JP2008514782A - アズラクトンテレケリックポリマー - Google Patents

アズラクトンテレケリックポリマー Download PDF

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Abstract

マイケルドナー成分と、ポリアクリル成分と、1)反応性アズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和モノマーまたは2)反応性開環アズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和モノマーとを含む硬化性組成物が記載されている。これらの成分の反応生成物であるテレケリックポリマーも記載されている。

Description

本発明はアズラクトン末端基または開環アズラクトン末端基を有するテレケリックポリマーに関する。
アセトアセテート化合物の化学およびアクリレートへのマイケル付加は記載されてきた。例えば、モズナー(Mozner)およびレインバーガー(Rheinberger)は、ゲル製品を形成させるために、トリアクリレートおよびテトラアクリレートへのβ−ジカルボニル基を有するアセトアセテートのマイケル付加を報告した。Macromolecular Rapid Communications16、135〜138(1995)参照。
米国特許第6,025,410号明細書は、マイケルドナーとマイケルアクセプターの化学量論比が分子量の制御に対して決定的に重要であると指摘している。この参考文献は、多アクリレートへのアセトアセテートの1工程マイケル付加によって製造された特定の可溶性液体未架橋オリゴマーを光開始剤を用いずに紫外線を用いて更に架橋できることを教示している。請求の範囲を下回る比率を用いる場合、光開始剤を添加しないと未ゲル化、未架橋液体オリゴマーのみが更に架橋するので有用でない架橋ゲルまたは架橋固体製品が製造される。記載された液体オリゴマー組成物は液体であるので、紫外線硬化の前にロールまたはスプレーなどの従来の塗布技術を用いて種々の基材に容易に被着させることが可能である。
米国特許第5,132,367号明細書には、NCOフリー樹脂およびNCOフリー樹脂の硬化製品が記載されている。硬化製品は、アセトアセチル化(メタ)アクリル樹脂またはアセトアセチル化ポリエステルと少なくとも2個の(メタ)アクリル末端基を有するNCOフリーポリウレタンのマイケル反応によって得られる。しかし、米国特許第5,132,367号明細書は、電気用途でのこれらの製品の使用を教示していない。
EP227454号明細書には、硬化ポリマーを調製する方法であって、アセトアセチル化ポリオールとポリα,β−不飽和エステルのマイケル反応を含む方法が開示されている。得られた硬化製品は、優れた接着性、優れた耐溶媒性、優れた光沢保持、良好な柔軟性および硬度を示すと言われている。
米国特許第5,459,178号明細書には、アセトアセテートエステルと、α,β−エチレン性不飽和モノマーと、液体第三アミン触媒とを含む混合物が記載されている。硬化系は、これらの成分を反応させることにより得られる。用いられたアセトアセテートエステルは、平均で少なくとも2個のヒドロキシ基を有するポリヒドロキシル化合物のアルキルアセトアセテートによるエステル交換によって調製される。
米国特許第4,871,822号明細書には、2成分ラッカーのための、オレフィン系不飽和化合物と少なくとも2個の活性水素原子を含む化合物のマイケル反応が開示されている。オレフィン系不飽和化合物として、少なくとも2個のα,β−不飽和カルボニル基を有する化合物が考慮されている。アセトアセチル化ポリオールまたはポリアミンおよび例えばアセチルアセトンまたはベンゾイルアセトンのような化合物を含む多数のマイケルドナーが存在する。
Polymer Bulletin26、265−270頁(1991)においてデイビッド・L.トランボ(David L.Trumbo)は、1,4−および1,3−ベンゼンジメタノールジアセトアセテートおよびトリプロピレングリコールジアクリレートから得られたマイケル付加ポリマーを開示している。反応性基の化学量論量で反応物を用いる場合、系のゲル化が観察されることを参考文献は記載している。もう1つの論文(Polymer Bulletin26、481−485頁(1991)において、同じ著者は、ビス(アセトアセチル)アミドまたは脂肪族アセトアセテートとジアクリレートコモノマーの反応から得られたマイケル付加ポリマーを記載した。しかし、これらの記事においてポリマーの利用も特性も記載されていない。
国際公開第95/16749号パンフレットには、水溶液、分散液またはエマルジョンの形を取ったアセトアセチル化ポリマーと少なくとも2個の(メタ)アクリレート末端基を有するポリアクリレートとを含む水性硬化性組成物が記載されている。この刊行物によると、こうした組成物は、水が系から蒸発するまで触媒の存在下でさえ安定である。
熱硬化系におけるアセトアセチル化学の使用、特にアセトアセチル化樹脂の使用は、Journal of Coatings Technology 第61巻、第771号、31−37頁、Journal of Coatings Technology 第65巻、第821号、63−69頁、Surface Coatings Australia、1989年9月、6−15頁およびJournal of Coatings Technology、第61巻、第770号、83−91頁で更に記載されている。
本発明は、マイケルドナー成分と、ポリアクリル成分と、1)反応性アズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和モノマーまたは2)反応性開環アズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和モノマーとを含む硬化性組成物を提供する。もう1つの態様において、本発明は、これらの成分の反応生成物であるテレケリックポリマーを提供する。
もう1つの態様において、本発明は制御された分子量のテレケリックポリマーを製造する方法であって、マイケルドナー成分と、ポリアクリル成分と、1)反応性アズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和モノマーまたは2)反応性開環アズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和モノマーとを反応させることによる方法を提供する。本発明は、得られたポリマーの分子量を調節し制御するとともにポリマーをテレケリックにするためにモノエチレン性不飽和モノマーを用いることにより技術上の問題を克服している。従って、製品ポリマーは、更なる官能化のために用いてもよい少なくとも1個の末端基を有する。
