JP2015199908A - ウレタン(メタ)アクリレート系化合物、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物及びコーティング剤 - Google Patents

ウレタン(メタ)アクリレート系化合物、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物及びコーティング剤 Download PDF

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敏郎 野田
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幸宗 神田
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Abstract

【課題】 硬化塗膜とした際に、実用性に耐え得るレベルの復元性に優れ、かつ耐ブロッキング性、表面硬度に優れ、更に透明性や密着性にも優れる活性エネルギー線硬化性樹脂組成物及びそれを用いたコーティング剤を提供すること。【解決手段】 ε−カプロラクトン由来の構造部位を含む水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)、および多価イソシアネート系化合物(y)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)であり、多価イソシアネート系化合物(y)の平均イソシアネート基数が3.2以上であることを特徴とするウレタン(メタ)アクリレート系化合物。【選択図】 なし

Description

本発明は、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物及びコーティング剤に関し、更に詳しくは、傷に対する復元性、耐ブロッキング性、及び表面硬度に優れ、更に透明性や金属基材密着性にも優れた硬化塗膜を形成するための活性エネルギー線硬化性樹脂組成物、及びそれを用いてなるコーティング剤に関するものである。
従来、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、ごく短時間の放射線等の活性エネルギー線の照射により硬化が完了するので、各種基材へのコーティング剤や接着剤、又はアンカーコート剤等として幅広く用いられている。
中でも、コーティング剤としては、プラスチック基材の表面に硬化被膜を形成し、基材の最表面を保護するコーティング剤として、傷に対する復元性を有する硬化塗膜を形成し得る活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の開発が望まれており、例えば、ポリカプロラクトン含有多官能アルコールとイソシアネートと水酸基含有(メタ)アクリレートを反応させて得られるウレタンアクリレートオリゴマーを用いた紫外線硬化性コーティング組成物(例えば、特許文献1参照。)が提案されている。
特開2004−35599号公報
しかしながら、上記特許文献1の開示技術では、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物の構成原料としてカプロラクトン含有多官能アルコールを用いることで、硬化塗膜とした際に多少の復元性を示すものであるが、上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物は、多価イソシアネート系化合物、水酸基含有アクリレートに加えて、更にポリオールを反応させるものであり、3種の構成原料を反応させる必要があるため、反応時の制御が難しく、高分子量化して高粘度となったり、ゲル化する可能性が高いものであった。
また、高分子量のウレタン(メタ)アクリレート系化合物を含む硬化性組成物は、硬化塗膜とした際に塗膜のべたつき(タックの発生)が生じ易い、即ち耐ブロッキング性が悪くなりやすいという問題点も有していた。
そこで、本発明は、このような背景下において、硬化塗膜とした際に、実用性に耐え得るレベルの復元性に優れ、かつ耐ブロッキング性や透明性にも優れるウレタン(メタ)アクリレート系化合物、更には該ウレタン(メタ)アクリレート系化合物を含有してなる活性エネルギー線硬化性樹脂組成物及びそれを用いたコーティング剤の提供を目的とするものである。
しかるに本発明者等は、かかる事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、ε−カプロラクトン由来の構造部位を含む水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物、および多価イソシアネート系化合物を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物において、構成原料の多価イソシアネートとして、通常よりも平均官能基数の多い多価イソシアネート化合物を用いることにより、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物の分子構造中に比較的多くの分岐構造を導入でき、更に、多官能アルコールを用いて分岐構造を導入するのに比べて分子量の低いウレタン(メタ)アクリレート系化合物が得られるため、傷に対する復元性および耐ブロッキング性にバランスよく優れる硬化塗膜を形成することができることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は、ε−カプロラクトン由来の構造部位を含む水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)、および多価イソシアネート系化合物(y)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)であり、多価イソシアネート系化合物(y)の平均イソシアネート基数が3.2以上であることを特徴とするウレタン(メタ)アクリレート系化合物に関するものである。
また、本発明においては、前記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物を含有してなる活性エネルギー線硬化性樹脂組成物、ならびにコーティング剤も提供するものである。
更に、本発明においては、前記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)に、表面硬度を向上させるためにウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)とは異なるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)を含有させたり、更に、耐ブロッキング性を向上させるためにポリシロキサン構造含有化合物(C)を含有させたり、金属基材密着性を向上させるためにリン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)を含有させたりすることが好ましい。
本発明のウレタン(メタ)アクリレート系化合物を用いると、硬化塗膜とした際に、傷に対する復元性と耐ブロッキング性にバランスよく優れた効果を有する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物が得られるものであり、とりわけコーティング剤として有用である。
以下に本発明を詳細に説明する。
なお、本発明において、(メタ)アクリルとはアクリルあるいはメタクリルを、(メタ
)アクリロイルとはアクリロイルあるいはメタクリロイルを、(メタ)アクリレートとは
アクリレートあるいはメタクリレートをそれぞれ意味するものである。
<ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)>
本発明のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)は、ε−カプロラクトン由来の構造部位を含む水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)、および平均イソシアネート基数が3.2以上である多価イソシアネート系化合物(y)を反応させてなるものである。
上記ε−カプロラクトン由来の構造部位を含む水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)(以下、「水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)」と記すことがある。)としては、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物にε−カプロラクトンを開環重合させて得られる化合物であることが好ましく、例えば、下記一般式(1)で示す化合物が挙げられる。
[化1]
Figure 2015199908
(式中、Rは水素原子またはメチル基であり、nは1〜25の整数である。)
上記一般式(1)中のnの値は、1〜25であり、好ましくは1〜15、特に好ましくは1〜10、更に好ましくは2〜5である。
かかるnの値が大きすぎると耐ブロッキング性が低下する傾向がある。
上記一般式(1)で示される化合物として具体的には、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン付加物、2−ヒドロキシエチルメタクリレートのカプロラクトン付加物等があげられ、商品名としては、例えば、ダイセル社製「プラクセルFA1」、「プラクセルFA1DDM」、「プラクセルFA2D」、「プラクセルFA5」、「プラクセルFA10L」、「プラクセルFM1」、「プラクセルFM1D」、「プラクセルFM2D」、「プラクセルFM3」、「プラクセルFM4」、「プラクセルFM5」等が挙げられる。
これらに中でも、復元性と耐ブロッキング性のバランスに優れる点で、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン1モル付加物、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン2モル付加物、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン5モル付加物が好ましく、特に好ましくは2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン2モル付加物である。
ε−カプロラクトン由来の構造部位を含む水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)のエチレン性不飽和基数としては、1〜5個であることが好ましく、特に好ましくは1〜3個、更に好ましくは1個である。
かかるエチレン性不飽和基数が多すぎると復元性が得られにくい傾向がある。
ε−カプロラクトン由来の構造部位を含む水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)の重量平均分子量としては、100〜2,500であることが好ましく、特に好ましくは200〜1,000、更に好ましくは300〜500である。
かかる重量平均分子量が高すぎると耐ブロッキング性が低下する傾向があり、低すぎると復元性が得られにくい傾向がある。
本発明で用いられる多価イソシアネート系化合物(y)としては、下記式(1)で計算される平均イソシアネート基数が3.2以上であることが必要である。
[式1]
Figure 2015199908
式中のイソシアネート基濃度(%)は、JIS K1603−1:2007記載の方法により測定される値である。
式中の数平均分子量(Mn)は、標準ポリスチレン分子量換算による数平均分子量であり、高速液体クロマトグラフィー(日本ウォーターズ社製、「Waters 2695(本体)」と「Waters 2414(検出器)」)に、カラム:Shodex GPC KF−806L(排除限界分子量:2×107、分離範囲:100〜2×107、理論段数:10,000段/本、充填剤材質:スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、充填剤粒径:10μm)の3本直列を用いることにより測定される値である。
上記多価イソシアネート系化合物(y)の平均イソシアネート基数としては、3.2以上であることが必要であり、好ましくは3.5以上、特に好ましくは3.8以上、更に好ましくは4以上、殊に好ましくは4.5以上である。なお、平均イソシアネート基数の上限としては、通常10、好ましくは6である。
かかる多価イソシアネート系化合物(y)の平均イソシアネート基数が少なすぎると復元性に劣ることとなる。
上記多価イソシアネート系化合物(y)の平均イソシアネート基数は、例えば、2つのイソシアネート基を有するジイソシアネート系化合物を多量体化し、イソシアネート基数の異なるイソシアネート系化合物の分布をもたせることで調整することができる。
上記多価イソシアネート系化合物(y)としては、例えば、
トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリフェニルメタンジイソシアネート、変性ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等の芳香族系ジイソシアネート;
ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、リジントリイソシアネート等の非環式脂肪族系ジイソシアネート;
水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン等の脂環式系ジイソシアネート;
等のジイソシアネートを用いて、アロファネート構造、ヌレート構造、ビウレット構造等を有する多量体化した多価イソシアネート系化合物が挙げられる。
これらの中でも、好ましくは非環式脂肪族系ジイソシアネートを用いて得られる多価イソシアネート系化合物であり、特に好ましくはヘキサメチレンジイソシアネートを用いて得られる多価イソシアネート系化合物であり、更に好ましくはヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット型多量体またはヌレート型多量体、殊に好ましくはヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット型多量体である。
上記多価イソシアネート系化合物(y)の数平均分子量としては、500〜5,000であることが好ましく、特に好ましくは600〜2,000、更に好ましくは700〜1,000である。かかる数平均分子量が高すぎると復元性が得られにくい傾向があり、低すぎるとイソシアネート化合物が多量化しにくい傾向がある。
本発明のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)は、上記水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)と多価イソシアネート系化合物(y)を反応させてなるものであるが、その製造方法は、公知一般のウレタン(メタ)アクリレート系化合物の製造方法に準じて製造すればよい。例えば、上記水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)、多価イソシアネート系化合物(y)を反応器に一括又は別々に仕込み反応させればよい。
上記水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)と多価イソシアネート系化合物(y)との反応モル比は、例えば、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)の水酸基が1個で、多価イソシアネート系化合物(y)の平均イソシアネート基が3.5個である場合は、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x):多価イソシアネート系化合物(y)が3.5:1程度であり、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)の水酸基が1個で、多価イソシアネート系化合物(y)の平均イソシアネート基が4.5個である場合は、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x):多価イソシアネート系化合物(y)が4.5:1程度である。
上記水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)と多価イソシアネート系化合物(y)との付加反応においては、反応系の残存イソシアネート基含有率が0.5重量%以下になる時点で反応を終了させることにより、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)が得られる。
