JP6242822B2 - 低い動的表面張力を有するフッ素化されたアクリレートブロックコポリマー - Google Patents

低い動的表面張力を有するフッ素化されたアクリレートブロックコポリマー Download PDF

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Description

本発明は、フッ素化されたモノマー単位を有するブロックコポリマーを含む組成物ならびに前記ブロックコポリマーの、コーティング組成物、インキ組成物および/または接着剤組成物のための基材濡れ性の、耐クレータリング性の、および/またはレベリング性の剤としての使用に関する。
平滑なクレーターのない表面は、ほぼ全てのコーティング、インキおよび接着剤への適用のために重要である。そのような表面は、視覚的に魅力のある被膜を提供するだけでなく、基材にとっての保護バリアとしてはたらき、かつ被膜を通じた均一の結合強さを提供する。
例えば前記コーティングが均一でなく、かつ幾らかの表面部分が薄くしかコーティングされていないか、もしくは全くコーティングされていない場合には、それは、基材の不十分な保護をもたらす。結果として、あらゆる種類のコーティングに、基材濡れ性の、耐クレータリング性の、およびレベリング性の剤が添加される。コーティング樹脂の用途、特に液体系におけるコーティング樹脂の用途におけるこれらの難点は、該液体系の表面張力が高く、かつ基材の表面張力がそれに比べてかなり低い場合か、基材上に夾雑物がある場合に特に生ずる。基材濡れ性かつ耐クレータリング性の添加剤の添加は、液体コーティングの動的表面張力と静的表面張力の両方を低下させ、それにより更に平滑な被膜形成がもたらされる。
コーティング配合物の粘度が低い限りは、市販の添加剤によって十分な基材濡れ性とレベリング性を達成できる。大きな問題点が見られるのは、それがハイソリッドコーティング、粉体化コーティングおよび高速コーティング法のときである。非常に低い動的表面張力を有する基材濡れ性かつ耐クレータリング性である添加剤であって、これらの要求の高い用途において平滑かつ一様な被膜を提供できる添加剤に強い要望が存在する。
同じ推論は、インキおよび接着剤についても当てはまる。
長鎖のペルフルオロ型化学物質、一般にC8以上の長さの過フッ素化された鎖を有するものは、コーティング組成物用の耐クレータリング性かつレベリング性の剤として使用されるが、ペルフルオロオクタン酸(PFOA)を含む非常に環境に残存する分解産物を形成することが知られている。このように、かかる環境に残存する分解産物を形成しない代替物が必要とされている。しかしながら、分解特性のいかなる改善も、低い動的表面張力などのレベリング剤に関連する特性を犠牲にして達成されるべきではない。一般に、動的表面張力の低下に対する作用は、過フッ素化された単位の順序に伴い低下すると考えられている。
WO 2005/059048は、ニトロキシド媒介重合により製造されたレベリング剤を含むコーティング組成物を記載している。モノマー単位は、フッ素またはペルフルオロによって置換されていてよい。
WO 2009/103613は、ニトロキシド媒介重合によって製造されたコポリマー中の短い過フッ素化された鎖の、レベリング剤の使用のための使用を記載している。
本発明の課題は、環境に非常に残存する分解産物、例えばペルフルオロオクタン酸を形成しないが、依然として非常に低い動的表面張力を有するコーティング組成物、インキ組成物または接着剤組成物の製造が可能なポリマー型のレベリング性かつ耐クレータリング性の剤を提供することである。
本発明の第一の態様によれば、前記課題は、
− バインダー樹脂と、
− 少なくとも1種のブロックAおよび少なくとも1種のブロックBを含むブロックコポリマーと、
を含む組成物であって、
− 前記ブロックAは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミド、ビニル芳香族化合物もしくはそれらの任意の混合物から選択される化合物から誘導されるモノマー単位を含み、
− 前記ブロックBは、
以下の式(I):
2C=CR1(C(O)ORF-1) (I)
[式中、
1は、Hもしくはメチルであり、かつ
F-1は、過フッ素化されたC4〜C6−アルキル基、すなわち−(CF23-5−CF3を含む有機基である]を有するフッ素化された(メタ)アクリル酸エステル、
以下の式(II)
2C=CH(RF-2) (II)
[式中、
F-2は、過フッ素化されたC4〜C6−アルキル基、すなわち−(CF23-5−CF3を含む有機基である]を有するフッ素化されたα−オレフィン、
もしくはそれらの任意の混合物
から選択される化合物から誘導されるモノマー単位を含む前記組成物を提供することによって解決される。
過フッ素化されたC4〜C6−アルキル基は、式−(CF23-5−CF3によって表される。
好ましくは、RF-1およびRF-2は、それらは同一または異なってよく、それらは、以下の式(III):
−(R2x−(CF23-5−CF3 (III)
[式中、
xは、0もしくは1であり、かつR2は、二価のフッ素化されていないC1〜C4−アルキレン基であり、前記基は、置換または非置換であってよい]を有する。
