JP5964507B2 - 金属酸化物多孔質粒子、その製造方法、及びその用途 - Google Patents
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Description
特許文献2には、界面活性剤のミセルをテンプレートとした、3次元キュービック相構造のメソポーラス金属酸化物の合成法が記載されており、平均細孔径が5nmであるメソポーラス金属酸化物が得られる旨記載されている(実施例2、図6)。
特許文献3には、非水溶性ポリマー粒子を用いた金属酸化物多孔質体の製造方法が記載されており、メソ孔がキュービック相を形成し、かつ孔径が5〜30nmの範囲で略均一である金属酸化物多孔質体が得られる旨記載されている。そして、スプレードライにより粒子径1〜10μmの多孔質粒子を製造した例が、記載されている(実施例a12等)。
特許文献1の方法では、得られる金属酸化物(シリカ)多孔質粒子のメソ孔径が最大でも10nmであるため、比較的分子サイズの大きな機能性分子の吸着や内包には不向きであった。また、一粒子中に存在するメソ孔の割合を自由に変えることができず、光学特性、誘電率特性、断熱特性などの各特性を変化させることが難しい。さらに、金属酸化物多孔質粒子は、シリンダー状(ヘキサゴナル状)構造のメソ孔であるため、3次元キュービック相構造に比べ、メソ孔間の壁厚みが全体的に薄くなり、機械強度が不十分となる。その結果、塗料等に用いる場合、メソ孔構造が崩壊する可能性があった。さらに、金属酸化物多孔質粒子の粒子径が大きく、かつ粒子径が揃っていない場合、例えば、平均粒子径100nm(0.1μm)以上の当該粒子を樹脂と混合した場合、不透明になりやすく、光学用途としては好ましくない。
特許文献3には、メソ孔がキュービック相を形成し、かつ孔径が5〜30nmの範囲で略均一である金属酸化物多孔質粒子が記載されているものの、平均粒子径が小さくかつ粒子径の揃った粒子は記載されていない。
また、特許文献6の方法で得られる中空粒子は炭酸カルシウムを鋳型としているので、粒径、粒子内部の中空構造のコントロールが困難と考えられる。
[1] 体積50%平均粒子径が50nm以上300nm以下、体積90%平均粒子径と体積50%平均粒子径との比(D90/D50)が2.0以下であり、BJH法による細孔径が5nm以上30nm以下のメソ孔を有し、その細孔構造が3次元キュービック相構造であることを特徴とする、金属酸化物多孔質粒子。
前記混合物に、金属酸化物前駆体を混合し、該金属酸化物前駆体のゾル−ゲル反応を行って有機無機複合体粒子を得る工程と、
前記有機無機複合体粒子から前記非水溶性ポリマー粒子を除去する工程と、
を含む、[1]又は[2]に記載の金属酸化物多孔質粒子の製造方法。
または、一般式(4)
前記水および/または水の一部または全部を溶解する前記有機溶媒と、前記非水溶性ポリマー粒子の水分散体と、前記塩基触媒とを混合する工程を含む、[3]ないし[6]のいずれか1つに記載の金属酸化物多孔質粒子の製造方法。
(A)[1]又は[2]に記載の金属酸化物多孔質粒子。
(B)硬化性官能基含有化合物。
さらに、本発明の金属酸化物多孔質粒子は、従来のものと比較してメソ孔の孔径が大きく、粒子内部に大きな空孔を備える。そのため、吸着性に優れ、所望の物質を内包することができる。また、粒子内部に大きな空気層を備えるため、軽量化、断熱性、低屈折率、低誘電率などの特性に寄与することもできる。本発明の金属酸化物多孔質粒子は、このような特性を備えるため、様々な用途に用いることができる。
また、本発明の金属酸化物多孔質粒子の製造方法は、粒子設計の自由度が大きく、一粒子中に存在するメソ孔の割合(空孔率)を自由に変えることができるため、本発明の金属酸化物多孔質粒子を効率良く得ることができる。
本実施形態の金属酸化物多孔質粒子は、体積50%平均粒子径が50nm以上300nm以下、体積90%平均粒子径と体積50%平均粒子径との比(D90/D50)が2.0以下であり、Barrett−Joyner−Halenda法(BJH法)による細孔径が5nm以上30nm以下のメソ孔を有し、その細孔構造が3次元キュービック相構造である。
以下、本実施形態について、適宜図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
本実施形態の金属酸化物多孔質粒子は、大きさが略均一で、かつ分散性が高い、いわゆる単分散粒子である。
図1に示すように、金属酸化物多孔質粒子は内部に略均一なメソ孔を有しており、メソ孔は相互に連結した3次元キュービック相構造を構成する。本実施形態の金属酸化物多孔質粒子の体積50%平均粒子径は外径が50nm以上300nm以下であり、好ましくは50nm以上100nm以下であり、さらに好ましくは、60nm以上90nm以下である。この範囲であると粒子製造が容易であり、かつ、様々な用途に用いることができ、所望の特性を効果的に発現することができる。例えば、後述する樹脂組成物として用いる場合、バインダー樹脂中に均一に分散させることができ、透明性が高い樹脂組成物を得ることができる。
本実施形態の金属酸化物多孔質粒子は、単分散粒子であるためフィルムや塗料に均一に分散させることが容易であり、さらに外径が小さいため透明性が高くなる。BJH細孔径が5nm以上30nm以下のメソ孔を有し、その細孔構造が定形な3次元キュービック相構造となるため、粒子内部に大きな空孔を備える。そのため、高吸着性が期待できる。また、粒子内部に大きな空気層を備えるため、軽量、断熱性、低屈折率、低誘電率などの特性が期待できる。
本実施形態の金属酸化物多孔質粒子の比表面積は、80m2/g以上であることが好ましく、100m2/g以上であることがより好ましく、150m2/g以上であることが特に好ましい。
また、熱伝導性は形状に起因した異方性が無い方が好ましいという観点から、球形の形状を有し、均一なメソ孔を有することが好ましい。
本実施形態の金属酸化物としては、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、チタン(Ti)、鉛(Pb)、ハフニウム(Hf)、コバルト(Co)、リチウム(Li)、バリウム(Ba)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)から選ばれる金属の酸化物が好ましく、物質自身の屈折率、熱伝導率が金属酸化物の中で比較的低いという観点から、ケイ素酸化物(シリカ)が特に好ましい。
また金属酸化物は複数の金属を含む複合酸化物であってもよい。
本実施形態の金属酸化物多孔質粒子の製造方法は、
水系媒体に分散可能な非水溶性ポリマー粒子の存在下に、金属酸化物前駆体のゾル−ゲル反応を行い、有機無機複合体粒子を得る工程(1)と、
有機無機複合体粒子から前記非水溶性ポリマー粒子を除去して、金属酸化物多孔質粒子を得る工程(2)と、を含む。
工程(1−1)
水および/または水の一部または全部を溶解する有機溶媒に、体積50%平均粒子径が5nm以上30nm以下である非水溶性ポリマー粒子と塩基触媒とを添加し、混合物を得る工程。
工程(1−2)
前記工程(1−1)で得られた混合物と金属酸化物前駆体を混合し、該金属酸化物前駆体のゾル−ゲル反応を行って有機無機複合体粒子を得る工程。
以下、各工程を順に説明する。
工程(1−1)においては、具体的に、非水溶性ポリマー粒子(X)(以下、適宜「成分(X)」とする)、水および/または水の一部または全部を溶解する有機溶媒(Y)(以下、適宜「成分(Y)」とする)、塩基触媒(Z)(以下、適宜「成分(Z)」とする)を混合して混合物を調製する。
工程(1−1)において、後述の非水溶性ポリマー粒子の水分散体、水および/または水の一部または全部を溶解する有機溶媒、塩基触媒を混合することにより混合物を得るのが好ましい。
非水溶性ポリマー粒子は、体積50%平均粒子径が5nm以上30nm以下であることが好ましい。このような非水溶性ポリマー粒子から得られた金属酸化物多孔質粒子を用いることにより、高断熱で透明なフィルム、塗膜が実現できる。外径の測定方法は、例えば、粒度分布計(DLS)を用いて測定する方法、透過型電子顕微鏡(TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて直接観察する方法等が適用可能である。
分離カラム:TSK GNH HT(カラムサイズ:直径7.5mm,長さ:300mm)
カラム温度:140℃
移動相:オルトジクロルベンゼン(和光純薬社製)
酸化防止剤:ブチルヒドロキシトルエン(武田薬品工業社製)0.025質量%
移動速度:1.0ml/分
試料濃度:0.1質量%
試料注入量:500マイクロリットル
検出器:示差屈折計
または、一般式(4)
l+mは2以上450以下、好ましくは5以上200以下の整数を表す。
nは、20以上300以下、好ましくは25以上200以下の整数を表す。)
R6およびR7は、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくともどちらか一方は水素原子である。R8およびR9は、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくともどちらか一方は水素原子である。R10およびR11は、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくともどちらか一方は水素原子である。
