JP4389315B2 - 反応性粒子、これを含有する硬化性組成物及び硬化物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応性粒子、この粒子を含有する硬化性組成物及び硬化物に関する。さらに詳しくは、優れた硬化物生産性(硬化物である塗膜を短時間で容易に得ることのできる性質)を有し、かつ各種基材[例えば、プラスチック(ポリカ−ボネ−ト、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、トリアセチルセルロ−ス樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、ノルボルネン系樹脂等)、金属、木材、紙、ガラス、スレ−ト等]の表面に、硬度、耐擦傷性、耐摩耗性、低カール性、密着性及び耐薬品性に優れた塗膜(硬化膜)を形成し得る硬化性組成物に用いられる反応性粒子、その粒子を含有する硬化性組成物及びその硬化物に関する。本発明の反応性粒子を含有する硬化性組成物及びその硬化物は、例えば、プラスチック光学部品、タッチパネル、フィルム型液晶素子、プラスチック容器、建築内装材としての床材、壁材、人工大理石等の傷付き(擦傷)防止や汚染防止のための保護コ−ティング材;各種基材の接着剤、シ−リング材;印刷インクのバインダ−材等として好適に用いることができる。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種基材表面の傷付き(擦傷)防止や汚染防止のための保護コ−ティング材;各種基材の接着剤、シ−リング材;印刷インクのバインダ−材として、優れた硬化物生産性を有し、かつ各種基材の表面に、硬度、耐擦傷性、耐摩耗性、低カール性、密着性、透明性、耐薬品性及び塗膜面の外観のいずれにも優れた硬化膜を形成し得る硬化性組成物が要請されている。
【0003】
このような要請を満たすため、種々の組成物が提案されている。しかし、硬化性組成物としての優れた硬化物生産性、並びに硬化膜とした場合の優れた硬度、耐擦傷性、耐摩耗性、低カ−ル性、密着性及び耐薬品性の全てを十分に満足するものは得られていないのが現状である。
例えば、米国特許第3,451,838号明細書及び米国特許第2,404,357号明細書には、アルコキシシランの加水分解物とコロイダルシリカを主成分とする組成物を、熱硬化型のコ−ティング材料として用いることが提案されている。しかし、このような熱硬化型の組成物では、塗布後に高温下で反応させて硬化物を得るため、上述のプラスチック基材を用いた場合には、基材が、軟化したり、収縮や膨張等の変形が生ずるという問題や、硬化物生産性が悪いという問題があった。
【0004】
また、特公昭62−21815号公報には、コロイダルシリカの表面をメタクリロキシシランで修飾した粒子とアクリレ−トとの組成物を、放射線(光)硬化型のコ−ティング材料として用いることが提案されている。この種の放射線硬化型の組成物は、優れた硬化物生産性を有すること等から、最近多用されるようになって来ている。しかし、放射線硬化型の組成物は、硬化膜を、通常、ラジカル重合によって形成するため、重合系内の溶存酸素の影響等により、得られた硬化膜の表面近傍の硬化が十分ではなく、有機溶剤、酸、アルカリ等の薬品類の接触によって硬化膜の外観が変化してしまい、耐薬品性に劣るという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、優れた硬化物生産性を有し、かつ各種基材の表面に、硬度、耐擦傷性、耐摩耗性、低カール性、密着性及び耐薬品性に優れた、特に耐薬品性に優れた塗膜(硬化膜)を形成し得る硬化性組成物に用いられる反応性粒子、この粒子を含有する硬化性組成物及び硬化物を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するため、鋭意研究した結果、(a)所定の元素の酸化物粒子に、(b)分子内に、ラジカル重合性不飽和基、及び加水分解性基を有する第1の有機化合物(b1)、並びに分子内に、オキセタン基、及び加水分解性基を有する第2の有機化合物(b2)を結合させてなる反応性粒子を含有する硬化性組成物及びその硬化物によって、硬度、耐擦傷性、低カール性及び耐摩耗性を低下させることなく耐薬品性を向上させた、要請される特性の全てにおいてバランスに優れたものが得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の反応性粒子、これを含有した硬化性組成物及び硬化物を提供するものである。
【0007】
[1](a)ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、亜鉛、ゲルマニウム、インジウム、スズ、アンチモン及びセリウムからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物粒子に、(b)分子内に、ラジカル重合性不飽和基、及び加水分解性基を有する第1の有機化合物(b1)、並びに分子内に、オキセタン基、及び加水分解性基を有する第2の有機化合物(b2)、を結合させてなるものであり、前記第2の有機化合物(b2)が、下記式(1)に示す化合物及び下記式(2)に示す化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする反応性粒子。
【化1】
[式(1)中、R 1 は、水素原子、アルキル基、フッ素原子、フルオロアルキル基、アリル基、アリール基、フリル基、又はエチニル基であり、R 2 、R 3 、R 4 は、それぞれ加水分解性基であり、m及びnは、それぞれ1〜10の整数である。]
【化2】
[式(2)中、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 は、それぞれ式(1)の場合と同様であり、vは、1〜10の整数である。]
【0008】
[2]前記第1の有機化合物(b1)が、シラノール基を有する化合物又は加水分解によってシラノール基を生成する化合物である前記[1]に記載の反応性粒子。
【0009】
[3]前記第1の有機化合物(b1)が、[−O−C(=O)−NH−]基を含み、さらに、[−O−C(=S)−NH−]基及び[−S−C(=O)−NH−]基の少なくとも1を含むものである前記[1]又は[2]に記載の反応性粒子。
【0020】
[4]前記(b)成分の配合量が、(a)成分及び(b)成分の合計を100重量%として、0.1〜60重量%である前記[1]〜[3]のいずれかに記載の反応性粒子。
【0021】
[5]前記[1]〜[4]のいずれかに記載の反応性粒子((A)反応性粒子(以下、「反応性粒子(A)」ということがある))、及び(B)分子内に2以上の重合性基を有する化合物を含有してなる硬化性組成物。
【0022】
[6]前記(B)分子内に2以上の重合性基を有する化合物が、(B1)分子内に2以上のラジカル重合性不飽和基を有するラジカル重合性化合物、並びに、(B2)分子内に2以上のカチオン重合性基を有するカチオン重合性化合物、を含むものである前記[5]に記載の硬化性組成物。
【0023】
[7]前記(A)反応性粒子及び(B)分子内に2以上の重合性基を有する化合物に加えて、さらに、(C)重合開始剤を含有してなる前記[5]又は[6]に記載の硬化性組成物。
【0024】
[8]前記[5]〜[7]のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化させてなる硬化物。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の反応性粒子(A)、この粒子を含有する硬化性組成物及び硬化物の実施の形態を具体的に説明する。
【0026】
I.反応性粒子(A)
本発明の反応性粒子(A)は、(a)ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、亜鉛、ゲルマニウム、インジウム、スズ、アンチモン及びセリウムよりなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物粒子(以下、「酸化物粒子(a)」又は「(a)成分」ということがある)に、(b)分子内に、ラジカル重合性不飽和基、及び加水分解性基を有する有機化合物(b1)(以下、「第1の有機化合物(b1)」ということがある)、並びに分子内に、オキセタン基、及び加水分解性基を有する有機化合物(b2)(以下、「第2の有機化合物(b2)」ということがある)(以下、「修飾成分(b)」又は「成分(b)」ということがある)、を結合させてなるものである。
【0027】
1.酸化物粒子(a)
