JP5335559B2 - 硬化性ポリウレタン樹脂組成物および硬化物 - Google Patents

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Description

本発明は、硬化性ポリウレタン樹脂組成物および硬化物、詳しくは、活性エネルギー線の照射により硬化する硬化性ポリウレタン樹脂組成物およびその硬化物に関する。
ウレタンアクリレート樹脂組成物は、各種工業製品のコーティング材など、幅広い分野で用いられている。
そのようなウレタンアクリレート樹脂組成物として、例えば、ジオール化合物と有機ジイソシアナート化合物とを反応させ、次いで、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを反応させることにより得られる不飽和基含有ウレタンオリゴマーが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1では、不飽和基含有ウレタンオリゴマーを、光重合開始剤の存在下、活性エネルギー線を照射して、架橋および重合させることにより硬化物を得ている。
特開2006−273895号公報
しかるに、ウレタンアクリレート樹脂組成物には、より一層優れた硬度、さらには、優れた強度、密着性および耐溶剤性が求められる。
本発明の目的は、硬度、強度、密着性および耐溶剤性に優れる、硬化性ポリウレタン樹脂組成物および硬化物を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物は、少なくとも、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含むポリイソシアネートと、ポリオールと、エチレン性不飽和基およびヒドロキシル基を含有するヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させることにより得られ、および/または、少なくとも、前記ポリイソシアネートと、前記ヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させることにより得られ、分子末端がエチレン性不飽和基を含むウレタン樹脂を含有することを特徴としている。
また、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物では、前記ウレタン樹脂は、まず、前記ポリイソシアネートと、前記ポリオールとを、前記ポリイソシアネートのイソシアネート基が前記ポリオールのヒドロキシル基に対して過剰となるように反応させて、イソシアネート基末端プレポリマーを含むプレポリマー組成物を調製し、次いで、前記プレポリマー組成物と、前記ヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させることにより得られ、前記プレポリマー組成物中の前記ポリイソシアネート濃度が、10質量%以下であることが好適である。
また、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物では、前記プレポリマー組成物が、有機溶媒溶液として調製されていることが好適である。
また、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物では、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、トランス−1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを80モル%以上含んでいることが好適である。
また、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物では、前記ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニルフェニル基、プロペニルエーテル基、アリルエーテル基およびビニルエーテル基から選択される少なくとも1種のエチレン性不飽和基含有基を含んでいることが好適である。
また、本発明の硬化物は、上記した硬化性ポリウレタン樹脂組成物を、活性エネルギー線の照射により、硬化させることにより得られることを特徴としている。
本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物によれば、硬度、強度、密着性および耐溶剤性に優れる、本発明の硬化物を得ることができる。
本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物は、分子末端がエチレン性不飽和基を含むウレタン樹脂を含有している。
本発明において、ウレタン樹脂は、少なくとも、ポリイソシアネートと、ポリオールと、エチレン性不飽和基およびヒドロキシル基を含有するヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させる、および/または、少なくとも、ポリイソシアネートと、ヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させることにより、得ることができる。
ポリイソシアネートは、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(1,4−水添キシリレンジイソシアネート、1,4−HXDI)を必須成分として含んでいる。
1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、シス−1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(以下、シス1,4体とする。)、および、トランス−1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(以下、トランス1,4体とする。)の幾何異性体を含有する。
1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、トランス1,4体を、例えば、50モル%以上、好ましくは、70モル%以上、さらに好ましくは、80モル%以上、とりわけ好ましくは、85モル%以上含有する。
上記1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、トランス体を50モル%以上(好ましくは、70モル%以上、さらに好ましくは、80モル%以上、とりわけ好ましくは、85モル%以上)含有する1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンを原料として、例えば、特開平7−309827号公報に記載されるホスゲン法(冷熱2段法(直接法)や造塩法)、あるいは、特開2004−244349号公報や特開2003−212835号公報などに記載されるノンホスゲン法などにより、製造することができる。
トランス1,4体の含有率が上記範囲内にあれば、得られる硬化物の硬度、強度、密着性および耐溶剤性をより一層向上させることができる。
また、ポリイソシアネートは、他のポリイソシアネートを任意成分としてさらに含むことができる。
他のポリイソシアネートは、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと任意的に併用され、例えば、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを除く脂環族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネートなどが挙げられる。
脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、4,4′−、2,4′−または2,2′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートもしくはその混合物(H12MDI)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(1,3−水添キシリレンジイソシアネート、1,3−HXDI)、2,5−または2,6−ビス(イソシアナトメチル)ノルボルナンもしくはその混合物(NBDI)、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環族ジイソシアネートが挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、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(HDI)、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート(TMDI)、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2−、2,3−または1,3−ブチレンジイソシアネート、2,4,4−または2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−または1,4−キシリレンジイソシアネートもしくはその混合物(XDI)、1,3−または1,4−テトラメチルキシリレンジイソシアネートもしくはその混合物(TMXDI)、ω,ω′−ジイソシアナト−1,4−ジエチルベンゼンなどの芳香脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、4,4′−、2,4′−または2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネートもしくはその混合物(MDI)、2,4−または2,6−トリレンジイソシアネートもしくはその混合物(TDI)、3,3′−ジメトキシビフェニル−4,4′−ジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、m−またはp−フェニレンジイソシアネートもしくはその混合物、4,4′−ジフェニルジイソシアネート、4,4′−ジフェニルエーテルジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネートが挙げられる。
また、他のポリイソシアネートとしては、上記したポリイソシアネート(1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含む。以下同様)の多量体(例えば、二量体、三量体など)や、例えば、上記したポリイソシアネートあるいは多量体と、水との反応により生成するビウレット変性体、アルコールまたは低分子量ポリオール(後述)との反応により生成するアロファネート変性体、または、炭酸ガスとの反応により生成するオキサジアジントリオン変性体などの、ポリイソシアネートの誘導体が挙げられる。
