JP2022013963A - イオン性基含有ロタキンサンモノマーを含む硬化性組成物、および該硬化性組成物からなる研磨用パッド - Google Patents

イオン性基含有ロタキンサンモノマーを含む硬化性組成物、および該硬化性組成物からなる研磨用パッド Download PDF

Info

Publication number
JP2022013963A
JP2022013963A JP2018210159A JP2018210159A JP2022013963A JP 2022013963 A JP2022013963 A JP 2022013963A JP 2018210159 A JP2018210159 A JP 2018210159A JP 2018210159 A JP2018210159 A JP 2018210159A JP 2022013963 A JP2022013963 A JP 2022013963A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
monomer
functional group
polymerizable
molecule
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018210159A
Other languages
English (en)
Inventor
康智 清水
Yasutomo Shimizu
剛美 川崎
Takeyoshi Kawasaki
誉夫 野口
Yoshio Noguchi
光喜 戸知
Koki Tochi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokuyama Corp filed Critical Tokuyama Corp
Priority to JP2018210159A priority Critical patent/JP2022013963A/ja
Priority to PCT/JP2019/043737 priority patent/WO2020096010A1/ja
Priority to TW108140633A priority patent/TW202030218A/zh
Publication of JP2022013963A publication Critical patent/JP2022013963A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11Lapping tools
    • B24B37/20Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/10Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40High-molecular-weight compounds
    • C08G18/48Polyethers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/66Compounds of groups C08G18/42, C08G18/48, or C08G18/52
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/16Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/29Compounds containing one or more carbon-to-nitrogen double bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L71/00Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L71/02Polyalkylene oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04Polyurethanes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

【目的】耐摩耗性が高く、機械特性を損なうことなく親水性を向上した硬化体となる硬化性組成物を提供することにある。特に、研磨用パッドとして好適に使用できるポリウレタン樹脂(硬化体)となり得る硬化性組成物を提供することにある。【解決手段】(A)環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、該環状分子が重合性官能基、及び、イオン性官能基の両方を有するロタキサンモノマーと、B)前記(A)ロタキサンモノマーが有する前記重合性官能基と重合し得る重合性官能基を有する重合性モノマーとを含む硬化性組成物を提供する。【選択図】図1

