以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明のブロック共重合体は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の間に(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)が位置する構造を有し、該(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(a2)は、それぞれ部分構造(1)を有する。
なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは「メタクリル」と「アクリル」との総称を意味し、後述する「(メタ)アクリロイル」は「メタクリロイル」と「アクリロイル」との総称を意味し、後述する「(メタ)アクリレート」は「メタクリレート」と「アクリレート」との総称を意味する。
部分構造(1)は、活性エネルギー線の照射によって重合性を示す。この結果、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は活性エネルギー線の照射によって硬化して硬化物となる。なお、本明細書において活性エネルギー線とは、光線、電磁波、粒子線およびこれらの組み合わせを意味する。光線としては遠紫外線、紫外線(UV)、近紫外線、可視光線、赤外線などが挙げられ、電磁波としてはX線、γ線などが挙げられ、粒子線としては電子線(EB)、プロトン線(α線)、中性子線などが挙げられる。硬化速度、照射装置の入手性、価格等の観点から、これら活性エネルギー線の中でも紫外線、電子線が好ましく、紫外線がより好ましい。
部分構造(1)は、下記一般式(1)で示される。
(式中、R
1は水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す)
上記一般式(1)中、R1が表す炭素数1〜20の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、2−エチルブチル基、3−エチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、n−デシル等のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基などのアラルキル基が挙げられる。中でも、活性エネルギー線硬化性の観点から水素原子、メチル基およびエチル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、基材に塗工して、活性エネルギー線を照射することにより硬化させて硬化物として用いた後に、例えば廃棄等の必要が生じる場合がある。その際に、かかる硬化物が基材から容易に剥離、例えば湿熱分解法により容易に剥離できることが望ましい。硬化後に優れた湿熱分解性を有する観点から、上記部分構造(1)は、下記一般式(2)で示される部分構造(以下「部分構造(2)」と称する)の一部であることが好ましい。
(式中、R
1は水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R
2およびR
3はそれぞれ独立して炭素数1〜6の炭化水素基を表し、XはO、S、またはN(R
6)(R
6は水素原子または炭素数1〜6の炭化水素基を表す)を表し、nは1〜20の整数を表す)
上記一般式(2)中、R1が表す炭素数1〜20の炭化水素基の具体例および好適例としては、上記一般式(1)のR1と同様の炭化水素基が挙げられる。
上記一般式(2)中、R2およびR3がそれぞれ独立して表す炭素数1〜6の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、2−エチルブチル基、3−エチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基等のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基等のアリール基などが挙げられる。中でも、活性エネルギー線硬化性および湿熱分解性の観点から、メチル基およびエチル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。
上記一般式(2)中、XはO、SまたはN(R6)(R6は水素原子または炭素数1〜6の炭化水素基を表す)を表し、重合制御のしやすさからOが好ましい。XがN(R6)である場合、R6が表す炭素数1〜6の炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、2−エチルブチル基、3−エチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基等のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基などが挙げられる。
上記一般式(2)中、nが表す1〜20の整数は、活性エネルギー線硬化性組成物の流動性と硬化速度の観点から2〜5であることが好ましい。
本発明のブロック共重合体およびこれを含有する活性エネルギー線硬化性組成物は、該ブロック共重合体における、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)が有する部分構造(1)の含有量(N1)が、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)が有する部分構造(1)の含有量(N2)よりも多いことで、低粘度で、活性エネルギー線の照射による硬化速度が速く、得られる硬化物は柔軟性に優れる。かかる観点から(N1)/((N1)+(N2))の値は、0.5を超え、0.6以上が好ましく、0.7以上がより好ましい。
なお、上記(N1)は本発明のブロック共重合体を構成する全単量体単位に対する(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)が有する部分構造(1)のモル分率を、上記(N2)は本発明のブロック共重合体を構成する全単量体単位に対する(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)が有する部分構造(1)のモル分率を、それぞれ意味する。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)に含まれる部分構造(1)の数は、3個以上であることが好ましく、5個以上であることがより好ましい。また、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)に含まれる部分構造(1)の数は、1個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)の数平均分子量(Mna1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の数平均分子量である(Mna2)は、特に制限されないが、得られるブロック共重合体の取り扱い性、流動性、力学特性等の点から、それぞれ500〜100,000の範囲内であることが好ましく、1,000〜10,000の範囲内であることがより好ましい。なお、本明細書において数平均分子量および後述する分子量分布はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法(標準ポリスチレン換算)により測定される値である。
前記(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)の数平均分子量(Mna1)と、前記(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の数平均分子量(Mna2)との比率(Mna1:Mna2)は、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物に活性エネルギー線を照射して得られる硬化物の柔軟性を高める観点から、40:60〜60:40が好ましく、45:55〜55:45であることがより好ましい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)における部分構造(1)の含有量(すなわち、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)を構成する全単量体単位に対する部分構造(1)のモル分率)(na1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)における部分構造(1)の含有量((メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を構成する全単量体単位に対する部分構造(1)のモル分率)(na2)は、特に限定されないが、それぞれ0.2〜100モル%の範囲が好ましく、10〜90モル%の範囲がより好ましく、25〜80モル%の範囲がさらに好ましい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)は、それぞれ(メタ)アクリル酸エステルを含有する単量体を重合することにより形成される単量体単位を含む。かかる(メタ)アクリル酸エステルとしては、1個の(メタ)アクリロイル基を有する単官能(メタ)アクリル酸エステルおよび2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ)アクリル酸エステルを使用することができる。
かかる単官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ナフチル、(メタ)アクリル酸2−(トリメチルシリルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸3−(トリメチルシリルオキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸グリシジル、γ−((メタ)アクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(メタ)アクリル酸のエチレンオキサイド付加物、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル−2−パーフルオロブチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロメチル、(メタ)アクリル酸ジパーフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロメチル−2−パーフルオロエチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロデシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキサデシルエチルなどが挙げられる。これらの中でも、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸t−ブチル等の、炭素数5以下のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルが好ましく、メタクリル酸メチルが最も好ましい。
また、上記多官能(メタ)アクリル酸エステルとして、下記一般式(3)で示される2官能(メタ)アクリル酸エステル(以下、「ジ(メタ)アクリレート(3)」と称する)を用いると、後述する条件下でリビングアニオン重合することで、一方の(メタ)アクリロイル基(下記一般式(3)中「CH2=C(R5)C(O)O」で示される(メタ)アクリロイル基)が選択的に重合して、部分構造(2)を有する(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および/または(a2)が得られることから好ましい。
(式中、R
2およびR
3はそれぞれ独立して炭素数1〜6の炭化水素基を表し、R
4およびR
5はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基を表し、nは1〜20の整数を表す)
