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JP4883275B2 - 硬化性組成物及び被覆物品 - Google Patents

硬化性組成物及び被覆物品 Download PDF

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Description

本発明は、特定の低揮発性の紫外線吸収剤と、ポリシロキサンとビニル系重合体とがSi−C結合で結合している有機−無機複合体とを含む硬化性組成物、及びこの組成物を基材に被覆・硬化させてなる物品に関する。
近年、透明板ガラスの代替として、非破砕性又はガラスよりも耐破砕性の大きい透明材料を使用することが広く行われるようになってきた。例えばプラスチック基材、特にポリカーボネート樹脂などは、透明性、耐衝撃性、耐熱性等に優れていることから、ガラスに代わる構造部材として建物や車両等の窓用、計器カバー等、種々の用途に現在用いられている。
しかし、ガラスに比べて耐擦傷性、耐候性などの表面特性に劣ることから、ポリカーボネート樹脂成形品の表面特性を改良することが切望されており、最近では、車両の窓、道路用遮音壁等に屋外暴露10年以上でも耐え得るものが要望されている。
ポリカーボネート樹脂成形品の耐候性を改良する手段としては、ポリカーボネート樹脂基材の表面に耐候性に優れたアクリル系樹脂フィルムなどをラミネートする方法や共押出等により樹脂表面に紫外線吸収剤を含有した樹脂層を設ける方法が提案されている。
また、ポリカーボネート樹脂成形品の耐擦傷性を改良する方法としては、ポリオルガノシロキサン系、メラミン系などの熱硬化性樹脂をコーティングする方法や多官能性アクリル系の光硬化性樹脂をコーティングする方法が提案されている。
一方、耐候性及び耐擦傷性を併せ持つ透明体を製造する方法としては、特開昭56−92059号公報及び特開平1−149878号公報(特許文献1,2)などに記載があり、多量の紫外線吸収剤を添加した下塗り層を介してコロイダルシリカ含有ポリシロキサン塗料の保護被膜を設けた紫外線吸収透明基板が知られている。
しかしながら、下塗り層への多量の紫外線吸収剤の添加は、基材や下塗り層の上面に塗布されるコロイダルシリカ含有ポリシロキサン塗料による保護被膜との密着性を悪くしたり、加熱硬化工程中に、例えば揮発化することによって組成物中から除去されてしまったり、屋外で長期間にわたって使用した場合、徐々に紫外線吸収剤がブリードアウトしてクラックが生じたり、白化する或いは黄変するといった悪影響があった。更に、その上面のコロイダルシリカ含有ポリシロキサンからなる保護被膜層には、耐擦傷性の面から紫外線吸収剤を多量に添加できないという問題もあった。
また、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収性ビニル系単量体あるいはベンゾフェノン系紫外線吸収性ビニル系単量体と、この単量体に共重合可能なビニル系単量体の混合物を塗料成分とし、これを用いて合成樹脂等の表面に保護塗膜を形成することが知られている(特開平8−151415号公報:特許文献3)。しかし、この保護被膜は、ビニル系重合体からなるため、耐擦傷性に限界がある。
更に、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収性ビニル系単量体あるいはベンゾフェノン系紫外線吸収性ビニル系単量体、アルコキシシリル基含有ビニル系単量体、及びこれら単量体に共重合可能なビニル系単量体との共重合体を塗料成分とすることで、樹脂基材への密着性を保ちつつ耐候性を付与した多層積層樹脂物品を得られることが知られている[特開2001−114841号公報、特許第3102696号公報、特開2001−214122号公報、特開2001−47574号公報(特許文献4〜7)]。
これらは共重合体含有塗料を下塗り剤とし、その被膜上にコロイダルシリカ含有ポリシロキサン樹脂被膜を形成することで耐擦傷性及び耐候性を付与した被覆物品を得ている。これらについてはポリシロキサン樹脂被膜との密着性及び耐候性はかなり改善されるものの、下塗り層のアルコキシシリル基の架橋ネットワーク化が十分に進行しないため、未硬化の残存アルコキシシリル基又はヒドロキシシリル基の経時での後架橋が生起し、被膜に歪みが生じ易いため、クラックや剥離といった不具合が発生し易く、長期の耐候性にはなお不十分であった。更に被膜が急激な環境温度変化、特に比較的高い温度での変化に曝されると、上記の後架橋によるクラックが発生し易いという欠点もあった。
特開昭56−92059号公報 特開平1−149878号公報 特開平8−151415号公報 特開2001−114841号公報 特許第3102696号公報 特開2001−214122号公報 特開2001−47574号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、長期の使用でクラック、剥離、黄変が生じるといった欠点がなく、耐候性に優れた保護被膜を形成するための硬化性組成物、及びこれを用いた被覆物品を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンと、ビニル系重合体とがSi−C結合で結合している有機−無機複合体(A)と、分子量が500以上であり、かつ開放下にて150℃、24時間保持した場合の質量残存率が95%以上である有機系紫外線吸収剤(B)とを含む硬化性組成物を、紫外線吸収性被膜として基材に被覆することで、長期耐候性を付与することができ、更に好ましくは、該組成物からなる硬化被膜上にシリコーン系硬質樹脂被膜を積層することで、長期耐候性及び耐擦傷性を併せて付与することができ、上記課題を解決し得ることを見出した。
即ち、本発明者らは、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂成形品に長期耐候性を付与する被膜を得ることができる硬化性組成物について、種々検討した。
その結果、組成物構成成分として、分子量が500以上であり、かつ開放下にて150℃、24時間保持した場合の質量残存率が95%以上である有機系紫外線吸収剤(B)を用いると、高温で熱硬化処理を行っても被膜から紫外線吸収剤が揮散し難い点、及び経時による紫外線吸収剤の溶出、揮散が少ない点で優れていることを見出した。
更に、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンと、ビニル系重合体とがSi−C結合で結合している有機−無機複合体(A)を構成成分とすることで、含Si基同士がシロキサン架橋することにより、緻密な3次元シロキサン架橋ネットワークが形成され、その結果、上記紫外線吸収剤(B)の塗膜表面への移行が極めて起こり難くなり、外観の白化現象や密着性の低下がなくなる点、水、溶剤等への溶出がなく、初期の添加部数が長期間保持されるため、経時による紫外線吸収効果の低下が少ない点、高温で熱硬化処理を行っても被膜から紫外線吸収剤が揮散しない点に優れることを知見した。
また、本発明の硬化性組成物を被覆した表面に、オルガノポリシロキサン系硬質保護コーティング被覆層を設ける場合、上記有機−無機複合体(A)の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基により、該オルガノポリシロキサン系保護コーティング被覆層との反応性が付与され、密着性が向上すること、該加水分解性シリル基及び/又はSiOH基が架橋することにより、耐熱性が向上し、環境温度変化でのクラックが発生しにくくなること、また重合体主鎖からポリシロキサン鎖を介して比較的離れた位置に加水分解性シリル基及び/又はSiOH基が存在するため、硬化時における架橋反応が十分に進行し、結果として残存加水分解性シリル基及び/又はSiOH基による後架橋が少なくなり、経時クラックが抑制できることを見出し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、下記に示す耐候性被膜を形成するのに好適な硬化性組成物、及び該組成物を被覆した被覆物品を提供する。
請求項1:
加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンと、ビニル系重合体とがSi−C結合で結合している有機−無機複合体(A)100質量部と、分子量が500以上であり、かつ開放下にて150℃、24時間保持した場合の質量残存率が95%以上である有機系紫外線吸収剤(B)0.1〜50質量部とを含み、
前記有機−無機複合体(A)が、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基含有のポリシロキサン基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−1)を共重合組成で1〜50質量%と、共重合可能な他の単量体(a−3)を共重合組成で50〜99質量%とからなる単量体成分を溶解している溶液にラジカル重合用開始剤を加えて溶液重合により共重合して得られたものであるか、又は、
前記有機−無機複合体(A)が、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−2)を共重合組成で1〜50質量%と、共重合可能な他の単量体(a−3)を共重合組成で50〜99質量%とからなる単量体成分を溶解している溶液にラジカル重合用開始剤を加えて溶液重合により共重合して得られるビニル系重合体を、分子内に加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を含有する有機ケイ素化合物と共に、部分加水分解縮合して得られたものであり、
前記有機系紫外線吸収剤(B)が、トリアゾール系化合物、トリアジン系化合物又はこれらの混合物である
ことを特徴とする硬化性組成物。
請求項2:
ビニル系単量体(a−1)が、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、メタクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、アクリロキシメチルトリメトキシシラン、アクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、スチリルメチルジメトキシシラン、スチリルトリエトキシシランから選ばれるシランと、Si(OCH34、Si(OCH2CH34、MeO−Si(Me)2−O−Si(OMe33、MeO−Si(Me)2−O−Si(Me)2−O−Si(OMe33(Meはメチル基を示す)、1,3−ジメチル−1,1,3,3−テトラメトキシジシロキサンから選ばれる有機ケイ素化合物を共加水分解縮合することによって得られたものであり、
ビニル系単量体(a−2)が、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、メタクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、アクリロキシメチルトリメトキシシラン、アクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、スチリルメチルジメトキシシラン、スチリルトリエトキシシランから選ばれるシランであり、
他の単量体(a−3)が、紫外線吸収基を有する(メタ)アクリル系単量体、環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、アルキルビニルエーテル、アルキルビニルエステル、スチレン、及びこれらの誘導体から選ばれる単量体である請求項2に記載の硬化性組成物。
請求項3:
他の単量体(a−3)が、(メタ)アクリル酸エステル又はその誘導体と、紫外線吸収基を有する(メタ)アクリル系単量体及び/又は環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体である請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
請求項4:
(B)成分が、2−[2−ヒドロキシ−4−(1−オクチルオ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−トリアジンである請求項1乃至3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
