JP6513381B2 - ポリエステル系樹脂組成物、及びポリエステル系水性液 - Google Patents
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例えば、ポリエステルフィルムにハードコート層を積層したハードコートフィルムは硬度や耐擦傷性に優れ、光学用途等に利用されており、このハードコートフィルムにもポリエステルフィルムとハードコート層との間にプライマー層が設けられる。このような構成のフィルムでは、プライマー層の屈折率とポリエステルフィルム及びハードコート層の屈折率との差異に起因する虹彩状反射が発生し、視認性に支障をきたすという問題があった。
また本発明のポリエステル系水性液は、ポリエステル系樹脂基材やハードコート層との接着性に優れ、高屈折率を有するプライマー層などの被膜を成形するための材料として非常に有用なものである。
なお、本明細書において、(メタ)アクリルとはアクリルあるいはメタクリルを意味するものであり、(メタ)アクリル系樹脂とは、アクリレート系モノマー及びメタクリレート系モノマーのうち1種以上を含む重合成分を重合して得られる樹脂である。
本発明のポリエステル系樹脂組成物は、ポリエステル系樹脂[I]及び架橋剤[II]を含有してなる。
ポリエステル系樹脂[I]は、ポリオール成分(A)、多価カルボン酸成分(B)及びエステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)が共重合されてなる。
まず、ポリオール成分(A)について説明する。
本発明で用いられるポリオール成分(A)は、1分子中に2個以上の水酸基を有する鎖式脂肪族炭化水素化合物、環式脂肪族又は芳香族炭化水素化合物からなる群から選ばれる1種又は2以上を含み、通常は二価アルコールを少なくとも含む。
ポリオール成分(A)の中でも、ハードコートとの接着性の点で1分子中に2個以上の水酸基を有する鎖式脂肪族炭化水素化合物を含有することが好ましく、特に数平均分子量が1, 000以上であるポリアルキレングリコール(a1)を含有することが好ましい。
[式]
2×1000×56.1÷水酸基価(mgKOH/g)
本発明においては、1種又は2種以上のポリアルキレングリコールを用いることができ、例えば、アルキレン基の異なるポリアルキレングリコールや数平均分子量の異なるポリアルキレングリコールを併せて用いることができる。
炭素数1〜5のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、イソペンチル基等が挙げられる。アリール基としては、炭素数6〜10のアリール基が挙げられ、例えば、フェニル基、トリル基、o−キシリル基等が挙げられる。アラルキル基としては、炭素数7〜20のアラルキル基が挙げられ、例えば、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
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、1,3−プロパンジオール、2,4−ジメチル−2−エチルヘキサン−1,3−ジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール(ネオペンチルグリコール)、2−エチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−2−イソブチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサンジオール等の脂肪族ジオール;
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、スピログリコール、トリシクロデカンジメタノール、アダマンタンジオール、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール等の脂環族ジオール;
4,4′−チオジフェノール、4,4′−メチレンジフェノール、ビスフェノールS,ビスフェノールA、4,4′−ジヒドロキシビフェニル、o−,m−及びp−ジヒドロキシベンゼン、2,5−ナフタレンジオール、p−キシレンジオール等の芳香族ジオール及びそれらのエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド付加体等が挙げられる。
これら他の二価アルコールの中から選ばれる1種を用いてもよく、あるいは2種以上を併せて用いてもよい。
