(57)【要約】  本明細書において、基板上に塗布及び硬化されると透明な耐衝撃性及び接着性プライマーコーティングを提供する、高屈折率水性ポリウレタン分散プライマーコーティング組成物が提供される。これらのポリウレタンコーティング組成物は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーを含み、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有するプライマーコーティングを提供する。また、本明細書において、そのような高屈折率コーティング組成物を製造するための方法、基板をそのような高屈折率コーティング組成物でコーティングするための方法、及びそのような高屈折率コーティング組成物でコーティングされた物品も提供される。
2013527863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に塗布及び硬化されると透明耐衝撃性高屈折率プライマーコーティングを提供するコーティング組成物であって、
ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーであって、
芳香族ジイソシアネートと、
ｉ）約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、ｉｉ）芳香族ジオール、ｉｉｉ）約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、ｉｖ）約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びｖ）それらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と、
ジヒドロキシカルボン酸と、
多官能性アミンと
の反応生成物を含む上記ポリウレタンポリマーを含む、上記コーティング組成物。
【請求項２】
分散剤と、ポリウレタンポリマーを分散させて水性ポリウレタン分散コーティング組成物を形成させるのに十分な量の水とをさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
少なくとも１種の活性水素化合物が、約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、芳香族ジオール、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
ポリウレタンポリマーが、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約２７重量％の範囲の量の芳香族官能基を有し、プライマーコーティングが、約１．５３から約１．５７の範囲の屈折率を有する、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
少なくとも１種の活性水素化合物が、約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２に記載の組成物。
【請求項６】
ポリウレタンポリマーが、ポリウレタンポリマーの固形分の約０．１重量％から約１５重量％の範囲の量の硫黄を有し、プライマーコーティングが、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する、請求項５に記載の組成物。
【請求項７】
芳香族ジイソシアネートが、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２に記載の組成物。
【請求項８】
反応生成物が、ポリマージオールをさらに含み、ポリウレタンポリマーが、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約２７重量％の範囲の量の芳香族官能基を有し、プライマーコーティングが、約１．５３から約１．５７の範囲の屈折率を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
分散剤と、ポリウレタンポリマーを分散させて水性ポリウレタン分散コーティング組成物を形成させるのに十分な量の水とをさらに含む、請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
基板に塗布及び硬化されると透明耐衝撃性高屈折率プライマーコーティングを提供するコーティング組成物でコーティングされた、高屈折率透明基板を備える物品であって、
このコーティング組成物は、
ａ）ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーであって、
１）芳香族ジイソシアネートと、
２）ｉ）約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、ｉｉ）芳香族ジオール、ｉｉｉ）約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、ｉｖ）約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びｖ）それらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と、
３）ジヒドロキシカルボン酸と、
４）多官能性アミンと
の反応生成物を含む上記ポリウレタンポリマー、
ｂ）分散剤、並びに
ｃ）ポリウレタンポリマーを分散させて水性ポリウレタン分散コーティング組成物を形成させるのに十分な量の水
を含み、
プライマーコーティングが、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する、上記物品。
【請求項１１】
透明基板が、ポリカーボネート材料、ポリウレタン材料、アクリル材料、ポリチオウレタン材料、ポリ塩化ビニル材料、ポリビスアリルカーボネート材料、ポリエチレンテレフタレート材料、及びポリエチレンナフテネート材料の少なくとも１種を含む、請求項１０に記載の物品。
【請求項１２】
高屈折率を有する透明基板をコーティングするための方法であって、
水性ポリウレタン分散コーティング組成物を、基板の少なくとも一方の表面に塗布するステップであって、水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、
ａ）ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーであって、
１）芳香族ジイソシアネートと、
２）ｉ）約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、ｉｉ）芳香族ジオール、ｉｉｉ）約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、ｉｖ）約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びｖ）それらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と、
３）ジヒドロキシカルボン酸と、
４）多官能性アミンと
の反応生成物を含む上記ポリウレタンポリマー、
ｂ）分散剤、並びに
ｃ）ポリウレタンポリマーを分散させて水性ポリウレタン分散コーティング組成物を形成させるのに十分な量の水
を含む、上記塗布するステップと、
基板の少なくとも一方の表面上の水性ポリウレタン分散コーティング組成物を少なくとも部分的に硬化させ、ポリウレタンポリマープライマーコーティングを形成させるステップであって、ポリウレタンポリマープライマーコーティングは、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する、上記形成させるステップと
を含む、上記方法。
【請求項１３】
ハードコートコーティング組成物を、ポリウレタンポリマープライマーコーティングに塗布するステップと、
ハードコートコーティング組成物を硬化させて、ハードコーティングを有する透明耐衝撃性高屈折率基板を形成させるステップと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ハードコートコーティング組成物が、有機シロキサンコーティング組成物を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１種の活性水素化合物が、約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、芳香族ジオール、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
ポリウレタンポリマーが、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約２７重量％の範囲の量の芳香族官能基を有し、ポリウレタンポリマープライマーコーティングが、約１．５３から約１．５７の範囲の屈折率を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１種の活性水素化合物が、約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
ポリウレタンポリマーが、ポリウレタンポリマーの固形分の約０．１重量％から約１５重量％の範囲の量の硫黄を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
芳香族ジイソシアネートが、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
反応生成物が、ポリマージオールをさらに含み、ポリウレタンポリマーが、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約２７重量％の範囲の量の芳香族官能基を有し、ポリウレタンポリマープライマーコーティングが、約１．５３から約１．５７の範囲の屈折率を有する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、参照することによりその全開示が本明細書に組み込まれる、２０１０年６月２４日出願の米国仮特許出願第６１／３５８，０３８号、名称「ＨＩＧＨ  ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＥ  ＩＮＤＥＸ  ＡＱＵＥＯＵＳ  ＰＯＬＹＵＲＥＴＨＡＮＥ  ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮＳ」の優先権及び任意の他の利益を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、高屈折率コーティング組成物に関する。より具体的には、本発明は、基板上で硬化されると、透明な耐衝撃性、接着性及び高屈折率プライマーコーティングを提供する、水性ポリウレタン分散コーティング組成物に関する。本発明はまた、高屈折率水性ポリウレタン分散コーティング組成物を調製するための方法に関する。さらに、本発明は、基板を高屈折率ポリウレタンコーティング組成物でコーティングするための方法、及びそのようなコーティング組成物でコーティングされた物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
