JP6093705B2 - ポリシロキサン含有ウレタン系マクロモノマーから得ることが可能な共重合体、その製造方法およびその使用 - Google Patents

ポリシロキサン含有ウレタン系マクロモノマーから得ることが可能な共重合体、その製造方法およびその使用 Download PDF

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Description

本発明は、ポリシロキサン含有ウレタン系マクロモノマーから得ることが可能な共重合体、その製造方法およびその使用に関する。
非特許文献1という科学文献は、マクロモノマーからのみ形成される櫛形ポリマーが主題である。このマクロモノマーは、ジイソシアネート、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートおよびカルダノール基から形成される。これらのポリマーは、櫛形ポリマーの溶媒誘起による自己集合の研究に有用であった。
非特許文献2では、マクロモノマーから形成された櫛形ポリマーが評価され、マクロモノマーはスルホベタイン構造に基づいている。スルホベタイン構造は、櫛形ポリマーの形態および物理特性を変更できると言われている。
特許文献1は、フッ素化マクロモノマーから形成された撥水性フルオロアクリレートおよび撥油性フルオロアクリレートに関して記載している。非特許文献3という刊行物は、ヒドロキシ官能性フルオロポリマーとシロキサン変性イソシアネートとの反応によって調製される櫛形ポリマーに関して記載している。このようにして得られたシロキサン変性ヒドロキシ官能性フルオロポリマーは、ポリイソシアネートを使用して架橋され、これによりコーティングが得られる。これらのシロキサン変性ヒドロキシ官能性フルオロポリマーは、2Kポリウレタン系、ポリエステルメラミン系、アクリルメラミン系またはアクリルエポキシド系などの標準の工業塗装系との相溶性がなく、クレーターが生成するなどの表面欠陥を引き起こすため、このような系に添加剤として使用することができない。さらに、高フッ素化ポリマーの使用によって製造コストが高くなることが多く、通常、コーティング系の他の成分との相容性の問題を引き起こす。さらに、有機物質にフッ素および他のハロゲンを使用することは環境上の理由で物議を醸しており、たとえば、パーフルオロ化物質は、仮に存在した場合、きわめてゆっくりとしか生分解しないことが多い。
特許文献2は、ウレタンアクリレートを含むポリシロキサンマクロモノマーからなる硬化性樹脂混合液に関して記載している。この場合、さまざまなマクロモノマーおよびウレタンアクリレートをまず互いに別々に調製してから、混合して硬化性樹脂液を得て、基材に塗布した後でたとえばUV線で硬化してコーティングを得る。マクロモノマーおよびウレタンアクリレートの製造によって、添加した樹脂混合物を硬化する際に架橋コーティングを得るために硬化する二官能性モノマーが生成される。架橋が有意に行われれば、分子量がきわめて高い生成物を生成することができる。記載されているポリシロキサンマクロモノマーは、標準の工業UV塗装系との相溶性がなく、クレーターが生成するなどの表面欠陥を引き起こすため、このような系に添加剤として使用することができない。
化粧品組成物に関しては、特許文献3は、ポリシロキサン含有化合物を用いて油含有組成物中に有機粉体および無機粉体を分散させることを記載している。ポリマーは、ビニル系ポリシロキサンマクロモノマーと他のビニル性モノマーとのフリーラジカル共重合によって調製され、他のビニル性モノマーは、窒素含有基、ポリオキシアルキレン基、アニオン基またはポリラクトン基を含む。
特許文献4は、異なる化学的性質の少なくとも3つの配列を含むグラフト化ポリマーに関して記載している。少なくとも1つの配列は疎水性であり、少なくとも1つの配列は親水性であり、少なくとも1つの配列は固体粒子に対するアンカー基である。これらのポリマーは、水媒体中または有機媒体中の固体粒子に分散剤として使用される。
国際公開第2005/066224号パンフレット 国際公開第98/46693号パンフレット 欧州特許第0931537号明細書 米国特許第6362274号明細書
Solvent−Induced Self−Assembly in Cardanol−Based Urethan Methacrylate Comb Polymers Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry、第47巻、2996−3009(2009) Synthesis and Characterization of Novel Sulfobetaines Derived from 2,4−Tolylene Diisocyanate Journal of Applied Polymer Science、第82巻、3447−3459(2001) Synthesis of Polysiloxane−Grafted Fluoropolymers and Their Hydrophobic Properties、Journal of the Adhesion Society of Japan、第36巻、第6号、217−224ページ(2000)
本発明が対処する課題は、共重合体およびその調製方法を提供することであった。これらの共重合体は、ウレタン系シロキサン含有マクロモノマーと他のコモノマーとをフリーラジカル共重合することによって得ることが可能であり、コーティング材および/またはプラスチックでの添加剤としての使用に適している。これらの調製方法によって、構造がきわめて明確であり、架橋度が低く、副生成物が最小限のマクロモノマーおよびその共重合体が得られ、共重合体は工業塗料系との相溶性が良好である。さらに、共重合体は、「グラフト化」法によって調製可能である。
炭素原子数が8の鎖長を有するパーフルオロ化アルキル成分などのハロゲン、特にフッ素含有有機物質、特にフルオロテロマーは通常、環境に危険をもたらすとして判断されるため、共重合体には、フッ素が実質的にほとんど存在しないか、あるいは最良の状態ではハロゲンが全く存在しないのがさらに望ましい。ハロゲン含有有機物質およびフッ素含有有機物質の環境面の論争のほかに、これらの物質は通常、コーティング系との相溶性が比較的乏しい。さらに、フッ素含有有機物質を使用すると、コストがさらに高くなる。したがって、全体としてはフッ素や他のハロゲンを使用しないことが望ましい。しかし、提供される共重合体にフッ素がないか、あるいは場合によってはあらゆるハロゲンがないことが課題の解決に不可欠であるとは限らない。
新規の共重合体を添加剤として使用すると、制御された方法でコーティング材もしくはコーティングおよび/またはプラスチックの特性が変えられる。添加剤は、均染剤として好適であり、コーティング材もしくはコーティングまたはプラスチックの均染性、光沢および/または乳白光性を改善する。さらに、共重合体はコーティング材またはコーティングおよび/またはプラスチックの表面を修正でき、これにより、防汚性、撥水性および/または撥油性の表面を実現することが可能である。たとえば、そのような基材表面が湿潤性となるのを回避するためには、これらの添加剤を使用して基材の表面エネルギーを減少させる必要がある。
さらに、これらの改善した特性をもたらすために添加される添加剤は、コーティング材もしくはコーティング、ポリマー成形化合物または熱可塑性プラスチックの防食性または耐候性などの他の特性を可能な限り損なわない。また、添加される添加剤は比較的少量でその有効性を示すことができる。さらに、コーティング、ポリマー成形化合物および熱可塑性プラスチックは改善した表面特性を数年もの長期間にわたって維持する。これは、たとえば数回の洗浄サイクルにわたって付着防止効果および/または防汚性効果などの効果を永続させることを含む必要もある。
さらに、本発明の共重合体は湿潤剤および分散剤として、特に顔料および充填剤調製品のような均一分散体の製造に好適である。従来技術と比較して、顔料および充填剤の沈殿作用を低下させ、油系製剤およびシリコーン系製剤などの非極性組成物の相溶性などのさまざまな組成物に対する共重合体の相溶性を確実に高めるために、系を改善する必要性が依然としてある。
さらに、コーティング材もしくはコーティング、プラスチック(すなわち、ポリマー成形化合物および熱可塑性プラスチック)ならびに顔料および充填剤調製品のような均一分散体が提供され、これらはそのような改善した特性を有する。
課題は、一つ以上のポリシロキサン含有ウレタン系マクロモノマーと、少なくとも一つ以上のフリーラジカル重合性モノマーとのフリーラジカル共重合によって得ることが可能な(メタ)アクリレート共重合体によって意外にも解決され、マクロモノマーは、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応によって得ることが可能であり、必要に応じてウレタン結合生成用触媒および少なくとも1つのラジカル重合禁止剤を存在させ、共重合体の調製に使用されるモノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有する。
マクロモノマー法または「グラフト化」法によって調製することができる。
マクロモノマー法は、(メタ)アクリレート共重合体を調製するための方法であり、これにより、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応によって一つ以上のマクロモノマーを得ることが可能であり、必要に応じてウレタン結合生成用触媒および少なくとも1つのラジカル重合禁止剤を存在させ、一つ以上の他のフリーラジカル重合性コモノマーはフリーラジカル共重合し、共重合体を調製するために使用されるモノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有し、使用されるポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートは精製されている。
「グラフト化」法は、(メタ)アクリレート共重合体を調製するための方法であり、(メタ)アクリレート共重合体は、ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートの一つ以上のウレタン系成分と、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートモノマーおよび一つ以上の他のフリーラジカル重合性コモノマーから形成されるヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート共重合体との反応によって得ることが可能であり、必要に応じてウレタン結合生成用触媒を存在させ、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート共重合体の調製に使用されるモノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有する。
(メタ)アクリレート共重合体は、コーティング材およびプラスチック用添加剤としての使用に好適である。また、これらは湿潤剤および分散剤として、特に、顔料および充填剤調製品のような均一分散体の製造に好適である。
マクロモノマーは、重合反応を開始できる少なくとも1つの官能性末端基を有するオリゴマーまたはポリマーである。したがって、マクロモノマーは規定の構造のホモポリマーまたは共重合体に転化できる高分子モノマーである。たとえば、エチレン性不飽和末端基を有するマクロモノマーは、ラジカル重合によって規定の長さの側鎖を有する櫛形ポリマーに転化することができる。また、櫛形ポリマーは、側鎖がポリマー類似反応によってグラフト化または導入されている官能基を含む直鎖から調製可能である。
「(メタ)アクリレート」という表記は、アクリレートおよびメタクリレートを含意する。「(メタ)アクリレートポリマーまたは共重合体」という表記は、ポリマー/共重合体(ポリマー骨格/主鎖)が(メタ)アクリレート基を有するモノマーから支配的に、すなわち、使用されるモノマー単位の50%超に形成されるという意味を意図している。したがって、(メタ)アクリレート共重合体の調製では、モノマーの50%超は(メタ)アクリレート基を有する。しかしその意図は、他のフリーラジカル重合性モノマー単位、たとえばスチレン官能性モノマーまたはビニル官能性モノマーを組み込むことができる可能性を除外しないものとする。
本発明の共重合体は、一つ以上のポリシロキサン含有ウレタン系マクロモノマーと、少なくとも一つ以上のフリーラジカル重合性モノマーとのフリーラジカル共重合によって得ることが可能な(メタ)アクリレート共重合体であり、共重合体は(メタ)アクリレート共重合体であり、マクロモノマーは、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応によって得ることが可能であり、必要に応じてウレタン結合生成用触媒および少なくとも1つのラジカル重合禁止剤を存在させ、さらに共重合体の調製に使用されるモノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有する。
少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応は、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートの等モル量または過剰モル量で行なわれるのが好ましい。反応は、4:1〜1:1のモル比で行なわれ、モル比は、使用されるポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートに対するヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートの比であるのが好ましい。
好ましい実施形態は、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートが一般式(I)を有する共重合体である。
U−L−O−H (I)
式中、Uは、アクリロイル[H2C=CH−C(=O)−O−]またはメタクリロイル[H2C=C(CH3)−C(=O)−O−]の構造を有するエチレン不飽和フリーラジカル重合性頭部基である。
Lは、フリーラジカル重合性基を含まない2価の有機ラジカルである。フリーラジカル重合性基は、通常の条件下でフリーラジカル重合できる官能基、たとえばエステル不飽和基と言う意味であることが理解される。Lは、アルキレンラジカル、ポリエステルラジカルおよびポリアルキレンオキシドラジカルからなる基から選択されるのが好ましい。
Lは、炭素原子数が2〜5であるアルキレンラジカル、2〜5個のカプロラクトン単位を有するポリエステルラジカル、2〜5個のエチレンオキシド単位を有するポリエチレンオキシドラジカル、2〜5個のプロピレンオキシド単位を有するポリプロピレンオキシドラジカルおよび2〜5個のアルキレンオキシド単位を有するポリエチレンオキシド/ポリプロピレンオキシド混合ラジカルらなる群から選択されるのがさらに好ましい。
Lは、炭素原子数が2〜5のアルキレンラジカルであるのが最も好ましい。
スターター分子U−L−O−Hは、メタクリル酸のヒドロキシアルキルエステル[H2C=C(CH3)−C(=O)−O−(CH2a−OH]およびメタクリル酸のポリエチレンオキシドエステル[H2C=C(CH3)−C(=O)−O−(CH2−CH2−O)a−H]からなる基から選択され、式中、aは1〜20、aは、好ましくは1〜10、さらに好ましく2〜5である。
スターター分子U−L−O−Hは、ヒドロキシエチルメタクリレートまたはヒドロキシブチルメタクリレートであるのが最も好ましい。
さらに好ましい実施形態では、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートは、一般式(II)を有する。
