組成物を塗布して作製する場合、塗布型の高屈折率層として、例えば屈折率1.7以上の無機微粒子の超微粒子をバインダー中に分散した硬化膜が種々提案されている。バインダーには高屈折率層のハード性、密着性、靭性及び高屈折率超微粒子の分散性を考慮して、従来公知の熱可塑性樹脂、熱硬化型樹脂、電離放射線硬化型樹脂又はそれらの混合物等の有機バインダー系硬化膜(特許文献8、9等)、複数の重合性基を有する多官能性化合物と重合開始剤とを重合硬化した硬化膜系(特許文献10、11等)等が開示されている。
特開昭59−151110号公報 特開昭59−151112号公報 特開平−105738号公報 特開2000−912号公報 特開2000−112379号公報 特開平10−7754号公報 特開平8−333467号公報 特開平8−110401号[0018] 特開平8−122504号[0034] 特開平8−244178号公報 特開2000−47004号公報
このような方法の中で、大面積の加工が容易で生産性に優れる活性エネルギー線硬化性組成物を用いる場合が多いが、これらの方法では、硬化樹脂層と基材との密着、フイルム折り曲げ時のクッラク、フイルムのカール等が実用上に問題のない範囲では、硬化樹脂層の鉛筆硬度が限界(2H〜3Hレベル)となることが多い。硬度が不充分であっても硬化樹脂層の厚みを通常の3〜10μmよりも単に厚くすれば、得られる硬化処理フィルムの硬度は向上するが、硬化樹脂層のひび割れが生じやすくなると同時に硬化時の体積収縮により基材との接着性が悪化し剥離を生じたり、硬化処理フィルムのカールが大きくなるという問題がある。
また、近年、外観、表面硬度、耐スクラッチ、密着性、曲げ加工性等がより一層優れる硬化樹脂層への要求が高まっている。
また、反射防止フィルムの高屈折率層においても、近年、画像表示装置の大画面化、或いはモバイル化の進展により、表示画像の鮮明性、保護フィルムとしての耐久性への要求が高まっている。
しかし、多層積層型の反射防止膜としての高屈折率層とするには、光学特性を決定するチタン系などの高屈折率酸化物微粒子など上記無機粒子の層中での使用割合を大きくしなければならず、反射防止膜では十分な強度(硬度や耐擦傷性、密着性などの物理的強度)の保持が難しい。これら光学多層膜は物品の最外層に使用されるため、より一層の耐久性を有する保護フィルムが望まれている。
従って、本発明の目的は、硬化性組成物を基材上に塗布した後、硬化させることにより、硬度が高く硬化収縮が少ない硬化樹脂層(硬化膜)を得ることができる硬化性組成物を提供することである。
本発明の更なる目的は、膜剥がれやひび割れが生じにくく、十分な硬度を有する硬化処理物品を提供することである。また、他の本発明の目的は、プラスチックフィルム基材を使用した場合も膜剥がれ、ひび割れカールが生じにくい、十分な硬度を有する硬化処理フィルムを提供することである。
本発明の更なる目的は、高い反射防止性能を有し、且つ物理的強度にも優れ、安価で、生産性に優れた反射防止膜を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、適切な手段により反射防止処理がされている、物理的強度に優れ、安価で生産性に優れた、偏光板及び画像表示装置を提供することである。
上記課題は、以下の手段によって達成された。
(1)重合体主鎖の片末端に重合性基を有し、かつ重量平均分子量が2×104以下の一官能性ポリエステルマクロモノマー(M)、及び重合開始剤(L)を含有することを特徴とする硬化性組成物。
(2)上記マクロモノマー(M)が、下記一般式(M−I)又は一般式(M−II)で表される繰り返し部を有することを特徴とする上記(1)記載の硬化性組成物。
Figure 2004285320
式中、Tは重合性基を表す。
1は、TとD1とを連結する2価の有機残基を表し、B2は、TとD2とを連結する2価の有機残基を表す。
1及びE2は、互いに同じでも異なってもよく、各々2価の脂肪族基、2価の芳香族基〔各々の2価の有機残基の結合中に、−C(k2)(k3)−、−O−、−S−、−N(k4)−、−SO2−、−COO−、−OCO−、−CONHCO−、−NHCOO−、−NHCONH−、−CON(k4)−、−SO2N(k4)−及び−Si(k5)(k6)−(k2、k3及びk4はそれぞれ水素原子または炭素数1〜12の炭化水素基を表し、k5及びk6はそれぞれ炭素数1〜12の炭化水素基を表す)から選ばれた少なくとも1つの結合基を介在させてもよい〕またはこれら残基の組み合わせにより構成された有機残基を表す。
1は−CH2−又は−CO−を表し、D2は−O−又は−NH−を表す。
1は−OH、−OR5又は―N(R6)(R7)を表す(R5は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。R6及びR7は水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す)。
2は水素原子、炭素数1〜12の炭化水素基、−COR8又は−CONHR9を表す(R8及びR9はそれぞれ炭素数1〜12の炭化水素基を表す)。
(3)上記マクロモノマー(M)が、少なくとも一種の脂環式脂肪族成分を含有することを特徴とする上記(1)又は(2)記載の硬化性組成物。
(4)上記マクロモノマー(M)が、少なくとも一種の多環式脂肪族環成分を含有することを特徴とする上記(3)記載の硬化性組成物。
(5)上記マクロモノマー(M)が有する重合性基が、ラジカル重合反応基およびカチオン重合反応基のいずれかである上記(1)〜(4)のいずれかに記載の硬化性組成物。
(6)重合性モノマー(A)を更に含有することを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載の硬化性組成物。
(7)重合性モノマー(A)が、同一分子内に2個以上の重合性基を含む化合物であることを特徴とする上記(5)に記載の硬化性組成物。
(8)重合性モノマー(A)が、分子内に2個以上の重合性基を含み、且つ該重合性基として、少なくとも1種の開環重合性基と少なくとも1種のエチレン性不飽和基とを含有する化合物であることを特徴とする上記(7)記載の硬化性組成物。
(9)上記(1)〜(8)のいずれかに記載の硬化性組成物を基材上に塗布し、硬化させて得られる硬化処理物品。
(10)透明支持体上に、少なくとも高屈折率層及び低屈折率層を順次積層されてなる多層膜反射防止膜であって、該高屈折率層が屈折率1.70以上の無機粒子を更に有する、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られたことを特徴とする反射防止膜。
(11)透明支持体上に、屈折率の異なる二層の高屈折率層及びこれらの層上に積層させた屈折率1.55未満の低屈折率層の少なくとも三層構造の屈折率層を有し、該二層の高屈折率層の少なくともいずれか一方が上記(1)〜(8)のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られた反射防止膜。
(12)透明支持体と高屈折率層との間にハードコート層を有することを特徴とする上記(10)又は(11)に記載の反射防止膜。
(13)上記(10)〜(12)のいずれかに記載の反射防止膜を偏光膜の保護フィルムの少なくとも一方に用いることを特徴とする偏光板。
(14)上記(10)〜(12)のいずれかに記載の反射防止膜を偏光膜の保護フィルムの一方に、光学異方性のある光学補償フィルムを偏光膜の保護フィルムのもう一方に用いることを特徴とする偏光板。
(15)上記(10)〜(12)のいずれかに記載の偏光膜又は上記(13)若しくは(14)記載の偏光板が、画像表示面に配置されていることを特徴とする画像表示装置。
本発明の硬化性組成物は、上記の重合体主鎖の片末端に重合性基を有し、かつ重量平均分子量が2×104以下の一官能性ポリエステルマクロモノマー(M)及び重合開始剤(L)を含有するものであり、かかる構成を有することにより、得られる硬化樹脂層の膜強度が格段に向上し、硬度が高く硬化収縮が少ない硬化処理物品が得られることが見出された。
更に硬化性組成物中に、上記マクロモノマー(M)と共重合可能な重合性モノマー(A)を含有することが好ましく、これにより、より一層の膜強度向上が図られる。膜のマトリックスバインダーとして、ポリエステルをグラフト鎖とするブロック共重合体が形成され、その高分子鎖同士の相互作用から、ミクロ相分離構造を形成していることが大きいと思われる。重合性モノマー(A)は、2個以上の重合性基を有する多官能モノマーであることが好ましく、これにより更に硬化膜の膜強度が向上する。これは、上記と同様のミクロ相分離構造とともに、重合したポリマー鎖が高次構造を形成することによるものと推定される。更に、硬化性組成物中に、ラジカル重合性成分とカチオン重合性成分とを共存させることにより、マトリックスバインダー(硬化膜)がラジカル重合系とカチオン重合系が共存して硬化し、更に高次の網目構造が形成され、より一層の膜強度向上効果が得られる。これらのラジカル重合性成分とカチオン重合性成分は、同一モノマー中に共存させても、それぞれ異なるモノマーとして共存させてもよい。また、本発明の硬化性組成物は、用途に応じて、無機又は有機の微粒子を含有することが好ましい。
本発明の硬化処理物品は、本発明の硬化性組成物を基材上に塗布し、硬化して形成される硬化樹脂層を有するものである。基材は特に限定されるものではなく、該基材上に本発明の硬化性組成物を塗布、硬化して硬化樹脂層を設けることにより、表面保護膜が形成される。基材としては、好ましくはプラスチック製品、ガラス、プラスチックフィルム(シート)等が挙げられ、例えば、建材、自動車表面、電化製品等、幅広く用いることができる。
硬化樹脂層は単層であっても複数層から構成されていてもよい。製造工程上は、簡便な単層であることが好ましい。この場合の単層とは同一組成物で形成される硬化樹脂層を意味し、塗布、乾燥後の組成が、同一組成のものであれば、複数回の塗布で形成されていてもよい。一方、複数層とは組成の異なる複数の組成物で形成されることを意味し、本発明では少なくとも一層が、本発明の硬化性組成物を塗布、硬化して形成される硬化樹脂層であり、特に最外層が本発明の硬化性組成物を塗布し、硬化して形成される硬化樹脂層であることが好ましい。複数層構成の場合には、硬無機微粒子、軟微粒子の充填率の異なる層を硬度の順に適宜積層して作製することもできる。
また、これらの硬化樹脂層の上に、反射防止層、紫外線・赤外線吸収層、選択波長吸収性層、電磁波シールド層や防汚性層等の機能を有する膜を設けることができ、高硬度の機能性フイルムとして供することができる。
更に本発明の硬化処理物品は、透明支持体上に、高屈折率層及び低屈折率層を順次積層させてなる多層膜反射防止膜であってもよく、該高屈折率層が、本発明の上記硬化性組成物を塗布し、硬化して形成される硬化樹脂層であることが好ましい。該高屈折率層は、更に屈折率1.70以上の無機粒子を含有することが好ましい。このようにして得られた硬化膜は、光学的な透明性、膜の強度に優れる。
本発明の硬化性組成物は、硬度が高く硬化収縮が少ないため、膜剥がれやひび割れが生じにくく、十分な硬度を有する硬化処理物品を提供することができる。また、プラスチックフィルム基材を使用した場合も膜剥がれ、ひび割れカールが生じにくい、十分な硬度を有する硬化処理フィルムを得ることができる。
本発明の硬化性組成物は、硬化処理物品として、積層型反射防止フィルムのハードコート層としても、また、高屈折率層としても用いることができる。特に高屈折率層に用いることにより、ヘイズや反射率の点で反射防止フィルムとしての光学特性が良好であり、かつ密着性も優れており、耐候性(特に偏光性)に優れた反射防止フィルムが得られる。更に、優れた性能を有する画像表示装置が得られる。
以下、本発明を更に詳述する。
まず、本発明に供される一官能性ポリエステルマクロモノマー(M)について説明する。
本発明の一官能性ポリエステルマクロモノマー(M)は、ポリエステル構造を有し、その重合体主鎖の片末端のみに重合性基が結合してなる、重量平均分子量が2×104以下の化合物である。
一官能性ポリエステルマクロモノマー(M)は、重合性モノマー(A)と共重合反応し、クシ型ブロック共重合体を形成することが好ましい。
本発明に供される一官能性ポリエステルマクロモノマー(M)と重合性モノマー(A)との共重合反応を充分に進行させ、又、形成されたブロック重合体のマクロモノマー(M)に由来するクシ部のポリマー鎖長による高分子鎖同士の絡み合い効果が充分に発現し、膜強度を向上させる上で、一官能性ポリエステルマクロモノマーの重量平均分子量は、好ましくは3×103〜2×104であり、より好ましくは5×103〜1.5×104である。
一官能性ポリエステルマクロモノマー(M)としては、具体的には、上記一般式(M−I)又は一般式(M−II)で示されるマクロモノマーが好ましい。
一般式(M−I)又は一般式(M−II)中、Tは重合性基を表し、ラジカル重合性基又はカチオン重合性基を表すのが好ましい。
具体的には、Tがラジカル重合性基の場合は、下記一般式(Ia)で表される基が挙げられる。
Figure 2004285320
一般式(Ia)中、x1及びx2は互いに同じでも異なってもよく、各々、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜8の炭化水素基、−COO−T0または炭素数1〜8の炭化水素基を介した−COO−T0(T0は炭素数1〜18の炭化水素基を表す)を表す。好ましくは、各々、水素原子、ハロゲン原子(例えば塩素原子、臭素原子、フッ素原子等)、シアノ基、炭素数1〜3のアルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、トリフロロメチル基等)、−COO−T0又は−CH2COOT0{T0は炭素数1〜8のアルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等)、炭素数7〜9のアラルキル基(例えばベンジル基、フェネチル基、3−フェニルプロピル基等)又は置換されてもよいフェニル基(例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、メトキシフェニル基等)を表す}を表す。より好ましくは、x1及びx2のうちのいずれか一方が水素原子を表す。
一般式(Ia)中、A1は、単結合又は−COO−、−OCO−、−(CH2a−COO−、−CO−、−(CH2b−OCO−(a、bはそれぞれ1〜3の整数を表す)、−CON(k1)−〔k1は水素原子または炭素数1〜12の炭化水素基を表す〕、−CONHCONH−、−CONHCOO−、−O−、−C64−もしくは−SO2−を表す。好ましくは、−COO−、−OCO−、−CH2COO−、−CH2OCO−、−CONH−又は−C64−、−CON(k1)−を表す。A1が−C64−を表す場合、ベンゼン環は置換基を有してもよい。置換基としては、ハロゲン原子(例えば塩素原子、臭素原子等)、アルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、クロロメチル基、メトキシメチル基等)、アルコキシ基(例えばメトキシ基、エトキシ基、プロピオキシ基、ブトキシ基等)等が挙げられる。
一般式(M−I)又は一般式(M−II)中、Tがカチオン重合性基を表す場合、カチオン重合性基は活性エネルギー線感受性カチオン重合開始剤の存在下に活性エネルギー線を照射したときに重合反応及び/又は架橋反応を生ずる重合性基を含有する官能基が挙げられる。代表例としては、エポキシ基、環状エーテル基、環状アセタール基、環状ラクトン基、環状チオエーテル基、スピロオルソエステル化合物、ビニルオキソ基等が挙げられる。より具体的には、後述するカチオン重合性モノマー(A2)で例示するものが挙げられる。
一般式(M−I)又は一般式(M−II)中、B1、B2は、各々、TとD1、TとD2を連結する、単結合又は連結基を表す。連結基として具体的には、
Figure 2004285320
2価の脂環式基(脂環式構造の炭化水素環としては、例えばシクロヘプタン環、シクロヘキサン環、シクロオクタン環、ビシクロペンタン環、トリシクロヘキサン環、ビシクロオクタン環、ビシクロノナン環、トリシクロデカン環等)、2価のアリール環基(アリール環としては、例えばベンゼン環、ナフタレン環等)で示される基等の原子団の任意の組み合わせで構成されるものである。
上記において、j1、j2は同じでも異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子(フッ素原子、ハロゲン原子、臭素原子、ヨウ素原子)又は炭素数1〜6の置換されてもよいアルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、トリフロロメチル基、メトキシエチル基、シアノエチル基、クロロエチル基等)を表し、j3は、水素原子又は炭素数1〜12の置換されてもよい炭化水素基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ベンジル基、フェネチル基、フェニル基、クロロフェニル基、メトキシフェニル基、アセチルフェニル基、トリフロロフェニル基等)を表し、j4、j5は、同じでも異なってもよく、炭素数1〜12の置換されてもよい炭化水素基(具体的には上記j3と同一の内容を表す)を表す。
一般式(M−I)又は一般式(M−II)中、E1及びE2は、互いに同じでも異なってもよく、各々2価の脂肪族基、2価の芳香族基〔各々の2価の有機残基の結合中に、−C(k2)(k3)−、−O−、−S−、−N(k4)−、−SO2−、−COO−、−OCO−、−CONHCl−、−NHCOO−、−NHCONH−、−CON(k4)−、−SO2N(k4)−及び−Si(k5)(k6)−(k2、k3及びk4はそれぞれk1と同一の内容を表し、k5及びk6はそれぞれ炭素数1〜12の炭化水素基を表す)から選ばれた少なくとも1つの結合基を介在させてもよい〕またはこれら残基の組み合わせにより構成された有機残基を表す。
一般式(M−I)又は一般式(M−II)中、D1は−CH2−又は−CO−を表す。D2は−O−又は−NH−を表す。
一般式(M−I)又は一般式(M−II)における重合性基Tと繰り返し単位[ ]との連結部分{−B1−D1−}又は{−B2−D2−}の具体例を、重合性基Tがラジカル重合性基である一般式(Ia)[CH(x1)=C(x2)−A1−]で表される場合を例に、{T−B1−D1−}又は{T−B2−D2−}の形にて以下に示すが、該連結部分はこれらに限定されるものではない。また、下記具体例の連結部分に相当する部分は、重合性基Tがカチオン重合性基の場合にも用いることができる。