本発明に用いられる酸化物粒子(a)は、得られる硬化性組成物の硬化被膜の無色性の観点から、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、亜鉛、ゲルマニウム、インジウム、スズ、アンチモン及びセリウムよりなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物粒子である。
【0028】
これらの酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、酸化インジウム、酸化スズ、インジウムスズ酸化物(ITO)、酸化アンチモン及び酸化セリウムを挙げることができる。中でも、高硬度の観点から、シリカ、アルミナ、ジルコニア及び酸化アンチモンが好ましい。これらは1種単独で又は2種以上を組合わせて用いることができる。さらには、このような元素の酸化物粒子は、粉体状又は溶剤分散ゾルであることが好ましい。溶剤分散ゾルである場合、他の成分との相溶性、分散性の観点から、分散媒は、有機溶剤が好ましい。このような有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエステル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類を挙げることができる。中でも、メタノール、イソプロパノール、ブタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレンが好ましい。
【0029】
酸化物粒子(a)の数平均粒子径は、0.001μm〜2μmが好ましく、0.001μm〜0.2μmがさらに好ましく、0.001μm〜0.1μmが特に好ましい。数平均粒子径が2μmを越えると、硬化物としたときの透明性が低下したり、被膜としたときの表面状態が悪化する傾向がある。また、粒子の分散性を改良するために各種の界面活性剤やアミン類を添加してもよい。
【0030】
ケイ素酸化物粒子(例えば、シリカ粒子)として市販されている商品としては、例えば、コロイダルシリカとして、日産化学工業(株)製 商品名:メタノ−ルシリカゾル、IPA−ST、MEK−ST、NBA−ST、XBA−ST、DMAC−ST、ST−UP、ST−OUP、ST−20、ST−40、ST−C、ST−N、ST−O、ST−50、ST−OL等を挙げることができる。また粉体シリカとしては、日本アエロジル(株)製 商品名:アエロジル130、アエロジル300、アエロジル380、アエロジルTT600、アエロジルOX50、旭硝子(株)製 商品名:シルデックスH31、H32、H51、H52、H121、H122、日本シリカ工業(株)製 商品名:E220A、E220、富士シリシア(株)製 商品名:SYLYSIA470、日本板硝子(株)製
商品名:SGフレ−ク等を挙げることができる。
【0031】
また、アルミナの水分散品としては、日産化学工業(株)製 商品名:アルミナゾル−100、−200、−520;アルミナのイソプロパノール分散品としては、住友大阪セメント(株)製 商品名:AS−150I;アルミナのトルエン分散品としては、住友大阪セメント(株)製 商品名:AS−150T;ジルコニアのトルエン分散品としては、住友大阪セメント(株)製 商品名:HXU−110JC;アンチモン酸亜鉛粉末の水分散品としては、日産化学工業(株)製 商品名:セルナックス;アルミナ、酸化チタン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等の粉末及び溶剤分散品としては、シーアイ化成(株)製 商品名:ナノテック;アンチモンドープ酸化スズの水分散ゾルとしては、石原産業(株)製 商品名:SN−100D;ITO粉末としては、三菱マテリアル(株)製の製品;酸化セリウム水分散液としては、多木化学(株)製 商品名:ニードラール等を挙げることができる。
【0032】
酸化物粒子(a)の形状は球状、中空状、多孔質状、棒状、板状、繊維状、又は不定形状であり、好ましくは、球状である。酸化物粒子(a)の比表面積(窒素を用いたBET比表面積測定法による)は、好ましくは、10〜1000m2/gであり、さらに好ましくは、100〜500m2/gである。これら酸化物粒子(a)の使用形態は、乾燥状態の粉末、又は水もしくは有機溶剤で分散した状態で用いることができる。例えば、上記の酸化物の溶剤分散ゾルとして当業界に知られている微粒子状の酸化物粒子の分散液を直接用いることができる。特に、硬化物に優れた透明性を要求する用途においては酸化物の溶剤分散ゾルの利用が好ましい。
【0033】
2.修飾成分(b)
本発明に用いられる修飾成分(b)とは、その概念中に独立の化合物として第1の有機化合物(b1)及び第2の有機化合物(b2)を含むものであり、第1の有機化合物(b1)及び第2の有機化合物(b2)のそれぞれが別個独立に前記酸化物粒子(a)に結合して、前記酸化物粒子(a)を修飾する。
【0034】
(1)第1の有機化合物(b1)
本発明に用いられる第1の有機化合物(b1)は、分子内に、ラジカル重合性不飽和基及び加水分解性基を含む化合物であり、さらに、下記式(5)に示す基[−X−C(=Y)−NH−]を含む有機化合物であることが好ましい。
【0035】
【化5】
【0036】
また、[−O−C(=O)−NH−]基を含み、さらに、[−O−C(=S)−NH−]基及び[−S−C(=O)−NH−]基の少なくとも1を含むものであることが好ましい。また、この第1の有機化合物(b1)は、分子内にシラノ−ル基を有する化合物又は加水分解によってシラノ−ル基を生成する化合物であることが好ましい。
【0037】
▲1▼ラジカル重合性不飽和基
第1の有機化合物(b1)に含まれるラジカル重合性不飽和基としては特に制限はないが、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、プロペニル基、ブタジエニル基、スチリル基、エチニル基、シンナモイル基、マレエ−ト基、アクリルアミド基を好適例として挙げることができる。
このラジカル重合性不飽和基は、活性ラジカル種により付加重合をする構成単位である。
【0038】
▲2▼前記式(5)に示す基
第1の有機化合物(b1)に含まれる前記式(5)に示す基[−X−C(=Y)−NH−]は、具体的には、[−O−C(=O)−NH−]、[−O−C(=S)−NH−]、[−S−C(=O)−NH−]、[−NH−C(=O)−NH−]、[−NH−C(=S)−NH−]、及び[−S−C(=S)−NH−]の6種である。これらの基は、1種単独で又は2種以上を組合わせて用いることができる。中でも、熱安定性の観点から、[−O−C(=O)−NH−]基と、[−O−C(=S)−NH−]基及び[−S−C(=O)−NH−]基の少なくとも1つとを併用することが好ましい。
前記式(5)に示す基[−X−C(=Y)−NH−]は、分子間において水素結合による適度の凝集力を発生させ、硬化物にした場合、優れた機械的強度、基材との密着性及び耐熱性等の特性を付与せしめるものと考えられる。
【0039】
▲3▼シラノ−ル基又は加水分解によってシラノ−ル基を生成する基
第1の有機化合物(b1)は、分子内にシラノール基を有する化合物(以下、「シラノール基含有化合物」ということがある)又は加水分解によってシラノール基を生成する化合物(以下、「シラノール基生成化合物」ということがある)であることが好ましい。このようなシラノール基生成化合物としては、ケイ素原子にアルコキシ基、アリールオキシ基、アセトキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等が結合した化合物を挙げることができるが、ケイ素原子にアルコキシ基又はアリールオキシ基が結合した化合物、すなわち、アルコキシシリル基含有化合物又はアリールオキシシリル基含有化合物が好ましい。
シラノール基又はシラノール基生成化合物のシラノール基生成部位は、縮合反応又は加水分解に続いて生じる縮合反応によって、酸化物粒子と結合する構成単位である。
【0040】
▲4▼好ましい態様
第1の有機化合物(b1)の好ましい具体例としては、例えば、下記式(6)に示す化合物を挙げることができる。
【0041】
【化6】
【0042】
式(6)中、R7、R8は、同一でも異なっていてもよいが、水素原子又はC1〜C8のアルキル基若しくはアリール基であり、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、オクチル、フェニル、キシリル基等を挙げることができる。ここで、sは、1〜3の整数である。
【0043】
[(R7O)sR8 3-sSi−]で示される基としては、例えば、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、トリフェノキシシリル基、メチルジメトキシシリル基、ジメチルメトキシシリル基等を挙げることができる。このような基のうち、トリメトキシシリル基又はトリエトキシシリル基等が好ましい。
