JP2005320539A - マイケル付加組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】マイケル付加反応で硬化可能であり、室温で硬化し、望ましくない毒性または腐食性が低く、反応物または生成物の分解を引き起こさない1種類以上の触媒を使用する組成物を提供すること。
【解決手段】少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、少なくとも1種類の弱塩基性触媒とを含む官能性混合物が提供される。

Description

硬化反応として有用となる可能性のある化学反応の1つはマイケル(Michael)付加である。たとえば、米国特許出願公開第20030083436号には、α,β−不飽和多価カルボン酸エステルと、カルボニル基に隣接するメチレン基を有する特定のポリエステル又はポリアミド化合物との間の、非アミンの強塩基触媒、たとえばアルカリアルコキシドの存在下での反応生成物を含む接着剤として有用な組成物が開示されている。
クレメンス(Clemens)およびレクター(Rector)(Journal of Coatings Technology,Vol.61,No.770,1989)によって記載されているように、強塩基触媒の利用はマイケル付加反応の場合にはよく知られており、一方、25℃以下で硬化させるための弱塩基触媒の利用は知られていない。米国特許第6,855,796B2には、化学線に曝露するとさらに硬化して高重合体になる、オリゴマーまたは低分子量ポリマーの未架橋硬化性樹脂を調製するための第3級ホスフィン弱塩基の使用が開示されている。これらの硬化性樹脂は高温(50〜90℃)において調製される。米国特許第6,855,796B2は、高重合体または架橋されたポリマーを生成するためのホスフィン弱塩基性触媒は教示しておらず、かつ、周囲温度で硬化させるための弱塩基の使用も教示していない。さらに、接着剤、シーラント、フォーム(foam)、エラストマー、フィルム、またはより具体的には可撓性積層用接着剤、剛性積層用接着剤、感圧接着剤、構造用接着剤、組立用接着剤、または家庭用修理用接着剤を製造するための弱塩基の使用も教示していない。
従来の公知の組成物の欠点の1つは、一部の触媒が望ましくない毒性または腐食性であることである。従来の公知の組成物の別の欠点は、一部の触媒が、偏在的な材料(たとえば、空気および/または水など)、および/または硬化前の組成物の成分、および/または組成物の硬化過程の生成物に対してあり望ましくない反応性があることである。一例は、反応物または生成物の加水分解、またはその他の分解を引き起こしうる可溶性強塩基触媒(pKa>11)の使用である。別の例は、変色または黄変を引き起こしうるアミン塩基の使用である。マイケル付加反応で硬化可能であり、室温で硬化し、望ましくない毒性または腐食性が低く、反応物または生成物の分解を引き起こさない1種類以上の触媒を使用する組成物が提供されることが望ましい。
米国特許出願公開第20030083436号明細書 米国特許第6,855,796号明細書 Journal of Coatings Technology,Vol.61,No.770,1989 RTモリソン(Morrison)およびRNボイド(Boyd)の有機化学第3版(Organic Chemistry,third edition),アリン・アンド・ベーコン(Allyn and Bacon),1973 FWビルマイヤー(Billmeyer),JR.の高分子科学教科書第2版(Textbook of Polymer Science,second edition,)1971(「ビルマイヤー」) 物理化学ハンドブック第82版(Handbook of Chemistry and Physics,82nd edition),CRCプレス(CRC press),2001
本発明は、
(i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、
(ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
(iii)少なくとも1種類の弱塩基性触媒とを含み、
23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物を提供する。
本発明は、
(i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、
(ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
(iii)少なくとも1種類の弱塩基性非アミン非ホスフィン触媒とを含み、
23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物も提供する。
本発明は、
(i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、
(ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
(iii)11未満のpKaを有する対応する共役酸を有する、少なくとも1種類の弱塩基性触媒とを含み、
23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物も提供する。
本発明は、
(i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と
(ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
(iii)少なくとも1種類の塩基性光潜在性アミン触媒とを含み、
23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物も提供する。
本発明は、
(i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、
(ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
(iii)少なくとも1種類の弱塩基性触媒と、
(iv)少なくとも1種類の光開始剤とを含み、
23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物も提供する。
本発明は、
(i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、
(ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
(iii)11未満のpKaを有する対応する共役酸を有する、少なくとも1種類の弱塩基性触媒とを含む官能性混合物であって、
前記少なくとも1種類の弱塩基性触媒が、6個以下の炭素原子を有するアルキルカルボン酸のカリウム塩からなる群より選択される1種類以上の触媒を含み、前記触媒が、カルボン酸のナトリウム塩、カルボン酸のマグネシウム塩、カルボン酸のアルミニウム塩、6個以下の炭素原子を有するアルキルカルボン酸のクロム塩、芳香族カルボン酸のクロム塩、6個以下の炭素原子を有するアルキルモノカルボン酸のカリウム塩、多価カルボン酸のカリウム塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属リン酸水素塩、アルカリ金属リン酸塩エステル、およびアルカリ金属ピロリン酸塩、ならびにそれらの混合物からなる群より選択され、前記官能性混合物が23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物も提供する。
本発明は、記載されたそれぞれの官能性混合物を硬化させる方法も提供する。
本発明は、官能性混合物を硬化させる方法であって、少なくとも1種類の弱塩基性触媒を、少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体および少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と接触させる工程を含み、前記官能性混合物が23℃で7日以内に硬化可能である方法も提供する。
本発明は、少なくとも1種類の弱塩基性触媒と、少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、任意に光開始剤とを含む官能性混合物を、電子ビーム放射線またはUV線に曝露して、前記官能性混合物を部分的に反応させる工程を含み、前記官能性混合物が23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物を部分的に硬化させる方法も提供する。
本発明は、それぞれの官能性混合物から製造される物品も提供し、これらの物品は、可撓性積層用接着剤、剛性積層用接着剤、感圧接着剤、構造用接着剤、組立用接着剤、または家庭用修理用接着剤から選択される。
本明細書で使用される場合、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートまたはメタクリレートを意味し、「(メタ)アクリル」は、アクリルまたはメタクリルを意味し、「(メタ)アクリルアミド」はアクリルアミドまたはメタクリルアミドを意味する。
本発明は、マイケル付加反応の進行が可能な官能基を有する化合物の使用を含む。本明細書で使用される場合、マイケル付加反応とは、供与体がアミンではなく活性化メチレン化合物である炭素マイケル付加を意味する(アミンマイケル反応と区別するため)。マイケル付加は、たとえば、RTモリソン(Morrison)およびRNボイド(Boyd)の有機化学第3版(Organic Chemistry,third edition),アリン・アンド・ベーコン(Allyn and Bacon),1973に教示されている。この反応は、触媒の存在下、マイケル供与体とマイケル受容体との間で起こると考えられており、供与体はアミンではなく活性化メチレン化合物である。
本明細書で使用される場合、「マイケル供与体」は、少なくとも1つのマイケル供与体官能基を有する化合物であり、この官能基は、少なくとも1つのマイケル活性水素原子を含有する官能基であり、この水素原子は、C=Oおよび/またはC≡Nなどの2つの電子吸引基の間にある炭素原子と結合している水素原子である。マイケル供与体官能基の例は、マロネートエステル、アセトアセテートエステル、マロンアミド、およびアセトアセトアミド(これらでは、マイケル活性水素が2つのカルボニル基の間の炭素原子と結合している)、ならびにシアノアセテートエステルおよびシアノアセトアミド(これらでは、マイケル活性水素が、カルボニル基とシアノ基との間の炭素原子と結合している)である。2つ以上のマイケル活性水素原子を有する化合物を本明細書では多官能性マイケル供与体と呼ぶ。マイケル供与体は、1、2、3、またはそれを超える数の独立した官能基を有し、そのそれぞれが1つ以上のマイケル活性水素原子を含有することができる。分子上のマイケル活性水素原子の総数が、マイケル供与体の官能価である。本明細書で使用される場合、マイケル供与体の「骨格」は、マイケル活性水素原子を含有する官能基以外の供与体分子の部分である。
本明細書で使用される場合、「マイケル受容体」は、構造(I)
Figure 2005320539
を有する少なくとも1つの官能基を有する化合物であり、上式中、R、R、およびRは、独立に、水素または有機基、たとえば、アルキル(線状、分岐、または環式)、アリール、アリール置換アルキル(アラルキルまたはアリールキル(arylkyl)とも呼ばれる)、およびアルキル置換アリール(アルカリールまたはアルキルアリールとも呼ばれる)であり、これらの誘導体および置換された変形も含まれる。R、R、およびRは、独立に、エーテル結合、カルボキシル基、さらなるカルボニル基、それらのチオ類似体、窒素含有基、またはそれらの組み合わせを含んでも含まなくてもよい。Rは、酸素、窒素含有基、または、R、R、およびRの場合に前述した任意の有機基である。それぞれが構造(I)を含有する2つ以上の官能基を有する化合物を、本明細書では多官能性マイケル受容体と呼ぶ。分子上の構造(I)を含有する官能基の数が、マイケル受容体の官能価である。本明細書で使用される場合、マイケル受容体の「骨格」は、受容体分子の構造(I)以外の部分である。あらゆる構造(I)が、別の(I)基または骨格に直接結合することができる。
