JP2018197320A - 硬化型組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
尚、本明細書においては、アクリレート又はメタクリレートを(メタ)アクリレートと表し、アクリル酸又はメタクリル酸を(メタ)アクリル酸と表す。
ハードコーティング剤としては、溶剤型塗料組成物が知られている。
これに対して、活性エネルギー線硬化型組成物は、紫外線、可視光線及び電子線等の活性エネルギー線をごく短時間照射することで硬化可能であり、生産性が高いことから各種基材向けインキやコーティングとして幅広く用いられている。
ポリプロピレン基材に対する密着性を向上させる目的で、(メタ)アクリレートと塩素化ポリオレフィンを併用した活性エネルギー線硬化型組成物が知られている(特許文献1及び同2)。
しかしながら、当該組成物における硬化膜は、ポリプロピレン基材に対する密着性が不十分であったり、硬化膜の耐擦傷性が不十分なものであった。
以下、本発明を詳細に説明する。
この理由は、本発明の組成物が、硬化時の重合熱、特に活性エネルギー線硬化の際に発生する重合熱を低減し、硬化により発生する熱収縮を緩和できる。そのため、各種基材、特にプラスチック基材と組成物の界面における応力を大幅に低減することができ、結果として熱膨張係数が大きく異なるプラスチック基材と組成物との密着性をさらに向上させることができるものと考えている。
(A)成分:一分子中に1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であって、(メタ)アクリロイル基当量140〜500g/eqである化合物。
(B)成分:重量平均分子量(以下、「Mw」という)が5,000〜100,000である変性ポリオレフィン系重合体
(C)成分:アルキル(メタ)アクリレートを必須構成単量体単位とし、Mwが5,000〜20,000である重合体。
以下、必須成分である(A)〜(C)成分、その他の成分、使用方法等について説明する。
(A)成分は、一分子中に1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であって、(メタ)アクリロイル基当量140〜500g/eqである化合物であり、活性エネルギー線の照射や加熱により硬化する化合物である。
(A)成分は、組成物の硬化膜に良好な耐擦傷性を付与するための成分である。
(A)成分は、(メタ)アクリロイル基当量140〜500g/eqである化合物である。(メタ)アクリロイル基当量が140g/eqに満たない化合物は、硬化時の収縮が大きく密着性不足となってしまい、一方、(メタ)アクリロイル基当量が500g/eqを超える化合物は、耐擦傷性不足となってしまう。
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)アクリレート及び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;
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。
ジペンタエリスリトールのジ(メタ)アクリレート等のポリオールのジ(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
イソシアヌル酸のジ(メタ)アクリレート;並びに
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。
トリス(2−(メタ)アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等;並びに
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。但し、アルキレンオキサイド付加物は、アルキレンオキサイドの種類及び付加モル数により(メタ)アクリロイル基当量140〜500g/eqを満たす化合物に限る。
グリセリンモノ(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、ペンタエリスリトールモノ(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モノ(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モノ(メタ)アクリレート;並びに
フェニルグリシジルエーテルと(メタ)アクリル酸との反応物である、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
これらポリオールアルキレンオキサイド付加物のジ又はトリ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
前記した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。
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。
さらに、単官能(メタ)アクリレートの中でも、ホモポリマーのガラス転移点(以下、「Tg」という)が80℃以上である(メタ)アクリレートが好ましく、より好ましくはホモポリマーのTgが90〜200℃である(メタ)アクリレートである。
例えば、ホモポリマーのTgが当該値を含む(メタ)アクリレートの例としては、イソボルニルアクリレート(ホモポリマーのTg:97℃。以下、括弧書きは、ホモポリマーのTgを意味する)、アクリロイルモルホリン(145℃)、等が挙げられる。