l+m+oは3以上450以下、好ましくは5以上200以下の整数を表す。
nは、20以上300以下、好ましくは25以上200以下の整数を表す。)
ポリエチレン鎖のエチレンユニット数(n)は、一般式(1)においてAで表されるポリオレフィン鎖の数平均分子量(Mn)をエチレンユニットの分子量で割ることにより算出した。また、ポリエチレングリコール鎖のエチレングリコールユニット総数(l+mもしくはl+m+o)は、ポリエチレングリコール基付加反応時の重合体原料と使用したエチレンオキシドとの重量比が、重合体原料とポリエチレングリコール基の数平均分子量(Mn)との比に同じであると仮定して算出できる。
このため、後述する各種用途における製造工程や使用場面において、粒子の崩壊が抑制されるので、本実施形態の末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子が有する特性を失うことがなく、製品の歩留まりや製品の品質がより安定する。
本実施形態の分散液は前記の非水溶性ポリマー粒子、好ましくは前記末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子を分散質に含み、該分散質が水および/または水の一部または全部を溶解する有機溶媒に粒子として分散している。
(1)非水溶性ポリマー粒子を製造する際に得られた、該重合体粒子を含む分散液、
(2)非水溶性ポリマー粒子を製造する際に得られた該重合体粒子を含む分散液に、さらに他の分散質や添加剤等を分散または溶解してなる分散液、
(3)非水溶性ポリマー粒子を水や水と親和性を有する有機溶媒に分散させるとともに、他の分散質や添加剤等を分散または溶解してなる分散液、
の何れをも含む。
例えば前記末端分岐型ポリオレフィン系共重合体のポリオレフィン部分の構造および末端分岐部分の構造を変えることにより調節可能である。
なお、本実施形態における体積50%平均粒子径とは、全体積を100%としたときの累積体積が50%時の粒子の直径を指し、動的光散乱式粒子径分布測定装置やマイクロトラック粒度分布測定装置を使用して測定することができる。
また、その形状は、例えばリンタングステン酸によりネガティブ染色を施した後、透過型電子顕微鏡(TEM)により観察することができる。
上記の撹拌時間では分散化を十分に行うことができ、かつ非水溶性ポリマー粒子が劣化しにくいため好ましい。反応後は、分散液中の温度が100℃以下になるまで、好ましくは60℃以下になるまでせん断力をかけた状態を保つことが好ましい。
これら界面活性剤は、単独または2種以上を併用することができる。
該分散質の含有量が上記範囲にあると、分散液の物性が実用面で良好であり、且つ分散液が凝集、沈殿を生じにくいため好ましい。
本実施形態における成分(Y)は、金属酸化物前駆体(W)(以下、適宜「成分(W)」とする)を、さらに加水分解させる目的で添加される。
本実施形態で用いる混合組成物において、金属酸化物前駆体の縮合速度を制御し、球状体の金属酸化物多孔質体を形成させる点において塩基触媒が好適に使用される。具体的には、アンモニア、水酸化アンモニウム(アンモニア水)、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどの4級アンモニウム水酸化物、トリエチルアミン、トリブチルアミン、モルホリン、ピリジン、ピペリジン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアミン類、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシラン類などが挙げられる。最も好適には金属酸化物多孔質体の粒子径や形状を制御し易い点から、アンモニア、水酸化アンモニウム(アンモニア水)が用いられ、安全性の点から水酸化アンモニウム(アンモニア水)がより好ましい。
工程(1−2)においては前記工程(1−1)において得られた混合物中に、金属酸化物前駆体(W)を混合しゾル−ゲル反応を行い、有機無機複合体粒子を得る。
金属酸化物前駆体としては、金属アルコキシドおよび/またはその部分加水分解縮合物、金属ハロゲン化物、金属アセテート、金属硝酸塩、金属硫酸塩等が挙げられる。
(R12)x1M(OR13)y1 (12)
1)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノエチルアミノメチルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、2−(2−アミノエチルチオエチル)トリエトキシシラン、p−アミノフェニルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノ基とアルコキシシリル基とを有する化合物
2)3−グリシドキシプロピルプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等のグリシジル基とアルコキシシリル基とを有する化合物
3)3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のチオール基とアルコキシシリル基とを有する化合物
4)3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン等のウレイド基とアルコキシシリル基とを有する化合物
本実施形態において、金属アルコキシドの部分加水分解縮合物としては、アルコキシシランの縮合物、アルコキシジルコニウムの縮合物、アルコキシアルミニウムの縮合物、およびアルコキシチタンの縮合物が好ましい。
(R14)x2MZy2 (13)
非水溶性ポリマー粒子(X)と金属酸化物前駆体(W)の混合比率は特に制限されるものでは無いが、1:10〜10:1が好ましい。成分(X)が多い場合、金属酸化物の存在比が低下するため多孔質構造の制御が難しくなり、細孔間をつなぐ壁が薄くなるため機械的強度が低下する。成分(W)が多い場合は孔の存在する割合が低くなるため、表面積、空孔率が小さくなり多孔質としての性能が期待できない。水および/または水の一部または全部を溶解する有機溶媒(Y)は金属酸化物前駆体(W)100重量部に対して30重量部以上100000重量部以下が好ましく、より好ましくは50重量部以上50000重量部以下である。成分(Y)の割合が低いと粒子が凝集しやすくなり、多い場合は生産効率の点から好ましくない。なお、成分(Y)中の水と溶媒の割合は特に制限されるものでは無いが0.1:100〜1:50が好ましい。水が少ないと金属酸化物前駆体縮合物のゾル−ゲル反応速度が著しく低下し、多いと反応速度が速くなり粒子径や形状の制御が難しくなる。ゾル−ゲル反応用触媒(Z)は金属酸化物前駆体(W)100重量部に対して10重量部以上1000重量部以下が好ましい。成分(Z)の割合が低いと金属酸化物前駆体縮合物のゾル−ゲル反応速度が著しく低下し、割合が高いと粒子径が大きくなり300nm以下の粒子を得るのが難しくなる。
水の一部または全部を溶解する有機溶媒としてはメタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコールが好ましい。金属アルコキシドとしてテトラエトキシシラン(TEOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)を用いる場合、エタノール、メタノールが特に好ましい。
得られた有機無機複合体粒子は遠心分離などの方法により反応液中から取り出される。取り出された有機無機複合体粒子はゾル−ゲル反応を完結させるため、ゾル−ゲル反応用触媒、水分を有機溶媒により洗浄除去し、その後充分に乾燥する。なお、ゾル−ゲル反応が完結した状態とは、理想的には全てがM−O−Mの結合を形成した状態であるが、一部アルコキシル基(M−OR2)、M−OH基を残すものの、固体(ゲル)の状態に移行した状態を含むものである。
工程(2)では有機無機複合体粒子から非水溶性ポリマー粒子を除去し、金属酸化物多孔質粒子を調製する。
本実施形態で得られた金属酸化物多孔質粒子の構造確認および細孔径の確認は透過電子顕微鏡(TEM/日本電子社製透過型電子顕微鏡JEM−2010F)で200kVの条件にて行うことができる。平均粒子径および粒子分布は水中に分散させた粒子を動的光散乱法(粒度分布計/ナノトラックWAVE)にて測定することができる。粒子のBET比表面積は窒素吸着法で、細孔径およびメソ孔を連結する孔の径はBJH法にて計算することもできる(日本ベル社製表面積測定装置BELSORP−max)。
本実施形態の金属酸化物多孔質粒子は、後述する様々な用途にそのまま用いることができ、さらに金属酸化物多孔質粒子とバインダー樹脂とを含む樹脂組成物として用いることもできる。以下、樹脂組成物について説明する。
本実施形態においてバインダー樹脂は、金属酸化物多孔質粒子間を結合しうる、あるいは金属酸化物多孔質粒子を均一に分散させる媒体となりうるものをいう。
