JP2019172969A - 活性エネルギー線硬化性組成物及びその硬化物 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、その中でも活性エネルギー線硬化性組成物は、硬化速度が速いことから、コーティング剤や塗料、印刷インキ等の分野で使用される場面が増えてきている。
これらを使用したインクジェット用インクとしては、紫外線で硬化する紫外線硬化型ジェトインクがある。この紫外線硬化インクを用いたインクジェット方式は、比較的低臭気であり、速乾性、インク吸収性の無い記録媒体への記録が出来る点で、近年注目されつつあり、紫外線硬化型インクジェットインクが開示されて(例えば、特許文献1〜3参照)いる。
しかしながら、特許文献1に記載の組成物は速硬化する点においては改良されているが、インク組成物としての粘度が高く、インクジェット印刷に使用した場合にノズルからの吐出が困難又はノズル詰まりが発生する等吐出性が悪いという問題がある。
特許文献2及び特許文献3に記載の組成物は、記録材料の種類や作業環境によって、硬化感度が変動しやすいという問題がある。
CH2=CR2−COO−(R1O)n−COCR2=CH2 (1)
[一般式(1)中、R1は炭素数1〜4のアルキレン基を表し、nは1〜4の整数であり、nが2〜4の場合、複数個あるR1は同一でも異なっていてもよく、2つあるR2はそれぞれ独立に水素基又はメチル基である。]
CH2=CR2−COO−(R1O)n−COCR2=CH2 (1)
[一般式(1)中、R1は炭素数1〜4のアルキレン基を表し、nは1〜4の整数であり、nが2〜4の場合、複数個あるR1は同一でも異なっていてもよく、2つあるR2はそれぞれ独立に水素基又はメチル基である。]
本発明において「(メタ)アクリル」とは、メタクリル又はアクリルを意味する。
硬化物の硬度の観点から好ましくは多環式飽和炭化水素基を有する単官能(メタ)アクリレートであり、更に好ましくはジシクロペンタニル(メタ)アクリレート及びイソボルニル(メタ)アクリレートである。
N−置換(メタ)アクリルアミド(B)とは、(メタ)アクリルアミドが有するアミノ基の水素原子のうち1個又は2個を炭化水素基等の置換基で置換したものを意味し、N−置換(メタ)アクリルアミドとしては、N−アルコキシ(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアルキルアクリルアミド、N−アルコキシ−N−アルキルアクリルアミド、N−(メタ)アクリロイル基を有する鎖状アミド及びN−(メタ)アクリロイル基を有する環状アミド等が挙げられる。
N−アルコキシ(メタ)アクリルアミドとしては、N−メトキシ(メタ)アクリルアミド、N−エトキシ(メタ)アクリルアミド、N−プロポキシ(メタ)アクリルアミド及びN−ブトキシ(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
N,N−ジアルキルアクリルアミドとしては、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N−ジプロピルアクリルアミド、N,N−ジイソプロピルアクリルアミド、N,N−ジブチルアクリルアミド、N,N−ジイソブチルアクリルアミド、N,N−ジ−tert−ブチルアクリルアミド、N,N−ジヘプチルアクリルアミド、N,N−ジオクチルアクリルアミド、N,N−ジ−tert−オクチルアクリルアミド、N,N−ジドデシルアクリルアミド及びN,N−ジオクタデシルアクリルアミド等が挙げられる。
N−アルコキシ−N−アルキルアクリルアミドとしては、N−n−ブトキシメチルアクリルアミド、N−メチル−N−メトキシアクリルアミド、N−メチル−N−エトキシアクリルアミド、N−メチル−N−プロポキシアクリルアミド、N−メチル−N−ブトキシアクリルアミド、N−エチル−N−メトキシアクリルアミド、N−エチル−N−エトキシアクリルアミド、N−エチル−N−ブトキシアクリルアミド、N−プロピル−N−メトキシアクリルアミド、N−プロピル−N−エトキシアクリルアミド、N−ブチル−N−メトキシアクリルアミド及びN−ブチル−N−エトキシアクリルアミド等が挙げられる。
N−(メタ)アクリロイル基を有する鎖状アミドとしては、N−イソプロピル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等が挙げられる。
N−(メタ)アクリロイル基を有する環状アミドとしては、N−アクリロイルモルホリン、N−アクリロイルチオモルホリン、N−アクリロイルピペリジン、N−アクリロイルピロリジン、N−メタクリロイルモルホリン、N−メタクリロイルピペリジン及びN−メタクリロイルピロリジン等が挙げられる。
本発明において、これらのN−置換(メタ)アクリルアミドは、1種単独で又は2種以上を併用できる。
化合物(B)は、硬化性の観点から好ましくはN,N−ジアルキルアクリルアミド、N−アルコキシ−N−アルキルアクリルアミド、N−(メタ)アクリロイル基を有する鎖状アミド及びN−(メタ)アクリロイル基を有する環状アミドであり、更に好ましくはN,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−アクリロイルモルホリン、N−n−ブトキシメチル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。
CH2=CR2−COO−(R1O)n−COCR2=CH2 (1)
式中、R1は炭素数1〜4のアルキレン基を表し、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基及びtert−ブチル基等が挙げられる。
硬化物の硬度の観点から好ましくは炭素数2〜3であり、更に好ましくはエチル基及びプロピル基である。
