JP2023133168A - 硬化性組成物、硬化物、積層体およびこれらの製造方法 - Google Patents

硬化性組成物、硬化物、積層体およびこれらの製造方法 Download PDF

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JP2023133168A
JP2023133168A JP2023027243A JP2023027243A JP2023133168A JP 2023133168 A JP2023133168 A JP 2023133168A JP 2023027243 A JP2023027243 A JP 2023027243A JP 2023027243 A JP2023027243 A JP 2023027243A JP 2023133168 A JP2023133168 A JP 2023133168A
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理人 冨永
Masato Tominaga
彬 宮地
Akira Miyaji
雅史 柴田
Masafumi Shibata
高雄 小林
Takao Kobayashi
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Abstract

【課題】耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる塗膜が得られる硬化性組成物;前記硬化性組成物の硬化物;前記硬化性組成物を用いた積層体;およびこれらの製造方法の提供。【解決手段】下記化合物Aと、下記化合物B-1と、下記化合物Cとを含有する、硬化性組成物。化合物A:炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下である化合物(ただし、下記化合物B-1および下記化合物Cを除く。)。化合物B-1:(メタ)アクリロイル基を3つ以上有する多官能(メタ)アクリレートモノマー(ただし、下記化合物Cを除く。)。化合物C:(メタ)アクリロイル基とウレタン結合とを有する(メタ)アクリレート。【選択図】なし

Description

本発明は、硬化性組成物、硬化物、積層体およびこれらの製造方法に関する。
ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂等から製造された樹脂成形品は軽量であり、耐衝撃性に加えて、透明性にも優れる。樹脂成形品は、例えば、自動車用の各種ランプレンズ、グレージング、計器類のカバー等の部材として用いられている。特に自動車用のヘッドランプレンズについては、自動車の軽量化、デザインの多様化に対応するために、樹脂成形品がよく使用されている。
しかし、樹脂成形品は耐摩耗性が不足しているため、硬い物との接触、摩擦、引っ掻き等によって表面に損傷を受けやすい。樹脂成形品の表面の損傷はその商品価値を低下させる。加えて、自動車用の部材においては、耐候性も重要である。
例えば、ポリカーボネート樹脂は、透明性、易成形性、耐熱性、耐衝撃性に非常に優れたエンジニアリングプラスチックの一つとして幅広く使われている。自動車用途においては、ヘッドランプレンズ、テールランプ、サイドカバーランプ、グレージング等の材料としてポリカーボネート樹脂が用いられている。
しかし、ポリカーボネート樹脂は耐摩耗性が不足しているため、表面に傷が付きやすい。また、他のエンジニアリングプラスチックに比べて耐候性が低いため、著しい黄変、表面のクラックが紫外線によって発生することがある。
樹脂成形品の表面にコーティング剤の塗膜を形成することで、耐摩耗性、耐候性を付与することがある。このようなコーティング剤は、基材との密着性を高めるための添加剤を含むことが多い。コーティング剤が様々な長時間耐久試験を経ても基材に対して優れた密着性を発現することは、基材に付与した耐摩耗性、耐候性等の長寿命化に寄与する。
例えば、特許文献1~3では密着性の向上を目的としたコーティング剤組成物が検討されている。特許文献1では、ジメチルホルムアミドを用いることが提案されている。また、特許文献2では、ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン、シクロヘキサノン、メチルセロソルブを用いることが提案されている。そして、特許文献3では、環状エーテル構造を有する(メタ)アクリレートを用いることが提案されている。
特開平9-302268号公報 特開平10-7939号公報 特開2017-8200号公報
しかし、特許文献1~3の組成物を硬化した塗膜においては、温水に浸したときの基材に対する密着性、すなわち、耐温水密着性が不充分である。
本発明は、耐温水密着性に優れる塗膜が得られる硬化性組成物;前記硬化性組成物の硬化物;前記硬化性組成物を用いた積層体;およびこれらの製造方法を提供する。
本発明は、以下の態様を有する。
[1] 下記化合物Aと、下記化合物B-1と、下記化合物Cとを含有する、硬化性組成物。
化合物A:炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下である化合物(ただし、下記化合物B-1および下記化合物Cを除く。)。
化合物B-1:(メタ)アクリロイル基を3つ以上有する、多官能(メタ)アクリレートモノマー(ただし、下記化合物Cを除く。)。
化合物C:(メタ)アクリロイル基とウレタン結合とを有する、(メタ)アクリレート。
[2] 前記化合物Aが、下記式(1)、(2)、および(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種の分子構造式で表される化合物である、[1]に記載の硬化性組成物。
X-C(=O)-O-R-Y-R ・・・式(1)
X-C(=O)-O-(R-O)-R ・・・式(2)
X-C(=O)-O-R-Y-X ・・・式(3)
式(1)~(3)中、それぞれ独立に、
Xは炭素数mが1~3のC2m+1、又は、C2m-1で示される置換基(メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基)であり、
Yはエステル結合、又は、カーボネート結合であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~8の非環状脂肪族有機基であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数1~8の非環状脂肪族有機基であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~4の非環状脂肪族有機基であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数4~16の非環状脂肪族有機基であり、
繰り返し単位数nは1~4である。
[3] 前記化合物B-1が、下記式(4)で表される化合物である、[1]又は[2]に記載の硬化性組成物。
Figure 2023133168000001
式(4)中、
2n+4個のZのうち少なくとも3個のZは、それぞれ独立に下式(g1)で表されるエチレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g2)で表されるプロピレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリロル基または下式(g4)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基であり、
残りのZは、それぞれ独立にメチル基またはヒドロキシ基(-OH)であり、
nは0~4である。
CH=CR-CO(OCy1-O- ・・・式(g1)
CH=CR-CO(OCy2-O- ・・・式(g2)
CH=CR-CO(O(CHC=O)y3-O- ・・・式(g3)
CH=CR-COO- ・・・式(g4)
式(g1)、式(g2)、式(g3)および式(g4)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基である。
式(g1)、式(g2)および式(g3)中、y1、y2およびy3は、それぞれ独立に、1~5である。
[4] 下記化合物B-2をさらに含有する、[1]から[3]のいずれかに記載の硬化性組成物。
化合物B-2:デンドリマー構造およびハイパーブランチ構造からなる群から選ばれる少なくとも1種を有する、(メタ)アクリレート(ただし、前記化合物B-1および前記化合物Cを除く。)。
[5] 前記化合物Cの質量平均分子量が、500~8000である、[1]から[4]のいずれかに記載の硬化性組成物。
[6] 前記硬化性組成物の25℃における粘度が、250mPa・s以下である、[1]から[5]のいずれかに記載の硬化性組成物。
[7] [1]から[6]のいずれかに記載の硬化性組成物の硬化物。
[8] 基材と、[7]に記載の硬化物からなる層と、を有する積層体。
[9] 前記基材が、プラスチック基材である、[8]に記載の積層体。
[10] 炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下である化合物A(ただし、下記化合物B-1および下記化合物Cを除く。)と、下記化合物B-1と、下記化合物Cとを混合することを含む、硬化性組成物の製造方法。
化合物B-1:(メタ)アクリロイル基を3つ以上有する、多官能(メタ)アクリレートモノマー(ただし、下記化合物Cを除く。)。
化合物C:(メタ)アクリロイル基とウレタン結合とを有する、(メタ)アクリレート。
[11] 前記化合物Aが、下記式(1)、(2)、および(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種の分子構造式で表される化合物である、[10]に記載の製造方法。
X-C(=O)-O-R-Y-R ・・・式(1)
X-C(=O)-O-(R-O)-R ・・・式(2)
X-C(=O)-O-R-Y-X ・・・式(3)
式(1)~(3)中、それぞれ独立に、
Xは炭素数mが1~3のC2m+1、又は、C2m-1で示される置換基(メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基)であり、
Yはエステル結合、又は、カーボネート結合であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~8の非環状脂肪族有機基であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数1~8の非環状脂肪族有機基であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~4の非環状脂肪族有機基であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数4~16の非環状脂肪族有機基であり、
繰り返し単位数nは1~4である。
[12] 前記化合物B-1が、下記式(4)で表される化合物である、[10]又は[11]に記載の製造方法。
Figure 2023133168000002
式(4)中、
2n+4個のZのうち少なくとも3個のZは、それぞれ独立に下式(g1)で表されるエチレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g2)で表されるプロピレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリロル基または下式(g4)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基であり、
残りのZは、それぞれ独立にメチル基またはヒドロキシ基(-OH)であり、
nは0~4である。
CH=CR-CO(OCy1-O- ・・・式(g1)
CH=CR-CO(OCy2-O- ・・・式(g2)
CH=CR-CO(O(CHC=O)y3-O- ・・・式(g3)
CH=CR-COO- ・・・式(g4)
