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JP3340461B2 - 電離放射線硬化型金属アルコキシド及びそれを用いた硬化塗膜の形成方法 - Google Patents
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JP3340461B2 - 電離放射線硬化型金属アルコキシド及びそれを用いた硬化塗膜の形成方法 - Google Patents

電離放射線硬化型金属アルコキシド及びそれを用いた硬化塗膜の形成方法

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JP3340461B2 JP09915192A JP9915192A JP3340461B2 JP 3340461 B2 JP3340461 B2 JP 3340461B2 JP 09915192 A JP09915192 A JP 09915192A JP 9915192 A JP9915192 A JP 9915192A JP 3340461 B2 JP3340461 B2 JP 3340461B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電離放射線硬化型反応
基を導入した金属アルコキシド化合物自体、及びその化
合物を用いたゾル−ゲル法を利用した重縮合方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】金属の有機又は無機化合物の溶液から出
発し、溶液中での化合物の加水分解・重合によって溶液
を金属酸化物又は水酸化物又は水酸化物の微粒子が溶解
したゾルとし、さらに反応を進ませてゲル化し、できた
多孔質のゲルを加熱して非晶質、ガラス、多結晶体、セ
ラミックを作る方法は、ゾル−ゲル法と言われている。
【0003】一般的な従来のゾル−ゲル法をさらに具体
的に説明する。目的とする酸化物に対応する金属アルコ
キシドを選び、溶媒を添加して混合溶液をつくる。金属
アルコキシドが固体の場合には溶媒としてアルコールを
選んで溶液とする。次に、アルコキシドのアルコール溶
液に加水分解に必要な水、触媒として酸(またはアンモ
ニア)を添加して出発溶液を調製する。アルコキシド−
水−酸−アルコールからなる出発溶液を室温〜80℃で
還流下で攪拌してアルコキシドの加水分解と重縮合を行
わせると、金属酸化物の粒子が生成して溶液はゾルとな
り、反応が進むと全体が固まったゲルとなる。この重縮
合過程で、バルクゲル、ゲルファイバー、又はコーティ
ングゲルフィルム等の形態とすることにより、最終製品
の形態の異なるものが製造できる。これらの湿潤ゲルを
乾燥し、適当温度までゆっくり加熱すると、ガラス、多
結晶セラミックス等が生成される。
【0004】また、前記重縮合を行う方法に変えて、酸
素存在下で紫外線を照射して発生したオゾンO3 で重縮
合を行うゾル−ゲル法もあった。従来、前記ゾル−ゲル
法によるコーティング膜は、金属基板の酸化防止、耐酸
性の向上、半導体のパッシベーション、並びに、ガラス
基板の耐酸性等の化学的及び機械的保護機能コーティン
グ膜、更に光の反射防止膜や吸収膜等の光学機能コーテ
ィング膜、および電気伝導性、強誘電性、磁性等の電磁
気機能コーティング膜に応用されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
無機材料のコーティングで行われてきたゾル−ゲル法
は、重縮合時に脱水もしくは脱アルコール反応を必要と
しているために、加熱してこれらの反応を行わねばなら
なかった。しかしながら、加水分解時の通常の重合のみ
ではコーティング膜の強度を高いものとすることはでき
ず、その強度を高くするためには、一般に800〜10
00℃程度の高温で処理しなければならなかった。
【0006】また、従来の酸素存在下で紫外線を照射し
て発生したオゾンO3 で重縮合を行うゾル−ゲル法は、
常温で処理できるという利点があるが、硬化速度が遅
く、長時間かかるという問題点があった。そこで、本発
明は、加熱を必要とせず室温で短時間で行うことができ
るゾル−ゲル法による重縮合を行う方法を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明は、次の一般式(1)
【0008】
【化
【0009】(ただし、R 1 は任意のアルキル基;R 2
はH又はCH 3 ;n+mは金属の価数でn≠0、m≠
0;Lは整数)で表される電離放射線硬化型金属アルコ
キシドとするものである。また、本発明は、次の一般
(2)
【0010】
【化
【0011】(ただし、R 1 は任意のアルキル基;R 2
はH又はCH 3 ;n+mは金属の価数でn≠0、m≠
0)で表される電離放射線硬化型金属アルコキシドとす
るものである。また、本発明は次の一般式(1)
【0012】
【化
【0013】又は次の一般式(2)
【0014】
【化
【0015】(ただし、R 1 ,R2 ,m,nは前記
