JP2015203114A - Organic-inorganic hybrid particle and manufacturing method thereof - Google Patents

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益功 黒田
Masuisa Kuroda
益功 黒田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic-inorganic hybrid particle capable of two-step curing by energy ray irradiation and heating, allowing a protective film having a high hardness with high abrasion resistance and flexibility with excellent adhesion to a substrate to be formed; and a coating composition which contains the same.SOLUTION: The organic-inorganic hybrid particle has a structure including silicic acid structural units and polymerizable silicon compound residues which are bonded to each other in a complicated form.

Description

本発明は、有機無機ハイブリッド粒子及びそれを含むコーティング用組成物、並びにそれらの製造方法に関し、より具体的には、有機成分と無機成分が混在する構造のハイブリッド粒子及びそれを含むコーティング用組成物、並びにそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to organic-inorganic hybrid particles, a coating composition containing the same, and a method for producing the same, and more specifically, hybrid particles having a structure in which an organic component and an inorganic component are mixed and a coating composition including the same , As well as their manufacturing methods.

近年、液晶テレビ、携帯電話、通信機器、事務機器、生活機器など多くの機器やそれらの部品にポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂のフィルムや成型品がガラスに代わって広く使用されている。これらの樹脂はガラスに比べ軽量であり加工も容易であるが、耐候性に劣り表面が傷つき易いことから、保護層を設けることが一般的に行われている(特許文献1〜25)。   In recent years, films and moldings of polyethylene terephthalate (PET) resin, polycarbonate (PC) resin, and polymethyl methacrylate (PMMA) resin are used for many devices and parts such as liquid crystal televisions, mobile phones, communication devices, office equipment, and household equipment. The product is widely used instead of glass. These resins are lighter and easier to process than glass, but they are generally inferior in weather resistance and the surface is easily damaged, so that a protective layer is generally provided (Patent Documents 1 to 25).

保護層を設ける方法としては、シラノール基等の縮合反応による熱硬化法と、ラジカル官能基の重合反応による光硬化法が知られており、熱硬化法としては、例えばシリコン系の樹脂組成物を合成樹脂成形品に塗布し、加熱により硬化させて被膜を形成する方法(特許文献1等)が知られている。   As a method for providing a protective layer, a thermosetting method by a condensation reaction of a silanol group or the like and a photocuring method by a polymerization reaction of a radical functional group are known. As the thermosetting method, for example, a silicon-based resin composition is used. A method (Patent Document 1 or the like) is known in which a film is formed by applying to a synthetic resin molded article and curing by heating.

この熱硬化法で形成されるシリコン系の保護膜は、高い耐擦傷性を有するが、基材に対する密着性が不十分である。また、加熱処理を必要とするために、そのためのエネルギーが要求され、基材の材料が制限される。また、硬化が遅く生産性が充分とは言えない。   A silicon-based protective film formed by this thermosetting method has high scratch resistance, but has insufficient adhesion to the substrate. Moreover, since heat processing is required, the energy for it is requested | required and the material of a base material is restrict | limited. Further, the curing is slow and the productivity is not sufficient.

本発明者らは、このような従来の熱硬化法の問題を解決すべく、活性ケイ酸が有機ポリマー粒子の表面に付着又は結合している有機無機ハイブリッド粒子を含有する水性のコーティング用組成物を提案している(特許文献14)。このコーティング用組成物では、基材に対して高い密着性を有し且つ高い耐擦傷性を有する保護膜を形成することができる。また、加熱をせずに硬化させることができる。しかし、シラノール基等の縮合反応に拠る特性上、硬化には一定時間要し、生産効率の点での改善が求められていた。   In order to solve the problems of the conventional thermosetting method, the present inventors have proposed an aqueous coating composition containing organic-inorganic hybrid particles in which active silicic acid is attached or bonded to the surface of organic polymer particles. (Patent Document 14). With this coating composition, it is possible to form a protective film having high adhesion to the substrate and having high scratch resistance. Moreover, it can be cured without heating. However, due to the characteristics due to the condensation reaction of silanol groups and the like, curing takes a certain time, and improvement in terms of production efficiency has been demanded.

一方、光硬化法は、ラジカル重合性モノマーを主成分とする組成物を基材に塗布した後紫外線等のエネルギー線を照射して硬化させる方法(特許文献2〜13)であり、エネルギー線で迅速に硬化させることができるため、熱硬化法に比べ生産性に優れる。
しかし、(メタ)アクリル系モノマー等のラジカル重合性モノマーを重合して得られる保護膜は、耐候性、耐擦傷性に欠けるため、通常、紫外線吸収剤、シリカ系無機成分等が含有される(特許文献2〜13)。
On the other hand, the photo-curing method is a method (Patent Documents 2 to 13) in which a composition containing a radical polymerizable monomer as a main component is applied to a substrate and then cured by irradiation with energy rays such as ultraviolet rays (Patent Documents 2 to 13). Since it can be cured quickly, it is more productive than the thermosetting method.
However, since a protective film obtained by polymerizing a radical polymerizable monomer such as a (meth) acrylic monomer lacks weather resistance and scratch resistance, it usually contains an ultraviolet absorber, a silica-based inorganic component, and the like ( Patent Documents 2 to 13).

例えば、耐擦傷性を向上させる目的でコロイダルシリカが含有されている、コーティング用組成物が一般的に知られている(特許文献2、6、15、17)。しかし、コロイダルシリカを含有させるだけでは、実際上は得られる保護膜の耐擦傷性及び硬度をあまり向上できず、基材密着性を低下させるという問題もある。これに対して、コロイダルシリカをラジカル重合性官能基を有するシランカップリング剤で変性した成分を含む組成物も提案されている(4、5、8、9)。この組成物で得られる保護膜は、耐擦傷性及び硬度が改善される。しかし、依然としてこれらの特性が充分ではなく、基材密着性の点については殆ど改善が見られない。   For example, a coating composition containing colloidal silica for the purpose of improving scratch resistance is generally known (Patent Documents 2, 6, 15, and 17). However, if only colloidal silica is contained, the scratch resistance and hardness of the protective film to be obtained cannot be improved so much, and there is a problem that the adhesion to the substrate is lowered. On the other hand, a composition containing a component obtained by modifying colloidal silica with a silane coupling agent having a radical polymerizable functional group has been proposed (4, 5, 8, 9). The protective film obtained with this composition has improved scratch resistance and hardness. However, these characteristics are still insufficient, and almost no improvement is observed in terms of adhesion to the substrate.

また、脂肪族不飽和結合を2個以上有し、且つ籠型シロキサンと有機成分からなる有機−無機複合体を含む硬化性樹脂組成物が提案されている(特許文献3)。この有機無機複合体は、脂肪族不飽和結合を有するアルコキシシランとアルコキシシランとを縮合反応させて得られ、籠型シロキサンに脂肪族不飽和結合を有する有機基を付加した構造を有する。得られる保護膜は、ラジカル反応による重合により得られ、若干存在するとされるシラノール基は硬化反応にほとんど寄与しない。また、複合体の大部分を籠型シロキサンが占め、無機成分と有機成分とはそれぞれ局在するため、得られる保護膜は十分な耐擦傷性が得られるものの、基材密着性の点についてはやはり殆ど改善が見られない。   Further, a curable resin composition having two or more aliphatic unsaturated bonds and including an organic-inorganic composite composed of cage-type siloxane and an organic component has been proposed (Patent Document 3). This organic-inorganic composite is obtained by condensation reaction of an alkoxysilane having an aliphatic unsaturated bond and an alkoxysilane, and has a structure in which an organic group having an aliphatic unsaturated bond is added to a cage siloxane. The resulting protective film is obtained by polymerization by radical reaction, and the silanol groups that are present a little contribute little to the curing reaction. Moreover, since the cocoon-type siloxane occupies most of the composite and the inorganic component and the organic component are localized, the resulting protective film provides sufficient scratch resistance. There is almost no improvement.

また、保護膜の耐擦傷性を向上させる目的で、モノ又はポリペンタエリスリトールのポリ(メタ)アクリレートを含むコーティング用組成物も提案されている(特許文献11〜13)。しかしながら、このような多官能モノマーは、硬化時の被膜の収縮を大きくし、ひずみを生じさせ、充分な耐擦傷性及び硬度が認められないのが現状である。   Also, for the purpose of improving the scratch resistance of the protective film, a coating composition containing poly (meth) acrylate of mono- or polypentaerythritol has also been proposed (Patent Documents 11 to 13). However, the present situation is that such a polyfunctional monomer increases the shrinkage of the coating during curing, causes distortion, and does not provide sufficient scratch resistance and hardness.

米国特許第4,006,271号明細書US Pat. No. 4,006,271 特開平10−279832JP-A-10-279832 特開2010−195986JP 2010-195986 A 特許第3747065号Japanese Patent No. 3747065 特開平7−109355JP 7-109355 A 特開平6−41467JP-A-6-41467 特開2013−249455JP2013-249455A 特開2010−254840JP2010-254840 特開2013−136706JP2013-136706 特開2001−214122JP 2001-214122 A 特開2000−63701JP 2000-63701 A 特開平05−230397JP 05-230397 A 特開平06−128502JP-A-06-128502 特開2013−72023JP2013-72023A 特開平9−157315JP-A-9-157315 特開2010−195986JP 2010-195986 A 特開平7−247383JP-A-7-247383 特開平5−97422JP 5-97422 WO97/111特願平9−511845WO 97/111 Japanese Patent Application No. 9-511845 特開2009−24168JP2009-24168 特開2012−188667JP2012-188667 特開2013−100413JP2013-1000041 特開2013−56973JP2013-55973A 特開2013−119553JP2013-119553A 特開平6−136335JP-A-6-136335 特開平10−158008JP 10-158008 A 特開2000−86934JP 2000-86934 A 特開2009−46323JP2009-46323A 特開2000−24588JP 2000-24588 特開2000−248019JP2000-248019 特開2000−119618JP 2000-119618 A 特開平7−316242JP 7-316242 A 特開2007−126530JP2007-126530

ポリマーダイジェスト 1988.9 梶原鳴雪著、ラバーダイジェスト社発行Polymer Digest 1988.9 Naruto Sugawara, published by Rubber Digest Co., Ltd. エマルジョン入門 林貞男著 (株)高分子刊行会 第2版 1972年6月5日Introduction to Emulsion Sadao Hayashi Polymer Publishing Co., Ltd. 2nd edition June 5, 1972

本発明は、上記のような背景技術において、エネルギー線照射と加熱の2段階硬化が可能であり、硬度が大きく耐擦傷性に優れると共に、柔軟性があり基材密着性に優れる保護膜を形成できる有機無機ハイブリッド粒子及びこれを含むコーティング用組成物を提供することを目的とする。
本発明はまた、このような優れた特性を有する有機無機ハイブリッド粒子及びこれを含むコーティング用組成物を製造するための方法を提供することを目的とする。
本発明はさらに、紫外線等のエネルギー線の照射で、柔軟性があり基材密着性に優れる被膜を迅速に形成することができ、加熱処理でより硬度が大きく耐擦傷性に優れる被膜にすることができる保護膜の形成方法を提供することを目的とする。
In the background art as described above, the present invention is capable of two-stage curing of energy beam irradiation and heating, and forms a protective film having high hardness and excellent scratch resistance and flexibility and excellent substrate adhesion. An object of the present invention is to provide organic-inorganic hybrid particles that can be produced and a coating composition containing the same.
Another object of the present invention is to provide a method for producing organic-inorganic hybrid particles having such excellent properties and a coating composition containing the same.
Furthermore, the present invention can rapidly form a film having flexibility and excellent substrate adhesion by irradiation with energy rays such as ultraviolet rays, and is formed into a film having higher hardness and excellent scratch resistance by heat treatment. It is an object of the present invention to provide a method of forming a protective film that can be used.

本発明者らは、合成樹脂成形品に保護膜を形成するための材料を種々検討する中で、水ガラスから活性ケイ酸を調製した段階で、ラジカル重合性官能基を有するアルコキシラン化合物と反応させたところ、従来用いられていたコロイダルシリカ粒子を同様のアルコキシラン化合物で変性した粒子とは異なる物性を有することを見出した。具体的には、紫外線等のエネルギー線の照射で被膜を形成した後で、更に加熱処理すると被膜の硬度が増大しより高い耐擦傷性を有する被膜になることを見出した。また、今回得られた粒子を他の重合性成分の非存在下で重合させて形成した被膜が、比較的高い基材密着性を有することも見出した。このような特徴的な特性は、低分子の活性ケイ酸にラジカル重合性のアルコキシラン化合物を反応させた結果、無機成分と有機成分が複雑に混在した構造(個々の構造単位の分子量は小さい)が形成され、活性ケイ酸に由来するシラノール基等の反応性官能基が多く残存していることによると解される。本発明はこのような知見に基づき完成に到ったものである。   In various stages of studying materials for forming a protective film on a synthetic resin molded product, the present inventors reacted with an alkoxylane compound having a radical polymerizable functional group at the stage of preparing active silicic acid from water glass. As a result, it has been found that conventionally used colloidal silica particles have different physical properties from particles modified with similar alkoxylane compounds. Specifically, the present inventors have found that when a film is formed by irradiation with energy rays such as ultraviolet rays and then further heat-treated, the hardness of the film increases and the film has higher scratch resistance. The present inventors also found that a film formed by polymerizing the particles obtained this time in the absence of other polymerizable components has a relatively high substrate adhesion. Such characteristic properties are the result of the reaction of a low-molecular active silicic acid with a radically polymerizable alkoxylane compound, resulting in a complex mixture of inorganic and organic components (the molecular weight of each structural unit is small) It is understood that a large amount of reactive functional groups such as silanol groups derived from activated silicic acid remain. The present invention has been completed based on such findings.

本発明は、その一の実施形態において、
下記式(1)

Figure 2015203114

[式(1)中、aは、1〜5の整数であり、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、O−、O、OH、又はONaであるか、或いはR1及びR2、又はR3及びR4は、1つのOである]
のケイ酸構造単位と、
下記式(2)
Figure 2015203114

[式(2)中、R乃至Rの1つ又は2つは、それぞれ独立に、ビニル基、ビニル基含有アルキル基、アクリロイルアルキル基、メタアクリロイルアルキル基、アクリロイルオキシアルキル基、メタアクリロイルオキシアルキル基、又はメルカプトアルキル基(SH)であり、これらの基中のアルキル基は炭素数2〜10であり、
乃至Rのその他の部分は、単結合、H、OH、O−、アルキル基(典型的には炭素数5以下のアルキル基)、又はアルコキシル基(典型的には炭素数5以下のアルコキシル基)である]の重合性ケイ素化合物残基とを有し、
式(1)中、R、R、R及びRの少なくとも1つは、O−であり、式(2)のSiと結合し、R、R、R及びRのその他の部分の少なくとも1つは、O、又はOHであり、R、R、R及びRのその他の部分の少なくとも1つは、場合によってはO−であり、他のケイ酸構造単位のSiに結合してもよく、
式(2)の重合性ケイ素化合物残基のR乃至Rの1つ又は2つは、場合によってはO−であり、ケイ酸構造単位又は他の重合性ケイ素化合物残基のSiに結合することがあり、
式(1)に示すケイ酸構造単位は1〜20であり、式(2)に示す重合性ケイ素化合物残基は1〜200である、有機無機ハイブリッド粒子及びこれを含むコーティング用組成物を提供する。 The present invention, in one embodiment thereof,
Following formula (1)
Figure 2015203114

In Expression (1), a is an integer from 1 to 5, R 1, R 2, R 3 and R 4 are each independently, O-, O -, OH, or O - in Na + Or R 1 and R 2 , or R 3 and R 4 are one O]
Silicate structural units of
Following formula (2)
Figure 2015203114

[In the formula (2), one or two of R 5 to R 7 are each independently a vinyl group, a vinyl group-containing alkyl group, an acryloylalkyl group, a methacryloylalkyl group, an acryloyloxyalkyl group, or a methacryloyloxy group. An alkyl group or a mercaptoalkyl group (SH), and the alkyl group in these groups has 2 to 10 carbon atoms,
The other part of R 5 to R 7 is a single bond, H, OH, O—, an alkyl group (typically an alkyl group having 5 or less carbon atoms), or an alkoxyl group (typically having 5 or less carbon atoms). A polymerizable silicon compound residue which is an alkoxyl group)
In Formula (1), at least one of R 1 , R 2 , R 3, and R 4 is O—, and is bonded to Si of Formula (2), and R 1 , R 2 , R 3, and R 4 At least one of the other moieties is O , or OH, and at least one of the other moieties of R 1 , R 2 , R 3, and R 4 is optionally O— and other silicic acid It may be bonded to the structural unit Si,
One or two of R 5 to R 7 of the polymerizable silicon compound residue of the formula (2) is optionally O-, and is bonded to Si of the silicate structural unit or other polymerizable silicon compound residue. There is
Provided are organic-inorganic hybrid particles having a silicic acid structural unit represented by formula (1) of 1 to 20 and a polymerizable silicon compound residue represented by formula (2) of 1 to 200, and a coating composition comprising the same. To do.

本発明は、他の実施形態において、活性ケイ酸の水溶液に、ビニル基、アクリロイルアルキル基、メタアクリロイルアルキル基、アクリロイルオキシアルキル基、メタアクリロイルオキシアルキル基、及びメルカプトアルキル基(SH)等のラジカル重合性基を有する重合性アルコキシシラン化合物を加える工程を含む、有機無機ハイブリッド粒子の製造方法を提供する。   In another embodiment, the present invention provides a radical solution such as a vinyl group, an acryloylalkyl group, a methacryloylalkyl group, an acryloyloxyalkyl group, a methacryloyloxyalkyl group, and a mercaptoalkyl group (SH) in an aqueous solution of activated silicic acid. Provided is a method for producing organic-inorganic hybrid particles, comprising a step of adding a polymerizable alkoxysilane compound having a polymerizable group.

