JP5556015B2 - 硬化性樹脂組成物およびその製造方法 - Google Patents

硬化性樹脂組成物およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は水酸基含有含フッ素共重合体とイソシアネート基含有不飽和化合物との反応生成物およびアクリルモノマーを含む硬化性樹脂組成物ならびにその製造方法に関する。
従来、フッ素ポリマーを用いた硬化性樹脂組成物としては、末端にエチレン性炭素−炭素二重結合を有する硬化性含フッ素ポリマーに関する組成物(国際公開第02/18457号パンフレット参照)が提案されている。また、水酸基含有含フッ素共重合体とイソシアネート基含有アクリルモノマーとの反応生成物のキシレン溶媒中でアクリルモノマーを溶液重合して得られたグラフト共重合体を溶剤に分散させて塗料として用いられる硬化性樹脂組成物(特開昭62−25104号公報参照)が知られている。
本発明は、有機溶剤を含有しなくても成形可能な硬化性樹脂組成物およびその製法を提供することを目的とする。
本発明は、(A)フルオロオレフィン単位および水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体単位を含む水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)と、
1個のイソシアネート基と少なくとも1個のラジカル重合性不飽和基を有するイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)との反応生成物が、
(B)アクリルモノマーに溶解している
硬化性樹脂組成物に関する。
硬化性樹脂の25℃における粘度は、5〜100000mPa・sであることが好ましい。
反応生成物(A)とアクリルモノマー(B)の質量比が95:5〜5:95であることが好ましい。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)におけるフルオロオレフィン単位が、テトラフルオロエチレン単位、クロロトリフルオロエチレン単位、フッ化ビニル単位、フッ化ビニリデン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位、トリフルオロエチレン単位、パーフルオロメチルビニルエーテル単位、パーフルオロプロピルビニルエーテル単位またはこれらの2種以上であることが好ましい。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)における水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体単位が、式(I)であることが好ましい。
Figure 0005556015
(式中、R1は−OR2または−CH2OR2(ただし、R2は水酸基を有するアルキル基であって、炭素数1〜8の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基に1〜3個の水酸基が結合したものである)で表わされるヒドロキシアルキルビニルエーテルまたはヒドロキシアルキルアリルエーテルである)
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)が、さらに水酸基を含まない非フッ素ビニルエーテル単位および/または非フッ素ビニルエステル単位を含むことが好ましい。
アクリルモノマー(B)がラジカル反応性基を1個または2個以上含むアクリルモノマーであることが好ましい。
イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)におけるラジカル重合性不飽和基がメタクリル基、アクリル基、2−フルオロアクリル基、2−クロロアクリル基またはこれらの2種以上であることが好ましい。
また、本発明は、フルオロオレフィンおよび水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体を含む混合単量体を共重合して得られる水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)と1個のイソシアネート基と少なくとも1個のラジカル重合性不飽和基を有するイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)とをアクリルモノマー(B)に溶解させ、アクリルモノマー(B)中で水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)とイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)とを反応させる硬化性樹脂組成物の製造方法にも関する。
アクリルモノマー(B)への溶解順序としては、たとえば水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)をアクリルモノマー(B)に溶解させ、ついでイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)を添加し溶解させることが好ましい。
イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)におけるイソシアネート基の数と、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)およびアクリルモノマー(B)における全水酸基の数の比が0.01:1〜1:1であることが好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、(A)フルオロオレフィン単位および水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体単位を含む水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)と、1個のイソシアネート基と少なくとも1個のラジカル重合性不飽和基を有するイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)との反応生成物および(B)アクリルモノマーを含む。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)におけるフルオロオレフィン単位としては、テトラフルオロエチレン(TFE)単位、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)単位、フッ化ビニル(VF)単位、フッ化ビニリデン(VdF)単位、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)単位、トリフルオロエチレン(TrFE)単位、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)単位などの1種または2種以上があげられ、PAVE単位としては、パーフルオロメチルビニルエーテル単位、パーフルオロプロピルビニルエーテル単位があげられる。
TFE単位を含む2種以上の単位の組み合わせとしては、TFE/HFP単位、TFE/PAVE単位、TFE/エチレン単位、TFE/ビニルエーテル単位、TFE/ビニルエステル単位、TFE/ビニルエステル/ビニルエーテル単位、TFE/ビニルエーテル/アリルエーテル単位などがあげられる。これらのうち、エチレン性不飽和基含有単量体への混合が良好な点から、TFE/エチレン単位、TFE/ビニルエーテル単位、TFE/ビニルエステル単位、TFE/ビニルエステル/ビニルエーテル単位、TFE/ビニルエーテル/アリルエーテル単位などが好ましい。
CTFE単位を含む2種以上の単位の組み合わせとしては、CTFE/HFP単位、CTFE/PAVE単位、CTFE/エチレン単位、CTFE/ビニルエーテル単位、CTFE/ビニルエステル単位、CTFE/ビニルエステル/ビニルエーテル単位、CTFE/ビニルエーテル/アリルエーテル単位などがあげられる。これらのうち、エチレン性不飽和基含有単量体への混合が良好な点から、CTFE/エチレン単位、CTFE/ビニルエーテル単位、CTFE/ビニルエステル単位、CTFE/ビニルエステル/ビニルエーテル単位、CTFE/ビニルエーテル/アリルエーテル単位などが好ましい。
同様にHFP単位を含む2種以上の単位の組み合わせとしては、CTFE/HFP単位、TFE/HFP単位、HFP/ビニルエーテル単位、HFP/ビニルエステル単位、HFP/ビニルエステル/ビニルエーテル単位、HFP/ビニルエーテル/アリルエーテル単位などがあげられる。これらのうち、エチレン性不飽和基含有単量体への混合が良好な点から、HFP/ビニルエーテル単位、HFP/ビニルエステル単位、HFP/ビニルエステル/ビニルエーテル単位、HFP/ビニルエーテル/アリルエーテル単位などが好ましい。
VdF単位を含む2種以上の単位の組み合わせとしては、VdF/TFE単位、VdF/HFP単位、VdF/TFE/HFP単位、VdF/CTFE単位、VdF/TFE/PAVE単位、VdF/CTFE/TFE単位、VdF/CTFE/HFP単位などがあげられる。これらのうち、エチレン性不飽和基含有単量体への混合が良好な点から、VdF単位が重合体中に50モル%以上含有されていることが好ましい。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)における水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体単位の具体例としては、例えば式(I):
Figure 0005556015
