JP4481022B2 - ラジカル硬化性樹脂の製造方法及びラジカル硬化性樹脂を含むラジカル硬化性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
なお、2価以上のアルコールとしてはビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物を含むものを用いることが好適であり、1価のアルコールとしてはフェノキシエタノールを含むものを用いることが好適である。更に、このような製造方法により得られるアルコール類と(メタ)アクリル酸とのエステル化物を含有するラジカル硬化性樹脂を含んでなるラジカル硬化性樹脂組成物が、土木建築用被覆材等の建築材料の仕上げ材等に好適に用いられることを見いだし、本発明に到達したものである。
本発明はまた、上記製造方法により得られるラジカル硬化性樹脂を含んでなるラジカル硬化性樹脂組成物でもある。
以下に本発明を詳述する。
上記第一工程は、2価以上のアルコール及び1価のアルコールと(メタ)アクリル酸とをエステル化する工程であるが、2価以上のアルコール及び1価のアルコールを併用することにより、2価以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化反応、及び、1価のアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化反応とを同時に行うことが可能となることから、2価以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物、及び、1価のアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物を同時に得ることができる。
上記2価以上のアルコール(多価アルコール)とは、水酸基を2個以上有するアルコールであり、例えば、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ポリプロピレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−ジメチロールシクロヘキサン、ヒドロキシピバリルヒドロキシピバレート、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ビスフェノールF、ビスフェノールZ、ビスフェノールS、ビスフェノールAF、ビスフェノールC、ビスフェノールF−D、水素化ビスフェノールA、ビスフェノールA等の2価アルコール及びこれらのアルキレンオキシド付加物;グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ノボラックフェノール、クレゾールノボラック等の3価以上のアルコール及びこれらのアルキレンオキシド付加物等の1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールZ、ビスフェノールS、ビスフェノールAF、ビスフェノールC、ビスフェノールF−D及びこれらのアルキレンオキシド付加物を用いることが好適である。より好ましくは、これらのアルキレンオキシド付加物である。中でも、上記2価以上のアルコールがビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物を含むものである形態は、本発明の好ましい形態の1つである。更に好ましくは、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加物を含むことである。
上記エステル化触媒としては、公知のものが使用でき、例えば、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、スルホフタル酸、2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸等の有機スルホン酸等の1種又は2種以上を用いることができる。
上記ラジカル重合禁止剤もまた、公知のものが使用でき、例えば、メトキノン、ブチル化ヒドロキシトルエン等のフェノール類;ハイドロキノン、t−ブチルハイドロキノン、モノメチルハイドロキノン等のハイドロキノン類;ベンゾキノン等のキノン類;フェノチアジン等の硫黄化合物;トリフェニルスチビン;錫(II)化合物等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、上記第一工程の終了は、留出する縮合水の量で判断することができ、理論縮合水量の80%以上の縮合水が留出するまでエステル化を進めることが好ましい。
上記反応混合物(A)において、2価以上のアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物としては、(メタ)アクリロイル基を分子内に少なくとも1つ有する化合物であるが、2以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(ジエステル類、トリエステル類等)のみを含む形態であってもよく、1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物(モノエステル類)との混合形態であってもよい。