他のポリイソシアネートは、単独使用または2種類以上併用することができる。
他のポリイソシアネートとして、好ましくは、脂環族ポリイソシアネート、さらに好ましくは、脂環族ジイソシアネート、とりわけ好ましくは、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネートが挙げられる。
他のポリイソシアネートの配合割合は、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン100質量部に対して、例えば、40質量部以下、好ましくは、20質量部以下、さらに好ましくは、10質量部以下である。
ポリオールとしては、例えば、低分子量ポリオールおよび高分子量ポリオールが挙げられる。
低分子量ポリオールは、ヒドロキシル基を2つ以上有する数平均分子量40以上400未満の化合物であって、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,6−ジメチル−1−オクテン−3,8−ジオール、アルカン(炭素数7〜22)ジオール、シクロヘキサンジメタノール、水素化ビスフェノールA、1,4−ジヒドロキシ−2−ブテン、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、キシレングリコール、ビスヒドロキシエチレンテレフタレート、ビスフェノールA、ジエチレングリコール、トリオキシエチレングリコール、テトラオキシエチレングリコール、ペンタオキシエチレングリコール、ヘキサオキシエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリオキシプロピレングリコール、テトラオキシプロピレングリコール、ペンタオキシプロピレングリコール、ヘキサオキシプロピレングリコールなどの2価アルコール、例えば、グリセリン、2−メチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジヒドロキシ−3−ヒドロキシメチルペンタン、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−3−ブタノールおよびその他の脂肪族トリオール(炭素数8〜24)などの3価アルコール、例えば、テトラメチロールメタン(ペンタエリスリトール)、ジグリセリンなどの4価アルコール、例えば、キシリトールなどの5価アルコール、例えば、ソルビトール、マンニトール、アリトール、イジトール、ダルシトール、アルトリトール、イノシトール、ジペンタエリスリトールなどの6価アルコール、例えば、ペルセイトールなどの7価アルコール、例えば、ショ糖などの8価アルコールなどが挙げられる。
低分子量ポリオールとして、好ましくは、3価アルコール、さらに好ましくは、トリメチロールプロパンが挙げられる。
高分子量ポリオールは、ヒドロキシル基を2つ以上有する数平均分子量400以上の化合物であって、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリウレタンポリオール、エポキシポリオール、植物油ポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、ビニルモノマー変性ポリオールなどが挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。
ポリプロピレングリコールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオール、または、芳香族ポリアミンもしくは脂肪族ポリアミンを開始剤とする、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドの付加重合物(2種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体を含む)が挙げられる。
芳香族ポリアミンとしては、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジアミン、トリレンジアミンなどが挙げられる。
脂肪族ポリアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、1,4−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、ヒドラジン(水和物を含む)、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、1,2−ジアミノエタン、1,2−ジアミノプロパン、1,3−ジアミノペンタンなどが挙げられる。
ポリテトラメチレンエーテルグリコールとしては、例えば、テトラヒドロフランのカチオン重合により得られる開環重合物や、テトラヒドロフランの重合単位に上記した2価アルコールを共重合した非晶性ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオール(好ましくは、2価アルコール)と多塩基酸とを、公知の条件下、反応させて得られる重縮合物が挙げられる。
多塩基酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、1,1−ジメチル−1,3−ジカルボキシプロパン、3−メチル−3−エチルグルタール酸、アゼライン酸、セバシン酸、その他の飽和脂肪族ジカルボン酸(炭素数11〜13)、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、その他の不飽和脂肪族ジカルボン酸、例えば、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、その他の芳香族ジカルボン酸、例えば、ヘキサヒドロフタル酸、その他の脂環族ジカルボン酸、例えば、ダイマー酸、水添ダイマー酸、ヘット酸などのその他のカルボン酸、および、それらカルボン酸から誘導される酸無水物、例えば、無水シュウ酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水2−アルキル(C12〜C18)コハク酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水トリメリット酸、さらには、それらのカルボン酸などから誘導される酸ハライド、例えば、シュウ酸ジクロライド、アジピン酸ジクロライド、セバシン酸ジクロライドなどが挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオールと、ヒドロキシル基含有植物油脂肪酸(例えば、リシノレイン酸を含有するひまし油脂肪酸、12−ヒドロキシステアリン酸を含有する水添ひまし油脂肪酸など)などのヒドロキシカルボン酸とを、公知の条件下、縮合反応させて得られる植物油系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオール(好ましくは、2価アルコール)を開始剤として、例えば、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類を開環重合して得られる、ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオール、さらには、それらに上記した2価アルコールを共重合したラクトン系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオール(好ましくは、2価アルコール)を開始剤とするエチレンカーボネートの開環重合物や、例えば、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオールや1,6−ヘキサンジオールなどの2価アルコールと、開環重合物とを共重合した非晶性ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。
ポリウレタンポリオールは、上記により得られたポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールおよび/またはポリカーボネートポリオールを、イソシアネート基に対するヒドロキシル基の当量比(OH/NCO)が1を超過する割合で、上記したポリイソシアネートと反応させることによって、ポリエステルポリウレタンポリオール、ポリエーテルポリウレタンポリオール、ポリカーボネートポリウレタンポリオール、あるいは、ポリエステルポリエーテルポリウレタンポリオールなどとして得ることができる。
エポキシポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールと、例えば、エピクロルヒドリン、β−メチルエピクロルヒドリンなどの多官能ハロヒドリンとの反応により得られるエポキシポリオールが挙げられる。
植物油ポリオールとしては、例えば、ひまし油、やし油などのヒドロキシル基含有植物油などが挙げられる。例えば、ひまし油ポリオール、またはひまし油ポリオールとポリプロピレンポリオールとの反応により得られるエステル変性ひまし油ポリオールなどが挙げられる。
ポリオレフィンポリオールとしては、例えば、ポリブタジエンポリオール、部分ケン価エチレン−酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。
アクリルポリオールとしては、例えば、ヒドロキシル基含有アクリレートと、ヒドロキシル基含有アクリレートと共重合可能な共重合性ビニルモノマーとを、共重合させることによって得られる共重合体が挙げられる。
ヒドロキシル基含有アクリレートとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2,2−ジヒドロキシメチルブチル(メタ)アクリレート、ポリヒドロキシアルキルマレエート、ポリヒドロキシアルキルフマレートなどが挙げられる。
なお、(メタ)アクリル酸エステル((メタ)アクリレート)は、アクリル酸エステル(アクリレート)および/またはメタアクリル酸エステル(メタクリレート)として定義される。
共重合性ビニルモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、s−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルアクリレートなどの(シクロ)アルキル(メタ)アクリレート(炭素数1〜12)、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル、例えば、(メタ)アクリロニトリルなどのシアン化ビニル、例えば、(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸などのカルボキシル基を含むビニルモノマー、または、そのアルキルエステル、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、オリゴエチレングリコールジ(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、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートなどのアルカンポリオールポリ(メタ)アクリレート、例えば、3−(2−イソシアネート−2−プロピル)−α−メチルスチレンなどのイソシアネート基を含むビニルモノマーなどが挙げられる。
