JP4873107B2 - 含フッ素硬化性樹脂及びそれを用いた活性エネルギー線硬化性組成物 - Google Patents

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本発明は、硬化塗膜表面に優れた防汚性を付与することができる含フッ素界面活性剤、含フッ素表面改質剤として用いる含フッ素硬化性樹脂に関する。また、該含フッ素硬化性樹脂を用いた活性エネルギー線硬化性組成物、その硬化物及びその硬化塗膜を有する物品に関する。
含フッ素界面活性剤又は含フッ素表面改質剤は、レベリング性、濡れ性、浸透性、ブロッキング防止性、滑り性、撥水撥油性、防汚性などに優れる点から、各種コーティング材料、表面改質剤等に広く使用されている。
含フッ素界面活性剤、又は含フッ素表面改質剤(以下、これらを併せて単に「含フッ素界面活性剤」という。)を配合した活性エネルギー線硬化性塗料を塗布、硬化させて得られる硬化塗膜は、優れた防汚性を発現する一方で、硬化塗膜の製造工程において加熱、加湿、酸・アルカリ等の薬品への暴露、汚れ除去のための洗浄・拭き取り等によって、含フッ素界面活性剤の一部が硬化塗膜表面から脱離又は揮発し、硬化塗膜表面の防汚性が低下する問題があった。
具体的に、例えば液晶ディスプレイ用偏光板におけるトリアセチルセルロース(以下、「TAC」と略記する。)フィルム等の保護フィルムの表面処理剤の分野では、フィルム表面に指紋や汚れに対する防汚性を付与させるために、含フッ素界面活性剤等が添加された紫外線硬化性ハードコート材が該保護フィルム表面にコーティングされている。ところが、該保護フィルムは、ハードコート材を塗布したハードコート面の反対面に接着性を付与することを目的としてケン化処理(アルカリ処理)が施されるため、この際、ハードコート面へのアルカリ溶液との接触が避けられず、ハードコート面に存在する含フッ素界面活性剤等が強アルカリ溶液で洗い流されたり、分解されたりすることによって、ハードコート面から脱離して防汚性が低下する問題があった。
そこで、ケン化処理にも耐え得る含フッ素界面活性剤として、重合性官能基を有し他の材料と重合して硬化塗膜中に固定化させることが提案されている。例えば、フッ素化アルキル基を有するモノアクリレートと活性水素を有するアクリル系単量体とを共重合させ、次いで、得られた重合体にイソシアネート基を有するアクリル系単量体を反応させて得られる不飽和基を有する重合型含フッ素界面活性剤が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この重合型含フッ素界面活性剤は、重合性基を有しており、活性エネルギー線硬化性組成物への添加剤として用いた場合、該組成物中の重合成分と共有結合により結合し塗膜に固定化されるが、ケン化処理後の防汚性が大幅に低下する問題があった。
また、上記の重合型含フッ素界面活性剤と同様に(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖を有し、その両末端にジ(メタ)アクリロイル基を有する化合物を原料として製造したポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖、及び不飽和基を有する重合型含フッ素界面活性剤が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。前記ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖を有する含フッ素界面活性剤は、特許文献1記載のものより、ケン化処理後の防汚性は向上するが、より高いレベルでの防汚性の要求を満足するものではなかった。
そこで、ケン化処理後も非常に優れた防汚性を維持する材料が求められていた。
特開2007−246696号公報 国際公開WO2009/133770号公報
本発明が解決しようとする課題は、硬化塗膜表面に優れた防汚性を付与することができる含フッ素界面活性剤として用いる含フッ素硬化性樹脂を提供することである。また、塗布、硬化させた後に、ケン化処理しても硬化塗膜表面からの前記含フッ素界面活性剤の脱離を抑制することができ、優れた防汚性を付与することができる活性エネルギー線硬化性組成物、その硬化物及びその硬化塗膜を有する物品を提供することである。
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物と、反応性官能基を有する重合性不飽和単量体とを共重合させて得られる重合体に、前記反応性官能基に対して反応性を有する官能基及び重合性不飽和基を有する化合物を反応させて得られた含フッ素硬化性樹脂を含有する活性エネルギー線硬化性組成物は、硬化塗膜表面に優れた防汚性を付与させ、ケン化処理しても防汚性の低下を抑制できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物(A)と、水酸基、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸無水物基及びカルボン酸ハライド基からなる群から選ばれる少なくとも1つの官能基(b)を有する重合性不飽和単量体(B)とを必須の単量体成分として共重合させて得られる重合体(P)に、前記官能基(b)に対して反応性を有し、かつ水酸基、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸無水物基及びカルボン酸ハライド基からなる群から選ばれる少なくとも1つの官能基(c)及び重合性不飽和基を有する化合物(C)を反応させて得られるものであることを特徴とする含フッ素硬化性樹脂及び該含フッ素硬化性樹脂を含有する活性エネルギー線硬化性組成物に関する。
さらに、本発明は前記含フッ素硬化性樹脂、又は活性エネルギー線硬化性組成物を基材に塗布し、活性エネルギー線を照射して硬化させてなる硬化物、及び前記含フッ素硬化性樹脂又は活性エネルギー線硬化性組成物の硬化塗膜を有する物品に関する。
本発明の含フッ素硬化性樹脂は、単独で基材に塗布して硬化塗膜とすることで基材表面に防汚性を付与することができる。また、前記含フッ素硬化性樹脂を含フッ素界面活性剤として配合した活性エネルギー線硬化性組成物は、基材に塗布した際に、フッ素原子の他の原子との極性の違いから、該含フッ素硬化性樹脂が塗膜表面に偏析し、塗膜表面のみに防汚性等を付与する表面改質が可能である。さらに、前記含フッ素硬化性樹脂は、活性エネルギー線硬化性組成物中の他の硬化性を有する成分と重合することができるため、硬化塗膜中に本発明の含フッ素硬化性樹脂がより強固に固定化されるので、熱処理などを施しても硬化塗膜表面から含フッ素硬化性樹脂、又はその分解物の揮発や脱離を抑制することができる。
一方、本発明の含フッ素硬化性樹脂を用いた硬化塗膜は、ケン化処理に対する耐性が高く、ケン化処理されても防汚性の低下を抑制することができる。したがって、本発明の含フッ素硬化性樹脂を用いた活性エネルギー線硬化性組成物は、防汚性の付与が必要であり、かつアルカリによるケン化処理が施される液晶ディスプレイ用偏光板に用いられるTACフィルム用ハードコート材として極めて有用である。
図1は、合成例1で得られたポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物のIRスペクトルのチャート図である。 図2は、合成例1で得られたポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物のH−NMRスペクトルのチャート図である。 図3は、合成例1で得られたポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物の13C−NMRスペクトルのチャート図である。 図4は、実施例1で得られた含フッ素硬化性樹脂(1)のGPCのチャート図である。 図5は、実施例2で得られた含フッ素硬化性樹脂(2)のGPCのチャート図である。
本発明の含フッ素硬化性樹脂は、ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物(A)と、水酸基、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸無水物基及びカルボン酸ハライド基からなる群から選ばれる少なくとも1つの官能基(b)を有する重合性不飽和単量体(B)とを必須の単量体成分として共重合させて得られる重合体(P)に、前記官能基(b)に対して反応性を有し、かつ水酸基、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸無水物基及びカルボン酸ハライド基からなる群から選ばれる少なくとも1つの官能基(c)及び重合性不飽和基を有する化合物(C)を反応させて得られるものである。
本発明の含フッ素硬化性樹脂の原料となるポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物(A)について以下に説明する。
前記化合物(A)が有するポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖としては、炭素原子数1〜3の2価フッ化炭素基と酸素原子が交互に連結した構造を有するものが挙げられる。炭素原子数1〜3の2価フッ化炭素基は、一種類であっても良いし複数種の混合であっても良く、具体的には、下記構造式(a1)で表されるものが挙げられる。
Figure 0004873107
(上記構造式(a)中、Xは下記構造式(a1−1)〜(a1−5)であり、構造式(a1)中の全てのXが同一構造のものであってもよいし、また、複数の構造がランダムに又はブロック状に存在していてもよい。また、nは繰り返し単位を表す1以上の整数である。)
Figure 0004873107
これらの中でも特に塗膜表面の汚れの拭き取り性が良好となって防汚性に優れた塗膜が得られる点から前記構造式(a1−1)で表されるパーフルオロメチレン構造と、前記構造式(a1−2)で表されるパーフルオロエチレン構造とが共存するものがとりわけ好ましい。ここで、前記構造式(a1−1)で表されるパーフルオロメチレン構造と、前記構造式(a1−2)で表されるパーフルオロエチレン構造との存在比率は、モル比率[構造(a1−1)/構造(a1−2)]が1/10〜10/1となる割合であることが防汚性の点から好ましい。また、前記構造式(a1)中のnの値は3〜100の範囲が好ましく、6〜70の範囲がより好ましい。
前記化合物(A)は、例えば、ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端に水酸基を有する化合物(a2)と、ハロゲン化アルキル基、イソシアネート基等の水酸基と反応性を有する官能基を有するスチレン(a3)とを反応させることにより得ることができる。前記化合物(a2)としては、例えば、下記一般式(a2−1)、(a2−2)等が挙げられる。なお、下記の各構造式中における「−PFPE−」は、上記のポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖を表す。
Figure 0004873107
また、前記スチレン(a3)が有するハロゲン化アルキル基のハロゲン原子は、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子のいずれも用いることができる。また、アルキル基は、炭素原子数1〜6のものが好ましく、直鎖状のものでも分岐状のものでも用いることができる。これらのハロゲン化アルキル基の中でも、前記化合物(a2)との反応性及び入手の容易さから、クロロメチル基が好ましい。
