JPWO2012070382A1 - 硬化性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、下記一般式(1)(式中、Xは少なくともk個のメルカプト基を有する多官能チオール化合物からk個のメルカプト基を取り除いて形成される原子団を表し、Yは不飽和単量体が共重合されてなる共重合体から誘導される1価の有機基を表し、kは3〜10の整数である)で表される共重合ポリマー(A)とシリカ微粒子(B)と反応性モノマー(C)と重合開始剤(D)とを含有することを特徴とする硬化性樹脂組成物である。本発明は、低硬化収縮性を有し、必要に応じて低硬化収縮性と耐ブロッキング性とを両立させたハードコート剤を提供し、さらに該ハードコート剤を用いて高い鉛筆硬度、低カール性を有するハードコートフィルム、乃至はハードコート処理されたプラスチック基材を提供することができる。

Description

本発明は、高い鉛筆硬度、低硬化収縮性を有し、且つ耐擦傷性及び透明性に優れる硬化塗膜を形成でき、必要に応じて硬化塗膜に耐ブロッキング性等の特性を付与することのできる、フラットパネルディスプレイ等の光学用フィルム、更にはポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂等のプラスチック基材の表面保護コーティングの製造に用いられる活性エネルギー線硬化性ハードコート剤組成物、及びその硬化物、ならびにその硬化物からなるコーティング膜を含むフィルム乃至は成形品に関する。
プラスチックシートやプラスチックフィルムなどの表面は比較的柔軟であることから、表面硬度を高めるために、材料の表面にハードコート層を設けることが行われている。また、ポリカーボネートやABS等の樹脂基材に関しても、表面の傷つき防止や文様の保護を目的として同様の処置が広く行われるようになってきた。従来、このようなハードコート層には多官能アクリレート等の有機物が使用されていたが、硬化収縮及び熱劣化、湿熱劣化による収縮が大きく、プラスチックシートやプラスチックフィルムの端部の巻き上がり(カール現象)、または基材上でのクラック等が発生し易かった。特に鉛筆硬度を高めるためには、樹脂基材の影響、硬化膜の厚み、硬さ、塑性などを考慮せねばならず、その用途に合わせて最適な組成を構築する必要があった。
そのような中、特許文献1には分子内に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリルモノマーと水酸基、環状エーテル結合を有するアクリルモノマーとコロイダルシリカとからなる紫外線硬化性樹脂原料組成物が開示されている。かかる組成物においては、コロイダルシリカは分散されているものの反応性不飽和基を有していないため架橋系に組み込まれることがなく、所定の硬度や弾性率が得られない恐れがあるほか、シリカ微粒子が脱落する恐れがあった。
また、特許文献2には、少なくとも6官能ウレタンアクリレートと4官能以上の(メタ)アクリレートモノマーと分子内に反応性(メタ)アクリレート基を有するシランカップリング剤にて表面処理されたコロイダルシリカとを含む組成物が開示されている。この手法によれば、コロイダルシリカが架橋系に組み込まれ、高い鉛筆硬度を発揮し、シリカ微粒子の脱落を抑制することが可能である。しかし、硬化収縮が大きいために硬化時の曲率半径が小さく、製造工程で不具合が生じる恐れがあった。
特開2009−157315号公報 特開2008−150484号公報
本発明は上記従来技術の問題点を解決すること、すなわち低硬化収縮性を有し、必要に応じて低硬化収縮性と耐ブロッキング性とを両立させたハードコート剤を提供し、さらに該ハードコート剤を用いて高い鉛筆硬度、低カール性を有するハードコートフィルム、乃至はハードコート処理されたプラスチック基材を提供することを目的とする。
本発明者は、上記従来技術の問題点を解決するために鋭意検討した結果、少なくとも特定の構造を有するポリマー、シリカ微粒子、反応性モノマーおよび重合開始剤を組み合わせることで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
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)
Figure 2012070382
(式中、Xは少なくともk個のメルカプト基を有する多官能チオール化合物からk個のメルカプト基を取り除いて形成される原子団を表し、Yは不飽和単量体が共重合されてなる共重合体から誘導される1価の有機基を表し、kは3〜10の整数である)で表される共重合ポリマー(A)とシリカ微粒子(B)と反応性モノマー(C)と重合開始剤(D)とを含有することを特徴とする硬化性樹脂組成物。
(2)前記一般式(1)のYが下記一般式(2)
Figure 2012070382
(式中、R1及びR4はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基であり、R2及びR3は、それぞれ独立して、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基または20個以下の炭素原子を有する環状構造を有する脂環族炭化水素基であり、但し、R2はエステル結合を含んでもよく、R3は単結合でもよく、Zはエステル結合またはウレタン結合を含む2官能の有機基である)
で表されるモノマー単位を含むことを特徴とする前記(1)に記載の硬化性樹脂組成物。
(3)前記一般式(2)の−Z−が、下記一般式(3)〜(6)
Figure 2012070382
Figure 2012070382
Figure 2012070382
Figure 2012070382
の何れかで表わされることを特徴とする前記(2)に記載の硬化性樹脂組成物。
(4)前記シリカ微粒子(B)が、表面処理されていないシリカ微粒子(B')を下記一般式(7)で表されるシラン化合物(E)および(8)で表されるシラン化合物(E)
Figure 2012070382
Figure 2012070382
(式中、R5は水素原子またはメチル基を表し、R6は炭素数1〜3のアルキル基またはフェニル基を表し、R7は水素原子または炭素数1から10の炭化水素基を表し、lは1〜6の整数を表し、rおよびtはそれぞれ0〜2の整数を表す)
の少なくともいずれか一方によって表面処理して得られたものであることを特徴とする、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(5)前記シリカ微粒子(B)が前記共重合ポリマー(A)100質量部に対して5〜1000質量部の量で含まれることを特徴とする、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(6)前記反応性モノマー(C)が、前記共重合ポリマー(A)100質量部に対して1〜1000質量部の量で含まれることを特徴とする、前記(1)〜(5)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(7)反応性モノマー(C)が、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ペンタ(メタ)アクリレート、及びジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、前記(1)〜(6)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(8)前記重合開始剤(D)が、硬化性成分の合計100質量部に対して0.1〜50質量部の量で含まれることを特徴とする前記(1)〜(7)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(9)反応性オリゴマー(F)が、前記共重合ポリマー(A)100質量部に対して0.1〜500質量部の量で含まれることを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(10)フィラーを含有することを特徴とする前記(1)〜(9)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(11)多官能チオール化合物を含有することを特徴とする前記(1)〜(10)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(12)多官能イソシアネート化合物を含有することを特徴とする前記(1)〜(11)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
(13)前記(1)〜(11)のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物を含むハードコート剤。
(14)前記(13)に記載のハードコート剤によって形成されたコーティング膜を含むクリアハードコートフィルムまたは加飾成形用ハードコートフィルム。
本発明は、低硬化収縮性を有し、必要に応じて低硬化収縮性と耐ブロッキング性とを両立させたハードコート剤を提供し、さらに該ハードコート剤を用いて高い鉛筆硬度、低カール性を有するクリアハードコートフィルムおよび加飾成形用ハードコートフィルムなどのハードコートフィルム、乃至はハードコート処理されたプラスチック基材を提供することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において(メタ)アクリレートなどの表現はすべてメタクリレートおよび/またはアクリレートを意味する。また、構造を記載する上でのcis/transの関係は特に区別は無く、そのいずれをも意味するものとする。
