－新製品紹介－●シルセスキオキサン誘導体「光硬化型SQ シリーズHD(ハードコート)グレード」
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新材料研究所１

はじめに新材料グループ

古田 尚正、北村 昭憲に新たに開発した、シルセスキオキサン誘導体「光硬化型SQ シリーズHD(ハードコート)グレード」(以後、「HDグレ私たちの身の回りには様々なプラスチック材料を用いた製ード」と略記する)について紹介する。

品であふれている。ガラスからプラスチック材料への置き換

２えも進んでおり、1970年代に登場したPETボトル、眼鏡レン開発コンセプト

ズ、自動車のヘッドライトカバーなどは大きな市場を形成している。

図１に示すように、シルセスキオキサンは、有機のユニッ

近年では、さらにガラス代替材料の用途が広がってきておト(重合性基)と無機のユニット(シルセスキオキサン骨格)かり、フラットパネルディスプレイはそのよい例である。全面らなり、重合性基が反応して分子間架橋(硬化)が進むと、有及び背面ガラスをガラスから樹脂にすることにより、軽量化機の領域と無機の領域とが分子レベルで複合化した有機－無や機能性の向上などが期待できる。ガラス代替材料の進展は、機ナノハイブリッド構造を構築すると考えられる。

樹脂の軽さ、加工性などの特長からなるものだが、その一方開発コンセプトとしては、「SQ シリーズ」の核にあたる無で硬度、耐候性の面においてはガラスに比べて劣っている。

機ユニットを拡大することで、架橋反応後の無機領域を増やそのようなガラス代替材料のデメリットを、各種コーティンして、無機的性質を強めることを考えた。無機ユニットの拡グにより補い、実用化している例が多くみられる。

大を検討し、従来の「SQ シリーズ」に対して、全体に対す

最近では、プラスチックのハードコート材料として、シルる無機領域の割合をおおよそ２倍に拡大した。それが、シルセスキオキサンが注目されている。シルセスキオキサンとは、セスキオキサン誘導体「光硬化型SQ シリーズHDグレード」

主鎖骨格がSi-O結合からなるシロキサン系の化合物で、である。この「HDグレード」は、従来の「SQ シリーズ」と(RSiO1.5)nの組成式で表される。単位組成式中に1.5個(1.5＝同様に各種溶剤への溶解性が良好であるため、透明で高硬度sesqui) の 酸 素 を 有 す る シ ロ キ サ ン と い う 意 味 で 、「 Sil-な塗膜が形成できる。

sesqui-oxane」と称される。シロキサン系の化合物としては、有機ケイ素ポリマーの代表格であるポリシロキサン、いわゆるシリコーン(単位組成式：R2SiO)が良く知られている。また、無機化合物であるシリカ(単位組成式：SiO2)もシロキサン結合から成る代表的な化合物の一つである。これらの組成式を見比べて分かるように、シルセスキオキサンはシリコーンとシリカの中間的な存在として位置づけられる。
シルセスキオキサンは、耐熱性や硬さなどの無機的な特長と、各種汎用樹脂との相溶性や添加剤としての分散性などの有機的な特長を併せ持つ。また、シルセスキオキサン骨格には様々な有機の機能性基を導入することができるので、その機能を反映させた材料設計も可能である。それらの特長を活かし、表面保護材のほかにも、絶縁膜材料や光学材料などへの適用検討が進んでいる1)。
図１

当社では、光重合性基を有機官能基としたシルセスキオキ
サン誘導体「光硬化型SQ シリーズ｣

2～7)

HDグレードの開発コンセプトの開発を手がけてお３

り、エレクトロニクスを始めとした様々な分野において、特基礎物性

殊コーティング材料としての用途展開などを図っている。従来の「SQ シリーズ」においても、ハードコート材料として「光硬化型SQ シリーズHDグレード」は、従来の「SQ シご検討頂いているが、用途によってはさらに高硬度を求めらリーズ」に比べ無機ユニット割合を増加させたことで、無機れる場合がある。本稿では、このようなニーズに応えるため的性質を高めており、硬化膜の耐擦傷性、耐摩耗性の向上を東亞合成グループ研究年報

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実現している。導入した光重合性基は、

表１ 「HDグレード」の基礎物性

ラジカル重合性のメタクリロイル基(MAC)とカチオン重合性のオキセタニル基(OX)であり、紫外光だけでなく熱による硬化も可能である。「HDグレード」においても、ラジカル、カチオンの両重合方式に対応できるよう、「MAC-SQ HDM」、「OX-SQ HDX」の２種を「 SQ シリーズ」のラインアップに加えた。
「HDグレード」の基礎物性として、未硬化状態の溶液物性と光硬化物物性を表１に示した。
まず、溶液 物性について 紹介する。
「MAC-SQ HDM」と「OX-SQ HDX」のいずれも、不揮発分(以後、NVと略記する)50％の１－ブトキシ－２－プロパノール(一般名：プロピレングリコールモ
ノブチルエーテル、沸点：約170℃、以後PGBと略記する)溶液として提供している。外観は、ほとんど無色の透明な液体である(写真１)。

「MAC-SQ HDM」単独での評価に加え、汎用の光硬化性PGB溶液であることから、硬化性モノマーや開始剤との配合モノマーとの配合物としての評価も行った。アクリル系のモ作業が容易である。

