JP5430240B2

JP5430240B2 - 水酸基含有化合物及び該化合物を含有してなる合成樹脂組成物

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Publication number: JP5430240B2
Application number: JP2009141855A
Authority: JP
Inventors: 直博藤田; 竜巳小坂
Original assignee: Adeka Corp
Current assignee: Adeka Corp
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-06-15
Also published as: JP2010285404A

Description

本発明は、水酸基を含有する新規な化合物に関し、特に、第３級アミン及び第４級アンモニウム塩化合物を包含する、帯電防止剤として有用な水酸基含有化合物及び該化合物を含有してなる合成樹脂組成物に関する。

合成樹脂は、軽量であること、加工が容易であること、用途に応じて素材を設計することができる等の優れた特性を有しているため、現代では欠かすことのできない重要な素材である。例えば、合成樹脂は高い電気絶縁性を有するという特性を有することから、電気製品の各種部材として頻繁に利用されている。しかしながら、合成樹脂の絶縁性に起因して、摩擦等により合成樹脂成形品が容易に帯電するという問題があった。

即ち、帯電した合成樹脂成形品は、周囲の埃やチリを引き付けるために汚れやすく、合成樹脂成形品の外観を損ねるという問題がある。また、電子製品、例えば、コンピューター等の精密機器は、合成樹脂成形部材の帯電が原因となって回路が誤作動することがある。更に、電撃による問題も存在し、例えば、合成樹脂成形品から人体に対して電撃が発生すると人に不快感を与えるし、また、可燃性気体や粉塵のあるところでは、爆発事故を誘発する可能性もある。

従ってこのような問題を解消するために、通常、合成樹脂には帯電を防止する処理が施されている。最も一般的な処理方法は、合成樹脂に帯電防止剤を添加する方法である。帯電防止剤としては、合成樹脂の分子中に帯電防止ユニットを共重合（合成樹脂骨格に組込む）させる永久帯電防止剤と、合成樹脂を加工成形する際に添加する、いわゆる練り込み型帯電防止剤に大別することができる。

これらのうち練り込み型帯電防止剤は、合成樹脂の表面にブリードして帯電防止効果を発揮するものであるが、摩擦や水洗などにより合成樹脂の表面から帯電防止剤が除去されるため、帯電防止効果の持続性が十分でないという問題があった。又、合成樹脂との相溶性が良くない場合には、内部の帯電防止剤がすぐに合成樹脂表面にブリードアウトするため、数日から数週間で効果が無くなるという問題があった。そこで、帯電防止効果の持続性を改善するために、高分子系の帯電防止剤が検討されている。実際、このような高分子系の帯電防止剤を使用した、ポリオキシアルキレン鎖を有する（メタ）アクリル樹脂（例えば、特許文献１）やポリエーテルエステルアミド（例えば、特許文献２）は既に市販されているが、これらは前記問題点を解消するには至っておらず、更なる改良が望まれていた。

特開昭６３−１０１４４４号公報特開昭６２−２７３２５２号公報

そこで本発明者等は、ブリードアウトがなく、帯電防止能に優れた帯電防止剤を見出すべく鋭意検討を重ねた結果、分子の片末端に水酸基を有し、他方の分子片末端にイオン基であるアンモニウム塩を有する構造の分子を使用することによって、様々な合成樹脂骨格の側鎖にイオン基を導入することが可能となり、前記問題点を解決することができることを見出し本発明に到達した。

したがって本発明の第１の目的は、ブリードアウトがなく、帯電防止能に優れた効果を発揮する、帯電防止剤（又はその前駆体）として有用な、水酸基含有化合物を提供することにある。
本発明の第２の目的は、ブリードアウトがないだけでなく帯電防止能にも優れた帯電防止剤（又はその前駆体）を提供することにある。
更に本発明の第３の目的は、帯電防止性に優れた合成樹脂組成物を提供することにある。

即ち本発明は、下記一般式（１）で表されることを特徴とする水酸基含有化合物、下記一般式（２）で表されることを特徴とする水酸基含有化合物、一般式（２）で表される化合物を含有する帯電防止剤、及び、一般式（２）で表される化合物を合成樹脂中に１〜６０質量％となるように含有させてなる帯電防止性合成樹脂組成物である。