上記一般式(3)中、R2およびR3が表す炭素数1〜6の炭化水素基の例としては上記一般式(2)のR2およびR3と同様の炭化水素基が挙げられる。上記一般式(3)中、nが表す1〜20の整数は、ブロック共重合体および活性エネルギー線硬化性組成物の流動性と硬化速度の観点から2〜5であることが好ましい。
重合の選択性を高める観点から、R4はメチル基であることが好ましい。また、ジ(メタ)アクリレート(3)の生産性の観点から、R4およびR5は同じであることが好ましい。以上の観点から、R4およびR5は共にメチル基であることが最も好ましい。
ジ(メタ)アクリレート(3)の具体例としては、例えば1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジメチルブタン−1,4−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジメチルペンタン−1,5−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジメチルヘキサン−1,6−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジエチルプロパン−1,3−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジエチルブタン−1,4−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジエチルペンタン−1,5−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジエチルヘキサン−1,6−ジオールジ(メタ)アクリレートなどが挙げられ、1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルブタン−1,4−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルペンタン−1,5−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルヘキサン−1,6−ジオールジメタクリレート、1,1−ジエチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート、1,1−ジエチルブタン−1,4−ジオールジメタクリレート、1,1−ジエチルペンタン−1,5−ジオールジメタクリレート、および1,1−ジエチルヘキサン−1,6−ジオールジメタクリレートが好ましく、1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルブタン−1,4−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルペンタン−1,5−ジオールジメタクリレート、および1,1−ジメチルヘキサン−1,6−ジオールジメタクリレートがより好ましい。
これら(メタ)アクリル酸エステルは1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)中の(メタ)アクリル酸エステルから形成される単量体単位は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)を形成する全構成単位に対して、80モル%以上であることが好ましく、90モル%以上であることがより好ましく、95モル%以上であることがさらに好ましく、100モル%であってもよい。また、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)がジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体から形成されている場合、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)中の、ジ(メタ)アクリレート(3)から形成される単量体単位の含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)を形成する全単量体単位に対して、0.2〜100モル%の範囲が好ましく、10〜90モル%の範囲がより好ましく、25〜80モル%の範囲がさらに好ましい。さらに、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)が、メタクリル酸メチルとジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体から形成されている場合、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)中の、メタクリル酸メチルから形成される単量体単位の含有量とジ(メタ)アクリレート(3)から形成される単量体単位の合計量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)を形成する全単量体単位に対して、80〜100モル%の範囲が好ましく、90〜100モル%の範囲がより好ましく、95〜100モル%の範囲がさらに好ましく、100モル%であってもよい。
同様に、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)中の(メタ)アクリル酸エステルから形成される単量体単位のそれぞれの含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成する全構成単位に対して、80モル%以上であることが好ましく、90モル%以上であることがより好ましく、95モル%以上であることがさらに好ましく、100モル%であってもよい。また、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)がジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体から形成されている場合、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)中の、ジ(メタ)アクリレート(3)から形成される単量体単位の含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成する全単量体単位に対して、0.2〜100モル%の範囲が好ましく、10〜90モル%の範囲がより好ましく、25〜80モル%の範囲がさらに好ましい。さらに、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)が、メタクリル酸メチルとジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体から形成されている場合、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)中の、メタクリル酸メチルから形成される単量体単位の含有量とジ(メタ)アクリレート(3)から形成される単量体単位の合計量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成する全単量体単位に対して、80〜100モル%の範囲が好ましく、90〜100モル%の範囲がより好ましく、95〜100モル%の範囲がさらに好ましく、100モル%であってもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)は、上記(メタ)アクリル酸エステル以外の他の単量体から形成される単量体単位を有していてもよい。該他の単量体としては、例えば、α−メトキシアクリル酸メチル、α−エトキシアクリル酸メチルなどのα−アルコキシアクリル酸エステル;クロトン酸メチル、クロトン酸エチルなどのクロトン酸エステル;3−メトキシアクリル酸エステルなどの3−アルコキシアクリル酸エステル;N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−t−ブチル(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,N−ジエチル(メタ)アクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド;2−フェニルアクリル酸メチル、2−フェニルアクリル酸エチル、2−ブロモアクリル酸n−ブチル、2−ブロモメチルアクリル酸メチル、2−ブロモメチルアクリル酸エチル、メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、メチルイソプロペニルケトン、エチルイソプロペニルケトンなどが挙げられる。これら他の単量体は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。上記他の単量体により形成される単量体単位の含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を構成する全単量体単位に対して、それぞれ10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましい。
本発明のブロック共重合体は、活性エネルギー線硬化性基を有さない(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)を含んでいる。
なお本明細書において、活性エネルギー線硬化性基とは、上記活性エネルギー線の照射により重合性を示す官能基を意味する。活性エネルギー線硬化性基としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニル基、アリル基、ビニルオキシ基、1,3−ジエニル基、スチリル基等のエチレン性二重結合(特に一般式CH2=CR−(式中、Rはアルキル基または水素原子)で示されるエチレン性二重結合)を有する官能基;エポキシ基、オキセタニル基、チオール基、マレイミド基等が挙げられる。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)は、(メタ)アクリル酸エステルを含有する単量体を重合することにより形成される単量体単位からなり、かつ上述した活性エネルギー線硬化性基を有さない重合体ブロックである。
かかる(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ナフチル、(メタ)アクリル酸2−(トリメチルシリルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸3−(トリメチルシリルオキシ)プロピルなどのモノ(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。この中でも、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ドデシル等の炭素数4以上のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル;メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ドデシルなどの炭素数6以上のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルが好ましい。なお、これら(メタ)アクリル酸エステルは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)中の(メタ)アクリル酸エステルにより形成される単量体単位の含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)を形成する全単量体単位に対して、80モル%以上であることが好ましく、90モル%以上であることがより好ましく、95モル%以上であることがさらに好ましく、100モル%であってもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)は、(メタ)アクリル酸エステル以外の他の単量体に由来する単量体単位を有していてもよい。該他の単量体としては、α−メトキシアクリル酸メチル、α−エトキシアクリル酸メチル等のα−アルコキシアクリル酸エステル;クロトン酸メチル、クロトン酸エチル等のクロトン酸エステル;3−メトキシアクリル酸エステル等の3−アルコキシアクリル酸エステル;N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−t−ブチル(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,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド;メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、メチルイソプロペニルケトン、エチルイソプロペニルケトンなどが挙げられる。これらの他の単量体は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。上記他の単量体により形成される単量体単位の含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)を形成する全単量体単位に対して、10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の数平均分子量(Mnb)は、特に制限されないが、得られるブロック共重合体の取り扱い性、流動性、力学特性等の点から、3,000〜200,000の範囲内であることが好ましく、5,000〜50,000の範囲内であることがより好ましい。
