JP2015034832A - ハードコートフィルム及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐湿性に優れた熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材と密着性の良好なハードコート層を有するとともに、表面強度(鉛筆硬度、耐擦傷性)に優れたハードコートフィルムを提供する。【解決手段】本発明のハードコートフィルムは、熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上にハードコート層を有してなる。前記ハードコート層は、1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する重量平均分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂および1分子あたり3個以上のアクリル基を有する多官能アクリルモノマーを重量配合比25/75〜75/25で含有する。【選択図】なし
Description
本発明は、ハードコートフィルムに関し、更に詳しくは、液晶表示装置、CRT表示装置、プラズマ表示装置、EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置、タッチパネルなどの表示装置部品、及び建築物、自動車、電車の窓ガラスなどの保護フィルムとして使用することができる熱可塑性樹脂フィルム上にハードコート層を設けたハードコートフィルム及びその製造方法に関する。
液晶表示装置において、その画像形成方式から、透明電極を形成した2枚の電極基板間に液晶を封入した液晶セルの片側または両側に偏光板が貼り付けられている。このような偏光板としては、通常、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素や二色性染料等の二色性材料を吸着、延伸配向させた偏光子の両面に、耐擦傷性向上のためハードコート層を設けたトリアセチルセルロースフィルム等の保護フィルムを、ポリビニルアルコール系接着剤を介して接着したものが一般的に使用されている。
近年では、液晶表示装置はその広範な利用に伴い高温条件下等で長期間使用される場合も多くなり、その利用される用途に応じた色相の変化の少ない液晶表示装置が求められている。例えば、液晶表示装置は車載用や携帯情報端末用として用いられることが多くなり、それに伴い偏光板にも、高温条件下に放置したときや高温高湿条件下に放置したときの光学特性が劣化しないような耐久性が求められている。
偏光板の耐熱性を向上させる技術としては、偏光子または接着剤中に亜鉛を含有させることにより、偏光子の加熱時における色相変化を抑制する方法が提案されている(下記特許文献1、特許文献2)。しかしながら、これらの方法によっても、偏光板の耐湿性を改善することはできない。
また、偏光板用の保護フィルムに耐熱性と耐湿性の高いノルボルネン系樹脂をはじめとする非晶性ポリオレフィン系樹脂からなるフィルムを使用する方法も提案されているが、樹脂が非常に高価であること、またフィルムとハードコート層間の密着性が得られ難いことから改善には至っていない。
また、偏光板用の保護フィルムに耐熱性と耐湿性の高いノルボルネン系樹脂をはじめとする非晶性ポリオレフィン系樹脂からなるフィルムを使用する方法も提案されているが、樹脂が非常に高価であること、またフィルムとハードコート層間の密着性が得られ難いことから改善には至っていない。
そこで、耐湿性に優れるフィルムとして、透湿性の低いアクリルフィルムをハードコートフィルムの基材に使用することが提案されている。しかし、アクリルフィルムはトリアセチルセルロースフィルムに比べ基材表面の平滑性が高く、樹脂層と接する面積が小さいため、ハードコートフィルム基材にアクリルフィルムを用いた場合、アクリルフィルムとハードコート層との密着性が不足する問題があった。この問題に対して、紫外線硬化型樹脂などのハードコート層を形成する塗料を塗布する面にコロナ放電処理、プラズマ照射処理、電子線照射処理、他の表面活性化処理を施す方法が提案されている(下記特許文献3)。
しかしながら、アクリルフィルムのハードコート層を形成する面に上述のコロナ放電処理、プラズマ照射処理などを施した場合、ハードコート層とアクリルフィルムとの密着性は若干向上するものの、十分なレベルではなく、更なる密着性の改善が求められている。
そこで、本発明は、耐湿性に優れた熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材と密着性の良好なハードコート層を有するとともに、表面強度(鉛筆硬度、耐擦傷性)に優れたハードコートフィルムおよびその製造方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、耐湿性に優れた熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材と密着性の良好なハードコート層を有するとともに、表面強度(鉛筆硬度、耐擦傷性)に優れたハードコートフィルムおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究の結果、透湿性の低い熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上に、1分子あたり特定範囲個数のアクリル基を有し、かつ重量平均分子量が特定の範囲のウレタンアクリレート樹脂を含有するハードコート層を設けることで上記課題を解決できることを見い出した。
すなわち本発明は、以下の構成を有するものである。
(構成1)
熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上にハードコート層を有するハードコートフィルムにおいて、前記ハードコート層は、1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する重量平均分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂および1分子あたり3個以上のアクリル基を有する多官能アクリルモノマーを含有することを特徴とするハードコートフィルムである。
(構成1)
熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上にハードコート層を有するハードコートフィルムにおいて、前記ハードコート層は、1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する重量平均分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂および1分子あたり3個以上のアクリル基を有する多官能アクリルモノマーを含有することを特徴とするハードコートフィルムである。
(構成2)
前記ウレタンアクリレート樹脂と前記多官能アクリルモノマーの重量配合比が25/75〜75/25であることを特徴とする構成1に記載のハードコートフィルムである。
(構成3)
熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上に、1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂、および1分子あたりアクリル基を3個以上有する多官能アクリルモノマーを含有する塗料を塗布してハードコート層を形成し、100℃以上の雰囲気で乾燥後、紫外線照射を行うことを特徴とするハードコートフィルムの製造方法である。
前記ウレタンアクリレート樹脂と前記多官能アクリルモノマーの重量配合比が25/75〜75/25であることを特徴とする構成1に記載のハードコートフィルムである。
(構成3)
熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上に、1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂、および1分子あたりアクリル基を3個以上有する多官能アクリルモノマーを含有する塗料を塗布してハードコート層を形成し、100℃以上の雰囲気で乾燥後、紫外線照射を行うことを特徴とするハードコートフィルムの製造方法である。
本発明によれば、耐湿性に優れた熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材と密着性の良好なハードコート層を有するとともに、表面強度(鉛筆硬度、耐擦傷性)に優れたハードコートフィルムおよびその製造方法を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
本発明のハードコートフィルムは、熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上にハードコート層を有する構成である。
本発明のハードコートフィルムは、熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上にハードコート層を有する構成である。
(透明フィルム基材)
まず、上記透明フィルム基材について説明する。
本発明の透明フィルム基材は、透湿性の低い熱可塑性アクリル樹脂からなり、例えば熱可塑性のメタクリル系樹脂を含有するフィルムが好適である。このメタクリル系樹脂は、アルキルメタクリレートを含有する単量体混合物を重合することによって得られる。アルキルメタクリレートとしては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、sec−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ドデシルメタクリレート、ミリスチルメタクリレート、パルミチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ベヘニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、フェニルメタクリレートなどが挙げられる。これらのうち、アルキル基の炭素数が1〜4であるアルキルメタクリレートが好ましく、メチルメタクリレートが特に好ましい。これらのアルキルメタリレートは単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。中でも例えば上記ペンチルメタクリレート等を環化させている化合物を含有する単量体混合物を重合することによって得られるラクトン環構造を有する(メタ)アクリル系樹脂が望ましい。このようなラクトン環構造を有する(メタ)アクリル系樹脂は、透湿度が低く、さらには耐熱性にも優れるため、高温高湿の環境下においても、光学特性の変化の小さいフィルムを得ることができる。
まず、上記透明フィルム基材について説明する。
本発明の透明フィルム基材は、透湿性の低い熱可塑性アクリル樹脂からなり、例えば熱可塑性のメタクリル系樹脂を含有するフィルムが好適である。このメタクリル系樹脂は、アルキルメタクリレートを含有する単量体混合物を重合することによって得られる。アルキルメタクリレートとしては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、sec−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ドデシルメタクリレート、ミリスチルメタクリレート、パルミチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ベヘニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、フェニルメタクリレートなどが挙げられる。これらのうち、アルキル基の炭素数が1〜4であるアルキルメタクリレートが好ましく、メチルメタクリレートが特に好ましい。これらのアルキルメタリレートは単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。中でも例えば上記ペンチルメタクリレート等を環化させている化合物を含有する単量体混合物を重合することによって得られるラクトン環構造を有する(メタ)アクリル系樹脂が望ましい。このようなラクトン環構造を有する(メタ)アクリル系樹脂は、透湿度が低く、さらには耐熱性にも優れるため、高温高湿の環境下においても、光学特性の変化の小さいフィルムを得ることができる。
