JP7240509B2 - 硬化性組成物 - Google Patents
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Description
例えば、エポキシ基のような環状エーテル基や(メタ)アクリロイル基を有する高分子化合物は、エネルギー線の照射又は加熱により、カチオン又はラジカルを発生する化合物の存在下において硬化が進行することが知られている。また、ヒドロキシル基とイソシアネート基やカルボキシル基とオキサゾリル基は加熱によって架橋反応が進行することが知られている。
例えば、特許文献1には、特定の構造を有するビニルエーテル基含有重合体と、エネルギー線の照射にてカチオン又はラジカルを発生する特定の化合物を含むことにより、エネルギー線の照射による硬化においても気泡が生成しない上、エネルギー線の照射による硬化性能が著しく高く、良質の硬化物が得られる、硬化性組成物が記載されている。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
また、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」を意味し、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート及び/又はメタクリレート」を意味する。
本発明の第一の硬化性組成物(以下、「硬化性組成物(1)」とも称する。)は、重合体(A)と、重合性化合物(B)及び/又は硬化触媒(C)とを含み、上記重合体(A)は、下記一般式(1)で表される構造単位を有し、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~4.0であることを特徴とする。
<重合体(A)>
本発明の硬化性組成物(1)において使用する重合体(A)は、上記一般式(1)で表される構造単位(以下、「構造単位(a1)」とも称する。)を有し、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~4.0である。
上記一般式(1)において、R2及びR3は、同一又は異なって、水素原子又は有機基を表す。
R2又はR3で表される有機基としては、例えば、炭素数1~20の鎖状又は環状の1価の炭化水素基、及び、上記炭化水素基を構成する原子の少なくとも一部を、ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子又は硫黄原子に置換したもの等が挙げられる。
上記脂肪族炭化水素基としては、アルキル基等の飽和炭化水素基、アルケニル基等の不飽和炭化水素基が挙げられ、好ましくは飽和炭化水素基が挙げられる。
上記脂肪族炭化水素基の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、sec-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、ヘプチル基、2-メチルヘキシル基、3-メチルヘキシル基、2,2-ジメチルペンチル基、2,3-ジメチルペンチル基、2,4-ジメチルペンチル基、3-エチルペンチル基、2,2,3-トリメチルブチル基、オクチル基、メチルヘプチル基、ジメチルヘキシル基、2-エチルヘキシル基、3-エチルヘキシル基、トリメチルペンチル基、3-エチル-2-メチルペンチル基、2-エチル-3-メチルペンチル基、2,2,3,3-テトラメチルブチル基、ノニル基、メチルオクチル基、3,7-ジメチルオクチル基、ジメチルヘプチル基、3-エチルヘプチル基、4-エチルヘプチル基、トリメチルヘキシル基、3,3-ジエチルペンチル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等のアルキル基;ビニル基、n-プロペニル基、イソプロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、2-メチル-1-ブテニル基、2-メチル-2-ブテニル基、3-メチル-1-ブテニル基、1-ヘキセニル基、2-ヘキセニル基、1-ヘプテニル基、2-ヘプテニル基、1-オクテニル基、又は、2-オクテニル基等のアルケニル基;等が挙げられる。
上記脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基等のシクロアルキル基等が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、メトキシフェニル基、トリクロロフェニル基、エチルフェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基等の芳香族炭化水素基が挙げられる。
上記ハロゲン原子としては、塩素、臭素、又はフッ素が好ましく、フッ素がより好ましい。
R4で表される有機基としては、例えば、上述したR2及びR3で表される有機基と同じものを挙げることができる。なかでも、R4は、炭素数1~11の鎖状又は環状の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数6~11の芳香族炭化水素基であることがより好ましく、炭素数1~3のアルキル基であることが更に好ましい。
上記一般式(1)において、nは、2以上の整数である。
なお、上記構造単位(a1)として2種以上含む場合は、上記含有割合は、その2種以上の合計含有割合である。
上記他の重合性単量体としては、例えば、電子不足二重結合を有する重合性単量体が挙げられ、これらは製造する重合体の目的、用途に応じて適宜選択することができる。
(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル、カプロラクトン変性ヒドロキシ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチル等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル類;
(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸(3-エチルオキセタン-3-イル)メチル等の環状エーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類;
(メタ)アクリル酸トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸オクタフルオロペンチル、(メタ)アクリル酸ヘプタデカフルオロデシル、(メタ)アクリル酸パーフロロオクチルエチル等のハロゲン含有(メタ)アクリル酸エステル類;
(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,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸N,N’-ジメチルアミノエチル、N-フェニルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン等の窒素原子含有重合性単量体類;
エチレングリコールジ(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、トリ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、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(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、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能性重合性単量体類;
2-(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、(メタ)アクリロイルイソシアネート等のイソシアネート基含有重合性単量体類;
4-(メタ)アクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1-(メタ)アクリロイル-4-シアノ-4-(メタ)アクリロイルアミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン等の紫外線安定性重合性単量体類;
メチレンブチロラクトン、メチルメチレンブチロラクトン等の重合性環状ラクトン単量体類;(メタ)アクリロニトリル;無水マレイン酸;
1,4-ジオキサスピロ[4,5]デカ-2-イルメタアクリル酸、(メタ)アクリロイルモルホリン、テトラヒドロフルフリルアクリレート、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-イソブチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-シクロヘキシル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラン、アルコキシ化フェニルフェノール(メタ)アクリレート;等が挙げられる。
なお、上記構造単位(a2)として2種以上含む場合は、上記含有割合は、その2種以上の合計含有割合である。
