JP6962911B2 - 反応性ポリマー、光硬化性樹脂組成物および積層体 - Google Patents
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Description
本発明は、反応性ポリマー、それを含む光硬化性樹脂組成物およびその硬化膜を有する積層体に関する。
[1]アルコキシシラン基および(メタ)アクリレート基を側鎖に有する反応性ポリマー。
[2](メタ)アクリレートポリマーからなる主鎖を有し、および前記側鎖としての(メタ)アクリレート基は、前記主鎖に結合したウレタンポリマーおよび/またはウレタンオリゴマーの末端に結合する、[1]に記載の反応性ポリマー。
[3]前記反応性ポリマーの重量平均分子量Mwは10000〜250000である、[1]または[2]に記載の反応性ポリマー。
[4]前記反応性ポリマーの二重結合当量は800〜125000である、[1]〜[3]のいずれかに記載の反応性ポリマー。
[5]前記(メタ)アクリレートポリマーのガラス転移点(Tg)は0〜70℃である、[2]に記載の反応性ポリマー。
[6]アルコキシシラン基はエトキシシラン基である、[1]〜[5]のいずれかに記載の反応性ポリマー。
[7]多官能(メタ)アクリレートモノマーと、[1]〜[6]のいずれかに記載の反応性ポリマーと、光重合開始剤と、紫外線吸収剤とを含有する光硬化性樹脂組成物。
[8]前記反応性ポリマーの含有量は、多官能(メタ)アクリレートモノマーおよび反応性ポリマーの合計100質量部に対して5〜60質量部である、[7]に記載の光硬化性樹脂組成物。
[9]前記反応性ポリマー中のアルコキシシラン基の含有量は、反応性ポリマーを基準に0質量%を超え40質量%未満である、[7]または[8]に記載の光硬化性樹脂組成物。
[10]無機化合物を更に含有する、[7]〜[9]のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物。
[11]柱状、板状および層状無機化合物からなる群から選択される少なくとも1種の無機化合物を含有する、[10]に記載の光硬化性樹脂組成物。
[12]基材フィルムと、前記基材フィルムの少なくとも片面側に積層された、[7]〜[11]のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物の硬化物である硬化膜とを有する、積層体。
[13]基材がポリイミドである、[12]に記載の積層体。
[14]積層体の製造方法であって、
(1)[7]〜[11]のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物を基材上に塗布することにより組成物層を得る工程、および
(2)組成物層を露光することにより該組成物層を硬化させる工程
を含む、方法。
[15]基材フィルムは、ポリイミドでできた基材フィルムである、[14]に記載の方法。
10a 主面
20 硬化膜
30 積層体
反応性ポリマーは、アルコキシシラン基および(メタ)アクリレート基を側鎖に有する。反応性ポリマーがアルコキシシラン基を側鎖に有することにより、優れた密着性が得られることとなる。また、反応性ポリマーが(メタ)アクリレート基を側鎖に有することにより、紫外線での硬化が可能となる。本明細書では、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートとメタクリレートの双方を含む総称を意味する。
(メタ)アクリレートポリマーは、分子中に水酸基を2個以上含有する(メタ)アクリルポリマー〔以下、水酸基含有(メタ)アクリルポリマーAともいう〕である。
ウレタンオリゴマーは、1つのイソシアネート基と1つ以上の(メタ)アクリレート基を持ったアクリルウレタンオリゴマー〔以下、(メタ)アクリルウレタンオリゴマーBともいう〕である。また、ウレタンポリマーは、1つのイソシアネート基と1つ以上の(メタ)アクリレート基を持ったアクリルウレタンポリマー〔以下、(メタ)アクリルウレタンポリマーCともいう〕である。
反応性ポリマーは、水酸基含有(メタ)アクリルポリマーAと、(メタ)アクリルウレタンオリゴマーBの単独または(メタ)アクリルウレタンポリマーCの単独もしくは(メタ)アクリルウレタンオリゴマーBと(メタ)アクリルウレタンポリマーCの両方との付加反応物と、イソシアネート基含有アルコキシシランDとの付加反応物である反応性ポリマー(以下、反応性ポリマーEともいう)である。
