JPWO2008136334A1 - ウレタン化合物、およびこれを含有した硬化性組成物、ならびにその硬化物 - Google Patents

ウレタン化合物、およびこれを含有した硬化性組成物、ならびにその硬化物 Download PDF

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Abstract

本発明は、硬化物の表面硬度および耐擦傷性、柔軟性および屈曲性に優れ、かつカール性が低減されており、さらに透明性も良好な硬化物を得ることのできるウレタン化合物、およびこれを含有した硬化性組成物、ならびにその硬化物を提供することを目的とする。本発明の硬化性組成物は、イソシアヌレート環骨格を含む特定のウレタン化合物および重合開始剤を含有することを特徴としている。

Description

本発明は、イソシアヌレート環骨格を含むウレタン化合物、およびこれを含有した硬化性組成物、ならびにその硬化物に関するものである。
イソシアヌレート環を主骨格とする樹脂硬化物は、耐熱特性が良好で、耐熱保存時にも表面平滑性が良好であり、光透過性が維持できるため、装飾、保護を目的としたコーティング材に使用され、液晶テレビ、パソコン、携帯電話のディスプレイに利用されている。
保護の目的のためには樹脂硬化物に一定の表面硬度が必要であり、樹脂硬化物を構成する化合物に重合性の官能基(例えばオレフィン、水酸基など)を導入すると、その表面硬度を高めることができることが知られている。
また、近年各種基材表面の擦傷防止や汚染防止のための保護コーティング材、各種基材の接着剤、シーリング材として、各種基材の表面に、硬度、柔軟性、耐擦傷性、耐摩耗性、低カール性(硬化性組成物が硬化してできた硬化膜の反りが小さいことをいう)、密着性および透明性が優れた硬化膜を形成し得る硬化性組成物が要求されている。
さらに、フィルム型液晶素子、タッチパネル、プラスチック光学部品等の反射防止膜の用途においては、硬度、柔軟性、耐擦傷性、耐磨耗性、低カール性、高屈折率、密着性および透明性に優れた硬化膜を形成し得る硬化性組成物が要求されている。
しかし、イソシアヌレート環を主骨格とする3官能以上の多官能アクリレートを用いた場合、硬化速度は大きいものの硬化物の柔軟性に欠けるという問題点が認められており、塗布皮膜の割れ、剥がれ、カールが発生しやすい傾向にあった。
この塗布皮膜の割れを防止するために、塗布皮膜の主成分である多官能アクリレートの官能基濃度を下げたり、分子量を増加させたりするなどの改良が検討されてきた。しかし、硬化物の表面硬度や耐擦傷性が低下するなどの悪影響があり、良好なハードコート塗膜を得ることが困難なことがある。
また、種々の組成物が提案されているが、硬化膜が高硬度であるとともに柔軟性にも優れているという特性を備えた硬化性組成物はまだ得られていないのが現状である。
これらの問題を克服しようとした技術として、以下の特許公報等に記載されたものがある。
特開2002−67238号公報(特許文献1)および特開2002−69333号公報(特許文献2)には多官能ウレタンアクリレート、コロイダルシリカ、および分子中にテトラヒドロフルフリル基と(メタ)アクリレートとを有する化合物よりなる組成物が開示されている。しかし、この組成物は、コロイダルシリカが官能基を有していないため、十分な表面硬度を得ることができないことに加え、硬化被膜の透明性も不十分であるという問題がある。
特開平5−320289号公報(特許文献3)には、イソシアヌレート環構造を有するアクリレートであるトリス[2−(アクリロイルオキシ)エチル]イソシアヌレートとコロイダルシリカとを含む光硬化性組成物が開示されているが、カール性の低減については何も記載されておらず、硬化収縮による塗膜の反りが発生する懸念がある。
特開2006−168238号公報(特許文献4)には、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートを用いた硬化性組成物が開示されているが、透過率やカール性、硬化性については何も記載されておらず、透明性の低下や硬化収縮による塗膜の反りが発生する懸念がある。
特開平8−259644号公報(特許文献5)には、ビスフェノール型ポリオールから成るウレタンアクリレート、エチレン性不飽和モノマーを用いた硬化性組成物が開示されている。この文献では耐擦傷性と柔軟性の改善について検討が行われているが、当該技術においても耐擦傷性に関してはまだ改善の余地がある。
特開2005−113033号公報(特許文献6)には、低分子量ウレタン(メタ)アクリレートを含有する硬化性組成物が開示されており、耐擦傷性と柔軟性の改良がなされている。しかし、当該技術を用いた方法でも耐擦傷性に関してはまだ改善の余地がある。
特開2002−67238号公報 特開2002−69333号公報 特開平5−320289号公報 特開2006−168238号公報 特開平8−259644号公報 特開2005−113033号公報
本発明の目的は、表面硬度および耐擦傷性に優れ、かつカール性が低減されており、さらに透明性も良好な硬化物を得ることのできるウレタン化合物、およびこれを含有した硬化性組成物、ならびにその硬化物を提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、上記の表面硬度、耐擦傷性、カール性、透明性の各性能を維持した上で、屈曲性や伸び特性で代表される靭性的な強度と柔軟性とが両立した硬化膜を形成し得る硬化性組成物ならびにその硬化物を提供することである。
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の構造を有するウレタン化合物、およびこれを含有する硬化性組成物が上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明は以下のとおり要約される。
[1]下記一般式(1)で表されるウレタン化合物:
Figure 2008136334
(式中R1は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜12の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜12の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)a−O−(CH2)b−]cであり(但しaおよびbはそれぞれ独立に1〜10の整数、cは1〜5の整数を表す)、
2は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜10の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜10の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)d−O−(CH2)e−]fであり(但しdおよびeはそれぞれ独立に1〜10の整数、fは1〜5の整数を表す)、
3は水素原子またはメチル基である。)。
[2]前記一般式(1)中のR1が炭素数1〜6の2価の脂肪族基であり、
2が炭素数1〜6の2価の飽和脂肪族基、ベンゼン環を有する2価の有機基あるいは[−(CH2)d−O−(CH2)e−]fであり(但しdおよびeはそれぞれ独立に1〜5の整数、fは1〜3の整数を表す)、
3が水素原子であることを特徴とする上記[1]に記載のウレタン化合物。
[3]上記[1]に記載のウレタン化合物(A)、および重合開始剤(B)を含有する硬化性組成物。
[4]前記硬化性組成物が、さらにウレタンオリゴマー(C)を含有することを特徴とする上記[3]に記載の硬化性組成物。
[5]前記硬化性組成物が、さらに反応性モノマー(D)を含有することを特徴とする上記[3]または[4]に記載の硬化性組成物。
[6]前記硬化性組成物が、さらにチオール化合物(E)を含有することを特徴とする上記[3]〜[5]のいずれかに記載の硬化性組成物。
[7]前記チオール化合物(E)が、下記一般式(2)で示される構造を2個以上有することを特徴とする上記[6]に記載の硬化性組成物。
Figure 2008136334
(式中、R8およびR9はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアリール基であり、mは0〜2の整数、nは0または1であり、R8およびR9は同時に水素原子とはならない。)
[8]前記硬化性組成物が、さらに下記一般式(3)で表されるウレタン化合物(F)を含有することを特徴とする上記[3]〜[7]のいずれかに記載の硬化性組成物:
Figure 2008136334
(式中、R4は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜12の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜12の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)g−O−(CH2)h−]iであり(但しgおよびhはそれぞれ独立に1〜10の整数、iは1〜5の整数を表す)、
5は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜10の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜10の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)p−O−(CH2)q−]rであり(但しpおよびqはそれぞれ独立に1〜10の整数、rは1〜5の整数を表す)、