(ウレタンアクリレート樹脂)
本発明において、ハードコート層を構成するウレタンアクリレート樹脂は、多価アルコール、多価イソシアネート及び水酸基含有アクリレート(ヒドロキシアクリレート)あるいは水酸基含有(メタ)アクリレート(ヒドロキシ(メタ)アクリレート)を反応させることで得ることができる。なお、ウレタンアクリレート樹脂の各種特性は、多価アルコールの構造、多価イソシアネートの種類、及び水酸基含有アクリレート(ヒドロキシアクリレート)あるいは水酸基含有(メタ)アクリレート(ヒドロキシ(メタ)アクリレート)のアクリル基(CH2=CH−CO−、CH2=C(CH3)−CO−)の数によって調整することができる。
本発明において、ハードコート層を構成するウレタンアクリレート樹脂は、多価アルコール、多価イソシアネート及び水酸基含有アクリレート(ヒドロキシアクリレート)あるいは水酸基含有(メタ)アクリレート(ヒドロキシ(メタ)アクリレート)を反応させることで得ることができる。なお、ウレタンアクリレート樹脂の各種特性は、多価アルコールの構造、多価イソシアネートの種類、及び水酸基含有アクリレート(ヒドロキシアクリレート)あるいは水酸基含有(メタ)アクリレート(ヒドロキシ(メタ)アクリレート)のアクリル基(CH2=CH−CO−、CH2=C(CH3)−CO−)の数によって調整することができる。
本発明において、使用されるウレタンアクリレート樹脂は、重量平均分子量が3000〜6000の範囲で、且つ1分子中のアクリル基の数が6〜14個であることが必要である。好ましくは重量平均分子量が4000〜5000の範囲で、且つ1分子中のアクリル基の数が8〜12個である。
重量平均分子量は3000より小さいと、透明フィルム基材へ適度に浸透し密着性が得られるものの、ハードコート層の表面強度(鉛筆硬度や耐擦傷性)が得られ難い。一方、重量平均分子量が6000より大きいと、透明フィルム基材へ浸透し難くなり密着性が得られ難くなる。
また、1分子中のアクリル基数は6個より少ないと、紫外線硬化後の硬化密度が小さくなりハードコート層の表面強度(鉛筆硬度や耐擦傷性)が得られ難い。一方、1分子中のアクリル基数が14個より多いと硬化収縮が大きくなり透明フィルム基材とハードコート層の密着性が得られ難くなる。
なお、本発明において、ウレタンアクリレート樹脂の重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーション・ガスクロマトグラフィー)法により、下記の測定条件で、標準ポリスチレンを基準にして求めた。
移動相流量:1ml/分、カラム温度:40℃、試料注入量:10μl、試料濃度:0.2mg/ml
また、本発明において、ウレタンアクリレート樹脂の1分子中のアクリル基数は、フーリエ変換型赤外分光光度計(FT−IR)及びNMR(核磁気共鳴吸収)を用いて測定した。
また、1分子中のアクリル基数は6個より少ないと、紫外線硬化後の硬化密度が小さくなりハードコート層の表面強度(鉛筆硬度や耐擦傷性)が得られ難い。一方、1分子中のアクリル基数が14個より多いと硬化収縮が大きくなり透明フィルム基材とハードコート層の密着性が得られ難くなる。
なお、本発明において、ウレタンアクリレート樹脂の重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーション・ガスクロマトグラフィー)法により、下記の測定条件で、標準ポリスチレンを基準にして求めた。
移動相流量:1ml/分、カラム温度:40℃、試料注入量:10μl、試料濃度:0.2mg/ml
また、本発明において、ウレタンアクリレート樹脂の1分子中のアクリル基数は、フーリエ変換型赤外分光光度計(FT−IR)及びNMR(核磁気共鳴吸収)を用いて測定した。
(多官能アクリルモノマー(紫外線硬化樹脂))
本発明においては、作用効果向上(特に表面強度)の点で、上記ウレタンアクリレート樹脂を含有するハードコート層は、さらに多官能アクリルモノマーを含有することが好ましい。
多官能アクリレートのモノマーとしては、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、ペンタグリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、グリセリントリアクリレート、ジ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テトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリス(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、テトラメチロールメタントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ペンタグリセロールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、グリセリントリメタクリレート、ジペンタエリスリトールトリメタクリレート、ジペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、イソボロニルアクリレート等が好ましく挙げられる。これらの化合物は、それぞれ単独または2種以上を混合して用いられる。また、上記モノマーの2量体、3量体等のオリゴマーであってもよい。これらの多官能アクリルモノマーの中でも、1分子あたり3個以上のアクリル基を有する多官能アクリルモノマーを使用することが表面強度(硬度、耐擦傷性)の点から好ましい。なお、1分子あたりのアクリル基数は、透明フィルム基材との密着性の観点から、18個以下であることが好ましい。