nは1〜4の整数であり、硬化物の硬度の観点から好ましくは1〜3の整数である。
nが2〜4の場合、複数個あるR1は同一でも異なっていてもよい。
2つあるR2はそれぞれ独立に水素基又はメチル基である。
2官能アクリレートとしては、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#200ジアクリレート、ポリエチレングリコール#300ジアクリレート、ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコール#400ジアクリレート及びポリプロピレングリコール#700ジアクリレート等が挙げられる。
2官能メタクリレートとしては、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール#200ジメタクリレート、ポリエチレングリコール#300ジメタクリレート、ポリエチレングリコール#400ジメタクリレート、ポリエチレングリコール#600ジメタクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、トリプロピレングリコールジメタクリレート、テトラプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコール#400ジメタクリレート及びポリプロピレングリコール#700ジメタクリレート等が挙げられる。
これらの2官能(メタ)アクリレートは、1種単独で又は2種以上を併用できる。
硬化性の観点から好ましくはジエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレートである。
グリセリンのアルキレンオキシド付加物、トリメチロールプロパンのアルキレンオキシド付加物及びペンタエリスリトールのアルキレンオキシド付加物それぞれのアルキレンオキシド付加物のアルキレンオキシドの炭素数は、硬化物の硬度の観点からそれぞれ好ましくは2〜3である。アルキレンオキシドは、好ましくはエチレンオキシ基又はプロピレンオキシ基である。
これらの3官能又は4官能(メタ)アクリレートは、1種単独で又は2種以上を併用できる。
ハンドリングの観点から好ましくはトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート及び付加モル数が1〜4のエトキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレートであり、更に好ましくはトリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート及び付加モル数が1〜4のエトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレートである。
具体的には、ベンゾインイソブチルエーテル、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、ベンジル、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シド6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシド、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)−ブタン−1−オン、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シド、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、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、ベンゾフェノン、4−フェニルベンゾフェノン、イソフタルフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチル−ジフェニルスルフィド、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)−ブタン−1−オン、2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン)、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、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、2,4−ジエチルチオキサントン及び2−イソプロピルチオキサントン等が挙げられる。
硬化性の観点から好ましくは2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、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、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)−ブタン−1−オン、2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−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、2,4−ジエチルチオキサントン及び2−イソプロピルチオキサントンであり、更に好ましくは2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン及びビス(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である。
2重量%未満であれば、硬化物の硬度が不足し、40重量%を超えるのであれば硬化物の硬化性が不足する。