一実施形態によると、Mnが1000未満の骨格を有するマイケル供与体およびマイケル受容体が使用される。かかる供与体および受容体はモノマーまたはオリゴマーのいずれかである。かかる骨格の例は、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、トリプロピレングリコール、Mnが200〜600のポリエチレングリコール、ペンタエリトリトール(pentaerytritol)、エチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキサンジオール、トリシクロデカンジメチロール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1、3プロパンジオール、ビスフェノールAジグリシジルエポキシ、1,4ブタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ならびにネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールAジグリシジルエポキシ、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールのアルコキシル化およびプロポキシル化されたものである。供与体および受容体の両方が1000未満のMnの骨格に基づく官能性混合物は、接着剤および関連する用途に特に有用である。かかる混合物は、溶媒を使用しなくても低い初期粘度を有し、50℃未満、より好ましくは45℃未満、最も好ましくは40℃未満の温度で種々の方法によって適用可能となる。かかる混合物は、加工の容易さ、良好なポットライフ、および速い硬化速度の特有の組み合わせを有する。
本発明の実施は、少なくとも1種類の弱塩基性触媒、たとえば限定するものではないが少なくとも1種類の可溶性弱塩基性触媒の使用を伴う。本明細書で使用される場合、「触媒」は、マイケル付加反応を触媒する化合物である。特定の理論に本発明を限定しようとするものではないが、触媒が水素イオンをマイケル供与体から引き抜くものと考えられる。
ある実施形態では、1種類以上の任意選択の補助剤を使用することができる。補助剤は、マイケル供与体、マイケル受容体、および触媒のいずれでもない材料であり、補助剤は本明細書では「非官能性成分」と呼ぶ場合もある。補助剤は性質を改善するために選択され、補助剤としては、たとえば、溶媒、粘着付与剤、乳化剤、ポリマー、可塑剤、発泡剤、界面活性剤、湿潤剤、発泡性微小球、顔料、染料、および増粘剤などの材料が挙げられる。補助剤は、本発明の実施を妨害しないように選択され使用されることが好ましい(たとえば、補助剤は、成分の混合、官能性混合物の硬化、基体への適用、または硬化した官能性混合物の最終的性質を妨害しないように選択されることが好ましい)。
本発明の実施において、多官能性マイケル受容体の骨格は、多官能性マイケル供与体の骨格と同じ場合もあり得るし、異なる場合もあり得る。ある実施形態では、1種類以上の多価アルコールが少なくとも1つの骨格として使用される。多官能性マイケル受容体または多官能性マイケル供与体のいずれかの骨格として好適な多価アルコールのいくつかとしては、たとえば、アルカンジオール、アルキレングリコール、アルカンジオール二量体、アルカンジオール三量体、グリセリン、ペンタエリスリトール、多水酸化ポリアルキレンオキシド、他の多水酸化ポリマー、およびそれらの混合物が挙げられる。骨格として好適な多価アルコールのいくつかとしては、たとえば、シクロヘキサンジメタノール、ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、トリメチロールエタン、類似の多価アルコール、それらの置換されたもの、およびそれらの混合物が挙げられる。
本発明における骨格として好適な多価アルコールのさらなる例としては、たとえば、分子量が150以上の多価アルコール(上記の名称のものに加えて)が挙げられる。また、好適な多価アルコールの混合物も好適である。
ある実施形態では、多官能性マイケル供与体または多官能性マイケル受容体の骨格、またはその両方の骨格が、オリゴマーまたはポリマーである。本明細書で使用され、FWビルマイヤー(Billmeyer),JR.の高分子科学教科書第2版(Textbook of Polymer Science,second edition,)1971(「ビルマイヤー」)で定義されるポリマーは、より小さな化学的繰り返し単位の反応生成物で構成される比較的大きな分子である。通常、ポリマーは、11個以上の繰り返し単位を有する。ポリマーは、線状、分岐、星形、ループ、高分岐、または架橋の構造を有することができ、ポリマーは、1種類の繰り返し単位を有する場合があり得(「ホモポリマー」)、または2種類以上の繰り返し単位を有する場合もあり得る(「コポリマー」)。コポリマーは、不規則、ある順序通り、ブロック、その他の配列、またはそれらの任意の混合物または組み合わせで配列した種々の繰り返し単位を有することができる。
ポリマーは、比較的高分子量を有する。ポリマーの分子量は、標準的な方法たとえば、サイズ排除クロマトグラフィーまたは固有粘度によって測定することができる。一般に、ポリマーは1,000以上の数平均分子量(Mn)を有する。ポリマーは非常に高いMnを有することもでき、いくつかのポリマーはMnが1,000,000を超えるMnを有し、典型的なポリマーは1,000,000以下のMnを有する。
本明細書で使用される場合、「オリゴマー」は、オリゴマーがより少ない繰り返し単位およびより低い分子量を有することを除けば、ポリマーと同様の構造である。通常、オリゴマーは2〜10個の繰り返し単位を有する。一般に、オリゴマーはMnが400〜1,000である。
ある実施形態では、該官能性混合物が「バッチ」として製造され使用される。すなわち、ある量の官能性混合物が容器中で形成され、その後希望通りに使用される。官能性混合物が、たとえば、すべての成分またはパックを連続流装置、たとえば押出機などに加えることによって連続的に製造し使用する実施形態も意図される。
本発明の実施において、成分は、任意の組み合わせ、任意の順序で組み合わせることができる。ある実施形態では、容器に成分を同時または順次加えて、混合する。ある実施形態では、2種類以上の成分を互いに混合し、混合物として保存して(本明細書では「パック」と呼ぶ)、後にさらなる成分と組み合わせて本発明の官能性混合物を形成する。いくつかの成分を互いに混合してパックを形成する場合、残りの成分は、純粋な形態で保存されていても、本明細書ではこれも「パック」と呼ぶ。成分が2つ以上のパック中に保存される実施形態を、本明細書では「マルチパック」の実施形態と呼ぶ。
ある実施形態では、本発明の官能性混合物は2パック組成物である。本明細書では、用語「2パック」は、マイケル付加を行うために必要なすべての成分が、第1のパックと第2のパックとを混合することによって得られる混合物中に含まれることを意味するために使用される。本発明のある実施形態が、第1のパックと第2のパックとの混合によって得られた混合物にいかなる補助剤を加えることなく、第1のパックと第2のパックとを混合することによって得られた官能性混合物の使用を含むことが意図される。第1のパックと、第2のパックと、1種類以上の補助剤とが混合されて本発明の官能性混合物が形成される実施形態も意図される。1つのパックがあらゆる反応物を含まずに弱塩基性触媒を含ことができることも意図される。このような場合、触媒は、未希釈、非反応性溶媒との溶液として、または非反応性担体中のエマルジョンとしてのいずれかで存在する。
官能性混合物の成分は、本発明の2パック組成物中に多数の方法で分配することができる。2パック組成物の一実施形態によると、第1のパックが少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体を含み、第2のパックが少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体を含む。本発明の2パック実施形態の実施において、第1のパックおよび第2のパックの一方または両方が少なくとも1種類の弱塩基性触媒を含む。ある2パック実施形態では、第1のパック、または第2のパック、または両方のパックが、任意選択の補助剤をさらに含む。ある2パック実施形態では、各パックの成分は、1つのパックがマイケル受容体、マイケル供与体、および触媒の3つすべてを含むことがないように選択される。
マイケル受容体およびマイケル供与体の両方である少なくとも1種類の化合物の使用を含む実施形態も意図され、そのような化合物は、少なくとも1種類のマイケル供与体官能基と構造(I)を有する少なくとも1種類の官能基との両方を有する。このような化合物が、マイケル付加の触媒として有効な化合物と同じパック中に使用されないことも意図される。
本発明のある実施形態では、官能性混合物の成分の1種類以上が、溶媒中に溶解されるか、または流体媒体中にその他の形態で保持される(たとえば、エマルジョンまたは懸濁液として)。溶媒または他の流体媒体が複数の成分とともに使用される場合、複数の成分の溶媒または他の流体媒体は、互いに独立に選択することができる。ある実施形態では、官能性混合物が溶媒を実質的に含有しない。本明細書の定義では、材料が、その材料の全重量を基準にして少なくとも75重量%の固形分を含有する場合に、材料が「溶媒を実質的に含有しない」とする。本明細書において、「固形分」とは、全マイケル供与体、全マイケル受容体、全ポリマー、25℃において純粋な場合に固体である全ての材料、および沸点が200℃を超える全ての材料の重量を意味する。ある実施形態では、官能性混合物は、官能性混合物の重量を基準にして少なくとも80重量%の固形分、または少なくとも90重量%の固形分、少なくとも95重量%の固形分、または少なくとも98重量%の固形分である。
官能性混合物が、官能性混合物の重量を基準にして75重量%未満の固形分を含有する実施形態である「低固形分」実施形態も意図される。ある低固形分実施形態では、固形分は、流体媒体中に溶解したり、流体媒体中に分散したり、またはそれらの組み合わせであってよい。低固形分実施形態では、非固体成分は、1種類以上の非水性化合物、または水、あるいはそれらの組み合わせを含むことができる。ある低固形分実施形態では、官能性混合物は、官能性混合物の重量を基準にして25重量%以上の固形分を含有する。ある低固形分実施形態では、1種類以上の多官能性マイケル供与体、1種類以上の多官能性マイケル受容体、またはそれぞれの1種類以上がポリマーである。
本発明のある実施形態では、官能性混合物は、外部から添加される光開始剤を含有しない。本明細書において「光開始剤」とは、可視光、UV線、またはその他の放射線に曝露することによって重合を効果的に開始する化合物を意味する。本明細書において「外部から添加される」とは、マイケル供与体、マイケル受容体、触媒(本発明の実施に関して本明細書で前述した定義)、および本発明の組成物の硬化過程の生成物ではない化合物を意味する。
本発明のある実施形態では、外部から添加される光開始剤を含まない官能性混合物は、電子ビーム(EB)放射線またはその他の化学線に曝露した後、マイケル付加反応を進行させることによって部分的に硬化させることができる。この二重硬化機構では、迅速な「グリーン強度」の進展が可能となり、その後完全に硬化させることによって架橋されたポリマー網目が形成される。あるいは、マイケル付加反応を進行させた後、混合物を電子ビームまたはその他の化学線に曝露して完全に硬化させることができる。
本発明の別の実施形態では、官能性混合物は外部から添加された光開始剤を含有する。ある実施形態では、外部から添加された光開始剤が、フリーラジカル開始剤、たとえばIrgacure(商標)184であり、これによって多官能性アクリレート(受容体)の一部のフリーラジカル重合を開始させ、マイケル付加反応を介してさらに反応させることができる(二重反応系)。あるいは、ある実施形態では、外部から添加された光開始剤が、UV線の曝露前に11未満のpKaを有する対応する共役酸を有する、弱塩基性光潜在性アミン触媒である。放射線を照射することによって、この光開始剤の塩基性が顕著に増加し、それによって、マイケル付加反応を触媒するか、さらなる触媒作用が起こる。ある実施形態では、光潜在性アミンは、化学線照射前には弱塩基触媒挙動を示さないが、照射後にはその挙動を示す(光開始剤としてのみ機能する)。ある実施形態では、光潜在性アミン触媒が、化学線照射前に触媒挙動を示すことができる(最初は弱塩基性触媒として機能し、照射後は塩基性触媒光開始剤として機能する)。後者の種類の光潜在性アミンの一例は、チバ(Ciba)のCGI(商標)90であり、これによってマイケル付加反応に有用な2種類の触媒が得られる。
独立に、本発明のある実施形態では、官能性混合物は、エポキシド基を有する化合物を含有しない。独立に、本発明のある実施形態では、官能性混合物は、イソシアネート基を有する化合物を含有しない。独立に、本発明のある実施形態では、官能性混合物は、マイケル付加反応に関与する反応性基を有する化合物以外に、硬化に有効な化学反応が可能な反応性基を有する化合物を含有しない。