本発明のブロック共重合体における(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の含有量は、特に制限されないが、10〜95質量%であることが好ましく、50〜90質量%であることがより好ましい。かかる含有量が10質量%以上であると、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物を硬化して得られる硬化物は柔軟性に優れる傾向となり、95質量%以下であると、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物に活性エネルギー線を照射した場合の硬化速度に優れる傾向となる。
本発明のブロック共重合体の数平均分子量は、特に制限されないが、取り扱い性、流動性、力学特性等の観点から、4,000〜400,000であることが好ましく、7,000〜70,000であることがより好ましい。本発明のブロック共重合体の分子量分布、すなわち重量平均分子量/数平均分子量は2.00以下が好ましく、1.02〜2.00の範囲がより好ましく、1.05〜1.80の範囲がさらに好ましく、1.10〜1.50の範囲が最も好ましい。
本発明のブロック共重合体を形成する全単量体単位に対する部分構造(1)の含有量((N1)+(N2))は、0.1〜20モル%の範囲であることが好ましく、2〜15モル%の範囲であることがより好ましく、2.5〜10モル%の範囲がさらに好ましい。
本発明のブロック共重合体1分子あたりの部分構造(1)は、合計で4個以上であることが硬化速度の点から好ましく、8個以上であることがより好ましい。
本発明のブロック共重合体は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)がそれぞれ末端に位置することが好ましい。また、本発明のブロック共重合体は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)、(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)以外の他の重合体ブロック(例えば(メタ)アクリル酸エステルに由来する単量体単位を有さない重合体ブロック)を有していてもよいが、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物から得られる硬化物の柔軟性を阻害しない観点から、これら他の重合体ブロックは、いずれも活性エネルギー線硬化性基を有さないことが好ましい。(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の間に位置すれば複数あってもよいが、製造容易性の観点から、1つの(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の両端に、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)がそれぞれ結合したトリブロック共重合体が好ましい。
本発明におけるブロック共重合体の製造方法は特に限定されないが、アニオン重合法またはラジカル重合法が好ましく、重合制御の観点からリビングアニオン重合法またはリビングラジカル重合法がより好ましく、リビングアニオン重合法がさらに好ましい。
リビングラジカル重合法としては、ポリスルフィドなどの連鎖移動剤を用いる重合法、コバルトポルフィリン錯体を用いる重合法、ニトロキシドを用いる重合法(国際公開第2004/014926号参照)、有機テルル化合物などの高周期ヘテロ元素化合物を用いる重合法(特許第3839829号公報参照)、可逆的付加脱離連鎖移動重合法(RAFT)(特許第3639859号公報参照)、原子移動ラジカル重合法(ATRP)(特許第3040172号公報、国際公開第2004/013192号参照)などが挙げられる。これらリビングラジカル重合法の中でも、原子移動ラジカル重合法が好ましく、有機ハロゲン化物またはハロゲン化スルホニル化合物を開始剤とし、Fe、Ru、Ni、Cuから選ばれる少なくとも1種類を中心金属とする金属錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合法がより好ましい。
リビングアニオン重合法としては、有機希土類金属錯体を重合開始剤としてリビング重合する方法(特開平06−93060号公報参照)、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤としアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩などの鉱酸塩の存在下でリビングアニオン重合する方法(特表平05−507737号公報参照)、有機アルミニウム化合物の存在下で、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤としリビングアニオン重合する方法(特開平11−335432号公報、国際公開2013/141105号参照)などが挙げられる。これらリビングアニオン重合法の中でも、本発明のブロック共重合体を直接、効率よく重合できる点からは、有機アルミニウム化合物の存在下で、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤としリビングアニオン重合する方法が好ましく、有機アルミニウム化合物およびルイス塩基の存在下で、有機リチウム化合物を重合開始剤としリビングアニオン重合する方法がより好ましい。
上記有機リチウム化合物としては、例えばt−ブチルリチウム、1,1−ジメチルプロピルリチウム、1,1−ジフェニルヘキシルリチウム、1,1−ジフェニル−3−メチルペンチルリチウム、エチルα−リチオイソブチレート、ブチルα−リチオイソブチレート、メチルα−リチオイソブチレート、イソプロピルリチウム、sec−ブチルリチウム、1−メチルブチルリチウム、2−エチルプロピルリチウム、1−メチルペンチルリチウム、シクロヘキシルリチウム、ジフェニルメチルリチウム、α−メチルベンジルリチウム、メチルリチウム、n−プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、n−ペンチルリチウム等が挙げられる。中でも、入手容易性およびアニオン重合開始能の観点から、イソプロピルリチウム、sec−ブチルリチウム、1−メチルブチルリチウム、1−メチルペンチルリチウム、シクロヘキシルリチウム、ジフェニルメチルリチウム、α−メチルベンジルリチウム等の二級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する炭素数3〜40の有機リチウム化合物が好ましく、sec−ブチルリチウムが特に好ましい。これら有機リチウム化合物は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
有機リチウム化合物の使用量は、目的とするブロック共重合体のMnに応じて、用いる単量体の使用量との比率によって決定できる。
上記有機アルミニウム化合物としては、下記一般式(A−1)または(A−2)で示される有機アルミニウム化合物が挙げられる。
AlR7(R8)(R9) (A−1)
(式中、R7は一価の飽和炭化水素基、一価の芳香族炭化水素基、アルコキシ基、アリールオキシ基またはN,N−二置換アミノ基を表し、R8およびR9はそれぞれ独立してアリールオキシ基を表すか、あるいはR8およびR9は互いに結合してアリーレンジオキシ基を形成している)
AlR10(R11)(R12) (A−2)
(式中、R10はアリールオキシ基を表し、R11およびR12はそれぞれ独立して一価の飽和炭化水素基、一価の芳香族炭化水素基、アルコキシ基またはN,N−二置換アミノ基を表す)
上記一般式(A−1)および(A−2)中、R7、R8、R9およびR10がそれぞれ独立して表すアリールオキシ基としては、例えばフェノキシ基、2−メチルフェノキシ基、4−メチルフェノキシ基、2,6−ジメチルフェノキシ基、2,4−ジ−t−ブチルフェノキシ基、2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ基、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ基、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノキシ基、2,6−ジフェニルフェノキシ基、1−ナフトキシ基、2−ナフトキシ基、9−フェナントリルオキシ基、1−ピレニルオキシ基、7−メトキシ−2−ナフトキシ基等が挙げられる。
上記一般式(A−1)中、R8とR9が互いに結合して形成されるアリーレンジオキシ基としては、例えば2,2’−ビフェノール、2,2’−メチレンビスフェノール、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、(R)−(+)−1,1’−ビ−2−ナフトール、(S)−(−)−1,1’−ビ−2−ナフトール等の2個のフェノール性水酸基を有する化合物中の該2個のフェノール性水酸基の水素原子を除いた官能基が挙げられる。
なお、上記のアリールオキシ基およびアリーレンジオキシ基において含まれる1個以上の水素原子が、置換基により置換されていてもよく、該置換基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基;塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子等が挙げられる。
上記一般式(A−1)および(A−2)中、R7、R11およびR12がそれぞれ独立して表す一価の飽和炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基等のアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基等が挙げられ、一価の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基等のアリール基;ベンジル基等のアラルキル基等が挙げられ、アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等が挙げられ、N,N−二置換アミノ基としては、例えばジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ビス(トリメチルシリル)アミノ基等が挙げられる。上述した一価の飽和炭化水素基、一価の芳香族炭化水素基、アルコキシ基およびN,N−二置換アミノ基において含まれる1個以上の水素原子は、置換基により置換されていてもよく、該置換基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基;塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子等が挙げられる。
