JP4901080B2 - Conductive coating composition and transparent conductive film using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ゾルゲル法で塗膜化するコーティング組成物に関し、塗膜化した際の塗膜は優れた帯電防止性と透明性を有するコーティング組成物、および該コーティング組成物から形成されてなる透明導電膜に関する。 The present invention relates to a coating composition formed into a film by a sol-gel method, and the coated film when formed is a coating composition having excellent antistatic properties and transparency, and a transparent formed from the coating composition The present invention relates to a conductive film.
近年、ゾルゲル法を利用した塗膜化技術が実施されており、例えば、反射防止膜、表面保護膜などが作製されている。 In recent years, a coating technique using a sol-gel method has been implemented, and for example, an antireflection film, a surface protective film, and the like have been produced.
ゾルゲル法では、まず出発原料である金属アルコキシドを加水分解してゾルを調整し、次いで得られたゾルを塗布、乾燥して塗膜化(ゲル化)することにより塗膜を得ることができる。金属アルコキシドを加水分解する際には触媒が用いられており、触媒としては塩酸が広く用いられている。 In the sol-gel method, a metal alkoxide as a starting material is first hydrolyzed to prepare a sol, and then the obtained sol is applied and dried to form a coating (gelation), thereby obtaining a coating film. A catalyst is used when hydrolyzing the metal alkoxide, and hydrochloric acid is widely used as the catalyst.
一方、反射防止膜などのゾルゲル法により得られた塗膜に帯電防止性が求められる場合がある。このような場合、例えば別途導電性の塗膜を設けたり(特許文献1参照)、コーティング組成物中にあらかじめ帯電防止剤を添加したりする手段が行われている。 On the other hand, an antistatic property may be required for a coating film obtained by a sol-gel method such as an antireflection film. In such a case, for example, a means for separately providing a conductive coating (see Patent Document 1) or adding an antistatic agent in advance to the coating composition is performed.
しかし、別途導電性の塗膜を設ける手段では作業性が低下するという問題があった。また、コーティング組成物中に帯電防止剤を添加する手段では、塗膜中において金属アルコキシドから得られる成分以外の成分が増加することにより、透明性等の光学特性や耐擦傷性等の塗膜物性が低下してしまうという問題があった。 However, there is a problem that workability is lowered by means of separately providing a conductive coating film. In addition, the means for adding an antistatic agent to the coating composition increases the components other than the component obtained from the metal alkoxide in the coating film, thereby improving the coating properties such as optical properties such as transparency and scratch resistance. There was a problem that would decrease.
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、金属アルコキシドを加水分解する際の触媒として、相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸を使用することにより、別途導電性の塗膜を設けたり、帯電防止剤を添加することなく、ゾルゲル法で得られた塗膜に帯電防止性を付与できることを見出し、これを解決するに至った。 As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventors provided a conductive coating film separately by using a heteropolyacid containing H + as a partner cation as a catalyst for hydrolyzing a metal alkoxide. In addition, the inventors have found that an antistatic property can be imparted to a coating film obtained by a sol-gel method without adding an antistatic agent, and have come to solve this problem.
即ち、本発明のコーティング組成物は、金属アルコキシドを触媒の作用により加水分解してなるゾルを含むものであって、前記触媒として、相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸を用いてなることを特徴とするものである。 That is, the coating composition of the present invention contains a sol obtained by hydrolyzing a metal alkoxide by the action of a catalyst, and is characterized by using a heteropolyacid containing H + as a partner cation as the catalyst. It is what.
また、本発明の透明導電膜は、前記コーティング組成物から形成されてなることを特徴とするものである。 The transparent conductive film of the present invention is formed from the coating composition.
