JPWO2011048750A1 - 活性エネルギー線硬化性組成物 - Google Patents

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Abstract

活性エネルギー線感度が良好であり、酸素存在雰囲気下の活性エネルギー線照射でも窒素雰囲気下の活性エネルギー線照射の場合と同等の硬度を有する硬化塗膜を得ることができ、さらに硬化塗膜の硬度、耐湿性、耐熱性、耐薬品性に優れる活性エネルギー線硬化性組成物を提供する。(a)イソソルバイドジ(メタ)アクリレート、(b)前記成分(a)以外の重合性不飽和基含有化合物、及び(c)活性エネルギー線による重合開始剤を含有し、成分(a)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部中5〜95質量部であり、成分(b)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部中5〜95質量部であり、かつ成分(c)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部に対して0.1〜20質量部である組成物とする。

Description

本発明は、活性エネルギー線硬化性組成物に関する。
(メタ)アクリル酸エステル類は重要な共重合用モノマーの一つであり、多種多様な目的・用途で配合されている。しかしながら一般的には単独のモノマーの重合では目的とする性能が得られないことが多く、例えば必要な物性を得るために、複数の異なる(メタ)アクリル酸エステル類やオリゴマー、ポリマー、更には無機材料を配合し、これを重合させる事で目的とする性能を発現させている(特許文献1)。
特にドライフィルムレジスト、着色レジスト、黒色レジスト組成物等においては、硬化後の塗膜物性以外に、特に紫外線、電子線等の活性エネルギー線にて硬化を行う際に、低露光量でも硬化を完了すること、すなわち高感度であることが要求される。中でも着色レジスト、黒色レジストなどの、顔料・染料を高濃度に配合する遮光性の強い組成物においては、低露光量でも硬化しうることが求められているが、未だ満足のいくものは得られていない(特許文献2,3)。
また、従来の活性エネルギー線硬化性組成物は、酸素存在雰囲気下(空気中)で活性エネルギー線照射を行った場合、酸素による硬化阻害が起こるのが通常であった。そのため、窒素雰囲気下で活性エネルギー線照射を行った場合に比べて、硬化性、特に硬化塗膜の硬度が低下するという問題を有していた。
特開2003−261659号公報 特開2001−089416号公報 特開2008−046330号公報
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、活性エネルギー線感度が良好であり、酸素存在雰囲気下の活性エネルギー線照射でも窒素雰囲気下の活性エネルギー線照射の場合と同等の硬度を有する硬化塗膜を得ることができ、さらに硬化塗膜が高硬度で、耐湿性、耐熱性、耐薬品性等に優れる、活性エネルギー線硬化性組成物を提供することを目的とする。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、上記の課題を解決するために、(a)イソソルバイドジ(メタ)アクリレート、(b)上記成分(a)以外の重合性不飽和基含有化合物、及び(c)活性エネルギー線による重合開始剤を含有し、上記成分(a)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部中5〜95質量部であり、上記成分(b)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部中5〜95質量部であり、かつ上記成分(c)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部に対して0.1〜20質量部であるものとする。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、従来のジペンタエリスリトール、ペンタエリスリトール、ジトリメチロールプロパン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等に代表される多官能アルコールの(メタ)アクリレートを配合した重合性樹脂組成物と同程度又はそれ以上の活性エネルギー線感度を有し、酸素存在雰囲気下の活性エネルギー線照射でも窒素雰囲気下の活性エネルギー線照射の場合と同等の硬度を有する硬化塗膜を得ることができ、さらに硬化塗膜が高硬度で、耐湿性、耐熱性、耐薬品性等に優れたものとなる。
従って、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、例えば、ドライフィルムレジスト、着色レジスト、黒色レジスト、半導体用レジストなどのレジスト樹脂組成物として好適に用いられる。また、クリヤー塗料等を形成する組成物として好適に用いられる。
また、本発明の組成物は植物由来のイソソルバイドを主原料として得られるため、化石資源への依存度の低いクリーンな材料を提供することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
<イソソルバイドジ(メタ)アクリレート>
本発明で用いるイソソルバイドジ(メタ)アクリレートは、特に限定されないが、イソソルバイドから以下のような(メタ)アクリレート化反応を用いて製造することができる。すなわち、(メタ)アクリル酸ハライドや(メタ)アクリル酸無水物を使用して水酸基をエステル化する方法、MMA(メチルメタクリレート)等の(メタ)アクリル酸の低級アルコールのエステルを使用するエステル交換反応、DCC(ジシクロヘキシルカルボジイミド)、WSCD(水溶性カルボジイミド)などのカルボジイミド系脱水縮合剤を使用して(メタ)アクリル酸と脱水縮合させる方法、若しくは酸触媒を使用して脱水縮合させる方法等である。なお、必要に応じて、製造時や製品保管中に重合が進行しないよう公知の重合禁止剤を使用してもよい。
<イソソルバイドジ(メタ)アクリレート以外の重合性不飽和基含有化合物>
