JP5915528B2 - 硬化用組成物および重合体 - Google Patents

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Description

本発明は、硬化用組成物に関する。
太陽光線に含まれる紫外線が高分子化合物の化学結合を切断して劣化させる事はよく知られている。この劣化を防ぐために、プラスチック、繊維、塗料といった高分子化合物からなる製品に光安定剤や紫外線吸収剤等が添加されている。特にヒンダードアミン系光安定剤(以下、HALS)は紫外線を殆ど吸収しないが、紫外線によって生じる有害なフリーラジカルを効率よく捕捉することによって、高分子材料の劣化を防止する機能を有すると言われている。
しかし、一般的なHALSは高分子材料と化学結合しておらず、長時間屋外曝露することによって、高分子材料からブリードアウトし、本来の機能が失われる場合がある事が指摘されている。このような高分子材料からのブリードアウトを抑制するため、メタクリル酸ピペリジルエステルを原料とし、高分子量のHALSにすることによって、ブリードアウトを抑制する事が検討されている(特許文献1〜3)。
特開平10−176016号公報 特開2008−56906号公報 特表2000−509082号公報
しかしながら、特許文献1〜3記載の化合物を活性エネルギー線硬化型樹脂へ導入した場合、添加量や樹脂の種類によっては相分離が生じる場合や、酸の存在下ではHALSとしての効果が失われる場合があった。
そこで、本発明の目的は、HALS骨格を有し、耐候性及び外観性に優れる重合体を得ることができる硬化用組成物を提供することを目的とする。
前記課題は以下の本発明[1]〜[8]によって解決される。
[1]下記式(1)で表される単量体(A)及び該単量体(A)と重合可能な単量体(B)を含有する単量体成分を少なくとも含み、
前記単量体(A)の含有率が前記単量体成分中0.01〜35モル%であり、
前記単量体(B)の含有率が前記単量体成分中65〜99.99モル%である硬化用組成物。
Figure 0005915528
(式(1)中、R1は、水素原子又はメチル基を表す。Xは、酸素原子、イミノ基、下記式(2)、又は下記式(3)を表す。R2、R3およびR4は、水素原子、炭素数1〜8の直鎖型アルキル基、炭素数1〜8の分岐鎖型アルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜8のシクロアルキル基、又は置換基を有してもよい炭素数6〜12のアリール基を表し、それぞれ互いに同一でも異なってもよい。また、R2とR3で、R2とR4で、R3とR4で、あるいはR2とR3とR4とで環構造を形成してもよく、該環構造は置換基を有してもよい。)。
Figure 0005915528
(式(2)中、nは1〜10の整数を表す。R5及びR6は水素原子又はメチル基を表し、R5及びR6の少なくとも一方は水素原子である。)。
Figure 0005915528
(式(3)中、nは1〜10の整数を表す。)。
[2] さらに、前記単量体(A)と重合可能な単量体(C)からなる重合体を含む[1]に記載の硬化用組成物。
[3] 前記単量体(B)がメタクリル酸メチルを50モル%以上含有する[1]または[2]に記載の硬化用組成物。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載の硬化用組成物を、活性エネルギー線の照射により重合させる重合体の製造方法。
[5] [1]〜[3]のいずれかに記載の硬化用組成物を重合させて得られた樹脂シート。
[6] 全光線透過率が85〜100%であり、ヘイズ値が5%未満である[5]に記載の樹脂シート。
[7] [1]〜[3]のいずれかに記載の硬化用組成物を基材の上に配置させた後重合させて得られた硬化被膜。
[8] 全光線透過率が85〜100%であり、ヘイズ値が5%未満である[7]に記載の硬化皮膜。
本発明の硬化用組成物によって、耐候性及び外観性に優れる重合体を得ることができる。
樹脂シートの製造装置の一例を示す模式的概略図である。
本発明に係る硬化用組成物は、光安定剤としてのHALS骨格を有する重合性単量体(A)および該単量体(A)と重合可能な単量体(B)を含有する単量体成分を少なくとも含む。また、硬化用組成物は、さらに、ラジカル性重合開始剤()を含んでもよく、活性エネルギー線で重合が開始されてもよい。
本発明に硬化用組成物により得られる重合体は、HALS骨格を有する重合性単量体単位を有することで、長期の耐候性試験においてもブリードアウトが抑制される。また、単量体(A)は組成物に添加される単量体(B)との相溶性に優れるため、得られる重合体は透明性が高く、外観性に優れる。
以下に、本発明を詳細に説明する。
<単量体(A)>
HALS骨格を有する重合性を有する単量体(A)(以下、単量体(A)と略す)は、下記式(1)で表される。
Figure 0005915528
式(1)中、R1は、水素原子又はメチル基を表す。Xは、酸素原子、イミノ基、下記式(2)又は下記式(3)を表す。R2、R3およびR4は、水素原子、炭素数1〜8の直鎖型アルキル基、炭素数1〜8の分岐鎖型アルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜8のシクロアルキル基、又は置換基を有してもよい炭素数6〜12のアリール基を表し、それぞれ互いに同一でも異なってもよい。また、R2とR3で、R2とR4で、R3とR4で、あるいはR2とR3とR4とで環構造を形成してもよく、該環構造は置換基を有してもよい。
Figure 0005915528
式(2)中、nは1〜10の整数を表す。R5及びR6は水素原子又はメチル基を表し、R5及びR6の少なくとも一方は水素原子である。
Figure 0005915528
式(3)中、nは1〜10の整数を表す。
上記式(1)の中では、単量体(A)の合成が容易であることから、Xは酸素原子であることが好ましい。また、上記式(2)の中では、合成が容易であることから、R5及びR6はいずれも水素原子であることが好ましい。
式(1)中のXについて、表示される式(2)及び(3)の右端の酸素原子が式(1)のピペリジン環の炭素原子と結合している。
上記式(1)の中では、重合時または成形時の着色が低減でき、得られる成形体の耐候性が良好となることから、(i)R2〜R4がいずれも水素原子であるか、(ii)R2〜R4のいずれか2つが水素原子であり、残る1つが直鎖構造を有する炭素数1〜8のアルキル基、又は分枝鎖構造を有する炭素数1〜8のアルキル基であることが好ましい。単量体(B)がメタクリル酸メチルを50モル%以上含み、かつ重合体(C)がメタクリル酸メチル単位を50質量%以上含む場合、相溶性が良好な点で、直鎖又は分岐鎖のアルキル基の炭素数は1〜6であることがより好ましく、1〜4であることがさらに好ましい。
置換基としては、例えば、1〜4の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、水酸基、リン酸エステル基、ハロゲン原子等が挙げられる。
単量体(A)の具体例としては、例えば、1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリロイルオキシピペリジン、1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリルアミドピペリジン、1−プロピルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリロイルオキシピペリジン、1−プロピルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリルアミドピペリジン、1−シクロヘキシルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリロイルオキシピペリジン、1−シクロヘキシルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリルアミドピペリジン、1−メチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリロイルオキシピペリジン、1−メチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリルアミドピペリジン、1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(2−(2−(メタ)アクリロイルオキシ)エトキシ)エトキシピペリジン、1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(4−(2−(メタ)アクリロイルオキシ)エトキシ−1,4−ジオキソ)ブトキシピペリジンが挙げられる。