本発明の実施に使用するための具体的な多官能性マイケル供与体および具体的な多官能性マイケル受容体の選択においては、官能価を考慮することが望ましい。官能性が2のマイケル供与体を、官能性が2のマイケル受容体と反応させると、線状分子構造をもたらすと一般に考えられている。多くの場合、分岐されたおよび/または架橋された分子構造を形成することが望ましく、これには3以上の官能価を有する少なくとも1種類の成分を使用することが必要であると考えられている。したがって、ある実施形態が、3以上の官能価を有する少なくとも1種類のマイケル供与体を有するか、3以上の官能価を有する少なくとも1種類のマイケル受容体を有するか、または3以上の官能価を有する少なくとも1種類のマイケル供与体と3以上の官能価を有する少なくとも1種類のマイケル受容体との両方を有することが考慮される。ある実施形態では、官能性混合物中で合わせた全マイケル供与体および全マイケル受容体の平均官能価が2を超え、ある実施形態では、この平均官能価が2.5以上、または3以上、または4以上である。
本発明の官能性混合物中、多官能性マイケル受容体の多官能性マイケル供与体に対する相対的比率は、反応性当量比によって特徴づけることができ、この反応性当量比は、官能性混合物中の全官能基(I)の数と、官能性混合物中のマイケル活性水素原子の数との比率である。ある実施形態では、反応性当量比は0.1:1以上の比率、または0.2:1以上の比率、または0.3:1以上の比率、または0.4:1以上の比率、または0.45:1以上の比率である。ある実施形態では、反応性当量比は3:1以下の比率、または2:1以下の比率、または1.2:1以下の比率、または0.75:1以下の比率、または0.6:1以下の比率である。
ある実施形態では、硬化した官能性混合物が未反応官能基(I)をほとんどまたは全く有さないことが意図される。
通常は比較的高い反応性当量比を有する別の実施形態では、硬化した官能性混合物が、未反応の官能基(I)を含有している可能性が高いと思われ、反応性当量比が十分に高い場合は、硬化した官能性混合物は、官能基(I)が全く反応していない完全な多官能性マイケル受容体分子(本明細書では「未反応多官能性マイケル受容体分子」と呼ぶ)を含有すると思われる。たとえば、多官能性マイケル受容体分子がすべて2つの官能基(I)をそれぞれ含む場合、反応性当量比が2:1以上の比率である官能性混合物からは、ある程度未反応多官能性マイケル受容体分子が存在する硬化した官能性混合物が得られる可能性が高いと思われる。
また、硬化した官能性混合物が未反応多官能性マイケル受容体分子をほとんどまたは全く有さないが、有用な量の未反応官能基(I)を有する実施形態も考慮される。ある実施形態では、硬化した官能性混合物中に未反応官能基(I)が存在し、未反応多官能性マイケル受容体分子は、存在すること、または存在しないことのいずれかが望ましい(たとえば、マイケル付加以外の化学反応を実施することを意図する場合)。別の実施形態では、硬化した官能性混合物が、未反応多官能性マイケル受容体分子をほとんどまたは全く有さないことが望ましいか、あるいは、硬化した官能性混合物が未反応官能基(I)をほとんどまたは全く有さないことが望ましいかであり、このような実施形態では、希望通りに、硬化した官能性混合物が、未反応多官能性マイケル受容体分子をほとんどまたは全く有さない、または未反応官能基(I)をほとんどまたは全く有さないように十分低い反応性当量比を実行者が容易に選択できると考えられる。
本発明のある実施形態では、多官能性マイケル供与体、多官能性マイケル受容体、弱塩基性触媒、および任意の他の成分は、それらの官能性混合物が均一となるように選択される(すなわち、この混合物は、静置または硬化によって相分離をしない)。本発明の別の実施形態では、多官能性マイケル供与体、多官能性マイケル受容体、弱塩基性触媒、および任意の他の成分は、それらの官能性混合物がエマルジョンを形成するように選択される。官能性混合物が、液体中の懸濁物として分散した1種類以上の成分を含有する実施形態も想定され、その懸濁液が安定となる(すなわち、静置または硬化によって固形分の沈降や凝固が起こらない)一部のこのような実施形態は有用である。
本発明の実施は、少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体の使用を伴う。ある実施形態では、多官能性マイケル受容体の骨格は、本明細書で前述したような多価アルコールの残基である。ある実施形態では、多官能性マイケル受容体の骨格がポリマーであってよい。ある実施形態では、多官能性マイケル受容体の骨格がオリゴマーであってよい。
本発明において好適な多官能性マイケル受容体のいくつかとしては、たとえば、構造(I)の一部又はすべてが、エステル結合又はアミド結合を介して多官能性マイケル受容体分子と結合している(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリルアミド、フマル酸、又はマレイン酸、それらの置換されたもの、又はそれらの組み合わせの残基である分子が挙げられる。エステル結合を有する化合物と結合している(メタ)アクリル酸の2つ以上の残基を含む構造(I)を有する化合物を、本明細書では「多官能性(メタ)アクリレート」と呼ぶ。マイケル付加の受容体として機能することができる少なくとも2つの二重結合を有する多官能性(メタ)アクリレートが、本発明に好適な多官能性マイケル受容体である。一部の好適な多官能性の(メタ)アクリレートは、たとえば、多官能性アクリレート(エステル結合を介して骨格とそれぞれ結合する2つ以上のアクリル酸残基を有する化合物、MFAとも呼ばれる)である。
本明細書において、化合物の「アクリレート」(または「ジアクリレート」または「トリアクリレート」など)と記載される受容体、または「アクリル化」化合物と記載される受容体は、その化合物をアクリル酸と反応させることによって形成することが可能な構造を有するものと理解されたい。多くの場合、このように記載される受容体は、実際にかかる反応を実施することによって形成されるが、このように記載される受容体は実際には他の方法で形成することも可能である。いくつかの好適な受容体が、ヒドロキシル基、アミン基、エポキシド基、カルボキシル基と反応すると考えられる他の基、またはそれらの組み合わせを有する、「アクリル化」化合物、またはそれらを有する化合物の「アクリレート」(または「ジアクリレート」または「トリアクリレート」など)と記載されることが考慮される。たとえば、受容体
Figure 2005320539
はアクリル化ブタンジオールと記載されるし、ブタンジオールのジアクリレートとも記載され、この受容体はブタンジオールをアクリル酸と反応させることによって得ることができるが、同じ構造を任意の方法によって得ることができると考えられる。別の例では、既知のジグリシジルエーテル化合物が構造(II)
Figure 2005320539
を有する場合、「IIのジアクリレート」と記載されるMFAは次の構造
Figure 2005320539
を有する。
MFAである好適な多官能性マイケル受容体の例としては、たとえば、以下のものの1種類以上のジアクリレートが挙げられる。すなわちアルキルジオール、グリコール、エーテル含有ジオール(たとえば、グリコール二量体、グリコール三量体、およびポリアルキレンジオールなど)、アルコキシル化アルキルジオール、ポリエステルオリゴマージオール、ビスフェノールA、エトキシル化ビスフェノールA、および少なくとも2つのヒドロキシル基を有するポリマーである。また、類似のトリオール、たとえば、アルキルトリオールおよびアルコキシル化アルキルトリオールなどのトリアクリレートも好適である。類似の多水酸化化合物のテトラアクリレート、ペンタアクリレート、およびより高次のアクリレートも好適である。
好適なMFAのさらなる例としては、ヒドロキシル基以外の2つ以上の官能基を有し、アクリル酸とエステル結合を形成することが可能な化合物のジ−、トリ−、テトラ−、およびより高次のアクリレートが挙げられる。このようなMFAとしては、2つのエポキシド基を有する化合物のジアクリレート、たとえば、エポキシ樹脂、ジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、エトキシル化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、およびそれらの混合物などのジアクリレートが挙げられる。
また、特に好適な多官能性マイケル受容体は、それぞれ構造(I)を含有する2つ以上の官能基を有し、それらの構造(I)を含有する官能基の1つ以上が(メタ)アクリルアミドの残基である化合物である。別の好適な多官能性マイケル受容体では、構造(I)を含有する少なくとも1つの官能基が(メタ)アクリルアミドの残基であり、構造(I)を含有する少なくとも1つの官能基が、(メタ)アクリルアミドの残基以外の官能基である。
好適な多官能性マイケル受容体の混合物も好適である。ある実施形態では、多官能性マイケル受容体は、2つのエポキシド基を有する化合物の少なくとも1つのジアクリレートと、ポリアルキレンオキシドジオールの少なくとも1つのジアクリレートとを含む。
本発明の実施は、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体の使用を伴う。本発明のある実施形態では、多官能性マイケル供与体の骨格が、例えば前述したものなどをはじめとする多価アルコールの残基である。ある実施形態では、多官能性マイケル供与体の骨格がポリマーであってよく、たとえば、ポリアルキレンオキシド、ポリウレタン、ポリエチレン酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリジエン、水素化ポリジエン、アルキド、アルキドポリエステル、ポリオレフィン、ハロゲン化ポリオレフィン、ポリエステル、ハロゲン化ポリエステル、(メタ)アクリレートポリマー、それらのコポリマー、またはそれらの混合物などであってよい。多官能性マイケル供与体の骨格がポリマーである実施形態では、マイケル供与体官能基が、ポリマー鎖からぶら下がっていてもよいし、ポリマー鎖中に含まれていてもよいし、それらの組み合わせであってもよい。
好適な多官能性マイケル供与体では、マイケル活性水素を有する官能基は、任意の種々の配置で骨格と結合してよい。ある実施形態では、多官能性マイケル供与体は構造
Figure 2005320539
を有し、式中nは2以上であり、R
Figure 2005320539
または
Figure 2005320539
または
Figure 2005320539
であり、R
Figure 2005320539
または
Figure 2005320539
または
Figure 2005320539
または−C≡Nであり、R、R、R、R10、およびR11は、独立に、H、アルキル(線状、環式、または分岐)、アリール、アリールキル、アルカリール、またはそれらの置換されたものであり、Rは、多官能性マイケル供与体の骨格として好適であるとして前述したあらゆる多価アルコールまたはポリマーの残基である。ある実施形態では、Rはマイケル受容体の残基である。ある実施形態では、R、R、R、R10、およびR11の1つ以上が、マイケル活性水素を有する別の官能基と結合している。
ある実施形態では、nが3以上である。ある実施形態では、第2のパックが1より多くの多官能性マイケル供与体を含有している。このような実施形態では、多官能性マイケル供与体の混合物は、nの数平均値によって特徴付けることができる。ある実施形態では、第2のパック中の多官能性マイケル供与体混合物は、nの数平均値が4以下、または3以下である。
いくつかの好適な多官能性マイケル供与体としては、たとえば、アセトアセトキシ置換アルキル(メタ)アクリレート、マロン酸のアミド、アセト酢酸のアミド、マロン酸のアルキルエステル、アセト酢酸のアルキルエステルが挙げられ、これらのアルキル基は線状、分岐、環式、またはそれらの組み合わせであってよい。
