JP2017115028A - 活性エネルギー線硬化性樹脂組成物及びこれを含有してなるコーティング剤 - Google Patents

活性エネルギー線硬化性樹脂組成物及びこれを含有してなるコーティング剤 Download PDF

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Abstract

【課題】硬化塗膜を形成した際に高い硬度と耐擦傷性が得られ、かつ耐屈曲性に非常に優れ、さらにカールがし難い硬化塗膜を形成するための活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の提供。【解決手段】水酸基価が60mgKOH/g以上であるジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)、多価イソシアネート系化合物(a2)及びポリオール系化合物(a3)を反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)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。【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及びこれを含有してなるコーティング剤に関し、更に詳しくは、硬化塗膜を形成した際に高い硬度と耐擦傷性が得られ、かつ耐屈曲性に非常に優れ、さらにカールがし難い硬化塗膜を形成するための活性エネルギー線硬化性樹脂組成物、及びこれを含有してなるコーティング剤に関するものである。
従来、液晶ディスプレイなどの光学部材用途として、プラスチックフィルムが広く使用されており、中でも加工性や透明性などの光学物性に優れることから、アセチル化セルロース樹脂フィルムやポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムが用いられてきた。しかしながら、これらのプラスチックフィルムは表面に傷が付きやすいという欠点があるので、硬度や耐擦傷性付与の目的でコーティング剤、とりわけハードコート用コーティング剤を塗布して使用される。このコーティング剤としては、プラスチックフィルムへの密着性が優れていることや、硬化速度が速く生産性が向上するなどの理由から、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物が用いられることが多くなっている。
また、打ち抜き加工等の加工適正を向上させるためや、近年開発されているフレキシブルディスプレイ用途で使用するために、コーティング剤には、高い硬度と耐擦傷性に加えて、硬化塗膜のカール性が低く、硬化塗膜を形成したプラスチックフィルムを曲げてもクラック等が生じない、高い屈曲性も求められている。
このような要望に応えるコーティング剤が得られる活性エネルギー線硬化性樹脂組成物として、例えば、特許文献1には、ウレタン(メタ)アクリレート、トリペンタエリスルトールオクタ(メタ)アクリレート及び重合開始剤を必須成分として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が開示されている。同文献には、この樹脂組成物をプラスチックフィルムに塗工した際に、高い硬度を有しており、且つ、屈曲性にも優れる硬化塗膜が得られることが示されている。
また、特許文献2には、側鎖にアルキル基が導入されたポリオールを用いたウレタンオリゴマーと水酸基を含有する多官能アクリレートを反応させた、分子量の比較的小さいウレタンアクリレートを主成分とし、特定のガラス転移温度を有する紫外線硬化性樹脂組成物を用いることにより、高硬度で屈曲性の高いハードコートフィルムを形成し得ることが記載されている。
特開2013−23585号公報 特開2009−62499号公報
しかしながら、特許文献1に開示された硬化塗膜は、マンドレル試験機による屈曲性の評価が6から10である(表1中の靱性試験の項を参照)。フレキシブルディスプレイ用途の場合や、フィルムを折り曲げ加工する際には、マンドレル試験機による屈曲性の評価が5以下であることが要求されるので、特許文献1に開示された硬化塗膜は耐屈曲性が不十分である。
また、特許文献2のハードコートフィルムについても、実施例で示されている屈曲性の評価がマンドレル試験で10から12であり、フレキシブルディスプレイ用途や、フィルムを折り曲げ加工する際には、耐屈曲性が十分ではないものであった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、硬化塗膜を形成した際に高い硬度と耐擦傷性が得られ、かつ耐屈曲性に非常に優れ、さらにカールがし難い硬化塗膜を形成するための活性エネルギー線硬化性樹脂組成物、及びこれを含有してなるコーティング剤の提供を目的とするものである。
しかるに本発明者は、かかる事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、硬化成分としてジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物と、多価イソシアネートと、ポリオール系化合物とを反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレート系組成物を含有する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物において、ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物として水酸基価が通常よりも高い付加物を用いることにより、高い硬度と耐擦傷性を有しながら、耐屈曲性に非常にも優れ、かつ硬化収縮が小さくカールし難い硬化塗膜が得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち本発明は、水酸基価が60mgKOH/g以上であるジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)、多価イソシアネート系化合物(a2)及びポリオール系化合物(a3)を反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)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を提供するものである。
