JP4600608B2 - 硬化性樹脂組成物および塗料、それを積層してなるプラスチック成形体 - Google Patents
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Description
しかしながら、該硬化性樹脂組成物は熱硬化性であり、硬化塗膜に高い耐擦傷性を付与するには140℃という高温での加熱を必要とする(特許文献1実施例1参照)。従って一般的に熱に弱いプラスチック素材へ適用した場合、熱による基材の変形や変色を引き起こすという問題があった。
しかしながら該紫外線硬化性塗料は、屋外で10年以上の長期にわたる曝露に相当するような、非常に厳しい条件での用途は想定してはおらず、例えば、実施例1に記載された方法で作製した硬化塗膜が、屋外10年曝露相当の促進耐候性試験後に、クラックが発生するという問題が判明した。更には、例えば、実施例3に記載された方法で作製した硬化塗膜を、ポリエチレンテレフタレート(PET)基材上やポリカーボネート基材上に、直接、形成させた場合、過酷な耐湿性試験を行うことで、基材と硬化塗膜との間の密着性が著しく低下するという問題も判明している。
しかしながら該方法は、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの非常に熱変形し易い合成樹脂に対する適用が困難であり、且つ、曲げ加工時に、最表層にワレが発生するという問題が指摘されている。
また、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物中にアルコール性水酸基とイソシアネート基とを共存させることで、高温加熱せずに紫外線などの活性エネルギー線で硬化せしめて得られた塗膜であっても、長期屋外曝露における塗膜のクラック発生を防止できることを見出した。
前記ポリシロキサンセグメント(a1)の含有率が硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して10〜60重量%であり、且つ、ポリイソシアネート(B)の含有率が硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して5〜50重量%である硬化性樹脂組成物を提供する。
本発明で使用する複合樹脂(A)は、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位と、シラノール基および/または加水分解性シリル基とを有するポリシロキサンセグメント(a1)(以下単にポリシロキサンセグメント(a1)と称す)と、アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)(以下単にビニル系重合体セグメント(a2)と称す)とが、前記一般式(3)で表される結合により結合された複合樹脂(A)である。前記一般式(3)で表される結合は、得られる塗膜の耐アルカリ性に特に優れ好ましい。
複合樹脂(A)の形態は、例えば、前記ポリシロキサンセグメント(a1)が前記重合体セグメント(a2)の側鎖として化学的に結合したグラフト構造を有する複合樹脂や、前記重合体セグメント(a2)と前記ポリシロキサンセグメント(a1)とが化学的に結合したブロック構造を有する複合樹脂等が挙げられる。
本発明におけるポリシロキサンセグメント(a1)は、一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位と、シラノール基および/または加水分解性シリル基とを有すセグメントである。一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位中には重合性二重結合を有する基が含まれている。
前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位は、重合性二重結合を有する基を必須成分として有している。
具体的には、前記一般式(1)及び(2)におけるR1、R2及びR3は、それぞれ独立して、−R4−CH=CH2、−R4−C(CH3)=CH2、−R4−O−CO−C(CH3)=CH2、及び−R4−O−CO−CH=CH2からなる群から選ばれる1つの重合性二重結合を有する基(但しR4は単結合又は炭素原子数1〜6のアルキレン基を表す)、炭素原子数が1〜6のアルキル基、炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基、アリール基または炭素原子数が7〜12のアラルキル基を表し、R1、R2及びR3の少なくとも1つは前記重合性二重結合を有する基である。また前記R4における前記炭素原子数が1〜6のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、sec−ブチレン基、tert−ブチレン基、ペンチレン基、イソペンチレン基、ネオペンチレン基、tert−ペンチレン基、1−メチルブチレン基、2−メチルブチレン基、1,2−ジメチルプロピレン基、1−エチルプロピレン基、ヘキシレン基、イソヘシレン基、1−メチルペンチレン基、2−メチルペンチレン基、3−メチルペンチレン基、1,1−ジメチルブチレン基、1,2−ジメチルブチレン基、2,2−ジメチルブチレン基、1−エチルブチレン基、1,1,2−トリメチルプロピレン基、1,2,2−トリメチルプロピレン基、1−エチル−2−メチルプロピレン基、1−エチル−1−メチルプロピレン基等が挙げられる。中でもR4は、原料の入手の容易さから単結合または炭素原子数が2〜4のアルキレン基が好ましい。
