JP3413263B2 - 光硬化型不飽和ポリエステル樹脂組成物 - Google Patents
光硬化型不飽和ポリエステル樹脂組成物Info
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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、光硬化型不飽和ポリエ
ステル樹脂組成物に関し、さらに詳しくは、不飽和ポリ
エステル単独で及び高引火点の反応性希釈剤を用いて優
れた作業性、塗膜物性を付与できる光硬化型不飽和ポリ
エステル樹脂組成物に関する。 【0002】 【従来の技術】紫外線などの光照射により硬化する樹脂
組成物は、プラスチックス、紙、木工、無機質材等の塗
料、接着剤、印刷インキ、電気絶縁材料等の種々の用途
に実用化されている。光照射で硬化する樹脂としては、
不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、
ウレタンアクリレート樹脂等があるが、安価なことから
不飽和ポリエステルとスチレン等の架橋性モノマからな
る不飽和ポリエステル樹脂が多用されている。 【0003】しかし近年、塗料分野において、強烈な臭
気などの作業環境による雇用不足問題、大気汚染に関す
る環境問題から不飽和ポリエステル樹脂に対し光硬化型
とし、さらに反応性希釈剤として多用されているスチレ
ンの含有量の低減が求められている。また、消防法によ
る貯蔵量規制の問題から、ノンスチレン化及び/又は無
溶剤化に対する要求が高まっている。この光硬化型不飽
和ポリエステル樹脂に関しては、従来から多数の発明例
が報告されている。しかし、不飽和ポリエステル樹脂を
ノンスチレン化するため、スチレンを他の高引火点及び
/又は高沸点の反応性希釈剤に代替した場合、樹脂粘度
を十分に低下できず作業性が問題となり、また多量に使
用すれば塗膜物性の低下は避けられなかった。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の従来
技術の欠点を無くし、不飽和ポリエステル樹脂のノンス
チレン化、無溶剤化を可能とし、高引火点及び/又は高
沸点の反応性希釈剤の使用によっても優れた作業性、塗
膜特性を付与できる光硬化型不飽和ポリエステル樹脂組
成物を提供するものである。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討し
た結果、常温で比較的低粘度で溶解性に優れたヒドロキ
シオキシアルキルジシクロペンタジエンに着目し、これ
に多塩基酸を媒体として不飽和基を導入することによ
り、上記の課題を解決できることを見出し、本発明に到
達した。 【0006】本発明は、一般式(I) 【化2】 (式中、nは1または2を示し、Rは芳香族基または炭
素数2〜25の脂肪族基を示す)で表されるヒドロキシ
オキシアルキルジシクロペンタジエン(X)と不飽和多
塩基酸及び/又は飽和多塩基酸(Y)とを当量比
〔(X):(Y)〕が1:0.5〜4.0の範囲で反応
させて酸価30〜300のエステル化物(Z)を製造
し、次いで該エステル化物(Z)と不飽和エポキシド
(W)を、(Z)の酸当量と(W)のエポキシ当量の比
〔(Z):(W)〕が1:2.0〜0.5の範囲で酸価
が0〜70となるように反応させて得られる不飽和ポリ
エステルを100〜50重量部および引火点が70℃以
上の反応性希釈剤を0〜50重量部の範囲で総量を10
0重量部として含有し、不飽和ポリエステルおよび引火
点が70℃以上の反応性希釈剤100重量部に対して光
重合開始剤を0.01〜10重量部含有してなる光硬化
型不飽和ポリエステル樹脂組成物に関する。 【0007】本発明に用いられる一般式(I)で表され
るヒドロキシオキシアルキルジシクロペンタジエン
(X)は、ジシクロペンタジエンと多価アルコールを強
酸性触媒の存在下で反応させて得られる付加反応物であ
る。この反応は公知であり、例えば、米国特許第2,3
93,609号明細書またはジャーナル・オブ・ザ・ケ
ミカル・ソサイエティ、68.8、(1945)に報告
されているように、強鉱酸触媒またはルイス酸触媒など
の均一系強酸触媒の存在下でグリコールとジシクロペン
タジエンを付加反応させて一般式(I)で表される付加
反応物を得ることができる。 【0008】反応に用いる多価アルコールとしては、芳
香族基または炭素数2〜25の脂肪族基を有していれ
ば、グリコールおよびトリオールのいずれでもよい。多
価アルコールは脂肪族基と芳香族基の両者を含んでもよ
く、またこれらの基に酸素を含んでもよい。グリコール
としては、例えばエチレングリコール、1,3−プロパ
ンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−プロ
ピレングリコール、1,3−ブタンジオール、ネオペン
チルグリコール、1,4−ブタンジオール、ジエチレン
グリコール、ジプロピレングリコール、水添ビスフェノ
ールA、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加
物等が挙げられる。またトリオールとしては、例えばグ
リセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエ
タン等が挙げられる。これらの多価アルコールのうち、
ヒドロキシオキシアルキルジシクロペンタジエン(X)
の蒸留精製および得られる不飽和ポリエステルの硬化物
の機械的特性の点から脂肪族基の炭素数は2〜25の範
囲とされる。エチレングリコール、1,2−プロピレン
グリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリ
コール、グリセリン等の融点が低く常温で液体のものが
好ましい。芳香族基は通常、2個以下が含まれる。 【0009】本発明に用いられる多塩基酸成分(Y)の
不飽和多塩基酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタ
コン酸、シトラコン酸、メタコン酸、塩素化マレイン酸
など公知のα,β−不飽和二塩基酸またはこれらの無水
物が挙げられ、また飽和多塩基酸成分としては、フタル
酸、イソフタル酸、テレフタル酸、モノ−、ジ−、トリ
クロルフタル酸、ヘット酸、テトラブロムフタル酸、ア
ジピン酸、トリメリット酸等公知の飽和酸またはこれら
の無水物等が挙げられる。これらのうち、酸無水物が好
ましく、マレイン酸無水物がより好ましい。 【0010】本発明に用いられるエステル化物(Z)
は、ヒドロキシオキシアルキルジシクロペンタジエン
(X)と上記の多塩基酸成分(Y)を当量比〔(X):
(Y)〕が1:0.5〜4.0、好ましくは1:1.5
〜2.5の範囲で反応させ、エステル化反応を進め、酸
価を30〜300、好ましくは100〜250に調整し
て得られる。多塩基酸成分(Y)の当量比が0.5未満
ではエステル化物(Z)の酸価が30未満となり、また
当量比が4.0を超えると酸価が300を超えるが、エ
ステル化物(Z)の酸価が30未満では後述する不飽和
エポキシド(W)の使用量が少なくなり、得られる不飽
和ポリエステル中の不飽和基含有量が低くなるため、硬
化性および塗膜特性、特に塗膜強度が低下する。またエ
ステル化物(Z)の酸価が300を超えると逆に不飽和
エポキシド(W)の使用量が多くなり、得られる不飽和
ポリエステル中の不飽和基含有量が過剰になるため、塗
膜の靭性が低下し脆くなる。エステル化の反応温度は通
常50〜200℃であり、酸無水物類を用いた場合の好
ましい反応温度は60〜120℃である。また飽和酸類
については、例えばトルエン、キシレンなどを使用して
溶剤循環法によって100〜200℃の温度範囲で同様
にエステル化反応を進める。 【0011】本発明で用いられる不飽和エポキシド
(W)としては、例えばアリルグリシジルエーテル、シ
クロヘキサンビニルオキシド、グリシジルアクリレー
ト、グリシジルメタクリレート、エポキシ樹脂のエポキ
シ基1当量に対してメタクリル酸及び/又はアクリル酸
を0.5〜0.7当量付加反応させた化合物などが挙げ
られる。これらは併用してもよい。これらのうち、不飽
和モノエポキシドが好ましく、アリルグリシジルエーテ
ルまたはグリシジルメタクリレートがより好ましい。 【0012】本発明における不飽和ポリエステルは、上
記のエステル化物(Z)と不飽和エポキシド(W)を、
(Z)の酸当量と(W)のエポキシ当量の比〔(Z):
(W)〕が1:2.0〜0.5、好ましくは1:1.3
〜0.8の範囲となるように混合し、開環付加反応さ
せ、酸価を0〜70に調整することにより得られる。
(W)のエポキシ当量が0.5未満では、不飽和ポリエ
ステルの酸価が高くなり、塗膜の耐汚染性、耐屈曲性等
の物理的、化学的特性が劣る。一方、(W)のエポキシ
当量が2.0を超えると合成中にゲル化を起こしやす
い。成分(W)にアリル基を有する場合の開環付加反応
は不活性ガス雰囲気中で65〜150℃の範囲で行うこ
とが好ましく、(メタ)アクリロイル基を有する場合
は、空気気流中で65〜130℃の範囲で行うことが好
ましい。成分(W)の開環付加反応の際には開環触媒と
して第3級アミン、第4級アンモニウム塩、安息香酸カ
リウム等を合成仕込み量に対して0.001〜1.0重
量%の範囲で使用することができる。 【0013】本発明により用いられる不飽和ポリエステ
ルは、自己共重合性を有しているため単独でも使用でき
るが、引火点が70℃以上の反応性希釈剤と併用して樹
脂組成物としてもよい。引火点が70℃以上の反応性希
釈剤としては、例えばパラターシャリブチルスチレン、
多官能(メタ)アクリル酸エステル類、n−ビニルピロ
リドン、アクリロイルモルホリン、ジアリルフタレート
等が挙げられる。消防法による分類で第4類第3石油類
あるいは第4石油類に属するものがこれに該当する。反
応性希釈剤は1種でまたは2種以上を組み合わせて用い
られる。本発明において引火点は、危険物の試験及び性
状に関する省令(平成元年自治省令第1号)第4条に準
拠してクリーブランド開放式引火点測定器(引火点が8
0℃を越える場合)またはセタ密閉式引火点測定器(引
火点が80℃以下の場合)を用いて測定される値であ
る。反応性希釈剤は、不飽和ポリエステルが100〜5
0重量部および引火点が70℃以上の反応性希釈剤が0
〜50重量部の範囲で総量を100重量部として用いら
れる。反応性希釈剤の使用量がこの範囲を超えると塗膜
特性及び厚肉持性が低下する。 【0014】本発明に用いられる光重合開始剤には、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等のベンゾインアルキルエ
ーテル系;2,2−ジエトキシアセトフェノン、4−フ
ェノキシ−2,2−ジクロロアセトフェノン等のアセト
フェノン系;2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオフ
ェノン、4′−イソプロピル−2−ヒドロキシ−2−メ
チルプロピオフェノン、4′−ドデシル−2−メチルプ
ロピオフェノン等のプロピオフェノン系;ベンジルジメ
チルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニル
ケトン、2−エチルアントラキノン、2−クロルアント