と同じ)で表される電離放射線硬化型金属アルコキシド
の存在下で加水分解して加水分解物を生成し、該加水分
解物を基材上にコーティングしてコーティング膜を形成
し、該コーティング膜に電離放射線を照射して金属アル
コキシドの硬化塗膜を形成するものである。また、本発
明は次の一般式(1)
【0016】
【化
【0017】又は次の一般式(2)
【0018】
【化10
【0019】(ただし、R 1 ,R2 ,m,nは前記
と同じ)で表される電離放射線硬化型金属アルコキシド
の存在下で加水分解して加水分解物を生成し、該加水分
解物を基材上にコーティングしてコーティング膜を形成
し、該コーティング膜に電離放射線を照射して金属アル
コキシドの硬化塗膜を形成するものである。また、本発
明は次の一般式(1)
【0020】
【化11
【0021】又は次の一般式(2)
【0022】
【化12
【0023】(ただし、R 1 ,R2 ,m,nは前記
と同じ)で表される電離放射線硬化型金属アルコキシド
の存在下で加水分解して加水分解物を生成し、該加水分
解物に他の電離放射線硬化型樹脂を添加して、塗布組成
物とし、該塗布組成物を基材上にコーティングしてコー
ティング膜を形成し、該コーティング膜に電離放射線を
照射して金属アルコキシドの硬化塗膜を形成するもので
ある。
【0024】以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
【0025】前記一般式におけるR1 は一般的にはCH
3 ,C2 5 ,C3 7 等が用いられる。また、一般的
にR2 がHであれば、電離放射線での反応性が高く、C
3の場合は若干低い。金属アルコキシドの製造 本発明における金属アルコキシドは、一般的に次のよう
にして、製造される。
【0026】〔工程1.〕:(OR1 n+m を加水分
解する工程。 この反応は通常のアルコキシドの加水分解と同様な方法
であり、次の一般式(3)の反応になる。
【0027】
【化13
【0028】〔工程2.〕:前記一般式(3)の反応で
生成された(OR1 n (OH)m を用いて脱水縮合
する工程(下記の脱水縮合)又は脱アルコール縮合する
工程(下記の脱アルコール縮合)。 脱水縮合:酸触媒化CH2 CR2 CO L 2L OH又
はCH2 CR2 COOHと、前記一般式(3)の反応で
生成された(OR1 n (OH)m を脱水縮合する。
この反応は次の一般式(4)又は一般式(5)で示され
る。
【0029】
【化14
【0030】
【化15
【0031】脱アルコール縮合:酸触媒化CH2 CR
2 CO L 2L OR又はCH2 CR2 COORと前記
式(3)の反応で生成された(OR1 n (OH)
m を100℃前後で1分間位攪拌することにより、脱ア
ルコール縮合する。この反応は次の一般式(6)又は
式(7)で示される。
【0032】
【化16
【0033】
【化17
【0034】本発明で使用する溶媒には、一般には、メ
タノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の
アルコール類、その他、エチレングリコール等のグリコ
ール、エチレンオキサイド、トリエタノールアミン等が
使用できる。金属アルコキシドの加水分解 本発明の電離放射線硬化型金属アルコキシドを水の存在
下で、触媒として、酸又はアルカリを使用して加水分解
し、加水分解物を生成する。酸には、例えば、HCl
が、また、アルカリにはNH4 OHが使用できる。酸触
媒を用いた場合には、金属上に存在する置換基全てが加
水分解し重合する可能性があるために、電離放射線硬化
反応基を保護する目的で、塩基性触媒の存在下で加水分
解を行うことが望ましい。
【0035】塗膜の形成 前記加水分解物を基材上に、スピンコート、ディップコ
ート、ロールコート、グラビアコート等の任意のコーテ
ィング方法によりコートする。他の電離放射線硬化型樹脂 本発明の電離放射線硬化型金属アルコキシドに添加して
用いられる他の電離放射線硬化型樹脂には、一般に電離
放射線硬化型樹脂として知られているものが使用でき
る。この他の電離放射線硬化型樹脂を使用する目的は、
塗膜に他の性能を付与するためである。例えば、基材と
してプラスチックフィルムを使用した場合には、密着性
を良くするために、N−ビニルピロリドンを添加し、ま
た、塗膜硬度を上げるためには、DPHA等を添加する
ことができる。他の電離放射線硬化型樹脂の添加量は、
本発明の電離放射線硬化型金属アルコキシド100重量
部に対して、30重量部以下である。その理由は、30
重量部超だと得られる塗膜が単なるハードコート塗膜と
なり、金属の性能が落ちる。即ち、ゾル−ゲル法の塗膜
ではなくなってしまうからである。
【0036】電離放射線硬化型樹脂には、電子線硬化樹
脂と紫外線硬化樹脂とがあり、紫外線硬化樹脂が光重合
開始剤や増感剤を含有することを除いて両者の成分はほ
ぼ同じである。電離放射線硬化型樹脂は、一般的には被
膜形成成分として、その溶液中にラジカル重合性の二重