また、前記炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。また、前記アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−ビニルフェニル基、3−イソプロピルフェニル基等が挙げられる。
また、前記炭素原子数が7〜12のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ジフェニルメチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
なおここで重合性二重結合の含有率の計算は、−CH=CH2を有する基であれば分子量を27とし、−C(CH3)=CH2を有する基であれば分子量を41として計算した。
本発明においてシラノール基とは、珪素原子に直接結合した水酸基を有する珪素含有基である。該シラノール基は具体的には、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位の、結合手を有する酸素原子が水素原子と結合して生じたシラノール基であることが好ましい。
またアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−ビニルフェニル基、3−イソプロピルフェニル基等が挙げられる。
またアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ジフェニルメチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、第二ブトキシ基、第三ブトキシ基等が挙げられる。
またアシロキシ基としては、例えば、ホルミルオキシ、アセトキシ、プロパノイルオキシ、ブタノイルオキシ、ピバロイルオキシ、ペンタノイルオキシ、フェニルアセトキシ、アセトアセトキシ、ベンゾイルオキシ、ナフトイルオキシ等が挙げられる。
またアリールオキシ基としては、例えば、フェニルオキシ、ナフチルオキシ等が挙げられる。
アルケニルオキシ基としては、例えば、ビニルオキシ基、アリルオキシ基、1−プロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシ基、2−ブテニルオキシ基、3−ブテニルオキシ基、2−ペテニルオキシ基、3−メチル−3−ブテニルオキシ基、2−ヘキセニルオキシ基等が挙げられる。
また前記加水分解性シリル基は具体的には、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造単位の、結合手を有する酸素原子が前記加水分解性基と結合もしくは置換されている加水分解性シリル基であることが好ましい。
また、前記シラノール基や前記加水分解性シリル基を含むポリシロキサンセグメント(a1)と後述のアルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)とを、前記一般式(3)で表される結合を介して結合させる際に使用する。
前記一般式(1)におけるR1が前記重合性二重結合を有する基である構造単位と、前記一般式(1)におけるR1がメチル等のアルキル基である構造単位とが共存したポリシロキサンセグメント(a1)であってもよいし、
前記一般式(1)におけるR1が前記重合性二重結合を有する基である構造単位と、前記一般式(1)におけるR1がメチル基等のアルキル基である構造単位と、前記一般式(2)におけるR2及びR3がメチル基等のアルキル基である構造単位とが共存したポリシロキサンセグメント(a1)であってもよいし、
前記一般式(1)におけるR1が前記重合性二重結合を有する基である構造単位と、前記一般式(2)におけるR2及びR3がメチル基等のアルキル基である構造単位とが共存したポリシロキサンセグメント(a1)であってもよいし、特に限定はない。
具体的には、ポリシロキサンセグメント(a1)としては、例えば以下の構造を有するもの等が挙げられる。
本発明におけるビニル系重合体セグメント(a2)は、アルコール性水酸基を有するアクリル重合体、フルオロオレフィン重合体、ビニルエステル重合体、芳香族系ビニル重合体及びポリオレフィン重合体等のビニル重合体セグメントであり、中でもアルコール水酸基を有する(メタ)アクリルモノマーを共重合させたアクリル系重合体セグメントが、得られる塗膜の透明性や光沢に優れることから好ましい。
