JP5269883B2 - ポリマーおよびポリマー組成物 - Google Patents
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Description
特開2007−238820号は、親水性オルガノポリシロキサン硬化物、ならびにコーティングにおけるその用途に関し、優れた自己洗浄型、静電気防止性、防汚性、および低汚染性特性がもたらされている。これらは、少なくとも2個のシラノール基と、親水性基とを有するオルガノポリシロキサンをベースにしていて、このシラノール基は、縮合反応して硬化物を形成する能力を有する。
PS−(A−PO)m−(A−PS)n型
(式中、POはポリオキシアルキレンブロックであり、PSはポリオルガノシロキサンブロックを表し、Aは二価の基であり、mおよびnは独立して少なくとも1の値を有する)
であり、
式:(R’)q(OR)−SiO(3−q)/2
(式中、Rは1から4個の炭素原子を有するアルキル基を表し、各R’は1から6個の炭素原子を有するアルキル基、フェニル基、または式:‐ORのアルコキシ基を表し、かつ、qが0、1または2の値を有する)
のアルコキシ置換シロキサン単位を少なくとも1個含み、
但し、ケイ素結合(ケイ素に結合した)基ORが前記ブロックコポリマー中に少なくとも2個存在することを条件とする。
を有するアルコキシ置換シロキサン単位であって、酸素原子を介して別のPSブロックのケイ素原子に連結している単位で末端化されたポリオルガノシロキサンブロックを表すことが特に好ましい。言い換えると、アルコキシ置換シロキサン単位がPSブロックの一部を形成していることが好ましい。また、ブロックポリマー中の少なくとも2個の隔てられたケイ素原子が、それぞれ少なくとも1個のケイ素結合アルコキシ基ORで置換されていることが好ましい。
(R”)rSiO(4−r)/2
〔式中、R”は、OR、アルキル、アリール、アルカリール、またはアラルキル(好ましくは1から18個の炭素原子を有するもの)を表し、rは、0から3までの値を示す〕
のシロキサン単位を含む。特に好ましいR”は、ORに加えて、1から6個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基である。R”は、1から3個のアルキル基を示すことがさらに好ましく、メチルが最も好ましい。ブロックポリマー中最高4個までのR”基だけがOR基を示すことが好ましく、より好ましくは2個だけであり、最も好ましくはブロックポリマーの末端ケイ素原子に存在している。このことは、好ましいブロックポリマーでは、末端PSブロックのみにケイ素結合OR基がそれぞれ少なくとも1個存在することを意味する。ブロックポリマーが、POブロックが末端に存在する型のものである場合には、当業者であれば、OR基が、少なくとも1個の不飽和脂肪族置換基を有するアルコキシ含有有機ケイ素化合物と、少なくとも3個の水素原子を有するPS前駆体ブロックとのヒドロシリル化反応によって導入されるとすると、PSブロック中のR基のみがORであり得ることは明らかである。PSブロックに関して、rの値は、好ましくは平均で1.6と2.4の間、最も好ましくは1.9から2.1までである。しかし、rが3の値であるシロキサン単位は、ケイ素結合ORが位置するシロキサン単位にとって特に望ましい末端基として存在する。さらに、rの値が0または1であるシロキサン単位が存在してもよいが、これらはPSブロックに分岐を導入するため、PSブロック中の全シロキサン単位の例えば2%以下などの最小限に抑えることが好ましい。
−(CsH2sO)t−
(式中、各sは独立して2から6、好ましくは2から3の値を有し、tは1から100、好ましくは4から40、より好ましくは3から10の値を有する)
を有するポリオキシアルキレンブロックである。あまり好ましくないブロックコポリマー(すなわち、POブロックが末端にあるブロックコポリマー)を用いる場合には、末端POブロックの上記一般式は:
Q−(CsH2sO)t−
〔式中、Qは、ポリオキシアルキレンの末端封鎖基を示し、例えばアルキル基、ヒドロキシル基もしくはアシル基、またはアルコキシ基であるかそれを含む基(アルコキシ置換シランもしくはシロキサン基を含む)である〕となる。ポリオキシアルキレンブロックの例として、ポリオキシエチレンブロック、ポリオキシプロピレンブロック、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック、ポリオキシイソプロピレンブロック、およびアルキレン単位の異なるタイプの混合を含むブロックが、最も好ましいものとして挙げられる。必要な親水性を得るために、ポリオキシアルキレンブロック中のポリオキシアルキレン単位の少なくとも50%は、オキシエチレン単位であることが好ましい。
