JP6555185B2 - 被覆物品の製造方法、塗料及び積層体 - Google Patents

被覆物品の製造方法、塗料及び積層体 Download PDF

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Description

本発明は、被覆物品の製造方法、該方法に用いる塗料及びその塗膜を含む積層体に関する。更に詳しくは、活性エネルギー線硬化性塗料において、特定のシロキサンアクリレートを用いることによって、レベリング剤の使用量を低減してもベナール対流等が抑制され、良好な塗膜外観が得られる被覆物品の製造方法乃至レベリング性の改良方法、及び該方法に用いる活性エネルギー線硬化性塗料、及び該塗料を有機樹脂基材に塗布・硬化してなる被覆物品に乾式成膜工法によって形成された無機蒸着層を備える積層体であって、レベリング剤成分の少なさとシロキサンアクリレートの特性に由来する優れた接着性を示す積層体に関する。
ベナール対流は、層状の流体において熱移動が存在する場合に発生する現象であり、特定の条件が揃うと、微視的にはランダムな分子運動が突如として巨視的な連動を伴うようになり、対流として現れる現象である。塗料の塗布においても、塗膜外観に影響を与える因子として知られている。一般に塗料は樹脂成分を溶剤で薄めたものであるが、塗料を塗布後、溶剤が揮散する工程で熱移動が発生するため、ベナール対流が生じる場合がある。ベナール対流が生じた状態で塗料が硬化すると、膜にスジや波打ち状の外観が発生するため、好ましくない。このような状態は塗料のレベリング性がよくないと表現され、種々の対策が講じられる。
レベリング性改良の最も一般的な手法は、レベリング剤と言われる界面活性剤の一種を添加することである。レベリング剤には、シリコーン系(特許文献1:特許第5234065号公報)、ポリエーテル系(特許文献2:特開2011−26594号公報)、フッ素系(特許文献3:特許第5204634号公報)等、様々な種類が知られており、塗料との相性がよいものを適宜用いることができる。
レベリング性改良のその他の手段として、塗料の樹脂成分を薄めることも、しばしば行われている(例えば、特許文献4:特開2009−179678号公報の[0032])。
特許第5234065号公報 特開2011−26594号公報 特許第5204634号公報 特開2009−179678号公報
本発明は、優れたレベリング性を有し、レベリング剤の使用量を低減してもベナール対流が抑制され、良好な塗膜外観が得られる被覆物品の製造方法、該方法に用いる塗料及びその塗膜を含む積層体を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、以下の知見を得た。即ち、塗料のレベリング性改良の手段として、レベリング剤の添加及び/又は塗料の希釈だけでは十分な特性が得られない場合が存在することが本発明者らの検討で明らかとなった。その場合とは、樹脂基材に活性エネルギー線硬化性塗料を塗布・硬化してなる層(i)及び無機蒸着層(ii)が順次積層されてなる耐候性の積層体を製造する場合である。耐候性の積層体は、例えば、自動車の樹脂ガラス窓等への用途が考えられるため、優れた視認性が求められ、その製造に供する塗料は、大きな樹脂基材に塗布してもなお、良好なレベリング性を示すことが好ましい。しかしながら、レベリング剤の添加は、層(i)と層(ii)の密着性を阻害する場合が多く、多量の添加は好ましくない。また、塗料の希釈は、レベリング性の向上には寄与するものの、層(i)を薄膜化してしまう。耐候性が求められる分野では層(i)にある程度の厚みを有することが好ましい。従って、本発明では、活性エネルギー線硬化性塗料において、塗料を必要以上に希釈することなく、なおかつ、レベリング剤を必要以上に添加することなく、レベリング性を改良することを新たな課題として見出した。
本発明の課題を数式によって説明する。ベナール対流は、数式(1)で示されるレイリー数(Ra)と呼ばれる無次元数によって支配されることが知られている。
Ra=gβ(Ts−T)x3/(να) 数式(1)
ここで、gは重力加速度、βは体膨張係数、Tsは物体表面温度、Tは流体の温度、xは代表長さ、νは動粘性係数、αは熱拡散率である。ベナール対流はレイリー数(Ra)が特定の範囲(下限臨界値及び上限臨界値内)において発生するとされている。下限臨界値以下では層流のため平滑な界面を形成する。上限臨界値以上では完全乱流のために均質(平滑)な界面を形成する。塗料の樹脂成分を希釈する対策は、数式(1)でいうと、νを小さくする効果があり、Raを上限臨界値以上にして均質な界面を形成する試みである。その一方で、レベリング剤の添加は、塗料の界面張力を下げることによって対流の発生とは無関係に平滑な界面を保とうとする試みである。数式(1)から、基材の予備加熱(Ts)、塗装環境(β、α)、及び膜厚(x)の調整も物理的に有効であることが分かるが、このような物理的因子は現実の塗工環境において、全て実現できるわけではなかった。本発明者らは、レベリング剤以外の化学的因子によって塗膜の平滑性を発現させつつ比較的厚い硬化塗膜を形成し、更に前記硬化塗膜層(i)とその後に設けられる無機蒸着層(ii)との密着性をも確保する、という新たな課題を見出したものである。
なお、数式(1)における動粘性係数νは、塗料の濃度、溶剤の種類、温度等種々の因子の関数である。なかでも、νは塗料を構成する樹脂成分にも大きく依存しているが、活性エネルギー線硬化性塗料を主に構成する多官能(メタ)アクリレートは一般に高粘性な物質として知られている。多官能(メタ)アクリレート成分の粘度は塗料の動粘性係数νを変化させるうえで重要な因子であるが、十分に検討されてこなかった。また、多官能(メタ)アクリレートでありながら、比較的低粘性な化合物として、ポリエーテル連結鎖を有する多官能アクリレート(特開2013−82941号公報)が知られているが、本発明者らが検討したところ、本課題の解決には至らないことが明らかとなった。
本発明者らは上記課題を解決するために種々検討した結果、下記一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートを含有する活性エネルギー線硬化性塗料を用いることが有効であることを知見し、本発明をなすに至った。
Figure 0006555185
(一般式(I)中において、R1、R2、R3、及びR4はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、Y1、Y2、Y3、及びY4はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキレン基を表し、nは1以上10以下の整数を表す。)
従って、本発明は、下記の被覆物品の製造方法、塗料及び積層体を提供する。
〔1〕
活性エネルギー線硬化性塗料を有機樹脂基材に塗布し未硬化膜付物品を得る工程(A)、前記未硬化膜付物品に活性エネルギー線を照射して被覆物品を得る工程(B)、を含む被覆物品の製造方法において、
活性エネルギー線硬化性塗料が下記一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートを含有することを特徴とする被覆物品の製造方法。
Figure 0006555185
(一般式(I)中において、R1、R2、R3、及びR4はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、Y1、Y2、Y3、及びY4はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキレン基を表し、nは1以上10以下の整数を表す。)
〔2〕
活性エネルギー線硬化性塗料が、更に(α)多官能(メタ)アクリレートを含み、更に(β)アクリル系ポリマー、(γ)無機酸化物微粒子、(δ)光安定剤のいずれか1種又は2種以上を含むことを特徴とする〔1〕に記載の被覆物品の製造方法。
〔3〕
活性エネルギー線硬化性塗料におけるシロキサンアクリレート(I)の割合が、該塗料のシロキサンアクリレート(I)を除く固形分に対して5〜100質量%であり、(α)多官能(メタ)アクリレート、(β)アクリル系ポリマー、(γ)無機酸化物微粒子、(δ)光安定剤の割合が、前記塗料のシロキサンアクリレート(I)を除く固形分100質量部中、成分(α)は30〜89.9質量部、成分(β)は5〜30質量部、成分(γ)は5〜30質量部、成分(δ)は0.1〜10質量部であることを特徴とする〔2〕に記載の被覆物品の製造方法。
〔4〕
活性エネルギー線硬化性塗料に含まれるレベリング剤の量が、前記塗料の不揮発性固形分に対して0〜3,000ppmであることを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の被覆物品の製造方法。
〔5〕
下記一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートを含有することを特徴とする活性エネルギー線硬化性塗料。
Figure 0006555185
(一般式(I)中において、R1、R2、R3、及びR4はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、Y1、Y2、Y3、及びY4はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキレン基を表し、nは1以上10以下の整数を表す。)
〔6〕
更に(α)多官能(メタ)アクリレートを含むことを特徴とする〔5〕に記載の活性エネルギー線硬化性塗料。
〔7〕
更に(β)アクリル系ポリマー、(γ)無機酸化物微粒子、(δ)光安定剤のいずれか1種又は2種以上を含むことを特徴とする〔6〕に記載の活性エネルギー線硬化性塗料。
〔8〕
