JP2006508207A - ミクロゲル組成物およびその調製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)有機溶媒中の溶液として一価不飽和モノマーと多価不飽和架橋性モノマーとを含むモノマー組成物を提供するステップと、
(ii)前記モノマーをフリーラジカル溶液重合によって重合させるステップであって、前記一価不飽和モノマーの反応性比が前記多価不飽和モノマーと大きく異なり、前記モノマー成分の濃度と、前記モノマー組成物中の架橋性モノマーの比率とが制御されることによって、重量平均分子量が少なくとも50000である分離したミクロゲル粒子の溶液が形成されるステップとを含む、ミクロゲル組成物の調製方法を提供する。
(i)1つ以上の反応性官能基を含むポリマーと、
(ii)前記ポリマーの前記官能基の架橋に採用される架橋剤とを含み、
前述のミクロゲルを含む、ミクロゲルコーティング組成物を提供する。このミクロゲルは、反応性官能基を含む上記ポリマーであってもよいし、独立した成分であってもよい。
(i)有機溶媒中の溶液として一価不飽和モノマーと多価不飽和架橋性モノマーとを含むモノマー組成物を提供するステップと、
(ii)前記モノマーをフリーラジカル溶液重合によって重合させるステップであって、前記一価不飽和モノマーの反応性比が前記多価不飽和モノマーと大きく異なり、前記モノマー成分の濃度と、前記モノマー組成物中の架橋性モノマーの比率とが制御されることによって、重量平均分子量が少なくとも50000である分離したミクロゲル粒子の溶液が形成されるステップとを含む、ミクロゲル組成物の調製方法を提供する。
2種類の異なるモノマーの反応性比(r)は、第1のモノマーと反応する第1のモノマーからの基の反応性を、第2のモノマーと反応する基の反応性で割ったものとして定義され、
反応性比r1=K11/K12
同様に、
反応性比r2=K22/K21
ここで、K11は、第1のモノマーと反応する第1のモノマーからの基の反応速度であり、K12は、第2のモノマーと反応する第1のモノマーからの基の反応速度である。
(i)酸:アクリル酸、メタクリル酸
(ii)エポキシ:メタクリル酸グリシジル
(iii)ヒドロキシ:アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、およびメタクリレート類似体、
(iv)アミノ:メタクリル酸ジメチルアミノエチル、および
(v)シロキサン:γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランおよび部分的又は完全に高級アルキルで置換した類似体が挙げられる。
全モノマー濃度(本明細書では「T%」と記載)、およびモノマー組成物中の架橋性モノマーの比率(本明細書では「C%」と記載)の最適な組み合わせは、必要以上の実験を行うことなく、特定の系の場合に選択することができる。
メタクリル酸メチル(12.8mL、0.12mol)、CuBr(0.17g、1.2mmol)、PMDETA(0.25mL、1.20mmol)、およびp−トルエンスルホニルクロリド(p−TsCl、0.51g、2.7mmol)のp−キシレン(17.2mL)中の混合物を、シュレンク(Schlenk)フラスコに加え、3回の凍結−減圧−解凍サイクルで脱気した。次に、このフラスコを80の油浴に浸漬し、90時間加熱した。この反応混合物をTHF(100mL)中に溶解し、MeOH(2L)中で沈殿させた。減圧濾過で沈殿物を回収し、さらに沈殿を繰り返して、PMMAマクロ開始剤(1)を白色固体として得た(収率55%、Mw10.0k)。1HNMR(CDCl3、400MHz):7.74(d、J=8.2Hz、0.03H、ArH)、7.36(d、J=8.0Hz、0.03H、ArH)、3.60(s、3H、OCH3)、2.0〜1.7(m、2H、CH2)、1.02(s、0.45H、CH3)0.83(s、0.55H、CH3)。
(1)(0.62g、0.062mmol)、EGDMA(0.18mL、0.93mmol)、MMA(0.40mL、3.7mmol)、CuCl(6.2mg、0.062mmol)、およびbpy(29mg、0.19mmol)のp−キシレン(12.2mL)中の混合物を、マグネチックスターラーを取り付けたシュレンクフラスコに加えた。この混合物を3回の凍結−減圧−解凍サイクルで脱気した後、大気圧において100°に加熱した。90時間後、試料を反応混合物から取り出し、直接GCで分析した。この混合物をTHF(20mL)に溶解し、MeOH(1L)中で沈殿させ、濾過によって回収すると、無色固体が得られ、これをゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で分析した(0.98g、収率83%、Mw=569,400)。
