JP5568875B2 - 硬化型組成物 - Google Patents
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Description
しかしながら、近年、有機スズ化合物の毒性の問題が指摘され、特にジブチルスズジラウレート中に含まれるトリブチルスズは、内分泌攪乱物質としても懸念されている。又、ウレタン(メタ)アクリレートの製造においては、得られるウレタン(メタ)アクリレートの粘度が高いため水洗が困難であったり、又水洗できたとしても、液・液分離が困難であるため、触媒は分離・除去されずそのまま製品中に存在している。そこで、有機スズ化合物を使用することなくウレタン化合物を製造する方法が求められている。又、原料化合物の種類によっては、有機スズ化合物でも触媒活性が不十分となる場合があり、有機スズ化合物の割合を増やさざるを得ず、この場合には、生成物中に残存する有機スズ化合物の割合が増加してしまうものであった。
硬化型組成物、特に活性エネルギー線硬化型組成物には、基材に対する密着性等を改善する目的等で、水酸基含有(メタ)アクリレートを配合されることが多いが、本発明者らは、ウレタン(メタ)アクリレートを含む組成物中に水酸基含有(メタ)アクリレートを含む場合において、減粘が特に顕著に発生することを見出した。ウレタン(メタ)アクリレートは、背景技術の項でも述べたように、通常、ジブチルスズジラウレート等の有機スズ化合物を触媒に用いて製造されるため、微量の有機スズ化合物を含有する。
本発明者らは、上記の減粘現象が、ウレタン(メタ)アクリレート中のウレタン結合と、水酸基含有(メタ)アクリレートとが、ウレタン(メタ)アクリレートに含まれる微量の有機スズ触媒によりエステル交換反応を起こし、これにより粘度が経時的に低下してしまうのではないかと推察した。さらに、ポリエステル骨格を有するウレタン(メタ)アクリレートの場合においては、前記反応に加え、ポリエステル骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート中のエステル基と、水酸基含有(メタ)アクリレートとが、ウレタン(メタ)アクリレートに含まれる微量の有機スズ触媒によりエステル交換反応を起こし、これにより粘度が経時的に低下してしまうのではないかと推察した。
その結果、有機スズ化合物を含まない特定の亜鉛化合物を触媒として使用して製造されたウレタン(メタ)アクリレートを配合した硬化型組成物が、組成物の経時的な減粘及び着色を抑制できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、(A)ウレタン(メタ)アクリレート及び(B)水酸基含有(メタ)アクリレートを含有し、下記一般式(1)で表される亜鉛化合物を組成物中に0.01〜700wtppm含有する硬化型組成物に関する。。
Zn(X)2 ・・・(1)
〔式(1)において、Xはβ−ジケトン、ハロゲン原子、アシルオキシ基又はアルコキシ基を表す。〕
また、該方法で製造されたウレタン(メタ)アクリレートと、水酸基含有(メタ)アクリレートとを含む硬化型組成物は、経時的な減粘や着色等の問題を抑制できる。
(A)エステル骨格を有するポリオール及び/又はポリエーテル骨格を有するポリオールと、有機ポリイソシアネートと、水酸基含有(メタ)アクリレートとを、必要に応じ反応溶媒の存在下、下記一般式(1)で表される亜鉛化合物を用いて製造された、エステル骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート及び/又はポリエーテル骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート、並びに
(B)水酸基含有(メタ)アクリレートを含有し、
下記一般式(1)で表される亜鉛化合物を組成物中に0.01〜700wtppm含有し、
有機スズ化合物を含まない硬化型組成物に関する。
Zn(X)2 ・・・(1)
〔式(1)において、Xはβ−ジケトン、ハロゲン原子、アシルオキシ基又はアルコキシ基を表す。〕
本発明の硬化型組成物に含まれる亜鉛化合物は、(A)成分の製造で触媒として使用する亜鉛化合物を由来とするものである。
以下、それぞれの成分について説明する。
本発明で使用する(A)成分のウレタン(メタ)アクリレートは、エステル骨格を有するポリオール及び/又はポリエーテル骨格を有するポリオール、有機ポリイソシアネートと、水酸基含有(メタ)アクリレートとを、必要に応じ反応溶媒の存在下、一般式(1)で表される亜鉛化合物の存在下に反応させて製造したものである。
以下、原料化合物、亜鉛化合物及びウレタン化反応に分けて説明する。
(A)成分は、原料化合物として、ポリオール、有機ポリイソシアネート及び水酸基含有(メタ)アクリレートを使用する。