本発明で用いられる多価カルボン酸成分(B)は、二価以上の多価カルボン酸を含み、通常は二価カルボン酸を少なくとも含む。なお、これらの多価カルボン酸は、エステル体、クロライド、酸無水物等の構造であってもよい。
かかるカルボン酸無水物(b1)としては、少なくとも2つのカルボン酸無水物構造を有するものであればよく、カルボン酸二無水物等の無水物等が挙げられ、樹脂製造時にゲル化を招きにくい点や水性化の際の水分散性の点から、テトラカルボン酸二無水物が好ましい。
多価カルボン酸成分(B)は1種または2種以上を用いることができる。
上記二価カルボン酸としては、例えば、
テレフタル酸、イソフタル酸、ベンジルマロン酸、ジフェン酸、4,4′−オキシジ安息香酸等の芳香族ジカルボン酸;
マロン酸、ジメチルマロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、トリメチルアジピン酸、ピメリン酸、2,2−ジメチルグルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、チオジプロピオン酸、ジグリコール酸等の脂肪族ジカルボン酸;
1,3−シクロペンタンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロペンタンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、2,5−ノルボルナンジカルボン酸、アダマンタンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸;
等が挙げられる。
本発明で用いられるアクリル系樹脂(C)は、エステル結合を形成しうる官能基を有するアクリル系樹脂であり、接着性の点でアクリル系樹脂の側鎖に官能基を有するものが好ましい。アクリル系樹脂(C)におけるかかる官能基の含有量は、下記式で表される値が2以上であることが好ましく、特には2〜60、更には2.1〜25、殊には2.2〜20であることが好ましい。なお、官能基含有量が多すぎるとゲル化する傾向がある。
アクリル系樹脂1g当たりの官能基モル数×重量平均分子量
すなわち、エステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)としては、例えば、カルボキシル基含有アクリル系樹脂(c1)、水酸基含有アクリル系樹脂(c2)、グリシジル基含有アクリル系樹脂(c3)又はアルコキシシリル基含有アクリル系樹脂(c4)であることが挙げられ、中でも接着性の点で、カルボキシル基含有アクリル系樹脂(c1)、水酸基含有アクリル系樹脂(c2)、グリシジル基含有アクリル系樹脂(c3)が好ましく、特にはゲル化を招きにくい点でカルボキシル基含有アクリル系樹脂(c1)が好ましい。
また接着性の点から、共重合成分としてスチレンは少ない方が好ましく、スチレンの共重合量はアクリル系樹脂(C)全体に対して50モル%以下であることが好ましく、特には20モル%以下、更には5モル%以下、殊には0モル%であることが好ましい。
なお、重量平均分子量はGPC分析を行い、ポリスチレン換算によって求めることができる。
なお、ガラス転移温度は示差走査熱量計によって求めることができる。
本発明で用いられるポリエステル系樹脂[I]は、上記ポリオール成分(A)、多価カルボン酸成分(B)及びエステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)からなるものであり、かかるエステル系樹脂の製造方法については、例えば、
(i)ポリオール成分(A)、多価カルボン酸成分(B)及びエステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)からなる水酸基含有プレポリマーを、カルボン酸無水物構造を2つ以上有するカルボン酸無水物(b1)で鎖延長させる方法や、
(ii)ポリオール成分(A)及び多価カルボン酸成分(B)からなるポリエステルポリオールを、カルボン酸無水物構造を2つ以上有するカルボン酸無水物(b1)で鎖延長させた後、エステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)を反応させる方法
等がある。
まず、所定量のポリオール成分(A)、カルボン酸無水物(b1)を除く多価カルボン酸成分(B)、及びエステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)を無溶媒で混合する。このとき、ポリオール成分(A)とカルボン酸無水物(b1)を除く多価カルボン酸成分(B)との比率(モル比)は、多価カルボン酸成分(B)1モルに対してポリオール成分(A)を1.1〜2モルとすることが好ましい。但し、かかる範囲に限定されず、反応によって適宜調整することができる。