THF中10〜20mg/mLの試料を調製した。ウォーターズ717プラス・オートサンプラー(Waters 717 Plus Autosampler)、ウォーターズ510HLPC(Waters 510 HLPC)ポンプに3つのフェノメネックス・フェノゲル(Phenomenex phenogel)カラム(500、104、および106Å)を取り付けたもの、これに直列に取り付けられた90°で操作されるワイアット・ドーンF(Wyatt Dawn F)レーザー測光計、並列に取り付けられたウォーターズ410(Waters 410)示差屈折計(RI)およびビスコテックT50A(Viscotek T50A)示差粘度計を取り付けたものを使用して、THF中のサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)測定を行った。データ収集および解析は、Viscotek TriSEC(登録商標)ソフトウェアで行った。
実施例1、4、および5で調製した星型ミクロゲル、ワンポットミクロゲル、および線状ポリマー腕の固有粘度をウベローデ(Ubelhode)キャピラリー粘度測定法で測定した。THF中で濃度を変化させた試料を調製し、それぞれの流出時間を測定した。以下の式から、インヘレント粘度および還元粘度測定対試料濃度をプロットした。
相対粘度:ηrel=t/t0
比粘度:ηsp=[t−t0]/t0
還元粘度:ηred=ηsp/c
インヘレント粘度:ηinh=lnηrel/c
固有粘度:
メタクリル酸メチル(2.8g)、エチレングリコールジメタクリレート(0.09g)、および2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN、0.02g)のp−キシレン(16.2ml)中の混合物を、マグネチックスターラーを取り付けたシュレンクフラスコに加えた。この混合物を3回の凍結−減圧−解凍サイクルで脱気した後、100度で90時間加熱した。この混合物の試料をp−キシレン中で希釈(1:10)し、ガスクロマトグラフィーで分析してモノマーの転化率を求めた(MMA転化率92%;EGDMA転化率88%)。第2の試料をSEC(MWおよび粘度パラメータのため)で分析し、残りはメタノール中で沈殿させ、濾過すると白色固体が得られた(Mn64K;Mw201K;IVw0.20dL/g;Rgw10.3nm)。
アクリル酸メチル(4.8g)、エチレングリコールジメタクリレート(0.42g)、および2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN、0.09g)のp−キシレン(21ml)中の混合物を、マグネチックスターラーを取り付けたシュレンクフラスコに加えた。この混合物を3回の凍結−減圧−解凍サイクルで脱気した後、100度で90時間加熱した。この混合物の試料をキシレン中で希釈(1:10)し、ガスクロマトグラフィーで分析した(MA転化率91%;EGDMA転化率90%)。第2の試料をSECで分析し、残りは溶媒を減圧除去することによって単離した(Mn26K;Mw3,615K;IVw0.49;Rgw31nm)。
メタクリル酸メチル(2.8g)、エチレングリコールジアクリレート(0.08g)、および2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN、0.05g)のp−キシレン(16.2ml)中の混合物を、マグネチックスターラーを取り付けたシュレンクフラスコに加えた。この混合物を3回の凍結−減圧−解凍サイクルで脱気した後、100度で90時間加熱した。この混合物の試料をキシレン中で希釈(1:10)し、ガスクロマトグラフィーで分析した(MMA転化率90%;EGDA転化率89%)。第2の試料をSECで分析し、残りは溶媒を減圧除去することによって単離した(Mn30K;Mw59K;IVw0.14dL/g;Rgw6.2nm)。
MA/EGDMAミクロゲルの調製のための処方
実施例5に記載の方法に従って、種々の処方のモノマーMA/EGDMAのワンポットフリーラジカル重合を行った。得られたポリマーについて試験すると、3つの領域に分類できることが分かった。A:ミクロゲル、B:マクロゲル、およびC:低MWポリマー。図3は処方計画(%T対%C)を示しており、ミクロゲル形成のためには領域Aが必要である。
MMA/EGDAミクロゲルの調製のための処方
実施例に記載の方法に従って、種々の処方のモノマーMMA/EGDAのワンポットフリーラジカル重合を行った。得られたポリマーについて試験すると、3つの領域に分類できることが分かった。A:ミクロゲル、B:マクロゲル、およびC:低重量平均分子量ポリマー。図4は、処方計画(%T対%C)を示しており、ミクロゲル形成のためには領域Aが必要である。
