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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024068125
(43)【公開日】2024-05-17
(54)【発明の名称】複層硬化膜
(51)【国際特許分類】
   B32B 27/40 20060101AFI20240510BHJP
   C08G 18/61 20060101ALI20240510BHJP
   B32B 27/30 20060101ALI20240510BHJP
   C08F 220/10 20060101ALI20240510BHJP
【FI】
B32B27/40
C08G18/61
B32B27/30 A
C08F220/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023179922
(22)【出願日】2023-10-19
(31)【優先権主張番号】P 2022178175
(32)【優先日】2022-11-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000002288
【氏名又は名称】三洋化成工業株式会社
(72)【発明者】
【氏名】児島 俊貴
(72)【発明者】
【氏名】前田 和哉
【テーマコード(参考)】
4F100
4J034
4J100
【Fターム(参考)】
4F100AK25
4F100AK25A
4F100AK51
4F100AK51B
4F100AL08
4F100AL08B
4F100BA02
4F100BA07
4F100EH46
4F100EJ08
4F100EJ08A
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4F100EJ54
4F100EJ86
4F100GB48
4F100JA06
4F100JA07A
4F100JB14
4F100JB14A
4F100JK02
4F100JK06
4F100JK07
4F100JK07B
4F100JK08
4F100JN01
4F100YY00A
4F100YY00B
4J034CA04
4J034CA05
4J034CA13
4J034CA15
4J034CB03
4J034CB04
4J034CB07
4J034CC03
4J034CC12
4J034CC23
4J034CC26
4J034CC45
4J034CC52
4J034CD01
4J034DA01
4J034DA03
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4J034DC50
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4J034DM01
4J034HA01
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4J034HA08
4J034HC03
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4J034HC13
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4J034HC46
4J034HC52
4J034HC54
4J034HC64
4J034HC71
4J034HC73
4J034JA01
4J034RA07
4J100AL08R
4J100AL08S
4J100AL08T
4J100AL62T
4J100AL63T
4J100AL66Q
4J100AL66T
4J100AM19R
4J100AM19S
4J100AM21P
4J100BA02P
4J100BA02T
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4J100BA08R
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4J100BC08T
4J100BC58R
4J100CA03
4J100DA09
4J100DA50
4J100DA62
4J100JA01
(57)【要約】
【課題】基材樹脂の硬化前粘度が低く、耐擦傷性及び耐屈曲性にも優れる複層硬化膜を提供する。
【解決手段】基層と前記基層上に形成された表層とを有する複層硬化膜であって、
前記表層が、ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)を必須成分として含有する活性水素成分とイソシアネート成分とからなるポリウレタン樹脂(U1)を含有し、(U1)の100%伸長時の弾性回復率が50~100%であり、
前記基層が、単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる(メタ)アクリル樹脂(U2)であって、前記(C)が単官能モノマー(C1)と単官能モノマー(C2)を含有する複層硬化膜。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基層と前記基層上に形成された表層とを有する複層硬化膜であって、
前記表層が、ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)を必須成分として含有する活性水素成分(A)とイソシアネート成分(B)とからなるポリウレタン樹脂(U1)を含有し、前記ポリウレタン樹脂(U1)の100%伸長時の弾性回復率が50~100%であり、
前記基層が、単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる(メタ)アクリル樹脂(U2)であって、前記単官能モノマー(C)がホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)とホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)を含有し、前記単官能モノマー(C)及び前記多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて、前記単官能モノマー(C)の含有量が10~75重量%、前記多官能(メタ)アクリレート(E)の含有量が25~90重量%、前記光重合開始剤(F)の含有量が0.1~20重量%である複層硬化膜。
【請求項2】
前記ポリオルガノシロキサン基が、一般式(1)で表されるポリオルガノシロキサン基である請求項1に記載の複層硬化膜。
【化1】
[式中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数1~6の炭化水素基を表し、nは1~100の整数である。]
【請求項3】
前記ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)の重量が、構成成分として、前記ポリウレタン樹脂(U1)の重量を基準として、0.5~5重量%である請求項1又は2に記載の複層硬化膜。
【請求項4】
前記活性エネルギー線硬化性組成物の架橋点間分子量が1000~25000である請求項1又は2に記載の複層硬化膜。
【請求項5】
前記単官能モノマー(C2)が分子内に窒素原子を有する単官能モノマーである請求項1又は2に記載の複層硬化膜。
【請求項6】
前記単官能モノマー(C2)がN-置換(メタ)アクリルアミドである請求項1又は2に記載の複層硬化膜。
【請求項7】
前記表層の膜厚が1~50μmであり、前記基層の膜厚が5~1,000μmである請求項1又は2に記載の複層硬化膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複層硬化膜に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、液晶パネル等の光学部材用の表面保護フィルムとして、ハードコート処理されたフィルムが用いられてきた。しかし、フィルムの表面硬度を上げることにより傷が付きにくくすることはできるものの、一旦、傷が付くとその傷を回復することできない。
そこで自己修復性を有する材料が検討されており、例えばポリアミド、ポリカーボネート及びポリイミド等の透明基材にポリエステル系ウレタン樹脂を積層したフィルムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1記載の複層フィルムを含めて従来の技術では耐擦傷性が十分ではないといった問題や基材樹脂の粘度が高くコーティングに不適といった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表2019-511386号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、基材樹脂の硬化前粘度が低く、耐擦傷性及び耐屈曲性にも優れる複層硬化膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
即ち本発明は、基層と前記基層上に形成された表層とを有する複層硬化膜であって、
前記表層が、ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)を必須成分として含有する活性水素成分(A)とイソシアネート成分(B)とからなるポリウレタン樹脂(U1)を含有し、前記ポリウレタン樹脂(U1)の100%伸長時の弾性回復率が50~100%であり、
前記基層が、単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる(メタ)アクリル樹脂(U2)であって、前記単官能モノマー(C)がホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)とホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)を含有し、前記単官能モノマー(C)及び前記多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて、前記単官能モノマー(C)の含有量が10~75重量%、前記多官能(メタ)アクリレート(E)の含有量が25~90重量%、前記光重合開始剤(F)の含有量が0.1~20重量%である複層硬化膜である。
【発明の効果】
【0006】
本発明の複層硬化膜は、耐擦傷性に優れ、更に耐屈曲性にも優れる。
【発明を実施するための形態】
【0007】
本発明の複層硬化膜は、基層と上記基層上に形成された表層とを有する複層硬化膜である。
そして、上記表層が、ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)を必須成分として含有する活性水素成分(A)とイソシアネート成分(B)とからなるポリウレタン樹脂(U1)を含有し、前記ポリウレタン樹脂(U1)の100%伸長時の弾性回復率が50~100%であり、
前記基層が、単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる(メタ)アクリル樹脂(U2)であって、前記単官能モノマー(C)がホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)とホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)を含有し、前記単官能モノマー(C)及び前記多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて、前記単官能モノマー(C)の含有量が10~75重量%、前記多官能(メタ)アクリレート(E)の含有量が25~90重量%、前記光重合開始剤(F)の含有量が0.1~20重量%である複層硬化膜である。
【0008】
表層にポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)を必須成分として含有する活性水素成分(A)とイソシアネート成分(B)とからなるポリウレタン樹脂(U1)を含有し、上記ポリウレタン樹脂(U1)の100%伸長時の弾性回復率が50~100%であることにより、耐擦傷性が向上する。
【0009】
また、上記基層が、単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物であって、前記単官能モノマー(C)がホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)とホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)を含有し、前記単官能モノマー(C)及び前記多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて、前記単官能モノマー(C)の含有量が10~75重量%、前記多官能(メタ)アクリレート(E)の含有量が25~90重量%、前記光重合開始剤(F)の含有量が0.1~20重量%である活性エネルギー線硬化性組成物であり、好ましくは前記アクリル樹脂(U2)の50%伸長時の復元率が80~100%である複層硬化膜であることにより、耐擦傷性及び耐屈曲性に優れるフィルムとすることができる。
【0010】
また、一般的に本発明における基層に用いる活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物等は耐屈曲性に優れるが、耐擦傷性は低いことが多く、本発明においては表層を設けることにより、複層硬化物の表面の耐擦傷性を向上させることが可能となる。
【0011】
[表層]
表層の主要構成成分であるポリウレタン樹脂(U1)は、ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)を必須成分として含有する活性水素成分(A)とイソシアネート成分(B)とを反応させて得られるポリウレタン樹脂である。
【0012】
ポリウレタン樹脂(U1)における活性水素成分(A)としては、必須成分としてのポリオルガノシロキサン基と活性水素基を有する化合物(a1)並びに任意成分としての高分子ポリオール(a2)、鎖伸長剤(a3)及び反応停止剤(a4)等が挙げられる。
【0013】
ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)として、耐擦傷性及びヘイズの観点から好ましいのは、一般式(1)で表されるポリオルガノシロキサン基を有する化合物である。
【0014】
【化1】
[式中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数1~6の炭化水素基を表し、nは1~100の整数である。]
【0015】
一般式(1)におけるR~Rはそれぞれ独立に炭素数1~6の炭化水素基を表す。R~Rとして耐擦傷性の観点から好ましいのは炭素数1~3のアルキル基、更に好ましいのはメチル基である。
一般式(1)におけるnは1~100の整数であり、耐擦傷性及びヘイズの観点から、10~70が好ましく、更に好ましくは15~50である。
【0016】
ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)[以下、(a1)と略記]が有する活性水素基としては、水酸基、アミノ基及びカルボキシル基等が挙げられる。
(a1)は、一般的にポリウレタン樹脂(U1)の他の構成単量体と相溶性が低いため、ポリウレタン樹脂(U1)に均質に(a1)を導入して(U1)のヘイズの上昇を抑制する観点から、活性水素基として水酸基及びアミノ基を有する(a1)を用いることが好ましい。(a1)は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