Figure 2004285320
Figure 2004285320
一般式(M−I)又は(M−II)中、R1は−OH、−OR5又は―N(R6)(R7)を表す(R5は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。R6及びR7は水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す)。
2は水素原子、炭素数1〜12の炭化水素基、−COR8又は−CONHR9を表す(R8及びR9はそれぞれ炭素数1〜12の炭化水素基を表す)。
一般式(M−I)又は(M−II)中、E1及びE2は、互いに同じでも異なってもよく、各々、2価の脂肪族基又は2価の芳香族基を含有する2価の有機残基を表す。
2価の脂肪族基としては、炭素数2〜12のアルキレン基、炭素数2〜12のアルケニル基、炭素数2〜12のアルキニル基、炭素数3〜30のシクロアルカン環基、炭素数6〜30のシクロアルケン環基、2価の芳香族基としては、炭素数6〜14のアリール基、複素原子(複素原子として、酸素原子、イオウ原子、窒素原子)を少なくとも1つ含有する5員〜6員の環数の複素環基もしくは縮環構造を形成してもよい複素環基が挙げられる。
好ましくは、E1及びE2の少なくともいずれか一方が、2価の炭素数3〜30個の脂環式脂肪族基を含有する。より好ましくは、多環式、架橋環式の環状構造の脂環式脂肪族基が挙げられる。具体的には、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ、ペンタシクロ構造等を有する基を挙げることができる。特に炭素数6〜25が好ましい。
以下に脂環式炭化水素基のうち、脂環式部分の構造例を示す。なお、下記構造例において、共役しない位置に二重結合を含有してもよい。
Figure 2004285320
Figure 2004285320
また、これらの脂環式炭化水素基は少なくとも1種の置換基を有していてもよい。脂環式炭化水素基の置換基としては、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、アルコキシ基、アミド基、アシル基、アルコキシカルボニル基等が挙げられる。これらの置換基の具体的な内容は、後述の式(A1−I)中のRで例示すると同一の内容のものが挙げられる。
1及びE2の具体的な例としては、各々以下の有機残基が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2004285320
Figure 2004285320
一般式(M−I)で示されるマクロモノマー(以下、マクロモノマー(M1)と称することもある)は、高分子学会編「高分子データハンドブック〔基礎編〕」(1986年刊)培風館等に例示される、ジオール類とジカルボン酸類、ジカルボン酸無水物又はジカルボン酸エステル類との重縮合反応によって合成された、重量平均分子量2×103〜2×104のポリエステルオリゴマーの片末端のヒドロキシル基にのみ、高分子反応により、重合性基を導入する方法で容易に製造する事ができる。
ポリエステルの合成法は、従来公知の重縮合反応によって合成されるが、具体的には、滝山栄一郎「ポリエステル樹脂ハンドブック」日刊工業新聞社(1986年刊)、高分子学会編「重縮合と重付加」共立出版(1980年刊)、I.Goodman「Encyclopedia of Polymer Science and Engineering Vol.12」p1. John Wiley & Sons(1985年刊)等に記載の方法に従って合成することができる。
ポリエステルオリゴマーの片末端のヒドロキシル基のみに重合性基を導入する方法としては、ラジカル重合性基を導入する場合、従来公知の低分子化合物におけるアルコール類からエステル化する反応あるいはアルコール類からウレタン化する反応を用いる事で合成することができる。即ち、分子内に重合性二重結合基を含有するカルボン酸類、カルボン酸エステル類、カルボン酸ハライド類又はカルボン酸無水物類との反応でエステル化し、マクロモノマーを合成する方法あるいは、分子内に重合性二重結合基を含有するモノイソシアナート類との反応でウレタン化し、マクロモノマーを合成する方法によって達せられる。具体的には、日本化学会編「新実験化学講座14、有機化合物の合成と反応〔II〕」、第5章、丸善(株)、(1977年刊)、「同、有機化合物の合成と反応〔III〕」、第1652頁、丸善(株)、(1978年刊)等に詳細に記載された方法を用いて合成することができる。
また、一般式(M−II)で示されるマクロモノマー(以下、マクロモノマー(M2)と称することもある)は、上記した様にして合成したポリエステルオリゴマーの片末端のカルボキシル基のみに重合性基を導入する方法により合成することができる。その導入方法としては、ラジカル重合性基を導入する場合、従来公知の低分子化合物におけるカルボン酸類からエステル化する反応あるいはカルボン酸類から酸アミド化する反応を用いる事で合成することができる。即ち、分子内に重合性二重結合基を含有し且つカルボキシル基と化学反応する官能基(例えば、−OH、ハロゲン体(塩化物、臭化物、ヨウ化物)、−NH2、−COOR31(R31は、メチル基、トリフロロメチル基、2,2,2−トリフロロエチル基等)、下記式(a)で示す基等)を含有する化合物とポリエステルオリゴマーを高分子反応する事で該マクロモノマーが合成される。
Figure 2004285320
また、マクロモノマー(M1)、マクロモノマー(M2)いずれの場合も、カチオン重合性基を片末端にのみ導入する方法としては、上記のラジカル重合性基を導入する場合に挙げた分子内に重合性二重結合基を含有する化合物中に、重合性二重結合に替えて予めカチオン重合性基を含有した化合物を用いて合成する方法が挙げられる。
次に、本発明の硬化性組成物に好ましく用いられる重合性モノマー(A)について詳述する。
重合性モノマー(A)は、上記マクロモノマー(M)と共重合可能であればいずれでもよく、ラジカル重合性モノマー(A1)、カチオン重合性モノマー(A2)が挙げられる。
ラジカル重合性モノマー(A1)としては、ラジカル種で重合反応を開始する重合性不飽和二重結合基を含有する化合物が挙げられ、モノマー、オリゴマーのいずれでもよい。1種を用いても2種以上を用いてもよい。ラジカル重合性モノマー(A1)として、具体的には、例えば下記一般式(A1−I)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2004285320
一般式(A1−I)中、V1は前記一般式(M−I)中のA1と同一の内容を表す。a1及びa2は同じでも異なってもよく、それぞれ前記一般式(M−I)中のx1、x2と同一の内容を表す。
Rは、脂肪族基、アリール基又は複素環基を表す。脂肪族基としては、炭素数1〜22の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ナノデシル基、エイコサニル基、ヘネイコサニル基、ドコサニル基等)、炭素数2〜22の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基(例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ヘキサデセニル基、オクタデセニル基、エイコセニル基、ドコセニル基、ブタジエニル基、ペンタジエニル基、ヘキサジエニル基、オクタジエニル基等)、炭素数2〜22の直鎖状若しくは分岐状のアルキニル基(例えば、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ヘキシニル基、オクタニル基、デカニル基、ドデカニル基等)、炭素数5〜22の脂環式炭化水素基(脂環式炭化水素基としては、単環式、多環式、架橋環式の脂肪族環状炭化水素基が挙げられ、その具体例としては、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、シクロヘキサジエン、シクロヘプタン、シクロヘプテン、シクロへプタジエン、シクロオクタン、シクロオクテン、シクロオクタジエン、シクロオクタトリエン、シクロソナン、シクロソネン、シクロデカン、シクロデセン、シクロデカンジエン、シクロデカトリエン、シクロウンデカン、シクロドデカン、ビシクロヘプタン、ビシクロヘキサン、ビシクロヘキセン、トリシクロヘキセン、ノルカラン、ノルピナン、ノルボルナン、ノルボルネン、ノルボルナジエン、トリシクロヘプタン、トリシクロヘプテン、デカリン、アダマンタン等の環構造炭化水素等)が挙げられる。
これらの中で、炭素数1〜18の直鎖状、炭素原子数3〜18の分岐状、並びに炭素原子数5〜16の環状の脂肪族基がより好ましい。
かかる脂肪族基は置換基を有していてもよく、その導入し得る置換基としては、水素を除く一価の非金属原子団が用いられる。
非金属原子団の具体的な例としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、ニトロ基、−OH基、−OR11、−SR11、−COR11、−COOR11、−OCOR11、−SO211、−NHCONHR11、−N(R12)COR11、−N(R12)SO211、−N(R13)(R14)、−CO(R13)(R14)、−SO2(R13)(R14)、−P(=O)(R15)(R16)、−OP(=O)(R15)(R16)、−Si(R17)(R18)(R19)、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数2〜18のアルキニル基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基、炭素数6〜18のアリール基(アリール環としては、ベンゼン、ナフタレン、ジヒドロナフタレン、インデン、フルオレン、アセナフチレン、アセナフテン、ビフェニレン等)、酸素原子、硫黄原子、窒素原子のいずれかを少なくとも1個含有する単環式若しくは多環式の環構造を有する複素環基(複素環基としては、例えば、フラニル基、テトラヒドロフラニル基、ピラニル基、ピロイル基、クロメニル基、フェノキサチイニル基、インダゾイル基、ピラゾイル基、ピリジイル基、ピラジニル基、ピリミデイニル基、インドイル基、イソインドイル基、キノニイル基、ピロリジニル基、ピロリニル基、イミダゾリニル基、ピラゾリジニル基、ピペリジニル基、ピペラジニル基、モルホリニル基、チエニル基、ベンゾチエニル基等)等が挙げられる。
前記のアルケニル基、アルキニル基、脂環式炭化水素基、アリール基、複素環基は、更に置換基を有していてもよく、その置換基としては、前記の脂肪族基に導入し得る基として例示したものと同様のものが挙げられる。
前記R11は、炭素数1〜22の脂肪族基、炭素数6〜18のアリール基、又は複素環基を表す。R11における脂肪族基は前記Rで表される脂肪族基と同義である。R11におけるアリール基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したアリール基と同様のものが挙げられる。かかるアリール基は、更に置換基を有していてもよく、その置換基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したものと同様のものが挙げられる。R12は、水素原子又はR11基と同様のものを表す。
前記R13及びR14は、各々独立に、水素原子、又はR11と同様のものを表し、R13とR14とは互いに結合して、N原子を含有する5員又は6員の環を形成してもよい。
前記R15及びR16は、各々独立に、−OH、炭素数1〜22の脂肪族基、炭素数6〜14のアリール基、又は−OR11を表す。R15及びR16における脂肪族基は前記Rで表される脂肪族基と同義である。R15及びR16におけるアリール基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したアリール基と同様のものが挙げられる。かかるアリール基は更に置換基を有していてもよく、その置換基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したものと同様のものが挙げられる。但し、かかる極性置換基において、R15及びR16の双方が−OHで表されることはない。
前記R17、R18及びR19は、各々独立に、炭素数1〜22の炭化水素基又は−OR20を表すが、これらの置換基の内少なくとも1つは炭化水素基を表す。炭化水素基は前記Rで示される脂肪族基及びアリール基と同様のものを表し、−OR20は前記−OR11と同様の内容を表す。
上記式(A1−I)におけるRで表されるアリール基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したアリール基と同様のものが挙げられる。また、かかるアリール基は更に置換基を有していてもよく、その導入し得る置換基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したものと同様のものが挙げられる。
上記式(A1−I)におけるRで表される複素環基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示した複素環基と同様のものが挙げられる。また、かかる複素環基は更に置換基を有していてもよく、その導入し得る置換基としては、前記Rで表される脂肪族基に導入し得る置換基として例示したものと同様のものが挙げられる。
上記ラジカル重合性モノマー(A1)としては、更に好ましくは、前記一般式(M−I)又は(M−II)において、E1及びE2の少なくともいずれか一方が含有すると好ましいとして記載した環状脂肪族基を置換基中に含有するモノマーが挙げられる。なかでも、下記一般式(A1−II)で表されるモノマーが好ましい。
Figure 2004285320
一般式(A1−II)中、a1、a2及びV1はそれぞれ前記一般式(A1−I)におけるa1、a2及びV1と同義である。
0は、炭素数5〜30個の環状構造を構成する炭化水素基であり、単環式、多環式、架橋環式、スピロ環式等の環状構造が挙げられる。具体的には、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ、ペンタシクロ構造等を有する基を挙げることができる。好ましくは炭素数6〜25が好ましい。
これら脂環式炭化水素基のうち、脂環式部分の構造例としては、前記一般式(M−I)又は(M−II)においてE1及びE2の少なくともいずれか一方が含有すると好ましいとして記載した環状脂肪族基で例示の構造例(1)〜(51)が挙げられる。
また、これらの脂環式炭化水素基は少なくとも1種の置換基を有していてもよい。脂環式炭化水素基の置換基としては、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、水酸基、ニトロ基、アルコキシ基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、アシル基、アルコキシカルボニル基等が挙げられる。これらの置換基の具体的な内容は、前記式(A1−I)中のRで例示したと同一の内容のものが挙げられる。
1は、式(A1−II)における−V1−と−R0とを連結する基を表し、直接結合又は総原子数1〜22個の連結基(ここでいう総原子数には、炭素原子、窒素原子又はケイ素原子に結合する水素原子を除く)を表す。好ましくは直接結合又は総原子数1〜12の連結基を表す。但し、R0が単環式脂肪族基の場合は、L1は直接結合ではなく、総原子数が1〜12の連結基であることが好ましく、更には総原子数1〜8の連結基であることが好ましい。
1における連結基としては炭素原子−炭素原子結合(一重結合又は二重結合)、炭素原子−複素原子結合(複素原子としては例えば、酸素原子、イオウ原子、窒素原子、ケイ素原子等)、複素原子−複素原子結合等から構成される原子団の任意の組み合わせで構成される。例えば、原子団としては、前記一般式(MI)のB1と同様のものが挙げられる。
本発明に用いられるカチオン重合性モノマー(A2)としては、活性エネルギー線感受性カチオン重合開始剤の存在下に活性エネルギー線を照射したときに重合反応及び/又は架橋反応を生ずる化合物のいずれもが使用でき、代表例としては、エポキシ化合物、環状エーテル化合物、環状アセタール化合物、環状ラクトン化合物、環状チオエーテル化合物、スピロオルソエステル化合物、ビニルエーテル化合物などを挙げることができる。本発明では前記したカチオン重合性モノマーのうちの1種を用いても2種以上を用いてもよい。
カチオン重合性モノマー(A2)の具体例としては、エポキシ基含有の化合物(脂環族エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、芳香族エポキシ樹脂等)、環状エーテル又は環状アセタール化合物、環状ラクトン化合物、チイラン化合物、チエタン化合物、ビニルオキシ基含有のビニルエーテル化合物、エポキシ化合物とラクトンとの反応によって得られるスピロオルソエステル化合物、エチレン性不飽和炭化水素化合物(ビニル炭化水素化合物)等を挙げることができる。
上記した中でも、カチオン重合性モノマー(A2)として、エポキシ基含有化合物及びビニルオキシ基含有化合物(以下「ビニルオキシ化合物」とも称する)が好ましく用いられ、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するポリエポキシ化合物、1分子中に2個以上のビニルオキシ基を有するポリビニルオキシ化合物、1分子中に少なくともエポキシ基とビニルオキシ基を各々一個以上有する化合物、がより好ましく用いられる。特に、カチオン重合性モノマーとして、1分子中に2個以上のエポキシ基を有する脂環式ポリエポキシ化合物を含有し且つ該脂環式ポリエポキシ化合物の含有量がエポキシ化合物の全質量に基づいて30質量%以上、より好ましくは50質量%以上であるエポキシ化合物の混合物を用いると、カチオン重合速度、厚膜硬化性、解像度、紫外線透過性などが一層良好になり、しかも樹脂組成物の粘度が低くなって製膜が円滑に行われるようになる。
