(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-29
(45)【発行日】2023-12-07
(54)【発明の名称】光硬化性樹脂組成物、燃料電池用シール材およびこれらの硬化物、燃料電池ならびにシール方法
(51)【国際特許分類】
C08F 290/04 20060101AFI20231130BHJP
H01M 8/0284 20160101ALI20231130BHJP
H01M 8/10 20160101ALI20231130BHJP
H01M 8/0286 20160101ALI20231130BHJP
【FI】
C08F290/04
H01M8/0284
H01M8/10 101
H01M8/0286
(21)【出願番号】P 2020558167
(86)(22)【出願日】2019-10-17
(86)【国際出願番号】 JP2019040981
(87)【国際公開番号】W WO2020105333
(87)【国際公開日】2020-05-28
【審査請求日】2022-09-07
(31)【優先権主張番号】P 2018217819
(32)【優先日】2018-11-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000132404
【氏名又は名称】株式会社スリーボンド
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】IBC一番町弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】山田 浩司
(72)【発明者】
【氏名】小山 昭広
(72)【発明者】
【氏名】曽我 哲徳
【審査官】中村 英司
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2018/190415(WO,A1)
【文献】特開2013-216782(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08F 290/04
H01M 8/0284
H01M 8/10
H01M 8/0286
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記の(A)~(D)成分を含有することを特徴とする光硬化性樹脂組成物:
(A)成分:1以上の(メタ)アクリロイル基と、-[CH
2C(CH
3)
2]-単位を含むポリイソブチレン骨格とを有するポリマー、
(B)成分:下記の(b1)成分と、(b2)成分とを含む単官能性モノマー、
(b1)成分:(メタ)アクリロイル基と、ヒドロキシ基とを有する単官能性モノマー、
(b2)成分:(メタ)アクリロイル基を有し、ヒドロキシ基を有さない単官能性モノマー、
(C)成分:ラジカル重合開始剤、
(D)成分:有機樹脂粒子、
前記(b1)成分は、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(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-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート、2-アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル-フタル酸および2-(メタ)アクリロイロキシエチルアシッドホスフェートからなる群より選択される少なくとも1種であり、
前記(A)成分100質量部に対して、前記(b1)成分を0.1~15質量部含み、前記(b2)成分を5~500質量部含み、前記(C)成分を0.1~20質量部含み、前記(D)成分を0.001~20質量部含む。
【請求項2】
前記(A)成分が、下記一般式(1)で表されるポリイソブチレン骨格を有するポリマーである、請求項1に記載の光硬化性樹脂組成物。
【化1】
(式(1)中、
R
1は、一価もしくは多価の芳香族炭化水素基、または一価もしくは多価の脂肪族炭化水素基を示し、
PIBは、前記-[CH
2C(CH
3)
2]-単位を含むポリイソブチレン骨格を表し、
R
4は、酸素原子を含んでもよい炭素数2~6の2価の炭化水素基を表し、
R
2及びR
3は、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1~20の1価の炭化水素基を表し、
R
5は、水素原子またはメチル基を表し、
nは1~6のいずれかの整数を表す。)
【請求項3】
前記(A)成分100質量部に対して、前記(b1)成分を
0.3~
12質量部含み、前記(b2)成分を
10~
300質量部を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の光硬化性樹脂組成物。
【請求項4】
前記(D)成分の平均粒径が0.05~50μmであることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
【請求項5】
前記(D)成分が、(メタ)アクリル樹脂粒子、ポリスチレン粒子、スチレン・オレフィン共重合体粒子、ポリエチレン粒子およびポリプロピレン粒子からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
【請求項6】
前記(b1)成分が、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート
および2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレー
トからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
【請求項7】
前記(b2)成分が、炭素数5~30のアルキル基または炭素数5~30の脂環式炭化水素基を有し、かつ、ヒドロキシ基を有さない(メタ)アクリレートモノマーであることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
【請求項8】
請求項1~7のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を含む、燃料電池用硬化性シール剤。
【請求項9】
燃料電池における部材であるセパレーター、フレーム、電解質膜、燃料極、空気極および電解質膜電極接合体からなる群より選択されるいずれかの部材周辺用シール剤である、請求項8に記載の燃料電池用硬化性シール剤。
【請求項10】
燃料電池における隣り合うセパレーター同士の間のシール剤、または燃料電池のフレームと、電解質膜もしくは電解質膜電極接合体との間のシール剤である、請求項8に記載の燃料電池用硬化性シール剤。
【請求項11】
固体高分子形燃料電池用シール剤である、請求項8~10のいずれか1項に記載の燃料電池用硬化性シール剤。
【請求項12】
請求項1~7のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物、または請求項8~11のいずれか1項に記載の燃料電池用硬化性シール剤に対して光照射することにより得られる硬化物。
【請求項13】
燃料電池における隣り合うセパレーター同士の間のシール、および燃料電池のフレームと、電解質膜または電解質膜電極接合体との間のシールからなる群より選択される少なくとも1種のシールを含む燃料電池であって、前記シールのうちの少なくとも1つが、請求項12に記載の硬化物である、燃料電池。
【請求項14】
固体高分子形燃料電池である、請求項13に記載の燃料電池。
【請求項15】
少なくとも2つのフランジを有する被シール部品の当該少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする方法であって、
前記フランジの少なくとも一方が活性エネルギー線の光を透過可能であり、前記フランジの少なくとも一方の表面に、請求項1~7のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を塗布する工程、
前記光硬化性樹脂組成物を塗布した一方のフランジと他方のフランジとを前記光硬化性樹脂組成物を介して貼り合わせる工程、および、
活性エネルギー線を前記光透過可能なフランジを通して照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項16】
少なくとも2つのフランジを有する被シール部品の当該少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする方法であって、
前記フランジの少なくとも一方のフランジに、請求項1~7のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を塗布する工程、
前記塗布した光硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記光硬化性樹脂組成物の硬化物からなるガスケットを形成する工程、および、
他方のフランジを前記ガスケット上に配置して、前記光硬化性樹脂組成物を塗布した一方のフランジと前記他方のフランジとを前記ガスケットを介して圧着し、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項17】
少なくとも2つのフランジを有する被シール部品の当該少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする方法であって、
前記フランジの少なくとも一方のフランジ上にガスケット形成用金型を配置する工程、
前記ガスケット形成用金型と該金型を配置したフランジとの間の空隙の少なくとも一部に請求項1~7のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を注入する工程、
前記光硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記光硬化性樹脂組成物の硬化物からなるガスケットを形成する工程、
前記金型を前記一方のフランジから取り外す工程、および、
他方のフランジを前記ガスケット上に配置して、前記一方のフランジと前記他方のフランジとを前記ガスケットを介して圧着し、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程、
を含むことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光硬化性樹脂組成物、燃料電池用シール材およびこれらの硬化物、燃料電池ならびにシール方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車や家庭用の新しいエネルギーシステムとして燃料電池が注目されている。燃料電池とは、水素と酸素を化学的に反応させることにより電気を取り出す発電装置である。また、燃料電池は、発電時のエネルギー効率が高く、水素と酸素の反応により水が生成されることからクリーンな次世代の発電装置である。燃料電池は、固体高分子形燃料電池、りん酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池の4つの方式があるが、中でも固体高分子形燃料電池は、運転温度が比較的低温(80℃前後)でありながら高発電効率であるので、自動車用動力源、家庭用発電装置、携帯電話などの電子機器用小型電源、非常電源等の用途で期待されている。
【0003】
一般的な固体高分子形燃料電池のセルは、高分子電解質膜が空気極(カソード)と燃料極(アノード)との間に挟持された構造である電解質膜電極接合体(MEA)と、前記MEAを支持するフレームと、ガスの流路が形成されているセパレーターとを備えた構造を有する。
【0004】
固体高分子形燃料電池を起動するためには、アノード電極には水素を含む燃料ガスを、カソード電極には酸素を含む酸化ガスを、別々に隔離して供給する必要がある。隔離が不十分で、一方のガスが他方のガスと混合してしまうと、発電効率の低下を起こしてしまう恐れがある。このような背景から、燃料ガスや酸素ガスなどの漏れを防止する目的で、シール剤が多用されている。具体的には、隣り合うセパレーター同士との間、セパレーターとフレームとの間、フレームと電解質膜またはMEAとの間等にシール剤が使用されている。
【0005】
固体高分子形燃料電池に用いられるシール剤としては、耐気体透過性、低透湿性、耐熱性、耐酸性、可とう性に優れるゴム弾性体であることから、ポリイソブチレン系重合体を用いたヒドロシリル化反応する加熱硬化性樹脂組成物(特開2004-111146号公報参照)、フルオロポリエーテル化合物を用いたヒドロシリル化反応する加熱硬化性樹脂組成物(特開2004-075824号公報参照、米国特許出願公開第2005/043480号明細書に対応)、フッ素ポリマーを用いたヒドロシリル化反応する加熱硬化性樹脂組成物(特開2007-100099号公報参照、米国特許出願公開第2006/052546号明細書に対応)、エチレン-プロピレン-ジエンゴムを用いた加熱硬化性樹脂組成物(特開2013-229323号公報参照、米国特許出願公開第2014/287340号明細書に対応)が検討されてきた。しかしながら、これらの加熱硬化性樹脂組成物は、硬化させるために加熱工程が必要であるので、工程時間がかかるという問題があった。
【0006】
そこで、硬化工程のタクトタイムの短縮を実現できる光硬化性樹脂組成物が注目されている。特開平2-88614号公報(米国特許第5171760号明細書に対応)には、2個または3個の末端アクリレート基を有するテレキーリックポリイソブチレン重合体、反応性希釈剤を含有する重合体組成物が開示されている。
【発明の概要】
【0007】
近年、製造現場では、シール剤の塗布・硬化工程におけるさらなるタクトタイム短縮が求められている。具体的には、生産性の観点からスクリーン印刷に対応すること(特開2009-117314参照)、短時間で光硬化可能であること(特開2008-041448参照)が求められている。しかしながら、特開平2-88614号公報(米国特許第5171760号明細書に対応)の重合体組成物は、シール性を向上させるために高分子量のポリマーを使用しているので、スクリーン印刷時に発生した気泡を消泡させることが困難でありスクリーン印刷に適していないことが問題となっていた。また、特開平2-88614号公報(米国特許第5171760号明細書に対応)の重合体組成物で使用しているポリマーの分子量や骨格に起因し光硬化性を向上させることが難しいことが問題となっていた。
【0008】
そこで、本発明の目的は、上記の状況に鑑みてされたものであり、スクリーン印刷による塗布に対応でき、短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物を提供することである。