上記有機アルミニウム化合物(A−1)としては、例えばエチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、エチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、エチル[2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)]アルミニウム、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチル[2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)]アルミニウム、n−オクチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、n−オクチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、n−オクチル[2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)]アルミニウム、メトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、メトキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、メトキシ[2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)]アルミニウム、エトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、エトキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、エトキシ[2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)]アルミニウム、イソプロポキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、イソプロポキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、イソプロポキシ[2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)]アルミニウム、t−ブトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、t−ブトキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、t−ブトキシ[2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)]アルミニウム、トリス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、トリス(2,6−ジフェニルフェノキシ)アルミニウム等が挙げられる。中でも、重合開始効率、重合末端アニオンのリビング性、入手および取り扱いの容易さ等の観点から、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチル[2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)]アルミニウム等が好ましい。
上記有機アルミニウム化合物(A−2)としては、例えばジエチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、ジエチル(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、ジn−オクチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、ジn−オクチル(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム等が挙げられる。これら有機アルミニウム化合物は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
有機アルミニウム化合物の使用量は、溶媒の種類、その他種々の重合条件等に応じて適宜好適な量を選択できるが、重合速度の観点から有機リチウム化合物1モルに対して通常、1.0〜10.0モルの範囲で用いることが好ましく、1.1〜5.0モルの範囲で用いることがより好ましく、1.2〜4.0モルの範囲で用いることがさらに好ましい。有機アルミニウム化合物の使用量が有機リチウム化合物1モルに対して10.0モルを超えると、経済性において不利となる傾向となり、1.0モルを下回ると、重合開始効率が低下する傾向となる。
上記ルイス塩基としては、分子内にエーテル結合および/または三級アミン構造を有する化合物が挙げられる。
上記ルイス塩基として用いられる、分子内にエーテル結合を有する化合物としてはエーテルが挙げられる。上記エーテルとしては、重合開始効率の高さ、重合末端アニオンのリビング性の観点から、2個以上のエーテル結合を分子内に有する環状エーテルまたは1個以上のエーテル結合を分子内に有する非環状エーテルが好ましい。2個以上のエーテル結合を分子内に有する環状エーテルとしては、例えば12−クラウン−4、15−クラウン−5、18−クラウン−6等のクラウンエーテルが挙げられる。1個以上のエーテル結合を分子中に有する非環状エーテルとしては、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール等の非環状モノエーテル;1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジイソプロポキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、1,2−ジフェノキシエタン、1,2−ジメトキシプロパン、1,2−ジエトキシプロパン、1,2−ジイソプロポキシプロパン、1,2−ジブトキシプロパン、1,2−ジフェノキシプロパン、1,3−ジメトキシプロパン、1,3−ジエトキシプロパン、1,3−ジイソプロポキシプロパン、1,3−ジブトキシプロパン、1,3−ジフェノキシプロパン、1,4−ジメトキシブタン、1,4−ジエトキシブタン、1,4−ジイソプロポキシブタン、1,4−ジブトキシブタン、1,4−ジフェノキシブタン等の非環状ジエーテル;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジブ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ジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジブチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリブチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリブチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラブチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラブチレングリコールジエチルエーテル等の非環状ポリエーテルが挙げられる。中でも、副反応の抑制、入手容易性等の観点から、1〜2個のエーテル結合を分子内に有する非環状エーテルが好ましく、ジエチルエーテルまたは1,2−ジメトキシエタンがより好ましい。
上記ルイス塩基として用いられる、分子内に三級アミン構造を有する化合物としては、三級ポリアミンが挙げられる。三級ポリアミンとは、三級アミン構造を分子中に2個以上有する化合物を意味する。該三級ポリアミンとしては、例えばN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラエチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミン等の鎖状ポリアミン;1,3,5−トリメチルヘキサヒドロ−1,3,5−トリアジン、1,4,7−トリメチル−1,4,7−トリアザシクロノナン、1,4,7,10,13,16−ヘキサメチル−1,4,7,10,13,16−ヘキサアザシクロオクタデカン等の非芳香族性複素環式化合物;2,2’−ビピリジル、2,2’:6’,2”−ターピリジン等の芳香族性複素環式化合物等が挙げられる。
また、分子内に1個以上のエーテル結合と1個以上の三級アミン構造を有する化合物をルイス塩基として使用してもよい。このような化合物としては、例えばトリス[2−(2−メトキシエトキシ)エチル]アミン等が挙げられる。
これらルイス塩基は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
ルイス塩基の使用量は、重合開始効率、重合末端アニオンの安定性等の観点から、有機リチウム化合物1モルに対して0.3〜5.0モルの範囲であることが好ましく、0.5〜3.0モルの範囲であることがより好ましく、1.0〜2.0モルの範囲であることがさらに好ましい。ルイス塩基の使用量が有機リチウム化合物1モルに対して、5.0モルを超えると経済性において不利となる傾向となり、0.3モルを下回ると重合開始効率が低下する傾向となる。
また、ルイス塩基の使用量は、有機アルミニウム化合物1モルに対して、0.2〜1.2モルの範囲であることが好ましく、0.3〜1.0モルの範囲であることがより好ましい。
上記リビングアニオン重合は、温度制御および系内を均一化して重合を円滑に進行させる観点から、有機溶媒の存在下に行うことが好ましい。有機溶媒としては、安全性、重合後の反応液の水洗における水との分離性、回収・再使用の容易性等の観点から、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の炭化水素;クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素;フタル酸ジメチル等のエステル等が好ましい。これら有機溶媒は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。なお、有機溶媒は、重合を円滑に進行させる観点から、乾燥処理を施すとともに、不活性ガス存在下であらかじめ脱気しておくことが好ましい。
また、上記リビングアニオン重合では、必要に応じ、反応系に他の添加剤を存在させてもよい。該他の添加剤としては、例えば塩化リチウム等の無機塩類;リチウムメトキシエトキシエトキシド、カリウムt−ブトキシド等の金属アルコキシド;テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラエチルホスホニウムブロミド等が挙げられる。
上記リビングアニオン重合は−30〜25℃で行うのが好ましい。−30℃よりも低いと重合速度が低下し、生産性が低下する傾向がある。一方、25℃より高いと、上記ジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体の重合をリビング性よく行うことが困難となる傾向となる。
上記リビングアニオン重合は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスの雰囲気下で行うことが好ましい。さらに、反応系が均一になるように十分な攪拌条件下にて行うことが好ましい。
上記リビングアニオン重合において、有機リチウム化合物、有機アルミニウム化合物、ルイス塩基および単量体を反応系に添加する方法としては、ルイス塩基が、有機リチウム化合物との接触前に有機アルミニウム化合物と接触するように添加することが好ましい。また、有機アルミニウム化合物は、単量体より先に反応系に添加しても、同時に添加してもよい。有機アルミニウム化合物を単量体と同時に反応系に添加する場合、有機アルミニウム化合物を単量体と別途混合したのちに添加してもよい。