カチオン重合性モノマー(A2)として上記した脂環族エポキシ樹脂としては、少なくとも1個の脂環族環を有する多価アルコールのポリグリシジルエーテル、或いは不飽和脂環族環(例えば、シクロヘキセン、シクロペンテン、ジシクロオクテン、トリシクロデセン等)含有化合物を過酸化水素、過酸等の適当な酸化剤でエポキシ化して得られるシクロヘキセンオキサイド又はシクロペンテンオキサイド含有化合物などを挙げることができる。
また、別種の脂肪族エポキシ樹脂として、例えば、脂肪族多価アルコール又はそのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテル、脂肪族長鎖多塩基酸のポリグリシジルエステル、グリシジルアクリレートやグリシジルメタクリレートのホモポリマー、コポリマーなどを挙げることができる。
さらに、これらのエポキシ化合物以外にも、例えば、脂肪族高級アルコールのモノグリシジルエーテル、高級脂肪酸のグリシジルエステル、エポキシ化大豆油、エポキシステアリン酸ブチル、エポキシステアリン酸オクチル、エポキシ化アマニ油、エポキシ化ポリブタジエンなども用いることができる。さらに、信越シリコーン社製のK−62−722や東芝シリコーン社製のUV9300等のエポキシシリコーン、Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol.28, 497(1990)に記載されているシリコーン含有エポキシ化合物のような多官能性エポキシ化合物も用いることができる。
また、カチオン重合性モノマー(A2)として上記した芳香族エポキシ樹脂としては、例えば少なくとも1個の芳香核を有する1価又は多価フェノール或いはそのアルキレンオキサイド付加体のモノ又はポリグリシジルエーテルを挙げることができる。これらのエポキシド化合物として、例えば、特開平11−242101号公報〔0084〕〜〔0086〕記載の化合物、特開平8−277320号公報〔0016〕〜〔0029〕記載の化合物、特開平10−158385号公報〔0044〕〜〔0046〕記載の化合物等が挙げられる。
これらのエポキシドのうち、速硬化性を考慮すると、芳香族エポキシド及び脂環式エポキシドが好ましく、特に脂環式エポキシドが好ましい。本発明では、上記エポキシドの1種を単独で使用してもよいが、2種以上を適宜組み合わせて使用してもよい。
環状エーテル化合物であるオキセタニル基を含有する化合物としては、分子中に含有されるオキセタニル基の数は1〜10、好ましくは1〜4である。これらの化合物は、エポキシ基含有化合物と併用することが好ましい。
具体的には、例えば特開2000−239309号公報の〔0024〕〜〔0025〕に記載の化合物、J.V.CRIVELLO et al、J.M.S.PUREAPPL.CHEM.、A30、p.173〜187(1993)に記載のシリコン含有のオキセタン化合物等が挙げられる。
スピロオルソエステル化合物としては、例えば特表2000−506908号公報等記載の化合物を挙げることができる。
ビニル炭化水素化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、4−メトキシスチレン、4−t−ブトキシスチレン、4−ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等のスチレン化合物、ビニルシクロヘキサン、ビニルビシクロヘプテン等のビニル基置換脂環炭化水素化合物、前記ラジカル重合成性モノマーで記載の化合物(V1が−O−に相当の化合物)、2−メタクリロイルオキシエチルビニルエーテル、2−アクリロイルオキシエチルビニルエーテル等のアルケニルビニルエーテル化合物、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルピロリドン等のカチオン重合性窒素含有化合物、ブタンジオールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4−ベンゼンジメタノールジビニルエーテル、ハイドロキノンジビニルエーテル、サゾルシノールジビニルエーテル等の多官能ビニル化合物、Journal of PolymerScience: Part A: Polymer Chemistry, Vol.32, 2895(1994)に記載されているプロペニル化合物、Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol.33,2493(1995)に記載されているアルコキシアレン化合物、Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol.34, 1015(1996)に記載されているビニル化合物、Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol.34,2051(1996)に記載されているイソプロペニル化合物等を挙げることができる。
これらのビニルエーテル化合物のうち、硬化性、密着性、表面硬度を考慮すると、ジ又はトリビニルエーテル化合物が好ましい。本発明では、上記ビニルエーテル化合物の1種を単独で使用してもよいが、2種以上を適宜組み合わせて使用してもよい。
本発明では、上記したカチオン重合性モノマー(A2)の1種又は2種以上を用いることができ、特に上述のように、ビニルエーテル類、エポキシ化合物やオキセタン化合物におけるオキシラン構造を有するものが光重合反応性や重合体の膜特性が良好になる点で好ましい。
1分子中に2個以上のカチオン重合性基を有する多官能性化合物を30質量%以上の割合で含むカチオン重合性モノマーが好ましく用いられる。
本発明の硬化性組成物では、上記のラジカル重合性モノマー(A1)とカチオン重合性モノマー(A2)とを併用して用いることが好ましい。これにより、ラジカル重合系とカチオン重合系が共存して硬化するため、高次の網目構造が形成され、膜強度が向上する。
更に本発明の重合性化合物(A)は、分子内に2個以上の重合性基を含有する多官能モノマーであることが好ましい。
重合性化合物(A)がラジカル重合性化合物である場合、多官能モノマーとしては、不飽和結合を少なくとも2個有する化合物から選ばれることが好ましい。好ましくは、分子中に2〜10個の末端エチレン性不飽和結合を有する化合物であり、より好ましくは、2〜6個である。このような化合物群はポリマー材料分野において広く知られるものであり、本発明においては、これらを特に限定なく用いることができる。これらは、例えば、モノマー、プレポリマー、すなわち2量体、3量体及びオリゴマー、又はそれらの混合物並びにそれらの共重合体などの化学的形態をもつことができる。
モノマー及びその共重合体の例としては、不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸等)や、そのエステル類、アミド類が挙げられ、好ましくは、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド類が用いられる。また、ヒドロキシル基やアミノ基、メルカプト基等の求核性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル、アミド類との単官能もしくは多官能イソシアネート類、エポキシ類との付加反応物、多官能のカルボン酸との脱水縮合反応物等も好適に使用される。また、イソシアナート基やエポキシ基等の親電子性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル又はアミド類と、単官能又は多官能のアルコール類、アミン類及びチオール類との置換反応物も好適である。また、別の例として、上記の不飽和カルボン酸の代わりに、不飽和ホスホン酸、スチレン等に置き換えた化合物群を使用することも可能である。
脂肪族多価アルコール化合物としてのエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ジペンタエリスリトール等と、不飽和カルボン酸(クロトン酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸等)とのモノ置換又はポリ置換の重合性モノマーを用いることができる。
その他のエステルの例としては、例えば、ビニルメタクリレート、アリルメタクリレート、アリルアクリレート、特公昭46−27926号、特公昭51−47334号、特開昭57−196231号記載の脂肪族アルコール系エステル類や、特開昭59−5240号、特開昭59−5241号、特開平2−226149号記載の芳香族系骨格を有するもの、特開平1−165613号記載のアミノ基を有するもの等も好適に用いられる。
また、脂肪族多価アミン化合物と不飽和カルボン酸とのアミドのモノマーの具体例としては、メチレンビス−(メタ)アクリルアミド、1,6−ヘキサメチレンビス−(メタ)アクリルアミド、ジエチレントリアミントリスアクリルアミド、キシリレンビス(メタ)アクリルアミド等がある。
その他の好ましいアミド系モノマーの例としては、特公昭54−21726号記載のシクロヘキシレン構造を有するものを挙げることができる。
また、1分子中に2個以上の重合性ビニル基を含有するビニルウレタン化合物(特公昭48−41708号等)、ウレタンアクリレート類(特公平2−16765号等)、エチレンオキサイド系骨格を有するウレタン化合物(特公昭62−39418号等)、ポリエステルアクリレート類(特公昭52−30490号等)、更に、日本接着協会誌vol.20、No.7、300〜308頁(1984年)に光硬化性モノマー及びオリゴマーとして紹介されているものも使用することができる。
重合性化合物(A)がカチオン重合性化合物である場合、多官能のカチオン重合性基含有化合物における1分子中のカチオン重合性基の数は2〜10個が好ましく、特に好ましくは3〜5個である。該硬化剤の分子量は3000以下であり、好ましくは200〜2000の範囲、特に好ましくは400〜1500の範囲である。分子量が小さすぎると、皮膜形成過程での揮発が問題となり、大きすぎると、塗布後の硬化反応進行が遅くなり好ましくない。
カチオン重合性基を有する多官能性化合物は前記カチオン重合性モノマーと同一の内容のもの、特開平8−277320号記載のエポキシ化合物、特開2002−29162号記載のビニルオキシ基含有化合物等が挙げられる。
また、本発明の多官能性モノマーとしては、上記のラジカル重合性基及びカチオン重合性基から選ばれる少なくとも1種をそれぞれ少なくとも分子内に含有する化合物を用いることが好ましい。これにより、ラジカル重合系とカチオン重合系が共存して硬化するため、高次の網目構造が形成され、膜強度が向上する。ラジカル重合性基とカチオン重合性基と含有する化合物としては、例えば、特開平8−277320号明細書中の段落番号〔0031〕〜〔0052〕記載の化合物、特開2000−191737号明細書中の段落番号〔0015〕記載の化合物等が挙げられる。本発明に供される化合物は、これらに限定されるものではない。
本発明における全ての重合性基含有の化合物の使用量は、硬化性組成物の総量に対して、5質量%〜95質量%の範囲であることが好ましい。より好ましくは、10質量%〜80質量である。
また、本発明の各重合性基含有化合物の使用割合は、以下の通りが好ましい。
マクロモノマー(M)の総量は、本発明における重合性化合物(マクロモノマー(M)、化合物(A)及びその他の重合性化合物)の総量に対して5質量%〜80質量%が好ましく、より好ましくは10質量%〜60質量%である。
重合性モノマー(A)の総量は、本発明における重合性化合物の総量に対して20質量%〜95質量%が好ましく、より好ましくは、40質量%〜90質量%である。
ラジカル重合性化合物とカチオン重合性化合物とを併用する場合の使用割合は任意であるが、(5/95)〜(95/5)質量比が好ましい。より好ましくは(10/90)〜(90/10)質量比であり、更に好ましくは(20/80)〜(80/20)質量比である。この範囲において、硬化性組成物の粘度、反応速度が好ましい範囲となり、得られる硬化樹脂層の力学的特性にも優れ、点欠陥等の無い極めて均一な面状の硬化膜が得られる。さらに、80μm以下の薄膜であっても膜の強度が良好なフィルムが得られ、好ましい。
多官能モノマーを用いる場合は、全重合性化合物(マクロモノマー(M)、化合物(A)及びその他の重合性化合物)の全量に対して1質量%〜50質量%が好ましく、より好ましくは3質量%〜30質量%である。
次に、本発明に用いられる重合開始剤(L)について詳述する。
本発明の重合開始剤(L)は、光及び/又は熱照射により、ラジカル又は酸を発生する化合物である。本発明において用いられる光重合開始剤(L)は、極大吸収波長が400nm以下であることが好ましい。このように吸収波長を紫外線領域にすることにより、取り扱いを白灯下で行うことができる。また、近赤外線領域に極大吸収波長を持つ化合物を用いることもできる。
まず、ラジカルを発生する化合物(L1)について詳述する。
本発明において好適に用いられるラジカルを発生する化合物(L1)は、光及び/又は熱照射によりラジカルを発生し、重合性の不飽和基を有する化合物の重合を、開始、促進させる化合物を指す。
公知の重合開始剤や結合解離エネルギーの小さな結合を有する化合物などを、適宜、選択して用いることとができる。また、ラジカルを発生する化合物は、単独又は2種以上を併用して用いることができる。
ラジカルを発生する化合物としては、例えば、従来公知の有機過酸化化合物、アゾ系重合開始剤等の熱ラジカル重合開始剤、アミン化合物(特公昭44−20189号公報記載)、有機ハロゲン化合物、カルボニル化合物、メタロセン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、有機ホウ酸化合物、ジスルホン化合物等の光ラジカル重合開始剤が挙げられる。
上記有機ハロゲン化合物としては、具体的には、若林 等、「Bull Chem.Soc Japan」42、2924(1969)、米国特許第3,905,815号明細書、特開昭63−298339号、M.P.Hutt"Jurnal of Heterocyclic Chemistry"1(No3),(1970)」等に記載の化合物が挙げられ、特に、トリハロメチル基が置換したオキサゾール化合物:s−トリアジン化合物が挙げられる。
より好適には、少なくとも一つのモノ、ジ、又はトリハロゲン置換メチル基がs−トリアジン環に結合したs−トリアジン誘導体が挙げられる。
他の有機ハロゲン化合物の例として、特開平5−27830号公報中の〔0039〕〜〔0048〕記載のケトン類、スルフィド類、スルホン類、窒素原子含有の複素環類等が挙げられる。
上記カルボニル化合物としては、例えば、「最新 UV硬化技術」60〜62頁((株)技術情報協会刊、1991年)、特開平8−134404号公報〔0015〕〜〔0016〕、同11−217518号公報〔0029〕〜〔0031〕に記載の化合物等が挙げられ、アセトフェノン系、ヒドロキシアセトフェノン系、ベンゾフェノン系、チオキサン系、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン化合物、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジエチルアミノ安息香酸エチル等の安息香酸エステル誘導体、ベンジルジメチルケタール、アシルフォスフィンオキサイド等が挙げられる。
上記有機過酸化化合物としては、例えば、特開2001−139663号公報〔0019〕に記載の化合物等が挙げられる。
上記メタロセン化合物としては、特開平2−4705号公報、特開平5−83588号公報記載の種々のチタノセン化合物、特開平1−304453号公報、特開平1−152109号公報記載の鉄−アレーン錯体等が挙げられる。
上記ヘキサアリールビイミダゾール化合物としては、例えば、特公平6−29285号、米国特許第3,479,185号、同第4,311,783号、同第4,622,286号等に記載の種々の化合物等が挙げられる。
上記有機ホウ酸塩化合物としては、例えば、特許第2764769号、特開2002−116539号等の各公報、及び、Kunz, Martin "Rad Tech'98. Proceeding April 19-22, 1998,Chicago"等に記載される有機ホウ酸塩記載される化合物が挙げられる。例えば、前記特開2002−116539号公報〔0022〕〜〔0027〕記載の化合物が挙げられる。
他の有機ホウ素化合物として、特開平6−348011号公報、特開平7−128785号公報、特開平7−140589号公報、特開平7−306527号公報、特開平7−292014号公報等の有機ホウ素遷移金属配位錯体等が具体例として挙げられる。
上記スルホン化合物としては、特開平5−239015号公報に記載の化合物等、上記ジスルホン化合物としては、特開昭61−166544号公報に記載の一般式(II)及び一般式(III)で示される化合物等が挙げられる。
これらのラジカル発生化合物は、一種のみを添加しても、二種以上を併用してもよい。添加量としては、ラジカル重合性モノマーの全量に対し0.1〜30質量%、好ましくは0.5〜25質量%、特に好ましくは1〜20質量%で添加することができる。この範囲内において、硬化性組成物の経時安定性についての問題なく、高い重合性が得られる。
重合開始剤(L)として用いることができる酸発生剤(L2)について詳述する。
酸発生剤(L2)としては、光カチオン重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、或いは、マイクロレジスト等に使用されている公知の酸発生剤等、公知の化合物及びそれらの混合物等が挙げられる。
また、酸発生剤(L2)として、例えば、有機ハロゲン化化合物、ジスルホン化合物が挙げられる。有機ハロゲン化合物、ジスルホン化合物のこれらの具体例は、前記ラジカルを発生する化合物の記載と同様のものが挙げられる。
オニウム化合物としては、ジアゾニウム塩、アンモニウム塩、イミニウム塩、ホスホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、アルソニウム塩、セレノニウム塩等が挙げられ、例えば特開2002−29162号公報〔0058〕〜〔0059〕に記載の化合物等が挙げられる。
本発明において、特に好適に用いられる酸発生剤(L2)としては、オニウム塩が挙げられ、中でも、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、イミニウム塩が、光重合開始の光感度、化合物の素材安定性等の点から好ましい。