また、本発明においては、前記活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を含有してなるコーティング剤をも提供するものである。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物によれば、高い硬度と耐擦傷性が得られ、かつ耐屈曲性に非常に優れ、さらにカールがし難い硬化塗膜を形成することができる。また本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を含有してなるコーティング剤によれば、高硬度であり、耐擦傷性、耐屈曲性、低カール性にいずれも優れたハードコート等の硬化塗膜を形成することができる。
以下、本発明を詳細に説明するが、これらは望ましい実施態様の一例を示すものである。
なお、本明細書において、(メタ)アクリルとはアクリルあるいはメタクリルを、(メタ)アクリレートとはアクリレートあるいはメタクリレートを、(メタ)アクリロイロキシはアクリロイロキシあるいはメタクリロイロキシを、それぞれ意味するものであり、アクリル系樹脂とは、(メタ)アクリレート系モノマーを1種以上含む重合成分を重合して得られる樹脂である。
〔活性エネルギー線硬化性樹脂組成物〕
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、水酸基価が60mgKOH/g以上であるジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)、多価イソシアネート系化合物(a2)及びポリオール系化合物(a3)を反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)を含有するものである。
本発明におけるウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)は、水酸基価が60mgKOH/g以上であるジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)及びポリオール系化合物(a3)の各水酸基と、多価イソシアネート系化合物(a2)のイソシアネート基を反応させることにより、ウレタン結合が形成され、得られるものである。
上記ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)の水酸基価は、60mgKOH/g以上であり、好ましくは63〜140mgKOH/g、特に好ましくは65〜130mgKOH/gである。
かかる水酸基価が小さすぎると、低分子量でエチレン性不飽和基数が多く、イソシアネートと反応しないジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートの含有量が多くなるため、硬化時の硬化収縮が大きくなり、カールしやすくなり、更には屈曲性が低下する傾向がある。なお、上記水酸基価が大きくなりすぎると、分子量の増加に伴い、粘度が増大するため、取り扱いにくくなる傾向がある。
かかるジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)としては、ジペンタエリスリトールと(メタ)アクリル酸を公知一般の方法で反応させたものが用いられる。
ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)としては、その成分中に、ジペンタエリスリトールに対して(メタ)アクリル酸が一つ付加したもの、二つ付加したもの、三つ付加したもの、四つ付加したもの、五つ付加したもの、六つ付加したものが含まれ、全体として上記の水酸基価を満足するものである。
水酸基価の調整は、例えば、(メタ)アクリル酸が一つから六つ付加したものまでの付加物の混合比率を調整することにより行われる。
多価イソシアネート系化合物(a2)は、イソシアヌレート骨格を有する化合物であり、例えば、芳香族系ジイソシアネート、脂肪族系ジイソシアネート、脂環式系ジイソシアネート等のジイソシアネート、ジイソシアネートをイソシアヌレート化したイソシアヌレート骨格を有するヌレート変性体が挙げられる。多価イソシアネート系化合物(a2)は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記芳香族系ジイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリフェニルメタンポリイソシアネート、変性ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等が挙げられ;上記脂肪族系ジイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、リジントリイソシアネート等が挙げられ;上記脂環式系ジイソシアネートとしては、例えば、水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン等が挙げられる。
これらの中でも、芳香環を含まない脂環式あるいはヌレート変性体が好ましく、例えば、イソホロンジイソシアネートが好ましい。
ポリオール系化合物(a3)は、複数の水酸基を有する化合物であり、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、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、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、2,2−ジメチロールヘプタン、トリメチレングリコール、1,4−テトラメチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−テトラメチレンジオール、2−メチル−1,3−トリメチレンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタメチレンジオール、水添ビスフェノールA、ヒドロキシアルキル化ビスフェノールA、1,4−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、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、N,N−ビス−(2−ヒドロキシエチル)ジメチルヒダントイン等の低分子量のジオール;ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリオレフィン系ポリオール、ポリブタジエン系ポリオール、(メタ)アクリル系ポリオール、ポリカプロラクトン系ポリオール、ポリシロキサン系ポリオール、ポリウレタン系ポリオール等の高分子量のポリオールが挙げられる。
ポリエーテル系ポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリブチレングリコール、ポリヘキサメチレングリコール等のオキシアルキレン構造含有ポリエーテル系ポリオールや、これらポリアルキレングリコールのランダム或いはブロック共重合体が挙げられる。
