JP6206407B2 - 硬化性樹脂およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリエステル(a)と、シリコーン樹脂(b)と、シラン化合物(c)とを反応させてなる新規な硬化性樹脂およびその製造方法に関する。
従来から、ポリエステル樹脂はコーティング用途や接着剤用途をはじめ様々な用途で使用されている。ポリエステル樹脂を用いた接着剤は、一般に金属や各種プラスチックスへの密着性に優れるので、電気電子部品用接着剤や自動車部品用接着剤等に広範囲に使用されている。しかし、ポリエステルは同時に、縮合系ポリマーの宿命的な欠点である加水分解による劣化や、長時間高温にさらされることによる劣化が問題となることが多い。そのため、ポリエステルの接着特性を活かしながら、耐熱性、硬化性の特性を発揮させるためには、硬化剤・触媒等複雑な配合が必要である。
そこで、熱可塑性で耐加水分解性を改良した系がいくつか提案されており、そのひとつに、アジピン酸やセバシン酸のような脂肪族系ジカルボン酸をできる限り使用せずに、芳香族ジカルボン酸とジオールで重合体を構成したものが提案・実用化されている。これらは、自動車部品用接着剤として、特に燃料送液部品用接着剤として、実用化されているが、ガラス転移温度が常温以上である為、基材への密着を十分に得るには、高温高圧での接着や基材の加熱が必要となってくるので、適用できる基材が制限される(例えば特許文献1、2参照)。
また、ポリブチレンテレフタレートや、ポリエチレンテレフタレートを始めとする結晶性ポリエステルをハードセグメントとし、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)等のポリオキシアルキレン類をソフトセグメントとするものも提案・実用化されている。柔軟なエーテルセグメントを持つことで、低いガラス転移温度を実現し、種々の基材への良好な密着性が得られる。しかしながら、高度の耐熱老化性や、厳しい加湿条件での電気絶縁性を要求された場合、エーテルセグメントの低い耐熱性や、エステルセグメントに比べ高い吸湿性により、必ずしも十分満足な特性を得られるものではなかった(例えば特許文献3、4参照)。
特開2002−88335号公報 特開2003−073643号公報 特開平8−48961号公報 特開2003−105302号公報
特に、近年スマートフォンやタブレット用タッチパネルの構成部材の接着剤として使用される額縁インキ用バインダー用途には密着性以外にも、高温耐熱性(300℃×30分間)、硬化性等の品質を要求される場合が多く、これら全ての品質を満足する硬化性樹脂はこれまで提案されていなかった。
本発明者等は、鋭意検討した結果、以下に示す手段により上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は以下の構成からなる。
数平均分子量が500〜10,000、かつ酸価が300eq/t以下であるポリエステル(a)と、シリコーン樹脂(b)と、下記式(1)で示されるシラン化合物(c)を反応させてなり、未反応のアルコキシ基が1分子あたり0.1〜30個含有する硬化性樹脂。
(式中、Rは、それぞれ独立して、炭素原子数が1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造、および/またはヘテロ原子を有していてもよい基であり、Rは、それぞれ独立して、炭素原子数1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基、nは0〜3の整数である)
前記シリコーン樹脂(b)の数平均分子量が500〜5,000であり、かつシラノール基および/またはアルコキシ基を1〜20重量%含有することが好ましい。
前記シリコーン樹脂(b)が下記式(2)〜(4)で示される構造単位のいずれか1以上を含むことが好ましい。
(式中、Rは、それぞれ独立して、炭素原子数が1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基であり、Rは、それぞれ独立して、水素原子、または炭素原子数が1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基である)
前記いずれかに記載の硬化性樹脂を含むインキ。
前記いずれかに記載の硬化性樹脂を含む接着剤。
前記いずれかに記載の硬化性樹脂の製造方法であって、ポリエステル(a)と、シリコーン樹脂(b)を、未反応のシラノール基またはアルコキシ基が1分子あたり0.1〜20個残存するまで重合させた後、さらに、シラン化合物(c)を、未反応のアルコキシ基が1分子あたり0.1〜30個残存するまで重合させる硬化性樹脂の製造方法。
(式中、Rは、それぞれ独立して、炭素原子数が1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造、および/またはヘテロ原子を有していてもよい基であり、Rは、それぞれ独立して、炭素原子数1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基、nは0〜3の整数である)
本発明に係る硬化性樹脂は、硬化性、耐熱性、密着性に優れ、各種バインダー用途に好適である。特に、高耐熱額縁インキ用バインダー用途に好適である。
<ポリエステル(a)>
本発明に用いるポリエステル(a)を構成する酸成分としては、特に限定されないが、ジカルボン酸を使用することができる。具体的には、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、フェニレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸、ダイマー酸などの脂肪族ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、1,2−シクロヘキセンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、フマル酸、マレイン酸、テルペン−マレイン酸付加体などの不飽和ジカルボン酸などを挙げることができ、これらの中から1種または2種以上を選び使用することができる。その中でも、芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸を使用することが好ましく、脂肪族ジカルボン酸としては、アジピン酸を使用することが好ましい。ポリエステル(a)に含まれる酸成分として、芳香族ジカルボン酸と脂環族ジカルボン酸を併せた含有量は10〜100モル%が好ましく、15〜95モル%がより好ましく、20〜90モル%がさらに好ましい。また、脂肪族ジカルボン酸の含有量は0〜90モル%が好ましく、5〜85モル%がより好ましく、10〜80モル%がさらに好ましい。芳香族ジカルボン酸と脂環族ジカルボン酸を併せた含有量が10モル%未満であると耐熱性が不足することがあるため、好ましくない。脂肪族ジカルボン酸の含有量が90モル%を越えると、耐熱性が不足することがあるため、好ましくない。