Description

本発明は、
カチオン、又はアニオンを形成するイオン性基と、重合性基との両方を含む、新規なロタキサンモノマー、
該ロタキサンモノマー、および該ロタキサンモノマー以外の重合性モノマー組成物を含む新規な硬化性組成物に関する。
さらには、本発明は、該硬化性組成物からなる新規な硬化体、および該硬化体より得られる新規な研磨用パッドに関する。
研磨用部材とは、相手方の部材(被研磨部材)を研磨剤より平坦化する際に使用される材料である。具体的には、該研磨用部材とは、被研磨部材の表面を平坦化するに際し、スラリー等の研磨剤を該表面に供給しながら、該表面に摺動させながら接触させて使用するものである。例えば、研磨用パッドが含まれる。
このような研磨用部材には、ポリウレタン樹脂が数多く用いられている。一般的に研磨用部材としては、コスト低減、安定製造、及び生産性の向上から長期にわたって耐摩耗が良好な耐久性の高い材料が常に望まれる。
研磨用部材は、具体的には、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法におけるパッド材(以下、研磨用パッドとする場合もある)として使用される。CMP法は、優れた表面平坦性を付与する研磨方法であり、特に、液晶ディスプレイ(LCD)、ハードディスク用ガラス基盤、シリコンウェハ、半導体デバイスの製造プロセスで採用されている。
前記CMP法では、通常、研磨加工時に砥粒をアルカリ溶液、又は酸溶液に分散させたスラリー(研磨液)を供給して研磨する方式が一般的に採用されている。すなわち、被研磨部材は、スラリー中の砥粒により機械的作用と、アルカリ溶液、又は酸溶液により化学的作用とにより平坦化される。通常、該スラリーを被研磨部材の表面に供給し、研磨パッド材を滑らしながら該表面に接触させることにより、該被研磨部材の表面を平坦化する。
前記CMP法においての研磨パッドの研磨特性としては、被研磨物の平坦性に優れ、研磨レート(研磨速度)が大きいことが要求される。さらには生産性の向上の為、耐摩耗性の向上が望まれている。
このような研磨パッドの材質としては、ウレタン系硬化性組成物から得られる研磨材が知られている(特許文献1参照)。
また、研磨パッド樹脂の親水性を向上させることで、スラリーの保持力を向上させ、研磨特性を向上させた研磨パッドが開示されている(特許文献2参照)。特許文献2では、親水性基(例えば、イオン性官能基)を有するポリオールを硬化剤として用いることで、優れた研磨特性を発現している。
国際公開第2007/77207号 特開2007-276061号公報 国際公開第2018/092826号
しかしながら、近年、より一層の性能向上、特に、親水性が高く、耐久性が高いものが求められており、従来の技術においては改善の余地があった。
具体的には、特許文献2に記載のポリウレタンは、ポリオール化合物がジオール化合物であり、得られるウレタン樹脂においては、耐摩耗性等の懸念があった。また、該ポリウレタンでは、分子量の低いジオール化合物を用いている。そのため、親水性を高めるためにポリウレタンに導入した親水基が、該ポリウレタンのハードセグメント近傍に存在する確率が高くなると考えられる。その結果、十分な親水性付与効果が発揮され難い可能性がり、改善の余地があった。
したがって、本発明の目的は、耐摩耗性が高く、機械特性を損なうことなく親水性を向上した硬化体となる硬化性組成物を提供することにある。特に、研磨用パッドとして好適に使用できるポリウレタン樹脂(硬化体)となり得る硬化性組成物を提供することにある。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した。近年、軸分子と、それを包接する環状分子とを含み、該環状分子が該軸分子上をスライドできるポリロタキサンの性能を利用した研磨パッドが開示されている(特許文献3参照)。この方法によれば、良好な耐摩耗性だけではなく、優れた研磨特性(高い研磨レート、低スクラッチ性、高平坦性)を有する硬化体を得ることができる。
本発明者等は、ポリロタキサンが導入された硬化体において、ポリロタキサンにさらに機能を付与することにより、より一層、高性能な硬化体が得られるのではないかと考え、様々な検討を行った。そして、環状分子が軸分子上をスライドするその特性を生かし、該環状分子に親水性を付与すること(イオン性官能基を導入すること)を検討した。
その結果、特定の構造を有する、特に、環状分子に重合性官能基とイオン性官能基との両方を有するロタキサン、及び、該ロタキサンの重合性官能基と反応しうる重合性モノマーとから得られる硬化体が、該ロタキサンの特性を最大限に生かしながら、優れた効果を発揮することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、第一の本発明は、
(A)環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、該環状分子が、重合性官能基、及びイオン性官能基の両方を有するロタキサンモノマーと、
(B)前記(A)ロタキサンモノマーの前記重合性官能基と重合し得る重合性官能基を有する重合性モノマーを含む重合性モノマー組成物
とを含有する硬化性組成物である。
第一の本発明においては、
前記(A)ロタキサンモノマーが有する前記重合性官能基が、
ラジカル重合性基、エポキシ基、水酸基、チオール基、第一級アミノ基、及び第二級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基であり、
前記(A)ロタキサンモノマーが有する前記イオン性官能基が、
カルボキシルイオン、スルホン酸イオン、リン酸イオン、ホスホン酸イオン、及び第4級アンモニウムカチオンからなる群より選ばれる少なくとも1種のイオンを形成し得る基であることが好ましい。
第二の本発明は、第一の本発明の硬化性組成物を硬化して得られる硬化体である。
得られる硬化体は、研磨用パッドとして好適に使用できる。
第三の本発明は、(A)環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、該環状分子が重合性官能基、及び、イオン性官能基の両方を有するロタキサンモノマーである。
本発明の硬化性組成物から得られる硬化体は、優れた機械特性、特に耐摩耗性が高い。さらに、該硬化体は、親水性に優れたものとなる。そのため、摺動部材用(研磨材)、例えば、研磨用パッドとして該硬化体を使用した場合には、良好な耐摩耗性を有するものとなる。加えて、該硬化体は、優れた研磨特性を有するものとなる。具体的には、該硬化体は、研磨レート、低スクラッチ性、及び高平坦性を発現できる研磨用パッドとすることができる。
本発明で使用する(A)ロタキサンモノマーの概略図
本発明の硬化性組成物は、
(A)環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、該環状分子が、重合性官能基、及びイオン性官能基の両方を有するロタキサンモノマー(以下、単に「(A)ロタキサンモノマー」、又は「(A)成分」とする場合もある。)と、
(B)前記(A)ロタキサンモノマーの前記重合性官能基(前記環状分子が有する前記重合性官能基)と重合し得る重合性官能基を有する重合性モノマー(以下、単に「重合性モノマー」とする場合もある。)を含む重合性モノマー組成物(以下、単に「(B)重合性モノマー組成物」又は「(B)組成物」とする場合もある。)とを含有する硬化性組成物である。先ず、(A)ロタキサンモノマーについて説明する
<(A)ロタキサンモノマー;(A)成分>
本発明で使用する(A)ロタキサンモノマーは、図1に示されているように、全体として“1”で示されている。そして、(A)ロタキサンモノマーは、鎖状の軸分子“2”と環状分子“3”から形成されている複合分子構造を有している。即ち、鎖状の軸分子“2”を複数の環状分子“3”が包接しており、環状分子“3”が有する環の内部を軸分子“2”が貫通している。従って、環状分子“3”は、軸分子“2”上を自由にスライドし得る。
該(A)ロタキサンモノマーの環状分子“3”には、重合性官能基“6”とイオン性官能基“7”が導入されている。これらは、環に直接ついていてもよい。ただし、好ましくは環に側鎖“4”が導入され、該側鎖、特に該側鎖の末端に前記重合性官能基“6”とイオン性官能基“7”が導入されることが好ましい。
前記(A)ロタキサンモノマーは、複数の環状分子の環内を鎖状の軸分子が貫通した複合構造を有するものである。そして、軸分子の少なくとも片端には、環状分子のすり抜けを防ぐために、該環状分子の内径よりも大きな基(嵩高い基“5”)を有していてもよい。軸分子の末端に、該嵩高い基は必ずしも存在しなくてもよい。ただし、該(A)ロタキサンモノマー自体の生産性、及び硬化体におけるスライド効果の導入効率等を勘案すると、軸分子“2”の両末端に環状分子が脱落するのを防止する為に、嵩高い基“5”が存在していることが好ましい。
前記(A)ロタキサンモノマーにおいて、該環状分子“3”は重合性官能基“6”を有し、且つ、軸分子“2”上をスライド可能である。これにより、前記(A)ロタキサンモノマーを用いて作製した硬化体は、高い耐摩耗性を有し、優れた機械特性を発現できるものと考えられる。そのため、研磨用のパッド剤に使用すれば、優れた研磨特性、および、耐摩耗性を発現できる。
さらに、前記(A)ロタキサンモノマーにおいて、環状分子“3”はイオン性官能基“7”が導入されている。このことから、このイオン性官能基も硬化体中をスライドできる。そのため、得られる硬化体の親水性を向上できるものと考えられる(硬化体における均一な親水性を維持できるものと考えられる。)。その結果、該硬化体からなる研磨用パッドは、被研磨物の平坦性を向上できるものと推定される。
そして、スライド可能な環状分子“3”が重合性官能基“6”、及びイオン性官能基“7”を有することの効果は、以下の場合に、特に発揮されるものと考えられる。すなわち、前記の通り、該環状分子“3”が側鎖“4”を有し、この側鎖“4”に重合性官能基“6”、及びイオン性官能基“7”が導入される場合である。この中でも、該側鎖“4”の末端に重合性官能基“6”、及びイオン性官能基“7”を有する場合が好ましい。側鎖の末端に両方の基が存在することにより、より均一であり、より高性能な硬化体が得られるものと考えられる。以上のことから、本発明者等は、得られた硬化体を研磨用のパッド材に使用すれば、研磨用スラリーをより保持し易くなり、優れた研磨特性を発現できるものと考えている。
前記(A)ロタキサンモノマーは、国際公開第2015-068798号等に記載の方法を利用して合成できる。前記(A)成分の構成について詳細に説明する。
((A)ロタキサンモノマーの軸分子“2”/嵩高い基“5”)
前記(A)ロタキサンモノマーにおいて、軸分子としては、種々のものが知られている。例えば、鎖状部分としては、環状分子が有する環を貫通し得る限りにおいて直鎖状、又は分岐鎖であってよく、一般にポリマーにより形成される。具体的には、該軸分子は、国際公開第2015-068798号等に記載されている。
このような軸分子の鎖状部分を形成する好適なポリマーとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール又はポリビニルメチルエーテルであり、さらに、これらの中から選択されるポリマーの共重合体を挙げることができる。これらのうち、ポリエチレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリプロピレン、また、ポリエチレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリプロピレンから選択されるポリマーの共重合体が特に好ましいものとして挙げられる。
さらに、本発明において、前記(A)ロタキサンモノマーは、鎖状部分の両端に封鎖基として、嵩高い基“5”を有していてもよい。下記に詳述する(B)重合性モノマー組成物と重合させることにより、ポリロタキサンが有するスライド効果を硬化体中に導入できれば、該嵩高い基“5”は必要ない。ただし、以下の点で軸分子の両末端に嵩高い基が存在することが好ましい。すなわち、(B)重合性モノマー組成物、及び有機溶剤中で環状分子のすり抜けを防止するために、嵩高い基“5”が存在することが好ましい。嵩高い基“5”が存在することにより、ポリロタキサンが有するスライド効果を、効率よく硬化体中に導入できる。さらには、前記(A)ロタキサンモノマー自体の生産性を向上できる。
嵩高い基としては、軸分子からの環状分子の脱離を防ぐ基であれば、特に制限されない。中でも、嵩高さの観点から、例えば、アダマンチル基、トリチル基、フルオレセイニル基、ジニトロフェニル基、ピレニル基、トリニトロベンゼンスルホン酸、3,5-ジメトキシ安息香酸基を挙げることができる。これらのうち、特に導入のし易さなどの点で、アダマンチル基、トリニトロベンゼンスルホン酸基、3,5-ジメトキシ安息香酸基を挙げることができる。
本発明において、前記(A)ロタキサンモノマーは、前記の通り、軸分子の鎖状末端に嵩高い基が存在しない擬ロタキサンモノマーであってもよい。本発明において、使用する(A)ロタキサンモノマーが擬ロタキサンモノマーである場合は、前記擬ロタキサンモノマーの軸分子の末端に重合性官能基を導入することが好ましい。前記擬ロタキサンモノマーの軸分子の末端における重合性官能基は、特に制限されるものではない。好ましい該重合性官能基としては、水酸基、チオール基、アミノ基(第一級アミノ基、又は第二級アミノ基)、(メタ)アクリレート基、ビニル基、または、アリル基が挙げられる。
軸分子の末端に該重合性官能基を導入する方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を採用すればよい。軸分子の末端が、元々、該重合性官能基である場合はそのまま利用することができる。また、そうでない場合には、末端を変性することで導入することができる。
上述した軸分子の末端に重合性官能基を導入することにより、後述する(B)重合性モノマー組成物と反応して、該軸分子がマトリックスの一部に組み込まれる。そのことにより、優れた機械特性を発現させることができる。また、結合により、軸分子の軸長が結合点を介して、他のポリマー鎖まで伸長するため、より環状分子のスライド効果を高めることができる。
本発明において、前記(A)ロタキサンモノマーの軸分子の分子量は、大きすぎると、他の成分、例えば、その他の(B)重合性モノマー組成物等と混合した際に、粘度が増大し、扱いが困難となる。また、場合によっては、相溶性が悪くなる傾向がある。このような観点から、軸分子の重量平均分子量(Mw)は、400~100000であり、特に1000~50000、特に好ましくは2000~30000の範囲にあることが好適である。なお、この重量平均分子量(Mw)は、下記の実施例で記載したGPC測定方法で測定した値である。当然のことながら、擬ロタキサンモノマーの場合も、軸分子の分子量は、同様の理由で400~100000であることが好ましい。
((A)ポリロタキサンモノマーの環状分子“3”)
環状分子は、上記のような軸分子を包接し得る大きさの環を有するものである。このような環としては、例えばシクロデキストリン環、クラウンエーテル環、ベンゾクラウン環、ジベンゾクラウン環およびジシクロヘキサノクラウン環を挙げることができ、これらのうち特にシクロデキストリン環が好ましい。
シクロデキストリン環には、α体(環内径0.45~0.6nm)、β体(環内径0.6~0.8nm)、γ体(環内径0.8~0.95nm)がある。特に、α-シクロデキストリン環、β-シクロデキストリンが最も好ましい。
上記のような環を有する環状分子は、1つの軸分子に一つ以上の環状分子が包接することとなる。そして、包接し得る環状分子の最大包接数を1としたとき、環状分子の包接数は最大でも0.8以下であることが好ましい。環状分子の包接数が多すぎると、一つの軸分子に対して環状分子が密に存在するようになる。その結果、可動性(スライド幅)が低下し、機械特性が低下する傾向にあり、硬化体中の均一な親水性を発揮する効果が低下する傾向にある。加えて、前記(A)ポリロタキサンモノマー自体の分子量が増大する。そのため、硬化性組成物に使用した場合、該硬化性組成物のハンドリング性が低下する傾向にある。さらには、得られる硬化体の成形不良を発現させ安い傾向にある。以上のことから、より好ましくは、少なくとも2つ以上の環状分子で包接されており、環状分子の包接数は最大でも0.5以下の範囲にあることが好ましい。
なお、一つの軸分子に対する環状分子の最大包接数は、軸分子の長さ、及び環状分子の環の厚みから算出することができる。例えば、軸分子の鎖状部分がポリエチレングリコールで形成され、環状分子がα-シクロデキストリン環である場合を例にとると、次のようにして最大包接数が算出される。即ち、ポリプロピレングリコールの繰り返し単位[-CH(CH)-CHO-]の2つ分がα-シクロデキストリン環1つの厚みに近似する。従って、このポリエチレングリコールの分子量から繰り返し単位数を算出し、この繰り返し単位数の1/2が環状分子の最大包接数として求められる。この最大包接数を1.0とし、環状分子の包接数が前述した範囲に調整されることとなる。なお、この包接数の値は、平均値である。
((A)ロタキサンモノマーにおける環状分子“3”が有する側鎖“4”)
また、本発明で使用する(A)ロタキサンモノマーにおいては、上述した環状分子が有する環は、側鎖が導入されていてもよい。この側鎖は、図1において”4”で示されている。
上記の側鎖としては、特に制限されるものではないが、炭素数が3~20の範囲にある有機鎖の繰り返しにより形成されていることが好適である。また、側鎖の種類や数平均分子量が異なるものが環状分子に導入されていてもよい。このような側鎖の数平均分子量は45~10000、好ましくは55~5000、より好ましくは55~1500の範囲である。この側鎖の数平均分子量は、側鎖の導入時に使用する物質の量により調整ができ、計算により求めることができる。また、得られた(A)ロタキサンモノマーから求める場合には、H-NMRの測定から求めることができる。
側鎖が短過ぎると(側鎖の分子量が小さ過ぎると)、その他の(B)重合性モノマー組成物との相溶性が低下する傾向にある。また、側鎖が短過ぎると、側鎖に重合性官能基、及びイオン性官能基を導入する場合には、得られる硬化体の機械的特性が低下する傾向にあり、硬化体中における均一な親水性が発揮される効果が低下する傾向にある。その反対に、側鎖が長すぎると、(B)重合性モノマー組成物と混合した際に粘度が増粘してしまい、硬化体の外観不良を引き起こしたり、硬化体の硬度が低下する傾向にある。
前記側鎖は、環状分子が有する反応性官能基を利用し、この反応性官能基を修飾することによって導入される(反応性官能基と反応することによって導入される)。例えば、α-シクロデキストリン環は、反応性官能基として18個のOH基(水酸基)を有している。このOH基を介して(このOH基を反応させて)側鎖が導入される。即ち、1つのα-シクロデキストリン環に対しては最大で18個の側鎖を導入できることとなる。前記側鎖の機能を十分に発揮させるためには、このような環が有する全反応性官能基数の4%~70%(修飾度)が、側鎖で修飾されていることが好ましい(環が有する全反応性官能基数の4%~70%に側鎖が導入されていることが好ましい。)。なお、当然のことではあるが、この側鎖が導入された割合は、平均値である。
なお、下記に詳述するが、環状分子の反応性官能基(例えば、水酸基)は、側鎖が有するOH基(水酸基)よりも反応性が低い。そのため、修飾度が低くても相溶性の低下、ブリードアウトの問題は生じ難い。そのため、修飾度は、上記範囲であれば、より優れた効果を発揮する。
なお、本発明においては、水酸基が重合性官能基に該当する場合には、以下のように見なす。例えば、環状分子がシクロデキストリン環であって、該シクロデキストリン環が有する水酸基において、側鎖が導入されていない水酸基は、重合性官能基と見なすものとする。因みに、上記α-シクロデキストリン環の18個のOH基の内の9個に側鎖が結合している場合、その修飾度(導入度)は50%となる。
本発明において、上記のような側鎖(有機鎖)は、分子量が前述した範囲内にある場合、直鎖状であってもよいし、分枝状であってもよい。側鎖の導入については、国際公開第WO2015/159875号に開示されている手法や化合物を適宜使用できる。具体的には、開環重合;ラジカル重合;カチオン重合;アニオン重合;原子移動ラジカル重合、RAFT重合、NMP重合などのリビングラジカル重合などが利用できる。上記手法により、適宜選択された化合物を前記環が有する反応性官能基に反応させることによって適宜の大きさの側鎖を導入することができる。
例えば、開環重合により、ラクトンや環状エーテル等の環状化合物に由来する側鎖を導入することができる。ラクトンや環状エーテル等の環状化合物を開環重合して導入した側鎖は、該側鎖の末端に活性水素を持つ基としてOH基が導入されることとなる。
該環状化合物の中でも、入手が容易であり、反応性が高く、さらには大きさ(分子量)の調整が容易であるという観点から、環状エーテル、ラクトンを用いることが好ましい。好適な環状エーテル、ラクトンの環状化合物は国際公開第WO2015/159875号に開示されている。
上記の環状化合物は、単独で使用することができ、また複数種を併用することもできる。
本発明において、好適に使用される側鎖導入化合物はラクトン化合物であり、ε-カプロラクトン、α-アセチル-γ-ブチロラクトン、α-メチル-γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-ブチロラクトン等のラクトン化合物が特に好適であり、もっとも好ましいものはε-カプロラクトンである。
また、開環重合により環状化合物を反応させて側鎖を導入する場合、環に結合している反応性官能基(例えば水酸基)は反応性に乏しく、特に立体障害などにより大きな分子を直接反応させることが困難な場合がある。このような場合には、例えば、カプロラクトンなどを反応させるために、プロピレンオキシドなどの低分子化合物を官能基と反応させてのヒドロキシプロピル化を行い、反応性に富んだ官能基(水酸基)を導入する。その後、前述した環状化合物を用いての開環重合により、側鎖を導入するという手段を採用することができる。この場合、ヒドロキシプロピル化した部分も側鎖と見なすことができる。
この他、開環重合により、環状アセタール、環状アミン、環状カーボネート、環状イミノエーテル、環状チオカーボネート等の環状化合物に由来する側鎖を導入することにより、活性水素を有する基(活性水素含有基)を有する側鎖を導入することができる。これらの中でも、好適な環状化合物の具体例は、国際公開第WO2015/068798号に記載されているものである。
また、ラジカル重合を利用して環状分子に側鎖を導入する方法は、以下の通りである。ポリ擬ロタキサンモノマーの環状分子が有している環は、ラジカル開始点となる活性部位を有していない。このため、ラジカル重合性化合物を反応させるに先立って、環が有している官能基(例えば、OH基)にラジカル開始点を形成するための化合物を反応させて、ラジカル開始点となる活性部位を形成しておく必要がある。
上記のようなラジカル開始点を形成するための化合物としては、有機ハロゲン化合物が代表的である。例えば、2-ブロモイソブチリルブロミド、2-ブロモブチル酸、2-ブロモプロピオン酸、2-クロロプロピオン酸、2-ブロモイソ酪酸、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、2-クロロエチルイソシアネートなどを挙げることができる。即ち、かかる有機ハロゲン化合物は、環状分子の環が有している官能基との縮合反応により、該環に結合し、該環にハロゲン原子を含む基(有機ハロゲン化合物残基)を導入する。この有機ハロゲン化合物残基には、ラジカル重合に際して、ハロゲン原子の移動等によりラジカルが生成し、これがラジカル重合開始点となって、ラジカル重合が進行することとなる。
また、上記のようなラジカル重合開始点となる活性部位を有する基(有機ハロゲン化合物残基)は、例えば環が有している水酸基に、アミン、イソシアネート、イミダゾールなどの官能基を有する化合物を反応させ、水酸基以外の他の官能基を導入し、このような他の官能基に前述した有機ハロゲン化合物を反応させて導入することもできる。
また、ラジカル重合により側鎖を導入するために用いるラジカル重合性化合物としては、エチレン性不飽和結合を有する基、例えば、(メタ)アクリレート基、ビニル基、スチリル基等の官能基を少なくとも1種有する化合物(以下、エチレン性不飽和モノマーと呼ぶ)が好適に使用される。また、エチレン性不飽和モノマーとしては、末端エチレン性不飽和結合を有するオリゴマーもしくはポリマー(以下、マクロモノマーと呼ぶ)も使用することができる。このようなエチレン性不飽和モノマーとしては、好適なエチレン性不飽和モノマーの具体例は、国際公開第WO2015/068798号に記載されているものが使用できる。