いくつかの好適な多官能性マイケル供与体は、たとえば、2つ以上のアセトアセテート基を有するアルキル化合物である。かかる多官能性マイケル供与体としては、たとえば、アルキルジオールジアセトアセテート(アルキルジオールビスアセトアセテートとも呼ばれる)、たとえば、ブタンジオールジアセトアセテート、1,6−ヘキサンジオールジアセトアセテート、ネオペンチルグリコールジアセトアセテート、4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンのジアセトアセテート、2−メチル−1,3−プロパンジオールジアセトアセテート、エチレングリコールジアセトアセテート、プロピレングリコールジアセトアセテート;シクロヘキサンジメタノールジアセトアセテート;その他のジオールジアセトアセテート;アルキルトリオールトリアセトアセテート(アルキルトリオールトリスアセトアセテートとも呼ばれる)、たとえば、トリメチロールプロパントリアセトアセテート、ペンタエリスリトールトリアセトアセテート、グリセリントリスアセトアセテート、またはトリメチロールエタントリアセトアセテートなどが挙げられる。好適な多官能性マイケル供与体のさらなる例のいくつかとしては、多価アルコールのテトラ−、ペンタ−およびより高次のアセトアセテート(すなわち、エステル結合を介して4、5、またはそれを超える数のヒドロキシル基がアセトアセテート基と結合している多価アルコール)、たとえば、ペンタエリスリトールテトラアセトアセテート、ジペンタエリスリトールペンタアセトアセテート、およびジペンタエリスリトールヘキサアセトアセテートが挙げられる。
好適な多官能性マイケル供与体のさらなる例のいくつかは、エーテルグリコールジアセトアセテート(エーテルグリコールビスアセトアセテートとも呼ばれる)、たとえば、ジエチレングリコールジアセトアセテート、ジプロピレングリコールジアセトアセテート、ポリエチレングリコールジアセトアセテート、およびポリプロピレングリコールジアセトアセテートである。
他の好適な多官能性マイケル供与体のいくつかは、1分子当たり1つのマイケル供与体官能基を有するものであり、このマイケル供与体官能基は2つのマイケル活性水素原子を有する。かかる多官能性マイケル供与体としては、たとえば、アルキルモノアセトアセテート(すなわち、構造が、1つのアセトアセテート基が結合しているアルキル基である化合物)が挙げられる。
好適な多官能性マイケル供与体のさらなる例としては、1つ以上の次の官能基を有する化合物が挙げらる。すなわち、アセトアセテート、アセトアセトアミド、シアノアセテート、およびシアノアセトアミド、これらの官能基は、1つ以上の以下の骨格と結合することができる。ポリエステルポリマー、ポリエーテルポリマー、(メタ)アクリルポリマー、ポリジエンポリマーである。
好適な多官能性マイケル供与体のいくつかとしては、たとえば、メタクリル酸アセトアセトキシエチル(AAEM)と、以下の(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸のエステル、(メタ)アクリル酸のアミド、それらの置換されたもの、およびそれらの混合物の1種類以上とを含むモノマーから生成されるオリゴマーおよびポリマーが挙げられる。ある実施形態では、オリゴマーまたはポリマーを生成するために使用した全モノマー重量を基準にして、10重量%以上のAAEMを含むモノマーから生成される少なくとも1種類のこのようなオリゴマーまたはポリマーを使用することが意図される。
いくつかの好適な多官能性マイケル供与体は、多官能性アセトアセテート官能性ポリエステルポリマーおよびアセトアセテート官能性ポリエステルアミドポリマーである。
好適な多官能性マイケル供与体の混合物も好適である。
多官能性マイケル供与体の分類の1つはマロネートとして知られている。マロネートは、R
Figure 2005320539
およびR
Figure 2005320539
を有する(式中、R、R、およびRは本明細書で前述したように定義される)。ある実施形態では、マロネートが使用されず、すなわちかかる実施形態では、非マロネート多官能性マイケル供与体が使用される。
本発明の実施は、少なくとも1種類の弱塩基性触媒の使用を伴う。以下の可溶性の基準に適合する場合、触媒が「可溶性」であると本明細書において定義される。好適な試験混合物を選択し、試験混合物は、1種類の多官能性マイケル受容体、2種類以上の多官能性マイケル受容体の混合物、1種類の多官能性マイケル供与体、または2種類以上の多官能性マイケル供与体の混合物であってよい。この試験混合物は、弱塩基性触媒が使用される官能性混合物の一部またはすべてである。官能性混合物中で使用されるその触媒の重量の、官能性混合物中の全ての多官能性マイケル受容体および全ての多官能性マイケル供与体の重量の合計に対する比を、本明細書ではX1と呼ぶ。試験混合物の成分の重量の合計の、官能性混合物中の全ての多官能性マイケル受容体および全ての多官能性マイケル供与体の重量の合計に対する比を、本明細書ではX2と呼ぶ。次に、可溶性試験を実施するために、触媒重量の、試験混合物重量に対する比がY以上となるために少なくとも十分な触媒を試験混合物に加える。ここでY=X1/X2である。触媒と試験混合物との混合物について、本明細書で後に規定する溶解手順を行い、試験混合物中に実際に溶解した触媒量がそれによって決定される。実際に溶解した触媒重量の、試験混合物重量に対する比がY以上であれば、その触媒は可溶性であると見なされる。
上記可溶性試験を実施するための有用な方法の1つは、1種類以上のマイケル供与体を含有するが、マイケル受容体は全く含有しない試験混合物を選択することである。上記可溶性試験を実施するための別の有用な方法は、1種類以上のマイケル受容体を含有するがマイケル供与体は全く含有しない試験混合物を選択することである。
可溶性を決定するために用いられる溶解手順は、本明細書において以下のように規定される。触媒と試験混合物との混合物を75℃に2時間加熱して、得られた混合物が透明であれば(すなわち、肉眼で曇りまたは沈殿物が見られない)、触媒が可溶性であると見なされる。得られた混合物が75℃未満の温度に加熱した後で透明である場合、または、得られた混合物が75℃未満の任意の温度で混合した場合に透明である場合、または、得られた混合物が触媒を試験混合物に加えてから2時間以内に透明である場合、その触媒は可溶性であると見なされる。75℃で2時間後、得られた混合物が透明でない場合は、フリットガラスを通し濾過し、その濾液を希HClで滴定して、試験混合物中に実際に溶解した触媒の量を決定する。
濾液を希HClで滴定する場合、許容できる手順の1つは以下の通りである。0.1〜0.2mmolの間の触媒を含有すると推定される量の濾液を、30mlの変性アルコール中に溶解する。この濾液の溶液を次に、0.1022モル/lのHCl水溶液で鋭い終点が得られるまで滴定する。滴定は、当技術分野で公知の多種多様なあらゆる方法および/または装置を使用して行うことができる。たとえば、ラジオメーター・アナリティカルSAS(Radiometer Analytical SAS)によって製造されたRTS822記録滴定システムを使用することができる。滴定の進行および終点は、当技術分野で公知の多種多様な任意の方法および/または装置によって測定することができ、たとえば電極、たとえばガラス電極および基準電極、たとえば、ラジオメーター・アナリティカルSASによるpHG201およびREF201電極を使用して測定することができる。終点を検出した後、標準的方法によって以下の量を計算する。すなわち濾液の溶液中に存在する触媒のモル数、および試験混合物中に実際に溶解した触媒の量である。
一般に、本発明の実施において、十分な触媒が試験混合物中に溶解して、官能性混合物中に十分な触媒が得られれば、触媒は可溶性であり、それによって、官能性混合物が形成されると、硬化が23℃で7日以内に起こる。ある実施形態では、触媒は試験混合物中に、試験混合物100g当たり0.1g以上の触媒、または試験混合物100g当たり0.2g以上の触媒、または試験混合物100g当たり0.5g以上の触媒、または試験混合物100g当たり1g以上の触媒の量で溶解する。触媒と試験混合物との混合物が75℃未満の温度で混合される、または2時間未満の時間混合される、またはその両方が行われて、十分な量の触媒が実際に試験混合物中に溶解する場合、その触媒は可溶性であると見なされる。
本発明の一実施形態によると、弱塩基性触媒は、1種類以上の溶媒中に溶解され、次に、反応物に導入されてエマルジョンが形成される、不溶性の弱塩基性触媒である。
本発明の一実施形態によると、弱塩基性触媒は、反応物中に分散される不溶性の弱塩基性触媒である。
本発明のある実施形態では、少なくとも1種類の可溶性弱塩基性触媒が純粋材料の形態で使用される。本明細書において「純粋材料」とは、商業的な製造元から容易に入手可能な純度レベル、またはより高い純度を有する材料を意味する。
本発明の別の実施形態では、官能性混合物は、可溶性弱塩基性触媒の溶液を他の成分に対して加えることによって形成される。本明細書において「可溶性弱塩基性触媒の溶液」とは、溶媒(本明細書で前述した定義の非官能性成分である)と、可溶性(本明細書で前述した定義)弱塩基性触媒との均一混合物を意味する。かかる実施形態中の溶媒は、水であってよいし、または有機溶媒、たとえば、炭化水素、アルコール、およびケトンであってよい。水が好適であることが知られている。たとえば、ある実施形態では、可溶性弱塩基性触媒の溶液が1種類以上の多官能性マイケル受容体に加えられる。可溶性弱塩基性触媒のある好適な溶液は、可溶性弱塩基性触媒の濃度が、溶液の重量を基準にして、50重量%以上、または65重量%以上である。可溶性弱塩基性触媒の溶液を加えることを含むある実施形態では、可溶性弱塩基性触媒、または官能性混合物を含有するパックが、高温、または減圧、またはその両方にさらされて、溶媒の一部またはすべてが除去される。官能性混合物が高温にさらされて溶媒が除去されるある実施形態では、かかる溶媒の除去は、官能性混合物の基体への適用、および/または官能性混合物の硬化を妨害しない方法で実施されることが考慮され、たとえば、溶媒の除去は、官能性混合物を基体に適用した後で行うことができ、この場合、溶媒の除去および硬化を互いに同時に完全または部分的に実施できると考えられる。可溶性弱塩基性触媒の溶液を加えることを含む別の実施形態では、溶媒はそのまま残され、すなわち、溶媒除去の工程は行われない。
可溶性弱塩基性触媒の溶液がパックまたは官能性混合物に加えられる本発明のある実施形態の実施においては、可溶性弱塩基性触媒の溶液が加えられるパック、または官能性混合物は均一に見える。弱塩基性触媒の溶液がパックまたは官能性混合物に加えられる本発明の別の実施形態の実施においては、弱塩基性触媒の溶液が加えられるパック、または官能性混合物がエマルジョンを形成する。本発明のさらに別の弱塩基性触媒の溶液の実施形態の実施においては、弱塩基性触媒の溶液自体がパックを構成する。
可溶性弱塩基性触媒の溶液がパックまたは官能性混合物に加えられる本発明のある実施形態では、結果として得られる混合物は濁って見える。かかる実施形態では、本発明をいかなるモデルや理論にも限定しようとするものではないが、可溶性弱塩基性触媒の溶液中に使用される溶媒が他の成分と非相溶性または不溶性であり、そのため溶媒が分離した相として残留し、パックの体積全体に分散する液滴として溶媒が存在するために、この濁りが生じると考えられる。さらに、かかる溶媒液滴の分散が起こる場合、可溶性弱塩基性触媒が溶媒液滴中に残留することがある得、または、可溶性弱塩基性触媒が溶媒中から移動して他の成分中に溶解することがあり得、または、可溶性弱塩基性触媒が、溶媒液滴と他の成分との間である比率で分配される場合もあり得ると考えられる。これらの実施形態では、可溶性弱塩基性触媒の位置とは無関係に、可溶性弱塩基性触媒が前述の定義の可溶性の基準に適合できる限りは、このような溶媒液滴の分散体を含むパックまたは官能性混合物が、本発明の実施において好適であると考えられる。
一例として、ある実施形態では、弱塩基性触媒は水中に溶解されて水溶液を形成し、その水溶液が次に1種類以上の多官能性マイケル受容体と混合される。
弱塩基性触媒がパックの少なくとも1種類の反応物、または官能性混合物に加えられる本発明のある別の実施形態では、結果として得られる混合物がエマルジョンを形成する。一例として、ある実施形態では、弱塩基性触媒が1種類以上の多官能性マイケル受容体と混合されて、エマルジョンが形成される。このエマルジョンは、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体を含む別のパックに加えることができるし、又は、このエマルジョンを1つのパックを形成する1種類の多官能性マイケル供与体とさらに混合することもできる。
本発明のある実施形態では、本発明の弱塩基性触媒は、以下から選択される。すなわち、カルボン酸のナトリウム塩、カルボン酸のマグネシウム塩、カルボン酸のアルミニウム塩、1〜22個の炭素原子(たとえば6個以下の炭素原子が挙げられる)のアルキルカルボン酸のクロム塩、芳香族カルボン酸のクロム塩、1〜22個の炭素原子(たとえば6個以下の炭素原子が挙げられる)を有するアルキルモノカルボン酸のカリウム塩、多価カルボン酸のカリウム塩、及びそれらの混合物である。本明細書において「モノカルボン酸」とは、1分子当たり1つのカルボキシル基を有するカルボン酸を意味する。本明細書において「多価カルボン酸」とは、1分子当たり1より多くのカルボキシル基を有するカルボン酸を意味する。特に、カルボン酸のナトリウム塩、マグネシウム塩、およびアルミニウム塩としては、たとえば、以下の種類のカルボン酸のナトリウム塩、マグネシウム塩、およびアルミニウム塩が挙げられる。すなわち、芳香族カルボン酸、7〜22個の炭素原子を有するアルキルカルボン酸、6個以下のカルボン酸を有するアルキルカルボン酸、およびそれらの混合物である。
