JP5959764B2 - 親水性単層膜 - Google Patents
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Description
曇りの問題を解決する方法として、反応性界面活性剤、アクリル系オリゴマーを含む防曇塗料により、親水性、吸水性を向上する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。また、汚れの問題を解決する手段として、材料表面の親水性を向上させることによって、外壁等に付着した外気疎水性物質などの汚れを散水又は降雨により浮き上がらせて除去する方法が提案されている(例えば、非特許文献2及び3参照。)。
3つ以上の水酸基と2つ以上、好ましくは3つ以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基とを有する化合物(II)を含む組成物を重合することにより、親水基が表面に偏析し、且つ従来よりも高い透明性を有する親水性の単層膜が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。
水酸基を3つ以上と、重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基を2つ以上、好ましくは3つ以上とを有する化合物(II)(ただし、アニオン性親水基は有さない。)
を含む組成物を重合することにより得られる架橋樹脂からなる単層膜であり、該単層膜のアニオン性親水基の表面濃度(Sa)と該単層膜膜厚1/2地点における該親水基の深部濃度(Da)の傾斜度(Sa/Da)が1.1以上である単層膜であることを特徴とする。
本発明の積層体は、上記単層膜を少なくとも1層有することを特徴とする。
[化合物(I)]
上記化合物(I)は、アニオン性親水基と、重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基とを有する。このようなアニオン性親水基と炭素−炭素二重結合を有する官能基とを有する化合物が含まれる組成物を重合することにより、得られる架橋性樹脂からなる単層膜に親水性が付与され得る。
−SO3Z (α) −COOZ(β) −OP=O(OZ)2(γ1) (−O)2P=O(OZ)1(γ2)
−O−SO3Z(δ) −NH−SO3Z(ε)
上記アルカリ土類金属としては、例えば、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどが挙げられる。
アニオン性親水基が上記式(α)〜(ε)で表される場合には、Zとしては、アンモニウムイオン、アルカリ金属イオン、1/2原子のアルカリ土類金属イオンであることが好ましく、アルカリ金属イオンがより好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、及びルビジウムイオンがさらに好ましい。
化合物(I)は、さらに重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基を少なくとも1つ有する。その重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基としては、その官能基がラジカル重合またはイオン重合可能であれば特に制限はないが、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、アリル基、メタリル基、ビニル基、イソプロペニル基、マレイル基(−CO−CH=CH−CO−)、イタコニル基(−CO−CH=CH−CO−)、スチリル基、およびα−メチル−スチリル基及びこれら基を含む基が挙げられる。
上記化合物(I)としては、下記一般式(100)で表される化合物が好ましい。
上記一般式(100)中のAとしては、下記一般式(121)〜(125)から選ばれる少なくとも1つの重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基が好ましい。
2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}プロピオン酸、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}プロピオン酸ナトリウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}プロピオン酸カリウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}プロピオン酸ルビジウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}プロピオン酸アンモニウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}プロピオン酸カルシウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}プロピオン酸マグネシウム塩、
2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}酪酸、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}酪酸ナトリウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}酪酸カリウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}酪酸ルビジウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}酪酸アンモニウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}酪酸カルシウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}酪酸マグネシウム塩、
2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}吉草酸、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}吉草酸ナトリウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}吉草酸カリウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}吉草酸ルビジウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}吉草酸アンモニウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}吉草酸カルシウム塩、2,2−ビス{(メタ)アクリロイルオキシエチル}吉草酸マグネシウム塩などが挙げられる。