これらの中では、得られる成型体の耐候性が良好となることから、1−メチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリロイルオキシピペリジン、1−プロピルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−メタクリロイルオキシピペリジン、1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(2−(2−メタクリロイルオキシ)エトキシ)エトキシピペリジン、1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(4−(2−メタクリロイルオキシ)エトキシ−1,4−ジオキソ)ブトキシピペリジン及び1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(メタ)アクリロイルオキシピペリジンが好ましい。
単量体(A)は1種を単独で又は2種以上を併用して用いることができる。
尚、本発明において、(メタ)アクリルは、アクリル又はメタクリルを示す。また、(メタ)アクリロイルは、アクリロイル又はメタクリロイルを示す。
単量体(A)は、公知の方法を利用して合成することができる。
例えば、1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−メタクリロイルオキシピペリジン(以下、「単量体(A−1)」という。)は、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンに、タングステン酸ナトリウム存在下、30%過酸化水素水による酸化を行ない、得られた4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシドに、無水酢酸を用いて、ヒドロキシル基のアセチル保護を行ない、オクタンを溶媒兼反応剤として、t−ブチルハイドロパーオキサイドにより反応させ、アセチル保護を脱保護した後に、メタクリロイルクロリドと反応させて合成することができる。
また、単量体(A−1)は、特表2008−519003号公報に記載の方法で合成することができる。
具体的には、トリアセトンアミンを、タングステン酸ナトリウム二水和物の存在下、30%過酸化水素水溶液により酸化して、トリアセトンアミン−N−オキシドに変換した後、1−オクテン及びt−ブチルハイドロパーオキサイドにより反応させ、Ru担持木炭及び水素により還元して、得られた4−ヒドロキシ−1−(1−オクチルオキシ)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンと、4−ヒドロキシ−1−(3−オクチルオキシ)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンとの混合物を、メタクリロイルクロリドと反応させることで合成することができる。
また、1−プロピルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−メタクリロイルオキシピペリジン(以下、「単量体(A−2)」という。)は、特表2008−519003号公報に記載の方法に従い、1−オクテンの代わりにプロピレンを用いて合成することができる。
また、1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(2−(2−メタクリロイルオキシ)エトキシ)エトキシピペリジン(以下、「単量体(A−3)」という。)は、2,2,6,6−テトラメチル−4−(2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシピペリジン−N−オキシドに、無水酢酸を用いて、ヒドロキシル基のアセチル保護を行ない、オクタンを溶媒兼反応剤として、t−ブチルハイドロパーオキサイドにより反応させ、アセチル保護を脱保護した後に、メタクリロイルクロリドと反応させて合成することができる。
また、1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(4−(2−メタクリロイルオキシ)エトキシ−1,4−ジオキソ)ブトキシピペリジン(以下、「単量体(A−4)」という。)は、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンに、タングステン酸ナトリウム存在下、30%過酸化水素水による酸化を行ない、得られた4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシドに、無水酢酸を用いて、ヒドロキシル基のアセチル保護を行ない、オクタンを溶媒兼反応剤として、t−ブチルハイドロパーオキサイドにより反応させ、アセチル保護を脱保護した後に、無水コハク酸を付加させ、得られたカルボン酸と、2−ヒドロキシエチルメタクリレートとを、脱水縮合して合成することができる。
また、1−メチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−メタクリロイルオキシピペリジン(以下、「単量体(A−5)」という。)は、特表2009−541428号公報に記載の方法に従い、1−メチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジンを合成した後、メタクリロイルクロリドと反応させて合成することができる。
具体的には、2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジン−N−オキシドを、塩化銅(I)の存在下、アセトン及び30%過酸化水素水溶液と反応させ、得られた1−メチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジンを、メタクリロイルクロリドと反応させることで合成することができる。
単量体(A)の単量体成分中の含有率は、0.01〜35モル%であり、0.05〜20モル%であることが好ましく、0.05〜5モル%であることがより好ましい。単量体(A)の含有率が0.01モル%以上である場合、硬化塗膜により十分な耐候性を付与でき、硬化塗膜の劣化をより有効に防止できる。単量体(A)の量が35モル%以下である場合、塗膜自身の硬化が不十分となることをより有効に抑制でき、硬化塗膜の強靱性、耐熱性、耐摩耗性がより向上する。
<単量体(B)>
単量体(B)は、単量体(A)以外の重合性単量体であり、単量体(A)と重合可能な重合性単量体であれば特に限定されない。単量体(B)としては、具体的には、単官能(メタ)アクリレート、または多官能(メタ)アクリレートなどが挙げられ、被膜の要求性能に応じて適宜選択すれば良い。単量体(B)としては、その他にも、例えば、使用可能な重合性単量体としては、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、コロイダルシリカと(メタ)アクリロイルオキシアルコキシシランを縮合して得られる有機無機ハイブリッド(メタ)アクリレートなどの重合性不飽和結合を有する単量体が挙げられる。
単量体(B)としての単官能(メタ)アクリレートの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、モルフォリル(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、グリシジル(メタ)アクリレート、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、トリシクロデカン(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコ−ルモノ(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(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、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート等のモノ(メタ)アクリレート、無水フタル酸と2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートとの付加物などのモノ(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。
