JP2009102513A - 重合体、組成物、硬化物および光記録媒体 - Google Patents

重合体、組成物、硬化物および光記録媒体 Download PDF

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JP2009102513A JP2007275342A JP2007275342A JP2009102513A JP 2009102513 A JP2009102513 A JP 2009102513A JP 2007275342 A JP2007275342 A JP 2007275342A JP 2007275342 A JP2007275342 A JP 2007275342A JP 2009102513 A JP2009102513 A JP 2009102513A
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Abstract

【課題】優れた硬度と耐傷つき性を有する耐汚染性付与剤用組成物ならびにこの組成物を用いた硬化物および物品を提供する。
【解決手段】(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタン:0〜5重量部、(a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、および(a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部を合計で100重量部含むモノマー混合物のラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させてなる構造を有する重合体(A)と、ラジカル重合性光開始剤(B)とを含む組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、優れた硬度と耐傷つき性を有する耐汚染性付与剤として有用な重合体および組成物ならびに該組成物を用いた硬化物および光記録媒体等の物品に関する。特に、薄膜でもこれらの充分な性能を有する硬化膜を与える組成物等に関する。
本発明は、光学物品、特に再生専用光デイスク、光記録デイスク、光磁気記録デイスク等の光記録媒体、またはタッチパネルや液晶テレビのような光学デイスプレイ用透明物品に関するものであり、より詳しくは、記録および/または再生ビーム入射表面(光記録媒体)または指が直接触れる表面(タッチパネル等)の耐汚染性(防汚性)に優れる物品を与えうる重合体およびその組成物等に関する。
プラスチック製品、例えばポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)、メチルメタクリレート−スチレン共重合体(MS樹脂)、アクリロニトリルスチレン共重合体(AS樹脂)などのスチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、トリアセチルセルロースなどの酢酸セルロースなどの樹脂素材は、その軽量性、易加工性、耐衝撃性、などが特に優れているので、容器、自動車のインストルメントパネルや外板、窓材、屋根材、包装材、各種ハウジング材、光ディスク基板、プラスチックレンズ、液晶デイスプレイやプラズマデイスプレイ、プロジェクションTVなどの表示機器の基材、等、種々の用途に用いられている。
しかしながら、これらプラスチック製品は表面硬度が低いため傷つきやすく、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレートのような透明な樹脂においては、その樹脂が持つ本来の透明性あるいは外観が著しく損なわれるという欠点があり、耐摩耗性を必要とする分野でのプラスチック製品の使用を困難なものとしている。
このため、これらプラスチック製品の表面硬度を高めて耐摩耗性を付与するための表面硬化膜(被覆材)が求められている。
一方、最近開発された青色レーザーで書き込み・消去を行なう次世代型光デイスク、カーナビやPDAや携帯電話のタッチパネルデイスプレイ、液晶テレビやプラズマTVのような大画面フラットパネルTVデイスプレイの用途等では、表面硬度や耐久性のみならず、高レベルでの耐汚染性の付与も要求される。
また、次世代型の光情報媒体やタッチパネル等の光学物品においては、近年、指紋汚れが外観だけではなく性能や安全に影響を及ぼすことが問題になり、特に光情報媒体においては、次世代の光情報媒体では記録/再生のエラー増大等、性能に直接影響を及ぼす問題として重大視されるようになってきた。指紋汚れのみではなく使用環境によっては、塵、埃等の他の汚染物質による汚染も起こり、これらも記録不良、再生不良等のエラーの重大な原因となる。
中でも高密度の光情報媒体として、対物レンズの開口度(N/A)を大きくする、および/または記録/再生波長を400nmまで短波長化することで、ビーム集光スポット径を小さくし、単位密度あたりの記録密度を従来(DVD)の数倍以上に高密度化した媒体が提案され、例えばBlu−Ray Disc、またはHD DVD等の新たな光情報媒体が登場してきた。
このように記録密度を高めていくと、媒体の記録/再生ビーム入射側表面における記録/再生ビームの集光スポット径が小さくなるため、特に指紋や塵、埃などの汚れに敏感になる。特に指紋のように有機物を含む汚れについては、汚れが媒体のレーザー光入射側の表面に付着した場合、記録/再生エラー等の深刻な影響を生じるうえ、その除去もしにくいことから、その対策が必要となる。
このような状況において、最近、活性エネルギー線硬化性基を有するシリコーン系化合物、フッ素系化合物を含む特定のハードコート剤組成物からハードコート被膜を次世代光デイスク(高密度光記録情報媒体)の表面に形成させ、優れた耐指紋性を示すことが記載されている(例えば、特許文献1、特許文献2)。このような被膜は指紋付着径を小さくするような優れた撥水・撥油性を示すが、指紋のふき取り性やその耐久性については十分とは言えなかった。これは、ハードコート層が約2μmと薄いにも関わらず、活性エネルギー線硬化性基が十分な薄膜硬化性を有する基ではなかったり、耐汚染性付与剤の骨格自体が、依然として硬度が比較的低い構造であることによると考えられる。
一方で、本発明者らは、特定のポリシロキサン基とエポキシ基を含ませた特定の共重合体、あるいはその(メタ)アクリル酸反応物が耐汚染性付与剤として有効であることを見出している(特許文献3、特許文献4)。
特開2004−152418号公報 特開2005−112900号公報 特開2006−160802号公報 WO2006/059702号公報
しかしながら、ハードコート被膜の撥水撥油性を上げる一方で、調製中のハードコート用塗布液や塗布後の膜に泡が発生しその泡が消えにくく、このことが塗膜欠陥の原因になったり、生産上の著しい障害になるという課題があり、高い撥油性と低い起泡性の両立をどのようにしたら実現できるかは、未知の課題であった。
また、前述の如く、特許文献3,4には、特定のポリシロキサン基とエポキシ基を含ませた特定の共重合体、あるいはその(メタ)アクリル酸反応物が耐汚染性付与剤として極めて有効であることが報告されているが、特許文献3,4に記載の耐汚染性付与剤においては、メルカプト基とエポキシ基との副反応による架橋/不溶化/ゲル化を抑えるため、ポリシロキサン基中のメルカプト基とエポキシ基のモル比を一定範囲に制御する必要があり、このため、特に高いポリシロキサン基含量が必要な用途(油性マジックはじき性、油性マジックふき取り性、表面のすべり性などが要求される用途)への適用には限界を生じるという課題があった。
本発明は上記課題を解決し、薄膜でも、高硬度化および耐摩耗性付与が可能、かつ、優れた耐汚染性および耐汚染性の耐久性を付与でき、さらに起泡性が小さく、消泡性に優れる耐汚染性付与剤等を実現し得る重合体およびその組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、このような組成物の硬化物、および硬化膜を表面に有する物品、特に、光記録媒体、タッチパネルデイスプレイ等の光学用途の物品で、表面に、高硬度および耐摩耗性を有し、かつ、優れた耐汚染性および耐汚染性の耐久性をも有するような物品を提供することを目的とする。
本発明者らの検討によれば、共重合系成分として炭素数8以上の直鎖パーフルオロアルキル基を多く入れると、撥水撥油性が向上する傾向がある一方、起泡効果が発現し、塗布液調製中に液が泡立ちやすく、また塗布後の膜にも泡が残ってしまうことが分かった。
更に検討の結果、本発明者らは、パーフルオロアルキル基のうち、炭素数8以上の直鎖のパーフルオロアルキル基の含量を特定範囲に抑え、同時にジメルカプトポリシロキサンを特定量加えて共重合したポリマーをベースにすることで、高い撥水撥油性を発現しながら、起泡性が小さく、消泡性に優れた重合体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
[1] (a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、
(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、
(a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、
および
(a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部
を合計で100重量部含み、上記(a4)のうち炭素数8以上の直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートが50重量%未満であるモノマー混合物のラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させてなる構造に相当する構造を有してなることを特徴とする重合体(A)。
[2] 固形分として、該重合体(A)と、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)とを、固形分濃度が40重量%で、固形分中の該重合体(A)の割合が10重量%となるように溶解した2−メトキシプロパノール溶液30mLを内径2cmの50mLの円柱状の容器に入れ、10秒間に50回振とうした際に生成する液表面の泡が5分以内に消泡し、液中の泡が10分以内に消泡することを特徴とする[1]に記載の重合体(A)。
[3] (a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、
(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、
(a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、
および
(a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部
を合計で100重量部含むモノマー混合物のラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させてなる構造に相当する構造を有してなる重合体(A)であって、
固形分として、該重合体(A)と、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)とを、固形分濃度が40重量%で、固形分中の該重合体(A)の割合が10重量%となるように溶解した2−メトキシプロパノール溶液30mLを内径2cmの50mLの円柱状の容器に入れ、10秒間に50回振とうした際に生成する液表面の泡が5分以内に消泡し、液中の泡が10分以内に消泡することを特徴とする重合体(A)。
[4] 前記(a1)が、α,ω−ジメルカプトポリジメチルシロキサンである[1]ないし[3]のいずれかに記載の重合体(A)。
[5] 前記モノマー混合物が、更に、(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタン:5重量部以下を含む[1]ないし[4]のいずれかに記載の重合体(A)。
[6] 前記重合体(A)100重量部に1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン3重量部を混合した組成物(ただし、この組成物は固形分として重合体(A)と1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンのみを含む)を、100μm厚の易接着性PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜の鉛筆硬度がB以上であって、かつ該硬化膜の水に対する接触角が100度以上で、ヘキサデカンに対する接触角が50度以上である[1]ないし[5]のいずれかに記載の重合体(A)。
[7] [1]ないし[6]のいずれかに記載の重合体(A)と、ラジカル重合性光開始剤(B)とを含むことを特徴とする組成物。
[8] 更に、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)を含む[7]に記載の組成物。
[9] 更に、ラジカル重合性の有機(メタ)アクリレート化合物および/またはラジカル重合性の有機(メタ)アクリルアミド化合物(D)と、重合体(A)以外の、ラジカル重合性基を有するポリマー(E)とからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する[7]または[8]に記載の組成物。
[10] 更に、アセチレンアルコール構造を有する化合物(Q)を消泡助剤として含む[7]ないし[8]のいずれかに記載の組成物。
[11] 該組成物を100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜の膜表面から厚さ3nmの位置での耐汚染性付与基の含有量が、該硬化膜全体の耐汚染性付与基の平均含有量の3倍以上となる[7]ないし[10]のいずれかに記載の組成物。
[12] [7]ないし[11]のいずれかに記載の組成物に活性エネルギー線を照射してなる硬化物。
[13] [7]ないし[11]のいずれかに記載の組成物に活性エネルギー線を照射してなる硬化膜を表面に有する物品。
[14] 光学用に用いられる物品である[13]に記載の物品。
[15] 光記録媒体または光学ディスプレイ用積層体である[13]に記載の物品。
[16] 基板上に、少なくとも記録層または反射層を含む多層膜を有する光記録媒体であって、該媒体の光入射側の最表面に、[7]ないし[11]のいずれかに記載の組成物からなる硬化膜を有してなる光記録媒体。
[17] 前記記録層または反射層の、基板とは反対側の最表面に前記硬化膜を有してなる[16]に記載の光記録媒体。
[18] 前記多層膜と硬化膜との間に光透過層を有してなる[16]または[17]に記載の光記録媒体。
[19] 該光透過層が、無機酸化物微粒子および/またはウレタンアクリレートを含有する[18]に記載の光記録媒体。
[20] 透明樹脂基材を含む積層体であって、該積層方向の少なくとも一方の最表面に、[7]ないし[11]のいずれかに記載の組成物に活性エネルギー線を照射してなる硬化膜を有する光学ディスプレイ用積層体。
[21] (a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、
(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、
(a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、
および
(a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部
を合計で100重量部含み、上記(a4)のうち炭素数8以上の直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートが50重量%未満であるモノマー混合物をラジカル重合させた後、得られたラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させることを特徴とする重合体(A)の製造方法。
[22] (a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、
(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、
(a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、
および
(a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部
を合計で100重量部含むモノマー混合物をラジカル重合させた後、得られたラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させる重合体(A)の製造方法であって、
固形分として、該重合体(A)と、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)とを、固形分濃度が40重量%で、固形分中の該重合体(A)の割合が10重量%となるように溶解した2−メトキシプロパノール溶液30mLを内径2cmの50mLの円柱状の容器に入れ、10秒間に50回振とうした際に生成する液表面の泡が5分以内に消泡し、液中の泡が10分以内に消泡する重合体(A)を製造することを特徴とする重合体(A)の製造方法。
[23] 前記(a1)が、α,ω−ジメルカプトポリジメチルシロキサンである[21]または[22]に記載の重合体(A)の製造方法。
[24] 前記モノマー混合物が、更に、(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタン:5重量部以下を含む[21]ないし[23]のいずれかに記載の重合体(A)の製造方法。
本発明の重合体(A)を含む組成物であれば、起泡性が小さく、万一起泡しても、消泡性に優れ、従って、形成される塗膜に欠陥を生じにくく、しかもこれを物品等の表面に薄く塗布して硬化させた薄膜であっても、該物品等が優れた硬化性、耐傷つき性、透明性、耐汚染性を有するものとなり、更に、それらの性能の耐久性も非常に優れたものとなる。
そのため、本発明は、光記録媒体表面の保護、タッチパネルや平面デイスプレイ等の光学デイスプレイ、携帯電話筐体、自動車透明部品保護、農ビ(ハウス)等の透明部の保護などの幅広い用途に好適に適用することができる。
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
また、本発明でいう「重合」とは、特に断わらない限り、いわゆる「共重合」も含む広義の重合である。従って、本発明において、「重合体」には、「共重合体」も含まれる。
また、本発明でいう「室温」とは、その実験などを行っている場所の温度をいい、例えば、15〜30℃の温度、より好ましくは20〜25℃を意味する。
また、「通常酸素濃度」とは18〜22%、より好ましくは19〜21%を意味する。
また、「(メタ)アクリレート」は「アクリレートおよび/またはメタクリレート」を意味し、「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリル」についても同様である。
[重合体(A)]
