JP2013241503A - 多官能ウレタン(メタ)アクリレート、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物及び微細凹凸構造を表面に有する物品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも下記化合物(a1)と化合物(a2)を含む化合物の反応生成物であり、かつ、化合物(a1)1分子と化合物(a2)1分子からなる繰り返し単位1個当たりのアクリル当量が240未満であり、繰り返し単位の平均数が2.0以上である多官能ウレタン(メタ)アクリレートによって、上記課題は解決される:
(a1)脂肪族ジイソシアネート。
(a2)水酸基を2個有する多官能(メタ)アクリレート。
【選択図】図1
Description
(i)微細凹凸構造の反転構造を表面に有するスタンパを用い、熱可塑性樹脂を射出成形又はプレス成形する際に、熱可塑性樹脂に微細凹凸構造を転写する方法。
(ii)微細凹凸構造の反転構造を表面に有するスタンパと基材との間に、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を充填し、活性エネルギー線の照射によって硬化させた後、スタンパを離型して表面に微細凹凸構造を有した硬化物層を形成する方法、又は、前記スタンパと透明基材との間に、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を充填した後、スタンパを離型して活性エネルギー線硬化性樹脂組成物に微細凹凸構造を転写し、その後、活性エネルギー線の照射によって表面に微細凹凸構造を有する活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を硬化させる方法。
(1)ウレタンアクリレート等のアクリレートオリゴマーと離型剤を必須成分とし、ラジカル重合性の官能基を有するアクリル系樹脂と重合開始剤を含む光硬化性樹脂組成物(特許文献1)。
(2)エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレートと、N−ビニルピロリドン等の反応性希釈剤と、光重合開始剤と、フッ素系界面活性剤とを含む光硬化性樹脂組成物(特許文献2)。
(3)トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート、光重合開始剤およびポリエーテル変性シリコーンオイル等のレベリング剤を含む紫外線硬化性樹脂組成物(特許文献3)。
(a1)脂肪族ジイソシアネート。
(a2)水酸基を2個有する多官能(メタ)アクリレート。
本発明の多官能ウレタン(メタ)アクリレートは、化合物(a1)と化合物(a2)から形成される繰り返し単位1個当たりのアクリル当量が240未満である。繰り返し単位1個当たりのアクリル当量が240未満であることで、この多官能ウレタン(メタ)アクリレートを用いて形成された微細凹凸構造を表面に有する物品において、十分な架橋密度を確保して微細凹凸構造の維持に貢献する。具体的には、微細凹凸構造のアスペクト比が高い場合に突起同士が合一する現象を防ぐことができる。
主鎖となるポリマーを先に合成し、後から(メタ)アクリロイル基を導入する方法である。具体的には、つぎのようなものである。
水酸基を有するラジカル重合性モノマーを使用してポリマーを合成し、側鎖の水酸基にイソシアネート化合物を反応させてウレタン結合を形成する。このとき、1分子内に1個のイソシアネート基と少なくとも1個の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(例えば、昭和電工株式会社製のカレンズ(登録商標)シリーズ)を使用することで側鎖に(メタ)アクリロイル基も導入する。
水酸基を有するラジカル重合性モノマーを使用してポリマーを合成し、次に側鎖の水酸基にイソシアネート化合物を反応させてウレタン結合を形成する。ウレタン結合を形成する際に、ジイソシアネート化合物と、水酸基を有する(メタ)アクリレートを同時に反応させることで側鎖に(メタ)アクリロイル基を導入する。
イソシアネート基を有するラジカル重合性モノマー(例えば、昭和電工株式会社製のカレンズ(登録商標)シリーズ)を使用してポリマーを合成し、次に側鎖のイソシアネート基に水酸基を反応させてウレタン結合を形成する。ウレタン結合を形成する際に、水酸基を有する(メタ)アクリレートを使用することで側鎖に(メタ)アクリロイル基も導入する。
ジイソシアネート化合物と、水酸基を2個以上有する(メタ)アクリレートを反応させる。
多官能ウレタン(メタ)アクリレートの必須成分である化合物(a1)は、脂肪族ジイソシアネートである。化合物(a1)として、例えば、ノルボルナンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等を挙げることができる。
多官能ウレタン(メタ)アクリレートのもう一方の必須成分である化合物(a2)は水酸基を2個有する多官能(メタ)アクリレートである。化合物(a2)は、水酸基を2個有することで化合物(a1)と反応させた時に分子量を大きくすることができ、2官能以上、好ましくは、2〜4官能の多官能であることで架橋密度を高めることができる。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物とは、活性エネルギー線を照射することで、重合反応が進行し、硬化する樹脂組成物のことである。