15重量%未満であれば硬化性が不足し、70重量%を超えるのであれば硬化物の硬度が不足する。
2重量%未満であれば硬化性及び硬化物の硬度が不足し、40重量%を超えるのであれば基材への密着性が不足する。
2重量%未満であれば硬化性及び硬化物の硬度が不足し、40重量%を超えるのであれば基材密着性及びハンドリング性不足である。
2重量%未満であれば硬化性が不足し、15重量%を超えるであれば硬化物の硬度及び密着性が不足する。
リン酸(メタ)アクリレート(G)としては、(メタ)アクリロイル基を有するリン酸エステルであれば制限は無く、市場から入手できるものを用いることができ、メタクリロイルオキシエチルホスフェート(ユニケミカル社製、ホスマーM)、エチレンオキサイド変性リン酸メタクリレート(ユニケミカル社製、ホスマーPE)、プロピレンオキサイド変性リン酸メタクリレート(ユニケミカル社製、ホスマーPP)、エチレンオキサイド変性リン酸アクリレート(共栄社化学社製、ライトエステルP−A)、エチレンオキサイド変性リン酸メタクリレート(日本化薬社製、カヤマーPM−1)及びブチレンオキサイド変性リン酸メタクリレート(日本化薬株式会社製、カヤマーPM−21)等があげられる。
チオキサントン骨格を有する増感剤(F)としては、チオキサントン、2、4−ジエチルチオキサントン及び2、4−ジイソプロピルチオキサントン等が挙げられる。
これらの増感剤は、1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
光感度の観点から好ましくは2、4−ジエチルチオキサントンである。
レベリング剤としては、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素界面活性剤及びシリコン界面活性剤等が挙げられる。
これらの内で塗布性の観点からはフッ素界面活性剤及びシリコン界面活性剤が好ましく、相溶性の観点からはオキシアルキル鎖を有する界面活性剤が好ましい。
レベリング剤(H)は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
レベリング剤(H)の使用量は(A)〜(E)の合計重量に対し0.1重量%であることが好ましい。
表1の配合部数(重量部)に従い、ガラス製の容器に、多環式炭化水素基を有する単官能(メタ)アクリレート(A)、N−置換(メタ)アクリルアミド(B)、一般式(1)で示される2官能アクリレート(C)、3官能又は4官能(メタ)アクリレート(D)、光重合開始剤(E)、増感剤(F)、リン酸(メタ)アクリレート(G)、レベリング剤(H)を仕込み、均一になるまで撹拌し、実施例1〜20及び比較例1〜9の活性エネルギー線硬化性組成物を得た。
(A−1):ライトアクリレートIB−XA[イソボルニルアクリレート:共栄社化学(株)製]
(A−2):ファンクリルFA−513AS[ジシクロペンタニルアクリレート:日立化成工業(株)製]
(B−1):ACMO[アクリロイルモルホリン:KJケミカルズ(株)製]
(B−2):DMAA[ジメチルアクリルアミド:KJケミカルズ(株)製]
(B−3):DEAA[ジエチルアクリルアミド:KJケミカルズ(株)製]
(B−4):NBMA[N−n−ブトキシアクリルアミド:MCCユニテック(株)製](B−5):HEAA[ヒドロキシエチルアクリルアミド:KJケミカルズ(株)製]
(C−1):ファンクリルFA−222A[ジエチレングリコールジアクリレート:日立化成工業(株)製]
(C−2):NKエステルAPG−100[ジプロピレングリコールジアクリレート:新中村工業(株)製]
(C−3):Etermer EM223[トリプロピレングリコールジアクリレート:長興材料有限公司 製]
(C−4):NKエステルA−200[ポリエチレングリコール#200ジアクリレート:新中村工業(株)製]
(C’−1):NKエステルA−HD−N[1,6−ヘキサンジオールジアクリレート:新中村工業(株)製]
(D−1):ライトアクリレートPE−3A[ペンタエリスリトールトリアクリレート:共栄社化学(株)製]
(D−2):NKエステルA−TMPT[トリメチロールプロパントリアクリレート:新中村工業(株)製]
(D−3):NKエステルATM―4E[エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート(エチレンオキシドの付加モル数は4):新中村工業(株)製]
(D−4):アロニックス MT−3547[グリセリントリアクリレート:東亞合成(株)製]
(D−5):Etermer EM2384[プロポキシ化グリセリントリアクリレート(プロピレンオキシドの付加モル数は3):長興材料有限公司 製]
(E−1):イルガキュア819[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:チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製]
(E−2):イルガキュア907[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:チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製]
(F−1):カヤキュアDETX−S[2、4−ジエチルチオキサントン:日本化薬(株)製]
(G−1):KAYAMER PM−21[リン酸メタクリレート:日本化薬(株)製](H−1):BYK−333[シリコン系表面調整剤:ビックケミー・ジャパン(株)製]
[粘度評価]
本発明における粘度は、25℃下で粘度測定装置[FUNGILAB社製「ビスコエリートB型」]を用いて測定した。
