JPWO2019058917A1 - エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、硬化性樹脂組成物、及び硬化物 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)
フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂にエポキシ基を含有するエポキシ基含有(メタ)アクリレートを反応させて得られる、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
(2)
水酸基価が、150〜350mgKOH/gである、(1)のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
(3)
重量平均分子量が1000〜10000である、(1)又は(2)のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
(4)
前記エポキシ基含有(メタ)アクリレートがグリシジル(メタ)アクリレートである、(1)〜(3)のいずれかのエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
(5)
前記フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂がフェノール類変性キシレンホルムアルデヒド樹脂である、(1)〜(4)のいずれかのエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
(6)
硬化後のガラス転移温度が20〜100℃である、(1)〜(5)のいずれか1項に記載のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
(7)
(1)〜(6)のいずれかのエポキシ(メタ)アクリレート樹脂を含む硬化性樹脂組成物。
(8)
(7)の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物。
本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂は、フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂にエポキシ基を含有するエポキシ基含有(メタ)アクリレートを反応させることにより得られる。本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂は、上記の構成を備えることにより、硬化した際の硬度を十分に維持、又は向上しながら、硬化した際の接着性を向上できる。また、本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂は、例えば、硬化性及び硬化した際のその他の特性(柔軟性、伸び、及び耐水性)についても十分に維持、又は向上することができる。本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂が上記の構成を備えることにより、特に接着性を向上できる要因は以下のように考えられる。但し、この要因により本発明は何ら限定されない。すなわち、通常のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂は、フェノールノボラック樹脂にエポキシ基含有(メタ)アクリレートを反応させることにより得られるが、本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂は、フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂(好ましくはフェノール類変性キシレンホルムアルデヒド樹脂)にエポキシ基含有(メタ)アクリレートを反応させることにより得られる。これにより得られるエポキシ(メタ)アクリレート樹脂は、フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂由来の芳香環核(好ましくはキシレン環核)が導入されていることに主に起因して、(メタ)アクリロイル基の硬化した際の架橋密度が、柔軟性の向上と硬化収縮性の低下とをバランスよく満たす観点から、好適な範囲内となり、接着性が向上したものと考えられる。
本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂の(メタ)アクリレート当量は、300〜1000g/eqであることが好ましく、300〜800g/eqであることがより好ましく、300〜600g/eqであることがさらに好ましい。(メタ)アクリレート当量が300g/eq以上であると、硬化する際の接着性がより一層向上する傾向にあり、1000g/eq以下であることにより、硬化する際に架橋密度が向上することに起因して、硬度がより一層向上する傾向にあり、上記範囲内であることにより、接着性及び硬度をバランスよく向上できる傾向にある。なお、(メタ)アクリレート当量は、例えば、フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂及びエポキシ基含有(メタ)アクリレートの総量(質量)に対する、エポキシ基含有(メタ)アクリレートの仕込みモル量の割合を算出することによって得られる値でもよい。なお、後述する実施例では、上記の算出方法によりアクリレート当量を算出している。
本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂のGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)における重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレン換算で、1000〜10000であることが好ましく、1000〜5000であることがより好ましく、1000〜2000であることがさらに好ましい。Mwが1000以上であることにより、樹脂としての特性(例えば、硬化性、接着硬度)を十分に確保できる傾向にあり、Mwが10000以下であることにより、相溶性をより一層向上できる傾向にある。
本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂の軟化点は、比較的低温での溶融性と保管時のブロッキング防止の観点から、40〜100℃であることが好ましく、50〜90℃であることがより好ましく、60〜90℃であることがさらに好ましい。軟化点は、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂は、硬化する際、低いガラス転移温度を有する傾向にあり、柔軟性又は可撓性に優れる。硬化後のガラス転移温度は、20〜100℃であることが好ましく、30〜98℃であることがより好ましく、40〜95℃であることが更に好ましい。
本実施形態において、フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂とは、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂をフェノール類により変性したものをいう。