本発明のコーティング組成物は、相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸が、金属アルコキシドを加水分解する際の触媒として機能するとともに、イオン伝導型の帯電防止剤として機能することから、別途導電性の塗膜を設けたり、帯電防止剤を添加したりすることなく、得られる塗膜に帯電防止性を付与することができる。したがって、塗膜を得る際の作業性を良好なものとし、得られる塗膜は光学特性や塗膜物性が損なわれることもない。 In the coating composition of the present invention, the heteropolyacid containing H + as a partner cation functions as a catalyst when hydrolyzing the metal alkoxide and functions as an ion conductive antistatic agent. Antistatic properties can be imparted to the resulting coating film without providing a coating film or adding an antistatic agent. Therefore, the workability at the time of obtaining a coating film is made favorable, and the obtained coating film does not impair the optical properties and physical properties of the coating film.
また、本発明で使用するヘテロポリ酸は、常温で固体の形態をとり、かつH+を放出することができることから、コーティング組成物から形成される塗膜から揮発することなく存在し続けることができ、塗膜に対し、上述した帯電防止性を永続的に付与することができる。 Moreover, since the heteropolyacid used in the present invention takes a solid form at room temperature and can release H + , it can continue to exist without volatilization from the coating film formed from the coating composition. The antistatic property described above can be permanently imparted to the coating film.
このようなコーティング組成物により形成される本発明の透明導電膜は、透明性に優れつつ帯電防止性を有するものである。 The transparent conductive film of the present invention formed with such a coating composition has excellent antistatic properties while being excellent in transparency.
まず、本発明のコーティング組成物について説明する。本発明のコーティング組成物は、金属アルコキシドを触媒の作用により加水分解してなるゾルを含むものであって、前記触媒として、相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸(以下、適宜「ヘテロポリ酸」という。)を用いてなることを特徴とするものである。以下、各構成要素の実施の形態について説明する。 First, the coating composition of the present invention will be described. The coating composition of the present invention contains a sol obtained by hydrolyzing a metal alkoxide by the action of a catalyst, and as the catalyst, a heteropolyacid (hereinafter referred to as “heteropolyacid” as appropriate) containing H + as a partner cation. .) Is used. Hereinafter, embodiments of each component will be described.
金属アルコキシドは、ゾルゲル法により塗膜を得るための出発原料として使用されるものである。金属アルコキシドを用いてゾルゲル法により得られる塗膜は、透明性を有するものである。 The metal alkoxide is used as a starting material for obtaining a coating film by a sol-gel method. A coating film obtained by a sol-gel method using a metal alkoxide has transparency.
金属アルコキシドとしては、例えば、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジルコニアプロポキシド、アルミニウムイソプロポキシド、チタンブトキシド、チタンイソプロポキシドなどがあげられる。これら金属アルコキシドは、用途に応じて適宜選択して使用することができる。例えば、高透明の塗膜を得たい場合には、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン等のアルコキシシランが好適に使用される。 Examples of the metal alkoxide include tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, zirconia propoxide, aluminum isopropoxide, titanium butoxide, titanium isopropoxide, and the like. These metal alkoxides can be appropriately selected and used depending on the application. For example, when it is desired to obtain a highly transparent coating film, alkoxysilane such as tetraethoxysilane or methyltrimethoxysilane is preferably used.
このような金属アルコキシドは、加水分解されてゾルとなる。加水分解の際は、触媒として主として塩酸が使用されるが、本発明では、相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸を使用する。 Such metal alkoxide is hydrolyzed into a sol. In the hydrolysis, hydrochloric acid is mainly used as a catalyst. In the present invention, a heteropolyacid containing H + as a partner cation is used.
本発明で使用するヘテロポリ酸は、相手カチオンH+の存在により、金属アルコキシドを加水分解してゾルを調整する際の触媒として機能することができるとともに、イオン伝導型の帯電防止剤として機能し、コーティング組成物から形成される塗膜に帯電防止性を付与することができる。また、本発明で使用するヘテロポリ酸は、常温で固体の形態をとり、かつH+を放出することができることから、コーティング組成物から形成される塗膜から揮発することなく存在し続けることができ、塗膜に対し、上述した帯電防止性を永続的に付与することができる。 The heteropolyacid used in the present invention can function as a catalyst for preparing a sol by hydrolyzing a metal alkoxide due to the presence of the partner cation H + , and also functions as an ion conductive antistatic agent, Antistatic properties can be imparted to the coating film formed from the coating composition. Moreover, since the heteropolyacid used in the present invention takes a solid form at room temperature and can release H + , it can continue to exist without volatilization from the coating film formed from the coating composition. The antistatic property described above can be permanently imparted to the coating film.