ラキノン等のアントラキノン系;チオキサントン系等が
挙げられ、これらは併用してもよい。さらに光重合開始
剤の光吸収エネルギーの重合開始遊離基への転換を強め
る為の相乗剤、例えば第3級アミンを用いることができ
る。 【0015】光重合開始剤の使用量は、不飽和ポリエス
テルと引火点が70℃以上の反応性希釈剤100重量部
に対して0.01〜10重量部、好ましくは0.05〜
5重量部とされる。使用量が0.01重量部未満では光
照射時の硬化が不十分となり、10重量部を超えても光
照射時の硬化は特に促進されず経済的に不利となる。 【0016】本発明の樹脂組成物は、必要に応じてハイ
ドロキノン、トルキノン等の重合抑制剤、フェニルサリ
シレート、4−ターシャリブチルフェニルサリシレート
等の紫外線吸収剤、炭酸カルシウム、タルク等の充填
剤、ベンガラ、チタン白等の顔料、アニリンブラック等
の染料、シリコーン、セルロースアセテートブチレート
等のレベリング剤、シリコーン系等の脱泡剤、二酸化珪
素等のチキソトロープ剤、溶融シリカ等の艶消し剤など
を含有することができる。 【0017】本発明の樹脂組成物は、例えば基材上にス
プレー、刷毛塗り、フローコーター、ロールコーター、
浸漬等により塗布した後、窒素ガス等の不活性ガス雰囲
気下、空気雰囲気下又は両者の雰囲気下で、光を照射し
て硬化させることができる。この際使用される光源とし
ては、太陽光、人工光源からなるカーボンアーク燈、水
銀蒸気燈等があり、200〜7500Å、特に200〜
4000Åの波長のものが好ましく、電子線によっても
硬化が可能である。 【0018】 【実施例】実施例及び比較例によりさらに本発明を説明
する。 (1)ヒドロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジ
エン(X−1)の製造 撹拌機、冷却器、温度計および滴下漏斗を備えた0.5
リットルの4つ口フラスコに、エチレングリコール12
4gおよびパラトルエンスルホン酸19.4gを仕込み
120℃に昇温し、ジシクロペンタジエン264gを1
時間かけて滴下した。滴下終了後さらに120℃2時間
保温した後、反応液をナトリウムメチラート20gで中
和した。この中和液を120℃/2mmHgで蒸留し、ヒド
ロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジエン200
gを回収した。 (2)ヒドロキシプロピルモノエーテルジシクロペンタ
ジエン(X−2)の製造 上記(1)と同様の装置にプロピレングリコール152
gおよびパラトルエンスルホン酸20.8gを仕込み1
20℃に昇温し、ジシクロペンタジエン264gを1時
間かけて滴下した。滴下終了後さらに120℃2時間保
温した後、反応液をナトリウムメチラート21.4gで
中和した。この中和液を125℃/2mmHgで蒸留し、ヒ
ドロキシプロピルモノエーテルジシクロペンタジエン2
00gを回収した。 【0019】実施例1 ヒドロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジエン
(X−1)200g(1.0当量)とマレイン酸無水物
98g(2.0当量)を撹拌機、冷却器、温度計および
ガス導入管を備えた0.5リットルの4つ口フラスコに
仕込み、これを窒素ガス気流中で120℃で2時間加熱
し、酸価190mgKOH/gのエステル化物(ジシク
ロペンタジエニルオキシエチルマレエート(一部にフマ
レートを含む)(Z−1)を得た。このエステル化物
(Z−1)300g(1.0酸当量)にグリシジルメタ
クリレート150g(1.1エポキシ当量)、安息香酸
カリウム4.5gおよびハイドロキノン0.45gを加
え、空気気流中で110℃で3時間加熱し、酸価20mg
KOH/g、粘度約5Pa・sの淡黄色の不飽和ポリエ
ステルAを得た。不飽和ポリエステルA85重量部をパ
ラターシャリブチルスチレン(米国デルテック社製、以
下PTBSとする)15重量部に溶解し、粘度約0.9
Pa・sの樹脂組成物(A−1)を得た。また同様に(A)
85重量部をアクリロイルモルホリン(以下ACMOと
する)15重量部に溶解し、粘度約1Pa・sの樹脂組成物
(A−2)を得た。 【0020】実施例2 実施例1と同様の装置に、ヒドロキシプロピルモノエー
テルジシクロペンタジエン(X−2)200g(1.0
当量)とメチルテトラヒドロフタル酸無水物(Y−2)
17.0g(0.2当量)及びマレイン酸無水物88g
(1.8当量)を仕込み、窒素ガス気流中で110℃で
3時間エステル化反応を進め、酸価170mgKOH/g
のエステル化物(Z−2)を得た。このエステル化物
(Z−2)305g(1.0酸当量)にグリシジルメタ
クリレート(W−1)156g(1.1エポキシ当
量)、安息香酸カリウム4.0g及びハイドロキノン
0.4gを加え、空気気流中で110℃で3時間加熱
し、酸価20mgKOH/g、粘度約7Pa・sの赤褐色
の不飽和ポリエステルBを得た。不飽和ポリエステルB
85重量部をPTBS15重量部に溶解し、粘度約0.
85Pa・sの樹脂組成物(B−1)を得た。また不飽和ポ
リエステルB85重量部をACMO15重量部に溶解
し、粘度約0.95Pa・sの樹脂組成物(B−2)を得
た。 【0021】実施例3 実施例1と同様の装置に実施例1で得られた酸価190
mgKOH/gのエステル化物(ジシクロペンタジエニ
ルオキシエチルマレエート(一部フマレートを含む)
(Z−1)300g(1.0酸当量)に、アリルグリシ
ジルエーテル(W−2)22.8g(0.2エポキシ当
量)とグリシジルメタクリレート128g(0.9エポ
キシ当量)、テトラメチルアンモニウムクロライド4.