<(A)ロタキサンモノマー 重合性官能基(側鎖が有する重合性官能基“6”)>
前記(A)ロタキサンモノマーは、環状分子が重合性官能基を有している必要がある。そして、より効果の優れた硬化体を得るためには、該重合性官能基は、前記側鎖を介して環状分子に導入されていることが好ましい。具体的には、前記方法で側鎖を導入した後に、側鎖の官能基を他の重合性官能基に変性させることができる。
本発明においては、側鎖の官能基と他の化合物とを反応させて、該化合物に由来する構造を導入する反応を「変性」とする場合もある。変性に用いる化合物は、特に、側鎖の官能基と反応可能な化合物であれば使用できる。該化合物を選定することで、側鎖に様々な重合性官能基を導入したり、重合性基を有さない基に変性することも可能である。
上述した説明から理解されるように、環状化合物の環に導入される側鎖は、様々な官能基を有していることもある。
さらに、側鎖導入のために用いる化合物が有している官能基の種類によっては、この側鎖の一部が、他の軸分子が有している環状分子の環の官能基に結合し、架橋構造を形成することもある。
<環状分子が有する好適な重合性官能基、およびその数>
環状分子が有する重合性官能基としては、特に限定されない。本発明においては、好ましいのは水酸基(OH基)、チオール基(SH基)、アミノ基(-NH(第一級アミノ基)、又は-NHR(第二級アミノ基);Rは置換基、例えば、アルキル基)、(メタ)アクリレート基、ビニル基、又はアリル基である。その中でも、最も好ましいのは、水酸基である。水酸基の場合には、環状分子の官能基を反応させた際に導入される側鎖の末端が水酸基の場合には、そのまま重合性官能基とすればよい。また、環状分子が元来水酸基を有する場合には、その水酸基がそのまま重合性官能基となる。ただし、反応性等を考えると、側鎖の末端が重合性官能基(水酸基)となることが好ましい。
前記(A)ロタキサンモノマーにおいて、環状分子が有する重合性官能基の数は、特に制限されるものではない。中でも、マトリックスとなる樹脂中にロタキサン部分が導入されて優れた効果を発揮するためには、環状分子に少なくとも2つの重合性官能基を含むことが好ましい。
該重合性官能基は、前記環状分子が有するもの、又は前記環状分子に導入された前記側鎖が有するものである。この中でも、反応性を考慮すると、側鎖の末端が重合性官能基となることが好ましい。そして、(A)ロタキサンモノマー1分子当たり、側鎖の末端に導入された該重合性官能基が2つ以上存在することが好ましい。なお、重合性官能基の数の上限は、特に制限されるものではない。中でも、側鎖の末端に導入された該重合性官能基のモル数が、前記(A)ロタキサンモノマーの重量平均分子量(Mw)に対し、10mmol/gとなる数である。この値は、側鎖の末端に導入された重合性官能基のモル数を前記(A)ロタキサンモノマーの重量平均分子量(Mw)で割った値である。つまり、前記(A)ロタキサンモノマー1g当たりの、側鎖の末端に導入された重合性官能基のモル数を指す。
さらに好ましくは、側鎖の末端に導入された該重合性官能基のモル数は、0.2mmol~8mmol/gである。特に好ましくは、側鎖の末端に導入された該重合性官能基のモル数は、0.5mmol~5mmol/gである。なお、重量平均分子量は、下記に詳述するゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した値である。
また、側鎖に導入されていない重合性官能基(例えば、環状分子が有する重合性官能基)、および前記側鎖に導入された重合性官能基の全重合性官能基のモル数は、以下の範囲であることが好ましい。具体的には、前記(A)ロタキサンモノマーの重量平均分子量(Mw)に対し、全重合性官能基のモル数が0.2mmol~20mmol/gとなることが好ましい。より好ましくは、全重合性官能基のモル数は0.4mmol~16mmol/gであり、特に好ましくは1mmol~10mmol/gである。なお、前記全重合性官能基には、例えば、側鎖が導入されていない環状分子が有する重合性官能基(具体的には、シクロデキストリン環における側鎖が導入されていない未修飾の水酸基)を含むものである。
なお、当然のことではあるが、以上の説明した重合性官能基のモル数は、平均値である。
GPCの測定条件によっては、環状分子が脱離する場合もある。特に、(A)ロタキサンモノマーが擬ロタキサンモノマーである場合には、そうなる可能性が高くなる。そのため、GPC測定を行う場合には、先ず、その測定条件で環状分子が脱離するかどうかを確認する。脱離が生じない場合には、そのまま測定する。一方、脱離する場合には、予備的な実験として、(A)ロタキサンモノマーの末端を嵩高い基で封止してGPCを測定し、該嵩高い基分の分子量を勘案することもできる。
<(A)ロタキサンモノマー イオン性官能基(側鎖が有するイオン性官能基“7”)>
前記(A)ロタキサンモノマーは、環状分子がイオン性官能基を有している必要がある。そして、より効果の優れた硬化体を得るためには、該イオン性官能基は、前記側鎖を介して環状分子に導入されていることが好ましい。特に好ましくは、該イオン性官能基が側鎖の末端に導入される場合である。該イオン性官能基を導入するためには、具体的には、前記方法で側鎖を導入した後に、側鎖の官能基を他のイオン性官能基に変性させればよい。
本発明において、イオン性官能基は、カチオン、又はアニオンとなる部分を有している基を指す。具体的には、カルボキシルイオン、スルホン酸イオン、リン酸イオン、ホスホン酸イオン、及び第4級アンモニウムカチオンからなる群より選ばれる少なくとも1種のイオンを形成し得る基であることが好ましい。さらに具体的には、カルボキシル基又はカルボキシル塩基(カルボキシル基の塩基)、スルホン酸基又はスルホン酸塩基(スルホン酸基の塩基)、リン酸基又はリン酸塩基(リン酸基の塩基)、ホスホン酸基又はホスホン酸塩基(ホスホン酸基の塩基)、並びに4級アンモニウムカチオン基又は4級アンモニウム塩基である。
本発明において、環状分子にイオン性官能基を導入する方法は、特に限定されるものではない。下記に導入方法の一例を例示する。上記にも記載したが、導入方法は限定されず、下記の導入方法以外の方法でも(A)ロタキサンモノマーの環状分子にイオン性官能基を導入することもできる。
<イオン性官能基(その塩基を含む)の導入例>
カルボン酸基やスルホン酸基を導入するには、酸無水物の開環反応を利用することができる。例えば、環状分子が反応性基として水酸基(環状分子が直接水酸基を有していてもよいし、環状分子に導入された側鎖が水酸基を有してもよい)を有する場合、酸無水物を反応させることでカルボキシル基を導入することが可能である。同様に、OH基にスルトン化合物と反応させることでスルホン酸を導入することができる。
酸無水物化合物の具体例を挙げると、無水コハク酸、ブチルこはく無水物、デシルこはく酸無水物、2-ドデセン-1-イルこはく酸無水物、2,2-ジメチルこはく酸無水物、ヘキサデシルこはく酸無水物、2-ヘキセン-1-イルこはく酸無水物、イソオクタデシルこはく酸無水物、イソオクタデセニルこはく酸無水物、(2-メチル-2-プロぺニル)こはく酸無水物、オクタデシルこはく酸無水物、2-オクテニルこはく酸無水物、n-オクチルこはく酸無水物、(2,7-オクタジエン-1-イル)こはく酸無水物、テトラデセニルこはく酸無水物、テトラデシルこはく酸無水物、テトラプロぺニルこはく酸無水物、ドデシルこはく酸無水物、グルタル酸無水物、3,3-ジメチルグルタル無水物、2,2-ジメチルグルタル酸無水物、3-メチルグルタル酸無水物、1,4-ジオキサン-2,6-ジオン、無水マレイン酸、無水フタル酸等が挙げられる。
これら酸無水物化合物と環状分子が有する水酸基とを反応させて、カルボキシル基を環状分子に導入することができる。このカルボキシル基をさらに(中和)反応させて、カルボキシル塩基とすることもできる。
スルトン化合物の具体例を挙げると、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン等が挙げられる。
これらスルトン化合物と環状分子が有する水酸基とを反応させて、スルホン酸基を環状分子に導入することができる。このスルホン酸基をさらに(中和)反応させて、スルホン酸塩基とすることもできる。
リン酸基、ホスホン酸基、及び4級アンモニウムカチオン基の導入例としては、エステル結合やアミド結合を形成させることで導入出来る。
例えば、環状分子が反応性基として水酸基(環状分子が直接水酸基を有していてもよいし、環状分子に導入された側鎖が水酸基を有してもよい)を有する場合、該イオン性基の他に、カルボキシル基や、酸塩化物の基(例えば、-COCl基)を含有する化合物を用いることで、エステル結合を介して該イオン性官能基を導入することが出来る。
カルボキシル基、及び、酸塩化物の基を含み、且つ、該イオン性官能基含化合物の具体例を挙げると、以下の通りである。リン酸基、ホスホン酸基を導入する場合、4-ホスホノ酪酸、グリシン-N,N-ビス(メチレンスルホン酸)、2-ホスホノブタン-1,2,4-トリカルボン酸、3-ホスホノプロピオン酸、ホスホセリンが挙げられる。また、4級アンモニウム塩、及び、4級アンモニウムカチオンを導入する場合、N,N-ジプロピル-アラニン、N,N-ジメチル-β-アラニン塩酸塩、1-(エトキシカルボニル)イソニペコチン酸、1-ホルミノイソニペコチン酸、無水べタイン、ベタイン塩酸塩、カルニチン塩酸塩、カルニチン等が挙げられる。
また、環状分子が反応性基としてカルボキシル基(環状分子が直接カルボキシル基を有していてもよいし、環状分子に導入された側鎖がカルボキシル基を有してもよい)を有する場合には、カルボンキシル基又はカルボキシル塩基と、分子内に水酸基、又はアミノ基を有し、且つ、イオン性官能基を有する化合物とを反応させることもできる。
具体的に、OH基、又はアミノ基を含み、且つ、イオン性官能基をさらに含む化合物の例を挙げると、以下の通りである。
アレンドロン酸、4-ヒドロキシメチル-2,6,7-トリオキサ-1-ホスファビシクロ[2,2,2]オクタン1-オキシド、(1-アミノエチル)ホスホン酸、ホスホリエタノールアミン、
N,N-ジメチルエタノールアミン、N,N-ジメチルプロパノールアミン、N,N-ジメチルイソプロパノールアミン、N,N-ジイソプロピルエタノールアミン、4-ジメチルアミノ-1-ブタノール、6-ジメチルアミノ-1-ヘキサノール、ジメチルアミノネオペンタノール、N’-(2-ヒドロキシエチル)-N,N,N’-トリメチルエチレンジアミン、5-ジエチルアミノ-1-ペンタノール、4-メチルピペラジン-1-エタノール、1-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン、3,3-ジアミノエタノール-メチルジプロピルアミン、N,N-ジエチルアミノプロピルアミン、N,N-ジエチルアミノエチルアミン、N,N-ジメチルエチレンジアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、N,N-ジエチル-1,4-ジアミノペンタン、N,N-ジブチル-1,3-ジアミノプロパン、N,N-ジエチル-N’-メチルエチレンジアミン、N,N-ジブチルエチレンジアミン、N,N-ジメチルネオペンタンジアミン、N,N-ビス[3-(ジメチルアミノ)プロピル]アミン、N,N,N’-トリメチルエチレンジアミン、N-(2-アミノエチル)ピペラジン、1-ブチルピペラジン、1-エチルピペラジン、1-メチルピペラジン、1-イソプロピルピペラジン、1-(2-メトキシエチル)ピペラジン、
β-メチルコリンヨージド、コリンクロリド、コリンブロミド、ビス(2-ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウムクロリド、ベタネコールクロリド、アルバミルコリンクロリド、トリメチルアセトヒドラジドアンモニウムクロリド等が挙げられる。
また、本発明において、(A)ロタキサンモノマーが有するイオン性官能基を中和し、塩構造とすることも出来る。そうすることで、例えば、下記に記載する(B)組成物に、イソ(チオ)シアネート化合物を用いた際に、反応性を制御することもできる。
本発明において、前記(A)ロタキサンモノマーの環状分子が有するイオン性官能基として特に好ましいのは、カルボン酸基、スルホン酸基、4級アンモニウム塩、又は4級アンモニウムカチオン基が挙げられる。
前記(A)ロタキサンモノマーにおいて、環状分子が有するイオン性官能基の数は、特に限定されるものではない。中でも、(A)ロタキサンモノマーの重量平均分子量に対し、0.01~1.0mmol/gが好ましく、0.05~0.5mmol/gがさらに好ましい。即ち、イオン性官能基が多すぎると、硬化体の機械的強度が低下する傾向にある。一方、イオン性官能基が少な過ぎると、親水性を発揮する効果が低下する傾向にある。この値は、環状分子が有するイオン性官能基のモル数を前記(A)ロタキサンモノマーの重量平均分子量(Mw)で割った値である。つまり、前記(A)ロタキサンモノマー1g当たりの、環状分子が有するイオン性官能基のモル数を指す。当然のことながら、このイオン性官能基のモル数は、平均値である。
該イオン性官能基は、場合によっては、前記環状分子が有するもの、又は前記側鎖を利用して前記環状分子に導入されるものである。この中でも、イオン性基の効果を考慮すると、側鎖の末端がイオン性官能基となり、その数が上記範囲を満足することが好ましい。
(重合性官能基とイオン性官能基との数)
本発明における前記(A)ロタキサンモノマーは、前記重合性官能基と前記イオン性官能基とを、スライド可能な環状分子に導入したものである。そして、好ましくは、該環状分子は、側鎖を介して該重合性官能基と前記イオン性官能基とを有することが好ましい。最も好ましくは、該側鎖の末端が重合性官能基、およびイオン性官能基となるものが好ましい。
前記(A)ロタキサンモノマーにおいて、重合性官能基とイオン性官能基との割合は、前記重合性官能基と前記イオン性官能基の合計モル割合を100モル%とした時、前記イオン性官能基の割合が1モル%以上90モル%未満であることが好ましい。得られる硬化体の物性のバランスを考慮すると、前記イオン性官能基の割合が2モル%以上35モル%以下であることがより好ましく、2モル%以上25モル%以下であることがさらに好ましい。
この重合性官能基の割合は、環状分子が有する全重合性官能基の割合である。例えば、シクロデキストリン環のような環状分子であり、重合性官能基が水酸基である場合、側鎖で修飾されなかった該環状分子上の水酸基、及び側鎖に導入された水酸基の合計モル数が、前記の重合性官能基のモル数(全重合性官能基のモル数)である。そのため、上記部分は、以下のように読み替えることができる。全重合性官能基とイオン性官能基との割合は、前記全重合性官能基の全モル数と前記イオン性官能基の合計モル割合を100モル%とした時、前記イオン性官能基の割合が1モル%以上90モル%未満であることが好ましい。得られる硬化体の物性のバランスを考慮すると、前記イオン性官能基の割合が2モル%以上35モル%以下であることがより好ましく、2モル%以上25モル%以下であることがさらに好ましい。
ただし、前記の通り、側鎖で修飾されなかった重合性官能基は、反応性が乏しい場合がある。そのため、最も好ましくは、側鎖に導入された重合性官能基のモル数を対象とする場合である。すなわち、側鎖に導入された重合性官能基と側鎖に導入されたイオン性官能基との合計モル割合を100モル%とした時、優れた物性の硬化体を得るためには、イオン性官能基の割合が2モル%以上90%以下であることがより好ましく、3モル%以上60モル%以下であることがさらに好ましく、4モル%以上40モル%以下であることが特に好ましい。
(その他の好適な(A)ロタキサンモノマーの構成)
本発明において、最も好適に使用される(A)ロタキサンモノマーは、ポリエチレングリコールを軸分子とすることが好ましい。また、該軸分子の両端にアダマンチル基で結合しているポリエチレングリコールを軸分子とし、α-シクロデキストリン環を有する環状分子を有することが好ましい。さらに、ポリカプロラクトンにより該環に側鎖(末端がOH基;重合性官能基)が導入されており、さらに側鎖末端のOH基を変性することによってイオン性官能基が導入されることが好ましい。そして、このイオン性官能基は、カルボン酸イオン、スルホン酸イオン、又は4級アンモニウムカチオンを形成する基であることが好ましい。この際、α-シクロデキストリン環のOH基をヒドロキシプロピル化した後、開環重合によりポリカプロラクトンを導入してもよい。
そして、軸分子の重量平均分子量、α-シクロデキストリン環の包接数、α-シクロデキストリン環の水酸基が修飾された割合(修飾度)、側鎖の分子量、および重合性官能基とイオン性官能基とのモル数は、前記の通りであることが好ましい。
<(A)ロタキサンモノマーの前記重合性官能基と重合し得る重合性官能基を有する重合性モノマーを少なくとも含む(B)重合性モノマー組成物>
本発明において、(B)重合性モノマー組成物が含む重合性モノマーは、(A)ロタキサンモノマーが有する重合性官能基と反応(重合)し得る基を有する化合物である。そして、当然のことながら、(A)ロタキサンモノマー以外の化合物である。
(B)重合性モノマー組成物は、(A)ロタキサンモノマーと重合し得る重合性モノマーを含むものであれば、公知の化合物が何ら制限なく使用できる。上述したように、(A)ロタキサンモノマーには様々な重合性官能基を導入できる。それに応じて重合性モノマーを選択すればよい。例えば、国際公開第WO2015/068798号に記載されている重合性モノマーが挙げられる。
本発明においては、例えば、(A)ロタキサンモノマーが有している重合性官能基が水酸基、チオール基、アミノ基(第一級アミノ基(-NH)、又は第二級アミノ基(-NHR;Rは置換基、例えば、アルキル基))から選ばれる重合性官能基を有する場合には、(B)重合性モノマー組成物が含む重合性モノマーは、(B1)分子内に少なくともイソ(チオ)シアネート基を有するイソ(チオ)シアネート化合物(以下、単に「(B1)イソ(チオ)シアネート化合物」又は「(B1)成分」とする場合もある)が挙げられる。
また、(A)ロタキサンモノマーが有している重合性官能基が水酸基、アミノ基、又はイソ(チオ)シアネート基の場合には、重合性モノマーは、(B2)エポキシ基を有するエポキシ基含有モノマー(以下、単に「(B2)エポキシ基含有モノマー」又は「(B2)成分」とする場合もある)も選択できる。
一方、(A)ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がイソ(チオ)シアネート基である場合、重合性モノマーは、(B3)水酸基、およびチオール基から選ばれる基を少なくとも1つ有する(チ)オール化合物(以下、単に「(B3)(チ)オール化合物」又は「(B3)成分」とする場合もある)、並びに(B4)アミノ基を有するアミノ基含有モノマー(単に「(B4)アミノ基含有モノマー」又は「(B4)成分」)から選択できる。
なお、本発明において、イソ(チオ)シアネート基とは、イソシアネート基(NCO基)、又はイソチオシアネート基(NCS基)を指す。したがって、イソ(チオ)シアネート基が複数存在する場合には、イソシアネート基とイソチオシアネート基との合計数がイソ(チオ)シアネート基の数となる。
<重合方法/逐次付加反応>
本発明においては、(B)重合性モノマー組成物は、(A)ロタキサンモノマーと重合し得る重合性モノマーを含むものであれば、その他の成分を含むことができる。重合反応が逐次付加(例えば、重縮合・重付加)反応の場合には、(A)ロタキサンモノマーと重合し得る重合性モノマーが少なくとも含まれれば、(B)重合性モノマー組成物は、(A)ロタキサンモノマーと重合しない、その他の重合モノマーを含むことができる。逐次付加反応の場合には、(A)成分と重合し得る重合モノマーが存在すれば、(A)成分と重合しないその他の重合モノマーが存在していても、(A)成分、(A)成分と重合し得るモノマー、その他の重合性モノマーとが共重合できるからである。すなわち、逐次付加反応の場合には、(B)重合性モノマー組成物は、(A)成分と重合し得る重合モノマーだけではなく、共重合可能な重合性モノマーを含むことができる。ただし、(B)(A)成分と重合し得る重合モノマーからなることもできる。
逐次付加反応の例をより詳細に説明する。具体的には、例えば、(A)ロタキサンモノマーが有する重合性官能基が水酸基等の活性水素含有基である場合に、重合性モノマーとして(B1)イソ(チオ)シアネート基を有するイソ(チオ)シアネート化合物を含めば、前記(B3)成分、及び前記(B4)成分を含むことができる。すなわち、(B)重合性モノマー組成物が(A)成分と重合する(B1)成分を含めば、(A)成分と反応しない(B3)成分、及び(B4)成分を含むことができる。逐次付加反応の場合には、(B1)成分が存在することにより、(A)成分、(B1)成分、(B3)成分、及び(B4)成分が共重合した硬化体を得ることができる。なお、当然のことながら、この場合、(B)重合性モノマー組成物には、(B2)成分を含むこともできる。ただし、(B)重合性モノマー組成物は、(A)成分と重合し得る(B1)成分からなるものであってもよい。
逐次付加反応の場合には、反応し合う各成分((A)成分、及び各重合性モノマー)は、分けて保存しておくことが好ましい。
<重合方法/連鎖重合>
また、(A)ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がラジカル重合性基の場合、(B)重合性モノマー組成物は、ラジカル重合性基を有するモノマーからなる。ラジカル重合の場合には、連鎖重合であるため、逐次付加反応とは異なり、(B)重合性モノマー組成物に含まれる重合性モノマーは、全てラジカル重合性基を有するモノマーからなる。具体的には、(B)重合性モノマー組成物は、下記に詳述する(B5)成分の(メタ)アクリレート基を有する(メタ)アクリレート化合物、アリル化合物から選択することが好ましく、特に好ましくは、(メタ)アクリレート化合物から選択することが好ましい。
<重合方法/逐次付加反応及び連鎖重合>
以上の通り、逐次付加反応と連鎖重合との場合の説明をしたが、それら両方を行える場合には、以下のようにすることもできる。
例えば、(A)ロタキサンモノマーが有している重合性官能基が水酸基等の活性水素含有基とラジカル重合性基との両方を有している場合、(B)重合性モノマー組成物は、(メタ)アクリレート基を有する(メタ)アクリレート化合物、アリル化合物等のみであってもよい。又は、A)ロタキサンモノマーが有している重合性官能基が水酸基等の活性水素含有基とラジカル重合性基との両方を有している場合、(B)重合性モノマー組成物に、重合性モノマーとして(B1)イソ(チオ)シアネート化合物を含有していれば、その他、(B2)(B3)、(B4)、(B5)成分を含むこともできる。
<その他>
本発明において、(A)ロタキサンモノマーが擬ロタキサンモノマーである場合、環状分子の他にも、軸分子末端にも重合性官能基を有することができる。これらは、もちろん環状分子に複数種類の重合性官能基が存在してもよいし、軸分子の末端で違う重合性官能基を有していてもよく、環状分子と軸分子の重合性官能基が異なっていてもよい。ただし、重合反応を容易とし、副生物を抑制するためには、他の重合性モノマーとの組み合わせにおいて、以下の通りとなることが好ましい。すなわち、擬ロタキサンモノマーが有する重合性官能基は、水酸基、チオール基、及び、アミノ基(第一級アミノ基、又は第二級アミノ基)等の重合性官能基であり、重合性モノマーが(B1)イソ(チオ)シアネート化合物であることが好ましい。また、擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がラジカル重合性基の場合、重合性モノマーは、ラジカル重合性基を有するモノマーが好ましい。
<(B)重合性モノマー組成物>
<重合方法/逐次付加反応>の重合性モノマー
<(B1)イソ(チア)シアネート化合物;(B1)成分>
(B1)イソ(チオ)シアネート化合物は、イソシアネート基、又はイソチオシアネート基を少なくとも1種類有するモノマーである。もちろん、イソシアネート基とイソ(チオ)シアネート基の二つの基を有しているモノマーも選択される。中でも、イソ(チオ)シアネート基を分子内に、2~6個有する化合物が好ましく、2~4個有する化合物がより好ましく、2個有する化合物がさらに好ましい。
また、前記(B1)イソ(チオ)シアネート化合物は、
下記に記載する(B13)分子内に2つのイソ(チオ)シアネート基を有する2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物(以下、単に「(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物」、又は「(B13)成分」とする場合もある)と
(B32)分子内に2つの活性水素含有基を有する2官能活性水素含有化合物(以下、単に「(B32)2官能活性水素含有化合物」、又は「(B32)成分」とする場合もある)と