本発明の重合体(A)は、
(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、
(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、
(a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、
および
(a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部
を合計で100重量部含むモノマー混合物のラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させた構造に相当する構造を有するものである。
本発明の重合体(A)の第1の態様にあっては、上記(a4)のパーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレートのうち、炭素数8以上の直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートが50重量%未満であることを特徴とする。
また、本発明の重合体(A)の第2の態様にあっては、固形分として、該重合体(A)と、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)とを、固形分濃度が40重量%で、固形分中の該重合体(A)の割合が10重量%となるように溶解した2−メトキシプロパノール溶液30mLを内径2cmの50mLの円柱状の容器に入れ、10秒間に50回振とうした際に生成する液表面の泡が5分以内に消泡し、液中の泡が10分以内に消泡することを特徴とする。
以下に重合体(A)の好ましい製造方法を記す。
なお、以下において、本発明の重合体(A)の製造原料としてのモノマー混合物100重量部中の各成分の量(重量部)を「使用量」と称す場合がある。
<(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン>
本発明において(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンは、下記の繰り返し構造単位が2以上連結されたポリシロキサン構造を有する。
−(SiR−O)−
式中、RおよびRは、それぞれ独立して、置換基を有していても良いアルキル基または置換基を有していても良いフェニル基を表し、好ましくはヒドロキシル基またはアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基(より好ましくはアルコキシ基およびアルキル基の炭素数が1〜3である)であり、更に好ましくは置換基を有しない炭素数1〜3のアルキル基であり、最も好ましくはメチル基である。
このような化合物としては、例えば、α,ω−ジメルカプトポリジメチルシロキサン、α,ω−ジメルカプトポリジエチルシロキサン、α,ω−ジメルカプトポリメチルエチルシロキサン、α,ω−ジメルカプトポリジヒドロキシメチルシロキサン、α,ω−ジメルカプトポリジメトキシメチルシロキサン等が挙げられるが、中でも好ましいのはα,ω−ジメルカプトポリジメチルシロキサンで、このメルカプト基は直接ポリシロキサン基に連結していても良いし、アルキレン基を介してポリシロキサン基に連結していてもよい。より好ましくは、メルカプト基がプロピレン基を介してポリシロキサン基に連結しているポリシロキサン(α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサン)である。ただし、これらに何ら限定されるものではない。
(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンは、耐汚染性と硬度をバランス良く達成するため、数平均分子量1000〜5000程度であることが好ましい。
このような(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
本発明において、(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンの使用量は、0.01重量部以上、15重量部以下である。(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンの使用量が0.01重量部未満では耐汚染性付与が不十分であり、15重量部を超えると得られる重合体(A)と他の成分との相溶性(重合反応時の系の均一相溶性、並びに組成物としたときの重合体(A)と他の成分との相溶性)が低下したり、硬化膜の硬度が低下し、好ましくない。
好ましくは(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンの使用量は1重量部以上である。
また、好ましくは(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンの使用量は12重量部以下である。
<(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート>
(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレートのいくつかの代表的な具体例を示すと、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート等のグリシジル基を有する(メタ)アクリレート;3,4−エポキシシクロヘキシルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート等の脂環構造に直接エポキシ基が結合している(メタ)アクリレートが挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。
これらの中では、入手の容易さ、(メタ)アクリル酸による変性のしやすさから、グリシジルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート等が特に好ましい。
このような(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレートは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレートの使用量は、5重量部以上、60重量部以下である。(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレートの使用量が5重量部未満では(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸変性による光ラジカル重合による高硬化性や高硬度化効果、表面硬化性の向上効果などが発現できず、60重量部を超える範囲では、ポリマー溶液の増粘や液安定性の低下が見られる場合があり、また一層の高硬化性や高硬度化も見られず、いずれも好ましくない。
好ましくは(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレートの使用量が15重量部以上である。また、好ましくは(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレートの使用量は55重量部以下である。
<(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタン>
本発明に係るモノマー混合物は、(a3)分子量100〜300単官能メルカプタンを含んでいても良く、この場合にはより優れた消泡性を示すため好ましい。また、本発明の重合体(A)のように、メルカプト基とこれと反応しやすい官能基(例えばエポキシ基、イソシアネート基、アルコキシシリル基など)を有するフリーラジカル重合性モノマーでは、重合時に、メルカプト基と、エポキシ基などの上記のような反応基が副反応を起こし、架橋/不溶化/ゲル化といった問題を生じる場合があるが、(a3)分子量100〜300単官能メルカプタンを使用することにより、後述の如く、副反応を制御して、架橋/不溶化/ゲル化を抑え、良好な重合体(A)を製造することができる。
(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタンとしては、例えば、ヘキシルメルカプタン、デシルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、ヘキサデシルメルカプタン、ステアリルメルカプタンなどのアルキルメルカプタン;シクロヘキシルメルカプタンなどのシクロアルキルメルメルカプタン;チオフェノール、クロロチオフェノール、メルカプトナフタレンなどの芳香族メルカプタンなどを例示することができるが、これらに何ら限定されるものではない。中でも、反応性、反応選択性、臭気などを考慮すると、デシルメルカプタン、ドデシルメルカプタンなどの炭素数9〜15のアルキルメルカプタンが最も好ましい。
本発明で用いる単官能メルカプタンの分子量が100以上では、揮発性が低いため、重合反応時に反応系から逃げることなく、効果を発現しやすい。また、単官能メルカプタンの分子量が300以下であると、他のモノマーとの相溶性が向上し、相分離をおこしにくく、好ましい。単官能メルカプタンのより好ましい分子量は150以上であり、また250以下である。
このような(a3)単官能メルカプタンは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタンを用いる場合、その使用量は0.01重量部以上、特に0.1重量部以上であり、5重量部以下、特に4重量部以下であることが好ましい。(a3)単官能メルカプタンの使用量が0.01重量部以上であると、(a3)単官能メルカプタンの濃度が適当となり、反応性が十分で、(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンと(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレートとの副反応を起こさないよう制御可能となる。一方、(a3)単官能メルカプタンの使用量が5重量部以下であると、未反応のモノマーが残りにくく、得られる重合体(A)の分子量が適当となり、好ましい。
また、(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタンを用いる場合、(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンのメルカプト基(以下「M(a1)」と記す。)と(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタンのメルカプト基(以下「M(a3)」と記す。)とのモル比M(a1)/M(a3)が0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上であり、20以下、好ましくは15以下、より好ましくは10以下となる量で用いることが好ましい。M(a1)/M(a3)が0.01以上であると、(a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサンのメルカプト基と、(a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレートのエポキシ基との反応による架橋、枝分かれによる増粘、溶解性低下などが実質的に起こらないように制御でき、20以下であると未反応のモノマーが残りにくく、得られる重合体(A)の分子量が好適なものとなり、好ましい。
<(a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート>
パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレートとしては特に制限はないが、炭素数が8以上で、直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートを多量に用いると本発明の重合体(A)溶液、あるいはこの重合体(A)を用いた組成物溶液の起泡性が必要以上に高くなり、問題であることから、(a4)のパーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレートは、炭素数8以上の直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレート以外のパーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレートを主成分とすることが好ましい。
(a4)成分中、50重量%未満の範囲であれば、炭素数8以上の直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートを用いても良く、このようなものとしては、例えば、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロデシルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルグリシジルエーテルの(メタ)アクリル酸付加物などの1種又は2種以上が挙げられる。(a4)成分中の炭素数8以上の直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートの割合は特に45重量%以下であることが好ましい。
(a4)成分中、50重量%を越える範囲で用いるのに好ましいパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートとしては、
・炭素数4〜7の直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレート、例えば、パーフルオロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロヘキシルグリシジルエーテルの(メタ)アクリル酸付加物、パーフルオロヘプチルグリシジルエーテルの(メタ)アクリル酸付加物など
・炭素数6以上で、末端がジフルオロメチル基のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレート、例えば、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチル(メタ)アクリレート、1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロノニル(メタ)アクリレートなど
・炭素数8以上で、分岐を有するパーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート、例えば、2−(パーフルオロ−7−メチルオクチル)エチル(メタ)アクリレートなど
・炭素数8以上で、内部オレフィン構造を有するパーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート、例えば、ヘプタデカフルオロノネニル(メタ)アクリレートなど
が好ましいものとして挙げられる。
これらのうち、炭素数6の直鎖・飽和パーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレート、例えば、パーフルオロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロヘキシルグリシジルエーテルの(メタ)アクリル酸付加物が特に好ましい。
これらの(a4)パーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
(a4)パーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートの使用量は、20重量部以上、60重量部以下である。(a4)パーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートの使用量が20重量部未満ではパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートの撥油性に由来する耐油性汚れ性の向上などの効果が十分に発現されず、60重量部を超えると重合体(A)と他の成分との相溶性が低下したり、硬化膜の硬度が低下し、表面の耐傷つき性や鉛筆硬度が低下するため、やはり好ましくはない。
好ましくは(a4)パーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートの使用量は25重量部以上である。
また、好ましくは(a4)パーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートの使用量は55重量部以下である。
<(a5)その他の(メタ)アクリレート>
(a5)その他の(メタ)アクリレートとしては、特に限定されないが、好ましくはエポキシ基との反応性が低く、生成ポリマーの安定性を低下させないもの、あるいは骨格が剛直で、硬度を下げないもの、耐汚染性を更に向上しうるもの、などが求められる。
このような(a5)その他の(メタ)アクリレートのいくつかの具体例を挙げると、スチレン、またはその低級(炭素数1〜4の)アルキル基、アルケニル基置換誘導体、炭素数1〜20のアルキル(メタ)アクリレート、アルキル(メタ)アクリルアミド、炭素数5〜20の(ポリ)シクロアルキル側鎖を有するシクロアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド類等のラジカル重合性モノマーなどを例示することができる。
(a5)その他の(メタ)アクリレートは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
(a5)その他の(メタ)アクリレートの使用量は、1重量部以上、50重量部以下である。(a5)その他の(メタ)アクリレートの使用量が1重量部未満では溶解性や透明性が劣り、一方50重量部を超えると、重合体(A)の硬度が低下し、表面の耐傷つき性や鉛筆硬度が低下するため、やはり好ましくはない。
好ましくは(a5)その他の(メタ)アクリレートの使用量は5重量部以上である。
また好ましくは(a5)その他の(メタ)アクリレートの使用量は40重量部以下である。
<溶媒>
上述の(a1)〜(a5)成分を含むモノマー混合物のラジカル重合に際しては、均一性を向上させるために、溶媒を加えても良い。
このような溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等のケトン系溶媒;エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール(IPA)、イソブタノール等のアルコール系溶媒;エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル系溶媒;酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、2−エトキシエチルアセタート等のエステル系溶媒;トルエン等の芳香族炭化水素溶媒;および水が好ましい例として挙げられる。
これらの溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
<ラジカル重合開始剤>