尚、本発明においてTgとは、示差走査熱量計(DSC)を用いて10℃/分の昇温速度で測定した値を意味し、△T−温度曲線においてガラス転移温度中間点(Tmg)における値を意味する。
(A)成分が30重量%以上とすることで、透明性の高い組成物の硬化膜の表面硬度に優れるものとすることができ、一方、80重量%以下とすることで、硬化における熱収縮を抑制することができ、基材に対する密着性に優れるものとすることができる。
(B)成分は、Mwが5,000〜100,000である変性ポリオレフィン系重合体であり、プラスチック基材、特にポリプロピレン等のポリオレフィンに対する密着性を向上させることができる成分である。
(B)成分を構成する変性ポリオレフィンとは、ポリオレフィンに、カルボキシル基、酸無水物基及び水酸基等を導入した化合物を意味する。
変性ポリオレフィン系重合体として、カルボキシル基又は/及び酸無水物基を有する例について説明すると、ポリオレフィンに、不飽和カルボン酸及びその酸無水物から選択される少なくとも1種(以下、「不飽和カルボン酸モノマー」という)をグラフト重合させた重合体を挙げることができる。
不飽和カルボン酸モノマーとしては、例えばマレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、アコニット酸、無水アコニット酸、無水ハイミック酸、(メタ)アクリル酸及び(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。
(B)成分のMwが5,000に満たない重合体の場合は、耐擦傷性等の組成物の硬化膜物性が低下してしまい、Mwが100,000を超える重合体の場合は、高粘度となってしまい、塗工性が悪化してしまったり、密着性が低下してしまう。
尚、本発明において、Mwとは、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(以下、「GPC」という)により測定した分子量をポリスチレン換算した値を意味する。
塩素化ポリオレフィンにおいて、カルボキシル基又は/及び酸無水物基を有する例について説明すると、ポリオレフィンに、不飽和カルボン酸モノマーをグラフト重合させた変性ポリオレフィンに塩素化して得られた重合体や、ポリオレフィンを塩素化した後に、この塩素化重合体に不飽和カルボン酸モノマーをグラフト重合させて得られた重合体等が挙げられる。
塩素化ポリオレフィンの製造方法において、塩素化の方法としては、変性ポリオレフィン又はポリオレフィンをクロロホルム等の溶媒に溶解させ、加圧下で塩素を反応させる方法等が挙げられる。
塩素化ポリオレフィンの塩素化度(塩素含有率)としては、25〜50重量%であることが好ましく、より好ましくは30〜40重量%である。塩素化度が25重量%以上の重合体は、(A)成分との溶解性に優れる点で好ましく、一方、50重量%以下とすることで、プラスチック基材、特にポリプロピレン等のポリオレフィンに対する密着性に優れるものとすることができる。
(B)成分の含有割合としては、(A)成分の合計100重量部に対して、後記(D)成分を配合する場合は、(A)成分及び(D)成分の合計100重量部に対して2〜100重量部が好ましく、5〜50重量部がより好ましい。
(B)成分の含有割合を2重合部以上とすることで、組成物の硬化膜をプラスチック基材に対する密着性が優れるものとすることができ、100重合部以下とすることで、組成物を塗工性、硬化性に優れるものとすることができる。
以下、(A)成分、又は(A)成分及び(D)成分を硬化性成分という。
(C)成分は、アルキル(メタ)アクリレートを必須構成単量体単位とし、Mwが5,000〜20,000である重合体である。
(C)成分は、硬化の際に発生する組成物の重合熱、特に活性エネルギー線硬化の際に発生する組成物の重合熱を低減し、硬化により発生する熱収縮を緩和できる。そのため、各種基材と組成物の界面における応力を大幅に低減することができ、特に、熱膨張係数が大きく異なるポリオレフィン基材と組成物の硬化膜との密着性をさらに向上させることができる。
(C)成分以外の(メタ)アクリレートを構成単量体単位として含まない重合体を用いると、(A)成分やその他の成分と十分に溶性できず、熱収縮を抑えるために必要な配合部数を用いることができない。
Mwが5,000を下回る重合体は、得られる組成物の耐擦傷性が不十分なものとなってしまい、Mwが20,000を超えると(A)成分やその他の成分との相溶性が低下し、所望の配合割合で配合できなくなってしまう。
さらに、(C)成分としては、数平均分子量(以下、「Mn」という)に対するMw(重量平均分子量)の割合である多分散度(Mw/Mn)が、4.50以下である重合体が好ましく、4.00以下である重合体より好ましい。当該多分散度を有する重合体は、組成物の粘度、得られる硬化塗膜外観の平滑性が良好なものとなるため好ましい。
尚、本発明において、Mn及びMwとは、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(以下、「GPC」という)により測定した分子量をポリスチレン換算した値を意味する。
さらに詳細には、下記条件でGPC測定した分子量をポリスチレン換算した値を意味する。
○測定条件
カラム:東ソー(株)製TSKgel SuperMultiporeHZ−M(細孔多分散型充填剤)×4本
カラム温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン
検出器:RI