プライマーコーティングは、清澄な透明プラスチック基板、例えば眼科用レンズ、保護眼鏡、スポーツ用及び軍用ゴーグル、フェイスシールド、バイザー、窓、風防等として使用される透明プラスチック基板の耐衝撃性及びそれに対する接着性を改善するために有用である。高屈折率、軽量性、及び成形性等のプラスチック材料の有益な特性のため、多くの用途において清澄な透明プラスチック材料がガラスの代替として使用されているが、透明プラスチック材料はまた欠点も有する。１つの具体的な欠点は、透明プラスチック基板が多くの場合柔らかく、極めて容易に傷付く、又は摩耗する傾向を有することである。傷を防ぐために、透明プラスチック基板は、基板上に塗布された有機シロキサンコーティングからなる耐摩耗性の「ハード」コート、すなわち硬質で耐摩耗性の「トップ」コートでコーティングすることができる。しかしながら、ハードコートにより耐摩耗性は改善し得るものの、ハードコートの追加は、対応するハードコーティングされていない透明プラスチック基板と比較して、透明プラスチック基板の耐衝撃性を不必要に低減し得る。これは、眼科用途において使用される透明プラスチック基板にとって大きな欠点となり得、屈折率が増加すると、同じレベルの補正を達成するために必要なレンズの厚さが減少し、結果として衝撃による損壊をより被りやすいより薄型で軽量のレンズとなる。ハードコートでコーティングされたプラスチック基板の耐衝撃性を改善するために、ポリウレタンコーティング等の弾性ポリマー樹脂を、透明プラスチック基板と耐摩耗性ハードコートとの間のプライマー層として使用することができる。ポリウレタンプライマーコーティングは、ハードコートへの衝撃によるエネルギーを吸収し、破砕又は亀裂がハードコートから透明プラスチック基板内に広がるのを防止するように機能する。
【０００４】
透明プラスチック基板の耐衝撃性を改善することに加え、ポリウレタンプライマーコーティングはまた、接着層としても有用である。基板の表面に容易に接着しない多くの異なる種類のコーティング又は追加層が、基板に塗布され得る。そのような場合、他のコーティング又は層がより容易に接着する基板上の層を形成するために、ポリウレタンプライマーコーティングが塗布される。
【０００５】
ポリウレタンプライマーコーティングのさらなる利益は、水性ポリウレタン分散液により実現することができる。水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、その反応性２成分ポリウレタン系相当物に比べてより安定であり、より長い寿命を有する。２成分系の相対的な不安定性は、系が混合後に反応し硬化を開始するため、２成分系を混合後速やかに基板に塗布する必要があることによるものである。対照的に、水性ポリウレタン分散液は、基板に塗布され硬化を開始するまでに、長期間、すなわち数週間又は数カ月保存することができる。反応性２成分ポリウレタン系の安定性、ひいてはその寿命は、系の１成分として好適なブロックイソシアネートを使用することにより改善することができる。しかしながら、周囲温度で空気乾燥により硬化し、硬化を開始又は維持するために熱を必要としない水性ポリウレタン分散コーティング組成物とは対照的に、ブロックイソシアネートを使用した２成分系は、硬化を開始させるのに熱を必要とし、したがって、２成分系コーティングプロセスに追加的な複雑性及び費用を追加することになる。
【０００６】
水性ポリウレタン分散液の別の利益は、水性分散液の主溶媒が、高揮発性有機成分（ＶＯＣ）濃度を有し得る有機溶媒ではなく水であるため、反応性２成分ポリウレタン系よりも有害ではないことである。
【０００７】
しかしながら、水性ポリウレタン分散コーティング組成物の１つの欠点は、ポリウレタンプライマーコーティングの屈折率が透明基板の屈折率と大幅に異なる場合、水性分散液から形成されたポリウレタンプライマーコーティングが、コーティングされた基板を通過する光との干渉を引き起こし得るということである。
【０００８】
光波路は、１つの媒体から別の媒体に通過する時に屈曲するが、これは、異なる媒体を横切る光の速度の低下に起因する。光路の屈曲量の尺度は、屈折率と呼ばれる。特定の媒体に関して、屈折率は、媒体中の光の速度に対する真空中の光の速度の比として表現され得る。したがって、異なる媒体のそれぞれが、各々の屈折率値を有する。透明基板は、１つの屈折率値を有し、基板に塗布されたコーティングは、異なる屈折率値を有し得る。異なる屈折率値を有する基板及びコーティングにおいて、透明基板及びコーティングの屈折率間の値の差が増加すると、異なる屈折品質を有するこれらの２種の媒体から生じる光波干渉により、コーティングされた基板を通した光学的清澄性が影響を受ける。逆に、基板の屈折率とコーティングの屈折率との間の差が減少すると、光波干渉の低下により光学的清澄性が改善する。
【０００９】
本明細書において使用される場合、高屈折率を有するとみなされる材料は、それぞれ約１．５３以上の値の屈折率を有する材料である。ポリウレタンプライマーが有用である用途において高屈折率プラスチックの使用が増加すると、コーティングされた、又は層状の高屈折率基板を通過する光の干渉を引き起こさないように、基板に塗布された他のコーティング又は層の屈折率も増加しなくてはならない。本明細書において、基板に塗布及び硬化されると、約１．５３から約１．６３の範囲の高屈折率を有する透明な耐衝撃性及び接着性ポリウレタンプライマーコーティングを提供する、水性ポリウレタン分散コーティング組成物が記載される。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、本明細書において、基板上に塗布及び硬化されると透明な耐衝撃性及び接着性プライマーコーティングを提供する、高屈折率水性ポリウレタン分散プライマーコーティング組成物が記載される。
【００１１】
一実施形態において、コーティング組成物は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーであって、芳香族ジイソシアネートと；ｉ）約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、ｉｉ）芳香族ジオール、ｉｉｉ）約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、ｉｖ）約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びｖ）それらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と；ジヒドロキシカルボン酸と；多官能性アミンとの反応生成物を含むポリウレタンポリマーを含む。コーティング組成物から形成されたプライマーコーティングは、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する。
【００１２】
別の実施形態において、コーティング組成物は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約２７重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーであって、芳香族ジイソシアネートと；約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、芳香族ジオール、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と；ジヒドロキシカルボン酸と；多官能性アミンとの反応生成物を含むポリウレタンポリマーを含む。コーティング組成物から形成されたプライマーコーティングは、約１．５３から約１．５７の範囲の屈折率を有する。
【００１３】
別の実施形態において、コーティング組成物は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基と、ポリウレタンポリマーの固形分の約０．１重量％から約１５重量％の範囲の量の硫黄とを有するポリウレタンポリマーであって、芳香族ジイソシアネートと；約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と；ジヒドロキシカルボン酸と；多官能性アミンとの反応生成物を含むポリウレタンポリマーを含む。コーティング組成物から形成されたプライマーコーティングは、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する。
【００１４】
別の実施形態において、コーティング組成物は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーであって、芳香族ジイソシアネートと；ポリマージオールと；ｉ）約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、ｉｉ）芳香族ジオール、ｉｉｉ）約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、ｉｖ）約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びｖ）それらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と；ジヒドロキシカルボン酸と；多官能性アミンとの反応生成物を含むポリウレタンポリマーを含む。コーティング組成物から形成されたプライマーコーティングは、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する。
【００１５】
本明細書に記載のコーティング組成物は、分散剤と、分散剤によるポリウレタンポリマーの中和後に、ポリウレタンポリマーを分散させて水性ポリウレタン分散コーティング組成物を形成するのに十分な量の水とをさらに含む。本明細書に記載のコーティング組成物は、分散剤によるポリウレタンプレポリマー又はポリマーのカルボン酸官能基の中和により分散される。また、コーティング組成物は、紫外線吸収剤をさらに含んでもよい。
【００１６】
別の実施形態によれば、高屈折率水性ポリウレタン分散コーティング組成物を調製する方法が提供される。
【００１７】
他の実施形態によれば、基板を本明細書に記載の高屈折率水性ポリウレタン分散コーティング組成物でコーティングする方法、及びそのような水性ポリウレタン分散コーティング組成物でコーティングされた物品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本図は、本明細書に記載の硬化されたポリウレタンコーティング組成物の芳香族官能基含量の関数としての屈折率のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
別段に定義されていない限り、本明細書において使用される技術的及び科学的用語はすべて、本発明が属する技術分野の当業者により一般的に理解されているのと同じ意味を有する。本明細書における本発明の説明で使用される専門用語は、特定の実施形態の説明のみを目的とし、本発明の限定を意図しない。本発明は異なる形態で具現化されてもよく、本出願の特定の実施形態の言及は、本発明を本明細書に記載の実施形態に限定するように解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示の完全性及び網羅性のために提供される。
【００２０】
本発明の説明及び添付の特許請求の範囲において使用される場合、文脈上異なる意味が明示されていない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数形も含むことが意図される。
【００２１】
