JP2016020489A - 活性エネルギー線硬化性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】 硬化時の低収縮性に優れ、耐傷性及び透明性に優れた光硬化物を形成する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を提供する。【解決手段】 そのホモポリマーのガラス転移温度が80℃以上であってウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体(A)と、そのホモポリマーのガラス転移温度が200℃以上であってウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B)と、ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)と光重合開始剤(D)とを含有する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。【選択図】 なし

Description

本発明は、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物に関する。更に詳しくは硬化収縮低減性、耐傷性及び透明性に優れたハードコート膜を与える活性エネルギー線硬化性樹脂組成物に関する。
従来、多官能(メタ)アクリレートは、塗料材料、光学材料、電子材料及び各種高分子の架橋剤等の種々の高分子材料の原料として幅広く用いられている。
これらの内、多官能(メタ)アクリレートを原料の一つとして用いるハードコート用樹脂組成物は、プラスチックフィルム等の基材に耐傷性を付与することを主目的とするものであり、耐傷性を向上させる検討は現在でも数多く行われている。耐傷性を向上させる主な方策としては、ハードコート膜の架橋密度の増大が挙げられる(例えば特許文献1、2参照)。
特公昭49− 22951号公報 特開昭56−135526号公報
しかしながら、プラスチックフィルム等の基材の厚みに制限がある中で、架橋密度を増大させると活性エネルギー線による硬化時にハードコート膜の体積収縮が起こり、その結果、基材フィルムがカールしたり、ハードコート膜にクラックが生じる等の問題が起こることから、架橋密度の増大だけでは限界があった。
本発明の目的は、硬化時の低収縮性に優れ、耐傷性及び透明性に優れた光硬化物を形成する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を提供することにある。
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
即ち本発明は、そのホモポリマーのガラス転移温度が80℃以上であってウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体(A)と、そのホモポリマーのガラス転移温度が200℃以上であってウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B)と、ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)と光重合開始剤(D)とを含有する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物;この樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して硬化させてなる光硬化物である。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、硬化時の低収縮性に優れ、前記組成物を硬化させてなる光硬化物は、耐傷性及び透明性に優れる。
本発明は、そのホモポリマーのガラス転移温度が80℃以上であってウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体(A)と、そのホモポリマーのガラス転移温度が200℃以上であってウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B)と、ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)と光重合開始剤(D)とを含有することを特徴とする活性エネルギー線硬化性樹脂組成物;並びにこの活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化してなる光硬化物である。
以下に、本発明を順次、説明する。
[ガラス転移温度が80℃以上でウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体(A)]
本発明のウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体(A)は、エチレン性不飽和基を1個有する化合物であり、そのホモポリマーのガラス転移温度(以下、Tgと略称することがある。)が80℃以上であり、かつ分子内にウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体である。
ここで、ホモポリマーのガラス転移温度とは、単一の対象となるモノマーのみを重合させて得られる硬化物のガラス転移温度を指す。
エチレン性不飽和基としては、アクリロイル基、メタクリロイル基及びビニルエーテル基等が挙げられ、アクリロイル基及びメタクリロイル基が好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物には、耐傷性を向上させ、硬化時の収縮を抑制する目的で、ウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体(A)が必須成分である。単官能エチレン性不飽和単量体(A)と多官能エチレン性不飽和単量体(B)がウレタン基を有している場合はその粘度が高すぎる傾向があり、含有量が多い場合は取り扱いが困難となるし、耐傷性や硬化収縮低減性に悪影響がある。
本発明の単官能エチレン性不飽和単量体(A)は、光硬化物の耐傷性の観点から、そのホモポリマーのTgは80℃以上が必要であり、好ましくは85〜190℃、更に好ましくは90〜185℃である。
(A)としては、炭素数4〜30の直鎖又は分岐のアルキル(メタ)アクリレートの内、そのホモポリマーのTgが80℃以上の化合物[メチル(メタ)アクリレート及びtert−ブチル(メタ)アクリレート等]、炭素数6〜20の脂環式骨格を有する(メタ)アクリレートの内、そのホモポリマーのTgが80℃以上の化合物[シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−t−シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート及びアダマンチル(メタ)アクリレート等]及び複素環式骨格を有する(メタ)アクリレートの内、そのホモポリマーのTgが80℃以上の化合物[4−(メタ)アクリロイルオキシメチル−2−シクロヘキシル−1,3−ジオキソラン等]等が挙げられる。
