JP3204700B2 - ハードコート用材料およびその製造方法 - Google Patents

ハードコート用材料およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、樹脂材料やアルミニウ
ム建材その他の表面硬度に劣る材料に塗布してその表面
硬度を向上させ、耐摩耗性を賦与するためのハードコー
ト用材料およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】樹脂レンズやキーボードなどのように異
物に接触する機会の多い部分に使用される材料として
は、現在、アクリル樹脂やABS樹脂などの一般の熱可
塑性樹脂が使用されている。また、窓枠その他の建材に
はアルミニウムが多く使用されている。しかしながら、
これら材料は表面硬度が低く、傷つきやすいため、一
部、紫外線硬化樹脂などを用いて表面のハードコート処
理が行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のハード
コート用材料として一般に使用されているアクリルオリ
ゴマの紫外線硬化物はその表面硬度がせいぜい鉛筆硬度
で6H程度と低く、材料本体よりは表面硬度は優れてい
るものの、いまだ不十分なものであった。
【0004】一方、従来から使用されているメラミン樹
脂などの熱硬化樹脂はその表面硬度が高いことが知られ
ているが、硬化に高温を要するためエネルギ効率が悪
く、また、焼付け温度が高いため一般の熱可塑性樹脂の
表面改質には使用することができなかった。
【0005】これに対して、本発明者らはビスフェノー
ルレゾールのアクリルエステルが紫外線硬化して表面硬
度に優れた塗膜を与えることを見いだし、特許出願した
(特開昭60-1209 号公報)。この樹脂は紫外線または電
子線硬化で9Hを越える表面硬度を有するものであった
が、塗膜が薄く着色して、淡色または透明材料の表面コ
ートには適さないという問題を有していた。
【0006】また、上記以外でハードコート用材料とし
て知られているフォスファゼン系の樹脂は紫外線硬化可
能であり、無色透明で表面硬度の高い塗膜を与える優れ
た樹脂であるが、材料が高価であり、眼鏡レンズなどの
特殊用途にしか使用することができなかった。
【0007】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、紫外線硬化法などの低温硬化反応を用いて無色透明
で表面硬度に優れた塗膜を与える安価なハードコート用
材料およびその製造方法を提供することを目的とするも
のである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のハードコート用材料は、メチロールメラミン
とアクリル酸とのエステル化反応と、前記エステル化反
応と競争的に生じる前記メチロールメラミン同士または
前記エステル化反応によって生じたメチロールメラミン
のアクリル酸エステルと前記メチロールメラミンとの縮
合反応とによって形成された共(縮)重合体を主体とす
るものである。
【0009】また、本発明のハードコート用材料は、メ
チロールメラミンとアクリル酸とのエステル化反応と、
前記エステル化反応と競争的に生じる前記メチロールメ
ラミン同士または前記エステル化反応によって生じたメ
チロールメラミンのアクリル酸エステルと前記メチロー
ルメラミンとの縮合反応とによって形成された共(縮)
重合体と、放射線硬化可能なオリゴマまたは/およびモ
ノマとを主体とするものである。
【0010】さらに、本発明のハードコート用材料の製
造方法は、メチロールメラミンのエステル化反応におい
て、メチロール基1モルに対して2.5 モル当量以上のア
クリル酸またはアクリル酸エステルを仕込んでメチロー
ルメラミンのアクリル酸エステルを製造するものであ
る。
【0011】
【作用】上記構成により、メチロールメラミンとアクリ
ル酸とのエステル化反応と、前記エステル化反応と競争
的に生じる前記メチロールメラミン同士または前記エス
テル化反応によって生じたメチロールメラミンのアクリ
ル酸エステルと前記メチロールメラミンとの縮合反応と
によって形成された共(縮)重合体または、同共(縮)
重合体と放射線硬化可能なオリゴマまたは/およびモノ
マとの混合物を使用することによって、紫外線または電
子線などの放射線で硬化可能で、かつ、無色透明で表面
硬度に優れた安価なハードコート材料が得られ、樹脂や
アルミニウムなど表面硬度に劣る材料の耐摩耗性改良に
顕著な効果が得られる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例についてその概要を説
明する。本発明に使用されるメチロールメラミンは通常
メラミン樹脂として知られているものであり、メラミン
とホルムアルデヒドとを反応して得られる。本樹脂は反
応させたメチロールメラミン溶液そのままで、またはメ
チロール基をアルキルエーテル化された状態で市場に提
供されている。
【0013】本発明は上記メラミン樹脂のメチロール基
またはメチロールのアルキルエーテルをアクリル酸また
はアクリル酸エステルと反応させてメラミン樹脂のアク
リルエステルとすると同時に仕込み条件を特定の範囲と
して上記構成材料の共(縮)重合体を製造することを特
徴とするものである。上記反応は通常のエステル化反応