2g及びハイドロキノン0.42gを加え、窒素ガス気
流中で110℃で3時間加熱した結果、酸価20mgKO
H/g、粘度7.5Pa・sの薄茶褐色の不飽和ポリエステ
ルCを得た。この不飽和ポリエステルC85重量部をP
TBS7.5重量部とACMO7.5重量部に溶解し、
粘度約0.9Pa・sの樹脂組成物(C−1)を得た。また
不飽和ポリエステルC85重量部をトリメチロールプロ
パントリメタクリレート(以下TMPMAとする)15
重量部に溶解し、粘度約1.1Pa・sの樹脂組成物(C−
2)を得た。 【0022】比較例1 撹拌機、冷却器、温度計およびガス導入管を備え付けた
2リットルの4つ口フラスコに、マレイン酸無水物78
4g(8.0モル)とヒドロキシル化ジシクロペンタジ
エン(日立化成工業(株)製:商品名シデカノール)1
200g(8.1モル)を仕込み、窒素ガス気流中で1
20℃で4時間加熱し、酸価225mgKOH/gの淡黄
色鑞状の樹脂(ジシクロペンタジエニルマレエート)を
得た。この樹脂595gを撹拌機、還流冷却器、温度計
およびガス導入管を備え付けた1リットルの4つ口フラ
スコに入れ、さらにフタル酸無水物118g(0.8モ
ル)、マレイン酸無水物78g(0.8モル)、エチレ
ングリコール198g(3.2モル)、ハイドロキノン
0.5g及びトルエン30gを仕込み、窒素ガス気流中
で3時間かけて205℃に徐々に昇温した。205℃で
5時間加熱後トルエンを減圧除去し、酸価20mgKOH
/gの不飽和ポリエステルDを得た。この不飽和ポリエ
ステルD60重量部にスチレン40重量部を溶解し、粘
度約0.1Pa・sの樹脂組成物(D−1)を得た。 【0023】比較例2 実施例1と同様の装置にヒドロキシル化ジシクロペンタ
ジエン(日立化成工業(株)製:商品名シデカノール)
150g(1.0モル)、マレイン酸無水物98g
(1.0モル)を120℃で2時間加熱し、酸価227
mgKOH/gのエステル化物(ジシクロペンタジエニル
オキシマレエート)を得た。このエステル化物248g
にさらにグリシジルメタクリレート175g(1.2モ
ル)、安息香酸カリウム4.3g及びハイドロキノン
0.43gを加え、空気気流中で110℃3時間加熱
し、酸価20mgKOH/gで粘度約7.0Pa・sの淡黄色
の不飽和ポリエステルEを得た。この不飽和ポリエステ
ルE85重量部をPTBS15重量部に溶解し、粘度約
0.85Pa・sの樹脂組成物(E−1)を得た。また不飽
和ポリエステルE85重量部をACMO15重量部に溶
解し、粘度約0.95Pa・sの樹脂組成物(E−2)を得
た。 【0024】(試験例) 1.不飽和ポリエステルA〜Cの樹脂特性および塗膜特
性 実施例1〜3で得られた不飽和ポリエステルA〜Cの樹
脂特性および塗膜特性について表1に示す。(単位は当
量である) 2.不飽和ポリエステル樹脂組成物(A−1)〜(E−
2)の樹脂特性および塗膜特性 実施例1〜3、比較例1〜2で得られた不飽和ポリエス
テル樹脂組成物(A−1)〜(E−2)について樹脂特
性および塗膜特性を表2に示す。(単位はgである) 3.樹脂特性および塗膜特性の評価 (1)樹脂特性 (a)酸価:JIS K 6901に準拠して測定した。 (b)粘度:同上 (C)引火点:(A−1)〜(C−2)、(E−1)〜
(E−2)については、クリーブランド開放式引火点測
定器:(D−1)については、セタ密閉式引火点測定器
を用いて危険物の試験及び性状に関する省令(平成元年
自治省令第1号)第4条に準拠して測定した。 (2)塗膜特性 塗膜特性の評価にあたり、上記の不飽和ポリエステルお
よび不飽和ポリエステル樹脂組成物を化粧紙貼合板(1
0cm×15cm)およびブリキ板(10cm×15cm)(付
着性および耐屈曲性について)上にアプリケーターで2
00μm厚に塗布し、以下の条件で光硬化させ被験塗膜
とした。 光重合開始剤:不飽和ポリエステルA〜Cおよび不飽和
ポリエステル樹脂組成物(A−1)〜(E−2)それぞ
れ100gに対し、ベンジルジメチルケタールを3g添
加した。 紫外線照射装置:オーク製作所製ハンディUV−80
0、高圧水銀ランプ80W/cm、ランプ高さ10cm、ベ
ルトスピード3m/分 (a)外観:光照射硬化後の塗膜表面を目視観察した。 評価;○クレーターなし、△クレーター少、×クレータ
ー多 (b)鉛筆硬度:JIS K 5400に準拠(三菱ユニ
鉛筆使用)して測定した。 (c)表面乾燥:JIS K 5400に準拠して測定し
た。 評価;◎硬化乾燥、○半硬化乾燥、△指触乾燥 (d)付着性:JIS K 5400(基盤目法)に準拠
して測定した。 評価;10(はがれ無)〜0(はがれ面積65%以上)
の10段階で評価した。 (e)耐屈曲性:JIS K 5400に準拠して測定し
た。 評価;○異常無し、×剥離・割れ有 【0025】 【表1】【0026】 【表2】 【0027】 【発明の効果】本発明になる光硬化型不飽和ポリエステ
ル樹脂組成物により、硬度、硬化性、肉持性及び付着性
を満足する塗膜を無溶剤及び/又はノンスチレン化の下
で形成することができ、優れた作業性及び塗膜特性が得
られる。また、反応性希釈剤の揮散が極めて低く抑えら
れることから、環境問題に対応した無公害あるいは低公
害型の樹脂組成物としても有効である。本発明の樹脂組
成物は、インキ、プラスチック塗料、紙印刷、フィルム
コーティング、金属コーティング、家具塗装等種々のコ
ーティング分野、FRPライニング、さらにエレクトロ
ニクス分野における絶縁ワニス、絶縁シート、積層板、
プリント基板、レジストインキ、半導体封止剤等多くの
産業分野への応用が可能である。
ステル樹脂組成物に関し、さらに詳しくは、不飽和ポリ
エステル単独で及び高引火点の反応性希釈剤を用いて優
れた作業性、塗膜物性を付与できる光硬化型不飽和ポリ
エステル樹脂組成物に関する。 【0002】 【従来の技術】紫外線などの光照射により硬化する樹脂
組成物は、プラスチックス、紙、木工、無機質材等の塗
料、接着剤、印刷インキ、電気絶縁材料等の種々の用途
に実用化されている。光照射で硬化する樹脂としては、
