硬涂層形成用水性組合物及硬涂層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及硬涂層形成用水性組合物及硬涂層。具體而言，本發(fā)明涉及霧度值被 抑制為一定值以下的硬涂層形成用的水性組合物。此外，本發(fā)明涉及由該水性組合物形成 的硬涂層。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年，液晶顯示器、等離子體顯示器、觸控面板顯示器等顯示裝置迅速普及。這些 顯示裝置的構(gòu)件表面由于在制造中接觸各種物體而容易被劃傷。一旦劃傷，則透過率降低 和會看到傷痕本身將成為問題，不再適合作為顯示裝置的構(gòu)件。因此，對顯示裝置的表面要 求高耐劃痕性和耐沖擊性。
[0003] 為了使顯示裝置的構(gòu)件表面具有高耐劃痕性和耐沖擊性，大多是在顯示裝置的表 層設(shè)置硬涂層。硬涂層是通過對含有多官能丙烯酸類聚合性舉體、低聚物的材料照射紫外 線、電子束等而使其固化、或者使烷氧基硅烷的水解物縮合、固化從而形成的。
[0004] 例如，專利文獻(xiàn)1及2公開了一種硬涂層組合物，其含有具有官能團的烷氧基硅 烷、無機微粒及固化促進(jìn)劑。這些文獻(xiàn)中提出對硬涂劑組合物的組成等進(jìn)行調(diào)整等，來提高 耐劃痕性、耐沖擊性。需要說明的是，專利文獻(xiàn)1中，在形成硬涂層組合物時，作為溶劑，使 用的是有機溶劑；專利文獻(xiàn)2中，作為無機微粒，使用的是二氧化硅微粒。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平11 一302597號公報
[0008] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2010-188604號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的課題
[0010] 但是，專利文獻(xiàn)1的硬涂層形成用組合物以有機溶劑為溶劑，因此對環(huán)境的負(fù)擔(dān) 重，此外，制造工序中有機溶劑揮發(fā)所引起的制造環(huán)境惡化也是一個問題。
[0011] 此外，專利文獻(xiàn)2的硬涂層使用二氧化硅微粒作為無機微粒，因此存在無法獲得 具有足夠高的折射率的硬涂層的問題。當(dāng)在這樣的折射率低的硬涂層上層疊ITO導(dǎo)電膜并 作為觸控面板用的層疊膜時，層間的折射率差變大，發(fā)生骨架可見性等，因此產(chǎn)生問題。
[0012] 為了獲得制造適應(yīng)性高、具有高折射率的硬涂層，我們考慮了使用含有氧化鋯、二 氧化鈦等折射率高的無機微粒的水性組合物來形成硬涂層。但是通過本發(fā)明等的研究，發(fā) 現(xiàn)當(dāng)在固化促進(jìn)劑存在下將氧化鋯、二氧化鈦這些折射率高的無機微粒添加到含有烷氧基 硅烷衍生物的水性組合物中時，霧度值變大，不能形成透明性高的硬涂層。
[0013] 此外，即使在將高折射率、低霧度的硬涂層用于觸控面板用的層疊膜時，也存在在 層疊ITO導(dǎo)電膜時所使用的堿溶液作用下硬涂層發(fā)生溶解、霧度值上升的問題。因此，要求 硬涂層具有堿耐性。
[0014] 因此，本發(fā)明人等為了解決這樣的現(xiàn)有技術(shù)的課題，出于獲得用于形成折射率高 的硬涂層、且霧度值低的水性組合物的目的而進(jìn)行了研究。進(jìn)而，本發(fā)明人等出于制造高折 射率及低霧度、且堿耐性高的硬涂層的目的而進(jìn)行了研究。
[0015] 用于解決課題的手段
[0016] 本發(fā)明人等為了解決上述課題而進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用此前沒有的劃 時代的制法來制備水性組合物。還發(fā)現(xiàn)利用該水性組合物能夠獲得高折射率且低霧度的硬 涂層，直至完成了本發(fā)明。進(jìn)而，本發(fā)明等發(fā)現(xiàn)，這樣的硬涂層在堿耐性方面也優(yōu)異。
[0017] 具體而言，本發(fā)明具有以下方案。
[0018] [1] -種水性組合物，其特征在于，所述水性組合物包含含有Ti或Zr中的至少一 者、Si及Al的金屬元素，Ti及Zr的原子數(shù)相對于Si的原子數(shù)之比（(Ti+Zr)/Si)為2. 5~ 18,Al的原子數(shù)相對于Si的原子數(shù)之比（Al/Si)為0. 08~0. 22,上述水性組合物的霧度 值為0. 5%以下。
