JP2686347B2 - 高分子ウレタン系重合開始剤およびそれを用いて得られた樹脂 - Google Patents

高分子ウレタン系重合開始剤およびそれを用いて得られた樹脂

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用範囲) 最近、グラフトブロックポリマーが産業上広く使用さ
れるようになってきている。特にポリマーアロイの分野
では積極的に展開されている。塗料分野においてもポリ
マーの機能性を付与させるためにグラフトブロックポリ
マーの研究が活発である。本発明は新規な重合開始剤を
提供するものであり、さらにアクリル樹脂の耐候性とウ
レタン樹脂の可撓性を具備しており、特に塗膜物性とし
て塗膜硬度が硬いにもかかわらず可撓性が得られる新規
なアクリルウレタン樹脂を提供するものである。
(従来の技術) 従来アクリルウレタン樹脂は水素基を有するアクリル
モノマーと不飽和二重結合を有するモノマーとを共重合
し、その後、ジイソシアネートとジオールとを反応させ
てアクリルウレタン樹脂を得ていた。このものはアクリ
ル樹脂だけでは樹脂の強靭性が得られないが、ジイソシ
アネートと反応させてウレタン結合を導入することによ
り強靭性がある程度得られていた。しかしさらにポリマ
ーの弾性率が高くて可撓性のあるものが要求されている
場合はこれらの方法では対応できないのが現状である。
これらに対して水酸基を有するアゾ開始剤でアクリルモ
ノマーを重合して末端に水素基を有するポリアクリル樹
脂を製造してジイソシアネートでウレタン結合を導入す
る方法が提案された。この方法では必ずしもアクリル樹
脂の両末端に水素基が導入されるとは限らず、1個のも
の、又全く水素基のないものもでき、得られた樹脂物性
は必ずしも満足するものではない。そのためにポリマー
の両末端に確実に導入できるイオン重合が提案されてい
る。しかし、この方法は水分の影響などがあり重合装置
の取扱上不便であるなどの欠点を有している。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明は上記の欠点を改良する重合開始剤に関し、さ
らにはアゾ基を含む活性水素含有複素環化合物を1成分
以上含有する高分子ウレタン系重合開始剤を用いてα,
β不飽和二重結合を有するモノマーを重合させる樹脂、
特にアクリルウレタン樹脂の製造方法に関するものであ
る。この重合開始剤は非常に反応性に富むジイソシアネ
ートを用いているためにアゾ基を含む活性水素含有複素
環化合物と反応させることにより確実に高分子化できる
ことにある。即ちアクリルモノマー等のモノマーを重合
するにあたり、高分子ウレタン系重合開始剤を用いるこ
とを特徴とする。さらにはアゾ基を含む活性水素含有複
素環化合物をウレタン樹脂の鎖延長剤として用いること
にある。導入の仕方はジイソシアネートとアゾ基を含む
活性水素含有複素環化合物とを反応させ、その後、ジオ
ール成分と反応させて鎖延長させても良く、同時に仕込
んで反応させても良い。さらに予め一般のジオールとジ
イソシアネートからウレタンプレポリマーを製造した
後、アゾ基を含む活性水素含有複素環化合物を反応させ
ても良い。
本発明で得られる樹脂塗膜は塗膜硬度が硬いにもかか
わらず可撓性が得られるなどの特徴を備えた新規な樹
脂、特にアクリルウレタン樹脂を提供するものである。
本発明におけるジイソシアネートとしては脂肪族、芳
香族、脂環式、ジイソシアネートが挙げられるが、例え
ばジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トルイ
レンジイソシアネート(TDI)、ナフタレンジイソシア
ネート、p−フェニレンジイソシアネート、トランス−
1,4−シクロヘキサンジイソシアネート(CHDI)、1,3−
ビス−(イソシアナトメチル−ベンゼン、4,4′−ジシ
クロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、1,3
−ビス−(イソシアナトメチル)−シクロヘキサン(H6
XDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、3−