不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、
ウレタンアクリレート樹脂等があるが、安価なことから
不飽和ポリエステルとスチレン等の架橋性モノマからな
る不飽和ポリエステル樹脂が多用されている。 【0003】しかし近年、塗料分野において、強烈な臭
気などの作業環境による雇用不足問題、大気汚染に関す
る環境問題から不飽和ポリエステル樹脂に対し光硬化型
とし、さらに反応性希釈剤として多用されているスチレ
ンの含有量の低減が求められている。また、消防法によ
る貯蔵量規制の問題から、ノンスチレン化及び/又は無
溶剤化に対する要求が高まっている。この光硬化型不飽
和ポリエステル樹脂に関しては、従来から多数の発明例
が報告されている。しかし、不飽和ポリエステル樹脂を
ノンスチレン化するため、スチレンを他の高引火点及び
/又は高沸点の反応性希釈剤に代替した場合、樹脂粘度
を十分に低下できず作業性が問題となり、また多量に使
用すれば塗膜物性の低下は避けられなかった。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の従来
技術の欠点を無くし、不飽和ポリエステル樹脂のノンス
チレン化、無溶剤化を可能とし、高引火点及び/又は高
沸点の反応性希釈剤の使用によっても優れた作業性、塗
膜特性を付与できる光硬化型不飽和ポリエステル樹脂組
成物を提供するものである。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討し
た結果、常温で比較的低粘度で溶解性に優れたヒドロキ
シオキシアルキルジシクロペンタジエンに着目し、これ
に多塩基酸を媒体として不飽和基を導入することによ
り、上記の課題を解決できることを見出し、本発明に到
達した。 【0006】本発明は、一般式(I) 【化2】 (式中、nは1または2を示し、Rは芳香族基または炭
素数2〜25の脂肪族基を示す)で表されるヒドロキシ
オキシアルキルジシクロペンタジエン(X)と不飽和多
塩基酸及び/又は飽和多塩基酸(Y)とを当量比
〔(X):(Y)〕が1:0.5〜4.0の範囲で反応
させて酸価30〜300のエステル化物(Z)を製造
し、次いで該エステル化物(Z)と不飽和エポキシド
(W)を、(Z)の酸当量と(W)のエポキシ当量の比
〔(Z):(W)〕が1:2.0〜0.5の範囲で酸価
が0〜70となるように反応させて得られる不飽和ポリ
エステルを100〜50重量部および引火点が70℃以
上の反応性希釈剤を0〜50重量部の範囲で総量を10
0重量部として含有し、不飽和ポリエステルおよび引火
点が70℃以上の反応性希釈剤100重量部に対して光
重合開始剤を0.01〜10重量部含有してなる光硬化
型不飽和ポリエステル樹脂組成物に関する。 【0007】本発明に用いられる一般式(I)で表され
るヒドロキシオキシアルキルジシクロペンタジエン
(X)は、ジシクロペンタジエンと多価アルコールを強
酸性触媒の存在下で反応させて得られる付加反応物であ
る。この反応は公知であり、例えば、米国特許第2,3
93,609号明細書またはジャーナル・オブ・ザ・ケ
ミカル・ソサイエティ、68.8、(1945)に報告
されているように、強鉱酸触媒またはルイス酸触媒など
の均一系強酸触媒の存在下でグリコールとジシクロペン
タジエンを付加反応させて一般式(I)で表される付加
反応物を得ることができる。 【0008】反応に用いる多価アルコールとしては、芳
香族基または炭素数2〜25の脂肪族基を有していれ
ば、グリコールおよびトリオールのいずれでもよい。多
価アルコールは脂肪族基と芳香族基の両者を含んでもよ
く、またこれらの基に酸素を含んでもよい。グリコール
としては、例えばエチレングリコール、1,3−プロパ
ンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−プロ
ピレングリコール、1,3−ブタンジオール、ネオペン
チルグリコール、1,4−ブタンジオール、ジエチレン
グリコール、ジプロピレングリコール、水添ビスフェノ
ールA、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加
物等が挙げられる。またトリオールとしては、例えばグ
リセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエ
タン等が挙げられる。これらの多価アルコールのうち、
ヒドロキシオキシアルキルジシクロペンタジエン(X)
の蒸留精製および得られる不飽和ポリエステルの硬化物
の機械的特性の点から脂肪族基の炭素数は2〜25の範
囲とされる。エチレングリコール、1,2−プロピレン
グリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリ
コール、グリセリン等の融点が低く常温で液体のものが
好ましい。芳香族基は通常、2個以下が含まれる。 【0009】本発明に用いられる多塩基酸成分(Y)の
不飽和多塩基酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタ
コン酸、シトラコン酸、メタコン酸、塩素化マレイン酸
など公知のα,β−不飽和二塩基酸またはこれらの無水
物が挙げられ、また飽和多塩基酸成分としては、フタル
酸、イソフタル酸、テレフタル酸、モノ−、ジ−、トリ
クロルフタル酸、ヘット酸、テトラブロムフタル酸、ア
ジピン酸、トリメリット酸等公知の飽和酸またはこれら
の無水物等が挙げられる。これらのうち、酸無水物が好
ましく、マレイン酸無水物がより好ましい。 【0010】本発明に用いられるエステル化物(Z)
は、ヒドロキシオキシアルキルジシクロペンタジエン
(X)と上記の多塩基酸成分(Y)を当量比〔(X):
(Y)〕が1:0.5〜4.0、好ましくは1:1.5
〜2.5の範囲で反応させ、エステル化反応を進め、酸
価を30〜300、好ましくは100〜250に調整し
て得られる。多塩基酸成分(Y)の当量比が0.5未満