ある実施形態では、本発明の弱塩基性触媒は以下のものから選択される。すなわち、7〜22個の炭素原子を有するアルキルモノカルボン酸のナトリウム塩、6個以下の炭素原子を有するアルキルモノカルボン酸のナトリウム塩、6個以下の炭素原子を有するアルキルモノカルボン酸のカリウム塩、およびそれらの混合物である。
触媒が、その共役酸のpKaが3以上であり11以下でもあることを特徴とする塩基性化合物である場合、本明細書の定義では、その触媒が「弱塩基性」となる。ある実施形態では、可溶性弱塩基性触媒の共役酸のpKaが3.5以上、または4以上である。ある実施形態では、可溶性弱塩基性触媒の共役酸のpKaが7.5以下、または5.5以下、または4.9以下である。塩基の共役酸のpKaはよく知られている特性であり、多くの塩基の共役酸のpKa値が公表されており、たとえば、物理化学ハンドブック第82版(Handbook of Chemistry and Physics,82nd edition),CRCプレス(CRC press),2001に公表されている。pKaが希薄水溶液中で測定される場合があるが、化合物が実際に水溶液中で使用されてもされなくても、pKa自体は化合物の特性である。
触媒の共役酸が複数のカルボキシルを有するカルボン酸である場合、第1のpKa(すなわち、第1の水素イオンの解離定数を表しているpKa)が3以上11以下である場合に、その可溶性触媒が弱塩基性であると見なされる。このことは、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属リン酸水素塩、アルカリ金属リン酸塩エステル、およびアルカリ金属ピロリン酸塩にも適用される。
ある別の好適な弱塩基性触媒は、たとえば、酢酸カリウム、オクタン酸ナトリウム、カプリル酸カリウム、および酢酸クロムである。好適な可溶性弱塩基性触媒の混合物も好適である。
場合によっては、製造元より供給されたままの状態の多官能性マイケル受容体化合物は、ある量(通常は比較的少量)のカルボン酸塩を含有している。本発明は、かかる塩を含有する多官能性マイケル受容体、このような塩を含有しない多官能性マイケル受容体、またはそれらの混合物を使用して実施できることを意図している。多くの場合、受容体は酸を含有することがある。一実施形態によると、反応が阻害されないようにする目的で使用前または使用中に、この酸が塩基で中和される。別の実施形態によると、触媒がその場で生成される。
ある実施形態では、製造元より供給されたままの状態の好適な多官能性マイケル受容体が、弱塩基性触媒として好適な少なくとも1種類の塩を含有する。かかる多官能性マイケル受容体を、本発明の実施に使用することが意図される。場合によっては、製造元より供給されたままの状態の多官能性マイケル受容体中に存在する塩の量が十分少ないため、本発明の実施において、追加の量の弱塩基性触媒を使用することが望ましく、これは、多官能性マイケル受容体中にすでに存在する触媒と同種であっても異種であってもよい。
ある実施形態では、本発明の実施は、1種類以上の弱塩基触媒の使用を伴う。ある実施形態では、本発明の官能性混合物は、可溶性弱塩基性触媒ではない触媒を含有しない。
場合によっては、製造元より供給されたままの状態の多官能性マイケル受容体化合物は、ある量(通常は比較的少量)のカルボン酸塩を含有する。本発明は、かかる塩を含有する多官能性マイケル受容体、かかる塩を含有しない多官能性マイケル受容体、またはそれらの混合物を使用して実施することができことを意図している。
ある実施形態では、製造元より供給されたままの状態の好適な多官能性マイケル受容体が、可溶性弱塩基性触媒として好適な少なくとも1種類の塩を含有する。かかる多官能性マイケル受容体を、本発明の実施に使用することが意図される。場合によっては、製造元より供給されたままの状態の多官能性マイケル受容体中に存在する塩の量が十分少ない場合には、本発明の実施において、追加の量の可溶性弱塩基性触媒を使用することが望ましく、これは、多官能性マイケル受容体中にすでに存在する触媒と同種であっても異種であってもよい。
本発明のある実施形態では、官能性混合物は、硬化過程の開始前には、マイケル活性水素原子をマイケル供与体化合物から取り去ることによって生成することができる陰イオン(本明細書では「供与体由来の陰イオン」と呼ぶ)を含まない。供与体由来の陰イオンの一例は、マイケル活性水素原子をアセトアセテート基から取り去ることによって生成することができる陰イオンである。同様の供与体由来の陰イオンは、本明細書で前述したマイケル供与体官能基の任意の1つからマイケル活性水素原子を取り去ることによって生成することができる。いかなる特定の理論に本発明を限定しようとするものではないが、ある実施形態では、官能性混合物が形成された後、一旦硬化過程が始まると、1種類以上の供与体由来の陰イオンを含有するいくつかの化合物がマイケル付加反応中に中間体として生成しうると考えられる。
本発明の官能性混合物の成分は、本発明の実施条件下でマイケル付加が起こるように選択されることを意図している。たとえば、特定の多官能性マイケル受容体は、ある多官能性マイケル供与体とのマイケル付加反応が、他の多官能性マイケル供与体との反応よりも進行しにくい場合があり得る。たとえば通常、メタクリレート基は、アセトアセテート基よりもシアノアセテート基の方が反応しやすい。さらに、ある可溶性弱塩基性触媒は、他の触媒よりも強くマイケル付加反応を促進する。しかし、特定の多官能性マイケル供与体と特定の多官能性マイケル受容体との間の反応が遅いまたは反応が起こらない場合でさえも、場合によっては、活性のより高い可溶性弱塩基性触媒を使用することで反応を促進したり反応するようにしたりすることが可能である。本発明の実行者は、本発明の実施において、所望の硬化速度を実現するために、成分の有効な組み合わせを容易に選択することができる。
本発明の実施において、官能性混合物は、成分を混合することによって形成され、この混合は任意の手段によって行うことができる。ある実施形態では、成分がすべて液体であり、成分を容器中に入れて撹拌することでこれらを簡単に混合することができる。いずれかの成分が固体である場合、官能性混合物中にその固体を溶解または懸濁させるために十分な撹拌を行うことが考慮される。ある実施形態では、たとえば、種々の成分の交互の層を適用することによって、または種々の成分の独立した流れを基体の同じ領域上に吹き付けることによって、種々の成分を基体上で混合することができる。
本発明の官能性混合物は、新しく混合した場合には、23℃において有用な粘度を有する必要がある。粘度測定の有用な手段の1つは、ブルックフィールド(Brookfield)粘度計を使用し、粘度計の製造元の取扱説明に従って測定される材料に適切であるとして選択したスピンドルの種類および回転速度を使用することである。一般に、ブルックフィールド粘度計を適切に使用するための条件には、たとえば、最大目盛の10%〜90%の装置の目盛で読み取りが行われるスピンドルおよび回転速度の選択が含まれる。一部の実施形態では、#4スピンドルが適切である。ある実施形態では、新しく混合された官能性混合物は、粘度が0.01Pa・s(10cps)以上の液体である。新しく混合された官能性混合物は、粘度が10,000Pa・s(10,000,000cps)以下の液体である。所望の粘度は、成分の混合に使用した手段、および官能性混合物の成形またはその基体への適用に使用した手段によって決定される。官能性混合物の基体への適用を含むある実施形態では、官能性混合物の粘度は、23℃で0.1Pa・s(100cps)以上、または23℃で0.2Pa・s(200cps)以上、または23℃で0.4Pa・s(400cps)以上である。これとは独立に、官能性混合物の基体への適用を含むある実施形態では、粘度は、23℃で2,000Pa・s(2,000,000cps)以下、または23℃で1,000Pa・s(1,000,000cps)以下、または23℃で500Pa・s(500,000cps)以下である。硬化した官能性混合物をエラストマーとしておよび/またはポリマーフォームとして使用することを含む実施形態では、好ましい粘度は、基体に適用される官能性混合物に好ましい粘度よりも通常は高くなる。
本発明の硬化した官能性混合物は、種々の目的、たとえば、接着剤、シーラント、コーティング、フィルム、エラストマー、フォームとして、またはそれらの成分として有用となりうる。さらに、より具体的には、可撓性積層用接着剤、剛性積層用接着剤、感圧接着剤、構造用接着剤、組立用接着剤、または家庭用修理用接着剤として有用となりうる。
本発明の官能性混合物は、23℃で7日以内に硬化可能である。硬化が起こる事実は、23℃における官能性混合物のポットライフ(すなわち、官能性混合物を形成してから、官能性混合物をもはや成形したり基体に適用したりすることができなくなるほど高粘度に混合樹脂の粘度が上昇するまで時間)を測定することによって確認可能である。新しく混合した官能性混合物の粘度は、23℃において任意の標準的な方法によって測定することができ、有用な粘度測定方法の1つは、前述したようなブルックフィールド粘度計の使用である。
ポットライフの有用な基準の1つは、官能性混合物の粘度が、新しく混合した官能性混合物の粘度の5倍の値に到達するまでに要する時間(本明細書では「粘度五倍増時間」と呼ぶ)である。ポットライフの別の有用な基準は、官能性混合物の粘度が、新しく混合した官能性混合物の粘度の2倍の値に到達するまでに要する時間(本明細書では「粘度倍増時間」と呼ぶ)である。2種類の混合物を比較する場合、より長い粘度五倍増時間を有する混合物の方が、粘度倍増時間もより長く有すると考えられる。ポットライフのさらに別の有用な基準は、新しく混合した官能性混合物の粘度の10倍の値に到達するまでに要する時間である。ポットライフのさらに別の有用な尺度は、新しく混合した官能性混合物の粘度の100倍の値に到達するまでに要する時間である。
さらに別の有用な基準は、硬化反応の半減期である。一般に、2種類の混合物を比較する場合、長い半減期を有する混合物の方が粘度五倍増時間もより長く有すると考えられる。硬化反応の半減期は以下のように決定される。官能性混合物の観察を、任意の公知の分析方法を使用して、硬化反応開始前に存在する構造(I)を含有する官能基(このような官能基を本明細書では「I基」と呼ぶ)の濃度を測定し、さらに時間の関数として(官能性混合物が形成された時点から測定する)、硬化反応で反応したI基の濃度を測定することによって行う。硬化反応で反応したI基濃度の、硬化反応開始前に存在したI基濃度に対する比を、本明細書では「転化率」と呼ぶ。硬化反応の半減期は転化率が0.50に到達するまでに要する時間である。半減期は、任意の多種多様な方法で評価することができる。
硬化反応の半減期の評価方法の1つは、ラインフィット法であり、これは以下のように実施される。各時間において、転化率を測定し、これを使用して、本明細書において(転化率)/(1−転化率)で定義される「反応進行比」を計算する。標準的な線形最小二乗法を使用して、時間の関数として反応進行比の値を直線に適合させる。その結果、硬化反応の半減期は、こうして求めた直線の傾きの逆数となる。半減期を評価するラインフィット方法は、当業者が反応進行比対時間の依存性が直線であると見なしている場合には好適であり、当業者が反応進行比対時間の依存性が直線でないと見なしている場合には、次いで、反応の半減期の評価の別の方法が使用される。
ある実施形態では、官能性混合物のポットライフは、5分以上、または10分以上、または25分以上である。これとは独立に、ある実施形態では、ポットライフは、7日以下、または1日以下、または8時間以下、または2時間以下、または30分以下である。
別の実施形態では、官能性混合物は、より短いポットライフが望ましい。より短いポットライフのある実施形態では、官能性混合物のポットライフは、30秒以上、または1分以上、または2分以上である。これとは独立に、より短いポットライフのある実施形態では、ポットライフは、20分以下、または10分以下、または5分以下である。たとえば、硬化した官能性混合物がフォームまたはエラストマーとして使用されるある実施形態は、より短いポットライフの実施形態が望ましい。
