JP2002506096A - ポリマー組成物 - Google Patents

ポリマー組成物

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Abstract

(57)【要約】 一官能性ビニル系モノマーと、一官能性モノマーを基準として0.3〜100%w/wの多官能性ビニル系モノマーと、0.0001〜50%w/wの連鎖移動剤とを混合し、この混合物を反応させて、ポリマーを生成させ、そして99%転化率となる前に重合反応を停止させる工程を含む、(メタ)アクリレート官能化ポリマーの製造方法。得られるポリマーは表面コーティングおよびインクの成分として、成形用樹脂として、または、硬化性コンパウンド、例えば、硬化性成形用樹脂またはフォトレジスト中において有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明はポリマー組成物に関し、より詳細には、重合性二重結合を有する枝分
かれポリマーおよびその製造方法に関する。
【0002】 枝分かれポリマーは枝分かれしており、しばしば多くの枝分かれを有する限定
的なサイズのポリマー分子である。枝分かれポリマーは、相互に結合した分子を
有しかつ一般に可溶性でない限定されないサイズとなる傾向がある架橋ポリマー
ネットワークとは区別される。枝分かれポリマーは、通常、類似の線状ポリマー
を溶解する溶剤中に可溶性であるが、枝分かれポリマーの溶液が、通常、同様の
分子量の対応する線状ポリマーの同濃度の溶液よりも粘性が低いという利点を有
する。それ故、枝分かれポリマーの溶液は特に高い固形分含量での取扱がより容
易であり、そして線状ポリマーの溶液よりも少量の溶剤を用いて製造することが
できる。この為、枝分かれポリマーは、例えば、溶剤型のコーティングおよびイ
ンクへの有用な添加剤であり、そして多くの他の用途もある。さらに、枝分かれ
ポリマーは、また、類似の線状ポリマーよりも低い溶融粘度を有し、そして射出
成形、圧縮成形、押出成形または粉体コーティングにおける溶融加工性を改良す
るために有用である。
【0003】 枝分かれサイトを含む線状ポリマーをさらに重合または変性工程に付し、枝分
かれサイトから枝分かれを形成させる2工程プロセスにより、枝分かれポリマー
は製造できる。2工程プロセスの本来的な複雑さは魅力がなく、得られる枝分か
れポリマーを使用するのが高価になることがある。別の方法として、多官能性モ
ノマーが存在し、ポリマー枝分かれが成長することができる官能基をポリマー鎖
中に与える、1工程プロセスが使用できる。しかしながら、従来の1工程プロセ
スの使用に対する制約は、ポリマーの広範な架橋を回避し、そして不溶性ゲルの
形成を回避するように、多官能性モノマーの量を注意深く制御しなければならず
、通常、実質的に約0.5%w/w未満の量に制御しなければならないことであ
る。この系を用いて架橋を回避することは、特に、希釈剤としての溶剤の不在下
および/またはモノマーのポリマーへの高い転化率では、非常に稀である。
【0004】 残存の重合性二重結合を有するポリマーも、2工程プロセスにより従来から製
造されている。というのは、従来の重合プロセスを用いると、ポリマー中の重合
性基は重合して、架橋したポリマー分子を生成してしまうからである。通常、重
合性二重結合は、官能性ポリマーの官能基と、かかる二重結合を有する化合物と
の後重合反応により官能性ポリマーの主鎖に追加できる。これらの2工程プロセ
スは、複雑さが増し、それ故、単純なポリマー製造法と比較してコストが高くな
るという欠点がある。
【0005】 GB−A−2294467は、枝分かれ点の間の分子量が30,000〜1,
000,000であり、分子量が80,000〜400,000である枝分かれ
ポリメチルメタクリレートポリマーであり、0.05〜0.2%の多官能性モノ
マーおよび<0.5モル%の連鎖移動剤を含むものを開示している。
【0006】 1998年6月16日に公開されたUS−A−5,767,211は、連鎖移
動触媒および非過酸化物ラジカル開始剤の存在下におけるジ−もしくはトリビニ
ルモノマーのラジカル重合による多官能性超枝分かれポリマーの合成を記載して
いる。得られるポリマーは、油性であり、低いTgの材料である。
【0007】 EP−A−103199は、連鎖移動剤の存在下における溶液重合により製造
される、t−ブチルアクリレートと、0.1〜3%の多官能性アクリレートと、
1〜30重量%の官能性コモノマーとのコポリマーを記載している。官能性コモ
ノマーは縮合化学により架橋されるコーティング組成物を形成するための活性架
橋サイトを提供する。
【0008】 US−A−4880889は、10〜60%のOH官能化モノマー、5〜25
%の少なくとも2個のオレフィン系不飽和二重結合を有するモノマー、および、
15〜82%のさらなる一官能性モノマーを含む、予備架橋された可溶性のポリ
マーを記載している。このポリマー組成物は、>0.5%の重合調節剤を用い、
非ゲル化コポリマーを製造するように、約50%という低い重合固形分で有機溶
剤中において溶液重合法により製造される。ポリマーは架橋コーティングにおい
て使用され、OH基はメラミン−ホルムアルデヒド架橋剤と反応する。US−A
−4988760およびUS−A−5115064はカルボキシルおよびイソシ
アネートを含む異なる架橋性基を有する官能化モノマーを含む同様の組成物を示
している。
【0009】 US−A−5227432は、5〜60%の官能化モノマー、3〜30%の少
なくとも2個のオレフィン系不飽和二重結合を有するモノマーおよび他の一官能
性モノマーを含むモノマー混合物を重合させることにより製造されたアクリレー
トコポリマーを、次の工程において、このポリマーの官能基と反応することがで
きる官能基を有しかつ少なくとも1個のエチレン系不飽和重合性二重結合を有す
る化合物と反応させる、遊離二重結合を有するアクリレートコポリマーを製造す
るための方法を記載している。これは、第一の工程で官能基を有するポリマーを
製造し、その後、例えば、エステル化反応において、エチレン系不飽和二重結合
