JP2014091756A - 活性エネルギー線硬化性組成物及び硬化被膜の製造方法 - Google Patents

活性エネルギー線硬化性組成物及び硬化被膜の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 良好な外観を有し、耐擦傷性、耐クラック性及び耐候密着性に優れた硬化被膜を短時間で形成することが可能な活性エネルギー線硬化性組成物及びその硬化性組成物を用いた硬化被膜の製造方法を提供すること。
【解決手段】
下記(A)〜(E)成分を含有する活性エネルギー線硬化性組成物。
下式(1)で示されるオルガノアルコキシシランを含むシラン系単量体の加水分解・縮合物で、質量平均分子量が2,000以下のシロキサン系オリゴマー(A)
Si(OR4−a (1)
式(2)で示されるエポキシ基含有アルコキシシラン(B)
Si(OR3−b (2)
質量平均分子量30,000以上の有機系重合体(C)
活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)
下記式(3)で示されるシラン系モノマー(E)
Si(OR)4−a (3)
【選択図】なし

Description

本発明は活性エネルギー線硬化性組成物、前記硬化性組成物を用いた硬化被膜の製造方法に関する。
近年、透明ガラスの代替として、耐破砕性及び軽量性に優れる、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明プラスチック材料が広く使用されるようになってきた。更に、最近では、自動車用グレージング材、道路標識、道路遮音壁等の壁材やテラスの屋根材といった屋外用途においても上記の透明プラスチック材料の使用の要望が高くなっている。
このような状況において、特許文献1及び2では、外観及び基材との密着性に優れ、屋外用途でも使用できる高耐擦傷性を有する保護被膜を短時間で形成できる、特定のシリケートを加水分解・縮合して得られるシロキサン化合物、活性エネルギー線感応性カチオン重合開始剤、エポキシ化合物及びアクリル重合体を含有する活性エネルギー線硬化性コーティング用組成物が提案されている。
WO2005/085373号公報 特開2010−270202号公報
しかしながら、上記技術では、硬化被膜のクラック発生を抑制し、硬化被膜と基材との密着性を良好なものとする場合には、硬化被膜の耐擦傷性の低下を生じさせ易いという問題がある。また、硬化被膜と基材との初期密着性は良好であっても、屋外暴露後の耐候密着性については十分とはいえない。
本発明の目的は、良好な外観を有し、高度の耐擦傷性、耐クラック性及び耐候密着性に優れた硬化被膜を短時間で形成することが可能な活性エネルギー線硬化性組成物及びその硬化性組成物を用いた硬化被膜の製造方法を提供することにある。
本発明の第一の要旨は、下記(A)〜(E)成分を含有する活性エネルギー線硬化性組成物である。
下式(1)で示されるオルガノアルコキシシラン(以下、「オルガノアルコキシシラン(a)」という)を含むシラン系単量体(以下、「シラン系単量体(a´)」という)の加水分解・縮合物で、質量平均分子量(Mw)が2,000以下のシロキサン系オリゴマー(A)(以下、「(A)成分」という)
Si(OR4−a (1)
(Rは炭素数1〜10の有機基を示す。Rは炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示す。aは1〜3の整数を示す。)
下式(2)で示されるエポキシ基含有アルコキシシラン(B)(以下、「(B)成分」という)
Si(OR3−b (2)
(Rはエポキシ基を含有する有機基を示す。Rは炭素数1〜10の有機基を示す。Rは炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示す。bは0〜2の整数を示す。)
質量平均分子量(Mw)が30,000以上の有機系重合体(C)(以下、「(C)成分」という)
活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)(以下、「(D)成分」という)
下記式(3)で示されるシラン系モノマー(E)
6 aSi(OR7)4−a (3)
(式中R6は炭素数1〜10の有機基を示し、Rは水素又は炭素数1〜3のアルキル基を示し、aは0〜3の整数を示す。)
さらに、有機系重合体(C)がポリ(メタ)アクリル酸エステルである上記活性エネルギー線硬化性組成物である。
さらに、活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)が、熱によっても酸を発生するものである活性エネルギー線硬化性組成物である。
本発明の第二の要旨は、上記活性エネルギー線硬化性組成物を基材に塗布し、溶剤を揮発させるセッティング工程において、上記で使用の活性エネルギー線感応性酸発生剤が熱により酸を発生する温度以上の温度で加熱を行い、続いて活性エネルギー線を照射して被膜を形成する硬化被膜形成方法である。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物を基材に塗布し、硬化させることにより、相分離した被膜が形成され、表層にシロキサン系重合体を相対的に多く含有し、基材側の内層に有機系重合体を多く含有する硬化被膜が得られる。
本発明によれば、良好な外観を有し、耐擦傷性、耐クラック性及び耐候密着性に優れた硬化被膜を短時間で形成できる組成物を提供できる。
〔(A)成分〕
(A)成分は本発明の組成物に成膜性を付与し、得られる硬化膜に耐擦傷性を付与する成分である。
(A)成分は、下式(1)で示されるオルガノアルコキシシランを含むシラン系単量体の加水分解・縮合物で、質量平均分子量が2,000以下のシロキサン系オリゴマーである。
Si(OR4−a (1)
(Rは炭素数1〜10の有機基を示す。Rは炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示す。aは1〜3の整数を示す。)
〔オルガノアルコキシシラン(1)〕
本発明で使用されるオルガノアルコキシシラン(1)は上式(1)で示される化合物である。式中Rは炭素数1〜10の有機基を示す。炭素数1〜6の有機基がより好ましい。Rの炭素数が前記範囲内であれば硬化被膜の有機性が比較的低くなり、被膜の硬度が高くなる傾向にある。前記有機基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基、アリール基、グリシジル基が挙げられる。より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基、スチリル基、アリル基、アセチル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、フェニル基、グリシジル基、グリシドキシプロピル基等が挙げられる。これらの基は、塩素、臭素、ヨウ素に代表されるハロゲン、水酸基、メルカプト基、イソシアネート基、アミノ基からなる群より選択される少なくとも1つの置換基により置換されていてもよい。置換基数は好ましくは1〜3、より好ましくは1である。
2は炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示す。加水分解・縮合の反応が速い点で、炭素数1〜2のアルキル基がより好ましい。R2の炭素数が前記範囲であれば加水分解しやすいため、オリゴマーが合成しやすく、且つ被膜の硬化度が高くなる傾向にある。
オルガノアルコキシシラン(1)の具体例としては、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、p−スチリルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン及びトリエチルエトキシシランが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を併せて使用できる。これらの中で、本発明の硬化被膜に良好な耐擦傷性を付与できる点で、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン及びジメチルジメトキシシランが好ましい。
