JP7312544B2 - 金属用耐候性ハードコート組成物、硬化物、及び塗装金属基材 - Google Patents

金属用耐候性ハードコート組成物、硬化物、及び塗装金属基材 Download PDF

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Description

本発明は、建築部材、自動車部品、電化製品等に使用される金属基材の表面に耐候性、耐擦傷性、柔軟性に優れる塗膜を形成することが可能な金属用耐候性ハードコート組成物、該金属用耐候性ハードコート組成物の硬化物、及び該金属用耐候性ハードコート組成物の硬化物の層からなる塗膜で表面が被覆された塗装金属基材に関する。
建築部材、自動車部品、電化製品等に使用される金属基材の表面を保護するためのコーティング剤には、各種金属基材へ意匠性を付与するだけでなく、金属基材や塗膜の劣化を防止できる耐久性が求められている。特に、建築部材、自動車部品などの屋外で使用される製品の金属基材では、太陽光や酸性雨などによる変色、光沢の低下、塗膜の剥離やクラックの発生等を引き起こすことのない優れた耐候性、衝撃などによる傷がつきにくい表面硬度や耐擦傷性に優れる塗膜を形成可能なコーティング剤が産業界から強く求められている。
また、金属基材は、打ち抜き加工やプレス成形加工等の各種加工処理により用途に応じた形状に成形されて最終製品に使用されるが、製造効率向上のため、コーティング剤により塗膜を形成した後にこれらの加工処理を施されることが望まれている。しかし、塗膜の柔軟性、可撓性が不十分であると、金属基材の変形に追従できず、塗膜表面にクラックが発生したり、該クラック部分に錆等が発生する場合があった。
特に、塗膜の表面硬度と柔軟性は、一般にトレードオフの関係にあり、両者を満足する金属用コーティング剤がないのが現状である。
従来、金属等の基材の表面に耐候性等を付与するためのコーティング剤としては、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂などが配合された溶剤型塗料、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂が配合された塗料などが使用されている(例えば、特許文献1~3参照)。
特開2011-208043号公報 特開平9-143426号公報 特開昭58-025365号公報
しかしながら、上記溶剤型塗料は、耐候性、耐擦傷性が不十分であった。熱硬化性樹脂が配合された塗料は耐擦傷性には優れるが、耐候性、柔軟性が不十分であり、また、高温、長時間の加熱硬化が必要であり、生産性が悪く、コスト高になるという問題があった。紫外線硬化性樹脂が配合された塗料は生産性や耐擦傷性には優れるが、耐候性、柔軟性が不十分であった。
従って、本発明の目的は、耐候性、耐擦傷性、柔軟性に優れる塗膜を効率的に形成可能な金属用耐候性ハードコート組成物を提供することである。
また、本発明の他の目的は、耐候性、耐擦傷性、柔軟性に優れる塗膜を効率的に形成可能な金属用耐候性ハードコート組成物の硬化物(塗膜)を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、前記金属用耐候性ハードコート組成物の硬化物の層からなる塗膜で表面が被覆された、耐候性、耐擦傷性、柔軟性に優れ、生産効率にも優れる塗装金属基材を提供することである。
本発明者らは、活性エネルギー線硬化性官能基を有するシルセスキオキサン構成単位(単位構造)を有するポリオルガノシルセスキオキサンを含む組成物によれば、耐候性、耐擦傷性、柔軟性に優れる塗膜を効率的に形成することができ、特に、建築部材、自動車部品などの屋外で使用される製品の金属基材を保護するための金属用耐候性ハードコート組成物として極めて適していることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本発明は、下記式(1)で表される構成単位を有するポリオルガノシルセスキオキサンを含むことを特徴とする金属用耐候性ハードコート組成物を提供する。
Figure 0007312544000001
[式(1)中、R1は、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基を示す。]
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記ポリオルガノシルセスキオキサンは、さらに、下記式(I)
Figure 0007312544000002
[式(I)中、Raは、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアラルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルケニル基、又は水素原子を示す。]
で表される構成単位と、下記式(II)
Figure 0007312544000003
[式(II)中、Rbは、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアラルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルケニル基、又は水素原子を示す。Rcは、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を示す。]
で表される構成単位を有し、前記式(I)で表される構成単位と前記式(II)で表される構成単位のモル比[式(I)で表される構成単位/式(II)で表される構成単位]が5以上500以下であることが好ましい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記ポリオルガノシルセスキオキサンの数平均分子量は、1000~50000であることが好ましい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記ポリオルガノシルセスキオキサンは、さらに、下記式(4)
Figure 0007312544000004
[式(4)中、R1は、式(1)におけるものと同じ。Rcは、式(II)におけるものと同じ。]
で表される構成単位を有し、シロキサン構成単位の全量(100モル%)に対する前記式(1)で表される構成単位及び前記式(4)で表される構成単位の割合が55~100モル%であることが好ましい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記ポリオルガノシルセスキオキサンの分子量分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は、1.0~4.0であることが好ましい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記ポリオルガノシルセスキオキサンは、さらに、下記式(2)
Figure 0007312544000005
[式(2)中、R2は、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアラルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアルキル基、又は、置換若しくは無置換のアルケニル基を示す。]
で表される構成単位を有していてもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記R2は、置換若しくは無置換のアリール基であってもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記活性エネルギー線硬化性官能基は、エポキシ基であってもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記R1は、前記式(1a)
Figure 0007312544000006
[式(1a)中、R1aは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]
で表される基、下記式(1b)
Figure 0007312544000007
[式(1b)中、R1bは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]
で表される基、下記式(1c)
Figure 0007312544000008
[式(1c)中、R1cは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]
で表される基、又は、下記式(1d)
Figure 0007312544000009
[式(1d)中、R1dは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]
で表される基であってもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記活性エネルギー線硬化性官能基は、(メタ)アクリルオキシ基であってもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物は、さらに、光硬化触媒を含んでいてもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記光硬化触媒は光カチオン重合開始剤であってもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物において、前記光硬化触媒は光ラジカル重合開始剤であってもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物は、さらに、(メタ)アクリルオキシ基を1分子内に1つ以上有する化合物を含んでいてもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物は、さらに、紫外線吸収剤及び酸化防止剤からなる群より選択された少なくとも1種を含んでいてもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物は、さらに、1分子内に1個以上の熱重合性官能基と1個以上の光重合性官能基を有する化合物を含んでいてもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物は、さらに、フッ素含有光重合性樹脂を含んでいてもよい。
前記金属用耐候性ハードコート組成物は、クリアハードコート用塗料であってもよい。
また、本発明は、前記金属用耐候性ハードコート組成物の硬化物を提供する。
また、本発明は、金属基材と、該金属基材の少なくとも一方の表面に形成された塗膜とを有する塗装金属基材であって、前記塗膜が、前記硬化物の層であることを特徴とする塗装金属基材を提供する。
前記塗装金属基材において、前記塗膜の厚さは1~200μmであってもよい。
また、本発明の別の態様は、下記硬化条件で硬化させることによって得られる硬化物の下記で定義される鉛筆硬度がH以上、下記で定義される色差(ΔE)が20未満、下記で定義される光沢度保持率が15%以上であることを特徴とする、金属基材用耐候性ハードコート組成物を提供する。
・硬化条件
プレベイク:150℃で5分間
紫外線照射:照射量:400mJ/cm2、照射強度:260mW/cm2
エージング:120℃で0.5時間
・鉛筆硬度
JIS K5600-5-4(750g荷重)に準拠して測定。
・色差(ΔE)
下記条件の高輝度キセノンウェザオメーター試験の初期値色相と3000時間照射後試料の色相から色差(ΔE)を求める。
・光沢度保持率(%)
下記条件の高輝度キセノンウェザオメーター試験の照射前の光沢度と3000時間照射後の光沢度を測定し、下記式より光沢度保持率を算出する。
光沢度保持率(%):3000時間照射後の光沢度/照射前の光沢度×100
・高輝度キセノンウェザオメーター試験
試験温度 :63℃
試験湿度 :RH50%
降雨 :120分中18分降雨
照射照度 :100W/m2(300~400nm)
フィルター:内/外=ボロシリケートタイプS/ボロシリケートタイプS
照射時間 :3000時間
前記別の態様の金属用耐候性ハードコート組成物は、下記式(1)で表される構成単位を有するポリオルガノシルセスキオキサンを含んでいてもよい。
Figure 0007312544000010
[式(1)中、R1は、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基を示す。]
また、本発明の別の態様は、前記別の態様の金属基材用耐候性ハードコート組成物の硬化物であって、下記で定義される鉛筆硬度がH以上、下記で定義される色差(ΔE)が20未満、並びに下記で定義される光沢度保持率が15%以上であることを特徴とする、硬化物を提供する。
・鉛筆硬度
JIS K5600-5-4(750g荷重)に準拠して測定。
・色差(ΔE)
下記条件の高輝度キセノンウェザオメーター試験の初期値色相と3000時間照射後試料の色相から色差(ΔE)を求める。
・光沢度保持率(%)
下記条件の高輝度キセノンウェザオメーター試験の照射前の光沢度と3000時間照射後の光沢度を測定し、下記式より光沢度保持率を算出する。
光沢度保持率(%):3000時間照射後の光沢度/照射前の光沢度×100
・高輝度キセノンウェザオメーター試験
試験温度 :63℃
試験湿度 :RH50%
降雨 :120分中18分降雨
照射照度 :100W/m2(300~400nm)
フィルター:内/外=ボロシリケートタイプS/ボロシリケートタイプS
照射時間 :3000時間
さらに、本発明の別の態様は、金属基材と、該金属基材の少なくとも一方の表面に形成された塗膜とを有する塗装金属基材であって、前記塗膜が、前記別の態様の硬化物の層であることを特徴とする塗装金属基材を提供する。
本発明の金属用耐候性ハードコート組成物は、活性エネルギー線硬化性官能基を有するシルセスキオキサン構成単位を有するポリオルガノシルセスキオキサンを必須成分として含むため、耐候性、耐擦傷性、柔軟性に優れる塗膜(硬化物)を効率的に形成することができる。従って、本発明の金属用耐候性ハードコート組成物を建築部材、自動車部品などの屋外で使用される製品の金属基材に塗布、硬化させた塗膜で表面が被覆された本発明の塗装金属基材は、太陽光や酸性雨などによる変色、光沢の低下、塗膜の剥離やクラックが発生しにくく、また、衝撃などによる傷がつきにくい優れた表面硬度や耐擦傷性を有する。
また、本発明の塗装金属基材を打ち抜き加工やプレス成形加工等の各種加工処理を施した場合でも、塗膜が金属基材の変形に追従できる柔軟性、可撓性を有しており、クラックが発生しないため、製造効率を格段に向上することができる。
製造例1で得られたエポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの1H-NMRチャートである。 製造例1で得られたエポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの29Si-NMRチャートである。 製造例2で得られたエポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの1H-NMRチャートである。 製造例2で得られたエポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの29Si-NMRチャートである。 製造例4で得られたエポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの1H-NMRチャートである。 製造例4で得られたエポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの29Si-NMRチャートである。 製造例5で得られたアクリル基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの1H-NMRチャートである。 製造例5で得られたアクリル基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの29Si-NMRチャートである。 製造例6で得られたアクリル基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの1H-NMRチャートである。 製造例6で得られたアクリル基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの29Si-NMRチャートである。
[金属用耐候性ハードコート組成物]
本発明の金属用耐候性ハードコート組成物は、下記式(1)で表される構成単位を有するポリオルガノシルセスキオキサン(以下、「本発明のポリオルガノシルセスキオキサン」と称する場合がある)を含む硬化性組成物(以下、「本発明の硬化性組成物」又は「本発明のハードコート剤」と称する場合がある)である。後述のように、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、さらに、光硬化触媒(特に光カチオン重合開始剤、光ラジカル重合性開始剤)、紫外線吸収剤、酸化防止剤等のその他の成分を含んでいてもよい。
Figure 0007312544000011
[式(1)中、R1は、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基を示す。]
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)の必須成分である本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、上記式(1)で表される構成単位を有することを特徴とする。
また、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、下記式(I)で表される構成単位(「T3体」と称する場合がある)と、下記式(II)で表される構成単位(「T2体」と称する場合がある)を有することが好ましい。
さらに、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、後述の式(4)で表される構成単位を有することが好ましい。
Figure 0007312544000012
Figure 0007312544000013
上記式(1)で表される構成単位は、一般に[RSiO3/2]で表されるシルセスキオキサン構成単位(いわゆるT単位)である。なお、上記式中のRは、水素原子又は一価の有機基を示し、以下においても同じである。上記式(1)で表される構成単位は、対応する加水分解性三官能シラン化合物(具体的には、例えば、後述の式(a)で表される化合物)の加水分解及び縮合反応により形成される。
式(1)中のR1は、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基(一価の基)を示す。即ち、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、分子内に活性エネルギー線硬化性官能基を少なくとも有する、光カチオン硬化性化合物(光カチオン重合性化合物)又は光ラジカル硬化性化合物(光ラジカル重合性化合物)である。
上記活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基における「光カチオン重合性官能基」としては、光カチオン重合性を有するものである限り特に限定されず、例えば、エポキシ基、オキセタン基、ビニルエーテル基、ビニルフェニル基等が挙げられる。
上記活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基における「光ラジカル重合性官能基」としては、光ラジカル重合性を有するものである限り特に限定されず、例えば、(メタ)アクリルオキシ基、(メタ)アクリルアミド基、ビニル基、ビニルチオ基等が挙げられる。
活性エネルギー線硬化性官能基としては、硬化物(塗膜)の表面硬度(例えば、H以上)の観点から、エポキシ基、(メタ)アクリルオキシ基等が好ましく、エポキシ基が特に好ましい。
上記エポキシ基を含有する基としては、オキシラン環を有する公知乃至慣用の基が挙げられ、特に限定されないが、硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化性、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、下記式(1a)で表される基、下記式(1b)で表される基、下記式(1c)で表される基、下記式(1d)で表される基が好ましく、より好ましくは下記式(1a)で表される基、下記式(1c)で表される基、さらに好ましくは下記式(1a)で表される基である。
Figure 0007312544000014
Figure 0007312544000015
Figure 0007312544000016
Figure 0007312544000017
上記式(1a)中、R1aは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、デカメチレン基等の炭素数1~10の直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基が挙げられる。中でも、R1aとしては、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、炭素数1~4の直鎖状のアルキレン基、炭素数3又は4の分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、より好ましくはエチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、さらに好ましくはエチレン基、トリメチレン基である。
上記式(1b)中、R1bは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示し、R1aと同様の基が例示される。中でも、R1bとしては、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、炭素数1~4の直鎖状のアルキレン基、炭素数3又は4の分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、より好ましくはエチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、さらに好ましくはエチレン基、トリメチレン基である。
上記式(1c)中、R1cは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示し、R1aと同様の基が例示される。中でも、R1cとしては、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、炭素数1~4の直鎖状のアルキレン基、炭素数3又は4の分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、より好ましくはエチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、さらに好ましくはエチレン基、トリメチレン基である。
上記式(1d)中、R1dは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示し、R1aと同様の基が例示される。中でも、R1dとしては、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、炭素数1~4の直鎖状のアルキレン基、炭素数3又は4の分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、より好ましくはエチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、さらに好ましくはエチレン基、トリメチレン基である。
式(1)中のR1としては、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、特に、上記式(1a)で表される基であって、R1aがエチレン基である基[中でも、2-(3’,4’-エポキシシクロヘキシル)エチル基]が好ましい。
上記オキセタン基を含有する基としては、オキセタン環を有する公知乃至慣用の基が挙げられ、特に限定されないが、例えば、オキセタン基そのもの、アルキル基(好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~5のアルキル基)の水素原子(通常1つ以上、好ましくは1つの水素原子)をオキセタン基で置換してなる基が挙げられる。硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化性、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、3-オキセタニル基、オキセタン-3-イルメチル基、3-エチルオキセタン-3-イルメチル基、2-(オキセタン-3-イル)エチル基、2-(3-エチルオキセタン-3-イル)エチル基、3-(オキセタン-3-イルメトキシ)プロピル基、3-(3-エチルオキセタン-3-イルメトキシ)プロピル基等が好ましい。