相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸としては、例えば、リンタングステン酸(H3[PW12O40]、H6[P2W18O62])、ケイタングステン酸(H4[SiW12O40])、ケイモリブデン酸(H4[SiMo12O40])など(以下、これらを「フリーアシッド型ヘテロポリ酸」という。)の他、フリーアシッド型ヘテロポリ酸のH+の一部をアルカリ金属カチオンで交換したヘテロポリ酸の酸性塩があげられる。ヘテロポリ酸の酸性塩を得る際に使用されるアルカリ金属カチオンとしては、リチウム金属カチオン、ナトリウム金属カチオン、カリウム金属カチオン、セシウム金属カチオンなどがあげられる。 Examples of the heteropolyacid containing H + in the partner cation include phosphotungstic acid (H 3 [PW 12 O 40 ], H 6 [P 2 W 18 O 62 ]) and silicotungstic acid (H 4 [SiW 12 O 40]. ]), Silicomolybdic acid (H 4 [SiMo 12 O 40 ]) (hereinafter these are referred to as “free acid type heteropolyacid”), and a part of H + of the free acid type heteropolyacid is an alkali metal cation. And an acid salt of a heteropolyacid exchanged in step (b). Examples of the alkali metal cation used for obtaining the acid salt of the heteropolyacid include a lithium metal cation, a sodium metal cation, a potassium metal cation, and a cesium metal cation.
これらヘテロポリ酸の中でも、H+放出性に優れるため、触媒活性、帯電防止性に優れるフリーアシッド型ヘテロポリ酸が好適に使用される。また、フリーアシッド型ヘテロポリ酸の中でも、H+放出性に優れるH3[PW12O40]が好適に使用される。 Among these heteropolyacids, free acid type heteropolyacids having excellent catalytic activity and antistatic properties are preferably used because of excellent H + release properties. Among free acid heteropolyacids, H 3 [PW 12 O 40 ] having excellent H + release properties is preferably used.
ヘテロポリ酸の使用量は、用いるヘテロポリ酸の種類等により異なるので一概にはいえないが、金属アルコキシドに対してヘテロポリ酸のH+を、3.0×10−2〜3.0×10−1のモル比で用いることが好ましい。モル比を3.0×10−2以上とすることにより、塗膜に十分な帯電防止性を付与することができ、モル比を3.0×10−1以下とすることにより、コーティング組成物から形成される塗膜がもろくなるのを防止することができる。また、ヘテロポリ酸の含有率がこのような範囲であれば、金属アルコキシドを加水分解する触媒としても十分に機能することができる。 The amount of heteropolyacid used varies depending on the type of heteropolyacid used and the like, and thus cannot be generally stated. However, the H + of the heteropolyacid is 3.0 × 10 −2 to 3.0 × 10 −1 with respect to the metal alkoxide. The molar ratio is preferably used. By setting the molar ratio to 3.0 × 10 −2 or more, sufficient antistatic properties can be imparted to the coating film, and by setting the molar ratio to 3.0 × 10 −1 or less, the coating composition It can prevent that the coating film formed from becomes brittle. Moreover, if the content rate of heteropoly acid is such a range, it can fully function also as a catalyst which hydrolyzes a metal alkoxide.
金属アルコキシドをヘテロポリ酸を作用させて加水分解するには、塩酸を作用させて加水分解する際と同様の条件下で行えばよい。例えば、金属アルコキシドおよびヘテロポリ酸に、水、アルコールを添加してなる組成物を室温で24時間攪拌することにより、金属アルコキシドが加水分解されゾルが調整される。 In order to hydrolyze the metal alkoxide with the action of the heteropolyacid, it may be carried out under the same conditions as in the hydrolysis with the action of hydrochloric acid. For example, by stirring a composition obtained by adding water and alcohol to a metal alkoxide and a heteropolyacid at room temperature for 24 hours, the metal alkoxide is hydrolyzed to prepare a sol.
