JP5953130B2 - ウレタン(メタ)アクリレート及びその製造方法 - Google Patents

ウレタン(メタ)アクリレート及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5953130B2
JP5953130B2 JP2012127416A JP2012127416A JP5953130B2 JP 5953130 B2 JP5953130 B2 JP 5953130B2 JP 2012127416 A JP2012127416 A JP 2012127416A JP 2012127416 A JP2012127416 A JP 2012127416A JP 5953130 B2 JP5953130 B2 JP 5953130B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acrylate
meth
urethane
polycarbonate diol
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012127416A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2013249455A (ja
Inventor
俊介 高瀬
俊介 高瀬
徹夫 増渕
徹夫 増渕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Corp filed Critical Asahi Kasei Corp
Priority to JP2012127416A priority Critical patent/JP5953130B2/ja
Publication of JP2013249455A publication Critical patent/JP2013249455A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5953130B2 publication Critical patent/JP5953130B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)

Description

本発明は、ウレタン(メタ)アクリレート及びその製造方法に属する。
従来、紫外線や電子線の照射によって硬化するエネルギー線硬化性樹脂や熱により硬化する熱硬化性樹脂が多数開発され、これらは塗料やインキまた接着剤や粘着剤などの広義のコーティング材、成型材料として広く利用されている。
その中でもウレタン(メタ)アクリレートは、構成原料の多様性による設計自由度の高さから、目的に応じ強靭性、耐薬品性、柔軟性などの特長を持つ様々なタイプが製造されている。
特にポリカーボネートジオールを原料とするウレタン(メタ)アクリレートは、その構造に起因する特長より、良好な耐加水分解性、耐候性、耐薬品性を有し、かつ柔軟性も優れている材料として各種特許文献により紹介されている(特許文献1〜5参照)。
特許公報3301447 特開平3−247618 特開2005−171154 特公平6−13692 特開2002−348499
しかしながら、それらの文献にて紹介されているポリカーボネート原料ウレタン(メタ)アクリレートは、例えばコーティング材料として使用した場合の耐久性といった実用物性には着目していなかった。具体的には、人の手で持ち運ばれて使用されることが多い携帯電話やモバイルコンピューター用コーティング組成物の成分として使用した際、塗膜の汚れ、傷付き、割れ、欠けといった問題を全て解決させることは困難であった。通常、汚れや傷を付きにくくするためには多官能アクリルモノマー等で塗膜を硬くする必要があるが、塗膜が硬くなるとその結果収縮応力が増すことで被コーティング物が反ったり、塗膜の欠け、割れ等が生じる場合がある。このような問題を解決するために柔軟性を付与すると、改善された汚れや傷に対する耐性が低下してしまう場合がある。すなわち、これらは相反する関係にあり、前記文献で紹介されているようなポリカーボネート原料ウレタン(メタ)アクリレートでは、いずれかの問題しか解決できず、結果的に塗膜が優れた耐久性を有することは困難であった。耐久性の低い塗膜では、美観と呼ばれるコーティング直後の外観の維持が困難であり、その結果それを使用する商品の価値を下げてしまうという欠点があった。
また前記各種文献は、原料であるポリカーボネートジオールの1級末端OH比率に着目しておらず、1級末端OH比率が低いものが合成原料として用いられる可能性があるため、1級末端OH比率が低いポリカーボネートジオールを合成原料として使用した場合、反応相手であるイソシアネートとの反応速度が遅くなり速度コントロールが困難になる事や、得られた反応物が目的の性能を発揮しないという問題が生じることがあった。
一方、ポリカーボネートジオールの1級末端OH比率が100%に限りなく近く高いものをウレタン(メタ)アクリレートの原料に使用した場合、得られる合成物の粘度が非常に高くなるという問題があった。
本発明は、美観の維持に必要な耐久性の指標となる物性である、密着性、耐汚染性、耐薬品性、耐加水分解性、柔軟性、耐摩耗性のいずれの物性にも優れ、かつ過剰の希釈溶剤を必要としない、硬化後の外観平滑性に優れた硬化性ポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートおよびその製造方法を提供することを目的とするものであり、またそれを用いた配合組成物を提供することにある。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定のポリカーボネートジオールを用いることにより上記の問題点を解決できることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、下記の通りである。
[1]少なくとも2個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物(a)と、下記一般式(A)で表わされる繰り返し単位及び末端ヒドロキシル基からなるポリカーボネートジオール(b)と、水酸基含有(メタ)アクリレート(c)との反応生成物であるウレタン(メタ)アクリレートであって、該ポリカーボネートジオール(b)は必須の繰り返し単位として下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位とを含み、下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位の合計が一般式(A)で表わされる繰り返し単位全体の60〜100モル%であり、下記成分:
トリメチロールプロパントリアクリレート 20部
前記ウレタン(メタ)アクリレート(固形分として) 30部
酢酸n−ブチル(合計) 52部
1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン 2部
を含む混合物をポリカーボネート板にコーティングし、膜厚が20μmとなるように800mJ/cmの紫外線を照射し硬化して得られる塗膜(膜厚:20μm)は、クロスカット法(JIS−K−5600)において剥離が認められず、かつ塗膜に塗布した油性黒インキをイソプロピルアルコールで除去した際の除去前後の色差(ΔE)が3以下である、ウレタン(メタ)アクリレート。

(但し、式中のRは、炭素数2〜12の二価の脂肪族又は脂環族炭化水素を表わす。)


[2] 上記塗膜を80℃の温水中4時間浸漬させた後でも、クロスカット法で剥離が認められない、[1]に記載のウレタン(メタ)アクリレート。
[3] ポリカーボネートジオール(b)の1級末端OH比率が95.0〜99.5%である、[1]又は[2]に記載のウレタン(メタ)アクリレート。
[4] ポリカーボネートジオール(b)の分子量が、900〜1100である、[1]から[3]のいずれか一つに記載のウレタン(メタ)アクリレート。
[5] ウレタン(メタ)アクリレートを得るための反応の際に生じるイソシアネート化合物(a)と水酸基含有(メタ)アクリレート(c)との直接付加物の割合が、反応で得られる生成物全体に対して0.1〜12重量%である、[1]から[4]のいずれか一つに記載のウレタン(メタ)アクリレート。
[6] [1]〜[5]のいずれか一つに記載のウレタン(メタ)アクリレートと、それ以外の(メタ)アクリル酸エステルとを含む、配合組成物。
[7] 更に、重合開始剤を含む、[6]に記載の配合組成物
[8] 少なくとも2個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物(a)と、下記一般式(A)で表わされる繰り返し単位及び末端ヒドロキシル基からなり、必須の繰り返し単位として下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位とを含み、下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位の合計が一般式(A)で表わされる繰り返し単位全体の60〜100モル%であり、かつ1級末端OH比率が95.0〜99.5%であるポリカーボネートジオール(b)とを反応させて両末端イソシアネート基のプレポリマーを得た後、水酸基含有ウレタン(メタ)アクリレート(c)をさらに反応させる工程を含む、ウレタン(メタ)アクリレートの製造方法。

(但し、式中のRは、炭素数2〜12の二価の脂肪族又は脂環族炭化水素を表わす。)


[9] ポリカーボネートジオール(b)の分子量が900〜1100である、[8]に記載のウレタン(メタ)アクリレートの製造方法。
[10] [1]から[5]のいずれか一つに記載のウレタン(メタ)アクリレートを含む、コーティング材料。
[11] [1]から[5]のいずれか一つに記載のウレタン(メタ)アクリレートを含む、成型材料。
[12] [6]または[7]に記載の配合組成物を含む、コーティング材料。
[13] ポリカーボネート樹脂、またはポリカーボネートとABSの複合体から成る樹脂に対するコーティング用途として使用される、[10]または[12]に記載のコーティング材料。
[14] [6]または[7]に記載の配合組成物を含む、成型材料。
[15] [10]または[12]に記載のコーティング材料を、ポリカーボネート樹脂、またはポリカーボネートとABSの複合体から成る樹脂にコーティングした、コーティング物。
[16] [15]に記載のコーティング物が、モバイル機器といわれる携帯電話、スマートフォン、携帯型音楽プレーヤー、パーソナルコンピューター躯体、およびそれらの保護カバー、保護フィルムのいずれかである、コーティング物。
本発明のポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートは、密着性、耐汚染性、耐薬品性、耐加水分解性、柔軟性、耐摩耗性などの物性に優れており、またそれらの物性を全て満足させることが可能であるため、コーティング材料や成型物として用いることにより優れた実用物性である耐久性を持たせることができ、つまりは美観を長期にわたって維持することができる。また、粘度調整のための過剰な希釈溶剤を必要とせず、硬化後の外観平滑性に優れるという効果を有する。これらの特徴はポリカーボネート樹脂あるいはポリカーボネート樹脂と他の樹脂との混合樹脂に対するコーティング、さらにはモバイル機器用途のコーティング材料として使用された際に性能が最大に発揮される。
以下、本発明のポリカーボネートジオールを原料として用いたウレタン(メタ)アクリレートについて具体的に説明する。
本発明のウレタン(メタ)アクリレートは、少なくとも2個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物(a)と、下記一般式(A)で表わされる繰り返し単位及び末端ヒドロキシル基からなるポリカーボネートジオール(b)と、水酸基含有(メタ)アクリレート(c)との反応生成物であるウレタン(メタ)アクリレートであって、該ポリカーボネートジオール(b)は必須の繰り返し単位として下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位とを含み、下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位の合計が一般式(A)で表わされる繰り返し単位全体の60〜100モル%である該ウレタン(メタ)アクリレートである。