(a1)のうち、水酸基を有する化合物(a11)としては、市販品を用いることができ、例えば、両末端に水酸基を有する「KF-6001」(官能基当量900g/mol)、「KF-6002」(官能基当量1,600g/mol)、「KF-6003」(官能基当量2,550g/mol)、両末端にフェノール性水酸基を有する「X-22-1821」(官能基当量1,470g/mol)(以上、信越化学工業株式会社製)、「BY-16-752A」(官能基当量1,500g/mol)(以上、東レ・ダウコーニング株式会社製)、一方の末端に水酸基を有する「X-22-170BX」(官能基当量2,800g/mol)、「X-22-170DX」(官能基当量4,670g/mol)、「X-22-176DX」(官能基当量1,600g/mol)、「X-22-176F」(官能基当量6,300g/mol)(以上、信越化学工業株式会社製)、側鎖に水酸基を有する「X-22-4039」(官能基当量970g/mol)「X-22-4015」(官能基当量1,870g/mol)(以上、信越化学工業株式会社製)、両末端ポリエーテル中に水酸基を有する「SF8427」(官能基当量930g/mol、東レ・ダウコーニング株式会社製)、「X-22-4952」(官能基当量1,100g/mol、信越化学工業株式会社製);側鎖ポリエーテル中に水酸基を有する「FZ-2162」(官能基当量750)及び「SH3773M」(官能基当量800g/mol)(以上、東レ・ダウコーニング株式会社製)が挙げられる。
(a1)のうち、アミノ基を有する化合物(a12)としては、市販品を用いることができ、例えば、両末端にアミノ基を有する「KF-8010」(官能基当量430g/mol)、「X-22-161A」(官能基当量800g/mol)、「X-22-161B」(官能基当量1,500g/mol)、「KF-8012」(官能基当量2,200g/mol)、「KF-8008」(官能基当量5,700g/mol)、「X-22-9409」(官能基当量700g/mol)、「X-22-1660B-3」(官能基当量2,200g/mol)(以上、信越化学工業株式会社製)、「BY-16-853U」(官能基当量460g/mol)、「BY-16-853」(官能基当量650g/mol)、「BY-16-853B」(官能基当量2,200g/mol)(以上、東レ・ダウコーニング株式会社製)、側鎖にアミノ基を有する「KF-868」(官能基当量8,800g/mol)、「KF-865」(官能基当量5,000g/mol)、「KF-864」(官能基当量3,800)、「KF-880」(官能基当量1,800g/mol)、「KF-8004」(官能基当量1,500g/mol)(以上、信越化学工業株式会社製)等が挙げられる。
(a1)のうち、カルボキシル基を有する化合物(a13)としては、市販品を用いることができ、例えば、両末端にカルボキシル基を有する「X-22-162C」(官能基当量2,300g/mol)、一方の末端にカルボキシル基を有する「X-22-3710」(官能基当量1,450g/mol)及び側鎖にカルボキシル基を有する「X-22-3701E」(官能基当量4,000g/mol)(以上、信越化学工業株式会社製)が挙げられる。
【0017】
ポリウレタン樹脂(U1)におけるポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)の重量は、耐擦傷性、タックフリー性及びヘイズの観点から、構成成分として、ポリウレタン樹脂(U1)の重量を基準として、好ましくは0.5~5重量%、更に好ましくは1~4重量%である。
【0018】
高分子ポリオール(a2)として、好ましくは数平均分子量(以下、Mnと略記)が500以上の高分子ポリオールであり、具体的には、ポリエステルポリオール(a21)、ポリエーテルポリオール(a22)及びポリエーテルエステルポリオール(a23)等が挙げられる。高分子ポリオール(a2)は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
【0019】
ポリエステルポリオール(a21)としては、縮合型ポリエステルポリオール、ポリラクトンポリオール及びポリカーボネートポリオール等が挙げられる。
上記縮合型ポリエステルポリオールとしては、Mn又は化学式量が500未満のポリオールと、炭素数2~20の多価カルボン酸又はそのエステル形成性誘導体[酸無水物、低級(炭素数1~4)アルキルエステル及び酸ハライド等]との縮合により得られるもの等が挙げられる。
【0020】
上記Mn又は化学式量が500未満のポリオールとしては、炭素数2~20の多価アルコール;炭素数2~20の多価アルコールの炭素数2~12のアルキレンオキシド(以下、AOと略記)付加物であってMn又は化学式量が500未満のもの;ビスフェノール(ビスフェノールA、ビスフェノールS及びビスフェノールF等)の炭素数2~12のAO付加物であってMn又は化学式量が500未満のもの;ビス(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート及びその炭素数2~12のAO付加物であってMn又は化学式量が500未満のもの等が挙げられる。
【0021】
上記炭素数2~12のAOとしては、エチレンオキシド、1,2-又は1,3-プロピレンオキシド、1,2-,1,3-又は2,3-ブチレンオキシド、テトラヒドロフラン、3-メチルテトラヒドロフラン、スチレンオキシド、α-オレフィンオキシド及びエピクロルヒドリン等が挙げられる。
【0022】
上記炭素数2~20の多価アルコールとしては、炭素数2~12の直鎖又は分岐の脂肪族2価アルコール[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、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-ドデカンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール及びテトラエチレングリコール等の直鎖アルコール;1,2-、1,3-又は2,3-ブタンジオール、2-メチル-1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2-ジエチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-メチル-1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,6-ヘキサンジオール、2-メチル-1,7-ヘプタンジオール、3-メチル-1,7-ヘプタンジオール、4-メチル-1,7-ヘプタンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオール、3-メチル-1,8-オクタンジオール及び4-メチル-1,8-オクタンジオール等の分岐アルコール等];炭素数6~20の脂環式2価アルコール[1,4-シクロヘキサンジオール、1,3-又は1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,3-シクロペンタンジオール、1,4-シクロヘプタンジオール、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)-1,4-ジオキサン、2,7-ノルボルナンジオール、テトラヒドロフランジメタノール、1,4-ビス(ヒドロキシエトキシ)シクロヘキサン、1,4-ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン及び2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン等];炭素数8~20の芳香脂肪族2価アルコール[m-又はp-キシリレンジオール、ビス(ヒドロキシエチル)ベンゼン及びビス(ヒドロキシエトキシ)ベンゼン等];炭素数3~20の3価アルコール[脂肪族トリオール(グリセリン及びトリメチロールプロパン等)等];炭素数5~20の4~8価アルコール[脂肪族ポリオール(ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン及びジペンタエリスリトール等);糖類(ショ糖、グルコース、マンノース、フルクトース、メチルグルコシド及びその誘導体)等];等が挙げられる。
【0023】
上記炭素数2~20の多価カルボン酸又はそのエステル形成性誘導体としては、脂肪族ジカルボン酸(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、オクタデカンジカルボン酸、デシルコハク酸、フマル酸及びマレイン酸等)、脂環式ジカルボン酸(ダイマー酸等)、芳香族ジカルボン酸(テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、t-ブチルイソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸及び4,4’-ビフェニルジカルボン酸等)、3価又はそれ以上の多価カルボン酸(トリメリット酸及びピロメリット酸等)、これらの無水物(無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸及び無水トリメリット酸等)、これらの酸ハロゲン化物(アジピン酸ジクロライド等)、これらの低分子量アルキルエステル(コハク酸ジメチル及びフタル酸ジメチル等)並びこれらの併用等が挙げられる。
【0024】
上記ポリラクトンポリオールとしては、上記炭素数2~20の多価アルコールを開始剤として炭素数3~12のラクトンモノマー(β-プロピオラクトン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、ε-カプロラクトン、η-カプリロラクトン、11-ウンデカノラクトン及び12-トリデカノイド等)を開環重合させたもの等が挙げられる。ラクトンモノマーは1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
上記ポリカーボネートポリオールとしては、上記炭素数2~20の多価アルコール(好ましくは炭素数3~9、更に好ましくは炭素数4~6の脂肪族2価アルコール)の1種又は2種以上(好ましくは2~4種)と、低分子カーボネート化合物(例えば、アルキル基の炭素数1~6のジアルキルカーボネート、炭素数2~6のアルキレン基を有するアルキレンカーボネート及び炭素数6~9のアリール基を有するジアリールカーボネート)から、脱アルコール反応させながら縮合させることによって製造されるポリカーボネートポリオール等が挙げられる。
【0025】
ポリエーテルポリオール(a22)としては、上記Mn又は化学式量が500未満のポリオールに炭素数2~12のAOを付加させた化合物等が挙げられる。AOは1種を単独で用いても2種以上を併用してもよく、後者の場合はブロック付加(チップ型、バランス型、活性セカンダリー型等)でもランダム付加でもこれらの併用系でもよい。
上記Mn又は化学式量が500未満のポリオールへのAOの付加は、例えば無触媒で又は触媒(アルカリ触媒、アミン系触媒、酸性触媒等)の存在下(特にAO付加の後半の段階で)に常圧又は加圧下に1段階又は多段階で行なわれる。
【0026】
ポリエーテルポリオール(a22)の具体例としては、ポリエチレングリコール、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、ポリ(オキシ-3-メチルテトラメチレン)グリコール、テトラヒドロフラン/エチレンオキシド共重合ジオール及びテトラヒドロフラン/3-メチルテトラヒドロフラン共重合ジオール等が挙げられる。
ポリエーテルエステルポリオール(a23)としては、上記ポリエーテルポリオールの1種以上と上記縮合型ポリエステルポリオールの原料として例示した炭素数2~20の多価カルボン酸又はそのエステル形成性誘導体の1種以上とを縮重合させて得られるもの等が挙げられる。
【0027】
ポリウレタン樹脂(U1)における高分子ポリオール(a2)の内、耐擦傷性、タックフリー性及び耐薬品性の観点から好ましいのは、ポリカーボネートポリオールである。
【0028】
高分子ポリオール(a2)のMnは、耐擦傷性の観点から、好ましくは500以上であり、更に好ましくは500~5000、特に好ましくは800~3000である。
尚、本発明における高分子ポリオール(a2)のMnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより、例えば以下の条件で測定することができる。
装置:「Waters Alliance 2695」[Waters社製]
カラム:「Guardcolumn Super H-L」(1本)、「TSKgel SuperH2000、TSKgel SuperH3000、TSKgel SuperH4000(いずれも東ソー株式会社製)を各1本連結したもの」
試料溶液:0.25重量%のテトラヒドロフラン溶液
溶液注入量:10μl
流量:0.6ml/分
測定温度:40℃
検出装置:屈折率検出器
基準物質:標準ポリエチレングリコール
【0029】
ポリウレタン樹脂(U1)における高分子ポリオール(a2)の重量は、耐擦傷性及びタックフリー性の観点から、構成成分として、ポリウレタン樹脂(U1)の重量を基準として、好ましくは50~90重量%、更に好ましくは60~80重量%である。
【0030】
鎖伸長剤(a3)としては、水、上記Mn又は化学式量が500未満のポリオール及びMn又は化学式量が500未満のポリアミン化合物等が挙げられる。
【0031】
上記Mn又は化学式量が500未満のポリオールとしては、上記縮合型ポリエステルポリオールを構成するMn又は化学式量が500未満のポリオールと同様の物が挙げられる。
上記Mn又は化学式量が500未満のポリアミン化合物としては、炭素数2~36の脂肪族ポリアミン[エチレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン等のアルキレンジアミン;ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミン、ジヘキシレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチエレンヘキサミン及びヘキサエチレンヘプタミン等のポリ(n=2~6)アルキレン基(炭素数2~6)ポリ(n=3~7)アミン等]、炭素数6~20の脂環式ポリアミン(1,3-又は1,4-ジアミノシクロヘキサン、4,4’-又は2,4’-ジシクロヘキシルメタンジアミン及びイソホロンジアミン等)、炭素数6~20の芳香族ポリアミン(1,3-又は1,4-フェニレンジアミン、2,4-又は2,6-トリレンジアミン、4,4’-又は2,4’-メチレンビスアニリン等)、炭素数8~20の芳香脂肪族ポリアミン[1,3-又は1,4-キシリレンジアミン、ビス(アミノエチル)ベンゼン、ビス(アミノプロピル)ベンゼン及びビス(アミノブチル)ベンゼン等]、炭素数3~20の複素環式ポリアミン[2,4-ジアミノ-1,3,5-トリアジン、ピペラジン及びN-(2-アミノエチル)ピペラジン等]、ヒドラジン又はその誘導体(二塩基酸ジヒドラジド、例えばアジピン酸ジヒドラジド等)及び炭素数2~20のアミノアルコール類(例えばエタノールアミン、ジエタノールアミン、2-アミノ-2-メチルプロパノール及びトリエタノールアミン)等が挙げられる。
【0032】
鎖伸長剤(a3)のうち、耐擦傷性及びタックフリー性の観点から好ましくは、水、Mn又は化学式量が500未満のポリオールであり、より好ましくは、水、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール及びトリメチロールプロパンである。
【0033】
ポリウレタン樹脂(U1)における鎖伸長剤(a3)の重量は、耐擦傷性及びタックフリー性の観点から、構成成分として、ポリウレタン樹脂(U1)の重量を基準として、好ましくは0.5~10重量%、更に好ましくは1~5重量%である。
【0034】
反応停止剤(a4)としては、炭素数1~20のモノアルコール類(メタノール、エタノール、ブタノール、オクタノール、デカノール、ドデシルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール及びステアリルアルコール等)、炭素数1~20のモノアミン(モノメチルアミン、モノエチルアミン、モノブチルアミン、ジブチルアミン及びモノオクチルアミン等のモノ又はジアルキルアミン並びにモノエタノールアミン、ジエタノールアミン及びジイソプロパノールアミン等のモノ又はジアルカノールアミン等)等が挙げられる。
【0035】
反応停止剤(a4)のうち、耐擦傷性及びタックフリー性の観点から好ましくは炭素数1~20のモノアミンであり、より好ましくはモノエタノールアミン及びジエタノールアミンである。
