研究ノ ー ト

ディップコート用無機・有機複合体ハードコート組成物の 作製
行木啓記 *1 、吉 元昭二 *1

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硬さ（耐擦 傷性）と 耐衝撃性 を高レベ ルで両立 したシリ カ（チタ ニア）− ポリビニ ルブチラ ール（Ｐ ＶＢ）無機・ 有機複合 材料を用 い、プラ スチック 基板用ハ ードコー トへの実 用化を目 的として 、生産現 場で行われてい る塗布法 の一つで あるディ ップコー ト法に適 した溶液 組成物の 作製を検 討した。 一つの方 法として、酸触 媒として 用いてい た塩酸を リン酸に 替えたと ころ、デ ィップコ ートでは 最重要と なる液ラ イフ（ゲル化せ ずコーテ ィング可 能な期間 ）が３日 から７日 程度まで 改善され た。さら に別の方 法として 、アルコキシド を安定化 する目的 で用いら れるアセ チルアセ トンを反 応溶液へ 添加した ところ、 液ライフ は最低でも９０ 日以上と なり、大 幅なロン グライフ 化を実現 すること ができた 。

１．はじめにディップコート法への適用に関しては、液の粘性でコ

著者らは、無機物質であるシリカあるいはチタニアと、有機物質であるポリビニルブチラール（ＰＶＢ）とをナート液が塗布可能かどうか判断し、実際の塗布はディップ法でなく刷毛塗りにより行った。

ノレベルで複合化させることにより、従来ではトレード

なお、本文および表中の割合％は、特に注記されていオフの関係にある硬さ（耐擦傷性）と耐衝撃性を、高レない場合、すべて重量％（wt％）を示すこととする。

ベルで兼ね備える材料を開発した１〜５）。この特異な性質を有する材料の応用先として、プラスチックの欠点である傷つきやすさ（擦傷性）を補うハードコートがある。

３．実験結果及び考察
3.1 酸触媒の種類と液ライフ

プラスチック用ハードコートは、眼鏡レンズ、サングラ

ディップコートで最も重要なのは、液のロングライフ

ス、携帯電話あるいはノートパソコンのディスプレイパ化である。ここでは、触媒の塩酸の量を変えてコート液ネル等、様々な製品に使用されている。

を作製し、ゲル化が起こらずコーティング可能な期間、これら製品への実用化に関し最も重要な課題は、実際すなわち液ライフを調べた。の生産に向けたスケールアップ、製造ラインに合致した結果を表１に示す。通常用いられる塩酸量（ＰＶＢ１作製方法を確立させることである。実際の生産現場で多ｇに対し 10μl）から、その 1/10 の量（ＰＶＢ１ｇあく用いられている塗布法としては、回転させた基板上へたり１μ l）の範囲では、液ライフは３日程度で変化がコート液を垂らし、遠心力で液を表面に均一に広がらせなかった。塩酸量をＰＶＢ１ｇあたり 0.2μ l まで減ら塗布するスピンコート法と、液の中へ基板を沈め、それすと、液ライフは 14 日以上となった。しかしこの液をを引き上げることに より液を塗布するディップコート

基板へ塗布し乾燥処理しても、白濁しかつムラのある膜法の二つがある。今回は、中小企業のような少人数でのしか得られなかった。これは塩酸の量が少なすぎるため、現場で主に行われている、後者のディップコート法に適ＰＶＢとアルコキシ シランとの反応が起こっていないしたコート液（ハードコート組成物）の作製方法についことが原因と考えられる。て検討した。

触媒が硝酸の場合でもほぼ同様の結果を示し、液ライ
フは添加量にあまり依存せず３日程度と一定で、添加量２．実験方法を減らしていくとあ る量を境に反応が起こらなくなっコーティング液の調製、そしてレンズ基板へのコーテ２）