本発明において、好適に用いることのできるオニウム塩の具体例としては、例えば、特開平9−268205号公報〔0035〕に記載のアミル化されたスルホニウム塩、特開2000−71366号公報〔0010〕〜〔0011〕に記載のジアリールヨードニウム塩又はトリアリールスルホニウム塩、特開2001−288205号公報〔0017〕に記載のチオ安息香酸S−フェニルエステルのスルホニウム塩、特開2001−133696号公報〔0030〕〜〔0033〕に記載のオニウム塩等が挙げられる。
酸発生剤の他の例としては、特開2002−29162号公報〔0059〕〜〔0062〕に記載の有機金属/有機ハロゲン化物、o−ニトロベンジル型保護基を有する光酸発生剤、光分解してスルホン酸を発生する化合物(イミノスルフォネート等)等の化合物が挙げられる。
これらの酸発生剤は、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの酸発生剤は、全カチオン重合性モノマーの全質量100質量部に対し好ましくは0.1〜20質量%、より好ましくは0.5〜15質量%、特に好ましくは1〜10質量%の割合で添加することができる。添加量が上記範囲内であることが、硬化性組成物の安定性、重合反応性等から好ましい。
また、本発明の硬化性組成物は、ラジカル重合性化合物及びカチオン重合性化合物の合計質量に対して、ラジカル重合開始剤を0.5〜10質量%及びカチオン重合開始剤を1〜10質量%の割合で含有していることが好ましい。より好ましくは、ラジカル重合開始剤を1〜5質量%、及びカチオン重合開始剤を2〜6質量%の割合で含有する。この範囲において、高次の網目構造が形成されて、より一層の膜強度の向上が得られる。
本発明の硬化性組成物には、紫外線照射により重合反応を行なう場合には、従来公知の紫外線分光増感剤、化学増感剤を併用してもよい。例えばミヒラーズケトン、アミノ酸(グリシンなど)、有機アミン(ブチルアミン、ジブチルアミンなど)等が挙げられる。
また、近赤外線照射により重合反応を行なう場合には、近赤外線分光増感剤を併用することが好ましい。
併用する近赤外線分光増感剤は、700nm以上の波長域の少なくとも一部に吸収帯を有する光吸収物質であればよく、分子吸光係数が10000以上の値を有する化合物が好ましい。更には、750〜1400nmの領域に吸収を有し、且つ分子吸光係数が20000以上の値が好ましい。また、420nm〜700nmの可視光波長域に吸収の谷があり、光学的に透明であることがより好ましい。近赤外線分光増感剤は、近赤外線吸収顔料及び近赤外線吸収染料として知られる種々の顔料及び染料を用いることができる。その中でも、従来公知の近赤外線吸収剤を用いることが好ましい。
市販の染料および文献(例えば、「化学工業」1986年5月号P.45〜51の「近赤外吸収色素」、「90年代機能性色素の開発と市場動向」第2章2.3項(1990)シーエムシー)、「特殊機能色素」(池森・柱谷編集、1986年、(株)シーエムシー発行)、J.FABIAN、Chem.Rev.、92、pp1197〜1226(1992)、日本感光色素研究所が1995年に発行したカタログ、Exciton Inc.が1989年に発行したレーザー色素カタログ又は特許に記載されている公知の染料が利用できる。
本発明の硬化性組成物は、微粒子を併用することが好ましい。これら微粒子を含有することで、膜としてのユニバーサル硬度を調節、架橋収縮率を小さくできることによりフイルムのカールを減少することができる。微粒子としては、無機粒子、ポリマー樹脂粒子、無機―有機複合粒子の何れも特に制限なく用いられる。
微粒子は、1種単独で又は2種以上併用して使用することができる。また、微粒子は、粒子一個の形状としては、球状、針状、板状、不定形状であってもよい。これらの微粒子の平均粒子径は、1nm以上400nm以下、より好ましくは5nm以上200nm以下、さらに好ましくは10nm以上100nm以下が好ましい。1nm以下では分散が難しく凝集粒子ができ、400nm以上ではヘイズが大きくなり、どちらも透明性を落としてしまい好ましくない。
これらの微粒子の添加量は、硬化性組成物全固形分1〜90質量%であることが好ましく、5〜し80質量%であることがより好ましく、10〜50質量%であることがさらに好ましい。
無機粒子としては、金属粒子(鉄、銅、ニッケル、ステンレス、ケイ素等)、金属窒化物(窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等)、金属酸化物(Mg、Ca、Si、Al、Ti、Zr、V、Nb、La、In、Ce、La、Ta、Y、Zn、Sb、B、Sn、Fe,W、Ir、Cr、Mo、Sr、Pt、等の酸化物)、複合金属酸化物(前記記載金属等の複合酸化物)、金属炭酸塩(Ca、Ba、Mg等の炭酸塩)、金属硫酸塩(Ba、Ca、Sr等の硫酸塩)、金属ハロゲン化物(フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等)、金属炭化物(炭化タングステン、炭化モリブデン、炭化ケイ素な等)、炭素同素体(グラファイト、ダイヤモンド等)等を挙げることができる。
これらの微粒子の中で好ましいものを挙げると、金属窒化物、金属酸化物、さらに好ましくは金属酸化物であり、そのなかで好ましいものとして酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミを挙げることができる。
一般に無機微粒子はバインダーポリマーとの親和性が悪いため単に両者を混合するだけでは界面が破壊しやすく、膜として割れやすく、耐傷性を改善することは困難である。無機微粒子とポリマーバインダーとの親和性を改良するため、無機微粒子表面を有機セグメントを含む表面修飾剤で処理することができる。表面修飾剤は、一方で無機微粒子と結合を形成し、他方でバインダーポリマーと高い親和性を有することが好ましい。無機微粒子の表面と結合を生成し得る官能基としては、シラン、アルミニウム、チタニウム、ジルコニウム等の金属アルコキシド化合物や、リン酸、スルホン酸、カルボン酸基等のアニオン性基を有する化合物が好ましい。またバインダーポリマーとは化学的に結合させることが好ましく、末端にビニル性重合基等を導入したものが好適である。例えば、エチレン性不飽和基を重合性基および架橋性基として有するモノマーからバインダーポリマーを合成する場合は、特開2000−9908号公報記載の金属アルコキシド化合物またはアニオン性化合物の末端にエチレン性不飽和基を有している化合物が好ましい。また、特開2001−310423号公報に記載のアニオン性基含有の化合物(リン酸、スルホン酸、カルボン酸等)で表面処理することも好ましい。
有機微粒子としては、例えば、(メタ)アクリレート樹脂、(メタ)アクリルアミド樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリシロキサン、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロースアセテート、ポリカーボネート、ナイロン樹脂、SBRやNBRなどの架橋ゴム微粒子等の樹脂粒子等があり、またこれら複合体からなる粒子が好ましい。2官能以上の重合基を有するモノマーとの共重合による内部架橋のポリマー樹脂微粒子が好ましい。
有機架橋微粒子は軟質なゴム粒子から硬質粒子まで任意に選択できる。例えば、前記した硬度の高い無機架橋微粒子は、硬化樹脂層に対する添加量を上げていくと硬化収縮量や硬度は向上するが、もろく割れやすくなる場合がある。このような場合、硬度を任意に調節した有機架橋微粒子を同時に添加することで割れにくくすることができ好ましい。また、硬度の高いコアと硬度の低いシェルまたは硬度の低いコアと硬度の高いシェルのようなコア−シェル粒子とすることもできる。また硬化樹脂層中又は塗布溶媒中での分散安定性を確保する目的で親疎水性を変えたコア−シェル粒子とすることも好ましい。また、コアに無機架橋微粒子を用いた有機−無機複合微粒子とすることもできる。これら架橋微粒子をコア−シェル粒子とする場合、コア部とシェル部の両方が架橋されていてもよいし、いずれか一方が架橋されていてもよい。
上記の微粒子は、硬化処理物品全量中の1質量%〜90質量%含有することが好ましい。より好ましくは、3〜60質量%である。この範囲で、膜の強度、硬度、表面の平坦性が保たれる。
本発明の硬化性組成物は、更に、一官能性エチレン性不飽和基含有化合物(例えば、アクリレート類、メタクリレート類、カルボン酸ビニル類、アクリルアミド類籐,又は従来公知の樹脂(例えば、ポリエーテルポリアクリレート、ポリウレタンポリアクリレート、ポリエステルポリアクリレート、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等)等を添加してもよい。又、紫外線吸収剤、塗布性改良のための界面活性剤、帯電防止剤など、従来公知の添加剤を添加してもよい。
本発明の硬化処理物品は、上記のような各組成物を分散媒と共に用いても良い。溶媒としては、水、有機溶媒から適宜選択して用いる。有機溶媒としては、沸点が50℃以上の液体を用いることが好ましい。更に、沸点が60℃〜180℃の範囲の有機溶媒がより好ましい。分散媒体の例には、アルコール類(例、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノアセテート等)、ケトン類(例、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等)、エステル類(例、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、乳酸エチル等)、脂肪族炭化水素類(例、ヘキサン、シクロヘキサン等)、ハロゲン化炭化水素類(例、メチルクロロホルム等)、芳香族炭化水素類(例、ベンゼン、トルエン、キシレン等)、アミド類(例、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、n−メチルピロリドン等)、エーテル類(例、ジオキサン、テトラハイドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル等)、エーテルアルコール類(例、1−メトキシ−2−プロパノール、エチルセルソルブ、メチルカルビノール等)が挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上を混合して用いても良い。
本発明において、硬化処理物品の一態様である硬化処理フイルムは、透明基材フイルム上に本発明の硬化性組成物をディップコート法、エアーナイフ法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法やエクストルージョンコート法等の公知の薄膜形成方法で塗布し、乾燥、光及び/又は熱照射することにより作製することができる。好ましくは、光照射による硬化が、迅速硬化の点から有利である。更には、光硬化処理の後半で加熱処理することも好ましい。
光照射の光源は、紫外線光域又は近赤外線光域のものであればいずれでもよく、紫外光の光源として、超高圧、高圧、中圧、低圧の各水銀灯、ケミカルランプ、カーボンアーク灯、メタルハライド灯、キセノン灯、太陽光等が挙げられる。波長350〜420nmの入手可能な各種レーザー光源をマルチビーム化して照射してもよい。また、近赤外光の光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧ナトリウムランプ等が挙げられ、波長750〜1400nmの入手可能な各種レーザー光源をマルチビーム化して照射してもよい。
光照射による光ラジカル重合の場合は、空気又は不活性気体中で行うことができるが、ラジカル重合性モノマーの重合の誘導期を短くするか、又は重合率を十分に高める等のために、できるだけ酸素濃度を少なくした雰囲気とすることが好ましい。照射する紫外線の照射強度は0.1〜100mW/cm2程度が好ましく、塗布膜表面上での光照射量は100〜1000mJ/cm2が好ましい。また、光照射工程での塗布膜の温度分布は均一なほど好ましく、±3℃以内が好ましく、更には±1.5℃以内に制御されることが好ましい。この範囲において、塗布膜の面内及び層内深さ方向での重合反応反応が均一に進行するので好ましい。
さらに、透明基材と硬化樹脂層との密着性を向上させる目的で、所望により片面又は両面に、表面処理を施すことができる。例えばコロナ放電処理、グロー放電処理、クロム酸処理(湿式)、火炎処理、熱風処理、オゾン・紫外線照射処理等が挙げられる。更に、一層以上の下塗り層を設けることが出来る。下塗り層の素材としては塩化ビニル、塩化ビニリデン、ブタジエン、(メタ)アクリル酸エステル、ビニルエステル等の共重合体又はラテックス、低分子量ポリエステル等が挙げられる。
硬化樹脂層は、複数層構成でも可能であり、硬無機微粒子、軟微粒子の充填率の異なる層を硬度の順に適宜積層して作製することもできる。
これらの作製した硬化樹脂層の上に、反射防止層、紫外線・赤外線吸収層、選択波長吸収性層、電磁波シールド層や防汚性層等の機能を有する膜を設けることができ、高硬度の機能性フイルムとして供することができる。これらの機能膜は、公知の材料の溶液を塗布したり、またはスパッターや蒸着等の真空製膜によって作製することができる。本発明の硬化処理フィルムに用いられる透明導電層、反射防止層および防汚層としては、例えば、特開平1−164991号公報、特開平4−338901号公報、特開平3−90345号公報等に記載のものが挙げられ、表面抵抗率、平均反射率、防汚性等の好ましい範囲についても該公報に記載のものと同様である。
本発明の硬化処理フィルムは、陰極管表示装置(CRT)、液晶表示装置(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)等のディスプレイ、家電製品等のタッチパネル、ガラス等の保護フィルムに好適である。
更に、硬化処理物品の一態様である積層型反射防止膜における高屈折率層として、本発明の硬化性組成物を用いる場合について、以下に詳述する。
[高屈折率粒子]
高屈折率の無機微粒子は、屈折率が1.70〜2.80、一次粒子の平均粒径が1〜150nmである。屈折率が1.80未満の粒子では、皮膜の屈折率を高める効果が小さく、屈折率が2.80を越える粒子は着色しているため好ましくない。また、一次粒子の平均粒径が150nmを越える粒子では皮膜を形成したときのヘイズ値が高くなり、皮膜の透明性を損なうので好ましくなく、1nm未満で屈折率が1.80〜2.80の無機微粒子は存在しない。本発明で、より好ましい無機微粒子は屈折率が1.90〜2.80で、一次粒子の平均粒径が3〜100nmの粒子であり、更に好ましいのは屈折率が1.90〜2.80で、一次粒子の平均粒径が5〜80nmの粒子である。
好ましい高屈折率無機微粒子の具体例は、Ti、Zr、Ta、In、Sn、Sb、Zn、La、W、Ce、Nb、V、Sm、Y等の酸化物又は複合酸化物、硫化亜鉛を主成分とする粒子が挙げられる。ここで、主成分とは粒子を構成する成分の中で最も含有量(質量%)が多い成分をさす。本発明で好ましいのはTi、Zr、Ta、In、Snから選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む酸化物若しくは複合酸化物を主成分とする粒子である。本発明で使用される無機微粒子には、粒子の中に種々の元素が含有されていても構わない。例えば、Li、Si、Al、B、Ba、Co、Fe、Hg、Ag、Pt、Au、Cr、P、Sなどが挙げられる。酸化錫、酸化インジウムにおいては、粒子の導電性を高めるために、Sb、Nb、P、B、In、V、ハロゲンなどの元素を含有させることが好ましく、特に、酸化アンチモンを約5〜20質量%含有させたものが最も好ましい。これらの無機粒子は、ルチル、ルチル/アナターゼの混晶、アナターゼ、アモルファス構造等の結晶構造、又は非晶構造のいずれでもよいが、高い屈折率を有する結晶構造を含有するものが好ましく挙げられる。
本発明の無機微粒子は、表面処理してもよい。表面処理は、無機化合物及び/又は有機化合物を用いて該粒子表面の改質を実施し、無機粒子表面の濡れ性を調製し有機溶媒中での微粒子化、高屈折率層形成用組成物中での分散性や分散安定性を向上する。粒子表面に物理化学的な吸着させる無機化合物としては、例えば、ケイ素を含有する無機化合物(SiO2など)、アルミニウムを含有する無機化合物(Al23、Al(OH)3など)、コバルトを含有する無機化合物(CoO2、Co23、Co34など)、ジルコニウムを含有する無機化合物(ZrO2、Zr(OH)4など)、鉄を含有する無機化合物(Fe23など)などが挙げらる。
表面処理に用いる有機化合物の例には、従来公知の金属酸化物や無機顔料等の無機フィラー類の表面改質剤を用いることが出来る。例えば、「顔料分散安定化と表面処理技術・評価」第一章(技術情報協会、2001年刊行)等に記載されている。
具体的には、該無機粒子表面と親和性を有する極性基を有する有機化合物、カップリング化合物が挙げられる。無機粒子表面と親和性を有する極性基としては、カルボキシ基、ホスホノ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、環状酸無水物基、アミノ基等が挙げられ、分子中に少なくとも1種を含有する化合物が好ましい。例えば、長鎖脂肪族カルボン酸(例えばステアリン酸、ラウリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレイン酸等)、ポリオール化合物(例えばペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ECH変性グリセロールトリアクリレート等)、ホスホノ基含有化合物(例えばEO(エチレンオキサイド)変性リン酸トリアクリレート等)、アルカノールアミン(エチレンジアミンEO付加体(5モル)等)が挙げられる。
カップリング化合物としては、従来公知の有機金属化合物が挙げられ、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤等が含まれる。シランカップリング剤が最も好ましい。具体的には、例えば特開2002−9908号公報、同2001−310423号公報〔0011〕〜〔0015〕記載の化合物等が挙げられる。これらの表面処理は、2種類以上を併用することもできる。
本発明の高屈折率層に用いられる酸化物微粒子は、これをコアとして無機化合物からなるシェルを形成するコア/シェル構造の微粒子も好ましい。シェルとしては、Al、Si及びZrから選ばれる少なくとも1種の元素からなる酸化物が好ましい。具体的には、例えば特開2001−166104号公報記載の内容が挙げられる。