なお、本発明で単層膜を製造するために用いる組成物には上記化合物(I)が含まれるが、上記化合物(I)の少なくとも一部が反応してオリゴマーの形になって上記組成物に含まれていてもよい。なお、ここでいうオリゴマーとは上記化合物(I)から形成される繰り返し単位を通常2〜20含むものである。
上記化合物(I)は公知の方法又は公知に準ずる方法により製造できる。また、上記化合物(I)は市販品としても入手できる。
上記化合物(II)は、水酸基を3つ以上と、重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基を2つ以上、好ましくは3つ以上とを有する。ただし、化合物(II)はアニオン性親水基を有さず、化合物(I)とは異なる。このような化合物が含まれた組成物を重合することにより、十分に架橋した架橋樹脂からなる単層膜が得られ得る。重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基としては、化合物(I)に含まれる重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基として例示した基が挙げられる。重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基としては、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、(メタ)アリル基、スチリル基、イソプロペニル基が好ましく、(メタ)アクリロイル基、 (メタ)アリル基、スチリル基がより好ましく、(メタ)アクリロイル基がさらに好ましい。
上記式(IIb)中、m010は0〜10の整数を表し、n110は1〜10の整数を表し、m010+n110=1〜10を満足する。m010としては、0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましい。n110としては、1〜6の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましい。
上記式(IIb)中、N12は1または2を表すが、N12としては、1が好ましい。
エリスリトール−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、エリスリトール−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
キシリトール−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、キシリトール−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、キシリトール−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
アラビトール−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、アラビトール−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、アラビトール−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
リビトール−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、リビトール−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、リビトール−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
ガラクチトール−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ガラクチトール−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ガラクチトール−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ガラクチトール−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
マニトール−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マニトール−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マニトール−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マニトール−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
ソルビトール−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ソルビトール−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ソルビトール−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ソルビトール−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル等が挙げられる。
上記式(IIc)中、m010は0〜10の整数を表し、n110は1〜10の整数を表し、m010+n110=1〜10を満足する。m010としては、0〜6の整数が好ましく、0〜4の整数がより好ましい。n110としては、1〜6の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましい。
上記式(IIc)中、N12は1または2を表すが、N12としては、1が好ましい。
トレオン酸−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、トレオン酸−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、
グルコン酸−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、グルコン酸−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、グルコン酸−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、グルコン酸−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、