これらの中でも、オキシアルキレン構造含有ポリエーテル系ポリオールが好ましく、アルキレン構造の炭素数としては、好ましくは2〜6、特に好ましくは2〜4、更に好ましくは4である。
ポリエステル系ポリオールとしては、例えば、多価アルコールと多価カルボン酸との縮合重合物;環状エステル(ラクトン)の開環重合物;多価アルコール、多価カルボン酸及び環状エステルの3種類の成分による反応物などが挙げられる。
上記多価アルコールとしては、前記の低分子量ジオール等が挙げられる。
上記多価カルボン酸としては、例えば、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸等の脂肪族ジカルボン酸;1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、パラフェニレンジカルボン酸、トリメリット酸等の芳香族ジカルボン酸などが挙げられる。
上記環状エステルとしては、例えば、プロピオラクトン、β−メチル−δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンなどが挙げられる。
ポリカーボネート系ポリオールとしては、例えば、多価アルコールとホスゲンとの反応物;炭酸エステルと多価アルコールとのエステル交換反応物などが挙げられる。
上記多価アルコールとしては、前記の低分子量ジオール等が挙げられ、上記アルキレンカーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジシクロヘキシルカーボネート及びジフェニルカーボネートなどが挙げられる。
なお、ポリカーボネート系ポリオールは、分子内にカーボネート結合を有し、末端がヒドロキシル基である化合物であればよく、カーボネート結合とともにエステル結合を有していてもよい。
ポリオレフィン系ポリオールとしては、飽和炭化水素骨格としてエチレン、プロピレン、ブテン等のホモポリマーまたはコポリマーを有し、その分子末端に水酸基を有するものが挙げられる。
ポリブタジエン系ポリオールとしては、炭化水素骨格としてブタジエンの共重合体を有し、その分子末端に水酸基を有するものが挙げられる。
ポリブタジエン系ポリオールは、その構造中に含まれるエチレン性不飽和基の全部または一部が水素化された水添化ポリブタジエン系ポリオールであってもよい。
(メタ)アクリル系ポリオールとしては、(メタ)アクリル酸エステルを重合体又は共重合体の分子内にヒドロキシル基を少なくとも2つ有しているものが挙げられ、かかる(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル等が挙げられる。
ポリカプロラクトン系ポリオールとしては、多価アルコールのε−カプロラクトン付加物等が挙げられる。
ポリシロキサン系ポリオールとしては、例えば、ジメチルポリシロキサン系ポリオールやメチルフェニルポリシロキサン系ポリオール等が挙げられる。
ポリウレタン系ポリオールとしては、例えば、多価イソシアネート系化合物とポリオール系化合物の反応物などが挙げられる。
これらポリオール系化合物(a3)の中でも、ポリエーテル系ポリオール及び/又はポリカーボネート系ポリオールであることが、得られる硬化塗膜が耐擦傷性と屈曲性にバランスよく優れる点で好ましい。
ポリオール系化合物(a3)は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
ポリオール系化合物(a3)の重量平均分子量は、好ましくは200〜10,000であり、特に好ましくは200〜5,000、更に好ましくは300〜4,000、殊に好ましくは500〜3,000である。
かかる重量平均分子量が高すぎると粘度が高くなり取り扱いが困難となる傾向があり、かかる重量平均分子量が低すぎると得られる硬化塗膜の屈曲性と硬度のバランスが低下する傾向がある。
なお、上記の重量平均分子量とは、標準ポリスチレン分子量換算による重量平均分子量であり、本発明においては、高速液体クロマトグラフィー(日本ウォーターズ社製、「Waters2695(本体)」と「Waters2414(検出器)」)に、カラム:ShodexGPCKF−806L(排除限界分子量:2×10、分離範囲:100〜2×10、理論段数:10,000段/本、充填剤材質:スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、充填剤粒径:10μm)の3本直列を用いることにより測定された値である。
本発明で用いられるウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)は、上記ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)、多価イソシアネート系化合物(a2)及びポリオール系化合物(a3)を反応器に一括又は別々に仕込み反応させることにより製造することができる。製造に際しては、多価イソシアネート系化合物(a2)とポリオール系化合物(a3)とを予め反応させて得られる反応生成物に、ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)を反応させることが、反応の安定性や副生成物の低減等の点で有用である。
多価イソシアネート系化合物(a2)とポリオール系化合物(a3)との反応には、公知の反応手段を用いることができる。その際、例えば、多価イソシアネート系化合物(a2)中のイソシアネート基:ポリオール系化合物(a3)中の水酸基とのモル比を通常2n:(2n−2)〜2n:0.1×(2n−2)(nは2以上の整数)程度にすることにより、イソシアネート基を残存させた末端イソシアネート基含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物を得ることができる。得られた末端イソシアネート基含有ウレタン(メタ)アクリレート系化合物は、ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)との付加反応に用いることができる。
上記多価イソシアネート系化合物(a2)とポリオール系化合物(a3)とを予め反応させて得られる反応生成物と、ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)との付加反応にも、公知の反応手段を用いることができる。