但し、式中のＲ^１及びＲ ^２は各々独立にヒドロキシメチル基又はヒドロキシエチル基、Ｒ^３は水素原子、又は、メチル基若しくはエチル基、Ｒ ^４〜Ｒ ^６は各々独立に炭素原子数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基であり、Ｘ⁻はハロゲンイオン、メチル硫酸イオン（ＣＨ_３ＯＳＯ_３ ⁻）又はエチル硫酸イオン（Ｃ_２Ｈ_５ＯＳＯ_３ ⁻）である。

前記一般式（１）及び（２）におけるＲ^２はヒドロキシエチル基であることが好ましく、Ｘ ⁻は、塩素イオン、臭素イオン又はヨウ素イオンである事が好ましい。また、前記一般式（１）及び（２）におけるＲ ^４〜Ｒ ^６はメチル基又はエチル基であることが好ましい。

本発明の帯電防止性合成樹脂組成物に使用する合成樹脂は、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、ケイ素樹脂、ビニル樹脂又はアクリル樹脂から選択される１種、又は、少なくとも２種からなるアロイ樹脂であることが好ましく、特にウレタン樹脂である事が好ましい。またこのウレタン樹脂は、ウレタン樹脂を水分散させてなる水系ウレタン樹脂であることが好ましい。

本発明の水酸基含有４級アンモニウム塩化合物は、合成樹脂骨格の側鎖に対してイオン性基を導入することが可能な、新規で帯電防止能に優れた化合物であるので、ブリードアウトのない帯電防止剤、或いは、帯電防止性に優れた合成樹脂組成物を提供するのに好適である。また、本発明の３級アミン化合物は４級アンモニウム塩の前駆体等として有用である。

本発明の水酸基含有化合物は、下記一般式（１）及び（２）で表される、文献未載の新規な化合物である。

一般式（１）

但し、式中のＲ ^１及びＲ ^２は各々独立にヒドロキシメチル基又はヒドロキシエチル基、Ｒ ^３は水素原子、又は、メチル基若しくはエチル基であり、Ｒ ^４及びＲ ^５は各々独立に炭素原子数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基である。

一般式（２）

但し、式中のＲ ^２はヒドロキシメチル基又はヒドロキシエチル基、Ｒ ^３は水素原子、又は、メチル基若しくはエチル基、Ｒ ^４〜Ｒ ^６は各々独立に炭素原子数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基であり、Ｘ ⁻ はハロゲンイオン、メチル硫酸イオン（ＣＨ _３ＯＳＯ _３ ⁻ ）又はエチル硫酸イオン（Ｃ _２Ｈ _５ＯＳＯ _３ ⁻ ）である。

前記一般式（１）及び（２）におけるＲ ^２はヒドロキシエチル基であることが好ましい。

前記Ｒ ^４〜Ｒ^６で表される炭素原子数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ターシャリブチルが挙げられるが、原料入手容易性及び合成容易性の観点から、メチル基又はエチル基であることが好ましい。

前記X⁻は、ハロゲンイオン、メチル硫酸イオン（ＣＨ_３ＯＳＯ_３ ⁻）又はエチル硫酸イオン（Ｃ_２Ｈ_５ＯＳＯ_３ ⁻）であるが、作業性安全性の面から、本発明に置いては特に、塩素イオン、臭素イオン又はヨウ素イオン等のハロゲンイオンが好ましい。

本発明の一般式（１）の水酸基含有３級アミン化合物の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、アルカノールアミン化合物とアミノアルキル（メタ）アクリレート又はアミノアルキル（メタ）アクリルアミドとのマイケル付加反応により容易に製造することができる。アルカノールアミン化合物は、反応性の観点から、１級又は２級アミン化合物であることが好ましい。また、反応温度は８０〜１２０℃であることが好ましく、反応時間は５〜１５時間であることが好ましい。更に、これらの反応に際しては、必要に応じて各種の溶媒及び触媒を用いることができる。
上記アルカノールアミン化合物としては、ジエタノールアミンが最も好ましい。

前記アミノアルキル（メタ）アクリルアミド化合物としては、例えば、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。

一般式（１）で表される本発明の化合物の具体例としては、以下のＮｏ．１の化合物が挙げられる。ただし、本発明はこの化合物に限定されるものではない。

本発明の一般式（２）で表される水酸基含有４級アンモニウム塩化合物の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、アミノアルキル（メタ）アクリレート又はアミノアルキル（メタ）アクリルアミドを予め４級化剤を用いて４級化した後、アルカノールアミン化合物とのマイケル付加反応をさせることによって製造することができる。