−CSH2S−[Si(R* 2)O]tSi(R* 2)CSH2S−
(式中、R*は、ここではアルコキシ基であってはならないことを除いてR”について上述により定義したとおりであり、sおよびtは、上述により定義したとおりである)
が含まれる。当業者であれば、これが基Aの限定されない例であることを理解するであろう。基Aは、PO基とPS基とを一体に連結するために用いる方法によって、より詳細には以下に説明するとおりに、一般的に定義される。二価の基AはいかなるSi‐O‐C結合も有さないことが好ましい。
を有する。このような有機ケイ素基の例には、シラン類(例えば、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、ヒドロトリメトキシシラン、およびヒドロメチルジメトキシシランなど)が含まれる。好適なシロキサン有機ケイ素化合物には、トリメトキシシロキサン末端基を有するビニルジメチル末端封鎖ポリジメチルシロキサンが含まれる。
で末端化されたポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマーであり、例えば、下記反応性単位:
のシランと反応させて、そのエチレン性不飽和基を、本発明の第一の態様によるポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマーのケイ素原子にそれぞれ結合した1個、2個または3個の反応性アルコキシ基を有する下記式:
本発明の第一の態様のポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー、すなわち、ケイ素結合反応性アルコキシ基Xを少なくとも2個有するポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマーを含み、
場合により、前記基Xと縮合反応により反応可能である、ケイ素結合アルコキシ基Yを少なくとも2個有する有機ケイ素架橋剤を場合により含有していてもよい。
但し、ポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマーが、反応性基Xを1分子あたり2個しか有さない場合には、有機ケイ素架橋剤が存在し、かつ、前記有機ケイ素架橋剤が、ケイ素結合反応性アルコキシ基Yを1分子あたり平均2個より多く有していることを条件とする。
のシロキサン単位に存在することができる。このような基の例として、トリメトキシシリル、トリエトキシシリル、メチルジエトキシシリル、メチルジメトキシシリル、ジメチルメトキシシリル、およびジメチルエトキシシリルがある。
下記の基:
を含有する分岐状ポリオルガノシロキサンを含むことができる。この分岐状ポリオルガノシロキサンは、例えば、各分岐鎖が、下記の基:
のエチレン性不飽和アルコキシシランとから製造することができる。好ましくは、アルコキシ‐末端ポリジオルガノシロキサンと、アルコキシ‐末端Q‐分岐状ポリシロキサンとの混合物を使用することできる。
のシランまたはシロキサン単位に存在していてもよい。その一番簡単な形態では、架橋剤は、トリアルコキシシランであり、例えば、アルキルトリアルコキシシラン(例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、もしくはn‐オクチルトリエトキシシランなど)、またはジアルコキシシラン、例えば、ジアルキルジメトキシシラン(例えば、ジメチルジエトキシシランなど)、またはテトラアルコキシシラン(例えば、テトラエトキシシランなど)であることができる。
を少なくとも2個含有するポリシロキサン、または下記単位:
を少なくとも3個含有するポリシロキサンであり得る。
のSi‐アルコキシ基を有するポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマーと、シロキサン縮合触媒とを含み、防湿容器に包装されている。
このようなアルコキシ末端ポロジオルガノシロキサンは、SiH末端ポリジオルガノシロキサンと、下記式:
ネットワークの形成前にポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー上に存在していたケイ素結合アルコキシ基間の縮合反応によって形成された、ケイ素原子上の架橋部位間の結合によって、かつ/あるいは、
ネットワークの形成前に前記ポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー部分上および前記有機ケイ素架橋部分上に存在していたケイ素結合アルコキシ基間の縮合反応によって形成された、ケイ素原子上の架橋部位に結合した有機ケイ素架橋部分を介して、
互いに連結したポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー部分を含む。
平均の重合度(D.P.)が4.5であるポリエチレングリコールジアリルエーテル6.20gを、三口フラスコ内のトルエン31.20gに入れ、窒素下65℃に加熱した。続いて、165μlのクロロ白金酸、その後、平均重合度19のジメチル水素シリル末端ポリジメチルシロキサン流体であるポリジメチルシロキサン流体100gを、滴下により添加した。SiH基のアリル基に対するモル比は、3:1であった。この混合物を、80℃にて1時間加熱し、その後冷却して、SiH含量2.37%のSiH末端ポリシロキサン-ポリオキシエチレンブロックコポリマーの溶液を形成させた。
下記式:
このビニル末端Q‐分岐状ポリシロキサンを、下記式:
実施例1のSi‐メトキシ末端ブロックコポリマーの一部を、以下の重量比〔50:50(実施例3)、30:70(実施例4)、および10:90(実施例5)〕で、Si‐メトキシ末端ポリジメチルシロキサンと置き換えたことを除いて、実施例2を繰り返した。これらのポリジメチルシロキサンは、Si(CH3)2‐CH2CH2‐Si(OCH3)3基で末端化されていて、実施例1のブロックコポリマーと同様の分子量およびメトキシ含量を有していた。各組成物は、親水性ポリマーネットワークに硬化した。
実施例1の製法に従って、製造したSiH末端ポリシロキサン-ポリオキシエチレンブロックコポリマー100gを、85.46gのビニルトリメトキシシランと反応させて(SiH対ビニルの比1:3)、分子量1754およびメトキシ含量18.47重量%を有し、Si(CH3)2‐CH2CH2‐Si(OCH3)3基で末端化された、ポリシロキサン-ポリオキシエチレンブロックコポリマーを製造した。
実施例6のSi‐メトキシ末端ブロックコポリマー9.03gを、実施例2で記載したSi‐メトキシ末端分岐状架橋剤0.97gおよびチタニウムテトラ‐n‐ブトキシド触媒と混合してチタン0.1重量%の濃度とし、試験表面に適用し、湿った大気中、周囲温度にて硬化させた。実施例6のネットワークよりも硬質の親水性ポリマーネットワークが生成した。
実施例6のSi‐メトキシ末端ブロックコポリマーの一部を、以下の重量比〔50:50(実施例8)、30:70(実施例9)、および10:90(実施例10)〕で、Si‐メトキシ末端ポリジメチルシロキサンと置き換えたことを除いて、実施例7を繰り返した。これらのポリジメチルシロキサンは、Si(CH3)2‐CH2CH2‐Si(OCH3)3基で末端化され、実施例1のブロックコポリマーと同様の分子量およびメトキシ含量を有していた。各ブレンドを、チタニウムテトラ-n-ブトキシド触媒と混合してチタン0.1重量%の濃度とし、試験表面に適用し、湿った大気中、周囲温度にて硬化させた。各組成物は親水性ポリマーネットワークに硬化した。
平均重合度11.8のジメチル水素シリル末端ポリジメチルシロキサン流体100gを、三口フラスコ内の50gのトルエンに入れ、窒素下、80℃に加熱した。平均重合度7のポリエチレングリコールジアリルエーテル1滴を添加し、次いで、30μlのクロロ白金酸触媒を添加した。その後、12.76gのポリエチレングリコールジアリルエーテルが滴下により添加した。SiH基のアリル基に対する比は、3:1であった。この混合物を、80℃にて1時間加熱し、その後冷却した。SiH含量2.325%のSiH末端ポリシロキサン-ポリオキシエチレンブロックコポリマー溶液が生成した。
SiH末端ポリシロキサン-ポリオキシエチレン中間体ブロックコポリマーを、平均重合度6.7のポリエチレングリコールジメタリルエーテル15.43g、平均重合度18のジメチル水素シリル末端ポリジメチルシロキサン流体73.22g、および平均重合度54のジビニル末端ポリジメチルシロキサン流体11.35gを三口フラスコ内の25gのトルエンに入れ、窒素下85℃にて加熱し、次いで0.1gの白金ビニルシロキサン錯体を添加することによって製造した。EO基のPDMS基に対する重量比は、1:5であった。この混合物を、80℃にて1時間加熱し、その後冷却して、SiH末端ポリシロキサン-ポリオキシエチレンブロックコポリマー溶液を形成させた。