ィングは、以前の報告と同様な方法により行った＊１工業技術部

材料技術室。

た。このことは塩酸、硝酸を用いて反応時間をコントロールすることが困難であることを示している。

表１ 各種酸触媒と液ライフ、膜状態
触媒

添加量/μｌ（PVB１ｇ当たり）

HCl

HNO3CH3COOH
H3PO4102
10.2102
10.210102

液ライフ/日333>14233>14>1457

表２ 各組成、アセチルアセトン添加量と液ライフ組

膜状態
（乾燥時）

無（％） アセチ機

有ルアセ

液ライフ機 トン（※）
ＴＥＯＳ A-187 コロイド ＰＶＢ

正常
正常
正常
白濁、むら
正常
正常
正常
白濁、むら白濁
正常
正常（複合体試料組成：無機 80％、有機 20％）

成※45530200 ２日401030200 ３日201050200 ３日45530203 ＞９０日401030203 ＞９０日201050203 ＞９０日

合計アルコキシド mol 数に対する、アセチルアセトン mol 量［無機：TEOS 40％, A-187 10%, ｺﾛｲﾄﾞ 30％］
能となった。これら試料の密着性、耐擦傷性および耐衝
一方、弱酸である酢酸を触媒とした時は、通常用いら撃性の各性能については、今後評価していく予定である。

れるＰＶＢ１ｇに対し 10μ l の量の場合も、白濁しかつムラのあるコーティング膜となった。これは、酢酸が反４．結び応を起こすために十 分な酸としての強さを持っておらシリカ（チタニア）−ＰＶＢ無機・有機複合体ハードず、そのため塩酸添加量が少なすぎる場合と同様、ＰＶコートについて、生産現場で用いられる塗布法であるデＢとアルコキシシラ ンとが未反応であるためと考えらィップコート法に適合できる液の調整を試みた。

れる。

まず一つの方法として、酸触媒の種類および量を変え酢酸と同じ弱酸であるリン酸を用いた場合、液ライフて検討した。これに関しては、従来使用していた塩酸には５−７日程度となった。さらにこの液からコーティン替えてリン酸を使用することにより、液ライフが３日かグ膜を作製したところ、外観上均一かつ透明であった。

ら７日程度へと改善された。

すなわちリン酸を用いることで、これまでよりは保存性もう一つの方法として、アルコキシドを安定化する目の良好なコーティング液の作製が可能となった。

的で用いられるアセ チルアセトンを反応溶液へ添加し3.2 キレート剤添加た。その結果、液ライフは最低でも９０日以上となり、金属アルコキシドのうち、チタンアルコキシド、アル大幅な改善が実現された。例えばプラスチックレンズ用ミニウムアルコキシドの類は、反応性に富んでおり、触ハードコートの生産現場では、３０日が液ライフの要求媒なしで加水分解・縮合反応が起こりやすい。この性質性能であり、本研究でのハードコート組成物はこれを遙は液の取り扱いを困難にしていて、そのためにコーティ

かに上回るライフを実現している。

ング等で使用する場合には、安定化化合物が添加される文献ことが多い。
この化合物としては、中心金属に容易に配位できるよ

１）行木啓記：プラスチック基材を中心としたハードコ

うな構造を有するβ −ジカルボニル化合物が使用されート膜における材料設計・塗工技術と硬度の向上，る。本研究では、そのような化合物の中でアセチルアセ

P186(2005)，技術情報協会

トン（b.p.140.5℃）を用い液ライフの向上を試みた。

２）行木啓記：プラスチック基材を中心としたハードコ

その結果を表２に示す。アセチルアセトンをアルコキート膜における材料設計・塗工技術と硬度の向上，

シド１mol に対し３mol 添加することにより、９０日以上の液ライフが実現できた。９０日経過後の液から得たコーティング膜は、外観上均一かつ透明であった。
実際の生産現場において、例えばプラスチック眼鏡レP243(2005)，技術情報協会
３）行木啓記：プラスチック基材を中心としたハードコ
ート膜における材料設計・塗工技術と硬度の向上，P300(2005)，技術情報協会

ンズのハードコートの液は、最低３０日以上のライフを

４）特願 2005-314639

要求されている。酸触媒の量の調整のみではこれをクリ

５）行木啓記：愛知県産業技術研究所研究報告,

アすることはできなかったが、アセチルアセトン添加により、これをはるかに上回るライフを実現することが可2, 10(2003)