を含む化合物を上記の官能基と反応させる点で2工程プロセスである。
【0010】 WO98/27121は、エステル化可能な官能基を有するコポリマーを生成
させ、次に、この官能基を、重合可能なアクリレートもしくはメタクリレート基
を有する化合物によってエステル化させ、このエステル化反応がカルボジイミド
化合物の存在下に行われる、2工程プロセスによって製造されるアクリレート官
能化アクリレートコポリマーを記載している。
【0011】 それ故、比較的に簡単な方法で、アクリレートもしくはメタクリレート官能化
ポリマーを製造するための方法が要求されている。
【0012】 本発明によると、(i)1分子当たり1個の重合性二重結合を有する一官能性
モノマーと、一官能性モノマーの重量の0.3〜100%w/wの、1分子当た
り少なくとも2個の重合性二重結合を有する多官能性モノマーと、一官能性モノ
マーの重量の0.0001〜50%w/wの連鎖移動剤と、所望により、ラジカ
ル重合開始剤とを混合すること、 (ii)この混合物を反応させてポリマーを生成させること、 (iii)混合物中に存在する重合性二重結合の<99%が反応して、ポリマ
ーを生成したときに重合反応を停止させること、 を含む、少なくとも1個の重合性二重結合を含むポリマーの製造方法が提供され
る。
【0013】 本発明の第二の態様において、i)1分子当たり1個の重合性二重結合を有す
る一官能性モノマー、 ii)上記の一官能性モノマーの重量の0.3〜100%w/wの、1分子当
たり少なくとも2個の重合性二重結合を有する多官能性モノマー、 iii)上記の一官能性モノマーの重量の0.0001〜50%w/wの連鎖
移動剤、および、所望により、 iv)ラジカル重合開始剤、 の残基からなる、少なくとも1個の重合性二重結合を含むポリマーを提供する。
【0014】 このようなポリマーは、それ故、例えば、従来技術の2工程プロセスによりア
クリレート官能化ポリマーを製造することで必要とされる後重合官能化反応の残
基を含まない。しかしながら、官能性ペンダント基、例えば、OH、カルボキシ
ルまたはアミンを有するモノマーを用いて本発明の方法により(メタ)アクリレ
ート官能化ポリマーを製造するときには、必要ならば、このポリマーはその官能
基の後重合反応に付されてもよい。
【0015】 (メタ)アクリレートとは、メタクリレート、アクリレートまたは両方のタイ
プの基を意味する。
【0016】 重量%での全ての量は一官能性モノマーの合計重量を基準として計算される。
例えば、もし、100gの一官能性モノマー(異なる一官能性モノマーの混合物
であってもよい)を使用するならば、5重量%の多官能性モノマーはこの基準で
5gである。
【0017】 単純化のために、1分子当たり1個の重合性二重結合を有するモノマーは以下
において、一官能性モノマー(MFM)として参照し、そして1分子当たり少な
くとも2個の重合性二重結合を有するモノマーは多官能性モノマー(PFM)と
して参照する。少なくとも1個の重合性二重結合を含むポリマーとは、このポリ
マーが製造された後に、さらなる重合反応に参加することができる二重結合を有
するポリマーを意味する。この重合性二重結合は、ペンダントであっても、また
は、末端にあってもよいが、好ましくは、このポリマーは少なくとも1個の重合
性二重結合をペンダント基に含む。少なくとも1個の重合性二重結合を含むポリ
マーは、以下において、重合性ポリマーとして参照する。
【0018】 一官能性モノマーは、メタクリレート、アクリレート、スチレンおよびその誘
導体(スチレニックス)、酢酸ビニル、無水マレイン酸、イタコン酸、N−アル
キル(アリール)マレイミドおよびN−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ア
クリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジアルキルメタクリルアミドおよび
アクリロニトリルのようなフリーラジカル機構によって重合されうるモノマーを
含むことができる。1種より多くの一官能性モノマーの混合物を使用して、ラン
ダム、交互、ブロックもしくはグラフトコポリマーを製造することができる。好
ましい一官能性モノマーはアクリレートおよびメタクリレートを含み、即ち、好
ましくは、二重結合はアクリレートメタクリレート化合物のビニル二重結合であ
る。
【0019】 適切な一官能性(メタ)アクリレートモノマーの例は、低級アルキル、即ち、
1 〜C20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、プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル
(メタ)アクリレート、イソブチル(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、オクチル(メタ)ア
クリレートまたはドデシル(メタ)アクリレートを含む。さらに、環式アルキル
モノマー種を用いてもよく、例えば、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イ
ソボルニル(メタ)アクリレートおよびジシクロペンテニル(メタ)アクリレー
トを用いてもよい。官能性モノマー、例えば、メタクリル酸およびアクリル酸、
ヒドロキシアルキルメタクリレート、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)アクリレートおよびヒドロキシブチル(メ
タ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、ジアルキルアミノアルキ
ル(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
、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ
)アクリレートおよびジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレートも用いられ