ではエステル化物(Z)の酸価が30未満となり、また
当量比が4.0を超えると酸価が300を超えるが、エ
ステル化物(Z)の酸価が30未満では後述する不飽和
エポキシド(W)の使用量が少なくなり、得られる不飽
和ポリエステル中の不飽和基含有量が低くなるため、硬
化性および塗膜特性、特に塗膜強度が低下する。またエ
ステル化物(Z)の酸価が300を超えると逆に不飽和
エポキシド(W)の使用量が多くなり、得られる不飽和
ポリエステル中の不飽和基含有量が過剰になるため、塗
膜の靭性が低下し脆くなる。エステル化の反応温度は通
常50〜200℃であり、酸無水物類を用いた場合の好
ましい反応温度は60〜120℃である。また飽和酸類
については、例えばトルエン、キシレンなどを使用して
溶剤循環法によって100〜200℃の温度範囲で同様
にエステル化反応を進める。 【0011】本発明で用いられる不飽和エポキシド
(W)としては、例えばアリルグリシジルエーテル、シ
クロヘキサンビニルオキシド、グリシジルアクリレー
ト、グリシジルメタクリレート、エポキシ樹脂のエポキ
シ基1当量に対してメタクリル酸及び/又はアクリル酸
を0.5〜0.7当量付加反応させた化合物などが挙げ
られる。これらは併用してもよい。これらのうち、不飽
和モノエポキシドが好ましく、アリルグリシジルエーテ
ルまたはグリシジルメタクリレートがより好ましい。 【0012】本発明における不飽和ポリエステルは、上
記のエステル化物(Z)と不飽和エポキシド(W)を、
(Z)の酸当量と(W)のエポキシ当量の比〔(Z):
(W)〕が1:2.0〜0.5、好ましくは1:1.3
〜0.8の範囲となるように混合し、開環付加反応さ
せ、酸価を0〜70に調整することにより得られる。
(W)のエポキシ当量が0.5未満では、不飽和ポリエ
ステルの酸価が高くなり、塗膜の耐汚染性、耐屈曲性等
の物理的、化学的特性が劣る。一方、(W)のエポキシ
当量が2.0を超えると合成中にゲル化を起こしやす
い。成分(W)にアリル基を有する場合の開環付加反応
は不活性ガス雰囲気中で65〜150℃の範囲で行うこ
とが好ましく、(メタ)アクリロイル基を有する場合
は、空気気流中で65〜130℃の範囲で行うことが好
ましい。成分(W)の開環付加反応の際には開環触媒と
して第3級アミン、第4級アンモニウム塩、安息香酸カ
リウム等を合成仕込み量に対して0.001〜1.0重
量%の範囲で使用することができる。 【0013】本発明により用いられる不飽和ポリエステ
ルは、自己共重合性を有しているため単独でも使用でき
るが、引火点が70℃以上の反応性希釈剤と併用して樹
脂組成物としてもよい。引火点が70℃以上の反応性希
釈剤としては、例えばパラターシャリブチルスチレン、
多官能(メタ)アクリル酸エステル類、n−ビニルピロ
リドン、アクリロイルモルホリン、ジアリルフタレート
等が挙げられる。消防法による分類で第4類第3石油類
あるいは第4石油類に属するものがこれに該当する。反
応性希釈剤は1種でまたは2種以上を組み合わせて用い
られる。本発明において引火点は、危険物の試験及び性
状に関する省令(平成元年自治省令第1号)第4条に準
拠してクリーブランド開放式引火点測定器(引火点が8
0℃を越える場合)またはセタ密閉式引火点測定器(引
火点が80℃以下の場合)を用いて測定される値であ
る。反応性希釈剤は、不飽和ポリエステルが100〜5
0重量部および引火点が70℃以上の反応性希釈剤が0
〜50重量部の範囲で総量を100重量部として用いら
れる。反応性希釈剤の使用量がこの範囲を超えると塗膜
特性及び厚肉持性が低下する。 【0014】本発明に用いられる光重合開始剤には、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等のベンゾインアルキルエ
ーテル系;2,2−ジエトキシアセトフェノン、4−フ
ェノキシ−2,2−ジクロロアセトフェノン等のアセト
フェノン系;2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオフ
ェノン、4′−イソプロピル−2−ヒドロキシ−2−メ
チルプロピオフェノン、4′−ドデシル−2−メチルプ
ロピオフェノン等のプロピオフェノン系;ベンジルジメ
チルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニル
ケトン、2−エチルアントラキノン、2−クロルアント
ラキノン等のアントラキノン系;チオキサントン系等が
挙げられ、これらは併用してもよい。さらに光重合開始
剤の光吸収エネルギーの重合開始遊離基への転換を強め
る為の相乗剤、例えば第3級アミンを用いることができ
る。 【0015】光重合開始剤の使用量は、不飽和ポリエス
テルと引火点が70℃以上の反応性希釈剤100重量部
に対して0.01〜10重量部、好ましくは0.05〜
5重量部とされる。使用量が0.01重量部未満では光
照射時の硬化が不十分となり、10重量部を超えても光
照射時の硬化は特に促進されず経済的に不利となる。 【0016】本発明の樹脂組成物は、必要に応じてハイ
ドロキノン、トルキノン等の重合抑制剤、フェニルサリ
シレート、4−ターシャリブチルフェニルサリシレート
等の紫外線吸収剤、炭酸カルシウム、タルク等の充填
剤、ベンガラ、チタン白等の顔料、アニリンブラック等
の染料、シリコーン、セルロースアセテートブチレート
等のレベリング剤、シリコーン系等の脱泡剤、二酸化珪
素等のチキソトロープ剤、溶融シリカ等の艶消し剤など
を含有することができる。 【0017】本発明の樹脂組成物は、例えば基材上にス
プレー、刷毛塗り、フローコーター、ロールコーター、
浸漬等により塗布した後、窒素ガス等の不活性ガス雰囲
気下、空気雰囲気下又は両者の雰囲気下で、光を照射し
て硬化させることができる。この際使用される光源とし
ては、太陽光、人工光源からなるカーボンアーク燈、水
銀蒸気燈等があり、200〜7500Å、特に200〜
4000Åの波長のものが好ましく、電子線によっても
硬化が可能である。 【0018】 【実施例】実施例及び比較例によりさらに本発明を説明