なお、本発明においては、アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物として、1つの(メタ)アクリロイル基を有する化合物を「単官能エステル化物」(重合性単量体)ともいい、また、2以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物を「多官能エステル化物」(架橋可能な重合体、架橋性重合体)ともいう。また、多官能エステル化物を「オリゴマー」と呼ぶこともある。
なお、一つのオキシアルキレン鎖が有するオキシアルキレン単位の個数としては、1個以上、10個以下であることが好ましい。オキシアルキレン鎖が無いと、ラジカル硬化性樹脂を用いて形成される皮膜の柔軟性や基材追従性が充分とはならないおそれがあり、10を超えると、硬化物が耐水性に優れたものとはならないおそれがある。より好ましくは、2個以上、8個以下であり、更に好ましくは、4個以下である。
上記オキシアルキレン単位としては、炭素数2〜4個のオキシアルキレン単位により構成されるものであることが好ましい。すなわち、上記オキシアルキレン単位としては、オキシエチレン単位、オキシプロピレン単位及びオキシブチレン単位からなる群より選択される少なくとも1種のオキシアルキレン単位により構成されるものが好ましい。オキシアルキレン単位の炭素数が4を超えると、ラジカル硬化性樹脂の粘度が高くなり、効率的に作業を行うことができないおそれがある。より好ましくは、炭素数2〜3のオキシアルキレン単位により構成されるものであり、更に好ましくは、炭素数2のオキシアルキレン単位、すなわちオキシエチレン単位により構成されるものである。なお、オキシアルキレン単位を2個以上有する場合には、全て同じであってもよく、異なっていてもよい。また、分子内に有する2個以上のオキシアルキレン鎖は、それぞれが、全く同じオキシアルキレン単位の構成であってもよいし、異なっていてもよい。
上記2以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物としては更に、フェノールの残基を有する形態であることが好適である。フェノールの残基とは、フェノールが有する水酸基から活性水素を除いた構造をもつ残基を意味する。なお、このような残基を1分子内に1個有していてもよく、2個以上有していてもよい。
このような2以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物の好ましい形態としては、ビスフェノールAから誘導される構造を有するものであり、より好ましくは、下記一般式(1);
このような工程で用いられるエポキシ化合物としては、例えば、1分子内に1個のエポキシ基を有する化合物であるプロピレンオキサイド、エチレンオキサイド、カルボン酸モノグリシジルエステル、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ネオデカン酸グリシジルエーテル等;1分子内に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であるビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等;多価アルコールのグリシジルエーテルであるネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル等;多価カルボン酸のグリシジルエーテルであるフタル酸ジグリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル等の他、これらのアルキレンオキサイド付加物等が好適であり、これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、エポキシ化合物の使用量としては、第二工程により生じ得る(メタ)アクリル酸のエポキシ化物の含有割合が、ラジカル硬化性樹脂100質量%に対して30質量%以下となるように、第一工程で用いられる(メタ)アクリル酸の量を考慮して適宜設定すればよい。
上記反応触媒としては、例えば、トリエチルアミン、トリエチルベンゼンアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド、トリフェニルホスフィン等の1種又は2種以上を用いることができる。
なお、第一工程で共沸溶媒を用いた場合には、第一工程終了後又は第二工程終了後に減圧下でこの共沸溶媒を留去すればよい。
上記第二工程により得られる(メタ)アクリル酸のエポキシ化物としては、単官能エポキシ(メタ)アクリレートを含むものであることが好ましく、これにより、得られるラジカル硬化性樹脂の粘度をより充分に低減させることが可能となる。なお、単官能エポキシ(メタ)アクリレートとは、1分子内に1個の(メタ)アクリロイル基を有する(メタ)アクリル酸エステルを意味する。