反応生成物とジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)との反応モル比は、例えば、多価イソシアネート系化合物(a2)のイソシアネート基が2個で、ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)の水酸基が1個である場合は、反応生成物:ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)が1:2〜1:5程度であり、多価イソシアネート系化合物(a2)のイソシアネート基が3個で、ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)の水酸基が1個である場合は、反応生成物:ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)が1:3〜1:10程度である。
この反応生成物とジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)との付加反応においては、反応系の残存イソシアネート基含有率が0.5重量%以下になる時点で反応を終了させることにより、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)が得られる。
かかる多価イソシアネート系化合物(a2)とポリオール系化合物(a3)との反応、更にその反応生成物とジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)との反応においては、反応を促進する目的で触媒を用いることも好ましい。
かかる触媒としては、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、トリメチル錫ヒドロキシド、テトラ−n−ブチル錫、ビスアセチルアセトナート亜鉛、ジルコニウムトリス(アセチルアセトネート)エチルアセトアセテート、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート等の有機金属化合物、オクテン酸錫、ヘキサン酸亜鉛、オクテン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、2−エチルヘキサン酸ジルコニウム、ナフテン酸コバルト、塩化第1錫、塩化第2錫、酢酸カリウム等の金属塩、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ベンジルジエチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン、N,N,N′,N′−テトラメチル−1,3−ブタンジアミン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン等のアミン系触媒、硝酸ビスマス、臭化ビスマス、ヨウ化ビスマス、硫化ビスマス等の他、ジブチルビスマスジラウレート、ジオクチルビスマスジラウレート等の有機ビスマス化合物や、2−エチルヘキサン酸ビスマス塩、ナフテン酸ビスマス塩、イソデカン酸ビスマス塩、ネオデカン酸ビスマス塩、ラウリル酸ビスマス塩、マレイン酸ビスマス塩、ステアリン酸ビスマス塩、オレイン酸ビスマス塩、リノール酸ビスマス塩、酢酸ビスマス塩、ビスマスリビスネオデカノエート、ジサリチル酸ビスマス塩、ジ没食子酸ビスマス塩等の有機酸ビスマス塩等のビスマス系触媒等が挙げられ、中でも、ジブチル錫ジラウレート、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセンが好適である。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
また多価イソシアネート系化合物(a2)とポリオール系化合物(a3)との反応、更にその反応生成物とジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)との反応においては、イソシアネート基に対して反応する官能基を有しない有機溶剤、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族類等の有機溶剤を用いることができる。
また、反応温度は、通常30〜90℃、好ましくは40〜80℃であり、反応時間は、通常2〜50時間、好ましくは3〜30時間である。
ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)の重量平均分子量は、好ましくは3,000〜100,000、特に好ましくは3,500〜80,000、更に好ましくは4,000〜50,000、殊に好ましくは5,000〜30,000である。
かかる重量平均分子量が高すぎると粘度が高く取り扱いが困難になる傾向があり、かかる重量平均分子量が低すぎると得られる硬化塗膜の屈曲性が低下する傾向がある。
なお、上記の重量平均分子量は、標準ポリスチレン分子量換算による重量平均分子量であり、上記と同様の方法により測定することができる。
また、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)の60℃における粘度は、好ましくは2,000〜200,000mPa・sであり、特に好ましくは2,000〜200,000、更に好ましくは3,000〜100,000である。かかる粘度が上記範囲外では塗工性が低下する傾向がある。
なお、粘度の測定法はE型粘度計による。
本発明で用いられるウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)は、複数種のウレタン(メタ)アクリレートを含有し、更に、ジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a)であるジペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ジ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テトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、上記以外のポリペンタエリスリトールポリ(メタ)アクリレート等を含有することがある。
本発明で用いられるウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)におけるウレタン(メタ)アクリレートの含有量は、好ましくは50重量%以上、特に好ましくは60重量%以上、更に好ましくは70重量%以上、殊に好ましくは80重量%以上である。