別段に指定されない限り（すなわち、「正確に」という用語の使用により）、量、分子量等の特性、反応条件等を表現する全ての数字は、本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、全ての場合において「約」という用語により修飾されるものとして理解されたい。したがって、別段に指定されない限り、以下の明細書及び特許請求の範囲に記載される数値的特性は、本発明の実施形態において得ようとしている所望の特性に依存して変動し得る概数である。
【００２２】
本明細書において使用される場合、「高屈折率」は、約１．５３以上の屈折率を指す。さらに、具体的に別段に指定されない限り、本明細書において使用されるコーティング又はコーティング組成物に関する屈折率は、コーティング組成物から形成されるコーティングの屈折率、すなわちポリウレタンポリマープライマーコーティングの屈折率の値を指し、水性ポリウレタン分散コーティング組成物の水系の実施形態の屈折率の値ではない。
【００２３】
材料の屈折率は、光が１つの媒体から別の媒体に通過する際に光がどれ程屈折するか、すなわち屈曲するかの尺度である。光波は、異なる媒体中を異なる速度で移動する。光波が異なる媒体に進入した結果、光の速度が変化する。光の振動数は媒体にわたって変化しないため、光波の速度の変化は、光路を屈曲させることになる。屈折率は、ちょうど光がどれ程屈曲するかを示す。特定の媒体において、屈折率（Ｒ．Ｉ．）は、Ｒ．Ｉ．＝［真空中の光の速度／媒体中の光の速度］と表現され得る。真空中の光の速度は、空気中の光の速度とは大きく異ならず、したがって、屈折率は、真空中の光の速度に空気中の光の速度を代入することにより表現され得る。異なる媒体を横切って通過する光によりもたらされる屈折は、媒体を通した光学的清澄性に関連するが、各媒体の屈折率間の差を最小限化することにより最小限化される。したがって、約１．５３以上の屈折率を有する基板の屈折を低減又は最小限化するためには、ポリウレタンプライマーコーティング等の基板に塗布された任意のコーティングは、基板及びコーティングのそれぞれの屈折率間の差を最小限化するように、基板の屈折率と同様の屈折率、すなわち約１．５３以上の屈折率を有する必要がある。
【００２４】
本発明者らは、水性ポリウレタン分散コーティング組成物の屈折特性が、組成物から形成されたポリウレタンポリマーコーティングの芳香族官能基含量が増加すると改善される、すなわち、ポリマー内の芳香族官能基の濃度が増加すると屈折率が増加することを見出した。特に、本発明者らは、ポリウレタンの屈折率と芳香族官能基含量との間の、屈折率＝［０．３８３４＊（％芳香族官能基含量／１００）＋１．４６９８］という関係を見出した。図は、この関係を示している。この関係を用いて効果的なコーティング組成物を形成するには、芳香族官能基は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量で存在する。さもなければ、芳香族官能基が１６％未満である場合、このコーティング組成物から形成された硬化後のコーティングの屈折率は１．５３未満であり、本明細書において定義されるような高屈折率ではない。逆に、４２％を超える芳香族官能基を有すると、コーティング組成物の水への分散性に影響する。したがって、本明細書に記載の高屈折率ポリウレタンコーティング組成物は、ポリウレタンポリマーの約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有する。これらのコーティング組成物は、基板上に塗布及び硬化されると、透明な耐衝撃性、接着性及び高屈折率プライマーコーティングを提供し、プライマーコーティングは、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する。
【００２５】
ポリウレタンは、巨大分子鎖内のウレタン基［−ＮＨ−Ｃ＝Ｏ−Ｏ−］及び尿素基［−Ｎ−Ｈ−（Ｃ＝Ｏ）−ＮＨ−］の存在を特徴とするポリマーである。これらの基は、一般に、２個以上のイソシアネート官能基を有する化合物と２個以上の活性水素官能基を有する化合物との反応により形成される。「活性水素官能基」は、本明細書において使用される場合、イソシアネート官能基と容易に反応する任意の官能基、例えばヒドロキシル官能基、アミノ官能基、及びチオール官能基を指す。したがって、「活性水素化合物」は、本明細書において使用される場合、ヒドロキシル官能基、アミノ官能基、チオール官能基、又はそれらの組合せを含むがこれらに限定されない、少なくとも１個の活性水素官能基を有する任意の化合物又は分子を指す。ポリウレタンのウレタン基は、典型的には、ポリイソシアネートとポリオールとの重付加反応により形成されるが、ウレタン基の形成は、これらの反応物質に限定されない。ポリイソシアネートは、２個以上のイソシアネート官能基を有する分子、すなわちＲ１−（Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）ｎ≧２である。ポリオールは、２個以上のヒドロキシル官能基を有する分子、すなわちＲ２−（ＯＨ）ｎ≧２である。尿素基は、典型的には、ポリイソシアネートとポリアミンとの重付加反応により形成される。ポリアミンは、２個以上のアミノ官能基を含有する分子、すなわちＲ３−（ＮＨ２）ｎ≧２である。
【００２６】
水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、水相中に分散したポリウレタンポリマーから形成される、コロイド状で安定な分散液である。水性ポリウレタン分散液の調製は、一般に、３ステップ以内で行われるものとして分類され得るが、これらの３ステップは互いに相互排他的ではないことが、当業者に理解される。さらに、本明細書は、明確性のために、これらのステップに関連して本発明を説明しており、本発明の実施形態又は特徴は、これらのステップに限定されるものとして解釈されるべきではない。さらに、これらの３ステップは、この順番に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらのステップは、異なる順番で行われてもよく、又は同時に行われてもよく、又はそれらの組合せで行われてもよい。
【００２７】
一般に、３ステップは、１）ポリウレタンプレポリマー形成ステップ、２）分散ステップ、及び３）最終重合ステップを含む。第１のステップは、一般に、有機溶媒中でのポリオールと過剰のポリイソシアネートとの間の高温での反応による、イソシアネート終端末端基を有するポリウレタンプレポリマーの形成に関連する。プレポリマーの形成は、最終的なポリウレタンポリマーの特性を確定する上で重要であり、したがって、本明細書に記載のコーティング組成物による高屈折率特性は、プレポリマーの形成に起因するものである。
【００２８】
第２のステップは、一般に、安定なコロイド分散液を形成するための、ポリウレタンプレポリマー又はポリマーの水中への分散を含む。ポリウレタンプレポリマー又はポリマーは、一般に、分散剤を用いて、又は代替として分散剤及び混合を用いて水相中に分散される。分散剤をポリウレタンプレポリマー又はポリマーと反応させることにより、プレポリマー又はポリマーは、水に分散した安定なポリウレタンポリマー粒子の形成を補助する水混和性又は溶解性の基を得る。
【００２９】
水性ポリウレタン分散液の調製における第３のステップは、最終重合ステップである。最終重合ステップは、プレポリマーのイソシアネート終端末端を多官能性アミン又は多官能性アルコールと反応させて、ポリウレタンプレポリマーを高分子量ポリマーに延長することによる、ポリウレタンポリマー鎖の延長である。この水性分散液の調製プロセスを説明するために使用された３ステップは互いに相互排他的ではないため、最終重合ステップは、分散ステップの前、その間、又はその後に行われてもよい。
【００３０】
水性分散コーティング組成物の調製における第１のステップは、ポリウレタンプレポリマーの形成である。ポリウレタンプレポリマーは、一般に、ポリオールを過剰のポリイソシアネートと反応させることにより、すなわち、ポリオールのヒドロキシル官能基に対するポリイソシアネートのイソシアネート官能基の化学量論比が約１．１：１以上である場合に形成される。ポリオール及びポリイソシアネートの選択は、組成物、ひいてはプレポリマーから形成される最終的なポリウレタンポリマーの特性を決定付ける。したがって、本明細書に記載の高屈折率ポリウレタンコーティング組成物は、ポリウレタンの約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するため、ポリウレタンプレポリマーは、十分な量の芳香族官能基を有するポリイソシアネートの選択、芳香族官能基を有するポリオールの選択、又は芳香族官能基を有するポリイソシアネート及びポリオール両方の選択の組合せにより得られる。
【００３１】
上述のように、ポリイソシアネートは、２個以上のイソシアネート官能基を含有する任意の化合物を含む。本明細書に記載の高屈折率コーティング組成物は、ジイソシアネートと呼ばれる、２個のイソシアネート官能基を有するポリイソシアネートを使用する。ポリウレタンプレポリマー反応において芳香族官能基含量を得るために、芳香族ジイソシアネートが使用される。本明細書において言及される場合、芳香族ジイソシアネートは、ポリウレタンプレポリマーを形成する重付加反応後にジイソシアネートからポリウレタンポリマー構造内に持ち込まれる少なくとも１個の芳香族官能基を有する任意のジイソシアネートを含む。本明細書において使用されるような芳香族ジイソシアネートの例は、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、テトラメチルキシレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、フェニレンジイソシアネート、トルイジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、上記から誘導される任意のジイソシアネート、及びそれらの組合せを含むが、これらに限定されない。キシリレンジイソシアネート、具体的にはｍ−キシリレンジイソシアネート、又はテトラメチルキシレンジイソシアネートが、本明細書に記載の高屈折率プライマーコーティング組成物とともに使用される好ましい芳香族ジイソシアネートである。
【００３２】
本明細書に記載の高屈折率コーティング組成物の一実施形態によれば、芳香族ジイソシアネートと反応するポリオールの選択は、ポリウレタンプレポリマー及び対応するポリウレタンポリマー内の芳香族官能基含量を調節するために使用される。具体的には、短鎖ポリオール、すなわち全炭化水素鎖内に約８個以下の炭素を有する、又は炭化水素鎖の反復単位内に８個以下の炭素原子を有する炭化水素ポリオールを使用すると、長鎖ポリオール、すなわち全炭化水素鎖内に約８個を超える炭素を有する、又は炭化水素鎖の反復単位内に８個を超える炭素原子を有する炭化水素ポリオールに比べて、最終的なポリウレタンポリマー内の芳香族官能基の重量パーセントが増加する。本明細書に記載の高屈折率コーティング組成物は、ジオールと呼ばれる、２個のヒドロキシル官能基を有するポリオールを使用する。本明細書に記載の高屈折率コーティング組成物の実施形態は、ポリマージオール、脂肪族ジオール、又はポリマージオール及び脂肪族ジオールの組合せ等のポリオールを使用する。本明細書において言及される場合、脂肪族ジオールは、炭化水素モノマー分子、４個以下の反復モノマー単位を分子内に含有する炭化水素オリゴマー分子、又はそれらの組合せである。本明細書において言及される場合、ポリマージオールは、巨大分子内に４個を超える反復モノマー単位を含有する炭化水素巨大分子である。例えば、本明細書において使用される場合、ポリ（エチレン）グリコールは、ポリマージオールであり、エチレングリコール、ジエチレングリコール、及びトリエチレングリコールのそれぞれは、脂肪族ジオールである。短鎖ポリマー又は脂肪族ジオールが好ましいが、これは、ジオール内の短鎖により、芳香族ジイソシアネートからのポリウレタンポリマーセグメント内の反復芳香族官能基の間の距離がより短くなるためである。ポリウレタン内の反復芳香族官能基の頻度を増加させることにより、全ポリウレタンポリマー内の芳香族官能基の濃度、ひいては芳香族官能基の重量パーセントが増加する。