前記スチレン(a3)は、ビニル基及び前記ハロゲン化アルキル基、イソシアネート基等の水酸基と反応性を有する官能基以外の置換基を芳香環に有していてもよい。また、ビニル基と、ハロゲン化アルキル基、イソシアネート基等の水酸基と反応性を有する官能基との位置関係はオルト位、メタ位、パラ位のいずれでもよいが、後述する重合体(P)の製造での重合性が高い点から、パラ位のものが好ましい。
次に、前記化合物(A)の製造方法の例として、ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端に水酸基を有する化合物(a2)とハロゲン化アルキル基を有するスチレン(a3)とを反応させる方法について以下に説明する。
前記化合物(A)は、ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端に水酸基を有する化合物(a2)とハロゲン化アルキル基を有するスチレン(a3)とを溶媒の存在下又は無溶媒で均一溶液とし、適当な温度にて、必要に応じて触媒を添加し、塩基を滴下して反応させることによって得ることができる。
前記化合物(a2)と前記スチレン(a3)との反応において使用する溶媒しては、極性溶媒、有機相と水相の2相系の溶媒が挙げられる。前記極性溶媒としては、ベンゼン、トルエン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、ジメチルスルホキシド、1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等が挙げられ、前記有機相に使用する溶媒としては、ベンゼン、トルエン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、シクロヘキサン、1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
前記化合物(A)の製造において使用する塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水素化ナトリウム、水素化カリウム等のアルカリ金属水素化物、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、トリエチルアミン等のアミンが挙げられる。これら塩基は適当な濃度の水溶液として用いることもできる。前記塩基の量は、前記ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端に水酸基を有する化合物(a2)の水酸基に対して、1.05〜5モル%の範囲で用いることが好ましい。
また、前記化合物(A)の製造において使用する触媒としては、各種オニウム塩が挙げられ、例えば、テトラ−n−ブチルアンモニウムブロマイド、硫酸水素テトラ−n−ブチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、トリカプリルメチルアンモニウムクロライド等の四級アンモニウム化合物;テトラ−n−ブチルホスホニウムブロマイド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド、テトラフェニルホスホニウムクロライド、テトラフェニルホスホニウムブロマイド等の四級ホスホニウム化合物;ベンジルテトラメチレンスルホニウムブロマイド等の三級スルホニウム化合物などが挙げられる。これらの触媒は、1種類のみで用いることも2種以上併用することもできる。また、触媒の使用量は、前記スチレン(a3)の量に対して、1〜50モル%の範囲、より好ましくは3〜30モル%の範囲で用いるのが好ましい。
また、反応温度としては、0〜150℃の範囲が好ましいが、原料、生成物の重合反応を防止するため、重合禁止剤の存在下で80℃以下とすることが好ましい。前記重合禁止剤としては、例えば、p−メトキシフェノール、2,4−ジメチル−6−t−ブチルフェノール等のフェノール系重合禁止剤、ジメチルジチオカルバミン酸銅等のカルバミン酸金属塩系重合禁止剤が挙げられる。これらの重合禁止剤は、1種類のみで用いることも2種以上併用することもできる。また、重合禁止剤の使用量は、前記ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端に水酸基を有する化合物(a2)と前記ハロゲン化アルキル基を有するスチレン(a3)との合計量に対して、10〜1,000ppmの範囲で用いるのが好ましい。
なお、反応終点は、例えば、IRスペクトル測定又はH−NMRスペクトル測定により、前記化合物(a2)が有する水酸基由来のピークの消失により反応終了とし、反応時間は、通常、2〜50時間の範囲であることが好ましい。
上記の製造方法により得られた前記化合物(A)は、公知の回収、精製方法により、生成した塩の除去、使用した溶媒の除去、未反応原料の回収等を行うことによって、高収率、高純度のものとすることができる。例えば、反応液から生成塩をろ過分離した後、ろ液を水洗後分液して生成物を分離する。次いで、分離した生成物をメタノール等の有機溶剤で洗浄し、分液して生成物を分離後、残留する有機溶剤を留去して濃縮することにより、容易に目的物を得ることができる。
前記化合物(A)の具体例としては、下記一般式(A−1)〜(A−4)等が挙げられる。また、前記化合物(A)は、ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖の長さが異なるものや、ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とスチリル基をつなぐ2価の有機基が異なるものを2種以上併用しても構わない。
Figure 0004873107
次に、本発明の含フッ素硬化性樹脂の原料となる反応性官能基(b)を有する重合性不飽和単量体(B)について説明する。
前記重合性不飽和単量体(B)は、通常のラジカル重合法により容易に高分子量の重合体とすることが可能であり、この際、反応は、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などの公知の方法を用いることができる。ラジカル重合反応は、単なる加熱あるいは紫外線の照射により行なうことが可能であるが、ラジカル開始剤の添加によって速やかに開始することができる。
前記重合性不飽和単量体(B)が有する官能基(b)は、水酸基、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸無水物基及びカルボン酸ハライド基からなる群から選ばれる少なくとも1つである。これらの官能基(b)を有する重合性不飽和単量体(B)は、官能基(b)が単一の1種類のみで用いることも官能基(b)が異なる2種以上を併用することもできる。また、前記単量体(B)が有する重合性不飽和基は、ラジカル重合性を有する炭素−炭素不飽和二重結合が好ましく、より具体的には、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、マレイミド基等が挙げられ、重合が容易な点から(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」とは、メタクリレートとアクリレートの一方、又は両方をいい、「(メタ)アクリロイル基」とは、メタクリロイル基とアクリロイル基の一方又は両方をいい、「(メタ)アクリル酸」とは、メタクリル酸とアクリル酸の一方又は両方をいう。
前記重合性不飽和単量体(B)の具体例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、N−(2−ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタレート、末端に水酸基を有するラクトン変性(メタ)アクリレート等の水酸基を有する不飽和単量体;2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、2−(2−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)エチルイソシアネート、1,1−ビス((メタ)アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート等のイソシアネート基を有する不飽和単量体;グリシジル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル等のエポキシ基を有する不飽和単量体;(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルフタル酸、マレイン酸、イタコン酸等のカルボキシル基を有する不飽和単量体;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の酸無水物基を有する不飽和単量体;(メタ)アクリル酸クロライド、(メタ)アクリル酸ブロマイド等のカルボン酸ハライド基を有する不飽和単量体などが挙げられる。
前記重合体(P)を製造する際、前記化合物(A)及び前記単量体(B)の他に、これらと共重合し得るその他の重合性不飽和単量体を用いても構わない。このようなその他のラジカル重合性不飽和単量体としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸−n−プロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸−n−ペンチル、(メタ)アクリル酸−n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸−n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸−n−オクチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル等の(メタ)アクリル酸エステル類;スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン等の芳香族ビニル類;マレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、プロピルマレイミド、ブチルマレイミド、ヘキシルマレイミド、オクチルマレイミド、ドデシルマレイミド、ステアリルマレイミド、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド類などが挙げられる。
前記重合体(P)を製造する方法は、前記化合物(A)及び前記単量体(B)、さらに必要に応じてその他の重合性不飽和単量体を有機溶剤中にてラジカル重合開始剤の存在下で共重合させる方法が挙げられる。ここで用いる有機溶媒としては、ケトン類、エステル類、アミド類、スルホキシド類、エーテル類、炭化水素類、フッ素系溶媒が好ましく、具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、キシレン、1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等が挙げられる。これら有機溶媒の選択は、沸点、原料又は重合体との相溶性、重合性を考慮して適宜選択される。また、前記化合物(A)は、特に有機溶媒との相溶性に優れるので、上記した有機溶媒にほぼ溶解する。