かかるウレタン(メタ)アクリレートの含有量が少なすぎると本願発明の効果が十分に得られない傾向がある。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)を主成分として含有し、組成物中のウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)の含有量は、好ましくは30重量%以上、特に好ましくは40重量%以上、更に好ましくは50重量%以上、殊に好ましくは60重量%以上である。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、光重合開始剤、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)以外のエチレン性不飽和モノマー、アクリル樹脂、表面調整剤、レベリング剤、重合禁止剤等を含有していてもよく、更には、フィラー、染顔料、油、可塑剤、ワックス類、乾燥剤、分散剤、湿潤剤、ゲル化剤、安定剤、消泡剤、界面活性剤、レベリング剤、チクソトロピー性付与剤、酸化防止剤、難燃剤、帯電防止剤、充填剤、補強剤、艶消し剤、研削剤、架橋剤、シリカ、水分散または溶剤分散されたシリカ、ジルコニウム化合物、防腐剤、有機微粒子、無機粒子を含有していてもよい。
上記光重合開始剤としては、例えば、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル] −フェニル}−2−メチル−プロパン、2−メチル−2−モルホリノ(4−チオメチルフェニル)プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)ブタノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−[4−(1−メチルビニル)フェニル]プロパノンオリゴマー等のアセトフェノン類;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾイルイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン類;ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4′−メチル−ジフェニルサルファイド、3,3′,4,4′−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン、4−ベンゾイル−N,N−ジメチル−N−[2−(1−オキソ−2−プロペニルオキシ)エチル]ベンゼンメタナミニウムブロミド、(4−ベンゾイルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド等のベンゾフェノン類;2−イソプロピルチオキサントン、4−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン、2−(3−ジメチルアミノ−2−ヒドロキシ)−3,4−ジメチル−9H−チオキサントン−9−オンメソクロリド等のチオキサントン類;2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド等のアシルフォスフォンオキサイド類;等が挙げられる。
なお、光重合開始剤は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
これらの中でも、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾイルイソプロピルエーテル、4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オンを用いることが好ましい。
また、これらの助剤として、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、4,4′−ジメチルアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、4,4′−ジエチルアミノベンゾフェノン、2−ジメチルアミノエチル安息香酸、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸(n−ブトキシ)エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、4−ジメチルアミノ安息香酸2−エチルヘキシル、2,4−ジエチルチオキサンソン、2,4−ジイソプロピルチオキサンソン等を併用することも可能である。
光重合開始剤の含有量としては、組成物中に含まれる硬化成分100重量部に対して、0.1〜20重量部であることが好ましく、特に好ましくは0.5〜10重量部、さらに好ましくは1〜10重量部である。
光重合開始剤の含有量が少なすぎると、硬化不良となり膜形成がなされ難い傾向があり、多すぎると硬化塗膜の黄変の原因となり、着色の問題が生じ易くなる傾向がある。
表面調整剤としては特に限定されず、例えば、セルロース樹脂やアルキッド樹脂等を挙げることができる。かかるセルロース樹脂は、塗膜の表面平滑性を向上させる作用が有り、アルキッド樹脂は、塗布時の造膜性を付与する作用を有する。
レベリング剤としては、塗液の基材への濡れ性付与作用、表面張力の低下作用を有するものであれば、公知一般のレベリング剤を用いることができ、例えば、シリコーン変性樹脂、フッ素変性樹脂、アルキル変性の樹脂等を用いることができる。
重合禁止剤としては、例えば、p−ベンゾキノン、ナフトキノン、トルキノン、2,5−ジフェニル−p−ベンゾキノン、ハイドロキノン、2,5−ジ−t−ブチルハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、モノ−t−ブチルハイドロキノン、p−t−ブチルカテコール等を挙げることができる。
また、本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、塗工時の粘度を適正なものにするために、希釈のための有機溶剤を使用することも好ましい。かかる有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、エチルセロソルブ等のセロソルブ類、トルエン、キシレン等の芳香族類、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類、ジアセトンアルコール等が挙げられる。これら上記の有機溶剤は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
2種以上を併用する場合は、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類とメチルエチルケトン等のケトン類やメタノール等のアルコール類との組み合わせや、メチルエチルケトン等のケトン類とメタノール等のアルコール類の組み合わせ、メタノール等のアルコール類の中から2種以上を選び併用すること等が、塗膜外観の点で好ましい。
