JP5798038B2 - 光硬化性塗料組成物、及びそれを硬化させてなる塗膜 - Google Patents

光硬化性塗料組成物、及びそれを硬化させてなる塗膜 Download PDF

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Description

本発明はポリマー微粒子で改質された光硬化性塗料組成物、及び該組成物を硬化させた塗膜に関する。
光硬化性塗料組成物は、紫外線等の照射により速やかに硬化する塗料(コーティング)として機能することや、塗膜を形成するのに必要なエネルギー量が少ないなど、優れた塗料材料として様々な産業材料に広く使用されている。
一般に、塗料(コーティング)においては、これを用いて形成された塗膜の物性や外観が重要であり、光硬化性塗料組成物においても、形成された塗膜が例えば優れた伸びを有することが望まれている。また、光硬化性塗料組成物の取扱い性や硬化性にも優れることが望まれている。
このような要求に対し、光硬化性塗料組成物の構成成分として、ウレタンアクリレートに代表される特定構造の化合物を用いることにより、伸びが改良された塗膜を得る技術が、特許文献1に開示されている。すなわち、当該文献には、(A)ウレタン化合物、(B)反応性不飽和基を有する光重合性単量体、及び(C)光重合開始剤を含有し、ウレタン化合物が(a)1分子中にイソシアネート基を2つ有するイソシアネート化合物と、(b)数平均分子量が1000を超え2500以下であるポリオキシアルキレグリコールと、(c)数平均分子量が62以上1000以下であるアルキレングリコール又はポリオキシアルキレングリコールと、(d)水酸基を有するエチレン性不飽和化合物とを、(c)成分のモル数に対する(b)成分のモル数の比が1以上、かつ、(a)成分のイソシアネート基に対する(b)成分、(c)成分及び(d)成分の有する水酸基の当量比が1.0〜1.1となるように混合し反応させて得られる、光硬化性樹脂組成物が開示されている。
また、コアシェル構造を有するポリマー微粒子を、光硬化性塗料組成物の構成成分として用いる技術が、特許文献2に開示されている。ここで使用されているポリマー微粒子、即ちコアシェル型ポリマー微粒子は、市販の粉末状コアシェル型ポリマー微粒子である。当該文献には、コアシェル型ポリマー微粒子の好ましい粒子径が開示されているが、光硬化性塗料組成物中のコアシェル型ポリマー微粒子の分散状態や分散粒子径に関する開示や示唆は見られない。
すなわち、特許文献1の技術は、塗膜を構成する重合体として、(B)反応性不飽和基を有する光重合性単量体と(A)ウレタン化合物との共重合体を用いることで、所望の物性を有する塗膜を得ようとするものである。一方、特許文献2の技術は、塗膜を構成している共重合体にコアシェル型ポリマー微粒子を添加混合することで、共重合体の構造は特に変化させることなく、所望の物性を有する塗膜を得ようとするものである。
特開2006−089627号公報 特開2005−015757号公報
耐薬品性や耐摩耗性などの観点から、架橋密度が高くて(機械的)物性に優れた塗膜は、産業上の価値が高い。特許文献1に開示される技術は、ウレタン化合物を反応性不飽和基を有する光重合性単量体の共重合成分として使用し、共重合体の架橋密度や柔軟性を調節することで、所望の(機械的)物性を有する塗膜を得ようとするものである。しかしながら、共重合体の架橋密度を維持したまま、塗膜の(機械的)特性を改良することは、両者が相反する関係にあるため、容易ではない。
また、特許文献2の技術にしたがって、粉末状コアシェル型ポリマー微粒子を用いて光硬化性塗料組成物を作成しても、コアシェル型ポリマー微粒子は該組成物中で、本質的に数μm〜数十μm以上の凝集粒子のままであった。そして、かかる凝集粒子は、塗膜厚みと同等かそれより大きい場合には、塗膜の表面に現れて塗膜の外観を損なうという致命的な問題があった。また、塗膜の(機械的)物性を改良するという効果を十分に得るのが難しいという問題もあった。これは以下の理由に因ると推測される。
すなわち、一般に、粉末状コアシェル型ポリマー微粒子は、熱可塑性樹脂に耐衝撃性改良剤として添加され、成形加工時に高剪断を付与することにより、熱可塑性樹脂中に一次粒子の状態で分散されて、その靭性改良効果が発現する。熱可塑性樹脂においては、コアシェル型ポリマー微粒子の添加混合を高温下かつ高剪断下で実施することが容易なため、粉体状のコアシェル型ポリマー微粒子を一次粒子の状態で分散させることができる。コアシェル型ポリマー微粒子が高い靭性改良効果を示すためには、コアシェル型ポリマー微粒子が一次粒子の状態で分散するのが重要である。また、一次粒子の状態で分散したコアシェル型ポリマー微粒子は、自身が変形したり、或いはその周囲に存在するポリマーの塑性変形(せん断降伏、クレーズ)を誘発するなどして、熱可塑性樹脂の機械的特性を改良できる。
これに対し、特許文献2の記載のように、粉末状コアシェル型ポリマー微粒子を(メタ)アクリル酸エステルモノマーへ添加混合する場合には、コアシェル型ポリマー微粒子の添加混合を高温下かつ高剪断下で実施することが容易でない。このため、コアシェル型ポリマー微粒子は一次粒子の状態で分散せず、凝集したままの状態にある。すなわち、コアシェル型ポリマー微粒子は見かけ上は混合したような状態にできるものの、実際には一次粒子の状態までは分散できずに、凝集したままで(メタ)アクリル酸エステルモノマー中に存在している。
このような技術背景から分かるように、塗膜の(機械的)物性を改良することが可能な、コア/シェルグラフト重合体に代表されるポリマー微粒子を含む光硬化性塗料組物は、従来得られてこなかった。
本発明は、このような状況において為されたものであり、本発明者らは、本発明のポリマー微粒子を用いることで、上述のように外観の問題なく、優れた特性を有する塗膜を形成することが可能な、これまでにない光硬化性塗料組成物を提供することを課題として掲げた。
鋭意検討の結果、驚くべきことに、ポリマー微粒子とビニルモノマーからなる本発明の光硬化性塗料組成物は、従来技術では困難であった、外観や(機械的)特性に優れる塗膜を形成し得ることを見出した。
また、ウレタン変性(メタ)アクリレートをビニルモノマーとして用いる場合には、ポリマー微粒子を含まない従来公知の光硬化性塗料組成物と比較して、外観が同等で(機械的)特性に優れる塗膜を形成し得ることを見出した。
すなわち、上記課題を解決し得た本発明の光硬化性塗料組成物は、ビニルモノマー(A)100質量部と、体積平均粒子径が0.05〜1μmのポリマー微粒子(B)0.1〜50質量部とを含む光硬化性塗料組成物であって、該ビニルモノマー(A)が、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、及びウレタン変性(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上のモノマーを主成分とすることを特徴とする。
本発明の光硬化性塗料組成物において、前記ビニルモノマー(A)100質量部が、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー及び/またはヒドロキシエチル(メタ)アクリレート50〜100質量部と、芳香族ビニル系モノマー0〜50質量部と、その他のビニルモノマー0〜50質量部とからなるモノマーであることや、ウレタン変性(メタ)アクリレート1〜100質量部と、ウレタン変性(メタ)アクリレート以外のビニルモノマー0〜99質量部とからなること、及び、前記ウレタン変性(メタ)アクリレート以外のビニルモノマーが、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、及び芳香族ビニル系モノマーからなる群から選ばれる1種以上であることは、好ましい実施態様である。
また、本発明の光硬化性塗料組成物において、前記炭素数3以上のアルコールと前記(メタ)アクリル酸とから合成される前記(メタ)アクリル酸エステル系モノマーが、脂環式アルキル(メタ)アクリレート、アルキレングリコールジ(メタ)アクリレート、分岐状アルキレンエーテル基を有するトリ(メタ)アクリレート、複数の分岐状アルキル基を有するポリ(メタ)アクリレートであることや、前記ウレタン変性(メタ)アクリレートが、分子内に3つ以上の(メタ)アクリロイルオキシ基を有することは、好ましい実施態様である。
また、本発明の光硬化性塗料組成物において、前記ポリマー微粒子(B)が、その内側に存在する弾性コア層、及びその最も外側に存在するシェル層の少なくとも2層を含むコア/シェルグラフト共重合体であって、かつ、該弾性コア層が、ガラス転移温度0℃未満のゴム状重合体からなることや、前記ビニルモノマー(A)中で一次分散していることは、好ましい実施態様である。
また、前記ポリマー微粒子(B)の前記シェル層が、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、及びグリシジル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上のモノマー(BS−1)2〜90質量%、アルキル(メタ)アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、及び(メタ)アクリロニトリルからなる群から選ばれる1種以上のモノマー(BS−2)2〜98質量%、多官能性ビニルモノマー(BS−3)0〜10質量%、及びこれらのモノマーと共重合可能なその他のビニルモノマー(BS−4)0〜10質量%からなるシェル層形成用単量体100質量%の共重合体であることも好ましい実施態様である。
本発明には、上記光硬化性塗料組成物を硬化させてなる塗膜も包含される。本発明の塗膜において、その塗膜厚みが、前記ポリマー微粒子(B)の体積平均粒子径の1.5倍以上、かつ、100μm以下であることは、好ましい実施態様である。
本明細書において(メタ)アクリル酸(エステル)とは、アクリル酸(エステル)、及び/又は、メタクリル酸(エステル)を意味する。
本発明の光硬化性塗料組成物は、従来技術では困難であった、ポリマー微粒子、特にコアシェル型ポリマー微粒子を含んで構成され、外観や(機械的)特性に優れる塗膜を提供することができる。
本発明の光硬化性塗料組成物は、外観、及び機械的強度に優れた塗膜を得る観点から、ビニルモノマー(A)100質量部と、体積平均粒子径が0.05〜1μmのポリマー微粒子(B)0.1〜50質量部とを含む光硬化性塗料組成物であって、該ビニルモノマー(A)が、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、及びウレタン変性(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上のモノマーを主成分とすることを特徴とする。以下、本発明の光硬化性塗料組成物について、詳細に説明する。
<ビニルモノマー(A)>
本発明で用いるビニルモノマー(A)は、上記三つのモノマーの含有率が合計で50質量%以上であることを要する。すなわち、上記モノマーから選ばれる1種、あるいはこれらを任意に組み合わせた混合物の含有率が50質量%以上であることを要する。
特に、組成物の光硬化性や、この組成物を用いて形成される塗膜の耐摩耗性を改良する観点から、ビニルモノマー(A)100質量部が、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー及び/またはヒドロキシエチル(メタ)アクリレート50〜100質量部と、芳香族ビニル系モノマー0〜50質量部と、その他のビニルモノマー0〜50質量部とから構成されることが好ましい。より好ましくは、ビニル系モノマー(A)100質量部が、(メタ)アクリル酸エステル系モノマー及び/またはヒドロキシエチル(メタ)アクリレート50〜99質量部、芳香族ビニル系モノマー0〜50質量部、その他のビニルモノマー1〜50質量部とから構成される。
また、前記ビニルモノマー(A)100質量部は、ウレタン変性(メタ)アクリレート1〜100質量部と、ウレタン変性(メタ)アクリレート以外のビニルモノマー0〜99質量部とから構成されてもよい。かかる構成により、ウレタン変性(メタ)アクリレートの重合物、又は、これとビニルモノマーとの共重合体から構成される塗膜の(機械的)特性を、その外観を損ねることなく改良することができる。
本発明の塗料組成物の扱いやすさと塗膜の物性との均衡の観点から、ビニルモノマー(A)100質量部を、ウレタン変性(メタ)アクリレート1〜90質量部、及びウレタン変性(メタ)アクリレート以外のビニルモノマー10〜99質量部から構成することが好ましく、より好ましくは順に、10〜80質量部、及び20〜90質量部、さらに好ましくは順に、10〜70質量部、及び30〜90質量部、特に好ましくは順に、10〜45質量部、及び55〜90質量部とすることである。
ここで、前記ウレタン変性(メタ)アクリレート以外のビニルモノマーとしては、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、及び芳香族ビニル系モノマーからなる群から選ばれる1種以上であることが好ましい。
<炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸から合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー>
炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしては、(メタ)アクリロイルオキシ基を分子内に1個有する(メタ)アクリレートモノマー(AA1)、及び(メタ)アクリロイルオキシ基を分子内に2個以上有する(メタ)アクリレートモノマー(AA2)が例示できる。特に、空気雰囲気などの酸素存在下にて硬化し易い組成物を得る場合には、空気中での光硬化性が大きいAA2がAA1より多く含まれることが好ましい。
