JP2022024597A - 硬化型組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
尚、本明細書においては、「アクリロイル基及び/又はメタクリロイル基」を「(メタ)アクリロイル基」と、「アクリレート及び/又はメタクリレート」を「(メタ)アクリレート」と、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」を「(メタ)アクリル酸」と表す。
即ち、微細凹凸構造の反転構造を表面に有するスタンパと透明基材との間に、活性エネルギー線硬化型組成物を充填し、活性エネルギー線の照射によって硬化させた後、スタンパを離型して硬化物に微細凹凸構造を転写する方法、又は、前記スタンパと透明基材との間に、活性エネルギー線硬化型組成物を充填した後、スタンパを離型して活性エネルギー線硬化型組成物に微細凹凸構造を転写し、その後、活性エネルギー線の照射によって活性エネルギー線硬化型組成物を硬化させる方法が用いられている。
しかしながら、当該組成物の硬化物は、表面抵抗率が高いため帯電しやすく、部品に異物が付着して製品品質を悪化させるという問題を有するものであった。
例えば、プラスチックやガラス等の表面が帯電していると、その面に埃などが付着して汚れの原因となったり、静電気の高い電圧に起因してICやLSI等の破壊、不良が起こる、電磁波ノイズにより電子機器の誤動作が生じる等の静電気に起因する問題がある。
そこで、光学材料及び電子材料で使用されるプラスチックやガラス等の表面には、帯電防止用のコーティングが行われている。
しかしながら、当該組成物は、硬化膜の表面抵抗率が低く帯電防止性能に優れるものの、硬度が低く、傷が付き易いという問題を有するものであった。
以下、本発明を詳細に説明する。
従って、本発明の組成物は、活性エネルギー線硬化型組成物に好ましく使用することができ、より好ましくは賦型材料用活性エネルギー線硬化型組成物及びコーティング用活性エネルギー線硬化型組成物に使用することができる。
(A)成分:(A)成分:(A1)成分;環状カーボネート基及びエチレン性不飽和基を有する化合物又は/及び(A2)成分;オキサゾリドン基及びエチレン性不飽和基を有する化合物
(B)成分:イオン性有機化合物
以下、(A)成分、(B)成分、硬化型組成物、使用方法及び用途について説明する。
本発明の必須成分である(A)成分は、(A1)成分〔環状カーボネート基及びエチレン性不飽和基を有する化合物〕又は/及び(A2)成分〔オキサゾリドン基及びエチレン性不飽和基を有する化合物〕である。
(A)成分を含む組成物は、酸素阻害を受けにくく、硬化性に優れ、組成物を無溶剤で低粘度化でき、その硬化物が、硬度、耐擦傷性、及び基材密着性に優れる。
(A)成分としては、硬化物が表面抵抗率の低さと高硬度を両立できるという理由で、(A1)成分が好ましい。
以下、(A)成分における、(A1)成分及び(A2)成分について説明する。
(A1)成分は、環状カーボネート基及びエチレン性不飽和基を有する化合物である。
(A1)成分としては、環状カーボネート基及びエチレン性不飽和基を有する化合物であれば種々の化合物を使用することができる。
(A1)成分としては、下記式(a)で表される化合物が好ましい。
Rbにおけるオキシアルキレン基としては、繰り返し単位を有するアルキレンオキサイド基であっても良く、1~20が好ましく、より好ましくは2~15である。
2価の炭化水素骨格としては、直鎖状脂肪族炭化水素基、分岐状脂肪族炭化水素基及び環状脂肪族炭化水素基が挙げられる。
直鎖状脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、1,3-プロピレン基(トリエチレン基)、1,4-ブチレン基(テトラメチレン基)、1,5-ペンチレン基、1,6-ヘキシレン基、1,8-オクチレン基、1,9-ノニレン基、及び1,10-デカニル基等が挙げられる。
分岐状脂肪族炭化水素基の具体例としては、1,2-プロピレン基(イソプロピレン基)、
1,1-ジメチルエチレン基(イソブチレン基)、エチルエチレン基、イソペンテン基、3-メチルペンテン基、2,4-ジエチル-1,5-ペンテン基等が挙げられる。
環状脂肪族炭化水素基としては、炭素原子数3~12個のシクロアルキレン基(シクロアルカンジイル基)が好ましく、例えば、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基、及びシクロオクチレン基等が挙げられる。
さらに、式(a)におけるRaが水素原子を有する化合物、即ち、(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレート(以下、「GC-A」という)が、硬化性に優れる点でより好ましい。
塩素濃度を100ppm未満、かつナトリウム濃度を100ppb未満とすることで、得られる組成物の硬化物を、耐金属腐食性に優れたものとすることができる。
尚、本発明における塩素濃度とは、石英管燃焼-イオンクロマトグラフィー法によって求められた値を意味する。
又、本発明におけるナトリウム濃度とは、ICP質量分析法によって求められた値を意味する。
グリセリンカーボネートと(メタ)アクリル酸を脱水エステル化反応させる製造方法では、副反応物である高分子量体が多く生成してしまい、得られる(A1-1)成分が高粘度化してしまう問題がある。
又、グリセリンカーボネートと(メタ)アクリル酸クロライドを反応させる酸クロライド法は、(A1-1)成分中に含まれる塩素濃度、及びナトリウム濃度を低減させることが難しく、硬化物の耐水性や耐金属腐食性が低下してしまう問題がある。
これに対して、グリセリンカーボネートと単官能アクリレートのエステル交換反応によれば、(A1-1)成分を収率良く、しかも、塩素濃度及びナトリウム濃度を低減させて製造することが可能となる。
(A1-1)成分の原料として使用するグリセリンカーボネート(4-ヒドロキシメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン)としては、市販品を使用することができる。
(A1-1)成分の原料として使用する単官能(メタ)アクリレートは、分子中に1個のCH2=C(R)-(C=O)-基を有する化合物であり、例えば、下記一般式(1)で示される化合物が挙げられる。
上記一般式(1)におけるR2の好ましい具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、へプチル基、オクチル基及び2-エチルヘキシル基等の炭素数1~8のアルキル基、2-メトキシエチル基、2-エトキシエチル基及び2-メトキシブチル基等のアルコキシアルキル基、並びにN,N-ジメチルアミノエチル基、N,N-ジエチルアミノエチル基、N,N-ジメチルアミノプロピル基及びN,N-ジエチルアミノプロピル基等のジアルキルアミノ基等が挙げられる。
上記一般式(1)におけるR2の具体例としては、前記以外にも特開2017-39916号公報、特開2017-39917号公報及び国際公開第2017/033732号で挙げた官能基が挙げられる。
これらの単官能(メタ)アクリレートの中では、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート及び2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート等の炭素数1~8のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、2-メトキシエチル(メタ)アクリレート等のアルコキシアルキル(メタ)アクリレート、並びにN,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートが好ましく、特にグリセリンカーボネートに対して良好な反応性を示し、入手が容易な炭素数1~4のアルキル基を有するアクリレート、及び炭素数1~2のアルキル基を有するアルコキシアルキル(メタ)アクリレートが好ましい。
さらに、グリセリンカーボネートの溶解を促進し、極めて良好な反応性を示す炭素数1~2のアルキル基を有するアルコキシアルキル(メタ)アクリレートがより好ましく、2-メトキシエチル(メタ)アクリレートが特に好ましい。
(A1-1)成分の製造方法におけるエステル交換反応触媒としては、例えば、スズ系触媒、チタン系触媒及び硫酸等の従来公知のものを使用することができる。
本発明では、(A1-1)成分を効率的に高収率で製造できる点で、触媒として下記触媒X及びYを併用することが好ましい。
触媒X:アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体(以下、「アザビシクロ系化合物」という)、アミジン又はその塩若しくは錯体(以下、「アミジン系化合物」という)、ピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体(以下、「ピリジン系化合物」という)、及びホスフィン又はその塩若しくは錯体(以下、「ホスフィン系化合物」という)からなる群から選ばれる一種以上の化合物
触媒Y:亜鉛を含む化合物。
以下、触媒X及び触媒Yについて説明する。
触媒Xは、アザビシクロ系化合物、アミジン系化合物、ピリジン系化合物及びホスフィン系化合物からなる群から選ばれる一種以上の化合物である。