てよい。(メタ)アクリレートとは、メタクリレートまたは類似のアクリレート
が使用されてよいことを意味する。
【0020】 多官能性モノマーとは、1分子当たり少なくとも2個の重合性二重結合を有す
るモノマーを意味する。用語「多官能性モノマー」には、フリーラジカル機構に
よって重合可能な二重結合を少なくとも2個有する反応性オリゴマーまたは反応
性ポリマーまたはプレポリマーも含まれる。適切な二官能性モノマーの例は、エ
チレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(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、ブタンジオールジ
(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、ジエ
チレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(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、アリル(メタ
)アクリレート、ジビニルベンゼンおよびその置換類似体を含む。三官能性の例
は、トリプロピレングリコールトリ(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、ペンタエリトリトールトリ(メタ)アクリレー
トを含む。四官能性モノマー、例えば、ペンタエリトリトールテトラ(メタ)ア
クリレート、六官能性モノマー、例えば、ジペンタエリトリトールヘキサ(メタ
)アクリレートも使用されてよい。所望により、多官能性モノマーは1種より多
くの多官能性化合物の混合物を含むことができる。
【0021】 重合性ポリマーは、多官能性モノマーとして、または、そのうちの1つとして
1分子当たり少なくとも2個の重合性二重結合を有する反応性オリゴマーまたは
反応性ポリマーまたはプレポリマーを用いて製造できる。用語「多官能性モノマ
ー」には、このような官能性ポリマーおよびオリゴマーが含まれる。というのは
、重合性二重結合、好ましくは(メタ)アクリレート基は、単純な多官能性モノ
マーと同様に、反応性オリゴマーまたは反応性ポリマーを、成長しているポリマ
ー分子へと重合させることができるからである。典型的な反応性オリゴマーは、
制限するわけではないが、エポキシ−(メタ)アクリレート、ポリエーテル−(
メタ)アクリレート、ポリエステル−(メタ)アクリレートおよびウレタン−(
メタ)アクリレートを含む。典型的な反応性ポリマーは、付加もしくは縮合ポリ
マー、例えば、ペンダントの重合性(メタ)アクリレート基を含むスチレンもし
くはアクリルコポリマーまたは不飽和ポリエステルを含む。このオリゴマーもし
くは反応性ポリマーの分子量範囲は、500〜500,000g/モルで変わる
ことができる。多官能性モノマーの少なくとも1部を提供するために、このよう
な反応性オリゴマーもしくはポリマーを使用するときには、反応プロセス中に含
まれる多官能性材料の量は、通常、このような材料の分子量がより高いことから
、単純なモノマーを使用するときよりもずっと多量である。
【0022】 多官能性モノマーの存在量は合計の初期の一官能性モノマーの濃度の100重
量%までの量であってよい。好ましくは、多官能性モノマーの存在量は、多官能
性モノマーが単純なモノマーであり、即ち、反応性オリゴマーもしくはポリマー
でないときには、一官能性モノマーを基準として0.3〜25%、例えば、0.
5〜10%である。反応性ポリマーもしくはオリゴマーが使用されるときには、
濃度は約50%w/w以下またはそれ以上までで変わることができる。
【0023】 連鎖移動剤は、一官能性および多官能性チオールを含むチオール化合物から選
ばれてよい。一官能性チオールは、プロピルメルカプタン、ブチルメルカプタン
、ヘキシルメルカプタン、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、チオ
グリコール酸、メルカプトプロピオン酸、アルキルチオグリコレート、例えば、
2−エチルヘキシルチオグリコレートもしくはオクチルチオグリコレート、メル
カプトエタノール、メルカプトウンデカン酸、チオ乳酸、チオ酪酸を含む。多官
能性チオールは、三官能性化合物、例えば、トリメチロールプロパントリス(3
−メルカプトプロピオネート)、四官能性化合物、例えば、ペンタエリトリトー
ルテトラ(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリトリトールテトラチオ
グリコレート、ペンタエリトリトールテトラチオラクテート、ペンタエリトリト
ールテトラチオブチレート、六官能性化合物、例えば、ジペンタエリトリトール
ヘキサ(3−メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリトリトールヘキサチオ
グリコレート、八官能性チオール、例えば、トリペンタエリトリトールオクタ(
3−メルカプトプロピオネート)、トリペンタエリトリトールオクタチオグリコ
レートを含む。多官能性チオールの使用はポリマー中に枝分かれ度を増加させる
のに有用である。所望により、連鎖移動剤は1つのタイプより多くのタイプの化
合物の混合物を含んでよい。
【0024】 連鎖移動剤の存在量は、合計の初期の一官能性モノマーの濃度の50重量%ま
での量であってよい。第一の態様において、連鎖移動剤の存在量は一官能性モノ
マーを基準として0.1〜20%w/w、例えば、0.5〜10%w/wである
。重合性ポリマーは、実質的な量の不溶性の架橋ポリマーを生成することを防止
するために適切な量の連鎖移動剤を用いて製造される。製造されるポリマーの多
くは、モノマーからポリマーへの転化率が高くても可溶性である。少量の架橋し
たポリマーが生成するかもしれないが、反応条件および連鎖移動剤の量は、生成
される架橋ポリマーの量が好ましくは<10%(w/w)、より好ましくは<5
%(w/w)、より好ましくは<0.25%(w/w)、そして最適には0%(
w/w)であるように選択されるべきである。連鎖移動剤として第二級メルカプ
