JP2014129490A - カチオン重合性樹脂組成物の製造方法、並びに、カチオン重合性樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】特定のオキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物を単独で、又は、ラジカル重合性を有するその他のラジカル重合性化合物とともに、ラジカル重合して得られる重合体(A)と、一分子内に少なくとも1つのオキセタン環を有し、且つラジカル重合性基を有しないカチオン重合性化合物(B)とを含むカチオン重合性樹脂組成物の製造方法であって、カチオン重合性化合物(B)を重合溶媒として使用し、滴下重合法により、上記化合物をラジカル重合させて重合体(A)を生成させ、前記カチオン重合性樹脂組成物を製造することを特徴とするカチオン重合性樹脂組成物の製造方法。
【選択図】なし
Description
また、本発明の他の目的は、生産性が高く、耐熱性及び柔軟性に優れた硬化物を形成でき、且つゲル状物が少ないカチオン重合性樹脂組成物及びその硬化物を提供することにある。
で表されるオキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)を単独で、又は、ラジカル重合性を有するその他のラジカル重合性化合物(a−2)とともに、ラジカル重合して得られる重合体(A)と、一分子内に少なくとも1つのオキセタン環を有し、且つラジカル重合性基を有しないカチオン重合性化合物(B)とを含むカチオン重合性樹脂組成物の製造方法であって、カチオン重合性化合物(B)を重合溶媒として使用し、滴下重合法により、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)、又は、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)及びラジカル重合性化合物(a−2)をラジカル重合させて重合体(A)を生成させ、前記カチオン重合性樹脂組成物を製造することを特徴とするカチオン重合性樹脂組成物の製造方法を提供する。
本発明のカチオン重合性樹脂組成物は、上述のように、重合体(A)とカチオン重合性化合物(B)とを必須成分として含むカチオン重合性樹脂組成物である。後述のように、本発明のカチオン重合性樹脂組成物は、さらに、カチオン重合性化合物(B)以外のカチオン重合性を有する化合物(「カチオン重合性化合物(C)」と称する場合がある)、カチオン重合開始剤、その他の添加剤等を含んでいてもよい。
本発明のカチオン重合性樹脂組成物における重合体(A)は、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)を単独でラジカル重合して得られる重合体(単独重合体)、又は、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)をラジカル重合性化合物(a−2)とともにラジカル重合(ラジカル共重合)して得られる重合体(共重合体)である。なお、重合体(A)が共重合体である場合、重合体(A)はブロック共重合体であってもよいし、ランダム共重合体であってもよい(即ち、上記「ラジカル共重合」には、ブロック共重合、ランダム共重合等が含まれる)。
オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)は、上記式(1)に示すように、一分子内にカチオン重合部位であるオキセタン環と、ラジカル重合部位である(メタ)アクリロイル基を有する化合物である。なお、本明細書における「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル基及びメタクリロイル基のいずれか一方又は両方を意味する。但し、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物における「(メタ)アクリロイル」には、アクリロイル基及びメタクリロイル基のほか、R1がメチル基以外のアルキル基であるCH2=CR1CO−基の意味も包含されるものとする。
で表される化合物と、下記式(3)
HO−A−OH (3)
[式(3)中、Aは前記に同じ。]
で表される化合物を、塩基性物質の存在下、液相一相系で反応させて下記式(4)
で表されるオキセタン環含有アルコールを得、得られたオキセタン環含有アルコールを(メタ)アクリル化することにより合成することができる。
ラジカル重合性化合物(a−2)は、上述のように、ラジカル重合性を有し、且つオキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)とは異なる化合物(オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)以外の化合物)である。
本発明のカチオン重合性樹脂組成物におけるカチオン重合性化合物(B)は、一分子中に少なくとも1つのオキセタン環を有し、且つラジカル重合性基((メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニルエーテル基、ビニルアリール基、ビニルオキシカルボニル基等)を有しない化合物である。即ち、カチオン重合性化合物(B)は、カチオン重合性基であるオキセタニル基を少なくとも1つ有するためカチオン重合性を有し、且つラジカル重合性は有しない。なお、カチオン重合性化合物(B)には、重合体(A)は含まれない。