なお、本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を製造するにあたり、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)、必要に応じてその他成分の混合方法については、特に限定されるものではなく、種々の方法を採用することができる。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の60℃における粘度は、好ましくは500〜200,000mPa・sであり、特に好ましくは1,000〜150,000、更に好ましくは2,000〜100,000である。かかる粘度が上記範囲外では塗工性が低下する傾向がある。
なお、粘度の測定法はE型粘度計による。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、各種基材へのトップコート剤やアンカーコート剤など、塗膜形成用の硬化性樹脂組成物として有効に用いられるものである。本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、硬化塗膜に耐擦傷性、耐屈曲性や耐クラック性が要求される用途に有用であり、例えば、耐擦傷性と高屈曲性が要求されるフレキシブルディスプレイ等の光学用部材の表面コーティング剤や、硬化塗膜に耐クラック性が要求される打ち抜き加工用等のコーティング剤として、特に有用である。
以下、本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を含有してなるコーティング剤について説明する。
〔コーティング剤〕
本発明のコーティング剤は、基材に塗工した後(有機溶剤で希釈した組成物を塗工した場合には、さらに乾燥させた後)、活性エネルギー線を照射することにより硬化させることができる。
本発明のコーティング剤を塗工する対象である基材としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)、ポリスチレン系樹脂等やそれらの成型品(フィルム、シート、カップ等)等のプラスチック基材、それらの複合基材、またはガラス繊維や無機物を混合した前記材料の複合基材等、金属(アルミニウム、銅、鉄、SUS、亜鉛、マグネシウム、これらの合金等であり、金属蒸着膜等の金属膜を含む。)や、ガラス等の基材上にプライマー層を設けた基材等が挙げられる。
コーティング剤の塗工方法としては、例えば、スプレー、シャワー、ディッピング、ロール、スピン、スクリーン印刷、インクジェット印刷等のようなウェットコーティング法が挙げられ、通常は常温の条件下で基材に塗工することができる。
また、本発明のコーティング剤は、上記有機溶剤を用いて、固形分濃度が、通常3〜80重量%、好ましくは5〜60重量%になるように希釈して、塗工することが好ましい。
上記有機溶剤による希釈を行なった際の塗工後の乾燥条件としては、温度が、通常40〜120℃、好ましくは50〜100℃で、乾燥時間が、通常1〜20分、好ましくは2〜10分であればよい。
基材上に塗工されたコーティング剤を硬化させる際に使用する活性エネルギー線としては、遠紫外線、紫外線、近紫外線、赤外線等の光線、X線、γ線等の電磁波の他、電子線、プロトン線、中性子線等が利用できるが、硬化速度、照射装置の入手のし易さ、価格等から紫外線照射による硬化が有利である。なお、電子線照射を行う場合は、光重合開始剤を用いなくても硬化し得る。
紫外線照射により硬化させる際には、150〜450nm波長域の光を発する高圧水銀ランプ、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ケミカルランプ、無電極放電ランプ、LED等を用いて、通常30〜3000mJ/cm(好ましくは100〜1500mJ/cm)の紫外線を照射することができる。
紫外線照射後は、必要に応じて加熱を行って硬化の完全を図ることもできる。
塗工膜厚(硬化後の膜厚)としては、通常、活性エネルギー線硬化性の塗膜として光重合開始剤が均一に反応するべく活性エネルギー線透過を鑑みると、1〜1000μmであり、好ましくは2〜500μmであり、特に好ましくは3〜100μmである。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、高い硬度と耐擦傷性が得られ、かつ耐屈曲性に非常に優れ、さらにカールがし難い硬化塗膜を形成することができるため、特にコーティング剤として有用であり、また、塗料、インク等としても有用である。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、例中、「部」、「%」とあるのは、重量基準を意味する。また、水酸基価、重量平均分子量及び粘度の測定は、上記に記載の方法に従って行なった。
〔ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)の製造例〕
<製造例1>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー及び窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート150g(0.67モル)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(水酸基価165mgKOH/g;水酸基価から計算される分子量680)150g(0.22モル)、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、80℃で反応させた。残存イソシアネート基が12.7%以下となった時点で、水酸基価98mgKOH/gのジペンタエリスリトールのアクリル酸付加物700g(1.21モル)、重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチルクレゾール0.4g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.05gを仕込み、60℃で反応させ、残存イソシアネート基が0.3%以下となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A−1)を得た。
得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A−1)の重量平均分子量は7,000、60℃での粘度は15,000mPa・sであった。