前記ラジカル重合開始剤としては、例えば、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化t−ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化2−クロロベンゾイル、過酸化3−クロロベンゾイル、過酸化4−クロロベンゾイル、過酸化2,4−ジクロロベンゾイル、過酸化4−ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、ペルオキシ炭酸ジイソプロピル、テトラリンヒドロペルオキシド、1−フェニル−2−メチルプロピル−1−ヒドロペルオキシド、過トリフェニル酢酸t−ブチル、t−ブチルヒドロペルオキシド、過ギ酸t−ブチル、過酢酸t−ブチル、過安息香酸t−ブチル、過2-エチルヘキサン酸t−ブチル、過フェニル酢酸t−ブチル、過4−メトキシ酢酸t−ブチル等の過酸化物;2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスプロパン、1,1’−アゾ(メチルエチル)ジアセテート、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)硝酸塩、2,2’−アゾビスイソブタン、2,2’−アゾビスイソブチルアミド、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2−メチルプロピオン酸メチル、2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスブタン、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル、2−(4−メチルフェニルアゾ)−2−メチルマロノジニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノ吉草酸、3,5−ジヒドロキシメチルフェニルアゾ−2−メチルマロノジニトリル、1,1’−アゾビス−1−シクロヘキサンカルボニトリル、1,1’−アゾビス−1−フェニルエタン、1,1’−アゾビスクメン、4−ニトロフェニルアゾベンジルシアノ酢酸エチル、フエニルアゾジフェニルメタン、フェニルアゾトリフェニルメタン、4−ニトロトリフェニルアゾトリフェニルメタン、1,1’−アゾビス−1,2−ジフェニルエタン等のアゾ化合物が挙げられる。さらに必要に応じてラウリルメルカプタン、2−メルカプトエタノ−ル、チオグリセロール、エチルチオグリコ−ル酸、オクチルチオグリコ−ル酸等の連鎖移動剤を使用することもできる。
上記のようにして得られる重合体(P)に、前記官能基(b)に対して反応性を有する官能基(c)及び重合性不飽和基を有する化合物(C)を反応させることにより、本発明の含フッ素硬化性樹脂が得られる。
前記化合物(C)が有する官能基(c)は、前記官能基(b)に対して反応性を有し、かつ水酸基、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基及びカルボン酸ハライド基からなる群から選ばれる少なくとも1種である。前記官能基(b)が水酸基である場合には、前記官能基(c)としてイソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸無水物基、カルボン酸ハライド基が挙げられ、前記官能基(b)がイソシアネート基である場合には、官能基(c)として水酸基が挙げられ、前記官能基(b)がエポキシ基である場合には、官能基(c)として水酸基、カルボキシル基、酸無水物基が挙げられ、前記官能基(b)がカルボキシル基である場合には、官能基(c)として水酸基、エポキシ基が挙げられ、前記官能基(b)がカルボン酸ハライド基である場合には、官能基(c)として水酸基が挙げられる。これらは、反応に支障がない限り、複数の官能基の組み合わせとしても構わない。
前記化合物(C)の具体例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、N−(2−ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタレート、末端に水酸基を有するラクトン変性(メタ)アクリレート等の水酸基を有する不飽和単量体;2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、2−(2−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)エチルイソシアネート、1,1−ビス((メタ)アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート等のイソシアネート基を有する不飽和単量体;グリシジル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル等のエポキシ基を有する不飽和単量体;(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルフタル酸、マレイン酸、イタコン酸等のカルボキシル基を有する不飽和単量体;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の酸無水物基を有する不飽和単量体;(メタ)アクリル酸クロライド、(メタ)アクリル酸ブロマイド等のカルボン酸ハライド基を有する不飽和単量体などが挙げられる。また、2−ヒドロキシ−3−アクリロイルオキシプロピルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート等の水酸基及び複数の重合性不飽和基を有する不飽和単量体も用いることもできる。
これらの中でも特に紫外線照射での重合硬化性が好ましい点から、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、3−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、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート、N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル、アクリル酸が好ましい。
前記重合体(P)に、前記官能基(b)に対して反応性を有する官能基(c)及び重合性不飽和基を有する化合物(C)を反応させる方法は、化合物(C)中の重合性不飽和基が重合しない条件で行えば良く、例えば、温度条件を30〜120℃の範囲に調節して反応させることが好ましい。この反応は触媒や重合禁止剤の存在下、必要により有機溶剤の存在下に行うことが好ましい。
例えば、前記官能基(b)が水酸基であって前記官能基(c)がイソシアネート基である場合、又は、前記官能基(b)がイソシアネート基であって前記官能基(c)が水酸基である場合、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール、ヒドロキノン、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等を使用し、ウレタン化反応触媒としてジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、オクチル酸錫、オクチル酸亜鉛等を使用し、反応温度は、20〜150℃の範囲、特に40〜120℃の範囲で反応させる方法が好ましい。また、前記官能基(b)がエポキシ基であって前記官能基(c)がカルボキシル基である場合、又は、前記官能基(b)がカルボキシル基であって前記官能基(c)がエポキシ基である場合は、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール、ヒドロキノン、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等を使用し、エステル化反応触媒としてトリエチルアミン等の第3級アミン類、塩化テトラメチルアンモニウム等の第4級アンモニウム類、トリフェニルホスフィン等の第3級ホスフィン類、塩化テトラブチルホスホニウム等の第4級ホスホニウム類等を使用し、反応温度80〜130℃、特に100〜120℃で反応させることが好ましい。
上記反応で用いられる有機溶媒は、ケトン類、エステル類、アミド類、スルホキシド類、エーテル類、炭化水素類、フッ素系溶媒が好ましく、具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、キシレン、1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等が挙げられる。これらは、沸点、相溶性を考慮して適宜選択すればよい。
上記のようにして得られる本発明の含フッ素硬化性樹脂は、製造時のゲル化を防止でき、硬化塗膜に優れた防汚性を付与できることから、その数平均分子量(Mn)が1,000〜20,000の範囲であることが好ましく、1,500〜10,000の範囲であることがより好ましい。また、重量平均分子量(Mw)が3,000〜80,000の範囲であることが好ましく、4,000〜50,000の範囲であることが好ましい。
ここで、数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(以下、「GPC」と略記する。)測定に基づきポリスチレン換算した値である。なお、GPCの測定条件は以下の通りである。
[GPC測定条件]
測定装置:東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」、
カラム:東ソー株式会社製ガードカラム「HHR−H」(6.0mmI.D.×4cm)
+東ソー株式会社製「TSK−GEL GMHHR−N」(7.8mmI.D.×30cm)
+東ソー株式会社製「TSK−GEL GMHHR−N」(7.8mmI.D.×30cm)
+東ソー株式会社製「TSK−GEL GMHHR−N」(7.8mmI.D.×30cm)
+東ソー株式会社製「TSK−GEL GMHHR−N」(7.8mmI.D.×30cm)
検出器:ELSD(オルテック製「ELSD2000」)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIデータ解析バージョン4.30」
測定条件:カラム温度 40℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン(THF)
流速 1.0ml/分
試料:樹脂固形分換算で1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(5μl)。
標準試料:前記「GPC−8020モデルIIデータ解析バージョン4.30」の測定マニュアルに準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
(単分散ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−1000」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
東ソー株式会社製「F−40」