そして、アクリルポリオールは、これらヒドロキシル基含有アクリレート、および、共重合性ビニルモノマーを、適当な溶剤および重合開始剤の存在下において共重合させることにより得ることができる。
また、アクリルポリオールには、例えば、シリコーンポリオールやフッ素ポリオールが含まれる。
シリコーンポリオールとしては、例えば、上記したアクリルポリオールの共重合において、共重合性ビニルモノマーとして、例えば、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのビニル基を含むシリコーン化合物が配合されたアクリルポリオールが挙げられる。
フッ素ポリオールとしては、例えば、上記したアクリルポリオールの共重合において、共重合性ビニルモノマーとして、例えば、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンなどのビニル基を含むフッ素化合物が配合されたアクリルポリオールが挙げられる。
ビニルモノマー変性ポリオールは、上記した高分子量ポリオールと、ビニルモノマーとの反応により得ることができる。
また、ビニルモノマーとしては、例えば、上記した(シクロ)アルキル(メタ)アクリレート、シアン化ビニルまたはシアン化ビニリデンなどが挙げられる。これらビニルモノマーは、単独使用または2種類以上併用することができる。
そして、ビニルモノマー変性ポリオールは、これら高分子量ポリオール、および、ビニルモノマーを、例えば、ラジカル重合開始剤(例えば、過硫酸塩、有機過酸化物、アゾ系化合物など)の存在下などにおいて反応させることにより得ることができる。
高分子量ポリオールとして、好ましくは、ポリエーテルポリオール、さらに好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが挙げられる。
これらポリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
ポリオールを単独使用する場合には、好ましくは、低分子量ポリオール、さらに好ましくは、3価アルコールが挙げられる。
ポリオールを2種類以上併用する場合には、好ましくは、高分子量ポリオールおよび低分子量ポリオールの組合せ、さらに好ましくは、ポリエーテルポリオールおよび3価アルコールの組合せが挙げられる。
ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、分子内に、1つ以上のエチレン性不飽和基、および、1つ以上のヒドロキシル基を併有している。
より具体的には、ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニルフェニル基、プロペニルエーテル基、アリルエーテル基およびビニルエーテル基から選択される少なくとも1種のエチレン性不飽和基含有基を1つ以上と、ヒドロキシル基を1つ以上とを、併有している。
エチレン性不飽和基含有基として、好ましくは、アクリロイル基および/またはメタクリロイル基、さらに好ましくは、アクリロイル基が挙げられる。
ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、エチレン性不飽和基含有基がアクリロイル基および/またはメタクリロイル基である場合、例えば、ヒドロキシル基含有(メタ)アクリレートが挙げられる。
ヒドロキシル基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、1分子中に、ヒドロキシル基を1つ有し、アクリロイル基またはメタクリロイル基を1つ有するモノヒドロキシルモノ(メタ)アクリレート、例えば、1分子中に、ヒドロキシル基を複数有し、アクリロイル基またはメタクリロイル基を1つ有するポリヒドロキシルモノ(メタ)アクリレート、例えば、1分子中に、ヒドロキシル基を1つ有し、アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を複数有するモノヒドロキシルポリ(メタ)アクリレート、例えば、1分子中に、ヒドロキシル基を複数有し、アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を複数有するポリヒドロキシルポリ(メタ)アクリレートが挙げられる。
モノヒドロキシルモノ(メタ)アクリレートとしては、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、4−ヒドロキシブチル(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、2−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシシクロヘキシル(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、2−ヒドロキシ−3−フェニルオキシプロピル(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ル酸、2−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリロイルフォスフェート、ペンタンジオールモノ(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、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)アクリレートなどが挙げられる。
ポリヒドロキシルモノ(メタ)アクリレートとしては、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールモノ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
モノヒドロキシルポリ(メタ)アクリレートとしては、例えば、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、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ペンタ(メタ)アクリレートが挙げられる。
ポリヒドロキシルポリ(メタ)アクリレートとしては、例えば、ペンタエリスリトールジ(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)アクリレートなどが挙げられる。
ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、エチレン性不飽和基含有基がビニルフェニル基である場合、例えば、4−ビニルフェノール、2−ヒドロキシエチル−4−ビニルフェニルエーテル、(2−ヒドロキシプロピル)−4−ビニルフェニルエーテル、(2,3−ジヒドロキシプロピル)−4−ビニルフェニルエーテル、4−(2−ヒドロキシエチル)スチレンなどが挙げられる。
ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、エチレン性不飽和基含有基がプロペニルエーテル基である場合、例えば、プロペニルアルコール、2−ヒドロキシエチルプロペニルエーテル、2,3−ジヒドロキシプロピルプロネニルエーテルなどが挙げられる。
ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、エチレン性不飽和基含有基がアリルエーテル基である場合、例えば、アリルアルコール、2−ヒドロキシエチルアリルエーテル、2−ヒドロキシプロピルアリルアルコールなどが挙げられる。
ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、エチレン性不飽和基含有基がビニルエーテル基である場合、例えば、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、2−ヒドロキシプロピルビニルエーテルなどが挙げられる。
これらヒドロキシル基含有不飽和化合物は、単独使用または2種類以上併用することができる。
これらヒドロキシル基含有不飽和化合物のうち、好ましくは、ヒドロキシル基含有(メタ)アクリレート、さらに好ましくは、モノヒドロキシルモノ(メタ)アクリレートが挙げられる。
なお、ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、後述する光重合性化合物(より具体的には、ヒドロキシル基を含有しないポリ(メタ)アクリレート)と、併用することもできる。その場合には、好ましくは、ヒドロキシル基含有不飽和化合物としてペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートと、光重合性化合物としてペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレートもしくはジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートとを、併用する。
そして、本発明のウレタン樹脂は、ポリイソシアネートと、ポリオールと、ヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させることにより、ポリオール変性不飽和基含有ウレタン樹脂として得ることができる。
各成分の配合割合は、各成分の総量100質量部に対して、ポリイソシアネートが、例えば、10〜80質量部、好ましくは、10〜70質量部であり、ポリオールが、例えば、5〜80質量部、好ましくは、5〜60質量部であり、ヒドロキシル基含有不飽和化合物が、例えば、10〜80質量部、好ましくは、20〜80質量部である。
ポリイソシアネートおよびヒドロキシル基含有不飽和化合物の配合割合は、得られるウレタン樹脂の架橋密度などを考慮して決定される。また、ポリオールの配合割合は、得られるウレタン樹脂を含む硬化性ポリウレタン樹脂組成物の硬化後の硬度などを考慮して決定される。
ウレタン樹脂を製造するには、特に制限されず、上記各成分を上記配合割合で反応させればよく、例えば、各成分を一括で仕込んで反応させてもよく、あるいは、各成分を多段で仕込んで反応させることもできる。好ましくは、各成分を多段で仕込んで反応させる。