上記ビニルエーテル基を含有する基としては、ビニルエーテル基を有する公知乃至慣用の基が挙げられ、特に限定されないが、例えば、ビニルエーテル基そのもの、アルキル基(好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~5のアルキル基)の水素原子(通常1つ以上、好ましくは1つの水素原子)をビニルエーテル基で置換してなる基が挙げられる。硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化性、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、ビニルオキシメチル基、2-(ビニルオキシ)エチル基、3-(ビニルオキシ)プロピル基等が好ましい。
上記ビニルフェニル基を含有する基としては、ビニルフェニル基を有する公知乃至慣用の基が挙げられ、特に限定されないが、例えば、ビニルフェニル基そのもの、アルキル基(好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~5のアルキル基)の水素原子(通常1つ以上、好ましくは1つの水素原子)をビニルフェニル基で置換してなる基が挙げられる。硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化性、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、4-ビニルフェニル基、3-ビニルフェニル基、2-ビニルフェニル基等が好ましい。
上記(メタ)アクリルオキシ基を含有する基としては、(メタ)アクリルオキシ基を有する公知乃至慣用の基が挙げられ、特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリルオキシ基そのもの、アルキル基(好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~5のアルキル基)の水素原子(通常1つ以上、好ましくは1つの水素原子)を(メタ)アクリルオキシ基で置換してなる基が挙げられる。硬化性組成物(塗膜)の硬化性、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、2-((メタ)アクリルオキシ)エチル基、3-((メタ)アクリルオキシ)プロピル基等が好ましい。
上記(メタ)アクリルアミド基を含有する基としては、(メタ)アクリルアミド基を有する公知乃至慣用の基が挙げられ、特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリルアミド基そのもの、アルキル基(好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~5のアルキル基)の水素原子(通常1つ以上、好ましくは1つの水素原子)を(メタ)アクリルアミド基で置換してなる基が挙げられる。硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化性、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、2-((メタ)アクリルアミド)エチル基、3-((メタ)アクリルアミド)プロピル基等が好ましい。
上記ビニル基を含有する基としては、ビニル基を有する公知乃至慣用の基が挙げられ、特に限定されないが、例えば、ビニル基そのもの、アルキル基(好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~5のアルキル基)の水素原子(通常1つ以上、好ましくは1つの水素原子)をビニル基で置換してなる基が挙げられる。硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化性、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、ビニル基、ビニルメチル基、2-ビニルエチル基、3-ビニルプロピル基等が好ましい。
上記ビニルチオ基を含有する基としては、ビニルチオ基を有する公知乃至慣用の基が挙げられ、特に限定されないが、例えば、ビニルチオ基そのもの、アルキル基(好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~5のアルキル基)の水素原子(通常1つ以上、好ましくは1つの水素原子)をビニルチオ基で置換してなる基が挙げられる。硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化性、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、ビニルチオメチル基、2-(ビニルチオ)エチル基、3-(ビニルチオ)プロピル基等が好ましい。
式(1)中のR1としては、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性の観点で、エポキシ基を含有する基、(メタ)アクリルオキシ基を含有する基が好ましく、特に、上記式(1a)で表される基であって、R1aがエチレン基である基[中でも、2-(3’,4’-エポキシシクロヘキシル)エチル基]、3-(アクリルオキシ)プロピル基、3-(メタクリルオキシ)プロピル基が好ましい。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、上記式(1)で表される構成単位を1種のみ有するものであってもよいし、上記式(1)で表される構成単位を2種以上有するものであってもよい。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、シルセスキオキサン構成単位[RSiO3/2]として、上記式(1)で表される構成単位以外にも、下記式(2)で表される構成単位を有していてもよい。
Figure 0007312544000018
上記式(2)で表される構成単位は、一般に[RSiO3/2]で表されるシルセスキオキサン構成単位(T単位)である。即ち、上記式(2)で表される構成単位は、対応する加水分解性三官能シラン化合物(具体的には、例えば、後述の式(b)で表される化合物)の加水分解及び縮合反応により形成される。
上記式(2)中のR2は、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアラルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアルキル基、又は、置換若しくは無置換のアルケニル基を示す。上記アリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。上記アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。上記シクロアルキル基としては、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。上記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、n-ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、イソペンチル基等の直鎖又は分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。上記アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基等の直鎖又は分岐鎖状のアルケニル基が挙げられる。
上述の置換アリール基、置換アラルキル基、置換シクロアルキル基、置換アルキル基、置換アルケニル基としては、上述のアリール基、アラルキル基、シクロアルキル基、アルキル基、アルケニル基のそれぞれにおける水素原子又は主鎖骨格の一部若しくは全部が、エーテル基、エステル基、カルボニル基、シロキサン基、ハロゲン原子(フッ素原子等)、アクリル基、メタクリル基、メルカプト基、アミノ基、及びヒドロキシ基(水酸基)からなる群より選択された少なくとも1種で置換された基が挙げられる。
中でも、R2としては、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルケニル基が好ましく、より好ましくは置換若しくは無置換のアリール基、さらに好ましくはフェニル基である。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおける上述の各シルセスキオキサン構成単位(式(1)で表される構成単位、式(2)で表される構成単位)の割合は、これらの構成単位を形成するための原料(加水分解性三官能シラン)の組成により適宜調整することが可能である。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、上記式(1)で表される構成単位及び式(2)で表される構成単位以外にも、さらに、上記式(1)で表される構成単位及び式(2)で表される構成単位以外のシルセスキオキサン構成単位[RSiO3/2]、[R3SiO1/2]で表される構成単位(いわゆるM単位)、[R2SiO2/2]で表される構成単位(いわゆるD単位)、及び[SiO4/2]で表される構成単位(いわゆるQ単位)からなる群より選択される少なくとも1種のシロキサン構成単位を有していてもよい。なお、上記式(1)で表される構成単位及び式(2)で表される構成単位以外のシルセスキオキサン構成単位としては、例えば、下記式(3)で表される構成単位等が挙げられる。
Figure 0007312544000019
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンが、上記式(I)で表される構成単位(T3体)と、上記式(II)で表される構成単位(T2体)とを有する場合、その割合[T3体/T2体]は、特に限定されないが、例えば、5以上(例えば、5以上、500以下)の範囲から適宜選択可能である。上記割合[T3体/T2体]の下限値は、好ましくは20、より好ましくは21、より好ましくは23、さらに好ましくは25(例えば、好ましくは5、より好ましくは6、さらに好ましくは7)である。上記割合[T3体/T2体]を5以上とすることにより、硬化物(塗膜)の表面硬度、耐擦傷性、柔軟性が向上する傾向がある。一方、上記割合[T3体/T2体]の上限値は、好ましくは500、より好ましくは100、より好ましくは50、さらに好ましくは40(例えば、好ましくは20未満、より好ましくは18、より好ましくは16、さらに好ましくは14)である。上記割合[T3体/T2体]を500以下(例えば、好ましくは20未満、より好ましくは18以下)とすることにより、硬化性組成物(ハードコート剤)における他の成分との相溶性が向上し、粘度も抑制もされるため、取扱いが容易となり、ハードコート剤として塗工しやすくなる。
なお、上記式(I)で表される構成単位をより詳細に記載すると、下記式(I’)で表される。また、上記式(II)で表される構成単位をより詳細に記載すると、下記式(II’)で表される。下記式(I’)で表される構造中に示されるケイ素原子に結合した3つの酸素原子はそれぞれ、他のケイ素原子(式(I’)に示されていないケイ素原子)と結合している。一方、下記式(II’)で表される構造中に示されるケイ素原子の上と下に位置する2つの酸素原子はそれぞれ、他のケイ素原子(式(II’)に示されていないケイ素原子)に結合している。即ち、上記T3体及びT2体は、いずれも対応する加水分解性三官能シラン化合物の加水分解及び縮合反応により形成される構成単位(T単位)である。
Figure 0007312544000020
Figure 0007312544000021
上記式(I)中のRa(式(I’)中のRaも同じ)及び式(II)中のRb(式(II’)中のRbも同じ)は、それぞれ、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアラルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルケニル基、又は水素原子を示す。Ra及びRbの具体例としては、上記式(1)におけるR1、上記式(2)におけるR2と同様のものが例示される。なお、式(I)中のRa及び式(II)中のRbは、それぞれ、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの原料として使用した加水分解性三官能シラン化合物におけるケイ素原子に結合した基(アルコキシ基及びハロゲン原子以外の基;例えば、後述の式(a)~(c)におけるR1、R2、水素原子等)に由来する。
上記式(II)中のRc(式(II’)中のRcも同じ)は、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を示す。炭素数1~4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、イソブチル基等の炭素数1~4の直鎖又は分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。式(II)中のRcにおけるアルキル基は、一般的には、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの原料として使用した加水分解性シラン化合物におけるアルコキシ基(例えば、後述のX1~X3としてのアルコキシ基等)を形成するアルキル基に由来する。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおける上記割合[T3体/T2体]は、例えば、29Si-NMRスペクトル測定により求めることができる。29Si-NMRスペクトルにおいて、上記式(I)で表される構成単位(T3体)におけるケイ素原子と、上記式(II)で表される構成単位(T2体)におけるケイ素原子とは、異なる位置(化学シフト)にシグナル(ピーク)を示すため、これらそれぞれのピークの積分比を算出することにより、上記割合[T3体/T2体]が求められる。具体的には、例えば、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンが、上記式(1)で表され、R1が2-(3’,4’-エポキシシクロヘキシル)エチル基である構成単位を有する場合には、上記式(I)で表される構造(T3体)におけるケイ素原子のシグナルは-64~-70ppmに現れ、上記式(II)で表される構造(T2体)におけるケイ素原子のシグナルは-54~-60ppmに現れる。従って、この場合、-64~-70ppmのシグナル(T3体)と-54~-60ppmのシグナル(T2体)の積分比を算出することによって、上記割合[T3体/T2体]を求めることができる。R1が2-(3’,4’-エポキシシクロヘキシル)エチル基以外の活性エネルギー線硬化性官能基を含む基である場合も、同様にして[T3体/T2体]を求めることができる。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの29Si-NMRスペクトルは、例えば、下記の装置及び条件により測定することができる。
測定装置:商品名「JNM-ECA500NMR」(日本電子(株)製)
溶媒:重クロロホルム
積算回数:1800回
測定温度:25℃
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの上記割合[T3体/T2体]が上記範囲(例えば、5以上、500以下)である場合は、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおいてT3体に対して一定量のT2体存在していることを意味する。このようなT2体としては、例えば、下記式(4)で表される構成単位、下記式(5)で表される構成単位、下記式(6)で表される構成単位等が挙げられる。下記式(4)におけるR1及び下記式(5)におけるR2は、それぞれ上記式(1)におけるR1及び上記式(2)におけるR2と同じである。下記式(4)~(6)におけるRcは、式(II)におけるRcと同じく、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を示す。
Figure 0007312544000022
Figure 0007312544000023
Figure 0007312544000024
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、カゴ型、不完全カゴ型、ラダー型、ランダム型のいずれのシルセスキオキサン構造を有していてもよく、これらシルセスキオキサン構造の2以上を組み合わせて有していてもよい。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンが上記式(4)で表される構成単位を有する場合、シロキサン構成単位の全量[全シロキサン構成単位;M単位、D単位、T単位、及びQ単位の全量](100モル%)に対する、上記式(1)で表される構成単位及び上記式(4)で表される構成単位の割合(総量)は、特に限定されないが、好ましくは55~100モル%であり、より好ましくは65~100モル%、さらに好ましくは80~99モル%である。上記割合を55モル%以上とすることにより、硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化性が向上し、また、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性が著しく高くなる。なお、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおける各シロキサン構成単位の割合は、例えば、原料の組成やNMRスペクトル測定等により算出できる。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおけるシロキサン構成単位の全量[全シロキサン構成単位;M単位、D単位、T単位、及びQ単位の全量](100モル%)に対する、上記式(2)で表される構成単位及び上記式(5)で表される構成単位の割合(総量)は、特に限定されないが、0~70モル%が好ましく、より好ましくは0~60モル%、さらに好ましくは0~40モル%、特に好ましくは1~15モル%である。上記割合を70モル%以下とすることにより、相対的に式(1)で表される構成単位及び式(4)で表される構成単位の割合を多くすることができるため、硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化性が向上し、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより高くなる傾向がある。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおけるシロキサン構成単位の全量[全シロキサン構成単位;M単位、D単位、T単位、及びQ単位の全量](100モル%)に対する、上記式(1)で表される構成単位、上記式(2)で表される構成単位、上記式(4)で表される構成単位、及び上記式(5)で表される構成単位の割合(総量)は、特に限定されないが、60~100モル%が好ましく、より好ましくは70~100モル%、さらに好ましくは80~100モル%である。上記割合を60モル%以上とすることにより、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより高くなる傾向がある。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンのゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる標準ポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、特に限定されないが、例えば、1000~50000の範囲から適宜選択することができる。数平均分子量の下限値は、好ましくは2500、より好ましくは2800、さらに好ましくは3000(例えば、好ましくは1000、より好ましくは1100)である。数平均分子量を1000以上とすることにより、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより向上する傾向がある。一方、数平均分子量の上限値は、好ましくは50000、より好ましくは10000、さらに好ましくは8000(例えば、好ましくは3000、より好ましくは2800、さらに好ましくは2600)である。数平均分子量を50000以下(例えば、3000以下)とすることにより、硬化性組成物(ハードコート剤)における他の成分との相溶性が向上し、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより向上する傾向がある。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンのゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる標準ポリスチレン換算の分子量分散度(Mw/Mn)は、特に限定されないが、1.0~4.0の範囲から適宜選択することができる。分子量分散度の下限値は、好ましくは1.0、より好ましくは1.1、さらに好ましくは1.2である。分子量分散度を1.1以上とすることにより、硬化性組成物(ハードコート剤)が液状となりやすく、取り扱い性が向上する傾向がある。一方、分子量分散度の上限値は、好ましくは4.0、より好ましくは3.0、さらに好ましくは2.5(例えば、好ましくは3.0、より好ましくは2.0、さらに好ましくは1.9)である。分子量分散度を4.0以下(例えば、3.0以下)とすることにより、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより高くなる傾向がある。
なお、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの数平均分子量、分子量分散度は、下記の装置及び条件により測定することができる。
測定装置:商品名「LC-20AD」((株)島津製作所製)
カラム:Shodex KF-801×2本、KF-802、及びKF-803(昭和電工(株)製)
測定温度:40℃
溶離液:THF、試料濃度0.1~0.2重量%
流量:1mL/分
検出器:UV-VIS検出器(商品名「SPD-20A」、(株)島津製作所製)
分子量:標準ポリスチレン換算
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの空気雰囲気下における5%重量減少温度(Td5)は、特に限定されないが、330℃以上(例えば、330~450℃)が好ましく、より好ましくは340℃以上、さらに好ましくは350℃以上である。5%重量減少温度が330℃以上であることにより、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより向上する傾向がある。特に、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンが、上記割合[T3体/T2体]が5以上500以下であって、数平均分子量が1000~50000、分子量分散度が1.0~4.0であるものであることにより、その5%重量減少温度は330℃以上に制御される。なお、5%重量減少温度は、一定の昇温速度で加熱した時に加熱前の重量の5%が減少した時点での温度であり、耐熱性の指標となる。上記5%重量減少温度は、TGA(熱重量分析)により、空気雰囲気下、昇温速度5℃/分の条件で測定することができる。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、公知乃至慣用のポリシロキサンの製造方法により製造することができ、特に限定されないが、例えば、1種又は2種以上の加水分解性シラン化合物を加水分解及び縮合させる方法により製造できる。但し、上記加水分解性シラン化合物としては、上述の式(1)で表される構成単位を形成するための加水分解性三官能シラン化合物(下記式(a)で表される化合物)を必須の加水分解性シラン化合物として使用する必要がある。