請求項5:
更に、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−2)を共重合組成で1〜50質量%と、共重合可能な他の単量体(a−3)を共重合組成で50〜99質量%とを共重合して得られるビニル系重合体(C)を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
請求項6:
更に、アミノ基含有アルコキシシラン、アミノ基含有ジ(アルコキシシラン)、アミド基含有アルコキシシラン、アミノ基含有アルコキシシランとエポキシ基含有アルコキシシラン及びシリル化剤との反応生成物をアミド化したもの、アミノ基含有アルコキシシランとジカルボン酸無水物との反応生成物、アミノ基含有アルコキシシランと(多)(メタ)アクリル化合物との反応生成物、アミノ基含有アルコキシシランと(メタ)アクリル基含有アルコキシシランとの反応生成物、ポリアミン化合物と(メタ)アクリル基含有アルコキシシランとの反応生成物、アミノ基含有アルコキシシランと多イソシアネート化合物との反応生成物をアミド化したもの、イソシアヌレート環を含む(多)シラン化合物から選ばれる分子内に窒素原子及びアルコキシシリル基を含有する有機ケイ素化合物(D)を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
請求項7:
更に、熱可塑性ビニル系樹脂(E)を硬化性組成物中の有効成分100質量部に対し1〜50質量部含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
請求項8:
基材に、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の硬化性組成物を被覆し、シロキサン架橋により硬化させてなる厚さ0.5〜20μmの被膜を有することを特徴とする物品。
請求項9:
基材に、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の硬化性組成物を被覆・硬化させてなる被膜の表面に、更に厚さ0.2〜20μmのシリコーン系硬質被膜を積層してなることを特徴とする物品。
本発明の硬化性組成物は、シロキサン架橋することで本紫外線吸収剤の経時流失が防がれ、また耐候性に富む前記有機−無機複合体がバインダーとして使用されるため、耐水性、耐溶剤性に優れた紫外線吸収性被膜を与える。本硬化性組成物を、耐候性に劣る物品に被覆・硬化させれば、物品の着色や劣化を抑制し、良好な耐候性を付与できる。
本発明の硬化性組成物により被膜を施されたプラスチック物品、特にポリカーボネート樹脂は、優れた透明性、耐候性を付与することができ、更に該被膜上にポリシロキサン系硬質被膜を積層することで、耐擦傷性、耐薬品性も併せて付与可能なため、車両、飛行機など運送機の窓、風防、建物の窓、道路の遮音壁等屋外で使用される用途に好適なものである。
本発明に係る硬化性組成物の必須成分は、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンと、ビニル系重合体とがSi−C結合で結合している有機−無機複合体(A)と、分子量が500以上であり、かつ開放下にて150℃、24時間保持した場合の質量残存率が95%以上である有機系紫外線吸収剤(B)である。
ここで、(A)の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンと、ビニル系重合体とがSi−C結合で結合している有機−無機複合体としては、ビニル重合主鎖と、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンとがSi−C結合で結合している有機−無機複合体であれば特に制限はない。このような重合体は、例えば下記反応により得ることができる。
<反応例1>
加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンがC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−1)と、共重合可能な他の単量体(a−3)とからなる単量体成分を共重合して得る。
<反応例2>
加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−2)と、共重合可能な他の単量体(a−3)とからなる単量体成分を共重合して得られるビニル系重合体を、分子内に加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を含有する有機ケイ素化合物と共に、部分加水分解縮合して得る。
ここで(a−1)の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンがSi−C結合を介して結合したビニル系単量体は、一分子中に1個以上のビニル重合性官能基と、1個以上の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有し、ケイ素原子を2個以上含有するものであれば、如何なるものでも使用することができる。
ビニル重合性官能基としては、ビニル基、ビニルオキシ基、(メタ)アクリルオキシ基、(α−メチル)スチリル基を含む炭素数2〜12の有機基を示すことができる。具体的には、ビニル基、5−ヘキセニル基、9−デセニル基、ビニルオキシメチル基、3−ビニルオキシプロピル基、(メタ)アクリルオキシメチル基、3−(メタ)アクリルオキシプロピル基、11−(メタ)アクリルオキシウンデシル基、ビニルフェニル基(スチリル基)、イソプロペニルフェニル基(α−メチルスチリル基)、ビニルフェニルメチル基(ビニルベンジル基)などを例示することができる。反応性、入手し易さから、(メタ)アクリルオキシプロピル基を使用することが好ましい。
加水分解性基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基などのアルコキシ基、フェノキシ基、アセチルオキシ基などのアシルオキシ基、ブタノキシム基などのオキシム基、アミノ基、メチルアミノ基などのアミノ基、クロル基などのハロゲン基を具体例として示すことができる。加水分解性の制御のし易さ、及び入手のし易さから、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基が好適に使用できる。
上記置換基以外の置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、デシル基などのアルキル基、フェニル基などが例示できる。入手し易さから、メチル基、フェニル基を用いることが好ましい。
加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンがSi−C結合を介して結合したビニル系単量体は、ビニル重合性官能基及び加水分解性基を有するシラン化合物或いはこの(部分)加水分解物と、加水分解性基或いはSiOH基を有する有機ケイ素化合物、その(部分)加水分解物或いはその縮合物とを、縮合させるか、共加水分解・縮合させることにより得ることができる。
なお、ビニル重合性官能基及び加水分解性基を有するシラン化合物としては、例えば、後述する(a−2)で例示する化合物が挙げられる。加水分解性基或いはSiOH基を有する有機ケイ素化合物としては、Si(OCH34、Si(OCH2CH34、MeO−Si(Me)2−O−Si(OMe33、MeO−Si(Me)2−O−Si(Me)2−O−Si(OMe33(Meはメチル基を示す)等が挙げられる。このようにして得られる加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンがSi−C結合を介して結合したビニル系単量体として、具体的には下記式で表される化合物が例示できる。
Figure 0004883275
Figure 0004883275
Figure 0004883275
クロルメチル基、クロルプロピル基、ブロモプロピル基などのハロアルキル基と加水分解性基とを含むポリシロキサンと、(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸カリウムとを反応させても得られる。
また、加水分解性基を含むポリシロキサンと、ビニルフェニル・マグネシウムクロリドのようなグリニャール試薬とを反応させることによっても得られる。
ポリシロキサンは、Si−C結合でケイ素に結合した有機置換基を3個有するM単位、2個有するD単位、1個有するT単位、及び全く有さないQ単位の1種類以上を含んで構成することができる。特に、架橋性を向上させる目的からは、T単位及びQ単位を含んでいることが好ましい。
ポリシロキサンの重合度としては、Si原子を2〜20個含むものが好ましい。特に、Si原子を2〜10個含むのがよい。
前記有機−無機複合体(A)における(a−1)の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンがSi−C結合を介して結合したビニル系単量体の量は、共重合組成で1〜50質量%、特に3〜40質量%の範囲が好ましい。1質量%未満ではアルコキシ基同士の架橋によるシロキサンネットワークの形成が不十分となり、紫外線吸収剤(B)の表面移行や流出を抑制できなくなったり、塗膜の耐熱性、耐久性が改良されない場合があり、また50質量%を超えると架橋密度が高くなりすぎて硬くなり接着性が低下したり、未反応加水分解性基又はSiOH基が残存し易くなり、経時での後架橋が生起し、クラックが発生し易くなる場合がある。
(a−2)の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体は、分子内に加水分解性シリル基と不飽和二重結合とをそれぞれ少なくとも1つ有する化合物、或いはこの化合物を加水分解してSiOH化したものであれば特に制限はない。このような化合物として、例えば、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、メタクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、アクリロキシメチルトリメトキシシラン、アクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、スチリルメチルジメトキシシラン、スチリルトリエトキシシランなどを挙げることができる。これらの中で入手のし易さ、取り扱い性、架橋密度、及び反応性などから、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルメチルジメトキシシランが好ましい。
この(a−2)の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体は、共重合後、分子内に加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を含有する有機ケイ素化合物と、部分共加水分解縮合され、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサン基がC−Si結合を介して側鎖に結合したビニル系重合体(A)へと変換される。
(a−2)の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体の量は、共重合組成で1〜50質量%、特に3〜40質量%の範囲が好ましい。1質量%未満ではアルコキシ基同士の架橋によるシロキサンネットワークの形成が不十分となり、紫外線吸収剤(B)の表面移行や流出を抑制できなくなったり、塗膜の耐熱性、耐久性が改良されない場合があり、また50質量%を超えると架橋密度が高くなりすぎて硬くなり接着性が低下したり、未反応加水分解性基又はヒドロキシ基が残存し易くなり、経時での後架橋が生起し、クラックが発生し易くなる場合がある。
次に、上記単量体(a−1)又は(a−2)と共重合可能な他の単量体(a−3)としては、共重合可能な単量体であれば特に制限されないが、紫外線吸収性基を有する(メタ)アクリル系単量体、環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、アルキルビニルエーテル、アルキルビニルエステル、スチレン又はこれらの誘導体等を挙げることができる。