本発明の硬化性樹脂組成物は、下記一般式(1)
Figure 2012070382
(式中、Xは少なくともk個のメルカプト基を有する多官能チオール化合物からk個のメルカプト基を取り除いて形成される原子団を表し、Yは不飽和単量体が共重合されてなる共重合体から誘導される1価の有機基を表し、kは3〜10の整数である)で表される共重合ポリマー(A)とシリカ微粒子(B)と反応性モノマー(C)と重合開始剤(D)とを含有することを特徴とする。
また、本発明の硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、反応性オリゴマー(F)および添加剤(G)等を含有することができる。
i)共重合ポリマー(A)
共重合ポリマー(A)(以下「(A)成分」ともいう。)は上記式(1)で表され、たとえば、多官能チオール化合物の存在下で2種または3種以上の不飽和単量体を共重合させることで合成することができる。
式(1)中のXは少なくともk個のメルカプト基を有する多官能チオール化合物からk個のメルカプト基を取り除いて形成される原子団を表す。多官能チオール化合物については後述する。
式(1)中のSは、前記多官能チオール化合物が有するメルカプト基に含まれるイオウ原子を表す。
式(1)中のYは、不飽和単量体が共重合されてなる共重合体から誘導される1価の有機基を表す。不飽和単量体については後述する。
式(1)中のkは3〜10の整数である。kの値が前記範囲内であると、低収縮性の発現、および共重合時の反応制御の容易性という点で好ましい。
kは、好ましくは3〜8、より好ましくは3〜6である。
前記式(1)中のYは、下記一般式(2)
Figure 2012070382
(式中、R1及びR4はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基であり、R2及びR3は、それぞれ独立して、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基または20個以下の炭素原子を有する環状構造を有する脂環族炭化水素基であり、但し、R2はエステル結合を含んでもよく、R3は単結合でもよく、Zはエステル結合またはウレタン結合を含む2官能の有機基である)で表される構造を含むことが好ましい。
式(2)中のZは、エステル結合またはウレタン結合を含む2官能の有機基である。−Z−としては、下記式(3)〜(6)の何れかであることが好ましい。
Figure 2012070382
Figure 2012070382
Figure 2012070382
Figure 2012070382
すなわち、式(1)中のYとしては、下記一般式(9)〜(12)
Figure 2012070382
Figure 2012070382
Figure 2012070382
Figure 2012070382
(式(9)〜(12)中、R1及びR4はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基であり、R2及びR3は、それぞれ独立して、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基または環状構造を有する脂環族炭化水素基である。)
から選ばれる少なくとも1種の(メタ)アクリロイル基を含むことが好ましい。
一般式(9)で表される構造は、たとえば、多官能チオール化合物の存在下で、カルボキシル基を有するアクリル化合物(a−1)と他のエチレン性不飽和単量体(a−5)とを共重合し、得られたポリマーの側鎖に存在するカルボキシル基に対し、グリシジル基を有するアクリル化合物(a−2)を付加させることにより製造することができる。
一般式(10)で表される構造は、たとえば、多官能チオール化合物の存在下で、グリシジル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−2)と他のエチレン性不飽和単量体(a−5)とを共重合し、得られたポリマーの側鎖に存在するグリシジル基に対して、カルボキシル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−1)を付加させることにより製造する。
一般式(11)で表される構造は、たとえば、多官能チオール化合物の存在下で、ヒドロキシル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−3)と他のエチレン性不飽和単量体(a−5)とを共重合し、得られたポリマーの側鎖に存在するヒドロキシル基に対し、イソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物(a−4)を付加させることにより製造する。
一般式(12)で表される構造は、たとえば、多官能チオール化合物の存在下で、イソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物(a−4)と他のエチレン性不飽和単量体(a−5)とを共重合し、得られたポリマーの側鎖に存在するイソシアネート基に対し、ヒドロキシル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−3)を付加させることにより製造する。
カルボキシル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−1)としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、2−メチルマレイン酸、イタコン酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸無水物、それらの金属塩、アンモニウム塩等が挙げられ、(メタ)アクリル酸が好ましい。またこれらのカルボキシル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−1)は、1種単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
グリシジル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−2)としては、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル等が挙げられ、グリシジル(メタ)アクリレートが好ましい。またこれらのグリシジル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−2)は、1種単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
ヒドロキシル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−3)としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールポリテトラメチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールポリテトラメチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられ、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが好ましい。またこれらのヒドロキシル基を有する(メタ)アクリル化合物(a−3)は、1種単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
イソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物(a−4)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)アクリロイルオキシ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−(2−(メタ)アクリロイルオキシエチル)オキシエチルイソシアネート、3−(メタ)アクリロイルオキシフェニルイソシアネート、4−(メタ)アクリロイルオキシフェニルイソシアネート等が挙げられる。またこれらのイソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物(a−4)は、1種単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