する。 (1)ヒドロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジ
エン(X−1)の製造 撹拌機、冷却器、温度計および滴下漏斗を備えた0.5
リットルの4つ口フラスコに、エチレングリコール12
4gおよびパラトルエンスルホン酸19.4gを仕込み
120℃に昇温し、ジシクロペンタジエン264gを1
時間かけて滴下した。滴下終了後さらに120℃2時間
保温した後、反応液をナトリウムメチラート20gで中
和した。この中和液を120℃/2mmHgで蒸留し、ヒド
ロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジエン200
gを回収した。 (2)ヒドロキシプロピルモノエーテルジシクロペンタ
ジエン(X−2)の製造 上記(1)と同様の装置にプロピレングリコール152
gおよびパラトルエンスルホン酸20.8gを仕込み1
20℃に昇温し、ジシクロペンタジエン264gを1時
間かけて滴下した。滴下終了後さらに120℃2時間保
温した後、反応液をナトリウムメチラート21.4gで
中和した。この中和液を125℃/2mmHgで蒸留し、ヒ
ドロキシプロピルモノエーテルジシクロペンタジエン2
00gを回収した。 【0019】実施例1 ヒドロキシエチルモノエーテルジシクロペンタジエン
(X−1)200g(1.0当量)とマレイン酸無水物
98g(2.0当量)を撹拌機、冷却器、温度計および
ガス導入管を備えた0.5リットルの4つ口フラスコに
仕込み、これを窒素ガス気流中で120℃で2時間加熱
し、酸価190mgKOH/gのエステル化物(ジシク
ロペンタジエニルオキシエチルマレエート(一部にフマ
レートを含む)(Z−1)を得た。このエステル化物
(Z−1)300g(1.0酸当量)にグリシジルメタ
クリレート150g(1.1エポキシ当量)、安息香酸
カリウム4.5gおよびハイドロキノン0.45gを加
え、空気気流中で110℃で3時間加熱し、酸価20mg
KOH/g、粘度約5Pa・sの淡黄色の不飽和ポリエ
ステルAを得た。不飽和ポリエステルA85重量部をパ
ラターシャリブチルスチレン(米国デルテック社製、以
下PTBSとする)15重量部に溶解し、粘度約0.9
Pa・sの樹脂組成物(A−1)を得た。また同様に(A)
85重量部をアクリロイルモルホリン(以下ACMOと
する)15重量部に溶解し、粘度約1Pa・sの樹脂組成物
(A−2)を得た。 【0020】実施例2 実施例1と同様の装置に、ヒドロキシプロピルモノエー
テルジシクロペンタジエン(X−2)200g(1.0
当量)とメチルテトラヒドロフタル酸無水物(Y−2)
17.0g(0.2当量)及びマレイン酸無水物88g
(1.8当量)を仕込み、窒素ガス気流中で110℃で
3時間エステル化反応を進め、酸価170mgKOH/g
のエステル化物(Z−2)を得た。このエステル化物
(Z−2)305g(1.0酸当量)にグリシジルメタ
クリレート(W−1)156g(1.1エポキシ当
量)、安息香酸カリウム4.0g及びハイドロキノン
0.4gを加え、空気気流中で110℃で3時間加熱
し、酸価20mgKOH/g、粘度約7Pa・sの赤褐色
の不飽和ポリエステルBを得た。不飽和ポリエステルB
85重量部をPTBS15重量部に溶解し、粘度約0.
85Pa・sの樹脂組成物(B−1)を得た。また不飽和ポ
リエステルB85重量部をACMO15重量部に溶解
し、粘度約0.95Pa・sの樹脂組成物(B−2)を得
た。 【0021】実施例3 実施例1と同様の装置に実施例1で得られた酸価190
mgKOH/gのエステル化物(ジシクロペンタジエニ
ルオキシエチルマレエート(一部フマレートを含む)
(Z−1)300g(1.0酸当量)に、アリルグリシ
ジルエーテル(W−2)22.8g(0.2エポキシ当
量)とグリシジルメタクリレート128g(0.9エポ
キシ当量)、テトラメチルアンモニウムクロライド4.
2g及びハイドロキノン0.42gを加え、窒素ガス気
流中で110℃で3時間加熱した結果、酸価20mgKO
H/g、粘度7.5Pa・sの薄茶褐色の不飽和ポリエステ
ルCを得た。この不飽和ポリエステルC85重量部をP
TBS7.5重量部とACMO7.5重量部に溶解し、
粘度約0.9Pa・sの樹脂組成物(C−1)を得た。また
不飽和ポリエステルC85重量部をトリメチロールプロ
パントリメタクリレート(以下TMPMAとする)15
重量部に溶解し、粘度約1.1Pa・sの樹脂組成物(C−
2)を得た。 【0022】比較例1 撹拌機、冷却器、温度計およびガス導入管を備え付けた
2リットルの4つ口フラスコに、マレイン酸無水物78
4g(8.0モル)とヒドロキシル化ジシクロペンタジ
エン(日立化成工業(株)製:商品名シデカノール)1
200g(8.1モル)を仕込み、窒素ガス気流中で1
20℃で4時間加熱し、酸価225mgKOH/gの淡黄
色鑞状の樹脂(ジシクロペンタジエニルマレエート)を
得た。この樹脂595gを撹拌機、還流冷却器、温度計
およびガス導入管を備え付けた1リットルの4つ口フラ
スコに入れ、さらにフタル酸無水物118g(0.8モ
ル)、マレイン酸無水物78g(0.8モル)、エチレ
ングリコール198g(3.2モル)、ハイドロキノン
0.5g及びトルエン30gを仕込み、窒素ガス気流中
で3時間かけて205℃に徐々に昇温した。205℃で
5時間加熱後トルエンを減圧除去し、酸価20mgKOH
/gの不飽和ポリエステルDを得た。この不飽和ポリエ
ステルD60重量部にスチレン40重量部を溶解し、粘
度約0.1Pa・sの樹脂組成物(D−1)を得た。 【0023】比較例2 実施例1と同様の装置にヒドロキシル化ジシクロペンタ
ジエン(日立化成工業(株)製:商品名シデカノール)
150g(1.0モル)、マレイン酸無水物98g
(1.0モル)を120℃で2時間加熱し、酸価227
mgKOH/gのエステル化物(ジシクロペンタジエニル
オキシマレエート)を得た。このエステル化物248g
にさらにグリシジルメタクリレート175g(1.2モ