単量体(B)としての多官能(メタ)アクリレートの具体例としては、ネオペンチルグリコールジ(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、ポリエチレングリコール(繰り返し単位数(以下「n」と記載する)=2〜15)ジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=2〜15)ジ(メタ)アクリレート、ポリブチレングリコール(n=2〜15)ジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシジエトキシフェニル)プロパン、トリメチロ−ルプロパンジアクリレート、ビス(2−(メタ)アクリロキシエチル)−ヒドロキシエチル−イソシアヌレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリス(2−(メタ)アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリト−ルテトラ(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−ト、ジペンタエリスリトールペンタ(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、ビスフェノールA型ジエポキシと(メタ)アクリル酸とを反応させたエポキシジ(メタ)アクリレート等のエポキシポリ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体に2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートを反応させたウレタントリ(メタ)アクリレート、イソホロンジイソシアネートと2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートとを反応させたウレタンジ(メタ)アクリレート、イソホロンジイソシアネートとペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートとを反応させたウレタンヘキサ(メタ)アクリレート、ジシクロメタンジイソシアネートと2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートとを反応させたウレタンジ(メタ)アクリレート、ジシクロメタンジイソシアネートとポリ(n=6−15)テトラメチレングリコールとのウレタン化反応物に2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートとを反応させたウレタンジ(メタ)アクリレート等のウレタンポリ(メタ)アクリレート、トリメチロ−ルエタンとコハク酸および(メタ)アクリル酸とを反応させたポリエステル(メタ)アクリレート、トリメチロ−ルプロパンとコハク酸、エチレングリコ−ル、及び(メタ)アクリル酸とを反応させたポリエステル(メタ)アクリレート等のポリエステルポリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
コロイダルシリカと(メタ)アクリロイルオキシアルコキシシラン等を縮合して得られる有機無機ハイブリッド(メタ)アクリレートも塗膜の硬度等を上昇させる為に用いられる。具体的には、コロイダルシリカとビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、2−(メタ)アクリロキシエチルトリメトキシシラン、2−(メタ)アクリロキシエチルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシランなどの組み合わせからなる有機無機ハイブリッドビニル化合物や有機無機ハイブリッド(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。
これらの中でも、活性エネルギー線等による硬化後の力学物性等の観点から、重合性不飽和結合を有する単官能(メタ)アクリレート、または多官能(メタ)アクリレートが好ましく用いられ、更に単官能(メタ)アクリレートがより好ましく用いられる。更には、得られる重合体の透明性の観点から、メタクリル酸メチルが特に好ましい。
単量体(B)の単量体成分中の含有率は、65〜99.99モル%であり、80〜99.9モル%であることがより好ましい。単量体(B)の含有率が65モル%以上の場合、硬化塗膜により十分な耐候性および透明性を付与できる。単量体(B)の含有率が99.99モル%以下の場合、塗膜自身の硬化が不十分となることを抑制でき、硬化塗膜の強靱性、耐熱性、耐摩耗性が向上する。
単量体(B)を構成する単量体は、上述の材料を単独で使用してもよいし、二種類以上を混合して使用しても構わない。
また、硬化後の力学物性や透明性、耐候性の観点から、単量体(B)はメタクリル酸メチルを全単量体(B)中50モル%以上含むことが好ましく、60〜100モル%含むことがより好ましい。メタクリル酸メチルの量が60モル%以上の場合、硬化塗膜により十分な耐候性および透明性が付与できる。メタクリル酸メチルの量が99.9モル%以下の場合、塗膜自身の耐熱分解性が不十分となることをより抑制でき、硬化塗膜の強靱性、耐熱性、耐摩耗性がより向上する。
<重合体(C)>
また、本発明に係る硬化用組成物は、単量体(A)及び単量体(B)に加え、単量体(A)と重合可能な単量体(C)からなる重合体(C)を含むことができる。単量体(C)は、単量体(A)以外の重合性単量体であり、単量体(A)と重合可能な重合性単量体であれば特に限定されない。重合体(C)は単量体(A)及び(B)の混合物に溶解するものが好ましい。単量体(C)としては、例えば、単量体(B)の説明で列挙したものと同じものが挙げられる。中でも、メタクリル酸メチル単位を重合体(C)中50質量%以上含むものが好ましい。
重合体(C)の含有量は、単量体成分100質量部に対して10〜100質量部であることが好ましく、10〜80質量部であることがより好ましい。
重合体(C)の分子量としては、特に限定されないが、重合体(C)を単量体と混合する際に混合しやすく、溶解しやすい点から、重量平均分子量(Mw)が1万〜100万が好ましく、2万〜30万が特に好ましい。
重合体(C)の製造方法は特に限定されないが、ラジカル重合で製造することが好ましい。ラジカル重合は溶媒存在下で重合しても良いし、単量体のみで塊状重合しても良い。
重合体(C)を、単量体(A)を少なくとも含む単量体をラジカル重合することで得る場合、ラジカル重合の重合温度は210℃以下であることが好ましい。210℃以下であれば、HALS骨格が安定に硬化物内に取り込まれ、透明な硬化物が得られる。
<ラジカル性重合開始剤(D)>
本発明に係る硬化用組成物は、上述のようにラジカル性重合開始剤(D)を含むことができる。ラジカル性重合開始剤(D)は、硬化用組成物中での相溶性の観点から適宜選択されることが望ましく、特に限定されるものではない。
ラジカル性重合開始剤(D)の具体例としては活性エネルギー線照射によって作用する重合開始剤が好ましく、中でも光重合開始剤が好ましく、例えば、ベンゾイン、ベンゾインモノメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、アセトイン、ベンジル、ベンゾフェノン、p−メトキシベンゾフェノン、ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2,2−ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、メチルフェニルグリオキシレート、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等のカルボニル化合物;テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィドなどの硫黄化合物;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルフェニルエトキシフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイドなどのリン酸化合物;2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタノン−1やカンファーキノン等が挙げられる。これらは、1種単独で使用しても、2種以上を併用して用いてもよく、要求される塗膜性能に応じて、任意に組み合わせることができる。
また、ラジカル性重合開始剤(D)の含有量は、単量体(A)と単量体(B)の合計量100質量部に対して、0.1〜10質量部の範囲であることが好ましく、0.2〜6質量部の範囲であることがより好ましい。ラジカル性重合開始剤(D)の含有量が0.1質量部以上の場合には、被覆材硬化物の硬化速度を充分に促進させる効果が発現する傾向にあり、得られる硬化塗膜に優れた硬度(耐摩耗性)、基材への密着性および耐候性を付与できる傾向にある。ラジカル性重合開始剤(D)の含有量が10質量部以下の場合には、硬化塗膜の着色や、耐候性の低下をより防ぐ事ができる。
<紫外線吸収剤(E)>
本発明の硬化用組成物は、紫外線吸収剤(E)を含んでも良い。紫外線吸収剤(E)は特に限定されないが、組成物に均一に溶解し、後述する活性エネルギー線による硬化を阻害せず、かつ得られた硬化物に求められる耐候性が付与できるという観点から選択されることが好ましい。紫外線吸収剤(E)としては、特に、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、サリチル酸フェニル系、安息香酸フェニル系、ヒドロキシフェニルトリアジン系から誘導された化合物で、それらの最大吸収波長が240〜380nmの範囲にある紫外線吸収剤が好ましい。紫外線吸収剤(E)としては、特に、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、ヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤が好ましく、さらにこの上記2種を組み合わせて用いるのが最も好ましい。