また、上記の(メタ)アクリル化合物と共重合させることのできる他のエチレン性不飽和単量体(a−5)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、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、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、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)アクリレート等のアルキル(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)アクリレート等のフルオロアルキル(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、メトキシブチル(メタ)アクリレート等のアルコキシアルキル(メタ)アクリレート類、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)アクリレート等のポリエチレングリコール(メタ)アクリレート類;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、フェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート等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、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、ノルボルニル(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、モルホリニル(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、アダマンチル(メタ)アクリレート、メチルアダマンチル(メタ)アクリレート等のシクロアルキル(メタ)アクリレート類、フェニル(メタ)アクリレート、ビフェニル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性片末端(メタ)アクリレート、シロキサン骨格を有する片末端(メタ)アクリレート、スチレン、ビニルトルエン等が挙げられる。これらのエチレン性不飽和単量体は、1種単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
ポリマーの合成に併用する多官能チオール化合物としては、1分子中にメルカプト基を2個以上有する化合物であり、例えば、エチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオネート)、エチレングリコールビス(3−メルカプトブチレート)、ブタンジオールビス(3−メルカプトプロピオネート)、ブタンジオールビス(3−メルカプトブチレート)、ヘキサンジオールビス(3−メルカプトプロピオネート)、ヘキサンジオールビス(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−メルカプトブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサ(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(3−メルカプトブチレート)、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリス(3−メルカプトプロピオネート)トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリス(3−メルカプトブチレート)、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−メルカプトブチレート)トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリス(3−メルカプトプロピオネート)、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリス(3−メルカプトブチレート)等が挙げられる。これらの中でも1分子中に4つのメルカプト基を有する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)、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)が好ましい。
また、共重合ポリマー(A)を合成する際に使用する多官能チオール化合物の量は、合成に使用する不飽和単量体100質量部に対して、好ましくは0.01〜15質量部、より好ましくは0.1〜10質量部、更に好ましくは1〜5質量部である。多官能チオール化合物の含有割合を上記の範囲内にすることによって、硬化性、耐擦傷性、透明性、通常の空気中での塗膜表面近傍の硬化性に優れた硬化膜を与え、保存安定性にも優れた組成物とすることができる。多官能チオール化合物の含有割合が多すぎると、保存安定性に問題が生じる恐れや、組成物の設計自由度が束縛される恐れや、耐候性が悪くなる恐れがある。
前記共重合反応は反応安定性の点から有機溶媒中で行うことが望ましい。有機溶媒としては、(メタ)アクリル化合物の共重合反応において通常使用されているものであれば特に限定されず、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、のようなケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルのようなエステル類、トルエン、キシレンのような芳香族化合物、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランのようなエーテル類、メタノール、エタノール、イソプロパノールのようなアルコール類などが挙げられる。これらの中でも、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトンが好ましい。これらの有機溶媒は1種単独で使用しても良いし、2種以上を組み合わせて使用しても良い。
前記共重合反応は、60℃〜120℃、好ましくは70℃〜100℃の温度で、好ましくは不活性ガス雰囲気下で行われる。この共重合反応では重合開始剤が用いられる。重合開始剤としては、通常使用されているものであれば特に限定されず、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、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)、ジメチル―2,2―アゾビス−(2−メチルプロピオネート)、過酸化ベンゾイルなどが挙げられる。重合法としては、全ての成分を一括して仕込んでから重合する方法、各成分を連続供給しながら重合する方法などが適用できる。
前記付加反応は、50℃〜130℃、好ましくは90℃〜120℃の温度で行われる。50℃未満であると実用上十分な反応速度が得られないことがあり、一方、130℃を超えると熱によるラジカル重合によって二重結合部が架橋し、ゲル化物が生じることがある。付加反応は、分子状酸素含有ガス雰囲気下で行うことが好ましい。分子状酸素の濃度は、安全面を考慮して適宜決定される。また、付加反応は、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、フェノチアジンなどの重合禁止剤の存在下で行うことが好ましい。
前記付加反応では、十分な反応速度を得るために、触媒を用いてもよい。グリシジル基とカルボキシル基との反応の場合、ジメチルベンジルアミン、トリエチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、トリ−n−オクチルアミンのような3級アミン、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイドのような4級アンモニウム塩、テトラメチル尿素のようなアルキル尿素、テトラメチルグアニジンのようなアルキルグアニジン、トリフェニルホスフィンのような3級ホスフィンなどを用いることができる。これらの中でも、トリエチルアミンが好ましい。イソシアネート基とヒドロキシル基との反応の場合、ジブチルスズジラウレート、オクチル酸スズ、塩化スズなどを用いることができる。これらの中でも、ジブチルスズジラウレートが好ましい。上記した触媒は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
共重合ポリマー(A)は、好ましくは200〜5,000、より好ましくは200〜1,000の二重結合当量を有する。二重結合当量が200未満であると、本組成物の硬化が過剰に進行し、得られる硬化塗膜にカール現象が発生する場合があり、一方、二重結合当量が5,000を超えると硬化塗膜に十分な表面硬度が得られない場合がある。
二重結合当量は下記の通りに定義するものとする。
二重結合当量 = [合成に用いた全不飽和単量体の質量(g) + 合成に用いた重合開始剤の質量(g) + 合成に用いた全多官能チオール化合物の質量(g)]/[ 不飽和基を導入するために使用した不飽和単量体のMol数×不飽和基を導入するために使用した不飽和単量体の不飽和基数]
共重合ポリマー(A)は、好ましくは60℃〜100℃、より好ましくは80℃〜100℃のガラス転移温度を有する。ガラス転移温度が60℃未満であると硬化塗膜に十分な表面硬度が得られない場合があり、一方、ガラス転移温度が100℃を超えると硬化塗膜の耐屈曲性が低下する場合がある。本発明において、(メタ)アクリル系共重合樹脂のガラス転移温度(Tg)は、下記式を用いて計算される値である。
Figure 2012070382