<製造例2>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー及び窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート100g(0.45モル)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(水酸基価165mgKOH/g;水酸基価から計算される分子量680)100g(0.15モル)、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、80℃で反応させた。残存イソシアネート基が12.7%以下となった時点で、水酸基価98mgKOH/gのジペンタエリスリトールのアクリル酸付加物800g(1.40モル)、重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチルクレゾール0.4g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.05gを仕込み、60℃で反応させ、残存イソシアネート基が0.3%以下となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A−2)を得た。
得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A−2)の重量平均分子量は12,000、60℃での粘度は5,000mPa・sであった。
<製造例3>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー及び窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート100g(0.45モル)、ポリカーボネートジオール(水酸基価145mgKOH/g;水酸基価から計算される分子量774)100g(0.13モル)、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、80℃で反応させた。残存イソシアネート基が12.7%以下となった時点で、水酸基価98mgKOH/gのジペンタエリスリトールのアクリル酸付加物800g(1.40モル)、重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチルクレゾール0.4g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.05gを仕込み、60℃で反応させ、残存イソシアネート基が0.3%以下となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A−3)を得た。
得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A−3)の重量平均分子量は5,000、60℃での粘度は6,400mPa・sであった。
<比較製造例1>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー及び窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート100g(0.45モル)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(水酸基価165mgKOH/g;水酸基価から計算される分子量680)100g(0.15モル)、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、80℃で反応させた。残存イソシアネート基が12.7%以下となった時点で、水酸基価50mgKOH/gのジペンタエリスリトールのアクリル酸付加物800g(0.71モル)、重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチルクレゾール0.4g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.05gを仕込み、60℃で反応させ、残存イソシアネート基が0.3%以下となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A’−1)を得た。
得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A’−1)の重量平均分子量は4,300、60℃での粘度は3,800mPa・sであった。
<比較製造例2>
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー及び窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート159.5g(0.72モル)、水酸基価98mgKOH/gのジペンタエリスリトールのアクリル酸付加物840.5g(1.48モル)、重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチルクレゾール0.6g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.05gを仕込み、60℃で反応させ、残存イソシアネート基が0.3%となった時点で反応を終了し、ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A’−2)を得た。
得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A’−2)の重量平均分子量は4,700、60℃での粘度は65,000mPa・sであった。
〔実施例1〕
上記製造例1で得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A−1)100部に、酢酸エチル100部、光重合開始剤としてα−ヒドロキシアルキルフェノン系光重合開始剤(BASF社製、「イルガキュア184」)を4部配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
〔実施例2〕
上記製造例2で得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A−2)100部に、酢酸エチル100部、光重合開始剤としてα−ヒドロキシアルキルフェノン系光重合開始剤(BASF社製、「イルガキュア184」)を4部配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
〔実施例3〕
上記製造例3で得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A−3)100部に、酢酸エチル100部、光重合開始剤としてα−ヒドロキシアルキルフェノン系光重合開始剤(BASF社製、「イルガキュア184」)を4部配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
〔比較例1〕