触媒Xとしては、前記した化合物群の中でも、アザビシクロ系化合物、アミジン系化合物及びピリジン系化合物からなる群から選ばれる一種以上の化合物が好ましい。これら化合物は、触媒活性に優れ(A1-1)成分を好ましく製造できる他、反応終了後に後記する触媒Yと錯体を形成するため、ろ過及び吸着等による簡便な方法により反応終了後の反応液から容易に除去できる。特に、アザシクロ系化合物は、その触媒Yとの錯体が反応液に難溶解性となるため、ろ過及び吸着等によりさらに容易に除去することができる。
一方、ホスフィン系化合物は、触媒活性に優れるものの、触媒Yと錯体を形成し難く、反応終了後の反応液中に大部分が溶解したままとなるため、ろ過及び吸着等による簡便な方法により反応液から除去し難い。このため、最終製品中にもホスフィン系触媒が残存してしまい、これにより製品の保存中に、濁りや触媒の析出が発生したり、経時的に増粘又はゲル化してしまうという保存安定性の問題を生じることがあり、組成物の成分として使用する場合も同様の問題を有することがあった。
アザビシクロ系化合物の具体例としては、前記以外にも特開2017-39916号公報、特開2017-39917号公報及び国際公開第2017/033732号で挙げた化合物が挙げられる。
ピリジン系化合物の具体例としては、前記以外にも特開2017-39916号公報、特開2017-39917号公報及び国際公開第2017/033732号で挙げた化合物が挙げられる。
トリス(4-メトキシ-3,5-ジメチルフェニル)ホスフィン、及びトリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。
ホスフィン系化合物の具体例としては、前記以外にも前記以外にも特開2017-39916号公報、特開2017-39917号公報及び国際公開第2017/033732号で挙げた化合物が挙げられる。
触媒Yは、亜鉛を含む化合物である。
触媒Yとしては、亜鉛を含む化合物であれば種々の化合物を使用することができるが、反応性に優れることから有機酸亜鉛及び亜鉛ジケトンエノラートが好ましい。
有機酸亜鉛としては、蓚酸亜鉛等の二塩基酸亜鉛及び下記一般式(3)で表される化合物を挙げることができる。
前記式(3)の化合物としては、R6及びR7が、それぞれ独立して、炭素数1~20の直鎖状若しくは分岐状アルキル基又は炭素数1~20の直鎖状若しくは分岐状アルケニル基である化合物が好ましい。R6及びR7において、炭素数1~20の直鎖状若しくは分岐状アルキル基又は炭素数1~20の直鎖状若しくは分岐状アルケニル基は、フッ素及び塩素等のハロゲン原子を有しない官能基であり、当該官能基を有する触媒Yは、高収率で(A1-1)成分を製造できるため好ましい。
尚、これらの亜鉛を含む化合物について、その水和物又は溶媒和物又は触媒Xとの錯体が存在する場合には、該水和物及び溶媒和物及び触媒Xとの錯体も(A1-1)成分の製造方法における触媒Yとして使用できる。
例えば、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、塩化亜鉛及び硝酸亜鉛等の亜鉛化合物(以下、「原料亜鉛化合物」という)を原料として使用し、有機酸亜鉛の場合は、原料亜鉛化合物と有機酸を反応させる方法、亜鉛ジケトンエノラートの場合は、原料亜鉛化合物と1,3-ジケトンを反応させる方法等が挙げられる。
(A1-1)成分は、エステル交換触媒の存在下に、グリセリンカーボネートと単官能(メタ)アクリレートをエステル交換反応させて製造することが好ましい。
前記した通り、(A1-1)成分の製造方法としては、触媒として前記触媒X及びYを併用する製造方法が好ましく、以下、当該製造方法について説明する。
この組合せが、(A1-1)成分を収率よく得られることに加え、反応終了後の色調に優れることから、色調が重要視される各種工業用途に好適に使用できる。さらには比較的安価に入手可能な触媒の組み合わせであることから、経済的に有利な製造方法となる。
有機溶媒の具体例としては、n-ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、n-ノナン、n-デカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、アミルベンゼン、ジアミルベンゼン、トリアミルベンゼン、ドデシルベンゼン、ジドデシルベンゼン、アミルトルエン、イソプロピルトルエン、デカリン及びテトラリン等の炭化水素類;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジアミルエーテル、ジエチルアセタール、ジヘキシルアセタール、t-ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、トリオキサン、ジオキサン、アニソール、ジフェニルエーテル、ジメチルセロソルブ、ジグライム、トリグライム及びテトラグライム等のエーテル類;18-クラウン-6等のクラウンエーテル類;安息香酸メチル及びγ-ブチロラクトン等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン及びベンゾフェノン等のケトン類;炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート等のカーボネート化合物;スルホラン等のスルホン類;ジメチルスルホキサイド等のスルホキサイド類;尿素類又はその誘導体;トリブチルホスフィンオキサイド等のホスフィンオキサイド類、イミダゾリウム塩、ピペリジニウム塩及びピリジニウム塩等のイオン液体;シリコンオイル並びに;水等が挙げられる。
これらの溶媒の中では、炭化水素類、エーテル類、カーボネート化合物及びイオン液体が好ましい。
これらの溶媒は単独で使用してもよく、二種以上を任意に組み合わせて混合溶媒として使用してもよい。
重合禁止剤としては、有機系重合禁止剤、無機系重合禁止剤及び有機塩系重合禁止剤等が挙げられる。
有機系重合禁止剤の具体例としては、ハイドロキノン、tert-ブチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2,4,6-トリ-tert-ブチルフェノール及び4-tert-ブチルカテコール等のフェノール系化合物、ベンゾキノン等のキノン化合物、フェノチアジン、並びにN-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアンモニウム等が挙げられる。
有機系重合禁止剤としては、安定ラジカルを有する有機化合物も使用することができ、カルビノキシル及びN-オキシル化合物等が挙げられる。
N-オキシル化合物としては、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル、4-オキソ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル及び4-メトキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル等が挙げられる。
無機系重合禁止剤としては、塩化銅、硫酸銅及び硫酸鉄等が挙げられる。
有機塩系重合禁止剤としては、ジブチルジチオカルバミン酸銅、N-ニトロソ-N-フェニルヒドロキシルアミンアルミニウム塩等が挙げられる。
重合禁止剤は、一種を単独で添加しても又は二種以上を任意に組み合わせて添加してもよく、(A1-1)成分の製造方法の最初から添加してもよいし、途中から添加してもよい。又、所望の使用量を一括で添加してもよいし、分割して添加してもよい。又、精留塔を経由して連続的に添加してもよい。
重合禁止剤の添加割合としては、反応液中に5~30,000wtppmが好ましく、より好ましくは25~10,000wtppmである。この割合を5wtppm以上とすることで、重合禁止効果を十分に発揮することができ、30,000wtppm以下にすることで、反応液の着色を抑制でき、反応終了後の精製工程を簡便にすることができ、又、得られる(A1-1)成分の硬化速度の低下を防止することができる。
分離・精製操作としては、晶析操作、ろ過操作、蒸留操作及び抽出操作等が挙げられ、これらを組み合せることが好ましい。晶析操作としては、冷却晶析及び濃縮晶析等が挙げられ、ろ過操作としては、加圧ろ過、吸引ろ過及び遠心ろ過等が挙げられ、蒸留操作としては、単式蒸留、分別蒸留、分子蒸留及び水蒸気蒸留等が挙げられ、抽出操作としては、固液抽出、液液抽出等が挙げられる。
該分離精製操作においては溶媒を使用してもよい。
又、本発明で使用した触媒及び/又は重合禁止剤を中和するための中和剤、吸着除去するための吸着剤、副生成物を分解又は除去するための酸及び/又はアルカリ、色調を改善するための活性炭、並びにろ過効率及びろ過速度を向上するためのケイソウ土等を使用してもよい。
(A2)成分は、オキサゾリドン基及びエチレン性不飽和基を有する化合物である。
(A2)成分としては、オキサゾリドン基及びエチレン性不飽和基を有する化合物であれば種々の化合物を使用することができる。
(A2)成分としては、下記式(b)で表される化合物が好ましい。
Rdは、炭素数1~4のアルキレン基を意味し、エチレン基が好ましい。
