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JP5132946B2 - モールドプリント用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物及び賦型物 - Google Patents

モールドプリント用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物及び賦型物 Download PDF

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本発明は、活性エネルギー線の照射により速やかに硬化し、基材への密着性、透明性、耐候性を有する硬化物の形成に適した注型重合に適した活性エネルギー線硬化型樹脂組成物に関する。更に詳しくは、モールドプリント賦型に適した、変形の少ない高硬度の硬化物を形成する注型重合に適した活性エネルギー線硬化型樹脂組成物に関する。
活性エネルギー線硬化型樹脂組成物は、有機溶剤を必要とせず、その組成に応じて硬化物に強靭性、柔軟性、耐擦傷性、耐候性、耐薬品性等の優れた特性を付与できる。更に、活性エネルギー線硬化型樹脂組成物は活性エネルギー線により短時間で硬化する特性を有し、一般的に透明性に優れることから、特に、光学用途に応用されている。
近年、携帯電話等の電子機器において、特に、板状やシート状の透明プラスチック基材上に、ボタンやロゴマーク等の微細で複雑な凹凸表面形状を有する樹脂硬化物を形成した部品が用いられることがある。
特許文献1には、前記用途の樹脂硬化物の材料として、硬化物が優れた透明性、形状保持力を有するエポキシ(メタ)アクリレートを含有する注型重合用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物が提案されている。
しかしながら、特許文献1に記載される樹脂組成物においては、エポキシ(メタ)アクリレートとして芳香環を有するものが開示されているが、耐候試験後に黄変し易いという問題を有する。この黄変の原因となる芳香環を有する(メタ)アクリロイル基含有化合物を使用せずに、より高硬度な樹脂組成とする為には、トリメチロールプロパントリアクリレートやジペンタエリスリトールヘキサアクリレートに代表される多官能(メタ)アクリロイル基含有化合物を使用する手法が一般的である。しかしながら、この手法では活性エネルギー線硬化による硬化収縮の為、硬化物が形成された賦型物のカールが大きくなるという問題がある。
特開2003−342334号
本発明の目的は、耐磨耗性を維持しながら、硬化収縮による賦型物のカールを防ぎ、硬化物の、基材への密着性、透明性及び耐候性に優れたモールドプリント用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物を提供することである。
本発明は、脂環式イソシアネート及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを反応させて得られる下式(1)で表されるウレタン(メタ)アクリレート(A)60〜80質量部、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)20〜40質量部(ただし、(A)と(B)との合計は100質量部とする)並びに光重合開始剤(C)0.005〜5質量部を含有するモールドプリント用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物である
(式中、Rは脂環式ジイソシアネート残基を示し、Rはアルキレン基を示し、Rは水素原子又はメチル基を示す。
また、本発明は、基材上に前述のモールドプリント用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物の硬化物を積層した賦型物である。
本発明の注型重合に適した活性エネルギー線硬化型樹脂組成物(以下、「本樹脂組成物」という)は、活性エネルギ−線の照射で速やかに硬化し、得られる硬化物が耐磨耗性、透明性、耐候性及び耐RCA性に優れることから、活性エネルギー線での注型重合による成形材料、特に、プラスチックフイルム基材上へのモールドプリント法による注型賦形に非常に適している。
ウレタン(メタ)アクリレート(A)
本樹脂組成物を構成するウレタン(メタ)アクリレート(A)は、脂環式イソシアネート及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを反応させて得られ、本樹脂組成物に低収縮性を付与し、得られる硬化物層の可とう性を向上させる成分である。
脂環式イソシアネート
脂環式イソシアネートとしては、分子内に2個のイソシアネート基を有する脂環式イソシアネート化合物が挙げられる。
脂環式イソシアネート化合物の具体例としては、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン及び1,4−シクロヘキシルジイソシアネートが挙げられる。更に、これらの脂環式イソシアネート化合物と、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、水等の活性水素原子を少なくとも2個有する化合物との反応により得られるイソシアネート化合物用いることもできる。