東ソー株式会社製「F−80」
東ソー株式会社製「F−128」
東ソー株式会社製「F−288」
東ソー株式会社製「F−550」
また、本発明の含フッ素硬化性樹脂中のフッ素含有率は、防汚性と他の成分との相溶性との両立を図ることができることから、2〜50質量%の範囲が好ましく、5〜40質量%の範囲がより好ましく、10〜35質量%の範囲がさらに好ましい。なお、本発明の含フッ素ラジカル重合性共重合体中のフッ素含有率は、用いた原料の合計量に対するフッ素原子の質量比率から算出した値である。
本発明の含フッ素硬化性樹脂は、それ自体を活性エネルギー線硬化性組成物の主剤として用いることができるが、極めて優れた表面改質性能を有しているため、活性エネルギー線硬化性組成物に添加する含フッ素界面活性剤として用いることで、硬化塗膜に優れた防汚性を付与できる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、本発明の含フッ素硬化性樹脂を配合したものであるが、その主成分しては、活性エネルギー線硬化性樹脂(D)又は活性エネルギー線硬化性単量体(E)を含有する。なお、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物において、活性エネルギー線硬化性樹脂(D)と活性エネルギー線硬化性単量体(E)とは、それぞれ単独で用いてもよいが、併用しても構わない。また、本発明の含フッ素硬化性樹脂は、当該活性エネルギー線硬化性組成物において、含フッ素界面活性剤として用いることが好ましい。
前記活性エネルギー線硬化性樹脂(D)は、ウレタン(メタ)アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、ポリエステル(メタ)アクリレート樹脂、アクリル(メタ)アクリレート樹脂、マレイミド基を有する樹脂等が挙げられるが、本発明では、特に透明性や低収縮性等の点からウレタン(メタ)アクリレート樹脂が好ましい。
ここで用いるウレタン(メタ)アクリレート樹脂は、脂肪族ポリイソシアネート化合物又は芳香族ポリイソシアネート化合物と水酸基を有する(メタ)アクリレート化合物とを反応させて得られるウレタン結合と(メタ)アクリロイル基とを有する樹脂が挙げられる。
前記脂肪族ポリイソシアネート化合物としては、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、2−メチル−1,5−ペンタンジイソシアネート、3−メチル−1,5−ペンタンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、2−メチルペンタメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、水素添加テトラメチルキシリレンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート等が挙げられ、また、芳香族ポリイソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート等が挙げられる。
一方、水酸基を有するアクリレート化合物としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、1,5−ペンタンジオールモノ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールモノ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールモノ(メタ)アクリレート等の2価アルコールのモノ(メタ)アクリレート;トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパン(メタ)アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、ビス(2−(メタ)アクリロイルオキシエチル)ヒドロキシエチルイソシアヌレート等の3価のアルコールのモノ又はジ(メタ)アクリレート、あるいは、これらのアルコール性水酸基の一部をε−カプロラクトンで変性した水酸基を有するモノ及びジ(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、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等の1官能の水酸基と3官能以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、あるいは、該化合物をさらにε−カプロラクトンで変性した水酸基を有する多官能(メタ)アクリレート;ジプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のオキシアルキレン鎖を有する(メタ)アクリレート化合物;ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリオキシブチレン−ポリオキシプロピレンモノ(メタ)アクリレート等のブロック構造のオキシアルキレン鎖を有する(メタ)アクリレート化合物;ポリ(エチレングリコール−テトラメチレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール)モノ(メタ)アクリレート等のランダム構造のオキシアルキレン鎖を有する(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。
上記した脂肪族ポリイソシアネート化合物又は芳香族ポリイソシアネート化合物と水酸基を有するアクリレート化合物との反応は、ウレタン化触媒の存在下、常法により行うことができる。ここで使用し得るウレタン化触媒は、具体的には、ピリジン、ピロール、トリエチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミンなどのアミン類、トリフェニルホスフィン、トリエチルホスフィンなどのホフィン類、ジブチル錫ジラウレート、オクチル錫トリラウレート、オクチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジアセテート、オクチル酸錫などの有機錫化合物、オクチル酸亜鉛などの有機金属化合物が挙げられる。
これらのウレタンアクリレート樹脂の中でも特に脂肪族ポリイソシアネート化合物と水酸基を有する(メタ)アクリレート化合物とを反応させて得られるものが硬化塗膜の透明性に優れ、かつ、活性エネルギー線に対する感度が良好で硬化性に優れる点から好ましい。
次に、不飽和ポリエステル樹脂は、α,β−不飽和二塩基酸又はその酸無水物、芳香族飽和二塩基酸又はその酸無水物、及び、グリコール類の重縮合によって得られる硬化性樹脂であり、α,β−不飽和二塩基酸又はその酸無水物としては、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロロマレイン酸、及びこれらのエステル等が挙げられる。芳香族飽和二塩基酸又はその酸無水物としては、フタル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ニトロフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、ハロゲン化無水フタル酸及びこれらのエステル等が挙げられる。脂肪族あるいは脂環族飽和二塩基酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、グルタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸及びこれらのエステル等が挙げられる。グリコール類としては、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、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチルプロパン−1,3−ジオール、ネオペンチルグリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ビスフェノールA、水素化ビスフェノールA、エチレングリコールカーボネート、2,2−ジ−(4−ヒドロキシプロポキシジフェニル)プロパン等が挙げられ、その他にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等の酸化物も同様に使用できる。
次に、エポキシビニルエステル樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂のエポキシ基に(メタ)アクリル酸を反応させて得られるものが挙げられる。
また、マレイミド基を有する樹脂としては、N−ヒドロキシエチルマレイミドとイソホロンジイソシアネートとをウレタン化して得られる2官能マレイミドウレタン化合物、マレイミド酢酸とポリテトラメチレングリコールとをエステル化して得られる2官能マレイミドエステル化合物、マレイミドカプロン酸とペンタエリスリトールのテトラエチレンオキサイド付加物とをエステル化して得られる4官能マレイミドエステル化合物、マレイミド酢酸と多価アルコール化合物とをエステル化して得られる多官能マレイミドエステル化合物等が挙げられる。これらの活性エネルギー線硬化性樹脂(F)は、単独で用いることも2種以上併用することもできる。
前記活性エネルギー線硬化性単量体(E)としては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、数平均分子量が150〜1000の範囲にあるポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、数平均分子量が150〜1000の範囲にあるポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスルトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスルトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスルトールテトラ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスルトールペンタ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート等の脂肪族アルキル(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、2−ブトキシエチル(メタ)アクリレート、2−(ジエチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシジプロピレングルリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリブタジエン(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール−ポリブチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリスチリルエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、メトキシ化シクロデカトリエン(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート;マレイミド、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−プロピルマレイミド、N−ブチルマレイミド、N−ヘキシルマレイミド、N−オクチルマレイミド、N−ドデシルマレイミド、N−ステアリルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、2−マレイミドエチル−エチルカーボネート、2−マレイミドエチル−プロピルカーボネート、N−エチル−(2−マレイミドエチル)カーバメート、N,N−ヘキサメチレンビスマレイミド、ポリプロピレングリコール−ビス(3−マレイミドプロピル)エーテル、ビス(2−マレイミドエチル)カーボネート、1,4−ジマレイミドシクロヘキサン等のマレイミド類などが挙げられる。