(式中、R1は−OR2または−CH2OR2(ただし、R2は水酸基を有するアルキル基である))で表わされるヒドロキシアルキルビニルエーテルやヒドロキシアルキルアリルエーテルがあげられる。R2としては、たとえば炭素数1〜8の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基に1〜3個、好ましくは1個の水酸基が結合したものである。これらの例としては、たとえば2−ヒドロキシエチルビニルエーテル単位、3−ヒドロキシプロピルビニルエーテル単位、2−ヒドロキシプロピルビニルエーテル単位、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピルビニルエーテル単位、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル単位、4−ヒドロキシ−2−メチルブチルビニルエーテル単位、5−ヒドロキシペンチルビニルエーテル単位、6−ヒドロキシヘキシルビニルエーテル単位、2−ヒドロキシエチルアリルエーテル単位、4−ヒドロキシブチルアリルエーテル単位、エチレングリコールモノアリルエーテル単位、ジエチレングリコールモノアリルエーテル単位、トリエチレングリコールモノアリルエーテル単位、グリセリンモノアリルエーテル単位があげられるが、これらの中で、特に炭素数が3〜8のヒドロキシアルキルビニルエーテル、なかでも、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル単位または2−ヒドロキシエチルビニルエーテル単位が、重合が容易であるという観点から好ましい。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)は、アクリルモノマーとの溶解性を高めるという観点から、さらに水酸基を含まない非フッ素ビニルエーテル単位および/または非フッ素ビニルエステル単位を含むことが好ましい。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)における水酸基を含まない非フッ素ビニルエーテル単位および/または非フッ素ビニルエステル単位の具体例としては、例えば式(II):
Figure 0005556015
(式中、R3は−OR4、−COOR4または−OCOR4(ただし、R4はアルキル基である))で表わされるアルキルビニルエーテルやアルキルアリルエーテルがあげられる。R4としては、たとえば炭素数1〜8の直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基である。これらの例としては、たとえばシクロヘキシルビニルエーテル単位、メチルビニルエーテル単位、エチルビニルエーテル単位、プロピルビニルエーテル単位、n−ブチルビニルエーテル単位、イソブチルビニルエーテル単位、酢酸ビニル単位、プロピオン酸ビニル単位、酪酸ビニル単位、イソ酪酸ビニル単位、ピバリン酸ビニル単位、カプロン酸ビニル単位、バーサティック酸ビニル単位、ラウリン酸ビニル単位、ステアリン酸ビニル単位、シクロヘキシルカルボン酸ビニル単位が好ましい。また、耐候性、溶解性、廉価性に優れる点からバーサティック酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、シクロヘキシルカルボン酸ビニル、酢酸ビニルである。これらのなかでも耐薬品性の点から、非芳香族系カルボン酸ビニルエステル、特にカルボン酸の炭素数が6以上のカルボン酸ビニルエステル、さらに好ましくはカルボン酸の炭素数が9以上のカルボン酸ビニルエステルが好ましい。カルボン酸ビニルエステルにおけるカルボン酸の炭素数の上限は20以下、さらには15以下が好ましい。具体例としてはバーサティック酸ビニルが最も好ましい。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)には、カルボキシル基含有モノマー単位を含んでいてもよい。
カルボキシル基含有モノマー単位はカルボキシル基を含み水酸基と芳香族基とを含まないものであり、この点で他の単位と異なる。カルボキシル基含有モノマー単位は、硬化性樹脂組成物に調製する場合、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)の分散性、硬化反応性や顔料の分散性を改善し、得られる塗膜の光沢、硬度、基材への密着性などを改善する作用を有する。
カルボキシル基含有モノマー単位としては、たとえば式:
Figure 0005556015
(式中、R3、R4およびR5は同じかまたは異なり、いずれも水素原子、アルキル基、
カルボキシル基またはエステル基、nは0または1である)、または式:
Figure 0005556015
(式中、R6およびR7は同じかまたは異なり、いずれも飽和または不飽和の直鎖または環状アルキル基、nは0または1、mは0または1である)で表わされるカルボキシル基含有ビニルモノマーなどがあげられる。
具体例としては、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、桂皮酸、3−アリルオキシプロピオン酸、イタコン酸、イタコン酸モノエステル、マレイン酸、マレイン酸モノエステル、マレイン酸無水物、フマル酸、フマル酸モノエステル、フタル酸ビニル、ピロメリット酸ビニルなどの1種または2種以上があげられ、それらのなかでも単独重合性の低いクロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、マレイン酸モノエステル、フマル酸、フマル酸モノエステル、3−アリルオキシプロピオン酸が好ましい。
カルボキシル基含有モノマー単位の割合の下限は0.1モル%、好ましくは0.4モル%であり、上限は2.0モル%、好ましくは1.5モル%である。2.0モル%を超えると塗膜の硬化速度の点で好ましくない。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)の具体例としては、たとえば、
Figure 0005556015
(式中、a、bおよびcの比率はモル比で、a:b:c=40〜60:3〜15:5〜45である);
Figure 0005556015
(式中、a、b、cおよびdの比率はモル比で、a:b:c:d=40〜60:3〜15:5〜45:5〜45である);
Figure 0005556015
(式中、a、b、cおよびdの比率はモル比で、a:b:c:d=40〜60:3〜15:5〜45:5〜45である);
Figure 0005556015
(式中、a、b、cおよびdの比率はモル比で、a:b:c:d=40〜60:3〜15:5〜45:5〜45であり、i−Buはイソブチル基を意味する);
テトラフルオロエチレン/バーサティック酸ビニル/ヒドロキシブチルビニルエーテル;テトラフルオロエチレン/バーサティック酸ビニル/ヒドロキシエチルビニルエーテル/tert−ブチル安息香酸ビニル;テトラフルオロエチレン/バーサティック酸ビニル/ヒドロキシブチルビニルエーテル/クロトン酸;テトラフルオロエチレン/バーサティック酸ビニル/ヒドロキシエチルビニルエーテル/安息香酸ビニル/クロトン酸があげられる。
イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)におけるラジカル重合性不飽和基としては、メタクリル基、アクリル基、2−フルオロアクリル基、2−クロロアクリル基があげられるが、重合反応性、コスト、合成のしやすさの観点からメタクリル基、アクリル基が、なかでもアクリル基がもっとも好ましい。
イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)としては、例えば式(III):
Figure 0005556015
(式中、R5、R6またはR7は同じであっても異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素数1〜4のアルキル基であり、R8は、−COO−R9−、−OCO−R9−または−O−R9−(ただし、R9は炭素数1〜20のアルキル基である))で表わされる、アルキルビニルエーテルやアルキルアリルエーテルがあげられる。
イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)としては、例えば、
2−イソシアネートエチルアクリレート(式(IV)):
Figure 0005556015
2−イソシアネートエチルメタクリレート(式(V)):
Figure 0005556015
4−イソシアネートブチルアクリレート、4−イソシアネートブチルメタクリレートなどがあげられる。
さらに、多価イソシアネートに対して不飽和モノアルコールを反応させた反応生成物のなかで、1個のイソシアネート基を有するものがあげられる。多価イソシアネートとしては、たとえば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートと2,6−トリレンジイソシアネートとの混合イソシアネート、P,P’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、1,6−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、水素化キシリレンジイソシアネートなどがあげられる。また、不飽和モノアルコールとしては、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレートなどのアクリロイル基またはメタクリロイル基を有するモノアルコール類、アリルアルコール、アリルセロソルブ、トリメチルプロパンジアリルエーテルなどのアリル基を有するモノアルコール類があげられる。これらの中で合成の容易さ、反応性の高さから、2−イソシアネートエチルアクリレートまたは2−イソシアネートエチルメタクリレートが好ましい。
反応生成物(A)とは、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)における水酸基と、イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)におけるイソシアネート基とがウレタン結合したものである。