であり、従来公知の反応条件で行うことができる。
【0014】ただし、通常、メラミン樹脂は水溶液で供
給されるため、反応に先立って水を除去しなくてはなら
ない。水の除去法としてはイソホロンなど水溶性溶媒を
添加し、減圧により除去するのが簡便であるが、必ずし
もこれに限ることはない。さらに、実施例にも示すよう
に、ハードコート用材料として上記共(縮)重合体を単
独で使用する場合は溶液状で塗布し、乾燥工程を必要と
するため、低温硬化の特徴が発揮され難い。このため、
紫外線または電子線などの放射線で硬化可能なアクリル
オリゴマ、メタクリルオリゴマまたは各種モノマなどの
材料と混合して無溶剤型で使用することが好ましい。こ
の場合は水溶液にオリゴマまたはモノマを混合した後、
減圧で水分を除去することができる。この場合、脱水後
に系は不均一となる場合があるが、その後の反応時にア
クリル酸を添加することにより、反応系は均一な系とな
る。
【0015】さらに、本発明にかかる反応においては上
記エステル化反応と同時にメチロール基の縮合反応が同
時に生じることが最大の特徴である。すなわち、メラミ
ン樹脂は酸性状態において不安定であり、容易にゲル化
することが知られている。これはメチロール基の縮合に
伴うものであるが、本発明者らは上記エステル化反応
と、メチロール基の縮合反応とをコントロールすること
により、エステル化と同時に樹脂の分子量を増大させる
ことができ、これによって塗膜の耐摩耗性を更に向上さ
せることができることを見いだしたのである。上記エス
テル化反応と縮合反応とを適性にコントロールするため
にはアクリル酸またはそのエステルをメチロール基に対
して適正に仕込むことが重要である。すなわち、アクリ
ル酸またはそのエステルの仕込み量はメチロール基1モ
ルに対して2.5 モル当量以上であることが好ましい。
【0016】ここで、仕込み量がメチロール基1モルに
対して2.5 モル当量より少ない場合は、反応系が反応中
または反応後にゲル化する場合がある。また、過剰な場
合は、過剰のアクリル酸またはそのエステルは反応後除
去する必要があるため、その仕込み量は上記範囲におい
て反応条件、塗膜性状、経済性により判断することが必
要であるが、通常、樹脂中のメチロール基1モルに対し
て2.5 ないし5モル当量程度が好ましい。
【0017】上記条件で製造されたハードコート用材料
は紫外線や電子線などの放射線で硬化して、無色透明で
耐摩耗性に優れた塗膜を安価に与えるものである。な
お、上記説明においては放射線による硬化についてのみ
述べたが、従来通り加熱によっても耐摩耗性皮膜を形成
できることは言うまでもないことである。また、当然の
こととして、紫外線硬化に際しては適当な紫外線硬化開
始材を添加することや、皮膜の印刷特性その他の特性改
良のために各種添加材や各種顔料を添加することができ
るのは言うまでも無いことである。
【0018】以下、具体的な実施例について述べる。 実施例1 温度計、かくはん機およびコンデンサを取り付けた1L
の3つ口フラスコにメチル化メラミン樹脂65%水溶液
(大日本インキ化学工業(株)製S−695 )200gおよ
びイソホロン100 gを投入し、液温40℃で減圧により水
を除去した。次いで、アクリル酸480 g(約3モル当
量)、P−トルエンスルホン酸0.48gおよびヒドロキノ
ンモノメチルエーテル0.40gを投入し、60℃8kPaの
真空度で10時間反応を行った。反応後、系を20℃まで冷
却した後、40℃に昇温して過剰のアクリル酸を減圧除去
した。ここに得られた樹脂の赤外分光分析の結果および
GPCによる分子量分布の測定結果を図1および図2に
示す。図1の1740cm-1付近の吸収の発生からメラミン
樹脂が反応してアクリルエステルが生成していることお
よび、図2から生成樹脂がポリスチレン換算で数万に及
ぶ分子量に達していることが判る。
【0019】ここに得られたメチロールメラミンのアク
リル酸エステル溶液中の固形分に対し3重量%のベンゾ
インエチルエーテルを添加して紫外線硬化型の塗布液を
製造した。この塗布液をあらかじめ水酸化ナトリウム溶
液で表面処理したアルミニウム板上に塗布し、乾燥の
後、紫外線を照射した。紫外線ランプは1.5 Kwの超高
圧水銀灯を使用し、距離20cmで30秒間照射した。
【0020】以上のように照射して得られた塗膜は鉛筆
硬度9H以上を示す硬いものであった。また、密着性を
調べるため、1mm間隔でクロスカットし、セロハンテー
プ剥離テストした結果、100 %の密着性を示した。さら
に、耐摩耗性を調べるために、1Kgの荷重をかけた砂
消しゴムで摩耗試験を行った結果、5000回の往復摺動試
験に耐えた。これに対して、本ハードコート処理をして
いないアルミニウム板は100 回の往復摺動試験において
磨耗が生じた。 実施例2 実施例1において、イソホロンに代えてアクリルオリゴ
マ(東亜合成化学工業(株)製アロニックスM−309 )
200 gを使用して無溶剤型のハードコート用材料を製造
した。得られたハードコート用材料の分子量分布を測定
した結果、図3に示すように実施例1と同様にポリスチ
レン換算で数万に及ぶ分子量を有していることが確認さ
れた。
【0021】本ハードコート用材料を表面処理した鉄板
上に100 μm塗布した後、加速電圧150 KVの電子線を
10Mラド照射した。得られた塗膜は鉛筆硬度9H以上の