中でも2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが、反応が容易であり好ましい。
また、後述の通り本発明においてはアルコール性水酸基を有する紫外線硬化性モノマーを併用してもより好ましい。従ってアルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)中のアルコール性水酸基量は、併用するアルコール性水酸基を有する紫外線硬化性モノマーの量まで加味して決定することができる。実質的にはビニル系重合体セグメント(a2)の水酸基価に換算して30〜300の範囲となるように含有することが好ましい。
炭素結合に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を含有するビニル系モノマーとしては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルトリ(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、2−トリメトキシシリルエチルビニルエーテル、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリクロロシラン等が挙げられる。中でも、加水分解反応を容易に進行でき、また反応後の副生成物を容易に除去することができることからビニルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。
本発明で用いる複合樹脂(A)は、具体的には下記(方法1)〜(方法3)に示す方法で製造する。
該方法においては、シラノール基および/または加水分解性シリル基並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物のシラノール基あるいは加水分解性シリル基と、炭素結合に直接結合したシラノール基および/または加水分解性シリル基を含有するビニル系重合体セグメント(a2)が有するシラノール基および/または加水分解性シリル基とが加水分解縮合反応し、前記ポリシロキサンセグメント(a1)が形成されると共に、前記ポリシロキサンセグメント(a1)と、アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)とが前記一般式(3)で表される結合により複合化された複合樹脂(A)が得られる。
一方、シラノール基および/または加水分解性シリル基並びに重合性二重結合を併有するシラン化合物、必要に応じて汎用のシラン化合物を加水分解縮合反応させ、ポリシロキサンセグメント(a1)を得る。そして、ビニル系重合体セグメント(a2)が有するシラノール基および/または加水分解性シリル基と、とポリシロキサンセグメント(a1)とが有するシラノール基および/または加水分解性シリル基とを加水分解縮合反応をさせる。
これらの触媒及び水は、一括供給でも逐次供給であってもよく、触媒と水とを予め混合したものを供給しても良い。
本発明の硬化性樹脂組成物は、ポリイソシアネート(B)を、硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して5〜50重量%含有する。
ポリイソシアネートを該範囲含有させることで、屋外における長期耐候性(具体的には耐クラック性)が特に優れる塗膜が得られる。これは、ポリイソシアネートと系中の水酸基(これは、前記ビニル系重合体セグメント(a2)中の水酸基や後述のアルコール性水酸基を有する紫外線硬化性モノマー中の水酸基である)とが反応して、ソフトセグメントであるウレタン結合が形成され、重合性二重結合由来の硬化による応力の集中を緩和させる働きをするのではと推定している。
ポリイソシアネートと系中の水酸基(これは、前記ビニル系重合体セグメント(a2)中の水酸基や後述のアルコール性水酸基を有する紫外線硬化性モノマー中の水酸基である)との反応は、特に加熱等は必要なく、例えば硬化形態がUVである場合には、塗装、UV照射後室温に放置することで徐徐に反応していく。また必要に応じて、UV照射後、80℃で数分間〜数時間(20分〜4時間)加熱して、アルコール性水酸基とイソシアネートの反応を促進してもよい。その場合は、必要に応じて公知のウレタン化触媒を使用してもよい。ウレタン化触媒は、所望する反応温度に応じて適宜選択する。
本発明の硬化性樹脂組成物は、前述の通り重合性二重結合を有するので、紫外線もしくは熱により硬化可能である。また両方を含むことも可能である。中でも、ポリカーボネートをはじめとするプラスチック素材からなる外装建築部材や自動車用外装部材の表面保護コーティング用塗料として使用する場合には、紫外線硬化が好ましい。以下本発明の具体的態様として紫外線硬化させる場合の例について述べる。
前記光重合開始剤(B)の使用量は、前記複合樹脂(A)100重量%に対して、1〜15重量%が好ましく、2〜10重量%がより好ましい。