活性エネルギー線硬化性塗料におけるシロキサンアクリレート(I)の割合が、該塗料のシロキサンアクリレート(I)を除く固形分に対して5〜100質量%であり、(α)多官能(メタ)アクリレート、(β)アクリル系ポリマー、(γ)無機酸化物微粒子、(δ)光安定剤の割合が、前記塗料のシロキサンアクリレート(I)を除く固形分100質量部中、成分(α)は30〜89.9質量部、成分(β)は5〜30質量部、成分(γ)は5〜30質量部、成分(δ)は0.1〜10質量部であることを特徴とする〔7〕に記載の活性エネルギー線硬化性塗料。
〔9〕
活性エネルギー線硬化性塗料に含まれるレベリング剤の量が、前記塗料の不揮発性固形分に対して0〜3,000ppmであることを特徴とする〔5〕〜〔8〕のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性塗料。
〔10〕
有機樹脂基材の少なくとも一方の面に〔5〕〜〔9〕のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性塗料を塗布・硬化してなる層(i)、及び無機蒸着層(ii)が順次積層されてなる積層体であって、
層(i)が、5μm以上20μm以下の厚みであり、層(ii)が乾式成膜工法によって形成されたものであることを特徴とする積層体。
本発明の製造方法に用いる活性エネルギー線硬化性塗料によれば、塗料を必要以上に希釈することなく、なおかつ、レベリング剤を必要以上に添加することなく、レベリング性を改良することができる。本発明の活性エネルギー線硬化性塗料を有機樹脂基材に塗布・硬化してなる物品は、耐候性を付与するために十分な膜厚を確保し、なおかつ、更に前記物品に無機蒸着層を形成する際に優れた密着性を発現する。本発明の積層体は、優れた耐候性と耐擦傷性を有する。
以下に、本発明の被覆物品の製造方法乃至レベリング性の改良方法、該方法に用いる塗料及び積層体を詳細に説明する。
レベリング性の改良
本発明におけるレベリング性の改良方法は、活性エネルギー線硬化性塗料を有機樹脂基材に塗布し未硬化膜付物品を得る工程(A)、前記未硬化膜付物品に活性エネルギー線を照射して被覆物品を得る工程(B)、を含む被覆物品の製造方法において、前記未硬化膜上で膜が均一・平滑に濡れ広がることを特徴としている。レベリング性の改良効果は、工程(B)によって前記未硬化膜が硬化した後の外観の観察によって判断することが好ましい。外観はスジや波打ち等の異常が見られないことが好ましい。本発明の方法では、より少ない量のレベリング剤を用いた際にもスジや波打ち等の異常が見られないことがより好ましい。外観は目視、顕微鏡等によって判断することができる。
シロキサンアクリレート
本発明におけるレベリング性の改良方法は、活性エネルギー線硬化性塗料に下記一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートを含有することを特徴としている。
Figure 0006555185
(一般式(I)中において、R1、R2、R3、及びR4はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、Y1、Y2、Y3、及びY4はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキレン基を表し、nは1以上10以下の整数を表す。)
一般式(I)において、R1、R2、R3、及びR4はそれぞれ独立に、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。Y1、Y2、Y3、及びY4はそれぞれ独立に、好ましくはメチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、エチルヘキシレン、ノニレン、デシレン等の炭素数1〜10の分岐してもよいアルキレン基であり、より好ましくは、エチレン、ブチレン、ヘキシレン、オクチレンであり、更に好ましくはエチレンである。nは好ましくは1以上10以下、より好ましくは1以上8以下、更に好ましくは2以上5以下の整数である。
一般式(I)のシロキサンアクリレートは、好ましくはシリケート類とω官能性(メタ)アクリル酸エステルアルキレンアルコール類との反応で製造することができる。好ましいシリケート類としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシラン類;メチルシリケート51、メチルシリケート53A、エチルシリケート40、エチルシリケート48(いずれもコルコート(株)製、製品名)、X−40−2308(信越化学工業(株)製、製品名)等のシリケートオリゴマー類;をそれぞれ例示することができる。好ましいω官能性(メタ)アクリル酸エステルアルキレンアルコール類としては、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシオクチルアクリレート等を例示することができる。
未硬化膜付物品を得る工程(A)
工程(A)は、活性エネルギー線硬化性塗料を有機樹脂基材に塗布し未硬化膜付物品を得る工程であって、活性エネルギー線硬化性塗料に一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートを含むことを特徴としている。
有機樹脂基材は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド、メラミン、ポリオキシメチレン等からなる群から選ばれる1種以上であることが好ましい。
前記活性エネルギー線硬化性塗料の塗布方法は、フローコート、スプレーコート、バーコート、カンマコート、ディップコート、カレンダーコート等からなる群から選ばれる1種以上であることが好ましい。
工程(A)では、塗布後に静置等の機械的操作によってレベリングする時間を設けることが好ましい。レベリングは、レベリング剤の作用のみによらず、一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートの低粘性かつ低界面エネルギーな特性を活用したものであることが本発明の特徴である。
本発明では、活性エネルギー線硬化性塗料に含まれるレベリング剤の量が、前記塗料の樹脂固形分に対して好ましくは3,000ppm以下、より好ましくは2,500ppm以下、更に好ましくは2,000ppm以下である。レベリング剤の量が3,000ppmを超えると、前記塗料を有機樹脂基材上に塗布・硬化してなる層(i)、及び無機蒸着層(ii)が順次積層されてなる積層体において、層(i)と層(ii)の密着性が阻害される場合がある、又は層(ii)の形成条件が限定される場合があるため好ましくない。
ここで、レベリング剤としては、上述したシリコーン系、ポリエーテル系、フッ素系等のものが挙げられ、具体的にはポリエーテル変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性ポリオレフィン、アンモニウム、ホスホニウム等のオニウム変性シリコーンオイル、オニウム変性ポリオレフィン、フッ素変性ポリオレフィン、フッ素変性シリコーンオイル、ポリアクリル酸、グリセリンエステル類が挙げられる。このようなレベリング剤としては、市販品を使用することができ、例えばKP−323、同326、同341、同104、同110、同112(いずれも信越化学工業(株)製)、BYK(登録商標)−300、同302、同306、同307、同310、同313、同315、同320、同322、同323、同325、同330、同331、同333、同342、同345、同346、同347、同348、同349、同370、同377、同378、同3455、同UV3500(いずれもBYK CHEMIE GmbH製)、ポリフローKL−100、同700、LE−604(いずれも共栄社化学(株)製)、メガファックF−251、同253、同410、同444、同477、同551〜572(いずれもDIC(株)製)等からなる群から選ばれる1種以上を挙げることができる。
なお、レベリング剤の添加量は上述した通りであるが、本発明では、これらのレベリング剤を添加しなくてもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料に含まれる前記塗料の不揮発性固形分は、好ましくは5〜70質量%、より好ましくは10〜60質量%、更に好ましくは20〜50質量%である。5質量%より小さいと、層(i)が薄膜化し易く、積層体とした場合の耐候性が不十分である場合がある。70質量%より大きいと、塗料としての取り扱いが困難な場合がある。なお、上記不揮発性固形分が硬化被膜層を形成する。
活性エネルギー線を照射して被覆物品を得る工程(B)
工程(B)は、活性エネルギー線を照射して前記工程(A)で得られた未硬化被膜を硬化する工程である。活性エネルギー線は、紫外線、赤外線、電子線、放射線、マイクロ波等からなる群から選ばれる1種以上であることが好ましい。
ここで、活性エネルギー線として紫外線を照射して未硬化被膜を硬化させる場合、照射線量としては300〜3,000mJ/cm2、特に500〜2,000mJ/cm2が好ましく、照射時間は、通常600〜1,800秒である。
活性エネルギー線の照射に先立ち、前記工程(A)で得られた未硬化膜付物品を予備加熱することができる。
活性エネルギー線硬化性塗料
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料は、上記一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートを含有することを特徴としている。