式(g1)、式(g2)、式(g3)および式(g4)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基である。
式(g1)、式(g2)および式(g3)中、y1、y2およびy3は、それぞれ独立に、1~5である。
[13] さらに、下記化合物B-2を混合する、[10]から[12]に記載の製造方法。
化合物B-2:デンドリマー構造およびハイパーブランチ構造からなる群から選ばれる少なくとも1種を有する、(メタ)アクリレート(ただし、前記化合物B-1および前記化合物Cを除く。)。
[14] 前記化合物Cの質量平均分子量が、500~8000である、[10]から[13]のいずれかに記載の製造方法。
[15] [10]から[14]のいずれかに記載の製造方法で得られた硬化性組成物を硬化することを含む、硬化物の製造方法。
[16] 基材と、硬化物からなる層とを有する積層体の製造方法であって、
[10]から[14]のいずれかに記載の製造方法で得られた硬化性組成物を硬化して前記硬化物とすることを含む、積層体の製造方法。
[17] 前記基材が、プラスチック基材である、[16]に記載の製造方法。
本発明の硬化性組成物によれば、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる塗膜が得られる。
本発明の硬化物は、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる。
本発明の積層体は、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる硬化物からなる層を有する。
本発明の硬化性組成物の製造方法によれば、塗膜とした際の耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる硬化性組成物が得られる。
本発明の硬化物の製造方法によれば、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる硬化物が得られる。
本発明の積層体の製造方法によれば、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる硬化物からなる層を有する積層体が得られる。
本明細書における以下の用語の意味は以下の通りである。
「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」および「メタクリル」の総称である。
「(メタ)アクリロイル」とは、「アクリロイル」および「メタクリロイル」の総称である。
「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」および「メタクリレート」の総称である。
「(メタ)アクリロイル基官能基数」とは、1分子の(メタ)アクリレートに含まれる(メタ)アクリロイル基の数を意味する。
数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含むことを意味する。本明細書に開示の数値範囲は、その下限値および上限値を任意に組み合わせて新たな数値範囲とすることができる。
<硬化性組成物>
本発明の硬化性組成物は、下記化合物Aと、下記化合物B-1と、下記化合物Cとを含有する。
化合物A:炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下である化合物(ただし、下記化合物B-1および下記化合物Cを除く。)。
化合物B-1:(メタ)アクリロイル基を3つ以上有する、多官能(メタ)アクリレートモノマー(ただし、下記化合物Cを除く。)。
化合物C:(メタ)アクリロイル基とウレタン結合とを有する、(メタ)アクリレート。
以下、一実施態様に係る硬化性組成物に関し、化合物A、化合物B-1、化合物Cについて順に説明する。その後、これら以外の硬化性組成物を構成し得る成分、硬化性組成物の組成、性状について説明する。
(化合物A)
化合物Aは、炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下である化合物である。化合物Aの分子構造式が前記の通りであるため、硬化性組成物から得られる塗膜の耐温水密着性、耐湿熱密着性が良くなると考えられる。この詳細なメカニズムは不明であるが、以下の通り推測される。
化合物Aが基材に対して、適度に親和し、かつ基材を膨潤させるものとなる。化合物Aが炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下である化合物である。そのため、化合物Aは特に有機化合物を含有する基材に対して親和し、また、浸透することが可能となり、基材成分を適度に膨潤させるものとなる。このため、化合物Aは基材表面を軟化させて、塗膜と基材とが混ざり合った層を形成することが可能となる。さらには、化合物Aが水酸基を含有しない化合物であることから、特に、高温多湿な環境下において塗膜と水分との水素結合を介した親和性が高くなりすぎず、塗膜内や塗膜と基材との間に形成された混合層への水分子の侵入を抑制することができる。このため、湿潤環境下での塗膜の膨潤や形成された混合層の水分による劣化を抑制することができ、塗膜と基材との間に接触面積の大きな層を維持することが可能となる。これらのことから、硬化塗膜と基材界面との接触表面積が顕著に増大すると考えられる。接触表面積の増大の結果、アンカー効果が得られやすくなり、ファンデルワールス力等に基づく吸着力が増す。そのため、硬化性組成物から得られる塗膜の耐温水密着性、耐湿熱密着性が良くなると推測される。
以上説明したように炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下である化合物Aによれば、硬化物の塗膜とした際に、水分に対する塗膜耐久性を高め、基材成分の塗膜中への過度な溶出を抑制し、粒子によって接触界面積が増大した、高いアンカー効果が得られる界面を形成しやすいと考えられる。そのため、塗膜の耐温水密着性、耐湿熱密着性が良くなり、基材表面の機能性コーティングを長期に渡り外観良好な状態で保持できる。
化合物Aは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
さらに、化合物Aは下記式(1)、(2)、および(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種の分子構造式で表される化合物であることがより好ましい。
X-C(=O)-O-R-Y-R ・・・式(1)
X-C(=O)-O-(R-O)-R ・・・式(2)
X-C(=O)-O-R-Y-X ・・・式(3)
式(1)~(3)中、それぞれ独立に、
Xは炭素数mが1~3のC2m+1、又は、C2m-1で示される置換基(メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基)であり、
Yはエステル結合、又は、カーボネート結合であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~8の非環状脂肪族有機基であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数1~8の非環状脂肪族有機基であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~4の非環状脂肪族有機基であり、
は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数4~16の非環状脂肪族有機基であり、
繰り返し単位数nは1~4である。
一実施態様に係る硬化性組成物において、化合物Aは上記式(1)、(2)、および(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種の分子構造式で表される化合物である。化合物Aの分子構造式が前記であるため、硬化性組成物から得られる塗膜の耐温水密着性、耐湿熱密着性が良くなると考えられる。この詳細なメカニズムは不明であるが、以下の通り推測される。
化合物Aが基材に対して、適度に親和し、かつ基材を膨潤させるものとなる。化合物Aが上記式(1)、(2)、および(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種の分子構造式で表される化合物である。そのため、化合物Aは特に有機化合物を含有する基材に対して親和し、また、浸透することが可能となり、基材成分を適度に膨潤させるものとなる。このため、化合物Aは基材表面を軟化させて、塗膜と基材とが混ざり合った層を形成することが可能となる。さらには、化合物Aが脂肪族性有機化合物であることから、特に、ポリカーボネート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂といった芳香族化合物を含む基材との親和性が高くなりすぎず、溶解・溶出を抑制することができる。このため、形成された混合層が塗膜中に拡散していくことを抑制することができ、塗膜と基材との間に接触面積の大きな層を留めることが可能となる。そのため、硬化塗膜と基材界面との接触表面積が顕著に増大すると考えられる。接触表面積の増大の結果、アンカー効果が得られやすくなり、ファンデルワールス力、水素結合力等に基づく吸着力が増す。そのため、硬化性組成物から得られる塗膜の耐温水密着性、耐湿熱密着性が良くなると推測される。
以上説明したように上記式(1)、(2)、および(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種の分子構造式で表される化合物Aによれば、硬化物の塗膜とした際に、基材成分の塗膜中への過度な溶出を抑制し、粒子によって接触界面積が増大した、高いアンカー効果が得られる界面を形成しやすいと考えられる。そのため、塗膜の耐温水密着性、耐湿熱密着性が良くなり、基材表面の機能性コーティングを長期に渡り外観良好な状態で保持できる。
化合物Aは直鎖状、または、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する鎖式構造からなる鎖式化合物であることが好ましい。基材に対する浸透性の観点から、化合物Aは分子断面積の小さいものが好ましく、分岐構造の骨格原子数が0~2が好ましく、0~1がより好ましい。
また、化合物Aの分岐構造総数は特に限定されないが、分子断面積の観点から、0~15が好ましく、0~10がより好ましく、1~5がより好ましく、1~4がさらに好ましい。また、化合物Aを構成する一部の結合は不飽和結合であってもよく、全ての結合が飽和結合であってもよい。
化合物Aとしては、アセテート、(メタ)アクリレートモノマーが好ましい。
アセテートとしては、例えば、メチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、プロピルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ペンチルカルビトールアセテート、ヘキシルカルビトールアセテート、ヘプチルカルビトールアセテート、オクチルカルビトールアセテートが挙げられる。ただし、アセテートはこれらの例示に限定されない。
