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WO2010067876A1 - マレイミド基で表面修飾した無機酸化物微粒子を含む硬化型組成物 - Google Patents

マレイミド基で表面修飾した無機酸化物微粒子を含む硬化型組成物 Download PDF

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WO2010067876A1
WO2010067876A1 PCT/JP2009/070784 JP2009070784W WO2010067876A1 WO 2010067876 A1 WO2010067876 A1 WO 2010067876A1 JP 2009070784 W JP2009070784 W JP 2009070784W WO 2010067876 A1 WO2010067876 A1 WO 2010067876A1
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WO
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group
general formula
meth
curable composition
acrylate
Prior art date
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PCT/JP2009/070784
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English (en)
French (fr)
Inventor
和正 稲田
岡崎 栄一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toagosei Co Ltd
Original Assignee
Toagosei Co Ltd
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Publication date
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Priority to EP09831979.1A priority patent/EP2371871A4/en
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Priority to JP2010542142A priority patent/JP5477299B2/ja
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    • Y10T428/2982Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a curable composition containing inorganic oxide fine particles whose surface is modified with a maleimide group.
  • the curable composition of the present invention can be preferably used as an active energy ray curable composition, can be preferably used for hard coat applications, and relates to these technical fields.
  • Plastic materials are widely used in various fields such as home appliances, automobile materials, and building materials because they are inexpensive, lightweight, and have excellent workability.
  • Optical films and plates used in recent growth fields such as liquid crystal displays and projection televisions (hereinafter collectively referred to as “optical sheets”) have excellent transparency, heat resistance, mechanical properties, etc.
  • Plastic material is used. However, since the plastic material has a defect that the surface is easily damaged, if this defect becomes a problem in use or manufacturing process, a hard coat treatment for protecting the plastic surface is required.
  • an active energy ray-curable composition As a hard coat material, an active energy ray-curable composition is widely used because it not only has excellent performance such as scratch resistance, but also has energy saving, quick curing, and excellent productivity.
  • an acrylic composition mainly composed of a polyfunctional (meth) acrylate is mainstream, and is characterized by being inexpensive and excellent in scratch resistance.
  • the polyfunctional (meth) acrylate has a problem of warpage due to a large cure shrinkage rate and a problem that chips are generated during sheet cutting. In particular, chips are not preferable in the production site of optical sheets that require a cleanliness. In addition, when used outdoors, there is a problem that cracks are likely to occur on the surface due to exposure to ultraviolet rays (UV).
  • UV ultraviolet rays
  • a composition containing no inorganic fine particles, having excellent scratch resistance, and having a small warp is a penta- and / or hexa-acrylate of dipentaerythritol, and a tri- to 7-mer acrylate of pentaerythritol.
  • an active energy ray-curable composition containing a plurality of pentaerythritol acrylates in a predetermined ratio and further containing a photopolymerization initiator and a polyether-modified organopolysiloxane has been reported (Patent Document 3).
  • compositions described in Patent Documents 1 and 2 are insufficient in terms of warpage after curing and chips at the time of cutting. Further, the composition described in Patent Document 3 is not sufficient in terms of reduction of warpage after curing and UV resistance. Moreover, in the compositions described in Patent Documents 4 and 5, the scratch resistance of the cured product was not sufficient. In view of these, while having good scratch resistance, warping after curing and chips at the time of cutting are further smaller, composition excellent in UV resistance, substrate adhesion, etc., and suitable for its use A compound was desired. Particularly in the use of hard coat, a composition excellent in these performances has been desired.
  • the object of the present invention is excellent in smoothness when applied to a plastic substrate and dried, hardly warps after curing and chips when cut, and excellent in scratch resistance, transparency, adhesion and UV resistance.
  • the object is to provide a curable composition, and further to provide an active energy ray-curable composition that can be cured without using a photopolymerization initiator or with a small amount of use.
  • the present inventors reacted an alkoxysilane compound (a1) having a specific structure having a maleimide group with inorganic oxide fine particles (a2) in the presence of water and an organic solvent.
  • the composition containing the obtained reaction product (A) was found to have very excellent performance, and the present invention was completed.
  • a curable composition can be provided.
  • the present invention relates to an alkoxysilane compound (a1) represented by the following general formula (1) (hereinafter simply referred to as “maleimide alkoxysilane (a1)”) and inorganic oxide fine particles (a2) in the presence of water and an organic solvent.
  • the present invention relates to a curable composition containing a reaction product (A) (hereinafter simply referred to as “reaction product (A)”) obtained by reaction under the following conditions.
  • P represents a group represented by the following general formula (2)
  • R 3 represents a hydrogen atom or a monovalent organic group
  • R 0 represents a monovalent organic group
  • a is 0 or a positive number and 0 ⁇ a ⁇ 1 is satisfied
  • z is a positive number and 0.1 ⁇ z ⁇ 2 is satisfied
  • P, R 0 and R 3 in one molecule are each two types
  • the above different groups may be included, and R 0 and R 3 in one molecule may be the same group or different groups.
  • composition of the present invention when used as an active energy ray-curable composition, it can be cured without using a photopolymerization initiator, and therefore problems such as odor derived from the decomposition product of the photopolymerization initiator. Can also be solved.
  • the composition of the present invention is excellent in smoothness when applied to a plastic substrate and dried, hardly warps after curing and chips when cut, and has excellent scratch resistance, transparency, adhesion and UV resistance. Since it is an excellent curable composition, it can be suitably used for various applications, and can be particularly suitably used for hard coat applications.
  • an acryloyl group or a methacryloyl group is represented as a (meth) acryloyl group
  • an acrylate or methacrylate is represented as a (meth) acrylate.
  • Maleimide alkoxysilane (a1) 1-1. Definition of Maleimide Alkoxysilane (a1) Maleimide alkoxysilane (a1) [hereinafter also referred to simply as (a1)] as a raw material for the reaction product (A) of the present invention is a compound represented by the following general formula (1) It is.
  • (A1) means either a condensate of alkoxysilane obtained by partially hydrolyzing and condensing alkoxysilane, or a mixture of this condensate and alkoxysilane monomer, as will be described in detail later.
  • P—SiO 3/2 1-a
  • P represents a group represented by the following general formula (2)
  • R 3 represents a hydrogen atom or a monovalent organic group
  • R 0 represents a monovalent organic group
  • a is 0 or a positive number and 0 ⁇ a ⁇ 1 is satisfied
  • z is a positive number and 0.1 ⁇ z ⁇ 2 is satisfied
  • P, R 0 and R 3 in one molecule are each two types
  • the above different groups may be included, and R 0 and R 3 in one molecule may be the same group or different groups.
  • R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, or an aryl group, or R 1 and R 2 are combined to form a 5-membered member.
  • the hydrocarbon group which forms a ring or a 6-membered ring is represented.
  • As the alkyl group an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • the alkenyl group is preferably an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms.
  • a phenyl group etc. can be mentioned as an aryl group.
  • Preferred specific examples of the maleimide group in the general formula (2) are shown in the following formulas (5) to (10).
  • X represents a chlorine atom or a bromine atom.
  • Ph in Formula (10) represents a phenyl group.
  • R 1 and R 2 both are hydrogen atoms, one is a hydrogen atom and the other is an alkyl group, both are alkyl groups, or a saturated hydrocarbon group in which each forms a carbocycle. It is preferable because it is excellent in curability by irradiation with active energy rays. Further, as R 1 and R 2 , one is a hydrogen atom and the other is an alkyl group, or a saturated hydrocarbon group that forms a carbocyclic ring by combining each of them is excellent in the curability of the composition and is cured. A thing is more preferable at the point which is excellent in abrasion resistance. As R 1 and R 2 , it is particularly preferable that one is a hydrogen atom and the other is an alkyl group.
  • the alkyl group in R 1 and R 2 is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • the divalent organic group represented by R is arbitrary as long as it is a divalent organic group.
  • Preferred are divalent saturated hydrocarbon group, -A 1 -OCONH-A 2 - , - A 3 -S-A 2 -, - A 3 -NH-A 2 - and the like.
  • a 1 and A 2 represent a divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
  • the divalent saturated hydrocarbon group may be linear or branched.
  • a 3 represents the structure after addition of a thiol or amine to a divalent organic group having an ethylenically unsaturated group at the terminal, specifically, a divalent saturated hydrocarbon group and —A 5 OCOCH (A 6 ) CH 2 —.
  • a 5 represents a divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms
  • a 6 represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R is preferably a divalent saturated hydrocarbon group, and is preferably a divalent saturated hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms, in that the cured product of the composition has excellent scratch resistance and UV resistance.
  • Group is more preferable, and a linear divalent saturated hydrocarbon group having 3 to 6 carbon atoms is particularly preferable.
  • R 3 represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.
  • the monovalent organic group for R 3 is preferably a monovalent organic group having 1 to 8 carbon atoms.
  • Specific examples include an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxyalkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and other organic groups having 1 to 8 carbon atoms composed of C, H, and O atoms.
  • Examples of the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, and a propyl group.
  • Examples of the alkoxyalkyl group having 1 to 8 carbon atoms include 1-methoxy-2-propyl group and 2-methoxyethyl group.
  • organic group having 1 to 8 carbon atoms composed of C, H, and O atoms include groups having a structure in which a hydroxyl group is removed from diacetone alcohol.
  • the monovalent organic group having 1 to 8 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alkoxyalkyl group in that the cured product of the composition has excellent scratch resistance and UV resistance.
  • An alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is more preferable.
  • examples of the monovalent organic group of R 0 include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group and a propyl group, and an aromatic group such as a phenyl group. Further, as R 0 , an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferable, and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is more preferable and particularly preferable in that the cured product of the composition has excellent scratch resistance. Is a methyl group or an ethyl group.
  • a is 0 or a positive number and satisfies the condition of 0 ⁇ a ⁇ 1, and z is a positive number and satisfies 0.1 ⁇ z ⁇ 2.
  • a represents the average ratio of (P—Si (R 0 ) O 2/2 ) units in [(P—SiO 3/2 ) 1-a (P—Si (R 0 ) O 2/2 ) a ] units.
  • Z means the average value of (O 1/2 R 3 ) units in the entire (a1).
  • the range of a is 0 ⁇ a ⁇ 1, and preferably 0 ⁇ a ⁇ 0.5. It is preferable for a to be 0.5 or less because the cured product of the composition has excellent scratch resistance.
  • the range of z is 0.1 ⁇ z ⁇ 2, preferably 0.6 ⁇ z ⁇ 2, and more preferably 0.6 ⁇ z ⁇ 1.5.
  • z is 0.1 or more, the surface modification of colloidal silica is made sufficient, and the cured product has excellent scratch resistance.
  • the values of a and z can be determined from the integration ratio of hydrogen atoms by measuring the 1 H-NMR spectrum of (a1).
  • P, R 0 and R 3 in one molecule may contain two or more different groups. That is, each unit of the (P—SiO 3/2 ) 1-a unit, (P—Si (R 0 ) O 2/2 ) a unit, and (O 1/2 R 3 ) unit in the formula (1) is Each of them may have two or more different units in one molecule. Further, the P in the (P—SiO 3/2 ) 1-a unit and the P in the (P—Si (R 0 ) O 2/2 ) a unit in one molecule are the same or different. May be. Further, R 0 and R 3 in one molecule may be the same group or different groups.
  • the weight average molecular weight of (a1) is preferably 400 to 10,000, more preferably 500 to 5,000.
  • the weight average molecular weight is a value obtained by converting the molecular weight measured by gel permeation chromatography into polystyrene.
  • (A1) is preferably a compound represented by the following general formula (3).
  • P ′ represents a group represented by the following general formula (4)
  • R 3 ′ represents a monovalent organic group having 1 to 8 carbon atoms or a hydrogen atom
  • z represents a positive number.
  • the component containing the structural unit represented by the general formula (3) one having a weight average molecular weight of 500 to 5,000 is most preferable.
  • one of R 4 and R 5 is a hydrogen atom and the other is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or both are alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, And a saturated hydrocarbon group that forms a 6-membered ring, and R 6 represents a divalent saturated hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms.
  • R 4 and R 5 one is a hydrogen atom and the other is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a saturated hydrocarbon group that forms a 6-membered ring together to improve the curability of the composition. It is more preferable because it is excellent and the cured product has excellent scratch resistance. As R 4 and R 5 , it is particularly preferable that one is a hydrogen atom and the other is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. In R 4 and R 5 , the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms from the viewpoint of excellent curability of the composition.
  • R 6 represents a divalent saturated hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms, and may be linear or branched.
  • Examples of the straight chain saturated hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms include ethylene group, 1,3-propylene group, 1,4-butylene group, 1,5-pentanediyl group, 1,6-hexanediyl group and the like. it can.
  • Examples of the branched alkylene group having 2 to 6 carbon atoms include 1,2-propylene group, 1,2-butylene group, 1,3-butylene group, 2,3-butylene group, 1,3-pentanediyl group, 2, Examples include 4-pentanediyl group, 2,5-hexanediyl group, 2-methyl-1,3-propylene group, 2-ethyl-1,3-propylene group, 3-methyl-1,5-pentanediyl group and the like.