【００３３】
本明細書に記載の高屈折率ポリウレタンコーティング組成物は、ポリウレタンが約１６重量％から約４２重量％の芳香族官能基を有する場合、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有するコーティングをもたらす。比較例１に示されるように、プレポリマー反応における唯一のポリオールとしてポリマージオール、具体的には平均分子量が約２０００のポリカーボネートジオールを使用すると、ポリウレタンの固形分の約９重量％の芳香族官能基含量が得られる。上述の理由により、ポリマージオールに加えて、又はその代わりとして短鎖脂肪族ジオールを使用すると、ポリマージオールのみから形成されるポリウレタンポリマーと比較して、ポリウレタンポリマーの芳香族官能基含量が増加する。これは、以下の比較例２に示される。使用されるより長鎖のポリカーボネートジオールの量に比べて、少量の短鎖脂肪族ジオールを導入することにより、比較例１に記載の同様のポリウレタンコーティング組成物の９％の芳香族含量と比較して、ポリウレタンの約１３重量％まで芳香族官能基含量が増加する。脂肪族ジオール及びポリマージオールの両方を使用した場合、ポリウレタンポリマー内の反復芳香族官能基単位間の距離は、脂肪族ジオールからの少なくともいくつかのポリウレタンのセグメントにおいて減少し、それにより全ポリウレタンポリマー内の芳香族官能基の含量が増加する。したがって、本明細書に記載のコーティング組成物によれば、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の芳香族官能基含量を得るために、プレポリマー反応における活性水素化合物として、短鎖脂肪族ジオール、又は十分な量のポリマージオール及び短鎖脂肪族ジオールの組合せが使用される。
【００３４】
高屈折率ポリウレタンコーティング組成物を形成するために使用されるポリマージオールの例は、ポリカーボネートジオール、ポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、多価アルコール、アルコキシル化ジオール、アミド含有ジオール、ポリアクリルジオール、エポキシジオール、多価ポリビニルアルコール、又は上述のポリマージオールのいずれかの混合物を含む。より具体的な好適なポリマージオールの例は、約８００から約２０００の範囲の平均分子量を有するポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ジオールである。高屈折率ポリウレタンコーティング組成物を形成するために本明細書において使用されるポリマージオールはまた、芳香族ポリマージオール、すなわち少なくとも１個の芳香族官能基を有するアリール化ポリマージオールを含む。そのような芳香族ポリマーの例は、ビスフェノールＡ化合物から形成されるポリカーボネートジオールを含む。
【００３５】
本明細書に記載のコーティング組成物とともに使用される好適な短鎖脂肪族ジオールの例は、約２個から約８個の炭素、好ましくは約２個から約３個の炭素の炭化水素鎖を有する脂肪族ジオールを含む。そのような短鎖脂肪族ジオールは、約２個から約８個の炭素を有するアルキレングリコール、好ましくは約２個から約３個の炭素を有するアルキレングリコールを含む。本明細書における高屈折率コーティング組成物に好適な短鎖脂肪族ジオールの具体例は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ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、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、及びそれらの誘導体のいずれか、好ましくはエチレングリコール及びプロピレングリコールを含む。本明細書に記載の高屈折率コーティング組成物の一実施形態によれば、ポリウレタンプレポリマーを形成するための活性水素化合物として使用される好ましいポリオールは、約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール及びポリマージオールを含む。約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール及びポリマージオールから形成されるポリウレタンポリマーの芳香族官能基含量は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約２７重量％の範囲である。脂肪族ジオール及びポリマージオールから形成される対応するポリウレタンポリマーコーティングの屈折率は、約１．５３から約１．５７の範囲である。
【００３６】
別の実施形態によれば、ポリウレタンプレポリマー及び対応するポリマー内の芳香族官能基の濃度は、プレポリマー反応中に芳香族ジイソシアネートと反応する芳香族ジオールを選択することにより調節可能である。本明細書において言及される場合、芳香族ジオールは、ポリウレタンプレポリマーを形成する重付加反応中にジオールからポリウレタンポリマー構造内に持ち込まれる少なくとも１個の芳香族官能基を有する任意のジオールを含む。少なくとも１個の芳香族官能基を有するこれらのジオールを芳香族ジイソシアネートと反応させる場合、芳香族ジオールを使用することにより、芳香族官能基を含有しない他の短鎖ポリマー又は短鎖脂肪族ジオールよりも、反復芳香族官能基単位の頻度が増加するが、これは、ポリウレタンポリマーセグメント内に芳香族ジイソシアネート及び芳香族ジオールの両方からの芳香族官能基が見られるためである。
【００３７】
芳香族ジオールの例は、カテコール、ヒドロキノン、キシリレンジオール、レゾルシノール、メチルレゾルシノール、アルキル置換ベンゼンジオール、アルコキシ置換ベンゼンジオール、キシレンジオール等のベンゼンジオール化合物；ビスフェノールＡアルコキシレートを含むがこれに限定されないビスフェノールＡ化合物；及びそれらの誘導体を含む。本明細書に記載のコーティング組成物との使用に好適な芳香族ジオールは、化合物内に約２個から約８個の炭素を有する芳香族ジオール化合物、及びアルコキシレート鎖内に約２個から約４個の炭素を有するビスフェノールＡアルコキシレートを含む。本明細書における使用に好適なのは、アルコキシレート鎖内に約２個から約４個の炭素を有するビスフェノールＡアルコキシレート、より好ましくは、アルコキシレート鎖内に約２個から約３個の炭素を有するビスフェノールＡアルコキシレートである。ビスフェノールＡアルコキシレートの具体例は、ビスフェノールＡエトキシレート、ビスフェノールＡプロポキシレート、及びビスフェノールＡブトキシレートを含む。本明細書に記載の高屈折率コーティング組成物の一実施形態によれば、ポリウレタンプレポリマーを形成するための活性水素化合物として使用されるポリオールは、ポリマージオール及び芳香族ジオールを含む。ポリマージオール及び芳香族ジオールから形成されるポリウレタンポリマーの最終的な芳香族官能基含量は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約２７重量％の範囲である。ポリマージオール及び芳香族ジオールから形成される対応するポリウレタンポリマーコーティングの屈折率は、約１．５３から約１．５７の範囲である。
【００３８】
別の実施形態によれば、短鎖脂肪族ジオール、芳香族ジオール、又はそれらの組合せが、芳香族ジイソシアネートと反応させてコーティング組成物のポリウレタンプレポリマー及び対応するポリマーを形成するために使用される。この実施形態の例は、短鎖脂肪族ジオール、芳香族ジオール、又はそれらの組合せの少なくとも１つを使用して形成されたポリウレタンポリマーである。この実施形態によるコーティング組成物から形成されたポリウレタンポリマーは、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約２７重量％の範囲の量の芳香族官能基を有し、ポリウレタンポリマーコーティングは、約１．５３から約１．５７の範囲の屈折率を有する。この実施形態に従い使用される好ましい短鎖脂肪族ジオールは、炭化水素鎖内に約２個から約３個の炭素を有するアルキレングリコールを含む。この実施形態に従い使用される好ましい芳香族ジオールは、アルコキシレート鎖内に約２個から約３個の炭素を有するビスフェノールＡアルコキシレートを含む。
【００３９】
ポリウレタンポリマーの芳香族官能基含量を調節することによる屈折率特性の調節に加え、屈折率特性は、アルキル鎖内に約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、又は化合物内に約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物を使用してポリウレタンポリマーを形成し、それにより芳香族官能基及び硫黄を有するポリウレタンポリマーを形成することにより調節される。好ましくは、チオール官能性炭化水素化合物は、化合物内に約２個から約４個の炭素を有する。この実施形態によれば、ポリウレタンポリマーを形成するために使用されるジオールの代わりに、又はそれと組み合わせて、スルフィド官能性アルキル化合物、チオール官能性炭化水素化合物、又はそれらの組合せが使用される。本明細書において言及される場合、スルフィド官能性アルキル化合物及びチオール官能性炭化水素化合物は、それぞれ、２個以上の活性水素官能基、すなわち少なくとも２個のイソシアネート官能基反応部位を有する。スルフィド官能性アルキル化合物は、少なくとも１個のスルフィド官能基を有する化合物を含む。そのようなスルフィドアルキル官能性化合物の例は、チオエーテル、例えばチオジグリコール又はスルフィド官能性アルキルジチオールを含む。本明細書において使用されるスルフィド官能性アルキル化合物の具体例は、ビス（２−ヒドロキシエチル）スルフィド、２，５−ジメチル−１，４−ジチアン、及びビス（２−メルカプトエチル）スルフィドを含む。
【００４０】
本明細書において使用されるチオール官能性炭化水素化合物は、少なくとも１個のチオール官能基及び少なくとも１個の他の活性水素官能基を有する、チオール官能性アルキル又はアリール炭化水素化合物を含む。そのような炭化水素化合物の例は、メルカプトアルキルアルコール、すなわち１個のチオール官能基及び１個のヒドロキシル官能基を有する化合物、並びに２個以上のチオール官能基を有する化合物、すなわちアルキルジチオールである。より具体的には、好適なチオール官能性炭化水素化合物は、アルキル鎖内に約２個から約８個の炭素を有するメルカプトアルキルアルコール、例えば２−メルカプトエタノール若しくは３−メルカプト−１−プロパノール；アルキル鎖内に約２個から約８個の炭素を有するアルキルジチオール、例えばエタンジチオール、プロパンジチオール、１，２−ジメルカプトプロパン、１，２−エタンジチオール、２−メルカプトエチルエーテル、及び１，３−プロパンジチオール；化合物内に約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性アリール化合物、例えばベンゼン−１，２−ジチオール、１，４−ベンゼンジメタンチオール；又はそれらの組合せを含む。この実施形態によれば、芳香族ジイソシアネートを、約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、又はそれらの組合せの少なくとも１つと反応させることにより形成されるポリウレタンポリマーは、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の芳香族官能基、及び約０．１重量％から約１５重量％の硫黄を有する。最終的なポリウレタンポリマーコーティングは、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する。
