JP2018150524A - 活性エネルギー線硬化性組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】高屈折率であって、高い透明性を有し、プラスチック基材との密着性、金型離型性に優れる硬化物を与える活性エネルギー線硬化性組成物の提供。【解決手段】一般式(1)で表されるモノマー(A)と、(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)と、ラジカル重合開始剤(C)とを含有し、25℃での屈折率が1.54〜1.67である活性エネルギー線硬化性組成物(D)。[式(1)中、R1はH又はメチル基、R2はC1〜3のアルキル基又はH、及びR3はC1〜3のアルキル基、H又は(R4O)n−Hで表される基。R4OはC2〜3のアルキレンオキシ基、nは1〜3の整数。nが2以上の場合、複数あるR4は同じでも異なっていてもよい。]【選択図】なし

Description

本発明は活性エネルギー線硬化性組成物に関する。
従来、液晶ディスプレイに使用されるプリズムシートや、プロジェクションTVに使用されるフレネルレンズ、レンチキュラーレンズといった光学レンズは、金型内面に樹脂基材がセットされた型内に活性エネルギー線硬化性組成物を流し込み、活性エネルギー線を照射し、硬化させることで製造されている。
このプロセスは、生産性の面で優位であるため、光学部材(プラスチックレンズ、プリズム、光ファイバー等)、電気・電子部材(フレキシブルプリント配線板用ソルダーレジスト、メッキレジスト、多層プリント配線板用層間絶縁膜、感光性光導波路等)、シーリング材、接着剤並びに紙及びプラスチック等のコーティング剤など幅広い分野で使用されている。
最近、光学部材用途では、光学ディスプレイなどの小型化、薄型化、高輝度化や、反射防止や干渉縞防止のため、樹脂の高屈折率化が求められている。
高屈折率化を実現する手段として、樹脂中の芳香環濃度を高める方法や金属酸化物の微粒子を分散させる方法が挙げられる。具体的には、フルオレン等の骨格を有するアクリレートモノマーを用いたもの(特許文献1)、高屈折率樹脂に金属酸化物の微粒子を分散させたもの(特許文献2)等が提案されている。
これらの樹脂組成物から得られる硬化物は高い屈折率を有し、光学部材に求められる要求性能を概ね満足しうるが、その反面、硬化物が脆くなりやすく、プラスチック基材との密着性に関して十分な性能を発現しないという問題がある。
特開2010−7004号公報 特開2010−248505号公報
本発明の目的は、高屈折率であって、高い透明性を有し、プラスチック基材との密着性、金型離型性に優れる硬化物を与える活性エネルギー線硬化性組成物を提供することにある。
本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、下記一般式(1)で表されるモノマー(A)と、(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)と、ラジカル重合開始剤(C)とを含有する活性エネルギー線硬化性組成物であって、25℃での屈折率が1.54〜1.67である活性エネルギー線硬化性組成物(D)、及びこの活性エネルギー線硬化性組成物(D)の硬化物である。
Figure 2018150524
[式(1)中、Rは水素原子又はメチル基、Rは炭素数が1〜3のアルキル基又は水素原子、及びRは炭素数が1〜3のアルキル基、水素原子又は(RO)n−Hで表される基を表す。ROは炭素数が2〜3のアルキレンオキシ基を表し、nは1〜3の整数である。nが2以上の場合、複数あるRは同じでも異なっていてもよい。]
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は高屈折率であって、高い透明性を有し、プラスチック基材との密着性が良く、金型離型性に優れる硬化物を与えることができるという効果を奏する。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物(D)は、一般式(1)で表されるモノマー(A)と、(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)と、ラジカル重合開始剤(C)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物であって、25℃での屈折率が1.54〜1.67であることを特徴とする。
なお、(メタ)アクリロイル基とは、アクリロイル基又はメタアクリロイル基を表す。
上記一般式(1)で表されるモノマー(A)の具体例としては、(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,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−メチル−N−エチル(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−ノルマルプロピル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、N−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド等が挙げられ、好ましくはN,N−ジメチル(メタ)アクリルアミドとN,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド及びN−ヒドロキシエチルアクリルアミドである。