(C)成分のTgを0℃以上とすることで硬化膜の耐擦傷性を向上させることができ、150℃を以下とすることで(C)成分を均一に組成物中に溶解させることができる。
(C)成分としては、アルキル(メタ)アクリレートを必須構成単量体単位とする重合体であれば種々の重合体が使用可能である。
(C)成分としては、アルキル(メタ)アクリレートの単独重合体であっても、アルキル(メタ)アクリレート及びアルキル(メタ)アクリレートと共重合可能なエチレン性不飽和基含有化合物(以下、「その他単量体」という)の共重合体であっても良い。
これら化合物の中でも、炭素数1〜10のアルキル基を含むアルキル(メタ)アクリレートが好ましく、炭素数1〜4の低級アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートがより好ましい。
アルキル(メタ)アクリレートの共重合体割合としては、全構成単量体単位中に30〜90モル%含む重合体が好ましく、より好ましくは40〜85モル%である。
芳香族基含有不飽和化合物において、エチレン性不飽和としては、ビニル基及び(メタ)アクリロイル基が挙げられる。
芳香族基含有不飽和化合物の具体例としては、スチレン及びα−メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物等が挙げられる。
芳香族基含有不飽和化合物の共重合体割合としては、全構成単量体単位中に10〜50モル%含む重合体が好ましく、より好ましくは15〜35モル%である。
官能基としては、水酸基及びカルボキシル基等の親水性基、アルコキシシリル基、(メタ)アクリロイル基等のラジカル重合性官能基、エポキシ基等のカチオン重合性官能基等が挙げられる。
(C)成分としては、これらの重合体の中でも水酸基又はカルボキシル基を有する重合体が、ポリプロピレン基材との密着性を高いものとすることができ好ましい。
さらに、(C)成分としては、芳香族基と水酸基を有する重合体、及び芳香族基とカルボキシル基を有する重合体が、前記と同様の効果により優れるためより好ましい。
(C)成分としては、前記単量体を使用し常法の重合に従い製造されたものを使用することができる。
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。
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。又、高温重合によれば、(C)成分を前記した好ましい多分散度の重合体とすることができる。
高温重合の中でも、高温連続重合は、生産性に優れるだけでなく、共重合体製品中の組成分布が出来難いため、相溶性に優れる等の長所を有する。
即ち、(C)成分としては、160〜350℃の重合温度で高温連続重合して得られた重合体が好ましく、180〜300℃の重合温度で高温連続重合して得られた重合体がより好ましい。
重合温度が160℃に満たない場合は、分岐反応が起こり分子量分布を広くし、分子量を下げるのに多量の開始剤や連鎖移動剤を必要とするため耐候性、耐熱性、耐久性に悪影響を与える。又、除熱等の生産上の問題が起こることもある。他方350℃より高すぎると、分解反応が発生して重合液が着色したり、分子量が低下する。この温度範囲で重合することにより、分子量が適当で粘度が低く、無着色で夾雑物の少ない重合体を効率よく製造することができる。
当該高温連続重合方法によれば、極微量の重合開始剤を使用すればよく、メルカプタンのような連鎖移動剤や、重合溶剤を使用する必要がなく、純度の高い重合体が得られる。一般的に重合体中に均一に架橋性官能基が導入されることが、硬化性や耐侯性等の物性を保つ上で重要である。
具体的には、加圧可能な反応器を溶媒で満たし、加圧下で所定温度に設定した後、単量体、又は必要に応じて重合溶媒、重合開始剤とからなる単量体混合物を一定の供給速度で反応器へ供給し、単量体混合物の供給量に見合う量の反応液を抜き出す方法が挙げられる。
親水性基、アルコキシシリル基、ラジカル重合性官能基及びカチオン重合性官能基を含む重合体である場合は、これら官能基の導入方法としては、例えば、リビングアニオン重合やリビングラジカル重合の末端に導入する方法や、重合体中の官能基に、重合性官能基を有する化合物を付加させる方法等が挙げられる。
又、エポキシ基等のカチオン重合性官能基を導入する場合は、それら官能基を有する(メタ)アクリレートを共重合させることもできる。
具体的には、水酸基を有する共重合体としては、東亞合成(株)製のARUFON UH−2170(Mw:14,000、Tg:60℃)、ARUFON UHE−2012(Mw:5,800、Tg:20℃)が挙げられる。
この他にもカルボキシル基を有する(メタ)アクリロイル樹脂、エポキシ基を有する(メタ)アクリロイル樹脂、アルコキシシリル基を有する(メタ)アクリロイル樹脂としては、を用いることもできる。
具体的には、カルボキシル基を有する重合体としては、ARUFON UC−3000(Mw:10,000、Tg:65℃)、ARUFON UC−3080(Mw:14,000、Tg:133℃)、ARUFON UF−5080(Mw:17,000、Tg:75℃)及びARUFON UF−5022(Mw:14,000、Tg:75℃)等を挙げることができ、エポキシ基を有する重合体としては、ARUFON Ug−4035(Mw:11,000、Tg:52℃)、ARUFON UG−4040(Mw:11,000、Tg:63℃)及びARUFON UG−4070(Mw:9,700、Tg:58℃)等を挙げることができる。
