JP2013147568A - Uv cationic curing type coating composition, cured coated film formed by using the same and method for producing the same - Google Patents

Uv cationic curing type coating composition, cured coated film formed by using the same and method for producing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a UV cationic curing type coating composition capable of forming cured coated film having a high surface hardness.SOLUTION: A UV cationic curing type coating composition includes a bivalent-trivalent metal-based organic-inorganic layered composite expressed by formula (1): [RSiO][(MO)(MO)][HO](1) [wherein, Ris an organic group having at least one functional group of among epoxy, oxetanyl and vinyl ether; Mis a bivalent metal atom; Mis a trivalent metal atom; (n) is a 1-3 integer; (x), (y), and (z) are arbitrary numbers satisfying conditions described by 0.5≤x/(y+2z/3)≤3; and (w) is the number of structural water molecules] and having 1 to 67% of the number of the trivalent metal atoms based on 100 of the total number of the bivalent metal atoms and trivalent metal atoms, a UV cationic curing type monomer, and a photocationic polymerization initiator.

Description

本発明は、UVカチオン硬化型塗料組成物、それを用いた硬化塗膜およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a UV cationic curable coating composition, a cured coating film using the same, and a method for producing the same.

UVカチオン硬化型塗料組成物は、UVラジカル硬化型塗料組成物と比較して、(i)酸素による硬化阻害を受けにくい、(ii)光照射後も硬化反応が進行する、(iii)モノマーとして開環重合型モノマーを使用すると硬化時の体積収縮を低減することができ、硬化塗膜の残存応力が小さくなり、密着性に優れた硬化塗膜が得られる、といった利点がある。しかしながら、UVカチオン硬化型モノマーは、UVラジカル硬化型モノマーと比較して重合速度が遅いため、表面硬度が十分に高い硬化塗膜を形成することは困難であった。   The UV cationic curable coating composition is (i) less susceptible to curing inhibition by oxygen than the UV radical curable coating composition, (ii) the curing reaction proceeds even after light irradiation, (iii) as a monomer Use of the ring-opening polymerization type monomer has advantages that volume shrinkage during curing can be reduced, residual stress of the cured coating film is reduced, and a cured coating film having excellent adhesion can be obtained. However, since the UV cationic curable monomer has a slower polymerization rate than the UV radical curable monomer, it is difficult to form a cured coating film having a sufficiently high surface hardness.

そこで、光硬化性を高めたUVカチオン硬化型樹脂組成物として、金属酸化物微粒子を配合した樹脂組成物が提案されている(例えば、特開2000−26730号公報(特許文献1)、国際公開第2004/033532号(特許文献2)、特開2005−89697号公報(特許文献3))。このような樹脂組成物においては、金属酸化物微粒子の分散性を高めるために、有機シラン化合物などの分散剤などを用いて金属酸化物微粒子を均一に分散させている。しかしながら、高硬度の硬化塗膜を得るためには、分散剤を用いた金属酸化物微粒子の分散方法は必ずしも十分な方法とは言えず、さらに高度に金属酸化物微粒子などの無機微粒子を樹脂中に分散させる必要があった。   Therefore, a resin composition containing metal oxide fine particles has been proposed as a UV cation curable resin composition with improved photocurability (for example, JP 2000-26730 A (Patent Document 1), international publication). 2004/033532 (Patent Document 2), JP-A-2005-89697 (Patent Document 3)). In such a resin composition, in order to enhance the dispersibility of the metal oxide fine particles, the metal oxide fine particles are uniformly dispersed using a dispersant such as an organosilane compound. However, in order to obtain a cured film having a high hardness, the dispersion method of metal oxide fine particles using a dispersant is not necessarily a sufficient method, and more highly inorganic fine particles such as metal oxide fine particles are contained in the resin. Needed to be dispersed.

一方、無機微粒子の表面を有機化合物で処理した有機無機複合体を樹脂中に分散させた樹脂組成物としては、エポキシ基を有するマグネシウムケイ素系層状高分子とポリメルカプタンやエポキシ化合物とを含有する接着剤(特開平9−71763号公報(特許文献4)、特開2008−115299号公報(特許文献5))が提案されており、このような接着剤を熱硬化させることによって強固な接着力を発現させている。   On the other hand, as a resin composition in which an organic-inorganic composite whose inorganic fine particles are treated with an organic compound is dispersed in a resin, an adhesive containing a magnesium silicon layered polymer having an epoxy group and polymercaptan or an epoxy compound is used. Agents (JP-A-9-71763 (Patent Document 4), JP-A-2008-115299 (Patent Document 5)) have been proposed, and a strong adhesive force can be obtained by thermosetting such an adhesive. It is expressed.

特開2000−26730号公報JP 2000-26730 A 国際公開第2004/033532号International Publication No. 2004/033532 特開2005−89697号公報JP 2005-89697 A 特開平9−71763号公報JP-A-9-71763 特開2008−115299号公報JP 2008-115299 A

しかしながら、特許文献4〜5に記載の有機無機複合体をUVカチオン硬化型塗料組成物に配合すると、十分な硬度を有する硬化塗膜は得られるものの、耐水性に優れた透明な硬化塗膜を得ることは困難であった。   However, when the organic-inorganic composite described in Patent Documents 4 to 5 is added to the UV cationic curable coating composition, a cured coating film having sufficient hardness can be obtained, but a transparent cured coating film having excellent water resistance can be obtained. It was difficult to get.

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、基材に対する密着性を損なわずに、十分な硬度を有し、耐水性に優れた透明な硬化塗膜を形成することができるUVカチオン硬化型塗料組成物を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and forms a transparent cured coating film having sufficient hardness and excellent water resistance without impairing adhesion to a substrate. An object of the present invention is to provide a UV cationic curable coating composition capable of satisfying the requirements.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、エポキシ基、オキセタニル基およびビニルエーテル基のうちの少なくとも1種の官能基を有し且つMg原子などの2価の金属原子とAl原子などの3価の金属原子とを含有する2価−3価金属系有機無機層状複合体が、UVカチオン硬化型塗料組成物中において優れた分散性を示し、その結果、十分な硬度を有し、耐水性に優れた透明な硬化塗膜が得られることを見出した。さらに、上記のような2価−3価金属系有機無機層状複合体であっても3価の金属原子であるAl原子の含有量が多くなりすぎると、硬化塗膜の耐水性が低下することを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have at least one functional group of an epoxy group, an oxetanyl group, and a vinyl ether group, and a divalent metal atom such as an Mg atom. The bivalent-trivalent metal-based organic / inorganic layered composite containing a trivalent metal atom such as an Al atom exhibits excellent dispersibility in the UV cation curable coating composition, and as a result, has sufficient hardness. It has been found that a transparent cured coating film having excellent water resistance can be obtained. Furthermore, even in the case of the bivalent-trivalent metal-based organic / inorganic layered composite as described above, if the content of Al atoms, which are trivalent metal atoms, is excessively increased, the water resistance of the cured coating film decreases. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物は、下記式(1):
[R nSiO(4-n)/2x[(M 2/2O)y(M 2/3O)z][H2O]w (1)
(式(1)中、Rはエポキシ基、オキセタニル基およびビニルエーテル基のうちの少なくとも1種の官能基を有する有機基を表し、Mは2価の金属原子を表し、Mは3価の金属原子を表し、nは1〜3の整数であり、x、yおよびzは、0.5≦x/(y+2z/3)≦3で表される条件を満たす任意の数であり、wは構造水の分子数を表す。)
で表され、2価の金属原子と3価の金属原子の合計原子数100に対して3価の金属原子の原子数が1〜67%である2価−3価金属系有機無機層状複合体、
UVカチオン硬化型モノマー、および
光カチオン重合開始剤
を含有することを特徴とするものである。また、本発明の硬化塗膜は、このような本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物からなる塗膜に紫外線を照射して、前記塗膜を光硬化させることによって得られるものである。
That is, the UV cation curable coating composition of the present invention has the following formula (1):
[R 1 n SiO (4-n) / 2 ] x [(M 1 2/2 O) y (M 2 2/3 O) z ] [H 2 O] w (1)
(In formula (1), R 1 represents an organic group having at least one functional group of an epoxy group, an oxetanyl group, and a vinyl ether group, M 1 represents a divalent metal atom, and M 2 represents a trivalent group. N is an integer of 1 to 3, x, y, and z are any numbers satisfying the condition represented by 0.5 ≦ x / (y + 2z / 3) ≦ 3, and w Represents the number of molecules of structural water.)
A bivalent-trivalent metal-based organic-inorganic layered composite in which the number of trivalent metal atoms is 1 to 67% with respect to the total number of atoms of divalent metal atoms and trivalent metal atoms of 100 ,
It contains a UV cationic curable monomer and a photocationic polymerization initiator. Moreover, the cured coating film of the present invention is obtained by irradiating the coating film made of the UV cationic curable coating composition of the present invention with ultraviolet rays to photocur the coating film.

本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物において、前記3価の金属原子としては、アルミニウム(Al)および鉄(III)(Fe(III))のうちの少なくとも1種の金属原子が好ましく、前記2価の金属原子としては、マグネシウム(Mg)、ニッケル(II)(Ni(II))、コバルト(II)(Co(II))、銅(II)(Cu(II))、マンガン(Mn)、鉄(II)(Fe(II))、リチウム(Li)、バナジウム(II)(V(II))、ジルコニウム(Zr)および亜鉛(Zn)からなる群から選択される少なくとも1種の金属原子が好ましく、前記UVカチオン硬化型モノマーとしては、エポキシ系化合物、オキセタン系化合物、ビニルエーテル系化合物およびスチレン系化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物が好ましい。   In the UV cationic curable coating composition of the present invention, the trivalent metal atom is preferably at least one metal atom of aluminum (Al) and iron (III) (Fe (III)), Examples of the valent metal atom include magnesium (Mg), nickel (II) (Ni (II)), cobalt (II) (Co (II)), copper (II) (Cu (II)), manganese (Mn), At least one metal atom selected from the group consisting of iron (II) (Fe (II)), lithium (Li), vanadium (II) (V (II)), zirconium (Zr) and zinc (Zn); Preferably, the UV cation curable monomer is preferably at least one compound selected from the group consisting of epoxy compounds, oxetane compounds, vinyl ether compounds, and styrene compounds.

なお、前記官能基を有し且つ2価の金属原子と3価の金属原子とを含有する2価−3価金属系有機無機層状複合体において、3価の金属原子であるAl原子の含有量が多くなりすぎると、硬化塗膜の耐水性が低下する理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明にかかる2価−3価金属系有機無機層状複合体は、エポキシ基などの官能基を有するオルガノアルコキシシランと2価の金属原子を含む2価金属化合物と3価の金属原子を含む3価金属化合物とを加水分解するとともに脱水縮合させることによって形成される。このとき、3価金属化合物として塩化アルミニウムの水和物を使用すると、塩化アルミニウムが求核試薬として作用し、エポキシ基、オキセタニル基およびビニル基が加水分解または加溶媒分解により開裂すると推察される。エポキシ基などの官能基は、開裂するとUVカチオン硬化型モノマーと反応しないため、有機無機層状複合体とUVカチオン硬化型モノマーとの架橋反応が進行せず、硬化塗膜の耐水性が低下すると推察される。そして、エポキシ基、オキセタニル基およびビニル基の開裂は、塩化アルミニウムの水和物の量が多くなるほど顕著に現れるため、Al原子の含有量が67%を超える2価−3価金属系有機無機層状複合体を含有するUVカチオン硬化型塗料組成物においては、硬化塗膜の耐水性が特に低くなると推察される。   In the divalent-trivalent metal-based organic-inorganic layered composite having the functional group and containing a divalent metal atom and a trivalent metal atom, the content of Al atoms that are trivalent metal atoms The reason why the water resistance of the cured coating film is lowered when the amount of C is too large is not certain, but the present inventors speculate as follows. That is, the bivalent-trivalent metal-based organic / inorganic layered composite according to the present invention comprises an organoalkoxysilane having a functional group such as an epoxy group, a divalent metal compound containing a divalent metal atom, and a trivalent metal atom. It is formed by hydrolyzing and dehydrating and condensing a trivalent metal compound. In this case, when aluminum hydrate is used as the trivalent metal compound, it is presumed that the aluminum chloride acts as a nucleophile and the epoxy group, oxetanyl group and vinyl group are cleaved by hydrolysis or solvolysis. It is assumed that functional groups such as epoxy groups do not react with the UV cation curable monomer when cleaved, so that the cross-linking reaction between the organic-inorganic layered composite and the UV cation curable monomer does not proceed and the water resistance of the cured coating film decreases. Is done. And since the cleavage of epoxy group, oxetanyl group and vinyl group appears more prominently as the amount of aluminum chloride hydrate increases, the content of Al atom exceeds 67%. In the UV cation curable coating composition containing the composite, it is presumed that the water resistance of the cured coating film is particularly low.

本発明によれば、分散性に優れた有機無機層状複合体を含有し、基材に対する優れた密着性を損なわずに、十分な硬度を有し、耐水性に優れた透明な硬化塗膜を得ることが可能となる。   According to the present invention, a transparent cured coating film containing an organic / inorganic layered composite having excellent dispersibility and having sufficient hardness and excellent water resistance without impairing excellent adhesion to a substrate. Can be obtained.