低分子量ポリオールとしては、例えば、分子量50〜300程度の水酸基を少なくとも2個有するポリオールが挙げられ、具体例として、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、ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、ノナンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール及び3−メチル−1,5−ペンタンジオール等が挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、オキシアルキレン単位を3個以上有するポリアルキレングリコールが挙げられ、具体例として、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリテトラメチレングリコール等が挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、カーボネートとジオールとの反応生成物が挙げられる。カーボネートとして具体的には、ジフェニルカーボネート等のジアリールカーボネート、並びにジメチルカーボネート及びジエチルカーボネート等のジアルキルカーボネート等が挙げられる。ジオールとしては、前記した低分子量ポリオールが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、これら低分子量ポリオール、ポリエーテルポリオール及びポリカーボネートポリオールからなる群より選ばれる少なくとも1種と、酸成分との反応物が挙げられる。酸成分としては、例えば、アジピン酸、セバシン酸、コハク酸、マレイン酸、フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸及びテレフタル酸等の二塩基酸又はその無水物等が挙げられる。又、ポリカーボネートジオールとカプロラクトンの開環反応物等も挙げられる。
エステル骨格を有するポリオールとしては、ポリオール中にエステル骨格が少なくとも1個有するものであれば、好ましく使用できる。エステル骨格を有するポリオールの具体例としては、上記したポリエステルポリオールが好ましい。
ジイソシアネートとしては、例えば、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、キシレンジイソシアネート及びナフタレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート及びトリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;イソホロンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート及び水添キシレンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート等が挙げられる。
トリイソシアネートとしては、例えば、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート及びビシクロヘプタントリイソシアネート等が挙げられる
これらの中でも、得られる(A)成分が低粘度で取扱いが簡便となるため、ジイソシアネートが好ましい。
(A)成分は、下記一般式(1)で表される亜鉛化合物を触媒として使用して製造されたものである。
Zn(X)2 ・・・(1)
〔式(1)において、Xはβ−ジケトン、ハロゲン原子、アシルオキシ基又はアルコキシ基を表す。〕
Xで表されるハロゲン原子としては、例えば、塩素原子及び臭素原子等が挙げられ、塩素原子が好ましい。
Xで表されるアシルオキシ基としては、例えば、炭素数3〜20のアシルオキシ基が好ましく、具体的には、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、2−エチルヘキサノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ドデカノイル基及びオクタデカノイル基等が挙げられる。
Xで表されるアルコキシ基としては、例えば、炭素数1〜10のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基及びエトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基及び2−エチルヘキシロキシ基等を挙げることができる。
Xは上記のいずれか1種でも良いし、2種以上の組み合わせでも良い。
これらの中でも、Xとしてアセチルアセトン及びヘキサフルオロアセチルアセトン、ハロゲン原子が好ましく、反応液や組成物への溶解性に優れる点で、より好ましくはアセチルアセトンである。
(A)成分は、ポリオール、有機ポリイソシアネート及び水酸基含有(メタ)アクリレートを、前記亜鉛化合物の存在下、必要に応じ反応溶媒の存在下に加熱・攪拌してウレタン化して製造することができる。
この場合、ポリオール、有機ポリイソシアネート及び水酸基含有(メタ)アクリレートを一括に仕込んで反応させることもでき(以下、「1段反応」という)、ポリオール及び有機ポリイソシアネートを反応させてイソシアネート基含有プレポリマーを製造した後、水酸基含有(メタ)アクリレートを添加することもできる(以下、「2段反応」という)。
水酸基含有(メタ)アクリレートの割合としては、得られる(A)成分中にイソシアネート基が残存しない様な割合が好ましい。
前記した2段反応で製造する場合には、イソシアネート基含有プレポリマーのイソシアネート基合計量1モルに対して、水酸基含有(メタ)アクリレートが1.0〜1.5モルが好ましい。