[0019] [2]根據(jù)[1]所述的水性組合物，其特征在于，其為含環(huán)氧基的烷氧基硅烷、不含 環(huán)氧基的烷氧基硅烷、無機微粒和固化促進(jìn)劑混合而成的水性組合物，無機微粒的折射率 為2. 0以上，相對于含環(huán)氧基的烷氧基硅烷和不含環(huán)氧基的烷氧基硅烷的總質(zhì)量，固化促 進(jìn)劑的含有率為30質(zhì)量％以上。
[0020] [3]根據(jù)[2]所述的水性組合物，其特征在于，水性組合物中的無機微粒的平均粒 徑為30nm以下。
[0021] [4]根據(jù)[2]或[3]中任一項所述的水性組合物，其特征在于，無機微粒為包含氧 化鋯或二氧化鈦的微粒。
[0022] [5]根據(jù)[2]~[4]中任一項所述的水性組合物，其特征在于，固化促進(jìn)劑為鋁螯 合絡(luò)合物。
[0023] [6]根據(jù)[2]~[5]中任一項所述的水性組合物，其特征在于，相對于含環(huán)氧基 的烷氧基硅烷和不含環(huán)氧基的烷氧基硅烷的總質(zhì)量，含環(huán)氧基的烷氧基硅烷所占的比率為 20~85質(zhì)量％。
[0024] [7]根據(jù)[2]~[6]中任一項所述的水性組合物，其特征在于，不含環(huán)氧基的烷氧 基硅烷含有四烷氧基硅烷及三烷氧基硅烷中的至少一種。
[0025] [8]根據(jù)[2]~[7]中任一項所述的水性組合物，其特征在于，不含環(huán)氧基的烷氧 基硅烷含有四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷及甲基三甲氧基硅烷中的至 少一種。
[0026] [9]-種水性組合物的制造方法，其含有日下工序：獲得含有含環(huán)氧基的烷氧基 硅烷、不含環(huán)氧基的烷氧基硅烷及無機微粒的第1水性組合物的工序、獲得含有含環(huán)氧基 的烷氧基硅烷、不含環(huán)氧基的烷氧基硅烷及固化促進(jìn)劑的第2水性組合物的工序、以及將 第1水性組合物和第2水性組合物混合的工序。
[0027] [10]根據(jù)[9]所述的水性組合物的制造方法，其特征在于，第1水性組合物和第2 水性組合物的質(zhì)量比為3 : 7~9 : 1。
[0028] [11]根據(jù)[9]或[10]所述的水性組合物的制造方法，其特征在于，水性組合物中 的無機微粒的平均粒徑為30nm以下。
[0029] [12] -種水性組合物，其利用[9]~[11]中任一項所述的制造方法制造。
[0030] [13] -種硬涂層，其特征在于，其是使[1]~[8]及[12]中任一項所述的水性組 合物固化而形成的。
[0031] [14]根據(jù)[13]所述的硬涂層，其特征在于，折射率為1. 6以上。
[0032] [15]根據(jù)[13]或[14]所述的硬涂層，其特征在于，霧度值為0.5%以下。
[0033] [16] -種層疊膜，其特征在于，在聚酯膜的至少單面具有[13]~[15]中任一項所 述的硬涂層。
[0034] [17] -種層疊膜，其特征在于，在聚酯膜上依次具有易粘接層、光學(xué)調(diào)整層及 [13]~[15]中任一項所述的硬涂層。
[0035] [18]根據(jù)[17]所述的層疊膜，其特征在于，易粘接層的折射率和上述聚酯膜的折 射率之差為0.03以下，光學(xué)調(diào)整層的折射率為1.75~1.90,硬涂層的折射率為1.90~ 2. 10〇
[0036] [19] -種觸控面板，其具有[16]~[18]中任一項所述的層疊膜和透明電極層。
[0037] 發(fā)明的效果
[0038] 若使用本發(fā)明的水性組合物，則能夠獲得折射率高且霧度值被充分抑制的硬涂 層。即，本發(fā)明即使在含有折射率高的無機微粒時也能夠?qū)⒂餐繉拥撵F度值抑制為較低。
[0039] 進(jìn)而，使用本發(fā)明的水性組合物能夠獲得堿耐性強的硬涂層。由此，能夠防止將透 明電極層層疊在硬涂層上時硬涂層由于堿溶液而溶解，能夠抑制霧度值的上升。
【附圖說明】
[0040] 圖1為示出水性組合物的懸濁狀態(tài)的照片。
【具體實施方式】
[0041] 以下對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下記載的技術(shù)特征的說明有時是基于代表性實施 方式、具體例而進(jìn)行的，但本發(fā)明并不受這些實施方式限定。需要說明的是，本說明書中，使 用"~"表示的數(shù)值范圍意味著包含"~"前后所記載的數(shù)值作為下限值及上限值的范圍。
[0042](水性組合物）
[0043] 本發(fā)明的水性組合物含有烷氧基硅烷衍生物，烷氧基硅烷含有含環(huán)氧基的烷氧基 硅烷和不含環(huán)氧基的烷氧基硅烷。這些烷氧基硅烷優(yōu)選使用水溶性或水分散性的材質(zhì)。從 降低VOC(volatileorganiccompounds，揮發(fā)性有機物）所致的環(huán)境污染的觀點出發(fā)，也尤 其優(yōu)選使用水溶性或水分散性的材質(zhì)。