本発明の高屈折率層で使用される無機微粒子の形状は、特に限定されないが、米粒状、球形状、立方体状、紡錘形状、不定形状が好ましい。本発明の無機微粒子は単独で用いてもよいが、2種類以上を併用して用いることもできる。これらの無機粒子は公知の方法により分散されて用いられる。分散剤としては、アニオン性、カチオン性、両性、ノニオン性のいずれの界面活性剤も好ましく用いることができるが、特にアニオン性界面活性剤が好ましい。更にブロック共重合体等の高分子分散剤、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコアルミネートカップリング剤などのカップリング剤も好ましく用いることができる。またこれらの分散剤が同一分子中にバインダーと共重合可能な官能基を有する、いわゆる重合性分散剤も好ましく用いることができる。具体的には、例えば特開平11−153703号公報等記載の化合物が挙げられる。
無機微粒子の高屈折率硬化膜における含有量は、硬化膜の全質量中の30〜75質量%であることが好ましく、より好ましくは44〜65質量%である。無機微粒子は高屈折率層内で二種類以上を併用してもよい。この範囲において、膜の強度及び高屈折率を満足できる。
本発明の高屈折率層は、更に用途・目的によって適宜他の化合物を添加することができる。例えば、高屈折率層の屈折率は透明支持体の屈折率より高いことが好ましく、高屈折率層に、芳香環、フッ素以外のハロゲン化元素(例えば、Br、I、Cl等)、S、N、P等の原子を含む硬化性化合物などの架橋又は重合反応で得られるバインダーも好ましく用いることができる。
高屈折率層の上に低屈折率層を構築して、反射防止フィルムを作成するためには、高屈折率層の屈折率は1.65〜2.50であることが好ましく、より好ましくは1.70〜2.40、特に好ましくは1.80〜2.20である。
高屈折率層には、前記の成分(無機微粒子、重合開始剤、増感剤など)以外に、樹脂、界面活性剤、帯電防止剤、カップリング剤、増粘剤、着色防止剤、着色剤(顔料、染料)、消泡剤、レベリング剤、難燃剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、接着付与剤、重合禁止剤、酸化防止剤、表面改質剤、導電性の金属微粒子等を添加することもできる。
高屈折率層の塗布溶媒としては、前記の本発明の硬化処理物品の分散媒と同様のものが挙げられる。好ましくはケトン溶媒(例えばメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等)を主にした塗布溶媒系が好ましく、ケトン系溶媒の含有量が全溶媒の10質量%以上であることが好ましい。好ましくは30質量%以上、より好ましくは60質量%以上である。
高屈折率層は、前記透明支持体上に直接、又は、他の層を介して構築することが好ましい。塗布方法、硬化方法は、前期の硬化処理物品における硬化性組成物で挙げた塗布方法および硬化方法と同様の方法が挙げられる。
高屈折率層の強度は、JIS K5400に従う鉛筆硬度試験で、H以上であることが好ましく、2H以上であることが更に好ましく、3H以上であることが最も好ましい。また、JIS K5400に従うテーバー試験で、試験前後の試験片の摩耗量が少ないほど好ましい。高屈折率層のヘイズは低いほど好ましい。5%以下であることが好ましく、更に好ましくは3%以下、特に好ましくは1%以下である。
[低屈折率層]
本発明の反射防止膜は、透明支持体上に設けた高屈折率層の上に、低屈折率層を順次積層してなる。低屈折率層の屈折率は好ましくは1.20〜1.55であり、より好ましくは1.30〜1.50、特に好ましくは1.35〜1.48である。
低屈折率層は、耐擦傷性、防汚性を有する最外層として構築することが好ましい。耐擦傷性を大きく向上させる手段として、表面への滑り性付与が有効で、従来公知のシリコーンの導入、フッ素の導入等からなる薄膜層の手段を適用できる。
本発明において、「含フッ素化合物を主体とする」とは、最外層中に含まれる含フッ素化合物が最外層の全質量に対し50質量%以上であることを意味し、60質量%以上含まれることがより好ましい。
含フッ素化合物の屈折率は1.35〜1.50であることが好ましい。より好ましくは1.36〜1.47である。また、含フッ素化合物はフッ素原子を35〜80質量%の範囲で含むことが好ましい。
含フッ素化合物には、含フッ素ポリマー、含フッ素界面活性剤、含フッ素エーテル、含フッ素シラン化合物等が挙げられる。具体的には、例えば特開平9−222503号公報公報[0018]〜[0026]、同11−38202号公報[0019]〜[0030]、同2001−40284号公報[0027]〜[0028]等に記載の化合物等が挙げられる。
含フッ素ポリマーとして、フッ素原子を含む繰り返し構造単位、架橋性又は重合性の官能基を含む繰り返し構造単位、及びそれ以外の置換基からなる繰り返し構造単位からなる共重合体が好ましい。架橋性又は重合性の官能基は、前記の高屈折率層用素材のものと同様のものが挙げられる。
其の他の繰り返し構造単位としては、塗布溶剤可溶化のために炭化水素系共重合成分が好ましく、50%程度導入したフッ素系ポリマーが好ましい。この際には、シリコーン化合物と組み合わせることでが好ましい。
シリコーン化合物としてはポリシロキサン構造を有する化合物であり、高分子鎖中に硬化性官能基又は重合性官能基を含有して、膜中で橋かけ構造をを有するものが好ましい。例えば、上市品のサイラプレーン(チッソ(株)製)等の反応性シリコーン、特開平11−258403号公報に記載のポリシロキサン構造の両末端にシラノール基含有の化合物等が挙げられる。
架橋又は重合性基を有する含フッ素ポリマーの架橋又は重合反応は、最外層を形成するための塗布組成物を塗布と同時または塗布後に光照射や加熱することにより実施することが好ましい。重合開始剤、増感剤等としては、前記高屈折率層で使用のものと同様のものが挙げられる。
又、シランカップリング剤と特定のフッ素含有炭化水素基含有のシランカップリング剤とを触媒共存下に縮合反応で硬化するゾルゲル硬化膜も好ましい。例えば、ポリフルオロアルキル基含有シラン化合物またはその部分加水分解縮合物(特開昭58−142958号公報、同58−147483号公報、同58−147484号公報等記載の化合物)、特開平9−157582号公報記載のパーフルオロアルキル基含有シランカップリング剤、フッ素含有長鎖基であるポリ「パーフルオロアルキルエーテル」基を含有するシリル化合物(特開2000−117902号公報、同001−48590号公報、同2002−53804号公報記載の化合物等)等が挙げられる。
低屈折率層は、上記以外の添加剤として充填剤(例えば、無機微粒子、有機微粒子等)、シランカップリング剤、滑り剤(ジメチルシリコンなどのシリコン化合物等)、界面活性剤等を含有することができる。特に、無機微粒子、シランカップリング剤、滑り剤を含有することが好ましい。
無機微粒子としては、二酸化珪素(シリカ)、含フッ素粒子(フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等)等の低屈折率化合物が好ましい。特に好ましいのは二酸化珪素(シリカ)である。無機微粒子の一次粒子の重量平均径は、3〜150nmであることが好ましく、5〜100nmであることがさらに好ましく、5〜80nmであることが最も好ましい。無機微粒子は、より微細に分散されていることが好ましい。無機微粒子の形状は米粒状、球形状、立方体状、紡錘形状、短繊維状、リング状、又は不定形状であることが好ましい。
低屈折率層は、表面の動摩擦係数が0.25以下であることが好ましい。ここで記載した動摩擦係数は、直径5mmのステンレス剛球に0.98Nの荷重をかけ、速度60cm/分で表面を移動させたときの、表面と直径5mmのステンレス剛球の間の動摩擦係数をいう。好ましくは0.17以下であり、特に好ましくは0.15以下である。
又、最表面の水に対する接触角が90゜以上であることが好ましい。更に好ましくは95゜以上であり、特に好ましくは100゜以上である。
低屈折率層が最外層の下層に位置する場合、低屈折率層は気相法(真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法等)により形成されてもよい。安価に製造できる点で、塗布法が好ましい。
低屈折率層の膜厚は、30〜200nmであることが好ましく、50〜150nmであることがさらに好ましく、60〜120nmであることが最も好ましい。
低屈折率層のヘイズは、低いほど好ましい。5%以下であることが好ましく、3%以下であることがさらに好ましく、1%以下であることが特に好ましい。
低屈折率層の強度は、JIS K5400に従う鉛筆硬度試験でH以上であることが好ましく、2H以上であることがさらに好ましく、3H以上であることが最も好ましい。また、JIS K5400に従うテーバー試験での摩耗量、表面の動摩擦係数、水との接触角は、最上層と同様の性能が好ましい。
[中屈折率層]
本発明の反射防止膜は、高屈折率層が異なる屈折率からなる二層の積層構成であることが好ましい。すなわち、上記の方法で組成物を塗設して形成された低屈折率層が、それよりも高い屈折率を有する高屈折率層の上に形成され、高屈折率層に隣接し、低屈折率層の反対側に支持体の屈折率と高屈折率層の屈折率の中間の屈折率を有する中屈折率層が形成された3層積層構造が好ましい。上記したように、各屈折率層の屈折率は相対的なものである。
本発明の中屈折率層を構成する材料は、従来公知の材料のいずれでもよいが、上記高屈折率層と同様のものが好ましい。屈折率は無機微粒子の種類、使用量で容易に調整され、上記屈折率層に記載の内容と同様にして、膜厚30〜500nmの薄層を形成する。更に好ましくは、50〜300nmの膜厚である。
[ハードコート層]
ハードコート層は、反射防止フィルムに物理強度を付与するために、透明支持体(下塗り層を持っていても良い)の表面に設ける。特に、透明支持体と高屈折率層との間、又は透明支持体と中屈折率層との間に設けることが好ましい。
ハードコート層は、光及び/又は熱の硬化性化合物の架橋反応、又は、重合反応により形成されることが好ましい。例えば、ポリエステル(メタ)アクリレート、ポリウレタン(メタ)アクリレート、多官能モノマーや多官能オリゴマー又は加水分解性官能基含有の有機金属化合物を含む塗布組成物を透明支持体上に塗布し、硬化性化合物を架橋反応、又は、重合反応させることにより形成することができる。
硬化性官能基としては、光重合性官能基が好ましく、加水分解性官能基含有の有機金属化合物としては、有機アルコキシシリル化合物が好ましい。
ハードコート層は、一次粒子の平均粒径が300nm以下の無機微粒子を含有することが好ましい。より好ましくは10〜150nmであり、さらに好ましくは20〜100nmである。ここでいう平均粒径は重量平均径である。一次粒子の平均粒径を200nm以下にすることで透明性を損なわないハードコート層を形成できる。
無機微粒子はハードコート層の硬度を高くすると共に、塗布層の硬化収縮を抑える機能がある。また、ハードコート層の屈折率を制御する目的にも添加される。
ハードコート層の具体的な構成組成物としては、例えば特開2002−144913号公報、同2000−9908号公報、WO00/46617号公報等に記載の内容のもが挙げられる。
ハードコート層における無機微粒子の含有量は、ハードコート層の全質量に対し10〜90質量%であることが好ましく、より好ましくは15〜80質量%である。
本発明の硬化性組成物を用いて得た高屈折率層はハードコート性を有するため、上記ハードコート層を兼ねることができる。高屈折率層がハードコート層を兼ねる場合、高屈折率層で記載した手法を用いて無機微粒子を微細に分散してハードコート層に含有させて形成することが好ましい。
ハードコート層の膜厚は用途により適切に設計することができる。ハードコート層の膜厚は、0.2〜10μmであることが好ましく、より好ましくは0.5〜7μm、特に好ましくは0.7〜5μmである。
ハードコート層の強度は、JIS K5400に従う鉛筆硬度試験で、H以上であることが好ましく、2H以上であることがさらに好ましく、3H以上であることが最も好ましい。また、JIS K5400に従うテーバー試験で、試験前後の試験片の摩耗量が少ないほど好ましい。
[その他の層]
積層型反射防止膜は、さらに、防湿層、帯電防止層、プライマー層、下塗り層や保護層、シールド層、滑り層等を設けてもよい。シールド層は電磁波や赤外線を遮蔽するために設けられる。
[透明支持体]
本発明の硬化性組成物を反射防止膜としてCRT画像表示面やレンズ表面等の基材上に直接設ける場合を除き、反射防止膜は透明支持体(透明基材)を有することが好ましい。透明支持体としては、ガラス板よりもプラスチックフィルムの方が好ましい。プラスチックフィルムの材料の例には、セルロースエステル(例えば、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、プロピオニルセルロース、ブチリルセルロース、アセチルプロピオニルセルロース、ニトロセルロース等)、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−1,4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン−1,2−ジフェノキシエタン−4,4'−ジカルボキシレート、ポリブチレンテレフタレート等)、ポリスチレン(例えば、シンジオタクチックポリスチレン等)、ポリオレフィン(例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン等)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレートおよびポリエーテルケトン等が挙げられる。トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートおよびポリエチレンナフタレートが好ましい。
透明支持体の光透過率は、80%以上であることが好ましく、86%以上であることがさらに好ましい。透明支持体のヘイズは、2.0%以下であることが好ましく、1.0%以下であることがさらに好ましい。透明支持体の屈折率は、1.4〜1.7であることが好ましい。透明支持体には、赤外線吸収剤又は紫外線吸収剤を添加してもよい。赤外線吸収剤の添加量は、透明支持体の0.01〜20質量%であることが好ましく、0.05〜10質量%であることが更に好ましい。滑り剤として、不活性無機化合物の粒子を透明支持体に添加してもよい。無機化合物の例には、SiO2、TiO2、BaSO4、CaCO3、タルク及びカオリンが含まれる。
透明支持体に、表面処理を実施してもよい。表面処理の例には、薬品処理、機械的処理、コロナ放電処理、火焔処理、紫外線照射処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理、酸処理、アルカリ処理(アルカリ鹸化処理を含む)およびオゾン酸化処理が含まれる。グロー放電処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、火焔処理およびアルカリ処理が好ましく、グロー放電処理、紫外線処理およびアルカリ鹸化処理が特に好ましい。
[反射防止膜の形成]
多層構成の反射防止膜の各層は、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法やエクストルージョンコート法(米国特許2681294号明細書記載)により、塗布により形成することができる。二層以上を同時に塗布してもよい。同時塗布の方法については、米国特許2761791号、同2941898号、同3508947号、同3526528号の各明細書及び原崎勇次著、コーティング工学、253頁、朝倉書店(1973)に記載されている。
反射防止膜の反射率は低いほど好ましい。具体的には、450〜650nmの波長領域での平均反射率が2%以下であることが好ましく、1%以下であることが更に好ましく、0.7%以下であることが最も好ましい。反射防止膜(下記のアンチグレア機能がない場合)のヘイズは、3%以下であることが好ましく、1%以下であることが更に好ましく、0.5%以下であることが最も好ましい。反射防止膜の強度は、JIS K5400に従う鉛筆硬度試験で、H以上であることが好ましく、2H以上であることが更に好ましく、3H以上であることが最も好ましい。
[反射防止フィルムの表面凹凸]
本発明に用いる反射防止フィルムは、高屈折率層を有する側の表面に凹凸を形成し、防眩性を付与することもできる。
防眩性は表面の平均表面粗さ(Ra)と相関している。表面の凹凸は100cmの面積の中からランダムに1mmを取り出し、取り出した表面の1mmの面積当たりに対し、平均表面粗さ(Ra)が0.01〜0.4μmであることが好ましく、より好ましくは0.03〜0.3μm、更に好ましくは0.05〜0.25μm、特に好ましくは0.07〜0.2μmである。
平均表面粗さ(Ra)に関しては、テクノコンパクトシリーズ(6)(表面粗さの測定・評価法,著者;奈良次郎,発行所;(株)総合技術センター)に記載されている。
本発明に用いる反射防止フィルムの表面の凹と凸の形状は、原子間力顕微鏡(AFM)により評価することが出来る。
表面の凹凸の形成法としては公知の手法が用いられる。例えば、低屈折率層中に微粒子を使用し、それにより膜表面に凹凸を形成する方法(例えば、特開2000−271878号)、低屈折率層表面に物理的に凹凸形状を転写(エンボス加工方法等)する方法(例えば、特開昭63−278839号公報、特開平11−183710号公報、同11−268800号公報、特開2000−275401号公報等)が挙げられる。
また、防眩性反射防止フィルムとして、透明支持体と低屈折率層の間にマット粒子を含有したハードコート層を設けた積層体が挙げられる。すなわち、本発明の硬化性組成物とともに、粒子経が0.2〜10μmの光散乱性の粒子を含有させて防眩機能(アンチグレア機能)を付与させてなる防眩性ハードコート層が好ましい。マット粒子としては、例えば特開2000−258606号公報、同2002−40204号公報等に記載の素材が挙げられる。
[偏光板用保護フィルム]
本発明の反射防止フィルムを偏光膜の保護フィルム(偏光板用保護フィルム)として用いる場合、高屈折率層を有する側とは反対側の透明支持体の表面、すなわち偏光膜と貼り合わせる側の表面の水に対する接触角を40°以下として、偏光膜との接着性を充分とすることが好ましい。