特に、硬化塗膜の耐擦傷性の観点と、ポリイソシアネートとの反応による耐クラック性の向上の観点から、ペンタエリスリトールトリアクリレート及びジペンタエリスリトールペンタアクリレートが好ましい。
また、熱硬化性樹脂を併用することも可能である。熱硬化性樹脂としては、ビニル系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、石油樹脂、ケトン樹脂、シリコン樹脂あるいはこれらの変性樹脂等が挙げられる。
また、光重合開始剤を使用しなくても、電子線などの強いエネルギー線を照射することにより、開始剤を使用して紫外線を照射した場合と同程度の塗膜物性を有する硬化塗膜を得ることも可能である。
この場合、レオロジーをコントロールするために、前記硬化性樹脂組成物は、前記添加剤の他、溶剤を添加し適宜希釈して使用することが好ましい。溶剤は特に限定はないが、工場生産時の作業環境を配慮し、トルエンやキシレン等の芳香族系炭化水素類の使用を避けることが好ましい。
また塗装後の膜厚にも特に制限はないが、屋外での長期耐候性と優れた耐擦傷性を有する硬化塗膜を形成することができるという観点から、0.1〜300μmであることが好ましい。硬化塗膜の膜厚が0.1μm未満の場合、プラスチック素材に対して耐候性や耐擦傷性を付与できなくなるし、膜厚が300μmを超えて厚くなると、紫外線が塗膜内部に十分に照射されず、硬化不良を起こす場合があるので、注意が必要である。
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、メチルトリメトキシシラン(MTMS) 415部、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTS)756部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、60℃まで昇温した。次いで、「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕 0.1部と脱イオン水 121部からなる混合物を5分間で滴下した。滴下終了後、反応容器中を80℃まで昇温し、4時間攪拌することにより加水分解縮合反応を行い、反応生成物を得た。
得られた反応生成物中に含まれるメタノールおよび水を、1〜30キロパスカル(kPa)の減圧下、40〜60℃の条件で除去することにより、数平均分子量が1000で、有効成分が75.0%であるポリシロキサン(a1−1) 1000部を得た。
尚、「有効成分」とは、使用したシランモノマーのメトキシ基が全て加水分解縮合反応した場合の理論収量(重量部)を、加水分解縮合反応後の実収量(重量部)で除した値、即ち、〔シランモノマーのメトキシ基が全て加水分解縮合反応した場合の理論収量(重量部)/加水分解縮合反応後の実収量(重量部)〕の式により算出したものである。
合成例1と同様の反応容器に、MTMS 442部、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(APTS) 760部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、60℃まで昇温した。次いで、「A−3」 0.1部と脱イオン水 129部からなる混合物を5分間で滴下した。滴下終了後、反応容器中を80℃まで昇温し、4時間攪拌することにより加水分解縮合反応を行い、反応生成物を得た。得られた反応生成物中に含まれるメタノールおよび水を、1〜30キロパスカル(kPa)の減圧下、40〜60℃の条件で除去することにより、数平均分子量が1000で、有効成分が75.0%であるポリシロキサン(a1−2) 1000部を得た。
合成例1と同様の反応容器に、フェニルトリメトキシシラン(PTMS) 20.1部、ジメチルジメトキシシラン(DMDMS) 24.4部、酢酸n−ブチル 107.7部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、メチルメタクリレート(MMA) 15部、n−ブチルメタクリレート(BMA) 45部、2−エチルヘキシルメタクリレート(EHMA) 39部、アクリル酸(AA) 1.5部、MPTS 4.5部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA) 45部、酢酸n−ブチル 15部、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(TBPEH) 15部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.05部と脱イオン水 12.8部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、1H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物が得られた。尚、TBPEHの残存量は、ヨウ素滴定法により測定した。