上記ラジカル硬化性樹脂の特に好ましい形態としては、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物のジ(メタ)アクリレート、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート及び単官能エポキシ(メタ)アクリレートを含む形態である。
上記ラジカル硬化性樹脂組成物は、放射線や紫外線の照射及び/又は硬化剤の添加により硬化させることができるものであり、硬化剤としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂に用いられる公知の硬化剤が使用できる。具体的には、メチルエチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド等のジアルキルパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート等のアルキルパーエステル、ビス(4−tーブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等の過酸化物;2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−アゾビス−2−メチルブチロニトリル等のアゾ化合物等の1種又は2種以上を用いることができる。
上記パラフィンワックスとしては、例えば、パラフィンワックス150(商品名、日本精蝋社製、融点66℃)、パラフィンワックス140(商品名、日本精蝋社製、融点61℃)、パラフィンワックス130(商品名、日本精蝋社製、融点55℃)、パラフィンワックス115(日本精蝋社製、融点47℃)等が挙げられる。また、マイクロクリスタリンワックスとしては、例えば、Hi−Mic−2065(商品名、日本精蝋社製、融点75℃)、Hi−Mic−2045(商品名、日本精蝋社製、融点64℃)等が挙げられる。これらのパラフィンは、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を適宜混合して用いてもよい。
上記揺変性付与剤としては、無水微粉末シリカ、アスベスト、クレー等が挙げられる。充填剤としては、水酸化アルミ、タルク、珪砂、炭酸カルシウム、酸化アンチモン等が挙げられる。
上記充填剤としては、水酸化アルミニウム(ATH)、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、アルミナ、クレー、タルク、ガラスパウダー、ミルドファイバー、クリストバライト、マイカ、シリカ、川砂、珪藻土、雲母粉末、石膏、ガラス粉末等の無機充填剤;有機充填剤等が挙げられる。
上記乾燥性向上剤としては、乾性油、アリルグリシジルエーテル、ジエチレングリコール及び無水マレイン酸の付加重合体等等のアリルオキシ基を有する不飽和又は飽和ポリエステルオリゴマー等が挙げられる。
上記増粘剤としては、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物;イソシアネート類、オキサゾリン類等が挙げられる。
上記繊維強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維;アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維等の有機繊維等が挙げられる。繊維強化材の形状としては、マット状、チョップ状、ロービング状等が挙げられる。
上記他種の熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
上記溶剤、希釈剤としては、公知のものが使用でき、例えば、トルエン、キシレン、酢酸ブチル等が挙げられる。また、スチレン、ビニルトルエン、メタクリル酸メチル、酢酸ビニル等の重合性不飽和基を有する単量体を希釈剤として用いてもよい。臭気の面から、常圧での沸点が150℃以上のものが好ましい。
本発明のラジカル硬化性樹脂組成物はまた、これらの土木建築用被覆材の用途以外にも、繊維強化プラスチック、レジンコンクリート、塗料、注型の材料;コンクリート、モルタル、鋼板、ガラス等を被覆する被覆材料等の各種用途にも好適に用いることができるものである。
上記基材としては、例えば、ガラス、スレート、コンクリート、モルタル、セラミック、石材等の無機質基材;アルミニウム、鉄、亜鉛、錫、銅、チタン、ステンレス、ブリキ、トタン等からなる金属板、表面に亜鉛、銅、クロム等をメッキした金属、表面をクロム酸、リン酸等で処理した金属等の金属基材;ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)、FRP(織維強化プラスチック)、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリオレフィン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、等のプラスチック基材;合成皮革;ヒノキ、スギ、マツ、合板等の木材;繊維、紙等の有機素材等が挙げられる。また、これらの基材は、本発明のラジカル硬化性樹脂組成物が塗装される前に、通常用いられるプライマーや、下塗り、中塗り、メタリックベース等の上塗り等塗装用塗料が塗装されていてもよい。