本発明は、更に他の実施形態において、上述の有機無機ハイブリッド粒子を含むコーティング用組成物を基材に塗付し、エネルギー線を照射して硬化させる、被膜の形成方法、及び更に被膜を加熱処理する工程を含む、保護膜の形成方法を提供する。   In still another embodiment, the present invention provides a method for forming a film, in which a coating composition containing the above-described organic-inorganic hybrid particles is applied to a substrate and cured by irradiation with energy rays, and further the film is heated. Provided is a method for forming a protective film including a processing step.

本発明は、更に他の実施形態において、このような方法で得られた保護膜を有する部材又は機器を提供する。   In still another embodiment, the present invention provides a member or device having a protective film obtained by such a method.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子は、活性ケイ酸に重合性アルコキシシラン化合物を反応させて得られるものであり、無機成分の構造単位が小さく、有機成分と無機成分とが混在する構造を有している。これにより、柔軟性や基材密着性が高い被膜が形成されるものと解される。また、本発明の有機無機ハイブリッド粒子は、ケイ酸構造単位にシラノール基等の官能基が光硬化後でも多く残存している。熱処理の際にこれら官能基が相互に縮合反応して粒子内の架橋構造が増大すると共に、粒子間の凝集にも寄与するものと考えられ、これがより高い耐擦傷性及び硬度をもたらしていると解される。
本発明の有機無機ハイブリッド粒子は、熱及び光の何れでも硬化が起こるため、構造上エネルギー線の照射が難しい箇所を含む成型品でも2段硬化により確実に保護膜を形成することができるメリットもある。
The organic-inorganic hybrid particle of the present invention is obtained by reacting a polymerizable alkoxysilane compound with active silicic acid, and has a structure in which the structural unit of the inorganic component is small and the organic component and the inorganic component are mixed. Yes. Thereby, it is understood that a film having high flexibility and high substrate adhesion is formed. In the organic-inorganic hybrid particles of the present invention, many functional groups such as silanol groups remain in the silicic acid structural unit even after photocuring. It is considered that these functional groups undergo a condensation reaction with each other during the heat treatment to increase the cross-linked structure in the particles and contribute to aggregation between the particles, which leads to higher scratch resistance and hardness. It is understood.
Since the organic-inorganic hybrid particles of the present invention are cured by either heat or light, there is also an advantage that a protective film can be surely formed by two-stage curing even in a molded product including a place where it is difficult to irradiate energy rays due to the structure. is there.

ここで、本明細書中で用いる幾つかの用語について定義を記載する。
本明細書中「ケイ酸」とは、Si及びO、或いはSi、O及びHの元素で表される化合物を意味し、Si=O又はSi−OHの官能基を有する。本明細書中「活性ケイ酸」とは、ケイ酸のO及び/又はOHの少なくとも一部がOとなった化合物を意味する。また、本明細書中「ケイ酸塩」とは、ケイ酸又は活性ケイ酸のO及び/又はOHの少なくとも一部がO(Rはカチオンを示す)となっている化合物を意味する。
Here, definitions are given for some terms used in this specification.
In the present specification, “silicic acid” means a compound represented by elements of Si and O, or Si, O and H, and has a functional group of Si═O or Si—OH. In the present specification, “active silicic acid” means a compound in which at least part of O and / or OH of silicic acid is O . Further, in the present specification, “silicate” means a compound in which at least a part of O and / or OH of silicic acid or active silicic acid is O R + (R + represents a cation). To do.

本明細書中「ケイ酸構造単位」とは、Si−Oの繰り返し構造で形成される直鎖状、環状の1つの構造の纏まりを意味する。但し、この構造単位には、Siに結合したO−、O、OH、又はO(Mはアルカリ金属を示す)を含むものとする。 In the present specification, the “silicic acid structural unit” means a group of one linear and cyclic structure formed by a repeating structure of Si—O. However, this structural unit, O- bound to Si, O -, OH, or O - M + (M represents an alkali metal) are included therein.

本明細書中「重合性ケイ素化合物残基」とは、Si−Oの繰り返し構造を有しないが、ケイ酸構造単位と結合するSiと、ラジカル重合性の構造とを有する基を意味する。   In the present specification, the “polymerizable silicon compound residue” means a group having no Si—O repeating structure but having Si bonded to a silicate structural unit and a radical polymerizable structure.

以下に、本発明の実施形態を詳細に説明する。
1.有機無機ハイブリッド粒子
本発明の有機無機ハイブリッド粒子は、ケイ酸構造単位と重合性ケイ素化合物残基とが複雑に結合した構造を有している。具体的には、ケイ酸構造単位は、一般的に知られるコロイダルシリカ等のシリカ化合物に比べ非常に小さく、ケイ酸構造単位に、多くの重合性ケイ素化合物残基が結合しており、通常、ケイ酸構造単位当たり平均で1つ以上、場合によってはケイ酸構造単位のケイ素原子1つ当たり平均で1つ以上の重合性ケイ素化合物の構造単位が結合している。また、ケイ酸構造単位の少なくとも一部は、直接、又は重合性ケイ素化合物残基を介して他の活性ケイ酸構造単位に連結することがある。また、一部の重合性ケイ素化合物残基同士も、相互に結合することがある。このように、本発明の有機無機ハイブリッド粒子では、ケイ酸構造単位と重合性ケイ素化合物の構造単位とが複雑に結合して、無機成分と有機成分が混在する構造を有しており、粒子自体が比較的多くの有機成分を含有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
1. Organic-inorganic hybrid particle The organic-inorganic hybrid particle of the present invention has a structure in which a silicic acid structural unit and a polymerizable silicon compound residue are combined in a complex manner. Specifically, the silicic acid structural unit is much smaller than a generally known silica compound such as colloidal silica, and many polymerizable silicon compound residues are bonded to the silicic acid structural unit. One or more average units per silicic acid structural unit, and in some cases, one or more structural units of polymerizable silicon compounds are bonded per average silicon atom of the silicic acid structural unit. In addition, at least a part of the silicate structural unit may be linked to other active silicate structural units directly or via a polymerizable silicon compound residue. Some polymerizable silicon compound residues may also be bonded to each other. As described above, the organic-inorganic hybrid particle of the present invention has a structure in which the silicic acid structural unit and the structural unit of the polymerizable silicon compound are combined in a complex manner and the inorganic component and the organic component are mixed, and the particle itself Contains relatively many organic components.

ケイ酸構造単位は、種々の構造をとり得るが、通常、分子量(Mn)=1000以下であり、好ましくは分子量(Mn)=100〜400である。また、ケイ酸構造単位のSi数は通常1〜25であり、好ましくは2〜10であり、より好ましくは2〜6であり、特に好ましくは3〜5である。粒子中のケイ酸構造単位数は、通常1〜20であり、多くの粒子では1〜10であり、好ましくは1〜5である。   The silicic acid structural unit can take various structures, but usually has a molecular weight (Mn) of 1000 or less, preferably a molecular weight (Mn) of 100 to 400. Moreover, the Si number of a silicic acid structural unit is 1-25 normally, Preferably it is 2-10, More preferably, it is 2-6, Most preferably, it is 3-5. The number of silicic acid structural units in the particles is usually from 1 to 20, and in many particles from 1 to 10, preferably from 1 to 5.

ケイ酸構造単位としては、2個以上のSiO四面体が直接又は酸素を介して連結した二又はそれ以上のケイ素を含む鎖状構造、環状構造、及び縮合環構造を挙げることができる。 Examples of the silicic acid structural unit include a chain structure including two or more silicons in which two or more SiO 4 tetrahedra are connected directly or via oxygen, a cyclic structure, and a condensed ring structure.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子においては、ケイ酸構造単位は、有機無機ハイブリッド粒子を調製する際に活性ケイ酸と重合性アルコキシシラン化合物の反応を制御し易い点で環状構造のものが好ましく、中でもケイ素数2〜8の環状構造が好ましく、ケイ素数2〜6の環状構造がより好ましく、ケイ素数3〜5の環状構造が特に好ましい。環状構造を有する活性ケイ酸のシラノール基は鎖状構造のものと比べ反応性が穏やかであるため、反応pH、活性ケイ酸調製後の重合性アルコキシシラン化合物の投与時期、活性ケイ酸と重合性アルコキシシラン化合物のモル比等で、活性ケイ酸と重合性アルコキシシラン化合物の加水分解との反応を制御し易く、所望の粒径の有機無機ハイブリッド粒子を得ることが容易になる。   In the organic-inorganic hybrid particles of the present invention, the silicic acid structural unit is preferably one having a cyclic structure in terms of easy control of the reaction between the active silicic acid and the polymerizable alkoxysilane compound when preparing the organic-inorganic hybrid particles. A cyclic structure having 2 to 8 silicon atoms is preferable, a cyclic structure having 2 to 6 silicon atoms is more preferable, and a cyclic structure having 3 to 5 silicon atoms is particularly preferable. The silanol group of active silicic acid having a cyclic structure is less reactive than the chain structure, so the reaction pH, the timing of administration of the polymerizable alkoxysilane compound after preparation of the active silicic acid, the active silicic acid and the polymerizability The reaction between the activated silicic acid and the hydrolysis of the polymerizable alkoxysilane compound can be easily controlled by the molar ratio of the alkoxysilane compound, and it becomes easy to obtain organic-inorganic hybrid particles having a desired particle size.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子はまた、ケイ酸構造単位にシラノール基等の反応性官能基が多く残存している。通常、各ケイ酸構造単位は、少なくとも1つのフリーのOH、O又はOを有し、これらの官能基は、紫外線等のエネルギー線による重合反応後も残存し、加熱処理による縮合反応に寄与し得る。
活性ケイ酸構造単位は、通常、Si原子一個当たり、平均0.5〜1.5のOH、O又はOを有し、多くの場合平均0.7〜1.2のOH、O又はOを有する。
The organic-inorganic hybrid particles of the present invention also have many reactive functional groups such as silanol groups remaining in the silicic acid structural unit. Usually, each silicic acid structural unit has at least one free OH, O or O , and these functional groups remain after the polymerization reaction by energy rays such as ultraviolet rays and contribute to the condensation reaction by heat treatment. Can do.
Active silicic acid structural units is usually per one Si atom, the average 0.5 to 1.5 of OH, O or O - have, OH most cases the average 0.7 to 1.2, O or O - .

本発明の好ましい態様において、ケイ酸構造単位は、下記式(1)

Figure 2015203114

[式中、aは、1〜10の整数であり、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、O−、O、OH、又はONaであるか、或いはR1及びR2、又はR3及びR4は、1つのOである]で表すことができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the silicic acid structural unit is represented by the following formula (1):
Figure 2015203114

[Wherein, a is an integer of 1 to 10, and R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently O−, O , OH, or O Na + , Or R 1 and R 2 , or R 3 and R 4 are one O].

式(1)中、aは、好ましくは1〜5の整数であり、より好ましくは2〜4の整数である。   In formula (1), a is preferably an integer of 1 to 5, more preferably an integer of 2 to 4.

式(1)中、R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つは、O−であり、重合性ケイ素化合物残基のSiに結合しており、場合によっては少なくともR及びRの何れかとR及びRの何れかがO−であり、重合性ケイ素化合物残基のSiに結合している。
重合性ケイ素化合物残基のSiに結合していないR、R、R及びRの少なくとも1つは、O、又はOHであり、好ましくは重合性アルコキシシラン残基のSiに結合していないR、R、R及びRのうち、少なくともR及びRの何れかと、R及びRの何れかはO、又はOHである。
、R、R及びRの少なくとも1つは、場合によってはO−であり、他の活性ケイ酸構造単位のSiに結合している。
In formula (1), at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is O— and is bonded to Si of the polymerizable silicon compound residue, and in some cases at least R 3 and R 4 and any of R 5 and R 6 are O-, and are bonded to Si of the polymerizable silicon compound residue.
At least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 which is not bonded to Si of the polymerizable silicon compound residue is O or OH, preferably bonded to Si of the polymerizable alkoxysilane residue. Among R 1 , R 2 , R 3 and R 4 which are not used, at least one of R 1 and R 2 and any of R 3 and R 4 are O or OH.
At least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is optionally O— and is bonded to Si of another active silicate structural unit.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子においては、粒子当たりの式(1)に示すケイ酸構造単位の数は好ましくは1〜20であり、より好ましくは1〜10であり、特に好ましくは1〜5である。   In the organic-inorganic hybrid particles of the present invention, the number of silicic acid structural units represented by the formula (1) per particle is preferably 1-20, more preferably 1-10, and particularly preferably 1-5. is there.

好ましい実施形態の一態様において、活性ケイ酸構造は、例えば、下記式

Figure 2015203114

[式中、RからR15は、上述のR、R、R及びRと同様である]で表すことができる。
なお、本発明の有機無機ハイブリッド粒子は、複数の異なるケイ酸構造単位で構成されてもよい。 In one aspect of a preferred embodiment, the active silicate structure has, for example, the following formula:
Figure 2015203114

[Wherein R 8 to R 15 are the same as R 1 , R 2 , R 3 and R 4 described above].
The organic-inorganic hybrid particles of the present invention may be composed of a plurality of different silicic acid structural units.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子においては、重合性ケイ素化合物残基は、紫外線等のエネルギー線で開裂して重合反応に寄与し得る不飽和結合を含む炭素鎖がケイ素に結合している構造を有する以外に特に制限は無く、種々の構造とすることができる。
例えば、不飽和結合を導入する構造として、ビニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基又はメルカプト基(SH)を有することができ、形成される保護膜の透明性等の点でアクリロイル基、メタアクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基又はメルカプト基(SH)が好ましい。また、炭素鎖(不飽和結合を導入する構造を除く)としては、例えば炭素数2〜10の分岐鎖又は直鎖のアルキル基を挙げることができ、柔軟性及び基材密着性と硬度及び耐擦傷性とのバランスの点で炭素数2〜5のアルキル基が好ましく、炭素数2〜3のアルキル基がより好ましい。不飽和結合を導入する構造は、炭素鎖のいずれの部位に導入されていてもよいが、通常は末端に導入される。また、ケイ素には、他の置換基が結合してもよくしなくてもよい。例えばケイ素にHが結合してもよく、OH、炭素数5以下のアルキル基(例えばメチル基、エチル基、ブチル基、n-プロピル、i-プロピル)、炭素数5以下のヒドロキシアルキル基(例えばヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシブチル基、ヒドロキシn-プロピル基、ヒドロキシi-プロピル基)、又は炭素数5以下のアルコキシ基(例えばメトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基)が結合してもよい。
また、OH基を有していると、重合性ケイ素化合物残基も熱硬化に寄与することができ、より高い硬度及び耐擦傷性を有する保護基を形成することができる。
In the organic-inorganic hybrid particle of the present invention, the polymerizable silicon compound residue has a structure in which a carbon chain containing an unsaturated bond that can be cleaved by energy rays such as ultraviolet rays and contribute to the polymerization reaction is bonded to silicon. There is no particular limitation other than the above, and various structures can be adopted.
For example, as a structure for introducing an unsaturated bond, it can have a vinyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group, an acryloyloxy group, a methacryloyloxy group or a mercapto group (SH), and the transparency of the protective film to be formed, etc. In this respect, an acryloyl group, a methacryloyl group, an acryloyloxy group, a methacryloyloxy group or a mercapto group (SH) is preferable. Examples of the carbon chain (excluding the structure for introducing an unsaturated bond) include, for example, a branched or straight chain alkyl group having 2 to 10 carbon atoms, and includes flexibility, substrate adhesion, hardness, and resistance. An alkyl group having 2 to 5 carbon atoms is preferable, and an alkyl group having 2 to 3 carbon atoms is more preferable from the viewpoint of balance with scratch resistance. The structure for introducing the unsaturated bond may be introduced at any site of the carbon chain, but is usually introduced at the terminal. Further, other substituents may or may not be bonded to silicon. For example, H may be bonded to silicon, OH, an alkyl group having 5 or less carbon atoms (for example, methyl group, ethyl group, butyl group, n-propyl, i-propyl), or a hydroxyalkyl group having 5 or less carbon atoms (for example, A hydroxymethyl group, a hydroxyethyl group, a hydroxybutyl group, a hydroxy n-propyl group, a hydroxy i-propyl group) or an alkoxy group having 5 or less carbon atoms (for example, a methoxy group, an ethoxy group, a butoxy group, an n-propoxy group, i -Propoxy group) may be bonded.
Moreover, when it has OH group, a polymerizable silicon compound residue can also contribute to thermosetting, and a protective group having higher hardness and scratch resistance can be formed.

好ましい実施形態において、重合性ケイ素化合物残基は、下記式(2)

Figure 2015203114

で表される基である。 In a preferred embodiment, the polymerizable silicon compound residue has the following formula (2):
Figure 2015203114

It is group represented by these.

式(2)中、R乃至Rの少なくとも1つ、典型的には1つ又は2つは、それぞれ独立に、ビニル基、ビニル基含有アルキル基、アクリロイルアルキル基、メタアクリロイルアルキル基、アクリロイルオキシアルキル基、メタアクリロイルオキシアルキル基、又はメルカプトアルキル基であり、形成される保護膜の透明性等の点でアクリロイルアルキル基、メタアクリロイルアルキル基、アクリロイルオキシアルキル基、メタアクリロイルオキシアルキル基、又はメルカプトアルキル基が好ましい。これらの基中のアルキル基は2〜10であり、好ましくは2〜5であり、より好ましくは2〜3である。 In formula (2), at least one of R 5 to R 7 , typically one or two, is each independently a vinyl group, a vinyl group-containing alkyl group, an acryloylalkyl group, a methacryloylalkyl group, or acryloyl. An oxyalkyl group, a methacryloyloxyalkyl group, or a mercaptoalkyl group, and an acryloylalkyl group, a methacryloylalkyl group, an acryloyloxyalkyl group, a methacryloyloxyalkyl group, or in terms of the transparency of the protective film to be formed, or Mercaptoalkyl groups are preferred. The alkyl group in these groups is 2-10, Preferably it is 2-5, More preferably, it is 2-3.

