WO2015115154A1 - 樹脂成形体、及びその用途 - Google Patents

樹脂成形体、及びその用途 Download PDF

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渡邉 朗
早川 誠一郎
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日本合成化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a transparent resin molded product obtained by photocuring a photocurable composition. More specifically, the present invention relates to a display substrate that is excellent in optical properties and thermomechanical properties, and is particularly safe and reliable. In addition, the present invention relates to a resin molded body useful for a protective plate, a touch panel substrate, an antireflection plate and the like.
  • a glass plate has been often used as a substrate for a display.
  • a flat glass substrate is used for a protective plate (cover), an antireflection plate, a touch panel, a liquid crystal display, an organic EL display, and the like that are the forefront of the display.
  • the UL94HB test horizontal flammability test
  • a resin having a thickness of 3 mm or more passes a UL standard if a burning rate is less than 40 mm / min using a 125 mm ⁇ 13 mm test piece.
  • display substrates require not only optical performance such as high light transmittance and low optical distortion (low birefringence), but also thermomechanical properties such as heat resistance and high hardness, and processing suitability such as solvent resistance. Is done. In order to satisfy these performances, resin molded bodies obtained by photocuring have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
  • the 1 mm thick resin molded body of Patent Document 1 may break at a height of about 1 m in a ball drop impact test of at most 8 g (impact energy 0.08 J).
  • the resin molded body having a thickness of 0.7 mm disclosed in Patent Document 2 may break at about 30 cm (impact energy 0.4 J) in a 130 g falling ball test.
  • the 0.2 mm resin molded body of Patent Document 3 may break at about 50 cm in a ball drop test of at most 16 g (impact energy 0.08 J).
  • As a protective plate for the display it is necessary to have an impact resistance that does not break even if the mobile phone is dropped from the pocket. (Impact energy 1.3J).
  • the flexural modulus of the resin molding is about 4 GPa in any of the disclosed technologies, which is only a few tenths of glass. If the thickness is 0.1 to 1 mm, it will bend greatly when pressed. For example, if the center part of a 10 cm square sheet is pushed with a finger at a load of about 1 kg, it will bend by 1 mm or more. Thus, the role of the protective plate for protecting the device is difficult to fulfill, and further improvement is desired. In order to reduce the amount of deflection, it is effective to increase the flexural modulus and increase the thickness.
  • the amount of deflection at the time of pressing depends on the flexural modulus of the resin molded body (inversely proportional to the flexural modulus), but more largely depends on the thickness (inversely proportional to the cube of the thickness).
  • a resin molded body having a thickness of 1 mm or more, preferably 1.5 mm or more, particularly preferably 2 mm or more is required.
  • Such a substrate has a haze value increased by roughening the surface or light scattering inside the resin, but coloring and bleeding out due to the addition of a flame retardant must be avoided.
  • the present invention is a transparent resin molded body obtained by curing a photocurable composition under such a background, and has a resin substrate that is excellent in optical performance and thermomechanical properties and excellent in safety and reliability. It is intended to provide.
  • the present inventors have obtained a resin molded body obtained by curing the photocurable composition (A), which is thicker than the conventional resin and has a slow burning rate.
  • the present inventors have found that the molded article has excellent optical performance and thermomechanical properties and is excellent in safety and reliability, thereby completing the present invention.
  • the gist of the present invention is a resin molded body obtained by curing the photocurable composition (A), has a thickness of 1 to 10 mm, and has a UL94HB flammability test (horizontal flammability test).
  • the combustion rate (S) measured in is about 40 mm / min or less.
  • a touch panel substrate using the resin molded body and an antireflection plate are also provided.
  • the present invention provides a resin base material having impact resistance, low flexibility, and low flammability, but also provides a method capable of photocuring even at a thickness that is unthinkable by common sense. is there.
  • the thickness of an object obtained by photocuring is several microns to several hundreds of microns, as represented by UV coating, and is the thickest in the resin molded products of Patent Documents 1, 2, and 3 described above. It is 1 mm. There are two reasons why thick photocuring is difficult.
  • a photocurable composition particularly a photocurable composition containing a (meth) acryloyl group
  • a photocurable composition containing a (meth) acryloyl group is a liquid and causes volume shrinkage of several percent to several tens of percent when cured (curing shrinkage). Called). For this reason, the resin is cracked by the internal stress generated by the curing shrinkage, and the molded body cannot form a desired surface shape.
  • a method of reducing the curing shrinkage by intentionally making the curing reaction inadequate can be considered, the obtained resin molding becomes unstable to light and heat, and expresses the original physical properties such as impact resistance and hardness. It will not do.
  • the resin molded body of the present invention has a flat and smooth surface without cracking even with a sufficient curing reaction using a photocurable composition having a large curing shrinkage, and has a small optical distortion (birefringence). It becomes a thick resin molding.
  • the resin molded body of the present invention is a thick resin molded body excellent in optical characteristics, thermomechanical characteristics, safety and reliability, and is a display substrate or protective plate such as an antireflection plate, a touch panel substrate, or a liquid crystal display. It is suitable as a substrate, an organic EL display substrate, a screen, a projector component and the like.
  • (meth) acrylate is a generic term for acrylate and methacrylate
  • (meth) acryl is a generic term for acrylic and methacrylic.
  • polyfunctional as used herein means having two or more (meth) acryloyl groups in the molecule.
  • the resin molded body of the present invention is obtained by curing the photocurable composition (A), and the thickness of the resin molded body is 1 to 10 mm.
  • the thickness is preferably 1.5 to 8 mm from the viewpoint of low flexibility, more preferably 2 to 6 mm from the viewpoint of impact resistance, and further preferably 3 to 5 mm from the viewpoint of low flammability. If the thickness of the resin molded body is too thin, all of the low flexibility, impact resistance and low flammability will be reduced. If it is too thick, it will be difficult to reduce the weight of the display.
  • the resin molded body of the present invention has a burning rate of 40 mm / min or less as measured by the UL94HB flammability test (horizontal flammability test).
  • the burning rate is preferably 30 mm / min or less from the viewpoint of improving safety, and more preferably 20 mm / min or less from the viewpoint of further improving safety. If the burning rate is too fast, the safety of the display will be reduced. In general, the lower limit of the burning rate in transparent resin is 1 mm / min.
  • the flame retardant reduces the transparency of the resin and causes bleed out.
  • the oxygen content in the resin structure is reduced, and a thermal decomposition temperature is improved by incorporating a crosslinked structure into the resin.
  • the total atoms constituting the photocurable composition (A) are controlled by controlling the chemical structure and the mixing ratio of each component in the photocurable composition (A).
  • a method of reducing the proportion of oxygen atoms (oxygen fraction) is preferable.
  • the method of selecting the monomer and oligomer which have an alicyclic structure, or raising the compounding ratio of this monomer and oligomer is mentioned.
  • the oxygen fraction is preferably 30% or less, more preferably 25% or less, and particularly preferably 23% or less in terms of reducing the combustion rate.
  • the oxygen fraction in the present invention is a value calculated from the chemical structure, and is the weight percent of oxygen with respect to the total weight of the photocurable composition (A).
  • a photocurable composition (A) consists of three components of component A, B, and C, it can calculate according to following formula (1).
  • the compounding quantity in following formula (1) may be a weight part or weight%.
  • Oxygen fraction (%) 100 ⁇ [ ⁇ (number of oxygen in chemical structure of component A ⁇ oxygen atomic weight / molecular weight of component A) ⁇ mixing amount of component A ⁇ + ⁇ (number of oxygen in chemical structure of component B ⁇ Oxygen atomic weight / molecular weight of component B) ⁇ mixing amount of component B ⁇ + ⁇ (number of oxygen in chemical structure of component C ⁇ oxygen atomic weight / molecular weight of component C) ⁇ mixing amount of component C ⁇ ] (1)
  • the oxygen fraction of PMMA (chemical formula: (C 5 H 8 O 2 ) n) is 32% as calculated by the following formula.
  • the thermal decomposition temperature is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or higher, and particularly preferably 370 ° C. or higher in terms of reducing the combustion rate.
  • the upper limit of the thermal decomposition temperature is usually 500 ° C.
  • the thermal decomposition temperature in this invention is a thermal decomposition start temperature measured based on JISK7120.
  • the photocurable composition (A) used in the present invention is not particularly limited as long as it can be cured by light irradiation, but in particular, it is a composition containing a (meth) acryloyl group in terms of the productivity of the resin molded product. Preferably there is.
  • the photocurable composition (A) contains the following components (A1) and (A2), preferably further contains a photopolymerization initiator (A3). It is preferable from the viewpoint of the heat resistance of the resin molded body.
  • A1 Urethane (meth) acrylate compound
  • A2) Multifunctional (meth) acrylate compound
  • A3) Photopolymerization initiator
  • the urethane (meth) acrylate compound (A1) used in the present invention is obtained, for example, by reacting a polyisocyanate and a hydroxyl group-containing (meth) acrylate using a catalyst such as dibutyltin dilaurate as necessary. It is preferable.
  • polyisocyanate examples include aliphatic polyisocyanates such as ethylene diisocyanate and hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, bis (isocyanatomethyl) tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decane, and norbornene diisocyanate.
  • Polyisocyanate having an alicyclic structure such as a trimer compound of added xylylene diisocyanate and isophorone diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, phenylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, Polyisocyanate and the like having an aromatic ring of lid diisocyanate and the like.
  • polyisocyanates having an alicyclic structure specifically isophorone diisocyanate and norbornene diisocyanate are preferred from the viewpoint of low curing shrinkage.
  • hydroxyl group-containing (meth) acrylate examples include, for example, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, 2-hydroxy-3- (meth) Examples include acryloyloxypropyl (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, and dipentaerythritol tri (meth) acrylate.
  • polyfunctional (meth) acrylates such as pentaerythritol tri (meth) acrylate and dipentaerythritol tri (meth) acrylate are preferred from the viewpoint of pencil hardness of the resin molding.
  • urethane (meth) acrylate obtained by reaction of polyisocyanate and hydroxyl group-containing (meth) acrylate may be used.
  • reactants acrylate compounds are preferable from the viewpoint of curing speed, and 2-9 functions, particularly 2-6 functions, are particularly preferable from the viewpoint of surface hardness and flexural modulus.
  • polyfunctional (meth) acrylate type compound (A2) what is necessary is just to have two or more (meth) acryloyl groups, for example, ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, tetra Ethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, Butylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, nonanediol di (meth) acrylate, Phosphorus di (meth) acrylate, pentaerythritol di (meth) acrylate,
  • trimethylolpropane tri (meth) acrylate pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra ( (Meth) acrylate, tri (meth) acryloyloxyethoxytrimethylolpropane, glycerin polyglycidyl ether poly (meth) acrylate, isocyanuric acid ethylene oxide modified tri (meth) acrylate, ethylene oxide modified dipentaerythritol penta (meth) acrylate, ethylene oxide Modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, ethylene oxide modified pentaerythritol Aliphatic compounds such as rutri
  • the content (weight ratio) of the urethane (meth) acrylate compound (A1) and the polyfunctional (meth) acrylate compound (A2) is the point of thermomechanical properties of the resin molded product.