本発明のある実施形態では、官能性混合物は、少なくとも1種類の酸捕捉剤を含有する。本明細書の定義では、酸捕捉剤は、カルボン酸または他の酸のいずれかである酸と反応することができ、酸性化合物を中和する機能を果たす化合物である。ある実施形態では、弱塩基性触媒の一部が酸捕捉剤として機能し、残りの部分が触媒として機能する。好適な例の1つは炭酸カリウムである。別の実施形態では、ある酸捕捉剤は官能性混合物の硬化を触媒することができず、弱塩基性触媒を必要とする。好適な例の1つはカルボジイミドである。本明細書において「酸と反応する」とは、酸捕捉剤が酸と相互作用して(たとえば、共有結合、イオン結合、または錯体を形成することによって)一時的または永続的な生成物を形成することができることを意味し、酸捕捉剤と酸との間の相互作用によって、酸捕捉剤以外の化合物との相互作用に酸が関与する傾向が解消または減少する。いくつかの酸捕捉剤の例は、第3級アミン(たとえばトリエタノールアミンが挙げられる)、アミジン類、グアニジン類、アジリジン類(たとえばエチレンイミンが挙げられる)、カルボジイミド類、有機チタン化合物、有機ジルコネート、弱塩基イオン交換樹脂、窒素含有樹脂(たとえば、ポリ−2−エチル−2−オキサゾリンおよびポリビニルピロリドンが挙げられる)、およびそれらの混合物である。酸捕捉剤として有効であることが知られているいくつかの有機チタン化合物は、たとえば、チタン酸テトラブチル、チタン酸テトライソプロピル、およびアセチル酢酸チタンであり、それぞれデュポン・カンパニー(DuPont Co.)より、Tyzor(商標)TnBT、Tyzor(商標)TPT、およびTyzor(商標)AAで販売されている。
1種類以上の酸捕捉剤が使用されるある実施形態では、酸捕捉剤は1種類以上のカルボジイミド(CDI)を含む。カルボジイミドは化学構造
21−N=C=N−R12
を有し、式中、R21およびR12は、それぞれ独立に、炭化水素構造、または炭素および水素に加えて、少なくとも1つのヘテロ原子(すなわち、水素または炭素以外の原子)、たとえば酸素、窒素、硫黄、またはリンなどを含む構造である。たとえば、R21およびR12は、アルキル、アリール、アルキル置換アリール、アリール置換アルキル、およびそれらの混合物から選択することができる。ある実施形態では、R21およびR12の少なくとも1つが、少なくとも1つのエーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、またはアミド結合を含有する。R21およびR12の一方または両方がポリマーであるカルボジイミドも考慮される。
ある実施形態では、本発明の酸捕捉剤は、ポリカルボジイミド(pCDI):
Figure 2005320539
として知られる構造を有する1種類以上のカルボジイミドを含み、上式中、nは2以上であり、R13、R14、およびR15はそれぞれ独立に、R21およびR12に好適であるとして本明細書で前述した基から選択される。R14基はすべて同じでもよいし、任意の数(最大n)の異なる基である場合もある。ある実施形態では、R13およびR15の少なくとも1つが、少なくとも1つのエーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、またはアミド結合を含有する。ある実施形態では、R13およびR15の少なくとも1つが、200以上の分子量を有する。ある実施形態では、R14基が、アルキル、アリール、アルキル置換アリール、およびそれらの組み合わせから選択される。すべてのR14基がアリール、アルキル置換アリール、およびそれらの混合物から選択されるpCDIを本明細書では「芳香族pCDI」と呼ぶ。ある実施形態では、少なくとも1種類のpCDIが使用される。ある実施形態では、R14基がすべて同じである少なくとも1種類のpCDIが使用される。
本発明のある実施形態は、官能性混合物の層を基体に適用することを含む。この層は連続または不連続の被膜であってよい。適用方法は、当業者に公知の多数の任意の方法、たとえば、はけ塗り、吹き付け、ローラーコーティング、輪転グラビアコーティング、フレキソコーティング、フローコーティング、カーテンコーティング、浸漬、ホットメルトコーティング、押出成形、同時押出成形、類似の方法、およびそれらの組み合わせによるものであってよい。ある実施形態では、官能性混合物の層の基体への適用が周囲温度で実施される。別の実施形態では、たとえば官能性混合物の粘度を調整するために、適用を高温で実施することができる。高温を使用して混合物を適用する場合でも、23℃で7日以内に硬化が達成される、または達成可能である。
別の実施形態、特に、硬化した官能性混合物がフォームまたはエラストマーとして使用される実施形態では、官能性混合物を、型または他の好適な容器中で成分を混合することによって形成することができ、硬化反応中その中で維持することができる。あるいは、成分を混合した後、官能性混合物を型または他の好適な容器の中に入れて、硬化反応過程中その中で維持することができる。
ある実施形態では、官能性混合物を乾燥させることができる。すなわち、第1のパックおよび第2のパックを互いに混合した後であるが、その官能性混合物を使用する前に、いずれかの揮発性の化合物が存在する場合には、ある時間を経過させて、揮発性の化合物、たとえば溶媒などを蒸発させることができる。この時間の間、ある実施形態では、官能性混合物を、減圧または移動雰囲気に曝露することができる。乾燥は、硬化反応が起こる前、反応中、または反応後に行うことができる。これとは独立に、官能性混合物を基体に適用する工程または型の中に入れる工程を含む実施形態では、官能性混合物を基体に適用するまたは型に入れる前、最中、または後に乾燥を実施することができる。
ある実施形態では、硬化工程中に揮発性化合物がほとんどまたはまったく放出されない。たとえば、ある実施形態では、硬化工程中の官能性混合物の重量減は、官能性混合物の初期重量(すなわち、新しく混合された官能性混合物の重量)を基準にして10%以下である。ある実施形態では、硬化工程中の官能性混合物の重量減は、官能性混合物の初期重量を基準にして、5%以下、2%以下、または1%以下である。
官能性混合物の層を基体に適用する工程を含むある実施形態では、1種類以上の基体は、官能性混合物と接触させる前に、1種類以上の処理、たとえば、コロナ放電または化学的プライマーのコーティングなどを使用して処理することができる。別の実施形態では、前処理を行わずに基体を本発明の官能性混合物と接触させる。官能性混合物は、例えば0.2〜116g/m(0.12〜71.2ポンド/リーム)のレベルで適用することができる。
複数の基体を互いに接合させるために官能性混合物が使用される実施形態では、官能性混合物の層を第1の基体に適用した後で、次にその層を別の基体と接触させて複合体を形成することができる。こうして形成された複合体は、任意に、ローラーの間に通すことなどによって圧力を加えることで、基体の組成物との接触が増加をもたらし、このような圧力は、多くの場合、硬化反応が実質的に完了する前に加えられる。本発明の別の実施形態では、官能性混合物の層を、第1の基体の両面に同時にまたは順次適用することができ、次に、これらの層をさらに2つの基体と同時にまたは順次適用され、これらの層は同種の場合も異種の場合もあり得る。本発明の官能性混合物、または異なる組成物を使用して、本明細書に記載される方法の前または後に、この複合構造体を別の基体に順次接合させることができることもさらに意図される。本発明の方法で接合される第1および第2の基体は同種の場合も異種の場合もあり得、たとえばプラスチック、金属化されたプラスチック、金属、ならびに紙、木材、およびパーティクルボードが挙げられ、これらは平滑な表面または構造化された表面を有することができる。
官能性混合物を使用して複数の基体を互いに接合させる実施形態の中で、これらの実施形態のいくつかでは、複合体が23℃を超える温度まで加熱される。本発明の官能性混合物は、23℃で7日以内に硬化可能であるが、ある実施形態では、複合体を23℃を超える温度に加熱することによって、硬化過程の促進またはその他の改善が行われることが望ましい。このような加熱が行われる場合、複合体は、35℃を超える温度、または50℃を超える温度、または100℃を超える温度に加熱することができる。硬化過程中に複合体が35℃未満の温度に維持される実施形態も考慮される。
官能性混合物を使用して複数の基体を互いに接合させる実施形態の中で、これらの実施形態のいくつかでは、官能性混合物が任意の基体と接触する前にマイケル付加反応の大部分又はすべてが完了し、又は官能性混合物が1つのみの基体と接触しながら、マイケル付加反応の大部分又はすべてが完了する。
官能性混合物を使用して基体を互いに接合させる他の実施形態では、官能性混合物が少なくとも2つの基体と接触しているときに、マイケル付加反応の実施的な部分が進行する。このような実施形態のいくつかでは、官能性混合物が少なくとも2つの基体と接触している場合にマイケル付加反応の少なくとも25モル%が進行し、別のかかる実施形態では、官能性混合物が少なくとも2つの基体と接触している場合にマイケル付加反応の少なくとも50モル%、または少なくとも75モル%、または少なくとも90モル%が進行する。
本発明のある実施形態では、基体は比較的薄く平坦であり、結果として得られる複合体は積層体と呼ばれる。積層体のための基体のいくつかの例は、ポリアルキレン、たとえばポリエチレンおよびポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、たとえばポリエチレンテレフタレート、ポリアミド(ナイロン)、エチルセルロース、酢酸セルロース、金属化ポリプロピレン、紙、アルミニウム箔、他の金属、セラミックシート材料などであり、これらはロール、シート、フィルム、箔などの形態で提供されていても良い。積層体用の基体のさらなる例は、たとえば、綿、羊毛、レーヨン、ナイロン、ポリエステル、ポリアルキレン、ガラス、またはセラミックスなどの材料で製造された1種類以上の天然繊維または合成繊維を用いた繊維で構成され得る織物または不織布である。
基体を互いに接合して積層体を形成するのに好適な接着剤を、本明細書では「積層用接着剤」と呼ぶ。
本発明の実施において、本発明の官能性混合物によって互いに接合して積層体を形成することができる基体は、互いに同種の場合もあり得るし、互いに異なる種類である場合もあり得る。
硬化した官能性混合物は、多種多様の任意の目的に使用することができる。たとえば、硬化した官能性混合物は、基体への接合のため、またはエラストマー物品としてのいずれかのエラストマーとして使用することができる。別の例では、硬化した官能性混合物は、フォームを製造する条件下で、成形し硬化させることができる。さらなる例では、官能性混合物の層を基体に適用することができ、次いで空気中に露出したままにしてコーティングを形成することができ、かかるコーティングは、連続または不連続であってよく、保護用または装飾用、またはその両方であってよく、たとえば塗料、他の種類のコーティング、またはインクとして機能させることができる。硬化した官能性混合物の使用は、たとえば、ガスケット、シーラント、屋根葺き膜、またはフィルムの1つ以上であってよい。
硬化した官能性混合物は、そのガラス転移温度(T)を測定することによって特徴づけることができる。ガラス転移温度は、動的機械分析(DMA)を曲げモード(flexural)で1ヘルツ(1サイクル/秒)において使用することで測定することができる。Tは、tanδ対温度の曲線のピークとして決定される。DMA試験は、硬化した官能性混合物単独で実施することができるし、DMA試験を、硬化した官能性混合物を他の材料と接触させながら行うこともできる。たとえば、硬化した官能性混合物が複合体中の基体の間の層として存在する場合、全体の複合体をDMA試験で調べることができ、tanδ対温度の曲線における、基体、または硬化した官能性混合物以外の材料によるあらゆるピークをどのように無視すればよいかは、同業者であれば容易に理解できるであろう。ある実施形態(本明細書では「複数T」実施形態と呼ぶ)では、硬化した官能性混合物が、tanδ対温度の曲線中に2つ以上のピークを有する。
硬化した官能性混合物が、ある値の「Tを有する」という表現は、本明細書においては、硬化した官能性混合物がそのある値の単独のTを有するか、または硬化した官能性混合物がtanδ対温度の曲線の複数のピークを有し、その中の1つが、そのある値のピークを有するか、のいずれかを意味するものと理解されたい。
本発明の硬化した官能性混合物は、任意の広範囲のTを有することができる。ある実施形態では、硬化した官能性混合物が−80℃以上のTを有する。これとは独立に、ある実施形態では、硬化した官能性混合物が120℃以下のTを有する。1つまたは複数のTは、硬化した官能性混合物の意図する使用に望ましい最良の性質が得られるように選択される。
