JP7003561B2 - ポリウレタン(メタ)アクリレート、その組成物及び硬化物 - Google Patents
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脂環式構造を有するポリカーボネートポリオール由来の構造と、
ポリイソシアネート由来の構造とを有し、
末端に水酸基含有(メタ)アクリレート由来の構造またはイソシアナト基含有(メタ)アクリレート由来の構造を有するポリウレタン(メタ)アクリレートであって、
脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオールが、下記式(1A)で示されるポリオール由来の構造を有しており、
脂環式構造を有するポリカーボネートポリオールが、下記式(1A)で示されるポリオール由来の構造及び式(1B)で示されるポリオール由来の構造からなる構造から選ばれる少なくとも1種の構造(但し、式(1A)で示されるポリオール由来の構造のみからなるポリカーボネートポリオールを除く。)を有しており、
ポリイソシアネートが、下記式(2)で示されるものであり、
環状構造の割合が8.5質量%~23質量%である、
ポリウレタン(メタ)アクリレートによって解決される。
本発明のポリウレタン(メタ)アクリレートは、
脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオール由来の構造と、
脂環式構造を有するポリカーボネートポリオール由来の構造と、
ポリイソシアネート由来の構造とを有し、
末端に水酸基含有(メタ)アクリレート由来の構造またはイソシアナト基含有(メタ)アクリレート由来の構造を有するポリウレタン(メタ)アクリレートであって、
脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオールが、下記式(1A)で示されるポリオール由来の構造を有しており、
脂環式構造を有するポリカーボネートポリオールが、下記式(1A)で示されるポリオール由来の構造及び式(1B)で示されるポリオール由来の構造からなる構造から選ばれる少なくとも1種の構造(但し、式(1A)で示されるポリオール由来の構造のみからなるポリカーボネートポリオールを除く。)を有しており、
ポリイソシアネートが、下記式(2)で示されるものであり、
環状構造の割合が8.5質量%~23質量%である、
ポリウレタン(メタ)アクリレートである。
(式(1A)中、Z1は炭素原子数2~12の二価の直鎖状脂肪族炭化水素基を示す。
式(1B)中、Z2は炭素原子数6~18の二価の環状脂肪族炭化水素基を示す。
式(2)中、Rは炭素原子数2~12の二価の直鎖状脂肪族炭化水素基、炭素原子数3~12の二価の分岐状脂肪族炭化水素基、炭素原子数6~18の二価の環状脂肪族炭化水素基、又は炭素原子数6~18の二価の芳香族炭化水素基を示す。)
脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオール由来の構造とは、ポリウレタン(メタ)アクリレート中の結合基以外の脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオールに由来する基のことを示す。
前記式(1A)で示されるポリオール(以下、ポリオール(1A)と称することもある。)としては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジオール、ウンデカンジオール、ドデカンジオールが挙げられるが、好ましくは、直鎖又は分岐鎖を有する炭素原子数2~10の脂肪族ポリオールであり、さらに好ましくは、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオールである。
なお、1種類のポリオール(1A)を用いてもよいし、複数種類のポリオール(1A)を併用しても良い。また、目的とするポリウレタン(メタ)アクリレートの機能や特性などを損なわない程度に、前記ポリオール(1A)の分子中にエーテル結合が少量含まれていても良く、分岐状の脂肪族ポリオールが少量含まれていても良い。
脂環式構造を有するポリカーボネートポリオール由来の構造とは、ポリウレタン(メタ)アクリレート中の結合基以外の脂環式構造を有するポリカーボネートポリオールに由来する基のことを示す。
前記式(1A)で示されるポリオール(ポリオール(1A))としては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジオール、ウンデカンジオール、ドデカンジオールが挙げられるが、好ましくは、直鎖又は分岐鎖を有する炭素原子数2~10の脂肪族ポリオールであり、さらに好ましくは、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオールである。
前記式(1B)で示されるポリオール(以下、ポリオール(1B)と称することもある)としては、例えば、1,3-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノールなどが挙げられるが、好ましくは1,4-シクロヘキサンジメタノールが使用される。
なお、複数種類のポリオール(1B)を併用しても良い。また、目的とするポリウレタン(メタ)アクリレートの機能や特性などを損なわない程度に、ポリオール(1B)の分子中にエーテル結合が少量含まれていても良く、芳香族ポリオールが少量含まれていても良い。
脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオールは、より具体的には、前記式(1A)で示されるポリオール由来の構造と、カーボネート結合を有するポリカーボネートポリオールであり、例えば、ポリオール(1A)と、炭酸エステルとを、触媒の存在下で反応させることによって得られる。
なお、目的とするポリウレタン(メタ)アクリレートの機能や特性などを損なわない程度に、同一または異なる分子量の複数種の脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオールを併用しても良い。
脂環式構造を有するポリカーボネートポリオールは、より具体的には、前記式(1A)で示されるポリオール由来の構造と、前記式(1B)で示されるポリオール由来の構造と、カーボネート結合を有するポリカーボネートポリオールまたは、前記式(1B)で示されるポリオール由来の構造と、カーボネート結合を有するポリカーボネートポリオールであり、例えば、ポリオール(1A)と、ポリオール(1B)と、炭酸エステルとを、触媒の存在下で反応させることによって得られる。
なお、目的とするポリウレタン(メタ)アクリレートの機能や特性などを損なわない程度に、同一または異なる分子量の複数種の脂環式構造を有するポリカーボネートポリオールを併用しても良い。
前記炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチルなどの炭酸ジアルキル;炭酸ジフェニルなどの炭酸ジアリール;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状の炭酸エステルが挙げるが、好ましくはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネートが使用される。
なお、これらの炭酸エステルのうちの1種類のみを用いても良いし、複数種類を併用しても良い。
ポリカーボネートポリオールを合成する際の反応温度は、ポリオールや炭酸エステルの種類に応じて適宜調整することができるが、好ましくは120℃~180℃、更に好ましくは130℃~170℃である。
ポリカーボネートポリオールを合成する際に使用する触媒としては、公知のエステル交換触媒を使用することができ、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、コバルト、ゲルマニウム、スズ、セリウムなどの金属、及びそれらの水酸化物、アルコキシド、カルボン酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、有機金属などが挙げられるが、好ましくは水素化ナトリウム、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ジルコニウムアセチルアセトナート、オキシ酢酸ジルコニウム、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジメトキシド、ジブチルスズオキサイドが使用される。
なお、これらの触媒のうちの1種類のみを用いても良いし、複数種を併用しても良い。
ポリイソシアネート由来の構造とは、ポリウレタン(メタ)アクリレート中の結合基以外のポリイソシアネートに由来する基のことを示す。当該ポリイソシアネート由来の構造における「ポリイソシアネート」とは、具体的には、下記式(2)で示されるポリイソシアネートである。
(式(2)中、Rは炭素原子数2~12の二価の直鎖状脂肪族炭化水素基、炭素原子数3~12の二価の分岐状脂肪族炭化水素基、炭素原子数6~18の二価の環状脂肪族炭化水素基、又は炭素原子数6~18の二価の芳香族炭化水素基を示す。)
ポリイソシアネートは、目的や用途に応じて適宜選択するが、例えば、
ヘキサメチレンジイソシアネートなどの直鎖状脂肪族ジイソシアネート;
2-又は3-メチル-1,5-ペンチルジイソシアネート、2,2,4-又は2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどの分岐状脂肪族ジイソシアネート;
1,4-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、4,4’-メチレンビスシクロヘキシルジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキサン-1,3-ジイルビス(メチレン)ジイソシアネート、ノルボルニルジイソシアネートなどの環状脂肪族ジイソシアネート;
フェニレ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、ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、ナフタレン-1,5-ジイソシアネート、3,3’-ジメチル-4,4’-ビフェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)などの芳香脂肪族ジイソシアネート;
が好適に使用される。
なお、これらのポリイソシアネートのうちの複数種を併用しても良く、その構造の一部又は全部がイソシアヌレート化、カルボジイミド化、又はビウレット化など誘導化されていても良い。
水酸基含有(メタ)アクリレート由来の構造とは、ポリウレタン(メタ)アクリレート中の結合基以外の水酸基含有(メタ)アクリレートに由来する構造のことを示す。当該水酸基含有(メタ)アクリレート由来の構造における「水酸基含有(メタ)アクリレート」としては、具体的には、例えば、下記式(a-1)~(c-2)で示される水酸基含有(メタ)アクリレートが挙げられる。
なお、本発明では、水酸基含有(メタ)アクリレートには、「エチレンオキシ基」や「プロピレンオキシ基」などのアルキレンオキシ基で変性されているものも含まれる。