  • the urethane (meth) acrylate compound (A1) / polyfunctional (meth) acrylate compound (A2) (weight ratio) is preferably 10/90 to 70/30, and more preferably 20/80 to 60 / It is preferably 40, particularly 30/70 to 50/50. If the content ratio of the urethane (meth) acrylate compound (A1) is too small, the pencil hardness tends to decrease, and if it is too large, the water absorption rate tends to increase.
  • the photocurable composition (A) used in the present invention may contain a monofunctional (meth) acrylate compound
  • examples of the monofunctional (meth) acrylate compound include methyl (meta) ) Acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl ( (Meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, t-butylcyclohexyl (meth) acrylate, tricyclodecyl (meth) acrylate , Tricyclodecyloxy
  • cyclohexyl (meth) acrylate, tricyclodecyl (meth) acrylate, tricyclodecyloxymethyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, norbornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, and the like can be mentioned.
  • (meth) acrylates having an alicyclic structure are preferable in terms of low curing shrinkage.
  • the content is 100% by weight with respect to 100 parts by weight of the polyfunctional (meth) acrylate compound. 50 parts by weight or less, more preferably 30 parts by weight or less, and particularly preferably 10 parts by weight or less. If the content is too large, the heat resistance tends to decrease.
  • the photopolymerization initiator (A3) used in the present invention is not particularly limited as long as it can generate radicals upon irradiation with active energy rays.
  • benzophenone benzoin methyl ether, benzoin propyl ether, diethoxyacetophenone 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,6-dimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 1,2-octanedione, 1- [4- (phenylthio) phenyl]-, 2 -(O-benzoyloxime) and the like.
  • 1,2-octanedione, 1- [4- (phenylthio) phenyl]-, 2- (o-benzoyloxime) and 2,4 are preferable in terms of producing a thick resin molding. It is preferably at least one selected from 1,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide.
  • photopolymerization initiators (A3) may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the photopolymerization initiator (A3) is 0.01 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight as a total of the urethane (meth) acrylate compound (A1) and the polyfunctional (meth) acrylate compound (A2). It is preferably 0.05 to 3 parts by weight, more preferably 0.1 to 1 part by weight, particularly preferably 0.1 to 0.5 part by weight. If the content is too small, the polymerization rate tends to decrease, and the polymerization tends not to proceed sufficiently. If the content is too large, the light absorption of the photopolymerization initiator increases excessively and the interior of the resin molded product tends to be uncured. It is in.
  • 0.05 to 3 parts by weight is preferable from the viewpoint of manufacturing a thick resin molded body having a thickness of 1 mm or more.
  • 0.1 to 1 part by weight is preferable, and 0.1 to 0.5 part by weight is preferable from the viewpoint of manufacturing a thick resin molded body of 3 mm or more.
  • thermal curing also proceeds in addition to photocuring, which is advantageous in terms of improving the degree of curing.
  • thermal polymerization initiator (A4) known compounds can be used.
  • hydroperoxide, t-butyl hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, 1,1,3,3-tetramethylbutyl Hydroperoxide such as hydroperoxide, dialkyl peroxide such as di-t-butyl peroxide and dicumyl peroxide, t-amylperoxybenzoate, t-butylperoxybenzoate, t-butylperoxy (2-ethyl) Peroxyesters such as hexanoate), diacyl peroxides such as benzoyl peroxide, peroxycarbonates such as diisopropylperoxycarbonate, peroxides such as peroxyketal and ketone peroxide.
  • thermal polymerization initiators (A4) may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the thermal polymerization initiator (A4) is 0.1 to 2 parts by weight with respect to a total of 100 parts by weight of the urethane (meth) acrylate compound (A1) and the polyfunctional (meth) acrylate compound (A2).
  • it is 0.2 to 1 part by weight, more preferably 0.3 to 1 part by weight, particularly preferably 0.4 to 1 part by weight.
  • 0.2 to 1 part by weight is preferable from the viewpoint of manufacturing a thick resin molded body of 1 mm or more, and a thick resin molded body of 2 mm or more is manufactured.
  • 0.3 to 1 part by weight is preferable, and 0.4 to 1 part by weight is preferable from the viewpoint of manufacturing a thick resin molded body of 3 mm or more.
  • the blending ratio (A3: A4 weight ratio) of the photopolymerization initiator (A3) and the thermal polymerization initiator (A4) is preferably 10:90 to 90:10, more preferably from the viewpoint of the curing rate. Is 20:80 to 70:30 in terms of deep curing. If the blending ratio of the photopolymerization initiator (A3) is too small, curing tends to be slow, and conversely if too large, internal curing tends to be difficult.
  • an ultraviolet absorber (A5) together with the photopolymerization initiator (A3).
  • the combination of UV absorbers seems to be a technology that seems to contradict thick film curing, but internal curing is possible with a small amount of blending, and it is possible to avoid defects such as cracks and sink marks due to the effect of curing shrinkage. it can.
  • the ultraviolet absorber (A5) is not particularly limited as long as it is soluble in the photocurable composition (A), and various ultraviolet absorbers can be used. Specifically, salicylic acid ester type, benzophenone type, triazole type, hydroxybenzoate type, hydroxyphenyl triazine type, cyanoacrylate type and the like can be mentioned. These ultraviolet absorbers may be used in combination. Of these, benzophenone-based, triazole-based, and hydroxyphenyltriazine-based compounds are preferable, and hydroxyphenyltriazine-based UV absorbers are particularly preferable from the viewpoint of compatibility with the photocurable composition (A).
  • the content of the ultraviolet absorber (A5) is usually preferably 0.001 to 0.1% by weight, particularly preferably 0.01 to 0.05% by weight, based on the photocurable composition (A). %. If the amount of the ultraviolet absorber is too small, the light resistance of the resin molded product tends to decrease, and if too large, the polymerization of the resin molded product tends to be insufficient.
  • the photocurable composition (A) used in the present invention appropriately includes a chain transfer agent, an antioxidant, a colorant, a thickener, an antistatic agent, a flame retardant, an antifoaming agent, various fillers, and the like.
  • the auxiliary component may be contained.
  • chain transfer agent examples include polyfunctional mercaptan compounds such as pentaerythritol tetrakisthioglycolate and pentaerythritol tetrakisthiopropionate. These polyfunctional mercaptan-based compounds are preferably used in a proportion of usually 10 parts by weight or less, more preferably 5 parts by weight or less, particularly 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the photocurable composition (A). Part or less is preferred. When there is too much this usage-amount, there exists a tendency for the heat resistance and rigidity of the resin molding obtained to fall.
  • polyfunctional mercaptan compounds such as pentaerythritol tetrakisthioglycolate and pentaerythritol tetrakisthiopropionate.
  • These polyfunctional mercaptan-based compounds are preferably used in a proportion of usually 10 parts by weight or less, more preferably 5 parts by weight or less, particularly 3 parts by
  • antioxidants examples include 2,6-di-t-butylphenol, 2,6-di-t-butyl-p-cresol, 2,4,6-tri-t-butylphenol, and 2,6-di- t-butyl-4-s-butylphenol, 2,6-di-t-butyl-4-hydroxymethylphenol, n-octadecyl- ⁇ - (4′-hydroxy-3 ′, 5′-di-t-butylphenyl) ) Propionate, 2,6-di-t-butyl-4- (N, N-dimethylaminomethyl) phenol, 3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzylphosphonate-diethyl ester, 2,4 -Bis (n-octylthio) -6- (4-hydroxy-3 ', 5'-di-t-butylanilino) -1,3,5-triazine, 4,4-methylene-bis (2,6-di-)
  • the colorant is not particularly limited as long as it is soluble in the photocurable composition (A), and a known dye can be used, but a blueing agent is preferable in terms of the hue of the resin molded body.
  • the blending amount of the colorant is preferably 10 ppm or less. If the amount is too large, the light transmittance tends to decrease.
  • the manufacturing method of the resin molding of this invention is demonstrated.
  • the resin molded body of the present invention exceeds the thickness (usually about 0.01 to 0.2 mm) of a cured product obtained by photocuring that is generally performed.
  • the selection of a photopolymerization initiator and the combined use of a thermal polymerization initiator are effective for the production of a resin molded body having a thickness of 1 mm or more.
  • a light irradiation process is used for the production of a resin molded body having a thickness of 2 mm or more. It is also important.
  • the photocurable composition (A) is cast into a mold comprising two opposing glass plates and a spacer for controlling the thickness, and then the active energy rays are transferred while being conveyed in the horizontal direction. It is preferable to irradiate in order of one side, the other side, and both sides, and to photocure. By irradiating the active energy rays in three stages, the front and back and the inside of the thick resin molded product can be sufficiently cured.
  • the glass plate preferably has a thickness of 1 to 10 mm from the viewpoint of strength, and more preferably, from the viewpoint of the surface smoothness of the resin molded body, at least one glass surface in contact with the photocurable composition (A) is optically polished. It is preferable. In particular, the surface smoothness (Ra) is preferably 50 nm or less. If the glass plate is too thin, it cannot withstand the shrinkage stress generated when the photocurable composition (A) is cured, and the glass plate is cracked or warped. The flatness tends to decrease.
  • the glass plate may be chemically strengthened from the viewpoint of such strength. If the glass plate is too thick, the weight of the glass increases and the load on the equipment increases. In order to improve the demoldability of the resin molded body, the glass plate may be treated with a release agent on the surface.
  • the spacer controls the thickness of the resin molded body, but the material is not particularly limited, and a known material such as a resin is used. Among the resins, a rubbery material such as a silicone resin is preferable. More preferably, a material having a Shore A hardness (JIS K 6253 Type A) of 40 to 60, particularly 43 to 57, more preferably 45 to 55, in terms of flatness of the resin molded body, alleviates curing shrinkage. This is preferable.
  • a Shore A hardness JIS K 6253 Type A
  • UV light is suitable as the active energy ray.
  • a general ultraviolet lamp can be used, and a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, an electrodeless lamp, an LED lamp, or the like is used.
  • a metal halide lamp and an electrodeless lamp are preferable from the viewpoint of high illuminance.
  • the irradiation light quantity is preferably 20 J / cm 2 or more, and the maximum illuminance is preferably 100 mW / cm 2 or more.
  • the amount of irradiation light is more preferably 30 to 50 J / cm 2 .