上述の(a1)〜(a5)成分を含むモノマー混合物のラジカル重合には、ラジカル重合開始剤を用いるのが好ましい。
該ラジカル重合開始剤としては、一般にラジカル重合に用いられる公知の開始剤を用いることができ、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキシド等の有機過酸化物、2,2’−アゾビスブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物が好ましい例として挙げられる。
これらのラジカル重合開始剤は、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
<ラジカル重合方法および条件>
上述の(a1)〜(a5)成分を含むモノマー混合物に更に必要に応じて溶媒およびラジカル重合開始剤を用いてラジカル重合を行う際の、モノマー成分と溶媒との混合・溶解方法等には特に制限はないが、例えば、モノマー成分と溶媒の混合後、一定時間以内、好ましくは3時間以内にラジカル重合開始剤を添加して、重合を開始するのが好ましい。
ラジカル重合に供する反応液中のモノマー成分の総和濃度は、好ましくは10重量%以上、60重量%以下であり、ラジカル重合開始剤は、好ましくはモノマー成分の合計に対し、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.2重量%以上で、好ましくは10重量%以下、より好ましくは2重量%以下使用される。
また、好ましい重合条件は用いるラジカル重合開始剤により異なるが、重合温度は通常20〜150℃、重合時間は通常1〜72時間である。
<(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸>
本発明においては、上述のようにして得られるラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸、好ましくは1分子内に1〜5個の(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を付加させる。
ここで用いる(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸としては、例えば、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートと無水コハク酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸などの酸無水物の付加体、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートと無水コハク酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸などの酸無水物の付加体、などを挙げることができる。これは1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
<付加反応方法および条件>
この付加反応では、ラジカル重合体が有するエポキシ基と、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸のカルボキシル基とが反応する。
ラジカル重合体と(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸とは、ラジカル重合体のエポキシ基と(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸のカルボキシル基との比(以下単に「エポキシ基/カルボキシル基」と称す場合がある。)が1以上となる割合で用いるのが好ましい。またエポキシ基/カルボキシル基が10以下であるのが好ましく、より好ましくは5以下、さらに好ましくは2以下である。
エポキシ基/カルボキシル基が上記下限値以上であると、未反応で残る(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸による安定性の低下を防ぐことができ、上記上限値であると、残存するエポキシ基による安定性の低下を防ぐことができるため好ましい。
また、ラジカル重合体が有するエポキシ基のうち、50〜99%が(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸のカルボキシル基と反応していることが好ましい。
この付加反応は、50〜110℃で3〜50時間行うのが好ましい。
また本反応では、反応を促進させるために、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリドおよびトリフェニルホスフィンなどの公知の触媒の1種または2種以上を使用することができる。その使用量は反応混合物(即ち、ラジカル重合体と、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸との合計)に対して0.01重量%以上であるのが好ましく、0.05重量%以上であるのが好ましい。また2重量%以下であるのが好ましく、1重量%以下であるのがより好ましい。
また、本反応では、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸の(メタ)アクリロイル基によるラジカル重合を防止するために、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、カテコール、p−t−ブチルカテコール、フェノチアジンなどの重合禁止剤の1種または2種以上を使用するのが好ましい。重合禁止剤の使用量は、反応混合物に対して0.01重量%以上であるのが好ましく、0.05重量%以上であるのがより好ましい。また1重量%以下であるのが好ましく、5重量%以下であるのがより好ましい。
このようにして、本発明の重合体(A)を得ることができる。
なお、重合体(A)は上記方法で得られる重合体に相当する構造を有していればよく、上記製造法で得られたものに限定されない。
<物性>
本発明の重合体(A)は、望ましくは、次のような物性を有する。
(消泡性)
本発明の重合体(A)は、固形分として、該重合体(A)と、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)とを、固形分濃度が40重量%で、固形分中の該重合体(A)の割合が10重量%となるように溶解した2−メトキシプロパノール溶液30mLを、内径2cmの50mL(容量)の円柱状(有底円筒形状)の容器に入れ、10秒間に50回振とうして静置し、表面の泡が消えるまでの時間/液中の泡が消えるまでの時間を目視での評価で測定した際、生成した液表面の泡が5分以内、液中の泡が10分以内で消えるような優れた消泡性を有する。
なお、この消泡性の評価で用いる、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)については、本発明の組成物の項で詳述する。
(鉛筆硬度及び接触角)
本発明の重合体(A)は、重合体(A)以外の重合性のモノマー等を併用することなく、重合体(A)のみであっても、活性エネルギー線の照射により重合して硬化膜を形成することができ、しかも、この硬化膜がある程度の硬さと、優れた撥水、撥油性を示すという特徴を有するが、特に、本発明の重合体(A)100重量部に1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン3重量部を混合した組成物(ただし、この組成物は固形分として重合体(A)と1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンのみを含む)を、100μm厚の易接着性PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜は、好ましくは以下の物性を有する。なお、この紫外線照射は、通常酸素濃度雰囲気下で行われる。
この硬化膜の好適な物性については、後述の本発明の硬化物の好適物性と同様である。
(1) 鉛筆硬度がB以上
(2) 水に対する接触角が100度以上
(3) ヘキサデカンに対する接触角が50度以上
重合体(A)が上記(1)の物性を有することにより、硬化収縮率の高い重合性モノマーを多く含まずとも鉛筆硬度の高い硬化膜を与える組成物を得ることができ、これによって厚みの薄い基材上に硬化膜を形成した場合や膜厚の厚い硬化膜を形成した場合に反り量を小さくできるため、好ましい。
なお、重合体(A)を含む塗膜の硬化は、紫外線に限らず、電子線、α線、β線、γ線等の活性エネルギー線を用いることができ、本発明における「活性エネルギー線を照射して重合」としては、光ラジカル重合または光カチオン重合が好ましい例として挙げられる。
[組成物]
本発明の組成物は、上述の本発明の重合体(A)と、ラジカル重合性光開始剤(B)とを必須成分とし、好ましくは更に、
1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)、
更には、
ラジカル重合性の有機(メタ)アクリレート化合物および/またはラジカル重合性の有機(メタ)アクリルアミド化合物(D)、および/または、重合体(A)以外の、ラジカル重合性基を有するポリマー(E)
更には
アセチレンアルコール構造を有する化合物(Q)
を含む。
ここで、ラジカル重合性の有機(メタ)アクリレート化合物とは、1分子中に1個〜2個の(メタ)アクリル基を有する有機(メタ)アクリレート化合物をいう。
<重合体(A)>
本発明の組成物には、上述の本発明の重合体(A)の1種のみが含まれていても良く、2種以上が含まれていても良い。
本発明の組成物中の本発明の重合体(A)の含有量は、組成物の用途や用いた重合体(A)の種類、その他の含有成分の組成によっても異なるが、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上で、好ましくは20重量%以下、より好ましくは15重量%以下である。重合体(A)の含有量が0.5重量%以上であれば耐汚染性が良好となり、20重量%以下であれば硬度が高くなり、塗布性に優れる。
<ラジカル重合性光開始剤(B)>
ラジカル重合性光開始剤(B)としては、公知のものを広く採用できるが、好ましくは、アルキルフェノン型化合物(α−ヒドロキシアセトフェノン系、α−アミノアセトフェノン系、ベンジルケタール系など)、アシルホスフィンオキシド型化合物、オキシムエステル化合物、オキシフェニル酢酸エステル類、ベンゾインエ−テル類、フェニルギ酸エステル類、ケトン/アミン化合物等が挙げられる。具体的には、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾインジフェニルホスフィンオキシド、2−メチル−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−1−プロパノン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、メチルベンゾイルフォルメート、ミヒラーズケトン、N,N−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン等が好ましい。
これらのラジカル重合性光開始剤(B)は、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
本発明の組成物中のラジカル重合性光開始剤(B)の含有量は、用いるラジカル重合性光開始剤(B)の種類によって適宜定めることができるが、組成物中の重合体(A)、その他後述の(C1)成分及び(C2)成分、(D)成分、(E)成分等の組成物中の重合性成分の総和に対して10重量%以下が好ましく、8重量%以下がより好ましく、0.5重量%以上が好ましい。この範囲よりもラジカル重合性光開始剤(B)の含有量が少ないと硬化が不十分となり、多いと硬度の低下や、耐汚染性の低下が生じることがある。
なお、ラジカル重合性光開始剤(B)として、以下の(B1),(B2),(B3)成分の1種または2種以上を、(B)成分中の20重量%以上用いると、酸素による重合阻害がより軽減され、表面硬化性・薄膜硬化性のより一層の向上が見られ、特に好ましい場合がある。
(B1)α−アミノアセトフェノン系開始剤、例えば、2−メチル−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−1−プロパノン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オンなど
(B2)オキシムエステル系開始剤、例えば、チバスペシャリテイケミカルズ社製、イルガキュアOXE−01など
(B3)α−ヒドロキシケトン系開始剤とベンゾフェノン系増感剤との組み合わせ、例えば、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンとミヒラーズケトンなど
<1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)>
1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ)アクリレート(C1)としては、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ポリエステルアクリレート類、多官能ウレタンアクリレート類、ポリエポキシアクリレート類、イソシアヌレート環を有するトリエトキシアクリレート(例えば、東亞合成製、アロニックスM315、M313など)を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
これらは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
組成物中のこれら(C1)成分の好適な含有量については後述する。
<有機無機複合体(C2)>
本発明の組成物に用いることができる有機無機複合体(C2)は、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合、好ましくは−O−Si−R−S−結合、を介して(メタ)アクリロイル基が結合しているものである。ここで、Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。
無機酸化物微粒子表面に、−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐状のアルキレン基を表す。)、好ましくは−O−Si−R−S−結合を介して、(メタ)アクリロイル基を有する基を結合させるには、(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤を用いて無機酸化物微粒子表面を修飾することが好ましい。
(無機酸化物微粒子)
無機酸化物微粒子としては、珪素、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、亜鉛、鉛、ゲルマニウム、インジウム、スズ、アンチモン、セリウム、リチウムの酸化物またはこれらの複合酸化物、具体的には、珪素の酸化物(シリカ)、アルミニウムの酸化物(アルミナ)、珪素−アルミニウムの複合酸化物、ジルコニウムの酸化物(ジルコニア)、チタニウムの酸化物(チタニア)、酸化亜鉛、酸化錫、アンチモンドープ酸化錫、インジウム−錫複合酸化物(ITO)、酸化セリウム、シリカ−酸化リチウムの複合酸化物等が挙げられるが、本発明においては、シリカ(コロイダルシリカ)を主成分とするものを用いる。なお、本発明において「コロイダルシリカを主成分とする」とは、無機酸化物微粒子のうちの51重量%以上がコロイダルシリカであるものをさし、コロイダルシリカのみから構成されていることも含む。
無機酸化物微粒子の形状は、球状、中空状、多孔質状、棒状、繊維状若しくは板状、または不定形状が好ましく、球状がより好ましい。なお、本発明でいう球状とは、厳密な球のみではなく、実質的に球状のものも含む趣旨である。
無機酸化物微粒子の一次粒子径は、1〜100nmが好ましい。一次粒子径を1nm以上とすることにより、機械特性についてはより効果的であり、100nm以下とすることにより、二次凝集をより効果的に防止し、透明性の喪失をより効果的に防止することができる。
無機酸化物微粒子は乾燥された粉末状態で、または水若しくは有機溶媒に溶解、または分散した状態で入手可能である。水または有機溶媒に溶解または分散されたゾル(以下、無機酸化物微粒子ゾルと呼ぶことがある)は優れた分散性を発現するため好ましい。ここでいう有機溶媒としては、メタノール、イソプロパノール(IPA)、n−ブタノール、イソブタノール、エチレングリコール、エチルセロソルブ、1−メトキシ−2−プロパノール(PGM)、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、ジメチルアセトアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PMA)およびキシレン、ならびにこれらの混合溶媒が挙げられる。
無機酸化物微粒子ゾルとしては、具体的には、水に溶解または分散させた水性シリカゾル;OH基を有する有機溶媒、エステル基を有する極性溶媒、またはケトン基を有する極性溶媒に溶解または分散させたオルガノシリカゾルなどを主成分として用いることが好ましい。
水性シリカゾルとしては、塩基性の水性シリカゾル(日産化学工業(株)製、ST−20)、酸性の水性シリカゾル(日産化学工業(株)製、ST−O)、弱酸性の水性シリカ・アルミナゾル(日産化学工業(株)製、ST−AK)および塩基性のシリカ・酸化リチウムゾル(日産化学工業(株)製、リチウムシリケート)を好ましい例として挙げることができる。
また、オルガノシリカゾルとしては、IPA分散オルガノシリカゾル(日産化学工業(株)製、IPA−ST、IPA−ST−ZL)、MEK分散オルガノシリカゾル(日産化学工業(株)製、MEK−ST、MEK−ST−MS)、MIBK分散オルガノシリカゾル(日産化学工業(株)製、MIBK−ST)、PMA分散オルガノシリカゾル(日産化学工業(株)製、PMA−ST)、ならびにこれらを原料とし、他のOH基を有する有機溶媒に溶媒置換したゾル(例えばPGM分散オルガノシリカゾルなど)を好ましい例として挙げることができる。
分散液中の固形分含有量としては、取扱いや入手の容易性から、好ましくは5重量%以上、好ましくは10重量%以上で、好ましくは50重量%以下であり、より好ましくは40重量%以下である。
((メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤)
(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤の好ましい一例として、分子量300以上で、ラジカル重合可能な官能基としてアクリロイル基および/またはメタクリロイル基を1個以上含むシランカップリング剤が挙げられる。
シランカップリング剤中のアクリロイル基および/またはメタクリロイル基の数は、特に制限されるものではないが、1分子あたり1個から5個の重合可能な官能基を有することが好ましい。更に、その位置は特に制限されるものではないが、分子の末端にあることが好ましい。また、このシランカップリング剤は、下記式(1)で表される官能基を有する有機化合物であることが好ましい。