(A)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(A)のうち、光硬化物の耐傷性の観点から好ましいのは脂環式骨格を有する(メタ)アクリレートであり、更に好ましいのはイソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート及びアダマンチル(メタ)アクリレートである。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、そのホモポリマーのTgが80℃以上であり、ウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体(A)を必須成分として含有するが、必要により、ウレタン基を有しないが、そのホモポリマーのTgが80℃未満の単官能エチレン性不飽和単量体(A’)を任意成分として含有してもよい。
ホモポリマーのTgが80℃未満であってウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体(A’)としては、炭素数4〜30の直鎖又は分岐のアルキル(メタ)アクリレートで(A)以外の化合物[エチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート及びイソステアリル(メタ)アクリレート等]、炭素数5〜20の複素環式骨格を有する(メタ)アクリレートで(A)以外の化合物[テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート及び4−(メタ)アクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン等]、炭素数4〜15の芳香環を有する(メタ)アクリレート[フェノキシエチル(メタ)アクリレート等]、炭素数5〜15の水酸基を有する(メタ)アクリレート[ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート及び4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等]、数平均分子量(以下、Mnと略記)200〜2,000の水酸基を有する(メタ)アクリレート[ポリエチレングリコール(以下、PEGと略記することがある。)モノ(メタ)アクリレート、メトキシ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、メトキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート及びPEG−PPGブロックポリマーのモノ(メタ)アクリレート等];炭素数3〜15の(メタ)アクリルアミド誘導体[(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N’−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N’−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド及びN−ヒドロキシブチル(メタ)アクリルアミド等]及びアクリロイルモルフォリン等が挙げられる。
[そのホモポリマーのTgが200℃以上であってウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B)]
本発明のウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B)は、2個または3個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物であり、そのホモポリマーのTgが200℃以上であり、かつ分子内にウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体である。
エチレン性不飽和基としては、アクリロイル基、メタクリロイル基及びビニルエーテル基等が挙げられ、アクリロイル基及びメタクリロイル基が好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物には、耐傷性を向上させる目的で、ウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B)が必須成分である。
エチレン性不飽和単量体(B)がウレタン基を有している場合もその粘度が高すぎる傾向があり、含有量が多い場合は取り扱いが困難となるし、耐傷性や硬化収縮低減性に悪影響がある。
ウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B)のホモポリマーのTgは、光硬化物の耐傷性の観点から、200℃以上が必要であり、好ましくは205〜230℃、更に好ましくは210〜220℃である。
(B)としては、炭素数5〜30の直鎖又は分岐のアルキレングリコールジ、トリ、テトラ又はペンタ(メタ)アクリレートの内、そのホモポリマーのTgが200℃以上の化合物[ペンタエリスリトールトリ(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、トリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトールペンタ又はヘキサ(メタ)アクリレート等]、炭素数10〜30の脂環式骨格を有するジ(メタ)アクリレートの内、そのホモポリマーのTgが200℃以上の化合物[ジメチロール−トリシクロデカンジメタクリレート等]及び炭素数10〜40の芳香環を有するジ(メタ)アクリレートの内、そのホモポリマーのTgが200℃以上の化合物[ビスフェノキシフルオレンジ(メタ)アクリレート等]等が挙げられる。
(B)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(B)のうち、光硬化物の耐傷性の観点から好ましいのは、脂環式骨格を有するジ(メタ)アクリレート及び芳香環を有するジ(メタ)アクリレートであり、更に好ましいのはジメチロール−トリシクロデカンジメタクリレート及びビスフェノキシフルオレンジ(メタ)アクリレートである。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、そのホモポリマーのTgが200℃以上であり、ウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B)を必須成分として含有するが、必要によりウレタン基を有しないが、そのホモポリマーのTgが200℃未満の多官能エチレン性不飽和単量体(B’)を任意成分として含有してもよい。