本発明においては、作用効果向上(特に表面強度)の点で、上記ウレタンアクリレート樹脂を含有するハードコート層は、さらに多官能アクリルモノマーを含有することが好ましい。
多官能アクリレートのモノマーとしては、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、ペンタグリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、グリセリントリアクリレート、ジ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テトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリス(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、テトラメチロールメタントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ペンタグリセロールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、グリセリントリメタクリレート、ジペンタエリスリトールトリメタクリレート、ジペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、イソボロニルアクリレート等が好ましく挙げられる。これらの化合物は、それぞれ単独または2種以上を混合して用いられる。また、上記モノマーの2量体、3量体等のオリゴマーであってもよい。これらの多官能アクリルモノマーの中でも、1分子あたり3個以上のアクリル基を有する多官能アクリルモノマーを使用することが表面強度(硬度、耐擦傷性)の点から好ましい。なお、1分子あたりのアクリル基数は、透明フィルム基材との密着性の観点から、18個以下であることが好ましい。
本発明において、ハードコート層を構成する上記ウレタンアクリレート樹脂に上記多官能アクリルモノマーを併用する場合、これらウレタンアクリレート樹脂と多官能アクリルモノマーの重量配合比率は、75/25〜25/75の範囲にあることが好ましい。更に好ましくは60/40〜40/60である。ウレタンアクリレート樹脂の重量配合比が75よりも大きい場合、効果収縮が大きくなり、透明フィルム基材との密着性が得られ難くなる。一方、多官能アクリルモノマーの重量配合比が75よりも大きい場合、透明フィルム基材との密着性は得られるものの、ハードコート層の表面強度(耐擦傷性、鉛筆硬度)が得られ難くなる。
(光重合開始剤)
本発明において、上記ウレタンアクリレート樹脂や多官能アクリルモノマーなどの紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法としては、紫外線を照射させる方法を用いることができる。この方法を用いる場合には、前記紫外線硬化型樹脂に光重合開始剤を添加することが好ましい。光重合開始剤の具体例としては、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ベンゾイルメチルエーテル、ベンゾイルエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ジベンジル、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、チオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン化合物などを用いることができる。中でも、表面硬化性の高い2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オンが望ましい。
本発明において、上記ウレタンアクリレート樹脂や多官能アクリルモノマーなどの紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法としては、紫外線を照射させる方法を用いることができる。この方法を用いる場合には、前記紫外線硬化型樹脂に光重合開始剤を添加することが好ましい。光重合開始剤の具体例としては、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ベンゾイルメチルエーテル、ベンゾイルエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ジベンジル、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、チオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン化合物などを用いることができる。中でも、表面硬化性の高い2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オンが望ましい。
(表面調整剤)
本発明において、ハードコート層には、透明フィルム基材への塗工性の改善を目的に各種レベリング剤の使用が可能である。フッ素系、アクリル系、シリコーン系、及びそれらの付加物或いは混合物を使用することができる。中でもハードコート層表面へのブリードアウトが発生し難い反応性アクリル基を有するものが望ましい。その添加量は、紫外線硬化型樹脂100重量部に対し0.03〜3.0重量部の範囲での添加が可能である。
本発明において、ハードコート層には、透明フィルム基材への塗工性の改善を目的に各種レベリング剤の使用が可能である。フッ素系、アクリル系、シリコーン系、及びそれらの付加物或いは混合物を使用することができる。中でもハードコート層表面へのブリードアウトが発生し難い反応性アクリル基を有するものが望ましい。その添加量は、紫外線硬化型樹脂100重量部に対し0.03〜3.0重量部の範囲での添加が可能である。