  • R 6 is particularly preferably a linear divalent saturated hydrocarbon group having 3 to 6 carbon atoms.
  • z represents 0.1 ⁇ z ⁇ 2.
  • the range of z is 0.1 ⁇ z ⁇ 2, preferably 0.6 ⁇ z ⁇ 2, and more preferably 0.6 ⁇ z ⁇ 1.5.
  • the value of z can be obtained from the integration ratio of hydrogen atoms by measuring the 1 H-NMR spectrum of (a1).
  • P and R 3 in one molecule may contain two or more different groups.
  • An example is a method in which an alkoxysilane is added to form an amic acid, which is then ring-closed by heating to form a maleimide group, and water generated by the ring-closing reaction is consumed in the hydrolysis reaction of the alkoxy group.
  • This method is particularly preferable in that (a1) can be easily produced using readily available raw materials.
  • R 1 and R 2 are as defined above.
  • R and R 3 are as defined above. Preferable examples of R and R 3 are the same as those described above. In particular, R is preferably R 6 (a divalent saturated hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms).
  • an amino group of an aminoalkyltrialkoxysilane is added to a carboxylic acid anhydride having a double bond to produce an amic acid (hereinafter referred to as AMA) [Reaction Formula (1)].
  • the value of z is 1 when the ring closure reaction is complete and all the generated water is consumed for the hydrolysis and condensation reaction of alkoxysilane.
  • an organic solvent what melt
  • aromatic compounds such as toluene and xylene are preferable.
  • polar solvents such as alcohols and esters can also be used.
  • the temperature for the ring closure reaction is preferably in the range of 70 to 150 ° C.
  • an aromatic compound is used as the organic solvent, it is preferable to remove the solvent after completion of the reaction.
  • the proportion of the carboxylic acid anhydride having a double bond and the aminoalkyltrialkoxysilane is preferably equimolar.
  • the carboxylic acid anhydride and aminoalkyltrialkoxysilane having a double bond a plurality of types can be used in combination.
  • a polymerization inhibitor is preferably used for the purpose of preventing polymerization of the maleimide group of the raw material or product, and oxygen-containing gas such as air is preferably introduced into the reaction solution.
  • the polymerization inhibitor include hydroquinone, tert-butyl hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, 2,4,6-tri-tert-butylphenol, benzoquinone, phenothiazine, Examples thereof include N-nitrosophenylhydroxylamine, ammonium salt of N-nitrosophenylhydroxylamine, aluminum salt of N-nitrosophenylhydroxylamine, copper dibutyldithiocarbamate, copper chloride, copper sulfate and the like.
  • R, R 0 and R 3 are as defined above.
  • Preferable examples of R, R 0 and R 3 are the same as those described above.
  • R is R 6 (a divalent saturated hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms).
  • reaction method and reaction conditions are as described in 1-2-1. Same as above.
  • inorganic oxide fine particles (a2) In the inorganic oxide fine particles of the inorganic oxide fine particles (a2) [hereinafter also simply referred to as (a2)], as the types of inorganic oxides, oxides of various inorganic compounds and metal oxides can be used. Examples include silica, alumina, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, indium oxide, zirconium oxide, iron oxide, vanadium oxide, cerium oxide, antimony oxide, and indium-doped tin oxide. Among these, silica, alumina, titanium oxide, zinc oxide, and tin oxide are preferable, and silica is more preferable because it is excellent in colorless transparency, scratch resistance, price, and the like. These particles can be used alone or in combination of two or more.
  • silica is more preferable as (a2), and the silica may be a particle mainly composed of silica, and may contain other components than silica.
  • Components other than silica include inorganic oxides such as alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, aluminum oxide, titanium oxide, iron oxide, zirconium oxide, zinc oxide, cerium oxide, boron oxide, tin oxide and phosphorus oxide.
  • the average particle diameter of (a2) is preferably in the range of 1 to 200 nm, more preferably 1 to 100 nm, and particularly preferably 5 to 50 nm from the viewpoint of excellent transparency and scratch resistance.
  • an average particle diameter means the value based on the specific surface area measured by BET method.
  • the specific surface area of (a2) is preferably in the range of 15 to 3000 m 2 / g, more preferably 30 to 3000 m 2 / g.
  • the shape of the particles of (a2) is not particularly limited, but is preferably at least one shape selected from the group consisting of a spherical shape, a hollow shape, a porous shape, a rod shape, a plate shape, a fiber shape, and an indefinite shape. .
  • spherical particles it is more preferable to use spherical particles from the viewpoint of better dispersibility.
  • the state of use of the component (a2) particles is not particularly limited, but can be used, for example, in a dry state, or in a state dispersed in water or an organic solvent.
  • a liquid in which fine silica particles are dispersed using a dispersion solvent, that is, colloidal silica is particularly preferable for the purpose of pursuing transparency.
  • the dispersion solvent is an organic solvent
  • methanol, ethanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, butanol, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene and dimethylformamide are used. be able to.
  • alcohols such as methanol and isopropyl alcohol, and ketones such as methyl ethyl ketone are preferable.
  • reaction product (A) is a product obtained by reacting the maleimide alkoxysilane (a1) and the inorganic oxide fine particles (a2) in the presence of water and an organic solvent.
  • the reaction product (A) means the product itself excluding water and organic solvent used in the reaction.
  • a1 and (a2) a plurality of types of compounds, condensates, and fine particles may be contained.
  • the reaction product (A) includes not only inorganic oxide fine particles surface-modified with maleimide groups represented by the general formula (2), but also maleimide alkoxysilane (a1) containing no inorganic oxide fine particles.
  • the hydrolyzed condensate may be contained and defined as the reaction product (A).
  • the charge ratio of (a1) and (a2) for obtaining the reaction product (A) is not particularly limited, but (a2) is 1 to 1000 per 100 parts by weight of (a1).
  • the amount is preferably part by weight, more preferably 5 to 500 parts by weight, and still more preferably 10 to 200 parts by weight.
  • (A1) By setting the number of charged parts of (a2) to 100 parts by weight to 1 to 1000 parts by weight, the scratch resistance can be improved.
  • the amount of water charged into the reaction system is preferably 1 to 30 mol, more preferably 1 to 15 mol, and even more preferably 2 to 10 mol with respect to 1 mol of the alkoxy group.
  • the surface of the inorganic oxide fine particles can be effectively modified by setting the amount of water to 1 to 30 mol with respect to 1 mol of the alkoxy group.
  • organic solvent those capable of dissolving (a1) are preferable.
  • (a2) is a uniformly transparent colloid solution, it is preferable to select a solvent in which the inorganic oxide fine particles do not aggregate.
  • organic solvent examples include propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol mono Examples include ethyl ether, diacetone alcohol, propylene glycol monoacetate, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, and N-methylpyrrolidone.
  • the reaction temperature for obtaining the reaction product (A) varies depending on the presence or absence of a catalyst and the presence or absence of pressurization, but is preferably in the range of 0 to 200 ° C, more preferably 20 to 180 ° C, and further preferably 40 to 160 ° C. Particularly preferred is 60 to 140 ° C.
  • the water contained in the reaction system is preferably distilled off by heating or decompression. At this time, it is preferable to add an organic solvent having a boiling point higher than that of water.
  • the reaction product (A) can be produced without a catalyst, but an acid catalyst or an alkali catalyst may be added.
  • the acid catalyst include acetic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, p-toluenesulfonic acid and methanesulfonic acid.
  • Specific examples of the alkali catalyst include potassium hydroxide, sodium hydroxide and tetramethylammonium hydroxide.
  • the reaction product (A) obtained without a catalyst is preferable because there is no problem of a decrease in physical properties of the cured product due to the catalyst.
  • it is preferable to use a polymerization inhibitor for the purpose of preventing polymerization of the maleimide group of the raw material or product, and oxygen-containing gas such as air may be introduced into the reaction solution.
  • polymerization inhibitor examples include the above-described 1-2. Examples thereof include the same compounds as mentioned above.
  • the reaction product (A) may contain a condensate obtained by cocondensing a hydrolyzable silane compound different from the maleimide alkoxysilane (a1). Further, not only maleimide alkoxysilane (a1) but also a hydrolyzable silane compound different from this may contain surface-modified inorganic oxide fine particles.
  • hydrolyzable silane compound different from (a1) examples include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, 3 -(Meth) acryloyloxypropyltrimethoxysilane, 3- (meth) acryloyloxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3 -Mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, 3-isocyan
  • the silane compound which does not have an aromatic group is preferable at the point which the hardened
  • preferred compounds are alkyltrialkoxysilanes, silane compounds having a (meth) acryloyloxy group having a reactive group, silane compounds having an epoxy group, and silane compounds having an oxetanyl group.
  • Curable composition TECHNICAL FIELD This invention relates to the curable composition containing an above described reaction product (A).
  • the composition of the present invention can be used as a thermosetting composition or an active energy ray curable composition. Since the reaction product (A) has a maleimide group, it does not contain a photopolymerization initiator by irradiation with active energy rays, or has excellent curability with a small amount, and the composition of the present invention. Can be suitably used as an active energy ray-curable composition.
  • Various compounds can be blended in the composition of the present invention according to the purpose.
  • Specific examples thereof include compounds other than the reaction product (A) having a total of two or more (meth) acryloyl groups and / or maleimide groups in one molecule.
  • the compound include a compound having two or more (meth) acryloyl groups (hereinafter referred to as polyfunctional (meth) acrylate), a compound having two or more maleimide groups (hereinafter referred to as polyfunctional maleimide compound), And a compound having at least one (meth) acryloyl group and at least one maleimide group (hereinafter referred to as maleimide (meth) acrylate).
  • the total number of (meth) acryloyl groups and maleimide groups in the compound other than the reaction product (A) having 2 or more (meth) acryloyl groups and / or maleimide groups in one molecule is 2 to 10 Preferably, the number is 3-10, more preferably 3-6.
  • Examples of the polyfunctional (meth) acrylate include the following compounds. Di (meth) acrylate of bisphenol A alkylene oxide adduct, di (meth) acrylate of alkylene oxide adduct of bisphenol F, di (meth) acrylate of alkylene oxide adduct of bisphenol Z, alkylene oxide adduct of bisphenol S Di (meth) acrylate, di (meth) acrylate of alkylene oxide adduct of thiobisphenol, di (meth) acrylate of bisphenol A, di (meth) acrylate of bisphenol F, di (meth) acrylate of bisphenol Z, bisphenol S Di (meth) acrylate, di (meth) acrylate of thiobisphenol, tricyclodecane dimethylol di (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene Glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, poly
  • polyester (meth) acrylate examples include a dehydration condensate of polyester polyol and (meth) acrylic acid.
  • Polyester polyols include low molecular weight polyols such as ethylene glycol, polyethylene glycol, cyclohexane dimethylol, 3-methyl-1,5-pentanediol, propylene glycol, polypropylene glycol, 1,6-hexanediol, and trimethylolpropane, and Examples include reactants from polyols such as these alkylene oxide adducts and acid components such as dibasic acids such as adipic acid, succinic acid, phthalic acid, hexahydrophthalic acid and terephthalic acid, or anhydrides thereof.
  • epoxy (meth) acrylate As epoxy (meth) acrylate, (meth) acrylic acid adduct of bisphenol A type epoxy resin, (meth) acrylic acid adduct of hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, (meth) acrylic of phenol or cresol novolac type epoxy resin Acid addition products, (meth) acrylic acid addition products of biphenyl type epoxy resins, (meth) acrylic acid addition products of diglycidyl ether of polyethers such as polytetramethylene glycol, (meth) acrylic acid addition of diglycidyl ether of polybutadiene , (Meth) acrylic acid adduct of polybutadiene internal epoxidized product, (meth) acrylic acid adduct of silicone resin having epoxy group, (meth) acrylic acid adduct of limonene dioxide, 3,4-epoxycyclohexylmethyl- 3,4-epoch Shi cyclohexanecarboxylate (meth) acrylic acid adduct and the like.
  • Examples of the urethane (meth) acrylate include compounds obtained by addition reaction of organic polyisocyanate and hydroxyl group-containing (meth) acrylate, and compounds obtained by addition reaction of organic polyisocyanate, polyol and hydroxyl group-containing (meth) acrylate.
  • examples of the polyol include a low molecular weight polyol, a polyether polyol, a polyester polyol, and a polycarbonate polyol.
  • Examples of the low molecular weight polyol include ethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, cyclohexane dimethylol, 3-methyl-1,5-pentanediol, and glycerin.
  • polyether polyol examples include polypropylene glycol and polytetramethylene glycol.
  • polyester polyol a reaction product of these low molecular weight polyols and / or polyether polyols and an acid component such as adipic acid, succinic acid, phthalic acid, hexahydrophthalic acid and terephthalic acid, or a dibasic acid or its anhydride. Is mentioned.
  • organic polyisocyanate examples include tolylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and isophorone diisocyanate.
  • hydroxyl group-containing (meth) acrylates include hydroxyalkyl (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, and pentaerythritol tri ( Examples thereof include hydroxyl group-containing polyfunctional (meth) acrylates such as (meth) acrylate, di (meth) acrylate of an isocyanuric acid alkylene oxide 3 mol adduct, and dipentaerythritol penta (meth) acrylate.
  • polyfunctional (meth) acrylates when the composition is used for hard coat applications, a compound having three or more acryloyl groups is preferable because of excellent scratch resistance. More preferable examples include dipentaerythritol hexa and pentaacrylate, triacrylate of ethylene oxide 3 mol adduct of isocyanuric acid, pentaerythritol tri and tetra acrylate, diacrylate of ethylene oxide 3 mol adduct of isocyanuric acid and hexamethylene diisocyanate.
  • the polyfunctional maleimide compound various compounds can be used as long as they have a maleimide group that is not included in the reaction product (A).
  • the maleimide group is preferably the same group as the maleimide group in the formula (2).