Figure 2009102513
(式(1)中、XおよびYは、それぞれ独立に、酸素原子、イオウ原子、またはイミノ基を表す。)
式(1)で表される官能基は、分子間において水素結合による適度の凝集力を発生させることにより機械的強度を高め、基材への密着性および耐熱性等を高める効果があるとともに、無機酸化物微粒子表面とラジカル重合性官能基との間のスペーサーとしても働く。このような官能基としては、具体的には、−OCONH−、−SCONH−、−SCSNH−、−OCSNH−、−NHCONH−、−NHCSNH−などを挙げることができる。これらの基のうち、熱安定性や合成の容易さの観点から、−OCONH−、−SCONH−が特に好ましい。
また、(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤は同時にチオエーテル基を有する有機化合物であっても良い。チオエーテル基も、無機酸化物微粒子表面とラジカル重合性官能基または特定の極性官能基との間のスペーサーとして働き、過度の凝集を抑える効果があり好ましい。
無機酸化物微粒子と結合しうるシランカップリング剤の官能基としては、シラノール基を生成しうる基であるアルコキシシリル基が特に好ましい。アルコキシシリル基としては、モノアルコキシシリル基、ジアルコキシシリル基、トリアルコキシシリル基を挙げることができるが、中でもトリメトキシシリル基やトリエトキシシリル基などの低級アルコールのトリアルコキシシリル基が反応性を考えると特に好ましい。分子中における、これらの基の位置は、重合性不飽和基と反対側の分子末端にあることが好ましい。また1分子中のこれらの基の数は1〜3個であることが好ましく、1個であるのがより好ましい。
シラノール基またはシラノール基生成単位は、縮合反応または加水分解に続いて起きる縮合反応によって、無機酸化物微粒子と結合する生成単位である。このような化合物の好ましい例をいくつか例示すると、次の1)〜5)などを挙げることができるが、何らこれらに限定はされるものでない。
1)OH基を有する(メタ)アクリレート化合物のOH基と、NCO基を有するトリアルコキシシランのNCO基とが−OCONH結合−を介して結合された化合物
2)SH基を有するトリアルコキシシラン化合物のSH基とジイソシアネートの一方のNCO基を−NHCOS−を介して結合し、残りのNCO基にOH基を有する(メタ)アクリレート化合物を作用させ、−NHCOO−を介して結合した化合物
3)NCO基を有する(メタ)アクリレート化合物のNCO基と、SH基を有するトリアルコキシシランのSH基とが、−NHCOS−を介して結合した化合物
4)分子内に2個以上の(メタ)アクリロイル基を含有する化合物と、SH基を有するトリアルコキシシランとが、SH基の不飽和基((メタ)アクリロイル基)へのマイケル付加反応により生成するチオエーテルを介して結合した化合物
5)α,ω−ヒドロキシ末端ポリアルキレングリコールのモノ(メタ)アクリル酸エステルと、NCO基を有するシランカップリング剤とを反応させた化合物
OH基を有する(メタ)アクリレートとしては、例えばモノ(メタ)アクリレート(例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレートなど)、ジ(メタ)アクリレート(例えば、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレートなど)、トリ〜ポリ(メタ)アクリレート(例えば、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールトリ〜ペンタアクリレート、ジトリメチロールプロパントリアクリレートなど)が好ましい。
NCO基を有するトリアルコキシシラン化合物としては、トリエトキシシリルプロピルイソシアネート(信越化学製、KBE9007など)、トリメトキシシリルプロピルイソシアネート、あるいはトリメトキシシリルプロピルメルカプタン(信越化学製、KBM803、および東レダウコーニングシリコン製、SH6062など)等のトリアルコキシシリルアルキルメルカプタンと、ジイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、およびトルエンジイソシアネート(TDI)など)の一方のNCO基とがチオウレタン結合を介して結合した化合物等を例示することができる。
OH基とNCO基との反応による−OCONH−結合は、各化合物をNCO基/OH基≦1となるような割合で配合し、60〜100℃で1〜20時間混合攪拌することにより生成させることができる。本反応においては、反応中のアクリル基による重合等を防止するために、例えばハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、カテコール、p−t−ブチルカテコール、フェノチアジンなどの重合禁止剤を使用するのが好ましい。重合禁止剤の配合量は反応混合物に対して、好ましくは0.01重量%以上、より好ましくは0.05重量%以上で、好ましくは1重量%以下、より好ましくは0.5重量%以下である。また反応を促進するために、例えばジラウリン酸ジ−n−ブチル錫、ジアザビシクロオクタン(DABCO)などのような公知の反応触媒を添加しても良い。更に本反応は、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのカルボン酸エステル系溶媒、キシレン、トルエンなどの芳香族炭化水素溶媒など、イソシアネート基と反応しうる基を含まない溶媒中で、または、同時に、分子内に3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能アクリレートの存在下で行うことができる。
NCO基を有する(メタ)アクリレート化合物としては、β−イソシアネートエチル(メタ)アクリレート(昭和電工製、カレンズMOI(メタクリレート)、カレンズAOI(アクリレート))、または、OH基を有する(メタ)アクリレート類と、ジイソシアネート(例えばイソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、MDI、TDIなど)の一方のNCO基とをウレタン結合を介して結合した化合物、などを例示することができる。
SH基を有するトリアルコキシシラン化合物としては、例えばトリメトキシシリルプロピルメルカプタン(信越化学製、KBM803、および、東レダウコーニングシリコン製、SH6062など)などを例示することができる。
NCO基とSH基との反応による−NHCOS−の生成法は、NCO基とOH基との反応による−NHCOO−結合生成と同様の方法で行うことができる。
α,ω−ヒドロキシ末端ポリアルキレングリコールのモノ(メタ)アクリル酸エステルとしては、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレン/プロピレン)グリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレン/テトラメチレン)グリコールモノ(メタ)アクリレートなどを例示することができる。
α,ω−ヒドロキシ末端ポリアルキレングリコールのモノ(メタ)アクリル酸エステルとNCO基を有するトリアルコキシシリル化合物の反応は、NCO基とOH基との反応による−NHCOO−結合生成と同様の方法で行うことができる。
(具体的な製造方法(1))
無機酸化物微粒子と、(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤との結合は、この種の化合物生成において、一般的に用いられる種々の方法で達成可能である。基本的には、無機酸化物微粒子のアルコキシシリル基を加水分解し、シラノール基を生成させ、無機酸化物表面のアルコキシ基およびヒドロキシ基と縮合反応を行い、結合させる方法が一般的である。
この場合、使用される水は、後述の硬化膜の性能および塗布液の安定性を損なわない範囲で用いられる。水の添加量は無機酸化物微粒子が理論量として100%加水分解しうる量以上の量であればよく、好ましくは100〜300%相当量、より好ましくは100〜200%相当量を添加する。
また、使用される水は蒸留水、イオン交換水、工業用水および軟水などを挙げることができる。
更に、この加水分解縮合反応を促進するため、酸若しくはアルカリ、またはその他の適切な化合物を触媒として添加することも可能である。これらについても後述の硬化膜の性能を損なわず、かつ、塗布液の性能を損なわないものであれば種々のものを使用することが可能である。例えば、酸触媒としては、塩化水素溶液、燐酸溶液および硼酸などの無機酸、クエン酸、マレイン酸、酢酸、パラトルエンスルホン酸などの有機酸を挙げることができ、アルカリ触媒としてはアルコール性水酸化カリウム、アンモニア、トリアルキルアミン類およびジメチルアミノピリジンなどの複素環含有アミン類などを挙げることができる。その他、アルミニウムトリアセチルアセトナートなどの金属アセチルアセトン錯体も有効である。これらの触媒の使用量は(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤100重量部に対して、好ましくは0.1〜5重量部、より好ましくは0.5〜5重量部である。
反応は、好ましくは、20〜100℃で1時間〜100時間、より好ましくは20℃〜25℃で4時間以上反応の後、40〜70℃で1〜10時間加熱して、反応を進行させることにより行われる。
また、この際、副反応を抑えるため、溶媒で反応系を希釈してもよい。この場合、用いられる溶媒としては、用いる水または触媒と相性の良いものが好ましく、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールおよびイソブタノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトンなどのケトン類、テトラヒドロフランおよびジオキサンなどのエーテル類、ならびに、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどの水酸基含有エーテル類などを挙げることができる。
反応に供する無機酸化物微粒子(固形分)と(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤の重量比(無機酸化物微粒子/シランカップリング剤)は、好ましくは100/0.1〜100/10であり、より好ましくは100/1〜100/5である。このような範囲内とすることにより、適切な量のメルカプト基を無機酸化物微粒子に導入させることができ好ましい。
上記とは別に、上記無機酸化物微粒子を合成しうる成分のうち、予め前記式(1)に示す結合基、好ましくは−OCONH−、−SCONH−、−SCSNH−、−OCSNH−、−NHCONH−、−NHCSNH−を生成しうる官能基を有するアルコキシシリル化合物を無機酸化物微粒子ゾルに反応させた後、他の化合物を反応させ、これにより、重合性不飽和基と、前記式(1)で表される結合基、好ましくは−OCONH−、−SCONH−、−SCSNH−、−OCSNH−、−NHCONH−、−NHCSNH−を導入する方法も採用することができる。
例えば、前記式(1)で表される結合基のうち、アルコキシシリル基を有する化合物として、SH基を有するトリアルコキシシラン化合物を、予め無機酸化物微粒子に反応させ、その後SH基を、ジイソシアネート化合物と反応させ、一方のNCO基を用いてNHCOS結合で接続し、残りのNCO基にOH基を有する(メタ)アクリレート化合物を作用させ、NHCOO結合で接続させる方法で、先の方法と同様の構造を得ることができる。
また、SH基を有するトリアルコキシシランを無機酸化物微粒子に反応させ、その後NCO基を有する(メタ)アクリレート化合物および/または(メタ)アクリルアミド化合物と反応させることで、先の方法と同様の構造を得ることができる。
この場合、反応に供するSH基を有するトリアルコキシシランと無機酸化物微粒子の重量比(トリアルコキシシラン/無機酸化物微粒子)は、通常0.1/99.9〜95/5、好ましくは2/98〜90/10である。このような範囲にすることにより、無機酸化物微粒子の表面をより十分に保護することができ、更に、アルコキシシラン自身の重合、架橋による分散状態をより安定化し、粘度上昇などを防ぐことができ、より好ましい。また、SH基を有するトリアルコキシシランの分子量は150以上であることが望ましい。分子量150以上のものを用いることにより、保護コロイドを生成する効果がより高くなり、SH基を有するトリアルコキシシラン自身の縮合、架橋などによる凝集、ゲル化をより効果的に抑制できるので好ましい。
この反応は、好ましくは室温〜100℃の温度で1時間〜100時間、より好ましくは室温で4時間以上反応の後、室温〜70℃で1〜10時間加熱して、進行させることにより行われる。
また、この際、副反応を抑えるため、溶媒で反応系を希釈しても良い。この場合、用いられる溶媒としては加水分解物であるシランアルコキシド、水または触媒との相溶性があるものが好ましく、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、などのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサンなどのエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのOH含有エーテル類などを挙げることができる。
また、(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤の一部(重量で50%未満)を他のシランカップリング剤で置き換えても良い。他のシランカップリング剤としては、公知の各種市販シランカップリング剤の他、ラジカル重合性官能基を有しない、ポリアルキレングリコール構造を有するシランカップリング剤、COOHまたはCOOR’基(R’は置換基である)を有するシランカップリング剤、脂環構造を有するシランカップリング剤、および枝分かれ構造を有するかさ高いアルコールとNCO基を有するアルコキシシリル基との反応により得られるシランカップリング剤などを例示することができる。
(具体的な製造方法(2))
本発明で用いる有機無機複合体(C2)のうち、−O−Si−R−S−P(Rは炭素原子数2〜10の直鎖または分岐状のアルキレン基を表し、Pは少なくとも1個の(メタ)アクリロイル基を有するポリマーユニットを表す。)を有する有機無機複合体は、上述の方法の他、以下に示す方法によっても製造することができ、この方法は、生成物の純度などが高いという特徴を有する。
即ち、メルカプトシランの存在下で、無機酸化物微粒子を加水分解縮合し(第1の工程)、これに少なくとも1つのエポキシ基と、1つのラジカル重合性基とを有するモノマーの少なくとも1種をラジカル重合し(第2の工程)、これに、カルボキシル基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物を付加する(第3の工程)、方法である。
<第1の工程>
メルカプトシランの存在下で、無機酸化物微粒子を加水分解縮合する第1の工程におけるメルカプトシランと無機酸化物微粒子ゾルの反応および結合については、この種の化合物生成において一般的に用いられる種々の方法で達成可能である。基本的にはメルカプトシランのアルコキシシリルを加水分解し、シラノール基を生成させ、無機酸化物微粒子表面のアルコキシ基および/またはヒドロキシ基と加水分解縮合反応を行い、結合させる方法が一般的である。
この際、使用される水は、後述の硬化膜の性能、塗布液の安定性を損なわない範囲で用いられる。水の添加量はメルカプトシランが理論量として100%加水分解しうる量以上の量であれば良く、好ましくは100〜300%相当量、より好ましくは100〜200%相当量を添加する。
また、使用される水は蒸留水、イオン交換水、工業用水および軟水などを挙げることができる。
この加水分解縮合を促進するために、酸若しくはアルカリ、またはその他の適切な化合物を触媒として添加することも可能である。これらについても後述の硬化膜の性能を損なわず、かつ、塗布液の性能を損なわないものであれば種々のものを使用することが可能である。例えば、酸触媒としては、塩化水素溶液、燐酸溶液および硼酸などの無機酸、クエン酸、マレイン酸、酢酸、パラトルエンスルホン酸などの有機酸などを挙げることができ、アルカリ触媒としてはアルコール性水酸化カリウム、アンモニア、トリアルキルアミン類およびジメチルアミノピリジンなどの複素環含有アミン類などを挙げることができる。その他、アルミニウムトリアセチルアセトナートなどの金属アセチルアセトン錯体も有効である。これらの触媒の使用量はメルカプトシラン100重量部に対して、好ましくは0.1〜5重量部、より好ましくは0.5〜5重量部である。
反応は、好ましくは、20〜100℃で1時間〜100時間、より好ましくは20〜25℃で4時間以上の反応の後、40〜70℃で1〜10時間加熱し、反応を進行させることにより行われる。
また、この際、副反応を抑えるため、溶媒で反応系を希釈しても良い。この場合、用いられる溶媒としては用いる水または触媒と相性の良いものが好ましく、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどの水酸基含有エーテル類などを挙げることができる。
この反応系におけるメルカプトシランと無機酸化物微粒子(固形分)との重量比(メルカプトシラン/無機酸化物微粒子)は、好ましくは0.1/99.9〜95/5、より好ましくは2/98〜90/10である。この範囲内とすることにより、適切な量のメルカプト基を無機酸化物微粒子に導入させることができ好ましい。
<第2の工程>
第2の工程では、第1の工程で得られた化合物の存在下、少なくとも1つのエポキシ基と1つのラジカル重合性基とを有するモノマーの少なくとも1種をラジカル重合する。
第1の工程で得られたメルカプト基を有する無機酸化物微粒子の存在下で、上記モノマーのラジカル重合を行うことにより、重合過程で、成長反応のモノマーのラジカルと、無機酸化物微粒子に結合したメルカプト基との連鎖移動反応が起こり、スルフィド結合を介して、重合体と無機酸化物微粒子が結合する。なお、この際、モノマー中のエポキシ基はそのまま維持される。
第2の工程で使用される少なくとも1つのエポキシ基と1個のラジカル重合性基を有するモノマー(以下「エポキシ基を有するモノマー」と言うことがある)としては、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレートなどを好ましい例として挙げることができる。
必要であれば前記エポキシ基を有するモノマーを、他のモノマーと共にラジカル共重合することができる。他のモノマーはエポキシ基と反応しないものであれば、特に制限されない。
モノマー(エポキシ基を有するモノマーおよび所望により併用される他のモノマー)と第1の工程で得られたメルカプト基を有する無機酸化物微粒子(固形分)とは、重量比(モノマー/無機酸化物微粒子)30/70〜95/5の割合で重合反応させるのが好ましく、50/50〜90/10で重合反応させるのがより好ましい。無機酸化物微粒子の重量比率を70以下とすることにより、無機酸化物微粒子がより安定となり、5以上とすることにより、より高い耐摩耗性が得られる。
このラジカル重合反応は、溶媒中で通常のラジカル重合開始剤を用いて行われる。