上記炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、芳香族炭化水素基等が挙げられる。上記炭化水素基は、上記炭化水素基を構成する原子の少なくとも一部が、酸素原子、窒素原子又は硫黄原子に置換されていてもよいし、上記炭化水素基を構成する水素原子の一つ以上が、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子;水酸基;アルコキシ基等の置換基で置換されていてもよい。
なかでも、R5及びR6で表される炭化水素基は、炭素数1~6のアルキル基、シクロアルキル基、ハロアルキル基、芳香族炭化水素基であることがより好ましく、炭素数1~6のアルキル基、シクロアルキル基であることが更に好ましく、炭素数1~6のアルキル基であることが更により好ましく、メチル基、エチル基であることが特に好ましい。
R7及びR7’で表される上記炭化水素基は、上記炭化水素基を構成する原子の少なくとも一部が、酸素原子、窒素原子又は硫黄原子に置換されていてもよいし、上記炭化水素基を構成する水素原子の一つ以上が、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子;水酸基;アルコキシ基等の置換基で置換されていてもよい。
複数あるR7’は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
なかでも、上記重合体(A)は、グループトランスファー重合で得られた場合に分子量分布が制御されやすい点で、主鎖に、上記一般式(3)で表されるシリルケテンアセタール由来の末端基を有することが好ましい。
上記Xは、なかでも、重合体の末端基を統一できる点では水素原子であることが好ましく、重合体に機能を付与しやすい点ではプロパルギル基であることが好ましく、重合体の安定性を高める点ではアルキル基であることが好ましい。
上記重合体(A)の分子量分布は、3.5以下であることが好ましく、3.0以下であることがより好ましく、2.0以下であることが更に好ましい。なお、上記分子量分布は、「分散度」とも称される。
上記重合体(A)の重量平均分子量は、耐久性の点で、10000以上であることがより好ましく、20000以上であることが更に好ましく、重合体の取り扱い性の点で、800000以下であることがより好ましく、600000以下であることが更に好ましい。
不溶分の量が多くなると、平坦な塗膜が得られない等、硬化性組成物の硬化物の形状が悪くなったり、硬化物の強度が低下したりするおそれがある。
上記不溶分とは、重合体に含まれるゲル成分であり、好ましくは酢酸エチル、トルエン又はテトラヒドロフランに対して不溶な成分であり、25℃での溶解度が、酢酸エチル、トルエン又はテトラヒドロフラン100gに対して0.5g以下、好ましくは0.1g以下である。
上記不溶分の量は、上記重合体の濃度が約33質量%となるように、酢酸エチル、トルエン又はテトラヒドロフランを加え、室温で充分に攪拌した後、孔径4μmのフィルターに通し、そのフィルター上に残った不溶分の乾燥後の質量を(b)とし、初期の重合体の質量を(a)とした場合に、(b)/(a)×100より求めることができる。
なお、図1に、GPC法により測定して得られる微分分子量分布曲線の概略図と、上記T、L0、L1を示す。
上記GPCの測定条件は、後述する実施例に記載の方法と同様である。
なお、本明細書において、「固形分総量」とは、硬化物を形成する成分(硬化物の形成時に揮発する溶媒等や硬化触媒を除く成分)の総量を意味する。
上記重合体(A)を製造する方法としては、上述した構成を有する重合体(A)を製造することができる方法であれば、特に限定されないが、上記重合体(A)を効率良く製造することができる点で、上述したビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類を含む単量体成分をグループトランスファー重合することにより製造する方法が好ましい。グループトランスファー重合を行うことにより、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類の(メタ)アクリロイル基のみを重合反応させた重合体を効率良く製造することができる。また、この方法によれば、得られる重合体に含まれるゲル成分(不溶分)の量を低く抑えることができる。
このようなグループトランスファー重合を用いることにより、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類の重合反応を、室温等の、制御が比較的容易な温度範囲で行うことができる。また、反応系内の水分量を厳密に制御する必要もなく、上記重合反応を行うことができる。更に、上記重合を用いれば、不純物の生成が少なく、高転化率でビニルエーテル基を残存させたままビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル重合体を製造することができる。
上記重合体(A)の製造方法は、上述したビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類を含む単量体成分を、炭素-炭素二重結合を有するシラン化合物、及び、触媒の存在下でグループトランスファー重合する工程を含むことが好ましい。
また、上記炭素-炭素二重結合を有するシラン化合物、触媒、及び、単量体成分は、それぞれ、使用する全量を一度に添加してもよいし、少量ずつ連続的に添加してもよいし、数回に分けて添加してもよい。
なかでも、重合反応がより一層効率良く進行し得る点で、上記溶媒としては、芳香族炭化水素系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、ハロゲン化炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、及びニトリル系溶媒からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、芳香族炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒であることがより好ましい。
上記溶媒は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記酸素濃度は、ポーラロ方式溶存酸素計により測定することができる。
上記水分量は、カールフィッシャー水分測定法により測定することができる。
反応時間は、特に制限されないが、10分~48時間が好ましく、30分~36時間がより好ましく、1~24時間が更に好ましい。
また上記重合における雰囲気中の酸素濃度は、10000ppm以下であることが好ましく、1000ppm以下であることがより好ましく、100ppm以下であることが更に好ましい。
上記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール等が挙げられる。
上記酸としては、例えば、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸や、酢酸、安息香酸等の有機酸が挙げられる。
水、アルコール又は酸の使用量としては特に制限されないが、使用する炭素-炭素二重結合を有するシラン化合物1molに対し、好ましくは1~1000mol、より好ましくは1~100mol、更に好ましくは1~10molである。
上記求電子剤の使用量としては、特に限定されないが、使用するシリルケテンアセタール1molに対し、好ましくは0.5~1.5mol、より好ましくは0.6~1.3mol、更に好ましくは0.8~1.2molである。
上記各単量体の含有量は、所望の含有割合範囲の構造単位を有する重合体が得られるよう、適宜設定するとよい。
で表されるシリルケテンアセタール、下記一般式(8):
で表されるビニルシラン化合物、及び、下記一般式(9):
で表されるアリルシラン化合物の1種又は2種以上が好ましく挙げられる。
上記R5及びR6としては、上述した一般式(3)、(4)、(5)中のR5及びR6とそれぞれ同じものが挙げられる。
上記R7及びR7’としては、上述した一般式(3)、(4)、(5)中のR7及びR7’とそれぞれ同じものが挙げられる。
R8、R9及びR10で表される有機基としては、上述した有機基と同じものが挙げられるが、なかでも、炭素数1~12の炭化水素基、アルコキシ基であることが好ましく、炭素数1~6の炭化水素基、アルコキシ基であることがより好ましく、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、フェニル基、メトキシ基、エトキシ基であることが更に好ましい。
これらの中でも、入手容易である点や合成容易な点、また安定性の点から、メチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール、メチル(トリイソプロピルシリル)ジメチルケテンアセタール、エチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタールが好ましい。
上記シリルケテンアセタールは、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なかでも、上記触媒としては、上記ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類の重合をより一層効率良く行うことができる点で、有機リン化合物、N-ヘテロ環カルベン、フッ素イオン含有化合物、環状アミン化合物、及び、アンモニウム塩化合物からなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。これらの特定の触媒を使用する場合、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類において、ビニルエーテル基のカチオン重合やビニルエーテルの分解が起こりにくく、(メタ)アクリロイル基のみをより一層効率良く重合させることができる。