分子内に紫外線吸収性基を有する(メタ)アクリル系単量体として、例えば、下記一般式(1)で表されるベンゾトリアゾール系化合物、及び一般式(2)で表されるベンゾフェノン系化合物を挙げることができる。
Figure 0004883275
(式中、Xは水素原子又は塩素原子を示す。R1は水素原子、メチル基、又は炭素数4〜8の第3級アルキル基を示す。R2は直鎖状又は分岐鎖状の炭素数2〜10のアルキレン基を示す。R3は水素原子又はメチル基を示す。nは0又は1を示す。)
Figure 0004883275
(式中、R3は上記と同じ意味を示す。R4は置換又は非置換の直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数2〜10のアルキレン基を示す。R5は水素原子又は水酸基を示す。R6は水素原子、水酸基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基を示す。)
上記一般式(1)において、R1で示される炭素数4〜8の第3級アルキル基としては、tert−ブチル基、tert−ペンチル基、tert−ヘキシル基、tert−ヘプチル基、tert−オクチル基、ジtert−オクチル基等を挙げることができる。
2で示される直鎖状又は分岐鎖状の炭素数2〜10のアルキレン基としては、例えば、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、1,1−ジメチルテトラメチレン基、ブチレン基、オクチレン基、デシレン基等を挙げることができる。
また、上記一般式(2)において、R4で示される直鎖状又は分岐鎖状の炭素数2〜10のアルキレン基としては、上記R2で例示したものと同様のもの、あるいはこれらの水素原子の一部をハロゲン原子で置換した基等を挙げることができる。R6で示されるアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等を挙げることができる。
上記一般式(1)で表されるベンゾトリアゾール系化合物の具体例としては、例えば、2−(2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロキシフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−(メタ)アクリロキシメチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2’−ヒドロキシ−5’−(2−(メタ)アクリロキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−(2−(メタ)アクリロキシエチル)フェニル]−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、2−[2’−ヒドロキシ−3’−メチル−5’−(8−(メタ)アクリロキシオクチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール等を挙げることができる。
上記一般式(2)で表されるベンゾフェノン系化合物の具体例としては、例えば、2−ヒドロキシ−4−(2−(メタ)アクリロキシエトキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(4−(メタ)アクリロキシブトキシ)ベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−(2−(メタ)アクリロキシエトキシ)ベンゾフェノン、2,4−ジヒドロキシ−4’−(2−(メタ)アクリロキシエトキシ)ベンゾフェノン、2,2’,4−トリヒドロキシ−4’−(2−(メタ)アクリロキシエトキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(3−(メタ)アクリロキシ−1−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン等を挙げることができる。
上記紫外線吸収性ビニル系単量体としては、式(1)で表されるベンゾトリアゾール系化合物が好ましく、中でも2−[2’−ヒドロキシ−5’−(2−(メタ)アクリロキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾールが好適に使用される。
更に、上記紫外線吸収性ビニル系単量体は、1種を単独で又は2種以上を混合して用いてもよい。
環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体の具体例としては、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニルメタクリレート、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジニルメタクリレート等が挙げられ、これらの光安定剤は2種以上併用してもよい。
(メタ)アクリル酸エステル又はその誘導体の具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸sec−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ペンチル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸イソヘキシル、(メタ)アクリル酸n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸イソヘプチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸n−ノニル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸n−デシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸n−ウンデシル、(メタ)アクリル酸n−ドデシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸パルミチル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸ベンジル等の1価アルコールの(メタ)アクリル酸エステル類;2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−メトキシプロピル(メタ)アクリレート、3−メトキシプロピル(メタ)アクリレート、2−メトキシブチル(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、4−メトキシブチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(エチレングリコール単位数は例えば2〜20)、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート(プロピレングリコール単位数は例えば2〜20)等のアルコキシ(ポリ)アルキレングリコールの(メタ)アクリル酸エステル類;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、3−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、3−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、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モノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート(エチレングリコール単位数は例えば2〜20)、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート(プロピレングリコール単位数は例えば2〜20)等の多価アルコールのモノ(メタ)アクリル酸エステル類;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(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テトラ(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート(エチレングリコール単位数は例えば2〜20)、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート(プロピレングリコール単位数は例えば2〜20)等の多価アルコールのポリ(メタ)アクリル酸エステル類;コハク酸モノ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、コハク酸ジ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、アジピン酸モノ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、アジピン酸ジ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、フタル酸モノ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]、フタル酸ジ[2−(メタ)アクリロイルオキシエチル]等の非重合性多塩基酸と(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルとの(ポリ)エステル類;(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、(メタ)アクリル酸2−(N−メチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(N−エチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(N,N−ジエチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル、(メタ)アクリル酸4−(N,N−ジメチルアミノ)ブチル等のアミノ基含有(メタ)アクリル酸エステル類;(メタ)アクリル酸グリシジル等のエポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル類等を挙げることができる。
また、(メタ)アクリロニトリルの誘導体の具体例としては、α−クロロアクリロニトリル、α−クロロメチルアクリロニトリル、α−トリフルオロメチルアクリロニトリル、α−メトキシアクリロニトリル、α−エトキシアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等を挙げることができる。(メタ)アクリルアミドの誘導体の具体例としては、N−メチル(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−エチル(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−メトキシ(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメトキシ(メタ)アクリルアミド、N−エトキシ(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエトキシ(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノメチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−ジメチルアミノ)エチル(メタ)アクリルアミド、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N’−エチレンビス(メタ)アクリルアミド等を挙げることができる。
アルキルビニルエーテルの具体例としては、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル等を挙げることができる。アルキルビニルエステルの具体例としては、蟻酸ビニル、酢酸ビニル、アクリル酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、ステアリン酸ビニル等を挙げることができる。スチレン及びその誘導体の具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等を挙げることができる。