ラジカル重合性成分(X)は、上記多官能ウレタン(メタ)アクリレートを必須成分とし、必要に応じて、その他のラジカル重合性成分(B)を含むものである。なお、以下において、混乱を避けるために、上記多官能ウレタン(メタ)アクリレートを、「多官能ウレタン(メタ)アクリレート(A)」と表すことがある。
その他のラジカル重合性成分(B)は、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の硬化物に種々の機能を付与するために用いる。ラジカル重合性成分(B)によって付与される機能としては、(1)活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の粘度調整、(2)親水・親油、撥水・撥油などの表面特性制御、(3)活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の硬化物の架橋密度調整等が挙げられる。
ペンタエリスリトールトリ・テトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ・ヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート;オキシアルキレン化ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化イソシアヌル酸トリ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化グリセリントリ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート;ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、アルカンジオールジ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化アルカンジオールジ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化水添ビスフェノールA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、オキシアルキレン化ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ジオキサングリコールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、オキシアルキレン化シクロヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、アルキル(メタ)アクリレート(例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、t−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、ラウリル(メタ)アクリレート等)、ベンジル(メタ)アクリレート、脂環構造或いは飽和環状エーテル構造を有する(メタ)アクリレート(例えば、イソボルニル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート等)、アミノ基を有する(メタ)アクリレート(例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等)、水酸基を有する(メタ)アクリレート(例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等)、(メタ)アクリルアミド誘導体(例えば、(メタ)アクリロイルモルホリン、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等)、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルホルムアミド、酢酸ビニルなどが使用可能である。ここで、オキシアルキレン化としては、オキシエチレン化、オキシブチレン化等が挙げられる。また、ラジカル重合性成分(B)は、1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。ここに挙げた(メタ)アクリレート化合物、ビニル化合物以外にも、アリル基やビニルエーテル基を有するラジカル重合性成分を用いることが可能である。
光重合開始剤(D)とは、活性エネルギー線を照射することで開裂し、重合反応を開始させるラジカルを発生する化合物である。活性エネルギー線としては、装置コストや生産性の点から、紫外線が好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、紫外線吸収剤及び/又は酸化防止剤(E)等をさらに含んでもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、界面活性剤、離型剤、滑剤、可塑剤、帯電防止剤、光安定剤、難燃剤、難燃助剤、重合禁止剤、充填剤、シランカップリング剤、着色剤、強化剤、無機フィラー、耐衝撃性改質剤等の公知の添加剤を含んでいてもよい。
本発明の微細凹凸構造を表面に有する物品は、本発明の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、微細凹凸構造の反転構造を表面に有するスタンパと接触、硬化させることによって形成される微細凹凸構造を、表面に有する物品である。