本発明にかかる2価−3価金属系有機無機層状複合体の層構造の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the layer structure of the bivalent-trivalent metal type organic inorganic layered composite concerning this invention. 従来の2価金属系有機無機層状複合体の層構造の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the layer structure of the conventional bivalent metal type organic inorganic layered composite. 調製例1〜5で得られた各層状複合体の13C−CP/MAS NMRスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the 13 C-CP / MAS NMR spectrum of each layered composite obtained in Preparation Examples 1-5. (a)脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)、(b)3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、(c)脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)と3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートとの混合物のX線回折パターンを示すグラフである。(A) alicyclic epoxy-Al-Mg-based layered composite (Al: 50%), (b) 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate, (c) alicyclic ring It is a graph which shows the X-ray-diffraction pattern of the mixture of a formula epoxy-Al-Mg type | system | group layered composite (Al: 50%) and 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ', 4'-epoxycyclohexene carboxylate. (a)グリシジル−Mg系層状複合体(Al:0%)、(b)3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、(c)グリシジル−Mg系層状複合体(Al:0%)と3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートとの混合物のX線回折パターンを示すグラフである。(A) Glycidyl-Mg-based layered composite (Al: 0%), (b) 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate, (c) Glycidyl-Mg-based layered composite 2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a mixture of (Al: 0%) and 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate. 実施例1で得られた薄膜(硬化塗膜)を示す写真である。2 is a photograph showing the thin film (cured coating film) obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた薄膜(硬化塗膜)を示す写真である。2 is a photograph showing the thin film (cured coating film) obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られた薄膜(硬化塗膜)を示す写真である。4 is a photograph showing the thin film (cured coating film) obtained in Example 3.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.

本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物は、エポキシ基などの官能基と2価の金属原子と3価の金属原子とを含有する2価−3価金属系有機無機層状複合体、UVカチオン硬化型モノマー、および光カチオン重合開始剤を含有するものである。   The UV cation curable coating composition of the present invention includes a divalent to trivalent metal-based organic / inorganic layered composite containing a functional group such as an epoxy group, a divalent metal atom, and a trivalent metal atom, UV cation curing Type monomer and a cationic photopolymerization initiator.

(2価−3価金属系有機無機層状複合体)
本発明に用いられる2価−3価金属系有機無機層状複合体(以下、単に「本発明にかかる有機無機層状複合体」ともいう。)は、下記式(1):
[R nSiO(4-n)/2x[(M 2/2O)y(M 2/3O)z][H2O]w (1)
(式(1)中、Rはエポキシ基、オキセタニル基およびビニルエーテル基のうちの少なくとも1種の官能基を有する有機基を表し、Mは2価の金属原子を表し、Mは3価の金属原子を表し、nは1〜3の整数であり、x、yおよびzは、0.5≦x/(y+2z/3)≦3で表される条件を満たす任意の数であり、wは構造水の分子数を表す。)
で表されるものである。
(Divalent to trivalent metal-based organic / inorganic layered composite)
The bivalent-trivalent metal-based organic / inorganic layered composite used in the present invention (hereinafter also simply referred to as “organic / inorganic layered composite according to the present invention”) is represented by the following formula (1):
[R 1 n SiO (4-n) / 2 ] x [(M 1 2/2 O) y (M 2 2/3 O) z ] [H 2 O] w (1)
(In formula (1), R 1 represents an organic group having at least one functional group of an epoxy group, an oxetanyl group, and a vinyl ether group, M 1 represents a divalent metal atom, and M 2 represents a trivalent group. N is an integer of 1 to 3, x, y, and z are any numbers satisfying the condition represented by 0.5 ≦ x / (y + 2z / 3) ≦ 3, and w Represents the number of molecules of structural water.)
It is represented by

本発明にかかる有機無機層状複合体は、図1に示すように、中心原子として2価の金属原子Mおよび3価の金属原子Mを含有する8面体構造により形成された層(以下、「8面体シート」という)1aおよび中心原子としてSi原子を含有する4面体構造により形成された層(以下、「4面体シート」という)1bからなる無機層1と、前記Si原子に共有結合により結合し且つエポキシ基、オキセタニル基およびビニルエーテル基のうちの少なくとも1種の官能基Xを有する有機基2aからなる有機層2とによって形成される層構造(図1は2:1型層状ケイ酸塩構造を示す。)を有するものであると推察される。 As shown in FIG. 1, the organic-inorganic layered composite according to the present invention is a layer formed by an octahedral structure containing a divalent metal atom M 1 and a trivalent metal atom M 2 as a central atom (hereinafter referred to as “a”). An inorganic layer 1 composed of a layer (hereinafter referred to as “tetrahedral sheet”) 1b formed of a tetrahedral structure containing Si atoms as a central atom (hereinafter referred to as “octahedral sheet”) and a covalent bond to the Si atoms A layer structure formed by an organic layer 2 composed of an organic group 2a bonded and having at least one functional group X of an epoxy group, an oxetanyl group and a vinyl ether group (FIG. 1 shows a 2: 1 type layered silicate) It is inferred to have a structure.

このような8面体シートの中心原子として2価の金属原子Mと3価の金属原子Mとが混在する有機無機層状複合体は、図2に示すような8面体シートの中心原子として2価の金属原子Mのみを含有する有機無機層状複合体に比べて、UVカチオン硬化型塗料組成物中での分散性に優れる傾向にある。その結果、8面体シートの中心原子として2価の金属原子Mと3価の金属原子Mとが混在している有機無機層状複合体は、得られる硬化塗膜中においても高度に分散しており、十分な硬度を有し、透明性に優れた硬化塗膜を形成することが可能となる。 Such an organic-inorganic layered composite in which a divalent metal atom M 1 and a trivalent metal atom M 2 are mixed as the central atom of the octahedral sheet has 2 as the central atom of the octahedral sheet as shown in FIG. compared to organic-inorganic layered composite containing only the valence of the metal atom M 1, they tend to excellent dispersibility of the UV cationically curable coating composition. As a result, the organic-inorganic layered composite in which the divalent metal atom M 1 and the trivalent metal atom M 2 are mixed as the central atom of the octahedral sheet is highly dispersed in the obtained cured coating film. Therefore, a cured coating film having sufficient hardness and excellent transparency can be formed.

本発明にかかる有機無機層状複合体において、3価の金属原子の原子数は2価の金属原子と3価の金属原子との合計原子数100に対して1〜67%である。3価の金属原子の原子数が前記下限未満になると、本発明にかかる有機無機層状複合体のUVカチオン硬化型塗料組成物中での分散性が低下し、他方、前記上限を超えると、3価の金属原子としてAl原子を用いた場合において、エポキシ基などの官能基が開裂するため、本発明にかかる有機無機層状複合体とUVカチオン硬化型モノマーとの架橋反応が進行せず、硬化塗膜の耐水性が低下する。また、エポキシ基などの官能基が開裂しにくくなるという観点から、前記3価の金属原子の含有量は55%以下であることが好ましい。   In the organic-inorganic layered composite according to the present invention, the number of trivalent metal atoms is 1 to 67% based on the total number of atoms 100 of divalent metal atoms and trivalent metal atoms. When the number of trivalent metal atoms is less than the lower limit, the dispersibility of the organic-inorganic layered composite according to the present invention in the UV cation curable coating composition is lowered. When an Al atom is used as a valent metal atom, a functional group such as an epoxy group is cleaved, so that the crosslinking reaction between the organic-inorganic layered composite according to the present invention and the UV cation curable monomer does not proceed, and the cured coating is not performed. The water resistance of the membrane decreases. Further, from the viewpoint that functional groups such as epoxy groups are difficult to cleave, the content of the trivalent metal atom is preferably 55% or less.

また、本発明にかかる有機無機層状複合体においては、前記3価の金属原子の含有量が45%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましい。前記3価の金属原子の含有量が前記範囲にあると、シロキサン結合の含有量がシラノール基に比べて多くなり、4面体シートの機械的強度(例えば、硬度)が向上するため、本発明にかかる有機無機層状複合体の機械的強度(例えば、硬度)が向上し、本発明の硬化塗膜の表面硬度が高くなる傾向にある。   In the organic-inorganic layered composite according to the present invention, the content of the trivalent metal atom is preferably 45% or less, more preferably 30% or less, and 15% or less. Further preferred. When the content of the trivalent metal atoms is in the above range, the content of siloxane bonds is increased compared to silanol groups, and the mechanical strength (for example, hardness) of the tetrahedral sheet is improved. The mechanical strength (for example, hardness) of the organic / inorganic layered composite is improved, and the surface hardness of the cured coating film of the present invention tends to increase.

さらに、本発明にかかる有機無機層状複合体においては、前記3価の金属原子の含有量が10%以下であることが特に好ましい。3価の金属原子の含有量が10%以下になると、8面体シートの機械的強度(例えば、硬度)がさらに向上するため、本発明にかかる有機無機層状複合体の機械的強度(例えば、硬度)が向上し、本発明の硬化塗膜の表面硬度が高くなる傾向にある。   Furthermore, in the organic-inorganic layered composite according to the present invention, the content of the trivalent metal atom is particularly preferably 10% or less. When the content of trivalent metal atoms is 10% or less, the mechanical strength (for example, hardness) of the octahedral sheet is further improved, so that the mechanical strength (for example, hardness) of the organic-inorganic layered composite according to the present invention is improved. ) And the surface hardness of the cured coating film of the present invention tends to increase.

本発明にかかる前記式(1)中のMは2価の金属原子を表す。このような2価の金属原子としては、マグネシウム(Mg)、ニッケル(II)(Ni(II))、コバルト(II)(Co(II))、銅(II)(Cu(II))、マンガン(Mn)、鉄(II)(Fe(II))、リチウム(Li)、バナジウム(II)(V(II))、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)が挙げられ、中でも、本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物中において、本発明にかかる有機無機層状複合体の分散性が高くなるという観点から、マグネシウム(Mg)、ニッケル(II)(Ni(II))が好ましく、マグネシウム(Mg)が特に好ましい。本発明にかかる有機無機層状複合体は、このような2価の金属原子のうちの1種を単独で含んでいてもよいし、2種以上を含んでいてもよい。 M 1 in the formula (1) according to the present invention represents a divalent metal atom. Such divalent metal atoms include magnesium (Mg), nickel (II) (Ni (II)), cobalt (II) (Co (II)), copper (II) (Cu (II)), manganese (Mn), iron (II) (Fe (II)), lithium (Li), vanadium (II) (V (II)), zirconium (Zr), zinc (Zn), among others, the UV of the present invention. In the cationic curable coating composition, magnesium (Mg) and nickel (II) (Ni (II)) are preferable, and magnesium (Mg) is preferable from the viewpoint of high dispersibility of the organic-inorganic layered composite according to the present invention. Is particularly preferred. The organic-inorganic layered composite according to the present invention may contain one kind of such divalent metal atoms, or may contain two or more kinds.

また、前記式(1)中のMは3価の金属原子を表す。このような3価の金属原子としては、アルミニウム(Al)、鉄(III)(Fe(III))が挙げられ、中でも、本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物中において、本発明にかかる有機無機層状複合体の分散性が高くなるという観点から、アルミニウム(Al)が好ましい。本発明にかかる有機無機層状複合体は、このような3価の金属原子のうちの1種を単独で含んでいてもよいし、2種以上を含んでいてもよい。 Further, M 2 in the formula (1) represents a trivalent metal atom. Examples of such trivalent metal atoms include aluminum (Al) and iron (III) (Fe (III)). Among them, the organic material according to the present invention is used in the UV cation curable coating composition of the present invention. Aluminum (Al) is preferable from the viewpoint of increasing dispersibility of the inorganic layered composite. The organic-inorganic layered composite according to the present invention may contain one kind of such trivalent metal atoms alone, or may contain two or more kinds.

本発明にかかる前記式(1)中のRはエポキシ基、オキセタニル基およびビニルエーテル基のうちの少なくとも1種の官能基を有する有機基を表し、後述する本発明にかかる有機無機層状複合体の製造方法に用いられる前記官能基を有するオルガノアルコキシシランに由来するものである。本発明にかかる有機無機層状複合体は、このような官能基を有する有機基を備えているため、UVカチオン硬化型モノマーと架橋構造を形成することができ、その結果、耐水性に優れた硬化塗膜が得られる。前記エポキシ基としては、グリシジル基、脂環式エポキシ基などが挙げられ、中でも、UVカチオン硬化型モノマーとの反応性が高くなるという観点から、脂環式エポキシ基が好ましい。また、前記有機基の炭素数としては特に制限はないが、例えば、3〜18が好ましく、3〜12がより好ましい。 R 1 in the formula (1) according to the present invention represents an organic group having at least one functional group of an epoxy group, an oxetanyl group, and a vinyl ether group, and the organic-inorganic layered composite according to the present invention to be described later It is derived from the organoalkoxysilane having the functional group used in the production method. Since the organic-inorganic layered composite according to the present invention has such an organic group having a functional group, it can form a crosslinked structure with the UV cation curable monomer, and as a result, cured with excellent water resistance. A coating film is obtained. Examples of the epoxy group include a glycidyl group and an alicyclic epoxy group, and among them, an alicyclic epoxy group is preferable from the viewpoint of increasing the reactivity with the UV cation curable monomer. Moreover, there is no restriction | limiting in particular as carbon number of the said organic group, For example, 3-18 are preferable and 3-12 are more preferable.

このような有機基としては、前記官能基を有する限り、特に制限はなく、例えば、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基)、アルケニル基(例えば、ビニル基)、アリール基(例えば、フェニル基)などの炭化水素基に前記官能基が結合したものが挙げられる。   Such an organic group is not particularly limited as long as it has the functional group. For example, an alkyl group (for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, an undecyl group) , A dodecyl group, a tridecyl group, a hexadecyl group, an octadecyl group), an alkenyl group (for example, a vinyl group), an aryl group (for example, a phenyl group), or the like, and the functional group bonded thereto.