幾つかの実施形態において、本発明による硬化性組成物は基材上に被覆され、少なくとも部分的に重合されて、保護被膜を形成させる。従って、もう1つの態様において、本発明は、硬化性組成物を少なくとも部分的に重合させることにより調製可能な被膜を上に有する基材を含む複合物品を提供する。
本明細書で用いられる時、
「アクリル」は、一般的な意味で用いられ、アクリル酸の誘導体のみでなく、それぞれアミン誘導体、チオール誘導体およびアルコール誘導体も意味する。
「アルキル」および「アルキレン」は、炭素原子数1〜20の直鎖または分岐鎖の炭化水素からそれぞれ1個および2個の水素原子を除去した後に残る一価および二価の残基を意味する。
「より低級のアルキル」はC1〜C4アルキルを意味する。
「アリール」および「アリーレン」は、5〜12個の環原子を有する芳香族化合物(単環、多環および縮合環)からそれぞれ1個および2個の水素原子を除去した後に残る一価および二価の残基を意味し、より低級のアルカリールおよびアラルキル、より低級のアルコキシ、N,N−ジ(より低級のアルキル)アミノ、ニトロ、シアノ、ハロならびにより低級のアルキルカルボン酸エステルなどの置換芳香族化合物を含む。ここで、「より低級」はC1〜C4を意味する。
「シクロアルキル」および「シクロアルキレン」は、炭素原子数3〜12の環式炭化水素からそれぞれ1個および2個の水素原子を除去した後に残る一価および二価の残基を意味する。
「硬化性」は、(固体ホットメルトに)冷却するか、(溶媒中の材料を乾燥させ、固化させるために)加熱するか、化学架橋するか、または放射線架橋するなどによって被覆可能な材料を固体で実質的に流れない材料に変換することができることを意味する。
「(メタ)アクリル」はアクリル基とメタクリル基の両方を含む。
「ポリアクリル」は、マイケルアクセプターとして機能し得る2個以上のアクリル基を有する化合物を意味する。
本発明は、マイケルドナー成分と、ポリアクリル成分と、1)反応性アズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和モノマーまたは2)反応性開環アズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和モノマーとを含む硬化性組成物を提供する。
マイケルドナーは、好ましくは、以下の式(I)〜(III):
(W1−CHR1−C(O))x−P (I)
(W1−NH−C(O))x−P (II)
1−CH2−W2 (III)
の一つに対応する。
式中、
1は水素、アルキル基またはアリール基を表し、
1およびW2はそれぞれ独立してシアノ基、ニトロ基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミド基およびスルホニル基から選択され、
Pは一価有機残基または多価有機残基、あるいはアセトアセチル化反応におけるポリオールまたはポリアミンの反応残基を表し、
1が水素である時、xは1以上の整数であり、R1がアルキル基またはアリール基を表す時、xは2以上である。従って、式I、IIおよびIIIの化合物の各々に関するドナー基当量の数は2以上である。
式(I)によるマイケルドナーの1つの有用な類は、式I(式中、Pはポリオールの残基である)によって表してもよいアセトアセチル化ポリオールである。アセトアセチル化ポリオールはアルキルアセトアセテートによるエステル交換によって調製することが可能である。この目的のために好ましいエステル交換試薬は、J.Org.Chem.、1991(56)、1713−1718頁においてウィッツマン(J.S.Witzeman)およびノッティンガム(W.D.Nottingham)によって記載されたt−ブチルアセトアセテートである。本発明においてアセトアセチル化されるポリオールは2個以上のヒドロキシ基を有する。アセトアセテート基へのヒドロキシ基の転化率は、80モル%〜100モル%の間、より好ましくは85モル%〜100モル%の間であるのがよい。適するアセトアセチル化ポリオールは、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、ペンタエリトリトール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ビストリメチロールプロパン、トリメチロールプロパンとプロピレンオキシドの縮合製品であるK55(登録商標)(バイエルAG(Bayer AG)から入手できる)、ジペンタエリトリトール、ヒマシ油、グリセリン、ジプロピレングリコール、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、ネオペンチルグリコール、プロパンジオール、ブタンジオールおよびジエチレングリコールなどのポリオールの1つから得られるポリオールである。こうしたポリオールのヒドロキシル末端基の1つ以上をアセトアセチル化してもよい。幾つかの実施形態において、1つの末端基をアセトアセチル化し、アリル基、ビニル基または(メタ)アクリレート基などのエチレン性不飽和重合性基により他の基を官能化することが有利であり得る。
親水性テレケリックポリマーが望まれる場合、アセトアセチル化ポリ(アルキレンオキシド)を用いてもよい。ポリ(アルキレンオキシド)を末端とする官能基は、前述したようにアセトアセチル化され得るヒドロキシ基およびアミン基を含んでもよい。ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、ポリ(エチレンオキシド−プロピレンオキシド)およびそれらの組み合わせを一方の末端または両方の末端でアセトアセチル化してもよい。
より低級の官能化アセトアセチル化ポリオールは、より高級の官能化アセトアセチル化ポリオールより選択的で良好な架橋制御を可能にする。好ましくは、本発明に関連するアセトアセチル化ポリオールは200g/モル未満の当量を有する。本発明に関連するアセトアセチル化ポリオールの当量の好ましい範囲は30g/モル〜5000g/モルの間である。