スタンパは、微細凹凸構造を物品の表面に設けるために用いられるものであり、微細凹凸構造の反転構造を表面に有する。
(a)アルミニウム基材を電解液中、定電圧下で陽極酸化してアルミニウム基材の表面に酸化皮膜を形成する工程;
(b)酸化皮膜を除去し、アルミニウム基材の表面に陽極酸化の細孔発生点を形成する工程;
(c)工程(b)の後、アルミニウム基材を電解液中、再度陽極酸化し、細孔発生点に細孔を有する酸化皮膜を形成する工程;
(d)工程(c)の後、細孔の径を拡大させる工程;
(e)工程(d)の後、電解液中、再度陽極酸化して、酸化被膜を肥厚化する工程;及び
(f)工程(d)と工程(e)を繰り返し行い、複数の細孔を有する陽極酸化アルミナがアルミニウム基材の表面に形成されたスタンパを得る工程。
アルミニウム基材10を陽極酸化すると、表面に細孔12を有する酸化皮膜14が形成される。
アルミニウム基板10の表面に形成された酸化皮膜14を一旦除去する。酸化被膜14の底に形成されている規則性を有する窪みをアルミニウム基板10表面に露出させることにより、陽極酸化の細孔発生点16にすることで細孔の規則性を向上することができる。
酸化皮膜を除去したアルミニウム基材10を再度、陽極酸化すると、円柱状の細孔12を有する酸化皮膜14が形成される。なお、陽極酸化は、工程(a)と同様な条件で行えばよい。陽極酸化の時間を長くするほど深い細孔12を得ることができる。
細孔12の径を拡大させる処理(以下、細孔径拡大処理と記す。)を行う。細孔径拡大処理は、酸化皮膜を溶解する薬液に浸漬して陽極酸化で得られた細孔の径を拡大させる処理である。このような薬液としては、例えば、5質量%程度のリン酸水溶液等が挙げられる。細孔径拡大処理の時間を長くするほど、細孔径は大きくなる。
再度、陽極酸化すると、酸化被膜14が肥厚化し、円柱状の細孔12がその底部から下に延びる、直径の小さい円柱状の細孔12がさらに深く形成される。なお、この陽極酸化も、工程(a)と同様な条件で行えばよい。陽極酸化の時間を長くするほど深い細孔を得ることができる。
工程(d)の細孔径拡大処理と、工程(e)の陽極酸化を繰り返す工程である。工程(d)と工程(e)を繰り返すと、直径が開口部から深さ方向に連続的に減少する形状の細孔12を有する酸化皮膜14が形成され、アルミニウム基材10の表面に陽極酸化アルミナ(アルミニウムの多孔質の酸化皮膜(アルマイト))を有するスタンパ18が得られる。なお、最後は工程(d)で終わることが好ましい。
微細凹凸構造を表面に有する物品は、例えば、図3に示す製造装置を用いて、下記のようにして製造される。
本発明の微細凹凸構造を表面に有する物品は、反射防止物品(反射防止フィルム、反射防止膜等)、光導波路、レリーフホログラム、レンズ、偏光分離素子等の光学物品;細胞培養シートとしての用途展開が期待でき、特に反射防止物品としての用途に適している。
E型粘度計(東機産業株式会社製、TVE−25形粘度計(商品名))を使用し、25℃で測定した。
往復磨耗試験機(新東科学株式会社製、「HEiDON TRIBOGEAR TYPE−30S」(商品名))を用い、物品の微細凹凸構造が形成された表面を2cm四方のスチールウール(日本スチールウール株式会社製、ボンスター#0000(商品名))に100gの荷重をかけ、往復距離:30mm、ヘッドスピード:30mm/秒にて10回往復させて、物品の表面を擦傷した。擦傷後の物品を、擦傷面を上にして、2.0mm厚の黒色アクリル板(三菱レイヨン株式会社製、アクリライト(登録商標))の片面に物品を貼り付け、屋内で蛍光灯にかざし、目視にて観察し、下記基準で評価した。
○:確認できる傷は少なく、斜めから見ると殆ど見えない。
△:確認できる傷があり、斜めからも少し白く見える。
×:確認できる傷が多数あり、傷全体が白く見える。
人工指紋液(JIS K2246:2007の記載に準じて調製した)を微細凹凸構造表面に付着させ、指紋付着物品を作製した。次いで、この指紋付着物品の指紋上を、水道水を1.0cc染込ませたワイパー(大王製紙株式会社製、エリエール プロワイプ(商品名))にて10回まで一方向に拭き取った。各拭き取り後に指紋面を目視により確認し、以下の基準で評価した。
○:2回以下のふき取りで指紋が完全に除去できた。
△:3〜10回のふき取りで指紋が完全に除去できた。
×:10回のふき取りでも、指紋が残っていた。
微細凹凸構造を表面に有する物品の表面を電子顕微鏡で突起の先端に欠けがなく、スタンパの微細凹凸構造の形状が転写できているかどうかを観察した。なお、下記基準で評価した。
○:欠けはほとんどなく、良好である。
×:欠けがあり、微細凹凸構造にムラがある。
工程(a):
純度99.99%のアルミニウム板を、羽布研磨及び過塩素酸/エタノール混合溶液(1/4体積比)中で電解研磨し、鏡面化したアルミニウム板について、0.3Mシュウ酸水溶液中で、直流40V、温度16℃の条件で30分間陽極酸化を行った。
酸化皮膜が形成されたアルミニウム板を、6質量%リン酸/1.8質量%クロム酸混合水溶液に6時間浸漬して、酸化皮膜を除去した。
工程(b)で酸化被膜を除去したアルミニウム板を、0.3Mシュウ酸水溶液中、直流40V、温度16℃の条件で30秒陽極酸化を行った。
工程(c)で得た、表面に細孔を有する酸化皮膜が形成されたアルミニウム板を、32℃の5質量%リン酸に8分間浸漬して、細孔径拡大処理を行った。
工程(d)で細孔径拡大処理されたアルミニウム板を、再び0.3Mシュウ酸水溶液中、直流40V、温度16℃の条件で30秒陽極酸化を行った。