これらの単量体のうち、(メタ)アクリル酸エステル類が好ましく、特に(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル等が好ましい。
共重合可能な他の単量体(a−3)は、前記単量体を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明の有機−無機複合体(A)における共重合可能な他の単量体(a−3)の使用量は、共重合組成で50〜99質量%、特に60〜97質量%の範囲で使用できる。中でも、更に耐候性を向上させるために、紫外線吸収性基を有する(メタ)アクリル系単量体及び/又は環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体を共重合成分として使用することが好ましく、この使用量は、共重合組成で0〜50質量%、配合する場合、1〜30質量%が好ましい。30質量%を超えると塗膜の密着性が低下したり、白化などの塗膜外観不良を引き起こしたりすることがある。
前記有機−無機複合体(A)において、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−1)、又は前記加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−2)と、前記共重合可能な他の単量体(a−3)との共重合反応は、これら単量体を含有する溶液にジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等のパーオキサイド類又はアゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物から選択されるラジカル重合用開始剤を加え、加熱下に反応させることにより容易に得られる。
なお、このビニル系重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量は、1,000〜300,000、特に5,000〜250,000であることが好ましい。
次に、前記有機−無機複合体(A)の合成方法である<反応例2>において、部分加水分解縮合に使用される分子内に加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を含有する有機ケイ素化合物について説明する。この用途には、分子内に加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を含有する有機ケイ素化合物であれば特に制限はない。
有機置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、デシル基などのアルキル基、フェニル基、及びエポキシ官能性基、アミノ官能性基、メルカプト官能性基、酸無水物官能性基、イソシアネート官能性基、ケチミン官能性基、イソシアヌレート環含有基、ウレア基などのビニル重合性基以外の各種有機官能性基を含有するアルキル基を有してもよい。基材に対する接着性、及び加水分解・縮合における触媒機能を果たすことから、N原子を含むものが好ましく、1級、2級及び3級アミノ基、イソシアヌレート環含有基、ウレア基、イソシアネート基などを含むものが好ましい。
加水分解性基としては、前述したものと同等のものでよい。
本有機ケイ素化合物は、Si原子が1個のモノマーから、Si原子を2〜20個含むものまで使用することができる。Si原子を複数個含む化合物は、Si原子間がシロキサン結合で結ばれたポリシロキサン骨格でもよいし、シロキサン結合以外の分岐していてもよい架橋基で結ばれた骨格を含んでいてもよい。
シロキサン以外の架橋基としては、アミノ基、S原子、O原子が挿入されてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、フェニレン基、キシリレン基、イソシアヌレート環を含む2価或いは3価の有機基を示すことができる。接着性の点から、アミノ官能性シランとエポキシ官能性シランとを反応させたアミノ官能性シラン誘導体、イソシアヌレート環を含むシランなどが好ましい。
本発明の硬化性組成物には、分子量が500以上であり、かつ開放下にて150℃、24時間保持した場合の質量残存率が95%以上である有機系紫外線吸収剤(B)が必須成分である。ここで、(B)の有機系紫外線吸収剤としては、分子量が500以上、特に550〜100,000であり、かつ開放下にて150℃、24時間保持した場合の質量残存率が95%以上、特に96%以上であれば、特に制限はない。
このような紫外線吸収剤としては、トリアゾール系化合物、トリアジン系化合物が好適に使用し得、具体的には、2,4−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−6−(2−ヒドロキシ−4−イソオクチルオキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2−[4−[(2−ヒドロキシ−3−ドデシルオキシプロピル)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−トリデシルオキシプロピル)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−ブチルオキシフェニル)−6−(2,4−ビスブチルオキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−ヒドロキシ−4−(1−オクチルオ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、β−[3−(2−H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル]−プロピオン酸ポリ(エチレングリコール)300−エステル、ビス{β−[3−(2−H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル]−プロピオン酸}ポリ(エチレングリコール)300−エステル、2,2’−メチレン−ビス[4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−6−[(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]]、2−ヒドロキシ−4−(2−アクリロキシエトキシ)ベンゾフェノンの(共)重合体、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メタクリロキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾールの(共)重合体等を例示することができる。
これら有機系紫外線吸収剤の中でも、トリアジン系紫外線吸収剤が好ましく、特に2,4−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−6−(2−ヒドロキシ−4−イソオクチルオキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2−[4−[(2−ヒドロキシ−3−ドデシルオキシプロピル)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−トリデシルオキシプロピル)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−ブチルオキシフェニル)−6−(2,4−ビスブチルオキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−ヒドロキシ−4−(1−オクチルオ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−トリアジン等がより好ましい。
更に、前記有機系紫外線吸収剤は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明の硬化性組成物中における有機−無機複合体(A)と有機系紫外線吸収剤(B)の配合量は、有機−無機複合体(A)の樹脂分100質量部に対し、有機系紫外線吸収剤(B)を0.1〜50質量部含有するのが好ましく、より好ましくは1〜30質量部含有するのがよい。有機系紫外線吸収剤(B)を50質量部を超えて添加すると、本発明の硬化性組成物被覆層における架橋密度が低くなりすぎて、得られる被膜の硬度が低くなり有機系紫外線吸収剤(B)の揮散、流出防止効果が低下する場合がある。更には被覆層の外観が白化したり、基材や、該被覆層表面に積層したポリシロキサン系被膜との接着性が不良となる場合がある。また、0.1質量部未満では得られる被膜の紫外線吸収性が不十分となり、所望の耐候性が得られない場合がある。
次に、本発明の硬化性組成物に任意に添加できる構成成分について説明する。
本発明の硬化性組成物には、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するビニル系重合体(C)を配合してもよい。このビニル系重合体(C)は、上述した(a−2)の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体、及び(a−3)の共重合可能な他の単量体とを共重合させることで得ることができる。該(a−2)及び(a−3)としては、上述した例示化合物を使用することができるが、耐候性向上の観点から、(a−3)の他の単量体としては、紫外線吸収性基を有する(メタ)アクリル系単量体及び/又は環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体を用いることが好ましい。
本発明の硬化性組成物には、分子内に窒素原子及びアルコキシシリル基を含有する有機ケイ素化合物(D)を配合してもよい。この分子内に窒素原子及びアルコキシシリル基を含有する有機ケイ素化合物(D)を配合することにより、硬化性組成物被膜層に耐水性の良好な接着性が付与されること、更に、有機−無機複合体(A)中の加水分解性シリル基及び/又はSiOH基と架橋するため、被膜が緻密化され、しかも有機ケイ素化合物(D)中の窒素原子により、それらの架橋反応が促進されることにより被膜中の残存アルコキシシリル基量を低減できるため、経時での後架橋によるクラックを抑制でき、また前記紫外線吸収剤(B)や必要に応じて添加される光安定剤などを硬化性組成物塗膜層中に効率よく固定化できる。
この有機ケイ素化合物(D)として、好ましくは一分子内に窒素原子を1個以上及びアルコキシシリル基を1個以上含有する化合物、より好ましくは一分子内に窒素原子を1個以上及びアルコキシシリル基を2個以上含有する化合物が挙げられる。このような化合物としては、アミノ基含有アルコキシシラン、アミノ基含有ジ(アルコキシシラン)、アミド基含有アルコキシシラン、アミノ基含有アルコキシシランとエポキシ基含有アルコキシシラン及びシリル化剤との反応生成物をアミド化したもの、アミノ基含有アルコキシシランとジカルボン酸無水物との反応生成物、アミノ基含有アルコキシシランと(多)(メタ)アクリル化合物との反応生成物、アミノ基含有アルコキシシランと(メタ)アクリル基含有アルコキシシランとの反応生成物、ポリアミン化合物と(メタ)アクリル基含有アルコキシシランとの反応生成物、アミノ基含有アルコキシシランと多イソシアネート化合物との反応生成物をアミド化したもの、イソシアヌレート環を含む(多)シラン化合物などが好適に使用されるが、より好ましくはアミノ基含有アルコキシシランとエポキシ基含有アルコキシシラン及びシリル化剤との反応生成物をアミド化したもの、アミノ基含有アルコキシシランとジカルボン酸無水物との反応生成物が望ましい。