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料において、前記塗料のシロキサンアクリレートを除く固形分に対する一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートの割合は、好ましくは5〜100質量%、より好ましくは10〜80質量%、更に好ましくは15〜60質量%である。5質量%より小さいと、レベリング性が良好ではなくなることがある。100質量%より大きいと、無機蒸着層(ii)の積層性が良好ではなくなることがある。
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料は、(α)多官能(メタ)アクリレート、(β)アクリル系ポリマー、(γ)無機酸化物微粒子、(δ)光安定剤等を含んでもよい。
(α)多官能(メタ)アクリレート
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料に使用可能な多官能(メタ)アクリレートは、特に制限されるものではないが、例えば、以下に挙げるものを用いることができる。メタクリル酸メチル(略称MMA)、アクリル酸メチル(略称MA)、メタクリル酸エチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ヒドロキシエチル(略称HEA)、メタクリル酸ヒドロキシエチル(略称HEMA)、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸4−ヒドロキシルブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸tert−ブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸イソオクチル、アクリル酸イソノニル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸イソステアリル、アクリル酸イソノルボルニル、アクリル酸テトラヒドロフルフリル、アクリル酸(メトキシエチル)、アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、アクリル酸(2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)、アクリル酸[{シクロヘキサンスピロ−2−(1,3−ジオキソラン−4イル)}メチル]、アクリル酸{(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル}等のモノエステル類;エチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ブタンジオールジアクリレート、ペンタンジオールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、ヘプタンジオールジアクリレート、オクタンジオールジアクリレート、ノナンジオールジアクリレート、デカンジオールジアクリレート、グリセリン−1,2−ジアクリレート、グリセリン−1,3−ジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルメタクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート等のジエステル類;グリセリントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールトリアクリレート、エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート、エトキシ化グリセリントリアクリエート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリスペンタエリスリトールオクタアクリレート等の多価エステル類;アクリロイルオキシメチルトリメトキシシラン、アクリロイルオキシメチルジメトキシメチルシラン、アクリロイルオキシメチルメトキシジメチルシラン、メタアクリロイルオキシメチルトリメトキシシラン、メタアクリロイルオキシメチルジメトキシメチルシラン、メタアクリロイルオキシメチルメトキシジメチルシラン、2−アクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、2−アクリロイルオキシエチルジメトキシメチルシラン、2−アクリロイルオキシエチルメトキシジメチルシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルジメトキシメチルシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルメトキシジメチルシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−アクリロイルオキシプロピルメトキシジメチルシラン、3−メタアクリロイルオキシプリピルトリメトキシシラン、3−メタアクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−メタアクリロイルオキシプロピルメトキシジメチルシラン、8−アクリロイルオキシオクチルトリメトキシシラン、8−メタアクリロイルオキシオクチルトリメトキシシラン、アクリロイルオキシメチルトリエトキシシラン、アクリロイルオキシメチルジエトキシメチルシラン、アクリロイルオキシメチルエトキシジメチルシラン、メタアクリロイルオキシメチルトリエトキシシラン、メタアクリロイルオキシメチルジエトキシメチルシラン、メタアクリロイルオキシメチルエトキシジメチルシラン、2−アクリロイルオキシエチルトリエトキシシラン、2−アクリロイルオキシエチルジエトキシメチルシラン、2−アクリロイルオキシエチルエトキシジメチルシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルトリエトキシシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルジエトキシメチルシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルエトキシジメチルシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルジエトキシメチルシラン、3−アクリロイルオキシプロピルエトキシジメチルシラン、3−メタアクリロイルオキシプリピルトリエトキシシラン、3−メタアクリロイルオキシプロピルジエトキシメチルシラン、3−メタアクリロイルオキシプロピルエトキシジメチルシラン、8−アクリロイルオキシオクチルトリエトキシシラン、8−メタアクリロイルオキシオクチルトリエトキシシラン等の(メタ)アクリロイルオキシアルキレンアルコキシシラン類の塩基性加水分解縮合物等の多価エステル類;をそれぞれ挙げることができる。
モノエステル類は、成分(α)の総量に対して0質量%以上49質量%以下、より好ましくは0質量%以上48質量%以下、更に好ましくは0質量%以上45質量%以下用いることができる。ジエステル類は、エステル類の総量に対して1質量%以上30質量%以下、より好ましくは2質量%以上25質量%以下、更に好ましくは5質量%以上20質量%以下用いることができる。多価エステル類は、エステル類の総量に対して50質量%以上99質量%以下、より好ましくは50質量%以上90質量%以下、更に好ましくは50質量%以上80質量%以下用いることができる。モノエステル類は任意成分ではあるものの、塗料の無溶剤化(低溶剤化)という観点においては重要な成分であり、溶剤の代わりに用いることができる。なお、モノエステル類を配合する場合は、3質量%以上とすることができる。モノエステル類の割合が70質量%より多い場合は膜が脆弱となることがある。ジエステル類の割合が1質量%未満であると膜の可撓性が不十分なことがあり、30質量%より多い場合は耐擦傷性が十分ではないことがある。多価エステル類は必須成分であるが、50質量%より少ない場合は膜の硬度が十分ではないことがある。
(β)アクリル系ポリマー
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料に使用可能なアクリル系ポリマーは、特に制限されるものではないが、例えば、下記一般式(II)で表されるビニル系重合体を用いることができる。
poly−[(D)d−co−(E)e−co−(F)f] (II)
(式中、D、E及びFはそれぞれ独立に、ビニル系モノマーユニットを示し、角括弧及び−co−はランダム共重合体であることを表し、d、e及びfはモル分率を表す。Dはアルコキシシリル基を有するビニル系単量体であって、dはポリマー全量に対して単量体Dが1〜50質量%となるようなモル分率であり、Eは紫外線吸収性ビニル系単量体であって、eはポリマー全量に対して単量体Eが5〜40質量%となるようなモル分率であり、Fはこれらビニル系単量体と共重合可能な他の単量体であって、fはポリマー全量に対して単量体Fが[100−(単量体Dの含有率)−(単量体Eの含有率)]質量%となるようなモル分率である。)