イソソルバイドジ(メタ)アクリレート以外の重合性不飽和基含有化合物としては、多官能アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物等が挙げられる。具体的には、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、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−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、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(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、ペンタエリスリトールジ(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、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデンカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、水素化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、水素化ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、水素化ヘキサフルオロビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ビス(2−(メタ)アクリロイルオキシ)ヘキサヒドロフタル酸、5−エチル−2−(2−ヒドロキシ−1,1ジメチルエチル)−5−(ヒドロキシメチル)−1,3−ジオキサンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシプロピル(メタ)アクリレート、フタル酸ジグリシジルエステルジ(メタ)アクリレート、9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン等のジ(メタ)アクリレート化合物;グリセリントリ(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プロピレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性トリ(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、トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリス(2−アクリロイルオキシプロピル)イソシアヌレート、カプロラクトン変性トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等のトリ(メタ)アクリレート化合物;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等のテトラ(メタ)アクリレート化合物;その他、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、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミドメチレンエーテル、多価アルコールとN−メチロール(メタ)アクリルアミドとの縮合物、あるいはこれらの変性物等が適宜用いられる。さらにアクリル(メタ)アクリレート樹脂、ウレタン(メタ)アクリレート樹脂、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、ポリエステル(メタ)アクリレート樹脂等も使用できる。これらは単独で又は2種以上組合せて使用することができる。これらのうち、好ましい例としては、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ヘキサメチレンジイソシアネートのペンタエリスリトールトリアクリレート付加物、トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、カプロラクトン変性トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレートなどが挙げられる。
また、それ以外に種々の汎用モノマー、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、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、イソボルニル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルモルホリン、(メタ)アクリルアミド、ジシクロヘキシルフマレート、ジベンジルフマレート、ジブチルフマレート、ビニルカプロラクタム、ビニルピロリドン、酢酸ビニル、スチレン等を用いてもよい。
<活性エネルギー線による重合開始剤>
本発明でいう活性エネルギー線による重合開始剤は、光重合開始剤と紫外線等の活性エネルギー線による重合開始剤との双方を含むものとする。
光重合開始剤としては、たとえば、ベンゾフェノン等の芳香族ケトン類、アントラセン、α−クロロメチルナフタレン等の芳香族化合物、ジフェニルスルフィド、チオカーバメイト等のイオウ化合物を使用することができる。
紫外線などの活性エネルギー線による重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、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−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、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、ベンゾインプロピルエーテル、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、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−モルホリノ−プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1,4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、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、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フォスフィンオキシド、オリゴ(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−(4−(1−メチルビニル)フェニル)プロパノン)等を挙げることができる。
