JP2021123646A - 活性エネルギー線硬化性組成物、コーティング剤、および被膜物品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 (A)ウレタン結合および(メタ)アクリロイルオキシ基を有する所定のオルガノポリシロキサン
(B)シロキサン骨格を含まず、かつウレタン結合及び(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物
(C)所定の粒子径のシリカ微粒子
(D)(メタ)アクリロイルオキシ基を含有するポリ(オキシアルキレン)アルキルエーテル化合物
(E)所定の数の(メタ)アクリロイルオキシ基を有する脂肪族化合物
(F)重合開始剤
をそれぞれ所定量含む活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
【選択図】 なし
Description
特許文献2では、ウレタンアクリレート構造を有し、末端には縮合性官能基を有しないシルセスキオキサンを主成分に用いることで、耐屈曲性と表面硬度を両立した硬化フィルムの例が開示されているが、表面硬度を維持しつつも耐屈曲性に優れたコーティング組成物の達成には至っていない。
なお、本発明において(メタ)アクリロイルオキシ基とは、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基を意味する。
1. 下記(A)〜(D)成分、(F)成分および必要により(E)成分を含み、
(A)〜(E)成分の合計100質量部中、(A)成分が10〜50質量部、(B)成分が10〜50質量部、(C)成分が5〜30質量部、(D)成分が5〜30質量部、(E)成分が0〜70質量部含まれ、
(A)〜(E)成分の合計100質量部に対し、(F)成分が0.1〜10質量部含まれる活性エネルギー線硬化性樹脂組成物、
(A)下記平均式(I)で表されるオルガノポリシロキサン
(B)シロキサン骨格を含まず、かつ、ウレタン結合および(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物
(C)平均粒子径が80nm以下のシリカ微粒子
(D)(メタ)アクリロイルオキシ基を含有するポリ(オキシアルキレン)アルキルエーテル化合物
(E)(メタ)アクリロイルオキシ基の含有数が1以上3未満である脂肪族化合物
(F)活性エネルギー線によりラジカルを発生する重合開始剤
2. さらに、(A)、(B)、(D)および(E)成分以外の重合性モノマーを含有する1に記載の活性エネルギー線硬化性組成物、
3. さらに、溶剤を含有する1または2に記載の活性エネルギー線硬化性組成物、
4. 1〜3のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性組成物からなるコーティング剤、
5. 基材と、この基材の少なくとも一方の面に直接または少なくとも1種のその他の層を介して積層された硬化膜とを有し、
前記硬化膜が、4に記載のコーティング剤から作製された硬化膜である被覆物品
を提供する。
本発明に係る活性エネルギー線硬化性組成物は、下記(A)〜(F)成分を含む。
(A)下記平均式(I)で表されるオルガノポリシロキサン
(B)シロキサン骨格を含まず、かつ、ウレタン結合および(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物
(C)シリカ微粒子
(D)(メタ)アクリロイルオキシ基を含有するポリ(オキシアルキレン)アルキルエーテル化合物
(E)(メタ)アクリロイルオキシ基の含有数が1以上3未満である脂肪族化合物
(F)重合開始剤
(A)成分は、下記式(I)で表されるオルガノポリシロキサンであり、他の有機樹脂との相溶性が高く、硬化膜の耐屈曲性および耐クラック性向上に寄与する。
これらの中でも、炭素原子数1〜5のアルキレン基が好ましく、炭素原子数1〜3の直鎖のアルキレン基がより好ましく、エチレン基、トリメチレン基がより一層好ましい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
ハロゲン置換アルキル基としては、クロロメチル、3−クロロプロピル、3,3,3−トリフルオロプロピル基等が挙げられる。
これらの中でも、R4としては、炭素原子数1〜4のアルキル基またはフェニル基が好ましく、メチル基またはフェニル基がより好ましい。
bは0≦b≦0.2を満たす数であるが、0≦b≦0.1が好ましい。bが0.2を超えると、得られる硬化物が耐クラック性、耐屈曲性に劣るものとなる。
cは0≦c≦0.4を満たす数であるが、0≦c≦0.2が好ましい。cが0.4を超えると、得られる硬化物が耐クラック性、耐屈曲性に劣るものとなる。
dは0≦d≦0.4を満たす数であるが、0≦d≦0.3が好ましい。dが0.4を超えると、得られる硬化物が硬度に劣るものとなる。
eは0.2≦e≦0.7を満たす数であるが、0.3≦e≦0.6が好ましい。eが0.2未満の場合は、オルガノポリシロキサンが高粘度となり、作業性および加工性の観点から好ましくない。eが0.7を超えると、得られる硬化物が硬度に劣るものとなる。
fは0≦f≦0.3を満たす数であるが、縮合性官能基による縮合反応の抑制に効果的であることや、得られる硬化物の耐クラック性、耐水性、および耐候性の観点を考慮すると、fは0≦f≦0.1を満たす数が好ましい。