アクリル酸メチル(3.08mL、2.94g、34mmol)、アクリル酸2−ヒドロキシエチル(0.059mL、0.060g、51mmol)、エチレングリコールジメタクリレート(0.25mL、0.26g、1.3mmol)、および2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(0.057g、35mmol)のp−キシレン(12.9mL)中の混合物を、マグネチックスターラーを取り付けたシュレンクフラスコに加えた。この混合物を、減圧下における3回の凍結−減圧−解凍サイクルで脱気し、密封して、90℃で18時間加熱した。この反応混合物を乾燥状態まで減少させ、試料をTHF中に溶解して、GPCで分析した。Mn8.1K;Mw273.9K;IVw0.205;Rgw9.83;ジオキサンにおいて固形分50%でのコーンプレート粘度(0.14Pa・s)。
機械的撹拌装置、温度計、冷却器、およびマントルヒーターを取り付けた5リットル丸底フラスコに、メタクリル酸イソブチル(IBMA、545g)、メタクリル酸2−エチルヘキシル(EHMA、583.7g)、メタクリル酸ヒドロキシエチル(HEMA、95.6g)、およびトルエン(939.4g)を加えた。窒素下で混合物を撹拌し、加熱還流した。このバッチを還流状態に維持しながら、Vazo(登録商標)88(1,1−アゾビス(シアノシクロヘキサン)、1.1g)、HEMA(31.7g)、トルエン(60.1g)、およびコバルト酸ジアクアビス(ホウ素ジフルオロジメチルグリオキシマト)(32mg)の混合物を10分間かけて加えた。続いて、IBMA(388.6g)、EHMA(561.4g)、HEMA(103.6g)、トルエン(179.9g)、およびVazo(登録商標)88(4.0g)の混合物をバッチに240分間かけて加えながら、還流を維持した。続いてこのバッチの還流を30分間維持した後、Vazo(登録商標)88(1.0g)のトルエン(135.7g)中の溶液を60分間かけて加えながら、還流を維持した。このバッチの還流を60分間維持した後、室温まで冷却した。
EGDMA架橋剤(0.1g、0.50mmol)およびAIBN開始剤(0.02g)のp−キシレン(10mL)中の溶液をアルゴン存在下で脱気し、60℃に加熱した。アルゴンの雰囲気下でこの温度において、THF(10mL)中のマクロモノマー(実施例9a、0.033mmol)を1時間かけて滴下した。この反応物をさらに1時間撹拌し、THF(20mL)で希釈し、メタノール中に沈殿させ、濾過によって単離して、ミクロゲルを白色固体として得た。
PMMAマクロ開始剤(実施例1、0.6g、0.06mmol)のTHF(10mL)中の溶液に、THF(10mL)中の連鎖移動剤の5,10,15,20−テトラフェニル−21H、23H−プルフィンコバルト(II)(あらかじめ脱気した溶液、1.8g、2.7mmol)およびMMA(0.27g、2.7mmol)をシリンジで加えた。反応を90℃でさらに2時間続けた。続いて、生成物をTHFで希釈し、得られたマクロモノマーをメタノールから沈殿させた。
EGDMA架橋剤(0.1g、0.50mmol)およびAIBN開始剤(0.02g)のp−キシレン(10mL)中の溶液をアルゴン存在下で脱気し、60℃に加熱した。アルゴンの雰囲気下でこの温度において、THF(10mL)中のマクロモノマー(実施例10a、0.033mmol)を1時間かけて滴下した。この反応物をさらに1時間撹拌し、THF(20mL)で希釈し、メタノール中に沈殿させ、濾過によって単離して、ミクロゲルを白色固体として得た。
イソシアネートバインダー(デュポン(Dupont)「イムロン(IMRON)5000」、193S活性化剤(Activator)、オリゴマーイソシアネートの混合物、1mL)を、酢酸エチル中からのポリマー溶液(25%w/w)に加えた。この混合物から50μLを採取して、プラスチックフレームを有する顕微鏡用ガラススライド(10×10×2mm)上にキャストし、周囲温度で静置して硬化させた。このフィルムをガラススライドから取り外し、遠心分離用バイアルに移した。THF(1mL)を試料に加え、振り混ぜて全ての可溶性材料を可溶化した。次にこのバイアルを6000rpmで5分間遠心分離した。上澄みの一部(0.5mL)を取り出し、THF(0.5mL)で置換した。この方法を3回繰り返して、あらゆる可溶性材料を除去し、真空デシケーター中で終夜乾燥した後、残りの不溶性材料の重量を求めた。キャストしたフィルムの溶解性の結果を以下の表に示す。
Claims (26)
- 重量平均分子量が50,000を超えるミクロゲル粒子を含むミクロゲル組成物であって、コーンプレート型粘度計で測定した、ジオキサン中の前記ミクロゲルの60%w/w溶液の粘度が10Pa・s未満となる組成物。
- 前記重量平均分子量が少なくとも100,000である請求項1に記載のミクロゲル組成物。