上記リビングアニオン重合は、メタノール;酢酸または塩酸のメタノール溶液;酢酸、塩酸の水溶液等のプロトン性化合物などの重合停止剤を反応液に添加して停止できる。重合停止剤の使用量は、通常、用いる有機リチウム化合物1モルに対して1〜100モルの範囲が好ましい。
リビングアニオン重合停止後の反応液からブロック共重合体を分離取得する方法としては、公知の方法を採用できる。例えば、反応液をブロック共重合体の貧溶媒に注いで沈殿させる方法、反応液から有機溶媒を留去してブロック共重合体を取得する方法等が挙げられる。
なお、分離取得したブロック共重合体中に有機リチウム化合物および有機アルミニウム化合物に由来する金属成分が残存していると、ブロック共重合体の物性の低下、透明性不良等を生じる場合がある。よって、有機リチウム化合物および有機アルミニウム化合物に由来する金属成分をアニオン重合停止後に除去することが好ましい。該金属成分の除去方法としては、酸性水溶液を用いた洗浄処理、イオン交換樹脂、セライト、活性炭等の吸着剤を用いた吸着処理等が有効である。ここで、酸性水溶液としては、例えば、塩酸、硫酸水溶液、硝酸水溶液、酢酸水溶液、プロピオン酸水溶液、クエン酸水溶液等を使用することができる。
本発明のブロック共重合体の製造において、上記部分構造(1)を導入する方法としては、上記したジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体を重合して(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成する方法の他に、活性エネルギー線硬化性基(1)の前駆体となる部分構造(以下、「前駆体構造」と称する)を含む重合体ブロックを形成した後に、該前駆体構造を部分構造(1)に変換する方法も挙げられる。前駆体構造を含む重合体ブロックは重合性官能基と前駆体構造を含む化合物(以下「重合性前駆体」と称する)を含有する単量体を重合することで得られる。該重合性官能基としては、スチリル基、1,3−ジエニル基、ビニルオキシ基、(メタ)アクリロイル基などが挙げられ、(メタ)アクリロイル基が好ましい。前駆体構造としては、水酸基および保護基(シリルオキシ基、アシルオキシ基、アルコキシ基など)によって保護された水酸基、アミノ基および保護基によって保護されたアミノ基、チオール基および保護基によって保護されたチオール基、ならびにイソシアネート基などが挙げられる。
前駆体構造として水酸基を含む重合体ブロックは、部分構造(1)および水酸基と反応しうる部分構造(カルボン酸、エステル、カルボニルハライドなど)を有する化合物と反応させることで(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成できる。また、前駆体構造として保護基によって保護された水酸基を含む重合体ブロックは、該保護基を外して水酸基とした後、同様に(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成できる。
前駆体構造としてアミノ基を含む重合体ブロックは、部分構造(1)およびアミノ基と反応しうる部分構造(カルボン酸、カルボン酸無水物、エステル、カルボニルハライド、アルデヒド基、イソシアネート基など)を有する化合物と反応させることで(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成できる。また、前駆体構造として保護基によって保護されたアミノ基を含む重合体ブロックは、該保護基を外してアミノ基とした後で同様に(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成できる。
前駆体構造としてチオール基を含む重合体ブロックは、部分構造(1)およびチオール基と反応しうる部分構造(カルボン酸、カルボン酸無水物、エステル、カルボニルハライド、イソシアネート基、炭素−炭素二重結合など)を有する化合物と反応させることで(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成できる。また、前駆体構造として保護基によって保護されたチオール基を含む重合体ブロックは、該保護基を外してチオール基とした後で同様に(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成できる。
前駆体構造としてイソシアネート基を含む重合体ブロックは、部分構造(1)およびイソシアネート基と反応しうる部分構造(水酸基など)を有する化合物と反応させることで(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成できる。
本発明のブロック共重合体の製造において、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)を形成する方法としては、部分構造(2)を容易に直接導入できる観点から、ジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体を重合する方法、典型的にはリビングアニオン重合する方法が好ましい。
本発明のブロック共重合体における(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)が有する部分構造(1)の含有量(N1)を、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)が有する部分構造(1)の含有量(N2)よりも多くする方法としては、ジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体を重合する場合は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)の形成に用いるジ(メタ)アクリレート(3)の使用量(モル量)を、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の形成に用いるジ(メタ)アクリレート(3)の使用量(モル量)よりも多くする方法が挙げられる。また、上記した重合性前駆体を重合して前駆体構造を有するブロック共重合体を形成した後、該前駆体構造を部分構造(1)に変換して本発明のブロック共重合体を製造する場合は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)の前駆体となる重合体ブロックの形成に用いる重合性前駆体の使用量(モル量)を、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の前駆体となる重合体ブロックの形成に用いるジ重合性前駆体の使用量(モル量)よりも多くする方法が挙げられる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、本発明のブロック共重合体を含む。かかる活性エネルギー線硬化性組成物中の、本発明のブロック共重合体の含有量は10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物には、さらに光重合開始剤が含まれていてもよい。光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン類(例えば、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、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)−1−ブタノン等)、ベンゾフェノン類(例えば、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ヒドロキシベンゾフェノン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン等)、ミヒラーケトン類(例えば、ミヒラーケトン等)およびベンゾイン類(例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等)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、チオキサンソン類(例えば、チオキサンソン、2−クロルチオキサンソン等)等の硫黄化合物;アシルフォスフィンオキサイド類(例えば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、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等)等のリン化合物;チタノセン類(例えばビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム等)等のチタン化合物;アゾ化合物(例えば、アゾビスイソブチルニトリル等)等が挙げられる。また、光重合開始剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アセトフェノン類およびベンゾフェノン類が好ましい。
光重合開始剤を含有する場合、その含有量は、本発明のブロック共重合体100質量部に対して、0.01〜10質量部が好ましく、0.05〜8質量部がより好ましい。0.01質量部以上であると活性エネルギー線硬化性組成物の硬化性が良好となり、また10質量部以下であると得られる硬化物の耐熱性が良好となる傾向がある。
また、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物には、必要に応じて増感剤が含まれていてもよい。増感剤としては、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルホスフィン、アリルチオ尿酸、トリエチルアミン、ジエチルアミノエチルメタクリレート等が挙げられる。これらの中でも、ジエチルアミノエチルメタクリレート、トリエチルアミンが好ましい。
光重合開始剤と増感剤とを混合して使用する場合には、光重合開始剤と増感剤の質量比率は、10:90〜90:10の範囲が好ましく、20:80〜80:20の範囲がより好ましい。
また、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物には、本発明のブロック共重合体以外のは、活性エネルギー線の照射によって重合性を示す反応性希釈剤が含まれていてもよい。