JP7699012B2 - 活性エネルギー線硬化性組成物及び硬化物 - Google Patents

活性エネルギー線硬化性組成物及び硬化物 Download PDF

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Description

本発明は、活性エネルギー線硬化性組成物及び硬化物に関する。
従来、有機ELディスプレイ等ディスプレイ用の材料として、活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物が使用されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
近年、上記のようなディスプレイとして、折り曲げ可能ないわゆるフレキシブルディスプレイが開発されている。これに伴い、ディスプレイ用の材料には、折り曲げて破損しない耐折り曲げ特性が要求されている。
しかしながら、従来の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物では、耐折り曲げ特性が不十分であり、十分な耐折り曲げ特性を実現するために、伸びと弾性率とを高水準で両立できることが求められていた。また、硬化物自体が吸水、吸湿により劣化する場合があり、低吸水率であることも求められる。
特開2013-133427号公報 特開2012-194212号公報
本発明の課題は、吸水率が低く、伸びと弾性率とが共に優れる硬化物を与える活性エネルギー線硬化性組成物を提供することにある。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
即ち本発明は、脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、下記一般式(1)式で示されるα-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)、ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)及び光重合開始剤(E)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物であって、
前記ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)がポリオール(a)とポリイソシアネート(b)と活性水素基含有(メタ)アクリレート(c)とを構成原料として含むウレタン(メタ)アクリレートであり、
前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、前記一般式(1)式で示されるα-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及び前記ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)が20重量%~70重量%、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)が5重量%~40重量%、前記一般式(1)式で示されるα-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)が5重量%~30重量%、前記ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)が10重量%~40重量%、前記光重合開始剤(E)が2重量%~10重量%である活性エネルギー線硬化性組成物;前記活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる硬化物である。
Figure 0007699012000001

[式(1)中、Rは、水素原子又は炭素数1~30の有機基を表す。R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1~6のアルキル基である。]
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物は、吸水率が低く、伸びと弾性率とが共に優れるという効果を奏する。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)、ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)及び光重合開始剤(E)を含有する。
なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」の表記は、アクリレート及び/又はメタクリレートを意味し、「(メタ)アクリル」の表記は、アクリル及び/又はメタクリルを意味し、「(メタ)アクリロイル」の表記は、アクリロイル及び/又はメタクリロイルを意味する。
脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)としては、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート及びアダマンチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
前記の脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)の内、硬化物の伸び及び弾性率の観点から好ましくは脂環式骨格を有する単官能(メタ)アクリレートであり、更に好ましくは炭素数6~30の脂環式骨格を有する単官能(メタ)アクリレートであり、特に好ましくはイソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート及びトリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレートである。
本発明において、N-置換(メタ)アクリルアミド(B)とは、(メタ)アクリルアミドが有するアミノ基の水素原子のうち1個又は2個を炭化水素基等の置換基で置換したものを意味し、N-置換(メタ)アクリルアミドとしては、N-(メタ)アクリロイル基を有する鎖状アミド及びN-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミド等が挙げられる。
N-(メタ)アクリロイル基を有する鎖状アミドとしては、N-アルキル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド及びN-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
N-アルキル(メタ)アクリルアミドとしては、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-ドデシル(メタ)アクリルアミド及びN-オクタデシル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。N-アルキル(メタ)アクリルアミド中のアルキル基の炭素数は硬化物の硬化性の観点から好ましくは1~20であり、更に好ましくは1~8であり、特に好ましくは1~4である。
N,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミドとしては、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,N-ジプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジイソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジイソブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ-tert-ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジヘプチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジオクチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ-tert-オクチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジドデシル(メタ)アクリルアミド及びN,N-ジオクタデシル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。N,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミドの2つあるアルキル基は同じでも異なっていてもよく、アルキル基の炭素数は硬化性の観点から好ましくは1~20であり、更に好ましくは1~8であり、特に好ましくは1~4である。
N-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミドとしては、N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド及びN-(3-ヒドロキシプロピル)(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。N-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミドのアルキレン基の炭素数は硬化性の観点から好ましくは1~20であり、更に好ましくは1~8であり、特に好ましくは1~4である。