式(II)によるマイケルドナーの例は、例えば、タイプp−CH364−SO2NHCO2−P’(式中、P’は、例えば、ペンタエリトリトール、トリメチロールプロパン、1,6−ヘキサンジオール、ジトリメチロールプロパン、プロパンジオールおよびジエチレングリコールなどのポリオールの残基を表す)の化合物である。
式(III)による化合物の例は、NC−CH2−CN、CH3SO2CH2CN、CF3−C(O)−CH2−C(O)−CF3、CF3−C(O)−CH2−C(O)−OC25、p−CH364SO2CH2SO2CH3、C65−C(O)−CH2−SO2CH3、(CH32CCH22SO2およびp−O2NC64CH2CNなどである。更なる例は米国特許第5,256,473号明細書において見られる。
式I、IIおよびIIIに関して、P、W1またはW2のどれもメタクリル基、ビニル基またはアリル基などのエチレン性不飽和重合性基で更に置換してよい。こうした基がマイケル付加において反応性でない場合、こうした基をラジカル触媒の存在下で後でラジカル重合させてもよい。例えば、W1(またはW2)は、−C(O)−O−Cn2n−O−C(O)−C(CH3)=CH2、−C(O)−O−Cn2n−O−CH2−CH=CH2または−C(O)−O−Cn2n−O−CH=CH2(式中、n=1〜10)であってもよい。同様に、Pは、−C(O)−O−Cn2n−O−C(O)−C(CH3)=CH2、−C(O)−O−Cn2n−O−CH2−CH=CH2、−C(O)−O−Cn2n−O−CH=CH2、−O−Cn2n−O−C(O)−C(CH3)=CH2、−O−Cn2n−O−CH2−CH=CH2または−O−Cn2n−O−CH=CH2(式中、n=1〜10)で置換されていてもよい。
エチレン性不飽和重合性基で更に置換されていてもよい有用なマイケルドナーには、2−アセトアセトキシエチルメタクリレートおよびアリルアセトアセテートが挙げられる。
本発明において用いるための式(III)に対応するマイケルドナーの特に好ましいタイプは、式(IV):
2−C(O)−CH2−C(O)−R3 (IV)
に対応する。
式中、R2およびR3はそれぞれ独立してアリールオキシ基、アルコキシ基、アルキル基またはアリール基を表す。
式(III)による、および特に式(IV)におけるマイケルドナーは、例えば、上述したようにポリオールのアセトアセチル化を必要とするアセトアセチル化ポリオールより一般に低いコストであるので好ましい。更に、このアセトアセチル化はエステル交換を伴い、その間にアルコールが廃物として形成される。式(IV)による好ましいマイケルドナーは、R2およびR3が独立して例えばメチル、エチル、プロピルなどのアルキル、例えばフェニルなどのアリール、例えば、メトキシ、エトキシ、t−ブトキシなどのアルコキシ基、または例えばフェノキシ基などのアリールオキシ基から選択されるドナーである。式(IV)による化合物の例は、アセチルアセトン、メチルアセトアセテート、エチルアセトアセテート、メチルマロネート、エチルマロネートおよびt−ブチルアセトアセテートなどである。
有用なポリアクリル化合物には、一般式(V):
4−(Z−C(O)−CH=CH2z (V)
の化合物が挙げられる。
式中、各Zは独立して−S−、−O−、−NH−または−NR5を表し、ここで、各R5は独立してH、炭素原子数1〜6のアルキル基を表す。
各R4は独立してzの原子価を有する多価有機基を表し、それは、環式、分岐または直鎖の脂肪族、芳香族または炭素、水素、窒素、非過酸化酸素、硫黄またはリン原子を有する複素環式であることが可能である。
各zは独立して2以上の整数を表す。
一実施形態において、R4は少なくとも3の原子価を有する多価有機基であってもよい。多価基R4の例には、2,2−ビス(イロメチル)ブタン−1−イル、エチレン、2,2−ビス(イロメチル)−プロパン−1,3−ジイルおよび2,2,6,6−テトラキス(イロメチル)−−4−オキサヘプタン−1,7−ジイル、ブタン−1,3,−ジイル、ヘキサン−1,6−ジイルおよび1,4−ビス(イロメチル)シクロヘキサンが挙げられる。R4基に関する更なる詳細は以下の有用なポリアクリル化合物に関連して考え得る。
有用なポリアクリル化合物には、例えば、(a)1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、アルコキシル化脂肪族ジアクリレート、アルコキシル化シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、アルコキシル化ヘキサンジオールジアクリレート、アルコキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、カプロラクトン変性ネオペンチルグリコールヒドロキシピバレートジアクリレート、シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート、エトキシル化ビスフェノールAジアクリレート、ヒドロキシピバルアルデヒド変性トリメチロールプロパンジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレートなどのジアクリル含有化合物、(b)グリセロールトリアクリレート、エトキシル化トリアクリレート(例えば、エトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート)、プロポキシル化トリアクリレート(例えば、プロポキシル化グリセリルトリアクリレート、プロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート)などのトリアクリル含有化合物、(c)ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート、エトキシル化ペンタエリトリトールテトラアクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリトリトールヘキサアクリレートなどのより高い官能価のアクリル含有化合物、(d)例えば、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレートなどのオリゴマーアクリル化合物、前述したもののポリアクリルアミド類似物およびそれらの組み合わせからなる群から選択されたアクリレートモノマーが挙げられる。