反応生成物(A)のフッ素含有量は、耐候性、撥水撥油性、防汚性が良好であるという点から、2質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上がさらに好ましい。また、反応生成物(A)のフッ素含有量は、アクリルに対する溶解性が良好であるという点から、50質量%以下が好ましく、さらには、30質量%以下がより好ましく、25質量%以下がさらに好ましい。
反応生成物(A)の分子量は数平均分子量で、硬化性組成物に調製し、硬化させた硬化物の強度、表面硬度の観点から、1000以上が好ましく、2000以上がより好ましく、3000以上がさらに好ましい。また、反応生成物(A)の分子量は数平均分子量で、粘度が大きくなり取扱いが困難いう観点から、100000以下が好ましく、アクリルに対する溶解性が良好であるという観点から、50000以下がより好ましく、組成物の粘度が低く、取り扱いが良好であるという観点から、30000以下がさらに好ましい。
本発明におけるアクリルモノマー(B)とは、アクリロイル基、メタクリロイル基、2−フルオロアクリロイル基、2−クロロアクリロイル基を1個または2個以上有するモノマーをいい、ラジカル重合性不飽和基を有するイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)とは異なるものをいう。
アクリルモノマー(B)におけるラジカル重合性不飽和基としては、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)の溶解性が高く、粘性が低いという観点から1個が好ましく、また、硬化性組成物に調製し、硬化させた硬化物の強度が良好であるという観点から2個以上が好ましく、さらに、硬化性組成物の硬化速度が良好であるという観点から3個以上がより好ましい。
アクリルモノマー(B)としては、具体的には、メチルメタクリレート(MMA)、メタクリル酸(MA)、エチルメタクリレート(EMA)、n−ブチルメタクリレート(nBMA)、イソブチルメタクリレート(iBMA)、2−エチルヘキシルメタクリレート、フェニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート(MSPM)、2−(フェニルホスホリル)エチルメタクリレート(phenyl−P)、2,2−ビス(4−メタクリロキシフェニル)プロパン(BPDMA)、2,2−ビス(4−メタクリロキシエトキシフェニル)プロパン(Bis−MEPP)、2,2−ビス(4−メタクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン(Bis−MPEPP)、ジ(メタクリロキシエチル)トリメチルヘキサメチレンジウレタン(UDMA)、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPT)、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート(EDMAまたは1G)、ジエチレングリコールジメタクリレート(DiEDMA)、トリエチレングリコールジメタクリレート(TriEDMA)、1,4−ブタンジオールジメタクリレート(1,4−BuDMA)、1,3−ブタンジオールジメタクリレート(1,3−BuDMA)、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(16HX)などのメタクリレートモノマー;2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)、2−ヒドロキシ−3−(β−ナフトキシ)プロピルメタクリレート(HNPM)、N−フェニル−N−(2−ヒドロキシ−3−メタクリロキシ)プロピルグリシン(NPG−GMA)、2,2−ビス〔4−(2−ヒドロキシ−3−メタクリロキシプロポキシ)フェニル〕プロパン(Bis−GMA)などの水酸基含有メタクリレートモノマーなどがあげられる。また、これらに対応する各アクリレート、各2−クロロアクリレートを例示することができる。
また、含フッ素アクリルモノマーの例としては、
上記メタクリレートモノマーまたは水酸基含有メタクリレートモノマーに対応する2−フルオロアクリレート、
CH2=C(CH3)COOCH2CF3(3FMA)、
CH2=C(CH3)COOCH2CF2CF2H(4FMA)、
CH2=C(CH3)COOCH2CF2CF3(5FMA)、
CH2=C(CH3)COOCH2CF2CFHCF3(6FMA)、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2)3CF2H(8FMA)、
CH2=C(CH3)COOCH2CH2(CF2)3CF3(9FMA)、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2)5CF2H(12FMA)、
CH2=C(CH3)COOCH2CH2(CF2)5CF3(13FMA)、
CH2=C(CH3)COOCH2CH2(CF2)7CF3(17FMA)、
CH2=C(CH3)COOCH(CF3)2(HFIP−MA)、
CH2=C(CH3)COOCH2CCH3(CF3)2(6FNP−MA)、
CH2=C(CH3)COOCH2CF(CF3)OCF2CF2CF3(6FOn1−MA)、
また、これらに対応する各アクリレート、各2−フルオロアクリレート、各2−クロロアクリレートを例示することができる。
上記の2−フルオロアクリレートとしては例えば、
CH2=CFCOOCH2CF2CF2H(4FFA)、
CH2=CFCOOCH2CF2CF3(5FFA)、
CH2=CFCOOCH2(CF2)3CF2H(8FFA)、
CH2=CFCOOCH2(CF2)5CF2H(12FFA)、
CH2=CFCOOCH(CF3)2(HFIP−FA)
などを例示することができる。
また、硬化性官能基を有するアクリルモノマーを用いると、密着性、耐薬品性、硬化性などに優れる硬化物が得られるため好ましい。硬化性官能基を有するアクリルモノマーとしては、たとえば水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ基などを有するアクリルモノマーがあげられる。具体例としては、先に挙げた具体例と重なるが、たとえばヒドロキシエチル(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−ヒドロキシエチルビニルエーテル、(メタ)アクリル酸、グリシジル(メタ)アクリレート、2−アミノエチル(メタ)アクリレート、2−アミノプロピル(メタ)アクリレートなどの硬化性官能基含有アクリルモノマーなどを例示することができる。
以上のようなアクリルモノマーがあげられるが、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)、イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)およびその反応生成物(A)の溶解性が良好であるという観点から、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレートが好ましい。
反応生成物(A)とアクリルモノマー(B)の質量比は、95:5〜5:95が好ましく、80:20〜20:80がより好ましく、70:30〜30:70がさらに好ましい。反応生成物(A)とアクリルモノマー(B)の質量比が95:5からはずれて反応生成物(A)の質量が大きくなると粘性が高く、取り扱いづらくなる傾向がある。また、反応生成物(A)とアクリルモノマー(B)の質量比が5:95からはずれて反応生成物(A)の質量が小さくなるとフッ素含有率が低下してくるため、硬化性組成物を硬化させた硬化物の耐候性、撥水撥油性、防汚性が低下してくる傾向がある。
反応生成物(A)とアクリルモノマー(B)の割合は、別の観点からは、反応生成物(A)100質量部に対して、アクリルモノマー(B)は10質量部以上が好ましく、40質量部以上がより好ましく、60質量部以上がさらに好ましい。アクリルモノマー(B)の量が少なくなると粘性が高く、取り扱いづらくなる傾向がある。また、反応生成物(A)100質量部に対して、アクリルモノマー(B)は1500質量部以下が好ましく、1200質量部以下がより好ましく、1000質量部以下がさらに好ましい。アクリルモノマー(B)の量が多くなるとフッ素含有率が低下してくるため、硬化性組成物を硬化させた硬化物の耐候性、撥水撥油性、防汚性が低下してくる傾向がある。
硬化性樹脂組成物の25℃における粘度は、粘性が低すぎると液だれが多く、かえって取り扱い性が低下するため、5mPa・s以上が好ましく、薄膜形成性が良好であるという観点から、10mPa・s以上がより好ましく、硬化の際の硬化収縮が小さいという観点から、50mPa・s以上がさらに好ましい。また、硬化性樹脂組成物の25℃における粘度は、取り扱い性が良好であるという観点から、100000mPa・s以下が好ましく、成型加工の際に細部にわたって硬化性組成物がいきわたるという観点から、5000mPa・s以下がより好ましく、薄膜を形成した際にレベリング(表面平滑)性が良好であるという観点から、3000mPa・s以下がさらに好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、さらに硬化剤を含んでいてもよい。硬化剤としては、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)の硬化反応性基と反応して架橋する化合物であり、たとえば不飽和結合を有さないイソシアネート類やアミノ樹脂類、酸無水物類、ポリエポキシ化合物、イソシアネート基含有シラン化合物などが通常用いられる。
前記の不飽和結合を有さないイソシアネート類の具体例としては、たとえば2,4−トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、リジンメチルエステルジイソシアネート、メチルシクロヘキシルジイソシアネート、トリメチルヘキサ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、n−ペンタン−1,4−ジイソシアネートまたはこれらの三量体、これらのアダクト体やビュウレット体、これらの重合体で2個以上のイソシアネート基を有するもの、さらにブロック化されたイソシアネート類などがあげられるが、これらに限定されるものではない。