前記式(1)中のx、yおよびzは、本発明にかかる有機無機層状複合体を製造する際に用いられる原料に含まれるケイ素原子、2価の金属原子および3価の金属原子の量に基づいて求めることができる。x/(y+2z/3)は、本発明にかかる有機無機層状複合体に含まれるSi原子と金属原子(2価の金属原子および3価の金属原子)とのモル比を表す。   X, y and z in the formula (1) are the amounts of silicon atom, divalent metal atom and trivalent metal atom contained in the raw material used in producing the organic-inorganic layered composite according to the present invention. Can be determined based on x / (y + 2z / 3) represents a molar ratio between Si atoms and metal atoms (a divalent metal atom and a trivalent metal atom) contained in the organic-inorganic layered composite according to the present invention.

また、前記構造水は、4面体シート中のシラノール基を構成する水酸基や8面体シート中の2価または3価の金属原子に結合した水酸基などに由来するものであり、その存在は、核磁気共鳴(NMR)測定によって確認することができる。なお、4面体構造にシラノール基が含まれている場合があるため、wの値は整数に限定されない任意の数であるが、[(y+z)/(y+2z/3)]−1≦w/(y+2z/3)≦[(y+z)/(y+2z/3)]+(1/2)で表される条件を満たすことが好ましい。w/(y+2z/3)は、構造水と金属原子(2価の金属原子および3価の金属原子)とのモル比を表す。   The structural water is derived from a hydroxyl group constituting a silanol group in the tetrahedral sheet, a hydroxyl group bonded to a divalent or trivalent metal atom in the octahedral sheet, and the presence thereof is a nuclear magnetic field. This can be confirmed by resonance (NMR) measurement. Since the tetrahedral structure may contain a silanol group, the value of w is not limited to an integer, but [(y + z) / (y + 2z / 3)]-1 ≦ w / ( It is preferable that the condition represented by y + 2z / 3) ≦ [(y + z) / (y + 2z / 3)] + (1/2) is satisfied. w / (y + 2z / 3) represents the molar ratio between structural water and metal atoms (a divalent metal atom and a trivalent metal atom).

本発明にかかる有機無機層状複合体は、例えば、以下で説明する調製工程、反応工程および除去工程を経て調製することができる。   The organic-inorganic layered composite according to the present invention can be prepared, for example, through a preparation process, a reaction process, and a removal process described below.

[調製工程]
先ず、エポキシ基、オキセタニル基およびビニルエーテル基のうちの少なくとも1種の官能基を有するオルガノアルコキシシラン(以下、「官能基含有オルガノアルコキシシラン」)、2価の金属原子を含む2価金属化合物および3価の金属原子を含む3価金属化合物を極性溶媒である第一溶媒に溶解して、ケイ素原子と2価の金属原子と3価の金属原子とを含有する原料溶液を調製する。なお、この工程における「溶解」は、前記官能基含有オルガノアルコキシシラン、2価金属化合物および3価金属化合物のうちの1種または2種以上が第一溶媒に粒子として分散した状態を含むものとする。
[Preparation process]
First, an organoalkoxysilane having at least one functional group of an epoxy group, an oxetanyl group and a vinyl ether group (hereinafter referred to as “functional group-containing organoalkoxysilane”), a divalent metal compound containing a divalent metal atom, and 3 A trivalent metal compound containing a valent metal atom is dissolved in a first solvent, which is a polar solvent, to prepare a raw material solution containing a silicon atom, a divalent metal atom, and a trivalent metal atom. The “dissolution” in this step includes a state in which one or more of the functional group-containing organoalkoxysilane, divalent metal compound and trivalent metal compound are dispersed as particles in the first solvent.

本発明に用いられる前記官能基含有オルガノアルコキシシランとしては、下記式(2):
Si(OR(4−n) (2)
(式(2)中、Rはエポキシ基、オキセタニル基およびビニルエーテル基のうちの少なくとも1種の官能基を有する有機基を表し、ORはアルコキシ基を表し、nは1〜3の整数である。)
で表されるものであれば特に制限はない。この官能基含有オルガノアルコキシシランを構成するSi原子は、本発明にかかる有機無機層状複合体を構成するSi原子(好ましくは、本発明にかかる有機無機層状複合体中の4面体シートの中心原子であるSi原子)となり、前記式(2)中の有機基Rは、本発明にかかる有機無機層状複合体中の有機層を構成する前記官能基を有する有機基Rとなる。
The functional group-containing organoalkoxysilane used in the present invention is represented by the following formula (2):
R 1 n Si (OR 2 ) (4-n) (2)
(In the formula (2), R 1 is an epoxy group, an organic group having at least one functional group of the oxetanyl group and vinyl ether group, OR 2 represents an alkoxy group, n represents an integer from 1 to 3 is there.)
As long as it is represented by The Si atom constituting the functional group-containing organoalkoxysilane is the Si atom constituting the organic / inorganic layered composite according to the present invention (preferably the central atom of the tetrahedral sheet in the organic / inorganic layered composite according to the present invention). The organic group R 1 in the formula (2) becomes the organic group R 1 having the functional group constituting the organic layer in the organic-inorganic layered composite according to the present invention.

前記式(2)中のORはアルコキシ基を表す。このようなアルコキシ基としては特に制限はないが、メトキシ基、エトキシ基などの炭素数1〜3のアルコキシ基が好ましい。前記官能基含有オルガノアルコキシシランは、このようなアルコキシ基のうちの1種を単独で含んでいてもよいし、2種以上を含んでいてもよい。 OR 2 in the formula (2) represents an alkoxy group. Although there is no restriction | limiting in particular as such an alkoxy group, C1-C3 alkoxy groups, such as a methoxy group and an ethoxy group, are preferable. The functional group-containing organoalkoxysilane may contain one kind of such alkoxy groups alone, or may contain two or more kinds.

前記官能基含有オルガノアルコキシシランとしては、下記式(2a)で表されるエポキシシクロヘキシル基を有するアルコキシシランなどの脂環式エポキシ系オルガノアルコキシシラン、下記式(2b)で表されるグリシジル基を有するアルコキシシランなどのグリシジル系オルガノアルコキシシラン、下記式(2c)で表されるオキセタニル基を有するアルコキシシランなどのオキセタン系オルガノアルコキシシラン、下記式(2d)で表されるビニルオキシ基を有するアルコキシシランなどのビニルエーテル系オルガノアルコキシシランが挙げられる。これらの中でも、本発明にかかる有機無機層状複合体とUVカチオン硬化型モノマーとの反応性が高くなり、硬化塗膜の耐水性が向上するという観点から、下記式(2a)で表される脂環式エポキシ系オルガノアルコキシシランが好ましい。このような官能基含有オルガノアルコキシシランは、1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。   The functional group-containing organoalkoxysilane has an alicyclic epoxy-based organoalkoxysilane such as an alkoxysilane having an epoxycyclohexyl group represented by the following formula (2a), and a glycidyl group represented by the following formula (2b). Glycidyl organoalkoxysilanes such as alkoxysilanes, oxetane organoalkoxysilanes such as alkoxysilanes having an oxetanyl group represented by the following formula (2c), alkoxysilanes having a vinyloxy group represented by the following formula (2d), etc. A vinyl ether organoalkoxysilane is mentioned. Among these, the fat represented by the following formula (2a) from the viewpoint that the reactivity between the organic-inorganic layered composite according to the present invention and the UV cation curable monomer increases and the water resistance of the cured coating film is improved. Cyclic epoxy organoalkoxysilane is preferred. Such functional group-containing organoalkoxysilanes may be used alone or in combination of two or more.

前記式(2a)〜(2d)中、ORは、前記式(2)中のORと同義であり、Rは、エーテル結合を有していてもよい炭素数1〜8の有機基を表し、Rは炭素数1〜3の有機基を表し、nは前記式(2)中のnと同義である。 In the formulas (2a) to (2d), OR 2 is synonymous with OR 2 in the formula (2), and R 3 is an organic group having 1 to 8 carbon atoms which may have an ether bond. R 4 represents an organic group having 1 to 3 carbon atoms, and n has the same meaning as n in formula (2).

前記式(2a)で表されるエポキシシクロヘキシル基含有アルコキシシランとしては、例えば、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジエトキシシランなどが挙げられる。前記式(2b)で表されるグリシジル基含有アルコキシシランとしては、例えば、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルメチルジエトキシシランなどが挙げられる。   Examples of the epoxycyclohexyl group-containing alkoxysilane represented by the formula (2a) include 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, Examples include 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethylmethyldiethoxysilane. Examples of the glycidyl group-containing alkoxysilane represented by the formula (2b) include 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane, and 3-glycidyloxypropylmethyldiethoxysilane. .

また、前記式(2c)で表されるオキセタニル基含有アルコキシシランとしては、例えば、[(3−メチルオキセタン−3−イル)−メチロキシプロピル]−トリメトキシシラン、[(3−メチルオキセタン−3−イル)−メチロキシプロピル]−トリエトキシシラン、[(3−メチルオキセタン−3−イル)−メチロキシプロピル]−メチルジエトキシシラン、2−[(3−メチルオキセタン−3−イル)−メチロキシプロピル]−エトキシエチルトリメトキシシラン、2−[(3−メチルオキセタン−3−イル)−メチロキシプロピル]−エトキシエチルトリエトキシシラン、2−[(3−メチルオキセタン−3−イル)−メチロキシプロピル]−エトキシエチルメチルジエトキシシランなど、特開2000−26730公報の段落[0040]〜[0041]に記載のアルコキシシランが挙げられる。前記式(2d)で表されるビニルエーテル基含有アルコキシシランとしては、例えば、2−(ビニルオキシ)エチルトリメトキシシラン、2−(ビニルオキシ)エチルトリエトキシシラン、2−(ビニルオキシ)エチルメチルジエトキシシランなどが挙げられる。   Examples of the oxetanyl group-containing alkoxysilane represented by the formula (2c) include [(3-methyloxetane-3-yl) -methyloxypropyl] -trimethoxysilane and [(3-methyloxetane-3). -Yl) -methyloxypropyl] -triethoxysilane, [(3-methyloxetane-3-yl) -methyloxypropyl] -methyldiethoxysilane, 2-[(3-methyloxetane-3-yl) -methyl Roxypropyl] -ethoxyethyltrimethoxysilane, 2-[(3-methyloxetane-3-yl) -methyloxypropyl] -ethoxyethyltriethoxysilane, 2-[(3-methyloxetane-3-yl) -methyl Roxypropyl] -ethoxyethylmethyldiethoxysilane, etc., paragraph [0 of JP 2000-26730 A 40], and alkoxysilanes according to [0041]. Examples of the vinyl ether group-containing alkoxysilane represented by the formula (2d) include 2- (vinyloxy) ethyltrimethoxysilane, 2- (vinyloxy) ethyltriethoxysilane, 2- (vinyloxy) ethylmethyldiethoxysilane, and the like. Is mentioned.

また、本発明にかかる有機無機層状複合体に含まれる官能基の量を調整するために、必要に応じて、官能基を有しないオルガノアルコキシシランや有機基を含有しないアルコキシシランを前記官能基含有オルガノアルコキシシランと併用することができる。官能基を有しないオルガノアルコキシシランとしては、アルキル系アルコキシシラン、芳香族アルコキシシランなどが挙げられる。また、有機基を含有しないアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトシキシラン(TEOS)、テトラ−n−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシランなどが挙げられる。このようなアルコキシシランは、1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。なお、官能基を有しないオルガノアルコキシシランや有機基を含有しないアルコキシシランの使用割合が多い場合には、本発明にかかる有機無機層状複合体において、UVカチオン硬化型モノマーとの反応点が少なくなり、硬化塗膜の耐水性が低下する傾向にある。従って、本発明にかかる有機無機層状複合体を調製する際に官能基を有しないオルガノアルコキシシランや有機基を含有しないアルコキシシランを使用する場合には、これらのアルコキシシランの使用量(併用する場合にはそれらの合計量)を全アルコキシランの使用量(官能基含有オルガノアルコキシシラン、官能基を有しないオルガノアルコキシシランおよび有機基を含有しないアルコキシシランの合計量)の50モル%以下にすることが好ましい。   Moreover, in order to adjust the amount of the functional group contained in the organic-inorganic layered composite according to the present invention, if necessary, an organoalkoxysilane having no functional group or an alkoxysilane not containing an organic group contains the functional group. It can be used in combination with an organoalkoxysilane. Examples of the organoalkoxysilane having no functional group include alkyl alkoxysilanes and aromatic alkoxysilanes. Examples of alkoxysilanes that do not contain an organic group include tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), tetra-n-propoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra-n-butoxysilane, and tetra-sec-butoxy. Examples thereof include silane and tetra-tert-butoxysilane. Such alkoxysilane may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. When the proportion of organoalkoxysilane having no functional group or alkoxysilane containing no organic group is large, the number of reaction points with the UV cation curable monomer is reduced in the organic / inorganic layered composite according to the present invention. The water resistance of the cured coating film tends to decrease. Therefore, when an organoalkoxysilane having no functional group or an alkoxysilane not containing an organic group is used in preparing the organic / inorganic layered composite according to the present invention, the amount of these alkoxysilanes used (when used in combination) The total amount thereof) should be 50 mol% or less of the total amount of alkoxysilane used (the total amount of the functional group-containing organoalkoxysilane, the functional group-free organoalkoxysilane and the organic group-free alkoxysilane). Is preferred.

