WO2013146193A1 - 紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物、薄膜成形体、光学フィルム、及び薄膜成形体の製造方法 - Google Patents

紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物、薄膜成形体、光学フィルム、及び薄膜成形体の製造方法 Download PDF

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大地 樋口
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Definitions

  • the present invention relates to an ultraviolet curable urethane acrylate composition, a thin film molded article, an optical film using the same, and a method for producing a thin film molded article.
  • the present invention does not contain a photopolymerization initiator at all, unlike a conventional ultraviolet curable resin composition, and contains a specific organic solvent as a diluting solvent, and is cured rapidly by irradiation with ultraviolet rays.
  • UV curable urethane acrylate composition that can suppress yellowing of materials over time, does not contaminate contact materials, and can exhibit performance such as excellent coating properties and moldability, and thin film molded body using the same (
  • the present invention relates to a method for producing a sheet, a film), an optical film, and a thin film molded body.
  • photocurable resins that can be cured by irradiation with active energy rays such as ultraviolet rays, electron beams, radiation, and infrared rays have been used in various fields.
  • active energy rays such as ultraviolet rays, electron beams, radiation, and infrared rays
  • the ultraviolet curable resin is obtained using a polymerizable compound (monomer, oligomer, polymer, etc.) as a raw material, and since these polymerizable compounds are easily cured by ultraviolet irradiation, there is no volatile component. It is attracting attention as an improvement measure for environmental pollution problems.
  • the energy of light is determined by “wavelength”, that is, “color”, and there is a relationship of the formula [1] between the energy of light and the wavelength.
  • Light energy (eV) 1240 / wavelength (nm)
  • the wavelength range of visible light is (red) 700 nm to (blue purple) 400 nm, and the energy of light corresponds to (red) 1.77 eV to (blue purple) 3.0 eV.
  • a mercury lamp used for a curing reaction of an ultraviolet curable resin has a wavelength and energy of about 360 nm (3.4 eV) for a high pressure mercury lamp and about 255 nm (4.9 eV) for a low pressure mercury lamp.
  • reactive compounds having a (meth) acryloyl group are widely used because the crosslinking reaction proceeds satisfactorily and cures upon irradiation with ultraviolet rays.
  • a photopolymerization initiator capable of generating free radicals upon irradiation with ultraviolet rays is essential, and such a photopolymerization initiator induces radical polymerization of the (meth) acryloyl group to form a cured product. Therefore, in the field of radical curable paints, printing inks, molded articles, etc., a reactive compound having a (meth) acryloyl group and a photopolymerization initiator have become essential components of the ultraviolet curable composition.
  • photopolymerization initiator when the decomposed photopolymerization initiator recombines, it changes to a yellow substance, resulting in yellowing of the cured product, and high quality transparency is required. It has been a main cause of reducing the performance of thin film molded bodies (films, sheets), fibers, paints and the like used for optical applications.
  • photopolymerization initiators containing an aromatic ring are widely used because the aromatic ring absorbs light energy and efficiently generates radicals. It is said to form a chromophore.
  • a ⁇ -ketoester compound or ⁇ -diketone compound and a polyfunctional acrylate ester in the presence of a catalyst and a) a reaction temperature of 60 to 140 ° C., b) the ⁇ -ketoester compound or ⁇ -diketone Production of a photocurable resin to be reacted under a condition in which the ratio of acryloyl group in the ester to ⁇ -dicarbonyl group in the compound (acryloyl group: ⁇ -dicarbonyl group) is 2.5: 1 to 20: 1
  • the method is known (for example, refer to Patent Document 1).
  • the photocurable resin can be produced industrially with high productivity and is suitable for the production of photopolymerizable resins in UV curable paints, printing inks, sheets, and molded article applications.
  • the photocurable resin obtained by the production method of Patent Document 1 is (1) inferior in storage stability and abnormally thickens during storage, and (2) production surface such as yellowing of the cured product. And there was a quality problem.
  • an optical sheet made of a cured product of a polymerizable composition containing urethane (meth) acrylate is known (for example, see Patent Document 2).
  • the photocured product is a photocured product that is substantially free from a polymerization initiator and is obtained by irradiating an electron beam, and has high transparency and appropriate elasticity. It has good moldability, workability, heat resistance, and weather resistance (hard yellowing).
  • the electron beam irradiation apparatus is expensive and is not industrial because it requires installation of shielding equipment. Furthermore, the electron beam irradiation has a problem in terms of equipment cost that the base material is likely to be deteriorated, and that the thicker the cured product, the more the electron beam irradiation device and the shielding device need to be enlarged.
  • the ultraviolet curable urethane acrylate composition that has been used in the past has performances such as yellowing resistance, tack-free (non-stickiness) on the coated surface, and transparency in the obtained thin film molded product. Inferior, there were still problems to be solved for practical use.
  • the object of the present invention is that when an unreacted product or decomposition product of a photopolymerization initiator migrates (diffusion transfer) to the surface of a coating film or the surface of a molded product, the coating film or the molded product is laminated.
  • the unreacted product and decomposed product become impurities to be removed, and when the decomposed photopolymerization initiator recombines, it changes to a yellow substance.
  • UV curable urethane acrylate compositions that can be used for optical applications (eg films, sheets, fibers, coating materials, etc.) that require particularly high-quality transparency without deteriorating the yellowness of the cured product, It is providing the manufacturing method of a thin film molded object, an optical film, and a thin film molded object using the same.
  • an isocyanate is present at the molecular end obtained by reacting a polyol having no aromatic skeleton with a polyisocyanate having no aromatic skeleton.
  • a urethane acrylate oligomer having a (meth) acryloyl group at a molecular end obtained by addition reaction of a (meth) acrylic compound having a hydroxyl group with a urethane prepolymer having a group, a specific organic solvent, and
  • a photopolymerization initiator yellowing during UV irradiation and over time is extremely small, excellent in transparency, and in contact with coatings and molded products due to migration of unreacted and decomposed products of the photopolymerization initiator
  • the present inventors have found that an ultraviolet curable urethane acrylate composition free from contamination can be obtained, and the present invention has been completed.
  • the present invention provides a urethane prepolymer (C) having an isocyanate group at the molecular end obtained by reacting a polyol (A) having no aromatic skeleton with a polyisocyanate (B) having no aromatic skeleton.
  • an ultraviolet curable urethane acrylate composition containing a urethane acrylate oligomer (E) having a (meth) acryloyl group at a molecular end obtained by addition reaction of a (meth) acrylic compound (D) having a hydroxyl group.
  • the present invention relates to an ultraviolet curable urethane acrylate composition characterized by not containing a polymerization initiator.
  • the present invention relates to a thin film molded article obtained by applying the ultraviolet curable urethane acrylate composition onto a substrate and curing the composition.
  • the present invention is an optical film having a cured coating film of the ultraviolet curable urethane acrylate composition, and has a total light transmittance of 92% measured according to JIS K7361-1 when the cured coating film has a thickness of 100 ⁇ m. It is related with the optical film characterized by the above.
  • the present invention provides a thin-film molded article characterized in that the ultraviolet curable urethane acrylate composition is applied onto a substrate, irradiated with ultraviolet rays, and then the organic solvent (F) having no aromatic skeleton is volatilized. It is related with the manufacturing method.
  • the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention can exhibit excellent photocurability without containing a photopolymerization initiator, and the obtained molded article is excellent in transparency and does not yellow over time. Since there is no contamination of the object that has come into contact with the molded body, for example, optical fields (films, sheets, etc.), fibers, paints, fixing agents, packaging materials, abrasives, road paving agents, electronic and electrical materials, etc. Useful for.
  • the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention has an isocyanate group at the molecular end obtained by reacting a polyol (A) having no aromatic skeleton with a polyisocyanate (B) having no aromatic skeleton.
  • Ultraviolet curing containing urethane acrylate oligomer (E) having (meth) acryloyl group at the molecular end obtained by addition reaction of (meth) acrylic compound (D) having hydroxyl group to urethane prepolymer (C) having A urethane acrylate composition comprising 0.2 to 80% by mass of at least one organic solvent (F) selected from the group consisting of ketone solvents, amide solvents and alkyl halide solvents, and Does not contain any photoinitiator.
  • the polyol (A) having no aromatic skeleton used in the present invention includes an aliphatic polyol and an alicyclic polyol.
  • the dicarboxylic acid used for the production of the polyester polyol is a dicarboxylic acid having no aromatic skeleton, such as succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedicarboxylic acid, maleic anhydride, fumaric acid, 1 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the diol used in the production of the polyester polyol is a diol having no aromatic skeleton, such as ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1, 4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, trimethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, 3-methyl-1 , 5-pentanediol, 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, aliphatic diols such as 2-methyl-1,3-propanediol; 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexane Dimethanol, hydrogenated plastic An alicyclic diol such as bisphenol A and the like.
  • polyester polyol for example, alcohols such as glycerin, trimethylolethane, trimethylolpropane, sorbitol, sucrose; or amines can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the number average molecular weight (hereinafter referred to as “Mn”) of the polyester polyol is desirably set in consideration of the target viscosity of the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C), and is preferably in the range of 500 to 3500. Preferably, it is in the range of 600-2500. If the Mn of the polyester polyol is in such a range, the isocyanate group-terminated urethane prepolymer does not have an extremely high viscosity, and a urethane prepolymer having an appropriate melt viscosity can be obtained.
  • the polyester polyol includes polyester diols and polyamide polyester diols obtained by using dicarboxylic acids, diols, diamines and the like other than the above.
  • polyether polyol examples include polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polyethylene propylene glycol (PEPG), polytetramethylene glycol (PTMG), 2-methyl-1,3-propane adipate, 3 -Methyl-1,5-pentane adipate and the like, and among these, polytetramethylene glycol (PTMG with Mn of 650 to 2000) is preferable.
  • the polyether polyol may have any structure of linear, branched and cyclic.
  • Mn of the polyether polyol is preferably in the range of 500 to 3500, more preferably in the range of 600 to 3000. If the Mn of the polyether polyol is within such a range, the isocyanate group-terminated urethane prepolymer does not have an extremely high viscosity, and a urethane prepolymer having an appropriate melt viscosity can be obtained.