これらのなかでも特に硬化塗膜の硬度に優れる点からトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスルトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスルトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスルトールテトラ(メタ)アクリレート等の3官能以上の多官能(メタ)アクリレートが好ましい。これらの活性エネルギー線硬化性単量体(E)は、単独で用いることも2種以上併用することもできる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物において、本発明の含フッ素硬化性樹脂を含フッ素界面活性剤として使用する場合、その使用量は、前記活性エネルギー線硬化性樹脂(D)及び活性エネルギー線硬化性単量体(E)の合計100質量部に対して、0.01〜10質量部の範囲であることが好ましく、0.1〜5質量部の範囲であることがより好ましい。本発明の含フッ素硬化性樹脂の使用量がこの範囲であれば、レベリング性、撥水撥油性、防汚性を十分なものにすることができ、該組成物の硬化後の硬度や透明性も十分なものとすることができる。
本発明の含フッ素硬化性樹脂又は活性エネルギー線硬化性組成物は、基材に塗布後、活性エネルギー線を照射することで硬化塗膜とすることができる。この活性エネルギー線とは、紫外線、電子線、α線、β線、γ線のような電離放射線をいう。活性エネルギー線として紫外線を照射して硬化塗膜とする場合には、該含フッ素硬化性樹脂又は活性エネルギー線硬化性組成物中に光重合開始剤(F)を添加し、硬化性を向上することが好ましい。また、必要であればさらに光増感剤を添加して、硬化性を向上することもできる。一方、電子線、α線、β線、γ線のような電離放射線を用いる場合には、光重合開始剤や光増感剤を用いなくても速やかに硬化するので、特に光重合開始剤(F)や光増感剤を添加する必要はない。
前記光重合開始剤(F)としては、分子内開裂型光重合開始剤及び水素引き抜き型光重合開始剤が挙げられる。分子内開裂型光重合開始剤としては、例えば、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、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、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−2−モルホリノ(4−チオメチルフェニル)プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)ブタノン等のアセトフェノン系化合物;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のベンゾイン類;2,4,6−トリメチルベンゾインジフェニルホスフィンオキシド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド等のアシルホスフィンオキシド系化合物;ベンジル、メチルフェニルグリオキシエステル等が挙げられる。
一方、水素引き抜き型光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル−4−フェニルベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチル−ジフェニルサルファイド、アクリル化ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物;2−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン等のチオキサントン系化合物;ミヒラ−ケトン、4,4’−ジエチルアミノベンゾフェノン等のアミノベンゾフェノン系化合物;10−ブチル−2−クロロアクリドン、2−エチルアンスラキノン、9,10−フェナンスレンキノン、カンファーキノン等が挙げられる。
上記の光重合開始剤(F)の中でも、活性エネルギー線硬化性組成物中の前記活性エネルギー線硬化性樹脂(D)及び活性エネルギー線硬化性単量体(E)との相溶性に優れる点から、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、及びベンゾフェノンが好ましく、特に、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンが好ましい。これらの光重合開始剤(F)は、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
また、前記光増感剤としては、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン等のアミン類、o−トリルチオ尿素等の尿素類、ナトリウムジエチルジチオホスフェート、s−ベンジルイソチウロニウム−p−トルエンスルホネート等の硫黄化合物などが挙げられる。
これらの光重合開始剤及び光増感剤の使用量は、活性エネルギー線硬化性組成物中の不揮発成分100質量部に対し、各々0.01〜20質量部が好ましく、0.1〜15質量部がより好ましく、0.3〜7質量部がさらに好ましい。
さらに、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、用途、特性等の目的に応じ、本発明の効果を損なわない範囲で、粘度や屈折率の調整、あるいは、塗膜の色調の調整やその他の塗料性状や塗膜物性の調整を目的に各種の配合材料、例えば、各種有機溶剤、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、石油樹脂、フッ素樹脂等の各種樹脂、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリエチレン、ポリプロピレン、カーボン、酸化チタン、アルミナ、銅、シリカ微粒子等の各種の有機又は無機粒子、重合開始剤、重合禁止剤、帯電防止剤、消泡剤、粘度調整剤、耐光安定剤、耐候安定剤、耐熱安定剤、酸化防止剤、防錆剤、スリップ剤、ワックス、艶調整剤、離型剤、相溶化剤、導電調整剤、顔料、染料、分散剤、分散安定剤、シリコーン系、炭化水素系界面活性剤等を併用することができる。
上記の各配合成分中、有機溶媒は、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の溶液粘度を適宜調整する上で有用であり、特に薄膜コーティングを行うためには、膜厚を調整することが容易となる。ここで使用できる有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;メタノール、エタノール、イソプロパノール、t−ブタノール等のアルコール類;酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類などが挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
ここで有機溶媒の使用量は、用途や目的とする膜厚や粘度によって異なるが、硬化成分の全質量に対して、質量基準で、0.5〜4倍量の範囲であることが好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させる活性エネルギー線としては、上記の通り、紫外線、電子線、α線、β線、γ線のような電離放射線であるが、具体的なエネルギー源又は硬化装置としては、例えば、殺菌灯、紫外線用蛍光灯、カーボンアーク、キセノンランプ、複写用高圧水銀灯、中圧又は高圧水銀灯、超高圧水銀灯、無電極ランプ、メタルハライドランプ、自然光等を光源とする紫外線、又は走査型、カーテン型電子線加速器による電子線等が挙げられる。
これらの中でも特に紫外線であることが好ましく、酸素等による硬化阻害を避けるため、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で、紫外線を照射することが好ましい。また、必要に応じて熱をエネルギー源として併用し、紫外線にて硬化した後、熱処理を行ってもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の塗工方法は用途により異なるが、例えば、グラビアコーター、ロールコーター、コンマコーター、ナイフコーター、エアナイフコーター、カーテンコーター、キスコーター、シャワーコーター、ホイーラーコーター、スピンコーター、ディッピング、スクリーン印刷、スプレー、アプリケーター、バーコーター等を用いた塗布方法、あるいは各種金型を用いた成形方法等が挙げられる。
本発明の含フッ素硬化性樹脂の硬化塗膜は、優れた防汚性(撥インク性、耐指紋性等)、耐擦傷性等を有するため、物品の表面に塗布・硬化することで、物品の表面に防汚性、耐擦傷性等を付与することができる。また、本発明の含フッ素硬化性樹脂は、塗材に含フッ素界面活性剤として添加することで、その塗材にレベリング性を付与することもできるため、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、高いレベリング性を有する。
本発明の含フッ素硬化性樹脂又は活性エネルギー線硬化性組成物を用いて防汚性(撥インク性、耐指紋性等)を付与できる物品としては、TACフィルム等の液晶ディスプレイ(LCD)の偏光板用フィルム;プラズマディスプレイ(PDP)、有機ELディスプレイ等の各種ディスプレイ画面;タッチパネル;携帯電話等の電子端末の筐体又は画面;液晶ディスプレイ用カラーフィルター(以下、「CF」という。)用透明保護膜;液晶TFTアレイ用有機絶縁膜;電子回路形成用インクジェットインク;CD、DVD、ブルーレイディスク等の光学記録媒体;インサートモールド(IMD、IMF)用転写フィルム;コピー機、プリンター等のOA機器用ゴムローラー;コピー機、スキャナー等のOA機器の読み取り部のガラス面;カメラ、ビデオカメラ、メガネ等の光学レンズ;腕時計等の時計の風防、ガラス面;自動車、鉄道車輌等の各種車輌のウインドウ;太陽電池用カバーガラス又はフィルム;化粧板等の各種建材;住宅の窓ガラス;家具等の木工材料、人工・合成皮革、家電の筐体等の各種プラスチック成形品、FRP浴槽などが挙げられる。これらの物品表面に本発明の活性エネルギー線硬化性組成物を塗布し、紫外線等の活性エネルギー線を照射して硬化塗膜を形成することで、物品表面に防汚性を付与することができる。また、本発明の含フッ素スチレン化合物を各物品に適した各種塗料に添加し、塗布・乾燥することで、物品表面に防汚性を付与することも可能である。