本実施形態で使用しうるバインダー樹脂に特に制限はない。例えば、加熱により硬化する熱硬化性樹脂、紫外線等の光の照射により硬化する光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、水溶性樹脂が挙げられる。なかでも造膜性を有するポリオレフィン系、ポリ(メタ)アクリル酸エステル系、ポリスチレン系、ポリウレタン系、ポリビニルアルコール系、ポリビニルアセタール系の樹脂が好ましい。
光学特性、誘電率特性、断熱性等の性能発現の観点から、バインダー樹脂の含有量は、30〜95質量%が好ましく、40〜90質量%がより好ましく、本発明の金属酸化物多孔質粒子の含有量は70〜5質量%が好ましく、60〜10質量%がより好ましい。
なおバインダー樹脂と有機溶媒、水等の分散媒を混合してエマルジョンにして用いてもよい。
混練機としては、ビーズミル混合機、3本ロールミル混合機、ホモジナイザー混合機、ラボプラストミル混合機などが使用できる。
(2)水中に分散している金属酸化物多孔質粒子を、処理剤を添加して湿式処理を行なった後、溶剤置換した金属酸化物多孔質粒子オルガノゾルをバインダー樹脂(またはそのエマルジョン)に添加・混合する方法。
処理剤としては、前記のシランカップリング剤に代表される有機珪素化合物(表面処理剤)あるいはアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン界面活性剤などが挙げられる。
本実施形態の樹脂組成物からフィルムまたは塗膜を得ることができる。このフィルムまたは塗膜の熱伝導率は、0.1W/mK以下であることが好ましく、より好ましくは0.05W/mK以下である。これにより、断熱効率が向上できる。また、このフィルムまたは塗膜の乾燥時厚みが10μmの時のHAZE値は、10%以下が好ましく、より好ましくは5%以下である。これにより、透明性の高いフィルム、または塗膜が得られる。
金属酸化物多孔質粒子を含む塗料を、ガラス基盤上にバーコーターを用い厚みを調節しコートする。オーブンにより50℃〜100℃の温度で1時間〜24時間乾燥させた後、形成されたフィルムをガラス基盤から剥がし取り、金属酸化物多孔質粒子含有フィルムまたは塗膜を得る。
本実施形態の金属酸化物多孔質体は、医薬(DDS:ドラッグデリバリーシステム)、分子プローブ、触媒、吸着材料、センサー、塗料、インク等に用いることができる。
本実施形態の金属酸化物多孔質体を含む樹脂組成物は、プリント基板等の低誘電率材料、機能性分子を内包した特殊塗料またはインク等に用いることができる。
本実施形態の樹脂組成物から得られるフィルムまたは塗膜は、自動車、住宅、ビル等の窓ガラス断熱フィルムまたは断熱塗料等の断熱材料、ディスプレイ、タッチパネル等の反射防止フィルム等に用いることができる。
本実施形態によれば、下記成分(A)及び成分(B)を含有するコート剤が提供される。
(A)第1実施形態に記載の金属酸化物多孔質粒子。
(B)硬化性官能基含有化合物。
以下、本実施形態について、説明する。
本実施形態における成分(A)としては、第1実施形態に記載の金属酸化物多孔質粒子が用いられる。また、当該粒子の製造方法についても第1実施形態に記載のものを採用すればよい。
本実施形態の成分(A)の金属酸化物多孔質粒子は、硬化性官能基含有化合物からなる成分(B)のバインダーと混合しコート剤として用いられる。硬化性官能基含有化合物からなる成分(B)としては、特に好ましくは活性エネルギー線硬化性官能基含有化合物または熱硬化性官能基含有珪素化合物が用いられる。以下、バインダー成分について詳細に説明する。
活性エネルギー線硬化性官能基含有化合物としては、具体的には(メタ)アクリレート化合物及びポリ(メチル)グリシジルエーテル化合物が挙げられる。
(メタ)アクリレート化合物について説明する。好ましい(メタ)アクリレート化合物は1分子中に2個以上(メタ)アクリロイルオキシ基を有する(メタ)アクリル系オリゴマー/モノマーである。1分子中に2個以上(メタ)アクリロイルオキシ基を有することにより、紫外線、電子線等の活性エネルギー線により硬化し、耐擦傷性が良好なコート層を形成する。
また、耐擦傷性を向上させる目的で、ウレタン結合を有する(メタ)アクリレート化合物が好適に添加される。一般的には、ジイソシアネートとヒドロキシ(メタ)アクリレートの反応により得られ、具体的には、ジイソシアネートとして、プロパンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、メチルノルボルネンジイソシアネート、ヒドロキシ(メタ)アクリレートとして、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、グリシドールメタクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどをそれぞれ組合せた反応により得られるウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーなどが挙げられる。
これらのうち、硬化後の硬度を上げるためには、官能基は2つ以上が好ましく、さらに好ましくは3つ以上であり、ヒドロキシ(メタ)アクリレートにペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートを用いたものが特に好ましい。
好ましいポリ(メチル)グリシジルエーテル化合物は、1分子中に2個以上(メチル)グリシジルエーテル基を有するオリゴマー/モノマーである。1分子中に2個以上の(メチル)グリシジルエーテル基を有することにより、紫外線、電子線等の活性エネルギー線により硬化し、耐擦傷性が良好なコート層を形成する。具体的には、例えば以下の化合物が挙げられる。
(メチル)グリシジルエーテル基を2個有する化合物としては、エチレングリコール(メチル)ジグリシジルエーテル、トリエチレングリコールジ(メチル)グリシジルエーテル、テトラエチレングリコールジ(メチル)グリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジ(メチル)グリシジルエーテル、グリセリンジ(メチル)グリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジ(メチル)グリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジ(メチル)グリシジルエーテル、ネオペンチルグリコール(メチル)グリシジルエーテル等が挙げられる。さらにグリシジルオキシ基を3個以上有する化合物としてはグリセリントリ(メチル)グリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリ(メチル)グリシジルエーテル、ペンタエリスリトールトリ(メチル)グリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラ(メチル)グリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサ(メチル)グリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタ(メチル)グリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールテトラ(メチル)グリシジルエーテル、カルビトールポリグリシジルエーテル等が挙げられる。
紫外線や熱による硬化を促進させるため、光または熱重合開始剤を配合してもよい。
具体的には光または熱によりカチオン重合を開始する化合物であれば特に限定はなく、いずれでも使用することができる。
これらの光カチオン重合開始剤は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。添加量はポリ(メチル)グリシジルエーテル化合物100重量部に対して0.01〜10.0重量部の範囲内が望ましい。
さらに、必要に応じて、光カチオン重合促進剤を併用することができる。具体的には、9,10−ジメトキシ−2−エチル−アントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、2,4−ジエチルチオキサントン等が挙げられる。
以上の開始剤は、単独で使用しても2種類以上組み合わせて使用しても構わない。また、光照射後に熱を併用しさらに硬化を進めることもできる。
熱硬化性基含有有機珪素化合物として具体的には、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジエチルエトキシシラン、3−エチル−3−{[3−(トリメトキシシリル)プロポキシ]メチル}オキセタン、3−エチル−3−{[3−(トリエトキシシリル)プロポキシ]メチル}オキセタンなどが挙げられる。