紫外線吸収剤(E)の具体例としては、これらのうちベンゾフェノン系の2−ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、及び2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール系の2−(2−ヒドロキシ−tert−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、ヒドロキシフェニルトリアジン系の2−[4−(オクチル−2−メチルエタノエート)オキシ−2−ヒドロキシフェニル]−4,6−[ビス(2,4−ジメチルフェニル)]−1,3,5−トリアジンが好ましく挙げられる。これらは2種以上を組み合わせて使うことがより好ましい。紫外線吸収剤(E)の含有量は、単量体(A)と単量体(B)の合計100質量部に対して、0.01〜10質量部であることが好ましく、0.05〜1質量部であることがより好ましい。紫外線吸収剤(E)の含有量が2質量部以上の場合では、硬化塗膜に十分な耐侯性が付与できる。紫外線吸収剤(E)の含有量が30質量部以下の場合では、塗膜自身の硬化が不十分となることをより抑制でき、硬化塗膜の強靭性、耐熱性、耐摩耗性が低下することもない。
硬化用組成物は、上記(A)、(B)、(D)の各成分を主たる構成成分とすることが好ましく、(E)成分をより好ましく含むことができる。
また、硬化用組成物は、必要に応じて、有機溶剤、酸化防止剤、黄変防止剤、ブルーイング剤、顔料、レベリング剤、消泡剤、増粘剤、沈降防止剤、帯電防止剤、界面活性剤等の各種の添加剤等を含んでもよい。酸化防止剤としては、IRGANOX 1010やIRGANOX 1076、IRGANOX1035(いずれもBASF(旧Ciba)(株)製)などのフェノール系酸化防止剤や スミライザーTP-D(住友化学(株)製)やアデカスタブAOシリーズ(ADEKA(株)製)などの硫黄系酸化防止剤、その他にも、リン系酸化防止剤を使用することができる。有機溶剤は塗装方法によって選択して用いるのが良い。すなわち、スプレー塗装に使用する場合には、イソブタノールなどのアルコール系溶剤、酢酸n−ブチルに代表されるエステル系溶剤、メチルイソブチルケトンに代表されるケトン系溶剤、トルエンに代表される芳香族系溶剤を任意に組み合わせ、活性エネルギー線硬化用組成物(以下、コーティング材とも言う)の粘度を20mPa・s以下にする事が望ましい。またシャワーフローコートやディップによる塗装に使用する場合には、コーティング材の粘度を100mPa・s以下にする事が望ましい。一方固形分が80質量%を超えるハイソリッド型コーティング材では、紫外線吸収剤等の添加剤の溶解性を考慮し、溶剤を適宜選択する事が望ましい。
<重合>
硬化用組成物の重合には、特に制限されるものではないが、活性エネルギー線を用いることができる。活性エネルギー線としては、例えば、X線、紫外線、電子線等が挙げられ、紫外線を好ましく用いることができる。
紫外線は、各種紫外線照射装置により照射される。照射源としては、例えば、高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ケミカルランプ、殺菌灯、ブラックライト、紫外LEDなどが挙げられる。
活性エネルギー線の照射強度としては、硬化用組成物に含有する活性エネルギー線で分解可能な重合開始剤の濃度と照射時間との関係により適宜決定される。また、前記活性エネルギー線重合性液体においては、モノマーの成長速度の観点から1mW/cm2〜30mW/cm2の範囲が好ましい。照射強度が弱すぎると重合開始剤の分解量が少ないことにより重合速度が遅くなる場合がある。また、逆に強すぎると、開始剤分解量を増やしても、本法での活性エネルギー線重合性液体ではモノマーの成長速度が追いつかず、停止反応に多くが消費されてしまう場合がある。この場合、製品シートの分子量低下と、活性エネルギー線が過剰に照射されることによる製品黄変がおきる可能性がある。
硬化用組成物は、基材たるプラスチック成形品に塗布した後に活性エネルギー線を照射することにより重合させて硬化塗膜とすることができる。ここで使用されるプラスチックとしては、従来から耐侯性等の改善の要望のある各種の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく挙げられる。具体的には、ポリメチルメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ(ポリエステル)カーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアリレ−ト樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂、ポリアリルジグリコールカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂などが挙げられる。特にポリメチルメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂は、透明性に優れ、かつ耐摩耗性改良要求も強いため、本発明の被覆材組成物を適用するのが特に有効である。活性エネルギー線照射により硬化させる際には、コーティング材を基材上に規定の膜厚が形成されるように塗布し、その後溶剤を揮発させた後、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等を用いて、紫外線や電子線などを照射する。照射する雰囲気は、空気中でも良いし、窒素、アルゴン等の不活性ガス中でも良い。
本発明の硬化用組成物を重合させて得られる重合体は、特に屋外で使用される重合性組成物に、光安定剤として添加することができる。その重合性組成物は、主に自動車のヘッドランプレンズや車両センサーの外側に塗装できる。ヘッドランプレンズや車両センサーの外側の基材はポリカーボネートであり、ポリカーボネートは高い耐衝撃性、耐熱性、透明性および軽さを兼ね備えているため、ヘッドランプレンズや車両センサー用として使用されている。しかしポリカーボネートは耐薬品性、耐候性、耐擦傷性といった性能が不足する場合がある事から、本発明の硬化型組成物を重合させて得られる重合体を含むコーティング材が用いられることが望ましい。つまり、重合性組成物は、本発明の硬化用組成物を重合させて得られる重合体と、重合性可能な単量体と、を少なくとも含むものである。
また、本発明の硬化用組成物はコーティング材として用いることができ、本発明の硬化用組成物により得られる重合体からなるコーティング材を表面に形成したポリカーボネートは、ガラス並みの性能を持ち、かつ軽量で、かつ易成形性を兼ね備えるため、自動車のヘッドランプレンズや車両センサー以外にも、様々な分野で好適に使用できる。例えば屋外の看板、温室や屋外建物の窓ガラス、テラスやガレージの屋根、バルコニー、計器類カバーなど多岐に使用できる。
また、この他にも、様々な樹脂シートや樹脂フィルム状の上に規定の膜厚が形成されるように塗布し、その後溶剤を揮発させた後、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等を用いて、紫外線や電子線などを照射する。照射する雰囲気は、空気中でも良いし、窒素、アルゴン等の不活性ガス中でも良い
本発明の硬化用組成物により得られる重合体は、樹脂シートとして用いることもできる。
本発明の硬化用組成物が樹脂シートの製造に用いられる場合、得られる重合体中メタクリル酸メチル単位が50モル%以上であることが好ましい。この際、硬化用組成物は、先上述した重合体(C)として、光学性能の観点から、ポリメタクリル酸メチルを使用することが好ましい。
本発明において使用される重合体の重量平均分子量Mwは、30,000〜500,000とすることが好ましい。重合体の重量平均分子量が30,000以上である場合、製造される製品の耐熱性がより向上する。また、重量平均分子量が500,000以下の場合、硬化用組成物の調製時、各種成分に該重合体を溶解させる時間を短くできる。
硬化用組成物の粘度は、エンドレスベルト上に供給した際に所望の厚みを得るためや、片面をフィルムのような剛性の低いものでカバーすることにより表面で良好な外観を得るために、20℃において、5000mPa・s以上であることが好ましく、10000mPa・s以上であることがより好ましい。
硬化用組成物をエンドレスベルト上に供給する方法としては、特に制限されるものではなく、通常の配管、ホースからの供給や、各種コーティング方法が使用できる。硬化用組成物を供給し、連続的にシート形状とするため、供給ダイにより硬化用組成物をシート形状に供給する方法が好ましい。硬化用組成物をシート形状にする方法としては、先のダイからの供給や、エンドレスベルト上に供給した硬化用組成物をロールとエンドレスベルトを介したロールとによって押し拡げる方法などがある。また、これらを組み合わせた方法で硬化用組成物をシート形状に配置しても良い。