結合を有するポリマー、オリゴマー、モノマー等を主成
分とし、その他必要に応じて非反応性のポリマー、有機
溶剤、ワックスその他の添加剤を含有するものである。
【0037】本発明で使用する電離放射線硬化型樹脂に
用いられる皮膜形成成分は、好ましくは、アクリレート
系の官能基を有するもの、例えば、比較的低分子量のポ
リエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、エ
ポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、スピロア
セタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリ
エン樹脂、多価アルコール等の多官能化合物の(メタ)
アクリレート等のオリゴマーまたはプレポリマーおよび
反応性希釈剤としてエチル(メタ)アクリレート、エチ
ルヘキシル(メタ)アクリレート、スチレン、メチルス
チレン、N−ビニルピロリドン等の単官能モノマー並び
に多官能モノマー、例えば、トリメチロールプロパント
リ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオール(メタ)ア
クリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アク
リレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレー
ト、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、
ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、
1、6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネ
オペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等を比較
的多量に含有するものである。
【0038】また上記の電離放射線硬化型樹脂を紫外線
硬化型樹脂とするには、この中に光重合開始剤として、
アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーベンゾ
イルベンゾエート、α−アミロキシムエステル、テトラ
メチルチウラムモノサルファイド、チオキサントン類
や、光増感剤としてn−ブチルアミン、トリエチルアミ
ン、トリーn−ブチルホスフィン等を混合して用いるこ
とができる。特に本発明では、ポリエステルアクリレー
トにジアリルフタレートを添加したものが好ましい。
【0039】電離放射線の照射 電離放射線硬化型金属アルコキシド及び電離放射線硬化
型樹脂の硬化方法は、通常の硬化方法、即ち、電子線ま
たは紫外線の照射によって硬化することができる。例え
ば、電子線硬化の場合にはコックロフトワルトン型、バ
ンデグラフ型、共振変圧型、絶縁コア変圧器型、直線
型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器
から放出される50〜1000KeV、好ましくは10
0〜300KeVのエネルギーを有する電子線等が使用
され、紫外線硬化の場合には超高圧水銀灯、高圧水銀
灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、キセノンアーク、メ
タルハライドランプ等の光線から発する紫外線等が利用
できる。
【0040】この電離放射線の照射による硬化反応を、
発生期の酸素Oの存在下で行ってもよい。この発生期の
酸素Oは、次の式(8)及び式(9)のように二酸化炭
素又は二酸化窒素に電離放射線を照射することにより、
発生させることができる。
【0041】
【化18
【0042】
【化19
【0043】本発明のゾル−ゲル法における重縮合方法
は、常温で行うことができ、加熱しなくてもよいので、
基板としてプラスチックフィルム、ガラス板、金属板や
プラスチックシート等の広範囲なものが利用できる。
【0044】
【実施例1】エチルアルコールC2 5 OHと水の混合
液にW(OC2 5 6 を加え、アンモニアを触媒とし
て加水分解を行い、W(OC2 5 n (OH)6-n
得る。次にメタクリル酸CH2 C(CH3 )COOHを
加え、硫酸を添加して100℃、1分間攪拌することに
より、脱水縮合してW(OC2 5 n (OCOCCH
3 CH2 6-n を得る。
【0045】次に、基板としてポリエステルフィルムを
用い、この表面に前記化合物の加水分解物溶液W(O
H)n (OCOCCH3 CH2 6-n を乾燥時0.5g
/m2となるようにグラビアリバースコート法によりコ
ーティングする。このコーティング膜を80℃、1分間
乾燥する。この乾燥されたコーティング膜に対して、1
75kevで加速した電子線を10Mradになるよう
に照射することにより塗膜を硬化させた。このようにし
て、タングステンWを含有した有機金属の非晶質膜が得