式(b)の化合物としては、Rcとしては、水素原子又はメチル基で、Rdがエチレン基である化合物、即ち2-(2-オキソ-3-オキサゾリジニル)エチル(メタ)アクリレートが好ましい。
後記する(A)成分以外のエチレン性不飽和基を有する化合物〔以下、「(E)成分」という〕を配合する場合、(A)成分の含有割合は、硬化性成分の合計100重量%中に、5~100重量%が好ましく、より好ましくは5~95重量%であり、特に好ましくは10~70重量%である。
(A)成分の含有割合が5重量%以上とすることで、組成物を低粘度とすることができる。一方、95重量%以下とすることで、架橋密度を高くし、耐熱性を向上させることができる。
尚、硬化性成分は前記で定義した通りであり、(A)及び(E)成分を意味する。
(B)成分は、イオン性有機化合物である。
本発明の組成物の硬化物は、(A)成分と(B)成分を併用することによって、高硬度にもかかわらず表面抵抗率を低いものにすることができる。
イオン性液体としては、含窒素オニウム塩(ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩)、含硫黄オニウム塩、及び含リンオニウム塩等が挙げられる。
(B-1)成分以外の帯電防止剤、例えば、四級アンモニウム塩、亜リン酸エステル及びポリエーテル系化合物の場合は、低湿度の状態では帯電防止能が低いという問題があり、又、導電性粉末の場合は光学特性を悪化させてしまう。
(B-1)成分において、金属塩を形成する金属としては、アルカリ金属、2A族元素、遷移金属及び両性金属が好ましく、アルカリ金属がより好ましい。さらに、アルカリ金属塩として、リチリウム塩が好ましい。
(B-1)成分としては、フルオロ基及びスルホニル基を有する陰イオンがトリフルオロメタンスルホニル基であり、金属がアルカリ金属である化合物がより好ましく、フルオロ基及びスルホニル基を有する陰イオンがトリフルオロメタンスルホニル基であり、金属がリチウム金属である化合物が特に好ましい。
当該化合物は、組成物に添加することにより、表面抵抗率を低減することができ、それによって低湿度の状態でも高い帯電防止能を発揮し、かつ光学特性を悪化させない化合物である。
即ち、下記一般式(E-1-1)~(E-1-3)で表される化合物のいずれか1つが好ましい。
M(CF3SO2)2N ・・・・・・(B-1-1)
M(CF3SO2)3C ・・・・・・(B-1-2)
M(CF3SO3) ・・・・・・(B-1-3)
一般式(B-1-1)~(B-1-3)において、Mは、アルカリ金属を意味する。
アルカリ金属塩としては、リチウム、ナトリウム及びカリウムが好ましく、リチウムがより好ましい。
これら化合物の中でも、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチドリチウム及びトリフルオロメタンスルホン酸リチウムが好ましく、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム及びトリフルオロメタンスルホン酸リチウムが特に好ましい。
(B)成分の含有割合を0.1重量部以上とすることにより、表面抵抗率を低減させる効果が発揮され、一方20重量部以下とすることで、硬化物の耐水性を優れたものとすることができる。
(B)成分含有溶液における有機溶剤又は/及び(E)成分の含有割合としては、(B)成分の100重量部に対して、10~90重量部が好ましく、より好ましくは20~80重量部である。
本発明は、前記(A)及び(B)成分を含む硬化型組成物に関する。
組成物の製造方法としては、前記触媒X及びYの存在下に、グリセリンカーボネートと単官能(メタ)アクリレートとを、エステル交換反応させて得られる(メタ)アクリレートを含む反応生成物の混合物(A)を製造する工程、及び得られた(A)成分と(B)成分を混合する工程を含む製造方法が好ましい。
当該製造方法によれば、(A)成分を高収率で得ることができるため、コストと生産性に優れる。又、当該製造方法で得られる(A)成分は、副反応高分子量体が少ないために低粘度で取扱いが容易であり、さらに速硬化性と硬化物の硬度及び帯電防止性に優れるため好ましい。
当該工程としては、前記した(A)成分の製造方法に従えば良い。
さらに、後記するその他の成分を配合する場合は、(A)成分、(B)成分と、その他の成分を撹拌及び混合すれば良い。
好ましい粘度としては、5~30,000mPa・sであり、より好ましくは10~25,000mPa・sである。粘度が高くなると薄膜で表面平滑性に優れる硬化膜を得られにくいため、適宜溶剤で所望の粘度に調整すればよい。
尚、本発明において粘度とは、E型粘度計(コーンプレート型粘度計)により25℃で測定した値を意味する。
(A)成分をコーティング剤及びパターン形成等の好ましい用途に使用する場合には、目的に応じて適宜設定すれば良く、1~100,000mPa・sが好ましく、より好ましくは5~50,000mPa・sである。当該粘度範囲とすることで、組成物の塗工時のレベリング性に優れ、硬化物の外観に優れるものとすることができる。
この表面抵抗率のより好ましい値は1×1013Ω以下であり、下限は101Ωである。
尚、本発明において表面抵抗率とは、二重リング電極法により測定した価を意味する。
又、本発明の組成物は、有機溶剤を含まない無溶剤型組成物、有機溶剤を含む溶剤型組成物、(A)成分を水中に溶解又は分散させた水系組成物のいずれの形態でも使用することができる。(A)成分を水中に分散させた水系組成物において、分散剤としては通常使用される乳化剤や後記する反応性乳化剤を使用することができる。
その他成分の好ましい例としては、具体的には、光重合開始剤〔以下、「(C)成分」という〕、熱重合開始剤〔以下、「(D)成分」という〕、前記(A)成分以外のエチレン性不飽和基を有する化合物〔以下、「(E)成分」という〕等が挙げられる。
以下、これらの成分について説明する。
尚、後記するその他の成分は、例示した化合物の1種のみを使用しても良く、2種以上を併用しても良い。
本発明の組成物を活性エネルギー線硬化型組成物として使用し、さらに電子線硬化型組成物として使用する場合は、(C)成分(光重合開始剤)を含有させず、電子線により硬化させることも可能である。
本発明の組成物を活性エネルギー線硬化型組成物として使用する場合において、特に、活性エネルギー線として紫外線及び可視光線を用いたときには、硬化の容易性やコストの観点から、(C)成分を更に含有することが好ましい。
電子線硬化型組成物として使用する場合は、必ずしも(C)成分を含有させる必要はないが、硬化性を改善させるため必要に応じて少量配合することもできる。
(C)成分の具体例としては、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-〔4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル〕-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、2-メチル-1-〔4-(メチルチオ)フェニル〕-2-モルフォリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)ブタン-1-オン、ジエトキシアセトフェノン、オリゴ{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}及び2-ヒドロキシ-1-{4-〔4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル)ベンジル〕フェニル}-2-メチルプロパン-1-オン等のアセトフェノン系化合物;
ベンゾフェノン、4-フェニルベンゾフェノン、2,4,6-トリメチルベンゾフェノン及び4-ベンゾイル-4’-メチルジフェニルスルファイド等のベンゾフェノン系化合物;
メチルベンゾイルフォルメート、オキシフェニル酢酸の2-(2-オキソ-2-フェニルアセトキシエトキシ)エチルエステル及びオキシフェニル酢酸の2-(2-ヒドロキシエトキシ)エチルエステル等のα-ケトエステル系化合物;
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、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、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド等のフォスフィンオキサイド系化合物;
ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル及びベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン系化合物;チタノセン系化合物;1-〔4-(4-ベンゾイルフェニルスルファニル)フェニル〕-2-メチル-2-(4-メチルフェニルスルフィニル)プロパン-1-オン等のアセトフェノン/ベンゾフェノンハイブリッド系光開始剤;
2-(O-ベンゾイルオキシム)-1-〔4-(フェニルチオ)〕-1,2-オクタンジオン等のオキシムエステル系光重合開始剤;並びに
カンファーキノン等が挙げられる。
(D)成分は熱重合開始剤であり、組成物を熱硬化型組成物として使用する場合には、(D)成分を配合することができる。