透明支持体としては、トリアセチルセルロースフィルムを用いることが特に好ましい。
本発明における偏光板用保護フィルムを作製する手法としては、下記2つの手法が挙げられる。
(1)鹸化処理した透明支持体の一方の面に上記の各層(例、ハードコート層、高屈折率層、低屈折率層など)を塗設する手法。
(2)透明支持体の一方の面に上記の各層(例、ハードコート層、高屈折率層、低屈折率層など)を塗設した後、偏光膜と貼り合わせる側を鹸化処理する手法。
さらにまた、反射防止フィルムの偏光膜と貼り合わせる側の透明支持体の表面に鹸化処理液を塗布して、偏光膜と貼り合わせる側を鹸化処理することもできる。
偏光板用保護フィルムは、光学性能(反射防止性能、防眩性能など)、物理性能(耐擦傷性など)、耐薬品性、防汚性能(耐汚染性など)、耐候性(耐湿熱性、耐光性など)において、本発明の反射防止フィルムで記載した性能を満足することが好ましい。
[表面処理]
透明支持体の表面の親水化処理は、公知の方法で行うことが出来る。例えば、アルカリ液の中に透明支持体又は反射防止フィルムを適切な時間浸漬又はアルカリ液を塗布して鹸化処理するのが好ましい。
アルカリ液及び処理は、特開2002−82226号公報、WO02/46809号公報に記載の内容が挙げられる。鹸化処理のフィルム表面の水に対する接触角が45゜以下になるように実施することが好ましい。
偏光板用保護フィルムは、透明支持体の親水化された表面を偏光膜と接着させて使用する。
[偏光板]
本発明の好ましい偏光板は、偏光膜の保護フィルム(偏光板用保護フィルム)の少なくとも一方に、本発明の反射防止フィルムを有する。偏光板用保護フィルムは、上記のように、高屈折率層を有する側とは反対側の透明支持体の表面、すなわち偏光膜と貼り合わせる側の表面の水に対する接触角が40°以下であることが好ましい。
本発明の反射防止フィルムを偏光板用保護フィルムとして用いることにより、反射防止機能を有する偏光板が作製でき、大幅なコスト削減、表示装置の薄手化が可能となる。
また、本発明の反射防止フィルムを偏光板用保護フィルムの一方に、後述する光学異方性のある光学補償フィルムを偏光膜の保護フィルムのもう一方に用いた偏光板を作製することにより、さらに、液晶表示装置の明室でのコントラストを改良し、上下左右の視野角が非常に広げることができる偏光板を作製できる。
[光学補償フィルム]
光学補償フィルム(位相差フィルム)は、液晶表示画面の視野角特性を改良することができる。
光学補償フィルムとしては、公知のものを用いることができるが、視野角を広げるという点では、特開2001−100042号に記載されているディスコティック構造単位を有する化合物からなる層を有し、該ディスコティック化合物と支持体とのなす角度が層の深さ方向において変化していることを特徴とする光学補償フィルムが好ましい。
該角度は光学異方性層の支持体面側からの距離の増加とともに増加していることが好ましい。
光学補償フィルムを偏光膜の保護フィルムとして用いる場合、偏光膜と貼り合わせる側の表面が鹸化処理されていることが好ましく、前記の鹸化処理に従って実施することが好ましい。
また、光学異方性層が更にセルロースエステルを含んでいる態様も好ましい。
[画像表示装置]
反射防止フィルムは、液晶表示装置(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)や陰極管表示装置(CRT)のような画像表示装置に適用することができる。反射防止フィルムは、反射防止フィルムの透明支持体側を画像表示装置の画像表示面に接着する。
本発明に用いる反射防止フィルム及び偏光板は、ツイステットネマチック(TN)、スーパーツイステットネマチック(STN)、バーティカルアライメント(VA)、インプレインスイッチング(IPS)、オプティカリーコンペンセイテットベンドセル(OCB)等のモードの透過型、反射型または半透過型の液晶表示装置に好ましく用いることができる。
また、透過型または半透過型の液晶表示装置に用いる場合には、市販の輝度向上フィルム(偏光選択層を有する偏光分離フィルム、例えば住友3M(株)製のD−BEFなど)と併せて用いることにより、さらに視認性の高い表示装置を得ることができる。
又、λ/4板と組み合わせることで、反射型液晶用の偏光板や、有機ELディスプレイ用表面保護板として表面および内部からの反射光を低減するのに用いることができる。
以下に本発明の硬化性組成物、並びにそれを用いた硬化処理物品及び反射防止膜についての具体的な実施例を記述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<マクロモノマー(M1)の合成例>
マクロモノマー(M1)の合成例1:マクロモノマー(M1−1)
1,6−ヘキサンジオール26.4g、トリシクロ〔5.2.1.02,6〕デカン−8,9−ジカルボン酸38g、ジブチルスズオキサイド0.01g及びメシチレン150gの混合物をDean-Star環流装置を付したフラスコ中で攪拌しながら環流下に4時間加熱した。トルエン溶媒とともに共沸で留去された水の量は約3.5gであった。室温に冷却後、メタノール800ml中に再沈し、液状物をデカント後補集し、減圧下に乾燥した。
上記反応生成物を、ジメチルホルムアミドに溶解し、0.1Nソジウムメチラートメタノール溶液で電位差滴定する方法によりヒドロキシル基及びカルボキシル基を測定したところ、各々500μmol/grとなった。
上記固形物50g、メタクリル酸4.3g、t−ブチルハイドロキノン1.0g及び塩化メチレン200gの混合物を、室温で攪拌下に溶解した。ジシクロヘキシルカルボジイミド(D.C.C)10.2g、4−(N,N−ジメチル)アミノピリジン0.2g及び塩化メチレン50gの混合溶液を、攪拌下に上記混合物に1時間で滴定した。更にそのまま4時間攪拌した。
D.C.C溶液を滴下するにつれ、不溶の結晶が析出した。反応混合物中に3%ギ酸水溶液3gを加えて、室温で2時間攪拌した。反応混合物をセライトを用いた吸引濾過で濾別し、濾液をメタノール500mlに再沈し、固形物を濾集した。これをテトラヒドロフラン100mlに溶解した後、メタノール500リットル中に再度再沈し、固形物を補集後、減圧乾燥した。得られた生成物の収量は42gで、Mwは5×103であった。得られたマクロモノマーを、上記と同様の電位差滴定方法でヒドロキシル基量を測定したところ、5μmol/grで、反応率は99%であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例2:マクロモノマー(M1−2)
1,4−シクロヘキサンメタンジオール72.1g、無水コハク酸50g、p−トルエンスルホン酸1水和物0.7g及びキシレン200gの混合物を、上記マクロモノマー(M1)合成例1と同様にして反応した。
次に、アクリル酸8.6g及びトルエン75gの混合溶液とt−ブチルハイドロキノン0.5gを上記反応物に加えた後、更に攪拌しながら環流下に4時間反応した。室温に冷却後、メタノール1リットル中に再沈し、析出した固形物を濾取し、減圧乾燥した。収量は67gで、得られたマクロモノマー(M1−2)の重量平均分子量は8×103であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例3:マクロモノマー(M1−3)
下記構造のジオール化合物64.5g、無水グルタル酸28.6g、p−トルエンスルホン酸0.4g及びメシチレン220gの混合物を、上記マクロモノマー(M1)の合成例1と同様にして反応した。
室温に冷却後、メタノール1リットル中に再沈し、沈殿物を濾集し減圧乾燥した。上記固形物50gを用いて、上記マクロモノマー(M1)の合成例2に記載のD.C.Cを用いる方法で、下記構造の重合性基含有のカルボン酸を用いて反応し、マクロモノマー(M1−3)40gを得た。Mwは7×103であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例4:マクロモノマー(M1−4)
5−ノルボルネン−2,3−ジメタノール77.1g、グルタル酸無水物54.2g、ドデセニルコハク酸無水物6.7g及びジズチルスズオキサイド0.01gの混合物を温度120℃に加熱した。窒素気流下に減圧度約30mmHgで2時間攪拌し、更に温度を150℃に加熱して減圧度約5mmHg下で2時間攪拌した。放冷後、テトラヒドロフラン300gを投入して溶解した後、メタノール1リットル中に再沈した。沈殿物を濾集し、減圧乾燥した。
上記固形物50g、2−メタクロイルオキシエチルイソシアナート6.2g、t−ブチルハイドロキノン0.01g、テトラブトキシチタネート0.01g及びテトラヒドロフラン120gの混合物を温度60℃で6時間攪拌した。
放冷後、メタノール600ml中に再沈し、沈殿物を補集・減圧乾燥して、収量41gでMw8×103のマクロモノマー(M1−4)を得た。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例5:マクロモノマー(M1−5)
マクロモノマー(M1−1)50g、メタノール3g、t−ブチルハイドロキノン0.5g及び塩化メチレン150gの混合溶液に、D.C.C.6g、4−N,N−ジメチルアミノピリジン0.1g及び塩化メチレン10gの混合溶液を温度20〜25℃で攪拌下に30分間で滴下し、そのまま更に4時間攪拌した。この反応混合物にギ酸5gを加えて1時間攪拌した後、析出した不溶物を濾別した。濾液をメタノール1リットル中に再沈し、溶媒をデカンテーションで取り除き沈殿物を補集し減圧乾燥した。得られた粘稠物は、収量28gでMwは6.8×103であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例6〜11:マクロモノマー(M1−6)〜(M1−11)
マクロモノマー(M1)の合成例1と同様にして、下記表−1の各マクロモノマーを合成した。各マクロモノマー(M1−6)〜(M1−11)のMwは6×103〜8×103の範囲であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例12:マクロモノマー(M1−12)
1,6−ヘキサンジオール26.4g、トリシクロ〔5.2.1.02,6〕デカン−8,9−ジカルボン酸38g、ジブチルスズオキサイド0.01g及びメシチレン150gの混合物をDean-Star環流装置を付したフラスコ中で攪拌しながら環流下に4時間加熱した。トルエン溶媒とともに共沸で留去された水の量は約3.5gであった。室温に冷却後、メタノール800ml中に再沈し、液状物をデカント後補集し、減圧下に乾燥した。
上記反応生成物を、ジメチルホルムアミドに溶解し、0.1Nソジウムメチラートメタノール溶液で電位差滴定する方法によりヒドロキシル基及びカルボキシル基を測定したところ、各々500μmol/grとなった。
上記固形物50g、2−[2−カルボキシエチルカルボニルオキシ]エチルメタクリレート10.6g、t−ブチルハイドロキノン1.0g及び塩化メチレン200gの混合物を、室温で攪拌下に溶解した。ジシクロヘキシルカルボジイミド(D.C.C)10.2g、4−(N,N−ジメチル)アミノピリジン0.2g及び塩化メチレン50gの混合溶液を、攪拌下に上記混合物に1時間で滴定した。更にそのまま4時間攪拌した。
D.C.C溶液を滴下するにつれ、不溶の結晶が析出した。反応混合物中に3%ギ酸水溶液3gを加えて、室温で2時間攪拌した。反応混合物をセライトを用いた吸引濾過で濾別し、濾液をメタノール500mlに再沈し、固形物を濾集した。これをテトラヒドロフラン100mlに溶解した後、メタノール500リットル中に再度再沈し、固形物を補集後、減圧乾燥した。得られた生成物の収量は42gで、Mwは5×103であった。得られたマクロモノマーを、上記と同様の電位差滴定方法でヒドロキシル基量を測定したところ、5μmol/grで、反応率は99%であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例13:マクロモノマー(M1−13)
5−ノルボルネン−2,3−ジメタノール77.1g、グルタル酸無水物54.2g、ドデセニルコハク酸無水物6.7g及びジズチルスズオキサイド0.01gの混合物を温度120℃に加熱した。窒素気流下に減圧度約30mmHgで2時間攪拌し、更に温度を150℃に加熱して減圧度約5mmHg下で2時間攪拌した。放冷後、テトラヒドロフラン300gを投入して溶解した後、メタノール1リットル中に再沈した。沈殿物を濾集し、減圧乾燥した。
上記固形物50g、2−メタクロイルオキシエチルイソシアナート6.2g、t−ブチルハイドロキノン0.01g、テトラブトキシチタネート0.01g及びテトラヒドロフラン120gの混合物を温度60℃で6時間攪拌した。
放冷後、メタノール600ml中に再沈し、沈殿物を補集・減圧乾燥して、収量41gでMw8×103のマクロモノマー(M1−13)を得た。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例14:マクロモノマー(M1−14)
下記構造のジオール化合物64.5g、無水グルタル酸28.6g、p−トルエンスルホン酸0.4g及びメシチレン220gの混合物を、上記マクロモノマー(M1)の合成例11と同様にして反応した。
室温に冷却後、メタノール1リットル中に再沈し、沈殿物を濾集し減圧乾燥した。上記固形物50gを用いて、上記マクロモノマー(M1)の合成例2に記載のD.C.Cを用いる方法で、下記構造のエポキシ基含有のカルボン酸を用いて反応し、マクロモノマー(M1−14)40gを得た。Mwは7×103であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例15及び16:マクロモノマー(M1−15)及び(M1−16)
マクロモノマー(M1)の合成例11と同様にして合成した下記構造のマクロモノマー(M1−16)50g、メタノール3g、t−ブチルハイドロキノン0.5g及び塩化メチレン150gの混合溶液に、D.C.C.6g、4−N,N−ジメチルアミノピリジン0.1g及び塩化メチレン10gの混合溶液を温度20〜25℃で攪拌下に30分間で滴下し、そのまま更に4時間攪拌した。この反応混合物にギ酸5gを加えて1時間攪拌した後、析出した不溶物を濾別した。濾液をメタノール1リットル中に再沈し、溶媒をデカンテーションで取り除き沈殿物を補集し減圧乾燥した。得られた粘稠物(マクロモノマー(M1−15))は、収量28gでMwは8.0×103であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M1)の合成例17〜21:マクロモノマー(M1−17)〜(M1−21)
下記表−2の各マクロモノマーを前記の合成例と同様にして合成した。各マクロモノマー(M1−17)〜(M1−21)のMwは6×103〜8×103の範囲であった。
Figure 2004285320
<マクロモノマー(M2)の合成例>
マクロモノマー(M2)の合成例1:マクロモノマー(M2−1)
B;sphenol A ethoxylate(Aldvich社製)80.8g、無水コハク酸1.0g、p−トルエンスルホン酸1水和物1.6g及びトルエン200gの混合物を、Dean-Star環流装置を付したフラスコ中で攪拌しながら環流下に4時間加熱した。キシレン溶媒とともに共沸で留去された水の量は約3.4gであった。
冷却後、メタノール1リットル中に再沈し、沈降物を補集・減圧乾燥して、収量88gの生成物を得た。この反応物をトルエンに溶解し、0.1N水酸化カリウムとメタノール溶液で中和滴定する方法によりカルボキシル基含量を測定し、500μmol/grとなった。
次に上記反応物50g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート6.5g及びトルエン150gの混合溶液とt−ブチルハイドロキノン0.3gを上記反応物に加えた後、D.C.C.10.3g、4−(N,N−ジメチルアミノ)ピリジン0.1g及び塩化メチレン30gの混合溶液を攪拌下に上記混合物に1時間で滴下した。更に、そのまま、4時間攪拌した。
反応混合物を200メッシュのナイロン布を通して、不溶物を濾別した。濾液をメタノール800ml中に再沈し、粉末を濾集した。これを塩化メチレン100gに溶解し、再度メタノール500ml中に再沈した。粉末を濾集し、減圧下に乾燥し、重量平均分子量(以下Mw)6.3×103のマクロモノマーを35g得た。このマクロモノマーを前記の中和滴定法により滴定して残存するカルボキシル基含量を測定した所、8μmol/grとなり、反応率は99.8%であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M2)の合成例2:マクロモノマー(M2−2)
トリシクロ〔5.2.1.0.2,6〕デカン−3,4−ジオール67.2g、ピメリン酸40.1g、パラートルエンスルホン酸0.7g及びメシチレン250gの混合物を、前記マクロモノマー(M2)の合成例1と同様にして反応させた。室温に冷却後、メタノール1リットル中に再沈し、沈降物を補集・減圧乾燥して収量91gの生成物を得た。
上記固形物50g、グリシジメタクリレート5.4g、t−ブチルハイドロキノン1.0g、N,N'−ジメチルドデシルアミン1.0g及びキシレン200gの混合物を、温度140℃で5時間攪拌した。
冷却後、反応溶液をメタノール800ml中に再沈し、液状物をデカント後補集し、減圧下に乾燥し、収量42gでMw5×103の生成物を得た。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M2)の合成例3:マクロモノマー(M2−3)
1,3−シクロヘキサンジカルボン酸43.0g、1,4−シクロヘキサンメタンジオール36.1g及びジブチルスズオキサイド0.005gの混合物を窒素雰囲気に温度140℃に加熱した。減圧度20mmHgで1時間攪拌後、温度160℃で減圧度5mmHgで2時間攪拌した。
放冷後、トルエン180gを加えて溶解した後、メタノール1リットル中に再沈し、沈降物を補集・減圧乾燥して、収量68gを得た。
上記反応生成物50g、下記化合物(a)4.5gを用いて、前記のマクロモノマー(M2)の合成例1と同様のD.C.Cを用いる方法で、マクロモノマーを合成した。収量43gで、Mw8×103であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M2)の合成例4:マクロモノマー(M2−4)