より具体的には、例えば、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおけるシルセスキオキサン構成単位(T単位)を形成するための加水分解性シラン化合物である下記式(a)で表される化合物、必要に応じてさらに、下記式(b)で表される化合物、下記式(c)で表される化合物を、加水分解及び縮合させる方法により、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンを製造できる。
Figure 0007312544000025
Figure 0007312544000026
Figure 0007312544000027
上記式(a)で表される化合物は、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおける式(1)で表される構成単位を形成する化合物である。式(a)中のR1は、上記式(1)におけるR1と同じく、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基を示す。即ち、式(a)中のR1としては、上記式(1a)で表される基、上記式(1b)で表される基、上記式(1c)で表される基、上記式(1d)で表される基が好ましく、より好ましくは上記式(1a)で表される基、上記式(1c)で表される基、さらに好ましくは上記式(1a)で表される基、特に好ましくは上記式(1a)で表される基であって、R1aがエチレン基である基[中でも、2-(3’,4’-エポキシシクロヘキシル)エチル基]である。また、上述のように、式(a)中のR1としては、3-(アクリルオキシ)プロピル基、3-(メタクリルオキシ)プロピル基も好ましい。
上記式(a)中のX1は、アルコキシ基又はハロゲン原子を示す。X1におけるアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、イソブチルオキシ基等の炭素数1~4のアルコキシ基等が挙げられる。また、X1におけるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。中でもX1としては、アルコキシ基が好ましく、より好ましくはメトキシ基、エトキシ基である。なお、3つのX1は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記式(b)で表される化合物は、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおける式(2)で表される構成単位を形成する化合物である。式(b)中のR2は、上記式(2)におけるR2と同じく、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアラルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアルキル基、又は、置換若しくは無置換のアルケニル基を示す。即ち、式(b)中のR2としては、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルケニル基が好ましく、より好ましくは置換若しくは無置換のアリール基、さらに好ましくはフェニル基である。
上記式(b)中のX2は、アルコキシ基又はハロゲン原子を示す。X2の具体例としては、X1として例示したものが挙げられる。中でも、X2としては、アルコキシ基が好ましく、より好ましくはメトキシ基、エトキシ基である。なお、3つのX2は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記式(c)で表される化合物は、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンにおける式(3)で表される構成単位を形成する化合物である。上記式(c)中のX3は、アルコキシ基又はハロゲン原子を示す。X3の具体例としては、X1として例示したものが挙げられる。中でも、X3としては、アルコキシ基が好ましく、より好ましくはメトキシ基、エトキシ基である。なお、3つのX3は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記加水分解性シラン化合物としては、上記式(a)~(c)で表される化合物以外の加水分解性シラン化合物を併用してもよい。例えば、上記式(a)~(c)で表される化合物以外の加水分解性三官能シラン化合物、M単位を形成する加水分解性単官能シラン化合物、D単位を形成する加水分解性二官能シラン化合物、Q単位を形成する加水分解性四官能シラン化合物等が挙げられる。
上記加水分解性シラン化合物の使用量や組成は、所望する本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの構造に応じて適宜調整できる。例えば、上記式(a)で表される化合物の使用量は、特に限定されないが、使用する加水分解性シラン化合物の全量(100モル%)に対して、55~100モル%が好ましく、より好ましくは65~100モル%、さらに好ましくは80~99モル%である。
また、上記式(b)で表される化合物の使用量は、特に限定されないが、使用する加水分解性シラン化合物の全量(100モル%)に対して、0~70モル%が好ましく、より好ましくは0~60モル%、さらに好ましくは0~40モル%、特に好ましくは1~15モル%である。
さらに、使用する加水分解性シラン化合物の全量(100モル%)に対する式(a)で表される化合物と式(b)で表される化合物の割合(総量の割合)は、特に限定されないが、60~100モル%が好ましく、より好ましくは70~100モル%、さらに好ましくは80~100モル%である。
また、上記加水分解性シラン化合物として2種以上を併用する場合、これらの加水分解性シラン化合物の加水分解及び縮合反応は、同時に行うこともできるし、逐次行うこともできる。上記反応を逐次行う場合、反応を行う順序は特に限定されない。
上記加水分解性シラン化合物の加水分解及び縮合反応は、1段階で行ってもよいし、2段階以上に分けて行ってもよい。例えば、上記割合[T3体/T2体]が20未満及び/又は数平均分子量が2500未満の本発明のポリオルガノシルセスキオキサン(以下、「低分子量ポリオルガノシルセスキオキサン」と称する場合がある)を効率よく製造するためには、加水分解及び縮合反応を1段階で行うことが好ましい。また、上記割合[T3体/T2体]が20以上及び/又は数平均分子量が2500以上の本発明のポリオルガノシルセスキオキサン(以下、「高分子量ポリオルガノシルセスキオキサン」と称する場合がある)を効率よく製造するためには、加水分解及び縮合反応を2段階以上(好ましくは、2段階)で加水分解及び縮合反応を行うこと、即ち、上記低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを原料としてさらに1回以上加水分解及び縮合反応を行うことが好ましい。以下に、加水分解性シラン化合物の加水分解及び縮合反応を1段階で行って低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを得て、さらに低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを加水分解及び縮合反応に付すことにより高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを得る態様について説明するが、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの製造方法はこれに限定されない。
本発明の加水分解及び縮合反応を2段階で行う場合、好ましくは、第1段目の加水分解及び縮合反応で、上記割合[T3体/T2体]が5以上20未満であり、数平均分子量が1000以上2500未満である低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを得、第2段目で、該低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを、さらに加水分解及び縮合反応に付すことにより、上記割合[T3体/T2体]が20以上500以下であり、数平均分子量が2500以上50000以下である高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを得ることができる。
第1段目の加水分解及び縮合反応は、溶媒の存在下で行うこともできるし、非存在下で行うこともできる。中でも溶媒の存在下で行うことが好ましい。上記溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素;ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル等のエステル;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール等が挙げられる。上記溶媒としては、中でも、ケトン、エーテルが好ましい。なお、溶媒は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
第1段目の加水分解及び縮合反応における溶媒の使用量は、特に限定されず、加水分解性シラン化合物の全量100重量部に対して、0~2000重量部の範囲内で、所望の反応時間等に応じて、適宜調整することができる。
第1段目の加水分解及び縮合反応は、触媒及び水の存在下で進行させることが好ましい。上記触媒は、酸触媒であってもアルカリ触媒であってもよいが、エポキシ基等の活性エネルギー線硬化性官能基の分解を抑制するためにはアルカリ触媒が好ましい。上記酸触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸等の鉱酸;リン酸エステル;酢酸、蟻酸、トリフルオロ酢酸等のカルボン酸;メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸等のスルホン酸;活性白土等の固体酸;塩化鉄等のルイス酸等が挙げられる。上記アルカリ触媒としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属の水酸化物;水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等のアルカリ土類金属の水酸化物;炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム等のアルカリ金属の炭酸塩;炭酸マグネシウム等のアルカリ土類金属の炭酸塩;炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素セシウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩;酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸セシウム等のアルカリ金属の有機酸塩(例えば、酢酸塩);酢酸マグネシウム等のアルカリ土類金属の有機酸塩(例えば、酢酸塩);リチウムメトキシド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムイソプロポキシド、カリウムエトキシド、カリウムt-ブトキシド等のアルカリ金属のアルコキシド;ナトリウムフェノキシド等のアルカリ金属のフェノキシド;トリエチルアミン、N-メチルピペリジン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ-5-エン等のアミン類(第3級アミン等);ピリジン、2,2’-ビピリジル、1,10-フェナントロリン等の含窒素芳香族複素環化合物等が挙げられる。なお、触媒は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。また、触媒は、水や溶媒等に溶解又は分散させた状態で使用することもできる。
第1段目の加水分解及び縮合反応における上記触媒の使用量は、特に限定されず、加水分解性シラン化合物の全量1モルに対して、0.002~0.200モルの範囲内で、適宜調整することができる。
第1段目の加水分解及び縮合反応に際しての水の使用量は、特に限定されず、加水分解性シラン化合物の全量1モルに対して、0.5~20モルの範囲内で、適宜調整することができる。
第1段目の加水分解及び縮合反応における上記水の添加方法は、特に限定されず、使用する水の全量(全使用量)を一括で添加してもよいし、逐次的に添加してもよい。逐次的に添加する際には、連続的に添加してもよいし、間欠的に添加してもよい。
第1段目の加水分解及び縮合反応の反応条件としては、特に、低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンにおける上記割合[T3体/T2体]が5以上20未満となるような反応条件を選択することが重要である。第1段目の加水分解及び縮合反応の反応温度は、特に限定されないが、40~100℃が好ましく、より好ましくは45~80℃である。反応温度を上記範囲に制御することにより、上記割合[T3体/T2体]をより効率的に5以上20未満に制御できる傾向がある。また、第1段目の加水分解及び縮合反応の反応時間は、特に限定されないが、0.1~10時間が好ましく、より好ましくは1.5~8時間である。また、第1段目の加水分解及び縮合反応は、常圧下で行うこともできるし、加圧下又は減圧下で行うこともできる。なお、第1段目の加水分解及び縮合反応を行う際の雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気下、空気雰囲気下等の酸素存在下等のいずれであってもよいが、不活性ガス雰囲気下が好ましい。
上記第1段目の加水分解及び縮合反応により、低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンが得られる。上記第1段目の加水分解及び縮合反応の終了後には、エポキシ基の開環等の活性エネルギー線硬化性官能基の分解を抑制するために触媒を中和することが好ましい。また、低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを、例えば、水洗、酸洗浄、アルカリ洗浄、濾過、濃縮、蒸留、抽出、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィー等の分離手段や、これらを組み合わせた分離手段等により分離精製してもよい。
第1段目の加水分解及び縮合反応により得られた低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを、第2段目の加水分解及び縮合反応に付すことにより、高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを製造することができる。
第2段目の加水分解及び縮合反応は、溶媒の存在下で行うこともできるし、非存在下で行うこともできる。第2段目の加水分解及び縮合反応を溶媒の存在下で行う場合、第1段目の加水分解及び縮合反応で挙げられた溶媒を用いることができる。第2段目の加水分解及び縮合反応の溶媒としては、第1段目の加水分解及び縮合反応の反応溶媒、抽出溶媒等を含む低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンをそのまま、又は一部留去したものを用いてもよい。なお、溶媒は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
第2段目の加水分解及び縮合反応において溶媒を使用する場合、その使用量は、特に限定されず、低分子量ポリオルガノシルセスキオキサン100重量部に対して、0~2000重量部の範囲内で、所望の反応時間等に応じて、適宜調整することができる。
第2段目の加水分解及び縮合反応は、触媒及び水の存在下で進行させることが好ましい。上記触媒は、第1段目の加水分解及び縮合反応で挙げられた触媒を用いることができ、エポキシ基等の活性エネルギー線硬化性官能基の分解を抑制するためには、好ましくはアルカリ触媒であり、さらに好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属の水酸化物;炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム等のアルカリ金属の炭酸塩である。なお、触媒は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。また、触媒は、水や溶媒等に溶解又は分散させた状態で使用することもできる。
第2段目の加水分解及び縮合反応における上記触媒の使用量は、特に限定されず、低分子量ポリオルガノシルセスキオキサン(1000000ppm)に対して、好ましくは0.01~10000ppm、より好ましくは0.1~1000ppmの範囲内で、適宜調整することができる。
第2段目の加水分解及び縮合反応に際しての水の使用量は、特に限定されず、低分子量ポリオルガノシルセスキオキサン(1000000ppm)に対して、好ましくは10~100000ppm、より好ましくは100~20000ppmの範囲内で、適宜調整することができる。水の使用量が100000ppmよりも大きいと、高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの割合[T3体/T2体]や数平均分子量が、所定の範囲に制御しにくくなる傾向がある。
第2段目の加水分解及び縮合反応における上記水の添加方法は、特に限定されず、使用する水の全量(全使用量)を一括で添加してもよいし、逐次的に添加してもよい。逐次的に添加する際には、連続的に添加してもよいし、間欠的に添加してもよい。
第2段目の加水分解及び縮合反応の反応条件としては、特に、高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンにおける上記割合[T3体/T2体]が20以上500以下、数平均分子量が2500~50000となるような反応条件を選択することが重要である。第2段目の加水分解及び縮合反応の反応温度は、使用する触媒により変動し、特に限定されないが、5~200℃が好ましく、より好ましくは30~100℃である。反応温度を上記範囲に制御することにより、上記割合[T3体/T2体]、数平均分子量をより効率的に所望の範囲に制御できる傾向がある。また、第2段目の加水分解及び縮合反応の反応時間は、特に限定されないが、0.5~1000時間が好ましく、より好ましくは1~500時間である。
また、上記反応温度の範囲内にて加水分解及び縮合反応を行いながら適時サンプリングを行って、上記割合[T3体/T2体]、数平均分子量をモニターしながら反応を行うことによって、所望の割合[T3体/T2体]、数平均分子量を有する高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを得ることもできる。
第2段目の加水分解及び縮合反応は、常圧下で行うこともできるし、加圧下又は減圧下で行うこともできる。なお、第2段目の加水分解及び縮合反応を行う際の雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気下、空気雰囲気下等の酸素存在下等のいずれであってもよいが、不活性ガス雰囲気下が好ましい。
上記第2段目の加水分解及び縮合反応により、高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンが得られる。上記第2段目の加水分解及び縮合反応の終了後には、エポキシ基の開環等の活性エネルギー線硬化性官能基の分解を抑制するために触媒を中和することが好ましい。また、高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを、例えば、水洗、酸洗浄、アルカリ洗浄、濾過、濃縮、蒸留、抽出、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィー等の分離手段や、これらを組み合わせた分離手段等により分離精製してもよい。
本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは上述の構成を有するため、該ポリオルガノシルセスキオキサンを必須成分として含む硬化性組成物(ハードコート剤)を塗工・硬化させることにより、優れた耐候性、耐擦傷性を有し、かつ柔軟性、可とう性優れた硬化物(塗膜)を形成できる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)において本発明のポリオルガノシルセスキオキサンは、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)における本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの含有量(配合量)は、特に限定されないが、溶媒を除く硬化性組成物(ハードコート剤)の全量(100重量%)に対して、70重量%以上、100重量%未満が好ましく、より好ましくは80~99.8重量%、さらに好ましくは90~99.5重量%である。本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの含有量を70重量%以上とすることにより、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより向上する傾向がある。一方、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの含有量を100重量%未満とすることにより、光硬化触媒を含有させることができ、これにより硬化性組成物(ハードコート剤)の硬化をより効率的に進行させることができる傾向がある。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)に含まれる光カチオン硬化性化合物又は光ラジカル硬化性化合物の全量(100重量%)に対する本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの割合は、特に限定されないが、70~100重量%が好ましく、より好ましくは75~98重量%、さらに好ましくは80~95重量%である。本発明のポリオルガノシルセスキオキサンの含有量を70重量%以上とすることにより、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより向上する傾向がある。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、さらに、活性化エネルギー線照射による硬化反応を促進するため光硬化触媒を含むことが好ましい。中でも、よりタックフリーとなるまでの硬化時間が短縮できる点で、光硬化触媒として光カチオン重合開始剤又は光ラジカル重合開始剤を含むことが特に好ましい。
上記光カチオン重合開始剤(光酸発生剤)は、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン等の光カチオン硬化性化合物の光カチオン重合反応を開始乃至促進することができる化合物である。
上記光カチオン重合開始剤としては、公知乃至慣用の光カチオン重合開始剤を使用することができ、例えば、スルホニウム塩(スルホニウムイオンとアニオンとの塩)、ヨードニウム塩(ヨードニウムイオンとアニオンとの塩)、セレニウム塩(セレニウムイオンとアニオンとの塩)、アンモニウム塩(アンモニウムイオンとアニオンとの塩)、ホスホニウム塩(ホスホニウムイオンとアニオンとの塩)、遷移金属錯体イオンとアニオンとの塩等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記スルホニウム塩としては、例えば、[4-(4-ビフェニリルチオ)フェニル]-4-ビフェニリルフェニルスルホニウムトリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウム塩、トリ-p-トリルスルホニウム塩、トリ-o-トリルスルホニウム塩、トリス(4-メトキシフェニル)スルホニウム塩、1-ナフチルジフェニルスルホニウム塩、2-ナフチルジフェニルスルホニウム塩、トリス(4-フルオロフェニル)スルホニウム塩、トリ-1-ナフチルスルホニウム塩、トリ-2-ナフチルスルホニウム塩、トリス(4-ヒドロキシフェニル)スルホニウム塩、ジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウム塩、4-(p-トリルチオ)フェニルジ-(p-フェニル)スルホニウム塩等のトリアリールスルホニウム塩;ジフェニルフェナシルスルホニウム塩、ジフェニル4-ニトロフェナシルスルホニウム塩、ジフェニルベンジルスルホニウム塩、ジフェニルメチルスルホニウム塩等のジアリールスルホニウム塩;フェニルメチルベンジルスルホニウム塩、4-ヒドロキシフェニルメチルベンジルスルホニウム塩、4-メトキシフェニルメチルベンジルスルホニウム塩等のモノアリールスルホニウム塩;ジメチルフェナシルスルホニウム塩、フェナシルテトラヒドロチオフェニウム塩、ジメチルベンジルスルホニウム塩等のトリアルキルスルホニウム塩等が挙げられる。