(その他添加剤、溶剤)
本発明において、ハードコート層を塗布形成するのに用いるハードコート塗料には、上記ウレタンアクリレート樹脂、多官能アクリルモノマーなどのハードコート層用樹脂の他に、紫外線吸収剤、光安定化剤、熱硬化型樹脂、消泡剤などの各種添加剤も必要に応じて添加することが可能である。また、ハードコート層用樹脂を塗料化するための有機溶剤としては、沸点が50℃から150℃のものが、塗工時の作業性、乾燥性の点から好ましい。具体的な例としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブなど公知の有機溶剤を単独或いは適宜数種類組み合わせて使用することもできる。
本発明において、ハードコート層を塗布形成するのに用いるハードコート塗料には、上記ウレタンアクリレート樹脂、多官能アクリルモノマーなどのハードコート層用樹脂の他に、紫外線吸収剤、光安定化剤、熱硬化型樹脂、消泡剤などの各種添加剤も必要に応じて添加することが可能である。また、ハードコート層用樹脂を塗料化するための有機溶剤としては、沸点が50℃から150℃のものが、塗工時の作業性、乾燥性の点から好ましい。具体的な例としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブなど公知の有機溶剤を単独或いは適宜数種類組み合わせて使用することもできる。
(ハードコート層の製造(塗工)方法)
上記ハードコート塗料を熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上へ塗布するには、公知の任意の塗工方法を用いることができる。例えば、リバースコート法、グラビアコート法、バーコート法、ダイコート法、スプレーコート法、キスコート法、ワイヤーバーコート法、カーテンコート法などが挙げられ、これ等の方法を単独或いは複数組み合わせて用いてもよい。
上記ハードコート塗料を熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上へ塗布するには、公知の任意の塗工方法を用いることができる。例えば、リバースコート法、グラビアコート法、バーコート法、ダイコート法、スプレーコート法、キスコート法、ワイヤーバーコート法、カーテンコート法などが挙げられ、これ等の方法を単独或いは複数組み合わせて用いてもよい。
(ハードコートフィルムの製造方法)
本発明はハードコートフィルムの製造方法についても提供するものである。すなわち、本発明によれば、熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上に、1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する重量平均分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂、および1分子あたりアクリル基を3個以上有する多官能アクリルモノマーを含有する塗料を塗布してハードコート層を形成し、100℃以上の雰囲気で乾燥後、紫外線照射を行うことで、上記アクリルフィルム基材とハードコート層との密着性に優れるとともに、表面強度(鉛筆硬度、耐擦傷性)にも優れたハードコートフィルムを製造することができる。
本発明はハードコートフィルムの製造方法についても提供するものである。すなわち、本発明によれば、熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上に、1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する重量平均分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂、および1分子あたりアクリル基を3個以上有する多官能アクリルモノマーを含有する塗料を塗布してハードコート層を形成し、100℃以上の雰囲気で乾燥後、紫外線照射を行うことで、上記アクリルフィルム基材とハードコート層との密着性に優れるとともに、表面強度(鉛筆硬度、耐擦傷性)にも優れたハードコートフィルムを製造することができる。
上記の乾燥温度は、特に100℃以上150℃以下が望ましい。100℃未満では溶剤が揮発した後の紫外線硬化性樹脂の流動性が得られず、フィルム基材との密着性が十分に得られない。また、150℃よりも高いと、フィルム基材のガラス転移温度より高くなり、基材自身の平坦性が損なわれるため好ましくない。
また、上記乾燥後の紫外線照射に用いられる紫外線の波長は200〜400nmの範囲が好ましい。好ましい紫外線照射条件としては、例えば、照度80〜120mW/cm2、照射量70〜500mJ/cm2であることが望ましい。紫外線の照射装置としては、例えば、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプなどのランプ光源、アルゴンイオンレーザーやヘリウムネオンレーザーなどのパルス、連続のレーザー光源などを備える照射装置を用いることが可能である。
次に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。また、併せて本発明の実施例に対する比較例についても説明する。
(実施例1)
(透明フィルム基材の作製)
メタクリル系樹脂からなるペレットを十分に真空乾燥した後、押し出し機に供給し、溶融押し出し機にてシート状にし、未延伸フィルムを作製した。続いて、約100℃に加熱したロールで縦方向に1.5倍に延伸し、一軸配向アクリルフィルムを得た。その後、約180℃で熱処理を施し結晶配向が完了した厚さ40μmの一軸配向アクリルフィルムを作製した。
(実施例1)
(透明フィルム基材の作製)