  • the maximum illuminance is more preferably 200 to 20000 mW / cm 2 . If the maximum illuminance is too small, the degree of polymerization inside the resin molded product tends to decrease.
  • the irradiation light quantity said here is the total light quantity from the upper surface side and the lower surface side.
  • the maximum illuminance is the maximum illuminance from the upper surface side or the lower surface side.
  • the photocurable composition (A) is photocured while being constantly pressed in the range of 1 to 10 g / cm 2 .
  • the weight of the upper glass may be adjusted to 1776 g to 17760 g.
  • a more preferable range of the pressure is 2 to 6 g / cm 2 from the viewpoint of preventing sink marks during curing.
  • a thick film can be cured even with a photocurable composition having a large curing shrinkage.
  • a photocurable composition having a small curing shrinkage rate is advantageous for producing a thick resin molding of the present invention, but satisfies various properties such as low haze, high bending elastic modulus, and high pencil hardness. Therefore, even a photocurable composition having a cure shrinkage of about 10% must be used. This is because the haze increases when a filler is added to the photocurable composition to reduce the curing shrinkage, and the flexural modulus and pencil hardness decrease when an oligomer or polymer is blended.
  • the polyfunctional (meth) acrylate compounds used in Patent Documents 1 to 3 have a cure shrinkage of 8%, and it is important that a photocurable composition having such a cure shrinkage can be cured with a thick film. become.
  • a thick resin molding of 1 to 10 mm can be obtained by pressure curing.
  • the degree of curing after photocuring is important.
  • the degree of cure in the present invention can be obtained by measuring the reaction rate of the (meth) acryloyl group in the resin molding by an analytical method such as solid NMR or IR.
  • the reaction rate of the (meth) acryloyl group after photocuring is preferably 70% or more from the viewpoint of stabilization of physical properties. More preferably, it is 80% or more, and particularly preferably 85% or more. When the reaction rate is too small, the burning rate is increased, and mechanical properties such as flexural modulus and surface hardness tend to decrease.
  • the upper limit of the reaction rate is usually 99%.
  • Examples of the method for controlling the reaction rate after photocuring include control of the type and amount of (meth) acrylate component and photopolymerization initiator, illuminance and light amount, and adjustment of curing temperature.
  • the difference in reaction rate between the upper surface, the inside and the lower surface after photocuring is also important.
  • the difference in reaction rate is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and particularly preferably 2% or less. If the difference is too large, the resin molded product tends to warp or swell.
  • the reaction rate said here cuts out resin from the upper surface layer part of a resin molding, an inside, and a lower surface layer part, and measured each reaction rate by solid state NMR. Further, the surface layer portion means about 0 to 0.2 mm from the surface toward the inside.
  • the resin molded body of the present invention can be obtained by removing the photo-cured resin molded body from the mold. It is also possible to heat-treat the resin molded body in order to improve the degree of cure and remove stress strain.
  • the heat treatment may be performed under atmospheric pressure, inert gas, or vacuum, and the temperature is 50 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and particularly preferably 150 ° C. or higher. In addition, as an upper limit, it is 400 degreeC normally.
  • the resin molded product of the present invention preferably has a total light transmittance of 85% or more, more preferably 88% or more, and particularly preferably 90% or more. If the total light transmittance is too small, the brightness of the display tends to decrease.
  • the upper limit is usually 96%.
  • the resin molded body of the present invention preferably has a haze of 1% or less, more preferably 0.5% or less, and particularly preferably 0.3% or less. If the haze is too large, the fineness of the display tends to decrease.
  • the lower limit is usually 0.01%.
  • the resin molded body of the present invention preferably has a negative value of hue b *, more preferably ⁇ 0.1 or less, and particularly preferably ⁇ 0.2 or less. If b * is too large, the high-quality feeling of the resin molded product tends to decrease.
  • the lower limit is usually -10.
  • the resin molded body of the present invention preferably has a flexural modulus of 3 GPa or more. More preferably, it is 3.5 to 5 GPa. If the flexural modulus is too low, the rigidity of the display substrate tends to decrease.
  • a method of appropriately controlling the type of the photocurable composition (A) and the content of the components can be used. For example, it is possible to use a bifunctional to hexafunctional compound as the urethane (meth) acrylate compound (A1).
  • the resin molded body of the present invention has a deflection of 1 mm or less when a 100 mm ⁇ 100 mm test piece is fitted into a 10 mm wide square outer frame and the center of the test piece is pressed with a finger at 1 kg / cm 2.
  • the amount of deflection is 0.5 mm or less, and still more preferably the amount of deflection is 0.2 mm or less.
  • the amount of deflection is too large, the function as a protective plate becomes insufficient, and the reliability of the entire display tends to be reduced, such as damage to internal devices.
  • a method of appropriately controlling the type of the above-described photocurable composition (A) and the content of the components can be used.
  • a bifunctional to hexafunctional compound as the urethane (meth) acrylate compound (A1).
  • the resin molded body of the present invention preferably has a pencil hardness of 3H or more, more preferably 5H or more, and particularly preferably 7H or more. If the pencil hardness is too low, the surface hardness as the protective plate tends to decrease.
  • a method of appropriately controlling the type of the above-described photocurable composition (A) and the content of the components can be used. For example, a tri- to hexa-functional compound may be used as the urethane (meth) acrylate compound (A1).
  • the resin molded body of the present invention preferably has a glass transition temperature of 100 ° C. or higher from the viewpoint of heat resistance. If the glass transition temperature is too low, formation of a transparent conductive film tends to be difficult.
  • a preferable range of the glass transition temperature is 150 to 400 ° C, more preferably 190 to 300 ° C, and still more preferably 200 to 250 ° C.
  • the method of controlling suitably the kind of photocurable composition (A) mentioned above and content of a component is mentioned. For example, the technique of raising the functional group number of a polyfunctional (meth) acrylate type compound (A2) is mentioned.
  • the resin molded body of the present invention can be cut or cut to a desired size by known techniques such as laser processing, NC processing, and punching. Moreover, according to various uses, a transparent conductive film, an antireflection film, an adhesive layer, a hard coat layer, an antifouling coat layer, an anti-fingerprint coat layer, a slipping coat layer, a printing layer, and a gas barrier film are formed. Can do.
  • the transparent conductive film examples include inorganic films such as indium and tin oxide (ITO), and organic films such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT).
  • ITO indium and tin oxide
  • PEDOT poly (3,4-ethylenedioxythiophene)
  • an ITO film is preferable in terms of conductivity and transparency.
  • the film thickness of such a transparent conductive film is usually 100 to 5000 mm, preferably 200 to 3000 mm, more preferably 300 to 2000 mm. If the film thickness is too thin, the conductivity tends to be insufficient, and if it is too thick, a film crack tends to occur.
  • a known method such as vapor deposition or sputtering is used.
  • the film forming temperature is preferably 50 to 300 ° C., more preferably 100 to 250 ° C., and further preferably 130 to 200 ° C. is there. If the film forming temperature is too low, the conductivity tends to be insufficient. Conversely, if the film forming temperature is too high, the light transmittance of the resin molded product tends to decrease.
  • the conductivity of the obtained transparent conductive film is adjusted so that the surface resistance value thereof is preferably 500 ⁇ / ⁇ or less, more preferably 200 ⁇ / ⁇ or less, and further preferably 100 ⁇ / ⁇ or less. If the surface resistance value is too high (that is, the conductivity is too low), the display performance of the display tends to deteriorate.
  • the antireflection film examples include an inorganic multilayer film having a three-layer structure of SiO 2 / TiO 2 / SiO 2 and a low refractive index organic coat film made of a fluororesin.
  • an inorganic multilayer film is preferable from the viewpoint of low reflectance.
  • the film thickness of such an inorganic film is selected according to the application, but is usually preferably adjusted to ⁇ / 4 or ⁇ / 2.
  • the inorganic antireflection film In forming the inorganic antireflection film, known methods such as vapor deposition, sputtering, and CVD are used.
  • the film forming temperature is preferably 30 to 200 ° C., more preferably 50 to 150 ° C., and still more preferably 70 to 100 ° C. If the film forming temperature is too low, antireflection tends to be insufficient, and conversely if it is too high, warping tends to occur.
  • the reflectance of the obtained antireflection film is preferably 3% or less, more preferably 2% or less, and further preferably 1% or less. If it is too high, the visibility of the display tends to be lowered.
  • the resin molded body of the present invention can be produced with high productivity, and the obtained resin molded body is excellent in optical properties and thermomechanical properties, and is a substrate and protective plate for display excellent in safety and reliability. Furthermore, it is suitable as a touch panel substrate and an antireflection plate.
  • Reaction rate of (meth) acryloyl group (%) After freeze-grinding a 50 mm ⁇ 50 mm resin molded body, about 0.3 g was packed in a solid NMR probe and measured with “AVANCE DPX-400” manufactured by BRUKER BIOSPIN (measuring condition: observation nucleus is 13C, rotation speed is 5000 Hz, room temperature). The carbonyl carbon in the unpolymerized (meth) acryloyl group is detected on the high magnetic field side (166 ppm), and the polymerized carbonyl carbon is detected on the low magnetic field side (176 ppm). The reaction rate (%) of the entire resin molded product (a) was calculated from the peak area ratio.
  • the upper surface layer portion (within a depth of 0.2 mm), the inside (the central portion 0 in the thickness direction). .2 mm) and the surface layer of the lower surface (within 0.2 mm depth), respectively, and after freeze-grinding, the measurement and the reaction rate (%) were calculated by the same method as described above.
  • Deflection (mm) A 100 mm ⁇ 100 mm test piece was fitted into a square outer frame with a width of 10 mm, and the amount of deflection when the center of the test piece was pressed with a finger at 1 kg / cm 2 was measured.
  • the evaluation criteria are as follows. ⁇ : When the deflection is 1 mm or less. ⁇ : When the deflection amount exceeds 1 mm and is 2 mm or less. X: When the amount of deflection exceeds 2 mm.
  • Pencil hardness Pencil hardness was measured in accordance with JIS K-5600 using a 50 mm ⁇ 50 mm molded resin.
  • Thermal decomposition temperature It measured based on JISK7120 and made thermal decomposition start temperature into thermal decomposition temperature. The heating rate was 5 ° C. per minute, and the maximum measurement temperature was 500 ° C. Further, nitrogen was used as the inflow gas, and was introduced at 50 ml per minute.
  • Example 1 Two optical polishing glass plates having a size of 390 mm ⁇ 500 mm are opposed to each other (upper glass weight 4680 g), and a silicone plate (Shore A hardness 50) having a thickness of 1.5 mm and a width of 10 mm is used as a spacer.