上記比較製造例1で得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A’−1)100部に、酢酸エチル100部、光重合開始剤としてα−ヒドロキシアルキルフェノン系光重合開始剤(BASF社製、「イルガキュア184」)を4部配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
〔比較例2〕
上記比較製造例2で得られたウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A’−2)100部に、酢酸エチル100部、光重合開始剤としてα−ヒドロキシアルキルフェノン系光重合開始剤(BASF社製、「イルガキュア184」)を4部配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
〔比較例3〕
水酸基価98mgKOH/gのジペンタエリスリトールのアクリル酸付加物100部に、酢酸エチル100部、光重合開始剤としてα−ヒドロキシアルキルフェノン系光重合開始剤(BASF社製、「イルガキュア184」)を4部配合し、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を得た。
<評価用サンプルの製造>
上記の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、易接着層を設けたPETフィルム上にバーコーターを用いて、乾燥後の膜厚が5μmとなるように塗工し、60℃で3分間乾燥させた。その後、高圧水銀灯ランプ80W、1灯を用いて、18cmの高さから5.1m/minのコンベア速度で2パスの紫外線照射(積算照射量500mJ/cm)を行い、硬化塗膜を製造した。
得られた硬化塗膜について下記の評価を行なった。
〔鉛筆硬度〕
上記硬化塗膜について、JIS K 5600−5−4に準じて鉛筆硬度を測定した。
〔耐擦傷性〕
上記硬化塗膜について、100gの荷重をかけたスチールウール#0000を、硬化塗膜表面で10往復させた後の表面の傷付き度合いを目視により観察し、以下の評価基準により評価した。
(評価基準)
○・・・傷がつかなかったもの
△・・・多少傷が付いたもの
×・・・塗膜が傷つきにより白化したもの
〔耐屈曲性〕
上記硬化塗膜について、円筒形マンドレル屈曲試験機を用いて耐屈曲性の評価を行った。評価用硬化塗膜を試験棒に巻き付けた際に割れ又は剥がれが生じる最大の径に基づいて下記の評価基準により評価した。
(評価基準)
○・・・5mm以下で割れ又は剥がれが生じたもの
△・・・5mmを超えて10mm以下で割れ又は剥がれが生じたもの
×・・・10mmを超えて割れ又は剥がれが生じたもの
〔耐カール性〕
上記硬化塗膜について、10cm×10cm四方にサンプルを切り出して水平な面に置き、四隅の浮き上がりの平均値を測定し、下記の評価基準により評価した。
(評価基準)
○・・・浮きが2mm以下であったもの
△・・・2mmを超えて5mm以下の浮きがあったもの
×・・・5mmを超える浮きがあったもの
Figure 2017115028
実施例1〜3の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物から得られた硬化塗膜は、製造例1〜3に示すとおり、水酸基価が高いジペンタエリスリトールのアクリル酸付加物を用いて製造したウレタン(メタ)アクリレート系組成物を含有するものであるため、高い硬度と耐擦傷性が得られ、かつ耐屈曲性に非常に優れ、さらに耐カール性も優れる硬化塗膜であることが分かる。
一方、水酸基価が小さいジペンタエリスリトールのアクリル酸付加物を用いて製造したウレタン(メタ)アクリレート系組成物を含有する比較例1の活性エネルギー線硬化型樹脂組成物から得られた硬化塗膜、ポリオール系化合物(a3)を用いないで製造したウレタン(メタ)アクリレート系組成物を含有する比較例2の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物から得られた硬化塗膜、および、多官能の(メタ)アクリレートモノマーのみを用い、特定のウレタン(メタ)アクリレート系組成物を含有しない比較例3の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物から得られた硬化塗膜は、いずれも耐屈曲性および耐カール性に劣るものであった。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、塗料、粘着剤、接着剤、粘接着剤、インク、アンカーコーティング剤、磁性粉コーティングバインダー、サンドブラスト用被膜、版材など、各種の被膜形成材料として有用である。特に、プラスチック基材被覆用コーティング剤組成物、金属基材被覆用コーティング剤組成物などのコーティング剤として好適である。

Claims (6)

  1. 水酸基価が60mgKOH/g以上であるジペンタエリスリトールの(メタ)アクリル酸付加物(a1)、多価イソシアネート系化合物(a2)及びポリオール系化合物(a3)を反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)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。
  2. ポリオール系化合物(a3)の重量平均分子量が、200〜10,000であることを特徴とする請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
  3. ウレタン(メタ)アクリレート系組成物(A)の重量平均分子量が、3,000〜100,000であることを特徴とする請求項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(メタ)アクリレート系組成物(A)の60℃における粘度が、2,000〜200,000mPa・sであることを特徴とする請求項1〜3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。
  5. 活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の60℃における粘度が、500〜200,000mPa・sであることを特徴とする請求項1〜4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。
  6. 請求項1〜5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を含有してなることを特徴とするコーティング剤。
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