さらに、本発明で用いるオルガノポリシロキサンは、有機溶剤等を除く不揮発分が96質量%以上であることが好ましい。揮発分が多くなると、組成物を硬化した際のボイド発生による外観の悪化や機械的性質の低下の原因となる場合がある。
(A)成分は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
具体的には、下記式(II)で表される加水分解性シラン、および必要に応じてその他の加水分解性シランを用いて、触媒の存在下で加水分解縮合を行ってオルガノポリシロキサンを製造する方法が挙げられる。
Xの炭素原子数1〜6のアルコキシ基としては、その中のアルキル基が直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、i−プロポキシ、n−ブトキシ、t−ブトキシ、n−ペンチルオキシ基等が挙げられる。
その具体例としては、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のアルコキシシランなどやこれらの加水分解縮合物が挙げられる。
触媒の使用量は特に限定されるものではないが、反応を速やかに進行させるとともに、反応後の触媒の除去の容易性を考慮すると、加水分解性シラン1モルに対して0.0002〜0.5モルの範囲が好ましい。
加水分解縮合時の反応温度は、特に限定されるものではないが、反応率を向上させるとともに、加水分解性シランが有する有機官能基の分解を防止することを考慮すると、−10〜150℃が好ましく、反応時間は1〜6時間が好ましい。
(B)成分の、シロキサン骨格を含まず、かつ、ウレタン結合および(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物としては、特に限定されるものではないが、ポリオール化合物、イソシアネート化合物、アクリル酸エステル化合物を出発原料にして合成した化合物(ウレタンアクリレート)等が挙げられ、単官能型、多官能型、ポリマー型などが挙げられる。
(B)成分の化合物の官能基((メタ)アクリロイルオキシ基)数は任意であるが、得られる樹脂やコーティングの密着性、硬度、耐クラック性、耐屈曲性をより高めることを考慮すると、1〜20が好ましく、2〜15がより好ましく、2〜8がより一層好ましい。
ポリマー型の化合物としては、ポリエチレン骨格、ポリエーテル骨格、ポリカーボネート骨格、ポリエステル骨格、ポリイミド骨格を含むウレタンアクリレートが挙げられるが、ポリエーテル骨格、ポリエステル骨格を含むウレタンアクリレートが好ましい。
(C)成分のシリカ微粒子は、硬化膜の表面硬度、耐擦傷性および耐クラック性向上に寄与する。
シリカ微粒子としては、特に限定されるものではなく、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシランを出発原料にして合成したもの等が挙げられる。
また、シリカ微粒子として、多孔質シリカ微粒子、中空シリカ微粒子や、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、ジルコニウム、チタニウム等とケイ素との複合金属酸化物を用いてもよい。中空や多孔質の微粒子においては低屈折率効果も期待される。
表面修飾シリカ微粒子としては、例えば、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等で表面処理されたシリカ微粒子が挙げられる。
(D)成分の(メタ)アクリロイルオキシ基を含有するポリ(オキシアルキレン)アルキルエーテル化合物は、基材と硬化被膜との密着性を向上させ、被膜の平滑性、透明性、耐擦傷性の向上に寄与する。
(メタ)アクリロイルオキシ基を含有するポリ(オキシアルキレン)アルキルエーテル化合物中の炭化水素部位は、直鎖、分岐、環状のいずれでもよい。
(E)成分の(メタ)アクリロイルオキシ基の含有数が1以上3未満である脂肪族化合物は、コーティング液の低粘度化や硬化性に有効であり、基材とコーティング膜との密着性向上にも寄与する。
低分子量化合物は、揮発性が高く、毒劇物に指定されているものも多いため、人体や環境への影響を考慮すると、(メタ)アクリロイルオキシ基の含有数が2の化合物を使用することが好ましい。
(メタ)アクリロイルオキシ基の含有数が1以上3未満である脂肪族化合物の炭化水素部位は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。