使用されるベルトの材質は特に規定されるものではなく、硬化用組成物を保持するものであれば金属製、樹脂製など自由に選定可能である。樹脂シートを連続的に製造するためには、前記ベルトがエンドレスであることが好ましい。重合・硬化する際には重合収縮があるため、前記エンドレスが剛性の高い金属製エンドレスベルトであることがより好ましく、モノマーなどに対する腐食性の観点からステンレス製エンドレスベルトであることがさらに好ましい。樹脂シートの表面は、エンドレスベルトの表面を転写して得られるため、表面を鏡面仕上げされたステンレス製エンドレスベルトであることが最も好ましい。
ベルト上に供給された硬化用組成物上には、活性エネルギー線透過性フィルムが被せられる。
使用される活性エネルギー線透過性フィルムについては、透明可撓性の合成樹脂フィルムにて構成され、重合時の熱によって軟化しないように100℃以上の軟化点を有するフィルムで構成されることが好ましい。前記フィルムとして、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート等の合成樹脂フィルムが挙げられる。これらの中でも、活性エネルギー線の透過性、表面性状の高さから、ポリエチレンテレフタレートフィルムが好ましく用いられ、その厚みは剛性の観点から10μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましい。コストの点からその厚みは300μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましい。
また、活性エネルギー線透過性フィルムの活性エネルギー線硬化用組成物と接する側の表面は、製品として得られる樹脂シートの表面に転写されるため、JIS B0601で規定する表面粗さ(Ra)としては100nm以下が好ましく、10nm以下がより好ましい。
活性エネルギー線透過性フィルムの幅を、ベルト上に展開した活性エネルギー線硬化用組成物の幅以上とする。ここで「幅」とは前記ベルトの移送方向と直交する方向の長さのことをいう。
また、活性エネルギー線透過性フィルムの幅方向の両端部がそれぞれ粘着性テープでベルトに貼り付けられていることが好ましい。これにより、ガスケットと同様の効果が得られる。すなわち、両端部を封止することにより、活性エネルギー線硬化用組成物が該両端部から漏洩することを防止できる。
使用する粘着性テープとしては、前記両端部の封止ができるものであれば特に制限はない。前記粘着性テープの幅としては適宜設定することができる。前記粘着性テープの基材としては、例えばPET等のポリエステル系樹脂、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、PTFE等のフッ素系樹脂、綿布、スフ、不織布等の布、アルミ箔が挙げられる。前記粘着性テープの粘着剤としては、例えばアクリル系、シリコーン系、ゴム系の粘着剤が挙げられる。前記粘着性テープとしては片面粘着性テープでもよいし、両面粘着性テープでもよい。片面粘着性テープを使用して前記両端部を封止する場合、その貼り付け方は図1に示す方法が例示される。また両面粘着性テープを使用して前記両端部を封止する場合、その貼り付け方は図2に示す方法が例示される。
片面粘着性テープを使用する場合、該テープの貼り易さの観点から、活性エネルギー線透過性フィルムの幅方向の両端部は、前記ベルトの幅方向の両端部よりそれぞれ5mm以上内側に位置することが好ましい。
該粘着性テープをベルトから剥離した際、工程内の汚染防止、あるいはベルトに前記テープを繰り返し貼り付けた場合の粘着斑防止の観点から、該粘着性テープの粘着剤がベルト側に残らないことが好ましい。該粘着性テープを下記条件1にて熱処理をした後にベルトから剥離した際、該粘着性テープの粘着剤がベルト側に残らないことがより好ましく、下記条件2にて熱処理をした後に剥離した際、該粘着性テープの粘着剤がベルト側に残らないことがさらに好ましい。
条件1;100℃雰囲気下で20分間の熱処理
条件2;150℃雰囲気下で10分間の熱処理
前記条件1の熱処理後、粘着剤がベルト側に残らない粘着性テープとしては、日東電工社製のNo.31B、寺岡製作所社製のNo.644、住友スリーエム社製のNo.754、No.4734が例示される。また前記条件2の熱処理後、粘着剤がベルト側に残らない粘着性テープとしては、寺岡製作所社製のNo.609、日東電工社製のNo.923UL、住友スリーエム社製のNo.5434が例示される。
ベルトの移送速度としては、0.5〜15m/minであることが好ましく、1〜10m/minであることがより好ましい。速度が遅すぎると、製品として得られる樹脂シートの生産量が少なくなってしまう場合があり、速度が速すぎると必要重合時間を得るための活性エネルギー線照射区間が大きくなる場合がある。
硬化させる際の温度条件としては、重合速度や粘性条件などにより適宜選定できるが、活性エネルギー線を照射する際には、重合性単量体の沸点以下であることが好ましい。例えばメタクリル酸メチルでは100℃以下であることが好ましい。また、メタクリル酸メチルを含む場合は、重合時の温度が低いほど重合体中の重合性単量体単位の結合の配置においてシンジオタクチック成分が増加することが知られている。このシンジオタクチック成分が多いほど重合体のガラス転移温度Tgが高くなる傾向があり、耐熱性が高くなる。したがって、耐熱性向上の観点より、活性エネルギー線を照射するときの重合温度は50℃以下であることがより好ましい。
活性エネルギー線により硬化した樹脂に対しては、残存重合性単量体を減少させる観点から、使用する重合性単量体と得られる重合体の組み合わせから得られるガラス転移温度Tg以上の温度に熱処理することも適宜可能であり、メタクリル酸メチルの場合には100℃以上に熱処理することが好ましい。
樹脂シートの厚みは、特に規定されるものではないが0.01mm以上5mm以下であることが好ましく、0.1mm以上5mm以下であることがより好ましい。樹脂シートの厚みが5mm以下であれば、重合発熱の除去が容易であり、未重合モノマーの沸騰や、それにより引き起こされる樹脂シート内の発泡が抑えられる。0.01mm以上であれば、シートの取扱いが容易であるだけでなく、本発明の効果が得易い。
本発明の実施形態に係る硬化用組成物から得られる硬化皮膜または樹脂シートは、透明性に優れる。硬化して得られる硬化皮膜または樹脂シートの全光線透過率は85〜100%となることが好ましく、90〜100%となることがより好ましい。ヘイズ値は5%以下であることが好ましく、5%未満であることがより好ましい。また、本発明の実施形態に係る硬化用組成物から得られる硬化皮膜は、黄色度が低い。硬化皮膜の黄色度は10以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましい。
(実施例)
以下、合成例、実施例、および比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら合成例および実施例によって制限されるものではない。
ここで、合成例、実施例、および比較例において合成した重合体の組成及び数平均分子量は、以下の方法により評価した。
尚、実施例中の「部」及び「%」は、「質量部」及び「質量%」を表す。
(1)単量体(A)の同定
単量体(A)の構造の確認には、1H−NMR JNM−EX270(日本電子(株)製、(商品名))を用いた。
単量体(A)を重水素化クロロホルムに溶解させ、ピークの積分強度及びピーク位置から、化合物を同定した。測定温度は25℃、積算回数は16回である。
(2)重合転化率
単量体成分の重合転化率の確認には、1H−NMR JNM−EX270(日本電子(株)製、(商品名))を用いた。
単量体(A)とメタクリル酸メチルとの共重合では、単量体と重合体由来のアルコキシル基の水素と、単量体由来のC−C二重結合の水素に帰属されるピークの積分比から重合転化率を計算した。
(3)外観(着色)
成形体を目視で観察し、着色の有無を判断した。
(4)耐候性試験
成形体を40mm×40mmに切断し、表面を中性洗剤で洗浄後、メタルウェザー KU−R5N−A(ダイプラ・ウィンテス社製)により、照射強度80mw/cm2、63℃で344時間、耐候性試験を行なった。
成形体の全光線透過率とヘイズ値を村上色彩技術研究所製ヘイズメーターHM−65W型を用いて、JIS−K7105に従い測定した。
耐候性試験前後の透過スペクトルを、分光光度計 MCPD−3000(大塚電子(株)製)により測定し、黄色度を測定した。測定値は、以下の式に従い、サンプルの厚さにより補正を行なった。
黄色度(補正値)=黄色度(測定値)/板厚(mm)
また、耐候性試験前後の黄色度(補正値)の差を求め、黄色度の「変位」とした。
(合成例1) 1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−メタクリロイルオキシピペリジン(単量体(A−1))の合成
テトラヒドロフラン(THF)200mL中、トリエチルアミン30.3g(300mmol)及び4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシド(TEMPOL)34.4g(200mmol)の溶液に、無水酢酸25.5g(250mmol)を0℃で添加した。