前記アミノ樹脂類の具体例としては、たとえば尿素樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、グリコールウリル樹脂のほか、メラミンをメチロール化したメチロール化メラミン樹脂、メチロール化メラミンをメタノール、エタノール、ブタノールなどのアルコール類でエーテル化したアルキルエーテル化メラミン樹脂などがあげられるが、これらに限定されるものではない。
酸無水物類の具体例としては、たとえば無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水メリット酸などがあげられるが、これらに限定されるものではない。
ポリエポキシ化合物やイソシアネート基含有シラン化合物としては、たとえば特開平2−232250号公報、特開平2−232251号公報などに記載されているものが使用できる。好適な例としては、たとえば、
Figure 0005556015
Figure 0005556015
Figure 0005556015
OCNC36Si(OC25)3
OCNC24Si(OCH3)3
などがあげられる。
硬化剤の配合量は、前記水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)中の化学的硬化反応性基1当量に対して0.1〜5当量、好ましくは0.5〜1.5当量である。本発明の組成物は通常0〜200℃で数分間ないし10日間程度で硬化させることができる。
また、本発明の硬化性樹脂組成物を硬化させる際に、反応生成物(A)およびアクリルモノマー(B)を重合させる際にUV照射によって硬化させるため、硬化性樹脂組成物中に光重合開始剤を含んでいてもよい。光重合開始剤としては、具体的には、アセトフェノン、クロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、ヒドロキシアセトフェノン、α−アミノアセトフェノンなど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、ベンジルジメチルケタールなどのベンゾイン系化合物;ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、ヒドロキシ−プロピルベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、ミヒラーケトンなどのベンゾフェノン系化合物;チオキサンソン、クロロチオキサンソン、メチルチオキサンソン、ジエチルチオキサンソン、ジメチルチオキサンソンなどのチオキサンソン類;その他の化合物として、ベンジル、α−アシルオキシムエステル、アシルホスフィンオキサイド、グリオキシエステル、3−ケトクマリン、2−エチルアンスラキノン、カンファーキノン、アンスラキノンなどがあげられる。
また、必要に応じてアミン類、スルホン類、スルフィン類などの公知の光開始助剤を添加してもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、ラジカル反応性基を有さない有機溶剤およびフッ素系の溶剤を含まないことが、硬化性樹脂組成物を硬化した後に溶媒を除去する工程が不要である点、残留溶媒による耐熱性の低下、強度の低下、白濁といった悪影響がない点で好ましい。ラジカル反応性基を有さない有機溶剤の具体例としては、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、ミネラルスピリットなどの脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、ソルベントナフサなどの芳香族炭化水素;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソプロピル、酢酸イソブチル、酢酸セロソルブ、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、酢酸カルビトール、ジエチルオキサレート、ピルビン酸エチル、エチル−2−ヒドロキシブチレート、エチルアセトアセテート、酢酸アミル、乳酸メチル、乳酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸エチルなどのエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘキサノン、シクロヘキサノン、メチルアミノケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類;エチルセルソルブ、メチルセロソルブ、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、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノアルキルエーテルなどのグリコールエーテル類;メタノール、エタノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、sec−ブタノール、3−ペンタノール、オクチルアルコール、3−メチル−3−メトキシブタノール、tert−アミルアルコールなどのアルコール類;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサンなどの環状エーテル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;メチルセロソルブ、セロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテルアルコール類;1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン、1,2−ジクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロエタン、ジメチルスルホキシドなどがあげられる。あるいはこれらの2種以上の混合溶剤などがあげられる。
またさらに、フッ素系の溶剤としては、たとえばCH3CCl2F(HCFC−141b)、CF3CF2CHCl2/CClF2CF2CHClF混合物(HCFC−225)、パーフルオロヘキサン、パーフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)、メトキシ−ノナフルオロブタン、1,3−ビストリフルオロメチルベンゼンなどのほか、
H(CF2CF2)nCH2OH(n:1〜3の整数)、
F(CF2)nCH2OH(n:1〜5の整数)、
CF3CH(CF3)OHなどのフッ素系アルコール類;
ベンゾトリフルオライド、パーフルオロベンゼン、パーフルオロ(トリブチルアミン)、ClCF2CFClCF2CFCl2などがあげられる。
これらフッ素系溶剤は単独でも、またフッ素系溶剤同士、非フッ素系とフッ素系の1種以上との混合溶剤などがあげられる。
さらには、本発明の硬化性樹脂組成物は、アクリルモノマー(B)以外の有機液体(有機溶剤)および水を用いない、いわゆる無溶剤型の硬化性樹脂組成物とすることができる。このように無溶剤型とすることにより、有機溶剤の除去が不要となり、成形工程などを簡略化でき、また、有機溶媒の除去が不充分な場合、有機溶剤が硬化物内に残存するといった問題が生じない。残存する有機溶剤の影響として耐熱性、機械的強度の低下、白濁するといった問題も生じない。さらに成形加工条件の関係から揮発分が許されないケースに対しても無溶剤型の硬化性樹脂組成物は有用である。例えば、密閉容器内の充填、封止のような用途である。
また、本発明は、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)と1個のイソシアネート基と少なくとも1個のラジカル重合性不飽和基を有するイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)とをアクリルモノマー(B)に溶解させ、アクリルモノマー(B)中で水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)とイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)とを反応させる硬化性樹脂組成物の製造方法にも関する。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)は、フルオロオレフィンおよび水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体を含む混合単量体を共重合することによって得られる。