  • the polyfunctional maleimide compound include a urethane compound in which N- (2-hydroxyethyl) citraconimide is added to hexamethylene diisocyanate, a urethane compound in which N- (2-hydroxyethyl) citraconimide is added to isophorone diisocyanate, Urethane compound obtained by addition reaction of N- (2-hydroxyethyl) citraconimide and diol such as polyester diol and isophorone diisocyanate, MIA-200 manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd., which is a compound having two maleimide groups Is mentioned.
  • maleimide (meth) acrylate examples include N- (2- (meth) acryloxyethyl) tetrahydrophthalimide.
  • composition of the present invention a compound having one unsaturated group in one molecule is added for the purpose of reducing the viscosity when used in the absence of a solvent or for the purpose of increasing the adhesion to the adherend. May be.
  • the unsaturated group a (meth) acryloyl group, a maleimide group, an amide group and a vinyl group are preferable.
  • the composition of the present invention When the composition of the present invention is coated with a thin film such as a hard coat, it preferably contains an organic solvent (hereinafter also simply referred to as a solvent).
  • a solvent an organic solvent
  • the type of the solvent is not particularly limited, but it is preferable to select a solvent that dissolves the reaction product (A) and other components.
  • Solvents include alcohols such as ethanol and isopropanol; alkylene glycol monoethers such as ethylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monomethyl ether; acetone alcohols such as diacetone alcohol; aromatic compounds such as toluene and xylene; propylene glycol monomethyl ether acetate; Examples thereof include esters such as ethyl acetate and butyl acetate; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; ethers such as dibutyl ether; and N-methylpyrrolidone.
  • alcohols such as ethanol and isopropanol
  • alkylene glycol monoethers such as ethylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monomethyl ether
  • acetone alcohols such as diacetone alcohol
  • aromatic compounds such as toluene and xylene
  • propylene glycol monomethyl ether acetate examples thereof include est
  • a method in which the solvent used in the production of the reaction product (A) is directly used as the solvent for the composition is preferable because it has the advantage that the production cost can be reduced.
  • a solvent is not essential, and when hard coat performance is not required, it can be diluted with a low-viscosity monomer to obtain a solvent-free composition.
  • an organic polymer can be blended for the purpose of reducing the cure shrinkage with an inexpensive component.
  • Suitable polymers include (meth) acrylic polymers, and suitable constituent monomers include methyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, N- (2- (meth) acryloxyethyl) tetrahydrophthalimide, etc. Is mentioned.
  • a radical polymerization inhibitor or an antioxidant may be added for the purpose of enhancing storage stability and thermal stability.
  • the radical polymerization inhibitor include the compounds shown in the production of the reaction product (A) described above.
  • Specific examples of the antioxidant include 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol and pentaerythritol tetrakis (3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate). Hindered phenolic antioxidants.
  • a sulfur secondary antioxidant such as 4,6-bis (octylthiomethyl) -O-cresol, a phosphorus secondary antioxidant, or the like may be added in combination.
  • a leveling agent may be added for the purpose of enhancing the leveling property at the time of application.
  • the leveling agent various substances such as a silicone polymer and a fluorine atom-containing polymer can be used.
  • an ultraviolet absorber or a light stabilizer can be blended for the purpose of enhancing UV resistance and weather resistance.
  • suitable UV absorbers include 2- [4-[(2-hydroxy-3-dodecyloxypropyl) oxy] -2-hydroxyphenyl] -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl). ) -1,3,5-triazine and other hydroxyphenyl triazine ultraviolet absorbers, 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -4,6-bis (1-methyl-1-phenylethyl) phenol, etc.
  • Benzotriazole ultraviolet absorbers inorganic fine particles that absorb ultraviolet rays, such as titanium oxide fine particles and zinc oxide fine particles.
  • suitable light stabilizers include hindered amine light stabilizers such as bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl) sebacate.
  • composition of the present invention may contain a cationically curable monomer or oligomer such as an epoxy resin or an oxetane resin in addition to the radical polymerizable compound.
  • a cationically curable monomer or oligomer such as an epoxy resin or an oxetane resin in addition to the radical polymerizable compound.
  • fine particles are preferably particles having an average particle diameter of 1 to 200 nm.
  • thermo radical polymerization initiator such as an organic peroxide or an azo compound.
  • Active energy ray-curable composition As described above, the composition of the present invention can be preferably used as an active energy ray-curable composition.
  • a photosensitizer or a photopolymerization initiator may be added for the purpose of increasing the curing rate or increasing the adhesion to the substrate.
  • Suitable photosensitizers include thioxanthone compounds such as diethyl thioxanthone and diisopropyl thioxanthone, acetophenone, and benzophenone.
  • composition of the present invention When the composition of the present invention is used as an active energy ray-curable composition, as described above, it can be cured without adding a photopolymerization initiator, but for the purpose of increasing the curing rate, etc.
  • An initiator can also be added.
  • Specific examples of the photopolymerization initiator include 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 1-hydroxycyclohexyl-phenyl-ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane- 1-one, 1- [4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl]- 2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one, diethoxyacetophenone, oligo ⁇ 2-hydroxy-2-methyl-1 -[4- (1-methyl
  • the active energy ray include an electron beam, ultraviolet rays, and visible light, and ultraviolet rays are particularly preferable.
  • the ultraviolet irradiation device include a high-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a UV electrodeless lamp, and an LED.
  • the irradiation energy should be appropriately set according to the type and composition of the active energy ray. As an example, when using a high-pressure mercury lamp, the irradiation energy in the UV-A region is 100 to 5,000 mJ / cm 2 is preferable, and 500 to 3,000 mJ / cm 2 is more preferable.
  • composition of the present invention can be used for various applications.
  • a coating agent, an adhesive agent, etc. can be mentioned.
  • the active energy ray-curable composition can be used for cladding materials for optical waveguides, insulating coating materials for electrical wiring, and photoresists.
  • the applicable base material can be used for various materials, and examples thereof include polymers such as plastic, glass, metal, ceramics, vapor-deposited film of metal oxide, silicon, and wood.
  • composition of the present invention can be preferably used as a coating agent, and can be suitably used for a hard coat of a polymer material and a paint for woodwork.
  • polystyrene examples include polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, cycloolefin polymer, acrylic resin, methacrylic resin, methyl methacrylate-styrene copolymer resin (MS resin), polystyrene, and polyvinyl chloride. , Polyvinyl alcohol, triacetyl cellulose, polyethersulfone, polyamide, polyimide, urea / melamine resin, epoxy resin, polyurethane, polylactic acid, liquid crystal polymer, and the like. When the polymer is difficult to adhere, it is preferable to perform easy adhesion treatment such as corona treatment in order to improve adhesion.
  • easy adhesion treatment such as corona treatment in order to improve adhesion.
  • a metal alkoxide such as tetraethoxysilane or tetraisopropoxytitanium may be blended.
  • a photo-acid generator and a photobase generator may be used.
  • composition of the present invention is an active energy ray-curable hard coat composition.
  • a composition containing a solvent is preferable in terms of scratch resistance and coating properties of the cured coating film.
  • Specific examples of the solvent are as described in the section of the curable composition.
  • the proportion of the solvent in the composition is preferably 10 to 90% by weight.
  • a conventional method may be used. For example, a method of applying a composition to a substrate and drying it by heating, followed by irradiating with active energy rays and curing may be mentioned.
  • the coating conditions and heat-drying conditions in this case may follow conventional methods.
  • the active energy ray irradiation may be performed according to the preferable conditions described above.
  • Active energy ray curable hard coat compositions are hard coats for optical sheets used in liquid crystal displays and projection televisions, and hard coats for plastic products related to the field of view, such as eyeglass lenses, goggles, and front panels of motorcycle helmets. Can be suitably used. Moreover, it can be suitably used as a hard coat on a housing of a mobile product such as a mobile phone or a home appliance.
  • base materials other than plastics it can be used for various purposes such as hard coats for wooden products such as flooring and furniture, and paints for vehicles such as automobiles, bicycles and trains.
  • the present invention also relates to an article formed by forming a cured film of the composition of the present invention on the surface of a substrate.
  • Specific examples and preferred examples of the substrate in this case include the same ones as described above.
  • a method for forming a cured film a conventional method may be followed. After applying the composition to a substrate, it is heated in the case of a thermosetting composition, and in the case of an active energy ray curable composition, it is active. Examples include a method of irradiating energy rays.
  • the composition coating method, heating conditions, active energy ray irradiation conditions, and the like may be in accordance with conventional methods.
  • GPC gel permeation chromatography
  • a 300 mL separable flask equipped with a stirrer and a condenser tube was charged with 50 g of this solution, 0.01 g of MQ, and 7.2 g of water, stirred and dissolved at room temperature, and then colloidal silica [Colloidal silica IPA-ST manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.] Average particle size: 10 to 15 nm (value measured by BET method), 30% solid content, 70% isopropyl alcohol] 33 g were charged. After reacting this reaction solution at 80 ° C. for 4 hours, isopropyl alcohol, water and the like were distilled off until the nonvolatile content was about 50%.
  • reaction product of the present invention (A) was synthesized.
  • the non-volatile content of the solution after the reaction was 59%. From the 1 H-NMR spectrum, it was confirmed that no decomposition reaction such as hydrolysis of the maleimide ring occurred. From GPC, it was confirmed that the peaks of polystyrene-equivalent number average molecular weights 332 and 594 in (a1) disappeared.
  • the component excluding the solvent is referred to as a reaction product (A), and is referred to as CCS-1.
  • the reaction product (A) is added to 80 times by weight of acetonitrile to agglomerate and precipitate silica, followed by centrifugation, decantation, washing with acetonitrile, and centrifugation.
  • the precipitate is dried at 80 ° C. for 30 minutes. I let you.
  • a peak derived from the maleimide group was clearly observed together with the silica peak, and the surface modification of the colloidal silica by the maleimide group was confirmed.
  • the organic content was 11%.
  • Example 2 to Example 4 Comparative Example 1 to Comparative Example 3
  • Example 3 ⁇ Production of active energy ray-curable composition>
  • the components shown in Table 1 were stirred and dissolved by a conventional method to produce an active energy ray-curable composition.
  • the unit of each numerical value in Table 1 is a weight part.
  • CCS-1 reaction product (A) obtained in Example 1.
  • PGM which is a solvent is excluded.
  • M-402 a polyfunctional acrylate mainly composed of dipentaerythritol pentaacrylate and hexaacrylate.
  • Colloidal silica A silica component contained in organosilica sol IPA-ST (isopropyl alcohol 70%) manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.
  • DETX 2,4-diethylthioxanthone, Nippon Kayaku Co., Ltd. Kayacure DETX-S.
  • -PGM Propylene glycol monomethyl ether.
  • IPA isopropyl alcohol.
  • the number of parts of CCS-1 represents the number of parts by weight of the reaction product (A) in Example 1, that is, the number of parts excluding PGM as a solvent. did. Further, the number of PGM copies in Table 1 represents a total value of PGMs brought together with CCS-1.
  • a base material As a base material, a cycloolefin polymer (ZEONOR-1420, thickness 0.20 mm) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. (corresponding to C-Zeo hereinafter) and Engineering Test Service Co., Ltd. Polycarbonate plate obtained from [The raw material is Iupilon sheet NF-2000 manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Co., Ltd., thickness 1.0 mm, hereinafter abbreviated as PC. )It was used. The substrate size was set to A4 size for C-Zeo and 10 cm ⁇ 10 cm for PC.
  • test body The obtained cured film (hereinafter referred to as “test body”) was evaluated by the following method. In addition, the parenthesis of a test body means the used base material.
  • Chip The degree of powder (chip) generated when the test specimen (C-Zeo) was cut with a cutter was visually determined and evaluated as follows. ⁇ : No chips at all ⁇ : Some chips are generated ⁇ : Many chips are generated
  • UV resistance The specimen (PC) was continuously irradiated with ultraviolet rays for 5 minutes by an 80 W / cm high-pressure mercury lamp (with parallel light mirror, lamp height 30 cm) manufactured by Eye Graphics Co., Ltd., and then cooled to room temperature. Irradiation was continued again for 5 minutes. The irradiation intensity at this time is a value measured by EIT's UV POWER PUCK.
  • UV-A is 146 mW / cm 2
  • UV-B is 91 mW / cm 2
  • UV-C is 18 mW / cm 2
  • UV-V was 55 mW / cm 2 (the integrated light intensity with UV-A was 87,600 mJ / cm 2 ).
  • the state of the cured film was visually observed and evaluated as follows. ⁇ : No cracking is observed in the coating film
  • Slight cracking occurs in the coating film
  • Many cracking occurs in the coating film
  • Table 2 shows the following.
  • the composition of Example 2 had good scratch resistance, no warpage or chips, and transparency, adhesion to the substrate, and UV resistance.
  • the scratch resistance was very good, there was no warpage, transparency, adhesion to the substrate, and UV resistance It was good.
  • blend a photoinitiator and a sensitizer was a thing which cannot sense the odor after hardening.
  • the composition of Comparative Example 1 warpage and generation of chips were remarkable and UV resistance was insufficient.
  • the composition of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 was reduced in warpage as compared with Comparative Example 1, generation of chips was large and UV resistance was insufficient.
  • the curable composition of the present invention can be suitably used as an active energy ray curable composition, and can be particularly suitably used as an active energy ray curable composition for hard coat.