(メタ)アクリロイルオキシ基を分子内に1個有する(メタ)アクリレートモノマー(AA1)としては、ブチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、イソデシルアクリレートなどの鎖状アルキル(メタ)アクリレート;シクロへキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレートのような脂環式アルキル(メタ)アクリレート;テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレートのような複素環式アルキル(メタ)アクリレート;2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレートのようなアルコキシアルキル(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、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)アクリレートのような水酸基含有(メタ)アクリレート;グリシジル(メタ)アクリレートのようなエポキシ基含有(メタ)アクリレート;アリル(メタ)アクリレートのようなエチレン性不飽和二重結合を有する(メタ)アクリレートなどが例示される。
(メタ)アクリロイルオキシ基を分子内に2個以上有する(メタ)アクリレートモノマー(AA2)の内、(メタ)アクリロイルオキシ基を分子内に2個有する(メタ)アクリレートモノマー(AA2)としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(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、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレートなどのアルキレングリコールジ(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、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(600)ジ(メタ)アクリレートなどのポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートなどが例示される。
また、(メタ)アクリロイルオキシ基を分子内に3個有する(メタ)アクリレートモノマー(AA2)としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどの分岐状アルキル基を有するトリ(メタ)アクリレート;グリセロールプロポキシトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリエトキシトリ(メタ)アクリレートなどの分岐状アルキレンエーテル基を有するトリ(メタ)アクリレート;トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレートなど複素環を含有するトリ(メタ)アクリレートなどが例示される。(メタ)アクリロイルオキシ基を分子内に4個以上有する(メタ)アクリレートモノマー(AA2)としては、ジ(トリメチロールプロパン)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複数の分岐状アルキル基を有するポリ(メタ)アクリレート;ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートなどの複数の分岐状アルキル基と水酸基とを有するポリ(メタ)アクリレートなどが例示される。これらの(メタ)アクリル酸エステル系モノマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの(メタ)アクリル酸エステル系モノマーの内、工業的な利用頻度の観点から、鎖状アルキル(メタ)アクリレート、脂環式アルキル(メタ)アクリレート、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、水酸基含有(メタ)アクリレート、アルキレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート、分岐状アルキル基を有するトリ(メタ)アクリレート、分岐状アルキル基を有するトリ(メタ)アクリレート、分岐状アルキレンエーテル基を有するトリ(メタ)アクリレート、複数の分岐状アルキル基を有するポリ(メタ)アクリレート、複数の分岐状アルキル基と水酸基とを有するポリ(メタ)アクリレートが好ましい。具体的には、(メタ)アクリロイルオキシ基を分子内に1〜5個有する(メタ)アクリレートモノマーであるイソボルニルアクリレート(IBOA)、イソデシルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート(HDODA)、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート(TRPGDA)、テトラ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トリアクリレート(TMPTA)、トリメチロールプロパントリエトキシトリアクリレート(TMPTETA、あるいはEO3TMPTAと称する場合がある)、グリセロールプロポキシトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA)、ジ(トリメチロールプロパン)テトラアクリレート(DTMP4A)、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPEHA)がより好ましい。
<ウレタン変性(メタ)アクリレート>
ウレタン変性(メタ)アクリレートは、嫌気性が弱く、酸素雰囲気下であってもラジカル重合阻害を受けにくい性質を有している。このため、本発明の光硬化性塗料組成物は、ビニルモノマー(A)成分としてウレタン変性(メタ)アクリレートを用いることにより、この特性を活用することができる。
本発明で用いるウレタン変性(メタ)アクリレートは、(1)ポリイソシアネートと、(2)水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル、更に必要に応じて(3)水酸基を有するポリエステル、水酸基を有するポリエーテル、アクリルポリオール、ポリビニルアルコール類等の分子内に水酸基を有する化合物とを反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレートであることが好ましい。
上記のポリイソシアネートは、分子中に少なくとも2個以上のイソシアネート基を持つ化合物ならば使用可能であり、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、キシリレンジイソシアネートなどの芳香族ポリイソシアネート;リジンジイソシアネートメチルエステル、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ポリイソシアネート;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、水添トリレンジイソシアネート、水添4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネートなどの脂環式ポリイソシアネート等の2価のイソシアネート類、およびそれらの2量体または3量体が挙げられる。
上記の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルとしては、多価アルコールと、(メタ)アクリル酸またはメタクリル酸よりなるエステル化合物が挙げられ、その分子内に1以上の水酸基を有している。
多価アルコールとしては、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、エチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどの鎖状アルカンジオール;トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどの鎖状アルキレンエーテルジオール;トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトールなどのトリオール類;ジペンタエリスリトールなどの4価以上のアルコールなどが例示できる。また、アルキレンオキシドや環状エステル(例えばカプロラクトンなど)の付加物であってもよい。
好ましい水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルとしては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、1−メチル−2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどの鎖状ヒドロキシアルキル(メタ)アクリル酸エステル;
グリセリンジ(メタ)アクリレート、またはその誘導体(エチレンオキシド付加グリセリンジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加グリセリンジ(メタ)アクリレートなどのアルキレンオキシド付加物、ε−カプロラクトン付加グリセリンジ(メタ)アクリレートなどの環状エステル付加物);
トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、またはその誘導体(エチレンオキシド付加トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレートなどのアルキレンオキシド付加物、ε−カプロラクトン付加トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレートなどの環状エステル付加物);
ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、またはその誘導体(エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートなどのアルキレンオキシド付加物、ε−カプロラクトン付加ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートなどの環状エステル付加物);
ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、またはその誘導体(エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどのアルキレンオキシド付加物、ε−カプロラクトン付加ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどの環状エステル付加物);
ペンタエリスリトールモノエトキシレートジ(メタ)アクリレート、またはその誘導体(エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールモノエトキシレートジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールモノエトキシレートジ(メタ)アクリレートなどのアルキレンオキシド付加物、ε−カプロラクトン付加ペンタエリスリトールモノエトキシレートジ(メタ)アクリレートなどの環状エステル付加物);
ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、またはその誘導体(エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートなどのアルキレンオキシド付加物、ε−カプロラクトン付加ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートなどの環状エステル付加物);
ジペンタエリスリトールモノラウリレートテトラ(メタ)アクリレート、またはその誘導体(エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールモノラウリレートテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジペンタエリスリトールモノラウリレートテトラ(メタ)アクリレートなどのアルキレンオキシド付加物、ε−カプロラクトン付加ジペンタエリスリトールモノラウリレートテトラ(メタ)アクリレートなどの環状エステル付加物);
ジペンタエリスリトールジメタクリレートトリアクリレート、ジペンタエリスリトールモノメタクリレートテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラメタクリレートモノアクリレートなどのメタクリル化ジペンタエリスリトールアクリル酸エステルが例示できる。
本発明では、分子内に(メタ)アクリロイルオキシ基を2〜5個(より好ましくは2〜3個)有する水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルを用いることが好ましい。
上記の水酸基を有するポリエステルとしては、1種以上の多価アルコールと1種以上の多塩基酸とのエステル化合物や、多価アルコールに環状エステル(例えばカプロラクトンなど)が付加した付加物が挙げられる。多価アルコールとしては、前記水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルに使用できるものとして例示した多価アルコールが挙げられる。上記多塩基酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、無水フタル酸、トリメリット酸などが例示できる。
上記の水酸基を有するポリエーテルとしては、1種又は2種以上のアルキレンオキサイドに多価アルコールが付加した付加物や、当該付加物にさらに環状エステル(例えばカプロラクトンなど)が付加した付加物、アルキレンオキサイドの開環重合体が挙げられる。多価アルコールとしては、前記水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルに使用できるものと同じ多価アルコールが例示できる。
上記ポリビニルアルコール類としては、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン性ポリビニルアルコール(EVOH)、シラノール変性ポリビニルアルコール等があげられる。
本発明で用いるウレタン変性(メタ)アクリレートは、前述の(1)ポリイソシアネートと、(2)水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル、更に必要に応じて(3)水酸基を有するポリエステル、水酸基を有するポリエーテル、アクリルポリオール、ポリビニルアルコール類等の分子内に水酸基を有する化合物とを、イソシアネート(NCO)基/水酸(OH)基の等量比(モル比)が、約0.7〜1.20、好ましくは0.8〜1.05となる範囲で反応させて得られるものであることが好ましい。
