JP2017222068A - 積層体、コーティング剤、及び積層体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材2と、該基材上に設けられた樹脂硬化物層5と、を備え、樹脂硬化物層5が、(メタ)アクリロイル基と脂環式骨格又は脂環式骨格の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子、窒素原子若しくは硫黄原子で置換された骨格とを有するポリカーボネート系樹脂が含まれる樹脂組成物の硬化物3と、無機微粒子4と、を含む層である、積層体100。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明に係る積層体の一実施形態を示す模式断面図である。図1に示される積層体100は、基材2と、基材2上に設けられた樹脂硬化物層(「保護層」又は「保護膜」という場合もある。)5とを備える。樹脂硬化物層5は、無機微粒子4と、本発明に係るポリカーボネート系樹脂が含まれる樹脂組成物(以下、「本実施形態のポリカーボネート系樹脂組成物」という場合もある。)の硬化物3とを含む層である。
二重結合当量=樹脂の分子量/同一分子内の重合性二重結合の数
[式(d−1)中、R1は水素原子又はメチル基を表し、A1Oは炭素数2〜4のアルキレンオキシ基を表し、nは1〜20の整数を表す。なお、nは、炭素数2〜4のアルキレンオキサイドの平均付加モル数を意味する。]
[式(d−3)中、R4及びR5はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、A2Oは炭素数2〜4のアルキレンオキシ基を表し、mは1〜20の整数を表す。なお、mは炭素数2〜4のアルキレンオキサイドの平均付加モル数を意味する。]
本実施形態のコーティング剤は、上記本発明に係るポリカーボネート系樹脂と、上記無機微粒子とを含む。コーティング剤は、1剤タイプであっても、本発明に係るポリカーボネート系樹脂を含む第1剤と、無機微粒子を含む第2剤との2剤タイプであってもよい。
図2は、本発明に係る積層体の製造方法の一実施形態を示す工程図である。図2に示される積層体100の製造方法は、基材2上に、本発明に係るポリカーボネート系樹脂が含まれる本実施形態のポリカーボネート系樹脂組成物13と無機微粒子4とを含んでなる粒子含有樹脂層15を形成する工程(図2(a))、及び、粒子含有樹脂層15を硬化する工程(図2(b))、を備える。
ポリカーボネート系樹脂の原料として下記の成分を準備した。
・PCD1:イソソルビド系ポリカーボネートジオール(商品名:BENEBiOL HS0840B、三菱化学製、水酸基価:140.3mgKOH/g、数平均分子量:800)
・PCD2:シクロヘキサンジメタノール系ポリカーボネートジオール(商品名:ETERNACOLL UM90(3/1)、宇部興産製、水酸基価:124.7mgKOH/g、数平均分子量:900)
・PCD3:イソソルビド系ポリカーボネートジオール(商品名:BENEBiOL HS0850、三菱化学製、水酸基価:140.3mgKOH/g、数平均分子量:800)
・イソホロンジイソシアネート(分子量:222)
・ヘキサメチレンジイソシアネート(分子量:168)
・アジピン酸(分子量:146)
・2−ヒドロキシエチルアクリレート(分子量:116)
・ペンタエリスリトールトリアクリレート(分子量:298)
・アクリル酸(分子量:72)
・PCD4:ポリヘキサメチレンカーボネートジオール(水酸基価:112.2mgKOH/g、数平均分子量:1000)
下記の無機微粒子を準備した。
・ナノダイヤ:(商品名:V−ダイヤ、ビジョン開発製、平均粒子径:200nm)
・シリカ:(商品名:MEK−ST−ZL、日産化学工業製、平均粒子径:83nm、メチルエチルケトン分散タイプ、シリカ分30質量%)
[合成例1]
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD1を160.8g、イソホロンジイソシアネートを89.2g、メチルエチルケトンを62.5g、ウレタン反応触媒としてビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05gを加え、80〜90℃で1時間反応させ、遊離イソシアネート基含有量が5.4質量%のウレタンプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、ビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05g、メチルエチルケトン11.7gを加え、2−ヒドロキシエチルアクリレートを46.6g滴下して80〜90℃にて3時間反応させて、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリウレタンアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD1を182.5g、イソホロンジイソシアネートを67.5g、メチルエチルケトンを62.5g、ウレタン反応触媒としてビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05gを加え、80〜90℃で2時間反応させ、遊離イソシアネート基含有量が2.0質量%のウレタンプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、ビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05g、メチルエチルケトン11.3gを加え、ペンタエリスリトールトリアクリレートを45.3g滴下して80〜90℃にて3時間反応させて、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリウレタンアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD2を188.1g、イソホロンジイソシアネートを61.9g、メチルエチルケトンを62.5g、ウレタン反応触媒としてビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05gを加え、80〜90℃で2時間反応させ、遊離イソシアネート基含有量が1.9質量%のウレタンプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、ビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05g、メチルエチルケトン4.0gを加え、2−ヒドロキシエチルアクリレートを16.2g滴下して80〜90℃にて3時間反応させて、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリウレタンアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD3を113.7g、PCD4を71.1g、イソホロンジイソシアネートを47.3g、ヘキサメチレンジイソシアネートを17.9g、メチルエチルケトンを62.5g、ウレタン反応触媒としてビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05gを加え、80〜90℃で2時間反応させ、遊離イソシアネート基含有量が2.9質量%のウレタンプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、ビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05g、メチルエチルケトン6.2gを加え、2−ヒドロキシエチルアクリレートを24.7g滴下して80〜90℃にて3時間反応させて、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリウレタンアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD1を145.9g、アジピン酸53.3g、エステル化触媒としてパラトルエンスルホン酸2.5gを仕込み、180℃で縮合水を除去しながらエステル化を8時間行った。