(式(a-1)、(b-1)、(b-2)、(c-1)、(c-2)中、Aは(メタ)アクリロイル基((メタ)アクリル酸から水酸基を除いた基)を示す。なお、式(b-1)、(b-2)、(c-1)、(c-2)において複数のAの一部のAが水素であってもよく、複数のAは同一又は異なっていても良い。式(b-1)中、mは2~4の整数を示す。)
水酸基含有単官能(メタ)アクリレートとしては、例えば、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、ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシ(ヘプチル)メタアクリレート、ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、好ましくはヒドロキシエチル(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)アクリレートが使用される。
なお、これらの水酸基含有単官能(メタ)アクリレートを、複数種併用しても良く、水酸基含有多官能(メタ)アクリレートと併用しても良い。また、水酸基を含有しない飽和単官能(メタ)アクリレートを併用しても良い。
なお、これらの水酸基含有多官能(メタ)アクリレートを、複数種併用しても良く、水酸基含有単官能(メタ)アクリレートと併用しても良い。また、水酸基を含有しない飽和多官能(メタ)アクリレートを併用しても良い。
イソシアナト基含有(メタ)アクリレート由来の構造とは、ポリウレタン(メタ)アクリレート中の結合基以外のイソシアナト基含有(メタ)アクリレートに由来する構造のことを示す。当該イソシアナト基含有(メタ)アクリレート由来の構造における「イソシアナト基含有(メタ)アクリレート」としては、具体的には、例えば、下記式(d-1)~(e-2)で示されるイソシアナト基含有(メタ)アクリレートが挙げられる。
(式(d-1)、(e-1)、(e-2)中、Aは(メタ)アクリロイル基((メタ)アクリル酸から水酸基を除いた基)を示す。なお、式(e-1)、(e-2)において複数のAの一部のAが水素であってもよく、複数のAは同一又は異なっていても良い。式(b-1)中、mは2~4の整数を示す。)
イソシアナト基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、2-アクリロイルオキシエチルイソシアネート(商品名:昭和電工株式会社製「カレンズAOI(登録商標)」など)、2-メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(商品名:昭和電工株式会社製「カレンズMOI(登録商標)」など)、1,1-ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート(商品名:昭和電工株式会社製「カレンズBEI(登録商標)」など)、5-メタクロイルオキシ-3-オキシペンチルイソシアネート(商品名:昭和電工株式会社製「カレンズMOI-EG(登録商標)」など)が好適に使用できる。
なお、これらのイソシアナト基含有(メタ)アクリレートのうちの複数種を併用しても良く、また、本発明に係るポリウレタン(メタ)アクリレートは、イソシアナト基を含有しない(メタ)アクリレートをさらに含んでいても良い。
ポリウレタン(メタ)アクリレートは、ポリカーボネートポリオールと、ポリイソシアネートと、水酸基含有(メタ)アクリレートまたはイソシアナト基含有(メタ)アクリレートとを、反応させることによって得ることができる(以下、本発明の反応と称することもある)。
本発明の反応においては、反応速度を向上させるために公知の重合触媒を用いることができる。重合触媒の具体例としては、例えば、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジラウレートなどの有機スズ化合物や、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)などの有機チタン化合物、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)などの有機ジルコニウム化合物、2-エチルヘキサン酸ビスマス、ネオデカン酸ビスマス、ナフテン酸ビスマス、リン酸ジブチルビスマスや、トリエチルアミンなどの三級アミンが好適に使用される。
なお、当該触媒については、吉田敬治著「ポリウレタン樹脂」(日本工業新聞社刊、1969年)の第23~32頁を参照することができ、複数種の触媒を併用しても良い。
触媒の使用量をこの範囲とすることで、十分な反応速度を得ることができるとともに、触媒の残存量が少ないため後処理が煩雑とならない。
本発明の反応においては、反応に関与しない溶媒を適宜使用することができる。好ましく用いられる溶媒の具体例としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類;エチレングリコールジメチルエーテル、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メチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、トリエ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、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類が使用できる。
なお、これらの溶媒のうちの複数種を併用しても良い。また、溶媒を使用することで、ポリウレタン(メタ)アクリレートの溶媒溶液を得ることができる。