N-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミドとしては、N-n-ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-プロポキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-エトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-ブトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N-エトキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシブチル(メタ)アクリルアミド及びN-エトキシブチル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。N-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミドのアルコキシアルキル基の炭素数は硬化性の観点から好ましくは2~20であり、更に好ましくは2~8であり、特に好ましくは2~6である。アルコキシアルキル基のアルキル基の炭素数は硬化性の観点から好ましくは1~4であり、更に好ましくは1~3であり、特に好ましくは1~2である。
N-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミドとしては、N-(メタ)アクリロイルモルホリン、N-(メタ)アクリロイルチオモルホリン、N-(メタ)アクリロイルピペリジン及びN-(メタ)アクリロイルピロリジン等が挙げられる。N-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミドの炭素数は硬化性の観点から好ましくは7~20であり、更に好ましくは7~18であり、特に好ましくは7~16である。
本発明において、これらのN-置換(メタ)アクリルアミドは、1種単独で又は2種以上を併用できる。
これらのうち、硬化性の観点から好ましくはN,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド、N-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド、及びN-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミドであり、更に好ましくはN,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド及びN-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミドであり、特に好ましくは(メタ)アクリロイルモルホリン、ジエチル(メタ)アクリルアミド及びジメチル(メタ)アクリルアミドである。
本発明においてα-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)は、下記一般式(1)式で示されるα-(アリルオキシメチル)アクリレートである。
Figure 0007699012000002
式(1)中、Rは、水素原子又は炭素数1~30の有機基を表す。R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1~6のアルキル基である。
、R、R、R及びRがアルキル基の場合、該アルキル基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ネオペンチル基及びヘキシル基等が挙げられる。
前記α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)の好ましい態様は、硬化性の観点から、R及びRが水素原子である、下記一般式(2)で表わされる化合物であり、さらに好ましい態様は、R、R、R、R及びRのいずれもが水素原子であるα-(アリルオキシメチル)アクリレートの場合である。
Figure 0007699012000003
上記Rが炭素数1~30の有機基の場合、当該有機基としては、直鎖状であっても分岐鎖状であっても、環状であってもよい。伸び性の観点から上記有機基の好ましい炭素数は1~18であり、より好ましくは1~12、更に好ましくは1~8である。有機基としては、例えば、炭化水素骨格、又は、エーテル結合を含む炭化水素骨格からなる有機基が挙げられる。
上記炭化水素骨格としては、鎖状飽和炭化水素基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2-エチルヘキシル基など)、脂環式炭化水素基(例えば、シクロヘキシルメチル基、イソボルニル基、アダマンチル基、ジシクロペンタニル基及びジシクロペンテニル基など)、芳香族炭化水素基(例えば、フェニル基、、ナフチル基及びアントラニル基など)が挙げられる。そして、これらの基は置換基を有していてもよい。好ましくは、置換基を有することのある鎖状飽和炭化水素基である。
上記エーテル結合を含む炭化水素骨格からなる有機基としては、上記鎖状飽和炭化水素基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2-エチルヘキシル基など)、脂環式炭化水素基(例えば、シクロヘキシルメチル基、イソボルニル基、アダマンチル基、ジシクロペンタニル基及びジシクロペンテニル基など)、芳香族炭化水素基(例えば、フェニル基、ナフチル基及びアントラニル基など)を構成する少なくとも1つの炭素-炭素結合に酸素原子が挿入した構造のものが挙げられる。
上記置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子等のハロゲン原子、シアノ基、トリメチルシリル基及びヒドロキシル基等が挙げられる。
このような有機基としては、例えば、メトキシエチル基、メトキシエトキシエチル基及びエトキシエチル基等のエーテル結合を有する鎖状飽和炭化水素基;シクロヘキシルオキシエチル基及びジシクロペンテニルオキシエチル基等の鎖状エーテル結合を有する脂環式炭化水素基;フェノキシエチル基及びフェノキシエトキシエチル基等の鎖状エーテル結合を有する芳香脂肪族炭化水素基;グリシジル基、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル基、テトラヒドロフラニル基及びテトラヒドロフルフリル基等の環状エーテル基が好適なものとして挙げられるが、これらに限定されない。
従って、前記α-(アリルオキシメチル)アクリレートの化合物としては、具体的には、下記の化合物が挙げられる。α-アリルオキシメチルアクリル酸、α-アリルオキシメチルアクリル酸メチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸i-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ペンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ペンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-ペンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ネオペンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ヘプチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-オクチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸2-エチルヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ノニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸デシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ウンデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ラウリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ミリスチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ペンタデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸セチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヘプタデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ステアリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ノナデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エイコシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸セリル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸メリシル等の鎖状飽和炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレート。
