JPH06138301A

JPH06138301A - 光学要素

Info

Publication number: JPH06138301A
Application number: JP4250058A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Kato; 裕久加藤; Naohiro Tanaka; 尚広田中
Original assignee: Itoh Optical Industrial Co Ltd
Current assignee: Itoh Optical Industrial Co Ltd
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】ハードコート及び無機反射防止膜を有する光
学要素において、耐候性に優れ、かつ、有機ガラス基材
が高屈折率であっても、光干渉を発生させないプライマ
ー層を、有機ガラスとハードコートとの間に有する光学
要素を提供すること。【構成】有機ガラスの表面に、シリコーン硬化塗膜及
び無機反射防止膜が積層されてなる光学要素。有機ガラ
スとシリコーン硬化塗膜との間に、(a) 二液型ウレタン
樹脂塗料にオルガノアルコキシシランを添加し、該オル
ガノアルコキシシランを加水分解させて得る反応生成
物、(b) 無機微粒子を必須有効成分とする塗料で形成さ
れるプライマー層が介在されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機ガラスの表面に、
シリコーン硬化塗膜（ハードコート）及び無機反射防止
膜が積層されてなる光学要素に関する。

【０００２】ここで、光学要素とは、有機ガラスをベー
スに製造される、レンズ、照明器具用カバー、反射鏡、
プリズム、フィルター、等を含む概念である。

【０００３】以下の、説明は、眼鏡用レンズを主として
例に採り説明をするが、これに限られるものではない。

【０００４】

【従来の技術】近年、眼鏡用レンズの材料としては、無
機ガラスに比して、軽くかつ割れにくい有機ガラスが普
及してきている。しかし、一般的に有機ガラスは、無機
ガラスに比して耐擦傷性が格段に低い。

【０００５】そこで、通常、レンズの表面に、シリコー
ン系硬化塗膜（以下「ハードコート」と称する。）を有
する。さらにその上に、眼鏡レンズの場合、美観上等を
理由から、無機物質の蒸着等の乾式めっきによる無機反
射防止膜が設けられるようになった。

【０００６】しかし、上記のように有機ガラス基材上
に、ハードコートと無機反射防止膜との双方を設けたレ
ンズは、耐衝撃性に劣るという不具合があった。

【０００７】そこで、ハードコートの耐衝撃性を向上さ
せるために、基材とハードコートの間にウレタン樹脂系
塗料からなるプライマー層を介在させる技術的思想が開
示されている（特開昭６３−８７２２３・６３−１４１
００１号、特開平３−１０９５０２号等）。

【０００８】他方近年、有機ガラス基材の材料が、脂肪
族アリルカーボネート系（ＣＲ−３９，屈折率１．５
０）に代わって、より高屈折の、芳香族アリルカーボネ
ート系（屈折率１．５７）、ポリチオウレタン系（屈折
率１．６０〜１．７０）等に代わりつつある。この場
合、ハードコートの屈折率も光による干渉を防ぐため、
基材と同等の屈折率を有するものとする必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ウレタン
系塗料からなるプライマー層を構成するの屈折率が１．
５０前後であるため、ハードコートの屈折率を基材のそ
れに近づけたとしても、光の干渉は避けられない。ま
た、一般に、ウレタン塗膜は、無黄変タイプであっても
耐候性に劣り、屋外で使用することが多い眼鏡レンズの
場合、望ましくない。

【００１０】本発明の目的は、上記にかんがみて、ハー
ドコート及び反射防止膜を有する光学要素において、耐
候性に優れ、かつ、有機ガラス基材が高屈折率であって
も、光干渉を発生させないプライマー層を、有機ガラス
とハードコートとの間に有する光学要素を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、鋭意開発に努力をした結果、下記構
成の本発明を完成するに至った。