(式中、W1、W2、・・・、Wnは、各アクリル化合物およびエチレン性不飽和単量体の質量割合(質量%)であり、Tg1、Tg2、・・・、Tgnは、各アクリル化合物およびエチレン性不飽和単量体の単独重合体のガラス転移温度(絶対温度)である)
上記計算に用いる単独重合体のガラス転移温度は、文献に記載されている値を用いることができ、例えば、Polymer Handbookなどに記載されている。
共重合ポリマー(A)は、好ましくは5,000〜200,000、より好ましくは7,000〜120,000の重量平均分子量を有する。重量平均分子量が5,000未満であると十分な表面硬度が得られない場合があり、一方、重量平均分子量が200,000を超えると溶媒等への溶解性が低下し作業性が低下する場合がある。
なお、本発明における共重合樹脂の重量平均分子量の値は、ゲル・パーミッション・クロマトグラフィー(昭和電工株式会社製Shodex SYS−11)を用いて、下記条件にて常温で測定し、ポリスチレン換算にて算出されるものである。
カラム:昭和電工株式会社製KF−806L
カラム温度:40℃
試料:共重合体の0.2質量%テトラヒドロフラン溶液
流量:2ml/分
溶離液:テトラヒドロフラン
ii)シリカ微粒子(B)
本発明で用いられるシリカ微粒子(B)(以下「(B)成分」ともいう。)としては、平均粒子径が1〜100nmのものを好適に用いることができる。平均粒子径が1nm未満であると、作製した硬化性組成物の粘度が増大し、シリカ微粒子(B)の硬化性組成物中での含有量が制限されるとともに、硬化性組成物中でのシリカ微粒子(B)の分散性が悪化し、硬化性組成物を硬化させて得られる硬化物(以下単に硬化物とも言う)が十分な耐熱性を得ることができない傾向がある。また、平均粒子径が100nmを越えると、硬化物の外観性能や機械特性が低下する場合がある。
シリカ微粒子(B)の平均粒子径は、硬化性組成物の粘度を好適値に調整する点から、より好ましくは1〜70nm、さらに好ましくは5〜50nmである。なお、前記シリカ微粒子(B)の平均粒子径は、高分解能透過型電子顕微鏡(株)日立製作所製 H−9000型)で微粒子を観察し、観察される微粒子像より任意に100個の粒子像を選び、公知の画像データ統計処理手法により数平均粒子径として求めた値である。
硬化性組成物中のシリカ微粒子(B)の含有量は、共重合ポリマー(A)100質量部に対して5〜1000質量部であることが好ましい。硬化物の耐熱性、耐環境性と硬化性組成物の粘度とのバランスの点から、より好ましくは30〜800質量部である。5質量部より少ないと硬化物に十分な硬度を付与できない恐れがあり、1000質量部を超えると分散性が損なわれ、硬化物の成形が困難となるおそれがある。
また、シリカ微粒子(B)は、硬化性組成物中での分散性の点から、有機溶媒に分散した状態で用いることが好ましい。
前記有機溶媒としては、例えば、アルコール類、ケトン類、エステル類、グリコールエーテル類が挙げられる。溶媒量調整の容易さから、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、n−プロピルアルコール等のアルコール系、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系の有機溶媒が好ましい。
シリカ微粒子(B)は、表面処理していないものの他、表面処理したものも好適に使用することができる。
また有機溶媒に分散したシリカ微粒子(B)は従来公知の方法で製造することができ、たとえば商品名スノーテックIPA−ST(日産化学(株)製)などとして市販されているシリカ微粒子を使用することができるし、このシリカ微粒子を原料として表面処理を行うこともできる。
また、本発明に使用されるシリカ微粒子(B)は、表面処理されていないシリカ微粒子(B')を、シラン化合物(E)よって表面処理することにより得られたものであることが好ましい。シラン化合物(E)としては、たとえば、重合性不飽和基を有するシラン化合物(E1)および芳香環を有するシラン化合物(E2)等を挙げることができる。以下これら各シラン化合物について説明する。
[重合性不飽和基を有するシラン化合物(E1)]
本発明で使用する重合性不飽和基を有するシラン化合物(E1)は(メタ)アクリロイル基または(メタ)アクリロイルオキシ基を有するシラン化合物であり、中でも一般式(7)で表される不飽和基を有するシラン化合物を好適に用いることができる。
Figure 2012070382
(上記式(7)中、R5は水素原子又はメチル基を表し、R6は炭素数1〜3のアルキル基又はフェニル基を表し、R7は水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基を表し、rは0〜2の整数であり、lは1〜6の整数である。)
硬化性組成物の粘度の低減、保存安定性の点から、好ましいR5はメチル基であり、好ましいR7はメチル基であり、好ましいlは3であり、好ましいrは0である。
シラン化合物(E1)は、硬化性組成物の粘度を低減させると同時に、シリカ微粒子(B)の硬化性組成物中における分散安定性を向上させるため、及び硬化性組成物を硬化させる際の硬化収縮を低減し、かつ硬化物に成形加工性を付与するために用いられるものである。つまり、重合性不飽和基を有するシラン化合物(E1)でシリカ微粒子を表面処理しない場合には、硬化性組成物の粘度が高くなるとともに、硬化時の硬化収縮が大きくなり、硬化物が脆くなり、硬化物にクラックが発生したりすることがある。
シラン化合物(E1)としては、例えば、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジエチルメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジエチルエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
これらの中で、シリカ微粒子(B)の硬化性組成物中における凝集防止、硬化性組成物の粘度の低減及び保存安定性向上の点からは、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシランが好ましく、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランがより好ましい。またこれらは、1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。更にこのようなシラン化合物(E1)は公知の方法で製造することができ市販されている。
[芳香環を有するシラン化合物(E2)]
本発明で用いられる芳香環を有するシラン化合物(E2)は、下記一般式(8)などで表される。
Figure 2012070382
上記式(8)中、R6、R7、は、それぞれ一般式(7)におけるR6、R7と同様の意味を表し、tは0〜2の整数である。一般式(8)に示す構造の左端に存在するフェニル基には、本発明の効果を損なわない範囲で置換基が結合していてもよい。
硬化性組成物の粘度の低減、保存安定性の点から、好ましいR7はメチル基であり、好ましいtは0である。tが0でない場合、好ましいR6はメチル基である。シリカ微粒子と芳香環を有するシラン化合物が反応すると、シリカ微粒子の表面に疎水性が付与され、前記有機溶媒中でのシリカ微粒子の分散性が向上し、硬化性組成物の粘度を低減させ、硬化性組成物の保存安定性を向上させる。
芳香環を有するシラン化合物(E2)としては、例えば、フェニルジメチルメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルジエチルメトキシシラン、フェニルエチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルジメチルエトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、フェニルジエチルエトキシシラン、フェニルエチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ベンジルジメチルメトキシシラン、ベンジルメチルジメトキシシラン、ベンジルジエチルメトキシシラン、ベンジルエチルジメトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、ベンジルジメチルエトキシシラン、ベンジルメチルジエトキシシラン、ベンジルジエチルエトキシシラン、ベンジルエチルジエトキシシラン、およびベンジルトリエトキシシラン等が挙げられる。
硬化性組成物の粘度の低減、保存安定性向上、吸水率の低下も含めた耐環境性の向上の観点からは、フェニルジメチルメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルジエチルメトキシシラン、フェニルエチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシランが好ましく、フェニルトリメトキシシランがより好ましい。またこれらは、1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。更にこのようなシラン化合物(8)は公知の方法で製造することができ市販されている。