前記した1段反応で製造する場合には、最終的に得ようとする(A)成分の構造に基づき計算されたイソシアネート基含有プレポリマー中に残存するイソシアネート基合計量1モルに対して、水酸基含有(メタ)アクリレートが1.0〜1.5モルの割合が好ましい。
又、この場合、有機ポリイソシアネートのイソシアネート基合計量1モルに対して、ポリオールと酸基含有(メタ)アクリレートの水酸基合計量が1.0〜1.5モルの割合が好ましい。
反応溶媒としては、ウレタン化反応に関与しないものが好ましく、例えば、トルエン及びキシレン等の芳香族化合物、並びにジメチルホルムアミド等の有機溶媒が挙げられる。
有機溶媒を使用する場合の配合量は、(A)成分の粘度等に応じて適宜設定すれば良いが、反応溶液中に0〜70重量%となるように設定することが好ましい。
ここで、反応溶液とは、原料化合物のみを使用する場合には、原料化合物の合計量を意味し、原料化合物に加え反応溶媒等を使用する場合は、これらを含めた合計量を意味する。具体的には、ポリオール、有機ポリイソシアネート、水酸基含有(メタ)アクリレート及び必要に応じ用いる反応溶媒等を合わせた溶液の意味に用いられる。以下同じ。
(C)成分を反応成分に配合する場合の配合量は、最終的に組成物に配合する(C)成分の割合に応じて適宜設定すれば良いが、例えば、反応溶液中に10〜70重量%、さらに10〜50重量%となるように設定することが好ましい。
重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、tert−ブチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,4,6−トリ−tert−ブチルフェノール、ベンゾキノン、フェノチアジン等の有機系重合禁止剤、塩化銅及び硫酸銅等の無機系重合禁止剤、並びにジブチルジチオカルバミン酸銅等の有機塩系重合禁止剤等が挙げられる。重合禁止剤は、一種を単独で使用しても又は二種以上を任意に組み合わせて使用しても良い。重合禁止剤の割合としては、反応液中に5〜20,000wtppmが好ましく、より好ましくは25〜3,000wtppmである。
含酸素ガスとしては、例えば空気、酸素と窒素の混合ガス、酸素とヘリウムの混合ガス等が挙げられる。
(A)成分として、原料ポリオールとしてポリエステルポリオールを用いたエステル骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート、原料ポリオールとしてポリエーテルポリオールを用いたポリエーテル骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート等が好ましい。
(B)成分の水酸基含有(メタ)アクリレートは、組成物の硬化物の耐熱性や密着性を改善する等の目的で配合されるものである。
(B)成分としては、水酸基を含む(メタ)アクリレートであれば種々の化合物を使用することができ、具体的には、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及び2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられる。好ましくは、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートである。
本発明の硬化型組成物は、前記(A)及び(B)成分を必須成分として含有する。(A)及び(B)成分の割合としては、(A)及び(B)合計量を100重量%とした場合、通常、(A)成分10〜90重量%及び(B)成分90〜10重量%であり、好ましくは(A)成分20〜80重量%及び(B)成分80〜20重量%であり、より好ましくは(A)成分30〜70重量%及び(B)成分70〜30重量%である。
(A)成分が10重量%以上であると硬化物の耐熱性や密着性に優れ、90重量%以下であると、組成物が低粘度となり、作業性に優れる。
上記したように、亜鉛化合物の割合を0.01wtppm以上とすることで、(A)成分製造時のウレタン化反応を好ましく進行させることができ、700wtppm以下とすることで、(A)成分製造時の急激な反応を抑制して安定に製造できる上、組成物の減粘及び着色を抑制することができる。
本発明の硬化型組成物には、目的に応じて、前記(A)及び(B)成分に加えて、(C)成分であるエチレン性不飽和基を有する化合物を配合することができる。
(C)成分としては、(メタ)アクリレート、ビニル系単量体及びビニルエーテル等が挙げられ、(メタ)アクリレートが好ましい。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,6−ヘキサンジオール及びトリメチロールプロパン等の低分子量ポリオール、並びにこれらのアルキレンオキシド付加物等のポリオールと、アジピン酸、コハク酸、フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸及びテレフタル酸等の二塩基酸又はその無水物等の酸成分とからの反応物等が挙げられる。
(C)成分は、(A)成分の製造時に反応溶媒として用いたものを、分離することなくそのまま本発明の硬化型組成物に用いることができる。また、硬化型組成物を調製する際に、必要に応じて、(C)成分を追加することもできる。