コーティング組成物の形態は特に限定されるものではないが、溶媒により希釈され塗液化されているものが好ましい。溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、アセトン、1,4−ジオキサン、水などがあげられる。 Although the form of a coating composition is not specifically limited, The thing diluted with the solvent and liquid-ized is preferable. Examples of the solvent include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, acetone, 1,4-dioxane, water and the like.
以上のような本発明のコーティング組成物は、相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸が、金属アルコキシドを加水分解する際の触媒として機能するとともに、イオン伝導型の帯電防止剤として機能することから、得られた塗膜に帯電防止性を付与することができる。また、本発明で使用するヘテロポリ酸は、常温で固体の形態をとり、かつH+を放出することができることから、コーティング組成物から形成される塗膜から揮発することなく存在し続けることができ、塗膜に対し、上述した帯電防止性を永続的に付与することができる。 In the coating composition of the present invention as described above, the heteropolyacid containing H + as a partner cation functions as a catalyst when hydrolyzing the metal alkoxide, and also functions as an ion conductive antistatic agent. Antistatic properties can be imparted to the obtained coating film. Moreover, since the heteropolyacid used in the present invention takes a solid form at room temperature and can release H + , it can continue to exist without volatilization from the coating film formed from the coating composition. The antistatic property described above can be permanently imparted to the coating film.
一方、別途導電性の薄膜を設けたり、コーティング組成物中にあらかじめ帯電防止剤を添加しても、コーティング組成物から得られた塗膜に帯電防止性を付与することはできる。しかし、別途導電性の薄膜を設ける手段では作業性が低下してしまう。また、コーティング組成物中に帯電防止剤を添加する手段では、塗膜中において金属アルコキシドから得られる成分以外の成分が増加することにより、透明性等の光学特性や耐擦傷性等の塗膜物性が損なわれてしまう。 On the other hand, even if a conductive thin film is separately provided or an antistatic agent is added to the coating composition in advance, it is possible to impart antistatic properties to the coating film obtained from the coating composition. However, workability is lowered by means of providing a separate conductive thin film. In addition, the means for adding an antistatic agent to the coating composition increases the components other than the component obtained from the metal alkoxide in the coating film, thereby improving the coating properties such as optical properties such as transparency and scratch resistance. Will be damaged.
次に、本発明の透明導電膜について説明する。 Next, the transparent conductive film of the present invention will be described.
本発明の透明導電膜は、上述した本発明のコーティング組成物(金属アルコキシドをヘテロポリ酸の作用により加水分解してなるゾルを含むコーティング組成物)から形成されてなるものである。具体的には、上述した本発明のコーティング組成物を、基材上に塗布、乾燥して、ゾル中の成分を脱水縮合して塗膜化(ゲル化)することにより得ることができる。 The transparent conductive film of the present invention is formed from the above-described coating composition of the present invention (a coating composition containing a sol obtained by hydrolyzing a metal alkoxide by the action of a heteropolyacid). Specifically, it can be obtained by coating the coating composition of the present invention described above on a substrate and drying, and dehydrating and condensing components in the sol to form a coating (gelation).
基材は用途に応じて選択されるため特に制限されるものではないが、例えばポリエステルフィルム、アクリルフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリプロピレンフィルム、トリアセチルセルロースフィルム、各種フッ素系樹脂フィルムなどのプラスチックフィルムの他、プラスチック板、ガラス板などがあげられる。基材の厚みは特に限定されるものではないが、取り扱い性などの観点から5〜300μmのものが好適に使用される。 The base material is not particularly limited because it is selected depending on the application, but for example, polyester film, acrylic film, polyvinyl chloride film, polystyrene film, polycarbonate film, polypropylene film, triacetyl cellulose film, various fluorine resins. In addition to plastic films such as films, plastic plates and glass plates can be used. Although the thickness of a base material is not specifically limited, The thing of 5-300 micrometers is used suitably from viewpoints, such as handleability.
基材にコーティング組成物を塗布する手段としては、例えば、バーコーター法、ロールコーター法、カーテンフロー法などの公知の塗布方法があげられる。 Examples of means for applying the coating composition to the substrate include known application methods such as a bar coater method, a roll coater method, and a curtain flow method.