詳しくは、まず、ポリイソシアネートと、ポリオールとを、ポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)がポリオールのヒドロキシル基(OH)に対して過剰となるように反応させることにより、イソシアネート基末端プレポリマーを含むプレポリマー組成物を得る。
具体的には、ポリイソシアネートの、ポリオールに対する当量比(NCO/OH)が、例えば、3〜20、好ましくは、3〜10、さらに好ましくは、4〜8の割合となるように、ポリイソシアネートとポリオールとを反応させる。
このように反応させることにより、プレポリマー組成物は、イソシアネート基末端プレポリマーと、未反応のポリイソシアネートとの混合物として、得ることができる。
反応温度は、例えば、40〜120℃、好ましくは、50〜100℃、さらに好ましくは、60〜90℃であり、反応時間は、例えば、0.5〜10時間、好ましくは、1〜5時間である。詳しくは、反応系において、所望のイソシアネート基濃度(例えば、1〜40質量%)となった時点で反応を終了する。また、反応は、好ましくは、窒素雰囲気下で実施する。
また、上記の反応においては、必要に応じて、公知の反応溶媒や、例えば、アミン系、錫系、鉛系などの公知のウレタン化触媒を適宜の割合で添加することができる。
反応終了後におけるプレポリマー組成物中の未反応のポリイソシアネート(残存モノマー)濃度は、固形分(不揮発分、イソシアネート基末端プレポリマーおよびポリイソシアネートの総量)に対して、通常、1〜2000質量%、さらには、2〜1000質量%である。なお、未反応のポリイソシアネート濃度は、後述する実施例の測定方法(2)にて詳述する。
次いで、必要により、プレポリマー組成物における未反応のポリイソシアネートを除去する。
未反応のポリイソシアネートを除去する方法としては、例えば、薄膜蒸留法などの蒸留法や、例えば、液−液抽出法などの抽出法などが挙げられる。ポリイソシアネートを効率的に除去する観点から、好ましくは、抽出法、さらに好ましくは、液−液抽出法が挙げられる。
薄膜蒸留法では、例えば、未反応のポリイソシアネートが混入されたプレポリマー組成物を、真空度(減圧度)0.02〜0.2kPa、100〜200℃の温度条件下において、公知の薄膜蒸留法により蒸留する。
液−液抽出法では、未反応のポリイソシアネートが混入されたプレポリマー組成物に、抽出溶剤を接触させる。これにより、プレポリマー組成物中の、未反応のポリイソシアネートを分離する。
抽出溶剤としては、イソシアネート基に対して不活性であり、ポリイソシアネートを分離できる溶剤であれば、特に制限されないが、好ましくは、複数種類の溶剤が混合された混合抽出溶剤が挙げられる。
混合抽出溶剤として、より具体的には、例えば、溶解度パラメータ(POLYMER HANDBOOK(第4版 編者:J.BRANDRUP,E.H.IMMERGUT,and E.A.GRULKE 出版社:John Wiley & Sons,Inc. 出版年:1999)のPVII−688〜VII−694 Table7参照。以下同様)が6〜8の有機溶剤(以下、第1有機溶剤と称する)と、溶解度パラメータが8.5〜12の有機溶剤(以下、第2有機溶剤と称する)とが混合された混合抽出溶剤が、挙げられる。
第1有機溶剤としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどが挙げられる。
これら第1有機溶剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
第1有機溶剤として、好ましくは、ヘキサンが挙げられる。
第2有機溶剤としては、例えば、アセトン、アセトニトリル、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、クロロホルム、メチルセルソルブアセテートなどが挙げられる。
これら第2有機溶剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
第2有機溶剤として、好ましくは、酢酸エチルが挙げられる。
混合抽出溶剤は、第1有機溶剤と第2有機溶剤とが公知の方法により混合、攪拌されることによって、調製される。
混合抽出溶剤における、各成分の配合割合は、混合抽出溶剤100質量部に対して、第1有機溶剤が、例えば、50〜95質量部、好ましくは、70〜95質量部であって、第2有機溶剤が、例えば、5〜50質量部、好ましくは、5〜30質量部である。
なお、未反応のポリイソシアネートが混入されたプレポリマー組成物の粘度が低い場合などには、抽出溶剤として、第1有機溶剤のみを用いることもできる。
そして、液−液抽出法では、プレポリマー組成物と抽出溶剤とを混合、攪拌することにより、プレポリマー組成物中の未反応のポリイソシアネートを、抽出溶剤へと液−液抽出する。
液−液抽出におけるプレポリマー組成物(混入される未反応のポリイソシアネートを含む)と抽出溶剤との配合割合は、プレポリマー組成物100質量部に対して、抽出溶剤が、例えば、50〜300質量部、好ましくは、50〜200質量部、さらに好ましくは、70〜150質量部である。
また、液−液抽出では、プレポリマー組成物と抽出溶剤とを、例えば、常圧(大気圧)下、例えば、30〜90℃、好ましくは、40〜80℃、さらに好ましくは、45〜70℃において、例えば、2〜60分間、好ましくは、5〜40分間、さらに好ましくは、5〜30分間混合する。
これにより、未反応のポリイソシアネートを、抽出溶剤中へと抽出する。
次いで、この方法では、プレポリマー組成物と抽出溶剤との混合物を、例えば、2〜60分間静置し、その後、抽出溶剤(未反応のポリイソシアネートが抽出された抽出溶剤)を、公知の方法により除去する。
なお、1回の液−液抽出により未反応のポリイソシアネートを十分に除去できない場合には、複数回(例えば、2〜20回)繰り返し液−液抽出することもできる。
また、液−液抽出法では、例えば、抽出塔などを用いて、未反応のポリイソシアネートを、連続的に抽出することもできる。このような抽出塔としては、例えば、塔内部に棚板が数十段組み込まれた抽出塔や、棚板が回転円盤型の抽出塔などが挙げられる。
また、液−液抽出により、抽出溶剤が、プレポリマー組成物中に混入する場合には、好ましくは、抽出溶剤を、プレポリマー組成物中から除去する。
抽出溶剤をプレポリマー組成物中から除去する方法としては、抽出溶剤の種類などにもよるが、例えば、減圧下において、例えば、40〜120℃に加熱する。これにより、溶剤を揮発させ、プレポリマー組成物中から除去することができる。
これにより、プレポリマー組成物に混入される未反応のポリイソシアネートを除去し、プレポリマー組成物におけるポリイソシアネート濃度を所定濃度(後述)に低減することができる。
上記した未反応のポリイソシアネートの除去によって低減された(残存する)未反応のポリイソシアネート濃度は、プレポリマー組成物の固形分に対して、例えば、10質量%以下、好ましくは、7質量%以下、さらに好ましくは、3質量%以下、とりわけ好ましくは、1質量%以下である。
プレポリマー組成物中の未反応のポリイソシアネート濃度を上記範囲内に低減することにより、得られる硬化物の硬度、強度、密着性および耐溶剤性をより一層向上させることができる。
なお、プレポリマー組成物中のイソシアネート基濃度は、プレポリマー組成物中の固形分に対して、例えば、1〜35質量%、好ましくは、2〜25質量%である。なお、プレポリマー組成物中のイソシアネート基濃度は、後述する実施例の測定方法(1)にて詳述する。
また、プレポリマー組成物は、イソシアネート基末端プレポリマーが有機溶媒に溶解または分散された有機溶媒溶液として調製することができる。
イソシアネート基末端プレポリマーを有機溶媒に溶解または分散させるには、例えば、ポリイソシアネートおよびポリオールの反応後における、イソシアネート基末端プレポリマーを含む混合物に、それらを攪拌しながら、有機溶媒を配合する。
有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、例えば、テトラヒドロフランなどのエーテル類、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸アルキルエステル類、例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテートなどのセロソルブアセテート類、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などのカルビトールアセテート類、例えば、アセトニトリルなどのニトリル類、例えば、n−ヘキサンなどの脂肪族炭化水素類、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類などが挙げられる。
これら有機溶媒は、単独使用または2種以上併用することができる。好ましくは、酢酸アルキルエステル類が挙げられる。
有機溶媒は、プレポリマー組成物における固形分濃度が、例えば、20〜90質量%、好ましくは、30〜90質量%となるように配合する。有機溶媒の配合割合が、これより多いと、不経済であり、また、これより少ないと、粘度が高くなり、ハンドリング不良となる場合がある。
次いで、プレポリマー組成物と、ヒドロキシル基含有不飽和化合物とを、反応させる。
詳しくは、イソシアネート基末端プレポリマーおよび未反応のポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)の、ヒドロキシル基含有不飽和化合物のヒドロキシル基(OH)に対する当量比(NCO/OH)が、例えば、0.7〜1.3、好ましくは、0.8〜1.2、さらに好ましくは、0.9〜1.1となるように、イソシアネート基末端プレポリマーおよび未反応のポリイソシアネートと、ヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させる。
このように反応させることにより、例えば、ウレタン樹脂を、イソシアネート基末端プレポリマーおよびヒドロキシル基含有不飽和化合物からなる主生成物と、ポリイソシアネートおよびヒドロキシル基含有不飽和化合物からなる副生成物との混合物として得る。
上記反応において、好ましくは、主生成物と副生成物とのモル比が、例えば、1:0.001〜1:0.5、好ましくは、1:0.001〜1:0.2となるように、各成分の配合割合を調整する。
反応温度は、例えば、40〜100℃、好ましくは、60〜80℃である。反応時間は、例えば、0.5〜10時間である。また、反応は、好ましくは、乾燥窒素雰囲気下または乾燥空気雰囲気下で実施する。
また、上記の反応においては、必要に応じて、上記した反応溶媒やウレタン化触媒を適宜の割合で添加することができる。
また、上記のプレポリマー組成物およびヒドロキシル基含有不飽和化合物の反応においては、ヒドロキシル基含有不飽和化合物の重合(自己重合)を防止するため、重合禁止剤を、反応系に対して10〜10000ppm、好ましくは、50〜5000ppm配合することもできる。