本発明の組成物は、活性エネルギー線硬化型組成物として好ましく使用できる。この場合において、可視光や紫外線により硬化させる場合には、必要に応じて光重合開始剤を配合することもできる。尚、本発明の組成物を電子線で硬化させる場合には、光重合開始剤を配合する必要はない。
これらの光重合開始剤は単独で使用することも、安息香酸系及びアミン系等の増感剤と組み合わせて使用することもできる。
活性エネルギー線の照射方法や加熱方法は、従来の硬化方法として知られている一般的な方法を採用すれば良い。
攪拌機を備えた500mL反応容器に、数平均分子量が2,000のポリエステルポリオール((株)クラレ製 P−2010、アジピン酸と3−メチル−1,5−ペンタンジオールのエステル化物)を138g(0.07モル)、2−ヒドロキシエチルアクリレートを16.2g(0.14モル)、希釈剤としてイソボルニルアクリレートを185g、触媒としてビス(アセチルアセトナート)亜鉛〔以下、Zn(acac)2という〕を37.1mg(反応溶液中に100ppm)、重合禁止剤として2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(以下、BHTという)を92.7mg仕込み、5容量%の酸素を含む窒素の雰囲気下、これらを攪拌しながら液温が70℃になるまで加温した。
反応溶液にイソホロンジイソシアネート31.1g(0.14モル)を徐々に添加し、9時間反応させた。赤外線吸収スペクトル装置(Perkin Elmer製FT-IR Spectrum100)によりスペクトルを測定し、イソシアネート基が完全に消費されたことを確認した。
得られたウレタンアクリレートを、ゲル浸透クロマトグラフィー(溶媒:テトラヒドロフラン、カラム:Waters製HSPgel HR MB-L)により測定した結果、ポリスチレン換算の重量平均分子量(以下、Mwという)は12,000であった。
製造例1においてZn(acac)2量を148mg(反応溶液中に400ppm)とし、反応時間を7時間とした以外は同様の操作を行い、ウレタンアクリレート溶液を得た。
得られたウレタンアクリレートのMwは、12,000であった。
製造例1において触媒をジブチルスズジラウレート(以下、DBTDLという)185mg(反応溶液中に500ppm)とし、反応時間を6時間とした以外は同様の操作を行い、ウレタンアクリレート溶液を得た。得られたウレタンアクリレートのMwは、14,000であった。
製造例1及び同2、並びに比較製造例1で得られたウレタンアクリレート溶液100部、2−ヒドロキシエチルアクリレート50部及び光重合開始剤のイルガキュア184(1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製)1.5部を、常法に従い攪拌・混合して活性エネルギー線硬化型樹脂組成物を得た。
この組成物は、各成分を下記の割合で含む組成物である。組成物中に含まれる金属化合物の割合は、表1及び表2に示す。
・(A)成分(ウレタンアクリレート):50部
・(B)成分(2−ヒドロキシエチルアクリレート):50部
・(C)成分(イソボルニルアクリレート):50部
・光重合開始剤:1.5部
得られた組成物について、以下の方法に従い評価した。それらの結果を表1に示す。尚、表1には、使用するウレタンアクリレート(以下、UAという)について、製造例の番号、使用した原料アルコールの種類、使用した触媒の種類及びその量も合わせて記載した。
得られた組成物の粘度をE型粘度計〔東機産業(株)製 RE−85H〕で測定した後、ガラス製サンプル瓶に入れて蓋をし、熱安定性試験として85℃恒温槽で60時間静置後、再び粘度を測定した。尚、この評価は、長期間保管後の減粘の程度を評価するため、高温下で減粘を促進させ行った。
これに対して、有機スズ触媒を使用して製造されたウレタンアクリレートを使用した比較例1の組成物は、実施例と比較して減粘が発生してしまうものであった。
Claims (3)
- (A)エステル骨格を有するポリオール及び/又はポリエーテル骨格を有するポリオールと、有機ポリイソシアネートと、水酸基含有(メタ)アクリレートとを、必要に応じ反応溶媒の存在下、下記一般式(1)で表される亜鉛化合物を用いて製造された、エステル骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート及び/又はポリエーテル骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート、並びに
(B)水酸基含有(メタ)アクリレートを含有し、
下記一般式(1)で表される亜鉛化合物を組成物中に0.01〜700wtppm含有し、
有機スズ化合物を含まない硬化型組成物。
Zn(X)2 ・・・(1)
〔式(1)において、Xはβ−ジケトン、ハロゲン原子、アシルオキシ基又はアルコキシ基を表す。〕 - 前記(A)成分が、(A)成分製造時における反応溶液の合計重量に対して、亜鉛化合物を0.01〜1,000wtppm使用して製造されたものである請求項1記載の硬化型組成物。
- 請求項1又は請求項2に記載の組成物を含む活性エネルギー線硬化型組成物。
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