上記ジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウム塩としては、例えば、ジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムヘキサフルオロホスファート等を使用できる。
上記ヨードニウム塩としては、例えば、商品名「UV9380C」(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、ビス(4-ドデシルフェニル)ヨードニウム=ヘキサフルオロアンチモネート45%アルキルグリシジルエーテル溶液)、商品名「RHODORSIL PHOTOINITIATOR 2074」(ローディア・ジャパン(株)製、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート=[(1-メチルエチル)フェニル](メチルフェニル)ヨードニウム)、商品名「WPI-124」(富士フイルム和光純薬(株)製)、ジフェニルヨードニウム塩、ジ-p-トリルヨードニウム塩、ビス(4-ドデシルフェニル)ヨードニウム塩、ビス(4-メトキシフェニル)ヨードニウム塩等が挙げられる。
上記セレニウム塩としては、例えば、トリフェニルセレニウム塩、トリ-p-トリルセレニウム塩、トリ-o-トリルセレニウム塩、トリス(4-メトキシフェニル)セレニウム塩、1-ナフチルジフェニルセレニウム塩等のトリアリールセレニウム塩;ジフェニルフェナシルセレニウム塩、ジフェニルベンジルセレニウム塩、ジフェニルメチルセレニウム塩等のジアリールセレニウム塩;フェニルメチルベンジルセレニウム塩等のモノアリールセレニウム塩;ジメチルフェナシルセレニウム塩等のトリアルキルセレニウム塩等が挙げられる。
上記アンモニウム塩としては、例えば、テトラメチルアンモニウム塩、エチルトリメチルアンモニウム塩、ジエチルジメチルアンモニウム塩、トリエチルメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、トリメチル-n-プロピルアンモニウム塩、トリメチル-n-ブチルアンモニウム塩等のテトラアルキルアンモニウム塩;N,N-ジメチルピロリジウム塩、N-エチル-N-メチルピロリジウム塩等のピロリジウム塩;N,N’-ジメチルイミダゾリニウム塩、N,N’-ジエチルイミダゾリニウム塩等のイミダゾリニウム塩;N,N’-ジメチルテトラヒドロピリミジウム塩、N,N’-ジエチルテトラヒドロピリミジウム塩等のテトラヒドロピリミジウム塩;N,N-ジメチルモルホリニウム塩、N,N-ジエチルモルホリニウム塩等のモルホリニウム塩;N,N-ジメチルピペリジニウム塩、N,N-ジエチルピペリジニウム塩等のピペリジニウム塩;N-メチルピリジニウム塩、N-エチルピリジニウム塩等のピリジニウム塩;N,N’-ジメチルイミダゾリウム塩等のイミダゾリウム塩;N-メチルキノリウム塩等のキノリウム塩;N-メチルイソキノリウム塩等のイソキノリウム塩;ベンジルベンゾチアゾニウム塩等のチアゾニウム塩;ベンジルアクリジウム塩等のアクリジウム塩等が挙げられる。
上記ホスホニウム塩としては、例えば、テトラフェニルホスホニウム塩、テトラ-p-トリルホスホニウム塩、テトラキス(2-メトキシフェニル)ホスホニウム塩等のテトラアリールホスホニウム塩;トリフェニルベンジルホスホニウム塩等のトリアリールホスホニウム塩;トリエチルベンジルホスホニウム塩、トリブチルベンジルホスホニウム塩、テトラエチルホスホニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩、トリエチルフェナシルホスホニウム塩等のテトラアルキルホスホニウム塩等が挙げられる。
上記遷移金属錯体イオンの塩としては、例えば、(η5-シクロペンタジエニル)(η6-トルエン)Cr+、(η5-シクロペンタジエニル)(η6-キシレン)Cr+等のクロム錯体カチオンの塩;(η5-シクロペンタジエニル)(η6-トルエン)Fe+、(η5-シクロペンタジエニル)(η6-キシレン)Fe+等の鉄錯体カチオンの塩等が挙げられる。
上述の塩を構成するアニオンとしては、例えば、SbF6 -、PF6 -、BF4 -、(CF3CF23PF3 -、(CF3CF2CF23PF3 -、(C654-、(C654Ga-、スルホン酸アニオン(トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ペンタフルオロエタンスルホン酸アニオン、ノナフルオロブタンスルホン酸アニオン、メタンスルホン酸アニオン、ベンゼンスルホン酸アニオン、p-トルエンスルホン酸アニオン等)、(CF3SO23-、(CF3SO22-、過ハロゲン酸イオン、ハロゲン化スルホン酸イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、アルミン酸イオン、ヘキサフルオロビスマス酸イオン、カルボン酸イオン、アリールホウ酸イオン、チオシアン酸イオン、硝酸イオン等が挙げられる。
上記光ラジカル重合開始剤は、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン等の光ラジカル硬化性化合物の光ラジカル重合反応を開始乃至促進することができる化合物である。
前記光ラジカル重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、アセトフェノンベンジル、ベンジルジメチルケトン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ジメトキシアセトフェノン、ジメトキシフェニルアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、ジフェニルジサルファイト、オルトベンゾイル安息香酸メチル、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル(日本化薬(株)製、商品名「カヤキュアEPA」等)、2,4-ジエチルチオキサンソン(日本化薬(株)製、商品名「カヤキュアDETX」等)、2-メチル-1-[4-(メチル)フェニル]-2-モルホリノプロパノン-1(IGM Resins B.V.製、商品名「Omnirad907」等)、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(IGM Resins B.V.製、商品名「Omnirad184」等)、2-ジメチルアミノ-2-(4-モルホリノ)ベンゾイル-1-フェニルプロパン等の2-アミノ-2-ベンゾイル-1-フェニルアルカン化合物、テトラ(t-ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、ベンジル、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン、4,4-ビスジエチルアミノベンゾフェノン等のアミノベンゼン誘導体、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,5,4’,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾ-ル(保土谷化学(株)製、商品名「B-CIM」等)等のイミダゾール化合物、2,6-ビス(トリクロロメチル)-4-(4-メトキシナフタレン-1-イル)-1,3,5-トリアジン等のハロメチル化トリアジン化合物、2-トリクロロメチル-5-(2-ベンゾフラン2-イル-エテニル)-1,3,4-オキサジアゾール等のハロメチルオキサジアゾール化合物等を挙げることができる。また、必要に応じて、光増感剤を加えることができる。
なお、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)において光硬化触媒は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)における上記光硬化触媒の含有量(配合量)は、特に限定されないが、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン、及び後述のその他の活性エネルギー線硬化性化合物の総量(100重量部;活性エネルギー線硬化性化合物の全量)に対して、0.01~10.0重量部が好ましく、より好ましくは0.05~5.0重量部、さらに好ましくは0.1~3.0重量部(例えば、0.3~3.0重量部)である。光硬化触媒の含有量を0.01重量部以上とすることにより、硬化反応を効率的に十分に進行させることができ、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより向上する傾向がある。一方、光硬化触媒の含有量を5.0重量部以下とすることにより、硬化性組成物(ハードコート剤)の保存性がいっそう向上したり、硬化物(塗膜)の着色が抑制されたり、耐候性が向上する傾向がある。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、さらに、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン以外の活性エネルギー線硬化性化合物(「その他の活性エネルギー線硬化性化合物」と称する場合がある)を含んでいてもよい。その他の活性エネルギー線硬化性化合物としては、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン以外の光カチオン硬化性化合物(「その他の光カチオン硬化性化合物」と称する場合がある)及び/又は本発明のポリオルガノシルセスキオキサン以外の光ラジカル硬化性化合物(「その他の光ラジカル硬化性化合物」と称する場合がある)が挙げられる。
その他の光カチオン硬化性化合物としては、公知乃至慣用の光カチオン硬化性化合物を使用することができ、特に限定されないが、例えば、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン以外のエポキシ化合物、オキセタン化合物、ビニルエーテル化合物等が挙げられる。なお、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)においてその他の光カチオン硬化性化合物は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
上記エポキシ化合物としては、分子内に1以上のエポキシ基(オキシラン環)を有する公知乃至慣用の化合物を使用することができ、特に限定されないが、例えば、脂環式エポキシ化合物(脂環式エポキシ樹脂)、芳香族エポキシ化合物(芳香族エポキシ樹脂)、脂肪族エポキシ化合物(脂肪族エポキシ樹脂)等が挙げられる。
上記脂環式エポキシ化合物としては、分子内に1個以上の脂環と1個以上のエポキシ基とを有する公知乃至慣用の化合物が挙げられ、特に限定されないが、例えば、(1)分子内に脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基(「脂環エポキシ基」と称する)を有する化合物;(2)脂環にエポキシ基が直接単結合で結合している化合物;(3)分子内に脂環及びグリシジルエーテル基を有する化合物(グリシジルエーテル型エポキシ化合物)等が挙げられる。
上記(1)分子内に脂環エポキシ基を有する化合物としては、下記式(i)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007312544000028
上記式(i)中、Yは単結合又は連結基(1以上の原子を有する二価の基)を示す。上記連結基としては、例えば、二価の炭化水素基、炭素-炭素二重結合の一部又は全部がエポキシ化されたアルケニレン基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、カーボネート基、アミド基、これらが複数個連結した基等が挙げられる。
上記二価の炭化水素基としては、炭素数が1~18の直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基、二価の脂環式炭化水素基等が挙げられる。炭素数が1~18の直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基等が挙げられる。上記二価の脂環式炭化水素基としては、例えば、1,2-シクロペンチレン基、1,3-シクロペンチレン基、シクロペンチリデン基、1,2-シクロヘキシレン基、1,3-シクロヘキシレン基、1,4-シクロヘキシレン基、シクロヘキシリデン基等の二価のシクロアルキレン基(シクロアルキリデン基を含む)等が挙げられる。
上記炭素-炭素二重結合の一部又は全部がエポキシ化されたアルケニレン基(「エポキシ化アルケニレン基」と称する場合がある)におけるアルケニレン基としては、例えば、ビニレン基、プロペニレン基、1-ブテニレン基、2-ブテニレン基、ブタジエニレン基、ペンテニレン基、ヘキセニレン基、ヘプテニレン基、オクテニレン基等の炭素数2~8の直鎖又は分岐鎖状のアルケニレン基等が挙げられる。特に、上記エポキシ化アルケニレン基としては、炭素-炭素二重結合の全部がエポキシ化されたアルケニレン基が好ましく、より好ましくは炭素-炭素二重結合の全部がエポキシ化された炭素数2~4のアルケニレン基である。
上記式(i)で表される脂環式エポキシ化合物の代表的な例としては、(3,4,3’,4’-ジエポキシ)ビシクロヘキシル、下記式(i-1)~(i-10)で表される化合物等が挙げられる。なお、下記式(i-5)、(i-7)中のl、mは、それぞれ1~30の整数を表す。下記式(i-5)中のR’は炭素数1~8のアルキレン基であり、中でも、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基等の炭素数1~3の直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基が好ましい。下記式(i-9)、(i-10)中のn1~n6は、それぞれ1~30の整数を示す。また、上記式(i)で表される脂環式エポキシ化合物としては、その他、例えば、2,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロパン、1,2-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)エタン、2,3-ビス(3,4-エポキシシクロヘキシル)オキシラン、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル等が挙げられる。
Figure 0007312544000029
Figure 0007312544000030
上述の(2)脂環にエポキシ基が直接単結合で結合している化合物としては、例えば、下記式(ii)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0007312544000031
式(ii)中、R"は、p価のアルコールの構造式からp個の水酸基(-OH)を除いた基(p価の有機基)であり、p、nはそれぞれ自然数を表す。p価のアルコール[R"(OH)p]としては、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノール等の多価アルコール(炭素数1~15のアルコール等)等が挙げられる。pは1~6が好ましく、nは1~30が好ましい。pが2以上の場合、それぞれの( )内(外側の括弧内)の基におけるnは同一でもよく異なっていてもよい。上記式(ii)で表される化合物としては、具体的には、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)-1-ブタノールの1,2-エポキシ-4-(2-オキシラニル)シクロヘキサン付加物[例えば、商品名「EHPE3150」((株)ダイセル製)等]等が挙げられる。
上述の(3)分子内に脂環及びグリシジルエーテル基を有する化合物としては、例えば、脂環式アルコール(特に、脂環式多価アルコール)のグリシジルエーテルが挙げられる。より詳しくは、例えば、2,2-ビス[4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]プロパン、2,2-ビス[3,5-ジメチル-4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]プロパンなどのビスフェノールA型エポキシ化合物を水素化した化合物(水素化ビスフェノールA型エポキシ化合物);ビス[o,o-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、ビス[o,p-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、ビス[p,p-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタン、ビス[3,5-ジメチル-4-(2,3-エポキシプロポキシ)シクロへキシル]メタンなどのビスフェノールF型エポキシ化合物を水素化した化合物(水素化ビスフェノールF型エポキシ化合物);水素化ビフェノール型エポキシ化合物;水素化フェノールノボラック型エポキシ化合物;水素化クレゾールノボラック型エポキシ化合物;ビスフェノールAの水素化クレゾールノボラック型エポキシ化合物;水素化ナフタレン型エポキシ化合物;トリスフェノールメタンから得られるエポキシ化合物の水素化エポキシ化合物;下記芳香族エポキシ化合物の水素化エポキシ化合物等が挙げられる。
上記芳香族エポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノール類[例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、フルオレンビスフェノール等]と、エピハロヒドリンとの縮合反応により得られるエピビスタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;これらのエピビスタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を上記ビスフェノール類とさらに付加反応させることにより得られる高分子量エピビスタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;フェノール類[例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等]とアルデヒド[例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等]とを縮合反応させて得られる多価アルコール類を、さらにエピハロヒドリンと縮合反応させることにより得られるノボラック・アルキルタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;フルオレン環の9位に2つのフェノール骨格が結合し、かつこれらフェノール骨格のヒドロキシ基から水素原子を除いた酸素原子に、それぞれ、直接又はアルキレンオキシ基を介してグリシジル基が結合しているエポキシ化合物等が挙げられる。
上記脂肪族エポキシ化合物としては、例えば、q価の環状構造を有しないアルコール(qは自然数である)のグリシジルエーテル;一価又は多価カルボン酸[例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ステアリン酸、アジピン酸、セバシン酸、マレイン酸、イタコン酸等]のグリシジルエステル;エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化大豆油、エポキシ化ひまし油等の二重結合を有する油脂のエポキシ化物;エポキシ化ポリブタジエン等のポリオレフィン(ポリアルカジエンを含む)のエポキシ化物等が挙げられる。なお、上記q価の環状構造を有しないアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1-ブタノール等の一価のアルコール;エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の二価のアルコール;グリセリン、ジグリセリン、エリスリトール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ソルビトール等の三価以上の多価アルコール等が挙げられる。また、q価のアルコールは、ポリエーテルポリオール、ポリ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等であってもよい。
上記オキセタン化合物としては、分子内に1以上のオキセタン環を有する公知乃至慣用の化合物が挙げられ、特に限定されないが、例えば、3,3-ビス(ビニルオキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(ヒドロキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシルオキシメチル)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-(ヘキシルオキシメチル)オキセタン、3-エチル-3-(クロロメチル)オキセタン、3,3-ビス(クロロメチル)オキセタン、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、ビス{[1-エチル(3-オキセタニル)]メチル}エーテル、4,4’-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシメチル]ビシクロヘキシル、1,4-ビス[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシメチル]シクロヘキサン、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、3-エチル-3-{〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕メチル)}オキセタン、キシリレンビスオキセタン、3-エチル-3-{[3-(トリエトキシシリル)プロポキシ]メチル}オキセタン、オキセタニルシルセスキオキサン、フェノールノボラックオキセタン等が挙げられる。
