JP5910952B2 - 真のマイケル付加(rma)反応により架橋可能な架橋性組成物 - Google Patents
真のマイケル付加(rma)反応により架橋可能な架橋性組成物 Download PDFInfo
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-
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Description
a.活性メチレンまたは活性メチン基(RMA供与基)中に少なくとも2つの酸性プロトンC−Hを持つ成分A、および
b.少なくとも2つの活性不飽和基(RMA受容基)を持つ成分B、および
c.成分Aと成分Bの間のRMA反応を活性化できる塩基性触媒を含有するか発生させ得る触媒系C、
を含み、
d. 以下の特徴
本架橋性組成物はさらに、同じく触媒Cの作用で成分Bと反応可能なマイケル付加供与体であるX−H基含有成分Dを含み、式中、Xは、N、P、O、Sであるか、またはXは、酸性メチル(CH3)基の一部分としてのCである
を有する。
エトスクシミド 9.3
5,5−ジメチルヒダントイン 10.2
1,2,4−トリアゾール 10.2
1,2,3−トリアゾール 9.4
ベンゾトリアゾール 8.2
ベンゼンスルホンアミド 10.1
ニトロメタン 10.2
イサチン 10.3
ウラシル 9.9
4−ニトロ−2−メチルイミダゾール 9.6
フェノール 10.0
アセト酢酸エチル 10.7
アセチルアセトン 9.0
マロン酸ジエチル 13.0
式中、Rは、水素、またはアルキル、アラルキル、もしくはアリール置換基であり、YおよびY’は、同一または異なる置換基であって、好ましくは、アルキル、アラルキルまたはアリール(R*)、アルコキシ(−OR*)、またはポリマー骨格であるか、あるいは式中、-C(=O)−Yおよび/または-C(=O)−Y’は、CNまたはフェニルに置き換えられている。
a.置換または無置換のトリアゾールおよび成分A2からなる群より選択される1種以上の成分、好ましくはベンゾトリアゾール、アセト酢酸化合物、またはアセチルアセトン、およびさらに
b.トリアゾールではない成分D、好ましくはN−H酸性化合物からなる群より選択される1種以上の成分、特に好ましくはスクシンイミド。
a.置換または無置換のトリアゾール(ベンゾトリアゾールを含む)からなる群より選択される1種以上の成分、および
b.成分A2である1種以上の成分、およびさらに
c.トリアゾールではない成分Dからなる群より選択される1種以上の成分。
a.活性メチレンまたは活性メチン基中にC−H酸性プロトンを持つ成分A2、好ましくはアセト酢酸化合物またはアセチルアセトン、および置換または無置換のトリアゾール成分、好ましくはトリアゾールまたはベンゾトリアゾール、からなる群より選択される1種以上の成分、およびさらに
b.トリアゾールではない、X−H基含有成分D(式中、XはN、P、OまたはSであるか、あるいはXは酸性メチル(CH3)基の一部分としてのCである)、好ましくはN−H基含有成分D、特に好ましくはスクシンイミドからなる群より選択される1種以上の成分。
a.成分A2である、好ましくはアセト酢酸化合物またはアセチルアセトンである1種以上の成分、およびさらに
b.置換または無置換のトリアゾールからなる群より選択される、好ましくはトリアゾールまたはベンゾトリアゾールである1種以上の成分、および
c.トリアゾールではない成分Dからなる群より選択される1種以上の成分。
活性メチレンまたは活性メチン基を有する成分Aの適切な例は、当該分野で周知である。好適なものとして、オリゴマーおよび/またはポリマー型のA基含有成分、例えば、主鎖に含まれた形で、またはペンダント型で、あるいはその両方で、A基を有する、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリル酸、エポキシ樹脂、ポリアミド、およびポリビニル樹脂がある。
成分Bとしては、一般に、電子吸引基、例えばα位のカルボニル基により炭素炭素二重結合が活性化されているエチレン不飽和結合含有成分が可能である。適切な成分Bは、当該分野で既知であり、例えば、(メタ)アクリロイルエステル、(メタ)アクリルアミド、その他には、マレイン酸系、フマル酸系、および/またはイタコン酸系ポリエステル(ならびにマレイン酸およびイタコン酸無水物、およびペンダント型の活性不飽和基を有する、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテル樹脂、および/またはアルキド樹脂がある。アクリル酸化合物、フマル酸化合物、およびマレイン酸化合物が好適である。特に好ましくは、成分Bは、不飽和アクリロイル官能基含有成分である。