(A)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物(D)は、モノマー(A)を含有させることによりプラスチック基材との密着性を向上させることができる。
本発明の(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)は、微粒子表面の金属酸化物と(メタ)アクリロイル基を有する化合物(b)とが反応した物であり、公知の方法で製造することができ、例えば、金属酸化物微粒子(a)を溶媒やモノマーに分散させ、加熱や酸性条件下で(メタ)アクリロイル基を有する化合物(b)と反応させることにより得られる。
(B)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物(D)は、(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)を含有させることにより、硬化物の透明性が高くかつ金型離型性が良くなる。
金属酸化物微粒子(a)となる原料の金属酸化物としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化インジウム、酸化スズ、酸化タングステン、酸化セリウム、酸化アンチモン及び酸化ゲルマニウム等が挙げられる。これらのうち好ましいのは、酸化ジルコニウム及び酸化チタンである。
金属酸化物は、1種又は2種以上を併用してもよい。
金属酸化物微粒子(a)と反応させる原料の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(b)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン及び3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシランが挙げられる。なお、「(メタ)アクリ」とは、「メタクリ」又は「アクリ」を表す。
(メタ)アクリロイル基を有する化合物(b)は1種又は2種以上を併用してもよい。
動的光散乱法によって測定された活性エネルギー線硬化性組成物(D)中での(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)のメジアン粒子径(体積基準)は、透明性の観点から1〜50nmが好ましく、更に好ましくは1〜20nmである。
(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)の屈折率は、(D)の屈折率の観点から、好ましくは1.60〜2.80である。
このメジアン粒子径(体積基準)とは、体積基準で積算分布曲線における50%累積値に対応する粒子径(累積50%粒径)で定義される。
測定原理として動的光散乱法で測定した値であり、例えば動的光散乱式粒子径分布測定器[商品名:ナノ粒子解析装置nano Partica SZ−100、(株)堀場製
作所製]を用いて測定した。
(B)としては、市販品を使用することもでき、例えば、日本触媒製の(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子(AX−HR−10−3及びAX−ZP−158−A等)が挙げられる。
本発明のラジカル重合開始剤(C)としては、ベンゾイン化合物(C1)、アセトフェノン化合物(C2)、アントラキノン化合物(C3)、チオキサントン化合物(C4)、ケタール化合物(C5)、ベンゾフェノン化合物(C6)、ホスフィンオキシド(C7)、ケタール化合物(C8)、α−アミノアルキルフェノン化合物(C9)及びオキシムエステル化合物(C10)、有機過酸化物(C11)、アゾ開始剤(C12)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。
なお、一般に(C1)〜(C10)は光重合開始剤、(C11)〜と(C12)は熱重合開始剤と呼ばれる。
ベンゾイン化合物(C1)としては、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、ベンゾインイソブチルエーテル、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン及び1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等が挙げられる。
アセトフェノン化合物(C2)としては、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−オン等が挙げられる。
アントラキノン化合物(C3)としては、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等が挙げられる。
チオキサントン化合物(C4)としては、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等が挙げられる。
ケタール化合物(C5)としては、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等が挙げられる。
ベンゾフェノン化合物(C6)としては、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等が挙げられる。