本発明の(A)成分のシロキサン系オリゴマーには、オルガノアルコキシシラン(1)に加えてオルガノアルコキシシラン(1)以外のオルガノアルコキシシラン又はそのオリゴマーやアルキルシリケートから選択されるシラン系単量体(1´)を含んでいてもよい。
アルキルシリケートの具体例としては、メチルシリケート、エチルシリケート、イソプロピルシリケート、n−プロピルシリケート、イソブチルシリケート、n−ブチルシリケート及びこれらのオリゴマーが挙げられる。
アルキルシリケートのオリゴマーとしては、例えば、下式(4)で示される化合物が挙げられる。これらの中で、加水分解・縮合の反応が速い点で、R〜R11の総てがメチル基であるメチルシリケート及びR〜R11の総てがエチル基であるエチルシリケートが好ましい。式(4)において、nが1〜7の整数で示される化合物が好ましい。n=1〜7であれば硬化後の架橋密度が高いことから発生するクラックを抑制できる傾向にある。これらは単独で又は2種以上を併せて使用できる。
Figure 2014091756
(式中、R、R、R10及びR11は、それぞれ同一でも異なっていても良く、炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示す。nは1〜10の整数である。)
尚、本発明において、「加水分解・縮合」とは、加水分解の後に縮合させることをいい、「加水分解・縮合物」とは、加水分解・縮合で得られるものをいう。
本発明で使用される(A)成分は、オルガノアルコキシシラン(1)の加水分解・縮合物であり、Mwが2,000以下、好ましくは300〜1,500、更に好ましくは300〜1,000のものである。
(A)成分のMwが2,000以下であれば、本硬化被膜の初期ヘイズを低くすることができ、また、基材との密着性が良好となる。
尚、本発明において、(A)成分のMwはゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)で測定して得られるポリスチレン換算における値をいう。
オルガノアルコキシシラン(1)及びシラン系単量体(1´)の加水分解の方法としては、例えば、オルガノアルコキシシラン及びシラン系単量体(1´)をアルコールに溶解し、更に水(単量体1モルに対して水1〜100モル)を加えて撹拌する方法や、オルガノアルコキシシラン(1)とシラン系単量体(1´)をアルコールに溶解し、更に水(単量体1モルに対して水1〜100モル)及び塩酸、酢酸等の酸を加えて混合液を酸性(pH2〜5)として攪拌する方法が挙げられる。
本発明においては、上記の加水分解に際して発生するアルコールは系外に留去することができる。
オルガノアルコキシシラン(1)及びシラン系単量体(1´)の加水分解に続く縮合の方法としては、例えば、加水分解された混合液をそのまま放置する方法が挙げられる。縮合の際、加水分解された混合液のpHを中性付近(例えばpH6〜7)に制御することにより、縮合の進行を速めることができる。縮合に際して発生する水は系外に留去することができる。
また、加水分解に続けて縮合させる方法としては、オルガノアルコキシシラン(1)及びシラン系単量体(1´)をアルコールに溶解し、更に水(単量体)1モルに対して水1〜100モル)を加えた混合液を撹拌しながら加熱(例えば30〜100℃)する方法が挙げられる。
〔(B)成分〕
本発明の(B)成分は、硬化被膜に適度な弾性と耐クラック性を付与し、さらに硬化被膜が表層にシロキサン系重合体を相対的に多く含有し、基材側の内層に有機系重合体を多く含有する相分離の機能と被膜強度を維持するための成分である。
本発明で使用される(B)成分は下式(2)で示される化合物である。
Si(OR)3−b (2)
式中、Rはエポキシ基を有する有機基を示し、Rは炭素数1〜10の有機基を示す。また、Rは炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示し、bは0〜2の整数を示す。
の「エポキシ基を有する有機基」としては、エポキシ基を有する、炭素数1〜10の、アルキル基、アルケニル基が挙げられ、これらの基は、直鎖、分岐鎖、環状基のいずれであってもよい。エポキシ基は、3,4−エポキシシクロヘキシルのように環状基の環上に位置していてもよく、また、3−グリシドキシプロピル基のように、置換基としてグリシジル基を有していてもよい。
の「炭素数1〜10の有機基」としては、炭素数1〜10の、アルキル基又はアルコキシ基が挙げられる。
(B)成分の具体例としては、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)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン及び3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を併せて使用できる。
(B)成分としては、本発明の硬化性組成物を用いた硬化被膜(積層体)の表面を形成する面の耐擦傷性を良好とする点で、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン及び3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランが好ましい。
本発明においては、必要に応じて、(B)成分として、式(2)以外のエポキシ基含有オルガノシランを含有することができる。
本発明においては、(A)成分中の有機性と(A)成分中のシラノールによる極性、更には後述する溶剤を使用する場合の溶剤の極性に応じて、(B)成分としてアルコキシ基の一部又は全部を加水分解して極性を調整したものを使用することができる。(B)成分としてアルコキシ基の一部を加水分解して極性を調整したものを使用することによって、得られる硬化被膜と基材との密着性を良好とすることができる。
〔(C)成分〕
本発明の(C)成分は、硬化した際に相分離することにより基材との密着性を高め、かつ縮合反応による応力を緩和し、耐クラック性を高めるための成分である。
本発明で使用される(C)成分は質量平均分子量30,000以上の有機系重合体である。
(C)のMwとしては、30,000〜2,000,000が好ましく、100,000〜1,000,000がより好ましい。Mwが30,000以上で、基材への密着性が向上する傾向にある。また、Mwが2,000,000以下で、硬化被膜の透明性が良好となる傾向にある。
尚、本発明において、(C)成分のMwはゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)で測定して得られるポリスチレン換算における値をいう。
本発明で使用される有機系重合体は、特に限定されないが、透明性の観点から、透明性の良好な樹脂が好ましく、例えば、ポリ(メタ)アクリル酸エステル樹脂、ポリスチレン樹脂、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及びポリカーボネート樹脂が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を併せて使用できる。
(C)成分としては、溶剤への溶解性、透明性、溶融温度のコントロール等のための分子設計の容易さの点で、ポリ(メタ)アクリル酸エステル樹脂が好ましい。
ポリ(メタ)アクリル酸エステル樹脂を得るために使用される単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル及び(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸6−ヒドロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸n−ラウリル、(メタ)アクリル酸n−ステアリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシルが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を併せて使用できる。