【００１２】有機ガラスの表面に、ハードコート及び単
層又は複層の無機反射防止膜が積層されてなる光学要素
において、前記有機ガラスとハードコートとの間に、下
記成分を必須有効成分とする塗料で形成されてなるプラ
イマー層が介在されていることを特徴とする光学要素。

【００１３】(a) 二液型ウレタン樹脂塗料にオルガノア
ルコキシシランを添加し、該オルガノアルコキシシラン
を加水分解させて得る反応生成物。

【００１４】(b) 無機微粒子

【００１５】

【手段の詳細な説明】以下、本発明の各手段について詳
細に説明する。以下の説明で、配合単位は特に断らない
限り重量単位である。

【００１６】Ａ．本発明の光学要素は、有機ガラスの表
面に、ハードコート及び無機反射防止膜が積層されてな
ることを前提とする。

【００１７】(1) 上記有機ガラス基材は、透明で屈折率
が１．４０〜１．７０のものならば、特に限定されな
い。基材材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポ
リカーボネート、脂肪族アリルカーボネート系、芳香族
アリルカーカーボネート系、ポリチオウレタン、等を挙
げることができる。

【００１８】(2) 上記ハードコート（シリコーン系硬化
塗膜）は、シリコーン系のものならば特に限定されな
い。例えば、オルガノアルコキシシランの加水分解物
に、触媒、金属酸化物の微粒子・複合微粒子を加え、希
釈溶剤で適宜塗布可能な粘度になるようにハードコート
液を調製する。さらに、このハードコート液には、界面
滑性剤（レベリング剤）、紫外線吸収剤、等の薬剤を添
加することも可能である。こうして調製したハードコー
ト液を、慣用手段で基体に塗布し、乾燥硬化させてハー
ドコートを得る。このハードコートの膜厚は、通常、
０．５〜２０μｍである。

【００１９】上記オルガノアルコキシシランとして
は、具体的には一般式で示されるものが使用可能であ
る。

【００２０】Ｒ¹ _a Ｒ² _bＳｉ（ＯＲ³ ）_4-(a+b) （但しＲ¹ は炭素数１〜６のアルキル基、ビニル基、エ
ポキシ基、メタクリルオキシ基、フェニル基であり、Ｒ
² は、炭素数１〜６のアルキル基、ハロゲン化アルキル
基であり、Ｒ³ は炭素数１〜４のアルキル基、アルコキ
シアルキル基であり、ａ及びｂは０、１、２、であっ
て、ａ＋ｂ＝１、２、３のいずれかである。）より、具
体的には、メチルトリメトキシシラン、グリシドキシメ
チルトリメトキシシラン、α−ギリシドキシエチルトリ
メトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリメトキシ
シラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
等を挙げることができる。これらは、単独でも又２種以
上併用することも可能である。

【００２１】上記触媒としては、トリメリット酸、無
水トリメリット酸、などの有機カルボン酸、チタンアル
コキシド、ジルコアルコキシド、シリカアルコキシド、
等の金属アルコキシド、メチルイミダゾール、ジシアン
ジアミド、等の窒素含有有機化合物、アセチルアセトン
アルミニウム等の金属錯体、酢酸ナトリウム、酢酸カリ
ウム等のアルカリ金属有機カルボン酸塩を使用できる。

【００２２】上記希釈溶剤としては、アルコール類、
ケトン類、エステル類、エーテル類、セロソルブ（エチ
レングリコールのモノアルキルエーテル）類、の内、１
種又は２種以上を混合して使用できる。

【００２３】上記金属酸化物としては、主として、酸
化ケイ素、酸化鉄（III)、酸化チタン(IV)、酸化セリウ
ム(IV)、酸化スズ(IV)、酸化タングステン(VI)、酸化タ
ンタル（V)、酸化アンチモン(III) 、酸化ジルコニウ
ム、酸化アルミニウム等を使用可能である。単一使用の
他に、２種以上を併用、又は、複合微粒子として使用す
ることもできる。