シリカ微粒子を表面処理する際の重合性不飽和基を有するシラン化合物(E1)の使用量は、表面処理されていないシリカ微粒子(B')100質量部に対して0.1質量部以上60質量部以下が好ましく、1質量部以上50質量部以下がより好ましく、5質量部以上40質量部以下が更に好ましい。重合性不飽和基を有するシラン化合物(E1)の使用量が0.1質量部より少ないと、シリカ微粒子(B)の硬化性組成物中での分散性が悪化してゲル化を生じる可能性がある。また60質量部を超えると、未反応の不飽和基が増加することで、硬度が低下する恐れがある。
また、芳香環を有するシラン化合物(E2)の使用量は、表面処理されていないシリカ微粒子(B')100質量部に対して0質量部より多く40質量部以下が好ましく、0質量部より多く30質量部以下がより好ましく、0質量部より多く20質量部以下が更に好ましい。芳香環を有するシラン化合物(E2)の使用量が40質量部を超えると、ラジカル重合反応に寄与しない表面修飾量の増加により、硬度が低下する恐れがある。
重合性不飽和基を有するシラン化合物(E1)と芳香環を有するシラン化合物(E2)との両方を使用する場合、重合性不飽和基を有するシラン化合物(E1)と芳香環を有するシラン化合物(E2)との使用量の合計はシリカ微粒子(B')100質量部に対して0.1質量部以上90質量部以下が好ましく、1質量部以上75質量部以下がより好ましく、5質量部以上60質量部以下が更に好ましい。(E1)と(E2)の使用量の合計が0.1質量部より少ないと、シリカ微粒子(B)の硬化性組成物中での分散性が悪化してゲル化を生じる可能性がある。また60質量部を超えると、未反応の不飽和基やラジカル重合反応に寄与しない表面修飾量の増加により硬度が低下する恐れがある。
iii)反応性モノマー(C)
反応性モノマー(C)(以下「(C)成分」ともいう。)は、活性光線の照射時に光重合開始剤から発生するラジカルで重合または架橋する化合物、または加熱により重合または架橋する化合物である。共重合ポリマー(A)とシリカ微粒子(B)および反応性モノマー(C)とを共重合させることで架橋物となり、本発明の硬化性組成物が硬化する。反応性モノマー(C)は反応性希釈剤とも称され、組成物の粘度の調整、硬化性の調整などの役割も有する。反応性モノマー(C)としては、炭素−炭素二重結合を1つ以上、好ましくは2つ以上、さらに好ましくは3つ以上有する化合物が挙げられ、具体的には、(メタ)アクリル酸エステル類、エポキシ(メタ)アクリレート類、またはウレタン(メタ)アクリレート類が好ましく使用される。
(メタ)アクリル酸エステル類としては具体的には、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、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、トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジ(メタ)アクリレートなどのジアクリレート;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、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、トリス(2−(メタ)アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレートなどの多官能(メタ)アクリレート類、ならびにそれらのエチレンオキサイド変性およびプロピレンオキサイド変性体が挙げられる。
また、エポキシ(メタ)アクリレート類は、公知のエポキシ化合物に対して不飽和基を有するカルボン酸を反応させることで得られる。エポキシ化合物としては、具体的にはグリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルプロピルトリメトキシシラン、炭素数1〜12の直鎖アルコールの両末端グリシジルエーテル体、ジエチレングリオールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジグリシジルエーテル、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテルなどが挙げられる。不飽和基を有するカルボン酸としては、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸などが挙げられる。
上記、エポキシ化合物と不飽和基を有するカルボン酸は従来公知の方法で容易に反応させることができ、反応の速やかな進行のためには、トリフェニルホスフィンなどのホスフィン類に代表される化合物を触媒として用いることもできる。
特に好ましいエポキシ(メタ)アクリレート類としては、グリシジル(メタ)アクリレートと(メタ)アクリル酸の反応物である、2−ヒドロキシ−3−メタクリロイロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルメタクリレートなどを挙げることができる。
また、ウレタン(メタ)アクリレート類は、公知のアルコール化合物、チオール化合物またはアミン化合物に対して、不飽和基含有イソシアネート類を反応させるか、公知のポリオール類とポリイソシアネート類をイソシアネート基過剰の条件化でウレタン化反応をさせ、反応終了後に末端イソシアネートに対して不飽和基を有するアルコール化合物、例えば(メタ)アクリロイルオキシ基含有アルコールを反応させることで得られる。
公知のアルコール化合物としては、具体的には2−ヒドロキシエチルアクリレートなどの(メタ)アクリロイルオキシ基含有アルコール、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、グリセリン、ポリグリセリン、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、1,3,5−トリヒドロキシペンタン、1,4−ジチアン−2,5−ジメタノールトリシクロデカンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール、ノルボルナンジメタノール、ポリカーボネートジオール、ポリシロキサンジオール、ビスフェノールA、パープルオロアルコール類、およびそれらの、EO変性体、PO変性体、カプロラクトン変性体が挙げられる。
また、公知のチオール化合物としては、前記チオール化合物(a−5)等が挙げられる。
一方、不飽和基含有イソシアネート化合物としては、前記イソシアネート基を有する不飽和単量体(a−4)のほか、2,2−ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート、1,1−ビス(アクリロイルオキシメチル)メチルイソシアネート等を挙げることができる。
また、硬化性樹脂組成物中の反応性モノマー(C)の含有量としては、共重合ポリマー(A)100質量部に対して1質量部〜1000質量部が好ましく、10質量部〜800質量部が更に好ましい。反応性モノマー(C)の含有量が1質量部を下回ると、架橋密度が低下し硬度不足となるおそれがあり、1000質量部を上回ると、架橋密度の増大により、柔軟性が損なわれるおそれがある。
iv)重合開始剤(D)
本発明で用いられる重合開始剤(D)としては、ラジカルを発生する光重合開始剤及び熱重合開始剤が挙げられる。これらは、それぞれ単独に用いてもよく、併用してもよい。
光重合開始剤としては、例えばベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシ−フェニルフェニルケトン、2,6−ジメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、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シド及びジフェニル−(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシドが挙げられる。これらの光重合開始剤は2種以上を併用してもよい。
本発明の硬化性組成物において、光重合開始剤の硬化性組成物中における含有量は、硬化性組成物を適度に硬化させる量であればよく、硬化性成分すなわち(A)成分と(B)成分と(C)成分の合計100質量部に対して、好ましくは0.1質量部〜50質量部、より好ましくは1質量部〜8質量部配合される。光重合開始剤の配合量が0.1質量部未満であると硬化が不十分になる恐れがあり、50質量部を超えると硬化性組成物の保存安定性が低下したり、着色したり、架橋して硬化物を得る際の架橋が急激に進行し硬化時の割れ等の問題が発生する場合があるほか、高温処理時のアウトガス成分が増加し、装置を汚染する危険性がある。