溶媒としては、アルコール類(エタノール、イソプロパノール、イソブタノール等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)、アルコキシ基を有するアルコール類(メトキシエタノール、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等)、エーテル類(エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等)、エーテルエステル類(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、2−エトキシエチルアセテート等)、芳香族炭化水素類(トルエン、キシレン等)、エステル類(酢酸エチル、酢酸プロピル等)等、が好ましい例として挙げられ、これらは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
重合反応に使用するラジカル重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド等の過酸化物、2,2’−アゾイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物が好適に用いられる。
反応系におけるモノマーの濃度は、好ましくは10〜60重量%であり、重合開始剤の使用量は、好ましくはモノマーの総重量に対して、0.1〜10重量%である。
<第3の工程>
第3の工程では、第2の工程で合成した重合体に、カルボキシル基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物を付加させる。
第3の工程に用いられるカルボキシル基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートと無水コハク酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸などの酸無水物の付加体、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートと無水コハク酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸などの酸無水物の付加体、などを挙げることができる。
この第3の工程では、重合体が有するエポキシ基と、カルボキシル基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物が有するカルボキシル基が反応する。重合体とカルボキシル基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物とは、エポキシ基/カルボキシル基が1以上となる割合で混合するのが好ましく、1〜10になる割合で混合するのがより好ましい。
反応は、50〜110℃で3〜50時間行うのが好ましい。本反応では、反応を促進させるために、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリドおよびトリフェニルホスフィンなどの公知の触媒を使用することができる。その使用量は反応混合物に対して0.01〜2重量%であるのが好ましく、0.05〜1重量%であるのがより好ましい。
また、本反応では(メタ)アクリロイル基によるラジカル重合を防止するために、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、カテコール、p−t−ブチルカテコール、フェノチアジンなどの重合禁止剤を使用するのが好ましい。重合禁止剤の使用量は、反応混合物に対して0.01〜1重量%であるのが好ましく、0.05〜5重量%であるのがより好ましい。
(具体的な製造方法(3))
有機無機複合体(C2)の製造方法としては、以下の方法をとることが、更に生成物の純度が向上し、好ましい場合がある。
即ち、メルカプトシランの存在下で、少なくとも1つのエポキシ基と1個のラジカル重合性基とを有する単量体の少なくとも1種をラジカル重合し、片末端にアルコキシシリル基を有するポリマーを得、これに、カルボキシル基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物を付加させ、この付加反応生成物の存在下で、無機酸化物微粒子を加水分解縮合する方法である。
この方法における諸条件(重合、付加、加水分解縮合の詳細条件)については、上述の具体的な製造方法(2)におけるものと同様である。
<(C1)成分および/または(C2)成分の含有量>
本発明の組成物中が(C1)成分(1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート)および/または(C2)成分(コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体)を含む場合、その合計の含有量は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、特に高い硬度を必要とするような組成物として用いる場合には、((C1)成分および/または(C2成分))/重合体(A)の重量比として99.5/0.5より重合体(A)が多く、特に99/1より重合体(A)が多くなるようにすることが好ましく、80/20より重合体(A)を少なく、特に85/15より重合体(A)を少なくすることが好ましい。重合体(A)を上記上限以下とすることにより、より高い硬度を保つことができ好ましく、上記下限以上とすることにより、良好な耐汚染性を発現することができる。
<ラジカル重合性の有機(メタ)アクリレート化合物および/または(メタ)アクリルアミド化合物(D)>
ラジカル重合性の有機(メタ)アクリレート化合物および/またはラジカル重合性の(メタ)アクリルアミド化合物(D)としては、1分子中に1個〜2個の(メタ)アクリル基を有する有機(メタ)アクリレート化合物や有機(メタ)アクリルアミド化合物が、組成物の粘度や他の物性の調整のために好ましく用いられる。
1分子中に1個の(メタ)アクリル基を有する(メタ)アクリレート化合物としては、ブチルメタクリレートやステアリルアクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート;シクロヘキシルアクリレートやイソボルニルメタクリレート等の脂環式(メタ)アクリレート;テトラヒドロフルフリルアクリレートなどのヘテロ原子含有環状構造含有アクリレート等を挙げることができるが、その他芳香環を有する(メタ)アクリレート、ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコール鎖を有する(メタ)アクリレート等も場合によっては好ましく用いることができる。もちろんこれら以外のものを排除するものではない。
1分子中に2個の(メタ)アクリル基を有する(メタ)アクリレート化合物としては、ヘキサンジオールジアクリレート等の脂肪族または脂環式ジオールのジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート等のポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート等が好ましい。もちろんこれら以外のものを排除するものではない。
1分子中に1〜2個の(メタ)アクリル基を有する(メタ)アクリルアミド化合物としては、エチルアクリルアミド等のアルキル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド等の含アミノアルキル(メタ)アクリルアミド等が好ましい。もちろんこれら以外のものを排除するものではない。
これらの(D)成分(ラジカル重合性の有機(メタ)アクリレート化合物および/またはラジカル重合性の有機(メタ)アクリルアミド化合物)は、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
本発明の組成物が(D)成分(ラジカル重合性の有機(メタ)アクリレート化合物および/またはラジカル重合性の有機(メタ)アクリルアミド化合物)を含有する場合、その含有量は、その種類によって適宜定めることができるが、重合体(A)と(C1)成分および/または(C2)成分の重合性成分の総和に対して90重量%以下が好ましく、10重量%以上、80重量%以下がより好ましい。
(D)成分を用いることにより、上述の如く、粘度等の物性の調整を図ることができるが、特にその含有量が90重量%以下、とりわけ80重量%以下であると、硬度の低下や硬化性の低下を許容しうる範囲に抑えることができ、10重量%以上であると、実質的に塗布性に優れた範囲の粘度に調節することが可能になるため、好ましい。
<ラジカル重合性基を有する重合体(A)以外のポリマー(E)>
ラジカル重合性基を有する重合体(A)以外のポリマー(E)としては、好ましくは、アクリロイル基、メタクリロイル基のようなラジカル重合性基を側鎖に有する、重合体(A)以外の(メタ)アクリレート系重合体、そのような重合体とスチレン等の他のラジカル重合性モノマーとの共重合体が挙げられる。
具体的には、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレートを主成分として重合した重合体に(メタ)アクリル酸を付加して得られる、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するポリマーが好ましい。もちろんこれら以外のものを排除するものではない。これらは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
本発明の組成物が(E)成分(ラジカル重合性基を有する重合体(A)以外のポリマー)を含有する場合、その含有量は、その種類によって適宜定めることができるが、重合体(A)と(C1)成分および/または(C2)成分の重合性成分の総和に対して60重量%以下が好ましく、0〜40重量%がより好ましい。
(E)成分を用いることにより、他の性能を付与したり、耐汚染性の制御等を図ることができるが、その量が多過ぎると硬度の低下、塗布性の悪化、耐汚染性の低下などを引き起こす場合があり、また、少な過ぎると十分な添加効果を得ることができない。
<アセチレンアルコール構造を有する化合物(Q)>
本発明の組成物は、アセチレンアルコール構造を有する化合物(以下「アセチレンアルコール化合物」と称す。)(Q)を含んでいても良く、アセチレンアルコール化合物(Q)を含むことにより、より短時間での消泡性を向上させることが可能となり、好ましい。
このようなアセチレンアルコール化合物としてはプロパルギルアルコールのようなモノオール、ジアセチレン構造を有するモノアルコール、エアープロダクツ社からサーフィノールの商品名で入手することができるアセチレンジアルコール類(例えばサーフィノール104PA)等を例示することができるが、アセチレンジアルコール類がより好ましい。これらのアセチレンアルコール化合物は、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
アセチレンアルコール化合物(Q)を用いる場合、その配合量は、重合体(A)と(C1)成分および/または(C2)成分の重合性成分の総和に対して2重量%以下、好ましくは1重量%以下、より好ましくは0.5重量%以下、例えば0.10重量%以上、0.40重量%以下である。アセチレンアルコール化合物(Q)の配合量が少な過ぎると十分な添加効果を得ることができないが、この配合量が2重量%を超えると、塗膜の表面があれたり、欠陥が生じやすくなったり、硬度が低下したりして好ましくない場合がある。
<その他の成分>
本発明の組成物には、上述した成分の他、各種機能性を付与する目的で、その他の成分を配合することができる。
例えば、紫外線吸収剤(F)、ヒンダードアミン系光安定剤(G)を配合すると、更に耐候性が著しく向上し、好ましい場合がある。
紫外線吸収剤(F)としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、サリチル酸系、シアノアクリレート系、トリアジン系紫外線吸収剤等を好ましい例として挙げることができる。
ヒンダードアミン系光安定剤(G)としては、例えばサノールLS765(ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)セバケートのNメチル体)等のN−メチル体が好ましいが、LS−770(ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)セバケート)等の通常のN−H体でも差し支えない。
紫外線吸収剤(F)、ヒンダードアミン系光安定剤(G)を用いる場合、それぞれの好ましい配合量は、求める耐候性レベルによって変わるものであるが、多くの場合、重合体(A)と(C1)成分および/または(C2)成分と(D)成分と(E)成分の総和100重量部に対し、0.5重量部以上が好ましく、1重量部以上がより好ましい。また、30重量部以下が好ましく、10重量部以下がより好ましい。
本発明の組成物にはまた、塗膜物性を改良する目的で、酸化防止剤(例えば、ヒンダードフェノール系、硫黄系、リン系酸化防止剤等)、ブロッキング防止剤、スリップ剤、レベリング剤などの、この種の耐汚染性付与剤に配合される種々の添加剤を配合してもよい。これらの添加剤の配合量としては、他の固形分に対して、それぞれ0.01重量%以上、2重量%以下とすることが好ましい。
また、本発明の組成物には、硬度や耐ブロッキング性などを更に向上させる目的で、前述の有機無機複合体(C2)に用いられる無機酸化物微粒子を未処理のまま配合しても良い。
この場合、無機酸化物微粒子の配合量は固形分として、他の固形分に対して0.01重量%以上、20重量%以下とすることが好ましい。無機酸化物微粒子を配合することにより、上述の如く、硬度や耐ブロッキング性の向上を図ることができるが、20重量%以下であると粘度の上昇を避けることができ、0.01重量%以上であると、十分な添加効果を得ることができる。
<溶剤>
本発明の組成物は、取り扱い性や塗工性向上を目的として、粘度調整のために、溶剤を含んでいても良く、この場合、その溶剤としては、前述の本発明の重合体(A)の製造の際に用いた溶剤と同一のものであっても良く、前記有機無機複合体(C2)の製造工程で用いられる種々の反応溶媒であっても良く、例えば、前記第1工程で使用される無機酸化物微粒子の分散媒であっても、また前記第2の工程の反応に用いられる溶媒であっても良い。更に、前記無機酸化物微粒子を製造した後に、粘度調整のため用いられる溶剤であっても良い。これらの溶剤は、特に本発明の組成物が有機無機複合体(C2)を含む場合には、添加されることが望ましい場合がある。
本発明の組成物は、特に、後述の如く、塗布用途に用いられる場合、このような溶剤を含むことによって、その固形分濃度が10重量%以上、特に20重量%以上で、90重量%以下、特に70重量%以下に調製されることが好ましい。
<物性>
本発明の組成物は、これを100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜の膜表面から厚さ3nmの位置での耐汚染性付与基の含有量が、該硬化膜全体の耐汚染性付与基の平均含有量の3倍以上となることが好ましい。なお、この紫外線照射は、通常酸素濃度雰囲気下で行われる。
この好適な耐汚染性付与基の含有量については、本発明の硬化物の項において詳述する。
<用途>
本発明の組成物は、好ましくは、耐汚染性付与剤としては、プラスチック基材、または透明基材上に塗布して用いられる。
例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、またはメタクリル酸メチル(MMA)共重合体(例えばメタクリル酸メチル−スチレン共重合樹脂(MS樹脂))、ポリカーボネート、特殊ポリカーボネート(例えば、帝人製のピュアエース)、トリアセチルセルロース、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合樹脂(ABS樹脂)、変性ポリオレフィン樹脂、水素化ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン系透明樹脂(例えばJSR製のア−トン、日本ゼオン製のゼオノア、など)のプラスチック基材に塗布して用いられる。
また、その他の透明基材、例えば、熱硬化性や光硬化性の透明樹脂(例えば、透明エポキシ樹脂、透明ウレタン樹脂、熱硬化性のアクリル系樹脂、光硬化性のアクリル系樹脂、熱硬化性の各種有機無機ハイブリッド樹脂、光硬化性の各種有機無機ハイブリッド樹脂などの硬化物)上に塗布して用いられる。
これらのうち、光学物品用途で使用する場合、即ち、透明基材として、光学用透明フィルム、光学用シート、光学用板状物を用いる場合、基材が、コーテイング、溶融押し出し成形、ソルベントキャスト法のいずれかで形成された透明樹脂成形物であることが望ましい。またこのような基材が光または熱で硬化可能な官能基を含む場合、活性エネルギー線照射または加熱により硬化させると、より好ましい場合がある。また、これらの基材は、成形品(物品)の形のものであっても良いし、基材と塗布面との間に他の層を介していてもよい。
本発明の組成物の塗布方法としては、スピンコート、デイップコート、フローコート、スプレーコート、バーコート、グラビアコート、ロールコート、ブレードコート、エアナイフコート等を好ましい例として挙げることができる。
上記基材に上記塗布方法で、本発明の組成物を塗布した後、溶剤乾燥により塗膜を形成後、活性エネルギー線を照射することにより、組成物中の重合性成分を重合させて、硬化膜を得ることができる。塗布、乾燥、重合、硬化されて得られる被膜の厚さは、特に定めるものではなく、例えば、5μm以上であってもよいし、2μm以下であってもよい。即ち、本発明の組成物は、薄膜化/厚膜化の両方が可能な点で極めて有意である。硬化膜の厚さは特に好ましくは0.01μm以上、50μm以下であり、硬度を重視する場合は特に好ましくは2μm以上、20μm以下であり、硬度を比較的重視しない場合は特に好ましくは0.04μm以上、2μm以下である。
活性エネルギー線照射としては、キセノンランプ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、カーボンアーク灯、タングステンランプ等の光源から発せられる紫外線、または通常20〜2000kVの粒子加速器から取り出される電子線、α線、β線、γ線等の活性エネルギー線を用いることができ、これらの活性エネルギー線を塗膜に照射し、硬化させて硬化膜を形成させる。
このような活性エネルギー線による照射で形成された硬化膜は、生産性・物性のバランスに優れ、特に好ましい。
[硬化物]
本発明の硬化物は、上述の本発明の組成物に活性エネルギー線を照射して、組成物中の重合性成分を重合させてなるものであるが、特に以下の好適物性を満たすことが好ましい。なお、以下において、紫外線照射はいずれも通常酸素濃度雰囲気下で行なわれる。
1)鉛筆硬度
本発明の組成物を100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜の鉛筆硬度はB以上、特にHB以上であることが好ましい。
なお、鉛筆硬度は、軟らかいものから順に、6B、5B、・・・、B、HB、F、H、2H、3H、・・・9Hである。