本発明のカチオン重合性樹脂組成物は、さらに、カチオン重合性化合物(C)を含んでいてもよい。カチオン重合性化合物(C)は、上述のように、カチオン重合性化合物(B)以外のカチオン重合性を有する化合物である。なお、カチオン重合性化合物(C)には、重合体(A)は含まれない。
本発明のカチオン重合性樹脂組成物は、さらに、カチオン重合開始剤を含んでいてもよい。上記カチオン重合開始剤としては、公知乃至慣用の光カチオン重合開始剤、光酸発生剤等のカチオン重合を起こし得るものを特に限定されることなく使用することができる。カチオン重合開始剤としては、例えば、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等のスルホニウム塩;ジアリールヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ヨードニウム[4−(4−メチルフェニル−2−メチルプロピル)フェニル]ヘキサフルオロホスフェート等のヨードニウム塩;テトラフルオロホスホニウムヘキサフルオロホスフェート等のホスホニウム塩;ピリジニウム塩などが挙げられる。
本発明のカチオン重合性樹脂組成物の製造方法は、カチオン重合性化合物(B)を重合溶媒として使用し、該重合溶媒中、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)、又は、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)及びラジカル重合性化合物(a−2)を、滴下重合法によりラジカル重合させて重合体(A)を生成させる工程(「重合体生成工程」と称する場合がある)を必須の工程として含むカチオン重合性樹脂組成物の製造方法である。上記重合体生成工程により、重合体(A)とカチオン重合性化合物(B)とを少なくとも含む組成物(カチオン重合性樹脂組成物)が得られる。
本発明のカチオン重合性樹脂組成物を硬化(カチオン硬化)させることにより、硬化物が得られる。カチオン硬化は、公知乃至慣用の方法により実施することができ、特に限定されないが、カチオン重合性樹脂組成物を加熱する方法(特に、熱カチオン重合開始剤を含む場合など)、カチオン重合性樹脂組成物に対して光を照射する方法(特に、光カチオン重合開始剤を含む場合など)などが挙げられる。特に、硬化速度が速い点で、光を照射することによりカチオン硬化を進行させることが好ましい。なお、加熱と光照射とを併用することもできる。
モノマー及び開始剤滴下ライン、温度計、還流管、並びに攪拌翼を装着した5口フラスコに、1,4−ビス{[(3−エチルオキセタン−3−イオキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼンを主成分(主生成物)とする(3−エチルオキセタン−3−イル)メタノール(ヒドロキシメチル)−オキセタンと1,4−ビス(クロロメチル)ベンゼンの反応生成物(商品名「OXT−121」、東亞合成(株)製)33.32gを仕込み、窒素気流下、85±1℃に加熱した。
次いで、上記5口フラスコに、3−エチル−3−(2,2−ジメチルプロピルメトキシ)オキセタンアクリレート(EOXTM−NPAL)35.01g(0.137mol)、n−ブチルアクリレート(BA)87.50g(0.683mol)、スチレン(St)56.87g(0.546mol)、「OXT−121」57.97g、及び2,2’−アゾビス(イソ酪酸)ジメチル(商品名「V601」、和光純薬工業(株)製)25.15g(0.109mol)の混合液を、送液ポンプで5時間かけて滴下した。滴下終了後、ただちに「V601」0.629g(2.73mmol)と「OXT−121」1.96gの混合液を投入し、1時間後、さらに「V601」0.631g(2.74mmol)と「OXT−121」1.96gの混合液を投入した。次いで、1時間保持した後、40℃以下に冷却することで、無色透明の液状樹脂組成物(X1)を得た。なお、液状樹脂組成物(X1)は、EOXTM−NPAL、BA、及びStの共重合体と、「OXT−121」とを含む組成物(カチオン重合性樹脂組成物)である。また、反応(重合反応)は終始均一状態を保っており、攪拌不良や内温制御困難などの製造上の問題点は見られなかった。
上記液状樹脂組成物(X1)中に含まれる重合体(EOXTM−NPAL、BA、及びStの共重合体)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は4,500であり、数平均分子量は2,000であった。
モノマー及び開始剤滴下ライン、温度計、並びに還流管を装着した3口フラスコに、3−エチル{[(3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ]メチル}オキセタン(商品名「OXT−221」、東亞合成(株)製)26.27g(0.123mol)を仕込み、窒素気流下、85±1℃で攪拌均一化した。