本発明に用いられる2価金属化合物としては、上述した2価の金属原子を含む金属化合物であれば特に制限はないが、官能基含有オルガノアルコキシシランや3価金属化合物との反応性の観点から、2価の金属原子の無機塩、有機塩、アルコキシドが好ましい。無機塩としては、塩化物、硫化物、硫酸塩、硝酸塩などが好ましく、有機塩としては、酢酸塩などが好ましく、アルコキシドとしては、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシドなどが好ましい。このような2価金属化合物は、1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。   The divalent metal compound used in the present invention is not particularly limited as long as it is a metal compound containing a divalent metal atom as described above, but from the viewpoint of reactivity with a functional group-containing organoalkoxysilane or a trivalent metal compound. Inorganic salts, organic salts and alkoxides of divalent metal atoms are preferred. As the inorganic salt, chloride, sulfide, sulfate, nitrate and the like are preferable. As the organic salt, acetate and the like are preferable. As the alkoxide, methoxide, ethoxide, propoxide, butoxide and the like are preferable. Such divalent metal compounds may be used alone or in combination of two or more.

本発明に用いられる3価金属化合物としては、上述した3価の金属原子を含む金属化合物であれば特に制限はないが、官能基含有オルガノアルコキシシランや2価金属化合物との反応性の観点から、3価の金属原子の無機塩、有機塩、アルコキシドが好ましい。無機塩としては、塩化物、硫化物、硫酸塩、硝酸塩などが好ましく、有機塩としては、酢酸塩などが好ましく、アルコキシドとしては、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシドなどが好ましい。このような3価金属化合物は、1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。   The trivalent metal compound used in the present invention is not particularly limited as long as it is a metal compound containing a trivalent metal atom as described above, but from the viewpoint of reactivity with a functional group-containing organoalkoxysilane or a divalent metal compound. Inorganic salts, organic salts and alkoxides of trivalent metal atoms are preferred. As the inorganic salt, chloride, sulfide, sulfate, nitrate and the like are preferable. As the organic salt, acetate and the like are preferable. As the alkoxide, methoxide, ethoxide, propoxide, butoxide and the like are preferable. Such trivalent metal compounds may be used alone or in combination of two or more.

この調製工程においては、このような官能基含有オルガノアルコキシシラン、2価金属化合物および3価金属化合物を極性溶媒である第一溶媒に溶解して原料溶液を調製する。このとき用いられる第一溶媒としては、極性溶媒であれば、無機系極性溶媒(例えば、水、無機酸)、有機系極性溶媒(例えば、アルコール、アセトン、有機酸)、およびこれら2種以上の混合溶媒のいずれの溶媒も用いることができるが、中でも、水、水溶性有機溶媒(例えば、炭素数1〜5の鎖状アルコールなどの低級アルコール、アセトン)、およびこれら2種以上の混合溶媒が好ましい。   In this preparation step, such a functional group-containing organoalkoxysilane, divalent metal compound and trivalent metal compound are dissolved in a first solvent which is a polar solvent to prepare a raw material solution. As a 1st solvent used at this time, if it is a polar solvent, an inorganic type polar solvent (for example, water, an inorganic acid), an organic type polar solvent (for example, alcohol, acetone, organic acid), and these 2 or more types of Any of the mixed solvents can be used. Among them, water, a water-soluble organic solvent (for example, a lower alcohol such as a chain alcohol having 1 to 5 carbon atoms, acetone), and a mixed solvent of two or more of these are used. preferable.

また、このような調製工程においては、得られる原料溶液中に含まれるケイ素原子と金属原子の原子比(ケイ素原子数/2価の金属原子と3価の金属原子の合計原子数。以下、「ケイ素原子数/金属原子数」とも表す。)が0.5以上3以下となるように、前記原料溶液を調製する。原料溶液中のケイ素原子と金属原子の原子比を前記範囲に調整することによって、中心原子がケイ素原子である4面体シートと中心原子が2価および3価の金属原子である8面体シートからなる2:1型または1:1型のフィロケイ酸塩構造を有する無機層を形成することができる。特に、ケイ素原子数/金属原子数を1以上3以下に調整することによって2:1型のフィロケイ酸塩構造を有する無機層を形成することができ、0.5以上1以下に調整することによって1:1型のフィロケイ酸塩構造を有する無機層を形成することができる。   In such a preparation step, the atomic ratio of silicon atoms to metal atoms (number of silicon atoms / total number of atoms of divalent metal atoms and trivalent metal atoms contained in the obtained raw material solution. The raw material solution is prepared so that “the number of silicon atoms / the number of metal atoms” is 0.5 or more and 3 or less. By adjusting the atomic ratio of silicon atoms and metal atoms in the raw material solution to the above range, a tetrahedral sheet whose central atom is a silicon atom and an octahedral sheet whose central atom is a divalent and trivalent metal atom are formed. An inorganic layer having a 2: 1 type or 1: 1 type phyllosilicate structure can be formed. In particular, an inorganic layer having a 2: 1 type phyllosilicate structure can be formed by adjusting the number of silicon atoms / number of metal atoms to 1 or more and 3 or less, and by adjusting to 0.5 or more and 1 or less. An inorganic layer having a 1: 1 type phyllosilicate structure can be formed.

さらに、このような調製工程においては、得られる原料溶液中に含まれる3価の金属原子の原子数を2価の金属原子と3価の金属原子の合計原子数100に対して1〜67%となるように、前記原料溶液を調製する。3価の金属原子の原子数が前記上限を超えると、3価の金属原子としてAl原子を用いた場合において、エポキシ基などの官能基が開裂してUVカチオン硬化型モノマーとの架橋反応が進行せず、硬化塗膜の耐水性が低下する。また、エポキシ基などの官能基が開裂しにくくなるという観点から、前記3価の金属原子の含有量を55%以下に調整することが好ましい。   Further, in such a preparation step, the number of trivalent metal atoms contained in the obtained raw material solution is 1 to 67% with respect to 100 total atoms of the divalent metal atom and the trivalent metal atom. The raw material solution is prepared so that When the number of trivalent metal atoms exceeds the above upper limit, when an Al atom is used as the trivalent metal atom, a functional group such as an epoxy group is cleaved and a crosslinking reaction with the UV cation curable monomer proceeds. Without, the water resistance of the cured coating film decreases. Moreover, it is preferable to adjust content of the said trivalent metal atom to 55% or less from a viewpoint that functional groups, such as an epoxy group, become difficult to cleave.

また、このような調製工程においては、前記3価の金属原子の含有量を45%以下に調整することが好ましく、30%以下に調整することがより好ましく、15%以下に調整することがさらに好ましい。これにより、シロキサン結合の含有量をシラノール基に比べて多くすることができ、その結果、4面体シートの機械的強度(例えば、硬度)が高くなるため、本発明にかかる有機無機層状複合体の機械的強度(例えば、硬度)も高くなり、本発明の硬化塗膜の表面硬度が高くなる傾向にある。   In such a preparation step, the content of the trivalent metal atom is preferably adjusted to 45% or less, more preferably adjusted to 30% or less, and further adjusted to 15% or less. preferable. As a result, the content of the siloxane bond can be increased as compared with the silanol group. As a result, the mechanical strength (for example, hardness) of the tetrahedral sheet is increased, so that the organic-inorganic layered composite according to the present invention Mechanical strength (for example, hardness) also increases, and the surface hardness of the cured coating film of the present invention tends to increase.

さらに、このような調製工程においては、前記3価の金属原子の含有量を10%以下に調整することが特に好ましい。これにより、8面体シートの機械的強度(例えば、硬度)がさらに向上するため、本発明にかかる有機無機層状複合体の機械的強度(例えば、硬度)が向上し、本発明の硬化塗膜の表面硬度が高くなる傾向にある。   Furthermore, in such a preparation step, it is particularly preferable to adjust the content of the trivalent metal atom to 10% or less. Thereby, since the mechanical strength (for example, hardness) of the octahedral sheet is further improved, the mechanical strength (for example, hardness) of the organic-inorganic layered composite according to the present invention is improved. The surface hardness tends to increase.

[反応工程]
次に、前記官能基含有オルガノアルコキシシランと前記2価金属化合物と前記3価金属化合物とを加水分解するとともに脱水縮合させて、ケイ素原子と2価の金属原子と3価の金属原子とを含有する2価−3価金属系有機無機層状複合体を合成する。前記調製工程において調製した原料溶液中に水が存在する場合には、前記官能基含有オルガノアルコキシシランと前記2価金属化合物と前記3価金属化合物は加水分解されるとともに脱水縮合する。一方、前記原料溶液中に水が存在しない場合には、原料溶液に水を添加することによって上記の加水分解反応および脱水縮合反応が進行する。このような水の添加量としては、前記官能基含有オルガノアルコキシシラン、前記2価金属化合物および前記3価金属化合物を十分に加水分解することができる量であれば特に制限はない。
[Reaction process]
Next, the functional group-containing organoalkoxysilane, the divalent metal compound, and the trivalent metal compound are hydrolyzed and dehydrated and condensed to contain silicon atoms, divalent metal atoms, and trivalent metal atoms. A bivalent-trivalent metal-based organic / inorganic layered composite is synthesized. When water is present in the raw material solution prepared in the preparation step, the functional group-containing organoalkoxysilane, the divalent metal compound, and the trivalent metal compound are hydrolyzed and dehydrated and condensed. On the other hand, when water does not exist in the raw material solution, the hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction proceed by adding water to the raw material solution. The amount of water added is not particularly limited as long as the functional group-containing organoalkoxysilane, the divalent metal compound, and the trivalent metal compound can be sufficiently hydrolyzed.

また、このような反応工程においては、原料溶液のpHをアルカリ性に調整することが好ましい。これにより、前記官能基含有オルガノアルコキシシランと前記2価金属化合物と前記3価金属化合物との反応を促進させることができる。このようなpH調整は、2価および3価の金属化合物として2価および3価の金属原子の無機塩および/または有機塩を使用する場合に特に有効である。前記pH調整において添加するアルカリとしては特に制限はないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどを水溶液の状態で添加することが好ましい。このようにして調整される原料溶液のpHとしては、所望の程度以上の速度で結晶化が起こるpHであり且つ有機基が損なわれるような強アルカリ性でなければ特に制限はなく、また、前記官能基含有オルガノアルコキシシランと2価および3価の金属化合物の種類に依存するため一律には規定できないが、pH8〜10程度に調整することが好ましい。   Moreover, in such a reaction process, it is preferable to adjust the pH of the raw material solution to be alkaline. Thereby, reaction with the said functional group containing organoalkoxysilane, the said bivalent metal compound, and the said trivalent metal compound can be accelerated | stimulated. Such pH adjustment is particularly effective when inorganic and / or organic salts of divalent and trivalent metal atoms are used as the divalent and trivalent metal compounds. Although there is no restriction | limiting in particular as the alkali added in the said pH adjustment, It is preferable to add sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, etc. in the state of aqueous solution. The pH of the raw material solution adjusted in this way is not particularly limited as long as it is a pH at which crystallization occurs at a desired rate or higher and is not strongly alkaline so that the organic group is damaged. Since it depends on the type of the group-containing organoalkoxysilane and the divalent and trivalent metal compounds, it cannot be uniformly defined, but it is preferably adjusted to about pH 8-10.

このように、原料溶液中に水または水とアルカリが存在すると、前記官能基含有オルガノアルコキシシラン並びに2価および3価の金属化合物のうち、先ず、2価および3価の金属化合物が加水分解され、もしくは金属水酸化物となり、いずれの場合においても−M−OHおよび−M−OHが生成する。このとき形成される加水分解物もしくは金属水酸化物の結晶構造は、中心原子として2価の金属原子および3価の金属原子を含有する8面体構造であると推察され、この8面体構造が成長することによって8面体シートが形成されると推察される。その後、−M−OHおよび−M−OHは、前記官能基含有オルガノアルコキシシランの加水分解を促進させるとともに、加水分解により生成したシラノール基(Si−OH)と脱水縮合することによって、R−Si−O−MおよびR−Si−O−Mで表される結合を形成する。このとき、中心原子としてSi原子を含有する4面体構造が前記8面体構造に結合した状態で形成され、この4面体構造が8面体構造の成長に追従して成長することによって、4面体シートが形成されると推察される。 Thus, when water or water and alkali are present in the raw material solution, among the functional group-containing organoalkoxysilane and the divalent and trivalent metal compounds, first, the divalent and trivalent metal compounds are hydrolyzed. Or a metal hydroxide, and in either case, -M 1 -OH and -M 2 -OH are produced. The crystal structure of the hydrolyzate or metal hydroxide formed at this time is assumed to be an octahedral structure containing a divalent metal atom and a trivalent metal atom as a central atom, and this octahedral structure grows. By doing so, it is presumed that an octahedral sheet is formed. Thereafter, -M 1 -OH and -M 2 -OH promote hydrolysis of the functional group-containing organoalkoxysilane and dehydrate-condense it with a silanol group (Si-OH) generated by hydrolysis. to form a bond represented by 1 -Si-O-M 1 and R 1 -Si-O-M 2 . At this time, a tetrahedral structure containing Si atoms as a central atom is formed in a state of being bonded to the octahedral structure, and the tetrahedral structure grows following the growth of the octahedral structure, thereby forming a tetrahedral sheet. Presumed to be formed.