たとえば、硬化した官能性混合物の構造用接着剤としての使用が意図されている場合、官能性混合物は、硬化した官能性混合物が50℃以上のTを有するように通常は選択される。別の例として、硬化した官能性混合物の感圧接着剤としての使用が意図されている場合、官能性混合物は、硬化した官能性混合物が15℃以下、または0℃以下、または−25℃以下、または−50℃以下のTを有するように通常は選択される。さらに別の例として、硬化した官能性混合物の積層用接着剤としての使用が意図されている場合、官能性混合物は、硬化した官能性混合物が−30℃以上、または−15℃以上、または−5℃以上、または15℃以上、または30℃以上のTを有するように通常は選択される。
本明細書および特許請求の範囲の目的のためには、これらに記載の、範囲および比率の制限は組み合わせることができるものと理解されたい。たとえば、特定のパラメーターで60〜120と80〜110の範囲が列挙されている場合、60〜110と80〜120の範囲も意図されるものと理解されたい。さらに、範囲最小値1および2が列挙されており、範囲最大値3、4、および5が記載されている場合、範囲1〜3、1〜4、1〜5、2〜3、2〜4、および2〜5のすべてが意図される。
(材料および略語)
SR−259=サートマー・カンパニー(Sartomer Co.)のポリエチレングリコール(200)ジアクリレート、
Morcure(商標)2000=ローム・アンド・ハース・カンパニー(Rohm and Haas Co.)のジグリシジルエーテルビスフェノールAのジアクリレート
SR−610=サートマー・カンパニーのポリエチレングリコール(600)ジアクリレート
NPGBisAcAc=ネオペンチルグリコールビスアセトアセテート
TMPTrisAcAc=トリメチロールプロパントリスアセトアセテート
PNETetraAcAc=ペンタエリスリトールテトラアセトアセテート
V−O2−L2=脂肪族ポリカルボジイミド溶液、当量385g/mol、水中40%濃度、日清紡(Nisshinbo)製造
XL−1422=芳香族ポリカルボジイミド、溶媒中50%濃度の溶液で供給される、本明細書では使用前に溶媒を除去、ローム・アンド・ハース・カンパニー製造
GF−10=線状低密度ポリエチレンフィルム、厚さ0.025mm(1ミル)
GF−19=高スリップ線状低密度ポリエチレンフィルム、厚さ0.025mm(1ミル)
48gPET=コロナ処理されたポリエチレンテレフタレート、厚さ0.012mm(0.48ミル)
OPP=コロナ処理され延伸されたポリプロピレン、厚さ0.044mm(1.75ミル)
75LBW=延伸されたポリプロピレン、厚さ0.019mm(0.75ミル)
70SPW=延伸されたポリプロピレン、厚さ0.018mm(0.70ミル)
Emblem(商標)1500=ハニーウェル(Honeywell)のナイロン、厚さ0.015mm(0.60ミル)
48LBT=ポリエステルフィルム、厚さ0.012mm(48ゲージ)
92LBT=ポリエステルフィルム、厚さ0.023mm(92ゲージ)
(T型剥離試験手順)
T型剥離試験においては、官能性混合物の層を第1のフィルムに適用する。官能性混合物中に存在するあらゆる溶媒または他の揮発性化合物は、層の適用前、適用中、または適用後に実質的に除去される。次に、第2のフィルム(第1のフィルムと同じ材料、または第1のフィルムとは異なる材料)を官能性混合物の層と接触させ、こうして形成された積層体をニップローラーの間に通す。この官能性混合物を硬化させる、または硬化できる状態にする。
この積層体を、試験前に種々の時間で、周囲条件(20〜25℃)において保存する。
幅25mm(1インチ)の積層体ストリップを切り取り、そのストリップを4.2mm/秒(10インチ/分)の速度で引張試験機で引き剥がす。このT型剥離結果を、ストリップを引き剥がすために必要な最大荷重(荷重のg数の単位)として記録する。剥離試験中の破壊の位置も記録する。接着剤とおよび少なくとも1つの基体との間の接合における接着破壊の場合を「A」、第1のフィルムが破壊した場合を「S1」、第2のフィルムが破壊した場合を「S2」とする。試験前の各保存時間について、T型剥離結果および破壊形態を報告する。
(実施例1:MFA1およびMFA2の調製)
固体酢酸カリウムと残りの成分とを混合することによって以下の混合物(MFA1およびMFA2)のそれぞれを調製した。
MFA1=5.6gのMorcure(商標)2000、2.4gのSR−259、0.1gの酢酸カリウム
MFA2=7.38gのMorcure(商標)2000、3.16gのSR−610、0.1gの酢酸カリウム
(実施例2:官能性混合物FM1およびFM2)
記載の成分を互いに撹拌して以下の官能性混合物を形成した。
FM1=8.1gのMFA1、5gのTMPTrisAcAc
FM2=10.64gMFA2、5gのTMPTrisAcAc
(実施例3:FM1およびFM2の試験結果)
前述の規定によるT型剥離試験を実施し、その基体、コーティング重量(CW)、および結果は以下の通りであった。
Figure 2005320539
(実施例4:ポットライフ測定)
最初に、SR−259とMorcure(商標)2000とを、SR−259対Morcure(商標)2000の重量比15:85で混合することによってアクリレート混合物(AM1)を調製した。
続いて、ある量(「X」g)の酢酸カリウム(KOAc)水溶液をAM1に加えることによって、混合物を形成した。酢酸カリウム水溶液の濃度は、水溶液重量を基準にして70%の酢酸カリウムであった。各混合物は、室温で形成した場合に濁っていた。各混合物は14.78gのAMIを含有した。
続いて、各混合物を9.00gのネオペンチルグリコールビス(アセトアセテート)と混合した。各混合物の初期粘度、および時間の関数としての粘度を、25℃においてブルックフィールド粘度計を使用して、#4スピンドル、60rpmで測定した。粘度対時間の自然対数プロットを作成し、その線の傾きを、線形最小二乗適合し決定した。粘度が二倍になるのに要する時間(「倍増時間」)は、2の自然対数をその線の傾きで割ったものである。ポットライフ試験混合物(PLTM)の結果は以下の通りであった。
Figure 2005320539
粘度が初期粘度の少なくとも5倍の値に到達するまで実験を続けると、そのデータは同じ線形最小二乗フィッティングに一致すると推測される。そのような場合、粘度五倍増時間は、5の自然対数の2の自然対数に対する比を粘度倍増時間に乗じることによって求められる。したがって、PLTM1の粘度五倍増時間は約76分になると推測され、PLTM2の粘度五倍増時間は約33分になると推測される。これらの測定が23℃で行われる場合、PLTM1およびPLTM2の粘度五倍増時間は8時間未満になると推測される。
(実施例5:オクタン酸ナトリウムの調製)
3.60gのオクタン酸を3gの水中で撹拌し、2.00gの水酸化ナトリウム水溶液(50%)で中和することによってオクタン酸ナトリウムを調製した。5gの水を使用して、希釈および洗浄を行った。ロウ状固体が形成され、これに約10mlのエタノールを加えて溶解した。pH試験紙によるとpHが約8であった。この全溶液を、窒素気流下の水蒸気上の時計皿上で蒸発させて、4.04gの白色固体を得た。この固体を、エタノール中において、HCl水溶液で滴定した。力価は5.88mmol/gであった。評価された純度は97.6%であった。
(実施例6 酢酸カリウムのMFA溶液)
このMFAは、70重量%のMorcure(商標)2000と30重量%のサートマーSR−610との混合物であった。このMFA混合物(956g)と、24.5gの無水酢酸カリウムとを、機械的撹拌装置、乾燥空気スパージ、および熱電対を取り付けた2リットルの4口丸底フラスコ中で混合し、マントルヒーターで加熱した。マントルへの熱は、熱電対に接続したコントローラーを介して制御した。乾燥空気の遅い流れを維持しながら、混合物を撹拌し、75℃まで徐々に加熱して、75℃で1時間維持した。塩の大部分は溶解したように見えた。この混合物を約60℃に冷却し、取り込まれた気泡を除去しやすくするためにフラスコを減圧した。この混合物をワットマン(Whatman)GF/Aガラスマイクロファイバーフィルター上で熱真空濾過すると、透明で粘稠な樹脂が得られた(粘度(ブルックフィールド、スピンドル#4、3rpm、25℃)137Pa・s(137,000cP))。滴定で求めた酢酸カリウム濃度は、MFA+酢酸カリウムの全重量を基準にして2.41重量%であった(理論投入量=2.50重量%)。
(実施例7〜8:他のカルボン酸塩のMFA溶液)
実施例6の多官能性アクリレート混合物と、種々のカルボン酸塩とを、機械的撹拌装置および熱電対を取り付けた100mlの3口丸底フラスコ中で混合し、マントルヒーターで加熱した。マントルへの熱は、熱電対に接続したコントローラーを介して制御した。混合物を撹拌し、75℃まで徐々に加熱し、以下に「T75」で示す時間の間75℃で維持した。すべての塩が溶解したように見えない場合は、混合物を焼結ガラス漏斗で熱真空濾過して、透明で粘稠な樹脂を得た。次に、混合物を滴定して、実際に溶解したカルボン酸塩の量を決定し、この量は以下に「溶解%」で示され、これはMFA+カルボン酸塩の全重量を基準にした塩の重量%である。結果を以下に示す。
Figure 2005320539
(実施例9:トリメチロールプロパントリス(アセトアセテート)の調製)
機械的撹拌装置と、均圧添加漏斗(窒素入口)と、コントローラーおよびマントルヒーターに接続される熱電対と、5段オールダーショーカラムと、フィンガータイプ疑縮器および還流比を制御するための止め栓を有する減圧型蒸留ヘッドとを取り付けた1リットルの4口丸底フラスコに、201g(1.50mol)のトリメチロールプロパン、100g(0.63mol)のアセト酢酸tert−ブチル、および282gのトルエンを投入した。添加漏斗にさらに626.5g(3.96mol)のアセト酢酸tert−ブチルを投入した。遅い窒素流が添加漏斗および反応器に流れるように維持し、混合物を約111℃に加熱した。フラスコ内容物が約111℃に到達したときに還流が開始し、ヘッド温度が82〜84℃の間に維持されるように還流比/取り出しを調整した。さらにアセト酢酸tert−ブチルを約4時間かけて徐々に加え、442mlの留出物を回収した。添加中に、釜温度を徐々に117℃まで上昇させた。蒸留を続け、釜温度を徐々に132℃に上昇させ、さらに2.3時間かけてヘッド温度を109℃に上昇させた。回収した全留出物は472gであり、これは70.59%のtert−ブタノール、すなわち理論の100.1%であることが分かった。
生成物を薄膜蒸留装置に通すことによって単離した。100℃、圧力100mmで1回通し、120℃および圧力>5mm(機械的真空ポンプ、高真空)で2回目を通した。単離された収率は98%であった。
(実施例10:マイケル反応の半減期)
25℃で温度調節された水浴中で平衡化された1オンスの蓋付き瓶の中で実験を行った。各反応において、4.2gの触媒/多官能性アクリレート混合物(実施例8〜11)を秤量し、少なくとも1時間水浴中で平衡化させた。これとは別に、トリメチロールプロパントリス(アセトアセテート)を25℃で平衡化させた。時間「0」において、2.00gのトリメチロールプロパントリス(アセトアセテート)を反応瓶中に量り入れ、金属スパチュラでよく混合し、水浴中に戻した。この瓶を軽く撹拌し、約30分、60分、および120分(より高い触媒濃度の場合には20分、40分、および60分)でサンプルを抜き取り、NMR分析によって評価した。HNMRスペクトルをBruker Avance(商標)500装置で記録し、WIN−NMRソフトウェアを使用して解析および積分を行った。
反応混合物のNMR試料は、マイケル反応を停止させるための酢酸(20ml酢酸/20mlCDCl)を含有するCDCl溶媒中で調製した。通常、試料調製時にある程度沈殿物が生成したが、これは触媒の塩であると推定されるが、スペクトルの取得を妨害しないように思われた。Morcure(商標)2000を含有する多官能性アクリレートは、δ7.12および6.81ppmを中心とする2つの吸収を示し、これらはMorcure(商標)構造の芳香族プロトンに帰属され、これらはマイケル反応中には変化せず、内部標準として使用され、これら2つの吸収の積分の合計をともに加え、その合計を積分値Bとする。アクリレート結合上の3つのプロトンはδ6.5〜5.8ppmの領域に3つのグループとして現れ、これらを一緒に積分して、その合計を積分値Aとする。
したがって、アクリレートの規格化濃度(本明細書では「[アクリレート]」と呼ぶ)は、
[アクリレート]=(積分値A)/(積分値B)