溶媒の使用量をこの範囲とすることで、反応液の均一性や攪拌性が向上する。
本発明の反応においては、原料の水酸基含有(メタ)アクリレートまたはイソシアナト基含有(メタ)アクリレートや、生成したポリウレタン(メタ)アクリレートの重合や酸化を抑制するために、重合禁止剤や酸化防止剤を存在させることが望ましい。重合禁止剤や酸化防止剤としては、例えば、ハイドロキノン、p-メトキシフェノール、2,4-ジメチル-6-t-ブチルフェノール、2,6-t-ブチル-p-クレゾール、p-ベンゾキノン、2,5-ジヒドロキシ-p-ベンゾキノンなどが使用される。
なお、これらの重合禁止剤や酸化防止剤のうちの複数種を併用しても良い。
重合防止剤や酸化防止剤の添加量をこの範囲とすることで、十分に重合や酸化を抑止でき、またこれらの後処理が煩雑とならない。
本発明の反応においては、分子量を増大させることを目的として、鎖延長剤を用いることができる。使用する鎖延長剤としては、目的や用途に応じて適宜選択できる。鎖延長剤の具体例としては、例えば、
水;
エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、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、ネオペンチルグリコール、1,10-デカンジオール、1,1-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、トリシクロデカンジメタノール、キシリレングリコール、ビス(p-ヒドロキシ)ジフェニル、ビス(p-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]プロパン、ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]スルホン、1,1-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]シクロヘキサンなどの低分子ポリオール;
ポリエステルポリオール、ポリエステルアミドポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエーテルエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオールなどの高分子ポリオール;
エチレンジアミン、イソホロンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、アミノエチルエタノールアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミンなどのポリアミン等
が使用される。
また、末端に(メタ)アクリル基(水酸基含有(メタ)アクリレート由来の構造またはイソシアナト基含有(メタ)アクリレート由来の構造)を有することにより、優れた傷修復性及び耐薬品性を有する硬化物とすることができる。
本発明のポリウレタン(メタ)アクリレートは、その機能を更に向上させるために、適宜、その他ポリオールを存在させて製造することもできる。
その他のポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジオール、ウンデカンジオール、ドデカンジオールなどの直鎖状のポリオール;
2-メチル-1,3-プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,5-ヘキサンジオールなどの分岐状のポリオール;
1,3-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノールなどの環状のポリオール;
前記ポリオールを原料として得られるポリカーボネートポリオール(但し、式(1A)で示されるポリオール由来の構造、及び式(1B)で示されるポリオール由来の構造を有するポリカーボネートポリオールを除く)
などが挙げられるが、好ましくはポリウレタン(メタ)アクリレートを構成するポリカーボネートポリオールを製造する際の原料としたポリオール(式(1A)で示されるポリオール、式(1B)で示されるポリオール)である。
なお、これらの低分子ポリオールのうちの複数種を併用しても良い。
本発明のポリウレタン(メタ)アクリレートの機能を更に向上させるために、適宜、更に、酸性基含有化合物を存在させることもできる。
なお、これらの酸性基含有化合物のうちの複数種を併用しても良い。
ポリウレタン(メタ)アクリレート中の環状構造の含有割合は、好ましくは8.5質量%~23質量%であり、特に好ましくは8.5質量%~20質量%である。
この範囲とすることで、優れた傷修復性と耐薬品性を有する硬化物とすることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、前記ポリウレタン(メタ)アクリレートと、重合開始剤と、必要に応じて重合性化合物を含む。