本発明に用いるポリエステル(a)を構成するポリオール成分としては、特に限定されないが、ジオール成分が好ましく、例えばエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,4−ペンタンジオール、1,3−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1−メチル−1,8−オクタンジオール、3−メチル−1,6−ヘキサンジオール、4−メチル−1,7−ヘプタンジオール、4−メチル−1,8−オクタンジオール、4−プロピル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール等の脂肪族グリコール、ジエチレングリコール、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、ポリテトラメチレングリコールなどのポリエーテルグリコール類、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカングリコール類、水添加ビスフェノール類などの脂環族ジオールが挙げることができ、これらの中から1種またはそれ以上を選び使用できる。その中でも、エチレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、ネオペンチルグリコールを使用することが好ましい。
本発明に用いるポリエステル(a)において、ジカルボン酸成分および/またはジオール成分に3官能以上の成分を共重合しても良い。3官能以上のポリカルボン酸成分としては、特に限定されないが、例えばトリメリト酸、ピロメリト酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸またはこれらの無水物などが挙げられ、3官能以上のポリオールとしてはグリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、マンニトール、ソルビトール、ペンタエリスリトール、α−メチルグルコシドなどが挙げられる。これらを使用することにより反応点が増え、シリコーン樹脂(b)との反応体を作製するのに好ましい。ポリエステル(a)に含まれるポリオール成分としては、ジオール成分と3官能以上のポリオール成分を任意の比率で配合することができる。特に限定されないが、好ましい配合比率は、ジオール成分/3官能以上のポリオール成分=100/0〜0/100(モル比)であり、97/3〜3/97(モル比)がより好ましく、94/6〜6/94(モル比)がさらに好ましく、90/10〜10/90(モル比)が特に好ましい。また、50/50(モル比)であっても差し支えない。
本発明に用いるポリエステル(a)の数平均分子量は500〜10,000である必要がある。800〜7,500がより好ましく、1,000〜5,000がさらに好ましい。500未満であると強靭な架橋塗膜を得られないことがあり、10,000を超えるとシリコーン樹脂(b)との相容性が低下し重合体を得にくくなることがあるため、好ましくない。
本発明に用いるポリエステル(a)の還元粘度は0.05〜0.5dl/gが好ましく、0.08〜0.45dl/gがより好ましく、0.09〜0.4dl/gがさらに好ましく、0.1〜0.35dl/gが特に好ましい。0.05dl/g未満であると強靭な架橋塗膜を得られないことがあり、0.50dl/gを超えるとシリコーン樹脂(b)との相容性が低下し重合体を得にくくなることがあるため、好ましくない。
本発明に用いるポリエステル(a)には、任意の方法で酸価を付与してもよい。酸価を付与することにより、硬化性の向上、基材との密着性改良等の効果が得られる場合がある。酸価を付与する方法としては重縮合後期に多価カルボン酸無水物を付加する解重合方法、プレポリマー(オリゴマー)の段階でこれを高酸価とし、次いでこれを重縮合し、酸価を有するポリエステル(a)を得る方法などがあるが、操作の容易さ、目標とする酸価を得易いことから前者の解重合方法が好ましい。
このような解重合方法での酸付加に用いられる多価カルボン酸無水物としては、特に限定されないが、例えば、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水コハク酸、無水トリメリト酸、無水ピロメリト酸、無水ヘキサヒドロフタル酸などが挙げられる。好ましくは無水トリメリト酸である。
本発明に用いるポリエステル(a)の酸価は300eq/t以下であることが必要である。280eq/t以下がより好ましく、250eq/t以下がさらに好ましい。300eq/tを超えると、耐熱性評価条件(300℃×30分間)で熱処理した際に分解物等の不純物が増加しやすくなり着色の原因になることがあるため、好ましくない。また、酸価が0eq/tでも良く、好ましくは1eq/t以上であり、より好ましくは5eq/t以上である。
本発明に用いるポリエステル(a)の製造方法としては、公知の方法をとることができるが、例えば、ジカルボン酸成分、ジオール成分及び必要に応じて3官能以上のポリカルボン酸成分またはその無水物、ポリオール成分を150〜250℃でエステル化反応させた後、減圧しながら230〜300℃で重縮合反応させることにより、ポリエステル(a)を得ることができる。あるいは、ポリカルボン酸のジメチルエステル等の誘導体とポリオール成分を用いて150℃〜250℃でエステル交換反応させた後、減圧しながら230℃〜300℃で重縮合反応させることにより、ポリエステル(a)を得ることができる。
本発明に用いるポリエステル(a)は非晶性でも結晶性でも差し支えないが、溶剤に対する溶解性の点で非晶性ポリエステルがより好ましい。