次いで、上記3口フラスコに、EOXTM−NPAL5.01g(19.5mmol)、BA12.53g(97.8mmol)、「OXT−221」23.63g(0.110mol)、及び「V601」0.021g(0.091mmol)の混合液を、送液ポンプで5時間かけて滴下した。次いで、2時間保持した後、ただちに40℃以下に冷却することで、無色透明の液状樹脂組成物(X2)を得た。なお、液状樹脂組成物(X2)は、EOXTM−NPAL及びBAの共重合体と、「OXT−221」とを含む組成物(カチオン重合性樹脂組成物)である。また、反応(重合反応)は終始均一状態を保っており、攪拌不良や内温制御困難などの製造上の問題点は見られなかった。
上記液状樹脂組成物(X2)中に含まれる重合体(EOXTM−NPAL及びBAの共重合体)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は24,000であり、数平均分子量は11,000であった。
モノマー滴下ライン、開始剤滴下ライン、温度計、還流管、及び攪拌翼を装着した5口フラスコに、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート(商品名「セロキサイド2021P」、(株)ダイセル製)311.50g(1.23mol)と3−エチル−3−(2−エチルヘキシルオキシメチル)オキセタン(商品名「OXT−212」、東亞合成(株)製)155.75g(0.682mol)の混合液(カチオン硬化性モノマー混合液)のうち64%を仕込み、窒素気流下、80±1℃に加熱した。
次いで、上記5口フラスコに、EOXTM−NPAL200.70g(0.780mol)とBA499.90g(3.90mol)の混合液(ラジカル重合性モノマー混合液)をモノマー滴下ラインから、上記カチオン硬化性モノマー混合液のうち30%と「V601」2.50g(10.9mmol)の混合液を開始剤滴下ラインから、各々送液ポンプで4時間かけて滴下した。滴下終了後(即ち、滴下開始から4時間経過後)、ただちに上記カチオン硬化性モノマー混合液のうち1%を投入してラインを洗浄し、次いで2時間保持した後、「V601」2.15g(9.33mmol)と上記カチオン硬化性モノマー混合液の残り(5%)を投入した。これを100±1℃で30分間保持した後、ただちに40℃以下に冷却することで、無色透明の液状樹脂組成物(X3)を得た。なお、液状樹脂組成物(X3)は、EOXTM−NPAL及びBAの共重合体と、「セロキサイド2021P」と、「OXT−212」とを含む組成物(カチオン重合性樹脂組成物)である。また、反応(重合反応)は終始均一状態を保っており、攪拌不良や内温制御困難などの製造上の問題点は見られなかった。
上記液状樹脂組成物(X3)中に含まれる重合体(EOXTM−NPAL及びBAの共重合体)の標準ポリスチレン換算の重量平均分子量は198,000であり、数平均分子量は31,000であった。
表1に示す組成及び量に従って、実施例1〜3で得られた液状樹脂組成物(X1)〜(X3)、カチオン重合性化合物(B1)、(B2)、(C1)、カチオン重合開始剤を混合し、溶解させてカチオン重合性樹脂組成物を得た。
実施例4〜17で得られたカチオン重合性樹脂組成物を、非シリコーン系離型フィルム基材(商品名「T789」、ダイセルバリューコーティング(株)製)上に、アプリケーターにより約100μmの厚みになるよう塗布し、ベルトコンベアー式紫外線照射装置(商品名「UVC−02516S1AA02」、ウシオ電機(株)製)を用いて紫外線を照射することにより(照射エネルギー:約2J、波長:320−390nm)、フィルム状硬化物(厚み:約100μm)を得た。
実施例4〜17で得られたカチオン重合性樹脂組成物をシリンジに注入して定量的(0.375mL/分)に鉛直方向下方に押し出し、押し出されたファイバー状のカチオン重合性樹脂組成物に、同水平面上、120°間隔で3方向から紫外線を照射することにより(UV照射強度:1方向あたり600mW/cm2、波長:365nm)、ファイバー状硬化物(直径:約125μm)を得た。
上記で得られたフィルム状硬化物(厚み:約100μm)を半径1mmの棒に巻きつけて、クラック(ひび割れ)発生の有無を目視で観察し、下記基準で評価した。
評価基準:フィルム状硬化物にクラック(ひび割れ)が見られなかった場合を○(柔軟性良好)、フィルム状硬化物にクラック(ひび割れ)が見られた場合を×(柔軟性不良)と評価した。結果を表1に示す。
上記で得られた硬化物を熱重量分析[測定温度:30〜550℃、昇温温度:5℃/分、窒素雰囲気下]にかけて、熱分解温度を測定した。なお、図1に示すように、初期の重量減少のないあるいは漸減しているところの接線(重量減少がほとんどない部分から延長させた直線)と、急激に重量減少が起こったところの変曲点における接線とが交差するところの温度を熱分解温度(T)とした。そして、硬化物の耐熱性を、下記基準で評価した。結果を表1に示す。
評価基準:熱分解温度(T)が260℃以上の場合を○(耐熱性良好)、熱分解温度Tが260℃未満の場合を×(耐熱性不良)とした。
B1 : 3,3−ビス(ビニルオキシメチル)オキセタン
B2 : 3−エチル−3−(2−エチルヘキシルオキシメチル)オキセタン(商品名「OXT−212」、東亞合成(株)製)