R9は、C1からC12の脂肪族又は芳香族構造を有する2価の有機基であり、鎖状、分岐状又は環状の構造を含んでいてもよい。
また、R10は、2価の有機基であり、通常、分子量14から1万、好ましくは、分子量76から500の2価の有機基の中から選ばれる。
R11は、(n+1)価の有機基であり、好ましくは、鎖状、分岐状又は環状の飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基の中から選ばれる。
Zは、活性ラジカル種の存在下、分子間架橋反応をする重合性不飽和基を分子中に有する1価の有機基を示す。また、pは、好ましくは、1〜20の整数であり、さらに好ましくは、1〜10、特に好ましくは、1〜5である。
【0044】
本発明で用いられる第1の有機化合物(b1)の合成は、例えば、特開平9−100111号公報に記載された方法を用いることができる。すなわち、(イ)メルカプトアルコキシシランと、ポリイソシアネート化合物と、活性水素基含有重合性不飽和化合物との付加反応により行うことができる。また、(ロ)分子中にアルコキシシリル基及びイソシアネート基を有する化合物と、活性水素含有重合性不飽和化合物との直接的反応により行うことができる。さらに、(ハ)分子中に重合性不飽和基及びイソシアネート基を有する化合物と、メルカプトアルコキシシラン又はアミノシランとの付加反応により直接合成することもできる。
前記式(3)に示す化合物を合成するためには、これらの方法のうち、(イ)が好適に用いられる。
【0045】
(2)第2の有機化合物(b2)
本発明に用いられる第2の有機化合物(b2)は、分子中に、オキセタン基、及び加水分解性基を有する化合物であり、加水分解によってシラノ−ル基を生成する化合物である。第2の有機化合物(b2)は、前記式(1)に示す有機化合物及び前記式(2)に示す有機化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である。
【0046】
前記式(1)に示す有機化合物としては、例えば、
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−トリエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−トリメトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−トリエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−メチルジエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−メチルジメトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−エチルジエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−エチルジメトキシシラン
[(3―エチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−トリエトキシシラン
[(3―エチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−トリメトキシシラン
[(3―エチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−メチルジエトキシシラン
[(3―エチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−メチルジメトキシシラン
[(3―エチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−エチルジエトキシシラン
[(3―エチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−エチルジメトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシブチル]−トリエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシブチル]−トリメトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシブチル]−メチルジエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシブチル]−メチルジメトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシブチル]−エチルジエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシブチル]−エチルジメトキシシラン
[(3―エチルオキタセン―3―イル)−プロピロキシプロピル]−トリエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−プロピロキシプロピル]−トリメトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−プロピロキシプロピル]−メチルジエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−プロピロキシプロピル]−メチルジメトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−プロピロキシプロピル]−エチルジエトキシシラン
[(3―メチルオキタセン―3―イル)−プロピロキシプロピル]−エチルジメトキシシラン
を挙げることができる。
【0047】
前記式(2)に示す有機化合物としては、例えば、
2−[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−エトキシエチルトリメトキシシシラン
2−[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−エトキシエチルトリエトキシシシラン
2−[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−エトキシエチルメチルジメトキシシシラン
2−[(3―メチルオキタセン―3―イル)−メチロキシプロピル]−エトキシエチルメチルジエトキシシシラン
を挙げることができる。
【0048】
また、第2の有機化合物(b2)は、例えば、前記式(3)に示す有機化合物及び前記式(4)に示す有機化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種であってもよい。
前記式(3)に示す有機化合物としては、例えば、
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を挙げることができる。
【0049】
前記式(4)に示す有機化合物としては、例えば、
γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
γ―グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン
γ−グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン
3,4−エポキシブチルトリメトキシシラン
等を挙げることができる。
これらの有機化合物のうち、[3―エチルオキセタン−3−イル]メチロキシプロピル]トリエトキシシラン、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等が好ましい。
このような第2の有機化合物(b2)の市販品としては、例えば、東亞合成(株)製、商品名:TESOX、チッソ(株)社製 商品名:サイラエース S510、S520、S530、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)社製 商品名:SH6040、AY43−026、信越化学工業(株)社製 商品名:KBM303、KBM403、KBE402等を挙げることができる。
【0050】
第2の有機化合物(b2)は、前述のように、加水分解によってシラノール基を生成する化合物である。