数平均分子量は、好ましくは500〜20,000、より好ましくは600〜12,000、更に好ましくは600〜6,000であり、特に好ましく600〜3,000である。
また、分子内に3個以上(より好ましくは3個以上、6個以下)の(メタ)アクリロイルオキシ基を有するウレタン変性(メタ)アクリレートを用いるのが好ましい。数平均分子量が600〜3,000の範囲にあり、分子内に3個以上の(メタ)アクリロイルオキシ基を有するウレタン変性(メタ)アクリレートを用いると、特に硬さに優れる塗膜を得ることができることから、特に好ましい。
本発明では、ウレタン変性(メタ)アクリレートとして市販品を使用することもできる。例えば、Sartomer社のCNシリーズ、Cytec社のEbecryl(登録商標)シリーズ、Cognis社のPhotomer(登録商標)シリーズ、日本合成化学(株)、日本ユピカ(株)、日本合成化学(株)、根上工業(株)などから入手可能な、脂肪族ウレタンアクリレートや芳香族ウレタンアクリレート等が挙げられる。
本発明で用いるウレタン変性(メタ)アクリレートは、単一種であっても、2種以上を組み合わせたものであってもよい。
<芳香族ビニル系モノマー>
本発明で用いる芳香族ビニル系モノマーとしては、スチレン;α−メチルスチレンやメトキシスチレン等の炭素数1〜12のアルキル基あるいはアルコキシ基含有スチレン;クロロスチレンやブロモスチレン等のハロゲン化スチレン;ジビニルベンゼンなどの多官能型芳香族ビニル系モノマー;フェニルスチレン、ビニルナフタレンなどの多環型芳香族ビニル系モノマー等が挙げられる。これらの芳香族ビニル系モノマーの内、工業的な利用頻度の観点から、スチレンがより好ましい。これらの芳香族ビニル系モノマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<その他のビニルモノマー>
本発明で用いるその他のビニルモノマーは、前記炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマーと、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートと、ウレタン変性(メタ)アクリレートと、芳香族ビニル系モノマーとからなる群のいずれにも属さない、これら以外のビニルモノマーである。例えば、炭素数1以上、2以下のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマーや、ビニルシアン系モノマー、(メタ)アクリルアミド系モノマー、N−ビニルアミド系モノマー、アリルエステルモノマー等が挙げられる。
上記炭素数1以上、2以下のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチルが例示できる。
上記ビニルシアン系モノマーとしては、(メタ)アクリロニトリルなどが例示でき、工業的見地からアクリロニトリルが好ましい。
上記(メタ)アクリルアミド系モノマーとしては、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミドなどが例示できる。N−ビニルアミド系モノマーとしては、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタムなどが例示できる。アリルエステルモノマーとしては、フタル酸ジアリルなどが例示できる。
これらその他のビニルモノマーは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<ウレタン変性(メタ)アクリレート以外のビニルモノマー>
ビニルモノマー(A)としてウレタン変性(メタ)アクリレートを用いる場合に、当該モノマーの共重合成分となり得る、ウレタン変性(メタ)アクリレート以外のビニルモノマーとしては、本発明の光硬化性塗料組成物の光硬化性を損なわないものであれば、任意のビニルモノマーを使用することができる。ポリマー微粒子(B)の一次分散性をより安定なものとする観点から、当該ビニルモノマーとしては、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸から合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマーと、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートと、芳香族ビニル系モノマーとからなる群から選ばれる1種以上とすることが好ましい。
当該(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、及び芳香族ビニル系モノマーとしては、上記のものが使用できる。
<ポリマー微粒子(B)の含有量>
本発明の光硬化性塗料組成物は、前記ビニルモノマー(A)100質量部に対して、ポリマー微粒子(B)を0.1〜50質量部含むことを要する。ポリマー微粒子(B)の含有量が0.1質量部未満であると、本発明の効果にバラつきが見られることがある。また、ポリマー微粒子(B)の含有量が50質量部を超えると、光硬化性塗料組成物の粘度が高くなりすぎて、取り扱いに支障をきたす場合がある。ポリマー微粒子(B)の含有量は、1〜45質量部が好ましく、2〜40質量部がより好ましい。
<ポリマー微粒子(B)の粒子径>
本発明で用いるポリマー微粒子(B)の一次粒子径は、体積平均粒子径で0.05〜1μmの範囲にあり、より好ましい範囲は0.1〜0.5μmである。なお、ポリマー微粒子の体積平均粒子径は、動的光散乱による粒子径測定装置、例えばマイクロトラックUPA150(日機装株式会社製)などを用いて測定することができる。
<ポリマー微粒子(B)の分散性>
本発明の光硬化性塗料組成物は、ポリマー微粒子(B)がビニルモノマー(A)から構成される連続層中で一次分散(一次粒子の状態で分散)していることが好ましい。具体的には、後述する方法で算出された粒子分散率が90%以上となることが好ましく、93%以上となることがより好ましく、95%以上となることがさらに好ましい。このような組成物を用いることにより、ポリマー微粒子(B)が一次粒子の状態で分散した硬化物を得ることができる。その結果、耐摩耗性に優れるなど、ポリマー微粒子(B)による機械的強度向上効果が十分に発揮された、優れた品質を有する塗膜を得ることができる。
すなわち、従来技術では、実際にビニルモノマー中へポリマー微粒子(コアシェル型ポリマー微粒子)を混合し、一次粒子で安定に分散している状態を実現し、更にこれを保持することは極めて困難であったが、本発明の光硬化性塗料組成物は、ポリマー微粒子(B)がビニルモノマー(A)から構成される連続層中に一次粒子の状態で分散している。このため、当該光硬化性塗料組成物を原料として用いることで、伸びに代表されるような特性が改良された塗膜を得ることができる。
また、ポリマー微粒子(B)の各粒子がビニルモノマー(A)中で一次粒子の状態で分散することにより、本発明の光硬化性塗料組成物は光透過性(透明性)を損なうことなく、各粒子での光散乱効果を十分に発揮できる。これは、一次粒子の状態で均一に分散しているポリマー微粒子(B)によって、光の照射部(非遮蔽部)に位置する該微粒子(B)が照射光を散乱する効果を十分に発揮することが可能になり、(非遮蔽部に近接する)光の照射が届かない部分(遮蔽部)への光の到達を可能にしていると考えられる。このため、本発明の光硬化性塗料組成物は、硬化の為の照射光が直接届く部位に近接している、照射光の直接届かない部位(暗部)への光の到達が改善されて、暗部硬化性に優れた組成物となる。
本発明の光硬化性塗料組成物、及びこれを用いて得られる硬化物(塗膜)における、ポリマー微粒子(B)とその周囲に存在する連続相(マトリクス相)の間の屈折率差も、ポリマー微粒子(B)による照射光の散乱の程度を左右する要因の1つと考えられる。当該屈折率差は、JIS K7142(ナトリウムD線(589nm)を使用)に準拠して測定することができ、絶対値で0.035以内であることが好ましい。本発明の光硬化性塗料組成物は、ポリマー微粒子(B)の一次分散によって、個々の粒子による照射光の散乱効果を十分に発揮することができることに加え、このような屈折率の要因も重なって、上述のような遮蔽部(暗部)の硬化性に優れた組成物となる。
本発明の光硬化性塗料組成物は、ポリマー微粒子(B)が一次粒子の状態で安定して分散していることがより好ましい。ここで、ポリマー微粒子(B)が「安定して分散」しているとは、ポリマー微粒子(B)が、ビニルモノマー(A)中で凝集したり、分離したり、沈殿したりすることなく、定常的に通常の条件下にて、長期間に亘って、分散している状態を意味する。本発明では、ポリマー微粒子(B)のビニルモノマー(A)中での分散状態が実質的に変化せず、また、本発明の組成物を危険がない範囲で加熱することで粘度を下げて攪拌したりしても、「安定な分散」を保持できることがより好ましい。
本明細書において、ポリマー微粒子(B)が、ビニルモノマー(A)の連続層中に一次粒子の状態で分散している(一次分散している)ことは、その分散粒子径を測定することにより確認できる。例えば、光散乱を利用した粒子径測定装置を利用して、本発明の組成物中のポリマー微粒子(B)の粒子径を測定する方法が挙げられる。或いは、本発明の組成物またはそれを含む配合物を適切な方法で硬化させた後、透過型電子顕微鏡画像等を含む光学的手法で観察し、一次粒子で分散していることが観察されれば、硬化前もポリマー微粒子(B)は一次粒子で分散していたと判断できる。
<ポリマー微粒子(B)の構造>
本発明で用いるポリマー微粒子(B)は、好ましくは、その内側に存在する弾性コア層、及びその最も外側に存在するシェル層の少なくとも2層を含むコア/シェルグラフト共重合体(コアシェル型ポリマー微粒子)であって、かつ、その弾性コア層が、ガラス転移温度0℃未満のゴム状重合体からなる。より好ましくは、本発明に係るポリマー微粒子(B)は、このようなゴム状重合体からなる弾性コア層の存在下に、グラフト共重合可能なモノマー成分をグラフト重合してシェル層を形成したポリマー微粒子である。この場合、ポリマー微粒子は、その内部に存在する弾性コア層と、その表面にグラフト重合してこの弾性コア層の周囲、又は一部を覆っている、少なくとも1つのシェル層を有する構造となる。
本発明で用いるポリマー微粒子(B)が有するシェル層は、本発明の要件を満たすのに必要な量以上であればよく、弾性コア層/シェル層比率(各々の重合体を形成する単量体の質量比)で、30/70〜99/1の範囲であることが好ましく、50/50〜90/10であることがより好ましく、55/45〜88/12であることが更に好ましい。弾性コア層/シェル層比率が30/70未満となって弾性コア層の比率が低下すると、本発明の組成物の粘度が高くなり、取扱い難い組成物になる場合がある。また、弾性コア層/シェル層比率が99/1を超えてシェル層の比率が低下すると、ポリマー微粒子(B)の取扱い時に凝集をきたし易く、操作性に問題が生じる場合がある。また、本発明の組成物の硬化物に期待する物性が得られない可能性がある。
また、ポリマー微粒子(B)が弾性コア層とシェル層の少なくとも2つの層を有しており、かつ、本発明の組成物において特に暗部硬化性を必要とする場合には、弾性コア層とシェル層の屈折率が異なっていることが好ましい。具体的には、JIS K7142(ナトリウムD線(589nm)を使用)に準拠して測定した場合に、弾性コア層とシェル層の屈折率差の絶対値が、0を超え、0.045以下となることが好ましい。弾性コア層とシェル層を含めたポリマー微粒子(B)全体の屈折率が、該ポリマー微粒子(B)の周囲に存在する連続相(マトリクス相、海相)の屈折率に近く(屈折率差が、絶対値で0.035以内)、なおかつ弾性コア層及び/又はシェル層の屈折率が異なっていることが、本発明の組成物の透明性を維持しながら暗部硬化性を得るという観点からより好ましい。ここで、コア層の屈折率とは、コア層を形成する単量体のみを重合させて得られる(共)重合体の屈折率を意味する。また、シェル層の屈折率についても同様に、シェル層を形成する単量体のみを重合させて得られる(共)重合体の屈折率を意味する。
<弾性コア層>
ポリマー微粒子(B)を構成する弾性コア層は、本発明に係る塗膜(硬化物)に靭性を付与し得るゴムとしての性質を有するゴム状重合体から構成される。また、弾性コア層は単層構造であることが多いが、多層構造であってもよい。また、弾性コア層が多層構造の場合は、各層のポリマー組成は各々相違していてもよい。
このようなゴム状重合体は、架橋構造を有していることが好ましい。架橋構造を有するゴム状重合体を弾性コア層として用いたポリマー微粒子(B)は、ビニルモノマー(A)成分に膨潤することはあっても溶解し難い。また、その良溶剤とされる溶媒に対しても膨潤することはあっても溶解し難い。このため、連続層中でポリマー微粒子(B)がその形態を失うことを防ぐことができる。
前記ゴム状重合体のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは0℃未満であるが、靱性付与効果を大きくする観点から、より好ましくは−20℃以下、より好ましくは−45℃以下である。また、ガラス転移温度(Tg)の下限については特に限定されるものではないが、−200℃、より好ましくは−100℃である。
前記弾性コア層は、通常球形の形状を有し、ポリマー微粒子(B)中の弾性コア層であるコア部分の体積平均粒子径は、ポリマー微粒子(B)の体積平均粒子径が0.05〜1μmの範囲となれば特に限定されないが、好ましくは0.05〜1μmであり、より好ましくは0.05〜0.6μmである。通常、弾性コア層は前記ビニルモノマー(A)に不溶になるように設計していることから、本発明の組成物の硬化物を、例えば透過型電子顕微鏡(TEM)を使って観察すれば、コア部分の粒子径を容易に確認できる。
ゴム状重合体は、ゴム状重合体形成用単量体を重合して得ることができる。当該重合体は、ゴム状重合体形成用単量体の内で主となる単量体、即ち、第1単量体となる単量体に、他の単量体を重合させることにより得られる。かかるゴム状重合体としては、他の単量体として主に共役ジエン系単量体を重合することにより得られるジエン系ゴムや、主に(メタ)アクリル酸エステル単量体を重合することにより得られるアクリルゴム、あるいはポリシロキサンゴム等が挙げられる。また、これらのゴムを併用したものや、複合化したものをゴム状重合体として用いてもよい。コストの観点から、ジエン系ゴム、又は、アクリルゴムをゴム状重合体として用いることが好ましい。ゴム状重合体形成用単量体は、前記第1単量体以外に、更に芳香族ビニルモノマーやビニルシアン系モノマーを含んでもよい。