特に本発明の組成物が(C2)有機無機複合体を含む場合、これを100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚10μmの硬化膜の鉛筆硬度は3H以上であることが好ましい。
ただし、この鉛筆硬度の評価に用いる組成物は、ラジカル重合性光開始剤(B)として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンのみを用い、かつ、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン以外の固形分100重量部に対して、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを2重量部配合したものである。
また、この鉛筆硬度は、本組成物においては組成物中の重合性成分に対するラジカル重合性光開始剤(B)に依存するものであり、基材がPETではないもの(例えばポリカーボネート(PC)よりなるもの)であったり、硬化膜の膜厚が2μm以上であって5μmでない場合(例えば2μm)であっても、好適な鉛筆硬度は同程度となる。なお、後述の実施例12,13のように、PC基材上に膜厚2μmで形成した硬化膜にあっては、好ましい鉛筆硬度はHB以上である。
2)反り量
本発明の組成物を100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚10μmの硬化膜の反り量は10mm以下、特に2mm以下であることが好ましい。なお、この反り量の測定方法は後述の実施例の項に記載する。
3)硬化性
本発明の組成物を100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、照度1000mW/cmに設定した波長254nmの紫外線を照射することにより膜厚0.5μmの硬化膜を形成する場合、300mJ/cmの紫外線照射量で完全にタックフリーになるまで硬化が進行することが好ましい。特に、同様の方法で膜厚2μmの硬化膜を形成する場合、150mJ/cmの紫外線照射量で完全にタックフリーになるまで硬化が進行することが好ましい。この硬化性の評価方法は、後述の実施例の項に記載する。
4)接触角
本発明の組成物を100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜の表面の水に対する接触角は100度以上、120度以下、特に102度以上、115度以下であり、ヘキサデカンに対する接触角が50度以上、90度以下、特に52度以上、75度以下であることが好ましい。なお、この接触角の測定方法は、後述の実施例の項に記載する。
5)ESCA(XPS)
本発明の組成物を100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜の膜表面から厚さ3nmの位置での耐汚染性付与基の含有量が、該硬化膜全体の耐汚染性付与基の平均含有量の3倍以上となることが好ましく、特に3.2〜100倍となることが好ましい。即ち、本発明の組成物によれば、耐汚染性付与基が膜の表面に特異的に高濃度に存在していることが好ましい。このような構成としうるのは、本発明の組成物の特徴の1つであり、この結果、組成物中の耐汚染性付与基の含量が低くても塗布膜表面の耐汚染性付与基の量が多くなり、膜としての耐汚染性は優れたものとなる。
本発明において、耐汚染性付与基とは、パーフルオロアルキル基、ポリシロキサン基、炭素数12以上の長鎖アルキル基等、耐汚染性を付与しうる基を言う。
この耐汚染性付与基の含有量は、例えば、X線光電子分光分析装置(以下、ESCAまたはXPSという)による測定により求めることができる。即ち、ESCA(XPS)を用いて、表面から3nmの範囲の原子数比を求め、該組成物の平均組成比と比較することにより求めることができる。ここで、例えば、フッ素系耐汚染性付与基を用いた場合は、F/C比、シリコーン系耐汚染性付与基を用いた場合は、Si/C比を求めることにより、比較することができる。
6)耐摩耗性
本発明の組成物を100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜は、耐摩耗性が25.0以下となることが好ましい。なお、この耐摩耗性の測定方法は、後述の実施例の項に記載する。
7)耐指紋性
本発明の組成物の硬化物または硬化膜の表面に、指紋または人工指紋液(人工指紋液はトリオレイン/試験用粉体11種の関東ローム/メトキシプロパノールの混合物で、次世代光デイスクの耐指紋性評価に採用されている液である)を付着させ、200g荷重でテイッシュペーパーでふき取る場合、3往復以内のふき取り操作、より好ましくは2往復以内の操作で、完全に指紋が除去できるような、極めて耐指紋性の高いものであることが好ましい。
従来、DVDや次世代光デイスク用の耐指紋性付与剤や光学デイスプレイ用途の耐指紋性付与剤として開発されてきた多くの耐汚染性付与剤は、例えば付着量や付着径が小さくとも、ふき取り時、すべり性(スリップ性)が高すぎたり、硬度が不足しているため、面上に広がりやすく、ふき取りにも3往復以上有するものが多いが、本発明の組成物は、硬化後の硬度が高く、かつ、過度のすべり性を有さないよう工夫してあるため、少ないふき取り回数でふき取れる特徴を有する。
また、指紋または人工指紋液を付着させ、200g荷重でテイッシュペーパーで3往復ふく、ふき取り操作を20回繰り返しても、指紋除去性が低下しないことは更に大きな特徴である。
少ないふき取り回数でふき取れるようにする耐汚染性付与剤を用いても、従来のものは硬度が不足していたり、膜表面に固定されていないため、付着、ふき取り操作を繰り返すと、数回〜十数回で表面に細かい傷がはいり、その隙間に指紋(または人工指紋液)が入り込んだり、あるいは耐汚染性付与剤自体が表面から失われてしまい、指紋除去性の耐久性に劣っていたが、本発明の組成物は、硬化後の硬度が高く、かつ膜表面に固定されているため、20回以上、好ましくは40回以上操作を繰り返しても、指紋(または人工指紋液)のふき取り性が低下しないという、極めて高いふき取り性能耐久性を持つ、という特徴を有する。
[本発明の組成物の硬化膜を有する物品]
上述の如く、本発明の組成物に活性エネルギー線を照射して組成物中の重合性成分を重合させてなる硬化物は、耐汚染性、硬度等の特性に優れる。
従って、本発明の組成物に活性エネルギー線を照射して得られる硬化膜を表面に有する物品は、耐汚染性、硬度等の特性に優れる。
この硬化膜は、物品本体の表面に本発明の組成物を塗布した後、活性エネルギー線を照射して重合させて形成してもよいし、活性エネルギー線を照射し重合させた形成した硬化膜を別途作成した後、物品に積層して形成してもよい。
以下、本発明の硬化膜を備える物品について説明する。
本発明の硬化膜は種々の物品に適用しうるが、例えば、光記録媒体、光学ディスプレイ、農業用ビニールハウスの透明フィルム(太陽光を有効に取り込む必要があるため、耐汚染機能が必要)、太陽電池の表面保護透明フィルム(電池効率低下を防ぐために、耐汚染機能が必要)、再帰反射標識表面保護用透明フィルム(ヘッドランプライトや外光の比較的暗い明かりでも標識の文字を見えやすくするため、透明性と耐汚染機能が必要)、光学レンズ、光学プリズム、プリズムシート、自動車の窓材、建造物の窓材、眼鏡レンズ、などに適用することができる。特に、高い透明性が要求される光学物品に適用すると好ましい。
本発明の組成物は、種々の基材上に塗布、乾燥、硬化させてハードコート層を形成するために好適に用いられる。この場合、基材の種類は特に限定されないが、接着性の高さ等から樹脂からなる基材が好ましい。樹脂基材は板状、シート状、フィルム状のいずれであってもよいし、任意の形状の成形品であってもよい。また基材が積層体の一部であってもよく、基材と硬化膜との間に他の層を介してもよい。
樹脂基材は、熱可塑性樹脂でもよいし、熱や活性エネルギー線により硬化した硬化樹脂でもよい。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、メタクリル酸メチル(MMA)含有共重合体(メタクリル酸メチル−スチレン共重合樹脂(MS樹脂))、ポリカーボネート(PC)、トリアセチルセルロース、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、変性ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂(例えば、フッ化ビニリデン樹脂(PVDF)、フッ化ビニル樹脂(PVF)など)、水素化ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン系樹脂(例えばJSR製のアートン、日本ゼオン製のゼオネックス、ゼオノア、三井化学製のアペル)等が挙げられる。
硬化樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、熱硬化性や光硬化性のアクリル系樹脂の硬化物、熱硬化性や光硬化性の有機無機ハイブリッド樹脂などの硬化物等が挙げられる。
これら基材は、例えばそれ自体塗布形成された膜であってもよいし、各種成形法による成形品であってもよい。
本発明の硬化膜は透明性に優れ、耐汚染性、硬度に優れるので、高い透明性が要求される光学物品に適用すると効果が高い。このとき、基材も透明であることが必要な場合には、基材は、コーティング法、溶融押し出し成形法、ソルベントキャスト法のいずれかで形成されてなることが望ましい。また基材が活性エネルギー線又は熱で硬化可能な官能基を含む場合、活性エネルギー線照射又は加熱により硬化させるとより好ましい場合がある。また基材の硬度を高めたり硬化収縮を低減したりするためには、無機酸化物微粒子及び/又はウレタンアクリレートを含有することが好ましい。なお透明とは、一般に、目的とする波長の光の透過率が80%以上であることを言う。
本発明の硬化膜はまた、光記録媒体の耐汚染性ハードコート層として好適に用いうる。光記録媒体として代表的なのは光ディスクであるが、種類は相変化型、色素型、光磁気型、再生専用型等、いずれでもよい。なかでも、DVDやHD DVD、Blu−Ray Disc等の高密度記録用光ディスクである。記録密度を高めるためには記録マークも記録/再生用レーザー光のビーム径も小さくなるので、汚れや傷に敏感でジッターが高くなったり記録/再生エラーが増えたりし易く、耐汚染性や硬度に優れたハードコート層が求められる。
好ましい構成は、基板上に、少なくとも記録層又は反射層を有する多層膜を有する光記録媒体であって、少なくとも、該光記録媒体の光入射側の最表面に本発明の硬化膜を有する構成である。光入射側の最表面に汚れや傷があると記録/再生ビームが遮られエラーとなるため、光入射側の最表面に耐汚染性ハードコート層として本発明の硬化膜を設けることが好ましい。例えば(1)Blu−Ray Disc等のように記録層又は反射層に対し基板側とは逆側が光入射面であるもの、(2)DVD等のように、記録層又は反射層に対し基板側が光入射面であるもの、がある。この場合、ハードコート層は光透過性である必要がある。光透過性とは、通常、記録/再生光の波長の光に対して、透過度が80%以上ある状態を言う。光入射側とは反対側の最表面にも本発明の硬化膜を設けてもよい。
光記録媒体の好ましい層構成について以下に説明する。
(1)多層膜側表面が記録/再生ビーム入射側表面とされる光記録媒体
このような光記録媒体の好ましい層構成は、基板上に(反射層、)記録層、ハードコート層(硬化膜)をこの順に有する。より好ましくは記録層等とハードコート層の間に光透過層を有する。光透過層を設けることで、光記録媒体の光入射側最表面と記録層(反射層)との間隔が開き、記録/再生ビームが媒体表面の汚れや傷の影響を受けにくくなるため好ましい。光透過層の膜厚は30μm以上が好ましく、70μm以上がさらに好ましい。また、光透過層の厚さは200μm以下が好ましく、150μm以下がさらに好ましい。
各層間には目的に応じ任意の層を設けてよい。例えば記録層の上下に誘電体などからなる無機保護層を設けてもよい。或いは、記録容量を上げるために、光透過スペーサー層を介して記録層や反射層を複数設けてもよい。光透過スペーサー層は複数の記録層間で信号が混ざるのを防ぐために設けられ、膜厚は光透過層と同程度が好ましい。
特に好ましい層構成の例としては、基板/反射層/無機保護層/記録層/無機保護層/光透過層/ハードコート層、基板/反射層/光透過層/ハードコート層といった構成や、基板/反射層/無機保護層/記録層/無機保護層/光透過スペーサー層/反射層/無機保護層/記録層/無機保護層/光透過層/ハードコート層、基板/無機保護層/記録層/無機保護層/光透過層/ハードコート層、等といった構成が好ましく挙げられるが、これらに限定されるものではない。
基板、記録層、反射層、無機保護層の材質は特に限定されず、光記録媒体用に公知のいずれのものも用いうる。
基板としては、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリオレフィンなどの樹脂、あるいはガラス等を用いることができる。基板側から記録再生光を入射する場合は、基板は記録/再生光に対して透明とする必要がある。基板の厚さは通常0.3〜1.2μmである。基板にはグルーブ(溝)やピットが形成される場合が多い。
記録層は、相変化型、色素型、光磁気型などがある。再生専用型の場合は記録層を有しないこともある。相変化型記録層には、カルコゲン系合金が用いられることが多く、例えば、GeSbTe系合金、InSbTe系合金、GeSnTe系合金、AgInSbTe系合金が挙げられる。相変化型記録層の厚さは通常3nm〜50nmである。色素型記録層には、アゾ系色素、シアニン系色素、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素などが用いうるが、これらに限定されない。色素型記録層の厚さは通常50nm〜10μmである。
無機保護層の材料は、屈折率、熱伝導率、化学的安定性、機械的強度、密着性等に留意して決定され、通常、誘電体が用いられる。無機保護層の材料は、一般的には透明性が高く高融点である、金属や半導体の酸化物、硫化物、酸硫化物、窒化物やCa、Mg、Li等のフッ化物が用いられる。無機保護層の厚さは通常5〜200nm程度である。
反射層は、反射率および熱伝導度が大きい材料からなるのが好ましい。反射率および熱伝導度が大きい反射層材料としては、Ag、Au、Al、Cu等を主成分とする金属が挙げられる。中でもAgは、Au、Al、Cuに比べて反射率、熱伝導度が大きい。これらに、Cr、Mo、Mg、Zr、V、Ag、In、Ga、Zn、Sn、Si、Cu、Au、Al、Pd、Pt、Pb、Ta、Ni、Co、O、Se、V、Nb、Ti、O、N等の元素を5原子%程度まで含んでもよい。反射層の厚さは、通常30〜200nmである。また反射層はいわゆる半反射層であってもよい。
光透過層及び光透過スペーサー層は、光透過性で所定の厚みがあればよく、材質や形成方法は特に限定されないが、通常は樹脂組成物が用いられ、代表的には以下の2つの方法で形成される。第一の方法は、硬化性樹脂組成物をスピンコート法などで塗布後、光や熱により硬化して膜とする方法である。このときウレタンアクリレートを含有させると、硬化収縮による反りを抑えつつ表面の硬度や耐傷つき性を高めることができ、好ましい。また、光透過性を損なわない範囲で、コロイダルシリカなど無機酸化物微粒子を含有することも、表面の硬度や耐傷つき性を高めるために好ましい。第二の方法は、ソルベントキャスト又は溶融押出し成形等で作製したフィルムを直接又は粘着剤を介して貼り付ける方法である。このとき、表面の硬度や耐傷つき性を更に高めるためには、光透過性を損なわない範囲で、コロイダルシリカなど無機酸化物微粒子を含有することが好ましい。光透過スペーサー層にはグルーブ(溝)やピットが形成される場合もある。
本発明の組成物の硬化膜からなるハードコート層の形成方法について説明する。上述したような層の上に、スピンコート法などで塗布後、活性エネルギー線照射により重合して硬化膜とする方法が一般的である。または、剥離性フィルム上に塗布し活性エネルギー線照射により重合硬化して膜としたのち、膜側を光記録媒体に直接又は粘着剤を介して貼り付け、フィルムを剥離し、ハードコート層とする方法も好ましい。さらにまた、ソルベントキャスト又は溶融押出し成形等で作製したフィルムに、本発明の組成物を塗布後、活性エネルギー線照射により重合して硬化膜としたものを、直接又は粘着剤を介して光記録媒体に貼り付けることにより、光透過層とハードコート層を同時に形成する方法も好ましい。
このような層構成を有する光記録媒体としては、Blu−Ray Disc等がある。
どちらの方法においても、表面の硬度・耐傷付き性をさらに高めるために、無機酸化物微粒子を、透明性など他の性能を損なわない範囲で、配合した方が好ましい場合がある。
また、特に、スピンコート法で、形成し、硬化、膜化させる場合は、膜の硬度を高めるような組成物を用いると、通常は硬化収縮による反りを生じやすい。これを避けるために、無機酸化物微粒子の配合および/またはウレタンアクリレートを含むと特に好ましい場合がある。
(2)基板側表面が記録/再生ビーム入射側表面とされる光記録媒体
このような光記録媒体の好ましい層構成は、基板上に記録層(反射層)をこの順に有し、基板の他方の面にハードコート層を有する。記録/再生光は、ハードコート層は基板を通して記録層や反射層に入射する。基板とハードコート層の間に光透過層を設けてもよい。
各層間には目的に応じ任意の層を設けてよい。例えば記録層の上下に誘電体などからなる無機保護層を設けてもよい。また、記録容量を上げるために、光透過スペーサー層を介して記録層や反射層を複数設けてもよい。
特に好ましい層構成の例としては、ハードコート層/基板/無機保護層/記録層/無機保護層/反射層、ハードコート層/基板/反射層といった構成や、ハードコート層/基板/無機保護層/記録層/無機保護層/反射層/光透過スペーサー層/無機保護層/記録層/無機保護層/反射層、ハードコート層/光透過層/基板/無機保護層/記録層/無機保護層/反射層、等といった構成が好ましく挙げられるが、これらに限定されるものではない。
各層の材質や厚さは(1)と同様のものが好ましい。
このような層構成を有する光記録媒体としてはDVD±R、DVD±RW、DVD−RAMなどの各種DVD(記録層を複数有するDVDも含む)やHD DVDがある。
本構成におけるハードコート層の形成方法は、基板等の上に本発明の組成物をスピンコート法などで塗布後、活性エネルギー線照射により重合硬化して膜とする方法が一般的である。
本発明の組成物は光学ディスプレイ用途にも好適に使用できる。特に、平面ディスプレイ(液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、リアプロジェクションディスプレイ、フロントプロジェクター用スクリーン、無機ELディスプレイ、有機ELディスプレイなど)のディスプレイパネル表面への耐汚染性付与剤として好ましく、中でもカーナビゲーションシステム、携帯電話、モバイル情報端末(PDAなど)、PCモニター等でタッチパネル入力機能を有するディスプレイ、または家庭で広く利用される平面TV(特に液晶テレビ)の表面のハードコート層として好ましく用いることができる。