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Abstract

【課題】プラスチック基材に塗布・乾燥した時の平滑性に優れ、硬化後の反りや切断時の切粉が発生し難く、耐擦傷性、透明性、密着性及びUV耐性に優れる硬化型組成物の提供、さらに、光重合開始剤を使用しないか、又は少量の使用で硬化させることも可能な活性エネルギー線硬化型組成物の提供。 【解決手段】下記一般式(1)で表されるアルコキシシラン化合物(a1)と無機酸化物微粒子(a2)を、水及び有機溶媒の存在下で反応させて得られる反応生成物(A)を含有する硬化型組成物。 (P-SiO3/21-a(P-Si(R0)O2/2a(O1/23z ・・・(1) 但し、一般式(1)において、Pはマレイミドを含む基を表し、R3は水素原子又は一価の有機基を表し、R0は一価の有機基を表し、aは0又は正の数で0≦a<1を満たし、zは正の数で0.1≦z≦2の条件を満たす。

Description

マレイミド基で表面修飾した無機酸化物微粒子を含む硬化型組成物
 本発明は、マレイミド基で表面修飾した無機酸化物微粒子を含む硬化型組成物に関するものである。本発明の硬化型組成物は、活性エネルギー線硬化型組成物として好ましく使用でき、ハードコート用途により好ましく使用することができ、又、これら技術分野に関する。
 プラスチック材料は、安価で、軽量で、加工性に優れる等の特長を有するため、家電製品、自動車材料及び建材等様々な分野で広く使用されている。最近の成長分野である液晶ディスプレイやプロジェクションテレビ等に使用される光学フィルムや板(以下、これらをまとめて「光学シート」と略す)にも、透明性、耐熱性及び力学的物性等に優れたプラスチック材料が使用されている。
 しかし、プラスチック材料は表面が傷つきやすいという欠点があるため、この欠点が使用上又は製造工程上問題となる場合には、プラスチック表面を保護するハードコート処理が必要となる。
 ハードコート材料としては、活性エネルギー線硬化型組成物が、耐擦傷性等の性能に優れるだけでなく、省エネルギー、速硬化性で生産性にも優れることから、広く使用されている。活性エネルギー線硬化型組成物としては、多官能(メタ)アクリレートを主成分とするアクリル系組成物が主流であり、安価で耐擦傷性に優れるという特長がある。
 しかし、多官能(メタ)アクリレートには、硬化収縮率が大きいことによる反りの問題や、シート切断時に切粉が発生するという問題がある。
 特に、切粉は、クリーン度を要求される光学シートの製造現場においては好ましくない。又、屋外で使用される場合、紫外線(UV)の暴露によって表面にクラックが発生しやすいという問題がある。
 耐擦傷性に優れるうえ、反りの発生を低減する技術として、イソシアヌレート骨格を有するエチレン性不飽和化合物(A)、無機微粒子(b1)と有機シラン化合物の加水分解生成物(b2)を縮合反応して得られる有機被覆無機微粒子(B)、光重合開始剤(C)及び溶剤(D)を含んでなる活性エネルギー線硬化型組成物が報告されている(特許文献1)。
 又、耐擦傷性と耐候性の両方を満足させるための技術として、(A)アルコキシシリル基及び(メタ)アクリロイル基を有する樹脂、(B)一次粒子径が1~200nmのコロイダルシリカ、(C)紫外線吸収剤及び/又は(D)光安定剤を含有する活性エネルギー線硬化型組成物が報告されている(特許文献2)。
 最近、無機微粒子を含まない組成物であって、耐擦傷性に優れ、反りの小さいハードコート用組成物として、ジペンタエリスリトールのペンタ及び/又はヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールの3~7量体のアクリレート、ペンタエリスリトールの8以上の多量体のアクリレートを所定の比率で含有し、さらに光重合開始剤とポリエーテル変性オルガノポリシロキサンを含む活性エネルギー線硬化型組成物が報告された(特許文献3)。
 ところで、活性エネルギー線が光である場合、光硬化型組成物の一般の問題として、光重合開始剤の分解物に由来する臭気等の問題がある。この問題を解決する技術として、光重合開始剤の配合が不要であるか又は少量の配合で光硬化させることができる、多官能マレイミド化合物を含む活性エネルギー線硬化型組成物が報告されている(特許文献4及び5)。
特開2006-225434号公報 特開2004-346228号公報 特開2007-231138号公報 特開平11-124403号公報 特開2005-23101号公報
 しかしながら、前記特許文献1及び2に記載された組成物では、硬化後の反りや切断時の切粉の点で不十分であった。
 又、前記特許文献3に記載された組成物では、硬化後の反りの低減やUV耐性の点で、十分なものではなかった。
 又、特許文献4及び5に記載された組成物では、硬化物の耐擦傷性が十分なものでなかった。
 これらを鑑み、良好な耐擦傷性を有しつつ、硬化後の反りや切断時の切粉がさらに小さく、UV耐性や基材密着性等にも優れた組成物、及び、その用途に好適な化合物が望まれていた。特にハードコートの用途においては、これらの性能に優れる組成物が望まれていた。
 本発明の課題は、プラスチック基材に塗布・乾燥した時の平滑性に優れ、硬化後の反りや切断時の切粉が発生し難く、耐擦傷性、透明性、密着性及びUV耐性に優れる硬化型組成物を提供することにあり、さらに、光重合開始剤を使用しないか、又は少量の使用で硬化させることも可能な活性エネルギー線硬化型組成物を提供することである。
 本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、マレイミド基を有する特定構造のアルコキシシラン化合物(a1)と無機酸化物微粒子(a2)を水及び有機溶媒の存在下で反応させて得られる反応生成物(A)を含む組成物が、非常に優れた性能を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
 本発明によれば、プラスチック基材に塗布・乾燥した時の平滑性に優れ、硬化後の反りや切断時の切粉が発生し難く、耐擦傷性、透明性、密着性及びUV耐性に優れる硬化型組成物を提供することができる。
 本発明は、下記一般式(1)で表されるアルコキシシラン化合物(a1)(以下、単に「マレイミドアルコキシシラン(a1)」という)と無機酸化物微粒子(a2)を、水及び有機溶媒の存在下で反応させて得られる反応生成物(A)(以下、単に「反応生成物(A)」という)を含有する硬化型組成物に関する。

 (P-SiO3/21-a(P-Si(R0)O2/2a(O1/23z  ・・・(1)

 但し、一般式(1)において、Pは後記一般式(2)で表される基を表し、R3は水素原子又は一価の有機基を表し、R0は一価の有機基を表し、aは0又は正の数で0≦a<1を満たし、zは正の数で0.1≦z≦2の条件を満たし、1分子中のP、R0及びR3はそれぞれ、2種以上の異なる基を含んでいても良く、又、1分子中のR0とR3とはそれぞれ、同一の基であっても異なる基であっても良い。
 又、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た場合、光重合開始剤を使用せずに硬化させることもできるため、光重合開始剤の分解物に由来する臭気等の問題も解決することができる。
 本発明の組成物は、プラスチック基材に塗布・乾燥した時の平滑性に優れ、硬化後の反りや切断時の切粉が発生し難く、耐擦傷性、透明性、密着性及びUV耐性に優れる硬化型組成物であるため、種々の用途に好適に使用可能となり、ハードコート用途に特に好適に使用することができる。
 以下、マレイミドアルコキシシラン(a1)、無機酸化物微粒子(a2)、及び反応生成物(A)について、詳細に説明する。
 尚、本明細書においては、アクリロイル基又はメタクリロイル基を(メタ)アクリロイル基と表し、又、アクリレート又はメタクリレートを(メタ)アクリレートと表す。
1.マレイミドアルコキシシラン(a1)
1-1.マレイミドアルコキシシラン(a1)の定義
 本発明の反応生成物(A)の原料となるマレイミドアルコキシシラン(a1)〔以下、単に(a1)ともいう〕は、下記一般式(1)で表される化合物である。
 (a1)は、後記に詳述する通り、アルコキシシランが一部加水分解・縮合したアルコキシシランの縮合物、及びこの縮合物とアルコキシシランモノマーの混合物のいずれかを意味する。