6およびR7はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基である。)。
[9]上記[3]〜[8]のいずれかに記載の硬化性組成物からなる塗料。
[10]上記[3]〜[8]のいずれかに記載の硬化性組成物からなる接着剤。
[11]上記[3]〜[8]のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られた硬化物。
[12]上記[3]〜[8]のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られたコーティング材。
[13]上記[3]〜[8]のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られた光学フィルム。
本発明によれば、表面硬度や耐擦傷性に優れ、硬化膜のカール性が小さく、透明性が良好で、さらに屈曲性や伸び特性で代表される靭性的な強度と柔軟性とが両立した硬化物を形成し得るウレタン化合物、該ウレタン化合物を含有する硬化性組成物、およびその硬化性組成物を硬化して得られる硬化物が提供される。
図1は、合成例1で合成したウレタン化合物(A−1)の1H−NMRチャートを示す。 図2は、合成例2で合成したウレタン化合物(A−2)の1H−NMRチャートを示す。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
[(A)ウレタン化合物]
本発明のウレタン化合物(以下、「ウレタン化合物(A)」ともいう。)は下記一般式(1)で示され、分子中に重合性不飽和結合を3個以上含有する。
Figure 2008136334
上記一般式(1)中、R1は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜12の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜12の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)a−O−(CH2)b−]cである(但しaおよびbはそれぞれ独立に1〜10の整数、cは1〜5の整数を表す)。
1は後述する本発明の硬化性組成物を硬化して得られる硬化物(以下、単に「硬化物」ともいう。)の硬度と透明性とのバランスの観点から炭素数1〜6の2価の脂肪族基または[−(CH2)a−O−(CH2)b−]c(但しaおよびbはそれぞれ独立に1〜5の整数、cは1〜3の整数を表す)であることが好ましく、炭素数2〜4の2価の脂肪族基または[−(CH2)a−O−(CH2)b−]c(但しaおよびbはそれぞれ独立に2〜4の整数、cは1または2を表す)であることがより好ましく、炭素数2の2価の脂肪族基または−(CH2)2−O−(CH2)2−であることがさらに好ましい。
上記一般式(1)中、R2は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜10の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜10の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)d−O−(CH2)e−]fである(但しdおよびeはそれぞれ独立に1〜10の整数、fは1〜5の整数を表す)。
2は後述する本発明の硬化性組成物の硬化性の観点と、該硬化性組成物を硬化して得られる硬化物の硬度および透明性のバランスの観点から炭素数1〜6の2価の飽和脂肪族基またはベンゼン環を有する2価の有機基または[−(CH2)d−O−(CH2)e−]f(但しdおよびeはそれぞれ独立に1〜5の整数、fは1〜3の整数を表す)であることが好ましく、炭素数2〜6の2価の飽和脂肪族基またはベンゼン環を有する2価の有機基または[−(CH2)d−O−(CH2)e−]f(但しdおよびeはそれぞれ独立に2〜4の整数、fは1または2を表す)であることがより好ましく、炭素数2または3の2価の飽和脂肪族基または−(CH2)2−O−(CH2)2−であることがさらに好ましい。
上記一般式(1)中、R3は水素原子またはメチル基を表すが、低露光量で硬化するという硬化性の観点からR3は水素原子であることが好ましい。
本発明で使用されるウレタン化合物(A)は、下記一般式(4)で示される水酸基を有するイソシアヌレート化合物(以下、「化合物(1)」ともいう。)と、下記一般式(5)で示される重合性不飽和基含有イソシアネート化合物(以下、「化合物(2)」ともいう。)とを接触させて合成することができる。
Figure 2008136334
式(4)中、R1は前述と同じである。
Figure 2008136334
式(5)中、R2およびR3は、前述と同じである。
上記ウレタン化合物(A)が生成したことは、例えば1H−NMRにより確認することができる。
上記化合物(1)としては、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートおよびその誘導体であるトリス(2−ヒドロキシプロピル)イソシアヌレート、トリス(2−ヒドロキシブチル)イソシアヌレートなどが挙げられる。これらは単独でまたは混合物として使用することができる。好ましくはトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートである。
前記一般式(5)で示される化合物(2)は、上記一般式(1)で表される化合物中のR2と同じであるが、OCN−R2−の具体例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2008136334
上記式中、*はイソシアネート基、水素、(メタ)アクリル基、炭化水素基、または芳香環を含む構造である。各*は同一でも異なっていてもよい。(a)は直鎖、分岐、環状構造を有する2価の飽和脂肪族基あるいは芳香環を含む構造であり、sはイソシアネート基を除いた部分の炭素数が1以上10以下になるという条件を満たす整数である。(b)は直鎖、分岐、環状構造を有する2価の飽和脂肪族基あるいは芳香環を含む構造であり、tはイソシアネート基を除いた部分の炭素数が1以上10以下になるという条件を満たす整数である。(c)はシクロヘキサン環を主骨格とした構造であり、イソシアネート基を除いた部分の炭素数が6以上10以下である。(d)はベンゼン環を主骨格とした構造であり、イソシアネート基を除いた部分の炭素数が6以上10以下である。(e)はエーテル骨格を有する構造であり、u、v、wはそれぞれイソシアネート基を除いた部分の炭素数が2以上100以下になるという条件を満たす整数である。
上記一般式(5)においてR3は水素原子またはメチル基であり、好ましくは水素原子である。
上記化合物(2)の好ましい具体例を次に示す。上記(a)の構造を有するものとしては、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルイソシアネート、4−(メタ)アクリロイルオキシブチルイソシアネート、5−(メタ)アクリロイルペンチルイソシアネート、6−(メタ)アクリロイルオキシヘキシルイソシアネート、2−(メタ)アクリロイルオキシプロピルイソシアネート、1,1−ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート、
上記(b)の構造を有するものとしては、3−イソシアナト−2−メチルプロピル(メタ)アクリレート、
上記(c)の構造を有するものとしては、3−イソシアナトシクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−イソシアナトシクロヘキシル(メタ)アクリレート、
上記(d)の構造を有するものとしては、3−イソシアナトフェニル(メタ)アクリレート、4−イソシアナトフェニル(メタ)アクリレート、3,5−ジイソシアナト−2−メチルフェニル(メタ)アクリレート、
上記(e)の構造を有するものとしては、2−(イソシアナトエチルオキシ)エチル(メタ)アクリレートが挙げられる。
一般的に、R3が水素原子である場合、すなわち化合物(2)がアクリレート構造を有する場合のほうが、R3がメチル基である場合、すなわち化合物(2)がメタクリレート構造を有する場合よりも、得られるウレタン化合物を含有する硬化性組成物の硬化性が優れている傾向がある。
上記化合物(1)と化合物(2)とを反応させる際のモル比は、化合物(1):化合物(2)=1:3〜1:3.5である。
上記化合物(1)と、上記化合物(2)とを反応させる際には、ウレタン化触媒を使用することが好ましい。ウレタン化触媒を使用することにより、著しく反応を速めることができる。ウレタン化触媒の具体例としては、ジブチル錫ジラウリレート、ナフテン酸銅、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸亜鉛、トリエチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、2,6,7−トリメチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンが挙げられる。