られた。
【0046】
【実施例2】実施例1のメタクリル酸のかわりにCH2
C(CH3 )COCH2 OHを用いた他は実施例1と同
様にして、W(OC2 5 n (OCH2 COCCH3
CH 2 6-n を得た。
【0047】
【実施例3】実施例1の方法において、加水分解により
W(OH)n (OCOCCH3 CH 2 6-n を得た後、
ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートを
10重量部、N−ビニルピロリドン5重量部を添加し、
厚さ50μmのPETフィルムに乾燥時1g/m2 とな
るようにグラビアリバースコート法によりコーティング
した。このコーティング膜を80℃、1分間乾燥する。
乾燥されたコーティング膜に対して、175kevで加
速した電子線を10Mradになるように照射すること
により塗膜を硬化させた。このようにして、タングステ
ンWを含有した有機金属の非晶質膜が得られた。
【0048】
【実施例4】実施例1の方法において、ポリエステルフ
ィルムに塗布された加水分解物溶液W(OH)n (OC
OCCH3 CH2 6-n の塗膜に対して電子線照射の条
件を次のようにした以外は、実施例1と同じにした。即
ち、CO2 気流下で、300kevで加速した電子線を
20Mradになるように照射した。このようにして、
タングステンWを含有した有機金属の非晶質膜が得られ
た。
【0049】
【発明の効果】本発明の新規な電離放射線硬化型金属ア
ルコキシドを用いたゾル−ゲル法による硬化塗膜の形成
方法は、塗膜の硬化反応を電離放射線の照射によって行
うので、加熱を必要とせず室温でしかも短時間でゾル−
ゲル法による重縮合反応を行うことができる。
【0050】また、本発明のゾル−ゲル法による硬化塗
膜の形成方法は、任意の電離放射線硬化型樹脂を添加す
ることができるので、塗膜に塗工膜の密着性の向上、硬
化塗膜の強度を上げるなど種々の性質を付与することが
できる。また、本発明のゾル−ゲル法による硬化塗膜の
形成方法は、硬化反応を発生期の酸素Oの存在下で行う
ことにより、更に重縮合反応を効率良く、短時間でしか
も室温で行うことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C09D 5/00 C09D 5/00 Z 185/00 185/00 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B05D 3/06 C07C 31/28 C07F 11/00 C08F 20/06 C09D 4/02 C09D 5/00 C09D 185/00 CA(STN) CAOLD(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (1) 次の一般式(1)、 【化1】 (ただし、R 1 は任意のアルキル基;R 2 はH又はCH
    3 ;n+mは金属の価数でn≠0、m≠0;Lは整数)
    で表されることを特徴とする電離放射線硬化型金属アル
    コキシド、 又は、 次の一般式(2)、 【化2】 (ただし、R 1 は任意のアルキル基;R 2 はH又はCH
    3 ;n+mは金属の価数でn≠0、m≠0)で表される
    ことを特徴とする電離放射線硬化型金属アルコキシド
    を、 水の存在下で加水分解して加水分解物を生成し、 (2)該加水分解物を基材上にコーティングしてコーテ
    ィング膜を形成し、 (3)該コーティング膜に電離放射線を照射することを
    特徴とする金属アルコキシドの硬化塗膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 (1) 次の一般式(1)、 【化3】 (ただし、R 1 は任意のアルキル基;R 2 はH又はCH
    3 ;n+mは金属の価数でn≠0、m≠0;Lは整数)
    で表されることを特徴とする電離放射線硬化型金属アル
    コキシド、 又は、 次の一般式(2)、 【化4】 (ただし、R 1 は任意のアルキル基;R 2 はH又はCH
    3 ;n+mは金属の価数でn≠0、m≠0)で表される
    ことを特徴とする電離放射線硬化型金属アルコキシド
    を、 水の存在下で加水分解して加水分解物を生成し、 (2)該加水分解物に他の電離放射線硬化型樹脂を添加
    して、塗布組成物とし、 (3)該塗布組成物を基材上にコーティングしてコーテ
    ィング膜を形成し、 (4)該コーティング膜に電離放射線を照射することを
    特徴とする金属アルコキシドの硬化塗膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 発生期の酸素の存在下に電離放射線を照
    射することを特徴とする請求項1又は2記載の金属アル
    コキシドの硬化塗膜の形成方法。
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