本実施形態の芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂は、芳香族炭化水素とホルムアルデヒドとを反応させることにより得られる。芳香族炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、デシルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、メチルビフェニル、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、エチルナフタレン、アントラセン、メチルアントラセン、ジメチルアントラセン、エチルアントラセン、及びビナフチルからなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられ、柔軟性により一層優れる観点から、キシレン、トルエン、及びメシチレンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、キシレンであることがより好ましい。すなわち、本実施形態の芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂は、上記と同様の観点から、キシレンとホルムアルデヒドとを反応させることにより得られるキシレンホルムアルデヒド樹脂、トルエンとホルムアルデヒドとを反応させることにより得られるトルエンホルムアルデヒド樹脂、及びメシチレンとホルムアルデヒドとを反応させることにより得られるメシチレンホルムアルデヒド樹脂から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、キシレンホルムアルデヒド樹脂を含むことがより好ましい。
フェノール類としては、特に限定されないが、フェノール、クレゾール(例えば、オルトクレゾール、メタクレゾール、及びパラクレゾール)、キシレノール(例えば、2,6−キシレノール、3,5−キシレノール、2,3−キシレノール、2,5−キシレノール、2,4−キシレノール、及び3,4−キシレノール)、ブチルフェノール(例えば、p−tert−ブチルフェノール)、オクチルフェノール、ノニルフェノール、カルダノール、及びテルペンフェノールからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂の水酸基価(OH価)は、硬化する際の接着性と柔軟性とをバランスよく向上させる観点から、150〜350mgKOH/gであることが好ましく、160〜300mgKOH/gであることがより好ましく、180〜300mgKOH/gであることがさらに好ましい。
エポキシ基含有(メタ)アクリレートとしては、特に限定されず、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、β−メチルグリシジル(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、3,4−エポキシブチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(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)アクリレート等が挙げられる。これらのエポキシ基含有(メタ)アクリレートは、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、反応性の観点から、グリシジル(メタ)アクリレートであることが好ましい。
以下、本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂の製造方法について説明する。本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂は、フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂と、エポキシ基含有(メタ)アクリレートとを塩基性触媒の存在下で反応させることにより得られる。
本実施形態の硬化性樹脂組成物は、本実施形態のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂を樹脂成分として含む。本実施形態の硬化性樹脂組成物は、さらに樹脂成分として、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂と重合可能な重合性官能基を有するモノマー(以下、単に「重合性官能基モノマー」ともいう。)又はオリゴマー、エラストマー、その他の樹脂(例えば、(メタ)アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂、フェノール樹脂、オキセタン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂)等が挙げられる。なお、本明細書にいう樹脂成分は、樹脂及び樹脂を形成可能なモノマー及びオリゴマーを包含する概念をいう。これらの樹脂成分は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。樹脂成分は、これらの中でも、接着性をより一層向上する観点から、重合性官能基モノマーを含むことが好ましい。
本実施形態の硬化物は、本実施形態の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる。硬化物は、硬化性樹脂組成物がエポキシ(メタ)アクリレート樹脂単独で構成されている場合、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂の硬化物であってもよく、硬化性樹脂組成物が、例えば、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂と、重合性官能基モノマーとを含有する場合、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂と、重合性官能基モノマーとの硬化物であってもよい。
本実施形態のエポキシ(メタ)アクリート樹脂、硬化性樹脂組成物、及びその硬化物は、特に接着剤用として好適に用いることができる。但し、本実施形態のエポキシ(メタ)アクリート樹脂、硬化性樹脂組成物、及びその硬化物は、接着剤用に限定されるものではなく、粘着剤、電子材料、インキ又は塗料、家電用途、光学材料(例えば、レンズ材料)、医療材料(例えば、歯科材料)、コーティング剤、自動車・建築材料(例えば、プライマーなど)、人工皮革又は合成皮革材料(例えば、靴、鞄、ランドセルなど)、合成繊維材料(例えば、ニット製品、スパンデックスなど)、重合原料、成形材料、ガス分離膜、燃料電池用膜、光導波路、ホログラム等にも好適に用いることができる。より詳細には、自動車用、モバイル端末・弱電製品用、光ディスク用、光ファイバー用、化粧品容器用、建材用・床用、フィルム用ハードコーティング材、自己修復性塗料・コーティングなどの各種UV硬化型塗料・コーティング材、UV硬化型インキ、UV硬化型インクジェットインキ、ナノインプリント用UV硬化型樹脂、3Dプリンタ用UV硬化型樹脂、感光性導電ペーストなどのUVインキ、UV硬化型接着剤、タッチパネル用OCA、タッチパネル用OCR、有機EL用シール材などのUV接着剤、レンズ(ピックアップレンズ、マイクロレンズ、眼鏡レンズ)、偏光膜(液晶ディスプレイ用など)、反射防止フィルム(表示デバイス用反射防止フィルムなど)、タッチパネル用フィルム、フレキシブル基板用フィルム、ディスプレイ用フィルム[PDP(プラズマディスプレイ)、LCD(液晶ディスプレイ)、VFD(真空蛍光ディスプレイ)、SED(表面伝導型電子放出素子ディスプレイ)、FED(電界放出ディスプレイ)、NED(ナノ・エミッシブ・ディスプレイ)、ブラウン管、電子ペーパーなどのディスプレイ(特に薄型ディスプレイ)用フィルム(フィルタ、保護フィルムなど)など]などの光学材料に好適に利用できる。
(1)重量平均分子量(Mw)
GPC装置(昭和電工株式会社製品「Shodex GPC−101型」)を使用して測定した。なお、検量線の作成はポリスチレンを使用した。
カラム:Shodex KF−801×2、KF−802.5、KF−803L
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:1.0ml/min.