重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、メトキシフェノール、メチルハイドロキノン、2−ターシャリーブチルハイドロキノン、p−ベンゾキノン、ターシャリーブチルp−ベンゾキノン、フェノチアジンなどが挙げられる。
また、上記の反応において、例えば、モノオールを添加することもできる。モノオールは、プレポリマー組成物およびヒドロキシル基含有不飽和化合物の反応終了後、反応系に配合する。
モノオールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、2−エチルヘキシルアルコール、その他のアルカノール(C5〜38)および脂肪族不飽和アルコール(9〜24)、アルケニルアルコール、2−プロペン−1−オール、アルカジエノール(C6〜8)、3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン−3−オールなどが挙げられる。
モノオールは、そのヒドロキシル基が、未反応のイソシアネート基に対して等量または1を超過する割合、より具体的には、例えば、1〜2、好ましくは、1.05〜1.5となる割合で、配合する。
モノオールを配合することにより、反応系において所定濃度で残存する未反応のイソシアネート基を消失させることができる。
これにより、分子末端がエチレン性不飽和基を含むウレタン樹脂を含有する、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物を得ることができる。
プレポリマー組成物が有機溶媒溶液として調製されたときには、ウレタン樹脂が有機溶媒に溶解または分散された有機溶媒溶液(溶媒系硬化性ポリウレタン樹脂組成物)として、硬化性ポリウレタン樹脂組成物は調製される。
あるいは、プレポリマー組成物が有機溶媒を含まない無溶媒タイプとして調製されたときには、ウレタン樹脂を含む無溶媒タイプ(無溶媒系硬化性ポリウレタン樹脂組成物)として、硬化性ポリウレタン樹脂組成物は調製される。
また、本発明のウレタン樹脂は、ポリイソシアネートと、ヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させることにより、ポリオール未変性不飽和基含有ウレタン樹脂として得ることもできる。
各成分の配合割合は、各成分の総量100質量部に対して、ポリイソシアネートが、例えば、10〜80質量部、好ましくは、10〜70質量部であり、ヒドロキシル基含有不飽和化合物が、例えば、20〜90質量部、好ましくは、30〜90質量部である。
具体的には、ポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)の、ヒドロキシル基含有不飽和化合物のヒドロキシル基(OH)に対する当量比(NCO/OH)が、例えば、0.5〜1.5、好ましくは、0.7〜1.3、さらに好ましくは、0.8〜1.2となるように、ポリイソシアネートとヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させる。
反応条件は、上記したプレポリマー組成物と、ヒドロキシル基含有不飽和化合物との反応における反応条件と同様である。
また、反応系には、必要により、上記した反応溶媒、ウレタン化触媒、重合禁止剤、モノオールを、上記と同様の配合割合で配合することができる。
なお、本発明のウレタン樹脂は、上記したポリオール変性不飽和基含有ウレタン樹脂とポリオール未変性不飽和基含有ウレタン樹脂との混合物として調製することもできる。
また、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物には、その目的および用途により、光重合性化合物、光重合開始剤などを任意的に配合することができる。
光重合性化合物は、活性エネルギー線(後述)の照射により重合する化合物であって、また、硬化性ポリウレタン樹脂組成物の粘度が高い場合に配合される反応性希釈剤でもある。
光重合性化合物としては、例えば、上記したヒドロキシル基含有不飽和化合物で例示したヒドロキシル基含有(メタ)アクリレート;例えば、アクリル酸、メタクリル酸などの(メタ)アクリル酸;例えば、スチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル/芳香族ビニリデン;例えば、(メタ)アクリロニトリルなどのシアン化ビニル/シアン化ビニリデン;例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(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、イソノニル(メタ)アクリレート、ラウロイル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどの炭素数1〜20のアルキル−(メタ)アクリレート;例えば、シクロへキシル(メタ)アクリレートなどのシクロアルキル(メタ)アクリレート;例えば、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、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタンジオールジ(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、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、オリゴエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどのアルカンジオールジ(メタ)アクリレート;例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(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、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートなどのポリ(メタ)アクリレート(ヒドロキシル基を含有しないポリ(メタ)アクリレート);例えば、アリル(メタ)アクリレート、ジアリルマレエート、ジアリルフマレート、ジアリルイタコネートなどの不飽和カルボン酸アリルエステル;例えば、グリシジル(メタ)アクリレート;例えば、ウレタンジ(メタ)アクリレート;例えば、ポリブタジエンジ(メタ)アクリレート;例えば、ポリエステルジ(メタ)アクリレート、ポリエステルトリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
これら光重合性化合物は、単独使用または2種以上併用することができる。好ましくは、ヒドロキシル基含有(メタ)アクリレート、さらに好ましくは、モノヒドロキシルポリ(メタ)アクリレートが挙げられる。
光重合性化合物の配合割合は、ウレタン樹脂(固形分)100質量部に対して、例えば、1000質量部以下、好ましくは、500質量部以下である。
光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン系光重合開始剤、チオキサントン系光重合開始剤、ベンジル、ミヒラーケトン、カンファーキノンなどの分子間水素引き抜き型光重合開始剤、例えば、アセトフェノン系光重合開始剤、ベンゾインエーテル系光重合開始剤、アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤などの分子内結合開裂型光重合開始剤などが挙げられる。
ベンゾフェノン系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−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン、(4−ベンゾイルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド、クロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、メチルベンゾフェノン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノンなどが挙げられる。
チオキサントン系光重合開始剤としては、例えば、2−または4−イソプロピルチオキサントン、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などが挙げられる。
アセトフェノン系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(例えば、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、ダロキュアー1173)、ベンジルジメチルケタール(例えば、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製:イルガキュアー651、BASF社製:ルシリンBDKなど)、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン(例えば、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、イルガキュアー184)、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(例えば、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、イルガキュアー907)、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(例えば、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、イルガキュアー369)、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−〔4−(1−メチルビニル)フェニル〕プロパノンのオリゴマー(例えば、ランベルチ社製、エサキュアーKIP)などが挙げられる。
ベンゾインエーテル系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などが挙げられる。
アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤としては、例えば、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シド(例えば、BASF社製、ルシリンTPO)、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シド(BAPO)、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、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)エチ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)n−ブチルホスフィンオキシドなどが挙げられる。