前記重合開始剤として、例えば、アセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、p-ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、2-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、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾイン-n-プロピルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインn-ブチルエーテル、ベンゾインジメチルケタール、チオキサントン、p-イソプロピル-α-ヒドロキシイソブチルフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロへ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-モルフォリノプロパン-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、2,4,6,-トリメチルベンゾフェノン、4-メチルベンゾフェノン、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、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタノンなどが挙げられるが、好ましくは1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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が使用される。
なお、これらの重合開始剤のうちの複数種を併用しても良い。
重合開始剤の使用量をこの範囲とすることで、十分な反応速度を得ることができるとともに、重合開始剤の残存量が少ないため後処理が煩雑とならない。
前記重合性化合物としては、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、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、フェノキシメチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステル、ベンジル(メタ)アクリレート、フェネチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アラルキルエステルフェニル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アリールエステルや、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、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどの単官能(メタ)アクリレート化合物;
ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ドデカンジオールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(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、ポ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、エトキシ化ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレートなどのトリ(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、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ(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、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンヘキサ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレート化合物、またはこれらの又は、これらのエチレンオキシ変性品やプロピレンオキシ変性品、ラクトン変性品が使用できる。
なお、これらの重合性化合物のうちの複数種を併用しても良い。
また、ポリウレタン(メタ)アクリレートを製造する際に、水酸基含有(メタ)アクリレートまたはイソシアナト基含有(メタ)アクリレート中に、他のアクリル化合物が含まれている場合には、これを重合性化合物として代用することもできる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、必要に応じて有機溶媒を加えて適当な粘度に調整した後、基材の上に塗布し、例えば、紫外線、可視光、レーザー光、電子線、X線、γ線、プラズマ、マイクロウェーブなどの活性エネルギー線を照射することにより、重合・硬化させて硬化物とすることができる。
なお、これらの溶媒のうちの複数種を併用しても良い。
なお、これらの基材のうちの複数種を併用しても良い。
ポリウレタン(メタ)アクリレートにおいて環状構造の割合を8.5質量%以上とすることで、アルコールに対する耐薬品性を向上させることができる。
一方、ポリウレタン(メタ)アクリレートにおいて環状構造の割合を23質量%以下とすることで、傷修復性を向上させることができる。
環状構造の含有割合は、ポリウレタン(メタ)アクリレートの環状構造を構成する各原料の質量割合(質量%)に対して、各原料の仕込み量を乗算することにより得られた環状構造の質量割合の合計量を、ポリウレタン(メタ)アクリレートの原料のうち、溶剤を除いた固形分の質量で除算することにより算出した。すなわち、環状構造の含有割合は、下記式により算出した。
(環状構造の含有割合)=100×{((各原料の環状構造の質量割合)×(各原料の仕込み量))の合計量}/(ポリウレタン(メタ)アクリレートの固形分)
ポリウレタン(メタ)アクリレートの粘度は、E型粘度計(BROOKFIELD社製「BROOLFIELD粘度計LV DV-II+Pro」)を用いて、25℃にて測定した。