  • 30 parts of urethane acrylate having a functional alicyclic skeleton (A1) (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), bis (hydroxymethyl) tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decane dimethacrylate (A2) (new From 70 parts of Nakamura Chemical Co., Ltd.
  • Such mold placed horizontally, while conveying in the conveyor, by using a metal halide lamp, irradiance 120 mW / cm 2 from the top side, the light quantity 0.04 J / cm 2, then illuminance 120 mW / cm 2 from the lower surface side, the light quantity 0 .04 J / cm 2 , and finally cured by irradiating with ultraviolet rays having a single-sided illuminance of 200 mW / cm 2 and a light amount of 10 J / cm 2 (total of 20 J / cm 2 on both sides) from both the upper and lower surfaces.
  • the load on the photocurable composition is 2.6 g / cm 2 (4680 g / (37 cm ⁇ 48 cm)).
  • the cured product obtained by demolding was heated in a 200 ° C. vacuum oven for 2 hours to obtain a resin molded body of 370 mm ⁇ 480 mm ⁇ 1.5 mm.
  • Table 2 shows the reaction rate, cure shrinkage rate, and oxygen fraction of the obtained resin molding. The various properties were as shown in Table 3.
  • a transparent conductive film made of ITO having a thickness of 300 mm at 180 ° C. was formed on one side of the obtained resin molded body by a sputtering method, and a touch panel substrate was obtained.
  • the surface resistance was 100 ⁇ / ⁇ , which was good. there were.
  • an antireflection film having a three-layer structure of SiO 2 (300 nm) / TiO 2 (300 nm) / SiO 2 (300 nm) was formed on both surfaces of the obtained resin molded body by sputtering at 70 ° C. When the prevention plate was obtained, the total light transmittance was 98%, which was good.
  • Table 4 The evaluation results are shown in Table 4.
  • Examples 2 to 6 Except using the photocurable composition of Table 1 and the photocuring conditions of Table 2, resin molded bodies having various properties of Tables 2 and 3 and the touch panel substrate and reflection shown in Table 4 are the same as in Example 1. A prevention plate was obtained. Note that Luperox DC of the thermal polymerization initiator (A4) used has a one-hour half-life temperature of 135 ° C.
  • the resin molded body obtained by the present invention can be advantageously used for various optical materials and electronic materials.
  • various display members such as protective sheets, touch panels, antireflection plates, liquid crystal substrates, organic / inorganic EL substrates, PDP substrates, electronic paper substrates, light guide plates, retardation plates, optical filters, screens, projector parts, etc. It can be used for storage / recording applications including optical disk substrates, energy applications such as thin-film battery substrates and solar cell substrates, optical communication applications such as optical waveguides, functional films / sheets, and various optical films / sheets. In addition to optical materials and electronic materials, it can also be used for lighting materials, automotive materials, building materials, medical materials, stationery, and the like.

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Abstract

 本発明は、光硬化性組成物(A)を硬化して得られる樹脂成形体であって、厚さが1~10mmであり、かつ、UL94HB燃焼性試験(水平燃焼性試験)にて測定される燃焼速度(S)が40mm/分以下であることを特徴としている。本発明の樹脂成形体は、透明で、光学性能や熱機械特性に優れることから、安全性や信頼性に優れる樹脂基板を提供することができる。

Description

樹脂成形体、及びその用途
 本発明は、光硬化性組成物を光硬化してなる透明な樹脂成形体に関するものであり、更に詳しくは、光学特性、熱機械特性に優れ、特に安全性、信頼性の高いディスプレイ用の基板や保護板等に有用な樹脂成形体、及びタッチパネル基板、反射防止板等の用途に関するものである。
 従来、ディスプレイ用の基板としてはガラス板が多く使われてきた。例えば、ディスプレイの最前面である保護板(カバー)、反射防止板、タッチパネル、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等には、平坦なガラス製の基板が使用されている。
 近年、携帯電話、スマートフォン、タブレット等の携帯情報端末の進展は著しい。これら携帯情報端末のディスプレイにおいては、軽量薄型化や割れにくさが必須要件であるため、樹脂製の基板も使用され始めている。しかし、樹脂基板はガラス板に比べて柔らかいため、ディスプレイに衝撃が加わった時や押圧された時にたわんで内部のデバイスが破壊される問題がある。特に、スマートフォンやタブレットは年々画面サイズが大きくなり、かつタッチパネル付きが一般化しているため、衝撃強度の向上やたわみの低減がより強く求められているのが現状である。これらの要望は、携帯情報端末の薄型化を望む声を超えて、多少厚くても安全性が高く、かつ信頼性の高い携帯情報端末を望むものであり、また、車載用途や公共用途等携帯用途以外のディスプレイにおいても重要である。
 更に、近年、電池の不具合から情報端末が発火したり暴発する事故が発生している。情報端末の電池としては充放電可能なリチウム二次電池が主流であるが、可燃性の有機溶剤を電解液として用いるために、常に発火や暴発の危険性を内包している。この危険性は、電池の高エネルギー密度化に伴ってますます増大しており、かかる危険性を回避するために、電解液として難燃性のイオン液体を用いたり、固体電解質を用いる提案がなされている。しかし、更なる安全性の確保のためには、電池内部だけではなく、情報端末を構成する部材も見直されるべきである。例えば、筐体に難燃性の樹脂を用いたり、ディスプレイを構成する透明部材にも燃焼速度の遅い樹脂を用いることが考えられる。
 なお、一般的に、燃焼性の試験としてUL94HB試験(水平燃焼性試験)が知られており、試験方法や条件が定められている。例えば、厚さ3mm以上の樹脂では、125mm×13mmの試験片を用いて、燃焼速度が40mm/分未満であればUL規格に合格となる。
 一方、ディスプレイ用の基板には、高光線透過率や低光学歪(低複屈折)等の光学性能はもとより、耐熱性や高硬度等の熱機械特性、耐溶剤性等の加工適性が必要とされる。これらの性能を満足するために、光硬化により得られる樹脂成形体が提案されている(例えば、特許文献1~3参照。)。
特開2001-342222号公報 特開2006-193596号公報 特開2012-229405号公報
 しかしながら、特許文献1、2及び3の開示技術では、厚さが0.1~1mmと薄いため、上述した衝撃強度や低たわみを達成しがたく、更なる改善が望まれる。例えば、衝撃強度に関しては、特許文献1の1mm厚の樹脂成形体は、たかだか8gの落球衝撃試験において、高さ1m程度で割れてしまうことがある(衝撃エネルギー0.08J)。特許文献2の0.7mm厚の樹脂成形体は、130gの落球試験において、たかだか30cm程度で割れてしまうことがある(衝撃エネルギー0.4J)。特許文献3の0.2mmの樹脂成形体は、たかだか16gの落球試験において、50cm程度で割れてしまうことがある(衝撃エネルギー0.08J)。本来、ディスプレイの保護板としては、携帯電話をポケットから落としても割れない程度の耐衝撃性は必要であり、落球試験で130gの剛球を1m程度から落下させても割れない衝撃強度が要望される(衝撃エネルギー1.3J)。
 低たわみに関しては、いずれの開示技術においても樹脂成形体の曲げ弾性率は4GPa程度であり、ガラスの数十分の一しかない。厚さ0.1~1mmでは押圧時に大きくたわむこととなる。例えば、10cm角シートの中央部を指で1kg程度の荷重で押すと1mm以上たわんでしまう。これでは、デバイスを守る保護板の役目は果たしがたく、更なる改善が望まれる。たわみ量の低減のためには、曲げ弾性率の向上と共に、厚型化が有効である。なお、押圧時のたわみ量は、樹脂成形体の曲げ弾性率にも依存するが(曲げ弾性率に反比例)、より大きくは厚さに依存する(厚さの3乗に反比例)。押圧時の低たわみを達成するには、厚さ1mm以上、好ましくは1.5mm以上、特に好ましくは2mm以上の樹脂成形体が必要である。
 低燃焼性に関しては、いずれの開示技術においても記載はなく、何ら検討されていない。一般的に、透明樹脂の難燃化は困難である。難燃性の評価としてUL94V試験(垂直燃焼性試験)があるが、この試験に適合するためには、ディスプレイ基板としての諸特性を放棄することになる。これはリン系等の難燃剤を添加することにより透明性が低下したり、高温高湿環境下で難燃剤がブリードアウトするためである。特に、ディスプレイ基板には高い透明性が求められ、ディスプレイの高輝度化のために1%以下の低ヘイズが要求される。
 なお、ディスプレイ基板の中には防眩仕様の樹脂成形体も存在する。かかる基板は表面の粗面化や樹脂内部の光散乱によりヘイズ値を高めたものであるが、難燃剤添加により着色やブリードアウトが発生することは避けねばならない。
 そこで、本発明は、このような背景下において、光硬化性組成物を硬化してなる透明な樹脂成形体であり、光学性能や熱機械特性に優れ、安全性や信頼性に優れる樹脂基板を提供することを目的とするものである。
 しかるに、本発明者等はかかる事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、光硬化性組成物(A)を硬化することにより得られる樹脂成形体において、従来よりも厚く、しかも、燃焼速度の遅い樹脂成形体が、光学性能や熱機械特性に優れ、安全性や信頼性に優れることを見出し、本発明を完成した。