<シリコーン樹脂(b)>
本発明に用いるシリコーン樹脂(b)は、特に限定されないが、反応活性基としてシラノール基および/またはアルコキシ基を有する樹脂であることが好ましい。より好ましくは、式(2)〜(4)で示された構造単位のいずれか1以上を含む樹脂である。シリコーン樹脂(b)は芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素等でグラフトされても良い。シリコーン樹脂(b)としては、特に限定されないが、例えば、フェニルアルキル系シリコーン樹脂が使用できる。
本発明に用いるシリコーン樹脂(b)におけるシラノール基および/またはアルコキシ基の含有量は1〜20重量%が好ましく、2〜17重量%がより好ましい。1重量%未満であると、ポリエステル(a)との反応が不足し重合体を得にくくなることがあり、20重量%を超えると分岐構造が多くなりすぎ、重合体がゲル化する可能性があるため、好ましくない。
本発明に用いるシリコーン樹脂(b)の数平均分子量は500〜5,000が好ましく、700〜4,500がより好ましく、1,000〜4,000がさらに好ましい。500未満であると耐熱性が不十分となることがあり、5,000を超えるとポリエステルとの相容性が低下し重合体を得にくくなることがあるため、好ましくない。
本発明に用いるシリコーン樹脂(b)は、特に限定されないが、下記式(2)〜(4)で示された構造単位のいずれか1以上を含む樹脂であることが好ましい。
ここで、Rは、それぞれ独立して、直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基であり、炭素原子数は1〜20が好ましく、2〜10がより好ましく、3〜6がさらに好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基等の脂肪族炭化水素、フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等の脂環族炭化水素等が挙げられるがこれらに限定されない。Rは、それぞれ独立して、水素原子、または直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基であり、炭化水素基である場合の炭素原子数は1〜20が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜5がさらに好ましく、1〜2が最も好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基等の脂肪族炭化水素、フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等の脂環族炭化水素等が挙げられるがこれらに限定されない。これらシリコーン樹脂(b)は単独で、又は2以上を併用して使用することができる。
<シラン化合物(c)>
本発明に用いるシラン化合物(c)は、下記式(1)で示される構造である必要があり、下記(1)式の構造のものでない場合、硬化性、密着性、耐熱性のいずれか1以上が劣る傾向にある。
Si(OR4−n (1)
ここで、Rは、それぞれ独立して、直鎖構造、分岐構造、環状構造、および/またはヘテロ原子を有していてもよい基であり、炭素原子数は1〜20が好ましく、2〜10がより好ましく、3〜6がさらに好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基等の脂肪族炭化水素、フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等の脂環族炭化水素等が挙げられるがこれらに限定されない。Rは、それぞれ独立して、直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基であり、炭素原子数は1〜20が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜5がさらに好ましく、1〜2が最も好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基等の脂肪族炭化水素、フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等の脂環族炭化水素等が挙げられるがこれらに限定されない。nは0〜3の整数である。
シラン化合物(c)の分子量は特に限定されないが、500未満であることが好ましく、より好ましい分子量は450以下であり、さらに好ましくは分子量400以下である。また、分子量100以上であることが好ましい。
シラン化合物(c)は、特に限定されないが、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−ヘキシルトリエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、n−デシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、ヘキサメチルジシラザンが使用できる。これらシラン化合物(c)は単独で、又は2以上を併用して使用することができる。
シラン化合物(c)は、一般にアミノ基、エポキシ基、メルカプト基、イソシアナト基、水酸基等を含有するアルコキシシラン化合物等のシランカップリング剤も使用することができる。