また、本発明の含フッ素硬化性樹脂を添加し、レベリング性を向上するとともに、塗膜に防汚性(撥インク性、耐指紋性等)や耐薬品性を付与できる塗材としては、TACフィルム等のLCDの偏光板用フィルムのハードコート材、アンチグレア(AG:防眩)コート材又は反射防止(LR)コート材;プラズマディスプレイ(PDP)、有機ELディスプレイ等の各種ディスプレイ画面用ハードコート材;タッチパネル用ハードコート材;CFに使用されるRGBの各画素を形成するためのカラーレジスト、印刷インク、インクジェットインク又は塗料;CFのブラックマトリックス用のブラックレジスト、印刷インク、インクジェットインク又は塗料;プラズマディスプレイ(PDP)、有機ELディスプレイ等の画素隔壁用樹脂組成物;携帯電話等の電子端末筐体用塗料又はハードコート材;携帯電話の画面用ハードコート材;CF表面を保護する透明保護膜用塗料;液晶TFTアレイの有機絶縁膜用塗料;電子回路形成用インクジェットインク;CD、DVD、ブルーレイディスク等の光学記録媒体用ハードコート材;インサートモールド(IMD、IMF)用転写フィルム用ハードコート材;コピー機、プリンター等のOA機器用ゴムローラー用コート材;コピー機、スキャナー等のOA機器の読み取り部のガラス用コート材;カメラ、ビデオカメラ、メガネ等の光学レンズ用コート材;腕時計等の時計の風防、ガラス用コート材;自動車、鉄道車輌等の各種車輌のウインドウ用コート材;太陽電池用カバーガラス又はフィルムの反射防止膜用塗料;化粧板等の各種建材用印刷インキ又は塗料;住宅の窓ガラス用コート材;家具等の木工用塗料;人工・合成皮革用コート材;家電の筐体等の各種プラスチック成形品用塗料又はコート材;FRP浴槽用塗料又はコート材などが挙げられる。
さらに、本発明の含フッ素硬化性樹脂又は活性エネルギー線硬化性組成物を用いて耐擦傷性(耐スクラッチ性)及び防汚性を付与できる物品としては、LCDのバックライト部材であるプリズムシート又は拡散シート等が挙げられる。また、プリズムシート又は拡散シート用コート材に本発明の含フッ素硬化性樹脂を添加することで、該コート材のレベリング性を向上するとともに、コート材の塗膜に耐擦傷性(耐スクラッチ性)及び防汚性を付与することができる。
また、本発明の含フッ素硬化性樹脂の硬化塗膜は低屈折率であるため、LCD等の各種ディスプレイ表面への蛍光灯等の映り込みを防止する反射防止層中の低屈折率層用塗材としても用いることができる。また、反射防止層用の塗材、特に反射防止層中の低屈折率層用塗材に本発明の含フッ素硬化性樹脂を添加することで、塗膜の低屈折率を維持しつつ、塗膜表面に防汚性を付与することもできる。
さらに、本発明の含フッ素硬化性樹脂又は活性エネルギー線硬化性組成物を用いることができるその他の用途として、光ファイバクラッド材、導波路、液晶パネルの封止材、各種光学用シール材、光学用接着剤等が挙げられる。
特に、LCD用偏光板の保護フィルム用コート材用途のうち、アンチグレアコート材として本発明の活性エネルギー線硬化性組成物を用いる場合、上記した各組成のうち、シリカ微粒子、アクリル樹脂微粒子、ポリスチレン樹脂微粒子等の無機又は有機微粒子を、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物中の硬化成分の全質量の0.1〜0.5倍量となる割合で配合することで防眩性に優れたものとなるため好ましい。
また、本発明の含フッ素硬化性樹脂又は活性エネルギー線硬化性組成物を、LCD用偏光板の保護フィルム用アンチグレアコート材に用いる場合、コート材を硬化させる前に凹凸の表面形状の金型に接触させた後、金型と反対側から活性エネルギー線を照射して硬化し、コート層の表面をエンボス加工して防眩性を付与する転写法にも適用できる。
以下に本発明を具体的な実施例を挙げてより詳細に説明する。なお、得られたポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物のIRスペクトルならびにNMRスペクトルの測定方法、及び含フッ素硬化性樹脂のGPCの測定条件は下記の通りである。
[IRスペクトル測定方法]
株式会社島津製作所製「IRPrestige−21」の測定装置を用いて、試料溶液をKBr板に極少量滴下して溶剤を乾燥後、測定を行った。
H−NMR及び13C−NMRスペクトル測定方法]
日本電子株式会社製「AL−400」を用いて、試料のアセトン−d溶液を分析して化合物の構造解析を行った。
[GPC測定条件]
測定装置:東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」、
カラム:東ソー株式会社製ガードカラム「HHR−H」(6.0mmI.D.×4cm)
+東ソー株式会社製「TSK−GEL GMHHR−N」(7.8mmI.D.×30cm)
+東ソー株式会社製「TSK−GEL GMHHR−N」(7.8mmI.D.×30cm)
+東ソー株式会社製「TSK−GEL GMHHR−N」(7.8mmI.D.×30cm)
+東ソー株式会社製「TSK−GEL GMHHR−N」(7.8mmI.D.×30cm)
検出器:ELSD(オルテック製「ELSD2000」)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIデータ解析バージョン4.30」
測定条件:カラム温度 40℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン(THF)
流速 1.0ml/分
試料:樹脂固形分換算で1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(5μl)。
標準試料:前記「GPC−8020モデルIIデータ解析バージョン4.30」の測定マニュアルに準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
(単分散ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−1000」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
東ソー株式会社製「F−40」
東ソー株式会社製「F−80」
東ソー株式会社製「F−128」
東ソー株式会社製「F−288」
東ソー株式会社製「F−550」
(合成例1)
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、下記式(a2−1−1)で表される両末端に水酸基を有するパーフルオロポリエーテル化合物200質量部、p−クロロメチルスチレン123.4質量部、p−メトキシフェノール0.06質量部、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライドの50質量%水溶液32.3質量部及びヨウ化カリウム1.35質量部を仕込んだ。次いで、空気気流下にて攪拌を開始し、フラスコ内温度を45℃に昇温させ、水酸化ナトリウムの49質量%水溶液9.2質量部を2時間かけて滴下した。滴下終了後、60℃まで昇温し、1時間攪拌させた。この後、水酸化ナトリウムの49質量%水溶液37.1質量部を4時間かけて滴下した後、さらに15時間反応した。
Figure 0004873107
(式中、Xはパーフルオロメチレン基及びパーフルオロエチレン基であり、1分子あたり、パーフルオロメチレン基が平均7個、パーフルオロエチレン基が平均8個である。)
反応終了後、生成した塩をろ別し、ろ液を静置し、上澄み液を除去した。さらに500mLの水を加えて、水洗を3回行った。水洗後、さらにメタノール500mLを用いて3回洗浄した。その後、その液に重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.06質量部及び3,5−t−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン(以下、「BHT」と略記する。)0.2質量部を加えた後、45℃にセットしたウオーターバスとロータリーエバポレーターを用いて濃縮しながらメタノールを留去することにより、下記式(A−1−1)で表されるポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物(以下、「化合物(A−1−1)」と略記する。)を得た。IRスペクトル測定により、両末端に水酸基を有するパーフルオロポリエーテル化合物由来の水酸基由来の3400cm−1付近の吸収ピークの消失が確認された。更に得られた化合物(A−1−1)を、H−NMR及び13C−NMRスペクトルを測定することにより同定した。IRスペクトルのチャート図を図1に、H−NMRスペクトルのチャート図を図2に、13C−NMRスペクトルのチャート図を図3に示す。
Figure 0004873107
(式中、Xはパーフルオロメチレン基及びパーフルオロエチレン基であり、1分子あたり、パーフルオロメチレン基が平均7個、パーフルオロエチレン基が平均8個である。)
(合成例2)
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、下記式(a2−1−1)で表される両末端に水酸基を有するパーフルオロポリエーテル化合物150質量部、p−クロロメチルスチレン68質量部、p−メトキシフェノール0.05質量部、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライドの50質量%水溶液44質量部及びヨウ化カリウム0.12質量部を仕込んだ。次いで、空気気流下にて攪拌を開始し、フラスコ内温度を45℃に昇温させ、水酸化ナトリウムの49質量%水溶液1.3質量部を2時間かけて滴下した。滴下終了後、60℃まで昇温し、1時間攪拌させた。この後、水酸化ナトリウムの49質量%水溶液11.5質量部を4時間かけて滴下した後、さらに15時間反応した。
Figure 0004873107
(式中、Xはパーフルオロメチレン基及びパーフルオロエチレン基であり、1分子あたり、パーフルオロメチレン基が平均19個、パーフルオロエチレン基が平均19個である。)
反応終了後、生成した塩をろ別し、ろ液を静置し、上澄み液を除去した。さらに500mLの水を加えて、水洗を3回行った。水洗後、さらにメタノール500mLを用いて3回洗浄した。その後、その液に重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.06質量部及び3,5−t−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン(以下、「BHT」と略記する。)0.2質量部を加えた後、45℃にセットしたウオーターバスとロータリーエバポレーターを用いて濃縮しながらメタノールを留去することにより、下記式(A−1−2)で表されるポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物(以下、「化合物(A−1−2)」と略記する。)を得た。
Figure 0004873107
(式中、Xはパーフルオロメチレン基及びパーフルオロエチレン基であり、1分子あたり、パーフルオロメチレン基が平均19個、パーフルオロエチレン基が平均19個である。)
(合成例3)