ビニル系モノマーユニットDは、アルコキシシリル基を有するビニル系単量体の付加重合によって形成されることが好ましい。アルコキシシリル基を有するビニル系単量体として、アクリロイルオキシメチルトリメトキシシラン、アクリロイルオキシメチルジメトキシメチルシラン、アクリロイルオキシメチルメトキシジメチルシラン、メタアクリロイルオキシメチルトリメトキシシラン、メタアクリロイルオキシメチルジメトキシメチルシラン、メタアクリロイルオキシメチルメトキシジメチルシラン、2−アクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、2−アクリロイルオキシエチルジメトキシメチルシラン、2−アクリロイルオキシエチルメトキシジメチルシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルジメトキシメチルシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルメトキシジメチルシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−アクリロイルオキシプロピルメトキシジメチルシラン、3−メタアクリロイルオキシプリピルトリメトキシシラン、3−メタアクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−メタアクリロイルオキシプロピルメトキシジメチルシラン、8−アクリロイルオキシオクチルトリメトキシシラン、8−メタアクリロイルオキシオクチルトリメトキシシラン、アクリロイルオキシメチルトリエトキシシラン、アクリロイルオキシメチルジエトキシメチルシラン、アクリロイルオキシメチルエトキシジメチルシラン、メタアクリロイルオキシメチルトリエトキシシラン、メタアクリロイルオキシメチルジエトキシメチルシラン、メタアクリロイルオキシメチルエトキシジメチルシラン、2−アクリロイルオキシエチルトリエトキシシラン、2−アクリロイルオキシエチルジエトキシメチルシラン、2−アクリロイルオキシエチルエトキシジメチルシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルトリエトキシシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルジエトキシメチルシラン、2−メタアクリロイルオキシエチルエトキシジメチルシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルジエトキシメチルシラン、3−アクリロイルオキシプロピルエトキシジメチルシラン、3−メタアクリロイルオキシプリピルトリエトキシシラン、3−メタアクリロイルオキシプロピルジエトキシメチルシラン、3−メタアクリロイルオキシプロピルエトキシジメチルシラン、8−アクリロイルオキシオクチルトリエトキシシラン、8−メタアクリロイルオキシオクチルトリエトキシシラン等の(メタ)アクリロイルオキシアルキレンアルコキシシラン類;ビニルトリメトキシシラン、ビニルジメトキシメチルシラン、ビニルメトキシジメチルシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルジメトキシメチルシラン、アリルメトキシジメチルシラン、メタリルトリメトキシシラン、メタリルジメトキシメチルシラン、メタリルメトキシジメチルシラン、4−トリメトキシシリル−1−ブテン、5−トリメトキシシリル−1−ペンテン、6−トリメトキシシリル−1−ヘキセン、7−トリメトキシシリル−1−ヘプテン、8−トリメトキシシリル−1−オクテン等の直鎖及び/又は分岐鎖型アルケニルアルコキシシラン類;p−トリメトキシシリルスチレン、1,4−ジビニル−2−トリメトキシシリルベンゼン、p−トリメトキシシリル−α−メチルスチレン等の含芳香族不飽和性アルコキシシラン類;等からなる群から選ばれる1種以上を挙げることができ、3−メタアクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン(例えば、信越化学工業(株)製、製品名「KBM−503」)が入手性や反応性の観点から好ましい。
ビニル系モノマーユニットDは、ポリマー(II)全量に対して、1〜50質量%となるようなモル分率dで他のモノマーユニットE及びFと共重合することができ、好ましくは2〜40質量%、より好ましくは5〜35質量%である。ビニル系モノマーユニットDがポリマー全量に対して、1質量%より少なくなると、無機微粒子成分とネットワークを形成しにくくなる場合があり、50質量%より多くなると、保存安定性や耐候性が低下する場合がある。
ビニル系モノマーユニットEは、紫外線吸収性基を有するビニル系単量体の付加重合によって形成されることが好ましい。紫外線吸収性基を有するビニル系単量体は、紫外線吸収性基とビニル性重合性基を有していれば、いかなるものでも使用することができる。本発明における紫外線とは波長200〜400nm程度の光を指す。紫外線吸収性基には、ベンゾトリアゾール類、ベンゾフェノン類、レゾルシノール類、トリアジン類等を有する有機基を例示することができる。ビニル性重合性基には、ビニル基、アリル基、スチリル基、アクリル基、メタクリル基等を有する有機基を例示することができる。
このような有機系紫外線吸収性基を有するビニル系単量体の具体例としては、分子内に紫外線吸収性基を有する(メタ)アクリル系単量体が示され、下記一般式(III)で表されるベンゾトリアゾール系化合物、及び下記一般式(IV)で表されるベンゾフェノン系化合物を挙げることができる。
Figure 0006555185

(式中、Xは水素原子又は塩素原子を示す。R5は水素原子、メチル基、又は炭素数4〜8の第3級アルキル基を示す。R6は直鎖状又は分岐鎖状の炭素数2〜10のアルキレン基を示す。R7は水素原子又はメチル基を示す。qは0又は1を示す。)
Figure 0006555185

(式中、R7は上記と同じ意味を示す。R8は置換又は非置換の直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数2〜10のアルキレン基を示す。R9は水素原子又は水酸基を示す。R10は水素原子、水酸基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基を示す。)
上記一般式(III)において、R5で表される炭素数4〜8の第3級アルキル基としては、tert−ブチル基、tert−ペンチル基、tert−ヘキシル基、tert−ヘプチル基、tert−オクチル基、ジtert−オクチル基等を挙げることができる。
6で示される直鎖状又は分岐鎖状の炭素数2〜10のアルキレン基としては、例えば、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、1,1−ジメチルテトラメチレン基、ブチレン基、オクチレン基、デシレン基等を挙げることができる。
また、上記一般式(IV)において、R8で示される直鎖状又は分岐鎖状の炭素数2〜10のアルキレン基としては、上記R6で例示したものと同様のもの、あるいはこれらの水素原子の一部をハロゲン原子で置換した基等を挙げることができる。R10で示されるアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等を挙げることができる。
上記一般式(III)で表されるベンゾトリアゾール系化合物の具体例としては、例えば、
2−(2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロキシフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、
2−(2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−(メタ)アクリロキシメチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、
2−[2’−ヒドロキシ−5’−(2−(メタ)アクリロキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、
2−[2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−(2−(メタ)アクリロキシエチル)フェニル]−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、
2−[2’−ヒドロキシ−3’−メチル−5’−(8−(メタ)アクリロキシオクチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール
等を挙げることができる。
上記一般式(IV)で表されるベンゾフェノン系化合物の具体例としては、例えば、
2−ヒドロキシ−4−(2−(メタ)アクリロキシエトキシ)ベンゾフェノン、
2−ヒドロキシ−4−(4−(メタ)アクリロキシブトキシ)ベンゾフェノン、
2,2’−ジヒドロキシ−4−(2−(メタ)アクリロキシエトキシ)ベンゾフェノン、
2,4−ジヒドロキシ−4’−(2−(メタ)アクリロキシエトキシ)ベンゾフェノン、
2,2’,4−トリヒドロキシ−4’−(2−(メタ)アクリロキシエトキシ)ベンゾフェノン、
2−ヒドロキシ−4−(3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、
2−ヒドロキシ−4−(3−(メタ)アクリロキシ−1−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン
等を挙げることができる。
上記紫外線吸収性ビニル系単量体としては、式(III)で表されるベンゾトリアゾール系化合物が好ましく、なかでも2−[2’−ヒドロキシ−5’−(2−(メタ)アクリロキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾールが好適に使用される。
更に、上記紫外線吸収性ビニル系単量体は、1種を単独で又は2種以上を混合して用いてもよい。
ビニル系モノマーユニットEは、ポリマー(II)全量に対して、5〜40質量%となるようなモル分率eで他のモノマーユニットD及びFと共重合することができ、好ましくは5〜30質量%、より好ましくは8〜25質量%である。ビニル系モノマーユニットEがポリマー全量に対して、5質量%より少なくなると耐候性が不十分である場合があり、40質量%より多くなると、基材との密着性が低下する場合がある。