熱による硬化性を促進させるため、好ましい金属キレート化合物は、Cu(II),Zn(II),Co(II),Ni(II),Be(II),Ce(III),Ta(III),Ti(III),Mn(III),La(III),Cr(III),V(III),Co(III),Fe(III),Al(III),Ce(IV),Zr(IV),V(IV)等を中心金属原子とするアセチルアセトネート、アミン、グリシン等のアミノ酸、ルイス酸、有機酸金属塩等が挙げられる。この中でも、硬化条件、塗液のポットライフなどにおいて、Al(III),Fe(III)のアセチルアセトネートがより好ましい。添加量は、熱硬化性官能基含有有機珪素化合物100重量部に対して0.01〜10.0重量部の範囲内が望ましい。さらに過塩素酸類を併用して使用することも可能である。好ましい過塩素酸類としては、過塩素酸、過 塩素酸アンモニウム、過塩素酸マグネシウム等が挙げられる。
コート剤組成物には目的に応じて、これらの他に、紫外線吸収剤、酸化防止剤、シリコ−ン系界面活性剤、シリコーンオイルなどの各種添加剤を配合することができる。
コート剤の調製は、公知の方法で行えばよく、特に限定されるものではないが、例えば以下の通りである。まず所望量の成分を遮光性の褐色ガラス容器あるいはポリ容器中で混合、必要に応じてハードコート剤組成物を温め(概ね50℃以下)、完全に混合させる。さらに必要に応じその他成分を添加し充分に混合する。さらに充分静置脱気してハードコート剤組成物とした。混合はマグネチックスターラーや攪拌器を用いたが、量や粘度に応じて、ミキサー、シェーカーなどを選択すればよい。
溶剤を加える場合は、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N′−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、2−メトキシエタノール(メチルセロソルブ)、2−エトキシエタノール(エチルセロソルブ)、2−ブトキシエタノール(ブチルセロソルブ)、ポリエチレングリコールメチルエーテル(PEGME)、ポリエチレングリコールメチルエーテルアセテート(PEGMEA)、ダイアセトンアルコール(DAA)、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエンなどが挙げられる。コーティング液の粘度は基材へのコーティングの方法により調整されるが、好ましくは、0.1cp〜10000cpでありより好ましくは、0.5cp〜500cpであり、さらに好ましくは1cp〜100cpである。
基材へのコート方法としては、ディップ、スピンコート、スプレーなどの方法をとることができる。
硬化後のコート膜の特性は特に限定されるものではないが、屈折率がNaのD線(589.6nm)において1.45以下であることが好ましく、より好ましくは1.40以下である。
本実施形態の低屈折率コート材は、液晶ディスプレイ、CRTディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、反射スクリーン等の画像表示装置、タッチパネル等の反射防止フィルム用コート剤、眼鏡レンズ等の反射防止コート等に用いることができる。
(末端分岐型ポリオレフィン系共重合体の合成例)
数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)はGPCを用い、本文中に記載した方法で測定した。また、融点(Tm)はDSC(示差走査熱量測定)を用い、測定して得られたピークトップ温度を採用した。なお、測定条件によりポリアルキレングリコール部分の融点も確認されるが、ここでは特に断りのない場合ポリオレフィン部分の融点のことを指す。1H−NMRについては、測定サンプル管中で重合体を、ロック溶媒と溶媒を兼ねた重水素化−1,1,2,2−テトラクロロエタンに完全に溶解させた後、120℃において測定した。ケミカルシフトは、重水素化−1,1,2,2−テトラクロロエタンのピークを5.92ppmとして、他のピークのケミカルシフト値を決定した。分散液中の粒子の粒子径はマイクロトラックUPA(HONEYWELL社製)にて、体積50%平均粒子径を測定した。分散液中の粒子の形状観察は、試料を200倍から500倍に希釈し、リンタングステン酸によりネガティブ染色した後、透過型電子顕微鏡(TEM/日立製作所製H−7650)で100kVの条件にて行なった。
以下の手順(例えば、特開2006−131870号公報の合成例2参照)に従って、末端エポキシ基含有エチレン重合体(E)を合成した。
充分に窒素置換した内容積2000mlのステンレス製オートクレーブに、室温でヘプタン1000mlを装入し、150℃に昇温した。続いてオートクレーブ内をエチレンで30kg/cm2G加圧し、温度を維持した。MMAO(東ソーファインケム社製)のヘキサン溶液(アルミニウム原子換算1.00mmol/ml)0.5ml(0.5mmol)を圧入し、次いで下記一般式(14)で示される化合物のトルエン溶液(0.0002mmol/ml)0.5ml(0.0001mmol)を圧入し、重合を開始した。エチレンガス雰囲気下、150℃で30分間重合を行った後、少量のメタノールを圧入することにより重合を停止した。得られたポリマー溶液を、少量の塩酸を含む3リットルのメタノール中に加えてポリマーを析出させた。メタノールで洗浄後、80℃にて10時間減圧乾燥し、片末端二重結合含有エチレン系重合体(P)を得た。
得られた末端エポキシ基含有エチレン重合体(E)は、Mw=2058、Mn=1118、Mw/Mn=1.84(GPC)であった(末端エポキシ基含有率:90mol%)。
1H−NMR:δ(C2D2Cl4)0.88(t,3H,J=6.92Hz),1.18−1.66(m),2.38(dd,1H,J=2.64,5.28Hz),2.66(dd,1H,J=4.29,5.28Hz),2.80−2.87(m,1H)
融点(Tm)121℃
1H−NMR:δ(C2D2Cl4)0.88(t,3H,J=6.6Hz),0.95−1.92(m),2.38−2.85(m,6H),3.54−3.71(m,5H)
融点(Tm)121℃
1H−NMR:δ(C2D2Cl4)0.88(3H,t,J=6.8Hz),1.06−1.50(m),2.80−3.20(m),3.33−3.72(m)
融点(Tm)−16℃(ポリエチレングリコール)、116℃
(20重量%末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液の調製)
(A)前記合成例で得られた末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)10重量部と溶媒(C)の蒸留水40重量部を100mlのオートクレーブに装入し、140℃、800rpmの速度で30分間加熱撹拌の後、撹拌を保ったまま室温まで冷却した。得られた分散系の体積50%平均粒子径は0.018μmであった(体積10%平均粒子径0.014μm、体積90%平均粒子径0.022μm)。得られた分散系の透過型電子顕微鏡観察結果から測定した粒子径は0.015−0.030μmであった。
(シリカ多孔質粒子の合成1)
エタノール/水(10mL/2.5mL)混合液に、1重量%に希釈した末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液1mLおよび28%アンモニア水溶液0.4mLを加えて均一になるまで攪拌した。TEOS 20μLをマイクロピペットを用いて添加した。その後、室温で6時間攪拌した。得られたシリカ/末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を遠心分離にて分取し、さらにエタノールを用いて洗浄処理した。得られた粉体を減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて550℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が90nm、D90/D50が1.38であり、TEM観察から内部に10−20nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった。窒素吸着法にて細孔構造を調べたところ、BET比表面積108m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて求めた値(BJH細孔径)が13nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
なお、本実施例A項において、DLSの測定は粒度分布計/ナノトラックWAVEを用い水に分散させて行っている。また、多孔質粒子としてシリカを用い、分散溶媒として水を用いているので、シリカの屈折率を1.44、水の屈折率を1.0として測定している。
(シリカ多孔質粒子の合成2)
TEOSを12.5μLに変更し、攪拌時間を4時間にする以外は合成1と同様の方法によりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が70nm、D90/D50が1.32であり、TEM観察から内部に10−30nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった。またBET比表面積105m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて得求めた値(BJH細孔径)が14nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