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、上記式(a2−1−1)で表される両末端に水酸基を有するパーフルオロポリエーテル化合物20質量部、溶媒としてジイソプロピルエーテル20質量部、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.02質量部及び中和剤としてトリエチルアミン3.1質量部を仕込み、空気気流下にて攪拌を開始し、フラスコ内を10℃に保ちながらアクリル酸クロライド2.7質量部を1時間かけて滴下した。滴下終了後、10℃で1時間攪拌し、昇温して30℃で1時間攪拌した後、50℃に昇温して10時間攪拌することにより反応を行い、ガスクロマトグラフィー測定にてアクリル酸クロライドの消失が確認された。次いで、溶媒としてジイソプロピルエーテル40質量部を追加した後、イオン交換水80質量部を混合して攪拌してから静置し水層を分離させて取り除く方法による洗浄を3回繰り返した。次いで、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.02質量部を添加し、脱水剤として硫酸マグネシウム8質量部を添加して1日間静置することで完全に脱水した後、脱水剤を濾別した。
次いで、減圧下で溶媒を留去することによって、下記式(A’)で表されるポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にアクリロイル基を有する化合物(以下、「化合物(A’)」と略記する。)を得た。
Figure 0004873107
(式中、Xはパーフルオロメチレン基及びパーフルオロエチレン基であり、1分子あたり、パーフルオロメチレン基が平均7個、パーフルオロエチレン基が平均8個である。)
(実施例1)
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒としてメチルイソブチルケトン80質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら105℃に昇温した。次いで、合成例1で得られた化合物(A−1−1)20質量部をメチルイソブチルケトン20質量部に溶解したモノマー溶液と、2−ヒドロキシエチルメタクリレート38.4質量部をメチルイソブチルケトン38質量部に溶解したモノマー溶液と、ラジカル重合開始剤としてt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート8.8質量部をメチルイソブチルケトン26質量部に溶解した重合開始剤溶液との3種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を105℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、105℃で10時間攪拌した後、減圧下で溶媒の一部を留去することによって、重合体(P−1)を得た。
次いで、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.3質量部、ウレタン化触媒としてジブチル錫ジラウレート0.03質量部を仕込み、空気気流下で攪拌を開始し、60℃を保ちながら、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート41.6質量部を1時間で滴下した。滴下終了後、60℃で1時間攪拌した後、80℃に昇温して10時間攪拌することにより、IRスペクトル測定でイソシアネート基由来の2360cm−1付近の吸収ピークの消失を確認して、含フッ素硬化性樹脂(1)を50質量%含有するメチルイソブチルケトン溶液を得た。得られた含フッ素硬化性樹脂(1)の分子量をGPC(ポリスチレン換算分子量)で測定した結果、数平均分子量2,200、重量平均分子量7,000であった。
(実施例2)
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒としてメチルイソブチルケトン58質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら105℃に昇温した。次いで、合成例1で得られた化合物(A−1−1)36質量部をメチルイソブチルケトン20質量部に溶解したモノマー溶液と、2−ヒドロキシエチルメタクリレート30.7質量部をメチルイソブチルケトン25.7質量部に溶解したモノマー溶液と、ラジカル重合開始剤としてt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート10質量部をメチルイソブチルケトン20質量部に溶解した重合開始剤溶液との3種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を105℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、105℃で10時間攪拌した後、減圧下で溶媒の一部を留去することによって、重合体(P−2)を得た。
次いで、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.04質量部、ウレタン化触媒としてジブチル錫ジラウレート0.03質量部を仕込み、空気気流下で攪拌を開始し、60℃を保ちながら、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート33.3質量部を1時間で滴下した。滴下終了後、60℃で1時間攪拌した後、80℃に昇温して10時間攪拌することにより、IRスペクトル測定でイソシアネート基由来の2360cm−1付近の吸収ピークの消失を確認して、含フッ素硬化性樹脂(2)を50質量%含有するメチルイソブチルケトン溶液を得た。得られた含フッ素硬化性樹脂(2)の分子量をGPC(ポリスチレン換算分子量)で測定した結果、数平均分子量3,200、重量平均分子量14,000であった。
(実施例3)
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒として1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン73.1質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら105℃に昇温した。次いで、合成例2で得られた単量体(A−1−2)41.8質量部と、2−ヒドロキシエチルメタクリレート80質量部と、ラジカル重合開始剤としてt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート18.3質量部を1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン153.1質量部に溶解した重合開始剤溶液との3種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を105℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、105℃で10時間攪拌することによって、重合体(P−3)の溶液を得た。
次いで、上記で得られた重合体(P−3)の溶液に、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.08質量部及びウレタン化触媒としてオクチル酸錫0.06質量部を仕込み、空気気流下で攪拌を開始して60℃に保ちながら、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート85質量部を1時間で滴下した。滴下終了後、60℃で1時間攪拌した後、80℃に昇温して5時間攪拌することにより反応を行った結果、IRスペクトル測定によりイソシアネート基の吸収ピークの消失が確認された。次いで、反応溶液中に生成した固形物をろ過で除去した後、溶媒の一部を減圧留去し、重合性含フッ素樹脂(3)の50質量%含有1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン溶液を得た。この重合性含フッ素樹脂(3)の重量平均分子量は3,300であった。
(実施例4)
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒として1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン58.5質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら105℃に昇温した。次いで、合成例1で得られた単量体(A−1−1)10質量部及び合成例2で得られた単量体(A−1−2)10質量部の混合物と、2−ヒドロキシエチルメタクリレート38.4質量部と、ラジカル重合開始剤としてt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート8.8質量部を1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン50質量部に溶解した重合開始剤溶液との3種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を105℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、105℃で10時間攪拌することによって、重合体(P−4)の溶液を得た。
次いで、上記で得られた重合体(P−4)の溶液に、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.06質量部及びウレタン化触媒としてオクチル酸錫0.05質量部を仕込み、空気気流下で攪拌を開始して60℃に保ちながら、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート41.6質量部を1時間で滴下した。滴下終了後、60℃で1時間攪拌した後、80℃に昇温して5時間攪拌することにより反応を行った結果、IRスペクトル測定によりイソシアネート基の吸収ピークの消失が確認された。次いで、反応溶液中に生成した固形物をろ過で除去した後、溶媒の一部を減圧留去し、重合性含フッ素樹脂(4)の50質量%含有1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン溶液を得た。この重合性含フッ素樹脂(4)の重量平均分子量は7,200であった。
(比較例1)
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒としてメチルイソブチルケトン69質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら105℃に昇温した。次いで、下記式(Y−1)で表されるフッ素化アルキル基含有アクリレート40質量部及び2−ヒドロキシエチルメタクリレート28.8質量部をメチルイソブチルケトン69質量部に溶解したモノマー溶液137.8質量部と、ラジカル重合開始剤としてt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート3.4質量部をメチルイソブチルケトン22.5質量部に溶解した重合開始剤溶液25.9質量部との2種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を105℃に保ちながら同時に3時間かけて滴下した。滴下終了後、105℃で10時間攪拌し、重合体を得た。