活性エネルギー線による重合開始剤の市販品としては、例えば、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、369、651、500、819、907、784、2959、CGI1700、CGI1750、CGI1850、CG24−61、ダロキュア1116、1173、BASF社製 商品名:ルシリンTPO、UCB社製 商品名:ユベクリルP36、フラテツリ・ランベルティ社製 商品名:エザキュアーKIP150、KIP65LT、KIP100F、KT37、KT55、KTO46、KIP75/B等を挙げることができる。
また必要により、光重合開始剤にラジカル重合開始剤を併用しても良い。ラジカル重合開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート等の有機過酸化物、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)などのアゾ化合物を使用することができる。
<活性エネルギー線硬化性組成物>
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物における、上記(a)イソソルバイドジ(メタ)アクリレート、(b)成分(a)以外の重合性不飽和基含有化合物、及び(c)活性エネルギー線による重合開始剤を含有してなるものであり、これらの配合比率は、成分(a)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部中5〜95質量部、好ましくは10〜90質量部、さらに好ましくは30〜90質量部であり、成分(b)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部中5〜95質量部、好ましくは10〜90質量部、さらに好ましくは10〜70質量部とする。イソソルバイドジ(メタ)アクリレートの含有量が5質量部未満であると酸素存在雰囲気下の活性エネルギー線照射と窒素雰囲気下の活性エネルギー線照射とで同等の硬度を有する硬化塗膜を得ることが困難となり、酸素存在雰囲気下の活性エネルギー線照射で得られる硬化塗膜の硬度が窒素雰囲気下の活性エネルギー線照射で得られる硬化塗膜の硬度より低くなる。一方、95質量部より多いと硬化に伴う収縮応力が大きいため、硬化塗膜にワレが生じるようになる。
また成分(c)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部に対して0.1〜20質量部であるものとする。成分(c)の含有量が0.1未満であると活性エネルギー線感度が不十分となる。一方、20質量部より多いと塗膜深部まで活性エネルギー線が十分に届かず、塗膜深部の硬化性が低下する。また、20質量部より多いと硬化塗膜が着色するようになる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物には、必要に応じて、光安定剤、紫外線吸収剤、触媒、レベリング剤、消泡剤、重合促進剤、酸化防止剤、難燃剤、赤外線吸収剤等を添加することができる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、所望により溶剤で希釈しても良い。希釈に用いる溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸メチル、プロピオン酸メチル等のエステル類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン等のエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、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、3−メトキシブチルアセテート等のグリコールエーテル類;芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類等が挙げられる。これらは、適宜組み合わせて使用することができる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は被塗物表面へ塗布することができる。その方法は特に限定されるものではなく、例えば、ローラー塗装、ロールコーター塗装、スピンコーター塗装、カーテンロールコーター塗装、スリットコーター塗装、バーコーター塗装、スプレー塗装、静電塗装、浸漬塗装、シルク印刷、スピン塗装等が挙げられる。
被塗物としては、特に限定されるものではなく、例えば、各種金属材料やプラスチック材料;ガラス、セメント、コンクリート等の無機材料;木材;繊維材料(紙、布等)等が挙げられ、さらにはこれらにプライマー層等の塗膜層が形成されていてもよい。
塗膜の膜厚は目的に応じて適宜設定される。例えば膜厚は1〜100μmが好ましく、1〜50μmがさらに好ましい。
なお、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させるエネルギー線源は特に限定されないが、例としては、高圧水銀灯、電子線、γ線、カーボンアーク灯、キセノン灯、メタルハライド灯等が挙げられる。
照射量は、例えば好ましくは5〜20,000J/m、さらに好ましくは100〜10,000J/mの範囲が挙げられる。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」及び「%」は、別記しない限り「質量部」及び「質量%」を示す。
1.イソソルバイドジアクリレートの合成
[合成例1]
1L四ツ口フラスコにイソソルバイド146g(1mol)、アクリル酸144g(2mol)、p−ベンゾキノン0.15g(0.0014mol)、メタンスルホン酸1.5g(0.015mol)、トルエン700gを仕込み、空気導入しながらオイルバス中で120℃に加熱、10時間攪拌した。反応の進行に伴って出てくる水を留去しつつ反応を行った。反応終了後に室温まで冷却し、蒸留水100mlにて水洗を行う事で触媒を除去した。その後、ハイドロキノン0.025gを添加し、減圧下で脱溶剤を行う事で淡黄色粘凋液体を得た。
このものを1H−NMR、液体クロマトグラフィー(HPLC)、GC−マススペクトルで解析し、イソソルバイドジアクリレートであることを確認した。
2.活性エネルギー線硬化性組成物の調製及び評価
[実施例1]
イソソルバイドジアクリレート20部、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬社製「カヤラッドDPCA60」)5部、重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、IRGACURE 184)0.75部、及び酢酸ブチル5部を混合して、活性エネルギー線硬化性組成物No.1を得た。得られた活性エネルギー線硬化性組成物No.1について、下記評価試験を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例2]