グルコヘプタン酸−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、グルコヘプタン酸−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、グルコヘプタン酸−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、グルコヘプタン酸−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、グルコヘプタン酸−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル等が挙げられる。
上記式(IId)中、R1、R2、R3、およびR4は、独立して水素原子またはメチル基を表すが、m09が2以上の場合にはR4同士は同一でも異なっていてもよい。
酒石酸−モノ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、酒石酸−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、
テトラヒドロキシアジピン酸−モノ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、テトラヒドロキシアジピン酸−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、テトラヒドロキシアジピン酸−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、テトラヒドロキシアジピン酸−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル等が挙げられる。
上記式(IIe)中、m13は1〜3の整数を表し、m28は2〜8の整数、好ましくは3〜8の整数を表し、m06は0〜6の整数を表すが、m13が1の場合はm28+m06=4であり、m13が2の場合はm28+m06=6であり、m13が3の場合はm28+m06=8である。m13としては、1〜2の整数が好ましく、1がより好ましい。
ジペンタエリスリトール−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ジペンタエリスリトール−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ジペンタエリスリトール−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ジペンタエリスリトール−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
トリペンタエリスリトール−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トリペンタエリスリトール−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トリペンタエリスリトール−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トリペンタエリスリトール−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トリペンタエリスリトール−ヘプタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トリペンタエリスリトール−オクタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル等が挙げられる。
上記式(IIf)中、m13は1〜3の整数を表し、m25は2〜5、好ましくは3〜5の整数を表し、m03は0〜3の整数を表すが、m13が1の場合はm28+m03=3であり、m13が2の場合はm28+m03=4であり、m13が3の場合はm28+m03=5である。m13としては、1〜2の整数が好ましく、1がより好ましい。
ジトリメチロールプロパン−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ジトリメチロールプロパン−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
トリトリメチロールプロパン−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トリトリメチロールプロパン−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トリトリメチロールプロパン−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル等が挙げられる。
上記式(IIg)中、X3およびX4は、独立して、−CH2−、−CH(OH)−、−CH(−O−3#)−、または−CO−を表し、n13が2以上の場合、X4同士は同一でも異なっていてもよい。
上記一般式(IIg)で表される化合物としては、例えば、リボース−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、リボース−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
アスコルビン酸−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、アスコルビン酸−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
キシロース−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、キシロース−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
ソルビタン−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ソルビタン−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
グルコース−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、グルコース−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、グルコース−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