(但し、式中のRは、炭素数2〜12の二価の脂肪族又は脂環族炭化水素を表わす。)

また、該ウレタン(メタ)アクリレートを含む混合物を硬化して得られる塗膜は、クロスカット法(JIS−K−5600)において剥離が認められず、かつ塗膜に塗布した油性黒インキをイソプロピルアルコールで除去した際の除去前後の色差(ΔE)が3以下である。
硬化物が耐久性を有するためには、優れた密着性を有することが必要である。密着性の評価としては、クロスカット法が用いられ、本発明のウレタン(メタ)アクリレートを含む下記成分割合の混合物をポリカーボネートの板上に塗布して、800mJ/cmの紫外線を照射させて得られる硬化塗膜(膜厚:20μm)で、剥離が認められないことが必要である。
トリメチロールプロパントリアクリレート 20部
本発明のウレタン(メタ)アクリレート(固形分として)30部
酢酸n−ブチル(合計) 52部
1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン 2部
具体的な方法は、JIS−K−5600クロスカット法に従って行い、結果の判断もJISに従って行う。すなわち、6段階評価で「0」である場合、本願明細書で述べる剥離が認められないという結果となる。
油性黒インキの除去性により評価する耐汚染性は、上記密着性の評価と同様に作成した塗膜を用い、市販の油性マーカー(マジックインキ、登録商標)のイソプロピルアルコール(IPA)による除去性として評価する。まずコーティング膜上に太字タイプの油性マーカーで面積が1cm以上となるよう塗りつぶし、1分間静置後1cc程度のIPAを垂らし、マーカーのインキを浮き上がらせた後ティッシュペーパーで静かにインキ全てを拭き取り、その結果を色差計で測定する。本発明のウレタン(メタ)アクリレートを使用すると色差ΔEは通常3以下になる。ΔEが3以下であれば日常生活での汚れや意図的、非意図的な汚染物質による汚れが目視で目立たない程度に抑えられるが、ΔEが2以下であればさらに目視で判断し難い程度にまで抑えられるので好ましい。
(1) イソシアネート化合物(a)
本発明で用いるイソシアネート化合物は、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及びその混合物、粗製トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタン−4,4´−ジイソシアネート(MDI)、粗製MDI、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート(NDI)、3,3´−ジメチル−4,4´−ビフェニレンジイソシアネート(TODI)、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(PMDI)、ジアニジンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート;キシリレンジイソシアネート(XDI)、p−フェニレンジイソシアネートなどの芳香脂肪族ジイソシアネート;4,4´−メチレンビスシクロヘキシルジイソシアネート(水添MDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水添キシリレンジイソシアネート(水添XDI)、ノルボルネンジイソシアネート(NBDI)などの脂環式ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)及びその混合物、ダイマー酸ジイソシアネート(DDI)、リジンイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートを挙げることができる。耐光性、耐候性などの観点から、脂環式ジイソシアネート又は脂肪族ジイソシアネートを用いることが好ましい。中でも異なる反応速度のイソシアネート基を持ち分子量制御が容易となるイソホロンジイソシアネートが特に好ましい。
上記のイソシアネート化合物として、それらのカルボジイミド変性、イソシアヌレート変性、ビウレット変性、アロファネート変性、ウレトジオン変性などの変性物を用いてもよく、各種のブロッキング剤によりブロックされたブロックドイソシアネートを用いてもよいが、反応中ゲル化させしないためにはイソシアネート基は通常2官能であることが好ましい。通常は1種のイソシアネートを選択して用いるが、これらのイソシアネート化合物から2種類以上を選択しそれらを混合して、または逐次追加して用いることができる。さらに、反応中にゲル化させない範囲であれば1分子中にイソシアネート基を3個以上有するポリイソシアネートを用いることもできる。1分子中にイソシアネート基を3個以上有するポリイソシアネートとしては、上記のジイソシアネートのイソシアヌレート三量体、ビウレット三量体、トリメチロールプロパンアダクト化合物、トリフェニルメタントリイソシアネート、1−メチルベンゾール−2,4,6−トリイソシアネート、ジメチルトリフェニルメタンテトライソシアネートなどが挙げられる。さらに、これらのイソシアヌレート変性やビウレット変性などの変性物を用いてもよく、各種のブロッキング剤によりブロックされたブロックドイソシアネートを用いてもよい。
(2) ポリカーボネートジオール(b)
本発明で用いるポリカーボネートジオール(b)は、下記一般式(A)で表わされる繰り返し単位及び末端ヒドロキシル基からなるポリカーボネートジオールであり、下記式(B)で表わされる繰り返し単位は、必須の繰り返し単位として、ポリカーボネートジオール(b)に含まれる。下記式(C)で表わされる繰り返し単位は、下記式(B)との組み合わせにより粘度および柔軟性を下げることができるため、ポリカーボネートジオール(b)に含まれることが好ましい。下記式(B)で表わされる繰り返し単位と、下記式(C)で表わされる繰り返し単位の合計は、通常、ポリカーボネートジオール(b)の一般式(A)で表される繰り返し単位(ポリカーボネートジオール(b)の繰り返し単位全体)の60〜100モル%である。

(但し、式中のRは、炭素数2〜12の二価の脂肪族又は脂環族炭化水素を表わす。)