【0036】
ポリイソシアネート成分(B)としては、2~3個又はそれ以上のイソシアネート基を有する炭素数8~26の芳香族ポリイソシアネート(b1)、炭素数4~22の脂肪族ポリイソシアネート(b2)、炭素数8~18の脂環式ポリイソシアネート(b3)、炭素数10~18の芳香脂肪族ポリイソシアネート(b4)及びこれらの有機ポリイソシアネートの変性物(b5)等が挙げられる。イソシアネート成分(B)は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
【0037】
炭素数8~26の芳香族ポリイソシアネート(b1)[以下、(b1)と略記]としては、例えば1,3-又は1,4-フェニレンジイソシアネート、2,4-又は2,6-トリレンジイソシアネート(以下、トリレンジイソシアネートをTDIと略記)、粗製TDI、4,4’-又は2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、ジフェニルメタンジイソシアネートをMDIと略記)、粗製MDI、ポリアリールポリイソシアネート、4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4’,4”-トリフェニルメタントリイソシアネート及びm-又はp-イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート等の炭素数8~26の芳香族ジイソシアネートが挙げられる。
【0038】
炭素数4~22の脂肪族ポリイソシアネート(b2)[以下、(b2)と略記]としては、例えばエチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、HDIと略記)、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11-ウンデカントリイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6-ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2-イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2-イソシアナトエチル)カーボネート及び2-イソシアナトエチル-2,6-ジイソシアナトヘキサノエートが挙げられる。
【0039】
炭素数8~18の脂環式ポリイソシアネート(b3)[以下、(b3)と略記]としては、例えばイソホロンジイソシアネート(以下、IPDIと略記)、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(以下、水添MDIと略記)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2-イソシアナトエチル)-4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボキシレート及び2,5-又は2,6-ノルボルナンジイソシアネートが挙げられる。
【0040】
炭素数10~18の芳香脂肪族ポリイソシアネート(b4)[以下、(b4)と略記]としては、例えばm-又はp-キシリレンジイソシアネート及びα,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネートが挙げられる。
【0041】
(b1)~(b4)の有機ポリイソシアネートの変性物(b5)としては、上記ポリイソシアネートのウレタン基、カルボジイミド基、アロハネート基、ウレア基、ビウレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基又はオキサゾリドン基含有変性物[例えば変性MDI(ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI及びトリヒドロカルビルホスフェート変性MDI等)、ウレタン変性TDI、ビウレット変性HDI、イソシアヌレート変性HDI及びイソシアヌレート変性IPDI]が挙げられる。
【0042】
ポリウレタン樹脂(U1)におけるイソシアネート成分(B)の内、耐擦傷性の観点から好ましくは、炭素数8~26の芳香族ポリイソシアネート(b1)であり、更に好ましくは炭素数8~26の芳香族ジイソシアネートであり、特に好ましくはMDIである。
【0043】
ポリウレタン樹脂(U1)におけるイソシアネート成分(B)の重量は、耐擦傷性及びタックフリー性の観点から、構成成分として、ポリウレタン樹脂(U1)の重量を基準として、好ましくは10~45重量%、更に好ましくは20~40重量%である。
【0044】
本発明におけるポリウレタン樹脂(U1)の製造方法は特に限定されず、活性水素成分(A)、イソシアネート成分(B)及び必要により有機溶剤を用いて予めウレタンプレポリマーを製造して、ウレタンプレポリマーと鎖伸長剤とを反応させる方法やバッチ式反応槽に活性水素成分(A)、イソシアネート成分(B)及び必要により有機溶剤を一括して仕込み、加熱して反応させる方法等が挙げられる。
ウレタンプレポリマーの製造方法は特に限定されないが、例えば無溶剤下、ニーダー中で活性水素成分(A)及びイソシアネート成分(B)を混合し、加熱して反応させる方法や攪拌機付きバッチ式反応槽中で有機溶剤の存在下又は非存在下に、活性水素成分(A)及びイソシアネート成分(B)を混合し、加熱して反応させる方法が挙げられる。
【0045】
ポリウレタン樹脂(U1)の製造方法においては、その任意の製造工程において有機溶剤を使用することができる。有機溶剤としては特に限定されず、炭素数3~10のケトン系溶剤(アセトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン等)、炭素数2~10のエステル系溶剤(酢酸エチル、酢酸ブチル及びγ-ブチロラクトン等)、炭素数4~10のエーテル系溶剤(ジオキサン、テトラヒドロフラン、エチルセロソルブ及びジエチレングリコールジメチルエーテル等)、炭素数3~10のアミド系溶剤(N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン及びN-メチルカプロラクタム等)、炭素数2~10のスルホキシド系溶剤(ジメチルスルホキシド等)、炭素数1~8のアルコール系溶剤(メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール及びオクタノール等)及び炭素数4~10の炭化水素系溶剤(シクロヘキサン、トルエン及びキシレン等)等が挙げられる。有機溶剤は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
【0046】
これらの内、溶解性の観点から好ましいのはメチルエチルケトン及びトルエンである。
有機溶剤を使用する場合、その使用量はポリウレタン樹脂(U1)の濃度が10~70重量%となる量が好ましく、更に好ましくは15~50重量%となる量である。
また、ポリウレタン樹脂(U1)の製造に際し、反応促進のため必要により触媒を含有することができる。触媒の具体例としては、例えば有機金属化合物(ジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズジラウレート、ビスマスカルボキシレート、ビスマスアルコキシド及びジカルボニル基を有する化合物とビスマスとのキレート化合物等)、無機金属化合物(酸化ビスマス、水酸化ビスマス、ハロゲン化ビスマス等);アミン(トリエチルアミン、トリエチレンジアミン及び1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン等)及びこれらの2種以上の併用が挙げられる。
【0047】
表層には必須成分としてポリウレタン樹脂(U1)を含有するが、必要により酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、可塑剤、吸着剤、充填剤、離型剤及び難燃剤等の添加剤(D)を含有することができる。
【0048】
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール化合物〔ペンタエリスチル-テトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート等〕、リン化合物[トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ホスファイト等]、イオウ化合物[ペンタエリスチル-テトラキス(3-ラウリルチオプロピオネート)、ジラウリル-3,3’-チオジプロピオネート等]等が挙げられる。
紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール化合物[2-(3,5-ジ-t-アミル-2-ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(5-メチル-2-ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール等]等が挙げられる。
光安定剤としては、ヒンダードアミン化合物[(ビス-2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート等]等が挙げられる。
可塑剤としては、フタル酸エステル(フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチルベンジル及びフタル酸ジイソデシル等);脂肪族2塩基酸エステル(アジピン酸ジ-2-エチルヘキシル及びセバシン酸-2-エチルヘキシル等);トリメリット酸エステル(トリメリット酸トリ-2-エチルヘキシル及びトリメリット酸トリオクチル等);脂肪酸エステル(オレイン酸ブチル等);脂肪族リン酸エステル(トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルフォスフェート、トリ-2-エチルヘキシルホスフェート及びトリブトキシホスフェート等);芳香族リン酸エステル[トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、キシレニルジフェニルホスフェート、2-エチルヘキシルジフェニルホスフェート及びトリス(2,6-ジメチルフェニル)ホスフェート等];ハロゲン脂肪族リン酸エステル[トリス(クロロエチル)ホスフェート、トリス(β-クロロプロピル)ホスフェート、トリス(ジクロロプロピル)ホスフェート及びトリス(トリブロモネオペンチル)ホスフェート等];等が挙げられる。
吸着剤としては、アルミナ、シリカゲル、モレキュラーシーブ等が挙げられる。
充填剤としては、カオリン、タルク、シリカ、酸化チタン、炭酸カルシウム、ベントナイト、マイカ、セリサイト、ガラスフレーク、ガラス繊維、黒鉛、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、硫酸バリウム、ホウ酸亜鉛、アルミナ、マグネシア、ウォラストナイト、ゾノトライト、ウィスカー及び金属粉末等が挙げられる。
離型剤としては公知の離型剤等が使用でき、フッ素化合物型離型剤[リン酸トリパーフルオロアルキル(炭素数8~20)エステル(トリパーフルオロオクチルホスフェート及びトリパーフルオロドデシルホスフェート等)];シリコーン化合物型離型剤(ジメチルポリシロキサン、アミノ変性ジメチルポリシロキサン及びカルボキシル変性ジメチルポリシロキサン等);脂肪酸エステル型離型剤[炭素数10~24の脂肪酸のモノ又は多価アルコールエステル(ブチルステアレート、硬化ひまし油及びエチレングリコールモノステアレート等)等];脂肪族酸アミド型離型剤[炭素数8~24の脂肪酸のモノ又はビスアミド(オレイン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド及びエチレンジアミン等のジステアリン酸アミド等)等];金属石鹸(ステアリン酸マグネシウム及びステアリン酸亜鉛等);天然又は合成ワックス(パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス及びポリブロピレンワックス等);等が挙げられる。
難燃剤としては、ハロゲン含有難燃剤、リン含有難燃剤、アンチモン含有難燃剤、金属水酸化物含有難燃剤等が挙げられる。
【0049】
後記の方法で測定される表層に用いられるポリウレタン樹脂(U1)の100%伸長時の弾性回復率は、50~100%であり、更に好ましくは60~100%である。ポリウレタン樹脂(U1)の弾性回復率が50%未満であると耐擦傷性及び耐屈曲性が劣る。
ポリウレタン樹脂(U1)の弾性回復率は、ポリウレタン樹脂(U1)に用いる高分子ポリオール(a2)のガラス転移温度(Tg)、ポリウレタン樹脂(U1)中の架橋点の濃度並びにポリウレタン樹脂(U1)中のウレタン基濃度及びウレア基濃度を調整すること等により、所定の弾性回復率に調整することができ、耐擦傷性及び耐屈曲性を付与することができる。
ポリウレタン樹脂(U1)に用いる高分子ポリオール(a2)のTgは-20℃以下が好ましく、ポリウレタン樹脂(U1)の架橋点の濃度は0.03~0.25mmol/gが好ましく、ポリウレタン樹脂(U1)中のウレタン基濃度(ウレア基が存在する場合はウレタン基とウレア基の合計濃度)は1.5~2.5mmol/gが好ましい。
尚、本発明におけるポリウレタン樹脂(U1)の架橋点の濃度(単位:mmol/g)は、ポリウレタン樹脂(U1)に用いる3官能以上の構成単量体の官能基数をFとした場合、3官能以上の構成単量体それぞれについて、(F-2)×{3官能以上の構成単量体のポリウレタン樹脂(U1)1g中のミリモル数}を計算してその総和をとることにより算出された値である。
【0050】
本発明における100%伸長時の弾性回復率は下記方法で測定される。
<100%伸長時の弾性回復率の測定方法>
(1)膜厚が約2mmのシートから、縦100mm×横5mmの短冊状の試験片を切り出して標線間距離が50mmとなるように標線を付ける。
(2)この試験片をインストロン型引張り試験機(島津製作所製オートグラフ)のチャックにセットして、25℃の雰囲気下、500mm/分の一定速度で標線間の距離が100%になるまで伸長後、直ちに同じ速度で伸長前のチャック間の距離まで戻す操作を行う。
(3)この操作時の伸長過程における50%伸長時の応力(M)と戻り過程における50%伸長時の応力(M)を測定し、次式から弾性回復率を求める。
弾性回復率(%)=M/M×100
【0051】
[基層]
基層の主要構成成分である(メタ)アクリル樹脂(U2)は、単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなるアクリル樹脂である。
(メタ)アクリル樹脂(U2)は、前記単官能モノマー(C)がホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)とホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)を含有する。
【0052】
なお、本発明において「(メタ)アクリレート」とは、「メタクリレート又はアクリレート」を、「(メタ)アクリル」とは、「メタクリル又はアクリル」を、「(メタ)アクリロイル」とは、「メタクリロイル又はアクリロイル」を意味する。
【0053】
以下に活性エネルギー線硬化性組成物の必須成分である単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)を順に説明する。
【0054】
単官能モノマー(C)は、ホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)とホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)を含有する。
【0055】
ホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)は、ホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満であれば化学構造は特に限定されない。
【0056】