これらのウレタン化触媒は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。ウレタン化触媒の添加量は、化合物(2)100質量部に対して0.01〜5質量部が好ましく、より好ましくは0.1〜1質量部である。0.01質量部未満では反応性が低下する場合がある。一方、添加量が5質量部を超えると反応時に副反応が起きる可能性がある。
上記化合物(1)と化合物(2)との反応における反応温度は、好ましくは−10〜100℃、より好ましくは0〜80℃である。さらに好ましくは10〜40℃である。
上記の量比、温度条件にて反応を行うことで副反応が抑えられ良好な収率、純度でウレタン化合物(A)を得ることができる。また、室温付近で反応を行うことができるのでウレタン化合物(A)同士の重合の可能性を低減することができる。
[硬化性組成物]
本発明の硬化性組成物は、例えば上記の反応によって得られるウレタン化合物(A)と重合開始剤(B)とを含有する。
本発明の硬化性組成物はウレタン化合物(A)を含有しているので、該硬化性組成物から表面硬度、透明性およびカール性のバランスに優れた硬化物が得られる。すなわち、本発明の硬化物からなる種々の製品について高い品質が達成される。
本発明の硬化性組成物におけるウレタン化合物(A)の含量は、好ましくは10〜99質量%、より好ましくは20〜99質量%、さらに好ましくは30〜99質量%である。ウレタン化合物(A)の含量が上記の範囲内にあることにより、硬化性、カール性、硬化物の鉛筆硬度、耐擦傷性、強度と柔軟性のバランスに優れた硬化性組成物を得ることができる。
<(B)重合開始剤>
本発明においては重合開始剤(B)として光重合開始剤あるいは熱重合開始剤が使用できる。耐熱性の低い基材にも使用可能であるという観点からは、光重合開始剤であることが好ましい。
光重合開始剤を使用する場合は紫外線あるいは可視光線などの活性エネルギー線を照射することで、硬化性組成物の含有成分の重合反応を起こし、硬化物を得ることができる。
このような光重合開始剤の具体例としては、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2'−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、キサントン、フルオレン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3−メチルアセトフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4,4'−ジメトキシベンゾフェノン、4,4'−ジアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾイルプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル、チオキサントン、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、2−クロロチオキサントン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オンが挙げられる。これら光重合開始剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
熱重合開始剤を使用する場合は、加熱することでウレタン化合物(A)、および後述するウレタンオリゴマー(C)、反応性モノマー(D)、特定のウレタン化合物(F)の重合反応を起こし硬化物を得ることができる。
熱重合開始剤の具体例としては、アゾ化合物、有機過酸化物が挙げられる。アゾ化合物としては、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(イソ酪酸)ジメチル、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[2−(1−ヒドロキシブチル)]−プロピオンアミド}等が挙げられる。有機過酸化物としては、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド等が挙げられる。これら熱重合開始剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
重合開始剤(B)の使用量は、特に限定されないが、ウレタン化合物(A)10質量部に対して通常0.1〜10質量部であり、好ましくは0.1〜5質量部であり、より好ましくは0.2〜2質量部、さらに好ましくは0.2〜1質量部である。重合開始剤(B)の使用量を上記の範囲内にすることにより、ウレタン化合物(A)、ウレタンオリゴマー(C)、反応性モノマー(D)、特定のウレタン化合物(F)の重合速度が速くなり、また、硬化性組成物が酸素等による重合阻害を受けることもない。さらに、得られる硬化膜について高い強度、密着強度および耐熱性を達成することができ、着色も非常に起こりにくい。
本発明の硬化性組成物は、上記の一般式(1)で示されるウレタン化合物(A)と重合開始剤(B)にくわえて、さらにウレタンオリゴマー(C)、反応性モノマー(D)、チオール化合物(E)および特定のウレタン化合物(F)を含有してもよい。これらを含有することにより組成物の粘度調整ができるとともに、得られる硬化物の特性、例えば、反応性、硬度、弾性、密着性などの機械的特性、透明性などの光学的特性を調整できる。
<(C)ウレタンオリゴマー>
上記ウレタンオリゴマー(C)はウレタン結合を有するオリゴマーであり、具体的には、荒川化学工業(株)製、商品名ビームセット102、502H、505A−6、510、550B、551B、575、575CB、EM−90、EM92、サンノプコ(株)製、商品名フォトマー6008、6210、新中村化学工業(株)製、商品名NKオリゴU−2PPA、U−4HA、U−6HA、U−15HA、UA−32P、U−324A、U−4H、U−6H、UA−160TM、UA−122P、UA−2235PE、UA−340P、UA−5201、UA−512、東亞合成(株)製、商品名アロニックスM−1100、M−1200、M−1210、M−1310、M−1600、M−1960、M−5700、アロンオキセタンOXT−101、共栄社化学(株)製、商品名AH−600、AT606、UA−306H、UF−8001、日本化薬(株)製、商品名カヤラッドUX−2201、UX−2301、UX−3204、UX−3301、UX−4101、UX−6101、UX−7101、日本合成化学工業(株)製、商品名、紫光UV−1700B、UV−3000B、UV−6100B、UV−6300B、UV−7000、UV−7600B、UV−7605B、UV−2010B、UV−6630B、UV−7510B、UV−7461TE、UV−3310B、UV−6640B、根上工業(株)製、商品名アートレジンUN−1255、UN−5200、UN−7700、UN−333、UN−905、HDP−4T、HMP−2、UN−901T、UN−3320HA、UN−3320HB、UN−3320HC、UN−3320HS、H−61、HDP−M20、UN−5500、UN−5507、ダイセルユーシービー(株)製、商品名Ebecryl6700、204、205、220、254、1259、1290K、1748、2002、2220、4833、4842、4866、5129、6602、8301等を挙げることができる。
硬化膜に硬度を付与する目的においてウレタンオリゴマー(C)としては、好ましくは(メタ)アクリレート基を3個以上有するものであり、より好ましくは(メタ)アクリレート基を6個以上有するものであり、具体的には上述した商品名U−6HA、U−15HA、UA−32P、UV−1700B、UV−7600B、UV−7605B等が挙げられる。尚、本明細書において、「(メタ)アクリレート」の記載は、メタクリレートおよび/またはアクリレートを意味する。
硬化膜に柔軟性を付与する目的においてウレタンオリゴマー(C)としては、好ましくは、具体的には上述した商品名UA−160TM、UA−122P、UA−5201、UV−6630B、UV−7000B、UV−6640B、UN−905、UN−901T、UN−7700等を挙げることができる。
上記ウレタンオリゴマー(C)の重量平均分子量は、特に限定されないが、好ましくは500〜15000であり、より好ましくは1000〜3000である。なお、本明細書において重量平均分子量とはGPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量をいう。
上記ウレタンオリゴマー(C)は単独でも2種類以上を混合して使用してもかまわない。
上記ウレタンオリゴマー(C)の使用量は特に限定されないが、ウレタン化合物(A)10質量部に対して通常0.1〜100質量部であり、好ましくは0.5〜80質量部であり、より好ましくは1〜50質量部であり、さらに好ましくは1〜30質量部である。ウレタンオリゴマー(C)を前記範囲で用いることにより、硬化性組成物を硬化して得られる硬化物の表面硬度を調整し、また硬化する際のカール性の低減を図ることができる。
<(D)反応性モノマー>
上記反応性モノマー(D)は重合性不飽和結合を有するモノマーであり、単官能性モノマーであっても多官能性モノマーであってもよく、具体的には、重合性不飽和芳香族化合物、カルボキシル基含有化合物、単官能(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリレート、多官能(メタ)アクリレート、エポキシポリ(メタ)アクリレート、ウレタンポリ(メタ)アクリレート、ポリエステルポリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。以下、それらについて具体的に列記する。