【0009】
本発明の一形態は、下記[1]に関する:
[1]下記の(A)~(D)成分を含有することを特徴とする光硬化性樹脂組成物:
(A)成分:1以上の(メタ)アクリロイル基と、-[CH2C(CH3)2]-単位を含むポリイソブチレン骨格とを有するポリマー、
(B)成分:下記の(b1)成分と、(b2)成分とを含む単官能性モノマー、
(b1):(メタ)アクリロイル基と、ヒドロキシ基とを有する単官能性モノマー、
(b2):(メタ)アクリロイル基を有し、ヒドロキシ基を有さない単官能性モノマー、
(C)成分:ラジカル重合開始剤、
(D)成分:有機樹脂粒子。
【0010】
また、本発明は、好ましい形態の非限定的な例として、下記[2]~[17]に係る形態を包含する:
[2]前記(A)成分が、後述する一般式(1)で表されるポリイソブチレン骨格を有するポリマーである、[1]に記載の光硬化性樹脂組成物;
[3]前記(A)成分100質量部に対して、前記(b1)成分を0.1~15質量部含み、前記(b2)成分を5~500質量部含むことを特徴とする[1]または[2]に記載の光硬化性樹脂組成物;
[4]前記(D)成分の平均粒径が0.05~50μmであることを特徴とする[1」~[3]のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物;
[5]前記(D)成分が、(メタ)アクリル樹脂粒子、ポリスチレン粒子、スチレン・オレフィン共重合体粒子、ポリエチレン粒子およびポリプロピレン粒子からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする[1]~[4]のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物;
[6]前記(b1)成分が、4ーヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3ーヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2ーヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2ーヒドロキシエチル(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、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート、2-アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル-フタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルアシッドホスフェートおよび2-(メタ)アクリロイロキシエチルアシッドホスフェートからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする[1]~[5]のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物;
[7]前記(b2)成分が、炭素数5~30のアルキル基または炭素数5~30の脂環式炭化水素基を有し、かつ、ヒドロキシ基を有さない(メタ)アクリレートモノマーであることを特徴とする[1]~[6]のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物;
[8][1]~[7]のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を含む、燃料電池用硬化性シール剤;
[9]燃料電池における部材であるセパレーター、フレーム、電解質膜、燃料極、空気極および電解質膜電極接合体からなる群より選択されるいずれかの部材周辺用シール剤である、[8]に記載の燃料電池用硬化性シール剤;
[10]燃料電池における隣り合うセパレーター同士の間のシール剤、または燃料電池のフレームと電解質膜もしくは電解質膜電極接合体との間のシール剤である、[8]に記載の燃料電池用硬化性シール剤;
[11]固体高分子形燃料電池用シール剤である、[8]~[10]のいずれか1項に記載の燃料電池用硬化性シール剤;
[12][1]~[7]のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物、または[8]~[11]のいずれか1項に記載の燃料電池用硬化性シール剤に対して光照射することにより得られる硬化物。
【0011】
[13]燃料電池における隣り合うセパレーター同士の間のシール、および燃料電池のフレームと、電解質膜または電解質膜電極接合体との間のシールからなる群より選択される少なくとも一種のシールを含む燃料電池であって、前記シールのうちの少なくとも1つが、[12]に記載の硬化物である、燃料電池;
[14]固体高分子形燃料電池である、[13]に記載の燃料電池;
[15]少なくとも2つのフランジを有する被シール部品の当該少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする方法であって、
前記フランジの少なくとも一方が活性エネルギー線の光を透過可能であり、前記フランジの少なくとも一方の表面に、[1]~[7]のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を塗布する工程、
前記光硬化性樹脂組成物を塗布した一方のフランジと他方のフランジとを前記光硬化性樹脂組成物を介して貼り合わせる工程、および、
活性エネルギー線を前記光透過可能なフランジを通して照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程、
を含むことを特徴とする、方法;
[16]少なくとも2つのフランジを有する被シール部品の当該少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする方法であって、
前記フランジの少なくとも一方のフランジに、[1]~[7]のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を塗布する工程、
前記塗布した光硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記光硬化性樹脂組成物の硬化物からなるガスケットを形成する工程、および、
他方のフランジを前記ガスケット上に配置して、前記光硬化性樹脂組成物を塗布した一方のフランジと前記他方のフランジとを前記ガスケットを介して圧着し、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程、
を含むことを特徴とする、方法;
[17]少なくとも2つのフランジを有する被シール部品の当該少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする方法であって、
前記フランジの少なくとも一方のフランジ上にガスケット形成用金型を配置する工程、
前記ガスケット形成用金型と該金型を配置したフランジとの間の空隙の少なくとも一部に[1]~[7]のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を注入する工程、
前記光硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記光硬化性樹脂組成物の硬化物からなるガスケットを形成する工程、
前記金型を前記一方のフランジから取り外す工程、および、
他方のフランジを前記ガスケット上に配置して、前記一方のフランジと前記他方のフランジとを前記ガスケットを介して圧着し、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程、
を含むことを特徴とする、方法。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】燃料電池の一例の単セルの概略断面図である。
図1中、1は固体高分子形燃料電池のセルを、2はセパレーターを、3aは空気極(カソード)を、3bは燃料極(アノード)を、4は高分子電解質膜を、5は電解質膜電極接合体(MEA)を、6はフレームを、7は接着剤またはシール剤を、8aは酸化ガス流路を、8bは燃料ガス流路を、9は冷却水流路をそれぞれ表す。
【
図2】燃料電池の一例の全体を表す概略図である。
図2中、10はセルスタックを、11は固体高分子形燃料電池をそれぞれ表す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみには限定されない。本明細書において、上限値および下限値の範囲を示す「~」または「から」という表現では、その上下限値そのものもその範囲に含まれる。すなわち、範囲を示す「X~Y」、「XからY」は、XおよびYを含み、「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20~25℃)/相対湿度40~50%RHの条件で行う。
【0014】
また、本明細書において、アクリロイル基とメタクリロイル基とを合わせて(メタ)アクリロイル基と称する。また、(メタ)アクリロイル基を有する化合物を(メタ)アクリレートとも称する。そして、(メタ)アクリル酸等の(メタ)を含む化合物等も同様に、名称中に「メタ」を有する化合物と「メタ」を有さない化合物の総称である。
【0015】
本発明の一形態は、下記の(A)~(D)成分を含有することを特徴とする光硬化性樹脂組成物に関する。本発明の一形態は、スクリーン印刷による塗布に対応でき、短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物を提供するものである:
(A)成分:1以上の(メタ)アクリロイル基と、-[CH2C(CH3)2]-単位を含むポリイソブチレン骨格とを有するポリマー、
(B)成分:下記の(b1)成分と、(b2)成分とを含む単官能性モノマー、
(b1):(メタ)アクリロイル基と、ヒドロキシ基とを有する単官能性モノマー、
(b2):(メタ)アクリロイル基を有し、ヒドロキシ基を有さない単官能性モノマー、
(C)成分:ラジカル重合開始剤、
(D)成分:有機樹脂粒子。
【0016】
以下に発明の詳細を説明する。
【0017】
<(A)成分>
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に含まれる(A)成分は、1以上の(メタ)アクリロイル基(CH2=CH-C(=O)-またはCH2=C(CH3)-C(=O)-)と、-[CH2C(CH3)2]-単位を含むポリイソブチレン骨格とを有するポリマーである。(A)成分は、(メタ)アクリロイル基を1以上有し、かつ、-[CH2C(CH3)2]-単位を含むポリイソブチレン骨格を有するポリマーであれば特に限定されるものではない。なお、本明細書において、「-[CH2C(CH3)2]-単位を含むポリイソブチレン骨格」を、単に「ポリイソブチレン骨格」とも称する。
【0018】
(A)成分は、-[CH2C(CH3)2]-単位を含むポリイソブチレン骨格を有する。(A)成分が有するポリイソブチレン骨格は、-[CH2C(CH3)2]-単位を有していればよく、例えば、「-[CH2C(CH3)2]-単位以外の他の構成単位」のように、他の構成単位をさらに含んでいてもよい。ここで、優れたシール性と短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、ポリイソブチレン骨格が有する前記他の構成単位としては、2価の非芳香族炭化水素基であることが好ましく、2価の脂肪族炭化水素基であることがより好ましい。ここで、2価の脂肪族炭化水素基としては、炭素数1~12の直鎖または分岐鎖アルキレン基(例えば、メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、イソプロピレン基、n-ブチレン基、イソブチレン基、sec-ブチレン基、tert-ブチレン基、n-ペンチレン基、イソペンチレン基、sec-ペンチレン基、tert-ペンチレン基、n-ヘキシレン基、イソヘキシレン基、sec-ヘキシレン基、tert-ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、2-エチルヘキシレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基)などが挙げられる。これらの中でも、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、プロピレン基(-CH(CH3)CH2-)、イソプロピレン基(-C(CH3)2-)等の、炭素数1~6の直鎖または分岐鎖アルキレン基であることが好ましい。
【0019】
(A)成分は、-[CH2C(CH3)2]-単位を、構成単位全量(すなわち、(A)成分)に対して、例えば70質量%以上含み、好ましくは75質量%以上含み、より好ましくは80質量%以上含むことが適当である。また、(A)成分は、-[CH2C(CH3)2]-単位を、構成単位全量(すなわち、(A)成分)に対して、例えば100質量%未満含み、別の態様では95質量%以下含み、また別の態様では90質量%以下含むことが適当である。この範囲であると、より優れたシール性とより短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られる。
【0020】
また、ポリイソブチレン骨格は、-[CH2C(CH3)2]-単位を、ポリイソブチレン骨格に対して、50質量%超含むことが好ましく、より好ましくは90質量%以上含み、さらに好ましくは95質量%以上含む。また、ポリイソブチレン骨格は、-[CH2C(CH3)2]-単位を、ポリイソブチレン骨格に対して、100質量%以下含み、100質量%未満含むことが好ましく、99.5質量%未満含むことがより好ましい。この範囲であると、より優れたシール性とより短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られる。
【0021】
(A)成分は、1以上の(メタ)アクリロイル基を有する。(A)成分が有する(メタ)アクリロイル基の数は、1以上であれば特に制限されないが、1~12個であることが好ましく、より好ましくは2~8個、さらに好ましくは2~4個、特に好ましくは2個である。この範囲であると、より優れたシール性とより短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られる。また、(メタ)アクリロイル基は、分子の側鎖、および/または、末端のいずれに存在していてもかまわないが、ゴム弾性の点から、分子の末端に存在することが好ましい。
【0022】