これらの成分として使用されるものの具体例を下記に例示すると、アミノ基含有アルコキシシランとしては、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−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、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、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−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3−(トリメトキシシリルプロピル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(トリエトキシシリルプロピル)アミノプロピルトリエトキシシラン、2−(トリメトキシシリルプロピル)アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−(トリエトキシシリルプロピル)アミノエチル−3−アミノプロピルトリエトキシシランなどが例示される。
アミノ基含有ジ(アルコキシシラン)としては、ビス(トリメトキシシリルプロピル)アミンなどが例示される。
アミド基含有アルコキシシランとしては、ウレイドプロピルトリメトキシシラン、ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ウレイドプロピルメチルジメトキシシラン、ウレイドプロピルメチルジエトキシシランなどが例示される。
ジカルボン酸無水物としては、無水マレイン酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル置換テトラヒドロ無水フタル酸、メチル置換ヘキサヒドロ無水フタル酸、3,6−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチル置換−3,6−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸などが例示される。
(多)(メタ)アクリル化合物としては、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート等のアルキルメタクリレート類、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート等のアルキルアクリレート類、アクリルアミド、アクリルニトリル、エチレングリコールジメタクリレートなどが例示される。
ポリアミン化合物としては、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、ピペラジンなどが例示される。
多イソシアネート化合物としては、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート−4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニル−4,4’−ジイソシアネート、ジアニシジンジイソシアネート、m−キシレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、trans−1,4−シクロヘキシルジイソシアネート、リジンジイソシアネート、ジメチルトリフェニルメタンテトライソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス(イソシアネートフェニル)チオフォスフェートなどが例示される。
(メタ)アクリル基含有アルコキシシランとしては、上述のアルコキシシリル基を含有するアクリル系単量体の例示化合物が挙げられる。
イソシアヌレート環含有シランとしては、トリス(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、ビス(トリメトキシシリルプロピル)アリルイソシアヌレート、トリス(トリエトキシシリルプロピル)イソシアヌレートを例示できる。
アミノ基含有アルコキシシランとエポキシ基含有アルコキシシラン及びシリル化剤との反応生成物をアミド化したものは、下記の方法により製造することができる。この場合、アミノ基含有アルコキシシランとしては、上記に示されたものが挙げられるが、接着性、操作性の点から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−アミノプロピルメチルジメトキシシランなどが好ましい。また、ここで使用されるエポキシ基含有アルコキシシランは特に限定されないが、反応性、操作性の点から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、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシランとすることが好ましい。なお、ここで使用されるシリル化剤としては、ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ホルムアミド、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレアなどが例示されるが、このものはアミノ基含有アルコキシシランとエポキシ基含有アルコキシシランとの反応により生成するOH基を保護してOH基とアルコキシシリル基との反応を防止し、この反応生成物の経時変化を防止するためのものである。
このアミノ基含有アルコキシシランとエポキシ基含有アルコキシシラン及びシリル化剤との反応は、アミノ基含有アルコキシシランとシリル化剤との混合物にエポキシ基含有アルコキシシランを滴下し、加熱反応させればよく、あるいはアミノ基含有アルコキシシランとエポキシ基含有アルコキシシランとを反応させ、この反応生成物にシリル化剤を添加して反応させるようにしてもよい。
なお、この反応におけるアミノ基含有アルコキシシランとエポキシ基含有アルコキシシランの配合比はエポキシ基/アミノ基(=N−H)のモル比が0.3未満では1分子中の架橋に関与するアルコキシ基の数が少なすぎて硬化性が弱くなるし、分子全体の広がりがなくなり、面接着性が弱くなって接着性が劣るようになり、これが1.2を超えると、後述するアミド化においてアミド化し得る=N−H基が殆どなくなって耐水接着性が悪くなるおそれがあるので、0.3〜1.2の範囲とすることが好ましい。
更に、この成分は、この反応生成物をアミド化したものとされるが、このアミド化は酢酸クロリド、酢酸ブロミド、プロピオン酸クロリド、無水酢酸、酢酸イソプロペニル、ベンゾイルクロリドなどで例示されるカルボン酸の酸ハロゲン化物、酸無水物、酸イソプロペニルエステル化合物と反応させればよい。
アミノ基含有アルコキシシランとジカルボン酸無水物との反応生成物は、下記の方法により製造することができる。この場合、アミノ基含有アルコキシシランとしては、上記に示したものが挙げられるが、接着性、安定性の点から、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−アミノプロピルメチルジエトキシシランなどが好ましい。
また、ジカルボン酸無水物としては、上記に示したものが挙げられるが、接着性、安定性の点から、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル置換テトラヒドロ無水フタル酸、メチル置換ヘキサヒドロ無水フタル酸、3,6−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチル置換−3,6−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸などが好ましい。
このアミノ基含有アルコキシシランとジカルボン酸無水物との反応は、ジカルボン酸無水物にアミノ基含有アルコキシシランを滴下し、反応させればよく、また逆にアミノ基含有アルコキシシランへジカルボン酸無水物を滴下、反応させてもよい。
なお、この反応におけるアミノ基含有アルコキシシランとジカルボン酸無水物の配合比は、アミノ基(−NH2)/ジカルボン酸無水物のモル比が0.3未満では反応生成物中の架橋に関与するアルコキシ基の数が少なすぎて硬化性が弱くなると共に、密着性も低下するようになるおそれがあり、これが1.8を超えると、未反応のアミノ基含有アルコキシシランのアミノ基により、下塗り剤組成物としての保存安定性が低下するおそれがあるので、0.3〜1.8の範囲とすることが好ましい。
また、本発明の硬化性組成物に、熱可塑性ビニル系樹脂(E)を配合することで、硬化性組成物被膜に可撓性を付与することができると共に、硬化性組成物被膜が受ける環境温度変化、特に比較的高温領域での相変化や軟化現象を抑えることができ、硬化性組成物被膜内部、及び積層する場合の上層被膜との界面での歪みを抑制でき、結果として上層の、例えばオルガノポリシロキサン系保護被膜のクラックを防止できること、更に硬化性組成物被膜自身に耐熱性、耐水性を付与できる。
この熱可塑性樹脂の配合量は、硬化性組成物中の有効成分100質量部に対して0〜50質量部がよく、配合する場合、1〜50質量部とすることが好ましい。50質量部を超えて添加すると塗膜の架橋密度が低下するため、硬度低下したり、前記有機系紫外線吸収剤(B)の表面移行や揮散、流出を抑制できなくなる場合がある。
本発明の硬化性組成物には、分子内に1個以上の環状ヒンダードアミン構造、もしくはヒンダードフェノール構造を有する光安定剤を添加してもよい。添加することにより、耐候性を向上させることができる。使用される光安定剤としては、硬化性組成物に用いた溶剤によく溶解し、かつ硬化性組成物との相溶性がよく、また低揮発性のものが好ましい。
光安定剤の具体例としては、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、N−メチル−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、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、セバシン酸ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)、セバシン酸ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)、テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート、テトラキス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジノールとトリデカノールとの縮合物、8−アセチル−3−ドデシル−7,7,9,9−テトラメチル−1,3,8−トリアザスピロ[4,5]デカン−2,4−ジオン、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と1,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジノールとβ,β,β,β’−テトラメチル−3,9−(2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン)ジエタノールとの縮合物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジノールとβ,β,β,β’−テトラメチル−3,9−(2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン)ジエタノールとの縮合物、また、光安定剤を固定化させる目的で、特公昭61−56187号公報にあるようなシリル化変性の光安定剤、例えば2,2,6,6−テトラメチルピペリジノ−4−プロピルトリメトキシシラン、2,2,6,6−テトラメチルピペリジノ−4−プロピルメチルジメトキシシラン、2,2,6,6−テトラメチルピペリジノ−4−プロピルトリエトキシシラン、2,2,6,6−テトラメチルピペリジノ−4−プロピルメチルジエトキシシラン、更にこれらの(部分)加水分解物等が挙げられ、これらの光安定剤は2種以上併用してもよい。
光安定剤の添加量は、硬化性組成物中の有効成分100質量部に対して0〜10質量部がよく、配合する場合、1〜10質量部とすることが好ましい。10質量部を超えて添加すると塗膜の密着性が低下する場合がある。