本発明の組成物は、熱重合開始剤を配合し、加熱硬化させることもできる。
熱重合開始剤としては、種々の化合物を使用することができ、有機過酸化物及びアゾ系開始剤が好ましい。
これらは単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。又、有機過酸化物は還元剤と組み合わせることによりレドックス反応とすることも可能である。
熱重合開始剤を単独で用いる場合は、通常のラジカル熱重合の常套手段にしたがって行えばよく、場合によっては(C)成分(光重合開始剤)と併用し、光硬化させた後にさらに反応率を向上させる目的で熱硬化を行うこともできる。
(E)成分は、前記(A)成分以外のエチレン性不飽和基を有する化合物である。
(E)成分のエチレン性不飽和基としては、組成物の硬化性に優れることから、(メタ)アクリロイル基が好ましく、アクリロイル基がさらに好ましい。
単官能(メタ)アクリレートの具体例としては、
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート;
ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート及びヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;
トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールのモノ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトールモノ(メタ)アクリレート等のポリオールのモノ(メタ)アクリレート:
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(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、ジシクロペンタニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート等の脂環式基を有する単官能(メタ)アクリレート;
グリシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル(メタ)アクリレート、シクロヘキサンスピロ-2-(1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル(メタ)アクリレート、3-エチル-3-オキセタニルメチル(メタ)アクリレート等の環状エーテル基を有する単官能(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、o-フェニルフェノキシ(メタ)アクリレート及びp-クミルフェノールエチレン(メタ)アクリレート等の芳香族単官能(メタ)アクリレート;
(メタ)アクリロリルオキシエチルヘキサヒドロフタルイミド等のマレイミド基を有する単官能(メタ)アクリレート;
(メタ)アクリロイルモルホリン;並びに
エチルカルビトール(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシルカルビトール(メタ)アクリレート等のアルキルカルビトール(メタ)アクリレート等のアルコキシアルキル基を有する単官能(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、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-n-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-n-ブチル(メタ)アクリルアミド及びN,N-ジヘキシル(メタ)アクリルアミドのN,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、及びジペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート等の3価以上ポリオールのジ(メタ)アクリレート;
これらポリオールアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート;並びに
ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、及びビスフェノールF等のビスフェノールアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート
等を挙げることができる。
この場合アルキレンオキサイド付加物におけるアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド及びテトラメチレンオキサイド等を挙げることができる。このほかに、目的に応じて、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリルオリゴマーを使用することもできる。これらの(メタ)アクリルオリゴマーは、一般的に粘度が高いものが多いため、本発明の組成物を溶剤で希釈して塗工した場合に、乾燥工程での組成物のはじきを防ぎ、良好な塗膜外観を得ることができる。
これらポリオールアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート
等を挙げることができる。
この場合アルキレンオキサイド付加物におけるアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド及びテトラメチレンオキサイド等を挙げることができる。
組成物をハードコート用途に使用する場合は、ペンタエリスリトール(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトール(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート、並びにこれら多官能(メタ)アクリレートの残存水酸基をポリイソシアネートでウレタン化した多官能ウレタン(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
又、組成物の硬化物の硬度を維持しつつ、低粘度としたい場合はグリセリントリ(メタ)アクリレートが好ましい。
又、硬化膜に帯電防止性を付与する場合は、グリセリンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(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、並びにイソシアヌレート環を有し、(メタ)アクリロイル基を2個有する化合物又は/及び(メタ)アクリロイル基を3個有する化合物〔イソシアヌル酸骨格を有する(メタ)アクリレート〕が好ましい。
イソシアヌル酸骨格を有する(メタ)アクリレートの具体例としては、イソシアヌル酸アルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸アルキレンオキサイド付加物のトリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸アルキレンオキサイド付加物に対するε-カプロラクトン付加物のジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸アルキレンオキサイド付加物に対するε-カプロラクトン付加物のトリ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
ここでアルキレンオキサイド付加物におけるアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド及びテトラメチレンオキサイド等が挙げられ、エチレンオキサイドが好ましい。アルキレンオキサイドの付加モル数としては、1分子中に1~3モルが好ましい。
又、ε-カプロラクトンの付加モル数としては、1分子中に1~3モルが好ましい。
・イソシアヌル酸エチレンオキサイド3モル付加物のジ及びトリアクリレート混合物(水酸基価:130mgKOH/g):東亞合成(株)製アロニックスM-215
・イソシアヌル酸エチレンオキサイド3モル付加物のジ及びトリアクリレート混合物(水酸基価:50mgKOH/g)、東亞合成(株)製アロニックスM-313
・イソシアヌル酸エチレンオキサイド3モル付加物のジ及びトリアクリレート混合物(水酸基価:130mgKOH/g)、東亞合成(株)製アロニックスMT-2513(エステル交換法品、低溶剤グレード)
・イソシアヌル酸エチレンオキサイド3モル付加物のトリアクリレート:新中村化学工業(株)製A-9300、日立化成(株)製ファンクリルFA-731A
・イソシアヌル酸エチレンオキサイド3モル付加物のジ及びトリ(メタ)アクリレートの混合物:東亞合成(株)製アロニックスM-313、同M-315
・イソシアヌル酸エチレンオキサイド3モル付加物に対するε-カプロラクトン1モル付加物のトリアクリレート:新中村化学工業(株)製A-9300-1CL等が挙げられる。
・イソシアヌル酸エチレンオキサイド3モル付加物に対するε-カプロラクトン3モル付加物のトリアクリレート:東亞合成(株)製アロニックスM-327