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、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、6−ヒドロキシヘキシルアクリレート等のヒドロキシル基含有アルキル(メタ)アクリレート;ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート等のモノエポキシ化合物と(メタ)アクリル酸との付加反応物が挙げられる。
これらの中で、合成されたウレタン(メタ)アクリレート(A)の低粘度性の点で、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、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、6−ヒドロキシヘキシルアクリレートが好ましい。
本樹脂組成物を構成するウレタン(メタ)アクリレート(A)の中でも、脂環式ジイソシアネートとモノヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとを反応させて得られる式(1)で表される化合物が好ましい。その化合物を含む樹脂組成物の硬化物を積層した賦型物は変形緩和性に更に優れる。
本樹脂組成物において、ウレタン(メタ)アクリレート(A)の配合量は、ウレタン(メタ)アクリレート(A)及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)の合計100質量部中に40〜90質量部が好ましい。ウレタン(メタ)アクリレート(A)が40質量部以上で硬化物に十分な硬度を付与することができる傾向にあり、90質量部以下で本樹脂組成物の粘度が適度になり、注型重合の作業性が向上する傾向にある。ウレタン(メタ)アクリレート(A)のより好ましい配合量は60〜80質量部である。
ウレタン(メタ)アクリレート(A)を製造する方法としては、例えば、前記の脂環式イソシアネート化合物とヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとを、脂環式イソシアネート化合物のイソシアネート基1当量に対してヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートのヒドロキシル基1〜1.1当量程度になるような比率で付加反応させる方法が挙げられる。
脂環式イソシアネート化合物とヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとの付加反応は公知の方法で行なえる。例えば、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート又は脂環式イソシアネート化合物とラウリン酸ジ−n−ブチル酸等の触媒との混合物を脂環式イソシアネート化合物又はヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート中に50〜90℃の条件下で滴下した後、更に6〜12時間反応させることによりウレタン(メタ)アクリレート(A)を製造することができる。
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)
本発明に用いるヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、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、6−ヒドロキシヘキシルアクリレート等のヒドロキシル基含有アルキル(メタ)アクリレート;ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート等のモノエポキシ化合物と(メタ)アクリル酸との付加反応物が挙げられる。
これらの中で、得られる組成物の粘度を低くするため、及び硬化物の基材への密着性を向上させるために、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、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)アクリレート等のヒドロキシル基含有アルキル(メタ)アクリレートが好ましい。
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)の配合量は、ウレタン(メタ)アクリレート(A)及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)の合計100質量部中に10〜60質量部が好ましい。ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)の配合量が10質量部以上で本樹脂組成物の粘度が適度になり、注型重合の作業性が向上する傾向にある。また、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)が60質量部以下で基材上に本樹脂硬化物を塗布、硬化させたときに基材の反りを少なくすることができ、また、硬化物に十分な硬度を付与することができる傾向にある。
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)のより好ましい配合量は20〜40質量部である。