(C)成分の含有割合としては、硬化性成分の合計100重量部に対して、20〜150重量部が好ましく、30〜100重量部がより好ましい。
(C)成分の含有割合を20重合部以上とすることで、組成物の硬化膜をプラスチック基材に対する密着性が優れるものとすることができ、150重合部以下とすることで、組成物を塗工性、硬化性に優れるものとすることができる。
(B)及び(C)成分の含有割合を30重合部以上とすることで、組成物の硬化膜をプラスチック基材に対する密着性が優れるものとすることができ、200重合部以下とすることで、組成物を塗工性、硬化性に優れるものとすることができる。
本発明は、前記(A)〜(C)成分を必須成分とする硬化型組成物である。
本発明の組成物は、活性エネルギー線硬化型組成物として使用することも、熱硬化型組成物として使用することもでき、活性エネルギー線硬化型組成物として好ましく使用することができる。
この場合、必要に応じて加熱して撹拌しても良い。加熱して撹拌・混合する場合の温度としては、40〜90℃の範囲であることが好ましい。
当該製造方法によれば、(C)成分を高収率で製造でき、しかも得られる(C)成分中の高分子量体が少ないために低粘度で不純物が少なく、このため得られる組成物を各種物性に優れるものとすることができる点で好ましい。
当該工程としては、前記した(C)成分の製造方法に従えば良い。
本発明において粘度とは、E型粘度計により25℃で測定した値を意味する。
好ましいその他の成分としては、(A)成分以外のエチレン性不飽和基を有する化合物(D)〔以下、「(D)成分」という〕、有機溶剤〔以下、「(E)成分」という〕、光重合開始剤(F)〔以下、「(F)成分」という〕及び熱重合開始剤(G)〔以下、「(G)成分」という〕及びが挙げられ、これら以外のその他の成分も配合することができる。
以下、(D)〜(G)成分、及びこれら以外のその他の成分についてについて説明する。
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。
(D)成分は、(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。
(D)成分は、組成物の粘度やその他の物性を調整するために用いられる任意の成分であり、種々のものを使用することができる。
(D)成分としては、1個のエチレン性不飽和基を有する化合物〔以下、「単官能不飽和化合物」という〕、2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物〔以下、「多官能不飽和化合物」という〕が挙げられる。
単官能不飽和化合物の例としては、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)アクリレート及びブチルアクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート;並びに
ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及びヒドロキシプロピルアクリレート等の水酸基を有する単官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。
アミド基を有する化合物としては、(メタ)アクリルアミドが挙げられ、具体的には、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−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−n−ブチルアクリルアミド、N−sec−ブチルメタクリルアミド、N−t−ブチルアクリルアミド等のN−アルキル(メタ)アクリルアミド;並びに
N−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド等のN−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
多官能不飽和化合物の例としては、2個の(メタ)アクリロイル基を有する(メタ)アクリレート(以下、「2官能(メタ)アクリレート」という)、及び2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する(メタ)アクリレート(以下、「3官能以上(メタ)アクリレート」という)等を挙げることができる。
2官能(メタ)アクリレートとしては、具体的には、グリセリンのジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンのジ(メタ)アクリレート及びトリメチロールプロパンのジ(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;
トリス(2−(メタ)アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等;並びに
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。但し、アルキレンオキサイド付加物は、アルキレンオキサイドの種類及び付加モル数により(メタ)アクリロイル基当量140〜500g/eqを満足しない化合物に限る。
これらの中でもウレタン(メタ)アクリレートが好ましく、以下詳細に説明する。
並びにヘキサメチレンジイソシアネート3量体及びイソホロンジイソシアネート3量体等の3個以上のイソシアネート基を有する有機ポリイソシアネートが挙げられる。
並びにトリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ又はトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンのジ又はトリ(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトールのジ、トリ、テトラ又はペンタ(メタ)アクリレート等の水酸基含有多官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。
ウレタンアダクトにおいては、水酸基含有(メタ)アクリレートとして、水酸基含有多官能(メタ)アクリレートを使用したものが好ましい。
これらの中でも、硬化物が硬度及び耐擦傷性により優れる点で、3個以上の(メタ)アクリロイル基を有し、水酸基を1個有する化合物が好ましく、具体的には、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
水酸基含有モノ(メタ)アクリレートとしては、前記した化合物と同様の化合物が挙げられる。
3個以上のイソシアネート基を有する有機ポリイソシアネートの例としては、前記したヘキサメチレンジイソシアネート3量体及びイソホロンジイソシアネート3量体等を挙げることができる。
例えば、ジブチルスズジラウレート等の付加触媒存在下、有機多価イソシアネートと多価オールを加熱撹拌し付加反応させてイソシアネート基含有化合物を製造し、当該化合物にさらに水酸基含有(メタ)アクリレートを添加し、加熱・撹拌して付加反応させる方法等が挙げられる。
ウレタンアダクトの場合は、付加触媒存在下、有機多価イソシアネートと水酸基含有(メタ)アクリレートを加熱・撹拌し、付加反応させる方法等が挙げられる。
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(E)成分(有機溶剤)を用いることができる。
(E)成分の具体例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール及びブタノール等のアルコール化合物;エチレングリコールモノメチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルキレングリコールモノエーテル化合物;ダイアセトンアルコール等のアセトンアルコール;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、(F)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、(F)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(F)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。
又、(F)成分としては、光ラジカル重合開始剤であることが好ましい。
(F)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。
(G)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、(G)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(E)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。
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が、例えば、紫外線吸収剤、光安定剤、酸性物質、無機粒子、酸化防止剤、シランカップリング剤、表面改質剤、ポリマー、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、これらの成分について説明する。
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。
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や、硫酸、硝酸、塩酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、リン酸等が挙げられる。
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。上記範囲であると、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、基材との密着性をより良好にする目的で、シランカップリング剤をさらに含有していてもよい。
シランカップリング剤の好ましい具体例としては、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシランのような(メタ)アクリロイル基含有シランカップリング剤、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル基含有シランカップリング剤、アリルトリメトキシシラン等のアリル基含有シランカップリング剤、2−(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、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチルブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