1,6−ヘキサンジオール120g、無水グルタル酸114.1g、p−トルエンスルホン酸1水和物3.0g及びトルエン250gの混合物を、上記マクロモノマー(M2)の合成例1と同様の条件で反応した。室温に冷却後n−ヘキサン2リットル中に再沈し液状物をデカント後補集し減圧下に乾燥した。
ポリエステルオリゴマー100g、塩化メチレン200g及びジメチルホルムアミド1ccの混合物に、温度25〜30℃で塩化チオニル15gを攪拌下に滴下した。滴下終了後そのまま2時間攪拌した。次に、アスピレーター減圧下に、塩化メチレン、過剰の塩化チオニルを留去後、残留物にテトラヒドロフラン200g及びピリジン11.9gを加えて溶解し、アリルアルコール8.7gを温度25〜30℃で攪拌下に滴下した。滴下後そのまま更に、3時間攪拌し、その後、反応混合物を水1リットル中に投入し、1時間攪拌した。静置後、沈澱した液状物をデカントで分取した。この液状物に水1リットルを投入し、再び30分間攪拌し、静置して沈降した液状物をデカントで分取した。この操作を上澄み溶液が中性になるまで繰り返し行なった。次に、この液状物にジエチルエーテル500mlを加えて攪拌を行ない、固形物化させた。
固形物を濾集し減圧下に乾燥し、重量平均分子量1.2×104のマクロモノマー(M2−4)59gを得た。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M2)の合成例5:マクロモノマー(M2−5)
前記マクロモノマー(M2−3)50g及びトリエチルアミン5gをテトラヒドロフラン100gに溶解し、温度5度以下に冷却した。これに、アセチルクロライド4.0gを温度が5度を越えない様にして滴下しそのまま4時間攪拌した。次に、この反応混合物をメタノール800ml中に再沈し、沈降物を補集し、テトラヒドロフラン80mlに溶解してメタノール500mlに再度再沈した。沈降物を補集・減圧乾燥して、収量33gでMw8×103の生成物を得た。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M2)の合成例6〜11:マクロモノマー(M2−6)〜(M2−11)
マクロモノマー(M2)の合成例1と同様にして、下記表−3の各マクロモノマー(M2−6)〜(M2−11)を合成した。各マクロモノマーのMwは6×103〜1×104の範囲であった。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M2)の合成例12:マクロモノマー(M2−12)
1,6−ヘキサンジオール120g、無水グルタル酸114.1g、p−トルエンスルホン酸1水和物3.0g及びトルエン250gの混合物を、上記マクロモノマー(M2)の合成例1と同様の条件で反応した。室温に冷却後n−ヘキサン2リットル中に再沈し液状物をデカント後補集し減圧下に乾燥した。
上記のポリエステルオリゴマー50g、エピブロモヒドリン7.0g、ヨウ化カリウム0.1g及びメチルエチルケトン105gの混合物を、温度80℃で8時間攪拌した後、メチルエチルケトン30gを追い出し後、1晩室温で放置した。不溶物をセライトを用いて吸引濾過で濾別して得られた濾液をn−ヘキサン400ml中に再沈した。静置して沈降した液状物をデカントで分収して、テトラヒドロフラン80gに溶解し、ジエチルエーテル400ml中に再沈した。
固形物を濾集し減圧下に乾燥し、重量平均分子量1.2×104のマクロモノマー(M2−4)59gを得た。
Figure 2004285320
マクロモノマー(M2)の合成例13〜15:マクロモノマー(M2−13)〜(M2−15)
マクロモノマー(M2)の合成例1と同様にして、下記表−4の各マクロモノマー(M2−13)〜(M2−15)を合成した。各マクロモノマーのMwは6×103〜1×104の範囲であった。
Figure 2004285320
実施例1及び比較例1
<無機微粒子分散液(R−1)の調製>
セラミックコートのベッセルに各試薬を以下の量計量した。
メチルイソブチルケトン 234g
アニオン性官能基含有表面処理剤:
2C=C(H)COO(C510COO)2H 36g
アルミナ微粒子(平均粒径:15nm) 180g
上記混合液をサンドミル(1/4Gのサンドミル)にて1600rpm、10時間微細分散した。メディアは1mmΦのジルコニアビーズを1400g用いた。分散後、ビーズを分離し、表面修飾した無機架橋微粒子分散液を得た。
<無機微粒子分散物(R−2)の調製>
無機微粒子として超微粒子シリカ(「アエロジル200」(一次粒子の平均粒子径12nm):商品名、日本アエロジル(株)製)20.0gを撹拌しながらγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの3質量%のテトラヒドロフラン溶液10mlをガラス製パスツールピペットを用いて約2分間かけて滴下した。その後、この溶液を窒素気流下で1時間加熱撹拌して表面にメタクリロイル基を導入した。反応終了後、遠心沈降法により数回洗浄した後に超微粒子シリカを取り出し、減圧乾燥法で溶剤を除去した後にめのう乳鉢ですり潰してメタクリロイル基を導入した超微粒子シリカを得た。
<硬化性組成物の調製>
・本発明のマクロモノマー(M1−1) 50g
・シクロヘキシルアクリレート 25g
・メチルメタクリレート 25g
・上記微粒子分散液(R−1) 40g(固形分量として)
・メチルイソブチルケトン 300g
・イルガキュア184(商品名、チバガイギー社製) 8.5g
上記混合液を30分間攪拌した後、孔径1μmのポリプロピレン製フィルターで濾過して活性エネルギー線硬化層用塗布液を調製した。
<硬化処理フィルム試料(F−1)の作製>(実施例1)
透明基材として188μmのポリエチレンテレフタレートフィルムにグロー放電処理した後、上記で作成した硬化性組成物を膜厚20μmになるようにスロットコーターで塗布、120℃で2分乾燥し、750mj/cm2の紫外線照射後、120℃、10分加熱することによって、硬化処理フィルム(F−1)を作製した。
<比較用硬化処理フィルム試料(FR−1)の作製>(比較例1)
実施例1の硬化性組成物において、マクロモノマー(M1−1)50gを除き、代わりにジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとの混合物(商品名DPHA、日本化薬(株)製)を上記マクロモノマー(M1−1)の使用量分を用いた他は、実施例1と同様にして硬化処理フィルム(FR−1)を作製した。
得られた各試料の性能の結果を表−5に記載した。
Figure 2004285320
試料の評価法は以下に示す方法で行った。
(鉛筆硬度の評価法)
作製した硬化処理フィルムおよび硬化処理ガラス試料を温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間放置した後、JIS S6006が規定する試験用鉛筆を用いて、JIS K5400が規定する鉛筆硬度評価方法に従い、9.8Nの荷重にて傷が認められない鉛筆の硬度の値である。なお、JIS K5400で定義される傷は(1)塗膜の破れ、(2)塗膜のすり傷であり、(3)塗膜のへこみは対象としないと記載されているが、ここでは、(3)塗膜のへこみも含めて傷と判断した。
(耐傷性の評価法)
#0000のスチールウールを用いて、上記と同等の環境で、硬化樹脂膜の表面を1.96N/cm2の荷重をかけ、50回(往復)擦って傷の発生を目視で観察した。傷が観察されないものを○、わずかな傷の発生を△、多数の傷の発生を×とした。
(膜剥がれの評価法)
硬化処理フィルムおよび硬化処理ガラス試料の硬化樹脂層表面にカッターによって1mm×1mmのクロスハッチ(升目)を100個入れ、温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間放置した後、その上にセロテープ(登録商標;ニチバン(株)製)を貼り付け、該セロテープを剥がしたときに硬化被膜がフィルム基材から剥がれた升目の数を計測することで価した。100個の桝目が残っているものを○、桝目の一部が欠けたものがあるものを△、桝目が複数剥がれたものを×とした。
(カールの評価法)
硬化処理フィルム試料を35mm×140mmに切断し、温度25℃、相対湿度60%の条件で硬化樹脂層側を上にして水平面に2時間放置した後、水平面からの4角の浮いた高さの平均値を測定することで評価した。平板からの距離が5mm未満のものを○、10mm未満のものを△、10mm以上のものを×とした。
(ひび割れの評価法)
硬化処理フィルム試料を35mm×140mmに切断し、温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間放置した後、筒状に丸めたときのひび割れが発生し始める曲率直径を測定し、表面のひび割れを評価した。また、エッジ部のひび割れを目視で評価した。全くひび割れのないものを○、わずかでもひび割れのあるものを×とした。
表−5に示すように、実施例1は、鉛筆硬度、耐傷性、膜剥がれ、カール及びひび割れのいずれも良好な性能を示した。比較例1は、鉛筆硬度と耐傷性が不良となり、膜剥がれ、カールも低くなった。以上のように、本発明の硬化処理フィルムは膜の硬度と耐脆性を良好にすると共に膜の密着性にも優れるものである。これは、本発明の硬化膜は、ポリエステル重合体部とビニルモノマー重合体部が共重合したポリマー分子の分子間の相互作用でミクロ相分離構造を形成していることによるものと推定される。
実施例2〜7
実施例1の硬化性組成物において、マクロモノマー(M1−1)の代わりに、下記表−6記載の各マクロモノマー(M)を各同量を用いた他は実施例1と同様にして硬化処理フィルム(F−2)〜(F−7)を作成した。
Figure 2004285320
得られた各フィルムを実施例1と同様の性能を評価した所、各フィルムともに、実施例1と同等以上の良好な結果を示した。
実施例8〜12
実施例1の硬化性組成物において、マクロモノマー(M1−1)、DPHA(重合性モノマー)、微粒子分散物、イルガキュア184(開始剤)の代わりに、下記表−7の各組成物を各同量を用いた他は実施例1と同様にして硬化処理フィルム(F−8)〜(F−12)を作成した。
Figure 2004285320
得られた各フィルムを実施例1と同様の性能を評価した所、各フィルムともに、実施例1と同等以上の良好な結果を示した。実施例12の硬化処理フィルム(F−12)は、カール、ひび割れの点で更に良好であった。
実施例13〜17
実施例12において、マクロモノマー(M2−1)、DT−401及びDAICAT12(開始剤)の代わりに下記表−8記載の各化合物を用いた他は、実施例12と同様にして各硬化処理フィルム(F−13)〜(F−17)を作成した。
得られた各フィルムを実施例1と同様の性能を評価した所、各フィルムともに、実施例1と同等以上の良好な結果を示した。
Figure 2004285320
実施例18
<高屈折率層塗布液の調製>
二酸化チタン微粒子(TTO−55B、石原産業(株)製)30.0質量部、カルボン酸基含有モノマー(アロニクスM−5300東亞合成(株)製)4.5質量部およびシクロヘキサノン65.5質量部を、サンドグラインダーミルにより分散し、質量平均径55nmの二酸化チタン分散液を調製した。前記二酸化チタン分散物にジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA、日本化薬(株)製)と、光ラジカル重合開始剤:イルガキュア184、モノマーの合計量(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、アニオン性モノマーおよびカチオン性モノマーの合計量に対し5%)とを混合し、高屈折率層の屈折率が1.85になるように調整した。
<低屈折率層塗布液の調製>
二酸化ケイ素微粒子(アエロジル200、日本アエロジル(株)製)30.0質量部、カルボン酸基含有モノマー(アロニクスM−5300東亞合成(株)製)4.5質量部およびシクロヘキサノン65.5質量部を、サンドグラインダーミルにより分散調製した、質量平均径12nmの二酸化ケイ素微粒子分散液を調製した。前記二酸化ケイ素分散物にペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETA、日本化薬(株)製)60質量部、光ラジカル重合開始剤:イルガキュア184、2質量部、メガファック531A(C87SO2N(C37)CH2CH2OCOCH=CH2、大日本インキ化学工業(株)製)9質量部、およびメチルエチルケトンを混合、攪拌して、低屈折率層の塗布液を調製した。なお、二酸化ケイ素微粒子分散物は低屈折率層の屈折率が1.50となるように添加量を調整した。
<反射防止層付硬化処理フィルム、硬化処理ガラス試料の作製>
上記で作製した硬化処理フィルム(F−1)〜(F−17)上に上記で調製した高屈折率層塗布液をバーコーターを用いて塗布し(ガラス試料にはスプレーコート)、120℃で1分乾燥後、350mj/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させ、厚さ75nmの高屈折率層を形成した。この各高屈折率層の上に上記で作製した低屈折率層塗布液をバーコーターを用いて塗布し、120℃で1分乾燥後、350mj/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させ、厚さ90nmの低屈折率層を形成した。なお、分光光度計(日本分光(株)製)を用いて450〜650nmの波長領域における入射光5°における正反射の平均反射率を測定したところ全ての反射防止層付試料で1.0〜1.2%であり、良好な反射防止性能を示していた。
<反射防止硬化樹脂層を設けたフイルムを取り付けた画像表示装置>
上記で作製した各反射防止層付硬化処理フイルム試料の硬化樹脂層を設けていない面にアクリル系粘着剤をつけ、PDP:日立製42型プラズマディスプレイ(CMP4121HDJ)、CRT:松下(株)製28型フラットテレビ(TH−28FP20)、LCD:三菱(株)製15型TFT液晶モニター(RDT151A)、タッチパネル:シャープ(株)製Zaurus(MI−L1)にそれぞれ積層し、外光反射(蛍光灯の映り込み)を目視で評価したところ全ての反射防止層付硬化処理フィルムを貼り付けた画像表示装置において映り込みが見えにくく、良好な画像視認性を有していた(ただし、反射防止層付硬化処理フィルム試料(FR−1)はカールが大きくいずれの画像表示装置にも貼り付けることができなかったので外光反射の評価は行わなかった)。
実施例19〜20及び比較例2〜3
<ハードコート層用塗布液の調製>
ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物(DPHA、日本化薬(株)製)315.0gに、シリカ微粒子のメチルエチルケトン分散液(MEK−ST、固形分濃度30質量%、日産化学(株)製)450.0g、メチルエチルケトン15.0g、シクロヘキサノン220.0g、光重合開始剤(イルガキュア907、日本チバガイギー(株)製)16.0gを添加して撹拌した。孔径0.4μmのポリプロピレン製フィルターで濾過してハードコート層用の塗布液を調製した。
<酸化物微粒子分散液(PL−1)の調製>
酸化アルミニウムとステアリン酸で表面処理した二酸化チタン微粒子(TTO−51(C):酸化チタン含量79〜85%:石原産業(株)製)218gに、下記構造の分散剤(D−1)38.6g、重合禁止剤t−ブチルヒドロキノン0.5g、及びメチルイソブチルケトン702gを添加してダイノミルにより分散し、重量平均径60nmの酸化物微粒子分散液(PL−1)を調製した。
Figure 2004285320
<中屈折率層用塗布液(ML−1)の調製>
上記の複合酸化物微粒子分散液(PL−1)88.9gに、マクロモノマー(M1−2)23.4g、メチルアクリレート(MMA)29.2g、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)5.8g、イルガキュア907、3.1g、光増感剤(カヤキュアーDETX、日本化薬(株)製)1.1g、メチルエチルケトン482.4g、およびシクロヘキサノン1869.8gを添加して撹拌した。孔径0.4μmのポリプロピレン製フィルターで濾過して中屈折率層用の塗布液を調製した。
<高屈折率層用塗布液(HL−1)の調製>
上記の酸化物微粒子分散液(PL−1)586.8gに、マクロモノマー(M1−2)19.2g、メチルアクリレート(MMA)23.9g、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)4.8g、イルガキュア907、4.0g、カヤキュアーDETX 1.3g、メチルエチルケトン455.8g、およびシクロヘキサノン1427.8gを添加して撹拌した。孔径0.4μmのポリプロピレン製フィルターで濾過して高屈折率層用の塗布液を調製した。
<低屈折率層用塗布液の調製>
屈折率1.42の熱架橋性含フッ素ポリマー(オプスターJN7228、固形分濃度6質量%、JSR(株)製)を溶媒置換して、熱架橋性フッ素ポリマーの固形分濃度10質量%のメチルイソブチルケトン溶液を得た。上記、熱架橋性フッ素ポリマー溶液56.0gにシリカ微粒子のメチルエチルケトン分散液(MEK−ST、固形分濃度30質量%、日産化学(株)製)8.0g、下記シラン化合物を1.75g、およびメチルイソブチルケトン73.0g、シクロヘキサノン33.0gを添加して撹拌した。孔径0.4μmのポリプロピレン製フィルターで濾過して低屈折率層用の塗布液を調製した。
<シラン化合物の調製>
撹拌機、還流冷却器を備えた反応器、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(KBM−5103、信越化学工業(株)製)161g、シュウ酸123g、エタノール415gを加え混合したのち、70℃で4時間反応させた後、室温まで冷却し、硬化性組成物として透明なシラン化合物を得た。
<反射防止フィルムの作製>(実施例19)
膜厚80μmのトリアセチルセルロースフィルム(TD−80UF、富士フイルム(株)製)上に、上記ハードコート層用塗布液をグラビアコーターを用いて塗布した。100℃で乾燥した後、酸素濃度が1.0体積%以下の雰囲気になるように窒素パージしながら160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度400mW/cm2、照射量300mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させ、厚さ3.5μmのハードコート層を形成した。