となる。反応が起こると、アクリレート反応のモルに比例してアクリレートが消費され、時間0における規格化アクリレート積分値(多官能性アクリレート混合物自体の場合には[アクリレート]と同じである)に対する転化率を計算することができる。したがってサンプリング時間(「t」)の関数としてのアクリレート転化率は簡単に計算される。
AN0=時間0における[アクリレート]
ANT=時間tにおける[アクリレート]
転化率=(AN0−ANT)/AN0
前述のように半減期を決定すると、その結果は以下の通りになった。
Figure 2005320539
この表から、反応速度と触媒濃度の用量相関が分かる。
(実施例11〜12:MFA混合物中のさらに別の塩の溶液)
実施例8の方法を使用して、以下の塩をMFA混合物中に溶解した。
Figure 2005320539
(実施例13〜15:さらに別のマイケル反応の半減期)
実施例10の方法を使用して、種々のMFA/塩混合物をトリメチロールプロパントリス(アセトアセテート)と混合し、それらの半減期を測定すると、結果は以下の通りになった。
Figure 2005320539
この表より、酢酸ナトリウムおよびオクタン酸ナトリウムの触媒の反応性はより低いが0ではないことが分かる。
(実施例16:積層用接着剤)
以下の混合物を調製した。
パックF=7.55gのMorcure(商標)2000、1.33gのSR−259、および0.25gの酢酸カリウム
パックG=2.5gのNPGBisAcAcおよび2.5gのPNETetraAcAc
パックFおよびパックGを混合して官能性混合物を形成し、これについて、92LBTの第1のフィルムおよび厚さ0.025mm(1ミル)のアルミニウム箔の第2のフィルムを使用し、1.8g/m(1.1ポンド/リーム)のコーティング重量で、前述の規定の通りにT型剥離試験を行った。1日後、T型剥離荷重は182gであり破壊形態はAであり、7日後、T型剥離荷重は120gであり破壊形態はAであった。
(実施例17〜20:酸捕捉剤を有する積層用接着剤)
以下の混合物を調製した。
M28=7.37gのMorcure(商標)2000および3.16gのSR−610
パックH1=10.53gのM28、0.11gの酢酸カリウム、および0.8gのV−O2−L2
パックH2=10.53gのM28、0.103gの酢酸カリウム、および0.34gのXL−1422
パックJ=5gのTMPTrisAcAc
FM17=11.44gのパックH1+5gのパックJ
FM19=10.98gのパックH2+5gのパックJ
FM17およびFM19について以下のようにT型剥離試験を行った。
Figure 2005320539
(実施例21)
第1のパックを以下のように作製した。6.74gのMorcure(商標)2000を2.89gのSR−259と60℃で混合した後、周囲温度まで冷却した。この混合物に、0.36g酢酸カリウム溶液(酢酸カリウム溶液の重量を基準にした水中の濃度70重量%)を撹拌しながら加えると、このパックは透明になった。次に、0.85gのV−O2−L2(V−O2−L2溶液の重量を基準にした水中の濃度40重量%)をこのパックに加え、十分に撹拌すると、パックは濁った。
第2のパックは6gのTMPtrisAcAcを含有した。
これら2つのパックの混合物のポットライフを以下のように測定した。10.84gの第1のパックを30ml瓶にあらかじめ量り取り、水浴中35℃で1時間状態調整した。別の瓶で、TMPtrisAcAcを35℃で1時間状態調整した。次に、6gのTMPtrisAcAcをあらかじめ秤量した第1のパックに加え、十分に混合した。混合物を水浴中(35℃)に入れながら、ブルックフィールド粘度計を使用しLV25スピンドルで粘度測定を行った。初期粘度は436mPa・s(436cps)であり、粘度は34分で倍増した。したがって、35℃におけるポットライフは34分であった。
ポットライフを25℃で測定した場合、そのポットライフは8時間未満になると考えられる。
2つのパックの混合物をT型剥離試験で試験した。この混合物を第1の基体上に35℃でコーティングした。結果は以下の通りであった。
Figure 2005320539
(実施例22〜27:さらなる官能性混合物)
以下の官能性混合物を、記載の成分を混合することによって調製した。「PAW」は、溶液重量を基準にして酢酸カリウム70重量%の濃度の酢酸カリウム水溶液である。各官能性混合物は、アセトアセテート基のモル数の、アクリレート基のモル数に対する比が1:1であった。「バッチサイズ」は、全アクリレート化合物と全アセトアセテート化合物の重量の合計であり、PAW重量は含まれない。各アセトアセテート化合物の量は、以下の表において、その化合物が寄与するアセトアセテート基のモル%により特徴付けられる。同様に、各アクリレート化合物の量は、以下の表において、その化合物が寄与するアクリレート基のモル%により特徴付けられる。たとえば、FM4では、アセトアセテート基の半分がNPEBisAcAcによるものであり、半分がTMPTrisAcAcによるものであり、アクリレート基の4分の3がモアキュア(Morecure)(商標)2000、アクリレート基の4分の1がEB−860によるものである。
Figure 2005320539
(実施例27:実施例22〜26の官能性混合物の試験結果)
LBTおよびAl箔(厚さ0.254mm(1ミル))を基体として使用して、前述の規定の剥離試験を行った。コーティング重量および剥離結果は以下の通りであった。
Figure 2005320539
(実施例28:23℃におけるポットライフ測定)
70重量部のMorcure(商標)2000を30重量部のSR−259と混合することにより混合物MFA28調製した。次に、6gのTMAtrisAcAc、9.63gのMFA33、および0.34gのPAW(本明細書で前述した定義の通り)を混合することによってFM28を調製した。時間の関数として、ブルックフィールド粘度計を使用しLV25スピンドルで23℃においてFM28の粘度を測定した。各読み取り値が適切になるように回転速度(rpm)を選択した(本明細書で前述した通り)。結果は以下の通りになった。
Figure 2005320539
粘度倍増時間は11〜12分の間であった。粘度五倍増時間は15〜16分の間であった。18〜19分の間で粘度が元の値の10倍に到達し、31〜32分の間で粘度が元の値の100倍に到達した。

Claims (10)

  1. (i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、
    (ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
    (iii)少なくとも1種類の弱塩基性触媒とを含み、
    23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物。
  2. (i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、
    (ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
    (iii)少なくとも1種類の弱塩基性非アミン非ホスフィン触媒とを含み、
    23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物。
  3. (i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、
    (ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
    (iii)11未満のpKaを有する対応する共役酸を有する、少なくとも1種類の弱塩基性触媒とを含み、
    23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物。
  4. (i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と
    (ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
    (iii)少なくとも1種類の塩基性光潜在性アミン触媒とを含む、官能性混合物。
  5. (i)少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、
    (ii)少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と、
    (iii)11未満のpKaを有する対応する共役酸を有する、少なくとも1種類の弱塩基性触媒とを含む官能性混合物であって、
    前記少なくとも1種類の弱塩基性触媒が、6個以下の炭素原子を有するアルキルカルボン酸のカリウム塩からなる群より選択される1種類以上の触媒を含み、前記触媒が、カルボン酸のナトリウム塩、カルボン酸のマグネシウム塩、カルボン酸のアルミニウム塩、6個以下の炭素原子を有するアルキルカルボン酸のクロム塩、芳香族カルボン酸のクロム塩、6個以下の炭素原子を有するアルキルモノカルボン酸のカリウム塩、多価カルボン酸のカリウム塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属リン酸水素塩、アルカリ金属リン酸塩エステル、およびアルカリ金属ピロリン酸塩、ならびにそれらの混合物からなる群より選択され、前記官能性混合物が23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物。
  6. 官能性混合物を硬化させる方法であって、少なくとも1種類の弱塩基性触媒を、少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体および少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体と接触させる工程を含み、前記官能性混合物が23℃で7日以内に硬化可能である方法。
  7. 少なくとも1種類の弱塩基性触媒と、少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体と、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体とを含む官能性混合物を、電子ビーム放射線または紫外線に曝露して、該官能性混合物を部分的に反応させる工程を含み、前記官能性混合物が23℃で7日以内に硬化可能である、官能性混合物を部分的に硬化させる方法。
  8. 少なくとも1種類の酸捕捉剤をさらに含む請求項1記載の官能性混合物。
  9. (a)水と前記弱塩基性触媒とを含む成分を溶解させることによって触媒溶液を調製する工程と、
    (b)前記触媒溶液を、前記少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体または少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体に加える工程とを含む方法によって形成され、
    官能性混合物が23℃で7日以内に硬化可能である、請求項1記載の官能性混合物。
  10. 少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体、および少なくとも1種類の弱塩基性触媒;少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体、および少なくとも1種類の弱塩基性非アミン非ホスフィン触媒;少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体、および11未満のpKaを有する対応する共役酸を有する少なくとも1種類の弱塩基性触媒;少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体、および放射線照射前に11未満の初期pKaを有する対応する共役酸を有する、少なくとも1種類の弱塩基性光潜在性アミン触媒;少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体、および11未満の初期pKaを有する少なくとも1種類の光潜在性アミン光開始剤;ならびに少なくとも1種類の多官能性マイケル受容体、少なくとも1種類の多官能性マイケル供与体、少なくとも1種類の弱塩基性触媒、および少なくとも1種類の光開始剤;をさらに含む官能性混合物から選択される官能性混合物を含む接着剤であって、
    可撓性積層用接着剤、剛性積層用接着剤、感圧接着剤、構造用接着剤、組立用接着剤、または家庭用修理用接着剤から選択される、接着剤。
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