α-アリルオキシメチルアクリル酸ヒドロキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヒドロキシプロピル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸ヒドロキシブチル等のヒドロキシ置換鎖状飽和炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレート;α-アリルオキシメチルアクリル酸フルオロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジフルオロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸クロロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジクロロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ブロモエチル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸ジブロモエチル等のハロゲン置換鎖状飽和炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレート。
α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロペンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロペンチルメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロヘキシルメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸4-メチルシクロヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸4-t-ブチルシクロヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリシクロデカニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸イソボルニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸アダマンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジシクロペンタニル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸ジシクロペンテニル等の脂環式炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレート;α-アリルオキシメチルアクリル酸フェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジメチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリメチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸4-t-ブチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジフェニルメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジフェニルエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリフェニルメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ナフチル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸アントラニル等の芳香族炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレート。
α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエトキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸3-メトキシブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エトキシエチル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸エトキシエトキシエチル等の鎖状エーテル結合を有する鎖状飽和炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレート;α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロペントキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロヘキシルオキシルエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロペントキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロヘキシルオキシエトキシエチル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル等の鎖状エーテル結合を有する脂環式炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレート;α-アリルオキシメチルアクリル酸フェノキシエチル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸フェノキシエトキシエチル等の鎖状エーテル結合を有する芳香脂肪族炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレート;α-アリルオキシメチルアクリル酸グリシジル、α-アリルオキシメチルアクリル酸β-メチルグリシジル、α-アリルオキシメチルアクリル酸β-エチルグリシジル、α-アリルオキシメチルアクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸2-オキセタンメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸3-メチル-3-オキセタンメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸3-エチル-3-オキセタンメチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸テトラヒドロフラニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸テトラヒドロフルフリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸テトラヒドロピラニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジオキサゾラニル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸ジオキサニル等の環状エーテル基系飽和炭化水素基含有α-(アリルオキシメチル)アクリレート。
これらのα-(アリルオキシメチル)アクリレートのうち、粘度、伸び性の観点から好ましくはα-アリルオキシメチルアクリル酸メチル及びα-アリルオキシメチルアクリル酸テトラヒドロフルフリルである。
前記α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)は、例えば、国際公開第2010/114077号に開示されている方法により製造することができる。
例えば、α-(アリルオキシメチル)アクリレートを製造する方法としては、下記(a)~(c)の反応工程を行う方法が好適に挙げられる。また、これら反応工程はいずれもアミン系触媒を用いることが好ましい。すなわち、これら反応工程が、アミン系触媒の存在下で反応させる工程を含むこともまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
(a)アクリル酸エステルとパラホルムアルデヒドを反応させて、α-(ヒドロキシメチル)アクリレートを得る工程。
(b)α-(ヒドロキシメチル)アクリレートから、2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビスアクリレートを得る工程。
(c)2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビスアクリレートにアリルアルコールを反応させて、α-(アリルオキシメチル)アクリレートとα-(ヒドロキシメチル)アクリレートとを生成させる工程。
また、α-アリルオキシメチルアクリル酸メチルやα-アリルオキシメチルアクリル酸エチル等のα-アリルオキシメチルアクリル酸の低級エステルからエステル交換反応を利用して製造する方法も好適である。
前記の(C)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記のウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)はポリオール(a)とポリイソシアネート(b)と活性水素基含有(メタ)アクリレート(c)とを構成原料として含むウレタン(メタ)アクリレートである。
ポリオール(a)としては、炭素数1~20の鎖状脂肪族ポリオール(a1)、炭素数6~20の脂環式ポリオール(a2)及び炭素数6~20の芳香族ポリオール(a3)並びにこれらのアルキレンオキシド[エチレンオキシド(以降、「エチレンオキシド」をEOと略記することがある)、1,2-又は1,3-プロピレンオキシド(以降、「1,2-プロピレンオキシド」をPOと略記することがある)及び1,2-、1,3-、1,4-又は2,3-ブチレンオキシド等]付加物等が挙げられる。