[膜の作製]
PET基材の上に、ポリウレタン(メタ)アクリレートを塗布し、得られた塗膜に紫外線を照射することにより硬化させ、膜厚が20μmのUV硬化膜を作製した。
[評価方法]
水(超純水)、5質量%の濃度の水酸化ナトリウム溶液又は80質量%のエタノール溶液を湿らせたコットンを上記作製の膜の上に、室温にて、24時間載せた。24時間経過後、コットンを除去し、キムワイプ(登録商標)で表面を拭き取り、目視で、膜の劣化状態を観察した。その結果、コットンを載せていた部分に劣化が観察されない場合を「◎」として評価した。コットンを載せていた部分のうち、外枠部分のみに劣化が観察され、中央部に劣化が観察されなかった場合を「○」として評価した。コットンを載せていた部分全体に劣化が観察された場合を「×」として評価した。
[膜の作製]
PET基材の上に、ポリウレタン(メタ)アクリレートを塗布し、得られた塗膜に紫外線を照射することにより硬化させ、膜厚が20μmのUV硬化膜を作製した。
[評価方法]
上記作製の膜に真鍮ブラシで傷を付けて、目視で傷が修復するかを評価した。その結果、5分以内に傷が修復した場合を「○」として評価し、5分経過後に傷が修復していなかった場合を「×」として評価した。
攪拌装置、温度計及び冷却器を備えた内容積1Lの容器に、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)PH-100)100g(0.100モル)、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)PH-50)50g(0.100モル)、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)UM-90(1/1))180g(0.200モル)及び酢酸ブチル512gを加え、液温を50℃にした後、ジブチルスズ(IV)ジラウレート0.05g及びイソホロンジイソシアネート(IPDI)111.15g(0.500モル)を加え、攪拌しながら75~85℃で3時間反応を行った。
攪拌装置、温度計及び冷却器を備えた内容積1Lの容器に、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)PH-100)240g(0.240モル)、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)PH50)114g(0.228モル)、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)UM-90(3/1))10.8g(0.012モル)及び酢酸ブチル579gを加え、液温を50℃にした後、ジブチルスズ(IV)ジラウレート0.06g及びイソホロンジイソシアネート133.37g(0.600モル)を加え、攪拌しながら75~85℃で3時間反応を行った。
攪拌装置、温度計及び冷却器を備えた内容積1Lの容器に、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)UM-90(1/3))270g(0.3モル)及び酢酸ブチル407gを加え、液温を50℃にした後、ジブチルスズ(IV)ジラウレート0.1g及びイソホロンジイソシアネート83.3g(0.375モル)を加え、攪拌しながら75~85℃で3時間反応を行った。
得られたポリウレタンアクリレートの酢酸ブチル溶液の粘度は4000mPa・s(25℃)であった。
攪拌装置、温度計及び冷却器を備えた内容積1Lの容器に、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)UM-90(1/1))297g(0.33モル)及び酢酸ブチル475gを加え、液温を50℃にした後、ジブチルスズ(IV)ジラウレート0.05g及びイソホロンジイソシアネート97.7g(0.44モル)を加え、攪拌しながら75℃~85℃で3時間反応を行った。
得られたポリウレタンアクリレートの酢酸ブチル溶液の粘度は2300mPa・s(25℃)であった。
攪拌装置、温度計及び冷却器を備えた内容積1Lの容器に、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)UM-90(1/1))180.8g(0.312モル)及び酢酸ブチル473gを加え、液温を50℃にした後、ジブチルスズ(IV)ジラウレート0.05g及びイソホロンジイソシアネート98.1g(0.442モル)を加え、攪拌しながら75℃~85℃で3時間反応を行った。
得られたポリウレタンアクリレートの酢酸ブチル溶液の粘度は1300mPa・s(25℃)であった。
攪拌装置、温度計及び冷却器を備えた内容積1Lの容器に、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)UM-90(1/1))244.8g(0.27モル)及び酢酸ブチル456gを加え、液温を50℃にした後、ジブチルスズ(IV)ジラウレート0.05g及びイソホロンジイソシアネート95.9g(0.432モル)を加え、攪拌しながら75℃~85℃で3時間反応を行った。
得られたポリウレタンアクリレートの酢酸ブチル溶液の粘度は700mPa・s(25℃)であった。
[比較例5](ポリウレタンアクリレートの合成)
攪拌装置、温度計及び冷却器を備えた内容積1Lの容器に、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)PH-100)240g(0.240モル)、ポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)PH50)120g(0.240モル)及び酢酸ブチル579gを加え、液温を50℃にした後、ジブチルスズ(IV)ジラウレート0.06g及びイソホロンジイソシアネート133.37g(0.600モル)を加え、攪拌しながら75℃~85℃で3時間反応を行った。