なお、本明細書において、ポリマーとは、理論にとらわれないが、例えば、主鎖など、分子内にモノマーの繰り返し単位を伴う構造を有し、かつ、100以上の繰り返し単位を有する化合物を指すと定義できる。
【0023】
(A)成分に含まれる-[CH2C(CH3)2]-単位の繰り返し数は、100以上であることが好ましく、150以上であることがより好ましく、180以上であることがさらに好ましい。また、(A)成分に含まれる-[CH2C(CH3)2]-単位の繰り返し数は、500以下であることが好ましく、300以下であることがより好ましく、200以下であることがさらに好ましい。この範囲であると、より優れたシール性とより短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られる。ここで、-[CH2C(CH3)2]-単位の繰り返し数とは、分子内の離れた位置に存在する2以上の-[CH2C(CH3)2]-単位が存在する場合には、各-[CH2C(CH3)2]-単位の合計である。
【0024】
前記(A)成分としては、優れたシール性と短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、下記一般式(1)で表されるポリイソブチレン骨格を有するポリマーであることが好ましい。(A)成分の具体例としては、(メタ)アクリロイルオキシアルコキシフェニル基を有するポリイソブチレンが挙げられる。なお、(A)成分の主骨格はポリイソブチレン骨格であるが、このポリイソブチレン骨格を構成するモノマーとしてはイソブチレンを主として用いる他には、本発明の効果を損なわない範囲であれば他のモノマーを共重合してもよい。他のモノマーとしては、非芳香族モノマーであることが好ましい。
【0025】
【0026】
上記一般式(1)中、R1は、一価もしくは多価の芳香族炭化水素基、または一価もしくは多価の脂肪族炭化水素基を表す。ここで、芳香族炭化水素基は、特に制限されないが、ベンゼン、ペンタレン、インデン、ナフタレン、アントラセン、アズレン、ヘプタレン、アセナフタレン、フェナレン、フルオレン、アントラキノン、フェナントレン、ビフェニル、ターフェニル、クォーターフェニル、キンクフェニル、セキシフェニル、トリフェニレン、ピレン、クリセン、ピセン、ペリレン、ペンタフェン、ペンタセン、テトラフェン、ヘキサフェン、ヘキサセン、ルビセン、トリナフチレン、ヘプタフェン、ピラントレン等由来の基を挙げることができる。これらの中でも、優れたシール性と短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ビフェニル由来の基が好ましく、ベンゼン由来の基がより好ましい。また、脂肪族炭化水素基は、特に制限されないが、炭素数1~12の直鎖または分岐鎖アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基)、炭素数1~12の直鎖または分岐鎖アルキレン基(例えば、メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、イソプロピレン基、n-ブチレン基、イソブチレン基、sec-ブチレン基、tert-ブチレン基、n-ペンチレン基、イソペンチレン基、sec-ペンチレン基、tert-ペンチレン基、n-ヘキシレン基、イソヘキシレン基、sec-ヘキシレン基、tert-ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、2-エチルヘキシレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基)などが挙げられる。R1は、一価または多価の基であり、脂肪族炭化水素が三価以上の基の場合は、例えば、上記挙げた脂肪族炭化水素基から水素原子を除いた基が挙げられる。ここで、R1の価数は、特に制限されないが、優れたシール性と短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、好ましくは1~12、より好ましくは2~8、さらに好ましくは2~4、特に好ましくは2である。すなわち、R1は、好ましくは多価の芳香族炭化水素基であり、より好ましくは2~4価のベンゼン由来の基であり、特にさらに好ましくは2価のフェニレン基(o,m,p-フェニレン基)であり、特に好ましくは2価のp-フェニレン基である。
【0027】
上記一般式(1)中、PIBは、前記-[CH2C(CH3)2]-単位を含む(または-[CH2C(CH3)2]-単位からなる)ポリイソブチレン骨格を表す。前者(即ち、PIBが-[CH2C(CH3)2]-単位に加えて他の単位を含む)場合の、他の単位としては、特に制限されないが、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、プロピレン基(-CH(CH3)CH2-)、イソプロピレン基(-C(CH3)2-)等の、炭素数1~6の直鎖または分岐鎖アルキレン基が挙げられる。これらの中でも、優れたシール性と短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、PIBは、-[CH2C(CH3)2]-単位からなる、または炭素数2~6の直鎖もしくは分岐鎖アルキレン基および-[CH2C(CH3)2]-単位からなることが好ましく、炭素数3~5の分岐鎖アルキレン基および-[CH2C(CH3)2]-単位からなることがより好ましく、イソプロピレン基(-C(CH3)2-)および-[CH2C(CH3)2]-単位からなる(例えば、[-C(CH3)2-[CH2C(CH3)2]-]単位または[-C(CH3)2-[C(CH3)2CH2]-]単位である)ことが特に好ましい。
【0028】
R4は、酸素原子を含んでもよい炭素数2~6の2価の炭化水素基を表す。ここで、炭素数2~6の2価の炭化水素基としては、特に制限されないが、上記PIBと同様の基が例示できる。これらの中でも、優れたシール性と短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、好ましくは、R4は、炭素数2または3の2価の炭化水素基(例えば、エチレン基(-CH2-CH2-)、トリメチレン基(-CH2-CH2-CH2-)、プロピレン基(-CH(CH3)CH2-)、イソプロピレン基(-C(CH3)2-)等)であり、より好ましくはエチレン基である。なお、R4が酸素原子を含む場合の酸素原子の位置は特に制限されない。例えば、上記アルキレン基の少なくとも一方の末端にもしくは上記アルキレン基を構成する隣り合う炭素原子の間に、酸素原子が導入される、または上記アルキレン基を構成する1以上の水素原子が酸素原子で置換される。
【0029】
上記一般式(1)中、R2およびR3は、それぞれ独立して水素原子または炭素数1~20の1価の炭化水素基を表す。ここで、R2およびR3は、同じであってもまたは異なるものであってもよい。炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、特に制限されないが、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル、ネオペンチル、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、2-テトラオクチル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、2-ヘキシルデシル基、n-ヘプタデシル基、1-オクチルノニル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-イコシル基などの直鎖または分岐鎖のアルキル基;シクロヘキシル基、シクロオクチル基等の環状のアルキル基などが挙げられる。これらの中でも、優れたシール性と短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、R2およびR3は、好ましくは水素原子、炭素数1~8の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、より好ましくは水素原子、炭素数1~3の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、特に好ましくは水素原子である。
【0030】
上記一般式(1)中、R5は、水素原子、メチル基、エチル基を表す。これらの中でも、優れたシール性と短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、好ましくは水素原子またはメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
【0031】
上記一般式(1)中、nは、1~6のいずれかの整数を表す。これらの中でも、優れたシール性と短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、好ましくは2~4の整数であり、より好ましくは2である。
【0032】
なお、(A)成分は、より一層、スクリーン印刷による塗布に良好に対応できる光硬化性樹脂組成物が得られることから、常温(25℃)で液状であることが好ましい。
【0033】
(A)成分の分子量は、特に制限されないが、スクリーン印刷による塗布に対応でき、シール性に優れるとの観点から、クロマトグラフィー測定による数平均分子量が、200~500,000であることが好ましく、より好ましくは1,000~100,000であり、さらに好ましくは3,000~50,000である。なお、数平均分子量は、サイズ浸透クロマトグラフィー(SEC)を用いた標準ポリスチレン換算法により算出できる。
【0034】
(A)成分の25℃での粘度は、特に制限されないが、作業性などの面から、好ましくは5Pa・s以上であり、より好ましくは50Pa・s以上であり、さらに好ましくは100Pa・s以上である。また、(A)成分の25℃での粘度は、特に制限されないが、同様の観点から、3000Pa・s以下であることが好ましく、より好ましくは2500Pa・s以下であり、さらに好ましくは2000Pa・s以下である。特に好ましい粘度は、1550Pa・s以下である。なお、特に断りがない限り、粘度の測定は、コーンプレート型粘度計を用い、25℃での粘度を測定した値である。
【0035】
(A)成分は、単独で用いてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0036】
前記(A)成分の製造方法としては、特に限定されず、公知の手法を用いることができる。例えば、Polymer Bulletin、第6巻、135~141頁(1981)、T.P.LiaoおよびJ.P.Kennedy、ならびにPolymer Bulletin、第20巻、253~260頁(1988)、Puskas et al.に開示された、末端水酸基ポリイソブチレンと塩化アクリロイルまたは塩化メタクリロイルとを反応させて得る方法などが挙げられる。また、他の(A)成分の製造方法としては、末端水酸基ポリイソブチレンと、(メタ)アクリロイル基とイソシアネート基とを有する化合物とを反応させて得る方法、末端水酸基ポリイソブチレンと、イソシアネート基を有する化合物と、(メタ)アクリロイル基と水酸基とを有する化合物とを反応させて得る方法、および末端水酸基ポリイソブチレンと、(メタ)アクリル酸または(メタ)アクリル酸低級エステルとを脱水エステル化法またはエステル交換法を用いて反応させて得る方法などが挙げられる。
【0037】
また、前記の一般式(1)で表されるポリイソブチレン骨格を有するポリマーの製造方法としては、特に限定されず、公知の手法を用いることができる。好ましくは、特開2013-216782号公報に開示された、ハロゲン末端ポリイソブチレンと、下記一般式(2)で表されるような(メタ)アクリロイル基およびフェノキシ基を有する化合物とを反応させる手法が挙げられる。また、前記ハロゲン末端ポリイソブチレンは、公知の手法により得ることができるが、カチオン重合により得ることが好ましく、リビングカチオン重合により得ることがより好ましい。
【0038】
【0039】
上記一般式(2)中、R2、R3、R4、およびR5は、上記式(1)で定義したとおりであってもよい。具体的には、R4は炭素数2~6の酸素原子を含んでもよい2価の炭化水素基を表す。R2およびR3はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1~20の1価の炭化水素基を表す。R5は水素原子、メチル基、エチル基を表す。これらの好ましい態様は、上記一般式(1)の説明と同様である。
【0040】
上記一般式(2)で表される化合物としては、特に制限されないが、例えば、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、フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、フェノキシブチル(メタ)アクリレート、フェノキシペンチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、フェノキシブチル(メタ)アクリレート、フェノキシペンチル(メタ)アクリレート等が好ましい。
【0041】
<(B)成分>
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に含まれる(B)成分は、(b1)成分である(メタ)アクリロイル基と、ヒドロキシ基とを有する単官能性モノマーと、(b2)成分である(メタ)アクリロイル基を有し、ヒドロキシ基を有さない単官能性モノマーとを含む、単官能性モノマーである。
【0042】
(b1)成分と、(b2)成分と、本発明の一形態に係るその他の成分とを組み合わせることによって、スクリーン印刷による塗布に対応でき、短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物を提供することができる。また、(b1)と、(b2)とを組み合わせることによって、光硬化性樹脂組成物の結晶化を抑制できるという効果がさらに発揮される。ここで、前記光硬化性樹脂組成物の結晶化とは、光硬化性樹脂組成物の製造後の貯蔵保存時において結晶析出することである。
【0043】
なお、本明細書において、(b1)成分が有し、(b2)成分が有さない、前記ヒドロキシ基には、カルボキシル基、リン酸基などの官能基の一部を構成する-OH基も含まれるものとするが、特に好ましくは、炭化水素に水酸基(-OH基)が付いている基として存在する基、すなわち炭化水素基に結合した-OH基である。
【0044】