(シリカ多孔質粒子の合成3)
エタノール400mLに、15重量%末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液20mLおよび28%アンモニア水溶液5mLを加えて均一になるまで攪拌した。TEOS3mLをマイクロピペットを用いて添加した。その後、室温で48時間攪拌した。得られたシリカ/末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を遠心分離にて分取し、さらにエタノールを用いて洗浄処理した。得られた粉体を、減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて550℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が75nm、D90/D50が1.32であり、TEM観察から内部に10−30nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった。またBET比表面積102m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて得求めた値(BJH細孔径)が14nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
(シリカ多孔質粒子の合成4)
エタノール150mLに、15重量%末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液40mLおよび28%アンモニア水溶液3mLを加えて均一になるまで攪拌した。TEOS/エタノール(8.7mL/35mL)を一度に添加した。その後、室温で24時間攪拌した。得られたシリカ/末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を遠心分離にて分取し、さらにエタノールを用いて洗浄処理した。得られた粉体を減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて550℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が80nmで、D90/D50が1.30であり、TEM観察から内部に10−30nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった。またBET比表面積105m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて得求めた値(BJH細孔径)が14nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
(シリカ多孔質粒子の合成5)
エタノール500mLに、15重量%末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液72mLおよび28%アンモニア水溶液14.4mLを加えて均一になるまで攪拌した。TEOS/エタノール(36mL/144mL)、エチルトリエトキシシラン(Triethoxy(ethyl)silane)/エタノール(3.6mL/14.4mL)を一度に添加した。その後、室温で4時間攪拌した。得られたシリカ/末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を遠心分離にて分取し、さらにエタノールを用いて洗浄処理した。得られた粉体を減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて550℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が80nmで、D90/D50が1.32であり、TEM観察から内部に10−30nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった(図3)。またBET比表面積194m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて得求めた値(BJH細孔径)が11nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
(シリカ多孔質粒子の合成6)
50mLのフラスコに、エタノール10.6mL、脱イオン水1.8mL、15重量%に調整した末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液0.8mLおよび28%アンモニア水溶液0.4mLを加えて15分間攪拌した。その後TEOS 1.1mLをエタノール4.4mLで希釈した溶液を加え、室温で24時間攪拌した。得られたシリカ/末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を遠心分離(11000rpm、15分)にて分取し、エタノールを用いて3回洗浄した後、80℃で一晩乾燥させた。室温から600℃まで2時間で昇温し、さらに600℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が123nm、D90/D50が1.35であり、TEM観察から内部に10−20nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった。窒素吸着法にて細孔構造を調べたところ、BET比表面積183m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて求めた値(BJH細孔径)が15nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
(シリカ多孔質粒子の合成7)
50mLのフラスコに、エタノール9.72mL、脱イオン水1.8mL、15重量%に調整した末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液0.8mLおよび28%アンモニア水溶液0.4mLを加えて15分間攪拌した。その後TEOS 1.32mLをエタノール5.28mLで希釈した溶液を加え、室温で24時間攪拌した。得られたシリカ/末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を遠心分離(11000rpm、15分)にて分取し、エタノールを用いて3回洗浄した後、80℃で一晩乾燥させた。室温から600℃まで2時間で昇温し、さらに600℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が142nm、D90/D50が1.41であり、TEM観察から内部に10−20nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった。窒素吸着法にて細孔構造を調べたところ、BET比表面積153m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて求めた値(BJH細孔径)が12nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
(シリカ多孔質粒子の合成8)
実施例a6において、脱イオン水を2mL、15重量%に調整した末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液0.6mLとした以外は実施例a6と同様の方法によりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が242nm、D90/D50が1.74であり、TEM観察から内部に10−20nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった。窒素吸着法にて細孔構造を調べたところ、BET比表面積102m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて求めた値(BJH細孔径)が14nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
(シリカ多孔質粒子の合成9)
実施例a7において、脱イオン水を2mL、15重量%に調整した末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液0.6mLとした以外は実施例a7と同様の方法によりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が251nm、D90/D50が1.36であり、TEM観察から内部に10−20nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった。窒素吸着法にて細孔構造を調べたところ、BET比表面積88m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて求めた値(BJH細孔径)が13nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