式中、すべてのR1およびR2は、互いに独立したH、アルキルおよび/またはアリール、好ましくはHであり、
Xは、アルキレン、シクロアルキレンおよび/またはアラルキレン、好ましくはNCO基がないジイソシアネートのラジカルであり、
Yはすべて、アルキレンおよび/またはシクロアルキレンであり、
nおよびmは互いに独立しており、n+mは0〜100であり、
aは、炭素原子数が1〜30の飽和直鎖アルキルラジカル、炭素原子数が3〜30の飽和分枝アルキルラジカルもしくは環式アルキルラジカルまたは炭素原子数が6〜30のアリール基、アルキルアリールラジカルまたはアリールアルキルラジカル、好ましくはメチルラジカルまたはブチルラジカルであり、
bおよびRcはすべて互いに独立して炭素原子数が1〜6の飽和直鎖アルキルラジカル、炭素原子数が3〜6の飽和分枝アルキルラジカルもしくは飽和環式アルキルラジカル、炭素原子数が2〜6の不飽和アルキルラジカルまたは炭素原子数が6〜12のアリールラジカル、アルキルアリールラジカルもしくはアリールアルキルラジカル、好ましくはメチルラジカル、エチルラジカル、プロピルラジカル、ブチルラジカルまたはフェニルラジカルもしくは置換フェニルラジカル、さらに好ましくはメチルラジカルであり、
dおよびReはすべて互いに独立してRa[SiRbcO]sであり、Ra、RbおよびRcは、それぞれ、上に定義される通りであり、互いに独立して選択され、炭素原子数が1〜6の飽和直鎖アルキルラジカル、炭素原子数が3〜6の飽和分枝アルキルラジカルもしくは飽和環式アルキルラジカル、炭素原子数が2〜6のアルケンラジカルまたは炭素原子数が6〜12のアリールラジカル、アルキルアリールラジカルもしくはアリールアルキルラジカルであり、好ましくはメチルラジカル、エチルラジカル、プロピルラジカル、ブチルラジカルまたはフェニルラジカルもしくは置換フェニルラジカルであり、さらに好ましくはメチルラジカルであり、
sは1〜400であり、tは2〜30であり、好ましくは、sは4〜200であり、tは3〜6である。
使用されるイソシアネートは、脂肪族イソシアネート、脂環式イソシアネートまたは芳香脂肪族イソシアネートを含む。たとえば、「Houben−Weyl、Methoden der Organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry]、14/2巻、61〜70ページ」、W.Siefkenによる論文「Justus Liebig’s Annalen der Chemie 562、75〜136ページ」に記載されるようなアリール置換脂肪族ジイソシアネートが使用される。好ましい例は、エチレン1,2−ジイソシアネート、テトラメチレン1,4−ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6−ジイソシアネート(HDI)、2,2,4−(2,4,4)−トリメチルヘキサメチレン1,6−ジイソシアネート(TMDI)、1,9−ジイソシアナート−5−メチルノナン、1,8−ジイソシアナート−2,4−ジメチルオクタン、ドデカン1,12−ジイソシアネート、ω,ω’−ジイソシアナートプロピルエーテル、シクロブテン1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン1,3−および1,4−ジイソシアネート、3−イソシアナートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、1,4−ジイソシアナートメチル−2,3,5,6−テトラメチルシクロヘキサン、デカヒドロ−8−メチル−1,4−メタノナフタレン−2(または3)、5−イレンジメチレンジイソシアネート、ヘキサヒドロ−4,7−メタノインダン−1(または2)、5(または6)イレンジメチレンジイソシアネート、ヘキサヒドロ−4,7−メタノインダン−1(または2),5(または6)イレンジイソシアネート、ヘキサヒドロトリレン2,4−および/または2,6−ジイソシアネート(H6−TDI)、トリレン2,4−および/または2,6−ジイソシアネート(TDI)、ペルヒドロ−2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ペルヒドロ−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(H12MDI)、4,4’−ジイソシアナート−3,3’,5,5’−テトラメチルシクロヘキシルメタン、4,4’−ジイソシアナート−2,2’,3,3’,5,5’,6,6’−オクタメチルジシクロヘキシルメタン、ω,ω’−ジイソシアナート−1,4−ジエチルベンゼン、1,4−ジイソシアナートメチル−2,3,5,6−テトラメチルベンゼン、2−メチル−1,5−ジイソシアナートペンタン(MPDI)、2−エチル−1,4−ジイソシアナートブタン、1,10−ジイソシアナートデカン、1,5−ジイソシアナートヘキサン、1,3−ジイソシアナートメチルシクロヘキサン、1,4−ジイソシアナートメチルシクロヘキサンならびにこれらの化合物のあらゆる混合物である。さらに好適なイソシアネートは、Siefkenによる論文の122ページ以降に記載されている。2,5(2,6)−ビス(イソシアナートメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン(NBDI)の純粋物質で、あるいは混合物の一部として存在するのが好ましい。容易に工業的に得られる脂肪族イソシアネート、脂環式イソシアネートおよびこれらの異性体混合物が特に好ましい。
Xは、トリレン2,4−ジイソシアネート、トリレン2,6−ジイソシアネートもしくはトリレン2,4−ジイソシアネートおよびトリレン2,6−ジイソシアネートの異性体混合物またはNCO基のないイソホロンジイソシアネート(IPDI)の成分群に対応するのが最も好ましい。
変性イソシアネートは、式(IIa)のポリシロキサン変性イソシアネート、式(IIb)のポリエーテルポリシロキサン変性イソシアネートまたは式(IIc)のポリエステルポリシロキサン変性イソシアネートであるのが好ましい。
1、R2、X、Y、Ra、Rb、Rc、Rd、Re、n、m、sおよびtは、それぞれ、上で定義される通りである。
Xは、トリレン2,4−ジイソシアネート、トリレン2,6−ジイソシアネートもしくはトリレン2,4−ジイソシアネートおよびトリレン2,6−ジイソシアネートの異性体混合物またはNCO基のないイソホロンジイソシアネート(IPDI)成分群に対応し、mは1〜100、nは1〜100であるのが好ましく、mは2〜100、nは2〜100、sは4〜200、tは3〜6であるのがさらに好ましい。
本発明の共重合体は、記載したポリシロキサン含有ウレタン系マクロモノマーの少なくとも1つと少なくとも1つの他のモノマーとのフリーラジカル共重合によって得られる。使用されるモノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有する。使用されるモノマーの少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、さらに好ましくは少なくとも98%、最も好ましくは99%が、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有するのが好ましい。フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有する好適な量のモノマーは特に、添加剤として表面変性のためにコーティングおよびプラスチックに添加される共重合体に使用される。
(メタ)アクリレート共重合体は、重量平均分子量が2000〜100000g/モル、好ましくは5000〜75000g/モル、さらに好ましくは10000〜50000g/モルであるのが好ましい。適切な分子量によって、特に液体添加剤として使用できる添加剤としての使用に対して共重合体の取扱性および相溶性が改善される。共重合体が湿潤剤および分散剤として使用される場合、重量平均分子量は20000〜100000g/モルであるのが好ましい。共重合体の重量平均分子量は、溶離液としてテトラヒドロフランを用いるゲル透過クロマトグラフィーによって標準ポリスチレンを使用して求められる。
重合されるモノマーの5%以下、好ましくは2%以下がフッ素を含むのが好ましく、重合されるモノマーはフッ素を含まないのがさらに好ましい。重合されるモノマーの5%以下、好ましくは2%以下がハロゲンを含むのが好ましく、重合されるモノマーはハロゲンを含まないのがさらに好ましい。フッ素または他のハロゲンを除外することによって、第1にコストを節約できるが、これにより共重合体の相溶性を増大し、環境汚染を低減させることがさらに重要となる。
共重合体は、使用されるすべてのマクロモノマーおよびコモノマーの総重量に対して0.2〜95重量%の範囲で重合されるマクロモノマーから形成されるのが好ましい。
さらに共重合体は、特にコーティングおよびプラスチックで表面変性添加剤としての共重合体の好適な使用のために、使用されるすべてのマクロモノマーおよびコモノマーの総重量に対していずれの場合も0.2〜30重量%、さらに好ましくは0.5〜20重量%、最も好ましくは1〜15重量%の範囲で重合されるマクロモノマーから形成されるのが好ましい。この含有量のマクロモノマーによって、均染性および表面変性作用、たとえば防汚作用、撥水作用および/または撥油作用を改善するためにコーティング系およびプラスチックに添加剤を使用することに関して共重合体の最良の特性をもたらす。
さらに共重合体は、特に顔料および充填剤調製品のような均一分散体における湿潤剤および分散剤としての共重合体の好適な使用のために、使用されるすべてのマクロモノマーおよびコモノマーの総重量に対していずれの場合も40〜95重量%、さらに好ましくは70〜95重量%の範囲で重合されるマクロモノマーから形成されるのが好ましい。
マクロモノマーは、使用されるポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートを好ましくは薄膜蒸発器を用いて精製することによって得られるのが好ましい。これにより、マクロモノマー単位の純度を増大させ、この結果として、得られる共重合体の構造はさらに明確となる。
好適な他のフリーラジカル重合性コモノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、n−アクリル酸ブチル、n−メタクリル酸ブチル、i−アクリル酸ブチル、i−メタクリル酸ブチル、t−アクリル酸ブチル、t−メタクリル酸ブチル、アクリル酸ラウリル、メタクリル酸ラウリル、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、アクリル酸ステアリル、メタクリル酸ステアリル、アクリル酸ベヘニル、メタクリル酸ベヘニル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボルニル、メタクリル酸イソボルニル、アクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、スチレン、α−メチルスチレン、アクリロニトリル、トリエチレングリコールモノアクリレート、トリエチレングリコールモノメタクリレート、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、酢酸ビニル、ポリエチレングリコールモノアクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレートなどのヒドロキシアルキルビニルエーテルとからなる群から選択される。
共重合体は、一つ以上のポリシロキサン含有ウレタン系マクロモノマーと、少なくとも一つ以上のフリーラジカル重合性モノマーとのフリーラジカル共重合によって得られるのが好ましい。
マクロモノマー法
マクロモノマー法は、(メタ)アクリレート共重合体を調製するための方法であり、これにより、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応によって一つ以上のマクロモノマーを得ることが可能であり、必要に応じてウレタン結合生成用触媒および少なくとも1つのラジカル重合禁止剤を存在させ、一つ以上の他のフリーラジカル重合性コモノマーはフリーラジカル共重合し、共重合体を調製するために使用されるモノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合可能な二重結合を1つのみ有し、使用したポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートは精製されている。
少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応は、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートの等モル量または過剰モル量で行なわれることが好ましい。反応は、4:1〜1:1のモル比で行なわれ、モル比は、使用したポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートに対するヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートの比である。
ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートは、上記の一般式(I)を有するのが好ましい。
ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートは、上記の一般式(II)を有するのが好ましい。
ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートは、独国特許出願公開第19919482号明細書に記載されるような方法によって調製されるのが好ましい。このためには、モノヒドロキシル化合物を過剰量のジイソシアネート、好ましくはトリレンジイソシアネートと反応させ、好ましくは薄膜蒸発器による精製によって、ジイソシアネートの未反応部分を反応混合物から再度除去する。過剰量のジイソシアネートは、2つのウレタン結合によってカップリング生成物(ジ付加体)を防ぐ必要がある。そのような非NCO官能性ジ付加体は、重合過程でさらに重合することができない。特にポリシロキサン成分の場合、塗装系のカップリング生成物は混濁および欠陥を引き起こす可能性がある。したがって、マクロモノマーと他のモノマーとの次のフリーラジカル共重合で櫛形構造を有する共重合体を得ることが可能となる。
しかし周知のとおり、化学合成は通常、副生成物をもたらす。したがって、マクロモノマーの合成時に前段階〔式(II)の成分の調製過程〕からの残留ジイソシアネートの割合が少ないことから、2つのフリーラジカル重合性基を有するモノマー〔式(I)U−L−O−Hおよびジイソシアネートの2つのスターター分子の生成物〕を形成することができる。これらの副生成物および残留ジイソシアネートは、重合過程時に架橋を引き起こすことができる。しかし、式(II)の成分の調製法(スターター分子と比較して過剰量のジイソシアネートと、たとえば薄膜蒸発器によって反応混合物の精製)によって、そのような副生成物の割合をきわめて低く維持することができる。したがって、マクロモノマーには、残留ジイソシアネートおよび2つのフリーラジカル重合性基を有する分子がほんの僅かな割合で存在し、好ましくは全く存在しないのが好ましい。
成分間のウレタン形成によるマクロモノマーの調製は、1または必要に応じて複数の触媒の存在下で、好ましくは0〜100℃、好ましくは約20〜85℃で行なわれるのが好ましい。