ここで、ホモポリマーのガラス転移温度とは、その単官能モノマーを下記の方法で単独重合させた重合物の動的粘弾性を、下記の方法で測定した際の、損失正接(tanδ)が最大値を示す温度のことである。
【0057】
<テストピースの作製>
(1)光ラジカル重合開始剤として、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン[商品名「イルガキュア184」、IGM Resins B.V.社製]を、単官能モノマーに対して3重量%添加し、均一になるまで撹拌し、テストピース作製サンプルとする。
(2)厚さ1mmのシリコンゴムシート[商品名:シリコンゴムシート、アズワン(株)製]を幅10mm×長さ150mmに切ったもの2枚をガラス板[商品名:GLASS PLATE、アズワン(株)製、タテ200mm×ヨコ200mm×厚さ5mm]の両端に貼り付け、シリコンゴムシートの間にテストピース作製サンプルを約5gのせ、上から空気が入らないようにPETフィルム[商品名:ルミラーS、東レ(株)製]を被せ、更に上からガラス板を被せて積層体を作成する。
(3)(2)の積層体を25℃の環境下で紫外線照射装置(例えばフュージョンUVシステムズジャパン社製 VPS/I600、ランプ:Dバルブ)により、照度1500mW/cm(UV-A)で1000mJ/cm照射する。更に(2)の積層体を裏返して反対面から1000mJ/cmで照射して、組成物を硬化させる。
(4)(3)の硬化したサンプルを縦幅40mm、横幅5mm、厚み1mmに切断し、テストピースとする。
【0058】
<動的粘弾性測定方法>
このテストピースを用いて、動的粘弾性測定装置(例えば、Rheogel-E4000、UBM社製)により、以下の条件で動的粘弾性を測定する。
測定モード:温度依存性、測定温度範囲:-80℃~200℃、周波数:10Hz、昇温速度:4℃/分、歪み波形:正弦波、測定治具:引っ張り
得られたスペクトルの貯蔵弾性率E’に対する損失弾性率E”の比(tanδ)が最大値となる温度をガラス転移温度(Tg)とする。
【0059】
ホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)としては、炭素数10~22の直鎖又は分岐アルキル基を有する単官能(メタ)アクリレート(C11)、単官能ウレタン(メタ)アクリレート(C12)及びその他の単官能(メタ)アクリレート(C13)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。
【0060】
炭素数10~22の直鎖又は分岐アルキル基を有する単官能(メタ)アクリレート(C11)としては、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(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)アクリレート及びベヘニル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これら(メタ)アクリレートは、(メタ)アクリル酸やメチル(メタ)アクリレート等と天然若しくは合成アルコールとの直接エステル化、又はエステル交換反応によって容易に製造することができる。天然アルコールを用いればアルキル基は直鎖のものとなり炭素数は偶数のものとなる。合成アルコールを用いると、例えばドバノール(三菱ケミカル社製)を用いるとアルキル基は直鎖と分枝の混合したものとなり、炭素数も奇数、偶数の混合したものとなる。ダイアドール(三菱ケミカル社製)を用いるとアルキル基は直鎖と分岐の混合したものとなり、炭素数は奇数のもののみとなる。
本発明において、これらの炭素数10~22の直鎖又は分岐アルキル基を有する単官能(メタ)アクリレート(C11)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0061】
これらの炭素数10~22の直鎖又は分岐アルキル基を有する単官能(メタ)アクリレート(C11)のうち、硬化物の伸び率、硬化物の強度及び基材密着性の観点から好ましくはラウリル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート及びイソステアリル(メタ)アクリレートである。
【0062】
本発明における単官能ウレタン(メタ)アクリレート(C12)は、分子内に1個の(メタ)アクリロイル基と少なくとも1個のウレタン基を有するモノマーを意味する。粘度の観点から、1個の(メタ)アクリロイル基と1個のウレタン基を有するモノマーが好ましい。
単官能ウレタン(メタ)アクリレート(C12)としては、水酸基を有する単官能(メタ)アクリレート(c)と有機モノイソシアネート化合物(d)との反応物等が挙げられる。
【0063】
水酸基を有する単官能(メタ)アクリレート(c)としては、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(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、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート及び1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート等)等が挙げられる。
水酸基を有する単官能(メタ)アクリレート(c)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0064】
これらの水酸基を有する単官能(メタ)アクリレート(c)のうち、粘度の観点から好ましくはヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートであり、より好ましくは2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及び4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートである。
【0065】
有機モノイソシアネート化合物(d)としては、脂肪族モノイソシアネート化合物(d1)、脂環式モノイソシアネート化合物(d2)及び芳香族モノイソシアネート化合物(d3)等が挙げられる。
脂肪族モノイソシアネート化合物(d1)としては、メチルイソシアネート、エチルイソシアネート、プロピルイソシアネート、イソプロピルイソシアネート、ブチルイソシアネート、ヘキシルイソシアネート、オクチルイソシアネート、ラウリルイソシアネート、テトラデシルイソシアネート、ヘキサデシルイソシアネート及びオクタデシルイソシアネート等が挙げられる。
脂環式モノイソシアネート化合物(d2)としては、シクロヘキシルイソシアネート等が挙げられる。
芳香族モノイソシアネート化合物(d3)としては、フェニルイソシアネート及びトリレンイソシアネート等が挙げられる。
有機モノイソシアネート化合物(d)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0066】
これらの有機モノイソシアネート化合物(d)のうち、硬化物の伸び率及び粘度の観点から好ましくは脂肪族モノイソシアネート化合物(d1)及び脂環式モノイソシアネート化合物(d2)であり、更に好ましくは脂肪族モノイソシアネート化合物(d1)であり、特に好ましくはメチルイソシアネート、エチルイソシアネート、プロピルイソシアネート、ブチルイソシアネート及びヘキシルイソシアネートである。
【0067】
単官能ウレタン(メタ)アクリレート(C12)としては、水酸基を有する単官能(メタ)アクリレート(c)と有機モノイソシアネート化合物(d)とを公知の方法でウレタン化反応させることにより得られる反応物を用いることができる。また市場から入手できるものを用いても良く、市販品としては、ビスコート♯216(2-[(ブチルアミノ)カルボニル]オキシエチルアクリレート:大阪有機化学工業社製)、Etermer EM2080(長興材料工業社製)及びGenomer 1122(RAHN社製)等が挙げられる。
【0068】
その他の単官能(メタ)アクリレート(C13)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、ブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、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、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシルジグリコール(メタ)アクリレート、2-エチルへキシルカルビトール(メタ)アクリレート、2,2,2-テトラフルオロエチル(メタ)アクリレート、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデシル(メタ)アクリレート、4-ブチルフェニル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、2,4,5-テトラメチルフェニル(メタ)アクリレート、フェノキシメチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリメトキシシリルプロピル(メタ)アクリレート、トリエトキシシリルプロピル(メタ)アクリレート、トリメチルシリルプロピル(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、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート等が挙げられる。
本発明において、これらのその他の単官能(メタ)アクリレート(C13)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0069】
ホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)は、ホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上であれば化学構造は特に限定されない。ホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)としては、脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(C21)や分子内に窒素原子を有する単官能モノマー(C22)、その他の単官能(メタ)アクリレート(C23)等が挙げられ、硬化性の観点から分子内に窒素原子を有する単官能モノマーが好ましい。
【0070】
脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(C21)としては、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1-エチルシクロへキシル(メタ)アクリレート及びアダマンチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
本発明において、これらの脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(C21)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0071】
これらの脂環式骨格を有する(メタ)アクリレート(C21)のうち、硬化物の伸び率及び硬化物の強度の観点から好ましくはイソボルニル(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート及び1-エチルシクロへキシル(メタ)アクリレートである。
【0072】
分子内に窒素原子を有する単官能モノマー(C22)としては、N-置換ビニルモノマー、N-置換(メタ)アクリルアミド等が挙げられ、硬化性の観点からN-置換(メタ)アクリルアミドが好ましい。
N-置換ビニルモノマーとしては、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカルバゾール、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルイミダゾール、ビニルメチルオキサゾリジノン等が挙げられる。
本発明において、N-置換(メタ)アクリルアミドとは、(メタ)アクリルアミドが有するアミノ基の水素原子のうち1個又は2個を炭化水素基等の置換基で置換したものを意味し、N-置換(メタ)アクリルアミドとしては、N-(メタ)アクリロイル基を有する鎖状アミド(C221)、N-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミド(C222)、ダイアセトンアクリルアミド等が挙げられる。
【0073】
N-(メタ)アクリロイル基を有する鎖状アミド(C221)としては、N-アルキル(メタ)アクリルアミド(C2211)、N,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド(C2212)、N-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド(C2213)、N-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド(C2214)及びN-アルキル-N-アルコキシ(メタ)アクリルアミド(C2215)等が挙げられる。
【0074】
N-アルキル(メタ)アクリルアミド(C2211)としては、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド、N-プロピル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-ドデシル(メタ)アクリルアミド及びN-オクタデシル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
【0075】
N,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド(C2212)としては、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジイソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジイソブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ-tert-ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジヘプチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジオクチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ-tert-オクチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジドデシル(メタ)アクリルアミド及びN,N-ジオクタデシル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。N,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド(C2212)の2つあるアルキル基は同じでも異なっていてもよく、アルキル基の炭素数は硬化性の観点から好ましくは1~20であり、更に好ましくは1~8であり、特に好ましくは1~4である。
【0076】
N-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド(C2213)としては、N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド及びN-(3-ヒドロキシプロピル)(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。N-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド(C2213)のアルキル基の炭素数は硬化性の観点から好ましくは1~20であり、更に好ましくは1~8であり、特に好ましくは1~4である。