前記熱重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキシド、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(2−エチルヘキサノエート)、1,1−ジ(t−ヘキシルペルオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、2,2―ジ(4,4−ジ−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキシル)プロパン、t−ヘキシルペルオキシソプロピルモノカーボネート、t−ブチルペルオキシマレイックアシッド、t−ブチルペルオキシ3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルペルオキシラウレート、t−ブチルペルオキシソプロピルモノカーボネート、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ヘキシルペルオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルペルオキシ)ヘキサン、t−ブチルペルオキシアセテート、2,2−ジ(t−ブチルペルオキシ)ブタン、t−ブチルペルオキシベンゾエート、n−ブチル−4,4−ジ(t−ブチルペルオキシ)バレレート、ジ(2−t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ヘキシルパーオキサイド、p−メンタンヒドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン−3、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、1,1,3,3―テトラメチルブチルヒドロパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン、2,2−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル−2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2'−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1'−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2、2'−アゾビス(N−(2−プロペニル)−2−メチルプロピオナミド、1−((1−シアノ−1−メチルエチル)アゾ)ホルムアミド、2、2'−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオナミド)、2、2'−アゾビス(N−シクロヘキシル−2−メチルプロピオナミド)等が挙げられる。
また、硬化性樹脂組成物中の熱重合開始剤の含有量は、前述の光重合開始剤の場合と同様である。また、光重合開始剤と熱重合開始剤は併用してもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物において、(A)成分と(B)成分と(C)成分の質量比は、それぞれ硬化性組成物全体に対して、(A)成分が5質量%〜60質量%、(B)成分が30質量%〜60質量%、(C)成分が10質量%〜60質量%であることが好ましい。(A)成分が多すぎると、架橋密度の不足により十分な硬度が得られない恐れがあり、少なすぎると硬化収縮量が大きくなりクラックや硬化膜の反りの原因となる。(B)成分が多すぎると、分散性の悪化に伴い硬化性組成物がゲル化する恐れや、無機の物性が強まることで硬化膜が脆くなる恐れが有り、少なすぎると硬化膜の反りの低減に寄与できない恐れや、十分な硬度が得られない恐れがある。(C)が多すぎると、必要以上の架橋の進行により硬化膜の反りを誘発する恐れや、未反応の2重結合が増加し、光学特性を損なう恐れがあり、少なすぎると架橋密度の減少に伴い、十分な硬度が得られない恐れがある。
v) 反応性オリゴマー(F)
本発明で用いられる反応性オリゴマー(F)としては、本発明の効果を損なわない限り、従来公知の反応性オリゴマーを任意に用いることができる。本発明の硬化性組成物が反応性オリゴマー(F)を含有すると、硬化物の硬度を低下させることなく靭性を付与できるという利点がある。
反応性オリゴマー(F)としては、具体的には、ウレタンアクリレート等が挙げられる。市販されているウレタンアクリレートの例として、日本合成化学(株)製紫光UV−1600B、紫光UV−1700B、紫光UV−6300B、紫光UV−7600B、紫光UV−7640B、ダイセル・サイテック社製EBECRYL 1290K、KRM8200、EBECRYL 5129、EBECRYL 8301、共栄社化学製UA−306H、UA−306T、UA−306I、UA−510H、サートマー社製CN−968、CN9006、CN975、CN997、新中村化学社製U−6HA、U−15HA、UA−100H、U−4HA、U−6LPA、UA−32P、U−324A、U−4H、根上工業社製アートレジンUN−3320HA、アートレジンUN−3320HB、アートレジンUN−3320HC、アートレジンUN−3320HS、アートレジンUN−904、アートレジンUN−901T、アートレジンUN−905、アートレジンUN−952などが挙げられる。これらのウレタンアクリレートは、硬度が高く、6官能アクリルモノマーよりも硬化収縮が少ない特徴を有する。
また、硬化収縮の低減と反応性の向上の観点からはハイパーブランチオリゴマー又はデンドリマーが有用である。ここで言うハイパーブランチオリゴマー、デンドリマーとは三次元的に分岐した多分岐化合物をいい、規則性の低いものをハイパーブランチ、規則性の高いものをデンドリマーと呼称する。市販されている具体的な例としては、サートマー社製CN−2302、CN−2303、CN−2304等を挙げることができる。
本発明の硬化性組成物において、反応性オリゴマー(F)の硬化性組成物中における含有量は、共重合ポリマー(A)100質量部に対して、好ましくは0.1質量部〜500質量部、より好ましくは1質量部〜100質量部配合する。配合量が0.1質量部未満であると、高硬度かつ低収縮といった反応性オリゴマーの性能を十分に付与することができない恐れが有り、500質量部を超えると、シリカ微粒子の分散や他の組成との相溶性に悪影響を及ぼす恐れがある。
vi)添加剤(G)
本発明の硬化性樹脂組成物には必要に応じて、任意の添加剤を用いることが可能である。用いる添加剤の種類としては、フィラー(G1)、染料、顔料、レベリング剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、消泡剤、分散剤、チクソトロピー性付与剤、多官能チオール化合物(G2)、多官能イソシアネート化合物(G3)等を挙げることができる。これらの添加剤の添加量は、硬化性組成物100質量部に対して、通常0.01質量部〜10質量部の範囲である。
本硬化性樹脂組成物でハードコート層を形成する場合、特にハードコート層に耐ブロッキング性を付与するために、硬化性組成物にフィラー(G1)、多官能チオール化合物(G2)、多官能イソシアネート化合物(G3)を用いることが有用である。フィラー(G1)を充填する場合は、粒子径が100nm〜10μmのシリカ微粒子を用いることが好ましい。これを硬化性組成物に含有させることにより、ハードコート層に海島構造が形成され、ハードコート層に耐ブロッキング性を付与することができる。
耐ブロッキング性を付与する手法として多官能チオール化合物(G2)を用いる場合、使用するチオール化合物に特に制限は無く、任意の多官能チオール化合物を用いることができる。具体的には前記(a−5)に挙げた化合物を使用することができるが、これに限られるものではない。硬化性樹脂組成物に多官能チオール化合物を添加することにより、例えば溶剤の乾燥工程のような加熱工程にて不飽和基とメルカプト基との間で起こるチオール・エン反応を起点とする重合反応、乃至は1,4−マイケル付加反応により組成物の架橋が一定量進行し、ハードコート層に耐ブロッキング性を付与する。この効果を付与するには、立体障害の観点から、多官能チオール化合物(G2)としてメルカプト基が1級であるチオールを用いることが有利であるが、組成物にポットライフを与えたい場合には、メルカプト基が2級であるものを用いることが好ましい。
耐ブロッキング性を付与する手法として多官能イソシアネート化合物(G3)を用いる場合、使用するイソシアネート化合物に特に制限は無く任意の多官能イソシアネート化合物を用いることができる。具体的には、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、キシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、メチレンビス(4,1-フェニレン)= ジイソシアネート、水添メチレンビス(4,1-フェニレン)= ジイソシアネート、トリス(2−イソシアナトエチル)イソシアヌレート、イソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物(a−4)を含む共重合体等が挙げられるがこれに限られるものではない。
多官能イソシアネート化合物(G3)を併用することで、例えば溶剤の乾燥工程のような加熱工程にて硬化性組成物内の活性水素を有する置換基との縮合反応により、硬化性組成物の架橋が一定量進行することで、ハードコート層に耐ブロッキング性を付与することができる。但し硬化性組成物内にアミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、カルボキシル基、その他イソシアネートと反応可能な置換基を含まない場合は、十分な耐ブロッキング性が得られない可能性がある。また、組成物のポットライフを高めるために、イソシアネート基を保護したブロックイソシアネート化合物を用いることもできる。