このような加水分解反応および脱水縮合反応は、室温付近の温度で十分に進行するが、有機基を損なわない程度の一定の高い温度下で行ってもよい。また、このような反応は、条件次第で、直ちに完了する場合もあり、ある程度(例えば、1〜2日間程度)のエージングを要する場合もある。   Such hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction proceed sufficiently at a temperature around room temperature, but may be performed at a constant high temperature that does not damage the organic group. In addition, such a reaction may be completed immediately depending on conditions, and may require aging to some extent (for example, about 1 to 2 days).

原料溶液(水やアルカリを添加した場合にはそれらの含むもの)における本発明にかかる有機無機層状複合体の原料(前記官能基含有オルガノアルコキシシラン、2価金属化合物および3価金属化合物、並びに使用した場合には官能基を有しないオルガノアルコキシシランおよび有機基を含有しないアルコキシシラン)の初期含有量は特に制限はなく、また、前記官能基含有オルガノアルコキシシラン並びに2価および3価の金属化合物の分子量に依存するため一律には規定できないが、原料溶液の総量100質量%に対して前記原料の総量が25質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。   Raw material (the functional group-containing organoalkoxysilane, divalent metal compound and trivalent metal compound, and use thereof) of the organic-inorganic layered composite according to the present invention in a raw material solution (including those when water or alkali is added) In this case, the initial content of the organoalkoxysilane having no functional group and the alkoxysilane not containing an organic group) is not particularly limited, and the functional group-containing organoalkoxysilane and the divalent and trivalent metal compounds are not limited. Since it depends on the molecular weight, it cannot be defined uniformly. However, the total amount of the raw materials is preferably 25% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, with respect to 100% by mass of the total amount of the raw material solution. More preferably, it is% or less.

[除去工程]
次に、前記反応工程で得られた溶液に、この溶液と相溶しない第二溶媒を加えて本発明にかかる有機無機層状複合体を第二溶媒に溶解させる。前記反応工程で得られた溶液と第二溶媒は2相に分離しているため、第二溶媒と相溶しない溶液を除去することによって、本発明にかかる有機無機層状複合体を第二溶媒に溶解した状態で回収することができる。
[Removal process]
Next, a second solvent that is incompatible with the solution is added to the solution obtained in the reaction step, and the organic-inorganic layered composite according to the present invention is dissolved in the second solvent. Since the solution obtained in the reaction step and the second solvent are separated into two phases, the organic / inorganic layered composite according to the present invention is used as the second solvent by removing the solution incompatible with the second solvent. It can be recovered in a dissolved state.

前記第二溶媒としては、前記反応工程で得られた溶液と相溶せず、本発明にかかる有機無機層状複合体を溶解させることができるものであれば特に制限はないが、例えば、第一溶媒として水、水溶性有機溶媒、またはこれらの混合溶媒を使用した場合には、前記反応工程で得られる溶液が水溶液または水性溶液であるため、水溶液または水性溶液からの抽出溶媒として使用される有機溶媒を第二溶媒として使用することができる。このような有機溶媒としては、例えば、n−ペンタン、2−メチルブタン、2,2−ジメチルプロパン、n−ヘキサン、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、n−ヘプタン、2−メチルヘキサン、3−メチルヘキサン、2,3−ジメチルペンタン、2,4−ジメチルペンタン、n−オクタン、2,2,3−トリメチルペンタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−ノナン、n−デカンなどの脂肪族炭化水素;シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、シクロオクタンなどの脂環式炭化水素;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテルなどのエーテル;オルト蟻酸トリエチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル;クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエチレン、1,1,2,2,−テトラクロロエタン、クロロベンゼン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンなどのハロゲン化炭化水素が挙げられる。このような有機溶媒は、1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。   The second solvent is not particularly limited as long as it is incompatible with the solution obtained in the reaction step and can dissolve the organic-inorganic layered composite according to the present invention. When water, a water-soluble organic solvent, or a mixed solvent thereof is used as the solvent, since the solution obtained in the reaction step is an aqueous solution or an aqueous solution, the organic solvent used as an extraction solvent from the aqueous solution or the aqueous solution is used. A solvent can be used as the second solvent. Examples of such an organic solvent include n-pentane, 2-methylbutane, 2,2-dimethylpropane, n-hexane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3- Dimethylbutane, n-heptane, 2-methylhexane, 3-methylhexane, 2,3-dimethylpentane, 2,4-dimethylpentane, n-octane, 2,2,3-trimethylpentane, 2,2,4- Aliphatic hydrocarbons such as trimethylpentane, n-nonane, n-decane; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, cyclooctane; aromatic carbonization such as toluene and xylene Hydrogen, diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, etc. Ester such as triethyl orthoformate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate; chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, 1,2-dichloroethylene, 1,1,2,2, -tetrachloroethane, chlorobenzene, Halogenated hydrocarbons such as trichlorethylene and tetrachloroethylene are exemplified. Such an organic solvent may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

本発明にかかる有機無機層状複合体は、親水性の無機層と疎水性の有機層を備えるものであるため、界面活性剤と同様に機能し、前記反応工程で得られた溶液と第二溶媒との相分離を妨げる傾向がある。このような傾向は、第二溶媒の疎水性が強いほど顕著であるため、第二溶媒としては、酢酸エチル、トルエンおよびクロロホルムといった、水や水性溶媒と若干相溶する有機溶媒が好ましい。   Since the organic-inorganic layered composite according to the present invention comprises a hydrophilic inorganic layer and a hydrophobic organic layer, the organic-inorganic layered composite functions in the same manner as a surfactant, and the solution obtained in the reaction step and the second solvent Tend to interfere with phase separation. Since such a tendency is more conspicuous as the second solvent is more hydrophobic, an organic solvent that is slightly compatible with water and an aqueous solvent, such as ethyl acetate, toluene, and chloroform, is preferable as the second solvent.

このような除去工程においては、前記反応工程で得られた溶液に第二溶媒を加えた後、十分に混合し、平衡状態となるように静置する。これにより、溶液は上層と下層の2層に分離する。例えば、第一溶媒として水、水溶性有機溶媒、またはこれらの混合溶媒を使用した場合、通常、下層に水溶液または水性溶液、上層に第二溶媒を含む溶液が位置する。このとき、上層の第二溶媒を含む溶液には主として本発明にかかる有機無機層状複合体が溶質として存在する。一方、下層の水溶液または水性溶液には不純物(例えば、pH調整の際に生成した副生成物、必要以上に無機成分が多く含まれる有機無機複合体、未反応物など)が溶質として存在する。なお、第二溶媒がハロゲン系溶媒のように水より比重が重い溶媒である場合には、上層に水溶液または水性溶液、下層に第二溶媒を含む溶液が位置する。   In such a removal process, after adding a 2nd solvent to the solution obtained at the said reaction process, it fully mixes and it leaves still so that it may be in an equilibrium state. Thereby, the solution is separated into two layers, an upper layer and a lower layer. For example, when water, a water-soluble organic solvent, or a mixed solvent thereof is used as the first solvent, an aqueous solution or aqueous solution is usually located in the lower layer and a solution containing the second solvent in the upper layer. At this time, the organic-inorganic layered composite according to the present invention is mainly present as a solute in the solution containing the second solvent in the upper layer. On the other hand, impurities (for example, by-products generated during pH adjustment, organic-inorganic composites containing more inorganic components than necessary, unreacted materials, etc.) exist as solutes in the lower layer aqueous solution or aqueous solution. In addition, when the second solvent is a solvent having a specific gravity heavier than water, such as a halogen-based solvent, an aqueous solution or an aqueous solution is located in the upper layer, and a solution containing the second solvent is located in the lower layer.

なお、この除去工程においては、必要に応じて第二溶媒の種類を変更するなどして、同様の手順(抽出操作)を複数回繰り返してもよい。   In this removal step, the same procedure (extraction operation) may be repeated a plurality of times by changing the type of the second solvent as necessary.

[回収工程]
次に、前記除去工程で得られた本発明にかかる有機無機層状複合体を含有する溶液から第二溶媒を除去して、本発明にかかる有機無機層状複合体を固体(好ましくは粉体、より好ましくは微粒子)の状態で回収する。第二溶媒の除去方法としては、エバポレータなどを用いて第二溶媒を蒸発させる方法が挙げられる。特に、第二溶媒として酢酸エチル、トルエン、クロロホルム、およびこれら2種以上の混合溶媒を使用した場合には、本発明にかかる有機無機層状複合体を高温に曝すことなく第二溶媒を蒸発させることができる。
[Recovery process]
Next, the second solvent is removed from the solution containing the organic-inorganic layered composite according to the present invention obtained in the removing step, and the organic-inorganic layered composite according to the present invention is solid (preferably powder, more It is preferably recovered in the form of fine particles. Examples of the method for removing the second solvent include a method of evaporating the second solvent using an evaporator or the like. In particular, when ethyl acetate, toluene, chloroform, and a mixed solvent of two or more of these are used as the second solvent, the second solvent is evaporated without exposing the organic-inorganic layered composite according to the present invention to a high temperature. Can do.

(UVカチオン硬化型モノマー)
本発明に用いられるUVカチオン硬化型モノマーとしては特に制限はなく、従来のUVカチオン硬化型塗料組成物に用いられるモノマーを使用することができる。このようなUVカチオン硬化型モノマーは、(i)酸素による硬化阻害を受けにくい、(ii)光照射後も硬化反応が進行するといった利点があり、さらに、開環重合型モノマーを使用すると、(iii)硬化時の体積収縮を低減することができ、硬化塗膜の残存応力が小さくなり、密着性に優れた硬化塗膜が得られる、という利点もある。すなわち、本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物を空気中で光硬化させても、基材に対して高い密着性を有し、透明性および表面硬度に優れた硬化塗膜を得ることができる。
(UV cation curable monomer)
There is no restriction | limiting in particular as UV cation curable monomer used for this invention, The monomer used for the conventional UV cation curable coating composition can be used. Such UV cation curable monomers have the advantage that (i) they are not easily inhibited by oxygen, and (ii) the curing reaction proceeds after light irradiation. Further, when a ring-opening polymerization monomer is used, iii) There is an advantage that the volume shrinkage at the time of curing can be reduced, the residual stress of the cured coating film is reduced, and a cured coating film having excellent adhesion can be obtained. That is, even if the UV cationic curable coating composition of the present invention is photocured in the air, a cured coating film having high adhesion to the substrate and excellent in transparency and surface hardness can be obtained. .

このようなUVカチオン硬化型モノマーとしては、エポキシ系化合物、オキセタン系化合物、ビニルエーテル系化合物、スチレン系化合物などが挙げられる。これらのUVカチオン硬化型モノマーは1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。また、このようなUVカチオン硬化型モノマーのうち、本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物において優れた光硬化性が得られるという観点から、脂環式エポキシ化合物(より好ましくは、下記式(i)で表されるもの)、オキセタン化合物(より好ましくは、下記式(ii)〜(v)で表されるもの)が好ましい。なお、式(v)中のnは1〜3の整数である。   Examples of such UV cation curable monomers include epoxy compounds, oxetane compounds, vinyl ether compounds, and styrene compounds. These UV cation curable monomers may be used alone or in combination of two or more. Among these UV cation curable monomers, from the viewpoint of obtaining excellent photocurability in the UV cation curable coating composition of the present invention, an alicyclic epoxy compound (more preferably, the following formula (i ) And oxetane compounds (more preferably those represented by the following formulas (ii) to (v)). In addition, n in Formula (v) is an integer of 1-3.

(光カチオン重合開始剤)
本発明に用いられる光カチオン重合開始剤としては特に制限はなく、従来のUVカチオン硬化型塗料組成物に用いられる光カチオン重合開始剤を使用することができる。このような光カチオン重合開始剤としては、ヨードニウム塩やスルホニウム塩といったオニウム塩が好ましい。このようなオニウム塩のカウンターアニオンとしてはPF 、SbF 、AsF 、B(C などが挙げられる。
(Photocationic polymerization initiator)
There is no restriction | limiting in particular as a photocationic polymerization initiator used for this invention, The photocationic polymerization initiator used for the conventional UV cation-curable coating composition can be used. As such a cationic photopolymerization initiator, onium salts such as iodonium salts and sulfonium salts are preferable. Examples of onium salt counter anions include PF 6 , SbF 6 , AsF 6 , B (C 6 F 5 ) 4 − and the like.

このような光カチオン重合開始剤の具体例としては、ダウ・ケミカル社製「サイラキュアUVI−6974」、「サイラキュアUVI−6990」、「サイラキュアUVI−6992」;(株)ADEKA製「アデカオプトマーSP−150」、「アデカオプトマーSP−152」、「アデカオプトマーSP−170」、「アデカオプトマーSP−172」;サン・アプロ(株)製「CPI−100P」、「CPI−101A」、「CPI−110P」、「CPI−110A」、「CPI−200K」、「CPI−210S」;(株)三和ケミカル製「TS−91」;Lamberti社製「Esacure1187」、「Esacure1188」(以上、アリールスルホニウム塩)、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュア250」;ローディア社製「RP−2074」(以上、アリルヨードニウム塩)などの市販品が挙げられる。   Specific examples of such a cationic photopolymerization initiator include “Syracure UVI-6974”, “Syracure UVI-6990”, “Syracure UVI-6990” manufactured by Dow Chemical Co., Ltd .; “Adekaoptomer SP” manufactured by ADEKA Corporation. -150 "," Adekaoptomer SP-152 "," Adekaoptomer SP-170 "," Adekaoptomer SP-172 ";" CPI-100P "," CPI-101A "manufactured by Sun Apro Co., Ltd. “CPI-110P”, “CPI-110A”, “CPI-200K”, “CPI-210S”; “TS-91” manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd .; “Esacure 1187”, “Esacure 1188” manufactured by Lamberti Arylsulfonium salt), “Irgaccu” manufactured by Ciba Specialty Chemicals 250 "; Rhodia" RP-2074 "(or, allyl iodonium salts) commercially available, such as.