一方、上記重合体(A)をラジカル重合で製造した場合、ゲル化させずに、重合体の分子量分布が上記の所定範囲に制御された重合体を得ることができたとしても、モノマーが残存し、またその量の制御が困難であるため、得られる硬化物の物性発現の再現性が低下するおそれがある。
上記重合体(A)の残存モノマーの含有量は、重合体100質量%に対して10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、0~3質量%であることが更に好ましい。
残存モノマーの含有量は、1H-NMRやガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定することができる。
本発明において使用する重合性化合物としては、上記重合体(A)を架橋しうる化合物であれば、特に限定されないが、なかでも、ビニルエーテル基と効率的に反応することができる点で、ビニルエーテル化合物、環状エーテル化合物、(メタ)アクリル酸エステル、カルボン酸化合物、マレイミド化合物、アルコール、及び、チオールからなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。なかでも、上記重合性化合物としては、ビニルエーテル化合物、環状エーテル化合物、チオールがより好ましく、ビニルエーテル化合物、環状エーテル化合物が更に好ましい。
上記重合性化合物は、1種のみ使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記ビニルエーテル化合物の分子量は10000以下であることが好ましい。
上記環状エーテル化合物の具体例としては、n-ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、1,2-エポキシシクロヘキサン等の単官能エポキシ樹脂;ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、テトラエチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールA ジグリシジルエーテル、ビスフェノールF ジグリシジルエーテル、モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸、グリシジルメタクリレート等の2官能エポキシ樹脂;トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノエチル)ベンゼン、ノボラック型エポキシ樹脂、テトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂;1,2-エポキシ-4-ビニルシクロヘキサン、3’,4’-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート等の脂環式オキシラン環を有するエポキシ樹脂;3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-フェノキシメチルオキセタン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3-エチル(トリエトキシシリルプロポキシメチル)オキセタン、3-シクロヘキシルオキシメチル-3-エチル-オキセタン等の単官能オキセタン樹脂;ビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、1,4-ビス{〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕メチル}ベンゼン等の2官能オキセタン樹脂;トリメチロールプロパントリス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールトリス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル等の多官能オキセタン樹脂等が挙げられる。
上記環状エーテル化合物の分子量は10000以下であることが好ましい。
上記(メタ)アクリル酸エステルの分子量は10000以下であることが好ましい。
上記カルボン酸化合物の分子量は10000以下であることが好ましい。
上記マレイミド化合物の分子量は10000以下であることが好ましい。
上記アルコールの分子量は10000以下であることが好ましい。
上記チオールの分子量は10000以下であることが好ましい。
上記メチレンマロン酸ジエステル化合物としては、例えば、下記一般式(10)で表されるジエステル化合物や、メチレンマロン酸ジエステルが複数結合した多官能メチレンマロン酸ジエステルが挙げられる。
R11及びR12で表される炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-ブチル基、n-ペンチル基(アミル基)、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、イソプロピル基、2-メチルブチル基、イソアミル基、3,3-ジメチルブチル基、2-エチルブチル基、2-エチル-2-メチルプロピル基、イソヘプチル基、イソオクチル基、2-エチルヘキシル基、2-プロピルペンチル基、ネオノニル基、2-エチルヘプチル基、2-プロピルヘキシル基、2-ブチルペンチル基、イソデシル基、ネオデシル基、2-エチルオクチル基、2-プロピルヘプチル基、2-ブチルヘキシル基、イソウンデシル基、ネオウンデシル基、2-エチルノニル基、2-プロピルオクチル基、2-ブチルヘプチル基、2-ペンチルヘキシル基、イソドデシル基、ネオドデシル基、2-エチルデシル基、2-プロピルノニル基、2-ブチルオクチル基、2-ペンチルヘプチル基、イソトリデシル基、ネオトリデシル基、2-エチルウンデシル基、2-プロピルデシル基、2-ブチルオクチル基、2-ペンチルオクチル基、2-ヘキシルヘプチル基、イソテトラデシル基、ネオテトラデシル基、2-エチルドデシル基、2-プロピルウンデシル基、2-ブチルデシル基、2-ペンチルノニル基、2-ヘキシルオクチル基、イソペンタデシル基、ネオペンタデシル基、シクロヘキシルメチル基、ベンジル基等が挙げられる。
上記2価の炭化水素基の具体例としては、1,3-プロピレン基、1,4-ブチレン基、1,5-ペンチレン基、1,6-ヘキシレン基、1,5-ヘキシレン基等が挙げられる。
R13及びR14の有する置換基の数に制限はないが、それぞれ5個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましい。
R13及びR14が1又は2以上の置換基を有する場合には、置換基を含めた炭素数がそれぞれ上記炭素数の範囲であることが好ましい。
上記脂環式炭化水素基は、環状の脂肪族炭化水素部分を有する基であって、直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素部分を有していてもよい。
上記芳香族炭化水素基は、芳香環を有する基であって、脂肪族部分を有していてもよい。
また、上記芳香族炭化水素基としては、上述した芳香族炭化水素基と同様の基等が挙げられる。
なかでも、脂肪族炭化水素基が好ましく、飽和脂肪族炭化水素基がより好ましい。
上記2価の有機基としては、2価の炭化水素基が挙げられ、上記2価の炭化水素基の具体例といては、2,2-プロピレン基、1,3-プロピレン基、1,4-ブチレン基、1、5-ペンチレン基、1,6-ヘキシレン基、1,5-ヘキシレン基等が挙げられる。
上記2価の有機基は、2価のヘテロ原子含有基であってもよく、上記2価のヘテロ原子含有基としては、ポリアルキレンオキシド、ポリエステル基等が挙げられる。
上記ポリオールとしては、例えば、グリセリン、ポリグリセリン、グリセリンにアルキレングリコールを付加した化合物、エリトリトール、キシリトール、ソルビトール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ジペンタエリスリトール等が挙げられる。
nの上限は特に限定されないが、100以下であることが好ましく、12以下であることがより好ましく、6以下であることが更に好ましい。
R16で表される2価の有機基としては、例えば、上述した2価の有機基と同じ基等が挙げられるが、好ましくは、ジオールから2個の水酸基を除いた残基、ポリアルキレングリコールから2個の水酸基を除いた残基等が挙げられる。
上記ジオール又はポリアルキレングリコールとしては、例えば、エチレングリコール、ブチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。
R17で表される1価の有機基としては、特に限定されず、例えば、上述したR13及びR14で表される1価の有機基と同じ基等を挙げることができる。
R17は、水酸基、又は、下記一般式(13)で表される基であることが好ましい。
上記メチレンマロン酸ジエステル化合物の分子量は10000以下であることが好ましい。