本発明の硬化性組成物は、これを対象物である光学用フィルムに塗布した後、最終的には加熱乃至は紫外線または電子線等の活性エネルギー線を照射することにより極めて短時間で硬化させることができる。硬化性組成物の塗布量は、乾燥時の膜厚が5μm〜50μmとなる量である。特に紫外線照射を行う時の光源としては、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、キセノン灯、メタルハライド灯などが用いられる。照射時間は、光源の種類、光源と塗布面との距離、その他の条件により異なるが、長くても数十秒であり、通常は数秒である。通常、ランプ出力80W/cm2〜300W/cm2程度の照射源が用いられる。電子線照射の場合は、50KeV〜1,000KeVの範囲のエネルギーを持つ電子線を用い、2Mrad〜5Mradの照射量とすることが好ましい。活性エネルギー線照射後は、必要に応じて加熱処理を施して硬化を促進させてもよい。
本発明の硬化性組成物を成型品(例えば、プラスチックフィルムなど)に塗布する場合、塗布方法としては、特に限定されず、吹き付け法、エアレススプレー法、エアスプレー法、ロールコート法、バーコート法、グラビア法などを適用することができる。これらの中でも、美観性、コスト、作業性などの観点から、グラビア法が最も好ましく用いられる。なお、塗布は、プラスチックフィルムなどの製造工程中で行うインラインコート法でもよいし、既に製造された成型品に別工程で塗布を行うオフラインコート法でもよい。生産効率の観点から、オフラインコートが好ましい。
本発明の硬化性組成物に加熱乃至は活性エネルギーの照射によって得られる硬化塗膜は、低硬化収縮性、高表面硬度及び高耐擦傷性が要求される用途に広く適用することができ、特に、高い透明性が要求される光学用途に好適である。
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
(1)共重合ポリマー(A)の合成
[製造例1]:側鎖に不飽和基を有する共重合ポリマー(P−1)の合成
温度計、撹拌棒、還流冷却器及び滴下漏斗を備えた反応容器に、プロピレングリコールモノメチルエーテルとメチルエチルケトンの50%/50%混合溶液(以下、PGME、MEK混合溶液と略記する)115.0質量部、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)(SC有機化学株式会社製、PEMP)3.0質量部を入れた後、約80℃に加熱した。ここに、メチルメタクリレート(以下、MMAと略記する)97.6質量部、アクリル酸(以下、Aaと略記する) 72.6質量部、シクロヘキサンメタクリレート(以下、CHMAと略記する)43.1質量部、2−エチルヘキシルメタクリレート(以下、2EHMAと略記する)13.6質量部、アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNと略記する) 0.9質量部、2−エチルヘキシルチオグリコレート(以下、2−EHTGと略記する) 0.7質量部及びPGME、MEK混合溶液125.0質量部からなる単量体溶液を2時間掛けて滴下した。滴下終了から1時間後、AIBN 0.7質量部及びPGME、MEK混合溶液10.0質量部を加え、約90℃で2時間攪拌し、エージングを実施した。80℃まで冷却後、メトキノン 0.2質量部、トリエチルアミン0.2質量部及び付加単量体としてのグリシジルメタクリレート(以下、GMAと略記する) 22.7質量部を添加し、80℃で9時間攪拌した。不揮発分が50質量%になるようにPGME、MEK混合溶液で希釈した後、冷却し、一般式(1)で表される共重合ポリマー(以下、共重合ポリマー(P−1)と記す)(二重結合当量:820、ガラス転移温度:92℃、重量平均分子量:78,000)のMEK、PGME混合溶液を得た。ガラス転移温度および重量平均分子量は、上述の方法により測定された数値である。
[製造例2〜6]
使用した成分およびその使用比率を表1に示したとおりにしたこと以外は、製造例1と同様の手法で、側鎖に不飽和基を有する共重合ポリマー(P−2)〜(P−6)を得た。表1中のMAaはメタクリル酸を表わし、4−HBAGEは4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテルを表わす。MAaはAaの代わりに加えられ、4−HBAGEはGMAの代わりに加えられた。
[比較製造例1]:側鎖に不飽和基を有する共重合ポリマー(P−7)の合成
製造例1で用いた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)(SC有機化学株式会社製、PEMP)を使用しなかったこと以外は、製造例1と同様の操作を行い、側鎖に不飽和基を有する共重合ポリマー(P−7)(二重結合当量:820、ガラス転移温度:92℃、重量平均分子量:93,000)のMEK溶液を得た。
(2)シリカ微粒子分散液(B)の合成
[製造例7]:シリカ微粒子分散液(M−1)の合成
セパラブルフラスコに、イソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ(シリカ含量30質量%、平均粒子径10〜20nm、商品名スノーテックIPA−ST;日産化学(株)製)100質量部を入れ、該セパラブルフラスコにγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン9質量部を加え攪拌混合した。さらにこの混合液に0.1825質量%のHCl溶液3.1質量部を加え、室温で24hr撹拌することにより、シリカ微粒子の表面処理を行い、シリカ微粒子分散液(M−1)を得た。なお、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの加水分解による消失は、ガスクロマトグラフィー(アジレント(株)製 型式6850)により確認した。γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン濃度は、無極性カラムDB−1(J&W社製)を使用し、温度50〜300℃、昇温速度10℃/min、キャリアガスとしてHeを使用し、流量1.2cc/min、水素炎イオン化検出器にて内部標準法で測定した。γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランは、上記HCl溶液を添加後8hrで消失した。
次に、ロータリーエバポレーターを用いてイソプロピルアルコールからメチルイソブチルケトン(以下、MIBKと略記する)に溶剤置換を行い、最後に不揮発分が45質量%になるようにMIBKで希釈することで、シリカ微粒子(M−1)分散液(45%MIBK分散液)を得た。
(3)硬化性樹脂組成物の調整
[製造例8]:硬化性樹脂組成物C−1の調製
製造例1で合成した共重合ポリマー(P−1)の50%MEK溶液16.6質量部、製造例2で合成したシリカ微粒子(M−1)分散液144.4質量部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(製品名:日本化薬社製 KAYARAD DPHA)41.7質量部を混合し、更に光重合開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(製品名:チバスペシャリティケミカルズ社製 IRG184)4.6質量部を加え、更にMIBKを311質量部加え、固形分を30%とした。この混合液を遮光中室温にてスターラーで24時間攪拌することで、硬化性樹脂組成物C−1を得た。
[製造例9〜19、22〜28]:硬化性樹脂組成物C−2〜12、15〜21の調製 各成分の組成を表2及および表3に示したとおりにしたこと以外は製造例8と同様の要領で硬化性樹脂組成物C−2〜12、15〜21を調製した。
[製造例20]:硬化性樹脂組成物C−13の調製
各成分の組成を表3に示したとおりにし、共重合ポリマー(P−1)等とともに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)(以降、PE1と称することがある。)を表3に示した組成で混合したこと以外は製造例9と同様の要領で硬化性樹脂組成物C−13を調製した。
[製造例21]:硬化性樹脂組成物C−14の調製
各成分の組成を表3に示したとおりにし、共重合ポリマー(P−1)等とともにトリス(2−イソシアナトエチル)イソシアヌレート(以降、TIEIと称することがある。)を表3に示した組成で混合したこと以外は製造例9と同様の要領で硬化性樹脂組成物C−14を調製した。
(4)ハードコートフィルムの作製
[実施例1]
硬化性樹脂組成物(C−1)を乾燥塗膜として8μmの厚さになるようにTAC(トリアセチルセルロース)フィルム(フジ写真フィルム社製 フジタック(膜厚40μm))上に塗布し、70℃で1分乾燥させた後、N2雰囲気下UV照射器(水銀ランプ)にて、積算照度200mJ/cm2になるよう露光して硬化させ、ハードコートフィルムを得た。
ここで、得られたハードコートフィルムを用いて密着性等の性能を評価した。結果を表4に示す。また、評価方法に関しては後述する。
[実施例2〜8、比較例1、2]
実施例1の硬化性樹脂組成物をそれぞれC−2〜10に変更した以外は実施例1と同様の方法にてハードコートフィルムを取得し、性能を評価した。結果を表4に示す。また、評価方法に関しては後述する。
[実施例9]