具体的には、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノジチオプロピルトリヒドロキシシラン、γ−(ポリエチレンアミノ)プロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノプロピル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)−エチレンジアミン、γ−ジブチルアミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基含有アルコキシシラン化合物、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−ウレイドエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン等のウレイド基含有アルコキシシラン化合物、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のエポキシ基含有アルコキシシラン化合物、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプト基含有アルコキシシラン化合物、γ−イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルメチルジエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルエチルジメトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルエチルジエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルトリクロロシラン等のイソシアナト基含有アルコキシシラン化合物、γ−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン等の水酸基含有アルコキシシラン化合物が使用できる。これらシラン化合物(c)は単独で、又は2以上を併用して使用することができる。
<硬化性樹脂>
本発明に係る硬化性樹脂は、ポリエステル(a)と、シリコーン樹脂(b)と、シラン化合物(c)を反応させて得られる樹脂である。
ポリエステル(a)は、硬化性樹脂組成中、5〜69重量%が好ましく、10〜60重量%がより好ましく、15〜50重量%がさらに好ましい。5重量%未満であると、密着性が低下することがあり、69重量%を超えると耐熱性が不十分となることがあるため、好ましくない。
シリコーン樹脂(b)は、硬化性樹脂組成中、10〜94重量%が好ましく、20〜88重量%がより好ましく、25〜82重量%がさらに好ましい。10重量%未満であると、耐熱性が不十分となることがあり、95重量%を超えると密着性が低下することがあるため、好ましくない。
シラン化合物(c)は、硬化性樹脂組成中、1〜50重量%が好ましく、2〜45重量%がより好ましく、3〜40重量%がさらに好ましい。1重量%未満であると、熱硬化した際の硬化性が不足することがあり、50重量%を超えると熱硬化後の塗膜収縮が大きくなり密着性が低下することがあるため、好ましくない。
ポリエステル(a)と、シリコーン樹脂(b)と、シラン化合物(c)の合計量は100重量%となることが好ましい。
本発明に係る硬化性樹脂の数平均分子量は500〜100,000が好ましく、1,000〜50,000がより好ましく、1,500〜20,000がさらに好ましく、2,000〜10,000が特に好ましく、2,500〜8,000が最も好ましい。500未満であると熱硬化後の塗膜強度が低くなることがあり、100,000を超えるとワニス粘度が高く塗工性が悪化することがあるため、好ましくない。
本発明に係る硬化性樹脂の外観は無色透明であることが好ましく、ガラス基材に塗布した硬化塗膜の色彩色差計(L*a*b*)でのb値は1未満であることが好ましい。また、300℃×30分間、空気中で熱処理を受けた後でも、熱処理前後のΔb値は1未満であることが好ましい。
本発明に係る硬化性樹脂に使用する溶剤は、硬化性樹脂を溶解する溶剤であれば特に制限されるものではないが、例えば、トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン、ソルベッソ100、ソルベッソ150、ソルベッソ200、テトラリン等の芳香族炭化水素系、デカリン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル等のエステル系、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、2−エチルヘキサノール等のアルコール系、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系、(ジ)エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジオキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系、セロソルブアセテート、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ系、カルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等のカルビトール類の各種溶剤を使用することができ、これら溶剤は単独で、又は2以上を併用して使用することができる。その中でも、(ジ)エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジオキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系、セロソルブアセテート、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ系、カルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等のカルビトール類のような高沸点溶剤を使用することが好ましい。
硬化性樹脂の製造方法としては、特に限定されないが、まず、ポリエステル(a)とシリコーン樹脂(b)を100〜250℃で常圧または減圧下で未反応のシラノール基またはアルコキシ基が重合体1分子あたり0.1〜20個残存するまで、好ましくは0.2〜15個、より好ましくは0.5〜10個残存するまで重合させる。ここで、重合体1分子あたりとは、ポリエステル(a)とシリコーン樹脂(b)から得られる重合体の数平均分子量あたりの重量(重量/数平均分子量)をいう。さらに、前記重合体にシラン化合物(c)を加え、100〜250℃で常圧または減圧しながら未反応のアルコキシ基が樹脂1分子あたり0.1〜30個残存するまで、好ましくは0.2〜20個、より好ましくは0.5〜6個残存するまで重合させることによって得ることができる。ここで、樹脂1分子あたりとは、前記重合体とシラン化合物(c)から得られる樹脂の数平均分子量あたりの重量(重量/数平均分子量)をいう。