重合性不飽和芳香族化合物としては、例えば、ジイソプロペニルベンゼン、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、o−クロロスチレン、m−クロロスチレン、p−クロロスチレン、1,1−ジフェニルエチレン、p−メトキシスチレン、N,N−ジメチル−p−アミノスチレン、N,N−ジエチル−p−アミノスチレン、エチレン性不飽和ピリジン、エチレン性不飽和イミダゾールが挙げられる。
カルボキシル基含有化合物としては,例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸が挙げられる。
単官能(メタ)アクリレートとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート類;
トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、ヘキサフルオロイソプロピル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、ヘプタデカフルオロデシル(メタ)アクリレートなどのフルオロアルキル(メタ)アクリレート類;
ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;
フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレートなどのフェノキシアルキル(メタ)アクリレート類;
メトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、プロポキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシブチル(メタ)アクリレートなどのアルコキシアルキル(メタ)アクリレート類;
ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートなどのポリエチレングリコール(メタ)アクリレート類;
ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートなどのポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート類;
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−ブチルシクロヘキシル(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、ジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレートなどのシクロアルキル(メタ)アクリレート類;
ベンジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレートが挙げられる。
ジ(メタ)アクリレートとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(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、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−プロパンジオールジ(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、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、ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロイルオキシジエトキシフェニル)プロパン、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、ビス(2−(メタ)アクリロイルオキシエチル)ヒドロキシエチル−イソシアヌレートが挙げられる。
多官能(メタ)アクリレートとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレートが挙げられる。
エポキシポリ(メタ)アクリレートとしては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂等のエポキシ基を分子内に2個以上有する化合物に(メタ)アクリル酸あるいはヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートを反応させたものが挙げられる。
ウレタンポリ(メタ)アクリレートとしては、1,6−ヘキサ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、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等のジイソシアネートに2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレートを反応させたウレタンジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートにペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートを反応させたウレタンヘキサ(メタ)アクリレート、ジシクロメタンジイソシアネートとポリ(繰り返し単位n=6〜15)テトラメチレングリコールとのウレタン化反応物に2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートとを反応させたポリウレタンジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
ポリエステルポリ(メタ)アクリレートとしては、トリメチロールプロパンとコハク酸および(メタ)アクリル酸を反応させたポリエステル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパン、エチレングリコール、コハク酸、および(メタ)アクリル酸とを反応させたポリエステル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
これらの分子内に少なくとも1個の重合性不飽和結合を有する化合物は、1種単独でまたは2種類以上を併用して用いることができる。
これらの反応性モノマー(D)のうち多官能(メタ)アクリレートが好ましく、具体的にはトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が好ましい。
反応性モノマー(D)の使用量は特に限定されないが、ウレタン化合物(A)10質量部に対して通常0.1〜100質量部であり、好ましくは0.5〜80質量部であり、より好ましくは1〜50質量部であり、さらに好ましくは1〜30質量部である。反応性モノマー(D)を前記範囲で用いることにより、硬化性組成物を硬化して得られる硬化物の表面硬度を向上させることができる。
<(E)チオール化合物>
上記チオール化合物(E)は、分子中にメルカプト基を有する化合物であれば特に限定されないが、メルカプト基を1分子中に2個以上有する化合物であることが好ましい。
硬化性組成物にチオール化合物(E)を含有させることで、硬化性組成物の硬化性およびカール性を良くすることができる。硬化性を良くすることができるのは、チオール化合物(E)の添加によりラジカル重合の酸素阻害を低減することができるからであり、カール性を良くすることができるのは、チオール化合物(E)を添加することで、エン−チオール付加反応が進行して重合度が抑制され、架橋密度も抑制されるからである。硬化性に優れるということは、単位量あたりの硬化性組成物を硬化させるために必要なエネルギー線量が少ないということである。したがって、それはエネルギー線の照射時間を短くすることができるということに基づく硬化物の生産性の向上と、エネルギーの節約によるコストの低減につながり、本発明の工業的意義はきわめて大きい。
本発明で用いるチオール化合物(E)としては、具体的には、エチレングリコールビス(3−メルカプトブチレート)、プロピレングリコールビス(3−メルカプトブチレート)、ジエチレングリコールビス(3−メルカプトブチレート)、ブタンジオールビス(3−メルカプトブチレート)、オクタンジオールビス(3−メルカプトブチレート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトブチレート)、エチレングリコールビス(2−メルカプトプロピオネート)、プロピレングリコールビス(2−メルカプトプロピオネート)、ジエチレングリコールビス(2−メルカプトプロピオネート)、ブタンジオールビス(2−メルカプトプロピオネート)、オクタンジオールビス(2−メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(2−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(2−メルカプトプロピオネート)、エチレングリコールビス(3−メルカプトイソブチレート)、プロピレングリコールビス(3−メルカプトイソブチレート)、ジエチレングリコールビス(3−メルカプトイソブチレート)、ブタンジオールビス(3−メルカプトイソブチレート)、オクタンジオールビス(3−メルカプトイソブチレート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトイソブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトイソブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトイソブチレート)、エチレングリコールビス(2−メルカプトイソブチレート)、プロピレングリコールビス(2−メルカプトイソブチレート)、ジエチレングリコールビス(2−メルカプトイソブチレート)、ブタンジオールビス(2−メルカプトイソブチレート)、オクタンジオールビス(2−メルカプトイソブチレート)、