次に、ビニル系モノマーユニットD及びEと共重合可能な他のビニル系モノマーユニットFとしては、共重合可能な単量体であれば特に制限されないが、環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、アルキルビニルエーテル、アルキルビニルエステル、スチレン、及びこれらの誘導体等を挙げることができる。
環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体の具体例としては、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジニルメタクリレートなどが挙げられる。
(メタ)アクリル酸エステル及びその誘導体の具体例としては、(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)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸sec−ブチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ペンチル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸イソヘキシル、(メタ)アクリル酸n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸イソヘプチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸n−ノニル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸n−デシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸n−ウンデシル、(メタ)アクリル酸n−ドデシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸パルミチル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−tert−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(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)アクリル酸ベンジル等の1価アルコールの(メタ)アクリル酸エステル類;
2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−メトキシプロピル(メタ)アクリレート、3−メトキシプロピル(メタ)アクリレート、2−メトキシブチル(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、4−メトキシブチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(エチレングリコール単位数は例えば2〜20)、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート(プロピレングリコール単位数は例えば2〜20)等のアルコキシ(ポリ)アルキレングリコールの(メタ)アクリル酸エステル類;
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート(エチレングリコール単位数は例えば2〜20)、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート(プロピレングリコール単位数は例えば2〜20)等の多価アルコールのモノ(メタ)アクリル酸エステル類;
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジ(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(エチレングリコール単位数は例えば2〜20)、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート(プロピレングリコール単位数は例えば2〜20)等の多価アルコールのポリ(メタ)アクリル酸エステル類;
コハク酸モノ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、コハク酸ジ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、アジピン酸モノ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、アジピン酸ジ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、フタル酸モノ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、フタル酸ジ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]等の非重合性多塩基酸と(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルとの(ポリ)エステル類;
(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、(メタ)アクリル酸2−(N−メチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(N−エチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(N,N−ジエチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル、(メタ)アクリル酸4−(N,N−ジメチルアミノ)ブチル等のアミノ基含有(メタ)アクリル酸エステル類;
(メタ)アクリル酸グリシジル等のエポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル類
等を挙げることができる。
また、(メタ)アクリロニトリルの誘導体の具体例としては、α−クロロアクリロニトリル、α−クロロメチルアクリロニトリル、α−トリフルオロメチルアクリロニトリル、α−メトキシアクリロニトリル、α−エトキシアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等を挙げることができる。
(メタ)アクリルアミドの誘導体の具体例としては、N−メチル(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−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−メトキシ(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメトキシ(メタ)アクリルアミド、N−エトキシ(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエトキシ(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノメチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−ジメチルアミノ)エチル(メタ)アクリルアミド、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N’−エチレンビス(メタ)アクリルアミド等を挙げることができる。
アルキルビニルエーテルの具体例としては、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル等を挙げることができる。
アルキルビニルエステルの具体例としては、蟻酸ビニル、酢酸ビニル、アクリル酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、ステアリン酸ビニル等を挙げることができる。
スチレン及びその誘導体の具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等を挙げることができる。
これらの単量体のうち、(メタ)アクリル酸エステル類が好ましく、特に(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−tert−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(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などが好ましい。
ビニル系モノマーユニットFは、前記単量体を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
ビニル系モノマーユニットFは、ポリマー(II)全量に対して、[100−(単量体Dの含有率)−(単量体Eの含有率)]質量%、即ち10〜94質量%となるようなモル分率fで他のモノマーユニットD及びEと共重合することができ、好ましくは20〜94質量%、更に好ましくは35〜90質量%である。ビニル系モノマーユニットFがポリマー全量に対して、10質量%より少なくなると塗工外観不良が起こる場合があり、94質量%より多くなると、無機微粒子との架橋が不足して耐久性が低下する場合がある。
成分(β)は、ビニル系モノマーユニットD、E、及びFを共重合反応することによって得ることが好ましい。共重合反応は、これら単量体を含有する溶液にジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等のパーオキサイド類又はアゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物から選択されるラジカル重合用開始剤を加え、加熱下(50〜150℃、特に70〜120℃で1〜10時間、特に3〜8時間)に反応させることにより容易に得られる。