光重合開始剤(C)
本樹脂組成物は、活性エネルギー線照射により効率よく硬化物を得るため、光重合開始剤(C)を含有する。
光重合開始剤(C)としては、例えば、主として波長200〜400nmの紫外線に感応してラジカル源を発生するものが挙げられる。
光重合開始剤(C)の具体例としては、ベンゾイン、ベンゾインモノメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、アセトイン、ベンジル、ベンゾフェノン、p−メトキシベンゾフェノン、ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2,2−ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、メチルフェニルグリオキシレ−ト、エチルフェニルグリオキシレ−ト、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等のカルボニル化合物;テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド等の硫黄化合物;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(2,6−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アシルフォスフィンオキサイドが挙げられる。これらは1種で又は2種以上で併用して使用できる。
これらの中で、硬化物の硬度及びカール性のバランスの点で、ベンゾフェノン、ベンゾインイソプロピルエ−テル、メチルフェニルグリオキシレ−ト、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンジルジメチルケタ−ル及び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が好ましい。
光重合開始剤(C)の配合量は、ウレタン(メタ)アクリレート(A)及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)の合計100質量部に対して0.005〜5質量部であることが好ましい。光重合開始剤(C)が0.005質量部以上で硬化が十分である傾向にあり、5質量部以下で硬化物の透明性や強靭性が確保される傾向にある。光重合開始剤(C)のより好ましい配合量は0.1〜1.5質量部である。
本樹脂組成物
本発明においては、本樹脂組成物の効果を妨げない範囲内であれば、ウレタン(メタ)アクリレート(A)以外のウレタン(メタ)アクリレートや多官能性オリゴマー、多官能性単量体、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)以外の単官能性単量体、重合体等を配合することができる。ウレタン(メタ)アクリレート(A)以外のウレタン(メタ)アクリレートとしては、非脂環式のポリイソシアネート及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートから合成されるウレタン(メタ)アクリレート;脂環式又は非脂環式のポリイソシアネート、ポリオール及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートから合成されるウレタン(メタ)アクリレート等が挙げられる。ウレタン(メタ)アクリレート全量中、ウレタンジ(メタ)アクリレート(A)が50質量%以上であることが好ましい。
また、本樹脂組成物には、必要に応じて、酸化防止剤、黄変防止剤、紫外線吸収剤、ブルーイング剤、顔料、沈降防止剤、消泡剤、帯電防止剤、防曇剤等の各種の添加剤を配合することができる。
基材
本樹脂組成物の硬化物を賦型するために使用される基材としては、例えば、アクリル樹脂系、ポリカーボネート系及び塩化ビニル系のフィルム状物が挙げられる。特に、本樹脂組成物の硬化物を基材上に形成する場合には、予め易付着処理をその表面に施した基材を使用することが好ましい。
本樹脂組成物の硬化物
本樹脂組成物の硬化物は耐磨耗性、透明性、耐候性及び耐RCA性に優れている。
賦型物
本発明の賦型物は、基材上の本樹脂組成物を硬化させて得られる、本樹脂組成物の硬化物を基材上に積層した物である。
本発明の賦型物を得る方法としては、例えば、活性エネルギー線を使用した注型重合法、プラスチック基材上へのモールドプリント法による注型賦型の方法が挙げられる。
尚、本発明においてモールドプリント法による注型賦型とは、活性エネルギー線硬化型樹脂組成物を流し込んだ凹版を透明プラスチックフイルム基材でシールし、活性エネルギー線を照射することにより活性エネルギー線硬化型樹脂組成物を硬化させて基材上に凸型に賦型することをいう。
例えば、予め易付着処理を施したプラスチックフイルム等の基材に、本樹脂組成物を介して、用途に応じた金型を重ね合わせる。次いで、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等を用いて活性エネルギ−光線を基材側より照射することにより本樹脂組成物を硬化させる。この後、基材と本樹脂組成物の硬化物の積層物を金型より離型することにより、目的とする基材上に凸型の硬化物が賦型された製品を得ることができる。