乃至Rのその他の部分は、単結合、H、OH、O−、アルキル基、又はアルコキシル基であり得、好ましくは少なくともR乃至Rのいずれかは、OHである。アルキル基は、典型的には炭素数5以下のアルキル基であり、例えばメチル基、エチル基、ブチル基、n-プロピル、i-プロピルが挙げられる。アルコキシ基は、典型的には炭素数5以下のアルコキシ基であり、例えばメトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基が挙げられる。本発明の一実施形態において、Rは、好ましくはO−、H、CH、OH、OCH又はOCであり、より好ましくはO−、OH、である。また、Rは、好ましくはO−、OH、OCH又はOCであり、より好ましくはO−、OH、である。 The other part of R 5 to R 7 may be a single bond, H, OH, O—, an alkyl group, or an alkoxyl group, and preferably at least one of R 5 to R 7 is OH. The alkyl group is typically an alkyl group having 5 or less carbon atoms, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a butyl group, n-propyl, and i-propyl. The alkoxy group is typically an alkoxy group having 5 or less carbon atoms, and examples thereof include a methoxy group, an ethoxy group, a butoxy group, an n-propoxy group, and an i-propoxy group. In one embodiment of the invention, R 5 is preferably O—, H, CH 3 , OH, OCH 3 or OC 2 H 5 , more preferably O—, OH. R 6 is preferably O—, OH, OCH 3 or OC 2 H 5 , and more preferably O—, OH.

乃至Rの1つ又は2つは、場合によってはO−であり、ケイ酸構造単位又は他の重合性ケイ素化合物残基のSiに結合することがある。 One or two of R 5 to R 7 is optionally O— and may be bonded to Si of the silicate structural unit or other polymerizable silicon compound residue.

式(2)に示す重合性ケイ素化合物残基のSiは式(1)のR1、R2、R3及びR4のいずれかのO−と結合している。 Si of the polymerizable silicon compound residue represented by the formula (2) is bonded to any one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 of the formula (1).

具体的な重合性ケイ素化合物残基としては、例えば、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン残基、メタクリロキシメチルトリエトキシシラン残基、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン残基、3−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン残基、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン残基、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン残基、ビニルトリメトキシシラン残基、ビニルトリエトキシシラン残基等の(メタ)アクリル基を含有するアルコキシシラン残基;或いは3−メルカプトプロピルトリメトキシシシラン残基、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン残基、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン残基、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン残基等のメルカプト基を含有するアルコキシシラン残基を挙げることができる。
本発明の有機無機ハイブリッド粒子においては、これらの重合性ケイ素化合物残基の1種又は2種以上を有することができる。
Specific examples of the polymerizable silicon compound residue include a methacryloxymethyltrimethoxysilane residue, a methacryloxymethyltriethoxysilane residue, a methacryloxypropyltrimethoxysilane residue, and a 3-acryloxypropylmethyldimethoxysilane residue. Groups such as 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane residue, 3-acryloxypropyltriethoxysilane residue, vinyltrimethoxysilane residue, vinyltriethoxysilane residue, etc. ) An alkoxysilane residue containing an acrylic group; or 3-mercaptopropyltrimethoxysilane residue, 3-mercaptopropyltriethoxysilane residue, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane residue, 3-mercaptopropylmethyldisilane Alkoxysilane residue containing a mercapto group such as Tokishishiran residues can be exemplified.
The organic-inorganic hybrid particles of the present invention can have one or more of these polymerizable silicon compound residues.

式(2)に示す重合性ケイ素化合物残基の数は粒子中1〜200であり、好ましくは1〜100であり、より好ましくは1〜50である。
重合性ケイ素化合物残基と、ケイ酸構造単位との質量比は、光硬化性、熱硬化性、基材密着性等の被膜性能並びに分散液中の貯蔵安定性を考慮して適切な比率とすることが好ましく、具体的には、ケイ酸構造単位1質量部に対して0.5〜20質量部の重合性ケイ素化合物残基を有することが好ましく、1〜10質量部の重合性ケイ素化合物残基を有することがより好ましく、3〜8質量部の重合性ケイ素化合物残基を有することが特に好ましい。同様の点から、ケイ酸構造単位に結合する重合性ケイ素化合物残基の数は、好ましくはケイ酸構造単位1つに対して1〜20であり、より好ましくは1〜10であり、更に好ましくは1〜6である。
The number of polymerizable silicon compound residues shown in Formula (2) is 1 to 200 in the particles, preferably 1 to 100, and more preferably 1 to 50.
The mass ratio between the polymerizable silicon compound residue and the silicic acid structural unit is an appropriate ratio in consideration of film performance such as photocurability, thermosetting, adhesion to the substrate, and storage stability in the dispersion. Specifically, it is preferable to have 0.5 to 20 parts by mass of a polymerizable silicon compound residue with respect to 1 part by mass of a silicate structural unit, and 1 to 10 parts by mass of a polymerizable silicon compound. It is more preferable to have a residue, and it is particularly preferable to have 3 to 8 parts by mass of a polymerizable silicon compound residue. From the same point, the number of polymerizable silicon compound residues bonded to the silicic acid structural unit is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, and still more preferably. Is 1-6.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子は、有機成分と無機成分が混在する小径の粒子であり、粒子径は、通常1nm〜200nmであり、多くの粒子は、30nm〜100nmである。
後述する通り、活性ケイ酸溶液に重合性アルコキシシラン化合物を加えるタイミングを遅らせたり、重合性アルコキシシラン化合物の加水分解が遅くなる条件にして、活性ケイ酸同士の縮合をある程度促し、アルコキシシラン化合物の加水分解産物の活性ケイ酸への結合を抑制すると、ケイ酸構造部分の割合が大きく、粒径の大きな粒子が形成され、逆にアルコキシシラン化合物の加水分解産物の活性ケイ酸への結合を促進すると重合性ケイ素化合物残基の割合が大きく、粒径の小さな粒子が形成される。
前者の例としては、ケイ酸構造単位数と重合性ケイ素化合物残基数との比が、1:1〜1:3であり、粒子径が、100nm〜200nmである有機無機ハイブリッド粒子が挙げられる。後者の例としては、ケイ酸構造単位数と重合性ケイ素化合物残基数との比が、1:4〜1:10、好ましくは1:4〜1:6であり、粒子径が、1nm〜100nm好ましくは1nm〜50nmである有機無機ハイブリッド粒子が挙げられる。
The organic-inorganic hybrid particles of the present invention are small-sized particles in which an organic component and an inorganic component are mixed, and the particle size is usually 1 nm to 200 nm, and many particles are 30 nm to 100 nm.
As will be described later, the timing of adding the polymerizable alkoxysilane compound to the active silicic acid solution is delayed or the hydrolysis of the polymerizable alkoxysilane compound is slowed to accelerate condensation of the active silicic acid to some extent. Suppressing the binding of hydrolyzed products to active silicic acid results in a large proportion of silicic structure, resulting in the formation of particles with a large particle size, conversely promoting the binding of hydrolyzed products of alkoxysilane compounds to active silicic acid. Then, the ratio of the polymerizable silicon compound residue is large, and particles having a small particle size are formed.
Examples of the former include organic-inorganic hybrid particles in which the ratio of the number of silicic acid structural units to the number of polymerizable silicon compound residues is 1: 1 to 1: 3 and the particle diameter is 100 nm to 200 nm. . As an example of the latter, the ratio of the number of silicic acid structural units and the number of polymerizable silicon compound residues is 1: 4 to 1:10, preferably 1: 4 to 1: 6, and the particle diameter is 1 nm to Organic-inorganic hybrid particles having a thickness of 100 nm, preferably 1 nm to 50 nm can be mentioned.

以下に、本発明の有機無機ハイブリッド粒子の例を示す。

Figure 2015203114

Figure 2015203114

Figure 2015203114
Below, the example of the organic inorganic hybrid particle | grains of this invention is shown.
Figure 2015203114

Figure 2015203114

Figure 2015203114

本発明におけるコーティング用組成物は、上述した有機無機ハイブリッド粒子を含有するものである。典型的には、媒体中に有機無機ハイブリッド粒子が分散されている組成物であり、その目的性能によって多官能オリゴマーや紫外線硬化型ポリマー、溶剤、紫外線吸収剤、光安定剤等を含むことができる。   The coating composition in the present invention contains the organic-inorganic hybrid particles described above. Typically, it is a composition in which organic-inorganic hybrid particles are dispersed in a medium, and may contain a polyfunctional oligomer, an ultraviolet curable polymer, a solvent, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, etc. depending on the intended performance. .

多官能オリゴマーは、紫外線等による光硬化性が高く、有機無機ハイブリット粒子や後述する紫外線硬化型ポリマーと紫外線等のエネルギー線で共重合し易いため、光硬化で形成される被膜の硬度を調整するために適量を含ませることが好ましい。本願明細書において、「多官能オリゴマー」とは、ビニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基及びメルカプト基(SH)等のラジカル重合性官能基を2個以上有する分子量(MW)約200〜1000のラジカル重合が可能な有機化合物を意味する。このような多官能オリゴマーとしては、例えば、ポリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(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、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ヘキサ(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、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(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、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、テトラペンタエリスリトールデカ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸トリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸ジ(メタ)アクリレート、ポリエステルトリ(メタ)アクリレート、ポリエステルジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールジ(メタ)アクリレート、ジグリセリンテトラ(メタ)アクリレート、アダマンチルジ(メタ)アクリレート、イソボロニルジ(メタ)アクリレート、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)アクリレート等の(メタ)アクリレートオリゴマーが挙げられ、これらは、1種単独で2種以上含有させることができ、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、カプロラクトン等の変成がなされていてもよい。
これらの多官能オリゴマーは、光硬化によって形成される被膜の硬度を高める必要がある場合には、多官能オリゴマーを多く配合し、逆に被膜の硬度を低く抑えたい場合は少なくすればよい。具体的には、前者の場合、多官能オリゴマーを組成物中20重量%〜70重量%含有することが好ましく、30重量%〜50重量%含有することがより好ましい。一方、後者の場合、多官能オリゴマーを組成物中5重量%〜50重量%含有することが好ましく、10重量%〜30重量%含有することがより好ましい。
多官能オリゴマーは紫外線等のエネルギー線で重合可能であれば、それ以外に特に制限は無いが、光照射時に有機無機ハイブリット粒子との共重合性が良好な点で、3〜6官能性のオリゴマーが好ましく、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等の6官能性オリゴマーが特に好ましい。
なお、本明細書において「(メタ)アクリレート」は、メタクリレート又はアクリレートを指す。
Polyfunctional oligomers have high photocuring properties due to ultraviolet rays and the like, and are easily copolymerized with organic-inorganic hybrid particles and ultraviolet ray curable polymers described later with energy rays such as ultraviolet rays, so the hardness of the film formed by photocuring is adjusted. Therefore, it is preferable to include an appropriate amount. In the present specification, “polyfunctional oligomer” means a molecular weight having two or more radical polymerizable functional groups such as vinyl group, acryloyl group, methacryloyl group, acryloyloxy group, methacryloyloxy group and mercapto group (SH). (MW) An organic compound capable of radical polymerization of about 200 to 1000 is meant. Examples of such polyfunctional oligomers include polymethylolpropane tri (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth). ) Acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, Dipentaerythritol penta (meth) acrylate, tripentaerythritol octa (meth) acrylate, tetrapentaerythritol deca (meth) acrylate Rate, isocyanuric acid tri (meth) acrylate, isocyanuric acid di (meth) acrylate, polyester tri (meth) acrylate, polyester di (meth) acrylate, bisphenol di (meth) acrylate, diglycerin tetra (meth) acrylate, adamantyl di ( Examples include (meth) acrylate oligomers such as (meth) acrylate, isobornyl di (meth) acrylate, dicyclopentane di (meth) acrylate, and tricyclodecane di (meth) acrylate, and these are used alone or in combination of two or more. Modifications such as ethylene oxide, propylene oxide, and caprolactone may be made.
These polyfunctional oligomers may be blended in a large amount when it is necessary to increase the hardness of the film formed by photocuring, and may be reduced when it is desired to keep the hardness of the film low. Specifically, in the former case, the polyfunctional oligomer is preferably contained in an amount of 20% to 70% by weight, more preferably 30% to 50% by weight. On the other hand, in the latter case, the polyfunctional oligomer is preferably contained in the composition in an amount of 5% by weight to 50% by weight, and more preferably 10% by weight to 30% by weight.
The polyfunctional oligomer is not particularly limited as long as it can be polymerized with energy rays such as ultraviolet rays, but it is a 3-6 functional oligomer in terms of good copolymerizability with organic-inorganic hybrid particles during light irradiation. Are preferred, and hexafunctional oligomers such as dipentaerythritol penta (meth) acrylate are particularly preferred.
In the present specification, “(meth) acrylate” refers to methacrylate or acrylate.

光硬化型ポリマーは、形成される被膜の硬化ひずみの緩和や、柔軟性の向上を目的として含ませることもできる。
本願明細書において、「光硬化型ポリマー」とは、ラジカル重合性の官能基を有する分子量(MW)約5000以上の有機化合物を意味する。
硬化ひずみの緩和には(メタ)アクリル系ポリマーが好ましく、柔軟性にはウレタン系ポリマーが好ましい。硬化ひずみと柔軟性を両立するには(メタ)アクリルウレタンポリマーが好ましく、特に(メタ)アクリルポリマーからなる主鎖に、ウレタンポリマー、(メタ)アクリルウレタンオリゴマー及び(メタ)アクリルウレタンポリマーからなる群から選択される1種又は2種以上からなる側鎖をウレタン結合により付加させた(メタ)アクリルウレタン系ポリマーが好ましい。
重合性のウレタンポリマー又はオリゴマーを単独で配合した場合には、フィルム状の成型品に被膜を形成した場合などで硬化ひずみによる不具合を生じる場合があるが、剛直な(メタ)アクリルポリマーにこれらのウレタン成分を結合させた構造にすると、ウレタン成分による硬化ひずみが軽減される。また、重合性のウレタンポリマー又はオリゴマーを単独で配合した場合には、硬化反応で未反応のポリマー又はオリゴマーがあると、これらが耐擦傷性を低減する原因となり得るが、これらが当初から(メタ)アクリルポリマーに連結されていることで、未反応の場合でも耐擦傷性の低減を引き起こし難くなる。
The photocurable polymer can also be included for the purpose of relaxing the curing strain of the coating film to be formed and improving the flexibility.
In the present specification, the “photo-curable polymer” means an organic compound having a radical polymerizable functional group and a molecular weight (MW) of about 5000 or more.
A (meth) acrylic polymer is preferable for relaxation of curing strain, and a urethane-based polymer is preferable for flexibility. (Meth) acrylic urethane polymer is preferred to achieve both curing strain and flexibility. Particularly, the main chain composed of (meth) acrylic polymer is composed of urethane polymer, (meth) acrylic urethane oligomer and (meth) acrylic urethane polymer. A (meth) acrylurethane polymer in which a side chain consisting of one or more selected from the above is added by a urethane bond is preferred.
When a polymerizable urethane polymer or oligomer is blended singly, a problem may occur due to curing strain when a film is formed on a film-shaped molded article, but these are added to a rigid (meth) acrylic polymer. When a structure in which a urethane component is bonded is used, curing strain due to the urethane component is reduced. In addition, when a polymerizable urethane polymer or oligomer is blended singly, if there is an unreacted polymer or oligomer in the curing reaction, these may cause a reduction in scratch resistance. ) By being connected to an acrylic polymer, it becomes difficult to cause a reduction in scratch resistance even when it is unreacted.

(メタ)アクリルウレタン系ポリマーでは、主鎖の水酸基含有アクリルポリマーと側鎖のウレタンポリマー等は、アクリルポリマー中の水酸基とウレタンポリマー等のイソシアネート基との反応を通じて連結されている。本発明においては、形成される被膜の柔軟性を高める点で1個のアクリルポリマーに対して、2個以上のウレタンポリマー等の側鎖を有することが好ましく、5個以上がより好ましく、10個以上が更に好ましい。また、同様の点で、側鎖、典型的には側鎖の末端、場合によっては更にその他の位置に、1以上の重合性官能基を有することが好ましい。   In the (meth) acrylic urethane-based polymer, the hydroxyl group-containing acrylic polymer of the main chain and the urethane polymer of the side chain are linked through a reaction between a hydroxyl group in the acrylic polymer and an isocyanate group such as the urethane polymer. In the present invention, it is preferable to have two or more side chains such as urethane polymer with respect to one acrylic polymer in terms of enhancing the flexibility of the formed film, and more preferably 5 or more. The above is more preferable. In addition, from the same point, it is preferable to have one or more polymerizable functional groups at the side chain, typically at the end of the side chain, and in some other positions.

主鎖を構成する(メタ)アクリルポリマーとしては、例えば、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレートベンジルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート等を挙げることができる。これらのポリマーは、各種基材への密着性を考慮して選択することが好ましく、例えば、ポリテレフタレート(PET)の基材に対しては、メチルメタクリレートが好ましく、ポリカーボネート(PC)の基材に対しては、シクロヘキシルメタクリレートが好ましい。   Examples of the (meth) acrylic polymer constituting the main chain include methyl methacrylate, butyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, isobornyl methacrylate benzyl methacrylate, and dicyclopentanyl methacrylate. These polymers are preferably selected in consideration of adhesion to various substrates. For example, methyl methacrylate is preferable for polyterephthalate (PET) substrates, and polycarbonate (PC) substrates are preferable. On the other hand, cyclohexyl methacrylate is preferred.

主鎖を構成する(メタ)アクリル系ポリマーの分子量(MW)は、特に規定はないが、硬化ひずみの軽減等の観点から3,000〜300,000であることが好ましく、5,000〜200,000であることがより好ましく、8,000〜120,000であることがさらに好ましい。分子量が3,000以下の場合、硬化時の収縮を緩和する効果が十分発現できないことがあり、硬化ひずみによる付着性の低下、耐候性の低下を生じる場合がある。また分子量が300,000以上の場合アクリルウレタンオリゴマー及びアクリルウレタンポリマーの付加反応時にゲル化を生じることがあり、紫外線硬化型アクリルウレタンポリマーの紫外線硬化時の反応性が劣化し易くなる。   The molecular weight (MW) of the (meth) acrylic polymer constituting the main chain is not particularly specified, but is preferably 3,000 to 300,000 from the viewpoint of reduction of curing strain, etc., and 5,000 to 200. Is more preferably 8,000, and further preferably 8,000 to 120,000. When the molecular weight is 3,000 or less, the effect of alleviating shrinkage at the time of curing may not be sufficiently exhibited, which may cause a decrease in adhesion and weather resistance due to curing strain. When the molecular weight is 300,000 or more, gelation may occur during the addition reaction of the acrylic urethane oligomer and the acrylic urethane polymer, and the reactivity of the ultraviolet curable acrylic urethane polymer during ultraviolet curing is likely to deteriorate.