【0077】
N-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド(C2214)としては、N-メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-プロポキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-エトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-ブトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N-エトキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシブチル(メタ)アクリルアミド及びN-エトキシブチル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。N-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド(C2214)のアルコキシアルキル基の炭素数は硬化性の観点から好ましくは2~20であり、更に好ましくは2~8であり、特に好ましくは2~6である。アルコキシアルキル基のアルキル基の炭素数は硬化性の観点から好ましくは1~4であり、更に好ましくは1~3であり、特に好ましくは1~2である。
【0078】
N-アルキル-N-アルコキシ(メタ)アクリルアミド(C2215)としては、N-メチル-N-メトキシ(メタ)アクリルアミド、N-メチル-N-エトキシ(メタ)アクリルアミド、N-メチル-N-プロポキシ(メタ)アクリルアミド、N-メチル-N-ブトキシ(メタ)アクリルアミド、N-エチル-N-メトキシ(メタ)アクリルアミド、N-エチル-N-エトキシ(メタ)アクリルアミド、N-エチル-N-ブトキシ(メタ)アクリルアミド、N-プロピル-N-メトキシ(メタ)アクリルアミド、N-プロピル-N-エトキシ(メタ)アクリルアミド、N-ブチル-N-メトキシ(メタ)アクリルアミド及びN-ブチル-N-エトキシ(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
【0079】
N-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミド(C222)としては、N-(メタ)アクリロイルモルホリン、N-(メタ)アクリロイルチオモルホリン、N-(メタ)アクリロイルピペリジン、N-(メタ)アクリロイルピロリジン及びN-(メタ)アクリロイルピペリジン等が挙げられる。N-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミドの炭素数は硬化性の観点から好ましくは7~20であり、更に好ましくは7~18であり、特に好ましくは7~16である。
本発明において、これらの分子内に窒素原子を有する単官能モノマー(C22)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0080】
これらの分子内に窒素原子を有する単官能モノマー(C22)のうち、粘度、硬化性及び硬化物の伸び率の観点から好ましくはN-置換(メタ)アクリルアミドであり、より好ましくはN,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド(C2212)、N-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド(C2214)及びN-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミド(C222)であり、更に好ましくはN,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド(C2212)及びN-(メタ)アクリロイル基を有する環状アミド(C222)であり、特に好ましくはN,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N-(メタ)アクリロイルモルホリンである。
【0081】
その他の単官能(メタ)アクリレート(C23)としては、環状トリメチロールプロパンホルマール(メタ)アクリレート、アクリル酸2-フェノキシエチル等が挙げられる。
【0082】
数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)としては、下記一般式(2)で表される2官能(メタ)アクリレート(E1)やその他の多官能(メタ)アクリレート(E2)が挙げられ、耐屈曲性、伸び性の観点から下記一般式(2)で表される2官能(メタ)アクリレート(E1)が好ましい。
【0083】
一般式(2)で表される2官能(メタ)アクリレート(E1)としては、以下のものである。
CH=CXCO-O-(R-O)-COCX=CH (2)
[一般式(2)中、nは7以上15以下の整数、Rは炭素数2以上6以下のアルキレン基(ただし1分子中にRが複数ある場合、Rは各々独立に炭素数2以上6以下のアルキレン基)、Xは各々独立に水素原子又はメチル基である。]
【0084】
一般式(2)中、Rは炭素数2以上6以下のアルキレン基を表し、具体的にはエチレン基、1,2-プロピレン基、1,3-プロピレン基、1,2-ブチレン基、1,3-ブチレン基、1,4-ブチレン基等が挙げられる。
硬化物の硬度の観点からRは好ましくは炭素数2~3のアルキレン基であり、更に好ましくはエチレン基及び1,2-プロピレン基である。
【0085】
一般式(2)で表される2官能(メタ)アクリレート(E1)としては、ポリエチレングリコール(n=9)ジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(n=14)ジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=7)ジ(メタ)アクリレート及びポリプロピレングリコール(n=12)ジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。なお、nはアルキレンオキシ基の繰り返し数を意味する。以下同様とする。
これらの2官能(メタ)アクリレート(E1)は、1種単独又は2種以上を併用できる。
これらのうち、硬化物の硬度の観点から好ましくは、ポリエチレングリコール(n=9)ジアクリレート、ポリエチレングリコール(n=14)ジアクリレート、ポリプロピレングリコール(n=7)ジアクリレート及びポリプロピレングリコール(n=12)ジアクリレートであり、特に好ましくはポリプロピレングリコール(n=7)ジアクリレート及びポリプロピレングリコール(n=12)ジアクリレートである。
【0086】
その他の多官能(メタ)アクリレート(E2)としては、2価フェノール化合物のアルキレンオキシド(アルキレン基の炭素数2~4)4~25モル付加物のジ(メタ)アクリレート(E21)、炭素数2~30の2価アルコールのアルキレンオキシド(アルキレン基の炭素数2~4)1~15モル付加物と(メタ)アクリル酸のジエステル化物、ジグリシジルエーテルと(メタ)アクリル酸のジエステル化物及びフルオレンのエチレンオキシド付加物のジ(メタ)アクリレート、シリコーンジアクリレート(E22)、ウレタンポリアクリレート(E23)等が挙げられる。
【0087】
2価フェノール化合物のアルキレンオキサイド(アルキレン基の炭素数2~4)4~25モル付加物のジ(メタ)アクリレート(E21)としては、2価フェノール化合物[単環フェノール(カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン等)、縮合多環フェノール(ジヒドロキシナフタレン等)、ビスフェノール化合物(ビスフェノールA、ビスフェノールF及びビスフェノールS等)]のアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、例えば、カテコールのエチレンオキサイド(以下、エチレンオキサイドをEOと略記することがある)付加物のジ(メタ)アクリレート、ジヒドロキシナフタレンのプロピレンオキサイド(以下、1,2-又は1,3-プロピレンオキサイドをPOと略記することがある)付加物のジ(メタ)アクリレート及びビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
【0088】
シリコーンジアクリレート(E22)としては、EBECRYL350、EBECRYL1360等が挙げられる。
【0089】
ウレタンポリアクリレート(E23)はポリオール(m)とポリイソシアネート(n)と活性水素基含有(メタ)アクリレート(o)とを構成原料として含むウレタン(メタ)アクリレートである。
【0090】
ポリオール(m)としては、炭素数1~20の鎖状脂肪族ポリオール(m1)、炭素数6~20の脂環式ポリオール(m2)及び炭素数6~20の芳香族ポリオール(m3)並びにこれらのアルキレンオキサイド[エチレンオキサイド(EO)、1,2-又は1,3-プロピレンオキサイド(PO)及び1,2-、1,3-、1,4-又は2,3-ブチレンオキサイド等]付加物等が挙げられる。
【0091】
鎖状脂肪族ポリオール(m1)としては、炭素数1~20の直鎖の脂肪族ジオール(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、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール及び1,10-ドデカンジオール等)、分岐の脂肪族ジオール(1,2-プロパンジオール、1,2-、1,3-又は2,3-ブタンジオール、2-メチル-1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2-ジエチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,5-ペンタンジオール及び3-メチル-1,5-ペンタンジオール等)及び鎖状脂肪族3~8価アルコール(ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン及びジペンタエリスリトール等)等が挙げられる。
【0092】
炭素数6~20の脂環式ポリオール(m2)としては、1,2-シクロヘキサンジオール、1,3-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,3-シクロペンタンジオール、1,4-シクロヘプタンジオール、1,4-ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン及び1,3,5-シクロヘキサントリオール等が挙げられる。
【0093】
炭素数6~20の芳香族ポリオール(m3)としては、レゾルシノール、ハイドロキノン、ナフタレンジオール及びビスフェノール(ビスフェノールA、ビスフェノールF及びビスフェノールS等)等が挙げられる。
【0094】
ポリオール(m)として、前記の鎖状脂肪族ポリオール(m1)、脂環式ポリオール(m2)又は芳香族ポリオール(m3)のアルキレンオキサイド付加物を用いる場合、アルキレンオキサイドの付加モル数は、硬化物の伸びの観点から好ましくは1~50モルであり、更に好ましくは4~30モルである。
【0095】
これらのポリオール(m)の内、硬化物の伸びの観点から好ましくは、前記の鎖状脂肪族ポリオール(m1)のアルキレンオキサイド付加物であり、更に好ましいのは脂肪族ポリオール(m1)の1,4-ブチレンオキサイド付加物であり、特に好ましくは、ポリ1,4-ブチレンオキサイド(ポリテトラメチレングリコール)である。
ポリオール(m)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0096】
ポリイソシアネート(n)としては、炭素数4~20の鎖状脂肪族ポリイソシアネート(n1)、炭素数6~22の脂環式ポリイソシアネート(n2)及び炭素数8~22の芳香族ポリイソシアネート(n3)等が挙げられる。
【0097】
炭素数4~20の鎖状脂肪族ポリイソシアネート(n1)としては、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート及びリジンジイソシアネート等が挙げられる。
【0098】
炭素数6~22の脂環式ポリイソシアネート(n2)としては、シクロヘキサン-1,3-ジイルビス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(IPDI)、2,4-又は2,6-メチルシクロヘキサンジイソシアネート(水添TDI)、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート(水添MDI。以降、MDIHと表記することがある)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2-イソシアナトエチル)-4-シクロヘキシレン-1,2-ジカルボキシレート、2,5-又は2,6-ノルボルナンジイソシアネート及びダイマー酸ジイソシアネート等が挙げられる。
【0099】
炭素数8~22の芳香族ポリイソシアネート(n3)としては、1,3-又は1,4-フェニレンジイソシアネート、2,4-又は2,6-トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’-又は2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、m-又はp-イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5-ナフチレンジイソシアネート、m-又はp-イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、m-又はp-キシリレンジイソシアネート(XDI)及びα,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等が挙げられる。
【0100】
これらのポリイソシアネート(n)の内、硬化物の伸び及び耐光性の観点から、好ましくは炭素数6~22の脂環式ポリイソシアネート(n2)及び炭素数8~22の芳香族ポリイソシアネート(n3)であり、更に好ましくは炭素数6~20の脂環式ポリイソシアネート及び炭素数8~20の芳香族ポリイソシアネートであり、特に好ましくはシクロヘキサン-1,3-ジイルビスメチレンジイソシアナート、IPDI、XDI、TMXDI、MDI及びTDIであり、最も好ましくはIPDIである。
ポリイソシアネート(n)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0101】
活性水素基含有(メタ)アクリレート(o)としては、水酸基含有(メタ)アクリレート(o1)、アミノ基含有(メタ)アクリレート(o2)及びカルボキシル基含有(メタ)アクリレート(o3)等が挙げられる。これらのうち、好ましいものは、水酸基含有(メタ)アクリレートである。
水酸基含有(メタ)アクリレート(o1)としては、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(o11)及びポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート(o12)等が挙げられる。
【0102】
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(o11)としては、好ましくは炭素数4~20のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられ、具体的には、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)アクリレート及び3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0103】
ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート(o12)としては、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート及びポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0104】
アミノ基含有(メタ)アクリレート(o2)としては、モノアルキル(炭素数1~4)アミノアルキル(炭素数2~6)(メタ)アクリレート{アミノエチル、アミノプロピル、メチルアミノエチル、エチルアミノエチル、ブチルアミノエチル又はメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート}及びジアルキル(炭素数1~4)アミノアルキル(炭素数2~6)(メタ)アクリレート{ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート及びジブチルアミノエチル(メタ)アクリレート等}等が挙げられる。
【0105】
カルボキシル基含有(メタ)アクリレート(o3)としては、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルフタル酸及び2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸等が挙げられる。
【0106】
活性水素基含有(メタ)アクリレート(o)のうち、ウレタン化反応の反応性及び硬化物の伸びの観点から好ましくは、水酸基含有(メタ)アクリレート(o1)であり、更に好ましくは水酸基含有単官能(メタ)アクリレートであり、特に好ましくはヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(o11)であり、最も好ましくは2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートである。
活性水素基含有(メタ)アクリレート(o)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
前記のウレタンポリアクリレート(E23)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0107】
前記のウレタンポリアクリレート(E23)の構成原料であるポリオール(m)、ポリイソシアネート(n)及び活性水素基含有(メタ)アクリレート(o)について、ポリイソシアネート(n)が有するイソシアネート基と、ポリオール(m)及び活性水素基含有(メタ)アクリレート(o)が有する活性水素基とのモル比[(n)が有するイソシアネート基/(m)が有する活性水素基と(o)が有する活性水素基の合計]は、特に限定されないが、貯蔵安定性の観点から好ましくは1/0.5~1/10、更に好ましくは1/0.7~1/5、特に好ましくは1/1~1/2である。
【0108】
本発明におけるウレタンポリアクリレート(E23)は、ポリオール(m)、ポリイソシアネート(n)及び活性水素基含有(メタ)アクリレート(o)を公知の方法で反応させて製造することができる。
中でも、ポリオール(m)とポリイソシアネート(n)とを重付加反応させて、イソシアネート基を2個以上有するウレタンプレポリマーを製造した後に、活性水素基含有(メタ)アクリレート(o)を付加反応させて製造することが好ましい。
上記の重付加反応及び付加反応においては、ウレタン化触媒を用いても良い。
ウレタン化触媒としては、金属化合物(有機ビスマス化合物、有機スズ化合物及び有機チタン化合物等)及び4級アンモニウム塩等が挙げられる。
【0109】
ウレタンポリアクリレート(E23)は、3官能以上の(メタ)アクリレートであってもよく、例えばウレタンテトラアクリレート等が挙げられる。
【0110】
光重合開始剤(F)としては、活性エネルギー線の照射によってラジカル及びイオン等を発生してモノマーの重合反応を起こすものであれば制限はなく、活性エネルギー線の照射によってラジカルを発生する光重合開始剤を好ましく用いることができる。
好ましい光重合開始剤(F)としては、アシルホスフィンオキシド系化合物(F1)、α-ヒドロキシアルキルフェノン系化合物(F2)、α-アミノアルキルフェノン系化合物(F3)、ケタール系化合物(F4)、ベンゾイルホルメート系化合物(F5)、チオキサントン系化合物(F6)、ベンゾフェノン系化合物(F7)及びオキシムエステル系化合物(F8)等が挙げられる。
【0111】
アシルホスフィンオキシド系化合物(F1)としては、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシド、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2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルホスフィン酸エチル等が挙げられる。
【0112】
α-ヒドロキシアルキルフェノン系化合物(F2)としては1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン及び2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン等が挙げられる。
【0113】
α-アミノアルキルフェノン系化合物(F3)としては2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン、2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-ブタン-1-オン及び2-ベンジル-2-(ジメチルアミノ)-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-ブタン-1-オン等が挙げられる。
【0114】
ケタール系化合物(F4)としては、ベンジルジメチルケタール等が挙げられる。
【0115】
ベンゾイルホルメート系化合物(F5)としては、メチルベンゾイルホルメート等が挙げられる。
【0116】
チオキサントン系化合物(F6)としては、2,4-ジエチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン及び2-クロロチオキサントン等が挙げられる。
【0117】
ベンゾフェノン系化合物(F7)としては、ベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチルジフェニルサルファイド及び4,4’-ビスメチルアミノベンゾフェノン等が挙げられる。
【0118】
オキシムエステル系化合物(F8)としては、1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-1,2-オクタンジオン2-(O-ベンゾイルオキシム)及び1-[6-(2-メチルベンゾイル)-9-エチル-9H-カルバゾール-3-イル]-エタノン-1-(O-アセチルオキシム)等が挙げられる。
本発明において、これらの光重合開始剤(F)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0119】
これらの光重合開始剤(F)のうち、硬化性及び硬化物の透過率の観点から好ましいのは、アシルホスフィンオキシド系化合物(F1)及びα-ヒドロキシアルキルフェノン系化合物(F2)であり、更に好ましくはアシルホスフィンオキシド系化合物(F1)であり、特に好ましくはビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシド及び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である。
【0120】
本発明における単官能モノマー(C)の含有量は、単官能モノマー(C)及び多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて、10~75重量%である。単官能モノマー(C)の含有量が10重量%未満であると硬化物の伸び率が不十分となり、75重量%を超えると硬化物の伸縮性が不十分となる。
【0121】
本発明におけるホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)の含有量は、単官能モノマー(C)及び多官能(メタ)アクリレート(E)の合計含有量に基づいて、硬化性及び柔軟性の観点から、好ましくは5~30重量%であり、より好ましくは5~25重量%である。
ホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)の含有量は、単官能モノマー(C)及び多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて、硬化性及び柔軟性の観点から、好ましくは5~70重量%である。
【0122】
本発明における前記多官能(メタ)アクリレート(E)の含有量は、単官能モノマー(C)及び多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて、25~90重量%である。多官能(メタ)アクリレート(E)の含有量が25重量%未満であると硬化物の伸縮性が不十分であり、90重量%を超えると伸び率が不十分となる。
【0123】
本発明における光重合開始剤(F)の含有量は、単官能モノマー(C)及び多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて0.1~20重量%であり、好ましくは2~20重量%であり、より好ましくは2~18重量%であり、更に好ましくは5~15重量%である。光重合開始剤(F)の含有量が0.1重量%未満であると硬化性が不十分となり、20重量%を超えると硬化物の透過率が不十分となる。
【0124】
本発明における活性エネルギー線硬化性組成物の架橋点間分子量は、1000~25000であることが好ましい。前記架橋点間分子量は[Mc](g/mol)で表され、柔軟性、復元性の観点からより好ましくは1200~20000g/molであり、さらに好ましくは1300~15000である。架橋点間分子量[Mc](g/mol)は下記計算式(1)により算出できる。
[Mc]=1/{a×(1/Mc)+a×(1/Mc)+・・・+a×(1/Mc)+・・・+a×(1/Mc)} (1)
上記計算式(1)中、a、a、・・・a、・・・aは、構成するモノマーの各成分(以下各成分と略記)の重量%を表す。
また、Mc、Mc、・・・Mc、・・・Mcは、各成分毎の架橋点間分子量を表す。
なお、[Mc](g/mol)は下記計算式(2)により算出できる。
[Mc]=Mn/{2×(n-1)} (2)
上記計算式(2)中、Mnは、各成分の数平均分子量(g/mol)であり、nは各成分が有する(メタ)アクリロイル基の数(nは2以上)を表す。
架橋点間分子量は、単官能モノマーおよび多官能モノマーの重量比率を調整することにより、上記の好ましい範囲に調整することができる。例えば単官能モノマー(C)の重量比率を増やす、多官能(メタ)アクリレート(E)の重量比率を減らす、高分子量の多官能(メタ)アクリレート(E)の重量比率を増やすことにより架橋点間分子量が上がる。
【0125】
活性エネルギー線硬化性組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲で、単官能モノマー(C)及び数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)以外のその他のモノマー(G)を含有していてもよい。
その他のモノマー(G)としては、多官能(メタ)アクリレート(E)以外の2官能の(メタ)アクリレート(G1)、3官能以上の(メタ)アクリレート(G2)及びリン酸基を有する(メタ)アクリレート等(G3)が挙げられる。
なお、本発明においてビニルエーテル基及びN-ビニル基等のカチオン重合性基を有するモノマーを使用した場合、活性エネルギー線硬化性組成物の貯蔵安定性が不十分となる場合があるため、使用しないことが好ましい。
【0126】
前記多官能(メタ)アクリレート(E)以外の2官能(メタ)アクリレート(G1)としては、数平均分子量又は化学式量が500未満又は40000を超える2官能(メタ)アクリレートが含まれ、例えばポリアルキレングリコール(アルキレン基の炭素数2~4)ジ(メタ)アクリレート(G11)、2価フェノール化合物のアルキレンオキサイド(アルキレン基の炭素数2~4)付加物のジ(メタ)アクリレート(G12)、炭素数2~30の多価(好ましくは2~8価)アルコールのアルキレンオキサイド(アルキレン基の炭素数2~4)付加物と(メタ)アクリル酸のジエステル化物、ジグリシジルエーテルと(メタ)アクリル酸のジエステル化物及びフルオレンのエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンメタノールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化シクロヘキサンメタノールジ(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)アクリレート及び1,3-アダマンチルジオールジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
また、数平均分子量500未満である2官能(メタ)アクリレート(1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート等)も挙げられる。
【0127】
本発明において、これらの2官能(メタ)アクリレート(G1)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0128】
3官能以上の(メタ)アクリレート(G2)としては、3官能(メタ)アクリレートモノマー及び4官能以上の(メタ)アクリレートモノマー等が挙げられる。
【0129】
3官能(メタ)アクリレートモノマーとしては、数平均分子量又は化学式量が500未満又は40000を超える3官能(メタ)アクリレートが含まれ、例えばトリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンの炭素数3~4のアルキレンオキシド変性トリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスルトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ((メタ)アクリロイルオキシプロピル)エーテル、ソルビトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールの炭素数3~4のアルキレンオキシド1~30モル付加物のトリ(メタ)アクリレート及びエトキシ化グリセリントリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0130】
4官能以上の(メタ)アクリレートモノマーとしては、数平均分子量又は化学式量が500未満又は40000を超える4官能以上の(メタ)アクリレートが含まれ、例えばペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ソルビトールテトラ(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テトラ(メタ)アクリレート、プロピオン酸ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールの炭素数3~4のアルキレンオキシド1~11モル付加物のテトラ(メタ)アクリレート、ソルビトールペンタ(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、ソルビトールヘキサ(メタ)アクリレート及びカプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
本発明において、これらの3官能以上の(メタ)アクリレート(G2)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0131】