(シリカ粒子の合成)
エタノール5mLに28%アンモニア水を0.1mLを加えて攪拌し、TEOS/エタノール(0.1mL/0.4mL)を加え4時間攪拌した。この混合物を乾燥させることにより、シリカ粒子を得た。
DLSによる測定から、得られた粒子の体積50%平均粒子径が150nmであり、D90/D50が1.2であるシリカ粒子が得られていることが分かった。なお、TEM観察において、このシリカ粒子の内部に細孔は確認できなかった(図4)。BET比表面積は20m2/gであった。
(シリカ多孔質粒子の合成10)
陽イオン界面活性剤CTAB(臭化セチルトリメチルアンモニウム)8.2mgをエタノール/水(10mL/2mL)に溶解し、28%アンモニウム水を0.2mL加え攪拌した。TEOS0.1mLを加え4時間攪拌した。得られたシリカ/CTAB複合粒子を遠心分離にて分取し、さらにエタノールを用いて洗浄処理した。得られた粉体を減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて550℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、CTABを除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が300nm、D90/D50が1.3であるシリカ多孔質粒子が得られていることが分かった。また、本比較例a1においてはTEM観察で、この粒子内部の細孔径を判別することは難しかった。またBET比表面積32m2/g、吸着側、脱着側からBJH法で得られる細孔径は共に2nmであった。細孔は2次元シリンダー構造を有しているものと推定された。
(シリカ多孔質粒子の合成11)
CTABの量を10.2mgに変更する以外合成10と同様の方法によりシリカ多孔質粒子を得た。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が410nm、D90/D50が1.3であるシリカ多孔質粒子が得られていることがわかった。また、TEMによる粒子の観察結果を図5に示す。BET比表面積64m2/g、吸着側、脱着側からBJH法で得られる細孔径は共に2nmであった。細孔は2次元シリンダー構造を有しているものと推定された。
(シリカ多孔質粒子の合成12)
CTABの量を20.5mgに変更する以外、合成10と同様の方法によりシリカ多孔質粒子を得た。TEM観察ではいずれも球状ではない不定形の粒子しか得られなかった(図6)。
(シリカ多孔質粒子水分散液の調製)
エタノール500mLに、15重量%末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液72mLおよび28%アンモニア水溶液14.4mLを加えて均一になるまで攪拌した。TEOS/エタノール(36mL/150mL)、エチルトリエトキシシラン(Triethoxy(ethyl)silane)/エタノール(3.6mL/14.4mL)を一度に添加した。その後、室温で4時間攪拌した。得られたシリカ/末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を遠心分離にて分取し、さらにエタノールを用いて洗浄処理した。得られた粉体を、減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて450℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。シリカ多孔質粒子の粉体10gを500mlの水に加え、ビーズミルを用いて分散処理を行った。分散処理後、沈殿のない均一な分散液が得られた。分散液の一部を乾燥させ、得られた粒子のTEM観察より、多孔質構造が保持されていることを確かめられた(図7、図8)。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が80nmで、D90/D50が1.3であり、TEM観察により内部に10−30nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることがわかった。またBET比表面積235m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて得求めた値(BJH細孔径)が11nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった(図9(a)(b))。
(シリカ多孔質粒子エタノール分散液の調製)
エタノール500mLに、15重量%末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液72mLおよび28%アンモニア水溶液14.4mLを加えて均一になるまで攪拌した。TEOS/エタノール(36mL/150mL)、エチルトリエトキシシラン(Triethoxy(ethyl)silane)/エタノール(3.6mL/14.4mL)を一度に添加した。その後、室温で4時間攪拌した。得られたシリカ/末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を遠心分離にて分取し、さらにエタノールを用いて洗浄処理した。得られた粉体を、減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて450℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。シリカ多孔質粒子の粉体10gを437mlのエタノールに加え、超音波(US)処理を30分行い、分散処理を行った。分散処理後、沈殿のない均一な分散液が得られた。分散液の一部を乾燥させ、得られた粒子のTEM観察より、多孔質構造が保持されていることを確かめられた。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が80nmで、D90/D50が1.3であり、TEM観察により内部に10−30nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることがわかった。またBET比表面積235m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて得求めた値(BJH細孔径)が11nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
テトラメトキシシラン(TMOS)10重量部に溶媒のメタノール15重量部を添加し、室温で攪拌した。さらに触媒の1N―塩酸水溶液1重量部を滴下した後、50℃で1時間攪拌し、TMOSの脱水縮合物を得た。
得られたTMOSの脱水縮合物に、1N―塩酸水溶液をさらに3.4g滴下した後(末端分岐型ポリオレフィン系共重合体添加後のpHを3とするため)、室温で攪拌し、さらに末端分岐型ポリオレフィン共重合体(T)の水性分散体(固形分10重量%)を72.4重量部滴下し、室温で攪拌し、末端分岐型ポリオレフィン共重合体/TMOS脱水縮合物溶液を調製した。この組成物をスプレードライヤー装置に流量6cc/minで流し込み、ノズル出口温度120℃で加圧(2.6kg/cm2)し、噴霧することで末端分岐型ポリオレフィン系共重合体/シリカの複合微粒子を得た。得られた粉体を減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて550℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。
シリカ多孔質粒子の粉体10gを500mlの水に加え、ビーズミルを用いて分散処理を行った。分散処理後、沈殿のない均一な分散液が得られた。分散液の一部を乾燥させ、得られた粒子のTEM観察より、多孔質構造が保持されていることを確かめられた。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が3.8μmで、D90/D50が5.2であり、TEM観察から内部に10−30nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることわかった。またBET比表面積680m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて得求めた値(BJH細孔径)が11nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
実施例a10で得られた水分散液を限外ろ過により2.9重量%まで濃縮した。この分散液35gにアクリル系樹脂水エマルションAlmatexA9083(三井化学社製 固形分濃度:50重量%)8gを混合し、シャーレに流し入れ70℃のオーブン中で乾燥し、厚さ50μmの均一かつ透明な膜を得た。HAZE値1.7、膜のD線(589nm)における屈折率は1.38であり、熱伝導率は0.04W/mKであった。