そのホモポリマーのTgが200℃未満であり、ウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B’)としては、炭素数10〜25の直鎖又は分岐のアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートで(B)以外の化合物[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、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート及び2−n−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート等];Mn200〜2,000の水酸基を有するジ(メタ)アクリレートで(B)以外の化合物[PEGジ(メタ)アクリレート及びPPG(メタ)アクリレート等]及び炭素数10〜30の脂環式骨格を有するジアクリレートで(B)以外の化合物[ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート等]等が挙げられる。
[ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)]
ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)は、分子内に少なくとも1個のエチレン性不飽和基を有し、ウレタン基を有する単量体である。本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物に(C)を含有させることにより、光硬化物の耐傷性を更に向上させることができる。
ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)としては、ウレタン基を有する多官能エチレン性不飽和単量体(C1)及びウレタン基を有する単官能エチレン性不飽和単量体(C2)等が挙げられる。(C)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
ウレタン基を有する多官能エチレン性不飽和単量体(C1)は、ポリオール(α)、有機ポリイソシアネート(β)及び水酸基を有する(メタ)アクリレート(γ)から形成される不飽和単量体(C11)、有機ポリイソシアネート(β)及び水酸基を有する(メタ)アクリレート(γ)から形成される不飽和単量体(C12)等が挙げられる。
ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)の構成原料として使用できるポリオール(α)としては、脂肪族多価アルコールの炭素数2〜12のアルキレンオキサイド(以下、「アルキレンオキサイド」を「AO」と略記することがある。)付加物(α1)及び2価フェノール化合物の炭素数2〜6のAO付加物(α2)等が挙げられる。
脂肪族多価アルコールの炭素数2〜12のアルキレンオキサイド付加物(α1)に用いられる脂肪族多価アルコールとしては、炭素数2〜12の直鎖又は分岐の脂肪族2価アルコール[エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール及び1,10−ドデカンジオール等の直鎖アルコール;1,2−、1,3−又は2,3−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,5−ペンタンジオール及び3−メチル−1,5−ペンタンジオール等の分岐アルコール等];
炭素数6〜20の脂環式2価アルコール[1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロペンタンジオール、1,4−シクロヘプタンジオール、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン及び2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン等];
炭素数3〜20の3価アルコール[脂肪族トリオール(グリセリン及びトリメチロールプロパン等)等];
炭素数5〜20の4〜8価アルコール[脂肪族ポリオール(ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン及びジペンタエリスリトール等);
糖類(ショ糖、グルコース、マンノース、フルクトース、メチルグルコシド及びその誘導体)];等が挙げられる。
2価フェノール化合物の炭素数2〜6のAO付加物(α2)に用いられる2価フェノール化合物としては、単環フェノール(カテコール、レゾルシノール及びハイドロキノン等)、縮合多環フェノール(ジヒドロキシナフタレン等)及びビスフェノール化合物(ビスフェノールA、ビスフェノールF及びビスフェノールS等)等が挙げられる。
(α1)及び(α2)に用いられる炭素数2〜12のAOとしては、エチレンオキサイド(以下、EOと略記することがある。)、プロピレンオキサイド(以下、POと略記することがある。)、1,2−、2,3−又は1,3−ブチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、3−メチルテトラヒドロフラン、α−オレフィンオキサイド及びスチレンオキサイド等が挙げられ、AOの炭素数は、耐傷性の観点から、2〜4であることが好ましい。
(α1)及び(α2)におけるAOの付加モル数は、耐傷性の観点から、水酸基1個当たり1〜20モルが好ましく、2〜18がさらに好ましい。
(α1)の具体例としては、1,4−ブタンジオールのEO5モル付加物、1,6−ヘキサンジオールのPO5モル付加物、ネオペンチルグリコールのブチレンオキサイド5モル付加物、PEG、PPG及びポリオキシテトラメチレングリコール(以下、PTMGと略記)等が挙げられる。
(α2)の具体例としては、レゾルシノールのEO4モル付加物、ジヒドロキシナフタレンのPO4モル付加物及びビスフェノールA、ビスフェノールF又はビスフェノールSのEO2モル付加物等が挙げられる。
ポリオール(α)のうち、光硬化物の耐傷性の観点から好ましいのは(α1)であり、更に好ましいのはPEG、PPG及びPTMG、特に好ましいのはPPGである。
ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)の構成原料として用いられる有機ポリイソシアネート(β)としては、炭素数8〜18の脂環式ポリイソシアネート(β1)、炭素数8〜26の芳香族ポリイソシアネート(β2)、炭素数4〜22の脂肪族ポリイソシアネート(β3)及び炭素数10〜18の芳香脂肪族ポリイソシアネート(β4)等が挙げられる。(β)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用して用いてもよい。