タンを使用すると、架橋ポリマーの量が低下し、そして得られる枝分かれポリマ
ーの溶液中のミクロゲルの形成が抑制されることを発見した。それ故、特定の重
合系では、第二級メルカプタン連鎖移動剤の使用は好ましいことがある。第二級
メルカプタンを含む連鎖移動剤は、重合がバルク重合法または懸濁重合法におい
て行われるときに特に好ましい。
【0025】 別の連鎖移動剤としては、ビニルモノマーの従来のラジカル重合において分子
量を抑制することが知られているどの化学種であってもよい。例としては、スル
フィド、ジスルフィド、ハロゲン含有種が含まれる。また、触媒性連鎖移動剤、
例えば、コバルト錯体、例えば、コバルト(II)キレート、例えば、コバルト
ポルフィリン化合物は本発明に有用な連鎖移動剤である。適切なコバルトキレー
トは当業界において知られており、そしてWO98/04603に記載されてい
る。特に適切な化合物は、CoBFとしても知られているビス(ホウ素ジフルオ
ロジメチルグリオキシメート)コバルテート(II)である。触媒性連鎖移動剤
は従来のチオール連鎖移動剤と比較して、比較的に低い濃度で使用されてよく、
例えば、<0.5重量%、および<0.1重量%で使用されてよい。というのは
、これは、低い濃度で非常に有効であるからである。コバルト錯体を基礎とする
触媒性連鎖移動剤化合物は、本発明の重合法において、モノマーを基準として0
.05%(500ppmw)未満、例えば、0.0001〜0.01%w(1〜
100ppmw)の濃度で非常に有効に使用でき、可溶性の枝分かれポリマーを
提供することを驚くべきことに発見した。
【0026】 モノマーの重合は熱開始剤、例えば、アゾ化合物、過酸化物またはペルオキシ
エステルの熱誘導分解によるようなフリーラジカルを発生させる適切な方法によ
って開始できる。それ故、重合混合物は好ましくは重合開始剤を含み、重合開始
剤は既知のもので、そしてラジカル重合反応に従来から使用されているものであ
ってよく、例えば、アゾ開始剤、例えば、アゾビス(イソブチロニトリル)(A
IBN)、アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、アゾビス(2,4−ジメチ
ルバレロニトリル)、アゾビス(4−シアノ吉草酸)、過酸化物、例えば、ジラ
ウロイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシネオデカノエート、ジベンゾイル
ペルオキシド、クミルペルオキシド、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサ
ノエート、t−ブチルペルオキシジエチルアセテートおよびt−ブチルペルオキ
シベンゾエートである。
【0027】 モノマー混合物の重合は、ラジカル重合法のいずれかを用いて行ってよく、例
えば、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法およびバルク重合法の全てが使用で
きる。本発明の重合性ポリマーのある用途では、材料が固体状態であることが要
求される。これらの用途では、非溶液法、例えば、懸濁重合またはバルク重合に
よってポリマーを製造することが有利であろう。可溶性のアクリレート官能化枝
分かれポリマーを非溶液法において多官能性モノマーからうまく生成させること
ができることは驚くべきことである。というのは、ゲルの形成が予期されるであ
ろうからである。例えば、US−A−4880889は、約50%という比較的
に低い固形分で溶液中で重合を行うことを含む、特殊な反応条件が、非ゲル化ポ
リマーを得るために要求されることを教示している。
【0028】 それ故、本発明のさらなる態様において、(i)1分子当たり1個の重合性二
重結合を有する一官能性モノマーと、この一官能性モノマーの重量の0.3〜1
00%w/wの、1分子当たり少なくとも2個の重合性二重結合を有する多官能
性モノマーと、一官能性モノマーの重量の0.0001〜50%の連鎖移動剤と
を混合すること、 (ii)分散剤の存在下に、モノマーが比較的に不溶性である連続相中の不連
続相として、得られる混合物を分散させること、この分散剤は連続相中の不連続
相としてモノマー混合物を維持することができる、 (iii)このモノマー混合物の重合を開始させること、 iii)モノマーを反応させてポリマーを生成させることができるために十分
な時間、反応温度において連続相中のモノマーの分散を維持すること、 iv)混合物中に存在する重合性(メタ)アクリレート基の<99%が反応し
てポリマーを生成したときに重合反応を停止させること、および、 v)次に、ポリマーを含有する分散相を連続相から分離すること、 を含む、少なくとも1個の重合性二重結合を含むポリマーの製造方法を提供する
【0029】 重合性ポリマーは、好ましくは、ペンダント(メタ)アクリレート基を含む。
【0030】 連続相は、通常、水である。適切な分散剤は当業界においてよく知られており
、その中でもとりわけ、変性セルロースポリマー(例えば、ヒドロキシエチル、
ヒドロキシプロピル、ヒドロキシプロピルメチル)、ポリアクリル酸、ポリメタ
クリル酸、これらの酸の部分中和および完全中和物、ポリ(ビニルアルコール)
、ポリ(ビニルアルコール/ビニルアセテート)コポリマーを含む。連続相中の
モノマーの分散体は、通常、重合プロセス全体を通して高速で攪拌されて、それ
により、分散体の安定性を維持し、そして連続相と分散ドロップレットまたは粒
子との間の良好な熱伝導を可能にする。重合反応が進行するにつれて、分散相中
のモノマーは反応して、分散相内に保持されたポリマーを生成する。反応温度は
使用されるモノマーおよび開始剤のタイプによって変わることがあり、通常、2
0〜150℃であり、例えば、50〜120℃である。適切な反応温度は当業界
においてよく知られている。
【0031】 あまり好ましくはないが、バルク重合法を用いてもよい。通常、バルク重合に
おいて、モノマー混合物は開始剤および連鎖移動剤とともに、シールされた容器
、例えば、バッグ中に配置され、そして所望の転化率を達成するまで50〜15