上記水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)と多価イソシアネート系化合物(y)との反応においては、反応を促進する目的で触媒を用いることも好ましく、かかる触媒としては、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、トリメチル錫ヒドロキシド、テトラ−n−ブチル錫、ビス(アセチルアセトナート)亜鉛、ビス(テトラフルオロアセチルアセトナート)亜鉛、ジルコニウムモノアセチルアセトネート、ジルコニウムエチルアセトアセテート、ジルコニウムトリス(アセチルアセトネート)エチルアセトアセテート、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン等の有機金属化合物、オクテン酸錫、ヘキサン酸亜鉛、オクテン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、2−エチルヘキサン酸ジルコニウム、ナフテン酸コバルト、塩化第1錫、塩化第2錫、酢酸カリウム等の金属塩、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ベンジルジエチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン、N,N,N′,N′−テトラメチル−1,3−ブタンジアミン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン等のアミン系触媒、硝酸ビスマス、臭化ビスマス、ヨウ化ビスマス、硫化ビスマス等の他、ジブチルビスマスジラウレート、ジオクチルビスマスジラウレート等の有機ビスマス化合物や、2−エチルヘキサン酸ビスマス塩、ナフテン酸ビスマス塩、イソデカン酸ビスマス塩、ネオデカン酸ビスマス塩、ラウリル酸ビスマス塩、マレイン酸ビスマス塩、ステアリン酸ビスマス塩、オレイン酸ビスマス塩、リノール酸ビスマス塩、酢酸ビスマス塩、ビスマスリビスネオデカノエート、ジサリチル酸ビスマス塩、ジ没食子酸ビスマス塩等の有機酸ビスマス塩等のビスマス系触媒等が挙げられ、中でも、ジブチル錫ジラウレート、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセンが好適である。これらは1種を単独で、または2種以上を併せて用いることができる。
上記水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)と多価イソシアネート系化合物(y)との反応においては、イソシアネート基に対して反応する官能基を有しない有機溶剤、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸2−エトキシエチル、酢酸2−メトキシ−1−メチルエチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族類等の有機溶剤を用いることができる。
反応温度は、通常30〜100℃、好ましくは40〜90℃であり、反応時間は、通常2〜10時間、好ましくは3〜8時間である。
上記で得られるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)中に含まれるエチレン性不飽和基の個数としては、1〜10個であることが好ましく、特に好ましくは3〜8個、更に好ましくは4〜6個である。エチレン性不飽和基の個数が少なすぎると塗膜の硬度が低くなる傾向があり、多すぎると塗膜の硬度が高すぎて復元性が得られにくい傾向がある。
上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)のエチレン性不飽和基含有量(mmol/g)としては、0.1〜10mmol/gであることが好ましく、特に好ましくは1〜5mmol/g、更に好ましくは1〜3mmol/gである。かかるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)のエチレン性不飽和基含有量(mmol/g)が少なすぎると活性エネルギー線照射後の造膜性が低下する傾向があり、多すぎると塗膜の硬度が高すぎて復元性が低下する傾向がある。
上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)の重量平均分子量は、1,000〜50,000であることが好ましく、特に好ましくは2,000〜10,000、更に好ましくは3,000〜5,000である。かかる重量平均分子量が小さすぎると十分な復元性が得られにくい傾向があり、重量平均分子量が大きすぎるとコーティング剤の粘度が高くなり塗装が困難になる傾向がある。
上記重量平均分子量(Mw)は、標準ポリスチレン分子量換算による重量平均分子量であり、高速液体クロマトグラフィー(日本ウォーターズ社製、「Waters 2695(本体)」と「Waters 2414(検出器)」)に、カラム:Shodex GPC KF−806L(排除限界分子量:2×107、分離範囲:100〜2×107、理論段数:10,000段/本、充填剤材質:スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、充填剤粒径:10μm)の3本直列を用いることにより測定される値である。
上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)の60℃における粘度は、100〜10,000mPa・sであることが好ましく、特には300〜8,000mPa・s、更には500〜5,000mPa・sであることが好ましい。かかる粘度が上記範囲外では塗工性が低下する傾向がある。
尚、粘度の測定法はE型粘度計による。
かくして本発明のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)を製造することができる。そして、かかるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)を用いて活性エネルギー線硬化性樹脂組成物とすることができる。
<活性エネルギー線硬化性樹脂組成物>
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、前記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)を含有してなるものである。
また本発明において、更にウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)(但し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)を除く。)を含有してなるものも表面硬度を向上させる点から好ましい。
更に、本発明において、前記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)及びウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)(但し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)を除く。)に加えて、耐ブロッキング性を向上させるためにポリシロキサン構造含有化合物(C)を含有させたり、金属基材密着性を向上させるためにリン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)を含有させたりすることも好ましい。
<ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)>
本発明で用いるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)は、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)とは異なるものであればよいが、好ましくは、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)、多価イソシアネート系化合物(b2)及びポリオール系化合物(b3)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B1)及び/または水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)、多価イソシアネート系化合物(b2)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B2)である。
中でも良好な復元性を維持できる点から、特に好ましくは、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)、多価イソシアネート系化合物(b2)及びポリオール系化合物(b3)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B1)である。
上記水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェート、2−(メタ)アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシプロピルフタレート、カプロラクトン変性2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、脂肪酸変性−グリシジル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイル−オキシプロピルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
これらの中でも、エチレン性不飽和基を1〜3個有する水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物が良好な復元性を維持できる点から好ましく、エチレン性不飽和基を1個有する化合物として、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、エチレン性不飽和基を2個有する化合物として、グリセリンジ(メタ)アクリレート、エチレン性不飽和基を3個有する化合物として、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートが反応性および汎用性に優れる点で好ましい。更にこれらの中でも、硬化した時の硬化物の硬化収縮を小さくできる点で、エチレン性不飽和基を1個有する化合物が好ましく、特には2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートが好ましい。また、表面硬度をさらに向上できる点で多官能の(メタ)アクリレートを用いることも好ましい。
これら水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)は1種または2種以上組み合わせて使用することができる。
上記多価イソシアネート系化合物(b2)としては、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリフェニルメタンポリイソシアネート、変性ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等の芳香族系ポリイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、リジントリイソシアネート等の脂肪族系ポリイソシアネート、水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン等の脂環式系ポリイソシアネート、或いはこれらポリイソシアネートの3量体化合物又は多量体化合物、アロファネート型ポリイソシアネート、ビュレット型ポリイソシアネート、水分散型ポリイソシアネート等が挙げられる。
これらの中でも、良好な復元性を維持できる点から、ジイソシアネート系化合物が好ましく、特に、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族系ジイソシアネート、水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン等の脂環式系ジイソシアネートが好ましく用いられ、更に好ましくは硬化収縮が小さい点でイソホロンジイソシアネート、水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ノルボルネンジイソシアネートが用いられ、殊に好ましくは反応性および汎用性に優れる点で水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、イソホロンジイソシアネートが用いられる。
また、多価イソシアネート系化合物(b2)は1種または2種以上組み合わせて使用することができる。
上記ポリオール系化合物(b3)としては、例えば、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリオレフィン系ポリオール、ポリブタジエン系ポリオール、(メタ)アクリル系ポリオール、ポリシロキサン系ポリオール等が挙げられる。
ポリエーテル系ポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリブチレングリコール、ポリヘキサメチレングリコール等のアルキレン構造含有ポリエーテル系ポリオールや、これらポリアルキレングリコールのランダム或いはブロック共重合体が挙げられる。
ポリエステル系ポリオールとしては、例えば、多価アルコールと多価カルボン酸との縮合重合物、環状エステル(ラクトン)の開環重合物、多価アルコール、多価カルボン酸及び環状エステルの3種類の成分による反応物などが挙げられる。
前記多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,4−テトラメチレンジオール、1,3−テトラメチレンジオール、2−メチル−1,3−トリメチレンジオール、1,5−ペンタメチレンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサメチレンジオール、3−メチル−1,5−ペンタメチレンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタメチレンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、シクロヘキサンジオール類(1,4−シクロヘキサンジオールなど)、ビスフェノール類(ビスフェノールAなど)、糖アルコール類(キシリトールやソルビトールなど)などが挙げられる。
前記多価カルボン酸としては、例えば、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸等の脂肪族ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、パラフェニレンジカルボン酸、トリメリット酸等の芳香族ジカルボン酸などが挙げられる。
前記環状エステルとしては、例えば、プロピオラクトン、β−メチル−δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンなどが挙げられる。
ポリカーボネート系ポリオールとしては、例えば、多価アルコールとホスゲンとの反応物、環状炭酸エステル(アルキレンカーボネートなど)の開環重合物などが挙げられる。
上記多価アルコールとしては、前記ポリエステル系ポリオールの説明中で例示の多価アルコール等が挙げられ、上記アルキレンカーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、トリメチレンカーボネート、テトラメチレンカーボネート、ヘキサメチレンカーボネートなどが挙げられる。
なお、ポリカーボネートポリオールは、分子内にカーボネート結合を有し、末端がヒドロキシル基である化合物であればよく、カーボネート結合とともにエステル結合を有していてもよい。
ポリオレフィン系ポリオールとしては、飽和炭化水素骨格としてエチレン、プロピレン、ブテン等のホモポリマーまたはコポリマーを有し、その分子末端に水酸基を有するものが挙げられる。
ポリブタジエン系ポリオールとしては、炭化水素骨格としてブタジエンの共重合体を有し、その分子末端に水酸基を有するものが挙げられる。
ポリブタジエン系ポリオールは、その構造中に含まれるエチレン性不飽和基の全部または一部が水素化された水添化ポリブタジエンポリオールであってもよい。