 即ち、本発明の要旨は、光硬化性組成物(A)を硬化して得られる樹脂成形体であって、厚さが1~10mmであり、かつ、UL94HB燃焼性試験(水平燃焼性試験)にて測定される燃焼速度(S)が40mm/分以下であることを特徴とする樹脂成形体に関するものである。
 更に、本発明においては、前記樹脂成形体を用いてなるタッチパネル基板や、反射防止板も提供するものである。
 また、本発明は、耐衝撃性、低たわみ性、低燃焼性を有する樹脂基材を提供するものであるが、常識では考えられないような厚さでも光硬化できる手法をも提供するものである。
 一般的に、光硬化によって得られる対象物の厚さは、UVコートに代表されるように数ミクロン~数百ミクロンであり、上記特許文献1、2及び3の樹脂成形体においても、最も分厚いもので1mmである。分厚い光硬化が困難な理由は2つある。
(1)一般的に、光硬化性組成物、とりわけ(メタ)アクリロイル基を含有する光硬化性組成物は液体であり、硬化する際に数%~数十%の体積収縮を起こす(硬化収縮と呼ばれる)。このため、かかる硬化収縮により生じた内部応力で樹脂が割れたり、成形体が所望の表面形状を形成できない。硬化反応をわざと不充分にして、硬化収縮を低減する手法も考えられるが、得られる樹脂成形体は光や熱に対して不安定なものなり、耐衝撃性や硬度等の本来の物性を発現しないものとなる。
(2)光硬化性組成物の光吸収のために、照射光が裏面側まで到達できなかったり、両面から光照射しても照射光が充分内部まで到達できない。当然のことながら、照射エネルギーが不足すると光硬化性組成物は充分硬化せず、裏面側の硬化不足や内部の硬化不足を招き、樹脂成形体本来の性能を発現できないばかりか、使用時に割れたり反ったりする不具合が発生することとなる。
 従って、光硬化性組成物を硬化してなる樹脂成形体においては、これまで、1mmを超えるような厚さの樹脂成形体を製造することは困難であった。
 本発明の樹脂成形体は、硬化収縮が大きい光硬化性組成物を用いて、充分な硬化反応を行っても、割れずに、平坦かつ平滑な表面を持ち、光学歪(複屈折)の少ない厚型の樹脂成形体となるものである。
 本発明の樹脂成形体は、光学特性、熱機械特性、安全性、信頼性に優れる厚型の樹脂成形体であり、ディスプレイ用の基板や保護板、例えば、反射防止板、タッチパネル基板、液晶ディスプレイ基板、有機ELディスプレイ基板、スクリーン、プロジェクター部品等として好適である。
 以下、本発明につき詳細に説明する。
 なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートとメタクリレートの、「(メタ)アクリル」は、アクリルとメタクリルの総称である。また、ここでいう「多官能」とは、分子内に2個以上の(メタ)アクリロイル基を有することを意味する。
 本発明の樹脂成形体は、光硬化性組成物(A)を硬化して得られるものであり、その樹脂成形体の厚さは1~10mmである。好ましくは、低たわみ性の点から1.5~8mm、より好ましくは耐衝撃性の点から2~6mm、更に好ましくは低燃焼性の点から3~5mmである。樹脂成形体の厚さが薄すぎると、低たわみ性、耐衝撃性、低燃焼性のいずれも低下することとなり、厚すぎると、ディスプレイの軽量化が困難となる。
 本発明の樹脂成形体は、UL94HB燃焼性試験(水平燃焼性試験)にて測定される燃焼速度が40mm/分以下である。燃焼速度は、好ましくは安全性向上の点から30mm/分以下、より好ましくは更なる安全性向上の点から20mm/分以下である。燃焼速度が、速すぎるとディスプレイの安全性が低下することとなる。なお、通常、透明樹脂において燃焼速度の下限値は1mm/分である。
 燃焼速度を遅くするには、樹脂に難燃剤を添加する手法、樹脂構造中の酸素分率を低減する手法、樹脂に架橋構造を取り入れ熱分解温度を向上する手法等が挙げられるが、前述したとおり、難燃剤は樹脂の透明性を低下させたりブリードアウトの原因となる。本発明においては、樹脂構造中の酸素分率を低減し、かつ樹脂に架橋構造を取り入れ熱分解温度を向上させている。
 樹脂構造中の酸素分率を低減する手法としては、光硬化性組成物(A)における各成分の化学構造や配合割合を制御することにより、光硬化性組成物(A)を構成する総原子のうち、酸素原子の占める割合(酸素分率)を低減する手法が好ましい。例えば、光硬化性組成物(A)として、脂環構造を有するモノマーやオリゴマーを選定したり、かかるモノマーやオリゴマーの配合割合を高める手法が挙げられる。酸素分率は、燃焼速度を低減する点で、好ましくは30%以下、より好ましくは25%以下、特に好ましくは23%以下である。
 本発明における酸素分率は、化学構造から算出される値であり、光硬化性組成物(A)の総重量に対する酸素の重量%である。例えば、光硬化性組成物(A)が成分A、B、Cの3成分よりなる場合、下記式(1)に従って計算できる。なお、下記式(1)における配合量は、重量部でも重量%でもよい。
酸素分率(%)=100×[{(成分Aの化学構造中の酸素数×酸素原子量/成分Aの分子量)×成分Aの配合量}+{(成分Bの化学構造中の酸素数×酸素原子量/成分Bの分子量)×成分Bの配合量}+{(成分Cの化学構造中の酸素数×酸素原子量/成分Cの分子量)×成分Cの配合量}] …(1)
 なお、PMMA(化学式:(C)n)の酸素分率は、下記式で計算される通り32%である。
PMMAの酸素分率(%)=100×{2×16/(12×5+1×8+16×2)}=32(%)
 樹脂に架橋構造を取り入れ熱分解温度を向上する手法としては、光硬化性組成物(A)として、多官能(メタ)アクリレート等の架橋構造を形成するモノマーやオリゴマーを用いたり、これらの配合割合を高める手法が好ましい。熱分解温度は、燃焼速度を低減する点で、好ましくは300℃以上、より好ましくは350℃以上、特に好ましくは370℃以上である。なお、熱分解温度の上限値は、通常、500℃である。
 なお、本発明における熱分解温度は、JIS K 7120に準拠して測定される熱分解開始温度のことである。
 本発明で用いられる光硬化性組成物(A)は、光照射により硬化するものであればよいが、中でも、樹脂成形体の生産性の点で、(メタ)アクリロイル基を含有する組成物であることが好ましい。
 具体的には、例えば、光硬化性組成物(A)が、下記成分(A1)及び(A2)を含有してなるもの、好ましくは更に光重合開始剤(A3)を含有してなるものであることが樹脂成形体の耐熱性の点で好ましい。
(A1)ウレタン(メタ)アクリレート系化合物
(A2)多官能(メタ)アクリレート系化合物
(A3)光重合開始剤
 本発明で使用されるウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)としては、例えば、ポリイソシアネートと水酸基含有(メタ)アクリレートを、必要に応じてジブチルチンジラウレート等の触媒を用いて反応させて得られるものであることが好ましい。
 ポリイソシアネートの具体例としては、例えば、エチレ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の脂肪族系ポリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ビス(イソシアナトメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、ノルボルネ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-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ビス(4-イソシアナトシクロヘキシル)メタン、2,2-ビス(4-イソシアナトシクロヘキシル)プロパン、水添化キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートの3量体化合物等の脂環構造を有するポリイソシアネートや、ジフェニルメタンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等の芳香環を有するポリイソシアネート等が挙げられる。中でも低硬化収縮の点で、脂環構造を有するポリイソシアネート、具体的にはイソホロンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネートが好ましい。
 水酸基含有(メタ)アクリレートの具体例としては、例えば、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、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-(メタ)アクリロイロキシプロピル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。中でも、樹脂成形体の鉛筆硬度の点で、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレートが好ましい。
 ポリイソシアネートと、水酸基含有(メタ)アクリレートとの反応により得られるウレタン(メタ)アクリレートは、2種以上混合して用いても良い。これらの反応物の中でも、硬化速度の点からアクリレート系化合物が好ましく、特に表面硬度と曲げ弾性率の観点から2~9官能、特には2~6官能が好ましい。
 上記の多官能(メタ)アクリレート系化合物(A2)としては、(メタ)アクリロイル基を2個以上有するものであればよく、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラ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、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリ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、ブチレングリコールジ(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、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、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸変性ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェートジエステル等の脂肪族系化合物、ビス(ヒドロキシ)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジ(メタ)アクリレート、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジ(メタ)アクリレート、ビス(ヒドロキシ)ペンタシクロ[6.5.1.13,6.02,7.09,13]ペンタデカン=ジ(メタ)アクリレート、ビス(ヒドロキシメチル)ペンタシクロ[6.5.1.13,6.02,7.09,13]ペンタデカン=ジ(メタ)アクリレート、2,2-ビス[4-(β-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)シクロヘキシル]プロパン、1,3-ビス((メタ)アクリロイルオキシメチル)シクロヘキサン、1,3-ビス((メタ)アクリロイルオキシエチルオキシメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス((メタ)アクリロイルオキシメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス((メタ)アクリロイルオキシエチルオキシメチル)シクロヘキサン等の脂環式系化合物、フタル酸ジグリシジルエステルジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールA(2,2’-ジフェニルプロパン)型ジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2,2’-ジフェニルプロパン)型ジ(メタ)アクリレート等の芳香族系化合物等の2官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。
 また、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、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(メタ)アクリロイルオキシエトキシトリメチロールプロパン、グリセリンポリグリシジルエーテルポリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等の脂肪族系化合物、1,3,5-トリス((メタ)アクリロイルオキシメチル)シクロヘキサン、1,3,5-トリス((メタ)アクリロイルオキシエチルオキシメチル)シクロヘキサン等の脂環式化合物等の3官能以上の(メタ)アクリレートが挙げられる。
 これらの中でも、耐熱性の点で、ビス(ヒドロキシ)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジ(メタ)アクリレート、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジ(メタ)アクリレートが好ましい。
 光硬化性組成物(A)として、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)及び多官能(メタ)アクリレート系化合物(A2)の含有割合(重量比)は、樹脂成形体の熱機械特性の点で、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)/多官能(メタ)アクリレート系化合物(A2)(重量比)=10/90~70/30であることが好ましく、更には20/80~60/40、特には30/70~50/50であることが好ましい。ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)の含有割合が小さすぎると鉛筆硬度が低下する傾向があり、大きすぎると吸水率が増大する傾向がある。