上記ビニルエーテル化合物としては、分子内に1以上のビニルエーテル基を有する公知乃至慣用の化合物を使用することができ、特に限定されないが、例えば、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル(エチレングリコールモノビニルエーテル)、3-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2-ヒドロキシイソプロピルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル、3-ヒドロキシブチルビニルエーテル、2-ヒドロキシブチルビニルエーテル、3-ヒドロキシイソブチルビニルエーテル、2-ヒドロキシイソブチルビニルエーテル、1-メチル-3-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、1-メチル-2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、1-ヒドロキシメチルプロピルビニルエーテル、4-ヒドロキシシクロヘキシルビニルエーテル、1,6-ヘキサンジオールモノビニルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,8-オクタンジオールジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、1,3-シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、1,3-シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、1,2-シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、1,2-シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、p-キシレングリコールモノビニルエーテル、p-キシレングリコールジビニルエーテル、m-キシレングリコールモノビニルエーテル、m-キシレングリコールジビニルエーテル、o-キシレングリコールモノビニルエーテル、o-キシレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールモノビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、テトラエチレングリコールモノビニルエーテル、テトラエチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエチレングリコールモノビニルエーテル、ペンタエチレングリコールジビニルエーテル、オリゴエチレングリコールモノビニルエーテル、オリゴエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールモノビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールモノビニルエーテル、ジプロピレングリコールジビニルエーテル、トリプロピレングリコールモノビニルエーテル、トリプロピレングリコールジビニルエーテル、テトラプロピレングリコールモノビニルエーテル、テトラプロピレングリコールジビニルエーテル、ペンタプロピレングリコールモノビニルエーテル、ペンタプロピレングリコールジビニルエーテル、オリゴプロピレングリコールモノビニルエーテル、オリゴプロピレングリコールジビニルエーテル、ポリプロピレングリコールモノビニルエーテル、ポリプロピレングリコールジビニルエーテル、イソソルバイドジビニルエーテル、オキサノルボルネンジビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、ハイドロキノンジビニルエーテル、1,4-ブタンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、トリメチロールプロパンジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ビスフェノールAジビニルエーテル、ビスフェノールFジビニルエーテル、ヒドロキシオキサノルボルナンメタノールジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)においては、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンとともにその他の光カチオン硬化性化合物としてビニルエーテル化合物を併用することが好ましい。これにより、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性がより高くなる傾向がある。特に、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)を活性エネルギー線(特に紫外線)の照射により硬化させる際に、活性エネルギー線の照射量を低くした場合であっても耐擦傷性が非常に高い硬化物(塗膜)が優れた生産性で(例えば、エージングのための熱処理を施す必要がない等)得られるという利点がある。このため、本発明の塗装金属基材の製造ライン速度をより高くすることが可能となり、これらの生産性がいっそう向上する。
また、その他の光カチオン硬化性化合物として、特に、分子内に1個以上の水酸基を有するビニルエーテル化合物を使用した場合には、耐擦傷性、柔軟性がよりに優れた硬化物(塗膜)が得られるという利点がある。このため、いっそう高品質かつ高耐候性の硬化物(塗膜)で被覆された塗装金属基材が得られる。分子内に1個以上の水酸基を有するビニルエーテル化合物が分子内に有する水酸基の数は、特に限定されないが、1~4個が好ましく、より好ましくは1又は2個である。具体的には、分子内に1個以上の水酸基を有するビニルエーテル化合物としては、例えば、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル(エチレングリコールモノビニルエーテル)、3-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2-ヒドロキシイソプロピルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル、3-ヒドロキシブチルビニルエーテル、2-ヒドロキシブチルビニルエーテル、3-ヒドロキシイソブチルビニルエーテル、2-ヒドロキシイソブチルビニルエーテル、1-メチル-3-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、1-メチル-2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、1-ヒドロキシメチルプロピルビニルエーテル、4-ヒドロキシシクロヘキシルビニルエーテル、1,6-ヘキサンジオールモノビニルエーテル、1,8-オクタンジオールジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、1,3-シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、1,2-シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、p-キシレングリコールモノビニルエーテル、m-キシレングリコールモノビニルエーテル、o-キシレングリコールモノビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、トリエチレングリコールモノビニルエーテル、テトラエチレングリコールモノビニルエーテル、ペンタエチレングリコールモノビニルエーテル、オリゴエチレングリコールモノビニルエーテル、ポリエチレングリコールモノビニルエーテル、トリプロピレングリコールモノビニルエーテル、テトラプロピレングリコールモノビニルエーテル、ペンタプロピレングリコールモノビニルエーテル、オリゴプロピレングリコールモノビニルエーテル、ポリプロピレングリコールモノビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル等が挙げられる。
その他の光ラジカル硬化性化合物としては、公知乃至慣用の光ラジカル硬化性化合物を使用することができ、特に限定されないが、例えば、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン以外の(メタ)アクリル基、(メタ)アクリルオキシ基、(メタ)アクリルアミノ基、ビニルエーテル基、ビニルアリール基、ビニルオキシカルボニル基などの光ラジカル重合性基を1分子内に1つ以上有する化合物が挙げられる。なお、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)においてその他の光ラジカル硬化性化合物は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
(メタ)アクリル基を1分子内に1つ以上有する化合物としては、1-ブテン-3-オン、1-ペンテン-3-オン、1-ヘキセン-3-オン、4-フェニル-1-ブテン-3-オン、5-フェニル-1-ペンテン-3-オンなど、およびこれらの誘導体などが挙げられる。
(メタ)アクリルオキシ基を1分子内に1つ以上有する化合物としては、(メタ)アクリルオキシ基を1分子内に1つ以上有するモノマー又はオリゴマーが挙げられる。
(メタ)アクリルオキシ基を1分子内に1つ以上有するモノマーとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、n-ヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、n-ラウリル(メタ)アクリレート、n-ステアリル(メタ)アクリレート、n-ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(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、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(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、2-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、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、2-(メタ)アクリルオキシエチルコハク酸、2-(メタ)アクリルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-(メタ)アクリルオキシエチル-2-ヒドロキシプロピルフタレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリルオキシエチルアシッドフォスフェート、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、1,4-ブタンジオールジ(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、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10-デカンジオールジ(メタ)アクリレート、デカンジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-(メタ)アクリルオキシプロピル(メタ)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、γ-(メタ)アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、2-(メタ)アクリルオキシエチルイソシアネート、1,1-ビス(アクリルオキシ)エチルイソシアネート、2-(2-(メタ)アクリルオキシエチルオキシ)エチルイソシアネート、3-(メタ)アクリルオキシプロピルトリエトキシシランなど、およびこれらの誘導体などが挙げられる。
(メタ)アクリルオキシ基を1分子内に1つ以上有するオリゴマーとしては、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ(メタ)アクリレートオリゴマー、ポリエーテル(メタ)アクリレートオリゴマー、ポリエステル(メタ)アクリレートオリゴマーなどが挙げられる。
ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーとしては、ポリカーボネート系ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル系ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエーテル系ウレタン(メタ)アクリレート、カプロラクトン系ウレタン(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーは、ポリオールとジイソシアネートとを反応させて得られるイソシアネート化合物と、水酸基を有する(メタ)アクリレートモノマーとの反応により得ることができる。
前記ポリオールとしては、ポリカーボネートジオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカプロラクトンポリオールが挙げられる。
エポキシ(メタ)アクリレートオリゴマーは、例えば、低分子量のビスフェノール型エポキシ樹脂やノボラックエポキシ樹脂のオキシラン環とアクリル酸とのエステル化反応により得られる。
ポリエーテル(メタ)アクリレートオリゴマーは、ポリオールの脱水縮合反応によって両末端に水酸基を有するポリエーテルオリゴマーを得、次いで、その両末端の水酸基をアクリル酸でエステル化することにより得られる。
ポリエステル(メタ)アクリレートオリゴマーは、例えば、ポリカルボン酸とポリオールの縮合によって両末端に水酸基を有するポリエステルオリゴマーを得、次いで、その両末端の水酸基をアクリル酸でエステル化することにより得られる。
(メタ)アクリルオキシ基を1分子内に1つ以上有するオリゴマーの重量平均分子量は、100,000以下であることが好ましく、特に500~50,000であることが好ましい。
(メタ)アクリルアミノ基を1分子内に1つ以上有する化合物としては、4-(メタ)アクリルモルホリン、N,N-ジメチル(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-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-ブチル(メタ)アクリルアミド、N-n-ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ヘキシル(メタ)アクリルアミド、N-オクチル(メタ)アクリルアミドなど、およびこれらの誘導体などが挙げられる。
ビニルエーテル基を1分子内に1つ以上有する化合物としては、例えば、3,3-ビス(ビニルオキシメチル)オキセタン、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、3-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2-ヒドロキシイソプロピルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル、3-ヒドロキシブチルビニルエーテル、2-ヒドロキシブチルビニルエーテル、3-ヒドロキシイソブチルビニルエーテル、2-ヒドロキシイソブチルビニルエーテル、1-メチル-3-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、1-メチル-2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル、1-ヒドロキシメチルプロピルビニルエーテル、4-ヒドロキシシクロヘキシルビニルエーテル、1,6-ヘキサンジオールモノビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、1,3-シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、1,2-シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、p-キシレングリコールモノビニルエーテル、m-キシレングリコールモノビニルエーテル、o-キシレングリコールモノビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、トリエチレングリコールモノビニルエーテル、テトラエチレングリコールモノビニルエーテル、ペンタエチレングリコールモノビニルエーテル、オリゴエチレングリコールモノビニルエーテル、ポリエチレングリコールモノビニルエーテル、ジプロピレングリコールモノビニルエーテル、トリプロピレングリコールモノビニルエーテル、テトラプロピレングリコールモノビニルエーテル、ペンタプロピレングリコールモノビニルエーテル、オリゴプロピレングリコールモノビニルエーテル、ポリプロピレングリコールモノビニルエーテルなど、およびこれらの誘導体などが挙げられる。
ビニルアリール基を1分子内に1つ以上有する化合物としては、スチレン、ジビニルベンゼン、メトキシスチレン、エトキシスチレン、ヒドロキシスチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、酢酸4-ビニルフェニル、(4-ビニルフェニル)ジヒドロキシボラン、N-(4-ビニルフェニル)マレイミドなど、およびこれらの誘導体などが挙げられる。
ビニルオキシカルボニル基を1分子内に1つ以上有する化合物としては、ギ酸イソプロペニル、酢酸イソプロペニル、プロピオン酸イソプロペニル、酪酸イソプロペニル、イソ酪酸イソプロペニル、カプロン酸イソプロペニル、吉草酸イソプロペニル、イソ吉草酸イソプロペニル、乳酸イソプロペニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、アジピン酸ジビニル、アクリル酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ソルビン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニルなど、およびこれらの誘導体などが挙げられる。
その他の活性エネルギー線硬化性化合物としては、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性や金属基材に対する接着性の観点から、光ラジカル硬化性化合物が好ましく、より好ましくは(メタ)アクリルオキシ基を1分子内に1つ以上有する化合物であり、さらに好ましくは(メタ)アクリルオキシ基を1分子内に1つ以上有するモノマーである。
なお、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)においてその他の活性エネルギー線硬化性化合物は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)がその他の活性エネルギー線硬化性化合物を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン、及びその他の活性エネルギー線硬化性化合物の総量(100重量%;活性エネルギー線硬化性化合物の全量)に対して、5~50重量%が好ましく、より好ましくは10~40重量%、さらに好ましくは15~30重量%である。その他の活性エネルギー線硬化性化合物の含有量を50重量%以下とすることにより、硬化物(塗膜)の耐候性、耐擦傷性、柔軟性がより向上する傾向がある。一方、その他の活性エネルギー線硬化性化合物の含有量を5重量%以上とすることにより、硬化性組成物(ハードコート剤)や硬化物(塗膜)に対して所望の性能(例えば、硬化性組成物(ハードコート剤)に対する速硬化性や粘度調整等)を付与することができる場合がある。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)がビニルエーテル化合物(特に、分子内に1個以上の水酸基を有するビニルエーテル化合物)を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン、その他の活性エネルギー線硬化性化合物の総量(100重量%;活性エネルギー線硬化性化合物の全量)に対して、0.01~10重量%が好ましく、より好ましくは0.05~9重量%、さらに好ましくは1~8重量%である。ビニルエーテル化合物の含有量を上記範囲に制御することにより、硬化物(塗膜)の表面硬度がより高くなり、活性エネルギー線(例えば、紫外線)の照射量を低くした場合であっても表面硬度が非常に高い硬化物(塗膜)が得られる傾向がある。特に、分子内に1個以上の水酸基を有するビニルエーテル化合物の含有量を上記範囲に制御することにより、硬化物(塗膜)の表面硬度が特に高くなる傾向がある。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、さらに紫外線吸収剤を含んでいてもよい。本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)が紫外線吸収剤を含むことにより、硬化物(塗膜)の耐候性がより向上する傾向がある。
紫外線吸収剤としては、公知乃至慣用の紫外線吸収剤を使用することができ、特に限定されないが、例えば、トリアジン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、オキシベンゾフェノン系紫外線吸収剤、サリチル酸エステル系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤等を挙げることができる。これらの中でも、硬化物(塗膜)の耐候性の観点から、トリアジン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が好ましく、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤がより好ましく、1分子中にヒドロキシル基を2個以下有するトリアジン系紫外線吸収剤、及び、1分子中にベンゾトリアゾール骨格を1個有するベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤からなる群から選択される少なくとも1種の紫外線吸収剤であることがさらに好ましい。
1分子中にヒドロキシル基を2個以下有するトリアジン系紫外線吸収剤としては、具体的には、2,4-ビス-[{4-(4-エチルヘキシルオキシ)-4-ヒドロキシ}-フェニル]-6-(4-メトキシフェニル)-1,3,5-トリアジン(商品名「Tinosorb S」、BASF製)、2,4-ビス[2-ヒドロキシ-4-ブトキシフェニル]-6-(2,4-ジブトキシフェニル)-1,3,5-トリアジン(商品名「TINUVIN460」、BASF製)、2-(4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-ヒドロキシフェニルと[(C10-C16(主としてC12-C13)アルキルオキシ)メチル]オキシランとの反応生成物(商品名「TINUVIN400」、BASF製)、2-[4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン-2-イル]-5-[3-(ドデシルオキシ)-2-ヒドロキシプロポキシ]フェノール)、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-トリアジンと(2-エチルヘキシル)-グリシド酸エステルの反応生成物(商品名「TINUVIN405」、BASF製)、2-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-[(ヘキシル)オキシ]-フェノール(商品名「TINUVIN1577」、BASF製)、2-(4,6-ジフェニルー1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-[2-(2-エチルヘキサノイルオキシ)エトキシ]-フェノール(商品名「ADK STAB LA46」、(株)ADEKA製)、2-(2-ヒドロキシ-4-[1-オクチルオキシカルボニルエトキシ]フェニル)-4,6-ビス(4-フェニルフェニル)-1,3,5-トリアジン(商品名「TINUVIN479」、BASF社製)等を使用することができる。
1分子中にベンゾトリアゾール骨格を1個有するベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としては、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-(1-メチル-1-フェニルエチル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール(商品名「TINUVIN928」、BASF製)、2-(2-ヒドロキシ-5-tert-ブチルフェニル)-2H-ベンゾトリアゾール(商品名「TINUVIN PS」、BASF製)、ベンゼンプロパン酸および3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-5-(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシ(C7-9側鎖および直鎖アルキル)のエステル化合物(商品名「TINUVIN384-2」、BASF製)、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)フェノール(商品名「TINUVIN900」、BASF製)、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-(1-メチル-1-フェニルエチル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール(商品名「TINUVIN928」、BASF製)、メチル-3-(3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-5-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート/ポリエチレングリコール300の反応生成物(商品名「TINUVIN1130」、BASF製)、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-p-クレゾール(商品名「TINUVIN P」、BASF製)、2(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-6-ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)フェノール(商品名「TINUVIN234」、BASF製)、2-〔5-クロロ(2H)-ベンゾトリアゾール-2-イル〕-4-メチル-6-(tert-ブチル)フェノール(商品名「TINUVIN326」、BASF製)、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-ジ-tert-ペンチルフェノール(商品名「TINUVIN328」、BASF製)、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール(商品名「TINUVIN329」、BASF製)、メチル3-(3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-5-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートとポリエチレングリコール300との反応生成物(商品名「TINUVIN213」、BASF製)、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-ドデシル-4-メチルフェノール(商品名「TINUVIN571」、BASF製)、2-[2-ヒドロキシ-3-(3、4、5,6-テトラヒドロフタルイミドーメチル)-5-メチルフェニル]ベンゾトリアゾール(商品名「Sumisorb250」、住友化学工業(株)製)等を使用することができる。