ガラクトース−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ガラクトース−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ガラクトース−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
マンノース−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マンノース−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マンノース−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
(グルコノ−1,5−ラクトン)−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、(グルコノ−1,5−ラクトン)−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、(グルコノ−1,5−ラクトン)−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル等が挙げられる。
上記式(IIe)中、m28は2〜8の整数、好ましくは3〜8の整数を表し、m06は0〜6の整数を表し、m28+m06=8を満足する。
上記一般式(IIh)で表される化合物としては、例えば、ショ糖(別名:スクロース)−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ショ糖−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ショ糖−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ショ糖−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ショ糖−ヘプタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ショ糖−オクタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル等が挙げられる。
上記式(IIi)中、m28は2〜8の整数、好ましくは3〜8の整数を表し、m06は0〜6の整数を表し、m28+m06=8を満足する。
上記一般式(IIi)で表される化合物としては、例えば、パラチノース−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、パラチノース−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、パラチノース−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、パラチノース−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、パラチノース−ヘプタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、パラチノース−オクタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル等が挙げられる。
上記式(IIj)中、m28は2〜8の整数、好ましくは3〜8の整数を表し、m06は0〜6の整数を表し、m28+m06=8を満足する。
上記一般式(IIj)で表される化合物としては、例えば、ラクトース−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ラクトース−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ラクトース−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ラクトース−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ラクトース−ヘプタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、ラクトース−オクタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
マルトース−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マルトース−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マルトース−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マルトース−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マルトース−ヘプタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、マルトース−オクタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、
トレハロース−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トレハロース−テトラ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トレハロース−ペンタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トレハロース−ヘキサ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トレハロース−ヘプタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル、トレハロース−オクタ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル等が挙げられる。
上記式(IIk)中、m24は2〜4の整数、好ましくは3〜4の整数を表し、m02は0〜2の整数、好ましくは0または1を表し、m24+m02=4を満足する。
上記一般式(IIk)で表される化合物としては、例えば、クエン酸−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、クエン酸−モノ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−トリ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル等が挙げられる。