 また、本発明で用いられる光硬化性組成物(A)には、単官能(メタ)アクリレート系化合物を含んでいてもよく、かかる単官能(メタ)アクリレート系化合物としては、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、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、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(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)クリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリシクロデシル(メタ)アクリレート、トリシクロデシルオキシメチル(メタ)アクリレート、トリシクロデシルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシメチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、ノルボニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、2-メチル-2-アダマンチル(メタ)アクリレート、2-エチル-2-アダマンチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシ-1-アダマンチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリシクロデシル(メタ)アクリレート、トリシクロデシルオキシメチル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、ノルボニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート等が挙げられ、これらの中でも脂環構造を有する(メタ)アクリレートが、低硬化収縮の点で好ましい。
 光硬化性組成物(A)として、単官能(メタ)アクリレート系化合物を含有する場合には、その含有量は、多官能(メタ)アクリレート系化合物100重量部に対して、耐熱性の点で、50重量部以下であることが好ましく、更には30重量部以下、特には10重量部以下であることが好ましい。かかる含有量が大きすぎると耐熱性が低下する傾向がある。
 本発明で用いられる光重合開始剤(A3)としては、活性エネルギー線の照射によってラジカルを発生し得るものであれば特に制限されず、例えば、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,6-ジメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-,2-(o-ベンゾイルオキシム)等が挙げられる。これらの光重合開始剤の中でも、分厚い樹脂成形体を製造する点で、1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-,2-(o-ベンゾイルオキシム)及び2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。これらの光重合開始剤(A3)は単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 光重合開始剤(A3)の含有量は、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)及び多官能(メタ)アクリレート系化合物(A2)の合計100重量部に対して0.01~5重量部であることが好ましく、更に好ましくは0.05~3重量部、より好ましくは0.1~1重量部、特に好ましくは0.1~0.5重量部である。かかる含有量が少なすぎると重合速度が低下し、重合が充分に進行しない傾向があり、多すぎると光重合開始剤の光吸収が過剰に増大して樹脂成形体の内部が未硬化となる傾向にある。具体的に、樹脂成形体及び厚みとの関係においては、例えば、1mm以上の厚い樹脂成形体を製造する点から0.05~3重量部が好ましく、2mm以上の厚い樹脂成形体を製造する点から0.1~1重量部が好ましく、3mm以上の厚い樹脂成形体を製造する点から0.1~0.5重量部が好ましい。
 更に、本発明においては、光重合開始剤(A3)とともに、熱重合開始剤(A4)を併用することが好ましい。この場合、光硬化に加えて熱硬化も進行することになり、硬化度向上の点で有利となる。
 かかる熱重合開始剤(A4)としては、公知の化合物を用いることができ、例えば、ハイドロパーオキサイド、t-ブチルハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド等のジアルキルパーオキサイド、t-アミルパーオキシベンゾエート、t-ブチルパーオキシベンゾエート、t-ブチルパーオキシ(2-エチルヘキサノエート)等のパーオキシエステル、ベンゾイルパーオキシド等のジアシルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート等のパーオキシカーボネート、パーオキシケタール、ケトンパーオキサイド等の過酸化物が挙げられる。これらの中でも、光硬化性組成物(A)の保存安定性の点で、1時間半減期温度が100℃以上、特には110~150℃、更には120~140℃であるものが好ましく、特に、樹脂成形体の光学歪を低減する点で、ジクミルパーオキサイド、t-アミルパーオキシベンゾエート及びt-ブチルパーオキシベンゾエートから選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、更にはt-ブチルパーオキシベンゾエートが好ましい。これらの熱重合開始剤(A4)は単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 熱重合開始剤(A4)の含有量は、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)及び多官能(メタ)アクリレート系化合物(A2)の合計100重量部に対して0.1~2重量部であることが好ましく、更に好ましくは0.2~1重量部、より好ましくは0.3~1重量部、特に好ましくは0.4~1重量部である。かかる含有量が少なすぎると樹脂成形体内部の重合が充分に進行しない傾向があり、多すぎると樹脂成形体の光学歪が増大する傾向にある。具体的に、樹脂成形体及び厚みとの関係においては、例えば、1mm以上の厚い樹脂成形体を製造する点から0.2~1重量部が好ましく、2mm以上の厚い樹脂成形体を製造する点から0.3~1重量部が好ましく、3mm以上の厚い樹脂成形体を製造する点から0.4~1重量部が好ましい。
 また、光重合開始剤(A3)と熱重合開始剤(A4)の配合割合(A3:A4の重量比)は、硬化速度の点から10:90~90:10であることが好ましく、より好ましくは、深部硬化の点で、20:80~70:30である。光重合開始剤(A3)の配合割合が少なすぎると硬化が遅くなる傾向にあり、逆に、多すぎると内部硬化が困難となる傾向がある。
 また本発明においては、光重合開始剤(A3)とともに、紫外線吸収剤(A5)を併用することが好ましい。紫外線吸収剤の配合は、厚膜硬化に一見矛盾した技術に思われるが、微量の配合であれば内部硬化が可能であり、硬化収縮の緩和効果によりクラックやヒケ等の不具合を回避することができる。
 紫外線吸収剤(A5)としては、光硬化性組成物(A)に溶解するものであれば特に限定されず、各種紫外線吸収剤を使用することができる。具体的には、サリチル酸エステル系、ベンゾフェノン系、トリアゾール系、ヒドロキシベンゾエート系、ヒドロキシフェニルトリアジン系、シアノアクリレート系等が挙げられる。これらの紫外線吸収剤は複数を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、光硬化性組成物(A)との相溶性の点で、ベンゾフェノン系、トリアゾール系、ヒドロキシフェニルトリアジン系が好ましく、特にはヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤が好ましい。具体的には、(2-ヒドロキシ-4-オクチロキシ-フェニル)-フェニル-メタノン、2-ベンゾトリアゾール-2-イル-4-t-オクチル-フェノール、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-トリアジン等の紫外線吸収剤が好ましい。
 紫外線吸収剤(A5)の含有割合は、光硬化性組成物(A)に対して、通常0.001~0.1重量%であることが好ましく、特に好ましくは0.01~0.05重量%である。かかる紫外線吸収剤が少なすぎると樹脂成形体の耐光性が低下する傾向があり、多すぎると樹脂成形体の重合が不充分となる傾向がある。
 また、本発明で用いられる光硬化性組成物(A)には、適宜、連鎖移動剤、酸化防止剤、着色剤、増粘剤、帯電防止剤、難燃剤、消泡剤、及び各種フィラー等の補助成分を含有していても良い。
 連鎖移動剤としては、多官能メルカプタン系化合物が挙げられ、例えば、ペンタエリストールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスルトールテトラキスチオプロピオネート等が挙げられる。これらの多官能メルカプタン系化合物は、光硬化性組成物(A)100重量部に対して、通常10重量部以下の割合で使用されることが好ましく、更には5重量部以下、特には3重量部以下が好ましい。かかる使用量が多すぎると、得られる樹脂成形体の耐熱性や剛性が低下する傾向がある。
 酸化防止剤としては、例えば、2,6-ジ-t-ブチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール、2,4,6-トリ-t-ブチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチル-4-s-ブチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシメチルフェノール、n-オクタデシル-β-(4’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-t-ブチルフェニル)プロピオネート、2,6-ジ-t-ブチル-4-(N,N-ジメチルアミノメチル)フェノール、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルホスフォネート-ジエチルエステル、2,4-ビス(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン、4,4-メチレン-ビス(2,6-ジ-t-ブチルフェノール)、1,6-ヘキサンジオールビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、ビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)スルフィド、4,4’-ジ-チオビス(2,6-ジ-t-ブチルフェノール)、4,4’-トリ-チオビス(2,6-ジ-t-ブチルフェノール)、2,2-チオジエチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N’-ヘキサメチレンビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナミド、N,N’-ビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニル]ヒドラジン、カルシウム(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)モノエチルホスフォネート、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン、トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)イソシアヌレート、トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、1,3,5-トリス-2[3(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ]エチルイソシアネート、テトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルホスファイト-ジエチルエステル等の化合物が挙げられ、これらの化合物は、単独または二種以上併用してもよい。これらの中でも、1,6-ヘキサンジオールビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,2-チオジエチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、テトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンが、樹脂成形体の黄変を抑制する点から好ましい。
 着色剤としては、光硬化性組成物(A)に溶解するものであれば特に限定されず公知の色素を使用することができるが、樹脂成形体の色相の点で、ブルーイング剤が好ましい。着色剤の配合量は10ppm以下が好ましい。配合量が多すぎると光線透過率が低下する傾向にある。