ポリカーボネートジオール(b)の1級末端OH比率は通常95.0〜99.5%である。ポリカーボネートジオール(b)の1級末端OH比率は、エタノールを除くアルコールの合計に対する、両末端が1級ヒドロキシル基であるジオールの重量%として定義される。ジオールを含む該アルコールは、該ポリカーボネートジオールの末端部分のジオールセグメントに対応していて、該アルコールは、該ポリカーボネートジオールを0.4kPa以下の圧力下、攪拌しながら160℃〜200℃の温度で加熱することにより留分として得られるものである。具体的には、本発明における1級末端OH比率は、70g〜100gのポリカーボネートジオール(b)を0.1kPa以下の圧力下、攪拌しながら160℃〜200℃の温度で加熱することにより、該ポリカーボネートジオール(b)の約1〜2重量%に相当する量の留分、即ち約1g(0.7〜2g)の初期留分を得て、これを約100g(95〜105g)のエタノールを溶剤として用いて回収し、回収した溶液をガスクロマトグラフィー(GC)分析にかけて得られるクロマトグラムのピーク面積の値から下記式1により計算した値を言う。
1級末端OH比率(%)=A÷B×100 (1)
A:両末端が1級OH基であるジオールのピーク面積の総和
B:ジオールを含むアルコール類(エタノールを除く)のピーク面積の総和)
なお、上記の1級末端OH比率の測定のために行なうGC分析において検出される「ジオールを含むアルコール類(エタノールを除く)」の具体例としては、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−ペンタンジオール、1−ブタノール、1−ペンタノール、1−ヘキサノールなどが挙げられる。上記のようにポリカーボネートジオール(b)を0.1kPa以下の圧力下、攪拌しながら160℃〜200℃の温度で加熱すると、ポリカーボネートジオールポリマー同士の縮合反応により末端のジオールを含むアルコール類1分子が脱離する反応により留分として得られるが、この留分中の全アルコール類における両末端が1級OH基であるジオールの比率が1級末端OH比率である。
1級OH末端比率が上記の範囲であれば、反応速度のコントロールも容易であり、また高い耐加水分解性、耐候性、耐薬品性、柔軟性など各種物性バランスを発現させ、かつ粘度調整の際に過剰の希釈溶剤を必要としない、硬化後の表面平滑性に優れたポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートを得ることができる。1級末端OH基比率が99.5%を超えると、得られるポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートの粘度が非常に高くなり、取り扱いを容易にするために使用される希釈溶剤が大量に必要になり、また硬化後の表面平滑性も悪くなる。
一方、1級末端OH基比率が95.0%未満のものをウレタン(メタ)アクリレートの合成原料として使用した場合、反応相手であるイソシアネートとの反応速度が遅くなり速度コントロールが困難になる事や、得られた反応物が目的の性能を発揮しないという問題が生じる場合がある。例えば、本発明で使用されるイソシアネートとして最も好ましいイソホロンジイソシアネートを使用した際、イソホロンジイソシアネートの反応速度が他のイソシアネート種よりも相対的に遅いことから、最も影響を受けることになり好ましくない。具体的には、2級末端OHが多い場合、通常最初の反応として行うポリカーボネートジオール末端へのイソシアネートの付加速度が遅く、工業的生産に支障を起こすことになる。この反応を速やかに進行させるには、ウレタン反応触媒を多く使用するか、反応温度を高くするという方法があるが、いずれも副反応による高分子量化が進んだり、着色するという問題を生じたりして好ましくない。これらの問題を生じないよう標準的な条件で2級末端OH基が多いポリカーボネートジオールを原料として使用した場合、ポリカーボネートジオール(b)に付加しないイソシアネート(a)が多数残り、それに水酸基含有(メタ)アクリレート(c)が直接付加する事になる。この不純物といえる本発明品でない(a)と(c)からなる直接付加物が増えることは、本発明品の柔軟性を損なうなど物性を低下させるため好ましくない。一方1級OH基末端が低い原因がOH基以外のものに変化している場合、イソシアネートが付加しないため末端に水酸基含有(メタ)アクリレートも付加せず、最終的な物性を低下させるためこれも好ましくない。
1級末端OH基比率が95.0%〜99.5%の場合、上記の問題は起こりにくくなり好ましい。1級末端OH基比率が97.0%〜99.0%である場合、更に好ましい。
本発明のポリカーボネートジオール(b)の製造には、必須原料として1,5−ペンタンジオールを原料として用いる。好ましくはさらに1,6−ヘキサンジオールをジオール原料として用いる。これらジオールの純度としては、97.0%以上〜99.5%以下が好ましい。さらに好ましくは、98.0%以上〜99.0%である。
1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールに加え、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ナノジオール、1,10−ドデカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオールなどの側鎖を持たないジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、2−エチル−1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジメチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオールなどの側鎖を持ったジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−プロパンなどの環状ジオールから、1種類又は2種類以上のジオールを原料として用いることができる。その量は、本発明で特定するポリカーボネートジオール(b)の繰り返し単位の割合を満たせば、特に限定させるのもではない。
さらに、本発明のポリカーボネートジオール(b)の性能を損なわない範囲で、1分子に3以上のヒドロキシル基を持つ化合物、例えば、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトールなどを用いることもできる。この1分子中に3以上のヒドロキシル基を持つ化合物を余り多く用いると、ポリカーボネートの重合反応中に架橋してゲル化が起きてしまう。したがって1分子中に3以上のヒドロキシル基を持つ化合物を使用する場合は、原料とするジオールの合計量に対し、0.1〜5重量%にするのが好ましい。より好ましくは、0.1〜2重量%である。
本発明のポリカーボネートジオール(b)の、原料のカーボネートとして、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネートなどのジアルキルカーボネート、ジフェニルカーボネートなどのジアリールカーボネート、エチレンカーボネート、トリメチレンカーボネート、1,2−プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、1,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネートなどのアルキレンカーボネートが挙げられる。これらのうちから1種又は2種以上のカーボネートを原料として用いることができる。ジアルキルカーボネート及び/又はジアリールカーボネートを用いた場合、ジオールとカーボネートとの仕込み比などの条件を調節することにより、特定の1級末端OH比率を満たすポリカーボネートジオールを容易に得ることができるので好ましい。また、入手のしやすさや重合反応の条件設定のしやすさの観点より、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、ジブチルカーボネートを用いることがさらに好ましい。
本発明のポリカーボネートジオール(b)の製造には、触媒を添加してもよいし、添加しなくてもよい。触媒を添加する場合は、通常のエステル交換反応触媒から自由に選択することができる。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、スズ、鉛、アンチモン、ヒ素、セリウムなどの金属、塩、アルコキシド、有機化合物が用いられる。特に好ましいのは、チタン、スズ、鉛の化合物である。また、触媒の使用量は、通常はポリカーボネートジオール重量の0.00001〜0.1%である。
本発明の1級末端OH比率を持つポリカーボネートジオール(b)の製造は、通常2段階に分けて行う。具体的な例を挙げると、蒸留装置を備えた反応器を用い、エステル交換触媒の存在下、カーボネートとジオールとを、100〜170℃の反応温度、3.0〜11.0KPaの減圧下にて反応させ、生成するカーボネート由来のアルコール及び共沸するカーボネートを留去しながら反応させる第一の工程と、171℃〜189℃、0.01〜3.0KPaの減圧下、アルコールおよびカーボネートを留去しながら反応させる第二の工程を含む製造方法等が挙げられる。
ポリカーボネートジオール(b)の前記製造方法を採用した場合、第一の工程の反応温度は上述のとおり通常100〜170℃、好ましくは120〜165℃、さらに好ましくは130〜160℃である。第一の工程の反応温度が100℃未満では、エステル交換反応が極端に遅くなり、製造に長時間を要するばかりではなく、第一工程中に留出するアルコールとカーボネートの共沸留分中の、カーボネート量が多くなり、結果的に得られる脂肪族ポリカーボネートジオールの収率も低下してしまうので好ましくない。
また、第一の工程の反応温度が170℃を超えると、例えばエチレンカーボネートを原料とした場合、分解反応が起こり易くなり分解により発生するエチレンオキサイドの量が増加する。エチレンオキサイドは脂肪族ジヒドロキシ化合物、又はエチレンカーボネートと脂肪族ジヒドロキシ化合物との反応により生成するエチレングリコールと反応しエーテル基を有するジオール化合物を生成させる。このエーテル基を有するジオール化合物は、最終的には脂肪族ポリカーボネートジオールの主鎖骨格に取り込まれるため、第一の工程が170℃を超えると脂肪族ポリカーボネートジオールの主鎖骨格中のエーテル基含量が増大してしまう。このエーテル基含量が増大すると、脂肪族ポリカーボネートジオールの耐熱性、耐候性が低下してしまうので好ましくない。
第一の工程では、通常3.0〜11.0KPaの減圧下、好ましくは3.5〜7.5KPaにて反応させ、生成するカーボネート由来ジオール及び共沸するカーボネートを留去しながら反応させるが、圧力が3.0KPa未満では留出液中のするカーボネートの割合が増加し、最終的に得られる脂肪族ポリカーネートジオールの収率が低下するので好ましくない。また、11.0KPaを超えると第一の工程で生成するカーボネート由来のジオールと、共沸するカーボネートの留出速度が低下し、反応に長時間を要するので好ましくない。
次に、前記製造方法における脂肪族ポリカーボネートジオールの製造方法の第二の工程について説明する。第二の工程は、171℃〜189℃、0.01〜3.0KPaの減圧下、ジオール及びカーボネートを留去しながら反応させる工程である。
反応温度が171℃未満では、目的とする重合度に到達するまでに要する時間が長くなり好ましくない。195℃を超えると、副反応によりポリカーボネートジオールの末端がビニル基になったり、1級末端OH比率が低下するので好ましくない。より好ましい第二の工程の反応温度は175℃〜187℃、さらに好ましくは180℃〜185℃である。
ポリカーボネートジオール(b)の前記製造方法では、第一の工程と第二の工程を、同一の反応容器にて連続して行ってもよいし、一旦第一の工程を行った後、同一又は別の反応容器にて第二の工程を行ってもよい。
さらに、1級末端OH比率を所定の範囲に調整する目的で、モノアルコール類又は2級アルコールを有するジオール類を製造工程中に、あるいは第二工程の重合終了後に添加し縮合反応させて合成することもできる。
本発明で用いられるポリカーボネートジオール(b)において、下記一般式(A)で表わされる繰り返し単位における下記式(B)及び(C)で表わされる繰り返し単位の合計の割合(以降、「主成分割合」と称する。)は、通常60〜100モル%である。主成分割合が上記の範囲であれば、耐加水分解性や耐熱性、柔軟性などの性能バランスが良いウレタン(メタ)アクリレートを得ることができる。主成分割合が60モル%以上であれば、良好な柔軟性が得られ、ポリカーボネートジオール(b)の粘度の上昇を抑制することができる。主成分割合が70〜100モル%の場合、上記の問題は起こりにくくなり好ましく、85〜100モル%である場合、更に好ましい。

(但し、式中のRは、炭素数2〜12の二価の脂肪族又は脂環族炭化水素を表わす。)