実施例及び比較例で得られたポリウレタンアクリレートのメチルエチルケトン溶液または酢酸ブチル溶液20gに1-ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン(イルガキュア(登録商標)184、BASF社製)0.5gを混合し、硬化性樹脂組成物を製造した。
UM90(1/1):1,4-シクロヘキサンジメタノールと1,6-ヘキサンジオールとの混合物(1:1)を原料として得られるポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)UM-90(3/1)、数平均分子量:約900)
UM90(3/1):1,4-シクロヘキサンジメタノールと1,6-ヘキサンジオールとの混合物(3:1)を原料として得られるポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)UM-90(3/1)、数平均分子量:約900)
UM90(1/3):1,4-シクロヘキサンジメタノールと1,6-ヘキサンジオールとの混合物(1:3)を原料として得られるポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)UM-90(1/3)、数平均分子量:約900)
PH100:1,5-ペンタンジオールと1,6-ヘキサンジオールとの混合物(1:1)を原料として得られるポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)PH-100、数平均分子量:約1000)
PH50:1,5-ペンタンジオールと1,6-ヘキサンジオールとの混合物(1:1)を原料として得られるポリカーボネートポリオール(宇部興産株式会社製、ETERNACOLL(登録商標)PH-50、数平均分子量:約500)
IPDI:イソホロンジイソシアネート
NCO/PCD:ポリイソシアネート(NCO)とポリカーボネートポリオール(PCD)のモル比
PETA M306: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との混合物(東亜合成株式会社、アロニックス(登録商標)M306、トリ体;65~70%)
HEA:2-ヒドロキシエチルアクリレート(日本触媒社製)
Claims (12)
- 脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオール由来の構造と、
脂環式構造を有するポリカーボネートポリオール由来の構造と、
ポリイソシアネート由来の構造とを有し、
末端に水酸基含有(メタ)アクリレート由来の構造またはイソシアナト基含有(メタ)アクリレート由来の構造を有するポリウレタン(メタ)アクリレートであって、
脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオールが、下記式(1A)で示されるポリオール由来の構造を有しており、
脂環式構造を有するポリカーボネートポリオールが、下記式(1A)で示されるポリオール由来の構造及び式(1B)で示されるポリオール由来の構造からなる構造から選ばれる少なくとも1種の構造(但し、式(1A)で示されるポリオール由来の構造のみからなるポリカーボネートポリオールを除く。)を有しており、
ポリイソシアネートが、下記式(2)で示されるものであり、
環状構造の割合が8.5質量%~23質量%であり、
前記環状構造が脂環式構造である、
ポリウレタン(メタ)アクリレート。
式(1B)中、Z2は炭素原子数6~18の二価の環状脂肪族炭化水素基を示す。
式(2)中、Rは炭素原子数2~12の二価の直鎖状脂肪族炭化水素基、炭素原子数3~12の二価の分岐状脂肪族炭化水素基、又は炭素原子数6~18の二価の環状脂肪族炭化水素基を示す。) - 脂環式構造を有さないポリカーボネートポリオール由来の構造が、直鎖又は分岐鎖を有する炭素原子数2~10の脂肪族ポリオールに由来する構造を有する、
請求項1に記載のポリウレタン(メタ)アクリレート。 - 脂環式構造を有するポリカーボネートポリオール由来の構造が、1,4-シクロヘキサンジメタノール由来の構造を有する、
請求項1または2に記載のポリウレタン(メタ)アクリレート。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載のポリウレタン(メタ)アクリレートを硬化して得られる硬化物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載のポリウレタン(メタ)アクリレートを含む、組成物。
- 請求項7に記載の組成物を硬化して得られる硬化物。
- 重合性化合物を更に含む、請求項7に記載の組成物。
- 請求項9に記載の組成物を硬化して得られる硬化物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載のポリウレタン(メタ)アクリレートを含む、コーティング材料、積層材料、または成形材料。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載のポリウレタン(メタ)アクリレートを含む組成物を含む、コーティング材料、積層材料、または成形材料。
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