すなわち、このような化合物として、第1の有機化合物(b1)における場合と同様に、ケイ素原子にアルコキシ基、アリールオキシ基、アセトキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等が結合した化合物を挙げることができるが、ケイ素原子にアルコキシ基又はアリールオキシ基が結合した化合物、すなわち、アルコキシシリル基含有化合物又はアリールオキシシリル基含有化合物が好ましい。また、第1の有機化合物(b1)における場合と同様に、シラノール基生成化合物のシラノール基生成部位は、縮合反応又は加水分解に続いて生じる縮合反応によって、酸化物粒子(a)と結合する構成単位である。
【0051】
(3)修飾成分(b)の配合量
修飾成分(b)の配合量は、反応性粒子(A)[成分(a)及び成分(b)の合計、すなわち酸化物粒子(a)及び修飾成分(b)の合計]を100重量%として、0.1〜60重量%が好ましく、さらに好ましくは、0.1〜40重量%、特に好ましくは、1〜30重量%である。0.1重量%未満であると、組成物中における反応性粒子(A)の分散性が十分でなく、得られる硬化物の透明性、耐擦傷性、耐薬品性が十分でなくなる場合がある。また、60重量%を超えると、得られる硬化物の硬度が十分でなくなる場合がある。
特に、反応性粒子(A)製造時に,修飾成分(b)として、第1の有機化合物(b1)と第2の有機化合物(b2)とを併用することにより、優れた耐薬品性を有する硬化物を得ることができる。反応性粒子(A)製造時の第1の有機化合物(b1)と第2の有機化合物(b2)の配合比(重量比)(b1)/(b2)は、98/2〜2/98が好ましく、さらに好ましくは、96/4〜15/85である。配合比(b1)/(b2)が、100/0〜99/1、または、1/99〜0/100の場合、耐薬品性が十分でなくなる場合がある。
【0052】
3.反応性粒子(A)の製造方法
本発明の反応性粒子(A)の製造方法としては特に制限はないが、例えば、前記酸化物粒子(a)及び修飾成分(b)を反応させることを挙げることができる。酸化物粒子(a)は、通常の保管状態で粒子表面に吸着水として水分を含むことが知られており、また、水酸化物、水和物等のシラノール基生成化合物と反応する成分が少なくとも表面にあると推定される。従って、反応性粒子(A)製造時においては、シラノール基生成化合物と酸化物粒子とを混合し、加熱、攪拌処理することにより製造することも可能である。なお、修飾成分(b)が有するシラノール基生成部位と、酸化物粒子(a)とを効率よく結合させるため、反応は水の存在下で行われることが好ましい。ただし、修飾成分(b)がシラノール基を有している場合は水はなくてもよい。従って、この反応性粒子(A)は、酸化物粒子(a)及び修飾成分(b)を少なくとも混合する操作を含む方法により製造することができる。
この場合、予め第1の有機化合物(b1)、及び第2の有機化合物(b2)を混合した後、酸化物粒子(a)に添加してもよいし、有機化合物(b1)、及び第2の有機化合物(b2)を別々に酸化物粒子(a)に添加してもよい。
【0053】
また、反応を促進するため、脱水剤を添加することも好ましい。
脱水剤としては、ゼオライト、無水シリカ、無水アルミナ等の無機化合物や、オルト蟻酸メチル、オルト蟻酸エチル、テトラエトキシメタン、テトラブトキシメタン等の有機化合物を用いることができる。中でも、有機化合物が好ましく、オルト蟻酸メチル、オルト蟻酸エチル等のオルトエステル類がさらに好ましい。
なお、反応性粒子(A)に結合したアルコキシシラン化合物の量は、通常、乾燥粉体を空気中で完全に燃焼させた場合の重量減少%の恒量値として、空気中で110℃から800℃までの熱重量分析により求めることが出来る。
【0054】
II.硬化性組成物
本発明の硬化性組成物は、前記反応性粒子(A)、及び(B)分子内に2以上の重合性基を有する化合物(以下、「重合性化合物(B)」ということがある)を含有し、好ましくは、さらに、(C)重合開始剤(以下、「重合開始剤(C)」ということがある)を含有してなるものである。
【0055】
1.反応性粒子(A)
本発明の硬化性組成物に用いられる反応性粒子(A)としては、上述のものを用いることができる。
反応性粒子(A)の硬化性組成物中における配合量は、組成物の全固形分中に、5〜90重量%配合することが好ましく、10〜70重量%がさらに好ましい。5重量%未満であると、硬化物としたときの硬度が不十分となることがあり、90重量%を超えると、硬化しない(膜にならない)ことがある。なお、反応性粒子(A)が溶剤分散ゾルの形態で用いられるときは、その配合量には溶剤の量を含まない。
【0056】
2.重合性化合物(B)
本発明に用いられる重合性化合物(B)としては、特に制限はないが、例えば、(B1)分子内に2以上のラジカル重合性不飽和基を有するラジカル重合性化合物(以下、「ラジカル重合性化合物(B1)」ということがある)、並びに(B2)分子内に2以上のカチオン重合性基を有する化合物(以下、「カチオン重合性化合物(B2)」ということがある)が好ましい。また、ラジカル重合性不飽和基及びカチオン重合性基をそれぞれ1以上有するものであってもよい。この重合性化合物(B)は、前記反応性粒子(A)を構成する修飾成分(b)と互いに反応することにより三次元的な架橋構造を形成し、組成物の成膜性を向上させて、組成物を硬化塗膜にしたときの、硬度、耐擦傷性及び耐摩耗性等を向上させることができる。
【0057】
(1)ラジカル重合性化合物(B1)
ラジカル重合性化合物(B1)としては、分子内に2以上のラジカル重合性不飽和基を有するものであれば特に制限はないが、例えば、(メタ)アクリルエステル類、ビニル化合物類を挙げることができる。この中では、(メタ)アクリルエステル類が好ましい。
この重合性化合物(B1)は、反応性粒子(A)を構成する第1の有機化合物(b1)と互いに反応することにより三次元的な架橋構造を形成する。
【0058】
以下、本発明に用いられるラジカル重合性化合物(B1)の具体例を列挙する。
(メタ)アクリルエステル類としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、エチレングルコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングルコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングルコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングルコールジ(メタ)アクリレート、ビス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、及びこれらの出発アルコール類へのエチレンオキシド又はプロピレンオキシド付加物のポリ(メタ)アクリレート類、分子内に2以上の(メタ)アクリロイル基を有するオリゴエステル(メタ)アクリレート類、オリゴエーテル(メタ)アクリレート類、オリゴウレタン(メタ)アクリレート類、及びオリゴエポキシ(メタ)アクリレート類等を挙げることができる。この中では、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレートが好ましい。
【0059】
ビニル化合物類としては、ジビニルベンゼン、エチレングリコ−ルジビニルエ−テル、ジエチレングリコ−ルジビニルエ−テル、トリエチレングリコ−ルジビニルエ−テル等を挙げることができる。
【0060】
このようなラジカル重合性化合物(B1)の市販品としては、例えば、東亞合成(株)製 商品名:アロニックス M−400、M−408、M−450、M−305、M−309、M−310、M−315、M−320、M−350、M−360、M−208、M−210、M−215、M−220、M−225、M−233、M−240、M−245、M−260、M−270、M−1100、M−1200、M−1210、M−1310、M−1600、M−221、M−203、TO−924、TO−1270、TO−1231、TO−595、TO−756、TO−1343、TO−902、TO−904、TO−905、TO−1330、日本化薬(株)製 商品名:KAYARAD D−310、D−330、DPHA、DPCA−20、DPCA−30、DPCA−60、DPCA−120、DN−0075、DN−2475、SR−295、SR−355、SR−399E、SR−494、SR−9041、SR−368、SR−415、SR−444、SR−454、SR−492、SR−499、SR−502、SR−9020、SR−9035、SR−111、SR−212、SR−213、SR−230、SR−259、SR−268、SR−272、SR−344、SR−349、SR−601、SR−602、SR−610、SR−9003、PET−30、T−1420、GPO−303、TC−120S、HDDA、NPGDA、TPGDA、PEG400DA、MANDA、HX−220、HX−620、R−551、R−712、R−167、R−526、R−551、R−712、R−604、R−684、TMPTA、THE−330、TPA−320、TPA−330、KS−HDDA、KS−TPGDA、KS−TMPTA、共栄社化学(株)製 商品名:ライトアクリレート PE−4A、DPE−6A、DTMP−4A等を挙げることができる。