上記α-シアノアクリル酸エステルとしては、従来公知のα-シアノアクリル酸エステルが使用可能であり、具体的には、メチル-α-シアノアクリル酸エステル、エチル-α-シアノアクリル酸エステル、プロピル-α-シアノアクリル酸エステル、ブチル-α-シアノアクリル酸エステル、シクロヘキシル-α-シアノアクリル酸エステル等のアルキル及びシクロアルキル-α-シアノアクリル酸エステル;アリル-α-シアノアクリル酸エステル、メタリル-α-シアノアクリル酸エステル、シクロヘキセニル-α-シアノアクリル酸エステル等のアルケニル及びシクロアルケニル-α-シアノアクリル酸エステル;プロパンギル-α-シアノアクリル酸エステル等のアルキニル-α-シアノアクリル酸エステル;フェニル-α-シアノアクリル酸エステル、トルイル-α-シアノアクリル酸エステル等のアリール-α-シアノアクリル酸エステル;ヘテロ原子を含有するメトキシエチル-α-シアノアクリル酸エステル、エトキシエチル-α-シアノアクリル酸エステル、フルフリル-α-シアノアクリル酸エステル;ケイ素を含有するトリメチルシリルメチル-α-シアノアクリル酸エステル、トリメチルシリルエチル-α-シアノアクリル酸エステル、トリメチルシリルプロピル-α-シアノアクリル酸エステル、ジメチルビニルシリルメチル-α-シアノアクリル酸エステル;等が挙げられる。なかでも、性能的、コスト的な観点から、アルキル及びシクロアルキル-α-シアノアクリル酸エステルが好ましく、エチル-α-シアノアクリル酸エステルがより好ましい。
上記α-シアノアクリル酸エステルの分子量は10000以下であることが好ましい。
酸基含有アルカリ可溶性樹脂(b1)(以下、「樹脂(b1)」とも称する。)は、酸基を有する重合体である。酸基を有することにより、アルカリ可溶性となる。
上記酸基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、カルボン酸無水物基、リン酸基、スルホン酸基等、アルカリ水と中和反応する官能基が挙げられ、これらの1種のみを有していてもよいし、2種以上有していてもよい。なかでも、カルボキシル基又はカルボン酸無水物基が好ましく、カルボキシル基がより好ましい。
上記樹脂(b1)は、上述した酸基を有する構造単位(b1-1)を有することが好ましい。
上記構造単位(b1-1)を有する重合体を得る方法としては、例えば、酸基含有単量体を含む単量体成分を重合する方法(1)や、エポキシ基含有単量体を含む単量体成分を重合して、エポキシ基を含む重合体を得た後、そのエポキシ基に酸基含有単量体の酸基を付加反応させることにより、エポキシ基を開環し、その際に発生した水酸基に多塩基酸又は多塩基酸無水物を反応させてカルボキシル基を生じさせる方法(2)等が挙げられ、又は、これらを組み合わせた方法であってもよい。
上記方法(1)では、上記構造単位(b1-1)は、酸基含有単量体由来の構造単位である。上記方法(2)では、上記構造単位(b1-1)は、エポキシ基含有単量体由来の構造単位に酸基含有単量体を反応させ、更に多塩基酸又は多塩基酸無水物を反応させて生じたカルボキシル基を含む構造単位である。
なかでも、上記構造単位(b1-1)は、酸基含有単量体由来の構造単位であることが好ましい。
上記エポキシ基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸β-メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸β-エチルグリシジル、ビニルベンジルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル、ビニルシクロヘキセンオキシド等が挙げられる。なかでも、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルが好ましく、(メタ)アクリル酸グリシジルがより好ましい。
上記樹脂(b1)は、主鎖に環構造を有する重合体であることが好ましい。主鎖に環構造を有することにより、上記樹脂(b1)の耐熱性を向上させることができる。上記環構造としては、イミド環、テトラヒドロフラン環、ラクトン環等が挙げられる。これらの環構造を有するために、上記樹脂(b1)は、主鎖に環構造を有する構造単位(b1-2)を更に有することが好ましい。
上記樹脂(b1)は、上述した構造単位(b1-1)及び(b1-2)以外の、他の構造単位(b1-3)を有してもよい。
上記他の構造単位(b1-3)としては、例えば、下記の単量体由来の構造単位が挙げられる。
(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸2,3-ヒドロキシプロピル等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等の水酸基含有単量体;
(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i-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸s-ブチル、(メタ)アクリル酸n-アミル、(メタ)アクリル酸s-アミル、(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)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸2-メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2-エトキシエチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸N,N-ジメチルアミノエチル、1,4-ジオキサスピロ[4,5]デカ-2-イルメタアクリル酸、(メタ)アクリロイルモルホリン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-イソブチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-シクロヘキシル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラン等の(メタ)アクリル酸エステル単量体;
スチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレン、メトキシスチレン等の芳香族ビニル系単量体;
(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸β-メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸β-エチルグリシジル、ビニルベンジルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル、ビニルシクロヘキセンオキシド等のエポキシ基含有単量体;
N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類;
ポリスチレン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリシロキサン、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクタム等の重合体分子鎖の片末端に(メタ)アクリロイル基を有するマクロモノマー類;
1,3-ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の共役ジエン類;
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類;
メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、n-ノニルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、メトキシエトキシエチルビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールビニルエーテル、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;
N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルイミダゾール、N-ビニルモルフォリン、N-ビニルアセトアミド等のN-ビニル化合物類;
(メタ)アクリル酸イソシアナトエチル、アリルイソシアネート等の不飽和イソシアネート類;等。
上記樹脂(b1)が上記構造単位(b1-3)を2種以上含む場合、各構造単位の含有割合は、本発明の硬化性組成物の用途、目的に応じて適宜設定することができる。
エポキシ基を有する上記樹脂(b1)は、上述したエポキシ基含有単量体を含む単量体成分を重合することにより得ることができる。
上記酸価は、KOH溶液を用いた中和滴定法により測定して得られる値である。
上記重量平均分子量及び分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)により測定して得られる値であり、具体的には、後述する実施例に記載の方法により求めることができる。
熱もしくは酸により酸基を生成する基を有する樹脂(b2)としては、熱又は酸の作用により、酸基が生成される構造又は基を有する樹脂が挙げられる。
熱又は酸の作用により、酸基が生成される構造又は基としては、例えば、3級炭素含有基、ビニルエーテル化合物により酸基がブロック化された基、t-ブチル基やアセチル基等の保護基によりフェノール性水酸基が保護された基、等が挙げられる。