ホスフィンオキシド(C7)としては、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ホスフォィンオキサイド及びビス(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が挙げられる。
ケタール化合物(C8)としては、ベンジルジメチルケタール等が挙げられる。
α−アミノアルキルフェノン化合物(C9)としては、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロ−ブタノン−1及び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]等が挙げられる。
オキシムエステル化合物(C10)としては、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)]及びエタノン−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−(O−アセチルオキシム)等が挙げられる。
有機過酸化物(C11)としては、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)2−メチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(4,4−ジ−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、ジラウロイルパーオキサイド、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシマレイン酸、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(m−トルオイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5−ジーメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシアセテート、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン、t−ブチルパーオキシベンゾエート、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、ジ−t−ブチルパーオキシイソフタレート、α、α‘−ビス(t−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、p−メンタンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、t−ブチルトリメチルシリルパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、t−ヘキシルハイドロパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド等が挙げられる。
アゾ開始剤(C12)としては、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2−(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル、2−フェニルアゾ−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾジ−t−オクタン、アゾジ−t−ブタン等が挙げられる。
これらは単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。又、有機過酸化物は還元剤と組み合わせることによりレドックス反応とすることも可能である。
熱重合開始剤を単独で用いる場合は、ラジカル熱重合の常套手段にしたがって行えばよく、場合によっては光重合開始剤と併用し、光硬化させた後に更に反応率を向上させる目的で熱硬化を行うこともできる。
これらのラジカル重合開始剤(C)のうち、活性エネルギー線硬化性組成物を硬化する工程時間が短縮できる観点から光重合開始剤の(C1)〜(C10)が好ましい。
光重合開始剤の(C1)〜(C10)のうち、硬化物が黄変しにくいという耐光性の観点から好ましいのは、アセトフェノン化合物(C2)及びホスフィンオキシド(C7)であり、更に好ましいのは、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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、2,4,6−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及びビス−(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、特に好ましいのは、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン及び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である。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物(D)は、25℃での屈折率が1.54〜1.67であり、好ましくは1.57〜1.67である。(D)の屈折率が1.54未満であると、反射や干渉縞の問題があり、屈折率が1.67を超えると硬化物が脆くなる問題がある。なお、(D)の屈折率はJIS K 0062:1992に準じて測定した。