ハードコート層の上に、中屈折率層用塗布液をグラビアコーターを用いて塗布した。100℃で乾燥した後、酸素濃度が1.0体積%以下の雰囲気になるように窒素パージしながら240W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度550mW/cm2、照射量600mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させ、中屈折率層(屈折率1.65、膜厚70nm)を形成した。
中屈折率層の上に、高屈折率層用塗布液をグラビアコーターを用いて塗布した。100℃で乾燥した後、酸素濃度が1.0体積%以下の雰囲気になるように窒素パージしながら240W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度550mW/cm2、照射量600mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させ、高屈折率層(屈折率1.96、膜厚100nm)を形成した。
高屈折率層の上に、低屈折率層用塗布液をグラビアコーターを用いて塗布した。80℃で乾燥した後、酸素濃度が1.0体積%以下の雰囲気になるように窒素パージしながら160W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度550mW/cm2、照射量600mJ/cm2の紫外線を照射し、120℃で10分間加熱して、低屈折率層(屈折率1.43、膜厚86nm)を形成した。このようにして、反射防止フィルムを作製した。
<反射防止フィルムの作成>(実施例20)
実施例19の中屈折率層用塗布液(ML−1)および高屈折率層用塗布液(HL−1)のマクロモノマー(M1−2)及びメチルメタクリレート(モノマー(A−1))の代わりに、マクロモノマー(M1−12)及び下記構造のモノマー(A−2)を同量用いた他は、実施例19と同様にして、反射防止フィルムを作製した。
Figure 2004285320
<反射防止フィルムの作成>(比較例2)
実施例19の中屈折率層用塗布液(ML−1)および高屈折率層用塗布液(HL−1)の調製における組成分において、マクロモノマー(M1−2)の代わりに、下記構造のポリエステル化合物を用いた他は、実施例19と同様にして反射防止フィルムを作製した。
Figure 2004285320
<反射防止フィルムの作成>(比較例3)
実施例19の中屈折率層用塗布液(ML−1)および高屈折率層用塗布液(HL−1)の調製における組成分において、マクロモノマー(M1−2)を除き、各液の重合性化合物を下記の量とした他は、実施例19と同様にして反射防止フィルムを作製した。
中屈折率層用塗布液:(MMA)52.6g、(TMPTA)5.8g
高屈折率層用塗布液:(MMA)43.1g、(TMPTA)4.8g
<高屈折率層フィルムの評価>)
上記の高屈折率層まで設けたフィルムを用いて、以下の項目の評価を行なった。結果を表−9に示す。
(1)密着性の評価
各フィルムを、サンシャインウエザーメーター(S−80、スガ試験機(株)製)を用いて、サンシャインカーボンアーク灯、相対湿度60%、100時間の条件に曝した。
この耐候試験前後の各フィルムを温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間調湿した。
各フィルムの高屈折率層を有する側の表面において、カッターナイフで基盤目状に縦11本、横11本の切り込みを入れて合計100個の正方形の升目を刻み、日東電工(株)製のポリエステル粘着テープ(No.31B)における密着試験を同じ場所で繰り返し3回行った。剥がれの有無を目視で観察し、下記の4段階評価を行った。
◎:100升において剥がれが全く認められなかったもの
○:100升において剥がれが認められたものが2升以内のもの
△:100升において剥がれが認められたものが10〜3升のもの
×:100升において剥がれが認められたものが10升をこえたもの
(2)鉛筆硬度の評価
前記露光前後の膜を温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間調湿した後、JIS S6006が規定する試験用鉛筆を用いて、JIS K5400に規定される鉛筆硬度の評価方法に従い、1kg加重における鉛筆硬度を評価した。
(3)スチルウール擦り耐性の評価
前記露光前後の膜において、#0000のスチルウールに300g/cmの荷重をかけ、5往復したときの傷の状態を観察して、以下の3段階で評価した。
A:傷が全く付かない、B:少し傷が付くが見えにくい、C:顕著に傷が付く
(4)ひび割れの評価
フィルム試料を35mm×140mmに切断し、温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間放置した後、筒状に丸めたときのひび割れが発生し始める曲率直径を測定し、表面のひび割れを評価した。また、エッジ部のひび割れを目視で評価した。
全くひび割れのないものを○、わずかでもひび割れのあるものを×とした。
<反射防止フィルムの評価>
作製した各反射防止フィルムについて、以下の項目の評価を行った。結果を表−9に示す。
(5)ヘイズの評価
ヘイズメーター(NHD−1001DP、日本電色工業(株)製)を用いて、反射防止フィルムのヘイズを評価した。
(6)反射率の評価
分光光度計(V−550、ARV−474、日本分光(株)製)を用いて、380〜780nmの波長領域において、入射角5°における分光反射率を測定した。450〜650nmの波長範囲における平均反射率を求めた。
(7)密着性の評価
上記(1)と同一の条件で測定し、評価した。
Figure 2004285320
本発明の実施例19で得られる高屈折率層表面となるフィルムの膜特性(密着性、鉛筆硬度、擦力耐性、ひび割れ)は、いずれも良好で実用可能なレベルであった。更に、実施例20は、いずれの特性でもより良好な結果であった。又、反射防止フィルムとしての光学特性の性能は、実施例19及び実施例20ともに良好となるもので、実施例20は密着力が一層向上した。
一方、比較例2及び比較例3のいずれの試料も、膜特性が悪く、実用に供し得ないレベルであった。
以上のことから、本発明のもののみが、反射防止フィルムとして、良好な特性を示した。
実施例21〜25
実施例19における中屈折率層用塗布液(ML−1)および高屈折率層用塗布液(HL−1)において、マクロモノマー(M1−2)、モノマー(A−1)及び光重合開始剤(L−1)の代わりに、下表−10の各化合物を同量づつ用いた他は、実施例19と同様にして、各反射防止フィルムを作製した。
Figure 2004285320
得られた実施例21〜25の各反射防止フィルムを、実施例19と同様にして性能と評価を行なった。各実施例のものは、実施例19と同等以上の性能を示し、良好であった。
実施例26
<ハードコート層の形成>
多官能性アクリレートモノマーDPHA、125gおよびウレタンアクリレートオリゴマーUV−6300B(日本合成化学工業(株)製)125gを、439gの工業用変性エタノールに溶解した。得られた溶液に、イルガキュア907、7.5gおよびカヤキュアーDETX、5.0gを49gのメチルエチルケトンに溶解した溶液を加えた。混合物を攪拌した後、孔径1μmのポリプロピレン製フィルターで濾過してハードコート層の塗布液を調製した。
前記のトリアセチルセルロースフィルム(TAC−TD80U)に、上記のハードコート層の塗布液を、バーコーターを用いて塗布し、120℃で乾燥した。次に紫外線を照射して、塗布層を硬化させ、厚さ7.5μmのハードコート層を形成した。
<酸化物微粒子分散液(PL−2)の調製>
チタン、ジルコニウム及びアルミニウムからなる複合酸化物[Ti/Ti+Zr+Al=0.80モル比、Zr/Ti+Zr+Al=0.15モル比](P−2)257.1gに、下記分散剤38.6g、およびシクロヘキサノン704.3gを添加してダイノミルにより分散した。得られた分散物の分散粒子の平均径は70nmであった。
Figure 2004285320
<中屈折率層用塗布液(ML−8)の調製>
上記の酸化物微粒子分散液(PL−2)88.9gに、マクロモノマー(M1−20)29.2g、下記構造のジアクリレート29.2g、イルガキュア907、3.1g、カヤキュアーDETX、1.1g、メチルエチルケトン482.4g、およびシクロヘキサノン1869.8gを添加して攪拌した。孔径0.4μmのポリプロピレン製フィルターで濾過して中屈折率層用の塗布液を調製した。
<高屈折率層用塗布液(ML−8)の調製>
上記の酸化物微粒子分散液(PL−2)586.8gに、マクロモノマー(M1−20)24.0g、下記構造のジアクリレート24.0g、イルガキュア907、2.4g、カヤキュアーDETX、0.8g、メチルエチルケトン455.8g、およびシクロヘキサノン1427.8gを添加して攪拌した。孔径0.4μmのポリプロピレン製フィルターで濾過して高屈折率層用の塗布液を調製した。
Figure 2004285320
<反射防止フィルムの作製>
上記のハードコート層の上に、中屈折率層用塗布液(ML−8)をグラビアコーターを用いて塗布した。100℃で乾燥した後、酸素濃度が1.0体積%以下の雰囲気になるように窒素パージしながら240W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、照度550mW/cm2、照射量600mJ/cm2の紫外線を照射して塗布層を硬化させ、中屈折率層(屈折率1.65、膜厚67nm)を形成した。
中屈折率層の上に、高屈折率層用塗布液(HL−8)をグラビアコーターを用いて塗布した。100℃で乾燥した後、120℃で2時間の加熱処理をして塗布層を硬化させ、高屈折率層(屈折率1.95、膜厚107nm)を形成した。
高屈折率層の上に、特開2000−241603号公報明細書中の実施例1記載の低屈折率層用組成物及び形成方法に従って、低屈折率層(屈折率1.44、膜厚82nm)を形成した。このようにして、反射防止フィルムを作製した。
得られた反射防止フィルムを、実施例19と同様にして性能と評価を行なった結果、実施例19と同等以上の性能を示し、良好であった。
実施例27〜30
実施例26の高屈折率層用塗布液(HL−8)の調製における組成分において、マクロモノマー(M1−20)、重合性モノマー及び重合開始剤の代わりに、下記表−11に記載の各化合物を用いた他は、実施例26と同様にして反射防止フィルムを作製した。
Figure 2004285320
得られた反射防止フィルムの性能を、実施例19と同様にして評価した結果、実施例19と同等以上の良好なものであった。
実施例31
<偏光板用保護フィルムの作製>
実施例19〜30で作製した反射防止フィルムにおいて、本発明の高屈折率層を有する側とは反対側の透明支持体の表面を、1.5Nの水酸化ナトリウム水溶液を50℃に保温した鹸化液を用いて鹸化処理した。
鹸化処理した透明支持体表面の水酸化ナトリウム水溶液を、水で十分に洗浄した後、100℃で十分に乾燥させた。このようにして、偏光板用保護フィルムを作製した。
<偏光板の作製>
膜厚75μmのポリビニルアルコールフィルム((株)クラレ製)を水1000g、ヨウ素7g、ヨウ化カリウム105gからなる水溶液に5分間浸漬し、ヨウ素を吸着させた。次いで、このフィルムを4質量%ホウ酸水溶液中で、4.4倍に縦方向に1軸延伸をした後、緊張状態のまま乾燥して偏光膜を作製した。
接着剤としてポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜の一方の面に本発明の反射防止フィルム(偏光板用保護フィルム)の鹸化処理したトリアセチルセルロース面を貼り合わせた。さらに、偏光膜のもう片方の面には上記と同様にして鹸化処理したセルロースアシレートフィルム:TD−80UFを同じポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼り合わせた。
<画像表示装置の評価>
このようにして作製した本発明の偏光板を装着したTN、STN、IPS、VA、OCBのモードの透過型、反射型、又は、半透過型の液晶表示装置は、反射防止性能に優れ、極めて視認性が優れていた。
実施例32
<偏光板の作製>
ディスコティック構造単位の円盤面が透明支持体面に対して傾いており、且つ該ディスコティック構造単位の円盤面と透明支持体面とのなす角度が、光学異方層の深さ方向において変化している光学補償層を有する光学補償フィルム(ワイドビューフィルムSA−12B、富士写真フイルム(株)製)において、光学補償層を有する側とは反対側の表面を実施例31と同様の条件で鹸化処理した。
実施例31で作製した偏光膜に、接着剤としてポリビニルアルコール系接着剤を用いて、偏光膜の一方の面に、実施例20で作製した反射防止フィルム(偏光板用保護フィルム)の鹸化処理したトリアセチルセルロース面を貼り合わせた。さらに、偏光膜のもう片方の面には鹸化処理した光学補償フィルムのトリアセチルセルロース面を同じポリビニルアルコール系接着剤を用いて貼り合わせた。
<画像表示装置の評価>
このようにして作製した本発明の偏光板を装着したTN、STN、IPS、VA、OCBのモードの透過型、反射型、又は、半透過型の液晶表示装置は、光学補償フィルムを用いていない偏光板を装着した液晶表示装置よりも明室でのコントラストに優れ、上下左右の視野角が非常に広く、更に、反射防止性能に優れ、極めて視認性と表示品位が優れていた。
本発明に従い高屈折率層を作製することにより、耐候性(特に、偏光性)に優れた反射防止フィルムを安価で大量に提供することができる。
更に、これらにより上記特徴を保持した偏光板、画像表示装置を提供することができる。

Claims (15)

  1. 重合体主鎖の片末端に重合性基を有し、かつ重量平均分子量が2×104以下の一官能性ポリエステルマクロモノマー(M)、及び重合開始剤(L)を含有することを特徴とする硬化性組成物。
  2. 上記マクロモノマー(M)が、下記一般式(M−I)又は一般式(M−II)で表される繰り返し部を有することを特徴とする請求項1記載の硬化性組成物。
    Figure 2004285320
    式中、Tは重合性基を表す。
    1は、TとD1とを連結する2価の有機残基を表し、B2は、TとD2とを連結する2価の有機残基を表す。
    1及びE2は、互いに同じでも異なってもよく、各々2価の脂肪族基、2価の芳香族基〔各々の2価の有機残基の結合中に、−C(k2)(k3)−、−O−、−S−、−N(k4)−、−SO2−、−COO−、−OCO−、−CONHCO−、−NHCOO−、−NHCONH−、−CON(k4)−、−SO2N(k4)−及び−Si(k5)(k6)−(k2、k3及びk4はそれぞれ水素原子または炭素数1〜12の炭化水素基を表し、k5及びk6はそれぞれ炭素数1〜12の炭化水素基を表す)から選ばれた少なくとも1つの結合基を介在させてもよい〕またはこれら残基の組み合わせにより構成された有機残基を表す。
    1は−CH2−又は−CO−を表し、D2は−O−又は−NH−を表す。
    1は−OH、−OR5又は―N(R6)(R7)を表す(R5は炭素数1〜12の炭化水素基を表す。R6及びR7は水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表す)。
    2は水素原子、炭素数1〜12の炭化水素基、−COR8又は−CONHR9を表す(R8及びR9はそれぞれ炭素数1〜12の炭化水素基を表す)。
  3. 上記マクロモノマー(M)が、少なくとも一種の脂環式脂肪族成分を含有することを特徴とする請求項1又は2記載の硬化性組成物。
  4. 上記マクロモノマー(M)が、少なくとも一種の多環式脂肪族環成分を含有することを特徴とする請求項3記載の硬化性組成物。
  5. 上記マクロモノマー(M)が有する重合性基が、ラジカル重合反応基およびカチオン重合反応基のいずれかである請求項1〜4のいずれかに記載の硬化性組成物。
  6. 重合性モノマー(A)を更に含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の硬化性組成物。
  7. 重合性モノマー(A)が、同一分子内に2個以上の重合性基を含む化合物であることを特徴とする請求項5に記載の硬化性組成物。
  8. 重合性モノマー(A)が、分子内に2個以上の重合性基を含み、且つ該重合性基として、少なくとも1種の開環重合性基と少なくとも1種のエチレン性不飽和基とを含有する化合物であることを特徴とする請求項7記載の硬化性組成物。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載の硬化性組成物を基材上に塗布し、硬化させて得られる硬化処理物品。
  10. 透明支持体上に、少なくとも高屈折率層及び低屈折率層を順次積層されてなる多層膜反射防止膜であって、該高屈折率層が屈折率1.70以上の無機粒子を更に有する、請求項1〜8のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られたことを特徴とする反射防止膜。
  11. 透明支持体上に、屈折率の異なる二層の高屈折率層及びこれらの層上に積層させた屈折率1.55未満の低屈折率層の少なくとも三層構造の屈折率層を有し、該二層の高屈折率層の少なくともいずれか一方が請求項1〜8のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られたものである反射防止膜。
  12. 透明支持体と高屈折率層との間にハードコート層を有することを特徴とする請求項10又は11に記載の反射防止膜。
  13. 請求項10〜12のいずれかに記載の反射防止膜を偏光膜の保護フィルムの少なくとも一方に用いることを特徴とする偏光板。
  14. 請求項10〜12のいずれかに記載の反射防止膜を偏光膜の保護フィルムの一方に、光学異方性のある光学補償フィルムを偏光膜の保護フィルムのもう一方に用いることを特徴とする偏光板。
  15. 請求項10〜12のいずれかに記載の偏光膜又は請求項13若しくは14記載の偏光板が、画像表示面に配置されていることを特徴とする画像表示装置。
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