ウレタン結合の形成用の好適な触媒は、たとえば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、n−メチルピリジンおよびn−メチルモルホリンなどの3級アミンと、オクチル酸錫や、オクチル酸鉛、ステアリン酸亜鉛などの金属塩と、ジブチル錫ジラウレートなどの有機金属化合物である。
マクロモノマーはフリーラジカル重合禁止剤の存在下で調製される。好適なフリーラジカル重合禁止剤の例は、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ、(4−ヒドロキシ−TEMPO)またはフェノチアジンである。フリーラジカル重合禁止剤は、熱的に促進されるウレタン形成時またはマクロモノマー保存時に形成されうるフリーラジカルを補足するために使用されることから、スターター分子のエチレン不飽和性フリーラジカル重合性頭部基Uの安定性が確保される。したがって、フリーラジカル重合禁止剤の使用の利点は、容易に反応が行われ、ホモオリゴマーまたはホモポリマーなどの副生成物の発生が減少することである。
溶媒を使用することは可能である。しかし、溶媒はウレタン形成に影響を及ぼしてはならない。好適な溶媒の例は、イソシアナート基と反応しうるあらゆる活性水素原子を含まないものである。溶媒としては、脂肪族溶媒、脂環族溶媒、芳香族溶媒、ケトンおよび環状エーテルを使用するのが好ましい。また溶媒は、マクロモノマーから合成される本発明の共重合体の最終用途によって選択される。留去を容易にするために低沸点溶剤を使用するのが好ましい。
反応終了時に生成物を冷却する。必要であれば、次に続くフリーラジカル共重合の前に好適な蒸留手段またはろ過手段によって溶媒および重合禁止剤を除去する。
本発明の共重合体は、マクロモノマーと他のコモノマーから少なくともマクロモノマーと一つ以上の他のフリーラジカル重合性コモノマーとをフリーラジカル重合によって得ることが可能である。本発明の共重合体の調製のために、一つ以上のさまざまなマクロモノマーは、他のコモノマーによってフリーラジカル共重合することができる。
少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートの反応によって得られるマクロモノマーと同じように、重合性基を有する別のヒドロキシ官能性分子と少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応によって得られるマクロモノマーを使用することも可能である。そのようなマクロモノマーは、たとえば、マクロモノマーの調製でヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートよりむしろヒドロキシブチルビニルエーテルなどのヒドロキシアルキルビニルエーテルが使用される場合に得られる。
上に記載するマクロモノマー以外の一つ以上のフリーラジカル重合性コモノマーが使用される。フリーラジカル重合性コモノマーは、少なくとも1つのフリーラジカル重合性基を有する化合物という意味であるものと理解される。フリーラジカル重合性基は、通常の条件下でフリーラジカル重合できる官能基、たとえばエステル不飽和基という意味であるものと理解される。このエステル不飽和基は、置換または非置換のアクリロイル基、メタクリロイル基、スチリル基、α−メチルスチリル基、アリル基、ビニルベンジル基、ビニルエーテル基、ビニルエステル基およびビニルケトン基からなる群から選択されるのが好ましい。
ラジカル重合における塩基分子の特に好適なモノマー単位は、炭素原子数が2〜30のアルケンおよび炭素原子数が8〜30のアリールアルケン、炭素原子数が1〜22の直鎖アルコールまたは炭素原子数が3〜22の分枝アルコールまたは脂環式アルコールのアクリル酸アルキルおよびメタクリル酸アルキル、炭素原子数が8〜18のアラルキルアルコールのアクリル酸アラルキルおよびメタクリル酸アラルキル、炭素原子数が1〜22の直鎖アルコールまたは炭素原子数が3〜22の分枝アルコールまたは脂環式アルコールのマレイン酸エステル、イタコン酸エステルおよびフマル酸エステル、炭素原子数が2〜36の直鎖ジオールまたは炭素原子数が3〜36の分枝ジオールまたは脂環式ジオールのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、炭素原子数が2〜30の炭素原子数がビニルアルカノアート、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸およびメサコン酸(メチルフマル酸)、メタクリル酸、アクリル酸のスチレン、置換スチレン、α−メチルスチレン、置換α−メチルスチレン、アルキルビニルエーテル、フッ化アルキルエステルおよびフッ素非含有アルキルエステル、炭素原子数が3〜20のビニルエステル、ビニルエーテル、ヒドロキシ官能性アルキルビニルエーテルおよびビニルケトン、炭素原子数が5〜8のビニルトリアルコキシシランおよび炭素原子数が10〜16のメタクリロイルオキシプロピルトリアルコキシシランからなる群から選択される。
使用される非官能性コモノマーは、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、n−アクリル酸ブチル、n−メタクリル酸ブチル、i−アクリル酸ブチル、i−メタクリル酸ブチル、t−アクリル酸ブチル、t−メタクリル酸ブチル、アクリル酸ラウリル、メタクリル酸ラウリル、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、アクリル酸ステアリル、メタクリル酸ステアリル、アクリル酸ベヘニル、メタクル酸ベヘニル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボルニル、メタクリル酸イソボルニル、スチレン、α−メチルスチレンからなる群から選択される。コモノマーとしては、(メタ)アクリル酸と、アルカノール、たとえば炭素原子数が1〜14のモノヒドロキシアルカンとのエステルを使用するのが好ましい。
共重合体で使用される官能性モノマーは、たとえばバインダーの反応性基と架橋できるヒドロキシ官能性またはカルボキシ官能性のモノマーであってよいことから、耐久効果を確保することが可能である。得られたヒドロキシ官能性均染剤と、たとえばアクリル−メラミン−ホルムアルデヒド樹脂との架橋を制御するためには、これらのヒドロキシル基の一部または全部をイソシアネートと反応させて2級カルバメート基を得ることも可能であり、これにより、系全体が架橋することによって、均染剤に界面に到達する時間を残してその効果を発揮し、特定の時間遅延後にメラミン−ホルムアルデヒド樹脂と反応する。さらに、本発明の共重合体のモノマー単位のヒドロキシル基は、バインダーの反応性基と架橋できることから、耐久効果を確保することが特に有利であることもわかった。
ヒドロキシ官能性モノマーの例には、炭素原子数が2〜36の直鎖ジオールまたは炭素原子数が3〜36の分枝ジオールまたは脂環式ジオールのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、たとえば2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3,4−ジヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2,5−ジメチル−1,6−ヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール−エチレングリコールモノ(メタ)アクリレートおよびヒドロキシアルキルビニルエーテル、たとえばヒドロキシブチルビニルエーテルが挙げられる。
さらに好適なモノマーは、重量平均分子量が220〜1200g/モルのカプロラクトン変性ヒドロキシアルキルアクリレートおよび/またはバレロラクトン変性ヒドロキシアルキルアクリレートならびにカプロラクトン変性ヒドロキシアルキルメタクリレートおよび/またはバレロラクトン変性ヒドロキシアルキルメタクリレートであり、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートは、炭素原子数が2〜8の直鎖ジオールまたは炭素原子数が3〜8の分枝ジオールまたは脂環式ジオールから得られるのが好ましい。
共重合体は、遊離OH基を有するのが好ましい。共重合体は、OH価が5〜200mgKOH/g、きわめて好ましくは10〜100mgKOH/gであるのがさらに好ましい。コーティングおよびプラスチックに表面変性添加剤として使用される共重合体は、明記する好適なOH価を有するのが好ましい。共重合体は、特に湿潤剤および分散剤としての好適な用途に使用される場合、遊離OH基を有さなくてもよいのがさらに好ましい。
共重合後に、ヒドロキシル基は、次に続くポリマー類似反応によって変性することができる。たとえば、次に続く無水マレイン酸との反応によって、反応性二重結合および酸官能基を組み込むことができる。また、共重合体が塗料の均染助剤として使用される場合の潜在する中間層の接着問題を良好に防ぐために、次に続く無水酢酸との反応によって遊離OH基をエステル化することが可能である。
さらに、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートとの次に続くエステル交換反応(化学エステル交換反応または酵素エステル交換反応)によって、UV線硬化および電子線硬化などの放射線硬化処理により塗装系に永続的に包含できる生成物を得ることができる。
カルボキシ官能性モノマーの例には、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸およびイタコン酸が挙げられる。
官能性モノマーの他の例は、エポキシ官能性コモノマーおよびシラン官能性コモノマーであり、エポキシ官能性コモノマー、たとえば、グリシドキシプロピルアクリレートもしくはグリドキシプロピルメタクリレートなどのグリシドアクリレートおよびグリシドメタクリレートまたはビニルトリエトキシシランおよびメタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランなどのシラン官能性コモノマーを使用して、制御された方法で自己架橋する共重合体を得ることができる。
イオン基は、対応するイオン性、エチレン性不飽和モノマーとして共重合体に導入でき、あるいは、次に続くポリマー類似反応、たとえば塩の形成によって得ることができる。
たとえば、共重合体、たとえばカルボン酸およびリン酸エステルを塩基と反応させることが可能である。さらに、酸無水物、たとえば無水マレイン酸から開始し、最初に水で加水分解、あるいは1価アルコールまたはポリエーテルによるモノエステルまたは部分エステルの形成によってカルボン酸官能基を生成し、次に塩基と反応することが可能である。
共重合体のオキシラン構造は、o−リン酸などの求核体は反応し、塩基で塩に転化され、イオン基を得ることができる。
共重合体のヒドロキシル官能基は、ポリリン酸と反応し、次に塩基で転化してリン酸エステルを得てイオン基に得ることができる。
好適な塩基は、たとえばアミン、たとえばジメチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、2−(ジメチルアミノ)プロパン−1−オール、トリエチルアミン、ブチルアミンおよびジブチルアミン、元素周期表の主族1〜3の金属の水酸化物、酸化物、カルボン酸塩および炭酸水素塩、たとえば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アルミニウムおよび炭酸水素ナトリウムである。
イオン性、エチレン性不飽和モノマーの例は、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸またはスチレンスルホン酸の塩である。
ウレタン系マクロモノマーのフリーラジカル重合には、一つ以上のコモノマーが使用される。共重合体は使用されるすべてのマクロモノマーおよびコモノマーの総重量に対して0.2〜95重量%の範囲で重合されるマクロモノマーから形成されるのが好ましい。
さらに、共重合体は特にコーティングおよびプラスチックで表面変性添加剤としての共重合体の好適な使用のために、使用されるすべてのマクロモノマーおよびコモノマーの総重量に対していずれの場合も0.2〜30%重量%、さらに好ましくは0.5〜20重量%、最も好ましくは1〜15重量%の範囲で重合されるマクロモノマーから形成されるのが好ましい。この含有量のマクロモノマーは、均染性および表面変性作用、たとえば防汚作用、撥水作用および/または撥油作用を改善するためにコーティング系およびプラスチックに添加剤の使用することに関して共重合体の最良の特性をもたらす。
さらに共重合体は、特に顔料および充填剤調製品のような均一分散体における湿潤剤および分散剤としての共重合体の好適な使用のために、使用されるすべてのマクロモノマーおよびコモノマーの総重量に対していずれの場合も40〜95重量%、さらに好ましくは70〜95重量%の範囲で重合されるマクロモノマーから形成されるのが好ましい。
本発明の共重合体は、当業者に知られている方法でラジカル重合によって有機溶媒溶液中または大量に過酸化物またはアゾ化合物などのフリーラジカル重合開始剤の存在下で調製することができる。有用な溶媒には、特にエステル、たとえば酢酸エチル、酢酸n−ブチルまたは1−メトキシ−2−プロピルアセテート、芳香族溶媒、たとえばトルエンまたはキシレンおよびケトン、たとえばメチルイソブチルケトンまたはメチルエチルケトンが挙げられる。また溶媒は、共重合体の最終用途によって選択される。共重合体が、たとえばUV硬化コーティング系またはポリマー中で100%生成物として使用される用途の場合、溶媒の留去を容易にするために低沸点溶剤を使用するのが好ましい。
フリーラジカル重合は、約40〜180℃、好ましくは60〜150℃、さらに好ましくは80〜135℃で実施される。
フリーラジカル重合は連続過程またはバッチ過程として実行することができる。
フリーラジカル重合は、たとえばバルク重合、溶液重合、沈殿重合、乳化重合または懸濁重合として実施することができる。
フリーラジカル重合は、フリーラジカル非制御重合またはフリーラジカル制御重合として実行することができる。
フリーラジカル制御重合方法によって、分子量分布がさらに狭いさらに明確なポリマー構造を実現することが可能となる。フリーラジカル制御重合に関して当業者に知られている方法、たとえばATRP(原子移動ラジカル重合)、GTP(官能基移動重合)、NMP(ニトロオキシド媒介重合)、RAFT(可逆的付加開裂連鎖移動過程)またはMADIX(キサントゲン酸塩の交換による高分子設計)を使用することが可能である。
制御重合過程には、特に「可逆的付加開裂連鎖移動過程」(RAFT)が挙げられ、「可逆的付加開裂連鎖移動過程」(RAFT)は、特定の重合調節剤を使用する場合、「MADIX」(キサントゲン酸塩の交換による高分子設計)や「付加開裂連鎖移動」とも呼ばれる。RAFTは、たとえば「Polym.Int.2000、49、993、Aust.J.Chem 2005、58、379」、「J.Polym.Sci.Part A:Polym.Chem.2005、43、5347」、「Chem.Lett.1993、22、1089、J.Polym.Sci.、Part A 1989、27、1741および1991、29、1053および1993、31、1551および1994、32、2745および1996、34、95および2003、41、645および2004、42、597および2004、42、6021」、さらに「Macromol.Rapid Commun.2003、24、197」および米国特許第6291620号明細書、国際公開第98/01478号パンフレット、国際公開第98/58974号パンフレットおよび国際公開第99/31144号パンフレットに記載されている。