(D)の屈折率は、モノマー(A)、(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)及び必要により使用する(メタ)アクリロイル基含有モノマー(E)の屈折率及びそれらの含有量で調整することができる。
(D)の25℃での屈折率は以下の計算式(1)を用いて調整することができる。
(D)の屈折率をn(液)とする。
(液)={n(A)×w%(A)/ρ + n(B)×w%(B)/ρ + n(E)×w%(E)/ρ}/{w%(A)/ρ + w%(B)/ρ + w%(E)/ρ} ・・・(1)
ここで、
Aの屈折率(液体、25℃):n(A)
Bの屈折率(液体、25℃):n(B)
Eの屈折率(液体、25℃):n(E)
Aの比重(液体、25℃):ρ
Bの比重(液体、25℃):ρ
Eの比重(液体、25℃):ρ
Aの重量%:w%(A)
Bの重量%:w%(B)
Eの重量%:w%(E)
である。
一般式(1)で表されるモノマー(A)の含有量は、プラスチック基材との密着性の観点から、(D)の重量に基づいて、好ましくは10〜50重量%であり、更に好ましくは20〜50重量%である。
(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)の含有量は、金型離型性と透明性の両立の観点から、(D)の重量に基づいて、好ましくは50〜90重量%であり、更に好ましくは60〜70重量%である。
本発明における(A)と(B)の含有比率は、金型離型性及びプラスチックとの密着性の両立の観点から、(A)/(B)の含有比率が重量比で5/95〜95/5であり、更に好ましくは10/90〜40/60である。
ラジカル重合開始剤(C)の含有量は、耐傷付性及び透明性の観点から、(C)の重量を除いた(D)の重量に基づいて、好ましくは0.1〜5重量%であり、更に好ましくは1〜4重量%である。
本発明における活性エネルギー線硬化性組成物には、金型離型性を良くする目的で、オキシアルキレン基と2〜4個の(メタ)アクリロイル基とを有しウレタン基を有さない(メタ)アクリロイル基含有モノマー(E)を含有させることができる。
(メタ)アクリロイル基含有モノマー(E)は、好ましくは、分子内にオキシエチレン基及び/又はオキシプロピレン基を有する。
(メタ)アクリロイル基含有モノマー(E)は、高屈折率と金型離型性との両立の観点から、好ましくは、下記一般式(2)で表される(メタ)アクリレート(E1)及び下記一般式(3)で表される(メタ)アクリレート(E2)である。
Figure 2018150524
式(2)中の2個のRはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、硬化性の観点からRは水素原子が好ましい。
式(2)中の(x+y)個のRはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、( )で囲んだ化学構造はオキシエチレン基、オキシプロピレン基、これらの併用を表す。Rとして好ましくは水素原子である。
xとyは、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの合計の付加モル数を表し、屈折率の観点から、好ましくはそれぞれ1〜10の整数である。x+yは好ましくは2〜15であり、更に好ましくは2〜10であり、特に好ましくは2〜6である。
Figure 2018150524
式(3)中の2個のR、Rはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、硬化性の観点からRは水素原子が好ましい。
式(3)中の(k+m)個のRはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、( )で囲んだ化学構造はオキシエチレン基、オキシプロピレン基、これらの併用を表す。Rとして好ましくは水素原子である。
2個のRはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表す。
kとmは、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの合計の付加モル数を表し、屈折率の観点から、好ましくはそれぞれ1〜15の整数である。k+mは好ましくは2〜30であり、更に好ましくは2〜20であり、特に好ましくは2〜4である。
活性エネルギー線硬化性組成物(D)の重量に基づいて、(E)の含有量は高屈折率と金型離型性との両立の観点から、5〜90重量%が好ましく、更に好ましくは7〜80重量%である。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物には、溶媒を含有させてもよい。
溶媒としては、他の成分との相溶性、分散性の観点から、有機溶剤が好ましい。このような有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール;
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン;
酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエステル;
エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル; ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミドを挙げることができる。