アクリルウレタンオリゴマーは、ウレタン結合で(メタ)アクリルポリマーからなる主鎖に連結されたウレタン構造単位であり、1つ以上の(メタ)アクリル基を有し、分子量は2,000未満である。同様に、アクリルウレタンポリマーはウレタン結合で(メタ)アクリルポリマーからなる主鎖に連結されたウレタン構造単位であり、1つ以上の(メタ)アクリル基を有し、分子量は2,000以上である。   An acrylic urethane oligomer is a urethane structural unit linked to a main chain composed of a (meth) acrylic polymer by a urethane bond, has one or more (meth) acrylic groups, and has a molecular weight of less than 2,000. Similarly, an acrylic urethane polymer is a urethane structural unit linked to a main chain composed of a (meth) acrylic polymer by a urethane bond, has one or more (meth) acrylic groups, and has a molecular weight of 2,000 or more. .

これらウレタン構造単位のうち、アクリルウレタンオリゴマーは比較的反応性が高く、光硬化による重合に最も関与する部位であるが、柔軟性の向上との点での寄与は小さい。一方、アクリルウレタンポリマーは、比較的反応性は低く、光硬化による重合への関与は比較的小さいが、柔軟性の向上との点で最も寄与する部位である。従って、形成する被膜の所望の硬度と柔軟性のバランスを考慮して両者間の比率を調整することが好ましい。
例えば、高硬度の被膜を形成する場合は、側鎖をアクリルウレタンオリゴマーのみで構成するか、アクリルウレタンオリゴマーをアクリルウレタンポリマーに対して5〜10倍以上有する構成とすることが好ましい。逆に、柔軟性の高い被膜を形成する場合は、側鎖をアクリルウレタンポリマーのみで構成するか、アクリルウレタンポリマーをアクリルウレタンオリゴマーに対して2〜5倍以上有する構成とすることが好ましい。
Among these urethane structural units, acrylic urethane oligomers have relatively high reactivity and are the most involved sites for polymerization by photocuring, but their contribution in terms of improving flexibility is small. On the other hand, the acrylic urethane polymer has a relatively low reactivity and a relatively small contribution to polymerization by photocuring, but is the most contributing site in terms of improving flexibility. Therefore, it is preferable to adjust the ratio between the two in consideration of the desired hardness and flexibility balance of the coating film to be formed.
For example, when forming a high-hardness film, it is preferable that the side chain is composed only of an acrylic urethane oligomer or that the acrylic urethane oligomer is 5 to 10 times or more of the acrylic urethane polymer. On the contrary, when forming a highly flexible film, it is preferable that the side chain is composed only of an acrylic urethane polymer, or the acrylic urethane polymer is 2 to 5 times the acrylic urethane oligomer.

アクリルウレタンオリゴマーとしては、ジイソシアネートに水酸基を含有した(メタ)アクリレートを反応させたものが使用でき、例えばイソホロンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、ヘキサメチレンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、トルエンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、メチレンビスフェニルジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、キシレンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物等を挙げることができる。アクリルウレタンオリゴマーの分子量(MW)は、上述した光硬化反応性の向上、被膜硬度の向上といった点からは、1,000以下がより好ましい。   As the acrylic urethane oligomer, those obtained by reacting (meth) acrylate containing a hydroxyl group with diisocyanate can be used. For example, 2-hydroxyethyl acrylate adduct of isophorone diisocyanate, 2-hydroxyethyl acrylate adduct of hexamethylene diisocyanate, toluene Examples include 2-hydroxyethyl acrylate adduct of diisocyanate, 2-hydroxyethyl acrylate adduct of methylene bisphenyl diisocyanate, 2-hydroxyethyl acrylate adduct of xylene diisocyanate, 2-hydroxyethyl acrylate adduct of dicyclohexylmethane diisocyanate, and the like. it can. The molecular weight (MW) of the acrylic urethane oligomer is more preferably 1,000 or less from the viewpoints of the above-mentioned improvement in photocuring reactivity and improvement in film hardness.

アクリルウレタンポリマーとしては、例えばジイソシアネートとジオールの反応物に水酸基含有(メタ)アクリレートを反応させたものが使用できる。ジイソシアネートとしては、例えばイソホロンジイソシアネート(IPDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トルエンジイソシアネート(TDI)、メチレンビスフェニルジイソシアネート(MDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(HMDI)等を挙げることができる。   As the acrylic urethane polymer, for example, a reaction product of diisocyanate and diol reacted with a hydroxyl group-containing (meth) acrylate can be used. Examples of the diisocyanate include isophorone diisocyanate (IPDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), toluene diisocyanate (TDI), methylenebisphenyl diisocyanate (MDI), xylene diisocyanate (XDI), and dicyclohexylmethane diisocyanate (HMDI). .

ジオールとしては、例えば、ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール、1、6−ヘキサンジオール、1、5−ペンタンジオール、1,12−ドデカンジオール、等を挙げることができる。
水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−ヒドロキシ(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、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリ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、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、等を挙げることができる。
アクリルウレタンオリゴマーの分子量(MW)は、上述した柔軟性の向上や耐溶剤性及びスチールウール性の低下を防ぐ等の点からは、2,000〜50,000が好ましく、3,000〜20,000がより好ましく、5,000〜10,000がさらに好ましい。
また、柔軟性と光硬化反応性及び硬度とのバランスといった観点から、両ウレタン構成単位の分子量差は、1000〜20,000であることが好ましく、2000〜10,000であることがより好ましい。
Examples of the diol include polyether diol, polycarbonate diol, polyester diol, 1,6-hexanediol, 1,5-pentanediol, 1,12-dodecanediol, and the like.
Examples of the hydroxyl group-containing (meth) acrylate include 2-hydroxy (meth) acrylate 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylate, and polyethylene glycol mono (meth) acrylate. , Polypropylene glycol mono (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, and the like.
The molecular weight (MW) of the acrylic urethane oligomer is preferably from 2,000 to 50,000, preferably from 3,000 to 20,000, from the viewpoint of preventing the above-described improvement in flexibility, solvent resistance, and steel wool properties. 000 is more preferable, and 5,000 to 10,000 is more preferable.
Further, from the viewpoint of balance between flexibility, photocuring reactivity and hardness, the difference in molecular weight between the urethane structural units is preferably 1000 to 20,000, and more preferably 2000 to 10,000.

本発明におけるコーティング用組成物は、従来のハードコート用組成物に含まれている各種成分を含むことができ、例えば、造膜助剤(高沸点溶剤)、消泡剤、紫外線吸収剤、紫外線吸収性モノマー、光安定剤、光重合開始剤等を含むことができる。   The coating composition in the present invention can contain various components contained in conventional hard coat compositions, such as a film-forming aid (high boiling point solvent), an antifoaming agent, an ultraviolet absorber, and an ultraviolet ray. Absorbing monomers, light stabilizers, photopolymerization initiators, and the like can be included.

消泡剤としては、例えば、疎水性シリカ系、金属咳セッケン系、アマイド系、ポリエーテル系、変性シリコン系等を挙げることができ、これら消泡剤は、通常、0.01〜1.0質量%の範囲で含有される。   Examples of the antifoaming agent include hydrophobic silica-based, metal cough soap-based, amide-based, polyether-based, and modified silicon-based, and these antifoaming agents are usually 0.01 to 1.0. It is contained in the range of mass%.

紫外線吸収剤としては、例えばベンゾフェノン系、ジベンゾイルメタン系、ベンゾトリアゾール系、サリチル酸系、パラアミノ安息香酸系、桂皮酸系、ウロカニン酸系、トリアジン系等を挙げることができ、これら紫外線吸収剤は、通常、0.1〜10質量%の範囲で添加される。ベンゾフェノン系の紫外線吸収剤としては、例えば2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2−ジヒドロキシ4,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシシ−4メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4メトキシ−4メチルベンソフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、4−フェニルベンゾフェノン、2−エチルヘキシル4−フェニルベンゾフェノン−2−カルボキシレート、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン、又は4−ヒドロキシ−3−カルボキシベンゾフェノン等が挙げられる。ジベンゾイルメタン系の吸収剤としては、例えばブチルメトキシジベンゾイルメタン、又は4−メトキシ−4−t−ブチルフェニルベンゾイルメタン等が挙げられる。ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤としては、例えば2,2−ヒドロキシ−5−メチルフェニルベンゾトリアゾール、又は2−(2−ヒドロキシ−5−t−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール等が挙げられる。サリチル酸系紫外線吸収剤として、メンチルサリチレート、アミルサリチレート、オクチルサリチレート、フェニルサリチレート、ベンジルサリチレート、p−イソプロパノールフェニルサリチレート又はアミルサリチレート等が挙げられる。パラアミノ安息香酸系の紫外線吸収剤としては、例えばパラアミノ安息香酸、オクチルジメチル安息香酸、グリセリルパラアミノ安息香酸、エチルジヒドロキシプロピルパラアミノ安息香酸、N−エトキシレートパラアミノ安息香酸エチル、パラジメチルアミノ安息香酸メチル、又はパラジメチルアミノ安息香酸2−エチルヘキシル等が挙げられる。桂皮酸系の紫外線吸収剤としては、オクチルメトキシシンナメート、エチル−4−イソプロピルシンナメート、エチル−2,4−ジイソプロピルシンナメート、メチル−2,4−ジイソプロピルシンナメート、n−プロピル−p−メトキシインナメート、イソプロピル−p−メトキシシンナメート、イソアミル−p−メトキシシンナメート、2エチルエキシル−p−メトキシシンナメート、2−エトキシエチル−p−メトキシシンナメート、又はシクロヘキシル−p−メトキシシンナメート等が挙げられる。ウロカニン酸系紫外線吸収剤として、ウロカニン酸又はウロカニン酸エチル等が挙げられる。トリアジン系の紫外線吸収剤としては、例えばビスレゾルシニルトリアジン等が挙げられる。本発明の組成物は、その目的に応じて、上記紫外線吸収剤の1種又は2種以上を含むことができる。   Examples of the ultraviolet absorber include benzophenone, dibenzoylmethane, benzotriazole, salicylic acid, paraaminobenzoic acid, cinnamic acid, urocanic acid, triazine, and the like. Usually, it is added in the range of 0.1 to 10% by mass. Examples of the benzophenone-based ultraviolet absorber include 2,4-dihydroxybenzophenone, 2,2-dihydroxy4,4-dihydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, 2-hydroxy-4methoxy-4-methylbenzophenone. 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, 4-phenylbenzophenone, 2-ethylhexyl 4-phenylbenzophenone-2-carboxylate, 2-hydroxy-4-n-octoxybenzophenone, 4-hydroxy-3-carboxybenzophenone, etc. Is mentioned. Examples of the dibenzoylmethane-based absorbent include butylmethoxydibenzoylmethane and 4-methoxy-4-t-butylphenylbenzoylmethane. Examples of the benzotriazole-based ultraviolet absorber include 2,2-hydroxy-5-methylphenylbenzotriazole, 2- (2-hydroxy-5-t-octylphenyl) benzotriazole, and the like. Examples of salicylic acid-based ultraviolet absorbers include menthyl salicylate, amyl salicylate, octyl salicylate, phenyl salicylate, benzyl salicylate, p-isopropanol phenyl salicylate, and amyl salicylate. Paraaminobenzoic acid-based ultraviolet absorbers include, for example, paraaminobenzoic acid, octyldimethylbenzoic acid, glycerylparaaminobenzoic acid, ethyldihydroxypropylparaaminobenzoic acid, ethyl N-ethoxylate paraaminobenzoate, methyl paradimethylaminobenzoate, or Examples thereof include 2-ethylhexyl paradimethylaminobenzoate. Cinnamic acid UV absorbers include octylmethoxycinnamate, ethyl-4-isopropylcinnamate, ethyl-2,4-diisopropylcinnamate, methyl-2,4-diisopropylcinnamate, n-propyl-p-methoxy. Examples include innamate, isopropyl-p-methoxycinnamate, isoamyl-p-methoxycinnamate, 2-ethylexyl-p-methoxycinnamate, 2-ethoxyethyl-p-methoxycinnamate, or cyclohexyl-p-methoxycinnamate. It is done. Examples of urocanic acid-based ultraviolet absorbers include urocanic acid or ethyl urocanate. Examples of triazine-based ultraviolet absorbers include bisresorcinyl triazine. The composition of this invention can contain the 1 type (s) or 2 or more types of the said ultraviolet absorber according to the objective.

紫外線吸収性モノマーとしては、上記のベンゾトリアゾール系、ジベンゾイルメタン系、ベンゾフェノン系、サリチル酸系、パラアミノ安息香酸系、桂皮酸系、又はウロカニン酸系の有機系紫外線吸収剤に、アクリロキシ基、メタクリロキシ基、スチリル基、アリル基、ビニルベンジル基、ビニルエーテル基、アクリルアミド基、ビニルアルキルシリル基又はビニルケトン基等のラジカル重合性基を付加した紫外線吸収性モノマーが挙げられる。   Examples of the UV-absorbing monomer include the above-mentioned benzotriazole-based, dibenzoylmethane-based, benzophenone-based, salicylic acid-based, paraaminobenzoic acid-based, cinnamic acid-based, and urocanic acid-based organic ultraviolet absorbers, acryloxy group, methacryloxy group And UV-absorbing monomers to which a radically polymerizable group such as a styryl group, an allyl group, a vinylbenzyl group, a vinyl ether group, an acrylamide group, a vinylalkylsilyl group or a vinylketone group is added.

光安定剤としては、例えばヒンダードアミン系、ヒンダードフェノール系等を挙げることができる。これらの光安定剤は、通常0.1〜10質量%の範囲で添加される。   Examples of the light stabilizer include hindered amines and hindered phenols. These light stabilizers are usually added in the range of 0.1 to 10% by mass.

光重合開始剤としては、例えば、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−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、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、2−ヒロドキシ−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、フェニル−グリオキシリック−アシッド−メチル−エステル、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]−1−ブタノン等のアルキルフェノン系光重合開始剤、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(2,4,6−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ィンオキサイド系光重合開始剤、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウ、784等のチタノセン系光重合開始剤、1.2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)]、エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−,1−(0−アセチルオキシム)、オキシフェニル酢酸、2−[2−オキソ−2−フェニルアセトキシエトキシ]エチルエステルとオキシフェニル酢酸、2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチルエステルの混合物、等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。重合開始剤は、1種単独で若しくは2種以上組み合わせて用いることができ、モノマー混合物の総量に対し、0.01〜10重量%の量で用いることが好ましく、0.1〜5重量%の量で用いることがより好ましい。   Examples of the photopolymerization initiator include 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane- 1-one, 1- [4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, 2-hydroxy-1- {4- [4- (2- Hydroxy-2-methyl-propionyl) -benzyl] phenyl} -2-methyl-propan-1-one, phenyl-glyoxylic-acid-methyl-ester, 2-methyl-1- (4-methylthiophenyl) -2 -Morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1,2- (dimethyla C) alkylphenone photopolymerization initiators such as 2-) [2-((4-methylphenyl) methyl] -1- [4- (4-morpholinyl) phenyl] -1-butanone, 2,4,6-trimethylbenzoyl- Acylphosphine oxide photopolymerization initiators such as diphenyl-phosphine oxide and bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide, bis (η5-2,4-cyclopentadien-1-yl) -Bis (2,6-difluoro-3- (1H-pyrrol-1-yl) -phenyl) titani, titanocene photopolymerization initiators such as 784, 1.2-octanedione, 1- [4- (phenylthio) -, 2- (O-benzoyloxime)], ethanone, 1- [9-ethyl-6- (2-methylbenzoyl) -9H-carbazole-3-i Ru]-, 1- (0-acetyloxime), oxyphenylacetic acid, 2- [2-oxo-2-phenylacetoxyethoxy] ethyl ester and oxyphenylacetic acid, 2- (2-hydroxyethoxy) ethyl ester, However, it is not limited to these. The polymerization initiator can be used alone or in combination of two or more, and is preferably used in an amount of 0.01 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, based on the total amount of the monomer mixture. More preferably, it is used in an amount.

本発明におけるコーティング用組成物は、形成される被膜の硬度を高める他の成分として、コロイダルシリカ、ラジカル重合性官能基を有するシランカップリング剤で変性されたコロイダルシリカを含んでもよい。   The coating composition in the present invention may contain colloidal silica or colloidal silica modified with a silane coupling agent having a radical polymerizable functional group as another component for increasing the hardness of the formed film.

本発明のコーティング用組成物は、溶媒について特に制限は無いが、コーティング時のレベリング性や、基材へのぬれ性を考慮して、有機溶媒中に前記ハイブリッド粒子を含むことが好ましい。
溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ノルマルプロピルアルコール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトンケトン、メチルイソブチルケトン系のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤を挙げることができ、有機無機粒子の溶解性が良好な点アルコール系溶剤が好ましく、中でもプロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular about the solvent for the coating composition of this invention, It is preferable that the said hybrid particle is included in an organic solvent in consideration of the leveling property at the time of coating, and the wettability to a base material.
Examples of the solvent include alcohol solvents such as methanol, ethanol, normal propyl alcohol, isopropyl alcohol, and propylene glycol monomethyl ether, acetone solvents such as methyl ethyl ketone ketone and methyl isobutyl ketone, and ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate. A solvent, aromatic solvents such as toluene and xylene can be mentioned, and a point alcohol solvent having good solubility of organic and inorganic particles is preferable, and propylene glycol monomethyl ether is particularly preferable.