0℃の間の適切な重合温度に加熱される。通常、温度は、反応が進行していると
きに、重合速度を制御するために、反応時間を通して変化される。このような方
法はアクリルポリマーを製造する当業界において知られている。
【0032】 重合は、完了する前に、即ち、100%転化率となる前に停止され、そしてこ
のようにして、重合性ポリマー、例えば、アクリレート官能性を有する枝分かれ
ポリマーを製造することができる。このようなポリマーは、その後、さらに反応
され、単離されおよび/または硬化性組成物へと配合され、そしてその後、他の
重合性もしくは架橋性の化学種と反応されて、硬化したまたは架橋したポリマー
材料を生成する。好ましくは、重合反応は80〜98%の転化率で停止され、よ
り好ましくは85〜97%の転化率で停止される。
【0033】 重合反応は、モノマーが完全にポリマーへと転化されてしまう前に、反応混合
物を冷却するかまたは反応混合物に重合抑制剤を添加することにより停止できる
。適切な抑制剤は、(所望により置換されていてよい)ヒドロキノン、例えば、
メチルヒドロキノン、または、ビニル重合に対して抑制効果があることが知られ
ている他の種、例えば、t−ブチルカテコール、置換フェノール、例えば、2,
6−t−ブチル(4−ノニルフェノール)、フェノチアジンおよび置換類似体を
含む。
【0034】 または、存在する全てのモノマーが重合する前に、開始剤が消費され、即ち、
重合を開始するフリーラジカルの有効量(availability)が減って
そして無くなるように、開始剤のタイプ、開始剤の濃度、重合温度および重合時
間の組み合わせを選択することにより、モノマーの完全な転化の前に重合を停止
することができる。それ故、重合を開始するためのフリーラジカルの有効量がモ
ノマー混合物中の全ての重合性基をポリマーへと転化させるためには不十分であ
るように、開始剤のタイプ、開始剤の濃度、重合温度および重合時間の組み合わ
せを使用して、重合反応を開始する。
【0035】 従来の重合反応において、モノマーを反応させ、適切な時間内に転化が完了す
るために十分なフリーラジカルを供給することを確保するように開始剤を選択す
る。ときどき、望ましい重合速度を提供するように開始剤の混合物が選択される
。熱開始剤の活性は、しばしば、10時間半減期温度として測定されそして規定
される。熱開始剤は重合温度で適切な半減期を有するように選択される。本発明
の方法において、好ましいアプローチは、重合温度において比較的に短い半減期
を有する1種の開始剤または開始剤の組み合わせを選択することである。短い半
減期、即ち、「高速」開始剤の選択は当業界においてよく知られている。
【0036】 熱開始剤の半減期(t1/2 )は、与えられた温度において、初期の開始剤含有
率が50%にまで低減するために必要な時間であり、そしてモノクロロベンゼン
中の開始剤の希釈溶液の示差走査熱量測定により決定できる。開始剤の半減期お
よび10時間半減期温度は、通常、製造者の文献、例えば、Akzo Nobelの"Initi
ators for Polymer Production - Product Catalog" から容易に入手可能である
。AIBNは10時間半減期温度が64℃である。
【0037】 AIBNは、75℃の重合温度で(メタ)アクリレートモノマーをアクリルポ
リマーに高い転化率で転化させるのに適切である。この重合温度では、10時間
半減期温度が64℃未満である、より高速の開始剤が本発明の方法のために好ま
しい。適切な高速開始剤は、10時間半減期温度が52℃である2,2′−アゾ
ビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)および10時間半減期温度が46℃で
あるt−ブチルペルオキシネオデカノエートを含む。
【0038】 または、重合温度におけるモノマーの完全な転化を行うためには不十分である
ように開始剤の量が選択されてよい。
【0039】 本発明の重合性ポリマー、例えば、(メタ)アクリレート官能化ポリマーは、
ペイント、透明ワニス、インクおよび接着剤を含む多種の表面コーティング組成
物の成分として有用である。重合性ポリマーは、重合性ポリマーを含むコーティ
ングの成分が、放射線(例えば、UV、光、電子線、赤外線または熱)の存在下
に重合する重合性液体中に溶解しまたは分散している、放射線硬化性配合物中の
成分として特に有用であることがある。このようなコーティングは、放射線の不
在下に比較的に長期間にわたって架橋または重合することがある。コーティング
内での重合性ポリマーの硬化または架橋は優れた耐溶剤性、硬度および耐収縮性
を付与することができる。このようなポリマーを含有するコーティングは、改良
された付着性およびより速い乾燥または硬化速度をも示すことができる。本発明
の方法により製造される重合性ポリマーは、本質的に枝分かれしており、そして
この特性は同等の線状ポリマーと比較してモノマーもしくは溶剤中での溶解度を
改良することができる。このようなコーティング配合物の用途のために、重合性
ポリマー、例えば、(メタ)アクリレート官能化ポリマーは、重合プロセスから
残存モノマー(もしあれば)を除去することなく供給されてよい。というのは、
残存モノマーはコーティング配合物の成分を形成する重合性液体と同一であるか
または相溶性であることができるからである。例えば、(メタ)アクリレート官
能化ポリマーを一官能性モノマーとしてMMAを用いて製造したときに、ある量
の未反応MMAを含む、得られるポリマーは、残存モノマーを除去しなくても、
MMAをベースとするコーティング配合物中における使用に適切である。
【0040】 官能性ポリマーは、希釈剤の使用を必要としない粉体コーティングおよびホッ
トメルト接着剤(従来型および放射線硬化型)のようなコーティング用途におい
ても有用である。表面コーティングの用途に加えて、本発明の枝分かれポリマー
は、射出成形、圧縮成形または押出成形によるバルクポリマー製品の製造のため
に有用である。重合性ポリマーは、アクリルポリマーが現場で硬化される他の用
途、例えば、反応性床材のためのモノマーインポリマーシロップ、キッチンシン