C1 : 3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート(商品名「セロキサイド2021P」、(株)ダイセル製)
CPI−100P : ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムヘキサフルオロホスファート、チオジ−p−フェニレンビス(ジフェニルスルホニウム)ビス(ヘキサフルオロホスファート)、プロピレンカーボネート、ジフェニルサルファイドの混合物(商品名「CPI−100P」、サンアプロ(株)製)
CPI−101A : ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムヘキサフルオロアンチモナート、プロピレンカーボネート、チオジ−p−フェニレンビス(ジフェニルスルホニウム)ビス(ヘキサフルオロアンチモナート)の混合物(商品名「CPI−101A」、サンアプロ(株)製)
3口フラスコに、EOXTM−NPAL35.01g(0.137mol)、BA87.50g(0.683mol)、St56.87g(0.546mol)、及び「V601」25.15g(0.109mol)を仕込み、窒素気流下、85℃に加熱した。このとき、急激な発熱を伴って重合が進行し、ゲル化した。
モノマー滴下ライン、開始剤滴下ライン、温度計、還流管、及び撹拌翼を装着した5口フラスコに、PGMEA24.93gを仕込み、窒素気流下、75±1℃に加熱した。次いで、撹拌しながら、PGMEA43.64g、EOXTM−NPAL20.08g(0.078mol)、BA 50.59g(0.39mol)、及び「V601」0.043gの混合液を送液ポンプで5時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに2時間保持し、その後、40℃以下に冷却することにより、樹脂組成物を得た。これをPGMEA 140.04gで希釈した後、5倍量の60重量%メタノール水溶液で再沈精製し、真空乾燥機中(40℃、フルバキューム)で60時間保持することにより、無色透明の液状樹脂を得た。
上記で得られた液状樹脂のポリスチレン換算の重量平均分子量は288,000、数平均分子量は61,200であった。該液状樹脂70.08gを、「セロキサイド2021P」31.15g(0.12mol)と「OXT−212」15.57g(0.068mol)の混合液に溶解させたところ、得られた組成物(カチオン重合性樹脂組成物)中に、ゲル状物が多く存在することが確認された。
Claims (9)
- 下記式(1)
で表されるオキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)を単独で、又は、ラジカル重合性を有するその他のラジカル重合性化合物(a−2)とともに、ラジカル重合して得られる重合体(A)と、一分子内に少なくとも1つのオキセタン環を有し、且つラジカル重合性基を有しないカチオン重合性化合物(B)とを含むカチオン重合性樹脂組成物の製造方法であって、
カチオン重合性化合物(B)を重合溶媒として使用し、滴下重合法により、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)、又は、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)及びラジカル重合性化合物(a−2)をラジカル重合させて重合体(A)を生成させ、前記カチオン重合性樹脂組成物を製造することを特徴とするカチオン重合性樹脂組成物の製造方法。 - ラジカル重合性化合物(a−2)が、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニルアリール基、ビニルエーテル基、及びビニルオキシカルボニル基からなる群より選ばれるラジカル重合性基を一分子内に1つのみ有する化合物である請求項1に記載のカチオン重合性樹脂組成物の製造方法。
- 重合体(A)が、オキセタン環含有(メタ)アクリロイル化合物(a−1)をラジカル重合性化合物(a−2)とともにラジカル重合させて得られる重合体である請求項1又は2に記載のカチオン重合性樹脂組成物の製造方法。
- 前記カチオン重合性樹脂組成物が、重合体(A)及びカチオン重合性化合物(B)以外のカチオン重合性を有するカチオン重合性化合物(C)をさらに含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のカチオン重合性樹脂組成物の製造方法。
- 前記カチオン重合性樹脂組成物が、カチオン重合開始剤をさらに含む請求項1〜4のいずれか1項に記載のカチオン重合性樹脂組成物の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のカチオン重合性樹脂組成物の製造方法により得られるカチオン重合性樹脂組成物。
- 請求項6に記載のカチオン重合性樹脂組成物をカチオン硬化させることにより得られる硬化物。
- フィルム状である請求項7に記載の硬化物。
- ファイバー状である請求項7に記載の硬化物。
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