<UVカチオン硬化型塗料組成物>
本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物は、前記本発明にかかる有機無機層状複合体、前記UVカチオン硬化型モノマー、および前記光カチオン重合開始剤を含有するものである。また、本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物においては、本発明の効果を損なわない範囲において、劣化防止剤などの公知の添加剤が含まれていてもよい。
<UV cationic curable coating composition>
The UV cation curable coating composition of the present invention comprises the organic-inorganic layered composite according to the present invention, the UV cation curable monomer, and the photocationic polymerization initiator. Moreover, in the UV cation curable coating composition of the present invention, known additives such as a deterioration inhibitor may be contained within a range not impairing the effects of the present invention.

本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物において、前記本発明にかかる有機無機層状複合体の含有量としては、前記UVカチオン硬化型モノマーとの合計量100質量部に対して10〜80質量部が好ましく、10〜50質量部がより好ましい。本発明にかかる有機無機層状複合体の含有量が前記下限未満になると、硬化塗膜の表面硬度が十分に向上しない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、硬化塗膜の平滑性が損なわれる傾向にある。   In the UV cation curable coating composition of the present invention, the content of the organic-inorganic layered composite according to the present invention is 10 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total with the UV cation curable monomer. Preferably, 10-50 mass parts is more preferable. When the content of the organic-inorganic layered composite according to the present invention is less than the lower limit, the surface hardness of the cured coating film tends not to be sufficiently improved. On the other hand, when the content exceeds the upper limit, the smoothness of the cured coating film is impaired. It tends to be.

また、本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物において、前記光カチオン重合開始剤の含有量としては、前記UVカチオン硬化型モノマー100質量部に対して1〜10質量部が好ましく、2〜5質量部がより好ましい。光カチオン重合開始剤の含有量が前記下限未満になると、紫外線を照射しても硬化反応が進行せず、高硬度の硬化塗膜を得ることが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えて添加しても、硬化反応が進行する作用がそれ以上向上せず、逆に光硬化性が低下する場合がある。   In the UV cation curable coating composition of the present invention, the content of the photo cation polymerization initiator is preferably 1 to 10 parts by weight, and 2 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the UV cation curable monomer. Part is more preferred. When the content of the cationic photopolymerization initiator is less than the lower limit, the curing reaction does not proceed even when irradiated with ultraviolet rays, and it tends to be difficult to obtain a cured film with high hardness. Even if it is added in excess, the effect of proceeding the curing reaction is not improved any more, and conversely the photocurability may be lowered.

<硬化塗膜>
本発明の硬化塗膜は、このような本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物を光硬化させることによって形成されるものである。例えば、基材に本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物を塗装し、得られた塗膜に紫外線を照射することによって光硬化反応を開始・進行させ、前記塗膜を硬化させる。これにより、基材に対する密着性が高く、透明性および表面硬度に優れた硬化塗膜を得ることができる。
<Curing coating>
The cured coating film of the present invention is formed by photocuring such a UV cation curable coating composition of the present invention. For example, the UV cation curable coating composition of the present invention is applied to a substrate, and the resulting coating film is irradiated with ultraviolet rays to initiate and advance a photocuring reaction, thereby curing the coating film. Thereby, the adhesive film with respect to a base material is high, and the cured coating film excellent in transparency and surface hardness can be obtained.

前記基材としては特に制限はないが、本発明の硬化塗膜が、より優れた密着性を発現するという観点から、ポリカーボネート製基材が好ましい。また、前記光硬化反応の際に使用する紫外線の光源としては特に制限はないが、例えば、低圧水銀灯、高圧水銀灯、紫外線レーザー、キセノンランプ、アルカリ金属ランプなどの紫外線ランプが挙げられる。塗膜に照射する紫外線の強度および照射時間は、使用するUVカチオン硬化型モノマーや光カチオン重合開始剤の種類に応じて適宜制御され、特に制限はない。   Although there is no restriction | limiting in particular as said base material, From the viewpoint that the cured coating film of this invention expresses the outstanding adhesiveness, the base material made from a polycarbonate is preferable. The ultraviolet light source used for the photocuring reaction is not particularly limited, and examples thereof include ultraviolet lamps such as a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultraviolet laser, a xenon lamp, and an alkali metal lamp. The intensity | strength and irradiation time of the ultraviolet-ray irradiated to a coating film are suitably controlled according to the kind of UV cation hardening type monomer and photocationic polymerization initiator to be used, and there is no restriction | limiting in particular.

以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

(調製例1)
250mlのメタノールに10.2g(0.05mol)の塩化マグネシウム六水和物(和光純薬工業(株)製、特級)を添加して溶解し、この溶液に24.6g(0.10mol)の2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(チッソ(株)製「サイラエースS530」、以下、「ECTS」と略す。)を添加して40分間撹拌した。得られた溶液に1000mlのイオン交換水を添加した後、すぐに1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(和光純薬工業(株)製、容量分析用)100mlを添加したところ、沈殿物が生成した。
(Preparation Example 1)
In 250 ml of methanol, 10.2 g (0.05 mol) of magnesium chloride hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) was added and dissolved, and 24.6 g (0.10 mol) of this solution was dissolved. 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane (“Silaace S530” manufactured by Chisso Corporation, hereinafter abbreviated as “ECTS”) was added and stirred for 40 minutes. After adding 1000 ml of ion-exchanged water to the obtained solution, immediately after adding 100 ml of 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for volumetric analysis), a precipitate was formed. .

この沈殿物を含む水溶液の透明上澄み液を除去した後、300mlの酢酸エチル(和光純薬工業(株)製、和光一級)を添加して十分に撹拌し、水溶液中の沈殿物を酢酸エチルに溶解させて抽出した。この抽出操作を3回繰り返してすべての沈殿物を酢酸エチルに溶解して回収した。   After removing the transparent supernatant of the aqueous solution containing the precipitate, 300 ml of ethyl acetate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako First Grade) was added and stirred well, and the precipitate in the aqueous solution was converted to ethyl acetate. It was dissolved and extracted. This extraction operation was repeated three times, and all the precipitates were dissolved in ethyl acetate and collected.

得られた溶液をロータリーエバポレーター(バス温:30℃)を用いて濃縮し、酢酸エチルを完全に除去して脂環式エポキシ−Mg系層状複合体(19.2g)を得た。   The obtained solution was concentrated using a rotary evaporator (bath temperature: 30 ° C.), and ethyl acetate was completely removed to obtain an alicyclic epoxy-Mg layered composite (19.2 g).

(調製例2)
200mlのメタノールに5.10g(0.025mol)の塩化マグネシウム六水和物(和光純薬工業(株)製、特級)を添加して溶解し、この溶液に24.6g(0.10mol)の2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(チッソ(株)製「サイラエースS530」、以下、「ECTS」と略す。)を添加して40分間撹拌した。得られた溶液に1000mlのイオン交換水を添加した後、すぐに、50mlのメタノールに6.05g(0.025mol)の塩化アルミニウム六水和物(和光純薬工業(株)製、特級)を溶解した溶液を添加し、さらに、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(和光純薬工業(株)製、容量分析用)125mlを添加したところ、沈殿物が生成した。
(Preparation Example 2)
In 200 ml of methanol, 5.10 g (0.025 mol) of magnesium chloride hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) was added and dissolved, and 24.6 g (0.10 mol) of this solution was dissolved. 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane (“Silaace S530” manufactured by Chisso Corporation, hereinafter abbreviated as “ECTS”) was added and stirred for 40 minutes. Immediately after adding 1000 ml of ion-exchange water to the resulting solution, 6.05 g (0.025 mol) of aluminum chloride hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) was added to 50 ml of methanol. When the dissolved solution was added and 125 ml of a 1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for volumetric analysis) was added, a precipitate was formed.

得られた沈殿物を調製例1と同様に酢酸エチルで3回抽出した後、酢酸エチルを完全に除去して脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(14.7g)を得た。   The obtained precipitate was extracted three times with ethyl acetate in the same manner as in Preparation Example 1, and then ethyl acetate was completely removed to obtain an alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (14.7 g).

(調製例3〜4)
塩化マグネシウム六水和物の量、塩化アルミニウム六水和物の量および1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の量を表1に示す量に変更した以外は調製例2と同様にして脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体を得た。
(Preparation Examples 3 to 4)
Alicyclic epoxy in the same manner as in Preparation Example 2, except that the amount of magnesium chloride hexahydrate, the amount of aluminum chloride hexahydrate and the amount of 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution were changed to the amounts shown in Table 1. An Al—Mg-based layered composite was obtained.

(調製例5)
塩化マグネシウム六水和物の代わりに12.1g(0.05mol)の塩化アルミニウム六水和物(和光純薬工業(株)製、特級)を用い、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の量を150mlに変更した以外は調製例1と同様にして脂環式エポキシ−Al系層状複合体(19.0g)を得た。
(Preparation Example 5)
Instead of magnesium chloride hexahydrate, 12.1 g (0.05 mol) of aluminum chloride hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) was used, and the amount of 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution was adjusted. Except having changed to 150 ml, it carried out similarly to the preparation example 1, and obtained the alicyclic epoxy-Al-type layered composite (19.0g).

(調製例6)
250mlのメタノールに10.2g(0.05mol)の塩化マグネシウム六水和物(和光純薬工業(株)製、特級)を添加して溶解し、この溶液に23.6g(0.10mol)の3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(チッソ(株)製「サイラエースS510」、以下、「GPTS」と略す。)を添加して40分間撹拌した。得られた溶液に、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液(和光純薬工業(株)製、容量分析用)100mlを水で10倍に希釈した0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液1000mlを添加したところ、沈殿物が生成した。
(Preparation Example 6)
In 250 ml of methanol, 10.2 g (0.05 mol) of magnesium chloride hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) was added and dissolved, and 23.6 g (0.10 mol) of this solution was dissolved. 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilane (“Silaace S510” manufactured by Chisso Corporation, hereinafter abbreviated as “GPTS”) was added and stirred for 40 minutes. To the resulting solution was added 1000 ml of a 0.1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution obtained by diluting 100 ml of a 1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for volumetric analysis) 10 times with water. As a result, a precipitate was formed.

得られた沈殿物を調製例1と同様に酢酸エチルで3回抽出した後、酢酸エチルを完全に除去してグリシジル−Mg系層状複合体(29.5g)を得た。   The obtained precipitate was extracted with ethyl acetate three times in the same manner as in Preparation Example 1, and then ethyl acetate was completely removed to obtain a glycidyl-Mg layered composite (29.5 g).

13C−NMR測定>
調製例1で得られた脂環式エポキシ−Mg系層状複合体、調製例2〜4で得られた脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体および調製例5で得られた脂環式エポキシ−Al系層状複合体をそれぞれ試料ホルダー(ブルカー・バイオスピン(株)製「ロータパッカーBL4」、品番:K811101)に入れ、核磁気共鳴(NMR)装置(ブルカー・バイオスピン(株)製「AVANCE400」)を用いて積算回数:3200回の条件で、各層状複合体の13C−CP/MAS NMRスペクトルを測定した。図3には、調製例1〜5で得られた各層状複合体の13C−CP/MAS NMRスペクトルを示す。なお、図3には、NMRスペクトル中のピーク位置とSi原子に結合した2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基中の炭素原子との関係も示した。
< 13C -NMR measurement>
The alicyclic epoxy-Mg layered composite obtained in Preparation Example 1, the alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite obtained in Preparation Examples 2 to 4, and the alicyclic obtained in Preparation Example 5 Each of the epoxy-Al-based layered composites was put into a sample holder (“Rotapacker BL4” manufactured by Bruker BioSpin Co., Ltd., product number: K8111101), and a nuclear magnetic resonance (NMR) apparatus (manufactured by Bruker BioSpin Co., Ltd. 13 C-CP / MAS NMR spectrum of each layered composite was measured using AVANCE 400 ") under the condition of cumulative number: 3200 times. In FIG. 3, the 13 C-CP / MAS NMR spectrum of each layered composite obtained in Preparation Examples 1 to 5 is shown. FIG. 3 also shows the relationship between the peak position in the NMR spectrum and the carbon atom in the 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl group bonded to the Si atom.

図3に示したように、10ppmのピークはSi原子に結合した炭素原子(h)、53ppmのピークはエポキシ基を構成する2つの炭素原子(a,b)、20〜40ppmのピークは残りの5つ炭素原子(c〜g)と帰属した。53ppmにピークが存在する層状複合体は、脂環式エポキシ基が開環せず、その構造を保持していることを示している。従って、図3に示した結果から明らかなように、Al原子が67%以下の層状複合体においては、エポキシ基を構成する2つの炭素原子(a,b)に由来するピークが観察され、脂環式エポキシ基が保持されていることが確認された。一方、Al原子が85%および100%の層状複合体においては、エポキシ基を構成する2つの炭素原子(a,b)に由来するピークが観察されず、脂環式エポキシ基が開裂していることがわかった。   As shown in FIG. 3, the 10 ppm peak is the carbon atom (h) bonded to the Si atom, the 53 ppm peak is the two carbon atoms (a, b) constituting the epoxy group, and the 20 to 40 ppm peak is the remaining Assigned to 5 carbon atoms (c to g). The layered composite having a peak at 53 ppm indicates that the alicyclic epoxy group does not open and retains its structure. Therefore, as is clear from the results shown in FIG. 3, in the layered composite having Al atoms of 67% or less, peaks derived from the two carbon atoms (a, b) constituting the epoxy group are observed, It was confirmed that the cyclic epoxy group was retained. On the other hand, in the layered composite in which Al atoms are 85% and 100%, the peak derived from the two carbon atoms (a, b) constituting the epoxy group is not observed, and the alicyclic epoxy group is cleaved. I understood it.

