JPWO2009110453A1 - 多官能ビニル芳香族共重合体、その製造方法及び樹脂組成物 - Google Patents

多官能ビニル芳香族共重合体、その製造方法及び樹脂組成物 Download PDF

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Abstract

耐熱性、耐熱分解性、溶剤可溶性、加工性及びアクリレート化合物との相溶性が改善された末端変性可溶性多官能ビニル芳香族共重合体及びそれを使用した硬化性樹脂組成物を開示する。この末端変性可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、ジビニル芳香族化合物(a)、モノビニル芳香族化合物(b)及び芳香族系エーテル化合物(c)を反応して得られ、アクリレート結合を含む芳香族系エーテル化合物由来の末端基を有し、数平均分子量Mnが500〜100,000であり、芳香族系エーテル化合物由来の末端基の導入量(c1)が1.0個/1分子以上であり、共重合体中のジビニル芳香族化合物由来の構造単位のモル分率a'及びモノビニル芳香族化合物由来の構造単位のモル分率b'がa'/(a'+b')=0.05〜0.95である。また、上記硬化性樹脂組成物は、この共重合体とアクリレート系の不飽和単量体を含む。

Description

本発明は、耐熱性、相溶性及び耐熱変色性が改善された末端変性可溶性多官能ビニル芳香族重合体とその製造方法に関する。更に、本発明はこの可溶性多官能ビニル芳香族重合体を含む樹脂組成物及びこの樹脂組成物を硬化又は成形して得られる硬化物及び成形物に関する。
反応活性のある不飽和結合を有する単量体の多くは、不飽和結合が開裂して、連鎖反応を起こす触媒と適切な反応条件を選択することにより多量体を生成することができる。このような不飽和結合を有する単量体を代表する汎用的な単量体としてスチレン、アルキルスチレン及びアルコキシスチレン等のビニル芳香族化合物を挙げることができる。そして、このようなビニル芳香族化合物を単独で又はこれらを共重合させることにより多種多様な樹脂が合成されている。
しかし、このようなビニル芳香族化合物から得られる重合体の用途は主に、比較的安価な民生機器の分野に限られており、電気・電子分野におけるプリント配線基板のような高機能で高度の熱的・機械的特性が要求される先端技術への適用はほとんどない。その理由としては、耐熱性あるいは耐熱分解性といった熱的特性と溶剤可溶性あるいはフィルム成形性といった加工性を同時に満足させることができないことが挙げられる。
この様な従来のビニル芳香族系重合体の欠点を解決する方法として、特許文献1にはジビニル芳香族化合物とモノビニル芳香族化合物を有機溶媒中、ルイス酸触媒及び特定構造の開始剤の存在下、20〜100℃の温度で重合させることによって得られる可溶性多官能ビニル芳香族共重合体が開示されている。また、特許文献2には4級アンモニウム塩の存在下で、ルイス酸触媒及び特定構造の開始剤により、ジビニル芳香族化合物を20〜100モル%含有してなる単量体成分を20〜120℃の温度でカチオン重合させることにより制御された分子量分布を有する可溶性多官能ビニル芳香族共重合体の製造方法が開示されている。これら2つの特許文献で開示されている技術によって得られる可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は溶剤可溶性及び加工性に優れ、これを使用することによってガラス転移温度の高い耐熱性に優れた硬化物を得ることができる。
これらの技術によって得られる可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、それ自体が重合性の2重結合を有するため、これを硬化させることにより高いガラス転移温度を持つ硬化物を与える。そのため、この硬化物又は可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、耐熱性に優れた重合体又はその前駆体であると言うことができる。そして、この可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は他のラジカル重合性モノマーと共重合して硬化物を与えるが、この硬化物も耐熱性に優れた重合体となる。
可溶性多官能ビニル芳香族共重合体と他のラジカル重合性モノマーの共重合時の相溶性や、硬化後の耐熱変色性という観点から見ると、汎用性の高い(メタ)アクリレート化合物との間の相溶性又は溶解性が十分でなく、また、高いプロセス温度に対する耐熱分解性は十分ではない。従って、(メタ)アクリレート化合物の種類によっては不透明な組成物を与えるケースが多く、(メタ)アクリレート化合物と可溶性多官能ビニル芳香族共重合体との均一な共重合が困難となる。これは、配合処方設計の自由度が小さいという欠点を生じる他、更に280〜300℃近傍の高い熱履歴によって、フクレや変色などの不良が生ずるケースがあった。
一方、特許文献3には、イソブチレンを含有するカチオン重合性モノマーを開始剤兼連鎖移動剤として作用する特定構造のハロゲン含有有機化合物、及び、ルイス酸の存在下で、低温でリビングカチオン重合を行うことにより、末端にイソブチリル基を有するイソブチレン系重合体を合成し、更にルイス酸存在下で、この末端にイソブチレン基を有するイソブチレン系重合体と特定構造のフェノール系化合物とのフリーデルクラフツ型反応を行うことによって、停止末端に水酸基を有するイソブチレン系重合体の製造方法が開示されている。しかしながら、当該製造方法によって合成された末端にイソブチレンを有するイソブチレン重合体は、多官能ビニル芳香族化合物を使用していないことに起因して、ペンダントビニル基を有しておらず、このため成形品のガラス転移温度が低く、電気・電子分野のような高機能で高度の熱的・機械的特性が要求される先端技術分野に適用できないという問題点があった。また、当該製造方法で導入されている末端基はフェノール系化合物由来のフェノール性水酸基である。
更に、特許文献4〜6には、フェノール性水酸基を含有する芳香族化合物とエチレン性不飽和結合を少なくとも二個以上含有する芳香族化合物とを反応させるフェノールアラルキル樹脂が開示されている。
更に、特許文献7にはジビニル芳香族化合物及びモノビニル芳香族化合物を共重合して得られる共重合体であって、その末端基の一部にエーテル結合又はチオエーテル結合を介した鎖状炭化水素基又は芳香族炭化水素基を有する可溶性多官能ビニル芳香族共重合体が開示されている。しかしながら、このようして末端が変性された可溶性多官能ビニル芳香族共重合体であっても、相溶性や耐熱性等が十分ではない場合があった。更に、特許文献7に開示されているエーテル結合を有する末端基は、ベンジルアルコールのようなOH基含有化合物のOH基がポリマー末端と反応するという反応機構によって導入されている。
特開2004−123873号公報 特開2005−213443号公報 特開平4−20501号公報 特許3206672号公報 特開平8−73570号公報 特開平8−259665号公報 特開2007−332273号公報 特開2003−306619号公報 特開2006−240292号公報 特開2005−213443号公報 特開平11−61081号公報 特開平5−86136号公報 特開2002−20441号公報 特開2006−193660号公報 特表2002−509273号公報
一方、プラスチックは自動車業界、家電業界、電気電子業界を初めとして種々の産業界で大量に使われている。このようにプラスチックが大量に使われている理由は、その加工性、透明性に加えて軽量、安価、光学特性などの理由による。しかしながら、ガラスなどに比べて柔らかく、表面に傷が付き易いなどの欠点を有している。これらの欠点を改良するために、表面にハードコート剤をコーティングすることが一般的な手段として行われている。
このハードコート剤には、シリコン系塗料、アクリル系塗料、メラミン系塗料などの熱硬化型のハードコート剤が用いられている。この中でも特に、シリコン系ハードコート剤はハードネスが高く、品質が優れているため多用されてきた。メガネ、レンズなど高付加価値の製品には殆どこの系統のコート剤が使用されている。しかしながら、硬化時間が長く、高価であり、連続的に加工するフィルム又はシート(以下、両者をフィルム等ともいう)のハードコートには適しているとは言えない。
近年、感光性のアクリル系ハードコート剤が開発され、利用されるようになった。感光性ハードコート剤は、紫外線などの光を照射することによって、直ちに硬化して硬い皮膜を形成するために、加工処理のスピードが速く、また、耐擦傷性などに優れた性能を持ち、トータルコスト的に安価になるので、今やハードコート剤の主流になっている。特に、ポリエステルなどのフィルム等の連続加工に適している。プラスチックのフィルム等の素材としては、ポリエステル、ポリアクリレート、アクリル、ポリカーボネート、塩化ビニル、トリアセチルセルロース、ポリエーテルスルフォンなどがある。ポリエステル、ポリカーボネート及びアクリルからなるフィルム等は種々の優れた特徴から最も広く使用されているフィルム等の一種である。このような樹脂製フィルム等は、ガラスの飛散防止フィルム、自動車の遮光フィルム、ホワイトボード用表面フィルム、システムキッチン表面防汚フィルム等として、また電子材料的には、タッチパネル、液晶ディスプレイ、CRTフラットテレビなどの機能性フィルムあるいはシートとして広く用いられている。これらはいずれも、その表面に傷が付きにくいようにするためにハードコート剤を塗工している(特許文献8、9)。
更に、ハードコート剤をコーティングしたフィルム等を使用したCRT、LCDなどの表示体では、反射により表示体画面が見難くなり、目が疲れやすいと言う問題が生ずるため、用途によっては、表面反射防止能のあるハードコート処理が必要である。表面反射防止の方法としては、感光性樹脂中に無機フィラーや有機系微粒子のフィラーを分散させたものをフィルム又はシート上にコーティングし、表面に凹凸をつけて反射を防止する方法(AG処理)、フィルム又はシート上に高屈折率層、低屈折率層の順に多層構造を設け、屈折率の差で映り込み、反射を防止する方法(AR処理)、又は上記2つの方法を合わせたAG/AR処理の方法などがある。
なお、特許文献1及び10にはジビニル芳香族化合物(a)及びモノビニル芳香族化合物(b)を有機溶媒中、ルイス酸触媒及び特定構造の開始剤の存在下、20〜100℃の温度で重合させることによって得られる可溶性多官能ビニル芳香族共重合体が開示されている。そして、この可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は溶剤可溶性及び加工性に優れ、これを使用することによって耐熱性及び耐熱分解性に優れた硬化物を得ることができることが開示されている。しかし、ハードコート剤への用途を教えるものはない。
ハードコート層を設けたフィルム又はシートに用いられているポリアクリル、ポリエステルやMS樹脂等のフィルム基材に使用されるハードコート用感光性樹脂組成物では、架橋密度を高くし、硬度を向上させるために、多官能樹脂が多く使われている。そのため硬度は高いものの、柔軟性や靭性が不足するために2次加工である折り曲げ時に割れを発生したり、打ち抜き加工時に浮き、剥がれや割れといった不具合を生じ、2次加工性の向上が大きな問題であった。また、多官能樹脂を多量に配合することに起因して、硬化収縮が大きく、極性も高くなることから、MS樹脂、ポリアクリル及びポリシクロオレフィンのような極性の低い難接着性樹脂では特に密着性が不足したり、ハードコートフィルム又はシートの反りといった欠点が問題となっていた。逆に、密着性を重視して、極性が低く官能基数の少ない樹脂を用いると硬度や耐擦傷性の向上が十分でないという問題があった。従って、難接着性のMS樹脂、ポリアクリル及びポリシクロオレフィンなどのフィルム又はシート基材用のハードコート剤では密着性、耐擦傷性、打ち抜き加工性の点で満足できるものがなく、これらの問題が解決されたハードコート用感光性樹脂組成物、更には、その硬化物、ハードコートフィルム又はシート、これらのハードコートフィルム又はシートが積層されている光学素子及び画像表示装置が求められている。
従来、光学部材用の樹脂には透明性や耐光性に優れるアクリル系樹脂やシクロオレフィン樹脂、あるいは、耐熱性に優れるポリカーボネート樹脂が一般に多用されてきた。一方、光・電子機器分野に利用される光学部材用の樹脂には、電子基板等への実装プロセスや高温動作下での耐熱性や機械特性が求められ、エポキシ系樹脂がよく用いられていた。しかし、近年、光学部材の利用分野が広がることによって、従来以上の光学特性、耐熱性及び機械的特性を有し、優れた成形性を持ち、特性の環境変化の少ない樹脂が求められている。例えば、車載用光・電子機器分野においては、電子制御化、システムモジュール化に対応して、各種のモニタ類、センサ類の搭載が検討されており、そこで使用される光学部材には高度の信頼性が要求されている。
しかし、先に記載した光学樹脂材料は、このような厳しい環境下での使用に耐えることが要求される先端技術分野で必要とされる諸特性、すなわち、低吸水性、耐熱性、成形性、型転写性及び離型性といった諸特性の一部しか満足することができなかった。このため、樹脂材料はガラス材料と比較して優れた形状の自由度、軽量性及び成形性を有しているにも関わらず、このような厳しい耐環境特性、光学特性及び成形性が要求される先端技術分野では、光学部材用材料として樹脂材料は使用されず、専らガラス材料が使用されているのが実情である。
従来、光学部材用に多量に使用されてきた樹脂材料の上記の欠点を解決し、透明性、耐熱性、低吸水性に優れた材料としてシクロアルキル基を有する重合性不飽和単量体を含有する硬化性樹脂組成物が検討されてきている(特許文献11〜13)。
特許文献14には、モノマー成分(A)としてエステル部分に炭素数4以下の脂肪族炭化水素基を有する(メタ)アクリレート、モノマー成分(B)として脂環式多官能(メタ)アクリレート、及び重合開始剤(D)を含有し、加熱又は光によって硬化する樹脂組成物が開示されている。
特許文献15には(a)ビニル基を少なくとも2個有する芳香族モノマー、(b)チオール基を少なくとも2個有するポリチオールモノマー、及び(c)重合性有機組成物の重合物の屈折率が少なくとも1.57で、アッベ数が少なくとも33であるエチレン性不飽和基を少なくとも1個有する無水物モノマーを含有する重合性有機組成物が開示され、屈折率の向上が図られている。
本発明は、高い熱履歴に対しても優れた耐熱性と耐熱変色性とを有し、(メタ)アクリレート化合物との相溶性に優れ、なおかつ成形加工性に優れる制御された分子量分布と溶剤可溶性を兼ね備えた末端変性多官能ビニル芳香族共重合体と、この共重合体を高効率に製造する方法を提供することを目的とする。他の目的は、特に難接着性のMS樹脂、ポリアクリル及びポリシクロオレフィンなどのフィルム又はシートに対する密着性が良好で、耐擦傷性が優れ、更に打ち抜き加工などの2次加工にも耐えられる感光性樹脂組成物及びハードコートフィルム又はシートを提供することある。更に、他の目的は、成形時の型転写性、離型性、及び低吸水性が改善された透明性、耐熱性及び機械的強度に優れ、環境変化に対し特性変化の少ない硬化性樹脂組成物を提供することにある。
本発明は、ジビニル芳香族化合物(a)、モノビニル芳香族化合物(b)及び芳香族系エーテル化合物(c)を反応して得られる共重合体であって、その共重合体の末端に下記式(1)で表される芳香族系エーテル化合物(c)由来の末端基を有し、数平均分子量Mnが500〜100,000であり、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比で表される分子量分布(Mw/Mn)が100.0以下であり、上記末端基の導入量(c1)が下記式(2)
(c1)≧1.0(個/分子) (2)
を満足し、共重合体中のジビニル芳香族化合物由来の構造単位のモル分率a'及びモノビニル芳香族化合物由来の構造単位のモル分率b'及び上記末端基のモル分率c'が、下記式(3)及び下記式(4)の関係を満足し、
0.05≦a'/(a'+b')≦0.95 (3)
0.005≦c'/(a'+b')<2.0 (4)
かつ、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムに可溶であることを特徴とする可溶性多官能ビニル芳香族共重合体に関する。
Figure 2009110453