水酸基含有(メタ)アクリルポリマーAは分子中に水酸基を2個以上含有する(メタ)アクリルポリマーである。重量平均分子量Mwについては特に限定されないが、3,000〜200,000であることが好ましく、10,000〜160,000であることがより好ましく、30,000〜120,000であることがさらに好ましい。重量平均分子量Mwが3,000以下の場合、反応性ポリマーEの硬度が高くなり柔軟性が十分発現できないおそれがある。また重量平均分子量Mwが200,000以上の場合、反応性ポリマーEの紫外線硬化時の反応性が著しく低下するため、結果的に耐光性が低下するおそれがある。本明細書では、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートとメタクリレートの双方を含む総称を意味する。
(メタ)アクリルウレタンオリゴマーBは、1つのイソシアネート基と1つ以上の(メタ)アクリレート基を持ったアクリルウレタンオリゴマーであり、ジイソシアネートと1つの水酸基を持った単官能(メタ)アクリレートまたは多官能(メタ)アクリレートもしくはこれらを反応させることにより得られるアクリルウレタンオリゴマーである。組成上、特に制限はない。分子量は3,000以下であることが好ましく、2,000以下であることがより好ましく、1,000以下であることがさらに好ましい。分子量が3,000以上の場合、反応性ポリマーEの紫外線硬化性が低下する傾向がある。
(メタ)アクリルウレタンポリマーCは、1つのイソシアネート基と1つ以上の(メタ)アクリレート基を持ったアクリルウレタンポリマーであり、過剰のジイソシアネートとジオールを反応させた両末端イソシアネートのプレポリマーの片末端に1つの水酸基を持った単官能(メタ)アクリレートまたは多官能(メタ)アクリレートもしくはこれらを併用し反応させたアクリルウレタンポリマーである。組成上、特に制限はない。重量平均分子量Mwは1,000〜50,000が好ましく、3,000〜20,000がより好ましく、5,000〜10,000がさらに好ましい。重量平均分子量Mwが1,000以下の場合、反応性ポリマーEの柔軟性がまったく得られないか、もしくは十分でないことがある。重量平均分子量Mwが50,000以上の場合、反応性ポリマーEを得るために水酸基含有(メタ)アクリルポリマーAへの付加反応時の反応率が著しく低下し、ワニスの分離や白濁が生じ、貯蔵安定性が著しく低下する場合がある。
反応性ポリマーEは、水酸基含有(メタ)アクリルポリマーAに、(メタ)アクリルウレタンオリゴマーBの単独または(メタ)アクリルウレタンポリマーCの単独、もしくは(メタ)アクリルウレタンオリゴマーBと(メタ)アクリルウレタンポリマーCの両方を付加反応させた後、イソシアネート基含有アルコキシシランDを付加反応させて得られる。
R1、R2、R6及びR7としての炭素原子数2〜6のアルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンタンジイル基、ヘキサンジイル基が挙げられる。〕
で示される構造単位を持つ。
水酸基含有(メタ)アクリレートモノマーとしては、例えば2−ヒドロキシエチルアクリレート等が挙げられる。
(メタ)アクリルウレタンオリゴマーBとしては、例えばイソホロンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、ヘキサメチレンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、トルエンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、メチレンビスフェニルジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、キシレンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルアクリレート付加物等が挙げられ、これらは単独もしくは併用して使用してもよい。アクリルウレタンオリゴマーの重量平均分子量Mwは、3,000以下が好ましく、2,000以下であることがより好ましく、1,000以下であることがさらに好ましい。
光硬化性樹脂組成物は、二官能以上の多官能(メタ)アクリレートモノマーと、反応性ポリマーと、光重合開始剤と、紫外線吸収剤とを含有する。
図1は、積層体の一実施形態を示す模式的断面図である。図1に示す積層体30は、基材フィルム10と、基材フィルム10の一方の主面10a上に積層された硬化膜20とを有する。硬化膜20は、上述の実施形態に係る光硬化性樹脂組成物から形成される。すなわち、硬化膜は、光硬化性樹脂組成物の硬化物である。一実施形態に係る積層体は、密着性に優れる。
無機材料としては、上述の光硬化性組成物に含まれ得る無機化合物について例示したものを用いることができる。
YI=100(1.28X−1.06Z)/Y
次に、一実施形態の光硬化性樹脂組成物から形成される硬化膜を有する積層体を製造する方法について説明する。
(1)上述の本発明の光硬化性樹脂組成物を基材フィルム上に塗布することにより組成物層を得る工程(光硬化性樹脂組成物を含む組成物層を基材フィルムの片面側に形成させる工程)、および