25℃に昇温して12時間反応させた後、回転エバポレーターで濃縮した。残渣を氷水1リットルに投入し、析出した橙色固体を濾取して、4−アセチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシド33.8gを得た。
4−アセチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシド21.4g(100mmol)を、オクタン200mLに溶解し、酸化モリブデン(VI)0.9g(6mmol)を加え、加熱還流して脱水した。共沸により脱水しつつ、t−ブチルハイドロパーオキサイド70%水溶液19.2g(150mmol)を9時間かけて滴下し、反応させた。室温まで冷却後、飽和重亜硫酸ナトリウム水溶液30mlを徐々に加え、未反応の過酸化物を失活させた。有機層を回転エバポレーターで濃縮した後、残渣をエタノール100mLに溶解させ、6.7g(150mmol)の水酸化カリウムを加えて、25℃で2時間反応させた。
混合物を回転エバポレーターで濃縮し、残渣に水200mLを加え、総計200mLのジクロロメタンを用いて抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮した後、ジクロロメタン20mL及びトリエチルアミン10mLに溶解させ、メタクリロイルクロリド10.5g(100mmol)を、0℃で添加し、1時間反応させた。混合物を回転エバポレーターで濃縮し、残渣に水200mLを加え、総計200mLの酢酸エチルを用いて抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮し、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/酢酸エチル=20/1 体積比)によって精製し、無色の液体を26.3g得た(収率74.4%)。
1H−NMRの測定により、生成物が下記式(101)で表される単量体(A−1)であることを確認した。
1H−NMR(CDCl):δ(ppm):0.89(m、6H),1.17(m、10H),1.18(s、6H),1.21(s、6H),1.61(m、2H),1.85(m、2H),1.92(s、3H),3.60−3.93(m、1H),5.07(m、1H),5.53(s、1H),6.03(s、1H)
Figure 0005915528
(式中、Ocは下式(I)〜(III)で表される構造である。以下、下式(I)〜(III)を「Oc」と表す。)
Figure 0005915528
Figure 0005915528
Figure 0005915528
(合成例2) 1−プロピルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−メタクリロイルオキシピペリジン(単量体(A−2))の合成
ジクロロメタン100mL中、トリエチルアミン48.6g(480mmol)及び4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシド(TEMPOL)68.9g(400mmol)の溶液に、トリメチルシリルクロリド47.8g(440mmol)を0℃で添加した。
25℃に昇温して2時間反応させた後、回転エバポレーターで濃縮した。残渣に水500mlを加え、総計500mlの酢酸エチルを用いて抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮し、残渣をヘキサンに溶解し、再結晶により、4−トリメチルシリルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシド96.2gを得た。
切削屑状マグネシウム4.6g(190mmol)、脱水THF100ml、ヨウ素10mgを反応容器に入れ、容器内をアルゴンで置換した後、1−ブロモプロパン23.4g(190mmol)を、容器内の温度を55℃から65℃に保ちつつ滴下し、Grignard反応剤を調製した。
別の反応容器中で、4−トリメチルシリルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシド96.2g(394mmol)を、脱水THF100mlに溶解し、調製したGrignard反応剤を0℃で滴下した。3時間反応させた後、溶液を回転エバポレーターで濃縮した。残渣に500mlの水を加え、総計500mlの酢酸エチルで抽出し、有機層を回転エバポレーターで濃縮した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/酢酸エチル=20/1 体積比))によって精製し、1−(1−プロピル)オキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−トリメチルシリルオキシピペリジン38.5gを得た。
1−(1−プロピル)オキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−トリメチルシリルオキシピペリジン38.5gをメタノール300mlに溶解し、炭酸カリウム0.14g(0.1mmol)を加えて3時間反応させた後、溶液を回転エバポレーターで濃縮した。残渣に水300mlを加え、総計300mlの酢酸エチルで抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮し、残渣をジクロロメタン20ml、トリエチルアミン20mlに溶解し、メタクリロイルクロリド14.1g(135mmol)を0℃で滴下した。1時間反応させた後、析出したトリエチルアミン塩酸塩を濾別し、溶液を回転エバポレーターで濃縮した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/酢酸エチル=20/1 体積比)によって精製し、無色の液体を29.7g得た(収率26.2%)。
1H−NMRの測定により、生成物が下記式(102)で表される単量体(A−2)であることを確認した。
1H−NMR(CDCl):δ(ppm):0.94(t、3H),1.21(s、12H),1.53(m、2H),1.61(m、2H),1.86(m、2H),1.92(s、3H),3.70(t、2H),5.07(m、1H),5.53(s、1H),6.06(s、1H)
Figure 0005915528
(合成例3) 1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(2−(2−メタクリロイルオキシ)エトキシ)エトキシピペリジン(単量体(A−3))の合成
2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジン−N−オキシド17.8g(100mmol)をアセトン100mlに溶解し、30%過酸化水素水溶液34g(300mmol)を10分以上かけてゆっくり添加した。5℃まで冷却しながら、塩化銅(I)0.49g(5.0mol%)を添加し、反応混合物の温度を5℃から55℃の間に保持した。15分後、35%塩酸を0.5g添加し、反応混合物を室温において2時間撹拌した。2時間後、4mol/Lの重亜硫酸ナトリウム水溶液50ml、飽和炭酸水素カリウム水溶液100mlを加え、300mlの酢酸エチルで抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮し、1−メチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジンを得た。
得られた1−メチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジンをジクロロメタン50ml、トリエチルアミン50mlに溶解し、メタクリロイルクロリド10.4g(100mmol)を0℃にてゆっくり添加した。徐々に室温まで昇温しつつ、1時間反応させた。1時間後、反応混合物を回転エバポレーターで濃縮し、残渣に水300mlを加え、酢酸エチル300mlで抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮し、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/酢酸エチル=10/1体積比)によって精製して、無色の液体を19.0g得た(収率74.3%)。
1H−NMRの測定により、生成物が下記式(103)で表される単量体(A−3)であることを確認した。
1H−NMR(CDCl3):δ(ppm):0.89(m、6H),1.15(s、6H),1.18(s、6H),1.29(m、10H),1.30−1.41(m、2H),1.59−1.82(m、2H),1.95(s、3H),2.62(m、4H),3.73(m、1H),4.35(s、4H),5.02(m、1H),5.60(s、1H),6.13(s、1H)
Figure 0005915528
(合成例4) 1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−(4−(2−メタクリロイルオキシ)エトキシ−1,4−ジオキソ)ブトキシピペリジン(単量体(A−4))の合成