ゴム状重合体をアクリル系ゴムとする場合に好ましい第1単量体は、アクリル酸ブチルやアクリル酸2−エチルヘキシルなどであり、ジエン系ゴムとする場合に好ましい第1単量体は、ブタジエンやイソプレンなどである。
<弾性コア層の架橋>
弾性コア層は、上記単量体を重合してなる重合体成分に架橋構造が導入されていることが好ましい。架橋構造の導入方法としては、特に限定されるものではなく、一般的に用いられる手法を採用することができる。例えば、重合成分に後述する多官能性単量体等の架橋性単量体を添加し、次いで重合する方法等が挙げられる。弾性コア層は、ゲル含量が60質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、95質量%以上であることが特に好ましい。なお、本明細書でいうゲル含量とは、凝固、乾燥により得られたクラム約1.2gをトルエン100gに浸漬し、23℃で24時間静置した後に不溶分と可溶分を分別したときの、不溶分と可溶分の合計量に対する不溶分の比率を意味する。
<多官能性単量体>
前記多官能性単量体としては、ブタジエンは含まれず、アリル(メタ)アクリレート、アリルオキシアルキル(メタ)アクリレート等のアリル基を有するアルキル(メタ)アクリレート類;ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、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、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の多官能性(メタ)アクリレート類;ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベンゼン等が挙げられる。特に好ましくはアリルメタアクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、及びジビニルベンゼンである。
<シェル層>
本発明で用いるポリマー微粒子(B)を構成するシェル層は、前記ポリマー微粒子(B)と前記ビニルモノマー(A)との相溶性を向上させ、本発明に係る硬化性組成物、及びその塗膜(硬化物)中においてポリマー微粒子(B)が一次粒子の状態で分散することを可能にする役割を担うシェル重合体から構成されることが好ましい。
このようなシェル重合体は、弾性コア層にグラフトしていることが好ましい。より正確には、シェル層の形成に用いる単量体成分が、弾性コア層を構成するゴム状重合体にグラフト重合して、実質的にシェル層と弾性コア層とが化学結合していることが好ましい。すなわち、シェル層は、ゴム状重合体の存在下にシェル重合体の構成成分であるシェル層形成用単量体(混合物)をグラフト重合させることで形成され、ゴム状重合体の一部又は全体を覆っている。この重合操作は、水性のポリマーラテックス状態で調製されて存在するゴム状重合体のラテックス対して、シェル重合体の構成成分であるシェル層形成用単量体を加えて重合させることで実施する。シェル層を構成する(共)重合体のTgには特に制限はないが、−50〜100℃であることが好ましく、0℃未満であることがより好ましい。
このようなシェル重合体は、シェル層形成用単量体(BS)を重合することにより得ることができ、ポリマー微粒子(B)の一次分散性を効果的に確保する観点からは、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、及びグリシジル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上のモノマー(BS−1)2〜90質量%、アルキル(メタ)アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、及び(メタ)アクリロニトリルからなる群から選ばれる1種以上のモノマー(BS−2)2〜98質量%、多官能性ビニルモノマー(BS−3)0〜10質量%、これらのモノマーと共重合可能なその他のビニルモノマー(BS−4)0〜10質量%からなる、シェル層形成用単量体(BS)100質量%の共重合体であることが好ましい。
このようなシェル層形成用単量体(BS)の組み合わせとしては、例えば、(1)モノマー(BS−1)として炭素数2〜10(より好ましくは炭素数2〜6)で、かつ酸素原子によるエーテル結合を1つ含むアルコキシアルキル基を有するアルコキシアルキル(メタ)アクリレート、及びモノマー(BS−2)として炭素数2〜10(より好ましくは炭素数2〜6)のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートの組み合わせ、(2)モノマー(BS−1)として炭素数2〜10(より好ましくは炭素数2〜6)で、ヒドロキシル基を1つ含むヒドロキシアルキル基を有するヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、及びモノマー(BS−2)として炭素数2〜10(より好ましくは炭素数2〜6)のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートの組み合わせ、(3)モノマー(BS−1)として炭素数2〜10(より好ましくは炭素数2〜6)で、かつ酸素原子によるエーテル結合を1つ含むアルコキシアルキル基を有するアルコキシアルキル(メタ)アクリレート、及びモノマー(BS−2)として(メタ)アクリロニトリルとの組み合わせ等が好ましく例示できる。また、特に、ポリマー微粒子(B)がビニルモノマー(A)中において一次粒子の状態で分散することを実現しつつ、同時に、ポリマー微粒子(B)を水性ポリマーラテックスの状態で工業的に困難なく調製する、即ち、攪拌やポンプによる移液などの機械的せん断力に対して安定な水性ポリマーラテックスとして得るという観点から、シェル層形成用単量体(BS)中のモノマー(BS−2)として、スチレンを必須成分として含むことが好ましい。
前記シェル層形成用単量体(BS)中の、モノマー(BS−1)、モノマー(BS−2)、多官能性ビニルモノマー(BS−3)、及びこれらのモノマーと共重合可能なその他のビニルモノマー(BS−4)の比率は、より安定な組成物を得る観点から、上記の範囲内であることが好ましく、シェル層に架橋構造を導入して上述した膨潤を十分に防止する観点から、多官能性ビニルモノマー(BS−3)を必須成分(具体的には、0.1〜5質量%)として含むシェル層形成用単量体(BS)とすることがより好ましい。
前記モノマー(BS−1)中のアルコキシアルキル(メタ)アクリレートとしては、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸4−メトキシブチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、及び(メタ)アクリル酸2−フェノキシエチルが好ましく例示できる。
前記モノマー(BS−1)中のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとしては、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチルが好ましく例示できる。
前記モノマー(BS−2)中のアルキル(メタ)アクリレートとしては、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸第三ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル等が好ましく例示できる。
前記多官能性ビニルモノマー(BS−3)としては、(メタ)アクリル酸アリル、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、フタル酸ジアリル、(ポリ)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(トリ)アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート等が好ましく例示できる。
前記その他のビニルモノマー(BS−4)としては、(メタ)アクリルアミド系モノマー、アリルエステルモノマー、N−ビニルピロリドン系モノマーなどが挙げられる。(メタ)アクリルアミド系モノマーとしては、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミドが挙げられる。アリルエステルモノマーとしてはフタル酸ジアリルが挙げられる。N−ビニルピロリドン系モノマーとしては、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタムなどが挙げられる。
これらシェル層形成用単量体(BS−1)〜(BS−4)は、それぞれ単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<ポリマー微粒子(B)の製造方法>
本発明で用いるポリマー微粒子(コア/シェルグラフト共重合体)は、上記ゴム状重合体形成用単量体、およびシェル層形成用単量体を用いて、周知の方法、例えば、乳化重合、懸濁重合、マイクロサスペンジョン重合等で製造することができる。中でも、ポリマー微粒子の構造制御の観点から、乳化重合(特に多段乳化重合)が好ましい。
乳化重合において用いることができる乳化剤(分散剤)としては、ジオクチルスルホコハク酸やドデシルベンゼンスルホン酸等に代表されるアルキルまたはアリールスルホン酸、アルキルまたはアリールエーテルスルホン酸、ドデシル硫酸に代表されるアルキルまたはアリール硫酸、アルキルまたはアリールエーテル硫酸、アルキルまたはアリール置換燐酸、アルキルまたはアリールエーテル置換燐酸、ドデシルザルコシン酸に代表されるN−アルキルまたはアリールザルコシン酸、オレイン酸やステアリン酸等に代表されるアルキルまたはアリールカルボン酸、アルキルまたはアリールエーテルカルボン酸等の各種の酸類、これら酸類のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩などのアニオン性乳化剤(分散剤);アルキルまたはアリール置換ポリエチレングリコール等の非イオン性乳化剤(分散剤);ポリビニルアルコール、アルキル置換セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸誘導体等の分散剤が挙げられる。これらの乳化剤(分散剤)は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリマー微粒子の水性ラテックスの分散安定性に支障を来さない限り、乳化剤(分散剤)の使用量は少なくすることが好ましい。また、乳化剤(分散剤)は、その水溶性が高いほど好ましい。水溶性が高いと、乳化剤(分散剤)の水洗除去が容易になり、最終的に得られるポリマー微粒子(B)への悪影響を容易に防止できる。
<本発明の光硬化性塗料組成物の製造方法>
本発明の光硬化性塗料組成物、より詳細には、ポリマー微粒子(B)がビニルモノマー(A)に一次分散する組成物は、ポリマー微粒子(B)を含有する水性ラテックス(詳細には、乳化重合によってポリマー微粒子(B)を製造した後の反応混合物)を、20℃における水に対する溶解度が5質量%以上40質量%以下の有機溶媒と混合した後、さらに過剰の水と混合して、ポリマー微粒子(B)を凝集させる第1工程と、凝集したポリマー微粒子(B)を液相から分離・回収した後、再度有機溶媒と混合して、ポリマー微粒子(B)の有機溶媒溶液を得る第2工程と、有機溶媒溶液をさらにビニルモノマー(A)と混合した後、前記有機溶媒を留去する第3工程とを経て調製することができる。
20℃における水に対する溶解度が5質量%以上40質量%以下の有機溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン等のケトン類、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロピラン等のエーテル類、メチラール等のアセタール類、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール等のアルコール類等が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上述のビニルモノマー(A)とポリマー微粒子(B)とを含む本発明の光硬化性塗料組成物は、さらに本発明の他の光硬化性塗料組成物と混合して用いられてもよい。その場合であっても、ポリマー微粒子(B)は連続層中のみならず硬化物中においても一次分散し得る。
<光重合開始剤>
本発明の硬化性塗料組成物は、前記ビニルモノマー(A)100質量部に対して、光重合開始剤を0〜12質量部含むことが好ましい。本発明の組成物が光透過性良好で特に紫外線や可視光線を遮ったり、散乱したりすることがなければ、0.3〜8質量部含むことがより好ましい。この光重合開始剤は、紫外線、可視光線、電子線などの活性エネルギー線の照射を受けることで、ラジカルを発生させることができる化合物であって、光ラジカル開始剤とも呼ばれる。このラジカル重合開始剤によってフリーラジカルが発生することにより、本発明の組成物中の炭素−炭素不飽和二重結合の重合反応(架橋反応含む)が起こり、その組成物が硬化することで塗膜として機能する。電子線(EB)によって本発明の組成物を硬化させる際には、この光重合開始剤がなくとも本発明の組成物を硬化させることが可能である。
本発明で用いる光重合開始剤は、紫外線、電子線、可視光線の照射を受けて、ビニルモノマー(A)をラジカル重合させ得るものであれば、特に限定されない。