上記硬化性組成物には、弊害を及ぼさない範囲で、必須成分である前記(B)の有機系紫外線吸収剤以外の紫外線吸収剤を加えてもよい。この場合、上記硬化性組成物と相溶性が良好な有機系紫外線吸収剤が好ましい。特に、主骨格がヒドロキシベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、トリアジン系である化合物誘導体が好ましい。更に、側鎖にこれら紫外線吸収剤を含有するビニルポリマーなどの重合体でもよい。具体的には、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラ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、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−スルホン酸、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−n−ドデシロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−n−ベンジロキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジエトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジプロポキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジブトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシ−4’−プロポキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシ−4’−ブトキシベンゾフェノン、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2−(2−ヒドロキシ−5−t−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−t−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、エチル−2−シアノ−3,3−ジフェニルアクリレート、2−エチルヘキシル−2−シアノ−3,3−ジフェニルアクリレート、2−(2−ヒドロキシ−4−ヘキシルオキシフェニル)−4,6−ジフェニルトリアジンなどが例示される。これらの紫外線吸収剤は2種以上併用してもよい。
また、上記硬化性組成物に弊害を及ぼさない範囲で、機能性の金属酸化物微粒子を加えてもよい。この場合、硬化性組成物と相溶性、分散性が良好であり、かつ被膜化した際に、被膜が白濁せずに一定の透明性を保てるものであればよい。具体的には、酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、酸化タングステン、アンチモン含有酸化スズ、スズ含有酸化インジウム、酸化鉄、シリカ、アルミナなどの単一もしくはこれらの複合金属酸化物微粒子、及びこれらの混合物を挙げることができる。
上記金属酸化物微粒子の配合量は、硬化性組成物中の有効成分の合計100質量部に対して0〜30質量部がよく、配合する場合、1〜30質量部とすることが好ましい。30質量部を超えると、被膜の透明性が低下する場合がある。
上記硬化性組成物は、溶剤により任意に希釈されて使用される。この溶剤としては、ジアセトンアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、n−プロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、キシレン、トルエンなどが挙げられる。この硬化性組成物は、通常、上記溶剤で希釈され、硬化性組成物の有効成分濃度が5〜20質量%の溶液として使用されることが好ましい。
また、塗膜の平滑化をはかるため、フッ素系あるいはシリコーン系の界面活性剤を効果量添加してもよい。また、この塗膜の硬化を促進させるために架橋硬化触媒を触媒量添加してもよい。
この硬化性組成物溶液は、予め清浄化したプラスチックフィルム等の基材の表面に塗布し、上記希釈溶剤を室温あるいは加熱下で蒸発させて、厚さ0.5〜20μm、好ましくは1〜15μmの塗膜を形成させるようにすればよい。0.5μm未満では所望の耐候性が得られなくなり、20μmを超えると塗工性が低下するだけでなく、樹脂基材が本来有している機械的及び光学的特性を低下させたりする場合がある。
上記溶剤を加熱により蒸発させる場合、常温〜基材の耐熱温度までの範囲、特に50〜140℃で1分〜3時間、特に5分〜2時間加熱することが好ましい。
また、塗布方法は特に限定されないが、ロールコート、ディップコート、フローコート、バーコート、スプレーコート、スピンコートなどにより行うことができる。
このようにして得られる本発明の硬化性組成物による硬化被膜を設けたプラスチックフィルム、基板などのプラスチック成形品は、初期接着性、耐熱性、耐温水性、耐候性の優れたものとなるが、更に該硬化性組成物被膜の上に公知のオルガノポリシロキサン組成物、例えば、下記一般式(3)
(R7mSi(OR84-m (3)
(式中、R7は炭素数1〜10の有機基、R8は水素原子又は1価の有機基を示し、mは0,1又は2である。)
で示されるオルガノオキシシランの1種類以上の加水分解物又は共加水分解物を塗布し、加熱硬化、特に好ましくは50〜140℃で5分〜3時間加熱硬化させると、このプラスチック成形品はその表面に本発明の硬化性組成物が塗布されていることから、この硬化性塗膜とオルガノポリシロキサンとの相乗作用により、接着性、耐磨耗性も良好で、更に紫外線吸収剤が硬化性組成物からなる塗膜から揮散、流出しにくいため、耐候性、耐候安定性が優れるという有利性が与えられる。
上記オルガノポリシロキサン組成物の塗布量は、加熱硬化後の厚さが0.2〜20μm、特に0.5〜15μmとなるように塗布することが好ましい。薄すぎると所望の硬度、耐摩耗性が得られない場合があり、厚すぎると硬化後にクラックが発生する場合がある。
なお、塗布方法は特に限定されないが、ロールコート、ディップコート、フローコート、バーコート、スプレーコート、スピンコートなどにより行うことができる。
ここで、上記式(3)において、R7の有機基としては、炭素数1〜10の非置換又は置換1価炭化水素基、例えば、アルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、アルケニル基、又はこれらの炭化水素基の水素原子の一部がエポキシ基、(メタ)アクリロオキシ基、メルカプト基、アミノ基、シアノ基などで置換された、またO,NH,NCH3等のヘテロ原子が介在された有機基などが挙げられ、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシル基、デシル基、シクロヘキシル基などのアルキル基、フェニル基、フェネチル基などのアリール基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル基等のハロゲン化アルキル基、p−クロロフェニル基などのハロゲン化アリール基、ビニル基、アリル基、9−デセニル基、p−ビニルベンジル基などのアルケニル基、3−グリシドキシプロピル基、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基、9,10−エポキシデシル基などのエポキシ基含有有機基、γ−メタクリルオキシプロピル基、γ−アクリルオキシ基などの(メタ)アクリルオキシ基含有有機基、γ−メルカプトプロピル基、p−メルカプトメチルフェニルエチル基などのメルカプト基含有有機基、γ−アミノプロピル基、(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピル基などのアミノ基含有有機基、β−シアノエチル基などのシアノ基含有有機基などを例示することができる。
また、R8は水素原子又は炭素数1〜10の1価の有機基であり、有機基としてはアルキル基、アルケニル基、アルコキシアルキル基又はアシル基が挙げられ、アルキル基、アシル基が好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシル基、フェニル基、イソプロペニル基、メトキシエチル基、アセチル基等が例示される。
これらの条件を満たすシラン化合物の具体例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロペノキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリイソプロペノキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリアセトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリプロポキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピ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−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トリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、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、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノ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、γ−メルカプト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、β−シアノエチルトリメトキシシラン等のトリアルコキシ又はトリアシルオキシシラン類及びジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ(2−メトキシエトキシ)シラン、ジメチルジアセトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジイソプロペノキシシラン、ジメチルジブトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルメチルジアセトキシシラン、ビニルメチルジ(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルメチルジイソプロペノキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジアセトキシシラン、γ−プロピルメチルジメトキシシラン、γ−プロピルメチルジエトキシシラン、γ−プロピルメチルジプロポキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、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、β−シアノエチルメチルジメトキシシラン等のジアルコキシシラン又はジアシルオキシシラン類、テトラアルコキシシラン類の例としては、メチルシリケート、エチルシリケート、N−プロピルシリケート、n−ブチルシリケート、sec−ブチルシリケート及びt−ブチルシリケート等を挙げることができる。
これらのシラン化合物は、1種以上を用いて(共)加水分解すればよく、また、これらのシラン化合物の(共)加水分解物は1種単独で又は2種以上の混合物として使用することもできる。
上記シラン化合物の(共)加水分解物は、例えば酸触媒存在下、そのシラン化合物の低級アルコール溶液に水を添加して加水分解を行うことによって得ることができる。低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等が例示される。更にそのアルコールと併用可能な溶媒としてはアセトン、アセチルアセトンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸イソブチルなどのエステル類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類が例示される。
また、オルガノポリシロキサン組成物に、1〜100nmのシリカ微粒子を水又はメタノール、エタノール、イソブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコールに分散させたコロイダルシリカを5〜70質量%添加したコロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物を塗布する方法が、耐擦傷性を向上するためにより好ましい。