本発明で用いられるポリカーボネートジオール(b)において、式(B)の繰り返し単位と式(C)の繰り返し単位の割合(以降、「共重合割合」と称し、上記式(B):上記式(C)で表わす。)は、モル比で25:75〜75:25である場合、ポリカーボネートジオール(b)の結晶性が低下し、ウレタン(メタ)アクリレート製造時の取り扱いが容易になるとともに、得られるウレタン(メタ)アクリレートの柔軟性も向上するので好ましい。さらに、共重合割合が35:65〜65:35である場合、更に好ましい。
本発明で用いられるポリカーボネートジオール(b)の共重合割合を上記範囲とするためには、前述のポリカーボネートジオールの製造において、沸点の低い1,5−ペンタンジオールの方が多く留去される傾向にあり、1,5−ペンタンジオールの仕込みを多くする必要がある。原料ジオールである1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの仕込み時のモル比は通常28:72〜83:17、好ましくは39:61〜72:28である。
本発明で用いられるポリカーボネートジオール(b)の平均分子量の範囲は、数平均分子量で通常300〜3000である。数平均分子量が300以上であれば、ウレタン(メタ)アクリレートの柔軟性が低下することもなく、また、3000以下であれば、ウレタン(メタ)アクリレートの原料とするには元々の粘度が高く製造時のハンドリングの難しさや希釈溶剤を多量に使用するという事態も発生しない。数平均分子量が800〜2000の範囲であればさらに好ましく、900〜1100であれば基材との密着性および耐汚染性といった耐久性の指標となる物性バランスが高次元で両立できるため最も好ましい。
(3) 水酸基含有(メタ)アクリレート(c)
本発明で用いる水酸基含有(メタ)アクリレート(c)としては、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−クロロプロピルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、1,4−ブチレングリコールモノアクリレート、グリセリンモノアクリレート、プロピレングリコールモノアクリレート、ポリカプロラクトングリコールモノアクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジトリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、並びにこれらのアクリレートに対するメタアクリレート等が挙げられ、水酸基を含有する(メタ)アクリレートモノマーであれば原料として使用できる。これらは、単独で用いることもできるし、2種以上を併用することもできる。
(4) ポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレート及びその合成
本発明において、ポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートは、特定のイソシアネート化合物(a)と、ポリカーボネートジオール(b)と、水酸基含有(メタ)アクリレート(c)との反応生成物である。ポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートは、公知の方法により得ることができる。例えば、イソシアネート化合物(a)と、ポリカーボネートジオール(b)とを反応させて、末端がイソシアネート基となったプレポリマーを合成した後、これに水酸基含有(メタ)アクリレート(c)を反応させる方法等がある。
本発明において、イソシアネート化合物(a)の配合量は、ポリカーボネートジオール(b)の水酸基の合計に対し、イソシアネート基/水酸基比率で通常1.5〜5.0であり、1.8〜3.0とするのが好ましい。イソシアネート化合物(a)の配合量がイソシアネート基/水酸基比率1.5当量以下では、高分子量化が進行し高粘度化するため本発明の目的から外れたものとなる。イソシアネート基/水酸基比率を5.0以内であれば、未反応の有機イソシアネート分子を反応比率の点からも減らすことができるので、本発明のポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレート以外のものを少量に抑えることができるため好ましい。イソシアネート基/水酸基比率1.9〜2.1であれば、目的以外のものをさらに少量にすることができるため、最も好ましい。この最も好ましい範囲で反応させた際、イソシアネート化合物(a)と水酸基含有(メタ)アクリレート(c)の不純物といえる直接付加物が最小に抑えられ、反応によって得られる生成物全体に対するその直接付加物の割合は0.1%から12%以下となる。
本発明において水酸基含有(メタ)アクリレート(c)の配合量はその水酸基当量に基づいて決定され、イソシアネート化合物(a)とポリカーボネートジオール(b)の反応で得られた末端イソシアネート基重合物のイソシアネート基当量と、水酸基当量とが等しいことが好ましい。等量以下では重合物の末端にイソシアネート基が残存したものが存在し、本発明とは異なるものとなる。イソシアネート基末端を全て反応させるために安全を見て等量より少し多くすることも可能であるが、その好ましい範囲は水酸基/イソシアネート基比率で1.0〜1.5である。水酸基/イソシアネート基比率が1.0未満では、イソシアネート基が残存し貯蔵安定性に悪影響を与えるので好ましくない。水酸基/イソシアネート基比率が1.0を超える場合、(c)成分は本発明の構造に取り込まれずアクリルモノマーとしてそのまま存在することになり、配合設計の自由度を損なうものとなる。ただし、コーティング組成物や成型用組成物の配合構成原料として本発明の構造に取り込まれない(c)成分を意図的に利用する場合はこの限りでない。
これらイソシアネート基と水酸基との反応、いわゆるウレタン反応は、通常120℃以下で行なう。反応温度が高い場合、反応速度制御が困難になるため高分子量化が必要以上に進行し、反応生成物の増粘、ゲル状物の生成、あるいは変質による着色等の原因となるので好ましくない。通常40〜110℃、好ましくは40〜80℃で反応を行う。反応温度が低すぎると、反応速度が非常に遅くなったり、反応物の粘度が高くなり分散・混合が不十分になるので均一な生成物を得ることが難しくなる場合がある。
この反応において、必要に応じてウレタン反応触媒を添加することができる。触媒としては、トリエチルアミンなどの三級アミン、酢酸カリウム、ステアリン酸亜鉛、オクチル酸スズなどの金属塩、ジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズジラウレートなどの有機金属化合物が挙げられる。添加量は、反応物に対して通常0.5〜2000ppmである。
反応の際には必要に応じて有機溶媒を使用できる。有機溶媒としては、例えば、酢酸ブチルや酢酸エチルなどのエステル系の有機溶媒、メチルエチルケトン、アセトンなどのケトン系の有機溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族系の有機溶媒が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独で又は2種類以上を混合して使用することができる。有機溶媒を使用する場合は、VOC削減による環境対応のため必要以上に使用しないことが望ましい。好ましい範囲は、架橋性化合物の総量に対し通常5〜150%である。さらにラジカル重合禁止剤を用いることもできる。ラジカル重合禁止剤としては、ハイドロキノンモノメチルエーテル、フェノチアジンなどを挙げることができる。
(5)コーティング組成物および成型物用材料
以下に本発明で使用されるコーティング組成物の材料について述べる。
本願明細書中で述べるコーティングとは、対象物の表面に1層以上の硬化物層を設けることであり、その手法は特に限定されないが、一般的な各種塗装機、印刷機、コーター等により行われる。コーティング材料の分類としては、各種塗料、インキ、接着剤粘着剤等が挙げられる。
成型物とは、これらの材料をある一定の形状に硬化させて得るものであり、コーティング組成物と使用する材料は基本的に共通である。
ポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートの粘度の調整や、硬化して得られる樹脂の架橋密度を調整するために、適当な反応性希釈剤を用いることができる。反応性希釈剤としては、ジアクリル酸エチレングリコール、ジアクリル酸プロピレングリコール、ジアクリル酸1,4−ブタンジオール、ジアクリル酸1,6−ヘキサンジオール、ジアクリル酸1,9−ノナンジオール、ジアクリル酸ネオペンチルグリコール、ジアクリル酸メチルペンタンジオール、ジアクリル酸テトラエチレングリコール、ジアクリル酸シクロヘキサンジメタノール、ジアクリル酸ポリエトキシレートビスフェノールA、ジアクリル酸ポリプロキシ水添ビスフェノールAなどのジアクリル酸エステル及びこれらに対応するジメタアクリル酸エステル;トリメチロールプロパントリアクリル酸エステル、ペンタエリスリトールトリアクリル酸エステル、ペンタエリスリトールテトラアクリル酸エステルなどの多官能アクリル酸エステル及びこれらに対応する多官能メタアクリル酸エステル;アクリル酸テトラヒドロフルフリル、アクリル酸フェノキシエチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニルなどのアクリル酸エステルおよびこれらに対応するメタアクリル酸エステル、酢酸ビニル、酪酸ビニル、アジピン酸ジビニルなどのビニルエステルモノマー類、アクリルアミド、N−ビニルホルムアルデヒド、N−ビニル−2−ピロリドン、N−t−ブチルアクリルアミドなどのアクリルアミドなどが挙げられる。希釈剤の添加量は、本発明のポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートの特性が損なわれない限りは、特に限定する必要はないが、使用する場合は本発明のポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートとの合計重量中5〜90%であることが好ましい。さらに好ましくは10〜80である。5%以上では希釈の効果が得られ、90%以下では本発明のポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートの特性が得られる。これら反応性希釈剤を使用する場合、本発明のポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートを得るための合成時に添加してもよく、配合組成物とする際に添加してもよい。
本発明のポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートは、(メタ)アクリロイル基の二重結合を有するため、熱重合開始剤を添加すれば加熱により硬化させることができ、また、光重合開始剤を添加すれば紫外線蛍光ランプや高圧水銀灯などを用いた紫外線照射又は電子線の照射により、容易に短時間で硬化させることも可能である。これら重合開始剤の濃度は、水酸基含有(メタ)アクリレートとポリカーボネートジオールとイソシアネート化合物の重量合計の0.1〜20重量%、好ましくは1〜10重量%、更に好ましくは3〜5重量%である。重合開始剤が0.1重量%未満の場合、硬化が不十分となる場合があり、20重量%を超えると得られる硬化物の特性が低下する場合がある。
熱重合開始剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ビス−(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等のパーオキサイド類、及び2,2’−アゾビス−イソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル等のアゾ化合物が挙げられる。これら熱重合開始剤を、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。加熱温度は、接着や塗布する基材によっても異なるが、通常は常温〜90℃で、好ましくは40℃〜80℃である。
光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、ω−ブロモアセトフェノン、クロロアセトン、アセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、p−ジメチルアミノプロピオフェノン、2−クロロベンゾフェノン、p,p’−ジクロロベンゾフェノン、4,4−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン、4−フェニルベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−n−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、メチルベンゾイルホルメート、2,2−ジエトキシアセトフェノン、4−N,N´−ジメチルアセトフェノンなどのカルボニル系光重合開始剤が挙げられる。さらに、ジフェニルジスルフィド、ジベンジルジスルフィド、テトラエチルメチルアンモニウムスルフィドなどのスルフィド系光重合開始剤、ベンゾキノン、t−ブチルアントラキノン、2−エチルアントラキノンなどのキノン系光重合開始剤、2,2’−アゾビスプロパン、ヒドラジンなどのアゾ系光重合開始剤、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−メチルチオキサントンなどのチオキサントン系光重合開始剤、過酸化ベンゾイル、ジ−t−ブチルペルオキシドなどの過酸化物系光重合開始剤などが挙げられる。これらの光重合開始剤を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
さらに、必要に応じて、光重合開始剤と公知の光増感剤を併用することもできる。光増感剤としては、4−ジメチルアミノ安息香酸、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸アミル、4−ジメチルアミノアセトフェノンなどが挙げられ、性能を損なわない範囲でその添加量を決めることができる。
貯蔵安定性向上の目的で、ヒンダードアミン類、ヒンダードフェノール類、ベンゾトリアゾール類等の酸化防止剤や光安定剤を使用することもできる。これらの例としては、アデカスタブAO−20、アデカスタブAO−30、アデカスタブAO−40、アデカスタブAO−50、アデカスタブAO−60、アデカスタブAO−70、アデカスタブAO−80、アデカスタブAO−330、アデカスタブPEP−4C、アデカスタブPEP−8、アデカスタブPEP−24G、アデカスタブPEP−36、アデカスタブHP−10、アデカスタブ2112、アデカスタブ260、アデカスタブ522A、アデカスタブ329A、アデカスタブ1500、アデカスタブC、アデカスタブ135A、アデカスタブ3010(以上、旭電化工業株式会社製)、スミライザーBHT、スミライザーS、スミライザーBP−76、スミライザーMDP−S、スミライザーGM、スミライザーBBM−S、スミライザーWX−R、スミライザーNW、スミライザーBP−101、スミライザーGA−80、スミライザーTNP、スミライザーBP−179、スミライザーTPP−R、スミライザーP−16(以上、住友化学株式会社製)、チヌビン770、チヌビン765、チヌビン144、チヌビン622、チヌビン111,チヌビン123、チヌビン292(以上、BASFジャパン株式会社製)などが挙げられる。これらの酸化防止剤や光安定剤の添加量は特に限定しないが、使用する場合は、通常ポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートを含む配合組成物に対し0.001〜5重量%用いられる。
その他にも、必要に応じて、天然又は合成高分子物質、充填剤、顔料、レベリング剤、改質剤、可塑剤、チクソトロピー剤、増粘剤、増量剤などの各種物質を添加しても構わない。これらの配合量は、本発明の性能を損なわない範囲で、用途に応じて適宜決めることができる。
(6)コーティング品、成型物
本発明品が具体的に使用されるのは、携帯電話やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の情報家電への塗装、光学フィルムや建材向けフィルムへのコーティング、特殊レンズ等のUV硬化成形品、自動車内装および外装部品といったものが一例として挙げられる。その中でも、人の手に触れかつカバン等に入れられ持ち運ばれる、いわゆるモバイル機器といわれる携帯電話、スマートフォン、携帯型音楽プレーヤー、パーソナルコンピューター躯体、およびそれらの保護カバーや保護フィルムといったものの各部品表面へのコーティング用途に用いられることが、本発明の効果が最も発揮でき好ましい。これらの被コーティング物の材質はプラスチック、木、紙、金属の中で特に限定されないが、ポリカーボネートジオール樹脂あるいはABSとポリカーボネートジオールの複合体からなる樹脂にコーティングされた際に最も性能が発揮でき好ましい。
次に、実施例及び比較例によって、本発明を説明するが、これらの例は何ら本発明を限定するものではない。
以下の実施例及び比較例において示す値は下記の方法で測定した。
1)1級末端OH比率
ポリカーボネートジオールの1級末端OH比率は、以下の方法で測定した。ポリカーボネートジオールの70g〜100gを300ccのナスフラスコに測り取り、留分回収用のトラップ球(trap bulb)に接続したロータリーエバポレーターを用いて0.1kPa以下の圧力下、攪拌下、約180℃の加熱浴でポリカーボネートジオールを加熱して、トラップ球に該ポリカーボネートジオールの1〜2重量%に相当する量の留分、即ち約1g(0.7〜2g)の初期留分を得て、これを約100g(95〜105g)のエタノールを溶剤として用いて回収し、回収した溶液をGC分析にかけて得られるクロマトグラムのピーク面積の値から下記数式(1)により算出した。
1級末端OH比率(%)=A÷B×100 (1)
A:両末端が1級OH基であるジオールのピーク面積の総和