中でも、メタノール、イソプロパノール、ブタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、トルエン及びキシレンが好ましい。
溶媒は、1種の単独使用又は2種以上の併用のいずれでもよい。
前記の溶剤の重量割合は、揮発性有機化合物(VOC)低減の観点から、前記活性エネルギー線硬化性組成物(D)の重量を基準として1重量%以下であることが好ましく、更に好ましくは0.1重量%以下であり、特に好ましくは0重量%[即ち、活性エネルギー線硬化性組成物(D)を溶剤で希釈しない]である。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物には、他の成分との相溶性、分散性の観点から、(A)、(E)以外の(メタ)アクリロイル基含有モノマー(F)を併用してもよい。
(メタ)アクリロイル基含有モノマー(F)としては、脂環式炭化水素基を有する(メタ)アクリレート、芳香環を有する(メタ)アクリレート(ベンジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート及び(E)以外のビスフェノールA アルキレンオキサイド付加物ジアクリレート等)、水酸基含有(メタ)アクリレート、ウレタン基を有する多官能(メタ)アクリロイル基含有(メタ)アクリレート等が挙げられる。
活性エネルギー線照射硬化性組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で必要によりその他の添加剤を含有させることができる。
添加剤としては、酸化防止剤、ヒンダードアミン光安定剤、紫外線吸収剤、耐電防止剤、着色剤、重合禁止剤、連鎖移動剤、充填剤、界面活性剤、可塑剤、分散剤及びチクソトロピー性付与剤(増粘剤)などが挙げられる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の活性エネルギー線による硬化物の製造方法においては、活性エネルギー線発生装置によって異なるが、多くの場合成形温度は50〜90℃程度であり、機器内での暴走重合の回避や単量体の安定性向上の観点から、重合禁止剤を加えることが好ましい。また、樹脂組成物の保存安定性の点からも、重合禁止剤を含有するのが好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物を活性エネルギー線等で硬化させることによって、硬化物となる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物は、光学部材、電気・電子部材の用途に有用である。より詳しくは、高屈折率であって、高い透明性を有し、プラスチック基材との密着性、金型離型性が優れているため、フィルム状やシート状で使われるほか、プラスチックレンズ(プリズムレンズ、レンチキュラーレンズ、マイクロレンズ、フレネルレンズ、視野角向上レンズ、視野角制御レンズ及びコントラスト向上レンズ等)、光学補償フィルム、位相差フィムル、電磁波シールド用フィルム、プリズム、光ファイバー、フレキシブルプリント配線用ソルダーレジスト、メッキレジスト、多層プリント配線板用層間絶縁膜及び感光性光導波路としての用途に有用である。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物の製造方法は、特に限定されないが、微細な凹凸構造を有する三次元形状のプラスチックレンズは、例えば微細な凹凸構造を有する平らな金型を用いて活性エネルギー線硬化性組成物を光硬化させ金型から離型することにより得ることができる。
本発明の樹脂組成物を予め20〜50℃に温調し、硬化物の成形体形状(例えば光学レンズ形状)が得られる金型(型温は20〜50℃、好ましくは25〜40℃)にディスペンサー等を用いて、硬化後の厚みが20〜150μmとなるように塗工(又は充填)し、塗膜上から透明基材(透明フィルムを含む)を空気が入らないように加圧積層し、更に該透明基材上から活性エネルギー線を照射して該塗膜を硬化させた後に、型から離型し硬化物の成形体(レンズシート)を得る。
透明基材(透明フィルムを含む)としては、トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、メチルメタクリレート(共)重合物、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン等の樹脂が挙げられる。
本発明における活性エネルギー線としては、熱線、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の波長を有する紫外線を意味する。
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、フュージョンUVシステムズ(株)製、活性エネルギー線照射装置[型番「VPS/I600」]が使用できる。
使用するランプとしては、例えば高圧水銀灯、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10〜10,000mJ/cm、更に好ましくは100〜5,000mJ/cmである。
以下、実施例及び比較例により本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
製造例1