メタクリル系樹脂からなるペレットを十分に真空乾燥した後、押し出し機に供給し、溶融押し出し機にてシート状にし、未延伸フィルムを作製した。続いて、約100℃に加熱したロールで縦方向に1.5倍に延伸し、一軸配向アクリルフィルムを得た。その後、約180℃で熱処理を施し結晶配向が完了した厚さ40μmの一軸配向アクリルフィルムを作製した。
(ハードコートフィルムの作製)
紫外線硬化型樹脂としてウレタンアクリレート樹脂(商品名: アートレジンUN−904、根上工業(株)製、重量平均分子量:4900、1分子あたりのアクリル基数(以下、官能基数と呼ぶ。):10)と多官能アクリルモノマー(商品名:ライトアクリレートPE−4A、共栄社化学(株)製、1分子あたりの官能基数が4)を配合比率が50/50となるように100重量部、光重合開始剤2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン(商品名:イルガキュア907、BASF(株)製)5.0重量部、>N−CH3タイプヒンダードアミン系光安定化剤(商品名:チヌビン292、BASF(株)製)3.2重量部を撹拌し、揮発分が50%となるようにノルマルプロパノール/トルエン/ジメチルホルムアミド(配合比50/30/20)の混合溶剤で希釈し、ハードコート層用塗料を得た。
紫外線硬化型樹脂としてウレタンアクリレート樹脂(商品名: アートレジンUN−904、根上工業(株)製、重量平均分子量:4900、1分子あたりのアクリル基数(以下、官能基数と呼ぶ。):10)と多官能アクリルモノマー(商品名:ライトアクリレートPE−4A、共栄社化学(株)製、1分子あたりの官能基数が4)を配合比率が50/50となるように100重量部、光重合開始剤2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン(商品名:イルガキュア907、BASF(株)製)5.0重量部、>N−CH3タイプヒンダードアミン系光安定化剤(商品名:チヌビン292、BASF(株)製)3.2重量部を撹拌し、揮発分が50%となるようにノルマルプロパノール/トルエン/ジメチルホルムアミド(配合比50/30/20)の混合溶剤で希釈し、ハードコート層用塗料を得た。
上記で作製した一軸配向アクリルフィルムの片面に、得られたハードコート層用塗料を、バーコータを用いて塗布し、100℃の乾燥炉で20秒間乾燥させ膜厚が4.5μmのハードコート層を形成した。これを、塗布面より60mmの高さにセットされたUV照射装置を用いUV照射量100mJ/cm2にて硬化させハードコートフィルムを作製した。
(実施例2)
ウレタンアクリレート樹脂(商品名:アートレジンUN−904、根上工業(株)製)と多官能アクリルモノマー(商品名:ライトアクリレートPE−4A、共栄社化学(株)製)の配合比率を75/25とした以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
ウレタンアクリレート樹脂(商品名:アートレジンUN−904、根上工業(株)製)と多官能アクリルモノマー(商品名:ライトアクリレートPE−4A、共栄社化学(株)製)の配合比率を75/25とした以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(実施例3)
ウレタンアクリレート樹脂(商品名:アートレジンUN−904、根上工業(株)製)と多官能アクリルモノマー(商品名:ライトアクリレートPE−4A、共栄社化学(株)製)の配合比率を25/75とした以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
ウレタンアクリレート樹脂(商品名:アートレジンUN−904、根上工業(株)製)と多官能アクリルモノマー(商品名:ライトアクリレートPE−4A、共栄社化学(株)製)の配合比率を25/75とした以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(実施例4)
温度計、攪拌装置を備えたセパラブルフラスコにポリカプロラクトン由来のポリカプロラクトントリオールとヘキサメチレンジイソシアネートからなるイソシアネート化合物、重量平均分子量:2500、分子量分布(Mw/Mn):1.36を400部充填し内温を70℃にした後、ヒドロキシエチルアクリレート100部、ジブチルスズジラウート200ppm(得られるウレタンアクリレートに対する添加量)、ハイドロキノンモノメチルエーテル800ppm(得られるウレタンアクリレートに対する添加量)を加え、重量平均分子量が4900、一分子あたりの官能基数が6の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た樹脂をウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
温度計、攪拌装置を備えたセパラブルフラスコにポリカプロラクトン由来のポリカプロラクトントリオールとヘキサメチレンジイソシアネートからなるイソシアネート化合物、重量平均分子量:2500、分子量分布(Mw/Mn):1.36を400部充填し内温を70℃にした後、ヒドロキシエチルアクリレート100部、ジブチルスズジラウート200ppm(得られるウレタンアクリレートに対する添加量)、ハイドロキノンモノメチルエーテル800ppm(得られるウレタンアクリレートに対する添加量)を加え、重量平均分子量が4900、一分子あたりの官能基数が6の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た樹脂をウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(実施例5)
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が4900、一分子あたりの官能基数が14の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が4900、一分子あたりの官能基数が14の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(実施例6)