<X線回折(XRD)測定>
調製例2で得られた脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)25質量部とUVカチオン硬化型モノマーである3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート(ダイセルサイテック(株)製「セロキサイド2021P」)75質量部とを混合した。この混合物、前記脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートをそれぞれガラス製試料ホルダー((株)リガク製、CatNo.9200/2G、深さ0.2mm)に入れ、X線回折装置((株)リガク製「RINT−TTR」)を用いて管電圧:50kV、管電流:300mA、放射線源:CuKα、開始角度:2.0°、終了角度:70°、スキャン速度:2.0secの条件で、X線回折パターンを測定した。図4には、(a)脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)、(b)3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、(c)脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)と3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートとの混合物のX線回折パターンを示す。
<X-ray diffraction (XRD) measurement>
25 parts by mass of the alicyclic epoxy-Al—Mg-based layered composite (Al: 50%) obtained in Preparation Example 2 and 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4 ′, which is a UV cation curable monomer -75 parts by mass of epoxycyclohexene carboxylate ("Celoxide 2021P" manufactured by Daicel Cytec Co., Ltd.) was mixed. This mixture, the alicyclic epoxy-Al-Mg-based layered composite (Al: 50%), and 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate were respectively added to glass sample holders (( Rigaku Co., Ltd., Cat No. 9200 / 2G, depth 0.2 mm) and using an X-ray diffractometer (Rigaku Co., Ltd. “RINT-TTR”) tube voltage: 50 kV, tube current: 300 mA, radiation The X-ray diffraction pattern was measured under the conditions of source: CuKα, start angle: 2.0 °, end angle: 70 °, scan speed: 2.0 sec. FIG. 4 shows (a) an alicyclic epoxy-Al—Mg-based layered composite (Al: 50%), (b) 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexene carboxylate, (C) X-ray diffraction pattern of a mixture of an alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (Al: 50%) and 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ', 4'-epoxycyclohexenecarboxylate Show.

図4(a)に示した結果から明らかなように、脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)においては、(001)面(2θ=5°付近)、(020)面(2θ=20°付近)、(200)面(2θ=37°付近)および(060)面(2θ=60°付近)に由来する回折ピークが観察された。(001)面に由来する回折ピークは層方向の秩序性を示すものであり、(200)面および(060)面に由来する回折ピークは面内方向の秩序性を示すものである。これらの結果から、脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)は、スメクタイト系層状粘土鉱物の2:1型層状ケイ酸塩構造に類似する層構造を有するものであることが確認された。なお、(020)面に由来する回折ピークは有機物からの反射によるピークであると考えられる。   As is apparent from the results shown in FIG. 4A, in the alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (Al: 50%), the (001) plane (2θ = around 5 °), (020 ) Diffraction peaks derived from the () plane (near 2θ = 20 °), the (200) plane (near 2θ = 37 °) and the (060) plane (near 2θ = 60 °) were observed. The diffraction peak derived from the (001) plane shows the order in the layer direction, and the diffraction peak derived from the (200) plane and the (060) plane shows the order in the in-plane direction. From these results, the alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (Al: 50%) has a layer structure similar to the 2: 1 type layered silicate structure of smectite layered clay mineral. It was confirmed. Note that the diffraction peak derived from the (020) plane is considered to be a peak due to reflection from an organic substance.

また、前記混合物のX線回折パターン(c)と3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートのX線回折パターン(b)との差分を図4(d)に示す。この結果においては、(200)面および(060)面に由来する回折ピークは観察されたが、(001)面に由来する回折ピークは観察されなかった。すなわち、脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)は、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート中において、面内方向の秩序性は保持されているものの、層方向については膨潤して秩序性を失っていることが確認された。   FIG. 4D shows the difference between the X-ray diffraction pattern (c) of the mixture and the X-ray diffraction pattern (b) of 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate. Show. In this result, although diffraction peaks derived from the (200) plane and (060) plane were observed, diffraction peaks derived from the (001) plane were not observed. That is, the alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (Al: 50%) is ordered in the in-plane direction in 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate. However, it was confirmed that the layer direction swelled and lost order.

また、調製例6で得られたグリシジル−Mg系層状複合体(Al:0%)についても同様に、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートとの混合物(層状複合体:25質量%)を調製し、X線回折パターンを測定した。図5には、(a)グリシジル−Mg系層状複合体(Al:0%)、(b)3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、(c)グリシジル−Mg系層状複合体(Al:0%)と3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートとの混合物のX線回折パターンを示す。   Similarly, the glycidyl-Mg-based layered composite (Al: 0%) obtained in Preparation Example 6 was mixed with 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate ( A layered composite: 25% by mass) was prepared, and an X-ray diffraction pattern was measured. FIG. 5 shows (a) glycidyl-Mg layered composite (Al: 0%), (b) 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate, (c) glycidyl- 2 shows an X-ray diffraction pattern of a mixture of an Mg-based layered composite (Al: 0%) and 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate.

図5(a)に示した結果から明らかなように、グリシジル−Mg系層状複合体(Al:0%)においても、(001)面(2θ=6.0°)、(020)面(2θ=21.2°)、(200)面(2θ=35.2°)、(060)面(2θ=59.5°)に由来する回折ピークが観察された。この結果から、グリシジル−Mg系層状複合体(Al:0%)も、スメクタイト系層状粘土鉱物の2:1型層状ケイ酸塩構造に類似する層構造(層間距離:1.47nm)を有するものであることが確認された。   As is clear from the results shown in FIG. 5A, even in the glycidyl-Mg layered composite (Al: 0%), the (001) plane (2θ = 6.0 °), the (020) plane (2θ = 21.2 °), diffraction peaks derived from the (200) plane (2θ = 35.2 °) and the (060) plane (2θ = 59.5 °) were observed. From this result, the glycidyl-Mg layered composite (Al: 0%) also has a layer structure (interlayer distance: 1.47 nm) similar to the 2: 1 type layered silicate structure of smectite layered clay mineral. It was confirmed that.

また、前記混合物のX線回折パターン(c)と3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートのX線回折パターン(b)との差分を図5(d)に示す。この結果においても、面内方向の秩序性を示す(200)面および(060)面に由来する回折ピークは観察されたが、層方向の秩序性を示す(001)面に由来する回折ピークは観察されなかった。すなわち、グリシジル−Mg系層状複合体(Al:0%)も、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート中において、膨潤して層方向の秩序性を失っていることが確認された。   FIG. 5 (d) shows the difference between the X-ray diffraction pattern (c) of the mixture and the X-ray diffraction pattern (b) of 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate. Show. Even in this result, diffraction peaks derived from the (200) plane and (060) plane exhibiting in-plane ordering were observed, but the diffraction peaks derived from the (001) plane exhibiting layered ordering were Not observed. That is, the glycidyl-Mg based layered composite (Al: 0%) also swells in 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate and loses the order in the layer direction. It was confirmed that

(実施例1)
調製例2で得られた脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)25質量部とUVカチオン硬化型モノマーである3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート(ダイセルサイテック(株)製「セロキサイド2021P」)75質量部とヨードニウム塩系光重合開始剤((4−メチルフェニル)[4−(2−メチルプロピル)フェニル]ヨードニウム−ヘキサフルオロフォスフェートと溶剤プロピレンカーボネートとの3:1の混合物、BASF社製「IRGACURE 250」)5PHRとを混合して塗料組成物を調製した。
Example 1
25 parts by mass of the alicyclic epoxy-Al—Mg-based layered composite (Al: 50%) obtained in Preparation Example 2 and 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4 ′, which is a UV cation curable monomer -75 parts by mass of epoxycyclohexene carboxylate ("Celoxide 2021P" manufactured by Daicel Cytec Co., Ltd.) and an iodonium salt-based photopolymerization initiator ((4-methylphenyl) [4- (2-methylpropyl) phenyl] iodonium-hexafluoro A 3: 1 mixture of phosphate and solvent propylene carbonate, “IRGACURE 250” from BASF) 5PHR was mixed to prepare a coating composition.

表面を2−プロパノールで洗浄した透明ポリカーボネート基板に前記塗料組成物をバーコーター(オーエスジーシステムプロダクツ(株)製「Select−Roller A−bar」、バー:OSP−15、ワイヤーバー番手(相当):#6.6)を用いて硬化後の膜厚が15μmとなるように塗布した後、UV硬化装置(1kW高圧水銀灯(セン特殊光源(株)製「Handy1000」))を用いて照射光強度:1200mJ/cm、光照射量:140mWの条件で紫外線を照射して塗膜を硬化させた。 Bar painter (“Select-Roller A-bar” manufactured by OSG System Products, Bar: OSP-15, wire bar count (corresponding): # 6.6) is applied so that the film thickness after curing is 15 μm, and the irradiation light intensity is 1200 mJ using a UV curing device (1 kW high pressure mercury lamp (“Handy1000” manufactured by Sen Special Light Source Co., Ltd.)). The film was cured by irradiating with ultraviolet rays under the conditions of / cm 2 and light irradiation amount: 140 mW.

(実施例2)
UVカチオン硬化型モノマーとして3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン(東亜合成(株)製「OXT−101」)75質量部を用いた以外は実施例1と同様にして硬化塗膜を作製した。
(Example 2)
A cured coating film was prepared in the same manner as in Example 1 except that 75 parts by mass of 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane (“OXT-101” manufactured by Toagosei Co., Ltd.) was used as the UV cation curable monomer.

(実施例3)
UVカチオン硬化型モノマーとして3−エチル−3{[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]メチル}オキセタン(東亜合成(株)製「OXT−221」)75質量部を用いた以外は実施例1と同様にして硬化塗膜を作製した。
(Example 3)
Implemented except that 75 parts by mass of 3-ethyl-3 {[(3-ethyloxetane-3-yl) methoxy] methyl} oxetane (“OXT-221” manufactured by Toagosei Co., Ltd.) was used as the UV cation curable monomer. A cured coating film was prepared in the same manner as in Example 1.

(実施例4)
脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)の代わりに調製例3で得られた脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:67%)25質量部を用いた以外は実施例1と同様にして硬化塗膜を作製した。
Example 4
25 parts by mass of the alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (Al: 67%) obtained in Preparation Example 3 instead of the alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (Al: 50%) A cured coating film was produced in the same manner as in Example 1 except that it was used.

(比較例1)
脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)を用いなかった以外は実施例1と同様にして硬化塗膜を作製した。
(Comparative Example 1)
A cured coating film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the alicyclic epoxy-Al-Mg-based layered composite (Al: 50%) was not used.

(比較例2)
脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)の代わりに調製例6で得られたグリシジル−Mg系層状複合体(Al:0%)以外は実施例1と同様にして硬化塗膜を作製した。
(Comparative Example 2)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the glycidyl-Mg layered composite (Al: 0%) obtained in Preparation Example 6 was used instead of the alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (Al: 50%). A cured coating film was prepared.

(比較例3)
脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)の代わりに調製例1で得られた脂環式エポキシ−Mg系層状複合体(Al:0%)以外は実施例1と同様にして硬化塗膜を作製した。
(Comparative Example 3)
Example 1 except for the alicyclic epoxy-Mg layer composite (Al: 0%) obtained in Preparation Example 1 instead of the alicyclic epoxy-Al-Mg layer composite (Al: 50%) A cured coating film was prepared in the same manner.

(比較例4)
脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)の代わりに調製例5で得られた脂環式エポキシ−Al系層状複合体(Al:100%)以外は実施例1と同様にして硬化塗膜を作製した。
(Comparative Example 4)
Example 1 except for the alicyclic epoxy-Al-based layered composite (Al: 50%) obtained in Preparation Example 5 instead of the alicyclic epoxy-Al-Mg-based layered composite (Al: 50%) A cured coating film was prepared in the same manner.

(比較例5)
脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:50%)の代わりに調製例4で得られた脂環式エポキシ−Al−Mg系層状複合体(Al:85%)25質量部を用いた以外は実施例1と同様にして硬化塗膜を作製した。
(Comparative Example 5)
25 parts by mass of the alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (Al: 85%) obtained in Preparation Example 4 instead of the alicyclic epoxy-Al-Mg layered composite (Al: 50%) A cured coating film was produced in the same manner as in Example 1 except that it was used.

<密着性>
実施例および比較例で得られた硬化塗膜の密着性を碁盤目密着性試験(JIS K5400.8.5)に記載の方法に準拠して測定した。すなわち、硬化塗膜に縦横1mm間隔で切り傷を入れ、100マスの碁盤目を作製した。この碁盤目部分の表面にセロハン粘着テープ(ニチバン(株)製、商品名「セロテープ(登録商標)CT−24」)を強く圧着し、テープを急激に引き剥がし、硬化塗膜が残存した碁盤目の数を測定した。その結果を表2に示す。
<Adhesion>
The adhesiveness of the cured coating films obtained in the examples and comparative examples was measured according to the method described in the cross-cut adhesion test (JIS K5400.88.5). That is, cuts were made in the cured coating film at intervals of 1 mm in length and width to produce a grid of 100 squares. A cellophane adhesive tape (made by Nichiban Co., Ltd., trade name “Cellotape (registered trademark) CT-24”) is strongly pressure-bonded to the surface of the grid, and the tape is abruptly peeled to leave a cured coating film. The number of was measured. The results are shown in Table 2.