【００２４】この、金属酸化物の上記加水分解物１００
部に対する配合量は、０．２〜５部とする。また、粒径
は、１〜１００ｎｍとする。

【００２５】上記塗布方法としては、はけ塗り塗装・
浸せき塗装・ローラ塗装・スプレ塗装・スピン塗装、等
を挙げることができる。また、乾燥硬化の条件は、例え
ば、８０〜１２０℃×２ｈとする。

【００２６】(3) 反射防止膜は、金属・金属酸化物・金
属フッ化物等の無機粉体を、真空蒸着、スパッタリン
グ、イオンプレーティング等の乾式めっき法により形成
する。

【００２７】上記酸化物としては、二酸化ケイ素、酸化
チタン(IV)、酸化タンタル（V)、酸化アンチモン(III)
、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、等を、金属
フッ化物としては、フッ化マグネシウム、等をそれぞれ
挙げることができる。

【００２８】Ｂ．本発明の有機ガラス基材とハードコー
トとの間には、ウレタン樹脂塗料からなるプライマ層が
介在される。

【００２９】上記プライマ塗料は、(1) 二液型ウレタン
樹脂塗料にオルガノアルコキシシランを添加し、該オル
ガノアルコキシシランを加水分解させて得る反応生成
物、(2) 無機微粒子、の各成分を必須有効成分とするも
のである。そして、必要により、レベリング剤、紫外線
吸収剤、酸化防止剤を添加する。

【００３０】(1) 二液型ウレタン樹脂塗料を添加した状
態で、オルガノアルコキシシランを加水分解させて得る
反応生成物の調製は、例えば、下記のように行う。

【００３１】二液型ウレタン樹脂塗料の要素である、ポ
リオール成分、ポリイソシアネート成分、及びウレタン
樹脂用触媒に、加水分解用触媒、水、及び、極性溶媒を
加えて、３〜５ｈ還流させて調製する。

【００３２】(a) 上記二液型ウレタン樹脂塗料とは、い
わゆるポリオール成分とイソシアネート成分とからなる
ポリオール硬化型のものいう。このとき、両成分の比
は、通常、ＮＣＯ／ＯＨ＝0.65〜1.35、望ましくは、0.
75〜1.1 とする。当該範囲外であると、プライマー層の
耐衝撃性が劣る。

【００３３】上記ポリオール成分の主体となる長鎖ポ
リオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエス
テルポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオ
ール等、特に限定されないが、耐衝撃性等の見地から、
下記ポリエテル系のものがが好ましい。

【００３４】ポリエステルポリオールコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピペリン酸等のジ
カルボン酸にエチレングリコール、ポリオキシシエチレ
ングリコール、ジプロピレングリコール、ポリオキシプ
ロピレングリコール等のジオール成分を過剰に反応させ
て得られるもの。

【００３５】上記イソシアネート成分としては、黄変
性・非黄変性等任意であるが、下記非黄変性のものが、
耐候性の見地から望ましい。

【００３６】非黄変性イソシアネート本来の脂肪族イソシアナートの他に脂環式イソシアナー
トも含み、ヘキサメチレンジイソシアナート（ＨＭＤ
Ｉ）、キシレンジイソシアナート（ＸＤＩ）、水添キシ
レンジイソシアナート（水添ＸＤＩ）、４，４´−メチ
レンビスジシクロヘキシルジイソシアナート（Ｈ１２Ｍ
ＤＩ）、メチルシクロヘキシルジイソシアナート（水添
ＴＤＩ）、及びイソホロンジイソシアナート（ＩＰＤ
Ｉ）等、さらには、取扱上の見地から、それらを高分子
化させたダイマー、トリマー、トリメチロールプロパン
付加体、プレポリマーなど、を挙げることができる。