(メタ)アクリレートモノマーとしては、例えば、メトキシエトキシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、プロピオキシエトキシエチルアクリレート、ブトキシエトキシエチルアクリレート、ペントキシエトキシエチルアクリレート、ヘキシロキシエトキシエチルアクリレート、ヘプトキシエトキシエチルアクリレート、オクトキシエトキシエチルアクリレート、カプロラクトン変性(1mol)メチルアクリレート、カプロラクトン変性(2mol)メチルアクリレート、カプロラクトン変性(1mol)エチルアクリレート、カプロラクトン変性(2mol)エチルアクリレート、カプロラクトン変性(1mol)プロピルアクリレート、カプロラクトン変性(2mol)プロピルアクリレート、カプロラクトン変性(1mol)ブチルアクリレート、カプロラクトン変性(2mol)ブチルアクリレート、メトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、エトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、プロピオキシ-トリエチレングリコールアクリレート、ブトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、ペントキシ-トリエチレングリコールアクリレート、ヘキシロキシ-トリエチレングリコールアクリレート、ヘプトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、オクトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、2-アクリロイルオキシエチルエチルカーボネート、2-アクリロイルオキシエチルプロピルカーボネート、2-アクリロイルオキシエチルブチルカーボネート、4-アクリロイルオキシブチルエチルカーボネート、4-アクリロイルオキシブチルプロピルカーボネート、4-アクリロイルオキシブチルブチルカーボネート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、3-メチル-1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,7-ヘプタンジオールジアクリレート、1,8-オクタンジオールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレートが挙げられる。ただし、(メタ)アクリレートモノマーはこれらの例示に限定されない。
なかでも硬化後の塗膜の耐久性の観点から、化合物Aとしては、上記式(1)、(2)および(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種の分子構造式で表されるものの内、重合活性を有する置換基を多くとも2個含有するものが好ましい。硬化性組成物の架橋密度をより上げて、硬度を高めることができることから、化合物Aとしては、重合活性を有する置換基を1~2個含有するものがより好ましい。さらに、硬化性組成物の粘度をより下げられることから、化合物Aとしては、重合活性を有する置換基を1個含有するものが最も好ましい。
例えば、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エトキシエトキシエチルアクリレート、ブトキシエトキシエチルアクリレート、ヘキシロキシエトキシエチルアクリレート、カプロラクトン変性(1mol)エチルアクリレート、メトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、ブトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、4-アクリロイルオキシブチルエチルカーボネート、4-アクリロイルオキシブチルブチルカーボネート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、3-メチル-1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレートが好ましく、エトキシエトキシエチルアクリレート、ブトキシエトキシエチルアクリレート、ヘキシロキシエトキシエチルアクリレート、カプロラクトン変性(1mol)エチルアクリレート、メトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、ブトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、4-アクリロイルオキシブチルエチルカーボネート、4-アクリロイルオキシブチルブチルカーボネート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、3-メチル-1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレートがより好ましく、エトキシエトキシエチルアクリレート、ブトキシエトキシエチルアクリレート、ヘキシロキシエトキシエチルアクリレート、カプロラクトン変性(1mol)エチルアクリレート、メトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、ブトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、4-アクリロイルオキシブチルエチルカーボネート、4-アクリロイルオキシブチルブチルカーボネートが最も好ましい。
本発明者は、さらに種々の検討を行った結果、化合物Aの好ましい分子量条件を見出した。化合物Aの分子量は160~305が好ましく、170~275がより好ましく、175~250がさらに好ましく、190~240が特に好ましく、205~230が最も好ましい。
これら数値範囲が好ましい理由としては推測ではあるが、以下のように考えられる。
分子量が前記数値範囲内であると基材の溶解ないし溶出の挙動と基材内部への浸透性のバランスが良くなると考えられる。分子量が160以上であると、拡散による基材の溶解ないし溶出の挙動が起きにくく、表面積が大きな硬化物と基材との間で界面を形成しやすいと推測される。一方、分子量が305以下であると、分子サイズが過度に大きくなく、基材内部への浸透性を維持しやすいと推測される。
(化合物B-1)
化合物B-1は、(メタ)アクリロイル基を3つ以上有する、多官能(メタ)アクリレートモノマーである(ただし、後述の化合物Cを除く。)。
化合物Aとの関係において、「(メタ)アクリロイル基を3つ以上有する、多官能(メタ)アクリレートモノマー」に該当する化合物であれば、炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下であってもその化合物は化合物B-1とする。
一実施態様に係る硬化性組成物は、ラジカル重合性化合物の一つとして化合物B-1を含有する。硬化性組成物は化合物B-1を含有するため、硬化性組成物が活性エネルギー線の照射により良好な重合活性を示す。結果、架橋密度が高くなり、塗膜の耐擦傷性が良くなる。
化合物B-1としては、耐擦傷性、耐候性の観点から、下記式(4)で表される化合物が好ましい。
Figure 2023133168000003
式(4)中、2n+4個のZのうち少なくとも3個のZは、それぞれ独立に下式(g1)で表されるエチレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g2)で表されるプロピレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリロル基または下式(g4)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基である。
CH=CR-CO(OCy1-O- ・・・式(g1)
CH=CR-CO(OCy2-O- ・・・式(g2)
CH=CR-CO(O(CHC=O)y3-O- ・・・式(g3)
CH=CR-COO- ・・・式(g4)
式(g1)、式(g2)、式(g3)および式(g4)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基である。
式(g1)、式(g2)および式(g3)中、y1、y2およびy3は、それぞれ独立に、1~5である。
硬化膜における耐擦傷性、耐侯性(耐黄変性、耐クラック性)および重合反応性の観点から、y1、y2およびy3はそれぞれ独立に、5以下が好ましく、3以下がより好ましく、2以下がさらに好ましい。
式(4)中、残りのZは、それぞれ独立にメチル基または水酸基(-OH)である。
式(4)中、nは0~4であり、1~4が好ましく、1~3がより好ましい。
化合物B-1としては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性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、EO変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、PO変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ペンタエリスリトールトリ(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、EO変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、PO変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性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、EO変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、PO変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性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、EO変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、PO変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートが挙げられる。
ここで、「EO」はエチレンオキサイド、「PO」はプロピレンオキサイドを意味する。
化合物B-1は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なかでも特に耐擦傷性と耐候性(耐黄変性、耐クラック性)のバランスの観点から、化合物B-1としては、カプロラクトン変性の多官能(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトール骨格を有する多官能(メタ)アクリレートが好ましく、カプロラクトン変性のジペンタエリスリトール骨格を有する多官能(メタ)アクリレートがより好ましい。すなわち、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートがより好ましい。
(化合物B-2)
一実施態様に係る硬化性組成物は、化合物A、化合物B-1および化合物Cに加えて、下記の化合物B-2をさらに含有することが好ましい。
化合物B-2:デンドリマー構造およびハイパーブランチ構造からなる群から選ばれる少なくとも1種を有する、(メタ)アクリレート(ただし、前述の化合物B-1および後述の化合物Cを除く。)。
化合物B-2は、一実施態様に係る硬化性組成物の硬化物の耐屈曲性の向上に寄与する。また、化合物B-2は、一実施態様に係る硬化性組成物の粘度を下げることにも寄与する。したがって、エアスプレーを用いて本硬化性組成物を基材に塗布する場合、希釈する有機溶剤の使用量が少なくても塗装後に良好な外観を得ることができる。そのため、揮発性有機化合物(VOC)成分を削減でき、環境負荷を低減できる。
デンドリマー構造とは、分岐した構造がさらに分岐して多重の分岐構造を形成し、前記分岐構造が放射状に広がった構造を意味する。
ハイパーブランチ構造とは、前記多重の分岐構造が放射状ではなく、所定の一方向または二以上の方向に分岐状に延びた構造を意味する。
化合物B-2は前記多重の分岐構造の複数の先端部分に(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ)アクリレートである。
硬化性の観点から、化合物B-2の(メタ)アクリロイル基官能基数は、4以上が好ましく、6以上がより好ましい。また、硬化収縮の観点から、化合物B-2の(メタ)アクリロイル基官能基数は、20以下が好ましく、18以下がより好ましい。
化合物B-2は、種々の方法により合成したものを用いてもよいし、市販品を用いてもよい。化合物B-2の合成方法としては、例えば、特開2016-190998号公報に記載の方法が挙げられる。