本発明においては、ポリ(メタ)アクリル酸エステル樹脂を得るために使用される単量体としては、必要に応じて上記単量体と共重合可能な単量体を併用することができる。上記単量体と共重合可能な単量体としては例えば、メタクリル酸、アクリル酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、ソルビン酸等のカルボキシル基含有ビニル単量体、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の酸無水物、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ブチルマレイミド等のマレイミド誘導体、アクロレイン、ダイアセトンアクリルアミド、ホルミルスチロ−ル、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソブチルケトン、ダイアセトンアクリレ−ト、ダイアセトンメタクリレ−ト、アセトニルアクリレート、アクリルオキシアルキルプロペナール、メタクリルオキシアルキルプロペナール等のアルデヒド基又はケト基に基づくカルボニル基を有するビニル単量体、メタクリルアミド、アクリルアミド、クロトンアミド、N−メチロールアクリルアミド等のアミド基含有ビニル単量体、アリルグリシジルエーテル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基含有ビニル単量体、γ−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルエチルジメトキシシラン、β−アクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、β−アクリロイルオキシエチルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルジメチルメトキシシラン、β−メタクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、β−メタクリロイルオキシエチルメチルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ−n−ブトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルエチルトリメトキシシラン、ビニルジメチルメトキシシラン、イソプロペニルトリメトキシシラン、イソプロペニルメチルジメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、5−ヘキセニルトリメトキシシラン、9−デセニルトリメトキシシラン等のケイ素含有不飽和単量体、スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体、アクリロニトリル等のニトリル基含有ビニル単量体、ブタジエン等のオレフィン系単量体等が挙げられる。また、必要に応じて、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパントリアクリレート等の架橋剤を使用することができる。
(C)成分としてポリ(メタ)アクリル酸エステル樹脂の中では、透明性及びガラス転移温度並びに硬化被膜の硬度及び基材への密着性の点で、ポリメタクリル酸メチルが好ましい。
尚、本発明において、「(メタ)アクリル酸」及び「(メタ)アクリレート」はそれぞれ「アクリル酸」又は「メタクリル酸」及び「アクリレート」又は「メタクリレート」を示す。
本発明において、ポリアルキル(メタ)アクリレートを得るために使用される単量体として、必要に応じて上記単量体と共重合可能な単量体を併用することができる。上記単量体と共重合可能な単量体としては例えば、メタクリル酸、アクリル酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、ソルビン酸等のカルボキシル基含有ビニル単量体、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の酸無水物、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−ブチルマレイミド等のマレイミド誘導体、アクロレイン、ダイアセトンアクリルアミド、ホルミルスチロ−ル、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソブチルケトン、ダイアセトンアクリレ−ト、ダイアセトンメタクリレ−ト、アセトニルアクリレート、アクリルオキシアルキルプロペナール、メタクリルオキシアルキルプロペナール等のアルデヒド基又はケト基に基づくカルボニル基を有するビニル単量体、メタクリルアミド、アクリルアミド、クロトンアミド、N−メチロールアクリルアミド等のアミド基含有ビニル単量体、アリルグリシジルエーテル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基含有ビニル単量体、γ−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルエチルジメトキシシラン、β−アクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、β−アクリロイルオキシエチルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルジメチルメトキシシラン、β−メタクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、β−メタクリロイルオキシエチルメチルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ−n−ブトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルエチルトリメトキシシラン、ビニルジメチルメトキシシラン、イソプロペニルトリメトキシシラン、イソプロペニルメチルジメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、5−ヘキセニルトリメトキシシラン、9−デセニルトリメトキシシラン等のケイ素含有不飽和単量体、スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体、アクリロニトリル等のニトリル基含有ビニル単量体、ブタジエン等のオレフィン系単量体等が挙げられる。また、必要に応じて、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパントリアクリレート等の架橋剤を使用することができる。
ポリアルキル(メタ)アクリレートの中で、(C)成分の透明性及びガラス転移温度並びに硬化被膜の硬度及び基材への密着性の点で、ポリメタクリル酸メチルが好ましい。
〔(D)成分〕
本発明で使用される(D)成分は可視光線、紫外線、熱線、電子線等の活性エネルギー線の照射により酸を発生して(A)成分及び(B)成分に重縮合反応を起こさせる化合物である。
(D)成分としては、短時間で硬化被膜を形成できる点で、可視光線及び紫外線照射により酸を発生するものが好ましい。
また、(D)成分としては、溶剤を揮発させる加熱工程で硬化度を上げるため、可視光線及び紫外線と共に熱によっても酸を発生するものが好ましい。
(D)成分としては、例えば、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、セレニウム塩、オキソニウム塩及びアンモニウム塩が挙げられる。
(D)成分の具体例としては、イルガキュア250(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商品名)、アデカオプトマーSP−150及びアデカオプトマーSP−170((株)ADEKA製、商品名)、サイラキュアUVI−6970、サイラキュアUVI−6974、サイラキュアUVI−6990及びサイラキュアUVI−6950(米国ユニオンカーバイド社製、商品名)、DAICATII(ダイセル化学工業(株)製、商品名)、UVAC1591(ダイセル・ユーシービー(株)製、商品名)並びにCI−2734、CI−2855、CI−2823及びCI−2758(日本曹達(株)製、商品名)が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を併せて使用できる。
