明日へ の 技 術 情 報 T E C H N I C A L I N F O R M A T I O N

光学用機能性フィルム向け
水系ウレタン樹脂の技術開発

さらに非反応型と反応型に分けられる。 非反応型
水系ウレタン樹脂は、高分子量化されたウレタン樹脂の乳化物であり、一方反応型水系ウレタン樹脂は、ポリオールとポリイソシアネートの反応によって生成した◆ポリウレタンのモデル◆ポリウレタンの模式図
ハードセグメント

ソフトセグメント ハードセグメント

弱い分子間力（ファンデルワールス引力）

強い分子間力（水素結合）

末端のイソシアネート基をブロック剤で保護し乳化し近年、液晶テレビ、パソコン、携帯電話、タッチパネルを搭載したスマートフォンやカーナビゲーションシステムなたものである。このブロックドイソシアネート基は、一どフラットパネルディスプレイ（ FPD）を用いた電子製品が広く普及している。 たとえば、液晶テレビの世界出荷

定の熱エネルギーを与えることでブロック剤が解離し、台 数は、2014 年で 2 億 2 千万台、2019 年には 2 億 5 千万台と15%の伸長が、スマートフォンは 2014 年で13 億 台、イソシアネート基が再生する。 それによって、水酸基

2019 年では18 億台と4 0 %の伸長が予測され、いずれも大きな市場である1）。欧州、日本、中国などの先進国につやアミノ基などの活性水素化合物と反応、または自己いては、いずれも普及期を過ぎた感があるものの、買い替えサイクルが早いこと、新興国での普及を見込んだ需要

2）
架橋によって、三次元架橋構造を形成する（ 図 2 ）。

分子内可塑剤セグメント 高結晶性高凝集力セグメント
①可撓性
②柔軟性
③屈曲性
④耐寒性

が考えられる。本稿ではFPDやタッチパネルに組み込まれる技術および、それに用いられる光学用機能性フィルムに対して、当社水系ウレタン樹脂の担う役割と、さらなる技術向上への取り組みについて述べる。

活性イソシアネートの再生ブロック剤

NHCO－ A

熱処理
解離

NHCO－ A原料

ブロックドイソシアネート

加熱溶融

1.1 光学用機能性フィルムついて
FPD向けの基材フィルムの種類別では、ポリエチレ

シート化

NCO＋３H－ A
NCO

活性イソシアネート

横延伸装置

OCN

冷却装置

また、トリアセテートセルロース（ TAC ）フィルムやシ着性および加熱延伸に追従するような加工性を付与す
三次元架橋 アロファネート、ビューレット

1. 2. 3 光学用機能性フィルムのプライマー

巻取機

金額ともに伸びている1）。
FPDには、多くの光学用機能性フィルムが用いられ

ただしコロナ放電処理では密着性が不十 分であるており、一 例として、偏光板 用保護フィルム、反射防場合、光学用機能性フィルムの基材フィルム上に水系止フィルム、位相差フィルム、バックライト周辺フィルウレタン樹脂をプライマー層として設けることが有効

ム、透明導電性フィルムなどが挙げられる。これらはである。

OCNO
HOH

NCO

水系ウレタン樹脂の組 成面、物性面からの分子設＋
NCO

活性水素基含有樹脂＆被着体計により、光学用機能性フィルムのプライマーとして開三次元架橋

ウレタン結合図 2 反応型水系ウレタン樹脂の架橋剤としての利用発した当社製品のスーパーフレックス®は高分子量の非反応型の水系ウレタン樹脂である。
その一 例としてスーパーフレックス 210 は、自己乳水系ウレタン樹脂の基 本 構造は、図 3に示すように化型のポリエステル系の水系ウレタン樹脂であり、コソフトセグメントとハードセグメントから構成されていロナ放電処理が施されたPE Tフィルム、OPPフィルムる。 ソフトセグメントは主にポリオール由来の非結晶や CPPフィルムなどさまざまな基材フィルムへの密着光学用機能性フィルムのプライマー層に求められる性部分であり、樹脂に柔軟性・屈曲性・耐寒性を与え性に優れる特長を有する（ 表1）。