実施例a11で得られたエタノール分散液(2.9重量%)35gと予め10%に調整したPVB樹脂エタノール溶液(ポリビニルブチラール、重量平均分子量:50,000〜80,000)を混合し、シャーレに流し入れ70℃のオーブン中で乾燥し、厚さ70μmの均一かつ透明な膜を得た。HAZE値0.4、膜のD線(589nm)における屈折率は1.33であり、熱伝導率は0.03W/mKであった。
分散液を用いなかった以外は、実施例a12と同様に膜を調製し、アクリル系樹脂水エマルションAlmatexA9083のみの膜を得た。この膜のHAZE値は0.3、膜のD線(589nm)における屈折率は1.47、熱伝導率は0.58W/mKであった。
比較例a1で得られたシリカ多孔質粒子を実施例a10と同様にビーズミルにより分散化処理し、得られた分散液を用いて実施例a12と同様の方法で膜を作成した。HAZE値は12であり、屈折率は測定不能であった。熱伝導率は0.88W/mKであった。
比較例a2で得られたシリカ多孔質粒子を実施例a10と同様にビーズミルにより分散化処理し、得られた分散液を用いて実施例a12と同様の方法で膜を作成した。HAZE値は20であり、屈折率は測定不能であった。熱伝導率は0.92W/mKであった。
比較例a4で得られたシリカ多孔質粒子分散液を用い、実施例a12と同様の方法で膜を作成した。HAZE値は36であり、屈折率は測定不能であった。熱伝導率は0.07W/mKであった。
分散液を用いなかった以外は、実施例a13と同様に膜を調製し、PVBのみの膜を得た。この膜のHAZE値は0.1、膜のD線(589nm)における屈折率は1.49、熱伝導率は0.22W/mKであった。
(末端分岐型ポリオレフィン系共重合体の合成例)
数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)はGPCを用い、本文中に記載した方法で測定した。また、融点(Tm)はDSC(示差走査熱量測定)を用い、測定して得られたピークトップ温度を採用した。なお、測定条件によりポリアルキレングリコール部分の融点も確認されるが、ここでは特に断りのない場合ポリオレフィン部分の融点のことを指す。1H−NMRについては、測定サンプル管中で重合体を、ロック溶媒と溶媒を兼ねた重水素化−1,1,2,2−テトラクロロエタンに完全に溶解させた後、120℃において測定した。ケミカルシフトは、重水素化−1,1,2,2−テトラクロロエタンのピークを5.92ppmとして、他のピークのケミカルシフト値を決定した。分散液中の粒子の粒子径はマイクロトラックUPA(HONEYWELL社製)にて、体積50%平均粒子径を測定した。分散液中の粒子の形状観察は、試料を200倍から500倍に希釈し、リンタングステン酸によりネガティブ染色した後、透過型電子顕微鏡(TEM/日立製作所製H−7650)で100kVの条件にて行なった。
以下の手順(例えば、特開2006−131870号公報の合成例2参照)に従って、末端エポキシ基含有エチレン重合体(E)を合成した。
充分に窒素置換した内容積2000mlのステンレス製オートクレーブに、室温でヘプタン1000mlを装入し、150℃に昇温した。続いてオートクレーブ内をエチレンで30kg/cm2G加圧し、温度を維持した。MMAO(東ソーファインケム社製)のヘキサン溶液(アルミニウム原子換算 1.00mmol/ml)0.5ml(0.5mmol)を圧入し、次いで下記一般式(14)で示される化合物のトルエン溶液(0.0002mmol/ml)0.5ml(0.0001mmol)を圧入し、重合を開始した。エチレンガス雰囲気下、150℃で30分間重合を行った後、少量のメタノールを圧入することにより重合を停止した。得られたポリマー溶液を、少量の塩酸を含む3リットルのメタノール中に加えてポリマーを析出させた。メタノールで洗浄後、80℃にて10時間減圧乾燥し、片末端二重結合含有エチレン系重合体(P)を得た。
得られた末端エポキシ基含有エチレン重合体(E)は、Mw=2058、Mn=1118、Mw/Mn=1.84(GPC)であった(末端エポキシ基含有率:90mol%)。
1H−NMR:δ(C2D2Cl4)0.88(t,3H,J=6.92Hz),1.18−1.66(m),2.38(dd,1H,J=2.64,5.28Hz),2.66(dd,1H,J=4.29,5.28Hz),2.80−2.87(m,1H)
融点(Tm)121℃
1H−NMR:δ(C2D2Cl4)0.88(t,3H,J=6.6Hz),0.95−1.92(m),2.38−2.85(m,6H),3.54−3.71(m,5H)
融点(Tm)121℃
1H−NMR:δ(C2D2Cl4)0.88(3H,t,J=6.8Hz),1.06−1.50(m),2.80−3.20(m),3.33−3.72(m)
融点(Tm)−16℃(ポリエチレングリコール)、116℃
(20重量%末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液の調製)
(A)前記合成例で得られた末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)10重量部と溶媒(C)の蒸留水40重量部を100mlのオートクレーブに装入し、140℃、800rpmの速度で30分間加熱撹拌の後、撹拌を保ったまま室温まで冷却した。得られた分散系の体積50%平均粒子径は0.018μmであった(体積10%平均粒子径0.014μm、体積90%平均粒子径0.022μm)。得られた分散系の透過型電子顕微鏡観察結果から測定した粒子径は0.015−0.030μmであった。
(シリカ多孔質粒子ダイアセトンアルコール分散液の調製例b1)
エタノール500mLに、15重量%末端分岐型ポリオレフィン系共重合体(T)水分散液72mLおよび28%アンモニア水溶液14.4mLを加えて均一になるまで攪拌した。TEOS/エタノール(36mL/150mL)、エチルトリエトキシシラン(Triethoxy(ethyl)silane)/エタノール(3.6mL/14.4mL)を一度に添加した。その後、室温で4時間攪拌した。得られたシリカ/末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を遠心分離にて分取し、さらにエタノールを用いて洗浄処理した。得られた粉体を、減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて450℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、末端分岐型オレフィン共重合体複合粒子を除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。シリカ多孔質粒子の粉体10gを437mlのダイアセトンアルコールに加え、超音波(US)処理を30分行い、分散処理を行った。分散処理後、沈殿のない均一な分散液が得られた。分散液の一部を乾燥させ、得られた粒子のTEM観察より、多孔質構造が保持されていることを確かめた。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が80nmで、D90/D50が1.3であり、TEM観察から内部に10−30nmの細孔を有するシリカ多孔質粒子が得られていることがわかった。またBET比表面積235m2/g、また、吸着側の等温線からBJH法にて求めた値(BJH細孔径)が11nm、脱着側の等温線からBJH法にて求めた値(連結部)が4nm以下であることから細孔が相互に連結した3次元キュービック相構造であることがわかった。
なお、本実施例B項においては、得られたシリカ多孔質粒子を水に分散させ、粒度分布計/ナノトラックWAVEを用いてDLS測定を行っている。また、多孔質粒子としてシリカを用い、分散溶媒として水を用いているので、シリカの屈折率を1.44、水の屈折率を1.0として測定している。
陽イオン界面活性剤CTAB(臭化セチルトリメチルアンモニウム)4.1gをエタノール/水(5L/1L)に溶解し、28%アンモニウム水を100mL加え攪拌した。TEOS 50mLを加え4時間攪拌した。得られたシリカ/CTAB複合粒子を遠心分離にて分取し、さらにエタノールを用いて洗浄処理した。得られた粉体を減圧乾燥機を用いて乾燥処理した。室温から3.5℃/minにて550℃まで昇温し、さらに550℃で4時間焼成し、CTABを除去することによりシリカ多孔質粒子を得た。シリカ多孔質粒子の粉体10gを437mlのダイアセトンアルコールに加え、超音波(US)処理を30分行い、分散処理を行った。分散処理後、沈殿のない均一な分散液が得られた。
DLSによる測定から、体積50%平均粒子径が300nm、D90/D50が1.3であるシリカ多孔質粒子が得られていることがわかった。また、TEM観察から内部の細孔径を判別することは難しかった。またBET比表面積32m2/g、吸着側、脱着側からBJH法で得られる細孔径は共に2nmであった。細孔は2次元シリンダー構造を有しているものと推定された。