イソシアナトメチル−3,5,5′−トリメチルシクロヘキ
シルイソシアネート(IPDI)、メタ−ト又はパラ―テト
ラメチルキシレンジイソシアネート(m−TMXDI、p−T
MXDI)などが挙げられるがこれらに限定されるものでは
ない。また硬化した重合体の耐候性が重要である用途に
対しては、例えばCHDI、H12MDI、H6XDI、HDI、IPDI、m
−TMXDIまたは、p−TMXDIのような脂肪族又は脂環式ジ
イソシアネートを使用する方が望ましい。
高分子ウレタン系重合開始剤を製造するのに本発明で
使用されるアゾ基を含む活性水素含有複素環化合物とし
ては、アゾ基を含むイミダゾリン誘導体およびまたはそ
の塩としては2,2′−アゾビス(2−(2−イミダゾリ
ン−2−イル)プロパン)、2,2′−アゾビス(2−
(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン)二塩酸塩、
2,2′−アゾビス(2−(5−メチル−2−イミダゾリ
ン−2−イル)プロパン)二塩酸塩など、アゾ基を含む
ピリミジン誘導体およびまたはその塩としては2,2′−
アゾビス(2−(3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−
2−イル)プロパン)二塩酸塩など、アゾ基を含むジア
ゼピン誘導体およびまたはその塩としては2,2′−アゾ
ビス(2−(4,5,6,7−テトラヒドロ−1H−1,3−ジアゼ
ピン−2−イル)プロパン)二塩酸塩などが挙げられる
が、これらに限定されるものではなく基本的に熱分解に
よりラジカルを発生するアゾ基を含む活性水素含有複素
環化合物であれば使用できる。
また、鎖延長剤として一般のジオールを併用すること
も可能である。それらのジオールはイソシアネートと反
応し得る水素原子を少なくとも2個有し、一般に分子量
10000までの化合物である。例えば、エチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ブチレングリコール、1,6
−ヘキサンジオール,1,8−オクタンジオール、ネオペン
チルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ペンタ
エリスリトール、ジエチレングリコール、トリエチレン
グリコール、テトラエチレングリコール、ポリエーテル
グリコール、ポリエステルグリコール、両末端水酸基を
有する液状ポリオレフィンなどのジオール類など、また
耐候性を上げるにはシリコンジオール、フルオロジオー
ルなども使用できる。例えば、1,3−ビス(2−ヒドロ
キシヘキサフルオロイソプロピル)ベンゼン、1,4−ビ
ス(2−ヒドロキシヘキサフルオロイソプロピル)ベン
ゼン、1,1,2,3,3,ペンタヒドロパーフルオロウンデカン
−1,2,−ジオール、1,1,2,3,3−ペンタヒドロパーフル
オロノナン−1,2−ジオール、ヘキサフルオロビスフェ
ノールA、末端反応性シリコーンジオールとしては、X
−22−160AS、X−22−160A、X−22−160B、X−22−1
60C(以上、信越化学(株)製)、PS197、PX101(以
上、チッソ(株)製)などが挙げられるがこれらに限定
されるものではない。
高分子ウレタン系重合開始剤を製造する際に必要とあ
れば触媒を用いることができる。例えば、三級アミン、
有機金属化合物などが使用される。三級アミンとしてト
リエチルアミン、トリエチレンジアミン、トリメチルア
ミンのようなトリアルキルアミン、テトラメチレンジア
ミン、N,N,N′,N′−テトラメチル−1,3−ブタンジアミ
ンのようなテトラアルキルジアミン、ビス(ジエチルエ
タノールアミン)アジペートのようなエステルアミン、
N,N−ジメチルシクロヘキシルアミンのようなシクロヘ
キシルアミン誘導体、N−メチルモルホリンのようなモ
ルホリン誘導体、N,N′−ジエチル−2−メチルピペラ
ジンのようなピペラジン誘導体があげられるが、これら
に限定されるものではない。さらに有機金属化合物とし
てはジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジ(2−エチ