このようなディスプレイに用いる積層体に本発明の組成物を適用する場合には、透明樹脂基材を用い、積層体の少なくとも一方の最表面に、本発明の組成物に活性エネルギー線を照射して重合させてなる硬化膜を形成することが好ましい。
本発明の組成物に活性エネルギー線を照射して重合させてなる硬化物は、耐汚染性、硬度等の特性に優れる。
本発明の組成物に活性エネルギー線を照射して重合させてなる膜を表面に有する物品は、耐汚染性、硬度等の特性に優れる。物品の表面に組成物を塗布した後、活性エネルギー線を照射して重合させてもよいし、活性エネルギー線を照射し重合させた膜を物品に積層してもよい。
以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は、以下に示す具体例に限定されるものではない。
なお、例中の「部」および「%」は、それぞれ「重量部」および「重量%」を意味する。
実施例等における塗膜の一般的物性の評価方法を以下に示した。
(1)透明性:JIS K−7105の条件に基づきヘイズ値で評価した。
(2)鉛筆硬度:JIS準拠鉛筆硬度計(太佑機材社製)を用い、JIS K−5400の条件に基づき、測定を行い、傷の入らない最も硬い鉛筆の番手で示した。
(3)耐摩耗性:摩耗輪(Calibrase社製:CS−10F)を用い、荷重500gで100回転テーバー摩耗試験を行い、テーバー摩耗試験後のヘイズ値と試験前のヘイズ値の差ΔH(%)で評価した。
(4)接触角
水に対する接触角は、硬化膜に0.002mlの純水を滴下し、1分後に、接触角計(協和界面科学(株)製 DropMaster500)を用いて測定した(単位;度)。
ヘキサデカンに対する接触角は、硬化膜に0.002mlのヘキサデカンを滴下し、1分後に、接触角計(協和界面科学(株)製 DropMaster500)を用いて測定した(単位;度)。
(5)密着性:JIS K5400 記載の碁盤目法で試験した。硬化膜に、1mm間隔で100個の碁盤目を入れ、セロハンテープ(ニチバン社製)で試験した。評価方法は、同じ操作を5回繰り返し(セロハンテープは常に新しいものを用いた)、全く傷やはがれの生じないものを○、10%以下の傷やはがれを生じるものを△、それ以外を×、とする方法に変更して評価した。
(6)指紋ふき取り性(1−1):鼻脂を皮脂の代用とし、鼻脂を親指につけ、その親指を硬化膜に3秒間押し付け、硬化膜に指紋をつけた。その指紋をテイッシュペーパー(製造元:クレシア)で表面を軽く拭き、15cm離れた状態で、目視で見えなくなるまでの往復回数を指紋ふき取り性(1−1)とした。
(7)指紋ふき取り性(1−50):上記指紋ふき取り性(1−1)の操作を同じ硬化膜に繰り返し、繰り返し回数が50回目まで行った。該50回目の操作において、その指紋をテイッシュペーパー(製造元:クレシア)で表面を軽く拭き、15cm離れた状態で、目視で見えなくなるまでの往復回数を指紋ふき取り性(1−50)とした。
指紋ふき取り性(1−1)と指紋ふき取り性(1−50)が同じ往復回数であれば、指紋ふき取り繰り返し耐久性に優れていることになる。
(8)指紋ふき取り性(2):硬化膜の表面を、消しゴムで100往復擦った後、上記指紋ふき取り性(1−1)と同様に行い評価した。
(9)指紋ふき取り耐久性:鼻脂を皮脂の代用とし、鼻脂を親指につけ、その親指を硬化膜に3秒間押し付け、硬化膜に指紋をつけた。その指紋を200gの分銅に巻きつけたテイッシュペーパー(製造元:クレシア)で拭く操作を3往復行った。この操作を繰り返し回数が20回目まで行った。該20回目の操作後、15cm離れた状態で、目視で見えなくなっていれば、〇、目視で見えるようであれば、×、とした。
(6),(7)の評価に比べ、高荷重下での耐久性試験となっている。
(10)人工指紋液付着性:人工指紋液(人工指紋液はトリオレイン/試験用粉体11種の関東ローム/メトキシプロパノール=1/0.4/10(重量比)の混合物で、次世代光デイスクの耐指紋性評価に採用されている液である)を、3000rpmでポリカーボ−ネート樹脂基板上にスピンコート塗布し、60℃で3分間乾燥し、人工指紋液原盤を作成した。
この原盤上に、No.1のシリコーンゴムの小さい方の端面を#240の研磨紙で一様に粗化した転写材を準備し、粗化した端面を4.9Nの一定荷重で10秒間押し当て、次いで、評価する硬化膜表面にその端面を4.9Nの一定荷重で押し当てる(操作L1)。
更に、原盤上に粗化した端面を4.9Nの一定荷重で10秒間押し当てる操作をn回連続的に繰り返し、人工指紋液の付着量を増した後、次いで、評価する硬化膜表面にその端面を4.9Nの一定荷重で押し当てる(操作Ln)。
この操作による人工指紋液の付着径を倍率100倍のスケール付の顕微鏡で目視観察し、最大付着径が20μm以下に保たれる範囲で、nが最大となる操作Lnを人工指紋液付着性とした。
L3またはL4であることが好ましく、より好ましくはL4である。
(11)人工指紋液ふき取り性:(10)の評価に記載の人工指紋液付着操作のL4を実施し、付着した人工指紋液を、テイッシュペーパー(製造元:クレシア)で表面を軽く拭き、15cm離れた状態で、目視で見えなくなるまでの往復回数を人工指紋液ふき取り性とした。
(12)人工指紋液ふき取り耐久性:(10)の評価に記載の人工指紋液付着操作のL4を実施し、付着した人工指紋液を200gの分銅に巻きつけたテイッシュペーパー(製造元:クレシア)で拭く操作を3往復行った。この操作を繰り返し回数が20回目まで行った。該20回目の操作後、15cm離れた状態で、目視で見えなくなっていれば、〇、目視で見えるようであれば、×、とした。
(13)ふきとり感:上記指紋ふき取り性(2)を行った場合の表面のすべり感の大小で、ふき取り感を、〇:すべり感大、△:すべり感小、×:すべり感なし、のいずれかで評価した。
(14)耐マジック付着性:硬化膜に、油性マジックマーカー(ゼブラ製 マッキーケア極細(黒)の細)で線を描き、30秒後、線をはじいていれば○、はじいていなければ×とした。
(15)マジックふき取り性:硬化膜に、油性マジックマーカー(ゼブラ製 マッキーケア極細(黒)の細)で線を描き、30秒後、表面をテイッシュペーパー(製造元:クレシア)で拭き、3往復以内でふき取れれば○、ふき取れなければ×とした。
(16)消泡性:後掲の表中の組成物において、重合体と(C1)成分又は(C2)成分のみを用い、重合体と(C1)成分又は(C2)成分との合計濃度が40重量%で、この重合体と(C1)成分又は(C2)成分との合計に対する重合体の割合が10重量%となるように、2−メトキシプロパノールに溶解させて調製した溶液30mLを、内径2cmで、容量が50mLの円柱状(有底円筒形状)のガラス製の容器に入れ、10秒間、50回/10秒の速度で振とうし(振れ幅1〜20cm)、その後静置したときの液表面と液中の泡を目視で観察した。静置後、液面の泡が消えるまでに要する時間を測定して「消泡性(液面)」とし、液内部の泡が消えるまでに要する時間を測定して「消泡性(液内部)」とした。
参考例1:本発明の範囲内の重合体(A−01)の合成
パーフルオロへキシルエチルメタクリレート50g、メチルメタクリレート10g、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサン(数平均分子量1600)10g、グリシジルメタクリレート30g、ドデシルメルカプタン2g(M(a1)/M(a3)=1.78、SH基/エポキシ基=0.106)、1−メトキシ−1−プロパノール(PGM)200gを加え、内温を窒素気流下約60℃まで昇温した。その後2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(V65)を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を80℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、室温に戻した。固形分濃度は約34%であった。
次に空気雰囲気下、90℃に加熱した後、p−メトキシフェノール0.1g、トリフェニルホスフィン0.5gを加えた。5分後、アクリル酸15.3gをPGM50gに溶解し、30分かけて滴下した。この間液温を90〜105℃に保った。その後液温を110℃に上げ、この温度で8時間維持した後、室温に戻した。固形分は33%であった(A−01)。
参考例2:本発明の範囲内の重合体(A−02)の合成
パーフルオロオクチルエチルメタクリレート10g、パーフルオロヘキシルエチルメタクリレート40g、ラウリルメタクリレート10g、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサン(数平均分子量1600)10g、グリシジルメタクリレート30g、ドデシルメルカプタン2g(M(a1)/M(a3)=1.78、SH基/エポキシ基=0.106)、PGM200gを加え、内温を窒素気流下約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を80℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、室温に戻した。数平均分子量は15000、固形分濃度は約34%であった。
次に空気雰囲気下、90℃に加熱した後、p−メトキシフェノール0.1g、トリフェニルホスフィン0.5gを加えた。5分後、アクリル酸15.3gをPGM50gに溶解し、30分かけて滴下した。この間液温を90〜105℃に保った。その後液温を110℃に上げ、この温度で8時間維持した後、室温に戻した。固形分は33%であった(A−02)。
参考例3:本発明の範囲内の重合体(A−03)の合成
パーフルオロオクチルエチルメタクリレート10g、パーフルオロへキシルグリシジルエーテルへのアクリル酸付加物40g、ラウリルメタクリレート10g、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサン(数平均分子量1600)10g、グリシジルメタクリレート30g、ドデシルメルカプタン2g(M(a1)/M(a3)=1.78、SH基/エポキシ基=0.106)、PGM200gを加え、内温を窒素気流下約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を80℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、室温に戻した。固形分濃度は約34%であった。
次に空気雰囲気下、90℃に加熱した後、p−メトキシフェノール0.1g、トリフェニルホスフィン0.5gを加えた。5分後、TO−756(日本化薬;ペンタエリスリトールトリアクリレートの無水コハク酸変性物を主成分)を125.7gをPGM150gに溶解し、30分かけて滴下した。この間液温を90〜105℃に保った。その後液温を110℃に上げ、この温度で8時間維持した後、室温に戻した。固形分は39%であった(A−03)。
参考例4:本発明の範囲内の重合体(A−04)の合成
パーフルオロオクチルエチルメタクリレート10g、パーフルオロヘキシルエチルメタクリレート30g、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチルメタクリレート10g、ラウリルメタクリレート10g、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサン(数平均分子量1600)10g、グリシジルメタクリレート30g、ドデシルメルカプタン2g(単官能SHのSH基/二官能SHのSH基=1.78、SH基/エポキシ基=0.106)、PGM200gを加え、内温を窒素気流下約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を80℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、室温に戻した。数平均分子量は15000、固形分濃度は約34%であった。
次に空気雰囲気下、90℃に加熱した後、p−メトキシフェノール0.1g、トリフェニルホスフィン0.5gを加えた。5分後、アクリル酸15.3gをPGM50gに溶解し、30分かけて滴下した。この間液温を90〜105℃に保った。その後液温を110℃に上げ、この温度で8時間維持した後、室温に戻した。固形分は33%であった(A−04)。
参考例5:本発明の範囲外の重合体(X−01)の合成
パーフルオロオクチルエチルメタクリレート40g、メチルメタクリレート15g、ラウリルメタクリレート15g、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサン(数平均分子量1600)2g、グリシジルメタクリレート30g(SH基/エポキシ基=0.021)、PGM200gを加え、内温を窒素気流下約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を80℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、室温に戻した。数平均分子量は15000、固形分濃度は約34%であった。
次に空気雰囲気下、90℃に加熱した後、p−メトキシフェノール0.1g、トリフェニルホスフィン0.5gを加えた。5分後、アクリル酸15.3gをPGM50gに溶解し、30分かけて滴下した。この間液温を90〜105℃に保った。その後液温を110℃に上げ、この温度で8時間維持した後、室温に戻した。固形分は33%であった(X−01)。
参考例6:本発明の組成範囲外の重合体(X−02)の合成
パーフルオロオクチルエチルメタクリレート18g、メチルメタクリレート50g、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサン(数平均分子量1600)2g、グリシジルメタクリレート30g(SH基/エポキシ基=0.012)、PGM200gを加え、内温を窒素気流下約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を80℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、室温に戻した。固形分濃度は約34%であった。
次に空気雰囲気下、90℃に加熱した後、p−メトキシフェノール0.1g、トリフェニルホスフィン0.5gを加えた。5分後、アクリル酸15.2gをPGM50gに溶解し、30分かけて滴下した。この間液温を90〜105℃に保った。その後液温を110℃に上げ、この温度で8時間維持した後、室温に戻した。固形分は33%であった(X−02)。
参考例7:OH含有多官能アクリレートとNCO含有シランカップリング剤の反応による多官能アクリル基を有するシランカップリング剤の合成
ジペンタエリスリトールペンタクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物(日本化薬製、カヤラッドDPHA)1kgとγ−トリエトキシシリルプロピルイソシアネート(信越シリコーン、KBE9007)50g、ジブチルスズジラウレート0.2g、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.5gを攪拌混合の後、空気気流下90℃に昇温し、その温度で1時間維持した。IRでNCO基に対応する吸収が完全に消失していることを確認し、その後室温に戻し、生成物を取り出した(シランカップリング剤1、以下、SC1と示す)。この反応は定量的であった。
参考例8:コロイダルシリカと、多官能アクリル基を有するシランカップリング剤との反応による、無機酸化物微粒子の表面に−O−Si−R−結合を介して(メタ)アクリロイル基が結合している有機無機複合体(C2−01)の合成
MEK分散オルガノシリカゾル(日産化学製、MEK−ST、30%MEK分散液、一次粒子径10〜20nm)400g、上記SC1を400g、ヒドロキノンモノメチルエーテル0.4g、アセチルアセトンアルミニウム4g、をよく攪拌混合の後、純水8gを加え、室温で3時間以上攪拌を続ける。その後、空気雰囲気下、50〜70℃に昇温し、その温度で2時間以上攪拌継続し、シリカゾルの表面にシランカップリング剤を反応させ保護コロイド化を行い、目的の有機無機複合体(C2−01)を得た。
参考例9:コロイダルシリカと、アクリル基を有するシラン末端ポリマーとコロイダルシリカとの反応による、無機酸化物微粒子の表面に−O−Si−R−結合を介して(メタ)アクリロイル基が結合している有機無機複合体(C2−02)の合成
グリシジルメタクリレート95g、メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製、KBM803)3g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下PGMAcと略する)200gを混合した後、内温を窒素気流化約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を100℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、PGMAc200g、トリフェニルホスフィン1.5gを加え、均一になるまで空気雰囲気下で攪拌を続けた。その後、アクリル酸49g/PGMAc10gの混合物を約20分かけて添加し、その後110℃にまで内温を上げ、8時間以上維持・攪拌し、アクリル酸とエポキシ基の反応を完結させた。内容混合物を室温に戻した後、MEKST163g、アルミニウムアセチルアセトナート0.04gを加え、均一になるまで攪拌の後、純水0.99gを加え、室温で3時間、50℃〜70℃で約4時間反応を行った。その後、内温を室温に戻した。固形分濃度は約30%で、目的の有機無機複合体(C2−02)を得た。
参考例10:コロイダルシリカと、アクリル基を有するシラン末端ポリマーとコロイダルシリカとの反応による、無機酸化物微粒子の表面に−O−Si−R−結合を介して(メタ)アクリロイル基が結合している有機無機複合体(C2−03)の合成
グリシジルメタクリレート95g、メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製、KBM803)2g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下PGMAcと略する)200gを混合した後、内温を窒素気流化約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を100℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、PGMAc200g、トリフェニルホスフィン1.5gを加え、均一になるまで空気雰囲気下で攪拌を続けた。その後、アクリル酸39g/PGMAc10gの混合物を約20分かけて添加し、その後110℃にまで内温を上げ、8時間以上維持・攪拌し、アクリル酸とエポキシ基の反応を完結させた。内容混合物を室温に戻した後、MEKST163g、アルミニウムアセチルアセトナート0.04gを加え、均一になるまで攪拌の後、純水0.99gを加え、室温で3時間、50℃〜70℃で約4時間反応を行った。その後、内温を室温に戻した。固形分濃度は約28%で、目的の有機無機複合体(C2−03)を得た。
参考例11:本発明の範囲外の重合体(X−03)の合成