ク、ワークトップ、アクリルシート、シャワートレーのような成形品のための充
填剤入り成形用組成物、硬化性セメント、フォトレジスト、接着剤(感圧接着剤
を含む)等における使用のための組成物の成分としても使用できる。本発明の重
合性の枝分かれコポリマーは、最終使用において、単独で使用されてもまたは他
のポリマーと配合されてもよい。
【0041】 本発明の別の態様において、i)1分子当たり1個の重合性(メタ)アクリレ
ート基を有するモノマーと、 ii)前記1分子当たり1個の重合性(メタ)アクリレート基を有するモノマ
ーの重量の0.3〜100%w/wの、1分子当たり少なくとも2個の重合性(
メタ)アクリレート基を有するモノマーと、 iii)前記1分子当たり1個の重合性(メタ)アクリレート基を有するモノ
マーの重量の0.0001〜50%w/wの連鎖移動剤と、所望により、 iv)ラジカル重合開始剤、 の残基からなり、少なくとも1個の重合性(メタ)アクリレート基を含むポリマ
ーの残基を含む、枝分かれ重合性ポリマーを含む、表面コーティング組成物が提
供される。
【0042】 表面コーティング組成物は、通常、モノマー、官能化オリゴマーおよびコポリ
マー等の重合性種、および、他の化合物、例えば、架橋性種、ポリマー、硬化剤
、着色剤、溶剤、分散助剤、潤滑剤、加工助剤、充填剤、キャリア流体および強
化剤、可塑剤、柔軟剤、安定剤、香料および適宜他の成分を含んでよい。
【0043】 本発明のさらなる態様において、1)i)1分子当たり1個の重合性(メタ)
アクリレート基を有するモノマーと、 ii)前記1分子当たり1個の重合性(メタ)アクリレート基を有するモノマ
ーの重量の0.3〜100%w/wの、1分子当たり少なくとも2個の重合性(
メタ)アクリレート基を有するモノマーと、 iii)前記1分子当たり1個の重合性(メタ)アクリレート基を有するモノ
マーの重量の0.0001〜50%w/wの連鎖移動剤と、所望により、 iv)ラジカル重合開始剤、 の残基からなる、枝分かれ重合性ポリマー、および、所望により、 2)モノマー、官能化オリゴマーおよびコポリマー、並びに、他の化合物、例
えば、架橋性種、ポリマー、硬化剤、着色剤、溶剤、分散助剤、潤滑剤、加工助
剤、充填剤、キャリア流体および強化剤、可塑剤、柔軟剤、安定剤および香料、
を含むポリマー製品またはコーティングが提供される。
【0044】 アクリレート官能化枝分かれポリマーの重量平均分子量(Mw)は好ましくは
2,000〜500,000である。特定の用途において、枝分かれポリマーの
溶解が要求される場合には、より低い分子量、例えば、2,000〜200,0
00の範囲の分子量が好ましいであろう。
【0045】 次の実施例を参照して、本発明をさらに説明する。全ての実施例において、M
FMは一官能性モノマーを指し、PFMは多官能性モノマーを指し、CTAは連
鎖移動剤を指す。重合に使用される材料の量は、一官能性モノマーの合計濃度に
対するw/wとして計算される。重量%として記載されている、使用される多官
能性モノマー、連鎖移動剤および開始剤の重量は、全ての一官能性モノマーの重
量の百分率として計算される。例えば、3%のPFMおよび4%のCTAを含む
MFMの重合では、3gのPFMおよび4gのCTAが100gのMFMに添加
される。
【0046】懸濁重合によるポリマーの製造 連鎖移動剤、例えば、ドデシルメルカプタン(DDM)、分散剤(ヒドロキシ
エチルセルロース、モノマーに対して1〜2重量%)およびラジカル開始剤(A
IBN、モノマーに対して1重量%)の存在下に、脱イオン水中において、一官
能性モノマーおよび多官能性モノマーを含むモノマー混合物の懸濁重合によって
ポリマーを製造した。典型的な製造において、2000mlの脱イオン水および
約4gのヒドロキシエチルセルロース(HEC)を5000mlのバッフル付き
フラスコに添加した。この水を通して窒素を30分間パージし、溶解した酸素を
除去し、そして1400rpmに設定したステンレススチールスターラーでフラ
スコを攪拌した。CTAをモノマー混合物(500gのMFMと、必要量のPF
Mと混合したもの)中に溶解させ、その後、反応フラスコに添加し、次いで、A
IBNを添加した。反応フラスコをフルパワーで75℃に加熱し、その後、加熱
を抑制した。発熱が静まり始めるまで反応を進行させた。最大の重合温度は、典
型的には90℃であった。フラスコを1時間熱処理した。フラスコおよびその内
容分を空気で40℃にまで冷却し、そして内容分を遠心分離により脱水した。ポ
リマーを40℃の炉内または流動床乾燥機内で乾燥した。
【0047】 この基本懸濁重合法を以下の実施例に記載される通りに変更し、完全な転化の
前に重合を停止し、重合性ポリマーを提供した。
【0048】溶液重合によるポリマーの製造 トルエン中にMMAを溶解させ(33%w/w)、選択された濃度の多官能性
モノマー(PFM)および連鎖移動剤(CTA)を添加し、そしてAIBN(モ
ノマーに対して1重量%)を用いて重合を開始させることにより溶液重合によっ
てポリマーを製造した。凝縮器を用いて、窒素下にオイルバス中に80℃で重合
を行った。下記に記載される通り、冷却しそして抑制剤を添加することにより重
合を停止させた。
【0049】GPCによる特性化 混合ゲルコラムを使用し、そして検定のための狭い分子量分布のPMMA標準
品を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって分子量を測定した
。クロロホルムを流速1ml/分で移動相とし、そして赤外線ディテクターとし
て使用した。重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)および多分散(M
w/Mn)を決定した。
【0050】溶液粘度の決定 トルエン中のポリマーの30%(w/w)溶液の粘度を、ブルックフィールド
粘度計を用いて、25℃の温度でLV2スピンドルを用いて測定した。