(b1)成分としては、特に制限されないが、例えば、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート(例えば、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)アクリレート等)、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート(例えば、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等)、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート(例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等)、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート、2-アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル-フタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルアシッドホスフェート、2-(メタ)アクリロイロキシエチルアシッドホスフェートなどが挙げられる。これより(b1)成分は、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(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-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート、2-アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル-フタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルアシッドホスフェートおよび2-(メタ)アクリロイロキシエチルアシッドホスフェートからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの中でも、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートがより好ましい。
【0045】
(b1)成分は、合成品を用いても、市販品を用いてもよい。市販品としては、特に制限されないが、例えば、HOA(N)、HOP-A(N)、HOB-A、HOB、P-1M、P-1A、G-201P、M-600A(共栄社化学株式会社)、4HBA、HPA、HEA(大阪有機化学工業株式会社製)などが挙げられる。
【0046】
(b1)成分は、単独でも二種以上の混合物としても用いることができる。
【0047】
(b2)としては、炭素数5~30のアルキル基を有し、ヒドロキシ基(本明細書において、ヒドロキシル基とも称する)を有さない(メタ)アクリレートモノマー、または炭素数5~30の脂環式炭化水素基を有し、ヒドロキシル基を有さない(メタ)アクリレートモノマーなどが挙げられる。すなわち、炭素数5~30のアルキル基または炭素数5~30の脂環式炭化水素基を有し、かつ、ヒドロキシ基を有さない(メタ)アクリレートモノマーなどが挙げられる。これらの中でも、炭素数5~30の脂環式炭化水素基を有し、ヒドロキシル基を有さない(メタ)アクリレートモノマーが好ましい。ここで、上記炭素数は、5以上であることが好ましく、より好ましくは7以上である。また、上記炭素数は、30以下であることが好ましく、より好ましくは20以下であり、より好ましくは15以下であり、さらに好ましくは10以下である。
【0048】
前記の炭素数5~30のアルキル基を有する(メタ)アクリレートモノマー(すなわち、炭素数5~30のアルキル基を有し、ヒドロキシル基を有さない(メタ)アクリレートモノマー)としては、特に制限されないが、例えば、2-エチルヘキシル(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、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、n-オクタデシル(メタ)アクリレート、イソオクタデシル(メタ)アクリレート、ノナデカン(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらの中でも、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、イソオクタデシル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等が好ましい。
【0049】
炭素数5~30のアルキル基を有し、ヒドロキシル基を有さない(メタ)アクリレートモノマーは、合成品を用いても、市販品を用いてもよい。市販品としては、特に制限されないが、例えば、SR335、SR395、SR440,SR489D、SR313,SR324、SR493D(サートマー社製)、S-1800A(新中村化学工業株式会社製)などが挙げられる。
【0050】
前記の炭素数5~30の脂環式炭化水素基を有する(メタ)アクリレートモノマー(すなわち、炭素数5~30の脂環式炭化水素基を有し、ヒドロキシル基を有さない(メタ)アクリレートモノマー)としては、特に制限されないが、例えば、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、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシ(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらの中でも、トリメチルシクロヘキシル(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、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(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等が好ましい。
【0051】
炭素数5~30の脂環式炭化水素基を有し、ヒドロキシル基を有さない(メタ)アクリレートモノマーは、合成品を用いても、市販品を用いてもよい。市販品としては、特に制限されないが、例えば、SR506、SR423(サートマー社)、IBX、IBX-A(共栄社化学株式会社)、FA-511AS,FA-512AS,FA-513AS,FA-512M,FA-512MT,FA-513M(日立化成株式会社)などが挙げられる。 (b2)成分は、単独でも二種以上の混合物としても用いることができる。
【0052】
(b1)成分および(b2)成分の分子量は、特に制限されないが、それぞれ1000未満であることが好ましく、500以下であることがより好ましく、300以下であることがさらに好ましい。(b1)成分および(b2)成分の分子量は、これらを構成する原子の原子量の総和として求めることができる。
【0053】
(B)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して、(b1)成分を0.1~15質量部含み、(b2)成分を5~500質量部を含むことが好ましい。また、(b1)成分を0.3~12質量部含み、(b2)成分を10~300質量部含むことがより好ましく、(b1)成分を0.5~10質量部含み、(b2)成分を12~200質量部含むことがさらに好ましい。上記の範囲内であることで、より一層、スクリーン印刷による塗布に良好に対応でき、短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物を提供することができる。また、光硬化性樹脂組成物の結晶化を抑制できるとの観点では、(A)成分100質量部に対して、(b1)成分が0.5~10質量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは1.1~5.0質量部の範囲であり、さらに好ましくは、1.3~4.0質量部の範囲である。
【0054】
<(C)成分>
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に含まれる(C)成分の光ラジカル重合開始剤は、活性エネルギー線を照射することにより、ラジカルが発生する化合物であれば、特に制限されない。ここで、活性エネルギー線とは、α線やβ線等の放射線、γ線やX線等の電磁波、電子線、波長が100~400nm程度の紫外線、波長が400~800nm程度の可視光線等の広義の光全てを含む概念である。これらの中でも、紫外線が好ましい。
【0055】
(C)成分としては、特に制限されないが、例えば、アセトフェノン系光ラジカル重合開始剤、ベンゾイン系光ラジカル重合開始剤、ベンゾフェノン系光ラジカル重合開始剤、チオキサントン系光ラジカル重合開始剤、アシルホスフィンオキサイド系光ラジカル重合開始剤、チタノセン系光ラジカル重合開始剤等が挙げられる。これらの中でも、活性エネルギー線を照射することにより短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物が得られるとの観点から、アセトフェノン系光ラジカル重合開始剤、アシルホスフィンオキサイド系光ラジカル重合開始剤が好ましく、アシルホスフィンオキサイド系光ラジカル重合開始剤がより好ましい。
【0056】
アセトフェノン系光ラジカル重合開始剤としては、特に制限されないが、例えば、ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン、2-メチル-2-モルホリノ(4-チオメチルフェニル)プロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)ブタノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-[4-(1-メチルビニル)フェニル]プロパノンオリゴマー等が挙げられる。
【0057】
アセトフェノン系光ラジカル重合開始剤は、合成品を用いても、市販品を用いてもよい。市販品としては、特に制限されないが、例えば、IRGACURE(登録商標)184、IRGACUR(登録商標)1173、IRGACURE(登録商標)2959、IRGACURE(登録商標)127(BASF社製)、ESACURE(登録商標)KIP-150(Lamberti s.p.a.社製)等が挙げられる。
【0058】
アシルホスフィンオキサイド系光ラジカル重合開始剤としては、特に制限されないが、例えば、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニル-フォスフィンオキサイド、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-フォスフィンオキサイド等が挙げられる。
【0059】
アシルホスフィンオキサイド系光ラジカル重合開始剤は、合成品を用いても、市販品を用いてもよい。市販品としては、特に制限されないが、例えば、Omnirad(登録商標)TPO、Omnirad(登録商標)819(IGM Resins B.V.社製)、IRGACURE(登録商標)819DW(BASF社製)等が挙げられる。
【0060】
(C)成分は、単独で用いてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0061】
(C)成分の配合量は、特に限定されないが、例えば、(A)成分100質量部に対して、0.1~20質量部であることが好ましく、より好ましくは0.5~10質量部であり、さらに好ましくは、1.1~5質量部である。上記の範囲内であることで、より一層、スクリーン印刷による塗布に良好に対応でき、短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物を提供することができる。また、光硬化性樹脂組成物の結晶化を抑制できるという観点では、(A)成分100質量部に対して、(C)成分が0.1~10質量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.5~5.0質量部の範囲であり、さらに好ましくは、0.7~4.0質量部の範囲である。
【0062】
<(D)成分>
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に含まれる(D)成分は、有機樹脂粒子であれば特に制限されない。(D)成分と、本願発明の一形態に係るその他の成分と組み合わせることによって、光硬化性樹脂組成物のスクリーン印刷時に発生した気泡を消泡させるという効果が発揮される。また、光硬化性樹脂組成物の相分離を抑制することがさらに可能となる。
【0063】
(D)成分としては、特に制限されないが、例えば、(メタ)アクリル樹脂粒子、ポリスチレン粒子、スチレン・オレフィン共重合体粒子、ポリエチレン粒子、ポリプロピレン粒子などが挙げられる。よって、(D)成分は、例えば、(メタ)アクリル樹脂粒子、ポリスチレン粒子、スチレン・オレフィン共重合体粒子、ポリエチレン粒子、ポリプロピレン粒子からなる群より選択される、少なくとも1種でであることが好ましい。これらの中でも(メタ)アクリル樹脂粒子、ポリスチレン粒子、スチレン・オレフィン共重合体粒子等が好ましく、(メタ)アクリル樹脂粒子またはスチレン・オレフィン共重合体粒子がより好ましい。ここで、スチレン・オレフィン共重合体粒子としては、スチレンモノマーと、他の架橋性物質とが共重合しポリマーを形成したものであり、具体的には、スチレンモノマーと、ジビニルベンゼンとの共重合体、スチレンモノマーと、ポリブタジエンとの共重合体、およびスチレンモノマーと、イソプレンとの共重合体等が挙げられる。
【0064】
(D)成分は、、合成品を用いても、市販品を用いてもよい。(メタ)アクリル樹脂粒子の市販品としては、特に制限されないが、例えば、MBX-5、MBX-8、MBX-12、SSX-101、SSX-102、SSX-103、SSX-104、SSX-105、SSX-108、(積水化成品工業株式会社製)、MR-1HG、MR-2G、MR-5C、MX-300、MX-150、MX-500、MZ-5HN(綜研化学株式会社製)などが挙げられる。また、ポリスチレン粒子およびスチレン・オレフィン共重合体粒子の市販品としては、特に制限されないが、例えば、SBX-4、SBX-6、SBX-8(積水化成品工業株式会社製)、KSR-3A、SX-130H,SX-350H、SX-500H(綜研化学株式会社製)などが挙げられる。
【0065】
(D)成分の平均粒径は、特に制限されないが、0.05~50μmであることが好ましく、より好ましくは0.1~40μmであり、さらに好ましくは0.3~25μmである。上記の範囲内であることで、より一層、スクリーン印刷に良好に対応することが可能となる。ここで、平均粒径は、レーザー回折散乱法によって求めた粒度分布における、累積体積比率50%での粒径(D50)である。