デンドリマー構造を有する(メタ)アクリレートとしては、例えば、大阪有機化学工業株式会社製のビスコート(登録商標)#1000、SIRIUS-501、SUBARU-501が挙げられる。
ハイパーブランチ構造を有する(メタ)アクリレートとしては、例えば、SARTOMER社製のCN2302、CN2303、CN2304が挙げられる。
化合物B-2としては、硬化性組成物の粘度をより低くすることでスプレー塗装性を良好にする観点から、大阪有機化学工業株式会社製のビスコート#1000、SARTOMER社製のCN2302、CN2303、CN2304が好ましい。
スプレー塗装性の観点から、化合物B-2の25℃における粘度(25℃)は、10000mPa・s以下が好ましく、7000mPa・s以下がより好ましく、4000mPa・s以下がさらに好ましく、2000mPa・s以下がさら好ましい。また、硬化性の観点から、化合物B-2の粘度(25℃)は、10mPa・s以上が好ましく、20mPa・s以上がより好ましく、40mPa・s以上がより好ましく、60mPa・s以上がさらに好ましい。
化合物B-2の粘度(25℃)は、E型粘度計を用いて25℃で測定した値である。
(化合物C)
化合物Cは(メタ)アクリロイル基とウレタン結合とを有する、(メタ)アクリレートである。
化合物Aとの関係において、「(メタ)アクリロイル基とウレタン結合とを有する、(メタ)アクリレート」に該当する化合物であれば、炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下であってもその化合物は化合物Cとする。
一実施態様に係る硬化性組成物は、ラジカル重合性化合物の一つとして化合物Cを含有する。化合物Cはウレタン結合を有するため、塗膜の靭性が向上する。また、硬化性組成物の硬化物の耐候性および耐久性試験後の密着性が向上する。
化合物Cとしては、1分子中に1個以上のウレタン結合と1個以上の(メタ)アクリロイルオキシ基とを有するウレタン(メタ)アクリレートが好ましい。さらに、塗膜の靭性向上の観点から、化合物Cとしては、1分子中に2個以上のウレタン結合と2個以上の(メタ)アクリロイルオキシ基とを有するウレタン(メタ)アクリレートがより好ましい。
例えば、下記のウレタン(メタ)アクリレート(C1)が好ましい。
ウレタン(メタ)アクリレート(C1):ヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート(c1)と、ポリイソシアネート(c2)と、1分子中に2個以上のヒドロキシ基を有するポリオール(c3)との反応物。
ヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート(c1)は、ヒドロキシ基と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する(メタ)アクリレートであれば特に限定されない。例えば、2-ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)、2-ヒドロキシプロピルアクリレート(HPA)、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート(HPMA)、2-ヒドロキシブチルアクリレート(HBA)、4-ヒドロキシブチルアクリレート(4-HBA)、2-ヒドロキシブチルメタクリレート(HBMA)、HEAのカプロラクトン1mol付加物(ダイセル社のプラクセル(登録商標)FA1)、HEAのカプロラクトン2mol付加物(プラクセルFA2D)、HEAのカプロラクトン5mol付加物(プラクセルFA5)、HEAのカプロラクトン10mol付加物(プラクセルFA10L)、骨格がモノまたはポリペンタエリスリトールである化合物が挙げられる。
「骨格がモノまたはポリペンタエリスリトールである化合物」としては、例えば、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)アクリレートが挙げられる。
ヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート(c1)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート(c1)のうち、入手の容易さ、反応性、硬化性組成物における溶解性等の観点から、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ダイセル社製のHEAのカプロラクトン1mol付加物(プラクセルFA1)、HEAのカプロラクトン2mol付加物(プラクセルFA2D)が好ましく、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレートがより好ましく、2-ヒドロキシエチルアクリレートがさらに好ましい。
ポリイソシアネート(c2)は、1分子内にイソシアネート基を2個以上有するポリイソシアネートであれば特に限定されない。例えば、
ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)、リジンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート;
ノルボルナンジイソシアネート(NBDI)、トランスシクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン(水添XDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)等の脂環式ポリイソシアネート;
2,4-トリレンジイソシアネート(2,4-TDI)、2,6-トリレンジイソシアネート(2,6-TDI)、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’-MDI)、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4’-MDI)、1,4-フェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリフェニルメタントリイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート;
これらのイソシアヌレート体、アダクト体、ビウレット体;
が挙げられる。
ポリイソシアネート(c2)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なかでも耐候性の観点から、ポリイソシアネート(c2)としては、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネートが好ましく、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン(水添XDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)、旭化成株式会社製のヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(製品名:デュラネートTPA-100)、ヘキサメチレンジイソシアネートのアダクト体(製品名:デュラネートP301-75E)、ヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット体(製品名:デュラネート24A-100)、ヘキサメチレンジイソシアネートの2官能型(製品名:デュラネートA-201H)がより好ましい。
なかでも特に、耐擦傷性の観点から脂環式ポリイソシアネートがより好ましく、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)がさらに好ましい。
ポリオール(c3)は、1分子中に2個以上のヒドロキシ基を有するポリオールであれば特に限定されない。例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3’-ジメチロールヘプタン、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシブチレングリコール、ポリカプロラクトンポリオール(ポリカプロラクトンジオール等)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)、ポリカーボネートポリオール(ポリカーボネートジオール等)、ラクトン系ポリオール(γ―ブチロラクトンとN-メチルエタノールアミンとを反応させて得られる4-ヒドロキシ-N-(2-ヒドロキシエチル)-N-メチルブタンアミド等)が挙げられる。
なかでも耐候性の観点から、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール、ラクトン系ポリオールが好ましく、ポリカーボネートポリオールがより好ましい。また、塗膜の柔軟性を向上させクラックが発生しにくくなるという観点から、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシブチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)が好ましく、ポリテトラメチレンエーテルグリコールがより好ましい。
ポリオール(c3)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ポリオール(c3)として、市販品を用いてもよい。
ポリカーボネートポリオールの市販品としては、例えば、
株式会社クラレ製のクラレポリオールC-590、クラレポリオールC-770、クラレポリオールC-1050、クラレポリオールC-1090、クラレポリオールC1065N、クラレポリオールC-1015N、クラレポリオールC-2090、クラレポリオールC-3090;
旭化成株式会社製のデュラノールT-5650E、デュラノールT-5650J、デュラノールT-5651、デュラノールT-5652、デュラノールG-4671、デュラノールG-4672、デュラノールG3450J、デュラノールG3452;
三菱ケミカル株式会社製のベネビオールNL1010DB、ベネビオールNL2010DB、ベネビオールNL3010DB、ベネビオールNL1005B、ベネビオールNL2005B、ベネビオールNL1030B、ベネビオールHS0830B、ベネビオールHS0840B、ベネビオールHS0840H、ベネビオールHS0850H;
が挙げられる。
ポリテトラメチレンエーテルグリコールの市販品としては例えば、
三菱ケミカル株式会社製のPTMG250、PTMG650、PTMG1000、PTMG2000、PTMG3000;
美浜株式会社製のPTMEG#220、PTMEG#650、PTMEG#1000、PTMEG#1400、PTMEG#2000;
保土谷化学工業株式会社製のPTG-650、PTG-850SN、PTG-3000;
が挙げられる。
ウレタン(メタ)アクリレート(C1)は、ヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート(c1)と、ポリイソシアネート(c2)と、ポリオール(c3)とを反応させることによって得られる。
反応条件としては、加熱下の条件が好ましい。例えば、反応温度70℃で反応時間8時間の条件が挙げられる。
ウレタン(メタ)アクリレート(C1)としては、例えば、
ポリカーボネートポリオールと、脂環構造を有するジイソシアネート化合物と、ヒドロキシ基を有するモノ(メタ)(メタ)アクリレートモノマーとの反応物;
ポリテトラメチレンエーテルグリコールと、4-ヒドロキシ-N-(2-ヒドロキシエチル)-N-メチルブタンアミドと、脂環構造を有するジイソシアネート化合物と、ヒドロキシ基を有するモノ(メタ)(メタ)アクリレートモノマーとの反応物;
が好ましい。