なお、上記ラジカル硬化性樹脂組成物から形成される塗膜の膜厚としては、用いられる用途により適宜設定すればよい。
(第一工程)
攪拌機、Dean−Sterk型水分離機、ガス導入管及び温度計を備えたフラスコに、BA−8Uグリコール(商品名、ビスフェノールA8EO付加物、日本乳化剤社製)580g、フェノキシエタノール414g、メタクリル酸516g、シクロヘキサン100g、パラトルエンスルホン酸1水和物8g、2−メチルハイドロキノン0.25g、フェノチアジン0.4gを仕込み、空気を吹き込みながら120℃に加熱した。
120℃に到達してから、8時間後に流出した縮合水が81g(理論出水量の91%)となった。その後、110℃に下げ、減圧下(0.06MPa以下)で3時間シクロヘキサンを留去した。この時の反応混合物の酸価は36mgKOH/gであった。
(第二工程)
次いで、この反応物にフェノチアジン0.25g、2−メチルハイドロキノン0.1g、トリエチルアミン10g、エポライト100E(商品名、共栄社化学製のジエチレングリコールジグリシジルエーテル、エポキシ当量152)154gを加え、再度115℃に昇温し、空気を吹き込みながら反応を行った。
115℃に昇温してから、3時間後に反応混合物の酸価が4.5mgKOH/gとなり、粘度が95mPa・sの樹脂(1)を得た。
(第一工程)
攪拌機、Dean−Sterk型水分離機、ガス導入管及び温度計を備えたフラスコに、BA−8Uグリコール(商品名、ビスフェノールA8EO付加物、日本乳化剤社製)580g、フェノキシエタノール414g、メタクリル酸516g、シクロヘキサン100g、パラトルエンスルホン酸1水和物8g、2−メチルハイドロキノン0.25g、フェノチアジン0.4gを仕込み、空気を吹き込みながら120℃に加熱した。120℃に到達してから、8時間後に流出した縮合水が81g(理論出水量の91%)となった。
その後、110℃に下げ、減圧下(0.06MPa以下)で3時間シクロヘキサンを留去した。この時の反応混合物の酸価は36mgKOH/gであった。
(第二工程)
次いで、この反応物にフェノチアジン0.25g、2−メチルハイドロキノン0.1g、トリエチルアミン10g、ネオデカン酸グリシジルエーテル180g、エポトートYD−127(商品名、東都化成社製、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量183.4)46gを加え、再度115℃に昇温し、空気を吹き込みながら反応を行った。
115℃に昇温してから、3時間後に反応混合物の酸価が4.5mgKOH/gとなり、粘度が82mPa・sの樹脂(2)を得た。
(第一工程)
攪拌機、Dean−Sterk型水分離機、ガス導入管及び温度計を備えたフラスコに、BA−8Uグリコール(商品名、ビスフェノールA8EO付加物、日本乳化剤社製)580g、フェノキシエタノール414g、メタクリル酸516g、シクロヘキサン100g、パラトルエンスルホン酸1水和物8g、2−メチルハイドロキノン0.25g、フェノチアジン0.4gを仕込み、空気を吹き込みながら120℃に加熱した。120℃に到達してから、8時間後に流出した縮合水が81g(理論出水量の91%)となった。
その後、110℃に下げ、減圧下(0.06MPa以下)で3時間シクロヘキサンを留去した。この時の反応混合物の酸価は36mgKOH/gであった。
(第二工程)
次いで、この反応物にフェノチアジン0.25g、2−メチルハイドロキノン0.1g、N,N,N−トリエチルベンゼンアンモニウムクロライド8g、フェニルグリシジルエーテル150gを加え、再度115℃に昇温し、空気を吹き込みながら反応を行った。
115℃に昇温してから、4時間後に反応混合物の酸価が4.5mgKOH/gとなり、粘度が75mPa・sの樹脂(3)を得た。
(第一工程)
攪拌機、冷却管、ガス導入管及び温度計を備えたフラスコに、エポトートYD−127(商品名、東都化成社製のビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量183.4)1840g、2−メチルハイドロキノン0.54g、トリエチルアミン6.8gを仕込み、空気を吹き込みながら110℃に加熱し、2時間でメタクリル酸861gを滴下した。滴下終了後115℃で8時間後反応し、酸価が3.5mgKOH/gのオリゴマーを得た。
(第二工程)
このオリゴマー65質量部をフェノキシエチルメタクリレート35質量部で希釈し、樹脂(4)を得た。
(第一工程)
攪拌機、Dean−Sterk型水分離機、ガス導入管及び温度計を備えたフラスコに、BA−8グリコール(商品名、ビスフェノールA8EO付加物、日本乳化剤社製)2312g、メタクリル酸826g、トルエン137g、パラトルエンスルホン酸1水和物13.7g、フェノチアジン0.27g、2−メチルハイドロキノン0.54gを仕込み、空気を吹き込みながら120℃に加熱した。120℃に達してから8時間後に流出した縮合水が129g(理論出水量の90%)となった。反応混合物の酸価は36mg・KOH/gであった。反応混合物の温度を90℃に下げ、減圧下で2時間トルエンを留去した。