撹拌装置及び温度計を取り付けたガラス製の反応容器に、ポリテトラメチレングリコール[商品名:PTMG−1000、三菱化学(株)製]65.0重量部、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート[商品名:デスモジュールW、住化バイエルウレタン(株)製]26.6重量部、触媒としてビスマストリ(2−エチルヘキサノエート)の2−エチルヘキサン酸50重量%溶液を0.5重量部仕込み、攪拌して均一溶液とした後、80℃に昇温した。容器内の温度を80℃に温度調整しながら、1段目のウレタン化反応を6時間行った。
イソシアネート含有量が5.65重量%以下になったのを確認した後、重合禁止の目的で酸素濃度を8%に調整した窒素と酸素の混合気体を液中に通気しながら、2−ヒドロキシエチルアクリレートを8.4重量部加え、75℃で2段目のウレタン化反応を2時間行った。イソシアネート含有量が0.01重量%以下になったのを確認した後、60℃に冷却し、(A)及び(E)以外の(メタ)アクリロイル基含有モノマー(F−2)を得た。(F−2)のMnは2,200であった。
実施例1
撹拌機と温度計を備えた反応容器に、(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子分散液[商品名:AX−ZP−158−A、(株)日本触媒製、80重量%メチルエチルケトン溶液、メジアン粒子径(体積基準)10nm]85.7重量部、N,N−ジエチルアクリルアミド(A−2)[商品名「ジエチルアクリルアミドDEAA」、KJケミカルズ(株)製、官能基数1]を40重量部仕込み25℃で30分間攪拌した後、(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子分散液に含まれている溶媒のメチルエチルケトン25.7重量部をエバポレーターで取り除き、金属酸化物(B−2)60重量部とN,N−ジメチルアクリルアミド(A−1)40重量部の混合液(G−1)を得た。なおエバポレーターの温調用の水浴温度は30℃に設定し、メチルエチルケトンのみを減圧留去した。
その後、混合液(G−1)の入った容器に、ジ−t−ブチルパーオキサイド(C1−1)[商品名「パーブチルD」、日油(株)製]を3.0重量部を加え、40℃で混合し、実施例1の活性エネルギー線硬化性組成物(D−1)を得た。
実施例2〜4
表1に示す配合組成(重量部)で、実施例1と同様の操作を行って不要なメチルエチルケトンを減圧留去し、表1に示す配合組成(重量部)で40℃で混合して、実施例2〜4の活性エネルギー線硬化性組成物(D−2)〜(D−4)を得た。
Figure 2018150524
実施例5
撹拌機と温度計を備えた反応容器に、N,N−ジメチルアクリルアミド(A−1)[商品名「ジメチルアクリルアミドDMAA」、KJケミカルズ(株)製、官能基数1]を20.0重量部、(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子80重量%分散液(B−1)[商品名:AX−HR−10−3、(株)日本触媒製、(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子80重量%と分散媒としてベンジルアクリレート20重量%とを含む溶液、メジアン粒子径(体積基準)10nm]を70重量部、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(C−3)[商品名「ルシリンTPO」、BASF社製]を3.0重量部、ウレタン基を有する多官能(メタ)アクリロイル基含有モノマー(F−2)10.0重量部を加え、40℃で混合して、実施例5の活性エネルギー線硬化性組成物(D−5)を得た。なお、表1で「(B−1)中に20重量%含まれるベンジルアクリレート分」を括弧内に記載した。
実施例6〜14、比較例1〜5
表1に示す配合組成(重量部)で、40℃で混合して、実施例6〜14の樹脂組成物(D−6)〜(D−14)及び比較例1〜5の樹脂組成物(D’−1)〜(D’−5)を得た。
なお、表1における記号が示す内容は以下のとおりである。
(A−1):N,N−ジメチルアクリルアミド[商品名「ジメチルアクリルアミドDMAA」、KJケミカルズ(株)製、官能基数1、屈折率(液、25℃):1.47、比重(液、25℃):0.96]
(A−2):N,N−ジエチルアクリルアミド[商品名「ジエチルアクリルアミドDEAA」、KJケミカルズ(株)製、官能基数1、屈折率(液、25℃):1.46、比重(液、25℃):0.92]
(B−1):(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子80重量%分散液[商品名:AX−HR−10−3、(株)日本触媒製、(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子80重量%と分散媒として20重量%のベンジルアクリレートとを含む溶液、メジアン粒子径(体積基準)10nm、屈折率(液、25℃):1.64、比重(液、25℃):1.79]
(B−2):(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子分散液[商品名:AX−ZP−158−A、(株)日本触媒製、(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子70重量%と分散媒として30重量%のメチルエチルケトンとを含む溶液、メジアン粒子径(体積基準)10nm]から更にメチルエチルケトンを除去したもの(100重量%品)、屈折率(液、25℃):1.67、比重(液、25℃):2.2