10重量%まで濃縮した調製例b1のシリカ多孔質粒子ダイアセトンアルコール分散液を20g、トリメチロールプロパントリアクリレートを3.0g、ペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー(共栄社化学社製 商品名UA―306H)を1.0g混合後、ポリエチレングリコールメチルエーテル3gを加えた。さらに光開始剤として2,4,6−トリメチルベンゾイルージフェニルーフォスフィンオキサイドを0.15g、Si系界面活性剤(日本ユニカー(株)製 商品名FZ−2110)を0.01g添加し、充分攪拌しコーティング用組成物を調製した。調製したコーティング用組成物を用い、Si−ウェハー上、石英ガラス上にコートし、高圧水銀ランプ(強度100W/cm)を60秒間照射し、コート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
本実施形態のコート材の屈折率はSi−ウェハー上に形成した薄膜についてアタゴ社製アッベ屈折計により測定した。
(2)透明性
本実施形態の透明性は、石英ガラス上に形成した透過率を膜透過率計((株)島津製作所製 UV2200)により400nm〜600nm間の透過率を測定した。
A:400nm〜600nm間で透過率が90%以上
B:400nm〜600nm間での透過率80%以上〜90%未満
C:400nm〜600nm間での透過率80%未満
(3)耐擦傷性試験
本実施形態の耐擦傷性は、石英ガラス上に形成したサンプルについて、♯0000のスチールウール(日本スチールウール(株)製)で1000g及び500gの荷重をかけ、10往復、表面を摩擦し、傷のついた程度を目視で次の段階で判断した。
A:500g荷重で摩擦した範囲に全く傷がつかない。
B:500g荷重で摩擦した範囲内に1〜9本の傷がつく。
C:500g荷重で摩擦した範囲内に10〜30本の傷がつく。
D:500g荷重で摩擦した範囲内に無数の(30本を超える)傷がつく。
10重量%まで濃縮した調製例b1のシリカ多孔質粒子ダイアセトンアルコール分散液を20g、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルを1.0g、ペンタエリスリトールトリグリシジルエーテルを3.0g混合後、ポリエチレングリコールメチルエーテル3gを加えた。さらに光開始剤としてアデカオプトマ−SP−150を0.15g、Si系界面活性剤(日本ユニカー(株)製 商品名FZ−2110)を0.01g添加し、充分攪拌しコーティング用組成物を調製した。調製したコーティング用組成物を用い、Si−ウェハー上、石英ガラス上にコートし、高圧水銀ランプ(強度100W/cm)を60秒間照射し、コート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
10重量%まで濃縮した調製例b1のシリカ多孔質粒子ダイアセトンアルコール分散液を20g、シラン化合物および/またはそれが部分的に縮合した化合物として、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン4.2gに0.1N塩酸水1.3gを攪拌しながら添加し、さらに2時間攪拌した。ポリエチレングリコールメチルエーテル7gを加え充分攪拌した後、金属キレート化合物として、Al(III)アセチルアセトネート0.2g、ジメチルシロキサン骨格を有する化合物として、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサンBYK333(BYKケミー製、製品名)0.01gを添加し4時間攪拌後、一昼夜熟成させてハードコート剤組成物を調製した。調製したコーティング用組成物を用い。Si−ウェハー上、石英ガラス上にコートし、120℃で120分間焼成を行い、コート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
調製例b1のシリカ多孔質粒子ダイアセトンアルコール分散液の代わりに、10重量%まで濃縮した調製例b2のシリカ多孔質粒子ダイアセトンアルコール分散液を20g加える以外実施例b3と同様の方法でコート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
なお、比較例b1によって得られたコート膜は、膜の透明性が低いため、正確に屈折率を測定することができなかった。
多孔質ではないシリカ粒子(日産化学社製 オルガノシリカゾル 70−100nm ZLタイプ)を用いる以外実施例b1と同様の方法でコート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
多孔質ではないシリカ粒子(日産化学社製 オルガノシリカゾル 70−100nm ZLタイプ)を用いる以外実施例b2と同様の方法でコート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
多孔質ではないシリカ粒子(日産化学社製 オルガノシリカゾル 70−100nm ZLタイプ)を用いる以外実施例b3と同様の方法でコート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
シリカ多孔質粒子を加えない以外実施例b1と同様の方法でコート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
シリカ多孔質粒子を加えない以外実施例b2と同様の方法でコート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
シリカ多孔質粒子を加えない以外実施例b3と同様の方法でコート膜を形成した。評価結果を表1に載せた。
Claims (22)
- 体積50%平均粒子径が50nm以上300nm以下、体積90%平均粒子径と体積50%平均粒子径との比(D90/D50)が2.0以下であり、BJH法による細孔径が5nm以上30nm以下のメソ孔を有し、その細孔構造が3次元キュービック相構造であることを特徴とする、金属酸化物多孔質粒子。
- 体積50%平均粒子径が50nm以上100nm以下、体積90%平均粒子径と体積50%平均粒子径との比(D90/D50)が1.5以下であり、BJH法による細孔径が5nm以上30nm以下のメソ孔を有し、その細孔構造が3次元キュービック相構造であることを特徴とする、請求項1に記載の金属酸化物多孔質粒子。
- 水および/または水の一部または全部を溶解する有機溶媒と、体積50%平均粒子径が5nm以上30nm以下である非水溶性ポリマー粒子と、塩基触媒とを含む、混合物を得る工程と、
前記混合物に、金属酸化物前駆体を混合し、該金属酸化物前駆体のゾル−ゲル反応を行って有機無機複合体粒子を得る工程と、
前記有機無機複合体粒子から前記非水溶性ポリマー粒子を除去する工程と、
を含む、請求項1又は2に記載の金属酸化物多孔質粒子の製造方法。 - 前記一般式(1)で表される末端分岐型ポリオレフィン系共重合体のX1およびX2が、同一または相異なり、一般式(2)
または、一般式(4)
- 前記末端分岐型ポリオレフィン系共重合体が下記一般式(1a)または一般式(1b)で表されることを特徴とする請求項4又は5に金属酸化物多孔質粒子の製造方法。
- 混合物を得る前記工程は、
前記水および/または水の一部または全部を溶解する前記有機溶媒と、前記非水溶性ポリマー粒子の水分散体と、前記塩基触媒とを混合する工程を含む、請求項3ないし6のいずれか1項に記載の金属酸化物多孔質粒子の製造方法。 - 有機無機複合体粒子を得る前記工程において、前記金属酸化物前駆体は予め水の一部または全部を溶解する有機溶媒で希釈された状態で混合される、請求項3ないし7のいずれか1項に記載の金属酸化物多孔質粒子の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の金属酸化物多孔質粒子とバインダー樹脂とを含有する樹脂組成物。
- 請求項1又は2に記載の金属酸化物多孔質粒子を含有するフィルム。
- 請求項1又は2に記載の金属酸化物多孔質粒子を含む塗料。
- 請求項1又は2に記載の金属酸化物多孔質粒子を含む断熱材料。
- 請求項1又は2に記載の金属酸化物多孔質粒子を含む低誘電率材料。
- 請求項1又は2に記載の金属酸化物多孔質粒子を含むインク。
- メソ孔内に薬剤が内包された請求項1又は2に記載の金属酸化物多孔質粒子を含むドラッグデリバリーシステム(DDS)薬剤。
- 下記成分(A)及び成分(B)を含有するコート剤。
(A)請求項1又は2に記載の金属酸化物多孔質粒子。
(B)硬化性官能基含有化合物。 - 成分(B)が活性エネルギー線硬化性官能基含有化合物または熱硬化性官能基含有珪素化合物である請求項16に記載のコート剤。
- 成分(A)と(B)の合計100重量部に対する成分(A)割合が1重量部以上60重量部以下である請求項16または17に記載のコート剤。
- 請求項16ないし18のいずれか1項に記載のコート剤を硬化して得られるコート膜。
- 請求項19に記載のコート膜を表面部に有するフィルム。
- 請求項19に記載のコート膜を表面部に有するレンズ。
- 請求項19に記載のコート膜を表面部に有する画像表示装置。
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