フルオロオレフィンおよび水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体は、前記のフルオロオレフィン単位および水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体単位と同様のものを用いることができる。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)の製造方法は特に限定されず、重合条件は従来公知の条件が採用できる。なお、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)はアクリルモノマー(B)に溶解するため、重合生成物の形態(たとえば粒子径など)は特に問題とならない。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)に対するアクリルモノマー(B)の質量比は、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)がアクリルモノマー(B)に均一溶解する範囲であれば特に制限はない。均一溶解していないと、1個のイソシアネート基と少なくとも1個のラジカル重合性不飽和基を有するイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)と水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)との反応が困難もしくは不均一となり、その結果、硬化物の耐熱性、透明性などの物性が低下する。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)とイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)とをアクリルモノマー(B)に溶解させる際には、ラジカル反応性基を有さない有機溶剤を含まないことが好ましい。ラジカル反応性基を有さない有機溶剤としては、前記の有機溶剤があげられる。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)とイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)との反応とは、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)における水酸基と、イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)におけるイソシアネート基とを反応させ、ウレタン結合を形成させることをいう。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)とイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)との反応において、アクリルモノマー(B)が実質的に反応しない条件下であって、かつラジカル反応性基を有さない有機溶媒の不存在下で反応させることが好ましい。
水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)とイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)との反応における反応温度は、反応性が良好であるという点から5℃以上が好ましく、さらには系の粘度が下降し、その結果、反応速度が促進される点から10℃以上がより好ましく、20℃以上がさらに好ましい。また、反応温度は、溶解させているアクリルモノマー(B)が実質的に重合をおこさず、添加物が熱的に安定であれば組成物の粘度が低下し、反応速度が速いため、硬化促進剤などの添加も不要になる点から温度は高い方が好ましい。しかしながら、実質的にアクリルモノマーの熱安定性を考慮すれば80℃以下が好ましく、重合反応性が高い2−フルオロアクリルモノマーなどを用いる場合は60℃以下が好ましく、保存安定性を考慮すれば50℃以下がさらに好ましい。
イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)におけるイソシアネート基の数と水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)およびアクリルモノマー(B)における水酸基の数の比は、イソシアネート基の数が水酸基の数以下である、0.01:1〜1:1が好ましく、硬化時のアクリルモノマーとの反応性が良好であるという点から0.1:1〜1:1がより好ましく、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)の水酸基を残基として残しておくとアクリルとの溶解性が良好であるという点から0.2:1〜0.8:1がさらに好ましい。イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)におけるイソシアネート基の数と水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)およびアクリルモノマー(B)における水酸基の数の比が0.01:1からはずれてイソシアネート基の数が小さくなるとアクリルモノマーとの反応が乏しくなり、結果として硬化物が白濁したり、硬化物の機械的強度が低下する傾向がある。また、イソシアネート基の数と水酸基の数の比が1:1からはずれてイソシアネート基の数が大きくなると過剰のイソシアネートが組成物中に残渣として残り、硬化物の特性を劣化させる傾向がある。
本発明の硬化性樹脂組成物は、前記にあげたもの以外に、例えば、硬化促進剤、顔料、分散剤、増粘剤、防腐剤、紫外線吸収剤、消泡剤、レベリング剤などを任意に添加してもよい。
硬化促進剤としては、たとえば有機スズ化合物、酸性リン酸エステル、酸性リン酸エステルとアミンとの反応物、飽和または不飽和の多価カルボン酸またはその酸無水物、有機チタネート化合物、アミン系化合物、オクチル酸鉛などがあげられる。
前記有機スズ化合物の具体例としては、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズマレエート、ジオクチルスズマレエート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズフタレート、オクチル酸スズ、ナフテン酸スズ、ジブチルスズメトキシドなどがあげられる。
また前記酸性リン酸エステルとは、
Figure 0005556015
部分を含むリン酸エステルのことであり、たとえば
Figure 0005556015
(式中、bは1または2、R8は有機残基を示す)で示される有機酸性リン酸エステルなどがあげられる。具体的には、
Figure 0005556015
などがあげられる。
前記、有機チタネート化合物としては、たとえばテトラブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、トリエタノールアミンチタネートなどのチタン酸エステルがあげられる。
さらに前記アミン系化合物の具体例としては、たとえばブチルアミン、オクチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、オレイルアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、キシリレンジアミン、トリエチレンジアミン、グアニジン、ジフェニルグアニジン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、モルホリン、N−メチルモルホリン、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7(DBU)などのアミン系化合物、さらにはそれらのカルボン酸などの塩、過剰のポリアミンと多塩基酸よりえられる低分子量ポリアミド樹脂、過剰のポリアミンとエポキシ化合物の反応生成物などがあげられる。
硬化促進剤は1種を用いてもよく、また、2種以上を併用してもよい。硬化促進剤の配合割合は共重合体100質量部に対して1.0×10-6〜1.0×10-2質量部が好ましく、5.0×10-5〜1.0×10-3質量部がより好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、種々の形態で各種の用途に利用できる。
例えば硬化膜を形成して各種用途に利用できる。膜を形成する方法としては用途に応じた適切な公知の方法を採用することができる。たとえば膜厚をコントロールする必要がある場合は、ロールコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、フローコート法、バーコート法、スプレーコート法、ダイコート法、スピンコート法、ディップコート法などが採用できる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、膜形成してもよいが、各種成形品の成形材料として特に有用である。成形方法としては、押出成形、射出成形、圧縮成形、ブロー成型、トランスファー成形、光造形、ナノインプリント、真空成型などが採用できる。
本発明の硬化性樹脂組成物の用途としては、たとえば、封止部材、光学材料、光電子撮像管、各種センサー、反射防止材などがあげられる。
封止部材の使用形態としては、たとえば発光ダイオード(LED)、EL素子、非線形光学素子などの発光素子やCCDやCMOS、PDのような受光素子などの光機能素子のパッケージ(封入)、表面実装などが例示できる。また、深紫外線顕微鏡のレンズなどの光学部材用封止材(または充填材)などもあげられる。封止された光素子は種々の場所に使用されるが、非限定的な例示としては、ハイマウントストップランプやメーターパネル、携帯電話のバックライト、各種電気製品のリモートコントロール装置の光源などの発光素子;カメラのオートフォーカス、CD/DVD用光ピックアップ用受光素子などがあげられる。
光学材料としては特にフッ素を含有しているため、低屈折率の光学材料になる。たとえば光伝送用媒体として有用である。特にコア材が石英、もしくは光学ガラスであるプラスチッククラッド光学ファイバーのクラッド材料、コア材がプラスチックである全プラスチック光学ファイバーのクラッド材料、反射防止コーテイング材料、レンズ材料、光導波路材料、プリズム材料、光学窓材料、光記憶ディスク材料、非線形型光素子、ホログラム材料、フォトリフラクティブ材料、発光素子の封止材料などといった光学材料に使用可能である。また、光デバイス用の材料としても使用できる。光デバイスとしては、光導波路、OADM、光スイッチ、光フィルター、光コネクター、合分波器などの機能素子および光配線などの光実装が知られており、これらのデバイスを形成するのに有用な材料である。さらに種々の機能性化合物(非線形光学材料、蛍光発光性の機能性色素、フォトリフラクティブ材料など)を含有させて、モジュレータ、波長変換素子、光増幅器などの光デバイス用の機能素子として用いるのにも適している。
センサー用途としては、特に光学センサーや圧力センサーなどの感度向上や撥水撥油特性によるセンサーの保護などの効果があり有用である。
そのほか、電子半導体用の封止部材用材料、耐水耐湿性接着剤、光学部品や素子用の接着剤としても使用できる。