硬化性組成物の粘度をより低くすることでスプレー塗装性を良好する観点から、化合物Cの質量平均分子量(Mw)は、8000以下が好ましく、6000以下がより好ましい。また、硬化物の耐屈曲性の観点から、化合物Cの質量平均分子量(Mw)は、500以上が好ましく、1000以上がより好ましい。
したがって、化合物Cの質量平均分子量(Mw)は、500~8000が好ましく、1000~6000がより好ましい。
化合物Cの質量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC法)により測定した標準ポリスチレン換算の値である。
化合物Cの(メタ)アクリロイル官能基数としては2~15が好ましく、2~10がより好ましく、2~6がさらに好ましく、2~4が特に好ましく、2が最も好ましい。化合物Cの(メタ)アクリロイル官能基数が前記数値範囲内であると、耐擦傷性と耐候性を両立しやすい。
(他のモノマー)
本発明の一実施態様に係る硬化性組成物は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2および化合物C以外の(メタ)アクリロイル基を有する化合物を他のモノマーとしてさらに含有してもよい。
他のモノマーは特に限定されない。例えば、直鎖状の脂肪族炭化水素(メタ)アクリレート、分岐構造を有する脂肪族炭化水素(メタ)アクリレート、環状構造を有する脂肪族炭化水素(メタ)アクリレート、水酸基含有(メタ)アクリレートが挙げられる。他のモノマーは分子骨格中に重合活性基を少なくとも1つ以上有することが好ましい。
他のモノマーは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
硬化性組成物の粘度をより低くすることでスプレー塗装性を良好にする観点から、他のモノマーとしては、直鎖状の脂肪族炭化水素(メタ)アクリレート、分岐構造を有する脂肪族炭化水素(メタ)アクリレート、環状構造を有する脂肪族炭化水素(メタ)アクリレートが好ましい。例えば、イソブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、イソノニルアクリレート、イソデシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、イソステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレートが挙げられる。なかでも粘度低減効果の観点から、2-エチルヘキシルアクリレート、イソステアリルアクリレートが好ましい。
(他の成分)
本発明の一実施態様に係る硬化性組成物は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマー以外の他の成分をさらに含有してもよい。
他の成分としては、例えば、紫外線吸収剤、光重合開始剤、有機溶剤、添加剤が挙げられる。ただし、他の成分はこれらの例示に限定されない。
紫外線吸収剤について説明する。
紫外線吸収剤は硬化性組成物の硬化物に、太陽光に含まれる紫外線を吸収する効果を付与できる。硬化性組成物が紫外線吸収剤を含有すると、硬化性組成物の硬化物の耐候性がさらに向上する。
紫外線吸収剤は、紫外線を吸収できるものであれば特に限定されない。硬化性組成物に均一に溶解でき、かつその紫外線吸収能が高いものが好ましい。
紫外線吸収剤としては、例えば、
2-ヒドロキシベンゾフェノン、5-クロロ-2-ヒドロキシベンゾフェノン、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-オクチロキシベンゾフェノン、4-ドデシロキシ-2-ヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-オクタデシロキシベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系紫外線吸収剤;
2-(2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2-ヒドロキシ-5-tert-ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2-ヒドロキシ-3,5-ジ-tert-ブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2-ヒドロキシ-3,5-ジ-tert-ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2-ヒドロキシ-5-tert-オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2-ヒドロキシ-5-(2-メタクリロイルオキシエチル)フェニル)-2H-ベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤;
2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-ドデシロキシプロピル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-トリデシロキシプロピル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-(2’-エチル)ヘキシル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(2-ヒドロキシ-4-ブチロキシフェニル)-6-(2,4-ビス-ブチロキシフェニル)-1,3,5-トリアジン、2-(2-ヒドロキシ-4-[1-オクチロキシカルボニルエトキシ]フェニル)-4,6-ビス(4-フェニルフェニル)-1,3,5-トリアジン等のヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤;
フェニルサリシレート、p-tert-ブチルフェニルサリシレート、p-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェニルサリシレート、3-ヒドロキシフェニルベンゾエート、フェニレン-1,3-ジベンゾエートが挙げられる。
紫外線吸収剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なかでも、硬化物中で紫外線吸収能が長期間にわたって持続する観点から、紫外線吸収剤としては、2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-ドデシロキシプロピル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-(2-エチル)ヘキシル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(2-ヒドロキシ-4-ブチロキシフェニル)-6-(2,4-ビス-ブチロキシフェニル)-1,3,5-トリアジンおよび2-(2-ヒドロキシ-4-[1-オクチロキシカルボニルエトキシ]フェニル)-4,6-ビス(4-フェニルフェニル)-1,3,5-トリアジンからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
さらに、基材の紫外線劣化を防ぐ観点から、350nmにおける吸光度が1.0以上であるヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤が好ましい。例えば、2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-(2-エチル)ヘキシル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(2-ヒドロキシ-4-ブチロキシフェニル)-6-(2,4-ビス-ブチロキシフェニル)-1,3,5-トリアジンおよび2-(2-ヒドロキシ-4-[1-オクチロキシカルボニルエトキシ]フェニル)-4,6-ビス(4-フェニルフェニル)-1,3,5-トリアジンからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
吸光度は日立製作所製のU-1900型分光光度計により測定される。
紫外線吸収剤としては、硬化性組成物に対する溶解性および耐候性の観点から、ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール、ヒドロキシフェニルトリアジン、サリチル酸フェニルおよび安息香酸フェニルからなる群から選ばれた少なくとも1つから誘導された化合物が好ましく、当該化合物のなかでも最大吸収波長が240~380nmの範囲内の化合物がより好ましい。
硬化性組成物に多量に含有させることができる観点から、紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系の紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤がより好ましい。
硬化物からブリードアウトが発生しにくいという観点から、紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤がより好ましい。ブリードアウトとは、硬化物の表面に紫外線吸収剤が析出し、硬化物の表面が白化する現象である。
ポリカーボネート樹脂等の基材の黄変を防止できるという観点から、紫外線吸収剤としては、ヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤がさらに好ましい。
光重合開始剤について説明する。
一実施態様において、硬化性組成物の硬化反応に紫外線を用いる場合には、硬化性組成物は光重合開始剤をさらに含有することが好ましい。硬化性組成物が光重合開始剤を含有すると、紫外線吸収剤が存在していても、硬化性組成物を紫外線によって充分に硬化させることができる。ただし、一実施態様において、硬化性組成物を紫外線以外の活性エネルギー線(電子線等)で硬化させる場合には、光重合開始剤は必ずしも必要でない。
光重合開始剤としては、硬化性組成物における溶解性がよく、紫外線照射によりアクリル系モノマーまたはオリゴマーの重合を開始させ得るものであれば特に限定されない。
光重合開始剤としては、例えば、
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、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、アセトイン、ブチロイン、トルオイン、ベンジル、ベンゾフェノン、p-メトキシベンゾフェノン、ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、メチルフェニルグリオキシレート、エチルフェニルグリオキシレート、4,4-ビス(ジメチルアミノベンゾフェノン)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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-オン等のカルボニル化合物;
テトラメチルチウラムジスルフィド等の硫黄化合物;
アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル等のアゾ化合物;
ベンゾイルパーオキシド、ジターシャリーブチルパーオキシド等のパーオキシド化合物;
2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホ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ィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド化合物;
が挙げられる。
なかでも重合性の観点から、光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、メチルフェニルグリオキシレート、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイドが好ましい。