ノマーとして、アロニックスM-215(東亞合成(株)製，一般続いて、光硬化物物性について紹介する。ポリカーボネー

名：トリス(２－ヒドロキシエチル)イソシアヌル酸のアクリト(以後、PCと略記)基板上での屈折率と、硬化物そのもの

ル酸エステル、以後M-215と略記する)を用いた。また、従の熱分析による５％重量減少温度は、従来の「 SQ シリー

来製品である「MAC-SQ TM-100」との比較も行った。

ズ｣6） と同程度であった。「HDグレード」の硬化膜は、従来一方「OX-SQ HDX」においては、硬化促進剤として用いの「SQ シリーズ」と同様に優れた耐熱性を示した。

たエポキシモノマーとの配合物として評価した。エポキシモ
ノマーには、セロキサイド2021P(ダイセル化学工業(株)製)を 用 い た 。 同 様 に し て 、 従 来 製 品 で あ る 「 OX-SQ TX100」と比較した。
ハードコート性能の評価には、PC基板上で、UV照射して得られた硬化膜を用いた。塗工条件を表２に、評価条件を表３に示す。評価項目のテーバー摩耗試験とは、耐摩耗性を評価する試験であり、スチールウール試験と同様に試験前後のヘーズ差(⊿H)が小さいほど性能が高いことを示す。
ハードコート性能の評価結果を表４に示す。
PC板の耐擦傷性、耐摩耗性は乏しいことが知られている。

写真１ 「HDグレード」の外観

実際のスチールウール試験、テーバー摩耗試験における⊿Hはそれぞれ23％，40％と大きな値を示した。

４

ハードコート性能「MAC-SQ HDM」では、スチールウール試験、テーバー摩耗試験、それぞれの⊿Hが１％未満、５％と非常に小さい「MAC-SQ HDM」と「OX-SQ HDX」は、種々の溶剤に値を示した。スチールウール試験による擦傷痕は肉眼で確認可溶であり、また汎用の光硬化性モノマーとの相溶性にも優できないほどわずかであった。また、従来製品であるれているので、目的に応じた樹脂の配合・調製が容易である。

「MAC- SQ TM-100」との比較では、耐擦傷性，耐摩耗性以下に光硬化型コーティング材料への応用について述べる。

において、「MAC-SQ HDM」が従来製品を上回っただけで東亞合成グループ研究年報

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表２なく、従来製品ではタックフリーとなるまでのUV照射パス

塗工条件

回数が40回であったのに対し、「MAC-SQ HDM」では１パスでタックフリーとなった。つまり、硬化性も格段に向上していた。
同様にして「OX-SQ HDX」においても、スチールウール試験、テーバー摩耗試験それぞれの⊿Hが１％未満、７％と非常に小さい値を示した。テーバー摩耗試験においては、従来製品の「OX-SQ TX-100」の性能を上回った。
これらのことから、「MAC-SQ HDM」と「OX-SQ HDX｣のハードコート性能が従来製品を上回り、非常に良好であることが確認された。これは、開発コンセプトで述べたとおり、無機ユニットの拡大によって、無機的性質が向上したためと考えられる。
次に、配合物としての評価を行った。ラジカル硬化系を例
表３

評価条件に挙げる。アクリルモノマーとしては、耐熱性と耐候性が良好とされているアロニックスM-215を用いた。アクリルモノ
マーのM-215単独膜では、スチールウール試験とテーバー摩耗試験の⊿Hがそれぞれ11％と25％であった。一方、「MAC-SQ HDM」とM-215を50：50で配合した硬化膜においては、スチールウール試験ではほとんど傷が見られず⊿Hが１％未満となり(写真２)、テーバー摩耗試験の⊿Hが８％と一桁に

表４ 「HDグレード」の塗膜物性(PC基板上)

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なった。よって、「MAC-SQ HDM」は単独膜としてだけでなく、アクリルモノマーM-215への配合物としても、耐擦傷性、耐摩耗性の向上に寄与することが明らかになった。

写真２

耐擦傷性試験後の被検試料写真

５

おわりに光硬化型「 SQ シリーズ」ハードコートグレードとして「MAC-SQ HDM」、「OX-SQ HDX」のハードコート性能を紹介した。耐擦傷性、耐摩耗性に優れた「HDグレード」２種を新たに開発したことで、「光硬化型SQ シリーズ」のラインアップが全９種類となった8)。無溶剤という特長を持つ従来製品に、ハードコート材料として性能を強化した「HDグレード」が加わったことで、より特徴的な製品群にすることができた。今後も、さらに特徴的な新製品を世に送り出すため、開発検討に努めていく。

引用文献１) 伊藤 真樹 編，保田 直紀，“シルセスキオキサン材料の化学と応用”，シーエムシー出版 (2007) p.203.
２) 伊藤 真樹 編，鈴木 浩，“シルセスキオキサン材料の化学と応用”，シーエムシー出版 (2007) p.150.
３) 鈴 木 浩 ， コ ン バ ー テ ッ ク 加 工 技 術 研 究 会 ， 6, 97(2008).
４) 鈴木 浩，東亞合成研究年報，3, 27 (2000).
５) H. Suzuki, S. Tajima, and H. Sasaki, PhotoinitiatedPolymerization, ACS SYMPOSIUM SERIES, 847, 306 (2003).
６) 田島 誠太郎，東亞合成研究年報，7, 37 (2004).
７) 古田 尚正，鈴木 浩，東亞合成研究年報，12, 27 (2009).
８) 光 硬 化 型 SQ シ リ ー ズ ， 東 亞 合 成 ホ ー ム ペ ー ジ ，
http://www.toagosei.co.jp/business/advanced/index.html?
main/business/advanced/products/sqseries/index.html （ 参照 2010-10-5）.

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