他の制御重合過程は、重合調節剤(NMP)としてニトロキシル化合物を使用し、たとえば「Chem.Rev.2001、101、3661」に開示されている。
別の制御重合過程は、たとえばO.W.Websterによる「Group Transfer Polymerization」、「Encyclopedia of Polymer Science and Engineering、第7巻、H.F.Mark、N.M.Bikales、C.G.OverbergerおよびG.Menges、Wiley Interscience編、New York 1987、580ページ以降」ならびにO.W.Websterの「Adv.Polym.Sci.2004、167、1−34」に開示されるような「官能基移動重合」(GTP)である。
たとえば、「Macromol.Symp.1996、111、63」に記載されているようなテトラフェニルエタンを使用するフリーラジカル制御重合は、制御重合の他の例である。
重合調節剤として1,1−ジフェニルエテンを使用するフリーラジカル制御重合は、たとえば「Macromolecular Rapid Communications 2001、22、700」に記載されている。
イニファータを使用するフリーラジカル制御重合は、たとえば「Makromol.Chem.Rapid.Commun.1982、3、127」に開示されている。
有機コバルト錯体を使用するフリーラジカル制御重合は、たとえば「J.Am.Chem.Soc.1994、116、7973」、「Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry、第38巻、1753−1766(2000)」および「Chem.Rev.2001、101、3611−3659」、「Macromolecules 2006、39、8219−8222」とから知られている。
他の制御重合法は、たとえば「Macromolecules 2008、41、6261」または米国特許第7034085号明細書に記載されるようなヨウ素化合物を使用する変性連鎖移動である。
チオケトンの存在下でのフリーラジカル制御重合は、たとえば「Chem.Commun.、2006、835−837」および「Macromol.Rapid Commun.2007、28、746−753」に記載されている。
共重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体またはグラジエント共重合体であってよく、2つ以上の親水性モノマーおよび/または疎水性モノマーで形成してもよい。
共重合体の数平均分子量は、2000〜100000g/モルであり、好ましくは5000〜75000g/モル、さらに好ましくは10000〜50000g/モルの範囲にあるのが好ましい。共重合体が湿潤剤および分散剤として使用される場合、重量平均分子量は20000〜100000g/モルであるのが好ましい。共重合体の重量平均分子量は、溶離液としてテトラヒドロフランを用いるゲル透過クロマトグラフィーによって標準ポリスチレンを使用して求められる。
共重合体の重量平均分子量および分子量分布に影響を与えるためには、好適な制御剤または連鎖移動剤を使用することが可能である。例として、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタンまたはt−ドデシルメルカプタンなどのチオールおよびα−メチルスチレンの二量体が挙げられる。たとえば、制御された方法で分子量を増大させるために、重合時に少量の2官能性モノマー(たとえばヘキサンジオールジアクリレート)を使用することも可能である。
「グラフト化」法
上記の共重合体を調製する他の方法は「グラフト化」法であり、これにより、ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートの一つ以上のウレタン系成分と、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートモノマーおよび一つ以上の他のフリーラジカル重合性コモノマーから形成されるヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート共重合体との反応によって得ることが可能であり、必要に応じてウレタン結合生成用触媒を存在させ、共重合体の調製に使用されるモノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合可能な二重結合を1つのみ有するヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート共重合体を調製するために使用される。
第1のステップでは、ヒドロキシ官能性側基を有するポリマー骨格がフリーラジカル共重合で調製され、第2のステップでは、ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートがヒドロキシ官能性ポリマー骨格と反応してウレタン結合を形成する。
ポリマー基本骨格は少なくとも1つのヒドロキシル基を含み、このヒドロキシル基は、変性イソシアネートと反応することができ、重合されるヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートに由来する。この重合されるヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートは、少なくとも一つ以上の上記のコモノマーと共重合し、使用されるモノマーの85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有する。また、他のヒドロキシ官能性コモノマーを重合させることが可能である。少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと同じように、ヒドロキシアルキルビニルエーテル(たとえば、ヒドロキシブチルビニルエーテル)も重合できるのが好ましい。
重合は上記の方法の一つによって行われる。但し、得られたヒドロキシ官能性共重合体は上記のポリシロキサン含有ウレタン系マクロモノマーのいずれも含まない。ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと同じように、他の官能性、たとえばカルボキシル官能性を有するコモノマーを重合してもよい。
次に、得られたヒドロキシ官能性側鎖を有する共重合体は、第2のステップでポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートと反応し、その結果、変性イソシアネートはヒドロキシル官能性共重合体にグラフト化され、ウレタン結合を形成する。反応条件、触媒および溶媒は、マクロモノマーの調製に関して上に記載したものと同じである。少なくとも1つの溶媒を使用するのが好ましい。変性イソシアネートは、重合されるヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート中に存在するヒドロキシル基の0.1〜100%が転化される程度の量で使用されるのが好ましい。
使用される変性イソシアネートの量は、重合されるマクロモノマーから形成される共重合体のために必要な変性イソシアネートの量に対応し、マクロモノマーの量は使用されるすべてのマクロモノマーおよびコモノマーの総重量に対して0.2〜95重量%の範囲である。この場合、対応して重合されるマクロモノマーは、変性イソシアネートと重合されるヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートとの反応によって形成されるのが好ましい。共重合体において、対応して重合されるマクロモノマーが所望の含有量に到達するためには、どれくらいの量のヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートが共重合体中に重合されねばならないかは当業者には明確である。
さらに、その使用量は変性イソシアネートの量に対応し、これにより、共重合体は特にコーティングおよびプラスチックでの表面変性添加剤としての共重合体の好適な使用のために、使用されるすべてのマクロモノマーおよびコモノマーの総重量に対していずれの場合も好ましくは0.2〜30%重量%、さらに好ましくは0.5〜20重量%、最も好ましくは1〜15重量%で重合されるマクロモノマーから形成されるのが好ましい。
さらに、使用量は変性イソシアネートの量に対応し、これにより、共重合体は、特に湿潤剤および分散剤としての共重合体の好適な使用のために、使用されるすべてのマクロモノマーおよびコモノマーの総重量に対していずれの場合も好ましくは40〜95重量%、さらに好ましくは70〜95重量%の範囲で重合されるマクロモノマーから形成されるのが好ましい。
遊離ヒドロキシル基または必要に応じて遊離カルボキシル基は、反応性基または官能基を導入するために、上に記載するようにさらに官能化することができる。
ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートなどの好適な開始化合物と、重量平均分子量などの好適な共重合体の特性は、既に上で明記している。
添加剤の使用に関する説明
本発明は、コーティング材、プラスチックまたは化粧品の添加剤として共重合体の使用をさらに提供する。
表面変性添加剤
添加剤としての共重合体の使用
本発明の共重合体は、コーティング材、プラスチック、化粧品または顔料および充填剤調製品のような均一分散体中で湿潤剤、分散剤、均染剤、消泡剤、安定化剤または防汚剤および撥油剤などの添加剤として使用することができる。プラスチックとは、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックを意味することが理解される。
共重合体は、たとえばコーティング材の均染剤として使用し、たとえば得られるコーティングの光学特性を改善することができる。均染剤してこれらの共重合体を使用することによって、たとえばコーティング材、コーティングまたはプラスチックの光沢および/またはタンパク光を改善することも可能である。
また、共重合体はたとえば、コーティング材、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックの表面特性を変へるために使用することができる。共重合体の添加によって、コーティング材、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックの表面エネルギーに影響を与えることが可能である。表面をさらに親水性あるいは疎水性にすることができ、これにより、この表面における付着性が改善され、あるいは低下し、その結果、防汚性かつ易洗浄性の表面を得ることが可能である。概して、表面エネルギーが増大すると、表面はさらに親水性になってさらに容易に湿潤し、さらに良好な付着性が実現する。概して、対照的に表面エネルギーが低下すると、表面はさらに疎水性になってさらに湿潤しにくくなり、防汚性および付着防止性が実現する。
防汚性かつ付着防止性の表面を実現させるための添加剤
コーティング材、ポリマー成形化合物および熱可塑性プラスチックに本発明の共重合体を添加することによって、防汚性、易洗浄性、付着防止性の表面を実現させることができる。対応する共重合体では、疎水性シリコーン成分は実現する特性をもたらす一方、主鎖と比較的親水性となりうる基は相溶性をもたらすものの疎水基の割合が多いため、防汚効果が実現する。また共重合体は、ポリシロキサン基のほかに、たとえば、比較的疎水性の基を含み得る。また、そのような共重合体は通常、表面エネルギーが大幅に低下する。
対応する共重合体が添加されるコーティング材、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックは、優れた付着防止性および防汚性を有する。そのようなコーティング材は、落書予防コーティング、剥離コーティング、自浄表面コーティング、航空機などに用いる防氷コーティング、自動車タイヤコーティング、防汚機械/器具コーティング、船舶用コーティング(防汚コーティング)および防汚家具コーティングまたは剥離紙コーティングを製造するための組成物であるのが好ましい。本発明のコーティング材のきわめて良好な付着防止性効果により、油性物質たとえば鉱物油、植物油または油調製品をはじくことが可能であり、これにより、対応してコーティングされた容器は、空にすることによってこれらの液体を完全に除去する。したがって、本発明の添加剤が加えられたコーティング材は、缶または容器の内面をコーティングするのに適している。さらに、共重合体の相溶性がきわめて広いため、このような組成物は透明コーティング材の製造にも適している。
共重合体は、たとえばコーティング材、コーティング、ポリマー成形材料または熱可塑性プラスチックの他の特性、たとえば耐候性または機械的強度に悪影響を及ぼさない。同時に、本発明の共重合体は、コーティング材、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックに比較的少量(添加量)で添加することができる。ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックなどの特にコーティング材およびプラスチックでは、共重合体は、コーティング材の組成物またはプラスチックの総量に対していずれの場合も好ましくは0.01〜5重量%、好ましくは0.02〜2重量%、さらに好ましくは0.03〜1重量%の比較的少量で使用してもよい。
元となるコーティング材またはコーティング、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックの物理的特性は、たとえば防食性、光沢保持性および耐候性に関して、添加剤が低濃度であれば損なわれない。一般に、共重合体を含むコーティング材またはコーティング、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックは、数年もの期間にわたって所望の特性を示し、複数の洗浄周期を繰り返してもこれらの特性を保持する。
共重合体が遊離ヒドロキシル基を含む場合、共重合体のヒドロキシル基がバインダーの反応性基と架橋することから、共重合体による耐久効果が実現されることが特に有利であることがわかっている。
湿潤性表面を容易に実現させるための添加剤
共重合体はコーティング材、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックに添加でき、この共重合体の添加によって、コーティング材、ポリマー成形材料および熱塑性プラスチックの表面エネルギーを増大し、その結果、これらの表面の湿潤性が改善される。対応する共重合体では親水基の割合は疎水基より多い。この場合の共重合体は、全体的に親水性を有する。これらの共重合体では、少量の疎水性ポリシロキサン基の作用によって、共重合体が親水性媒体の表面に接近することであり、親水基の割合が多くなると表面エネルギーを増大させることができる。したがって、表面エネルギーを増大させるのに好適な共重合体は、変性イソシアネート中のポリエーテル/ポリエステルの含有量がかなり多いため、存在するポリシロキサン基のほかに、たとえばアルコキシル化化合物による比較的親水性のある基も含む。
対応する共重合体が添加されるコーティング、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックは、優れた湿潤性表面を有する。湿潤性は、従来の方法で表面の水に対する接触角を測定することによって求めることができる。親水性表面に関して、接触角は60°未満にする必要がある。共重合体は、コーティング材、コーティング、ポリマー成形材料または熱可塑性プラスチックの他の特性、たとえば耐候性または機械的強度を大きくは低下させない。同時に、これらの共重合体は、コーティング材、ポリマー成形材料または熱塑性プラスチックに、たとえばコーティング材の組成物またはプラスチックの総量に対していずれの場合も好ましくは0.01〜5重量%、好ましくは0.02〜2重量%、さらに好ましくは0.03〜1重量%の比較的少量(添加量)添加することができる。