光重合開始剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
光重合開始剤としては、波長360~400nmに吸収極大を有する光重合開始剤が好ましい。かかる光重合開始剤を用いると、硬化性組成物を紫外線で硬化する際に、紫外線によりラジカルが発生するため、塗膜深部においても重合性化合物(重合性モノマー、重合性オリゴマー等)を効率よく重合させることができる。結果、基材との密着性に優れる硬化物を得やすい。
有機溶剤について説明する。
本発明の硬化性組成物は、その他の成分として、有機溶剤を含んでいてもよい。硬化性組成物が有機溶剤を含有すると、硬化性組成物の成分の均一溶解性、分散安定性が向上しやすい。また、硬化物の基材との密着性、硬化物の平滑性および均一性等も向上しやすい。
有機溶剤の種類は特に限定されない。例えば、アルコール、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エーテル、ケトン、エステル、多価アルコール誘導体が挙げられる。
有機溶剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
添加剤について説明する。
本発明の硬化性組成物は、必要に応じて添加剤をさらに含有してもよい。添加剤としては、例えば、光安定剤、酸化防止剤、黄変防止剤、ブルーイング剤、顔料、レベリング剤、消泡剤、増粘剤、沈降防止剤、帯電防止剤、防曇剤が挙げられる。ただし、添加剤はこれらの例示に限定されない。
(固形分濃度)
本発明の硬化性組成物の固形分濃度は、環境負荷とスプレー塗装性の観点から、50~100質量%が好ましく、60~95質量%がより好ましく、70~90質量%がさらに好ましい。
固形分濃度は、硬化性組成物の総質量に対する、硬化性組成物から揮発成分を除いた残部(固形分)の質量割合である。固形分濃度は、GB/T 34675-2017 不揮発分測定法で定められている手法で測定される。より詳細には、固形分濃度は以下の手順で求める。
(1)アルミ皿を110℃に熱した乾燥機に30分間置き、デシケーター内で冷却した後、重量:Wを記録する。
(2)硬化性組成物を0.2±0.1g秤量し、重量:W1を記録する。
(3)試料を速やかに50℃に熱した乾燥機に30分間置き、乾燥させる。
(4)加熱終了後、アルミ皿に乗せたまま硬化性組成物を硬化装置で硬化させる。
(5)硬化物を110℃に熱した乾燥機に60分間置き、乾燥させる。
(6)デシケーター内で冷却後、残った重量:W2を記録する。
(7)下記式(α)にしたがって、固形分濃度:NVを算出する。
NV(質量%)=((W2-W)/(W1-W))×100 ・・・式(α)
(粘度(25℃))
一実施態様に係る硬化性組成物の粘度(25℃)は、250mPa・s以下が好ましく、150mPa・s以下がより好ましく、100mPa・s以下がさらに好ましい。硬化性組成物の粘度(25℃)が250mPa・s以下であると、一実施態様に係る硬化性組成物の固形分濃度が60質量%以上の相対的に高い場合においても、スプレー塗装性が良くなる。
また、塗装後の液ダレ防止の観点から、硬化性組成物の粘度(25℃)は、20mPa・s以上が好ましい。
硬化性組成物の粘度(25℃)は、E型粘度計を用いて25℃で測定した値である。
硬化性組成物の成分や量の分析は、核磁気共鳴装置(NMR)、赤外分光法(IR)等の分析により行うことができる。また硬化物中の成分の分析は、飛行時間型質量分析法(TOF-SIMS)、X線光電子分光分析(ESCA)、蛍光X線、赤外分光法(IR)等の分析によって行うことができる。
(組成)
化合物Aの割合は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量の1~50質量%が好ましい。化合物Aの割合が前記数値範囲内であると、耐久性試験後においても塗膜の基材に対する密着性がさらに向上する。耐久性試験後の密着性の観点から、化合物Aの割合は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量に対して3~35質量%が好ましく、5~30質量%がより好ましく、6~25質量%がさらに好ましく、7~25質量%が特に好ましい。
化合物B-1の割合は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量の5~80質量%が好ましい。化合物B-1の割合が前記数値範囲内であると、硬化膜の耐擦傷性がさらに向上する。硬化膜の耐候性(耐クラック性)および耐熱性の観点から、化合物B-1の割合は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量の10~70質量%がより好ましく、20~65質量%がさらに好ましく、25~60質量%が特に好ましく、30~50質量%が最も好ましい。
化合物Cの割合は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量の3~70質量%が好ましい。化合物Cの割合が前記数値範囲内であると、硬化物の耐候性および耐久性試験後の密着性がさらに向上する。また、硬化性組成物の粘度が低下しやすく、スプレー塗装性もさらに向上する。紫外線吸収剤のブリードアウト抑制の観点から、化合物Cの割合は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量の5~50質量%がより好ましく、10~40質量%がさらに好ましく、13~35質量%が特に好ましく、15~30質量%が最も好ましい。
化合物B-2の割合は化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量の0~70質量%が好ましい。化合物B-2の割合が前記数値範囲内であると、硬化性組成物の粘度が低下しやすく、スプレー塗装性が向上しやすい。スプレー塗装性の観点から、化合物B-2の割合は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量の1~50質量%がより好ましく、5~40質量%がさらに好ましく、10~35質量%が特に好ましく、15~30質量%が最も好ましい。
一実施態様に係る硬化性組成物が紫外線吸収剤を含有する場合、紫外線吸収剤の割合は、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量の0.05~20質量%が好ましく、1~17質量%がより好ましく、5~16質量%がさらに好ましい。
紫外線吸収剤の割合が前記下限値以上であれば、硬化性組成物の硬化物の耐候性がさらに向上する。紫外線吸収剤の割合が前記上限値以下であれば、硬化性がさらに向上する。
一実施態様に係る硬化性組成物が光重合開始剤を含有する場合、光重合開始剤の割合は、充分な重合度を得る観点から、化合物A、化合物B-1、化合物B-2、化合物Cおよび他のモノマーの合計質量の0.05~25質量%が好ましく、0.1~20質量%がより好ましい。硬化性の観点から、0.3~15質量%以下がさらに好ましい。
(製造方法)
本発明の硬化性組成物の製造方法においては、化合物Aと、化合物B-1と、化合物Cとを混合する。混合に際しては、種々の撹拌機が使用され得る。また、化合物Aと、化合物B-1と、化合物Cとを均一に混合することが好ましい。
混合に際しては、必要に応じて化合物B-2、他のモノマー、他の成分をさらに混合してもよい。
化合物A、化合物B-1、化合物C、化合物B-2、他のモノマー、他の成分の詳細および好ましい態様は上述の通りである。
(用途)
本発明の硬化性組成物は、耐温水密着性に優れる。また、一実施態様に係る硬化性組成物はスプレー塗装性に優れ、また、耐湿熱密着性等に優れる。したがって、一実施態様に係る硬化性組成物は、自動車用の各種ランプレンズ用ハードコート、計器類用ハードコート、グリル用ハードコート、外装用ハードコート等の用途に好適に用いることができる。
<硬化物>
本発明の硬化物は、前記硬化性組成物を硬化した硬化物である。
本発明の硬化物は、本発明の硬化性組成物に紫外線等の活性エネルギー線を照射して硬化することにより得られる。活性エネルギー線としては、紫外線、電子線、X線、赤外線、可視光線が挙げられる。
一実施態様において硬化性組成物を紫外線照射により硬化させる場合、種々の紫外線照射装置を用いることができる。紫外線照射装置の光源としては、キセノンランプ、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、LED-UVランプ等を使用できる。紫外線の照射量は、通常10~10000mJ/cmであり、100~5000mJ/cmが好ましく、150~3000mJ/cmがより好ましい。
一実施態様において硬化性組成物を電子線照射により硬化させる場合、種々の電子線照射装置を使用することができる。電子線の照射量は、通常0.5~20Mradであり、1~15Mradが好ましい。
一実施態様において硬化性組成物を硬化させる際の温度(活性エネルギー線を照射する際の温度)は、基材の耐熱性や熱変形性等を考慮して適宜設定すればよい。例えば、20~200℃が好ましく、60~150℃がより好ましい。硬化時間は、例えば、30秒~1時間が好ましく、1分~15分がより好ましい。
一実施態様において硬化性組成物が有機溶剤を含有する場合、活性エネルギー線を照射する前に、硬化性組成物を乾燥することで有機溶剤を揮発させてもよい。
乾燥温度は、基材の耐熱性や熱変形性、有機溶剤の沸点等を考慮して適宜設定すればよい。例えば、20~200℃が好ましく、60~150℃がより好ましい。乾燥時間は、例えば、1分~1時間が好ましく、2分~15分がより好ましい。
<積層体>
本発明の積層体は、基材と、本発明の硬化物からなる層(以下、「硬化物層」ともいう)とを有する。硬化物層は、基材と積層化または複合化されている。一実施態様において、硬化物層は基材の表面の一部に設けられてもよく、全面に設けられてもよい。
(基材)
基材の形状は特に限定されない。例えば、フィルム状、板状、幾何学的な形状が挙げられるが、いずれの形状でもよい。
基材の材質としては、例えば、
亜鉛メッキ鋼、亜鉛合金メッキ鋼、ステンレス鋼、錫メッキ鋼等の金属;
ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂、ポリアリルジグリコールカーボネート樹脂等のプラスチック;
が挙げられる。
これら基材の材質として、金属、プラスチックは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
基材としては、硬化物層を設けることによる有用性(耐候性の向上等)が大きい点で、プラスチック基材が好ましい。プラスチック基材としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂およびポリメタクリルイミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むプラスチック基材が挙げられる。
なかでも、透明性、易成形性の観点から、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂が好ましい。さらに、耐熱性、耐衝撃性の観点からポリカーボネート樹脂がより好ましい。
硬化物層の厚さは、耐候性とクラック低減の観点から、3~50μmが好ましい。硬化物層の厚さは、基材に塗工する硬化性組成物の塗膜の厚さによって調整できる。
一実施態様において積層体は、基材を複数有してもよい。また、一実施態様において積層体は、硬化物層を複数有してもよい。
例えば、基材に複数種の硬化物層を積層してもよい。また、複数の基材と複数の硬化物層とを積層してもよい。基材がフィルム状または板状である場合、基材の一方の面上に硬化物層を積層してもよく、基材の両方の面上に硬化物層を積層してもよい。
積層体は、基材の表面に硬化性組成物を塗装した後、硬化性組成物を硬化して硬化物とすることで製造できる。
一実施態様において積層体は、例えば、基材に本発明の硬化性組成物を塗装して塗膜を設けた後、該塗膜に活性エネルギー線を照射して硬化することにより製造できる。