メチルメタクリレート70g、ラウリルメタクリレート30g、MEK200gを加え、内温を窒素気流下約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を80℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、室温に戻した。固形分濃度は約34%であった(X−03)。
この生成物は、耐汚染性付与基を有さないポリマーであるため、塗膜の接触角は90度以上にはならない。
参考例12:本発明の範囲内の重合体(A−05)の合成
パーフルオロオクチルエチルメタクリレート11g、パーフルフルオロへキシルエチルメタクリレート12g、メチルメタクリレート44g、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサン(数平均分子量1600)3g、グリシジルメタクリレート30g(SH基/エポキシ基=0.018)、PGM200gを加え、内温を窒素気流下約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を80℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、室温に戻した。固形分濃度は約34%であった。
次に空気雰囲気下、90℃に加熱した後、p−メトキシフェノール0.1g、トリフェニルホスフィン0.5gを加えた。5分後、アクリル酸15.2gをPGM50gに溶解し、30分かけて滴下した。この間液温を90〜105℃に保った。その後液温を110℃に上げ、この温度で8時間維持した後、室温に戻した。固形分は33%であった(A−05)。
参考例13:本発明の範囲外の重合体(X−04)の合成
パーフルオロオクチルエチルメタクリレート30g、パーフルオロヘキシルエチルメタクリレート20g、ラウリルメタクリレート10g、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサン(数平均分子量1600)10g、グリシジルメタクリレート30g、ドデシルメルカプタン2g(M(a1)/M(a3)=1.78、SH基/エポキシ基=0.106)、PGM200gを加え、内温を窒素気流下約60℃まで昇温した。その後V65を2回にわけ、計1.5g添加し、65℃で6時間攪拌を続けた。その後、内温を80℃まで上げ、V65を完全に失活させた後、室温に戻した。固形分濃度は約35%であった。
次に空気雰囲気下、90℃に加熱した後、p−メトキシフェノール0.1g、トリフェニルホスフィン0.5gを加えた。5分後、アクリル酸15.3gをPGM50gに溶解し、30分かけて滴下した。この間液温を90〜105℃に保った。その後液温を110℃に上げ、この温度で8時間維持した後、室温に戻した。固形分は33%であった(X−04)。
実施例1〜14、比較例1〜6
表1に示す配合(重量比)の組成物を、表1に示す基材に表1に示す膜厚の硬化膜が形成されるように塗布し、その後、80℃で乾燥し、溶剤を除去して乾燥被膜を形成した。このものを出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用い、波長254nmの紫外線を積算光量500mJ/cmになるよう通常酸素濃度雰囲気下で照射して硬化させ、その硬化膜について透明性(ヘイズ)、鉛筆硬度、耐摩耗性、接触角、密着性を評価した。また、この組成物の組み合わせで、前述の消泡性の評価を行った。
評価結果を表2に示す。
なお、PCフィルム上に膜厚2μmの硬化膜を形成した実施例12,13は、DVD用途に対応するものである。
Figure 2009102513
Figure 2009102513
上記の結果から明らかなように、実施例1〜14に示されているような、本発明の重合体(A)から得られる硬化膜は、単独硬化膜(実施例1〜6)でも鉛筆硬度が高く(いずれもHB以上)、比較例1〜6のような本発明外の重合体より、硬度的に優れていることは明らかであった。また、耐摩耗性、密着性にも優れ、撥水・撥油性も比較例5のような本発明外の重合体を用いた場合より、明らかに優れていた。
更に、本発明の重合体(A)は、消泡性についても良好な結果を示した。
更に、上記実施例1〜14の硬化膜について、耐汚染性(耐指紋性)の耐久性の評価を行なった。具体的には、指紋ふき取り性(1−1)、指紋ふき取り性(1−50)、指紋ふき取り性(2)、指紋ふき取り耐久性、ふき取り感の評価を行った。
結果を表3に示した。
Figure 2009102513
上記結果から、実施例1〜14の硬化膜は、付着させた指紋をテイッシュペーパー1〜2往復で実質的に拭きとることができ、優れた指紋ふき取り性を有することが確認できた。また、消しゴムで100往復擦った後、指紋付着・ふき取り操作を行なっても、もとのふき取り感(ふき取る際、すべり性があり、軽くこする程度で拭き取れる)が損なわれることはなく、耐久性に優れていることが分かる。
なお、実施例3の硬化膜について、F/C比をESCA(島津製作所ESCA1000)にて測定したところ、硬化膜全体の平均組成が、F/C=0.065であるのに対し、硬化膜表面から厚さ3nmの位置における組成はF/C=0.227であり、表面にフッ素原子が3.5倍濃縮されていることが確認できた。
この結果により、組成物中の耐汚染性付与基の量が、例えば、1重量%であっても、硬化膜表面に耐汚染性付与基が効率的に濃縮され、高い耐汚染性を実現することが可能であることが認められた。
また、実施例3,7の組成物を、PETフィルム(三菱化学ポリエステルフィルム製 T600EU07 厚み100μm(Haze=1.1%))に、硬化後の厚みがそれぞれ0.5、2、5、10μmになるよう、厚みを変えて塗布し、形成された塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用い、1000mW/cmの照度で、照射量を変えて硬化するまでに必要な積算照射量を測定することにより、硬化性を評価した。また、得られた硬化膜の反り量は、上記で得られた硬化膜を有するフィルムを、10cm角に切断し、4角の反り量を隙き間ゲージで測定し、その平均値をとることにより測定した。その結果を表4に示す。
Figure 2009102513
表4より、本発明の組成物は、硬化性に優れ、また反り量が小さいことが分かる。
参考例14
情報記録のためにグルーブが作成されたデイスク状支持基体(ポリカーボネート製、厚さ1.1mm、直径120mm)のグルーブが形成された面上に、反射層、第2誘電体層、記録層、第1誘電体層を形成したブルーレイデイスク用光記録媒体(中間品)を準備した。
この第1誘電体層表面に、下記組成のラジカル重合性の活性エネルギー線硬化性材料をスピンコート法により塗布した後、出力密度60W/cmの高圧水銀灯を用い、積算光量1000mJ/cmになるよう紫外線照射し、硬化後の厚さ98μmの光透過保護層を形成した。この表面の鉛筆硬度は4Bであった。
(光透過保護層用のラジカル重合性の活性エネルギー線硬化性材料の組成)
ウレタンアクリレートオリゴマー 60重量部
(平均分子量800のポリテトラメチレングリコールにイソホロンジイソシアネートを付加させたイソシアネート末端オリゴマーにヒドロキシエチルアクリレートを反応させて生成させたウレタンアクリレート)
イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性トリアクリレート(東亞合成製、アロニックス
M313) 20重量部
テトラヒドロフルフリルアクリレート 20重量部
イルガキュア184 3重量部
実施例15〜19
表5に示すような組成(重量比)で、スピンコート用組成物を作成した。
表5に示すような組成(重量比)で、スピンコート用組成物を作成した。
この組成物を、参考例14で形成した透明性保護層上に、スピンコート法により、塗布して被膜とした。この工程で溶剤は実質的に除去され、乾燥塗膜とすることが可能であった。この塗膜に、出力密度60W/cmの高圧水銀灯を用い、積算光量1000mJ/cmにて通常酸素濃度雰囲気下で紫外線を照射し、硬化後の厚さ2μmのハードコート層を作成した。そのハードコート層の表面物性について、外観(目視で評価)、鉛筆硬度、密着性、接触角(水、ヘキサデカン)、耐汚染性(人工指紋液付着性、人工指紋液ふき取り性、人工指紋液ふき取り耐久性、耐マジック付着性、マジックふき取り性)について評価した。耐汚染性については表7に、その他の物性については表6に結果を示した。
Figure 2009102513
Figure 2009102513
Figure 2009102513
上記結果から明らかなように、本発明の範囲内の組成物(実施例15〜19)から作成したハードコート層は、接触角が高いため、耐汚染性のうちの耐付着性に優れており、結果としてふき取り性やふき取り耐久性にも優れている。
なお、PC基材上に光透過保護層を介して膜厚2μmの硬化膜を形成した実施例15〜19は、Blu−ray Disk用途に対応するものである。
参考のため、市販されている耐汚染性ハードコート剤を塗布・硬化したハードコート膜を表面に有する光デイスク(次世代光デイスク(ブルーレイデイスク))の鉛筆硬度、接触角、耐汚染性を評価した。
その結果を表8に示す。
TDKのデータ用を除き、人工指紋液の付着性はL3レベル、ふき取り性は3往復を超え、本発明の組成物を塗布・硬化したハードコート膜に比べ明らかに劣っていた。
TDKのデータ用は、鉛筆硬度、人工指紋液付着性、ふきとり性、耐マジック付着性、いずれにも優れるが、防汚層とハードコート層の複層ハードコート層構成になっており、コスト的に、本発明の組成物を用いた上記実施例15〜19のデイスクに比べ、明らかに不利である。
Figure 2009102513

Claims (24)

  1. (a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、
    (a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、
    (a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、
    および
    (a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部
    を合計で100重量部含み、上記(a4)のうち炭素数8以上の直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートが50重量%未満であるモノマー混合物のラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させてなる構造に相当する構造を有してなることを特徴とする重合体(A)。
  2. 固形分として、該重合体(A)と、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)とを、固形分濃度が40重量%で、固形分中の該重合体(A)の割合が10重量%となるように溶解した2−メトキシプロパノール溶液30mLを内径2cmの50mLの円柱状の容器に入れ、10秒間に50回振とうした際に生成する液表面の泡が5分以内に消泡し、液中の泡が10分以内に消泡することを特徴とする請求項1に記載の重合体(A)。
  3. (a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、
    (a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、
    (a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、
    および
    (a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部
    を合計で100重量部含むモノマー混合物のラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させてなる構造に相当する構造を有してなる重合体(A)であって、
    固形分として、該重合体(A)と、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)とを、固形分濃度が40重量%で、固形分中の該重合体(A)の割合が10重量%となるように溶解した2−メトキシプロパノール溶液30mLを内径2cmの50mLの円柱状の容器に入れ、10秒間に50回振とうした際に生成する液表面の泡が5分以内に消泡し、液中の泡が10分以内に消泡することを特徴とする重合体(A)。
  4. 前記(a1)が、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサンである請求項1ないし3のいずれかに記載の重合体(A)。
  5. 前記モノマー混合物が、更に、(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタン:5重量部以下を含む請求項1ないし4のいずれかに記載の重合体(A)。
  6. 前記重合体(A)100重量部に1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン3重量部を混合した組成物(ただし、この組成物は固形分として重合体(A)と1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンのみを含む)を、100μm厚の易接着性PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜の鉛筆硬度がB以上であって、かつ該硬化膜の水に対する接触角が100度以上で、ヘキサデカンに対する接触角が50度以上である請求項1ないし5のいずれかに記載の重合体(A)。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の重合体(A)と、ラジカル重合性光開始剤(B)とを含むことを特徴とする組成物。
  8. 更に、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)を含む請求項7に記載の組成物。
  9. 更に、ラジカル重合性の有機(メタ)アクリレート化合物および/またはラジカル重合性の有機(メタ)アクリルアミド化合物(D)と、重合体(A)以外の、ラジカル重合性基を有するポリマー(E)とからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する請求項7または8に記載の組成物。
  10. 更に、アセチレンアルコール構造を有する化合物(Q)を消泡助剤として含む請求項7ないし9のいずれかに記載の組成物。
  11. 該組成物を100μm厚の易接着PET基材上に塗布し、得られた塗膜に、出力密度120W/cmの高圧水銀灯を用いて、波長254nmの紫外線を500mJ/cmの積算光量となるように照射することにより形成した、膜厚5μmの硬化膜の膜表面から厚さ3nmの位置での耐汚染性付与基の含有量が、該硬化膜全体の耐汚染性付与基の平均含有量の3倍以上となる請求項7ないし10のいずれかに記載の組成物。
  12. 請求項7ないし11のいずれかに記載の組成物に活性エネルギー線を照射してなる硬化物。
  13. 請求項7ないし11のいずれかに記載の組成物に活性エネルギー線を照射してなる硬化膜を表面に有する物品。
  14. 光学用に用いられる物品である請求項13に記載の物品。
  15. 光記録媒体または光学ディスプレイ用積層体である請求項13に記載の物品。
  16. 基板上に、少なくとも記録層または反射層を含む多層膜を有する光記録媒体であって、該媒体の光入射側の最表面に、請求項7ないし11のいずれか1項に記載の組成物からなる硬化膜を有してなる光記録媒体。
  17. 前記記録層または反射層の、基板とは反対側の最表面に前記硬化膜を有してなる請求項16に記載の光記録媒体。
  18. 前記多層膜と硬化膜との間に光透過層を有してなる請求項16または17に記載の光記録媒体。
  19. 該光透過層が、無機酸化物微粒子および/またはウレタンアクリレートを含有する請求項18に記載の光記録媒体。
  20. 透明樹脂基材を含む積層体であって、該積層方向の少なくとも一方の最表面に、請求項7ないし11のいずれかに記載の組成物に活性エネルギー線を照射してなる硬化膜を有する光学ディスプレイ用積層体。
  21. (a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、
    (a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、
    (a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、
    および
    (a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部
    を合計で100重量部含み、上記(a4)のうち炭素数8以上の直鎖のパーフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートが50重量%未満であるモノマー混合物をラジカル重合させた後、得られたラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させることを特徴とする重合体(A)の製造方法。
  22. (a1)α,ω−ジメルカプトポリシロキサン:0.01〜15重量部、
    (a2)エポキシ基を有する(メタ)アクリレート:5〜60重量部、
    (a4)パーフルオロアルキル基を含有する(メタ)アクリレート:20〜60重量部、
    および
    (a5)その他の(メタ)アクリレート:1〜50重量部
    を合計で100重量部含むモノマー混合物をラジカル重合させた後、得られたラジカル重合体のエポキシ基の少なくとも一部に、(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸を反応させる重合体(A)の製造方法であって、
    固形分として、該重合体(A)と、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含む多官能(メタ)アクリレート(C1)、および/または、コロイダルシリカを主成分とする無機酸化物微粒子に−O−Si−R−結合(Rは炭素数2〜10の直鎖または分岐のアルキレン基を表す。)を介して結合している(メタ)アクリロイル基を有する有機無機複合体(C2)とを、固形分濃度が40重量%で、固形分中の該重合体(A)の割合が10重量%となるように溶解した2−メトキシプロパノール溶液30mLを内径2cmの50mLの円柱状の容器に入れ、10秒間に50回振とうした際に生成する液表面の泡が5分以内に消泡し、液中の泡が10分以内に消泡する重合体(A)を製造することを特徴とする重合体(A)の製造方法。
  23. 前記(a1)が、α,ω−ジメルカプトプロピルポリジメチルシロキサンである請求項21または22に記載の重合体(A)の製造方法。
  24. 前記モノマー混合物が、更に、(a3)分子量100〜300の単官能メルカプタン:5重量部以下を含む請求項21ないし23のいずれかに記載の重合体(A)の製造方法。
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