ルヘキソエート)などのジアルキル錫化合物が挙げられ
るがこれらに限定されるものではない。またこれらのジ
アルキル錫化合物と三級アミンとの併用も可能である。
またα,β不飽和二重結合を有するモノマーとして
は、アクリル酸およびそのアルキルエステル(炭素数1
−22)エステル類:例えばメチルアクリレート、エチル
アクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチル
アクリレート、tert−ブチルアクリレート、2−エチル
ヘキシルアクリレート、グリシジルアクリレート、メチ
ルグリシジルアクリレートなど。メタクリル酸およびそ
のアルキルエステル(炭素数1−22)エステル類:例え
ばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−
ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、t
ert−ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタ
クリレート、グリシジルメタクリレート、N,N−ジメチ
ルアミノエチルメタクリレート、N,N−ジエチルアミノ
エチルメタクリレートなど。水酸基含有ビニル単量体
類:例えばヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシ
エチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレー
ト、ヒドロキシプロピルメタクリレートなど。その他の
単量体類:例えばアクリルアミド、メタクリルアミド、
スチレン、ビニルトルエン、アクリロニトリル、塩化ビ
ニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、ビニルピロリド
ン、アリルアミン、ビニルピリジンなど。以上のα,β
不飽和二重結合を有するモノマーの1種または2種以上
を使用に供する。
本発明の樹脂が塗膜物性に優れた効果をもたらす理由
は必ずしも明確ではないがアクリルポリマーの枝にウレ
タン結合をもたらすのではなくアクリルポリマーの幹に
ウレタン結合を有しているのでゴム弾性をより効果的に
発現しているためと推察される。
本発明組成物には必要に応じて、顔料、充填剤、可塑
剤、顔料分散剤、増粘剤、消泡剤、レベリング剤などの
添加剤も併用することができる。また必要に応じて、架
橋剤となるメラミン樹脂、あるいは多官能エポキシ樹
脂、あるいは多官能イソシアネート樹脂をさらに併用す
ることも可能である。
本発明組成物はプラスチック基材、金属、紙、布、木
工、無機基材などに塗工等できる。以下に実施例を示
す。但しいずれも数字は重量部を示す。
実施例1 1)デュラネートD−201(注1) 15部 2)2,2′−アゾビス(2−(2−イミダゾリン−2−
イル)プロパン) 0.5部 3)ジブチル錫ジラウレート 0.01部 4)ジオキサン 150部 5)エチレングリコール 1部 6)メチルメタアクリレート 20部 7)イソプロピルアルコール 50部 1)〜4)を還流凝縮器、攪拌機、内部温度計、気体導
入管を備えた四つ口フラスコにいれ、窒素気流中で室温
にて1時間反応させる。ついで、5)を加え、さらに室
温にて撹拌しながら1時間重付加を行なう。その後、
6)、7)を加えて窒素気流下、75℃で撹拌しながら6
時間反応させる。このようにして得られたアクリルウレ
タン樹脂は、 Mw=51000 の分子量であった。この溶液を、キャストし3日間室温
で放置したところ、耐衝撃性に優れ、可撓性がありかつ
透明性に優れるフィルムを形成した。
(注1)デュラネートD−201(2官能HDI系ウレタンオ
リゴマー 旭化成工業(株)製) 実施例2 1)トルイレンジイソシアネート 20部 2)プロピレングリコール 7部 3)トリエチルアミン 3.0部 4)N,N−ジメチルアセトアミド 60部 5)2,2′−アゾビス(2−(2−イミダゾリン−2−
イル)プロパン二塩酸塩) 0.8部 6)エタノール 30部 7)メチルメタアクリレート 30部 1)〜4)を実施例1と同様な装置で、60℃1時間反応