鎖状脂肪族ポリオール(a1)としては、炭素数1~20の直鎖の脂肪族ジオール(エチレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール及び1,10-ドデカンジオール等)、分岐の脂肪族ジオール(1,2-プロピレングリコール、1,2-、1,3-又は2,3-ブタンジオール、2-メチル-1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2-ジエチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,5-ペンタンジオール及び3-メチル-1,5-ペンタンジオール等)及び鎖状脂肪族3~8価アルコール(ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン及びジペンタエリスリトール等)等が挙げられる。
炭素数6~20の脂環式ポリオール(a2)としては、1,2-シクロヘキサンジオール、1,3-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,3-シクロペンタンジオール、1,4-シクロヘプタンジオール、1,4-ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン及び1,3,5-シクロヘキサントリオール等が挙げられる。
炭素数6~20の芳香族ポリオール(a3)としては、レゾルシノール、ハイドロキノン、ナフタレンジオール及びビスフェノール(ビスフェノールA、ビスフェノールF及びビスフェノールS等)等が挙げられる。
ポリオール(a)として、前記の鎖状脂肪族ポリオール(a1)、脂環式ポリオール(a2)又は芳香族ポリオール(a3)のアルキレンオキシド付加物を用いる場合、アルキレンオキシドの付加モル数は、硬化物の伸びの観点から1~50モルであることが好ましく、更に好ましくは4~30モルである。
これらのポリオール(a)の内、硬化物の伸びの観点から好ましいくは、前記の鎖状脂肪族ポリオール(a1)のアルキレンオキシド付加物であり、更に好ましくは脂肪族ポリオール(a1)のエチレンオキシド付加物、プロピレンオキシド付加物又は1,4-ブチレンオキシド付加物であり、特に好ましくは、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリテトラメチレングリコール(ポリ1,4-ブチレンオキシド)である。
ポリオール(a)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
ポリイソシアネート(b)としては、炭素数4~20の鎖状脂肪族ポリイソシアネート(b1)、炭素数6~22の脂環式ポリイソシアネート(b2)及び炭素数8~22の芳香族ポリイソシアネート(b3)等が挙げられる。
炭素数4~20の鎖状脂肪族ポリイソシアネート(b1)としては、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート及びリジンジイソシアネート等が挙げられる。
炭素数6~22の脂環式ポリイソシアネート(b2)としては、シクロヘキサン-1,3-ジイルビスメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、2,4-又は2,6-メチルシクロヘキサンジイソシアネート(水添TDI)、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート(水添MDI。以降、MDIHと表記することがある)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、シクロヘキサン-1,3-ジイルビスメチレンジイソシアナート、ビス(2-イソシアナトエチル)-4-シクロヘキシレン-1,2-ジカルボキシレート、2,5-又は2,6-ノルボルナンジイソシアネート及びダイマー酸ジイソシアネート等が挙げられる。
炭素数8~22の芳香族ポリイソシアネート(b3)としては、1,3-又は1,4-フェニレンジイソシアネート、2,4-又は2,6-トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’-又は2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、m-又はp-イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5-ナフチレンジイソシアネート、m-又はp-イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、m-又はp-キシリレンジイソシアネート(XDI)及びα,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等が挙げられる。
これらのポリイソシアネート(b)の内、硬化物の伸び及び耐光性の観点から、好ましくは炭素数6~22の脂環式ポリイソシアネート(b2)及び炭素数8~22の芳香族ポリイソシアネート(b3)であり、更に好ましくは炭素数6~20の脂環式ポリイソシアネート及び炭素数8~20の芳香族ポリイソシアネートであり、特に好ましくはMDIH、シクロヘキサン-1,3-ジイルビスメチレンジイソシアナート、IPDI、XDI、TMXDI、MDI及びTDIであり、最も好ましくはMDIH、IPDI及びMDIである。
ポリイソシアネート(b)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
活性水素基含有(メタ)アクリレート(c)としては、水酸基含有(メタ)アクリレート(c1)、アミノ基含有(メタ)アクリレート(c2)及びカルボキシル基含有(メタ)アクリレート(c3)等が挙げられる。これらのうち、硬化性組成物の粘度の観点から好ましくは、水酸基含有(メタ)アクリレートである。
水酸基含有(メタ)アクリレート(c1)としては、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(c11)及びポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート(c12)等が挙げられる。
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(c11)としては、好ましくは炭素数4~20のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられ、具体的には、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)アクリレート及び3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート(c12)としては、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート及びポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
アミノ基含有(メタ)アクリレート(c2)としては、モノアルキル(炭素数1~4)アミノアルキル(炭素数2~6)(メタ)アクリレート{アミノエチル、アミノプロピル、メチルアミノエチル、エチルアミノエチル、ブチルアミノエチル又はメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート}及びジアルキル(炭素数1~4)アミノアルキル(炭素数2~6)(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)アクリレート及びジブチルアミノエチル(メタ)アクリレート等}等が挙げられる。
カルボキシル基含有(メタ)アクリレート(c3)としては、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルフタル酸及び2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等が挙げられる。
活性水素基含有(メタ)アクリレート(c)のうち、ウレタン化反応の反応性及び硬化物の伸びの観点から好ましくは、水酸基含有(メタ)アクリレート(c1)であり、更に好ましくは水酸基含有単官能(メタ)アクリレートであり、特に好ましくはヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(c11)であり、最も好ましくは2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートである。
活性水素基含有(メタ)アクリレート(c)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
前記のウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記のウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の構成原料であるポリオール(a)、ポリイソシアネート(b)及び活性水素基含有(メタ)アクリレート(c)について、ポリイソシアネート(b)が有するイソシアネート基と、ポリオール(a)及び活性水素基含有(メタ)アクリレート(c)が有する活性水素基とのモル比[(b)が有するイソシアネート基/(a)が有する活性水素基と(c)が有する活性水素基の合計]は、特に限定されないが、貯蔵安定性の観点から好ましくは1/0.5~1/10、更に好ましくは1/0.7~1/5、特に好ましくは1/1~1/2である。
前記ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の数平均分子量(以下、Mnと略記することがある。)は、500~50,000であることが好ましく、更に好ましくは700~20,000であり、特に好ましくは1,000~10,000である。