イソソルバイドジアクリレート20部、ヘキサメチレンジイソシアネートのペンタエリスリトールトリアクリレート付加物5部、重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、IRGACURE 184)0.75部、及び酢酸ブチル5部を混合して、活性エネルギー線硬化性組成物No.2を得た。得られた活性エネルギー線硬化性組成物No.2について、下記評価試験を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例3]
イソソルバイドジアクリレート15部、カプロラクトン変性トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート(東亞合成社製、「アロニックスM−325」)10部、重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、IRGACURE 184)0.75部、及び酢酸ブチル5部を混合して、活性エネルギー線硬化性組成物No.3を得た。得られた活性エネルギー線硬化性組成物No.3について、下記評価試験を行なった。評価結果を表1に示す。
[実施例4]
イソソルバイドジアクリレート10部、カプロラクトン変性トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート(東亞合成社製、「アロニックスM−325」)10部、トリメチロールプロパントリアクリレート5部、重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、IRGACURE 184)0.75部、及び酢酸ブチル5部を混合して、活性エネルギー線硬化性組成物No.4を得た。得られた活性エネルギー線硬化性組成物No.4について、下記評価試験を行なった。評価結果を表1に示す。
[比較例1]
トリシクロデカンジメタノールジアクリレート20部、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート5部、重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、IRGACURE 184)0.75部、及び酢酸ブチル5部を混合して、活性エネルギー線硬化性組成物No.3を得た。得られた活性エネルギー線硬化性組成物No.5について、下記評価試験を行った。評価結果を表1に示す。
[比較例2]
トリシクロデカンジメタノールジアクリレート20部、ヘキサメチレンジイソシアネートのペンタエリスリトールトリアクリレート付加物5部、重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、IRGACURE 184)0.75部、及び酢酸ブチル5部を混合して、活性エネルギー線硬化性組成物No.4を得た。得られた活性エネルギー線硬化性組成物No.6について、下記評価試験を行った。評価結果を表1に示す。
〈評価試験〉
(試験板作成)
ガラス基板上に各活性エネルギー線硬化性組成物をそれぞれ乾燥膜厚が10μmとなるようにバーコーター塗装した。続いて、60℃で4分間乾燥して溶剤を除去した。続いて、空気雰囲気下、窒素雰囲気下のそれぞれについて、超高圧水銀灯を用いて該塗膜に600mJ/cmの紫外線を照射して塗膜を硬化し、試験板を得た。
(硬化性)
得られた硬化塗膜の硬化性を超微小硬さ試験機(フィッシャーインストルメント社製、フィッシャースコープH−100)を用いて塗膜硬度(ユニバーサル硬さ値HUk、最大押込み時荷重:2mN時)で評価した。
(耐湿性)
試験板を耐湿試験器(機内温度49±1℃、相対湿度95%以上)に240時間放置し試験を行った。試験後の塗膜面を目視で観察し、下記基準により評価した。
○:塗膜面に変化は認められない
△:ツヤがひけている
×:ブリスターが発生している
(耐熱性)
試験板を85℃中に96時間放置し試験を行った。試験後の塗膜面を目視で観察し、外観の変化を調べた。
(耐薬品性)
試験板の硬化塗膜に0.1N−HClと0.1N−NaOHをそれぞれスポットし、時計皿で表面を覆って25℃で24時間保持した後、表面を拭き取って塗膜面を目視で観察し、下記基準により評価した。
○:塗膜面に変化が認められない
△:塗膜面にわずかに白化またはフクレが認められる
×:塗膜面に白化またはフクレが著しく認められる
Figure 2011048750
表1に示されたように、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、空気雰囲気下においても窒素雰囲気下と同等の硬化性を示した。また、本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、空気雰囲気下、窒素雰囲気下のいずれで硬化させた場合でも、良好な耐湿性、耐熱性、及び耐薬品性を示した。一方、比較例の活性エネルギー線硬化性組成物は、窒素雰囲気下に比べて空気雰囲気下での硬化性が劣っていた。また、比較例の活性エネルギー線硬化性組成物は、窒素雰囲気下で硬化させた場合に比べて空気雰囲気下で硬化させた場合の耐湿性が劣っていた。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は活性エネルギー線感度が高く、酸素存在雰囲気下の活性エネルギー線照射でも窒素雰囲気下の活性エネルギー線照射の場合と同等の硬度を有する硬化塗膜を得ることができ、さらに硬化塗膜が、耐湿性、耐熱性、耐薬品性に優れるので、ドライフィルムレジスト、着色レジスト、黒色レジストなどのレジスト樹脂組成物、及びクリヤー塗料等を形成する塗料として好適に使用することが出来る。

Claims (1)

  1. (a)イソソルバイドジ(メタ)アクリレート、
    (b)前記成分(a)以外の重合性不飽和基含有化合物、及び
    (c)活性エネルギー線による重合開始剤を含有し、
    前記成分(a)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部中5〜95質量部であり、
    前記成分(b)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部中5〜95質量部であり、
    かつ前記成分(c)の含有量が成分(a)及び成分(b)の合計量100質量部に対して0.1〜20質量部であることを特徴とする活性エネルギー線硬化性組成物。
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