ここで、Rは酸素原子及び硫黄原子を含んでもよい炭素数1〜18の炭化水素基であり、Rは水素又はメチル基を表す。
また、本発明は、ジビニル芳香族化合物(a)、モノビニル芳香族化合物(b)及び芳香族系エーテル化合物(c)を反応させて共重合体を製造する方法であって、ジビニル芳香族化合物(a)とモノビニル芳香族化合物(b)の合計100モル%に対し、ジビニル芳香族化合物(a)5〜95モル%、モノビニル芳香族化合物(b)95〜5モル%を使用し、更に下記式(7)で表わされる芳香族系エーテル化合物(c)を全単量体100モルに対し0.5〜500モルと、ルイス酸触媒、無機強酸及び有機スルホン酸からなる群から選ばれる一種以上の触媒(d)を使用し、これらを含む重合原料類を誘電率2.0〜15.0の溶媒に溶解させた均一溶媒中、20〜120℃の温度で重合させて共重合体の末端に上記式(1)で表わされる末端基を1.0(個/分子)以上有し、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムに可溶である共重合体を得ることを特徴とする可溶性多官能ビニル芳香族共重合体の製造方法に関する。
Figure 2009110453

式(7)において、R及びRは式(1)と同じ意味である。
上記可溶性多官能ビニル芳香族共重合体の製造方法において、触媒(d)が、金属フッ化物又はその錯体であるルイス酸触媒であること、又は芳香族系エーテル化合物(c)1モルに対し、触媒(d)を0.001〜10モルの範囲内で使用することは、好ましい態様である。
また、本発明は、(A)成分:上記の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体、
(B)成分:分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリロイル基を有する1種以上の光硬化型多官能(メタ)アクリレ−トと、
(C)成分:光重合開始剤を含有し、
(A)成分の配合量が1〜75wt%、(B)成分の配合量が98.9〜10wt%及び(C)成分の配合量が0.1〜15wt%であることを特徴とする感光性樹脂組成物に関する。
上記感光性樹脂組成物は、(D)成分として単官能及び2官能アクリレートからなる群から選ばれる1種以上の(メタ)アクリレート化合物を0.1〜20wt%含有することが好ましい。
また、本発明は、上記の感光性樹脂組成物を硬化して得られたことを特徴とする感光性樹脂硬化物に関する。更に、本発明は、上記の感光性樹脂組成物をフィルム又はシート状の基材上に塗布し、活性エネルギー線で硬化して得られたことを特徴とするハードコートされたフィルム又はシートに関する。
また、本発明は、(A)成分:上記の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体、
(F)成分:シクロアルキル基を有し、分子中に1個若しくは2個の(メタ)アクリロイル基を有する1種以上の重合性不飽和単量体、を含有し、
(A)成分の配合量が1〜80wt%、(F)成分の配合量が99〜20wt%であることを特徴とする硬化性樹脂組成物に関する。
上記硬化性樹脂組成物は、1)(G)成分として、(A)成分及び(F)成分の和を基準として0.01〜15wt%の重合開始剤を含むこと、2)(H)成分として、多官能チオール化合物を0.5〜40wt%含有すること、又は3)(I)成分として、(F)成分の以外の(メタ)アクリロイル基を1〜10個有する重合性不飽和単量体を1〜40wt%含有することのいずれか1以上を満足することが好ましい。
更に、本発明は、上記の硬化性樹脂組成物を硬化して得られたことを特徴とする光学樹脂硬化物に関する。
また、本発明は、上記の硬化性樹脂組成物を硬化、成形して得られたことを特徴とする光学材料に関する。
更に、本発明は、上記の硬化性樹脂組成物をフィルム状に成形・硬化させてなることを特徴とする光学フィルムに関する。
まず、本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体及びその製造方法について説明し、次に本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体を使用した樹脂組成物について説明する。
本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、ジビニル芳香族化合物、モノビニル芳香族化合物及び芳香族系エーテル化合物を反応させて得られる共重合体であって、その末端の一部にアクリレートを含有する芳香族系エーテル化合物由来の上記式(1)で表される末端基を有する。そして、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムに可溶である。本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、上記のように末端が変性されているので、末端変性可溶性多官能ビニル芳香族共重合体ともいうが、誤解を生じない場合は共重合体と略称する。
本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、ジビニル芳香族化合物に由来する構造単位及びモノビニル芳香族化合物に由来する構造単位の他、上記式(1)で表される末端基を構造単位として有する。それぞれの構造単位の存在量(モル分率)を、ジビニル芳香族化合物に由来する構造単位のモル分率をa'、モノビニル芳香族化合物に由来する構造単位のモル分率をb'及び末端基のモル分率をc'とすれば、次を満足する。
c'/(a'+b')は0.005以上、2.0未満であることが必要である。好ましくは、0.01〜1.5、より好ましくは0.05〜1.0である。本発明の共重合体の末端に上記末端基を上記の関係を満足するように導入することによって、高い熱履歴に対しても優れた耐熱性と耐熱変色性とを有し、(メタ)アクリレート化合物との相溶性に優れ、成形加工性にも優れた樹脂組成物とすることができる。末端基のモル分率が0.005より小さいと(メタ)アクリレート化合物との相溶性と成形加工性が低下し、2.0よりも大きいとポリマーとしての機械物性が維持できず、更に耐熱性及び耐熱変色性が低下する。
本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体一分子当りの末端基の導入量(c1)は、平均として1.0個以上であり、好ましくは2〜5個である。式(1)において通常、末端基は共重合体の主鎖にパラ位で結合する。
更に、本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、a'/(a'+b')が0.05〜0.95であり、好ましくは0.15〜0.95、より好ましくは0.30〜0.90モルの範囲である。b'/(a'+b')は、a'/(a'+b')の値から計算される。別の観点からは、ジビニル芳香族化合物に由来する構造単位を全ての構造単位の合計100モル%に対して、30〜90モル%含むことが好ましい。ジビニル芳香族化合物に由来する構造単位は、耐熱性を発現させるための架橋成分としてのビニル基を含み、一方、モノビニル芳香族化合物に由来する構造単位は、硬化反応に関与するビニル基を有しないため、成形性等を与える。したがって、ジビニル芳香族化合物に由来する構造単位のモル分率が0.05に満たないと硬化物の耐熱性が不足し、0.95を超えると成形加工性が低下する。
本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体のMn(ここで、Mnはゲル浸透クロマトグラフィーを用いて測定される標準ポリスチレン換算の数平均分子量である)は500〜100,000であり、好ましくは700〜50,000、更に好ましくは1,000〜20,000である。Mnが500未満であると共重合体の粘度が低すぎるため、厚膜の形成が困難になるなど、加工性が低下し、また、Mnが100,000を超えると、ゲルが生成しやすくなり、また、粘度が高くなるため、フィルム等に成形した場合、外観の低下を招くので好ましくない。分子量分布(Mw/Mn)の値は100.0以下、好ましくは50.0以下、より好ましくは1.5〜3.0である。Mw/Mnが100.0を超えると、共重合体の加工特性の悪化、ゲルの発生といった問題点を生ずる。
本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムから選ばれる溶剤に可溶であるが、有利には上記溶剤のいずれにも可溶である。溶剤に可溶で、多官能な共重合体であるためには、ジビニルベンゼンのビニル基の一部は架橋せずに残存し適度な架橋度であることが必要である。かかる共重合体又はその製造方法は上記特許文献等で知られている。
本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、上記末端基で末端が変性されているため(メタ)アクリレート化合物に対する相溶性が高い。したがって、(メタ)アクリレート化合物と共重合させて硬化させた場合、均一硬化性や透明性に優れるものとなる。
次に、本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体を有利に製造することができる製造方法に関する発明について説明する。本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体の製造方法を、本発明の共重合体の製造方法又は本発明の製造方法と略称することもある。
本発明の共重合体の製造方法では、ジビニル芳香族化合物(a)、モノビニル芳香族化合物(b)及び芳香族系エーテル化合物(c)を反応させて共重合体を製造する。
ジビニル芳香族化合物(a)とモノビニル芳香族化合物(b)の使用量は、両者の合計100モル%に対し、ジビニル芳香族化合物(a)5〜95モル%、モノビニル芳香族化合物(b)95〜5モル%である。好ましくは、ジビニル芳香族化合物(a)15〜70モル%、モノビニル芳香族化合物(b)85〜30モル%である。
ジビニル芳香族化合物(a)は共重合体を分岐させ、多官能とさせると共に、共重合体を熱硬化する際に耐熱性を発現させるための架橋成分として重要な役割を果たす。ジビニル芳香族化合物(a)の例としては、ジビニルベンゼン(m−及びp−両方の異性体)、ジビニルナフタレン(各異性体を含む)、ジビニルビフェニル(各異性体を含む)が好ましく使用されるが、これらに限定されるものではない。また、これらは単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
モノビニル芳香族化合物(b)は、共重合体の溶剤可溶性及び加工性を改善する。モノビニル芳香族化合物(b)の例としては、スチレン、核アルキル置換モノビニル芳香族化合物、α−アルキル置換モノビニル芳香族化合物、β−アルキル置換スチレン、アルコキシ置換スチレン等があるが、これらに制限されるものではない。共重合体のゲル化を防ぎ、溶媒への溶解性、加工性の改善するために、特にスチレン、エチルビニルベンゼン(m−及びp−両方の異性体)、エチルビニルビフェニル(各異性体を含む)がコスト及び入手の容易さの観点から、好まれて使用される。
また、本発明の共重合体の製造方法では、本発明の効果を損なわない範囲で、ジビニル芳香族化合物(a)、モノビニル芳香族化合物(b)の他に、トリビニル芳香族化合物、トリビニル脂肪族化合物やジビニル脂肪族化合物及びモノビニル脂肪族化合物等の他の単量体(e)を使用し、この単位を共重合体中に導入することができる。
他の単量体(e)の具体例としては、1,3,5−トリビニルベンゼン、1,3,5−トリビニルナフタレン、1,2,4−トリビニルシクロへキサン、エチレングリコールジアクリレート、ブタジエン等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。これらは単独で又は2種以上を組合せて用いることができる。他の単量体(e)は、全単量体の30モル%未満の範囲内で使用されることがよい。それにより、他の単量体成分(e)に由来する構造単位は、共重合体中の構造単位の総量に対して30モル%未満の範囲内とされる。なお、全単量体というときは、ジビニル芳香族化合物(a)、モノビニル芳香族化合物(b)等の重合性二重結合を有する単量体の他に、芳香族系エーテル化合物(c)を含む。また、重合性二重結合を有する単量体というときは、芳香族系エーテル化合物(c)を含まない。
芳香族系エーテル化合物(c)は上記式(7)で表わされる。ここで、R及びRは式(1)と同じ意味を有する。芳香族系エーテル化合物(c)は重合反応時に重合活性種との間で連鎖移動反応を起こし、共重合体の末端に、接着性等の機能付与を可能にする式(1)で表わされる末端基を導入する役割を果たす化合物である。そこで、芳香族系エーテル化合物(c)を重合添加剤ともいうが、これは共重合体に上記の末端基(構造単位の一つである)を与えるので、単量体でもある。
芳香族系エーテル化合物(c)としては、反応性、入手の容易さ、硬化物の耐熱性の観点から、2−フェノキシエチルメタクリレート及び2−フェノキシエチルアクリレートが好ましく使用される。
芳香族系エーテル化合物(c)の使用量は、全単量体100モルに対し、0.5〜500モル、好ましくは1〜100モル、より好ましくは10〜50モルである。0.5モル未満であると、上記末端基の導入量が減少し、アクリレート化合物との相溶性等の機能が低下するばかりでなく、分子量及び分子量分布が増大し、成形加工性が悪化する。また、500モルを超えて使用すると、重合速度が著しく低下し、生産性が低下する他、分子量が上がらない。芳香族系エーテル化合物(c)は、重合反応の際、成長ポリマー鎖の末端のビニル基由来の炭素カチオンと反応して上記末端基を形成させて成長を停止させると考えられる。芳香族系エーテル化合物(c)に由来する末端基の導入量を上記共重合体の説明でした範囲とするようにその使用量及び反応条件を選定する。
重合反応は、重合性二重結合を有する単量体と、芳香族系エーテル化合物(c)と、触媒(d)を使用し、これらを含む重合原料類を誘電率2.0〜15.0の溶媒に溶解させた均一溶媒中、20〜120℃の温度でカチオン共重合させて末端変性共重合体を得る。ここで、得られる末端変性共重合体は、上記末端基を1.0(個/分子)以上有し、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムに可溶である共重合体である。
触媒(d)としては、ルイス酸触媒、無機強酸及び有機スルホン酸からなる群から選ばれる一種以上が使用される。
ルイス酸触媒としては、金属イオン(酸)と配位子(塩基)からなる化合物であって、電子対を受け取ることのできるものであれば特に制限なく使用できる。ルイス酸触媒の中でも得られる共重合体の耐熱分解性の観点から、特にB、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Ti、W、Zn、Fe及びV等の2〜6価の金属のフッ化物又はその錯体が好ましい。また、無機強酸としては、硫酸、塩酸、リン酸などを挙げることができる。有機スルホン酸の具体例としては、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸等を挙げることができる。これらの触媒は、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。得られる共重合体の分子量及び分子量分布の制御及び重合活性の観点から、三フッ化ホウ素のエーテル(ジエチルエーテル、ジメチルエーテル等)錯体が最も好ましく使用される。
触媒(d)は、芳香族系エーテル化合物(c)1モルに対して0.001〜10モルの範囲内で用いるが、より好ましくは0.001〜1モルである。10モルを越えると、重合速度が大きくなりすぎるため、分子量分布の制御が困難となるばかりでなく、式(1)の末端基の導入量が減少する。
本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体の製造方法では、所望により芳香族系エーテル化合物(c)以外のエステル化合物から選ばれる1種以上の助触媒を使用することができる。その場合、芳香族系エーテル化合物(c)と合わせて溶媒に対し、90wt%未満の範囲内で使用することができ、より好ましくは70wt%以下である。芳香族系エーテル化合物(c)及び助触媒の使用量が溶媒に対して90wt%を超えると、重合速度が減少し、共重合体の収率が低下するので好ましくない。芳香族系エーテル化合物(c)と助触媒を併用することで重合系全体の極性をコントロールすることが容易となり、重合度に影響する溶媒の誘電率を最適化し、重合活性種の反応性を制御することができる。この結果、可溶性多官能ビニル芳香族共重合体の分子量及び分子量分布をより制御することができる。
また、重合反応は、生成する可溶性多官能ビニル芳香族共重合体を溶解する誘電率が2〜15である有機溶媒中で行われる。有機溶媒としては、カチオン重合を本質的に阻害しない化合物であり、かつ触媒、重合添加剤、助触媒、単量体及び多官能ビニル芳香族共重合体を溶解して、均一溶液を形成するものである。有機溶媒は誘電率が2〜15の範囲内であれば特に制限はなく、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。溶媒の誘電率が2未満であると、分子量分布が広くなるため好ましくなく、15を超えると重合速度が著しく低下する。
有機溶媒としては、重合活性、溶解性のバランスの観点からトルエン、キシレン、n−へキサン、シクロへキサン、メチルシクロへキサン及びエチルシクロへキサンが特に好ましい。また、溶媒の使用量は、得られる重合溶液の粘度や除熱の容易さを考慮して、重合終了時において重合溶液中の共重合体の濃度が1〜80wt%、好ましくは5〜70wt%、特に好ましくは10〜60wt%となるように決定される。この濃度が1wt%に満たない場合は、重合効率が低いことに起因して、コストの増大を招き、80wt%を越えると、分子量及び分子量分布が増大し、成形加工性の低下を招く。
重合は20〜120℃、好ましくは40〜100℃の温度で行う。重合温度が120℃を超えると、反応の選択性が低下するため、分子量分布の増大やゲルの発生といった問題点が生じ、20℃未満で重合を行うと、触媒活性が著しく低下するので、多量の触媒を添加する必要が生じる。
重合反応停止後、共重合体を回収する方法は特に限定されず、例えば、スチームストリッピング法、貧溶媒での析出などの通常用いられる方法を用いればよい。
本発明の製造方法によれば、本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体を有利に得ることができる。
本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、成形材、シート又はフィルムに加工することができ、低誘電率、低吸水率、高耐熱性等の特性を満足できる。そして、半導体関連材料又は光学用材料、更には、塗料、感光性材料、接着剤、汚水処理剤、重金属捕集剤、イオン交換樹脂、帯電防止剤、酸化防止剤、防曇剤、防錆剤、防染剤、殺菌剤、防虫剤、医用材料、凝集剤、界面活性剤、潤滑剤、固体燃料用バインダー、導電処理剤等への適用が可能である。更に光学部品用としては、CD用ピックアップレンズ、DVD用ピックアップレンズ、Fax用レンズ、LBP用レンズ、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、マイクロレンズアレイ、オリゴンミラー、プリズム等が挙げられる。
次に、本発明の樹脂組成物について説明する。まず、本発明の感光性樹脂組成物、それから得られる硬化物及びハードコートフィルムについて説明し、次に本発明の硬化性樹脂組成物、それから得られる硬化物及び光学材料について説明する。
本発明の感光性樹脂組成物は、(A)成分、(B)成分及び(C)成分を含む。ここで、(A)成分は上記可溶性多官能ビニル芳香族共重合体であり、(B)成分は分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリロイル基を有する1種以上の光硬化型多官能(メタ)アクリレ−トであり、(C)成分は光重合開始剤である。そして、(A)成分の配合量が1〜75wt%、(B)成分の配合量が98.9〜10wt%及び(C)成分の配合量が0.1〜15wt%である。
(A)成分となる可溶性多官能ビニル芳香族共重合体及びその製造方法は、本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体及びその製造方法の項で説明したとおりである。