これら化合物は、3官能以上(メタ)アクリレートの中でも比較的親水性が高く、これら成分を配合することで帯電防止性に悪影響を及ぼすことなく塗膜硬度や硬化性を改善できるという点で好ましい。
本発明の組成物を前記したコーティング剤、インキ及びパターン形成等の用途に使用する場合において、(A)成分を主成分として使用する場合は、硬化性成分合計100重量%中に(E)成分を80重量%以下で含むことが好ましく、より好ましくは70重量%以下である。又、(E)成分の含有割合の好ましい下限としては、硬化性成分合計100重量%中に20重量%以上である。
(E)成分の割合を20重量%以上含むことにより、硬化膜の硬度や各種基材への密着性の調整が可能であり、80重量%以下とすることより、硬化膜に良好な耐水性を付与することができる。
前記以外のその他の成分としては、公知の添加剤を用いることができる。例えば、有機溶剤、水、防曇改質剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸性物質、酸化防止剤、表面改質剤、親水性重合体、フィラー、シランカップリング剤、酸発生剤、顔料、染料、粘着性付与剤及び重合禁止剤等が挙げられる。
以下、これらその他の成分のうち、有機溶剤、水、防曇改質剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸性物質、酸化防止剤、表面改質剤、親水性重合体、及びフィラーについて説明する。
本発明の組成物は無溶剤で使用することが可能であるが、塗工粘度や膜厚調整等の目的で種々の有機溶剤を用いることができる。
有機溶剤は任意のものを使用することができ、具体的には、ベンゼン、トルエン及びキシレン等の芳香族化合物;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル化合物;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のケトン化合物;ジブチルエーテル等のエーテル化合物;並びにN-メチルピロリドン等が挙げられる。
本発明の組成物は、硬化膜が帯電防止に優れるものであるが、初期の帯電防止性をさらに改良する目的で、帯電防止補助剤を添加することができる。
帯電防止補助剤としては、エチレン性不飽和基を有しないイオン性界面活性剤を挙げることができる。
エチレン性不飽和基を有しないイオン性界面活性剤としては、公知のものを使用することができ、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤及び両性イオン系界面活性剤等が挙げられる。
これら化合物の中でも、初期帯電防止性により優れる点で、ジアルキルスルホコハク酸塩が好ましい。
ジアルキルスルホコハク酸塩は市販されており、市販品を使用することができる。スルホコハク酸ジ(2-エチルヘキシル)ナトリウム塩としては、新日本理化(株)製リカサーフP-10(同化合物の溶液)、M-30(同化合物の溶液)及びG-30(同化合物のプロピレングリコール/水混合溶液)、並びに日油(株)製ラピゾールA30、同A70、同A80、同A90が挙げられる。スルホコハク酸ジ(2-エチルヘキシル)アンモニウム塩としては、新日本理化(株)製リカサーフG-600〔同化合物のプロピレングリコール/水混合溶液〕等が挙げられる。
紫外線吸収剤の具体例としては、2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-ドデシロキシプロピル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-トリデシロキシプロピル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、2-[4-[(2-ヒドロキシ-3-(2-エチルヘキシロキシ)プロピル)オキシ]-2-ヒドロキシフェニル]-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス(2-ヒドロキシ-4-ブチロキシフェニル)-6-(2,4-ビスブチロキシフェニル)-1,3,5-トリアジン、2-(2-ヒドロキシ-4-[1-オクチロキシカルボニルエトキシ]フェニル)-4,6-ビス(4-フェニルフェニル)-1,3,5-トリアジン等のトリアジン系紫外線吸収剤;2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4,6-ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)フェノール、2-(2-ヒドロキシ-5-tert-ブチルフェニル)-2H-ベンゾトリアゾール、2-[2-ヒドロキシ-5-(2-(メタ)アクリロイルオキシエチル)フェニル]-2H-ベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤;2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系紫外線吸収剤、エチル-2-シアノ-3,3-ジフェニルアクリレート、オクチル-2-シアノ-3,3-ジフェニルアクリレート等のシアノアクリレート系紫外線吸収剤、酸化チタン粒子、酸化亜鉛粒子、酸化錫粒子等の紫外線を吸収する無機粒子等が挙げられる。
前記化合物の中でも、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が特に好ましい。
紫外線吸収剤の含有割合は、硬化性成分の合計量100重量部に対して、0.01~10重量部であることが好ましく、0.05~5重量部であることがより好ましく、0.1~2重量部であることがさらに好ましい。
光安定剤としては、公知の光安定剤を用いることができるが、中でも、ヒンダードアミン系光安定剤(HALS)が好ましく挙げられる。
ヒンダードアミン系光安定剤の具体例としては、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジニル)セバケート、メチル(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジニル)セバケート、2,4-ビス[N-ブチル-N-(1-シクロヘキシロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)アミノ]-6-(2-ヒドロキシエチルアミン)-1,3,5-トリアジン、デカン二酸ビス(2,2,6,6-テトラメチル-1-(オクチロキシ)-4-ピペリジニル)エステル等が挙げられる。
ヒンダードアミン系光安定剤の市販品としては、BASF社製、TINUVIN 111FDL、TINUVIN123、TINUVIN 144、TINUVIN 152、TINUVIN 292、TINUVIN 5100等が挙げられる。
本発明の組成物は、プラスチック等の基材への密着材に優れるものであるが、酸性物質を添加することでさらに密着性を向上させることができる。
酸性物質としては、活性エネルギー線の照射により酸を発生する光酸発生剤、無機酸、及び有機酸等が挙げられる。無機酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、及びリン酸等が挙げられる。有機酸としては、p-トルエンスルホン酸、及びメタンスルホン酸等の有機スルホン酸化合物等が挙げられる。
これらの中でも、無機酸又は有機酸が好ましく、有機酸である有機スルホン酸化合物がより好ましく、芳香族スルホン酸化合物がさらに好ましく、p-トルエンスルホン酸が特に好ましい。
酸性物質の含有割合は、硬化性成分の合計量100重量部に対して、0.0001~5重量部であることが好ましく、0.0001~1重量部であることがより好ましく、0.0005~0.5重量部であることがさらに好ましい。酸性物質の含有割合が上記範囲であると、硬化膜が基材との密着性により優れ、基材の腐蝕や他の成分の分解といった問題の発生を防ぐことができる。
本発明の組成物は、硬化膜の耐熱性や耐候性を良好にする目的で、酸化防止剤をさらに含有していてもよい。
本発明に用いられる酸化防止剤としては、例えばフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、又は、硫黄系酸化防止剤等が挙げられる。
フェノール系酸化防止剤としては、例えば、ジ-t-ブチルヒドロキシトルエン等のヒンダードフェノール類を好ましく挙げることができる。市販されているものとしては、(株)アデカ製のAO-20、AO-30、AO-40、AO-50、AO-60、AO-70、AO-80等が挙げられる。
リン系酸化防止剤としては、トリアルキルホスフィン、トリアリールホスフィン等のホスフィン類や、亜リン酸トリアルキルや亜リン酸トリアリール等が好ましく挙げられる。これらの誘導体で市販品としては、例えば(株)アデカ製、アデカスタブPEP-4C、PEP-8、PEP-24G、PEP-36、HP-10、260、522A、329K、1178、1500、135A、3010等が挙げられる。
硫黄系酸化防止剤としては、チオエーテル系化合物が挙げられ、市販品としては(株)アデカ製AO-23、AO-412S、AO-503A等が挙げられる。
本発明の組成物は、塗布時のレベリング性を高める目的や、硬化膜の滑り性を高めて耐擦傷性を高める目的等のため、表面改質剤を添加してもよい。