塗装方法は特に限定されない。種々の方法が使用され得る。例えば、ハケ塗り、バーコート、スプレーコート、ディップコート、スピンコート、カーテンコート等の方法が挙げられるが、これら例示に限定されない。
本発明の硬化性組成物はスプレー塗装に適した粘度を有しやすいことから、塗装方法としてはスプレーコート法が好ましい。
塗膜は、上述した硬化性組成物と同様にして硬化させることができる。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定されない。実施例中の「部」は「質量部」を表す。
<原料および略号>
使用した原料およびその略号は以下の通りである。各化合物の構造式分類、X、Y、R、R、R、R、nは表1に示す。
Figure 2023133168000004
(化合物A)
・CP-EA:カプロラクトン変性(1mol)エチルアクリレート(Mw:214.3)。
・ABEC:4-アクリロイルオキシブチルエチルカーボネート(Mw:216.2)。
・ABBC:4-アクリロイルオキシブチルブチルカーボネート(Mw:244.3)。
・BCA:ブチルカルビトールアセテート(Mw:204.3)。
・MTG-A:メトキシ-トリエチレングリコールアクリレート(Mw:218.2)。
・BE-EA:ブトキシエトキシエチルアクリレート(Mw:216.3)。
・HE-EA:ヘキシロキシエトキシエチルアクリレート(Mw:244.3)。
・BTG-A:ブトキシ-トリエチレングリコールアクリレート(Mw:260.3)。
・EE-EA:エトキシエトキシエチルアクリレート(Mw:188.2)。
・C4DA:1,4-ブタンジオールジアクリレート(Mw:198.2)。
・C6DA:1,6-ヘキサンジオールジアクリレート(Mw:226.3)。
・SR341:3-メチル-1,5-ペンタンジオールジアクリレート(サートマー社製、Mw:226.3)。
・C9DA:1,9-ノナンジオールジアクリレート(Mw:268.3)。
(化合物B-1)
・DPCA-20:ジペンタエリスリトール・カプロラクトンのアクリル酸エステル(商品名KAYARAD DPCA-20、日本化薬株式会社製)。
(化合物B-2)
・CN2303:ハイパーブランチ構造を有するアクリレート(サートマー社製)、(メタ)アクリロイル官能基数:6、粘度(25℃):375mPa・s。
・CN2304:ハイパーブランチ構造を有するアクリレート(サートマー社製)、(メタ)アクリロイル官能基数:18、粘度(25℃):750mPa・s。
(化合物C)
・C1-1:下記合成例1で得た、アクリロイル基を有する多官能ウレタンアクリレート、(メタ)アクリロイル官能基数:2、質量平均分子量(Mw):4100。
・C1-2:下記合成例2で得た、アクリロイル基を有する多官能ウレタンアクリレート、(メタ)アクリロイル官能基数:2、質量平均分子量(Mw):3600。
(合成例1:C1-1の合成)
保温機能付き滴下漏斗、還流冷却器、攪拌機および温度計を取り付けたフラスコに、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート:530部、ジラウリン酸ジn-ブチル錫:300ppmを仕込み、50℃に加温した。その後、ポリオール化合物としてポリカーボネートジオールである株式会社クラレ製のクラレポリオールC-770:700部(1mol)を2時間かけて滴下した。50℃にて2時間攪拌した後、1時間かけて70℃まで昇温させた。その後、2-ヒドロキシエチルアクリレート:239部を2時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌し、ウレタンアクリレートC1-1を得た。
(合成例2:C1-2の合成)
攪拌機、還流冷却器、滴下漏斗および温度計を取り付けたフラスコに、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート:530部、ジラウリン酸ジn-ブチル錫:300ppmを仕込み、50℃に加温した。その後、ポリオール化合物として保土谷化学工業株式会社製のPTG-850SN:441部と4-ヒドロキシ-N-(2-ヒドロキシエチル)-N-メチルブタンアミド:69部を2時間かけて滴下した。50℃にて2時間攪拌した後、1時間かけて70℃まで昇温させた。その後、2-ヒドロキシエチルアクリレート:262部を2時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌し、ウレタンアクリレートC1-2を得た。
(他のモノマー)
・4-HBA:4-ヒドロキシブチルアクリレート(Mw:144.2)。
・ISTA:イソステアリルアクリレート(Mw:324.5)。
・CTFA:環状トリメチロールプロパンホルマールアクリレート(Mw:200.2)。
・UM-90DA:ポリカーボネートジオールジアクリレート(宇部興産株式会社製、Mw:736.9)
・2-EHA:2-エチルヘキシルアクリレート(Mw:184.3)。
(他の成分)
・チヌビン400(紫外線吸収剤):2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-ドデシロキシプロピル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス-(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジンと2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-トリデシロキシプロピル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス-(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジンと1-メトキシ-2-プロパノールの混合物(BASF社製)。
・チヌビン405(紫外線吸収剤):2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-(2’-エチル)ヘキシル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス-(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン(BASF社製)。
・チヌビン479(紫外線吸収剤):構造非公開(BASF社製)。
・Omnirad TPO(光重合開始剤):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。
・Omnirad 184(光重合開始剤):1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニル ケトン。
(その他)
・チヌビン123(光安定剤):デカン二酸ビス(2,2,6,6-テトラメチル-1-(オクチルオキシ)-4-ピペリジニル)エステル、1,1-ジメチルエチルヒドロペルオキシドとオクタンの反応生成物(BASF社製)。
・BYK-333(シリコン系レベリング剤):ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン(BYK社製)。
・PGM(有機溶剤):プロピレングリコールモノメチルエーテル。
(化合物B-2の粘度(25℃))
E型粘度計TVE-20H(東機産業社製)を用いて化合物B-2の粘度(25℃)を測定した。
(硬化性組成物の粘度(25℃))
硬化性組成物の固形分濃度が表4に記載の濃度となるように、PGMで硬化性組成物を希釈した後、E型粘度計TVE-20H(東機産業社製)を用いて粘度(25℃)を測定した。
(質量平均分子量(Mw))
ポリマー(化合物C等)の質量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC法)により以下の条件で測定した標準ポリスチレン換算による分子量である。
装置:東ソー社製 高速GPC装置 HLC-8320GPC型
UV(紫外線)検出器:東ソー社製 UV-8320型
流速:0.35mL/min
注入口温度:40℃
オーブン温度:40℃
RI(示差屈折計)温度:40℃
UV波長:254nm
サンプル注入量:10μL
カラム:下記の(1)、(2)、(3)の順に3本連結した。
(1)東ソー社製 TSKgel superHZM-M(4.6mmID×15cmL)
(2)東ソー社製 TSKgel superHZM-M(4.6mmID×15cmL)
(3)東ソー社製 TSKgel HZ2000(4.6mmID×15cmL)
ガードカラム:東ソー社製 TSKguardcolumn SuperHZ-L(4.6mmID×3.5cmL)
溶媒:THF(安定剤BHT)
サンプル濃度は樹脂分が0.2質量%になるように調整した。
<評価方法>
(評価サンプルの作製)
ポリカーボネート樹脂射出成形板(パンライトL-1225Z-100(商品名)、帝人株式会社製、3mm厚)に硬化性組成物をスプレー、またはバーコーター(#14)を使用して塗装した。IR(遠赤外線)乾燥炉中70℃で240秒加熱乾燥し、塗膜を形成した。次に、形成された塗膜に対し、空気雰囲気下、高圧水銀灯を用い、株式会社オーク製作所製の紫外線光量計UV-351で照射量が2000mJ/cm(波長340~380nm)となるように紫外線を照射することで塗膜を硬化させ、硬化物層とした。硬化物層の厚さは9μmであった。これにより、ポリカーボネート樹脂射出成形板と硬化物層とを有する積層体を得た。得られた積層体を評価サンプルとして以下の評価を行った。
(耐温水密着性)
恒温水槽を用いて、80℃の温水に評価サンプルを浸し、8時間後の評価サンプルの外観変化を目視確認した。その後サンプル上の硬化塗膜に1mm間隔で基材まで達するクロスカットを入れることで、1mmの碁盤目を100個作った。クロスカットを入れた硬化塗膜の表面にセロハンテープ(ニチバン株式会社製)を貼り付けた後、急激にはがし、剥離した碁盤目を数えた。耐温水密着性の判定基準は次の通りである。
・判定基準(碁盤目密着試験)
5B(最良):剥離がない。
4B(良好):切断部等に細かい剥離が見られるが、マス目に剥離がない。
3B(可) :マス目の半分以下が剥離する。
2B(不良):マス目の半分以上が剥離する。
1B(不可):マス目の塗膜が全て剥離する。
(耐湿熱密着性)
恒温恒湿機を用いて、70℃、95%RHの環境下に評価サンプルを設置し、240時間後の評価サンプルの外観変化を目視確認し、前記耐温水密着性と同様の評価方法で耐湿熱密着性を評価した。耐湿熱密着性の判定基準は次の通りである。
・判定基準(碁盤目密着試験)
5B(最良):剥離がない。
4B(良好):切断部等に細かい剥離が見られるが、マス目に剥離がない。
3B(可) :マス目の半分以下が剥離する。
2B(不良):マス目の半分以上が剥離する。
1B(不可):マス目の塗膜が全て剥離する。
(鉛筆硬度)
鉛筆硬度の評価は、JIS K5600-5-4に準じて行い、各種硬度の鉛筆を45°の角度で評価サンプルの表面にあて、荷重をかけて引っ掻き試験を行い、傷がつかない最も硬い鉛筆の硬さを鉛筆硬度とした。
(スプレー塗装性)
評価サンプルの外観を目視確認し、25℃、50%RHでのスプレー塗装性を評価した。スプレー塗装性の判定基準は次の通りである。
・判定基準
A(良好):評価サンプルの表面にシワや白化がない。
B(可) :評価サンプルの表面にシワや白化した部分が観察される。
C(不可):硬化性組成物の粘度が高すぎてスプレー塗装ができないため、バーコーター塗装を実施した。
<実施例1>