(A)成分となる可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、上記可溶性多官能ビニル芳香族共重合体であるが、好ましい可溶性多官能ビニル芳香族共重合体としては、ジビニル芳香族化合物5〜75モル%、モノビニル芳香族化合物35〜5モル%及び芳香族系エーテル化合物60〜20モル%を反応して得られる共重合体であって、その共重合体の末端に上記式(1)で表される芳香族系エーテル化合物由来の末端基を有し、数平均分子量Mnが500〜100,000であり、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比で表される分子量分布(Mw/Mn)が100.0以下であり、上記末端基の導入量が1.0(個/分子)以上であり、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムに可溶である共重合体がある。
(A)成分となる可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、芳香族系エーテル化合物に由来する構造単位を末端に有することによって、靭性、接着性及び打抜き加工などの2次加工性が向上したハードコート層を与える感光性樹脂組成物が得られる。
本発明の感光性樹脂組成物では、(B)成分として、分子中に少なくとも3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する1種以上の光硬化型多官能アクリレートが使用される。これらの(B)成分として用いられる多官能アクリレートは(A)成分と併用することによって相乗的に、耐擦傷性と密着性が同時に向上する。
(B)成分として用いることのできる分子中に少なくとも3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する光硬化型多官能(メタ)アクリレ−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、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ーヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、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ヘキサ(メタ)アクリレート、あるいは3官能以上のウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、分子内に(メタ)アクリロイル基を少なくとも3つ含む多官能性モノマーの市販品としては、例えばカヤラッド DPHA、DPCA−20、DPCA−30、DPCA−60、DPCA−120、D−310、D−330、PET−30、GPO−303、TMPTA、THE−330、TPA−330(以上、日本化薬(株)製)、アロニックスM−315、M−325(以上、東亞合成(株)製)、TMPTA、TMPEOTA、DPHA、PETA、EBECRYL 1290K、EBECRYL 5129、KRM8200、EBECRYL 8301(以上、ダイセル・サイテック(株)製)等が挙げられる。
上記の光硬化型多官能(メタ)アクリレートのうち、本発明の(A)成分と相乗的に作用して、接着性、屈曲性及び2次加工性の改良効果の大きなものとして、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、及びトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートを挙げることができる。
(C)成分の光重合開始剤としては、例えばベンゾイン、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、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン類;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、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、2−ヒドロキシ−2−メチル−フェニルプロパン−1−オン、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルホリノプロパン−1−オンなどのアセトフェノン類;2−エチルアントラキノン、2−ターシャリーブチルアントラキノン、2−クロロアントラキノン、2−アミルアントラキノンなどのアントラキノン類;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、2−クロロチオキサントンなどのチオキサントン類;アセトフエノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタールなどのケタール類;ベンゾフエノン、4−ベンゾイル−4'−メチルジフェニルサルファイド、4,4'−ビスメチルアミノベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイド等のホスフィンオキサイド類等が挙げられる。
これらは、単独又は2種以上の混合物として使用でき、更にはトリエタノールアミン、メチルジエタノールアミンなどの第3級アミン、N,N−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル、N,N−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル等の安息香酸誘導体等の促進剤などと組み合わせて使用することができる。
光重合開始剤の市販品としては、例えばIrgacure184、369、651、500、819、907、784、2959、CGI−1700、−1750、−1850、CG24−61、Darocur l116、1173(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)、Lucirin TPO、LR8893、LR8970(以上、BASF社製)、ユベクリルP36(UCB社製)等が挙げられる。
本発明の感光性樹脂組成物は、上記(A)成分、(B)成分及び(C)成分をそれぞれ(A)成分:1〜75wt%、(B)成分:98.9〜10(wt%)、(C)成分:0.1〜15wt%含有していることが必要である。好ましくは、(A)成分:5〜60wt%、(B)成分:94〜30wt%、(C)成分:1〜10wt%である。(A)成分と(B)成分の配合比率が上記の範囲内にあることによって、相乗的にハードコート層の密着性、耐擦傷性及び2次加工性が改善される。また、(C)成分が0.1wt%未満であると、硬化不足を生じやすく、密着性や耐擦傷性が低下するので好ましくない。また、(C)成分を15wt%超えて使用すると、打ち抜き加工性が低下したり、生産性が低下したりするので好ましくない。
また、本発明の感光性樹脂組成物では(D)成分として、単官能及び2官能の(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上の(メタ)アクリレート化合物を0.1〜20wt%含有することもできる。(D)成分である単官能及び多官能の(メタ)アクリレート化合物としては、エチレンオキサイド変性フェノールの(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性フェノールの(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ノニルフェノールの(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性ノニルフェノールの(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシルカルビトール(メタ)アクリレート、イソボルニル(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、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の単官能(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、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、エチレンオキサイド変性ネオペンチルグリコールのジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAのジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAのジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性水添ビスフェノールAのジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンアリルエーテルジ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート、あるいは各種のウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート等からなる群から選ばれる1種以上の単官能及び多官能(メタ)アクリレート化合物が使用される。その中でも、テトラヒドロフルフリル(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、及び、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレートが打抜き加工性及び密着性についての改良効果が大きいことから、有利に使用される。
(D)成分の単官能及び2官能の(メタ)アクリレート化合物の市販品としては、β−CEA、IBOA、ODA−N、EBECRYL 110、DPGA、HDDA、TPGDA、IRR214−K、EBECRYL 8402、EBECRYL 8200、EBECRYL 8407(ダイセル・サイテック(株)製)、SR285、SR213、SR268、CD420、SR203、SR340、SR423D、CD513、SR212、SR259、SR238F、SR601、SR9045(サートマー社製)、ライトアクリレートPO−A(共栄社化学株式会社製)等を挙げることができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、(E)成分として希釈剤と混合して使用することができる。ここで、(E)成分は感光性樹脂組成物の組成を計算する際の成分としては計算しない。
使用しうる希釈剤の具体例としては、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、γ−ヘプタラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン類;ジオキサン、1,2−ジメトキシメタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート類;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、アセトフェノン等のケトン類;フェノール、クレゾール、キシレノール等のフェノール類;酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、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エステル類;トルエン、キシレン、ジエチルベンゼン、シクロヘキサン等の炭化水素類;トリクロロエタン、テトラクロロエタン、モノクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類等、石油エーテル、石油ナフサ等の石油系溶剤等の有機溶剤が挙げられる。これらの希釈剤は、単独で用いても良く、2種類以上を混合して用いても良い。
(E)成分の配合量は(A)成分、(B)成分、(C)成分を必須成分とする感光性樹脂組成物100重量部に対して、5.0〜500重量部であることが好ましい。より好ましくは10.0〜300重量部である。最も好ましくは20.0〜100重量部である。なお、(E)成分は感光性樹脂組成物の外数として計算する。
本発明の感光性樹脂組成物は所望により、シリコーン系化合物を0.1〜5.0(wt%)添加することができる。シリコーン系化合物としては、シリコーン−アクリル系重合体、オルガノポリシロキサン及び片末端及び/又は両末端に重合性の炭素−炭素二重結合を有するポリシロキサンからなる群から選ばれる1種以上のシリコーン系化合物が有利に使用される。
ここで、シリコーン−アクリル系重合体は、アクリル変性シリコーンとラジカル重合可能なモノマーとのラジカル共重合により得ることができる。シリコーン−アクリル系重合体中のシリコーンの割合は、通常10〜50重量%の範囲であり、好ましくは20〜40重量%、より好ましくは20〜30重量%である。分子量については、5〜10万が好ましい。シリコーン−アクリル系重合体の市販品としては、サイマックUS−270、US−350、US−380、US−352(東亞合成(株)製)等を挙げることができる。
感光性樹脂組成物には、必要によりレベリング剤、消泡剤、更には紫外線吸収剤、光安定剤、無機、有機各種フィラー、防かび剤、抗菌剤などを添加し、それぞれ目的とする機能性を付与することも可能である。
本発明の用感光性樹脂組成物は、上記(A)成分、(B)成分、(C)成分並びに、必要により(D)成分、(E)成分及びその他の成分を任意の順序で混合することにより得ることができる。この感光性樹脂組成物は経時的に安定である。
本発明の感光性樹脂組成物は、ハードコート用感光性樹脂組成物として好適である。本発明の感光性樹脂組成物をハードコート剤として使用する場合、ハードコート用感光性樹脂組成物ともいう。
本発明のハードコート層を有するフィルム又はシートは、上記のハードコート剤用感光性樹脂組成物をフィルム又はシート基材(ハードコート加工されるベースフィルム又はシートをいう。以下、基材又は基材フィルムともいう。)上に該ハードコート剤用感光性樹脂組成物の乾燥後の重量が2〜50g/m2、好ましくは5〜30g/m2、又は乾燥後の膜厚として2〜50μm、好ましくは5〜30μmである。
ハードコート層を設けるべき基材フィルム類を構成する樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、MS、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース、ポリエーテルスルフォン、シクロオレフィン系ポリマーなどが挙げられる。基材フィルム類の厚さについては特定されないが、50μm〜550mmのものが好ましい。
ハードコート剤用感光性樹脂組成物を基材フィルム類の表面上に塗布する方法としては、例えば、バーコーター塗工、メイヤーバー塗工、エアナイフ塗工、グラビア塗工、リバースグラビア塗工、オフセット印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷などが挙げられる。使用する基材フィルム類としては、柄を有するものや、易接着層を設けたものであっても良いが、コスト面を勘案すると易接着層を設けていないものが好ましい。
ハードコート剤用感光性組成物を硬化させる光としては、例えば紫外線、電子線などが挙げられる。また、光源としては、紫外線により硬化させる場合、キセノンランプ、高圧水銀灯、メタルハライドランプなどを有する紫外線照射装置が使用され、必要に応じて光量、光源の配置などが調整される。メタルハライドランプを使用する場合、200〜600mW/cmの光量を有するランプ1灯に対して搬送速度2〜60m/分で硬化させるのが好ましい。
本発明のハードコートフィルム又はシートを得るために使用されるハードコート剤用感光性樹脂組成物は、特に未処理のポリエステル、アクリル樹脂、MS樹脂、ポリエーテルスルフォン、トリアセチルセルロース等のフィルム又はシート(基材)に対して、本発明のハードコート剤用感光性樹脂組成物は(A)成分と(B)成分とが相乗的に界面での相互作用を高め、フィルム又はシート(基材)への密着性を改良し、硬化して得られるハードコート層の屈曲性、耐擦傷性、鉛筆硬度が優れている。未処理フィルム又はシートに対する接着性に優れていることから安価にハードコート層付きのフィルムを製造でき、得られたハードコート層付きフィルム又はシートは光学分野、電子機器分野における用途に好適に使用出来る。このようなハードコート層付きフィルム又はシートは、特にプラスチック光学部品、タッチパネル、フラットディスプレイ、フィルム液晶素子など、高硬度、低反射を必要とする機器分野に好適である。
次に、本発明の硬化性樹脂組成物について説明する。この硬化性樹脂組成物は、(A)成分及び(F)成分を含む。ここで、(A)成分は上記可溶性多官能ビニル芳香族共重合体であり、(F)成分はシクロアルキル基を有し、分子中に1個若しくは2個の(メタ)アクリロイル基を有する1種以上の重合性不飽和単量体である。この硬化性樹脂組成物における(A)成分の配合量は1〜80wt%、(F)成分の配合量は99〜20wt%である。この硬化性樹脂組成物は、光学用材料として適するので、硬化性光学樹脂組成物ともいう。
(A)成分となる可溶性多官能ビニル芳香族共重合体及びその製造方法は、本発明の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体及びその製造方法の項で説明したとおりである。
(A)成分となる可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、上記可溶性多官能ビニル芳香族共重合体であるが、好ましい可溶性多官能ビニル芳香族共重合体としては、ジビニル芳香族化合物5〜75モル%、モノビニル芳香族化合物35〜5モル%及び芳香族系エーテル化合物60〜20モル%を反応して得られる共重合体であって、その共重合体の末端に上記式(1)で表される芳香族系エーテル化合物由来の末端基を有し、数平均分子量Mnが500〜100,000であり、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比で表される分子量分布(Mw/Mn)が100.0以下であり、上記末端基の導入量が1.0(個/分子)以上であり、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムに可溶である共重合体がある。また、可溶性多官能ビニル芳香族共重合体が、ジビニル芳香族化合物由来の構造単位のモル分率a'及びモノビニル芳香族化合物由来の構造単位のモル分率b'、芳香族系エーテル化合物由来の構造単位のモル分率c'が下記式を満足することが望ましい。
0.1≦a'/(a'+b')≦0.95
0.005≦c'/(a'+b')}<2.0
本発明の硬化性樹脂組成物では、(F)成分として、シクロアルキル基を有し、分子中に1個若しくは2個の(メタ)アクリロイル基を有する1種以上の重合性不飽和単量体が使用される。これらの(F)成分として用いられる重合性不飽和単量体は(A)成分と併用することによって相乗的に、成形時の型転写性、離型性やハードコート剤との密着性が同時に向上する。
(F)成分として用いることのできる重合性不飽和単量体としては、例えば、下記一般式(11)〜(17)で表わされる重合性不飽和単量体が好ましく挙げられるが、これらに限定されない。
具体的には、下記一般式(11)で表されるジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、下記一般式(12)で表されるジシクロペンタニルオキシアルキル(メタ)アクリレート、下記一般式(13)で表されるジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、下記一般式(14)で表されるジシクロペンテニルオキシアルキル(メタ)アクリレート、下記一般式(15)で表されるイソボルニル(メタ)アクリレート、下記一般式(16)で表されるイソボニルオキシアルキル(メタ)アクリレート、及び下記一般式(17)で表されるトリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる重合性不飽和単量体の少なくとも1種が好ましく例示される。
Figure 2009110453