一 般的に光学用機能性フィルムに用いられる基 材性 能としては、PE TやTACなど基 材フィルムとの密着る。一方、ハードセグメントは主にウレタン結合やウレフィルムは、加熱 延 伸により成 型される（ 図 1）。 こ性だけでなく、上塗りのコーティング 剤との密着性にア結合からなる結晶性部分であり、樹脂に強靭性・耐PE Tなどの基材フィルムにさまざまな機能を有する上塗り塗料がコーティングされたり、フィルム同士が貼り合わされたりして、機能を発現させている。

1. 2 プライマー層としての水系ウレタン樹脂の役割

れ により材 料 の 表 面 が 高 結 晶 配 向し、表 面 エ ネルついても必要である。 また、インライン加工の場合、溶剤性・耐熱性・耐磨耗性を与える。これら相反する

ギ ーが小さく不活 性になるため、上 塗り塗料 の 密 着フィルムの加熱延伸加工前にプライマー層をコーティ性質を樹脂にバランスよく配合することによって、柔軟性が乏しくなる。 またポリプロピレン（ PP）やポリエングするので、プライマー自体がその延伸工程に追従性と強靭性を兼ね備えた素材を作製することが可能でチレン（ PE ）などのポリオレフィン系の基 材フィルムするような性質を兼ね備えなければならない。

ある。

については表面層に極 性基を持たないため、より密着性が劣る。

11

さらに、物理的な性質として、水系ウレタン樹脂のることが可能である。

活性イソシアネート

図1 加熱延伸による基材フィルムの製造方法

られる 3）。

よって、光学用機能性フィルムのプライマーとしての密自己架橋NCO基材フィルムへ配向していることも寄与していると考え弾性率、ガラス転移温度、融点などを制御することにNCO

ンテレフタレート（ PE T ）フィルムの規模が最も大きく、クロオレフィンポリマー（ COP）フィルムが、販売数量、OCN

活性イソシアネートによる架橋縦延伸装置

ソフトセグメント

図 3 ウレタン樹脂の擬凝集結晶構造モデル

A －OCHN

1. FPDに必要不可欠な光学用機能性フィルム

①強靭性
②耐溶剤性
③密着性
④耐熱性
⑤耐磨耗性

1. 2.1 水系ウレタン樹脂とは

1. 2. 2 水系ウレタン樹脂の基材フィルムへの密着性

表1 スーパーフレックス 210 の各種基材フィルムへの密着性評価
製品名
基材フィルム密着性

スーパーフレックス210
OPP

CPP

PET

PE

OPS

PC

ABSコロナ
コロナ
コロナ
コロナ
コロナ
未処理 未処理
放電処理 放電処理 放電処理 放電処理 放電処理

100100100100100100100

塗工条件 乾燥膜厚：10μm、乾燥条件：80℃×5分
評価方法 2mmマス碁盤目セロハンテープ剥離試験の残存率％
対象フィルム OPP：延伸ポリプロピレン、CPP：未延伸ポリプロピレン、PET：ポリエチレンテレフタレート、
PE：ポリエチレン、OPS：延伸ポリスチレン、PC：ポリカーボネート、ABS：アクリロニトリルブタジエンスチレン

密着性を改善する目的で、コロナ放電処理、プラズマ

水系ウレタン樹脂とは、ポリオールとポリイソシア

水系ウレタン樹脂が各種基材フィルムとの密着性に処理や易接着（プライマー）処理が施される。 コロナ

ネートの重付加反応によって得られたウレタン樹脂を水優れる理由として、まず骨格中にウレタン結合やウレ放電処理とは、高周波高電圧を印加することによってコに乳化したものであり、その乳化手法によって２つに大ア結合、ポリオール中に含まれるエステル結合やカー反 応 型 水 系 ウレ タン 樹 脂 で あ る 当 社 製 品 のロナ放電を発生させ、加速電子が基材フィルムの表面別される。一方は、ウレタン樹脂中にアニオン性基、カボネート結合などの凝集エネルギーの高いセグメント

エラストロン ® は、各種基 材フィルムへの密着性に優に衝突し、この表面に含酸素官能基付加が起こる。そチオン性基、ノニオン性基などの親水性のセグメントをが存在することである。 加えて、自己乳化型の水系ウれ、プライマーとして適している。 その製品例を表 2の結果、フィルム表面に水酸基やカルボニル基などの導入することで乳化させる自己乳化型、もう一方は界面レタン樹脂においては、導入された親水性のセグメンに示す。