ポリオール成分(A)及び多価カルボン酸成分(B)からなるポリエステルポリオールを得るに際しては、公知の方法により行うことができる。
更に、得られたポリエステルポリオールに、カルボン酸無水物構造を2つ以上有するカルボン酸無水物(b1)を加え、上述と同様の条件で鎖延長した後、アクリル系樹脂(C)を配合し、更に165〜200℃で0.2〜3時間かけて反応を進行させることができる。
かくして、上述の方法により塊状のポリエステル系樹脂[I]が得られる。
なお、本発明において重量平均分子量は、例えば、GPC分析を行い、ポリスチレン換算によって求めることができる。
上記ポリエステル系樹脂[I]のガラス転移温度(Tg)は、例えば、示差走査熱量計を用い測定することができる。
上記ポリエステル系樹脂[I]の酸価は、例えばJIS K0070に基づき中和滴定により求めることができる。
なお、ここで言う屈折率とは、25℃におけるD線(589nm)に対する屈折率である。
上記ポリエステル系樹脂[I]の屈折率は、例えば、アッベ屈折計を用い測定することができる。
本発明における架橋剤[II]としては、ポリエステル系樹脂[I]に含まれる官能基と反応性を有する官能基を含有する化合物であればよく、例えば、カルボキシル基と反応性を有する官能基を含有する化合物が用いられる。
かかる含有量が多すぎても少なすぎても接着性が低下する傾向がある。
本発明のポリエステル系樹脂組成物には、必要に応じて、ヒンダードフェノール系等の酸化防止剤、熱安定剤、ガラス繊維、無機・有機充填剤、色料、難燃剤、軟化剤、分散剤、湿潤剤、乳化剤、ゲル化剤、消泡剤、他の熱可塑性樹脂等を、本発明の効果を損なわない程度に、含有させることができる。
本発明のポリエステル系樹脂組成物は、フィルム、シート、カップ等の成形品、接着剤、塗料、コーティング剤等として利用することができる。
本発明のポリエステル系水性液は、上記のようにして得られたポリエステル系樹脂組成物が水性溶媒に溶解又は分散されてなるものである。以下、水性溶媒に溶解又は分散させることを「水溶解又は水分散」と表記する。
通常、水溶解又は水分散させポリエステル系水性液とするには、ポリエステル系樹脂[I]を中和剤で中和して水性溶媒に溶解又は分散させ、架橋剤[II]と配合し、ポリエステル系水性液とする方法が好ましい。その他にも、ポリエステル系樹脂[I]と架橋剤[II]を配合した樹脂組成物を水溶解又は水分散してポリエステル系水性液とする方法や、架橋剤[II]を水分散させたものをポリエステル系樹脂[I]に配合して水性液とする方法もある。
ポリエステル系水性液をポリエステルフィルムに塗布し、加熱乾燥することにより成膜して、被膜付きポリエステルフィルムを得ることができる。この被膜付きポリエステルフィルムには、更に延伸加工を施しても良い。
また、この未延伸のポリエステルフィルムを一軸方向または二軸方向に延伸した後、熱固定し、更に必要に応じて熱弛緩処理を施すことで一軸延伸フィルムまたは二軸延伸フィルムを得ることができる。
<ポリエステル系樹脂[I−1]の製造>
テレフタル酸ジメチル570部(0.294モル)、イソフタル酸ジメチル558部(0.287モル)、5−スルホイソフタル酸ジメチルナトリウム17部(0.006)、ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン2574部(0.587モル)、ジエチレングリコール221部(0.208モル)、数平均分子量2,000のポリエチレングリコール94部(0.005モル)、カルボキシル基を有するアクリル系樹脂「UC−3510」(東亞合成株式会社製、酸価80mgKOH/g、重量平均分子量2,000、ガラス転移温度−56℃)458部、触媒としてテトラブトキシチタン0.7部、酢酸亜鉛二水和物0.5部、重合禁止剤としてターシャリーブチルカテコール4.6部をエステル交換反応器に仕込み、窒素雰囲気下、180℃から250℃まで2時間かけて昇温し、メタノールの溜出が終了するまで250℃でエステル交換反応を行った。
次いで、180℃まで冷却した後、カルボン酸無水物として5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフリル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物465部(0.176モル)を仕込み、常圧下、180℃で1.5時間反応を行うことで鎖延長を進行させ、ポリエステル系樹脂[I−1]を得た。このポリエステル系樹脂の組成を表1に示す。