R18の炭素数は、より好ましくは炭素数1~50であり、更に好ましくは炭素数1~35であり、更により好ましくは炭素数1~20であり、特に好ましくは炭素数1~12であり、最も好ましくは炭素数1~9である。
上記R19、R20及びR21は、同一又は異なって、炭素数1~15の飽和炭化水素基であることが好ましく、より好ましくは炭素数1~10の飽和炭化水素基、更に好ましくは炭素数1~5の飽和炭化水素基、特に好ましくは炭素数1~3の飽和炭化水素基である。
上記R18は、好ましくはt-ブチル基、t-アミル基である。
上記ビニルエーテル化合物としては、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、i-プロピルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、i-ブチルビニルエーテル、t-ブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等の脂肪族ビニルエーテル化合物や、ジヒドロピラン等の、開環してビニルエーテルを生じうる環状エーテル化合物等が挙げられる。
上記ビニルエーテル化合物のなかでも、より低温で保護基が脱離しやすい点で、ジヒドロピランが好ましい。
上記樹脂(b2)としては、好ましくは、下記一般式(14)で表される構造単位(b2-1)を有する樹脂が挙げられる。
上記一般式(14)において、R22は、水素原子又はメチル基を表す。なかでも、耐熱性が良好である点で、R22は、メチル基であることが好ましい。
Yは、直接結合、又は、2価の有機基を表す。
上記2価の炭化水素基は、当該炭化水素基を構成する原子の少なくとも1つが、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子に置換されていてもよい。
上記置換基としては、水酸基、アルコキシ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
Yは、直接結合であることが好ましい。
上記熱又は酸により酸基が生成される基としては、上述した熱又は酸の作用により、酸基が生成される構造又は基と同じものを挙げることができる。
上記樹脂(b2)は、主鎖に環構造を有する重合体であることが好ましい。主鎖に環構造を有することにより、上記樹脂(b2)の耐熱性を向上させることができる。上記環構造としては、上述した構造単位(b1-2)に記載の環構造と同様のものが挙げられる。上記樹脂(b2)は、主鎖に環構造を有する構造単位(b2-2)を更に有することが好ましい。
上記構造単位(b2-2)を導入しうる単量体としては、上述した構造単位(b1-2)を導入しうる単量体と同じ単量体を挙げることができる。
上記樹脂(b2)は、上記構造単位(b2-2)を1種のみ有していてもよいし、2種以上を有していてもよい。
上記樹脂(b2)は、上述した構造単位(b2-1)及び(b2-2)以外に、他の構造単位(b2-3)を更に有していてもよい。
上記他の構造単位(b2-3)としては、上述した他の構造単位(b1-3)と同様の構造単位が挙げられる。
なかでも、上記構造単位(b2-3)は、水酸基含有単量体、(メタ)アクリル酸エステル単量体、芳香族ビニル系単量体、及び、エポキシ基含有単量体からなる群より選択される少なくとも1種の単量体由来の構造単位であることが好ましい。
上記樹脂(b2)が上記構造単位(b2-3)を2種以上含む場合、各構造単位の含有割合は、本発明の硬化性組成物の用途、目的に応じて適宜設計することができる。
エポキシ基を有する上記樹脂(b2)は、上述したエポキシ基含有単量体を含む単量体成分を重合することにより得ることができる。
上記酸価は、KOH溶液を用いた中和滴定法により測定して得られる値である。
上記重合体の重量平均分子量及び分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)により測定して得られる値であり、具体的には、後述する実施例に記載の方法により求めることができる。
上記重合性二重結合としては、上述した樹脂(b1)におけるものと同様のものが好ましく挙げられる。上記樹脂(b2)が側鎖に重合性二重結合を有する場合、その二重結合当量も、上述した樹脂(b1)と同様の範囲の二重結合当量が好ましく挙げられる。
各単量体の量は、重合体における各構造単位の含有量が所望の範囲となるよう適宜調整することができる。
重合方法としては、特に制限されず、上記樹脂(b1)の製造方法と同様の方法が挙げられる。
上記樹脂(b1)と樹脂(b2)を併用する場合、上記樹脂(b1)と樹脂(b2)との合計含有量は、硬化性組成物の固形分総量100質量%中、1~50質量%であることが好ましく、3~40質量%であることがより好ましく、5~35質量%であることが更に好ましい。
本発明において使用する硬化触媒としては、特に限定されないが、好ましくは、カチオン硬化触媒、及び、ラジカル硬化触媒からなる群より選択される少なくとも一種を挙げることができる。なかでも、ビニルエーテル基の架橋反応が速やかに進行する点で、カチオン硬化触媒が好ましい。
カチオン硬化触媒、ラジカル硬化触媒のどちらの場合も、実施形態に応じて、熱潜在性又は光潜在性のものを用いることもできる。また、ルイス酸やブレンステッド酸そのものをカチオン硬化触媒として用いることもできる。これらの触媒は、1種のみ使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記熱潜在性カチオン硬化触媒としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。これらは、光照射によっては実用的な量のカチオン活性種を発生し得ない化合物であり、カチオン活性種を発生する温度は、40℃~200℃が好ましく、60℃~180℃がより好ましく、80℃~150℃が更に好ましい。上記熱潜在性カチオン硬化触媒として、非イオン性の硬化触媒と、イオン性の硬化触媒が挙げられる。
上記光潜在性カチオン硬化触媒としては、特に限定されず、公知のものを用いることができ、非イオン性の硬化触媒とイオン性の硬化触媒が挙げられる。上記非イオン性の硬化触媒としては、例えば、ニトロベンジルエステル、スルホン酸誘導体、リン酸エステル、フェノールスルホン酸エステル、ジアゾナフトキノン、N-ヒドロキシイミドホスホナート等が挙げられる。上記イオン性の硬化触媒としては、例えば、ジフェニルヨードニウム、4-メトキシジフェニルヨードニウム、ビス(4-メチルフェニル)ヨードニウム、4-イソプロピル-4’-メチルジフェニルヨードニウム、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウム、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム、ジフェニル-4-チオフェノキシフェニルスルホニウム、ビス〔4-(ジフェニルスルフォニオ)-フェニル〕スルフィド、ビス〔4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエチル)フェニル)スルホニオ)-フェニル〕スルフィド、4-クロロフェニルジフェニルスルホニウム、トリフェニルスルホニウム、η5-2,4-(シクロペンタジェニル)〔1,2,3,4,5,6-η-(メチルエチル)ベンゼン〕-Fe(1+)等のカチオンと、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルヘキサフルオロホスフェート、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサフルオロアンチモネート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等のアニオンとの組み合わせからなる化合物が挙げられる。また、必要に応じてチオキサントン等の光増感剤を添加しても良い。
上記熱潜在性ラジカル硬化触媒としては、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート等の有機過酸化物;2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)等のアゾ化合物;等が挙げられる。
上記光潜在性ラジカル硬化触媒としては、例えば、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(「IRGACURE184」、BASF社製)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-1フェニルプロパノン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパノン、2-ベンジル-2-(ジメチルアミノ)-4’-モルホリノブチロフェノン等のアルキルフェノン類;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サイド、ビス(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サイド等のアシルホスフィンオキサイド類;ベンゾイルぎ酸メチル;