合成例1と同様の反応容器に、PTMS 20.1部、DMDMS 24.4部、酢酸n−ブチル 107.7部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、MMA 15部、BMA 45部、EHMA 39部、AA 1.5部、MPTS 4.5部、HEMA 45部、酢酸n−ブチル 15部、TBPEH 15部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.05部と脱イオン水 12.8部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、1H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物が得られた。尚、TBPEHの残存量は、ヨウ素滴定法により測定した。
合成例1と同様の反応容器に、PTMS 20.1部、DMDMS 24.4部、酢酸n−ブチル 107.7部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、MMA 15部、BMA 45部、EHMA 39部、AA 1.5部、MPTS 4.5部、HEMA 45部、酢酸n−ブチル 15部、TBPEH 15部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.05部と脱イオン水 12.8部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、1H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物が得られた。尚、TBPEHの残存量は、ヨウ素滴定法により測定した。
合成例1と同様の反応容器に、PTMS 17.6部、DMDMS 21.3部、酢酸n−ブチル 129.0部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、MMA 21部、BMA 63部、EHMA 54.6部、AA 2.1部、MPTS 6.3部、HEMA 63部、酢酸n−ブチル 21部、TBPEH 21部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.04部と脱イオン水 11.2部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、1H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物が得られた。尚、TBPEHの残存量は、ヨウ素滴定法により測定した。
合成例1と同様の反応容器に、PTMS 20.1部、DMDMS 24.4部、酢酸n−ブチル 135.0部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、MMA 15部、BMA 45部、EHMA 39部、AA 1.5部、MPTS 4.5部、HEMA 45部、酢酸n−ブチル 15部、TBPEH 15部を含有する混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器中へ4時間で滴下した。さらに同温度で2時間撹拌したのち、前記反応容器中に、「A−3」 0.05部と脱イオン水 12.8部の混合物を、5分間をかけて滴下し、同温度で4時間攪拌することにより、PTMS、DMDMS、MPTSの加水分解縮合反応を進行させた。反応生成物を、1H−NMRで分析したところ、前記反応容器中のシランモノマーが有するトリメトキシシリル基のほぼ100%が加水分解していた。次いで、同温度にて10時間攪拌することにより、TBPEHの残存量が0.1%以下の反応生成物が得られた。尚、TBPEHの残存量は、ヨウ素滴定法により測定した。
合成例1と同様の反応容器に、キシレン 250部、酢酸n−ブチル 250部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、80℃まで昇温した。次いで、スチレン 500部、BMA 123部、BA 114部、AA 3部、HEMA 230部、MPTS 30部、キシレン 178部、酢酸n−ブチル 178部、TBPEH 50部からなる混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器内へ4時間で滴下した。その後、同温度で16時間攪拌し、トリメトキシシリル基を有するアクリル重合体を調製した。
合成例1と同様の反応容器に、PTMS 191部を仕込んで、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、120℃まで昇温した。次いで、MMA 169部、MPTS 11部、TBPEH 18部からなる混合物を、同温度で、窒素ガスの通気下、攪拌しながら、前記反応容器内へ4時間で滴下した。その後、同温度で16時間攪拌し、トリメトキシシリル基を有するアクリル重合体を調製した。