塩基触媒Cは、RMA反応を触媒するのに適していれば、原則として、任意の既知の触媒が可能である。好ましくは、低温硬化性と合わせて良好な可使時間を達成する観点から、架橋性組成物は、揮発性酸でブロックされており、この酸の揮発により活性化される強塩基を含む触媒系Cを含む。適切な触媒系Cは、二酸化炭素でブロックされた強塩基を含むか、またはブロックされた触媒種は式ROCO2 −を有し(Rは、随意に置換されるアルキル、好ましくはC1−C4ラジカルまたは水素である)、好ましくは触媒は、ブロックされた塩基アニオン、および非酸性カチオン、好ましくは第四級アンモニウムまたはホスホニウムカチオンを含む。適切な触媒Cは、国際公開第2011/055463号(特許文献1)に記載されており、国際公開第2011/055463号は参照として本明細書に援用される。好適には、架橋触媒は、0.001〜0.3meq/g固形分、好ましくは0.01〜0.2meq/g固形分、より好ましくは0.02〜0.1meq/g固形分(meq/g固形分は、架橋性組成物の全乾燥重量に対するミリモル単位の塩基量で定義され、粒子状充填剤または顔料は含めない)の範囲の量で用いられる。あるいは、触媒系Cは、エポキシ成分と第三級アミン、またはアニオンとの反応で活性化される。
ラシヒリングを詰めた蒸留塔を取り付けた反応器に、ネオペンチルグリコール17.31mol、ヘキサヒドロフタル酸無水物8.03mol、およびブチルスズ酸0.0047molを入れた。窒素下240℃で、混合物を重合させて0.2mgKOH/gの酸価にした。混合物を130℃に冷却し、マロン酸ジエチル10.44molを加えた。反応混合物を170℃に加熱し、エタノールを減圧除去した。ほぼ無色の物質を冷却し、酢酸ブチル420gで希釈して、固形分90%とした。最終的に得られる樹脂は、酸価が0.3mgKOH/g固形分、OH価が20mgKOH/g固形分、重量平均分子量が3400Daであった。
TBAH溶液(40%水溶液)59.4gをDEC13.5g(RTで一晩反応させる)、共溶媒としてのイソプロパノール14.5gと反応させ、続いて対応するエトカーボネート(ethocarbonate)化学種を発現させることにより、触媒溶液を調製した。滴定から、触媒のブロック化が完了したこと、およびブロックされた塩基の濃度が0.83meq/g溶液であることが示された。
45%TBAH水溶液43.6gに、イソプロパノール36.6gおよびDEC60gを加えた。一晩撹拌後、混合物をろ紙で濾過した。滴定から、触媒Cは、溶液1グラムあたりブロックされた塩基を0.52meq含有していることが示された。
TBAH溶液(40%メタノール溶液)39.9gをDMC8.6g、および追加のメタノール6.5gと反応させる(RTで一晩反応させる)ことにより、触媒溶液C3を調製した。このわずかに濁った溶液を、折り畳んだろ紙で濾過して、透明溶液とした。滴定から、触媒のブロック化が完了したこと、およびブロックされた塩基の濃度が1.14meq/g溶液であることが示された。
マロン酸基供与体樹脂A、アクリロイル供与体樹脂としてのDiTMPTA、および提示する量のスクシンイミドを基に配合物を調製し、MEK/BuAcの体積比率1:1混合物で希釈して、粘度を160mPasにした。希釈物を、一定量の触媒溶液C1と混合した。表Aに、組成全体の詳細を示す。触媒量は、50μeq/g固形分であり、水のレベルは1.8重量%であり、イソプロパノールは0.7重量%であり、エタノールのレベルは0.2重量%と見積もられる。
系中でのアクリロイルの変換は、アクリロイルの特徴である809cm−1のバンドに注目することでFTIRにより追跡可能である。FTIRで追跡することにより、全変換における添加スクシンイミドの影響を可視化することができる。比較例1(スクシンイミドを含まない)および実施例配合物1(固形分に対し150%のスクシンイミドを含む)の組成にしたがって2種類の系を配合した。図1は、これらの系をATR結晶の頂部に塗布した後の系の変換を比較するものである。IR光線は、基板に近い最深層まで探査する。スクシンイミドを含まない配合物では初期の変換は速いが、これは、溶媒の捕捉および外観に問題を生じる可能性をもたらすものでもある。スクシンイミドを加えると、それがたとえ非常に低レベルであっても、初期の変換に顕著な遅延をもたらすことが見てとれる、と同時に、この初期の遅延期間後、変換速度は加速され、その結果、この初期遅延後にも関わらず速い硬化速度でより高い変換率に向かうことを示す。