炭素数8〜18の脂環式ポリイソシアネート(β1)としては、イソホロンジイソシアネート(以下、IPDIと略記)、2,4−又は2,6−メチルシクロヘキサンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート(以下、水添MDIと略記)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキシレン−1,2−ジカルボキシレート、2,5−又は2,6−ノルボルナンジイソシアネート及びダイマー酸ジイソシアネート等が挙げられる。
炭素数8〜26の芳香族ポリイソシアネート(β2)としては、1,3−又は1,4−フェニレンジイソシアネート2,4−又は2,6−トリレンジイソシアネート(以下、TDIと略記)、4, 4’−又は2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、MDIと略記)、m−又はp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5−ナフチレンジイソシアネート及びm−又はp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート等が挙げられる。
炭素数4〜22の脂肪族ポリイソシアネート(β3)としては、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、ノナメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−又は2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、2,6−ジイソシアナトエチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート及びトリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。
炭素数10〜18の芳香脂肪族ポリイソシアネート(β4)としては、m−又はp−キシリレンジイソシアネート及びα,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
これらの有機ポリイソシアネート(β)の内、光硬化物の耐傷性の観点から好ましいのは脂環式ポリイソシアネート(β1)であり、更に好ましいのはIPDI及び水添MDIであり、特に好ましいのは水添MDIである。
ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)の構成原料として用いられる水酸基を有する(メタ)アクリレート(γ)としては、(メタ)アクリル酸のアルキレンオキシド付加物(γ1)、(メタ)アクリル酸と3官能以上のポリオールとの反応生成物(γ2)、アクリル酸とジオール(Mn300〜5,000)との反応生成物等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸のアルキレンオキシド付加物(γ1)としては、(メタ)アクリル酸にエチレンオキシド、プロピレンオキシド及びブチレンオキシド等を付加した化合物が挙げられる。
なお、本明細書で「(メタ)アクリル酸」はアクリル酸とメタクリル酸を意味する。
(メタ)アクリル酸と3官能以上のポリオールとの反応生成物(γ2)としては、グリセリンモノ−又はジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンモノ−又はジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールモノ−、ジ−又はトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンモノ−、ジ−又はトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールモノ−、ジ−、トリ−、テトラ−又はペンタ(メタ)アクリレート及びこれらのAO付加物(水酸基1個あたりAO付加数1〜100)等が挙げられる。
これらの水酸基を有する(メタ)アクリレート(γ)のうち、硬化収縮低減性の観点からから好ましいのは、(γ1)である。
(メタ)アクリル酸のアルキレンオキシド付加物(γ1)のうち、光硬化物の耐傷性の観点からから好ましいのは、(メタ)アクリル酸のアルキレンオキシド1モル付加物である。
ウレタン基を有する単官能エチレン性不飽和単量体(C2)としては、水酸基を有する(メタ)アクリレート[2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート及び1、4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート等]と単官能イソシアネート(エチルイソシアネート、ブチルイソシアネート及びヘキシルイソシアネート等の脂肪族モノイソシアネート;シクロヘキシルイソシアネート等の脂環式モノイソシアネート;フェニルイソシアネート及びトリルイソシアネート等の芳香族モノイソシアネート等)の反応により得られる単官能ウレタン(メタ)アクリレート等が挙げられ、単官能ウレタン(メタ)アクリレートの市販品としては、Genomer1122(RAHN社製)等が挙げられる。
(C)のうち、耐傷性の観点から好ましいのは、ウレタン基を有する多官能エチレン性不飽和単量体(C1)であり、さらに好ましいのは有機ポリイソシアネート(β)及び水酸基を有する(メタ)アクリレート(γ)から形成される不飽和単量体(C11)である。
(C11)のうち、硬化収縮低減性の観点からから好ましいのは、ウレタン基を有する2官能のエチレン性不飽和単量体である。
ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)のウレタン基濃度は、光硬化物の耐傷性と硬化収縮低減性の観点から2.5〜5.0mmol/gであることが好ましく、更に好ましくは2.7〜4.9mmol/g、特に好ましくは2.9〜4.8mmol/gである。
ここで、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物中に2種以上の(C)を含む場合は、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物中に含まれるそれぞれの(C)の重量比率に基づいて、それぞれの成分のウレタン基濃度を加重平均し、その値を(C)のウレタン基濃度とする。
ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)のウレタン基濃度が下限より小さくなると、耐傷性が悪化する。一方、ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)のウレタン基濃度が上限より大きくなると、硬化収縮低減性が悪化する。
(C)の数平均分子量(以下、Mnと省略する場合がある。)は、光硬化物の耐傷性及び組成物の取り扱い性の観点から、好ましくは500〜5,000、更に好ましくは700〜2,000である。
本発明におけるMnは、例えばゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)装置としてHLC−8320GPC(東ソー(株)製)を使用し、テトラヒドロフラン溶媒で、TSK標準ポリスチレン[東ソー(株)製]を基準物質として、測定温度:40℃、カラム:Alliance(ウォーターズ製)で、解析ソフトとしてGPCワークステーションEcoSEC−WS[東ソー(株)製]を使用して測定される。
本発明におけるウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)は、水酸基を有する(メタ)アクリレート(γ)を、ポリオール(α)と有機ポリイソシアネート(β)の反応で得られたイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(δ)、または有機ポリイソシアネート(β)と反応させることにより得られる。
反応温度は、好ましくは50〜140℃、更に好ましくは60〜120℃である。
反応においては反応を促進させるため、必要により通常のウレタン化反応に使用されるウレタン化触媒を用いてもよい。ウレタン化触媒としては、金属化合物(有機ビスマス化合物、有機スズ化合物及び有機チタン化合物等)、3級アミン、アミジン化合物及び4級アンモニウム塩等が挙げられる。
ウレタン化触媒の使用量は、反応性及び(C)の透明性の観点から、(C)の重量に基づいて、好ましくは1重量%以下、更に好ましくは0.001〜0.5重量%、特に好ましくは、0.05〜0.2重量%である。
[光重合開始剤(D)]
光重合開始剤(D)としては、光重合反応で使われる光重合開始剤であれば特に限定されないが、例えば以下のものが使用できる。
ベンゾイン化合物[炭素数14〜18の化合物、例えばベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル及びベンゾインイソブチルエーテル];
アセトフェノン化合物〔炭素数8〜18の化合物、例えばアセトフェノン、2,2−ジエトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2,2−ジエトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1,1−ジクロロアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−フェニルプロパン−1−オン、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン及び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〕;
アントラキノン化合物[炭素数14〜19の化合物、例えば2−エチルアントラキノン、2−t−ブチルアントラキノン、2−クロロアントラキノン及び2−アミルアントラキノン];
チオキサントン化合物[炭素数13〜17の化合物、例えば2,4−ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン及び2−クロロチオキサントン];
ケタール化合物[炭素数16〜17の化合物、例えばアセトフェノンジメチルケタール及びベンジルジメチルケタール];
ベンゾフェノン化合物[炭素数13〜21の化合物、例えばベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド及び4,4’−ビスメチルアミノベンゾフェノン];
ホスフィンオキシド[炭素数22〜28の化合物、例えば1,3,5−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビス−(2、6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキシド及びビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキシド];
及びこれらの混合物等が挙げられる。
これらの(D)は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記(D)のうち、光硬化時の反応率の観点から好ましいのは、ホスフィンオキシドであり、特に好ましいのはビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキシドである。
活性エネルギー線硬化性樹脂組成物中の(A)、(B)、(C)及び(D)の各含有量は、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の重量に基づいて、(A)は光硬化物の耐傷性及び組成物の硬化収縮低減性の観点から好ましくは50〜90重量%、更に好ましくは55〜85重量%である。
(B)は光硬化物の耐傷性及び組成物の硬化収縮低減性の観点から好ましくは3〜25重量%、更に好ましくは4〜20重量%である。
(C)は光硬化物の耐傷性及び組成物の硬化収縮低減性の観点から好ましくは5〜35重量%、更に好ましくは8〜30重量%である。
(D)は光硬化速度及び光硬化物の機械物性の観点から好ましくは0.1〜10重量%、更に好ましくは0.3〜8重量%である。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の光硬化物のTgは、光硬化物の耐傷性と硬化収縮低減性の観点から好ましくは91〜200℃、更に好ましくは95〜190℃、特に好ましくは100〜180℃である。
光硬化物のTgが下限より小さくなると、耐傷性が悪化する。一方、光硬化物のTgが上限より大きくなると、硬化収縮低減性が悪化する。
光硬化物のTgは、樹脂組成物を構成する(A)、(B)、(C)及び(D)の各成分の種類、含有量を選択することにより、上記範囲に調整することができる。
活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の光硬化物のガラス転移温度(下記の関係式ではT(℃)で表す)は、下記の関係式(1)を満足することが好ましい。
T≦−20×U+280 (1)