こうした化合物は、例えば、ペンシルバニア州エクストンのサートマー・カンパニー(Sartomer Company(Exton,PA))、ジョージア州スミルナのUCBケミカルズコーポレーション(UCB Chemicals Corporation(Smyrna,GA))およびウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ・ケミカル・カンパニー(Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI))などの供給業者から入手できる。有用な追加のアクリレート材料には、例えば、米国特許第4,262,072号明細書(ウェンドリング(Wendling)ら)に記載されたヒダントイン部分含有ポリアクリレートが挙げられる。
有用な他のポリアクリル化合物には、例えば、(メタ)アクリル側基(ここで、(メタ)アクリル基の少なくとも2個はアクリル基である)を有するラジカル重合性アクリレートオリゴマーおよびポリマーも挙げられる。
有用なアクリレートオリゴマーには、アクリレート化ポリエーテルオリゴマーおよびアクリレート化ポリエステルオリゴマーが挙げられる。親水性テレケリックポリマーが望まれる場合、ポリアクリルポリ(アルキレンオキシド)を用いてもよい。ポリ(アルキレンオキシド)を末端とする官能基は、アクリレート化され得るヒドロキシ基およびアミン基を含んでもよい。ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、ポリ(エチレンオキシド−プロピレンオキシド)およびそれらの組み合わせを一方の末端または両方の末端基でアクリレート化してもよい。
有用なアクリレート化ポリエーテルオリゴマーには、例えば、「SR259」および「SR344」という商品名でサートマー・カンパニー(Sartomer Company)から入手できるポリエチレングリコールジアクリレートが挙げられる。アクリレート化ポリエステルオリゴマーは、例えば、「エベクリル(EBECRYL)657」および「エベクリル(EBECRYL)830」という商品名でUCBケミカルズコーポレーション(UCB Chemicals Corporation)から入手できる。
他の有用なアクリレートオリゴマーには、アクリレート化エポキシ、例えば、エポキシ官能性材料のジアクリレート化エステル(例えば、ビスフェノールAエポキシ官能性材料のジアクリレート化エステル)およびアクリレート化ウレタンが挙げられる。有用なアクリレート化エポキシには、例えば、「エベクリル(EBECRYL)3500」、「エベクリル(EBECRYL)3600」、「エベクリル(EBECRYL)3700」および「エベクリル(EBECRYL)3720」という商品名でUCBケミカルズコーポレーション(UCB Chemicals Corporation)から入手できるアクリレート化エポキシが挙げられる。有用なアクリレート化ウレタンには、例えば、「エベクリル(EBECRYL)270」、「エベクリル(EBECRYL)1290」、「エベクリル(EBECRYL)8301」および「エベクリル(EBECRYL)8804」という商品名でUCBケミカルズコーポレーション(UCB Chemicals Corporation)から入手できるアクリレート化ウレタンが挙げられる。
上で提示した有用なポリアクリル化合物に関して、対応するアミドまたはチオエステルも有用であることは言うまでもないであろう。好ましくは、アクリル酸の多官能性エチレン性不飽和エステルは、アクリル酸の非ポリエーテル性多官能性エチレン性不飽和エステルである。
多官能性エチレン性不飽和モノマーは、好ましくはアクリル酸のエステルである。それは、より好ましくは、アクリル酸の二官能性エチレン性不飽和エステル、アクリル酸の三官能性エチレン性不飽和エステル、アクリル酸の四官能性エチレン性不飽和エステルおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される。これらの内、アクリル酸の二官能性エチレン性不飽和エステルおよび三官能性エチレン性不飽和エステルはより好ましい。
アクリル酸の好ましい多官能性エチレン性不飽和エステルは式IVによって記載することが可能である。
Figure 2008514782
式中、R4は多価有機基を表し、それは、環式、分岐または直鎖の脂肪族、芳香族または炭素、水素、窒素、非過酸化酸素、硫黄またはリン原子を有する複素環式であることが可能である。R4は14より高く且つ1000以下の分子量を有してもよい。
zはエステルの中のアクリル基の数を指定する整数であり、zは2〜6の値(より好ましくは、2〜5の値、最も好ましくは2、またはポリアクリレートの混合物が用いられる場合、zは約2の平均値を有する)を有する。
アクリル酸の適する多官能性エチレン性不飽和エステルの例は、例えば、エチレングリコール、トリエチレングリコール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、1,3−シクロペンタンジオール、1−エトキシ−2,3−プロパンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,6−ヘキサメチレンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,6−シクロヘキサンジメタノールなどの脂肪族ジオールのジアクリル酸エステルおよびジメタクリル酸エステル、グリセリン、1,2,3−プロパントリメタノール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5ペンタントリオール、1,3,6−ヘキサントリオールおよび1,5,10−デカントリオールなどの脂肪族トリオールのトリアクリル酸エステル、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリアクリル酸エステル、1,2,3,4−ブタンテトロール、1,1,2,2−テトラメチロールエタン、1,1,3,3−テトラメチロールプロパンおよびペンタエリトリトールテトラアクリレートなどの脂肪族トリオールのテトラアクリル酸エステル、アドニトールなどの脂肪族ペントールのペンタアクリル酸エステルおよびペンタメタクリル酸エステル、ソルビトールおよびジペンタエリトリトールなどのヘキサノールのヘキサアクリル酸エステル、レゾルシノール、ピロカテコール、ビスフェノールAおよびビス(2−ヒドロキシエチル)フタレートなどの芳香族ジオールのジアクリル酸エステル、ピロガロール、フロログルシノールおよび2−フェニル−2,2−メチロールエタノールなどの芳香族トリオールのトリアクリル酸エステル、およびジヒドロキシエチルヒダントインのヘキサアクリル酸エステル、ならびにそれらの混合物を含む、多価アルコールのポリアクリル酸エステルまたはポリメタクリル酸エステルである。