(メタ)アクリル系ポリオールとしては、(メタ)アクリル酸エステルの重合体又は共重合体の分子内にヒドロキシル基を少なくとも2つ有しているものが挙げられ、かかる(メタ)アクリル酸エステルとしては、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)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル等が挙げられる。
ポリシロキサン系ポリオールとしては、例えば、ジメチルポリシロキサンポリオールやメチルフェニルポリシロキサンポリオール等が挙げられる。
これらの中でも、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオールが復元性と塗膜表面硬度のバランスを取りやすい点で好ましい。
本発明においては、ポリオール系化合物(b3)の数平均分子量が50〜8,000であることが好ましく、特には100〜5,000、更には200〜3,000であることが好ましい。かかる数平均分子量が小さすぎると塗膜の復元性が低くなる傾向があり、大きすぎると塗膜表面硬度が低下する傾向がある。
なお、上記の数平均分子量は、標準ポリスチレン分子量換算による数平均分子量であり、高速液体クロマトグラフィー(日本ウォーターズ社製、「Waters 2695(本体)」と「Waters 2414(検出器)」)に、カラム:Shodex GPC KF−806L(排除限界分子量:2×107、分離範囲:100〜2×107、理論段数:10,000段/本、充填剤材質:スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、充填剤粒径:10μm)の3本直列を用いることにより測定される。
本発明において、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B1)は、次のようにして製造することができる。
例えば、(1)上記の水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)、多価イソシアネート系化合物(b2)、ポリオール系化合物(b3)を、反応器に一括又は別々に仕込み反応させる方法、(2)ポリオール系化合物(b3)と多価イソシアネート系化合物(b2)とを予め反応させて得られる反応生成物に、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)を反応させる方法、(3)多価イソシアネート系化合物(b2)と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)とを予め反応させて得られる反応生成物に、ポリオール系化合物(b3)を反応させる方法などが挙げられるが、反応の安定性や副生成物の低減等の点から(2)の方法が好ましい。
ポリオール系化合物(b3)と多価イソシアネート系化合物(b2)との反応には、公知の反応手段を用いることができる。その際、例えば、多価イソシアネート系化合物(b2)中のイソシアネート基:ポリオール系化合物(b3)中の水酸基とのモル比を通常2n:(2n−2)(nは2以上の整数)程度にすることにより、イソシアネート基を残存させた末端イソシアネート基含有化合物を得ることができ、該化合物を得た後、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)との付加反応を可能にする。
上記ポリオール系化合物(b3)と多価イソシアネート系化合物(b2)とを予め反応させて得られる反応生成物と、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)との付加反応にも、公知の反応手段を用いることができる。
反応生成物と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)との反応モル比は、例えば、反応生成物のイソシアネート基が2個で、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)の水酸基が1個である場合は、反応生成物:水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)が1:2程度であり、反応生成物のイソシアネート基が3個で、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)の水酸基が1個である場合は、反応生成物:水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)が1:3程度である。
この反応生成物と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(d1)との付加反応においては、反応系の残存イソシアネート基含有率が0.5重量%以下になる時点で反応を終了させることにより、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B1)が得られる。
かかるポリオール系化合物(b3)と多価イソシアネート系化合物(b2)との反応、更にその反応生成物と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)との反応においては、反応を促進する目的で触媒を用いることも好ましく、かかる触媒としては、例えば、ジブチル錫ジラウレート、トリメチル錫ヒドロキシド、テトラ−n−ブチル錫等の有機金属化合物、オクテン酸亜鉛、オクテン酸錫、ナフテン酸コバルト、塩化第1錫、塩化第2錫等の金属塩、トリエチルアミン、ベンジルジエチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン、N,N,N′,N′−テトラメチル−1,3−ブタンジアミン、N−エチルモルホリン等のアミン系触媒、硝酸ビスマス、臭化ビスマス、ヨウ化ビスマス、硫化ビスマス等の他、ジブチルビスマスジラウレート、ジオクチルビスマスジラウレート等の有機ビスマス化合物や、2−エチルヘキサン酸ビスマス塩、ナフテン酸ビスマス塩、イソデカン酸ビスマス塩、ネオデカン酸ビスマス塩、ラウリル酸ビスマス塩、マレイン酸ビスマス塩、ステアリン酸ビスマス塩、オレイン酸ビスマス塩、リノール酸ビスマス塩、酢酸ビスマス塩、ビスマスリビスネオデカノエート、ジサリチル酸ビスマス塩、ジ没食子酸ビスマス塩等の有機酸ビスマス塩等のビスマス系触媒、無機ジルコニウム、有機ジルコニウム、ジルコニウム単体等のジルコニウム系触媒、2−エチルヘキサン酸亜鉛/ジルコニウムテトラアセチルアセトナート等の2種類以上の触媒を併用したものが挙げられ、中でも、ジブチル錫ジラウレート、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセンが好適である。
また、ポリオール系化合物(b3)と多価イソシアネート系化合物(b2)との反応、更にその反応生成物と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)との反応においては、イソシアネート基に対して反応する官能基を有しない有機溶剤、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族類等の有機溶剤を用いることができる。
また、反応温度は、通常30〜90℃、好ましくは40〜80℃であり、反応時間は、通常2〜10時間、好ましくは3〜8時間である。
かくして上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B1)が得られる。
上記の説明は、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)、多価イソシアネート系化合物(b2)及びポリオール系化合物(b3)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B1)についての説明であるが、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B2)についても、上記方法に準じて行うことにより、即ち、ポリオール系化合物(b3)を用いず、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)と多価イソシアネート系化合物(b2)を上記方法に準じて反応させることにより製造することができる。
ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)の重量平均分子量は、500〜40,000であることが好ましく、特には1,000〜30,000、更には1500〜20000であることが好ましい。かかる重量平均分子量が小さすぎると塗膜の復元性が低く傾向にあり、大きすぎると塗膜表面硬度が低下する傾向がある。
また、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B1)の重量平均分子量は、1,000〜40,000であることが好ましく、特には1,500〜30,000、更には2,000〜20,000であることが好ましく、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B2)の重量平均分子量は、500〜20,000であることが好ましく、特には1,000〜15,000、更には1,500〜10,000であることが好ましい。
なお、上記の重量平均分子量は、上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)の重量平均分子量の測定方法と同様にして測定される。
また、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)の粘度については、60℃における粘度で、5,000〜10,0000mPa・sであることが好ましく、特には6,000〜90,000mPa・s、更には7,000〜80,000であることが好ましい。かかる粘度が高すぎると取り扱いが困難となる傾向があり、低すぎると膜厚の制御が困難になる傾向がある。
なお、粘度の測定法はE型粘度計による。
上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)の含有量については、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)100重量部に対して、100重量部以下であることが好ましく、特には1〜95重量部、更には5〜90重量部であることが好ましい。かかる含有量が多すぎると復元性が低下する傾向がある。
<ポリシロキサン構造含有化合物(C)>
本発明で用いるポリシロキサン構造含有化合物(C)は、公知一般のポリシロキサン構造を含有する化合物を用いればよく、例えば、ポリシロキサン構造含有(メタ)アクリレートモノマー、ポリシロキサン構造含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1)、ポリシロキサン構造含有ポリエーテル(メタ)アクリレート化合物、ポリシロキサン構造含有ポリエステル(メタ)アクリレート化合物、ポリシロキサン構造含有ポリカーボネート(メタ)アクリレート化合物等のポリシロキサン構造含有ポリ(メタ)アクリレート系化合物;
ポリシロキサン構造含有ポリエステル化合物;
ポリシロキサン構造含有ポリカーボネート化合物;
ポリシロキサン構造含有(メタ)アクリルポリマー;
不飽和基含有ポリシロキサン構造含有(メタ)アクリレート;
および、上記化合物にフッ素原子を導入した化合物等があげられる。
これらの中でも、紫外線を照射し硬化塗膜とした際に架橋構造を形成し優れた耐久性を示す点でポリシロキサン構造含有(メタ)アクリレート化合物が好ましく、更には、塗料とした際のウレタン(メタ)アクリレート系化合物との相溶性に優れる点で、ポリシロキサン構造含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1)が好ましい。
上記ポリシロキサン構造含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1)(以下、「ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1)」と記載することがある。)について説明する。
ポリシロキサン構造含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1)は、その構造中にポリシロキサン構造を含有するものであればよく、特には、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物の構成成分として、下記一般式(2)で示される片末端に水酸基を有するポリシロキサン系化合物を用いて得られるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)、下記一般式(3)で示される両末端に水酸基を有するポリシロキサン系化合物を用いて得られるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)であることが好ましい。
なお、上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1)は、一般式(2)および(3)両方由来の構造部位を有するものであってもよい。
[化2]
Figure 2015199908
〔式中、R1はアルキル基を示し、R2はそれぞれ独立にアルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基を示し、R3は炭化水素基又はヘテロ原子を含む有機基を示す。aは1以上の整数であり、bは1〜3の整数である。〕
[化3]
Figure 2015199908
〔式中、R1、R3は炭化水素基又はヘテロ原子を含む有機基を示し、R2はそれぞれ独立にアルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基を示し、aは1以上の整数であり、b、cは1〜3の整数である。〕
まず、上記一般式(2)で示される片末端に水酸基を有するポリシロキサン系化合物を用いて得られるポリシロキサン構造含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)(以下、「ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)」と記すことがある。)について説明する。
かかるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)は、上記一般式(2)で示される片末端に水酸基を有するポリシロキサン系化合物(p1)(以下、「ポリシロキサン系化合物(p1)」と記すことがある。)と、ポリイソシアネート系化合物(p2)と、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)、必要に応じて更にポリオール系化合物(p4)を反応させてなるものである。
かかるポリシロキサン系化合物(p1)について、一般式(2)中のR1はアルキル基であり、アルキル基の炭素数は比較的短いものが好ましい。具体的には、通常炭素数1〜15、好ましくは1〜10、特に好ましくは1〜5であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
一般式(2)中のR2はそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、又はフェニル基である。
アルキル基の炭素数は比較的短いものが好ましい。具体的には、通常炭素数1〜15、好ましくは1〜10、特に好ましくは1〜5であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
シクロアルキル基の炭素数としては、通常炭素数3〜10、好ましくは5〜8であり、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基等が挙げられる。
また、上記アルキル基、シクロアルキル基、フェニル基は置換基を有するものであってもよい。置換基としては、通常、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、アミノ基、メルカプト基、スルファニル基、ビニル基、アクリロキシ基、メタクリロキシ基、アリール基、ヘテロアリール基等が挙げられる。なお、かかる置換基が炭素原子を有する場合には、該炭素原子は上記R2の説明中で規定している炭素数には含めないものとする。
一般式(2)中のR3は、炭化水素基又はヘテロ原子を含む有機基である。