尚、本発明におけるMnは、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)法により、以下の条件で測定することができる。
装置:「Waters Alliance 2695」[Waters社製]
カラム:「Guardcolumn Super H-L」(1本)、「TSKgel
SuperH2000、TSKgel SuperH3000、TSKgel SuperH4000(いずれも東ソー株式会社製)を各1本連結したもの」
試料溶液:0.25重量%のテトラヒドロフラン溶液
溶液注入量:10μl
流量:0.6ml/分
測定温度:40℃
検出装置:屈折率検出器
基準物質:標準ポリエチレングリコール
本発明におけるウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)は、ポリオール(a)、ポリイソシアネート(b)及び活性水素基含有(メタ)アクリレート(c)を公知の方法で反応させて製造することができる。
中でも、(a)と(b)とを重付加反応させて、イソシアネート基を2個以上有するウレタンプレポリマーを製造した後に、(c)を付加反応させて製造することが好ましい。
上記の重付加反応及び付加反応においては、ウレタン化触媒を用いても良い。
ウレタン化触媒としては、金属化合物(有機ビスマス化合物、有機スズ化合物及び有機チタン化合物等)及び4級アンモニウム塩等が挙げられる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、前記の脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)以外のその他のエチレン性不飽和単量体を含有していてもよい。
その他のエチレン性不飽和単量体としては、単官能エチレン性不飽和単量体、2官能エチレン性不飽和単量体及び3官能以上のエチレン性不飽和単量体等が挙げられる。
[単官能エチレン性不飽和単量体]
前記の単官能エチレン性不飽和単量体としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、イソアミル(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、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレート、5-エチル-1,3-ジオキサン-5-イルメチルアクリレート、2-エチルヘキシルジグリコール(メタ)アクリレート、2-クロロエチル(メタ)アクリレート、4-ブロモブチル(メタ)アクリレート、2-エチルへキシルカルビトール(メタ)アクリレート、2,2,2-テトラフルオロエチル(メタ)アクリレート、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデシル(メタ)アクリレート、4-ブチルフェニル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、2,4,5-テトラメチルフェニル(メタ)アクリレート、4-クロロフェニル(メタ)アクリレート、フェノキシメチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジロキシブチル(メタ)アクリレート、グリシジロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジロキシプロピル(メタ)アクリレート、トリメトキシシリルプロピル(メタ)アクリレート、トリメトキシシリルプロピル(メタ)アクリレート、トリメチルシリルプロピル(メタ)アクリレート、トリフロロエチル(メタ)アクリレート、パーフロロオクチルエチル(メタ)アクリレート、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクトン及び3-ビニル-5-メチル-2-オキサゾリジノン等が挙げられる。
前記の2官能エチレン性不飽和単量体としては、2官能(メタ)アクリレートモノマー等が挙げられる。
[2官能(メタ)アクリレートモノマー]
前記の2官能(メタ)アクリレートモノマーとしては、1,6-ヘキサンジオールジ(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、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、2,4-ジメチル-1,5-ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2-エチル-2-ブチル-ブタンジオールジ(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、2-エチル-2-ブチル-プロパンジオールジ(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、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、テトラ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#200ジ(メタ)アクリレート(#200は数平均分子量200を意味する。以下も同様。)、ポリエチレングリコール#300ジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール#400ジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール#600ジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール#400ジ(メタ)アクリレート及びポリプロピレングリコール#700ジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
前記の3官能以上のエチレン性不飽和単量体としては、3官能(メタ)アクリレートモノマー及び4官能以上の(メタ)アクリレートモノマー等が挙げられる。
[3官能(メタ)アクリレートモノマー]
前記のモノマーとしては、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンの炭素数3~4のアルキレンオキシド変性トリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスルトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ((メタ)アクリロイルオキシプロピル)エーテル、ソルビトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールの炭素数3~4のアルキレンオキシド1~30モル付加物のトリ(メタ)アクリレート及びエトキシ化グリセリントリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
[4官能以上の(メタ)アクリレートモノマー]
前記4官能以上の(メタ)アクリレートモノマーとしては、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ソルビトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピオン酸ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールの炭素数3~4のアルキレンオキシド1~11モル付加物のテトラ(メタ)アクリレート、ソルビトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ソルビトールヘキサ(メタ)アクリレート及びカプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
光重合開始剤(E)としては、ベンゾイン化合物(E-1)、アルキルフェノン化合物(E-2)、アントラキノン化合物(E-3)、チオキサントン化合物(E-4)、ベンゾフェノン化合物(E-5)、ホスフィンオキシド(E-6)及びオキシムエステル化合物(E-7)等が挙げられる。
ベンゾイン化合物(E-1)としては、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、ベンゾインプロピルエーテル及びベンゾインイソブチルエーテル等が挙げられる。
アルキルフェノン化合物(E-2)としては、アセトフェノン、α-ヒドロキシアルキルフェノンアセトフェノン、(2-ヒドロキシ-2-メチル-フェニルプロパン-1-オン及び1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等)、α-アミノアルキルフェノン〔2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン及び2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン等〕、アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタール、2,2-ジエトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2,2-ジエトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノン及びジエトキシアセトフェノンが挙げられる。
アントラキノン化合物(E-3)としては、2-エチルアントラキノン、2-t-ブチルアントラキノン、2-クロロアントラキノン及び2-アミルアントラキノン等が挙げられる。
チオキサントン化合物(E-4)としては、2,4-ジエチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン及び2-クロロチオキサントン等が挙げられる。