【0066】
前記(D)成分の形状は、特に制限されないが、スクリーン印刷時の目詰まり防止の観点から、球状が好ましい。
【0067】
(D)成分は、単独で用いてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0068】
前記(D)成分の配合量は、特に限定されないが、(A)成分100質量部に対して、0.001~20質量部であることが好ましく、より好ましくは0.005~10質量部であり、さらに好ましくは、0.01~5質量部である。上記の範囲内であることで、より一層、スクリーン印刷による塗布に良好に対応でき、短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物を提供することができる。
【0069】
<任意成分>
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に対し、本発明の目的を損なわない範囲で、(メタ)アクリロイル基を有するオリゴマーまたはポリマー(上記の(A)成分を含まない)、無機充填材、有機過酸化物、硬化促進剤、保存安定剤、酸化防止剤、光安定剤、可塑剤、顔料、難燃剤、および界面活性剤等の添加剤を使用することができる。
【0070】
(メタ)アクリロイル基を有するオリゴマーまたはポリマー(上記の(A)成分を含まない)としては、特に限定されないが、例えば、ポリブタジエン骨格のウレタン(メタ)アクリレート、水添ポリブタジエン骨格のウレタン(メタ)アクリレート、ポリカーボネート骨格のウレタン(メタ)アクリレート、ポリエーテル骨格のウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル骨格のウレタン(メタ)アクリレート、ひまし油骨格のウレタン(メタ)アクリレート、イソプレン系(メタ)アクリレート、水添イソプレン系(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル基含有アクリルポリマーなどが挙げられる。これらの中でも、上記の(A)成分や上記の(B)成分と相溶性に優れるとの観点から、ポリブタジエン骨格のウレタン(メタ)アクリレート、水添ポリブタジエン骨格のウレタン(メタ)アクリレート、ひまし油骨格のウレタン(メタ)アクリレート、イソプレン系(メタ)アクリレート、水添イソプレン系(メタ)アクリレートが好ましい。
【0071】
なお、本明細書において、オリゴマーとは、理論にとらわれないが、例えば、主鎖など、分子内にモノマーの繰り返し単位を伴う構造を有し、2以上100未満の繰り返し単位からなる化合物を指すと定義できる。
【0072】
(メタ)アクリロイル基を有するオリゴマーまたはポリマー(上記の(A)成分を含まない)は単独で用いてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0073】
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に対し、硬化物の弾性率、流動性などの改良を目的として、保存安定性を阻害しない程度の無機充填材を添加してもよい。具体的には無機質粉体、金属質粉体等が挙げられる。無機質粉体の充填材としては、特に制限されないが、例えば、ガラス、フュームドシリカ、アルミナ、マイカ、セラミックス、シリコーンゴム粉体、炭酸カルシウム、窒化アルミ、カーボン粉、カオリンクレー、乾燥粘土鉱物、乾燥珪藻土等が挙げられる。無機質粉体の配合量は、特に制限されないが、(A)成分100質量部に対し、0.1~100質量部程度が好ましい。
【0074】
フュームドシリカは、光硬化性樹脂組成物の粘度調整又は硬化物の機械的強度を向上させる目的で配合できる。好ましくは、オルガノクロロシラン類、ポリオルガノシロキサン、ヘキサメチルジシラザンなどで疎水化処理したものなどを用いることができる。フュームドシリカの具体例としては、例えば、日本アエロジル製の商品名アエロジル(登録商標)R974、R972、R972V、R972CF、R805、R812、R812S、R816、R8200、RY200、RX200、RY200S、R202等の市販品が挙げられる。
【0075】
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に対し、加熱又はレドックス反応による硬化性を付与する目的で、有機過酸化物を添加してもよい。レドックス反応を用いると、室温でラジカル種を発生させることができるので好ましい。有機過酸化物としては、特に制限されるものではないが、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類;1,1-ビス(t-ブチルパーオシキ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(t-ブチルパーオシキ)シクロヘキサン、2,2-ビス(t-ブチルパーオキシ)オクタン、n-ブチル-4,4-ビス(t-ブチルパーオキシ)バレレート、2,2-ビス(t-ブチルパーオキシ)ブタン等のパーオキシケタール類;t-ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、p-メンタンハイドロパーオキサイド、2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジハイドロパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド類;ジt-ブチルパーオキサイド、t-ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、α,α’-ビス(t-ブチルパーオキシ-m-イソプロピル)ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3等のジアルキルパーオキサイド類;アセチルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、3,5,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、サクシニックアシッドパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、m-トルオイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジn-プロピルパーオキシジカーボネート、ビス-(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジミリスチルパーオキシジカーボネート、ジ2-エトキシエチルパーオキシジカーボネート、ジメトキシイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(3-メチル-3-メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、ジアリルパーオキシジカーボネート等のパーオキシジカーボネート類;t-ブチルパーオキシアセテート、t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシピバレート、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、クミルパーオキシネオデカノエート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシラウレート、t-ブチルパーオキシベンゾエート、ジt-ブチルパーオキシイソフタレート、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t-ブチルパーオキシマレイックアシッド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、クミルパーオキシオクトエート、t-ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t-ヘキシルパーオキシピバレート、t-ブチルパーオキシネオヘキサノエート、t-ヘキシルパーオキシネオヘキサノエート、クミルパーオキシネオヘキサノエート等のパーオキシエステル類;およびアセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキシド、t-ブチルパーオキシアリルカーボネート等が挙げられる。これらの有機過酸化物は単独で使用されてもよく、又は複数併用されてもよい。これらのうち、硬化性の観点から、クメンハイドロパーオキサイドが好ましく使用される。
【0076】
有機過酸化物を用いる場合、レドックス反応を促進させる目的で硬化促進剤を配合させることができる。そのような硬化促進剤としては、特に限定されないが、好ましくは、サッカリン(o-ベンゾイックスルフィミド)、ヒドラジン化合物、アミン化合物、メルカプタン化合物、遷移金属含有化合物等が使用される。
【0077】
ヒドラジン化合物としては、特に制限されないが、例えば、1-アセチル-2-フェニルヒドラジン、1-アセチル-2(p-トリル)ヒドラジン、1-ベンゾイル-2-フェニルヒドラジン、1-(1’,1’,1’-トリフルオロ)アセチル-2-フェニルヒドラジン、1,5-ジフェニル-カルボヒドラジン、1-フォーミル-2-フェニルヒドラジン、1-アセチル-2-(p-ブロモフェニル)ヒドラジン、1-アセチル-2-(p-ニトロフェニル)ヒドラジン、1-アセチル-2-(2’-フェニルエチルヒドラジン)、エチルカルバゼート、p-ニトロフェニルヒドラジン、p-トリスルホニルヒドラジド等が挙げられる。
【0078】
アミン化合物としては、特に制限されないが、例えば、2-エチルヘキシルアミン、1,2,3,4-テトラヒドロキノン、1,2,3,4-テトラヒドロキナルジン等の複素環第二級アミン;キノリン、メチルキノリン、キナルジン、キノキサリンフェナジン等の複素環第三級アミン;N,N-ジメチル-パラ-トルイジン、N,N-ジメチル-アニシジン、N,N-ジメチルアニリン等の芳香族第三級アミン;1,2,4-トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、ベンゾトリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、ベンゾキサゾール、1,2,3-ベンゾチアジアゾール、3-メルカプトベンゾトリゾール等のアゾール系化合物等が挙げられる。
【0079】
メルカプタン化合物としては、特に制限されないが、例えば、n-ドデシルメルカプタン、エチルメルカプタン、ブチルメルカプタン、トリス-[(3-メルカプトプロピオニルオキシ)-エチル]-イソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート等が挙げられる。
【0080】
遷移金属含有化合物としては、特に制限されないが、好ましくは金属キレート錯体塩が使用される。例えば、ペンタジオン鉄、ペンタジオンコバルト、ペンタジオン銅、プロピレンジアミン銅、エチレンジアミン銅、鉄ナフテート、ニッケルナフテート、コバルトナフテート、銅ナフテート、銅オクテート、鉄ヘキソエート、鉄プロピオネート、アセチルアセトンバナジウム等が挙げられる。
【0081】
硬化促進剤は、単独で使用されてもよく、又は複数併用されてもよい。これらのうち、サッカリン、ヒドラジン系化合物、アミン系化合物および遷移金属含有化合物の混合物が、硬化促進効果が良好であるためにより好ましい。
【0082】
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に対し、保存安定剤を添加してもよい。保存安定剤としては、特に制限されないが、例えば、ベンゾキノン、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル等のラジカル吸収剤、エチレンジアミン4酢酸又はその2-ナトリウム塩、シュウ酸、アセチルアセトン、o-アミノフェノール等の金属キレート化剤等を添加することもできる。
【0083】
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に対し、酸化防止剤を添加してもよい。酸化防止剤としては、特に制限されないが、例えば、β-ナフトキノン、2-メトキシ-1,4-ナフトキノン、メチルハイドロキノン、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、モノ-tert-ブチルハイドロキノン、2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン、p-ベンゾキノン、2,5-ジフェニル-p-ベンゾキノン、2,5-ジ-tert-ブチル-p-ベンゾキノン等のキノン系化合物;フェノチアジン、2,2-メチレン-ビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、カテコール、tert-ブチルカテコール、2-ブチル-4-ヒドロキシアニソール、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、2-tert-ブチル-6-(3-tert-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-4-メチルフェニルアクリレート、2-〔1-(2-ヒドロキシ-3,5-ジ-tert-ペンチルフェニル)エチル〕-4,6-ジ-tert-ペンチルフェニルアクリレート、4,4’-ブチリデンビス(6-tert-ブチル-3-メチルフェノール)、4,4’-チオビス(6-tert-ブチル-3-メチルフェノール)、3,9-ビス〔2-〔3-(3-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニロキシ〕-1,1-ジメチルエチル〕-2,4,8,10-テトラオキサスピロ〔5,5〕ウンデカン、ペンタエリスリトールテトラキス〔3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、チオジエチレンビス〔3-(3,5-ジ-tert-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-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、N,N’-ヘキサン-1,6-ジイルビス〔3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオンアミド〕、ベンゼンプロパン酸,3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシ-C7-C9側鎖アルキルエステル、2,4-ジメチル-6-(1-メチルペンタデシル)フェノール、ジエチル〔〔3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル〕メチル〕フォスフォネート、3,3’,3”,5,5’,5”-ヘキサ-tert-ブチル-a,a’,a”-(メシチレン-2,4,6-トリル)トリ-p-クレゾール、カルシウムジエチルビス〔〔3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル〕メチル〕フォスフォネート、4,6-ビス(オクチルチオメチル)-o-クレゾール、エチレンビス(オキシエチレン)ビス〔3-(5-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-m-トリル)プロピオネート〕、ヘキサメチレンビス〔3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,3,5-トリス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス〔(4-tert-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-キシリル)メチル〕-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、N-フェニルベンゼンアミンと2,4,6-トリメチルペンテンとの反応生成物、2,6-ジ-tert-ブチル-4-(4,6-ビス(オクチルチオ)-1,3,5-トリアジン-2-イルアミノ)フェノール、ピクリン酸、クエン酸等のフェノール類(フェノール系化合物);トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)フォスファイト、トリス〔2-〔〔2,4,8,10-テトラ-tert-ブチルジベンゾ〔d,f〕〔1,3,2〕ジオキサフォスフェフィン-6-イル〕オキシ〕エチル〕アミン、ビス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ペンタエリスリートールジフォスファイト、ビス〔2,4-ビス(1,1-ジメチルエチル)-6-メチルフェニル〕エチルエステル亜リン酸、テトラキス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)〔1,1-ビスフェニル〕-4,4’-ジイルビスホスフォナイト、6-〔3-(3-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロポキシ〕-2,4,8,10-テトラ-tert-ブチルジベンズ〔d、f〕〔1,3,2〕ジオキサフォスフェフィン等のリン系化合物;ジラウリル3,3’-チオジプロピオネート、ジミリスチル3,3’-チオジプロピオネート、ジステアリル3,3’-チオジプロピオネート、ペンタエリスリチルテトラキス(3-ラウリルチオプロピオネート)、2-メルカプトベンズイミダゾール等のイオウ系化合物;フェノチアジン等のアミン系化合物;ラクトン系化合物;ビタミンE系化合物等が挙げられる。これらの中でもフェノール系化合物が好適である。
【0084】
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に対し、光安定剤を添加してもよい。光安定剤としては、特に制限されないが、例えば、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケート、4-ベンゾイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1-〔2-〔3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ〕エチル〕-4-〔3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ〕-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジニル-メタアクリレート、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジニル)〔〔3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル〕メチル〕ブチルマロネート、デカン二酸ビス(2,2,6,6-テトラメチル-1(オクチルオキシ)-4-ピペリジニル)エステル,1,1-ジメチルエチルヒドロペルオキシドとオクタンの反応生成物、N,N’,N”,N”’-テトラキス-(4,6-ビス-(ブチル-(N-メチル-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)アミノ)-トリアジン-2-イル)-4,7-ジアザデカン-1,10-ジアミン、ジブチルアミン・1,3,5-トリアジン・N,N’-ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル-1,6-ヘキサメチレンジアミンとN-(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)ブチルアミンの重縮合物、ポリ〔〔6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)アミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル〕〔(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ〕ヘキサメチレン〔(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ〕〕、コハク酸ジメチルと4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジンエタノールの重合物、2,2,4,4-テトラメチル-20-(β-ラウリルオキシカルボニル)エチル-7-オキサ-3,20-ジアザジスピロ〔5・1・11・2〕ヘネイコサン-21-オン、β-アラニン,N,-(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジニル)-ドデシルエステル/テトラデシルエステル、N-アセチル-3-ドデシル-1-(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジニル)ピロリジン-2,5-ジオン、2,2,4,4-テトラメチル-7-オキサ-3,20-ジアザジスピロ〔5,1,11,2〕ヘネイコサン-21-オン、2,2,4,4-テトラメチル-21-オキサ-3,20-ジアザジシクロ-〔5,1,11,2〕-ヘネイコサン-20-プロパン酸ドデシルエステル/テトラデシルエステル、プロパンジオイックアシッド,〔(4-メトキシフェニル)-メチレン〕-ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジニル)エステル、2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジノールの高級脂肪酸エステル、1,3-ベンゼンジカルボキシアミド,N,N’-ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジニル)等のヒンダートアミン系化合物;オクタベンゾン等のベンゾフェノン系化合物;2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)フェノール、2-(2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-〔2-ヒドロキシ-3-(3,4,5,6-テトラヒドロフタルイミド-メチル)-5-メチルフェニル〕ベンゾトリアゾール、2-(3-tert-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2-ヒドロキシ-3,5-ジ-tert-ペンチルフェニル)ベンゾトリアゾール、メチル3-(3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-5-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートとポリエチレングリコールの反応生成物、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-ドデシル-4-メチルフェノール等のベンゾトリアゾール系化合物;2,4-ジ-tert-ブチルフェニル-3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンゾエート等のベンゾエート系化合物;2-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-〔(ヘキシル)オキシ〕フェノール等のトリアジン系化合物等が挙げられる。これらの中でも、特に好ましくは、ヒンダートアミン系化合物である。
【0085】
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物に対し、密着付与剤を添加してもよい。密着付与剤としては、特に制限されないが、例えば、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシオクチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル-トリス(β-メトキシエトキシ)シラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-ユレイドプロピルトリエトキシシラン、ヒドロキシエチルメタクリレートリン酸エステル、メタクリロキシオキシエチルアシッドフォスフェート、メタクリロキシオキシエチルアシッドフォスフェートモノエチルアミンハーフソルト、2-ヒドロキシエチルメタクリル酸フォスフェート等が挙げられる。これらの中でも、ヒドロキシエチルメタクリレートリン酸エステル、メタクリロキシオキシエチルアシッドフォスフェート、メタクリロキシオキシエチルアシッドフォスフェートモノエチルアミンハーフソルト、2-ヒドロキシエチルメタクリル酸フォスフェート等が好ましい。密着性付与剤の含有量は、特に制限されないが、(A)成分100質量部に対し、0.05~30質量部が好ましく、より好ましくは0.2~10質量部である。
【0086】
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物の製造方法は、特に制限されず、従来公知の方法により製造することができる。例えば、(A)成分~(D)成分の所定量を配合して、ミキサー等の混合手段を使用して、好ましくは10~70℃の温度で、好ましくは0.1~5時間混合することにより製造することができる。また、本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物は、遮光環境下で製造することが好ましい。
【0087】
<塗布方法>
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物を被着体への塗布する方法としては、特に制限されない。例えば、自動塗布機を用いたディスペンシング、スプレー、インクジェット、スクリーン印刷、グラビア印刷、ディッピング、スピンコートなどの方法を用いることができる。これらの中でも、本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物は、スクリーン印刷時に発生した気泡を消泡させるという効果を発揮することから、スクリーン印刷に最適である。なお、本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物は、塗布性の観点から、25℃で液状であることが好ましい。
【0088】
<硬化方法>
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物を、活性エネルギー線(例えば、紫外線、可視光等の光)を照射することにより硬化させるに際しての光源は、特に限定されず、公知の光源を用いることができる。例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ブラックライトランプ、マイクロウェーブ励起水銀灯、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、LED、蛍光灯、太陽光、電子線照射装置等が挙げられる。光照射の照射量は硬化物の特性の観点から3kJ/m2以上であることが好ましく、より好ましくは5kJ/m2以上である。また、硬化工程のタクトタイムの観点から、50kJ/m2以下であることが好ましく、より好ましくは25kJ/m2以下であり、さらに好ましくは15kJ/m2以下である。
【0089】
<硬化物>
本発明の他の一形態は、上記の光硬化性樹脂組成物、または後述する本発明のその他の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤の硬化物に関する。本発明の一形態に係る硬化物は、上記の光硬化性樹脂組成物がまたは後述する本発明のその他の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤硬化したものであれば、その硬化方法の如何は問わない。ここで、本発明の一形態に係る硬化物は、上記の光硬化性樹脂組成物、または後述する本発明のその他の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤に対し、上記の硬化方法によって紫外線等の活性エネルギー線を照射することにより硬化させてなることが好ましい。これより、当該形態は、上記の光硬化性樹脂組成物、または後述する本発明のその他の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤に対して光照射することにより得られる硬化物であることが好ましい。
【0090】
<用途およびシール剤>
本発明の一形態に係る光硬化性樹脂組成物またはその硬化物が好適に用いられる用途としては、硬化性シール剤が挙げられる。本明細書において、シール剤とは、接着剤、コーティング剤、注型剤、ポッティング剤等の用途も含まれるものである。なお、このような用途で使用するにあたり、上記の光硬化性樹脂組成物は、25℃で液状であることが好ましい。
【0091】