【００４１】
別の実施形態によれば、プレポリマーを水に分散させる前に、紫外線（ＵＶ）吸収剤等の添加剤をポリウレタンプレポリマー混合物に添加することができる。ＵＶ光吸収剤は、ポリウレタンが水に分散する際にポリウレタンポリマー構造内に捕捉される。ＵＶ光吸収剤は、本明細書に記載のコーティング組成物により形成されたポリウレタンコーティングのＵＶ安定性を高めると同時に、これらのコーティングの屈折率も高める。ＵＶ光吸収剤は芳香族官能基を含有し、これがポリウレタンポリマーの芳香族官能基含量にさらに寄与するため、ＵＶ吸収剤の添加によりコーティングの屈折率が高められる。したがって、本明細書において使用される好適なＵＶ吸収剤は、少なくとも１個の芳香族官能基を有するＵＶ吸収剤、例えばベンゾフェノン又はベンゾトリアゾールＵＶ吸収剤をベースとした化合物を含む。ＵＶ吸収剤は、ポリウレタンポリマーの固形分の０重量％から約１２重量％を占める。ＵＶ光吸収剤とともに形成された対応するポリウレタンポリマーコーティングは、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率、及びポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の芳香族官能基含量を有する。
【００４２】
プレポリマー反応とともに使用される好適な有機溶媒の選択は、反応してポリウレタンポリマーを形成する構成成分の選択に依存し、選択された活性水素化合物を溶解することができる溶媒、及びポリイソシアネートと容易に反応しない溶媒を含む。ポリウレタンプレポリマーを反応させるために有用な好適な有機溶媒の例は、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、及びペンタンジオン等のケトン；ジオキサン；Ｎ−メチルピロリドン；アセトニトリル；エステル；グリコールエステル；並びに第３アミルアルコール等の３級アルコールを含む。
【００４３】
ポリウレタンポリマーを形成するために使用されるジイソシアネート又は活性水素化合物に依存して、ポリウレタンプレポリマーを調製するために使用される溶液に、触媒を添加することができる。ポリウレタンプレポリマーの調製に有用な好適な触媒は、金属カルボキシレート（すなわちカルボン酸の金属塩）、例えばスズ（ＩＩ）エチルヘキサノエート、ジブチルスズジラウレート、及びジブチルスズビス（オクチルマレエート）を含む。
【００４４】
水性ポリウレタン分散液の調製の第２の基本的ステップにおいて、最終的なポリウレタンプレポリマー又はポリマーは、水溶液に分散される。ポリウレタンプレポリマー若しくはポリマーは、分散剤を用いて水の存在下で分散され、又は代替として、ポリウレタンプレポリマー若しくはポリマーは、分散剤及び混合を用いて分散される。分散剤は、ポリウレタンポリマーに、水相中の粒子としてのポリマーの分散性を補助する、又は高めるように機能する混和性又は溶解性部分を提供する。本明細書に記載の高屈折率コーティング組成物によれば、プレポリマーの形成中にカルボン酸がジイソシアネートの存在下で反応し、カルボン酸官能基がポリウレタンポリマー構造内に組み込まれる。好ましくは、プレポリマー反応中にジヒドロキシカルボン酸を使用してポリウレタンプレポリマー構造に共有結合させ、ポリウレタンプレポリマーの骨格内のセグメントとしてカルボン酸官能基を組み込み、それによりポリウレタンポリマー内に分散剤の反応部位を形成する。このポリウレタンプレポリマーの形成後、ポリウレタン骨格内のカルボン酸官能基は、ポリウレタンプレポリマー又はポリマーを分散させることができる十分な量の水の存在下で、３級アミン等の分散剤により中和される。カルボン酸官能基の中和は、ポリウレタンプレポリマー又はポリマーのアニオン性で安定な水中分散液を形成する。混合が使用される場合、分散剤による中和は、この高屈折率ポリウレタンコーティング組成物に混合を導入する前、その間、又はその後に行われる。混合は、高せん断分散機、ホモジナイザ、又はポリウレタン粒子を分散させることができる他のデバイス等のデバイスを用いてもたらされる、高せん断応力又は混合を含む。
【００４５】
本明細書に記載の高屈折率ポリウレタンコーティング組成物に好適なジヒドロキシカルボン酸は、少なくとも２個のヒドロキシル官能基を有する任意のカルボン酸を含む。ジヒドロキシカルボン酸は、（ＨＯ）２Ｒ４（ＣＯＯＨ）（式中、Ｒ４は、約１個から約１２個の炭素原子を有する非分岐状又は分岐状アルキル基である。）の一般形態で表現される。ジヒドロキシカルボン酸の例は、限定されることなく、ジメチロールプロピオン酸（ＤＭＰＡ）、ジメチロールブタン酸（ＤＭＢＡ）、及び、エタン酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、デカン酸、ドデカン酸、オクタデカン酸等の他のジヒドロキシ誘導体を含む。水性ポリウレタン分散液に使用される好ましいジヒドロキシカルボン酸は、ＤＭＰＡを含む。
【００４６】
カルボン酸官能基を中和してポリウレタンポリマーの分散を補助するために本明細書において使用される好適な分散剤の例は、３級アミン、水酸化アンモニウム、ホスフィン、及び金属水酸化物等のアニオン性塩基、好ましくは３級アミンを含む。具体的な限定されない３級アミンの例は、トリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン等を含む。
【００４７】
水性分散液の調製における最終ステップとして、最終重合段階においてポリウレタンプレポリマーを高分子量分散ポリウレタンポリマーに延長するために、鎖延長剤が使用される。この最終ステップは、分散ステップの前、その間、又はその後に行われ、すなわち、プレポリマーを分散させるのではなく、高分子量鎖延長ポリウレタンポリマーを分散させるか、又は鎖延長と同時に分散が行われる。プレポリマー内のイソシアネート終端末端基は、多官能性アミン、多官能性ポリオール、尿素、又はそれらの組合せ等の鎖延長剤の存在下で反応し、ポリウレタンプレポリマーをより高分子量のポリウレタンポリマーに延長する。本明細書に記載のコーティング組成物に従い有用な好適な鎖延長剤の具体例は、ヒドラジン一水和物、ヒドラジン水溶液（３０％）、１，６−ヘキサンジアミン、１，２−エチレンジアミン、１，３−プロパンジアミン、１，４−ブタンジアミン、１，５−ペンタンジアミン、１，８−ジアミノオクタン、２−（２−アミノエチル）アミノエタノール、３−アミノメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキシルアミン、ジアミノトルエン、ｍ−キシリレンジアミン又はそれらの組合せを含む。最終重合後、水性ポリウレタンポリマー分散液は、周囲温度等の保存安定温度まで冷却され、保存、さらなる処理、すなわち希釈、又はコーティングとしての基板への塗布の準備が整い、コーティングは、硬化後、透明耐衝撃性高屈折率プライマーコーティングを提供する。
【００４８】
鎖延長剤が添加された後、水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、任意選択でさらに処理される。例えば、プレポリマー反応において使用されたコーティング組成物中の残留有機溶媒は、任意選択で、コーティング組成物の加熱により、減圧により、又は加熱及び減圧の組合せにより蒸発除去される。
【００４９】
粘度に依存して、高屈折率水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、組成物を基板に塗布する前に少なくとも１種の有機溶媒で分散液を希釈することにより、プライマーコーティング組成物としてさらに調製される。このコーティング組成物の調製において使用される好適な有機溶媒の例は、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、ジプロピレングリコールメチルエーテル（ＤＰＭ）、エチレングリコールｎ−ブチルエーテル（ＥＢ）、ジエチレングリコールｎ−ブチルエーテル（ＤＢ）、ジエチレングリコールメチルエーテル（ＤＭ）、ｎ−ブタノール、イソプロパノール、エタノール、及びメタノールを含む。分散液に添加される希釈剤の量は、高屈折率プライマーコーティング組成物の所望の粘度に依存して、当業者により確定され得る。好適な溶媒による希釈は、水性ポリウレタン分散液の保存安定性に影響しない。任意選択で、コーティングとして塗布する前に、界面活性剤、平滑化又は流動調整剤等の任意の他の添加剤又は希釈剤が分散液に添加される。
【００５０】
組成物を基板表面上により一様に塗り伸ばして、又は平滑化して、実質的に均一な基板との接触を提供するために、本明細書に記載のコーティング組成物中に効果的な量の平滑化又は流動調整剤を組み込むことができる。平滑化又は流動調整剤の量は、幅広く変動し得るが、コーティング組成物に、約１０ｐｐｍから約５，０００ｐｐｍの平滑化又は流動調整剤を提供するのに十分な量となり得る。コーティング組成物及び基板に適合し、基板上のコーティング組成物を平滑化することができ、またコーティング組成物と基板との間の濡れ性を高める、任意の従来の市販されている平滑化又は流動調整剤を使用することができる。そのような流動調整剤の限定されない例は、ポリエーテル、シリコーン、又はフッ素界面活性剤を含む。
【００５１】
本明細書に記載の水性ポリウレタンコーティング組成物は、任意の好適な様式で基板に塗布される。例えば、本発明の組成物は、フローコーティング、スプレーコーティング、カーテンコーティング、ディップコーティング、スピンコーティング、ロールコーティング等の従来の方法により固体基板に塗布して、基板上に連続表面フィルムを形成することができる。
【００５２】
水性ポリウレタンコーティング組成物は、基板に塗布され、ポリウレタン層上にハードコート又はトップコート等の任意の追加的コーティング組成物又は層が塗布される前に、少なくとも部分的に硬化される。本明細書に記載のポリウレタンコーティング組成物は、周囲温度以上での空気乾燥により硬化する。本明細書において使用される場合、周囲温度は、約２０℃から約２８℃の温度範囲を指す。好適な硬化温度は、周囲温度から約１５０℃の範囲である。コーティング組成物が、その上に別のコーティングを塗布することができる程十分に硬化するための硬化時間は、コーティング厚及び硬化環境、すなわち湿度、温度、対流の存在等に依存して変動するが、周囲温度で１時間未満、好ましくは３５分未満である。硬化に要する時間を短縮するために、熱又は照射を追加的に使用することができるが、本明細書に記載のポリウレタンコーティング組成物の硬化を開始又は維持するためには熱も照射も必要ない。ポリウレタン層は、完全に硬化するまで、ひいては完全に硬化したポリウレタン層の特性を得るまで、周囲温度で最長数週間を要する可能性がある。