実施例1〜20及び比較例1〜9で得た各活性エネルギー線硬化性組成物を、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となるように塗布した。露光についてはスポット式LED照射装置(フォセオン・テクノロジー社製「RX FireFlex」)を使用して露光を行なった。露光量は500mJ/cm2であった。
硬化後塗膜の光照射直後及び光照射10秒後の硬化性を、指触することにより、タックがなくなった露光回数で評価した。
塗膜硬化性評価においてタックがなくなったと判断した硬化後塗膜を温度23±2℃の室内に16時間静置した後、平坦なガラス板の上に置き、JIS K5600−5−4の記載に従って鉛筆硬度を測定した。
基材上の硬化塗膜を2mm×2mmの碁盤目(100個)にクロスカットし、この上にセロファンテープを張り付けて、引き剥し、目視で以下の基準で評価した。例えば、97/100は、100個中、97個が密着していたことを示す。
<評価基準>
◎:100/100
○:97/100〜99/100
△:50/100〜96/100
×:0/100〜49/100
実施例1〜20、比較例1〜9の樹脂組成物の基材への密着性、低反り性を下記の方法で測定し、評価した。
その結果を表1に示す。
上記の密着性評価の硬化フィルムの作製と同様の操作で、反り試験用の硬化フィルムを作製した。作成した硬化フィルムを縦100mm×横100mmの正方形に切断し、室温で1時間温調した。この後、隙間(厚み)ゲージを用い、硬化フィルムの四隅の反りを測定し、それによって、反り特性を評価した。
○:4隅の反りのうち、4つすべてが30mm以下。
×:4隅の反りのうち、1つでも30mmより大きいのがあるもの。
一方、多環式炭化水素基を有する単官能(メタ)アクリレート(A)を含有しない比較例1は実施例と比較して硬度が低い。
また、3官能又は4官能(メタ)アクリレート(D)を含有しない比較例2は実施例と比較して硬化感度が悪く、低硬度であった。
単官能アクリルアミド(B)を含有しない比較例3は、実施例と比較して基材密着性が低く、また反りが発生した。
3官能または4官能アクリレート(D)を含有しない比較例4は実施例と比較して低硬度であった。
2官能アクリレート(C)を含有しない比較例5は実施例と比較して低硬度であった。
3官能または4官能アクリレート(D)を含有しない比較例6は実施例と比較して低硬度及び基材密着性が低かった。
3官能または4官能アクリレート(D)を40重量%を超えて含有する比較例7は実施例と比較して高粘度及び低密着性であり反りが発生した。
光重合開始剤を2重量%未満含有する比較例8は実施例と比較して硬化感度が悪かった。
光重合開始剤を15重量%を超えて含有する比較例9は実施例と比較して低硬度であり、基材密着性が悪かった。
Claims (5)
- 多環式炭化水素基を有する単官能(メタ)アクリレート(A)、N−置換(メタ)アクリルアミド(B)、一般式(1)で示される2官能(メタ)アクリレート(C)、3官能又は4官能(メタ)アクリレート(D)及び光重合開始剤(E)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物であり、前記(D)は、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール及びそのアルキレンオキシド付加物からなる群から選ばれる多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルである3官能又は4官能(メタ)アクリレートであり、前記アルキレンオキシド付加物の付加モル数は1〜4の整数であり、
前記(A)の前記組成物(A)〜(E)の合計重量に対する含有重量が2重量%〜40重量%、
前記(B)の前記組成物(A)〜(E)の合計重量に対する含有重量が15重量%〜70重量%、
前記(C)の前記組成物(A)〜(E)の合計重量に対する含有重量が2重量%〜40重量%、
前記(D)の前記組成物(A)〜(E)の合計重量に対する含有重量が2重量%〜40重量%、
前記(E)の前記組成物(A)〜(E)の合計重量に対する含有重量が2重量%〜15重量%である活性エネルギー線硬化性組成物。
CH2=CR2−COO−(R1O)n−COCR2=CH2 (1)
[一般式(1)中、R1は炭素数1〜4のアルキレン基を表し、nは1〜4の整数であり、nが2〜4の場合、複数個あるR1は同一でも異なっていてもよく、2つあるR2はそれぞれ独立に水素基又はメチル基である。] - 前記(B)の前記N−置換(メタ)アクリルアミドが、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−アクリロイルモルホリン、N−n−ブトキシ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からなる群から選ばれた少なくとも1種である請求項1記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
- リン酸(メタ)アクリレート(G)を前記組成物(A)〜(E)の合計重量に対し0.2重量%〜10重量%含有する請求項1又は2記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
- 更にチオキサントン骨格を有する増感剤(F)を前記組成物(A)〜(E)の合計重量に対し0.2重量%〜10重量%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。
- 請求項1〜4いずれか記載の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物。
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