式中、Rは水素又はメチル基を表す。
Figure 2009110453

式中、Rは水素又はメチル基であり、Rは2〜12個の炭素原子を有するアルキレン基又は少なくとも2個の炭素原子を有する2個以上のアルキレン基が酸素原子で結合された、全体として4〜12個の炭素原子を有するオキシアルキレン基である。
Figure 2009110453

式中Rは水素又はメチル基を表す。
Figure 2009110453

式中Rは水素又はメチル基であり、Rは2〜12個の炭素原子を有するアルキレン基又は少なくとも2個の炭素原子を有する2個以上のアルキレン基が酸素原子で結合された、全体として4〜12個の炭素原子を有するオキシアルキレン基である。
Figure 2009110453

式中、Rは水素又はメチル基を表す。
Figure 2009110453

式中、Rは水素又はメチル基であり、Rは2〜12個の炭素原子を有するアルキレン基又は少なくとも2個の炭素原子を有する2個以上のアルキレン基が酸素原子で結合された、全体として4〜12個の炭素原子を有するオキシアルキレン基である。
Figure 2009110453

式中、Rは水素又はメチル基を表す。
(B)成分として用いることのできる重合性不飽和単量体を具体的に示す。例えば、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンタニルオキシエチルメタクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、イソボニルアクリレート、イソボニルメタクリレート、イソボニルオキシエチルアクリレート、イソボニルオキシエチルメタアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート等を挙げることができる。
なお、シクロアルキル基を有し、分子中に1個若しくは2個の(メタ)アクリロイル基を有する1種以上の重合性不飽和単量体の市販品としては、FA−511AS、FA−512A、FA−512AS、FA−513AS、FA−512M、FA−512MT、FA−513M(以上、日立化成工業(株)製)、IBOA(ダイセル・サイテック(株))、SR423D、SR506D、SR833(以上、サートマー・ジャパン(株))等が挙げられる。
上記の重合性不飽和単量体のなかでも、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、及び、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートが、(A)成分と相乗的に作用して、型転写性、離型性の改良効果が大きいという観点から好ましい。また、これらの重合性不飽和単量体は1種又は2種以上を使用することができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、上記成分の他に下記(G)〜(I)成分から選ばれる少なくとも1種を含むことが有利である。
(G)成分として、重合開始剤。その含有量は、(A)成分及び(F)成分の和を基準として0.01〜15wt%である。(H)成分として、多官能チオール化合物。その含有量は、硬化性樹脂組成物の0.5〜40wt%である。(I)成分として、(F)成分の以外の(メタ)アクリロイル基を1〜10個有する重合性不飽和単量体。その含有量は、硬化性樹脂組成物の1〜40wt%である。
本発明の硬化性樹脂組成物は後述するように加熱や活性エネルギー線光の照射等の手段により架橋反応を起こして硬化するが、その際の反応温度を低くしたり、不飽和基の架橋反応を促進する目的で重合開始剤(G)を含有させて使用してもよい。この目的で用いられる重合開始剤の量は(A)成分及び(F)成分の和を基準として0.01〜15wt%、好ましくは0.02〜12wt%である。特に好ましくは0.05〜10wt%である。重合開始剤の量が前述の範囲内であると、離型性、耐熱性及び機械的特性に優れた硬化物が得られることから好ましい。
(G)成分である重合開始剤として使用することのできる化合物としては、加熱や活性エネルギー線光の照射等の手段により、ラジカルを発生させるものであれば特に限定せずに使用することができる。より具体的に例示すれば、加熱により硬化させる場合には、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤等、通常のラジカル熱重合に使用できるものはいずれも使用することができる。アゾ系開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサノン−1−カルボニトリル、アゾジベンゾイル等があり、過酸化物開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1,1−t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、tert−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート等が挙げられる。
ラジカル重合を光ラジカル重合により行う場合、ラジカル重合開始剤として、上記アゾ系開始剤や過酸化物開始剤等のラジカル熱重合開始剤の替わりに光ラジカル重合開始剤を用いることができる。光ラジカル重合開始剤としては工業的UV照射装置の紫外線を効率良く吸収して活性化し、硬化樹脂を黄変させないものであれば特に特定されるものではなく、例えば、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、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン類;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、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、2−ヒドロキシ−2−メチル−フェニルプロパン−1−オン、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルホリノプロパン−1−オンなどのアセトフェノン類;2−エチルアントラキノン、2−ターシャリーブチルアントラキノン、2−クロロアントラキノン、2−アミルアントラキノンなどのアントラキノン類;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、2−クロロチオキサントンなどのチオキサントン類;アセトフエノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタールなどのケタール類;ベンゾフエノン、4−ベンゾイル−4'−メチルジフェニルサルファイド、4,4'−ビスメチルアミノベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイド等のホスフィンオキサイド類等が挙げられる。
これらは、単独又は2種以上の混合物として使用でき、更には、光ラジカル重合開始剤に対しては、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミンなどの第3級アミン、N,N−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル、N,N−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル等の安息香酸誘導体等の促進剤などと組み合わせて使用することができる。
ラジカル熱重合開始剤の市販品としては、例えばパーブチルO、パーロイルTCP、パーロイルL、パーオクタO、ナイパーBW、パーヘキシルI、パーヘキサ25Z、パーブチルP、パーブチルZ(以上、日本油脂(株))、V−70、V−65、V−59、V−40(以上、和光純薬工業(株))等が挙げられる。
光ラジカル重合開始剤の市販品としては、例えばIrgacure184、369、651、500、819、907、784、2959、CGI−1700、−1750、−1850、CG24−61、Darocur l116、1173(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)、Lucirin TPO、LR8893、LR8970(以上、BASF社製)、ユベクリルP36(UCB社製)等が挙げられる。
また、本発明の硬化性樹脂組成物では、(H)成分として、1種以上の多官能チオールを配合することもできる。(H)成分を配合する場合の配合量は組成物に対し0.5〜40wt%であることがよく、好ましくは1〜25wt%である。より好ましくは、2〜15wt%である。(H)成分配合量が0.5wt%未満であると多官能チオールを添加したことによる型転写性及び耐熱性の向上の程度が不十分であり、40wt%を越える場合は、機械的強度が著しく低下する。
(H)成分の多官能チオール化合物としては、トリメチロールプロパントリス(3−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(3−メルカプトプロピオネート)、テトラエチレングリコールビス(3−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(3−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(チオグリコレート)、トリス[(3−メルカプトプロピオニルオキシ)−エチル]−イソシアヌレート)、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、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)等からなる群から選ばれる1種以上の多官能チオール化合物が使用される。その中でもペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)が好ましく使用される。
(H)成分の多官能チオールの市販品としては、TEMPIC、TMMP、PEMP及びDPMP(以上、堺化学工業(株))、カレンズMT BD1、カレンズMT NR1及びカレンズMT PE1(以上、昭和電工(株))等を挙げることができる。
また、本発明の硬化性樹脂組成物では、基材との密着性の改善や屈折率の調整などを目的として、(I)成分として、(F)成分以外の(メタ)アクリロイル基を1〜10個有する化合物からなる群から選ばれる1種以上の(メタ)アクリレート化合物を配合することもできる。
(I)成分を配合する場合の配合量は組成物に対し1.0〜40wt%であることがよく、好ましくは2.0〜35wt%である。より好ましくは、5.0〜30wt%である。(I)成分の配合量が1.0wt%未満であると(B)成分以外の(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上の(メタ)アクリレート化合物を添加したことによる改質効果の程度が不十分であり、40wt%を越える場合は、本発明の本来の目的である型転写性や離型性が著しく低下するので好ましくない。
(I)成分である(メタ)アクリレート化合物としては、エチレンオキサイド変性フェノールの(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性フェノールの(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ノニルフェノールの(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性ノニルフェノールの(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレートやポリエステル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシルカルビトール(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、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の単官能(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、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、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジールジ(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、エチレンオキサイド変性ネオペンチルグリコールのジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAのジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAのジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性水添ビスフェノールAのジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンアリルエーテルジ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート、2−アクリロイロキシエチルフタル酸、2−アクリロイロキシエチルコハク酸、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸等からなる群から選ばれる1種以上の単官能及び多官能(メタ)アクリレート化合物が使用される。
(I)成分の(メタ)アクリレート化合物の市販品としては、β−CEA、IBOA、ODA−N、EBECRYL 110、DPGA、HDDA、TPGDA、IRR214−K、EBECRYL 8402、EBECRYL 1290K、EBECRYL 5129、EBECRYL 8200、KRM8200、EBECRYL 8301、EBECRYL 8407(ダイセル・サイテック(株)製)、SR285、SR213、SR268、CD420、SR203、SR340、SR423D、CD513、SR212、SR259、SR238F、SR601、SR9045、CN902J75、CN970A60、CN971A80、CN975、CN997、CN9165(サートマー社製)、ライトアクリレートPO−A、ライトアクリレート1,6HX−A、ライトアクリレート1,9ND−A、ライトアクリレートBEPG−AライトエステルNP(共栄社化学株式会社製)等を挙げることができる。