上記一般式(IIl)で表される化合物としては、例えば、ジメチロール酢酸−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−モノ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、
ジメチロールプロピオン酸−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−モノ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル、
ジメチロール酪酸−ジ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エーテル−モノ{3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピル}エステル等が挙げられる。
上記化合物(II)は1種単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
本発明に於いて、従来の架橋重合性化合物(例えば、WO2007/064003号公報,WO2012/014829号公報などに記載の架橋重合性化合物)に対して、親水性化合物(I)の表面へ偏析(傾斜化)を阻害せず溶解性を高められる特定構造の高極性の架橋重合性化合物(II)を見出すことにより、化合物(I)と化合物(II)とを含む組成物を重合して得られた架橋樹脂からなる単層膜について、親水性を維持しつつ透明性を飛躍的に向上させることが可能となった。
本発明で単層膜を製造するために用いる組成物には、必要に応じて、上記化合物(I)および化合物(II)以外のその他の成分が含まれていてもよい。
イソブチリルパーオキサイド、o−クロロベンゾイルパーオキサイド、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類;
トリス(t−ブチルパーオキシ)トリアジン、t−ヌ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類;
2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン等のパーオキシケタール類;
α−クミルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシピバレート、2,4,4−トリメチルペンニルパーオキシ−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−3,5,5−トリメチルヘキサノエート等のアルキルパーエステル類;
ジ−3−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジエチレングリコールビス(t−ブチルパーオキシカーボネート)等のパーカボネート類等が挙げられる。
上記溶剤としては、表面が親水性の架橋樹脂が得られる限り特に制限はないが、本発明で用いる単量体組成物に含まれる構成成分に対して反応したり、該構成成分と塩を形成したりするなど相互作用の強すぎる溶剤、および沸点が高すぎる溶剤、例えば沸点が200℃を超える溶剤は好ましくない。例えば、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−エチル−エタノールアミン、N−(2−エチルヘキシル)エタノールアミン、N−ブチル−ジエタノールアミン、N−ヘキシル−ジエタノールアミン、N−ラウリル−ジエタノールアミン、N−セチル−ジエタノールアミンなどのヒドロキシエチルアミノ構造を有するエタノールアミン系化合物〔NRaRb(CH2CH2OH): RaおよびRbは独立して、水素、炭素数1〜15のアルキル基、またはCH2CH2OH基である。〕は、化合物(I)に含まれる親水基と相互作用、例えばスルホン酸基に代表されるアニオン性親水基とは塩または塩に近い形を形成しやすく、また蒸発しにくいため、塗布した混合物から溶剤を除去しようとしても、外気に接する表面へ移動しにくく内部に残留する傾向にある。したがって、化合物(I)に含まれる親水基が、塗布物の外気に接する表面への傾斜(集中化)起こりにくい傾向にある。そのため、上記エタノールアミン系化合物は溶剤としては望ましくない。
溶解パラメーターσの計算式
1)1mol当たりの蒸発潜熱
Hb=21×(273+Tb) (単位:cal/mol),Tb:沸点(℃)
2)25℃での1mol当たりの蒸発潜熱
H25=Hb×{1+0.175×(Tb−25)/100} (単位:cal/mol),Tb:沸点(℃)
3)分子間結合エネルギー E=H25−596 (単位:cal/mol)
4)溶剤1ml(cm3)当たりの分子間結合エネルギー
E1=E×D/Mw (単位:cal/cm3),D:密度(g/cm3),MW:分子量
5)溶解パラメーター(SP値) σ=(E1)1/2 (単位:(cal/cm3)1/2)
本発明の組成物に含まれる溶剤の量は、本発明により得られる親水性架橋樹脂、例えば単層膜の物性、経済性等を考慮して適宜決定できる。
上記組成物からの溶剤除去のための時間は適時決定すればよいが、生産性を考慮した場合、短時間の方が好ましい傾向にある。例えば、通常30分以下、好ましくは10分以下、好ましくは5分以下、より好ましくは3分以下、さらに好ましくは2分以下の時間で溶剤除去すればよい。溶剤除去の際の雰囲気は大気でも窒素等の不活性ガスでも構わないが、雰囲気の湿度が低い方が得られる親水性架橋樹脂(例えば単層膜)の外観が悪化(ゆず肌、透明性低下など)しないなど好ましい傾向にある。具体的には、雰囲気の湿度は80%以下が好ましく、65%以下がより好ましく、55%以下がさらに好ましい。
本発明の上記組成物を基材等に塗布して重合することにより、本発明の親水性架橋樹脂、例えば単層膜が得られる。上記重合方法には特に制限はなく、例えば、熱または放射線を用いて、あるいは両者を併用して重合することができる。
熱を用いて重合する場合、通常、上記組成物に有機過酸化物等の熱ラジカル発生剤を加え室温から300℃以下の範囲で加熱する。
このようにして得られた本発明の親水性架橋樹脂からなる単層膜では、アニオン性親水基の表面濃度(Sa)と、これら親水基の単層膜の膜厚1/2地点における深部濃度(Da)の傾斜度(アニオン濃度比)(Sa/Da)が通常1.1以上であり、好ましくは1.2以上、より好ましくは1.3以上であり、さらに好ましくは1.5以上である。