合成例1で得られた複合樹脂(A−1) 40.0部、イルガキュア184[光重合開始剤 チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製] 0.8部、DN−901S〔ポリイソシアネート DIC(ディーアイシー)株式会社製〕4.2部、を混合することによってクリヤー塗料(塗−1)を得た。
第1表に示した配合に基づき、実施例1と同様の方法で、それぞれクリヤー塗料(塗−2)〜(塗−8)および比較用クリヤー塗料(比塗−1)〜(比塗−4)を調製した。
前記実施例1〜8,及び比較例1〜4で得られたクリヤー塗料(塗−1)〜(塗−8)および比較用クリヤー塗料(比塗−1)〜(比塗−4)の評価は次の通り行った。即ち評価用硬化塗膜XまたはYを使用し、硬化塗膜の耐候性の指標となる「耐クラック性」及び「光沢保持率」、「耐湿密着性」、及び「耐スチールウール性」を評価した。
150mm×70mm×2mmのクロメート処理アルミニウム鋼板に、顔料重量濃度(PWC)が60%の白色のアクリルウレタン塗料を乾燥膜厚30〜40マイクロメーター(μm)で塗布し、80℃で30分間熱硬化させた基材上に、各々実施例及び比較例で得たクリヤー塗料を、乾燥膜厚が20μmになるように塗布し、80℃で5分間乾燥後、80W/cm2の高圧水銀灯下、約1000mJの照射量で、紫外線照射を行った。さらに、室温下で1週間放置して、硬化塗膜Xを調製した。
各々実施例及び比較例で得たクリヤー塗料を、150mm×70mm×3mmのポリエチレンテレフタレート(PET)基材上に、乾燥膜厚が20μmになるように塗布し、80℃で5分間乾燥後、80W/cm2の高圧水銀灯下、約1000mJの照射量で、紫外線照射を行った。さらに、室温下で1週間放置して、硬化塗膜Yを得た。
なお、比塗−1はUV硬化型塗料ではないため、紫外線照射を行わない以外は同様にして硬化塗膜を調整した。
評価用硬化塗膜Xに対し、サンシャインウェザオメーターによる促進耐候性試験を実施した。未曝露の硬化塗膜の状態と、3000時間経過後の硬化塗膜の状態を目視観察にて比較し、塗膜状態に変化がないものを(○)、一部クラックが発生しているものを(△)、全面にクラックが発生しているものを(×)として判定した。
評価用硬化塗膜Xに対し、サンシャインウェザオメーターによる促進耐候性試験を実施し、3000時間経過後の硬化塗膜の60度鏡面反射率(%)を、未試験の硬化塗膜の60度鏡面反射率(%)で除して100倍した値を光沢保持率(%)として表示した。光沢保持率が100%に近いほど、耐候性が良好である。
評価用硬化塗膜Yを、50℃、湿度95%の恒温恒湿度内に500時間保持した後、室温にて24時間放置し、次いで塗膜の基材に対する密着性を、1mm×1mmの100格子のクロスカット試験(JIS K5600)にて評価し、セロハンテープ剥離後の100格子の残存数で示した。
評価用硬化塗膜Yの表面を、500gの荷重下、#0000のスチールウールで擦り、初期状態とのヘイズ値の差ΔH(%)を測定する。差が小さいほど、傷つき難いことを示す。
(a1)はポリシロキサンセグメント(a1)の略である。
※1 硬化性樹脂組成物の全固形分量に対するポリシロキサンセグメント(a1)の含有率(%)である。
※2 硬化性樹脂組成物の全固形分量に対するポリイソシアネート(B)の含有率(%)である。
※3 複合樹脂(A)の全固形分量に対するポリシロキサンセグメント(a1)の含有率である。
DN−901S:バーノックDN−901S[ポリイソシアネート DIC株式会社製]である。
DN−950:バーノックDN―950[ポリイソシアネート DIC株式会社製]である。
DNー955:バーノックDN−955[ポリイソシアネート DIC株式会社製]である。
PETA:ペンタエリスリトールトリアクリレートである。
DPHA:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートである。
V−4018:ユニディックV−4018[ウレタンアクリレート DIC株式会社製]である。
I−184:イルガキュア184である。
I−127:イルガキュア127である。
比較例1で評価したクリヤー塗料(比塗−1)は、常温にて樹脂(R−1)とイソシアネートとが反応した例であるが、耐スチールウール性に劣った。
比較例2で評価したクリヤー塗料(比塗−2)はポリイソシアネートを使用しない例であるが、耐候性及び密着性に劣った。
比較例3で評価したクリヤー塗料(比塗−3)はポリイソシアネートが少なすぎる例であるが、耐候性に劣った。
比較例4で評価したクリヤー塗料(比塗−4)はポリシロキサンセグメントが多すぎる例であるが、耐密着性に劣った。
(実施例9)