また、(D)成分のうち、熱によっても酸を発生するものとしては、例えば、サンエイドSI−60L、サンエイドSI−80L、サンエイドSI−100L及びサンエイドSI−150L(三新化学工業(株)製、商品名)が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を併せて使用できる。
本発明においては、目的に応じて(D)成分として光にのみ感応性を有する光感応性酸発生剤を使用し、熱にのみ反応性を有する熱感応性酸発生剤を併用することもできる。
(D)成分又は熱感応性酸発生剤が酸を発生する温度の測定方法としては、例えば、(D)成分又は熱感応性酸発生剤を添加したエポキシ樹脂の示差走査熱量測定(DSC)により推測する方法が挙げられる。
〔(E)成分〕
本発明で使用される(E)成分は、モノマーとして硬化性組成物に配合され、硬化の際の分子サイズが小さいことによる移動のし易さに由来する反応性の高さから、緻密な膜を形成し、硬度と架橋密度を調整する成分である。これにより、耐擦傷性を発現しつつ耐候性との両立が可能である。
本発明で使用される(E)成分は下記式(3)で示されるシラン系モノマーである。

6 aSi(OR7)4−a (3)

(式中R6は炭素数1〜10の有機基を示し、Rは水素又は炭素数1〜3のアルキル基、aは0〜3の整数を示す。)
式中Rは炭素数1〜10の有機基を示す。炭素数1〜6の有機基がより好ましい。Rの炭素数が前記範囲内であれば硬化被膜の有機性が比較的低くなり、被膜の硬度が高くなる傾向にある。前記有機基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アシル基が挙げられる。より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、オクチル基、ビニル基、スチリル基、アセチル基、フェニル基、ベンジル基等が挙げられる。これらの基は、塩素、臭素、ヨウ素に代表されるハロゲン、水酸基、メルカプト基、イソシアネート基、アミノ基からなる群より選択される少なくとも1つの置換基により置換されていてもよい。置換基数は好ましくは0〜3、より好ましくは1である。
は水素または炭素数1〜3のアルキル基を示す。加水分解・縮合の反応が速い点で、水素または炭素数1〜2のアルキル基がより好ましい。Rが前記範囲であれば被膜硬化の際に反応しやすく、未反応官能基が低減できるため、耐候性が延びる傾向にある。
シラン系モノマー(E)の具体例としては、オルガノアルコキシシラン、アルキルシリケートが挙げられる。また、これらのアルコキシ基の全て、または部分加水分解物であるシリルアルコールが挙げられる。
オルガノアルコキシシランの具体例としては、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、p−スチリルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン及びトリエチルエトキシシランが挙げられる。
アルキルシリケートの具体例としては、メチルシリケート、エチルシリケート、イソプロピルシリケート、n−プロピルシリケートが挙げられる。
これらは単独で又は2種以上を併せて使用できる。これらの中で、本発明の硬化被膜に良好な耐擦傷性を付与できる点で、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン及びジメチルジメトキシシランが好ましい。
本発明においては、(A)成分中の有機性と(A)成分中のシラノールによる極性、更には後述する溶剤を使用する場合の溶剤への溶解性に応じて、(E)成分としてアルコキシ基の一部又は全部を加水分解して極性を調整したものを使用することができる。(E)成分としてアルコキシ基の一部を加水分解して極性を調整したものを使用することによって、得られる硬化被膜の硬度、耐擦傷性を良好とすることができる。
シラン系単量体(E)の加水分解の方法としては、例えば、オルガノアルコキシシランまたはアルキルシリケートをアルコールに溶解し、更に水(単量体1モルに対して水1〜100モル)を加えて撹拌し、放置または緩やかに加温する方法などが挙げられる。
また、市販のシラノールを用いても良い。
〔硬化性組成物〕
本発明の硬化性組成物は(A)成分、(B)成分、(C)成分、(D)成分及び(E)成分を含有する。
上記組成物中の(A)成分と(B)成分の配合量としては、(A)成分の固形分100質量部に対して(B)成分の固形分3〜200質量部が好ましく、10〜100質量部がより好ましい。(B)成分の固形分が3質量部以上で、本硬化被膜の耐候性が良好となる傾向がある。また、(B)成分の固形分が200質量部以下で、硬化被膜の硬度の低下及び硬化被膜の基材への密着性の低下を抑制できる傾向にある。
尚、(A)成分又は(B)成分の固形分とは、(A)成分又は(B)成分の縮合が完結したときの(A)成分又は(B)成分に基づく縮合後の構造の理論量をいう。
(C)成分の配合量としては、(A)成分及び(B)成分の固形分の合計量100質量部に対して3〜50質量部が好ましく、5〜30質量部がより好ましい。(C)成分の配合量が3質量部以上で、硬化被膜の基材への密着性が良好となる傾向にある。また、(C)成分の配合量が50質量部以下で、硬化被膜の耐擦傷性が良好となる傾向にある。
(D)成分の配合量としては、シロキサン系オリゴマー(A)及びエポキシ基含有アルコキシシラン(B)及びシラン系モノマー(E)の固形分の合計100質量部に対して0.01〜10質量部が好ましく、0.1〜8質量部がより好ましい。(D)成分の配合量が0.01質量部以上で、活性エネルギー線の照射により、組成物の硬化性が良好となる傾向にある。また、(D)成分の配合量が10質量部以下で、低着色で被膜物性の低下の少ない硬化被膜が得られる傾向にある。
(E)成分の配合量としては、(A)成分の固形分100質量部に対して(E)成分の固形分3〜100質量部が好ましく、10〜50質量部がより好ましい。(E)成分の固形分が3質量部以上で、本硬化被膜の耐候性が良好となる傾向がある。また、(E)成分の固形分が100質量部以下で、硬化被膜の硬度の低下及び硬化被膜の基材への密着性の低下を抑制できる傾向にある。
尚、(A)成分又は(E)成分の固形分とは、(A)成分又は(E)成分の縮合が完結したときの(A)成分又は(E)成分に基づく縮合後の構造の理論量をいう。
本発明においては、上記硬化性組成物の固形分濃度調整、分散安定性向上、塗布性向上、基材への密着性向上等を目的として、当該硬化性組成物中に溶剤を含有することができる。
また、硬化性組成物中には、必要に応じて、無機微粒子、染料、顔料、顔料分散剤、流動調整剤、レベリング剤、消泡剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤等の各種添加剤を配合することができる。
〔溶剤〕
上記硬化性組成物中に含有される溶剤としては、例えば、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、セロソルブ及び芳香族化合物が挙げられる。
溶剤の具体例としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール、ベンジルアルコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−(メトキシメトキシ)エタノール、2−ブトキシエタノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジアセトンアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アニソール、フェネトール、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、グリセリンエーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、3−メトキシブチルアセテート、2−エチルブチルアセテート、2−エチルヘキシルアセテート、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、γ−ブチロラクトン、2−メトキシエチルアセテート、2−エトキシエチルアセテート、2−ブトキシエチルアセテート、2−フェノキシエチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ベンゼン、トルエン及びキシレンが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を併せて使用できる。