ベンゾフェノン化合物(E-5)としては、ベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチルジフェニルサルファイド及び4,4’-ビスメチルアミノベンゾフェノン等が挙げられる。
ホスフィンオキシド(E-6)としては、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルフォスフィンオキシド、ビス-(2、6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチルペンチルホスフォィンオキシド及びビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキシド等が挙げられる。
オキシムエステル化合物(E-7)としては、1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-1,2-オクタンジオン2-(O-ベンゾイルオキシム)及びエタノン-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-(O-アセチルオキシム)等が挙げられる。
光重合開始剤(E)の内、硬化性の観点から、好ましくはアルキルフェノン化合物(E-2)及びホスフィンオキシド(E-6)であり、更に好ましくはアルキルフェノン化合物(E-2)であり、特に好ましくはα-ヒドロキシアルキルフェノン、アセトフェノン及びα-アミノアルキルフェノンである。
光重合開始剤(E)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、前記の(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及びその他のエチレン性不飽和単量体以外にも、その他の添加剤を含有していても良い。
その他の添加剤としては、スリップ剤(F)及び重合禁止剤(G)等が挙げられる。
スリップ剤(F)としては、シリコンスリップ剤(F1)及びフッ素スリップ剤(F2)等が挙げられる。また(F)はラジカル重合反応性基を含有していてもよい。
前記のシリコンスリップ剤(F1)としては、アルキレンオキシド(以下、AOと略記する)変性ポリジアルキルシロキサン等が挙げられる。また、AO変性ポリジアルキルシロキサンとしては、末端がAOで変性されたポリジアルキルシロキサン(F11)、及び、ポリシロキサンの側鎖がAOで変性されたポリジアルキルシロキサン(F12)等が挙げられる。
なお、前記のポリジアルキルシロキサン(F11)及びポリジアルキルシロキサン(F12)は、更に(メタ)アクリロイル変性されたものであってもよい。
前記のポリジアルキルシロキサン(F11)としては、末端がEOで変性されたポリジメチルシロキサン、末端がEO及びPOで変性されたポリジメチルシロキサン、末端がEOで変性されたポリジエチルシロキサン、及びこれらの(メタ)アクリレート等が挙げられる。
前記のポリジアルキルシロキサン(F12)としては、側鎖がPOで変性されたポリジメチルシロキサン、側鎖がEO及びブチレンオキシドで変性されたポリジメチルシロキサン、側鎖がEO及びPOで変性されたポリジメチルシロキサン、及びこれらの(メタ)アクリレート等が挙げられる。
これらのシリコンスリップ剤(F1)のうち、塗工性の観点から好ましいのは前記のポリジアルキルシロキサン(F12)であり、更に好ましいのは側鎖がEO及びPOで変性されたポリジメチルシロキサンである。
前記のフッ素スリップ剤(F2)としては、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物等が挙げられる。また、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物としては、末端がアルキレンオキシドで変性されたパーフルオロ化合物(F21)、及び、側鎖がアルキレンオキシドで変性されたパーフルオロ化合物(F22)等が挙げられる。
なお、パーフルオロ化合物(F21)及びパーフルオロ化合物(F22)は、更に(メタ)アクリロイル変性されたものであってもよい。
前記のスリップ剤(F)のMnは、300~50,000であることが好ましい。
スリップ剤(F)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
重合禁止剤(G)としては、フェノール化合物[ヒドロキノン、4-メトキシフェノール、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール、2,2-メチレン-ビス-(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、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)ブタン等]、硫黄化合物(ジラウリルチオジプロピオネート等)、リン化合物(トリフェニルフォスファイト等)及びアミン化合物(フェノチアジン等)等が挙げられる。
重合禁止剤(G)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)の重量割合は、前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、20重量%~70重量%であり、好ましくは30~70重量%であり、更に好ましくは40~70重量%である。
(A)の重量割合が20重量%未満であると弾性率が不十分であり、70重量%を超えると伸びが不十分である。
本発明の前記のN-置換(メタ)アクリルアミド(B)の重量割合は、前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、前α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、5重量%~40重量%であり、好ましくは5~30重量%であり、更に好ましくは5~25重量%である。
(B)の重量割合が5重量%未満であると弾性率が不十分であり、40重量%を超えると吸水率が高い。
α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)の重量割合は、前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、5重量%~30重量%であり、好ましくは5~25重量、更に好ましくは5~20重量%である。
(C)の重量割合が5重量%未満であると高粘度粘度が高すぎてハンドリング性が不十分であり、30重量%を超えると吸水率が高い。
本発明のウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の重量割合は、前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、前記α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、10~40重量%であり、好ましくは12~38重量%であり、更に好ましくは13~35重量%である。
(D)の重量割合が10重量%未満であると伸びが不十分であり、40重量%を超えると粘度が高すぎてハンドリング性が不十分である。
本発明の光重合開始剤(E)の重量割合は、前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、前記ラジカル重合性モノマー(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、2重量%~10重量%であり、好ましくは2.5~8重量%であり、更に好ましくは3~6重量%である。
(E)の重量割合が2重量%未満であると硬化性が不十分となる場合があり、10重量%を超えると伸び、粘度及び弾性率の少なくともいずれか1つが不十分である。
前記の脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)以外のその他のエチレン性不飽和単量体の重量割合は、前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、前記α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、好ましくは20重量%以下であり、更に好ましくは10重量%以下である。
本発明のスリップ剤(F)の重量割合は、活性エネルギー線硬化性組成物の塗工性の観点から前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、前記α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、好ましくは0.01~5重量%であり、更に好ましくは0.1~3重量%である。
本発明の重合禁止剤(G)の重量割合は、活性エネルギー線硬化性組成物の保存安定性及び重合速度の観点から、前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、前記α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、好ましくは0.01~5重量%であり、更に好ましくは0.05~3重量%である。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の製造方法は、特に限定はされない。
例えば、前記脂環式骨格を有する単官能(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、前記α-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及びウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)及び光重合開始剤(E)と、必要に応じて、その他のエチレン性不飽和単量体と、その他の添加剤とを、20~80℃の温度範囲で、公知の機械的混合方法(メカニカルスターラー及びマグネティックスターラー等を用いる方法)を用いることによって均一混合することで、製造することができる。