B:ジオールを含むアルコール類(エタノールを除く)のピーク面積の総和
ガスクロマトグラフィーの分析条件:カラム;DB−WAX(米国J&W社製)、30m、膜厚0.25μm、昇温条件:60℃〜250℃、検出器:FID(flame ionization detector)。
2)ポリカーボネートジオール(b)の数平均分子量
無水酢酸とピリジンを用い、水酸化カリウムのエタノール溶液で滴定する「中和滴定法(JIS K 0070−1992)」によって水酸基価を決定し、下記数式(2)を用いて計算した。
数平均分子量=2/(OH価×10−3/56.1) (2)
3)ポリカーボネートジオール(b)の共重合割合と主成分割合
100mlのナスフラスコにポリカーボネートジオール(b)のサンプルを1g取り、エタノール30g、水酸化カリウム4gを入れて、100℃で1時間反応した。反応液を室温まで冷却後、指示薬にフェノールフタレインを2〜3滴添加し、塩酸で中和した。冷蔵庫で1時間冷却後、沈殿した塩を濾過で除去し、GC(ガスクロマトグラフィー)を用いて分析した。GC分析は、カラムとしてDB−WAX(米国、J&W製)をつけたガスクロマトグラフィーGC−14B(日本、島津製作所製)を用い、ジエチレングリコールジエチルエステルを内部標準として、検出器をFIDとして行った。なお、カラムの昇温プロファイルは、60℃で5分保持した後、10℃/minで250℃まで昇温した。
(i)共重合割合
上記の分析結果を用い、1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールとのモル比から共重合割合(1,5−ペンタンジオールの全モル数:1,6−ヘキサンジオールの全モル数)を求めた。
(ii)主成分割合
上記の分析結果を元に下記数式(3)により求めた。
主成分割合(モル%)=(B+C)/A×100 (3)
A:上記一般式(A)の繰り返し単位に由来するジオールの全モル数
B:1,5−ペンタンジオールの全モル数
C:1,6−ヘキサンジオールの全モル数
4)原料ジオールの純度分析
ジオール原料として用いた1,4−ブタンジオール、1,5−ヘキサンジオール及び1,6−ヘキサンジオールをガスクロマトグラフィーで分析した。条件は、カラムとしてDB−WAX(J&W製)をつけたガスクロマトグラフィーGC−14B(島津製作所製)を用い、ジエチレングリコールジエチルエステルを内標として、検出器をFIDとして行った。なお、カラムの昇温プロファイルは、60℃で5分保持した後、10℃/minで250℃まで昇温した。
5)イソシアネート基量
イソシアネート化合物(a)のイソシアネート基量は、イソシアネート基を過剰の2Nアミンで中和した後、1N塩酸による逆滴定によって求めた。
6)ウレタン(メタ)アクリレート粘度
得られたウレタン(メタ)アクリレートの粘度は、株式会社トキメックのE型粘度計を用い25℃で測定した。
7)イソシアネート直接付加物含有量
反応生成物に含まれるイソシアネート化合物(a)と水酸基含有(メタ)アクリレート(c)の直接付加物の含有量を、GPC(東ソー株式会社製)によって分析した。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例1
原料に用いた1,5−ペンタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールを分析した。1,5−ペンタンジオールは、純度が98.4%で、1,5−ヘキサンジオールが1.1重量%、1,4−シクロヘキサンジオールを0.1重量%含んでいた。残りの0.4重量%は、複数の不明物であった。1,6−ヘキサンジオールは、純度が98.9%で、1,4−シクロヘキサンジオールを0.6重量%含んでいた。残りの0.5重量%は、複数の不明物であった。ポリカーボネートジオール(b)の重合例6、比較例3、4を除き、重合例及び比較例は当該原料を使用した。
規則充填物を充填した精留塔と攪拌装置を備えた2Lのガラス製フラスコに、ジメチルカーボネートを485g(5.4mol)、1,5−ペンタンジオールを310g(3.0mol)、1,6−ヘキサンジオールを300g(2.5mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.08gを加え、4.0〜5.0kPaの圧力下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら、10時間反応した。その後、反応温度を180℃〜185℃、圧力1.0〜3.0kPaで、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら3時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、185℃で5時間反応した。
得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−1と称す。
ポリカーボネートジオール(b)の重合例2
ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを380g(4.2mol)、1,5−ペンタンジオールを320g(3.1mol)、1,6−ヘキサンジオールを140g(1.2mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.05gを加え、ポリカーボネートジオールの合成例1と同条件で反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−2と称す。
ポリカーボネートジオールの重合例3
ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用い、ジエチルカーボネートを590g(5.0mol)、1,5−ペンタンジオールを280g(2.7mol)、1,6−ヘキサンジオールを300g(2.5mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.09gを加え、ポリカーボネートジオールの合成例1と同条件で反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−3と称す。
ポリカーボネートジオールの重合例4
ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用い、ジエチルカーボネートを590g(5.0mol)、1,5−ペンタンジオールを200g(1.9mol)、1,6−ヘキサンジオールを280g(2.4mol)、1,4−ブタンジオールを80g(0.9mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.09gを加え、4.0〜5.0kPaの圧力下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するエタノールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら、10時間反応した。その後、反応温度を175℃〜185℃、圧力1.0〜3.0kPaで、生成するエタノールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら5時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、185℃で8時間反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−4と称す。
なお、原料に用いた1,4−ブタンジオールを分析したところ、純度が99.6重量%であり、0.4重量%は複数の不明物であった。
ポリカーボネートジオールの重合例5
ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用い、エチレンカーボネートを450g(5.1mol)、1,5−ペンタンジオールを260g(2.5mol)、1,6−ヘキサンジオールを310g(2.6mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.10gを加え、常圧で攪拌・昇温させた。反応温度を140℃〜150℃、圧力4.0〜5.0kPaで、生成するエチレングリコールとエチレンカーボネートの混合物を留去しながら10時間反応を行った。その後、0.5kPaまで減圧し、エチレンカーボネートとジオールを留去しながら、180℃でさらに5時間反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−5と称す。
ポリカーボネートジオールの重合例6
重合例1〜5で使用した1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを蒸留で精製した。その結果、1,5−ペンタンジオールについては、純度が98.9%で、1,5−ヘキサンジオールが0.3重量%、1,4−シクロヘキサンジオールは検出されなかった。残りの0.8重量%は、複数の不明物であった。1,6−ヘキサンジオールについては、純度が99.2%で、1,4−シクロヘキサンジオールを0.2重量%含んでいた。残りの0.6重量%は、複数の不明物であった。上記の原料を用いてポリカーボネートジオールを重合した。
ジエチルカーボネートを590g(5.0mol)、精製した1,5−ペンタンジオールを280g(2.7mol)、精製した1,6−ヘキサンジオールを300g(2.5mol)用いた以外は、ポリカーボネートジオールの重合例1に示す装置及び条件で反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−6と称す。
ポリカーボネートジオールの比較例1
ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用い、ジエチルカーボネートを590g(5.0mol)、1,5−ペンタンジオールを280g(2.7mol)、1,6−ヘキサンジオールを300g(2.5mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.09gを加え、4.0〜5.0kPaの圧力下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するエタノールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら、10時間反応した。その後、反応温度を180℃〜210℃、圧力4.0〜6.0kPaで、生成するエタノールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら3時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、210℃で3時間反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−7と称す。
ポリカーボネートジオールの比較例2
ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを440g(4.9mol)、1,6−ヘキサンジオールを590g(5.0mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.09gを加え、ポリカーボネートジオールの合成例1と同条件で反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−8と称す。
ポリカーボネートジオールの比較例3
ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用い、重合例6で用いた精製した1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを用いて重合を行った。エチレンカーボネートを450g(5.1mol)、純度98.9%の1,5−ペンタンジオールを260g(2.5mol)、純度99.2%の1,6−ヘキサンジオールを310g(2.6mol)用いた以外は、ポリカーボネートジオールの重合例5に示す条件で反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−9と称す。
ポリカーボネートジオールの比較例4
重合例1〜6で用いた原料と異なる1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを用意し、分析した。用意した1,5−ペンタンジオールは、純度が96.2%で、1,5−ヘキサンジオールが2.5重量%、1,4−シクロヘキサンジオールを0.5重量%含んでいた。残りの0.8重量%は、複数の不明物であった。用意した1,6−ヘキサンジオールは、純度が96.7%で、1,4−シクロヘキサンジオールを0.8重量%含んでいた。残りの2.5重量%は、複数の不明物であった。用意した1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールを用い、ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用いて重合を行った。ジメチルカーボネートを380g(4.2mol)、1,5−ペンタンジオールを320g(3.1mol)、1,6−ヘキサンジオールを140g(1.2mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.05gを加え、重合例1に示す条件で反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−10と称す。
上記のポリカーボネートジオールを用いて、ウレタン(メタ)アクリレートを作製した。
ポリカーボネートジオールの重合例7
比較例3で得られたポリカーボネートジオールに、モノアルコール(2−エチルヘキサノール)6.5g(0.05mol)を添加した。150℃まで加温した後0.5kPaまで減圧しジオールを留去しながら2時間反応させた。得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−11と称す。
ポリカーボネートジオールの参考例8
ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを485g(5.4mol)、1,5−ペンタンジオールを310g(3.0mol)、1,6−ヘキサンジオールを300g(2.5mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.08gを加え、4.0〜5.0kPaの圧力下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら、10時間反応した。その後、反応温度を180℃〜185℃、圧力1.0〜3.0kPaで、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら2時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、185℃で3時間反応した。
得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−12と称す。
ポリカーボネートジオールの参考例9
ポリカーボネートジオールの重合例1と同じ装置を用い、ジメチルカーボネートを485g(5.4mol)、1,5−ペンタンジオールを310g(3.0mol)、1,6−ヘキサンジオールを300g(2.5mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.08gを加え、4.0〜5.0kPaの圧力下140〜150℃の温度で加熱・撹拌し、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら、10時間反応した。その後、反応温度を180℃〜185℃、圧力1.0〜3.0kPaで、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら4時間反応を行った。その後、0.5kPaまで徐々に減圧しながら、185℃で7時間反応した。
得られたポリカーボネートジオールを分析した結果を、表1に示す。該ポリカーボネートジオールをPC−13と称す。
ウレタンアクリレート合成例1
攪拌機、冷却管、窒素流入管、温度計を備えた500mlの4口フラスコに、イソホロンジイソシアネート43.6gを入れた。フラスコ中に窒素を0.1cc/分の量で流入させ、攪拌しながらオイルバスを用い50℃に加熱した後、触媒としてジブチル錫ジラウレートを0.01g入れ、滴下ロートを用い100gのポリカーボネートジオールPC−1と酢酸n−ブチル72.0gの混合溶液を1時間掛けて滴下した。この混合液の反応終点確認は、反応が平衡に達しておりかつ計算上のイソシアネート基残存量付近に達しているかという確認で行うため、PC−1滴下完了2時間30分後および3時間後のイソシアネート残存量を滴定により測定した。測定の結果、残存量は理論値付近でかつ反応が平衡に達していることが確認できた。該反応液を70℃に加熱した後、ジブチル錫ジラウレートを0.02g追加し、窒素流入を止め、2−ヒドロキシエチルメタアクリレート25.5g、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.02gを均一に混合した溶液を、別の滴下ロートを用いて1時間かけて滴下し、さらに3時間撹拌して反応させた。イソシアネートの反応率が99%以上となったことを、残存イソシアネート量を滴定することにより確認した。得られたウレタンアクリレートをUAP−1と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例2
合成例1と同じ装置を用いて、ポリカーボネートジオールをPC−2に変え、イソホロンジイソシアネートを47.9g、酢酸n−ブチルを75.4g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレート28.1gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−2と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例3