  • a polyol obtained by ring-opening addition polymerization of a lactone (for example, ⁇ -caprolactone, ⁇ -butyrolactone, etc.) to the polyether polyol such as polytetramethylene glycol (PTMG), polypropylene glycol (PPG), and polyethylene glycol (PEG). Etc. can also be used.
  • a lactone for example, ⁇ -caprolactone, ⁇ -butyrolactone, etc.
  • PPG polypropylene glycol
  • PEG polyethylene glycol
  • polycarbonate polyol for example, those obtained by esterification of carbonic acid and aliphatic polyol can be used.
  • diols such as 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, diethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol or polytetramethylene glycol (PTMG), and dimethyl carbonate , Reaction products with phosgene and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the low molecular weight glycol include ethylene glycol (EG), 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, and 1,5-pentane.
  • EG ethylene glycol
  • 1,2-propanediol 1,3-propanediol
  • 1,3-butanediol 1,4-butanediol
  • 1,5-pentane 1,5-pentane.
  • the low molecular weight glycol may have a linear, branched, or cyclic structure.
  • the molecular weight of the low molecular weight glycol is preferably in the range of 50 to 300, more preferably in the range of 50 to 200.
  • the molecular weight of the low molecular weight glycol is within such a range, when it is used in combination as the polyol (A), the reactivity can be controlled more effectively and the moldability (yield and molding unevenness) becomes better.
  • polycaprolactone polyol for example, polycaprolactone polyol, acrylic polyol, polyolefin polyol, castor oil-based polyol obtained by ring-opening polymerization of a caprolactone monomer can be used.
  • Polyamines can also be used in combination.
  • examples of the polyamine that can be used include ethylenediamine, isophoronediamine, 4,4'-dicyclohexylmethanediamine, diaminocyclohexane, methyldiaminocyclohexane, piperazine, norbornenediamine, and the like.
  • polyol (A) other polyols having no aromatic ring skeleton may be used as long as the object of the present invention is not impaired.
  • the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) is reacted according to a known method using the polyol (A) having no aromatic skeleton and the polyisocyanate (B) having no aromatic skeleton as essential.
  • the reaction method and reaction conditions are not particularly limited.
  • the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) synthesized from the polyol (A) and the polyisocyanate (B) does not have an aromatic skeleton.
  • polyisocyanate in the present invention refers to a compound having two or more isocyanate groups (hereinafter also referred to as NCO groups) in the molecule.
  • polyisocyanate (B) having no aromatic skeleton any of known aliphatic polyisocyanates and alicyclic polyisocyanates can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
  • aliphatic polyisocyanate examples include hexamethylene diisocyanate (HDI), dimer acid diisocyanate, norbornene diisocyanate, lysine diisocyanate, and tetramethylxylylene diisocyanate.
  • HDI hexamethylene diisocyanate
  • dimer acid diisocyanate dimer acid diisocyanate
  • norbornene diisocyanate norbornene diisocyanate
  • lysine diisocyanate lysine diisocyanate
  • tetramethylxylylene diisocyanate examples include tetramethylxylylene diisocyanate.
  • alicyclic polyisocyanate examples include isophorone diisocyanate (IPDI), hydrogenated diphenylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI), hydrogenated xylylene diisocyanate (hydrogenated XDI), and cyclohexane diisocyanate.
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • MDI hydrogenated diphenylmethane diisocyanate
  • XDI hydrogenated xylylene diisocyanate
  • cyclohexane diisocyanate examples include isophorone diisocyanate (IPDI), hydrogenated diphenylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI), hydrogenated xylylene diisocyanate (hydrogenated XDI), and cyclohexane diisocyanate.
  • polyisocyanates (B) having no aromatic skeleton it is preferable to use, for example, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate, etc. from the viewpoint of imparting excellent heat resistance and transparency.
  • the polyisocyanate (B) having no aromatic skeleton aliphatic polyisocyanate or alicyclic polyisocyanate is essentially used, and an aromatic skeleton described later is assumed to be a radical generation source.
  • the organic solvent (F) which does not have a UV the ultraviolet curing reaction can be allowed to proceed normally without yellowing when irradiated with ultraviolet rays, and a coating film or molded product having excellent transparency can be obtained.
  • an isocyanate group terminal is simply obtained by using a polyisocyanate (B ′) having an aromatic skeleton such as diphenylmethane diisocyanate (MDI) or tolylene diisocyanate (TDI).
  • a polyisocyanate (B ′) having an aromatic skeleton such as diphenylmethane diisocyanate (MDI) or tolylene diisocyanate (TDI).
  • MDI diphenylmethane diisocyanate
  • TDI tolylene diisocyanate
  • the isocyanate equivalent (hereinafter also referred to as “NCO equivalent”) of the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) is preferably in the range of 100 to 10000, more preferably in the range of 200 to 1000. If the NCO equivalent in (C) is within such a range, a urethane prepolymer excellent in workability can be obtained without an abnormal increase in viscosity.
  • the “isocyanate equivalent” (unit: g / mol) in the present invention is a value measured according to JIS K 7103 described later.
  • the NCO group of the polyisocyanate (B) is an excess amount relative to the hydroxyl group (hereinafter also referred to as OH group) of the polyol (A). It can be made to react by a known method.
  • the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) for example, a polyol (A) from which moisture has been removed is dropped and divided into a polyisocyanate (B) charged in a reaction vessel, What is necessary is just to employ
  • the production of the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) is usually carried out in the absence of a solvent, but may be carried out by reacting in a solvent.
  • a solvent When making it react in a solvent, what is necessary is just to use the solvent which does not inhibit reaction, and the kind of solvent to be used is not specifically limited. It is desirable to remove the solvent used in the reaction by an appropriate method such as heating under reduced pressure or distilling off the thin film during or after the reaction.
  • the reaction conditions (temperature, time, pressure, etc.) of the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) are not particularly limited as long as the reaction behavior and product quality can be controlled normally.
  • the reaction is preferably performed at a reaction temperature of 50 to 90 ° C. under a reaction time of 2 to 24 hours.
  • the pressure may be normal pressure, pressurization, or reduced pressure.
  • the reaction method can be selected from known reaction methods such as batch, semi-continuous, and continuous, and is not particularly limited.
  • a urethanization catalyst can be used as necessary.
  • the said catalyst can be suitably added in the arbitrary steps of a raw material preparation process and a reaction process.
  • the addition method of a catalyst is not specifically limited, such as lump, division
  • urethanization catalyst known catalysts can be used, for example, nitrogen-containing compounds such as triethylamine, tributylamine, benzyldibutylamine, triethylenediamine, N-methylmorpholine; or titanium tetrabutoxide, dibutyltin oxide, dibutyltin dilaurate, Organometallic compounds such as tin 2-ethylcaproate, zinc naphthenate, cobalt naphthenate, zinc 2-ethylcaproate, molybdenum glycolate, potassium acetate, zinc stearate, tin octylate, dibutyltin dilaurate; or iron chloride, Examples include inorganic compounds such as zinc chloride.
  • the reaction is preferably carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, but it may be carried out in a dry air atmosphere or in a condition not containing moisture such as sealed conditions.
  • an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon
  • the ratio of the NCO equivalent of the polyisocyanate (B) to the OH equivalent of the polyol (A) ie, [NCO / OH equivalent ratio]
  • It may be set in consideration of physical properties, product quality, reaction behavior, and the like.
  • the total number of isocyanate groups in the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) is preferably in the range of 5 to 100%, more preferably in the range of 10 to 100%.
  • a urethane acrylate oligomer (E) having a (meth) acryloyl group at the molecular end is preferably in the range of 5 to 100%, more preferably in the range of 10 to 100%.
  • the urethane acrylate oligomer (E) having a (meth) acryloyl group at the molecular end produced after the addition reaction easily causes a curing reaction by irradiation with ultraviolet rays, and has excellent rapid curability (rapidly Curing properties), shape retention after application to the substrate, mechanical strength, durability, and transparency can be exhibited.
  • Examples of the (meth) acrylic compound (D) having a hydroxyl group include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) ) Acrylate, pentaerythritol triacrylate, etc.
  • 2-hydroxyethyl acrylate (HEA) 2-hydroxyethyl acrylate
  • HEMA -Hydroxyethyl methacrylate
  • HEMA -Hydroxyethyl methacrylate
  • urethane acrylate oligomer (E) Urethane acrylate oligomer having (meth) acryloyl group at molecular end
  • urethane acrylate oligomer (E) having a (meth) acryloyl group at molecular end used in the present invention
  • the urethane acrylate oligomer (E) is a (meth) acrylic compound (D) having a hydroxyl group, preferably in the range of 0.5 to 300 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C). More preferably, in the range of 1.0 to 100 parts by mass, the total number of isocyanate groups in the urethane prepolymer (C) is preferably in the range of 5 to 100%, more preferably in the range of 10 to 100%. It is made to react with the (meth) acrylic compound (D) having a hydroxyl group.
  • the isocyanate group of the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) is allowed to react with the (meth) acrylic compound (D) having the hydroxyl group within such a range, fast curability and shape retention after application to the substrate Excellent properties such as mechanical strength, durability, and substrate adhesion can be obtained.
  • the number average molecular weight (Mn) of the urethane acrylate oligomer (E) is preferably in the range of 500 to 50,000, more preferably in the range of 500 to 10,000, and most preferably in the range of 500 to 3000. If it is the range which requires Mn of said (E), melt viscosity will become a moderate range, and favorable workability
  • the melt viscosity of the urethane acrylate oligomer (E) measured at 50 ° C. according to JIS Z 8803 is preferably in the range of 500 to 200,000 mPa ⁇ s, more preferably in the range of 500 to 100,000. If the melt viscosity at 50 ° C. of (E) is within this range, the workability is excellent and the amount of solvent added can be reduced, so that high productivity can be obtained.
  • the urethanization reaction of the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) and the (meth) acrylic compound (D) having a hydroxyl group there is no particular limitation even in the presence of a urethanization catalyst.
  • the urethanization reaction is preferably performed until the isocyanate group content (%) in the reaction product becomes substantially constant.