シランカップリング剤の割合を0.05以上とすることで基材に対する密着性、特に無機基材に対する密着性を向上させることができ、一方、30重量部以下とすることで、組成物中の水分や水酸基を有する化合物の影響により組成物の保存中にシランカップリング剤の反応が進行することで増粘やゲル化を防止することができる。
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、界面活性剤、レベリング剤、消泡剤、スベリ性付与剤、防汚性付与剤等が挙げられ、これら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(D)成分(光重合開始剤)及び(E)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。
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0.5〜3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100〜8,000mJ/cm2が好ましく、200〜3,000mJ/cm2がより好ましい。
本発明の組成物は種々の用途に使用可能であり、具体的には、コーティング剤、インキ及び成形材等が挙げられる。
これらの中でも、コーティング剤として好ましく使用することができる。
さらに、プラスチック基材用のコーティング剤としてより好ましく使用することができ、ポリプロピレン基材用のコーティング剤としてより特に好ましく使用することができる。
プラスチック基材用、好ましくはポリプロピレン基材用コーティング剤が適用される具体例としては、電化製品、家具等の日用品、建材及び医療等が挙げられる。
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。
後記表1に示す各成分を40℃にて撹拌・混合して、組成物を得た。E型粘度計により25℃における粘度を測定した。
得られた組成物をバーコーター#8を用い、(株)エンジニアリングテストサービス製ポリプロピレン(30mm×150mm×2mm)に膜厚が10μmとなるよう塗工した。
次いで、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−L 41〕を用いて、UV−A照度250mW/cm2、照射エネルギー600mJ/cm2で紫外線を照射した。
得られた硬化膜を使用し、以下の方法に従い評価した。それらの結果を表3に示す。
得られた硬化膜に、カッターナイフで縦横2mm間隔の切り込みを入れて、2mm×2mmの大きさの升目25個を形成し、この碁盤目上にニチバン(株)製#405のセロハンテープを貼り付けた後に強く剥がした。剥離後の残膜率(%)を評価した。残膜数が多いほど密着性が良好であることを示す。
得られた硬化膜について、爪で擦った後の硬化膜表面を目視で観察し、傷・凹みの有無を確認し、以下の3水準で評価した。
○:傷・凹みなし、△:傷はないが、わずかに塗膜に凹みが残る、×:明らかに傷が認められる
得られた硬化膜について、目視にて外観を評価した。
○:傷・凹みなし、△:傷はないが、わずかに塗膜に凹みが残る、×:明らかに傷が認められる
(A)成分
・IBXA:イソボルニルアクリレート〔大阪有機(株)製、アクリロイル基当量208g/eq〕
・ACMO:アクリロイルモルホリン〔KJケミカルズ(株)製、アクリロイル基当量141g/eq〕
・M−120:2−エチルヘキシルエチレンオキサイド2モル付加物のアクリレート〔東亞合成(株)製アロニックスM−120、アクリロイル基当量155g/eq〕
(B)成分
・SC−390S:塩素化ポリオレフィン〔日本製紙(株)製スーパークロン390S、塩素化度36%、Mw:40,000、ペレット品〕
・SC−814B:塩素化ポリオレフィン〔日本製紙(株)製スーパークロン814B、塩素化度41%、Mw:15,000、酢酸ブチル50%溶液〕
・SC−2030S:塩素化ポリオレフィン〔日本製紙(株)製スーパークロン2030S、塩素化度30%、Mw:75,000、ペレット品〕
(B)’成分
・HL−16P:塩素化ポリオレフィン〔東洋紡(株)製ハードレン16LP、塩素化度32%、Mw:150,000、ペレット品〕
(C)成分
・UH−2170:水酸基含有スチレン/アクリル共重合体〔東亞合成(株)製 ARUFON UH−2170、Mw:14,000、多分散度:3.8、Tg:60℃〕
・UC−3080:カルボキシル基含有スチレン/アクリル共重合体〔東亞合成(株)製 ARUFON UC−3080、Mw:14,000、多分散度:3.8、Tg:133℃〕
(C)’成分
・UP−1000:アクリル系共重合体〔東亞合成(株)製 ARUFON UP−100、Mw:3,000、多分散度:1.9、Tg:−77℃〕
(D)成分
・M−305:ペンタエリスリトールトリ及びテトラアクリレートの混合物〔東亞合成(株)製アロニックスM−305、アクリロイル基当量99g/eq〕
・M−309:トリメチロールプロパントリアクリレート〔東亞合成(株)製アロニックスM−309、アクリロイル基当量99g/eq〕
(E)成分
・PGM:プロピレングリコールモノメチルエーテル
(F)成分
・HCPK:1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン〔BASF社製 IRGACURE184〕
実施例1〜同7の結果から明らかなように、本発明の組成物はポリプリピレン基材への密着性、並びに硬化膜の耐擦傷性及び外観に優れるものであった。