上記硬化性組成物中の溶剤の含有量としては、(A)〜(E)成分の合計100質量部に対して10〜1,000質量部が好ましい。溶剤の含有量が10質量部以上で、硬化性組成物の保存安定性が良好となり、硬化性組成物の粘度が高くなり過ぎず、良好な塗膜が得られる傾向にある。また、溶剤の含有量が1,000質量部以下で、硬化性組成物の固形分が低くなりすぎて塗膜が薄くなるという問題が生じ難くなり、硬化被膜の耐擦傷性を良好とすることができる傾向にある。
本発明においては、上記硬化性組成物を後述する基材の表面に塗布して塗布膜を形成した後に硬化させることにより、基材表面に硬化被膜が積層された積層体を得ることができる。
〔基材〕
本発明で使用される基材としては、例えば、プラスチック、金属、紙、木質材及び無機質材が挙げられる。これらの中で、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、メタクリル酸メチルとスチレンの共重合体等のプラスチック基材が好適である。
本発明においては、必要に応じて、表面にプライマー層を形成した基材を使用することができる。
プライマー層としては、例えば、多官能アクリレートを含有する光硬化性プライマーを塗布して硬化したものが挙げられる。
〔塗布膜〕
本発明の塗布膜は、基材表面に、上記硬化性組成物を塗布して得られる。
基材への本組成物の塗布方法としては、例えば、ディップ法、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、スピンコート法、フローコート法及び静電塗装法が挙げられる。
〔硬化被膜〕
本発明の硬化被膜は、基材等の表面に塗布された上述の塗布膜を硬化して得られる。
本発明においては、硬化被膜は良好な外観を有し、耐擦傷性に優れたものである。
また、硬化被膜は耐クラック性及び耐候密着性に優れたものである。
本発明の硬化被膜の厚みは、0.5〜30μmが好ましい。さらに好ましくは1〜15μmである。1μm以上で耐擦傷性が発現される傾向にあり、30μm以下でクラックが抑制される傾向にある。
〔硬化被膜(積層体)の製造方法〕
本発明の硬化被膜(積層体)は、基材表面に、上記硬化性組成物を塗布し、得られた塗布膜に、活性エネルギー線を照射して該塗布膜を硬化することにより得られる。
活性エネルギー線としては、例えば、可視光線、真空紫外線、紫外線及び電子線が挙げられる。
活性エネルギー線の具体例としては、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、白熱電球、キセノンランプ、ハロゲンランプ、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、蛍光灯、タングステンランプ、ガリウムランプ、エキシマーレーザー及び太陽光を光源とする光が挙げられる。これらの中で、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯及びメタルハライドランプを光源とした光が好ましい。
活性エネルギー線は単独で又は2種以上を併せて使用できる。
活性エネルギー線の照射エネルギー量としては、例えば、紫外線を照射する場合においては、積算光量として100〜5,000mJ/cmが好ましい。
本発明においては、必要に応じて加熱しながら活性エネルギー線照射することもできる。高温での活性エネルギー線照射で硬化を促進することができる。
活性エネルギー線照射と並行する加熱方法としては、例えば、赤外線ヒーターによる照射法及び熱風による循環加熱法が挙げられる。
本発明の硬化被膜を得るための具体例としては、以下の方法が挙げられる。
まず、溶剤を含有し、(D)成分として熱により酸を発生するものを使用した本組成物を基材表面に塗布して塗布膜を形成した後に、活性エネルギー線感応性酸発生剤が熱により酸を発生する温度以上の温度で、塗布膜を加熱して溶剤を揮発させるセッティングを実施する。
次いで、塗布膜に活性エネルギー線を照射して、硬化被膜を有する積層体を得る。
本発明の硬化性組成物の硬化に際しては(A)成分及び(B)成分、(E)成分の脱水縮合又は脱アルコール反応による縮合が生じることから、該硬化性組成物中のシラノール又はアルコキシシランは反応のために隣り合う分子と会合する必要がある。
本発明の硬化性組成物中に熱により酸を発生する(D)成分を使用し、塗布膜に流動性のあるセッティング段階で、(D)成分が熱により酸を発生する温度以上の温度で加熱することで、効率良くシラノール又はアルコキシシランが会合するので硬化度を上げることができる。硬化度を上げることにより、耐擦傷性と耐クラック性を向上することができる。
上記のセッティングの方法としては、例えば、熱風乾燥機による方法が挙げられる。
セッティング条件としては、必要に応じて一つの温度条件でのセッティング又は温度の異なる2(段階)以上のセッティングの条件とすることができる。
セッティング温度としては、(D)成分が熱により酸を発生する温度以上の温度が好ましい。
2(段階)以上のセッティングの場合には、少なくとも1つのセッティングにおいて、(D)成分が熱により酸を発生する温度以上であれば良い。
セッティングの具体例としては、60〜120℃で1〜30分のセッティングが挙げられる。1分以上の加熱で溶剤を十分に揮発させることができる傾向にある。また、30分以下の加熱で生産性を高く維持できる傾向にある。
本発明においては、硬化性組成物の塗布膜への活性エネルギー線照射による硬化の後に、必要に応じて短時間の加熱によるポストキュアを実施することができる。
加熱によるポストキュアでの残存する組成物の未硬化物の低減により、得られる硬化被膜の耐クラック性及び耐擦傷性を向上することができる。
また、加熱によるポストキュアにより硬化被膜と基材との密着性を向上させることができる。
以下、本発明を実施例により説明する。また、以下において、特に明記がない限り、「%」は「質量%」を示す。
尚、以下において得られる縮合物の固形分とは、原料の縮合が完結したときの原料に基づく縮合後の構造の理論量をいう。
また、オリゴマーのMw、酸発生剤の酸発生温度並びに基材表面に硬化被膜が積層された積層体における硬化被膜の初期外観、全光線透過率、初期ヘイズ、鉛筆硬度、初期密着性、耐擦傷性、熱水試験、耐候性試験及び硬化被膜の層構造について以下の方法で評価した。
(1)Mw
オリゴマーのMwはゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)にて以下の測定条件で求めた。
<GPC測定条件>
装置: Waters社製HPLC
(515 HPLC Pump、2414 RI検出器)
カラム:・TSKgel GMHXL(サイズ:7.8mmφ×300mm)×2本 ・TSKgel G1000HXL(サイズ:7.8mmφ×300mm)×1本
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/分
オーブン温度:40℃
(2)酸発生温度
(D)成分又は熱感応性酸発生剤が酸を発生する温度の測定方法としては、例えば、(D)成分又は熱感応性酸発生剤を添加したエポキシ樹脂の示差走査熱量測定(DSC)により発熱を開始した温度として間接的に推測する方法があるが、市販されている酸発生剤については、一般的にメーカーの技術資料等により知ることができる。
(3)初期外観
積層体の硬化被膜の表面の透明性及びクラック又は白化の有無を観察し、初期外観を評価した。
(4)全光線透過率及び初期ヘイズ