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(「IRGACURE907」、BASF社製)、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1(「IRGACURE369」、BASF社製)、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチル-ベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン(「IRGACURE379」、BASF社製)等のアミノケトン系化合物;2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン(「IRGACURE651」、BASF社製)、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル(「DAROCUR MBF」、BASF社製)等のベンジルケタール系化合物;1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン(「IRGACURE184」、BASF社製)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン(「DAROCUR1173」、BASF社製)、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン(「IRGACURE2959」、BASF社製)、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]-フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン(「IRGACURE127」、BASF社製)、[1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン+ベンゾフェノン](「IRGACURE500」、BASF社製)等のハイドロケトン系化合物;1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-,2-(O-ベンゾイルオキシム)](「OXE01」、BASF社製)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(0-アセチルオキシム)(「OXE02」、BASF社製)、1,2-オクタンジオン、1-[4-(フェニルチオ)-,2-,(O-ベンゾイルオキシム)]、エタノン(「OXE03」、BASF社製)、1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)(「OXE04」、BASF社製))等のオキシムエステル系化合物;ベンゾフェノン系化合物;ベンゾイン系化合物;チオキサントン系化合物;ハロメチル化トリアジン系化合物;ハロメチル化オキサジアゾール系化合物;ビイミダゾール系化合物;チタノセン系化合物;安息香酸エステル系化合物;アクリジン系化合物;等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物(1)は、上記他の重合性化合物を含むことが好ましい。上記他の重合性化合物を更に含むことにより、硬化性に加え、耐溶剤性、機械的強度、耐熱性等の各種物性にも優れた硬化物を与えることができる。
上記他の重合性化合物は、フリーラジカル、電磁波(例えば赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー線の照射等により重合し得る、重合性不飽和結合(重合性不飽和基とも称す)を有する低分子化合物であり、例えば、重合性不飽和基を分子中に1つ有する単官能の化合物と、2個以上有する多官能の化合物が挙げられる。
上記他の重合性化合物の具体例としては、例えば、特開2015-42697号公報の段落[0077]~[0085]に記載される、上述した重合性化合物(B)以外の、単官能の重合性化合物や多官能の重合性化合物が挙げられる。
本発明の硬化性組成物(1)は、エポキシ化合物を含むことが好ましい。エポキシ化合物を含むと、カチオン重合が進行し、架橋反応がより進行しやすくなり、耐溶剤性に優れた硬化物を与えることができる。
上記エポキシ化合物としては、エポキシ基と重合性二重結合を有する化合物が挙げられ、例えば、上述したエポキシ基含有単量体が挙げられる。
上記エポキシ化合物の含有量は、硬化性組成物の固形分総量100質量%に対して、好ましくは1~50質量%であり、より好ましくは2~40質量%であり、更に好ましくは5~30質量%である。
本発明の第二の硬化性組成物(以下、「硬化性組成物(2)」とも称する。)は、重合体(A)と、重合性化合物(B)及び/又は硬化触媒(C)とを含む硬化性組成物であって、上記重合体(A)は、下記一般式(2)で表されるビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類を含む単量体成分のグループトランスファー重合物であることを特徴とする。
このようなグループトランスファー重合物を含む硬化性組成物もまた、硬化反応性に優れる。
上記一般式(2)においてnが1以上の整数である、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類としては、例えば、(メタ)アクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-ビニロキシエチル等が好ましく挙げられる。
本発明の硬化性組成物(1)及び(2)の製造方法としては特に限定されず、例えば、上述した各成分を、ビーズミル、ボールミル、ニーダー、ブレンダー等の公知の各種混合機や分散機を用いて混合分散することによって調製することができる。また、重合体を製造した後に製造に用いた溶剤を脱溶剤したものに別の溶剤を加え、各成分と混合してもよい。また、通常行われる他の工程を更に含むものであってもよい。例えば、色材を含む場合、溶媒や分散剤等を用いて色材組成物を予め調製し、次いで、上述した各成分と混合してもよい。
本発明の硬化性組成物(1)及び(2)の使用方法としては、例えば、基材上に、上記硬化性組成物を塗布し、塗布物を乾燥、加熱、又は活性エネルギー線を照射、あるいはこれらの組み合わせにより、塗布物を硬化させて硬化膜を形成する方法等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物(1)及び(2)は、活性エネルギー線や熱による硬化反応性に優れる。本発明の硬化性組成物(1)及び(2)は、粘着剤、接着剤、印刷用インク組成物、3Dプリンタ用組成物、レジスト用組成物、シール材、離型性、指紋付着防止、撥水、親水、ハードコート、防汚、帯電防止、絶縁性等の機能を付与した各種コーティング剤、自動車用、建築・構造物用、工業用、パッケージング用等の各種機能性塗料、表面保護シート、基板、レンズ、電子部品、光学フィルム、光学部品等の各種成形材料等の用途に好適に使用することができる。
重合体の各種物性について、下記の方法で測定した。
得られた重合体を、テトラヒドロフランで溶解・希釈し、孔径0.45μmのフィルターで濾過したものを、下記ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)装置、及び条件で測定した。
装置:HLC-8020GPC(東ソー株式会社製)
溶出溶媒:テトラヒドロフラン
標準物質:標準ポリスチレン(東ソー株式会社製)
分離カラム:TSKgel SuperHM-M、TSKgel SuperH-RC(東ソー株式会社製)
なお、重合体B-1、B-2については、分離カラムとして、TSKgel SuperHZM-M、TSKgel SuperH-RC(東ソー株式会社製)を使用した。
得られた重合体について、下記の条件で1H-NMR測定を行った。
装置:アジレント・テクノロジー社製核磁気共鳴装置(600MHz)
測定溶媒:重クロロホルム
サンプル調製:得られた重合体の数mg~数十mgを測定溶媒に溶解した。
得られた重合体約2~3gに、固形分が約33質量%となるよう酢酸エチルを添加し、室温で充分に攪拌した後、得られた溶液を孔径が4μmのフィルターに通した。フィルター上の残渣を更に約7~10gの酢酸エチルを用いて洗浄した後、残渣を室温で5分間乾燥させ、乾燥後の残渣の質量(b)を測定した。重合体の質量を(a)とし、下記式より、不溶分率を算出した。
不溶分率(質量%)=(b)/(a)×100
上記の重合体のGPC法による分子量測定で得られた微分分子量分布曲線において、図1に示すように、最大値の点をTとし、上記微分分子量分布曲線上Tの5%高さの点を低分子量側からL0及びL1とした場合の、T-L0-L1で囲まれた三角形の面積(X)と、上記微分分子量分布曲線とL0-L1を結ぶ線で囲まれた部分の面積(Y)とを求め、比(X/Y)を算出した。
重合体溶液をアルミカップに約1gはかり取り、アセトン約3gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させた。そして、熱風乾燥機(商品名:PHH-101、エスペック社製)を用い、真空下170℃で1.5時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、質量を測定した。その質量減少量から、重合体溶液の固形分(質量%)を計算した。
重合体溶液を3g精秤し、アセトン90gと水10gの混合溶媒に溶解させ、0.1NのKOH水溶液を滴定液として用いて滴定した。滴定は、自動滴定装置(商品名:COM-555、平沼産業社製)を用いて行い、溶液の酸価と溶液の固形分から固形分1g当たりの酸価(mgKOH/g)を求めた。
(製造例1)
<メタクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル重合体の製造>
50mLのシュレンクフラスコに、脱水テトラヒドロフラン(230質量部)、メチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール(0.9質量部)、テトラブチルアンモニウムベンゾエート(0.02質量部)を入れ、窒素気流下、室温で攪拌しながら、メタクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル(以下、「VEEM」と称する。)(100質量部)を10分間かけて滴下した。滴下終了後、室温で5時間攪拌した後、反応溶液をシリカゲルカラムに通すことで触媒を除去した。得られた溶液を濃縮し、VEEM重合体を得た。得られた重合体を1H-NMRで確認したところ、6.5ppm付近にビニルエーテル由来のピークを確認し、積分値からビニルエーテル基がすべて残存していることが分かった。
モノマーであるVEEMは観測されず、重合体に含まれる不溶分は0%であった。
得られた重合体の重量平均分子量は42000、数平均分子量は25000であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.7であった。また、重合体のX/Yの値は1.16であった。
これに100質量部の酢酸エチルを加え、50質量%の重合体溶液を調製した。
<メタクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル-メタクリル酸メチル共重合体の製造>
500mLのフラスコに、脱水テトラヒドロフラン(200質量部)、メチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール(1.7質量部)、テトラブチルアンモニウムベンゾエート(0.02質量部)を入れた。窒素気流下、20℃で撹拌しながら、モノマー混合液(VEEM(20質量部)、メタクリル酸メチル(以下、「MMA」と称する。)(90質量部))をゆっくり滴下した。5時間攪拌した後、酢酸エチルで希釈し、シリカゲルショートカラムに通すことで触媒を除去した。得られた溶液の重合体濃度を濃縮・調整し、重合体濃度50%のVEEM-MMA共重合体溶液を得た。得られた共重合体を1H-NMRで確認したところ、ビニルエーテル由来のピークを確認し、積分値からビニルエーテル基がすべて残存していることが分かった。モノマーであるVEEM、MMAは観測されず、共重合体に含まれる不溶分は0%であった。上記共重合体の構造単位の割合は、VEEM/MMA=11/89(モル%)であった。また、上記共重合体の重量平均分子量は15000、数平均分子量は12800、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)は、1.17であった。上記共重合体のX/Yの値は1.37であった。
<メタクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル-メタクリル酸メチル共重合体の製造>
フラスコにVEEM(100質量部)、MMA(50質量部)、脱水テトラヒドロフラン(350質量部)、メチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール(2質量部)を入れ、窒素気流下、室温で攪拌しながらホスファゼン塩基P4-t-Bu(0.8Mトルエン溶液、2.5質量部)を加えた。室温で終夜(約20時間)攪拌した後、少量のメタノールを加え、反応溶液を濃縮し、VEEM-MMA共重合体を含む重合体組成物を得た。
得られた重合体組成物を1H-NMRで確認したところ、6.5ppm付近にビニルエーテル由来のピークを確認し、積分値からビニルエーテル基がすべて残存していることが分かった。このことから、VEEMのメタクリロイル基のみが重合した重合体が得られたことが確認された。一方、モノマーであるVEEMのピークは確認されなかった。共重合体に含まれる不溶分は0%であった。上記共重合体の構造単位の割合は、VEEM/MMA=50/50(モル%)であった。
また、得られた共重合体の重量平均分子量は27600、数平均分子量は10600であり、分子量分布(Mw/Mn)は、2.61であった。上記共重合体のX/Yの値は1.11であった。
<アクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル重合体の製造>
フラスコにアクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル(以下、「VEEA」と称する。)(100質量部)、脱水トルエン(180質量部)、メチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール(1質量部)を入れ、窒素気流下、30℃で攪拌しながらホスファゼン塩基P4-t-Bu(0.8Mトルエン溶液、2質量部)を加えた。30℃で終夜(約24時間)攪拌した後、少量のメタノールを加え、反応溶液を濃縮し、VEEA重合体を含む重合体組成物を得た。
得られた重合体組成物を1H-NMRで確認したところ、6.5ppm付近にビニルエーテル由来のピークを確認し、積分値からビニルエーテル基がすべて残存していることが分かった。このことから、VEEAのアクリロイル基のみが重合した重合体が得られたことが確認された。一方、モノマーであるVEEAのピーク(6.5ppm、6.2ppm、及び5.8ppm付近のピーク)は確認されなかった。重合体に含まれる不溶分は0%であった。また、得られたVEEA重合体の重量平均分子量は19400、数平均分子量は7600であり、分子量分布(Mw/Mn)は、2.57であった。上記VEEA重合体のX/Yの値は1.04であった。
<メタクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル-メタクリル酸シクロヘキシル共重合体の製造>
20℃恒温槽に浸したフラスコ中、脱水テトラヒドロフラン(400質量部)、メチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール(6質量部)、安息香酸テトラブチルアンモニウム(0.1質量部)の混合物に、VEEM(100質量部)とメタクリル酸シクロヘキシル(以下、「CHMA」と称する。)(100質量部)の混合物を窒素気流下にて10分間かけて滴下した。滴下終了後、反応溶液を同条件にて5時間撹拌した。得られた溶液を酢酸エチルで希釈し、シリカゲルショートカラムに通してから減圧濃縮することでVEEM-CHMA共重合体を含む重合体組成物を得た。
得られた重合体組成物を1H-NMRにて確認したところ、重合に用いられたVEEM及びCHMAは完全に消費されていた。得られた共重合体に含まれる不溶分は0%であった。
また、上記共重合体の重量平均分子量は6900、数平均分子量は6272であり、分子量分布(Mw/Mn)は、1.1であった。上記VEEM-CHMA共重合体のX/Yの値は1.20であった。
<メタクリル酸グリシジル重合体の製造>
温度計、不活性ガス導入管、還流冷却器を備えた4つ口フラスコに、メタクリル酸グリシジル(以下、「GMA」と称する。)(30質量部)、メチルエチルケトン(以下、「MEK」と称する。)(70質量部)を加え反応溶液とした。バブリングによって反応溶液中に窒素ガスを通じ、3時間脱気を行った後、不活性ガス導入管から窒素ガスを流通させながら反応溶液を70℃まで昇温し、重合開始剤(アゾビスイソブチロニトリル:AIBN)(0.34質量部)のMEK溶液(5質量部)を反応溶液にゆっくり加えた。その後同温で20時間撹拌し、室温まで放冷後MEK(100質量部)を加えて重合体溶液を得た。この重合体溶液を、ヘキサンを用いて再沈殿することによりGMA重合体を得た。得られた重合体の重量平均分子量は125800、数平均分子量は23200、分子量分布(Mw/Mn)は5.42であった。
<重合体B-1の製造>
温度計、攪拌機、ガス導入管、冷却管及び滴下槽導入口を備えた反応槽に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート81.9部、プロピレングリコールモノメチルエーテル37.7部を仕込み、窒素置換した後、加熱して90℃まで昇温した。他方、滴下槽(A)として、ビーカーにN-ベンジルマレイミド10.0部、メタクリル酸-t-ブチル70.0部、メタクリル酸20.0部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート34.2部、プロピレングリコールモノメチルエーテル14.7部、及びt-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート2.0部を攪拌混合したものを準備し、滴下槽(B)に、n-ドデシルメルカプタン1.0部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート6.1部を攪拌混合したものを準備した。反応槽の温度が90℃になった後、同温度を保持しながら、滴下槽から3時間かけて滴下を開始し、重合を行った。滴下終了後30分間90℃を保った後、115℃まで昇温し、90分間熟成を行った。その後、室温まで冷却した後、GMAを16.5部、触媒としてジメチルベンジルアミン0.4部、重合禁止剤としてトパノールを0.2部仕込み、110℃7時間反応させ、重合体溶液B-1(固形分39.8%)を得た。得られた重合体の重量平均分子量は15000、分子量分布(Mw/Mn)は2.5、酸価は60mgKOH/gであった。