元となるコーティング材またはコーティング、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックの物理的特性は、たとえば防食性、光沢保持性および耐候性に関して、添加剤が低濃度であれば損なわれない。一般に、共重合体を含むコーティング材またはコーティング、ポリマー成形材料および熱可塑性プラスチックは、数年もの期間にわたって所望の特性を示し、複数の洗浄周期を繰り返してもこれらの特性を保持する。
共重合体が遊離ヒドロキシル基を含む場合、共重合体のヒドロキシル基がバインダーの反応性基と架橋できることから、耐久効果が確保されることが特に有利であることがわかっている。
また、コーティング材、ポリマー成形材料または熱可塑性プラスチックの添加剤として共重合体を使用することによって、帯電防止性または凝縮防止性の表面を得ることが可能である。また、対応して添加された表面は、きわめて良好な湿潤性を有し、場合によっては、重ね塗りの場合に付着促進性を示すことができる。
湿潤剤および分散剤
また、共重合体は、特に従来技術から知られている分散剤使用の分野で分散剤として使用することができ、本発明の共重合体は従来から知られている分散剤の代わりに、あるいは一緒に用いる分散剤として使用される。たとえば、共重合体は、塗料、皮革および布地の染料、ペースト、顔料濃厚物または化粧品製剤、特にこれらの生成物が顔料および/または充填剤などの固体を含む場合の製造または加工に使用することができる。
本発明の一態様では、均一分散体を製造する方法に関し、本発明の少なくとも1つの共重合体を用い、少なくとも1つのシリコーン油からなる群から選択される展色剤に少なくとも1つの顔料および/または充填剤を混合することを含む。これらの分散剤は顔料調製品および/または充填剤調製品であるのが好ましく、コーティング系に使用されるのが好ましい。このような文脈では、「均質」は相分離も不均質性も肉眼で知覚可能でないことを意味する。さまざまな成分が均一分散体中で均一に分散されている。
本発明の他の態様は、上に記載した均一分散体を含むシリコーン架橋物またはコーティング材と、コーティングする方法とに関し、この方法により、上に記載した均一分散体と、反応性シリコーンとを混合し、混合物を硬化して着色/充填したシリコーン架橋物またはコーティングを得る。
反応性のシリコーンまたはバインダーは、さまざまな形態および化合物、たとえばシリコーン油、固形分の高いシリコーン、水系シリコーン、シリコーンアルキド、シリコン処理したポリエステルまたはシリコン処理したアクリル樹脂などで存在してもよい。架橋は、湿気硬化、ヒドロシリル化硬化、放射線硬化、あるいは放射線硬化と熱硬化の組み合わせる(二重硬化)ことによって行うことができる。
顔料
顔料は、粉末状またはペレット状の着色剤であり、染料と異なり周囲媒体に不溶性である(これに関しては「DIN 55943:2001−10、Roempp Lexikon Lacke und Druckfarben[Roempp Lexicon of Paints and Printing Inks]、Georg Thieme Verlag 1998」の「Farbmittel、Farbstoffe、Pigmente[Colorants、Dyes、Pigments]」の個所を参照)。
本発明による顔料は、たとえば、無機顔料および有機顔料、黒色顔料、効果顔料、たとえば、真珠光沢顔料および/または金属効果顔料、輝性顔料ならびにこれらの混合物であることを意味することが理解される。
顔料の例は、モノアゾ顔料、ジアゾ顔料、トリアゾ顔料およびポリアゾ顔料、オキサジン顔料、ジオキサジン顔料、チアジン顔料、ジケトピロロピロール顔料、フタロシアニン顔料、ウルトラマリン顔料および他の金属錯体顔料、インジゴイド顔料、ジフェニルメタン顔料、トリアリールメタン顔料、キサンテン顔料、アクリジン顔料、キナクリドン顔料およびメチン顔料、アントラキノン顔料、ピラントロン顔料およびペリレン顔料ならびに他の多環式カルボニル顔料である。有機顔料の他の例は、「W.Herbst、K.Hunger 「Industrial Organic Pigments」、1997(発行者:Wiley−VCH、ISBN:3−527−28836−8)」という研究論文で確認することができる。無機顔料の例は、カーボンブラック、グラファイト、亜鉛、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、リン酸亜鉛、硫酸バリウム、リトポン、酸化鉄、ウルトラマリン、リン酸マンガン、アルミン酸コバルト、スズ酸コバルト、亜鉛酸コバルト、酸化アンチモン、硫化アンチモン、酸化クロム、クロム酸亜鉛、ニッケル系、ビスマス系、バナジウム系、モリブデン系、カドミウム系、チタニウム系、亜鉛系、マンガン系、コバルト系、鉄系、クロム系、アンチモン系、マグネシウム系、アルミニウム系の複合金属酸化物(たとえばニッケルチタニウムイエロー、バナジン酸/モリブデン酸ビスマスイエローまたはクロムチタニウムイエロー)に基づく顔料である。他の例は、「G.Buxbaum「Industrial Inorganic Pigments」、1998(発行者:Wiley−VCH、ISBN:3−527−28878−3)」という研究論文から得られる。また、無機顔料は、純鉄、酸化鉄および酸化クロムまたは混合酸化物に基づく磁性顔料、アルミニウム、亜鉛、銅または黄銅を含む金属効果顔料、さらに真珠光沢顔料、蛍光顔料および燐光顔料であってもよい。他の例は、特定の種類のカーボンブラックまたは金属酸化物もしくは半金属酸化物もしくは金属水酸化物もしくは半金属水酸化物からなる粒子、さらには混合金属酸化物および/または混合半金属酸化物または混合金属水酸化物および混合半金属水酸化物からなる粒子などの粒子径が100nm未満のナノサイズの有機固体または無機固体である。たとえば、アルミニウム、シリコン、亜鉛、チタニウムなどの酸化物および/または水酸化酸化物は、そのような超微粉固体を生成するために使用することができる。これらの酸化物粒子または水酸化物粒子または酸化物水酸化物粒子は、さまざまな異なる方法、たとえばイオン交換法、プラズマ法、ゾル−ゲル法、沈殿法、粉砕法(たとえばミル粉砕による)または火炎加水分解法などによって生成することができる。また、これらのナノ単位の固体は、ハイブリッド粒子と呼ばれるものであってよく、無機コアおよび有機シェルからなり、その逆も同様である。
粉末状または繊維状の充填剤の例は、たとえば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、珪藻土、ダイアトマイト、石英、シリカゲル、タルク、カオリン、マイカ、パーライト、長石、頁岩粉末、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、カルサイト、ドロマイト、ガラスまたはカーボンの粉末状または繊維状の粒子で形成されるものである。顔料または充填剤の他の例は、欧州特許出願公開第0270126号明細書で確認することができる。また、難燃剤、たとえば水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムと、艶消剤、たとえばシリカとの優れた分散性および安定性を実現することが可能である。
真珠光沢顔料に関しては、以下に列挙する真珠光沢顔料の種別または種類で生成されたものを使用してもよい。
・パールエッセンス(魚片からのグアニン/ヒポキサンチン結晶を混合)および真珠層(粉砕したイガイの殻)などの天然真珠光沢顔料
・オキシ塩化ビスマスまたは板状晶形の二酸化チタンなどの単結晶真珠光沢顔料(BiOCl)
・真珠層基質光沢顔料
真珠層基質光沢顔料のコーティング用の好適な板状晶形の透明基質は、非金属、天然由来または合成の板状晶形の基質である。基質は、好ましくは実質的に透明であり、さらに好ましくは透明であり、つまり、可視光で少なくとも部分的に透過性である。
これらの板状晶形の透明基質は、天然雲母、合成雲母、ガラス片、板状晶形のSiO2、板状晶形のAl23、セリサイト、カオリン、グラファイト、タルク、板状晶形のポリマー、板状晶形のオキシ塩化ビスマス、無機−有機ハイブリッド層を含む板状晶形の基質およびこれらの組み合わせの群から選択してもよい。
ガラス片または合成雲母などの合成基質は、たとえば表面が滑らかであり、個々の基質粒子内で厚さも均一である。したがって、表面は、入射光および/または反射光の散乱中心をほんのわずか示すことから、コーティング後に基質として天然雲母より光沢がある真珠光沢顔料が可能となる。使用されるガラス片は、欧州特許出願公開第0289240号明細書、国際公開第2004/056716号パンフレットおよび国際公開第2005/063637号パンフレットに記載されている方法によって生成することができるもの、さらに/あるいは欧州特許第1980594号明細書から知られているガラス組成を有するものが好ましい。
また、真珠光沢顔料は、板状晶形の透明基質、たとえばガラス片を有してもよく、特に両側が半透明金属層でコーティングされている。半透明金属層の金属は、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、金、白金、パラジウム、銅、亜鉛、チタン、さらにこれらの混合物および合金の群から選択されるのが好ましい。
板状晶形の透明基質は、少なくとも1つの光学活性層またはコーティングを備え、層は、金属酸化物、金属酸化水和物、金属水酸化物、金属亜酸化物、金属、金属フッ化物、金属酸ハロゲン化物、金属カルコゲン化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属硫化物、金属炭化物およびこれらの組み合わせを含むのが好ましい。本発明の好ましい一実施形態によれば、光学活性層またはコーティングは上に記載の物質からなる。
屈折率が高い層またはコーティングが板状晶形の透明基質に塗布される場合、屈折率はさらに具体的にはn≧1.8、好ましくはn≧1.9、さらに好ましくはn≧2.0である。屈折率が低いコーティングまたは層の場合、屈折率はさらに具体的にはn<1.8、好ましくはn<1.7、さらに好ましくはn<1.6である。
好適な屈折率が高い層またはコーティングの例には、TiO2、Fe23、Fe34、TiFe25、FeTiO3、ZnO、SnO2、CoO、Co34、ZrO2、Cr23、VO2、V23、Sb23、SnO2、SbO2およびこれらの組み合わせが挙げられる。TiO2および/またはFe23の使用が好ましい。好適な屈折率が低い層またはコーティングの例は、SiO2、Al23、MgF2およびこれらの組み合わせが挙げられる。
真珠光沢顔料の板状晶形の透明基質は、金属酸化物、金属水酸化物、金属亜酸化物および/または金属酸化水和物で構成される単層構成または多層構成でコーティングしてもよく、層順序は可変であってよい。また、金属酸化物、金属水酸化物、金属亜酸化物および/または金属酸化水和物は、同一の層に互いに並んで存在してもよい。
板状晶形の透明基質が1つの金属酸化物層のみでコーティングされる場合、この層は屈折率が高い。金属酸化物層の幾何学的厚さに応じて、これらの種類の真珠光沢顔料はさまざまな色彩効果をもたらすことが可能である。たとえば、TiO2を被覆させた銀白真珠光沢顔料は、TiO2層の幾何学的厚さが40〜60nmであれば銀色となり、TiO2を被覆させた干渉顔料は、TiO2層の幾何学的厚さが60〜80nmであれば黄色となり、80〜100nmであれば赤色となり、100〜140nmであれば青色となり、120〜160nmであれば緑色となり、280〜320nmであれば緑色(三次色)となり、Fe23を被覆させた光沢顔料は、Fe23層の幾何学的厚さが35〜45nmであれば青銅色となり、45〜55nmであれば銅色となり、55〜65nmであれば赤色となり、65〜75nmであれば赤紫色となり、75〜85nmであれば赤緑色となり、Fe34を被覆させると黒色となり、TiO2/Fe23の混合顔料は金色調となり、TiO2/Cr23では緑色となり、TiO2/プルシアンブルーでは藍色となる。
板状晶形の透明基質は、金属酸化物、金属水酸化物、金属亜酸化物および/または金属酸化水和物を含んだり、あるいはこれらからなる多層構成でコーティングしたりしてもよく、層順序は変えてもよい。ここで、少なくとも1つの高屈折率層と少なくとも1つの低屈折率層が基質上に交互で配置される層順序が好ましい。この交互の構成では、一つ以上の高屈折率層を互いのすぐ上に配置することも可能であり、これに続き、一つ以上の低屈折率層を互いのすぐ上に配置することも可能である。ただし、高屈折率層および低屈折率層が層構造内に現れることが重要である。基質から開始し、少なくとも1つの高屈折率層、低屈折率層、再び高屈折率層を配置して、特に色調が強い干渉色の真珠光沢顔料を得るのが好ましい。
TiO2および/または酸化鉄で被覆された板状晶形の天然雲母系の真珠光沢顔料は、たとえばEckart社からPrestigeという商品名で市販されている。板状晶形の透明基質が合成雲母で構成される場合、たとえばこの種類の真珠光沢顔料はEckart社からSynCrystalという商品名で市販されている。TiO2および/またはFe23で被覆されたAl23薄片および対応するSiO2被覆薄片は、たとえばMerck社からXironaという商品名で市販されている。TiO2および/または酸化鉄で被覆されたガラス片は、たとえばEckart社からMirageという商品名で、BASF Catalysts社からReflecksという商品名で、Merck社からRonstarという商品名で市販されている。多層干渉顔料はたとえば、独国特許出願公開第19618569号明細書に記載されている種類のものと、屈折率が高い金属酸化物および屈折率が低い金属酸化物の交互層で被覆された支持材からなるものとを本発明の目的に使用することができる。
さらに、干渉作用はあるが基質がない顔料、たとえばLCP Technology社から市販されているHeliconesなどの液晶、あるいはドメインが最密充填され、規則的配列を特徴とする三次元構造の単分散ビーズからなり、たとえば国際公開第2001/88044号パンフレットに記載されている種類の乳白光を発する効果がある粒子を使用することが可能である。さらに、Spectratek社製の幾何学顔料などのホログラフィ輝性顔料、たとえば蛍光顔料、発光顔料、フォトクロミック顔料、示温顔料、さらには、いわゆる、「量子ドット」と呼ばれるものがある。それは、たとえば、Quantum Dots社から市販されているものが使用可能である。
また、輝性顔料として知られている効果顔料が使用可能であり、たとえばFloratech社からさまざまな色彩(黄色、赤色、緑色、青色)の効果顔料がMetasomes Standard/Glitterという商品名で市販されている。この場合の輝性粒子は、さまざまな助剤と染料〔たとえば、色指数(CI)が19140、77007、77289および77491の染料〕の混合物中に存在してもよい。
真珠光沢顔料以外には、本発明では特に金属効果顔料を使用してもよい。
この場合の板状晶形の金属基質は、特に純金属および/または金属合金からなってもよい。金属基質は、好ましくは銀、アルミニウム、鉄、クロム、ニッケル、モリブデン、金、銅、亜鉛、スズ、ステンレス鋼、マグネシウム、鉄鋼、青銅、黄銅、チタンならびにこれらの合金および/または混合物の群から選択してもよい。しかし金属基質は、アルミニウム(アルミニウムの含量は金属基質に対して99重量%超が好ましい)、銅(銅の含量は金属基質に対して99重量%超が好ましい)および金青銅(たとえば、銅の含量は70〜95重量%、亜鉛の含量は5〜30重量%であり、いずれも金属基質に対する含量)で構成されるのが好ましい。金属基質に存在する不純物は、基質に対してきわめて少量、好ましくは1重量%未満にする必要がある。