 (P-SiO3/21-a(P-Si(R0)O2/2a(O1/23z  ・・・(1)
 但し、一般式(1)において、Pは下記一般式(2)で表される基を表し、R3は水素原子又は一価の有機基を表し、R0は一価の有機基を表し、aは0又は正の数で0≦a<1を満たし、zは正の数で0.1≦z≦2の条件を満たし、1分子中のP、R0及びR3はそれぞれ、2種以上の異なる基を含んでいても良く、又、1分子中のR0とR3とはそれぞれ、同一の基であっても異なる基であっても良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 一般式(2)において、R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基若しくはアリール基を表すか、又は、R1及びR2は一つとなって5員環若しくは6員環を形成する炭化水素基を表す。
 アルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
 アルケニル基としては、炭素数2~4のアルケニル基が好ましい。
 アリール基としてはフェニル基等を挙げることができる。
 一つとなって5員環又は6員環を形成する炭化水素基としては、-CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2-、-CH=CH-CH2CH2-等が挙げられる。
 一般式(2)におけるマレイミド基の好ましい具体例を、以下の式(5)~式(10)に示す。尚、式(9)において、Xは塩素原子又は臭素原子を表す。又、式(10)におけるPhは、フェニル基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 これらの中でも、R1及びR2としては、両方が水素原子、一方が水素原子で他方がアルキル基、両方がアルキル基、又は、それぞれが一つとなって炭素環を形成する飽和炭化水素基が、活性エネルギー線照射による硬化性に優れるという理由で好ましい。
 さらに、R1及びR2としては、一方が水素原子で他方がアルキル基、又はそれぞれが一つとなって炭素環を形成する飽和炭化水素基であることが、組成物の硬化性に優れ、硬化物が耐擦傷性に優れる点でより好ましい。
 又、R1及びR2としては、一方が水素原子であり、かつ他方がアルキル基であることが特に好ましい。
 又、R1及びR2におけるアルキル基は、炭素数1~4のアルキル基であることが好ましい。
 一般式(2)において、Rの二価の有機基としては、二価の有機基であれば任意である。好ましいものとしては、二価の飽和炭化水素基、-A1-OCONH-A2-、-A3-S-A2-、-A3-NH-A2-等が挙げられる。ここで、A1及びA2は、炭素数1~6の二価の飽和炭化水素基を表す。二価の飽和炭化水素基としては、直鎖状のものでも、分岐を有するものでも良い。A3は、末端にエチレン性不飽和基を有する二価の有機基に、チオール又はアミンが付加した後の構造を表し、具体的には二価の飽和炭化水素基及び-A5OCOCH(A6)CH2-を挙げることができる。A5は、炭素数1~6の二価の飽和炭化水素基を意味し、A6は、水素原子又はメチル基を意味する。
 Rとしては、組成物の硬化物が耐擦傷性やUV耐性に優れたものとなる点で、これらの中でも二価の飽和炭化水素基が好ましく、炭素数1~6の二価の飽和炭化水素基がより好ましく、炭素数3~6の直鎖状の二価の飽和炭化水素基が特に好ましい。
 一般式(1)において、R3は水素原子又は一価の有機基を表す。
 R3の一価の有機基としては、炭素数1~8の一価の有機基が好ましい。具体的には、炭素数1~8のアルキル基、炭素数1~8のアルコキシアルキル基、その他のC、H、O原子からなる炭素数1~8の有機基が挙げられる。
 炭素数1~8のアルキル基としては、メチル基、エチル基及びプロピル基等が挙げられる。炭素数1~8のアルコキシアルキル基としては、1-メトキシ-2-プロピル基、2-メトキシエチル基等が挙げられる。その他のC、H、O原子からなる炭素数1~8の有機基としては、ダイアセトンアルコールから水酸基を除いた構造の基等が挙げられる。
 炭素数1~8の一価の有機基としては、組成物の硬化物が耐擦傷性やUV耐性に優れたものとなる点で、炭素数1~4のアルキル基又はアルコキシアルキル基が好ましく、炭素数1~3のアルキル基がより好ましい。
 一般式(1)において、R0の一価の有機基としては、メチル基、エチル基及びプロピル基等の炭素数1~6のアルキル基、並びにフェニル基等の芳香族基等が挙げられる。
 さらに、R0としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、組成物の硬化物が耐擦傷性に優れたものとなる点で、炭素数1~3のアルキル基がより好ましく、特に好ましくはメチル基又はエチル基である。
 一般式(1)において、aは0又は正の数で0≦a<1の条件を満たすものであり、zは正の数で0.1≦z≦2を満たすものである。
 aは、〔(P-SiO3/21-a(P-Si(R0)O2/2a〕単位における(P-Si(R0)O2/2)単位の平均比率を意味し、zは、(a1)全体に占める(O1/23)単位の平均値を意味する。
 aの範囲は、0≦a<1であり、好ましくは0≦a≦0.5である。aが0.5以下とすることにより、組成物の硬化物が耐擦傷性に優れるものとなるため好ましい。
 本発明において、(a1)としては、a=0の化合物が、耐擦傷性に優れるため好ましい。
 zの範囲は、0.1≦z≦2であり、好ましくは0.6≦z≦2、より好ましくは0.6≦z≦1.5である。zが0.1以上にすることで、コロイダルシリカの表面修飾を十分なものとし、硬化物が耐擦傷性に優れたものとなる。
 a及びzの値は、(a1)の1H-NMRスペクトルを測定し、水素原子の積分比から求めることができる。
 又、1分子中のP、R0及びR3はそれぞれ、2種以上の異なる基を含んでいても良い。すなわち、式(1)における(P-SiO3/21-a単位、(P-Si(R0)O2/2a単位及び、(O1/23)単位の各単位はそれぞれ、1分子中に異なる2種以上の単位を有していても良い。又、1分子中における(P-SiO3/21-a単位のPと、(P-Si(R0)O2/2a単位のPとは、同じであっても、異なっていても良い。
 又、1分子中のR0とR3とはそれぞれ、同一の基であっても、異なる基であっても良い。
 (a1)の重量平均分子量としては、400~1万が好ましく、より好ましくは500~5,000である。
 なお、本発明において、重量平均分子量とは、ゲル・パーミエーションクロマトグラフィーにより測定した分子量をポリスチレン換算した値である。
 (a1)としては、下記一般式(3)で表される化合物が好ましい。

 (P’-SiO3/2)(O1/23’)z  ・・・(3)
 但し、一般式(3)において、P’は下記一般式(4)で表される基を表し、R3’は炭素数1~8の一価の有機基又は水素原子を表し、zは正の数を表し、0.1≦z≦2である。
 上記一般式(3)で表される構成単位を含有するものとしては、重量平均分子量500~5,000であるものが最も好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 一般式(4)において、R4及びR5は、一方が水素原子で他方が炭素数1~6のアルキル基であるか、両方が炭素数1~6のアルキル基であるか、又は一つとなって6員環を形成する飽和炭化水素基であることを表し、R6は炭素数2~6の二価の飽和炭化水素基を表す。
 R4及びR5としては、一方が水素原子で他方が炭素数1~6のアルキル基、又は一つとなって6員環を形成する飽和炭化水素基であることが、組成物の硬化性に優れ、硬化物が耐擦傷性に優れる点でより好ましい。
 R4及びR5としては、一方が水素原子で他方が炭素数1~6のアルキル基であることが特に好ましい。
 R4及びR5おいて、炭素数1~6のアルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が、組成物の硬化性に優れる点でより好ましい。
 R6は炭素数2~6の二価の飽和炭化水素基を表し、直鎖状でも、分岐を有していても良い。炭素数2~6の直鎖状飽和炭化水素基としては、エチレン基、1,3-プロピレン基、1,4-ブチレン基、1,5-ペンタンジイル基、1,6-ヘキサンジイル基等が例示できる。炭素数2~6の分岐状アルキレン基としては、1,2-プロピレン基、1,2-ブチレン基、1,3-ブチレン基、2,3-ブチレン基、1,3-ペンタンジイル基、2,4-ペンタンジイル基、2,5-ヘキサンジイル基、2-メチル-1,3-プロピレン基、2-エチル-1,3-プロピレン基、3-メチル-1,5-ペンタンジイル基等が例示できる。
 R6としては、炭素数3~6の直鎖状二価の飽和炭化水素基が特に好ましい。
 一般式(3)において、zは0.1≦z≦2を表す。
 zの範囲は、0.1≦z≦2であり、好ましくは0.6≦z≦2、より好ましくは0.6≦z≦1.5である。zが0.1以上にすることで、コロイダルシリカの表面修飾を十分なものとし、硬化物が耐擦傷性に優れたものとなる。
 前記の通り、zの値は、(a1)の1H-NMRスペクトルを測定し、水素原子の積分比から求めることができる。
 尚、1分子中のP及びR3は、それぞれ2種以上の異なる基を含んでいても良い。
1-2.(a1)の製造方法
 (a1)の製造方法としては、種々の手段が採用できる。
 以下においては、まず、一般式(1)においてa=0の場合について好ましい製造方法を説明した後、a≠0の場合について説明する。
1-2-1.a=0の場合
 前記式(1)においてa=0である化合物、即ち下記一般式(1)’の化合物の好ましい製造方法について説明する。

 (P-SiO3/2)(O1/23z  ・・・(1)’