THF100mL中、トリエチルアミン20.2g(200mmol)及び、2,2,6,6−テトラメチル−4−(2−(2−ヒドロキシ)エトキシ)エトキシピペリジン26.0g(100mmol)の溶液に、無水酢酸12.3g(120mmol)を0℃で添加した。
25℃に昇温して12時間反応させた後、回転エバポレーターで濃縮した。残渣に水500mlを加え、総計500mlの酢酸エチルを用いて抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮した後、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/酢酸エチル=1/1 体積比)によって精製し、2,2,6,6−テトラメチル−4−(2−(2−アセチルオキシ)エトキシ)エトキシピペリジン5.6g(22mmol)を得た。
2,2,6,6−テトラメチル−4−(2−(2−アセチルオキシ)エトキシ)エトキシピペリジン3.0g(10mmol)を、オクタン100mLに溶解し、酸化モリブデン(VI)0.07g(0.5mmol)を加え、加熱還流して脱水した。共沸により脱水しつつ、t−ブチルハイドロパーオキサイド70%水溶液12.8g(100mmol)を6時間かけて滴下し、反応させた。室温まで冷却後、飽和重亜硫酸ナトリウム水溶液20mlを徐々に加え、未反応の過酸化物を失活させた。有機層を回転エバポレーターで濃縮した後、残渣をエタノール15mLに溶解させ、0.6g(15mmol)の水酸化ナトリウムを加えて、25℃で2時間反応させた。
混合物を回転エバポレーターで濃縮し、残渣に水100mLを加え、総計100mLのジクロロメタンを用いて抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮した後、トリエチルアミン10mLに溶解させ、メタクリロイルクロリド1.1g(10mmol)を、0℃で添加し、1時間反応させた。混合物を回転エバポレーターで濃縮し、残渣に水50mLを加え、総計50mLの酢酸エチルを用いて抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮し、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/酢酸エチル=3/1体積比)によって精製し、無色の液体を1.9g(3.1mmol)得た(収率3.1%)。
1H−NMRの測定により、生成物が下記式(104)で表されるビニル単量体(A−4)であることを確認した。
1H−NMR(CDCl3):δ(ppm):0.89(m、6H),1.14(s、12H),1.28(m、10H),1.35−1.47(m、2H),1.63−1.84(m、2H),1.95(s、3H),3.54−3.87(m、2H),3.61(m、4H),3.75(t、2H),4.30(t、2H),5.57(s、1H),6.14(s、1H)
Figure 0005915528
(合成例5) 1−メチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−メタクリロイルオキシピペリジン(単量体(A−5))の合成
合成例1に記載の方法で合成した、4−アセチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシド6.4g(30mmol)を、オクタン100mLに溶解し、酸化モリブデン(VI)0.1g(0.7mmol)を加え、加熱還流して脱水した。共沸により脱水しつつ、t−ブチルハイドロパーオキサイド70%水溶液12.8g(100mmol)を6時間かけて滴下し、反応させた。室温まで冷却後、飽和重亜硫酸ナトリウム水溶液50mlを徐々に加え、未反応の過酸化物を失活させた。有機層を回転エバポレーターで濃縮した後、残渣をエタノール50mLに溶解させ、2.8g(50mmol)の水酸化カリウムを加えて、25℃で4時間反応させた。
混合物を回転エバポレーターで濃縮し、残渣に水100mLを加え、総計100mLのジクロロメタンを用いて抽出した。有機層を回転エバポレーターで濃縮した。残渣に、テトラヒドロフラン20ml、トリエチルアミン4.0g(40mmol)、無水コハク酸3.0g(30mmol)を加え、70℃にて4時間撹拌を続けた。4時間後、回転エバポレーターで濃縮し、残渣に飽和塩化アンモニウム水溶液を100ml加え、総計100mlの酢酸エチルで抽出した。
有機層を回転エバポレーターで濃縮し、残渣に2−ヒドロキシエチルメタクリレート3.9g(30mmol)、N,N'−ジメチル−4−アミノピリジン0.24g(2mmol)、ジクロロメタン5mlを加え、0℃において、N,N'−ジシクロヘキシルカルボジイミド6.2g(30mmol)をジクロロメタン20mlに溶解した溶液を滴下し、4時間反応させた。4時間後、析出した固体を濾別し、濾液を回転エバポレーターで濃縮した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン/酢酸エチル=5/1体積比)によって精製し、無色の液体を5.58g得た(収率56.1%)。
1H−NMRの測定により、生成物が下記式(105)で表されるビニル単量体(A−5)であることを確認した。
1H−NMR(CDCl):δ(ppm):1.19(s、6H),1.23(s、6H),1.60(m、2H),1.87(m、2H),1.92(s、3H),3.62(s、3H),5.07(m、1H),5.53(s、1H),6.06(s、1H)
Figure 0005915528
(実施例1)
メタクリル酸メチル(MMA)60部、単量体(A−1)0.35部を混合して単量体成分とした。単量体成分(100モル%)中の単量体(A−1)の含有率は、0.10モル%である。
単量体成分に、重合開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、イルガキュア184)を0.30部、離型剤としてスルホ琥珀酸ジ(2−エチルヘキシル)ナトリウム(三井サイアナミッド(株)社製、エアロゾルOT−100)0.05部を添加し、常温にて溶解させた。その後、ポリメタクリル酸メチル(三菱レイヨン(株)社製、BR−83、重量平均分子量4万)40部を80℃で30分間かけて加熱溶解させ、活性エネルギー線硬化用組成物(1)を得た。その後、50℃にて2時間放置させ、常温まで自然冷却した。
図1に示される同様の装置を使用して樹脂シートを作製した。エンドレスベルト3としては幅500mmのステンレス製エンドレスベルトを用いた。紫外線透過フィルム5としては、幅450mmで厚さ188μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東洋紡(株)社製コスモシャイン A4100)を用いた。紫外線照射装置4としては、東芝(株)社製、FL30S−BLランプ(商品名)を用いた。前段加熱機構9、後段加熱機構10については熱風加熱装置を使用した。
エンドレスベルト3の搬送速度を1.5m/minとし、供給ダイ1から活性エネルギー線硬化用組成物(1)を幅400mm、厚さ1mmのシート状に供給し、紫外線透過フィルム5を被せた。その後、前段加熱機構により紫外線照射前の組成物の温度を60℃に制御し、紫外線照射装置4により5mW/cm2の照射強度で10分間紫外線を照射し、後段加熱機構10により130℃にて5分間加熱処理した。その後、90℃に空冷し、紫外線透過フィルム5、エンドレスベルト3から樹脂シートを剥離した。
得られた透明な樹脂シート(成形体(1))は、上下いずれの面に対しても平滑であり、良好な外観を示した。なお、得られた透明樹脂シートは、紫外線照射前に流動したこともあってエッジ部分で若干板の厚みが薄くなっていた。
成形体(1)の重合転化率、外観、耐候性試験による黄色度を表1に示す。
(実施例2〜5)
単量体(A)の種類及び量を表1に示したものに変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行ない、成形体(2)〜(5)を得た。成形体(2)〜(5)の重合転化率、外観、耐候性試験による黄色度を表1に示す。
(比較例1〜4)
単量体(A−1)を用いず、表2に示したHALSを表2に示した量で用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行ない、成形体(6)〜(9)を得た。成形体(6)〜(9)の重合転化率、外観、耐候性試験による黄色度を表2に示す。
(比較例5)
単量体(A−1)を用いないこと以外は、実施例1と同様の操作を行ない、成形体(10)を得た。成形体(10)の重合転化率、外観、耐候性試験による黄色度を表2に示す。
Figure 0005915528
Figure 0005915528
表中の略号:
LA−87:2,2,6,6−テトラメチル−4−メタクリロイルオキシピペリジン((株)ADEKA製 LA−87)
LA−82:1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−メタクリロイルオキシピペリジン((株)ADEKA製 LA−82)
LS770:セバシン酸ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)((株)ADEKA製)