このような光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、4,4−ビス(N,N‘−ジメチルアミノ)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン類;ベンゾインやベンゾインアルキルエーテル(アルキル;メチル、エチル、イソプロピル)等のベンゾイン類;2,2−ジメトキシアセトフェノン、1,1−ジクロロアセトフェノン等のアセトフェノン類;ベンジルジメチルケタール(Irgacure651、チバスペシャルティケミカル製)等のベンジルケタール類;2−メチルアントラキノン、1−クロロアントラキノン、2−アミルアントラキノン等のアントラキノン類;フェニルジ(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(Irgacure819、チバスペシャルティケミカル製)等のビスアシルホスフィンオキシド類;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等のベンゾイルホスフィンオキシド類;トリフェニルホスフィン;1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(例えばIrgacure184、チバスペシャルティケミカル製など)、2−ヒドロキシイソプロピルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−1−プロパノン等のα−ヒドロキシフェニルケトン類;チオキサントン、2−クロロチオキサントン等のチオキサントン類;カンファーキノン等が例示できる他、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、キノキサリン誘導体なども使用可能である。これらの光重合開始剤は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<光増感剤>
本発明の光硬化性塗料組成物は、このような光重合開始剤とともに、必要に応じて、光増感剤を含むことが好ましい。
光増感剤とは、それ自身単独では紫外線等の照射によって活性化しないが、光重合開始剤と一緒に使用すると、光重合開始剤単独の場合よりも、嫌気性が弱くなり、空気雰囲気下でのラジカル重合を進行し易くする機能を有する。
そのような光増感剤としては、n−ブチルアミン、トリエチルアミン、N−メチルジエタノールアミン、ピペリジン、N,N−ジメチルアニリン、トリエチレンテトラミン、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミン類;O−トリルチオウレアのような尿素系化合物;s−ベンジル−イソチウロニウム−p−トルエンスルフィネート等の硫黄化合物;N,N−ジメチル−p−アミノベンゾニトリル等のニトリル類;ナトリウムジエチルチオフォスフェート等のリン化合物等が例示される。これらの光増感剤は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
光増感剤は、本発明の光硬化性塗料組成物100質量部に対し、0〜6質量部含有させることが好ましい。
<硬化>
本発明の塗料組成物の硬化には、電子線や紫外〜可視光領域の光を利用することができる。紫外〜可視光領域の光としては、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプやレーザー光、LED光、太陽光などが挙げられる。典型的には1〜9,000mJ/cmの積算光量を照射することにより、硬化可能である。空気雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、或いはそれらの混合ガス雰囲気下でも、硬化可能であるが、酸素濃度が少ない雰囲気下での硬化は、架橋構造の形成促進や硬化阻害の少なさなどから、品質の優れた塗膜を与える傾向がある。
光電子線(EB)による硬化の場合には、光重合開始剤は必ずしも必要でない。たとえば、100〜500kVの加速電圧を有する電子線発生装置などを用いて行う方法を例示できる。空気雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、或いはそれらの混合ガス雰囲気下でも、硬化可能であるが、電子線によるオゾンと窒素酸化物発生の可能性や、低酸素濃度ほど重合阻害が少ない等の傾向がある点から、酸素濃度は低い方が好ましい。
本発明の塗料組成物を硬化して得られる塗膜は、その膜厚がポリマー微粒子(B)の体積平均粒子径の1.5倍以上で、かつ100μm以下であることが好ましい。かかる構成により、機械的強度のみならず、外観に優れた塗膜を得ることができる。
<その他>
本発明の光硬化性塗料組成物の塗布方法については特に限定されるものではなく、バーコート法、マイクロバーコート法、スプレー法、ディップ(ドブ浸け)法、ロールコータ法、ロールナイフコート法、スピンコート法、スライドコート法、カーテンコート法、メニスカスコーター法、ビードコーター法、グラビアコート法、ダイコート法、ロッドコート法、スクリーン印刷法、フレクソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法等の各種方法を用いることができる。
また、本発明の組成物は適宜、有機溶剤で希釈して使用することもできる。かかる有機溶媒としては、ビニルモノマー(A)と混合可能な溶媒であって、本発明の塗料組成物の取扱い性を著しく損なわない限り、特に制限はない。好ましくは、ビニルモノマー(A)と混合可能であり、かつ、ポリマー微粒子(B)が本発明の塗料組成物から分離せず、沈殿もしくは浮上等の発生しない範囲で、有機溶媒を用いることが好ましい。より好ましくは、ビニルモノマー(A)と混合可能であり、かつ、ポリマー微粒子(B)が一次分散している状態を損なわない範囲で、有機溶媒を使用することが好ましい。このような要件を満たす範囲において、有機溶媒の使用量には特に制限はない。有機溶剤の具体例としては、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチ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や、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、メチルグリコール、エチルセロソルブ、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のアルコール類、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、ジアセトンアルコール、アセトン等のケトン類、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類が例示される他、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等のエーテル類、塩化メチレン、ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素や、ジメチルスルホキシド、炭酸プロピレン等なども使用可能である。これらの有機溶媒は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の光硬化性塗料組成物は、種々の基材に塗布して利用することが可能である。かかる基材としては、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリル系ポリマー、シクロオレフィン系ポリマー、セルロースアシレートなどの樹脂材料、種々の熱硬化樹脂、木材、金属等が挙げられる。
(実施例)
以下、実施例および比較例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(評価方法)
(1)体積平均粒子径
ポリマー微粒子(B)の体積平均粒子径は、粒子径測定装置(日機装(株)製Microtrac(登録商標) UPA)で測定した。
(2)耐屈曲性試験(コニカルマンドレル法)
ASTM D522に記載のコニカルマンドレルに準拠したBYK−Gardner Conical Mandrel(BYK−Gardner USA製)を使用し、実施例、及び比較例で製造した塗膜を、コニカル型のマンドレルに沿って140度折り曲げた。塗膜は外側(マンドレルと接触しない側)にして折り曲げた。折り曲げ後の塗膜表面を観察して、塗膜表面でクラックが止まっている場所が、コニカル型のマンドレルの先端、即ち、最もクラックが発生しやすい位置から、いくらの距離であるかを測定し(距離測定の要領はASTM D522に準拠:0〜8インチの範囲)、評価結果とした。試験は室温にて実施し、4つの塗膜を用いて各試験を実施し、1/4インチ単位の離散的距離にて3個以上のサンプルでクラックが発生していない距離を評価結果とした。この値が小さい程、耐屈曲性に優れることとなる。
(3)耐屈曲性試験(パラレルマンドレル法)
直径(Φ)が、34mm、25mm、21mm、及び16mmのそれぞれの丸棒を用い、これに沿って、実施例、及び比較例で製造した塗膜を140度折り曲げた後、塗膜表面のクラックの有無を観察した。塗膜は外側(丸棒と接しない側)にして折り曲げた。試験は室温で実施した。
(4)鉛筆硬度
JIS K5600に従って、荷重500g、23℃にて評価した。評価結果は、2B、B、HB、F、H、2H、の順で、より表面が硬く傷つき難いことを示す。
(5)分散状態観察、及び粒子分散率
透過型電子顕微鏡を用いて、本発明の実施例及び比較例で得た塗膜に含まれる、ポリマー微粒子(B)の分散状態を観察した。
また、実施例、比較例で得た塗膜から、四酸化オスミウム或いは四酸化ルテニウムで染色した超薄切片を作製し、これを透過型電子顕微鏡で観察し、16μm×22μmの範囲を少なくとも2箇所撮影した。得られたTEM写真において、5cm四方のエリア(5μm四方のエリア)を無作為に4カ所選択して、ポリマー微粒子(B)の総個数B0と、3個以上のポリマー微粒子(B)から形成される凝集物に含まれるポリマー微粒子(B)の総個数B1を求め、下記の式1により算出した。
粒子分散率(%)=(1−(B1/B0))×100 (式1)
[アクリル系ポリマー微粒子(B1)を含む水性ラテックスの作成]
窒素雰囲気下、2Lのガラス反応容器に、水650g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2g、リン酸三カリウム0.12g、硫酸鉄(II)六水和物5mg、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)20mg、及びナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.6gを仕込んで40℃とした後、アクリル酸ブチル(BA)332g、メタクリル酸アリル(AlMA)8g、及びクメンハイドロパーオキサイド0.23gの混合物を200分にわたって加え、その後90分時間攪拌を続けた。この間ここに、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(合計2g)を2度に分けて加えた。このようにしてアクリル酸ブチルを主成分とする単量体混合物の重合物であるゴム状のコポリマー(340g)の水性ラテックスを得た。
次に、このコポリマーの水性ラテックスに、アクリル酸2−メトキシエチル42g、アクリル酸ブチル42g、アクリル酸エチル84g、及び架橋剤(多官能性ビニルモノマー)であるメタクリル酸アリル3.4gからなるモノマー混合物(171.4g)と、t−ブチルハイドロパーオキサイド0.16gとからなる混合物を120分にわたり加え、グラフト重合させた。前記混合物添加終了後、更に2時間攪拌を続けて反応を完結させることで、ポリマー微粒子(B1)を含む水性ラテックスを得た。重合転化率は99%であった。この水性ラテックス状態のポリマー微粒子(B1)(511.4g)の一部をとって水で希釈し、体積平均粒子径を測定したところ、0.2μmであり粒子径分布はシャープな単分散であった。
[ポリマー微粒子(B1)を含む組成物T1−1の調製]
ポリマー微粒子(B1)を含む水性ラテックス1000gと、酢酸メチル1000gを混合後、更に700gの水を加えてポリマー微粒子(B)を再沈させた。再沈物から液相を分離後、この再沈物に1300gの酢酸メチルを加え室温で90分間攪拌した。この混合物をビニルモノマー(A)としてのジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(DTMP4A)1580gに混合した後、酢酸メチルを減圧下で留去することで、100重量部のジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(DTMP4A)中にポリマー微粒子(B1)であるグラフト重合体粒子が17.7重量部、即ち、15重量%のポリマー微粒子(B1)が分散した組成物T1−1(1859g)を得た。
この組成物T1−1をメチルエチルケトンで希釈し、ポリマー微粒子(B1)の体積平均粒子径を再び測定したところ、体積平均粒子径は0.2μmで、粒子径分布は水性ラテックス状態のポリマー微粒子(B1)と同様にシャープな単分散であった。
また、得られた組成物T1−1の10gを取って10gのメチルエチルケトンで希釈し合計20gの溶液とした後、0.45μmの目開きのフィルター(膜材質:RC[再生セルロース])を通すことでフィルター評価を実施したところ、20gの溶液は全てろ過できた。
さらに、この組成物T1−1においてポリマー微粒子(B1)の分散状態は遮光下の冷暗所で3ヶ月間放置後も変化しなかった。
[ポリマー微粒子(B1)を含む組成物T1−2〜T1−4の調製]
上記組成物T1−1の調製において、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(DTMP4A)に代えて、
組成物T1−2ではエトキシ化(エチレンオキシド3mol付加)トリメチロールプロパントリアクリレート(EO3TMPTA、Sartomer社製SR−454を使用)838gを、
組成物T1−3では、ヘキサンジオールジアクリレート(HDODA)839gを、
組成物T1−4では、イソボルニルアクリレート(IBOA)838gを、
用いたこと以外は同様にして、組成物T1−2〜T1−4を得た。T1−2〜T1−4は、いずれも、ポリマー微粒子(B1)を33.3質量部、即ち、25質量%含む。
この組成物T1−2〜T1−4のそれぞれをメチルエチルケトンで希釈し、ポリマー微粒子(B1)の体積平均粒子径を再び測定したところ、体積平均粒子径は0.2μmで、粒子径分布は水性ラテックス状態のポリマー微粒子(B1)と同様にシャープな単分散であった。
また、得られた組成物T1−2〜T1−4の10gを取って10gのメチルエチルケトンで希釈し合計20gの溶液とした後、0.45μmの目開きのフィルター(膜材質:RC[再生セルロース])を通すことでフィルター評価を実施したところ、20gの溶液は全てろ過できた。
さらに、この組成物T1−2〜T1−4において、ポリマー微粒子(B1)の分散状態は遮光下の冷暗所で3ヶ月間放置後も変化しなかった。
[ポリマー微粒子(B1)を含む組成物T−5の調製]