コロイダルシリカの添加方法としては、単純にオルガノポリシロキサン組成物に添加してもよいし、上記したシラン化合物と予め混合してから加水分解してもよい。また、水分散コロイダルシリカの場合、シラン化合物を加水分解する際に必要な水の一部もしくは全部として、水分散コロイダルシリカ中の水を利用して加水分解してもよい。
オルガノポリシロキサン組成物に添加可能な紫外線吸収剤として、無機系のものとしては、酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、酸化タングステン、アンチモン含有酸化スズ、スズ含有酸化インジウム、酸化鉄、シリカ、アルミナなどの単一もしくはこれらの複合金属酸化物微粒子、及びこれらの混合物;チタン、亜鉛、ジルコニウムなどの金属キレート化合物、及びこれらの(部分)加水分解物、縮合物;有機系のものとしては、主骨格がヒドロキシベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、トリアジン系である化合物誘導体、側鎖にこれら紫外線吸収剤を含有するビニルポリマーなどの(共)重合体などを挙げることができる。
更に、上記のオルガノポリシロキサン組成物の硬化触媒として、第四級アンモニウム塩、有機酸のアルカリ金属塩、アルミニウム、チタン、クロム及び鉄等のアルコキシドやキレート、過塩素酸塩、酸無水物、ポリアミン、ルイス酸等を触媒量添加してもよい。
本発明の硬化性組成物は、各種プラスチック材料に好適に使用され、特にポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ウレタン樹脂、チオウレタン樹脂、ハロゲン化ビスフェノールAとエチレングリコールの重縮合物、アクリルウレタン樹脂、ハロゲン化アリール基含有アクリル樹脂、含硫黄樹脂、これら樹脂を2層以上積層した複合積層材料等に好適に使用される。
シリコーン系硬質被膜を被覆したプラスチック材料は、光学特性に優れるため、光学材料に好適に使用することができる。
以下、合成例及び実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記の例において%は質量%、部は質量部を示す。また、粘度はJIS Z 8803に基づいて測定した25℃での値である。また、重量平均分子量は、標準ポリスチレンを基準としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
<加水分解性基を有するポリシロキサン基がC−Si結合を介して側鎖に結合したビニル系単量体(a−1)の合成>
[合成例1]
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた2リットルフラスコに、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン234g、及びメタノール500gを仕込み、窒素気流下にて5℃になるまで冷却し、ここに0.2Nの酢酸水溶液18.0gを15分掛けて、液温を10℃以下に維持しながら滴下した。滴下終了後、更に室温で1時間撹拌した。次いで、テトラメトキシシラン1520gを添加した。引き続き、室温にて2時間撹拌後、60℃にて8時間撹拌した。得られた反応溶液から揮発物を除去した後、精密蒸溜を行うことにより、1−(γ−アクリロキシプロピル)−1,1,3,3,3−ペンタメトキシジシロキサン(M−1)を収率67%で得た。
[合成例2]
γ−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン216g及びメタノール500gを仕込み、窒素気流下にて5℃になるまで冷却し、ここに0.2Nの酢酸水溶液18.0gを15分掛けて、液温を10℃以下に維持しながら滴下した。滴下終了後、室温で更に1時間撹拌した。次いで、ここに1,3−ジメチル−1,1,3,3−テトラメトキシジシロキサン2260gを添加した。引き続き、室温にて2時間撹拌後、60℃にて8時間撹拌した。得られた反応溶液からメタノール及び揮発性成分を加熱減圧することにより除去し、1−(γ−メタクリロキシプロピル)−3,5−ジメチル−3,5,5−トリメトキシトリシロキサン(M−2)を収率82%で得た。
<分子内に窒素原子と加水分解性シリル基を含有する有機ケイ素化合物の合成>
[合成例3]
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた2リットルフラスコに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222gとシリル化剤としてのヘキサメチルジシラザン242gを仕込んで窒素気流下に120℃に加熱し、ここにγ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン496gを滴下して反応させ、120℃で5時間加熱撹拌した後、低沸点分を減圧下100℃で除去したところ、粘度1,387mPa・sの粘稠な化合物862gが得られた。
次いで、この反応生成物862gとトルエン862gを撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた2リットルフラスコに仕込み、窒素気流下に室温でここに無水酢酸143gを滴下して反応させ、110℃で2時間加熱撹拌させたのち、50℃でメタノール141gを滴下し、50℃で1時間加熱撹拌し、次いで減圧下に100℃で低沸分を除去し、赤褐色透明で高粘稠な化合物を得た。
この化合物の赤外吸収スペクトル測定を行ったところ、3,000cm-1以上の領域にOH基あるいはNH基に起因する吸収は認められず、1,650cm-1にアミド基に起因する強い吸収が認められた。
得られた化合物を不揮発分(JIS K 6833)が25%になるようプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM)で希釈したものを、分子内に窒素原子とアルコキシシリル基を含有する化合物(溶液)NSi−1とする。
<加水分解性シリル基を有するポリシロキサン基とビニル系重合体とがC−Si結合を介して結合した有機−無機複合体(A)の合成>
[合成例4]
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた2リットルフラスコに溶剤としてジアセトンアルコール152gを仕込み、窒素気流下にて80℃に加熱した。ここに予め調製しておいた単量体混合溶液(2−[2’−ヒドロキシ−5’−(2−メタクリロキシエチル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール(RUVA−93、大塚化学(株)製)67g、合成例1で調製したM−1を90g、メチルメタクリレート270g、グリシジルメタクリレート23g、ジアセトンアルコール350g)のうち240g及び予め調製しておいた重合開始剤としての2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)2.3gをジアセトンアルコール177.7gに溶解した溶液のうち54gを順次投入した。80℃で30分反応させた後、残りの単量体混合溶液と残りの重合開始剤溶液を同時に80〜90℃で1.5時間かけて滴下した。更に80〜90℃で5時間撹拌した。
得られたアルコキシ基を有するポリシロキサン基がC−Si結合を介して側鎖に結合したビニル系重合体溶液の粘度は8,100mPa・s、またその共重合体中の紫外線吸収性単量体の含有量は15%、アルコキシ基を有するポリシロキサン基がC−Si結合を介して側鎖に結合したビニル系単量体量は20%であった。また、標準ポリスチレンを基準とするGPC分析による重量平均分子量は81,000であった。このアルコキシ基を有するポリシロキサン基がC−Si結合を介して側鎖に結合した有機−無機複合体(溶液)をPol−1とする。
[合成例5〜7]
表1に示す単量体組成及び配合量で、合成例4と同様にして有機−無機複合体溶液を製造した。製造したビニル系重合体(溶液)を各々Pol−2〜4とする。
[合成例8]
合成例4におけるM−1の代わりに、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン25gを用いて、その他の共重合成分は表1の組成を適用して同様に合成を行い、トリメトキシシリル基が側鎖にSi−C結合を介して結合したビニル重合体(前駆体)溶液を得た。
次いで、この前駆体溶液を5℃まで冷却し、ここに0.2Nの酢酸水溶液0.9gを15分掛けて、液温を10℃以下に維持しながら滴下した。滴下終了後、室温で更に1時間撹拌し、加水分解を完了した。
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた2リットルフラスコに、合成例3で合成したNSi−1を300g仕込み、窒素気流下、室温にて撹拌しているところに、前記のビニル重合体の加水分解溶液を添加し、室温で1時間反応させ、窒素原子とアルコキシ基を有するポリシロキサン基がC−Si結合を介して側鎖に結合した有機−無機複合体(溶液)Pol−5を得た。
[比較合成例1]
表1に示す単量体組成及び配合量で、合成例4と同様にしてトリメトキシシリル基を有するビニル系重合体溶液を製造した。製造したビニル系重合体(溶液)をPol−Rとする。
Figure 0004883275
(注)
MPTMS :γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
RUVA−1:2−[2’−ヒドロキシ−5’−(2−メタクリロキシエチル)フェニル
]−2H−ベンゾトリアゾール(RUVA−93、大塚化学(株)製)
RUVA−2:2−ヒドロキシ−4−(2−アクリロキシエチル)ベンゾフェノン(BP
−1A、大阪有機化学工業(株)製)
MMA :メチルメタクリレート
GMA :グリシジルメタクリレート
EA :エチルアクリレート
VIAc :酢酸ビニル
MHALS :1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタクリレート
<コロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物の合成>
[合成例9]
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた1リットルフラスコにメチルトリエトキシシラン336g、イソブタノール94gを仕込み、氷冷下に撹拌しながら5℃以下に維持し、ここに5℃以下とした水分散コロイダルシリカ(スノーテックスO(平均粒子径15〜20nm)、日産化学(株)製、SiO220%含有品)283gを添加して氷冷下で3時間、更に20〜25℃で12時間撹拌したのち、ジアセトンアルコールを27g、プロピレングリコールモノメチルエーテルを50g添加した。次いで10%プロピオン酸ナトリウム水溶液を3g、レベリング剤としてポリエーテル変性シリコーンKP−341(信越化学工業(株)製)0.2gを加え、更に酢酸にてpHを6〜7に調整した。そして、不揮発分(JIS K 6833)が20%となるようにイソブタノールで調整し、常温で5日間熟成して得られたコロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物の粘度は4.2mm2/s、GPC分析による重量平均分子量は1,100であった。このものをコロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物HC−1とする。
[合成例10]
撹拌機、コンデンサー及び温度計を備えた2リットルフラスコにメチルトリメトキシシラン328g、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン10gを仕込み、撹拌しながら20℃に維持し、ここに水分散コロイダルシリカ(スノーテックスO(平均粒子径15〜20nm)、日産化学(株)製、SiO220%含有品)98g、0.25Nの酢酸水溶液230gを添加して3時間撹拌した。更に、60℃にて3時間撹拌後、シクロヘキサノン300gを添加し、常圧にて副生メタノールを留去した。次いでイソプロパノール400g、0.25%テトラブチルアンモニウムヒドロキシドのイソプロパノール溶液134g、レベリング剤としてポリエーテル変性シリコーンKP−341(信越化学工業(株)製)0.5gを添加した。こうして得られたコロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物の粘度は4.3mm2/s、GPC分析による重量平均分子量は2,300であった。このものをコロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物HC−2とする。