また、これら以外にメチルフェニルグリオキシエステル(AKZO社製、バイキュアー55)や3,6−ビス(2−モルホリノイソブチル)−9−ブチルカルバゾール(旭電化社製、A−Cure3)、チタノセン化合物なども挙げることができる。
これら光重合開始剤は、単独使用または2種以上併用することができる。好ましくは、アセトフェノン系光重合開始剤が挙げられる。
また、光重合開始剤の配合割合は、ウレタン樹脂(固形分)100質量部に対して、例えば、50質量部以下、好ましくは、30質量部以下である。
光重合開始剤は、活性エネルギー線として電子線(後述)を使用するときには、多くの場合不要であるが、活性エネルギー線として紫外線(後述)を使用するときには、多くの場合必要である。
また、光重合開始剤は、硬化性ポリウレタン樹脂組成物の塗工前に添加して、完全溶解させておくことが好適である。
さらに、硬化性ポリウレタン樹脂組成物には、光重合開始剤による光重合反応を促進するために、必要に応じて、公知の増感剤や光重合促進剤を、光重合開始剤と併用して配合することもできる。
増感剤としては、例えば、アミン類、尿素類、イオウ化合物、ニトリル類、リン化合物、窒素化合物などが挙げられる。
アミン類としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミンなどの脂肪族アミン類、例えば、アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリンなどの芳香族アミン類、例えば、ピペリジンなどの複素環アミン類、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、アクリロイルモルホリンなどのアミン系(メタ)アクリレート、アミン系ポリエステルアクリレート、アミン系アクリレートオリゴマーなどが挙げられる。
尿素類としては、例えば、アリル系尿素化合物、o−トリルチオ尿素などが挙げられる。
イオウ化合物としては、例えば、ナトリウムジエチルジチオホスフェート、芳香族スルフィン酸の可溶性塩などが挙げられる。
ニトリル類としては、例えば、N,N−ジ置換−p−アミノベンゾニトリル系化合物などが挙げられる。
リン化合物としては、例えば、トリ−n−ブチルホスフィン、ナトリウムジエチルチオホスフェートなどが挙げられる。
窒素化合物としては、N−ニトロソヒドロキシルアミン誘導体、オキサゾリン化合物などが挙げられる。
これら増感剤は、単独使用または2種以上併用することができ、その配合割合は、適宜選択される。
光重合促進剤としては、例えば、ジアルキルアミノ安息香酸またはその誘導体(例えば、4−ジメチルアミノ安息香酸、4−ジメチルアミノ安息香酸エステルなど)、ホスフィン系光重合促進剤(トリフェニルホスフィンなどのアリールホスフィン、トリアルキルホスフィンなどのホスフィン系化合物)などが挙げられる。
光重合促進剤は、単独使用または2種以上併用することができ、その配合割合は、適宜選択される。
さらにまた、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物には、その目的および用途によって、必要に応じて、例えば、消泡剤、レベリング剤、顔料、染料、珪素化合物、ロジン類、シランカップリング剤、酸化防止剤、着色剤、増白剤などの各種の添加剤を、適宜の割合で添加することもできる。
そして、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物は、被着体(被塗物)の表面に塗工して皮膜を形成し、その後、活性エネルギー線を照射する。
活性エネルギー線としては、例えば、紫外線、電子線などが挙げられる。活性エネルギー線の照射量は、例えば、50〜5000mJ/cm、好ましくは、100〜1000mJ/cmである。
また、活性エネルギー線の照射後、必要により、温度が、例えば、10〜150℃、好ましくは、10〜100℃で、相対湿度が、例えば、20〜80%、好ましくは、30〜70%の条件下で、例えば、0.5〜10日間、好ましくは、1〜7日間、静置する。
これにより、硬化性ポリウレタン樹脂組成物からなる皮膜が硬化して、硬化物からなる塗膜を、被着体(被塗物)の表面に形成する。
このようにして形成される塗膜の厚みは、例えば、1〜2000μm、好ましくは、5〜500μmである。
そして、この塗膜は、被着体(被塗物)に対して良好に密着することができるため、塗膜物性の向上を図ることができる。具体的には、硬度、強度、密着性および耐溶剤性に優れている。
そのため、本発明の硬化性ポリウレタン樹脂組成物は、例えば、プラスチックフィルム、プラスチックシート、プラスチックフォーム、メガネレンズ、繊維、合成皮革、金属、木材などの各種工業製品のコーティング材などとして、有用である。
次に、本発明を、製造例、比較製造例、実施例、比較例、調製例および比較調製例に基づいて説明するが、本発明は、それらによって限定されるものではない。なお、以下の説明において、特に言及がない限り、「部」および「%」は質量基準である。
製造例、比較製造例、実施例および比較例で用いた測定方法を、以下に示す。
<測定方法>
(1) プレポリマー組成物中のイソシアネート基濃度(単位:質量%/固形分)の測定方法
プレポリマー組成物中のイソシアネート基濃度は、電位差滴定装置を用いて、JIS K−1556に準拠したn−ジブチルアミン法により測定した。
(2) プレポリマー組成物中の未反応のポリイソシアネート濃度(単位:質量%/固形分)の測定
プレポリマー組成物中の未反応のポリイソシアネート濃度は、高速液体クロマトグラフProminence(吸光度検出器SPD−20A、カラムオーブンCTO−20A、オートサンプラーSIL−20A、送液ユニットLC−20AT、デガッサDGU−20A3(以上、すべて島津製作所社製))を用いて、測定した。測定条件を以下に示す。
・カラム:SHISEIDO SILICA SG−120
(5μm、0.15m×φ0.2mm)
・移動相:n−ヘキサン/メタノール/1,2−ジクロロエタン
=90/5/5(体積比)
・流速:0.2mL/min
・カラム温度:40℃
・注入量:1μL
・検出器(検出条件):225nm(波長)
詳しくは、プレポリマー組成物0.1gを精秤し、ジベンジルアミン10mLと反応させ、1,2−ジクロロエタンを40mL加えた液を上記高速液体クロマトグラフにて測定した。
なお、上記測定前に、同様の手法にて濃度が異なる複数種類のポリイソシアネート(1,4−BICなど)のサンプル(標品)を調製し、検量線を作成しておいた。
得られた測定結果から、検量線を用いて、ポリイソシアネート濃度を算出した。
<1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン1〜3の製造>
製造例1
(1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン1(以下、1,4−BIC1とする)の製造)
13C−NMR測定によるトランス/シス比が85/15の1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱瓦斯化学社製)を原料として、冷熱2段ホスゲン化法を加圧下で実施した。
電磁誘導撹拌機、自動圧力調製弁、温度計、窒素導入ライン、ホスゲン導入ライン、凝縮器、原料フィードポンプを備え付けたジャケット付き加圧反応器に、オルトジクロロベンゼン2500質量部を仕込んだ。次いで、ホスゲン1425質量部をホスゲン導入ラインより加え撹拌を開始した。反応器のジャケットには冷水を通し、内温を約10℃に保った。そこへ、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン400質量部をオルトジクロロベンゼン2500質量部に溶解した溶液を、フィードポンプにて60分かけてフィードし、30℃以下、常圧下で冷ホスゲン化を実施した。フィード終了後、フラスコ内は淡褐白色スラリー状液となった。
次いで、反応器内液を60分で140℃に昇温しながら0.25MPaに加圧し、さらに圧力0.25MPa、反応温度140℃で2時間熱ホスゲン化した。また、熱ホスゲン化の途中でホスゲンを480質量部追加した。熱ホスゲン化の過程でフラスコ内液は淡褐色澄明溶液となった。熱ホスゲン化終了後、100〜140℃で窒素ガスを100L/時で通気し、脱ガスした。
次いで、減圧下で溶媒のオルトジクロルベンゼンを留去した後、ガラス製フラスコに、充填物(住友重機械工業社製、商品名:住友/スルザーラボパッキングEX型)を4エレメント充填した蒸留管、還流比調節タイマーを装着した蒸留塔(柴田科学社製、商品名:蒸留頭K型)および冷却器を装備する精留装置を用いて、138〜143℃、0.7〜1KPaの条件下、さらに還流しながら精留し、1,4−BIC1を382質量部得た。
得られた1,4−BIC1のガスクロマトグラフィー測定による純度は99.9%、APHA測定による色相は5、13C−NMR測定によるトランス/シス比は85/15であった。
製造例2
(1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン2(以下、1,4−BIC2とする)の製造)
13C−NMR測定によるトランス/シス比が41/59の1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(東京化成工業社製)を原料として、製造例1と同様の方法にて388質量部の1,4−BIC2を得た。得られた1,4−BIC2のガスクロマトグラフィー測定による純度は99.9%、APHA測定による色相は5、13C−NMR測定によるトランス/シス比は41/59であった。
製造例3
(1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン3(以下、1,4−BIC3とする)の製造)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例1の1,4−BIC1を704.5質量部、および、製造例2の1,4−BIC2を295.5質量部装入し、窒素雰囲気下、室温にて1時間撹拌して、1,4−BIC3を得た。得られた1,4−BIC3のガスクロマトグラフィー測定による純度は99.9%、APHA測定による色相は5、13C−NMR測定によるトランス/シス比は72/28であった。
<プレポリマー組成物1〜5の調製>
製造例4