関係式(1)中のUは、ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)のウレタン基濃度(mmol/g)を表す。但し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物中に2種以上の(C)を含む場合は 活性エネルギー線硬化性樹脂組成物中に含まれるそれぞれの(C)の重量比率に基づいて、それぞれの成分のウレタン基濃度を加重平均し、その値をUとする。
関係式(1)の右辺の数値が、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の光硬化物のガラス転移温度(T)より小さければ、硬化時に分子が一定の自由度を保てるため、応力緩和により硬化収縮を抑制しつつ、ウレタン結合の同士の配向が容易となり、ウレタン結合の相互作用による耐傷性向上効果が大きくなる。
一方、関係式(1)の右辺の数値が、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の光硬化物のガラス転移温度(T)より大きければ、耐傷性は悪化する。
本発明における光硬化物のTgは、以下の方法で測定することができる。
(1)試験片の作製方法
ガラス板[商品名「GLASS PLATE」、アズワン(株)製、200mm×200mm×厚さ5mm]の上面四辺に厚さ1mmのスペーサーを配し、10cm×10cmの正方形に仕切る。正方形内に樹脂組成物を注型した後、同様の別のガラス板を重ねて載せる。紫外線照射装置[型番「VPS/I600」、フュージョンUVシステムズ(株)製]により、紫外線を1000mJ/cm照射した後、光硬化物をガラス板から離型し、カッターで幅5mm、長さ40mmの形状に切り出して試験片を得る。
(2)Tgの測定方法
(1)で得られた試験片を使用し、動的粘弾性測定(DMA)装置[型番「Rheogel−E4000」、(株)ユービーエム製]を用いて、DMA法により、引張モード、10Hzで測定する。
[添加剤(E)]
活性エネルギー線硬化性樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で必要により各種の添加剤を含有させることができる。
このような添加剤としては、重合禁止剤、界面活性剤、着色剤、酸化防止剤、連鎖移動剤及び充填剤等が含まれ、目的に応じて種々選択することができ、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明における活性エネルギー線としては、活性光線及び電子線等が挙げられる。
本発明において、活性光線とは250nm〜830nmの波長を有する光線を意味する。
本発明の樹脂組成物を活性エネルギー線により硬化させる場合は、種々の活性エネルギー線照射装置[例えば、紫外線照射装置[型番「VPS/I600」、フュージョンUVシステムズ(株)製]を使用できる。使用するランプとしては、高圧水銀灯及びメタルハライドランプ等が挙げられる。活性エネルギー線の照射量(mJ/cm)は、組成物の硬化性及び硬化物の可撓性の観点から好ましくは10〜10,000、更に好ましくは100〜5,000である。
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、特記しない限り、部は重量部を、%は重量%を意味する。
製造例1
反応容器に、2−ヒドロキシエチルアクリレート[商品名「ライトエステルHOA」、共栄社化学(株)製]232部、イソホロンジイソシアネート(IPDI) 222部及びウレタン化触媒[ビスマストリ(2−エチルヘキサノエート)(2−エチルヘキサン酸50重量%溶液)以下同じ。]0.3部を仕込み、80℃で12時間反応させ、ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−1)を得た。ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−1)のウレタン基濃度は4.4mmol/g、Mnは454であった。
製造例2
反応容器にPPG[商品名「PPG−400」、三洋化成工業(株)製、Mn=400]400部、水添MDI 524部及びウレタン化触媒0.5部を仕込み、80℃で4時間反応させ、その後2−ヒドロキシエチルアクリレート232部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−2)を得た。得られたウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−2)のウレタン基濃度は3.5mmol/g、Mnは1,156であった。
製造例3
反応容器にPTMG[商品名「PTMG−1000」、三菱化学(株)製、Mn1,000]1,000部、IPDI 333部及びウレタン化触媒0.5部を仕込み、80℃で4時間反応させ、その後2−ヒドロキシエチルアクリレート116部を加え(イソシアネート基/水酸基当量比=1/1)、80℃で8時間反応させてウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−3)を得た。得られたウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−3)のウレタン基濃度は2.1mmol/g、Mnは2,898であった。
製造例4
反応容器にエチレングリコール[商品名「エチレングリコール」、丸善石油化学(株)製]62部、水添MDI 524部及びウレタン化触媒0.5部を仕込み、80℃で4時間反応させ、その後2−ヒドロキシエチルアクリレート232部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−4)を得た。得られたウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−4)のウレタン基濃度は4.9mmol/g、Mnは818であった。
製造例5
反応容器にエチレングリコール62部、IPDI 444部及びウレタン化触媒0.5部を仕込み、80℃で4時間反応させ、その後2−ヒドロキシエチルアクリレート232部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−5)を得た。得られたウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−5)のウレタン基濃度は5.4mmol/g、Mnは738であった。
製造例6
反応容器にPPG[商品名「PPG−400」、三洋化成工業(株)製、Mn=400]400部、IPDI 444部及びウレタン化触媒0.5部を仕込み、80℃で4時間反応させ、その後PEGモノアクリレート[商品名「ブレンマーAE−90U」、日油(株)製、Mn=160]320部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−6)を得た。得られたウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−6)のウレタン基濃度は3.4mmol/g、Mnは1,164であった。