アクリル酸ブチル42グラムとメタノール42グラムを混合し、そこにスクシンイミド5グラム(50.5mmole)を溶解させ、そのまま、または強塩基(1.12meq/gの水酸化テトラブチルアンモニウムメタノール溶液9.82グラム、11meq)を加えてから、室温に維持する。続いて、試料を採取して、時間の関数としてスクシンイミド濃度を決定し、既知の過剰量のHCl水溶液で中和し、そしてKOH溶液で逆滴定する。塩基による開始がない場合、この溶液中のスクシンイミドN−Hは、2週間の間、ほとんど減少しないことが観測される。塩基を加えた場合、スクシンイミド濃度は、以下の表Fに示すとおり、時間とともに減少することがわかる。スクシンイミド濃度は、使用量に基づく理論レベルに対する%で表される。
相対変換率
表Hに、さらなる結果をまとめるが、それらは本発明による各種組成物の硬度発達における有益な効果を示す。
表Iに示すとおりの成分で配合物を調製した。塗布(bonderパネルに噴射する)して室温で1日後のペルゾーツ硬度を示す。膜厚はたいてい60〜80muであった。N−H成分を含まない比較例の硬度の値は、64秒であった。硬度発達には、スクシンイミド、エトスクシミド、イサチン、および2−メチル−4−ニトロイミダゾールの使用が好適であることが見てとれる。使用した希釈剤は、酢酸ブチルとMEKの1:1混合物(重量比)であった。触媒溶液は、C−1と同様に調製したもので、濃度が0.7meq塩基/gであった。結果および組成を表Iにまとめる。
配合物を調製し、bonderパネルに噴射塗布して、RTで乾燥させた。パネルの外観をBykウェーブ・スキャン装置で分析した。振り子硬度(秒単位、1日後)、および長波/短波数(小さいほど良い)を、組成データと合わせて、表Jにまとめる。本発明による配合物の、硬度および外観への有利な効果が見てとれる。触媒溶液は、実施例14で用いたのと同様であった。使用した希釈剤は、酢酸ブチルとMEKの1:1混合物(重量比)であった。
Claims (50)
- 以下
a.活性メチレンまたは活性メチン基(RMA供与基)中に少なくとも2つの酸性プロトンC−Hを持つ成分A、および
b.少なくとも2つの活性不飽和基(RMA受容基)を持つ成分B、および
c.成分Aと成分Bの間の該RMA反応を活性化できる塩基性触媒を含有するか発生させ得る触媒系C、
を含み、
d.以下の特徴
該架橋性組成物はさらに、同じく触媒Cの該作用で成分Bと反応可能なマイケル付加供与体であるX−H基含有成分Dを含み、式中、Xは、N、P、またはSであるか、またはXは、酸性メチル(CH3)基の一部分としてのCであり、成分Aはマロン酸化合物またはアセト酢酸化合物であり、該X−H基含有成分Dは成分Aの該C−H基よりも高い酸性度を有し、成分Dが、成分Aの該C−H基のpKaより、少なくとも1低いpKa(水性環境で決定して)を有する、
を有する、架橋性組成物。 - 成分Bの前記RMA受容基は、アクリロイル基である、請求項1に記載の架橋性組成物。
- 成分Aの前記RMA供与基は、大部分がマロン酸基に由来するものである、請求項1または2に記載の架橋性組成物。
- 成分Aの前記RMA供与基は、前記成分Aの50%超がマロン酸基である、請求項1または2に記載の架橋性組成物。
- 成分Dの前記X−H基は、pKa(水性環境で決定して)が、成分Aの大部分を占める前記C−H基のpKaより、少なくとも2低いことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分Dの前記X−H基の前記pKaは、13未満である、請求項1から4のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分Dの前記X−H基の前記pKaは、12未満である、請求項1から4のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分Dの前記X−H基の前記pKaは、11未満である、請求項1から4のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分Dの前記X−H基の前記pKaは、7超である、請求項6または7に記載の架橋性組成物。