シール剤の具体的な用途としては、上記の光硬化性樹脂組成物またはその硬化物は、低気体透過性(特に、低水素透過性)、低透湿性、耐熱性、耐酸性、可とう性に優れるゴム弾性体であることから、燃料電池、太陽電池、色素増感型太陽電池、リチウムイオン電池、電解コンデンサ、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、電子ペーパー、LED、ハードディスク装置、フォトダイオード、光通信・回路、電線・ケーブル・光ファイバー、光アイソレータ、ICカード等の積層体、センサ、基板、医薬・医療用器具・機器等が挙げられる。これらの用途の中でも、上記の光硬化性樹脂組成物は、紫外線等の活性エネルギー線の照射により速やかに硬化し、ガスバリア性に優れることから、燃料電池用途、特に固体高分子形燃料電池用途が特に好ましい。これより、本発明の他の一形態は、上記の光硬化性樹脂組成物を含む、燃料電池用硬化性シール剤に関する。当該形態における好ましい態様としては、上記の光硬化性樹脂組成物を含む、固体高分子形燃料電池用硬化性シール剤が挙げられる。
【0092】
本発明の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤は、燃料電池における部材であるセパレーター、フレーム、電解質膜、燃料極、空気極および電解質膜電極接合体からなる群より選択されるいずれかの部材周辺用シール剤であることが好ましい。すなわち、本発明の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤は、その硬化物が、これらの部材の周辺をシールするために用いられることが好ましい。また、本発明の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤は、燃料電池における隣り合うセパレーター同士の間のシール剤、または燃料電池のフレームと、電解質膜もしくは電解質膜電極接合体(MEA)との間のシール剤であることがより好ましい。すなわち、本発明の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤は、その硬化物が、本発明の一形態に係る燃料電池における隣り合うセパレーター同士の間をシールするために用いられるか、燃料電池のフレームと、電解質膜との間をシールするために用いられるか、または燃料電池のフレームと、電解質膜電極接合体(MEA)との間をシールするために用いられることがより好ましい。
【0093】
なお、本発明の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤が適用される燃料電池(好ましくは固体高分子形燃料電池)は、特に制限されない。
【0094】
<燃料電池>
本発明の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤は、前述のように燃料電池に適用される。また、本発明の他の一形態は、燃料電池に関する。
【0095】
燃料電池とは、水素と酸素を化学的に反応させることにより電気を発生させる発電装置である。また、燃料電池には、主に、固体高分子形燃料電池、りん酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池の4つの方式がある。これらの中でも、固体高分子形燃料電池は、運転温度が比較的低温(80℃前後)でありながら高発電効率であるので、自動車用動力源、家庭用発電装置、携帯電話などの電子機器用小型電源、非常電源等の用途に好ましく用いられる。
【0096】
以下、添付した図面を参照しながら、燃料電池の一例を説明する。ただし、本発明の一形態に係る燃料電池用硬化性シール剤が適用される燃料電池や、本発明の他の一形態に係る燃料電池は、以下に示すものに限定されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【0097】
図1は、燃料電池の一例の単セルの概略断面図である。また、
図2は、燃料電池の一例の全体を表す概略図である。
図1に示すように、代表的な固体高分子形燃料電池のセル1とは、高分子電解質膜4が空気極(カソード電極)3a、燃料極(アノード電極)3bとの間に挟持された構造である電解質膜電極接合体5(MEA)と、前記MEAを支持するフレーム6と、ガスの流路が形成されているセパレーター2とを備えた構造である。また、固体高分子形燃料電池の起動時には、燃料ガス(水素ガス)および酸化ガス(酸素ガス)が、酸化ガス流路8aおよび燃料ガス流路8bを通じて供給される。また、発電の際の発熱を緩和する目的で冷却水が流路9を流れる。なお、このセルを数百枚重ねてパッケージにしたものを、
図2に示すようにセルスタック10と呼んでいる。固体高分子形燃料電池11は、セルスタック10を有する。
【0098】
燃料極(アノード電極)に燃料ガス(水素ガス)、酸素極(空気極、カソード電極)に酸化ガス(酸素ガス)を供給すると、各電極では次のような反応が起こり、全体としては水が生成される反応(H2+1/2O2→H2O)が起こる。詳細に説明すると、下記のように燃料極で生成されるプロトン(H+)は固体高分子膜中を拡散して酸素極側に移動し、酸素と反応して生成された水(H2O)は酸素極側から排出される。
【0099】
【0100】
固体高分子形燃料電池を起動するには、アノード電極に水素を含む燃料ガスを、カソード電極には酸素を含む酸化ガスを別々に隔離して供給する必要がある。隔離が不十分で一方のガスが他方のガスへと混合してしまうと、発電効率の低下を起こしてしまう恐れがあるためである。このような背景から、燃料ガスや酸素ガスなどの漏れを防止する目的で、シール剤が多用される。具体的には、隣り合うセパレーター同士との間、セパレーターとフレームとの間、フレームと電解質膜またはMEAとの間等にシール剤が使用されている。これは、
図1の接着剤またはシール材7のうち、少なくとも1つがシール材である場合に対応する。このことから、本発明の一形態に係る燃料電池は、燃料電池における隣り合うセパレーター同士との間のシール、および燃料電池のフレームと電解質膜または電解質膜電極接合体との間のシールからなる群より選択される少なくとも一種のシールを含むものであって、前記シールのうちの少なくとも1つが、上記の光硬化性樹脂組成物または上記の燃料電池用硬化性シール剤の硬化物であることが好ましい。そして、当該燃料電池は、固体高分子形燃料電池であることがより好ましい。
【0101】
上記の高分子電解質膜とは、例えば、イオン伝導性を有する陽イオン交換膜が挙げられ、好ましくは化学的に安定であり、高温での動作に強いことから、スルホン酸基を持つフッ素系ポリマーなどが挙げられる。市販品としては、デュポン社のナフィオン(登録商標)、AGC株式会社製のフレミオン(登録商標)、旭化成株式会社製のアシプレックス(登録商標)などが挙げられる。通常、高分子電解質膜は難接着な材質であるが、上記の光硬化性樹脂組成物または上記の燃料電池用硬化性シール剤を用いることで、接着することができる。
【0102】
【0103】
前記燃料極は、水素極、アノードと呼ばれるものであり、公知のものが使用される。例えば、カーボンに白金、ニッケル、ルテニウムなどの触媒を担体させたものが用いられている。また、前記空気極は、酸素極、カソードと呼ばれるものであり、公知のものが使用される。例えば、カーボンに白金、合金などの触媒を担体させたものが用いられている。各電極の表面には、ガスを拡散や電解質の保湿させる働きをするガス拡散層が備えられていてもよい。ガス拡散層は、公知のものが使用される。例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、炭素繊維などが挙げられる。
【0104】
上記セパレーター2は、
図1に示すように凸凹の細かい流路があり、そこを燃料ガスや酸化ガスが通り、電極に供給される。また、セパレーターは、アルミニウム、ステンレス、チタン、グラファイト、カーボン等により構成されている。
【0105】
前記フレームとは、薄い電解質膜またはMEAが破けないように支持、補強するものである。前記フレームの材質は、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。また、上記の光硬化性樹脂組成物もしくは燃料電池用硬化性シール剤またはこれらの硬化物を用いて部材を貼り合わせるためには、部材が光透過することものが好ましい。
【0106】
本発明の一形態に係る燃料電池とは、上記の光硬化性樹脂組成物もしくは燃料電池用硬化性シール剤またはその硬化物によりシールされたことを特徴とする燃料電池である。燃料電池におけるシールが必要な部材としては、例えば、セパレーター、フレーム、電解質膜、燃料極、空気極、MEA等が挙げられる。より具体的なシール箇所としては、隣り合うセパレーター同士との間、セパレーターとフレームとの間、フレームと電解質膜またはMEAとの間(フレームと電解質膜との間またはフレームとMEAとの間)等が挙げられる。なお、「セパレーターとフレームとの間」または「高分子電解質膜またはMEAとフレームとの間」の主なシールの目的は、ガスの混合や漏れを防ぐことであり、隣り合うセパレーター同士との間のシールの目的はガスの漏れを防ぐことと冷却水流路から外部に冷却水が漏洩することを防ぐことである。なお、電解質膜から発生する酸により強酸雰囲気になるので、好ましいシール剤には耐酸性が求められる。
【0107】
<シール方法>
本発明の他の一形態は、上記の光硬化性樹脂組成物(または上記の燃料電池用硬化性シール剤)を用いたシール方法に関する。
【0108】
上記の光硬化性樹脂組成物を用いたシール手法としては、特に限定されないが、代表的には、FIPG(フォームインプレイスガスケット)、CIPG(キュアーインプレイスガスケット)、MIPG(モールドインプレイスガスケット)、液体射出成形などが挙げられる。
【0109】
FIPGとは、被シール部品のフランジに上記の光硬化性樹脂組成物を自動塗布装置などにより塗布し、もう一方のフランジと貼り合わせた状態で、紫外線等の活性エネルギー線を光透過可能なフランジ側から照射して、光硬化性樹脂組成物を硬化させて、接着シールする手法である。より具体的には、少なくとも2つのフランジを有する被シール部品の当該少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする方法であって、前記フランジの少なくとも一方が活性エネルギー線の光を透過可能であり、前記フランジの少なくとも一方の表面に、上述した光硬化性樹脂組成物を塗布する工程、前記光硬化性樹脂組成物を塗布した一方のフランジと他方のフランジとを前記光硬化性樹脂組成物を介して貼り合わせる工程、及び、活性エネルギー線を前記光透過可能なフランジを通して照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程、を含むことを特徴とする方法である。好ましい例としては、少なくとも2つのフランジを有する被シール部品における、少なくとも一組の貼合する2つのフランジの間の、少なくとも一部をシールする方法であって、前記貼合する2つのフランジの少なくとも一方が活性エネルギー線を透過可能であり、前記貼合する2つのフランジの一方の表面に、上記の光硬化性樹脂組成物を塗布する工程と、前記光硬化性樹脂組成物を塗布した後、前記貼合する2つのフランジの一方のフランジと、他方のフランジとを、前記光硬化性樹脂組成物を介して貼り合わせる工程と、前記貼合する2つのフランジのうちの前記活性エネルギー線を透過可能なフランジを通して前記活性エネルギー線を照射して、前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記貼合する2つのフランジの間の、少なくとも一部をシールする工程と、を含むことを特徴とする方法が挙げられる。
【0110】
CIPGとは、被シール部品のフランジに上記の光硬化性樹脂組成物をスクリーン印刷塗布装置、自動塗布装置などによりビード塗布し、紫外線等の活性エネルギー線を照射して、光硬化性樹脂組成物を硬化させてガスケットを形成し、そして、もう一方のフランジと貼り合わせて、圧縮シールする手法である。より具体的には、少なくとも2つのフランジを有する被シール部品の当該少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする方法であって、前記フランジの少なくとも一方のフランジに、上述した光硬化性樹脂組成物を塗布する工程、前記塗布した光硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記光硬化性樹脂組成物の硬化物からなるガスケットを形成する工程、他方のフランジを前記ガスケット上に配置して、前記光硬化性樹脂組成物を塗布した一方のフランジと前記他方のフランジとを前記ガスケットを介して圧着し、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程、を含むことを特徴とする方法である。好ましい例としては、少なくとも2つのフランジを有する被シール部品における、少なくとも一組の貼合する2つのフランジの間の、少なくとも一部をシールする方法であって、前記貼合する2つのフランジの一方のフランジに、上記の光硬化性樹脂組成物を塗布する工程と、塗布後の前記光硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して、前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記光硬化性樹脂組成物の硬化物からなるガスケットを形成する工程と、前記貼合する2つのフランジの他方のフランジを、前記ガスケット上に配置して、前記貼合する2つのフランジの前記ガスケットを配置した一方のフランジと、前記ガスケット上に配置した他方のフランジとを、前記ガスケットを介して圧着し、前記貼合する2つのフランジの間の、少なくとも一部をシールする工程と、を含むことを特徴とする方法が挙げられる。
【0111】