表面改質剤としては、表面調整剤、前記以外の界面活性剤、レベリング剤、消泡剤、スベリ性付与剤及び防汚性付与剤等が挙げられ、公知の表面改質剤を使用することができる。
それらのうち、シリコーン系表面改質剤及びフッ素系表面改質剤が好適に挙げられる。具体例としては、シリコーン鎖とポリアルキレンオキサイド鎖とを有するシリコーン系ポリマー及びオリゴマー、シリコーン鎖とポリエステル鎖とを有するシリコーン系ポリマー及びオリゴマー、パーフルオロアルキル基とポリアルキレンオキサイド鎖とを有するフッ素系ポリマー及びオリゴマー、並びに、パーフルオロアルキルエーテル鎖とポリアルキレンオキサイド鎖とを有するフッ素系ポリマー及びオリゴマー等が挙げられる。
又、滑り性の持続力を高めるなどの目的で、分子中にエチレン性不飽和基、好ましくは(メタ)アクリロイル基を有する表面改質剤を使用してもよい。
本発明の硬化型組成物を基材に塗工する場合、適用する基材の種類及び塗工方法によっては、基材に組成物を塗工し乾燥した後の塗膜にハジキ等が発生し、最終的に得られる硬化膜が外観不良となる場合がある。
この場合、塗膜のハジキ等を防止する目的のため、硬化型組成物に親水性重合体を添加することが好ましい。
親水性基としては、酸性基及び水酸基等が挙げられ、酸性基が好ましい。酸性基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、及びリン酸基等が挙げられ、カルボキシル基又はスルホン酸基が好ましく、カルボキシル基がより好ましい。
親水性重合体が酸性基を有する重合体(以下、「酸性基含有重合体」という)としては、酸性基の一部又は全部が中和された中和塩が好ましい。当該酸性基含有重合体の中和塩の製造方法としては、原料ビニル系単量体として中和塩を使用して製造する方法、及び酸性基含有重合体を製造した後、中和処理して製造する方法等が挙げられる。
カルボキシル基を有するエチレン性不飽和化合物としては、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、クロトン酸、及びこれら化合物の塩等が挙げられる。スルホン酸基を有するエチレン性不飽和化合物としては、アクリルアミド2-メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、及び(メタ)アリルスルホン酸等が挙げられる。リン酸基を有するエチレン性不飽和化合物としては、リン酸と(メタ)アクリル酸とのエステル化物等のリン酸基含有(メタ)アクリレート等が挙げられる。
酸性基含有重合体が酸性基の一部又は全部が中和された中和塩の場合においては、酸性基を有するビニル系単量体として、中和塩を使用することが好ましい。
酸性基を有するビニル系単量体の中和塩を形成するためのアルカリ化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物;アンモニア;並びにトリエチルアミン及びトリエタノールアミン等のアミン化合物等が挙げられる。
その他単量体としては、アルキル(メタ)アクリレート、アルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、スチレン、アルキルビニルエーテル、塩化ビニリデン、(メタ)アクリルアミド、N-ビニルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド、酢酸ビニル、ビニルピロリドン、(メタ)アクリルニトリル、及び(メタ)アクリロイルモルホリン等が挙げられる。
アルキル(メタ)アクリレートとしては、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、へキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート及びデシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートとしては、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート及びジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる
尚、本発明において親水性重合体のMwとは、標準ポリスチレンを検量線として用いたゲル浸透クロマトグラフィー(以下、「GPC」という)により求めた値を意味し、酸成分としてカルボン酸等の酸性基を中和する前に測定した値である。又、その他単量体としてアミン性の単量体を含む場合はGPC測定ができないため、これら成分の代わりに通常のアルキル(メタ)アクリレートを使用して、同様の重合温度、開始剤濃度、モノマー濃度、溶剤濃度等の条件をそろえて重合した重合体のGPC測定結果を推測値とした値を意味する。
例えば、ラジカル重合法、リビングアニオン重合法、リビングラジカル重合法等が挙げられる。
又、重合の形態として、例えば、溶液重合法、エマルジョン重合法、懸濁重合法及び塊状重合法等が挙げられる。
前記した低分子量重合体を通常の重合方法で製造しようとすると、通常、連鎖移動剤及び重合開始剤を多くする必要がある。連鎖移動剤を多量に使用した重合体を使用すると、活性エネルギー線の照射により硬化膜が着色しやすくなり、又、重合開始剤を多量に使用した重合体を使用すると、組成物の保存安定性が低下し易くなる。
このため、多量の連鎖移動剤や重合開始剤を必要としない高温重合により製造された重合体が好ましい。
高温重合の温度としては、160~350℃が好ましく、180~300℃がより好ましい。
具体的には、親水性重合体の有機溶剤溶液、親水性重合体の水溶液又は水性分散液、親水性重合体の有機溶剤と水の混合溶液又は水散液、及び粉末等が挙げられる。これらの中でも、組成物への溶解性に優れるため、親水性重合体の水溶液又は水性分散液、有機溶剤溶液及び親水性重合体の有機溶剤と水の混合溶液又は水散液が好ましい。
親水性重合体の溶液及び分散液の固形分としては、3~70重量%が好ましい。
又、親水性重合体の溶液及び分散液の粘度としては、5~20,000mPa・sが好ましい。
親水性重合体の含有割合を0.5重量部以上とすることにより、硬化膜のハジキを防止するとともに、各種基材に対する密着性を向上させたり、フィルムのような膜厚が薄い基材に本発明の組成物を塗工し、硬化させた時の基材の変形及び反りを防ぐことができ、50重量部以下とすることにより硬化膜の白濁、スジむら、及びゆず肌等の外観不良を防ぐことができる。
本発明の組成物が低粘度であると、組成物をスクリーン印刷などで塗工を行った際、組成物が基材上ではじきを起こし、塗膜外観が不良となることがある。
その場合、組成物にフィラーを配合して増粘を行うことで、乾燥後のはじきを防止することができる。フィラーとしては、無機フィラー及び有機フィラーのいずれも使用することができ、有機フィラーが好ましい。
無機フィラーの例としては、シリカ及びアルミナ等の無機化合物が挙げられる。
有機フィラーの例としては、疎水性重合体が挙げられ、ポリウレタン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリアミド、ポリウレア、ナイロン、ポリスチレン、ポリエチレン及びポリプロピレン等が挙げられ、ポリ(メタ)アクリレートが好ましい。
疎水性重合体としては、平均分子量が高いものが、増粘に必要な添加部数を少なくでき、組成物の帯電防止性の低下を防止することができるため好ましい。但し、組成物への相溶性を損なわない範囲において高分子量であることが好ましく、Mwとして10,000~5,000,000が好ましく、100,000~2,000,000がより好ましい。
フィラーとしては粒子状のものが好ましく、その平均粒径としては1~15μmであることが好ましく、より好ましくは4~12μmである。
本発明における平均粒径とは、レーザー回折法により波長680nmで測定した値を意味する。
フィラーの含有割合としては、帯電防止性への影響を考慮するとより少量の添加量で増粘できることが好ましく、有機溶剤を除いた組成物全体量100重量部に対し、0.1~10重量部が好ましく、0.5~5重量部がより好ましい。
本発明の組成物の使用方法としては、常法に従えば良い。
例えば、適用される基材に組成物を通常の塗装方法により塗布した後、活性エネルギー線を照射するか又は加熱して硬化させる方法が挙げられる。
活性エネルギー線の照射方法は、従来の硬化方法として知られている一般的な方法を採用すれば良い。
又、組成物に(B)成分(光重合開始剤)及び(C)成分(熱重合開始剤)を併用し、これを活性エネルギー線照射した後、加熱硬化させることにより、基材との密着性を向上させる方法も採用することができる。
この場合には、窒素ガス等の不活性ガスを供給して、不活性ガス雰囲気下で活性エネルギー線の照射方法した後に加熱する方法が、当該帯電防止性の低下を防止することができ好ましい。
無機材料としては、ガラス、金属、モルタル、コンクリート及び石材等が挙げられる
金属としては、鋼板、アルミ及びクロム等の金属、酸化亜鉛(ZnO)及び酸化インジウムスズ(ITO)等の金属酸化物等が挙げられる。