(B’−1):(メタ)アクリロイル基を有しない酸化ジルコニウム70重量%分散液[商品名:SZR−M、堺化学工業(株)製、30重量%メタノール溶液、メジアン粒子径(体積基準)3nm、屈折率(液、25℃):1.70、比重(液、25℃):2.5]
(C−1):ジ−t−ブチルパーオキサイド[商品名「パーブチルD」、日油(株)製、屈折率(液、25℃):1.39、比重(液、25℃):0.79]
(C−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」、BASF社製、屈折率(液、25℃):、比重(液、25℃):1.17]
(C−3):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[商品名「ルシリンTPO」、BASF社製、屈折率(液、25℃):1.47、比重(液、25℃):1.12]
(C−4):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[商品名「イルガキュア819」、BASF社製]
(C−5):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」、BASF社製]
(E−1):ビスフェノールフルオレン EO6モル付加物ジアクリレート[商品名:KONOMER−D064、KPXケミカル(株)製、一般式(1)でx=y=3、官能基数2、屈折率(液、25℃):1.58、比重(液、25℃):1.1]
(E−2):ビスフェノールフルオレン EO10モル付加物ジアクリレート[商品名:KONOMER−D104、KPXケミカル(株)製、一般式(1)でx=y=5、官能基数2、屈折率(液、25℃):1.56、比重(液、25℃):1.1]
(E−3):ビスフェノールA EO4モル付加物ジアクリレート[商品名:ネオマーBA−641、三洋化成工業(株)製、官能基数2、屈折率(液、25℃):1.54、比重(液、25℃):1.14]
(E−4):ビスフェノールフルオレン EO20モル付加物ジアクリレート[商品名:KONOMER−D104、KPXケミカル(株)製、一般式(1)でx=y=10、官能基数2、屈折率(液、25℃):1.53、比重(液、25℃):1.1]
(E−5):エトキシ化(EO20モル)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-20」、新中村化学(株)製、官能基数2、屈折率(液、25℃)1.50:、比重(液、25℃):1.13]
(F−1):ベンジルアクリレート[商品名「ファンクリルFA−BZA」、日立化成(株)製、官能基数1、屈折率(液、25℃):1.52、比重(液、25℃):1.06]、ただし、比較例1〜3で配合したもの以外に、実施例5〜10と比較例1で配合した「(メタ)アクリロイル基を有するジルコニアナノ粒子分散液(B−1)」は20重量%のベンジルアクリレートを含む。
(F−2):製造例1で得た(A)及び(E)以外の(メタ)アクリロイル基含有モノマー。
実施例1〜14の硬化性組成物(D−1)〜(D−14)、比較例1〜5の硬化性組成物(D’−1)〜(D’−5)の屈折率を表1に記載した。また、これらの硬化性組成物の硬化物について、硬化物の屈折率、透明性、プラスチック基材との密着性、金型離型性を下記の方法で測定し、評価し、結果を表1に記載した。
[活性エネルギー線硬化性組成物の屈折率の計算方法]
活性エネルギー線硬化性組成物の25℃での屈折率をn(液)とする。活性エネルギー線硬化性組成物の25℃での屈折率は以下の計算式(2)を用いて求めた。A及びBの屈折率はJIS K 0062:1992に準じて測定した。
(液)={n(A)×w%(A)/ρ + n(B)×w%(B)/ρ}/{w%(A)/ρ + w%(B)/ρ} ・・・(2)
ここで、
Aの屈折率(液体、25℃):n(A)
Bの屈折率(液体、25℃):n(B)
Aの比重(液体、25℃):ρ
Bの比重(液体、25℃):ρ
Aの重量%:w%(A)
Bの重量%:w%(B)
である。
[硬化物の25℃での屈折率の測定]
下記の密着性評価の硬化フィルムの作製において、基材フィルムをTAC樹脂製からポリエステル樹脂製[例えば、商品名「コスモシャインA4300」東洋紡績(株)製]に変更した以外は同様の操作で、硬化物の25℃での屈折率評価用の硬化フィルムを作製した。
硬化フィルムの屈折率を25℃の環境下で屈折率計[商品名:アッベ屈折率計4T、(株)アタゴ製]を用いて測定した。
[硬化物の透明性(ヘイズ値)]
JIS−K7105に準拠し、ヘイズメーター[商品名:「haze−gard dual」BYK gardner(株)製]を用いて前記の硬化フィルムのヘイズを測定した。
本評価方法では、ヘイズ値が1%以下であれば透明性が良好である。
[プラスチック基材(セルローストリアセテート樹脂:TAC樹脂)との密着性の評価]
(1)板ガラスの表面に、厚さが30μmになるように各樹脂組成物を塗工する。
(2)縦100mm×横100mm×厚さ80μmの平坦なTAC樹脂製の基材フィルムとして「FTUV80」[ 富士写真フィルム(株)製]を塗工面に乗せ、ローラーを上から転がして空気を押し出して貼り合わせる。
(3)基材フィルム側から活性エネルギー線照射装置[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1,000mJ/cm照射して、硬化させ、硬化膜を作成した。基材フィルムと密着した硬化膜を板ガラスから剥離する。