なお、上記反応は上記混合気体を吹き込みながら行った。その後ポリエステルの酸価が115以下になったのを確認し、真空ポンプにより徐々に真空度を上げて反応させ、酸価106.3KOHmg/gのエステルプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、再度上記混合気体を吹き込みながら重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、2−ヒドロキシエチルアクリレート50.8gを加え、110〜120℃で縮合水を除去しながらエステル化を8時間行った。60℃まで冷却し、メチルエチルケトン59.2gを加え、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリエステルアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD1を211.9g、アクリル酸38.1g、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、エステル化触媒としてパラトルエンスルホン酸2.5gを仕込み、120℃で縮合水を除去しながらエステル化を15時間行い、酸価1.8のエステルプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、メチルエチルケトン60.1gを加え、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD1を209.2g、ヘキサメチレンジイソシアネートを22.0g、ウレタン反応触媒としてビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05gを加え、80〜90℃で1時間反応させ、遊離イソシアネート基含有量が0.0質量%のウレタンプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、アクリル酸18.8gを加え、120℃で縮合水を除去しながらエステル化を15時間行い、酸価0.9のウレタンプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、メチルエチルケトン60.2gを加え、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリウレタンアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD1を211.6g、アジピン酸19.3g、エステル化触媒としてパラトルエンスルホン酸2.5gを仕込み、180℃で縮合水を除去しながらエステル化を8時間行った。ポリエステルの酸価が0.5以下になったのを確認後、60℃まで冷却した後、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、アクリル酸19.0gを加え、120℃で縮合水を除去しながらエステル化を15時間行い、酸価0.9のエステルプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、メチルエチルケトン60.1gを加え、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリエステルアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD4を173.1g、イソホロンジイソシアネートを76.9g、メチルエチルケトンを62.5g、ウレタン反応触媒としてビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05gを加え、80〜90℃で2時間反応させ、遊離イソシアネート基含有量が4.7質量%のウレタンプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、ビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05g、メチルエチルケトン10.0gを加え、2−ヒドロキシエチルアクリレート40.2gを滴下して80〜90℃にて2時間反応させて、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリウレタンアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD4を159.2g、アジピン酸46.5g、エステル化触媒としてパラトルエンスルホン酸2.5gを仕込み、180℃で縮合水を除去しながらエステル化を8時間行った。なお、上記反応は上記混合気体を吹き込みながら行った。その後ポリエステルの酸価が98以下になったのを確認し、真空ポンプにより徐々に真空度を上げて反応させ、酸価89.3KOHmg/gのエステルプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、再度上記混合気体を吹き込みながら重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、2−ヒドロキシエチルアクリレート44.3gを加え、110〜120℃で縮合水を除去しながらエステル化を8時間行った。60℃まで冷却し、メチルエチルケトン59.6gを加え、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリエステルアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD4を218.5g、アクリル酸31.5g、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、エステル化触媒としてパラトルエンスルホン酸2.5gを仕込み、120℃で縮合水を除去しながらエステル化を15時間行い、酸価1.5のエステルプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、メチルエチルケトン60.5gを加え、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
撹拌機、還流冷却管、温度計、窒素及び酸素の混合気体の吹き込み管を備えた4ツ口フラスコにPCD4を216.3g、ヘキサメチレンジイソシアネートを18.2g、ウレタン反応触媒としてビスマストリス(2−エチルヘキサノアート)0.05gを加え、80〜90℃で1時間反応させ、遊離イソシアネート基含有量が0.0質量%のウレタンプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル0.3g、アクリル酸15.6gを加え、120℃で縮合水を除去しながらエステル化を15時間行い、酸価0.8のウレタンプレポリマーを得た。60℃まで冷却した後、メチルエチルケトン60.6gを加え、メチルエチルケトン20質量%含む、即ち樹脂組成物の樹脂成分濃度が80質量%であるポリウレタンアクリレート系のポリカーボネート系樹脂組成物を得た。なお、上記反応はすべて上記混合気体を吹き込みながら行った。