日本電色工業(株)製NDH−2000 Haze Meter(商品名)を用いた。積層体の硬化被膜の表面の3ヶ所において全光線透過率及び初期ヘイズを測定し、それぞれの平均値を求めた。
初期ヘイズとしては、1.0%を超えると目視でも白っぽさを認識できるようになるため、1.0%以下であることが好ましい。
(5)鉛筆硬度
積層体の硬化被膜の表面の鉛筆硬度をJIS−K5600(鉛筆引っかき試験)に準じて評価した。
(6)初期密着性
積層体の硬化被膜の表面に、カミソリの刃で1mm間隔に縦横11本ずつの切れ目を入れて100個のマス目を作り、セロハンテープを良く密着させた後、45度手前方向に急激に剥がし、硬化被膜が剥離せずに残存したマス目数を計測した。記載に際しては、例えば、マス目が100個中30個残った場合、30/100と表記した。
(7)耐擦傷性
積層体の硬化被膜の表面を#0000スチールウールで9.8×10Paの圧力を加えて10往復擦り、1cm×1cmの範囲に発生した傷の程度を目視観察し、耐擦傷性を以下の基準で評価した。
A:傷0〜9本(光沢面あり)
B+:傷10〜49本(光沢面あり)
B−:傷50〜99本(光沢面あり)
C:傷100本以上(光沢面あり)
D:光沢面が無い。
また、JIS K7136に準じて、スチールウールでの擦り試験の前後でヘイズ値を測定し、ヘイズ値の増加分により耐擦傷性をΔHzで評価した。
(8)熱水試験
硬化被膜(積層体)の試験片を熱湯に浸し、90℃で2時間加熱した。次いで、試験片を取り出し、クラックがないか目視観察し、熱水耐クラック性を以下の基準で評価した。
<熱水耐クラック性>
○:クラックがない。
×:クラックが発生。
また、積層体の試験片を熱湯に浸し、90℃で2時間加熱した後に、初期密着性試験と同様の密着性試験を行い、熱水密着性を評価した。
(9)耐候性試験
硬化被膜(積層体)の試験片をメタルウェザー耐候試験機(ダイプラウィンテス(株)製、KW−R5TP型)を用いて以下の条件で試験し、120時間後の試験片について初期密着性評価と同様の密着性試験を行い、耐候密着性を評価した。また、暴露120時間後の試験片についてクラックがないか目視観察し、耐候耐クラック性を以下の基準で評価した。
<暴露条件>
暴露サイクル
・照射 :温度63℃、湿度70%、UV照射;4時間(照射エネルギー140mW/cm
・結露 :温度70℃、湿度90% 4時間
・暗黒 :温度30℃、湿度98% 4時間、暗黒の前後で30秒シャワー有り
<耐候耐クラック性>
○:クラックがない。
×:クラックが発生。
[合成例1]オリゴマー(A−1)の合成
メチルトリメトキシシラン(多摩化学工業(株)製、商品名:メチルトリメトキシシラン)27.0g、フェニルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−103)3.0g及びエチルアルコール17.0gを混合攪拌し、均一な溶液とした。このときの仕込みモル比は(メチルトリメトキシシラン)/(フェニルトリメトキシシラン)=93/7となる。
上記の溶液に水17.0gを加え、攪拌しながら75℃で5時間加熱して加水分解・縮合を行い、固形分24%のオリゴマー(A−1)溶液を得た。オリゴマー(A−1)の質量平均分子量はMw540であった。
[合成例2]オリゴマー(A−2)の合成
メチルトリメトキシシラン(多摩化学工業(株)製、商品名:メチルトリメトキシシラン)30.0g、フェニルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−103)2.4g、テトラメトキシシラン(多摩化学工業(株)製、商品名:正珪酸メチル)1.9g及びイソプロピルアルコール20.2gを混合攪拌し、均一な溶液とした。このときの仕込みモル比は、(メチルトリメトキシシラン)/(フェニルトリメトキシシラン)/(テトラメトキシシラン)=90/5/5となる。
上記の溶液に水20.2gを加え、攪拌しながら80℃で2時間加熱して加水分解・縮合を行い、固形分23%のオリゴマー(A−2)溶液を得た。オリゴマー(A−2)のMwは約500であった。
[合成例3]オリゴマー(A−3)の合成
メチルトリメトキシシラン(多摩化学工業(株)製、商品名:メチルトリメトキシシラン)30.0g、フェニルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−103)2.4g、アルキルシリケートとしてメチルシリケート(コルコート(株)製、平均約7量体、平均分子量約789、商品名:メチルシリケート53A)9.7g及びイソプロピルアルコール16.1gを混合攪拌し、均一な溶液とした。このときの仕込みモル比は、(メチルトリメトキシシラン)/(フェニルトリメトキシシラン)/(メチルシリケート53A)=90/5/5となる。
上記の溶液に水16.1gを加え、攪拌しながら80℃で30分加熱して加水分解・縮合を行い、固形分29%のオリゴマー(A−3)溶液を得た。オリゴマー(A−3)のMwは870であった。
[合成例4]オリゴマー(A−4)の合成
メチルトリメトキシシラン(多摩化学工業(株)製、商品名:メチルトリメトキシシラン)90.0g、フェニルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM
−103)10.0g及びイソプロピルアルコール75gを混合攪拌し、均一な溶液とした。このときの仕込みモル比は(メチルトリメトキシシラン)/(フェニルトリメトキシシラン)=93/7となる。
上記の溶液に水75.0gを加え、攪拌しながら80℃で5時間加熱して加水分解・縮合を行い、固形分20%のオリゴマー(A−1)溶液を得た。オリゴマー(A−1)のMwは約650であった。
[合成例5]オリゴマー(A−5)の合成
メチルトリメトキシシラン(多摩化学工業(株)製、商品名:メチルトリメトキシシラン)17.2gにアルキルシリケートとしてメチルシリケート(コルコート(株)製、平均約7量体、平均分子量約789、商品名:メチルシリケート53A)10.0g及びイソプロピルアルコール10.0gを加え、攪拌して均一な溶液とした。このときの仕込みモル比は(メチルトリメトキシシラン)/(メチルシリケート53A)=91/9(平均値)となる。
上記の溶液に水10.5gを加え、攪拌しながら80℃で3時間加熱して加水分解・縮合を行い、固形分29%のオリゴマー(A−5)溶液を得た。
オリゴマー(A−5)のMwは約5,900であった。
[調製例1]ポリマー溶液−1の調製
有機重合体(C)としてポリメタクリル酸メチル(三菱レイヨン(株)製、ダイヤナールBR−85、Mw280,000)1.0gをγ−ブチロラクトン9.0gに溶解したポリマー溶液−1を得た。
[合成例6]ポリマー溶液−2の合成
撹拌機、冷却管及び温度計を備えたフラスコ中に、メタクリル酸メチル30重量部、γ−ブチロラクトン70重量部、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)1.0重量部を入れて攪拌し均一な溶液とし、窒素ガスでバブリングしたのち、80℃に昇温して5時間反応させた。反応の後放冷し、固形分30%の重合体を得た。Mwは19,000であった。
[調製例2]モノマー溶液−1
シラン系モノマーとしてメチルトリメチルシランメチルトリメトキシシラン(多摩化学工業(株)製、商品名:メチルトリメトキシシラン)10gに、水4.0g、エチルアルコール4.0gを添加し、1時間攪拌して相溶化させた。
[調製例3]モノマー溶液−2
シラン系モノマーとしてメチルトリメチルシランメチルトリメトキシシラン(多摩化学工業(株)製、商品名:メチルトリメトキシシラン)10gに、水4.0g、イソプロピルアルコール4.0gを添加し、1時間攪拌して相溶化させた。
[調製例4]モノマー溶液−3
シラン系モノマー(E)としてジメチルジメチルシランメチルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−22)10gに、水3.0g、イソプロピルアルコール6.0gを添加し、1時間攪拌して相溶化させた。
た。
[調製例5]モノマー溶液−4