炭化水素基としては、通常炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20であり、二価または三価の炭化水素基が挙げられる。
二価の炭化水素基としては、例えば、アルキレン基が挙げられる。アルキレン基の炭素数は1〜10が好ましく、特に好ましくは炭素数1〜4であり、例えば、エチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基等が挙げられる。
ヘテロ原子を含む有機基としては、例えば、オキシアルキレン基、ポリオキシアルキレン基、ポリカプロラクトン基、アミノ基等が挙げられる。
一般式(2)中のaは1以上の整数であり、好ましくは5〜200、特に好ましくは5〜120の整数である。bは1〜3の整数であり、好ましくは1〜2の整数である。
本発明で用いられるポリシロキサン系化合物(p1)の重量平均分子量としては、通常100〜50,000であることが好ましく、特には500〜10,000、更には1,000〜10,000であることが好ましい。かかる重量平均分子量が低すぎると耐ブロッキング性が低下する傾向があり、高すぎると透明性が低下する傾向がある。
一般式(2)で示されるポリシロキサン系化合物(p1)の具体例としては、例えば、信越化学工業社製の「X−22−170BX」、「X−22−170DX」、「X−22−176DX」、「X−22−176F」、チッソ社製の「サイラプレーンFM−0411」、「サイラプレーンFM−0421」、「サイラプレーンFM−0425」、「サイラプレーンFM−DA11」、「サイラプレーンFM−DA21」、「サイラプレーンFM−DA26」等の商品が挙げられる。
本発明で用いられるポリイソシアネート系化合物(p2)としては、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリフェニルメタンポリイソシアネート、変性ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等の芳香族系ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、リジントリイソシアネート等の脂肪族系ポリイソシアネート、水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン等の脂環式系ポリイソシアネート、或いはこれらポリイソシアネートの3量体化合物又は多量体化合物、アロファネート型ポリイソシアネート、ビュレット型ポリイソシアネート、水分散型ポリイソシアネート(例えば、東ソー(株)製の「アクアネート100」、「アクアネート105」、「アクアネート120」、「アクアネート210」等)、等が挙げられる。
これらは1種または2種以上組み合わせて使用することができる。
これらの中でも、1分子中にイソシアネート基を3個以上有するイソシアネート系化合物、特にはポリイソシアネートの3量体又は多量体化合物であることが、塗膜硬度、及びブリードの原因となる未反応の低分子量成分を少なくできる点でより好ましい。
本発明で用いられる水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェート、2−(メタ)アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシプロピルフタレート、カプロラクトン変性2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、脂肪酸変性−グリシジル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイル−オキシプロピルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらは1種または2種以上組み合わせて使用することができる。
これらの中でも、比較的高硬度の塗膜が得られる点でペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートが好ましい。
更に、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリオール系化合物(p4)を用いてもよい。かかるポリオール系化合物(p4)としては、例えば、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリオレフィン系ポリオール、ポリブタジエン系ポリオール、(メタ)アクリル系ポリオール、等が挙げられる。かかるポリオール系化合物(p4)については、上述のポリオール系化合物(b3)と同様のものが挙げられる。
ポリオール系化合物(p4)の重量平均分子量としては、50〜8000が好ましく、特に好ましくは100〜5000、更に好ましくは200〜3000である。ポリオール(p4)の重量平均分子量が大きすぎると、硬化時に塗膜硬度等の機械的物性が低下する傾向があり、小さすぎると硬化収縮が大きく安定性が低下する傾向がある。
ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)は、1個以上のエチレン性不飽和基を有するものであることが好ましく、硬化塗膜の硬度の点で3個以上のエチレン性不飽和基を有するものであることが特に好ましく、更には6個以上のエチレン性不飽和基を有するものであることが好ましい。
また、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)が含有するエチレン性不飽和基の上限は通常30個であり、好ましくは25個以下である。
ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)の製造方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、
(イ):ポリシロキサン系化合物(p1)、ポリイソシアネート系化合物(p2)(必要に応じて、予め、ポリオール系化合物(p4)と反応させたポリイソシアネート系化合物(p2))、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)を一括に仕込み反応させる方法、
(ロ):ポリシロキサン系化合物(p1)とポリイソシアネート系化合物(p2)(必要に応じて、予め、ポリオール系化合物(p4)と反応させたポリイソシアネート系化合物(p2))を反応させた後、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)を反応させる方法、
(ハ):ポリイソシアネート系化合物(p2)(必要に応じて、予め、ポリオール系化合物(p4)と反応させたポリイソシアネート系化合物(p2))と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)を反応させた後、ポリシロキサン系化合物(p1)を反応させる方法、
(ニ):ポリイソシアネート系化合物(p2)(必要に応じて、予め、ポリオール系化合物(p4)と反応させたポリイソシアネート系化合物(p2))と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)の一部を反応させた後、ポリシロキサン系化合物(p1)を反応させ、さらに残りの水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)を反応させる方法、
等が挙げられるが、これらの中でも、(ロ)または(二)の方法が好ましく、反応制御の安定性の点で、特に好ましくは(ロ)の方法である。
なお、予めポリオール系化合物(p4)とポリイソシアネート系化合物(p2)を反応させる場合には、例えば、公知一般のウレタン系ポリオールの製造例に従えばよい。
かかる(ロ)の方法にあたっては、ポリシロキサン系化合物(p1)の水酸基とポリイソシアネート系化合物(p2)のイソシアネート基を、イソシアネート基を残存させる条件下で反応させた後、次いでポリイソシアネート系化合物(p2)の該残存イソシアネート基と上記水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)の水酸基を反応させるのである。
ポリシロキサン系化合物(p1)とポリイソシアネート系化合物(p2)との反応モル比は、例えば、ポリシロキサン系化合物(p1)の水酸基が1個で、ポリイソシアネート系化合物(p2)のイソシアネート基が2個である場合は、ポリシロキサン系化合物(p1):ポリイソシアネート系化合物(p2)1:0.8〜10程度であり、ポリシロキサン系化合物(p1)の水酸基が1個で、ポリイソシアネート系化合物(p2)のイソシアネート基が3個である場合は、ポリシロキサン系化合物(p1):ポリイソシアネート系化合物(p2)1:0.2〜5程度であればよい。
この反応生成物と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)との付加反応においては、反応系の残存イソシアネート基が0.5重量%以下になる時点で反応を終了させることにより、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)が得られる。
また、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)100重量部中に含まれるポリシロキサン系化合物(p1)に由来する構造部分の重量としては、上記モル比の範囲内で0.1〜80重量部であることが好ましい。
上記反応においては、反応を促進する目的で触媒を用いることも好ましく、かかる触媒としては、上述のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)の製造において列記したものと同様のものが挙げられる。
上記反応においては、イソシアネート基に対して反応する官能基を有しない有機溶剤、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族類等の有機溶剤を用いることができる。
上記反応の反応温度は、通常30〜100℃、好ましくは40〜90℃であり、反応時間は、通常2〜10時間、好ましくは3〜8時間である。
かくして得られるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)の重量平均分子量としては500〜50,000であることが好ましく、更には500〜30,000であることが好ましい。かかる重量平均分子量が小さすぎると耐ブロッキング性が低下するがあり、大きすぎると硬化塗膜の透明性が低下する傾向がある。
ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)の40%メチルイソブチルケトン溶液20℃における粘度は、5〜5,000mPa・sであることが好ましく、特には5〜2,500mPa・s、更には5〜1,000mPa・sであることが好ましい。かかる粘度が上記範囲外では塗工性が低下する傾向がある。
尚、粘度の測定法はB型粘度計による。
上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
次に、上記一般式(3)で示される両末端に水酸基を有するポリシロキサン系化合物を用いて得られるポリシロキサン構造含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)(以下、「ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)」と記すことがある。)について説明する。
かかるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)は、上記一般式(3)で示される両末端に水酸基を有するポリシロキサン系化合物(q1)(以下、「ポリシロキサン系化合物(q1)」と記すことがある。)と、多価イソシアネート系化合物(q2)と、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(q3)、更に必要に応じてポリオール系化合物(q4)を反応させてなるものである。
かかるポリシロキサン系化合物(q1)について、一般式(3)中のR1、R3は、炭化水素基又はヘテロ原子を含む有機基である。
炭化水素基としては、通常炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20であり、二価または三価の炭化水素基が挙げられる。
二価の炭化水素基としては、アルキレン基が挙げられる。アルキレン基の炭素数は1〜10が好ましく、特に好ましくは炭素数1〜4であり、例えば、エチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基等が挙げられる。
ヘテロ原子を含む有機基としては、例えば、オキシアルキレン基、ポリオキシアルキレン基、ポリカプロラクトン基、アミノ基等が挙げられる。
一般式(3)中のR2はそれぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、又はフェニル基である。
アルキル基の炭素数は比較的短いものが好ましい。具体的には、通常炭素数1〜15、好ましくは1〜10、特に好ましくは1〜5であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
シクロアルキル基の炭素数としては、通常炭素数3〜10、好ましくは5〜8であり、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基等が挙げられる。
また、上記アルキル基、シクロアルキル基、フェニル基は置換基を有するものであってもよい。置換基としては、通常、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、アミノ基、メルカプト基、スルファニル基、ビニル基、アクリロキシ基、メタクリロキシ基、アリール基、ヘテロアリール基等が挙げられる。なお、かかる置換基が炭素原子を有する場合には、該炭素原子は上記R2の説明中で規定している炭素数には含めないものとする。
一般式(3)中のaは1以上の整数であり、好ましくは5〜200、特に好ましくは5〜120の整数である。bは1〜3の整数であり、好ましくは1〜2の整数である。
ポリシロキサン系化合物(q1)の重量平均分子量としては、通常100〜50,000であることが好ましく、特には500〜10,000、更には1,000〜10,000であることが好ましい。かかる重量平均分子量が低すぎると耐ブロッキング性が低下する傾向があり、高すぎると透明性が低下する傾向がある。
ポリシロキサン系化合物(q1)の具体例としては、信越化学工業社製の「X−22−160AS」、「KF−6001」、「KF−6002」、「KF−6003」、JNC社製の「サイラプレーンFM−4411」、「サイラプレーンFM−4421」、「サイラプレーンFM−4425」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製の「XF42−B0970」、東レ・ダウコーニング社製の「BY 16−004」、「SF 8427」、東亞合成社製の「マクロモノマーHK−20」、GELEST社製の「DMS−C21」、「DMS−C23」、「DBL−C31」、「DMS−CA21」等の商品が挙げられる。
ポリイソシアネート系化合物(q2)としては、例えば、上記ウレタン(メタ)アクリレート(C1−1)に関する説明の中で、ポリイソシアネート系化合物(p2)として例示したものと同様のものが挙げられる。
水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(q3)としては、例えば、上記ウレタン(メタ)アクリレート(C1−1)に関する説明の中で、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(p3)として例示したものと同様のものが挙げられる。
更に、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリオール系化合物(q4)を用いてもよく、例えば、上記ウレタン(メタ)アクリレート(C1−1)に関する説明の中でポリオール系化合物(p4)として例示したものと同様のものが挙げられる。
ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)は、2個以上のエチレン性不飽和基を有するものであることが好ましく、硬化塗膜の硬度の点で4個以上のエチレン性不飽和基を有するものであることが特に好ましく、更には6個以上のエチレン性不飽和基を有するものであることが好ましい。
また、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)が含有するエチレン性不飽和基の上限は通常30個であり、好ましくは25個以下である。
ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)の製造方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、
(イ):ポリシロキサン系化合物(q1)、ポリイソシアネート系化合物(q2)(必要に応じて、予め、ポリオール系化合物(q4)と反応させたポリイソシアネート系化合物(q2))、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(q3)を一括に仕込み反応させる方法、
(ロ):ポリシロキサン系化合物(q1)とポリイソシアネート系化合物(q2)(必要に応じて、予め、ポリオール系化合物(q4)と反応させたポリイソシアネート系化合物(q2))を反応させた後、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(q3)を反応させる方法、
(ハ):ポリイソシアネート系化合物(q2)(必要に応じて、予め、ポリオール系化合物(q4)と反応させたポリイソシアネート系化合物(q2))と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(q3)を反応させた後、ポリシロキサン系化合物(q1)を反応させる方法、
(ニ):ポリイソシアネート系化合物(q2)(必要に応じて、予め、ポリオール系化合物(q4)と反応させたポリイソシアネート系化合物(q2))と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(q3)の一部を反応させた後、ポリシロキサン系化合物(q1)を反応させ、さらに残りの水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(q3)を反応させる方法、
等が挙げられるが、これらのなかでも(ロ)又は(ニ)の方法が好ましく、反応制御の安定性や相溶性の点で、特に好ましくは(二)の方法である。
なお、予めポリオール系化合物(q4)とポリイソシアネート系化合物(q2)を反応させる場合には、例えば、公知一般のウレタン系ポリオールの製造例に従えばよい。
かかる(ロ)の方法にあたっては、ポリシロキサン系化合物(q1)の水酸基と多価イソシアネート系化合物(q2)のイソシアネート基を、イソシアネート基を残存させる条件下で反応させた後、次いでポリイソシアネート系化合物(q2)の該残存イソシアネート基と上記水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(q3)の水酸基を反応させるのである。
ポリシロキサン系化合物(q1)とポリイソシアネート系化合物(q2)との反応モル比は、例えば、ポリシロキサン系化合物(q1)の水酸基が2個で、ポリイソシアネート系化合物(q2)のイソシアネート基が2個である場合は、ポリシロキサン系化合物(q1):ポリイソシアネート系化合物(q2)1:1.1〜2.2程度であり、ポリシロキサン系化合物(q1)の水酸基が2個で、ポリイソシアネート系化合物(q2)のイソシアネート基が3個である場合は、ポリシロキサン系化合物(q1):ポリイソシアネート系化合物(q2)1:0.5〜2.2程度であればよい。
この反応性生物と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(q3)との付加反応においては、反応系の残存イソシアネート基が0.5重量%以下になる時点で反応を終了させることにより、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)が得られる。
また、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)100重量部中に含まれるポリシロキサン系化合物(q1)に由来する構造部分の重量は、上記モル比の範囲内で0.1〜80重量部であることが好ましい。
上記反応においては、反応を促進する目的で触媒を用いることも好ましく、かかる触媒としては、上記と同様のものが挙げられる。
上記反応においては、イソシアネート基に対して反応する官能基を有しない有機溶剤、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族類等の有機溶剤を用いることができる。
上記反応の反応温度は、通常30〜100℃、好ましくは40〜90℃であり、反応時間は、通常2〜10時間、好ましくは3〜8時間である。
かくして得られるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)の重量平均分子量としては、通常500〜50,000であることが好ましく、更には500〜30,000であることが好ましい。かかる重量平均分子量が小さすぎると耐ブロッキング性が低下する傾向があり、大きすぎると硬化塗膜の透明性が低下する傾向がある。
ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)の40%メチルイソブチルケトン溶液の20℃における粘度は、5〜5,000mPa・sであることが好ましく、特には10〜2,500mPa・s、更には15〜1,000mPa・sであることが好ましい。かかる粘度が上記範囲外では塗工性が低下する傾向がある。
尚、粘度の測定法はB型粘度計による。
上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリシロキサン構造含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1)としては、上記ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)及び/又はウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)を用いることが好ましいが、未反応のポリシロキサン系化合物が残存しにくい点で、ウレタン(メタ)アクリレート(C1−2)を用いることが特に好ましい。
また、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)および(C1−2)を併用する場合には、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−1)とウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1−2)の配合割合(重量比)は、好ましくは(C1−1)/(C1−2)=5/95〜95/5、特に好ましくは(C1−1)/(C1−2)=20/80〜80/20である。
ポリシロキサン構造含有化合物(C)は、(C)全体に対するケイ素原子含有量が0.1〜80重量%であることが好ましく、特に好ましくは0.3〜60重量%、更に好ましくは0.5〜30重量%である。
かかるケイ素原子含有量が多すぎると他の成分との相溶性が低下する傾向があり、少なすぎると耐ブロッキング性改善のために必要とする配合量が多くなり、塗膜の物性バランスを取り難くなる傾向がある。
ポリシロキサン構造含有化合物(C)の含有量が、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)(ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)を配合する場合は(A)と(B)の合計)100重量部に対して、0.01〜100重量部であることが好ましく、特に好ましくは0.1〜75重量部、更に好ましくは1〜50重量部である。かかる含有量が多すぎると相溶性が低下する傾向があり、少なすぎると耐ブロッキング性が改善されにくい傾向がある。
<リン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)>
本発明で用いるリン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)としては、例えば、2−(メタ)アクリロイロキシエチルホスフェート(例えば、共栄社化学製の「ライトエステルP−1M」、「ライトアクリレートP−1A」等)、リン酸メチレン(メタ)アクリレート、リン酸エチレン(メタ)アクリレート、リン酸プロピレン(メタ)アクリレート、リン酸テトラメチレン(メタ)アクリレート等のリン酸アルキレン(メタ)アクリレート、リン酸1−クロロメチルエチレン(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレートのリン酸エステル(例えば、ローディア日華社製の「Sipomer PAM100」、「Sipomer PAM4000」等)、ポリエチレングリコールモノアクリレートのリン酸エステル(例えば、ローディア日華社製の「Sipomer PAM5000」等)、ポリプロピレングリコールモノメタクリレートのリン酸エステル(例えば、ローディア日華社製の「Sipomer PAM200」等)、ポリプロピレングリコールモノアクリレートのリン酸エステル(例えば、ローディア日華社製の「Sipomer PAM300」等)のようなポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレートのリン酸エステル等のエチレン性不飽和基を1個有するリン酸基含有エチレン性不飽和化合物;
ビス(2−(メタ)アクリロイロキシエチル)ホスフェート(例えば、共栄社化学製の「ライトエステルP−2M」、「ライトアクリレートP−2A」等)、エチレンオキサイド変性リン酸ジアクリレート、エチレンオキサイド変性リン酸ジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性リン酸トリ(メタ)アクリレート等のエチレン性不飽和基を2個以上有するリン酸基含有エチレン性不飽和化合物;
トリアクリロイルオキシエチルホスフェート(例えば、大阪有機化学工業社製のビスコート#3PA)等のエチレン性不飽和基を3個以上有するリン酸基含有エチレン性不飽和化合物
等が挙げられる。
これらリン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)は単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、2−(メタ)アクリロイロキシエチルホスフェート、ビス(2−メタクリロイロキシエチル)ホスフェートを用いることが優れた金属表面への密着性が得られやすい点で好ましい。
リン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)の含有量は、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)(ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)を配合する場合は(A)と(B)の合計)100重量部に対して、0.01〜10重量部であることが好ましく、特に好ましくは0.05〜8重量部、更に好ましくは0.1〜5重量部、殊に好ましくは0.2〜3重量部である。かかるリン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)の含有量が少なすぎると、金属表面への密着性が低下する傾向があり、多すぎると金属表面を腐食したり、硬度等の機械的物性を低下させる傾向がある。
かくして本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)を含有してなるものであり、更には、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)及びウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)を含有してなるものが好ましく、特には、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)、ポリシロキサン構造含有化合物(C)及び/またはリン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)を含有してなるものが好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物には、必要に応じて、光重合開始剤、上記(A)〜(D)以外のエチレン性不飽和モノマー及びエチレン性不飽和オリゴマー、アクリル樹脂、表面調整剤、レベリング剤、重合禁止剤等を配合することができ、更には油、酸化防止剤、難燃剤、帯電防止剤、充填剤、安定剤、補強剤、艶消し剤、研削剤、有機微粒子、無機粒子等を配合することも可能である。
上記光重合開始剤としては、例えば、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]−フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−2−モルホリノ(4−チオメチルフェニル)プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)ブタノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−[4−(1−メチルビニル)フェニル]プロパノンオリゴマー等のアセトフェノン類;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン類;ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4′−メチル−ジフェニルサルファイド、3,3′,4,4′−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン、4−ベンゾイル−N,N−ジメチル−N−[2−(1−オキソ−2−プロペニルオキシ)エチル]ベンゼンメタナミニウムブロミド、(4−ベンゾイルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド等のベンゾフェノン類;2−イソプロピルチオキサントン、4−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン、2−(3−ジメチルアミノ−2−ヒドロキシ)−3,4−ジメチル−9H−チオキサントン−9−オンメソクロリド等のチオキサントン類;2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド等のアシルフォスフォンオキサイド類;等があげられる。なお、これら光重合開始剤は、1種のみが用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
また、これらの助剤として、例えば、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、4,4′−ジメチルアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、4,4′−ジエチルアミノベンゾフェノン、2−ジメチルアミノエチル安息香酸、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸(n−ブトキシ)エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、4−ジメチルアミノ安息香酸2−エチルヘキシル、2,4−ジエチルチオキサンソン、2,4−ジイソプロピルチオキサンソン等を併用することも可能である。
これらの中でも、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾインイソプロピルエーテル、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オンを用いることが好ましい。
光重合開始剤の含有量としては、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)(更にウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)を配合する場合は、(A)と(B)の合計)100重量部に対して、0.1〜20重量部であることが好ましく、特に好ましくは0.5〜10重量部、さらに好ましくは1〜10重量部である。光重合開始剤の含有量が少なすぎると、硬化不良となり膜形成がなされにくい傾向があり、多すぎると硬化塗膜の黄変の原因となり、着色の問題が起こりやすい傾向がある。
上記(A)〜(D)以外のエチレン性不飽和モノマー及びエチレン性不飽和オリゴマーとしては、単官能モノマー、2官能モノマー、3官能以上のモノマー、エポキシ(メタ)アクリレート系化合物、ポリエステル(メタ)アクリレート系化合物等のオリゴマーが挙げられる。