トリメチロールプロパントリス(2−メルカプトイソブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトイソブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(2−メルカプトイソブチレート)、エチレングリコールビス(4−メルカプトバレレート)、プロピレングリコールビス(4−メルカプトイソバレレート)、ジエチレングリコールビス(4−メルカプトバレレート)、ブタンジオールビス(4−メルカプトバレレート)、オクタンジオールビス(4−メルカプトバレレート)、トリメチロールプロパントリス(4−メルカプトバレレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(4−メルカプトバレレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(4−メルカプトバレレート)、エチレングリコールビス(3−メルカプトバレレート)、プロピレングリコールビス(3−メルカプトバレレート)、ジエチレングリコールビス(3−メルカプトバレレート)、ブタンジオールビス(3−メルカプトバレレート)、オクタンジオールビス(3−メルカプトバレレート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトバレレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトバレレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトバレレート)、水素化ビスフェノールAビス(3−メルカプトブチレート)、ビスフェノールAジヒドロキシエチルエーテル−3−メルカプトブチレート、4,4’−(9−フルオレニリデン)ビス(2−フェノキシエチル(3―メルカプトブチレート))、エチレングリコールビス(3−メルカプト−3−フェニルプロピオネート)、プロピレングリコールビス(3−メルカプト−3−フェニルプロピオネート)、ジエチレングリコールビス(3−メルカプト−3−フェニルプロピオネート)、ブタンジオールビス(3−メルカプト−3−フェニルプロピオネート)、オクタンジオールビス(3−メルカプト−3−フェニルプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプト−3−フェニルプロピオネート)、トリス−2−(3−メルカプト−3−フェニルプロピオネート)エチルイソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプト−3−フェニルプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプト−3−フェニルプロピオネート)等が挙げられる。
本発明で用いられるより好ましいチオール化合物(E)としては、下記一般式(2)で示される構造を2個以上有する化合物が挙げられる。
Figure 2008136334
上記一般式(2)において、R8およびR9はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜10の、アルキル基またはアリール基であり、mは0〜2の整数、nは0または1であり、R8およびR9は同時に水素原子とはならない。
上記一般式(2)で示される構造を2個以上有する化合物の具体例としては、例えば下記式(6)〜(17)で示される多官能チオール化合物を挙げることができる。
Figure 2008136334
Figure 2008136334
Figure 2008136334
Figure 2008136334
Figure 2008136334
Figure 2008136334
Figure 2008136334
Figure 2008136334
Figure 2008136334
式(14)中、tは1〜10の整数である。
Figure 2008136334
Figure 2008136334
Figure 2008136334
本発明で用いるチオール化合物(E)は1種単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。
本発明で用いるチオール化合物(E)の分子量は、特に限定されるものではないが、好ましくは200〜2000である。200未満であると、硬化性組成物が臭気を発生する場合があり、2000よりも大きいと硬化性組成物の反応性、硬化性が低下する場合がある。
チオール化合物(E)の使用量は、特に限定されないが、好ましくは(A)ウレタン化合物10質量部に対して通常0.1〜10質量部であり、好ましくは0.1〜5質量部、より好ましくは0.4〜1質量部である。チオール化合物(E)の使用量を上記の範囲内にすることにより、硬化性組成物の硬化性をよくすることができる。硬化性を良くすることができるのは、チオール化合物(E)の添加によりラジカル重合の酸素阻害を低減することができるからである。また、得られる硬化物の特性、例えば、反応性、硬度、弾性、密着性などの機械的特性、透明性などの光学的特性を調整することができる。
<(F)特定のウレタン化合物>
本発明で使用してもよい特定のウレタン化合物(F)(以下、単に「ウレタン化合物(F)」ともいう。)は下記一般式(3)で示され、分子内に重合性不飽和結合を2個以上含有する。
Figure 2008136334
上記一般式(3)中、R4は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜12の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜12の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)g−O−(CH2)h−]iである(但しgおよびhはそれぞれ独立に1〜10の整数、iは1〜5の整数を表す)。
4は硬化性組成物の硬化性の観点と、該硬化性組成物を硬化して得られる硬化物(以下、単に「硬化物」ともいう。)の硬度の観点から炭素数1〜6の2価の脂肪族基または[−(CH2)g−O−(CH2)h−]i(但しgおよびhはそれぞれ独立に1〜5の整数、iは1〜3の整数を表す)であることが好ましく、炭素数2〜4の2価の脂肪族基または[−(CH2)g−O−(CH2)h−]i(但しgおよびhはそれぞれ独立に2〜4の整数、iは1または2を表す)であることがより好ましく、炭素数2の2価の脂肪族基または−(CH2)2−O−(CH2)2−であることがさらに好ましい。
上記一般式(3)中、R5は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜10の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜10の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)p−O−(CH2)q−]rである(但しpおよびqはそれぞれ独立に1〜10の整数、rは1〜5の整数を表す)。
5は硬化性組成物の硬化性の観点と、該硬化性組成物を硬化して得られる硬化物の硬度の観点から、炭素数1〜6の2価の脂肪族基または[−(CH2)−O−(CH2)−](但しpおよびqはそれぞれ独立に1〜5の整数、rは1〜3の整数を表す)であることが好ましく、炭素数2〜4の2価の脂肪族基または[−(CH2)−O−(CH2)−](但しpおよびqはそれぞれ独立に2〜4の整数、rは1または2を表す)であることがより好ましく、炭素数2の2価の脂肪族基または−(CH2)2−O−(CH2)2−であることがさらに好ましい。
上記一般式(3)中、R6およびR7はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基である。低露光量で硬化するという硬化性の観点からは、水素原子があることが好ましい。
本発明の硬化性組成物におけるウレタン化合物(F)の含量は特に限定されないが、ウレタン化合物(A)10質量部に対して0.1〜100質量部、好ましくは0.5〜80質量部、より好ましくは1〜50質量部、さらに好ましくは1〜30質量部である。ウレタン化合物(F)の使用量を上記の範囲内にすることにより、硬化性組成物の粘度を低下させることができ、塗布性を向上させることができる。また、硬化性組成物の重合速度を速くすることができ、さらに、硬化物の表面硬度を向上させることができる。
<その他の成分>