以下に硬化性組成物としての実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。なお、実施例及び比較例に用いた略号のうち、合成例で説明していない略号は以下の通りである。
<窒素原子及びアルコキシシリル基含有化合物>
NSi−1 :合成例3で調製したもの
<熱可塑性樹脂>
Pol−C :ポリメチルメタクリレート樹脂(ダイヤナールBR−80、三菱レイヨン
(株)製)の40%ジアセトンアルコール溶液
<有機系紫外線吸収剤>
UVA−1 :2−[2−ヒドロキシ−4−(1−オクチルオ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(チヌビン479、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製)
・分子量678
・開放下、150℃×24時間保持後の質量残存率=98%
UVA−2 :2−(2’−ヒドロキシ−5’−メタクリロキシエチルフェニル)−2H
−ベンゾトリアゾール(30%)とメチルメタクリレート(70%)の共
重合体(PUVA−30M、大塚化学(株)製)の10%ジアセトンアル
コール溶液
・重量平均分子量10,000
・減圧下、100℃にて溶剤であるジアセトンアルコールを除去後、開放
下、150℃×24時間保持後の質量残存率=97%
<無機系紫外線吸収剤>
UVA−3 :酸化セリウム微粒子(U−100、多木化学(株)製)の10%イソブタ
ノール分散液
<ヒンダードアミン系光安定剤>
HALS−1: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(サンドバー3058Li
q.クラリアント・ジャパン(株)製)
また、実施例中の各種物性の測定及び評価は以下の方法で行った。
評価は、本発明の硬化性組成物を塗布、硬化させた単独膜、又は該硬化性組成物被膜の上にコロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物層を順次硬化・積層させた積層膜について各種評価を行った。
(1)初期塗膜外観:硬化性組成物単独膜、又はコロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物層を順次硬化・積層した積層膜の試験片について塗膜外観を目視にて観察した。
(2)1次密着性:JIS K 5400に準拠し、試験片をカミソリの刃で2mm間隔の縦横6本ずつ切れ目を入れて25個の碁盤目を作り、市販のセロハン粘着テープをよく密着させた後、90度手前方向に急激に剥がした時、被膜が剥離せずに残存したマス目数(X)をX/25で表示した。
(3)耐水性及び耐水密着性:試験片を沸騰水中に2時間浸漬した後に、目視にて外観観察、及び前記(2)と同様にして密着性試験を行った。
(4)耐擦傷性試験:ASTM1044に準拠し、テーバー磨耗試験機にて磨耗輪CS−10Fを装着し、荷重500g下で500回転後の曇価を測定した。耐擦傷性(%)は(試験後の曇価)−(試験前の曇価)で示した。
(5)耐候性試験:岩崎電気(株)製アイスーパーUVテスターを使用し、[ブラックパネル温度63℃、湿度50%RH、照度50mW/cm2、降雨10秒/1時間で5時間]→[ブラックパネル温度30℃、湿度95%RHで1時間]を1サイクルとして、このサイクルを繰り返す条件で250時間、500時間の試験を行った。耐候性試験前後に、JIS K 7103に準拠し、黄変度を、また耐候塗膜クラック、耐候塗膜剥離の状態を目視又は顕微鏡(倍率250倍)にて観察した。
[耐候塗膜クラック]
耐候性試験後の塗膜外観を下記の基準で評価した。
○:異常なし
△:僅かにクラックあり
×:塗膜全体にクラックあり
[耐候塗膜剥離]
耐候性試験後の塗膜の状態を下記の基準で評価した。
○ :異常なし
△1:コロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物層と下塗り剤組成物層との間
で一部剥離
△2:下塗り剤組成物層と基材との間で一部剥離
×1:コロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物層と下塗り剤組成物層との間
で全面剥離
×2:下塗り剤組成物層と基材との間で全面剥離
[実施例1〜6、比較例1〜3]
表2,3に示した組成で配合した組成物を、全固形分濃度が10%になるように、ジアセトンアルコールとプロピレングリコールモノメチルエーテルの質量比率を20/80とした混合溶剤にて調整してコーティングに用いた。
得られた各硬化性組成物を、表面を清浄化した0.5mmポリカーボネート樹脂板(ユーピロンシート、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製)に硬化塗膜として約6〜8μmになるようにディップコーティング法にて塗布し、120℃にて30分硬化させた。場合により、更に該塗膜上に合成例9,10で作製したコロイダルシリカ含有オルガノポリシロキサン組成物(HC−1,2)、添加剤として、紫外線吸収剤(UVA−3)、光安定剤(HALS−1)などを混合したものを、硬化塗膜として約4〜5μmになるようにディップコーティング法にて塗布し、130℃にて1時間硬化させた。このようにして得られた塗膜を試験片とし、各種物性評価の結果を表2,3に示した。
Figure 0004883275
Figure 0004883275

Claims (9)

  1. 加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を有するポリシロキサンと、ビニル系重合体とがSi−C結合で結合している有機−無機複合体(A)100質量部と、分子量が500以上であり、かつ開放下にて150℃、24時間保持した場合の質量残存率が95%以上である有機系紫外線吸収剤(B)0.1〜50質量部とを含み、
    前記有機−無機複合体(A)が、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基含有のポリシロキサン基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−1)を共重合組成で1〜50質量%と、共重合可能な他の単量体(a−3)を共重合組成で50〜99質量%とからなる単量体成分を溶解している溶液にラジカル重合用開始剤を加えて溶液重合により共重合して得られたものであるか、又は、
    前記有機−無機複合体(A)が、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−2)を共重合組成で1〜50質量%と、共重合可能な他の単量体(a−3)を共重合組成で50〜99質量%とからなる単量体成分を溶解している溶液にラジカル重合用開始剤を加えて溶液重合により共重合して得られるビニル系重合体を、分子内に加水分解性シリル基及び/又はSiOH基を含有する有機ケイ素化合物と共に、部分加水分解縮合して得られたものであり、
    前記有機系紫外線吸収剤(B)が、トリアゾール系化合物、トリアジン系化合物又はこれらの混合物である
    ことを特徴とする硬化性組成物。
  2. ビニル系単量体(a−1)が、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、メタクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、アクリロキシメチルトリメトキシシラン、アクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、スチリルメチルジメトキシシラン、スチリルトリエトキシシランから選ばれるシランと、Si(OCH34、Si(OCH2CH34、MeO−Si(Me)2−O−Si(OMe33、MeO−Si(Me)2−O−Si(Me)2−O−Si(OMe33(Meはメチル基を示す)、1,3−ジメチル−1,1,3,3−テトラメトキシジシロキサンから選ばれる有機ケイ素化合物を共加水分解縮合することによって得られたものであり、
    ビニル系単量体(a−2)が、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、メタクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、アクリロキシメチルトリメトキシシラン、アクリロキシウンデシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、スチリルメチルジメトキシシラン、スチリルトリエトキシシランから選ばれるシランであり、
    他の単量体(a−3)が、紫外線吸収基を有する(メタ)アクリル系単量体、環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、アルキルビニルエーテル、アルキルビニルエステル、スチレン、及びこれらの誘導体から選ばれる単量体である請求項2に記載の硬化性組成物。
  3. 他の単量体(a−3)が、(メタ)アクリル酸エステル又はその誘導体と、紫外線吸収基を有する(メタ)アクリル系単量体及び/又は環状ヒンダードアミン構造を有する(メタ)アクリル系単量体である請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
  4. (B)成分が、2−[2−ヒドロキシ−4−(1−オクチルオ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−トリアジンである請求項1乃至3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  5. 更に、加水分解性シリル基及び/又はSiOH基がC−Si結合を介して結合したビニル系単量体(a−2)を共重合組成で1〜50質量%と、共重合可能な他の単量体(a−3)を共重合組成で50〜99質量%とを共重合して得られるビニル系重合体(C)を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  6. 更に、アミノ基含有アルコキシシラン、アミノ基含有ジ(アルコキシシラン)、アミド基含有アルコキシシラン、アミノ基含有アルコキシシランとエポキシ基含有アルコキシシラン及びシリル化剤との反応生成物をアミド化したもの、アミノ基含有アルコキシシランとジカルボン酸無水物との反応生成物、アミノ基含有アルコキシシランと(多)(メタ)アクリル化合物との反応生成物、アミノ基含有アルコキシシランと(メタ)アクリル基含有アルコキシシランとの反応生成物、ポリアミン化合物と(メタ)アクリル基含有アルコキシシランとの反応生成物、アミノ基含有アルコキシシランと多イソシアネート化合物との反応生成物をアミド化したもの、イソシアヌレート環を含む(多)シラン化合物から選ばれる分子内に窒素原子及びアルコキシシリル基を含有する有機ケイ素化合物(D)を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  7. 更に、熱可塑性ビニル系樹脂(E)を硬化性組成物中の有効成分100質量部に対し1〜50質量部含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  8. 基材に、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の硬化性組成物を被覆し、シロキサン架橋により硬化させてなる厚さ0.5〜20μmの被膜を有することを特徴とする物品。
  9. 基材に、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の硬化性組成物を被覆・硬化させてなる被膜の表面に、更に厚さ0.2〜20μmのシリコーン系硬質被膜を積層してなることを特徴とする物品。
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