合成例1で得られた複合樹脂(A−1) 40.0部、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA) 7.0部、イルガキュア184[光重合開始剤 チバ・ジャパン株式会社製] 1.08部、チヌビン400[ヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤 チバ・ジャパン株式会社製] 0.67部、チヌビン123[ヒンダードアミン系光安定化剤(HALS) チバ・ジャパン株式会社製] 0.34部、バーノックDN−901S〔ポリイソシアネート DIC(ディーアイシー)株式会社製〕6.7部、を混合することによってクリヤー塗料(塗−9)を得た。
第3表に示した配合例に基づき実施例9と同様の方法で調製した、クリヤー塗料(塗−10)〜(塗−16)および第4表に示した比較用クリヤー塗料(比塗−5)〜(比塗−8)を、各々の表に示す各種基材上に、乾燥膜厚が20μmになるように塗布し、80℃で5分間乾燥後、80W/cm2の高圧水銀灯下、約1000mJの照射量で、紫外線照射を行った。さらに、室温下で1週間放置することにより、目的とするプラスチック成形体を調製した。
なお、比塗−5はUV硬化型塗料ではないため、紫外線照射を行わない以外は同様にして、目的とする評価用プラスチック成形体を調製した。
前記実施例9〜16,及び比較例5〜8で得られたプラスチック成形体の評価は次の通り行った。ここでは、主として、プラスチックフィルムの指標となる「耐クラック性」及び「くもり価(ヘイズ値)」、「耐湿密着性」、及び「耐磨耗性」を評価した。
評価用プラスチック成形体に対し、サンシャインウェザオメーターによる促進耐候性試験を実施した。未曝露のプラスチック成形体と、3000時間経過後のプラスチック成形体を目視観察にて比較し、表面状態等に変化がないものを(○)、一部クラックが発生しているものを(△)、全面にクラックが発生しているものを(×)として判定した。
サンシャインウェザオメーターによる促進耐候性試験でのプラスチック成形体の劣化度合いを、くもり価(ヘイズ値)により数値化した。通常くもり価は、ヘイズメーターを使用して試験片の光線透過率を測定し、次式によって算出する(単位は%)。
評価用プラスチック成形体を、85℃、湿度80%の恒温恒湿度内に3000時間保持した後、室温にて24時間放置し、次いでプラスチック成形体を形成する硬化塗膜と基材とのあいだの密着性を、1mm×1mmの100格子のクロスカット試験(JIS K5600)にて評価し、セロハンテープ剥離後の100格子の残存数で示した。
評価用プラスチック成形体の硬化塗膜表面を、テーバー磨耗試験にて、JIS R3212に準拠した方法(磨耗輪:SC−10F、荷重:500g、回転数:500)にて擦り、初期状態とのくもり価の差、すなわち、ヘイズ値変化ΔH(%)を測定する。差が小さいほど、耐磨耗性が高いことを示す。
実施例9〜16,及び比較例5〜8の組成比、及びプラスチック成形体の評価結果を表3及び表4に示す。
(a1)はポリシロキサンセグメント(a1)の略である。
※1 硬化性樹脂組成物の全固形分量に対するポリシロキサンセグメント(a1)の含有率(%)である。
※2 硬化性樹脂組成物の全固形分量に対するポリイソシアネート(B)の含有率(%)である。
※3 複合樹脂(A)の全固形分量に対するポリシロキサンセグメント(a1)の含有率である。
DN−901S:バーノックDN−901S[ポリイソシアネート DIC株式会社製]である。
DN−950:バーノックDN―950[ポリイソシアネート DIC株式会社製]である。
DNー955:バーノックDN−955[ポリイソシアネート DIC株式会社製]である。
V−4018:ユニディックV−4018[ウレタンアクリレート DIC株式会社製]である。
17−813:ユニディック17−813[ウレタンアクリレート DIC株式会社製]である。
PETA:ペンタエリスリトールトリアクリレートである。
DPHA:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートである。
I−184:イルガキュア184[光重合開始剤 チバ・ジャパン株式会社製]である。
I−127:イルガキュア127[光重合開始剤 チバ・ジャパン株式会社製]である。
チヌビン479:[ヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤 チバ・ジャパン株式会社製]である。
チヌビン152:[ヒンダードアミン系光安定化剤(HALS) チバ・ジャパン株式会社製]である。
A4300:コスモシャインA4300[PETフィルム(10cm×10cm×125μm)東洋紡績株式会社製]である。
Q65FA:テオネックスQ65FA[PENフィルム(10cm×10cm×100μm)帝人デュポン株式会社製]である。
LS2:Lexan LS2[ポリカーボネート板(10cm×10cm×2mm)SABICイノベーティブプラスチックス製]である。
比較例5で評価したプラスチック成形体は、常温にて樹脂(R−1)とポリイソシアネートとが反応して硬化塗膜を形成するクリヤー塗料(R−1)を表面塗装した例であるが、耐磨耗性に劣った。