本発明の硬化物は、前記の活性エネルギー線硬化性組成物が硬化したものである。すなわち、前記の活性エネルギー線硬化性組成物は、活性エネルギー線により硬化されて硬化物となる。前記の活性エネルギー線としては、紫外線及び電子線等が挙げられる。
前記の紫外線を照射する場合、高圧水銀灯及びメタルハライドランプ等を備えた公知の紫外線照射装置を使用することができる。紫外線の照射量は、硬化性及び黄変劣化抑制の観点から好ましくは10~10,000mJ/cmであり、更に好ましくは100~5,000mJ/cmである。
前記の電子線を照射する場合、公知の電子線照射装置を使用することができる。電子線の照射量は、硬化性及び硬化物の劣化抑制の観点から好ましくは1~10Mradである。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物は、高い伸びと、高い弾性率を有するため、フレキシブルディスプレイ用の材料として、有用である。
以下本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
また、実施例におけるGPCは、以下の条件により測定した。
装置:「Waters Alliance 2695」[Waters社製]
カラム:「Guardcolumn Super H-L」(1本)、「TSKgel
SuperH2000、TSKgel SuperH3000、TSKgel SuperH4000(いずれも東ソー株式会社製)を各1本連結したもの」
試料溶液:0.25重量%のテトラヒドロフラン溶液
溶液注入量:10μl
流量:0.6ml/分
測定温度:40℃
検出装置:屈折率検出器
基準物質:標準ポリエチレングリコール
製造例1[α-アリルオキシメチルアクリル酸テトラヒドロフルフリル(THF-AMA)(C-2)の合成]
撹拌機、冷却管、温度計、ガス吹き込み管を付した反応器に、テトラヒドロフルフリルアルコール(THFOH)198.4重量部、AOMA(α-アリルオキシメチルアクリル酸メチル、(株)日本触媒製)100.1重量部、チタンテトラブトキシド10.9重量部、4H-TEMPO(4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)0.10重量部を仕込み、撹拌しながら酸素/窒素混合ガス(酸素濃度8%)を通じつつ、100℃まで昇温し、14時間反応させた。反応終了後、ガスクロマトグラフィーにより分析したところ、α-アリルオキシメチルアクリル酸テトラヒドロフルフリル(THF-AMA):AOMA:テトラヒドロフルフリルアルコールは、面積比にて、24:11:51であった。また、触媒由来の不純物であるα-アリルオキシメチルアクリル酸n-ブチル(nBu-AMA)がTHF-AMAに対して15面積%含まれていた。この反応液をn-ヘキサンで希釈し、水を加え、チタン化合物を析出させ濾過により取り除いた。濾液を油水分離し、得られた有機層に水を加えよく撹拌し、静置、油水分離し、残存テトラヒドロフルフリルアルコールを水層側に取り除いた。得られた有機層に4H-TEMPOを0.15重量部加え、攪拌装置、温度センサー、ガス導入管、トの字管、冷却管、溜出液受器を付した反応器に仕込み、攪拌しながら、酸素/窒素混合ガス(酸素濃度8%)を通じつつ、反応器内の圧力が400Paになるまで徐々に減圧した。400Pa到達後、徐々に昇温し、内温が80℃になるまで残存AOMAを取り除いた。その後、冷却、解圧した。得られた液をn-ヘキサンで希釈し、水を加え十分に撹拌し、静置、油水分離を行った。この操作を3回繰り返し、4H-TEMPOを取り除いた。得られた有機層を、攪拌装置、温度センサー、ガス導入管、トの字管、冷却管、溜出液受器を付した反応器に仕込み、攪拌しながら、酸素/窒素混合ガス(酸素濃度8%)を通じつつ、内温が25~30℃になるよう加温しながら、圧力が800Paになるまでゆっくり減圧してn-ヘキサンを除去した。800Paに到達した後、20分間その圧力を維持してから解圧して、目的の化合物である、THF-AMA(C-2)を70.0重量部得た。得られたTHF-AMA(C-2)にp-メトキシフェノール0.021重量部を加えp-メトキシフェノールの濃度が300ppmになるように調製した。
製造例2[ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-1)の合成]
反応容器にポリテトラメチレングリコール[商品名「PTMG1000」、三菱ケミカル(株)製、数平均分子量:1000]412重量部、イソホロンジイソシアネート(IPDI)182重量部及びウレタン化触媒[ビスマストリ(2-エチルヘキサノエート)(2-エチルヘキサン酸50重量%溶液)以下同じ。]0.2重量部を仕込み、110℃で3時間反応させ、その後2-ヒドロキシエチルアクリレート104重量部を加え、80℃で6時間反応させてウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-1)を得た。(D-1)の数平均分子量は1700であった。
製造例3[ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-2)の合成]
反応容器にポリテトラメチレングリコール[商品名「PTMG850」、三菱ケミカル(株)製、数平均分子量:850]191重量部、IPDI101重量部及びウレタン化触媒0.3重量部を仕込み、110℃で3時間反応させ、その後2-ヒドロキシエチルアクリレート58重量部を加え、80℃で6時間反応させてウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-2)を得た。(D-2)の数平均分子量は1600であった。
製造例4[ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-3)の合成]
反応容器にポリテトラメチレングリコール[商品名「PTMG650」、三菱ケミカル(株)製、数平均分子量:650]337重量部、IPDI230部及びウレタン化触媒0.1重量部を仕込み、110℃で4時間反応させ、その後2-ヒドロキシエチルアクリレート132重量部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-3)を得た。(D-3)の数平均分子量は1350であった。
製造例5[ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-4)の合成]
反応容器にポリテトラメチレングリコール[商品名「PTMG2000」、三菱ケミカル(株)製、数平均分子量:2000]259重量部、IPDI57重量部及びウレタン化触媒0.1重量部を仕込み、110℃で4時間反応させ、その後2-ヒドロキシエチルアクリレート33重量部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-4)を得た。(D-4)の数平均分子量は2700であった。
製造例6[ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-5)の合成]
反応容器にポリプロピレングリコール[商品名「サンニツクス PP-2000」、三洋化成工業(株)製、数平均分子量:2000]258重量部、IPDI58重量部及びウレタン化触媒0.1重量部を仕込み、110℃で4時間反応させ、その後2-ヒドロキシエチルアクリレート33重量部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-5)を得た。(D-5)の数平均分子量は2600であった。
製造例7[ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-6)の合成]
反応容器にポリプロピレングリコール[商品名「サンニツクス PP-2000」、三洋化成工業(株)製、数平均分子量:2000]258重量部、MDI65重量部及びウレタン化触媒0.1重量部を仕込み、110℃で4時間反応させ、その後2-ヒドロキシエチルアクリレート33重量部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-6)を得た。(D-6)の数平均分子量は2700であった。
製造例8[ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-7)の合成]
反応容器にポリプロピレングリコール[商品名「サンニツクス PP-1000」、三洋化成工業(株)製、数平均分子量:1000]240重量部、IPDI80重量部及びウレタン化触媒0.1重量部を仕込み、110℃で4時間反応させ、その後2-ヒドロキシエチルアクリレート30重量部を加え、80℃で8時間反応させてウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D-7)を得た。(D-7)の数平均分子量は2900であった。
実施例1~11及び比較例1~11
表1に示す配合組成(重量部)を60℃で均一混合して、実施例及び比較例の活性エネルギー線硬化性組成物を得た。
Figure 0007699012000004
なお、表1における記号が示す内容は以下の通りである。
(A-1):イソボルニルアクリレート[商品名「ライトアクリレートIBXA」、共栄社化学(株)製]
(A-2):ジシクロペンタニルアクリレート[商品名「FA―513AS」、日立化成(株)製]
(A-3):4-t-ブチルシクロヘキシルアクリレート[商品名「TBCHA」、KJケミカルズ(株)製]