以下、本発明を実施例を用いて説明する。尚、以下、「部」は質量部を意味する。
[合成例1](ウレタンジアクリレート(A1)の製造)
5リットルの4つ口フラスコに2−ヒドロキシプロピルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製、商品名;2−HPA)2,500部、SCAT−24(ブチル錫系化合物、三共有機合成(株)製)0.2部及びハイドロキノンモノメチルエーテル(川口化学工業(株)製、商品名;MQ)2.2部を入れた。この混合物を65℃とし、攪拌しながらイソホロンジイソシアネート(住友バイエル(株)製、商品名;デスモジュールI)2,000部を6時間にわたって滴下した。滴下終了後、更に75℃で2時間反応を続行し、ウレタン(メタ)アクリレート(A)として式(1)におけるRがイソホロンジイソシアネート残基で、Rがイソプロピレン基で、Rが水素原子であるウレタンジアクリレート(A1)を得た。
[合成例2](ウレタンジアクリレート(A2)の製造)
イソホロンジイソシアネート2,000部の代わりに1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(武田薬品工業(株)製、商品名;タケネート−600)1,750部を使用し、SCAT−24の代わりにラウリン酸ジ−n−ブチル錫を0.8部とし、ハイドロキノンモノメチルエーテルの使用量を2.1部とした。それ以外は合成例1と同様にしてウレタン(メタ)アクリレート(A)として式(1)におけるRが1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン残基で、Rがイソプロピレン基で、Rが水素原子であるウレタンジアクリレート(A2)を得た。
[合成例3](ウレタンジアクリレート(A3)の製造)
2−ヒドロキシプロピルアクリレート2,500部の代わりに2−ヒドロキシエチルアクリレート2,200部を使用し、ハイドロキノンモノメチルエーテルの使用量を2.1部とした。それ以外は合成例1と同様にしてウレタン(メタ)アクリレート(A)として式(1)におけるRがイソホロンジイソシアネート残基で、Rがエチレン基で、Rが水素原子であるウレタンジアクリレート(A3)を得た。
[合成例4](ウレタンジアクリレート(A4)の製造)
2−ヒドロキシプロピルアクリレート2,500部の代わりに4−ヒドロキシブチルアクリレート2,700部を使用し、SCAT−24の代わりにラウリン酸ジ−n−ブチル錫を0.7部とし、ハイドロキノンモノメチルエーテルの使用量を2.4部とした。それ以外は合成例1と同様にしてウレタン(メタ)アクリレート(A)として式(1)におけるRがイソホロンジイソシアネート残基で、Rがノルマルブチレン基で、Rが水素原子であるウレタンジアクリレート(A4)を得た。
[合成例5](ウレタンジアクリレート(X1)の製造)
5リットルの4つ口フラスコに1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン1,750部、ラウリン酸ジ−n−ブチル錫1.6部を入れた。これを40℃とし、攪拌しながらポリカプロラクトンジオール(ダイセル化学工業(株)製、商品名;プラクセル205)2,100部を4時間にわたって滴下した。滴下終了後、更に50℃で2時間反応を続行した。この後、得られた反応液を65℃とし、攪拌しながら2−ヒドロキシプロピルアクリレート1,300部及びハイドロキノンモノメチルエーテル2.6部の混合物を2時間にわたって滴下した。滴下終了後、更に70℃で2時間反応を続行し、ウレタンジアクリレート(X1)を得た。
[合成例6](エポキシアクリレートの製造)
5リットルの4つ口フラスコにビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭電化工業(株)製、商品名;アデカレジンEP−4100)3,600部、アクリル酸1,300部、トリエチルアンモニウムクロライド(日本油脂(株)製、商品名;TEMA−Cl)42部、ハイドロキノンモノメチルエーテル7.2部を入れた。この混合物を70℃まで1時間で昇温した後1時間保持、80度まで0.5時間で昇温した後1時間保持、90度まで0.5時間で昇温した後1時間保持、更に95度まで0.5時間で昇温した後6時間保持し、エポキシアクリレートを得た。
[実施例1]
(1)樹脂組成物の調製
ウレタン(メタ)アクリレート(A)としてウレタンジアクリレート(A1)80部、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)として4−ヒドロキシブチルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製、商品名;4−HBA)20部、光重合開始剤(C)として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製、商品名;イルガキュア184)1部及び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(BASF社製、商品名;ルシリンTPO)0.025部を室温で混合攪拌して樹脂組成物を得た。
(2)鋳型の作製