CP-EAの20.0部、2-EHAの3.3部、DPCA-20の33.3部、CN2304の20.0部、C1-1の13.3部、C1-2の10.0部、チヌビン400の10.3部、チヌビン479の1.7部、Omnirad TPOの5.3部、Omnirad 184の5.3部、チヌビン123の1.0部、BYK-333の0.1部を均一に混合した。その後、希釈溶剤としてPGMを用い、固形分濃度が表4に記載の濃度となるように希釈して硬化性組成物を得た。得られた硬化性組成物をポリカーボネート樹脂射出成形板(パンライトL-1225Z-100(商品名)、帝人株式会社製、3mm厚)にスプレーして塗装した。IR(遠赤外線)乾燥炉中70℃で240秒加熱乾燥し、塗膜を形成した。次に、形成された塗膜に対し、空気雰囲気下、高圧水銀灯を用い、株式会社オーク製作所製の紫外線光量計UV-351で照射量が2000mJ/cm(波長340~380nm)となるように紫外線を照射することで塗膜を硬化させ、硬化物層とした。硬化物層の厚さは9μmであった。これにより、ポリカーボネート樹脂射出成形板と硬化物層とを有する評価サンプルを作製した。得られた硬化性組成物および評価サンプルの評価結果を表4に示す。
<実施例2~13、比較例1~5>
硬化性組成物の組成を表2、3に示すようにしたこと以外は実施例1同じ手法によって硬化性組成物を調製し、また、評価サンプルを作製した。得られた硬化性組成物および評価サンプルの評価結果を表4に示す。表2、3に示す硬化性組成物の組成の数値は、グラム(g)数表記である。
Figure 2023133168000005
Figure 2023133168000006
Figure 2023133168000007
表4に示す通り、実施例1~13では、耐温水密着性に優れる硬化物の塗膜が得られた。また、実施例1~13の硬化性組成物は、実用上充分なスプレー塗装性を有していた。加えて、実施例1~12においては、耐温水密着性に加えて耐湿熱密着性にも優れる硬化物の塗膜が得られた。
一方、化合物Aを含まない比較例1~4、化合物B-1を含まない比較例5では、硬化物の塗膜が耐温水密着性に劣り、耐湿熱密着性にも劣る結果であった。
また、化合物B―1を含まない比較例5では、硬化物の塗膜は鉛筆硬度に劣る結果であった。
本発明の硬化性組成物によれば、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる塗膜が得られる。
本発明の硬化物は、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる。
本発明の積層体は、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる硬化物からなる層を有する。
本発明の硬化性組成物の製造方法によれば、塗膜とした際の耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる硬化性組成物が得られる。
本発明の硬化物の製造方法によれば、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる硬化物が得られる。
本発明の積層体の製造方法によれば、耐温水密着性、耐湿熱密着性に優れる硬化物からなる層を有する積層体が得られる。
本発明の硬化性組成物を用いて得られた硬化物、及び、積層体を用いることで、ポリカーボネート樹脂表面に対して、耐擦傷性や耐候性に優れた機能性コーティングを湿潤状態での長期密着性を維持することが可能となる。これによって、特に屋外や湿潤環境下で使用されるポリカーボネート樹脂の傷付きや黄変といった劣化を抑制することができ、部材の耐久性を向上することが可能となる。

Claims (17)

  1. 下記化合物Aと、下記化合物B-1と、下記化合物Cとを含有する、硬化性組成物。
    化合物A:炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下である化合物(ただし、下記化合物B-1および下記化合物Cを除く。)。
    化合物B-1:(メタ)アクリロイル基を3つ以上有する、多官能(メタ)アクリレートモノマー(ただし、下記化合物Cを除く。)。
    化合物C:(メタ)アクリロイル基とウレタン結合とを有する、(メタ)アクリレート。
  2. 前記化合物Aが、下記式(1)、(2)、および(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種の分子構造式で表される化合物である、請求項1に記載の硬化性組成物。
    X-C(=O)-O-R-Y-R ・・・式(1)
    X-C(=O)-O-(R-O)-R ・・・式(2)
    X-C(=O)-O-R-Y-X ・・・式(3)
    式(1)~(3)中、それぞれ独立に、
    Xは炭素数mが1~3のC2m+1、又は、C2m-1で示される置換基(メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基)であり、
    Yはエステル結合、又は、カーボネート結合であり、
    は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~8の非環状脂肪族有機基であり、
    は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数1~8の非環状脂肪族有機基であり、
    は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~4の非環状脂肪族有機基であり、
    は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数4~16の非環状脂肪族有機基であり、
    繰り返し単位数nは1~4である。
  3. 前記化合物B-1が、下記式(4)で表される化合物である、請求項1に記載の硬化性組成物。
    Figure 2023133168000008
    式(4)中、
    2n+4個のZのうち少なくとも3個のZは、それぞれ独立に下式(g1)で表されるエチレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g2)で表されるプロピレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリロル基または下式(g4)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基であり、
    残りのXは、それぞれ独立にメチル基または水酸基(-OH)であり、
    nは0~4である。
    CH=CR-CO(OCy1-O- ・・・式(g1)
    CH=CR-CO(OCy2-O- ・・・式(g2)
    CH=CR-CO(O(CHC=O)y3-O- ・・・式(g3)
    CH=CR-COO- ・・・式(g4)
    式(g1)、式(g2)、式(g3)および式(g4)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基である。
    式(g1)、式(g2)および式(g3)中、y1、y2およびy3は、それぞれ独立に、1~5である。
  4. 下記化合物B-2をさらに含有する、請求項1に記載の硬化性組成物。
    化合物B-2:デンドリマー構造およびハイパーブランチ構造からなる群から選ばれる少なくとも1種を有する、(メタ)アクリレート(ただし、前記化合物B-1および前記化合物Cを除く。)。
  5. 前記化合物Cの質量平均分子量が、500~8000である、請求項1に記載の硬化性組成物。
  6. 前記硬化性組成物の25℃における粘度が、250mPa・s以下である、請求項1に記載の硬化性組成物。
  7. 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の硬化性組成物の硬化物。
  8. 基材と、請求項7に記載の硬化物からなる層と、を有する積層体。
  9. 前記基材が、プラスチック基材である、請求項8に記載の積層体。
  10. 炭素原子、窒素原子、水素原子及び3つ以上の酸素原子から構成され、水酸基及び環状構造を含まず、直鎖構造又は分岐1つあたりの原子数が2以下である化合物A(ただし、下記化合物B-1および下記化合物Cを除く。)と、下記化合物B-1と、下記化合物Cとを混合することを含む、硬化性組成物の製造方法。
    化合物B-1:(メタ)アクリロイル基を3つ以上有する、多官能(メタ)アクリレートモノマー(ただし、下記化合物Cを除く。)。
    化合物C:(メタ)アクリロイル基とウレタン結合とを有する、(メタ)アクリレート。
  11. 前記化合物Aが、下記式(1)、(2)、および(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種の分子構造式で表される化合物である、請求項10に記載の製造方法。
    X-C(=O)-O-R-Y-R ・・・式(1)
    X-C(=O)-O-(R-O)-R ・・・式(2)
    X-C(=O)-O-R-Y-X ・・・式(3)
    式(1)~(3)中、それぞれ独立に、
    Xは炭素数mが1~3のC2m+1、又は、C2m-1で示される置換基(メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基)であり、
    Yはエステル結合、又は、カーボネート結合であり、
    は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~8の非環状脂肪族有機基であり、
    は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数1~8の非環状脂肪族有機基であり、
    は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数2~4の非環状脂肪族有機基であり、
    は直鎖構造、又は、分岐する炭素、酸素及び窒素原子数が0~2である分岐構造を有する炭素数4~16の非環状脂肪族有機基であり、
    繰り返し単位数nは1~4である。
  12. 前記化合物B-1が、下記式(4)で表される化合物である、請求項10に記載の製造方法。
    Figure 2023133168000009
    式(4)中、
    2n+4個のZのうち少なくとも3個のZは、それぞれ独立に下式(g1)で表されるエチレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g2)で表されるプロピレンオキシド変性(メタ)アクリロイル基、下式(g3)で表されるカプロラクトン変性(メタ)アクリロル基または下式(g4)で表される(メタ)アクリロイルオキシ基であり、
    残りのXは、それぞれ独立にメチル基または水酸基(-OH)であり、
    nは0~4である。
    CH=CR-CO(OCy1-O- ・・・式(g1)
    CH=CR-CO(OCy2-O- ・・・式(g2)
    CH=CR-CO(O(CHC=O)y3-O- ・・・式(g3)
    CH=CR-COO- ・・・式(g4)
    式(g1)、式(g2)、式(g3)および式(g4)中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基である。
    式(g1)、式(g2)および式(g3)中、y1、y2およびy3は、それぞれ独立に、1~5である。
  13. さらに、下記化合物B-2を混合する、請求項10に記載の製造方法。
    化合物B-2:デンドリマー構造およびハイパーブランチ構造からなる群から選ばれる少なくとも1種を有する、(メタ)アクリレート(ただし、前記化合物B-1および前記化合物Cを除く。)。
  14. 前記化合物Cの質量平均分子量が、500~8000である、請求項10に記載の製造方法。
  15. 請求項10から請求項14のいずれか一項に記載の製造方法で得られた硬化性組成物を硬化する、硬化物の製造方法。
  16. 基材と、硬化物からなる層とを有する積層体の製造方法であって、
    請求項10から請求項14のいずれか一項に記載の製造方法で得られた硬化性組成物を硬化して前記硬化物とすることを含む、積層体の製造方法。
  17. 前記基材が、プラスチック基材である、請求項16に記載の製造方法。
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