<貯蔵弾性率、表面硬度、最大押し込み深さ>
実施例および比較例で得られた硬化塗膜の貯蔵弾性率、表面硬度および最大押し込み深さをナノインデンテーション法によって測定した。すなわち、ナノインデンター(ハイジトロン社製「TriboScope」)を用いて最大荷重:180μmの条件で圧子押し込み時の荷重と押し込み深さの関係を求め、得られた結果から硬化塗膜の貯蔵弾性率、表面硬度および最大押し込み深さを求めた。その結果を表2に示す。
<Storage elastic modulus, surface hardness, maximum indentation depth>
The storage elastic modulus, surface hardness and maximum indentation depth of the cured coating films obtained in Examples and Comparative Examples were measured by a nanoindentation method. That is, using a nanoindenter ("TriboScope" manufactured by Heiditron Co., Ltd.), the relationship between the load and indentation depth when the indenter was indented was obtained under the condition of maximum load: 180 μm, and the storage elastic modulus of the cured coating film was obtained from the obtained results. The surface hardness and the maximum indentation depth were determined. The results are shown in Table 2.

<透明性>
実施例および比較例で得られた硬化塗膜を目視により観察した。図6〜8は、実施例1〜3で得られた薄膜(硬化塗膜)の写真である。また、実施例1および4、比較例1〜5で得られた薄膜(硬化塗膜)の外観を下記基準で判定した。その結果を表2に示す。
A:無色透明。
B:硬化塗膜全体で白化。
<Transparency>
The cured coating films obtained in the examples and comparative examples were observed visually. FIGS. 6-8 is a photograph of the thin film (cured coating film) obtained in Examples 1-3. Moreover, the external appearance of the thin film (cured coating film) obtained in Examples 1 and 4 and Comparative Examples 1 to 5 was determined according to the following criteria. The results are shown in Table 2.
A: Colorless and transparent.
B: Whitening occurs throughout the cured coating film.

<耐水性>
実施例および比較例で得られた硬化塗膜と透明ポリカーボネート基板からなる積層板を40℃の温水に10日間浸漬した後、引き上げて乾燥し、硬化塗膜を目視により観察して下記基準で判定した。その結果を表2に示す。
A:無色透明。
B:硬化塗膜の縁部のみで白化。
C:硬化塗膜の縁部以外の部分でわずかに白化。
D:硬化塗膜全体で白化。
<Water resistance>
Laminated plates made of the cured coating film and transparent polycarbonate substrate obtained in Examples and Comparative Examples were immersed in warm water at 40 ° C. for 10 days, then pulled up and dried, and the cured coating film was visually observed and judged according to the following criteria. did. The results are shown in Table 2.
A: Colorless and transparent.
B: Whitening only at the edge of the cured coating film.
C: Slightly whitened at a portion other than the edge of the cured coating film.
D: Whitening occurs throughout the cured coating film.

表2に示した結果から明らかなように、実施例1および4、比較例1〜5で得られた硬化塗膜はいずれも、塗膜の剥がれは認められず、ポリカーボネート基板に対する密着性に優れたものであった。   As is clear from the results shown in Table 2, the cured coating films obtained in Examples 1 and 4 and Comparative Examples 1 to 5 are all free from peeling of the coating film and have excellent adhesion to the polycarbonate substrate. It was.

また、表2に示した結果から明らかなように、脂環式エポキシ基とAl原子およびMg原子とを有する2価−3価金属系有機無機層状複合体を含有する本発明の硬化塗膜(実施例1、4)は、有機無機層状複合体を含有しない場合(比較例1)に比べて、貯蔵弾性率および表面硬度が2〜3倍高く、最大押し込み深さが浅いもの(高い硬度を有するもの)であることが確認された。   Further, as is clear from the results shown in Table 2, the cured coating film of the present invention containing a divalent-trivalent metal-based organic-inorganic layered composite having an alicyclic epoxy group and Al atoms and Mg atoms ( Examples 1 and 4) have a storage elastic modulus and a surface hardness 2 to 3 times higher than those in the case of not containing an organic-inorganic layered composite (Comparative Example 1), and have a shallow maximum indentation depth (high hardness) It was confirmed that

さらに、表2に示した結果から明らかなように、脂環式エポキシ基とAl原子およびMg原子とを有する2価−3価金属系有機無機層状複合体を含有する硬化塗膜(実施例1および4、比較例5)、有機無機層状複合体を含有していない硬化塗膜(比較例1)、脂環式エポキシ基とAl原子とを有する3価金属系有機無機層状複合体を含有する硬化塗膜(比較例4)は、透明性に優れたものであった。一方、脂環式エポキシ基またはグリシジル基とMg原子とを有する2価金属系有機無機層状複合体を用いた場合(比較例2〜3)には、塗料組成物中および硬化塗膜中で2価金属系有機無機層状複合体が均一に分散せず、硬化塗膜は白化した。   Further, as apparent from the results shown in Table 2, a cured coating film containing a bivalent-trivalent metal-based organic-inorganic layered composite having an alicyclic epoxy group and Al atoms and Mg atoms (Example 1) And 4, Comparative Example 5), a cured coating film not containing an organic-inorganic layered composite (Comparative Example 1), and a trivalent metal-based organic-inorganic layered composite having an alicyclic epoxy group and an Al atom. The cured coating film (Comparative Example 4) was excellent in transparency. On the other hand, when a bivalent metal-based organic / inorganic layered composite having an alicyclic epoxy group or glycidyl group and Mg atom is used (Comparative Examples 2 to 3), 2 in the coating composition and in the cured coating film. The valent metal organic-inorganic layered composite was not uniformly dispersed, and the cured coating film was whitened.

また、図6〜8に示した結果から明らかなように、実施例1〜3で得られた硬化塗膜と透明ポリカーボネート基板からなる積層板を通しても十分に文字を読み取ることができ、UVカチオン硬化型モノマーの種類によらず、透明性に優れた硬化塗膜が形成されることが確認された。   Further, as is clear from the results shown in FIGS. 6 to 8, the characters can be sufficiently read through the laminate comprising the cured coating film obtained in Examples 1 to 3 and a transparent polycarbonate substrate, and UV cation curing is performed. It was confirmed that a cured coating film having excellent transparency was formed regardless of the type of type monomer.

さらに、表2に示した結果から明らかなように、Al原子とMg原子とを所定の割合で含有する2価−3価金属系有機無機層状複合体を用いた場合(実施例1および4)には、
耐水性に優れた硬化塗膜が形成された。一方、Al原子の含有量が多い有機無機層状複合体を用いた場合(比較例4および5)には、硬化塗膜は白化し、耐水性に劣ることがわかった。比較例4および5においては、有機無機層状複合体中の脂環式エポキシ基の一部が開裂して水酸基が生成し、UVカチオン硬化型モノマーとの架橋反応が進行しなかったためと推察される。
Further, as is clear from the results shown in Table 2, when a bivalent-trivalent metal-based organic / inorganic layered composite containing Al atoms and Mg atoms in a predetermined ratio was used (Examples 1 and 4). Is
A cured coating film excellent in water resistance was formed. On the other hand, when the organic / inorganic layered composite having a high Al atom content was used (Comparative Examples 4 and 5), it was found that the cured coating film was whitened and inferior in water resistance. In Comparative Examples 4 and 5, it is inferred that a part of the alicyclic epoxy group in the organic-inorganic layered composite was cleaved to generate a hydroxyl group, and the crosslinking reaction with the UV cation curable monomer did not proceed. .

以上説明したように、本発明によれば、分散性に優れた有機無機層状複合体を含有し且つ光硬化性に優れたUVカチオン硬化型塗料組成物を得ることが可能となる。そして、このような本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物からなる塗膜を光硬化させることによって形成される本発明の硬化塗膜においては、有機無機層状複合体が均一に分散されているため、優れた透明性が得られ、さらに、硬化塗膜が均一に強化されるため、表面硬度に優れたものとなる。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a UV cation curable coating composition containing an organic / inorganic layered composite having excellent dispersibility and having excellent photocurability. And in the cured coating film of this invention formed by photocuring the coating film which consists of such UV cation curable coating composition of this invention, since an organic inorganic layered composite is disperse | distributed uniformly. Excellent transparency is obtained, and the cured coating film is uniformly strengthened, so that the surface hardness is excellent.

したがって、本発明のUVカチオン硬化型塗料組成物は、基材に対する優れた密着性を損なわずに、透明性および表面硬度に優れた硬化塗膜を形成できるため、高い耐摩耗性が要求される自動車用外装塗料などとして有用である。   Therefore, the UV cation curable coating composition of the present invention is capable of forming a cured coating film having excellent transparency and surface hardness without impairing excellent adhesion to the substrate, and therefore requires high wear resistance. It is useful as an exterior paint for automobiles.

1:無機層、1a:中心原子として2価および3価の金属原子を含有する8面体シート、1b:中心原子としてSi原子を含有する4面体シート、1c:中心原子として2価の金属原子のみを含有する8面体シート、2:有機層、2a:有機基。   1: Inorganic layer, 1a: octahedral sheet containing divalent and trivalent metal atoms as central atoms, 1b: tetrahedral sheet containing Si atoms as central atoms, 1c: only divalent metal atoms as central atoms Containing octahedral sheet, 2: organic layer, 2a: organic group.

Claims (6)

下記式(1):
[R nSiO(4-n)/2x[(M 2/2O)y(M 2/3O)z][H2O]w (1)
(式(1)中、Rはエポキシ基、オキセタニル基およびビニルエーテル基のうちの少なくとも1種の官能基を有する有機基を表し、Mは2価の金属原子を表し、Mは3価の金属原子を表し、nは1〜3の整数であり、x、yおよびzは、0.5≦x/(y+2z/3)≦3で表される条件を満たす任意の数であり、wは構造水の分子数を表す。)
で表され、2価の金属原子と3価の金属原子の合計原子数100に対して3価の金属原子の原子数が1〜67%である2価−3価金属系有機無機層状複合体、
UVカチオン硬化型モノマー、および
光カチオン重合開始剤
を含有することを特徴とするUVカチオン硬化型塗料組成物。
Following formula (1):
[R 1 n SiO (4-n) / 2 ] x [(M 1 2/2 O) y (M 2 2/3 O) z ] [H 2 O] w (1)
(In formula (1), R 1 represents an organic group having at least one functional group of an epoxy group, an oxetanyl group, and a vinyl ether group, M 1 represents a divalent metal atom, and M 2 represents a trivalent group. N is an integer of 1 to 3, x, y, and z are any numbers satisfying the condition represented by 0.5 ≦ x / (y + 2z / 3) ≦ 3, and w Represents the number of molecules of structural water.)
A bivalent-trivalent metal-based organic-inorganic layered composite in which the number of trivalent metal atoms is 1 to 67% with respect to the total number of atoms of divalent metal atoms and trivalent metal atoms of 100 ,
A UV cation curable coating composition comprising a UV cation curable monomer and a photo cation polymerization initiator.
前記3価の金属原子が、アルミニウム(Al)および鉄(III)(Fe(III))のうちの少なくとも1種の金属原子であることを特徴とする請求項1に記載のUVカチオン硬化型塗料組成物。   2. The UV cation curable paint according to claim 1, wherein the trivalent metal atom is at least one metal atom of aluminum (Al) and iron (III) (Fe (III)). Composition. 前記2価の金属原子が、マグネシウム(Mg)、ニッケル(II)(Ni(II))、コバルト(II)(Co(II))、銅(II)(Cu(II))、マンガン(Mn)、鉄(II)(Fe(II))、リチウム(Li)、バナジウム(II)(V(II))、ジルコニウム(Zr)および亜鉛(Zn)からなる群から選択される少なくとも1種の金属原子であることを特徴とする請求項1または2に記載のUVカチオン硬化型塗料組成物。   The divalent metal atom is magnesium (Mg), nickel (II) (Ni (II)), cobalt (II) (Co (II)), copper (II) (Cu (II)), manganese (Mn) At least one metal atom selected from the group consisting of iron (II) (Fe (II)), lithium (Li), vanadium (II) (V (II)), zirconium (Zr) and zinc (Zn) The UV cation curable coating composition according to claim 1 or 2, wherein 前記UVカチオン硬化型モノマーが、エポキシ系化合物、オキセタン系化合物、ビニルエーテル系化合物およびスチレン系化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物であることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のUVカチオン硬化型塗料組成物。   The UV cation curable monomer is at least one compound selected from the group consisting of an epoxy compound, an oxetane compound, a vinyl ether compound, and a styrene compound. The UV cation curable coating composition according to any one of the above. 請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載のUVカチオン硬化型塗料組成物を光硬化してなることを特徴とする硬化塗膜。   A cured coating film obtained by photocuring the UV cationic curable coating composition according to any one of claims 1 to 4. 請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載のUVカチオン硬化型塗料組成物を基材上に塗装する工程と、得られた塗膜に紫外線を照射して前記塗膜を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする硬化塗膜の製造方法。   A step of coating the UV cation curable coating composition according to any one of claims 1 to 4 on a substrate, and a step of irradiating the obtained coating film with ultraviolet rays to cure the coating film. A method for producing a cured coating film, comprising:
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