- 成分Dの前記X−H基の前記pKaは、8である、請求項1から4のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分DのX−H基は、触媒Cにより発生する塩基の量に対して少なくとも50モル%に相当する量で存在する、請求項1から10のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分DのX−H基は、触媒Cにより発生する塩基の量に対して少なくとも100モル%に相当する量で存在する、請求項1から10のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分DのX−H基は、触媒Cにより発生する塩基の量に対して少なくとも150モル%に相当する量で存在する、請求項1から10のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分DのX−H基は、成分A由来のCH供与基に対して30モル%以下に相当する量で存在する、請求項1から13のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分DのX−H基は、成分A由来のCH供与基に対して20モル%以下に相当する量で存在する、請求項1から13のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- X−H基含有成分Dは、該Xが酸性メチル(CH3)基の一部分としてのCである、請求項1から15のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- X−H基含有成分Dは、ニトロメタンである、請求項16に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、酸性アザ化合物(XがNである)である、請求項1から15のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、Ar−NH−(C=O)−基、−(C=O)−NH−(C=O)−基の一部分として、または−NH−(O=S=O)−基の一部分として、またはN−H基の窒素が複素環に含まれている複素環の一部分として該N−Hを含有する分子を含む酸性アザ化合物である、請求項1から15のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、イミド誘導体である、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、環状体である、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、随意に置換されたスクシンイミドまたはグルタルイミドである、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、ヒダントイン誘導体である、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、5,5−ジメチルヒダントインである、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、スルホンアミドである、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、ベンゼンスルホンアミドまたはトルエンスルホンアミドである、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、N−H基含有複素環である、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、置換または無置換の、トリアゾール、ピラゾール、または、イミダゾールである、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 成分Dは、1,2,4−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、または、2−メチル−4−ニトロイミダゾールである、請求項19に記載の架橋性組成物。
- 前記架橋組成物は、活性メチレンまたは活性メチン基中に成分Aよりも高い酸性度を有する酸性プロトン(C−H)を有するとともに、成分Bに対して反応性を有するものである成分A2を、1つ以上の異なる成分Dの次に含む、請求項1から29のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- A2は、アセト酢酸化合物またはアセチルアセトンである、請求項30に記載の架橋性組成物。
- 成分A2のC−H基は、1〜50モル%(RMA供与体Aの全C−Hに対して)の量で存在する、請求項30または31に記載の架橋性組成物。
- 成分A2のC−H基は、5〜40モル%(RMA供与体Aの全C−Hに対して)の量で存在する、請求項30または31に記載の架橋性組成物。
- 以下
a.置換または無置換のトリアゾールおよび成分A2からなる群より選択される1種以上の成分、およびさらに
b.トリアゾールではない成分Dからなる群より選択される1種以上の成分、
を含む、請求項1から33のいずれか1項に記載の架橋性組成物。 - 以下