【0061】
(2)カチオン重合性化合物(B2)
カチオン重合性化合物(B2)としては、例えば、オキセタン基、3,4−エポキシシクロへキシル基、又はエポキシ基を分子内に2以上有するカチオン重合性化合物を挙げることができる。
このカチオン重合性化合物(B2)は、反応性粒子(A)を構成する第2の有機化合物(b2)と互いに反応することにより三次元的な架橋構造を形成する。
【0062】
このようなカチオン重合性化合物(B2)の具体例としては下記のものを挙げることができる。
オキセタン基を2以上有する化合物としては、3,7−ビス(3−オキセタニル)−5−オキサ−ノナン、3,3’−(1,3−(2−メチレニル)プロパンジイルビス(オキシメチレン))ビス−(3−エチルオキセタン)、1,4−ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、1,2−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、エチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリシクロデカンジイルジメチレンビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、1,4−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ペンタエリスリトールトリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ポリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールFビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル等を挙げることができる。
【0063】
3,4−エポキシシクロヘキシル基を2以上有する化合物としては、例えば、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル−3’,4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、ラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等を挙げることができる。
【0064】
エポキシ基を2以上有する化合物としては、例えば、(1)エチレン性不飽和結合基を有する対応化合物の炭素−炭素二重結合を過酸化水素、過酸等の適当な酸化剤でエポキシ化する方法により得られるエポキシ変性化合物;(2)分子内にエポキシ基を含有するラジカル重合性モノマーを重合して得られるエポキシ基含有重合体;(3)水酸基等の官能基を有する化合物をエピクロロヒドリンと反応させる方法等のそれ自体公知の製造方法により得られるエポキシ基含有化合物等を挙げることができる。
【0065】
上記(1)のエポキシ変性化合物としては、共役ジエン系モノマーの重合体、共役ジエン系モノマーとエチレン性不飽和結合基を有する化合物との共重合体、ジエン系モノマーとエチレン性不飽和結合性基を有する化合物との共重合体、天然ゴム等の(共)重合体をエポキシ化した化合物を挙げることができる。例えばブタジエンモノマー、イソプレンモノマー等の共役ジエン系モノマーの重合体をエポキシ化した化合物;共役ジエン系モノマーとエチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、スチレン等のエチレン性不飽和結合基を有する化合物との共重合体をエポキシ化した化合物;エチレン性不飽和結合基を有する化合物と、例えばジシクロペンタジエン等のジエン系モノマーとの共重合体をエポキシ化した化合物;天然ゴム等の分子内に有する二重結合をエポキシ化した化合物等を挙げることができる。
【0066】
上記(2)のエポキシ基含有重合体としては、例えばグリシジル(メタ)アクリレート、ビニルシクロヘキセンオキサイド、4−ビニルエポキシシクロヘキサン、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート等の単独重合体又は他のビニル系モノマーとの共重合体を挙げることができる。
【0067】
上記(3)の水酸基等の官能基を有する化合物とエピクロロヒドリンとの反応により得られるエポキシ基含有化合物としては、例えば、ビスフェノールAまたはビスフェノールFとエピクロロヒドリンとの反応により得られるエポキシ化合物、フェノールノボラックとエピクロロヒドリンとの反応により得られるエポキシ化合物、クレゾールノボラックとエピクロロヒドリンとの反応により得られるエポキシ化合物等を挙げることができる。これらの市販品としては、例えば、油化シェルエポキシ(株)製 商品名:エピコート828、157S70、152、154等を挙げることができる。
その他のカチオン重合性化合物としては、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールADジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル類;脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル類;高級脂肪酸のグリシジルエステル類;エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油等を挙げることができる。
【0068】
以上のカチオン重合性化合物(B2)の具体例の中で、好ましいものとしては、エピコート828、157S70、152、154等を挙げることができる。
上記のカチオン重合性化合物(B2)は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0069】
(3)重合性化合物(B)の配合量
本発明に用いられる重合性化合物(B)の配合量は、組成物の全固形分中に、10〜95重量%配合することが好ましく、30〜90重量%がさらに好ましい。
10重量%未満であると、硬化物としたときに成膜性が不十分となることがあり、95重量%を超えると、硬化物としたときに硬度が不十分となることがある。
なお、本発明の組成物中には、重合性化合物(B)の外に、必要に応じて、分子内に重合性基を1つ有する化合物を含有させてもよい。
【0070】
4.重合開始剤
本発明の組成物においては、必要に応じて、前記反応性粒子(A)及び重合性化合物(B)以外の配合成分として、(C)重合開始剤(以下、「重合開始剤(C)」ということがある)を配合することができる。
このような重合開始剤(C)としては、例えば、(C1)ラジカル重合開始剤(以下、「重合開始剤(C1)」ということがある)及び(C2)カチオン重合開始剤(以下、「重合開始剤(C2)」ということがある)が好ましい。
【0071】
(1)重合開始剤(C1)
本発明に用いられる重合開始剤(C1)としては、光照射により分解してラジカルを発生して重合を開始せしめるものであれば特に制限はなく、例えば、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3−メチルアセトフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−プロパン−1−オン、2−ベンジルー2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1,4−(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、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シド、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)等を挙げることができる。
これらは、1種単独で又は2種以上を組合わせて用いることができる。
【0072】
重合開始剤(C1)の市販品としては、例えば、チバスペシャルティケミカルズ(株)製 商品名:イルガキュア184、369、651、500、819、907、784、2959、CGI1700、CGI1750、CGI1850、CG24−61、ダロキュア1116、1173、BASF社製 商品名:ルシリンTPO、UCB社製 商品名:ユベクリルP36、フラテツリ・ランベルティ社製 商品名:エザキュアー KIP150、KIP65LT、KIP100F、KT37、KT55、KTO46、KIP75/B等を挙げることができる。