エポキシ基含有アルコキシシラン(B)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−403)11.8gとシラン系モノマー(E)としてジメチルジメチルシランメチルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−22)2gに、水3.3g、イソプロピルアルコール6.6gを添加し、1時間攪拌したのち冷蔵庫で一晩保存し、前処理を行った。
[実施例1]
[コーティング液Aの調製]
シロキサン系オリゴマー(A)としてオリゴマー(A−1)の24%溶液20.0g(固形分換算で4.8g)、エポキシ基含有アルコキシシラン(B)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−403)2.8g、有機系重合体(C)としてポリマー溶液−1 7.3g(固形分0.35g)及び活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)としてスルホニウム塩系酸発生剤溶液(三新化学工業(株)製、商品名:サンエイドSI−80L、50%γ−ブチロラクトン溶液)0.3g(固形分換算で0.15g)、シラン系モノマー(E)としてモノマー溶液−1 1.9gを配合した。
上記の配合液に、レベリング剤(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名:L−7001)の1%γ−ブチロラクトン溶液0.8g(固形分換算で0.008g)及びγ−ブチロラクトン12.7gを配合し、撹拌混合して活性エネルギー線硬化性組成物としてコーティング液Aを調製した。このとき使用した活性エネルギー線感応性酸発生剤が酸を発生する温度は約70℃であった。
[被膜の作製]
コーティング液Aを、基材である厚み3mmのアクリル板(三菱レイヨン(株)製、商品名:アクリライトL、全光線透過率92.6%、ヘイズ0.08%)の表面に適量滴下し、バーコーティング法(バーコーターNo.26使用)にて硬化被膜の厚みが3〜10μmとなるように塗布し、基材表面に塗布膜を形成した。
次いで、塗布膜が形成された基材を熱風乾燥機にて100℃で10分セッティングした。この後、セッティングされた基材を高圧水銀灯((株)オーク製作所製、紫外線照射装置、商品名:ハンディーUV−1200、QRU−2161型)にて、紫外線(UV)照射積算光量1,000mJ/cmでUVを照射して塗布膜を硬化させ、続いて熱風乾燥機にて100℃で10分ポストキュアを行い、基材表面に硬化被膜が積層された積層体を得た。硬化被膜(積層体)の評価結果を表1に示す。
尚、UV照射量は紫外線光量計((株)オーク製作所製、商品名:UV−351型、ピーク感度波長360nm)にて測定した。
[実施例2]
[コーティング液Bの調製]
シロキサン系オリゴマー(A)としてオリゴマー(A−2)の23%溶液20.0g(固形分換算で4.6g)、エポキシ基含有アルコキシシラン(B)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−403)2.7g、有機系重合体(C)としてポリマー溶液−1 6.8g(固形分0.68g)及び活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)としてスルホニウム塩系酸発生剤溶液(三新化学工業(株)製、商品名:サンエイドSI−80L、50%γ−ブチロラクトン溶液)0.3g(固形分換算で0.15g)、シラン系モノマー(E)としてモノマー溶液−2 0.9gを配合した。
上記の配合液に、レベリング剤(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名:L−7001)の1%γ−ブチロラクトン溶液0.7g(固形分換算で0.007g)及びγ−ブチロラクトン10.7gを配合し、撹拌混合して活性エネルギー線硬化性組成物としてコーティング液Bを調製した。このとき使用した活性エネルギー線感応性酸発生剤が酸を発生する温度は約70℃であった。
[被膜の作製]
コーティング液Bを使用した以外は実施例1と同様にした。
[実施例3]
[コーティング液Cの調製]
シロキサン系オリゴマー(A)としてオリゴマー(A−2)の23%溶液20.0g(固形分換算で4.6g)、エポキシ基含有アルコキシシラン(B)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−403)2.7g、有機系重合体(C)としてポリマー溶液−1 6.5g(固形分0.65g)及び活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)としてスルホニウム塩系酸発生剤溶液(三新化学工業(株)製、商品名:サンエイドSI−80L、50%γ−ブチロラクトン溶液)0.3g(固形分換算で0.15g)、シラン系モノマー(E)としてモノマー溶液−3 0.4gを配合した。
上記の配合液に、レベリング剤(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名:L−7001)の1%γ−ブチロラクトン溶液0.7g(固形分換算で0.007g)及びγ−ブチロラクトン10.6gを配合し、撹拌混合して活性エネルギー線硬化性組成物としてコーティング液Cを調製した。
[被膜の作製]
コーティング液Cを使用した以外は実施例1と同様にした。
[実施例4]
[コーティング液Dの調製]
シロキサン系オリゴマー(A)としてオリゴマー(A−2)の23%溶液20.0g(固形分換算で4.6g)、エポキシ基含有アルコキシシラン(B)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−403)2.7g、有機系重合体(C)としてポリマー溶液−1 6.9g(固形分0.69g)及び活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)としてスルホニウム塩系酸発生剤溶液であるサンエイドSI−80L、及びサンエイドSI100L(いずれも三新化学工業(株)製、50%γ−ブチロラクトン溶液)各0.3gずつ(固形分換算で各0.15g)、シラン系モノマー(E)としてモノマー溶液−2 0.9g、及びモノマー溶液−3 0.4gを配合した。
上記の配合液に、レベリング剤(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名:L−7001)の1%γ−ブチロラクトン溶液0.8g(固形分換算で0.008g)及びγ−ブチロラクトン11.4gを配合し、撹拌混合して活性エネルギー線硬化性組成物としてコーティング液Dを調製した。
[被膜の作製]
コーティング液Dを使用した以外は実施例1と同様にした。
[実施例5]
[コーティング液Eの調製]
シロキサン系オリゴマー(A)としてオリゴマー(A−3)の29%溶液20.0g(固形分換算で5.8g)、エポキシ基含有アルコキシシラン(B)とシラン系モノマー(E)の加水分解混合溶液であるモノマー溶液−4 5.5g、有機系重合体(C)としてポリマー溶液−1 8.0g(固形分0.8g)及び活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)としてスルホニウム塩系酸発生剤溶液(三新化学工業(株)製、商品名:サンエイドSI−80L、50%γ−ブチロラクトン溶液)0.3g(固形分換算で0.15g)を配合した。
上記の配合液に、レベリング剤(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名:L−7001)の1%γ−ブチロラクトン溶液0.9g(固形分換算で0.009g)及びγ−ブチロラクトン15.2gを配合し、撹拌混合して活性エネルギー線硬化性組成物としてコーティング液Eを調製した。
[被膜の作製]
コーティング液Eを使用した以外は実施例1と同様にした。
[比較例1]
[コーティング液Fの調製]
シロキサン系オリゴマー(A)としてオリゴマー(A−4)の20.3%溶液20.0g(固形分換算で4.1g)、有機系重合体(C)としてポリマー溶液−1 4.1g(固形分0.4g)及び活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)としてスルホニウム塩系酸発生剤溶液(三新化学工業(株)製、商品名:サンエイドSI−80L、50%γ−ブチロラクトン溶液)0.2g(固形分換算で0.1g)を配合した。