(第二工程)
この反応混合物にフェノチアジン0.27g、トリエチルアミン9.1g、エポライト100E(商品名、共栄社化学社製、エポキシ当量152)259gを加え、再度115℃に昇温し、空気を吹き込みながら反応を行った。115℃に昇温してから6時間後に、反応混合物の酸価が4.5mg・KOH/gのオリゴマーを得た。
(第三工程)
このオリゴマー65質量部に対し、フェノキシエチルメタクリレート35質量部を混合し、樹脂(5)を得た。
(第一工程)
攪拌機、Dean−Sterk型水分離機、ガス導入管及び温度計を備えたフラスコに、BA−8Uグリコール(商品名、ビスフェノールA8EO付加物、日本乳化剤社製)260g、フェノキシエタノール414g、メタクリル酸516g、シクロヘキサン100g、パラトルエンスルホン酸1水和物8g、2−メチルハイドロキノン0.25g、フェノチアジン0.4gを仕込み、空気を吹き込みながら120℃に加熱した。120℃に到達してから、8時間後に流出した縮合水が65g(理論出水量の90%)となった。
その後、110℃に下げ、減圧下(0.06MPa以下)で3時間シクロヘキサンを留去した。
(第二工程)
次いで、この反応物にフェノチアジン0.25g、2−メチルハイドロキノン0.1g、トリエチルアミン10g、ネオデカン酸グリシジルエーテル480gを加え、再度115℃に昇温し、空気を吹き込みながら反応を行った。
115℃に昇温してから、3時間後に反応混合物の酸価が4.5mgKOH/gとなり、粘度が58mPa・sの樹脂(6)を得た。
各樹脂(1)〜(6)に、2%のアエロジル♯200(商品名、日本アエロジル社製)を加え、ホモミキサーで撹拌した。更にパラフィンワックス140を300pm、パラフィンワックス130を700ppm、NPS9125を100ppm(いずれも全て、日本精蝋社製)添加した。
更に、予めウレタンプライマーNS−YP(商品名、日本触媒社製)を塗布後、一晩放置した30cm×30cmのコンクリート板上に、100質量部の樹脂(1)〜(6)、0.5質量部のジメチルアニリン、0.5質量部のオクチル酸コバルト(金属分8質量%)、及び、1質量部のパークミルH80(商品名、日本油脂社製)を混合し、樹脂80gをガラス繊維マットの25cm×25cmに含浸させて、ライニングした。
その後、コンクリート板を垂直に立てかけ、20℃雰囲気下に放置し、樹脂ダレ、表面の乾燥性を目視、指触にて評価した。
一晩放置後、試験片上のライニング表面に、4cm角の鉄製ジグをエポキシ系接着剤で接着し、建研式接着力試験機で被覆層とコンクリート層間の接着力を測定した。結果を表2に示す。
樹脂ダレは、以下のように評価した。
〇:樹脂がたれておらず、ガラス繊維からの樹脂抜けもない。
△:樹脂がたれて、ガラス繊維から樹脂抜けした部分が10〜20箇所ある。
×:樹脂がたれて、ガラス繊維から樹脂抜けした部分が20箇所以上ある。
また比較例2で得られた樹脂(5)は、2価のアルコールのみとメタクリル酸とを反応させて、未反応メタクリル酸をエポキシ化合物で処理したオリゴマーをフェノキシエチルメタクリレートで溶解したものであるが、製造工程が1つ増え、高価なフェノキシエチルメタクリレートを購入して用いる必要がある。
更に比較例3で得られた樹脂(6)は、エポキシメタクリレートの含有割合が40質量%以上となる組成からなるが、表2より、接着性に劣り、乾燥性、樹脂ダレも低下することが分かった。
Claims (4)
- アルコール類と(メタ)アクリル酸とのエステル化物を含有するラジカル硬化性樹脂を製造する方法であって、2価以上のアルコール及び1価のアルコールを併用して過剰当量の(メタ)アクリル酸によりエステル化して反応混合物(A)を得る工程と、該反応混合物(A)にエポキシ化合物を反応させるエポキシ化工程とを含んでなり、
該エポキシ化工程で生成する(メタ)アクリル酸のエポキシ化物は、ラジカル硬化性樹脂100質量%に対して30質量%以下であって、
該2価以上のアルコールは、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物を含むものである
ことを特徴とするラジカル硬化性樹脂の製造方法。 - 前記1価のアルコールは、フェノキシエタノールを含むものである
ことを特徴とする請求項1に記載のラジカル硬化性樹脂の製造方法。 - 前記2価以上のアルコールは、2価以上のアルコール及び1価のアルコールの合計100質量%に対して、20質量%以上、90質量%以下である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のラジカル硬化性樹脂の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法により得られるラジカル硬化性樹脂を含んでなる
ことを特徴とするラジカル硬化性樹脂組成物。
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