マイケル型付加に関してアクリル基とメタクリル基との間に反応性差が存在する。マイケル型付加は、典型的にはアクリル基により容易に起きる(例えば、典型的には必須でないけれども任意に穏和な加熱を伴った反応性弗素化ポリエーテルとアクリル基を有する化合物との単なる組み合わせは自発的マイケル型付加をもたらす)が、メタクリル基の場合、起きたとしても困難を伴ってのみ起き得る。この理由のために、ポリアクリル成分は、(例えば、アクリルオキシ官能基またはアクリルアミド官能基の一部として)典型的には少なくとも2個のアクリル基を有する。但し、ポリ(メタ)アクリル化合物も(メタクリレート官能基またはメタクリルアミド官能基の一部として)追加の(メタ)アクリル基を有してもよい。有利なことには、マイケル付加がアクリル基を通して起き、よってメタクリル基を未反応のままにする組成物を調製してもよい。こうした未反応メタクリル基を後でラジカル重合させてもよい。
官能性モノマーは、硬化性組成物から調製されたポリマーに2つの利点を提供する。分子量の制御とポリマーの末端上への官能基の導入である。今までは、アセトアセテートとジアクリレートから誘導されたポリマーの分子量は、成分の1つの化学量論によって制御されていた。
有用なアズラクトン官能性モノマーは式VII
Figure 2008514782
または式VIII
Figure 2008514782
の開環アズラクトンモノマーによって表すことが可能である。
式中、
5はHまたはC1〜C3アルキル基、好ましくはHまたはメチル基であり、
各R6は独立してH、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数3〜14のシクロアルキル基、5〜12個の環原子を有するアリール基、6〜26個の炭素原子および0〜3個のS、Nおよび非過酸化Oヘテロ原子を有するアレニル基あるか、またはR2およびR3は、R2およびR3が結合されている炭素と一緒になって4〜12個の環原子を含む炭素環を形成させ、
nは0または1である。
7は有機部分または無機部分であり、式R7−ZHの一官能性化合物または多官能性化合物の残基である。
代表的なアズラクトン基置換官能性モノマーには、2−エテニル−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−エテニル−4−メチル−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−イソプロペニル−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−イソプロペニル−4−メチル−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−エテニル−4,4−ジメチル−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−イソプロペニル−4,4−ジメチル−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−エテニル−4−メチル−4−エチル−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−イソプロペニル−3−オキサ−1−アザ[4.5]スピロデク−1−エン−4−オン、2−エテニル−5,6−ジヒドロ−4H−1,3−オキサジン−6−オン、2−エテニル−4,5,6,7−テトラヒドロ−1,3−オキサゼピン−7−オン、2−イソプロペニル−5,6−ジヒドロ−5,5−ジ(2−メチルフェニル)−4H−1,3−オキサジン−6−オン、2−アクリロイルオキシ−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−(2−アクリロイルオキシ)エチル−4,4−ジメチル−1,3−オキサゾリン−5−オン、2−エテニル−4,5−ジヒドロ−6H−1,3−オキサジン−6−オンおよび2−エテニル−4,5−ジヒドロ−4,4−ジメチル−6H−1,3−オキサジン−6−オンが挙げられる。
代表的なオキサゾリニル基置換官能性モノマーには、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−(5−ヘキシル)−2−オキサゾリン、2−アクリルオキシ−2−オキサゾリン、2−(4−アクリルオキシフェニル)−2−オキサゾリンおよび2−メタクリルオキシ−2−オキサゾリンが挙げられる。
式VIIIの開環アズラクトン化合物は、以下で示したように式VIIのアズラクトンカルボニルへの式R7−ZHの化合物の求核性付加によって製造してもよい。機構IIにおいて、R7は、式Iのアズラクトン部分と反応できる求核性−ZH基を有する無機基または有機基である。R7−ZHは水であってもよい。
Figure 2008514782
有機である場合、R7は、mの原子価を有するとともに求核性基置換化合物R7−ZHの残基である高分子有機基または非高分子有機基であってもよい。ここで、Zは−O−、−S−または−NR8であり、ここで、R8はH、アルキル、シクロアルキルまたはアリール、複素環式基、アレニルであることが可能である。有機部分R7は、好ましくは、一価および多価のヒドロカルビル(すなわち、1〜30個の炭素原子および任意に酸素、窒素または硫黄の0〜4個のヘテロ原子を有する脂肪族化合物およびアリール化合物)主鎖、ポリオレフィン主鎖、ポリオキシアルキレン主鎖、ポリエステル主鎖、ポリオレフィン主鎖、ポリ(メタ)アクリレート主鎖またはポリシロキサン主鎖から選択される。無機である場合、R7は、表面上に1個または複数個の−ZH基を有するシリカ、アルミナまたはガラスを含んでもよい。
一実施形態において、R7は、1〜30個の炭素原子を有する非高分子の脂肪族部分、脂環式部分、芳香族部分またはアルキル置換芳香族部分を含む。もう1つの実施形態において、R7は、側鎖または末端の反応性−ZH基を有するポリオキシアルキレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリスチレンまたはポリシロキサンポリマーを含む。有用なポリマーには、例えば、ヒドロキシル、チオールまたはアミノ末端のポリエチレンまたはポリプロピレン、ヒドロキシル、チオールまたはアミノ末端のポリ(アルキレンオキシド)およびヒドロキシエチルメタクリレートポリマーおよびコポリマーなどの側鎖反応性官能基を有するポリ(メタ)アクリレートが挙げられる。