硬化性樹脂組成物(C−11)を乾燥塗膜として6μmの厚さになるようにPETフィルム(パナック社製 ルミラー50-T60(膜厚50μm))上に塗布し、100℃で1分間乾燥させ、UV未露光サンプルを得た。耐ブロッキング性と形状追随性に関しては、ここで得られたUV未露光サンプルを用いて評価した。またUV未露光サンプルをAir雰囲気下UV照射器(水銀ランプ)にて、積算照度1000mJ/cm2になるよう露光して硬化させ、ハードコートフィルムを得た。ここで得られたハードコートフィルムを用いて鉛筆硬度等の性能を評価した。結果を表5に示す。また、評価方法に関しては後述する。
[実施例10〜17、比較例3、4]
実施例9の硬化性樹脂組成物をそれぞれC−11〜21に変更した以外は実施例9と同様の方法にてハードコートフィルムを取得し性能を評価した。結果を表5に示す。また、評価方法に関しては後述する。
(5)ハードコートフィルムの評価方法
(a)硬化収縮性の評価
ハードコートフィルムから10cm角の試験片を作製した。試験片は対向する2辺部分がもち上がり、反りが生じた。試験片の、もち上がった両端の距離を測定した。10cmからその距離を差し引いて得られた長さの、10cmに対する比率を硬化収縮性とした。その比率が低いほど低硬化収縮性であることを表す。また、試験片が一回転してロール状になってしまった場合は、表4内にカッコ付きで数値を示した。その場合、示した数値はロールの半径である。
(b)密着性の評価
ハードコートフィルムの硬化塗膜表面に1mm間隔で切れ込みをいれ、1mm2の碁盤目を100個作った。その上にセロテープ(登録商標)を貼り付け、一気に引き剥がし、下記基準で評価した。尚、100個のうち密着を保ったマスの個数をカウントし、100個のうち100個のマスが密着を保った場合、密着性は100/100と表した。
○:剥離無し(=100/100)
×:剥離発生
(c)鉛筆硬度の評価
JIS K5400に記載の方法に基づき、表面性測定機(新東科学株式会社製)、及び硬度測定用鉛筆(三菱鉛筆株式会社製)を用い、JIS K5400に準じて鉛筆硬度を測定した。鉛筆硬度は5回測定し、合格であったサンプル数nを「n/5」の形で記載する。
(d)耐擦傷性の評価
スチールウール(#0000)に175g/cm2の荷重をかけてハードコートフィルムの硬化塗膜表面を10往復擦傷した。傷の有無を目視にて確認し、下記基準で評価した。
○:傷無し
×:傷発生
(e)全光線透過率の評価
日本電色工業株式会社製ヘイズメーター(NDH2000)を使用し、JIS K7361に準じて全光線透過率(%)を測定した。
(f)ヘイズの評価
日本電色工業株式会社製ヘイズメーター(NDH2000)を使用し、JIS K7361に準じてヘイズ(%)を測定した。
(g)耐ブロッキング性の評価
UV未露光サンプルに対して、ブロッキングテスター(テスター産業株式会社社製)を用いて温度を50℃、荷重を1Kg/cm2として12時間保持することにより耐ブロッキング性の評価を実施した。
○:剥がれ無し
×:剥がれ有り
(h)形状追随性の評価
UV未露光サンプルを用いて、テンシロンによる引っ張り試験により乾燥塗膜の基材への追随を評価した。表5に記載した数値は、元の長さに対する伸張可能な長さの比率である。
Figure 2012070382
Figure 2012070382
Figure 2012070382
Figure 2012070382
Figure 2012070382
表4より、本発明の硬化性樹脂組成物を用いて作製されたハードコートフィルムは高い鉛筆硬度を有し、かつ、最適な(メタ)アクリレートポリマーを用いることにより低い硬化収縮性を示した。一方で、シリカ微粒子を含有しない比較例1では、十分な鉛筆硬度が得られないだけでなく、硬化収縮性が大きく、反りが大きくなっていることが分かる。一方で、チオールを用いずに合成した(メタ)アクリル系共重合ポリマーを用いた比較例2では、十分な鉛筆硬度が得られないほか、シリカ微粒子との相溶性の悪化からヘイズが高くなる結果となった。
また、表5より、本発明の硬化性樹脂組成物を用いて作製されたハードコートフィルムは良好な耐ブロッキング性を有し、かつ、高い鉛筆硬度が得られることが明らかとなった。一方で、シリカ微粒子を含有しない比較例3では、十分な鉛筆硬度が得られないだけでなく、耐ブロッキング性能が大きく低下した。一方で、チオールを用いずに合成した(メタ)アクリル系共重合ポリマーを用いた比較例4では、十分な鉛筆硬度が得られないほか、シリカ微粒子との相溶性の悪化からヘイズが高くなり、形状追随性に関しても低下する結果となった。

Claims (14)

  1. 下記一般式(1)
    Figure 2012070382
    (式中、Xは少なくともk個のメルカプト基を有する多官能チオール化合物からk個のメルカプト基を取り除いて形成される原子団を表し、Yは不飽和単量体が共重合されてなる共重合体から誘導される1価の有機基を表し、kは3〜10の整数である)で表される共重合ポリマー(A)とシリカ微粒子(B)と反応性モノマー(C)と重合開始剤(D)とを含有することを特徴とする硬化性樹脂組成物。
  2. 前記一般式(1)のYが下記一般式(2)
    Figure 2012070382
    (式中、R1及びR4はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基であり、R2及びR3は、それぞれ独立して、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基または20個以下の炭素原子を有する環状構造を有する脂環族炭化水素基であり、但し、R2はエステル結合を含んでもよく、R3は単結合でもよく、Zはエステル結合またはウレタン結合を含む2官能の有機基である)
    で表されるモノマー単位を含むことを特徴とする請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 前記一般式(2)の−Z−が、下記一般式(3)〜(6)
    Figure 2012070382
    Figure 2012070382
    Figure 2012070382
    Figure 2012070382
    の何れかで表わされることを特徴とする請求項2に記載の硬化性樹脂組成物。
  4. 前記シリカ微粒子(B)が、表面処理されていないシリカ微粒子(B')を下記一般式(7)で表されるシラン化合物(E)および(8)で表されるシラン化合物(E)
    Figure 2012070382
    Figure 2012070382
    (式中、R5は水素原子またはメチル基を表し、R6は炭素数1〜3のアルキル基またはフェニル基を表し、R7は水素原子または炭素数1から10の炭化水素基を表し、lは1〜6の整数を表し、rおよびtはそれぞれ0〜2の整数を表す)
    の少なくともいずれか一方によって表面処理して得られたものであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  5. 前記シリカ微粒子(B)が、前記共重合ポリマー(A)100質量部に対して5〜1000質量部の量で含まれることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  6. 前記反応性モノマー(C)が、前記共重合ポリマー(A)100質量部に対して1〜1000質量部の量で含まれることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  7. 反応性モノマー(C)が、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ペンタ(メタ)アクリレート、及びジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  8. 前記重合開始剤(D)が、硬化性成分の合計100質量部に対して0.1〜50質量部の量で含まれることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  9. 反応性オリゴマー(F)が、前記共重合ポリマー(A)100質量部に対して0.1〜500質量部の量で含まれることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  10. フィラーを含有することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  11. 多官能チオール化合物を含有することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  12. 多官能イソシアネート化合物を含有することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
  13. 請求項1〜11のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物を含むハードコート剤。
  14. 請求項13に記載のハードコート剤によって形成されたコーティング膜を含むクリアハードコートフィルムまたは加飾成形用ハードコートフィルム。
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