[実施例1]
合成例1の組成物(組成物1)100gをメチルエチルケトンにて希釈し、ポリカーボネート系樹脂組成物濃度を40質量%に調整した後、ナノダイヤモンド0.8g、光重合開始剤としてイルガキュア184(BASFジャパン製)を1.6g混合し、コーティング剤を得た。コーティング剤を乾燥膜厚が10μmになるようにポリカーボネート樹脂板にバーコータで塗布した。熱風乾燥機にて60℃で10分乾燥し、紫外線照射装置(製品名:EYE GRANDAGE ECS−301、アイグラフィックス社製、光源:メタルハライド)を用い、500mJ/cm2を照射して樹脂硬化物層(保護膜)を形成した。以上の方法により積層体を作製した。
実施例1のナノダイヤモンド量を0.08gに変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1のナノダイヤモンドをシリカ34.3gに変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例2の組成物(組成物2)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例3の組成物(組成物3)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例4の組成物(組成物4)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例5の組成物(組成物5)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例6の組成物(組成物6)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例7の組成物(組成物7)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例8の組成物(組成物8)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
100gの組成物1をメチルエチルケトンにて希釈し、ポリカーボネート系樹脂組成物濃度を40質量%に調整した後、光重合開始剤としてイルガキュア184(BASFジャパン製)を1.6g混合し、塗工液を得た。得られた塗工液を乾燥膜厚が10μmになるようにポリカーボネート樹脂板にバーコータで塗布した。次に、この塗膜上に、噴霧器を用いて樹脂硬化物層(保護膜)中のナノダイヤモンド濃度が1質量%となるように2質量%のナノダイヤモンドのメチルエチルケトン分散液を噴霧した。熱風乾燥機にて60℃で10分乾燥し、紫外線照射装置(製品名:EYE GRANDAGE ECS−301、アイグラフィックス社製、光源:メタルハライド)を用い、500mJ/cm2を照射して樹脂硬化物層(保護膜)を形成した。以上の方法により積層体を作製した。
保護膜を積層せず実施例1の基材のみとした。
ナノダイヤモンドを加えなかったこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例9の組成物(組成物9)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例10の組成物(組成物10)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例11の組成物(組成物11)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
実施例1の組成物1を合成例12の組成物(組成物12)に変更したこと以外は実施例1と同じ方法で積層体を作製した。
作製した積層体の樹脂硬化物層(保護膜)に、JIS K5600−5−6(1999年)に従いカッターナイフで縦横各11本の1mm間隔の切り込みを入れて100マスの碁盤目を形成し、この碁盤目上にニチバン(株)製のセロハンテープを貼り付け、セロハンテープを剥離した。セロハンテープ剥離後の残存膜のマス目の数で密着性を評価し、95枚以上残存した場合を合格とした。
JIS K5600−5−9(2000年)に従い、テーバー磨耗試験機(東洋精機製作所社製、型式:ROTARY ABRASION TESTER)に磨耗輪(製品名:CALIBRASE(登録商標)CS−10F、TABER社製)を装着し、荷重500g下での500回転後のヘーズ(曇価)を測定し、試験後と試験前の曇価差ΔH(%)を算出した。ヘーズはJIS K7136(2000年)に従い、ヘーズメーター(スガ試験機株式会社製、型式:HGM−2DP)を用いて測定した。ΔH(%)が小さいものほど、耐擦傷性が良好と評価し、5以下を合格とした。
Claims (7)
- 基材と、該基材上に設けられた樹脂硬化物層と、を備え、
前記樹脂硬化物層が、(メタ)アクリロイル基と脂環式骨格又は脂環式骨格の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子、窒素原子若しくは硫黄原子で置換された骨格とを有するポリカーボネート系樹脂が含まれる樹脂組成物の硬化物と、無機微粒子と、を含む層である、積層体。 - 前記ポリカーボネート系樹脂が、脂環式骨格又は脂環式骨格の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子、窒素原子若しくは硫黄原子で置換された骨格を有するポリカーボネートポリオールとポリイソシアネート系化合物及び/又はポリカルボン酸系化合物との反応物と、分子内に1つ以上の水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物と、を反応させて得られる樹脂である、請求項1に記載の積層体。
- 前記ポリカーボネート系樹脂が、脂環式骨格又は脂環式骨格の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子、窒素原子若しくは硫黄原子で置換された骨格を有するポリカーボネートポリオールと、(メタ)アクリル酸又は(メタ)アクリル酸エステル化合物と、を反応させて得られる樹脂である、請求項1に記載の積層体。
- (メタ)アクリロイル基と脂環式骨格又は脂環式骨格の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子、窒素原子若しくは硫黄原子で置換された骨格とを有するポリカーボネート系樹脂と、無機微粒子と、を含む、コーティング剤。
- 基材上に、(メタ)アクリロイル基と脂環式骨格又は脂環式骨格の少なくとも1つの炭素原子が酸素原子、窒素原子若しくは硫黄原子で置換された骨格とを有するポリカーボネート系樹脂と、無機微粒子と、が含まれる粒子含有樹脂層を形成する工程と、
前記粒子含有樹脂層を硬化する工程と、を備える、積層体の製造方法。 - 前記基材上に前記ポリカーボネート系樹脂が含まれる塗工液を塗布して塗膜を形成する工程と、前記塗膜上に前記無機微粒子を吹き付ける工程と、を経て前記粒子含有樹脂層を形成する、請求項6に記載の積層体の製造方法。
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