上記の(I)成分として使用される(F)成分以外の(メタ)アクリロイル基を1〜10個有する重合性不飽和単量体、好ましくは(メタ)アクリレート化合物は、その改質目的に応じて適宜選択して使用するが可能であり、一概に好適なものを特定することはできないが、一例を示せば、難接着性樹脂基材への密着性改良効果や硬化物の靭性を改良効果が大きい化合物として、テトラヒドロフルフリル(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、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジールジ(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、ウレタン(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、上記成分以外に必要に応じて各種添加剤として、例えば酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、シランカップリング剤、塗面改良剤、熱重合禁止剤、レベリング剤、界面活性剤、着色剤、保存安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤、溶媒、フィラー、老化防止剤、濡れ性改良剤等を必要に応じて配合することができる。
ここで、酸化防止剤としては、例えばIrganox1010、1035、1076、1222(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、Antigen P、3C、FR、GA−80(住友化学工業社製)等が挙げられる。
紫外線吸収剤としては、例えばTinuvin P、234、320、326、327、328、329、213(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、Seesorb102、103、110、501、202、712、704(以上、シプロ化成社製)等が挙げられる。
光安定剤としては、例えばTinuvin 292、144、622LD(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、サノールLS770(三共社製)、Sumisorb TM−061(住友化学工業社製)等が挙げられる。
シランカップリング剤としては、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、市販品として、SH6062、6030(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)、KBE903、603、403(以上、信越化学工業社製)等が挙げられる。
塗面改良剤としては、例えばジメチルシロキサンポリエーテル等のシリコーン添加剤が挙げられ、市販品としてはDC−57、DC−190(以上、ダウコーニング社製)、SH−28PA、SH−29PA、SH−30PA、SH−190(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)、KF351、KF352、KF353、KF354(以上、信越化学工業社製)、L−700、L−7002、L−7500、FK−024−90(以上、日本ユニカー社製)等が挙げられる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、その使用目的、用途、製品形状に応じて、熱及び/又は紫外線により硬化させることができる。
熱により硬化させる場合は、組成物の保存安定性、硬化物の着色抑制の観点から好ましくは50〜200℃、より好ましくは80〜180℃のオーブンで1分〜20時間加熱処理することが望ましい。溶剤を含んでいる場合は硬化する前に、溶剤を完全に除去することが望ましい。除去方法は特に限定されないが、好ましくは50〜100℃の熱風を15分〜2時間塗布面に当てて除去する。
本発明の硬化性樹脂組成物は、紫外線等の活性エネルギー線を照射することにより硬化物を得ることができる。ここで、硬化性樹脂組成物に紫外線等の活性エネルギー線を照射して硬化する場合に用いられる光源の具体例としては、例えば、キセノンランプ、カーボンアーク、殺菌灯、紫外線用蛍光灯、複写用高圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、無電極ランプ、メタルハライドランプ、あるいは走査型、カーテン型電子線加速路による電子線等を挙げることができる。また、硬化性樹脂組成物を紫外線照射により硬化する場合、硬化に必要な紫外線照射量は300〜3,000mJ/cm程度でよい。なお、硬化性樹脂組成物を十分に硬化するために、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で紫外線等の活性エネルギー線を照射することが望ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、光学材料用に適する硬化性光学樹脂組成物である。したがって、本発明の硬化性樹脂組成物を硬化、成形することによりレンズ等の光学材料を得ることができる。例えば、本発明の硬化性樹脂組成物を用いたプラスチックレンズの作製法としては、ポリ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体等からなるガスケットと所望の形状の2枚のガラス鋳型によって造られた型を作り、これに本発明の硬化性樹脂組成物を注入した後、紫外線等の活性エネルギー線を照射して硬化性樹脂組成物を硬化し、硬化物を型より剥離する方法等がある。
また、本発明の硬化性樹脂組成物を、例えば、プリズム、フレネルレンズ又はレンチキュラーレンズの形状を有するスタンパー上に塗布し、該樹脂組成物の層を設け、その層の上に硬質透明基板であるバックシート(例えば、ポリメタクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、或いはこれらポリマーのブレンド品等からなる基板あるいはフィルム)を接着させ、次いで該硬質透明基板側から高圧水銀灯などにより、紫外線を照射して該樹脂組成物を硬化させた後、該スタンパーから硬化物を剥離することもできる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、眼鏡レンズ、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、TFT用のプリズムレンズシート、非球面レンズ等の光学プラスチックレンズ用材料として有用であるが、その他にも、光ディスク、光ファイバー、光導波路等のオプトエレクトロニクス向け用途、印刷インキ、塗料、クリアーコート剤、ツヤニス等にも使用できる。
本発明の硬化性樹脂組成物をプラスチックレンズのような注型物を作製する以外の用途に用いる場合は、基材に塗布して使用することも可能である。本発明の硬化性光学樹脂組成物を基材に塗布する方法としては、例えば、刷毛塗り、バーコーター、アプリケーター、ロールコーターあるいはローラーブラシ等により直接塗布する方法、エアースプレー又はエアーレススプレー塗装機等によるスプレー塗布法、シャワーコーター又はカーテンフローコーター等による流し塗り法(フローコート)、浸漬法、キャスティング法、スピナーコーティング法等を用いることができる。なおこれらの塗布法は、基材の材質、形状あるいは用途等に応じて適宜使い分けることが望ましい。
次に実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらにより制限されるものではない。なお、各例中の部はいずれも重量部である。また、実施例中の軟化温度等の測定は以下に示す方法により試料調製及び測定を行った。
1)ポリマーの分子量及び分子量分布
可溶性多官能芳香族共重合体の分子量及び分子量分布測定はGPC(東ソー製、HLC−8120GPC)を使用し、溶媒にテトラヒドロフラン、流量1.0ml/min、カラム温度38℃、単分散ポリスチレンによる検量線を用いて行った。
2)ポリマーの構造
日本電子製JNM−LA600型核磁気共鳴分光装置を用い、13C−NMR及びH−NMR分析により決定した。溶媒としてクロロホルム−dを使用し、テトラメチルシランの共鳴線を内部標準として使用した。
3)末端基の解析
末端基の算出は、上記のGPC測定より得られる数平均分子量とH−NMR測定と元素分析の結果より得られるモノマー総量に対する末端基を導入するために使用した誘導体量とから、末端基を有する可溶性多官能ビニル芳香族共重合体1分子中に含まれる末端基数を算出した。
4)硬化物のガラス転移温度(Tg)及び軟化温度測定の試料調製及び測定
乾燥後の厚さが20μmになるように、ガラス基板に可溶性多官能ビニル芳香族共重合体溶液を均一に塗布し、ホットプレートを用いて90分で30分間加熱し、乾燥させた。ガラス基板とともに得られた樹脂膜はTMA(熱機械分析装置)にセットし、窒素気流下、昇温速度10℃/分で220℃まで昇温し、更に220℃で20分間加熱処理することにより残存する溶媒を除去するとともに可溶性多官能ビニル芳香族共重合体を硬化した。ガラス基板を室温まで放冷した後、TMA測定装置中の試料に分析用プローブを接触させ、窒素気流下、昇温速度10℃/分で30℃から360℃までスキャン測定を行い、接線法で軟化温度を求めた。
5)耐熱性評価及び耐熱変色性の測定
共重合体をTGA(熱天秤)測定装置にセットし、窒素気流下、昇温速度10℃/分で30℃から320℃までスキャンさせることにより測定を行い、300℃における重量減少を耐熱性として求めるとともに測定後の試料の変色量を目視にて確認し、A:熱変色なし、B:淡黄色、C:茶色、D:黒色に分類することにより耐熱変色性の評価を行った。
なお、実施例1〜4及び比較例1〜5においては、耐熱変色性の評価は次のようにして行った。可溶性多官能ビニル芳香族共重合体5.0g、2−フェノキシエチルメタクリレート5.0g、及びt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(日本油脂(株)製、パーブチルO)0.02gを混合し、窒素気流下で150℃、1時間加熱し、硬化物を得た。そして、得られた硬化物の変色量を目視にて確認し、○:熱変色なし、△:淡黄色、×:黄色に分類する。
6)相溶性の測定
可溶性多官能ビニル芳香族共重合体のアクリレート化合物との相溶性の測定は、試料2gをアクリレート類(ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETA)、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA))10gに溶解させ、溶解後の試料の透明性を目視にて確認し、○:透明、△:半透明、×:不透明もしくは溶解せず、に分類することにより相溶性の評価を行った。
実施例1
ジビニルベンゼン2.03モル(288.5mL)、エチルビニルベンゼン0.084モル(12.0mL)、スチレン2.11モル(241.7mL)、2−フェノキシエチルメタクリレート2.25モル(427.3mL)、酢酸ブチル100.0mL、トルエン1150mLを3.0Lの反応器内に投入し、50℃で300ミリモルの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、4時間反応させた。重合溶液を炭酸水素ナトリウム水溶液で停止させた後、純水で3回油層を洗浄し、室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体A 277.4gを得た。
得られた共重合体AのMnは2020、Mwは5170、Mw/Mnは2.56であった。13C‐NMR及びH‐NMR分析を行うことにより、共重合体Aは2−フェノキシエチルメタクリレートの末端に由来する共鳴線が観察された。共重合体Aの元素分析結果を行った結果、C:87.1wt%、H:7.5wt%、O:5.3wt%であった。元素分析結果と標準ポリスチレン換算の数平均分子量から算出される可溶性多官能ビニル芳香族重合体の2−フェノキシエチルメタクリレート由来の構造単位の導入量(c1)は2.2(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を59.5モル%及びスチレンとエチルベンゼン由来の構造単位を合計40.5モル%含有していた(末端構造単位を除く)。共重合体A中に含まれるビニル基含有量は、35.7モル%であった。
また、硬化物のTMA測定の結果、明確なTgは観察されなかった、軟化温度は300℃以上であった。TGA測定の結果、300℃における重量減少は0.09wt%、耐熱変色性は○であった。一方、相溶性はPETA:○、TMPTA:○であった。
実施例2
ジビニルベンゼン1.152モル(164.2mL)、エチルビニルベンゼン0.048モル(6.8mL)、スチレン1.20モル(137.5mL)、2−フェノキシエチルメタクリレート1.80モル(341.83mL)、酢酸ブチル8.0mL、トルエン792mLを2.0Lの反応器内に投入し、50℃で200ミリモルの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、6.5時間反応させた。重合溶液を炭酸水素ナトリウム水溶液で停止させた後、純水で3回油層を洗浄し、室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体B 339.8gを得た。
得られた共重合体BのMnは1990、Mwは8580、Mw/Mnは4.32であった。共重合体Bの元素分析結果は、C:84.1wt%、H:7.5wt%、O:8.5wt%であった。2−フェノキシエチルメタクリレート由来の構造単位の導入量(c1)は3.5(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を58.4モル%及びスチレンとエチルベンゼン由来の構造単位を合計41.6モル%含有していた。共重合体B中に含まれるビニル基含有量は、9.9モル%であった。また、明確なTgは観察されず、軟化温度は300℃以上、300℃における重量減少は0.13wt%、耐熱変色性は○であった。
実施例3
ジビニルベンゼン2.03モル(288.5mL)、エチルビニルベンゼン0.084モル(12.0mL)、スチレン2.11モル(241.7mL)、2−フェノキシエチルメタクリレート2.74モル(520.7mL)、酢酸ブチル100.0mL、トルエン1150mLを3.0Lの反応器内に投入し、50℃で300ミリモルの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、5.0時間反応させた。重合溶液を炭酸水素ナトリウム水溶液で停止させた後、純水で3回油層を洗浄し、室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体C 241.8gを得た。
得られた共重合体CのMnは2690、Mwは5160、Mw/Mnは1.92であった。共重合体Cの元素分析結果は、C:87.0wt%、H:7.5wt%、O:5.6wt%であった。2−フェノキシエチルメタクリレート由来の構造単位の導入量(c1)は2.9(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を57.9モル%及びスチレンとエチルベンゼン由来の構造単位を合計42.1モル%含有していた。共重合体C中に含まれるビニル基含有量は、31.8モル%であった。また、明確なTgは観察されず、軟化温度は300℃以上であり、300℃における重量減少は0.15wt%、耐熱変色性は○であった。