板状晶形の金属基質には、少なくとも1つのアフターコーティングを付与してもよい。たとえば、このアフターコーティング材は、金属酸化物、金属水酸化物または金属酸化水和物、たとえば二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化セリウム、酸化クロムおよび酸化ケイ素またはこれらの混合物からなってもよい。アフターコーティング材は少なくとも1つの層の二酸化ケイ素からなるのが好ましい。
このようにして安定した金属効果顔料は、欧州特許第1532213号明細書、さらには欧州特許出願公開第1758550号明細書に記載されるように、たとえばEckart社からVisionaireの商品名で市販されている。
金属効果用の稀釈着色剤パレットは、以下を有する金属効果有色顔料によってさらに提供される。
a)アルミニウムコアと、湿式化学酸化によって得られ、酸化アルミニウムおよび/または水酸化アルミニウムおよび/または酸化アルミニウム水和物で構成される着色層
b)コアと、少なくとも1つの着色顔料を含む少なくとも1つの金属酸化物層
さらに、金属効果有色顔料は、従来の金色および銀色の色調とともに、たとえばVisionaire Bright Red 7やVisionaire Bright Red 34などの赤色の色調、たとえばVisionaire Bright Blueなどの青色の色調、さらには、たとえばVisionaire Bright Champagneなどの暖かい黄褐色の色調を可能にする。そのような顔料は、たとえば独国特許出願公開第19501307号明細書、独国特許出願公開第19520312号明細書、独国特許出願公開第10361436号明細書および独国特許出願公開第102006006716号明細書から知られており、Eckart社から市販されている。
さらに、国際公開第2007/076967号パンフレットに記載されている赤外線を反射する金属効果顔料を使用することも可能であり、たとえば赤外線を反射するコアを有する。赤外線反射コアは、赤外線を透過するコーティング被覆を備えている。赤外線を反射する顔料は実質的に白色である。
これらのほかに、磁性金属効果顔料、たとえば保護層または防食層を使用して安定化していると思われる板状晶形の鉄顔料を使用することが可能である。このような種類の顔料はたとえば、欧州特許第1251152号明細書に記載されている。
顔料はたとえば、化粧品規則の対応するポジティブリストから選択してもよい〔規則(EC)第1223/2009、付録IV〕。
他の実施形態では、記載した顔料は少なくとも1つの有機アフターコーティング材でコーティングしてもよく、当業者に知られている方法で塗布される。
好適なアフターコーティング技術はたとえば、以下が挙げられる。
・LCW社から入手可能な「AQ」変性などのPEGシリコーンコーティング
・LCW社から入手可能な「CTS」変性などのキトサンコーティング
・LCW社から入手可能な「AS」変性などのトリエトキシカプリリルシランコーティング
・LCW社から入手可能な「SI」変性などのメチコンコーティング
・LCW社から入手可能な「Covasil 3.05」変性などのジメチコンコーティング
・LCW社から入手可能な「Covasil 4.05」変性などのジメチコン/トリメチルシロキシシリケートコーティング
・LCW社から入手可能な「LL」変性などのラウリルリシンコーティング
・LCW社から入手可能な「LL/SI」変性などのラウリルリシン/メチコンコーティング
・LCW社から入手可能な「MM」変性などのミリスチン酸マグネシウム処理
・Miyoshi社から入手可能な「MI」変性などのジミリスチン酸アルミニウムコーティング
LCW社から入手可能な「FHC」変性などのパーフルオロポリメチルイソプロピルエーテルコーティング
Miyoshi社から入手可能な「NAI」変性などのステアリルグルタミン酸ニナトリウムコーティング
Daito社から入手可能な「PF」変性などのリン酸パーフルオロアルキル処理
Daito社から入手可能な「FSA」変性などのアクリレート/ジメチコンおよびリン酸パーフルオロアルキルコーティング
Daito社から入手可能な「FS01」変性などのポリメチルハイドロジェンシロキサン/リン酸パーフルオロアルキルコーティング
Daito社から入手可能な「LL−StAl」変性などのラウリルリシン/トリステアリン酸アルミニウムコーティング
Daito社から入手可能な「OTS」変性などのオクチルトリエチルシランコーティング
Daito社から入手可能な「FOTS」変性などのオクチルトリエチルシラン/リン酸パーフルオロアルキルコーティング
Daito社から入手可能な「ASC」変性などのアクリレート−ジメチコン共重合体コーティング
Daito社から入手可能な「ITT」変性などのトリイソステアリル酸イソプロピルチタンコーティング
Daito社から入手可能な「AC」変性などの微結晶性セルロースおよびカルボキシメチルセルロースコーティング
Daito社から入手可能な「APD」変性などのアクリレート共重合体コーティング
Daito社から入手可能な「PF+ITT」変性などのリン酸パーフルオロアルキル/トリイソステアリル酸イソプロピルチタンコーティング
顔料は、個別に存在してもよく、混合物で存在してもよく、さらに互いに相互コーティングしてもよい。
特定の色彩効果を得るために、本発明では、記載した顔料とともに他の顔料および/または効果顔料および/またはこれらを組み合わせて比率を変えて使用することが可能である。
シリコーン油
シリコーン油の例は以下の構造のものが挙げられる。
式中、R3は水素、ヒドロキシル基、炭素原子数が2〜20のアルキル基またはフッ化アルキル基、アリール基、アミノアルキル基、C6-22アルコキシ基および式(CH33SiO[(CH32SiO]ySi(CH32CH2CH2−の基からなる群から選択され、yは0〜500の整数である。R4はC1-20アルキル基である。式(III)では、hは0〜1000の整数であり、iは0〜1000の整数であり、ただし、h+iは1〜2000であり、jおよびkはそれぞれ互いに独立して0、1、2または3である。式(IV)では、lおよびmは0〜8の整数であり、l+mは3〜8の範囲にあり、式(V)では、zは1〜4の整数である。ラジカルR3の例には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、トリフルオロプロピル、ノナフルオロヘキシル、ヘプタデシルフルオロデシル、フェニル、アミノプロピル、ジメチルアミノプロピル、アミノエチルアミノプロピル、ステアロキシ、ブトキシ、エトキシ、プロポキシ、セチルオキシ、ミリスチルオキシ、スチリルおよびα−メチルスチリルが挙げられ、このなかで、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、トリフルオロプロピル、フェニル、アミノプロピルおよびアミノエチルアミノプロピルが好ましい。シリコーン油の例には、たとえばジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、ジメチルシロキサン−メチルフェニルシロキサン共重合体などの高粘性オルガノポリシロキサンまたは低粘性オルガノポリシロキサンと、オクタメチルシクロテトラシロキサン(D4)、デカメチルシクロペンタシロキサン(D5)、ドデカメチルシクロヘキサシロキサン(D6)、テトラメチルテトラハイドロジェンシクロテトラシロキサン(H4)、テトラメチルテトラフェニルシクロテトラシロキサンなどのシクロシロキサンと、トリストリメチルシロキシシラン(M3T)、テトラキストリメチルシロキシシラン(M4Q)と、たとえばトリストリメチルシロキシプロピルシラン、トリストリメチルシロキシブチルシラン、トリストリメチルシロキシヘキシルシラン、トリストリメチルシロキシフェニルシランなどの分枝シロキサンと、ステアロキシシリコーンなどのさらに高級アルコール変性シリコーンと、アルキル変性シリコーン、アミノ変性シリコーンおよびフルオロ変性シリコーンとが挙げられる。
応用
本発明によるシリコーン油中の顔料および/または充填剤の分散体は、樹脂、油、グリース、潤滑油、ゴム材、シール材、接着剤、ワックスまたはコーティング材などのさまざまな組成物に使用される。分散剤は、ボディーケア産業、エレクトロニクス産業での電気的応用、水産業、医学的用途、建設産業、自動車産業で生成される組成物に使用される。例には、化粧品、電子書籍の表示などの電子ペーパー、超小型電子チップのカプセル化、船底塗料、たとえば防汚コーティング、シリコーンチューブ、あるいはブレーキ部品用の潤滑添加剤が挙げられる。
共重合体は、均一分散体中の全組成に対して、いずれの場合も、0.01〜90重量%、好ましくは1〜50重量%、きわめて好ましくは2〜40重量%の比較的広い範囲で使用してもよい。均一分散体は、顔料および充填剤調製品であるのが好ましい。
さらに本発明は、塗料、ペーストおよび成形材料を提供し、本発明の共重合体、一つ以上の顔料、有機溶媒および/または水を含み、さらに必要に応じてバインダーおよび従来のコーティング助剤を含む。
さらに本発明は、コーティング材、プラスチックまたは均一分散体を提供し、本発明の少なくとも1つの共重合体を含む。この場合、共重合体分は、コーティング材またはプラスチック中で、または顔料および充填剤調製品のような均一分散体中でコーティング材またはプラスチックの組成物の総量に対していずれの場合も好ましくは0.01〜5重量%、さらに好ましくは0.02〜2重量%、きわめて好ましくは0.03〜1重量%であり、あるいは均一分散体の全組成に対していずれの場合も、好ましくは0.01〜90重量%、さらに好ましくは1〜50重量%、きわめて好ましくは2〜40重量%である。
略語
「MAA」=メタクリル酸
「HEMA」=2−ヒドロキシエチルメタクリレート
「EHA」=2−エチルヘキシルアクリレート
「IBMA」=イソブチルメタクリレート
「STY」=スチレン
「PMA」=1−メトキシ−2−プロピルアセテート
「TDI」=トリルジイソシアネート
「TDI100」=トリレン2,4−ジイソシアネート
「DBTL」=ジブチル錫ジラウレート
「PDI」=多分散度
「PDMS」=ポリジメチルシロキサン
「TDI−PDMS」=モノヒドロキシ官能性ポリジメチルシロキサンおよびトリルジイソシアネートのモノ付加物
「HEMA−TDI−PDMS」=2−ヒドロキシエチルメタクリレートとモノヒドロキシ官能性ポリジメチルシロキサンおよびトリルジイソシアネートのモノ付加体との付加物
「PEG」=ポリエチレングリコール
「TDI−PEG−PDMS」=モノヒドロキシ官能性ポリエチレングリコール、モノヒドロキシ官能性ポリジメチルシロキサンおよびトリルジイソシアネートのモノ付加物
「HEMA−TDI−PEG−PDMS」=2−ヒドロキシエチルメタクリレートとモノヒドロキシ官能性ポリエチレングリコール、モノヒドロキシ官能性ポリジメチルシロキサンおよびトリルジイソシアネートのモノ付加物との付加物
「シリコーン油D5」=シクロポリジメチルシロキサン(デカメチルシクロペンタシロキサン)
商品名
「Silaplane FM−0421」は、Chisso社製の直鎖モノヒドロキシ官能性ポリジメチルシロキサン(Mw:約5000)である。
「Silaplane FM−0721」は、Chisso社製のモノメタクリロイル官能性ポリジメチルシロキサン(Mw:約5000)である。
「Trigonox C」はtert−ブチルベンゾエートであり、フリーラジカル重合の重合開始剤(Akzo Nobel Chemicals社製)である。
「Dow Corning 5562」(DC5562)」は、化粧品の顔料との組み合わせに適したポリエーテル変性ポリシロキサンであり、分散性を改善する(Dow Corning社製)。
評価方法
<ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)>
ゲル透過クロマトグラフィーは、高圧液体クロマトグラフィーポンプ(Bischoff HPLC2200)および屈折率検出器(Waters 419)を用いて40℃で行った。使用した溶離液はテトラヒドロフランであり、溶離速度は1ml/分であった。較正は標準ポリスチレンを使用して行った。数平均分子量Mn、重量平均分子量Mwおよび多分散度PDI=Mw/Mnは、プログラムNTeqGPCを使用して算出した。
<NCO含有量の測定>
NCO含有量は、NCO基(イソシアネート)と過剰量のジブチルアミンと反応させて尿素誘導体を得て、次にHClで過剰量のアミンを逆滴定することによって定量する。NCO含有量は、イソシアネートの含有量を重量%で表す。
<ヒドロキシル価の測定>
アルコールヒドロキシル基は、過剰量の無水酢酸でアセチル化することによって転化させる。次に、水を添加することによって過剰量の無水酢酸を除去して酢酸を得て、KOHエタノール溶液を使用して逆滴定する。OH価はKOH量をmgで表したものであり、物質1gをアセチル化する際に結合する酢酸の量に相当する。
<固形分の測定>
約2gの試料を予め乾燥させたアルミニウム皿に量り取り、乾燥棚において150℃で10分間乾燥し、デシケータで冷却して再度計量する。残査は固形分に対応している。
〔ポリジメチルシロキサン含有共重合体の実施例〕
<TDI−PDMSモノ付加物(1a)の調製>
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、33.4gのDesmodur T100(TDI100、NCO含有量=48.8重量%)および0.57gの塩化ベンゾイルを入れ、十分に混合する。55℃を超えないように、250gのSilaplane FM−0421を徐々に計量添加する。計量添加後、混合物を55℃でさらに3時間撹拌する。薄膜蒸発器を用いて150℃で反応混合物から過剰量のTDIを除去する。NCO含有量は0.92重量%であり、残留TDI含有量は0.21重量%である。
<HEMA−TDI−PDMSマクロモノマー(1b)の調製>
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、70gのTDI−PDMSモノ付加物(1a)、4gのHEMA、0.015gのDBTLおよび0.004gのフェノチアジンを入れ十分に混合する。混合物は、NCO含有量が0.05重量%未満になるまで80℃に加熱し、5時間撹拌する。
<TDI−PEG−PDMSモノ付加物(2a)の調製>
モノヒドロキシ官能性ポリエチレングリコールポリジメチルシロキサンの合成(中間体2a)
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた四つ口フラスコに、アリルポリエチレングリコール(477.8g、Mn≒387g/モル)およびKarstedt触媒(2.44g、0.2%キシレンの初期溶液)を入れて十分に混合し、55℃に加熱する。75℃を超えないようにモノ−SiH−官能性ポリジメチルシロキサン(500g、Mn≒505g/モル)を計量添加する。モノ−SiH−官能性ポリシロキサンの転化をガス容量測定によって監視する。測定した生成物のヒドロキシル価は71.9mgKOH/gである。
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、357.8gのDesmodur T100(TDI100、NCO含有量=48.8重量%)および0.15gの塩化ベンゾイルを入れ、十分に混合する。35℃を超えないように400gのモノヒドロキシ官能性ポリシロキサン(中間体2a)を徐々に計量添加する。計量添加後、混合物を35℃でさらに6時間撹拌する。薄膜蒸発器を用いて150℃で反応混合物から過剰量のTDIを除去する。NCO含有量は4.65重量%であり、残留TDI含有量は0.13重量%である。