【0051】 MMAはメチルメタクリレートであり、 BMAはn−ブチルメタクリレートであり、 EMAはエチルメタクリレートであり、 MAAはメタクリル酸であり、 TPGDAはトリプロピレングリコールジアクリレートであり、 TMPTAはトリメチロールプロパントリアクリレートであり、 PETAはペンタエリトリトールテトラアクリレートであり、 DPEHAはジペンタエリトリトールヘキサアクリレートであり、 EGDMAはエチレングリコールジメタクリレートであり、 TRIMPはトリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)
であり、 PETMPはペンタエリトリトールテトラメルカプトプロピオネートであり、 DPEHTGはジペンタエリトリトールヘキサチオグリコレートであり、 DDMはドデシルメルカプタンである。
【0052】例1〜5 DDMの存在下にMMAおよびTPGDAの懸濁重合によってポリマーを製造
した。 90℃での43分間の重合時間により、モノマーの99%転化率を達成した。
より短い重合時間で抑制剤を添加することにより、ペンダントのアクリレート基
を有するポリマーを得た。このことは、一官能性モノマーに対する0.05%に
相当するヒドロキノンの2%水溶液を添加することにより行った。サンプルを空
気によって10分間急速に40℃まで冷却した。得られたポリマーを、次にNM
R分光器により分析し、ペンダントのアクリレート基の%を計算した。GPCに
よって分子量を決定した。アクリレート%は、取り込まれたTPGDA中のアク
リレート基の合計に対する未反応のペンダントのアクリレート基の分率としての
数である。
【0053】
【表1】
【0054】例6〜21:アクリレート官能化ポリマーの透明ワニス中での使用 アクリレート官能化ポリマーを溶液重合により製造した。水浴から重合物を取
り出し、ポリマーに対して0.05%wのTopanol (商標)(Great Lakes Chemi
cals) 抑制剤を添加することにより重合を停止させ、モノマーの約85〜90%
転化率のポリマーとなった。全ての重合物は、一官能性モノマーとしてのMMA
を基準として、多官能性モノマーを表2および3に示す。対照の線状ポリマー(
例13)は、多官能性モノマーの不在下にMMAを重合することにより製造した
。全てのポリマーをヘキサン中の沈殿により単離し、次いで、真空炉中において
50℃で乾燥した。
【0055】 アクリレート官能化ポリマー、モノマーとしてトリプロピレングリコールジア
クリレート、およびEbecryl (商標)605 (UCB Chemicals) エポキシアクリレー
トオリゴマーまたはEbecryl (商標)4858ウレタンアクリレートオリゴマーを用
いて透明ワニスコーティング組成物を製造した。Darocur (商標)1173 (Ciba-G
eigy) をアミン相乗剤のEbecryl (商標)P115とともに光開始剤として使用した
。コーティング配合物は以下の通りであった。 wt% アクリレート官能化ポリマー 15 TPGDA 50 オリゴマー 25 Darocur 1173 5 Ebecryl P115 5
【0056】 配合物を紙基材上に厚さ12μmでコーティングした。その後、Primarc UV硬
化装置を用いて、高圧水銀ランプ源を80W.cm- 2 の出力で用いて、コーテ
ィングを硬化した。表面の不粘着性フィルムが得られる最高速度を調べることに
より最適硬化速度を評価した。その後、硬化したコーティングを耐溶剤性および
光沢に関して試験した。耐溶剤性はメチルエチルケトン(MEK)に対して決定
した。硬化したコーティングをMEKを含浸した布で擦り、コーティングが不良
となるときの往復摩擦回数を記録した。結果を表2および3に示し、そして、ア
クリレート官能化枝分かれポリマーを含有するコーティングは線状の非官能化ポ
リマーを含むコーティングと同様の硬化速度を有し、そして優れた耐溶剤性を有
することを示す。
【0057】
【表2】
【0058】
【表3】
【0059】例22〜25 例1〜5と同様に、懸濁重合によりポリマーを製造した。分子量をGPCによ
り決定した。ポリマーをTPGDAモノマー中に30%w/wで溶解させ、そし
て、得られた溶液を、黒色顔料をベースとする硬化性インク、エポキシアクリレ
ートオリゴマー、TPGDAモノマーおよび光開始剤とともに50/50で混合
した。インクをワイヤーバーでコーティングし、約20μmのコーティング厚さ
とした。硬化速度および耐溶剤性を例6〜21に記載されるように測定した。イ
ンクの粘度をブルックフィールド粘度計により25℃で測定した。結果およびポ
リマー組成を表4に示す。
【0060】
【表4】
【0061】例26:高速開始剤 一般法に記載されるように4wt%のDDMの存在下にMMAおよび3%TP
GDAの懸濁重合によりポリマーを製造したが、AIBNの代わりに等モル量の
Vazo 52 を用いた。重合には抑制剤を添加しなかった。Vazo 52 は2,2’−ア
ゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を基礎とする市販のラジカル開始剤
である。得られたポリマーは、Mn=6,600g/モルであり、Mw=30,
050g/モルであり、残存モノマーは4%であり、そしてポリマーは未反応の
アクリレート基を含んでいた。
【0062】例27:バルク重合 MMA、3%のTPGDA、4%のDDMおよび0.5%のラウロイルペルオ
キシドを計量し、ナイロンバッグに移し、空気の気泡が存在しないようにシール
した。その後、これを炉内に入れ、40時間にわたって段階的に55〜120℃
で操作するプログラム化された温度サイクルを用いた。得られたポリマーは13
%w/wの残存MMAを有し、Mn=7,050であり、Mw=42,700で
あり、そして残存アクリレート官能基を含んでいた。
【手続補正書】