(4)板ガラスから剥離した硬化物をJIS K 5600−5−6に準拠し、25個(5個×5個)のマスができるよう2mm幅にカッターナイフで切込みを入れ、25マス中の剥離せず密着しているマス目の個数を数える。
判定基準は以下の通りである。
○:試験後にフィルム上にマス目25個全部が残っている。
×:試験後にフィルム上のマス目が1個以上欠けている。
[金型離型性の評価]
(1)溝の深さ22μm、ピッチ幅50μmで平行に線を刻んで、微細に凹凸処理を施したSUS製の金型の表面に、厚さが50μmになるように各樹脂組成物を塗工する。
(2)基材である厚さ80μmの上記記載のTAC樹脂製の基材フィルムを塗工面に乗せ、ローラーを上から転がして空気を押し出して貼り合わせる。
(3)TAC樹脂製の基材フィルム側から活性エネルギー線照射装置[型番「VPS/I600」、フュージョンUVシステムズ(株)製]により、活性エネルギー線を1,000mJ/cm照射して、各樹脂組成物を硬化させ、硬化膜を作成する。
(4)フィルムと密着した硬化膜を金型から剥離し、凹凸の転写が再現されているかをレーザー顕微鏡で判定する。
判定基準は以下の通りである。
◎:金型から剥離する際の力が5.0N/cmより小さく、剥離が容易で、金型に樹脂残りがなく、凹凸の転写が再現できている。
○:金型から剥離する際の力が5.0N/cm以上だが、金型に樹脂残りがなく、凹凸の転写が再現できている。
×:金型に樹脂残りがあるか、凹凸の転写が再現できていない。
なお、TAC樹脂製の基材フィルムに密着しなかった比較例1については評価できなかった。
表1の結果から、実施例1〜14の本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物は、硬化物の屈折率、透明性、プラスチック基材との密着性、金型離型性のすべてに優れていることが分かる。
一方、モノマー(A)を含まない比較例1、4及び5はプラスチック基材との密着性が悪い。(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)を含まない比較例2は屈折率が低い。(B)の代わりに(メタ)アクリロイル基を有しない金属酸化物微粒子(B’−1)を用いた比較例3は高屈折率であるが、透明性が低い。
本発明の光学部品用活性エネルギー線硬化性樹脂は、高屈折率であって、高い透明性を有し、プラスチック基材との密着性、金型離型性が優れているため、光学部材、電気・電子部材としても有用である。
また、本発明の硬化物を用いた光学部品も、高屈折率であって、高い透明性を有し、プラスチック基材との密着性、金型離型性が優れているため、フィルム状やシート状で使われるほか、プラスチックレンズ(プリズムレンズ、レンチキュラーレンズ、マイクロレンズ、フレネルレンズ、視野角向上レンズ、視野角制御レンズ及びコントラスト向上レンズ等)、光学補償フィルム、位相差フィムル、電磁波シールド用フィルム、プリズム、光ファイバー、フレキシブルプリント配線用ソルダーレジスト、メッキレジスト、多層プリント配線板用層間絶縁膜及び感光性光導波路として(極めて)有用である。

Claims (7)

  1. 下記一般式(1)で表されるモノマー(A)と、(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)と、ラジカル重合開始剤(C)とを含有する活性エネルギー線硬化性組成物であって、25℃での屈折率が1.54〜1.67である活性エネルギー線硬化性組成物(D)。
    Figure 2018150524
    [式(1)中、Rは水素原子又はメチル基、Rは炭素数が1〜3のアルキル基又は水素原子、及びRは炭素数が1〜3のアルキル基、水素原子又は(RO)n−Hで表される基を表す。ROは炭素数が2〜3のアルキレンオキシ基を表し、nは1〜3の整数である。nが2以上の場合、複数あるRは同じでも異なっていてもよい。]
  2. 動的光散乱法によって測定された活性エネルギー線硬化性組成物(D)中での(メタ)アクリロイル基を有する金属酸化物微粒子(B)のメジアン粒子径(体積基準)が1〜50nmである請求項1記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  3. (A)/(B)の含有比率が重量比で5/95〜95/5である請求項1又は2記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  4. 更に、オキシアルキレン基と2〜4個の(メタ)アクリロイル基とを有しウレタン基を有さない(メタ)アクリロイル基含有モノマー(E)を含有する請求項1〜3いずれか記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  5. 活性エネルギー線硬化性組成物の重量に基づいて、(E)の含有量が5〜90重量%である請求項4いずれか記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  6. 光学部品用である請求項1〜5いずれか記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  7. 請求項1〜6いずれか記載の活性エネルギー線硬化性組成物(D)の硬化物。
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