<HEMA−TDI−PEG−PDMSマクロモノマー(2b)の調製>
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、250gのTDI−PEG−PDMSモノ付加物(2a)、39.51gのHEMA、0.43gのDBTLおよび0.02gのフェノチアジンを入れ、十分に混合する。混合物は、NCO含有量が0.05重量%未満になるまで80℃に加熱し、5時間撹拌する。
<IPDI−PDMSモノ付加物(3a)の調製>
モノヒドロキシ官能性ポリジメチルシロキサンの合成(中間体3a)
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた四つ口フラスコに、モノ−SiH−官能性ポリシロキサン(300g、Mn≒2000g/モル)およびKarstedt触媒(0.75g、0.2%キシレン初期溶液)を入れて十分に混合し、55℃に加熱する。アリルグリコール(19.9g)は75℃を超えないように計量添加する。モノ−SiH−官能性ポリシロキサンの転化をガス容量測定によって監視する。転化終了時に、過剰量のアリルグリコールを留去する。測定した生成物のヒドロキシル価は25.2mgKOH/gである。
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、33.4gのIPDI(NCO含有量=37.4重量%)、46gのxyleneおよび0.08gのDBTLを入れ、十分に混合する。30℃を超えないように300gのモノヒドロキシ官能性ポリシロキサン(中間体3a)を徐々に計量添加する。計量添加後、混合物をさらに2時間撹拌する。薄膜蒸発器を用いて150℃で反応混合物から過剰量のIPDIを除去する。NCO含有量は1.68重量%であり、残留IPDI含有量は0.01重量%である。
<HEMA−IPDI−PDMSマクロモノマー(3b)の調製>
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、189.16gのIPDI−PDMSモノ付加物(3a)、10.84gのHEMA、0.3gのDBTL、0.05gの2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールおよび0.1gのヒドロキノンモノメチルエーテルを入れ、十分に混合する。混合物は、NCO含有量が0.05重量%未満になるまで70℃に加熱し、9時間撹拌する。
<ウレタン結合のないPDMSマクロモノマー(4)の調製>
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた四つ口フラスコに、125gのメタクリル酸アリル、100gのトルエンおよび0.6gのKarstedt溶液(キシレン中0.8%)を入れて十分に混合する。25℃で、250gのモノ−SiH−官能性ポリシロキサン(Mn≒2000g/モル)を6時間以内で計量添加する。モノ−SiH−官能性ポリシロキサンの転化をガス容量測定によって監視する。SiH官能基の転化終了後に、0.125gのヒドロキノンを添加し、混合物を100℃で3時間蒸留する。
〔実施例1〕
本発明のマクロモノマー法
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、6.10gのHEMA−TDI−PDMSマクロモノマー(1b)および100gのPMAを入れ、十分に混合する。反応開始から終了まで窒素を流す。温度を135℃に上げ、1.21gのMAA、25.3gのIBMA、15.4gのHEMA、17.4gのSTYおよび0.89gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する。計量添加終了後直ちに0.15gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.15gのTrigonox Cを添加する。その後、混合物を135℃でさらに1時間維持する。104gのPMAを添加する。ポリマー溶液のOH価は30.8mgKOH/gであり、固形分は28.3%であると測定される。GPCクロマトグラムは、Mwが18100g/モルおよびPDIが4.97のポリジメチルシロキサン含有共重合体の単峰性分布を示す。
〔実施例2〕
本発明の「グラフト化」法
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに100gのPMAを入れ、135℃に加熱する。1.21gのMAA、25.3gのIBMA、15.4gのHEMA、17.4gのSTYおよび0.89gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する。計量添加終了後直ちに0.15gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.15gのTrigonox Cを添加する。その後、混合物を135℃でさらに1時間維持する。104gのPMAを添加する。温度を80℃に下げ、0.035gのDBTLおよび6.06gのTDI−PDMSモノ付加物(1a)を添加し、混合物を80℃で5時間撹拌する。ポリマー溶液のOH価は24mgKOH/gであり、固形分は26.8%であると測定される。GPCクロマトグラムは、Mwが15800g/molおよびPDIが4.66のポリジメチルシロキサン含有共重合体の単峰性分布を示す。
〔比較例3〕
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、6.10gのSilaplane FM−0721および100gのPMAを入れ、十分に混合する。反応開始から終了まで窒素を流す。温度を135℃に上げ、1.21gのMAA、25.3gのIBMA、15.4gのHEMA、17.4gのSTYおよび0.89gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する。計量添加終了後直ちに0.15gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.15gのTrigonox Cを添加する。その後、混合物を135℃でさらに1時間維持する。104gのPMAを添加する。ポリマー溶液のOH価は26.8mgKOH/gであり、固形分は26.3%であると測定される。GPCクロマトグラムは、Mwが14500g/モルおよびPDIが3.87のポリジメチルシロキサン含有共重合体の単峰性分布を示す。
〔比較例4〕
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに100gのPMAを入れ、135℃に加熱する。反応開始から終了まで窒素を流す。温度を135℃に上げ、1.21gのMAA、25.3gのIBMA、15.4gのHEMA、17.4gのSTYおよび0.89gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する。計量添加終了後直ちに0.15gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.15gのTrigonox Cを添加する。その後、混合物を135℃でさらに1時間維持する。104gのPMAを添加する。ポリマー溶液のOH価は29.5mgKOH/gであり、固形分は22.8%であると測定される。GPCクロマトグラムは、Mwが13600g/モルおよびPDIが3.48の共重合体の単峰性分布を示す。
〔実施例5〕
本発明のマクロモノマー法
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、54gのHEMA−IPDI−PDMSマクロモノマー(3b)および38.2gのPMAを入れ、十分に混合する。反応開始から終了まで窒素を流す。温度を110℃に上げ、6gのEHAおよび1.8gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する計量添加終了後直ちに0.3gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.3gのTrigonox Cを添加する。その後、混合物を115℃でさらに2時間維持する。全溶媒を留去する。GPCクロマトグラムは、Mwが31927g/モルおよびPDIが2.73の共重合体の単峰性分布を示す。
〔実施例6〕
本発明のマクロモノマー法
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、57gのHEMA−IPDI−PDMSマクロモノマー(3b)および38.2gのPMAを入れ、十分に混合する。反応開始から終了まで窒素を流す。温度を110℃に上げ、3gのEHAおよび1.8gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する。計量添加終了後直ちに0.3gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.3gのTrigonox Cを添加する。その後、混合物を115℃でさらに2時間維持する。全溶媒を留去する。GPCクロマトグラムは、Mwが90038g/モルおよびPDIが5.87の共重合体の単峰性分布を示す。
〔実施例7〕
本発明のマクロモノマー法
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、48gのHEMA−IPDI−PDMSマクロモノマー(3b)および38.2gのPMAを入れ、十分に混合する。反応開始から終了まで窒素を流す。温度を110℃に上げ、12gのEHAおよび1.8gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する。計量添加終了後直ちに0.3gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.3gのTrigonox Cを添加する。その後、混合物を115℃でさらに2時間維持する。全溶媒を留去する。GPCクロマトグラムは、Mwが29887g/モルおよびPDIが3.2の共重合体の分布を示す。
〔比較例8〕
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、57gのウレタン結合のないPDMSマクロモノマー(4)および38.2gのPMAを入れ、十分に混合する。反応開始から終了まで窒素を流す。温度を110℃に上げ、3gのEHAおよび1.8gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する。計量添加終了後直ちに0.3gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.3gのTrigonox Cを添加する。その後、混合物を115℃でさらに2時間維持する。全溶媒を留去する。GPCクロマトグラムは、Mwが32777g/モルおよびPDIが4.74の共重合体の分布を示す。
〔実施例9〕
本発明のマクロモノマー法
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに、8.2gのHEMA−TDI−PEG−PDMSマクロモノマー(2b)および102gのPMAを入れ、十分に混合する。反応開始から終了まで窒素を流す。温度を135℃に上げ、1.24gのMAA、25.86gのIBMA、13.78gのHEMA、17.78gのSTYおよび0.92gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する。計量添加終了後直ちに0.15gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.15gTrigonox Cを添加する。その後、混合物を135℃でさらに1時間維持する。ポリマー溶液のOH価は35.6mgKOH/gであり、固形分は45.8%であると測定される。GPCクロマトグラムは、Mwが25939g/モルおよびPDIが5.68のポリジメチルシロキサン含有共重合体の単峰性分布を示す。
〔実施例10〕
本発明の「グラフト化」法
撹拌機、温度計、滴下漏斗、還流冷却器および窒素導入管を取り付けた4つ口フラスコに102gのPMAを入れ、135℃に加熱する。1.24gのMAA、25.85gのIBMA、15.74gのHEMA、17.78gのSTYおよび0.92gのTrigonox Cの混合物を3時間以内で計量添加する。計量添加終了後直ちに0.15gのTrigonox Cを添加する。さらに30分後および60分後に、さらに0.15gTrigonox Cを添加する。その後、混合物を135℃でさらに1時間維持する。104gのPMAを添加する。温度を80℃に下げ、0.035gのDBTLおよび6.19gのTDI−PEG−PDMSモノ付加物(2a)を添加し、混合物を80℃で5時間撹拌する。ポリマー溶液のOH価は33.9mgKOH/gであり、固形分は45.7%であると測定される。GPCクロマトグラムは、Mwが17353g/モルおよびPDIが4.14のポリジメチルシロキサン含有共重合体の単峰性分布を示す。
〔ポリジメチルシロキサン含有共重合体の表面添加剤としての使用例〕
試験系:アクリレート−メラミン焼付けワニス、クリア
組成物(重量部)
Setalux1756VV−65(アクリレート焼成樹脂、Nuplex Resins社) (60)
Setamine US 138 BB−70(アミノ焼成樹脂、Nuplex Resins社) (24)
Shellsol A (8)
キシレン (8)
添加剤 (1)
使用する添加剤は、本発明の実施例1および2ならびに比較例3および4による生成物と、市販製品モダフロー(Cytec Industries社製の均染剤、固形分は100%)であり、開始重量はいずれの場合も固形分に対するものである。5つの成分をまず手動で撹拌し、次にScandex振とう機で10分間混合する。
a)均染剤としての評価
上記のように、実施例1、2、3、4およびモダフロー(Cytec Industries社製の均染剤、固形分は100%)の物質をアクリレートメラミン焼付けワニスに添加する。振とうしてから1日後に、添加ワニスおよび未添加ワニスを100μmの螺旋状のコーティングバーを用いて用意したアルミニウムシートに塗布する。10分間通風した後、シートを140℃で25分間焼成する。
Byk−Gardner社製のWave−scan DOIを用いて長波、短波およびDOI(画像の明暸さ)値を測定することによって、形状を定量した。光沢度およびヘイズは、Gardner社製のHaze−Glossで定量した。
表1の結果は以下のことを示している。
実施例1および2の共重合体を均染剤として使用した場合は、形状、光沢度およびヘイズに関して従来の均染剤を使用したり、あるいは均染剤を使用しない場合より良好な結果が得られる。実施例1および2の共重合体を均染剤として使用した場合は、形状、光沢度およびヘイズに関して市販のメタクリロイル官能性ポリジメチルシロキサンとSilaplane FM−0721[α−ブチルジメチルシロキシ−ω−(3−メタクリロイルオキシプロピル)ポリジメチルシロキサン]と合成した実施例3のポリマーを使用した場合に匹敵するか、あるいはこの場合よりも良好な結果が得られる。
b)防汚性表面の評価
上記のように、実施例1、2、3、4の物質をアクリレートメラミン焼付け樹脂に添加する。振とうしてから1日後に、添加ワニスを150μmのボックス型のコーティングバーを用いてガラス板に塗布する。10分間通風した後、ガラス板を140℃で25分間焼成する。各添加ワニスに対して2枚のガラス板を作製した。
得られたワニス皮膜は、以下の基準により防汚作用および撥油作用に関して評価する。