 次いで、本発明の樹脂成形体の製造方法に関して説明する。
 本発明の樹脂成形体は、上述したとおり、通常一般的に行われる光硬化で得られる硬化物の厚さ(通常0.01~0.2mm程度)を超えているものである。厚さ1mm以上の樹脂成形体の製造には、光重合開始剤の選定や熱重合開始剤の併用が有効であるが、特に、厚さ2mm以上の樹脂成形体の製造には、光照射プロセスも重要である。
 光照射プロセスとしては、光硬化性組成物(A)を、対抗する2枚のガラス板と厚み制御のためのスペーサからなる成形型に注型した後、水平方向に搬送しながら活性エネルギー線を一方の面、他方の面、両面の順で照射して、光硬化することが好ましい。3段階で活性エネルギー線を照射することにより、厚い樹脂成形体の表裏及び内部も充分に硬化させることができる。
 ガラス板は、強度の点から厚さ1~10mmが好ましく、より好ましくは、樹脂成形体の表面平滑性の点から、光硬化性組成物(A)が接する少なくとも片側のガラス表面が光学研磨されていることが好ましい。特には表面平滑性(Ra)が50nm以下であることが好ましい。ガラス板の厚さが薄すぎると、光硬化性組成物(A)が硬化する際に生じる収縮応力に耐えられず、ガラス板が割れたり、ガラス板に反りが発生して、樹脂成形体の平坦性が低下する傾向にある。ガラス板は、かかる強度の観点から化学強化されていてもよい。ガラス板の厚さが厚過ぎると、ガラスの重量が増大し、設備への負荷が大きくなる。ガラス板は、樹脂成形体の脱型性を向上させるため、表面を離型剤で処理してもよい。
 また、樹脂成形体の表面に、レンズ機能、防眩機能、アンチニュートンリング機能等を付与するために、光硬化性組成物(A)が接するガラス板の表面に微細な凹凸を形成してもよい。形成の手法として、サンドブラストやエッチング等の手法が可能である。かかる微細な凹凸が、樹脂成形体に転写されることにより、レンズ機能、防眩機能、あるいはアンチニュートンリング機能をもつ樹脂成形体を得ることができる。
 スペーサは、樹脂成形体の厚さを制御するものであるが、材料は特に限定されず、樹脂等公知の材料が使用される。樹脂の中でも、シリコーン樹脂等のゴム質な材料が好ましい。より好ましくは、樹脂成形体の平面度の点で、ショアA硬度(JIS K 6253 タイプA)が、40~60、特には43~57、更には45~55である材料が、硬化収縮を緩和する点で好ましい。
 活性エネルギー線としては紫外線が好適である。使用される光源としては、一般的な紫外線ランプが使用でき、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、無電極ランプ、LEDランプ等が使用される。これらの中でも、高照度の点から、メタルハライドランプと無電極ランプが好ましい。
 紫外線を用いる場合の照射光量は20J/cm以上、かつ最大照度は100mW/cm以上であることが好ましい。照射光量は、より好ましくは30~50J/cmである。照射光量が少なすぎると樹脂成形体全体の重合度が不足する傾向にある。最大照度は、より好ましくは200~20000mW/cmである。最大照度が小さすぎると樹脂成形体内部の重合度が低下する傾向にある。なお、ここで言う照射光量は、上面側及び下面側からの総光量である。また、最大照度は、上面側もしくは下面側からの最大照度である。
 更に、本発明においては、硬化収縮を緩和するため、光硬化性組成物(A)を1~10g/cmの範囲で一定に加圧しながら光硬化することが好ましい。この場合、注液された成形型を水平方向に搬送し、上ガラスの重量で加圧具合を制御することが簡便である。すなわち、硬化面積がXcmの場合、X~10Xgの上ガラス板を使用する。例えば、硬化サイズが37cm×48cmの場合(面積1776cm)、上ガラスの重量を1776g~17760gに調整すればよい。加圧のより好ましい範囲は、硬化時のヒケ防止の点から2~6g/cmである。
 かかる加圧硬化を行うことにより、硬化収縮率の大きな光硬化性組成物でも厚膜硬化が可能になる。前述した通り、本発明の厚い樹脂成形体を製造するには、硬化収縮率の小さな光硬化性組成物が有利であるが、低ヘイズ、高曲げ弾性率、高鉛筆硬度等の諸特性を満足するには、硬化収縮率が10%程度の光硬化性組成物でも使用せざるを得ない。これは、硬化収縮率低減のために光硬化性組成物に、フィラーを添加するとヘイズが増大するし、オリゴマーやポリマーを配合すると曲げ弾性率や鉛筆硬度が低下するためである。例えば、特許文献1~3に使用されている多官能(メタ)アクリレート系化合物の硬化収縮率は8%であり、この程度の硬化収縮率を有する光硬化性組成物でも厚膜硬化できることが重要になる。本発明の樹脂成形体の一つとして、硬化収縮率8%以上の光硬化性組成物を用いても、加圧硬化により1~10mmの厚い樹脂成形体が得られることとなる。
 本発明においては、光硬化後の硬化度が重要である。本発明における硬化度は、固体NMRやIR等の分析手法で、樹脂成形体中の(メタ)アクリロイル基の反応率を測定することで得られる。光硬化後の(メタ)アクリロイル基の反応率は、物性の安定化の点で、70%以上であることが好ましい。より好ましくは、80%以上、特に好ましくは、85%以上である。反応率が小さすぎると、燃焼速度が速くなり、曲げ弾性率や表面硬度等の機械特性が低下する傾向にある。なお、通常、反応率の上限値は通常99%である。かかる光硬化後の反応率を制御する手法としては、(メタ)アクリレート成分、光重合開始剤の種類や量、照度や光量の制御、硬化温度の調整等が挙げられる。
 光硬化後の上面、内部、下面の反応率の差も重要である。反応率の差は、5%以下が好ましく、より好ましくは3%以下、特に好ましくは2%以下である。差が大きすぎると樹脂成形体に反りやうねりが発生する傾向にある。なお、ここで言う反応率は、樹脂成形体の上面表層部、内部、下面表層部から樹脂を削り出し、固体NMRでそれぞれの反応率を測定したものである。また、表層部とは、表面から内部に向かって0~0.2mm程度のことを意味するものとする。
 かくして、光硬化後の樹脂成形体を成形型から脱型することにより、本発明の樹脂成形体が得られる。硬化度向上や応力歪除去のために、樹脂成形体を熱処理することも可能である。熱処理は、大気圧下、不活性ガス下、真空下のいずれでもよく、温度は50℃以上、より好ましくは100℃以上、特に好ましくは150℃以上である。なお、上限としては、通常400℃である。
 本発明の樹脂成形体は、通常、全光線透過率が85%以上であることが好ましく、より好ましくは88%以上、特に好ましくは90%以上であることが好ましい。全光線透過率が小さすぎるとディスプレイの輝度が低下する傾向にある。なお、上限としては、通常96%である。
 本発明の樹脂成形体は、通常、ヘイズが1%以下であることが好ましく、より好ましくは0.5%以下、特に好ましくは0.3%以下であることが好ましい。ヘイズが大きすぎるとディスプレイの精細性が低下する傾向にある。なお、下限としては、通常0.01%である。
 本発明の樹脂成形体は、通常、色相b*がマイナス値であることが好ましく、より好ましくは-0.1以下、特に好ましくは-0.2以下であることが好ましい。b*が大きすぎると樹脂成形体の高級感が低下する傾向にある。なお、下限としては、通常-10である。
 本発明の樹脂成形体は、曲げ弾性率が3GPa以上であることが好ましい。更に好ましくは3.5~5GPaである。曲げ弾性率が低すぎると、ディスプレイ用基板としての剛性が低下する傾向にある。かかる曲げ弾性率を上記範囲に調整するに当たっては、上述した光硬化性組成物(A)の種類や成分の含有量を適宜コントロールする手法が挙げられる。例えば、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)として2~6官能等のものを使用する等が挙げられる。
 本発明の樹脂成形体は、100mm×100mmの試験片を、幅10mmの四角い外枠にはめ込み、試験片の中央部を指で1kg/cmで押圧した時のたわみ量が1mm以下であることが好ましい。より好ましくはたわみ量が0.5mm以下、更に好ましくはたわみ量が0.2mm以下である。たわみ量が大きすぎると保護板としての機能が不充分となり、内部デバイスの破損等ディスプレイ全体の信頼性が低下する傾向にある。かかるたわみ量を上記範囲に調整するに当たっては、上述した光硬化性組成物(A)の種類や成分の含有量を適宜コントロールする手法が挙げられる。例えば、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)として2~6官能等のものを使用する等が挙げられる。
 本発明の樹脂成形体は、鉛筆硬度が3H以上であることが好ましく、より好ましくは5H以上、特に好ましくは7H以上である。鉛筆硬度が低すぎると保護板としての表面硬度が低下する傾向にある。かかる鉛筆硬度を上記範囲に調整するに当たっては、上述した光硬化性組成物(A)の種類や成分の含有量を適宜コントロールする手法が挙げられる。例えば、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)として3~6官能等のものを使用する等が挙げられる。
 本発明の樹脂成形体は、ガラス転移温度が100℃以上であることが、耐熱性の点から好ましい。ガラス転移温度が低すぎると、透明導電膜の形成が困難となる傾向にある。ガラス転移温度の好ましい範囲は150~400℃、より好ましくは190~300℃、更に好ましくは200~250℃である。かかるガラス転移温度を上記範囲に調整するに当たっては、上述した光硬化性組成物(A)の種類や成分の含有量を適宜コントロールする手法が挙げられる。例えば、多官能(メタ)アクリレート系化合物(A2)の官能基数を上げる等の手法が挙げられる。
 本発明の樹脂成形体は、レーザー加工、NC加工、打ち抜き加工等公知の技術で、所望サイズにカットしたり切削加工することが可能である。また、種々の用途に応じて、透明導電膜、反射防止膜、粘着剤層、ハードコート層、防汚コート層、耐指紋コート層、指すべり性コート層、印刷層、ガスバリア膜を形成することができる。
 透明導電膜としては、インジウムとスズの酸化物(ITO)等の無機膜や、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)等の有機膜が挙げられる。これらの中でもITO膜が導電性と透明性の点で好ましい。かかる透明導電膜の膜厚は、通常100~5000Å、好ましくは200~3000Å、更に好ましくは300~2000Åである。かかる膜厚が薄すぎると導電性が不充分となる傾向にあり、厚すぎると膜クラックが発生する傾向にある。
 透明導電膜を成膜するに当たっては、蒸着やスパッタ等公知の手法が用いられるが、成膜温度は、好ましくは50~300℃、より好ましくは100~250℃、更に好ましくは130~200℃である。成膜温度が低すぎると導電性が不充分となる傾向にあり、逆に、高すぎると樹脂成形体の光線透過率が低下する傾向にある。
 得られる透明導電膜の導電性は、その表面抵抗値が、好ましくは500Ω/□以下、より好ましくは200Ω/□以下、更に好ましくは100Ω/□以下となるよう調整される。表面抵抗値が高すぎる(すなわち導電性が低すぎる)とディスプレイの表示性能が低下する傾向にある。
 反射防止膜としては、SiO/TiO/SiOの3層構成からなる無機多層膜やフッ素樹脂からなる低屈折率有機コート膜が挙げられる。これらの中でも、低反射率の点から無機多層膜が好ましい。かかる無機膜の膜厚は、用途に合わせて選択されるが、通常、λ/4やλ/2に調整されることが好ましい。
 無機反射防止膜を成膜するに当たっては、蒸着、スパッタ、CVD等公知の手法が用いられるが、成膜温度は、好ましくは30~200℃、より好ましくは50~150℃、更に好ましくは70~100℃である。成膜温度が低すぎると、反射防止が不充分となる傾向にあり、逆に、高すぎると反りが発生する傾向にある。
 得られる反射防止膜の反射率は、好ましくは3%以下、より好ましくは2%以下、更に好ましくは1%以下であり、高すぎるとディスプレイの視認性が低下する傾向にある。
 かくして、本発明の樹脂成形体を生産性よく製造することができ、得られた樹脂成形体は、光学特性や熱機械特性に優れ、安全性と信頼性に優れたディスプレイ用の基板や保護板、更にはタッチパネル基板、反射防止板として好適である。
 以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
 なお、例中「部」、「%」とあるのは、重量基準を意味する。
 まず、各実施例、比較例の諸特性の測定方法および評価方法を以下に示す。
(1)(メタ)アクリロイル基の反応率(%)
 50mm×50mmの樹脂成形体を凍結粉砕した後、約0.3gを固体NMRプローブに詰め、BRUKER・BIOSPIN社製「AVANCE DPX-400」で測定した(測定条件:観測核は13C、回転数は5000Hz、室温)。重合していない(メタ)アクリロイル基中のカルボニル炭素は高磁場側(166ppm)に、重合したカルボニル炭素は低磁場側(176ppm)に検出される。これらのピーク面積比より樹脂成形体の全体(a)の反応率(%)を算出した。
 また、樹脂成形体の上面(b)、内部(c)、下面(d)の反応率を測定する時は、上面表層部(深さ0.2mm以内)、内部(厚さ方向の中央部0.2mm)、下面表層部(深さ0.2mm以内)からそれぞれ樹脂を削り出し、凍結粉砕した後、上記同様の手法で測定と反応率(%)の算出を行った。
(2)硬化収縮率(%)
 硬化前の光硬化性組成物の比重D1と、硬化後の樹脂成形体の比重D2から、下記式に基づき算出した。
  硬化収縮率(%)=100×(1-D1/D2)
(3)燃焼速度(mm/分)