用途として前記のような例示ができるが、これらに限定されるものではない。
つぎに実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
本明細書で採用している測定法について、以下にまとめた。
(1)数平均分子量の測定
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、東ソー(株)製のGPC HLC−8020を用い、Shodex社製のカラム(GPC KF−801を1本、GPC KF−802を1本、GPC KF−806Mを2本直列に接続)を使用し、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を流速1ml/分で流して測定したデータより、数平均分子量を算出する。
(2)水酸基価の測定
無水酢酸を用いたアセチル化法により、常法に従って水酸基価を求める。
(3)フッ素含有量
酸素フラスコ燃焼法により試料10mgを燃焼し、分解ガスを脱イオン水20mlに吸収させ、吸収液中のフッ素イオン濃度をフッ素選択電極法(フッ素イオンメーター、オリオン社製 901型)で測定することにより求める(質量%)。
(4)粘度
(株)エー・アンド・デイ製の振動式粘度計SV−10にて25℃における組成物の粘度の値(mPa・s)を測定する。
(5)硬化前の密度測定
比重瓶を用いて常法に従い、25℃における密度を測定する。
(6)硬化物の密度測定
25℃での水中での質量(W1)と25℃での空気中での質量(W2)を測定することにより、その差から体積を計算し、密度(d25)を算出する。
d25=W2/((W2−W1)/水の密度)
(7)屈折率(nD
ナトリウムD線(589nm)を光源として25℃において(株)アタゴ光学機器製作所製のアッベ屈折率計を用いて測定する。
(8)熱分解温度(Td)
熱重量計((株)島津製作所のTGA−50)を用い、窒素雰囲気の条件で昇温速度10℃/minの条件で測定し、1%質量減の温度で評価する。
(9)光透過率
自記分光光度計((株)日立製作所製のU−3310(商品名))を用いて波長300〜800nmにおける約100μm厚のサンプル(硬化フィルム)の分光透過率曲線を測定した値を採用する。
(10)動的粘弾性の測定
レオメトリックス社製動的粘弾性測定装置RSA−2を用いて測定した。サンプルは長さ25mm、幅5mm、厚み100μmに成型したもののtanδおよび弾性率(E)を測定した。測定条件は歪み0.1%、周波数10Hz、昇温速度5℃/分に設定する。
(11)ガラス転移温度Tg(DMA)の測定
動的粘弾性の測定によって測定されたtanδのピーク温度をガラス転移温度Tg(DMA)(℃)とする。
(12)碁盤目試験
JIS K 5400 6.15に準拠して碁盤目試験を行う。
(13)耐溶剤性の測定
10mm×10mm×0.1mmのサンプルを20mLの酢酸ブチルに浸漬して、室温8時間経過後の様子を目視で観察する。
(14)耐熱性の評価
温度150℃において各サンプルを1時間保持し、外観の変化を観察する。
合成例1(水酸基含有含フッ素ポリマーの製造)
特開2004−204205号記載の方法に従い、以下に示す水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)ポリマー(a)〜()を合成した。
ポリマー(a):TFE/VV9/HBVE=45/39/16、数平均分子量(Mn)=1.2×103、Tg=35℃、フッ素含有量(質量%)=24、水酸基価(mgKOH/g)=54
ポリマー(b):TFE/VV10/HEVE/VtBz=45/35/15/5、Mn=1.3×103、Tg=12℃、フッ素含有量(質量%)=24、水酸基価(mgKOH/g)=68
ポリマー(c):TFE/VV9/HBVE/CA=45/39.3/15/0.7、Mn=1.1×103、Tg=33℃、フッ素含有量(質量%)=24、水酸基価(mgKOH/g)=51
ポリマー(d):TFE/VV9/HEVE/VBz/CA=45/34.4/14/6/0.6、Mn=1.2×103、Tg=30℃、フッ素含有量(質量%)=25、水酸基価(mgKOH/g)=66
ポリマー(e):CTFE/VV10/HEVE=49/37/14、Mn=1.2×103、Tg=19℃、フッ素含有量(質量%)=28、水酸基価(mgKOH/g)=57
ポリマー(f):HFP/VV10/HEVE=48/37/15、Mn=1.2×103、Tg=21℃、フッ素含有量(質量%)=33、水酸基価(mgKOH/g)=58
TFE:テトラフルオロエチレン
CTFE:クロロトリフルオロエチレン
HFP:ヘキサフルオロプロピレン
VV9:バーサティック酸ビニル(ベオバ9(シェル化学(株)製の炭素数9の脂肪族カルボン酸ビニルエステルの商品名))
VV10:バーサティック酸ビニル(ベオバ10(シェル化学(株)製の炭素数10の脂肪族カルボン酸ビニルエステルの商品名))
HBVE:ヒドロキシブチルビニルエーテル
HEVE:ヒドロキシエチルビニルエーテル
VtBz:tert−ブチル安息香酸ビニル
VBz:安息香酸ビニル
CA:クロトン酸
実施例1
以下の配合にしたがって組成物(a1)を調製した。
組成物(a1)
ポリマー(a) 50質量部
メタクリル酸メチル(MMA) 30質量部
ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA) 10質量部
1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(16HX) 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
次いで、組成物(a1)にイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)として、昭和電工(株)製 カレンズAOI(以下、AOIともいう)を組成物(a1)100質量部に対して7.1質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.4当量に相当)加えて40℃で24時間反応させた。AOIの構造式を式(VI)に示す。
2C=CHCOOCH2CH2NCO (VI)
反応物について赤外線吸収分析で測定したところ、AOIのイソシアネート基に由来する−NCOの吸収が消失し、新たにウレタン結合に基づくNHの吸収が観測され、反応が進行したことが確認された(Perkin Elmer社製フーリエ変換赤外分光光度計1760Xで室温にて測定)。
硬化前の組成物の25℃における液状組成物の外観を目視で評価した。評価基準を以下に示す。
○:透明でかつ均一であり、550nmの光の透過率が80%以上である。
△:一部に白濁(ゲル状物)が認められる。
×:不透明、白濁。
硬化前の組成物の25℃における液状組成物の粘度、密度、屈折率および液状組成物の外観の評価結果を表1に示す。
ついで、ガラス板上に離型用のフッ素樹脂フィルムであるダイキン工業(株)製NF−0100(厚み100μm)を敷き、アプリケーターを用いて膜厚が約100μmとなるように塗布し、さらに、離型用のフッ素樹脂フィルムであるダイキン工業(株)製NF−0100(厚み100μm)を上部よりかぶせて、さらに厚み1mmのスライドガラスをのせた後に、高圧水銀灯を用い、上部より、1500mJ/cm2Uの強度で紫外線を照射したのち、離型用のフッ素樹脂フィルムを剥がして、硬化フィルムとした。
サンプルフィルム(硬化後)の密度、フッ素含有量、屈折率(n)、熱分解温度(Td)、ガラス転移温度(Tg(DMA))、動的粘弾性による弾性率(E)および光透過率可視(550nm)(T)を測定した。
また、外観を目視で評価した。評価基準を以下に示す。
○:透明でかつ均一である。
△:一部に白濁(にごり)が認められる。
×:不透明、白濁。
また、耐溶剤性の評価を行った。評価基準を以下に示す。
○:目視で膨潤が見られない。
△:目視で膨潤が見られる。
×:溶解する。
さらに、耐熱性の評価を行った。評価基準を以下に示す。
○:目視で変化が見られない。
△:目視でわずかな変色、濁りがみられる。
×:目視で明らかな変色、白濁、変形などが見られる。
以上の結果を表2に示す。
実施例2
組成物(a1)100質量部に対してAOIを14質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.8当量に相当)加えて40℃で24時間反応させた以外は実施例1と同様にして各種物性を測定した。結果を表1および2に示す。
比較例1
組成物(a1)をそのまま使用した以外は実施例1と同様にして各種物性を測定した。結果を表1および2に示す。
実施例3
組成物(a1)の代わりに以下に示す組成物(b1)を用い、AOIを組成物(b1)100質量部に対して6.9質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.8当量に相当)加えた以外は実施例1と同様にして各種物性を測定した。結果を表1および2に示す。
組成物(b1)
ポリマー(b) 50質量部
MMA 40質量部
16HX 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
比較例2
組成物(a1)の代わりに組成物(b1)を使用し、その組成物をそのまま使用した以外は実施例1と同様にして各種物性を測定した。結果を表1および2に示す。
実施例4
組成物(a1)の代わりに以下に示す組成物(a2)を用い、AOIを組成物(a2)100質量部に対して14質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.8当量に相当)加えた以外は実施例1と同様にして各種物性を測定した。結果を表1および2に示す。
組成物(a2)
ポリマー(a) 50質量部
MMA 30質量部
HEMA 10質量部
トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPA) 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