実施例4
ジビニルベンゼン1.92モル(273.5mL)、エチルビニルベンゼン0.08モル(11.4mL)、スチレン2.0モル(229.2mL)、2−フェノキシエチルアクリレート2.00モル(348.1mL)、酢酸ブチル250.0mL、トルエン1000mLを3.0Lの反応器内に投入し、70℃で80ミリモルの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、6時間反応させた。重合溶液を炭酸水素ナトリウム水溶液で停止させた後、純水で3回油層を洗浄し、室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体L 164.2gを得た。
得られた共重合体LのMnは2310、Mwは4960、Mw/Mnは2.15であった。元素分析結果は、C:84.5wt%、H:7.3wt%、O:7.9wt%であった。共重合体Lへの2−フェノキシエチルアクリレート由来の構造単位の導入量(c1)は3.6(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を54.8モル%及びスチレンとエチルベンゼン由来の構造単位を合計45.2モル%含有していた。共重合体中に含まれるビニル基含有量は、21.9モル%であった。また、硬化物の明確なTgは観察されず、軟化温度は300℃以上であり、300℃における重量減少は0.09wt%、耐熱変色性は○であった。
共重合体A〜C及びLは、いずれもトルエン、キシレン、THF、ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロホルムに可溶であり、ゲルの生成は認められなかった。また、いずれも相溶性はPETA:○、TMPTA:○であった。
比較例1
ジビニルベンゼン32.4モル(4618mL)、エチルビニルベンゼン1.35モル(192mL)、スチレン11.3モル(1291mL)、酢酸エチル1.8モル(175.5mL)、2,6−キシレノール13.5モル(1648.5g)、トルエン14.7Lを30Lの反応器内に投入し、70℃で120ミリモルの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、2時間反応させた。重合溶液を1−ブタノール 65.9mLで停止させた後、室温で反応混合液を大量のn−へキサンに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をn−へキサンで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体D 3948gを得た。
得られた共重合体DのMnは2820、Mwは10800、Mw/Mnは3.84であった。13C‐NMR及びH‐NMR分析により、共重合体Dは2,6−キシレノール末端に由来する共鳴線が観察された。共重合体Dの元素分析結果は、C:88.2wt%、H:7.9wt%、O:3.3wt%であった。共重合体へのヒドロキシ基の導入量(c1に相当する末端基の量)は5.8(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を79.2モル%及びスチレンとエチルベンゼン由来の構造単位を合計20.7モル%含有していた。共重合体D中に含まれるビニル基含有量は、32モル%であった。また、TMA測定の結果、Tgは184℃、軟化温度は300℃以上であり、TGA測定の結果、300℃における重量減少は1.5wt%、耐熱変色性は×であった。相溶性はPETA:○、TMPTA:○であった。
比較例2
ジビニルベンゼン32.4モル(4618mL)、エチルビニルベンゼン1.35モル(192mL)、スチレン11.3モル(1291mL)、酢酸ブチル1.8モル(237mL)、フェノール16.5モル(2519mL)、トルエン13.79Lを30Lの反応器内に投入し、70℃で60ミリモルの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、2.5時間反応させた。重合溶液を1−ブタノール32.9mLで停止させた後、室温で反応混合液を大量のn−へキサンに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をn−へキサンで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体E 2606gを得た。
得られた共重合体EのMnは1940、Mwは5640、Mw/Mnは2.91であった。共重合体Eの元素分析結果は、C:85.8wt%、H:7.2wt%、O:4.7wt%であった。共重合体へのヒドロキシ基の導入量(c1に相当する末端基の量)は4.0(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を71.8モル%及びスチレンとエチルベンゼン由来の構造単位を合計28.2モル%含有していた。共重合体E中に含まれるビニル基含有量は、36モル%であった。また、Tgは199℃、軟化温度は300℃以上であり、300℃における重量減少は1.8wt%、耐熱変色性は×であった。相溶性はPETA:○、TMPTA:○であった。
比較例3
ジビニルベンゼン0.144モル(21.3mL)、エチルビニルベンゼン0.006モル(0.86mL)、1−クロロエチルベンゼン(12.0mmol)のジクロロエタン溶液(0.634mmol/mL)18.9mL、n−テトラブチルアンモニウム・ブロミド(0.45mmol)のジクロロエタン溶液(0.135mmol/mL)3.3mL及びジクロロエタン(誘電率:10.3)150mLを300mLのフラスコ内に投入し、70℃で0.45mmolのSnClのジクロロエタン溶液(0.068mmol/mL)6.6mLを添加し、1時間反応させた。重合反応を窒素でバブリングを行った少量のメタノールで停止させた後、室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体F 14.14gを得た。
得られた共重合体FのMnは2580、Mwは4230、Mw/Mnは1.6であった。共重合体Fはジビニルベンゼン由来の構造単位を97モル%、エチルベンゼン由来の構造単位を3モル%含有していた。共重合体Fの元素分析結果は、C:86.8wt%、H:7.4wt%、O:0.3wt%、Cl:5.06wt%であった。共重合体の末端へのヒドロキシ基の導入量(c1に相当する末端基の量)は0.4(個/分子)、塩素の導入量は3.8(個/分子)であった。また、Tgは290℃、軟化温度は300℃以上であり、300℃における重量減少は12.1wt%、耐熱変色性は×であった。相溶性はPETA:×、TMPTA:×であった。
比較例4
ジビニルベンゼン28.5モル(4059ml)、エチルビニルベンゼン1.5モル(213.7ml)、スチレン10.0モル(1145.8ml)、ベンジルアルコール16モル(1655.7ml)、酢酸エチル4.80モル(468.9ml)、トルエン7111ml(誘電率:2.3)及びシクロヘキサン6222ml(誘電率:2.02)を30Lの反応器内に投入し、30℃で6.4モルの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、5時間反応させた。重合反応を水酸化カルシウム2845gで停止させた後、ろ過を行い、5Lの蒸留水で3回洗浄した。重合溶液にブチルヒドロキシトルエンを8.0g溶解させた後、40℃で1時間エバポレーターを使用して濃縮した。室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体G3356g(収率:67.8wt%)を得た。
得られた共重合体GのMnは2100、Mwは6230、Mw/Mnは2.97であった。共重合体Gはベンジルエーテル末端、インダン末端及びアルコール末端に由来する共鳴線が観察された。NMR測定結果より算出される全含酸素末端中に占めるベンジルエーテル末端の割合は79.4モル%であった。共重合体Gの元素分析結果は、C:90.5wt%、H:7.6wt%、O:2.4wt%であった。共重合体へのエーテル結合を介した芳香族炭化水素基の導入量(c1に相当する末端基の量)は3.4(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を合計45.3モル%及びスチレン由来の構造単位とベンジルアルコール由来の構造とエチルビニルベンゼン由来の構造単位を合計54.7モル%含有していた。また、共重合体Gに含まれるインダン構造は全ての単量体の構造単位の合計に対して5.5モル%存在していた。また、Tgは289℃、軟化温度は300℃以上であり、300℃に於ける重量減少量は0.3wt%、耐熱変色性は○であった。相溶性はPETA:×、TMPTA:×であった。また、共重合体Gのキャストフィルムは曇りのない透明なフィルムであった。
比較例5
ジビニルベンゼン1.80モル(256.4mL)、エチルビニルベンゼン0.075モル(10.7mL)、スチレン1.88モル(214.8mL)、アニソール1.00モル(108.7mL)、酢酸ブチル250.0mL、トルエン1000mLを3.0Lの反応器内に投入し、70℃で120ミリモルの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、4.0時間反応させた。重合溶液を炭酸水素ナトリウム水溶液で停止させた後、純水で3回油層を洗浄し、室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体H 235.7gを得た。
得られた共重合体HのMnは1270、Mwは4210、Mw/Mnは3.33であった。共重合体の元素分析結果は、C:87.0wt%、H:7.5wt%、O:5.6wt%であった。共重合体へのアニソール由来の構造単位の導入量(c1)は2.9(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を56.8モル%及びスチレンとエチルベンゼン由来の構造単位を合計43.2モル%含有していた。共重合体中に含まれるビニル基含有量は、33.9モル%であった。また、明確なTgは観察されず、軟化温度は300℃以上であり、300℃における重量減少は0.18wt%、耐熱変色性は○であった。一方、相溶性はPETA:△、TMPTA:△であった。
共重合体D〜Hはいずれも、トルエン、キシレン、THF、ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロホルムに可溶であり、ゲルの生成は認められなかった。
実施例5
ジビニルベンゼン1874.7g(14.4モル)、エチルビニルベンゼン867.8g(8.4モル)、スチレン749.9g(7.2モル)、酢酸ブチル264.0g(2.3モル)、2−フェノキシエチルメタクリレート4640.4g(22.5モル)、トルエン8410gを30Lの反応器内に投入し、50℃で354.8g(2.5モル)の三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、7.5時間反応させた。重合溶液を炭酸水素ナトリウム水溶液で停止させた後、純水で3回油層を洗浄し、室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体Jを3640g(収率:99.9wt%)得た。
得られた共重合体JのMnは1970、Mwは6230、Mw/Mnは3.16であった。共重合体Jの元素分析結果は、C:84.8wt%、H:7.3wt%、O:7.9wt%であった。共重合体への2-フェノキシエチルメタクリレート由来の構造単位の導入量(a1)は3.2(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を54.7モル%及びスチレンとエチルビニルベンゼン由来の構造単位を合計45.3モル%含有していた。共重合体中に含まれるビニル基含有量は、20.8モル%であった。また、Tgは275℃、軟化温度は300℃以上であり、300℃における重量減少は1.5wt%、耐熱変色性はAであった。
実施例6
ジビニルベンゼン264.2g(2.0モル)、エチルビニルベンゼン11.1g(0.08モル)、スチレン219.0g(2.1モル)、酢酸ブチル88g(0.8モル)、2-フェノキシエチルメタクリレート565.5g(2.7モル)、トルエン997.1gを30Lの反応器内に投入し、50℃で42.6gの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、3時間反応させた。重合溶液を炭酸水素ナトリウム水溶液で停止させた後、純水で3回油層を洗浄し、室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、共重合体を析出させた。得られた共重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体Kを241.8g(収率:48.9wt%)得た。
得られた共重合体KのMnは2690、Mwは5160、Mw/Mnは1.92であった。共重合体Kの元素分析結果は、C:86.9wt%、H:7.4wt%、O:5.7wt%であった。共重合体への2-フェノキシエチルメタクリレート由来の構造単位の導入量(a1)は3.2(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を60.0モル%及びスチレンとエチルビニルベンゼン由来の構造単位を合計40.0モル%含有していた。共重合体中に含まれるビニル基含有量は、37モル%であった。また、Tgは272℃、軟化温度は300℃以上であり、300℃における重量減少は1.5wt%、耐熱変色性はAであった。濁度計による全光線透過率の測定の結果は88%であった。
実施例7
ジビニルベンゼン264.2g(2.0モル)、エチルビニルベンゼン11.1g(0.08モル)、スチレン219.0g(2.1モル)、酢酸ブチル88g(0.8モル)、2-フェノキシエチルメタクリレート464.0g(2.3モル)、トルエン997.1gを30Lの反応器内に投入し、50℃で42.6gの三フッ化ホウ素のジエチルエーテル錯体を添加し、4時間反応させた。重合溶液を炭酸水素ナトリウム水溶液で停止させた後、純水で3回油層を洗浄し、室温で反応混合液を大量のメタノールに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をメタノールで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体Nを532.5g(収率:107.7wt%)得た。