<重合体B-2の製造>
温度計、攪拌機、ガス導入管、冷却管及び滴下槽導入口を備えた反応槽に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート201.0部を仕込み、窒素置換した後、加熱して90℃まで昇温した。他方、滴下槽(A)として、ビーカーにN-ベンジルマレイミド10.0部、CHMA43.6部、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル30.0部、GMA16.4部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート30.0部、及びt-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート2.0部を攪拌混合したものを準備し、滴下槽(B)に、n-ドデシルメルカプタン2.0部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート31.3部を攪拌混合したものを準備した。反応槽の温度が90℃になった後、同温度を保持しながら、滴下槽から3時間かけて滴下を開始し、重合を行った。滴下終了後30分間90℃を保った後、115℃まで昇温し、90分間熟成を行った。その後、室温まで冷却した後、無水コハク酸11.5部、触媒としてジメチルベンジルアミン0.3部を仕込み、60℃3時間反応させ、重合体溶液B-2(固形分28.8%)を得た。得られた重合体の重量平均分子量は10000、分子量分布(Mw/Mn)は2.8、酸価は68mgKOH/gであった。
<硬化性組成物の製造>
上記で得られた重合体溶液と、重合性化合物、及び、硬化触媒をそれぞれ表1~3に示すような配合で混合し、硬化性組成物を得た。なお、表中の配合量は、固形分換算量である。
得られた硬化性組成物を、片面易接着処理を施したPETフィルム(7cm×21cm)に、バーコータを利用して25μmの厚さになるように塗工し、室温で10~20分間程度放置した後、塗工物を、へレウス社製紫外線照射装置FUSION UVを使用して、表1に記載の照射エネルギー条件で紫外線硬化させるか、又は、表2~3に記載の硬化条件で熱硬化させて、硬化塗膜を得た。得られた硬化塗膜に、アセトンを染み込ませたキムワイプ(日本製紙クレシア株式会社製)で20回ラビングし、下記の評価基準にて、硬化度合を確認した。結果を表1~3に示す。
(評価基準)
○:硬化塗膜は溶解せず。
△:硬化塗膜にラビング痕が残るか、又は膨潤した。
×:硬化塗膜が白化又は溶解した。
BMI-2300:フェニルメタンマレイミド、大和化成工業株式会社製
PI2074:BluesilTM PI2074、Elkem社製
Irg184:IRUGACURE184(1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニルケトン、BASF社製)
ポリアクリル酸(Mw5000):アルドリッチ製
FRONZA B5200XP:SIRRUS社製
サンエイドSI150L:三新化学工業株式会社製
サンエイドSI110L:三新化学工業株式会社製
サンエイドSI100L:三新化学工業株式会社製
有機ホウ素化合物:FX-TP-BC-PC-AD-57103、株式会社日本触媒製
また、実施例の硬化性組成物は、比較例である、カチオン硬化性化合物の中でも一般的なエポキシ基を側鎖に有する重合体(GMA)を含む硬化性組成物と比較しても硬化反応性に優れることがわかった。
製造例1で得られたVEEM重合体、及び、製造例2で得られたVEEM-MMA共重合体について、下記の方法により、光硬化反応性を評価した。また、対照として、セロキサイド2021P(3’,4’-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、株式会社ダイセル製)と、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)を使用して、同様に光硬化反応性を評価した。
装置:NETZSCH DSC 204F1 Phoenix
方法:容器にサンプルを1~2mgはかりとり、装置にセットしたのち、窒素雰囲気下、サンプル温度を25℃に保ちながら10mW/cm2の光(光源:キセノンランプ、フィルターなし)を5分間照射し、その間の反応発熱量の変化を測定した。
光カチオン硬化サンプルとして、VEEM-MMA共重合体40質量%のプロピレンカーボネート溶液、又は、エポキシ化合物(セロキサイド2021P)に、光カチオン硬化触媒としてBluesilTM PI2074(Elkem社製)を固形分に対し1質量%を混合したものを用いた。
また、光ラジカル硬化サンプルとして、VEEM重合体50質量%のプロピレンカーボネート溶液、又は、TMPTAに、光ラジカル開始剤としてIrg184を固形分に対し2質量%を混合したものを用いた。測定結果を図2及び図3に示す。
なお、評価用の硬化塗膜には、上述した<アセトンラビング試験>で用いた硬化塗膜と同様の方法にて形成した硬化塗膜を用いた。
上記評価用の硬化塗膜を用い、旧JIS-K5400に準じて、硬化塗膜のPETフィルムに対する密着性を評価した。すなわち、硬化塗膜の上から、1mm間隔で11本の切込みを入れた後、90℃向きを変えて同様に11本の切込みを入れ、10マス四方の碁盤目を作成した。切り込みは塗膜を貫通し、PETフィルムを貫通しない程度とした。碁盤目を完全に覆うようにセロハンテープを貼付け、よく擦って密着させた。その後、テープの端をもって45度の角度で一気に剥がした。テープを剥がした後に、PETフィルム上に残ったマス目の数を数えた。残ったマス目の数が多いほど密着性が高いと判断する。結果を表4に示す。
上記評価用の硬化塗膜を用い、JIS K5600-5-4に従って、塗膜のひっかき硬度を評価した。測定装置として、電動式鉛筆硬度試験機No.553-M(株式会社安田精機製作所製)を使用し、鉛筆は三菱鉛筆株式会社製のものを用いた。キズ痕(塑性変形)を生じない、最も硬い鉛筆の硬度を表4に示した。
表5に示す配合となるように、各成分を混合して、硬化性組成物を得た。なお、表中の配合量は、固形分換算量である。また、表中の顔料分散体1は、下記の方法で調製した。
(調製例1)
顔料分散体1の調製
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを12.9部、分散剤としてディスパロンDA-7301を0.4部、色材としてC.I.ピグメントグリーン58を2.25部、及び、C.I.ピグメントイエロー138を1.5部混合し、ペイントシェーカーにて3時間分散することで顔料分散体1(固形分22質量%)を得た。
イルガキュアOXE02:エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(0-アセチルオキシム)(BASF社製)
<耐溶剤性>
硬化性組成物を5cm角のガラス基板上にスピンコートし、100℃で3分間乾燥後、高圧水銀灯を用いて60mJで露光を行い、110℃で40分間熱処理(後硬化)を行い、膜厚5μmの硬化膜を得た。そして、その硬化膜を1-メチル-2-ピロリドン(NMP)20gに40℃で10分間浸漬した後取り出し、硬化膜を取り出した後の浸漬液(NMP)について、分光光度計UV3100(島津製作所社製)で吸光度を測定した。吸光度の値が大きいほど、浸漬液中に色材が多く溶出したことを示し、硬化性組成物の耐溶剤性が低いと評価した。
Claims (8)
- 前記重合体(A)の重量平均分子量は、5000~1000000であることを特徴とする請求項1に記載の硬化性組成物。
- 前記硬化触媒(C)は、カチオン硬化触媒、及び、ラジカル硬化触媒からなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
- 前記重合性化合物(B)は、ビニルエーテル化合物、環状エーテル化合物、(メタ)アクリル酸エステル、カルボン酸化合物、マレイミド化合物、アルコール、及び、チオールからなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の硬化性組成物。
- 前記重合性化合物(B)は、メチレンマロン酸ジエステル化合物、及び、α-シアノアクリル酸エステルからなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の硬化性組成物。
- 前記重合性化合物(B)は、酸基含有アルカリ可溶性樹脂、及び/又は、熱もしくは酸により酸基を生成する基を有する樹脂からなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の硬化性組成物。
- コーティング剤用、粘着剤用、接着剤用、レジスト用、塗料用、印刷用インク組成物用、電子部品用、及び、光学部品用からなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の硬化性組成物。
- コーティング剤、粘着剤、接着剤、レジスト、塗料、印刷用インク組成物、電子部品、及び、光学部品からなる群より選択される少なくとも一種を製造するための、請求項1~6のいずれかに記載の硬化性組成物の使用。
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