成分(β)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量は、1,000〜300,000、特に5,000〜250,000であることが好ましい。分子量が大きすぎると粘度が高くなりすぎて合成しにくかったり、取り扱いづらくなる場合があり、小さすぎると塗膜の白化や耐候性クラックなどの外観不良を引き起こしたり、十分な接着性、耐久性、耐候性が得られない場合がある。
成分(β)は上述した成分を用いて製造したものを用いてもよく、類似の市販品を用いてもよい。このような市販品としては、ニューコートUVA−101、同102、同103、同104、バナレジンUVA−5080、同55T、同55MHB、同7075、同73T(いずれも新中村化学工業(株)製、製品名)を例示することができる。
成分(β)のアクリル系ポリマーはポリカーボネート系及び/又はポリエステル系のウレタン変性ビニル系重合体であってもよい。ポリカーボネート系及び/又はポリエステル系のウレタン変性ビニル系重合体は、密着向上剤として作用するもので、ポリカーボネート系及び/又はポリエステル系のウレタン変性ビニル系重合体である。ポリカーボネート系及び/又はポリエステル系のウレタン変性ビニル系重合体は、硬化被膜中で他の成分と層分離し、被膜の厚さ方向で濃度勾配することで、耐擦傷性能を低下することなく、有機樹脂基材への親和性が増し、密着性が発現するものと考えられる。ポリカーボネート系及び/又はポリエステル系のウレタン変性ビニル系重合体は、ビニル系重合体にポリカーボネート系又はポリエステル系のポリウレタンをグラフトさせたものであり、具体的には、脂肪族ポリカーボネートジオール又は脂肪族ポリエステルジオールと芳香族ジイソシアネートとの反応から得られるポリカーボネート系又はポリエステル系ポリウレタンを側鎖に有するビニル系重合体が好ましい。より好ましくは、脂肪族ポリカーボネートジオールと芳香族ジイソシアネートとの反応から得られるポリカーボネート系ウレタンを側鎖に有するビニル系重合体である。
具体的に脂肪族ポリカーボネートジオールとしては、1,4−テトラメチレン型、1,5−ペンタメチレン型、1,6−ヘキサメチレン型、1,12−ドデカン型、1,4−シクロヘキサン型、それらの混合型等を挙げることができる。また芳香族ジイソシアネートとしては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、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、m−キシレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、それらの混合物等を挙げることができる。これらを常法に従って反応させることで、ポリカーボネート系のポリウレタンを得ることができる。
ビニル系重合体を構成する単量体としては、ビニル重合性基を含有していれば、いかなるものでも使用することができる。具体例としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、スチレン、酢酸ビニル等を挙げることができる。
これら単量体を公知の方法で重合することで、ビニル系重合体が得られる。
ウレタン変性ビニル系重合体は、有機溶剤に溶解しているものが合成のし易さ、ハンドリングのし易さの点で好ましい。有機溶剤としては、ポリカーボネート系及び/又はポリエステル系のウレタン変性ビニル系重合体成分をよく溶解し、比較的極性の高い有機溶剤が好ましい。このような有機溶剤の具体例としては、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類;メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール等のケトン類;ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール、ジオキサン、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸シクロヘキシル等のエステル類等を挙げることができる。
ポリカーボネート系及び/又はポリエステル系のウレタン変性ビニル系重合体の分子量は、ポリスチレンを基準とするGPC分析による重量平均分子量で、5,000〜50,000であることが好ましい。更には7,000〜40,000であることがより好ましい。重量平均分子量が5,000未満であると、有機樹脂基材への十分な密着性が発現しない場合があり、また50,000を超えると、硬化被膜にした際の透明性が損なわれたり、組成物中での溶解度が低下したり、分離したりするおそれがある。
ポリカーボネート系及び/又はポリエステル系のウレタン変性ビニル系重合体の水酸基価は、本成分の固形分量で10以上であることが好ましい。より好ましくは本成分の固形分量で20〜100の範囲である。本成分の水酸基価が固形分量で10未満では、組成物中での溶解度が低下し、本成分が分離するおそれがある。
なお、ポリカーボネート系及び/又はポリエステル系のウレタン変性ビニル系重合体成分としては、市販品を使用することができ、例えば大成ファインケミカル(株)製のアクリット8UA−347、同357、同366(ポリカーボネート系)、同140、同146、同301、同318(ポリエステル系)等を使用することができる。
(γ)無機酸化物微粒子
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料に使用可能な無機酸化物微粒子は、特に制限されるものではないが、例えば、以下に挙げるものを好適に用いることができる。酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化セリウム、酸化アルミニウム等の無機酸化物微粒子の群から選ばれる1種以上が好適である。
(δ)光安定剤
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料に使用可能な光安定剤は、特に制限されるものではないが、例えば、以下に挙げるものを好適に用いることができる。環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、アルキルビニルエーテル、アルキルビニルエステル、スチレン、及びこれらの誘導体等が好適である。
環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体の具体例としては、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジニルメタクリレートなどが挙げられる。
(ξ)その他の成分
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料に使用可能なその他の成分としては、硬化触媒、光開始剤、溶剤、紫外線吸収剤等の当業者の技術常識として知られている成分を添加することができる。
活性エネルギー線硬化性塗料の配合比
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料は、上記成分(I)と上記成分(α)〜(δ)及び(ξ)を混合してなるが、上記成分(I)を除いたベース塗料中における成分(α)〜(δ)の配合比は、ベース塗料の固形分を100質量部とした場合、成分(α)は100質量部中の好ましくは20〜100質量部、より好ましくは30〜89.9質量部、特に好ましくは30〜79質量部である。20質量部未満であると膜の強度が不十分である場合がある。成分(α)の量が上記固形分100質量部中100質量部である場合、成分(β)、(γ)、(δ)は含有しないものであるが、通常これら成分(β)、(γ)、(δ)は以下の量で含有することが好ましい。即ち、成分(β)は100質量部中の好ましくは5〜30質量部、より好ましくは10〜20質量部である。5質量部未満であると膜の可撓性が不十分である場合がある。30質量部を超えると膜の耐擦傷性が不十分である場合がある。成分(γ)は100質量部中の好ましくは5〜30質量部、より好ましくは10〜20質量部である。5質量部未満であると無機蒸着層が形成されにくい場合がある。30質量部を超えると膜の可撓性が不十分である場合がある。成分(δ)は100質量部中の好ましくは0.1〜10質量部、より好ましくは1〜5質量部である。0.1質量部未満であると膜が黄変し易い場合がある。10質量部を超えると膜の化学的安定性が不十分である場合がある。なお、上述したレベリング剤を配合する場合は、上述した量で添加される。
また、溶剤を配合する場合、その配合量は、上記成分(I)及び成分(α)〜(δ)の合計100質量部に対して30〜90質量部、特に40〜70質量部とすることが好ましい。なお、溶剤としては、エタノール、シクロペンタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、ジアセトンアルコール等が挙げられる。
光開始剤を配合する場合、成分(I)及び成分(α)〜(δ)の合計100質量部に対して0.1〜20質量部、特に1〜10質量部とすることが好ましい。
紫外線吸収剤を配合する場合、成分(I)及び成分(α)〜(δ)の合計100質量部に対して1〜10質量部、特に3〜8質量部とすることが好ましい。
被覆物品