比較例6で評価したプラスチック成形体は、ポリイソシアネートを使用しないクリヤー塗料(比塗−6)を表面塗装した例であるが、耐候性及び密着性に劣った。
比較例7で評価し成形体は、ポリイソシアネートが少なすぎるクリヤー塗料(比塗−7)を表面塗装した例であるが、耐候性に劣った。
比較例8で評価し成形体は、ポリシロキサンセグメントが多すぎるクリヤー塗料(比塗−8)を表面塗装した例であるが、耐湿試験後の硬化塗膜と基材とのあいだの密着性に劣った。
また、本発明の硬化性樹脂組成物が、光触媒による酸化分解反応に対して高い耐性を有するポリシロキサンセグメントを必須成分として含有していることから、光触媒のバリヤー層用コーティング塗料として利用することも出来る。更に、この他の用途として、各種の接着剤用、インク用、ガスバリアコーティング剤用、繊維・紙の含浸剤用ならびに表面処理剤などとして、広範囲に利用することができる。
Claims (10)
- 一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位と、シラノール基および/または加水分解性シリル基とを有するポリシロキサンセグメント(a1)と、アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)とが、一般式(3)で表される結合により結合された複合樹脂(A)、及びポリイソシアネート(B)を含有する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物であって、
前記ポリシロキサンセグメント(a1)の含有率が硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して10〜60重量%であり、且つ、ポリイソシアネート(B)の含有率が硬化性樹脂組成物の全固形分量に対して5〜50重量%であることを特徴とする活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
(一般式(1)及び(2)中、R1、R2及びR3は、それぞれ独立して、−R4−CH=CH2、−R4−C(CH3)=CH2、−R4−O−CO−C(CH3)=CH2、及び−R4−O−CO−CH=CH2からなる群から選ばれる1つの重合性二重結合を有する基(但しR4は単結合又は炭素原子数1〜6のアルキレン基を表す。)、炭素原子数が1〜6のアルキル基、炭素原子数が3〜8のシクロアルキル基、アリール基、または炭素原子数が7〜12のアラルキル基を表し、R1、R2及びR3の少なくとも1つは前記重合性二重結合を有する基である)
(一般式(3)中、炭素原子は前記ビニル系重合体セグメント(a2)の一部分を構成し、酸素原子のみに結合したケイ素原子は、前記ポリシロキサンセグメント(a1)の一部分を構成するものとする) - 前記ポリシロキサンセグメント(a1)の含有率が、前記複合樹脂(A)に対して30〜80重量%である請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
- 前記ポリシロキサンセグメント(a1)中の重合性二重結合の含有率が、3〜20重量%である請求項1又は2に記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
- 前記重合性二重結合を有する基が、−R4−O−CO−C(CH3)=CH2、及び−R4−O−CO−CH=CH2らなる群から選ばれる1つの重合性二重結合を有する基(但しR4は単結合又は炭素原子数1〜6のアルキレン基を表す)である請求項1〜3のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
- 前記アルコール性水酸基を有するビニル系重合体セグメント(a2)がアクリル系重合体セグメントである請求項1〜4のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
- 前記ポリイソシアネート(B)が脂肪族ジイソシアネートから得られる脂肪族ポリイソシアネートである請求項1〜5のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
- 光重合開始剤を含有する、請求項1〜6のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
- 多官能(メタ)アクリレートを含有する、請求項1〜7のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を含有する塗料。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物で形成された層を積層してなることを特徴とするプラスチック成形体。
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