上述した本発明のコーティング用組成物は、各種樹脂成型品に保護層を設けるために使用することができる。
例えば、本発明のコーティング組成物を基材に塗付し、エネルギー線を照射して硬化させることで被膜を形成することができる。この光硬化では、ラジカル重合性官能基の重合反応により被膜が形成され、有機成分と無機成分が混在する本発明の粒子では、基材に対する密着性が高く、柔軟性の高い被膜が形成される。このため、フィルム状の成型品に被膜を形成した状態で伸ばしたり曲げてもワレを生じ難い。光硬化により被膜が形成された中間品又は部材は、移送して他の主体により次の熱硬化を行うこともできる。
The coating composition of the present invention described above can be used for providing a protective layer on various resin molded products.
For example, a coating film can be formed by applying the coating composition of the present invention to a substrate and irradiating it with energy rays to cure. In this photocuring, a film is formed by polymerization reaction of radically polymerizable functional groups, and in the particles of the present invention in which an organic component and an inorganic component are mixed, a highly flexible film is formed with high adhesion to the substrate. . For this reason, even if it extends and bends in the state which formed the film in the film-shaped molded article, it is hard to produce crack. The intermediate product or member on which the film is formed by photocuring can be transferred and subjected to the next thermal curing by another main body.

本発明のコーティング用組成物を光硬化させた後、必要に応じて更に熱処理を行ってもよい。本発明の有機無機ハイブリット粒子には、光硬化後でもシラノール基等の官能基が多く存在しており、熱処理により縮合反応が起こり、粒子内及び粒子間で架橋構造が形成され、非常に高い耐擦傷性及び硬度を有する保護膜を形成することができる。このような保護膜を有する機器は、従来の光硬化により形成される保護膜よりこれらの特性の点で優れる。   After photocuring the coating composition of the present invention, heat treatment may be performed as necessary. The organic-inorganic hybrid particles of the present invention have many functional groups such as silanol groups even after photocuring, a condensation reaction occurs by heat treatment, and a crosslinked structure is formed within and between the particles, resulting in extremely high resistance. A protective film having scratch resistance and hardness can be formed. An apparatus having such a protective film is superior in terms of these characteristics to a protective film formed by conventional photocuring.

本発明のコーティング用組成物は、適用される基材の種類について特に制限は無く、基材の種類に応じて組成を変えて使用すればよい。例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、アクリル(PMMA)、ポリスチレン(PS)、ABS、塩化ビニル系樹脂からなる基材に用いることができる。   The coating composition of the present invention is not particularly limited with respect to the type of substrate to be applied, and may be used by changing the composition according to the type of substrate. For example, it can be used for a substrate made of polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), acrylic (PMMA), polystyrene (PS), ABS, or vinyl chloride resin.

2.有機無機ハイブリット粒子の製造方法
次に、本発明の有機無機ハイブリット粒子の製造方法について説明する。
2. Next, a method for producing organic-inorganic hybrid particles of the present invention will be described.

本発明の有機無機ハイブリット粒子は、活性ケイ酸の水溶液に、ビニル基、アクリロイルアルキル基、メタアクリロイルアルキル基、アクリロイルオキシアルキル基、メタアクリロイルオキシアルキル基、及び/又はメルカプトアルキル基(SH)等のラジカル重合性官能基を有する重合性アルコキシシラン化合物を加えて両者をシランカップリングさせることで製造できる。   The organic / inorganic hybrid particles of the present invention are prepared by adding an aqueous solution of active silicic acid such as a vinyl group, an acryloylalkyl group, a methacryloylalkyl group, an acryloyloxyalkyl group, a methacryloyloxyalkyl group, and / or a mercaptoalkyl group (SH). It can be produced by adding a polymerizable alkoxysilane compound having a radically polymerizable functional group and silane coupling them.

活性ケイ酸は、従来行われていた方法で得ることができるが、水ガラスなどのケイ酸の金属塩の水溶液から金属(例えばナトリウム)を除去して活性ケイ酸を得るのが本発明の方法を実施するのに便利である   Activated silicic acid can be obtained by a conventional method, but the method of the present invention is to obtain active silicic acid by removing metal (for example, sodium) from an aqueous solution of a metal salt of silicic acid such as water glass. Is convenient to carry out

ケイ酸の金属塩は、ケイ酸の少なくとも一部のOH等が、O(式中Rは、金属カチオンを示す)で表される塩となっている化合物をいい、例えばオルトケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸カリウム、オルトケイ酸ナトリウム(NaSi0)、オルトケイ酸カリウム(KSiO)、オルトケイ酸マグネシウム(MgSiO)、オルトケイ酸ベリリウム(BeSiO)、カンラン石族((Fe,Mg)SiO)、ザクロ石族(MgAlSi12、CaAlSi12)、ジルコン(ZrSiO)、紅柱石、珪線石、ラン晶石、ムル石、トパズ、十字石、サフィリン、ノルベルグ石、コンドロ石、ヒューム石、単斜ヒューム石クサビ石、クロリトイドなどのネソ(オルト)ケイ酸塩類;黄長石群、緑レン石族、ローソン石、パンベリー石などのソロケイ酸塩類;キン青石、電気石、緑柱石などのサイクロケイ酸塩;長石類、准長石、ゼオライト類などのテクトケイ酸塩;イノケイ酸塩;メタケイ酸リチウム(LiSiO)、メタケイ酸ナトリウム(NaSiO)、メタケイ酸カリウム(KSiO)、メタケイ酸マグネシウム(MgSiO)、メタケイ酸ナトリウムカルシウム(NaSiO−CaSiO)、メタケイ酸カルシウム(CaSiO)、メタケイ酸マグネシウムカルシウム(CaMgSi)、メタケイ酸バリウム(BaSiO)、メタケイ酸マンガン(MnSiO)、メタケイ酸鉄(FeSiO)、メタケイ酸コバルト(CoSiO)、メタケイ酸鉛(PbSiO)、CaMgSi−MgSi固溶体、CaMgSi−FeSi固溶体などのメタケイ酸塩類;白雲母群、黒雲母群などのフィロケイ酸塩類などが挙げられる。 The metal salt of silicic acid refers to a compound in which at least a part of OH or the like of silicic acid is a salt represented by O R + (wherein R + represents a metal cation). For example, orthosilicic acid Sodium, potassium orthosilicate, sodium orthosilicate (Na 4 SiO 4 ), potassium orthosilicate (K 4 SiO 4 ), magnesium orthosilicate (Mg 2 SiO 4 ), beryllium orthosilicate (Be 2 SiO 4 ), olivine ( (Fe, Mg) 2 SiO 4 ), garnet group (Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 , Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 ), zircon (ZrSiO 4 ), syenite, wilstone, lanthanum, mul Stones, topaz, cruciform stones, sapphirine, norbergite, chondrite, fume stone, monoclinic fume stone kusabi stone, chloritoid, etc. ) Silicates: Solosilicates such as plagioclase group, chlorite group, Lawsonite, Panberry stone, etc .; Cyclosilicates such as quinnite, tourmaline, beryl, feldspar, feldspar, zeolites, etc. Tectosilicate; inosilicate; lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ), sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ), potassium metasilicate (K 2 SiO 3 ), magnesium metasilicate (MgSiO 3 ), sodium calcium metasilicate (Na 2 SiO 3 —CaSiO 3 ), calcium metasilicate (CaSiO 3 ), magnesium calcium silicate (CaMgSi 2 O 5 ), barium metasilicate (BaSiO 3 ), manganese metasilicate (MnSiO 3 ), iron metasilicate (FeSiO 3 ), cobalt metasilicate (CoSiO 3 ), Metasilicates such as lead metasilicate (PbSiO 3 ), CaMgSi 2 O 6 -MgSi 2 O 6 solid solution, CaMgSi 2 O 6 -FeSi 2 O 6 solid solution; phyllosilicates such as muscovite group and biotite group It is done.

ケイ酸金属塩の水溶液は、通常、多様な構造を有するケイ酸金属塩を含んでおり、例えば、ケイ酸ナトリウムの水溶液は、

Figure 2015203114

といった種々の構造を有する化合物を含むことが知られている(非特許文献1)。 An aqueous solution of a metal silicate usually contains metal silicates having various structures. For example, an aqueous solution of sodium silicate is:
Figure 2015203114

It is known to contain compounds having various structures such as (Non-patent Document 1).

本発明においては、前述の通り、活性ケイ酸と重合性アルコキシシラン化合物の反応を制御し易い点から、環状構造を有する活性ケイ酸とラジカル重合性アルコキシシラン化合物を反応させることが好ましいため、ケイ酸金属塩としてもそれに対応する構造のものが好ましい。中でもケイ素数2〜8の環状構造が好ましく、ケイ素数2〜6の環状構造がより好ましく、ケイ素数3〜5の環状構造が特に好ましい。
環状構造を有する活性ケイ酸のシラノール基は鎖状構造のものと比べ反応性が穏やかであるため、反応pH、活性ケイ酸調製後の重合性アルコキシシラン化合物の投与時期、活性ケイ酸と重合性アルコキシシラン化合物のモル比等で、活性ケイ酸と重合性アルコキシシラン化合物の加水分解との反応を制御し易く、所望の粒径の有機無機ハイブリッド粒子を得ることが容易になる。
機無機ハイブリッド粒子を調製する際に活性ケイ酸と重合性アルコキシシラン化合物の反応を制御し易い点で環状構造のものが好まし
このようなケイ酸金属塩としては、下記構造

Figure 2015203114

[式中、nは、1〜5の整数であり、R16、R17、R18及びR19は、それぞれ独立して、O、OH、又はO11+(式中、R11は、Li、Na又はKである)であるか、或いはR16及びR17、又はR18及びR19の1以上の対は、1つのOであり、R16、R17、R18及びR19の少なくとも1つは、O11+である]
で表される化合物が好ましく、下記式
Figure 2015203114

[式中、R20からR27は、それぞれ独立して、O、OH、又はO11+(式中、R11は、Li、Na又はKである)であるか、或いはR20及びR21、R22及びR23、R24及びR25、並びにR26及びR27の各対は、それぞれ独立して1つのOであってもよく、それぞれR20からR25、又はR20からR27の少なくとも1つは、O11+である]で表される化合物がより好ましく、上記6員環の化合物が特に好ましい。 In the present invention, as described above, since it is easy to control the reaction between the active silicic acid and the polymerizable alkoxysilane compound, it is preferable to react the active silicic acid having a cyclic structure with the radical polymerizable alkoxysilane compound. The acid metal salt preferably has a structure corresponding to it. Among these, a cyclic structure having 2 to 8 silicon atoms is preferable, a cyclic structure having 2 to 6 silicon atoms is more preferable, and a cyclic structure having 3 to 5 silicon atoms is particularly preferable.
The silanol group of active silicic acid having a cyclic structure is less reactive than the chain structure, so the reaction pH, the timing of administration of the polymerizable alkoxysilane compound after preparation of the active silicic acid, the active silicic acid and the polymerizability The reaction between the activated silicic acid and the hydrolysis of the polymerizable alkoxysilane compound can be easily controlled by the molar ratio of the alkoxysilane compound, and it becomes easy to obtain organic-inorganic hybrid particles having a desired particle size.
In the preparation of organic / inorganic hybrid particles, those having a cyclic structure are preferred because the reaction between the active silicic acid and the polymerizable alkoxysilane compound is easy to control.
Figure 2015203114

[In the formula, n is an integer of 1 to 5, and R 16 , R 17 , R 18 and R 19 are each independently O , OH, or O R 11+ (wherein R 11 represents Or one or more pairs of R 16 and R 17 , or R 18 and R 19 is one O, R 16 , R 17 , R 18 and R 19. At least one of is O R 11+ ]
Is preferably a compound represented by the following formula:
Figure 2015203114

[Wherein R 20 to R 27 are each independently O , OH, or O R 11+ , wherein R 11 is Li, Na, or K, or R 20 and Each pair of R 21 , R 22 and R 23 , R 24 and R 25 , and R 26 and R 27 may independently be one O, each from R 20 to R 25 , or R 20 At least one of R 27 is O R 11+ ], and the above 6-membered ring compound is particularly preferable.

好都合なことに、いわゆる水ガラスとして市販されているケイ酸ナトリウムの水溶液は、通常、上記の環状構造のケイ酸化合物を含むので、これを利用するのが便利である。市販のケイ酸ナトリウムの水溶液としては、例えばJIS1号ケイ酸ソーダ、JIS2号ケイ酸ソーダ及びJIS3号ケイ酸ソーダが挙げられ、中でも、ナトリウムの含有量が少なく、脱イオン工程を効率良く行うことができる点では、JIS3号ケイ酸ソーダが好ましい。一方、ケイ素数当りのO、OH等の官能基数を多くするといった観点からは、JIS1号ケイ酸ソーダを用いても良い。 Conveniently, an aqueous solution of sodium silicate marketed as so-called water glass usually contains the above-mentioned silicate compound having a cyclic structure, which is convenient to use. Examples of commercially available aqueous solutions of sodium silicate include JIS No. 1 sodium silicate, JIS No. 2 sodium silicate, and JIS No. 3 sodium silicate. Among them, the content of sodium is small, and the deionization step can be performed efficiently. JIS No. 3 sodium silicate is preferable in that it can be used. On the other hand, from the viewpoint of increasing the number of functional groups such as O and OH per silicon number, JIS No. 1 sodium silicate may be used.

市販の水ガラスなどの複数の構造のケイ酸金属塩を含む水溶液に対して、電気透析、逆浸透膜等の処理を行うことで、好ましい構造の化合物の濃度を高めたり、精製したりしてもよい。   By conducting treatments such as electrodialysis and reverse osmosis membranes for aqueous solutions containing metal silicates with multiple structures such as commercially available water glass, the concentration of compounds with preferred structures can be increased or purified. Also good.

本発明で使用されるケイ酸のアルカリ金属塩等の金属塩の水溶液は、ケイ酸の金属塩を典型的には水、好ましくはイオン交換水に溶解したものである。但し、必要に応じて硫酸、塩酸、ギ酸、酢酸等の酸を添加してもよい。   The aqueous solution of a metal salt such as an alkali metal salt of silicic acid used in the present invention is a solution in which a metal salt of silicic acid is typically dissolved in water, preferably ion-exchanged water. However, an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, formic acid or acetic acid may be added as necessary.

金属塩の除去は、強酸水溶液中で処理する方法、イオン交換樹脂で処理する方法又はこれらを組合せて行うことができる。   The removal of the metal salt can be performed by a method of treating in a strong acid aqueous solution, a method of treating with an ion exchange resin, or a combination thereof.

強酸で処理する場合、ケイ酸金属塩の水溶液中の金属イオンの1当量に対して0.8〜2.0当量の酸を含む水溶液中にケイ酸金属塩の水溶液を添加することで活性ケイ酸が得られる。
酸の量が0.8以下の場合、金属イオンの除去が不十分になり易く、酸の量が2.0以上の場合、酸が残存し易くなり、水洗や精製等の操作回数が増えるので好ましくない。強酸の種類は金属イオンを除去できればよく特に制限は無いが、塩酸、硫酸、硝酸が好ましい。揮発性の酸を使用すると、酸の残存が少なく有機無機ハイブリッド粒子のシラノール基の縮合反応時に硬化性の低下が生じ難いため、塩酸が最も好ましい。
In the case of treating with a strong acid, an active silica is added by adding an aqueous solution of a metal silicate to an aqueous solution containing 0.8 to 2.0 equivalents of acid relative to 1 equivalent of metal ions in the aqueous solution of metal silicate. An acid is obtained.
When the amount of acid is 0.8 or less, removal of metal ions tends to be insufficient, and when the amount of acid is 2.0 or more, acid tends to remain, and the number of operations such as washing and purification increases. It is not preferable. The type of strong acid is not particularly limited as long as it can remove metal ions, but hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid are preferable. When a volatile acid is used, hydrochloric acid is most preferable because there is little remaining of the acid, and the curability is hardly lowered during the condensation reaction of the silanol groups of the organic-inorganic hybrid particles.

イオン交換処理により活性ケイ酸を得る場合、ケイ酸の金属塩の水溶液を、陽イオン交換樹脂で処理して金属イオンを除去することが好ましい。
ケイ酸金属塩の水溶液は、イオン交換時の金属イオンの除去効率の点から、2〜15質量%の濃度で調製することが好ましく、4〜8質量%の濃度で溶解液を調製することがより好ましい。
When active silicic acid is obtained by ion exchange treatment, it is preferable to remove metal ions by treating an aqueous solution of a metal salt of silicic acid with a cation exchange resin.
The aqueous solution of the metal silicate salt is preferably prepared at a concentration of 2 to 15% by mass from the viewpoint of removal efficiency of metal ions at the time of ion exchange, and a solution can be prepared at a concentration of 4 to 8% by mass. More preferred.

本発明においては、一般的な陽イオン交換樹脂を使用することができ、例えば、スルホン酸基、カルボキシル基等の官能基を有する樹脂を使用することができ、スルホン酸基を有する樹脂が特に好ましい。市販の陽イオン交換樹脂としては、三菱レイヨン社製、強酸性陽イオン交換樹脂ゲル型ダイヤイオンSK104、SK1B、SK110、SK12、ポーラス型ダイヤイオンPK208、PK212、PK216、PK218、PK220、PK228等が挙げられる。   In the present invention, a general cation exchange resin can be used. For example, a resin having a functional group such as a sulfonic acid group or a carboxyl group can be used, and a resin having a sulfonic acid group is particularly preferable. . Examples of commercially available cation exchange resins include those manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., strong acid cation exchange resin gel type diamond ion SK104, SK1B, SK110, SK12, porous type diamond ions PK208, PK212, PK216, PK218, PK220, PK228, and the like. It is done.