表面硬度を有し、クロスカットテストによる密着性も10
0 %を示した。
【0022】次いで、上記ハードコート用材料100 gに
紫外線重合開始剤(チバガイギー社製イルガキュアー18
4 )3gを添加、溶解して紫外線硬化型のハードコート
用材料を製造した。本紫外線硬化型ハードコート用材料
をドクターブレードを用いてアクリル樹脂板上に100 μ
m塗布した後、実施例1と同様に紫外線照射して得られ
た塗膜は鉛筆硬度8Hを示した。この塗膜をナイロンた
わしで水洗しても傷の発生はなかった。これに対して、
本ハードコート材料を塗布していないアクリル板はナイ
ロンたわしで洗うと傷が発生した。
【0023】本紫外線硬化型ハードコート用材料をシク
ロヘキサノンおよびラッカーシンナに溶解し、ABS樹
脂製のキートップにスプレーした。風乾の後、紫外線硬
化して砂消しゴムによる摩耗試験を行った。この結果、
本ハードコート用材料をコートしたキートップは5000回
の摺動試験に耐えたのに対し、ハードコートしていない
キートップは500 回の摺動試験で表示文字が消失した。 実施例3 実施例1におけるアクリル酸の仕込み量を400 g(2.5
モル等量)に変更して製造した。本実施例においても実
施例1と同等の皮膜特性を示すハードコート用材料が得
られたが、アクリル酸除去時の温度が45℃以上に上昇す
るか、長時間になった場合は反応直後に反応系がゲル化
した。 実施例4 実施例1におけるアクリル酸の仕込み量を800 g(5.0
モル等量)に変更して製造した。本実施例においてはア
クリル酸の除去に実施例1の3倍の時間を要した。本実
施例において得られた樹脂は分子量が実施例1のものよ
りも低いものであったが、紫外線硬化した塗膜は実施例
1と同じく9Hの表面硬度を示した。砂消しゴムによる
耐摩耗試験においては2000回の摺動で塗膜が磨耗した。 比較例1 実施例1におけるアクリル酸の仕込み量を200 g(1.3
モル等量)に変更して製造した場合は反応2時間で反応
系がゲル化した。 比較例2 実施例1で使用したメラミン樹脂を鉄板上に塗布し、乾
燥後紫外線を照射したが、硬化反応は起こらなかった。
同じく電子線を照射した場合は50Mラドの照射量におい
ても、表面硬度2H程度の柔らかい塗膜しか得られなか
った。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、紫外線、
電子線などの低温反応で硬化して表面硬度の非常に高い
無色透明な塗膜を安価に得ることができて、軟質材料の
表面硬度の改良に寄与するもので、産業上の効果には大
なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1におけるハードコート用材料
の赤外分光分析のチャートを示す特性図
【図2】本発明の実施例1におけるハードコート用材料
の分子量分布を示す特性図
【図3】本発明の実施例2におけるハードコート用材料
の分子量分布を示す特性図

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メチロールメラミンとアクリル酸とのエ
    ステル化反応と、前記エステル化反応と競争的に生じる
    前記メチロールメラミン同士または前記エステル化反応
    によって生じたメチロールメラミンのアクリル酸エステ
    ルと前記メチロールメラミンとの縮合反応とによって形
    成された共(縮)重合体を主体とするハードコート用材
    料。
  2. 【請求項2】 メチロールメラミンとアクリル酸とのエ
    ステル化反応と、前記エステル化反応と競争的に生じる
    前記メチロールメラミン同士または前記エステル化反応
    によって生じたメチロールメラミンのアクリル酸エステ
    ルと前記メチロールメラミンとの縮合反応とによって形
    成された共(縮)重合体と、放射線硬化可能なオリゴマ
    または/およびモノマとを主体とするハードコート用材
    料。
  3. 【請求項3】 メチロールメラミンとアクリル酸とより
    ハードコート用材料を製造するに際し、メチロールメラ
    ミンのメチロール基1モルに対して2.5モル当量以上
    のアクリル酸を添加し、メチロールメラミンのアクリル
    酸エステルおよびそのメチロールメラミンとの共(縮)
    重合体を形成することを特徴とするハードコート用材料
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 メチロールメラミンとアクリル酸とより
    ハードコート用材料を製造するに際し、メチロールメラ
    ミンのメチロール基1モルに対して2.5モル当量以上
    のアクリル酸を添加し、アクリル酸エステルの存在下
    で、メチロールメラミンのアクリル酸エステルおよびそ
    のメチロールメラミンとの共(縮)重合体を形成するこ
    とを特徴とするハードコート用材料の製造方法。
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CN105504145B (zh) * 2015-12-29 2017-08-25 武汉工程大学 低温固化水性氨基丙烯酸树脂的制备方法

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