かかる単官能モノマーとしては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン系モノマー、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、アクリロニトリル、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリルレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、(2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)−メチル(メタ)アクリレート、シクロヘキサンスピロ−2−(1,3−ジオキソラン−4−イル)−メチル(メタ)アクリレート、環状トリメチロールプロパンホルマールアクリレート、3−エチル−3−オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、γ−ブチロラクトン(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、n−ステアリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノールエチレンオキサイド変性(n=2)(メタ)アクリレート、ノニルフェノールプロピレンオキサイド変性(n=2.5)(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピルフタレート等のフタル酸誘導体のハーフ(メタ)アクリレート、フルフリル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、カルビトール(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルモルフォリン、ポリオキシエチレン第2級アルキルエーテルアクリレート等の(メタ)アクリレート系モノマー、2−ヒドロキシエチルアクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ビニルピロリドン、2−ビニルピリジン、酢酸ビニル等が挙げられる。
かかる2官能モノマーとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA型ジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ジメチロールジシクロペンタンジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、フタル酸ジグリシジルエステルジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸変性ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート等が挙げられる。
かかる3官能以上のモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリ(メタ)アクリロイルオキシエトキシトリメチロールプロパン、グリセリンポリグリシジルエーテルポリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性トリアクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エトキシ化グリセリントリアクリレート等が挙げられる。
また、アクリル酸のマイケル付加物あるいは2−アクリロイルオキシエチルジカルボン酸モノエステルも併用可能であり、かかるアクリル酸のミカエル付加物としては、アクリル酸ダイマー、メタクリル酸ダイマー、アクリル酸トリマー、メタクリル酸トリマー、アクリル酸テトラマー、メタクリル酸テトラマー等が挙げられる。
上記2−アクリロイルオキシエチルジカルボン酸モノエステルとしては、特定の置換基をもつカルボン酸であり、例えば2−アクリロイルオキシエチルコハク酸モノエステル、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸モノエステル、2−アクリロイルオキシエチルフタル酸モノエステル、2−メタクリロイルオキシエチルフタル酸モノエステル、2−アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸モノエステル、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸モノエステル等が挙げられる。更に、その他オリゴエステルアクリレートも挙げられる。
上記表面調整剤としては、例えば、セルロース樹脂やアルキッド樹脂等を挙げることができる。かかる、セルロース樹脂は、塗膜の表面平滑性を向上させる作用があり、アルキッド樹脂は、塗布時の造膜性を付与する作用を有する。
上記レベリング剤としては、塗液の基材への濡れ性付与作用、表面張力の低下作用を有するものであれば、公知一般のレベリング剤を用いることができ、例えば、シリコーン変性樹脂、フッ素変性樹脂、アルキル変性樹脂等を用いることができる。
上記重合禁止剤としては、例えば、p−ベンゾキノン、ナフトキノン、トルキノン、2,5−ジフェニル−p−ベンゾキノン、ハイドロキノン、2,5−ジ−t−ブチルハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、モノ−t−ブチルハイドロキノン、p−t−ブチルカテコール等を挙げることができる。
また、本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、塗工時の粘度を適正なものにするために、希釈のための有機溶剤を使用することも好ましい。かかる有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、エチルセロソルブ等のセロソルブ類、トルエン、キシレン等の芳香族類、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類、ジアセトンアルコール等が挙げられる。これら上記の有機溶剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記2種以上を併用する場合は、グリコールエーテル類、ケトン類、アルコール類の中から2種以上を選択して組み合わせることが塗膜外観の点で好ましい。
なお、本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を製造するにあたり、上記各成分(A)〜(D)およびその他成分の混合方法については、特に限定されるものではなく、種々の方法により混合することができる。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、各種基材へのトップコート剤やアンカーコート剤など、塗膜形成用の硬化性樹脂組成物として有効に用いられるものであり、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を基材に塗工した後(有機溶剤で希釈した組成物を塗工した場合には、さらに乾燥させた後)、活性エネルギー線を照射することにより硬化される。
上記本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を塗工する対象である基材としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)、ポリスチレン系樹脂等やそれらの成型品(フィルム、シート、カップ、等)等のプラスチック基材、それらの複合基材、またはガラス繊維や無機物を混合した前記材料の複合基材等、金属(アルミニウム、銅、鉄、SUS、亜鉛、マグネシウム、これらの合金等、金属蒸着膜等)や、ガラス等の基材上にプライマー層を設けた基材等が挙げられる。
活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の塗工方法としては、例えば、スプレー、シャワー、ディッピング、ディスペンサー、ロール、スピン、スクリーン印刷、インクジェット印刷等のようなウェットコーティング法が挙げられ、通常は常温の条件化で、基材に塗工すればよい。
また、本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、上記有機溶剤を用いて、固形分濃度が、通常3〜90重量%、好ましくは5〜60重量%になるように希釈して、塗工することが好ましい。
上記有機溶剤による希釈を行なった際の乾燥条件としては、温度が、通常40〜120℃、好ましくは50〜100℃で、乾燥時間が、通常1〜20分、好ましくは2〜10分であればよい。
基材上に塗工された活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化させる際に使用する活性エネルギー線としては、遠紫外線、紫外線、近紫外線、赤外線等の光線、X線、γ線等の電磁波の他、電子線、プロトン線、中性子線等が利用できるが、硬化速度、照射装置の入手のし易さ、価格等から紫外線照射による硬化が有利である。尚、電子線照射を行う場合は、光重合開始剤を用いなくても硬化し得る。
紫外線照射により硬化させる際には、150〜450nm波長域の光を発する高圧水銀ランプ、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ケミカルランプ、無電極放電ランプ、LED等を用いて、通常30〜3000mJ/cm2(好ましくは100〜1500mJ/cm2)の紫外線を照射すればよい。
紫外線照射後は、必要に応じて加熱を行って硬化の完全を図ることもできる。
塗工膜厚(硬化後の膜厚)としては、傷に対する復元性として想定する傷の深さに関連するため、傷の深さが塗膜の膜厚を超えないような任意の膜厚にすればよく、通常、紫外線硬化型の塗膜として光重合開始剤が均一に反応するべく光線透過を鑑みると3〜1000μmであればよく、好ましくは5〜500μmであり、特に好ましくは10〜200μmである。
本発明のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)は、ε−カプロラクトン由来の構造部位を含む水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)、および多価イソシアネート系化合物(y)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物であり、多価イソシアネート系化合物(y)の平均イソシアネート基数が3.2以上であることを特徴とするウレタン(メタ)アクリレート系化合物であり、これを用いて、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物とした後、硬化塗膜とすることにより、傷に対する復元性と耐ブロッキング性にバランスよく優れ、更にウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)を含有する場合は表面硬度も優れ、ポリシロキサン構造含有化合物(C)を含有する場合は耐ブロッキング性もより優れ、リン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)を含有する場合は金属基材との密着性にも優れるため、塗料、インク、コーティング剤に有用であり、とりわけ最表面用コーティング剤や金属表面用コーティング剤として特に有用である。
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、例中、「部」、「%」とあるのは、重量基準を意味する。
ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)として、以下のものを調製した(表1参照。)。
<実施例1:ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−1)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、平均イソシアネート基数が4.9のヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット型多量体(y)353g(0.37モル)、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン2モル付加物(x)647g(1.88モル)、重合禁止剤としてハイドロキノンメチルエーテル0.02g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、60℃で6時間反応させ、残存イソシアネート基が0.3%となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−1)(重量平均分子量(Mw)4,000;エチレン性不飽和基含有量1.88mmol/g)を得た。
<実施例2:ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−2)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、平均イソシアネート基数が4.1のヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット型多量体(y)342g(0.46モル)、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン2モル付加物(x)658g(1.91モル)、重合禁止剤としてハイドロキノンメチルエーテル0.02g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、60℃で6時間反応させ、残存イソシアネート基が0.3%となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−2)(重量平均分子量(Mw)3,600;エチレン性不飽和基含有量1.91mmol/g)を得た。
<実施例3:ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−3)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、平均イソシアネート基数が4.2のヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型多量体(y)330.6g(0.40モル)、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン1モル付加物(x)669.4g(1.95モル)、重合禁止剤としてハイドロキノンメチルエーテル0.02g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、60℃で6時間反応させ、残存イソシアネート基が0.3%となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−3)(重量平均分子量(Mw)4,930;エチレン性不飽和基含有量1.95mmol/g)を得た。
<実施例4:ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−4)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、平均イソシアネート基数が3.4のヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型多量体(y)400.6g(0.65モル)、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン1モル付加物(x)599.4g(2.60モル)、重合禁止剤としてハイドロキノンメチルエーテル0.02g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、60℃で6時間反応させ、残存イソシアネート基が0.3%となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−4)(重量平均分子量(Mw)2,920;エチレン性不飽和基含有量2.60mmol/g)を得た。