【0073】
(2)重合開始剤(C2)
重合開始剤(C2)としては、光照射により分解してカチオンを発生して重合を開始せしめるものであれば特に制限はないが、例えば、下記式(8)に示す構造を有するオニウム塩を好適例として挙げることができる。
このオニウム塩は、光を受けることによりルイス酸を放出する化合物である
【0074】
[R12 dR13 eR14 fR15 gW]+j [MYj+k]-j (8)
(式(8)中、カチオンはオニウムイオンであり、Wは、S、Se、Te、P、As、Sb、Bi、O、I、Br、Cl、又はN≡N−であり、R12、R13、R14及びR15は同一又は異なる有機基であり、d、e、f、及びgは、それぞれ0〜3の整数であって、(d+e+f+g)はWの価数に等しい。Mは、ハロゲン化物錯体[MYj+k]の中心原子を構成する金属又はメタロイドであり、例えば、B、P、As、Sb、Fe、Sn、Bi、Al、Ca、In、Ti、Zn、Sc、V、Cr、Mn、Co等である。Yは、例えば、F、Cl、Br等のハロゲン原子であり、jは、ハロゲン化物錯体イオンの正味の電荷であり、kは、原子価である。)
【0075】
上記式(8)中における陰イオン(MYj+k)の具体例としては、テトラフルオロボレート(BF4 -)、ヘキサフルオロホスフェート(PF6 -)、ヘキサフルオロアンチモネート(SbF6 -)、ヘキサフルオロアルセネート(AsF6 -)、ヘキサクロロアンチモネート(SbCl6 -)等を挙げることができる。
【0076】
また、式〔MYk(OH)-〕に示す陰イオンを有するオニウム塩を用いることもできる。さらに、過塩素酸イオン(ClO4 -)、トリフルオロメタンスルフォン酸イオン(CF3SO3 - )、フルオロスルフォン酸イオン(FSO3 -)、トルエンスルフォン酸イオン、トリニトロベンゼンスルフォン酸陰イオン、トリニトロトルエンスルフォン酸陰イオン等の他の陰イオンを有するオニウム塩をであってもよい。
【0077】
このようなオニウム塩のうち、重合開始剤(C2)として特に有効なオニウム塩は、芳香族オニウム塩である。中でも、特開昭50−151996号公報、特開昭50−158680号公報等に記載された芳香族ハロニウム塩、特開昭50−151997号公報、特開昭52−30899号公報、特開昭56−55420号公報、特開昭55−125105号公報等に記載されたVIA族芳香族オニウム塩、特開昭50−158698号公報等に記載されたVA族芳香族オニウム塩、特開昭56−8428号公報、特開昭56−149402号公報、特開昭57−192429号公報等に記載されたオキソスルホキソニウム塩、特開昭49−17040号公報等に記載された芳香族ジアゾニウム塩、米国特許第4,139,655号明細書に記載されたチオビリリウム塩等が好ましい。また、鉄/アレン錯体、アルミニウム錯体/光分解ケイ素化合物系開始剤等も挙げることができる。
これらは、1種単独で又は2種以上を組合わせて用いることができる。
【0078】
重合開始剤(C2)として好適に用いられる重合開始剤の市販品としては、ユニオンカーバイド社製 商品名:UVI−6950、UVI−6970、UVI−6974、UVI−6990、旭電化工業(株)製 商品名:アデカオプトマーSP−150、SP−151、SP−170、SP−171、チバスペシャルティケミカルズ(株)製 商品名:イルガキュアー 261、日本曹達(株)製商品名:CI−2481、CI−2624、CI−2639、CI−2064、サートマー社製 商品名:CD−1010、CD−1011、CD−1012、みどり化学(株)製 商品名:DTS−102、DTS−103、NAT−103、NDS−103、TPS−103、MDS−103、MPI−103、BBI−103、日本化薬(株)製 商品名:PCI−061T、PCI−062T、PCI−020T、PCI−022T等を挙げることができる。これらのうち、UVI−6970、UVI−6974、UVI−6990、アデカオプトマーSP−170、SP−171、CD−1012、MPI−103が、これらを含有してなる硬化性組成物を硬化させたときに、高い表面硬化性を発現させることができることから好ましい。
【0079】
(3)重合開始剤(C)の配合量
本発明の硬化性組成物における重合開始剤(C)の配合量は、全固形分中に、0.01〜20重量%配合することが好ましく、0.1〜15重量%がさらに好ましい。0.01重量%未満であると、硬化性組成物を硬化させた時に、得られる硬化物の表面硬化性が低下し、十分な耐湿熱試験後、硬化物表面の外観が不良となることがあり、20重量%を超えると、得られる硬化物は硬度が不足することがある。
【0080】
本発明の硬化性組成物を硬化させる場合、必要に応じて光重合開始剤と熱重合開始剤とを併用することができる。好ましい熱重合開始剤としては、例えば、過酸化物、アゾ化合物を挙げることができ、具体例としては、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチル−パーオキシベンゾエート、アゾビスイソブチロニトリル等を挙げることができる。
【0081】
5.組成物の塗布(コーティング)方法
本発明の組成物は被覆材として好適であり、被覆の対象となる基材としては、例えば、プラスチック(ポリカ−ボネ−ト、ポリメタクリレ−ト、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、エポキシ、メラミン、トリアセチルセルロース、ABS、AS、ノルボルネン系樹脂等)、金属、木材、紙、ガラス、スレ−ト等を挙げることができる。これら基材の形状は板状、フィルム状又は3次元成形体でもよく、コーティング方法は、通常のコーティング方法、例えばディッピングコ−ト、スプレ−コ−ト、フロ−コ−ト、シャワ−コ−ト、ロ−ルコ−ト、スピンコート、刷毛塗り等を挙げることができる。これらコーティングにおける塗膜の厚さは、乾燥、硬化後、好ましくは0.05〜400μmであり、さらに好ましくは、0.1〜200μmである。
本発明の組成物は、塗膜の厚さを調節するために、溶剤で希釈して用いることができる。例えば、被覆材として用いる場合の粘度は、通常0.1〜50,000mPa・s/25℃であり、好ましくは、0.5〜10,000mPa・s/25℃である。
【0082】
6.組成物の硬化方法
本発明の組成物は、熱及び/又は放射線(光)によって(前述のように、必要に応じ、放射線(光)重合開始剤及び/又は熱重合開始剤を用いて)硬化させることができる。
熱による場合、その熱源としては、例えば、電気ヒーター、赤外線ランプ、熱風等を用いることができる。
放射線(光)による場合、その線源としては、組成物をコーティング後短時間で硬化させることができるものである限り特に制限はないが、例えば、赤外線の線源として、ランプ、抵抗加熱板、レーザー等を、また可視光線の線源として、日光、ランプ、蛍光灯、レーザー等を、また紫外線の線源として、水銀ランプ、ハライドランプ、レーザー等を、また電子線の線源として、市販されているタングステンフィラメントから発生する熱電子を利用する方式、金属に高電圧パルスを通じて発生させる冷陰極方式及びイオン化したガス状分子と金属電極との衝突により発生する2次電子を利用する2次電子方式を挙げることができる。また、アルファ線、ベ−タ線及びガンマ線の線源として、例えば、Co60等の核分裂物質を挙げることができ、ガンマ線については加速電子を陽極へ衝突させる真空管等を利用することができる。これら放射線は1種単独で又は2種以上を同時に又は一定期間をおいて照射することができる。
【0083】
III.硬化物
本発明の硬化物は、前記硬化性組成物を種々の基材、例えば、プラスチック基材にコーティングして硬化させることにより得ることができる。具体的には、組成物をコーティングし、好ましくは、0〜200℃で揮発成分を乾燥させた後、上述の、熱及び/又は放射線で硬化処理を行うことにより被覆成形体として得ることができる。熱による場合の好ましい硬化条件は20〜150℃であり、10秒〜24時間の範囲内で行われる。放射線による場合、紫外線又は電子線を用いることが好ましい。そのような場合、好ましい紫外線の照射光量は0.01〜10J/cm2であり、より好ましくは、0.1〜2J/cm2である。また、好ましい電子線の照射条件は、加圧電圧は10〜300KV、電子密度は0.02〜0.30mA/cm2であり、電子線照射量は1〜10Mradである。
【0084】
