JP6474565B2 - ウレタン(メタ)アクリレート及びそれを含有する活性エネルギー線硬化性組成物 - Google Patents
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Description
一方、1個の水酸基を含有するポリエチレングリコール類の使用は、ウレタン(メタ)アクリレートの分散性を高める効果を有するとされている。しかしながらこれまで提案されたウレタン(メタ)アクリレートにあっては、硬化性、スラッジ抑制、抑泡性といった種々の性能と両立を図ることは難しく、こうした全ての性能を満足するウレタン(メタ)アクリレートには検討の余地が残されていた。
中でも、本発明のウレタン(メタ)アクリレートは、前記有機ポリイソシアネート(a)に、(b)成分及び(c)成分をモル比で(b):(c)=99:1〜50:50の割合にて反応させたものであることが好ましい。
また本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は硬化性に優れる硬化膜を形成できる。さらに該組成物はスラッジ発生量が少なく抑泡性にも優れ、すなわち経時安定性に優れるだけでなく、塗工欠陥の発生や、塗工機等を用いた場合の目詰り等の不具合を抑制することができる。
以下、本発明のウレタン(メタ)アクリレートを構成する成分について詳述する。
(a)有機ポリイソシアネートは、分子内に反応性のイソシアネート基を複数有するものであれば特に限定されるものではないが、具体的には以下の化合物を使用することができる。例えば、炭素原子数(イソシアネート基中の炭素原子を除く、以下同様)6〜20の芳香族ポリイソシアネート[例えば1,3−又は1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−又は2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−又は2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’,4”−トリフェニルメタントリイソシアネート、m−又はp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネートなど]、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)、炭素原子数2〜18の脂肪族ポリイソシアネート[例えばエチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサンジイソシアネート、リジンジイソシアネート(2,6−ジイソシアナトヘキサン酸メチル)、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネートなど]、炭素原子数8〜15の脂環式ポリイソシアネート[例えばイソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、ビス(2−イソシアネートエチル)4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレートなど]、炭素原子数8〜15の芳香脂肪族ポリイソシアネート[キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)など]、およびこれらのポリイソシアネートの変成物(カーボジイミド基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、ウレア基、ビューレット基、イソシアヌレート基などを含有する変成物)や、これらの2種以上の混合物などが挙
げられる。
これらの中でも、反応性及び安全性の点で脂肪族または芳香族ポリイソシアネート(特にジイソシアネート)が好ましく、HDI、IPDIおよびMDIがより好ましい。
(b)分子内に1個のヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートとしては、例えば下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
nは、好ましくは3〜25の整数であり、より好ましくは5〜15の整数である。
nが2以上の場合、R2Oは2種以上のオキシアルキレン基から構成されていてもよく、その場合、種類の異なるオキシアルキレン基がブロック付加であってもランダム付加であってもよい。
上記アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドが挙げられ、2種以上のアルキレンオキサイドを付加する場合は、ブロック付加でもランダム付加でもよい。アルキレンオキサイドの付加モル数は1〜50の整数、好ましくは3〜25、より好ましくは5〜15である。
(c)(ポリ)オキシアルキレンアリールフェニルエーテルとしては、例えば下記一般式(2)で表される化合物が挙げられる。
また、上記R4Oで表される炭素原子数2〜4のオキシアルキレン基としては、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基が挙げられる。
mは、好ましくは3〜25の整数であり、より好ましくは5〜15の整数である。
mが2以上の場合、R4Oは2種以上のオキシアルキレン基から構成されていてもよく、その場合、種類の異なるオキシアルキレン基がブロック付加であってもランダム付加であってもよい。
本発明のウレタン(メタ)アクリレートは、前述の(a)乃至(c)成分を反応させて得られるものであり、これら成分の使用量は得られるウレタン(メタ)アクリレートの化成エネルギー線に対する硬化性等を考慮して決定される。
好ましくは、活性エネルギー線に対する硬化性やスラッジ抑制性等の点から、前述の(a)成分に対して、(b)成分と(c)成分とをモル比で、(b)成分:(c)成分=99:1〜50:50、好ましくは98:2〜80:20、より好ましくは97:3〜90:10の割合にて使用することが好ましい。
また(a)成分に対する(b)成分及び(c)成分の使用量は、ヒドロキシ基((b)及び(c)成分)/イソシアネート基((a)成分)の当量比が1.00〜1.05となるように、それぞれ使用することが好ましい。
反応温度は30〜90℃、好ましくは40〜80℃、より好ましくは50〜70℃であり、反応時間は4〜12時間程度である。反応の終了はIR測定にてNCO由来のピークが消失したことにより容易に確認可能である。
前述のウレタン(メタ)アクリレート(A)と光重合開始剤(B)とを含有する活性エネルギー線硬化性組成物も、本発明の対象である。