上記ベンゾフェノン系紫外線吸収剤(ベンゾフェノン系化合物)、オキシベンゾフェノン系紫外線吸収剤(オキシベンゾフェノン系化合物)としては、例えば、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン-5-スルホン酸(無水及び三水塩)、2-ヒドロキシ-4-オクチルオキシベンゾフェノン、4-ドデシルオキシ-2-ヒドロキシベンゾフェノン、4-ベンジルオキシ-2-ヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4,4-ジメトキシベンゾフェノン等を挙げることができる。
上記サリチル酸エステル系紫外線吸収剤(サリチル酸エステル系化合物)としては、例えば、フェニル-2-アクリルオキシベンゾエ-ト、フェニル-2-アクリルオキシ-3-メチルベンゾエ-ト、フェニル-2-アクリルオキシ-4-メチルベンゾエ-ト、フェニル-2-アクリルオキシ-5-メチルベンゾエ-ト、フェニル-2-アクリルオキシ-3-メトキシベンゾエ-ト、フェニル-2-ヒドロキシベンゾエ-ト、フェニル-2-ヒドロキシ-3-メチルベンゾエ-ト、フェニル-2-ヒドロキシ-4メチルベンゾエ-ト、フェニル-2-ヒドロキシ-5-メチルベンゾエ-ト、フェニル2-ヒドロキシ-3-メトキシベンゾエ-ト、2,4-ジ-tert-ブチルフェニル-3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンゾエート(商品名「TINUVIN 120」、BASF製)等を挙げることができる。
上記シアノアクリレート系紫外線吸収剤(シアノアクリレート系化合物)としては、例えば、アルキル-2-シアノアクリレート、シクロアルキル-2-シアノアクリレート、アルコキシアルキル-2-シアノアクリレート、アルケニル-2-シアノアクリレート、アルキニル-2-シアノアクリレート等を挙げることができる。
なお、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)において紫外線吸収剤は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)が紫外線吸収剤を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、本発明の硬化性組成物に含まれる活性エネルギー線硬化性化合物の全量(100重量部)に対して、0.1~10重量部が好ましく、0.5~5重量部がより好ましい。紫外線吸収剤の含有量を前記範囲とすることで、硬化物(塗膜)の耐候性がより向上する傾向がある。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、酸化防止剤を含んでいてもよい。本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)が酸化防止剤を含むことにより、硬化物(塗膜)の耐候性がより向上する傾向がある。
酸化防止剤としては、公知乃至慣用の酸化防止剤を使用することができ、特に限定されないが、例えば、フェノール系酸化防止剤(フェノール系化合物)、ヒンダードアミン系酸化防止剤(ヒンダードアミン系化合物)、リン系酸化防止剤(リン系化合物)、イオウ系酸化防止剤(イオウ系化合物)などが挙げられる。
上記フェノール系酸化防止剤としては、例えば、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール、2,6-ジ-t-ブチル-p-エチルフェノール、ステアリル-β-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート等のモノフェノール類;2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-ブチリデンビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、3,9-ビス[1,1-ジメチル-2-{β-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ}エチル]2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等のビスフェノール類;1,1,3-トリス(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)ブタン、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、ビス[3,3’-ビス-(4’-ヒドロキシ-3’-t-ブチルフェニル)ブチリックアシッド]グリコールエステル、1,3,5-トリス(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシベンジル)-s-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)トリオン、トコフェノール等の高分子型フェノール類などが挙げられる。
上記ヒンダードアミン系酸化防止剤としては、例えば、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)[[3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル]メチル]ブチルマロネート、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケート、メチル-1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジルセバケート、4-ベンゾイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジンなどが挙げられる。
上記リン系酸化防止剤としては、例えば、トリフェニルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、ジイソデシルペンタエリスリトールホスファイト、トリス(2、4-ジ-t-ブチルフェニル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス(オクタデシル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス(2,4-ジ-t-ブチル-4-メチルフェニル)ホスファイト、ビス[2-t-ブチル-6-メチル-4-{2-(オクタデシルオキシカルボニル)エチル}フェニル]ヒドロゲンホスファイト等のホスファイト類;9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド、10-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド等のオキサホスファフェナントレンオキサイド類などが挙げられる。
上記イオウ系酸化防止剤としては、例えば、ドデカンチオール、ジラウリル-3,3’-チオジプロピオネート、ジミリスチル-3,3’-チオジプロピオネート、ジステアリル-3,3’-チオジプロピオネートなどが挙げられる。
なお、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)において酸化防止剤は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。また、酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤の市販品として、例えば、商品名「イルガノックス1010」、「イルガノックス1076」、「イルガノックス1098」、「イルガノックス1330」、「イルガノックス245」、「イルガノックス259」、「イルガノックス3114」、「イルガノックス3790」(以上、BASF製);商品名「アデカスタブ AO-60」、「アデカスタブ AO-30」、「アデカスタブ AO-40」、「アデカスタブ AO-80」(以上、(株)ADEKA製)などが挙げられる。また、リン系酸化防止剤の市販品として、例えば、商品名「IRGAFOS 168」、「IRGAFOS P-EPQ」、「IRGAFOS 12」(以上、BASF製);商品名「アデカスタブHP-10」、「アデカスタブ TPP」、「アデカスタブ C」、「アデカスタブ 517」、「アデカスタブ 3010」、「アデカスタブ PEP-24G」、「アデカスタブ PEP-4C」、「アデカスタブ PEP-36」、「アデカスタブ PEP-45」、「アデカスタブ 1178」、「アデカスタブ 135A」、「アデカスタブ 1178」、「アデカスタブ PEP-8」、「アデカスタブ 329K」、「アデカスタブ 260」、「アデカスタブ 522A」、「アデカスタブ 1500」(以上、(株)ADEKA製)商品名「GSY-P101」、「Chelex-OL」、「Chelex-PC」(以上、堺化学工業(株)製);商品名「JP302」、「JP304」、「JPM313」、「JP308」、「JPP100」、「JPS312」、「JP318E」、「JP333E」、「JPH1200」、「HBP」(以上、城北化学工業(株)製);商品名「SANKO-HCA」(三光(株)製)などが挙げられる。
中でも、酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤が好ましく、特に、フェノール系酸化防止剤が好ましい。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)が酸化防止剤を含む場合、その含有量(配合量)は、特に限定されないが、本発明の硬化性組成物に含まれる活性エネルギー線硬化性化合物の全量(100重量部)に対して、0.05~5重量部が好ましく、より好ましくは0.1~3重量部である。酸化防止剤の含有量が0.05重量部未満であると、硬化物(塗膜)の耐候性が不十分となる場合がある。一方、酸化防止剤の含有量が5重量部を超えると、硬化物(塗膜)が着色しやすくなる場合がある。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、硬化物(塗膜)の耐候性の観点から、上述の紫外線吸収剤及び酸化防止剤からなる群より選択された少なくとも1種を含むことが好ましく、紫外線吸収剤及び酸化防止剤の両方を含むことが好ましい。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)が、紫外線吸収剤及び酸化防止剤の両方を含む場合、その割合(紫外線吸収剤/酸化防止剤)は、特に限定されないが、硬化物(塗膜)の耐候性の観点から、100/1~1/100が好ましく、50/1~1/50がより好ましく、25/1~1/25がさらに好ましい。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)が、紫外線吸収剤及び酸化防止剤の両方を含む場合、その合計含有量は、特に限定されないが、硬化物(塗膜)の耐候性の観点から、本発明の硬化性組成物に含まれる活性エネルギー線硬化性化合物の全量(100重量部)に対して、0.1~10重量部が好ましく、0.5~5重量部がより好ましい。
(1分子内に1個以上の熱重合性官能基と1個以上の光重合性官能基を有する化合物)
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、1分子内に1個以上の熱重合性官能基と1個以上の光重合性官能基を有する化合物(以下、「化合物A」と称する場合がある。)を含むことが好ましい。本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)が、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンと共に化合物Aを含むことにより、硬化物としたときの架橋密度を効果的に高めることができ、硬化物(塗膜)に高い表面硬度と優れた耐候性が付与されやすくなる。
化合物Aが有する「熱重合性官能基」は、化合物Aに熱により重合性を付与する官能基である限り特に限定されないが、例えば、水酸基、エポキシ基、オキセタニル基、ビニルエーテル基などが挙げられ、本発明の塗膜の表面硬度、耐候性の観点から、水酸基、エポキシ基が好ましい。なお、化合物Aが2個以上の熱重合性官能基を有する場合、これらの熱重合性官能基はそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
化合物Aが有する「光重合性官能基」は、化合物Aに光(例えば、紫外線)により重合性を付与する官能基である限り特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基などが挙げられ、本発明の塗膜の表面硬度、耐候性の観点から、(メタ)アクリロイル基が好ましい。なお、化合物Aが2個以上の光重合性官能基を有する場合、これらの光重合性官能基はそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
化合物Aが1分子内に有する熱重合性官能基の数は1個以上であればよく、特に限定されないが、例えば、1~5個が好ましく、より好ましくは1~3個、さらに好ましくは1個又は2個である。また、化合物Aが1分子内に有する光重合性官能基の数は1個以上であればよく、特に限定されないが、例えば、1~5個が好ましく、より好ましくは1~3個、さらに好ましくは1個又は2個である。
化合物Aの熱重合性官能基の官能基当量は、特に限定されないが、50~500が好ましく、より好ましくは80~480、さらに好ましくは120~450である。上記官能基当量が50未満であると、硬化物(塗膜)の耐候性が不十分となる場合がある。一方、上記官能基当量が500を超えると、硬化物(塗膜)の表面硬度が低下する場合がある。なお、化合物Aの熱重合性官能基の官能基当量は、下記式により算出することができる。
[熱重合性官能基の官能基当量]=[化合物Aの分子量]/[化合物Aが有する熱重合性官能基の数]
化合物Aの光重合性官能基の官能基当量は、特に限定されないが、50~500が好ましく、より好ましくは80~480、さらに好ましくは120~450である。上記官能基当量が50未満であると、硬化物(塗膜)の耐候性が不十分となる場合がある。一方、上記官能基当量が500を超えると、硬化物(塗膜)の表面硬度が低下する場合がある。なお、化合物Aの光重合性官能基の官能基当量は、下記式により算出することができる。
[光重合性官能基の官能基当量]=[化合物Aの分子量]/[化合物Aが有する光重合性官能基の数]
化合物Aとしては、具体的には、例えば、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート(トリプロピレングリコールジグリシジルエーテルの両方のエポキシ基に(メタ)アクリル酸を反応させて得られる化合物)、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテルハーフ(メタ)アクリレート(トリプロピレングリコールジグリシジルエーテルの一方のエポキシ基に(メタ)アクリル酸を反応させて得られる化合物)、ビスフェノールAエポキシジ(メタ)アクリレート(ビスフェノールAジグリシジルエーテルの両方のエポキシ基に(メタ)アクリル酸を反応させて得られる化合物)、ビスフェノールAエポキシハーフ(メタ)アクリレート(ビスフェノールAジグリシジルエーテルの一方のエポキシ基に(メタ)アクリル酸又はその誘導体を反応させて得られる化合物)、ビスフェノールFエポキシジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFエポキシハーフ(メタ)アクリレート、ビスフェノールSエポキシジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールSエポキシハーフ(メタ)アクリレートなどの1分子内にエポキシ基及び又は水酸基と(メタ)アクリロイル基とを有する化合物;3-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、3-メチル-3-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、3-エチル-3-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、3-ブチル-3-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、3-へキシル-3-オキセタニルメチル(メタ)アクリレートなどの1分子内にオキセタニル基と(メタ)アクリロイル基とを有する化合物;(メタ)アクリル酸2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸3-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1-メチル-2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸1-メチル-3-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1-ビニロキシメチルプロピル、(メタ)アクリル酸2-メチル-3-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1,1-ジメチル-2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸3-ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸1-メチル-2-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸6-ビニロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸3-ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸2-ビニロキシシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸p-ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸m-ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸o-ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシイソプロポキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシイソプロポキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシイソプロポキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシイソプロポキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシイソプロポキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシイソプロポキシイソプロポキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシイソプロポキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシイソプロポキシエトキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシイソプロポキシイソプロポキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシイソプロポキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシイソプロポキシエトキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシイソプロポキシイソプロポキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(イソプロペノキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(イソプロペノキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(イソプロペノキシエトキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(イソプロペノキシエトキシエトキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコールモノビニルエーテル、(メタ)アクリル酸ポリプロピレングリコールモノビニルエーテルなどの1分子内にビニルエーテル基と(メタ)アクリロイル基とを有する化合物などが挙げられる。
硬化物(塗膜)の耐候性及び表面硬度の観点から、化合物Aとしては、1分子内に熱重合性官能基としてエポキシ基及び/又は水酸基と、光重合性官能基として(メタ)アクリロイル基とを有する化合物が好ましく、具体的は、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテルハーフ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエポキシハーフ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFエポキシハーフ(メタ)アクリレート、ビスフェノールSエポキシハーフ(メタ)アクリレートなどが好ましい。
なお、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)において化合物Aは、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。化合物Aは、公知の方法により製造することができ、例えば、1分子内に2個以上の熱重合性官能基(例えば、エポキシ基、水酸基)を有する化合物の該熱重合性官能基の一部を、光重合性官能基を有するカルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸等)又はその誘導体と反応させる方法などにより得られる。また、上記化合物Aとしては、例えば、商品名「ライトエステルG」、「エポキシエステル200PA」、「エポキシエステル200PA-E5」(以上、共栄社化学(株)製)、商品名「NK OLIGO EA1010N」(新中村化学工業(株)製)などの市販品を使用することもできる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)における上記化合物Aの含有量(配合量)は、特に限定されないが、固形分として、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン、その他の活性エネルギー線硬化性化合物の総量(活性エネルギー線硬化性化合物の全量)100重部に対して、1~100重量部が好ましく、より好ましくは3~75重量部、さらに好ましくは5~50重量部である。化合物Aの含有量を1重量部以上とすることにより、硬化物(塗膜)の耐候性がより向上する傾向がある。一方、化合物Aの含有量を100重量部以下とすることにより、硬化物(塗膜)の表面硬度を維持できる傾向がある。