比較例3
組成物(a1)の代わりに組成物(a2)を使用し、その組成物をそのまま使用した以外は実施例1と同様にして各種物性を測定した。結果を表1および2に示す。
実施例5
組成物(a1)の代わりに以下に示す組成物(b2)を用い、AOIを組成物(b2)100質量部に対して6.9質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.8当量に相当)加えた以外は実施例1と同様にして各種物性を測定した。結果を表1および2に示す。
組成物(b2)
ポリマー(b) 50質量部
MMA 40質量部
TMPA 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
比較例4
組成物(a1)の代わりに組成物(b2)を使用し、その組成物をそのまま使用した以外は実施例1と同様にして各種物性を測定した。結果を表1および2に示す。
Figure 0005556015
Figure 0005556015
実施例6(耐候性試験)
実施例2の組成物をスプレー塗装によりアルミニウム板(JIS H 4000A−1050P AM−712)(0.1mm厚)に塗装し、コンベア式UV露光機で2000mJ/cm2の紫外線を照射し、硬化させた後、180℃で3時間ポストベークさせ、塗装膜厚約100μmの塗板を作製した後、岩崎電気(株)製アイスパーUVテスターW−13型(Light/Dew/Rest=11/11/1HRを1サイクルとする)にて促進耐候性試験を500時間行ったのち、外観を目視で観察する。評価はつぎの基準で行う。
A:異常なし
B:多少の変色あり
C:著しい変色あり
測定結果を表3に示す。
実施例7(碁盤目試験)
実施例6の塗膜の密着性を碁盤目試験にて評価した。測定結果を表3に示す。
比較例5
CH2=C(CH3)COOCH(CF3)2(HFIP−MA)の重合体(数平均分子量12,000)のポリマーを50質量部、CH2=C(CH3)COOCH2CCH3(CF3)2(6FNP−MA)を20質量部、CH2=C(CH3)COOCH2CF(CF3)OCF2CF2CF3(6FOn1−MA)を20質量部、TMPAを10質量部、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン1質量部からなる組成物に関して実施例6と同様に耐候性試験を行った。結果を表3に示す。
Figure 0005556015
実施例8
以下の配合にしたがって組成物(c1)を調製した。
組成物(c1)
ポリマー(c) 50質量部
MMA 40質量部
TMPA 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
次いで、組成物(c1)にイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)として、昭和電工(株)製 カレンズMOI(以下、MOIともいう)を組成物(c1)100質量部に対して4.3質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.6当量に相当)加えて40℃で24時間反応させた。MOIの構造式を式(VII)に示す。
2C=C(CH3)COOCH2CH2NCO (VII)
反応物について赤外線吸収分析で測定したところ、MOIのイソシアネート基に由来する−NCOの吸収が消失し、新たにウレタン結合に基づくNHの吸収が観測され、反応が進行したことが確認された(Perkin Elmer社製フーリエ変換赤外分光光度計1760Xで室温にて測定)。
実施例1と同様にして硬化前の外観、硬化物の外観、フッ素含有率、熱分解温度、光透過率(550nm)、耐溶剤性、耐熱性を測定した。結果を表4に示す。
比較例6
組成物(c1)をそのまま使用した以外は実施例8と同様にして各種物性を測定した。結果を表4に示す。
実施例9
組成物(c1)の代わりに以下に示す組成物(d1)を用い、MOIを組成物(d1)100質量部に対して5.5質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.6当量に相当)加えた以外は実施例8と同様にして各種物性を測定した。結果を表4に示す。
組成物(d1)
ポリマー(d) 50質量部
MMA 40質量部
TMPA 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
比較例7
組成物(d1)をそのまま使用した以外は実施例8と同様にして各種物性を測定した。結果を表4に示す。
実施例10
組成物(c1)の代わりに以下に示す組成物(a3)を用い、MOIを組成物(a3)100質量部に対して2.3質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.6当量に相当)加えた以外は実施例8と同様にして各種物性を測定した。結果を表4に示す。
組成物(a3)
ポリマー(a) 25質量部
MMA 40質量部
TMPA 35質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
比較例8
組成物(a3)をそのまま使用した以外は実施例8と同様にして各種物性を測定した。結果を表4に示す。
実施例11
組成物(c1)の代わりに以下に示す組成物(a4)を用い、MOIを組成物(a4)100質量部に対して0.9質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.6当量に相当)加えた以外は実施例8と同様にして各種物性を測定した。結果を表4に示す。
組成物(a4)
ポリマー(a) 10質量部
MMA 50質量部
TMPA 40質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
比較例9
組成物(a4)をそのまま使用した以外は実施例8と同様にして各種物性を測定した。結果を表4に示す。
Figure 0005556015
実施例12
以下の配合にしたがって組成物(1)を調製した。
組成物(e1)
ポリマー(e) 60質量部
MMA 30質量部
16HX 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
次いで、組成物(e1)にイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)として、AOIを組成物(e1)100質量部に対して4.3質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.5当量に相当)加えて40℃で24時間反応させた。
反応物について赤外線吸収分析で測定したところ、AOIのイソシアネート基に由来する−NCOの吸収が消失し、新たにウレタン結合に基づくNHの吸収が観測され、反応が進行したことが確認された(Perkin Elmer社製フーリエ変換赤外分光光度計1760Xで室温にて測定)。
実施例1と同様にして硬化前の外観、硬化物の外観、フッ素含有率、熱分解温度、光透過率(550nm)、耐溶剤性、耐熱性を測定した。結果を表5に示す。
実施例13
組成物(e1)の代わりに以下に示す組成物(e2)を用い、AOIを組成物(e2)100質量部に対して4.3質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.5当量に相当)加えた以外は実施例12と同様にして各種物性を測定した。結果を表5に示す。
組成物(e2)
ポリマー(e) 60質量部
MMA 30質量部
TMPA 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
実施例14
組成物(e1)の代わりに以下に示す組成物(f1)を用い、AOIを組成物(f1)100質量部に対して2.9質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.5当量に相当)加えた以外は実施例12と同様にして各種物性を測定した。結果を表5に示す。
組成物(f1)
ポリマー(f) 40質量部
MMA 50質量部
TMPA 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
実施例15
組成物(e1)の代わりに以下に示す組成物(a5)を用い、AOIを組成物(a5)100質量部に対して3.4質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.5当量に相当)加えた以外は実施例12と同様にして各種物性を測定した。結果を表5に示す。
組成物(a5)
ポリマー(a) 50質量部
MMA 45質量部
ジペンタエリストールヘキサアクリレート 5質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
実施例16
組成物(e1)の代わりに以下に示す組成物(a6)を用い、AOIを組成物(a6)100質量部に対して3.4質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.5当量に相当)加えた以外は実施例12と同様にして各種物性を測定した。結果を表5に示す。
組成物(a6)
ポリマー(a) 50質量部
CH2=C(CH3)COOCH2CF3(3FMA) 20質量部
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2)3CF2H(8FMA) 20質量部
TMPA 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
実施例17
組成物(e1)の代わりに以下に示す組成物(a7)を用い、MOIを組成物(a7)100質量部に対して3.7質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.5当量に相当)加えた以外は実施例12と同様にして各種物性を測定した。結果を表5に示す。