工程(d)及び工程(e)を合計で4回繰り返し、最後に工程(d)を行い、平均間隔:100nm、深さ:180nmの略円錐形状の細孔を有する陽極酸化アルミナが表面に形成されたスタンパを得た。
(多官能ウレタン(メタ)アクリレート(A−1)の合成)
5リットルの4つ口フラスコに、化合物(a2)として水酸基価が157mgKOHであるペンタエリスリトールアクリレート(2〜4官能の混合物、以下、PETAと略す)500g、触媒としてジブチル錫ラウレート0.18g及び重合禁止剤として3,5−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン0.62gを混合し、撹拌しながら70℃まで昇温した。続いて化合物(a1)としてヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)117gを2時間かけて滴下し、滴下中は反応溶液の温度を70℃に保った。滴下終了から2時間70℃に保ったまま撹拌した後、イソシアネート滴定によって残存イソシアネートが検出限界以下であることを確認し、多官能ウレタン(メタ)アクリレート(A−1)を得た。なお、PETA中の水酸基に対するHDIのイソシアネート基は約1であった。
(多官能ウレタン(メタ)アクリレート(A−2)〜(A−4)の合成)
化合物(a2)としてPETAを使用し、化合物(a1)としてHDIを使用した。使用するPETA中の2〜4官能の組成比を変化させ、化合物(a1)と化合物(a2)の仕込み比を水酸基のモル数がイソシアネート基のモル数以上になるように設定することで、表1に示す分子量とウレタン結合の平均個数である多官能ウレタン(メタ)アクリレート(A−2)〜(A−4)を合成した。
活性エネルギー線硬化性樹脂組成物のラジカル重合性成分(X)のラジカル重合成分(B)として、下記の表2の化合物を用いた。
活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の光重合開始剤(D)として、IRGACURE 184及びIRGACURE 819(いずれも、商品名、BASF社製)をそれぞれ重合成分(X)100質量部に対して、1.0質量部、0.5質量部を用いた。
多官能ウレタン(メタ)アクリレート(A−1)70質量部、PEGDA−14E 30質量部及び光重合開始剤(D)1.5質量部を混合して、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を調製した。
活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の組成を表3に示す組成に変更した以外は、実施例4と同様にして微細凹凸構造を表面に有する物品を得、以下実施例4と同様に評価した。得られた評価結果を表3に示した。
18 スタンパ
20 ロール状スタンパ
40 物品
Claims (8)
- 少なくとも化合物(a1)と化合物(a2)を含む化合物の反応生成物である多官能ウレタン(メタ)アクリレートであって、化合物(a1)1分子と化合物(a2)1分子からなる繰り返し単位1個当たりのアクリル当量が240未満であり、かつ、該多官能ウレタン(メタ)アクリレート中に含まれるウレタン結合の平均個数が4.0個以上であることを特徴とする多官能ウレタン(メタ)アクリレート:
(a1)脂肪族ジイソシアネート。
(a2)水酸基を2個有する多官能(メタ)アクリレート。 - 前記化合物(a1)が、ヘキサメチレンジイソシアネートであることを特徴とする、請求項1に記載の多官能ウレタン(メタ)アクリレート。
- 前記化合物(a2)が、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、エリスリトールジ(メタ)アクリレート及びジグリセリンジ(メタ)アクリレートからなる群より選択されることを特徴とする、請求項1〜2のいずれか1項に記載の多官能ウレタン(メタ)アクリレート。
- 前記化合物(a2)が、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートであることを特徴とする、請求項1〜3にいずれか1項に記載の多官能ウレタン(メタ)アクリレート。
- ラジカル重合性成分(X)と、光重合開始剤(D)からなる活性エネルギー線硬化性樹脂組成物であって、該ラジカル重合性成分(X)が請求項1〜5のいずれか1項に記載の多官能ウレタン(メタ)アクリレートを含有することを特徴とする、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
- 前記ラジカル重合性成分(X)が、オキシエチレン基の繰り返し数が6〜30であるポリエチレングリコールジアクリレートを含有することを特徴とする、請求項5に記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物。
- 微細凹凸構造を表面に有する物品であって、該微細凹凸構造が、請求項5又は6に記載の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を、微細凹凸構造の反転構造を表面に有するスタンパと接触、硬化させることによって形成されたものである、微細凹凸構造を表面に有する物品。
- 反射防止物品である、請求項7に記載の微細凹凸構造を表面に有する物品。
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