なお、表1中、ポリオール成分(A)及び多価カルボン酸成分(B)の欄における各化合物の数値は、成分(A)又は成分(B)に対する化合物のモル分率を表し、エステル形成性官能基含有アクリル系樹脂(C)の欄における化合物の数値は、ポリエステル系樹脂全体に対するアクリル系樹脂(C)の含有量(重量%)を示す。
<ポリエステル系樹脂[I−2]〜[I−5]の製造>
表1に示すとおり、共重合成分及びその割合を変更する以外は製造例1と同様の操作を行って、ポリエステル系樹脂[I−2]〜[I−5]を製造した。
<ポリエステル系樹脂[I−6]の製造>
2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル863部(0.353モル)、5−スルホイソフタル酸ジメチルナトリウム615部(0.208モル)、ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン2066部(0.471モル)、エチレングリコール383部(0.617モル)、数平均分子量2,000のポリエチレングリコール673部(0.034)、カルボキシル基を有するアクリル系樹脂「UC−3510」(東亞合成株式会社製、酸価80mgKOH/g、重量平均分子量2,000)432部、触媒としてテトラブトキシチタン0.7部、酢酸亜鉛二水和物0.5部、重合禁止剤としてターシャリーブチルカテコール4.3部をエステル交換反応器に仕込み、窒素雰囲気下、180℃から240℃まで2時間かけて昇温し、メタノールの溜出が終了するまで240℃でエステル交換反応を行った。
次いで、240℃のまま系内を徐々に減圧し、重縮合反応を進行させようとしたが、減圧開始直後から発泡が著しく、液面が急激に上昇したため重縮合反応を行うことができなかった。そのため、これ以上の評価は行わなかった。
BPEF:ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン
DEG:ジエチレングリコール
PEG−0.6K:数平均分子量600のポリエチレングリコール
PEG−2K:数平均分子量2,000のポリエチレングリコール
PEG−3.4K:数平均分子量3,400のポリエチレングリコール
DMI:イソフタル酸ジメチル
SIPM:5−スルホイソフタル酸ジメチルナトリウム
SuAn:無水コハク酸
B−4400:5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフリル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物
UC−3510:カルボキシル基を有するアクリル系樹脂「UC−3510」(東亞合成株式会社製、酸価80mgKOH/g、重量平均分子量2,000、ガラス転移温度−56℃、官能基含有量2.9)
[式]
アクリル系樹脂1g当たりの官能基モル数×重量平均分子量
TAインスツルメント社製の示差走査熱量計DSC Q20を用いて測定した。
ポリエステル系樹脂0.5gを7/3(トルエン/メタノール)のトルエンとメタノールの混合溶媒に溶解し、JIS K0070に基づき中和滴定により求めた。
東ソー社製のHLC−8320を用いてGPC測定を行い、ポリスチレン換算から求めた。
アタゴ社製のアッベ屈折系DR−M4を用いて25℃におけるD線(589nm)に対する屈折率を測定した。
<ポリエステル系水性液の調製>
製造例1〜5で得られたポリエステル系樹脂[I−1]〜[I−5]について、ポリエステル系樹脂70部、水823部、イソプロピルアルコール100部、25%アンモニア水7部を反応器に仕込み、90℃に昇温し攪拌しながら溶解させ、固形分濃度7%(重量%)のポリエステル系樹脂水性液(水分散体)を調製した。
なお、表3中、ポリエステル系樹脂及び架橋剤の重量部の欄における数値は、ポリエステル系樹脂の固形分量及び架橋剤の有効成分量に換算した値を表す。
II−1:エポキシ系架橋剤「デナコールEX−810」(ナガセケムテックス社製)
II−2:オキサゾリン系架橋剤「エポクロスWS−700」(日本触媒社製)
実施例及び比較例にて得られたポリエステル系水性液をPETフィルム(東レ社製、ルミラーT60、厚み100μm)上にバーコーターNo.6にて塗布し、150℃で3分間乾燥させることで、厚み1μmのプライマー層を形成した。
次に、下記に示す配合成分からなる紫外線硬化型樹脂組成物を上記プライマー層の上にバーコーターNo.10を用いて塗布し、60℃で3分間乾燥させた。続いて塗布面から13cmの高さにセットした80W/cmの照射強度を有するメタルハライドランプを用いて紫外線を450mJ/cm2で照射することで紫外線硬化型樹脂組成物を硬化させ、厚み3.5μmのハードコート層形成した。