極性基が発生することで、濡れ性や密着性が向上する。

活性剤によって強制的に乳化させる強制乳化型である。

トであるアニオン性基やカチオン性基などの極性基が第一工業製薬 社報 No. 576 拓人 2016 春

拓人̲2016春号.indb 11-12

エラストロンE-37および F-29 はコロナ 放 電 処 理
第一工業製薬 社報 No. 576 拓人 2016 春

1216/03/26 4:26

明日へ の 技 術 情 報 T E C H N I C A L I N F O R M A T I O N化が生じることによって認識される。 指先を軽くタッげられる。有機化合物であるウレタン樹脂と、無機化表面チするだけで認識され、高い精度での位置認識、マル合 物の相溶性を向上させ、塗 膜の透明性を低下させチタップやフリックなどにも対応することから、スマーないことが必要不可欠である。

表 2 エラストロンシリーズの各種基材フィルムへの密着性評価
製品名

PET
未処理

PEOPP

コロナ放電 コロナ放電 コロナ放電 タック

エラストロンE-37

100

1001000○

トフォンやタブレット端末にはこの方式が多く採用されエラストロンF-29

100100100100△ている。

対象フィルム塗工条件

PET（ 未処理、コロナ放電処理）、PE（ コロナ放電処理）、OPP（コロナ放電処理）
乾燥膜厚：10μm
乾燥条件：PET 120~180℃×1～3分		
PE, OPP 80～100℃×1～5分（但し、液pH=7～8のアルカリ域に調整要）
p H 調 整：炭酸水素ナトリウムで0.2～0.3%対エラストロン（有姿）添加して調整
評価方法 密着性：2mmマス碁盤目セロハンテープ剥離試験の残存率%
表面タック：指触判定 ○ほとんどなし、△タックあり

特に静電容量方式タッチパネル用途に構成される光学用機能性フィルムとして屈折率調整層があり、高屈n=(2折率層、低屈折率層のコーティングが必要となる。 屈折率の高い ITO膜をパターン配置しており、ITOの有るところと無いところの反射率が異なるため、ITOパター

PE Tだけなく、未処理の PE Tフィルムへの密着性に優ンの可視（ 骨見え ）が問題となる。 そのため、屈折率れる特長を有する。

調整 層を挿入することで 透 過率の向上および 光の干[R ]V＋1 ) / ( 1－[R ]Vn = 屈折率[ R ]= 分子屈折)V = 分子体積

図 6 Lorent z-Lorenzの式2. 3 水系ウレタン樹脂による高屈折率層付与
上述の材料設 計の基礎をもとに、高屈折率層へ適した水系ウレタン樹脂を開発した（ 表 3）。

3. おわりに渉や反射率を調整し、電極パターンを不可視化すると2. タッチパネルディスプレイに求められる機能性付与層いうものである（ 図 5）。

表 3 当社水系ウレタン樹脂の基材フィルムへの密着性と光学特性【 屈折率調整層無し】

ITOパターンの骨見え

ITO パターン部分

2.1 タッチパネルディスプレイについて所の認識方式によりいくつかの種類に分けられるが代表的な方法として2 種類挙げられる。 一つは抵抗膜方基材フィルム部分【 屈折率調整層有り】

ITOパターンが骨見えしにくい

ITO パターン部分【 抵抗膜方式 】
フィルム
透明導電膜

絶縁体

屈折率調整層部分
図 5 屈折率調整層の役割【 静電容量方式 】
透明導電膜パターン層

図 4 タッチパネルディスプレイの認識方法

スーパーフレックス210

開発品A

開発品B

イオン性アニオンアニオン

アニオン

コロナ処理 PET100100100

未処理 PET

0100100

カーボネート板

100100100

コロナ処理 PP1000

光学特性（ 基材フィルム：PET，膜厚：乾燥 1μm）*

屈折率調整 層は、高屈折率層と低屈折率層が組み合わされている。

屈折率制御技術と、加工性、透明性などの技術を組み

当社は、さらに密着性に優れるプライマーの開発、

1.57

1.70

全光透過率（ ％）898989合わせ、薄くて軽く、丸めることもできるフレキシブルHaze（ ％）1.8

1.81.8

ディスプレイなど、FPDの進化に必要な機能性を付与*1 塗工条件 乾燥膜厚：1μm、乾燥条件：120℃×1分
評価方法 2mmマス碁盤目セロハンテープ剥離試験の残存率％*2 屈折率測定 プリズムカプラー, 589nmに対する屈折率
全光透過率、Haze測定 Haze meter Suga HGM-2DP（基材フィルム：PET、膜厚：100μm、片面コロナ処理：1.8% Haze）