 この場合の好ましい製造方法としては、下記一般式(11)で表される二重結合を有するカルボン酸無水物に、有機溶媒の存在下で、下記一般式(12)で表されるアミノアルキルトリアルコキシシランを付加させてアミック酸とした後、加熱により閉環させてマレイミド基とし、閉環反応で発生する水をアルコキシ基の加水分解反応で消費させる方法が挙げられる。
 この方法は、容易に入手可能な原料を用いて、(a1)を簡単に製造することができるという点で、特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 式(11)において、R1及びR2は、前記と同義である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 式(12)において、R及びR3は、前記と同義である。
 R及びR3の好ましい例も前記と同様であり、特に、Rとしては、R6(炭素数2~6の二価の飽和炭化水素基)である場合が好ましい。
 以下、この反応についてもう少し詳しく説明する。
 まず、二重結合を有するカルボン酸無水物に、アミノアルキルトリアルコキシシランのアミノ基が付加してアミック酸(以下、AMAという。)が生成する〔反応式(1)〕。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 次に、AMAを含む溶液を加熱すると、閉環反応が進行して、マレイミド基が生成する。このとき、同時に水が生成するため、アルコキシ基が加水分解し、次いで縮合反応が進行する〔反応式(2)〕。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 ここで、zの値は、閉環反応が完全で、発生した水が全てアルコキシシランの加水分解縮合反応に消費された場合、1となる。
 上記製造方法において、有機溶媒としては、AMAを溶解し、かつ原料と反応しないものが好ましい。具体的には、トルエン、キシレン等の芳香族化合物が好ましい。しかし、酸無水物とアミノ基との反応は非常に速いため、アルコールやエステル等の極性溶媒も使用することができる。
 閉環反応の温度としては、70~150℃の範囲が好ましい。
 有機溶媒として水を殆ど溶解しない化合物、例えば芳香族化合物を使用する場合、反応終了後、脱溶媒することが好ましい。二重結合を有するカルボン酸無水物とアミノアルキルトリアルコキシシランとの割合としては、等モルが好ましい。二重結合を有するカルボン酸無水物及びアミノアルキルトリアルコキシシランとしては、それぞれ複数種を併用することもできる。
 上記反応中、原料又は生成物のマレイミド基の重合を防止する目的で、重合禁止剤を使用することが好ましく、さらには空気等の含酸素ガスを反応液に導入することが好ましい。
 重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、tert-ブチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2,4,6-トリ-tert-ブチルフェノール、ベンゾキノン、フェノチアジン、N-ニトロソフェニルヒドロキシルアミン、N-ニトロソフェニルヒドロキシルアミンのアンモニウム塩、N-ニトロソフェニルヒドロキシルアミンのアルミニウム塩、ジブチルジチオカルバミン酸銅、塩化銅、硫酸銅等が挙げられる。
1-2-2.a≠0の場合
 次に、前記式(1)においてa≠1である化合物の好ましい製造方法について説明する。
 この場合も前記と同様の製造方法が好ましく、前記一般式(11)で表される二重結合を有するカルボン酸無水物に、有機溶媒の存在下で、前記一般式(12)で表されるアミノアルキルトリアルコキシシランと下記一般式(13)で表されるアミノアルキルジアルコキシシランとを付加させてアミック酸とした後、加熱により閉環させてマレイミド基とし、閉環反応で発生する水をアルコキシ基の加水分解反応で消費させる方法が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 式(13)において、R、R0及びR3は、前記と同義である。
 R、R0及びR3の好ましい例も前記と同様であり、特に、Rとしては、R6(炭素数2~6の二価の飽和炭化水素基)である場合が好ましい。
 反応方法及び反応条件等は、前記1-2-1.と同様で良い。
2.無機酸化物微粒子(a2)
 無機酸化物微粒子(a2)〔以下、単に(a2)ともいう〕の無機酸化物微粒子において、無機酸化物の種類としては、種々の無機化合物の酸化物や金属の酸化物が使用でき、具体的には、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化バナジウム、酸化セリウム、酸化アンチモン及びインジウムドープ酸化錫等が挙げられる。これらの中でも、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛及び酸化錫が好ましく、無色透明性、耐擦傷性及び価格等に優れる点から、シリカがより好ましい。
 これらの粒子は、1種単独で使用することもでき、又は2種以上を組み合わせて使用することもできる。
 前記の通り、(a2)としてはシリカがより好ましく、シリカは、シリカを主成分とする粒子であれば良く、シリカ以外の他の成分を含んでいても良い。シリカ以外の成分としては、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化硼素、酸化スズ及び酸化リン等の無機酸化物を挙げることができる
 (a2)の平均粒子径としては、透明性と耐擦傷性に優れる点から、1~200nmの範囲が好ましく、より好ましくは1~100nm、特に好ましくは5~50nmである。平均粒子径を1nm以上とすることで、取扱や混合分散が容易になり、一方200nm以下とすることで、組成物に混合分散させた場合でも沈降せず、組成物やその硬化物の透明性が低下することがない。
 尚、本発明において平均粒子径とは、BET法により測定された比表面積に基づく値をいう。
 (a2)の比表面積は、15~3000m2/gの範囲内の値とするのが好ましく、より好ましくは30~3000m2/gである。粒子の比表面積を15m2/g以上とすることで組成物に混合分散させた場合に沈降することなく、組成物やその硬化物の透明性が低下することがなく、一方、粒子の比表面積を3000m2/g以下とすることで、取扱いや混合分散が容易となる。
 (a2)の粒子の形状も特に制限されるものではないが、球状、中空状、多孔質状、棒状、板状、繊維状もしくは不定形状の群から選ばれる少なくとも一つの形状であることが好ましい。但し、分散性がより良好な観点から、球状粒子を使用することがより好ましい。
 (a2)成分の粒子の使用状態は特に制限されるものではないが、例えば、乾燥状態で使用することができ、又水若しくは有機溶剤に分散した状態で使用することもできる。
 本願発明では、分散溶媒を用いて、微粒子状のシリカ粒子を分散させた状態の液、即ちコロイダルシリカが、特に透明性を追求する目的においては好ましい。
 ここで、分散溶媒が有機溶剤の場合、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ブタノール、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プロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン及びジメチルホルムアミド等を使用することができる。これらの中でも、メタノール及びイソプロピルアルコール等のアルコール、並びにメチルエチルケトン等のケトンが好ましい。又、これらの有機溶剤と相溶するこれら以外の有機溶剤又は水との混合物として用いてもよい。
3.反応生成物(A)
 本発明における反応生成物(A)は、前記マレイミドアルコキシシラン(a1)と無機酸化物微粒子(a2)を、水及び有機溶媒の存在下で反応させて得られる生成物である。尚、本発明において反応生成物(A)とは、反応で使用した水及び有機溶媒を除いた生成物自体を意味する。
 (a1)や(a2)としては、複数種類の化合物、縮合物、及び微粒子が含まれていても良い。又、この反応生成物(A)には、前記一般式(2)で表されるマレイミド基で表面修飾された無機酸化物微粒子だけでなく、無機酸化物微粒子を含まないマレイミドアルコキシシラン(a1)の加水分解縮合物が含まれていてもよく、それらを含めて反応生成物(A)と定義する。
 反応生成物(A)を得るための、(a1)と(a2)の仕込み量比は、特に限定されるものではないが、(a1)の100重量部に対し、(a2)が1~1000重量部であることが好ましく、より好ましくは5~500重量部、さらに好ましくは10~200重量部である。
 (a1)100重量部に対する(a2)の仕込み部数を1~1000重量部とすることで、耐擦傷性を良好なものにすることができる。
 反応系に仕込む水の量は、アルコキシ基1モルに対し、1~30モルであることが好ましく、1~15モルであることがより好ましく、2~10モルであることがさらに好ましい。水の仕込み量をアルコキシ基1モルに対して1~30モルとすることで、無機酸化物微粒子の表面を効果的に修飾することができる。
 有機溶媒としては、(a1)を溶解するものが好ましい。尚、1種類では(a1)を溶解させることができない溶媒を2種類以上混合し、溶解させることも好ましい。又、反応系中の水を溶解することが好ましい。さらに、(a2)が均一透明なコロイド溶液である場合、無機酸化物微粒子同士が凝集しない溶媒を選択することが好ましい。
 有機溶媒の好ましい具体例としては、プロピ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メチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ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エチルエーテル、ダイアセトンアルコール、プロピレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、N-メチルピロリドン等が挙げられる。
 反応生成物(A)を得るための反応温度は、触媒の有無や加圧の有無によって異なるが、0~200℃の範囲が好ましく、より好ましくは20~180℃、さらに好ましくは40~160℃、特に好ましくは60~140℃である。
 反応終了後、反応系中に含まれる水は、加熱や減圧等によって留去することが好ましい。このとき、水よりも高沸点の有機溶媒を加えることが好ましい。
 反応生成物(A)は、無触媒で製造することができるが、酸触媒やアルカリ触媒を加えてもよい。
 酸触媒の具体例としては、酢酸、塩酸、硫酸、p-トルエンスルホン酸及びメタンスルホン酸等を挙げることができる。
 アルカリ触媒の具体例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及びテトラメチルアンモニウムヒドロキシド等を挙げることができる。但し、触媒なしに得られた反応生成物(A)は、触媒を原因とする硬化物の物性低下という問題がないため、好ましいものとなる。
 反応では、原料又は生成物のマレイミド基の重合を防止する目的で、重合禁止剤を使用することが好ましく、さらには空気等の含酸素ガスを反応液に導入してもよい。
 重合禁止剤の具体例としては、前記1-2.で挙げたものと同様の化合物等が挙げられる。
 反応生成物(A)には、マレイミドアルコキシシラン(a1)と異なる加水分解性シラン化合物が共縮合した縮合物が含まれていてもよい。又、マレイミドアルコキシシラン(a1)だけでなく、これとは異なる加水分解性シラン化合物でも表面修飾された無機酸化物微粒子が含まれていてもよい。
 (a1)と異なる加水分解性シラン化合物の具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、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、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシ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、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートロ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、p-スチリルトリメトキシシラン、p-スチリルトリエトキシシラン、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トリエトキシシラン、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、2-(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、3-〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕プロピルトリメトキシシラン、3-〔(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ〕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、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、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、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、テトラクロロシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン等が挙げられる。
 これらの中でも、得られる硬化物が耐候性に優れる点で、芳香族基を有さないシラン化合物が好ましい。さらに、好ましい化合物は、アルキルトリアルコキシシランや、反応性基を有する(メタ)アクリロイルオキシ基を有するシラン化合物、エポキシ基を有するシラン化合物及びオキセタニル基を有するシラン化合物等が好ましい。
3.硬化型組成物
 本発明は、前記した反応生成物(A)を含む硬化型組成物に関する。
 本発明の組成物は、熱硬化型組成物として使用することも、活性エネルギー線硬化型組成物として使用することもできる。
 反応生成物(A)は、マレイミド基を有するため、活性エネルギー線の照射により、光重合開始剤を配合しないか又は少量の配合で、優れた硬化性を有するものであり、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好適に使用することができる。
 本発明の組成物には、目的に応じて種々の化合物を配合することができる。
 その具体例としては、1分子中に合計2個以上の(メタ)アクリロイル基及び/又はマレイミド基を有する、反応生成物(A)以外の化合物が挙げられる。
 当該化合物の例としては、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物〔以下、多官能(メタ)アクリレートという〕、2個以上のマレイミド基を有する化合物(以下、多官能マレイミド化合物という)、及び、1個以上の(メタ)アクリロイル基と1個以上のマレイミド基とを有する化合物(以下、マレイミド(メタ)アクリレートという〕を挙げることができる。
 又、1分子中に合計2個以上の(メタ)アクリロイル基及び/又はマレイミド基を有する、反応生成物(A)以外の化合物における(メタ)アクリロイル基及びマレイミド基の総数は、2~10個であることが好ましく、3~10個であることがより好ましく、3~6個であることがさらに好ましい。
 多官能(メタ)アクリレートとしては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
 ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFのアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールZのアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールSのアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、チオビスフェノールのアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFのジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールZのジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールSのジ(メタ)アクリレート、チオビスフェノールのジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(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、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(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、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリンのアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ダイマー酸ジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメチロールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンのアルキレンオキサイド付加物のトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールのトリ及びテトラアクリレート、ペンタエリスリトールのアルキレンオキサイド付加物のトリ及びテトラアクリレート、イソシアヌル酸のアルキレンオキサイド付加物のトリアクリレート、ε-カプロラクトン変性トリス((メタ)アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ及びペンタアクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、末端に(メタ)アクリロイル基を有するシリコーン樹脂等が挙げられる。
 ポリエステル(メタ)アクリレートとしては、ポリエステルポリオールと(メタ)アクリル酸との脱水縮合物が挙げられる。ポリエステルポリオールとしては、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、シクロヘキサンジメチロール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,6-ヘキサンジオール、及びトリメチロールプロパン等の低分子量ポリオール、並びにこれらのアルキレンオキシド付加物等のポリオールと、アジピン酸、コハク酸、フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸及びテレフタル酸等の二塩基酸又はその無水物等の酸成分とからの反応物等が挙げられる。
 エポキシ(メタ)アクリレートとしては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の(メタ)アクリル酸付加物、水素添加ビスフェノールA型エポキシ樹脂の(メタ)アクリル酸付加物、フェノール又はクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の(メタ)アクリル酸付加物、ビフェニル型エポキシ樹脂の(メタ)アクリル酸付加物、ポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルのジグリシジルエーテルの(メタ)アクリル酸付加物、ポリブタジエンのジグリシジルエーテルの(メタ)アクリル酸付加物、ポリブタジエン内部エポキシ化物の(メタ)アクリル酸付加物、エポキシ基を有するシリコーン樹脂の(メタ)アクリル酸付加物、リモネンジオキサイドの(メタ)アクリル酸付加物、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の(メタ)アクリル酸付加物等が挙げられる。
 ウレタン(メタ)アクリレートとしては、有機ポリイソシアネートとヒドロキシル基含有(メタ)アクリレートを付加反応させた化合物や、有機ポリイソシアネートとポリオールとヒドロキシル基含有(メタ)アクリレートを付加反応させた化合物が挙げられる。
 ここで、ポリオールとしては、低分子量ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール等が挙げられる。
 低分子量ポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメチロール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、及びグリセリン等が挙げられる。
 ポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコールやポリテトラメチレングリコール等が挙げられる。
 ポリエステルポリオールとしては、これら低分子量ポリオール及び/又はポリエーテルポリオールと、アジピン酸、コハク酸、フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸及びテレフタル酸等の二塩基酸又はその無水物等の酸成分との反応物が挙げられる。
 有機ポリイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタ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、ヘキサメチレンジイソシアネート、及びイソホロンジイソシアネート等が挙げられる。
 ヒドロキシル基含有(メタ)アクリレートとしては、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、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートや、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸のアルキレンオキサイド3モル付加物のジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等のヒドロキシル基含有多官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。
 多官能(メタ)アクリレートのうち、組成物をハードコート用途に使用する場合においては、3個以上のアクリロイル基を有する化合物が、耐擦傷性に優れるため好ましい。