プラスチックの具体例としては、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン、ABS樹脂、ポリビニルアルコール、トリアセチルセルロース及びジアセチルセルロース等のセルロースアセテート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルサルホン、ノルボルネン等の環状オレフィンをモノマーとする環状ポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂及びポリウレタン樹脂等が挙げられる。
乾燥温度は、適用する基材が変形等の問題を生じない温度以下であれば特に限定されるものではない。好ましい加熱温度としては、40~100℃である。乾燥時間は適用する基材及び加熱温度によって適宜設定すれば良く、好ましくは0.5~20分である。
照射エネルギーは、活性エネルギー線の種類や配合組成に応じて適宜設定すべきものであるが、一例として高圧水銀ランプを使用する場合を挙げると、UV-A領域の照射エネルギーで50~8,000mJ/cm2が好ましく、100~3,000mJ/cm2がより好ましい。
加熱温度としては、使用する基材や目的に応じて適宜設定すれば良く、40~180℃が好ましい。基材がプラスチックの場合は、温度が高すぎると基材が変形するおそれがあるため、120℃以下であることが好ましい。
加熱時間は適用する基材及び加熱温度によって適宜設定すれば良く、好ましくは0.5~60分である。
本発明の硬化型組成物は、帯電防止が要求される種々の用途に使用することができ、例えば、コーティング剤、賦形剤、成形剤、インキ、パターン形成用、接着剤、充填剤及び封止剤等の種々の用途に使用可能である。
コーティング剤の具体例としては、木工塗料のトップコート及びプライマー、並びにガラス及びプラスチックの帯電防止コーティング剤等が挙げられる。
具体例としては、電気及び電子材料の用途としては、液晶保護フィルム、液晶基板、半導体工程用の帯電防止テープ、及びICキャリアテープ等が挙げられる。
又、建材用途に使用した場合は、静電気の管理が要求される工場及び事業所等の床用の帯電防止剤等が挙げられる。具体的には、クリーンルーム、エレクトロニクス工場、IC及びC電子部品工場、コンピュータルーム、医療用施設、及び研究施設等が挙げられる。
上記以外にも、各種包装材料及びプラスチック成型品等が挙げられる。
又、以下において、特に断りのない限り、「部」とは重量部を意味し、「%」とは重量%を意味する。
高速液体クロマトグラフィー(以下、「HPLC」という)、粘度、ゲルパーミエションクロマトグラフィー(以下、「GPC」という)、APHA、塩素含有量及びナトリウム含有量は、下記の条件で測定した。
・装置:Waters(株)製 ACQUITY UPLC
・検出器:UV検出器
・検出波長:210nm
・カラム:Waters(株)製 ACQUITY UPLC BEH C18(Part No.186002350、カラム内径2.1mm、カラム長さ50mm)
・カラムの温度:40℃
・溶離液の組成:0.03重量%トリフルオロ酢酸水溶液とメタノールの混合溶液
・溶離液の流量:0.3mL/分
E型粘度計(コーンプレート型粘度計)を使用し、25℃での粘度を測定した。
・装置:Waters(株)製 GPC システム名 1515 2414 717P RI
・検出器:RI検出器
・カラム:ガードカラム 昭和電工(株)製 Shodex KFG(8μm 4.6×10mm)、本カラム2種類 Waters(株)製 styragel HR 4E THF(7.8×300mm)+styragel HR 1THF(7.8×300mm)
・カラムの温度:40℃
・溶離液組成:THF(内部標準として硫黄を0.03%含むもの)、流量0.75mL/分
・検量線:標準ポリスチレンを使って較正曲線を作成した。
・純度(%)の算出方法
GPC測定で検出されたピークのうち、精製処理物に由来するピークを全て合算した面積を100%とし、グリセリンカーボネートアクリレートを含むピークの面積から下記式(1)に基づき算出した。尚、各ピークが完全に分離していない場合は、垂直分割処理して各ピークの面積とした。
精製処理物の純度(%)=(I/S)×100 ・・・(1)
式(1)における記号及び用語は、前記した通りである。
・S:精製処理物に由来する検出ピークの総面積
・I:グリセリンカーボネートアクリレートを含む検出ピークの面積
色差計〔日本電色工業(株)製 石油製品色試験器OME-2000〕を使用し、APHAを測定した。
微量塩素硫黄分析装置の石英ボートに試料30mgを採取し、アルゴン/酸素気流下で燃焼させ、最後は純酸素気流下で燃焼させる。発生した燃焼ガスを吸収液(0.3%過酸化水素水)10mlに通気し、塩素分をClイオンとして捕集する。同操作を3回繰返して同じ吸収液に塩素分を捕集し、供試液とする。供試液をイオンクロマトグラフで測定し、検量線法によりClイオンを定量する。
・微量塩素硫黄分析装置:(株)三菱化学アナリテック製TOX-100
・イオンクロマトグラフ:サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製DIONEX ICS-3000(カラム:IonPac AG20/AS20)
試料1gを20mlのPFAボトル(フッ素樹脂ボトル)に採取し、NMP(N-メチルピロリドン)で全量10gに希釈し、供試液とする。供試液をICP質量分析装置で測定する。検出された元素を絶対検量線法により定量する。
・前処理環境:クリーンルームG室(クラス1000)及びクリーンドラフト(クラス100)
・NMP:電子工業用〔富士フイルム和光純薬(株)製〕
・混合標準液:XSTC-622B(SPEX社製)
・ICP質量分析装置:アジレント・テクノロジー(株)社製Agilent7700s(有機溶媒測定モード:He/H2)
尚、製造例における略号は、下記を意味する。
・MCA:2-メトキシエチルアクリレート
・MEL:2-メトキシエタノール
・DABCO:トリエチレンジアミン
・MEHQ:ハイドロキノンモノメチルエーテル
・TEMPOL:4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル
・DEHA:N,N-ジエチルヒドロキシルアミン
撹拌機、温度計、ガス導入管、精留塔及び冷却管を取付けた3リットルのフラスコに、グリセリンカーボネートを660.00部(5.59モル)、MCAを1891.10部(14.53モル)、触媒XとしてDABCO(トリエチレンジアミン)を1.22部(0.011モル)、触媒Yとしてアクリル酸亜鉛を4.52部(0.022モル)、MEHQを1.02部(仕込んだ原料の総重量に対して474ppm)、TEMPOLを0.74部(仕込んだ原料の総重量に対して288pm)仕込み、含酸素ガス(酸素を5容量%、窒素を95容量%)を液中にバブリングさせた。
反応液温度110~120℃の範囲で加熱撹拌させながら、反応系内の圧力を140~180mmHgの範囲で調整し、エステル交換反応の進行に伴い副生したMELとMCAの混合液を精留塔及び冷却管を介して反応系から抜出した。
又、該抜出液と同重量部のMCAを反応系に随時追加した。又、MEHQ及びTEMPOLを含むMCAを精留塔を介して反応系に随時追加した。加熱撹拌開始から17時間後に加熱を終了し、反応系内の圧力を常圧に戻して抜出を終了した。反応液を一部採取し、HPLCを用いて組成分析を行った結果、目的物であるGC-Aを含むことを確認した。
加圧ろ過により不溶物を分離した後、ろ液に乾燥空気をバブリングさせながら、温度70~90℃、圧力0.001~100mmHgの範囲で16時間の減圧蒸留を行い、未反応のMCAを含む留出液を分離した。
得られた精製処理物の各種分析結果を表1に示す。
非特許文献(G.ワグナーら(Gerhard Wegner et al.),マクロモレキュルズ(Macromolecules),2007年,40巻,7558-7565頁に記載の方法を参考に実施した。
撹拌機、温度計、滴下漏斗、及びガス導入管を取付けた2リットルのフラスコに、グリセリンカーボネートを130.00部(1.10モル)、トリエチルアミンを111.40部(1.10モル)、テトラヒドロフランを700mL仕込み、気相部に窒素を流しながら内温0~5℃の範囲に冷却した。
滴下漏斗に塩化アクリロイルを99.64部(1.10モル)、テトラヒドロフランを260mL仕込み、撹拌しながら内温が0~5℃の範囲になるように約3時間かけてゆっくり滴下した。
滴下終了後1時間撹拌し、上澄み液を分液漏斗に移液し、フラスコに残った沈殿を洗浄したテトラヒドロフラン50mLを分液漏斗に加えて、飽和食塩水150mLで有機溶媒層を洗浄した。
有機溶媒層にMEHQを0.047部、TEMPOLを0.0047部加え、乾燥空気をバブリングさせながら、温度50~70℃、圧力20~100mmHgの範囲で10時間の減圧蒸留を行い、テトラヒドロフランを含む留出液を分離した。
加圧ろ過により固形物を分離し、得られたろ液を精製処理物とした。ろ液の重量は59.72部であり、HPLCを用いて組成分析を行ったところ、目的物であるGC-A(以下、「GC-A2」という)を含むことを確認した。
得られた精製処理物の各種分析結果を表1に示す。
1)活性エネルギー線硬化型組成物の製造
下記表2に示す化合物を表2に示す割合で、ステンレス製容器で撹拌・混合・溶解し、活性エネルギー線硬化型組成物を製造した。