a.置換または無置換のトリアゾールからなる群より選択される1種以上の成分、および
b.成分A2である1種以上の成分、およびさらに
c.トリアゾールではない成分Dからなる群より選択される1種以上の成分、 を含む、請求項34に記載の架橋性組成物。 - 前記触媒系Cは、ブロックされた塩基アニオン、および非酸性カチオンを含む、請求項1から35のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 前記触媒系Cは、第四級アンモニウムまたはホスホニウムカチオンを含む、請求項1から35のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 前記触媒Cは、式X+ROCO2−に従う炭酸塩であり、式中、X+は、非酸性カチオンであり、Rは、水素、あるいは置換または無置換の、アルキル、アリール、もしくはアラルキル基である、請求項1から37のいずれか1項に記載の架橋性組成物。
- 以下
f.活性メチレンまたは活性メチン中に少なくとも2つの酸性プロトンC−Hを持つ成分Aを5〜95重量%、および
g.少なくとも2つの活性不飽和基を持つ成分Bを5〜95重量%(架橋性組成物の全重量に対する重量%)、および
h.成分AとBの間のRMA反応を活性化することができる塩基性触媒を含有するか、またはそれを発生し得る触媒系Cを0.0001〜0.5meq/g固形分のレベルで、
i.成分Dを、成分Cにより発生した塩基に対して少なくとも50モル%であり、かつ成分A由来のC−H活性基の30モル%未満である量で、
j.随意に、有機溶媒を、0.1〜80重量%含有し、
含む、請求項1から38のいずれか1項に記載の架橋性組成物。 - 第一級アルコールを少なくとも1重量%含有する、請求項39に記載の架橋性組成物。
- 水を少なくとも0.1重量%含有する、請求項39に記載の架橋性組成物。
- 請求項1から41のいずれか1項に記載の組成物を製造するためのパーツからなるキットであって、該キットは、成分Aおよび成分Bを含むが成分Cは含まないパーツ1ならびに成分Cを含むパーツ2を含み、該キットにおいて1種以上の成分Dまたは随意の成分A2は、パーツ1またはパーツ2あるいはその両方に含めることができる、キット。
- RMA架橋性組成物のオープンタイムを改善するための、該得られる硬化組成物、特に塗装の外観および硬度を改善するための、該架橋性組成物への添加剤としての、随意に成分A2と組み合わせての、請求項1から42のいずれか1項に記載の架橋性組成物に含まれる成分Dの使用。
- 以下
a.活性メチレンまたは活性メチン基中にC−H酸性プロトンを持つ成分A2からなる群より選択される1種以上の成分、およびさらに
b.トリアゾールではない、X−H基含有成分D(式中、XはN、PまたはSであるか、あるいはXは酸性メチル(CH3)基の一部分としてのCである)からなる群より選択される1種以上の成分、
を含む、RMA塗料添加剤混合物。 - 以下
a.アセト酢酸化合物またはアセチルアセトンである1種以上の成分A2、およびさらに
b.置換または無置換のトリアゾールからなる群より選択される1種以上の成分、および
c.トリアゾールではない成分Dからなる群より選択される1種以上の成分、
を含む、請求項44に記載のRMA塗料添加剤混合物。 - 成分Dの前記X−H基の前記pKaは、7〜13である、請求項44または45に記載のRMA塗料添加剤混合物。
- 活性メチレンまたは活性メチン基(前記RMA供与基)中に少なくとも2つの酸性プロトンC−Hを持つ成分A、および少なくとも2つの活性不飽和基(前記RMA受容基)を持つ成分B、および架橋触媒Cを含むRMA架橋性組成物でできた硬化塗装の外観および硬度を改善するための、請求項44から46のいずれか1項に記載のRMA塗料添加剤混合物の使用であって、該使用において、成分Dの前記X−H基は、pKa(水性環境で決定した場合)が、成分Aの前記C−H基のpKaより少なくとも1低い、使用。
- 塗料を調製するための請求項1から41のいずれか1項に記載の架橋性組成物の使用であって、該使用において、成分Dは、該塗料において、成分Dを含まない同一塗料と比較した場合に、変換レベルが30%に達するのにかかる時間を、少なくとも3分、かつ、60分未満長くするものである、使用。
- 塗料組成物、膜、またはインクを製造するための、請求項1から41のいずれか1項に記載の架橋組成物の使用。
- 請求項1から41のいずれか1項に記載の架橋組成物、およびさらに1種以上の塗料添加剤(顔料、共結合剤、溶媒など)を含む、塗料組成物。
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