シリコーン樹脂(b)の仕込み量は、特に限定されないが、ポリエステル(a)100重量部に対して、14重量部以上が好ましく、33重量部以上がより好ましく、50重量部以上がさらに好ましい。また、1880重量部以下が好ましく、880重量部以下がより好ましく、540重量部以下がさらに好ましい。少なすぎると耐熱性が不十分となることがあり、多すぎると密着性が低下することがある。
シラン化合物(c)の仕込み量は、特に限定されないが、ポリエステル(a)100重量部に対して、1重量部以上が好ましく、3重量部以上がより好ましく、6重量部以上がさらに好ましい。また、1000重量部以下が好ましく、450重量部以下がより好ましく、260重量部以下がさらに好ましい。少なすぎると熱硬化した際の硬化性が不足することがあり、多すぎると熱硬化後の塗膜収縮が大きくなり密着性が低下することがある。
前記ポリエステル(a)とシリコーン樹脂(b)を反応させたときの重合状態の管理(未反応のシラノール基またはアルコキシ基の残存個数)は以下の式で行うことができる。
シラノール残存個数(個/分子)={ポリエステルの水酸基当量(eq/t)×ポリエステルの仕込み量(重量部)+シリコーン樹脂の水酸基当量(eq/t)×シリコーン樹脂の仕込み量(重量部)}/10−2×脱水量(重量部)/18/(ポリエステルとシリコーン樹脂の総仕込み量−脱水量(重量部))×重合体の数平均分子量/2
アルコキシ残存個数(個/分子)={シリコーン化合物のアルコキシ基当量(eq/t)×シリコーン化合物の仕込み量(重量部)/10−脱アルコール量(重量部)/脱離アルコールの分子量)}/(ポリエステルとシリコーン樹脂の総仕込み量−脱アルコール量(重量部))×重合体の数平均分子量
さらにシラン化合物(c)を反応させたときの重合状態の管理(硬化性樹脂としての未反応のアルコキシ基の残存個数)は以下の式で行うことができる。
アルコキシ残存個数(個/分子)={シラン化合物のアルコキシ基当量(eq/t)×シラン化合物の仕込み量(重量部)/10−脱アルコール量(重量部)/脱離アルコールの分子量)}/(ポリエステルとシリコーン樹脂とシラン化合物の総仕込み量−脱水量−脱アルコール量(重量部))×硬化性樹脂の数平均分子量
本発明に係る硬化性樹脂に含まれる未反応のアルコキシ基残存個数は、硬化性樹脂を重クロロホルムに溶解し、29Si−NMR、H−NMR、13C−NMRを測定し、得られたピーク面積比から同定した組成比から算出することができる。好ましい未反応のアルコキシ基の残存個数は0.1〜30個/分子であり、より好ましくは0.2〜20個/分子、さらに好ましくは0.5〜6個/分子である。ここで、未反応のアルコキシ基の残存個数(個/分子)は、硬化性樹脂1分子(硬化性樹脂の数平均分子量)あたりの未反応のアルコキシ基の個数をいう。前記範囲を満足することで、密着性や硬化性を維持しつつ、300℃で30分間の熱処理をした場合であっても、不純物の増加や着色を抑え得る耐熱性を発揮することが可能となる。
本発明に係る硬化性樹脂は、前記ポリエステル(a)、シリコーン樹脂(b)、シラン化合物(c)以外の第三成分を含有しても差し支えない。第三成分としては、例えば、酸化防止剤、光安定剤、フィラー等が挙げられる。
第三成分として、酸化防止剤を使用する場合は、本発明に係る硬化性樹脂が高温高湿度環境に長期間曝される場合に有効であり、例えば、ヒンダードフェノール系として、1,3,5−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、1,1,3−トリ(4−ヒドロキシ−2−メチル−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,1−ビス(3−t−ブチル−6−メチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタン、3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ−ベンゼンプロパノイック酸、ペンタエリトリチルテトラキス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、3−(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ−5−メチル−ベンゼンプロパノイック酸、3,9−ビス[1,1−ジメチル−2−[(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニロキシ]エチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、リン系として、3,9−ビス(p−ノニルフェノキシ)−2,4,8,10−テトラオキサ−3,9−ジフォスファスピロ[5.5]ウンデカン、3,9−ビス(オクタデシロキシ)−2,4,8,10−テトラオキサ−3,9−ジフォスファスピロ[5.5]ウンデカン、トリ(モノノニルフェニル)フォスファイト、トリフェノキシフォスフィン、イソデシルフォスファイト、イソデシルフェニルフォスファイト、ジフェニル2−エチルヘキシルフォスファイト、ジノニルフェニルビス(ノニルフェニル)エステルフォスフォラス酸、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ジトリデシルフォスファイト−5−t−ブチルフェニル)ブタン、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト、ペンタエリスリトールビス(2,4−ジ−t−ブチルフェニルフォスファイト)、2,2’−メチレンビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)2−エチルヘキシルフォスファイト、ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジフォスファイト、チオエーテル系として4,4’−チオビス[2−t−ブチル−5−メチルフェノール]ビス[3−(ドデシルチオ)プロピオネート]、チオビス[2−(1,1−ジメチルエチル)−5−メチル−4,1−フェニレン]ビス[3−(テトラデシルチオ)−プロピオネート]、ペンタエリスリトールテトラキス(3−n−ドデシルチオプロピオネート)、ビス(トリデシル)チオジプロピオネートが挙げられ、これらを単独に、または複合して使用できる。使用量は硬化性樹脂に対して0.01〜10重量%が好ましい。10重量%を超えると、密着性、耐熱性等に悪影響を与える場合がある。