(プレポリマー組成物1の製造)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例1の1,4−BIC1を744質量部、トリメチロールプロパンを56.2質量部装入した。窒素雰囲気下、75℃まで昇温し、トリメチロールプロパンが溶解したことを確認した後、イソシアネート基濃度が33.6質量%に達するまで、83℃で反応させた。
その後、この反応液を55℃まで降温した後、n−ヘキサンおよび酢酸エチルの4:1質量比の抽出溶剤を800質量部加え、10分間撹拌した。さらに10分間静置した後、抽出溶剤層を除去した。同抽出操作を4回繰り返した。これにより、未反応のポリイソシアネート(1,4−BIC1)を除去(低減)した。
その後、得られた反応液を、減圧下、温度80℃に加熱して、反応液中に残留する抽出溶剤を除去し、続いて、酢酸エチルを、不揮発分(固形分)が50質量%となるように加えることにより、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを含むプレポリマー組成物1を得た。
このプレポリマー組成物1におけるイソシアネート基濃度は7.3質量%(固形分に対して、14.6質量%)であり、プレポリマー組成物1における未反応のポリイソシアネート(1,4−BIC1)濃度は0.5質量%(固形分に対して1.0質量%)であった。プレポリマー組成物1の組成を、表1に示す。
製造例5
(プレポリマー組成物2の製造)
1,4−BIC1 744質量部に代えて、1,4−BIC3 744質量部を用いた以外は、製造例4と同様の条件および操作にて、ウレタンプレポリマー組成物2を得た。
このプレポリマー組成物2におけるイソシアネート基濃度は7.3質量%(固形分に対して、14.6質量%)であり、プレポリマー組成物2における未反応のポリイソシアネート(1,4−BIC3)濃度は0.5質量%(固形分に対して、1.0質量%)であった。プレポリマー組成物2の組成を、表1に示す。
製造例6
(プレポリマー組成物3の製造)
1,4−BIC1 744質量部に代えて、1,4−BIC1 694質量部および1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン1(以下、1,3−BICとする。商品名:タケネート600、三井化学社製)50質量部を用いた以外は、製造例4と同様の条件および操作にて、プレポリマー組成物3を得た。
このプレポリマー組成物3におけるイソシアネート基濃度は7.4質量%(固形分に対して、14.8質量%)であり、プレポリマー組成物中3における未反応のポリイソシアネート(1,4−BIC1および1,3−BICの混合物)濃度は0.5質量%(固形分に対して、1.0質量%)であった。プレポリマー組成物3の組成を、表1に示す。
製造例7
(プレポリマー組成物4の製造)
液−液抽出法に代えて、薄膜蒸留法を実施した以外は、製造例4と同様の条件および操作にて、プレポリマー組成物4を得た。
薄膜蒸留法では、プレポリマー組成物を、薄膜蒸留装置に、減圧度0.1kPa、温度120℃の条件で通液することによりポリイソシアネートを除去(低減)した。
このプレポリマー組成物4におけるイソシアネート基濃度は8.2質量%(固形分に対して、16.4質量%)であり、プレポリマー組成物4におけるポリイソシアネート(1,4−BIC1)濃度は2.8質量%(固形分に対して5.6質量%)であった。プレポリマー組成物4の組成を、表1に示す。
製造例8
(プレポリマー組成物5の製造)
液−液抽出法に代えて、薄膜蒸留法を実施した以外は、製造例4と同様の条件および操作にて、プレポリマー組成物5を得た。
薄膜蒸留法では、プレポリマー組成物を、薄膜蒸留装置に、減圧度0.2kPa、温度100℃の条件で通液することによりポリイソシアネートを除去(低減)した。
このプレポリマー組成物5におけるイソシアネート基濃度は9.2質量%(固形分に対して、18.4質量%)であり、プレポリマー組成物4におけるポリイソシアネート(1,4−BIC1)濃度は5.7質量%(固形分に対して11.4質量%)であった。プレポリマー組成物5の組成を、表1に示す。
製造例9
(プレポリマー組成物7の製造)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例1の1,4−BIC1を365.6質量部、数平均分子量1000のポリテトラメチレンエーテルグリコール(商品名「PTG−1000」、ポリエーテルポリオール、保土ヶ谷化学工業社製)を282.7質量部、ジブチル錫ジラウレート(ウレタン化触媒、東京化成工業社製)を0.08質量部、装入した。次いで、窒素雰囲気下、80℃まで昇温し、およそ1時間反応させた。その後、トリメチロールプロパンを16.8質量部加え、80℃にてイソシアネート基濃度が17.8質量%に達するまでおよそ2時間反応させた。さらに、反応液を薄膜蒸留装置に、減圧度0.093kPa、温度130℃の条件で通液することによりポリイソシアネートを除去(低減)した。
これにより、イソシアネート基末端プレポリマーを含むプレポリマー組成物7を得た。
このプレポリマー組成物7におけるイソシアネート基濃度は11.2質量%であり、プレポリマー組成物7におけるポリイソシアネート(1,4−BIC1)濃度は8.9質量%であった。プレポリマー組成物7の組成を、表2に示す。
比較製造例1
(プレポリマー組成物6の製造)
1,4−BIC1 744質量部に代えて、1,3−BIC 744質量部を用いた以外は、製造例4と同様の条件および操作にて、プレポリマー組成物6を得た。
このプレポリマー組成物6におけるイソシアネート基濃度は7.4質量%(固形分に対して、14.6質量%)であり、プレポリマー組成物6におけるポリイソシアネート(1,3−BIC)濃度は0.5質量%(固形分に対して、1.0質量%)であった。プレポリマー組成物6の組成を、表1に示す。
比較製造例2
(プレポリマー組成物8の製造)
1,4−BIC1 365.6質量部に代えて、1,3−BIC 365.6質量部を用いた以外は、製造例9と同様の条件および操作にて、プレポリマー組成物8を得た。その組成を表2に示す。
なお、プレポリマー組成物8におけるイソシアネート基濃度は11.2質量%であり、プレポリマー組成物8における未反応のポリイソシアネート(1,3−BIC)濃度は9.1質量%であった。プレポリマー組成物8の組成を、表2に示す。
Figure 0005335559
Figure 0005335559
<ウレタン樹脂A〜Hの調製>
実施例1
(ウレタン樹脂Aの調製)
攪拌機、温度計、還流管、および、乾燥空気導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例4のプレポリマー組成物1を500質量部(固形分として250質量部)装入した。次いで、乾燥空気雰囲気下、65℃まで昇温して、2−ターシャリーブチルハイドロキノン(商品名「TBH」、重合禁止剤、精工化学社製)を0.3質量部添加した。15分間同条件にて撹拌した後、発熱に注意しながら2−ヒドロキシエチルアクリレートを103.3質量部添加した。続いて80℃まで昇温し、イソシアネート基濃度が0.5質量%(固形分に対して、1.0質量部%)以下となるまで反応させた。
その後、イソプロピルアルコールを4.4質量部加え、30分間80℃にて、反応させることにより、ウレタン樹脂Aの酢酸エチル溶液(固形分濃度59質量%)を調製した。その組成を表3に示す。
実施例2
(ウレタン樹脂Bの調製)
製造例4のプレポリマー組成物1 500質量部(固形分として250質量部)に代えて、製造例5のプレポリマー組成物2 500質量部(固形分として250質量部)を用い、2−ヒドロキシエチルアクリレートの配合部数を102.4質量部に変更した以外は、実施例1と同様の操作にて、ウレタン樹脂Bの酢酸エチル溶液(固形分濃度59質量%)を調製した。その組成を表3に示す。
実施例3
(ウレタン樹脂Cの調製)
製造例4のプレポリマー組成物1 500質量部(固形分として250質量部)に代えて、製造例6のプレポリマー組成物3 500質量部(固形分として250質量部)を用い、2−ヒドロキシエチルアクリレートの配合部数を104.3質量部に変更した以外は、実施例1と同様の操作にて、ウレタン樹脂Cの酢酸エチル溶液(固形分濃度59質量%)を調製した。その組成を表3に示す。
実施例4
(ウレタン樹脂Dの調製)
製造例4のプレポリマー組成物1 500質量部(固形分として250質量部)に代えて、製造例7のプレポリマー組成物4 500質量部(固形分として250質量部)を用い、2−ヒドロキシエチルアクリレートの配合部数を115質量部に変更した以外は、実施例1と同様の操作にて、ウレタン樹脂Dの酢酸エチル溶液(固形分濃度59質量%)を調製した。その組成を表3に示す。
実施例5
(ウレタン樹脂Eの調製)
製造例4のプレポリマー組成物1 500質量部(固形分として250質量部)に代えて、製造例8のプレポリマー組成物5 500質量部(固形分として250質量部)を用い、2−ヒドロキシエチルアクリレートの配合部数を129.6質量部に変更した以外は、実施例1と同様の操作にて、ウレタン樹脂Eの酢酸エチル溶液(固形分濃度59質量%)を調製した。その組成を表3に示す。
参考例
(ウレタン樹脂Gの調製)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例9のプレポリマー組成物7を500質量部、装入し、50℃に昇温した。
次いで、2−ターシャリーブチルハイドロキノン(商品名「TBH」、重合禁止剤、精工化学社製)を0.15質量部添加した。15分間同条件にて撹拌した後、発熱に注意しながら2−ヒドロキシエチルアクリレートを158.2質量部添加した。続いて、65℃まで昇温し、ジブチル錫ジラウレート(ウレタン化触媒、東京化成工業社製)0.12質量部を加え、イソシアネート基濃度が0.1質量%以下となるまで反応させた。
その後、2−ターシャリーブチルハイドロキノン(商品名TBH:精工化学社製)を0.15質量部、2−ヒドロキシエチルアクリレートを1.5質量部加えて、30分間55℃にて反応させることにより、ウレタン樹脂Gを含む混合物を調製した。その組成を表4に示す。
比較例1
(ウレタン樹脂Fの調製)
製造例4のプレポリマー組成物1 500質量部(固形分として250質量部)に代えて、比較製造例1のプレポリマー組成物6 500質量部(固形分として250質量部)を用い、2−ヒドロキシエチルアクリレートの配合部数を104.3質量部に変更した以外は、実施例1と同様の操作にて、ウレタン樹脂Fの酢酸エチル溶液(固形分濃度59質量%)を得た。その組成を表3に示す。
比較例2
(ウレタン樹脂Hの調製)
製造例9のプレポリマー組成物7 500質量部に代えて、比較製造例2のプレポリマー組成物8 500質量部を用いた以外は、参考例6と同様の条件および操作にて、ウレタン樹脂Hの混合物を得た。その組成を表2に示す。
Figure 0005335559
Figure 0005335559
<硬化性ポリウレタン樹脂組成物a〜hの調製および塗膜a〜hの作製>
調製例1
(硬化性ポリウレタン樹脂組成物aの調製および塗膜aの作製)