- 前記重量平均分子量が少なくとも200,000である請求項1に記載のミクロゲル組成物。
- 前記ミクロゲル粒子の大きさが、標準的GPC法で測定した直径で200nm未満である請求項1に記載のミクロゲル組成物。
- 請求項1に記載のミクロゲル組成物を含むコーティング組成物であって、前記ミクロゲルが、前記コーティング組成物のバインダー成分の少なくとも一部を形成しており、前記ミクロゲルが液体担体中に溶解している組成物。
- 前記有機溶媒が、芳香族炭化水素、アルコール類、脂肪族炭化水素、ケトン類、および複素環からなる群より選択される請求項5に記載のコーティング組成物。
- 前記ミクロゲルが、前記組成物の5〜90重量%の量で存在する請求項5に記載のコーティング組成物。
- 前記ミクロゲル粒子が、架橋したコアと、前記コアに結合した腕とを含み、前記コアが多価不飽和モノマーから形成され、前記腕が一価不飽和モノマーから形成される請求項5に記載のコーティング組成物。
- 前記バインダー中に存在する官能基と反応性である架橋剤を含む第2の成分をさらに含み、前記反応性官能基が前記ミクロゲル中および/または前記バインダーの追加成分中に存在する請求項5に記載のコーティング組成物。
- 前記架橋剤が、ポリイソシアネート、ジエポキシモノマー、アミン樹脂、シロキサン、およびそれらの2種類以上の混合物からなる群より選択される請求項9に記載のコーティング組成物。
- 前記バインダー中の反応性基が、ヒドロキシル、アミン、カルボキシル、アルコキシシラン、エポキシ、およびそれらの混合物からなる群より選択される請求項9に記載のコーティング組成物。
- 熱可塑性ポリマーおよび熱硬化性ポリマーから選択されるバインダーをさらに含む請求項9に記載のコーティング組成物。
- アルキド、ポリエステル、メラミンホルムアルデヒド樹脂などのアミノ樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン、およびそれらの混合物からなる群より選択される熱硬化性ポリマーバインダー樹脂を含む請求項9に記載のコーティング組成物。
- 前記ミクロゲル粒子および場合により使用される他のポリマーバインダー成分から選択される前記バインダー成分の少なくとも一部の中に存在する官能基との硬化反応に適合した架橋剤をさらに含む請求項5に記載のコーティング組成物。
- 前記ポリマーバインダー組成物が、前記架橋剤と架橋するための反応性官能基を含む非ミクロゲルポリマーバインダー成分を含む請求項14に記載のコーティング組成物。
- 前記ミクロゲル粒子が、前記架橋剤と架橋するための反応性官能基を含む請求項14に記載のコーティング組成物。
- 前記ミクロゲルが、さらに、前記架橋剤と反応性の基を含む請求項1に記載のコーティング組成物。
- 反応性官能基含有ポリマーと、ミクロゲルバインダー系と、場合により有機溶媒、顔料、充填剤、助剤、および添加剤などの他の成分とを含む第1の成分と、ジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート、1分子当たり少なくとも2つのエポキシド基を有するエポキシド化合物、アミノ樹脂、およびシロキサン架橋剤からなる群より選択される架橋剤を含む第2の成分とを含む、コーティング組成物系。
- 前記バインダー成分が、全組成物の50〜90重量%を構成し、前記架橋剤成分が、全組成物の10〜50重量%を構成する請求項9に記載のコーティング組成物。
- 全組成物の35重量%未満の量の有機担体を含む請求項9に記載のコーティング組成物。
- 一価不飽和モノマーおよび多価不飽和架橋性モノマーを有機溶媒中の溶液として含むモノマー組成物のフリーラジカル溶液重合によって調製された請求項1に記載のミクロゲル組成物であって、前記一価不飽和モノマーの反応性比が、前記多価不飽和モノマーと大きく異なり、前記モノマー組成物中の前記モノマー成分の濃度および架橋性モノマーの比率が、重量平均分子量が少なくとも50000の分離したミクロゲル粒子の溶液が得られるように制御される組成物。
- 前記多価不飽和モノマーの比率が、全モノマー成分の15重量%未満である請求項21に記載のミクロゲル組成物。
- 前記全モノマー濃度が、全組成物の10〜50重量%である請求項21に記載のミクロゲル組成物。
- 前記ミクロゲルの調製に使用される前記全モノマーが、全組成物の25〜45重量%を構成する請求項21に記載のミクロゲル組成物。
- 少なくとも1種類の架橋剤の少なくとも1種類のモノマーに対する反応性比(r)が、少なくとも1.5である請求項21に記載のミクロゲル組成物。
- 前記一価不飽和モノマーの前記反応性比が0.5未満である請求項21に記載のミクロゲル組成物。
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