開発品 Aはアニオン性の水系ウレタン樹脂であり、屈折率（ λ=589nm ）1. 57を有する。 特長として、透明性に優れ、未処理 PE Tやポリカーボネート（ PC ）へ
また開 発品 Bは 水 系ウレタン樹脂と無 機 化合 物である酸 化ジルコニウムとを複合 化させたものであり、を検出する。 その仕組みから、「 感圧式 」とも呼ばれの設計面において、分子屈折を上げることと分子体積る。 原理は、透明導電膜として錫ドープ酸化インジウを下げることが必要である。 分子屈折を上げるために屈折率1.70 を示す。 この 通り、水 系ウレタン 樹 脂とム（ ITO）が設けられた素材を透明導電膜間が向い合は分子の分極率を上げることが必要であり、それには酸 化ジルコニウムの相 溶 性を向上させる界面制御 技

う方向に貼り合わせ、指などで押した時にITO膜同士フッ素以外のハロゲンや硫黄原子の導入や、芳香族導術を導入することで 2 つの成分が分離せず、塗膜にしが接触することによって認識される。

入量を増やすことによって分極率を増大できる。 高屈た際の透明性に優れるフィルムを形成することができ折率層は基材フィルムとの密着性や加工性、透明性なる（ 図 7 ）。 なお、無機 化合物である酸化ジルコニウ

また 原子屈 折率 の高い 無 機 化合 物との 複 合 化 にリックス状にITO膜がパターン形成されており、指がよっても高屈折率化することができる。その無機化合

近づくと体内の微量な電流を感知して、電極の容量変物としては酸化ジルコニウム、チタン化合 物などが挙第一工業製薬 社報 No. 576 拓人 2016 春拓人̲2016春号.indb 13-14

できるユニークな材料開発を、引き続き行っていく。
《 参考文献 》
1）2016 高機能フィルム&コーティング材の市場展望		とメーカー戦略（株式会社 富士経済）
2）第一工業製薬㈱：エラストロン技術資料
3）中前勝彦 他：日本接着学会誌 ,31(3),70(1995)
4）2014 タッチパネルと構成部材市場の将来展望（株式会社 富士経済）
5）光学用透明樹脂の高屈折率化、低複屈折化技術		
（株式会社 技術情報協会）の密着性にも優れる。

が示すように、材料を高屈折率化するためには、材料どの特性と合わせて考慮する必要がある。のタッチパネルディスプレイやウェアラブルディスプレ
イ、産業用ディスプレイなど、ますます新しい市場展

1.52とで発生する電気の電圧を計測することによって位置容量方式について説明する。この方式のパネルはマト度になってきている。また、車載される静電容量方式

屈折率（λ=589nm）

り、Lorent z-Lorenzの式で表される（ 図 6）。この式方式に細分化されているが、代表例として投影型静電薄型化、軽量化、視認性の性能向上、およびフレキシブル 化が求められると同時に品質に対する要求が高開が期待される。

抵抗膜方式は、2 枚の電気抵抗のある膜が触れたこ

一方、静電容量方式については、さらにいくつかの今後、モノがインターネットにつながる「 IoT」がさらに進み、ＦＰＤが活躍する用途が増える。 大型化、

022. 2 屈折率調整層の高屈折率化

物質の屈折率 nは体積と電子密度に関係した値であ13

製品名

基材密着性 *1

タッチパネルの基本的な原理については、タッチ箇式、もう一つは静電容量方式である（ 図 4）。

図 7 酸化ジルコニウム複合化ウレタンの透明性（ 左： 開発品 B、右： 相溶不良品、乾燥膜厚：4μm ）ムの量を変化させることで、任意の屈折率に調整することが可能であり、さまざまな光学用機能性フィルムへ使用することが可能である。

水上 新也

みずかみ しんや

樹脂材料開発研究部
水系ウレタングループ
主任研究員
第一工業製薬 社報 No. 576 拓人 2016 春

1416/03/26 4:26