第三成分として、光安定剤を使用する場合は、本発明に係る硬化性樹脂に耐候性が求められる場合に有効であり、例えば、ベンゾトリアゾール系光安定剤、ベンゾフェノン系光安定剤、ヒンダートアミン系光安定剤、ニッケル系光安定剤、ベンゾエート系光安定剤等が適宜使用できる。ベンゾトリアゾール系光安定剤としては、例えば、2−(3,5−ジ−tert−アミル−2’ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−tert−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−p−クレゾール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)−ベンゾトリアゾール、2,4−ジ−tert−ブチル−6−(5−クロロベンゾトリアゾール−2−イル) フェノール,2−[2−ヒドロキシ−3,5−ジ(1,1−ジメチルベンジル)]−2H−ベンゾトリアゾール等が挙げられるが、これらに限定されない。ベンゾフェノン系光安定剤としては、2−ヒドロキシ−4−(オクチルオキシ)ベンゾフェノン、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ-ベンゾフェノン−5−サルフォニックアシッド、2−ヒドロキシ−4−n―ドデシロキシベンゾフェノン、ビス(5−ベンゾイル−4−ヒドロキシ−2−メトキシフェニル)メタン、2−2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン等が挙げられるが、これらに限定されない。ヒンダートアミン系光安定剤としては、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、コハク酸ジメチル・1−(2−ヒドロキシエチル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン重縮合物、ポリ[{6−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル} {(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン〈2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}]、1,3,5−トリス(3,5−ジ−tert―ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−s−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)トリオン、トリス(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)−s−トリアジン−2,4,6−[1H,3H,5H)トリオン等が挙げられるが、これらに限定されない。ニッケル系光安定剤としては、[2,2’−チオ-ビス(4−tert−オクチルフェノレート)]−2−エチルヘキシルアミン−ニッケル−(II)、ニッケルジブチルジチオカルバメート、[2’,2’−チオ−ビス(4−tert−オクチルフェノレート)]n−ブチルアミン−ニッケル等が挙げられるが、これらに限定されない。ベンゾエート系光安定剤としては、2,4−ジ−t−ブチルフェニル−3,5’−ジ−tert−ブチル‐4’‐ヒドロキシベンゾエート等が挙げられるが、これらに限定されない。これらの光安定剤を単独に、または複合して使用できる。使用量は硬化性樹脂に対して0.01〜10重量%が好ましい。0.01重量%未満だと耐侯性効果に乏しくなることがあり、10重量%を超えると、密着性、耐熱性等に悪影響を与える場合がある。
第三成分として、フィラーを使用することで、さらなる耐熱性の向上が期待できる。フィラーとしては、特に限定されないが、例えば、シリカ、タルク、マイカ、硫酸バリウム、酸化インジウムなどが挙げられる。これらのフィラーを単独に、または複合して使用できる。
以下に、本発明を実施例により説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。なお、各実施例における特性値の評価は、以下の方法によって行った。
(1)樹脂組成の測定
ポリエステルおよび硬化性樹脂の試料を、重クロロホルムに溶解し、VARIAN社製 NMR装置400−MRを用いて、H−NMR分析を行ってその積分値比より、モル比を求めた。
(2)数平均分子量の測定
ポリエステルおよび硬化性樹脂の試料を、樹脂濃度が0.5重量%程度となるようにテトラヒドロフランで溶解および/または希釈し、孔径0.5μmのポリ四フッ化エチレン製メンブレンフィルターで濾過したものを測定用試料として、テトラヒドロフランを移動相とし、示差屈折計を検出器とするゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により分子量を測定した。流速は1mL/分、カラム温度は30℃とした。カラムには昭和電工製KF−802、804L、806Lを用いた。分子量標準には単分散ポリスチレンを使用した。
(3)還元粘度(dl/g)の測定
ポリエステルの試料0.1gをフェノール/テトラクロロエタン(重量比6/4)の混合溶媒25ccに溶解し、30℃で測定した。
(4)酸価の測定
ポリエステルの試料0.2gを40mlのクロロホルムに溶解し、0.01Nの水酸化カリウムエタノール溶液で滴定し、カルボキシル基含有樹脂10gあたりの当量(eq/t)を求めた。指示薬にはフェノールフタレインを用いた。
(5)試験片の作成
ガラス板(125mm×125mm×1mm)の片面に、硬化性樹脂を乾燥後の膜厚が10〜20μmになるようにワイヤーバーで塗布し、熱硬化条件160℃×30分間として熱風乾燥機を用いて熱処理を行い、これを試験片とした(以下、試験片という)。
<硬化性>
硬化性樹脂を、厚さ18μmの電解銅箔の光沢面に乾燥後の厚みが10〜20μmとなるようにワイヤーバーで塗布し、熱硬化条件160℃×30分間として熱風乾燥機を用いて熱処理を行い、硬化膜を形成した積層体を得た。この積層体を2.5cm×10cmの大きさにカットし、60分間テトラヒドロフラン(THF)中に浸漬し、浸漬前後の重量を測定し、重量の残存率をゲル分率とした。