(2)組成物層を露光することにより該組成物層を硬化させる工程(組成物層に露光して該組成物層を硬化させることで、硬化膜を形成させる工程)。
基材フィルムは、透明性を有していてもよい。基材フィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルフォン(PES)、またはポリイミド(PI)のフィルムであってもよい。硬化膜に関する効果が特に顕著に発揮できる点において、基材フィルムはポリイミド(PI)フィルムであってもよい。また、基材フィルムは、材料を含んでもよい。基材フィルムが無機材料を含む場合、その含有量は、基材フィルムを基準に0重量%を超え60重量%以下の範囲、例えば5〜55重量%の範囲、10〜50重量%の範囲であってよい。
無機材料としては、上述の積層体の説明における基材フィルムに含まれ得る無機化合物について例示したものを用いることができる。
露光は、通常、紫外線の照射によって行われる。この際、紫外線は可視光線領域の光線を含む。光重合開始剤が、光照射によって光重合開始能を発現し、工程(1)で得られた組成物層を硬化させる。紫外線は200〜450nmの波長を有していてもよい。光重合開始剤は光の波長220〜450nmに吸収域を有していてもよい。一般に紫外線の波長は380nmよりも短く、可視光線の波長は380〜780nmである。
硬化膜を有する積層体の製造方法は、上記工程(1)および(2)の他に、任意の工程、例えば熱硬化やアニール工程等を更に含むことができる。
JIS K 5600−5−6に準拠して測定した。
2mm間隔で10マス×10マスの碁盤目状に傷を入れ、粘着テープ(ニチバン製)を貼り付け、面に対し約60°の方向に引き剥がした後の残っている碁盤目の数をカウントした。
上記の密着性試験をQUV試験後に行った。QUV試験は、Atlas製UVCON(ランプ:UVB313nm)を使用し、コーティング面に光が照射されるようにセッティングし、24hr照射試験を行った。
JIS K 5600−5−4:1999に準拠して硬化膜の表面の鉛筆硬度を測定した。荷重は1kgとした。
JIS K 5600−5−1:1999に準拠して屈曲試験をした。硬化膜と基材フィルムとの積層体を1cm×8cmに切断して、測定サンプルを得た。測定サンプルを、硬化膜が内側または外側になる向きで、直径6mmまたは2mmのロールそれぞれに巻き付けた。
硬化膜におけるヒビ割れの発生の有無に基づいて、屈曲性を次のように判定した。
(屈曲性の判定)
◎ :ヒビ割れが生じなかった
○ :ヒビ割れが1〜4本生じた
△ :ヒビ割れが5本以上生じた
× :測定サンプルが材料破壊した
「重量平均分子量」は、gel permeation chromatography(GPC)で測定されたポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。測定条件は、SHODEX GPC−104、カラム KF−602、移動相 THF、流速0.5ml/min、温度40℃で行った。値は、ポリスチレン標準物質からの換算値を用いた。
合成したポリ(メタ)アクリレート溶液を乾燥した試料、約10mgをアルミニウムパンに量り採り、DSC装置(MACサイエンス社製 DSC3100)にセットして液体窒素で−100℃まで冷却した後、10℃/minで昇温して得られたDSCチャートからガラス転移温度を求めた。
二重結合当量は以下の式に従って求めた。
二重結合当量(g/mol)=全モノマーの仕込み量(g)/二重結合に用いられたモノマーの単体量(mol)
「水酸基含有(メタ)アクリルポリマーAの合成」
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、メチルイソブチルケトン300gを仕込み、窒素気流下で110℃まで昇温し、メチルメタクリレート245g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート55g、ポリプロピレングリコールモノアクリレート100g、メチルイソブチルケトン50g、アゾビスイソブチロニトリル3gの混合溶液を滴下ロートに仕込み、2時間かけて等速に滴下し、さらに同温度で1時間エージングした。次いでアゾビスイソブチロニトリル2gとメチルイソブチルケトン100gを滴下ロートに仕込み2時間かけて等速に滴下した。その後、3時間エージングしメチルイソブチルケトン150gで希釈し水酸基含有(メタ)アクリルポリマーAを合成した。得られたポリマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で71000であり、加熱残分は39.9%であった。示差走査熱量計を用いて測定したガラス転移点(Tg)は約30℃であった。