イオン交換処理は、例えば、まず、強酸性陽イオン交換樹脂をイオン交換水に入れ、そこに塩酸水溶液を加えて十分攪拌し、その後イオン交換樹脂を濾過することにより、酸処理を行う。次いで、処理後のイオン交換樹脂をイオン交換水で洗浄し、洗浄後のイオン交換樹脂をケイ酸塩の水溶液にケイ酸塩と同質量加え、ケイ酸塩をイオン交換樹脂と接触させてイオン交換処理を行えばよい。
イオン交換樹脂を取り出す時期は、pHを目安にして判断することが好ましく、具体的には処理溶液がpH2〜5となった時点でイオン交換樹脂を分離することが好ましく、pH2〜4がより好ましい。
このpHの範囲は、ケイ酸塩から金属イオンが殆ど除去されて、O−となったことを示し、この数値範囲でイオン交換樹脂を取り出した処理液を使用すると、より多くのアルコキシラン化合物と反応させることができると共に、得られる粒子により多くの官能基を持たせることができる。
In the ion exchange treatment, for example, first, a strongly acidic cation exchange resin is placed in ion exchange water, an aqueous hydrochloric acid solution is added thereto, and the mixture is sufficiently stirred, and then the ion exchange resin is filtered to perform the acid treatment. Next, the treated ion exchange resin is washed with ion exchange water, and the washed ion exchange resin is added to the silicate aqueous solution in the same amount as the silicate, and the silicate is brought into contact with the ion exchange resin for ion exchange. What is necessary is just to process.
The timing for taking out the ion exchange resin is preferably determined based on the pH. Specifically, the ion exchange resin is preferably separated when the treatment solution reaches pH 2 to 5, and more preferably pH 2 to 4. .
This pH range indicates that most of the metal ions have been removed from the silicate to become O-, and when a treatment liquid from which the ion exchange resin is taken out in this numerical range is used, more alkoxylane compounds and It can be reacted and the resulting particles can have more functional groups.

イオン交換処理により金属イオンが除去されると、活性ケイ酸の水溶液は、縮合反応により急速にゲル化し、多数のケイ酸が重合したシラン化合物を生じる。このため、低分子で(理想的には全く重合せずに)ケイ素数あたり多くのアルコキシシラン官能基を有する複合体粒子を得るためには、イオン交換処理後できるだけ早く、活性ケイ酸の水溶液にラジカル重合性官能基を有するアルコキシラン化合物を加えることが好ましい。具体的には、イオン交換処理後10時間より短い時間でラジカル重合性官能基を有するアルコキシラン化合物を加えることが好ましく、イオン交換処理後5時間以内にラジカル重合性官能基を有するアルコキシラン化合物を加えることがより好ましく、イオン交換処理後3時間以内にラジカル重合性官能基を有するアルコキシラン化合物を加えることが更に好ましく、イオン交換処理後1時間以内にラジカル重合性官能基を有するアルコキシラン化合物を加えることが特に好ましい。   When the metal ions are removed by the ion exchange treatment, the aqueous solution of active silicic acid rapidly gels by a condensation reaction to produce a silane compound in which a large number of silicic acids are polymerized. For this reason, in order to obtain composite particles having a low molecular weight (ideally without any polymerization) and having a large number of alkoxysilane functional groups per number of silicon, as soon as possible after ion exchange treatment, an aqueous solution of active silicic acid is added. It is preferable to add an alkoxylane compound having a radically polymerizable functional group. Specifically, it is preferable to add the alkoxylane compound having a radical polymerizable functional group in a time shorter than 10 hours after the ion exchange treatment, and the alkoxylane compound having a radical polymerizable functional group is added within 5 hours after the ion exchange treatment. More preferably, an alkoxylane compound having a radical polymerizable functional group is added within 3 hours after the ion exchange treatment, and an alkoxylane compound having a radical polymerizable functional group is added within 1 hour after the ion exchange treatment. It is particularly preferred to add.

本発明において活性ケイ酸の水溶液に加えられるアルコキシラン化合物は、ラジカル重合性官能基を有する炭素鎖を含み、アルコキシル基がケイ素に結合した構造を有するものであればよく、例えば、ビニル基、(メタ)アクリル基、(メタ)アクリルオキシ基、又はメルカプト基が炭素数2〜10、好ましくは2〜5、より好ましくは2〜3の炭素鎖に結合した基と、少なくとも1つの(典型的には炭素数1〜5の)アルコキシル基と、任意にH及び/又はOH基とがSiに結合している構造の化合物を典型例として挙げることができる。より具体的には、例えば、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられ、メルカプト基を含有するアルコキシシラン化合物としては3−メルカプトプロピルトリメトキシシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランを挙げることができ、これらの化合物は単独又は組合せて使用することができる。   In the present invention, the alkoxylane compound added to the aqueous solution of active silicic acid may be any compound containing a carbon chain having a radical polymerizable functional group and having a structure in which an alkoxyl group is bonded to silicon. A group in which a (meth) acrylic group, a (meth) acryloxy group, or a mercapto group is bonded to a carbon chain having 2 to 10, preferably 2 to 5, more preferably 2 to 3 carbon atoms, and at least one (typically A typical example is a compound having a structure in which an alkoxyl group having 1 to 5 carbon atoms and optionally an H and / or OH group are bonded to Si. More specifically, for example, methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane and the like can be mentioned. Examples of the alkoxysilane compound contained include 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, and 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane. These compounds are used alone. Or they can be used in combination.

重合性アルコキシラン化合物と活性ケイ酸との質量比は、耐擦傷性、硬度、光硬化性及び紫外線硬化性といった保護膜の特性並びにコーティング用組成物の貯蔵安定性などの点を考慮して、適宜好ましい範囲を選択すればよいが、通常は0.5:1〜20:1であり、好ましくは1:1〜10:1であり、より好ましくは1:1〜8:1である。
同様の観点から、重合性アルコキシシランを、活性ケイ酸に対するアルコキシシランのモル比(活性ケイ酸:アルコキシシラン)で1:1〜1:20の割合で加えることが好ましく、1〜10の割合で加えることがより好ましく、1〜6の割合で加えることが更に好ましい。
The mass ratio between the polymerizable alkoxylane compound and the active silicic acid is in consideration of the characteristics of the protective film such as scratch resistance, hardness, photocuring property and ultraviolet curing property, and the storage stability of the coating composition. A preferable range may be selected as appropriate, but it is usually 0.5: 1 to 20: 1, preferably 1: 1 to 10: 1, and more preferably 1: 1 to 8: 1.
From the same viewpoint, the polymerizable alkoxysilane is preferably added at a molar ratio of alkoxysilane to active silicic acid (active silicic acid: alkoxysilane) at a ratio of 1: 1 to 1:20, preferably at a ratio of 1 to 10 It is more preferable to add, and it is still more preferable to add in the ratio of 1-6.

もっとも、本発明の有機無機ハイブリッド粒子は、活性ケイ酸とアルコキシシラン化合物の縮合反応の条件を変えることにより粒子径を制御することでより特定の粒度分布にすることができる。具体的には、活性ケイ酸を調製後アルコキシシラン化合物を加えるまでの時間や両成分の比を変更したり、アルコキシシラン化合物の溶液又は反応溶液のpH等を変更することによるアルコキシシラン化合物の加水分解速度を制御することで粒子径を制御することができる。例えば、粒子径を小さくしたい場合は、これらの条件を活性ケイ酸とアルコキシシラン化合物との反応が活性ケイ酸同士の縮合反応に優先して起こるようにすればよい。より具体的には、活性ケイ酸を調製後アルコキシシラン化合物を1時間以内に加え、場合によっては更に反応液に無機酸を添加しPHを2以下に調整するなどして反応液中でのアルコキシシラン化合物のシラノール化が促進される条件とする。また、活性ケイ酸1分子に対してアルコキシシラン化合物を3〜20分子、より好ましくは5〜20分子させる。また、温度を上げて短時間で反応を終結させることが好ましい。具体的には、例えば、反応温度を20℃〜60℃、好ましくは40℃〜50℃とし、10分〜120分間、好ましくは30分〜60分間反応させる。   However, the organic-inorganic hybrid particles of the present invention can have a more specific particle size distribution by controlling the particle size by changing the conditions for the condensation reaction between the active silicic acid and the alkoxysilane compound. Specifically, after the active silicic acid is prepared, the time until the alkoxysilane compound is added, the ratio of the two components is changed, the pH of the alkoxysilane compound solution or reaction solution is changed, and the like. The particle size can be controlled by controlling the decomposition rate. For example, when it is desired to reduce the particle size, these conditions may be set such that the reaction between the active silicic acid and the alkoxysilane compound takes precedence over the condensation reaction between the active silicic acids. More specifically, after preparing the active silicic acid, the alkoxysilane compound is added within 1 hour. In some cases, an inorganic acid is further added to the reaction solution to adjust the pH to 2 or less. The conditions are such that silanolization of the silane compound is promoted. Moreover, 3-20 molecules, more preferably 5-20 molecules of an alkoxysilane compound are made with respect to 1 molecule of active silicic acid. Moreover, it is preferable to complete the reaction in a short time by raising the temperature. Specifically, for example, the reaction temperature is 20 ° C. to 60 ° C., preferably 40 ° C. to 50 ° C., and the reaction is performed for 10 minutes to 120 minutes, preferably 30 minutes to 60 minutes.

一方、粒子径を大きくしたい場合は、逆に活性ケイ酸とアルコキシラン化合物との反応速度を遅くすればよいが、反応速度が遅すぎるとそれぞれ活性ケイ酸同士、アルコキシシラン化合物同士が反応し、有機成分と無機成分が混在した粒子が得られない場合がある。このため、pHは2〜6に調整することが好ましく、pH=3〜5に調整することがよりましい。また、この条件では、活性ケイ酸(A)の1分子に対して重合性ケイ素化合物を1〜6分子反応させることが好ましく、1〜4分子反応させることがより好ましい。また、粒子を大きくするには、比較的低い温度とし比較的長い時間反応させることが好ましい。具体的には、例えば、反応温度を0℃〜40℃、好ましくは20℃〜30℃とし、60分〜240分間、好ましくは90分〜150分間反応させる。   On the other hand, if it is desired to increase the particle size, the reaction rate between the active silicic acid and the alkoxysilane compound may be slowed, but if the reaction rate is too slow, the active silicic acid and alkoxysilane compounds react with each other, In some cases, particles containing both organic and inorganic components cannot be obtained. For this reason, it is preferable to adjust pH to 2-6, and it is better to adjust to pH = 3-5. Moreover, on this condition, it is preferable to react 1-6 molecules of a polymerizable silicon compound with respect to 1 molecule of activated silicic acid (A), and it is more preferable to react 1-4 molecules. In order to enlarge the particles, it is preferable to react at a relatively low temperature for a relatively long time. Specifically, for example, the reaction temperature is 0 ° C. to 40 ° C., preferably 20 ° C. to 30 ° C., and the reaction is performed for 60 minutes to 240 minutes, preferably 90 minutes to 150 minutes.

活性ケイ酸と重合性アルコキシシラン化合物の縮合反応における溶媒としては、水が好ましいが、少量のアルコールを含有してもよい。水のみ及びアルコールを少量添加した溶媒中では、有機無機ハイブリッド粒子は一定以上の粒子径に成長した段階で析出沈降するため、均一な径の粒子が得られ、回収も容易である。この際アルコールを添加すると両成分の溶解性が高くなり、沈降する有機無機粒子の分子量が大きくなるため、粒子径を大きくすることができる。   As a solvent in the condensation reaction of the active silicic acid and the polymerizable alkoxysilane compound, water is preferable, but a small amount of alcohol may be contained. In a solvent to which only water and a small amount of alcohol are added, the organic-inorganic hybrid particles are precipitated and settled at a stage where they have grown to a particle size of a certain size or more, so that particles of a uniform size can be obtained and recovered easily. At this time, when alcohol is added, the solubility of both components is increased and the molecular weight of the precipitated organic-inorganic particles is increased, so that the particle diameter can be increased.

回収した粒子は乾燥後、溶媒中に入れてコーティング用組成物とすることができる。溶媒は、コーティング時のレベリング性や基材へのぬれ性を考慮すると、有機溶媒が好ましく、例えばメタノール、エタノール、ノルマルプロピルアルコール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトンケトン、メチルイソブチルケトン系のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤を使用することができる。中でも、有機無機粒子の溶解性が良好なアルコール系溶剤が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルが特に好ましい。
このコーティング用組成物には、前述の通り、各種成分を含有させることができる。
The recovered particles can be dried and then placed in a solvent to form a coating composition. The solvent is preferably an organic solvent in consideration of leveling properties during coating and wettability to the substrate. For example, alcohol solvents such as methanol, ethanol, normal propyl alcohol, isopropyl alcohol, propylene glycol monomethyl ether, acetone, and methyl ethyl ketone ketone. Methyl isobutyl ketone ketone solvents, ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate, and aromatic solvents such as toluene and xylene can be used. Among them, an alcohol solvent having good solubility of the organic / inorganic particles is preferable, and propylene glycol monomethyl ether is particularly preferable.
As described above, this coating composition can contain various components.

以下、実施例を示して本発明を更に詳しく説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、実施例の記載によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited by the description of the examples.

[合成例1]有機無機ハイブリッド粒子C−1の調製
3号ケイ酸ソーダ(東曹産業社製)100gにイオン交換水900gを加えよく攪拌し、5%硫酸水溶液でナトリウムを置換したスルホン酸基を保持する強酸性陽イオン交換樹脂SK1B(三菱化学社製)500gを加え、ゆっくりと30分間攪拌した。溶液のPHが3.8であることを確認した後、イオン交換樹脂を分離した。次いで10%塩酸水溶液10gを撹拌しながら加えpH1.4、不揮発成分4.0%の無色透明な活性ケイ酸(A)の水溶液を得た。次いで直ちにこの活性ケイ酸(A)の水溶液500gを攪拌機とコンデンサーを備えた容器にはかりとり、攪拌しながらシランカップリング剤KBE−503(3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、信越化学工業社製)108gを添加し、40℃で40分間攪拌し、白色の沈殿物を得た。沈殿物生成後さらに1時間撹拌し沈殿物を濾過後、乾燥し、有機無機ハイブリッド粒子(C−1)を合成した。得られた有機無機ハイブリッド粒子(C−1)30gをメチルエチルケトン70gに溶解し加熱残分を30%に調整した反応性シリカ溶液を得た。このシリカを電子顕微鏡で観察したところ粒径が約30nmでほぼ均一な粒子であった。
なお、活性ケイ酸とシランカップリング剤とのモル比は約、1:6であり、質量比は1:5である。
[Synthesis Example 1] Preparation of organic / inorganic hybrid particle C-1 To 100 g of No. 3 sodium silicate (manufactured by Tosoh Sangyo Co., Ltd.), 900 g of ion-exchanged water was added and stirred well. 500 g of strongly acidic cation exchange resin SK1B (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) was added and slowly stirred for 30 minutes. After confirming that the pH of the solution was 3.8, the ion exchange resin was separated. Next, 10 g of a 10% aqueous hydrochloric acid solution was added with stirring to obtain a colorless and transparent aqueous solution of active silicic acid (A) having a pH of 1.4 and a non-volatile component of 4.0%. Immediately after that, 500 g of this aqueous solution of active silicic acid (A) was weighed into a container equipped with a stirrer and a condenser, and while stirring, the silane coupling agent KBE-503 (3-methacryloxypropyltriethoxysilane, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 108 g was added and stirred at 40 ° C. for 40 minutes to obtain a white precipitate. After the formation of the precipitate, the mixture was further stirred for 1 hour, and the precipitate was filtered and dried to synthesize organic-inorganic hybrid particles (C-1). 30 g of the obtained organic-inorganic hybrid particles (C-1) were dissolved in 70 g of methyl ethyl ketone to obtain a reactive silica solution in which the heating residue was adjusted to 30%. When this silica was observed with an electron microscope, the particle size was about 30 nm and it was almost uniform.
The molar ratio of active silicic acid to silane coupling agent is about 1: 6, and the mass ratio is 1: 5.

[合成例2]有機無機ハイブリッド粒子C−2の調製
3号ケイ酸ソーダ(東曹産業社製)100gにイオン交換水900gを加えよく攪拌し、5%塩酸水溶液でナトリウムを置換したスルホン酸基を保持する強酸性陽イオン交換樹脂SK1B(三菱化学社製)500gを加え、ゆっくりと30分間攪拌した。溶液のPHが3.8であることを確認した後、イオン交換樹脂を分離し、不揮発成分4.3%の無色透明な活性ケイ酸(A)の水溶液を得た。直ちにこの活性ケイ酸(A)の水溶液500gを攪拌機とコンデンサーを備えた容器にはかりとり、攪拌しながらシランカップリング剤KBE−503(3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、信越化学工業社製)21.5gを添加し、20℃で2時間攪拌し、白色の沈殿物を得た。沈殿物生成後さらに1間撹拌し沈殿物を濾過後、乾燥し、有機無機ハイブリッド粒子(C−2)を合成した。得られた有機無機ハイブリッド粒子(C−2)30gをメチルエチルケトン70gに溶解し加熱残分を30%に調整した反応性シリカ溶液を得た。このシリカを電子顕微鏡で観察したところ粒径が約180nmでほぼ均一な粒子であった。
なお、活性ケイ酸とシランカップリング剤とのモル比は約、1:1であり、質量比は1:1である。加筆下さい。
[Synthesis Example 2] Preparation of organic-inorganic hybrid particle C-2
Strongly acidic cation exchange resin SK1B (Mitsubishi Chemical Corporation) that retains sulfonic acid groups in which sodium silicate group is replaced with sodium 5% aqueous solution by adding 900 g of ion exchange water to 100 g of No. 3 sodium silicate (manufactured by Tosoh Sangyo Co., Ltd.) 500 g) was added and stirred slowly for 30 minutes. After confirming that the pH of the solution was 3.8, the ion exchange resin was separated to obtain a colorless and transparent aqueous solution of active silicic acid (A) having a non-volatile component of 4.3%. Immediately, 500 g of this aqueous solution of active silicic acid (A) was weighed in a container equipped with a stirrer and a condenser, and while stirring, the silane coupling agent KBE-503 (3-methacryloxypropyltriethoxysilane, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 21 0.5 g was added and stirred at 20 ° C. for 2 hours to obtain a white precipitate. After the formation of the precipitate, the mixture was further stirred for 1 hour, and the precipitate was filtered and dried to synthesize organic-inorganic hybrid particles (C-2). 30 g of the obtained organic-inorganic hybrid particles (C-2) were dissolved in 70 g of methyl ethyl ketone to obtain a reactive silica solution in which the heating residue was adjusted to 30%. When this silica was observed with an electron microscope, it was found to be a substantially uniform particle having a particle size of about 180 nm.
The molar ratio of activated silicic acid to silane coupling agent is about 1: 1, and the mass ratio is 1: 1. Please add.