その具体例としては、MIRAMER M120、MIRAMER M121、MIRAMER M130、MIRAMER M131、MIRAMER M180、MIRAMER M181、MIRAMER M200、MIRAMER M201、MIRAMER M205、MIRAMER M213、MIRAMER M221、MIRAMER M251、MIRAMER M262、MIRAMER M1130、MIRAMER M1140、MIRAMER M1150(いずれも美源スペシャリティケミカル(株)製)、AIB、TBA、NOAA、INAA、IDAA、LA、STA、ISTA、IBXA、ビスコート#155、ビスコート#195、ビスコート#197、ビスコート#230、ビスコート#260(いずれも大阪有機化学工業(株)製)、ライトアクリレートIAA、ライトアクリレートL−A、ライトアクリレートS−A、ライトアクリレートIB−XA、ライトアクリレートNP−A、ライトアクリレートMPD−A、ライトアクリレート1.6HX−A、ライトアクリレート1.9ND−A、ライトアクリレートDCP−A、ライトエステルE、ライトエステルNB、ライトエステルIB、ライトエステルTB、ライトエステルEH、ライトエステルID、ライトエステルL、ライトエステルL−7、ライトエステルS、ライトエステルIB−X、ライトエステルEG、ライトエステル1.4BG、ライトエステルNP、ライトエステル1.6HX、ライトエステル1.9ND(いずれも共栄社化学(株)製)、S−1800A、A−DCP、A−HD−N、A−NOD−N、A−DOD−N(いずれも新中村化学工業(株)製)等が挙げられる。
(F)成分の光重合開始剤としては、活性エネルギー線によりラジカル種を発生する開始剤であれば、特に限定されるものではなく、アセトフェノン系、ベンゾイン系、アシルフォスフィンオキサイド系、ベンゾフェノン系、チオキサントン系等の公知の光重合開始剤から適宜選択すればよい。
その具体例としては、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、チオキサントン誘導体、ベンゾインエチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アシルフォスフィンオキサイド誘導体、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、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルスルファイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィン等が挙げられ、これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、(A)、(B)、(D)および(E)成分以外の重合性モノマーを含有していてもよい。
その他の重合性モノマー(重合性不飽和化合物)としては、エポキシアクリレート、エステルアクリレート、チオウレタンアクリレート、含フッ素アクリレート等が挙げられる。
その他の重合性不飽和化合物を用いる場合、その含有量は、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物100質量部に対して、1〜1,000質量部が好ましく、5〜500質量部がより好ましい。
重合性モノマーの具体例としては、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テトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(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、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
溶剤を含有する場合、その含有量は特に制限されないが、(A)、(B)、(D)および(E)成分の合計量100質量部(その他の重合性モノマーを含む場合、上記成分およびその他の重合性モノマーの合計量100質量部)に対して5〜100質量部が好ましく、より好ましくは10〜80質量部である。
活性エネルギー線硬化性組成物の粘度は特に限定されるものではないが、成形または塗布作業性を良好にし、スジムラ等の発生を抑制することを考慮すると、回転粘度計により測定される25℃での粘度が50,000mPa・s以下が好ましく、10,000mPa・s以下がより好ましい。なお、25℃における粘度の下限は10mPa・s以上が好ましい。
上記基材としては、特に限定されるものではないが、プラスチック成形体、木材系製品、セラミックス、ガラス、金属、およびそれらの複合物等が挙げられる。
また、これらの基材の表面が、化成処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、酸やアルカリ液で処理されている基材や、基材本体と表層が異なる種類の塗料で被覆された化粧合板等も用いることもできる。
さらに、被覆物品は、本発明のコーティング剤からなる塗膜が形成された面とは反対側の面が、ハードコート層、防錆層、ガスバリア層、防水層、熱線遮蔽層、防汚層、光触媒層、帯電防止層等の1層または複数層によって被覆されていてもよい。
コーティング剤の塗布方法としては、公知の手法から適宜選択すればよく、例えば、バーコーター、刷毛塗り、スプレー、浸漬、フローコート、ロールコート、カーテンコート、スピンコート、ナイフコート等の各種塗布方法を用いることができる。
硬化時間は、通常0.5秒〜2分であり、好ましくは1秒〜1分である。
なお、下記において、揮発分はJIS C2133に準じて測定した値であり、重量平均分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、HLC−8220 東ソー(株)製)を用いてテトラヒドロフラン(THF)を展開溶媒として測定した値である。