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、メチルイソブチルケトン500g、イソホロンジイソシアネート(IPDI)318g、メトキノン0.5g、ジオクチルスズ0.05gを仕込み窒素と酸素の混合気流下で80℃まで昇温した。次いで2−ヒドロキシエチルアクリレート182gを滴下ロートに仕込み3時間かけて等速に滴下した。その後80℃で5時間エージングしNCO%が6〜8%の時点で反応終了。片末端がイソシアネート基、もう一方の片末端がアクリレート基の(メタ)アクリルウレタンオリゴマーBを合成した。得られたオリゴマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で約400であり、加熱残分は50.1%であった。
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、メチルイソブチルケトン300g三菱化学株式会社製PTMG650を265gとヘキサメチレンジイソアネート190g、ジオクチルスズ0.05gを仕込み窒素と酸素の混合気流下で80℃まで昇温しそのまま5時間反応させ、両末端イソシアネート基含有ウレタンオリゴマーを得た。次いでメトキノン0.5gを投入した後、2−ヒドロキシエチルアクリレート45gを滴下ロートに仕込み1時間かけて等速に滴下した。滴下後さらに3時間反応させた後、メチルイソブチルケトン200gにて希釈し片末端がイソシアネート基、もう一方の片末端がアクリル基の(メタ)アクリルウレタンポリマーCを合成した。得られたポリマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で約7300であり加熱残分は50.2%であった。
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、水酸基含有(メタ)アクリルポリマーA700g、(メタ)アクリルウレタンオリゴマーB140g、(メタ)アクリルウレタンポリマーC100g、メトキノン0.5g、ジオクチルスズ0.05gを仕込み窒素と酸素の混合気流下で90℃まで昇温し8時間反応させた後、イソシアネート基含有アルコキシシランD(3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン)を50g加えさらに3時間反応させた。FT−IRにてイソシアネート基のピークが消失したことを確認しメチルイソブチルケトン135gで希釈し反応を終了した。反応性ポリマーEを合成した。得られたポリマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で86000であり、加熱残分が40.2%であった。二重結合当量は1812であった。
4官能アクリレート(新中村化学(株)製、A−TMMT)30質量部、3官能アクリレート(新中村化学(株)製、A−TMPT)30質量部、反応性ポリマーE40質量部、トリアジン系紫外線吸収剤(BASF社製、TINUVIN(登録商標)479)3質量部、光重合開始剤(チバスペシャリティケミカルズ(株)製、IRGACURE(登録商標)184)5質量部、光重合開始剤(チバスペシャリティケミカルズ(株)製、IRGACURE(登録商標)819)3質量部、レベリング剤(ビックケミージャパン(株)製、BYK−350)0.6質量部、メチルエチルケトン30質量部を撹拌混合し、光硬化性樹脂組成物を得た。
透明基材フィルムとしては、公知文献(例えば米国特許第8,207,256号)に準拠して、厚さ80μmのポリイミドとシリカ粒子とを含有する樹脂基材(シリカ粒子含有量60質量%)を作製した。その透明ポリイミドフィルムを用い、前記の光硬化性樹脂組成物を乾燥膜厚5μmとなるようにバーコーターで塗工した。その後、60℃のオーブンで5分間乾燥を行い、500mj/cm2のエネルギーで紫外線を照射して硬化させることで、硬化膜と基材との積層体を得た。得られた積層体のQUV試験前後の密着性を上記のとおり測定した。
結果を表1に示す。また、得られた積層体は、鉛筆硬度が2Hであり、直径6mm及び2mmについての屈曲性がそれぞれ硬化膜の内側及び外側において◎であった。
実施例1において、イソシアネート基含有アルコキシシランDを表1〜3に記載のエトキシシラン基含有量となるように配合したこと、および水酸化アルミニウムやスメクタイトを表3に記載の含有量で用いたこと以外は、実施例1と同様にして硬化膜と基材との積層体を得た。得られた光硬化性膜と基材との密着性を測定した結果を表1〜3に示す。また、実施例2〜8及び比較例1において得られた積層体は、鉛筆硬度が2Hであり、直径6mm及び2mmについての屈曲性がそれぞれ硬化膜の内側及び外側において◎であった。実施例9〜14において得られた積層体は、鉛筆硬度が3Hであり、直径6mm及び2mmについての屈曲性がそれぞれ硬化膜の内側及び外側において◎であった。
「水酸基含有(メタ)アクリルポリマーA2の合成」