カラム温度:40℃
検出器:RI(示差屈折検出器)
JIS K−2531に準じて測定した。
無水酢酸−ピリジン法(JIS K−0070)に準じて測定した。
得られた硬化塗膜について、JIS K−5600に準じて測定した。
得られた硬化塗膜について、示差走査熱量計(DSC)(株式会社島津製作所、DSC−60A Plus)を使用して、−40℃から200℃まで5℃/minで昇温させる条件で測定した。
PET(東洋紡株式会社製品の「A4100、100μm厚」)に膜厚40μmになるように塗布、硬化させた試験片を作成した。JIS K5600―5−1に準じて、芯棒に試験片を巻きつけ、以下の基準で評価した。
○:直径10mmの芯棒で硬化膜に割れや剥がれがない
×:直径10mmの芯棒で硬化膜に割れや剥がれが生じる
PET(東洋紡株式会社製品の「A4100、100μm厚」)および鋼板(日本テストパネル株式会社製のSCPP−SD、150mm×70mm×1mm)に膜厚40μmになるように塗布、硬化させた試験片を作成した。硬化条件は、高圧水銀灯を用いて、300mW/cm2、600mJ/cm2となるようにUV照射を行った。該試験片を用い、JIS K−5400(旧規格)に準じ、1mm間隔の100個のマス目状の切込みを入れ、碁盤目セロテープ剥離試験を行い、接着性の評価を行った。評価基準を以下に示す。
〇:100個のマス目中、剥離しなかったマス目の数が95以上であった。
△:100個のマス目中、剥離しなかったマス目の数が30以上95未満であった。
×:100個のマス目中、剥離しなかったマス目の数が30未満であった。
温度計、コンデンサー、攪拌機、及び空気導入管を備えた300mlセパラブルフラスコにフェノール類変性キシレンホルムアルデヒド樹脂(フドー株式会社製品「ザイスターGP100」、水酸基当量194g/eq、重量平均分子量(Mw)1023)100質量部、メタクリル酸グリシジル(三菱瓦斯化学株式会社製品)70質量部(フェノール類変性キシレンホルムアルデヒド樹脂の水酸基に対して0.95当量)、トリエチルアミン(和光純薬株式会社製品、特級試薬)2質量部、p−メトキシフェノール(和光純薬株式会社製品、特級試薬)0.2質量部を仕込み(仕込み工程)、100℃に加熱後、液相部へ乾燥空気を導入しながら1時間撹拌を行う(撹拌工程)ことにより、硬化性樹脂Aを128質量部得た。実施例1の硬化性樹脂Aの各物性を表1に示すように評価した。
仕込み工程において、フェノール類変性キシレンホルムアルデヒド樹脂の仕込み量を100質量部に代えて、130質量部としたこと、メタクリル酸グリシジルの仕込み量を70質量部に代えて、48質量部(フェノール類変性キシレンホルムアルデヒド樹脂の水酸基に対して0.5当量)とした以外は実施例1と同様にして硬化性樹脂Bを160質量部得た。実施例2の硬化性樹脂Bの各物性を表1に示すように評価した。
仕込み工程において、フェノール類変性キシレンホルムアルデヒド樹脂に代えて、フェノールノボラック樹脂(群栄化学工業株式会社製品、レヂトップPSK−2320、水酸基当量106g/eq、重量平均分子量(Mw)7073)50質量部としたこと、メタクリル酸グリシジルの仕込み量を70質量部に代えて、64質量部(フェノールノボラック樹脂の水酸基に対して0.95当量)とした以外は実施例1と同様にして硬化性樹脂Cを97質量部得た。比較例1の硬化性樹脂Cの各物性を表1に示すように評価した。
実施例1で得られた硬化性樹脂A100質量部と、光重合開始剤(イルガキュア184)3質量部とを配合し、得られた組成物をPET(東洋紡株式会社製品の「A4100」)に塗布し、硬化して塗膜を得た。硬化条件は、高圧水銀灯を用いて、500mW/cm2、1000mJ/cm2となるようにUV照射を行った。得られた塗膜の鉛筆硬度、ガラス転移温度、柔軟性を評価した。結果を表2に示す。