【００５３】
本明細書に記載の水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、硬化後に、熱硬化、すなわち架橋ポリウレタンコーティングを形成する。ポリウレタンコーティングの熱硬化特性は、その上に塗布される追加的コーティング又は層がポリウレタン層に悪影響を及ぼす、又はそれを溶解しないようにする。したがって、ポリウレタン層が十分に硬化されている限り、すなわち、熱硬化ポリウレタン層の部分的硬化が、追加的コーティング組成物又は層がポリウレタン層に影響を及ぼす、又はそれを溶解することができないようにするのに十分である限り、追加的コーティング組成物又は層をポリウレタン層に塗布することができる。さらに、追加的コーティング組成物又は層が塗布される際にポリウレタン層が完全又は全体的に硬化していない場合、すなわち、追加的層がポリウレタン層に影響を与える、又はそれを溶解しないようにするのに十分なだけポリウレタン層が硬化されている場合、ポリウレタン層は、追加的コーティング組成物又は層が塗布された後も、ポリウレタン層が完全に硬化するまで、周囲温度で硬化し続ける。代替として、又は追加して、熱又は照射による追加的コーティング組成物又は層の硬化は、その下のポリウレタン層も完全に硬化させる。
【００５４】
本明細書に記載の水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、硬質基板表面、又はその特性を失うことなく成形若しくは造形等の基板のさらなる処理に耐えるのに十分柔軟な基板表面に、コーティングとして塗布され得る。様々な基板が使用される。好ましい基板材料の中には、透明基板又は透明プラスチック、例えばポリカーボネート、アクリル、ポリウレタン、ポリチオウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリビスアリルカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、及びポリエチレンナフテネートが含まれる。他の基板は、各種ポリオレフィン、フッ素化ポリマー、金属及びガラス、例えば、他の種類のガラスの中でもソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、及びアクリルガラスを含み、また適切な前処理とともに使用され得る。
【００５５】
使用される基板に依存して、基板は、ポリウレタンコーティング組成物の基板への接着性を高めるために前処理され得る。好適な前処理は、コロナ若しくはプラズマ処理等の乾式前処理、又は化学エッチング等の化学処理を含む。化学エッチングおいて使用される好適な溶液の例は、５重量％から２０重量％の水酸化ナトリウム水溶液又は５重量％から２０重量％の水酸化カリウム水溶液を含む。化学エッチングプロセスは、エッチング溶液浴に基板を浸漬し、脱イオン水で濯ぎ、空気乾燥することを含む。化学エッチング溶液の超音波浴を使用することができる。好ましくは、化学エッチングは、約４０℃から約６０℃の範囲の温度で行われる。
【００５６】
本明細書に記載の水性ポリウレタンコーティング組成物でコーティングされた基板は、任意の好適なハードコート又はトップコートで上塗りされ得る。ハードコート又はトップコートは、水性ポリウレタン分散コーティング組成物から形成されたポリウレタンコーティングに接着する。ハードコート又はトップコートは、ポリウレタンがコーティングされた基板上に層を形成して基板を傷又は損傷から保護するために使用される。好適なハードコートの例は、有機シロキサンコーティング組成物から形成されるコーティングを含む。
【００５７】
本発明の他の実施形態によれば、物品が提供される。物品は、本明細書に記載の高屈折率水性ポリウレタン分散コーティング組成物によるコーティングを少なくとも一方の表面上に有する基板を備える。
【００５８】
本明細書において、基板に塗布及び硬化されると透明耐衝撃性高屈折率プライマーコーティングを提供するコーティング組成物でコーティングされた、高屈折率透明基板を備える物品が提供される。物品のコーティング組成物は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーであって、芳香族ジイソシアネートと；ｉ）約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、ｉｉ）芳香族ジオール、ｉｉｉ）約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、ｉｖ）約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びｖ）それらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と；ジヒドロキシカルボン酸と；多官能性アミンとの反応生成物を含むポリウレタンポリマーを含む。コーティング組成物は、分散剤と、ポリウレタンポリマーを分散させて水性ポリウレタン分散コーティング組成物を形成させるのに十分な量の水とを含む。物品は、芳香族ジイソシアネートと、少なくとも１種の活性水素化合物と、ジヒドロキシカルボン酸と、多官能性アミンと、ポリマージオールとの反応生成物から形成されたポリウレタンポリマーをさらに含む。さらに、物品は、紫外線吸収剤を含む水性ポリウレタン分散コーティング組成物をさらに含む。コーティング組成物から形成されたプライマーコーティングは、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する。
【００５９】
別の実施形態によれば、水性ポリウレタン分散コーティング組成物を調製するための方法が提供される。基板に塗布及び硬化されると透明耐衝撃性高屈折率プライマーコーティングを提供するコーティング組成物を調製するための方法であって、芳香族ジイソシアネートと、少なくとも１種の活性水素化合物と、ジヒドロキシカルボン酸とを有機溶媒中で反応させてポリウレタンプレポリマーを形成させるステップを含み、少なくとも１種の活性水素化合物は、ｉ）約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、ｉｉ）芳香族ジオール、ｉｉｉ）約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、ｉｖ）約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びｖ）それらの組合せからなる群から選択される方法が提供される。この方法は、ジヒドロキシカルボン酸からのプレポリマーのカルボン酸官能基を分散剤で中和することにより、ポリウレタンプレポリマーを水に分散させるステップを含む。さらに、方法は、多官能性アミンを添加して、ポリウレタンプレポリマーを高分子量ポリウレタンポリマーに鎖延長するステップを含む。ポリウレタンポリマーは、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有する。方法は、ポリマージオールを、芳香族ジイソシアネート、少なくとも１種の活性水素化合物、ジヒドロキシカルボン酸、及び多官能性アミンと反応させて、ポリウレタンプレポリマーを形成させるステップをさらに備える。代替として、又は追加して、方法は、ポリウレタンプレポリマーを水に分散させる前に、プレポリマーに紫外線吸収剤を添加するステップをさらに含む。水性ポリウレタンコーティング組成物は、硬化されると、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有するプライマーコーティングを形成する。
【００６０】
別の実施形態によれば、高屈折率を有する透明基板をコーティングするための方法が提供される。上述のように、衝撃による損壊を受けやすい基板、具体的にはハードコーティングされた透明プラスチック基板が、ハードコーティングされた高屈折率透明基板の耐衝撃性及び接着品質を改善するために、本明細書に記載の水性ポリウレタンコーティング組成物でコーティングされる。方法は、基板を高屈折率ポリウレタンコーティング組成物でコーティングして、ハードコートと基板との間に弾性接着ポリウレタンプライマー層を形成させることにより、ハードコーティングされた高屈折率透明基板の耐衝撃性を改善する。
【００６１】
したがって、高屈折率を有する透明基板をコーティングするための方法は、水性ポリウレタン分散コーティング組成物を、基板の少なくとも一方の表面に塗布するステップを含み、水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーと、分散剤と、ポリウレタンポリマーを分散させて水性ポリウレタン分散コーティング組成物を形成させるのに十分な量の水とを含む。ポリウレタンポリマーは、芳香族ジイソシアネートと；ｉ）約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、ｉｉ）芳香族ジオール、ｉｉｉ）約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、ｉｖ）約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びｖ）それらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と；ジヒドロキシカルボン酸と；多官能性アミンとの反応生成物を含む。この方法は、基板の少なくとも一方の表面上の水性ポリウレタン分散コーティング組成物を少なくとも部分的に硬化させ、ポリウレタンポリマープライマーコーティングを形成させるステップを含み、ポリウレタンポリマープライマーコーティングは、約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有する。方法は、ハードコートコーティング組成物を、ポリウレタンポリマープライマーコーティングに塗布するステップと、ハードコートコーティング組成物を硬化させて、ハードコーティングを有する透明耐衝撃性高屈折率基板を形成させるステップとをさらに含む。さらに、この実施形態に従い使用される好適なハードコートコーティング組成物は、有機シロキサンコーティング組成物を含む。
【００６２】
高屈折率を有する透明基板をコーティングして、基板の耐衝撃性及び接着特性を改善するための別の方法が提供される。この方法は、硬化されるとハードコーティングを形成するハードコートコーティング組成物を選択するステップと、硬化されると約１．５３から約１．６３の範囲の屈折率を有するポリウレタンポリマーコーティングを形成する水性ポリウレタン分散コーティング組成物を選択するステップとを含む。水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％から約４２重量％の範囲の量の芳香族官能基を有するポリウレタンポリマーと、分散剤と、ポリウレタンポリマーを分散させて水性ポリウレタン分散コーティング組成物を形成させるのに十分な量の水とを含む。ポリウレタンポリマーは、芳香族ジイソシアネートと；ｉ）約２個から約８個の炭素を有する脂肪族ジオール、ｉｉ）芳香族ジオール、ｉｉｉ）約２個から約４個の炭素を有するスルフィド官能性アルキル化合物、ｉｖ）約２個から約８個の炭素を有するチオール官能性炭化水素化合物、及びｖ）それらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の活性水素化合物と；ジヒドロキシカルボン酸と；多官能性アミンとの反応生成物を含む。コーティング組成物の選択後、方法は、水性ポリウレタン分散コーティング組成物を基板の少なくとも一方の表面に塗布するステップと、基板上の水性ポリウレタン分散コーティング組成物を少なくとも部分的に硬化させ、ポリウレタンポリマーコーティングを形成させるステップとを含む。次いで、ハードコートコーティング組成物をポリウレタンポリマーコーティングに塗布し、ハードコートコーティング組成物を硬化させて透明耐衝撃性高屈折率ハードコーティング基板を形成することにより、ハードコートが基板に塗布される。