得られた共重合体NのMnは2370、Mwは11900、Mw/Mnは5.04であった。共重合体の元素分析結果は、C:85.8wt%、H:7.3wt%、O:6.8wt%であった。共重合体への2-フェノキシエチルメタクリレート由来の構造単位の導入量(a1)は3.4(個/分子)であった。また、ジビニルベンゼン由来の構造単位を59.0モル%及びスチレンとエチルビニルベンゼン由来の構造単位を合計41.0モル%含有していた。共重合体中に含まれるビニル基含有量は、20.0モル%であった。また、Tgは272℃、軟化温度は300℃以上でり、300℃における重量減少は1.5wt%、耐熱変色性はAであった。濁度計による全光線透過率の測定の結果は88%であった。
共重合体J、K及びNはいずれもトルエン、キシレン、THF、ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロホルムに可溶であり、ゲルの生成は認められなかった。
上記実施例及び比較例で合成した共重合体D〜G、J、K及びNを使用して樹脂組成物とその硬化物を得た。
実施例8〜11、比較例6〜8
表1及び2に示す成分を配合し(数字は重量部)、感光性樹脂組成物を得た。次に、この感光性樹脂組成物を、スピンコーターを用いて未処理ポリメタクリル酸メチルのシート(旭化成製:デラグラスA、シート厚1.00mm)に塗布し、塗工面に剥離処理を行ったPET製保護フィルム(厚さ:38μm)を貼り合わせた後、空気雰囲気下、450mW/cmのメタルハライドランプで紫外線を照射し、ハードコート層(厚さ5〜15μm)を有するシートを得た。
実施例12〜13、17
表1及び2に示す成分を配合し(数字は重量部)、本発明のハードコート層用の感光性樹脂組成物を得た。次に、この感光性樹脂組成物を、スピンコーターを用いて未処理のMS樹脂シート(新日鐵化学製:エスチレンMS600、シート厚2.00mm)に塗布した。以降は実施例8と同様の操作を行い、ハードコート層(厚さ10〜15μm)を有するシートを得た。
各実施例及び各比較例で得られたハードコート層付きフィルムについて、次の試験方法によりそれらの性能評価を行った。物性値を表1及び2に示す。
・鉛筆硬度:JIS K 5400に従い、鉛筆引っかき試験機を用いて、上記組成の塗工フィルムの鉛筆硬度を測定した。すなわち、ハードコート層(厚さ15μm)を有するポリメタクリル酸メチルシート又はMS樹脂シート上に、鉛筆を45度の角度で、上から1kgの荷重を掛け5mm程度引っかき、傷の付き具合を確認した。5回測定を行い、5回中2回以上の傷発生が見られた1ランク下の鉛筆硬度を鉛筆硬度試験結果として記載した。
・耐擦傷性試験:摩擦堅牢度試験機を用いて、スチールウール#0000上に200g/cm2の荷重を掛けて200往復させ、傷の状況を目視で確認し、5段階の限度見本との比較により判定した。評価 5:傷なし 1:傷発生
・密着性:JIS K 5400に従い、フィルムの表面に1mmあるいは2mm間隔で縦、横11本の切れ目を入れて100個の碁盤目を作った。セロハンテープあるいはガムテープをその表面に密着させた後、一気に剥がした時に剥離せず残存したマス目の個数を表示した。
・折り曲げ性:塗工されたシートをUV塗工面が外側になるように180度まで折り曲げることによって行った。A:外観に異常なく、折り曲げられる。B:塗膜面にヒビや剥離が生ずる。C:基材ごと割れが発生する。
・打ち抜き加工性
打ち抜き装置(マークアンディー社製、「マークアンディー910」)を用いて、得られたハードコートフィルムを直径150mmの円盤状に打ち抜いた。その後、円盤状のハードコートフィルムを目視観察し、次の基準で評価した。なお、打ち抜きはハードコートフィルム側から行い、フィルム又はシート基材もハードコートフィルムと同じ形状に打ち抜いた。評価は次のとおり。
A:ハードコートフィルムの浮き剥がれはみられなかった。
B:ハードコートフィルム端部に浮きが発生した。
C:ハードコートフィルムが剥がれた。
・外観:表面のクラック、白化、くもり等の状態を目視にて判定した。評価 A:良好 B:微少クラックの発生 C:著しいクラックの発生
・表中の記号の説明。
SR−268;サートマー社製、SR−268(テトラエチレングリコールジアクリレート)
イルガキュア184;チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、イルガキュア184(1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン)
DPHA;ダイセル・サイテック株式会社製、DPHA(ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート)
TMPTA;ダイセル・サイテック株式会社製、TMPTA(トリメチロールプロパントリアクリレート)
PO−A:共栄社化学株式会社製、ライトアクリレートPO−A(フェノキシエチルアクリレート)
PETA−K:ダイセル・サイテック株式会社製、PETA−K(ペンタエリスリトールテトラアクリレート)
KRM8200:ダイセル・サイテック株式会社製、KRM8200(6官能ウレタンアクリレート)
SR213:サートマー社製、SR−213(1,4-ブタンジオールジアクリレート)
SF8421:東レ・ダウコーニング株式会社製、SF8421(エポキシポリエーテル変性シリコーン)
US−350:東亜合成株式会社製、サイマックUS−350(シリコーン−アクリル系重合体)
Figure 2009110453
Figure 2009110453
実施例18〜26及び比較例9〜14
表3〜4に示す成分を配合し(数字は重量部)、硬化性光学樹脂組成物を得た。次にこの硬化性光学樹脂組成物を、光学特性測定用平板及び曲げ試験片作成用注型金型に注入し、この金型を40℃にセットされたイナートオーブンに設置し、30分間窒素交換した。その後、窒素雰囲気を保持したまま、90℃で30分間、120℃まで30分間、150℃で1時間保持して、硬化性光学樹脂組成物を硬化せしめた後、40℃まで2時間かけて冷却した。冷却後、金型より光学特性測定用平板及び曲げ試験片を取り出し、各種試験を行った。
また、硬化性光学樹脂組成物の離型性及び型転写性については、表3〜4中の配合成分の内、C成分をイルガキュア184(添加量:2.0重量部)に変更し、後述の試験片作成方法に従って、プリズム基板を作成し、試験を行った。結果を表5〜6に示す。
実施例27〜35
表7に示す配合組成で硬化性光学樹脂組成物を得た。
未処理ガラス基板(50mm×50mm、厚さ:0.7mm)に200μmのシリコーンゴム製のスペーサーを貼付け、スペーサー内に硬化性光学樹脂組成物を塗布した後、もう一枚の未処理ガラス基板(50mm×50mm、厚さ:0.7mm)を用いて、気泡が入らないように前記樹脂組成物の側から前記ガラス基板を覆い、次いで、樹脂組成物層が一定の厚み(200μm)になるように上面ガラス基板を加圧した。
その後、メタルハライドランプにより、450mW/cmで紫外線を上面ガラス基板側から照射し、樹脂組成物層を硬化させた後、2枚のガラス基板から、液状硬化性光学樹脂組成物の硬化物(平板、厚さ:200μm)を取り出し、各種試験を実施した。
また、硬化性光学樹脂組成物の離型性及び型転写性については、後述の試験片作成方法に従って、プリズム基板を作成し、試験を行った。結果を表8に示す。
<評価方法>
・YI値、Haze及び全光線透過率:4mm厚もしくは200μm厚の平板試験片を作製し、YI値(黄変の程度を示すイエローインデックス)とHaze(濁度)及び全光線透過率を、分光式色差計(日本電色社製、SZ−Σ90)を用い測定した。
・屈折率及びアッベ数:4cm×0.8cmのテストピースを作製し、屈折率及びアッベ数を多波長アッベ屈折計(アタゴ社製、「多波長アッベ屈折率計 DR-M2」)を用い測定した。中間液にはサンプルより屈折率の高いイオウヨウ化メチレン溶液を用い、D線589nmの干渉フィルターを用い屈折率とアッベ数を測定した。
・曲げ試験:厚さ3mm、幅10mmの平板状のサンプルを作製し、下部支点間距離を80mmとし、曲げ弾性率、曲げ強度、破断点ひずみを曲げ試験機(島津製作所製、「AG−IS 10kN」)を用いて測定した。三回の測定結果の平均値を測定値として用いた。
・ガラス転移温度:TMA測定装置中の試料に分析用プローブを接触させ、窒素気流下、昇温速度10℃/分で30℃から360℃までスキャン測定を行い、接線法でTg及びSp値を求めた。
・線膨張係数(CTE):TMA(熱機械分析装置)中の試料に分析用プローブを接触させ、窒素気流下、昇温速度10℃/分で30℃から360℃までスキャン測定を行い、平均線膨張係数を求めた。
・分光透過率:厚さ4 mmのテストピースを作製し、分光光度計(コニカミノルタ社製、「CM−3600d」)用いて400 nmから700 nmの分光透過率を測定した。
・離型性:プリズム形状を有する金型(以下、プリズム金型と略する)に液状硬化性光学樹脂組成物を塗布した後、厚さ250μmの両面易接着処理ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡績株式会社製、商品名「A4300」)(10cm×10cm)を用いて、気泡が入らないように前記樹脂組成物の側から前記金型を覆い、次いで、樹脂組成物層が一定の厚み(50μm)になるようにPETフィルムを加圧した。
その後、メタルハライドランプにより、450mW/cmで紫外線を基板側から照射し、樹脂組成物層を硬化させた後、金型から、液状硬化性光学樹脂組成物の硬化物(プリズム)とPETフィルムとからなるプリズム基板を手で剥離した。
そして、プリズム金型と成形したプリズム基板とを目視及び実体顕微鏡にて観察を行い、次の段階に分けて、評価を行った。
A・・・・プリズム表面に硬化樹脂の剥離が全く起きておらず、また、プリズム層にヒビや変形を生じておらず、プリズム層とPETフィルムとの間で浮きや剥離を生じていない。
B・・・・プリズム表面に硬化樹脂の剥離が僅かに観察されるが、プリズム層にヒビや変形を生じておらず、プリズム層とPETフィルムとの間で浮きや剥離を生じていない。
C・・・・プリズム表面に硬化樹脂の剥離が著しく観察され、それに加えて、プリズム層にヒビや変形が生じている、及び/又は、プリズム層とPETフィルムとの間で浮きや剥離を生じている。
・型転写性:上記のプリズム金型を使用して、離型性評価試験と同様の手順・条件で液状硬化性光学樹脂組成物を、厚さ250μmの両面易接着処理ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡績株式会社製、商品名「A4300」)上に紫外線硬化させることにより、プリズム層を形成させた。そして、成形したプリズム基板をダイヤモンドブレードを装着した万能切断機を使用して切断し、その断面を回転研磨盤を使用して研磨した後、プリズム層断面を光学顕微鏡にて観察を行い、プリズム層の稜線部分の形状の観察し、次の3段階に分類して、評価を行った。
A・・・・プリズム層の稜線部分の形状が鋭角のプリズム金型の形状を再現している。
B・・・・プリズム層の稜線部分の形状が僅かに丸みを帯びている。
C・・・・プリズム層の稜線部分の形状が丸みを帯びており、また、プリズム表面部分にも細かい凹凸が僅かに観察される。
・鉛筆硬度:JIS K 5400に従い、鉛筆引っかき試験機を用いて、上記組成の塗工フィルムの鉛筆硬度を測定した。即ち、レンズ層(厚さ15マイクロm)を有するMS200基材上に、鉛筆を45度の角度で、上から1kgの荷重を掛け5mm程度引っかき、傷の付き具合を確認した。5回測定を行い、5回中2回以上の傷発生が見られた1ランク下の鉛筆硬度を鉛筆硬度試験結果として記載した。
・碁盤目試験:JIS K 5400に従い、フィルムの表面に1mmあるいは2mm間隔で縦、横11本の切れ目を入れて100個の碁盤目を作った。セロハンテープあるいはガムテープをその表面に密着させた後、一気に剥がした時に剥離せず残存したマス目の個数を表示した。
表中の記号の説明。
FA−511AS:日立化成工業株式会社製、FA−511AS(ジシクロペンテニルアクリレート)
FA−512AS:日立化成工業株式会社製、FA−512AS(ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート)
FA−513AS:日立化成工業株式会社製、FA−513AS(ジシクロペンタニルアクリレート)
AO−60:株式会社ADEKA、アデカスタブAO−60
パーブチルO:日本油脂株式会社製、パーブチルO(t‐ブチルペルオキシ‐2‐エチルヘキサナート)
パーブチルP:日本油脂株式会社製、パーブチルP(α,α’‐ジ(t‐ブチルペルオキシ)ジイソプロピルベンゼン)
イルガキュア184:チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、イルガキュア184(1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン)
Darocure1173:チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、重合開始剤
1,9ND−A:共栄社化学株式会社製、ライトアクリレート1,9ND−A(1,9−ノナンジオールアクリレート)
EBECRYL8402:ダイセル・サイテック株式会社製、EBECRYL8402(ウレタンアクリレート)
SR−833S:サートマー社製、SR−833S(トリシクロデカンジメタノールジアクリレート)
SR−285:サートマー社製、SR−285(テトラヒドロフルフリルアクリレート)
PEMP:ペンタエリスリトールテトラキス−3−メルカプトプロピオネート
Figure 2009110453
Figure 2009110453
Figure 2009110453
Figure 2009110453
Figure 2009110453
Figure 2009110453
産業上の利用の可能性
本発明の末端が変性された可溶性多官能ビニル芳香族共重合体は、耐熱性、相溶性及び耐熱変色性が改善される。本発明の製造方法によれば、上記共重合体を高効率で製造することができる。また、本発明の感光性樹脂組成物は、プラスチックフィルム及びシート基材の上にハードコート層を設けるのに適し、特に未処理(易接着処理のしていない)のポリエステル、アクリル樹脂、MS樹脂、ポリエーテルスルフォン、トリアセチルセルロースなどへの密着性が良好で、得られたハードコート層の耐擦傷性、鉛筆硬度が優れている。フィルム基材として易接着処理の施されていないプラスチックフィルム及びシートを使用できることから安価にハードコート層を有するフィルム及びシートが製造できる。このようなフィルム及びシートは、特にプラスチック光学部品、タッチパネル、フラットディスプレイ、フィルム液晶素子など高硬度を必要とする分野で好適に使用される。更に、本発明の硬化性光学樹脂組成物は、成形時の型転写性、離型性、低吸水性が改善され、透明性、耐熱性及び機械的強度に優れ、環境変化に対し特性変化の少ない光学材料としての硬化物を与える。