また、平均式(I)におけるa〜fの値は、1H−NMRおよび29Si−NMR測定の結果から算出した。
[合成例1]オルガノポリシロキサン1の合成
特開2019−38872号公報の実施例1−2記載の合成法を参考にオルガノポリシロキサン1を合成した。得られた反応物は、粘度2,980mPa・s、揮発分0.8質量%、重量平均分子量1,970の25℃で粘稠な液体であった。
NMRの結果から算出した平均式(I)におけるa〜fの値は、それぞれa=0.32、b=0、c=0.16、d=0、e=0.52、f=0.08であった。
特開2019−38872号公報の実施例1−3記載の合成法を参考にオルガノポリシロキサン2を合成した。得られた反応物は、粘度1,680mPa・s、揮発分0.6質量%、重量平均分子量1,550の25℃で粘稠な液体であった。
NMRの結果から算出した平均式(I)におけるa〜fの値は、それぞれa=0.30、b=0、c=0、d=0.21、e=0.49、f=0.09であった。
[実施例1−1〜1−18、比較例1−1〜1−16]
合成例1で得られたオルガノポリシロキサン1、合成例2で得られたオルガノポリシロキサン2、KRM8200(ダイセル・オルネクス(株)製)、UA−122P(新中村化学工業(株)製)、NANOCRYL A235(粒子径20nmのシリカ粒子の50質量%ペンタエリスリトールEO変性テトラアクリレート(PE(EO)TTA)分散液、エボニック インダストリーズAG製)、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(HDDA、大阪有機化学工業(株)製)、Omnirad TPO、Omnirad 184(いずれもラジカル系光重合開始剤、IGM Resins B.V.社製)を表1に示す配合比率(質量部)で混合し、活性エネルギー線硬化性組成物を調製した。表2に(A)〜(E)成分の比率を示す。
[実施例2−1〜2−18,比較例2−1〜2−16]
上記各実施例および比較例で調製した組成物を、バーコーターを用いてPET基板(A4100、東洋紡(株)製)上に硬化後の膜厚が10μmになるよう塗布し、高圧水銀灯で積算照射量600mJ/cm2となるように光を照射し、硬化させて硬化膜を形成して被覆物品を製造した。
(1)外観観察
目視により表面にクラックや凝集が確認された場合はNG、確認されずに透明性、平滑性を保って成膜された場合はOKとした。
(2)密着試験
JIS K5600−5−6に準じて25マスによるクロスカット試験を行い、(剥離せず残ったマスの数)/25として表した。
(3)耐溶剤性
脱脂綿にアセトンを染み込ませ、硬化膜上を50往復させて剥離やクラックが生じなければOKとした。
(4)鉛筆硬度(表面硬度)
JIS K5600−5−4に準じて750g荷重にて測定した。
(5)耐屈曲性
JIS K5600−5−1に準じて円筒形マンドレル(タイプ1)を用いて測定し、耐屈曲性に関して、8mmφ試験でクラックが生じたフィルムに対しては、>8mmφとした。
(6)耐久性
耐久性試験機(DMLHB−P150、ユアサシステム機器製)に被膜物品を固定し、500gの重りを吊るし、R5mmの曲げR治具を使用して、90度屈曲させた後、直線状に戻し、次に反対方向に90度屈曲させた後に直線状に戻す操作を毎分約30回の速度で2万回繰り返し、クラックや剥がれが生じた場合はNG、確認されずに透明性、密着性を維持していた場合はOKとした。
Claims (5)
- 下記(A)〜(D)成分、(F)成分および必要により(E)成分を含み、
(A)〜(E)成分の合計100質量部中、(A)成分が10〜50質量部、(B)成分が10〜50質量部、(C)成分が5〜30質量部、(D)成分が5〜30質量部、(E)成分が0〜70質量部含まれ、
(A)〜(E)成分の合計100質量部に対し、(F)成分が0.1〜10質量部含まれる活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
(A)下記平均式(I)で表されるオルガノポリシロキサン
(B)シロキサン骨格を含まず、かつ、ウレタン結合および(メタ)アクリロイルオキシ基を有する化合物
(C)平均粒子径が80nm以下のシリカ微粒子
(D)(メタ)アクリロイルオキシ基を含有するポリ(オキシアルキレン)アルキルエーテル化合物
(E)(メタ)アクリロイルオキシ基の含有数が1以上3未満である脂肪族化合物
(F)活性エネルギー線によりラジカルを発生する重合開始剤 - さらに、(A)、(B)、(D)および(E)成分以外の重合性モノマーを含有する請求項1記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
- さらに、溶剤を含有する請求項1または2記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載の活性エネルギー線硬化性組成物からなるコーティング剤。
- 基材と、この基材の少なくとも一方の面に直接または少なくとも1種のその他の層を介して積層された硬化膜とを有し、
前記硬化膜が、請求項4記載のコーティング剤から作製された硬化膜である被覆物品。
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