実施例1で得られたウレタン樹脂Aの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)、ペンタエリスリトールトリアクリレートおよびペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(商品名「アロニックスM−305」、光重合性化合物(反応性希釈剤)および東亜合成社製)70質量部、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(商品名:イルガキュアー184、光重合開始剤、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)5質量部を計量し、1分間、十分に撹拌混合することにより、硬化性ポリウレタン樹脂組成物aを調製した。
その後、調製した硬化性ポリウレタン樹脂組成物aを、基板としてJIS H4000に準拠したアルミニウム板A5052P(以後、Al板と略する。テストピース社製)およびABS板(テストピース社製)にそれぞれ塗布後、Al板およびABS板を10m/minのスピードのコンベアに載せ、高圧水銀灯(80W/cm)を用いて高さ10cmの位置からそれぞれ光照射した。高圧水銀灯の紫外線の線量は、500mJ/cmであった。
その後、室温23℃、相対湿度50%の恒温恒湿条件下にて1週間静置して乾燥および硬化させることにより、硬化物からなる厚み50μmの塗膜aを作製した。塗膜aの評価を表5に示す。
調製例2
(硬化性ポリウレタン樹脂組成物bの調製および塗膜bの作製)
実施例1で得られたウレタン樹脂Aの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)に代えて、実施例2で得られたウレタン樹脂Bの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、硬化物からなる厚み50μmの塗膜bを作製した。塗膜bの評価を表5に示す。
調製例3
(硬化性ポリウレタン樹脂組成物cの調製および塗膜cの作製)
実施例1で得られたウレタン樹脂Aの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)に代えて、実施例3で得られたウレタン樹脂Cの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、硬化物からなる厚み50μmの塗膜cを作製した。塗膜cの評価を表5に示す。
調製例4
(硬化性ポリウレタン樹脂組成物dの調製および塗膜dの作製)
実施例1で得られたウレタン樹脂Aの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)に代えて、実施例4で得られたウレタン樹脂Dの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、硬化物からなる厚み50μmの塗膜dを作製した。塗膜dの評価を表5に示す。
調製例5
(硬化性ポリウレタン樹脂組成物eの調製および塗膜eの作製)
実施例1で得られたウレタン樹脂Aの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)に代えて、実施例5で得られたウレタン樹脂Eの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、硬化物からなる厚み50μmの塗膜eを作製した。塗膜eの評価を表5に示す。
比較調製例1
(硬化性ポリウレタン樹脂組成物fの調製および塗膜fの作製)
実施例1で得られたウレタン樹脂Aの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)に代えて、比較例1で得られたウレタン樹脂Fの酢酸エチル溶液30質量部(固形分17.7質量部)を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、硬化物からなる厚み50μmの塗膜fを作製した。塗膜fの評価を表5に示す。
調製例6
(硬化性ポリウレタン樹脂組成物gの用意および塗膜gの作製)
参考例6で得られたウレタン樹脂Gを含む混合物80質量部と、主成分がジペンタエリスリトールヘキサアクリレートおよびジペンタエリスリトールペンタアクリレートである、ジペンタエリスリトールおよびアクリル酸の反応物(商品名「KAYARAD DPHA」、日本化薬社製)20質量部を計量し、1分間、十分に撹拌混合することにより、硬化性ポリウレタン樹脂組成物gを調製した。
この硬化性ポリウレタン樹脂組成物gを、Al板およびポリカーボネート板(テストピース社製)にそれぞれ塗布後、Al板およびポリカーボネート板を10m/minのスピードのコンベアに載せ、高圧水銀灯(80W/cm)を用いて高さ10cmの位置からそれぞれ光照射した。
その後、室温23℃、相対湿度50%の恒温恒湿条件下にて1週間静置して乾燥および硬化させることにより、硬化物からなる厚み50μmの塗膜gを作製した。塗膜gの評価を表6に示す。
比較調製例2
(硬化性ポリウレタン樹脂組成物hの用意および塗膜hの作製)
参考例6で得られたウレタン樹脂Gを含む混合物80質量部に代えて、比較例2で得られたウレタン樹脂Hを含む混合物80質量部を用いた以外は、調製例6と同様の条件および操作にて、硬化物からなる厚み50μmの塗膜hを作製した。塗膜hの評価を表6に示す。
(評価)
各調製例および各比較調製例で作製した塗膜(硬化物)について、マルテンス硬さ、破断強度、基板密着性および耐溶剤性を、以下の方法でそれぞれ測定した。それらの結果を表5および表6に示す。
1) マルテンス硬さ(単位:N/mm
Al板に密着した状態の塗膜を、超微小硬度計(島津製作所製、DUH−211)を用いて、下記条件にてマルテンス硬さ(HMT115)を測定した。
圧子の種類:Triangular115
試験モード:負荷−除荷試験
試験力:10.00mN
負荷速度3.0mN/sec
負荷保持時間:10sec
2) 破断強度(TS)(単位:MPa)
Al板から塗膜を引き剥がし、その塗膜を、幅1cm、長さ10cmのサイズにダンベルで打ち抜いて、試験サンプルを得た。次いで、この試験サンプルに対して、引張圧縮試験機(インテスコ社製、Model205N)を用いて、23℃、引張速度10mm/min、チャック間距離50mmの条件で引張試験した。これにより、塗膜の破断強度(TS)を測定した。
3) 基板密着性(基板:ABS板およびポリカーボネート板)(単位:個)
基板としてのABS板に形成された塗膜(調製例1〜5および比較調製例1)を、JIS K−5600−5−6(塗料一般試験方法 第5部:塗料の機械的性質 第6節:付着性(クロスカット法))に準じて、ABS板に対する密着性を評価した。
また、基板としてのポリカーボネート板に形成された塗膜(調製例6および比較調製例2)についても、上記と同様の方法にて、ポリカーボネート板に対する密着性を評価した。
ABS板およびポリカーボネート板のいずれに対する密着性も、100個のマスのうち、剥がれなかったマスの個数を数えることにより、評価した。
4) 耐溶剤性(溶剤:トルエンおよびキシレン)(単位:回)
溶剤としてのトルエンを充分に含浸させた綿棒を、調製例1〜5および比較調製例1の試験板に形成された塗膜の上に置き、その綿棒で、一定荷重を塗膜にかけながら、約1cmの距離を往復させた。この作業を繰返し、塗膜に損傷が観察されるまでの回数によって、耐溶剤性を評価した。
また、調製例6および比較調製例2の試験板に形成された塗膜については、溶剤としてのキシレンを十分に含浸させた綿棒を用いて、上記と同様の方法にて、耐溶剤性を評価した。
なお、耐トルエンおよび耐キシレンのいずれの評価においても、往路および復路をそれぞれ1回として数えた。
Figure 0005335559
Figure 0005335559

Claims (7)

  1. 少なくとも、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含むポリイソシアネートと、ポリオールと、エチレン性不飽和基およびヒドロキシル基を含有するヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させることにより得られ、
    前記ポリオールが、3価アルコールの低分子量ポリオールのみからなり、
    分子末端がエチレン性不飽和基を含むウレタン樹脂を含有することを特徴とする、硬化性ポリウレタン樹脂組成物。
  2. 前記ウレタン樹脂は、
    まず、前記ポリイソシアネートと、前記ポリオールとを、前記ポリイソシアネートのイソシアネート基が前記ポリオールのヒドロキシル基に対して過剰となるように反応させて、イソシアネート基末端プレポリマーを含むプレポリマー組成物を調製し、
    次いで、前記プレポリマー組成物と、前記ヒドロキシル基含有不飽和化合物とを反応させることにより得られ、
    前記プレポリマー組成物中の前記ポリイソシアネート濃度が、10質量%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の硬化性ポリウレタン樹脂組成物。
  3. 前記プレポリマー組成物が、有機溶媒溶液として調製されていることを特徴とする、請求項2に記載の硬化性ポリウレタン樹脂組成物。
  4. 1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、トランス−1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを80モル%以上含んでいることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の硬化性ポリウレタン樹脂組成物。
  5. 前記ヒドロキシル基含有不飽和化合物は、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニルフェニル基、プロペニルエーテル基、アリルエーテル基およびビニルエーテル基から選択される少なくとも1種のエチレン性不飽和基含有基を含んでいることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の硬化性ポリウレタン樹脂組成物。
  6. 前記ポリオールが、トリメチロールプロパンであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の硬化性ポリウレタン樹脂組成物。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の硬化性ポリウレタン樹脂組成物を、活性エネルギー線の照射により、硬化させることにより得られることを特徴とする、硬化物。
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