本発明の硬化物は、硬度、耐擦傷性、耐摩耗性、低カ−ル性、密着性,及び耐薬品性に優れた、特に、耐薬品性に優れた特徴を有しているので、プラスチック光学部品、タッチパネル、フィルム型液晶素子、プラスチック容器、建築内装材としての床材、壁材、人工大理石等の傷付き(擦傷)防止や汚染防止のための保護コーティング材;各種基材の接着剤、シ−リング材;印刷インクのバインダ−材等として好適に用いられる。
【0085】
【実施例】
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、以下において、部、%は特に記載しない限り、それぞれ重量部、重量%を示す。
また、本発明において「固形分」とは、組成物から溶剤等の揮発成分を除いた部分を意味し、具体的には、組成物を120℃のホットプレート上で1時間乾燥して得られる残渣物(不揮発成分)を意味する。
【0086】
有機化合物(b1)の合成
合成例1
乾燥空気中、メルカプトプロピルトリメトキシシラン7.8部、ジブチルスズジラウレート0.2部からなる溶液に対し、イソフォロンジイソシアネート20.6部を攪拌しながら50℃で1時間かけて滴下後、60℃で3時間攪拌した。これにペンタエリスリトールトリアクリレート71.4部を30℃で1時間かけて滴下後、60℃で3時間加熱攪拌することで有機化合物(b1−1)を得た。生成物中の残存イソシアネ−ト量を分析したところ0.1%以下であり、反応がほぼ定量的に終了したことを示した。
【0087】
合成例2
乾燥空気中、メルカプトプロピルトリメトキシシラン38.4部、ジブチルスズジラウレ−ト0.2部からなる溶液に対し、1,3−ビス(イソシアナ−トメチル)シクロヘキサン38.7部を攪拌しながら50℃で1時間かけて滴下後、70℃で3時間加熱攪拌した。これに2−ヒドロキシエチルアクリレ−ト22.7部を30℃で1時間かけて滴下後、60℃で10時間加熱攪拌することで有機化合物(b1−2)を得た。生成物中の残存イソシアネ−ト量を分析したところ0.1%以下であり、反応がほぼ定量的に終了したことを示した。
【0088】
反応性粒子(A)の製造
以下、本発明の反応性粒子(A)の製造例を実施例1〜実施例3、参考例1〜参考例3に、その製造比較例として比較例1にそれぞれ示し、その結果を表1にまとめて示す。
実施例1
合成例1で合成した有機化合物(b1−1)4.4部、[3―エチルオキセタン−3−イル]メチロキシプロピル]トリエトキシシラン(b2−1)(東亞合成(株)製、商品名:TESOX) 1.6部、メチルエチルケトンシリカゾル(a1)(日産化学工業(株)製、商品名:MEK−ST、数平均粒子径0.022μm、シリカ濃度30%)94.0部、 p−メトキシフェノール0.01部、及びイオン交換水0.4部の混合液を、60℃、3時間攪拌後、オルト蟻酸メチルエステル2.8部を添加し、さらに1時間60℃で加熱攪拌することで無色透明の反応性粒子(A)分散液(分散液a)を得た。分散液aをアルミ皿に2g秤量後、120℃のホットプレート上で1時間乾燥、秤量して固形分含量を求めたところ、33%であった。
【0089】
参考例1
合成例2で合成した有機化合物(b1−2)8.3部、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(b2−2)(チッソ(株)製、商品名:サイラエースS530) 0.4部、前記メチルエチルケトンシリカゾル(a1)91.3部、 p−メトキシフェノール0.01部、及びイオン交換水0.8部の混合液を、60℃、3時間で攪拌後、オルト蟻酸メチルエステル4.9部を添加し、さらに1時間60℃で加熱攪拌することで半透明の反応性粒子(A)分散液(分散液b)を得た。この分散液bの固形分含量を実施例1と同様に求めたところ34%であった。
【0090】
実施例2
合成例1で合成した有機化合物(b1−1)4.8部、[3―エチルオキセタン−3−イル]メチロキシプロピル]トリエトキシシラン(b2−1)0.8部、イソプロパノールアルミナゾル(a2)(住友大阪セメント(株)製、商品名:AS−150I、数平均粒子径0.013μm、アルミナ濃度15%)94.4部、p−メトキシフェノール0.01部、及びイオン交換水0.2部の混合液を60℃で3時間攪拌後、オルト蟻酸メチルエステル1.7部を添加し、さらに1時間60℃で加熱攪拌することで反応性粒子(A)分散液(分散液c)を得た。この分散液cの固形分含量を実施例1と同様に求めたところ19%であった。
【0091】
実施例3
合成例1で合成した有機化合物(b1−1)2.2部、[3―エチルオキセタン−3−イル]メチロキシプロピル]トリエトキシシラン(b2−1)0.8部、トルエンジルコニアゾル(a3)(数平均粒子径0.01μm、ジルコニア濃度30%)97.0部、 p−メトキシフェノール0.01部、メチルエチルケトン31.5部、イオン交換水0.2部の混合液を、60℃、3時間攪拌後、オルト蟻酸メチルエステル1.4部を添加し、さらに1時間同一温度で加熱攪拌することで反応性粒子(A)分散液(分散液d)を得た。この分散液dの固形分含量を実施例1と同様に求めたところ24%であった。
【0092】
参考例2
合成例1で合成した有機化合物(b1−1)2.2部、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(b2−2)0.4部、トルエンジルコニアゾル(a3)97.4部、 p−メトキシフェノール0.01部、メチルエチルケトン32.0部、イオン交換水0.2部の混合液を、60℃、3時間攪拌後、オルト蟻酸メチルエステル1.4部を添加し、さらに1時間同一温度で加熱攪拌することで反応性粒子(A)分散液(分散液e)を得た。この分散液eの固形分含量を実施例1と同様に求めたところ24%であった。
【0093】
参考例3
合成例1で合成した有機化合物(b1−1)2.2部、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(b2−3)チッソ(株)製、商品名:サイラエースS510) 1.6部、トルエンジルコニアゾル(a3)96.2部、 p−メトキシフェノール0.01部、メチルエチルケトン31.2部、イオン交換水0.8部の混合液を、60℃、3時間攪拌後、オルト蟻酸メチルエステル3.0部を添加し、さらに1時間同一温度で加熱攪拌することで反応性粒子(A)分散液(分散液f)を得た。この分散液fの固形分含量を実施例1と同様に求めたところ24%であった。
【0094】
比較例1
第2の有機化合物(b2)を用いない例として、合成例1で合成した有機化合物(b1−1)4.4部、前記メチルエチルケトンシリカゾル(a1)95.6部、 p−メトキシフェノール0.01部、及びイオン交換水0.2部の混合液を、60℃、3時間攪拌後、オルト蟻酸メチルエステル1.0部を添加し、さらに1時間60℃で加熱攪拌することで無色透明の反応性粒子分散液(分散液g)を得た。分散液gをアルミ皿に2g秤量後、120℃のホットプレート上で1時間乾燥、秤量して固形分含量を求めたところ、33%であった。
【0095】
【表1】
【0096】
表1中、a1、a2、a3は、酸化物粒子ゾルの、溶剤成分を含んだ量(重量部)を示す。
表1中の略称の内容を下記に示す。
a1:メチルエチルケトンシリカゾル(シリカ濃度30%)
a2:イソプロパノールアルミナゾル(アルミナ濃度15%)
a3:トルエンジルコニアゾル(ジルコニア濃度30%)
b1−1:合成例1で合成した有機化合物
b1−2:合成例2で合成した有機化合物
b2−1:[(3―エチルオキセタン−3−イル)メチロキシプロピル]トリエトキシシラン
b2−2: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b2−3:γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
【0097】
組成物の調製例
以下、本発明の組成物の調製例を実施例4〜8、調製参考例を参考例4〜6、及び調製比較例を比較例2〜3に示す。また、各成分の配合重量比を表2に示す。
実施例4
実施例1で製造した分散液a145部(反応性粒子48部、分散媒メチルエチルケトン(MEK))、ジペンタエリスリト−ルヘキサアクリレ−ト20.5部、ペンタエリスリトールトリアクリレート20.5部を添加、混合した後、ロータリーエバポレーターを用いて液量が120部になるまで減圧濃縮した後、メチルイソブチルケトン(MIBK)122部、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン2.7部、及び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ノン−1 1.3部、ビス(4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル)スルフィドビスヘキサフルオロアンチモネート(ユニオンカーバイト社製、商品名:UVI−6974)3.0部、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ(株)製 商品名:エピコート157S70)4.0部を50℃で2時間攪拌することで均一な溶液の組成物を得た。この組成物の固形分含量を実施例1と同様に求めたところ、40%であった。