上記組成物T1−1の調製において、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(DTMP4A)に代えて、メタクリル酸ヒドロキシエチル(HEMA)838gを用いたこと以外は、組成物T1−1と同様にして組成物T1−5を得た。T1−5はポリマー微粒子(B1)を33.3質量部、即ち、25質量%含むものである。
この組成物T1−5をメチルエチルケトンで希釈し、ポリマー微粒子(B1)の体積平均粒子径を再び測定したところ、体積平均粒子径は0.2μmで、粒子径分布は水性ラテックス状態のポリマー微粒子(B1)と同様にシャープな単分散であった。
また、得られた組成物T1−5の10gを計量して10gのメチルエチルケトンで希釈し合計20gの溶液とした後、0.45μmの目開きのフィルター(膜材質:RC[再生セルロース])を通すことでフィルター評価を実施したところ、20gの溶液は全てろ過できた。
さらに、この組成物T1−5においてポリマー微粒子(B1)の分散状態は遮光下の冷暗所で3ヶ月間放置後も変化しなかった。
[ポリマー微粒子(B1)を含む組成物U1−1の調製]
ポリマー微粒子(B1)を含む水性ラテックス1000gと、酢酸メチル1000gを混合後、更に700gの水を加えてポリマー微粒子(B)を再沈させた。再沈物から液相を分離後、この再沈物に1300gの酢酸メチルを加え室温で90分間攪拌した。この混合物をビニルモノマー(A)としてのジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPEHA、新中村化学工業(株)製のA−DPHを使用)1580gに混合した後、酢酸メチルを減圧下で留去することで、100質量部のジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPEHA)中にポリマー微粒子(B1)であるグラフト重合体粒子が17.7質量部、即ち、15質量%のポリマー微粒子(B1)が分散した組成物U1−1(1859g)を得た。
この組成物U1−1をメチルエチルケトンで希釈し、ポリマー微粒子(B1)の体積平均粒子径を再び測定したところ、体積平均粒子径は0.2μmで、粒子径分布は水性ラテックス状態のポリマー微粒子(B1)と同様にシャープな単分散であった。
また、得られた組成物U1−1の10gを取って10gのメチルエチルケトンで希釈し合計20gの溶液とした後、0.45μmの目開きで直径25mmのフィルター(膜材質:RC[再生セルロース])を通すことでフィルター評価を実施したところ、20gの溶液は全てろ過できた。
さらに、この組成物U1−1においてポリマー微粒子(B1)の分散状態は遮光下の冷暗所で3ヶ月間放置後も変化しなかった。
[ポリマー微粒子(B1)を含む組成物U1−2〜U1−3]
上記組成物U1−1の調整において、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPEHA)に代えて、
組成物U1−2ではペンタエリスリトールトリアクリレート(PETA、新中村化学工業(株)製のA−DPHを使用)1112gを、
組成物U1−3では、Ebecryl5129(6官能ウレタンアクリレート、ダイセルサイテック製、分子量;800)1860gを、
用いたこと以外は同様にして、組成物U1−2〜U1−3を得た。U1−2はポリマー微粒子(B1)を17.7質量部、即ち、15質量%含んでおり、U1−3はポリマー微粒子(B1)を15質量部、即ち、13質量%含む。
この組成物U1−2〜U1−3のそれぞれをメチルエチルケトンで希釈し、ポリマー微粒子(B1)の体積平均粒子径を再び測定したところ、体積平均粒子径は0.2μmで、粒子径分布は水性ラテックス状態のポリマー微粒子(B1)と同様にシャープな単分散であった。
また、得られた組成物U1−2〜U1−3の10gを取って10gのメチルエチルケトンで希釈し合計20gの溶液とした後、0.45μmの目開きで直径25mmのフィルター(膜材質:RC[再生セルロース])を通すことでフィルター評価を実施したところ、20gの溶液は全てろ過できた。
さらに、この組成物U1−2及び〜U1−3において、ポリマー微粒子(B1)の分散状態は遮光下の冷暗所で3ヶ月間放置後も変化しなかった。
[粉末状のアクリルゴム系ポリマー微粒子(B2)の作成]
窒素雰囲気下、2Lのガラス反応容器に、水730g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.25g、リン酸三カリウム0.25g、硫酸鉄(II)六水和物5mg、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)20mg、及びナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.7gを仕込んで40℃とした後、アクリル酸ブチル(BA)375g、メタクリル酸アリル(AlMA)5.7g、及びクメンハイドロパーオキサイド0.4gの混合物を240分にわたって加え、その後90分時間攪拌を続けた。この間ここに、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(合計2g)を2度に分けて加えた。このようにしてアクリル酸ブチルを主成分とする単量体混合物の重合物であるゴム状のコポリマー(380.7g)の水性ラテックスを得た。
次に、このコポリマーの水性ラテックスに、メタクリル酸メチル(MMA)75g、スチレン(St)50g、及びメタクリル酸アリル(AlMA)1.3gからなるモノマー混合物(126.3g)と、t−ブチルハイドロパーオキサイド0.2gとからなる混合物を100分にわたり加え、グラフト重合させた。前記混合物添加終了後、更に2時間攪拌を続けて反応を完結させることで、ポリマー微粒子(B2)を含む水性ラテックスを得た。重合転化率は99%であった。この水性ラテックス状態のポリマー微粒子(B2)(507g)の一部をとって水で希釈し、体積平均粒子径を測定したところ、0.2μmであり粒子径分布はシャープな単分散であった。
水性ラテックス状態のポリマー微粒子(B2)へ塩化カルシウム水溶液(3wt%)を加えて凝固させ、脱水したのち、室温で3日間乾燥させて、粉末状のポリマー微粒子(B2)を得た。
[ポリマー微粒子(B2)を含む組成物T2−1の調製]
ビニルモノマー(A)成分として、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(DTMP4A)460gと、ポリマー微粒子(B2)30gの混合物(計490g)にMEK(メチルエチルケトン)125gを加え、ホモミキサーで5分程混合して粉末状のポリマー微粒子(B2)を液体に馴染ませた後、更に残りのポリマー微粒子(B2)10gを加え、ホモミキサーで1時間にわたり混合分散させた。この間、混合物の温度が高くなるとビニルモノマー(A)成分の望ましくない重合が起こる可能性があるので、適宜冷却しながら混合した。このようにして、ポリマー微粒子(B2)が分散した組成物T2−1のMEK希釈液(625g)を得た。
このT2−1は、ビニルモノマー(A)成分としてDTMP4Aを100質量部、ポリマー微粒子(B2)を8.7質量部、メチルエチルケトンを27.2質量部含み、ビニルモノマー(A)成分とポリマー微粒子(B2)の合計量100質量%に対して、ポリマー微粒子(B2)を8質量%含む。
このようにして得た組成物T2−1の15gをメチルエチルケトン8gで希釈して合計23gの混合物とした後、0.45μmの目開きの直径25mmのフィルター(膜材質:RC[再生セルロース])を通したところ、目詰まりが発生し、20gの溶液の半分以上をろ過できなかった。同じ0.45μmの目開きのフィルターで膜材質をPTFE[テフロン(登録商標)]の直径25mmのものに変えて同様に試みたが、同様にろ過できなかった。
[ポリマー微粒子(B2)を含む組成物T2−2の調製]
ビニルモノマー(A)成分として、エトキシ化(エチレンオキシド3mol付加)トリメチロールプロパントリアクリレート(EO3TMPTA)440gと、ポリマー微粒子(B2)40gの混合物(計480g)にMEK(メチルエチルケトン)125gを加え、ホモミキサーで混合して分散させつつ、更に残りのポリマー微粒子(B2)20gを加え、ホモミキサーで合計1時間にわたり混合分散させた。この間、混合物の温度が高くなると(A)成分の望ましくない重合が起こる可能性があるので、適宜冷却しながら混合した。このようにして、ポリマー微粒子(B2)が分散した組成物T2−2のMEK希釈液(625g)を得た。この組成物T2−2は、ビニルモノマー(A)成分としてEO3TMPTAを100質量部、ポリマー微粒子(B2)を13.6質量部、メチルエチルケトンを28.4質量部含み、ビニルモノマー(A)成分とポリマー微粒子(B2)の合計量100質量%に対して、ポリマー微粒子(B2)を12質量%含む。
このようにして得た組成物T2−2の10gをメチルエチルケトン10gで希釈して合計20gの混合物とした後、T2−1と同様にしてろ過テストを実施したが、T2−1と同様に、目詰まりの為、全量をろ過できなかった。
[ポリマー微粒子(B2)を含む組成物T2−3の調製]
ビニルモノマー(A)成分として、1,6−へキサンジオールジアクリレート(HDODA)441gと、MEK(メチルエチルケトン)167gを用いたことと、ポリマー微粒子(B2)を40gと19gで分けて2回で加えたこと以外は、T2−2の調製手順と同様にして混合操作を実施し、組成物T2−3のMEK希釈液(667g)を得た。このT2−3は、(A)成分としてHDODAを100質量部、ポリマー微粒子(B2)を13.4質量部、メチルエチルケトンを37.9質量部含んでなり、ビニルモノマー(A)成分とポリマー微粒子(B2)の合計量100質量%に対して、ポリマー微粒子(B2)を11.8質量%含む。
このようにして得た組成物T2−3の10gをメチルエチルケトン10gで希釈して合計20gの混合物とした後、T2−1と同様にしてろ過テストを実施したが、T2−1と同様に目詰まりの為、全量をろ過できなかった。
[ポリマー微粒子(B2)を含む組成物U2−1の調製]
ビニルモノマー(A)成分として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPEHA、新中村化学工業(株)製のA−DPHを使用)463gと、MEK(メチルエチルケトン)125gの混合物(計588g)にポリマー微粒子(B2)25gを加え、ホモミキサーで5分程混合して粉末状のポリマー微粒子(B2)を液体に馴染ませた後、更に残りのポリマー微粒子(B2)10gを加え、ホモミキサーで1時間にわたり混合分散させた。この間、混合物の温度が高くなるとビニルモノマー(A)成分の望ましくない重合が起こる可能性があるので、適宜冷却しながら混合した。このようにして、ポリマー微粒子(B2)が分散した組成物U2−1のMEK希釈液(625g)を得た。
この組成物U2−1は、(A)成分としてDPEHAを100質量部、ポリマー微粒子(B2)を7.6質量部、メチルエチルケトンを27質量部含んでなり、ビニルモノマー(A)成分とポリマー微粒子(B2)の合計量100質量%に対して、ポリマー微粒子(B2)を7質量%含む。
このようにして得た組成物U2−1の15gをメチルエチルケトン8gで希釈して合計23gの混合物とした後、0.45μmの目開きで直径25mmのフィルター(膜材質:RC[再生セルロース])を通したところ、目詰まりが発生し、20gの溶液の半分以上をろ過できなかった。同じ0.45μmの目開きのフィルターで膜材質をPTFE[テフロン(登録商標)]の直径25mmのものに変えて同様に試みたが、同様にろ過できなかった。
[ポリマー微粒子(B2)を含む組成物U2−2の調製]
ビニルモノマー(A)成分として、Ebecryl5129(6官能ウレタンアクリレート、ダイセルサイテック社製)440gと、MEK(メチルエチルケトン)125gの混合物にポリマー微粒子(B2)20gを加え、ホモミキサーで混合して分散させつつ、更に残りのポリマー微粒子(B2)13gを加え、ホモミキサーで合計1時間にわたり混合分散させた。この間、混合物の温度が高くなるとビニルモノマー(A)成分の望ましくない重合が起こる可能性があるので、適宜冷却しながら混合した。このようにして、ポリマー微粒子(B2)が分散した組成物U2−2のMEK希釈液(598g)を得た。この組成物U2−2は、ビニルモノマー(A)成分としてウレタンアクリレート(Ebecryl5129)を100質量部、ポリマー微粒子(B2)を7.5質量部、メチルエチルケトンを28.4質量部含み、ビニルモノマー(A)成分とポリマー微粒子(B2)の合計量100質量%に対して、ポリマー微粒子(B2)を7質量%含む。
このようにして得た組成物U2−2の10gをメチルエチルケトン10gで希釈して合計20gの混合物とした後、U2−1の調製例に記載の手順と同様にしてろ過テストを実施したが、U2−1の調製例と同様に、目詰まりの為、全量をろ過できなかった。
[ポリマー微粒子(B2)を含む組成物U2−3の調製]
ビニルモノマー(A)成分として、N−ビニル−2−ピロリドン(NVP)440gを用い、メチルエチルケトンを使用しなかったこと、及びポリマー微粒子(B2)を40gと20gで分けて2回で加えたこと以外はU2−2の調製手順と同様にして混合操作を実施し、組成物U2−3(500g)を得た。この組成物U2−3は、ビニルモノマー(A)成分としてNVPを100質量部、ポリマー微粒子(B2)を13.6質量部含み、ビニルモノマー(A)成分とポリマー微粒子(B2)の合計量100質量%に対して、ポリマー微粒子(B2)を12質量%含む。
このようにして得た組成物U2−3の10gをメチルエチルケトン10gで希釈して合計20gの混合物とした後、U2−1と同様にしてろ過テストを実施したが、結果はU2−1と同様に、目詰まりの為、全量をろ過できなかった。
(実施例1)