尚、表2における数字は部数を意味し、略号は下記を意味する。
得られた組成物を使用し、下記評価を行った。それらの結果を表2に示す。
1)組成物の調製
製造例1で得られた(A)成分、比較製造例2で得られた(A)'成分、下記に略号を示す(B)成分、(C)成分、及び(E)成分を使用し、表2に示す割合で40℃にて撹拌・混合して、組成物を得た。
・GC-A1:製造例1で得られたアクリレート
・GC-A2:製造例2で得られたアクリレート
(B)成分
・A600-50R:リチウムビスフルオロメタンスルホニルイミド/ポリエチレングリコールジアクリレート=50/50(wt%)、三光化学工業(株)製「サンコノールA600-50R」
(C)成分
・Om907:2-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〔IGM Resins社製 Omnirad 907D〕
(E)成分
・M-120:2-エチルヘキシルエチレンオキサイド変性(n=2)アクリレート〔東亞合成製 アロニックスM-120〕
・ACMO:アクリロイルモルホリン〔KJケミカルズ製 ACMO〕
・#196:3,3,5-トリメチルシクロヘキサノールアクリレート〔大阪有機化学製 ビスコート#196〕
得られた実施例1~同3及び比較例1~同5の組成物を使用し、下記のように評価を実施した。それらの結果を表2に示す。
E型粘度計(コーンプレート型粘度計)を使用し、25℃での粘度を測定した。
バーコーターを用い、裁断した東洋紡(株)製の易接着PETフィルム(コスモシャインA4360、膜厚:100μm)に膜厚が5μmとなるよう塗工し、試験体とした。
試験体を使用し、コンベアを備えた高圧水銀ランプ〔アイグラフィックス(株)製H06-L41〕を用いて、UV-Aランプ出力照度60W/cm、1パスあたりの照射強度500mW/cm2で照射エネルギーが800mJ/cm2の条件で試験体に紫外線を照射した。
得られた硬化膜のマルテンス硬さを、表面皮膜物性試験機〔(株)フィッシャー・インストルメンツ製フィッシャースコープH-100C〕を使用して、押し込み深さ2μm、押し込み荷重10mNの条件で測定した。
(2)で得られた硬化膜を、25℃、50%RHの条件で12時間以上状態調整した後、JISK6271‐2008(二重リング電極法)に準じて硬化物の表面抵抗率を測定した。
帯電防止性は表面抵抗率と相関があり、1014Ωを超過すると帯電防止性は発現せず、1014Ωを下回り、低ければ低いほど帯電防止性は良好である。
ニッケルめっきされたステンレス板上に微細加工(直径10μm、膜厚5μmのお椀型模様)が形成された転写用金型(以下、「ニッケル金型」という)に、表2で得られた組成物をバーコータで10μm厚に塗布した後、易接着PETをラミネートして(1)と同様の条件で紫外線照射し、組成物を硬化させた。
その後、40℃、80%RHの雰囲気下で24時間保持し、金属腐食性の試験を行った。金属腐食性の試験後のニッケル金型の外観変化を目視で観察し、以下の3水準で評価した。
〇:変化なし、△:ニッケル金型の一部が変色、×:ニッケル金型の全面が変色
一方、(A)成分を含まない比較例1~同3の組成物は、表面抵抗率が1.0×1014Ωを上回っており、帯電防止性は発現しなかった。他方、比較例4の組成物は、表面抵抗率が1.0×1014Ωを下回ったものの、マルテンス硬さは非常に低く、硬化膜性能が劣っていた。
又、活性エネルギー線硬化型賦形材料組成物として用いたとき、触媒X及びYの存在下にエステル交換反応で得られた(A)成分を含む実施例1~同3は低粘度であり、帯電防止性に優れ、かつ金型腐食性が良好なため、活性エネルギー線硬化型賦形材料組成物としても好適な組成物であった。
さらに、本発明の硬化型組成物は、活性エネルギー線硬化型組成物として使用することが好ましく、賦型材料用活性エネルギー線硬化型組成物及びコーティング用活性エネルギー線硬化型組成物として使用することがより好ましい。
Claims (20)
- 下記(A)及び(B)成分を含む組成物であって、
硬化物の表面抵抗率が1×1014Ω以下である硬化型組成物。
(A)成分:(A1)成分;環状カーボネート基及びエチレン性不飽和基を有する化合物又は/及び(A2)成分;オキサゾリドン基及びエチレン性不飽和基を有する化合物
(B)成分:イオン性有機化合物 - 式(a)で表される化合物が(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル(メタ)アクリレート〔以下、「(A1-1)成分」という〕である請求項1記載の硬化型組成物。
- 式(a)で表される化合物が(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレートである請求項2記載の硬化型組成物。
- 前記(A)成分が、下記触媒X及びYの存在下に、グリセリンカーボネートと分子中に1個のCH2=C(R)-(C=O)-基を有する化合物をエステル交換反応させて得られる化合物の混合物である請求項3又は請求項4に記載の硬化型組成物。
触媒X:アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体、アミジン又はその塩若しくは錯体、ピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体、及びホスフィン又はその塩若しくは錯体からなる群から選ばれる一種以上の化合物。
触媒Y:亜鉛を含む化合物。 - 分子中に1個のCH2=C(R)-(C=O)-基を有する化合物が、アルコキシアルキル(メタ)アクリレートである請求項5記載の硬化型組成物。
- 前記触媒Xが、アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体、アミジン又はその塩若しくは錯体、及びピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体よりなる群から選ばれる一種以上の化合物である請求項5又は請求項6に記載の硬化型組成物。
- 前記触媒Yが、有機酸亜鉛又は/及び亜鉛ジケトンエノラートである請求項5~請求項7のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- 前記(B)成分が、フルオロ基及びスルホニル基を有する陰イオンの金属塩を含む請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- 前記(B)成分において、フルオロ基及びスルホニル基を有する陰イオンがトリフルオロメタンスルホニル基であり、金属がアルカリ金属である請求項9に記載の硬化型組成物。
- さらに(C)成分:光重合開始剤を含む請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- さらに(D)成分:熱重合開始剤を含む請求項1~請求項11のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- 前記(A)成分に、さらに(E)成分:(A)成分以外のエチレン性不飽和基を有する化合物を含む請求項1~請求項12のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- 請求項1~請求項13のいずれか1項に記載の組成物を含む、硬化型コーティング剤組成物。
- 請求項1~請求項13のいずれか1項に記載の組成物を含む、硬化型賦型材料用組成物。
- 請求項1~請求項13のいずれか1項に記載の組成物を含む、硬化型接着剤組成物。
- 下記触媒X及びYの存在下に、グリセリンカーボネートと分子中に1個のCH2=C(R)-C=O-基を有する化合物をエステル交換反応させて得られる化合物である(A1-1)成分〔(2-オキソ-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル(メタ)アクリレート〕を製造する工程、
及び得られた(A1-1)成分と(B)成分:イオン性有機化合物を混合する工程
を含む、
硬化型組成物の製造方法。
触媒X:アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体、アミジン又はその塩若しくは錯体、ピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体、及びホスフィン又はその塩若しくは錯体からなる群から選ばれる一種以上の化合物。
触媒Y:亜鉛を含む化合物。 - 分子中に1個のCH2=C(R)-(C=O)-基を有する化合物が、アルコキシアルキル(メタ)アクリレートである請求項17に記載の硬化型組成物の製造方法。
- 前記触媒Xが、アザビシクロ構造を有する環状3級アミン又はその塩若しくは錯体、アミジン又はその塩若しくは錯体、及びピリジン環を有する化合物又はその塩若しくは錯体よりなる群から選ばれる一種以上の化合物である請求項17又は請求項18に記載の硬化型組成物の製造方法。
- 前記触媒Yが、有機酸亜鉛又は/及び亜鉛ジケトンエノラートである請求項17~請求項19のいずれか1項に記載の硬化型組成物の製造方法。
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