【００３７】上記ウレタン樹脂用触媒としては、各種
アミン、有機錫化合物、有機亜鉛化合物、等を使用可能
である。

【００３８】(b) 上記オルガノアルコキシシランは、ハ
ードコートとの密着性を確保する作用を有すると推定さ
れる。当該成分のウレタン樹脂塗料塗膜成分１００部に
対する配合量は、通常、１〜１０部、好ましくは、３〜
７部とする。１部未満では本成分の添加効果（ハードコ
ートとの密着性の確保）を奏し難く、１０部を越える
と、耐衝撃性の改善効果が阻害されるおそれがある。オ
ルガノアルコキシシランとしては、前述の前述のシラン
系硬化塗膜の説明で例示したものを使用できる。

【００３９】(c) 加水分解用触媒は、通常、塩酸を使用
し、例えば、塩酸の１０^-2Ｎ水溶液の形態で水とともに
添加し、極性溶媒としては、メチルエチルケトン（ＭＥ
Ｋ）、アセトン、アセチルアセトン、等を好適に使用可
能である。

【００４０】(2) 上記無機微粒子は、屈折率の調製及び
耐候性向上の作用を担うと推定される。無機部粒子の粒
子径は、通常、１〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜５０
ｎｍとする。１０ｎｍ未満では塗膜の屈折率の向上を期
待し難く、５０ｎｍを越えると塗膜が乱反射しやすく、
曇り現象が発生し易い。そして、無機微粒子は、通常、
アルコール分散ゾルの形態で使用することが望ましい。

【００４１】無機微粒子の配合量は、塩・酸化物の種
類、及び、要求される屈折率により異なるが、通常、塗
膜成分（ウレタン樹脂）１００部に対して、１０〜１０
０部とする。１０部未満では無機微粒子の添加効果（屈
折率を高める）を奏し難い。１００部を越えると塗膜に
曇りが発生し易い。

【００４２】上記無機微粒子は、前述のシラン系硬化塗
膜の説明で例示した金属酸化物のうちから、単独、又
は、複合微粒子として適宜選択して使用することができ
る。なお、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ
素、等の窒化物、さらには、ホウ化物、硫化物、フッ化
物、金属塩等の内からも、適宜選択して使用することも
可能である。

【００４３】(3) 上記加水分解の反応生成物に上記無機
微粒子を添加攪拌して調製したプライマー塗料を、上記
有機ガラス基材上に塗布して本発明の光学要素を得る。

【００４４】このプライマー層の膜厚は、０．０１〜５
０μｍである。０．０１μｍ以下にすると耐衝撃性の効
果は余り望めないし、５０μｍ以上にすると、面精度
（レベリング性）が低下する。プライマー層の屈折率
は、無機微粒子の種類や量にもよるが、１．４０〜１．
７０である。

【００４５】コーティング方法としては、ディッピング
法、スピンコート法など公知の方法から選ばれる。硬化
条件は、８０℃〜１２０℃の範囲で１分〜６０分であ
る。

【００４６】

【発明の作用・効果】本発明の光学要素（プラスチック
レンズ）は、上記のような構成のプライマー層が、ハー
ドコートと有機ガラスとの間に介在することにより、従
来と同様又はそれ以上の耐衝撃性を、ハードコート上に
反射防止膜が形成された光学要素に付与できることは勿
論、そのプライマー層の屈折率を１．４０〜１．７０の
範囲に自由に調整できるので、どの有機ガラスにも応用
できる。又、今までのウレタン樹脂によるプライマー層
に比して、耐候性も向上する。

【００４７】

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために、比較
例とともに行なった実施例について説明をする。

【００４８】Ａ．プライマー塗料の調製各実施例・比較例の塗料は、表１に示す処方の組成物
（無機微粒子を除く）を、４ｈ還流して反応させて得た
反応生成物に、表示無機微粒子を添加して各プライマー
塗料を調製した。