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料を利用した活性エネルギー線硬化性塗料は、有機樹脂基材の少なくとも一方の面に塗布・硬化してなる硬化被膜層(i)を有する被覆物品を形成することができる。該被覆物品は、耐候性と耐擦傷性のみならず、有機樹脂基材との密着性及び無機蒸着層からなる硬化被膜の積層可能性を有している。本発明に用いることのできる有機樹脂基材は、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリエポキシ樹脂、ポリフェノール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、シリコーン樹脂等からなる群から選ばれる単体樹脂又は1種以上の複合体(複層体及び/又はポリマーアロイを含む)等を例示することができ、ポリカーボネート樹脂であることが特に好ましい。有機樹脂基材の厚さは、好ましくは0.1〜100mm、より好ましくは1〜10mm、更に好ましくは4〜8mmである。防弾用等の特殊な用途では100mm程度の基材が好まれる場合がある。自動車用等の軽量性も求められる用途では1〜10mm程度の基材が好まれる場合がある。0.1mmより薄いと、樹脂基材自体の耐候劣化が著しくなる、あるいは、硬化時の反りが顕著となる、あるいは、無機蒸着層からなる硬化被膜の積層時に有機樹脂基材が劣化する場合がある。本発明では有機樹脂基材の厚さの上限は特に設けないが、常識的に100mm程度となることが多い。
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料を有機樹脂基材に塗布・硬化して形成される被膜は、好ましくは0.1〜50μm、より好ましくは1〜30μm、更に好ましくは5〜20μmである。0.1μmより薄いと耐候性が十分でないことがある。50μmより厚いとクラック等の膜物性が悪化する現象が発生する場合がある。
積層体
本発明の活性エネルギー線硬化性塗料を有機樹脂に塗布・硬化してなる層(i)に対して、無機蒸着層(ii)を積層してなる積層体は、極めて高い耐擦傷性と優良な耐候性を示す。無機蒸着層(ii)としては、乾式成膜工法で形成されたものであれば特に制限されるものではなく、例えば、Si、Ti、Zn、Al、Ga、In、Ce、Bi、Sb、B、Zr、Sn、及びTa等の元素を有する少なくとも1種以上の各種金属又は金属酸化物、窒化物及び硫化物等を主成分とする層が挙げられる。また、例えば、高硬度で絶縁性に優れたダイヤモンドライクカーボン膜層も挙げられる。無機蒸着層の積層方法は、乾式成膜工法であれば特に限定されず、例えば、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、分子線エピタキシー法、イオンビームデポジション、イオンプレーティング、スパッタリング等の物理気相成長法や、熱CVD、プラズマCVD、光CVD、エピタキシャルCVD、アトミックレイヤーCVD、catCVD等の化学気相成長法等の乾式成膜工法を挙げることができる。この場合、無機蒸着層の厚さは、0.1〜10μmであることが好ましい。
以下、合成例、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[合成例1]
シロキサンアクリレート(I)の合成
攪拌機、ディーンスタークトラップを付帯したコンデンサー、滴下ロート及び温度計を備えた2Lフラスコに、メチルシリケート51(コルコート(株)製、235g、0.5mol)、TBT700(日本曹達(株)製、0.1g)、ジ−tert−ブチルヒドロキシトルエン(0.6g)を加えて85℃に加熱した。ここに、アクリル酸ヒドロキシエチル(551g、5mol)を添加し反応させた。メタノール(80g)の留出が見られた。反応混合物を減圧加熱(100℃/5mmHg)下で2時間処理し、無色液体状のシロキサンアクリレート(I)(606g、収率95%)を得た。粘度73mPa・s、比重1.223、屈折率1.4630、1分子中に含まれる設計アクリル官能数10当量。
[合成例2]
アクリル系ポリマーの合成
塗料成分(β)の一つとしてアクリル系ポリマーを合成した。攪拌機、コンデンサー、滴下ロート及び温度計を備えた2Lフラスコに、ジアセトンアルコール33.7gを仕込み、窒素気流下にて80℃に加熱した。ここに予め調製しておいた単量体混合溶液:
γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、製品名「KBM−503」)20g(モノマーユニットDに相当、重合体中に占めるモノマーユニットDの割合が20質量%)、
2−[2’−ヒドロキシ−5’−(2−メタクリロキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール(大塚化学(株)製、製品名「RUVA−93」)15g(モノマーユニットEに相当、重合体中に占めるモノマーユニットEの割合が15質量%)、
メチルメタクリレート(MMA)60g、グリシジルメタクリレート(GMA)5g(モノマーユニットFに相当、重合体中に占めるモノマーユニットFの割合が65質量%)、
ジアセトンアルコール140gを混合したもの、
と開始剤溶液:
2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)0.5g、
ジアセトンアルコール40gを混合したもの、
の双方の一部を順次投入して80℃で30分反応させた後、双方の溶液を80〜90℃で20分かけて滴下した。更に80〜90℃で5時間攪拌し、アクリル系ポリマー(β)含有物を得た。
前記含有物は、重合体成分(β)を40質量%含むジアセトンアルコール溶液である。この高分子溶液の粘度は5Pa・s、重合体成分(β)のポリスチレン換算によるGPC分析の重量平均分子量は6×104であった。
[比較合成例1]
本発明におけるシロキサンアクリレート(I)の比較成分として、特開2013−35274号公報の段落[0378]に記載のアクリル官能シルセスキオキサンを合成した。
[実施例1]
褐色ポリ瓶(100mL)に合成例1のシロキサンアクリレート(I)成分(9g)、
塗料成分(α)として、
トリメチロールプロパントリアクリレート(略称TMPT−A、6g)、ヘキサンジオールジアクリレート(略称HDDA、1g)、
塗料成分(β)として、
合成例2の成分(4g(ポリマー固形分として1.6g))、大成ファインケミカル(株)製、製品名「アクリット8UA−347」(1g(ポリマー固形分として0.3g))、
塗料成分(γ)及び(ξ)として、
特許第5704133号公報に記載のスズ(5mol%)及びマンガン(1mol%)を固溶した酸化チタンを核とし、該核を75質量%に対して酸化ケイ素からなる殻を25質量%で形成してなるコアシェル微粒子であって、前記微粒子の動的光散乱法で測定した前記核微粒子の体積平均50%累計分布径が15nmであって、前記コアシェル微粒子の体積平均50%累計分布径が20nmであるコアシェル微粒子(1.5g)をコロイダルにエタノール(10g)とシクロペンタノール(15g)に分散してなる分散液、
及びコロイダルシリカ(固形分として0.5g、日産化学工業(株)製、「IPA−ST」)、
塗料成分(δ)として、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルメタクリレート((株)ADEKA製、製品名「アデカスタブLA−87」、0.3g)、
光開始剤として、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−プロパノン(略称SB−PI703、1.3g)及び2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド(略称L−TPO、0.6g)、
紫外線吸収剤として、「RUVA−93」0.3g、及び2−(2,4−ジヒドロキシフェニル)−4,6−ビス−(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン反応物(BASF製、製品名「TINUVIN405」、0.3g)をそれぞれ加えて混合し、均一な塗料組成物を得た。
得られた塗料をポリカーボネート製有機樹脂基材(5mm厚)の片面にフローコートし、室温で鉛直に約70°で立て掛けて5分間静置した。静置後、80℃のオーブン内で水平に置いて5分間予備加熱を行った。予備加熱後に樹脂基材をベルトコンベヤーを備えた紫外線照射装置(アイグラフィックス(株)製、型式「ECS−401XN2」)に入れ、600mJ/cm2の線量を照射して塗料を硬化し、被覆物品を得た。
得られた被覆物品に対して、文献(Journal of the American Chemical Society誌、2006年、128巻、11018頁)記載の手法によって、積層体を製造した。RFコイルによって誘導された真空下において、原料ガスとして酸素、アルゴン、及び、テトラエトキシシラン(信越化学工業(株)製、製品名「KBE−04」)を供給してプラズマを発生させ無機蒸着層を形成した。実験装置として、内径25mmのパイレックス(登録商標)管を5×10-7Torrの真空度に保持し、荒引銅線(JIS C 3002)を巻いてコイルを形成した。
得られた被覆物品について、耐擦傷性、密着性、耐候性、レベリング性、膜厚の各項目で評価を行った。評価結果を表1に示した。
耐擦傷性:前記被覆物品をASTM D1044に準じ、被覆物品に対して、テーバー摩耗試験にて摩耗輪CS−10Fを装着、荷重500gの下での500回転後のヘイズを測定(日本電色工業(株)製、NDH5000SP)、試験前後の値をヘイズ差(ΔHz)とした。ヘイズ差(ΔHz)が10以下のものを「○」、10より大きいものを「×」として評価した。
密着性:JIS K5400に準じ、カミソリ刃を用いて、塗膜に2mm間隔で縦、横6本ずつ切れ目を入れて25個の碁盤目を作製し、セロテープ(登録商標、ニチバン(株)製)をよく付着させた後、90°手前方向に急激に剥がした時、塗膜が剥離せずに残存するマス目数(X)を、X/25で評価した。Xが25であるものを「○」、Xが25未満であるものを「×」として評価した。