エポキシ基含有アルコキシシラン(B)とシラン系モノマー(E)は配合しなかった。
上記の配合液に、レベリング剤(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名:L−7001)の1%γ−ブチロラクトン溶液0.4g(固形分換算で0.004g)及びγ−ブチロラクトン3.8gを配合し、撹拌混合して活性エネルギー線硬化性組成物としてコーティング液Fを調製した。
[被膜の作製]
コーティング液Fを使用した以外は実施例1と同様にした。
[比較例2]
[コーティング液Gの調製]
シロキサン系オリゴマー(A)としてオリゴマー(A−4)の20.3%溶液20.0g(固形分換算で4.1g)、エポキシ基含有アルコキシシラン(B)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−403)2.4g、活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)としてスルホニウム塩系酸発生剤溶液(三新化学工業(株)製、商品名:サンエイドSI−80L、50%γ−ブチロラクトン溶液)0.3g(固形分換算で0.15g)0.2g(固形分換算で各0.1g)を配合した。
有機系重合体(C)及びシラン系モノマー(E)は配合しなかった。
上記の配合液に、レベリング剤(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名:L−7001)の1%γ−ブチロラクトン溶液0.6g(固形分換算で0.006g)及びγ−ブチロラクトン9.4gを配合し、撹拌混合して活性エネルギー線硬化性組成物としてコーティング液Gを調製した。
[被膜の作製]
コーティング液Gを使用した以外は実施例1と同様にした。
[比較例3]
[コーティング液Hの調製]
シロキサン系オリゴマー(A)としてオリゴマー(A−3)の29%溶液20.0g(固形分換算で5.8g)、エポキシ基含有アルコキシシラン(B)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−403)2.4g、有機系重合体(C)としてポリマー溶液−1 8.2g(固形分0.8g)及び活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)としてスルホニウム塩系酸発生剤溶液(三新化学工業(株)製、商品名:サンエイドSI−80L、50%γ−ブチロラクトン溶液)0.3g(固形分換算で0.15g)を配合した。
シラン系モノマー(E)は配合しなかった。
上記の配合液に、レベリング剤(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名:L−7001)の1%γ−ブチロラクトン溶液0.8g(固形分換算で0.008g)及びγ−ブチロラクトン14.3g、水1.1gを配合し、撹拌して活性エネルギー線硬化性組成物としてコーティング液Iを調製した。
[被膜の作製]
コーティング液Hを使用した以外は実施例1と同様にした。
[比較例4]
[コーティング液Iの調製]
シロキサン系オリゴマー(A)としてオリゴマー(A−1)の24%溶液20.0g(固形分換算で4.8g)、エポキシ基含有アルコキシシラン(B)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−403)2.8g、有機系重合体(C)としてポリマー溶液−2 2.4g(固形分0.73g)及び活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)としてスルホニウム塩系酸発生剤溶液(三新化学工業(株)製、商品名:サンエイドSI−80L、50%γ−ブチロラクトン溶液)0.6g(固形分換算で0.3g)、シラン系モノマー(E)としてモノマー溶液−1 1.9gを配合した。
上記の配合液に、レベリング剤(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名:L−7001)の1%γ−ブチロラクトン溶液0.8g(固形分換算で0.008g)及びγ−ブチロラクトン17.5gを配合し、撹拌混合して活性エネルギー線硬化性組成物としてコーティング液Mを調製した。
[被膜の作製]
コーティング液Iを使用した以外は実施例1と同様にした。
実施例1〜5、及び比較例1〜4の評価結果を表1及び表2に示す。
本発明に係る硬化性組成物を用いた場合(実施例1〜5)は、外観良好な硬化被膜が得られ、耐擦傷性試験において傷が全くない、もしくはほとんど傷がない良好な結果であるばかりか、耐候性(耐候性試験後の耐クラック性、密着性)においても非常に良好で、いずれの物性も満足する性能であった。
一方で、(B)成分及び(E)成分を含まない硬化性組成物(比較例1)を用いた硬化被膜は、耐擦傷性や耐侯密着性等に劣るものであった。また、(C)成分及び(E)成分を含まない硬化性組成物(比較例2)を用いた硬化被膜は、密着性が不十分であった。また、(A)成分の質量平均分子量が2千より大きくかつ(E)成分を含まない硬化性組成物(比較例3)を用いた硬化被膜は、は初期外観・密着性等に劣るものであった。また、(C)成分に代えて質量平均分子量が3万より低い有機系重合体を用いた硬化性組成物(比較例4)を用いた硬化被膜は耐擦傷性や耐候密着性、耐クラック性にも劣るものであった。
Figure 2014091756
Figure 2014091756
本発の活性エネルギー線硬化性組成物を用いた硬化被膜は、高度の耐候性(耐クラック性及び耐候密着性)及び高度の耐擦傷性が要求される自動車用グレージング材、道路標識、道路遮音壁等の壁材やテラスの屋根材といった屋外用途に適用が可能である。

Claims (4)

  1. 下記式(1)で示されるオルガノアルコキシシランの加水分解・縮合物を含んでなり、質量平均分子量が2,000以下のシロキサン系オリゴマー(A)
    下記式(2)で示されるエポキシ基含有アルコキシシラン(B)
    質量平均分子量が30,000以上である有機系重合体(C)
    活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)、及び
    下記式(3)で示されるシラン系モノマー(E)
    を含有する活性エネルギー線硬化性組成物。

    Si(OR4−a (1)

    (式中Rは炭素数1〜10の有機基を示し、Rは炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示し、aは1〜3の整数を示す。)

    Si(OR3−b (2)

    (式中、Rはエポキシ基を含有する有機基を示し、Rは炭素数1〜10の有機基を示す。また、Rは炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示し、bは0〜2の整数を示す。)
    Figure 2014091756
    Si(OR4−a (3)

    (式中Rは炭素数1〜10の有機基を示し、Rは水素又は炭素数1〜3のアルキル基を示し、aは0〜3の整数を示す。)
  2. 有機系重合体(C)がポリ(メタ)アクリル酸エステルである請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  3. 活性エネルギー線感応性酸発生剤(D)が、熱によっても酸を発生するものである請求項1または2に記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  4. 請求項1〜3いずれか一項に記載の活性エネルギー線硬化性組成物を基材に塗布し、溶剤を揮発させるセッティング工程において、請求項3に記載の活性エネルギー線感応性酸発生剤が熱により酸を発生する温度以上の温度で加熱を行い、続いて活性エネルギー線を照射して被膜を形成する硬化被膜形成方法。
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