光重合開始剤(B)としては、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のベンゾイン類;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、2,2−ジエトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1,1−ジクロロアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、N,N−ジメチルアミノアセトフェノン等のアセトフェノン類;2−メチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、2−tert−ブチルアントラキノン、1−クロロアントラキノン、2−アミルアントラキノン、2−アミノアントラキノン等のアントラキノン類;2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン類;アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタール等のケタール類;ベンゾフェノン、メチルベンゾフェノン、4,4’−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、ミヒラーズケトン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド等のベンゾフェノン類;2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジ(m−メトキシフェニル)イミダゾール二量体、2−(o−フルオロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(p−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2,4−ジ(p−メトキシフェニル)−5−フェニルイミダゾール二量体、2−(2,4−ジメトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体等の2,4,5−トリアリールイミダゾール二量体;9−フェニルアクリジン、1,7−ビス(9,9’−アクリジニル)ヘプタン等のアクリジン誘導体;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、オキシム化合物類等が挙げられる。
温度計、撹拌羽根、滴下ロートを備え付けた500mL五口フラスコに、ポリエチレングリコール(8EO)モノアクリレート200部、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン(15EO5PO)トリスチレン化フェニルエーテル26.9部、ジブチル錫ジラウレート0.03部を仕込んだ。次に、撹拌しながらヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート(住化バイエルウレタン(株)社製、デスモジュール(登録商標)H)39.1部を30分かけて滴下しながら加えた。IR測定でNCO由来のピークが消失するまで70℃で反応させ、ウレタンアクリレート(A−1)を得た。
ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン(15EO5PO)トリスチレン化フェニルエーテル26.9部をポリオキシプロピレン(5PO)トリスチレン化フェニルエーテル14.6部に変更したこと以外は製造例1と同様に行い、ウレタンアクリレート(A−2)を得た。
ヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート(住化バイエルウレタン(株)社製、デスモジュール(登録商標)H)39.1部をイソホロンジイソシアネート(エボニック(株)社製、VESTANAT(登録商標) IPDI)51.6部に変更したこと以外は製造例1と同様に行い、ウレタンアクリレート(A−3)を得た。
製造例1と同様のフラスコに、ポリプロピレングリコール(10PO)モノアクリレート200部、ポリオキシエチレン(12EO)ジスチレン化フェニルエーテル14.6部、ジブチル錫ジラウレート0.03部を仕込んだ。次に、撹拌しながらヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート(住化バイエルウレタン(株)社製、デスモジュール(登録商標)H)29.6部を30分かけて滴下しながら加えた。IR測定でNCO由来のピークが消失するまで70℃で反応させ、ウレタンアクリレート(A−4)を得た。
製造例1と同様のフラスコに、ポリエチレングリコール(8EO)モノアクリレート230部、ジブチル錫ジラウレート0.03部を仕込んだ。次に、室温で撹拌しながらヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート(住化バイエルウレタン(株)社製、デスモジュール(登録商標)H)42.9部を30分かけて滴下しながら加えた後、IR測定でNCO由来のピークが消失するまで70℃で反応させ、ウレタンアクリレート(A−5)を得た。
ヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート(住化バイエルウレタン(株)社製、デスモジュール(登録商標)H)42.9部をイソホロンジイソシアネート(エボニック(株)社製、VESTANAT(登録商標) IPDI)56.7部に変更したこと以外は比較製造例1と同様に行い、ウレタンアクリレート(A−6)を得た。
製造例1と同様のフラスコに、ポリプロピレングリコール(10PO)モノアクリレート230部、ジブチル錫ジラウレート0.03部を仕込んだ。次に、撹拌しながらヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート(住化バイエルウレタン(株)社製、デスモジュール(登録商標)H)32.5部を30分かけて滴下しながら加えた。IR測定でNCO由来のピークが消失するまで70℃で反応させ、ウレタンアクリレート(A−7)を得た。
ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン(15EO5PO)トリスチレン化フェニルエーテル26.9部をポリオキシエチレンポリオキシプロピレン(2EO6PO)2−ヘキシルデシルエーテル14.9部に変更したこと以外は製造例1と同様に行い、ウレタンアクリレート(A−8)を得た。