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が3000、一分子あたりの官能基数が6の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が3000、一分子あたりの官能基数が6の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(実施例7)
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が3000、一分子あたりの官能基数が14の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が3000、一分子あたりの官能基数が14の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(実施例8)
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が6000、一分子あたりの官能基数が6の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が6000、一分子あたりの官能基数が6の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(実施例9)
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が6000、一分子あたりの官能基数が14の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が6000、一分子あたりの官能基数が14の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(比較例1)
紫外線硬化樹脂にウレタンアクリレート樹脂(アートレジンUN−904)のみを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
紫外線硬化樹脂にウレタンアクリレート樹脂(アートレジンUN−904)のみを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(比較例2)
紫外線硬化樹脂に多官能アクリルモノマー(商品名:ライトアクリレートPE−4A、共栄社化学(株)製)のみを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
紫外線硬化樹脂に多官能アクリルモノマー(商品名:ライトアクリレートPE−4A、共栄社化学(株)製)のみを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(比較例3)
ポリウレタンアクリレート樹脂にアートレジンUN−3320HS(官能基数15、重量平均分子量5000、根上工業(株)製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
ポリウレタンアクリレート樹脂にアートレジンUN−3320HS(官能基数15、重量平均分子量5000、根上工業(株)製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(比較例4)
ポリウレタンアクリレート樹脂にアートレジンUN−952(官能基数10、重量平均分子量9000、根上工業(株)製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
ポリウレタンアクリレート樹脂にアートレジンUN−952(官能基数10、重量平均分子量9000、根上工業(株)製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(比較例5)
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が3000、一分子あたりの官能基数が5の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が3000、一分子あたりの官能基数が5の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(比較例6)
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が6500、一分子あたりの官能基数が10の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が6500、一分子あたりの官能基数が10の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(比較例7)
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が2500、一分子あたりの官能基数が10の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
イソシアネート化合物とヒドロキシエチルアクリレートの配合量を変更し、重量平均分子量が2500、一分子あたりの官能基数が10の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを得た。
上記合成法により得た紫外線硬化型ウレタンアクリレートをウレタンアクリレート樹脂に用いた以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
(参考例1)
乾燥温度を90℃とした以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