の反応により調製(製造)される、
(B12)ウレタンプレポリマー(以下、単に「(B12)ウレタンプレポリマー」又は「(B12)成分」とする場合もある)であってもよい。イソ(チオ)シアネート化合物に該当する(B12)ウレタンプレポリマーは、未反応のイソ(チオ)シアネート基を含む一般に使用されているものが、何ら制限なく、本発明においても使用できる。
なお、前記活性水素含有基とは、水酸基、チオール基、第一級アミノ基、又は第二級アミノ基(例えば、-NHR;Rはアルキル基であることが好ましい)から選ばれる基である。そのため、(B32)成分は、具体的には、下記に詳述する(B3)(チ)オール化合物、又は(B4)アミノ基含有モノマーに具体的に例示している。前記活性水素含有基は、反応性を考慮すると、水酸基、又はチオール基であることが好ましい。そのため、(B32)成分も、2つの水酸基、2つのチオール基、又は1つの水酸基及び1つのチオール基を有する、2官能ポリ(チ)オール化合物であることが好ましい。
前記(B1)イソ(チオ)シアネート化合物としては、例えば、大きく分類すれば、脂肪族イソシアネート、脂環族イソシアネート、芳香族イソシアネート、イソチオシアネート化合物、(B12)ウレタンプレポリマーに分類することができる。また、前記(B1)イソ(チオ)シアネート化合物は、1種類の化合物を使用することもできるし、複数種類の化合物を使用することもできる。複数種類の化合物を使用する場合には、基準となる質量は、複数種類の化合物の合計量である。これらイソ(チオ)シアネート化合物を具体的に例示すると以下のモノマーが挙げられる。
脂肪族イソシアネート;(B1)成分
エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、ノナメチレンジイソシアネート、2,2’-ジメチルペンタンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ブテンジイソシアネート、1,3-ブタジエン-1,4-ジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6,11-トリメチルウンデカメチレンジイソシアネート、1,3,6-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,8-ジイソシアネート-4-イソシアネートメチルオクタン、2,5,7-トリメチル-1,8-ジイソシアネート-5-イソシアネートメチルオクタン、ビス(イソシアネートエチル)カーボネート、ビス(イソシアネートエチル)エーテル、1,4-ブチレングリコールジプロピルエーテル-ω,ω’-ジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル、2,4,4,-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の2官能イソシアネートモノマー、(下記に詳述する(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物に該当する)。
エチルイソシアネート、n-プロピルイソシアネート、i-プロピルイソシアネート、ブチルイソシアネート、オクタデシルイソシアネート等の単官能イソシアネートモノマー。
脂環族イソシアネート;(B1)成分
イソホロンジイソシアネート、(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,5-ジイル)ビスメチレンジイソシアネート、(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,6-ジイル)ビスメチレンジイソシアネート、2β,5α-ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2β,5β-ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2β,6α-ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2β,6β-ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2,6-ジ(イソシアネートメチル)フラン、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート、4,4-イソプロピリデンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、ジシクロヘキシルジメチルメタンジイソシアネート、2,2’-ジメチルジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ビス(4-イソシアネート-n-ブチリデン)ペンタエリスリトール、ダイマー酸ジイソシアネート、2,5-ビス(イソシアネートメチル)-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、2,6-ビス(イソシアネートメチル)-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、3,8-ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、3,9-ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、4,8-ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、4,9-ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、1,5-ジイソシアネートデカリン、2,7-ジイソシアネートデカリン、1,4-ジイソシアネートデカリン、2,6-ジイソシアネートデカリン、ビシクロ[4.3.0]ノナン-3,7-ジイソシアネート、ビシクロ[4.3.0]ノナン-4,8-ジイソシアネート、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,5-ジイソシアネートとビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,6-ジイソシアネート、ビシクロ[2,2,2]オクタン-2,5-ジイソシアネート、ビシクロ[2,2,2]オクタン-2,6-ジイソシアネート、トリシクロ[5.2.1.02.6]デカン-3,8-ジイソシアネート、トリシクロ[5.2.1.02.6]デカン-4,9-ジイソシアネート等の2官能イソシアネートモノマー(下記に詳述する(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物に該当する)。
2-イソシアネートメチル-3-(3-イソシアネートプロピル)-5-イソシアネートメチル-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-3-(3-イソシアネートプロピル)-6-イソシアネートメチル-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-2-(3-イソシアネートプロピル)-5-イソシアネートメチル-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-2-(3-イソシアネートプロピル)-6-イソシアネートメチル-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-3-(3-イソシアネートプロピル)-5-(2-イソシアネートエチル)-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-3-(3-イソシアネートプロピル)-6-(2-イソシアネートエチル)-ビシクロ〔2,1,1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-2-(3-イソシアネートプロピル)-5-(2-イソシアネートエチル)-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、2-イソシアネートメチル-2-(3-イソシアネートプロピル)-6-(2-イソシアネートエチル)-ビシクロ〔2,2,1〕-ヘプタン、1,3,5-トリス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン等の多官能イソシアネートモノマー。
シクロヘキシルイソシアネート等の単官能イソシアネートモノマー。
芳香族イソシアネート;(B1)成分
キシリレンジイソシアネート(o-、m-,p-)、テトラクロロ-m-キシリレンジイソシアネート、メチレンジフェニル-4,4’-ジイソシアネート、4-クロル-m-キシリレンジイソシアネート、4,5-ジクロル-m-キシリレンジイソシアネート、2,3,5,6-テトラブロム-p-キシリレンジイソシアネート、4-メチル-m-キシリレンジイソシアネート、4-エチル-m-キシリレンジイソシアネート、ビス(イソシアネートエチル)ベンゼン、ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン、1,3-ビス(α,α-ジメチルイソシアネートメチル)ベンゼン、1,4-ビス(α,α-ジメチルイソシアネートメチル)ベンゼン、α,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネート、ビス(イソシアネートブチル)ベンゼン、ビス(イソシアネートメチル)ナフタリン、ビス(イソシアネートメチル)ジフェニルエーテル、ビス(イソシアネートエチル)フタレート、2,6-ジ(イソシアネートメチル)フラン、フェニレンジイソシアネート(o-,m-,p-)、トリレンジイソシアネート、エチルフェニレンジイソシアネート、イソプロピルフェニレンジイソシアネート、ジメチルフェニレンジイソシアネート、ジエチルフェニレンジイソシアネート、ジイソプロピルフェニレンジイソシアネート、トリメチルベンゼントリイソシアネート、ベンゼントリイソシアネート、1,3,5-トリイソシアネートメチルベンゼン、1,5-ナフタレンジイソシアネート、メチルナフタレンジイソシアネート、ビフェニルジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2'-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4'-ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’-ジメチルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、ビベンジル-4,4’-ジイソシアネート、ビス(イソシアネートフェニル)エチレン、3,3’-ジメトキシビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、フェニルイソシアネートメチルイソシアネート、フェニルイソシアネートエチルイソシアネート、テトラヒドロナフチレンジイソシアネート、ヘキサヒドロベンゼンジイソシアネート、ヘキサヒドロジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、ジフェニルエーテルジイソシアネート、エチレングリコ-ルジフェニルエーテルジイソシアネート、1,3-プロピレングリコールジフェニルエーテルジイソシアネート、ベンゾフェノンジイソシアネート、ジエチレングリコ-ルジフェニルエーテルジイソシアネート、ジベンゾフランジイソシアネート、カルバゾールジイソシアネート、エチルカルバゾールジイソシアネート、ジクロロカルバゾールジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート等の2官能イソシアネートモノマー(下記に詳述する(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物に該当する)。
メシチリレントリイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、ポリメリックMDI、ナフタリントリイソシアネート、ジフェニルメタン-2,4,4’-トリイソシアネート、3-メチルジフェニルメタン-4,4’,6-トリイソシアネート、4-メチル-ジフェニルメタン-2,3,4’,5,6-ペンタイソシアネート等の多官能イソシアネートモノマー。
フェニルイソシアネート、3-i-プロペニルクミルイソシアネート、4-メトキシフェニルイソシアネート、m-トリルイソシアネート、p-トリルイソシアネート、1-ナフチルイソシアネート、ジメチルベンジルイソシアネート等の単官能イソシアネートモノマー。
イソチオシアネート化合物;(B1)成分
p-フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン-1,4-ジイソチオシアネート、及びエチリジンジイソチオシアネート等の2官能イソ(チオ)シアネート基含有モノマー(下記に詳述する(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物に該当する)。
<(B12)ウレタンプレポリマー;末端イソ(チオ)シアネート基を有するウレタン(B1)成分>
本発明においては、前記(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物と後述する(B32)分子内に2つの活性水素含有基を有する2官能活性水素含有化合物との反応により調製される、(B12)ウレタンプレポリマーを、(B1)ポリイソ(チオ)シアネートモノマーとして使用することもできる。
(B12)ウレタンプレポリマーとする場合には、特に制限されるものではないが、(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物としては、特に、次に例示するモノマーを使用することが好ましい。具体的には、1,5-ナフタレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート(o-,m-,p-)、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート(o-,m-,p-)、2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートを使用することが好ましい。これらに(B32)2官能活性水素含有化合物を反応させて、両末端にイソ(チオ)シアネート基を有する(B12)成分とすることが好ましい。
また、最終的に得られるウレタン樹脂が、特に優れた特性を発揮するためには、少なくとも1種類の分子量(数平均分子量)が500~2000の(B32)2官能活性水素含有化合物を使用して(B12)ウレタンプレポリマーを製造することが好ましい。活性水素含有基とは、水酸基、チオール基、第一級アミノ基、又は第二級アミノ基を指す。中でも、反応性を考慮すると、(B32)2官能活性水素含有化合物における活性水素含有基は、水酸基及び/又はチオール基であることが好ましい。
300~2000の(B32)2官能活性水素含有化合物は、種類の異なるもの、分子量の異なるものを組み合わせて使用することもできる。また、最終的に得られるウレタン樹脂の硬度等を調整するために、(B12)ウレタンプレポリマーを形成する際に、該分子量(数平均分子量)が300~2000の(B32)2官能活性水素含有化合物と、該分子量(数平均分子量)が90~300の(B32)2官能活性水素含有化合物とを組み合わせて使用することもできる。この場合、使用する(B32)2官能活性水素含有化合物、および(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物の種類、およびそれらの使用量にもよるが、分子量300~2000の(B32)2官能活性水素含有化合物を100質量部とした時、分子量90~300の(B32)2官能活性水素含有化合物を0~50質量部とすることが好ましい。さらには、分子量90~300の(B32)2官能活性水素含有化合物を1~40質量部とすることが好ましい。
<(B12)成分;ウレタンプレポリマーの特徴>
また、(B12)ウレタンプレポリマーは、分子の両末端がイソ(チオ)シアネート基とならなければならない。そのため、(B12)ウレタンプレポリマーは、(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物におけるイソ(チオ)シアネート基のモル数(n5)と(B32)2官能活性水素含有化合物の活性水素含有基(水酸基、チオール基、又はアミノ基(第1級アミノ基であっても1モルと考える))のモル数(n6)とが、1<(n5)/(n6)≦2.3となる範囲で製造することが好ましい。2種類以上の、分子の末端が(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物を用いる場合、該イソ(チオ)シアネート基のモル数(n5)は、それら(B13)ポリイソ(チオ)シアネート化合物の合計のイソ(チオ)シアネート基のモル数とする。また、2種類以上の(B32)2官能活性水素含有化合物の活性水素含有基のモル数(n6)は、それら活性水素含有基の合計の活性水素のモル数とする。活性水素含有基が第一級アミノ基である場合であっても、第一級アミノ基を1モルと考える。つまり、第一級アミノ基において、2つ目のアミノ基(-NH)が反応するには、かなりのエネルギーを要する(第一級アミノ基であっても、2つ目の-NHは反応し難い)。そのため、本発明においては、第一級アミノ基を有する(B32)2官能活性水素含有化合物を使用したとしても、第一級アミノ基を1モルと計算できる。
該(B12)ウレタンプレポリマーのイソ(チオ)シアネート当量は、(B12)ウレタンプレポリマーが有するイソ(チオ)シアネート基をJIS K 7301に準拠して定量することにより、求めることができる。該イソ(チオ)シアネート基は、以下の逆滴定法によって定量できる。先ず、得られた(B12)ウレタンプレポリマーを乾燥溶媒に溶解させる。次に、(B12)ウレタンプレポリマーが有するイソ(チオ)シアネート基の量よりも、明らかに過剰量であって、かつ濃度が既知のジ-n-ブチルアミンを、該乾燥溶媒に加え、(B12)ウレタンプレポリマーの全イソ(チオ)シアネート基とジ-n-ブチルアミンとを反応させる。次いで、消費されなかった(反応に関与しなかった)ジ-n-ブチルアミンを酸で滴定して、消費されたジ-n-ブチルアミンの量を求める。この消費されたジ-n-ブチルアミンと、(B12)ウレタンプレポリマーが有するイソ(チオ)シアネート基とは、同量であることからイソ(チオ)シアネート当量を求めることができる。また、(B12)ウレタンプレポリマーは、両末端がイソ(チオ)シアネート基の直鎖状のウレタンプレポリマーであることから、(B12)ウレタンプレポリマーの数平均分子量は、イソ(チオ)シアネート当量の2倍となる。この(B12)ウレタンプレポリマーの分子量は、ゲルパーミネーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した値と一致し易い。なお、該(B12)ウレタンプレポリマーと(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物とを併用して使用する場合には、両者の混合物を上記方法に沿って測定すればよい。
前記(B12)ウレタンプレポリマーは、特に制限されるものではないが、イソ(チオ)シアネート当量が好ましくは300~5000、より好ましくは350~3000、特に好ましくは350~2000が好ましい。この理由は、特に明らかではないが、以下のように考えられる。すなわち、ある程度の分子量を有する(B12)ウレタンプレポリマーが(A)ロタキサンモノマーの重合性官能基と反応することにより、スライド可能な分子が大きくなって分子自体の動きが大きくなり、その結果、変形に対しても回復(弾性回復;低ヒステリック)し易くなると考えられる。さらには、(B12)ウレタンプレポリマーが使用されることにより、ウレタン樹脂における架橋点が分散し易くなってランダムに且つ均一に存在するようになり、安定した性能が発揮されるものと考えられる。そして、(B12)ウレタンプレポリマーを使用して得られるウレタン樹脂は、製造時の制御がし易くなり、加えて研磨用パッドとして好適に使用できるようになると考えられる。このような効果は、(B12)ウレタンプレポリマーと(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物とを併用した場合において、ポリイソ(チオ)シアネート化合物の平均のイソ(チオ)シアネート当量が300~5000であっても、発現するものと考えられる。ただし、前記効果は、(B12)ウレタンプレポリマーのみである場合の方が顕著になると考えられる。
((B12)ウレタンプレポリマーの製造方法)
本発明に用いる、プレポリマーの製造方法は、水酸基、アミノ基、又はチオール基等の分子内に2つの活性水素含有基を有する(B32)2官能活性水素含有化合物と(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物とを反応させて、分子の末端にイソ(チオ)シアネート基を有する(B12)ウレタンプレポリマーを製造すればよい。末端にイソ(チオ)シアネート基を有するプレポリマーを得ることが出来れば、何ら制限はない。
上述しているが、(B12)ウレタンプレポリマーを得るための好ましい(B32)2官能活性水素含有化合物と、(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物の配合量は、以下の通りである。具体的には、(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物におけるイソ(チオ)シアネート基のモル数(n5)と(B32)2官能活性水素含有化合物の活性水素のモル数(n6)とが、1<(n5)/(n6)≦2.3となる範囲で製造することが好ましい。
また、ウレタンプレポリマーの製造の為に反応においては、必要に応じて加熱やウレタン化触媒を添加することで製造することが可能である。
<;(B2)エポキシ基含有モノマー;(B2)成分>
エポキシ基含有モノマーは、重合性基として、分子内にエポキシ基を有するものであり、特に、(A)ロタキサンモノマーの重合性官能基として、水酸基、NH基、NCO基が導入されている場合に好適である。
このようなエポキシ化合物は、大きく分けて、脂肪族エポキシ化合物、脂環族エポキシモノマー及び芳香族エポキシモノマーに分類され、その好適な具体例としては、国際公開第2015/068798号に記載されているものを用いることができる。
<(B3)(チ)オール化合物;(B3)成分>
(チ)オール化合物は、OH基、及びSH基からなる群から選択される基を1分子中に1個以上有しているモノマーである。もちろん、OH基とSH基の二つの基を有しているモノマーも選択される。
前記(チ)オール化合物を、大きく分類すれば、脂肪族アルコール、脂環族アルコール、芳香族アルコール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリアクリルポリオール、チオール、OH/SH型重合性基含有モノマーに分類される。具体例としては、以下のものが挙げられる。
脂肪族アルコール;(B3)成分
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、1,5-ジヒドロキシペンタン、1,6-ジヒドロキシヘキサン、1,7-ジヒドロキシヘプタン、1,8-ジヒドロキシオクタン、1,9-ジヒドロキシノナン、1,10-ジヒドロキシデカン、1,11-ジヒドロキシウンデカン、1,12-ジヒドロキシドデカン、ネオペンチルグリコール、モノオレイン酸グリセリル、モノエライジン、ポリエチレングリコール、3-メチル-1,5-ジヒドロキシペンタン、ジヒドロキシネオペンチル、2-エチル-1,2-ジヒドロキシヘキサン、2-メチル-1,3-ジヒドロキシプロパン等の2官能ポリオールモノマー(前記ウレタンプレポリマー(B12)を構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する)。
グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、トリメチロールプロパントリポリオキシエチレンエーテル(例えば、日本乳化剤株式会社のTMP-30、TMP-60、TMP-90等)、ブタントリオール、1,2-メチルグルコサイド、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、トリペンタエリトリトール、ソルビトール、エリスリトール、スレイトール、リビトール、アラビニトール、キシリトール、アリトール、マンニトール、ドルシトール、イディトール、グリコール、イノシトール、ヘキサントリオール、トリグリセロール、ジグリセロール、トリエチレングリコール等の多官能ポリオールモノマー。