上記で得たT1−1(34g)、T1−2(12g)、T1−3(48g)、及びDTMP4A(1g)、EO3TMPTA(1g)、HDODA(4g)を混合し合計100gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を20g、DTMP4Aを30g、EO3TMPTAを10g、HDODAを40g含む混合物である。この混合物の10gを別の容器に取って、メチルエチルケトン2g、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)を0.5g、光増感剤であるN−メチルジエタノールアミン0.2gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を150mm×100mm×0.5mm厚のPC(ポリカーボネート)シート上に、バーコーター(#20)を用いて塗布後、80℃にて2分間乾燥させた。これを、UV照射装置(ECS−301、アイグラフィクス社製)を用いて、120W/cmのメタルハライドランプで749mJ/cmの積算光量にて硬化させて、1mil(1milは1/1000インチ=25.4μm)の膜厚の塗膜を形成したところ、目視で表面平滑な塗膜が得られた。この塗膜を、コニカルマンドレル法にて耐屈曲試験で評価した結果、3インチであった。鉛筆硬度は、Fであった。
(実施例2)
上記で得たT1−1(34g)、T1−2(12g)、T1−3(48g)、T1−5(4g)、DTMP4A(1g)、EO3TMPTA(1g)、及びHDODA(4g)を混合し合計104gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を21g、DTMP4Aを30g、EO3TMPTAを10g、HDODAを40g、及びHEMAを3g含む混合物である。この混合物の10gを別の容器に取って、実施例1と同様に、メチルエチルケトン、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)、N−メチルジエタノールアミンを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を用いて、実施例1と同様の方法で、塗膜を形成したところ、目視で表面平滑な塗膜が得られた。この塗膜を実施例1と同様の方法で評価したところ、コニカルマンドレル法耐屈曲試験の評価結果は3インチ、鉛筆硬度はFであった。
(比較例1)
DTMP4A(3g)、EO3TMPTA(1g)、HDODA(4g)との混合物を得た後、ポリマー微粒子(B1)に代わる軟質成分として、単独重合体のガラス転移温度が各々−60℃、15℃であるイソデシルアクリレート(IDA)(1.5g)とシクロヘキシルアクリレート(CHA)(0.5g)を更に加えて、合計10gの混合物を得た。この混合物に対して、メチルエチルケトン1gを加えた以外は、実施例1と同じ要領でIrgacure184とN−メチルジエタノールアミンを同様に加えて混合して光硬化性塗料組成物を作製した。
この塗料組成物を実施例1で用いたものと同じPCシート上に、バーコーター(#20)を用いて塗布後、同様の手順で硬化させ、1milの塗膜を形成した。
この塗膜を、コニカルマンドレル法にて耐屈曲試験で評価した結果、8インチであった。鉛筆硬度は、HBであった。
(比較例2)
DTMP4A(3g)、EO3TMPTA(1g)、HDODA(4g)を混合し、合計8gの混合物を得た。この混合物に対して、メチルエチルケトン0.8g、を加えた以外は、実施例1と同じ要領で、Irgacure184を0.4gと、N−メチルジエタノールアミンを0.16gとを加えて混合して光硬化性塗料組成物を作製した。
この塗料組成物を実施例1で用いたものと同じPCシート上に、バーコーター(#20)を用いて塗布後、同様の手順で硬化させ、1milの塗膜を形成した。
この塗膜を、コニカルマンドレル法にて耐屈曲試験で評価した結果、8インチであった。鉛筆硬度は、Fであった。
以上の実施例1、実施例2、比較例1、及び比較例2の結果から、軟質成分としてポリマー微粒子(B1)を含む本発明の光硬化性塗料組成物(実施例1、実施例2)は、軟質成分となる単量体を別途添加した組成物(比較例1)に比べて高硬度でありながら耐屈曲性に優れ、また、ポリマー微粒子(B1)を含まない点を除いてほぼ同一の組成物(比較例2)に比べて耐屈曲性に優れることが判る。
(実施例3)
上記で得たT1−1(47g)、T1−3(53g)を混合し合計100gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を20.2g、DTMP4Aを40g、HDODAを39.8g含む混合物である。この混合物の10gを別の容器に取って、メチルエチルケトン2.5g、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)を0.5g、N−メチルジエタノールアミン0.2gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を150mm×100mm×0.5mm厚のPC(ポリカーボネート)シート上に、バーコーター(#20)を用いて塗布後、80℃にて2分間乾燥させた。その後実施例1と同様に、749mJ/cmの積算光量にて硬化させ、1milの膜厚の塗膜を形成させた。
この塗膜を、パラレルマンドレル法で評価した結果を表1に示す。表1は、「(試験後に塗膜にクラックの発生したサンプルの数)/(試験したサンプル数)」で結果を示しており、0/4の場合は塗膜の全てにクラックが発生しなかった(良い)ことを意味する一方、4/4は試験によって塗膜の全てにクラックが発生した(悪い)ことを意味する。この塗膜の鉛筆硬度はFであった。
Figure 0005798038
(比較例3)
DTMP4A(40g)、HDODA(39.8g)を混合し合計79.8gの混合物を得た。この混合物の10gを別の容器に取って、メチルエチルケトン1.5g、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)を0.5g、N−メチルジエタノールアミン0.2gを更に加えて混合し、光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を150mm×100mm×0.5mm厚のPC(ポリカーボネート)シート上に、バーコーター(#20)を用いて塗布後、80℃にて2分間乾燥させた。その後、実施例1と同様の手順で硬化させ、1milの膜厚の塗膜を形成させた。
この塗膜を、パラレルマンドレル法で評価した結果を表1に示す。鉛筆硬度はFであった。
以上の実施例3、及び比較例3の結果から、軟質成分としてポリマー微粒子(B1)を含む本発明の光硬化性塗料組成物(実施例2)は、ポリマー微粒子(B1)を含まない点を除いてほぼ同一の組成物(比較例3)に比べて耐屈曲性に優れることが判る。
(実施例4)
上記で得たT1−1(17g)、T1−2(6g)、T1−3(24g)、及びDTMP4A(19.2g)、EO3TMPTA(6.8g)、HDODA(27g)を混合し合計100gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を10g、DTMP4Aを33.7g、EO3TMPTAを11.3g、HDODAを45g含む混合物である。この混合物の10gを別の容器に取って、メチルエチルケトン1.6g、光ラジカル重合開始剤のIrgacure651(登録商標、ベンジルジメチルケタール)を0.5g、N−メチルジエタノールアミン0.2gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を用いて、実施例1と同様の方法で、塗膜を形成したところ、目視で表面平滑な塗膜が得られた。この塗膜につき、実施例1と同様の方法で、耐屈曲試験、及び鉛筆硬度を評価したところ、コニカルマンドレル法耐屈曲試験の評価結果は5(3/4)インチ、即ち、5.75インチ、鉛筆硬度はFであった。
(比較例4)
上記で得たT2−1(40g)、T2−2(16g)、及びT2−3(64.8g)と、DTMP4Aを4.2gと、を混合して、合計127.4gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B2)を10.1g、DTMP4Aを33.6g、EO3TMPTAを11.3g、HDODAを45g、MEKを27.4g含む混合物である。この混合物の12.7gを別の容器に取って、光ラジカル重合開始剤のIrgacure651(ベンジルジメチルケタール)を0.5g、N−メチルジエタノールアミン0.2gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を用いて、実施例1と同様の方法で、塗膜を形成したところ、硬化した塗膜は得られたものの、目視でその表面に粒状形状(ブツ)が観察され、実施例1の塗膜のような平滑さに欠け、更に、僅かながら稿模様が出ており、外観の劣る塗膜であった。このブツは未硬化の塗膜の時点でも観察されていたものである。硬化後の塗膜につき、実施例1と同様の方法で、耐屈曲試験、及び鉛筆硬度を評価したところ、コニカルマンドレル法耐屈曲試験の評価結果は7(1/4)インチ、即ち、7.25インチ、鉛筆硬度はHBであった。
以上の実施例1、実施例2、実施例4、及び比較例4の結果から、ポリマー微粒子(B1)の含有量が多い塗膜(実施例1、実施例2)は少ない塗膜(実施例4)より耐屈曲性に優れることが判る。また、ポリマー微粒子(B1)がビニルモノマー(A)中で一次分散しているポリマー微粒子含有ビニルモノマー組成物を含む光硬化性塗料組成物(実施例1、2、及び4)、即ち、ポリマー微粒子(B1)が組成物中で一次分散しており、硬化物中でも一次分散している塗膜は、そうでない組成物(比較例4)に比べて耐屈曲性、及び塗膜の外観に優れることが判る。
(実施例5)
上記で得たT1−1(17g)、T1−2(6g)、T1−3(24g)、及びDTMP4A(18g)、EO3TMPTA(7g)、HDODA(28g)を混合し合計100gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を10g、DTMP4Aを32.5g、EO3TMPTAを11.5g、HDODAを46g含む混合物である。この混合物の10gを別の容器に取って、光ラジカル重合開始剤のIrgacure651(登録商標)を0.5g、光増感剤であるN−メチルジエタノールアミン0.2gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を150mm×100mm×0.5mm厚のPC(ポリカーボネート)シート上に、バーコーター(#20)を用いて塗布後、80℃にて2分間乾燥させた。これを、UV照射装置(ECS−301、アイグラフィクス社製)を用いて、120W/cmのメタルハライドランプで749mJ/cmの積算光量にて硬化させて、1.2mil(30.48μm)の膜厚の塗膜を形成したところ、目視で表面平滑な塗膜が得られた。鉛筆硬度は、Fであった。
この塗膜の耐摩耗性をJIS K7204に従って評価した結果、CS−10磨耗輪(1000g負荷)で16mg/1000回転、CS−17磨耗輪で17mg/1000回転であった。
(比較例5)
DTMP4A(3.25g)、EO3TMPTA(1.15g)、HDODA(4.6g)を混合し、合計9gの混合物を得た。この混合物に対して実施例1と同じ要領で、Irgacure651を0.45gと、N−メチルジエタノールアミンを0.18gとを加えて混合して光硬化性塗料組成物を作製した。
この塗料組成物を実施例5と同様にして硬化させ、1milの塗膜を形成した。鉛筆硬度は、Fであった。この塗膜の耐摩耗性をJIS K7204に従って評価した結果、CS−10磨耗輪(1000g負荷)で29mg/1000回転、CS−17磨耗輪で44mg/1000回転であった。
実施例5及び比較例5の結果から、本発明の光硬化性塗料組成物(実施例5)は、軟質成分としてポリマー微粒子(B1)を含みながらも、ポリマー微粒子(B1)を含まない点を除いて同一の組成物(比較例5)に比べて、耐摩耗性に優れることが判る。
(実施例6)
上記で得たT1−2(2g)とEO3TMPTA(2g)を混合して合計4gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を0.5g、EO3TMPTAを3.5g含む混合物である。この混合物に、光ラジカル開始剤のIrgacure184(登録商標)を0.16g加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性組成物を得た。
この光硬化性塗料組成物を、100mm×70mm×2mm厚の透明アクリル(PMMA)板上に塗布し、次いで、この塗布面上にガラス板(1mm厚)を置いた。すなわち、光硬化性塗料組成物をアクリル板とガラス板で挟んだ。その際、両者の間に気泡が入らないように注意した。また、アクリル板とガラス板の間隔を保つスペーサーとして少量のガラスビーズ(300μ、(株)ユニオン製SPL−300)を、光硬化性塗料組成物と共に挟んだ。また、前述のガラス板の半分はブラックプリント(黒色が塗布)されており、ブラックプリント部分はUV光を透過しないので、その直下に位置する塗布した該組成物はUV光の照射を受けられない。
このようなガラス板とアクリル板の間に挟まれた該光硬化性塗料組成物に、ガラス板側から80W/cmのメタルハライドランプでUV光を照射(ECS−301、アイグラフクス社製)して、1970mJ/cmの積算光量にて硬化させた。その後アクリル板と硬化塗膜の間を剥がして液状の未硬化物を拭き取った後、ブラックプリントの先端部分(暗部〜明部の境界)から暗部方向へ向かって硬化している組成物の先端までの長さを測定したところ、4.7mmであった。
(比較例6)
EO3TMPTA(3.5g)に、光ラジカル開始剤のIrgacure184(登録商標)を0.16g加えて混合し、光硬化性組成物を得た。この光硬化性組成物を、実施例6の手順と同様にして硬化させて同様に評価したところ、ブラックプリントの先端部分(暗部〜明部の境界)から暗部方向へ向かって硬化している組成物の先端までの長さは、1mm未満であった。
(実施例7)
上記で得たT1−2(2g)とT1−4(2g)を混合して合計4gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を1g、EO3TMPTAを1.5g、IBOAを1.5g含んでなる混合物である。この混合物に、光ラジカル開始剤のIrgacure184(登録商標)を0.16g加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。この光硬化性塗料組成物を、実施例6の手順と同様にして硬化させて同様に評価したところ、ブラックプリントの先端部分(暗部〜明部の境界)から暗部方向に向かって硬化している組成物の先端までの長さは、4mmであった。
得られた硬化物より超薄切片を作製しTEM(透過型電子顕微鏡)写真を(倍率10000倍)撮影し、上述の手順にしたがって、粒子分散率を評価した。評価の結果、粒子分散率は95%よりも高く、1次粒子で分散していることを確認した。