組成物(a7)
ポリマー(a) 50質量部
MMA 20質量部
CH2=C(CH3)COOCH(CF3)2(HFIP−MA) 20質量部
TMPA 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
実施例18
組成物(e1)の代わりに以下に示す組成物(a8)を用い、AOIを組成物(a)100質量部に対して3.4質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.5当量に相当)加えた以外は実施例12と同様にして各種物性を測定した。結果を表5に示す。
組成物(a8)
ポリマー(a) 50質量部
CH2=CHCOOCH2(CF2)3CF2H(8FA) 20質量部
CH2=CFCOOCH2CF2CF3(5FFA) 20質量部
TMPA 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
実施例19
組成物(e1)の代わりに以下に示す組成物(a9)を用い、イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)として、昭和電工(株)製 カレンズBEI(以下、BEIともいう)を組成物(a9)100質量部に対して4.6質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.4当量に相当)加えた以外は実施例12と同様にして40℃で24時間反応させた。BEIの構造式を式(VIII)に示す。
Figure 0005556015
1,1‐(ビスアクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート(VIII)
実施例12と同様にして各種物性を測定した。結果を表5に示す。
組成物(a9)
ポリマー(a) 50質量部
MMA 40質量部
16HX 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
実施例20
組成物(a9)の代わりに以下に示す組成物(a10)を用い、BEIを組成物(a10)100質量部に対して9.2質量部(組成物中の全水酸基に対して、0.8当量に相当)加えた以外は実施例19と同様にして各種物性を測定した。結果を表5に示す。
組成物(a10)
ポリマー(a) 50質量部
MMA 40質量部
TMPA 10質量部
2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン 1質量部
Figure 0005556015
比較例10
国際公開第02/18457号パンフレット記載の実験例1記載のα−フルオロアクリロイル基を有する含フッ素硬化性ポリマーを合成した。溶媒であるジエチルエーテルを以下の手順で除去した。
1.ロータリーエバポレーターで40℃、0.5mmHg以下の条件でジエチルエーテルを留去。
2.真空乾燥器で40℃、0.5mmHg以下の条件で24時間乾燥。
工程2の真空乾燥過程でサンプルがゲル化し、MMAなどのアクリルモノマーに溶解せず、無溶剤の硬化性組成物が作製できなかった。
比較例11
ポリマー(a)50質量部を酢酸ブチル100質量部に溶解後、AOIを0.8質量部加えて40℃で24時間反応させた。
反応物について赤外線吸収分析で測定したところ、AOIのイソシアネート基に由来する−NCOの吸収が消失し、新たにウレタン結合に基づくNHの吸収が観測され、反応が進行したことが確認された。その後、反応溶媒である酢酸ブチルを以下の手順で除去した。
1.ロータリーエバポレーターで60℃、0.5mmHg以下の条件で酢酸ブチルを留去。
2.真空乾燥器で60℃、0.5mmHg以下の条件で24時間乾燥。
2の真空乾燥過程でサンプルがゲル化し、MMAなどのアクリルモノマーに溶解せず、無溶剤の硬化性組成物が作製できなかった。
本発明の硬化性樹脂組成物は、水酸基含有含フッ素共重合体とイソシアネート基含有不飽和化合物との反応生成物がアクリルモノマー中に溶解し所定の粘度を有しているため、わざわざ有機溶剤に溶解させなくても簡便に硬化させることができ、得られる硬化性樹脂組成物から溶剤を除去する工程を必要としない。
さらに、本発明の硬化性樹脂組成物の製造において、水酸基含有含フッ素共重合体の水酸基とイソシアネート基含有不飽和化合物のイソシアネート基とを反応させ、ウレタン結合を形成するため、塩などの副生成物が発生しない。そのため、副生成物を除去する工程を必要とせず、この反応をアクリルモノマー中で行うことができ、簡便である。

Claims (10)

  1. (A)フルオロオレフィン単位および水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体単位を含む水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)と、
    1個のイソシアネート基と少なくとも1個のラジカル重合性不飽和基を有するイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)との反応生成物が、
    (B)アクリルモノマーに溶解し
    ラジカル反応性基を有さない有機溶剤を含まず、
    25℃における粘度が5〜100000mPa・sである
    硬化性樹脂組成物。
  2. 反応生成物(A)とアクリルモノマー(B)の質量比が95:5〜5:95である請求の範囲第1項記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)におけるフルオロオレフィン単位が、テトラフルオロエチレン単位、クロロトリフルオロエチレン単位、フッ化ビニル単位、フッ化ビニリデン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位、トリフルオロエチレン単位、パーフルオロメチルビニルエーテル単位、パーフルオロプロピルビニルエーテル単位またはこれらの2種以上である請求の範囲第1項または項記載の硬化性樹脂組成物。
  4. 水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)における水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体単位が、式(I)である請求の範囲第1項〜第項のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
    Figure 0005556015
    (式中、Rは−ORまたは−CH2OR(ただし、Rは水酸基を有するアルキル基であって、炭素数1〜8の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基に1〜3個の水酸基が結合したものである)で表わされるヒドロキシアルキルビニルエーテルまたはヒドロキシアルキルアリルエーテルである)
  5. 水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)が、さらに水酸基を含まない非フッ素ビニルエーテル単位および/または非フッ素ビニルエステル単位を含む請求の範囲第1項〜第項のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  6. アクリルモノマー(B)がラジカル反応性基を1個または2個以上含むアクリルモノマーである請求の範囲第1項〜第項のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  7. イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)におけるラジカル重合性不飽和基がメタクリル基、アクリル基、2−フルオロアクリル基、2−クロロアクリル基またはこれらの2種以上である請求の範囲第1項〜第項のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  8. フルオロオレフィンおよび水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体を含む混合単量体を共重合して得られる水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)と1個のイソシアネート基と少なくとも1個のラジカル重合性不飽和基を有するイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)とをアクリルモノマー(B)に溶解させ、ラジカル反応性基を有さない有機溶媒の不存在下にアクリルモノマー(B)中で水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)とイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)とを反応させて、25℃における粘度が5〜100000mPa・sである硬化性樹脂組成物を得ることを特徴とする硬化性樹脂組成物の製造方法。
  9. 水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)をアクリルモノマー(B)に溶解させ、ついでイソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)を添加し溶解させる請求の範囲第8項記載の硬化性樹脂組成物の製造方法。
  10. イソシアネート基含有不飽和化合物(A−2)におけるイソシアネート基の数と、水酸基含有含フッ素共重合体(A−1)およびアクリルモノマー(B)における全水酸基の数の比が0.01:1〜1:1である請求の範囲第項または第項記載の硬化性樹脂組成物の製造方法。
JP2008556173A 2007-02-02 2008-01-31 硬化性樹脂組成物およびその製造方法 Active JP5556015B2 (ja)

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