リン酸基を有する(メタ)アクリレート(G3)としては、(メタ)アクリロイル基を有するリン酸エステルであれば制限は無く、市場から入手できるものを用いることができる。市販品としては、2-メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート(ユニケミカル社製、ホスマーM)、アシッドホスフォキシポリオキシエチレングリコールモノメタクリレート(ユニケミカル社製、ホスマーPE)、アシッドホスフォキシポリオキシプロピレングリコールモノメタクリレート(ユニケミカル社製、ホスマーPP)、2-アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート(共栄社化学社製、ライトアクリレートP-1A(N))、2-メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート(共栄社化学社製、ライトエステルP-1M)、ビス(2-メタクリロイルオキシエチル)アシッドホスフェート(共栄社化学社製、ライトエステルP-2M)、ビス(2-メタクリロイルオキシエチル)アシッドホスフェート(日本化薬社製、KAYAMER PM-2)及び2-ヒドロキシエチルメタクリレートの6-ヘキサノリド付加重合物と無水リン酸の反応生成物(日本化薬社製、KAYAMER PM-21)等が挙げられる。
本発明において、これらのリン酸基を有する(メタ)アクリレート(G3)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
【0132】
これらの(G3)うち、金属密着性の観点から、好ましくは2-ヒドロキシエチルメタクリレートの6-ヘキサノリド付加重合物と無水リン酸の反応生成物である。
【0133】
その他のモノマー(G)の含有量は、柔軟性及び密着性の観点から、単官能モノマー(C)及び多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて好ましくは0~20重量%であり、更に好ましくは0~10重量%である。
【0134】
活性エネルギー線硬化性組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で必要により種々の添加剤を含有させてもよい。
添加剤としては、レベリング剤、荷電調整剤、光安定化剤、紫外線吸収剤、表面処理剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、可塑剤、防腐剤、pH調整剤、消泡剤及び保湿剤等が挙げられる。
【0135】
活性エネルギー線硬化性組成物の製造方法は、特に限定はされない。例えば、上記の各成分を、ガラスビーカー、缶、プラスチックカップ等の適当な容器中にて、攪拌棒、へら等により撹拌混合すること、又は公知の混合装置(メカニカルスターラー及びマグネティックスターラー等を用いる方法、櫂型等の撹拌ばねを備えた混合装置、ディゾルバー、ボールミル並びにプラネタリミキサー等)を用いて均一混合することにより製造することができる。
なお、活性エネルギー線硬化性組成物は、室温で液状であることが好ましく、その粘度はE型粘度測定装置[東機産業社製「VISCOMETER TV-25L」等]及びB型粘度測定装置等を用いて測定することができる。
【0136】
活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物を得るには、活性エネルギー線硬化性組成物を公知の方法により基材に塗布した後、活性エネルギー線を照射して、硬化させる。本発明における活性エネルギー線には、紫外線及び電子線等が挙げられる。
活性エネルギー線硬化性組成物の硬化に用いる活性エネルギー線は、光重合開始剤の選択により調整することができ、前記の光重合開始剤(F)を用いた場合には200~700nmの波長を有する活性エネルギー線の照射で光硬化でき、200~400nmの波長を持つ光(紫外線)の照射により硬化することが好ましい。
【0137】
紫外線を発する光源としては、高圧水銀灯の他、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ及びハイパワーメタルハライドランプ等(UV・EB硬化技術の最新動向、ラドテック研究会編、シーエムシー出版、138頁、2006)及びLEDが使用できる。なかでも、LEDは、その他の光源と比較して、消費電力とオゾンの発生量が少なく、ランニングコストが低く環境負荷が少ない。LED光源で硬化させる場合は、LED光源紫外線照射装置[例えば、LED光源紫外線照射装置「FJ100 150×20 365、phoseon」、TECHNOLOGY(株)製]が使用できる。
活性エネルギー線硬化性組成物を硬化するときの紫外線の照射量は、硬化性及び硬化物の可撓性の観点から好ましくは10~10,000mJ/cm、更に好ましくは50~5,000mJ/cmである。
前記の電子線を照射する場合、公知の電子線照射装置を使用することができる。電子線の照射量は、硬化性及び硬化物の劣化抑制の観点から好ましくは1~10Mradである。
【0138】
活性エネルギー線硬化性組成物を塗布する材料は用途等に応じて適宜選択すればよく、プラスチック等の有機材料や金属及びガラス等の無機材料を用いることができる。
金属としては、鋼、溶融亜鉛めっき鋼、電気亜鉛めっき鋼、ブリキ、ティンフリースチール、その他各種のめっきあるいは合金めっき鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、金、白金、銀及び銅等が挙げられる。さらにはリン酸塩処理、クロメート処理、有機リン酸塩処理、有機クロメート処理及び重金属置換処理等、各種の表面処理を施したものであってもよい。
プラスチック材料としては、ポリエステル樹脂{ポリエチレンテレフタレート(PET)及びポリエチレンナフタレート(PEN)等}、アクリル樹脂(メチルメタクリレート共重合物等)、トリアセチルセルロース、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合(ABS)樹脂、スチレン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂及びポリオレフィン樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン及びシクロオレフィンポリマー等)等が挙げられる。
無機材料としては、ガラス及びセラミックス等が挙げられる。
活性エネルギー線硬化性組成物はこれらのうち、金属への密着性が特に優れる。
【0139】
活性エネルギー線硬化性組成物の基材への塗布方法としては、スピンコート、ロールコート及びスプレーコート等の公知のコーティング法並びに平版印刷、カルトン印刷、金属印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷及びグラビア印刷といった公知の印刷法を適用できる。また、本発明の組成物は室温で低粘度であるため、微細液滴を連続して吐出するインクジェット方式の塗布(インクジェット印刷)にも適用できる。
インクジェット印刷は比較的簡易な設備で精密かつ高速な印刷が可能であることから、液晶ディスプレイ及び有機ELディスプレイ等のディスプレイ用部品や、その他の電子部品及び光学部品の製造に好適に利用されている。
【0140】
活性エネルギー線硬化性組成物は、粘度が低く、活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物は、伸びと弾性率とが共に優れるため、ディスプレイ部品をはじめとする各種電子部品や光学部品の材料として有用である。特に、ディスプレイ部品やイメージセンサー等の電子部品、半導体パッケージ等の接着及び封止用途に好適に使用できる。また、各種コーティング、インキ(UV印刷インキ及びUVインクジェット印刷インキ等)及び塗料用等にも幅広く用いることができる。
【0141】
[複層硬化膜]
本発明の複層硬化膜は、基層と基層上に形成された表層とを有する。
表層の膜厚は、耐擦傷性及びタック抑制の観点から、好ましくは1~50μm、更に好ましくは5~25μmである。
基層の膜厚は、耐擦傷性及び耐屈曲性の観点から、好ましくは5~1,000μmである。
【0142】
本発明の複層硬化膜の製造方法は特に限定されず、例えば以下の方法で製造することができる。
(1)表層に用いるポリウレタン樹脂(U1)用ウレタンプレポリマーの製造工程
ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)と高分子ポリオール(a2)とイソシアネート成分(B)を必要により有機溶剤中で反応させて末端にイソシアネート基を有するポリウレタン樹脂(U1)用ウレタンプレポリマーを製造する。
(2)基層に用いる活性エネルギー線硬化性組成物の製造工程
単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)とその他添加剤とを仕込み、均一になるまで撹拌する。
(3)表層の形成工程
ポリウレタン樹脂(U1)用ウレタンプレポリマー又はその有機溶剤溶液と、必要に応じて高分子ポリオール(a2)及び/又は鎖伸長剤(a3)とを混合して、離型フィルム上に所定の膜厚となる様に塗工する。尚、有機溶剤を用いた場合は有機溶剤の乾燥を行う。
(4)基層の形成工程
活性エネルギー線硬化性組成物を(3)で得られた表層上に所定の膜厚に塗工して、離型フィルムでカバーをした上で紫外線照射させて基層を形成させる。
上記(1)~(4)の工程により、離型フィルムに挟まれた表層と基層を有する複層硬化膜が形成される。
【0143】
上記(1)の工程におけるウレタンプレポリマー化反応の温度は、特に限定されないが、好ましくは50~140℃、更に好ましくは70~100℃であり、また、反応時間は特に限定されないが、好ましくは1~10時間、更に好ましくは2~8時間である。
【0144】
上記(3)の工程における乾燥温度は特に限定されないが、好ましくは30~80℃、更に好ましくは40~60℃であり、乾燥時間は特に限定されないが、好ましくは10秒~5分、更に好ましくは20~60秒である。
【0145】
<その他>
本発明は、以下の構成を含んでもよい。
<1>
基層と前記基層上に形成された表層とを有する複層硬化膜であって、
前記表層が、ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)を必須成分として含有する活性水素成分(A)とイソシアネート成分(B)とからなるポリウレタン樹脂(U1)を含有し、前記ポリウレタン樹脂(U1)の100%伸長時の弾性回復率が50~100%であり、
前記基層が、単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~40000である多官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)を含有する活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる(メタ)アクリル樹脂(U2)であって、前記単官能モノマー(C)がホモポリマーのガラス転移温度が25℃未満の単官能モノマー(C1)とホモポリマーのガラス転移温度が25℃以上の単官能モノマー(C2)を含有し、前記単官能モノマー(C)及び前記多官能(メタ)アクリレート(E)の合計重量に基づいて、前記単官能モノマー(C)の含有量が10~75重量%、前記多官能(メタ)アクリレート(E)の含有量が25~90重量%、前記光重合開始剤(F)の含有量が0.1~20重量%である複層硬化膜。
<2>
前記ポリオルガノシロキサン基が、一般式(1)で表されるポリオルガノシロキサン基である<1>に記載の複層硬化膜。
【0146】
【化1】
[式中、R~Rはそれぞれ独立に炭素数1~6の炭化水素基を表し、nは1~100の整数である。]
<3>
前記ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)の重量が、構成成分として、前記ポリウレタン樹脂(U1)の重量を基準として、0.5~5重量%である<1>又は<2>に記載の複層硬化膜。
<4>
前記活性エネルギー線硬化性組成物の架橋点間分子量が1000~25000である<1>~<3>のいずれかに記載の複層硬化膜。
<5>
前記単官能モノマー(C2)が分子内に窒素原子を有する単官能モノマーである<1>~<4>のいずれかに記載の複層硬化膜。
<6>
前記単官能モノマー(C2)がN-置換(メタ)アクリルアミドである<1>~<5>のいずれかに記載の複層硬化膜。
<7>
前記表層の膜厚が1~50μmであり、前記基層の膜厚が5~1,000μmである<1>~<6>のいずれかに記載の複層硬化膜。
【実施例0147】
以下本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0148】
<製造例1>[表層に用いるポリウレタン樹脂(U1-1)用ウレタンプレポリマーの製造]
撹拌装置及び温度制御装置付きの容器に表1に示す種類及び量(重量部)のポリオルガノシロキサン基と活性水素を有する化合物(a1)、高分子ポリオール(a2)、芳香族ポリイソシアネート(b1)、有機ポリイソシアネートの変性物(b5)及び有機溶剤を仕込み、80℃で3時間反応させてポリウレタン樹脂(U1-1)用ウレタンプレポリマーを得た。得られたウレタンプレポリマーのイソシアネート基含有率(NCO含量)は1.46%であった。なお、NCO含量はJIS K 7301:1995に準拠して測定した。
【0149】
[100%伸長時の弾性回復率測定用のポリウレタン樹脂(U1-1)の作製]
ポリプロピレン製のビーカーに得られたポリウレタン樹脂(U1-1)用ウレタンプレポリマーと鎖伸長剤溶液(鎖伸長剤(a3)及び有機溶剤を混合した溶液)とを表1に記載の処方にて配合した。得られた配合液を11×17.5cmのポリプロピレン製のトレイに、乾燥後の厚さが200μmとなるように流し込み、室温で一晩乾燥した。乾燥後、120℃で2時間硬化して表層に用いるポリウレタン樹脂(U1-1)の膜(シート)を得た。
ポリウレタン樹脂(U1-1)の100%伸長時の弾性回復率を上述の100%伸長時の弾性回復率の測定方法に基づいて弾性回復率を測定した。
【0150】
[表層用ポリウレタン樹脂(U1-1)の作製]
ポリウレタン樹脂(U1-1)用のウレタンプレポリマーと、表1に記載の鎖伸長剤溶液を混合して離型フィルム上に乾燥後の膜厚が10μmになるように塗工し、80℃の循風乾燥機で30秒乾燥し、溶剤を揮発させて表層用ポリウレタン樹脂(U1-1)の膜(シート)を得た。
【0151】
<製造例2~6及び比較製造例1>[表層に用いるポリウレタン樹脂(U1-2)~(U1-6)、(U1’-1)用ウレタンプレポリマーの製造]
使用原料とその使用量(重量部)を表1に記載のものに変更すること以外は製造例1と同様にして、表層に用いるポリウレタン樹脂(U1-2)~(U1-6)用ウレタンプレポリマー及び比較用のポリウレタン樹脂(U1’-1)用ウレタンプレポリマーを得た。
【0152】
[100%伸長時の弾性回復率測定用のポリウレタン樹脂(U1-2)~(U1-6)及び比較用のポリウレタン樹脂(U1’-1)の作製]
使用するウレタンプレポリマー及び鎖伸長剤(a3)とその使用量(重量部)を表1に記載のものに変更すること以外は製造例1と同様にして、表層に用いるポリウレタン樹脂(U1-2)~(U1-6)及び比較用のポリウレタン樹脂(U1’-1)の膜(シート)を得た。
それぞれのポリウレタン樹脂(U1)の100%伸長時の弾性回復率を上述の測定方法に基づいて測定した。
【0153】
[表層用ポリウレタン樹脂(U1-2)~(U1-6)及び比較用のポリウレタン樹脂(U1’-1)の作製]
使用するウレタンプレポリマー及び鎖伸長剤(a3)とその使用量(重量部)を表1に記載のものに変更すること以外は製造例1と同様にして、表層に用いるポリウレタン樹脂(U1-2)~(U1-6)及び比較用のポリウレタン樹脂(U1’-1)の膜(シート)を得た。
尚、表1で記載した各種原料の内容は下記の通りである。
【0154】
[ポリオルガノシロキサン基及び活性水素基を有する化合物(a1)]
・X-22-161A:信越化学株式会社製アミノ基変性シリコーンオイル[Mn=1600、一般式(1)におけるR~R=メチル基、n=22]
・KF-6003:信越化学株式会社製水酸基変性シリコーンオイル[Mn=5100、一般式(1)におけるR~R=メチル基、n=68]