Claims (20)
- 二価の基を介して互いに連結した1個以上のポリオルガノシロキサンブロックと1個以上のポリオキシアルキレンブロックとを有し、かつ、少なくとも2個のケイ素結合アルコキシ基を有する、ポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマーであって、
前記ブロックコポリマーが、PS−(A−PO) m −(A−PS) n 型
[式中、POはポリオキシアルキレンブロックであり、
PSはポリオルガノシロキサンブロックを表し、
(A−PO)ブロックおよび(A−PS)ブロックは、前記ブロックコポリマー内にランダムに分布していてよく、
PSブロックは、4以上のシロキサン単位を有し、
PSブロックの重合度と、POブロックの重合度との合計が15から35の範囲にあり、
Aは、PSブロックとPOブロックとを一緒に連結する二価の基であり、かつ、
2から10個の炭素原子を有する二価のアルキレン基、および
一般式:
−C s H 2s −[Si(R * 2 )O] t Si(R * 2 )C s H 2s −
〔式中、R * は、1から18個の炭素原子を有する、アルキル、アリール、アルカリール、またはアラルキルで定義され、各sは、独立に2から6までの値を有し、tは、4から34までの値を有する〕
のジオルガノシリルアルキレン単位で末端化された二価のポリオルガノシロキサン基
から選択される基であり、
mおよびnは独立して少なくとも1の値を有する]
であり、かつ、
前記ブロックコポリマーが、式:(R’) q (OR)−SiO (3−q)/2
(式中、Rは1から4個の炭素原子を有するアルキル基を表し、各R’は1から6個の炭素原子を有するアルキル基、フェニル基、または式:‐ORのアルコキシ基を表し、かつ、qは0、1または2の値を有する)
のアルコキシ置換シロキサン単位を少なくとも1個含み、
但し、ケイ素結合基ORが前記ブロックコポリマー中に少なくとも2個存在することを条件とする、ポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー。 - PS−(A−PO−A−PS)n型
(式中、PS、PO、A、およびnは請求項1で定義したとおりである)
である、請求項1に記載のポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー。 - 前記PSブロックの大部分が、4から34個のシロキサン単位を有するポリジメチルシロキサンブロックである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー。
- 前記POブロックが、一般式:
−(CsH2sO)t−
(式中、各sは、独立に2から6までの値を有し、tは、4から31までの値を有する)を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー。 - ヒドロシリル化触媒の存在下、2個のSi‐H基を有するポリオルガノシロキサンと、2個の脂肪族不飽和基を有するポリエーテルとを、任意で2個の脂肪族不飽和基を有するポリオルガノシロキサンが存在していてもよい条件下、Si‐H基が脂肪族不飽和基に対してモル過剰すなわち過剰数で存在する量で反応させることによってヒドロシリル化反応させ、その後、得られたブロックコポリマーと、少なくとも1個のケイ素結合アルコキシ基および1個の脂肪族不飽和基を有するアルコキシ官能性有機ケイ素化合物とを、さらにヒドロシリル化反応させることによって製造される、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー。
- ケイ素結合アルコキシ基のそれぞれが、式:(OR)3‐SiO1/2‐を有する隔てられたシロキサン単位中に存在している、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー。
- 水不溶性、親水性のポリマーネットワークに硬化可能なポリマー組成物であって、
ケイ素結合反応性アルコキシ基Xを少なくとも2個有する請求項の1から7までのいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマーを含み、