 より好ましい例としては、ジペンタエリスリトールヘキサ及びペンタアクリレート、イソシアヌル酸のエチレンオキサイド3モル付加物のトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリ及びテトラアクリレート、イソシアヌル酸のエチレンオキサイド3モル付加物のジアクリレートとヘキサメチレンジイソシアネートの付加反応生成物であるウレタンアクリレート、イソシアヌル酸のエチレンオキサイド3モル付加物のジアクリレートとイソホロンジイソシアネートの付加反応生成物であるウレタンアクリレート、イソシアヌル酸のエチレンオキサイド3モル付加物のジアクリレートとトリレンジイソシアネートの付加反応生成物であるウレタンアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートとヘキサメチレンジイソシアネートの付加反応生成物であるウレタンアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートとイソホロンジイソシアネートの付加反応生成物であるウレタンアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートとトリレンジイソシアネートの付加反応生成物であるウレタンアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとヘキサメチレンジイソシアネートの付加反応生成物であるウレタンアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとイソホロンジイソシアネートの付加反応生成物であるウレタンアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートとトリレンジイソシアネートの付加反応生成物であるウレタンアクリレート等が挙げられる。
 多官能マレイミド化合物としては、反応生成物(A)に含まれないマレイミド基を有する化合物であれば種々の化合物が使用可能である。この場合のマレイミド基としては、前記式(2)におけるマレイミド基と同様の基が好ましい。
 多官能マレイミド化合物としては、例えば、N-(2-ヒドロキシエチル)シトラコンイミドをヘキサメチレンジイソシアネートに付加させたウレタン化合物、N-(2-ヒドロキシエチル)シトラコンイミドをイソホロンジイソシアネートに付加させたウレタン化合物、N-(2-ヒドロキシエチル)シトラコンイミドとポリエステルジオール等のジオールとイソホロンジイソシアネートとを付加反応させたウレタン化合物、2個のマレイミド基を有する化合物である大日本インキ(株)製のMIA-200等が挙げられる。
 マレイミド(メタ)アクリレートの具体例としては、N-(2-(メタ)アクリロキシエチル)テトラヒドロフタルイミド等が挙げられる。
 本発明の組成物には、無溶剤で使用する場合に粘度を低下させる目的や、被着体との密着性を高める目的等で、1分子中に1個の不飽和基を有する化合物を加えても良い。
 不飽和基としては、(メタ)アクリロイル基、マレイミド基、アミド基及びビニル基が好ましい。
 具体例としては、(メタ)アクリル酸、アクリル酸のマイケル付加型のダイマー、ω-カルボキシ-ポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、フタル酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、フェノールのアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリレート、アルキルフェノールのアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、tert-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、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、4-ヒドロキシブチルアクリレート、パラクミルフェノールのアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリレート、オルトフェニルフェノール(メタ)アクリレート、オルトフェニルフェノールのアルキレンオキサイド付加物の(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、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカンメチロール(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、N-(2-(メタ)アクリロキシエチル)ヘキサヒドロフタルイミド、N-(2-ヒドロキシエチル)シトラコンイミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、アクリロイルモルフォリン、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム等が挙げられる。
 本発明の組成物は、ハードコート等のように薄膜でコーティングされる場合、有機溶剤(以下、単に溶剤ともいう)を含むことが好ましい。
 溶剤の種類は特に限定するものではないが、反応生成物(A)及びその他の成分を溶解する溶剤を選択することが好ましい。
 溶剤としては、エタノール及びイソプロパノール等のアルコール;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;ダイアセトンアルコール等のアセトンアルコール;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;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;ジブチルエーテル等のエーテル;並びにN-メチルピロリドン等が挙げられる。
 溶剤としては、反応生成物(A)製造時の溶剤をそのまま組成物の溶剤に使用する方法が、製造コストを低減できるという長所があり好ましい。
 但し、本発明の組成物において、溶剤は必須ではなく、ハードコート性能が要求されない場合には、低粘度のモノマーで希釈して無溶剤系の組成物とすることもできる。
 本発明の組成物には、安価な成分で硬化収縮率を低減させる目的等で、有機ポリマーを配合することもできる。好適なポリマーとしては、(メタ)アクリル系ポリマーが挙げられ、好適な構成モノマーとしては、メチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、N-(2-(メタ)アクリロキシエチル)テトラヒドロフタルイミド等が挙げられる。
 本発明の組成物には、保存安定性や熱安定性を高める目的で、ラジカル重合禁止剤や、酸化防止剤を添加してもよい。
 ラジカル重合禁止剤の具体例としては、前記した反応生成物(A)の製造で示した化合物が挙げられる。
 酸化防止剤の具体例としては、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノールや、ペンタエリスリトールテトラキス(3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート)等のヒンダードフェノール系酸化防止剤が挙げられる。又、4,6-ビス(オクチルチオメチル)-O-クレゾール等のイオウ系二次酸化防止剤や、リン系二次酸化防止剤等を併用して添加してもよい。
 本発明の組成物には、塗布時のレベリング性を高める目的等のため、レベリング剤を添加しても良い。レベリング剤としては、シリコーン系ポリマー、フッ素原子含有ポリマー等、種々の物質を使用することができる。
 本発明の組成物には、UV耐性や耐候性を高める目的で、紫外線吸収剤や光安定剤を配合することができる。好適な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-トリアジン等のヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤や、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)フェノール等のベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、酸化チタン微粒子や酸化亜鉛微粒子等の紫外線を吸収する無機微粒子等が挙げられる。又、好適な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)セバケート等のヒンダードアミン系光安定剤等が挙げられる。
 本発明の組成物には、ラジカル重合性化合物の他に、エポキシ樹脂やオキセタン樹脂等の、カチオン硬化性のモノマーやオリゴマーを配合してもよい。この場合、光や熱により酸を発生する物質や、熱潜在性の硬化触媒を添加しておく事が好ましい。
 本発明の組成物には、この他にも、必要に応じて、シリカやアルミナ等の各種フィラー、金属微粒子、顔料等を配合してもよい。
 尚、本発明において「微粒子」とは、平均粒径が1~200nmの粒子であることが好ましい。
 本発明の組成物を熱硬化させる場合には、有機過酸化物やアゾ系化合物等の熱ラジカル重合開始剤を配合することが好ましい。
 4.活性エネルギー線硬化型組成物
 本発明の組成物は、前記した通り、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。
 この場合には、硬化速度を高めたり、基材との密着性を高めたりする目的等で、光増感剤や光重合開始剤を添加しても良い。
 好適な光増感剤としては、ジエチルチオキサントンやジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン系化合物や、アセトフェノン、ベンゾフェノン等が挙げられる。
 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する場合、前記した通り、光重合開始剤を添加することなく硬化させることが可能であるが、硬化速度を高める目的等で、光重合開始剤を添加することもできる。
 光重合開始剤の具体例としては、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。
 活性エネルギー線の具体例としては、電子線、紫外線、可視光等が挙げられるが、紫外線が特に好ましい。
 紫外線照射装置としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、UV無電極ランプ、LED等が挙げられる。
 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100~5,000mJ/cm2が好ましく、500~3,000mJ/cm2がより好ましい。
5.用途
 本発明の組成物は、種々の用途に使用することが可能である。例えば、コーティング剤及び接着剤等を挙げることができる。
 活性エネルギー線硬化型組成物としては、これらの用途に加え、光導波路のクラッド材、電気配線の絶縁被覆材及びフォトレジストにも使用することができる。
 適用できる基材としては、様々な材料に使用することが可能であり、プラスチック等のポリマー、ガラス、金属、セラミックス、金属酸化物の蒸着膜、シリコン及び木材等が挙げられる。
 本発明の組成物は、コーティング剤として好ましく使用することができ、ポリマー材料のハードコート及び木工用塗料等に好適に使用することができる。
 ポリマーの具体例としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、メチルメタクリレート-スチレン共重合樹脂(MS樹脂)、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、トリアセチルセルロース、ポリエーテルサルホン、ポリアミド、ポリイミド、ユリア・メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリ乳酸、液晶ポリマー等が挙げられる。ポリマーが難接着性である場合は、密着性を高めるために、コロナ処理等の易接着処理をすることが好ましい。
 本発明の組成物をハードコートに使用する場合には、テトラエトキシシランやテトライソプロポキシチタン等の金属アルコキシドを配合してもよい。ここで、加水分解反応を効果的にするために、光酸発生剤や光塩基発生剤を配合してもよい。
 本発明の組成物の最も好ましい使用形態は、活性エネルギー線硬化型ハードコート用組成物である。この場合、硬化塗膜の耐擦傷性や塗工性の点で溶剤を含む組成物が好ましい。溶剤の具体例としては、硬化型組成物の項で記載した通りである。組成物中の溶剤の割合としては、10~90重量%が好ましい。
 ハードコートの製造方法としては常法に従えば良く、例えば、基材に組成物を塗布して加熱乾燥させた後、活性エネルギー線を照射させて硬化させる方法等が挙げられる。
 この場合の塗工条件及び加熱乾燥条件は、常法に従えば良い。活性エネルギー線照射は、前記した好ましい条件に従えば良い。
 活性エネルギー線硬化型ハードコート用組成物は、液晶ディスプレイやプロジェクションテレビ等に使用される光学シートのハードコートや、メガネレンズ、ゴーグル、オートバイのヘルメットの前面板等の視界に関わるプラスチック製品のハードコートに好適に使用することができる。又、携帯電話等のモバイル製品や家電製品等の筐体へのハードコートとしても好適に使用することができる。
 プラスチック以外の基材に対しても、例えば床材や家具等の木製製品のハードコートや、自動車、自転車、電車等の車両用塗料など、様々な用途に使用することができる。
 本発明の組成物をコーティング剤として使用する場合、本発明は、基材の表面に、本発明の組成物の硬化膜を形成してなる物品にも関する。
 この場合の基材の具体例及び好ましい例としては、前記と同様のものが挙げられる。
 硬化膜の形成方法としては、常法に従えば良く、基材に組成物を塗布した後、熱硬化型組成物の場合には加熱し、活性エネルギー線硬化型組成物の場合には、活性エネルギー線を照射する方法等が挙げられる。
 この場合の組成物の塗布方法、加熱条件及び活性エネルギー線の照射条件等は、常法に従えば良い。
 以下に、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。尚、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。
 又、以下において「部」とは、重量部を意味し、「%」とは重量%を意味する。
(合成例1〔マレイミドアルコキシシラン(a1)の製造〕)
 撹拌器を備えた1Lセパラブルフラスコに、トルエン266.4g、無水シトラコン酸89.6g(0.80mol)及びハイドロキノンモノメチルエーテル(以下、MQともいう)0.19gを仕込み、室温で撹拌しながら、3-アミノプロピルトリエトキシシラン176.8g(0.80mol)を滴下した。滴下終了後、エタノールが留出するまで昇温し、次いで反応液を100~105℃の範囲に保ちながら4時間反応させた。反応終了後、フラスコを80℃のオイルバスで加熱しながらトルエンやエタノール等の低沸点成分を減圧留去し、マレイミドアルコキシシラン(a1)を合成した。
 得られた(a1)の構造は、1H-NMRスペクトルより、前記一般式(1)及び一般式(2)において、R1がメチル基、R2が水素原子、Rがトリメチレン基、R3がエチル基、a=0及びzが1の化合物であることを確認した。又、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCともいう)(溶媒:テトラヒドロフラン)により、縮合により高分子量化した成分と、縮合の度合いが小さいか若しくは縮合していない低分子量成分の混合物であることが確認された。
(実施例1〔反応生成物(A)の合成〕)
 まず、合成例1で得られたマレイミドアルコキシシラン(a1)をプロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、PGMともいう)に50%の濃度で溶解し、微量の白色残渣を濾別して淡黄色透明な溶液を得た。
 撹拌器及び冷却管を備えた300mLセパラブルフラスコに、この溶液50g、MQ0.01g及び水7.2gを仕込み、室温で攪拌溶解した後、コロイダルシリカ〔日産化学(株)製コロイダルシリカIPA-ST、平均粒子径:10~15nm(BET法により測定した値)、固形分30%、イソプロピルアルコール70%含有〕33gを仕込んだ。この反応液を80℃で4時間反応させた後、不揮発分が約50%となるまでイソプロピルアルコールや水等を留去した。次いで、PGM50gを加え、反応系中に残存する水とともに留去して不揮発分を約50%にする操作を3回繰り返すことで、反応系中の水を留去し、本発明における反応生成物(A)を合成した。
 反応後の溶液の不揮発分は59%であった。1H-NMRスペクトルより、マレイミド環の加水分解等の分解反応が起こっていないことを確認した。GPCより、(a1)に存在したポリスチレン換算の数平均分子量332及び594のピークが消失したことが確認された。
 以後、ここで得られた反応終了後の溶液のうち、溶剤を除いた成分を反応生成物(A)とし、CCS-1と記載する。
 分析のため、反応生成物(A)を80重量倍のアセトニトリルに投入してシリカを凝集沈殿させ、遠心分離、デカンテーション、アセトニトリルによる洗浄、遠心分離を行い、沈殿物を80℃で30分間乾燥させた。この沈殿物の赤外吸収スペクトルを測定した結果、シリカのピークとともに、マレイミド基由来のピークが明瞭に観測され、マレイミド基によるコロイダルシリカの表面修飾が確認された。又、このシリカ成分の有機分を、室温から1000℃までの熱重量分析の重量減により見積もった結果、有機分は11%であった。
(実施例2~実施例4、比較例1~比較例3)
<活性エネルギー線硬化型組成物の製造>
 表1に示す成分を常法により撹拌、溶解させ、活性エネルギー線硬化型組成物を製造した。尚、表1における各数値の単位は、重量部である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 尚、表1の略称は、以下を意味する。
・CCS-1:実施例1で得た反応生成物(A)。但し溶剤であるPGMを除く。
・M-402:ジペンタエリスリトールペンタ及びヘキサアクリレートを主成分とする多官能アクリレート。東亞合成(株)製アロニックスM-402。
・コロイダルシリカ:日産化学工業(株)製オルガノシリカゾルIPA-ST(イソプロピルアルコール70%)に含まれるシリカ成分。
・DETX:2,4-ジエチルチオキサントン、日本化薬(株)製カヤキュアDETX-S。
・PGM:プロピレングリコールモノメチルエーテル。
・IPA:イソプロピルアルコール。
 表1において、CCS-1の部数は、実施例1における反応生成物(A)の重量部数、即ち溶剤であるPGMを除いた部数を表すが、実際の配合では、PGM溶液のまま配合に使用した。又、表1におけるPGMの部数は、CCS-1とともに持ち込まれるPGMを合計した値を表す。
<ハードコート処理の方法>
 基材としては、日本ゼオン(株)製のシクロオレフィンポリマー(ZEONOR-1420、厚さ0.20mm)をコロナ処理したもの(以後、C-Zeoと略す。)、及び、(株)エンジニアリングテストサービスより入手したポリカーボネート板〔原材料は三菱エンジニアリングプラスチック(株)製ユーピロンシートNF-2000、厚さ1.0mm、以後、PCと略す。)を使用した。基材の大きさは、C-ZeoはA4サイズ、PCは10cm×10cmとした。
 これらの基材に、表1に示す組成物を、乾燥後の塗膜厚さが7μmとなるようにバーコータで塗布し、100℃の熱風乾燥機で5分間乾燥した後、すぐに紫外線照射を行ってハードコート硬化膜を作成した。
 紫外線照射は、フュージョン・ユーブイ・システムズ・ジャパン(株)製の無電極ランプ(Hバルブ)を使用し、ランプ高さは集光ミラーの焦点距離(10cm)とし、コンベア速度10m/分で6パス照射した。1パス当りの照射エネルギーは、EIT社製のUV POWER PUCKのUV-A領域で、500mJ/cm2であった(合計3000mJ/cm2)。
 得られた硬化膜(以下、試験体という)について、以下に示す方法で評価した。尚、試験体の括弧書は使用した基材を意味する。
<評価方法>
(硬化後の臭気)
 紫外線照射直後の試験体(C-Zeo)の臭気を確認し、試験体(C-Zeo)から臭気が発生していなかったものを○、臭気が少し感じられたものを△、臭気が発生していたものを×と評価した。
(平滑性)
 試験体(C-Zeo、PC)において、目視で硬化塗膜が平滑なものを○、少し塗布ムラのあるものを△、ハジキがあるものを×と評価した。
(目視透明性)
 試験体(C-Zeo、PC)において、目視で濁りが全くないものを○、僅かに濁りのあるものを△、明らかに濁ったものを×と評価した。
(反り)
 試験体(C-Zeo)を10cm×10cmサイズに切り出し、23℃50%R.H.の環境下に1週間静置した。これを、ハードコート面を上にして平滑なガラス板上に置き、四隅の浮き上がった高さを測定して平均値(mm)を算出した。ここで、反対側に反った場合には、ハードコート面を下にして同様に高さを測定し、マイナス記号を付けて表中に平均値を記載した。
(切粉)
 試験体(C-Zeo)をカッターで切断した際に発生した粉(切粉)の度合いを目視で判断し、以下のように評価した。
○:切粉が全くない
△:切粉が少し発生
×:切粉が多く発生
(耐擦傷性)
 2cm×2cmのスチールウール#0000の上に1kgの荷重をかけながら、試験体(C-Zeo、PC)のハードコート面を50往復させ、傷の状況を目視で判断して以下のように評価した。
◎:傷が全くない
○:傷が数本ある
△:傷が多数あるがヘイズは5%未満
×:白化してヘイズが5%以上
 尚、ハードコート処理しないC-Zeoでは、白化してヘイズが25%となった。
(密着性)
 JIS K5400に従い、試験体(C-Zeo、PC)のハードコート面にカッターで縦横11本の1mm間隔の切り込みを入れて100個の碁盤目を作成し、ニチバン(株)製のセロテープ(登録商標)を圧着させて剥がし、残った膜の面積%により以下のように評価した。
○:残膜率100%
△:残膜率85~99%
×:残膜率5~84%
××:残膜率0~4%
(UV耐性)
 試験体(PC)に対し、アイグラフィックス(株)製の80W/cm高圧水銀ランプ(平行光ミラー付き、ランプ高さ30cm)により紫外線を5分間連続的に照射した後、一旦室温に冷まし、再度5分間連続的に照射した。
 尚、この時の照射強度は、EIT社のUV POWER PUCKによる測定値で、UV-Aが146mW/cm2、UV-Bが91mW/cm2、UV-Cが18mW/cm2、UV-Vが55mW/cm2であった(UV-Aでの積算光量は87,600mJ/cm2)。
 この紫外線照射の後、硬化膜の様子を目視観察し、以下のように評価した。
○:塗膜にヒビワレが全くみられない
△:塗膜にヒビワレが少し発生
×:塗膜にヒビワレが多数発生
<評価結果>
 評価結果を表2に示す。表2は、以下のことを示している。
 実施例2の組成物は、耐擦傷性が良好であるうえ、反りや切粉が全く発生せず、透明性、基材への密着性及びUV耐性も良好であった。
 実施例3及び実施例4の組成物は、フィルム切断時に切粉が少し発生したものの、耐擦傷性が非常に良好であり、反りはなく、透明性、基材への密着性及びUV耐性も良好であった。尚、光開始剤や増感剤を配合していない実施例3の組成物は、硬化後の臭気も感じられないものであった。
 これらに対して、比較例1の組成物は、反りや切粉の発生が顕著であり、UV耐性も不十分であった。又、比較例2および比較例3の組成物は、比較例1に比べて反りは低減されているものの、切粉の発生が多く、UV耐性も不十分であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
 本発明の硬化型組成物は、活性エネルギー線硬化型組成物として好適に使用することができ、ハードコート用活性エネルギー線硬化型組成物として特に好適に使用することができる。