ル)、安息香酸カリウム4.3g及びハイドロキノン
0.43gを加え、空気気流中で110℃3時間加熱
し、酸価20mgKOH/gで粘度約7.0Pa・sの淡黄色
の不飽和ポリエステルEを得た。この不飽和ポリエステ
ルE85重量部をPTBS15重量部に溶解し、粘度約
0.85Pa・sの樹脂組成物(E−1)を得た。また不飽
和ポリエステルE85重量部をACMO15重量部に溶
解し、粘度約0.95Pa・sの樹脂組成物(E−2)を得
た。 【0024】(試験例) 1.不飽和ポリエステルA〜Cの樹脂特性および塗膜特
性 実施例1〜3で得られた不飽和ポリエステルA〜Cの樹
脂特性および塗膜特性について表1に示す。(単位は当
量である) 2.不飽和ポリエステル樹脂組成物(A−1)〜(E−
2)の樹脂特性および塗膜特性 実施例1〜3、比較例1〜2で得られた不飽和ポリエス
テル樹脂組成物(A−1)〜(E−2)について樹脂特
性および塗膜特性を表2に示す。(単位はgである) 3.樹脂特性および塗膜特性の評価 (1)樹脂特性 (a)酸価:JIS K 6901に準拠して測定した。 (b)粘度:同上 (C)引火点:(A−1)〜(C−2)、(E−1)〜
(E−2)については、クリーブランド開放式引火点測
定器:(D−1)については、セタ密閉式引火点測定器
を用いて危険物の試験及び性状に関する省令(平成元年
自治省令第1号)第4条に準拠して測定した。 (2)塗膜特性 塗膜特性の評価にあたり、上記の不飽和ポリエステルお
よび不飽和ポリエステル樹脂組成物を化粧紙貼合板(1
0cm×15cm)およびブリキ板(10cm×15cm)(付
着性および耐屈曲性について)上にアプリケーターで2
00μm厚に塗布し、以下の条件で光硬化させ被験塗膜
とした。 光重合開始剤:不飽和ポリエステルA〜Cおよび不飽和
ポリエステル樹脂組成物(A−1)〜(E−2)それぞ
れ100gに対し、ベンジルジメチルケタールを3g添
加した。 紫外線照射装置:オーク製作所製ハンディUV−80
0、高圧水銀ランプ80W/cm、ランプ高さ10cm、ベ
ルトスピード3m/分 (a)外観:光照射硬化後の塗膜表面を目視観察した。 評価;○クレーターなし、△クレーター少、×クレータ
ー多 (b)鉛筆硬度:JIS K 5400に準拠(三菱ユニ
鉛筆使用)して測定した。 (c)表面乾燥:JIS K 5400に準拠して測定し
た。 評価;◎硬化乾燥、○半硬化乾燥、△指触乾燥 (d)付着性:JIS K 5400(基盤目法)に準拠
して測定した。 評価;10(はがれ無)〜0(はがれ面積65%以上)
の10段階で評価した。 (e)耐屈曲性:JIS K 5400に準拠して測定し
た。 評価;○異常無し、×剥離・割れ有 【0025】 【表1】【0026】 【表2】 【0027】 【発明の効果】本発明になる光硬化型不飽和ポリエステ
ル樹脂組成物により、硬度、硬化性、肉持性及び付着性
を満足する塗膜を無溶剤及び/又はノンスチレン化の下
で形成することができ、優れた作業性及び塗膜特性が得
られる。また、反応性希釈剤の揮散が極めて低く抑えら
れることから、環境問題に対応した無公害あるいは低公
害型の樹脂組成物としても有効である。本発明の樹脂組
成物は、インキ、プラスチック塗料、紙印刷、フィルム
コーティング、金属コーティング、家具塗装等種々のコ
ーティング分野、FRPライニング、さらにエレクトロ
ニクス分野における絶縁ワニス、絶縁シート、積層板、
プリント基板、レジストインキ、半導体封止剤等多くの
産業分野への応用が可能である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−142012(JP,A)
特開 昭55−29514(JP,A)
特公 昭47−23674(JP,B1)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
C08G 63/00 - 63/91
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 一般式(I) 【化1】 (式中、nは1または2を示し、Rは芳香族基または炭
素数2〜25の脂肪族基を示す)で表されるヒドロキシ
オキシアルキルジシクロペンタジエン(X)と不飽和多
塩基酸及び/又は飽和多塩基酸(Y)とを当量比
〔(X):(Y)〕が1:0.5〜4.0の範囲で反応
させて酸価30〜300のエステル化物(Z)を製造
し、次いで該エステル化物(Z)と不飽和エポキシド
(W)を、(Z)の酸当量と(W)のエポキシ当量の比
〔(Z):(W)〕が1:2.0〜0.5の範囲で酸価
が0〜70となるように反応させて得られる不飽和ポリ
エステルを100〜50重量部および引火点が70℃以
上の反応性希釈剤を0〜50重量部の範囲で総量を10
0重量部として含有し、不飽和ポリエステルおよび引火
点が70℃以上の反応性希釈剤100重量部に対して光
重合開始剤を0.01〜10重量部含有してなる光硬化
型不飽和ポリエステル樹脂組成物。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP32561693A JP3413263B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光硬化型不飽和ポリエステル樹脂組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
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JPH07179583A JPH07179583A (ja) | 1995-07-18 |
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- 1993-12-24 JP JP32561693A patent/JP3413263B2/ja not_active Expired - Fee Related
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