 長さ125mm×幅13mmの樹脂成形体を用いて、UL94HB燃焼性試験方法に基づき、燃焼速度を測定した。
(4)光線透過率(%)
 50mm×50mmの樹脂成形体を用いて、日本電色工業社製ヘイズメーター「NDH-2000」で、全光線透過率を測定した。
(5)ヘイズ(%)
 50mm×50mmの樹脂成形体を用いて、JIS K 7361に準拠し、日本電色工業社製ヘイズメーター「NDH-4000」を用いて測定した。
(6)色相b*
 50mm×50mmの樹脂成形体を用いて、スガ試験機社製カラーコンピューターで測定した。
(7)曲げ弾性率(GPa)
 長さ25mm×幅10mmの樹脂成形体を用いて、島津製作所社製オートグラフ「AG-5kNE」(支点間距離20mm、0.5mm/分)で、曲げ弾性率を測定した。
(8)たわみ量(mm)
 100mm×100mmの試験片を、幅10mmの四角い外枠にはめ込み、試験片の中央部を指で1kg/cmで押圧した時のたわみ量を測定した。評価基準は下記のとおりである。
○・・・たわみ量が1mm以下の場合。
△・・・たわみ量が1mmを超えて2mm以下の場合。
×・・・たわみ量が2mmを超える場合。
(9)鉛筆硬度
 50mm×50mmの樹脂成形体を用いて、JIS K-5600に準じて、鉛筆硬度を測定した。
(10)熱分解温度
 JIS K 7120に準拠して測定し、熱分解開始温度を熱分解温度とした。なお、加熱速度は毎分5℃で行い、測定最高温度は500℃で行った。また、流入ガスとして窒素を用い、毎分50mlで流入させた。
(11)ガラス転移温度(℃)
 長さ20mm×幅5mmの樹脂成形体を用いて、レオロジー社製動的粘弾性装置「DVE-V4型 FTレオスペクトラー」の引っ張りモードを用いて、周波数10Hz、昇温速度3℃/分、歪0.025%で測定を行った。得られた複素弾性率の実数部(貯蔵弾性率)に対する虚数部(損失弾性率)の比(tanδ)を求め、このtanδの最大ピーク温度をガラス転移温度(℃)とした。
(12)表面抵抗値(Ω/□)
 三菱化学社製4端子法抵抗測定器「ロレスターMP」を用いて測定した。
 つぎに、実施例で用いる2種類のウレタンアクリレート(A1)の製法を以下に示す。
<6官能脂環骨格ウレタンアクリレートの製造>
 温度計、撹拌機、水冷コンデンサー、窒素ガス吹き込み口を備えたフラスコに、イソホロンジイソシアネート192.0g(0.86モル)と、ペンタエリスリトールトリアクリレート〔ペンタエリスリトールトリアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(水酸基価120mgKOH/g)〕808.0g(1.73モル)を仕込み、重合禁止剤としてハイドロキノンメチルエーテル0.01g、反応触媒としてジブチルスズジラウレート0.01gを仕込み、60℃で8時間反応させ、残存イソシアネート基が0.3%以下となった時点で反応を終了し、6官能脂環骨格ウレタンアクリレートを得た。
<2官能脂環骨格ウレタンアクリレートの製造>
 ジイソシアネートとしてイソホロンジイソシアネート、水酸基含有アクリレートとして2-ヒドロキシエチルアクリレートを用いて、仕込み組成比としてイソホロンジイソシアネート/2-ヒドロキシエチルアクリレート=1/2.05(モル比)にて、常法により反応を行い、残存イソシアネート基が0.3%以下となった時点で反応を終了し、2官能脂環骨格ウレタンアクリレートを得た。
<実施例1>
 サイズ390mm×500mmの2枚の光学研磨ガラス板を対向させ(上ガラス重量4680g)、厚さ1.5mm、幅10mmのシリコーン板(ショアA硬度50)をスペーサとした成形型に、上記の6官能の脂環骨格を有するウレタンアクリレート(A1)(日本合成化学工業社製)30部、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジメタクリレート(A2)(新中村化学工業社製「DCP」)70部、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(A3)(BASFジャパン社製「Irgacure184」)0.4部、ブルーイング剤(三菱化学社製「ダイヤレジン」)4ppmよりなる光硬化性組成物(A)を23℃で注液した。かかる成形型を水平に設置し、コンベアで搬送しながら、メタルハライドランプを用いて、上面側から照度120mW/cm、光量0.04J/cm、次いで下面側から照度120mW/cm、光量0.04J/cm、最後に上下両面から、片面照度200mW/cm、光量10J/cm(両面の合計20J/cm)の紫外線を照射して硬化させた。光硬化性組成物への荷重は2.6g/cmである(4680g/(37cm×48cm))。
 次いで、脱型して得られた硬化物を、200℃の真空オーブン中で2時間加熱して、370mm×480mm×1.5mmの樹脂成形体を得た。得られた樹脂成形体の反応率や硬化収縮率、酸素分率は表2に示される通りであった。また、諸特性は表3に示される通りであった。
 得られた樹脂成形体の片面に、スパッタ法にて180℃で厚さ300ÅのITOよりなる透明導電膜を成膜し、タッチパネル基板を得たところ、表面抵抗値は100Ω/□であり良好であった。
 また得られた樹脂成形体の両面に、スパッタ法にて70℃で、SiO(300nm)/TiO(300nm)/SiO(300nm)の3層構成の反射防止膜を成膜し、反射防止板を得たところ、全光線透過率は98%であり良好であった。
 かかる評価結果を表4に示す。
<実施例2~6>
 表1の光硬化性組成物と表2の光硬化条件を用いる以外は実施例1と同様にして、表2、表3の諸特性を有する樹脂成形体と表4に示されるタッチパネル基板と反射防止板を得た。なお、使用した熱重合開始剤(A4)のルペロックスDCは、1時間半減期温度が135℃である。
<比較例1>
 表1の光硬化性組成物と表2の光硬化条件を用いる以外は実施例1と同様にして、表2、表3の諸特性を有する樹脂成形体と表4に示されるタッチパネル基板と反射防止板を得た。
<比較例2>
 市販の厚さ1.5mmのポリメチルメタクリレート(PMMA)製シートを評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
注)表中の略称は下記の通りであり、( )内の数値は配合重量部である。
<多官能(メタ)アクリレート系化合物(A2)>
DCP:ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジメタクリレート(新中村化学工業社製)
A-DCP:ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン=ジアクリレート(新中村化学工業社製)
<光重合開始剤(A3)>
Irgacure184:1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(BASFジャパン社製)
OXE01:1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-,2-(o-ベンゾイルオキシム)(BASFジャパン社製)
<熱重合開始剤(A4)>
ルペロックスDC:ジクミルパーオキサイド(アルケマ吉富社製)
<紫外線吸収剤(A5)>
チヌビン405:2-[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(BASFジャパン社製)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 上記結果の通り、実施例においては、燃焼が遅く安全な樹脂成形体を容易に得ることができ、得られた樹脂成形体の光学特性、機械特性ともに良好であるのに対して、比較例においては、燃焼が遅い樹脂成形体を得ることができず、光学特性、機械特性の点で劣るものであり、更にタッチパネル基板としての性能も劣るものであった。
 なお、上記実施例においては、本発明における具体的な形態について示したが、上記実施例は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。当業者に明らかな様々な変形は、全て本発明の範囲内であることが企図されている。
 本発明により得られる樹脂成形体は、様々な光学材料、電子材料に有利に利用できる。例えば、保護シート、タッチパネル、反射防止板、液晶基板、有機/無機EL用基板、PDP用基板、電子ペーパー用基板、導光板、位相差板、光学フィルター、スクリーン、プロジェクター部品等、各種ディスプレイ用部材、光ディスク基板を始めとする記憶・記録用途、薄膜電池基板、太陽電池基板等のエネルギー用途、光導波路等の光通信用途、更には機能性フィルム・シート、各種光学フィルム・シート用途に利用できる。また、光学材料、電子材料の他にも、例えば、照明材料、自動車用材料、建材用材料、医療用材料、文房具等にも利用できる。

Claims (22)

  1.  光硬化性組成物(A)を硬化して得られる樹脂成形体であって、厚さが1~10mmであり、かつ、UL94HB燃焼性試験(水平燃焼性試験)にて測定される燃焼速度(S)が40mm/分以下であることを特徴とする樹脂成形体。
  2.  光硬化性組成物(A)を構成する総原子のうち、酸素原子の占める割合(酸素分率)が30%以下であることを特徴とする請求項1記載の樹脂成形体。
  3.  熱分解温度が300℃以上であることを特徴とする請求項1または2記載の樹脂成形体。
  4.  光硬化性組成物(A)が、下記成分(A1)、(A2)及び(A3)を含有してなることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
    (A1)ウレタン(メタ)アクリレート系化合物
    (A2)多官能(メタ)アクリレート系化合物
    (A3)光重合開始剤
  5.  光重合開始剤(A3)の含有量が、ウレタン(メタ)アクリレート系化合物(A1)及び多官能(メタ)アクリレート系化合物(A2)の合計100重量部に対して、0.01~5重量部であることを特徴とする請求項4記載の樹脂成形体。
  6.  更に、光硬化性組成物(A)が、下記成分(A4)を含有してなることを特徴とする請求項4または5記載の樹脂成形体。
    (A4)熱重合開始剤
  7.  熱重合開始剤(A4)の1時間半減期温度が100℃以上であることを特徴とする請求項6記載の樹脂成形体。
  8.  光重合開始剤(A3)と熱重合開始剤(A4)の配合割合(A3:A4の重量比)が、10:90~90:10であることを特徴とする請求項6または7記載の樹脂成形体。
  9.  更に、光硬化性組成物(A)が、下記成分(A5)を含有してなることを特徴とする請求項1~8のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
    (A5)紫外線吸収剤
  10.  光硬化性組成物(A)を、対抗する2枚のガラス板と厚み制御のためのスペーサからなる成形型に注型した後、水平方向に搬送しながら活性エネルギー線を一方の面、他方の面、両面の順で照射して、光硬化してなることを特徴とする請求項1~9のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  11.  活性エネルギー線が紫外線であり、光硬化時の照射光量が20J/cm以上、かつ、最大照度が100mW/cm以上であることを特徴とする請求項1~10のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  12.  スペーサのショアA硬度(JIS K 6253 タイプA)が、40~60であることを特徴とする請求項10または11記載の樹脂成形体。
  13.  光硬化性組成物(A)を、圧力1~10g/cmの範囲で一定に加圧しながら光硬化してなることを特徴とする請求項1~12のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  14.  樹脂成形体中の(メタ)アクリロイル基の反応率が70%以上であることを特徴とする請求項1~13のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  15.  ヘイズが1%以下であることを特徴とする請求項1~14のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  16.  色相b*がマイナス値であることを特徴とする請求項1~15のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  17.  曲げ弾性率が3GPa以上であることを特徴とする請求項1~16のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  18.  鉛筆硬度が3H以上である請求項1~17のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  19.  ディスプレイ用の基板に用いることを特徴とする請求項1~18のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  20.  ディスプレイ用の保護板に用いることを特徴とする請求項1~18のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
  21.  請求項1~20のいずれか一項に記載の樹脂成形体の少なくとも片面に、透明導電膜が成膜されていることを特徴とするタッチパネル基板。
  22.  請求項1~20のいずれか一項に記載の樹脂成形体の少なくとも片面に、反射防止膜が成膜されてなることを特徴とする反射防止板。
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