上記４級化剤としては、例えば、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸等のアルキル硫酸、アルキルベンジルクロライド、ベンジルクロライド、ベンジルブロマイド、ベンジルヨーダイド、メチルクロライド、エチルクロライド、ブチルクロライド、プロピルクロライド、メチルブロマイド、エチルブロマイド、ブチルブロマイド、メチルヨーダイド、エチルヨーダイド、プロピルヨーダイド、ブチルヨーダイド、ヘキシルヨーダイド、シクロペンチルクロライド、シクロペンチルヨーダイド、シクロヘキシルクロライド、シクロヘキシルブロマイド、シクロヘキシルヨーダイド等が挙げられる。これらの４級化剤は、通常単独で又は２種以上を混合して用いられる。本発明においては、作業安全性の観点からハロゲン化アルキルを用いることが好ましく、反応性等の観点からは、メチルクロライド又はエチルクロライドを用いることがより好ましい。

前記４級化剤の使用量及び反応方法は特に限定されず、一般的な合成方法によって製造可能である。例えば使用量については、３級アミノ基に対して４級化剤を等モル使用し、４級化反応に際しては、反応物の着色を防止するために、窒素雰囲気下の１５〜１４０℃で、具体的には、４級化剤の添加後約１〜６時間、７０〜１４０℃で熟成する方法等が挙げられる。

本発明の水酸基含有化合物は、合成樹脂用帯電防止剤として特に有用である。
本発明の水酸基含有化合物の合成樹脂への配合方法は、合成樹脂への練り込み法でも、合成骨格中への共重合による組込み法でも良いが、ブリード防止の観点から組込み法がより好ましいといえる。本発明の水酸基含有化合物は、水酸基と反応可能な官能基（例えばイソシアネート基等）を有する合成樹脂原料化合物との共重合反応により、合成樹脂骨格中に容易に組込むことができる。更に、２個の水酸基を有する本発明の水酸基含有化合物を用いた場合には、合成樹脂骨格の側鎖に容易にイオン基を導入することができるので、帯電防止能に顕著な効果を発現することが可能となる。

本発明で使用する上記合成樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素（ウレア）樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、キシレン樹脂及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、ケイ素樹脂、ビニル樹脂及びアクリル樹脂からなる群の中から選択される１種、或いは、前記群の中から選択される２種以上の樹脂によるアロイ樹脂を挙げることができる。特に、共重合によって合成樹脂骨格中に組み入れることができるという観点から、溶剤系又は水系ウレタン樹脂が好適である。

帯電防止性合成樹脂組成物中における、本発明の水酸基含有化合物の配合量は１〜６０質量％であるが、好ましくは５〜４０質量％であり、１０〜３０質量％であることが特に好ましい。本発明の水酸基含有化合物の配合量が１質量％未満であると帯電防止効果が充分に発揮されない場合があり、６０質量％を超えると表面タック性等、合成樹脂としての物性面が劣る傾向となる。

また、本発明の水酸基含有化合物を合成樹脂の帯電防止剤として用いる際には、汎用の添加剤を併用することができる。これらの添加剤としては、例えば、フェノール系抗酸化剤、チオエーテル系抗酸化剤、有機ホスファイト又はホスホナイト系抗酸化剤、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、ベンゾエート系又はトリアリールトリアジン系等の紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系光安定剤、金属石ケン類、造核剤、本発明の化合物以外の帯電防止剤、可塑剤、難燃剤、充填剤、顔料等が挙げられる。これらの添加剤は、必要に応じて一種または二種以上用いることができる。

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

［実施例１−１〜１−５］（水酸基含有３級アミン化合物（前記Ｎｏ．１）の合成）
ジエタノールアミン（三井化学(株)製）：以下DEAと略す）とN,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド（(株)興人製）：以下「化合物a」と略す）を、下記表１に記載した配合比で、攪拌機付きの反応容器に入れ、表1に記載した反応温度及び反応時間で反応させ、淡黄色の液状物を得た。収量及び収率を併せて表１に示した。

前記実施例１−１で得られた化合物の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルは、（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３，ｐｐｍ）：８．０１（ｔ，１Ｈ，−ＮＨ），４．７５（ｓ，２Ｈ，−ＯＨ），３．３４（ｔ，４Ｈ，−ＣＨ_２），２．９５（ｑ，２Ｈ，−ＣＨ_２），２．５４（ｄ，２Ｈ，−ＣＨ_２）,２．３８（ｔ,４Ｈ，−ＣＨ_２），２．０７（ｍ，４Ｈ，−ＣＨ_２），１．９４（ｓ，６Ｈ，−ＣＨ_３），１．４０（ｑｕｉｎ，２Ｈ，−ＣＨ_２）であり、目的物（化合物Ｎｏ．１）であることを確認した。