縦120mm、横120mm及び厚さ1.8mmのガラス板の四辺上に、幅20mm及び厚さ25μmの両面粘着テープ(トラスコ中山(株)製、品番;TRT−25)を貼り、この両面テープの上に、幅25mm及び厚さ0.5mmの鉄板(大祐機材(株)製、圧伸鋼板)を、ガラス板の端面と鉄板の端面とが揃うように積層して鋳型1を作製した。また、前記と同様のガラス板の四辺上に、幅10mm及び厚さ25μmの粘着テープ(日東電工(株)製、品番;No.31B)を2枚積層して鋳型2を作製した。
(3)賦型フィルムの作成
前記で得られた鋳型1及び2のそれぞれの中に、先に調製した樹脂組成物を注入した。次いで、注入した側を、予め易付着処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡績(株)製、商品名;コスモシャインA4100、厚み;188μm)の易付着処理面側でシールし、高圧水銀灯により照度90mW/cm、光量1,000mJ/cmの紫外線をこのフィルム面側から照射し、樹脂組成物を硬化させた。この硬化物を鋳型から脱型し、フィルムの表面に、それぞれ厚みが0.525mm及び50μmの硬化物が積層された2種の賦型フィルムを得て、これらの賦型フィルムの物性評価を実施した。
(4)物性評価
<E型粘度>
東機産業(株)製、VISCOMETER TV−20(商品名)を用い、JIS−Z8803に従ってE型粘度を測定した。
<反り>
鋳型1を用いて得た賦型フィルムから35mm角の切片を切り出した。この切片の最も浮き上がっている角Aの対角Bを上から水平台へ押し付けたときの角Aの水平台からの浮き上がり高さを計測し、反りのレベルを判断した。
<RCA試験>
鋳型2を用いて得た賦型フィルム上の硬化物を、The Norman Tool & Stamping Company製、RCA磨耗試験機を用いて、荷重175g、80サイクル磨耗の条件で磨耗させた。磨耗処理後にPETフィルム表面が露出していない場合を「○」、露出した状態を「×」とした。
<透過率>
鋳型1を用いて得た賦型フィルムの光の透過率(%)を測定した。透過率の測定には(株)村上色彩技術研究所製、ヘーズメーターHM−65W(商品名)を用いた。
<密着性>
鋳型2を用いて得た賦型フィルム上の硬化物1cm×1cmの部分に、縦横1mm間隔にてカッターでPETフィルムまで達する切り込みを入れ、粘着テープ(日東電工(株)製、品番;No.31B)を用いて剥離性試験を行った。粘着テープ剥離後、基材に塗膜が残ったマス数(100マス中)を測定し、密着性の評価を実施した。尚、粘着テープ剥離時の剥離角度は90度とした。
<耐候試験後色差>
鋳型1を用いて得た賦型フィルムを、サンシャインウエザーメータを用いて150時間(条件:48分間UV照射、12分間UV照射及び降雨の繰り返し)耐候試験を実施し、その前後の色差△EをJIS−Z8730に従って測定した。
上記の各種評価結果を表1に示す。
[実施例2〜7及び比較例1〜3]
表1に示す樹脂組成物を用い、その他は実施例1と同様にして賦型フィルムを得た。実施例1と同様に各種評価を実施した。結果を表1に示す。
表1中の略号は以下の通りである。
UA1:ウレタンジアクリレート(A1)
UA2:ウレタンジアクリレート(A2)
UA3:ウレタンジアクリレート(A3)
UA4:ウレタンジアクリレート(A4)
UA5:ウレタンジアクリレート(X1)
EA1:合成例6で得られたエポキシアクリレート
2−HEA:2−ヒドロキシエチルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製、商品名;2−HEA)
2−HPA:2−ヒドロキシプロピルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製、商品名;2−HPA)
4−HBA:4−ヒドロキシブチルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製、商品名;4−HBA)
POA:フェノキシエチルアクリレート(第一工業製薬(株)製、商品名;ニューフロンティアPHE)
Irg.184:1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製、商品名;イルガキュア184)
APO: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(BASF社製、商品名;ルシリンTPO)

Claims (2)

  1. 脂環式イソシアネート及びヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを反応させて得られる下式(1)で表されるウレタン(メタ)アクリレート(A)60〜80質量部、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(B)20〜40質量部(ただし、(A)と(B)との合計は100質量部とする)並びに光重合開始剤(C)0.005〜5質量部を含有するモールドプリント用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物。

    (式中、Rは脂環式ジイソシアネート残基を示し、Rはアルキレン基を示し、Rは水素原子又はメチル基を示す。)
  2. 基材上に請求項に記載のモールドプリント用活性エネルギー線硬化型樹脂組成物の硬化物を積層した賦型物。
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