水接触角が上記数値以下の単層膜は、親水性が高く、水となじみ(濡れ)やすく親水性材料として優れる。そのため、例えば、防曇材料、防曇被膜(以下、防曇コートとも言う)、防汚材料、防汚被膜またはセルフクリーニングコート、並びに帯電防止材、帯電防止被膜またはほこり付着防止コート等に有用である。たとえば、防曇コートとして用いた場合には、膜表面に水滴が広がり水膜を形成させることができるため防曇効果に優れ、またセルフクリーニングコートとして用いると水が汚れとコーティング面の間に入り込み汚れを浮かせて除去することができるため防汚効果に優れている。さらに親水性の単層膜は、水が広がることにより蒸発面積が拡大し、蒸発速度が向上して乾燥が早くなる。
ポリエステル系ポリウレタンエマルジョンコート剤、ポリ塩化ビニルエマルジョンコート剤、レタンアクリルエマルジョンコート剤、シリコンアクリルエマルジョンコート剤、酢酸ビニルアクリルエマルジョンコート剤、アクリルエマルジョンコート剤;
スチレン−ブタジエン共重合体ラテックスコート剤、アクリルニトリル−ブタジエン共重合体ラテックスコート剤、メチルメタクリレート−ブタジエン共重合体ラテックスコート剤、クロロプレンラテックスコート剤、ポリブタジエンラテックスのゴム系ラテックスコート剤、ポリアクリル酸エステルラテックスコート剤、ポリ塩化ビニリデンラテックスコート剤、ポリブタジエンラテックスコート剤、あるいはこれらラテックスコート剤に含まれる樹脂のカルボン酸変性物ラテックスもしくはディスパージョンからなるコート剤が好ましい。
このようにして基材表面を本発明の架橋樹脂からなる単層膜を形成したものは、基材と単層膜とを含む積層体として用いることができる。例えば、上記単層膜が防曇被膜、防汚被膜、速乾性被膜、または帯電防止被膜である場合には、防曇被膜、防汚被膜、速乾性被膜または帯電防止被膜で基材が被覆された積層体が得られる。
上記架橋樹脂、例えば単層膜および積層体は、例えば、車両及び車両材料、船舶及び船舶材料、航空機及び航空基材料、建築物及び建築材料、車両、船舶、航空機及び建築物等の窓、鏡、外壁、外装、ボディー、ホイール、内壁、内装、床、家具及び家具材料、配管および配線などの用役類およびその材料、衣服および布などの繊維製品、洗面台、浴室、化粧室、換気扇、およびキッチンなどの住宅設備およびその材料、洗濯機、食器乾燥機、冷蔵庫、電子レンジ、オーブン、およびシェーバーなどの電化製品及びその材料、ディスプレイ及びその材料、光学フィルム、光ディスク、光学レンズ、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、ゴーグル等の光学物品、入れ歯およびデンチャー等の歯科材料、ランプ及びライト等の照明物品及びその材料、冷却フィン等の熱交換機部品およびその材料、フォトレジスト及びインクジェット記録版等の記録印刷材料、化粧品容器及びその材料、反射フィルム、反射板等の反射材料、高速道路等に設置される遮音板、ディスプレイ材料、印刷または印字用プライマー、その他プライマー、フラットパネル、タッチパネル、シート、速乾燥性、フィルム、テープ、透明樹脂、及びガラス等の透明材料に被覆して、親水性、防曇性、および防汚性を付与することができる。さらに結露防止性を付与したり、帯電防止性を付与したりすることもできる。
なお、本発明において被膜の物性評価は、下記のようにして行った。
図1に示す試料調製の通りサンプルを斜めに切断し、飛行時間型2次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)を用いて、親水基であるスルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、4級アンモニム基、および水酸基を有する親水性化合物のフラグメントイオンについて、その親水性化合物に由来する外表面のフラグメントイオン濃度(Sa)と上記中間地点とのフラグメントイオン濃度(Da)とを測定し、その値から外気に接する膜の外表面と膜の内表面と外表面との中間地点の親水性化合物に由来する親水基の濃度の比、すなわち親水基濃度の傾斜度(Sa/Da)を求めた。
(分析装置と測定条件)
TOF−SIMS; ION・TOF社製 TOF−SIMS5
1次イオン; Bi3 2+ (加速電圧25kV)
測定面積; 400μm2
測定には帯電補正用中和銃を使用
図1に示す通りに、基材10の表面にコート層20が設けられたサンプルを切削方向30に向かって、精密斜め切削を行った後、10×10mm2程度の大きさに切り出し、測定面にメッシュを当て、サンプルホルダーに固定し、外気と接するコート層表面40および膜の内部であるコート層内部50(膜厚1/2の地点、基材10に接するコート層の内表面)で飛行時間型2次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)を用いて親水基濃度を測定した。
評価は以下の計算式で行った。尚、各測定点のイオン濃度は、相対強度(トータル検出イオンに対する)を用いた。
Sa/Da(親水基濃度比,傾斜度)=コート層表面40での親水基濃度/コート層20の膜厚1/2の地点での親水基濃度
協和界面科学社製の水接触角測定装置CA−V型を用いて、1サンプルについて3箇所測定し、これらの値の平均値を水接触角の値とした。
日本電色工業社製のヘーズメーターNDH2000を用いて、1サンプルについて4箇所測定し、これらの値の平均値をヘーズの値とした。
JIS K5400 碁盤目剥離試験 に準じて評価を行った。
ゼブラ(株)製の油性マーカー「マッキー極細」(黒,品番MO-120-MC-BK)でマークし、その上に水滴を垂らして30秒間放置し、テッシュペーパーでふき取る。拭き取る前にマークが水で浮き上がり容易に拭き取れた場合を◎、残らずふき取れた場合を○、一部マークが残った場合を△、ふき取れなかった場合を×とした。
呼気により曇らなかった場合を〇、曇った場合を×とした。
(調製例1:10wt%化合物(I)の調製)
スチレンスルホン酸ナトリウム(以下STS−Naと略す)10g、水30g、および1−メトキシ−2−プロパノール(以下PGMと略す)60gを、ホモミキサー(プライミクス株式会社,ロボミックス(登録商標)S−model)を用いて15000rpmで3分間かき混ぜ、固形分10wt%のSTS−Na混合液を調製した。
下記表1に従い、固形分39wt%のコーティング組成物1を作製した。
ポリカーボネート板(大きさ:100mm×100mm,タキロン株式会社製,以下PC板と略す。)に、上記コーティング用組成物1をバーコーター#07で塗布し、55℃の温風乾燥機で3分間乾燥後、UV照射(無電極放電ランプ,Hバルブ 240W/cm,照射距離70mm,コンベアー速度10m/分(照度170mW/cm2,積算光量130mJ/cm2,ウシオUIT−150にて測定))して、PC板上に3μmの親水性表面を有する架橋樹脂からなる単層膜を形成させた。その後、膜表面を流水洗浄し、エアガンで乾燥して評価用サンプルとした。上述の物性評価に記載される方法にしたがって、サンプルの評価を行った。得られた単層膜のスルホン酸基傾斜度(Sa/Da)は2.3であった。その他の評価結果を表2に掲載する。