反応性希釈剤としては、活性エネルギー線の照射によって重合性を示す化合物であれば特に制限はないが、例えば、スチレン、インデン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−tert−ブトキシスチレン、p−クロロメチルスチレン、p−アセトキシスチレン、ジビニルベンゼンなどのスチレン誘導体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、安息香酸ビニル、珪皮酸ビニルなどの脂肪酸ビニルエステル;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t− ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸イソアミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸イソステアリル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ボルニル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸4−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシジエチレングリコール、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコールモノエステル、(メタ)アクリル酸ポリプロピレングリコールモノエステル、(メタ)アクリル酸メトキシエチレングリコール、(メタ)アクリル酸エトキシエチル、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、(メタ)アクリル酸メトキシポリプロピレングリコール、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸7−アミノ−3,7−ジメチルオクチル、4−(メタ)アクリロイルモルホリン、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシトリ(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、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、トリシクロデカンジイルジメタノールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(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、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルの両末端(メタ)アクリル酸付加体、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、2,4,6−トリオキソヘキサヒドロ−1,3,5−トリアジン−1,3,5−トリスエタノールトリ(メタ)アクリレート、N,N’−ビス[2−((メタ)アクリロイルオキシ)エチル]−N’’−(2−ヒドロキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのエチレンオキサイドまたはプロピレンオキサイドの付加体であるジオールのジ(メタ)アクリレート、水添ビスフェノールAのエチレンオキサイドまたはプロピレンオキサイドの付加体であるジオールのジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルに(メタ)アクリレートを付加させたエポキシ(メタ)アクリレート、およびシクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸誘導体;ビスフェノールA型エポキシアクリレート樹脂、フェノールノボラック型エポキシアクリレート樹脂、クレゾールノボラック型エポキシアクリレート樹脂等のエポキシアクリレート系樹脂;COOH基変性エポキシアクリレート系樹脂;ポリオール(ポリテトラメチレングリコール、エチレングリコールとアジピン酸のポリエステルジオール、ε−カプロラクトン変性ポリエステルジオール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリカーボネートジオール、水酸基末端水添ポリイソプレン、水酸基末端ポリブタジエン、水酸基末端ポリイソブチレン等)と有機イソシアネート(トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等)から得られたウレタン樹脂を水酸基含有(メタ)アクリレート{ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等}と反応させて得られたウレタンアクリレート系樹脂;上記ポリオールにエステル結合を介して(メタ)アクリル基を導入した樹脂;ポリエステルアクリレート系樹脂;エポキシ化大豆油、エポキシステアリン酸ベンジル等のエポキシ化合物等が挙げられる。これら反応性希釈剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物において反応性希釈剤を含有させる場合、その含有量は、該活性エネルギー線硬化性組成物の流動性および該活性エネルギー線硬化性組成物に活性エネルギー線を照射して得られる硬化物の機械的強度を高める観点から、10〜90質量%が好ましく、20〜80質量%がより好ましい。また、かかる含有量は、本発明のブロック共重合体100質量部に対して、10〜1000質量部であることが好ましく、20〜500質量部であることがより好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物には、その硬化性を著しく阻害しない範囲内で、可塑剤、粘着付与剤、軟化剤、充填剤、安定剤、顔料、染料などの活性エネルギー線硬化性基を有さない各種添加剤が含まれていてもよい。
上記可塑剤を本発明の活性エネルギー線硬化性組成物に含有させる目的は、例えば活性エネルギー線硬化性組成物の粘度の調整、該活性エネルギー線硬化性組成物を硬化して得られる硬化物の機械的強度の調整である。上記可塑剤としては、例えばジブチルフタレート、ジヘプチルフタレート、ジ(2−エチルヘキシル)フタレート、ブチルベンジルフタレート等のフタル酸エステル;ジオクチルアジペート、ジオクチルセバケート、ジブチルセバケート、コハク酸イソデシル等の非芳香族二塩基酸エステル;オレイン酸ブチル、アセチルリシリノール酸メチル等の脂肪族エステル;ジエチレングリコールジベンゾエート、トリエチレングリコールジベンゾエート、ペンタエリスリトールエステル等のポリアルキレングリコールのエステル;トリクレジルホスフェート、トリブチルホスフェート等のリン酸エステル;トリメリット酸エステル;ポリブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレン等のジエン系(共)重合体;ポリブテン;ポリイソブチレン;塩素化パラフィン;アルキルジフェニル、部分水添ターフェニル等の炭化水素系油;プロセスオイル;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等のポリエーテルポリオールとこれらポリエーテルポリオールの水酸基をエステル基、エーテル基等に変換した誘導体等のポリエーテル;セバシン酸、アジピン酸、アゼライン酸、フタル酸等の2塩基酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール等の2価アルコールから得られるポリエステル;等が挙げられる。なお、(共)重合体は、単独重合体と共重合体の総称である。これら可塑剤は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
これら可塑剤の分子量または数平均分子量としては、400〜15000であることが好ましく、800〜10000であることがより好ましく、1000〜8000であることがより好ましい。なお、かかる可塑剤は活性エネルギー線硬化性基以外の官能基(例えば水酸基、カルボキシル基、ハロゲン基など)を有していても、有していなくてもよい。可塑剤の分子量または数平均分子量が400以上であることで、活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物から可塑剤が経時的に流出せず、初期の物性を長期にわたり維持できる。また、可塑剤の分子量または数平均分子量が15000以下であることで、活性エネルギー線硬化性組成物の取り扱い性がよくなる傾向がある。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物において可塑剤を含有させる場合、その含有量は、本発明のブロック共重合体100質量部に対して5〜150質量部が好ましく、10〜120質量部がより好ましく、20〜100質量部がさらに好ましい。5質量部以上とすることで物性の調整、性状の調節等の効果が顕著となり、150質量部以下とすることで活性エネルギー線硬化性組成物を硬化した硬化物は機械強度に優れる傾向がある。
上記粘着付与剤を本発明の活性エネルギー線硬化性組成物に含有させる目的は、例えば該活性エネルギー線硬化性組成物から得られる硬化物に粘着性を付与することである。粘着付与剤としては、例えばクマロン・インデン樹脂、フェノール樹脂、p−t−ブチルフェノール・アセチレン樹脂、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、キシレン・ホルムアルデヒド樹脂、芳香族炭化水素樹脂、脂肪族炭化水素樹脂(テルペン樹脂等)、スチレン系樹脂(ポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン等)、ロジンの多価アルコールエステル、水素添加ロジン、水素添加ウッドロジン、水素添加ロジンとモノアルコール或いは多価アルコールとのエステル、テレビン系粘着付与樹脂等の粘着付与樹脂が挙げられる。中でも、脂肪族炭化水素樹脂、ロジンの多価アルコールエステル、水素添加ロジン、水素添加ウッドロジン、水素添加ロジンとモノアルコール或いは多価アルコールとのエステルが好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物において粘着付与剤を含有させる場合、その含有量は、本発明のブロック共重合体100質量部に対して5〜150質量部が好ましく、10〜120質量部がより好ましく、20〜100質量部がさらに好ましい。5質量部以上とすることで硬化物の粘着性が顕著となり、150質量部以下とすることで硬化物の柔軟性が優れる傾向となる。
なお、活性エネルギー線硬化性基を有さない添加剤は有機化合物であっても無機化合物であってもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させる際に使用する活性エネルギー線は、公知の装置を用いて照射することができる。電子線(EB)の場合の加速電圧としては0.1〜10MeV、照射線量としては1〜500kGyの範囲が適当である。
紫外線照射には、150〜450nm波長域の光を発する高圧水銀ランプ、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ケミカルランプ、LED等を用いることができる。活性エネルギー線の積算光量は、通常10〜20000mJ/cm2の範囲であり、30〜5000mJ/cm2の範囲が好ましい。10mJ/cm2より少ないと活性エネルギー線硬化性組成物の硬化性が不十分となる傾向があり、20000mJ/cm2より多いと活性エネルギー線硬化性組成物が劣化するおそれがある。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物に対して活性エネルギー線を照射する場合の相対湿度は、活性エネルギー線硬化性組成物の分解を抑制する観点から、30%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物に対して、活性エネルギー線照射中または照射後に、さらに必要に応じて加熱を行って硬化を促進させることもできる。かかる加熱温度は40〜130℃の範囲が好ましく、50〜100℃の範囲がより好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、接着剤やコーティング材等、基材に塗布して硬化させた後、廃棄時等の必要が生じた際に、硬化物と基材とを作業性、経済的な観点から湿熱分解法を好適に適用することで容易に剥離して分別できる。
湿熱分解温度は、100〜250℃が好ましく、より好ましくは130〜220℃である。湿熱分解相対湿度は10〜100%が好ましく、30〜100%がより好ましい。湿熱分解時間は、1分間〜24時間が好ましく、1分間〜5時間がより好ましく、1分間〜2時間がさらに好ましい。
以下、本発明を実施例および比較例によってさらに具体的に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されない。
以下の実施例および比較例において、原料は常法により乾燥精製し、窒素により脱気したものを使用し、移送および供給は窒素雰囲気下で行った。
[単量体消費率]
重合後の各単量体の消費率は、以下の方法により算出した。すなわち、重合系中から採取した反応液0.5mlをメタノール0.5ml中に入れ混合液1.0mlを作製し、得られた混合液0.1mlを、重クロロホルム0.5mlに溶解させて1H−NMR測定を行い、単量体として用いた(メタ)アクリル酸エステルの炭素−炭素二重結合に直結するプロトンに由来するピーク(化学シフト値6.08〜6.10)および溶媒として用いたトルエンの芳香環に直結するプロトンに由来するピーク(化学シフト値7.00〜7.38ppm)の積分値の比率の変化から算出した。