  • the urethanization catalyst When the urethanization catalyst is used, it can be added as appropriate at any stage of the urethanization reaction.
  • known catalysts can be used.
  • nitrogen-containing compounds such as triethylamine, triethylenediamine, N-methylmorpholine, or organic metals such as potassium acetate, zinc stearate, stannous octylate, etc. Examples thereof include salts, and organometallic compounds such as dioctyltin dilaurate and dibutyltin dilaurate.
  • the amount of the urethanization catalyst used is not particularly limited as long as it does not adversely affect the safety during the reaction, the stability of the intermediate or product, the quality, etc.
  • a known catalyst deactivator may be added to deactivate or suppress the catalyst activity of the urethanization catalyst, thereby stabilizing the reaction surface, storage surface, quality surface, etc. Good.
  • the urethane acrylate oligomer (E) has at least one aromatic skeleton selected from the group consisting of ketone solvents, amide solvents and alkyl halide solvents.
  • the ultraviolet curable urethane acrylate composition which does not contain the photoinitiator which this invention aims at can be obtained by mixing with the organic solvent (F) which does not.
  • ketone solvent examples include methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, diisobutyl ketone, isophorone, 2,3-hexanedione, 4-methyl-2,3-pentanedione, 5-methyl-2,3-hexanedione, 2,3-pentanedione, 2-hexanone, cycloheptanone, cyclopentanone, 3-decanone, 2-dodecanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone (diacetone alcohol), diacetyl, 2,4- Dimethyl-3-pentanone, 3,4-dimethyl-1,2-cyclopentanedione, 3,5-dimethyl-1,2-cyclopentanedione, 2-hydroxy-6-isopropyl-3-methyl-2-cyclohexenone , 4-heptanone, 3-octanone, 3-heptanone, 3- Til
  • amide solvent examples include aliphatic amide solvents such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, alkoxy-N-isopropyl-propionamide, and hydroxyalkylamide, or N-methyl-2-pyrrolidone, N- Examples thereof include alicyclic amide solvents such as ethyl-pyrrolidone. Among these amide solvents, dimethylformamide is preferable.
  • the alkyl halide solvent is an organic solvent such as a fluorine-based solvent, a chlorine-based solvent, a bromine-based solvent, or an iodine-based solvent, and among them, a chlorine-based organic solvent is preferable.
  • the chlorinated organic solvent include methylene chloride, chloroform, trichloroethylene, tetrachloroethylene, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, and more preferably methylene chloride and chloroform.
  • ketone solvents are preferable because they act more effectively by achieving the object of the present invention.
  • the content of the organic solvent (F) having no aromatic skeleton is in the range of 0.2 to 80% by mass.
  • the content of the organic solvent (F) that does not have the aromatic skeleton in the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention is within the range, smooth coating and uniform coating can be formed, Moreover, it can be cured efficiently at the time of ultraviolet irradiation, and does not cause curing unevenness.
  • photopolymerization initiators having an aromatic structure for example, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone
  • the decomposed photopolymerization initiator is recombined. At that time, it is known that the quinoid structure has a high yellowness.
  • no photopolymerization initiator is used, and by using an organic solvent (F) having no aromatic skeleton, an ultraviolet curing reaction is allowed to proceed as in the case of using the photopolymerization initiator.
  • an organic solvent (F) having no aromatic skeleton an ultraviolet curing reaction is allowed to proceed as in the case of using the photopolymerization initiator.
  • no quinoid structure is formed. Therefore, the cured product is not yellowed and is not yellowed and has excellent transparency. It is estimated that a film or the like can be obtained.
  • a reactive compound having a functional group having no aromatic skeleton may be blended as a curing agent at any stage of the production process. It can.
  • the curing agent include aliphatic polyols, alicyclic polyols, aliphatic polyamines, and alicyclic polyamines.
  • the molar ratio between the hydroxyl group of the polyol used as the curing agent and the isocyanate group in the ultraviolet curable urethane acrylate composition is preferably in the range of 0.7 to 20, more preferably. Is in the range of 0.7 to 10, more preferably in the range of 0.9 to 5, and most preferably in the range of 0.9 to 1.1. If the [NCO / OH molar ratio] is within such a range, the curing reaction can be efficiently and satisfactorily advanced.
  • an acrylic monomer having no aromatic skeleton can be used in the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention within a range not departing from the object of the present invention.
  • the acrylic monomer include (meth) acrylic acid; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, and sec-butyl (meth) acrylate.
  • various additives can be used in the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention at any stage of the production process within a range not departing from the object of the present invention.
  • additives examples include foam stabilizers, antioxidants, defoamers, abrasive grains, fillers, pigments, dyes, colorants, thickeners, surfactants, flame retardants, plasticizers, lubricants, charging agents.
  • Known inhibitors, heat stabilizers, tackifiers, curing catalysts, stabilizers, silane coupling agents, waxes and the like can be used.
  • conventionally known thermoplastic resins, thermosetting resins, and the like can be appropriately selected and used as the blending resin within a range not impairing the object of the present invention.
  • the said additive is only an example, As long as the objective of this invention is not inhibited, the kind and usage-amount are not specifically limited.
  • tackifier examples include rosin resin, rosin ester resin, hydrogenated rosin ester resin, terpene resin, terpene phenol resin, hydrogenated terpene resin, and C 5 aliphatic as petroleum resin. Resins, C 9 aromatic resins, C 5 and C 9 copolymer resins, and the like can be used.
  • plasticizer examples include dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, dicyclohexyl phthalate, diisooctyl phthalate, diisodecyl phthalate, dibenzyl phthalate, butyl benzyl phthalate, trioctyl phosphate, epoxy plasticizer, toluene-sulfoamide, chloroparaffin, adipine Acid esters, castor oil, and the like can be used. Examples include methyl acid phosphate (AP-1) and acrylic surface conditioner (BYK-361N).
  • hindered phenol compounds for example, hindered phenol compounds, benzotriazole compounds, hindered amine compounds and the like can be used.
  • filler for example, silicic acid derivatives, talc, metal powder, calcium carbonate, clay, carbon black and the like can be used.
  • the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention is cured by ultraviolet irradiation, for example, a mercury lamp (low pressure, high pressure, ultrahigh pressure, etc.), hydrogen lamp, deuterium lamp, halogen lamp, xenon lamp, carbon arc lamp.
  • a mercury lamp low pressure, high pressure, ultrahigh pressure, etc.
  • hydrogen lamp deuterium lamp
  • halogen lamp xenon lamp
  • carbon arc lamp a mercury lamp (low pressure, high pressure, ultrahigh pressure, etc.), hydrogen lamp, deuterium lamp, halogen lamp, xenon lamp, carbon arc lamp.
  • Various light sources such as a fluorescent lamp and a He—Cd laser can be used, and among them, a high-pressure mercury lamp is preferable.
  • the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention does not contain any photopolymerization initiator, it has rapid curability by ultraviolet irradiation, and the cured product is yellowed over time or unreacted. In addition, there is no contamination of the contact product due to the product and decomposition products, and it has excellent performance such as coating property, transparency, moldability, etc., for example, thin film molded body (film, sheet), fiber, coating, fixing agent It is useful in a wide range of fields such as packaging materials, abrasives, road paving agents, electronic and electrical materials.
  • examples of the thin film molded body include optical members such as a light guide film (light guide film) and a light guide sheet.
  • An optical film having a film thickness of 200 ⁇ m or less obtained by applying and curing using the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention is excellent in light transmittance, for example, JIS K7361 in a cured film thickness of 100 ⁇ m. Since the total light transmittance measured according to -1 is 92% or more, it is suitable for a light guide film (light guide film), for example.
  • a film having a thickness of 200 ⁇ m or less is defined as “film”, and a film having a thickness exceeding 200 ⁇ m is defined as “sheet”.
  • the method for producing a thin film molded article of the present invention is an organic solvent (F) having no aromatic skeleton after coating the substrate with the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention and irradiating with ultraviolet rays. And a cured product having a thin thickness (eg, film, sheet, etc.) in the range of 10 to 1000 ⁇ m, more preferably in the range of 15 to 600 ⁇ m.
  • Examples of the substrate include metal (plate, foil, etc.), plastic (plate, sheet, film, etc.), paper (release paper, etc.), glass, pottery, woodcut (decorative plate, etc.), ceramic and the like.
  • Step 1 Preparation of UV-curable urethane acrylate composition
  • a reaction vessel is charged with a polyol (A) having no molten aromatic skeleton, and stirring is started.
  • a predetermined amount of polyisocyanate (B) having no aromatic skeleton was charged while paying attention to heat generation, the internal temperature was raised to a predetermined temperature, and the mixture was stirred at the temperature for a predetermined time to form an isocyanate group at the molecular end.
  • a urethane prepolymer (C) is obtained.
  • a urethane acrylate oligomer (E) having a (meth) acryloyl group at the target molecular terminal is added.
  • the organic solvent (F) which does not have an aromatic skeleton as an adjusting liquid is added, melt viscosity is adjusted, and the ultraviolet curable urethane acrylate composition of this invention can be obtained.
  • Step 2 Manufacture of thin-film molded body
  • the ultraviolet curable urethane acrylate composition obtained in [Step 1] is applied onto a polyethylene terephthalate (PET) film subjected to a release treatment with a knife coater to a predetermined thickness of 200 ⁇ m or less.
  • the coating is applied to a thickness, and ultraviolet rays are irradiated by a high-pressure mercury lamp using an ultraviolet irradiation device having a nitrogen purge device.
  • the organic solvent (F) is volatilized to obtain a film which is a thin film molded article of the present invention.
  • the isocyanate equivalent (unit: g / mol) of the isocyanate group-terminated urethane prepolymer (C) used in the present invention is a value measured according to JIS K 7103. Specifically, a urethane prepolymer (C) sample was precisely weighed into an Erlenmeyer flask, dissolved in dry toluene, added with 10 ml of a di-n-butylamine solution, homogenized, and allowed to stand. A standard solution of normal hydrochloric acid was quantified by neutralization titration using bromcresol green as an indicator.