[0044] 含環(huán)氧基的烷氧基硅烷和不含環(huán)氧基的烷氧基硅烷分別具有水解性基團。該水解 性基團在酸性水溶液中被水解而生成硅烷醇，通過硅烷醇彼此進(jìn)行縮合而生成低聚物。本 發(fā)明的水性組合物中，即便含環(huán)氧基的烷氧基硅烷和不含環(huán)氧基的烷氧基硅烷的一部分水 解也可以。將烷氧基硅烷、其的一部分或全部水解后的產(chǎn)物或縮合后的產(chǎn)物統(tǒng)稱為烷氧基 硅烷衍生物。
[0045] 本發(fā)明的水性組合物為包含含有Ti或Zr中的至少一者、Si及Al的金屬元素的 水性組合物。水性組合物中，Ti及Zr的原子數(shù)相對于Si的原子數(shù)之比（(Ti+Zr)/Si)為 2. 5~18,Al的原子數(shù)相對于Si的原子數(shù)之比（Al/Si)為0. 08~0. 22。此外，水性組合 物的霧度值為0.5%以下。
[0046] 將上述水性組合物涂布在支撐體上并使其固化，從而形成硬涂層。即，本發(fā)明的水 性組合物可以作為硬涂層形成用的水性組合物。
[0047] 本發(fā)明的水性組合物由于不使用有機溶劑，因此涂布水性組合物并使其干燥時蒸 發(fā)的物質(zhì)主要是水成分。因此，與使用有機溶劑時相比，能夠大幅降低對環(huán)境的負(fù)擔(dān)。
[0048] 本發(fā)明中，Ti+Zr的原子數(shù)相對于Si的原子數(shù)之比（(Ti+Zr)/Si)為2. 5~18,Al 的原子數(shù)相對于Si的原子數(shù)之比（Al/Si)為0. 08~0. 22。（ (Ti+Zr)/Si)優(yōu)選2. 5以上， 更優(yōu)選3以上，進(jìn)而優(yōu)選5以上。此外，（(Ti+Zr)/Si)優(yōu)選18以下，更優(yōu)選16以下，進(jìn)而 優(yōu)選15以下。（Al/Si)優(yōu)選0.08以上，更優(yōu)選0.09以上，進(jìn)而優(yōu)選0. 1以上。此外，（Al/ Si)優(yōu)選0.22以下，更優(yōu)選0.21以下，進(jìn)而優(yōu)選0.20以下。通過使Ti和/或Zr、Si及Al 的比值在上述范圍內(nèi)，能夠有效地提尚硬涂層的折射率，還能夠提尚喊耐性。
[0049] 需要說明的是，本發(fā)明中，Ti為來自作為無機微粒的二氧化鈦的金屬元素，Zr為 來自作為無機微粒的氧化鋯的金屬元素，Si為來自含環(huán)氧基的烷氧基硅烷及不含環(huán)氧基的 烷氧基硅烷的金屬元素，Al為來自作為固化促進(jìn)劑的鋁螯合絡(luò)合物的金屬元素。
[0050] 由本發(fā)明的水性組合物形成的硬涂層的霧度值為0. 5%以下。硬涂層的霧度值為 0. 5%以下即可，優(yōu)選0. 45%以下，進(jìn)一步優(yōu)選0. 4%以下。本發(fā)明中，通過將水性組合物的 懸濁度設(shè)為極低，從而能夠抑制硬涂層的霧度值，能夠形成光學(xué)特性優(yōu)異的硬涂層。
[0051] 本發(fā)明中，即使使用具有高折射率的無機微粒時，也能夠?qū)⑺越M合物的霧度抑 制為較低。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，是由于在含有無機微粒和固化促進(jìn)劑的水性組合物的制造工 序中，成功地發(fā)現(xiàn)了使無機微粒和固化促進(jìn)劑不直接接觸地進(jìn)行混合的方法。
[0052] 通常，折射率高的無機微粒由于在水性組合物中與固化促進(jìn)劑接觸而導(dǎo)致分散性 惡化，這成為懸濁度上升的原因。但是，本發(fā)明中，由于將無機微粒和固化促進(jìn)劑混合在不 同的水性組合物中，然后將分別混合有無機微粒和固化促進(jìn)劑的2種水性組合物混合，因 此能夠防止無機微粒和固化促進(jìn)劑在水性組合物中直接接觸。
[0053] 這樣的混合方法，在現(xiàn)有技術(shù)中被認(rèn)為沒有實用性。但是，本發(fā)明通過采用這樣的 在現(xiàn)有技術(shù)中不會加以考慮的方法，成功地提高了無機微粒和固化促進(jìn)劑的分散性。由此， 能夠?qū)⑺越M合物的懸濁度抑制為較低。即，本發(fā)明中，即使使用具有高折射率的無機微粒 時也能夠?qū)⑺越M合物的懸濁度抑制為較低。進(jìn)而，即使在由這樣的低懸濁度的水性組合 物形成的硬涂層中，也能夠?qū)⒃撿F度值抑制為較低。
[0054] 本發(fā)明的水性組合物優(yōu)選含有含環(huán)氧基的烷氧基硅烷、不含環(huán)氧基的烷氧基硅 烷、無機微粒和固化促進(jìn)劑。本發(fā)明的水性組合物中優(yōu)選的是：無