[高分子ポリオール(a2)]
・クラレポリオールC1090:クラレ株式会社製ポリカーボネートポリオール(Mn:1000)
[芳香族ポリイソシアネート(b1)]
・4,4’-MDI:東ソー株式会社製「ミリオネートMT」
[有機ポリイソシアネートの変性物(b5)]
・コロネート2793:東ソー株式会社製アロファネート基含有ポリイソシアネート(平均官能基数=5.1)
【0155】
【表1】
【0156】
<製造例7~20及び比較製造例2~4>[基層に用いる(メタ)アクリル樹脂(U2-1)~(U2-14)及び比較用の(メタ)アクリル樹脂(U2’-2)~(U2’-4)の製造]
表2の配合部数(重量部)に従い、ガラス製の容器に、単官能モノマー(C)、数平均分子量が500~4000である2官能(メタ)アクリレート(E)及び光重合開始剤(F)と必要によりその他のモノマー(G)とを仕込み、均一になるまで撹拌し、活性エネルギー線硬化性組成物を得た。
【0157】
[50%伸長時の復元率測定用の(メタ)アクリル樹脂(メタ)アクリル樹脂(U2-1)~(U2-14)及び比較用の(メタ)アクリル樹脂(U2’-2)~(U2’-4)の作製]
次いで、離型フィルム上に膜厚が1000μmとなるように塗工し、離型フィルムでカバーした後に、LED光源紫外線照射装置[型番「FJ100 150×20 385」、phoseon TECHNOLOGY(株)製、照射波長 385nm]を使用して窒素雰囲気下で照射強度200mW/cmにて露光し硬化後に、離型フィルムを剥離して活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる(メタ)アクリル樹脂(U2-1)~(U2-14)及び比較用の(メタ)アクリル樹脂(U2’-2)~(U2’-4)の膜(シート)を得た。得られた硬化膜をJIS K 6251:2017に準拠し、それぞれダンベル状3号形に打ち抜き、引張測定用試験片を得た。
それぞれの(メタ)アクリル樹脂(U2)の50%伸長時の復元率を後記する複層硬化膜の評価方法と同様に測定した。
【0158】
(1)初期粘度の測定
製造例7~20及び比較製造例2~4で得た各活性エネルギー線硬化性組成物を25℃で30分間温調し、E型粘度測定装置[東機産業社製「VISCOMETER TV-25L」を用いて以下の条件で粘度(mPa・s)を測定した。
[測定条件]
コーンロータ :標準コーンロータ(1°34’×R24)
測定温度 :25℃
測定レンジ :M
回転数 :50rpm
【0159】
(2)塗膜硬化性の評価
製造例7~20及び比較製造例2~4で得た各活性エネルギー線硬化性組成物を、表面処理を施した厚さ100μmのPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム[東洋紡(株)製コスモシャインA4300]に、アプリケーターを用いて膜厚10μmとなるように塗布した。続いて、LED光源紫外線照射装置[型番「FJ100 150×20 385」、phoseon TECHNOLOGY(株)製、照射波長 385nm]を使用して窒素雰囲気下で照射強度200mW/cmにて露光を行なった。露光量は1000mJ/cmであった。硬化後塗膜の光照射直後及び光照射10秒後の硬化性を、指触することにより、タックの有無を確認した。
タックが有る場合は、さらに上記と同様に照射強度200mW/cmにて露光を行ない(1回目と2回目の合計露光量:2000mJ/cm)、光照射直後及び光照射10秒後の硬化性を、指触することにより、タックの有無を確認した。塗膜硬化性を下記基準で評価した。塗膜硬化性は2以上であることが好ましく、3であることがより好ましい。また、塗膜硬化性の評価が1の場合、硬化性が不十分であったため、続く硬化物の全光線透過率、弾性率、伸び率、復元率及び金属密着性の評価を行わなかった。
[評価基準]
3:露光量1000mJ/cmでタックが無くなった。
2:合計露光量2000mJ/cmでタックが無くなった。
1:合計露光量2000mJ/cmでもタックあり。
【0160】
(3)硬化物の全光線透過率の評価
製造例7~20、比較製造例2及び4で得た各活性エネルギー線硬化性組成物を、表面処理を施した厚さ100μmのPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム[東洋紡(株)製コスモシャインA4300]に、アプリケーターを用いて膜厚10μmとなるように塗布した。続いて、LED光源紫外線照射装置[型番「FJ100 150×20 385」、phoseon TECHNOLOGY(株)製、照射波長 385nm]を使用して窒素雰囲気下で照射強度200mW/cmにて露光し、評価用サンプルを作製した。露光量は2000mJ/cmであった。
作製した評価用サンプルを25℃で30分間温調し、JIS K7136:2000に準拠し、全光線透過率測定装置[商品名「haze-garddual」、BYK gardner(株)製]を用いて全光線透過率(%)を測定した。本発明では、全光線透過率が90%以上であることが好ましい。
【0161】
(4)硬化物の弾性率及び伸び率の評価
<試験片の作製>
ガラス板[商品名:GLASS PLATE、アズワン(株)製、タテ200mm×ヨコ200mm×厚さ5mm]上に、PETフィルム[商品名:ルミラーS、東レ(株)製]を貼り付け、アプリケーターを用いて硬化後の膜厚が100μmとなるように活性エネルギー線硬化性組成物を塗布した。紫外線照射装置[型番「VPS/I600」、フュージョンUVシステムズ(株)製]により、窒素雰囲気下で紫外線を2000mJ/cm照射し、活性エネルギー線硬化性組成物の硬化物で被覆されたPETフィルムを得た。
上記の硬化物で被覆されたPETフィルムをJIS K 6251:2017に準拠し、ダンベル状3号形に打ち抜き、その後PETフィルムを剥がすことにより、測定用試験片を得た。
<引張試験>
得られた測定用試験片を25℃、50%RHで5時間静置した後、JIS K 6251:2017に準拠し、オートグラフ[型番「AG-IS」(株)島津製作所製]を用いて引張試験を行い、弾性率及び伸び率を測定した。
[測定条件]
チャック間距離:20mm
標線間距離 :20mm
引張速度 :10mm/分
次に、下記式(2)で伸び率(%)を算出した。
伸び率(%)=(破断時の標線間距離-標線間距離)/(標線間距離)×100・・・(2)
弾性率は変位0.01~0.05mmの部分について解析を行った。
本発明では、弾性率が1000MPa以下であることが好ましく、500MPa以下であることがより好ましく、さらに好ましくは100MPa以下である。また、伸び率が50%以上であることが好ましく、100%以上であることがより好ましい。
<復元率>
得られた測定用試験片を25℃、50%RHで5時間静置した後、JIS K 6251:2017に準拠し、オートグラフ[型番「AG-IS」(株)島津製作所製]を用いて50%の伸びまで伸長し、つかみ具を0%の位置まで戻し1時間静置した後の復元性を算出した。
50%伸長時の復元率(%)=(試験前の標線間距離(20mm))/(試験後の標線間距離)×100
なお、比較製造例4については、試験片が破壊したため、復元率を算出できなかった。
本発明では、復元率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、さらに好ましくは95%以上である。
【0162】
(5)金属密着性の評価(対銅板)
製造例7~20、比較製造例2及び4で得た各活性エネルギー線硬化性組成物を、銅板(膜厚1mm)に、アプリケーターを用いて膜厚10μmとなるように塗布した。続いて、LED光源紫外線照射装置[型番「FJ100 150×20 385」、phoseon TECHNOLOGY(株)製、照射波長 385nm]を使用して照射強度200mW/cmにて露光し、評価用サンプルを作製した。露光量は2000mJ/cmであった。得られた評価用サンプルを23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置した後、基材上の硬化塗膜を2mm×2mmの碁盤目(100個)にクロスカットし、この上にセロハン粘着テープを張り付けて、90度剥離を行ない、基材からの硬化物の剥離状態を目視で観察した。1サンプルにつき2箇所の碁盤目を作製して評価し、硬化物が剥がれずに基材に密着しているマス目の個数の平均値を表2に示した。密着しているマス目の個数の平均値が80以上であることが好ましく、より好ましくは90以上であり、更に好ましくは100である。
【0163】
【表2】
【0164】
なお、表2中で使用した原料は以下の通りである。
(C1-1):ラウリルアクリレート[商品名:LA、大阪有機化学工業社製](ホモポリマーのTg:-30℃)
(C1-2):イソステアリルアクリレート[商品名:ISTA、大阪有機化学工業社製](ホモポリマーのTg:-15℃)
(C1-3):2-[(ブチルアミノ)カルボニル]オキシエチルアクリレート[商品名:ビスコート#216、大阪有機化学工業社製](ホモポリマーのTg:0℃)
(C1-4):テトラヒドロフルフリルアクリレート[商品名:ビスコート#150、大阪有機化学工業社製](ホモポリマーのTg:-12℃)
(C2-1):N-アクリロイルモルホリン[商品名:ACMO、KJケミカルズ社製](ホモポリマーのTg:145℃)
(C2-2):N,N-ジメチルアクリルアミド[商品名:DMAA、KJケミカルズ社製](ホモポリマーのTg:119℃)
(C2-3):イソボルニルアクリレート[商品名:ライトアクリレートIBXA、共栄社化学社製](ホモポリマーのTg:97℃)
(C2-4):環状トリメチロールプロパンホルマールアクリレート[商品名:ビスコート#200、大阪有機化学工業社製](ホモポリマーのTg:27℃)
(C2-5):ダイアセトンアクリルアミド[商品名:DAAM、KJケミカルズ社製](ホモポリマーのTg:77℃)
(E-1):ポリエチレングリコールジアクリレート(数平均分子量1100)[商品名:NKエステル A-1000、新中村化学工業社製]
(E-2):ポリプロピレングリコールジアクリレート(数平均分子量800)[商品名:NKエステル APG-700、新中村化学工業社製]
(E-3):シリコーンジアクリレート(数平均分子量約2500)[商品名:EBECRYL350、ダイセル・オルネクス社製]
(E-4):ウレタン基を有する2官能アクリレート
[ウレタン基を有する2官能アクリレート(E-4)の合成]
反応容器にポリプロピレングリコール[商品名「サンニツクス PP-2000」、三洋化成工業(株)製、数平均分子量:2000]258重量部、MDI65重量部及びウレタン化触媒0.1重量部を仕込み、110℃で4時間反応させ、その後2-ヒドロキシエチルアクリレート33重量部を加え、80℃で8時間反応させて、ウレタン基を有する2官能アクリレート(E-4)を得た。(E-4)の数平均分子量は2700であった。
(E-5):ウレタンジアクリレート(数平均分子量約18000)[商品名:UV-3000B、三菱ケミカル社製]
(E-6):ウレタンジアクリレート(数平均分子量約6500)[商品名:UN-6200、根上工業社製]
(E-7):ウレタンジアクリレート(数平均分子量約20000)[商品名:UN-7700、根上工業社製]
(E-8):ウレタンジアクリレート(数平均分子量約35000)[商品名:UF-C051、共栄社化学社製]
(E-9):ウレタンテトラアクリレート(数平均分子量約2000)[商品名:EBECRYL4513、ダイセル・オルネクス社製]
(G-1):2-ヒドロキシエチルメタクリレートの6-ヘキサノリド付加重合物と無水リン酸の反応生成物[商品名:KAYAMER PM-21、日本化薬社製]
(G-2):1,9-ノナンジオールジアクリレート[商品名:ビスコート#260、大阪有機化学工業社製]
(G-3):トリメチロールプロパントリアクリレート[商品名:ビスコート#295、大阪有機化学工業社製]
(F-1):(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-ジフェニルホスフィンオキサイド[商品名:イルガキュアTPO、IGM Resins B.V.社製]
(F-2):ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサイド[商品名:イルガキュア819、IGM Resins B.V.社製]
(F-3):2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルホスフィン酸エチル[商品名:イルガキュアTPO―L、CHEMBRIDGE社製]
(F-4):1-ヒドロキシシクロヘキサン-1-イルフェニルケトン[商品名:イルガキュア184、IGM Resins B.V.社製]
【0165】
[複層硬化膜の製造]
<実施例1>
活性エネルギー線硬化性組成物を表2に記載の処方にて配合し、離型フィルム上に作製した表層用ポリウレタン樹脂(U1-1)(膜厚10μm)の膜の上に膜厚が500μmとなるように塗工し、離型フィルムでカバーした後に、LED光源紫外線照射装置[型番「FJ100 150×20 385」、phoseon TECHNOLOGY(株)製、照射波長 385nm]を使用して窒素雰囲気下で照射強度200mW/cmにて露光し硬化後に、離型フィルムを剥離して表層がポリウレタン樹脂(U1-1)で基層が活性エネルギー線硬化性組成物を硬化させてなる(メタ)アクリル樹脂(U2-1)である複層硬化膜を得た。
【0166】
<実施例2~19及び比較例1~3>
表層用のポリウレタン樹脂と基層用の活性エネルギー線硬化性組成物を表3に記載の組み合わせに変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2~19及び比較例1~3の複層硬化膜を得た。
得られた複層硬化膜について下記評価方法により評価した結果を表3に示す。
【0167】
(1)耐擦傷性(鉛筆硬度)の評価方法
上記の操作で得られた硬化膜を有するフィルムについて、JIS K-5400に準じ、表層側の鉛筆硬度を測定した。
この評価条件では、一般的に3H以上が好ましい。
【0168】
(2)伸び率、復元率の評価方法
複層硬化膜をJIS K 6251:2017に準拠し、それぞれダンベル状3号形に打ち抜き、引っ張り測定用試験片を得た。
<引張試験>
得られた測定用試験片を25℃、50%RHで5時間静置した後、JIS K 6251:2017に準拠し、オートグラフ[型番「AG-IS」(株)島津製作所製]を用いて引張試験を行い、伸び率を測定した。
[測定条件]
チャック間距離:20mm
標線間距離 :20mm
引張速度 :10mm/分
次に、下記式(2)で伸び率(%)を算出した。
伸び率(%)=(破断時の標線間距離-標線間距離)/(標線間距離)×100・・・(2)
<復元率>
得られた測定用試験片を25℃、50%RHで5時間静置した後、JIS K 6251:2017に準拠し、オートグラフ[型番「AG-IS」(株)島津製作所製]を用いて50%の伸びまで伸長し、つかみ具を0%の位置まで戻し1時間静置した後の復元性を算出した。
50%伸長時の復元率(%)=(試験前の標線間距離(20mm))/(試験後の標線間距離)×100
なお、比較例3については、試験片が破壊したため、復元率を算出できなかった。
【0169】
(3)耐屈曲性の評価方法
実施例及び比較例で得られた複層硬化膜について、幅方向(折りたたみ部の方向)10mm×流れ方向(屈曲方向)100mmの大きさのサンプルを用意し、無負荷U字伸縮試験機(ユアサシステム機器社製、DLDMLH-FS)を用いて、屈曲半径3mmを設定し、1回/秒の速度で、1万回屈曲させた。その際、サンプルは長辺側両端部10mmの位置を固定して、屈曲する部位は10mm×80mmとした。屈曲処理終了後、サンプルの屈曲内側を下にして平面に置き、目視検査を行った。
<評価基準>
〇:サンプルにヒビ、割れ等の変形がない。
×:サンプルのヒビ、割れ等の変形がある。
【0170】
【表3】
【産業上の利用可能性】
【0171】
本発明の複層硬化膜は耐擦傷性に優れ、更に耐屈曲性にも優れるため、光学部材の表面保護フィルムに使用できる。また、基層樹脂の硬化前粘度が低いことから基材上にコーティングを行い、基材上に直接コーティング膜を形成させて硬化膜を作成することに有用である。