STS−Naの添加量と、化合物(II)の種類を下記表2に記載されるとおりに変更する以外は、実施例1と同様に、コーティング用組成物の調製、基材へのコーティング、UV照射によるPC板上への単層膜の形成、膜表面の流水洗浄および乾燥を行い、評価用サンプルを得た。上述の物性評価に記載される方法にしたがって、サンプルの評価を行った。評価結果を表2に掲載する。
STS−Naの添加量を下記表3に記載されるとおりに変更し、下記表3に記載されるとおりに化合物(II)の種類(実施例6〜8)を変更または、化合物(II)を化合物(II)以外の架橋モノマーに変更(参考例2)する以外は、実施例1と同様にコーティング用組成物の調製、基材へのコーティング、UV照射によるPC板上への単層膜の形成、膜表面の流水洗浄および乾燥を行い、評価用サンプルを得た。上述の物性評価に記載される方法にしたがって、サンプルの評価を行った。評価結果を表3に掲載する。
下記表4に記載されるとおりに、化合物(I)の種類をSTS−Naからアリルスルホン酸ナトリウム(以下AS−Naと略す。)に変更するとともにその添加量も変更し、化合物(II)の種類を下記表4に記載されるとおりに変更する以外は、実施例1と同様にコーティング用組成物の調製、基材へのコーティング、UV照射によるPC板上への単層膜の形成、膜表面の流水洗浄および乾燥を行い、評価用サンプルを得た。上述の物性評価に記載される方法にしたがって、サンプルの評価を行った。評価結果を表4に掲載する。
先行技術(特開2005−187576 実施例2)追試
(比較組成物30の調製)
下記表5の配合比に従い、固形分50wt%の均一な比較組成物30を調製した。
上記比較組成物30に、重合開始剤としてイルガキュアー184(チバ・ジャパン株式会社) 2gを混合して得たコーティング溶液を、ポリメタクリル酸メチル板(大きさ:100mm×100mm,日東樹脂工業製,以下PMMA板と略す。)にバーコーター#06で塗布し、100℃で5分間乾燥させた後、UV照射(フュージョンUVシステムズ,無電極Hバルブ240W/cm,照度650mW/cm2,積算光量130mJ/cm2,ウシオ UIT−150 測定値)することにより、PMMA板上に膜厚4μmの単層膜を形成させた。次いで、膜表面を流水洗浄し、50℃温風乾燥機で乾燥して、まず水洗後の膜として、上述の物性評価に記載される方法にしたがってサンプルの評価を行った。さらにその水洗後の膜を10wt%水酸化ナトリウム溶液に5分間浸漬し、膜表面を流水洗浄し、50℃温風乾燥機で乾燥してアルカリ浸漬膜として、同様の評価を行った。評価結果を下記表6に掲載する。得られた単層膜は、水洗後の膜およびアルカリ浸漬膜のいずれも親水性は低く、透明性も低かった。
**C2H4PO4 -(m/z=123)の相対強度(対トータルイオン)
尚、カルボキシル基強度およびリン酸基強度の分析は以下の方法により行なった。
分析方法: サンプルを膜厚方向に精密斜め切削し、切削面をTOF−SIMSにて分析した。
分析機器: ION・TOF社製 TOF−SIMS
一次イオン: Bi3 2+
加速電圧: 25kV
先行技術(特開2005−187576 実施例5)追試
下記表7の配合比に従い、激しく攪拌混合して固形分50wt%の均一な比較組成物31を調製しようとしたが、アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(ATBS)が溶解せず分離白濁していた。
上記の白濁した比較組成物31に、熱重合開始剤としてパーブチルオキシピバレート(パーブチルPV、日本油脂製) 3gを添加して再度激しく混合攪拌したが、不均一なままのコーティング液であった。
念のため、比較例13と同様にして、水洗後の膜およびアルカリ浸漬膜の評価を行った。評価結果を表8に掲載する。
分析方法: サンプルを膜厚方向に精密斜め切削し、切削面をTOF−SIMSにて分析した。
分析機器: ION・TOF社製 TOF−SIMS
一次イオン: Bi3 2+
加速電圧: 25kV
先行技術(特開昭55−90516 実施例1)追試
下記表9の配合比に従い、激しく攪拌混合して固形分36wt%の均一な比較コーティング用組成物32を調製した。
PMMA板に、上記比較コーティング用組成物32をバーコーター#8で塗布した後、室温で10分間放置後、UV照射(フュージョンUVシステムズ・ジャパン製,無電極放電ランプ・Dバルブ,コンベアー速度5m/分,照度670mW/cm2,積算光量450mJ/cm2,ウシオ UIT−150 にて測定)することにより、PMMA板上に膜厚3.5μmの単層膜を形成させた。
Claims (4)
- 下記一般式(100)で表されるアニオン性親水基と、重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基とを有する化合物(I)、下記一般式(200)で表される水酸基を3つ以上と、重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基を3つ以上とを有する化合物(II)、および溶解パラメーターσ(cal/cm3)1/2が8.4(cal/cm3)1/2以上である溶剤(エタノールアミン系化合物〔NRaRb(CH2CH2OH):RaおよびRbは独立して、水素、炭素数1〜15のアルキル基、またはCH2CH2OH基である。〕は除く。)を含む組成物を作製する工程、
該組成物を塗布する工程、
該組成物から溶剤を除去して残存溶剤の量を10重量%以下とする工程、および
上記工程を経た組成物を重合する工程を含む
アニオン性親水基の表面濃度(Sa)と該単層膜の膜厚1/2地点における該親水基の深部濃度(Da)の傾斜度(Sa/Da)が1.1以上である架橋樹脂からなる単層膜を製造する方法。
- アニオン性親水基と、重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基とを有する化合物(I)、および
水酸基を3つ以上と、重合性炭素−炭素二重結合を有する官能基を3つ以上とを有する化合物(II)
を含む組成物の架橋樹脂からなり、
上記化合物(I)が下記一般式(100)で表される化合物であり、上記化合物(II)が下記一般式(200)で表される化合物である単層膜であり、
該単層膜のアニオン性親水基の表面濃度(Sa)と該単層膜の膜厚1/2地点における該親水基の深部濃度(Da)の傾斜度(Sa/Da)が1.1以上である単層膜。
- 化合物(I)および(II)が、化合物(II)100質量部に対して化合物(I)の量が3.6質量部から8.5質量部の範囲で含まれている請求項2に記載の単層膜。
- 請求項2または3に記載の単層膜を少なくとも1層有する積層体。
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