製造例7
反応容器に2−ヒドロキシエチルアクリレート116部、2−フェニルエチルイソシアネート[商品名「2−フェニルエチルイソシアネート」、ハイケム(株)製]147部及びウレタン化触媒0.5部を仕込み、80℃で12時間反応させてウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−7)を得た。得られたウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−7)のウレタン基濃度は3.8mmol/g、Mnは263であった。
製造例8
反応容器にエチレングリコール62部、IPDI 444部及びウレタン化触媒0.5部を仕込み、80℃で4時間反応させ、その後ペンタエリスリトールトリアクリレート[商品名「ライトアクリレートPE−3A」、共栄社化学(株)製]596部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−8)を得た。得られたウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−8)のウレタン基濃度は3.6mmol/g、Mnは1,102であった。
製造例9
反応容器にビスフェノールAエチレンオキシド付加物(Mn1,500)1500部、TDI 348部及びウレタン化触媒0.5部を仕込み、80℃で4時間反応させ、その後2−ヒドロキシエチルアクリレート232部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−9)を得た。得られたウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C−9)のウレタン基濃度は1.9mmol/g、Mnは2,080であった。
実施例1〜17及び比較例1〜7
表1に示す配合組成(部)で均一混合して、実施例及び比較例の各樹脂組成物を得た後、以下の測定方法で各樹脂組成物の光硬化物のTg、耐傷性、硬化収縮低減性、全光線透過率及びヘイズを測定した。結果を表1に示す。
なお、表1における記号が示す化合物は以下の通りである。
また、それぞれのホモポリマーのTgは表1に記載した。
(A−1):イソボルニルアクリレート[商品名「ライトアクリレートIBXA」、共栄社化学(株)製、平均官能基数=1]
(A−2):イソボルニルメタクリレート[商品名「ライトエステルIB−X」、共栄社化学(株)製、平均官能基数=1]
(A−3):メチルメタクリレート「商品名「ライトエステルM」、共栄社化学(株)製、平均官能基数=1]
(A−4):tert−ブチルメタクリレート「商品名「ライトエステルTB」、共栄社化学(株)製、平均官能基数=1]
(A−5):1−アダマンチルアクリレート[商品名「1−AdA」、大阪有機化学工業(株)製、平均官能基数=1]
(A’−1):フェノキシエチルアクリレート「商品名「ライトアクリレートPO−A」、共栄社化学(株)製、平均官能基数=1]
(A’−2):ノニルフェノールエチレンオキシド変性アクリレート「商品名「アロニックスM−113」、東亞合成(株)製、平均官能基数=1、Mn=451]
(A’−3):ラウリルアクリレート「商品名「LA」、大阪有機化学工業(株)製、平均官能基数=1]
(B−1):ジメチロール−トリシクロデカンジメタクリレート[商品名「ライトエステルDCP−M」、共栄社化学(株)製、平均官能基数=2]
(B−2):ビスフェノキシフルオレンジアクリレート[商品名「A−BPEF」、新中村化学(株)製、平均官能基数=2]
(B−3):「ネオマーDA−600」(ジペンタエリスリトールペンタアクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物:三洋化成工業(株)社製、平均官能基数=5.4)
(B’−1):ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート[商品名「ライトアクリレートDCP−A」、共栄社化学(株)製、平均官能基数=2]
(B’−2):PEGジアクリレート[商品名「ライトアクリレート4EG−A」、共栄社化学(株)製、平均官能基数=2、Mn=302]
(B’−3):エチレンオキシド変性ビスフェノールAジアクリレート[商品名「NKエステルA−BPE−4」、新中村化学工業(株)製、平均官能基数=2、Mn=512]
(B’−4):ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート[商品名「ライトアクリレートHPP−A」、共栄社化学(株)製、平均官能基数=2]
(D−1):1,3,5−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド[商品名「ルシリンTPO」、BASF(株)製]
(D−2):1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン[商品名「イルガキュア184」、チバスペシャルティケミカルズ(株)製]
(D−3):ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキシド[商品名「イルガキュア819」、チバスペシャルティケミカルズ(株)製]
(D−4):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[商品名「イルガキュア907」、チバスペシャルティケミカルズ(株)製]
<光硬化物のTgの測定方法>
(1)試験片の作製
ガラス板[商品名「GLASS PLATE」、アズワン(株)製、200mm×200mm×厚さ5mm]の上面四辺に厚さ1mmのスペーサーを配し、10cm×10cmの正方形に仕切る。正方形内に樹脂組成物を注型した後、同様の別のガラス板を重ねて載せる。紫外線照射装置[型番「VPS/I600」、フュージョンUVシステムズ(株)製]により、紫外線を1000mJ/cm照射した後、光硬化物をガラス板から離型し、カッターで幅5mm、長さ40mmの形状に切り出して試験片を得た。
(2)Tgの測定
(1)で得られた試験片を使用し、動的粘弾性測定(DMA)装置[型番「Rheogel−E4000」、(株)ユービーエム製]を用いて、DMA法により、引張モード、10HzでTg(単位:℃)を測定した。
<光硬化物の耐傷性、硬化収縮低減性、全光線透過率及びヘイズの測定方法>
(1)試験片の作製