前記実施例１−１〜１−５の反応後の反応率、目的物含有量及び原料残存率を^１Ｈ−ＮＭＲにより算出した。結果を表１に併せて示した。

［参考例１］（水酸基含有４級アンモニウム塩化合物（化合物Ｎｏ．２）の合成）
[アクリルアミド４級アンモニウム塩の合成]
１５６ｇの前記化合物a（１．０モル）を２３４gのテトラヒドロフランに溶解させ、２５〜４０℃で、化合物aの残存率が５%以下になるまでメチルクロライドを供給した。得られた白色沈殿物をろ過した後、減圧乾燥し、アクリルアミド４級アンモニウム塩化合物(下記化合物a-q)を得た。

[水酸基含有４級アンモニウム塩化合物の合成]
DEA１０５ｇ（１．０モル）と前記で得られた化合物a-qの２２７ｇ（１．１モル）を攪拌機付きの反応容器に入れ、反応温度１００℃で１５時間反応させ、淡黄色の液状物を得た。収量及び収率を併せて表１に示した。

前記参考例１で得られた化合物の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルは、（４００ＭＨｚ，Ｄ_２Ｏ，ｐｐｍ）：３．５２（ｔ，４Ｈ，−ＣＨ₂），３．２０（ｍ，２Ｈ，−ＣＨ_２），３．１３（ｔ，２Ｈ，−ＣＨ₂），２．９７（ｓ，９Ｈ，−ＣＨ_３），２．７２(ｔ，２Ｈ，−ＣＨ_２)，２．５４（ｔ，４Ｈ，−ＣＨ_２），２．２９（ｔ，２Ｈ，−ＣＨ_２）,１．８７（ｑ，２Ｈ，−ＣＨ_２）であり、下記化合物Ｎｏ．２であることを確認した。

前記実施例１の場合と同様にして、参考例１の反応後の反応率、目的物含有量及び原料残存率を^１Ｈ−ＮＭＲによって算出した。結果を表１に示した。表１の結果から明らかなように、本発明の水酸基含有３級アミン化合物及び水酸基含有４級アンモニウム塩化合物は、緩い反応条件で、収率良く製造することのできることが確認された。

［参考例２］
[水系ウレタン樹脂組成物の作製]
１，６−ヘキサンジオールとアジピン酸及びイソフタル酸とのポリエステルポリオール（数平均分子量１７５０）４６．８ｇ（０．０２７モル）、アデカポリエーテルＢＰＸ-１１((株)ＡＤＥＫＡ製ビスフェノールＡのプロピレンオキサイド２モル付加物)７．０ｇ（０．０１９モル）、メラミン３．８ｇ（０．０３０モル）、４、４‘−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート１１２．２ｇ（０．４２８モル）及び前記Ｎｏ．２の化合物５６．７ｇ（０．１８２モル）、及びＮ-メチル-２-ピロリドン１７３．４ｇを反応フラスコに仕込み、窒素気流中の９５〜１２５℃で、理論ＮＣＯ含有量が１．４７（％）になるまで、３〜６時間反応させ、ウレタンプレポリマー組成物を得た。得られたウレタンプレポリマー組成物４５０ｇを、ＳＥ−２１（ワッカーシリコン社製シリコーン系消泡剤）０．５ｇを溶解したイオン交換水６６０ｇに添加し、室温で３０分間攪拌した。次いで、２５％エチレンジアミン水溶液２５．７ｇ、及び、水で２５％に希釈したアジピン酸ジヒドラジド懸濁液１２．４ｇを加え、室温で３０分間攪拌して水系ウレタン樹脂組成物を得た。

[試験塗膜の作製]
得られた水系ウレタン樹脂組成物を、バーコーターを用いてガラス板上に膜厚が２００μｍとなるように塗布し、２５℃で２４時間放置した後、１２０℃で１時間乾燥させて試験塗膜を作製した。