1H−NMR測定条件
装置:日本電子株式会社製核磁気共鳴装置 「JNM−ECX400」
溶媒:重水素化クロロホルム
温度:25℃
[数平均分子量、分子量分布]
下記実施例および参考例において、得られた重合体のGPC(ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー)測定を行い、標準ポリスチレン換算の数平均分子量および分子量分布(Mw/Mn)の値を求めた。
装置:東ソー株式会社製GPC装置「HLC−8220GPC」
分離カラム:東ソー株式会社製「TSK−gel SuperMultiporeHZ−M(カラム径=4.6mm、カラム長=15cm)」(2本を直列に繋いで使用)
溶離液:テトラヒドロフラン
溶離液流量:0.35ml/分
カラム温度:40℃
検出方法:示差屈折率(RI)
下記工程(1)で得られる(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の数平均分子量をMna2とし、下記工程(2)で得られる重合体の数平均分子量をMnDBとし、下記工程(4)で得られる重合体の数平均分子量をMnTBとして、(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の数平均分子量Mnbおよび(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)の数平均分子量Mna1を、以下の式から算出した。
Mnb= MnDB−Mna2
Mna1= MnTB−MnDB
[各重合体ブロックの構成割合および部分構造(1)の割合および含有量]
各重合体ブロックの構成割合および式(1)で示される部分構造を有する活性エネルギー線硬化性基(部分構造(1))の含有量は1H−NMRでの分析結果から算出した。すなわち、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)、(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)について、それぞれの各構成要素に帰属されるピークの積分強度比から以下のようにして算出した。
なお、各ブロックの構成割合、または部分構造(1)の含有量の略号を表1、表2に示す。
表1に示したY2(a2)、P(b)、na2、Y2(b)、N(t)は各工程で得られた重合体の1H−NMRから算出した。なお、1H−NMRの測定条件は、上記した単量体消費率の測定における測定条件と同じである。これら算出した値を用いて、下記の式にしたがって、表2に示したP(a2)、P(a1)、N2、N1、na1を算出した。
P(a2)=P(b)×Y2(a2)/Y2(b)
P(a1)=100−P(b)−P(a2)
N2=P(a2)×na2/100
N1=N(t)−N2
na1=N1/P(a1)×100
[重合開始効率]
重合開始効率が100%である場合の工程(1)で得られる(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の数平均分子量(計算値)をMna2iとすると、工程(1)における重合開始効率(F1)は以下の式から算出される。
F1(%)=100×Mna2i/Mna2
[工程(1)から工程(2)にかけてのブロック効率]
工程1から工程2にかけてのブロック効率が100%である場合に工程(2)で得られる(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の数平均分子量(計算値)をMnbiとすると、工程(1)から工程(2)にかけてのブロック効率(F2)は以下の式から算出される。
F2(%)=10000×Mnbi/{Mnb×F1}
[実施例1]
(工程1:(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の重合)
内部を乾燥し、窒素置換した300mlのフラスコに、トルエン150mlを添加したのち、フラスコ内の溶液を攪拌しながら、ルイス塩基として1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン0.37ml(1.37mmol)、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液3.17ml(0.0014mol)を順次添加したのち、−20℃に冷却した。これに有機リチウム化合物としてsec−ブチルリチウムの1.30mol/Lシクロヘキサン溶液1.00ml(0.0013mol)を加え、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート0.62ml(2.60mmol)およびメタクリル酸メチル2.76ml(26.0mmol)の混合物3.38mlを一括で添加し、アニオン重合を開始した。混合物の添加終了から80分後に、反応液は当初の黄色から無色に変わった。さらに20分撹拌後に反応液をサンプリングした。
工程(1)における1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレートおよびメタクリル酸メチルの消費率は100%であった。また、得られた重合体のMna2は2,500、分子量分布は1.16であった。1H−NMRから算出した(na2)は9.09mol%であった。さらに、工程(1)における重合開始効率(F1)は99%であった。
(工程2:(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の重合)
引き続き上記反応液を−20℃で撹拌しつつ、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液1.59ml(0.72mmol)を加え、その1分後に単量体としてアクリル酸n−ブチル48.8ml(339mmol)を1ml/分の速度で添加した。アクリル酸n−ブチルの添加終了直後に反応液をサンプリングした。
工程(2)におけるアクリル酸n−ブチルの消費率は100%であった。また、得られた重合体(ジブロック共重合体)のMnDBは37,700、分子量分布は1.21であった。1H−NMRから算出したY2(b)は93.4mol%であり、Y2(a2)は6.6mol%であった。さらに、工程(1)から工程(2)にかけてのブロック効率(F2)は91%であった。
(工程3:(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)の重合)
引き続き上記反応液を−20℃で撹拌しつつ、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート2.10ml(8.75mmol)およびメタクリル酸メチル0.58ml(5.46mmol)の混合物2.68mlを一括で添加したのち、2℃/分の速度で20℃に昇温した。上記混合物の添加から60分後に反応液をサンプリングした。
工程(3)における1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレートおよびメタクリル酸メチルの消費率は100%であった。
(工程4)
引き続き20℃で上記反応液を撹拌しつつ、メタノール10.0mlを添加することにより、アニオン重合を停止させた。得られた溶液を1リットルのメタノール中に注ぎ、生成した重合体を沈殿させ、濾過によって回収し、100℃、30Paで乾燥し、45gのブロック共重合体(以下「ブロック共重合体(A1)」と称する)を得た。
得られたブロック共重合体(A1)の数平均分子量(MnTB)は40,000、分子量分布は1.17であった。1H−NMRから算出したN(t)は2.88mol%であり、P(b)は89.9mol%であった。
したがって、ブロック共重合体(A1)中の(N2)および(N1)はそれぞれ0.58mol%、2.30mol%と算出でき、(na1)は、61.6mol%と算出できた。
[実施例2]
(工程1:(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の重合)
内部を乾燥し、窒素置換した300mlのフラスコに、トルエン150mlを添加したのち、フラスコ内の溶液を攪拌しながら、ルイス塩基として1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン0.37ml(1.37mmol)、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液3.17ml(0.0014mol)を順次添加したのち、−20℃に冷却した。これに有機リチウム化合物としてsec−ブチルリチウムの1.30mol/Lシクロヘキサン溶液1.00ml(0.0013molmol)を加え、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート0.62ml(2.60mmol)とメタクリル酸メチル0.69ml(6.50mmol)の混合物1.31mlを一括で添加し、アニオン重合を開始した。混合物の添加から80分後に、反応液は当初の黄色から無色に変わった。さらに20分撹拌後に反応液をサンプリングした。
工程(1)における1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレートおよびメタクリル酸メチルの消費率は100%であった。また、工程(1)で得られた重合体のMna2は1,200、分子量分布は1.15であった。1H−NMRから算出した(na2)は28.6mol%であった。さらに、工程(1)における重合開始効率(F1)は99%であった。
(工程2:(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の重合)
引き続き上記反応液を−20℃で撹拌しつつ、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液1.59ml(0.72mmol)を加え、その1分後に単量体としてアクリル酸n−ブチル52.7ml(366mmol)を1ml/分の速度で添加した。アクリル酸n−ブチルの添加終了直後に反応液をサンプリングした。
工程(2)におけるアクリル酸n−ブチルの消費率は100%であった。また、工程(2)で得られた重合体(ジブロック共重合体)のMnDBは36,000、分子量分布は1.20であった。1H−NMRから算出したY2(b)は97.8mol%であり、Y2(a2)は2.2mol%であった。さらに、工程(1)から工程(2)にかけてのブロック効率(F2)は87%であった。
(工程3:(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)の重合)
引き続き上記反応液を−20℃で撹拌しつつ、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート2.27ml(9.46mmol)とメタクリル酸メチル2.63ml(24.8mmol)の混合物4.90mlを一括で添加したのち、2℃/分の速度で20℃に昇温した。上記混合物の添加から60分後に反応液をサンプリングした。
工程(3)における1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレートおよびメタクリル酸メチルの消費率は100%であった。
(工程4)
引き続き20℃で上記反応液を撹拌しつつ、メタノール10.0mlを添加することにより、アニオン重合を停止させた。得られた溶液を1リットルのメタノール中に注ぎ、生成した重合体を沈殿させ、濾過によって回収し、100℃、30Paで乾燥し、45gのブロック共重合体(以下「ブロック共重合体(A2)」と称する)を得た。
得られたブロック共重合体(A2)の数平均分子量(MnTB)は41,300、分子量分布は1.36であった。N(t)は2.90mol%であり、P(b)は89.6mol%であった。
したがって、ブロック共重合体(A2)中の(N2)および(N1)はそれぞれ0.58mol%、2.32mol%と算出でき、(na1)は、27.6mol%と算出できた。