表面処理を施した厚さ100μmのPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム[東洋紡(株)製コスモシャインA4300]に、アプリケーターを用いて膜厚20μmとなるように樹脂組成物を塗布して、紫外線照射装置[型番「VPS/I600」、フュージョンUVシステムズ(株)製]により紫外線を1000mJ/cm照射し、光硬化物で被覆されたフィルムを得た。得られたフィルムを試験片として用いて、下記の(2)〜(4)の評価を行った。
(2)光硬化物の耐傷性
(1)で得られた試験片を使用し、JIS K−5600−5−4に準拠し、鉛筆硬度を測定した。
鉛筆の先から塗面に対しての荷重については、JIS K−5600−5−4に準拠した750gにした試験と900gに変更した試験を実施した。
(3)硬化収縮低減性
(1)で得られた試験片を10cm×10cmにカットし、水平なガラス板上に光硬化物の面を上にして置き、浮き上がった四隅それぞれの高さを測定し、4つの測定値の合計(単位:mm)を硬化収縮低減性とした。
(1)の試験片の作成方法に準拠し、膜厚を25μmとなるように塗布した試験片についても、同様に硬化収縮低減性の試験を実施した。
(4)透過率及びヘイズ
(1)で得られた試験片を使用し、JIS−K7105に準拠し、全光線透過率測定装置[商品名「haze−garddual」BYK gardner(株)製]を用いて、透過率(単位:%)及びヘイズ(単位:%)を測定した。
表1の結果から、実施例1〜17の本発明の樹脂組成物は硬化時の収縮性が低く、得られた光硬化物は耐傷性及び透明性に優れることがわかる。特に実施例1〜9の硬化物は、より過酷な条件でも耐傷性と硬化収縮低減性が優れる。
一方、本発明の必須成分である(A)を含まない比較例1及び比較例6は、硬化収縮低減性に劣る。また、必須成分(A)の代わりに(A’)を含む比較例2は耐傷性に劣る。
一方、(B)を含まない比較例3は耐傷性に劣る。また、必須成分(B)の代わりに(B’)を含む比較例4は耐傷性に劣る。
また、必須成分(A)及び(B)を含まない比較例5および比較例7は耐傷性に劣る。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、硬化時の低収縮性に優れ、組成物を用いてなる光硬化物は耐傷性に優れるため、光学部材、自動車部材及び建築部材等の各種ハードコーティング用途に使用することができる。更に、本発明の組成物を用いてなる光硬化物は透明性に優れるため、液晶表示装置をはじめとするディスプレイに用いられる光学フィルムにおいて、その高い透明性を阻害することなく、前記フィルムの表面に耐傷性を付与するハードコート膜として好適に使用することができる。

Claims (12)

  1. そのホモポリマーのガラス転移温度が80℃以上であってウレタン基を有しない単官能エチレン性不飽和単量体(A)と、そのホモポリマーのガラス転移温度が200℃以上であってウレタン基を有しない多官能エチレン性不飽和単量体(B)と、ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)と光重合開始剤(D)とを含有する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  2. 単官能エチレン性不飽和単量体(A)が、脂環式骨格を有する請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  3. 多官能エチレン性不飽和単量体(B)が、脂環式骨格又は芳香環を有する請求項1又は2に記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  4. ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)が、2官能のエチレン性不飽和単量体である請求項1〜3のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  5. ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)の重量に基づいて、ウレタン基濃度が2.5〜5.0mmol/gである請求項1〜4のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  6. ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)が、ポリオール(α)、有機ポリイソシアネート(β)及び水酸基を有する(メタ)アクリレート(γ)から形成された多官能エチレン性不飽和単量体(C11)である請求項1〜5のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  7. ウレタン基を有する多官能エチレン性不飽和単量体(C11)が、ポリオール(α)、有機ポリイソシアネート(β)及び(メタ)アクリル酸のアルキレンオキシド1モル付加物から形成されてなる単量体である請求項6に記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  8. 活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の光硬化物のガラス転移温度が、91〜200℃である請求項1〜7のいずれか1項に記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  9. 下記の関係式(1)を満足する請求項1〜8のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
    T≦−20×U+280 (1)
    [但し、関係式(1)中のTは活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の光硬化物のガラス転移温度(℃);Uは、ウレタン基を有するエチレン性不飽和単量体(C)の重量に基づいてのウレタン基濃度(mmol/g)を表す]。
  10. 活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の重量に基づいて、前記(A)の含有量が50〜90重量%、前記(B)の含有量が3〜25重量%、前記(C)の含有量が5〜35重量%、前記(D)の含有量が0.1〜10重量%である請求項1〜9のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  11. ハードコート用である請求項1〜10のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  12. 請求項1〜11のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して硬化させてなる光硬化物。
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