<比較例1:ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A’−1)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、平均イソシアネート基数が3.0のヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット型多量体(y)350.3g(0.63モル)、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン2モル付加物(x)649.7g(1.89モル)、重合禁止剤としてハイドロキノンメチルエーテル0.02g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、60℃で6時間反応させ、残存イソシアネート基が0.3%となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A’−1)(重量平均分子量(Mw)3,470;エチレン性不飽和基含有量1.89mmol/g)を得た。
<比較例2:ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A’−2)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、平均イソシアネート基数が3.0のイソホロンジイソシアネートのイソシアヌレート型多量体(y)409.8g(0.54モル)、2−ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン2モル付加物(x)590.2g(1.72モル)、重合禁止剤としてハイドロキノンメチルエーテル0.02g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、60℃で6時間反応させ、残存イソシアネート基が0.3%となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A’−2)(重量平均分子量(Mw)4,260;エチレン性不飽和基含有量1.72mmol/g)を得た。
<活性エネルギー線硬化性樹脂組成物>
上記実施例1〜4で得られたウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−1〜A−4)、比較例1、2で得られたウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A’−1、A’−2)100部、光重合開始剤(「イルガキュア184」、ビー・エー・エス・エフ社製)4部、トルエンを固形分濃度80%となるように配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物について、下記の通り復元性、耐ブロッキング性を評価した。その評価結果を表1に示した。
<復元性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で6分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で3パスの紫外線照射(積算照射量1000mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rhの条件下で、真鍮製2桁ブラシを用い、5往復して塗膜に傷を付け、傷が目視にて確認できなくなる時間を測定し、下記評価基準で評価した。
(評価基準)
○:1分以内で傷が確認できなくなった
△:1分を超え10分以内で傷が確認できなくなった
×:10分を超えても傷が確認できた
<耐ブロッキング性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で6分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で3パスの紫外線照射(積算照射量1000mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rh条件下にて、硬化塗膜の表面側に、PETフィルムを乗せ、2kg荷重のローラーで1往復し貼り合わせたのち、5分間後にPETフィルムを剥がすことで硬化塗膜表面の粘着性を測定し、下記評価基準で評価した。
(評価基準)
◎:PETフィルムが全く密着しない
○:PETフィルムがわずかに密着するが、剥がした跡が残らない
△:PETフィルムが密着するが、剥がした跡が残らない
×:PETフィルムが密着し、剥がした跡が残る
Figure 2015199908
上記評価結果より、実施例1〜4のウレタン(メタ)アクリレート系化合物を用いて得られる活性エネルギー線硬化性樹脂組成物から得られる硬化塗膜は、復元性と耐ブロッキング性にバランスよく優れることがわかる。
一方、比較例1および2の平均イソシアネート基数の少ない多価イソシアネート系化合物からなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物を用いて得られる活性エネルギー線硬化性樹脂組成物から得られる硬化塗膜は、耐ブロッキング性に優れるものの復元性に劣ることがわかる。
<実施例5〜10>
上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−2)及び下記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−1〜B−3)を表2に示す配合組成とし、光重合開始剤(「イルガキュア184」、ビー・エー・エス・エフ社製)4部、メチルイソブチルケトンを固形分濃度80%となるように配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物について、下記の通り復元性、耐ブロッキング性、表面硬度を評価した。その評価結果を表2に示した。
<参考例1>
上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−2)100部として、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)を配合しなかった以外は実施例5と同様に行い、評価した。その評価結果を表2に示した。
<ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−1)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート37.5g(0.17モル)、ポリテトラメチレングリコールジオール25.5g(水酸基価167mgKOH/g;水酸基価から計算される分子量672;0.04モル)、ポリエステルトリオール13.4g(水酸基価262mgKOH/g;水酸基価から計算される分子量642;0.02モル)、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、80℃で反応させた。残存イソシアネート基が11%以下となった時点で、2−ヒドロキシエチルアクリレート23.6g(0.2モル)、重合禁止剤としてメトキシフェノール0.04gをさらに仕込み、60℃で反応させ、残存イソシアネート基が0.3%以下となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−1)(官能基数:2〜3、重量平均分子量:約3,500)を得た。
<ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−2)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート29.9g(0.14モル)、ポリカーボネートジオール54.2g(水酸基価139.5mgKOH/g;水酸基価から計算される分子量804;0.07モル)、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、60℃で反応させた。残存イソシアネート基が6.7%以下となった時点で、2−ヒドロキシエチルアクリレート15.9g(0.14モル)、重合禁止剤としてメトキシフェノール0.04gをさらに仕込み、60℃で反応させ、残存イソシアネート基が0.3%以下となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−2)(官能基数:2、重量平均分子量:約5,000)を得た。
<ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−3)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体60.4g(0.10モル)を充填し、重合禁止剤としてハイドロキノンメチルエーテル0.2gを加え、2−ヒドロキシプロピルアクリレート39.6g(0.30モル)を内温が70℃を超えないように滴下しながら加え、滴下終了後70℃で反応させた。残存イソシアネート濃度が0.3%以下となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−3)(官能基数:3、重量平均分子量:約2,300)を得た。
<復元性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rhの条件下で、真鍮製2桁ブラシを用い、5往復して塗膜に傷を付け、傷が目視にて確認できなくなる時間を測定し、下記評価基準で評価した。
(評価基準)
○:1分以内で傷が確認できなくなった
△:1分を超え10分以内で傷が確認できなくなった
×:10分を超えても傷が確認できた
<耐ブロッキング性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rh条件下にて、硬化塗膜の表面側に、PETフィルムを乗せ、2kg荷重のローラーで1往復し貼り合わせたのち、5分間後にPETフィルムを剥がすことで硬化塗膜表面の粘着性を測定し、下記評価基準で評価した。
(評価基準)
◎:PETフィルムが全く密着しない
○:PETフィルムがわずかに密着するが、剥がした跡が残らない
△:PETフィルムが密着するが、剥がした跡が残らない
×:PETフィルムが密着し、剥がした跡が残る
<表面硬度>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように125μm易接着PETフィルム(「A4300」、東洋紡社製)に塗工し、90℃で5分間乾燥させた後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜に対して、JIS K 5600−5−4に準じて鉛筆硬度を測定した。
Figure 2015199908
上記評価結果より、実施例5〜10の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物から得られる硬化塗膜は、復元性と耐ブロッキング性にバランスよく優れるうえ、表面硬度についても優れることがわかる。
<実施例11〜15>
上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−2)、上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−1)及び、下記のポリシロキサン構造含有化合物(C−1、C−2)を表3に示す配合組成とし、光重合開始剤(「イルガキュア184」、ビー・エー・エス・エフ社製)4部、メチルイソブチルケトンを固形分濃度40%となるように配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物について、下記の通り復元性、耐ブロッキング性、ヘイズ、透過率を評価した。その評価結果を表3に示した。
<参考例2>
上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−2)100部として、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)及びポリシロキサン構造含有化合物(C)を配合しなかった以外は実施例11と同様に行い、評価した。その評価結果を表3に示した。
<ポリシロキサン構造含有化合物(C−1)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体(q2)69.1g(イソシアネート基含有量21.0%)、一般式(3)で示されるポリシロキサン系化合物(q1)(R1=−C24OC36−、R2=メチル基、R3=−C36OC24−、b=1、c=1、重量平均分子量6000)172.6g、メチルイソブチルケトン500g、重合禁止剤としてハイドロキノンメチルエーテル1.0g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.1gを仕込み、60℃で3時間反応させ、残存イソシアネートが4.0%になったところでジペンタエリスリトールペンタアクリレート(q3)〔ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物(水酸基価50mgKOH/g)〕258.3g仕込み、そのまま反応を継続し、イソシアネート基が消失した時点で反応を終了し、ポリシロキサン基含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C−1)溶液を得た(固形分濃度50%)。
<ポリシロキサン構造含有化合物(C−2)>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネートの3量体(q2)115.7g(イソシアネート基含有量17.2%)、一般式(3)で示されるポリシロキサン系化合物(q1)(R1=−C24OC36−、R2=メチル基、R3=−C36OC24−、b=1、c=1、重量平均分子量6000)236.7g、メチルイソブチルケトン500g、重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチルクレゾール0.5g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.05gを仕込み、60℃で3時間反応させ、残存イソシアネートが3.8%になったところでペンタエリスリトールトリアクリレート〔ペンタエリスリトールトリアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(q3)(水酸基価120mgKOH/g)〕147.6g仕込み、そのまま反応を継続し、イソシアネート基が消失した時点で反応を終了し、ポリシロキサン基含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C−2)溶液を得た(固形分濃度50%)。
<復元性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rhの条件下で、真鍮製2桁ブラシを用い、5往復して塗膜に傷を付け、傷が目視にて確認できなくなる時間を測定し、下記評価基準で評価した。
(評価基準)
○:1分以内で傷が確認できなくなった
△:1分を超え10分以内で傷が確認できなくなった
×:10分を超えても傷が確認できた
<耐ブロッキング性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rh条件下にて、硬化塗膜の表面側に、PETフィルムを乗せ、2kg荷重のローラーで1往復し貼り合わせたのち、5分間後にPETフィルムを剥がすことで硬化塗膜表面の粘着性を測定し、下記評価基準で評価した。
(評価基準)
◎:PETフィルムが全く密着しない
○:PETフィルムがわずかに密着するが、剥がした跡が残らない
△:PETフィルムが密着するが、剥がした跡が残らない
×:PETフィルムが密着し、剥がした跡が残る
<透明性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように125μm易接着PETフィルム(東洋紡A4300)に塗工し、90℃で5分間乾燥させた後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜に対して、ヘイズメータ(日本電色工業株式会社製「NDH 2000」)を用いて、PETフィルムと硬化塗膜を合わせたヘイズ値を測定した。なお、PETフィルム自身のヘイズ値は0.52であった。
評価基準は以下の通りである。
(評価)
○・・・ヘイズ値が1.0未満
△・・・ヘイズ値が1.0以上、3.0未満
×・・・ヘイズ値が3.0以上
<表面硬度>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように125μm易接着PETフィルム(東洋紡A4300)に塗工し、90℃で5分間乾燥させた後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜に対して、JIS K 5600−5−4に準じて鉛筆硬度を測定した。