  • melt viscosity of urethane acrylate oligomer (E) The melt viscosity (measurement temperature: 50 ° C., unit: mPa ⁇ s) of the urethane acrylate oligomer (E) obtained in Examples and Comparative Examples is based on JIS Z 8803, and is a digital viscometer (manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd., model number). : DVM-BII).
  • UV curability (tack-free)
  • the ultraviolet curable urethane acrylate compositions obtained in the examples and comparative examples were coated on a polyethylene terephthalate (PET) film subjected to a release treatment with a knife coater, one 120 w / cm high-pressure mercury lamp, nitrogen purge Ultraviolet irradiation under the conditions of an irradiation light amount of 0.8 J / cm 2 and a nitrogen atmosphere (oxygen concentration 1%) with an ultraviolet irradiation device “UV irradiation device with N 2 purge type conveyor” (manufactured by GS Yuasa Co., Ltd.) did.
  • the used organic solvent was further volatilized by heating at a temperature of 60 ⁇ 5 ° C. for 10 minutes to obtain a film (thickness of 100 ⁇ m) as a thin film molded body.
  • the presence or absence of stickiness between the surface of the film and the release surface of the PET film was confirmed by touch and evaluated according to the following criteria. Criteria for UV Curing (Tack Free) ⁇ : No stickiness and excellent UV curability when no liquid adheres to the finger. X: There is stickiness, and when the liquid adheres to the finger, it is inferior in ultraviolet curability.
  • the total light transmittance (%) of the film prepared above was measured according to JIS K7361-1, using NDH-2000 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd., and evaluated according to the following criteria. Criteria for transparency ⁇ : When the total light transmittance is 92% or more, the transparency is excellent. X: When the total light transmittance is less than 92%, the transparency is poor.
  • Synthesis of urethane acrylate oligomers (E2) to (E6) >> The same as Synthesis Example 1 except that the types and amounts used of the polyol (A), polyisocyanate (B), and (meth) acrylic compound (D) having a hydroxyl group were changed as shown in Table 1. Under the reaction conditions, urethane acrylate oligomers (E2) to (E6) were obtained.
  • Table 1 means the following name.
  • PTMG-1000 polyoxytetramethylene glycol (trademark: manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, number average molecular weight 1000)
  • H 12 MDI 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • MDI 4,4′-diphenylmethane diisocyanate
  • Example 1 100 parts by mass of the urethane acrylate oligomer (E1) obtained in Synthesis Example 1 and 20 parts by mass of methyl ethyl ketone (hereinafter referred to as “MEK”) as an organic solvent (F) are weighed in a mixing container until uniform at room temperature. It mixed and the ultraviolet curable urethane acrylate composition of this invention was prepared. The ultraviolet curable urethane acrylate composition prepared above was applied onto a polyethylene terephthalate (PET) release film with a knife coater.
  • PET polyethylene terephthalate
  • one 120 w / cm high-pressure mercury lamp and an ultraviolet irradiation device having a nitrogen purge device were irradiated with ultraviolet rays in an irradiation light amount of 0.8 J / cm 2 in a nitrogen atmosphere (oxygen concentration of 1% or less). Furthermore, it heated at 60 degreeC for 10 minute (s) in oven, the organic solvent was volatilized, and the film (P1) (thickness of 100 micrometers) which is a thin film molded object was produced.
  • Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 8 Ultraviolet curable in the same manner as in Example 1 except that the prepolymer used, the type of organic solvent, the presence and type of photopolymerization initiator, and the amount used were changed as shown in Tables 2 and 3.
  • a urethane acrylate composition was prepared, and films (P2) to (P17) having a thickness of 100 ⁇ m were prepared.
  • HEA 2-hydroxyethyl acrylate 4HBA: 4-hydroxybutyl acrylate
  • HEMA 2-hydroxyethyl methacrylate
  • PE3A pentaerythritol triacrylate
  • PE4A pentaerythritol tetraacrylate
  • MEK methyl ethyl ketone
  • MIBK methyl isobutyl ketone
  • MDI 4,4'-diphenylmethane diisocyanate
  • PTMG-1000 Polyoxytetramethylene glycol (Trademark: manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, number average molecular weight 1000)
  • H 12 MDI 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate
  • the ultraviolet curable urethane acrylate composition of the present invention can exhibit excellent photocurability without using a photopolymerization initiator, has no yellowing over time, is excellent in transparency, and can be applied to a coating film or a molded product. Since there is no contamination of the contacted object, it is useful in a wide range of fields such as optical members (films, sheets), fibers, paints, fixing agents, packaging materials, abrasives, road paving agents, and electronic / electric materials.

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Abstract

光重合開始剤を含まずに紫外線硬化性に優れ、且つ高い透明性が要求される光学用途に使用可能な紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を提供する。芳香族骨格を有さないポリオール(A)と芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)とを反応させて得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C)に対して、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)を付加反応させて得られる分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマー(E)を含有する紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物であって、ケトン系溶剤、アミド系溶剤及びハロゲン化アルキル系溶剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)を0.2~80質量%含有し、且つ、光重合開始剤を含有しない。

Description

紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物、薄膜成形体、光学フィルム、及び薄膜成形体の製造方法
 本発明は、紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物、それを用いた薄膜成形体、光学フィルム、及び薄膜成形体の製造方法に関する。
 更に詳しくは、本発明は、従来の紫外線硬化性樹脂組成物と異なり光重合開始剤を全く含まず、且つ希釈溶剤として特定の有機溶剤を含み、紫外線の照射により迅速に硬化し、得られる硬化物の経時的な黄変を抑制でき、接触物に対する汚染がなく、且つ優れた塗工性や成形性などの性能を発現可能な紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物、それを用いた薄膜成形体(例えばシート、フィルム)、光学フィルム、及び薄膜成形体の製造方法に関する。
 従来から、紫外線、電子線、放射線、赤外線などの活性エネルギー線照射で硬化可能な光硬化性樹脂が種々の分野に利用されてきた。前記光硬化性樹脂の中でも、紫外線硬化性樹脂は、重合性化合物(モノマー、オリゴマー、ポリマー等)を原料に得られ、これら重合性化合物が紫外線照射により容易に硬化反応するため揮発成分がなく、環境汚染問題の改善策として注目されている。
 ところで、光のエネルギーは「波長」、即ち「色」によって決まり、光のエネルギーと波長との間には式〔1〕の関係があることが知られている。
   光のエネルギー(eV)=1240/波長(nm)・・・式〔1〕
 例えば、可視光の波長領域は(赤)700nm~(青紫)400nmであり、光のエネルギーは(赤)1.77eV~(青紫)3.0eVに相当する。
 一般に紫外線硬化性樹脂の硬化反応に用いられる水銀灯では、波長とエネルギーは、高圧水銀灯が360nm(3.4eV)付近であり、低圧水銀灯が255nm(4.9eV)付近である。
 しかしながら、多くの物質の原子間結合エネルギーは5~8eVの範囲であり、励起エネルギーは4eV以上であるので、紫外線領域の光子は高分子重合反応の開始には十分なエネルギーを持たない。
 そのため、紫外線励起によりフリーラジカルを生成するためには、「光重合開始剤」(「フォト・イニシエーター」とも呼ばれている。)の存在が不可欠であった。
 前記重合性化合物のうち、(メタ)アクリロイル基を有する反応性化合物(モノマー、オリゴマー、ポリマーなど)は、紫外線照射により良好に架橋反応が進行し硬化するため汎用されている。この硬化システムでは、紫外線照射によりフリーラジカルを生成し得る光重合開始剤が必須に用いられており、かかる光重合開始剤が前記(メタ)アクリロイル基のラジカル重合を誘発させ硬化物を形成する。故に、ラジカル硬化性の塗料、印刷インキ、成形品等の分野では、(メタ)アクリロイル基を有する反応性化合物と、光重合開始剤とが紫外線硬化性組成物の必須成分となっていた。