させる。それを室温まで冷却した後、5)を加え、8時
間撹拌しながら反応させる。さらに6)を加えて70℃、
6時間反応させる。このようにして得られたアクリルウ
レタン樹脂は、 Mw=57000 の分子量であった。この溶液をキャストし、7日間室温
にて乾燥したところ、耐衝撃性に優れ、可撓性があるフ
ィルムを形成した。
実施例3 1)デュラネートDd−201 15部 2)X−22−160AS 20部 3)ジブチル錫ジラウレート 0.01部 4)ジオキサン 100部 5)2,2′−アゾビス(2−(5−メチル−2−イミダ
ゾリン−2−イル)プロパン)二塩酸塩 0.7部 6)イソプロピルアルコール 50部 7)メチルメタアクリレート 30部 1)〜4)を実施例1と同様な装置で50℃1時間反応さ
せ、その後室温まで冷却し、5)を加えて室温で8時間
撹拌する。さらに6)を加えて70℃6時間重合する。こ
のようにして得られた生成物は、 Mw=49000 の分子量であった。この溶液をキャストフィルムとした
ところ、耐衝撃性に優れ、可撓性がありかつ透明性に優
れるものが得られた。
比較例1 水酸基を含むポリマーの合成方法: 1)メチルメタアクリレート 98.4部 2)2−ヒドロキシメチルメタアクリレート 1.6部 3)2,2′−アゾビスイソブチロニトリル 2部 4)ジオキサン 100部 1)〜4)を還流凝集器、撹拌器、内部温度計、気体導
入管を備えた四つ口フラスコに入れ、窒素気流下、撹拌
しながら90℃、6時間重合する。
ウレタンアクリルポリマー: 1)上記方法で得られた高分子溶液 60部 2)デュラネートD−201 15部 3)エチレングリコール 1部 4)ジブチル錫ジラウレート 0.01部 5)ジオキサン 200部 1)〜5)を50℃、4時間反応させた。このようにして
得られたアクリルウレタン樹脂は、 Mw=62000 の分子量であった。
このようにして得られた従来の方法によるアクリルウ
レタンポリマーは、実施例と比べ可撓性に乏しく引張り
強度、破断伸度が著しく劣るものであった。
〔発明の効果〕 以上の結果より本発明の樹脂、特にアクリルウレタン
樹脂は塗膜物性として塗膜の弾性率が高くて可撓性のあ
る膜が得られること、金属、木工、無機基材に対して密
着性が良い、など極めて産業上有用であることがわかっ
た。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アゾ基を含む活性水素含有複素環化合物と
    ジイソシアネートを反応させてなることを特徴とする高
    分子ウレタン系重合開始剤。
  2. 【請求項2】アゾ基を含む活性水素含有複素環化合物と
    してアゾ基を含むジイミダゾリン誘導体およびまたはそ
    の塩を用いることを特徴とする請求項1記載の高分子ウ
    レタン系重合開始剤。
  3. 【請求項3】アゾ基を含む活性水素含有複素環化合物と
    してアゾ基を含むピリミジン誘導体およびまたはその塩
    を用いることを特徴とする請求項1記載の高分子ウレタ
    ン系重合開始剤。
  4. 【請求項4】アゾ基を含む活性水素含有複素環化合物と
    してアゾ基を含むジアゼピン誘導体およびまたはその塩
    を用いることを特徴とする請求項1記載の高分子ウレタ
    ン系重合開始剤。
  5. 【請求項5】アゾ基を含む活性水素含有複素環化合物と
    ジイソシアネートを反応させてなる高分子ウレタン系重
    合開始剤を用いて、アクリル酸およびそのアルキルエス
    テル、メタクリル酸およびそのアルキルエステル、水素
    基含有ビニル単量体、アクリルアミド、メタクリルアミ
    ド、スチレン、ビニルトルエン、アクリロニトリル、塩
    化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、ビニルピロリ
    ドン、アリルアミンおよびビニルピリジンから選ばれる
    1種または2種以上のα、β不飽和二重結合を有するモ
    ノマーを重合させることを特徴とする樹脂の製造方法。
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