脂環族アルコール;(B3)成分
水添ビスフェノールA、シクロブタンジオール、シクロペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、シクロヘプタンジオール、シクロオクタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ヒドロキシプロピルシクロヘキサノール、トリシクロ〔5,2,1,02,6〕デカン-ジメタノール、ビシクロ〔4,3,0〕-ノナンジオール、ジシクロヘキサンジオール、トリシクロ〔5,3,1,13,9〕ドデカンジオール、ビシクロ〔4,3,0〕ノナンジメタノール、トリシクロ〔5,3,1,13,9〕ドデカン-ジエタノール、ヒドロキシプロピルトリシクロ〔5,3,1,13,9〕ドデカノール、スピロ〔3,4〕オクタンジオール、ブチルシクロヘキサンジオール、1,1’-ビシクロヘキシリデンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,3-シクロヘキサンジメタノール、1,2-シクロヘキサンジメタノール、及びo-ジヒドロキシキシリレン等の2官能ポリオールモノマー(前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する)。
トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、シクロヘキサントリオール、スクロース、マルチトール、ラクチトール等の多官能ポリオールモノマー。
芳香族アルコール;(B3)成分
ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシベンゼン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、キシリレングリコール、テトラブロムビスフェノールA、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、1,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-ナフチルメタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-(3-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3-メチルブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ペンタン、3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)オクタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-4-メチルペンタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘプタン、4,4-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘプタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)トリデカン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)オクタン、2,2-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-エチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-n-プロピル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-イソプロピル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-sec-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-シクロヘキシル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アリル-4'-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-メトキシ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(2,3,5,6-テトラメチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)シアノメタン、1-シアノ-3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロペンタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘプタン、1,1-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1-ビス(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1-ビス(3,5-ジクロロ-4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-4-メチルシクロヘキサン、1,1-ビス (4-ヒドロキシフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ノルボルナン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)アダマンタン、4,4'- ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4'- ジヒドロキシ-3,3'-ジメチルジフェニルエーテル、エチレングリコールビス(4-ヒドロキシフェニル)エーテル、4,4'- ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'-ジメチル-4,4'-ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'-ジシクロヘキシル-4,4'-ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'-ジフェニル-4,4'-ジヒドロキシジフェニルスルフィド、4,4'-ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、3,3'-ジメチル-4,4'-ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、4,4'-ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4'-ジヒドロキシ-3,3'-ジメチルジフェニルスルホン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)ケトン、7,7'-ジヒドロキシ-3,3',4,4'-テトラヒドロ-4,4,4',4'-テトラメチル-2,2'-スピロビ(2H-1-ベンゾピラン)、トランス-2,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-2-ブテン、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-2-ブタノン、1,6-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1,6-ヘキサンジオン、4,4'-ジヒドロキシビフェニル、m-ジヒドロキシキシリレン、p-ジヒドロキシキシリレン、1,4-ビス(2-ヒドロキシエチル)ベンゼン、1,4-ビス(3-ヒドロキシプロピル)ベンゼン、1,4-ビス(4-ヒドロキシブチル)ベンゼン、1,4-ビス(5-ヒドロキシペンチル)ベンゼン、1,4-ビス(6-ヒドロキシヘキシル)ベンゼン、2,2-ビス〔4-(2”-ヒドロキシエチルオキシ)フェニル〕プロパン、及びハイドロキノン、レゾールシン等の2官能ポリオールモノマー(前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する)。
トリヒドロキシナフタレン、テトラヒドロキシナフタレン、ベンゼントリオール、ビフェニルテトラオール、ピロガロール、(ヒドロキシナフチル)ピロガロール、トリヒドロキシフェナントレン等の多官能ポリオールモノマー。
ポリエステルポリオール;(B3)成分
ポリオールと多塩基酸との縮合反応により得られる化合物が挙げられる。中でも、数平均分子量が400~2000であることが好ましく、500~1500より好ましく、600~1200が最も好ましい。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する。
ポリエーテルポリオール;(B3)成分
アルキレンオキシドの開環重合、または、分子中に活性水素含有基を2個以上有する化合物とアルキレンオキサイドとの反応により得られる化合物およびその変性体が挙げられる。中でも、数平均分子量が400~2000であることが好ましく、500~1500より好ましく、600~1200が最も好ましい。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する。
ポリカプロラクトンポリオール;(B3)成分
ε-カプロラクトンの開環重合により得られる化合物が挙げられる。中でも、数平均分子量が400~2000であることが好ましく、500~1500より好ましく、600~1200が最も好ましい。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する。
ポリカーボネートポリオール;(B3)成分
低分子ポリオールの1種類以上をホスゲン化して得られる化合物あるいはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート等を用いてエステル交換して得られる化合物が挙げられる。中でも、数平均分子量が400~2000であることが好ましく、500~1500より好ましく、600~1200が最も好ましい。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する。
ポリアクリルポリオール;(B3)成分
(メタ)アクリレート酸エステルやビニルモノマーを重合させて得られるポリオール化合物が挙げられる。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する。
チオール;(B3)成分
チオールの好適な具体例としては、国際公開第WO2015/068798号パンフレットに記載されているものを用いることが出来る。その中でも、特に好適なものを例示すれば以下のものが挙げられる。
テトラエチレングリコ-ルビス(3-メルカプトプロピオネート)、1,4-ブタンジオールビス(3-メルカプトプロピオネート)、1,6-ヘキサンジオールビス(3-メルカプトプロピオネート)、1,4-ビス(メルカプトプロピルチオメチル)ベンゼン(前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する)。
トリメチロ-ルプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリト-ルテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリト-ルヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート)、1,2-ビス[(2-メルカプトエチル)チオ]-3-メルカプトプロパン、2,2-ビス(メルカプトメチル)-1,4-ブタンジチオール、2,5-ビス(メルカプトメチル)-1,4-ジチアン、4-メルカプトメチル-1,8-ジメルカプト-3,6-ジチアオクタン、1,1,1,1-テトラキス(メルカプトメチル)メタン、1,1,3,3-テトラキス(メルカプトメチルチオ)プロパン、1,1,2,2-テトラキス(メルカプトメチルチオ)エタン、4,6-ビス(メルカプトメチルチオ)-1,3-ジチアン、トリス-{(3-メルカプトプロピオニルオキシ)エチル}-イソシアヌレ-ト等のチオールモノマー。
OH/SH型重合性基含有モノマー;(B3)成分
2-メルカプトエタノール、1-ヒドロキシ-4-メルカプトシクロヘキサン、2-メルカプトハイドロキノン、4-メルカプトフェノール、1-ヒドロキシエチルチオ-3-メルカプトエチルチオベンゼン、4-ヒドロキシ-4’-メルカプトジフェニルスルホン、2-(2-メルカプトエチルチオ)エタノール、ジヒドロキシエチルスルフィドモノ(3-メルカプトプロピオネート)、ジメルカプトエタンモノ(サルチレート)(前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能活性水素含有化合物に該当する)。
3-メルカプト-1,2-プロパンジオール、グルセリンジ(メルカプトアセテート)、2,4-ジメルカプトフェノール、1,3-ジメルカプト-2-プロパノール、2,3-ジメルカプト-1-プロパノール、1,2-ジメルカプト-1,3-ブタンジオール、ペンタエリスリトールトリス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールモノ(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールビス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールトリス(チオグリコレート)、ペンタエリスリトールペンタキス(3-メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシメチル-トリス(メルカプトエチルチオメチル)メタン、ヒドロキシエチルチオメチルートリス(メルカプトエチルチオ)メタン等のポリ(チ)オールモノマー。
<(B4)アミノ基含有モノマー;(B4)成分>
(B4)アミノ基含有モノマーは、一分子中に1級、または2級のアミノ基を1つ以上有しているモノマーであり、その中でも大きく分けて、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族アミンに分類され、その具体例としては、以下のモノマーを挙げることができる。
脂肪族アミン;(B4)成分
エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカンメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、メタキシレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、プトレシン、ジエチレントリアミン等のポリアミン。
モノエチルアミン、n-プロピルアミン、ジエチルアミン、ジーn-プロピルアミン、n-プロピルアミン、ジーn-ブチルアミン、n-ブチルアミン等の単官能アミン。
脂環族アミン;(B4)成分
イソホロンジアミン、シクロヘキシルジアミン等のポリアミン。
シクロヘキシルアミン、N―メチルシクロヘキシルアミン等の単官能アミン。
芳香族アミン;(B4)成分
4,4’-メチレンビス(o-クロロアニリン)(MOCA)、2,6-ジクロロ-p-フェニレンジアミン、4,4’-メチレンビス(2,3-ジクロロアニリン)、4,4’-メチレンビス(2-エチル-6-メチルアニリン)、3,5-ビス(メチルチオ)-2,4-トルエンジアミン、3,5-ビス(メチルチオ)-2,6-トルエンジアミン、3,5-ジエチルトルエン-2,4-ジアミン、3,5-ジエチルトルエン-2,6-ジアミン、トリメチレングリコール-ジ-p-アミノベンゾエート、ポリテトラメチレングリコール-ジ-p-アミノベンゾエート、4,4’-ジアミノ-3,3’,5,5’-テトラエチルジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジイソプロピル-5,5’-ジメチルジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-3,3’,5,5’-テトライソプロピルジフェニルメタン、1,2-ビス(2-アミノフェニルチオ)エタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジエチル-5,5’-ジメチルジフェニルメタン、N,N’-ジ-sec-ブチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、m-キシリレンジアミン、N,N’-ジ-sec-ブチル-p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-キシリレンジアミン、p-フェニレンジアミン、3,3’-メチレンビス(メチル-6-アミノベンゾエート)、2,4-ジアミノ-4-クロロ安息香酸-2-メチルプロピル、2,4-ジアミノ-4-クロロ安息香酸-イソプロピル、2,4-ジアミノ-4-クロロフェニル酢酸-イソプロピル、テレフタル酸-ジ-(2-アミノフェニル)チオエチル、ジフェニルメタンジアミン、トリレンジアミン、ピペラジン、1,3,5-ベンゼントリアミン、メラミン等のポリアミン。
ベンジルアミン、ジベンジルアミン等の単官能アミン。
なお、これら(B4)成分の中で、ジアミン化合物は、(B32)分子内に2つの活性水素含有基を有する2官能活性水素含有化合物と見なすこともできる。
<重合方法/逐次付加反応>の重合性モノマー組成物 好適な配合割合
(B1)成分、(B2)成分、(B3)成分、および(B4)成分を含む重合性モノマー組成物
本発明において、(B1)成分、(B2)成分、(B3)成分、および(B4)成分を含む硬化性組成物の場合は、以下の配合となることが好ましい。すなわち、(A)ロタキサンモノマーにおける重合性官能基がラジカル重合性基ではなく、逐次付加反応(重縮合・重付加反応)により重合硬化して硬化体を製造する場合には、以下の配合割合とすることが好ましい。(A)成分の重合性官能基が活性水素含有基である場合には、(B1)成分が必須となる。
具体的には、(B1)成分((B12)成分、(B13)成分を使用する場合には、それ等を含む)、(B2)成分、(B3)成分、および(B4)成分の合計量(以下、単に「(B)組成物量」とする場合もある)と、(A)成分との合計100質量部に対し、(A)成分を3~50質量部、(B)組成物量を50~97質量部の範囲で含有することが好ましい。この割合で(A)ロタキサンモノマーを含むことにより、得られる硬化体が、研磨用パッドの場合には優れた研磨特性や機械特性を発現させることが可能となる。以上のような効果を発揮するためには、(A)成分を5~45質量部、(B)組成物量を55~95質量部の範囲とすることがより好ましい。
さらには、(B)組成物量を100質量%としたとき、(B1)成分0~100質量%、(B2)成分0~100質量%、(B3)成分0~80質量%、および(B4)成分0~30質量%とすることが、優れた機械特性を発現するため好ましい。この効果をより発揮するためには、(B1)成分20~95質量%、(B2)成分0~20質量%、(B3)成分0~70質量%、および(B4)成分0~25質量%とすることがさらに好ましく、(B1)成分40~95質量%、(B2)成分0~5質量%、(B3)成分0~35質量%、および(B4)成分0~20質量%とすることが最も好ましい
そして、(A)ロタキサンモノマー、(B2)成分、(B3)成分、および(B4)成分に含まれるイソ(チオ)シアネート基と反応しうる全重合性官能基のモル数と、(B1)成分の全イソ(チオ)シアネート基のモル数との比が1:0.8~1.2を満足することが好ましい。
<(B)重合性モノマー組成物>
<重合方法/連鎖重合(ラジカル重合)反応>の重合性モノマー
<(B5)ラジカル重合性モノマー>
(B5)ラジカル重合性モノマー(以下、単に(B5)成分とする場合もある。)とは、ラジカル重合性基を有するものであれば、特に制限されるものではない。この場合、前記(A)ロタキサンモノマーに含まれる重合性官能基は、ラジカル重合性基である。そして、(B)重合性モノマー組成物は、少なくとも(B5)成分を含む。
ラジカル重合性モノマーを、大きく分類すると(メタ)アクリレート基を有する(メタ)アクリレート化合物、ビニル基を有するビニル化合物、アリル基を有するアリル化合物に分類できる。
前記(B5)ラジカル重合性モノマーの好適な具体例としては、国際公開第WO2015/068798号に記載されているものを用いることが出来る。
<好適な硬化性組成物について>
上記(A)ロタキサンモノマー、および(B)重合性モノマー組成物は、用いる用途に応じて適宜選択すればよい。研磨用パッド材に用いられる場合には、(A)ロタキサンモノマーの環状分子の重合性官能基は水酸基、チオール基、アミノ基から選択されるのが好ましく、(B)重合性モノマー組成物は(B1)イソ(チオ)シアネート化合物を含むものであることが好ましい。特に、研磨用パッド材に用いる際には、(B1)ポリ(イソ)チアシアネート化合物の中でも、(B12)ウレタンプレポリマーを含んでなることが好ましい。こうすることで、研磨用パッド材の機械特性を向上でき、特に良好な耐摩耗性特性を発現できる。
(硬化性組成物に配合されるその他の配合成分)
本発明の硬化性組成物においては、上述した(A)ロタキサンモノマーや、(B)重合性モノマー組成物に導入された重合性官能基の種類に応じて、その重合硬化を速やかに促進させるために各種の(C)重合硬化促進剤を使用することもできる。
(C)重合硬化促進剤
例えば、(A)ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がOH基、アミノ基、エポキシ基、及び、SH基等の重合性基の場合であり、(B)組成物が(B1)イソ(チオ)シアネート化合物を含む場合には、(C1)ウレタン或いはウレア用反応触媒や(C2)縮合剤が重合硬化促進剤として使用される。
(A)ロタキサンモノマーが有している重合性官能基が水酸基、アミノ基等の重合性官能基であり、(B)組成物が、(B2)エポキシ基含有モノマーを含む場合には、(C3)エポキシ硬化剤やエポキシ基を開環重合させるための(C4)カチオン重合触媒が重合硬化促進剤として使用される。
(A)ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がラジカル重合性基の場合であり、(B)組成物が(B5)ラジカル重合性モノマーを含む場合には、(C5)ラジカル重合開始剤が重合硬化促進剤として使用される。
本発明で好適に使用できる上記(C1)~(C5)の重合促進剤としては、具体例としては、国際公開第WO2015/068798号に記載されているものを用いることができる。
これら各種の(C)重合硬化促進剤は、それぞれ、1種単独でも、2種以上を併用することもできるが、その使用量は、所謂触媒量でよく、例えば、(A)ロタキサンモノマーと(B)重合性モノマーの合計100質量部当り、0.001~10質量部、特に0.01~5質量部の範囲の少量でよい。
本発明の硬化性組成物は、その他にも、本発明の効果を損なわない範囲で、公知の各種配合剤を用いることができる。例えば、砥粒、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、着色防止剤、蛍光染料、染料、フォトクロミック化合物、顔料、香料、界面活性剤、難燃剤、可塑剤、充填剤、帯電防止剤、整泡剤、溶剤、レベリング剤、その他の添加剤を加えてもよい。これらの添加剤は単独で用いても2種以上を併用してもよい。これら添加剤は、硬化性組成物に含有させ、該硬化性組成物を重合することにより、硬化体に含有させることができる。上述した砥粒については、具体的には、酸化セリウム、酸化珪素、アルミナ、炭化珪素、ジルコニア、酸化鉄、二酸化マンガン、酸化チタン及びダイヤモンドから選択される材料からなる粒子、又はこれら材料からなる二種以上の粒子等が挙げられる。
重合方法は、公知の方法を採用できる。重縮合、又は重付加反応の場合には、国際公開第WO2015/068798号、国際公開第WO2016/143910、特開2017-48305に記載の条件を採用できる。ラジカル重合の場合には、WO2014/136804号、国際公開第WO2015/068798号の記載の条件を採用できる。