【００６３】
高屈折率透明基板をコーティングするための方法によれば、ポリウレタンポリマーは、芳香族ジイソシアネートと、少なくとも１種の活性水素化合物と、ジヒドロキシカルボン酸と、多官能性アミンと、ポリマージオールとの反応生成物をさらに含む。さらに、この実施形態によれば、方法は、水性ポリウレタンコーティング組成物を、周囲温度で空気乾燥により少なくとも部分的に硬化させるステップをさらに含む。代替として、又は追加して、この実施形態に従い使用される水性ポリウレタン分散コーティング組成物は、紫外線吸収剤を含む。
【００６４】
本明細書に記載の方法の要素は、本明細書に記載の実施形態に反しない場合は、いかなる具体的な順番にも限定されることを意図しない。
【００６５】
以下の分析試験法及び例は、例示のみを目的とし、本明細書に添付される特許請求の範囲において定義されるような本発明の範囲を限定することを意図しない。
【００６６】
分析試験法
本明細書に示される例を含むがそれに限定されない本発明のある特定の要素を定量化するために使用されるパラメータ及び値を、以下に詳細に説明する。
【００６７】
使用する基板：
【００６８】
以下の実施例において別段に指定されない限り、アクリル又はポリチオウレタン眼科用レンズを基板として使用する。複数のレンズを、実施例の各試料でコーティングする。同じコーティングを有する異なるレンズを、異なる種類の試験において使用し、すなわち、同じコーティングを有する異なるレンズを、接着試験及び衝撃試験のそれぞれに対して使用する。以下の実施例に記載のようにレンズにコーティングを塗布する前、レンズを１０重量％のＮａＯＨ水溶液に６０℃で１０分間浸漬することにより、レンズをエッチングした。エッチングされたレンズを脱イオン水で濯ぎ、次いで周囲温度で乾燥させた。
【００６９】
水性ポリウレタン分散プライマーコーティングの基板への塗布：
【００７０】
レンズを、水性ポリウレタン分散コーティング組成物中に４インチ／分の引出速度でディップコーティングする。ディップコーティングされたレンズを、８０℃で１５分間硬化させる。
【００７１】
ハードコートの基板への塗布：
【００７２】
レンズを、ハードコートコーティング組成物中に６インチ／分の引出速度でディップコーティングする。次いで、ディップコーティングされたレンズを、１１０℃で３時間硬化させる。
【００７３】
コーティング厚測定：
【００７４】
Ｆｉｌｍｅｔｒｉｃｓ，  Ｉｎｃ．（Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ、ＣＡ）から入手可能な接触ステージを有するＦ−２０  Ｆｉｌｍ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔを使用して、各コーティング層、すなわちプライマーコーティング及びハードコートのコーティング厚の測定を行う。
【００７５】
屈折率測定：
【００７６】
各コーティングの屈折率測定は、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ、ＮＪ）から入手可能なＭｅｔｒｉｃｏｎ  ２０１０／Ｍプリズム結合器で５９４ナノメートル（ｎｍ）で行う。
【００７７】
接着試験
【００７８】
コーティングされたレンズを、沸騰水中に１時間浸す。冷却及び乾燥後、剃刀の刃でレンズのコーティング上にクロスハッチパターンを施す。次いで、コーティングされたレンズのクロスハッチ部分にテープを貼り付ける。テープを貼り付けた後、テープをコーティングから除去する。テープの貼り付け及び除去を、３回繰り返す。テープの貼り付け及び除去を繰り返す間にレンズからコーティングが除去されない場合、コーティング組成物は試験に１００％合格となる。テープの貼り付け及び除去を繰り返すことによりレンズからコーティングが少しでも除去された場合、コーティング組成物は試験に不合格となる。接着試験に従い使用されるテープは、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．  Ｐａｕｌ、ＭＮ）製のＳｃｏｔｃｈ（登録商標）ブランドテープ、Ｓｃｏｔｃｈ  ６００である。
【００７９】
％ヘーズ：
【００８０】
ＢＹＫ  Ｇａｒｄｎｅｒ  ＵＳＡ（Ｃｏｌｕｍｂｉａ、ＭＤ）から入手可能なＨａｚｅ−Ｇａｒｄ  Ｐｌｕｓを使用して、コーティングされたレンズの％ヘーズを測定する。
【００８１】
衝撃試験：
【００８２】
Ｂｒａｉｎ  Ｐｏｗｅｒ，Ｉｎｃ．（Ｍｉａｍｉ、ＦＬ）から入手可能なＳｑｕａｒｅ  Ｓｈｏｏｔｅｒ  ＩＩ  Ｄｕａｌ  Ｄｒｏｐ  Ｂａｌｌ  Ｔｅｓｔｅｒを使用して、１６グラム（ｇ）の鋼球を５０インチの高さからコーティングされたレンズ上に落とす。
【００８３】
干渉縞：
【００８４】
Ｍｉｄｗｅｓｔ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏ．（Ｖａｌｌｅｙ  Ｐａｒｋ、ＭＯ）から入手可能なＵｎｉＬａｍｐ  ＵＬ−１２モデルランプにより提供される緑色光の下、コーティングされたレンズを二重スリットを通して観察し、その観察結果を本明細書に報告する。観察結果は以下に従い報告される：干渉縞がない場合は優秀な結果とみなし、若干の干渉縞は良好な結果とみなし、大きな干渉縞は不良な結果とみなす。
【００８５】
以下の実施例において使用される材料及び略語の一覧：
【００８６】
ＢＰＸ−１１：ＡＤＥＫＡ社（日本）から入手可能なビスフェノールＡプロポキシレート。
【００８７】
Ｃｏａｔｏｓｉｌ  １２１１：Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（Ａｌｂａｎｙ、ＮＹ）から入手可能な流動調整（湿潤）剤コーティング添加剤。
【００８８】
ＩＭ−１１８６  ＪＪ−Ｃ−６０：ＳＤＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ（Ｉｒｖｉｎｅ、ＣＡ）から入手可能な、屈折率が１．５４のＩＭ−１１８６  ＪＪ−Ｃ−６０ハードコーティング。
【００８９】
ＩＭ−９０００：ＳＤＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な、屈折率が１．６０のハードコーティング。
【００９０】
ＰＲ−１１３５：ＳＤＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な、屈折率が１．５０のプライマーコーティング。
【００９１】
ＵＶＡ：ＢＡＳＦ  ＳＥ（ドイツ）から入手可能なＴｉｎｕｖｉｎ（登録商標）２３４  ＵＶ光吸収剤。
【００９２】
ＸＤＩ：三井化学社（日本）製ｍ−キシリレンジイソシアネート。
【実施例】
【００９３】
例１−ポリマージオール及び短鎖脂肪族ジオールを用いた高屈折率水性ポリウレタン分散液の調製
【００９４】
２１．６ｇのＸＤＩ、１６．４ｇのポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ジオール（Ｍｗ２０００）、５．４ｇの１，６−ヘキサンジオール、３．８ｇのジメチロールプロピオン酸、及び５０ｇのアセトニトリルを混合した。混合物を７０℃まで加熱し、２時間反応させた。混合物を６０℃に冷却し、２．８ｇのトリエチルアミンを添加して、ジメチロールプロピオン酸からのカルボン酸基を中和した。３７．６ｇの上記ポリウレタン溶液を６１．２ｇの水に高せん断分散機で分散させ、さらに１．２ｇの２−［（２−アミノエチル）アミノ］エタノールに混合することにより、２０重量％の固形分を有するポリウレタンの水性分散液を調製した。得られたポリウレタン分散液から硬化したポリウレタンコーティングは、１．５３２の屈折率を有していた。芳香族官能基は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１６重量％を占める。
【００９５】
例２−短鎖脂肪族ジオールを用いた高屈折率水性ポリウレタン分散液の調製
【００９６】
３６．４ｇのＸＤＩ、６．８ｇのエチレングリコール、３．９ｇのジメチロールプロピオン酸、及び５０ｇのメチルエチルケトンを混合した。混合物を７０℃まで加熱し、２時間反応させた。混合物を５０℃に冷却し、２．９ｇのトリエチルアミンを添加して、ジメチロールプロピオン酸からのカルボン酸基を中和した。３６．２ｇの上記ポリウレタン溶液を６１．９ｇの水に高せん断分散機で分散させ、さらに１．９ｇの２−［（２−アミノエチル）アミノ］エタノールに混合することにより、２０重量％の固形分を有するポリウレタンの水性分散液を調製した。得られたポリウレタン分散液から硬化したポリウレタンコーティングは、１．５７２の屈折率を有していた。芳香族官能基は、ポリウレタンポリマーの固形分の約２７重量％を占める。
【００９７】
例３−短鎖脂肪族ジオール及び芳香族ジオールを用いた高屈折率水性ポリウレタン分散液の調製
【００９８】
２９．０ｇのＸＤＩ、３．１ｇのエチレングリコール、１２．０ｇのＢＰＸ−１１、３．４ｇのジメチロールプロピオン酸、及び５０ｇのメチルエチルケトンを混合した。混合物を７０℃まで加熱し、２時間反応させた。混合物を５０℃に冷却し、２．５ｇのトリエチルアミンを添加して、ジメチロールプロピオン酸からのカルボン酸基を中和した。４５ｇの上記ポリウレタン溶液を７５ｇの水に高せん断分散機で分散させ、さらに２．５ｇの２−［（２−アミノエチル）アミノ］エタノールに混合し、分散液からメチルエチルケトンを蒸発させることにより、２５重量％の固形分を有するポリウレタンの水性分散液を調製した。得られたポリウレタン分散液から硬化したポリウレタンコーティングは、１．５７２の屈折率を有していた。芳香族官能基は、ポリウレタンポリマーの固形分の約２６重量％を占める。
【００９９】
例４−チオール官能性炭化水素化合物を用いた高屈折率水性ポリウレタン分散液の調製
【０１００】
３５．３ｇのＸＤＩ、５．８ｇの２−メルカプトエタノール、０．６ｇのトリメチロールプロパン、４．２ｇのジメチロールプロピオン酸、及び５０ｇの１，４−ジオキサンを混合した。混合物を７０℃まで加熱し、２時間反応させた。混合物を５０℃に冷却し、３．１ｇのトリエチルアミンを添加して、ジメチロールプロピオン酸からのカルボン酸基を中和した。３５．７ｇの上記ポリウレタン溶液を６２．１ｇの水に高せん断分散機で分散させ、さらに２．１ｇの２−［（２−アミノエチル）アミノ］エタノールに混合することにより、約２０重量％の固形分を有するポリウレタンの水性分散液を調製した。得られたポリウレタン分散液から硬化したポリウレタンコーティングは、１．５９３の屈折率を有していた。芳香族官能基は、ポリウレタンの固形分の約２６重量％を占め、硫黄は、ポリウレタンポリマーの固形分の約０．６重量％を占める。
【０１０１】
例５−短鎖脂肪族ジオール及びＵＶ吸収剤を用いた高屈折率水性ポリウレタン分散液の調製
【０１０２】