【００４９】なお、各実施例、比較例に使用した各成分
の具体例は下記の通りである。

【００５０】ポリイソシアネート…「コロネートＨ
Ｘ」日本ウレタン樹脂工業株式会社製、非黄変性アダ
クトポリマー（ＨＭＤＩ系）、ＮＣＯ含量２０％ポリエステルポリオールＩ…「ニッポラン１９２」
日本ウレタン樹脂工業株式会社製、ＯＨ価：１０７ KOH
mg/g 、固形分濃度：８０％ポリエステルポリオールII…「ニッポラン１３１」日
本ウレタン樹脂工業株式会社製、ＯＨ価：１４７ KOH m
g/g 、固形分濃度：１００％無機微粒子…いずれも粒径３０ｎｍの表示の酸化物
を、固形分３０％でメタノール分散させたゾル、複合酸
化物の組成比は、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ／ＴｉＯ₂ ＝２／９８、Ｃ
ｅＯ₂ ／ＴｉＯ₂ ＝２０／８０Ｂ．ハードコート液の調製＜ハードコート液ａ＞γ−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシラン１００部、ＭｅｏＨ２００部、１０^-2ＮＨ
Ｃｌ１００部を２時間還流にて加水分解後、メタノール
シリカゾル１２００部、アセチルアセトンアルミニウム
７部、「Ｆｃ４３０」（住友３Ｍ社製フッ素系界面滑性
剤、以下同じ）０．４部を加える。

【００５１】＜ハードコート液ｂ＞γ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン１００部、ケイ酸エチル１５
部、メタノール２０部、１０^-2ＮのＨＣｌ２５部を混合
し、室温にて２４時間加水分解し、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ／ＴｉＯ
₂ 複合体のアルコール性ゾル（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ／ＴｉＯ ₂ ＝
２／９８、平均粒径３０ｎｍ、固形分濃度３０％）１０
０部、アセチルアセトンアルミニウム２０部、「ＦＣ−
４３０」４部を混合した。

【００５２】＜ハードコート液ｃ＞ハードコート液ｂに
おいて、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ／ＴｉＯ₂ 複合体のアルコール性ゾ
ルの代わりにＳｎＯ₂ アルコール性ゾル（平均粒径３０
ｎｍ、固形分濃度３０％）を用いる。

【００５３】＜ハードコート液ｄ＞γ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン１００部、ケイ酸エチル１５
部、メタノール２０部、１０^-2ＮＨｃｌ２５部を混合
し、室温にて２４時間加水分解し、ＷＯ₃ アルコール性
ゾル（平均粒径３０ｎｍ、固形分濃度３０％）１５０
部、アセチルアセトンアルミニウム２０部、「ＦＣ−４
３０」４部を混合した。

【００５４】＜ハードコート液ｅ＞ハードコート液ｄに
おいて、ＷＯ₃ ゾルの代わりにＳｂ₂ Ｏ₃ アルコール性
ゾル（平均粒径３０ｎｍ、固形分濃度３０％）を用い
る。

【００５５】Ｃ．試験片の調製 (1) プライマー層の形成表１に示す基材に、表示の各実施例のプライマー塗料
を、ディッピング法（引上げ速度１００mm／sec ）で塗
布し、１００℃×１０分の条件で硬化させた。なお、使
用した基材の各仕様は下記の通りである。なお、試験片
１２は、プライマー塗膜を形成しなかった。

【００５６】ＣＲー３９：ポリグリコールビスアリル
カーボネート製レンズ、屈折率１．５０１．５７レンズ：イソフタル酸ジアリル・安息香酸ア
リル・メタクリル酸ベンジル共重合体、屈折率１．５
７１．６レンズ：ジフェン酸ジアリル・ウレタンアクリ
レート・ジイソプロピルパーオキシジカーボネート共重
合体、屈折率１．６１．６６レンズ：ポリチオウレタン製レンズ、屈折率
１．６６ (2) ハードコートの形成上記プライマー塗膜を形成した基材の上に、表示のハー
ドコート液を、ディッピング法（引上げ速度１００mm／
sec ）で塗布し、１００℃×２時間又は１１０℃×２時
間の条件で硬化させた。