<ワニス面の視覚評価>
ワニス面は、皮膜の曇りと、クレーター、斑点および不相溶性などの表面欠陥とに関して評価する。
評価:1〜5
1=ワニス面に曇りがなく、表面欠陥もない。
5=ワニス面に多数の表面欠陥がある。
<エディング試験>
ワニス面に「Edding400」タイプの油性マーカーで印をつけ、ワニス面に書き込めるかどうかを視覚評価する。ワニス面のインクが広がるか、縮むかどうかを評価する。インクが乾燥した後、乾燥した布でインクを拭き取ることを試みる。
評価:1〜5
1=インクが縮み、残留物がないようにペーパータオルを用いて除去することができる。
5=インクがきわめて大きく広がり、実質的に除去することができない。
<Bayferrox粉末による染色>
Bayer社から市販されているBayferrox 130Mという商品名の酸化鉄顔料をティースプーン3杯分(約15g)ワニス面に散布し、洗浄ボトルを用いて蒸留水で5回噴射して再び洗い流す。きわめて実質的に残留物のない表面を視覚評価する。
評価:1〜5
1=Bayferrox粉末は水で洗い落とすことができ、残留物が残らない
5=水で洗い流しても洗浄効果はなく、赤色の大きな染みが残る
<鉱物油流出評価>
市販の鉱物油1滴をワニス面に滴下する。次に、コーティングしたワニス面を滴下した鉱物油が表面を約10cm流れるまで傾ける。5分後に鉱物油の流跡または滴の再形成を視覚で評価する。
評価:1〜5
1=鉱物油の流跡は直ちに個々の滴を再形成する。
5=鉱物油の流跡は変形せず、場合によりさらに広がる。
得られた結果を以下の表2に示す。
結果は、実施例1および2の共重合体を添加剤として使用した場合はきわめて良好な防汚性および撥油性の表面が得られ、Silaplane FM−0721(α−ブチルジメチルシロキシ−ω−(3−メタクリロイルオキシプロピル)ポリジメチルシロキサン)(比較例3)と合成した添加剤に対してもそのような表面が得られることを示している。
〔ポリジメチルシロキサン含有共重合体の実施例の湿潤剤および分散剤としての使用例〕
c)顔料の分散性
〔顔料調製品の生成例〕
表3に従って、いずれの場合も100gのバッチサイズに対して、最初に1番上の項目を入れたあと、他の項目を撹拌しながら個別に250mlのねじ口式容器に量り取る。同量の1mmガラスビーズを加えた後、冷却設定を2にした振とう機(LAU disperser)で2時間分散した。分散後、目開きが240μmの篩(F4000折り畳み式の篩)でガラスビーズを取り除いた。従来技術に関する比較例として、ポリエーテル変性ポリシロキサン系の市販製品(DC 5562)を用いた例と用いなかった例、さらにはウレタン結合なしのシリコーンアクリレート系の分散添加剤(比較例8)を用いて顔料調製品を生成した。
本発明の共重合体または比較化合物の固形分は、顔料に対して9重量%である。
表4は顔料調製剤の粘度を示す。
表4 製造後および保存後の剪断速度[1/秒]に対する顔料調製品および比較例の粘度(EN ISO2884−1:2006)[Paで表す]
顔料調製品の粘度は、所定の剪断速度でRheologica製のC 40−1°コーン測定システム(測定ギャップは0.032mm)を備えるStresstechレオメータを使用して23℃で測定した。試料を塗布する前に、顔料調製品を均一にするために、ヘラで撹拌した。試験系を調製後直ちに測定を実施した。
本発明の共重合体(実施例5、6および7)を用いて製造した顔料調製品は、製造後と50℃で1週間保存後の評価で粘度が最小であったことを示している。ウレタン結合なしのシリコーンアクリレート系共重合体(比較例8)またはポリエーテル変性ポリシロキサン系の市販製品(DC5562)と実施例とを比較すると、本発明の実施例の粘度ははるかに低い。

Claims (21)

  1. エチレン性不飽和末端基を一つのみ有するオリゴマーまたはポリマーである一つ以上のポリシロキサン含有ウレタン系マクロモノマーと、少なくとも一つ以上のフリーラジカル重合性モノマーとのフリーラジカル共重合体であって、
    前記共重合体は(メタ)アクリレート共重合体であり、前記マクロモノマーは、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応生成体であり、
    前記マクロモノマーは、ウレタン結合生成用触媒および少なくとも1つのラジカル重合禁止剤存在してもよく、前記フリーラジカル重合性モノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有し、
    前記少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートは、精製体であり、一般式(II):


    [式中、すべてのRおよびRは、互いに独立したH、アルキルまたはアリールであり、
    Xは、アルキレン、シクロアルキレン、アラルキレンまたはNCO基がないジイソシアネートのラジカルであり、
    Yはすべて、アルキレンまたはシクロアルキレンであり、nおよびmは互いに独立しており、n+mは0〜100であり、
    は、炭素原子数が1〜30の飽和直鎖アルキルラジカル、炭素原子数が3〜30の飽和分枝アルキルラジカルもしくは環式アルキルラジカルまたは炭素原子数が6〜30のアリール基、アルキルアリールラジカルまたはアリールアルキルラジカルであり、
    およびRはすべて互いに独立して炭素原子数が1〜6の飽和直鎖アルキルラジカル、炭素原子数が3〜6の飽和分枝アルキルラジカルもしくは飽和環式アルキルラジカル、炭素原子数が2〜6の不飽和アルキルラジカルまたは炭素原子数が6〜12のアリールラジカル、アルキルアリールラジカルもしくはアリールアルキルラジカルであり、
    およびRはすべて互いに独立してR[SiRO]であり、R、RおよびRはそれぞれ上に定義される通りであり、互いに独立して選択され、sは1〜400であり、tは2〜30である]を有することを特徴とする共重合体。
  2. 前記マクロモノマーが、前記少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの、モル比が4:1〜1:1の、反応生成体であることを特徴とする請求項1に記載の共重合体。
  3. 前記少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートは、一般式(I):
    U−L−O−H(I)
    [式中、Uは、アクリロイルオキシ[HC=CH−C(=O)−O−]またはメタクリロイルオキシ[HC=C(CH)−C(=O)−O−]の構造を有するエチレン不飽和フリーラジカル重合性頭部基であり、
    Lは、フリーラジカル重合性基を含まない2価の有機ラジカルであり、アルキレンラジカル、ポリエステルラジカルおよびポリアルキレンオキシドラジカルからなる基から選択される]を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の共重合体。
  4. 前記Xは、NCO基がないジイソシアネートのラジカルであり、前記Rにおける炭素原子数が1〜30の飽和直鎖アルキルラジカルがメチルラジカルまたはブチルラジカルであり、前記RおよびRはすべて互いに独立してメチルラジカル、エチルラジカル、プロピルラジカルまたはブチルラジカル、フェニルラジカルもしくは置換フェニルラジカルであり、前記RおよびRはすべて互いに独立してR[SiRO]であり、sは4〜200であり、tは3〜6であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の共重合体。
  5. 記フリーラジカル重合性モノマーの少なくとも90%がフリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の共重合体。
  6. 記フリーラジカル重合性モノマーの少なくとも98%がフリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の共重合体。
  7. 前記共重合体は、重量平均分子量が2000〜100000g/モルであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の共重合体。
  8. 前記共重合体は、重量平均分子量が10000〜50000g/モルであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の共重合体。
  9. 記フリーラジカル重合性モノマーの5%以下がフッ素を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の共重合体。
  10. 記フリーラジカル重合性モノマーの2%以下がフッ素を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の共重合体。
  11. 前記共重合体は、すべてのマクロモノマーおよびフリーラジカル重合性モノマーの総重量に対して0.2〜95重量%の範囲マクロモノマーからなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の共重合体。
  12. 記ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートは、薄膜蒸発精製体であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の共重合体。
  13. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の共重合体を調製する方法であって、
    少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応によって一つ以上のマクロモノマーが得られ、前記フリーラジカル重合性モノマーはフリーラジカル共重合し、前記共重合体を調製するために使用される前記フリーラジカル重合性モノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有し、使用される前記ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートは精製されていることを特徴とする方法。
  14. 少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートと、少なくとも1つのポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートとの反応によって一つ以上のマクロモノマーが、ウレタン結合生成用触媒および少なくとも1つのラジカル重合禁止剤を存在させて、得られ前記フリーラジカル重合性モノマーはフリーラジカル共重合し、前記共重合体を調製するために使用される前記フリーラジカル重合性モノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有し、使用される前記ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートは精製されていることを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の共重合体を調製する方法であって、前記(メタ)アクリレート共重合体は、
    ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートの一つ以上のウレタン系成分と、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートモノマーおよび一つ以上の他のフリーラジカル重合性モノマーから形成されるヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート共重合体との反応によって得られ、前記ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート共重合体の調製に使用される前記少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートモノマーおよび前記一つ以上の他のフリーラジカル重合性モノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有することを特徴とする方法。
  16. 前記(メタ)アクリレート共重合体は、
    前記ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエーテル−ポリシロキサン変性イソシアネート、ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートまたはポリエーテル/ポリエステル−ポリシロキサン変性イソシアネートの一つ以上のウレタン系成分と、少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートモノマーおよび前記一つ以上の他のフリーラジカル重合性モノマーから形成されるヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート共重合体との、ウレタン結合生成用触媒を存在させた、反応によって得られ、前記ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート共重合体の調製に使用される前記少なくとも1つのヒドロキシ官能性(メタ)アクリレートモノマーおよび前記一つ以上の他のフリーラジカル重合性モノマーの少なくとも85%は、フリーラジカル重合性二重結合を1つのみ有することを特徴とする請求項15に記載の方法。
  17. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の共重合体または請求項13〜16のいずれか1項に記載の方法によって調製される共重合体の使用方法であって、コーティング材、プラスチック、化粧品、または顔料または充填剤調製品における湿潤剤、分散剤、均染剤、消泡剤、安定化剤、防汚剤または撥油剤としての使用方法
  18. 前記共重合体の含有量は、コーティング材またはプラスチック中で、コーティング材またはプラスチックの組成物の全組成に対して、いずれの場合も、0.01〜5重量%であり、あるいは顔料または充填剤調製品中で均一分散体中の全組成に対して、いずれの場合も、0.01〜90重量%であることを特徴とする請求項17に記載の使用方法
  19. 前記共重合体の含有量は、コーティング材またはプラスチック中で、コーティング材またはプラスチックの組成物の全組成に対して、いずれの場合も、0.02〜2重量%であり、あるいは顔料または充填剤調製品中で均一分散体中の全組成に対して、いずれの場合も、2〜40重量%であることを特徴とする請求項17または18に記載の使用方法
  20. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の共重合体または請求項13〜16のいずれか1項に記載の方法によって調製される共重合体を含む均一分散体を製造する方法であって、請求項1〜12のいずれか1項に記載の少なくとも1つの共重合体または請求項13〜16のいずれか1項に記載の方法によって調製される共重合体を用い、少なくとも1つのシリコーン油からなる群から選択される展色剤に少なくとも1つの顔料および/または充填剤を混合することを含むことを特徴とする方法。
  21. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の少なくとも1つの共重合体を含む、コーティング材、プラスチックまたは均一分散体。
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