[参考例1]
(工程1:(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の重合)
内部を乾燥し、窒素置換した300mlのフラスコに、トルエン150mlを添加したのち、フラスコ内の溶液を攪拌しながら、ルイス塩基として1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン0.37ml(1.37mmol)、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液3.17ml(0.0014mol)を順次添加したのち、−20℃に冷却した。これに有機リチウム化合物としてsec−ブチルリチウムの1.30mol/Lシクロヘキサン溶液1.00ml(0.0013mol)を加え、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート1.56ml(6.50mmol)およびメタクリル酸メチル1.80ml(16.9mmol)の混合物3.36mlを一括で添加し、アニオン重合を開始した。上記混合物の添加終了から80分後に、反応液は当初の黄色から無色に変わった。さらに20分撹拌後に反応液をサンプリングした。
工程(1)における1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレートおよびメタクリル酸メチルの消費率は100%であった。また、工程(1)で得られた重合体のMna2は2,400、分子量分布は1.12であった。1H−NMRから算出した(na2)は27.8mol%であった。さらに、工程(1)における重合開始効率(F1)は96%であった。
(工程2:(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の重合)
引き続き上記反応液を−20℃で撹拌しつつ、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液1.59ml(0.72mmol)を加え、その1分後に単量体としてアクリル酸n−ブチル48.6ml(338mmol)を1ml/分の速度で添加した。アクリル酸n−ブチルの添加終了直後に反応液をサンプリングした。
工程(2)におけるアクリル酸n−ブチルの消費率は100%であった。また、得られた重合体(ジブロック共重合体)のMnDBは37,700、分子量分布は1.22であった。1H−NMRから算出したY2(b)は94.5mol%であり、Y2(a2)は5.5mol%であった。さらに、工程(1)から工程(2)にかけてのブロック効率(F2)は85%であった。
(工程3:(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)の重合)
引き続き上記反応液を−20℃で撹拌しつつ、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート1.31ml(5.46mmol)およびメタクリル酸メチル1.50ml(14.1mmol)との混合物2.81mlを一括で添加したのち、2℃/分の速度で20℃に昇温した。上記混合物の添加から60分後に反応液をサンプリングした。
工程(3)における1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレートおよびメタクリル酸メチルの消費率は100%であった。
(工程4)
引き続き、得られた工程(3)の反応液を撹拌しつつ、メタノールを10.0ml添加することにより、アニオン重合を停止させた。得られた溶液を1リットルのメタノール中に注ぎ、生成したブロック共重合体を沈殿させ、濾過によって回収し、100℃、30Paで乾燥し、44gのブロック共重合体(以下「ブロック共重合体(B1)」と称する)を得た。
得られたブロック共重合体(B1)の数平均分子量(MnTB)は39,900、分子量分布は1.25であった。1H−NMRから算出したN(t)は2.91mol%であり、P(b)は89.6mol%であった。
したがって、ブロック共重合体(B1)中の(N2)および(N1)はそれぞれ1.45mol%、1.46mol%と算出でき、(na1)は、27.9mol%と算出できた。
[参考例2]
(工程1:(メタ)アクリル系重合体ブロック(a2)の重合)
内部を乾燥し、窒素置換した300mlのフラスコに、トルエン150mlを添加したのち、フラスコ内の溶液を攪拌しながら、ルイス塩基として1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン0.37ml(1.37mmol)、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液3.17ml(0.0014mol)を順次添加したのち、−20℃に冷却した。これに有機リチウム化合物としてsec−ブチルリチウムの1.30mol/Lシクロヘキサン溶液1.00ml(0.0013mol)を加え、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート1.56ml(6.50mmol)を添加し、アニオン重合を開始した。単量体の添加から80分後に、反応液は当初の黄色から無色に変わった。さらに20分撹拌後に反応液をサンプリングした。
工程(1)における1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレートの消費率は100%であった。また、工程(1)で得られた重合体のMna2は1,200、分子量分布は1.12であった。1H−NMRから算出した(na2)は100mol%であった。さらに、工程(1)における重合開始効率(F1)は99%であった。
(工程2:(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の重合)
引き続き上記反応液を−20℃で撹拌しつつ、工程(1)の重合開始から100分後に、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液を1.59ml加え、その1分後に単量体としてアクリル酸n−ブチル48.1ml(334mmol)を1ml/分の速度で添加した。アクリル酸n−ブチルの添加終了直後に反応液をサンプリングした。
工程(2)におけるアクリル酸n−ブチルの消費率は100%であった。また、得られた重合体(ジブロック共重合体)のMnDBは36,700、数平均分子量は1.22であった。1H−NMRから算出したY2(b)は98.4mol%であり、Y2(a2)は1.6mol%であった。さらに、工程(1)から工程(2)にかけてのブロック効率(F2)は88%であった。
(工程3:(メタ)アクリル系重合体ブロック(a1)の重合)
引き続き上記反応液を−20℃で撹拌しつつ、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート1.30ml(5.42mmol)とメタクリル酸メチル3.21ml(30.2mmol)との混合物4.51mlを一括で添加したのち、2℃/分の速度で20℃に昇温した。上記混合物の添加から60分後に反応液をサンプリングした。
工程(3)における1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレートおよびメタクリル酸メチルの消費率は100%であった。
(工程4)
引き続き上記反応液を20℃で撹拌しつつ、メタノールを10.0ml添加することにより、アニオン重合を停止させた。得られた溶液を1リットルのメタノール中に注ぎ、生成したブロック共重合体を沈殿させ、濾過によって回収し、100℃、30Paで乾燥し、43gのブロック共重合体(以下「ブロック共重合体(B2)」と称する)を得た。
得られたブロック共重合体(B2)の数平均分子量(MnTB)は41,900、分子量分布は1.25であった。1H−NMRから算出したN(t)は2.93mol%であり、P(b)は89.1mol%であった。
したがって、ブロック共重合体(B2)中の(N2)および(N1)はそれぞれ1.44mol%、1.49mol%と算出でき、(na1)は、15.2mol%と算出できた。
次に、ブロック共重合体(A1)〜(A2)および(B1)〜(B2)それぞれ100質量部に対して、光重合開始剤である1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを2質量部配合し、活性エネルギー線硬化性組成物を得た。
これらの活性エネルギー線硬化性組成物の粘度および硬化速度、ならびに該活性エネルギー線硬化性組成物から得られた硬化物の柔軟性、引張り破断強度および引張り破断伸度を以下の方法で測定した。結果を表2に示す。
[粘度]
活性エネルギー線硬化性組成物の粘度は、HAAKE製MARS IIIを用いて測定した。測定モードとして定常流粘度測定モードを使用し、φ35mm、1°傾斜コーンプレート上にブロック共重合体を設置し、測定温度25℃、測定ギャップ0.05mm、せん断速度1(1/s)の測定条件でη(Pa・s)を測定した。
[硬化速度]
活性エネルギー線硬化性組成物の硬化速度は、HAAKE製MARS IIIを用いて評価した。測定モードとして高速OSC時間依存性測定モードを使用し、φ20mmパラレルプレート上に、活性エネルギー線硬化性組成物を塗工し、測定温度25℃、測定ギャップ0.15mm、測定周波数5Hzの条件で、UVランプ(Lumen Dynamics製Omni Cure series2000、照射強度150mW/cm2)を照射しながら粘弾性測定を行い、貯蔵せん断弾性率(G')と損失せん断弾性率(G'')がクロスオーバーする時間を測定した。
[硬化物の柔軟性]
活性エネルギー線硬化性組成物の柔軟性は、以下のように測定した。
まず、離型PETフィルム(K1504、東洋紡製)の離型面上に厚さ1mmのテフロンテープを、幅10cm×長さ15cmのスペースができるように貼り付けた。このスペースに、調製した活性エネルギー線硬化性組成物を塗工し、さらにその上に別の離型PETフィルム(K1504、東洋紡製)を置いたのち、ラミネートローラーを用いて表面を均一に押圧した。次いで、紫外線照射装置HTE−3000B INTEGRATOR814M(HI−TECH社製)を用いて、離型PETフィルム上に紫外線を3000mJ/cm2照射することで活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させた。
作製した硬化物を用いて動的粘弾性測定装置(株式会社ユービーエム製「Rheogel E−4000」)を用いて、温度依存性(引張)モード(周波数:11Hz)で、昇温速度を3℃/分、−100℃から180℃まで昇温して、貯蔵弾性率を測定し、25℃における貯蔵弾性率E’(Pa)を柔軟性の指標とした。
[硬化物の引張り破断強度、引張り破断伸度]
離型PETフィルム(K1504、東洋紡製)の離型面上に厚さ1mmのテフロンテープを、幅10cm×長さ15cmのスペースができるように貼り付けた。このスペースに、得られた活性エネルギー線硬化性組成物を塗工し、さらにその上に別の離型PETフィルム(K1504、東洋紡製)を置いたのち、ラミネートローラーを用いて表面を均一に押圧した。次いで、紫外線照射装置HTE−3000B INTEGRATOR814M(HI−TECH社製)を用いて、離型PETフィルム上に紫外線を3000mJ/cm2照射することで活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させたのち、離型PETフィルムを剥がして、硬化物を得た。得られた硬化物からダンベル8号型試験片を切り出した。このダンベル試験片を用いて、JIS−K6251に規定された方法に準じて引張り破断強さ(MPa)、引張り破断伸度(%)をそれぞれ測定した。
表3および表4から、実施例1、2で得られた、N1/(N1+N2)が高いブロック共重合体を含有する活性エネルギー線硬化性組成物は、組成物の粘度が低いことから塗工性に優れる。またかかる実施例で得られたブロック共重合体を含有する活性エネルギー線硬化性組成物は硬化速度が速く、得られる硬化物は硬化後の柔軟性に優れる。