【００５７】(3) 反射防止膜の形成上記ハードコートを形成した基材の上に、無機物質を以
下に示す構成で真空蒸着法によって蒸着膜を形成する。

【００５８】ＳｉＯ₂ ／ＺｒＯ₂ ：1/4 λ、ＺｒＯ₂ ：
1/4 λ、ＳｉＯ₂ ：1/4 λ Ｄ．試験項目上記の如く調製した各試験片について、下記各項目の試
験を行なった。

【００５９】(1) プライマー層とシリコー系硬化塗膜と
の密着性試験反射防止膜を形成する前の試験片について、１cm四方に
１mm間隔で１００個のマス目を形成し、セロハン製粘着
テープを強く押しつけた後、９０°方向に急激に剥離し
て、剥離しないます目の数を数えた。

【００６０】(2) 耐擦傷性試験スチールウール（＃００００）で６００ｇの荷重を作用
させて各試験片の反射防止膜の表面を３０回こすったと
きの傷の入り具合を、下記基準で判定をした。

【００６１】○傷の入った面積が１０％以内。

【００６２】△傷の入った面積が１０％を越え３０％以
内。Χ傷の入った面積が３０％を越える。

【００６３】(3) 耐衝撃試験鋼球を１２７cmの高さから、試験片の中心部へ落下さ
せ、何グラムまで割れないか（耐えるか）で判定をし
た。

【００６４】(4) 外観背景を黒くした中に蛍光灯（三波長形中白色）「商品
名；ルピカエース１５Ｗ三菱電機株式会社製」を置き、
蛍光灯の光りを試験片の反射防止膜表面で反射させ、対
象物表面にできる光り干渉色（虹模様）の有無により判
定した。

【００６５】(5) 耐候性試験促進耐候性試験（スガ試験機株式会社製「サインシャイ
ンスーパーロングライフウエザオメータ」）で２００ｈ
暴露して、外観等の以上の有無を目視判定した。

【００６６】Ｅ．試験結果と評価試験結果を示す表１から、本発明の各実施例は、全て項
目において、良好であることが分かる。他方、無機微粒
子を含まないプライマー（比較例１）を使用した試験片
４の場合、外観において干渉縞が入らないが、耐候性が
劣ることが分かる。また、オルガノアルコキシシランを
含まないプライマー（比較例２）を使用した試験片５の
場合、ハードコートと基材との密着性が劣ることが分か
る。また、プライマー塗膜を有しない試験片１３の場
合、耐衝撃性に劣ることが分かる。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機ガラスの表面に、シリコーン硬化塗
膜及び無機反射防止膜が積層されてなる光学要素におい
て、前記有機ガラスとシリコーン硬化塗膜との間に、下記成
分を必須有効成分とする塗料で形成されてなるプライマ
ー層が介在されていることを特徴とする光学要素。 (a) 二液型ウレタン樹脂塗料にオルガノアルコキシシラ
ンを添加し、該オルガノアルコキシシランを加水分解さ
せて得る反応生成物、 (b) 無機微粒子。
【請求項２】請求項１において前記無機微粒子が金属
酸化物でアルコール性ゾル形態で添加されていることを
特徴とする光学要素。
【請求項３】有機ガラスとシリコーン硬化塗膜との間
にプライマー層を形成するためのプライマー塗料におい
て、下記成分を必須有効成分とすることを特徴とするプライ
マー塗料。 (a) 二液型ウレタン樹脂塗料を配合した状態で、オルガ
ノアルコキシシランを加水分解させて得る反応生成物、 (b) 無機微粒子。
【請求項４】請求項３において前記無機微粒子が金属
酸化物で、アルコール性ゾル形態で添加されてなること
を特徴とするプライマー塗料。