[合成例3]有機無機ハイブリッド粒子C−3の調製
コロイダルシリカIPA−ST(日産化学工業社製)700gにシランカップリング剤KBE−503(3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、信越化学工業社製)を90g、アルコキシオリゴマー用触媒DX−9740(信越化学工業社製)3g、水10g、イソプロピルアルコール200gを加え、70℃で5時間攪拌しハイブリッド粒子C−3の分散液を得た。
[Synthesis Example 3] Preparation of organic / inorganic hybrid particle C-3 Colloidal silica IPA-ST (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) 700 g and silane coupling agent KBE-503 (3-methacryloxypropyltriethoxysilane, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) ) 90 g, 3 g of alkoxy oligomer catalyst DX-9740 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 10 g of water and 200 g of isopropyl alcohol were added and stirred at 70 ° C. for 5 hours to obtain a dispersion of hybrid particles C-3.

[合成例4]紫外線硬化型アクリルウレタンポリマーAUの合成
(アクリルポリマーA−1の合成)
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、メチルイソブチルケトン(MIBK)300gを仕込み、窒素気流下で110℃まで昇温し、メタクリル酸メチル440g、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル60g、アゾビスイソブチロニトリル3gの混合溶液を滴下ロートに仕込み、その混合物を2時間かけて等速で滴下した。次いでアゾビスイソブチロニトリル2gとメチルイソブチルケトン100gを滴下ロートに仕込み2時間かけて等速に滴下した。その後、3時間エージングしメチルエチルケトン(MEK)100gで希釈し水酸基含有のアクリルポリマー(A−1)を合成した。得られたポリマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で126000であり、加熱残分は50.1%であった。
[Synthesis Example 4] Synthesis of UV-curable acrylic urethane polymer AU (Synthesis of acrylic polymer A-1)
A flask equipped with a stirrer, a dropping funnel, a condenser and a thermometer was charged with 300 g of methyl isobutyl ketone (MIBK), heated to 110 ° C. under a nitrogen stream, 440 g of methyl methacrylate, 60 g of 2-hydroxyethyl methacrylate, A mixed solution of 3 g of azobisisobutyronitrile was charged into a dropping funnel, and the mixture was added dropwise at a constant rate over 2 hours. Next, 2 g of azobisisobutyronitrile and 100 g of methyl isobutyl ketone were charged into the dropping funnel and dropped at a constant speed over 2 hours. Thereafter, the mixture was aged for 3 hours and diluted with 100 g of methyl ethyl ketone (MEK) to synthesize a hydroxyl group-containing acrylic polymer (A-1). As a result of measuring the molecular weight of the obtained polymer, the weight average molecular weight was 126000, and the heating residue was 50.1%.

(アクリルウレタンオリゴマーB−1の合成)
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、メチルイソブチルケトン100gイソホロンジイソシアネート(IPDI)318gメトキノン0.5g、ジオクチルスズ0.05gを仕込み窒素と酸素の混合気流化で80℃まで昇温しアクリル酸2-ヒドロキシエチル182gを3時間かけて等速に滴下した。その後80℃で5時間エージングしNCO%が6〜8%の時点で反応終了。メチルイソブチルケトン400gで希釈し、片末端がイソシアネート基でもう一方の片末端がアクリル基のアクリルウレタンオリゴマー(B−1)を合成した。得られたオリゴマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で約400であり、加熱残分は50.1%であった。
(Synthesis of acrylic urethane oligomer B-1)
A flask equipped with a stirrer, dropping funnel, condenser and thermometer was charged with 100 g of methyl isobutyl ketone, 318 g of isophorone diisocyanate (IPDI), 0.5 g of methoquinone and 0.05 g of dioctyltin, and the mixture was heated to 80 ° C. by mixing with nitrogen and oxygen Warmed and 182 g of 2-hydroxyethyl acrylate was added dropwise at a constant rate over 3 hours. Thereafter, aging was performed at 80 ° C. for 5 hours, and the reaction was completed when NCO% was 6 to 8%. Diluted with 400 g of methyl isobutyl ketone to synthesize an acrylic urethane oligomer (B-1) having an isocyanate group at one end and an acrylic group at the other end. As a result of measuring the molecular weight of the obtained oligomer, the weight average molecular weight was about 400, and the heating residue was 50.1%.

(アクリルウレタンオリゴマーC−1の合成)
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、メチルイソブチルケトン300g三菱化学社製PTMG650を311gとヘキサメチレンジイソアネート139g、ジオクチルスズ0.05gを仕込み窒素と酸素の混合気流化で80℃まで昇温しそのまま5時間反応させNCO%6.2の両末端イソシアネート基含有ウレタンオリゴマーを得た。次いでメトキノン0.5g、アクリル酸2−ヒドロキシエチルを50g添加しさらに3時間反応させた後、メチルイソブチルケトン200gにて希釈し片末端がイソシアネート基でもう一方の片末端がアクリル基のアクリルウレタンポリマー(C−1)を合成した。得られたポリマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で約7300であり加熱残分は50.2%であった。
(Synthesis of acrylic urethane oligomer C-1)
A flask equipped with a stirrer, a dropping funnel, a condenser tube and a thermometer was charged with 300 g of methyl isobutyl ketone, 311 g of PTMG650 manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., 139 g of hexamethylene diisoanate, and 0.05 g of dioctyltin. The temperature was raised to 80 ° C. and the reaction was allowed to proceed for 5 hours to obtain a urethane oligomer containing NCO% 6.2 at both terminal isocyanate groups. Next, 0.5 g of methoquinone and 50 g of 2-hydroxyethyl acrylate were added and reacted for another 3 hours, then diluted with 200 g of methyl isobutyl ketone, and one end was an isocyanate group and the other end was an acrylic urethane polymer. (C-1) was synthesized. As a result of measuring the molecular weight of the obtained polymer, the weight average molecular weight was about 7300, and the heating residue was 50.2%.

(紫外線硬化型アクリルウレタンポリマーAUの合成)
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、水酸基含有アクリルポリマー(A−1)を700g、アクリルウレタンオリゴマー(B−1)150g、アクリルウレタンポリマー(C−1)150g、メトキノン0.5g、ジオクチルスズ0.05gを仕込み窒素と酸素の混合気流下で80℃まで昇温し8時間反応させた。FT−IRにてイソシアネート基のピークが消失したことを確認し、プロピレングリコールモノメチルエーテル650gで希釈し反応終了。紫外線硬化型アクリルウレタンポリマー(AU)を合成した。得られたポリマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で178000であり、加熱残分が30.3%%であった
(Synthesis of UV curable acrylic urethane polymer AU)
In a flask equipped with a stirrer, a dropping funnel, a condenser tube and a thermometer, 700 g of a hydroxyl group-containing acrylic polymer (A-1), 150 g of an acrylic urethane oligomer (B-1), 150 g of an acrylic urethane polymer (C-1), and methoquinone 0 0.5 g and dioctyltin 0.05 g were charged, and the temperature was raised to 80 ° C. in a mixed air stream of nitrogen and oxygen, followed by reaction for 8 hours. After confirming the disappearance of the isocyanate group peak by FT-IR, the reaction was completed by diluting with 650 g of propylene glycol monomethyl ether. An ultraviolet curable acrylic urethane polymer (AU) was synthesized. As a result of measuring the molecular weight of the obtained polymer, the weight average molecular weight was 178,000, and the heating residue was 30.3%.

[実施例1]
有機無機ハイブリッド粒子C−1の分散液300gを、攪拌しながらDPHA10gを徐々に加え、10分間攪拌しDPHAが溶解したことを確認した後、イルガキュア184を3g加え、さらに10分間攪拌した。次いでアドバンテック社製フィルターペーパーNo2にて濾過を行い、コーティング用組成物を調整した。
[Example 1]
While stirring 300 g of the dispersion liquid of organic / inorganic hybrid particles C-1, 10 g of DPHA was gradually added and stirred for 10 minutes to confirm that DPHA was dissolved. Then, 3 g of Irgacure 184 was added and further stirred for 10 minutes. Subsequently, it filtered with the filter paper No2 by Advantech, and prepared the composition for coating.

[実施例2〜7並びに比較例1〜5]
以下の表1及び2に記載する組成にした他は、実施例1に記載する手順と同様にしてコーティング用組成物を調製した。

Figure 2015203114

Figure 2015203114
[Examples 2-7 and Comparative Examples 1-5]
A coating composition was prepared in the same manner as in the procedure described in Example 1 except that the compositions described in Tables 1 and 2 below were used.
Figure 2015203114

Figure 2015203114

[評価]
得られた各組成物について、以下の評価を行った。
[Evaluation]
The following evaluation was performed about each obtained composition.

(紫外線硬化後の伸び率)
PETフィルムに各組成物をバーコーターで乾燥膜厚が2μmとなるように塗工し、80℃で1分間乾燥後、紫外線を1000mJ/cm照射して試験片を作製した。試験片を引張試験機(インストロン社製 5960シリーズ)にてJIS7161に従って引張速度2mm/minで伸び率を測定した。伸び率=(伸びた長さ)/元の長さ×100
(Elongation after UV curing)
Each composition was applied to a PET film with a bar coater so that the dry film thickness was 2 μm, dried at 80 ° C. for 1 minute, and then irradiated with ultraviolet rays of 1000 mJ / cm 2 to prepare test pieces. The elongation of the test piece was measured at a tensile speed of 2 mm / min according to JIS 7161 using a tensile tester (Instron 5960 series). Elongation rate = (stretched length) / original length x 100

(熱硬化後の耐擦傷性、耐スチールウール性)
PETフィルムに各組成物をバーコーターで乾燥膜厚が、2μmとなるように塗工し、80℃で1分間乾燥後、紫外線を1000mJ/cm照射し、次いで160℃で1分間加熱し試験用被膜を得た。試験用被膜をスチールウール#0000を用い500g荷重で100回ラビングし、目視にて傷の入った数を確認した。
評価基準:
◎ 傷なし
○ 傷5本以内
△ 傷15本以内
× 傷30本以内
×× 傷30本以上
(Scratch resistance after heat curing, steel wool resistance)
Each composition was coated on a PET film with a bar coater so that the dry film thickness was 2 μm, dried at 80 ° C. for 1 minute, irradiated with 1000 mJ / cm 2 of ultraviolet light, and then heated at 160 ° C. for 1 minute for testing. A coating was obtained. The test film was rubbed 100 times with a 500 g load using steel wool # 0000, and the number of scratches was confirmed visually.
Evaluation criteria:
◎ No scratch ○ Within 5 scratches △ Within 15 scratches × Within 30 scratches ×× More than 30 scratches

(紫外線硬化後の鉛筆硬度の評価)
ガラス板に各組成物を乾燥塗膜の膜厚が2μmとなるようにバーコーターで塗膜を形成し、80℃で1分間乾燥後、紫外線を1000mJ/cm照射し、試験用塗膜を得た。この試験用被膜を、JIS5600−5−4に従って6Bから9Hの鉛筆を用いて硬度を評価した。
(Evaluation of pencil hardness after UV curing)
Each composition is formed on a glass plate with a bar coater so that the film thickness of the dried coating film is 2 μm, dried at 80 ° C. for 1 minute, and then irradiated with ultraviolet rays of 1000 mJ / cm 2 to form a test coating film. Obtained. The hardness of this test coating was evaluated using a 6B to 9H pencil according to JIS 5600-5-4.

(熱硬化後の鉛筆硬度の評価)
ガラス板に各組成物を乾燥塗膜の膜厚が2μmとなるようにバーコーターで塗膜を形成し、80℃で1分間乾燥後、紫外線を1000mJ/cm照射し、その後160℃で1分間過熱し試験用塗膜を得た。この試験用被膜を、JIS5600−5−4に従って6Bから9Hの鉛筆を用いて硬度を評価した。
(Evaluation of pencil hardness after heat curing)
Each composition is formed on a glass plate with a bar coater so that the film thickness of the dried coating film becomes 2 μm, dried at 80 ° C. for 1 minute, irradiated with ultraviolet rays of 1000 mJ / cm 2 , and then 1 at 160 ° C. A test coating was obtained by heating for a minute. The hardness of this test coating was evaluated using a 6B to 9H pencil according to JIS 5600-5-4.

(熱硬化後の塗膜外観の評価)
ガラス板に各組成物を乾燥塗膜の膜厚が2μmとなるようにバーコーターで被膜を形成し、80℃で1分間乾燥後、紫外線照射機を用いて1000mJ/cmの紫外線を照射し、その後160℃で1分間加熱し、25℃で1日養生し塗膜の濁りを目視で確認した。
評価基準
◎:透明性があり、光沢がある
○:透明性はあるが光沢がやや劣る
△:やや濁りがある光沢がやや劣る
×:濁りがあり光沢が劣る
××:にごりが強く光沢がまったく無い
(Evaluation of coating film appearance after thermosetting)
Each composition is formed on a glass plate with a bar coater so that the film thickness of the dried coating film is 2 μm, dried at 80 ° C. for 1 minute, and then irradiated with 1000 mJ / cm 2 of ultraviolet rays using an ultraviolet irradiator. Then, the mixture was heated at 160 ° C. for 1 minute, cured at 25 ° C. for 1 day, and the turbidity of the coating film was visually confirmed.
Evaluation criteria ◎: Transparent and glossy ○: Transparent but gloss is slightly inferior △: Slightly cloudy gloss is slightly inferior ×: Turbidity and gloss is inferior ××: Heavy fog and strong gloss No

(熱硬化後の基材密着性の評価)
各実施例及び比較例で得られた組成物を、PETフィルム、ポリカーボネート(PC)、アクリル、ABS及びポリスチレン(PS)の各基材に、乾燥塗膜が4μmとなるように被膜を形成し、80℃で1分間乾燥後、紫外線照射機を用いて1000mJ/cmの紫外線を照射した。その後160℃で1分間加熱し、25℃で1日養生した。得られた試験片について、1mm×1mmの100個の碁盤目による粘着テープ剥離テストを行い、基材に残った碁盤目の数で評価した。
評価基準
◎:100個
○:90〜99個
△:80〜89個
×:70〜79個
××:69個以下
(Evaluation of substrate adhesion after thermosetting)
The composition obtained in each Example and Comparative Example was formed on each substrate of PET film, polycarbonate (PC), acrylic, ABS and polystyrene (PS) so that the dry coating film was 4 μm, After drying at 80 ° C. for 1 minute, 1000 mJ / cm 2 ultraviolet rays were irradiated using an ultraviolet irradiator. Then, it heated at 160 degreeC for 1 minute, and cured at 25 degreeC for 1 day. About the obtained test piece, the adhesive tape peeling test by 100 grids of 1 mm x 1 mm was performed, and it evaluated by the number of grids remaining on the base material.
Evaluation criteria ◎: 100 pieces ○: 90 to 99 pieces Δ: 80 to 89 pieces ×: 70 to 79 pieces XX: 69 pieces or less

[評価結果]
各組成物で得られた被膜の各試験における評価結果をまとめて表3及び4に示す。

Figure 2015203114

Figure 2015203114
[Evaluation results]
Tables 3 and 4 collectively show the evaluation results in the respective tests of the coating films obtained with the respective compositions.
Figure 2015203114