ゲル分率(重量%)=[(THF浸漬後の重量−電解銅箔の重量)/(THF浸漬前の重量−電解銅箔の重量)]×100
判定基準
○:60%以上
△:40%以上60%未満
×:40%未満
<密着性>
試験片を、JIS−K5600に準拠して、1mmの碁盤目を100ヶ所作り、セロテープによる剥離試験をおこない碁盤目の剥離状態を観察した。
判定基準
○:100/100で剥離なし
△:70〜99/100
×:0〜69/100
<耐熱性>
試験片を、耐熱性評価条件300℃×30分間として熱風乾燥機を用いて熱処理を行った。測色色差計Color Meter ZE 2000(日本電色工業(株)製)を用い、熱処理前後の試験片を、試験片の硬化性樹脂層側からJIS−Z8722記載の方法に従って測定し、L*a*b*表色系で表したときのΔb値で評価した。Δb値とは、耐熱性試験前後のb値の差(試験後のb値−試験前のb値)をいう。
判定基準
○:Δb値1未満
△:Δb値1以上2未満
×:Δb値2以上
直接重合法によるポリエステル(a)の合成例(1)
攪拌機、コンデンサー、温度計を具備した10L四つ口フラスコに、テレフタル酸697重量部、イソフタル酸1510重量部、無水トリメリト酸134重量部、エチレングリコール1042重量部、ネオペンチルグリコール1165重量部、触媒としてテトラ−n−ブチルチタネート(以下、TBTと略記する場合がある)0.95重量部(全酸成分に対して0.02モル%)を仕込み、4時間かけて240℃まで徐々に昇温しながら、エステル化反応を行った。次いで、系内を徐々に減圧していき、30分かけて10mmHgまで減圧して初期重合を行うとともに温度を250℃まで昇温し、さらに1mmHg以下の真空下で10分間後期重合を行ない、本発明のポリエステル(合成例(1))を得た。得られたポリエステルの数平均分子量は3,000、還元粘度は0.17dl/g、酸価は20eq/tであった。
直接重合法によるポリエステル(a)の合成例(2)、(3)、比較合成例(1)、(2)
合成例(1)と同様に直接重合法にて、但し仕込み組成を変更して、樹脂組成が表1に示されるような本発明のポリエステル(合成例(2)、(3)、比較合成例(1)、(2))を製造した。
直接重合法によるポリエステル(a)の合成例(4)
攪拌機、コンデンサー、温度計を具備した10L四つ口フラスコに、イソフタル酸1955重量部、アジピン酸191重量部、2−メチル−1,3−プロパンジオール1531重量部、ネオペンチルグリコール817重量部、トリメチロールプロパン175重量部、触媒としてテトラ−n−ブチルチタネート(以下、TBTと略記する場合がある)0.89重量部(全酸成分に対して0.02モル%)を仕込み、4時間かけて240℃まで徐々に昇温しながら、エステル化反応を行った。次いで、系内を徐々に減圧していき、30分かけて10mmHgまで減圧して初期重合を行うとともに温度を250℃まで昇温し、さらに1mmHg以下の真空下で12分間後期重合を行なった。次いで、常圧に戻したのち、30分かけて220℃まで冷却し、無水トリメリト酸50重量部を加え220℃で30分かけて反応を行い、本発明のポリエステル(合成例(4))を得た。得られたポリエステルの数平均分子量は4,000、還元粘度は0.20dl/g、酸価は250eq/tであった。
直接重合法によるポリエステル(a)の比較合成例(2)
合成例(4)と同様に直接重合法にて、但し仕込み組成を変更して、樹脂組成が表1に示されるような本発明のポリエステル(比較合成例(2))を製造した。
エステル交換法によるポリエステル(a)の合成例(5)
攪拌機、コンデンサー、温度計を具備した10L四つ口フラスコに、テレフタル酸ジメチル820重量部、イソフタル酸ジメチル1777重量部、無水トリメリト酸135重量部、エチレングリコール1048重量部、ネオペンチルグリコール1172重量部、触媒としてテトラ−n−ブチルチタネート(以下、TBTと略記する場合がある)0.96重量部(全酸成分に対して0.02モル%)を仕込み、4時間かけて220℃まで徐々に昇温しながら、エステル化反応を行った。次いで、系内を徐々に減圧していき、30分かけて10mmHgまで減圧して初期重合を行うとともに温度を250℃まで昇温し、さらに1mmHg以下の真空下で10分間後期重合を行ない、本発明のポリエステル(合成例(5))を得た。直接重合法で得られた合成例(1)の性能と差異はなく、組成と特性値を表1に示す。
硬化性樹脂の合成例(6)
攪拌機、ディーンスターク装置、温度計を具備した1L四つ口フラスコに、ブチルカルビトールアセテート242重量部を加え、80℃まで加熱した。次いで、合成例(1)のポリエステル66重量部、217 FLAKE RESIN(東レダウコーニング社製シリコーンレジン、シラノール基含有量6重量%)210重量部を添加して攪拌し、溶解した。その後1時間かけて200℃まで徐々に昇温し、脱水反応を行った。溜出した水の量が、反応率が45%となる1.36重量部になったことを確認したのち30分かけて150℃まで降温した。次いでn−デシルトリメトキシシラン24重量部を添加し、150℃で脱アルコール反応を行った。溜出したメタノールの量が、反応率が34%となる3.00重量部になったことを確認したのち1時間かけて室温まで冷却し、ブチルカルビトールアセテートを加えて固形分を50重量%に調整し、本発明の硬化性樹脂(合成例(6))を得た。得られた硬化性樹脂の数平均分子量は4,000、未反応のアルコキシ基残存個数は2.4個/分子であった。
硬化性樹脂の合成例(7)〜(11)、比較合成例(5)、(6)、(8)
合成例(6)と同様にして、但し仕込み組成を変更して、樹脂組成が表2に示されるような本発明の硬化性樹脂(合成例(7)〜(11)、比較合成例(5)、(6)、(8))を製造した。比較合成例(5)については、樹脂層と溶剤層に分離しており製造できなった。
比較合成例(3)
攪拌機、ディーンスターク装置、温度計を具備した1L四つ口フラスコに、ブチルカルビトールアセテート243重量部を加え、80℃まで加熱した。次いで、合成例(2)のポリエステル42重量部、合成例(3)のポリエステル69重量部、Z−6018(東レダウコーニング社製シリコーンレジン、シラノール基含有量6重量%)99重量部、233 FLAKE RESIN(東レダウコーニング社製シリコーンレジン、シラノール基含有量6重量%)90重量部を添加して攪拌し、溶解した。その後1時間かけて200℃まで徐々に昇温し、脱水反応を行った。溜出した水の量が2.6重量部になったことを確認したのち1.5時間かけて室温まで冷却し、ブチルカルビトールアセテートを加えて固形分を50重量%に調整し、比較合成例(3)の樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は5,000であった。