7−ZHの官能基の性質に応じて、縮合反応を引き起こすために触媒を添加してもよい。通常、第一アミン基は有効な速度を達成するために触媒を必要としない。トリフルオロ酢酸、エタンスルホン酸およびトルエンスルホン酸などの酸触媒はヒドロキシル基および第二アミンと合わせて有効である。DBU(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン)およびDBN(1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノン−5−エン)などの塩基性触媒も有効である。
式R7−ZHの有用なアルコールには、脂肪族および芳香族のモノアルコールおよびポリオールが挙げられる。有用なモノアルコールには、メタノール、エタノール、オクタノール、デカノール、ヒドロキシエチルメタクリレートおよびフェノールが挙げられる。
式R7−ZHの有用なアミンには、脂肪族モノアミンおよび芳香族モノアミンが挙げられる。いかなる第一アミンまたは第二アミンも用いてよい。但し、第一アミンが第二アミンより好ましい。有用なモノアミンには、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ジメチルアミン、メチルエチルアミンおよびアニリンが挙げられる。
式R7−ZHの有用なチオールには、脂肪族モノチオールおよび芳香族モノチオールが挙げられる。有用なアルキルチオールには、メチルチオール、エチルチオールおよびブチルチオール、ならびに2−メルカプトエタノール、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール、4−メルカプトブタノール、メルカプトウンデカノール、2−メルカプトエチルアミン、2,3−ジメルカプトプロパノール、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2−クロロエタンチオール、2−アミノ−3−メルカプトプロピオン酸、ドデシルメルカプタン、チオフェノール、2−メルカプトエチルエーテルおよびペンタエリトリトールテトラチオグリコレートが挙げられる。有用な可溶性高分子量チオールには、2−メルカプトエチルアミンとカプロラクタムの付加体などの化合物が挙げられる。
もう1つの実施形態において、化合物R7−ZHは複数の−Z−H部分をその表面上に有する固体支持体を含んでもよい。こうした官能化支持体は以下の一般構造を有する。
Figure 2008514782
式中、Y−S、R5、R6、Zおよびnは、式IIのために前に記載された通りであり、SSは複数の求核性−Z−H基をその表面上に有するR7に対応する固体支持体である。固体支持体材料は、その表面上にテレケリックポリマーを造るために式IXの分子が共有結合することが可能である官能基を含む。有用な官能基には、−ZHに対応するヒドロキシル官能基、アミノ官能基およびチオール官能基が挙げられる。
支持体材料は有機または無機であってもよい。支持体材料は、固体、ゲル、ガラスなどの形態を取ることが可能である。支持体材料は、例えば、複数の粒子(例えば、ビーズ、ペレットまたは微小球)、繊維、メンブレン(例えば、シートまたはフィルム)、ディスク、リング、チューブまたはロッドの形態を取ることが可能である。好ましくは、支持体材料は複数の粒子またはメンブレンの形態を取る。支持体材料は膨潤性または非膨潤性および多孔質または無孔質であることが可能である。
支持体材料は、従来の固相合成において用いられ得る高分子材料であることが可能である。支持体材料は、固相合成の過程中に起きる合成反応において用いられる溶媒または他の成分に一般に不溶性であるように選択される。支持体材料は、ポリマーを架橋するために10,000から無限大に至る分子量を有する可溶性ポリマーまたは不溶性ポリマーであることが可能である。
使用可能な既存の支持体材料の例は、G.B.フィールズ(G.B.Fields)ら,Int.J.Peptide Protein Res.,35,161(1990)およびG.B.フィールズ(G.B.Fields)ら,合成ペプチド:ユーザーズガイド(Synthetic Peptides:A User’s Guide),G.A.グラント(G.A.Grant)編,77−183頁,ニューヨーク州ニューヨークのW.H.フリーマン・アンド・カンパニー(W.H.Freeman and Co.(New York(NY))(1992)において記載されている。支持体材料は、ポリスチレン、ポリアルキレン、ナイロン、ポリスルホン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリイミド、ポリウレタンなどの有機高分子材料の形態を取り、その表面上にヒドロキシル置換基、アミノ置換基またはチオール置換基を有する。既存の支持体材料のために好ましい支持体材料はポリスチレンである。
マイケル反応のために適する触媒は共役酸が好ましくは12〜14の間のpKaを有する塩基である。最も好ましく用いられた塩基は有機である。こうした塩基の例は、1,4−ジヒドロピリジン、メチルジフェニルホスファン、メチルジ−p−トリルホスファン、2−アリル−N−アルキルイミダゾリン、水酸化テトラ−t−ブチルアンモニウム、DBU(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン)およびDBN(1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノン−5−エン)、カリウムメトキシド、ナトリウムメトキシドおよび水酸化ナトリウムなどである。本発明に関連して非常に好ましい触媒はDBUおよびテトラメチルグアニジンである。本発明による硬化性組成物の中で用いられる触媒の量は、好ましくは0.05重量%〜2重量%の間、より好ましくは0.1重量%〜0.6重量%の間である。