【0098】
実施例5
表2に示す組成に変えたこと以外は実施例4と同様の操作により、実施例5の組成物を得た。
【0099】
参考例4
参考例1で製造した分散液b176部(反応性粒子60部、分散媒メチルエチルケトン(MEK))、ジペンタエリスリト−ルヘキサアクリレ−ト20.0部、ペンタエリスリトールトリアクリレート9.0部、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン2.7部、及び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ノン−1 1.3部、ビス(4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル)スルフィドビスヘキサフルオロアンチモネート3.0部、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ(株)製 商品名:エピコート157S70)4.0部を50℃で2時間攪拌することで均一な溶液の組成物を得た。この組成物の固形分含量を実施例1と同様に求めたところ、46%であった。
【0100】
実施例6〜8、及び参考例5、6
表2に示す組成に変えたこと以外は参考例4と同様の操作により、実施例6〜8、及び参考例5、6の各組成物を得た。
【0101】
比較例2
表2に示す組成に変えたこと以外は実施例4と同様の操作により、比較例2の組成物を得た。
【0102】
比較例3
表2に示す組成に変えたこと以外は参考例4と同様の操作により、比較例3の組成物を得た。
【0103】
硬化物の評価
本発明の組成物の効果を明らかにするため、実施例4〜8、参考例4〜6、及び比較例2、3で得られた組成物を用いて塗布、乾燥、光照射し、得られた硬化物の評価を行った。以下にその評価方法を示す。また、評価結果を表2に示す。
1.塗布、乾燥、硬化条件
基材上にバーコーターを用いて、乾燥膜厚10μmになるように塗布した後、80℃の熱風式乾燥機中で3分間乾燥後、コンベア式水銀ランプを用いて1J/cm2の光量で照射後、25℃で、24時間放置後評価した。
【0104】
2.基材
鉛筆硬度試験においてはガラス板を、また、耐スチールウール擦傷性、密着性、耐薬品性の評価においては、厚さが188μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを、カール試験では100μmのPETフィルムをそれぞれ用いた。
【0105】
3.評価方法
・鉛筆硬度:
JIS K5400に準拠し、ガラス基板上で硬化させた被膜を評価した。
・密着性:
JIS K5400における碁盤目セロハンテ−プ剥離試験に準拠し、1mm角、計100個の碁盤目における残膜率(%)で評価した。
・耐スチールウール(SW)擦傷性:
テスター産業(株)製 学振型耐磨耗試験機を、500g荷重をかけた#0000スチールウールにて30往復し、試験した塗膜面の傷つき状態を目視にて評価した。傷なしの場合を○、1〜10本の傷がある場合を△、10本を超える傷がある場合を×とした。
・カール試験:
本発明の組成物を100μm厚さのPET上に前述の塗布、硬化条件で製膜直後、カッターナイフで10cm×10cm片に切り出し、25℃相対湿度50%にて24時間放置後、4つの角の基準面からのそり量(単位mm)の平均値を求めた。
・耐薬品性試験:
本発明の組成物を188μm厚さのPET上に前述の塗布、硬化条件で製膜後、カッターナイフで7cm×2cm試験片に切り出し、エタノール、10%硫酸水溶液、1.5N水酸化ナトリウム水溶液中に試験片長手方向の約半分浸漬する。その状態で23℃、24時間放置したのち試験片を水洗、乾燥し、塗膜外観の変化の有無を観察した。外観変化が無い場合を○、失透、剥がれ、スジなどの外観異常のある場合を×とした。
【0106】
【表2】
【0107】
表2中、反応性粒子(A)における分散液a*〜分散液g*は、それぞれ分散液a〜分散液g中の固形分量(重量部)を示す。
また、表2中の略称の内容を下記に示す。
B1−1:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
B1−2:ペンタエリスリトールトリアクリレート
B2−1:ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ(株)製 商品名:エピコート157S70)
C1−1:1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
C1−2:2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパノン−1
C1−3: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)
C2−1:ビス(4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル)スルフィドビスヘキサフルオロアンチモネート
【0108】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、優れた硬化生産性を有し、かつ各種基材の表面に、硬度、耐擦傷性、耐摩耗性、低カール性、密着性、及び耐薬品性に優れた、特に、耐薬品性に優れた被膜を形成し得る硬化性組成物に用いられる反応性粒子、その粒子を含有する硬化性組成物及びその硬化物を提供することができる。
Claims (8)
- (a)ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、亜鉛、ゲルマニウム、インジウム、スズ、アンチモン及びセリウムからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物粒子に、(b)分子内に、ラジカル重合性不飽和基、及び加水分解性基を有する第1の有機化合物(b1)、並びに分子内に、オキセタン基、及び加水分解性基を有する第2の有機化合物(b2)、を結合させてなるものであり、
前記第2の有機化合物(b2)が、下記式(1)に示す化合物及び下記式(2)に示す化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする反応性粒子。
[式(1)中、R 1 は、水素原子、アルキル基、フッ素原子、フルオロアルキル基、アリル基、アリール基、フリル基、又はエチニル基であり、R 2 、R 3 、R 4 は、それぞれ加水分解性基であり、m及びnは、それぞれ1〜10の整数である。]
[式(2)中、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 は、それぞれ式(1)の場合と同様であり、vは、1〜10の整数である。] - 前記第1の有機化合物(b1)が、シラノール基を有する化合物又は加水分解によってシラノール基を生成する化合物である請求項1に記載の反応性粒子。
- 前記第1の有機化合物(b1)が、[−O−C(=O)−NH−]基を含み、さらに、[−O−C(=S)−NH−]基及び[−S−C(=O)−NH−]基の少なくとも1を含むものである請求項1又は2に記載の反応性粒子。
- 前記(b)成分の配合量が、(a)成分及び(b)成分の合計を100重量%として、0.1〜60重量%である請求項1〜3のいずれかに記載の反応性粒子。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の反応性粒子((A)反応性粒子)、及び(B)分子内に2以上の重合性基を有する化合物を含有してなる硬化性組成物。
- 前記(B)分子内に2以上の重合性基を有する化合物が、(B1)分子内に2以上のラジカル重合性不飽和基を有するラジカル重合性化合物、並びに、(B2)分子内に2以上のカチオン重合性基を有するカチオン重合性化合物、を含むものである請求項5に記載の硬化性組成物。
- 前記(A)反応性粒子及び(B)分子内に2以上の重合性基を有する化合物に加えて、さらに、(C)重合開始剤を含有してなる請求項5又は6に記載の硬化性組成物。
- 請求項5〜7のいずれかに記載の硬化性組成物を硬化させてなる硬化物。
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