 しかしながら、このような従来の紫外線硬化性組成物では、光重合開始剤の未反応物や分解物が塗膜や成形体などに残存するため、種々の問題を引き起こしていた。具体的には、塗膜表面や成形体表面に前記未反応物や分解物がマイグレーション(樹脂内又は隣接する材料へ拡散移行すること。)し、塗膜や成形品を積層した場合に、該塗膜や成形品と接する物を汚染したり、食品や医薬品などのパッケージ分野においては前記未反応物や分解物が除去すべき不純物になるなどの問題があった。
 また、光重合開始剤により引き起こされる重大な問題としては、分解した光重合開始剤が再結合する際に黄色物質へと変化し、硬化物の黄色化を生じて、高品質な透明性が要求される光学用途に使用される薄膜成形体(フィルム、シート)、繊維、塗料などの性能を低下させる主たる原因となっていた。特に芳香環を含有する光重合開始剤は、芳香環が光エネルギーを吸収し、効率的にラジカルを発生することから多用されているが、再結合時に芳香環に起因するキノイド構造となり、強い黄色の発色団を形成すると言われている。
 かかる問題を改良するために、種々の提案がなされてきた。
 例えば、β-ケトエステル化合物又はβ-ジケトン化合物と多官能アクリル酸エステルとを触媒の存在下であって、かつ、a)反応温度を60~140℃、b)前記β-ケトエステル化合物又はβ-ジケトン化合物中のβ-ジカルボニル基に対する前記エステル中のアクリロイル基の比(アクリロイル基:β-ジカルボニル基)が2.5:1 ~ 20:1となる条件下に反応させる光硬化性樹脂の製造方法、が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
 前記特許文献1によれば、光重合開始剤フリーで優れた硬化性を発現して、硬化物のタックフリー性と硬度に優れ、更に、硬化反応に供する前において良好な貯蔵安定性を発現する光硬化性樹脂を工業的に生産性よく製造することができ、UV硬化性塗料、印刷インク、シートおよび成型品用途における光重合性樹脂の製造に適するという。
 しかしながら、特許文献1の製造方法で得られる光硬化性樹脂は、(1)貯蔵安定性に劣り貯蔵時に異常に増粘してしまうこと、(2)硬化物が黄色化することなどの製造面及び品質面での問題があった。
 また、ウレタン(メタ)アクリレートを含む重合性組成物の硬化物で構成された光学シート、が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
 前記特許文献2によれば、実質的に重合開始剤を含有せず、光硬化物が、電子線を照射して得られた光硬化物であり、透明性が高く、適度な弾性を有するとともに、良好な成形性、加工性、耐熱性、耐候性(難黄変性)を有するという。
 しかしながら、特許文献2の光学シートは、紫外線照射により硬化させる場合には、光重合開始剤を含有させることが不可欠であり、硬化物が光重合開始剤に起因して黄色化するという問題があった。
 また、光重合開始剤を含有させない場合には、電子線照射が必要であるが、電子線照射装置は高価であり、且つ遮蔽設備の設置が必要なため工業的ではない。更に、電子線照射には、基材の劣化を起こしやすく、特に硬化物が厚いほど、電子線照射装置と遮蔽装置の大型化が必要となるという設備コスト面での問題もあった。
 このように、従来用いられてきた紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物には、得られる薄膜成形体において、耐黄変性、塗工面でのタックフリー(粘着性がないこと)、透明性などの性能に劣り、実用に供するには未だ解決すべき問題があった。
特開2005-163041号公報 特開2011-164363号公報
 本発明の目的は、塗膜表面や成形品表面に光重合開始剤の未反応物や分解物がマイグレーション(拡散移行)し、塗膜や成形品を積層した場合に、該塗膜や成形品と接する物を汚染したり、食品や医薬品のパッケージ分野においては前記未反応物や分解物が除去すべき不純物となったり、分解した光重合開始剤が再結合する際に黄色物質へと変化し、硬化物の黄色度を悪化したりすることなく、特に高品質な透明性が要求される光学用途(例えばフィルム、シート、繊維、塗装材料など)に使用可能な紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物、それを用いた薄膜成形体、光学フィルム、及び薄膜成形体の製造方法を提供することにある。
 本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を進めた結果、芳香族骨格を有さないポリオールと、芳香族骨格を有さないポリイソシアネートとを反応させて得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーに対して、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物を付加反応させて得られる分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマーと、特定の有機溶剤を含有し、且つ、光重合開始剤を含有しないことにより、紫外線照射時及び経時の黄変が極めて小さく、透明性に優れ、且つ、光重合開始剤の未反応物や分解物のマイグレーションによる塗膜や成形体に接触した物への汚染がない紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を得ることができることを見出し、本発明を完成するに到った。
 即ち、本発明は、芳香族骨格を有さないポリオール(A)と芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)とを反応させて得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C)に対して、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)を付加反応させて得られる分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマー(E)を含有する紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物であって、ケトン系溶剤、アミド系溶剤及びハロゲン化アルキル系溶剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)を0.2~80質量%含有し、且つ、光重合開始剤を含有しないことを特徴とする紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物に関するものである。
 本発明は、前記紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を基材上に塗布し硬化させて得られることを特徴とする薄膜成形体に関するものである。
 本発明は、前記紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物の硬化塗膜を有する光学フィルムであって、前記硬化塗膜の膜厚100μmにおけるJIS K7361-1に準拠して測定した全光線透過率が92%以上であることを特徴とする光学フィルムに関するものである。
 本発明は、前記紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を基材上に塗工し、紫外線を照射した後、芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)を揮発させることを特徴とする薄膜成形体の製造方法に関するものである。
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物は、光重合開始剤を含有しなくても優れた光硬化性を発現でき、且つ、得られる成形体は透明性に優れ、経時的な黄変がなく、成形体に接触した物への汚染がないので、例えば、光学用部材(フィルム、シートなど)、繊維、塗料、固定剤、包装材料、研磨剤、道路舗装剤、電子電気材料など広範囲の分野に有用である。
<紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物>
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物は、芳香族骨格を有さないポリオール(A)と、芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)とを反応させて得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C)に対して、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)を付加反応させて得られる分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマー(E)を含有する紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物であって、ケトン系溶剤、アミド系溶剤及びハロゲン化アルキル系溶剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の有機溶剤(F)を0.2~80質量%含有してなり、且つ、如何なる光重合開始剤も含有しない。
 以下に、本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を構成する前記(A)~(F)について詳細に説明する。
(A)芳香族骨格を有さないポリオール
 本発明で用いる前記芳香族骨格を有さないポリオール(A)としては、脂肪族ポリオールと脂環族ポリオールがあり、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、低分子量グリコールなどが挙げられる。
 前記ポリエステルポリオールの製造に使用するジカルボン酸は、芳香族骨格を有さないジカルボン酸であり、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、無水マレイン酸、フマル酸、1,3-シクロペンタンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等が挙げられる。これらは、単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 前記ポリエステルポリオールの製造に使用するジオールは、芳香族骨格を有さないジオールであり、例えば、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、トリメチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール等の脂肪族ジオール類;1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環族ジオール類などが挙げられる。これらは、単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 その他にも、前記ポリエステルポリオールの原料として、例えばグリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ソルビトール、ショ糖等のアルコール類;あるいはアミン類なども使用できる。これらは、単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 前記ポリエステルポリオールの数平均分子量(以下「Mn」という。)は、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)の目標粘度を考慮して設定することが望ましく、好ましくは500~3500の範囲であり、より好ましくは600~2500の範囲である。前記ポリエステルポリオールのMnがかかる範囲であるならば、前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの極端な粘度上昇がなく、適度な溶融粘度のウレタンプレポリマーを得ることができる。
 前記ポリエステルポリオールには、上記以外のジカルボン酸、ジオール、ジアミン等を併用して得られるポリエステルジオール、ポリアミドポリエステルジオールなども含まれる。
 また、前記ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリエチレンプロピレングリコール(PEPG)、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、2-メチル-1,3-プロパンアジペート、3-メチル-1,5ペンタンアジペート等が挙げられ、これらの中でも、ポリテトラメチレングリコール(Mnが650~2000のPTMG)が好ましい。前記ポリエーテルポリオールは、直鎖、分岐、環状の何れの構造を有していてもよい。
 前記ポリエーテルポリオールのMnは、好ましくは500~3500の範囲、より好ましくは600~3000の範囲である。前記ポリエーテルポリオールのMnがかかる範囲であるならば、前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの極端な粘度上昇がなく、適度な溶融粘度のウレタンプレポリマーを得ることができる。
 本発明では、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリエチレングリコール(PEG)などの前記ポリエーテルポリオールに、ラクトン(例えばε-カプロラクトン、γ-ブチロラクトンなど)が開環付加重合したポリオールなども使用できる。
 また、前記ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、炭酸と脂肪族ポリオールとをエステル化反応して得られるもの等を使用することができる。具体的には、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、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール又はポリテトラメチレングリコール(PTMG)等のようなジオールと、ジメチルカーボネート、ホスゲン等との反応生成物などが挙げられる。これらは単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 また、前記低分子量グリコールとしては、例えば、エチレングリコール(EG)、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール等の脂肪族ジオール類;1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環族ジオール類;グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3官能以上の水酸基を有する化合物などが挙げられ、これらの中でも、ジエチレングリコール(DEG)が好ましい。前記低分子量グリコールは、直鎖、分岐、環状の何れの構造を有していてもよい。
 前記低分子量グリコールの分子量は、好ましくは50~300の範囲であり、より好ましくは50~200の範囲である。前記低分子量グリコールの分子量がかかる範囲であるならば、ポリオール(A)として併用した場合に、反応性の制御がより効果的にでき、成形性(歩留まり、成形ムラ)がより良好になる。
 前記芳香族骨格を有さないポリオール(A)として、例えば、カプロラクトンモノマーの開環重合により得られるポリカプロラクトンポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール、ひまし油系ポリオールなども使用できる。
 また、ポリアミンも併用することができる。前記ポリアミンとしては、例えばエチレンジアミンや、イソホロンジアミン、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジアミン、ジアミノシクロヘキサン、メチルジアミノシクロヘキサン、ピペラジン、ノルボルネンジアミン等を使用することができる。