好ましくは、本発明に関連する硬化性組成物は2つのパーツを互いに混合することにより調製される。1方のパーツは触媒を含み、他方は反応物、すなわち、ポリアクリル成分、マイケルドナー成分および反応性官能基を有するモノマーを含む。1方のパーツの中に反応物の1つと合わせて触媒を有し、他方のパーツの中に他の反応物を有することも可能であるけれども、これらの実施形態は、おそらくは触媒と反応物の反応が起き得るゆえに一般に劣った結果をもたらす。この反応の程度は用いられる触媒と反応物の種類に応じて一般に異なる。
反応物の化学量論は、成分のモル量に基づかずにモル官能基当量に基づく。例えば、メチルアセトアセテートなどの式Iの化合物は、カルボニル基の両方に対してアルファの2つの陽子を有し、よって2つのアクリル基と反応することが可能である。従って、メチルアセトアセテートは2官能基当量を有する。マイケルドナー官能基当量(「ドナー当量」)とマイケルアクセプタ官能基当量(「アクセプタ当量」)の比は一般には2:1未満、より好ましくは1.5:1未満、最も好ましくは1.1:1未満である。
アズラクトン(または開環アズラクトン)反応性官能基を有する不飽和モノマーの量は、マイケルアクセプタ官能基当量に対するマイケルドナー官能基当量の量の間の差より一般に小さいか、または差に等しい。最も好ましくは、ドナー当量≧アクセプタ当量+アズラクトンモノマー。例えば、ドナー当量対アクセプタ当量の比が2:1未満の場合、アズラクトンモノマーの量は2当量以下である。ドナー当量とアクセプタ当量の比が1.5:1未満の場合、アズラクトンモノマーの量は1当量以下である。ドナー当量とアクセプタ当量の比が1.1:1未満の場合、アズラクトンモノマーの量は0.2当量以下である。
製造されたテレケリックポリマーは、式Az−[D−A]y−D−Azによって表すことが可能である。
式中、Azはアズラクトン(または開環アズラクトン)モノマーの残基である。
Dは(式I、IIまたはIIIによって表されたような)マイケルドナー成分の残基であり、Aはポリアクリル成分の残基であり、yは少なくとも1である。ドナー成分とアクセプタ成分の各々が2官能性当量を有する最も単純な場合を上の式が表していることは言うまでもないであろう。
ドナー成分またはアクセプタ成分が2を上回る官能性当量を有するより複雑な構造も作ってよく、本発明の範囲内である。例えば、ポリアクリル成分Aが三価である場合、テレケリックポリマーには、以下の式のポリマーが挙げられる。
Figure 2008514782
式中、D、A、yおよびAzは前に記載した通りである。
Dが三価である場合、テレケリックポリマーには、以下の式のポリマーが挙げられる。
Figure 2008514782
より特に、製造されたポリマーは以下の一般構造を有してもよい。
Figure 2008514782
式中、
1およびW2はそれぞれ独立してシアノ基、ニトロ基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミド基およびスルホニル基から選択され、
4は多価有機基であり、
5はHまたはC1〜C3アルキル基であり、
各R6は独立してH、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数3〜14のシクロアルキル基、5〜12個の環原子を有するアリール基、6〜26個の炭素および0〜3個のS、Nおよび非過酸化Oヘテロ原子を有するアレニル基であるか、またはR2およびR3は、R2およびR3が結合されている炭素と一緒になって、4〜12個の環原子を含む炭素環を形成させ、nは0または1であり、xは少なくとも1である。
本発明による硬化性組成物を基材上に被覆してもよく、少なくとも部分的に硬化させて複合物品を提供してもよい。適する基材には、例えば、ガラス(例えば、窓および例えばレンズおよび鏡などの光学エレメント)、セラミック(例えば、セラミックタイル)、セメント、石、塗装された表面(例えば、自動車車体パネル、船表面)、金属(例えば、建築用支柱)、紙(例えば、接着剤剥離ライナー)、カードボード(例えば、食品容器)、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂(例えば、ポリカーボネート、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、フェノール樹脂、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリスチレンおよびスチレンアクリロニトリルコポリマー)およびそれらの組み合わせが挙げられる。基材は、フィルム、シートであってもよいか、または基材は他の何らかの形を有してもよい。
硬化性組成物は、例えば、噴霧、ナイフ塗布、ノッチ塗布、リバースロール塗布、グラビア塗布、浸漬塗布、バー塗布、流し塗りまたはスピン塗布などの従来の技術によって基材に被着させてもよい。典型的には、硬化性組成物は比較的薄い層として基材に被着され、よって約40nm〜約60nmの範囲内の厚さを有する乾燥硬化層をもたらす。但し、より薄い層および(例えば、100マイクロメートル以上に至る厚さを有する)より厚い層も用いてよい。次に、(例えば、強制空気炉を用いて)任意のいかなる溶媒も典型的には少なくとも部分的に除去され、その後、重合性組成物は少なくとも部分的に重合(すなわち、硬化)されて、例えば上述したような耐久性被膜を形成させる。
これらの実施例はあくまで例示目的のためであり、添付した特許請求の範囲に関して限定であることを意図していない。実施例および本明細書の残りにおけるすべての部、百分率、比などは特に注記がない限り重量による。用いた溶媒および他の試薬は、特に注記がない限りウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ・ケミカル・カンパニー(Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI))から購入した。
Figure 2008514782
実施例1〜6
多メタクリレート官能性テレケリックオリゴマーの合成
表1に示した試薬を含む反応混合物をガラス反応容器に入れ、密封し、60℃で17時間にわたり水シェーカー浴に入れた。合成されたオリゴマーの組成およびゲル透過クロマトグラフィによって決定された分子量を表1に示している。アズラクトン末端テレケリックポリマーの各々は、本明細書に記載された方法によって開環アズラクトン末端テレケリックポリマーに転化してもよい。
Figure 2008514782

Claims (19)

  1. a)マイケルドナー成分;
    b)ポリアクリルマイケルアクセプター成分;