(フッ素含有光重合性樹脂)
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、フッ素含有光重合性樹脂を含むことが好ましい。フッ素含有光重合性樹脂は、分子内にフルオロ脂肪族炭化水素骨格等のフッ素含有基と光重合性官能基を有する樹脂(オリゴマー)である。本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)が、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンや化合物Aと共にフッ素含有光重合性樹脂を含むことにより、硬化物としたときの塗膜表面の架橋密度を効果的に高めることができ、硬化物(塗膜)の表面の平滑性などの外観を向上させ、表面硬度、耐擦傷性、耐候性及び防汚性を向上させる性質を有する。特に、フッ素含有光重合性樹脂は、化合物Aと共に本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)に配合されることにより、その効果は顕著となる。
フッ素含有光重合性樹脂が有する光重合性官能基としては、上記の化合物Aが有する「光重合性官能基」と同様のものが挙げられ、本発明の塗膜の耐擦傷性、耐候性、防汚性の観点から、(メタ)アクリロイル基が好ましい。なお、フッ素含有光重合性樹脂が2個以上の光重合性官能基を有する場合、これらの光重合性官能基はそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記フッ素含有光重合性樹脂が1分子内に有する光重合性官能基の数は1個以上であればよく、特に限定されないが、例えば、1~5個が好ましく、より好ましくは1~3個である。
上記フッ素含有光重合性樹脂が有する「フッ素含有基」は、フッ素原子を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、フルオロ脂肪族炭化水素骨格を有するものが挙げられる。フルオロ脂肪族炭化水素骨格としては、例えばフルオロメタン、フルオロエタン、フルオロプロパン、フルオロイソプロパン、フルオロブタン、フルオロイソブタン、フルオロt-ブタン、フルオロペンタン、フルオロヘキサン等のフルオロC1-10アルカン等を挙げることができる。
これらのフルオロ脂肪族炭化水素骨格は、少なくとも一部の水素原子がフッ素原子に置換されていればよいが、塗膜の耐擦傷性、耐候性、滑り性及び防汚性を向上できる点から、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロ脂肪族炭化水素骨格が好ましい。
さらに、フルオロ脂肪族炭化水素骨格は、エーテル結合を介した繰り返し単位であるポリフルオロアルキレンエーテル骨格を形成していてもよい。繰り返し単位としてのフルオロ脂肪族炭化水素基は、フルオロメチレン、フルオロエチレン、フルオロプロピレン、フルオロイソプロピレン等のフルオロC1-4アルキレン基からなる群より選択された少なくとも1種であってもよい。ポリフルオロアルキレンエーテル単位の繰り返し数(重合度)は、例えば10~3000であり、好ましくは30~1000であり、より好ましくは50~500である。
上記フッ素含有光重合性樹脂は、上記の「光重合性官能基」、「フッ素含有基」に加えて、シリコーン含有基を有していてもよい。フッ素含有光重合性樹脂が、さらにシリコーン含有基を有することにより、本発明のポリオルガノシルセスキオキサンとの親和性が向上し、硬化物(塗膜)の表面硬度、耐擦傷性、耐候性、防汚性が、さらに向上する傾向がある。シリコーン含有基はポリオルガノシロキサン骨格を有する基であり、M単位、D単位、T単位、Q単位で形成されたポリオルガノシロキサンであればよいが、通常、D単位で形成されたポリオルガノシロキサンが好ましく使用される。ポリオルガノシロキサンの有機基としては、通常、C1-4アルキル基、アリール基が使用され、メチル基、フェニル基(特にメチル基)が汎用される。シロキサン単位の繰り返し数(重合度)は、例えば2~3000であり、好ましくは3~2000であり、より好ましくは5~1000である。
上記フッ素含有光重合性樹脂としては、市販品を使用でき、例えば、商品名「メガファックRS-56」、「メガファックRS-75」、「メガファックRS-72-K」、「メガファックRS-76-E」、「メガファックRS-76-NS」、「メガファックRS-78」、「メガファックRS-90」(以上、DIC(株)製);商品名「フタージェント601AD」、「フタージェント601ADH2」、「フタージェント602A」、「フタージェント650AC」、「フタージェント681」(以上、ネオス(株)製)等を使用することができる。
これらのフッ素含有光重合性樹脂は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)における上記フッ素含有光重合性樹脂の含有量(配合量)は、特に限定されないが、固形分として、本発明のポリオルガノシルセスキオキサン、その他の活性エネルギー線硬化性化合物の総量(活性エネルギー線硬化性化合物の全量)100重部に対して、例えば0.01~15重量部、好ましくは0.05~10重量部、より好ましくは0.01~5重量部、さらに好ましくは0.2~3重量部である。フッ素含有光重合性樹脂の含有量を0.01重量部以上とすることにより、硬化物(塗膜)の耐擦傷性、耐候性・防汚性がより向上する傾向がある。
[溶剤]
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)には、好ましくは溶剤がさらに含有されていてもよい。溶剤としては、上記ポリオルガノシルセスキオキサン、及び必要に応じて使用される添加物を溶解することができ、且つ重合を阻害しないものであれば特に制限されることはない。
溶剤は、金属基材に塗布するのに適した流動性を付与することができ、且つ重合の進行を抑制可能な温度において加熱することにより容易に除去できる溶剤を使用することが好ましく、沸点(1気圧における)が170℃以下の溶剤(例えば、トルエン、キシレン、メシチレンなどの芳香族系溶剤、酢酸ブチルなどのエステル類、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、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などのエーテル類等)を1種又は2種以上使用することが好ましい。
溶剤は、硬化性組成物(ハードコート剤)に含まれる不揮発分の濃度が例えば5~100重量%程度、好ましくは10~80重量%、特に好ましくは20~70重量%となる範囲で使用することが、塗布性に優れる点で好ましい。ただし、添加量は適度な膜厚が達成できる粘度に調整されるべき最適な添加量を選択すべきで上記範囲に限定されるものではない。溶剤の使用量が過剰であると、硬化性組成物(ハードコート剤)の粘度が低くなり適度な膜厚(例えば、0.5~30μm程度)の塗膜を形成することが困難となる傾向がある。一方、溶剤の使用量が少なすぎると、硬化性組成物(ハードコート剤)の粘度が高くなりすぎ、金属基材に均一に塗布することが困難となる傾向がある。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、さらに、その他任意の成分として、沈降シリカ、湿式シリカ、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、酸化チタン、アルミナ、ガラス、石英、アルミノケイ酸、酸化鉄、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、カーボンブラック、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の無機質充填剤、これらの充填剤をオルガノハロシラン、オルガノアルコキシシラン、オルガノシラザン等の有機ケイ素化合物により処理した無機質充填剤;シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の有機樹脂微粉末;銀、銅等の導電性金属粉末等の充填剤、硬化助剤、安定化剤(耐光安定剤、熱安定化剤、重金属不活性化剤など)、難燃剤(リン系難燃剤、ハロゲン系難燃剤、無機系難燃剤など)、難燃助剤、補強材(他の充填剤など)、核剤、カップリング剤(シランカップリング剤等)、滑剤、ワックス、可塑剤、離型剤、耐衝撃改良剤、色相改良剤、透明化剤、レオロジー調整剤(流動性改良剤など)、加工性改良剤、着色剤(染料、顔料など)、帯電防止剤、分散剤、表面調整剤(消泡剤、レベリング剤、ワキ防止剤など)、表面改質剤(スリップ剤など)、艶消し剤、消泡剤、抑泡剤、脱泡剤、抗菌剤、防腐剤、粘度調整剤、増粘剤、光増感剤、発泡剤などの慣用の添加剤を含んでいてもよい。これらの添加剤は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用できる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、特に限定されないが、上記の各成分を室温で又は必要に応じて加熱しながら攪拌・混合することにより調製することができる。なお、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、各成分があらかじめ混合されたものをそのまま使用する1液系の組成物として使用することもできるし、例えば、別々に保管しておいた2以上の成分を使用前に所定の割合で混合して使用する多液系(例えば、2液系)の組成物として使用することもできる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、特に限定されないが、常温(約25℃)で液体であることが好ましい。より具体的には、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、溶媒20%に希釈した液[特に、メチルイソブチルケトンの割合が20重量%である硬化性組成物(溶液)]の25℃における粘度として、300~20000mPa・sが好ましく、より好ましくは500~10000mPa・s、さらに好ましくは1000~8000mPa・sである。上記粘度を300mPa・s以上とすることにより、硬化物(塗膜)の耐候性がより向上する傾向がある。一方、上記粘度を20000mPa・s以下とすることにより、硬化性組成物(ハードコート剤)の調製や取り扱いが容易となり、また、硬化物(塗膜)中に気泡が残存しにくくなる傾向がある。なお、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)の粘度は、粘度計(商品名「MCR301」、アントンパール社製)を用いて、振り角5%、周波数0.1~100(1/s)、温度:25℃の条件で測定される。
[硬化物]
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、活性エネルギー線を照射して、活性エネルギー線硬化性化合物(本発明のポリオルガノシルセスキオキサン等)の重合反応を進行させることにより、該硬化性組成物(ハードコート剤)を硬化させることができるので、硬化物(「本発明の硬化物」と称する場合がある)を良好な生産効率で得ることができる。上記活性エネルギー線としては、例えば、赤外線、可視光線、紫外線、X線、電子線、α線、β線、γ線等のいずれを使用することもできる。中でも、取り扱い性に優れる点で、紫外線が好ましい。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)を活性エネルギー線の照射により硬化させる際の条件(活性エネルギー線の照射条件等)は、照射する活性エネルギー線の種類やエネルギー、硬化物の形状やサイズ等に応じて適宜調整することができ、特に限定されないが、紫外線を照射する場合には、例えば1~5000mJ/cm2程度とすることが好ましい。なお、活性エネルギー線の照射には、例えば、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、カーボンアーク、メタルハライドランプ、太陽光、LEDランプ、レーザー等を使用することができる。活性エネルギー線の照射後には、さらに加熱処理(アニール、エージング)を施してさらに硬化反応を進行させることができる。
具体的な硬化条件としては、特に限定されないが、例えば、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)を、まず、好ましくは60℃以上、より好ましくは120℃以上、さらに好ましくは150℃以上で、好ましくは1分以上、より好ましくは2分以上、さらに好ましくは5分以上熱処理(プレベイク)し、次いで、紫外線を照射し(照射条件(照射量):好ましくは400mJ/cm2以上;照射強度:260mW/cm2以上)、最後に、好ましくは120℃以上で、好ましくは0.5時間以上熱処理(エージング)する ことによって硬化させることができる。ただし、硬化条件はこの範囲に限定されるものではなく、プリベイク温度、時間、およびエージング温度、時間は使用する溶剤により適宜選択でき、また、紫外線照射条件も使用する光硬化触媒により適宜選択できる。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は上述のように、硬化させることによって、高い耐候性、耐擦傷性と表面硬度を有し、柔軟性に優れた硬化物を形成できる。従って、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)は、特に、金属基材の表面に優れた耐候性を有するハードコート層を形成するための「金属用耐候性ハードコート組成物」(「金属用耐候性ハードコート層形成用硬化性組成物」等と称される場合がある)として特に好ましく使用できる。本発明の硬化性組成物を金属用耐候性ハードコート組成物として用い、該組成物より形成された塗膜(ハードコート層)を有する塗装金属基材は、高耐候性、高硬度及び高耐擦傷性を維持しながら、優れた柔軟性を有し、打ち抜き加工やプレス成形加工等の各種加工処理での製造が可能である。
本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)を、例えば、150℃で5分間熱処理(プレベイク)し、紫外線を照射し(照射条件(照射量):400mJ/cm2、照射強度:260mW/cm2)、120℃で0.5時間熱処理(エージング)することによって得られる硬化物は、優れた表面硬度及び耐擦傷性、耐候性を有する。具体的には、該硬化物は、好ましくはH以上、より好ましくは2H以上、さらに好ましくは3H以上、さらに好ましくは4H以上、特に好ましくは5H以上の鉛筆硬度を有する。また、該硬化物が後述の実施例の高輝度キセノンウェザオメーター試験を3000時間受けた後の光沢度保持率(%)は、好ましくは15%以上、より好ましくは40%以上、さらに好ましくは60%以上であり、色差(ΔE)は、好ましくは20未満、より好ましくは15未満、さらに好ましくは10未満である。
[塗装金属基材]
本発明の塗装金属基材は、金属基材と、該金属基材の少なくとも一方の表面に形成された塗膜とを有する塗装金属基材であって、前記塗膜が、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)により形成された硬化物の層(本発明の硬化性組成物の硬化物層)であることを特徴としている。なお、本明細書においては、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)により形成された上記塗膜を「本発明の塗膜」と称する場合がある。
なお、本発明の塗装金属基材における本発明の塗膜は、上記金属基材の一方の表面(片面)のみに形成されていてもよいし、両方の表面(両面)に形成されていてもよい。
また、本発明の塗装金属基材における本発明の塗膜は、上記金属基材のそれぞれの表面において、一部のみに形成されていてもよいし、全面に形成されていてもよい。
本発明の塗装金属基材における金属基材は、塗装金属基材の基材であって、本発明の塗膜以外を構成する部分をいう。上記金属基材としては、自動車、電化製品、建築部材等の特に屋外で使用される金属基材が好ましく、例えば、熱延鋼板、冷延鋼板、亜鉛メッキ鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、亜鉛合金めっき鋼板、アルミニウム-亜鉛合金メッキ鋼板、アルミメッキ鋼板、銅めっき鋼板、亜鉛ニッケルめっき鋼板、亜鉛アルミめっき鋼板、鉄-亜鉛メッキ鋼板、スズめっき鋼板等のめっき鋼板や、ステンレス鋼板、アルミ板、銅板、アルミ合金板、電磁鋼板等の各種金属基材等を使用することができる。
本発明の塗装金属基材における金属基材は、本発明の塗膜との接着性を向上させるために下塗り層や中塗り層で被覆されていてもよい下塗り層や中塗り層を形成するための塗料としては、公知のプライマー塗料などを使用することができ、例えば、アクリル系塗料、ウレタン系塗料、ポリエステル系塗料、エポキシ系塗料等が例示できる。
上記金属基材の表面の一部又は全部には、粗化処理、易接着処理、静電気防止処理、サンドブラスト処理(サンドマット処理)、コロナ放電処理、プラズマ処理、ケミカルエッチング処理、ウォーターマット処理、火炎処理、酸処理、アルカリ処理、酸化処理、紫外線照射処理、シランカップリング剤処理等の公知乃至慣用の表面処理が施されていてもよい。
前記金属基材は、板状、球状の形状からなるものであってもよく、更には、外力や温度の影響によって変形等を引き起こしやすいフィルム状またはシート状であってもよく、それらの表面に微細な凹凸を有するものであってもよい。
上記金属基材の厚みは、特に限定されないが、例えば、0.01~10mmの範囲から適宜選択することができる。
本発明の塗装金属基材における本発明の塗膜は、本発明の塗装金属基材における少なくとも一方の表面層を構成する層であり、本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)を硬化させることにより得られる硬化物(樹脂硬化物)により形成された層(硬化物層)である。
本発明の塗膜の厚み(金属基材の両面に本発明の塗膜を有する場合は、それぞれの塗膜の厚み)は、特に限定されないが、1~200μmが好ましく、より好ましくは3~150μmである。特に、本発明の塗膜は、薄い場合(例えば、厚み5μm以下の場合)であっても、表面の高硬度を維持すること(例えば、鉛筆硬度をH以上とすること)が可能である。また、厚い場合(例えば、厚み50μm以上の場合)であっても、硬化収縮等に起因するクラック発生等の不具合が生じにくいため、厚膜化によって鉛筆硬度を著しく高めること(例えば、鉛筆硬度を2H以上とすること)が可能である。
本発明の塗装金属基材は、公知乃至慣用の塗装金属基材の製造方法に準じて製造することができ、その製造方法は特に限定されないが、例えば、上記金属基材の少なくとも一方の表面に本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)を、例えば、ロールコーター法、スプレー法、ディッピング法、はけ塗り法、カーテンコーター法、フローコーター法、浸漬法等の方法で前記金属基材表面に塗装し、必要に応じて溶剤を乾燥によって除去した後、該硬化性組成物(ハードコート剤)を硬化させることにより製造できる。硬化性組成物(ハードコート剤)を硬化させる際の条件は、特に限定されず、例えば、上述の硬化物を形成する際の条件から適宜選択可能である。
本発明の塗装金属基材における塗膜は、既存の塗膜を有する金属基材の上層に形成されるクリアハードコートであってもよい。その場合は、金属基材における既存の塗膜の表面に透明な本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)を、上記の方法で塗布し、硬化させればよい。これにより、既存の塗膜の色彩を活かしつつ、高耐候性、高硬度、及び高耐擦傷性を付与することができる。既存の塗膜は、単層であっても、多層(例えば、下塗り、中塗り、上塗り等)であてもよい。
特に、本発明の塗装金属基材における本発明の塗膜は、柔軟性に優れた硬化物を形成できる本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)より形成された塗膜であるため、本発明の塗装金属基材は、打ち抜き加工やプレス成形加工等の各種加工処理による成形加工での製造が可能であり、その生産性を著しく高めることが可能である。
本発明の塗装金属基材の厚みは、特に限定されず、0.1~10mmの範囲から適宜選択することができる。
本発明の塗装金属基材の本発明の塗膜表面の鉛筆硬度は、特に限定されないが、H以上が好ましく、より好ましくは2H以上、さらに好ましくは3H以上、さらに好ましくは4H以上、特に好ましくは5H以上である。なお、鉛筆硬度は、JIS K5600-5-4に記載の方法に準じて評価することができる。
本発明の塗装金属基材は、高耐候性、高硬度、及び高耐擦傷性を維持しながら、柔軟性を有し、基材追従性に優れることから、予め本発明の硬化性組成物(ハードコート剤)によって塗膜が形成された金属基材を作製し、次いで、該金属基材を打ち抜き加工やプレス成形加工等によって成形加工することが可能であるため、高い品質を有し、生産性にも優れる。このため、このような特性が要求されるあらゆる用途に好ましく使用することができる。本発明の塗装金属基材は、例えば、外壁や屋根等の建築部材、ガードレール、防音壁、排水溝等の土木部材、家電製品、産業機械、自動車等の部品を構成する各種金属基材の表面被覆に好適に使用することができる。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、生成物の分子量の測定は、Alliance HPLCシステム 2695(Waters製)、Refractive Index Detector 2414(Waters製)、カラム:Tskgel GMHHR-M・2(東ソー(株)製)、ガードカラム:Tskgel guard column HHRL(東ソー(株)製)、カラムオーブン:COLUMN HEATER U-620(Sugai製)、溶媒:THF、測定条件:40℃により行った。また、生成物におけるT2体とT3体の割合[T3体/T2体]の測定は、JEOL ECA500(500MHz)による29Si-NMRスペクトル測定により行った。また、実施例1,2,4,5は参考例1~4に読み替えるものとする。
製造例1:エポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの製造
温度計、攪拌装置、還流冷却器、及び窒素導入管を取り付けた1000ミリリットルのフラスコ(反応容器)に、窒素気流下で2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン277.2ミリモル(68.30g)、フェニルトリメトキシシラン3.0ミリモル(0.56g)、及びアセトン275.4gを仕込み、50℃に昇温した。このようにして得られた混合物に、5%炭酸カリウム水溶液7.74g(炭酸カリウムとして2.8ミリモル)を5分で添加した後、水2800.0ミリモル(50.40g)を20分かけて添加した。なお、添加の間、著しい温度上昇は起こらなかった。その後、50℃のまま、重縮合反応を窒素気流下で5時間行った。
その後、反応溶液を冷却すると同時に、メチルイソブチルケトン137.70gと5%食塩水100.60gとを投入した。この溶液を1Lの分液ロートに移し、再度メチルイソブチルケトン137.70gを投入し、水洗を行った。分液後、水層を抜き取り、下層液が中性になるまで水洗を行い、上層液を分取した後、1mmHg、50℃の条件で上層液から溶媒を留去し、メチルイソブチルケトンを25.04重量%含有する無色透明で液状の生成物(エポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサン)を75.18g得た。
生成物を分析したところ、数平均分子量は2235であり、分子量分散度は1.54であった。上記生成物の29Si-NMRスペクトルから算出されるT2体とT3体の割合[T3体/T2体]は11.9であった。
得られたエポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの1H-NMRチャートを図1、29Si-NMRチャートを図2にそれぞれ示す。