本発明の硬化性組成物においては硬化性組成物100質量部に対して0.1質量部以下の重合禁止剤が含まれてもよい。重合禁止剤は保存中に硬化性組成物の含有成分が重合反応を起こすのを防止するために用いられる。重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ベンゾキノン、p−t−ブチルカテコール、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノールが挙げられる。
本発明の硬化性組成物にはレベリング剤、充填剤、顔料、無機フィラー、溶剤、その他改質剤を加えてもよい。
レベリング剤としては、例えば、ポリエーテル変性ジメチルポリシロキサン共重合物、ポリエステル変性ジメチルポリシロキサン共重合物、ポリエーテル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物、アラルキル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物、ポリエーテル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物が挙げられる。
充填剤または顔料としては、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、クレー、シリカ(コロイダルシリカ、アエロジル(登録商標)等)、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、ステアリン酸亜鉛、亜鉛華、ベンガラ、アゾ顔料等が挙げられる。
無機フィラーとしては、導電性の金属微粒子や金属酸化物微粒子等があげられる。金属の具体例としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム、アンチモン、セレン、チタン、タングステン、スズ、亜鉛、インジウム、ジルコニアが挙げられ、金属酸化物の具体例としては、アルミナ、酸化アンチモン、酸化セレン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ(ATO(アンチモンをドープした酸化スズ))、リンドープ酸化スズ、酸化亜鉛、アンチモン酸亜鉛、スズドープ酸化インジウムが挙げられる。
その他の改質剤としては、ポリオレフィン系樹脂、塩素化変性ポリオレフィン系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ビニルウレタン樹脂、ビニルエステルウレタン樹脂、ポリイソシアネート、ポリエポキシド、エポキシ末端ポリオキサゾリドン、アクリル樹脂類、アルキド樹脂類、尿素樹脂類、メラミン樹脂類、ポリジエン系エラストマー、飽和ポリエステル類、飽和ポリエーテル類、ニトロセルロース、セルロースアセテートブチレート等のセルロース誘導体、アマニ油、桐油、大豆油、ヒマシ油、エポキシ化油等の油脂類等の天然および合成高分子物質が挙げられる。
本発明の硬化性組成物は、本発明の一般式(1)で表されるウレタン化合物(A)と重合開始剤(B)と、さらに必要に応じてウレタンオリゴマー(C)、反応性モノマー(D)、チオール化合物(E)、ウレタン化合物(F)とを、室温または加熱条件下で、ミキサー、ボールミル、3本ロールなどの混合機により混合するか、あるいは、反応性モノマーや溶剤などを希釈剤として添加して溶解することによって、配合および調製することができる。ここで希釈剤として用いられる反応性モノマーの具体例としては、上述した反応性モノマー(D)を挙げることができる。
本発明で用いられる溶剤の具体例としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピルなどのエステル類;
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;
テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類;
N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド類;
トルエンなどの芳香族炭化水素類、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素類;
エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコール類;
プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のプロピレングリコール類;が挙げられるが、好ましくは酢酸エチル、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、ジクロロメタン、ジエチ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である。
上記溶剤は単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。
溶剤の使用量は特に限定されないが、硬化性組成物10質量部に対して通常5〜20質量部、好ましくは5〜10質量部である。
本発明の硬化性組成物は、例えば、基材上に硬化性組成物を塗布し、塗膜を形成した後、活性エネルギー線を照射することによって、あるいは加熱することによって硬化させることができる。硬化のために、活性エネルギー線の照射と加熱との両方を行ってもよい。
塗布方法としては、例えば、バーコーター、アプリケーター、ダイコーター、スピンコーター、スプレーコーター、カーテンコーター、ロールコーターなどによる塗布、スクリーン印刷などによる塗布、ディッピングなどによる塗布が挙げられる。
本発明の硬化性組成物の基材上への塗布量は特に限定されず、目的に応じて適宜調整することができ、塗布乾燥後の活性エネルギー線照射での硬化処理後に得られる塗膜の膜厚が、評価用としては1〜200μmとなる量が好ましく、5〜100μmとなる量がより好ましい。
硬化のために使用される活性エネルギー線としては、電子線、または紫外から赤外の波長範囲の光が好ましい。光源としては、例えば、活性エネルギー線が紫外線であれば超高圧水銀光源またはメタルハライド光源、可視光線であればメタルハライド光源またはハロゲン光源、赤外線であればハロゲン光源が使用できるが、この他にもレーザー、LEDなどの光源が使用できる。活性エネルギー線の照射量は、光源の種類、塗膜の膜厚などに応じて適宜設定される。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの記載により何らの限定を受けるものではない。
実施例中の「部」は「質量部」を意味する。
(合成例1)
[ウレタン化合物(A−1)]
反応容器中にジクロロメタン(純正化学(株)製)300部、1分子中に水酸基とイソシアヌレート環構造を有する化合物としてトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート(日産化学工業(株)製)20部、ジブチル錫ジラウリレート(東京化成工業(株)製)0.7部を入れて撹拌した。その後、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工(株)製、商品名カレンズAOI(登録商標))33部を徐々に滴下し、室温にて撹拌を行った。高速液体クロマトグラフィーでトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのピークがほぼ消失したことを確認して反応を終了し、続いて2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(BHT、純正化学(株)製)200ppm含有ヘキサン203部を用いて4回洗浄を行いウレタン化合物(A−1)を得た。
ウレタン化合物(A−1)の1H−NMRチャートを図1に示す。1H−NMRはBruker社製AMX400を使用し、重クロロホルム中にて測定を行った。1H−NMRチャートの帰属を以下に示す。
Figure 2008136334
3.45ppm:H5
4.15−4.30ppm:H4,H7,H8
5.44ppm:H6
5.86ppm:H1
6.12ppm:H3
6.42ppm:H2
(合成例2)
[ウレタン化合物(A−2)]
合成例1において、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネートに代えて2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工(株)製、商品名カレンズMOI(登録商標))を使用する以外は、合成例1と同様にしてウレタン化合物(A−2)を得た。
ウレタン化合物(A−2)の1H−NMRチャートを図2に示す。1H−NMRはBruker社製AMX400を使用し、重クロロホルム中にて測定を行った。1H−NMRチャートの帰属を以下に示す。
Figure 2008136334
1.92ppm:H3
3.43−3.47ppm:H5
4.13−4.28ppm:H4,H7,H8
5.39ppm:H6
5.56ppm:H1
6.09ppm:H2
(合成例3)
[ウレタン化合物(A−3)]
合成例1において、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネートに替えて2−(2−メタクリロイルオキシエチルオキシ)エチルイソシアネート(昭和電工(株)製、商品名カレンズMOI(登録商標)EG)46部を使用する以外は、合成例1と同様にしてウレタン化合物(A−3)を得た。