これに対して、比較例1の組成物は(A)成分と異なるアクリロイル基当量が本発明の下限に満たない多官能アクリレートを含む組成物であるが、ポリプロピレン基材に対する密着性が得られず、さらに硬化膜外観も不良となった。
比較例2の組成物は、(B)成分と異なるMwの上限100,000を超える塩素化ポリオレフィンを組成物であるが、密着性が不十分で、硬化膜の外観が不良となった。
比較例3の組成物は、(C)成分と異なるMwの下限5,000に満たない重合体を含む組成物であるが、硬化膜の耐擦傷性が不良となった。
Claims (21)
- 下記(A)、(B)及び(C)成分を含有する硬化型組成物。
(A)成分:一分子中に1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であって、(メタ)アクリロイル基当量140〜500g/eqである化合物。
(B)成分:重量平均分子量が5,000〜100,000である変性ポリオレフィン系重合体
(C)成分:アルキル(メタ)アクリレートを必須構成単量体単位とし、重量平均分子量が5,000〜20,000である重合体。 - 前記(A)成分が、1個の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であって、ホモポリマーのガラス転移点が80℃以上である請求項1に記載の硬化型組成物。
- 前記(B)成分が、塩素化度25〜50%の塩素化ポリオレフィン系樹脂である請求項1又は請求項2に記載の硬化型組成物。
- 前記(C)成分が、ガラス転移点0℃〜150℃の重合体である請求項1〜請求項3に記載の硬化型組成物。
- 前記(C)成分が、多分散度が4.5以下の重合体である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- 前記(C)成分が、さらに芳香族基と水酸基を有する重合体又は/及び芳香族基とカルボキシル基を有する重合体である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- 前記(C)成分が、アルキル(メタ)アクリレートを必須成分として含む単量体を高温連続重合で得られた重合体である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- 前記(A)成分の合計100重量部に対して、
(B)成分の2〜100重量部及び(C)成分の20〜150重量部をそれぞれ含み、かつ(B)成分及び(C)の合計で30〜200重量部含む
請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の硬化型組成物。 - さらに、(A)成分以外のエチレン性不飽和基を有する化合物(D)を含有する請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- 前記(A)及び(D)成分の合計100重量部に対して、
(B)成分の2〜100重量部及び(C)成分の20〜150重量部をそれぞれ含み、かつ前記(B)成分及び(C)の合計で30〜200重量部含む請求項9に記載の硬化型組成物。 - 有機溶剤(E)を含有する請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の硬化型組成物。
- 請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の組成物を含む活性エネルギー線硬化型組成物。
- さらに、光重合開始剤(F)を含有する請求項12に記載の活性エネルギー線硬化型組成物。
- 請求項13記載の組成物を含む活性エネルギー線硬化型コーティング剤組成物。
- 請求項14記載の組成物を含むポリプロピレン基材用活性エネルギー線硬化型コーティング剤組成物。
- アルキル(メタ)アクリレートを必須成分として含む単量体を高温連続重合して、下記(C)成分を製造する工程、及び
得られた(C)成分と下記(A)及び(B)成分を混合する工程
を含む硬化型組成物の製造方法。
(A)成分:一分子中に1個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であって、(メタ)アクリロイル基当量140〜500g/eqである化合物。
(B)成分:重量平均分子量が5,000〜100,000である変性ポリオレフィン系重合体
(C)成分:アルキル(メタ)アクリレートを必須構成単量体単位とし、重量平均分子量が5,000〜20,000である重合体。 - 前記(A)成分が、1個の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であって、ホモポリマーのガラス転移点が80℃以上である請求項16に記載の硬化型組成物の製造方法。
- 前記(C)成分が、ガラス転移点0℃〜150℃の重合体である請求項16又は請求項17に記載の硬化型組成物の製造方法。
- 前記(C)成分が、多分散度が4.5以下の重合体である請求項16〜請求項18のいずれか1項に記載の硬化型組成物の製造方法。
- さらに、有機溶剤(E)を混合する工程を含む請求項16〜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。
- さらに、光重合開始剤(F)を混合する工程を含む請求項16〜請求項20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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