 更に、前記ポリオール(A)と共に、本発明の目的を阻害しない範囲で、その他の芳香環骨格を有さないポリオールを使用してもよい。
(B)芳香族骨格を有さないポリイソシアネート
 次に、本発明で用いる芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)について、以下に説明する。
 前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)は、前記芳香族骨格を有さないポリオール(A)と芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)とを必須に用いて、公知の方法に従い反応させて得ることができ、その反応方法、反応条件は、特に限定しない。本発明では、前記ポリオール(A)と前記ポリイソシアネート(B)から合成されるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)は、芳香族骨格を有していない。
 尚、本発明でいう「ポリイソシアネート」とは、分子中に2以上のイソシアネート基(以下、NCO基とも言う。)を有する化合物をいう。
 前記芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)としては、公知の脂肪族ポリイソシアネート及び脂環式ポリイソシアネートの何れも用いることができる。これらは単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 前記脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ダイマー酸ジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどが挙げられる。
 前記脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水添ジフェニルメタンジイソシアネート(水添MDI)、水添キシリレンジイソシアネート(水添XDI)、シクロヘキサンジイソシアネートなどが挙げられる。
 前記芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)の中でも、優れた耐熱性と透明性を付与する観点から、例えば4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどを使用することが好ましい。
 本発明では、前記芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)として、脂肪族ポリイソシアネートや脂環族ポリイソシアネートを必須に用いて、且つラジカル発生源となると推測している後述する芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)を用いることで、紫外線照射時に黄変することなく、紫外線硬化反応を正常に進行させ、透明性に優れる塗膜や成形品を得ることができる。
 しかしながら、従来のように光重合開始剤の存在下で、単にジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)やトリレンジイソシアネ-ト(TDI)等の芳香族骨格を有するポリイソシアネート(B’)を用いてイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを製造した場合では、前記芳香族ポリイソシアネートが有する芳香族構造の吸光度が高くなりすぎ、紫外線照射による硬化反応が充分に進行せず、且つ前記芳香族ポリイソシアネート自身が紫外線照射中に黄変してしまうという問題がある。そのため、特に高品質な透明性が要求される光学用部材(フィルム、シートなど)、繊維、塗料、包装材料などの用途に適した紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を得ることが大変困難であった。
(C)分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー
 次いで、本発明で用いる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C)(以下、「イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)」という。)について説明する。
 前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)のイソシアネート当量(以下「NCO当量」ともいう)は、好ましくは100~10000の範囲であり、より好ましくは200~1000の範囲である。前記(C)中のNCO当量がかかる範囲であるならば、粘度の異常な上昇もなく、作業性に優れるウレタンプレポリマーを得ることができる。
 尚、本発明でいう「イソシアネート当量」(単位:g/mol)とは、後記したJIS K 7103に従い測定した値である。
 前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)は、前記ポリイソシアネート(B)の有するNCO基が、前記ポリオール(A)の有する水酸基(以下OH基とも言う。)に対して過剰となる仕込量で、公知の方法により反応させ製造することができる。
 前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)を得るための一般的な反応方法としては、例えば、反応容器中に仕込んだポリイソシアネート(B)に、水分を除去したポリオール(A)を滴下、分割、一括など適当な方法にて仕込み、ポリオール(A)の有する水酸基が実質的に無くなるまで反応させる方法などを採用すればよい。
 反応中の発熱を穏やかに制御しながら安全且つ正常に反応を進行させるためには、滴下あるいは分割による仕込方法が、好ましい。
 前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)の製造は、通常、無溶剤で行なうが、溶剤中で反応させ製造してもよい。溶剤中で反応させる場合には、反応を阻害しない溶剤を使用すればよく、用いる溶剤の種類は特に限定しない。反応に使用した溶剤は、反応途中又は反応終了後に、減圧加熱や薄膜留去等の適当な方法により除去することが望ましい。
 前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)の反応条件(温度、時間、圧力など)は、反応挙動や製品品質などを正常に制御できる範囲で設定すればよく、特に限定しない。通常は、反応温度50~90℃で、反応時間2~24時間の条件にて、行うことが好ましい。圧力は、常圧、加圧、減圧の何れでもよい。
 反応方式は、例えば、バッチ、半連続、連続など、公知の反応方式を選択することができ、特に限定しない。
 また、前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)を製造する際には、必要に応じてウレタン化触媒を使用することができる。前記触媒は、原料仕込工程、反応工程の任意の段階で適宜加えることができる。また、触媒の添加方法は、一括、分割、連続など特に限定しない。
 前記ウレタン化触媒としては、公知のものが使用でき、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ベンジルジブチルアミン、トリエチレンジアミン、N-メチルモルホリン等の含窒素化合物;あるいはチタンテトラブトキシド、ジブチルスズオキシド、ジラウリン酸ジブチルスズ、2-エチルカプロン酸スズ、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、2-エチルカプロン酸亜鉛、グリコール酸モリブデン、酢酸カリウム、ステアリン酸亜鉛、オクチル酸錫、ジブチル錫ジラウレート等の有機金属化合物;あるいは塩化鉄、塩化亜鉛等の無機化合物などが挙げられる。
 通常、反応は、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましいが、乾燥空気雰囲気下又は密閉条件下などの水分が混入しない条件下で行ってもよい。
 前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)の合成において、ポリイソシアネート(B)のNCO当量と、前記ポリオール(A)のOH当量との比(即ち[NCO/OH当量比])は、目標とする物性、製品品質、反応挙動などを考慮して設定すればよい。
(D)水酸基を有する(メタ)アクリル化合物
 次に、前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)に付加反応させる、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)について説明する。
 本発明では、前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)のイソシアネート基総数の好ましくは5~100%の範囲を、より好ましくは10~100%の範囲を、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)を用いて付加反応させて、分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマー(E)へ変換させる。
 前記のように付加反応後に生成した分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマー(E)が有する二重結合により、紫外線照射による硬化反応が容易に起こり、優れた速硬化性(速やかに硬化する性質)、基材への塗布後の保型性、機械的強度、耐久性、透明性を発現できる。
 前記水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)としては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(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、ペンタエリスリトールトリアクリレートなどが挙げられ、これらの中でも、例えば、紫外線照射による速硬化性に優れ、且つ、特に、機械的強度が向上する点から、2-ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)が好ましい。これらは単独使用でも2種以上を併用してもよい。
(E)分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマー
 次いで、本発明で用いる、分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマー(E)(以下、「ウレタンアクリレートオリゴマー(E)」という。)について説明する。
 前記ウレタンアクリレートオリゴマー(E)は、前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)100質量部に対して、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)を、好ましくは0.5~300質量部の範囲、より好ましくは1.0~100質量部の範囲で加えて、前記ウレタンプレポリマー(C)中のイソシアネート基総数の好ましくは5~100%の範囲、より好ましくは10~100%の範囲を、前記水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)により反応させたものである。
 前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)のイソシアネート基をかかる範囲内で前記水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)と反応させるならば、速硬化性、基材への塗布後の保型性、機械的強度、耐久性、基材密着性などの優れた特性を得ることができる。
 前記ウレタンアクリレートオリゴマー(E)の数平均分子量(Mn)は、好ましくは500~50000の範囲であり、より好ましくは500~10000の範囲であり、最も好ましくは500~3000の範囲である。前記(E)のMnがかかる範囲であれば、溶融粘度が適度な範囲となり、良好な作業性を確保できる。
 前記ウレタンアクリレートオリゴマー(E)のJIS Z 8803に準拠し測定した50℃での溶融粘度は、好ましくは500~200000mPa・sの範囲であり、より好ましくは500~100000の範囲である。前記(E)の50℃での溶融粘度がかかる範囲であるならば、作業性に優れ、溶剤の添加量を削減できるため高い生産性を得ることができる。
 また、前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)と、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)とをウレタン化反応させる際には、無触媒でもウレタン化触媒存在下でも特に限定しない。前記ウレタン化反応は、反応物中のイソシアネート基含有量(%)が実質的に一定になるまで行なうことが好ましい。
 前記ウレタン化触媒を使用する場合は、ウレタン化反応の任意の段階で適宜加えることができる。前記ウレタン化触媒としては、公知のものが使用可能であり、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、N-メチルモルホリンなどの含窒素化合物、あるいは酢酸カリウム、ステアリン酸亜鉛、オクチル酸第一錫などの有機金属塩、あるいはジオクチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジラウレートなどの有機金属化合物が挙げられる。
 前記ウレタン化触媒の使用量は、反応時の安全性、中間体あるいは製品の安定性、品質などに悪影響を与えなければ、特に限定しない。
 また、反応終了後又は反応途中において、公知の触媒失活剤を添加し、前記ウレタン化触媒の触媒活性を失活あるいは抑制させ、反応面、貯蔵面、品質面などの安定化を図ってもよい。
(F)芳香族骨格を有さない有機溶剤
 次いで、前記ウレタンアクリレートオリゴマー(E)と、ケトン系溶剤、アミド系溶剤及びハロゲン化アルキル系溶剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)とを混合することにより、本発明が目的とする、光重合開始剤を含有しない紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を得ることができる。