また、本発明の硬化性組成物を硬化させた硬化体は、その用途に応じて、硬化体中に細孔を設けてもよい。このような用途としては、研磨用のパッド剤が知られている。研磨用のパッド剤等に細孔を設ける手法としては、公知で知られている発泡方法等を何ら制限なく用いることが可能である。それらの方法を例示すれば、低沸点炭化水素等の揮発性の発泡剤や、微小中空粒子(マイクロバルーン)を分散硬化させる方法、熱膨張性の微粒子を混合したのち加熱し微粒子を発泡させる方法、または混合中に空気や窒素等の不活性ガスを吹き込むメカニカルフロス発泡法が例示できる。本発明の硬化性体に、ウレタン結合を形成させうることが可能な硬化性組成物を用いる場合には、水などを添加する発泡剤発泡法も適用できる。中でも、得られる硬化体を発泡体とする場合に好適に使用できる、中空粒子について説明する。
(D)中空粒子
本発明おいては、(A)成分、および(B)組成物を含む硬化性組成物に、さらに(D)中空粒子(以下、単に「(D)成分」とする場合もある)を配合することもできる。
該中空粒子(マイクロバルーン)は、公知のものが何ら制限なく使用できる。具体例を示せば、塩化ビニリデン樹脂、(メタ)アクリレート系樹脂、アクリルニトリルと塩化ビニリデン共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等が外殻を形成する粒子を使用できる。中でも、該(D)中空粒子は、ウレタン系樹脂からなる外殻部と、該外殻部に囲まれた中空部とから構成される中空粒子であることが好ましい。該ウレタン系樹脂とは、ウレタン結合、および/又はウレア結合を有する樹脂である。この中空粒子を使用した場合には、効率よく、容易に、均一な発泡体を製造できる。
中空粒子の平均粒子径は、特に制限されるものではないが、以下の範囲であることが好ましい。具体的には、1μm~500μmであることが好ましく、5μm~200μmであることがより好ましい。
また、中空粒子の密度も、特に制限されるものではないが、以下の範囲であることが好ましい。具体的には、0.01g/cm~0.5g/cmであることが好ましく、0.02g/cm3~0.3g/cm3であることがより好ましい。なお、前記密度は、膨張した際の中空粒子の密度である。未膨張タイプの粒子であり、硬化性組成物と混合し、硬化させる際の熱によって膨張する中空粒子であれば、膨張した際の密度が、上記の密度であることが好ましい。
中空粒子の配合量は、目的とする用途に応じて適宜決定すればよい。中でも、得られる硬化体を研磨用パッド材として使用する場合には、以下の配合量とすることが好ましい。具体的には、(A)成分と(B)組成物との合計100質量部当たり、(D)中空粒子を0.1~20質量部とすることが好ましく、0.2~10質量部とすることがより好ましく、0.5~8質量部とすることがさらに好ましい。
<硬化体;研磨用パッド材>
本発明においては、(A)ロタキサンモノマーが有する重合性官能基が活性水素を含む活性水素含有基であり、(B)重合モノマーが(B1)分子内に少なくともイソ(チオ)シアネート基を有するイソ(チオ)シアネート化合物を使用する場合には、ウレタン系樹脂を得ることができる。
本発明の硬化性組成物から得られる硬化体(ウレタン系樹脂)は、その優れた機械特性から研磨用パッドに使用できる。また、該ウレタン系樹脂は、任意の適当な硬さを有することができる。硬さは、ショアー(Shore)法に従って測定することができ、例えば、JIS規格(硬さ試験)K6253に従って測定することができる。該ウレタン系樹脂は、20A~90Dのショアー硬さを有することが好ましい。本発明に用いる、一般的な研磨用ウレタン系樹脂のショアー硬さは、30A~70Dであることが好ましく、40A~50Dであることがさらに好ましい(「A」はショアー「A」スケールを、「D」はショアー「D」スケールでの硬さを示している)。硬さは、必要に応じて配合組成、及び配合量を変えることにより、任意の硬さを有すればよい。
また、該ウレタン系樹脂は、ある範囲に圧縮率があることが被研磨物の平坦性を発現させる上で好ましい。圧縮率は、例えば、JIS L 1096に準拠した方法により測定することが可能である。該ウレタン系樹脂の圧縮率は、0.5%~50%であることが好ましい。上記範囲内であることで、優れた被研磨物の平坦性を発現させることが可能となる。
また、該ウレタン系樹脂は、低ヒステリシスロス性または優れた弾性回復性を有することにより、研磨用パッドとして使用した場合、被研磨物の平坦性、及び高い研磨レートを発現させることができる。ヒステリシスロスは、例えば、JIS K 6251に準拠した方法で測定できる。具体的には、ダンベル状に準備した試験片を、100%伸長した後、元に戻すことで、ヒステリシスロス(伸長し、元に戻した際の伸びと応力の面積/伸長した際の伸びと応力の面積×100)を測定できる。
得られるウレタン系樹脂において、特に制限されるものではないが、ヒステリシスロスは、60%以下となることが好ましく、50%以下となることがより好ましく、40%以下となることがさらに好ましい。ヒステリシスロスが低くなることにより、研磨用パッドとして使用し場合に、砥粒の運動エネルギーを均一に被研磨物の研磨に利用できると推察される。そのため、優れた平坦性、高い研磨レートを発現することが可能となる。さらに、ヒステリシスロスが低くなることで、柔らかいパッドにおいても、優れた研磨レートを発現できるものと考えられる。
また、本発明により得られるウレタン系樹脂は、複数の層から形成される研磨層を備えていてもよい。例えば、ウレタン系樹脂が2層からなる場合、前記研磨層は、研磨を行う際に被研磨物と接触する研磨面を有する第1層と、前記第1層の研磨面に相対する面で前記第1層と接する第2層を用いてもよい。この場合、第2層が第1層と違う硬度や弾性率を持つことで、第1層の物性を調整することも可能となる。例えば、第1層の硬度と第2層の硬度を変えることにより、被研磨物の研磨性を調整できる。中でも、第1、2層ともに本発明の硬化性組成物から得られる硬化体であることが好ましい。
また、得られるウレタン系樹脂は、研磨用パッド材とする場合には、以下のような態様とすることもできる。具体的には、内部に砥粒を含有させて、いわゆる固定砥粒ウレタン系樹脂とすることもできる。砥粒としては、例えば、酸化セリウム、酸化珪素、アルミナ、炭化珪素、ジルコニア、酸化鉄、二酸化マンガン、酸化チタン及びダイヤモンドから選択される材料からなる粒子、又はこれら材料からなる二種以上の粒子等が挙げられる。これら砥粒の保有方法は、特に限定されないが、例えば上記硬化性組成物に分散させた後に、該硬化性組成物を硬化させることで、ウレタン系樹脂(硬化体)の内部に保有できる。
本発明において、得られるウレタン系樹脂(硬化体)は、特に制限されるものではないが、その表面に溝構造を形成することもできる。特に、該硬化体を研磨用パッド材として使用する場合には、該溝構造は、被研磨部材を研磨する際に、スラリーを保持・更新する形状とすることが好ましい。具体的には、例えば、X(ストライプ)溝、XY格子溝、同心円状溝、貫通孔、貫通していない穴、多角柱、円柱、螺旋状溝、偏心円状溝、放射状溝、およびこれらの溝を組み合わせたものが挙げられる。
上記溝構造の作製方法は特に限定されるものではない。例えば、所定サイズのバイトのような治具を用い機械切削する方法、所定の表面形状を有した金型に樹脂を流しこみ、硬化させることにより作製する方法、所定の表面形状を有したプレス板で樹脂をプレスし作製する方法、フォトリソグラフィを用いて作製する方法、印刷手法を用いて作製する方法、炭酸ガスレーザーなどを用いたレーザー光による作製方法などが挙げられる。
本発明においては、ウレタン系樹脂(硬化体)形成できる硬化性組成物を、例えば、不織布に含浸させ、その後、硬化して、不織布ウレタン樹脂研磨パッドとすることできる
本発明の硬化性組成物を硬化させた硬化体の用途は、上述したフォトクロミック硬化体や、研磨パッドの他にも、緩衝材、制振材料、吸音材料等に用いることも可能である。さらに、本発明の硬化体組成物を、不織布に塗布あるいは含浸後、硬化させることで、前述した不織布研磨パッドや、緩衝材、制振材料、吸音材料用途に適用することも可能である。
次に、実施例及び比較例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。先ず、本発明で使用した測定装置、および各成分の製造方法等について説明する。
(分子量測定;ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC測定))
GPCの測定は、装置として液体クロマトグラフ装置(日本ウォーターズ社製)を用いた。カラムは分析するサンプルの分子量に応じて、昭和電工株式会社製Shodex GPC KF-802(排除限界分子量:5000)、KF802.5(排除限界分子量:20000)、KF-803(排除限界分子量:70000)、KF-804(排除限界分子量:400000)、KF-805(排除限界分子量:2000000)を適宜使用した。また、展開液としてジメチルホルムアミド(DMF)を用い、流速1ml/min、温度40℃の条件にて測定した。標準試料にポリスチレンを用い、比較換算により重量平均分子量を求めた。なお、検出器には示差屈折率計を用いた。
(A)ロタキサンモノマー
RX-1:環状分子に側鎖を有し、側鎖の末端に重合性官能基として水酸基を、イオン性官能基としてカルボキシル基を有する(A)ロタキサンモノマー。
・ポリロタキサン重量平均分子量Mw(GPC):203000。
・側鎖の修飾度:0.5(%で表示すると50%となる)。
・側鎖の分子量:平均で約360。
・重合性官能基含有量(側鎖に導入された重合性官能基):1.37mmol/g。
・イオン性官能基(カルボキシル基)含有量:0.15mmol/g。
・側鎖が未導入の未反応性水酸基の含有量:1.52mmol/g
・全重合性活性基の含有量:2.89mmol/g
・(a)側鎖に導入された重合性官能基とイオン性官能基との合計モル数におけるイオン性官能基のモル割合:9.9モル%。
・(b)全重合性官能基とイオン性官能基との合計モル数におけるイオン性官能基のモル割合:4.9モル%。
RX-2:環状分子に側鎖を有し、側鎖の末端に重合性官能基として水酸基を、イオン性官能基としてカルボキシル基を有する(A)ロタキサンモノマー。
・ポリロタキサン重量平均分子量Mw(GPC):213000。
・側鎖の修飾度:0.5(%で表示すると50%となる)。
・側鎖の分子量:平均で約400。
・重合性官能基含有量(側鎖に導入された重合性官能基):0.73mmol/g。
・イオン性基含有量(カルボキシル基):0.73mmol/g。
・側鎖が未導入の未反応性水酸基:1.46mmol/g
・全重合性活性基の含有量:2.19mmol/g
・(a)側鎖に導入された重合性官能基とイオン性官能基との合計モル数におけるイオン性官能基のモル割合:50モル%。
・(b)全重合性官能基とイオン性官能基との合計モル数におけるイオン性官能基のモル割合:25モル%。
下記に、前記(A)ロタキサンモノマーの製造方法を記載する。
<イオン性官能基含有ポリロタキサン(RX-1)/(A)ロタキサンモノマーの調製方法>
(1-1)PEG-COOHの調製;
軸分子形成用のポリマーとして、分子量10000の直鎖状ポリエチレングリコール(PEG)を用意した。
下記処方;
PEG 10g、
TEMPO (2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニルオキシラジカル)100mg、
臭化ナトリウム 1g
を準備し、各成分を水100mLに溶解させた。この溶液に、市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素濃度5%)5mLを添加し、室温で10分間撹拌した。その後、エタノールを最大5mLまでの範囲で添加して反応を終了させた。そして、50mLの塩化メチレンを用いた抽出を行った後、塩化メチレンを留去し、250mLのエタノールに溶解させてから、-4℃の温度で12時間かけて再沈させ、PEG-COOHを回収し、乾燥した。
(1-2)ポリロタキサンの調製;
上記で調製されたPEG-COOH 3gおよびα-シクロデキストリン(α-CD)12gを、それぞれ、70℃の温水50mLに溶解させ、得られた各溶液を混合し、よく振り混ぜた。次いで、この混合溶液を、4℃の温度で12時間再沈させ、析出した包接錯体を凍結乾燥して回収した。その後、室温でジメチルホルムアミド(DMF)50mlに、アダマンタンアミン0.13gを溶解した後、上記の包接錯体を添加して速やかによく振り混ぜた。続いてBOP試薬(ベンゾトリアゾール-1-イル-オキシ-トリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムヘキサフルオロホスフェート)0.38gをDMFに溶解した溶液をさらに添加して、よく振り混ぜた。さらにジイソプロピルエチルアミン0.14mlをDMFに溶解させた溶液を添加してよく振り混ぜてスラリー状の試薬を得た。
上記で得られたスラリー状の試薬を4℃で12時間静置した。その後、DMF/メタノール混合溶媒(体積比1/1)50mlを添加、混合、遠心分離を行なって上澄みを捨てた。さらに、上記DMF/メタノール混合溶液による洗浄を行った後、メタノールを用いて洗浄、遠心分離を行い、沈殿物を得た。得られた沈殿物を真空乾燥で乾燥させた後、50mLのDMSO(ジメチルスルオキシド)に溶解させ、得られた透明な溶液を700mLの水中に滴下してポリロタキサンを析出させた。析出したポリロタキサンを遠心分離で回収し、真空乾燥させた。さらにDMSOに溶解、水中で析出、回収、乾燥を行い、精製ポリロタキサンを得た。このときのα-CDの包接量は0.25である。
ここで、包接量は、DMSO-dにポリロタキサンを溶解し、H-NMR測定装置(日本電子製JNM-LA500)により測定し、以下の方法により算出した。
ここで、X,Y及びX/(Y-X)は、以下の意味を示す。
X:4~6ppmのシクロデキストリンの水酸基由来プロトンの積分値。
Y:3~4ppmのシクロデキストリン及びPEGのメチレン鎖由来プロトンの積分値。
X/(Y-X):PEGに対するシクロデキストリンのプロトン比
先ず、理論的に最大包接量1の時のX/(Y-X)を予め算出し、この値と実際の化合物の分析値から算出されたX/(Y-X)を比較することにより包接量を算出した。
(1-3)ロタキサンへの側鎖の導入;
上記で精製されたポリロタキサン500mgを1mol/LのNaOH水溶液50mLに溶解し、プロピレンオキシド3.83g(66mmol)を添加し、アルゴン雰囲気下、室温で12時間撹拌した。次いで、1mol/LのHCl水溶液を用い、上記のポリロタキサン溶液を、pHが7~8となるように中和し、透析チューブにて透析した後、凍結乾燥し、ヒドロキシプロピル化ポリロタキサンを得た。得られたヒドロキシプロピル化ポリロタキサンは、H-NMRおよびGPCで同定し、所望の構造を有するヒドロキシプロピル化ポリロタキサンであることを確認した。
なお、ヒドロキシプロピル基による環状分子のOH基への修飾度は0.5であり、GPC測定により重量平均分子量Mw:50000であった。
得られたヒドロキシプロピル化ポリロタキサン5gを、ε-カプロラクトン15gに80℃で溶解させた混合液を調製した。この混合液を、乾燥窒素をブローさせながら110℃で1時間攪拌した後、2-エチルヘキサン酸錫(II)の50wt%キシレン溶液0.16gを加え、130℃で6時間攪拌した。その後、キシレンを添加し、不揮発濃度が約35質量%の側鎖を導入したポリカプロラクトン修飾ポリロタキサンキシレン溶液を得た。
(1-4)ロタキサン(RX)の調製;
上記で調製されたポリカプロラクトン修飾ポリロタキサンキシレン溶液をヘキサン中に滴下し、回収し、乾燥させることによりポリカプロラクトン修飾ポリロタキサン(RX)を取得した。なお、(RX)は、下記の比較例1に相当するポリロタキサンモノマーである。ポリロタキサンモノマー;RXの物性は以下の通りであった。
ポリロタキサン重量平均分子量Mw(GPC):200000。
側鎖の修飾度:0.5(%で表示すると50%となる)。
側鎖の分子量:平均で約350。
側鎖の末端に水酸基を有するポリロタキサンモノマーである。
(1-5)イオン性官能基含有ロタキサン(RX-1)の調製/(A)ロタキサンモノマーの調製;
上記で得たポリロタキサン(RX)5gを脱水THF10mLに溶解させた後、無水こはく酸82mgとトリエチルアミン82mgを添加し、窒素雰囲気下、室温で2日間攪拌させた。その後、反応液を蒸留水100mLに流し込み、遠心分離で固体を得た後、乾燥させて(A)カルボン酸基含有ポリロタキサンモノマー(RX-1)を得た。カルボキシル基の導入量は、H-NMR測定装置(日本電子製JNM-LA500)により、確認した。即ち、該(A1)のプロトン核磁気共鳴スペクトルを測定したところ、下記の特徴的なピークが観測された。δ2.49ppm付近にカルボニル炭素に隣接するメチレン基由来のピークを確認した。また、重合性官能基(水酸基価)含有量は、水酸基価から計算した。RX-1の物性は上記の通りであった。
<イオン性官能基含有ポリロタキサン(RX-2)の調製/(A)ロタキサンモノマーの調製>
RX-1のイオン性官能基導入工程(1-5)において、使用した水コハク酸を410mgとトリエチルアミンの量を410mgに変更した以外は実施例1と同様の方法で取得した。この(A)ロタキサンモノマー;RX-2の物性は、上記の通りであった。
その他、使用した材料は以下の通りである。
<(B)重合性モノマー>
(B12)ウレタンプレポリマー
Pre-1:イソ(チオ)シアネート当量が905の末端イソシアネートウレタンプレポリマー
Pre-1の製造方法
窒素導入管、温度計、攪拌機を備えたフラスコに窒素雰囲気下中、2,4-トリレンジイソシアネート50gとポリオキシテトラメチレングリコール(数平均分子量;1000)90gとジエチレングリコール12gを、80℃で6時間反応させ、イソ(チオ)シアネート当量が905の末端イソシアネートウレタンプレポリマーを得た(Pre-1を得た)。
Pre-2:イソ(チオ)シアネート当量が475の末端イソシアネートウレタンプレポリマー
Pre-2の製造方法
窒素導入管、温度計、攪拌機を備えたフラスコに窒素雰囲気下中、トリレンジイソシアネート(2, 4-体/2,6-体=80/20の混合物)27.8gとイソホロンジイソシアネート11.8gとポリオキシテトラメチレングリコール(数平均分子量;1000)54.3gとジエチレングリコール4.5gと2,2-ビス(ヒドロキシメチル)ブタン酸1.6gを、80℃で6時間反応させ、イソ(チオ)シアネート当量が475の末端イソシアネートウレタンプレポリマーを得た(Pre-2を得た)。
(B3)成分 (チ)オール化合物
RX:環状分子に側鎖を有し、側鎖末端に水酸基を有するポリロタキサン
イオン性官能基含有ポリロタキサン(RX-1)の調製(製造)において、(1-5)イオン性官能基導入工程を行わなかったポリロタキサンモノマー(RX)である。このポリロタキサンモノマー;RXの物性は以下の通りであった。
・ポリロタキサン重量平均分子量Mw(GPC):200000。
・側鎖の修飾度:0.5(%で表示すると50%となる)。
・側鎖の分子量:平均で約350。
・重合性官能基含有量(側鎖に導入された重合性官能基):1.55mmol/g。
・側鎖が未導入の未反応性水酸基:1.55mmol/g
・全重合性活性基の含有量:3.10mmol/g
・イオン性官能基:なし
側鎖の末端に重合性官能基として水酸基を有するポリロタキサンモノマーである。
(B4)成分 アミノ基含有モノマー
MOCA:4,4’-メチレンビス(o-クロロアニリン)。
(その他)
(D)中空粒子
中空粒子1:中空のマイクロカプセル920-40(日本フィライト社製)。
中空粒子2:中空の粒径30μm、密度0.13g/cm3のウレタン樹脂μバルーン。
<中空粒子2の製造方法/ウレタン樹脂μバルーンの製造方法>
ポリエチレンテレフタラート(数平均分子量2,000) 650gに、1,000gのトルエンを添加し、さらに142gのイソホロンジイソシアネートを添加し、トルエン還流下に120度で5時間反応を行った後、室温まで冷却し、25gのヘキサメチレンジアミン、及び20gのジエチレントリアミンを添加し60度で5時間反応を行った後、トルエンを減圧下に留去し、両末端に水酸基を持ちウレタンおよびウレア結合を有するポリウレタン樹脂を得た。得られた樹脂400g、酸化鉄12g、n-ヘキサン62g、酢酸エチル380gを混合し、あらかじめ作成したポリビニルアルコール0.5%水溶液2000gに滴下しながら分散した。得られた樹脂を濾紙濾過にて水中より取り出し、40度の循風乾燥機にて乾燥した。本球状体を音波式分級機により解砕して篩い分け、ウレタンμバルーンを得た。
実施例1
(A)ロタキサンモノマーを用い、研磨パッド用組成物を下記処方により調合した。
(A)成分のRX-1(26.4質量部)と(B4)成分のMOCA(4.8質量部)とを120℃で混合して均一溶液にした後、十分に脱気し、100℃まで冷却した(溶液1)。その溶液1を、70℃に加温した(B12)成分のPre-1(68.8質量部)に添加し、自転公転攪拌機で均一混合し、重合性組成物とした。前記重合性組成物を金型へ注入し、100℃で15時間硬化させ、厚み2mmの硬化体を得た。
(A)ポリロタキサンモノマー:RX-1 26.4質量部。
(B12)ウレタンプレポリマー:Pre-1 68.8質量部。
(B4)アミンモノマー:MOCA 4.8質量部。
上記で得られた硬化体のテーバー摩耗量は15mg、吸水率は2.4%であった。各評価方法を以下に示す。
〔評価項目〕
(1)テーバー摩耗量:テーバー社製の5130型の装置で測定。荷重は1Kg、回転速度は60rpm、回転数は1000回転、摩耗輪はH-18でテーバー摩耗試験を実施した。平均値で評価した。
(2)吸水率の測定:硬化体を23度の蒸留水に24時間浸漬した。浸漬前後のサンプルの重量から下記式により吸水率(%)を算出した。
吸水率(%)=〔(浸漬後の重量-浸漬前の重量)/浸漬前の重量×100。
実施例2、比較例1~2
表1に示した組成の重合性組成物を用いた以外は、実施例1と同様な方法で研磨パッド用ウレタン樹脂を作製し、評価を行なった。各成分の配合割合と結果を表1にまとめた。比較例1は、イオン性官能基を導入する前のポリロタキサンモノマー(RX)のみを使用した例であり、比較例2は、ロタキサン構造を含まないウレタン樹脂の結果である。
Figure 2022013963000002
実施例1~2と比較例1~2から明らかな通り、本発明のポリロタキサンモノマー(重合性官能基とイオン性官能基の両方を有するもの)を用い作製した研磨パッド組成物を効果させて得られた研磨パッドは、優れた耐摩耗性、吸水特性、及び、優れた研磨パッド特性を示した。
実施例3
(A)ロタキサンモノマーを用い、研磨パッド用組成物を下記処方により調合した。
(A)成分のRX-1(26.4質量部)と(B4)成分のMOCA(4.8質量部)とを120℃で混合して均一溶液にした後、十分に脱気し、100℃まで冷却した(溶液1)。別途、70℃に加温した(B12)成分のPre-1(68.8質量部)に(その他の成分)の中空粒子1(0.8質量部)を加え、自転公転攪拌機で攪拌して均一な溶液を得た(溶液2)。前記で調合した溶液2に、溶液1を加え、均一混合し、前記重合性組成物を金型へ注入し、100℃で15時間硬化させた。重合終了後、鋳型からウレタン樹脂を取り外し、スライスを行い、厚さ1mmのウレタン樹脂を得た。そのウレタン樹脂の表面にスパイラル状の溝を形成し、裏面に両面テープを張り付けることで、大きさ380mmφ、厚さ1mmの研磨パッドとした。各配合量を表2に示した。また、表2には、前記実施例1で記載した無発泡の樹脂の吸水率も記載した。
(A)ロタキサンモノマー:RX-1 26.4質量部。
(B12)ウレタンプレポリマー:Pre-1 68.8質量部。
(B4)アミノ基含有モノマー:MOCA 4.8質量部。
(その他):中空粒子1 0.8質量部
上記で得られたウレタン樹脂の片面に、両面テープ貼り、研磨レートは4.5μm/hr、密度は0.75g/cmであった。各評価方法を以下に示す。
(3)研磨レート:研磨条件を下記に示す。
被研磨物:2インチサファイアウエハ。
スラリー:FUJIMI コンポール 80原液。
圧力:411g/cm
回転数:60rpm。
時間:1時間。
上記条件にて、研磨を実施した際の研磨レートを測定した。
(4)密度:東洋精機製の(DSG-1)にて密度を測定した。
実施例4、5、及び比較例3~4
表2に示した組成の重合性組成物を用いた以外は、実施例3と同様な方法で研磨パッド用ウレタン樹脂を作製し、評価を行なった。各成分の配合割合と結果を表2にまとめた。
比較例3は、イオン性官能基を導入する前のポリロタキサン(RX)のみを使用した例であり、比較例4は、ロタキサン構造を含まないウレタン樹脂の結果である。
Figure 2022013963000003
1:ロタキサンモノマー
2:軸分子
3:環状分子
4:嵩高い末端基
5:側鎖
6:重合性官能基
7:イオン性官能基