<紫外線硬化型樹脂組成物>
下記のハードコート用ウレタンアクリレート化合物を含有する混合物:220部
イソプロピルアルコール:725部
メチルイソブチルケトン:55部
光重合開始剤「Irgacure−184」(チバ・スペシャリティケミカルズ社製):8.8部
温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えた4つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート15g(0.07モル)、ペンタエリスリトールトリアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(水酸基価116mgKOH/g)85g、重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチルクレゾール0.06g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.02gを仕込み、60℃で反応させ、残存イソシアネート基が0.3%以下となった時点で反応を終了し、ウレタンアクリレート系化合物51.1g(重量平均分子量は1,200)、ペンタエリスリトールトリアクリレート16.3g、ペンタエリスリトールテトラアクリレート32.6gの混合物を得た。
○:85/100以上、98/100未満
△:60/100以上、85/100未満
×:60/100未満
Claims (11)
- ポリオール成分(A)、多価カルボン酸成分(B)及びエステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)からなるポリエステル系樹脂[I]並びに架橋剤[II]を含有してなるポリエステル系樹脂組成物であり、
多価カルボン酸成分(B)として、カルボン酸無水物構造を2つ以上有するカルボン酸無水物(b1)を含有することを特徴とするポリエステル系樹脂組成物。 - ポリエステル系樹脂[I]が、ポリオール成分(A)、多価カルボン酸成分(B)及びエステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)からなる水酸基含有プレポリマーを、カルボン酸無水物構造を2つ以上有するカルボン酸無水物(b1)で鎖延長させてなるものであることを特徴とする請求項1記載のポリエステル系樹脂組成物。
- ポリエステル系樹脂[I]が、ポリオール成分(A)及び多価カルボン酸成分(B)からなるポリエステルポリオールを、カルボン酸無水物構造を2つ以上有するカルボン酸無水物(b1)で鎖延長させた後、エステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)を反応させてなるものであることを特徴とする請求項1記載のポリエステル系樹脂組成物。
- ポリオール成分(A)として、数平均分子量1,000〜20,000のポリアルキレングリコール(a1)を含有することを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のポリエステル系樹脂組成物。
- ポリオール成分(A)全体に対して、数平均分子量1,000〜20,000のポリアルキレングリコール(a1)を0.01〜10モル%含有することを特徴とする請求項4記載のポリエステル系樹脂組成物。
- エステル形成性官能基を有するアクリル系樹脂(C)が、カルボキシル基含有アクリル系樹脂(c1)、水酸基含有アクリル系樹脂(c2)、グリシジル基含有アクリル系樹脂(c3)又はアルコキシシリル基含有アクリル系樹脂(c4)であることを特徴とする請求項1〜6いずれか記載のポリエステル系樹脂組成物。
- ポリエステル系樹脂[I]の屈折率が1.56以上であることを特徴とする請求項1〜7いずれか記載のポリエステル系樹脂組成物。
- 架橋剤[II]が、カルボキシル基と反応性を有する官能基を含有するものであることを特徴とする請求項1〜8いずれか記載のポリエステル系樹脂組成物。
- 架橋剤[II]が、メラミン系化合物、又はエポキシ基、オキサゾリン基もしくはカルボジイミド基を有する化合物であることを特徴とする請求項1〜9いずれか記載のポリエステル系樹脂組成物。
- 請求項1〜10いずれか記載のポリエステル系樹脂組成物が、水性溶媒に溶解又は分散されてなることを特徴とするポリエステル系水性液。
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