ポリカーボネートジオールをPC−3に代え、イソホロンジイソシアネートを41.1g、酢酸n−ブチルを71.0g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを24.0gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−3と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例4
ポリカーボネートジオールをPC−4に代え、イソホロンジイソシアネートを42.8g、酢酸n−ブチルを72.0g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを25.1gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−4と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例5
ポリカーボネートジオールをPC−5に代え、イソホロンジイソシアネートを42.5g、酢酸n−ブチルを72.0g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを24.9gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−5と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例6
ポリカーボネートジオールをPC−6に代え、イソホロンジイソシアネートを45.3g、酢酸n−ブチルを74.0g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを26.5gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−6と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例7
ポリカーボネートジオールをPC−11に代え、イソホロンジイソシアネートを42.3g、酢酸n−ブチルを72.0g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを24.8gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−7と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例8
ジイソシアネートとしてイソホロンジイソシアネートの代わりにヘキサメチレンジイソシアネートを32.9g、酢酸n−ブチルを68.0g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを24.7g用いた以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−8と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例9
水酸基含有アクリレートとしてペンタエリスリトールトリアクリレート(トリアクリレート含有量70wt%)83.6gを用い、イソホロンジイソシアネートを43.6g、酢酸n−ブチルを97.0gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−9と称し、得られたウレタンアクリレートの粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例10
ポリカーボネートジオールをPC−12に代え、イソホロンジイソシアネートを56.0g、酢酸n−ブチルを80.9g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを32.8gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−10と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成例11
ポリカーボネートジオールをPC−13に代え、イソホロンジイソシアネートを22.1g、酢酸n−ブチルを57.9g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを12.9gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−11と称し、反応生成物中の直接付加物含有量測定結果の粘度測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成比較例1
ポリカーボネートジオールをPC−7に代え、イソホロンジイソシアネート38.8g、酢酸n−ブチルを69.5g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを23.4gとした以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−12と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成比較例2
ポリカーボネートジオールをPC−8に代え、イソホロンジイソシアネートを46.3g、酢酸n−ブチルを74.0g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレートを27.1gとし、固体状のPC−8を50℃に加温し液状に戻す作業を行った以外は装置、その他の原料、反応条件とも合成例1と同様に操作し、ウレタンアクリレートを得た。該ウレタンアクリレートをUAP−13と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成比較例3
合成例1と同じ装置を用い、ポリカーボネートジオールをPC−9に代えて反応を行った。4つ口フラスコにイソホロンジイソシアネート44.3gを入れた。攪拌しながら50℃に加熱した後、触媒としてジブチル錫ジラウレートを0.01g入れ、滴下ロートを用い100gのポリカーボネートジオールPC−9と酢酸n−ブチル73.0gの混合溶液を1時間掛けて滴下した。この混合液の反応終点確認は、合成例1同様反応が平衡に達しておりかつ計算上のイソシアネート基残存量付近に達しているかという確認で行うため、PC−9滴下完了1時間30分後および2時間後のイソシアネート残存量を滴定により測定した。測定の結果、その際に粘度が上昇し攪拌が困難になっていることを確認したため、フラスコ中に酢酸n−ブチル97.7gを追加した。追加により反応液の粘度が下がり攪拌が容易になったことを確認できたため、フラスコ中に窒素を0.1cc/分の量で流入させ、反応液を70℃に加熱した後、ジブチル錫ジラウレートを0.02g追加し、窒素流入を止め、2−ヒドロキシエチルメタアクリレート25.9g、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.02gを均一に混合した溶液を、別の滴下ロートを用いて1時間かけて滴下し、さらに3時間撹拌して反応させた。イソシアネートの反応率が99%以上となったことを、残存イソシアネート量を滴定することにより確認した。得られたウレタンアクリレートをUAP−14と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート合成比較例4
合成例1と同じ装置を用いて、ポリカーボネートジオールをPC−10に代えて合成を行った。イソホロンジイソシアネート48.8gを入れ、窒素を0.1cc/分の量で流入させ、攪拌しながら50℃に加熱した後、触媒としてジブチル錫ジラウレートを0.01g入れ、滴下ロートを用い、100gのポリカーボネートジオールPC−10と酢酸n−ブチル76.0gの混合溶液を1時間掛けて滴下し、さらに3時間攪拌して反応させた。その時点でのイソシアネート基残存量を滴定により確認した所、理論値から離れており反応が最後まで進行していないことが確認されたため、70℃に昇温して2時間攪拌しながら反応を継続させた。その時点でのイソシアネート基の残存分析結果とさらに同温度で30分反応させた時点での分析結果に変化がなかったため、ジブチル錫ジラウレートを0.02g追加した後窒素流入を停止し、引き続き70℃の条件で2−ヒドロキシエチルメタアクリレート28.6g、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.02gを均一に混合した溶液を、別の滴下ロートを用いて1時間かけて滴下し、さらに3時間撹拌して反応させた。イソシアネートの反応率が99%以上となったことを、残存イソシアネート量を滴定することにより確認した。得られたウレタンアクリレートをUAP−15と称し、粘度測定結果と反応生成物中の直接付加物含有量測定結果を表2に示す。
塗料配合例
配合組成物として、合成したウレタンアクリレート(UAP−1〜UAP−15)と、その他のアクリレート成分としてトリメチルプロパントリアクリレート(TMPTA)と、光重合開始剤としてIrgacure184(1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)とを用いた(表3)。配合組成物の塗装表面仕上がりを良くする目的で粘度調整のため酢酸n−ブチルを希釈剤として用いた。配合比較例2は合成したUAP−11が結晶化していたため50℃×4時間加温した後配合し、直ちに塗装に用いた。また表3の配合はそれぞれ固形分70%となるように調整しているが、配合比較例3では、合成したUAP−3由来の酢酸n−ブチルが多く含まれるために追加配合なしでも固形分が70%を下回ることから、追加の酢酸n−ブチルは用いず評価に供した。なお、下記する密着性、二次密着性、及び耐汚染性試験は、下記の割合で成分を配合して、硬化塗膜を作製した(これらの配合組成物の例は、試験配合例、試験比較配合例と称することにする)。
トリメチロールプロパントリアクリレート 20g
ウレタン(メタ)アクリレート(固形分) 30g
酢酸n−ブチル(合計) 52g
光重合開始剤(Irgacure184) 2g
―――――――――――――――――――――――――――――
104g
塗膜評価例
1)密着性
耐久性の指標の一つである密着性の評価を行った。トリメチロールプロパントリアクリレートを20部、ウレタン(メタ)アクリレート(固形分)を30部、酢酸n−ブチルを52部、光重合開始剤(1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)を2部の割合で配合し、その配合組成物を、厚さ約2mm、幅100mm、長さ150mmのポリカーボネート板上にアプリケーターで硬化後膜厚が約20μmとなるように塗装し、UV照射機(株式会社オーク製作所、ハンディUV−300)を用いて800mJ/cmの照度でUV光重合させ硬化塗膜を得た。得られた硬化塗膜について基材との密着性を、JIS−K−5600クロスカット法(23℃)を用いて評価した。剥離およびクロスカット部分の欠けが認められないものを0、クロスカット部分に欠けと僅かな剥がれが認められるものを1、クロスカット面が35%以上剥がれているものを5とした6段階で目視にて判断した。評価結果を表4に示す。
2)二次密着性
耐久性の促進試験の位置付けで、熱と加水分解の影響を確認できる、二次密着性の評価を行った。上記1)と同様に硬化塗膜を作製し、硬化塗膜をそのまま(剥がしたりクロスカットを入れたりせずに)80℃4時間浸漬させ、室温まで冷えた後JIS−K−5600クロスカット法で評価した。評価基準は、1)と同様である。評価結果を表4に示す。
3)耐汚染性試験
人間の手による汚れ、環境汚れ、また意図的、非意図的に付着する生活の場で遭遇する汚れ(例えばコーヒーや毛染め剤)に対する耐性の評価方法として以下の試験を行った。基材として白色カーボネート板を用い、上記1)と同様に硬化塗膜を作製し、耐汚染性の評価に供した。耐汚染性の評価として、市販の油性マーカー(マジックインキ、登録商標)のイソプロピルアルコール(IPA)による除去性を確認した。まずコーティング膜上に太字タイプの油性マーカーで面積が1cm以上となるよう塗りつぶし、1分間静置後1cc程度のIPAを垂らし、マーカーのインキを浮き上がらせた後ティッシュペーパーで静かにインキ全てを拭き取った。この耐汚染性試験前後の色差の変化を、色差計(カラーコンピューター:スガ試験機製 SM−T45、測定孔12mm)、45−0法で評価した。耐汚染性試験の評価結果を表4に示す。
4)ウレタン(メタ)アクリレートコーティング膜表面硬度(鉛筆硬度試験)
塗膜への傷の付きやすさの指標となる硬さの評価方法として、鉛筆硬度を測定した。表3の配合を用い、厚さ約2mm、幅100mm、長さ150mmのポリカーボネート板上にアプリケーターで硬化後膜厚が約20μmとなるように塗装し、UV照射機(株式会社オーク製作所、ハンディUV−300)を用いて800mJ/Wの照度でUV光重合させ硬化塗膜を得た。得られた硬化塗膜についてJIS K−5600に準拠し、鉛筆硬度を測定した。評価結果を表5に示す。
5)硬化物耐薬品性
塗膜に付着する日常的に使用される化学物質への耐性を調べるため、耐薬品性試験を行った。上記4)と同様の操作で得られた硬化塗膜の表面に、5%の水酸化ナトリウム液を直径1〜2cmの大きさとなるように滴下し、23℃の温度で24時間静置した後水洗し、硬化塗膜の外観の変化を確認した。変化の有無を目視により、変化無=○(良)、変化有=×(不良)として判断した。評価結果を表5に示す。
6)硬化塗膜外観
上記4)と同様の操作で得られた塗膜の表面を目視にて観察した。オレンジピールのような細かい凹凸が見られたものを×(不良)、若干認められるものを△、認められないものを○(良)として判断した。評価結果を表5に示す。
7)耐衝撃性
塗膜の柔軟性および強靭性の指標になり、また耐久性に直接繋がる衝撃による塗膜の割れ、剥がれの起き難さを判断する評価として、デュポン式耐衝撃性試験機を用いた。上記4)と同様の操作で得られた硬化塗膜上に、1/4インチの撃芯をセットし、500gの重りを所定の高さから落下させ、塗膜の割れや塗膜の浮きの有無を目視で確認した。塗膜の割れや塗膜の浮きが認められない最大高さ(cm)を耐衝撃性として示した。評価結果を表5に示す。
8)アセトン不溶分(ゲル分率)
上記4)と同様の操作で得られた硬化塗膜についてゲル分率を測定した。まず表3の配合を用いアプリケーターでブリキ板上に硬化後膜厚が約50μmとなるように塗装し、800mJ/WのエネルギーでUV光重合し硬化塗膜を得た。そのフィルム状のコーティング膜を剥がした後、それをアセトンに23℃の温度下で24時間浸漬し、浸漬前後の重量を測定し、下記の計算によりアセトン不溶分を求めた。評価結果を表6に示す。
ゲル分率(%)=(アセトン浸漬後の重量)/(アセトン浸漬前の重量)×100
9)耐摩耗性試験
上記4)と同様の操作で得られた硬化塗膜を、JIS K5600摩耗輪法に従い耐磨耗性を評価した(摩耗輪CS−10、重り500g、500回転)。試験での減少重量測定結果を表6に示す。
10)ウレタン(メタ)アクリレートの分析
本発明のポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートを使用して得られる塗膜は優れた密着性、耐汚染性を示すが、UVコーティング剤がポリカーボネートジオール原料ウレタン(メタ)アクリレートを使用しているかどうかの確認は、必要に応じて分取型GPCを用いた分子量による分取を行った後、(A)FT−IRによる結合状態分析(B)熱分解ガスクロマトグラフによる組成分析を実施することで確認できる。その条件を下記する。
(A)FT−IR:
分析機器は特に限定されないが、JASCO FT/IR−4200を使用する。必要に応じ分取型GPCを用い、アクリレートモノマーに該当する分画以外を分析に用いる。得られた分取物を岩塩板に塗布し1250cm−1のカーボネート結合COの鋭いピーク有無を確認する。
(B)熱分解GC/MS測定条件:
分析条件と装置は特に限定されないが、(A)と同じ分取物用い下記装置及び条件で分析する。
熱分解装置:FRONTER LAB 2020D
加熱温度:600℃
GC/MS装置:日本電子AutomassSUN
カラム:DB-1(0.25mm i.d.×30m)液相厚0.25μm
カラム温度:40℃(5min)→(20℃/min昇温)→300℃(12min保持)
注入口温度:320℃
注入法:スプリット法(スプリット比1/50)
インターフェイス温度:300℃
イオン源:EI、温度240℃、PM=360V
配合例1の組成物を上記方法で分析した。組成物はGPCで分取せず、そのままIR分析を実施した。その結果、1250cm−1の部分にカーボネート基特有の結合が確認された。同じく熱分解GCで分析した結果、成分としてトリメチロールプロパントリアクリレートと、2−ヒドロキシエチルメタアクリレート、イソホロンジイソシアネート、ペンタンジオール、ペンタンジオール由来と判断されるC5化合物、ヘキサンジオールが検出された。既知の1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール配合比のPCDを比較としてペンタンジオールとヘキサンジオールの配合比を調べた結果、その比率は53対47であった。以上の結果より、この分析方法の有効性を確認した。
成型物評価例
配合組成物として、表7に記載の割合で配合組成物を調製した。成型は直径10cmのガラスシャーレで行い、硬化厚みが2mmとなるように配合組成物を流し込み、1500mJ/cmのエネルギーでUV光重合させ硬化成型物を得た。
1)硬化物硬度
ショアD硬度計を用い、成形品配合実施例1、成形品配合比較例1、成型配合比較例2の硬化成型物の硬度を測定した。測定結果を表8に示す。
2)硬化塗膜外観
成形品配合実施例1、成形品配合比較例1、成型配合比較例2の硬化成型物の表面を目視にて観察した。オレンジピールのようなこまかい凹凸が見られたものを×(不良)、認められないものを○(良)として判断した。評価結果を表8に示す。