 前記ケトン系溶剤としては、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、シクロヘキサノン、ジイソブチルケトン、イソホロン、2,3-ヘキサンジオン、4-メチル2,3ペンタンジオン、5-メチル-2,3ヘキサンジオン、2,3-ペンタンジオン、2-ヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロペンタノン、3-デカノン、2-ドデカノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン(ジアセトンアルコール)、ジアセチル、2,4-ジメチル-3-ペンタノン、3,4-ジメチル-1、2-シクロペンタンジオン、3,5-ジメチル-1、2-シクロペンタンジオン、2-ヒドロキシ-6-イソプロピル-3-メチル-2-シクロヘキセノン、4-ヘプタノン、3-オクタノン、3-ヘプタノン、3-エチル-2-ヒドロキシ-2-シクロペンテノン、3-ノナノン、3-ヘキサノン、1-ペンテン-3-オン、2-ヘプタデカノン、2,3-ヘプタンジオン、3,4-ヘキサンジオン、6,10,14-トリメチル-2-ペンタデカノン、5-ヘキセン-2-オン、4-ヘキセン-3-オン、1-ヘキセン-3-オン、2-ヘキシルシクロペンタノン、1-ヒドロキシ-2-ブタノン、4-ヒドロキシ-2-ブタノン、2-ヒドロキシ-2-シクロヘキセノン、1-ヒドロキシ-2-ヘプタノン、3-ヒドロキシ-2-オクタノン、2-ヒドロキシ-3,4-ジメチル-2-シクロペンテノン、2-ヒドロキシ-3-ペンタノン、1-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、1-ヒドロキシ-5-メチル-2-ヘキサノン、3-ヒドロキシ-2-ペンタノン、6-メチル-3-ヘプタノン、2-メチル-3-(2-ペンテニル)-2-シクロペンテノン、4-イソプロピル-2-シクロヘキセノン、5-イソプロピル-3-ノネン-2,8-ジオン、5-イソプロピル-8-メチル-6,8-ノナジエン-2-オン、3-メチル-2-(cis-2-ペンテニル)-2-シクロペンテノン、3-メチル-2-(trans-2-ペンテニル)-2-シクロペンテノン、p-メンタン-2-オン、メントン、4-メチル-3-ペンテン-2-オン、2-ヘプタノン、2-ノナノン、2-オクタノン、メチルイオノン、5-メチル-2-ヘキサノン、3-メチル-2-ブタノン、2-ウンデカノン、2-デカノン、2-ペンタノン、2-トリデカノン、3-ブテン-2-オン、3-メチル-2-シクロペンテノン、6-メチル-2-ヘプタノン、5-メチル-2-ヘプテン-4-オン、3-メチル-2-ヘキサノン、3-メチル-2-ペンタノン、α-メチルイオノン、3-メチル-1,2-シクロヘキサンジオン、3-メチルシクロヘキサノン、3-メチルシクロペンタデカノン、6-メチル-3,5-ヘプタジエン-2-オン、6-メチル-5-ヘプテン-2-オン、3-メチル-2,4-ノナンジオン、4-ノナノン、3-ノネン-2-オン、3,5-オクタジエン-2-オン、1,5-オクタジエン-3-オン、3-オクテン-2-オン、1-オクテン-3-オン、2-オクテン-4-オン、4-オキソイソホロン、2-ペンタデカノン、3-ペンタノン、3-ペンテン-2-オン、4-ヒドロキシヘキサン-3-オン、1-(1-p-メンテン-6-イル)-1-プロパノン、2-プロピオニルピロール、ラズベリーケトン、4-tert-ブチルシクロヘキサノン、4-tert-アミルシクロヘキサノン、2-テトラデカノン、テトラメチルエチルシクロヘキセノン、12-トリデセン-2-オン、3,5,5-トリメチル-1,2-シクロヘキサンジオン、1-(2,4,4-トリメチル-2-シクロヘキセニル)-trans-2-ブテン-1-オン、2-ヒドロキシ-2,6,6-トリメチルシクロヘキサノン、2,2,6-トリメチルシクロヘキサノン、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノン、2,3-ウンデカンジオン、6-ヒドロキシ-5-デカノン、ベルベノン、1,10-ウンデセン-2-オン、2,2,6-トリメチル-1,4-シクロヘキサンジオン、2,3-オクタンジオン、2,5-ヘキサンジオン、2-シクロヘキセノン、2-ヘプテン-4-オン、2-ヘキシリデンシクロペンタノン、2-メチル-3-ペンタノン、3,5,5-トリメチル-4-メチレン-2-シクロヘキセノン、4-(2,3,6-トリメチルフェニル)-3-ブテン-2-オン、4,5-オクタンジオン、4,7-ジメチル-6-オクテン-3-オン、5,6-デカンジオン、5-メチル-5-ヘキセン-2-オン、6-メチル-4,5-ヘプタジエン-2-オン、6-ヒドロキシカルボン、7-オクテン-2-オン、8-ノネン-2-オン、3-エチル-2-ヒドロキシ-4-メチル-2-シクロペンテノン、2-ヘキシル-2-シクロペンテノン、8-ヒドロキシ-4-p-メンテン-3-オン、5-ノナノンなどが挙げられる。これらケトン系溶剤の中でも、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジイソブチルケトン、イソホロンが好ましい。
 前記アミド系溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、アルコキシ-N-イソプロピル-プロピオンアミド、ヒドロキシアルキルアミドなどの脂肪族アミド系溶剤、あるいはN-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-ピロリドンなどの脂環族アミド系溶剤が挙げられる。これらアミド系溶剤の中でも、ジメチルホルムアミドが好ましい。
 前記ハロゲン化アルキル系溶剤としては、フッ素系、塩素系溶剤、臭素系、ヨウ素系などの有機溶剤であり、これらの中でも塩素系有機溶剤が好ましい。前記塩素系有機溶剤としては、例えばメチレンクロライド、クロロホルム、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン、1,1,1-トリクロロエタンなどが挙げられ、より好ましくは、メチレンクロライド、クロロホルムである。
 前記芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)を用いずに、芳香族骨格を有する有機溶剤のみを用いた場合、あるいは前記芳香族骨格を有する有機溶剤を多量に用いた場合では、紫外線硬化性、塗工面でのタックフリーなどの性能を充分に発現できず、本発明の目的を達成できない。
 前記芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)の中でも、ケトン系溶剤が本発明の目的達成により有効に作用するので、好ましい。
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物において、前記芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)の含有率は、0.2~80質量%の範囲である。
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物中の前記芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)の含有率がかかる範囲であれば、スムーズな塗工と均一な塗膜の形成が可能となり、且つ、紫外線照射時に効率的に硬化させることができ、硬化ムラを起こさない。
 前記芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)の混合には、公知の方法を採用すればよく、特に限定しない。
 一般に使用される芳香族構造を有する光重合開始剤(例えば、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等)は、芳香族構造の光吸収により分解しラジカルを発生し、分解した光重合開始剤は再結合して、その際、黄色度の高いキノイド構造になることが知られている。
 本発明では、光重合開始剤は全く使用せず、且つ芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)を用いることにより、光重合開始剤を用いた場合と同様に紫外線硬化反応を進行させているものと思われるが、その際、光重合開始剤を使用した場合とは異なりキノイド構造は生成しないので、硬化物を黄変させることがなく、無黄変で透明性に優れる成形体や塗膜等を得ることができると推定している。
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物が、イソシアネート基を有する場合には、製造工程のいずれかの段階で、硬化剤として、芳香族骨格のない官能基を有する反応性化合物を配合することができる。前記硬化剤としては、例えば、脂肪族ポリオール、脂環族ポリオール、脂肪族ポリアミン、脂環族ポリアミンなどが挙げられる。
 硬化剤として用いるポリオールの水酸基と、紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物中のイソシアネート基とのモル比、即ち〔NCO/OHモル比〕としては、好ましくは0.7~20の範囲であり、より好ましくは0.7~10の範囲であり、更に好ましくは0.9~5範囲であり、最も好ましくは0.9~1.1である。前記〔NCO/OHモル比〕がかかる範囲であれば、硬化反応を効率的且つ良好に進行させることができる。
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物には、前記ウレタンアクリレートオリゴマー(E)以外に、本発明の目的を逸脱しない範囲内で芳香族骨格を有さないアクリルモノマーを使用できる。前記アクリルモノマーとしては、例えば(メタ)アクリル酸;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、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、sec-ブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(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、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)アクリレートなどのC1-24のアルキル(メタ)アクリレート;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレートなどのシクロアルキル(メタ)アクリレート;ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレートなどの橋架け環式(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)アクリレートなどのヒドロキシC2-10アルキル(メタ)アクリレート又はC2-10アルカンジオールモノ(メタ)アクリレート;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)アクリレートなどのフルオロC1-10アルキル(メタ)アクリレート;メトキシエチル(メタ)アクリレートなどのアルコキシアルキル(メタ)アクリレート;ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレートなどのポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート;グリセリンモノ(メタ)アクリレートなどのアルカンポリオールモノ(メタ)アクリレート;2-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2-t-ブチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどのアミノ基を有する(メタ)アクリレート;グリシジル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート;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、1,3-プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、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)アクリレートなどのアルカンジオールジ(メタ)アクリレート;グリセリンジ(メタ)アクリレートなどのアルカンポリオールジ(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、ジ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)アクリレートなどのポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート;脂肪酸変性ペンタエリスリトールなどの酸変性アルカンポリオールのジ(メタ)アクリレート;トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレートなどの橋架け環式ジ(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、グリセリントリ(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、テトラメチロールメタンテトラ(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)アクリレートなどのアルカンポリオール(メタ)アクリレート;トリメチロールプロパン、グリセリンなどのアルカンポリオールのC2-4アルキレンオキサイド付加体のトリ(メタ)アクリレート;トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレートなどのトリアジン環を有するトリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは単独使用でも2種類以上組み合わせて使用してもよい。
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物には、上記した原料以外に、各種添加剤を本発明の目的を逸脱しない範囲内で、製造工程の何れの段階においても用いることができる。
 かかる添加剤としては、例えば、整泡剤、酸化防止剤、脱泡剤、砥粒、充填剤、顔料、染料、着色剤、増粘剤、界面活性剤、難燃剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、耐熱安定剤、粘着付与剤、硬化触媒、安定剤、シランカップリング剤、ワックス等が公知のものが使用できる。また、必要に応じて、ブレンド用樹脂として、従来公知の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を本発明の目的を阻害しない範囲内で適宜、選択して使用することができる。尚、前記添加剤はほんの一例であって、本発明の目的を阻害しない限り、特にその種類及び使用量を限定するものではない。
 前記粘着付与剤としては、例えば、ロジン系樹脂、ロジンエステル系樹脂、水添ロジンエステル系樹脂、テルペン系樹脂、テルペンフェノール系樹脂、水添テルペン系樹脂や、石油樹脂としてC5系の脂肪族樹脂、C9系の芳香族樹脂、およびC5系とC9系の共重合樹脂等を使用することができる。
 前記可塑剤としては、例えば、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート、ジイソオクチルフタレート、ジイソデシルフタレート、ジベンジルフタレート、ブチルベンジルフタレート、トリオクチルホスフェート、エポキシ系可塑剤、トルエン-スルホアミド、クロロパラフィン、アジピン酸エステル、ヒマシ油等を使用することができる。メチルアシッドホスフェート(AP-1)、アクリル系表面調整剤(BYK-361N)などが挙げられる。
 前記安定剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ヒンダードアミン系化合物等を使用することができる。
 前記充填材としては、例えば、ケイ酸誘導体、タルク、金属粉、炭酸カルシウム、クレー、カーボンブラック等を使用することができる。
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を、紫外線照射で硬化させる場合には、例えば、水銀灯(低圧、高圧、超高圧等)、水素ランプ、重水素ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、蛍光灯、He-Cdレーザー等の種々の光源が使用でき、それらの中でも高圧水銀灯が好ましい。
<薄膜成形体>