    c)アズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和モノマー
    を含む硬化性組成物。
  2. 前記マイケルドナー成分が、以下の式(I)、(II)または(III):
    (W1−CHR1−C(O))x−P (I)
    (W1−NH−C(O))x−P (II)
    1−CH2−W2 (III)
    (式中、R1は水素、アルキル基またはアリール基を表し;
    1およびW2はそれぞれ独立してシアノ基、ニトロ基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミド基およびスルホニル基から選択され;
    Pは一価有機残基または多価有機残基、あるいはアセトアセチル化反応におけるポリオールまたはポリアミンの反応残基を表し、
    xは1以上の整数であり、但し、ドナー当量の数が2以上であることを条件とする)
    の一つに対応する、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記マイケルドナーが式:
    2−CO−CH2−CO−R3
    (式中、R2およびR3は独立して置換または非置換のアルキル、非置換または置換のアリール、置換または非置換のアルコキシ基あるいは置換または非置換のアリールオキシ基から選択される)
    のドナーである、請求項2に記載の組成物。
  4. アセチルアセトン、メチルアセトアセテート、エチルアセトアセテート、メチルマロネート、エチルマロネート、t−ブチルアセトアセテートから選択される、請求項3に記載の組成物。
  5. 2とR3の一方がエチレン性不飽和重合性基によって更に置換されている、請求項3に記載の組成物。
  6. 前記ポリアクリル成分が式:
    4−(Z−C(=O)−CH=CH2z
    (式中、各Zは独立して−S−、−O−、−NH−または−NR5−を表し、ここで、R5はHまたは炭素原子数1〜6のアルキル基であり、
    4は独立してzの原子価を有する多価有機基を表す)
    の成分である、請求項1に記載の組成物。
  7. 4がポリオールの残基である、請求項6に記載の組成物。
  8. アズラクトン官能基を有する前記エチレン性不飽和モノマーが式:
    Figure 2008514782
    (式中、
    5はHまたはC1〜C3アルキル基であり、
    各R6は独立してH、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アレニル基であるか、またはジェミナルR6は炭素環を形成させ、
    nは0または1である)
    のモノマーである、請求項1に記載の組成物。
  9. ドナー当量とアクセプター当量の比が2:1未満である、請求項1に記載の組成物。
  10. ドナー当量とアクセプター当量の比が1.5:1未満である、請求項1に記載の組成物。
  11. ドナー当量とアクセプター当量の比が1.1:1未満である、請求項1に記載の組成物。
  12. ドナー当量のモル量がアクセプター当量+アズラクトンモノマー以上である、請求項10に記載の組成物。
  13. 式:
    Az−[D−A]y−D−Az
    (式中、Azはアズラクトン官能基を有するエチレン性不飽和の残基であり、
    Dはマイケルドナー成分の残基であり、Aはポリアクリル成分の残基であり、yは少なくとも1である)
    のポリマー。
  14. Azが
    Figure 2008514782
    (式中、
    5はHまたはC1〜C3アルキル基であり;
    各R6は独立してH、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アレニル基であるか、またはジェミナルR6基は炭素環を形成させ;及び
    nは0または1である)
    である、請求項13に記載のポリマー。
  15. 式:
    Figure 2008514782
    (式中、
    1およびW2はそれぞれ独立してシアノ基、ニトロ基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミド基およびスルホニル基から選択され;
    4は多価有機基であり;
    5はHまたはC1〜C3アルキル基であり;
    各R6は独立してH、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数3〜14のシクロアルキル基、5〜12個の環原子を有するアリール基、6〜26個の炭素原子および0〜3個のS、Nおよび非過酸化Oヘテロ原子を有するアレニル基であるか、またはR2およびR3は、R2およびR3が結合されている炭素と一緒になって、4〜12個の環原子を含む炭素環を形成させ;
    Zは−O−、−S−または−NR8を表し、ここで、R8はH、アルキル、シクロアルキルまたはアリール、複素環式基、アレニルであることが可能であり;
    nは0または1であり、そして
    xは少なくとも1である)
    のポリマー。
  16. 式:
    Figure 2008514782
    (式中、R2およびR3はそれぞれ独立してアリールオキシ基、アルコキシ基、アルキル基またはアリール基を表し;
    4は多価有機基であり;
    5はHまたはC1〜C3アルキル基であり;
    各R6は独立してH、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アレニル基であるか、またはジェミナルR6は4〜12個の環原子を含む炭素環を形成させ;
    Zは−O−、−S−または−NR8であり、ここで、R8はH、アルキル、シクロアルキルまたはアリール、複素環式基、アレニルであることが可能であり;
    nは0または1であり;そして
    xは少なくとも1である)
    のポリマー。
  17. 各R2がアルキル基であり、各R3がアルコキシ基である、請求項15に記載のポリマー。
  18. テレケリックポリマーを製造する方法であって、請求項1〜12のいずれか1項に記載の硬化性組成物を塩基性触媒と組み合わせることを含む方法。
  19. 前記触媒が0.05重量%〜2重量%の量で用いられる、請求項18に記載の方法。
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