本発明における所定のウレタン(メタ)アクリレートは、優れた密着性、耐汚染性、耐薬品性、耐加水分解性、柔軟性、耐摩耗性を奏することができ、そのウレタン(メタ)アクリレートを含む実用的な組成物から得られる硬化物は、優れた耐久性を有することがわかった。
本発明で得られるポリカーボネートジオールを原料とするウレタン(メタ)アクリレートは、高い密着性、耐汚染性、耐薬品性、加水分解性、柔軟性、耐摩耗性など各種物性を高次元で満足させることができ、かつ過剰の希釈溶剤を必要とせずに硬化物の外観に優れたものが得られるため、塗装や粘接着剤などの各種コーティング用途、具体的には高外観と高耐久性が求められるような各種モバイル機器、フィルム、建築内外装、自動車内外装用途に好適に使用できる。またUV硬化レンズのような硬化成型物用途にも好適に使用できる。

Claims (13)

  1. 少なくとも2個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物(a)と、下記一般式(A)で表わされる繰り返し単位及び末端ヒドロキシル基からなるポリカーボネートジオール(b)と、水酸基含有(メタ)アクリレート(c)との反応生成物であるウレタン(メタ)アクリレートであって、該ポリカーボネートジオール(b)は必須の繰り返し単位として下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位とを含み、下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位の合計が一般式(A)で表わされる繰り返し単位全体の60〜100モル%であり、該ポリカーボネートジオール(b)の1級末端OH比率が95.0〜99.5%であり、該ポリカーボネートジオール(b)の分子量が、900〜1100であり、下記成分:
    トリメチロールプロパントリアクリレート 20部
    前記ウレタン(メタ)アクリレート(固形分として) 30部
    酢酸n−ブチル(合計) 52部
    1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン 2部
    を含む混合物をポリカーボネート板にコーティングし、800mJ/cmの紫外線を照射し硬化して得られる塗膜(膜厚:20μm)は、クロスカット法(JIS−K−5600)において剥離が認められず、かつ塗膜に塗布した油性黒インキをイソプロピルアルコールで除去した際の除去前後の色差(ΔE)が3以下である、ウレタン(メタ)アクリレート。