TV−292:セバシン酸ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)(チバ・ジャパン(株)製 TV−292)
※:LS770、TV−292は分子内にピペリジン骨格を有するヒンダードアミン構造(以下、「HALS部位」という。)を2つ持つため、HALS部位として0.10モル%添加されている。
表1から明らかなように、本発明の製造方法で得られた成形体(実施例1〜5)は、黄色度の変位が小さく、良好な耐候性を示した。単量体(A)を含有しない比較例1〜5は、黄色度の変位が大きく、耐候性に劣るという結果であった。
次に、本発明の製造方法で得られた硬化被膜について実施例、比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら合成例および実施例によって制限されるものではない。
(実施例6〜15、比較例6〜10)
<硬化被膜試験片の形成方法>
厚さ3mmのポリカーボネート樹脂板(商品名「レキサンLS−2」、GE 社製)に、硬化後の被膜が8μmとなるように下記表3及び4に示す組成の硬化用組成物をバーコート塗装した。60℃の加熱炉中にて90秒間の加熱により、有機溶剤を揮発させた後、空気中で高圧水銀ランプを用い、波長340〜380nmの積算光量が3000mJ/cm2のエネルギーを照射し硬化させ、硬化被膜としての成形体11〜25とした。
<硬化被膜の耐候性試験>
硬化被膜の耐候性試験方法は以下の通りである。試験片をサンシャインカ−ボンウエザオメーター(スガ試験機製、WEL−SUN−HC−B型)耐候試験機(ブラックパネル温度63±3℃、降雨12分間、照射48分間のサイクル)を用いて硬化被膜面について試験した。3500時間曝露後の硬化被膜の変化を以下のように確認した。
<耐候性試験前後のサンプルの評価方法>
(1)外観
耐候性試験後の試験片の外観を目視評価した。試験サンプルの表面上にクラックや自然剥離がないものを○とし、クラックや自然剥離が観察されるものを×とした。
(2)試験サンプルの透明度測定
試験片の全光線透過率とヘイズ値を村上色彩技術研究所製ヘイズメーターHM−65W型を用いて、JIS−K7105に従い測定した。耐候性試験後の測定ヘイズ値が0以上5%未満を良好(1)とし、5%以上10%未満を中間(2)、10%以上を不良(3)とした。
(3)試験サンプルの黄色度(イエローインデックス)測定
試験片の黄色度(イエローインデックス)を大塚電子製瞬間マルチ測光システムMCPD−3000を用いて、JIS−K7105に従い測定した。耐候性試験後の測定イエローインデックス値が0以上5未満を良好(1)とし、5以上10未満を中間(2)、10以上を不良(3)とした。
表3に実施例6〜15の活性エネルギー線硬化型組成物の構成を、表4に比較例6〜10の活性エネルギー線硬化用組成物の構成をそれぞれ示す。また、調製された組成物を用いた耐候性試験の結果を併せて示す。なお、表3及び4中の数値は、質量部を示す。
Figure 0005915528
Figure 0005915528
なお、表3,4中の化合物の記号は次の通りである。
DPHA:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
UA1 :ジシクロヘキシルメタンジオール2mol、ノナブチレングリコール1mol及び2−ヒドロキシエチルアクリレート2molから合成した分子量2500のウレタンアクリレート
TAIC:トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート
HBPB:2−(2−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾールBNP :ベンゾフェノン
MPG :メチルフェニルグリオキシレート
MAPO:2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド
ECA:エチルジグリコールアセテート
LS−292:三共化成(株)製 商品名「サノールLS−292」(ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケートとメチル(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケートの混合物)
T−152:チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)社製 商品名「チヌビン152」(2,4−ビス[N−ブチル−N−(1−シクロヘキシルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)アミノ]−6−(2−ヒドロキシエチルアミン)−1,3,5−トリアジン)
LS−3410:三共化成(株)製 商品名「サノールLS−3410」(N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジルメタクリレート)
PR−31:クラリアントジャパン社製 商品名「サンデュボアPR−31」(プロバンジオイックアシッド[{4−メトキシフェニル}メチレン]−ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)エステル)
実施例6〜15の硬化被膜は、単量体(A)を用いているため、耐候性試験後の外観、透明性、及び黄色度が良好であった。
比較例6〜10の硬化被膜は、単量体(A)以外の公知の光安定剤のみを用いている、またはHALS部位を有さないため、耐候性試験後の耐候性試験後のヘイズ値または黄色度が良好ではなかった。
1 供給ダイ
2 硬化用組成物
2’ 透明樹脂シート
3 エンドレスベルト
4 活性エネルギー線照射装置
5 活性エネルギー線透過性フィルム
6 活性エネルギー線透過性フィルム繰り出し装置
7 活性エネルギー線透過性フィルム巻き取り装置
8 上面押し付けロール
8’ 下面押し付けロール
9 前段加熱機構
10 後段加熱機構
11 主プーリ
12 主プーリ

Claims (13)

  1. 下記式(1)で表される単量体(A)及び、単官能(メタ)アクリレート、多官能(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、コロイダルシリカと(メタ)アクリロイルオキシアルコキシシランを縮合して得られる有機無機ハイブリッド(メタ)アクリレートから選択される1種以上の単量体(B)を含有する単量体成分を少なくとも含み、
    前記単量体(A)の含有率が前記単量体成分中0.01〜35モル%であり、
    前記単量体(B)の含有率が前記単量体成分中65〜99.99モル%である硬化用組成物;
    Figure 0005915528
    (式(1)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Xは、酸素原子、イミノ基、下記式(2)、又は下記式(3)を表す。R、R及びRは、水素原子、炭素数1〜8の直鎖型アルキル基、炭素数1〜8の分岐鎖型アルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜8のシクロアルキル基、又は置換基を有してもよい炭素数6〜12のアリール基を表し、それぞれ互いに同一でも異なってもよい。また、RとRで、RとRで、RとRで、あるいはRとRとRとで環構造を形成してもよく、該環構造は置換基を有してもよい。)
    Figure 0005915528
    (式(2)中、nは1〜10の整数を表す。R及びRは水素原子又はメチル基を表し、R及びRの少なくとも一方は水素原子である。)
    Figure 0005915528
    (式(3)中、nは1〜10の整数を表す。)。
  2. さらに、前記単量体(A)と重合可能な単量体(C)からなる重合体を含む請求項1に記載の硬化用組成物。
  3. 前記単量体(B)がメタクリル酸メチルを50モル%以上含有する請求項1に記載の硬化用組成物。
  4. 請求項1に記載の硬化用組成物を、活性エネルギー線の照射により重合させる重合体の製造方法。
  5. 請求項1に記載の硬化用組成物を重合させて得られた樹脂シート。
  6. 全光線透過率が85〜100%であり、ヘイズ値が5%未満である請求項5に記載の樹脂シート。
  7. 請求項1に記載の硬化用組成物を基材の上に配置させた後重合させて得られた硬化被膜。
  8. 全光線透過率が85〜100%であり、ヘイズ値が5%未満である請求項7に記載の硬化皮膜。
  9. 請求項3に記載の硬化用組成物を、活性エネルギー線の照射により重合させる重合体の製造方法。
  10. 請求項9に記載の硬化用組成物を重合させて得られた樹脂シート。
  11. 全光線透過率が85〜100%であり、ヘイズ値が5%未満である請求項10に記載の樹脂シート。
  12. 請求項3に記載の硬化用組成物を基材の上に配置させた後重合させて得られた硬化被膜。
  13. 全光線透過率が85〜100%であり、ヘイズ値が5%未満である請求項12に記載の硬化皮膜。
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