比較合成例(4)
攪拌機、ディーンスターク装置、温度計を具備した1L四つ口フラスコに、ブチルカルビトールアセテート105重量部を加え、80℃まで加熱した。次いで、217 FLAKE RESIN(東レダウコーニング社製シリコーンレジン、シラノール基含有量6重量%)117重量部、フェニルトリメトキシシラン13重量部を添加して攪拌し、溶解した。その後30分かけて150℃まで昇温し、脱アルコール反応を行った。溜出したメタノールの量が2.15重量部になったことを確認したのち1時間かけて室温まで冷却し、ブチルカルビトールアセテートを加えて固形分を50重量%に調整し、比較合成例(2)の樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は2,500であった。
比較合成例(7)
攪拌機、ディーンスターク装置、温度計を具備した1L四つ口フラスコに、ブチルカルビトールアセテート244重量部を加え、80℃まで加熱した。次いで、合成例(1)のポリエステル66重量部、217 FLAKE RESIN(東レダウコーニング社製シリコーンレジン、シラノール基含有量6重量%)210重量部を添加して攪拌し、溶解した。その後1時間かけて200℃まで徐々に昇温し、脱水反応を行った。溜出した水の量が、1.36重量部になったことを確認したのち30分かけて150℃まで降温した。次いでテトラエトキシシラン24重量部を添加したのち1時間かけて室温まで冷却し、ブチルカルビトールアセテートを加えて固形分を50重量%に調整し、比較合成例(7)の樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は2,000であった。
Z−6018:東レダウコーニング(株)製シリコーンレジン、数平均分子量2,000、シラノール基含有量6重量%
217 FLAKE RESIN:東レダウコーニング(株)製シリコーンレジン、数平均分子量2,000、シラノール基含有量6重量%
220 FLAKE RESIN:東レダウコーニング(株)製シリコーンレジン、数平均分子量3,000、シラノール基含有量6重量%
233 FLAKE RESIN:東レダウコーニング(株)製シリコーンレジン、数平均分子量3,000、シラノール基含有量6重量%
3074 INTERMEDIATE:東レダウコーニング(株)製シリコーンレジン、数平均分子量1,400、メトキシ基含有量17重量%
樹脂ワニスの製造例
合成例(1)のポリエステルをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解して固形分50重量%の樹脂ワニスを調製した。
実施例(1)
合成例(6)の樹脂ワニスを前述した方法により塗布、熱処理を行い本発明の塗装ガラス板の試験片を得た。試験片を評価した結果を表3に示した。
実施例(2)〜(6)、比較例(1)〜(6)
実施例(1)と同様にして、前述した方法により塗布、熱処理を行い本発明の塗装ガラス板の試験片を得た。試験片を評価した結果を表3に示した。
表3で明らかなように、本発明の硬化性樹脂から得られた塗膜は、その硬化性、密着性、耐熱性のいずれもが優れている。
本発明に係る硬化性樹脂は、硬化性、耐熱性、密着性に優れるため、各種バインダー用途に好適である。特に、高耐熱額縁インキ用バインダー用途に好適である。

Claims (5)

  1. 数平均分子量が500〜10,000、かつ酸価が300eq/t以下であるポリエステル(a)と、シリコーン樹脂(b)と、下記式(1)で示されるシラン化合物(c)を反応させてなり、未反応のアルコキシ基が1分子あたり0.1〜30個含有し、前記シリコーン樹脂(b)の数平均分子量が500〜5,000であり、かつシラノール基および/またはアルコキシ基を1〜20重量%含有する硬化性樹脂。
    (式中、R1は、それぞれ独立して、炭素原子数が1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造、および/またはヘテロ原子を有していてもよい基であり、R2は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基、nは0〜3の整数である)
  2. 前記シリコーン樹脂(b)が下記式(2)〜(4)で示される構造単位のいずれか1以上を含む請求項1記載の硬化性樹脂。
    (式中、Rは、それぞれ独立して、炭素原子数が1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基であり、Rは、それぞれ独立して、水素原子、または炭素原子数が1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基である)
  3. 請求項1〜のいずれか1項に記載の硬化性樹脂を含むインキ。
  4. 請求項1〜のいずれか1項に記載の硬化性樹脂を含む接着剤。
  5. 請求項1〜のいずれかに記載の硬化性樹脂の製造方法であって、ポリエステル(a)と、数平均分子量が500〜5,000であり、かつシラノール基および/またはアルコキシ基を1〜20重量%含有するシリコーン樹脂(b)を、未反応のシラノール基またはアルコキシ基が1分子あたり0.1〜20個残存するまで重合させた後、さらに、シラン化合物(c)を、未反応のアルコキシ基が1分子あたり0.1〜30個残存するまで重合させる硬化性樹脂の製造方法。
    (式中、Rは、それぞれ独立して、炭素原子数が1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造、および/またはヘテロ原子を有していてもよい基であり、Rは、それぞれ独立して、炭素原子数1〜20の直鎖構造、分岐構造、環状構造を有していてもよい炭化水素基、nは0〜3の整数である)
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