Claims (16)

  1. ジビニル芳香族化合物(a)、モノビニル芳香族化合物(b)及び芳香族系エーテル化合物(c)を反応して得られる共重合体であって、その共重合体の末端に下記式(1)で表される芳香族系エーテル化合物(c)由来の末端基を有し、数平均分子量Mnが500〜100,000であり、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比で表される分子量分布(Mw/Mn)が100.0以下であり、上記末端基の導入量(c1)が下記式(2)
    (c1)≧1.0(個/分子) (2)
    を満足し、共重合体中のジビニル芳香族化合物由来の構造単位のモル分率a'及びモノビニル芳香族化合物由来の構造単位のモル分率b'及び上記末端基のモル分率c'が、下記式(3)及び下記式(4)の関係を満足し、
    0.05≦a'/(a'+b')≦0.95 (3)
    0.005≦c'/(a'+b')<2.0 (4)
    かつ、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムに可溶であることを特徴とする可溶性多官能ビニル芳香族共重合体。
    Figure 2009110453

    ここで、Rは酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい炭素数1〜18の炭化水素基であり、Rは水素又はメチル基を表す。
  2. ジビニル芳香族化合物(a)、モノビニル芳香族化合物(b)及び芳香族系エーテル化合物(c)を反応させて共重合体を製造する方法であって、ジビニル芳香族化合物(a)とモノビニル芳香族化合物(b)の合計100モル%に対し、ジビニル芳香族化合物(a)5〜95モル%、モノビニル芳香族化合物(b)95〜5モル%を使用し、更に下記式(7)
    Figure 2009110453

    ここで、Rは酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい炭素数1〜18の炭化水素基であり、Rは水素又はメチル基を表す。
    で表わされる芳香族系エーテル化合物(c)を全単量体100モルに対し0.5〜500モルと、ルイス酸触媒、無機強酸及び有機スルホン酸からなる群から選ばれる一種以上の触媒を使用し、これらを含む重合原料類を誘電率2.0〜15.0の溶媒に溶解させた均一溶媒中、20〜120℃の温度で重合させて共重合体の末端に下記式(1)
    Figure 2009110453

    ここで、Rは酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい炭素数1〜18の炭化水素基であり、Rは水素又はメチル基を表す。
    で表わされる末端基を1.0(個/分子)以上有し、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムに可溶である共重合体を得ることを特徴とする可溶性多官能ビニル芳香族共重合体の製造方法。
  3. 触媒が、金属フッ化物又はその錯体を含むルイス酸触媒である請求項2に記載の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体の製造方法。
  4. 芳香族系エーテル化合物(c)1モルに対し、触媒を0.001〜10モルの範囲内で使用することを特徴とする請求項2に記載の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体の製造方法。
  5. (A)成分:請求項1に記載の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体、
    (B)成分:分子中に少なくとも3個の(メタ)アクリロイル基を有する1種以上の光硬化型多官能(メタ)アクリレ−トと、
    (C)成分:光重合開始剤を含有し、
    (A)成分の配合量が1〜75wt%、(B)成分の配合量が98.9〜10wt%及び(C)成分の配合量が0.1〜15wt%であることを特徴とする感光性樹脂組成物。
  6. 更に、(D)成分として単官能及び2官能アクリレートからなる群から選ばれる1種以上の(メタ)アクリレート化合物を0.1〜20wt%含有する請求項5に記載の感光性樹脂組成物。
  7. 請求項5に記載の感光性樹脂組成物を硬化して得られたことを特徴とする感光性樹脂硬化物。
  8. 請求項5に記載の感光性樹脂組成物をフィルム又はシート状の基材上に塗布し、活性エネルギー線で硬化して得られたことを特徴とするハードコートされたフィルム又はシート。
  9. (A)成分:請求項1に記載の可溶性多官能ビニル芳香族共重合体
    (F)成分:シクロアルキル基を有し、分子中に1個若しくは2個の(メタ)アクリロイル基を有する1種以上の重合性不飽和単量体、を含有し、
    (A)成分の配合量が1〜80wt%、(F)成分の配合量が99〜20wt%であることを特徴とする硬化性樹脂組成物。
  10. (F)成分の重合性不飽和単量体が、下記一般式(11)で表されるジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、下記一般式(12)で表されるジシクロペンタニルオキシアルキル(メタ)アクリレート、下記一般式(13)で表されるジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、下記一般式(14)で表されるジシクロペンテニルオキシアルキル(メタ)アクリレート、下記一般式(15)で表されるイソボルニル(メタ)アクリレート、下記一般式(16)で表されるイソボニルオキシアルキル(メタ)アクリレート、及び下記一般式(17)で表されるトリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上の重合性不飽和単量体である請求項9に記載の硬化性樹脂組成物。
    Figure 2009110453

    式中、Rは水素又はメチル基を表す。
    Figure 2009110453

    式中、Rは水素又はメチル基であり、Rは2〜12個の炭素原子を有するアルキレン基又は少なくとも2個の炭素原子を有する2個以上のアルキレン基が酸素原子で結合された、全体として4〜12個の炭素原子を有するオキシアルキレン基である。
    Figure 2009110453

    式中、Rは水素又はメチル基を表す。
    Figure 2009110453

    式中Rは水素又はメチル基であり、Rは2〜12個の炭素原子を有するアルキレン基又は少なくとも2個の炭素原子を有する2個以上のアルキレン基が酸素原子で結合された、全体として4〜12個の炭素原子を有するオキシアルキレン基である。
    Figure 2009110453

    式中Rは水素又はメチル基を表す。
    Figure 2009110453

    式中、Rは水素又はメチル基であり、Rは2〜12個の炭素原子を有するアルキレン基又は少なくとも2個の炭素原子を有する2個以上のアルキレン基が酸素原子で結合された、全体として4〜12個の炭素原子を有するオキシアルキレン基である。
    Figure 2009110453

    式中、Rは水素又はメチル基を表す。
  11. (G)成分として、(A)成分及び(F)成分の和を基準として0.01〜15wt%の重合開始剤を含んでなる請求項9に記載の硬化性樹脂組成物。
  12. (H)成分として、多官能チオール化合物を0.5〜40wt%含有する請求項9に記載の硬化性樹脂組成物。
  13. (I)成分として、(F)成分の以外の(メタ)アクリロイル基を1〜10個有する重合性不飽和単量体を1〜40wt%含有する請求項9に記載の硬化性樹脂組成物。
  14. 請求項9に記載の硬化性樹脂組成物を硬化して得られたことを特徴とする光学樹脂硬化物。
  15. 請求項9に記載の硬化性樹脂組成物を硬化、成形して得られたことを特徴とする光学材料。
  16. 請求項9に記載の硬化性樹脂組成物をフィルム状に成形・硬化させてなることを特徴とする光学フィルム。
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