(A-4):3,3,5-トリメチルシクロヘキシルアクリレート[商品名「SR-420」、アルケマ(株)製]
(B-1):ジメチルアクリルアミド[商品名「DMAA」、KJケミカルズ(株)製]
(B-2):ジエチルアクリルアミド[商品名「DEAA」、KJケミカルズ(株)製]
(B-3):アクリロイルモルホリン[商品名「ACMO」、KJケミカルズ(株)製]
(C-1):α-アリルオキシメチルアクリル酸メチル[商品名「AOMA」、(株)日本触媒製](Rはメチル基、R、R、R、R及びRは水素原子)
(E-1):1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン[商品名:Omnirad184、IGM Resins B.V.社製]
(E-2):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[商品名:Omnirad907、IGM Resins B.V.社製]
(E-3):2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルフォスフィンオキシド[商品名:Omnirad TPO、IGM Resins B.V.社製]
(F-1):アルキレンオキシド変性ポリジメチルシロキサン[商品名:BYK-333、ビックケミー・ジャパン(株)製]
(F-2):パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物[商品名:メガファックF-444、DIC(株)製]
(G-1):4-メトキシフェノール[商品名:MQ-F、川口化学工業(株)製]
実施例1~11の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物及び比較例1~11の比較用活性エネルギー線硬化性樹脂組成物について、粘度並びに活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる各硬化物の室温(25℃)での伸び性及び引張り弾性率を、下記の方法で評価した。結果を表1に示す。
<粘度評価>
活性エネルギー線硬化性組成物の粘度は、25℃下で粘度測定装置[FUNGILAB社製「ビスコエリートB型」]を用いて測定した。粘度が150mPa・s以下であると低粘度でハンドリング性が好適である。
<試験片の作製>
ガラス板[商品名:GLASS PLATE、アズワン(株)製、タテ200mm×ヨコ200mm×厚さ5mm]上に、PETフィルム[商品名:ルミラーS、東レ(株)製]を貼り付け、アプリケーターを用いて硬化後の膜厚が100μmとなるように活性エネルギー線硬化性組成物を塗布した。紫外線照射装置[型番「VPS/I600」、フュージョンUVシステムズ(株)製]により、窒素雰囲気下で紫外線を300mJ/cm照射し、活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物で被覆されたPETフィルムを得た。
上記の硬化物で被覆されたPETフィルムをJIS K 6251:2017に準拠し、ダンベル状3号形に打ち抜き、その後PETフィルムを剥がすことにより、測定用試験片を得た。
<硬化性評価>
得られた測定用試験片の表面を指触することにより、タックの有無で評価した。
[評価基準]
○:タックなし
×:タック有り
<吸水率評価>
得られた測定用試験片を25℃水溶液に24時間全浸漬させ、試験前後の重量変化より硬化物の吸水率を算出した。
吸水率(%)=(浸漬後の重量-浸漬前の重量)/(浸漬前の重量) × 100
<引張試験>
得られた測定用試験片を25℃、50%RHで5時間静置した後、JIS K 6251:2017に準拠し、オートグラフ[型番「AG-IS」(株)島津製作所製]を用いて引張試験を実施した。
この際、チャック間距離は60mm、標線間距離20mm、引張速度10mm/分で引張試験を行い、伸び率及び引張弾性率は下記計算式で算出した。
<伸び率:硬化物の伸びの評価>
伸び率(%)=(破断時の標線間距離-標線間距離)/(標線間距離)×100
<引張弾性率:硬化物の弾性率の評価>
引張弾性率(MPa)=[2点間の力(N)の差:1Nと3Nの点を使用]/[2点間の変位(mm)の差:1Nと3Nの点を使用]×(標線間距離:20mm)/(ダンベル中央部の断面積mm
硬化物における吸水率は1.5%以下、伸び率は50%以上、引張弾性率は1700以上あると良好である。表1の結果から、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、低粘度であり、活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物はその吸水率が低く、その伸び及び弾性率に共に優れることが分かる。
一方、比較例1~11の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物は、硬化物の吸水率、硬化物の伸び及び硬化物の弾性率のうちの少なくとも1つの項目で十分でない。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物は、伸びと弾性率とが共に優れるため、フレキシブルディスプレイ用の材料として、有用である。

Claims (5)

  1. 脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、下記一般式(1)式で示されるα-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)、ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)及び光重合開始剤(E)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物であって、
    前記ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)がポリオール(a)とポリイソシアネート(b)と活性水素基含有(メタ)アクリレート(c)とを構成原料として含むウレタン(メタ)アクリレートであり、
    前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)、前記一般式(1)式で示されるα-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)及び前記ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)の合計重量に基づいて、前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)が20重量%~70重量%、前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)が5重量%~40重量%、前記一般式(1)式で示されるα-(アリルオキシメチル)アクリレート(C)が5重量%~30重量%、前記ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)が10重量%~40重量%、前記光重合開始剤(E)が2重量%~10重量%である活性エネルギー線硬化性組成物。
    Figure 0007699012000005
    [式(1)中、Rは、水素原子又は炭素数1~30の有機基を表す。R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1~6のアルキル基である。]
  2. 前記ウレタン基を有する(メタ)アクリレート(D)が(メタ)アクリロイル基を有するウレタン(メタ)アクリレートであり、前記ポリオール(a)がポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリテトラメチレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも1つのポリオールであり、前記ポリイソシアネート(b)がジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート及びジフェニルメタンジイソシアネートからなる群から選ばれる少なくとも1つのポリイソシアネートである請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  3. 前記脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(A)がイソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレ-ト、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート及びトリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1つのモノマーである請求項1又は2に記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  4. 前記N-置換(メタ)アクリルアミド(B)が(メタ)アクリロイルモルホリン、ジエチル(メタ)アクリルアミド及びジメチル(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1つのモノマーである請求項1~3のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
  5. 請求項1~4いずれかに記載の活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる硬化物。
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