MIPGとは、予め被シール部品のフランジに金型を圧接し、光透過可能な材質の金型とフランジ間に生じたキャビティーに上記の光硬化性樹脂組成物を注入し、紫外線等の活性エネルギー線を照射して、光硬化させガスケットを形成し、そして、もう一方のフランジと貼り合わせて、圧縮シールする手法である。なお、金型は、光透過可能な材質であることが好ましく、具体的には、ガラス、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、オレフィン等が挙げられる。また、ガスケット形成後、金型から取り出しやすくするために金型には、予めフッ素系、シリコーン系などの離型剤を塗布しておくことが好ましい。より具体的には、少なくとも2つのフランジを有する被シール部品の当該少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする方法であって、前記フランジの少なくとも一方のフランジ上にガスケット形成用金型を配置する工程、前記ガスケット形成用金型と該金型を配置したフランジとの間の空隙の少なくとも一部に上述した光硬化性樹脂組成物を注入する工程、前記光硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記光硬化性樹脂組成物の硬化物からなるガスケットを形成する工程、前記金型を前記一方のフランジから取り外す工程、他方のフランジを前記ガスケット上に配置して、前記一方のフランジと前記他方のフランジとを前記ガスケットを介して圧着し、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程、を含むことを特徴とする方法である。好ましい例としては、少なくとも2つのフランジを有する被シール部品における、少なくとも一組の貼合する2つのフランジの間の、少なくとも一部をシールする方法であって、前記貼合する2つのフランジの一方のフランジ上にガスケット形成用金型を配置する工程と、前記ガスケット形成用金型と、前記ガスケット形成用金型を配置したフランジとの間の空隙の少なくとも一部に上記の光硬化性樹脂組成物を注入する工程と、注入された前記光硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して、前記光硬化性樹脂組成物を硬化させ、前記光硬化性樹脂組成物の硬化物からなるガスケットを形成する工程と、前記ガスケット形成用金型を、前記ガスケット形成用金型を配置したフランジから取り外す工程と、前記貼合する2つのフランジの他方のフランジを、前記ガスケット上に配置して、前記貼合する2つのフランジの前記ガスケットを配置した一方のフランジと、前記ガスケット上に配置した他方のフランジとを、前記ガスケットを介して圧着し、前記少なくとも2つのフランジの間の少なくとも一部をシールする工程と、を含むことを特徴とする方法が挙げられる。
【0112】
液体射出成形とは、上記の光硬化性樹脂組成物を特定圧力により光透過可能な材質の金型に流し込み、紫外線等の活性エネルギー線を照射して、光硬化させガスケットを形成し、そして、もう一方のフランジと貼り合わせて、圧縮シールする手法である。なお、金型は、光透過可能な材質であることが好ましく、具体的には、ガラス、PMMA、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、オレフィン等が挙げられる。また、ガスケット形成後、金型から取り出しやすくするために金型には、予めフッ素系、シリコーン系などの離型剤を塗布しておくことが好ましい。
【実施例】
【0113】
以下に実施例をあげて本発明を更に詳細の説明をするが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0114】
<a1の製造>
・合成例1:アクリロイルオキシエトキシフェニル基を有するポリイソブチレン(a1)の製造
5Lのセパラブルフラスコの容器内を窒素置換した後、n-ヘキサン200mL及び塩化ブチル2000mLを加え、窒素雰囲気下で攪拌しながら-70℃まで冷却した。次いで、イソブチレン840mL(9mol)、p-ジクミルクロライド12g(0.05mol)及び2-メチルピリジン1.1g(0.012mol)を加えた。反応混合物が-70℃まで冷却された後で、四塩化チタン5.0mL(0.05mol)を加えて重合を開始した。重合開始3時間後に、フェノキシエチルアクリレート(ライトアクリレートPO-A、共栄社化学株式会社製)40gと、四塩化チタン110mlとを添加した。その後、-70℃で4時間攪拌を続けた後、メタノール1000mlを添加して反応を停止させた。
【0115】
反応溶液から上澄み液を分取し、溶剤等を留去した後、生成物をn-ヘキサン3000mlに溶解させ、3000mlの純水で3回水洗を行い、メタノールから再沈殿した後、溶媒を減圧下に留去して、得られた重合体を80℃で24時間真空乾燥することにより、アクリロイルオキシエトキシフェニル基を有するポリイソブチレン(a1)を得た。
【0116】
前記(a1)は、-[CH2C(CH3)2]-単位を含み、アクリロイル基を2個含有する。より具体的には、a1は、一般式(1)において、R1はフェニレン基を示し、PIBは-[CH2C(CH3)2]-単位を含むポリイソブチレン骨格を示し、R4は炭素数2の炭化水素基(エチレン基)を示し、R2及びR3はそれぞれ独立して水素原子を示し、R5は水素原子であり、n=2であるポリマーである。なお、前記(a1)の数平均分子量(クロマトグラフィー法、ポリスチレン換算)は11,100であり、前記(a1)の粘度(25℃)は1,550Pa・sであった。
【0117】
<光硬化性樹脂組成物の調製>
・実施例1
本発明の(A)成分として上記合成例1で得られたアクリロイルオキシエトキシフェニル基を有するポリイソブチレン(a1)100質量部と、
(B)成分の(b1-1)成分として4-ヒドロキシブチルアクリレート(4HBA、大阪有機化学工業株式会社製)3質量部と、(b2)成分としてイソボルニルメタクリレート(SR423、サートマー社製)50質量部と、
(C)成分としてビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニル-フォスフィンオキサイド(Omnirad 819 、IGM Resins B.V.社製)2質量部と、
(D)成分として平均粒径1μmのアクリル樹脂粒子(MR-2G、綜研化学株式会社製)0.05質量部とをプラネタリーミキサーに添加し、遮光下で常温(25℃)にてプラネタリーミキサーで60分混合し、実施例1の光硬化性樹脂組成物を得た。当該光硬化性樹脂組成物は25℃で液状であった。
【0118】
・実施例2
実施例1において、(b1-1)成分である4-ヒドロキシブチルアクリレートの添加量を6質量部にした以外は、実施例1と同様にして調製し、実施例2の光硬化性樹脂組成物を得た。当該光硬化性樹脂組成物は25℃で液状であった。
【0119】
・実施例3
実施例1において、(b1-1)成分である4-ヒドロキシブチルアクリレートの代わりに、(b1-2)成分としてヒドロキシプロピルアクリレート(HPA、大阪有機化学工業株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして調製し、実施例3の光硬化性樹脂組成物を得た。当該光硬化性樹脂組成物は25℃で液状であった。
【0120】
・実施例4
実施例1において、(b1-1)成分である4-ヒドロキシブチルアクリレートの代わりに、(b1-3)成分としてヒドロキシエチルアクリレート(HEA、大阪有機化学工業株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして調製し、実施例4の光硬化性樹脂組成物を得た。当該光硬化性樹脂組成物は25℃で液状であった。
【0121】
・実施例5
実施例1において、平均粒径1μmのアクリル樹脂粒子の代わりに、(D)成分として平均粒径6μmのスチレン・オレフィン共重合体粒子(SBX-6、積水化成品工業株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして調製し、実施例5の光硬化性樹脂組成物を得た。当該光硬化性樹脂組成物は25℃で液状であった。
【0122】
・比較例1
実施例1において、(b1-1)成分である4-ヒドロキシブチルアクリレートを除いた以外は、実施例1と同様にして調製し、比較例1の光硬化性樹脂組成物を得た。
【0123】
・比較例2
実施例1において、(D)成分である平均粒径1μmのアクリル樹脂粒子の代わりに、平均粒径30μmのジルコニア粒子(東ソー株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして調製し、比較例2の光硬化性樹脂組成物を得た。
【0124】
・比較例3
実施例1において、(b2)成分を除き、(b1-1)成分である4-ヒドロキシブチルアクリレートを3質量部から53重量部にした以外は、実施例1と同様にして調製し、
比較例3の光硬化性樹脂組成物を得た。比較例3の光硬化性樹脂組成物は、製造直後に分離してしまった。そのため、特性評価は行うことは困難であった。
【0125】
下記表1の実施例、比較例において使用した試験方法は下記の通りである。
【0126】
(1)スクリーン印刷性の確認試験
確認試験については、下記2水準にて評価試験を実施した。
【0127】
・試験A:各光硬化性樹脂組成物を、目開き約110μmのSUSメッシュスクリーン印刷版を用いて、25℃環境下にて、スクリーン印刷機によりポリテトラフルオロエチレン製シート上に印刷塗布した。10秒経過後、光硬化性樹脂組成物の印刷層(厚み50μm)から気泡が消失するか否かを肉眼で確認した。
【0128】
・試験B:各光硬化性樹脂組成物を、ガラス板上に静置したナイロン製125メッシュへスキージ塗布した。印刷塗布後、ナイロンメッシュをガラス板より手で引きはがし、10秒経過後、塗布した光硬化性樹脂組成物の印刷層(厚み50μm)から気泡が消失するか否かを肉眼で確認した。
【0129】
上記の実施結果を下記表1にまとめた。評価基準は以下とした。
【0130】
<評価基準>
合格 :試験A、Bの両方の評価試験にて気泡が確認されなかった、
不合格:試験A、Bのいずれかの評価試験にて気泡が確認された。
【0131】
(2)光硬化性の確認試験
各光硬化性樹脂組成物0.01gをスライドガラス上に滴下し、カバーグラスを被せて光硬化性樹脂組成物が薄膜としてガラスに挟まれた試験片を作製した。次に紫外線照射機(ウシオ電機株式会社製UniJet L60)により積算光量875mJ/cm2(照度250mW/cm2×3.5秒)となるように活性エネルギー線を照射後、ガラス同士が接着して手で動かせなくなることを確認する試験を行った。
【0132】
<評価基準>
合格 :手で動かなかったので、硬化が確認された、
不合格:手で動いてしまい、未硬化であった。
【0133】
【0134】
表1の実施例1~5によれば、本発明は、スクリーン印刷による塗布に対応でき、3.5秒の短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物を提供できることがわかる。
【0135】
また、表1の比較例1は、本発明の(B)成分のうち(b1-1)成分が非含有である光硬化性樹脂組成物であるが、スクリーン印刷性、短時間での光硬化ともに劣る結果であった。比較例2は、本発明の(D)成分の代わりに金属粒子を用いた組成物であるが、スクリーン印刷性が劣る結果であった。
【0136】
さらに、透湿度(水蒸気バリア性)、水素ガスバリア性の試験を行った。
【0137】
(3)透湿度(水蒸気バリア性)
200mm×200mm×1.0mmの枠に実施例1の光硬化性樹脂組成物を流し込んだ。その後、紫外線照射機により積算光量45kJ/m2になるように紫外線を20秒間照射し、厚さ1.0mmのシート状の硬化物を作製した。塩化カルシウム(無水)5gを直径30mmの開口部を有するアルミニウム製カップに入れて、前記硬化物をカップにセットした。「初期の全重量」(g)を測定した後、雰囲気温度40℃で相対湿度95%に保たれた恒温恒湿槽に24時間放置し、「放置後の全重量」(g)を測定して、透湿度(g/m2・24h)を計算し、下記評価基準に基づき評価した。詳細な試験方法はJIS Z 0208:1976に準拠する。この実施結果を下記表2に示す。なお、透湿度は、燃料電池用硬化性シール剤として使用する場合、10g/m2・24h未満であることが好ましい。
【0138】
[評価基準]
合格 :透湿度が、10g/m2・24h未満、
不合格:透湿度が、10g/m2・24h以上。
【0139】
(4)水素ガスバリア性試験
実施例1の光硬化性樹脂組成物を用いて紫外線照射機により積算光量45kJ/m2になるように紫外線を20秒間照射し、厚さ1.0mmのシート状の硬化物を作製した。次にシート状の硬化物を用いて、水素ガスの透過度をJIS K7126-1:2006(プラスチック-フィルム及びシート-ガス透過度試験方法-第1部:差圧法)に準拠し測定した。尚、試験の種類は圧力センサ法であり、条件は23℃、高圧側の試験ガス(水素ガス)は100kPaにて測定し、下記評価基準に基づき評価した。この実施結果を下記表2に示す。なお、水素ガスバリア性は、燃料電池用光硬化性シール剤として使用する場合、1×10-15mol・m/m2・s・Pa未満であることが好ましい。
【0140】
[評価基準]
合格 :1×10-15mol・m/m2・s・Pa未満、
不合格:1×10-15mol・m/m2・s・Pa以上。
【0141】
【0142】
表2の実施例1によれば、本発明は、透湿度が低く、水素バリア性に優れ良好なシール性を有することがわかる。
【0143】
さらに、貯蔵安定性確認試験、結晶化確認試験を行った。
【0144】
(5)貯蔵安定性確認試験
製造直後の実施例1の光硬化性樹脂組成物と、比較例2の光硬化性樹脂組成物とを、それぞれガラス瓶に入れ、遮光環境下で25℃1ヶ月保存し、その後、相分離の有無を肉眼で確認した。実施例1の評価結果は、分離は確認されなかったので「合格」であり、比較例2の評価結果は、分離が確認されたので「不合格」であった。本発明の光硬化性樹脂組成物において、金属粒子ではなく有機樹脂粒子を採用することにより、相分離を抑制できることが確認された。
【0145】
(6)結晶化確認試験
製造直後の実施例1との光硬化性樹脂組成物と、比較例1の光硬化性樹脂組成物とを、それぞれガラス瓶に入れ、遮光環境下で25℃1週間保存し、その後、結晶析出の有無を肉眼で確認した。実施例1の評価結果は、「結晶析出なし」だったので「合格」であり、比較例1の評価結果は、「結晶析出あり」だったので「不合格」であった。本発明の光硬化性樹脂組成物において、(B)成分として(b1)成分と、(b2)成分とを組み合わせることによって、結晶化を抑制できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【0146】
本発明は、上記の状況に鑑みてされたものであり、スクリーン印刷による塗布に対応でき、短時間で光硬化できる光硬化性樹脂組成物なので、各種シール用途に使用できる。特に、燃料電池用硬化性シール剤として有効であることから産業上有用である。
【0147】
本出願は、2018年11月21日に出願された日本国特許出願番号2018-217819号に基づいており、これらの開示内容は、参照により全体として組み入れられている。
【符号の説明】
【0148】
1 固体高分子形燃料電池のセル
2 セパレーター
3a 空気極(カソード)
3b 燃料極(アノード)
4 高分子電解質膜
5 電解質膜電極接合体(MEA)
6 フレーム
7 接着剤またはシール剤
8a 酸化ガス流路
8b 燃料ガス流路
9 冷却水流路
10 セルスタック
11 固体高分子形燃料電池