実施例1で得られた硬化性樹脂A100質量部に代えて、実施例2で得られた硬化性樹脂B100質量部を配合した以外は実施例3と同様にして塗膜を得た。得られた塗膜の鉛筆硬度、ガラス転移温度、柔軟性を評価した。結果を表2に示す。
実施例1で得られた硬化性樹脂A100質量部に代えて、比較例1で得られた硬化性樹脂C100質量部を配合した以外は実施例3と同様にして塗膜を得た。得られた塗膜の鉛筆硬度、ガラス転移温度、柔軟性を評価した。結果を表2に示す。
硬化性樹脂A50質量部、イソボルニルアクリレート(東京化成工業株式会社製品)20質量部、フェノキシエチルアクリレート(東京化成工業株式会社製品)30質量部、光重合開始剤(イルガキュア184)3質量部とを配合し、PETまたは鋼板に塗布し、硬化して塗膜を得た。得られた塗膜の接着性を評価した。結果を表3に示す。
実施例1で得られた硬化性樹脂A50質量部に代えて、実施例2で得られた硬化性樹脂B50質量部を配合した以外は実施例5と同様にして塗膜を得た。得られた塗膜の接着性を評価した。結果を表3に示す。
実施例1で得られた硬化性樹脂A50質量部に代えて、比較例1で得られた硬化性樹脂C50質量部を配合した以外は実施例5と同様にして塗膜を得た。得られた塗膜の接着性を評価した。結果を表3に示す。
トリメチロールプロパントリアクリレート(東京化成工業株式会社製品)80質量部、実施例1で得られた硬化性樹脂A20質量部、フェノキシエチルアクリレート(東京化成工業株式会社製品)25質量部、及び光重合開始剤(イルガキュア184)3質量部を配合し、ポリカーボネート板に塗布し、硬化して塗膜を得た。得られた塗膜の接着性を評価した。結果を表4に示す。
実施例1で得られた硬化性樹脂Aを用いず、トリメチロールプロパントリアクリレート(東京化成工業株式会社製品)100質量部とした以外は実施例7と同様にして塗膜を得た。得られた塗膜の接着性を評価した。結果を表4に示す。
実施例1で得られた硬化性樹脂A20質量部に代えて、比較例1で得られた硬化性樹脂C20質量部を配合した以外は実施例7と同様の配合をしたところ、硬化性樹脂Cが溶解せず、接着性の評価は実施不可であった。
Claims (8)
- フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂にエポキシ基を含有するエポキシ基含有(メタ)アクリレートを反応させて得られる、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
- 水酸基価が、150〜350mgKOH/gである、請求項1記載のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
- 重量平均分子量が1000〜10000である、請求項1又は2に記載のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
- 前記エポキシ基含有(メタ)アクリレートがグリシジル(メタ)アクリレートである、請求項1〜3のいずれか1項に記載のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
- 前記フェノール類変性芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂がフェノール類変性キシレンホルムアルデヒド樹脂である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
- 硬化後のガラス転移温度が20〜100℃である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のエポキシ(メタ)アクリレート樹脂を含む硬化性樹脂組成物。
- 請求項7に記載の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる硬化物。
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