(比較例7)
EO3TMPTA(1.5g)とIBOA(1.5g)の混合物に、光ラジカル開始剤のIrgacure184(登録商標)を0.16g加えて混合し、光硬化性塗料組成物を得た。この光硬化性塗料組成物を、実施例6の手順と同様にして硬化させて同様に評価したところ、ブラックプリントの先端部分(暗部〜明部の境界)から暗部方向に向かって硬化している組成物の先端までの長さは、1mm未満であった。
(実施例8)
上記で得たU1−1(6.7g)、Ebecryl5129(6官能ウレタンアクリレート、ダイセルサイテック社製、3g)、CD9053(Sartomer社製、酸変性アクリレート、三官能、0.3g)を混合し合計10gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を1g、DPEHAを5.7g、Ebecryl5129を3g、及びCD9053を0.3g含む混合物である。この混合物に、メチルイソブチルケトン4g、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)0.5gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を150mm×100mm×2mm厚のアクリル板(アクリライトL001、三菱レーヨン社製)上に、バーコーター(#4)を用いて塗布後、80℃にて3分間乾燥させた。これを、UV照射装置(ECS−301、アイグラフィクス社製)を用いて、120W/cmのメタルハライドランプで1000mJ/cmの積算光量にて硬化させて、0.3mil(7.62μm)の膜厚の塗膜を形成したところ、目視で表面平滑で透明な塗膜が得られた。この塗膜の鉛筆硬度は、5Hであった。更にこの塗膜の超薄切片を作製しTEM(透過型電子顕微鏡)で、倍率10000倍にて観察した結果、ポリマー微粒子は互いに独立して分散しており、1次粒子で分散していることを確認した。粒子分散率は90%よりも高かった。
(実施例9)
上記で得たU1−1(7.5g)と、NVP(N−ビニル−2−ピロリドン、2.5g)を混合し合計10gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を1.1g、DPEHAを6.4g、NVPを2.5g含む混合物である。この混合物に、メチルイソブチルケトン4g、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)0.5gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を150mm×100mm×2mm厚のアクリル板(アクリライトL001、三菱レーヨン社製)上に、バーコーター(#4)を用いて塗布後、80℃にて3分間乾燥させた。これを、UV照射装置(ECS−301、アイグラフィクス社製)を用いて、120W/cmのメタルハライドランプで1000mJ/cmの積算光量にて硬化させて、0.3mil(7.62μm)の膜厚の塗膜を形成したところ、目視で表面平滑で透明な塗膜が得られた。この塗膜の鉛筆硬度は、5Hであった。更にこの塗膜を、実施例8と同様の手順でTEM観察した結果、ポリマー微粒子は互いに独立して分散しており、1次粒子で分散していることを確認した。粒子分散率は90%よりも高かった。
(実施例10)
上記で得たU1−1(3.8g)、U1−3(3.4g)、CD9053(Sartomer社製、酸変性アクリレート、三官能、0.3g)、及びDPEHA(2.5g)を混合し合計10gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を1g、DPEHAを5.7g、Ebecryl5129を3g、及びCD9053を0.3g含む混合物である。この混合物に、メチルイソブチルケトン4g、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)0.5gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を150mm×100mm×2mm厚のアクリル板(アクリライトL001、三菱レーヨン社製)上に、バーコーター(#4)を用いて塗布後、80℃にて3分間乾燥させた。これを、UV照射装置(ECS−301、アイグラフィクス社製)を用いて、120W/cmのメタルハライドランプで1000mJ/cmの積算光量にて硬化させて、0.3mil(7.62μm)の膜厚の塗膜を形成したところ、目視で表面平滑で透明な塗膜が得られた。この塗膜の鉛筆硬度は、5Hであった。更にこの塗膜を、実施例8と同様の手順でTEM観察した結果、ポリマー微粒子は互いに独立して分散しており、1次粒子で分散していることを確認した。粒子分散率は90%よりも高かった。
(実施例11)
上記で得たU1−1(5.9g)と、U1−2(3.6g)、及びNVP(N−ビニル−2−ピロリドン、0.5g)を混合し合計10gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を1.6g、DPEHAを5g、PETAを2.9g、及びNVPを0.5g含む混合物である。この混合物に、メチルイソブチルケトン4g、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)0.5gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を150mm×100mm×2mm厚のアクリル板(アクリライトL001、三菱レーヨン社製)上に、バーコーター(#4)を用いて塗布後、80℃にて3分間乾燥させた。これを、UV照射装置(ECS−301、アイグラフィクス社製)を用いて、120W/cmのメタルハライドランプで1000mJ/cmの積算光量にて硬化させて、0.3mil(7.62μm)の膜厚の塗膜を形成したところ、目視で表面平滑で透明な塗膜が得られた。この塗膜の鉛筆硬度は、4Hであった。更にこの塗膜を、実施例8と同様の手順でTEM観察した結果、ポリマー微粒子は互いに独立して分散しており、1次粒子で分散していることを確認した。粒子分散率は90%よりも高かった。
(実施例12)
上記で得たU1−1(9.4g)と、CD9053(Sartomer社製、酸変性アクリレート、三官能、0.6g)を混合し合計10gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B1)を1.4g、DPEHAを8g、CD9053を0.6g含んで成る混合物である。この混合物に、メチルイソブチルケトン4g、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)0.5gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を150mm×100mm×2mm厚のアクリル板(アクリライトL001、三菱レーヨン社製)上に、バーコーター(#4)を用いて塗布後、80℃にて3分間乾燥させた。これを、UV照射装置(ECS−301、アイグラフィクス社製)を用いて、120W/cmのメタルハライドランプで1000mJ/cmの積算光量にて硬化させて、0.3mil(7.62μm)の膜厚の塗膜を形成したところ、目視で表面平滑で透明な塗膜が得られた。この塗膜の鉛筆硬度は、5Hであった。更にこの塗膜を、実施例8と同様の手順でTEM観察した結果、ポリマー微粒子は互いに独立して分散しており、1次粒子で分散していることを確認した。粒子分散率は90%よりも高かった。
(比較例8)
実施例8と対比するために、上記で得たU2−1(7.7g)、U2−2(4.1g)、CD9053(0.3g)を混合して、合計9.6gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B2)を0.65g、DPHEAを5.7g、Ebecryl5129を3g、CD9053を0.3g、MEKを2.4g含む混合物である。この混合物に、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)0.5g、MEK1.5gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を用いて、実施例8と同様の方法でアクリル基板上に塗布したところ、目視でその表面に多くの粒状形状(ブツ)が観察され、実施例8の塗膜のような平滑さに欠け、外観の劣る塗膜であった。更にブツの多くはバーコーターで捕捉されたままで、バーコーターによる液溜まりに留まっていた。実施例8と同様の方法で、硬化した塗膜は得られたが、外観には変化無く、ブツの多い外観の劣る塗膜であった。硬化後の塗膜につき、鉛筆硬度を評価したところ、鉛筆硬度試験はブツのために平滑面が十分になく困難であったが、4Hと3Hで鉛筆の軌跡上に傷の有無の違いが認められたので、3Hと判断した。更にこの塗膜を、実施例8と同様の手順でTEM観察した結果、互いに独立して分散している粒子は少なく、多くのポリマー微粒子(B2)が凝集分散していることを確認した。粒子分散率は、ブツが目視で確認できる程であり、90%に遠く及ばなかった。
(比較例9)
実施例9と対比するために、上記で得たU2−1(8.6g)、U2−3(2.8g)を混合して、合計11.49.7gの混合物を得た。この混合物は、ポリマー微粒子(B2)を0.8g、DPHEAを6.4g、NVPを2.5g、MEKを1.7g含む混合物である。この混合物に、光ラジカル重合開始剤のIrgacure184(登録商標)0.5gとMEK2.9gを更に加えて混合し、ポリマー微粒子含有光硬化性塗料組成物を得た。
この塗料組成物を用いて、実施例8と同様の方法でアクリル基板上に塗布したところ、目視でその表面に多くの粒状形状(ブツ)が観察され、実施例8の塗膜のような平滑さに欠け、外観の劣る塗膜であった。更にブツの多くはバーコーターで捕捉されたままで、バーコーターによる液溜まりに留まっていた。実施例8と同様の方法で硬化した塗膜は得られたが、外観には変化無く、ブツの多い外観の劣る塗膜であった。硬化後の塗膜につき、鉛筆硬度を評価したところ、鉛筆硬度試験はブツのために平滑面が十分になく困難であったが、4Hと3Hで鉛筆の軌跡上に傷の有無の違いが認められたので、3Hと判断した。更にこの塗膜を、実施例8と同様の手順でTEM観察した結果、互いに独立して分散している粒子は少なく、多くのポリマー微粒子(B2)が凝集分散していることを確認した。粒子分散率は、ブツが目視で確認できる程であり、90%に遠く及ばなかった。

Claims (8)

  1. ビニルモノマー(A)100質量部と、体積平均粒子径が0.05〜1μmのポリマー微粒子(B)0.1〜50質量部とを含む光硬化性塗料組成物であって、
    該ビニルモノマー(A)が、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、及びウレタン変性(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上のモノマーを主成分とし、
    前記ビニルモノマー(A)100質量部が、ウレタン変性(メタ)アクリレート1〜100質量部と、ウレタン変性(メタ)アクリレート以外のビニルモノマー0〜99質量部とからなり、
    前記ポリマー微粒子(B)が、その内側に存在する弾性コア層、及びその最も外側に存在するシェル層の少なくとも2層を含むコア/シェルグラフト共重合体であって、かつ、該弾性コア層が、ガラス転移温度0℃未満のゴム状重合体からなり、
    前記シェル層が、
    アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、及びグリシジル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上のモノマー(BS−1)2〜90質量%、アルキル(メタ)アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、及び(メタ)アクリロニトリルからなる群から選ばれる1種以上のモノマー(BS−2)2〜98質量%、多官能性ビニルモノマー(BS−3)0〜10質量%、及びこれらのモノマーと共重合可能なその他のビニルモノマー(BS−4)0〜10質量%からなるシェル層形成用単量体100質量%の共重合体であり、
    前記ポリマー微粒子(B)が前記ビニルモノマー(A)中で一次分散していることを特徴とする光硬化性塗料組成物。
  2. 前記ビニルモノマー(A)100質量部が、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー及び/はヒドロキシエチル(メタ)アクリレート50〜100質量部と、芳香族ビニル系モノマー0〜50質量部と、その他のビニルモノマー0〜50質量部とからなるモノマーである請求項1に記載の光硬化性塗料組成物。
  3. 前記ポリマー微粒子の粒子分散率が90%以上である請求項1又は2に記載の光硬化性塗料組成物。
  4. 前記ウレタン変性(メタ)アクリレート以外のビニルモノマーが、炭素数3以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とから合成される(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、及び芳香族ビニル系モノマーからなる群から選ばれる1種以上である請求項に記載の光硬化性塗料組成物。
  5. 前記炭素数3以上のアルコールと前記(メタ)アクリル酸とから合成される前記(メタ)アクリル酸エステル系モノマーが、脂環式アルキル(メタ)アクリレート、アルキレングリコールジ(メタ)アクリレート、分岐状アルキレンエーテル基を有するトリ(メタ)アクリレート、又は複数の分岐状アルキル基を有するポリ(メタ)アクリレートである請求項1〜4のいずれか一項に記載の光硬化性塗料組成物。
  6. 前記ウレタン変性(メタ)アクリレートが、分子内に3つ以上の(メタ)アクリロイルオキシ基を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の光硬化性塗料組成物。
  7. 請求項1〜のいずれかに記載の光硬化性塗料組成物を硬化させてなる塗膜。
  8. 請求項に記載の塗膜であって、その塗膜厚みが、前記ポリマー微粒子(B)の体積平均粒子径の1.5倍以上、かつ、100μm以下である塗膜。
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