Claims (12)

  1. (A)環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、該環状分子が、重合性官能基、及びイオン性官能基の両方を有するロタキサンモノマーと、
    (B)前記(A)ロタキサンモノマーの前記重合性官能基と重合し得る重合性官能基を有する重合性モノマーを含む重合性モノマー組成物とを
    含有する硬化性組成物。
  2. 前記(A)ロタキサンモノマーが有する前記重合性官能基が、
    ラジカル重合性基、エポキシ基、水酸基、チオール基、第一級アミノ基、及び第二級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基であり、
    前記(A)ロタキサンモノマーが有する前記イオン性官能基が、
    カルボキシルイオン、スルホン酸イオン、リン酸イオン、ホスホン酸イオン、及び第4級アンモニウムカチオンからなる群より選ばれる少なくとも1種のイオンを形成し得る基である請求項1に記載の硬化性組成物
  3. 前記(A)ロタキサンモノマーにおいて、前記重合性官能基と前記イオン性官能基との合計モル割合を100モル%とした時、前記イオン性官能基の割合が1モル%以上90モル%未満である請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
  4. 前記(A)ロタキサンモノマーにおいて、
    前記環状分子が水酸基を有し、該水酸基が反応して該環状分子に側鎖が導入されてなり、かつ
    前記側鎖が、前記重合性官能基、及び前記イオン性官能基を有する請求項1~3の何れか1項に記載の硬化性組成物。
  5. 前記(A)ロタキサンモノマーが、
    前記環状分子が脱離しない様に、前記軸分子の両末端に嵩高い基を有する請求項1~4の何れか1項に記載の硬化性組成物。
  6. 前記(A)ロタキサンモノマーが有する前記重合性官能基が、水酸基、チオール基、第一アミノ基、及び第二アミノ基から選ばれる基であり、
    前記(B)重合性モノマー組成物に含まれる、前記(A)ロタキサンモノマーと重合し得る重合性モノマーが、(B1)分子内に少なくともイソ(チオ)シアネート基を有するイソ(チオ)シアネート化合物を含む
    請求項1~5に記載の硬化性組成物。
  7. 前記(A)ロタキサンモノマーが有する前記重合性官能基が、少なくとも水酸基を含み、
    前記(B)重合性モノマー組成物に含まれる前記(B1)イソ(チオ)シアネート化合物が、
    (B32)分子内に2つの活性水素含有基を2官能活性水素含有化合物と、
    (B13)分子内に2つのイソ(チオ)シアネート基を有する2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物とを反応させて得られる、(B12)分子の両末端にイソ(チオ)シアネート基を有するウレタンプレポリマーを含む請求項6に記載の硬化性組成物。
  8. 前記(B12)ウレタンプレポリマーのイソ(チオ)シアネート当量が、300~5000である請求項7に記載の硬化性組成物。
  9. さらに、(D)ウレタン系樹脂からなる外殻部と、該外殻部に囲まれた中空部とから構成される中空粒子
    を含む請求項1~8の何れかに記載の硬化性組成物。
  10. 請求項1~9の何れかに記載の硬化性組成物を硬化して得られる硬化体。
  11. 請求項10に記載の硬化体からなる研磨用パッド。
  12. (A)環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、該環状分子が、重合性官能基、及び、イオン性官能基の両方を有するロタキサンモノマー。
JP2018210159A 2018-11-08 2018-11-08 イオン性基含有ロタキンサンモノマーを含む硬化性組成物、および該硬化性組成物からなる研磨用パッド Pending JP2022013963A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018210159A JP2022013963A (ja) 2018-11-08 2018-11-08 イオン性基含有ロタキンサンモノマーを含む硬化性組成物、および該硬化性組成物からなる研磨用パッド
PCT/JP2019/043737 WO2020096010A1 (ja) 2018-11-08 2019-11-07 イオン性基含有ロタキンサンモノマーを含む硬化性組成物、および該硬化性組成物からなる研磨用パッド
TW108140633A TW202030218A (zh) 2018-11-08 2019-11-08 包含含有離子性基之輪烷單體之硬化性組成物,及包含該硬化性組成物之研磨用墊