Figure 2015203114

上記の通り、実施例1の組成物においては、紫外線硬化型アクリルウレタンポリマーAUを含まず、ハイブリッド粒子を多く含むが、被膜が透明であり、良好な外観の被膜が得られ、基材密着性も良好であった。シリカ分が多いにもかかわらず、このような特性が得られた理由としては、有機成分と無機成分が混在するハイブリッド粒子の構造によるものと考えられる。すなわち、粒子(c−1)は、水ガラスから得られる低分子の活性ケイ酸と紫外線硬化が可能なアルコキシシラン化合物との縮合反応により得られるため粒子内部も有機と無機の成分が混在する構造となっており、これが被膜の透明性及び機材密着性に寄与しているものと考えられる。一方、比較例3の組成物は、粒子(c−1)に代え、コロイダルシリカに同じシランカップリング剤で変性したハイブリッド粒子(c−3)を配合した組成物であるが、被膜の透明性が低下し、基材への密着性も不良となった。コロイダルシリカをシランカップリング剤で変性した場合、粒子の内部が無機で外部が有機と二重構造となることやコロイダルシリカの活性が低いため表面に変性できる有機分が少なく十分な造膜性を得ることができないためと考えられる。
実施例2の組成物は、ハイブリッド粒子(c−1)と共に、紫外線硬化型アクリルウレタンポリマーを含有し、実施例1の組成物で形成された被膜に比べ、基材密着性及び柔軟性が向上している。また、硬度及び耐擦傷性は実施例1の組成物で形成された被膜に比べると若干低下しているが、依然高いレベルで維持されることを確認できた。一方、比較例1及び2の組成物は、粒子(c−1)に代え、コロイダルシリカ及びコロイダルシリカをシランカップリング剤で変性したハイブリッド粒子(c−3)を配合した組成物であるが、被膜の透明性及び基材への密着性は比較的良好であったが耐擦傷性は低く、無機成分の配合による改善が殆ど又は全く見られなかった。ハイブリッド粒子(c−1)は粒子内に活性なシラノール基を多く含有する。このため紫外線照射後に加熱処理をすることでシラノール基の縮合反応が起こり、架橋密度が増加し、これが耐擦傷性の顕著な向上をもたらすものと考えられる。一方、コロイダルシリカは活性なシラノール基を有しておらず、コロイダルシリカをシランカップリング剤で変性したハイブリッド粒子(C−3)は、シランカップリング剤から持ち込まれる活性なシラノール基を有するのみであり、その多くはコロイダルシリカの変性のため消費される。このため、コロイダルシリカ(IPA−ST)を含む比較例2の組成物で形成された被膜では耐擦傷性の向上はまったく見られず、ハイブリッド粒子(C−3)を含む比較例1の組成物で形成された被膜では耐擦傷性のわずかな向上認められるのみであったと解される。
実施例3の組成物は、無機成分が多く粒子径が大きなハイブリッド粒子(c−2)を含むが、得られた被膜は良好な塗膜外観及び基材密着性を有していた。また、被膜の耐擦傷性及び硬度も高いレベルであった。このような特性も、粒子が有機及び無機成分が混在する構造を持つためと思われる。
実施例4の組成物は、ハイブリッド粒子(C−1)に代え、粒子径の異なる2種類のハイブリッド粒子(C−1)及び(C−2)を含む以外は実施例2の組成物と同様であるが、実施例2の組成物で得られた被膜よりも硬度の向上が確認できた。同一の粒子径を用いるよりも、2つ以上の粒子径の反応性シリカを用いた方が、結果的に塗膜中のシリカの分布が均一になりDPHA等との共重合成が向上するためと思われる。
実施例5の組成物と、比較例4の組成物は、それぞれ、ハイブリッド粒子(C−1)とハイブリッド粒子(C−3)を含む点以外は、両者とも同じ組成である。ハイブリッド粒子(C−1)を含む実施例5の組成物で得られた被膜は、ハイブリッド粒子(C−3)を含む比較例4の組成物で得られた被膜よりも良好な柔軟性を有する結果となった。反応性シリカ(c−1)は無機成分と有機成分が混在する構造でありハイブリッド粒子(c−1)自体の柔軟性が高いが、コロイダルシリカ粒子の表面をシランカップリング剤で変性したハイブリッド粒子(c−3)では柔軟性が得られなかったためと思われる。
実施例6の組成物は、多官能オリゴマーであるDPHAを多く含有するが、紫外線照射時の硬化反応でひずみが少なく良好な耐擦傷性、硬度及び基材密着性を維持している。これに対し比較例5においては、耐擦傷性や硬度が低下している。実施例6の組成物で得られた被膜の特性はハイブリッド粒子(c−1)に含まれるシラノール基の縮合反応による効果と思われる。
実施例7の組成物は、ハイブリッド粒子(c−1)を含むが、紫外線硬化型アクリルウレタンポリマー及びDPHAを含ない。この組成物で形成された被膜は、ハイブリッド粒子(c−1)のみで膜が形成されているが、塗膜外観と基材密着性が良好な結果となった。ハイブリッド粒子(c−1)は、pH3.8の活性ケイ酸(A)の水溶液を調製後直ちにアルコキシシラン化合物(B)を加えて調製しており、活性ケイ酸(A)とアルコキシシラン化合物(B)の加水分解物が速やかに反応してハイブリッド粒子(c−1)が形成されたものと解される。この結果、ケイ酸構造単位が小さく有機成分と無機成分が局在化せず均一に混在する構造の粒子が形成されていると考えられ、上記の特性はこのような構造によると考えられる。
紫外線硬化後と熱硬化後の被膜について行った鉛筆硬度試験において、シリカ(C−1)又は(C−2)を用いた実施例1〜7の組成物で得られた被膜は、紫外線硬化後に比べて加熱後でいずれも大幅に硬度が高くなった。これは、紫外線硬化後も活性なシラノール基が多く存在するため、加熱によりシラノール基の縮合反応が起り、これが粒子内及び粒子間の架橋を増加させたためと考えられる。一方、コロイダルシリカ又はこれを重合性アルコキシシランで変性したシリカ(C−3)を含む比較例1〜5の組成物では加熱後の硬度はまったく変化しないか又はわずかなに高くなった。これは、シラノール基が存在しないか、存在していてもごく僅かで、加熱処理で硬度を上げるために十分な量ではないことを示している。
As described above, the composition of Example 1 does not contain the ultraviolet curable acrylic urethane polymer AU and contains a lot of hybrid particles, but the coating is transparent, and a coating with a good appearance is obtained. Was also good. The reason why such characteristics are obtained despite the high silica content is thought to be due to the structure of hybrid particles in which organic and inorganic components are mixed. That is, since the particle (c-1) is obtained by a condensation reaction between a low-molecular active silicic acid obtained from water glass and an alkoxysilane compound capable of ultraviolet curing, a structure in which organic and inorganic components are mixed inside the particle. This is considered to contribute to the transparency of the film and the adhesion to the equipment. On the other hand, the composition of Comparative Example 3 is a composition in which hybrid particles (c-3) modified with the same silane coupling agent are blended into colloidal silica instead of the particles (c-1). As a result, the adhesion to the substrate was poor. When colloidal silica is modified with a silane coupling agent, the inside of the particle is inorganic and the outside has a dual structure with organic, and the activity of colloidal silica is low, so there is little organic content that can be modified on the surface, and sufficient film-forming properties are achieved. It is thought that it cannot be obtained.
The composition of Example 2 contains the ultraviolet curable acrylic urethane polymer together with the hybrid particles (c-1), and the substrate adhesion and flexibility are improved as compared with the film formed of the composition of Example 1. doing. Further, although the hardness and scratch resistance were slightly lowered as compared with the film formed from the composition of Example 1, it was confirmed that it was still maintained at a high level. On the other hand, the compositions of Comparative Examples 1 and 2 are compositions in which colloidal silica and hybrid particles (c-3) obtained by modifying colloidal silica with a silane coupling agent are blended in place of particles (c-1). The transparency of the coating and the adhesion to the substrate were relatively good, but the scratch resistance was low, and there was little or no improvement due to the blending of the inorganic components. The hybrid particle (c-1) contains many active silanol groups in the particle. For this reason, it is considered that the heat treatment after the ultraviolet irradiation causes a silanol group condensation reaction to increase the crosslink density, which leads to a significant improvement in scratch resistance. On the other hand, colloidal silica does not have an active silanol group, and hybrid particles (C-3) obtained by modifying colloidal silica with a silane coupling agent only have an active silanol group brought in from the silane coupling agent. And many of them are consumed due to the modification of colloidal silica. For this reason, in the film formed with the composition of Comparative Example 2 containing colloidal silica (IPA-ST), no improvement in scratch resistance was observed, and the composition of Comparative Example 1 containing hybrid particles (C-3) It is understood that only a slight improvement in the scratch resistance was observed in the film formed in (1).
The composition of Example 3 contained hybrid particles (c-2) having many inorganic components and a large particle size, but the obtained coating had good coating appearance and substrate adhesion. Moreover, the scratch resistance and hardness of the coating were also at a high level. Such characteristics are also attributed to the fact that the particles have a structure in which organic and inorganic components are mixed.
The composition of Example 4 is the same as the composition of Example 2 except that instead of the hybrid particles (C-1), two types of hybrid particles (C-1) and (C-2) having different particle diameters are included. However, it was confirmed that the hardness was improved as compared with the film obtained with the composition of Example 2. Rather than using the same particle size, the use of reactive silica having two or more particle sizes results in a more uniform distribution of silica in the coating film, which improves co-polymerization with DPHA and the like. I think that the.
The composition of Example 5 and the composition of Comparative Example 4 are both the same composition except that they each contain hybrid particles (C-1) and hybrid particles (C-3). The coating obtained with the composition of Example 5 containing the hybrid particles (C-1) has better flexibility than the coating obtained with the composition of Comparative Example 4 containing the hybrid particles (C-3). As a result. Reactive silica (c-1) has a structure in which an inorganic component and an organic component are mixed, and the hybrid particle (c-1) itself has high flexibility, but the surface of the colloidal silica particle is modified with a silane coupling agent. This is probably because flexibility was not obtained in (c-3).
The composition of Example 6 contains a large amount of DPHA, which is a polyfunctional oligomer, but maintains good scratch resistance, hardness, and substrate adhesion with little distortion due to the curing reaction during ultraviolet irradiation. On the other hand, in Comparative Example 5, scratch resistance and hardness are reduced. The characteristic of the film obtained with the composition of Example 6 seems to be an effect due to the condensation reaction of silanol groups contained in the hybrid particles (c-1).
The composition of Example 7 contains the hybrid particles (c-1) but does not contain the UV curable acrylic urethane polymer and DPHA. The film formed with this composition had a film formed only of the hybrid particles (c-1), but the coating film appearance and substrate adhesion were good. The hybrid particles (c-1) are prepared by adding an alkoxysilane compound (B) immediately after preparing an aqueous solution of active silicic acid (A) having a pH of 3.8, and the active silicic acid (A) and the alkoxysilane compound ( It is understood that the hydrolyzate of B) reacted rapidly to form hybrid particles (c-1). As a result, it is considered that particles having a structure in which the silicic acid structural unit is small and the organic component and the inorganic component are not localized and are uniformly mixed are formed, and the above characteristics are considered to be due to such a structure.
In the pencil hardness test performed on the film after UV curing and heat curing, the film obtained with the composition of Examples 1 to 7 using silica (C-1) or (C-2) was cured after UV curing. In comparison, the hardness was significantly higher after heating. This is presumably because there are many active silanol groups even after UV curing, so that the condensation reaction of silanol groups occurred by heating, which increased cross-linking within and between particles. On the other hand, in the compositions of Comparative Examples 1 to 5 containing colloidal silica or silica (C-3) modified with polymerizable alkoxysilane, the hardness after heating was not changed at all or slightly increased. This indicates that silanol groups are not present or very little if present, and are not sufficient to increase the hardness by heat treatment.

Claims (15)

下記式(1)
Figure 2015203114

[式中、aは、1〜5の整数であり、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、O−、O、OH、又はONaであるか、或いはR1及びR2、又はR3及びR4は、1つのOである]のケイ酸構造単位と、
下記式(2)
Figure 2015203114

[式(2)中、R乃至Rの1つ又は2つは、それぞれ独立に、ビニル基、ビニル基含有アルキル基、アクリロイルアルキル基、メタアクリロイルアルキル基、アクリロイルオキシアルキル基、メタアクリロイルオキシアルキル基、又はメルカプトアルキル基であり、これらの基中のアルキル基は炭素数2〜10であり、
乃至Rのその他の部分は、単結合、H、OH、O−、アルキル基、又はアルコキシル基である]の重合性ケイ素化合物残基とを有し、
式(1)中、R、R、R及びR一部は、O−であり、式(2)のSiと結合し、R、R、R及びRのその他の部分の少なくとも1つは、O、又はOHであり、R、R、R及びRのその他の部分の少なくとも1つは、場合によってはO−であり、他のケイ酸構造単位のSiに結合してもよく、
式(2)の重合性ケイ素化合物残基のR乃至Rの1つ又は2つは、場合によってはO−であり、ケイ酸構造単位又は他の重合性ケイ素化合物残基のSiに結合することがあり、
式(1)に示す活性ケイ酸構造単位は1〜20であり、式(2)に示す重合性ケイ素化合物残基は1〜200である、有機無機ハイブリッド粒子。
Following formula (1)
Figure 2015203114

[Wherein, a is an integer of 1 to 5, and R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently O−, O , OH, or O Na + , Or R 1 and R 2 , or R 3 and R 4 are one O]
Following formula (2)
Figure 2015203114

[In the formula (2), one or two of R 5 to R 7 are each independently a vinyl group, a vinyl group-containing alkyl group, an acryloylalkyl group, a methacryloylalkyl group, an acryloyloxyalkyl group, or a methacryloyloxy group. An alkyl group or a mercaptoalkyl group, and the alkyl group in these groups has 2 to 10 carbon atoms,
The other part of R 5 to R 7 is a single bond, H, OH, O—, an alkyl group, or an alkoxyl group], and a polymerizable silicon compound residue of
In the formula (1), a part of R 1, R 2, R 3 and R 4 are O-, bonded to Si of the formula (2), R 1, R 2, R 3 and R 4 other At least one of the moieties is O , or OH, and at least one of the other moieties of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is optionally O— and other silicate structures It may be bonded to the unit Si,
One or two of R 5 to R 7 of the polymerizable silicon compound residue of the formula (2) is optionally O-, and is bonded to Si of the silicate structural unit or other polymerizable silicon compound residue. There is
The organic-inorganic hybrid particle | grains whose active silicic acid structural unit shown to Formula (1) is 1-20, and the polymerizable silicon compound residue shown to Formula (2) is 1-200.
前記ケイ酸構造単位数は1〜10であり、前記重合性ケイ素化合物残基は1〜100である、請求項1に記載の粒子。   2. The particle according to claim 1, wherein the number of silicic acid structural units is 1 to 10, and the polymerizable silicon compound residue is 1 to 100. 3. 前記ケイ酸構造単位1つに対して、前記重合性ケイ素化合物残基を1〜6有する、請求項1又は2に記載の粒子。   The particle | grains of Claim 1 or 2 which have the said polymerizable silicon compound residue 1-6 with respect to the said silicic acid structural unit. 式(2)中、Rは、H、CH、OH、OCH又はOCであり、Rは、OH、OCH又はOCであり、Rは、アクリロイルアルキル基、メタアクリロイルアルキル基、アクリロイルオキシアルキル基、メタアクリロイルオキシアルキル基、又はメルカプトアルキル基(SH)である、請求項1〜3の何れか1項に記載の粒子。 In formula (2), R 5 is H, CH 3 , OH, OCH 3 or OC 2 H 5 , R 6 is OH, OCH 3 or OC 2 H 5 , and R 7 is an acryloylalkyl group. The particle according to any one of claims 1 to 3, which is a methacryloylalkyl group, an acryloyloxyalkyl group, a methacryloyloxyalkyl group, or a mercaptoalkyl group (SH). 粒子径が、1nm〜200nmである、請求項1〜4の何れか1項に記載の粒子。   The particle | grains in any one of Claims 1-4 whose particle diameter is 1 nm-200 nm. 前記ケイ酸構造単位1つに対して前記重合性ケイ素化合物残基を1〜3有し、粒子径が100nm〜200nmである、請求項1〜4の何れか1項に記載の粒子。   The particle | grains of any one of Claims 1-4 which have the said polymerizable silicon compound residue 1-3 with respect to the said silicic-acid structural unit, and have a particle diameter of 100 nm-200 nm. 前記ケイ酸構造単位1つに対して前記重合性ケイ素化合物残基を4〜10有し、粒子径が1nm〜100nmである、請求項1、2及び4の何れか1項に記載の粒子。   The particle | grains of any one of Claim 1, 2 and 4 which have the said polymerizable silicon compound residue 4-10 with respect to the said silicic-acid structural unit, and have a particle diameter of 1 nm-100 nm. 活性ケイ酸の水溶液に、ビニル基、アクリロイルアルキル基、メタアクリロイルアルキル基、アクリロイルオキシアルキル基、メタアクリロイルオキシアルキル基、及び/又はメルカプトアルキル基(SH)を有する重合性アルコキシシラン化合物を加えて両化合物を縮合反応させる工程を含む、有機無機ハイブリッド粒子の製造方法。   A polymerizable alkoxysilane compound having a vinyl group, an acryloylalkyl group, a methacryloylalkyl group, an acryloyloxyalkyl group, a methacryloyloxyalkyl group, and / or a mercaptoalkyl group (SH) is added to an aqueous solution of activated silicic acid. A method for producing organic-inorganic hybrid particles, comprising a step of subjecting a compound to a condensation reaction. 前記活性ケイ酸の水溶液は、ケイ酸の金属塩の水溶液を、陽イオン交換樹脂で処理して金属イオンを除去することにより得られ、
該イオン交換処理後10時間より短い時間で、得られた活性ケイ酸の水溶液に、前記重合性アルコキシシラン化合物を加える、請求項8に記載の製造方法。
The aqueous solution of active silicic acid is obtained by treating an aqueous solution of a metal salt of silicic acid with a cation exchange resin to remove metal ions,
The production method according to claim 8, wherein the polymerizable alkoxysilane compound is added to the obtained aqueous solution of active silicic acid in a time shorter than 10 hours after the ion exchange treatment.
前記重合性アルコキシシラン化合物を、前記活性ケイ酸に対する該重合性アルコキシシラン化合物のモル比(活性ケイ酸:アルコキシシラン)で1:1〜1:20の割合で加える、請求項8又は9に記載の方法。   10. The polymerizable alkoxysilane compound is added at a molar ratio of the polymerizable alkoxysilane compound to the active silicic acid (active silicic acid: alkoxysilane) at a ratio of 1: 1 to 1:20. the method of. 前記重合性アルコキシシラン化合物を、前記活性ケイ酸に対する該重合性アルコキシシラン化合物のモル比(活性ケイ酸:アルコキシシラン)で1:5〜1:20の割合で、前記イオン交換処理後1時間以内に加える、請求項8〜10の何れか1項に記載の方法。   Within 1 hour after the ion exchange treatment, the polymerizable alkoxysilane compound is used in a molar ratio of the polymerizable alkoxysilane compound to the active silicic acid (active silicic acid: alkoxysilane) of 1: 5 to 1:20. The method according to any one of claims 8 to 10, which is added to the method. 前記重合性アルコキシシラン化合物をpH2以下の酸性溶液で加水分解した後に前記活性ケイ酸の水溶液に加えるか、或いは前記重合性アルコキシシラン化合物を前記活性ケイ酸のpH2以下の水溶液に加える、請求項11に記載の方法。   The hydrolyzable alkoxysilane compound is hydrolyzed with an acidic solution having a pH of 2 or less and then added to the aqueous solution of active silicic acid, or the polymerizable alkoxysilane compound is added to an aqueous solution of the active silicic acid having a pH of 2 or less. The method described in 1. 前記重合性アルコキシシラン化合物を、前記活性ケイ酸に対する該重合性アルコキシシランのモル比(活性ケイ酸:アルコキシシラン)で1:1〜1:4の割合で加える、請求項8〜10の何れか1項に記載の方法。   11. The polymerizable alkoxysilane compound according to any one of claims 8 to 10, wherein the polymerizable alkoxysilane compound is added at a molar ratio of the polymerizable alkoxysilane to the active silicic acid (active silicic acid: alkoxysilane) in a ratio of 1: 1 to 1: 4. 2. The method according to item 1. 前記重合性アルコキシシラン化合物を前記活性ケイ酸のpH3〜5の水溶液に加える、請求項13に記載の方法。   The method according to claim 13, wherein the polymerizable alkoxysilane compound is added to an aqueous solution of the activated silicic acid having a pH of 3 to 5. 請求項8〜14の何れか1項に記載の方法によって得られる有機無機ハイブリッド粒子。   Organic-inorganic hybrid particles obtained by the method according to any one of claims 8 to 14.
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