コーティング組成物の乾燥条件は通常80〜150℃で1〜5分程度である。 The drying condition of the coating composition is usually about 80 to 150 ° C. for about 1 to 5 minutes.
透明導電膜の厚みは用途により異なるので一概にはいえない。例えば、反射防止膜として用いる場合には、透明導電膜の厚みは、光の反射防止理論より次式(1)を満たすことが好ましい。
d=(a+1)λ/4n ・・・(1)
ここで、dは透明導電膜の厚み(単位は「nm」)、aは0又は正の偶数、λは特定波長(単位は「nm」)、nは透明導電膜の屈折率である。
Since the thickness of a transparent conductive film changes with uses, it cannot be said unconditionally. For example, when used as an antireflection film, the thickness of the transparent conductive film preferably satisfies the following formula (1) from the antireflection theory of light.
d = (a + 1) λ / 4n (1)
Here, d is the thickness of the transparent conductive film (unit: “nm”), a is 0 or a positive even number, λ is a specific wavelength (unit: “nm”), and n is the refractive index of the transparent conductive film.
基材と透明導電膜との間には、基材と透明導電膜との接着性を向上させるために、下引き層を設けたり、コロナ放電処理などしてもよい。下引き層は、例えば、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などから形成される。 In order to improve the adhesion between the base material and the transparent conductive film, an undercoat layer may be provided or a corona discharge treatment may be performed between the base material and the transparent conductive film. The undercoat layer is formed of, for example, a polyester resin, an acrylic resin, a urethane resin, or the like.
また、基材上の透明導電膜を有する面とは反対側の面には、被着体に貼着するための接着剤層、セパレータを有していてもよい。 Moreover, you may have the adhesive bond layer and separator for sticking to a to-be-adhered body in the surface on the opposite side to the surface which has a transparent conductive film on a base material.
以上のような本発明の透明導電膜は、透明性に優れつつ帯電防止性を有するものであり、例えば、反射防止膜、表面保護膜などとして利用することができる。 The transparent conductive film of the present invention as described above is excellent in transparency and has antistatic properties, and can be used as, for example, an antireflection film or a surface protective film.
以下、実施例により本発明を更に説明する。 The following examples further illustrate the present invention.
1.コーティング組成物の調整
(1)母液の調整
表1の組成からなる混合液を、25℃で24時間攪拌して金属アルコキシドを加水分解し、実施例1〜4、および比較例1〜2のコーティング組成物の母液を得た。表中の単位は何れも「重量部」である。実施例1〜4の金属アルコキシドに対するヘテロポリ酸のH+のモル比は、それぞれ、4.5×10−2、9.0×10−2、1.4×10−1、9.0×10−2である。
1. Preparation of coating composition (1) Preparation of mother liquor The mixed solution comprising the composition of Table 1 was stirred at 25 ° C. for 24 hours to hydrolyze the metal alkoxide, and coatings of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 A mother liquor of the composition was obtained. The unit in the table is “part by weight”. The molar ratios of H + of the heteropolyacid to the metal alkoxides of Examples 1 to 4 are 4.5 × 10 −2 , 9.0 × 10 −2 , 1.4 × 10 −1 , 9.0 × 10 respectively. -2 .
(2)母液の希釈
実施例1〜4、および比較例1のコーティング組成物の母液10重量部に対し、イソプロピルアルコールおよびn−ブタノールをそれぞれ10重量部添加して希釈し、実施例1〜4、および比較例1のコーティング組成物を得た。
比較例2については、比較例1のコーティング組成物の母液10重量部に対し、ATO分散液(40重量%)を8.5重量部添加し、さらにイソプロピルアルコールおよびn−ブタノールをそれぞれ5.7重量部添加して希釈し、比較例2のコーティング組成物を得た。なお、ATO分散液は、アンチモンドープ酸化スズ(導電性粉末T−1:三菱マテリアル社)をプロピレングリコールモノメチルエーテルで、ATO成分が40重量%となるように分散した分散液である。
(2) Dilution of mother liquor 10 parts by weight of isopropyl alcohol and n-butanol were added to 10 parts by weight of the mother liquors of the coating compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, respectively. The coating composition of Comparative Example 1 was obtained.