場合により、前記基Xと縮合反応により反応可能である、ケイ素結合アルコキシ基Yを少なくとも2個有する有機ケイ素架橋剤を含有していてもよく、
但し、前記ポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマーが、反応性基Xを1分子あたり2個しか有さない場合には、前記有機ケイ素架橋剤が存在し、かつ、前記有機ケイ素架橋剤が、ケイ素結合反応性アルコキシ基Yを1分子あたり平均2個より多く有していることを条件とする、硬化性ポリマー組成物。 - 前記架橋剤が、式:(SiO4/2)のQ単位、式:RcSiO3/2のT単位、式Rb 2SiO2/2のD単位、および式:Ra 3SiO1/2のM単位から選択されるシロキサン単位を含むポリシロキサン(式中、置換基Ra、Rb、およびRcは、1〜6個の炭素原子を有するアルキル基およびアルコキシ基から選択され、置換基Ra、Rb、および/またはRcの少なくとも3個がアルコキシ基である)である、請求項8に記載の硬化性ポリマー組成物。
- 存在する前記ポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマーが、ケイ素結合反応性アルコキシ基Xを平均してそれぞれ2個より多く有し、かつ、架橋剤が存在しない、請求項8に記載の硬化性ポリマー組成物。
- プロトン酸、ルイス酸、有機塩基および無機塩基、遷移金属化合物、金属塩、ならびに有機金属錯体からなる群から選択される縮合触媒をさらに含む、請求項8〜10のいずれか一項に記載の硬化性ポリマー組成物。
- 前記シロキサン縮合触媒が、チタン、ジルコニウム、およびハフニウムから選択される遷移金属の化合物を含むことを特徴とする、請求項11に記載の硬化性ポリマー組成物。
- 前記触媒が、チタニウムテトラアルコキシドまたはキレート化チタニウムアルコキシドであることを特徴とする、請求項12に記載の硬化性ポリマー組成物。
- 前記シロキサン縮合触媒が、錫の有機化合物を含むことを特徴とする、請求項12に記載の硬化性ポリマー組成物。
- ポリオルガノシロキサンであって、ポリオキシアルキレン部分を全く有さず、ケイ素結合反応性アルコキシ基を1個以上有するポリオルガノシロキサンをさらに含む、請求項8〜14のいずれか一項に記載の硬化性ポリマー組成物。
- シリカ(ヒュームドシリカを含む)、溶融シリカ、沈降シリカ、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、シリケート(タルク、長石、および白陶土を含む)、ベントナイトおよび他のクレー、ならびに固体シリコーン樹脂からなる群から選択されるフィラーをさらに含む、請求項8〜15のいずれか一項に記載の硬化性ポリマー組成物。
- 前記組成物が、シロキサン縮合触媒を含有し、かつ、防湿容器に包装されていることを特徴とする、請求項8〜16のいずれか一項に記載の硬化性ポリマー組成物。
- ネットワークの形成前に請求項1〜7に記載のポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー上に存在していたケイ素結合アルコキシ基間の縮合反応によって生じるケイ素原子上の架橋部位間の結合によって、かつ/あるいは、
ネットワークの形成前に前記ポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー部分上および前記有機ケイ素架橋部分上に存在していたケイ素結合アルコキシ基間の縮合反応によって生じるケイ素原子上の架橋部位に結合した有機ケイ素架橋部分を介して、
互いに連結したポリオルガノシロキサン-ポリオキシアルキレンブロックコポリマー部分を含む、水不溶性、親水性の網目構造ポリマー。 - 請求項8から17のいずれか一項に記載の硬化性組成物を、水分の存在下で反応させる工程を含む、請求項18に記載の親水性の網目構造ポリマーの形成方法。
- 前記ポリマーネットワークの表面上の水滴の接触角が、表面に水滴を適用した後で時間とともに減少することによって示されるとおり、前記ポリマーネットワークの表面を水で湿らせると、より親水性になり、逆に、前記ポリマーネットワークの表面を乾燥させると、より疎水性になる、請求項18に記載の水不溶性、親水性の網目構造ポリマー。
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