[導電性評価]
作製した試験塗膜を２３℃５０％ＲＨで１週間放置した後、表面抵抗率(Ω/□)を下記の条件に基づき測定した。結果を下記表２に記した。

[表面抵抗率測定方法]
使用機器：三菱化学(株)製ハイレスタＩＰＭＣＰ−ＨＴ２６０、
電圧：１００Ｖ印加、
測定時間：１０秒、プローブ：ＨＡ

［比較例１］
参考例２で使用したＮｏ．２の化合物の替わりにジメチロールプロピオン酸を同モル量用い、中和剤としてトリエチルアミン（ジメチロールプロピオン酸のモル数に対して１．０１倍モル）を添加したこと以外は、参考例２と同様にして試験塗膜を作製し、導電性の評価を行った。結果を表２に記した。

［比較例］
参考例２で使用したＮｏ．２の化合物の替わりにＮ−メチルジエタノールアミンを同モル量用い、中和剤として、Ｎ−メチルジエタノールアミンのモル数に対して０．９８倍モルの酢酸を添加したこと以外は、参考例２と同様にして試験塗膜を作製し、導電性の評価を行った。結果を表２に記した。

表２の結果から明らかなように、本発明の水酸基含有化合物に対応する４級アンモニウム塩化合物は顕著な導電性効果を有し、帯電防止剤として有用な化合物であること、更に、分子の末端に水酸基を有し、他方の片末端にイオン性基を有するため、合成樹脂骨格の側鎖に対してイオン性基を導入することが可能であり、これによって、ブリードアウトを起さない、帯電防止能に優れた合成樹脂組成物となることが確認された。
また、該３級アミン化合物を、合成樹脂中に導入（合成骨格への組込み）させた後、４級化剤によって４級化することにより、帯電防止性を付与させることも可能である。

本発明の水酸基含有化合物は、合成樹脂骨格の側鎖に対してイオン性基を導入することが可能な、新規で帯電防止能に優れた化合物であり、ブリードアウトのない、帯電防止性に優れた合成樹脂組成物を提供することができるので、本発明は産業上極めて有意義である。

Claims

下記一般式（１）で表されることを特徴とする水酸基含有化合物；

但し、式中のＲ^１及びＲ ^２は各々独立にヒドロキシメチル基又はヒドロキシエチル基、Ｒ^３は水素原子、又は、メチル基若しくはエチル基、Ｒ ^４及びＲ ^５は各々独立に炭素原子数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基である。
前記Ｒ ^１及びＲ ^２がヒドロキシエチル基である、請求項１に記載された水酸基含有化合物。
前記Ｒ ^１がヒドロキシメチル基である、請求項１に記載された水酸基含有化合物。
前記Ｒ ^４及びＲ ^５がメチル基又はエチル基である、請求項１〜３の何れかに記載された水酸基含有化合物。
下記一般式（２）で表される４級アンモニウム塩であることを特徴とする、水酸基含有化合物；

但し、式中のＲ ^２はヒドロキシメチル基又はヒドロキシエチル基、Ｒ ^３は水素原子、又は、メチル基若しくはエチル基、Ｒ ^４〜Ｒ ^６は各々独立に炭素原子数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基であり、Ｘ ⁻ はハロゲンイオン、メチル硫酸イオン（ＣＨ _３ＯＳＯ _３ ⁻ ）又はエチル硫酸イオン（Ｃ _２Ｈ _５ＯＳＯ _３ ⁻ ）である。
前記Ｒ ^４〜Ｒ ^６がメチル基又はエチル基である、請求項５に記載された水酸基含有化合物。
前記一般式（２）中のＸ ⁻ が、塩素イオン、臭素イオン又はヨウ素イオンである、請求項５又は６に記載された水酸基含有化合物。
請求項５〜７の何れかに記載された水酸基含有化合物を含有することを特徴とする帯電防止剤。
請求項５〜７の何れかに記載された水酸基含有化合物を合成樹脂固形成分中に１〜６０質量％含有させてなることを特徴とする、帯電防止性合成樹脂組成物。
前記合成樹脂が、熱硬化性樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、ケイ素樹脂、ビニル樹脂、アクリル樹脂からなる群の中から選択された１種、又は、２種以上からなるアロイ樹脂である、請求項９に記載された帯電防止性合成樹脂組成物。
前記合成樹脂がウレタン樹脂である、請求項１０に記載された帯電防止性合成樹脂組成物。
前記ウレタン樹脂がウレタン樹脂を水分散させてなる水系ウレタン樹脂である、請求項１１に記載された帯電防止性合成樹脂組成物。