製造例2:エポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの製造(1)
温度計、攪拌装置、還流冷却器、及び窒素導入管を取り付けた1000ミリリットルのフラスコ(反応容器)に、窒素気流下に製造例1で得られたエポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを含む混合物(75g)を仕込み、エポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの正味含有量(56.2g)に対して水酸化カリウムを100ppm(5.6mg)、水を2000ppm(112mg)添加し、80℃で18時間加熱した時点でサンプリングして分子量を測定したところ、数平均分子量Mnが6000まで上昇しており、その後室温まで冷却し、メチルイソブチルケトンを300mL添加し、水を300mL添加し、水洗を繰り返すことでアルカリ成分を除去して濃縮すると、メチルイソブチルケトンを25重量%含有する無色透明で液状の生成物(エポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサン1)を74.5g得た。
生成物を分析したところ、数平均分子量は6176であり、分子量分散度は2.31であった。上記生成物の29Si-NMRスペクトルから算出されるT2体とT3体の割合[T3体/T2体]は50.2であった。
得られたエポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサン1の1H-NMRチャートを図3、29Si-NMRチャートを図4にそれぞれ示す。
製造例3:エポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの製造(2)
温度計、攪拌装置、還流冷却器、及び窒素導入管を取り付けた1000ミリリットルのフラスコ(反応容器)に、窒素気流下に製造例1と同様の方法で得られたエポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを含む混合物(75g)を仕込み、エポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの正味含有量(56.2g)に対して炭酸カリウムを100ppm(5.6mg)、水を2000ppm(112mg)添加し、80℃で18時間加熱した時点でサンプリングして分子量を測定したところ、数平均分子量Mnが4800まで上昇しており、その後室温まで冷却し、メチルイソブチルケトンを300mL添加し、水を300mL添加し、水洗を繰り返すことでアルカリ成分を除去して濃縮すると、メチルイソブチルケトンを25重量%含有する無色透明で液状の生成物(エポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサン2)を74.5g得た。
製造例4:エポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの製造(3)
温度計、攪拌装置、還流冷却器、及び窒素導入管を取り付けた1000ミリリットルのフラスコ(反応容器)に、窒素気流下に製造例1と同様の方法で得られたエポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを含む混合物(75g)を仕込み、エポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの正味含有量(56.2g)に対して炭酸カリウムを100ppm(5.6mg)、水を2000ppm(112mg)添加し、80℃で3時間加熱した時点でサンプリングして分子量を測定したところ、数平均分子量Mnが3500まで上昇しており、その後室温まで冷却し、メチルイソブチルケトンを300mL添加し、水を300mL添加し、水洗を繰り返すことでアルカリ成分を除去して濃縮すると、メチルイソブチルケトンを25重量%含有する無色透明で液状の生成物(エポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサン3)を74.5g得た。
生成物を分析したところ、数平均分子量は3500であり、分子量分散度は2.14であった。上記生成物の29Si-NMRスペクトルから算出されるT2体とT3体の割合[T3体/T2体]は21であった。
得られたエポキシ基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサン3の1H-NMRチャートを図5、29Si-NMRチャートを図6にそれぞれ示す。
製造例5:アクリル基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの製造
温度計、攪拌装置、還流冷却器、及び窒素導入管を取り付けた1000ミリリットルのフラスコ(反応容器)に、窒素気流下で3-(アクリルオキシ)プロピルトリメトキシシラン370ミリモル(80g)、及びアセトン320gを仕込み、50℃に昇温した。このようにして得られた混合物に、5%炭酸カリウム水溶液10.144g(炭酸カリウムとして3.67ミリモル)を5分で添加した後、水3670.0ミリモル(66.08g)を20分かけて添加した。なお、添加の間、著しい温度上昇は起こらなかった。その後、50℃のまま、重縮合反応を窒素気流下で2時間行った。
その後、反応溶液を冷却すると同時に、メチルイソブチルケトン160gと5%食塩水99.056gとを投入した。この溶液を1Lの分液ロートに移し、再度メチルイソブチルケトン160gを投入し、水洗を行った。分液後、水層を抜き取り、下層液が中性になるまで水洗を行い、上層液を分取した後、1mmHg、50℃の条件で上層液から溶媒を留去し、メチルイソブチルケトンを22.5重量%含有する無色透明で液状の生成物(アクリル基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサン)を71g得た。
生成物を分析したところ、数平均分子量は2051であり、分子量分散度は1.29であった。上記生成物の29Si-NMRスペクトルから算出されるT2体とT3体の割合[T3体/T2体]は13.4であった。
得られたアクリル基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの1H-NMRチャートを図7、29Si-NMRチャートを図8にそれぞれ示す。
製造例6:アクリル基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサンの製造(1)
温度計、攪拌装置、還流冷却器、及び窒素導入管を取り付けた1000ミリリットルのフラスコ(反応容器)に、窒素気流下に製造例5で得られたアクリル基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサンを含む混合物(71g)を仕込み、アクリル基含有低分子量ポリオルガノにシルセスキオキサンの正味含有量(55.0g)に対して水酸化カリウムを10ppm(0.55mg)、水を2000ppm(110mg)添加し、40℃で30時間加熱した時点でサンプリングして分子量を測定したところ、数平均分子量Mnが5693まで上昇しており、その後室温まで冷却し、メチルイソブチルケトンを300mL添加し、水を300mL添加し、水洗を繰り返すことでアルカリ成分を除去して濃縮すると、メチルイソブチルケトンを25重量%含有する無色透明で液状の生成物(アクリル基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサン)を71g得た。
生成物を分析したところ、数平均分子量は5693であり、分子量分散度は2.58であった。上記生成物の29Si-NMRスペクトルから算出されるT2体とT3体の割合[T3体/T2体]は47.3であった。
得られたアクリル基含有高分子量ポリオルガノシルセスキオキサン1の1H-NMRチャートを図9、29Si-NMRチャートを図10にそれぞれ示す。
実施例1:ハードコート剤の製造
製造例1で得られたエポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサン100重量部、及び光カチオン重合開始剤(商品名「CPI-210S」、サンアプロ(株)製)1.5重量部の混合溶液を作製し、これをハードコート液(硬化性組成物)として使用した。
実施例2:ハードコート剤の製造
製造例5で得られたアクリル基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサン80重量部、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート(商品名「IRR214K」、ダイセル・オルネクス(株)製)20重量部、紫外線吸収剤(商品名「TINUVIN1130」、BASF製)3重量部、及び光ラジカル重合開始剤(商品名「Omnirad184」、IGM Resins B.V.製)3重量部の混合溶液を作製し、これをハードコート液(硬化性組成物)として使用した。
実施例3:ハードコート剤の製造
製造例1で得られたエポキシ基含有低分子量ポリオルガノシルセスキオキサン80重量部、化合物A(1分子内に1個以上の熱重合性官能基と1個以上の光重合性官能基を有する化合物)(商品名「エポキシエステル200PA-5E」、共栄社化学(株)製)8重量部、フッ素含有光重合性樹脂(商品名「メガファックRS-76-E」、DIC(株)製)0.6重量部、酸化防止剤(商品名「Irganox1330」、BASF製)0.2重量部、紫外線吸収剤(商品名「TINUVIN1130」、BASF製)2重量部、メチルエチルケトン(富士フイルム和光純薬(株)製)14重量部、及び光カチオン重合開始剤(商品名「CPI-210S」、サンアプロ(株)製)1.1重量部の混合溶液を作製し、これをハードコート液(硬化性組成物)として使用した。
比較例1:ハードコート剤の製造
脂肪族ウレタンアクリレート(商品名「KRM8667」、ダイセル・オルネクス(株)製)80重量部、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート(商品名「IRR214K」、ダイセル・オルネクス(株)製)20重量部、及び光ラジカル重合開始剤(商品名「Omnirad1173」、IGM Resins B.V.製)5重量部の混合溶液を作製し、これをハードコート液(硬化性組成物)として使用した。
実施例4~6、比較例2:塗装金属基板の製造
実施例1~3及び比較例1で得られたハードコート液を、あらかじめエポキシプライマー(日本ファインコーティングス社製のプライマー「ファインタフC JT-25」)を塗布した厚さ0.4mmの亜鉛メッキ鋼板上に、乾燥膜厚が20μmになるようにワイヤーバーを使用して流延塗装し、150℃のオーブン内で5分間放置(プレベイク)し、次いで紫外線を照射した(照射条件(照射量):400mJ/cm2、照射強度:260W/cm2)。最後に120℃で0.5時間熱処理(エージング)することによって、上記ハードコート液の塗工膜を硬化させた塗膜を有する塗装金属基材を作製した。
上記で得た塗装金属基材について、以下の方法により各種評価を行った。
(1)耐候性試験(高輝度キセノン照射試験)
実施例4~6、比較例2で得た塗装金属基材について、下記条件で耐候性(色差、光沢度保持率)を評価した。結果を表1に示す。
・高輝度キセノンウェザオメーター試験
試験機器 :キセノンウェザーメーター Ci4000(ATLAS製)
試験温度 :63℃
試験湿度 :RH50%
降雨 :120分中18分降雨
照射照度 :100W/m2(300~400nm)
フィルター:内/外=ボロシリケートタイプS/ボロシリケートタイプS
照射面 :塗膜面
照射時間 :3000時間
・色差試験
試験機器 :カラーメーターSE7700(日本電色工業(株)製)
測定法 :透過法
光源 :C
視野角度 :2°
幾何条件 :(0°/0)
試験数 :n=1
測定 :初期値色相と3000時間照射後試料の色相から色差(ΔE)を求める。
・光沢度試験
試験機器 :グロスメーターVG2000(日本電色工業(株)製)
測定角度 :20°
試験数 :n=1
測定 :照射前の光沢度と各時間照射後の光沢度を測定し、下記式より光沢度保持率を算出しした。
光沢度保持率(%):3000時間照射後の光沢度/照射前の光沢度×100
Figure 0007312544000032
(2)表面硬度(鉛筆硬度)
実施例6及び比較例2で得た塗装金属基材における塗膜表面の鉛筆硬度を、JIS K5600-5-4(750g荷重)に準じて評価した。結果を表2に示す。
(3)耐擦傷性
実施例6及び比較例2で得た塗装金属基材における塗膜表面に対し、#0000スチールウールを荷重500g/cm2にて1000往復させ、塗膜表面に付いた傷の有無及びその本数を確認し、以下の基準で耐擦傷性を評価した。結果を表2に示す。
◎(耐擦傷性が極めて良好):傷の本数が0本
○(耐擦傷性が良好):傷の本数が1~10本
×(耐擦傷性が不良):傷の本数が10本を超える
(4)柔軟性(マンドレル試験)
実施例6及び比較例2で得た塗装金属基材における塗膜表面の屈曲性を、JIS K5600-5-1(耐屈曲性(円筒形マンドレル))に準じて評価した。評価に用いたマンドレルは直径4mmを用いた。結果を表2に示す。
〇:クラックなし
×:クラックあり
Figure 0007312544000033

Claims (23)

  1. 下記式(1)で表される構成単位を有するポリオルガノシルセスキオキサンを含み、
    さらに、1分子内に1個以上の熱重合性官能基と1個以上の光重合性官能基を有する化合物を含み、
    前記1分子内に1個以上の熱重合性官能基と1個以上の光重合性官能基を有する化合物として、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテルハーフ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエポキシジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエポキシハーフ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFエポキシジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFエポキシハーフ(メタ)アクリレート、ビスフェノールSエポキシジ(メタ)アクリレート、及びビスフェノールSエポキシハーフ(メタ)アクリレートからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含み、
    前記1分子内に1個以上の熱重合性官能基と1個以上の光重合性官能基を有する化合物が固形分として、活性エネルギー線硬化性化合物の全量100重量部に対して、1~75重量部含むことを特徴とする金属用耐候性ハードコート組成物。
    Figure 0007312544000034
    [式(1)中、R1は、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基を示す。]
  2. 前記ポリオルガノシルセスキオキサンが、さらに、下記式(I)
    Figure 0007312544000035
    [式(I)中、Raは、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアラルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルケニル基、又は水素原子を示す。]
    で表される構成単位と、下記式(II)
    Figure 0007312544000036
    [式(II)中、Rbは、活性エネルギー線硬化性官能基を含有する基、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアラルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアルケニル基、又は水素原子を示す。Rcは、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を示す。]
    で表される構成単位を有し、前記式(I)で表される構成単位と前記式(II)で表される構成単位のモル比[式(I)で表される構成単位/式(II)で表される構成単位]が5以上500以下である請求項1に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  3. 前記ポリオルガノシルセスキオキサンの数平均分子量が、1000~50000である請求項1又は2に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  4. 前記ポリオルガノシルセスキオキサンが、さらに、下記式(4)
    Figure 0007312544000037
    [式(4)中、R1は、式(1)におけるものと同じ。Rcは、式(II)におけるものと同じ。]
    で表される構成単位を有し、シロキサン構成単位の全量(100モル%)に対する前記式(1)で表される構成単位及び前記式(4)で表される構成単位の割合が55~100モル%である請求項1~3のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  5. 前記ポリオルガノシルセスキオキサンの分子量分散度(重量平均分子量/数平均分子量)が、1.0~4.0である請求項1~4のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  6. 前記ポリオルガノシルセスキオキサンが、さらに、下記式(2)
    Figure 0007312544000038
    [式(2)中、R2は、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアラルキル基、置換若しくは無置換のシクロアルキル基、置換若しくは無置換のアルキル基、又は、置換若しくは無置換のアルケニル基を示す。]
    で表される構成単位を有する請求項1~5のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  7. 前記R2が、置換若しくは無置換のアリール基である請求項6に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  8. 前記活性エネルギー線硬化性官能基が、エポキシ基である請求項1~7のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  9. 前記R1が、前記式(1a)
    Figure 0007312544000039
    [式(1a)中、R1aは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]
    で表される基、下記式(1b)
    Figure 0007312544000040
    [式(1b)中、R1bは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]
    で表される基、下記式(1c)
    Figure 0007312544000041
    [式(1c)中、R1cは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]
    で表される基、又は、下記式(1d)
    Figure 0007312544000042
    [式(1d)中、R1dは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]
    で表される基である請求項1~8のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  10. 前記活性エネルギー線硬化性官能基が、(メタ)アクリルオキシ基である請求項1~7のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  11. さらに、光硬化触媒を含む請求項1~9のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  12. 前記光硬化触媒が光カチオン重合開始剤である請求項11に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  13. 前記光硬化触媒が光ラジカル重合開始剤である請求項11に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  14. さらに、(メタ)アクリルオキシ基を1分子内に1つ以上有する化合物を含む請求項1~13のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  15. さらに、紫外線吸収剤及び酸化防止剤からなる群より選択された少なくとも1種を含む請求項1~14のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物。
  16. さらに、フッ素含有光重合性樹脂を含む請求項1~15のいずれか1項に記載の金属基材用耐候性ハードコート組成物。
  17. クリアハードコート用塗料である請求項1~16のいずれか1項に記載の金属基材用耐候性ハードコート組成物。
  18. 請求項1~17のいずれか1項に記載の金属用耐候性ハードコート組成物の硬化物。
  19. 金属基材と、該金属基材の少なくとも一方の表面に形成された塗膜とを有する塗装金属基材であって、前記塗膜が、請求項18に記載の硬化物の層であることを特徴とする塗装金属基材。
  20. 前記塗膜の厚さが1~200μmである請求項19に記載の塗装金属基材。
  21. 下記硬化条件で硬化させることによって得られる硬化物の下記で定義される鉛筆硬度がH以上、下記で定義される色差(ΔE)が20未満、下記で定義される光沢度保持率が15%以上であることを特徴とする、請求項2に記載の金属基材用耐候性ハードコート組成物。
    ・硬化条件
    プレベイク:150℃で5分間
    紫外線照射:照射量:400mJ/cm2、照射強度:260mW/cm2
    エージング:120℃で0.5時間
    ・鉛筆硬度
    JIS K5600-5-4(750g荷重)に準拠して測定。
    ・色差(ΔE)
    下記条件の高輝度キセノンウェザオメーター試験の初期値色相と3000時間照射後試料の色相から色差(ΔE)を求める。
    ・光沢度保持率(%)
    下記条件の高輝度キセノンウェザオメーター試験の照射前の光沢度と3000時間照射後の光沢度を測定し、下記式より光沢度保持率を算出する。
    光沢度保持率(%):3000時間照射後の光沢度/照射前の光沢度×100
    ・高輝度キセノンウェザオメーター試験
    試験温度 :63℃
    試験湿度 :RH50%
    降雨 :120分中18分降雨
    照射照度 :100W/m2(300~400nm)
    フィルター:内/外=ボロシリケートタイプS/ボロシリケートタイプS
    照射時間 :3000時間
  22. 請求項21に記載の金属基材用耐候性ハードコート組成物の硬化物であって、下記で定義される鉛筆硬度がH以上、下記で定義される色差(ΔE)が20未満、並びに下記で定義される光沢度保持率が15%以上であることを特徴とする、硬化物。
    ・鉛筆硬度
    JIS K5600-5-4(750g荷重)に準拠して測定。
    ・色差(ΔE)
    下記条件の高輝度キセノンウェザオメーター試験の初期値色相と3000時間照射後試料の色相から色差(ΔE)を求める。
    ・光沢度保持率(%)
    下記条件の高輝度キセノンウェザオメーター試験の照射前の光沢度と3000時間照射後の光沢度を測定し、下記式より光沢度保持率を算出する。
    光沢度保持率(%):3000時間照射後の光沢度/照射前の光沢度×100
    ・高輝度キセノンウェザオメーター試験
    試験温度 :63℃
    試験湿度 :RH50%
    降雨 :120分中18分降雨
    照射照度 :100W/m2(300~400nm)
    フィルター:内/外=ボロシリケートタイプS/ボロシリケートタイプS
    照射時間 :3000時間
  23. 金属基材と、該金属基材の少なくとも一方の表面に形成された塗膜とを有する塗装金属基材であって、前記塗膜が、請求項22に記載の硬化物の層であることを特徴とする塗装金属基材。
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