(合成例4)
[ウレタン化合物(F−1)]
反応容器中に2−ヒドロキシエチルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製)100部、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(BHT、純正化学(株)製)200ppm含有ヘキサン(純正化学(株)製)142部、ジブチル錫ジラウリレート(東京化成工業(株)製)2.8部を入れて撹拌した。その後、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工(株)製、商品名カレンズAOI(登録商標))122部を徐々に滴下し、室温にて撹拌を行った。高速液体クロマトグラフィーで2−ヒドロキシエチルアクリレートのピークがほぼ消失したことを確認して反応を終了し、続いてBHT200ppm含有ヘキサン203部を用いて4回洗浄を行いウレタン化合物(F−1)を得た。
(合成例5)
[ウレタン化合物(G−1)]
反応容器中に2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(BHT、純正化学(株)製)200ppm含有トルエン300部、ビスフェノール型ポリオールとしてBPX−33((株)ADEKA製)100部、ポリイソシアネートとしてイソホロンジイソシアネート(東京化成工業(株)製)76部、2−ヒドロキシエチルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製)40部、ジブチル錫ジラウリレート(東京化成工業(株)製)0.054部を入れて、70℃で10時間反応させた。その後、BHT200ppm含有ヘキサン200部を用いて4回洗浄を行いウレタン化合物(G−1)を得た。
(合成例6)
[ウレタン化合物(G−2)]
反応容器中にイソホロンジイソシアネート(東京化成工業(株)製)100部、ジブチル錫ジラウリレート(東京化成工業(株)製)0.141部、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(BHT、純正化学(株)製)0.073部を入れて60℃で1時間撹拌した。その後、2−ヒドロキシエチルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製)105部添加し、80℃で2時間撹拌した。BHT200ppm含有ヘキサン200部を用いて4回洗浄を行いウレタン化合物(G−2)を得た。
(実施例1)
[硬化性組成物の調製]
紫外線を遮蔽した容器中において、合成例1で調製したウレタン化合物(A−1)98部、光重合開始剤として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(チバスペシャルティケミカルズ(株)製、商品名イルガキュア907)2部、および溶媒としてジクロロメタン100部を配合し、室温で撹拌混合し、均一に溶解させて硬化性組成物溶液(溶液1)を得た。
(実施例2)
[硬化性組成物の調製]
実施例1において、(A−1)に代えて(A−2)を使用する以外は、実施例1と同様にして硬化性組成物溶液(溶液2)を得た。
(比較例1)
[硬化性組成物の調製]
実施例1において、(A−1)に代えてトリス[2−(アクリロイルオキシ)エチル]イソシアヌレート(THI−AC、Aldrich社製)を使用する以外は、実施例1と同様にして硬化性組成物溶液(溶液3)を得た。
(比較例2)
[硬化性組成物の調製]
実施例1において、(A−1)に代えてトリメチロールプロパントリアクリレート(TMP−3A、共栄社化学(株)製)を使用する以外は、実施例1と同様にして硬化性組成物溶液(溶液4)を得た。
(比較例3)
[硬化性組成物の調製]
実施例1において、(A−1)に代えてトリメチロールプロパントリメタアクリレート(TMP−3MA、共栄社化学(株)製)を使用する以外は、実施例1と同様にして硬化性組成物溶液(溶液5)を得た。
[硬化膜の製造]
上記の実施例1および2、比較例1〜3で調製した硬化性組成物溶液(溶液1)〜(溶液5)をそれぞれ別々のガラス基板(50mm×50mm)上に、硬化膜の厚みが100μmになるように塗布した。引き続き、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で3J/cm2で露光し塗膜を硬化させた。
[性能評価方法]
(1)鉛筆硬度
上記[硬化膜の製造]で得られた硬化膜についてJIS−K5600に準拠し、三菱鉛筆(株)製ユニ(登録商標)を用いて鉛筆と硬化膜のなす角度が45度となるようにして引っ掻き、傷がつかない最大硬さの鉛筆を測定し、その硬さを鉛筆硬度とし、表1に示した。
(2)光透過率
上記[硬化膜の製造]で得られた硬化膜についてJIS−K7105に準拠し、分光光度計(日本分光(株)製、UV3100)を用いて、波長400nmの光の透過率を測定し、結果を表1に示した。
(3)カール性
前記硬化性組成物溶液(溶液1)〜(溶液5)をそれぞれ別々の3cm角の大きさのポリイミドフィルムの上に硬化膜の厚みが40μmになるように塗布した。引き続き、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で500mJ/cm2で露光し、水平な台上で浮き上がった4辺それぞれの高さを測定し、その平均値をカール性の値とし結果を表1に示した。カール性は0mmに近づくほど良好である。
(4)重合開始露光量(硬化性)
実施例1および2、比較例1〜3において、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン2部に代えて1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバスペシャルティケミカルズ(株)製、商品名イルガキュア184)1部を使用する以外は実施例1および2、比較例1〜3と同様にして各硬化性組成物溶液(試験溶液1〜5)を得た。
前記硬化性組成物溶液(試験溶液1〜5)をUV硬化測定セル付レオメータ(Reologica社製レオメータ(VAR・DAR))を用いて16mWのUVの照射下、粘度変化を測定して、硬化性組成物溶液の粘度が200Pa・sになったときに硬化性組成物の重合反応が開始したものとして重合開始露光量を求め、結果を表2に示した。重合開始露光量は小さいほど硬化性が良好である。
Figure 2008136334
Figure 2008136334
表1および表2より、本発明の(A−1)成分を有する硬化性組成物は硬化性に優れ、これを用いて作成した硬化膜は、鉛筆硬度、透明性、カール性に優れる。これに比較して、(A−1)成分と同様にアクリレート構造を有するTHI−AC成分を含有する比較例1の硬化膜は、鉛筆硬度が劣る。また同様にアクリレート構造を有するTMP−3A成分を含有する比較例2の硬化膜は、カール性が劣る。
また、(A−2)成分を有する硬化性組成物を用いて作成した硬化膜は、鉛筆硬度、透明性、カール性に優れる。これに対して(A−2)成分と同様にメタクリレート構造を有するTMP−3MA成分を含有する比較例3の硬化性組成物は硬化性が劣り、また硬化膜は鉛筆硬度に優れるものの、透明性およびカール性において劣っており、物性バランスが偏っている。
(実施例3〜9)
[硬化性組成物の調製]
紫外線を遮蔽した容器中において、表3に示す(A)〜(F)成分を表3に示す配合組成(単位は質量部)に従い、室温で撹拌混合し、均一に溶解させて硬化性組成物溶液を調製した。
(比較例4〜7)
[硬化性組成物の調製]
紫外線を遮蔽した容器中において、表4に示す(B)、(D)、(G)成分を表4に示す配合組成(単位は質量部)に従い、室温で撹拌混合し、均一に溶解させて硬化性組成物溶液を調製した。
[硬化膜の製造]
表3および表4の実施例3〜9、比較例4〜7の硬化性組成物溶液をそれぞれ別々のガラス基板(50mm×50mm)に、硬化膜の厚みが100μmになるように塗布し、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で1J/cm2で露光し塗膜を硬化させた。
[性能評価方法]
(1)鉛筆硬度
上記[硬化膜の製造]で得られた硬化膜についてJIS−K5600に準拠し、三菱鉛筆(株)製ユニ(登録商標)を用いて鉛筆と硬化膜のなす角度が45度となるようにして引っ掻き、傷がつかない最大硬さの鉛筆を測定し、その硬さを鉛筆硬度とし、表3および表4に示した。
(2)光透過率
上記[硬化膜の製造]で得られた硬化膜についてJIS−K7105に準拠し、分光光度計(日本分光(株)製、UV3100)を用いて、波長400nmの光の透過率を測定し、結果を表3および表4に示した。
(3)カール性
上記[硬化性組成物の調製]で得られた硬化性組成物溶液をそれぞれ別々の3cm角の大きさのポリイミドフィルムの上に硬化膜の厚みが40μmになるように塗布した。引き続き、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で500mJ/cm2で露光し、水平な台上で浮き上がった4辺それぞれの高さを測定し、その平均値をカール性の値とし結果を表3および表4に示した。カール性は0mmに近づくほど良好である。
(4)重合開始露光量(硬化性)