【提出日】平成12年9月25日(2000.9.25)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB ,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,GE,G H,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 スラーク,アンドリュー トレビシック イギリス国,ノース ヨークシャー ディ ーエル7 8アールエックス,ノーサラー トン,ウィロー ロード 2 Fターム(参考) 4J011 AA05 AB01 AB02 AB15 BA06 HB01 HB24 HB27 NA25 NB04 4J038 FA231 KA03 4J100 AB02P AG04P AJ08P AK32P AL03P AL04P AL05P AL08P AL09P AL61Q AL62Q AL63Q AL65Q AL66Q AL67Q AM02P AM15P AM43P AQ12P BA08Q BA29P CA03 CA04 CA23 DA09 EA01 FA19 FA27 FA34 JA01 JA03

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (i)1分子当たり1個の重合性二重結合を有する一官能性
    モノマーと、前記一官能性モノマーの重量の0.3〜100%w/wの、1分子
    当たり少なくとも2個の重合性二重結合を有する多官能性モノマー、前記一官能
    性モノマーの重量の0.0001〜50%w/wの連鎖移動剤、および、所望に
    より、ラジカル重合開始剤、とを混合すること、 (ii)この混合物を反応させてポリマーを生成させること、 (iii)混合物中に存在する重合性の(メタ)アクリレート基の<99%が
    反応してポリマーを生成したときに重合反応を停止すること、 を含む、少なくとも1個の重合性二重結合を含むポリマーの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記一官能性モノマーはメタクリレートおよびアクリレート
    、スチレンおよびその誘導体、酢酸ビニル、無水マレイン酸、イタコン酸、N−
    アルキル(アリール)マレイミドおよびN−ビニルピロリドンから選ばれる、請
    求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記一官能性モノマーはメチルメタクリレート、ブチルメタ
    クリレートおよび/またはメタクリル酸のうちの少なくともいずれか1種を含む
    、請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記一官能性モノマーは1種より多くの一官能性モノマーの
    混合物を含む、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記多官能性モノマーは、二官能性(メタ)アクリレート、
    三官能性(メタ)アクリレート、四官能性(メタ)アクリレート、五官能性(メ
    タ)アクリレート、六官能性(メタ)アクリレート、1分子当たり少なくとも2
    個の重合性(メタ)アクリレート基を有するオリゴマーもしくはポリマー、およ
    びそれらの混合物から選ばれる、請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記連鎖移動剤は一官能性チオールおよび多官能性チオール
    から選ばれる、請求項1〜5のいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 反応混合物中に重合抑制剤を添加することおよび/または反
    応混合物を冷却することにより反応を停止する、請求項1〜6のいずれか1項記
    載の方法。
  8. 【請求項8】 重合を開始するためのフリーラジカルの有効量がモノマー混
    合物中の全ての重合性基をポリマーに転化させるためには不十分であるように、
    開始剤のタイプ、開始剤の濃度、重合温度および重合時間の組み合わせを使用し
    て、重合反応を開始させる、請求項1〜6のいずれか1項記載の方法。
  9. 【請求項9】 10時間半減期温度が64℃未満である開始剤を使用して、
    70〜80℃の範囲の温度で重合を行う、請求項8記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記開始剤は2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレ
    ロニトリル)およびt−ブチルペルオキシネオデカノエートから選ばれる、請求
    項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 i)1分子当たり1個の重合性二重結合を有する一官能性
    モノマー、 ii)前記一官能性モノマーの重量の0.3〜100%w/wの、1分子当た
    り少なくとも2個の重合性二重結合を有する多官能性モノマー、 iii)前記一官能性モノマーの重量の0.0001〜50%w/wの連鎖移
    動剤、および、所望により、 iv)ラジカル重合開始剤、 の残基からなり、少なくとも1個の重合性二重結合を含むポリマー。
  12. 【請求項12】 請求項1〜10のいずれか1項記載の方法によって製造さ
    れる、請求項11記載のポリマー。
  13. 【請求項13】 請求項11または12記載のポリマーを含み、所望により
    、モノマー、多官能化されたオリゴマーおよびコポリマー、並びに、他の化合物
    、例えば、架橋性種、ポリマー、硬化剤、着色剤、溶剤、分散助剤、潤滑剤、加
    工助剤、充填剤、キャリア流体および強化剤、可塑剤、柔軟剤、安定剤および香
    料から選ばれるさらなる成分を含む、コーティング組成物。
  14. 【請求項14】 請求項11または12記載のポリマーを含む、成形された
    ポリマー製品。
  15. 【請求項15】 コーティング配合物、フォトレジスト、成形用組成物、モ
    ノマーシロップ中の硬化性ポリマー、成形されたキッチンシンク、ワークトップ
    、アクリルシート、シャワートレー、硬化性セメントまたは接着剤の成分として
    の、請求項11または12記載のポリマーの使用。
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