耐候性:前記被覆物品を岩崎電気(株)製アイスーパーUVテスターW−151を使用し、試験条件は、1×103W/m2の強度の紫外光、温度60℃、湿度50%RHの環境で、1m2辺り300MJの積算紫外線エネルギーを照射した際の外観の変化を調べた。クラック、膜剥離、白化、黄変が見られたものを「×」、異常が見られなかったものを「○」として評価した。
レベリング性:塗料を有機樹脂基材に塗布・硬化した際の膜の外観を観察し、スジ、波打ち、ハジキ等の異常が見られず平滑な塗膜を形成しているものを「○」、スジ、波打ち、ハジキ等のレベリング性異常が発生しているものを「×」として評価した。
膜厚:有機樹脂基材上に形成させた塗装表面を高速フーリエ変換薄膜干渉計(Filmetrics(株)製、「F−20」)で計測した。
得られた積層体について、積層可能性、硬化塗膜層(i)と無機蒸着層(ii)の密着性、耐候性の各項目で評価を行った。評価結果を表1に示した。
積層可能性:前記積層体を赤外分光法(ATR−IR)で表面分析した際に、酸化ケイ素に由来する透明な被膜が良好に密着形成されているものを「○」、積層体の塗工表面が荒れている、白化、クラック等の不良であったものを「×」として評価した。
硬化塗膜層(i)と無機蒸着層(ii)の密着性:JIS K5400に準じ、カミソリ刃を用いて、塗膜に2mm間隔で縦、横6本ずつ切れ目を入れて25個の碁盤目を作製し、セロテープ(登録商標、ニチバン(株)製)をよく付着させた後、90°手前方向に急激に剥がした時、層(i)と層(ii)間で剥離せずに残存するマス目数(X)を、X/25で評価した。Xが25であるものを「○」、Xが25未満であるものを「×」として評価した。
耐候性:前記積層体を岩崎電気(株)製アイスーパーUVテスターW−151を使用し、試験条件は、1×103W/m2の強度の紫外光、温度60℃、湿度50%RHの環境で、1m2辺り300MJの積算紫外線エネルギーを照射した際の外観の変化を調べた。クラック、膜剥離、白化、黄変が見られたものを「×」、異常が見られなかったものを「○」として評価した。
[実施例2〜5]
実施例1における塗料組成物の固形分に対し、レベリング剤としてポリエーテル変性シリコーン(信越化学工業(株)製、製品名「KP−341」)を1,000〜3,000ppmの範囲で添加して塗料組成物を製造した他は、実施例1と類似の操作を行った。それぞれの実施例における、実際の配合量と結果を表1に示した。
実施例1〜5の結果から、レベリング剤の有無に拘わらず塗膜は良好なレベリング性を示すことが明らかとなった。また、無機蒸着層との密着性も良好であった。
Figure 0006555185
[比較例1〜5]
シロキサンアクリレート(I)に変えて比較合成例1で製造したアクリル官能シルセスキオキサンを用いて、実施例1〜5と同様にレベリング剤の塗料の樹脂固形分に対する濃度を変化させて評価した。比較合成例1で製造したアクリル官能シルセスキオキサンの設計上のアクリル官能数は8であり、その純分の粘度は5.4Pa・sであった。それぞれの比較例における、実際の配合量と結果を表2に示した。アクリル官能シルセスキオキサンを用いた場合は、レベリング剤の増減だけでは、レベリング性と密着性を両立できないことが明らかとなった。
Figure 0006555185
[比較例6〜10]
シロキサンアクリレート(I)に変えてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(略称DPHA)を用いた他は、実施例1〜5と同様にレベリング剤の塗料の樹脂固形分に対する濃度を変化させて評価した。DPHAのアクリル官能数は6であり、その純分の粘度は6.3Pa・sであった。それぞれの比較例における、実際の配合量と結果を表3に示した。DPHAを主剤に用いた場合、無機蒸着層の積層性が不良であった。
Figure 0006555185
[比較例11〜15]
シロキサンアクリレート(I)に変えてポリエーテルテザーを有する低粘性アクリレート(新中村化学(株)製、製品名「A−GLY−9E」)を用いた他は、実施例1〜5と同様にレベリング剤の塗料の樹脂固形分に対する濃度を変化させて評価した。A−GLY−9Eのアクリル官能数は3であり、その純分の粘度は190mPa・sであった。それぞれの比較例における、実際の配合量と結果を表4に示した。A−GLY−9Eは、低粘性・低界面活性ゆえにレベリング性を示したが、耐候性に乏しく、無機蒸着層の積層性も不良であった。
Figure 0006555185
[比較例16〜20]
比較例1〜5で製造した塗料組成物において、シクロペンタノールを増量して希釈した他は同様の操作を行った。それぞれの比較例における、実際の配合量と結果を表5に示した。塗料を希釈した場合、レベリング剤の増減によってレベリング性と無機蒸着層の密着性を両立する領域が存在したものの、膜厚が薄くなり、得られた被覆物品及び積層体は耐候性に乏しいものであった。
Figure 0006555185
本発明のシロキサンアクリレート含有活性エネルギー線硬化性塗料は、レベリング性が優良で平滑な塗面を求められる塗料分野に利用可能性を有する。本発明の塗料、被覆物品、積層体は、自動車ヘッドランプカバー、屋外で使用される液晶ディスプレイの保護膜、カーポートやサンルーフ等の建材、二輪車の風防や新幹線、建設用重機の窓等の輸送機用物品、自動車用グレージング、CVD用プライマー、太陽電池用集光ミラーの保護膜等への利用可能性を有する。

Claims (10)

  1. 活性エネルギー線硬化性塗料を有機樹脂基材に塗布し未硬化膜付物品を得る工程(A)、前記未硬化膜付物品に活性エネルギー線を照射して被覆物品を得る工程(B)、を含む被覆物品の製造方法において、
    活性エネルギー線硬化性塗料が下記一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートを含有することを特徴とする被覆物品の製造方法。
    Figure 0006555185
    (一般式(I)中において、R1、R2、R3、及びR4はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、Y1、Y2、Y3、及びY4はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキレン基を表し、nは以上以下の整数を表す。)
  2. 活性エネルギー線硬化性塗料が、更に(α)多官能(メタ)アクリレートを含み、更に(β)アクリル系ポリマー、(γ)無機酸化物微粒子、(δ)光安定剤のいずれか1種又は2種以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の被覆物品の製造方法。
  3. 活性エネルギー線硬化性塗料におけるシロキサンアクリレート(I)の割合が、該塗料のシロキサンアクリレート(I)を除く固形分に対して5〜100質量%であり、(α)多官能(メタ)アクリレート、(β)アクリル系ポリマー、(γ)無機酸化物微粒子、(δ)光安定剤の割合が、前記塗料のシロキサンアクリレート(I)を除く固形分100質量部中、成分(α)は30〜89.9質量部、成分(β)は5〜30質量部、成分(γ)は5〜30質量部、成分(δ)は0.1〜10質量部であることを特徴とする請求項2に記載の被覆物品の製造方法。
  4. 活性エネルギー線硬化性塗料に含まれるレベリング剤の量が、前記塗料の不揮発性固形分に対して0〜3,000ppmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の被覆物品の製造方法。
  5. 下記一般式(I)で表されるシロキサンアクリレートを含有することを特徴とする活性エネルギー線硬化性塗料。
    Figure 0006555185
    (一般式(I)中において、R1、R2、R3、及びR4はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、Y1、Y2、Y3、及びY4はそれぞれ独立に炭素数1〜10のアルキレン基を表し、nは以上以下の整数を表す。)
  6. 更に(α)多官能(メタ)アクリレートを含むことを特徴とする請求項5に記載の活性エネルギー線硬化性塗料。
  7. 更に(β)アクリル系ポリマー、(γ)無機酸化物微粒子、(δ)光安定剤のいずれか1種又は2種以上を含むことを特徴とする請求項6に記載の活性エネルギー線硬化性塗料。
  8. 活性エネルギー線硬化性塗料におけるシロキサンアクリレート(I)の割合が、該塗料のシロキサンアクリレート(I)を除く固形分に対して5〜100質量%であり、(α)多官能(メタ)アクリレート、(β)アクリル系ポリマー、(γ)無機酸化物微粒子、(δ)光安定剤の割合が、前記塗料のシロキサンアクリレート(I)を除く固形分100質量部中、成分(α)は30〜89.9質量部、成分(β)は5〜30質量部、成分(γ)は5〜30質量部、成分(δ)は0.1〜10質量部であることを特徴とする請求項7に記載の活性エネルギー線硬化性塗料。
  9. 活性エネルギー線硬化性塗料に含まれるレベリング剤の量が、前記塗料の不揮発性固形分に対して0〜3,000ppmであることを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載の活性エネルギー線硬化性塗料。
  10. 有機樹脂基材の少なくとも一方の面に請求項5〜9のいずれか1項に記載の活性エネルギー線硬化性塗料を塗布・硬化してなる層(i)、及び無機蒸着層(ii)が順次積層されてなる積層体であって、
    層(i)が、5μm以上20μm以下の厚みであり、層(ii)が乾式成膜工法によって形成されたものであることを特徴とする積層体。
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