For Comparative Example 2, 8.5 parts by weight of ATO dispersion (40% by weight) was added to 10 parts by weight of the mother liquor of the coating composition of Comparative Example 1, and 5.7% each of isopropyl alcohol and n-butanol were added. The coating composition of Comparative Example 2 was obtained by diluting by adding parts by weight. The ATO dispersion is a dispersion in which antimony-doped tin oxide (conductive powder T-1: Mitsubishi Materials Corporation) is dispersed with propylene glycol monomethyl ether so that the ATO component is 40% by weight.
2.透明導電膜の形成
厚み100μmのポリエステルフィルム上に、実施例1〜4、および比較例1〜2のコーティング組成物をそれぞれバーコーター法で塗布し、100℃で3分間乾燥し、実施例1〜4、および比較例1〜2の透明導電膜が形成されてなる導電性シートを得た。
2. Formation of Transparent Conductive Film On the polyester film having a thickness of 100 μm, the coating compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were each applied by the bar coater method and dried at 100 ° C. for 3 minutes. 4 and the conductive sheet in which the transparent conductive film of Comparative Examples 1-2 was formed was obtained.
3.評価
上記導電性シートを用い、下記項目について評価を行った。結果を表2に示す。
(1)透明性
導電性シートが着色しているか否かについて目視で評価を行った。その結果、着色していなかったものを「○」、着色していたものを「×」とした。
(2)表面抵抗率
JIS K6911:1995に基づき、透明導電性シートの表面抵抗率を測定した。
3. Evaluation The following items were evaluated using the conductive sheet. The results are shown in Table 2.
(1) Transparency It was visually evaluated whether or not the conductive sheet was colored. As a result, the uncolored one was “◯”, and the one that was colored was “x”.
(2) Surface resistivity Based on JIS K6911: 1995, the surface resistivity of the transparent conductive sheet was measured.
以上の結果から明らかなように、実施例1〜4のコーティング組成物は、触媒として相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸を使用していることから、当該組成物から形成される塗膜は、透明性に優れ、また、表面抵抗率が低く、帯電防止性に優れるものであった。特に、実施例1〜3においては、ヘテロポリ酸としてH+放出性に優れるH3[PW12O40]を使用していることから、実施例4のものに比べて表面抵抗率が低く、帯電防止性に優れるものであった。 As is clear from the above results, since the coating compositions of Examples 1 to 4 use a heteropolyacid containing H + as a partner cation as a catalyst, the coating film formed from the composition is It had excellent transparency, low surface resistivity, and excellent antistatic properties. In particular, in Examples 1 to 3, since H 3 [PW 12 O 40 ] having excellent H + release properties is used as the heteropolyacid, the surface resistivity is lower than that of Example 4, and charging is performed. It was excellent in prevention.
一方、比較例1のコーティング組成物は、触媒として相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸を使用しておらず、別途帯電防止剤も含まないものであるから、当該組成物から形成される塗膜は、表面抵抗率が高く、帯電防止性に劣るものであった。 On the other hand, since the coating composition of Comparative Example 1 does not use a heteropolyacid containing H + as a partner cation as a catalyst and does not contain an antistatic agent separately, a coating film formed from the composition Had high surface resistivity and poor antistatic properties.
また、比較例2のコーティング組成物は、触媒として相手カチオンにH+を含むヘテロポリ酸を使用していないが、別途帯電防止剤も含有するものであるから、当該組成物から形成される塗膜は、表面抵抗率が低く帯電防止性に優れるものの、塗膜が着色してしまい透明性に劣るものであった。 Further, the coating composition of Comparative Example 2 does not use a heteropolyacid containing H + as a partner cation as a catalyst, but also contains an antistatic agent separately, so that a coating film formed from the composition Although the surface resistivity was low and the antistatic property was excellent, the coating film was colored and the transparency was poor.
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