Claims (12)

  1.  下記一般式(1)で表されるアルコキシシラン化合物(a1)と無機酸化物微粒子(a2)を、水及び有機溶媒の存在下で反応させて得られる反応生成物(A)を含有する硬化型組成物。
     (P-SiO3/21-a(P-Si(R0)O2/2a(O1/23z  ・・・(1)

     但し、一般式(1)において、Pは下記一般式(2)で表される基を表し、R3は水素原子又は一価の有機基を表し、R0は一価の有機基を表し、aは0又は正の数で0≦a<1を満たし、zは正の数で0.1≦z≦2の条件を満たし、1分子中のP、R0及びR3はそれぞれ、2種以上の異なる基を含んでいても良く、又、1分子中のR0とR3とはそれぞれ、同一の基であっても異なる基であっても良い。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     一般式(2)において、R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基若しくはアリール基を表すか、又は、R1及びR2は一つとなって5員環若しくは6員環を形成する炭化水素基を表し、Rは二価の有機基を表す。
  2.  前記一般式(2)において、Rが二価の飽和炭化水素基である請求項1記載の硬化型組成物。
  3.  前記一般式(2)において、R1及びR2の一方が水素原子であり、他方がアルキル基である請求項1又は請求項2に記載の硬化型組成物。
  4.  前記一般式(1)の化合物が、下記一般式(3)で表される化合物である請求項1~請求項3のいずれかに記載の硬化型組成物。

     (P’-SiO3/2)(O1/23’)z  ・・・(3)
     但し、一般式(3)において、P’は下記一般式(4)で表される基を表し、R3’は炭素数1~8の一価の有機基又は水素原子を表し、zは正の数を表し、0.1≦z≦2である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     一般式(4)において、R4及びR5は、一方が水素原子で他方が炭素数1~6のアルキル基であるか、両方が炭素数1~6のアルキル基であるか、又は一つとなって6員環を形成する飽和炭化水素基であることを表し、R6は炭素数2~6の二価の飽和炭化水素基を表す。
  5.  無機酸化物微粒子(a2)が、平均粒子径1~200nmのコロイダルシリカである請求項1~請求項4のいずれかに記載の硬化型組成物。
  6.  請求項1~請求項5のいずれかに記載の組成物からなる活性エネルギー線硬化型組成物。
  7.  1分子中に合計2~10個の(メタ)アクリロイル基及び/又はマレイミド基を有する前記反応生成物(A)以外の化合物をさらに含有する請求項6記載の活性エネルギー線硬化型組成物。
  8.  ハードコート用である請求項6又は請求項7記載の活性エネルギー線硬化型組成物。
  9.  基材の表面に、請求項1~請求項8のいずれかに記載の組成物の硬化膜を形成してなる物品。
  10.  有機溶媒の存在下で、下記一般式(11)で表される二重結合を有するカルボン酸無水物にアミノアルキルトリアルコキシシランを付加させてアミック酸とする工程、
     前記アミック酸を加熱により閉環させてマレイミド基とし、閉環反応で発生する水をアルコキシ基の加水分解縮合反応で消費させ、前記一般式(1)で表されるアルコキシシラン化合物(a1)を得る工程及び
     水及び有機溶媒の存在下に、得られた(a1)と無機酸化物微粒子(a2)を加熱し水を留去する工程を含む
     反応生成物(A)の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
     一般式(11)において、R1及びR2は、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基若しくはアリール基を表すか、又は、R1及びR2は一つとなって5員環若しくは6員環を形成する炭化水素基を表す。
  11.  無機酸化物微粒子(a2)が、平均粒子径1~200nmのコロイダルシリカである請求項10記載の反応生成物(A)の製造方法。
  12.  アルコキシシラン化合物(a1)と無機酸化物微粒子(a2)を、40~140℃で0.5~20時間加熱する請求項10又は請求項11記載の反応生成物(A)の製造方法。
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