Figure 2015199908
上記評価結果より、実施例11〜15の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物から得られる硬化塗膜は、復元性に優れるうえ、耐ブロッキング性は特に良好であり、更に塗膜の透明性についても優れることがわかる。
<実施例16〜21>
上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−2)、上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−1)及び、下記のリン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D−1〜D−3)を表4に示す配合組成とし、光重合開始剤(「イルガキュア184」、ビー・エー・エス・エフ社製)4部、メチルイソブチルケトンを固形分濃度40%となるように配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物について、下記の通り復元性、耐ブロッキング性、金属密着性を評価した。その評価結果を表4に示した。
<参考例3>
上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−2)100部として、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)及びリン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)を配合しなかった以外は実施例16と同様に行い、評価した。その評価結果を表4に示した。
<リン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D−1)>
2−メタクリロイロキシエチルアシッドフォスフェート(共栄社化学社製:商品名「ライトエステルP−1M」)
<リン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D−2)>
ビス(2−メタクリロイロキシエチル)アシッドフォスフェート(共栄社化学社製:商品名「ライトエステルP−2M」)
<リン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D−3)>
トリアクリロイルオキシエチルフォスフェート(大阪有機化学工業社製:商品名「ビスコート♯3PA」)
<復元性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rhの条件下で、真鍮製2桁ブラシを用い、5往復して塗膜に傷を付け、傷が目視にて確認できなくなる時間を測定し、下記評価基準で評価した。
(評価基準)
○:1分以内で傷が確認できなくなった
△:1分を超え10分以内で傷が確認できなくなった
×:10分を超えても傷が確認できた
<耐ブロッキング性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rh条件下にて、硬化塗膜の表面側に、PETフィルムを乗せ、2kg荷重のローラーで1往復し貼り合わせたのち、5分間後にPETフィルムを剥がすことで硬化塗膜表面の粘着性を測定し、下記評価基準で評価した。
(評価基準)
◎:PETフィルムが全く密着しない
○:PETフィルムがわずかに密着するが、剥がした跡が残らない
△:PETフィルムが密着するが、剥がした跡が残らない
×:PETフィルムが密着し、剥がした跡が残る
<金属密着性>
上記実施例で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、バーコーターにて硬化塗膜が10μm厚となるように、アルミニウム基材(日本テストパネル株式会社社製;「A1050P」;1.0×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
得られた硬化塗膜について、JIS K 5400(1990年版)に準じて碁盤目テープ法により金属密着性を評価した。
<表面硬度>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように125μm易接着PETフィルム(東洋紡A4300)に塗工し、90℃で5分間乾燥させた後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜に対して、JIS K 5600−5−4に準じて鉛筆硬度を測定した。
Figure 2015199908
上記評価結果より、実施例16〜21の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物から得られる硬化塗膜は、復元性、耐ブロッキング性に優れるうえ、更に金属密着性についても優れることがわかる。
<実施例22>
上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A−2)、上記のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B−1)、上記のポリシロキサン構造含有化合物(C−1)及び上記のリン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D−2)を表5に示す配合組成とし、光重合開始剤(イルガキュア184、「ビー・エー・エス・エフ社製」)4部、メチルイソブチルケトンを固形分濃度40%となるように配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物について、下記の通り復元性、耐ブロッキング性、ヘイズ、透過率、金属密着性、表面硬度を評価した。その評価結果を表5に示した。
<復元性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rhの条件下で、真鍮製2桁ブラシを用い、5往復して塗膜に傷を付け、傷が目視にて確認できなくなる時間を測定し、下記評価基準で評価した。その結果を下記表1に示した。
(評価基準)
○:1分以内で傷が確認できなくなった
△:1分を超え10分以内で傷が確認できなくなった
×:10分を超えても傷が確認できた
<耐ブロッキング性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように黒色ポリカーボネート基材(日本テストパネル株式会社製、2×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜を用い、23℃、50%Rh条件下にて、硬化塗膜の表面側に、PETフィルムを乗せ、2kg荷重のローラーで1往復し貼り合わせたのち、5分間後にPETフィルムを剥がすことで硬化塗膜表面の粘着性を測定し、下記評価基準で評価した。その結果を下記表1に示した。
(評価基準)
◎:PETフィルムが全く密着しない
○:PETフィルムがわずかに密着するが、剥がした跡が残らない
△:PETフィルムが密着するが、剥がした跡が残らない
×:PETフィルムが密着し、剥がした跡が残る
<透明性>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が
40μm厚となるように125μm易接着PETフィルム(東洋紡A4300)に塗工し
、90℃で5分間乾燥させた後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高
さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/
cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜に対して、ヘイズメータ(日本電色工業株式会社製「NDH
2000」)を用いて、PETフィルムと硬化塗膜を合わせたヘイズ値を測定した。なお
、PETフィルム自身のヘイズ値は0.52であった。
評価基準は以下の通りである。
(評価)
○・・・ヘイズ値が1.0未満
△・・・ヘイズ値が1.0以上、3.0未満
×・・・ヘイズ値が3.0以上
<金属密着性>
上記実施例で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、バーコーターにて硬化塗膜が10μm厚となるように、アルミニウム基材(日本テストパネル株式会社社製;「A1050P」;1.0×70×150mm)に塗工し、90℃で5分間乾燥した後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
得られた硬化塗膜について、JIS K 5400(1990年版)に準じて碁盤目テープ法により金属密着性を評価した。
<表面硬度>
上記で得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、アプリケーターにて硬化塗膜が40μm厚となるように125μm易接着PETフィルム(東洋紡A4300)に塗工し、90℃で5分間乾燥させた後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから3.4m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量800mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。
上記で得られた硬化塗膜に対して、JIS K 5600−5−4に準じて鉛筆硬度を測定した。
Figure 2015199908
上記評価結果より、実施例22の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物から得られる硬化塗膜は、復元性、耐ブロッキング性、透明性、更に金属密着性についても優れることがわかる。
本発明のウレタン(メタ)アクリレート系化合物は、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物とした後、硬化塗膜とすることにより、傷に対する復元性と耐ブロッキング性にバランスよく優れるため、塗料、インク、コーティング剤等に有用であり、とりわけ最表面用コーティング剤、金属表面用コーティング剤として特に有用である。

Claims (18)

  1. ε−カプロラクトン由来の構造部位を含む水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)、および多価イソシアネート系化合物(y)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)であり、
    多価イソシアネート系化合物(y)の平均イソシアネート基数が3.2以上であることを特徴とするウレタン(メタ)アクリレート系化合物。
  2. 水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(x)が、エチレン性不飽和基を1つ含有する水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物であることを特徴とする請求項1記載のウレタン(メタ)アクリレート系化合物。
  3. 多価イソシアネート系化合物(y)が、非環式脂肪族系イソシアネートであることを特徴とする請求項1または2記載のウレタン(メタ)アクリレート系化合物。
  4. 多価イソシアネート系化合物(y)の数平均分子量が500〜5,000であることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のウレタン(メタ)アクリレート系化合物。
  5. ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)のエチレン性不飽和基含有量が、0.1〜10mmol/gであることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載のウレタン(メタ)アクリレート系化合物。
  6. ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)の重量平均分子量が1,000〜50,000であることを特徴とする請求項1〜5いずれか記載のウレタン(メタ)アクリレート系化合物。
  7. 請求項1〜6いずれか記載のウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)を含有してなることを特徴とする活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  8. ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)(但し、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)を除く。)を含有してなることを特徴とする請求項7記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  9. ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)が、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)、多価イソシアネート系化合物(b2)及びポリオール系化合物(b3)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B1)及び/または水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(b1)及び多価イソシアネート系化合物(b2)を反応させてなるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B2)であることを特徴とする請求項8記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  10. ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(B)の含有量が、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)100重量部に対して、100重量部以下であることを特徴とする請求項8または9記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  11. ポリシロキサン構造含有化合物(C)を含有してなることを特徴とする請求項7〜10いずれか記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  12. ポリシロキサン構造含有化合物(C)が、ポリシロキサン構造含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(C1)であることを特徴とする請求項11記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  13. ポリシロキサン構造含有化合物(C)の含有量が、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)100重量部に対して、0.01〜100重量部であることを特徴とする請求項11または12記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  14. リン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)を含有してなることを特徴とする請求項7〜13いずれか記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  15. リン酸基含有エチレン性不飽和化合物(D)の含有量が、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A)100重量部に対して、0.01〜10重量部であることを特徴とする請求項14記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  16. 請求項7〜15いずれか記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を含有してなることを特徴とするコーティング剤。
  17. 最表面用コーティング剤として用いることを特徴とする請求項16記載のコーティング剤。
  18. 金属表面用コーティング剤として用いることを特徴とする請求項16記載のコーティング剤。
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