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物は、光重合開始剤を一切含有しないにも拘わらず、紫外線照射による速硬化性を有しており、硬化物の経時的な黄変や、未反応物や分解物による接触物に対する汚染がなく、且つ優れた塗工性、透明性、成形性などの性能を有しているので、例えば、薄膜成形体(フィルム、シート)、繊維、塗装、固定剤、包装材料、研磨剤、道路舗装剤、電子電気材料など広範囲の分野に有用である。
 この内、薄膜成形体としては、例えば、導光フィルム(ライトガイドフィルム)、導光シートなどの光学用部材が挙げられる。
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を用いて、塗布し硬化させて得られる膜厚200μm以下の光学フィルムは、光透過性に優れており、例えば、硬化塗膜の膜厚100μmにおけるJIS K7361-1に準拠して測定した全光線透過率が、92%以上であるので、例えば、導光フィルム(ライトガイドフィルム)などに好適である。
 尚、本発明では、日本国内で一般に呼称されているように、厚さが200μm以下のものを「フィルム」、厚さが200μmを超えるものを「シート」と定義する。
<薄膜成形体の製造方法>
 本発明の薄膜成形体の製造方法とは、本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を基材上に塗工し、紫外線を照射した後、前記芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)を揮発させて、好ましくは10~1000μmの範囲、より好ましくは15~600μmの範囲の薄い厚さの硬化物(例えばフィルム、シートなど)を得る方法などが挙げられる。
 前記基材としては、例えば、金属(板、箔など)、プラスチック(板、シート、フィルムなど)、紙(離型紙など)、ガラス、陶器、木版(化粧版など)、セラミックなどが挙げられる。
 本発明の薄膜成形体の製造方法について一例を示すならば、下記に示す如き〔工程1〕~〔工程2〕の一連の工程を含む方法を挙げることができる。
〔工程1〕紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物の調製
 反応容器に溶融状態の芳香族骨格を有さないポリオール(A)を仕込み、攪拌を開始する。次いで、所定量の芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)を発熱に注意しながら仕込み、内温を所定温度に上昇させた後、該温度で所定時間攪拌し、分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C)を得る。
 次いで、重合禁止剤と、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)を所定量加え、所定時間反応を継続した後、目的の分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマー(E)を得る。
 その後、調整液として芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)を加えて溶融粘度を調整して、本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を得ることができる。
〔工程2〕薄膜成形体の製造
 前記〔工程1〕で得た紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を離型処理の施されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上へナイフコーターにより厚さ200μm以下の所定の厚さに塗工し、高圧水銀灯により窒素パージ装置を有する紫外線照射装置で紫外線を照射する。
 更に、60℃で所定時間養生後、前記有機溶剤(F)を揮発させて、本発明の薄膜成形体であるフィルムを得ることができる。
 以下、本発明を実施例により、一層具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例のみに限定されるものではない。
 また、本発明では、特に断りのない限り、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」である。
 尚、本発明で用いた測定方法及び評価方法は、以下の通りである。
〔イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)のイソシアネート当量の測定方法〕
 本発明で用いるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(C)のイソシアネート当量(単位:g/mol)は、JIS K 7103に従い測定した値である。
 具体的には、ウレタンプレポリマー(C)の試料を三角フラスコに精秤し、乾燥トルエンで溶解させ、ジ-n-ブチルアミン溶液10mlを加えた後、均一にしてから静置し、0.5規定塩酸の標準溶液でブロムクレゾールグリーンを指示薬として用いて中和滴定にて定量した。
〔ウレタンアクリレートオリゴマー(E)の溶融粘度の測定方法〕
 実施例及び比較例で得られたウレタンアクリレートオリゴマー(E)の溶融粘度(測定温度:50℃、単位:mPa・s)をJIS Z 8803に準拠し、デジタル粘度計 (東京計器株式会社製、型式:DVM-BII)を用いて測定した。
〔紫外線硬化性(タックフリー)の評価方法と判定基準〕
 実施例及び比較例で得られた紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を離型処理の施されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上へナイフコーターにより塗工し、120w/cmの高圧水銀灯1灯、窒素パージ装置を有する紫外線照射装置「Nパージ式コンベア付UV照射装置」(株式会社GSユアサ製)で照射光量0.8J/cm、窒素雰囲気下(酸素濃度1%)の条件下で紫外線を照射した。
 その後、更に温度60±5℃で10分間加熱して使用した有機溶剤を揮発させて、薄膜成形体であるフィルム(厚さ100μmのもの)を得た。
 前記フィルムの表面と前記PETフィルム離型面とのベタツキの有無を指触で確認し、下記の基準に従い評価した。
 紫外線硬化性(タックフリー)の判定基準
  ○:ベタツキがなく、指に液状物が付着しない場合、紫外線硬化性に優れる。
  ×:ベタツキがあり、指に液状物が付着する場合、紫外線硬化性に劣る。
〔黄色度の評価方法と判定基準〕
 実施例及び比較例で得られたフィルムの厚さ方向のイエローインデックス(YI)を多光源分光測色計(スガ試験機株式会社製)により測定し、下記の基準に従い評価した。
 黄色度の判定基準
  ○:厚さ方向のYIが0.6以下の場合、耐黄変性に優れる。
  ×:厚さ方向のYIが0.6を超える場合、耐黄変性に劣る。
〔耐変色性の評価方法と判定基準〕
 前記で作成したフィルムを乾燥機中で120℃×72時間暴露し、暴露後の黄色度(イエローインデックス:YI)を多光源分光測色計(スガ試験機株式会社製)により測定し、下記の基準に従い評価した。
 耐変色性の判定基準
  ○:厚さ方向のYIが2.0以下の場合、耐変色性に優れる。
  ×:厚さ方向のYIが2.0を超える場合、耐変色性に劣る。
〔透明性の評価方法と判定基準〕
 前記で作成したフィルムの全光線透過率(%)を、日本電色工業株式会社製NDH-2000を使用し、JIS K7361-1に準拠して測定し下記の基準に従い評価した。
 透明性の判定基準
  ○:全光線透過率が92%以上である場合、透明性に優れる。
  ×:全光線透過率が92%未満である場合、透明性に劣る。
〔合成例1〕
≪ウレタンアクリレートオリゴマー(E1)の合成≫
 反応容器に、芳香族骨格を有さないポリオール(A)として、50℃の溶融状態のポリオキシテトラメチレングリコール(商品名:PTMG-1000、三菱化学株式会社製、Mnが1000のもの)114質量部を仕込み、攪拌を開始した。
 次いで、芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)として、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(以下、「H12MDI」と略す。)を100質量部加え、発熱に注意しながら内温を85℃に上昇させた後、温度を保ちながら3時間攪拌し、分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C)を得た。
 更に、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)として、2-ヒドロキシエチルアクリレート62質量部を発熱に注意しながら序々に加えて、85℃にて2時間攪拌して、ウレタンアクリレートオリゴマー(E1)を得た。
〔合成例2~6〕
≪ウレタンアクリレートオリゴマー(E2)~(E6)の合成≫
 使用するポリオール(A)、ポリイソシアネート(B)、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)の夫々の種類、及び使用量を第1表に示すように変更した以外は、合成例1と同様の反応条件にてウレタンアクリレートオリゴマー(E2)~(E6)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 尚、第1表中の略号は、下記名称を意味する。
 PTMG-1000:ポリオキシテトラメチレングリコール(商標:三菱化学株式会社製、数平均分子量1000)
 H12MDI:4,4’-ジシクロへキシルメタンジイソシアネート
 IPDI:イソホロンジイソシアネート
 MDI:4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート
〔実施例1〕
 合成例1で得たウレタンアクリレートオリゴマー(E1)100質量部と有機溶剤(F)としてメチルエチルケトン(以下、「MEK」という。)20質量部を混合容器に秤量して、室温にて均一になるまで混合し、本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を調製した。
 上記で調製した紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物をポリエチレンテレフタレート(PET)製剥離フィルム上にナイフコーターにより塗布した。
 塗布後直ぐに120w/cmの高圧水銀灯1灯、窒素パージ装置を有する紫外線照射装置で照射光量0.8J/cm、窒素雰囲気下(酸素濃度1%以下)で紫外線照射した。更に、オーブン中60℃で10分間加熱し、有機溶剤を揮発させて、薄膜成形体であるフィルム(P1)(厚さ100μmのもの)を作製した。
〔実施例2~9、及び比較例1~8〕
 使用するプレポリマー、有機溶剤の種類、光重合開始剤の有無と種類、及び使用量を第2表及び第3表に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、それぞれ紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を調製し、厚さ100μmのフィルム(P2)~(P17)を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 尚、第2表及び第3表中の略号は、下記名称を意味する。
 HEA:2-ヒドロキシエチルアクリレート
 4HBA:4-ヒドロキシブチルアクリレート
 HEMA:2-ヒドロキシエチルメタクリレート
 PE3A:ペンタエリスリトールトリアクリレート
 PE4A:ペンタエリスリトールテトラアクリレート
 MEK:メチルエチルケトン
 MIBK:メチルイソブチルケトン
 MDI:4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート
 PTMG-1000:ポリオキシテトラメチレングリコール(商標:三菱化学株式会社製、数平均分子量1000)
 H12MDI:4,4’-ジシクロへキシルメタンジイソシアネート
 本発明の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物は、光重合開始剤を用いなくても優れた光硬化性を発現でき、且つ経時的な黄変がなく、透明性に優れ、塗膜や成形体に接触した物への汚染がないので、例えば、光学用部材(フィルム、シート)、繊維、塗装、固定剤、包装材料、研磨剤、道路舗装剤、電子電気材料など広範囲の分野に有用である。

Claims (7)

  1. 芳香族骨格を有さないポリオール(A)と芳香族骨格を有さないポリイソシアネート(B)とを反応させて得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(C)に対して、水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)を付加反応させて得られる分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するウレタンアクリレートオリゴマー(E)を含有する紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物であって、ケトン系溶剤、アミド系溶剤及びハロゲン化アルキル系溶剤からなる群より選ばれる少なくとも一種の芳香族骨格を有さない有機溶剤(F)を0.2~80質量%含有し、且つ、光重合開始剤を含有しないことを特徴とする紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物。
  2. 前記水酸基を有する(メタ)アクリル化合物(D)が、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(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、及びペンタエリスリトールトリアクリレートからなる群より選ばれる少なくとも一つである請求項1記載の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物。
  3. 前記有機溶剤(F)が、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジイソブチルケトン、イソホロン、ジメチルホルムアミド、メチレンクロライド、及びクロロホルムからなる群より選ばれる少なくとも一つである請求項1記載の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物。
  4. 前記ウレタンアクリレートオリゴマー(E)のJIS Z 8803に準拠し測定した50℃での溶融粘度が、500~100000mPa・sの範囲である請求項1記載の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物。
  5. 請求項1~4の何れか一項に記載の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を基材上に塗布し硬化させて得られることを特徴とする薄膜成形体。
  6. 請求項1~4の何れか一項に記載の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物の硬化塗膜を有する光学フィルムであって、前記硬化塗膜の膜厚100μmにおけるJIS K7361-1に準拠して測定した全光線透過率が92%以上であることを特徴とする光学フィルム。
  7. 請求項1~4の何れか一項に記載の紫外線硬化性ウレタンアクリレート組成物を基材上に塗工し、紫外線を照射した後、前記有機溶剤(F)を揮発させることを特徴とする薄膜成形体の製造方法。
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