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、メチルイソブチルケトン300gを仕込み、窒素気流下で110℃まで昇温し、メチルメタクリレート260g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート140g、メチルイソブチルケトン50g、アゾビスイソブチロニトリル3gの混合溶液を滴下ロートに仕込み、2時間かけて等速に滴下し、さらに同温度で1時間エージングした。次いでアゾビスイソブチロニトリル2gとメチルイソブチルケトン100gを滴下ロートに仕込み2時間かけて等速に滴下した。その後、3時間エージングしメチルイソブチルケトン150gで希釈し水酸基含有(メタ)アクリルポリマーAを合成した。得られたポリマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で86,000であり、加熱残分は40.1%であった。示差走査熱量計を用いて測定したガラス転移点(Tg)は約70℃であった。
攪拌機、滴下ロート、冷却管及び温度計を備えたフラスコに、水酸基含有(メタ)アクリルポリマーA2を700g、(メタ)アクリルウレタンオリゴマーB140g、(メタ)アクリルウレタンポリマーC100g、メトキノン0.5g、ジオクチルスズ0.05gを仕込み窒素と酸素の混合気流下で90℃まで昇温し8時間反応させた後、イソシアネート基含有アルコキシシランDを100g加えさらに3時間反応させた。FT−IRにてイソシアネート基のピークが消失したことを確認しメチルイソブチルケトン210gで希釈し反応を終了した。比較例2の反応性ポリマーE2を合成した。得られたポリマーの分子量を測定した結果、重量平均分子量で195,000であり、加熱残分が40.6%であった。二重結合当量は1933であった。
実施例1の光硬化性樹脂組成物の調製に関し、反応性ポリマーEを用いたことに代えて反応性ポリマーE2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして光硬化性樹脂組成物及び積層体を製造した。密着性を測定した結果を表1に示す。また、得られた積層体は、鉛筆硬度が2Hであり、直径6mm及び2mmについての屈曲性がそれぞれ硬化膜の内側及び外側において◎であった。
Claims (13)
- アルコキシシラン基および(メタ)アクリレート基を側鎖に有する反応性ポリマーであって、
(メタ)アクリレートポリマーからなる主鎖を有し、および前記側鎖としての(メタ)アクリレート基は、前記主鎖に結合したウレタンポリマーおよび/またはウレタンオリゴマーの末端に結合し、
前記(メタ)アクリレートポリマーのガラス転移点(Tg)は10〜70℃である、
反応性ポリマー。 - 前記反応性ポリマーの重量平均分子量は10,000〜250,000である、請求項1に記載の反応性ポリマー。
- 前記反応性ポリマーの二重結合当量は800〜125,000である、請求項1または2に記載の反応性ポリマー。
- アルコキシシラン基はエトキシシラン基である、請求項1〜3のいずれかに記載の反応性ポリマー。
- 多官能(メタ)アクリレートモノマーと、請求項1〜4のいずれかに記載の反応性ポリマーと、光重合開始剤と、紫外線吸収剤とを含有する光硬化性樹脂組成物。
- 前記反応性ポリマーの含有量は、多官能(メタ)アクリレートモノマーおよび反応性ポリマーの合計100質量部に対して5〜60質量部である、請求項5に記載の光硬化性樹脂組成物。
- 前記反応性ポリマー中のアルコキシシラン基の含有量は、反応性ポリマーを基準に0質量%を超え40質量%未満である、請求項5または6に記載の光硬化性樹脂組成物。
- 無機化合物を更に含有する、請求項5〜7のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物。
- 柱状、板状および層状無機化合物からなる群から選択される少なくとも1種の無機化合物を含有する、請求項8に記載の光硬化性樹脂組成物。
- 基材フィルムと、前記基材フィルムの少なくとも片面側に積層された、請求項5〜9のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物の硬化物である硬化膜とを有する、積層体。
- 基材フィルムは、ポリイミドでできた基材フィルムである、請求項10に記載の積層体。
- 積層体の製造方法であって、
(1)請求項5〜9のいずれかに記載の光硬化性樹脂組成物を基材上に塗布することにより組成物層を得る工程、および
(2)組成物層を露光することにより該組成物層を硬化させる工程
を含む、方法。 - 基材がポリイミドである、請求項12に記載の方法。
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