３４．４ｇのＸＤＩ、６．４ｇのエチレングリコール、３．７ｇのジメチロールプロピオン酸、及び５０ｇのメチルエチルケトンを混合した。混合物を７０℃まで加熱し、２時間反応させた。混合物を５０℃に冷却し、２．７ｇのトリエチルアミンを添加して、ジメチロールプロピオン酸からのカルボン酸基を中和した。２．８ｇのＵＶＡをプレポリマー溶液に添加した。４５ｇの上記ポリウレタン溶液を７５ｇの水に高せん断分散機で分散させ、さらに２．５ｇの２−［（２−アミノエチル）アミノ］エタノールに混合し、分散液からメチルエチルケトンを蒸発させることにより、２５重量％の固形分を有するポリウレタンの水性分散液を調製した。得られたポリウレタン分散液から硬化したポリウレタンコーティングは、１．５７５の屈折率を有していた。芳香族官能基は、ポリウレタンポリマーの固形分の約２６重量％を占め、紫外線吸収剤は、ポリウレタンポリマーの固形分の約５．８重量％を占める。
【０１０３】
例６−ポリマージオール及び短鎖脂肪族ジオールを用いた高屈折率水性ポリウレタン分散液の調製
【０１０４】
２８．５ｇのＸＤＩ、１０．６ｇのポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ジオール（Ｍｗ８６０）、４．５ｇのエチレングリコール、３．９ｇのジメチロールプロピオン酸、及び５０ｇのメチルエチルケトンを混合した。混合物を７０℃まで加熱し、２時間反応させた。混合物を６５℃に冷却し、２．９ｇのトリエチルアミンを添加して、ジメチロールプロピオン酸からのカルボン酸基を中和した。３７．０ｇの上記ポリウレタン溶液を６１．５ｇの水に高せん断分散機で分散させ、さらに１．５ｇの２−［（２−アミノエチル）アミノ］エタノールに混合することにより、２０重量％の固形分を有するポリウレタンの水性分散液を調製した。得られたポリウレタン分散液から硬化したポリウレタンコーティングは、１．５５２の屈折率を有していた。芳香族官能基は、ポリウレタンポリマーの固形分の約２１重量％を占める。
【０１０５】
例７−例１の高屈折率プライマーコーティング組成物を有するレンズの調製
【０１０６】
４０ｇの例１からの水性ポリウレタン分散液を、６０ｇのプロピレングリコールモノメチルエーテルと混合し、次いで０．１ｇのＣｏａｔｏｓｉｌ  １２１１を添加した。硬化されると１．５３２の屈折率を有するこのプライマーコーティング組成物を、アクリルレンズ基板に塗布し、８０℃で１０分間空気乾燥し、ＳＤＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＩＭ  １１８６  ＪＪ−Ｃ−６０ハードコートで上塗りした。例７のコーティングされたレンズは、接着試験及び衝撃試験のそれぞれに合格した。このコーティングされたレンズは、良好な干渉縞結果を示し、コーティングされたレンズを通して若干の干渉縞が観察された。このレンズの試験結果及び特定の特性を、以下の表１に報告する。また、さらに、表１において、例７のコーティングされたレンズを以下の例８〜１０と比較した。
【０１０７】
例８−例６の高屈折率プライマーコーティング組成物を有するレンズの調製
【０１０８】
４０ｇの例６からの水性ポリウレタン分散液を、６０ｇのプロピレングリコールモノメチルエーテルと混合し、次いで０．１ｇのＣｏａｔｏｓｉｌ  １２１１を添加した。硬化されると１．５５２の屈折率を有するこのプライマーコーティング組成物を、アクリルレンズ基板に塗布し、周囲温度で３０分間空気乾燥し（コーティングは２０分の空気乾燥後には非粘着性であった）、ＳＤＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＩＭ  １１８６  ＪＪ−Ｃ−６０ハードコートで上塗りした。例８のコーティングされたレンズは、接着試験及び衝撃試験のそれぞれに合格した。このコーティングされたレンズは、良好な干渉縞結果を示し、コーティングされたレンズを通して若干の干渉縞が観察された。このレンズの試験結果及び特定の特性を、以下の表１に報告する。また、さらに、表１において、例８のコーティングされたレンズを例７及び以下の例９〜１０と比較した。
【０１０９】
例９−屈折率が１．５０のプライマーコーティング組成物を有するレンズの調製
【０１１０】
ＳＤＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されている、硬化されると１．５０の屈折率を有するＰＲ−１１３５プライマーコーティング組成物を、アクリルレンズ基板に塗布し、周囲温度で３０分間空気乾燥し、ＩＭ  １１８６  ＪＪ−Ｃ−６０ハードコートで上塗りした。この例９のコーティングされたレンズは、接着試験及び衝撃試験のそれぞれに合格した。コーティングされたレンズを通して大きな干渉縞が観察されため、このコーティングされたレンズは、乏しい干渉縞結果を示した。このコーティングされたレンズの試験結果及び特定の特性を、例７、８及び１０の試験結果及び特性に加えて以下の表１に報告する。
【０１１１】
例１０−プライマーコーティングのないレンズの調製
【０１１２】
ＩＭ  １１８６  ＪＪ−Ｃ−６０ハードコートを、プライマーコーティングなしで直接アクリルレンズ基板に塗布した。この例１０のコーティングされたレンズは、接着試験には合格したが、衝撃試験では不合格であった。コーティングされたレンズを通して干渉縞が観察されなかったため、このコーティングされたレンズは優秀な干渉縞結果を示した。このコーティングされたレンズの試験結果及び特定の特性を、例７、８及び９の試験結果及び特性に加えて以下の表１に報告する。
【０１１３】
表１：例７〜１０の特性及び試験結果
【表１】
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【０１１４】
例１１−例２の高屈折率プライマーコーティング組成物を有するレンズの調製
【０１１５】
４０ｇの例２からの水性ポリウレタン分散液を、４０ｇのプロピレングリコールモノメチルエーテル及び２０ｇのメタノールと混合し、次いで０．１ｇのＣｏａｔｏｓｉｌ  １２１１を添加した。硬化されると１．５７２の屈折率を有するこのプライマーコーティング組成物を、ポリチオウレタンレンズ基板に塗布し、８０℃で１０分間空気乾燥し、ＳＤＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＩＭ−９０００ハードコートで上塗りした。この例１１のコーティングされたレンズは、接着試験及び衝撃試験のそれぞれに合格した。このコーティングされたレンズは、良好な干渉縞結果を示し、コーティングされたレンズを通して若干の干渉縞が観察された。このコーティングされたレンズの試験結果及び特定の特性を、以下の表２に報告する。また、さらに、表２において、例１１のコーティングされたレンズを以下の例１２〜１４と比較した。
【０１１６】
例１２−例４の高屈折率プライマーコーティング組成物を有するレンズの調製
【０１１７】
４０ｇの例４からの水性ポリウレタン分散液を、４０ｇのプロピレングリコールモノメチルエーテル及び２０ｇのメタノールと混合し、次いで０．１ｇのＣｏａｔｏｓｉｌ  １２１１を添加した。硬化されると１．５９３の屈折率を有するこのプライマーコーティング組成物を、ポリチオウレタンレンズ基板に塗布し、８０℃で１０分間空気乾燥し、ＩＭ−９０００ハードコートで上塗りした。この例１２のコーティングされたレンズは、接着試験及び衝撃試験のそれぞれに合格した。このコーティングされたレンズは、良好な干渉縞結果を示し、コーティングされたレンズを通して若干の干渉縞が観察された。このコーティングされたレンズの試験結果及び特定の特性を、以下の表２に報告する。また、さらに、表２において、例１２のコーティングされたレンズを例１１及び例１３〜１４と比較した。
【０１１８】
例１３−屈折率が１．５０のプライマーコーティング組成物を有するレンズの調製
【０１１９】
硬化されると１．５０の屈折率を有するＰＲ−１１３５プライマーコーティング組成物を、ポリチオウレタンレンズ基板に塗布し、周囲温度で３０分間空気乾燥し、ＩＭ−９０００ハードコートで上塗りした。この例１３のコーティングされたレンズは、接着試験及び衝撃試験のそれぞれに合格した。コーティングされたレンズを通して大きな干渉縞が観察されたため、このコーティングされたレンズは、劣った干渉縞結果を示した。このコーティングされたレンズの試験結果及び特定の特性を、例１１〜１２及び例１４の試験結果及び特性に加えて以下の表１に報告する。
【０１２０】
例１４−プライマーコーティングのないレンズの調製
【０１２１】
ＩＭ−９０００ハードコートを、プライマーコーティングなしで直接ポリチオウレタンレンズ基板に塗布した。この例１４のコーティングされたレンズは、接着試験には合格したが、衝撃試験には不合格であった。コーティングされたレンズを通して干渉縞が観察されなかったため、このコーティングされたレンズは優秀な干渉縞結果を示した。このコーティングされたレンズの試験結果及び特定の特性を、例１１〜１３の試験結果及び特性に加えて以下の表２に報告する。
【０１２２】
表２：例１１〜１４の特性及び試験結果
【表２】
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【０１２３】
比較例１−ポリマージオールを用いた水性ポリウレタン分散液の調製
【０１２４】
１２．１ｇのＸＤＩ、３０．７ｇのポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ジオール（Ｍｗ２０００）、４．１ｇのジメチロールプロピオン酸、及び５０ｇのアセトニトリルを混合した。混合物を７０℃まで加熱し、２時間反応させた。混合物を６０℃に冷却し、３．０ｇのトリエチルアミンを添加して、ジメチロールプロピオン酸からのカルボン酸基を中和した。３７．６ｇの上記ポリウレタン溶液を６１．２ｇの水に高せん断分散機で分散させ、さらに１．２ｇの２−［（２−アミノエチル）アミノ］エタノールに混合することにより、約２０重量％の固形分を有するポリウレタンの水性分散液を調製した。得られたポリウレタン分散液から硬化したポリウレタンコーティングは、１．５０５の屈折率を有していた。芳香族官能基は、ポリウレタンポリマーの固形分の約９重量％を占める。
【０１２５】
比較例２−ポリマージオール及び短鎖脂肪族ジオールを用いた水性ポリウレタン分散液の調製
【０１２６】
１６．９ｇのＸＤＩ、３０．７ｇのポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ジオール（Ｍｗ２０００）、２．８ｇの１，６−ヘキサンジオール、３．８ｇのジメチロールプロピオン酸、及び５０ｇのメチルエチルケトンを混合した。混合物を７０℃まで加熱し、２時間反応させた。混合物を６０℃に冷却し、２．８ｇのトリエチルアミンを添加して、ジメチロールプロピオン酸からのカルボン酸基を中和した。３８．１ｇの上記ポリウレタン溶液を６０．９ｇの水に高せん断分散機で分散させ、さらに１．２ｇの２−［（２−アミノエチル）アミノ］エタノールに混合することにより、約２０重量％の固形分を有するポリウレタンの水性分散液を調製した。得られたポリウレタン分散液から硬化したポリウレタンコーティングは、１．５１９の屈折率を有していた。芳香族官能基は、ポリウレタンポリマーの固形分の約１３重量％を占める。
【０１２７】
本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を行うことができ、本発明の範囲は本明細書に記載されるものに限定されると解釈されるべきではないことが理解される。
【図１】
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【国際調査報告】
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