    (但し、式中のRは、炭素数2〜12の二価の脂肪族又は脂環族炭化水素を表わす。)

  2. 上記塗膜を80℃の温水中4時間浸漬させた後でも、クロスカット法で剥離が認められない、請求項1に記載のウレタン(メタ)アクリレート。
  3. ウレタン(メタ)アクリレートを得るための反応の際に生じるイソシアネート化合物(a)と水酸基含有(メタ)アクリレート(c)との直接付加物の割合が、反応で得られる生成物全体に対して0.1〜12重量%である、請求項1又は2に記載のウレタン(メタ)アクリレート。
  4. 請求項1〜のいずれか一項に記載のウレタン(メタ)アクリレートと、それ以外の(メタ)アクリル酸エステルとを含む、配合組成物。
  5. 更に、重合開始剤を含む、請求項に記載の配合組成物
  6. 少なくとも2個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物(a)と、下記一般式(A)で表わされる繰り返し単位及び末端ヒドロキシル基からなり、必須の繰り返し単位として下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位とを含み、下記式(B)で表わされる繰り返し単位と下記式(C)で表わされる繰り返し単位の合計が一般式(A)で表わされる繰り返し単位全体の60〜100モル%であり、かつ1級末端OH比率が95.0〜99.5%であり、かつ分子量が、900〜1100であるポリカーボネートジオール(b)とを反応させて両末端イソシアネート基のプレポリマーを得た後、水酸基含有ウレタン(メタ)アクリレート(c)をさらに反応させる工程を含む、ウレタン(メタ)アクリレートの製造方法。

    (但し、式中のRは、炭素数2〜12の二価の脂肪族又は脂環族炭化水素を表わす。)

  7. 請求項1からのいずれか一項に記載のウレタン(メタ)アクリレートを含む、コーティング材料。
  8. 請求項1からのいずれか一項に記載のウレタン(メタ)アクリレートを含む、成型材料。
  9. 請求項またはに記載の配合組成物を含む、コーティング材料。
  10. ポリカーボネート樹脂、またはポリカーボネートとABSの複合体から成る樹脂に対するコーティング用途として使用される、請求項またはに記載のコーティング材料。
  11. 請求項またはに記載の配合組成物を含む、成型材料。
  12. 請求項またはに記載のコーティング材料を、ポリカーボネート樹脂、またはポリカーボネートとABSの複合体から成る樹脂にコーティングした、コーティング物。
  13. 請求項12に記載のコーティング物が、モバイル機器といわれる携帯電話、スマートフォン、携帯型音楽プレーヤー、パーソナルコンピューター躯体、およびそれらの保護カバー、保護フィルムのいずれかである、コーティング物。
JP2012127416A 2012-06-04 2012-06-04 ウレタン(メタ)アクリレート及びその製造方法 Active JP5953130B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012127416A JP5953130B2 (ja) 2012-06-04 2012-06-04 ウレタン(メタ)アクリレート及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012127416A JP5953130B2 (ja) 2012-06-04 2012-06-04 ウレタン(メタ)アクリレート及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013249455A JP2013249455A (ja) 2013-12-12
JP5953130B2 true JP5953130B2 (ja) 2016-07-20

Family

ID=49848468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012127416A Active JP5953130B2 (ja) 2012-06-04 2012-06-04 ウレタン(メタ)アクリレート及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5953130B2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015194670A1 (ja) 2014-06-20 2015-12-23 三菱化学株式会社 ポリカーボネートジオールおよびその製造方法並びにそれを用いたポリウレタン
JP6329281B2 (ja) * 2014-06-23 2018-05-23 アルケマ フランス 特有の物理的特性を有するウレタンアクリレートポリマー
CN109641438A (zh) 2016-08-24 2019-04-16 阪东化学株式会社 表面保护膜
CN113583211A (zh) * 2021-07-30 2021-11-02 浙江大学 一种聚脲丙烯酸酯齐聚物及其制备方法与应用方法
CN113913077B (zh) * 2021-08-23 2022-10-04 广东深展实业有限公司 一种抗划伤水性真空镀膜哑光漆及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102850502B (zh) * 2007-11-16 2014-10-01 旭化成化学株式会社 反应的稳定化容易的聚碳酸酯二醇
JP5558257B2 (ja) * 2010-08-06 2014-07-23 株式会社昭和インク工業所 硬化性組成物

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013249455A (ja) 2013-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5757664B2 (ja) ウレタン(メタ)アクリレート化合物及びそれを含有する樹脂組成物
JP5953130B2 (ja) ウレタン(メタ)アクリレート及びその製造方法
JP6465316B2 (ja) 硬化型組成物
JP5564949B2 (ja) 硬化型組成物
JP2013129812A (ja) 層間充填用活性エネルギー線硬化性組成物
KR20160004300A (ko) 우레탄 (메트)아크릴레이트 및 활성 에너지선 경화형 수지 조성물
CN107236107B (zh) 氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯和固化性组合物
JP2011162646A (ja) 硬化性組成物
JP2004204096A (ja) ウレタン(メタ)アクリレート系化合物及びそれを用いた活性エネルギー線硬化型樹脂組成物
KR101483972B1 (ko) 경화성 시트 조성물
JP2012219238A (ja) 硬化性組成物
JP5071959B2 (ja) 硬化性組成物
JPH03247618A (ja) 紫外線硬化型耐熱性ウレタンアクリレート
JP2013023521A (ja) ウレタン(メタ)アクリレート
JP6388122B2 (ja) 硬化型組成物
WO2022225041A1 (ja) 硬化型組成物、活性エネルギー線硬化型組成物及び活性エネルギー線硬化型コーティング剤組成物
JP7054753B1 (ja) ハードコート樹脂組成物
JP2017048301A (ja) ウレタン(メタ)アクリレート、活性エネルギー線硬化性組成物、及びその硬化物
JP6899225B2 (ja) 活性エネルギー線硬化性組成物
JP6672068B2 (ja) ウレタン(メタ)アクリレート及び硬化性組成物
JP2004010728A (ja) 紫外線硬化性組成物
JP6932900B2 (ja) ポリウレタン(メタ)アクリレート、及びその組成物、硬化物
JP2019157092A (ja) 活性エネルギー線硬化性樹脂組成物、およびそれを用いたコーティング剤、ならびにシート
JP2017171891A (ja) ポリウレタン(メタ)アクリレート、組成物、硬化物
WO2016093005A1 (ja) ウレタン(メタ)アクリレート、並びに活性エネルギー線硬化型ウレタン(メタ)アクリレート組成物及びその硬化物

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150602

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160212

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160217

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20160401

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160407

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160516

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160607

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160613

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5953130

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350