上記[硬化性組成物の調製]で得られた硬化性組成物溶液をUV硬化測定セル付レオメータ(Reologica社製レオメータ(VAR・DAR)を用いて16mWのUVの照射下、粘度変化を測定して、硬化性組成物溶液の粘度が200Pa・sになったときに硬化性組成物の重合反応が開始したものとして重合開始露光量を求めた。結果を表3および表4に示した。重合開始露光量は小さいほど硬化性が良好である。
(5)耐擦傷性
上記[硬化膜の製造]で得られた硬化膜の表面を、#0000のスチールウールを用い、175g/cm2の荷重をかけて、ストローク25mm、速度30mm/sec.で10往復摩擦した後の表面の傷の有無を目視により確認した。
評価基準は以下の通りとし、評価結果を表3および表4に示した。
A:全く傷が認められないもの
B:傷が少数であるもの
C:傷が多数見られるもの
(6)耐折り曲げ性
上記[硬化膜の製造]で得られた硬化膜を直径2mmの円筒状の金属棒に巻きつけ、クラックの有無を目視により確認した。
評価基準は以下の通りとし、評価結果を表3および表4に示した。
A:クラックが全く生じない
B:クラックがほとんど生じない
C:クラックが常に生じる
(7)破断伸度(柔軟性)
上記[硬化膜の製造]で得られた硬化膜を短冊状(5mm×30mm)に切断し、両端各7.5mmをポリイミドフィルムにてタブ付けした。
JIS−K7127に準拠し、小型卓上試験機(EZ−test、島津製作所(株)製)を用い、ギャップ間距離15mm、引張速度5mm/min.の条件で引張し、破断時の伸度を測定した。評価結果を表3および表4に示した。破断伸度は柔軟性を示したものであり、大きいほど柔軟である。
Figure 2008136334
表3中の略称の内容を下記に示す。
A−1:合成例1で得られたウレタン化合物
A−3:合成例3で得られたウレタン化合物
イルガキュア184:チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、商品名:イルガキュア184、光重合開始剤
UA−122P:新中村化学工業(株)製、商品名:UA−122P、ウレタンオリゴマー
U−15HA:新中村化学工業(株)製、商品名:U−15HA、ウレタンオリゴマー
PE−4A:共栄社化学(株)製、商品名:PE−4A、アクリルモノマー
DPHA:共栄社化学(株)製、商品名:DPHA、アクリルモノマー
BD1:昭和電工(株)製、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、商品名カレンズ(登録商標)MT BD1)、チオール化合物
F−1:合成例4で得られたウレタン化合物
Figure 2008136334
表4中の略称の内容を下記に示す。
イルガキュア184:チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、商品名:イルガキュア184、光重合開始剤
AMP−60G:新中村化学工業(株)製、商品名:AMP−60G、アクリルモノマー
AMP−10G:新中村化学工業(株)製、商品名:AMP−10G、アクリルモノマー
PE−3A:共栄社化学(株)製、商品名:PE−3A、アクリルモノマー
DPHA:共栄社化学(株)製、商品名:DPHA、アクリルモノマー
G−1:合成例5で得られたウレタン化合物
G−2:合成例6で得られたウレタン化合物
表3および表4より、本発明の(A−1)成分を有する硬化性組成物(実施例3および4)は、硬化性が非常に良好で、耐擦傷性に優れ、耐折り曲げ性も良好な強度と柔軟性を両立する硬化膜を形成することができる。
一方、実施例5〜9に示すように本発明の(A−3)成分を有する硬化性組成物を用いて作成した硬化性樹脂は、カール性、耐折り曲げ性に特に優れ、耐擦傷性も良好である。
これに対し、特許文献5の実施例1で用いられている硬化性組成物とほぼ同一の組成を有する硬化性組成物(比較例4)では、カール性、耐折り曲げ性、破断伸度は十分ではあるが、鉛筆硬度、耐擦傷性が劣る。また、特許文献6の実施例1および2で用いられている硬化性組成物とほぼ同一の組成を有する硬化性組成物(比較例5および6)でも、硬化性、耐折り曲げ性は良好であったが、鉛筆硬度、耐擦傷性が不十分であった。
以上説明したように、本発明の硬化性組成物を硬化して得られる硬化物は、装飾、保護を目的とするコーティング材、光学フィルムに好適であり、例えば、液晶テレビ、パソコン、携帯電話のディスプレイ、タッチパネル、腕時計のレンズなどの強度と柔軟性のバランスが要求される分野で用いられ、コーティング材としての光学材料として有用である。
また、本発明の硬化性組成物は、硬化性、強度と柔軟性のバランスに優れた塗膜を与える塗料として用いることができ、硬化性に優れた接着剤としても用いることができる。

Claims (13)

  1. 下記一般式(1)で表されるウレタン化合物:
    Figure 2008136334
    (式中R1は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜12の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜12の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)a−O−(CH2)b−]c(但しaおよびbはそれぞれ独立に1〜10の整数、cは1〜5の整数を表す)であり、
    2は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜10の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜10の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)d−O−(CH2)e−]fであり(但しdおよびeはそれぞれ独立に1〜10の整数、fは1〜5の整数を表す)、
    3は水素原子またはメチル基である。)。
  2. 前記一般式(1)中のR1が炭素数1〜6の2価の脂肪族基であり、
    2が炭素数1〜6の2価の飽和脂肪族基、ベンゼン環を有する2価の有機基あるいは[−(CH2)d−O−(CH2)e−]fであり(但しdおよびeはそれぞれ独立に1〜5の整数、fは1〜3の整数を表す)、
    3が水素原子であることを特徴とする請求項1に記載のウレタン化合物。
  3. 請求項1に記載のウレタン化合物(A)、および重合開始剤(B)を含有する硬化性組成物。
  4. 前記硬化性組成物が、さらにウレタンオリゴマー(C)を含有することを特徴とする請求項3に記載の硬化性組成物。
  5. 前記硬化性組成物が、さらに反応性モノマー(D)を含有することを特徴とする請求項3または4に記載の硬化性組成物。
  6. 前記硬化性組成物が、さらにチオール化合物(E)を含有することを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の硬化性組成物。
  7. 前記チオール化合物(E)が、下記一般式(2)で示される構造を2個以上有することを特徴とする請求項6に記載の硬化性組成物。
    Figure 2008136334
    (式中、R8およびR9はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜10のアルキル基またはアリール基であり、mは0〜2の整数、nは0または1であり、R8およびR9は同時に水素原子とはならない。)
  8. 前記硬化性組成物が、さらに下記一般式(3)で表されるウレタン化合物(F)を含有することを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載の硬化性組成物:
    Figure 2008136334
    (式中、R4は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜12の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜12の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)g−O−(CH2)h−]iであり(但しgおよびhはそれぞれ独立に1〜10の整数、iは1〜5の整数を表す)、
    5は直鎖もしくは分岐を有する炭素数1〜10の2価の脂肪族基、脂環基を有する炭素数3〜10の2価の有機基、芳香環を有する2価の有機基または[−(CH2)p−O−(CH2)q−]r(但しpおよびqはそれぞれ独立に1〜10の整数、rは1〜5の整数を表す)であり、
    6およびR7はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基である。)。
  9. 請求項3〜8のいずれかに記載の硬化性組成物からなる塗料。
  10. 請求項3〜8のいずれかに記載の硬化性組成物からなる接着剤。
  11. 請求項3〜8のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られた硬化物。
  12. 請求項3〜8のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られたコーティング材。
  13. 請求項3〜8のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化して得られた光学フィルム。
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