ポリオキシエチレン(12EO)ジスチレン化フェニルエーテル14.6部をポリオキシエチレン(10EO)メチルエーテル7.9部に変更したこと以外は製造例4と同様に行い、ウレタンアクリレート(A−9)を得た。
ポリオキシエチレン(12EO)ジスチレン化フェニルエーテル14.6部をポリオキシプロピレン(10PO)メチルエーテル10.2部に変更したこと以外は製造例4と同様に行い、ウレタンアクリレート(A−10)を得た。
ポリオキシエチレン(12EO)ジスチレン化フェニルエーテル14.6部をポリオキシエチレンポリオキシプロピレン(4EO4PO)2−ブチルオクチルエーテル10.2部に変更したこと以外は製造例4と同様に行い、ウレタンアクリレート(A−11)を得た。
製造例1〜4又は比較製造例1〜7で得たウレタンアクリレートA1〜A11 40部、光重合開始剤としてイルガキュア184(チバスペシャリティ社製、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)3部、溶剤としてイソプロパノール5部、固形分調整として水60部を配合し、実施例1〜実施例4及び比較例1〜比較例7の活性エネルギー線硬化性組成物溶液を調製した。
また、比較製造例1で得たウレタンアクリレートA−5 36部、イルガキュア3部、イソプロパノール5部、界面活性剤S−1(ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン(15EO5PO)トリスチレン化フェニルエーテル) 4部、水60部を配合した比較例8の活性エネルギー線硬化性組成物溶液、並びにウレタンアクリレートA−5を比較製造例3で得たウレタンアクリレートA−7 38部とし、界面活性剤S−1を界面活性剤S−2(ポリオキシエチレン(12EO)ジスチレン化フェニルエーテル) 2部に変えた以外は比較例8と同様に調製した比較例9の活性エネルギー線硬化性組成物溶液を調製した。
これらのサンプルを用いて以下に示す評価を実施した。配合例及び評価結果について表1に示す。
上述の活性エネルギー線硬化性組成物溶液のそれぞれを50μmバーコーターでガラス基板上に塗布し、100℃の熱風乾燥機で5分間乾燥させた。室温で10分間放置した後、100mW/cm2のUV照射機で照射し、硬化膜を形成した。硬化膜のタック性を評価し、タック性が無くなるまでの照射回数をカウントした。照射回数のカウント結果を表1に示す。
上述の活性エネルギー線硬化性組成物溶液のそれぞれを50μmバーコーターでガラス基板上に塗布し、100℃の熱風乾燥機で5分間乾燥させた。室温で10分間放置した後、100mW/cm2のUV照射機で積算光量が400mJ/cm2になるようにしてU
V照射し、硬化膜を形成した。得られた硬化膜をJIS K 5600 5−4に従って評価し、鉛筆硬度を求めた。なお硬化膜としては、少なくとも鉛筆硬度がH以上であることが求められる。
各活性エネルギー線硬化性組成物溶液を1週間静置保管させた後のスラッジ発生量について、目視にて観察し、以下の評価基準にて評価した。
○:スラッジが全く見られない
△:わずかにスラッジが見られる
×:多量のスラッジが見られる
上述の活性エネルギー線硬化性組成物溶液のそれぞれを100mLメスシリンダーに50mLとり、乾燥空気(30mL/min)で30分間バブリングした。この時、概溶液の泡の発生の有無と、泡が発生した場合にはその泡の高さについて観察し、以下の評価基準にて評価した。
○:起泡が全く見られない
△:起泡するが容器からはあふれ出ない
×:容器からあふれ出すほど起泡する
スラッジ抑制能及び抑泡性の殆ど全ての評価において高い評価が得られた。
一方、本発明以外のウレタン(メタ)アクリレート、すなわち、(c)(ポリ)オキシアルキレンアリールフェニルエーテルを使用せずに調製したウレタン(メタ)アクリレートA−5〜A−7、並びに上記(c)成分に代えて、(ポリ)オキシアルキレンアルキルエーテルを使用して調製したウレタン(メタ)アクリレートA−8〜A−11を用いた活性エネルギー線硬化性組成物(比較例1乃至比較例7)にあっては、上記評価中いずれかでは高評価となったものも存在したが、上記4評価の全てを満足する結果を得ることはできなかった。中でも硬化性の評価に関しては、そのほとんどが実施例の結果と同等以下とする結果となり、また、スラッジ抑制能と抑泡性を両立することは困難であるとする結果が得られた。さらに、(ポリ)オキシアルキレンアリールフェニルエーテルを使用せずに調製したウレタン(メタ)アクリレートA−5又はA−7を用い、界面活性剤としてポリオキシアルキレンアリールフェニルエーテルを別に添加した活性エネルギー線硬化性組成物(比較例8及び比較例9)にあっても、ポリオキシアルキレンアリールフェニルエーテルをその一成分として調製したウレタン(メタ)アクリレート(A−1、A−4)を使用した実施例1及び実施例4と比べて、硬度、抑泡性の点で劣るとする結果が得られた。
以上の通り、本発明のウレタン(メタ)アクリレートは、それを構成する成分として(ポリ)オキシアルキレンアリールフェニルエーテルを採用することにより、すなわち有機ポリイソシアネートに対して分子内に1個のヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート及び(ポリ)オキシアルキレンアリールフェニルエーテルを組み合わせて反応させることにより、得られたウレタン(メタ)アクリレートにおいて、活性エネルギー線に対する硬化性が向上するとともに、スラッジ及び泡立ちの発生が抑制できることが確認された。
Claims (3)
- 有機ポリイソシアネート(a)に、分子内に1個のヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート(b)及び(ポリ)オキシアルキレンアリールフェニルエーテル(c)を反応させて得られるウレタン(メタ)アクリレートであって、
前記(b)成分が、下記一般式(1)で表される化合物であり、
前記(c)成分が、下記一般式(2)で表される化合物である、
ウレタン(メタ)アクリレート。
- 前記(a)成分に、前記(b)成分及び前記(c)成分をモル比で(b):(c)=99:1〜50:50の割合にて反応させたものである、請求項1に記載のウレタン(メタ)アクリレート。
- 請求項1又は2に記載のウレタン(メタ)アクリレート(A)及び光重合開始剤(B)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物。
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