乾燥温度を90℃とした以外は、実施例1と同様にしてハードコートフィルムを作製した。
以上のとおり作製した各ハードコートフィルムについて、下記評価を行い、結果を表1に示す。
(1)密着性
碁盤目剥離試験治具を用い1mm2のクロスカットを100個作製し、積水化学工業(株)製粘着テープNo.252を、その上に貼り付け、ヘラを用いて均一に押し付けた後、90度方向に剥離し、ハードコート層の残存個数を4段階評価した。評価基準は下記の通りであり、◎と○を良好とした。
◎:100個、○:99〜95個、△:94〜50個、×:49〜0個
(1)密着性
碁盤目剥離試験治具を用い1mm2のクロスカットを100個作製し、積水化学工業(株)製粘着テープNo.252を、その上に貼り付け、ヘラを用いて均一に押し付けた後、90度方向に剥離し、ハードコート層の残存個数を4段階評価した。評価基準は下記の通りであり、◎と○を良好とした。
◎:100個、○:99〜95個、△:94〜50個、×:49〜0個
(2)鉛筆硬度
硬度3Hの鉛筆を用い、500g荷重下でJIS K5600に示される試験法により鉛筆硬度を測定した。鉛筆を45°傾けてフィルム表面を5回数mm程度引っ掻き、傷の発生の有無を確認した。評価基準は下記の通りであり、◎と○を良好とした。
◎:傷0本、○:傷1本、×:傷2〜5本
硬度3Hの鉛筆を用い、500g荷重下でJIS K5600に示される試験法により鉛筆硬度を測定した。鉛筆を45°傾けてフィルム表面を5回数mm程度引っ掻き、傷の発生の有無を確認した。評価基準は下記の通りであり、◎と○を良好とした。
◎:傷0本、○:傷1本、×:傷2〜5本
(3)耐擦傷性
#0000のスチールウールにより、ハードコートフィルムの表面を250g/cm2の荷重をかけながら10回摩擦し、傷の発生の有無および傷の程度を目視により観察した。評価基準は下記の通りであり、◎と○を良好とした。
◎:傷の発生なし。○:5本以下の傷が発生する。△:傷が6〜10本発生する。×:傷が無数に発生する。
#0000のスチールウールにより、ハードコートフィルムの表面を250g/cm2の荷重をかけながら10回摩擦し、傷の発生の有無および傷の程度を目視により観察した。評価基準は下記の通りであり、◎と○を良好とした。
◎:傷の発生なし。○:5本以下の傷が発生する。△:傷が6〜10本発生する。×:傷が無数に発生する。
上記表1の結果から、ハードコート層が1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する重量平均分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂、および1分子あたり3個以上のアクリル基を有する多官能アクリルモノマーを含有する実施例1〜9のハードコートフィルムは、密着性、鉛筆硬度、耐擦傷性のいずれの特性も良好であることが確認できた。
これに対し、ウレタンアクリレート樹脂のみを用いた比較例1では、ハードコート層の表面強度は良好であるものの、密着性が得られない。また、多官能アクリルモノマーのみを用いた比較例2では、密着性は良好であるものの、ハードコート層の表面強度が得られない。また、1分子あたりのアクリル基数が14よりも大きいウレタンアクリレート樹脂を用いた比較例3では、良好な密着性が得られない。また、重量平均分子量が6000よりも大きいウレタンアクリレート樹脂を用いた比較例4においても、良好な密着性が得られない。
また、1分子あたりのアクリル基数が6よりも小さいウレタンアクリレート樹脂を用いた比較例5では、ハードコート層の表面強度が得られない。また、重量平均分子量が6000よりも大きいウレタンアクリレート樹脂を用いた比較例6においては、良好な密着性が得られない。また、重量平均分子量が3000よりも小さいウレタンアクリレート樹脂を用いた比較例7においては、ハードコート層の表面強度が得られない。
また、フィルム基材上へのハードコート層塗布後の乾燥温度を100℃よりも低い温度(90℃)とした参考例1では、良好な密着性が得られない。
また、1分子あたりのアクリル基数が6よりも小さいウレタンアクリレート樹脂を用いた比較例5では、ハードコート層の表面強度が得られない。また、重量平均分子量が6000よりも大きいウレタンアクリレート樹脂を用いた比較例6においては、良好な密着性が得られない。また、重量平均分子量が3000よりも小さいウレタンアクリレート樹脂を用いた比較例7においては、ハードコート層の表面強度が得られない。
また、フィルム基材上へのハードコート層塗布後の乾燥温度を100℃よりも低い温度(90℃)とした参考例1では、良好な密着性が得られない。
Claims (3)
- 熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上にハードコート層を有するハードコートフィルムにおいて、前記ハードコート層は、1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する重量平均分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂および1分子あたり3個以上のアクリル基を有する多官能アクリルモノマーを含有することを特徴とするハードコートフィルム。
- 前記ウレタンアクリレート樹脂と前記多官能アクリルモノマーの重量配合比が25/75〜75/25であることを特徴とする請求項1に記載のハードコートフィルム。
- 熱可塑性アクリル樹脂からなる透明フィルム基材上に、1分子あたり6〜14個のアクリル基を有する重量平均分子量3000〜6000のウレタンアクリレート樹脂、および1分子あたりアクリル基を3個以上有する多官能アクリルモノマーを含有する塗料を塗布してハードコート層を形成し、100℃以上の雰囲気で乾燥後、紫外線照射を行うことを特徴とするハードコートフィルムの製造方法。
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