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018210159A JP2022013963A (ja) 2018-11-08 2018-11-08 イオン性基含有ロタキンサンモノマーを含む硬化性組成物、および該硬化性組成物からなる研磨用パッド

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022013963A true JP2022013963A (ja) 2022-01-19

Family

ID=70612080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018210159A Pending JP2022013963A (ja) 2018-11-08 2018-11-08 イオン性基含有ロタキンサンモノマーを含む硬化性組成物、および該硬化性組成物からなる研磨用パッド

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2022013963A (ja)
TW (1) TW202030218A (ja)
WO (1) WO2020096010A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022030531A1 (ja) * 2020-08-05 2022-02-10 株式会社トクヤマ 硬化性組成物及びその硬化体
EP4286435A1 (en) * 2021-01-29 2023-12-06 Tokuyama Corporation Novel curable composition containing cyclic monomer

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4859110B2 (ja) * 2006-04-07 2012-01-25 東洋ゴム工業株式会社 研磨パッド
US8580906B2 (en) * 2008-05-30 2013-11-12 Advanced Softmaterials Inc. Polyrotaxane, aqueous polyrotaxane dispersion composition, crosslinked body of polyrotaxane and polymer and method for producing the same
WO2018092826A1 (ja) * 2016-11-17 2018-05-24 株式会社トクヤマ ポリロタキサンを用いたウレタン樹脂、および研磨用パッド

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020096010A1 (ja) 2020-05-14
TW202030218A (zh) 2020-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7130556B2 (ja) ポリロタキサンを用いたウレタン樹脂、および研磨用パッド
JP7545326B2 (ja) ポリロタキンサンを用いたウレタン樹脂、および研磨用パッド
WO2020032056A1 (ja) ポリ擬ロタキサンモノマーを含む硬化性組成物
JP7175163B2 (ja) フォトクロミック硬化性組成物、及びフォトクロミック硬化体
JP7352540B2 (ja) 低水分量ポリロタキサンモノマー、および該モノマーを含む硬化性組成物
US20230151179A1 (en) Hollow microballoons for cmp polishing pad
WO2020096010A1 (ja) イオン性基含有ロタキンサンモノマーを含む硬化性組成物、および該硬化性組成物からなる研磨用パッド
WO2021241708A1 (ja) 積層研磨パッド
WO2022030531A1 (ja) 硬化性組成物及びその硬化体
WO2022138769A1 (ja) 活性水素基含有側鎖を有する環状分子、および該環状分子を含む硬化性組成物
WO2022163765A1 (ja) 環状モノマーを含有する新規な硬化性組成物
WO2021241709A1 (ja) 多官能活性水素基含有スルホン酸4級アンモニウム塩