Figure 0004873107
次いで、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.1質量部、ウレタン化触媒としてジブチル錫ジラウレート0.05質量部を仕込み、空気気流下で60℃を保ちながら2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート31.2質量部を1時間で滴下した。滴下終了後、60℃で1時間攪拌した後、80℃に昇温して10時間攪拌することにより、IRスペクトル測定でイソシアネート基由来の2360cm−1付近の吸収ピークの消失を確認した。次いで、溶媒の一部を減圧留去し、含フッ素硬化性樹脂(5)を50質量%含有するメチルイソブチルケトン溶液を得た。含フッ素硬化性樹脂(5)の分子量をGPC(ポリスチレン換算分子量)で測定した結果、数平均分子量3,000、重量平均分子量7,000であった。
(比較例2)
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒としてメチルイソブチルケトン63質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら105℃に昇温した。次いで、合成例で得られたポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にアクリロイル基を有する化合物(A’)21.5質量部と、2−ヒドロキシエチルメタクリレート41.3質量部と、ラジカル重合開始剤としてt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート9.4質量部をメチルイソブチルケトン126質量部に溶解した重合開始剤溶液135.4質量部との3種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を105℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、105℃で10時間攪拌した後、減圧下で溶媒の一部を留去することによって、重合体を得た。

次いで、メチルエチルケトン74.7質量部、重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.1質量部、ウレタン化触媒としてジブチル錫ジラウレート0.06質量部を仕込み、空気気流下で攪拌を開始し、60℃を保ちながら、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート44.8質量部を1時間で滴下した。滴下終了後、60℃で1時間攪拌した後、80℃に昇温して10時間攪拌することにより、IRスペクトル測定でイソシアネート基由来の2360cm−1付近の吸収ピークの消失を確認して、含フッ素硬化性樹脂(6)を50質量%含有するメチルエチルケトン溶液を得た。得られた含フッ素硬化性樹脂(6)の分子量をGPC(ポリスチレン換算分子量)で測定した結果、数平均分子量2,400、重量平均分子量7,100であった。
上記の実施例1〜4及び比較例1〜2で得られた含フッ素硬化性樹脂(1)〜(6)について、原料、及び分子量等を表1にまとめた。
Figure 0004873107
なお、表1中の略号は、下記の通りである。
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート
AOI:2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート
(活性エネルギー線硬化性組成物のベース樹脂組成物の調製)
紫外線硬化性ウレタンアクリレート樹脂(DIC株式会社製「ユニディック17−806」;樹脂分80質量%の酢酸ブチル溶液)125質量部、光重合開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバスペシャリティーケミカルズ社製「イルガキュア184」)5質量部、溶剤としてトルエン54質量部、2−プロパノール28質量部、酢酸エチル28質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル28質量部を混合し溶解させて、活性エネルギー線硬化性組成物のベース樹脂組成物を得た。
(実施例5〜8及び比較例3〜5)
上記で得られたベース樹脂組成物268質量部に、含フッ素界面活性剤として実施例1〜2及び比較例1〜2で得られた含フッ素硬化性樹脂溶液(1)〜(5)を樹脂分として1質量部となる量を加えて均一に混合して、活性エネルギー線硬化性組成物を得た。次いで、この活性エネルギー線硬化性組成物をバーコーターNo.13を用いて、厚さ188μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムに塗布した後、60℃の乾燥機に5分間入れて溶剤を揮発させた。次に、乾燥した塗膜に紫外線硬化装置(窒素雰囲気下、高圧水銀灯、紫外線照射量2kJ/m)で紫外線(UV)を照射して硬化させ、実施例5〜8及び比較例3〜4として塗工フィルムを作製した。また、何も添加せずに活性エネルギー線硬化性組成物のベース樹脂組成物のみについても同様に塗工フィルムを作製して比較例5とした。
[防汚性の評価]
上記で得られた塗工フィルムの塗工表面の防汚性を、下記の水及びn−ドデカンの接触角、汚れ付着防止性及び汚れ拭き取り繰り返し回数から評価した。
[水及びn−ドデカンの接触角の測定]
塗工フィルムの塗工表面について、接触角測定装置(協和界面科学株式会社製「MODEL CA−W150」)を用いて、水及びn−ドデカンの接触角を測定した。
[汚れ付着防止性の評価]
塗工フィルムの塗工表面に、フェルトペン(寺西化学工業株式会社製「マジックインキ大型黒色」又は「マジックインキ大型青色」)で線を描き、その黒色インク又は青色インクの付着状態を目視で観察することで汚れ付着防止性の評価を行った。なお、評価基準は下記の通りである。
AA:防汚性が最も良好で、インクが玉状にはじくもの。
A:インクが玉状にはじかず、線状のはじきが生じるもの(線幅がフェルトペンのペン先の幅の50%未満)。
B:インクの線状のはじきが生じ、線幅がフェルトペンのペン先の幅の50%以上100%未満であったもの。
C:インクがまったくはじかずに表面にきれいに描けてしまうもの。
[汚れ拭き取り除去回数の測定]
上記の汚れ付着防止性の試験後、付着した黒色インクを荷重1kgにてティッシュペーパーですべて拭き取った後、再度塗工フィルムの塗工表面の同じ場所にフェルトペンで線を描き、付着したインクをティッシュペーパーですべて拭き取ることを繰り返し行い、インクが塗膜表面ではじかなくなるまでに付着したインクをティッシュペーパーで拭き取った回数を汚れ拭き取り除去回数として測定した。
[汚れ拭き取り性の評価]
上記で測定した汚れ拭き取り除去回数の結果から、汚れ拭き取り性を下記の基準にて評価した。
A:5回以上のインクの拭き取り除去ができたもの。
B:5回未満のインクの拭き取り除去ができたもの。
C:1回もインクの拭き取り除去できなかったもの。
[アルカリ処理後の防汚性の評価]
上記で得られた塗工フィルムを70℃の強アルカリ水溶液(2mol/lの水酸化カリウム水溶液)に1分間浸漬処理した後、純水で洗浄し、100℃で3分乾燥させた後、室温で放冷した塗工フィルムについても、上記と同様の方法で塗工表面に対する水及びn−ドデカンの接触角、汚れ付着防止性を評価した。
上記の評価結果を表2に示す。
Figure 0004873107
実施例1〜4で得られた本発明の含フッ素硬化性樹脂(1)〜(4)を添加した実施例5〜8の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化塗膜は、水及びn−ドデカンの接触角が高く、アルカリ処理後でもその接触角が大きく低下しないことがわかった。また、フェルトペンのインクによる汚れ付着防止性は黒色インクでも青色インクでも高く、アルカリ処理後でも汚れ付着防止性の低下も抑制されることから、どんな汚れに対しても高い汚れ付着防止性を有し、アルカリ等の薬品に接触しても安定した防汚性能を有することがわかった。さらに、汚れ拭き取り性も高く、特に実施例6のものは、20回を超える汚れ拭き取り除去回数となり、非常に優れた汚れ拭き取り性を有することがわかった。
一方、比較例1で製造したポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖の代わりにパーフルオロアルキル基を導入した含フッ素硬化性樹脂(5)を用いた比較例3は、水の接触角が100°未満で撥水性能が不十分であることがわかった。また、汚れ付着防止性については、青色インクに対しては良好であったが、黒色インクに対しては、アルカリ処理後に大きく汚れ付着防止性が低下する問題があることがわかった。さらに、汚れ拭き取り性が低く、繰り返し汚れを拭き取ることが困難であることがわかった。
比較例2で製造したポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖の両末端にアクリロイル基を有する化合物を原料とした含フッ素硬化性樹脂(6)を用いた比較例4は、水及びn−ドデカンの接触角が高いが、アルカリ処理後にその接触角が大きく低下する問題があることがわかった。また、汚れ付着防止性については、青色インクに対しては良好であったが、黒色インクに対しては、アルカリ処理後に大きく汚れ付着防止性が低下することがわかった。
添加剤を加えなかった比較例5は、水及びn−ドデカンの接触角が低く、汚れ付着防止性及び汚れ拭き取り性に劣っていることがわかった。

Claims (4)

  1. ポリ(パーフルオロアルキレンエーテル)鎖とその両末端にスチリル基を有する化合物(A)と、水酸基、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸無水物基及びカルボン酸ハライド基からなる群から選ばれる少なくとも1つの官能基(b)を有する重合性不飽和単量体(B)とを必須の単量体成分として共重合させて得られる重合体(P)に、前記官能基(b)に対して反応性を有し、かつ水酸基、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸無水物基及びカルボン酸ハライド基からなる群から選ばれる少なくとも1つの官能基(c)及び重合性不飽和基を有する化合物(C)を反応させて得られるものであることを特徴とする含フッ素硬化性樹脂。
  2. 請求項1記載の含フッ素硬化性樹脂、及び、活性エネルギー線硬化性樹脂(D)又は活性エネルギー線硬化性単量体(E)を含有することを特徴とする活性エネルギー線硬化性組成物。
  3. 請求項1記載の含フッ素硬化性樹脂又は請求項2記載の活性エネルギー線硬化性組成物を、基材に塗布し、活性エネルギー線を照射して硬化させてなることを特徴とする硬化物。
  4. 請求項1記載の含フッ素硬化性樹脂又は請求項2記載の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化塗膜を有することを特徴とする物品。
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