好ましい一実施形態においては、式(III)中のR2は、−(CH21-4−、例えば−CH2−、−CH2−CH2−、−CH2−CH2−CH2−または−CH2−CH2−CH2−CH2−である。
好ましい一実施形態においては、式(I)の前記フッ素化された(メタ)アクリル酸エステル化合物は、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルアクリレートまたはそれらの混合物から選択される。
式(II)の好ましいフッ素化されたα−オレフィンは、例えば、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロ−1−オクテン、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロ−1−ヘキセンまたはそれらの混合物を含む。
前記ブロックBは、式(I)のフッ素化された(メタ)アクリル酸エステル化合物または式(II)のフッ素化されたα−オレフィンから誘導されるモノマー単位からなってよい。
その一方で、前記ブロックBは、2つ以上の異なるモノマー単位を含んでよい。
前記ブロックコポリマーがタイプ「B」の2つ以上のブロックを含むのであれば、それらのブロックは、ブロック長の点で異なってよい(すなわち異なる数のモノマー単位)が、好ましくは同じ配置または配列のモノマー単位を有してよい。
好ましくは、ブロックコポリマーの前記ブロックBにおいて、式(I)のフッ素化された(メタ)アクリル酸エステル化合物からおよび/または式(II)のフッ素化されたα−オレフィンから誘導されたモノマー単位の平均数は、少なくとも0.25、より好ましくは少なくとも0.5または少なくとも1である。
特定のブロックのモノマー単位の平均数が1より少ないのであれば、これは、統計的に、あらゆるポリマー鎖が前記ブロックのモノマー単位を含むわけではないことを意味する。しかしながら、本発明のブロックコポリマーを使用した場合に、かかる少ない量のフッ素化されたモノマー単位の量であっても低減された動的表面張力が得られる。
好ましい一実施形態においては、ブロックコポリマーの前記ブロックBにおいて、式(I)のフッ素化された(メタ)アクリル酸エステル化合物からおよび/または式(II)のフッ素化されたα−オレフィンから誘導されたモノマー単位の平均数は、0.25〜40、より好ましくは0.5〜30、更により好ましくは1〜20である。
好ましくは、ブロックAは、C1〜C18(メタ)アクリレート、より好ましくはC1〜C10(メタ)アクリレート、特にメチル(メタ)アクリレート(MMA)、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリレート、例えば2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、酸官能性(メタ)アクリル酸モノマー、例えばアクリル酸もしくはメタクリル酸、スルホン酸含有モノマー、例えば2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)、アミノ官能性(メタ)アクリレート、例えばジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)、エポキシ官能性(メタ)アクリレート、例えばグリシジルメタクリレート(GMA)、シロキサン基を有する(メタ)アクリレート、ビニル芳香族化合物、例えばスチレンまたはそれらの任意の混合物から選択される化合物から誘導されるモノマー単位を含む。
前記ブロックAは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミドまたはビニル芳香族化合物から選択される化合物から誘導されるモノマー単位からなってよい。
その一方で、前記ブロックAは、2つ以上の異なるモノマー単位を含んでよい。
前記ブロックコポリマーがタイプ「A」の2つ以上のブロックを含むのであれば、それらのブロックは、ブロック長の点で異なってよい(すなわち異なる数のモノマー単位)が、好ましくは同じ配置または配列のモノマー単位を有してよい。
好ましくは、ブロックコポリマーの前記ブロックAにおいて、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミドまたはビニル芳香族化合物から選択される化合物から誘導されたモノマー単位の平均数は、少なくとも5、より好ましくは少なくとも10、更により好ましくは少なくとも15である。好ましい一実施形態においては、ブロックコポリマーの前記ブロックAにおいて、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミドまたはビニル芳香族化合物から選択される化合物から誘導されたモノマー単位の平均数は、5〜1000、より好ましくは10〜500、更により好ましくは15〜300である。
好ましくは、前記ブロックコポリマーは、1000〜100000g/モルの、より好ましくは2000〜50000g/モルの、更により好ましくは3000〜25000g/モルの数平均分子量Mnを有する。本発明で使用できる他の好適なMnの範囲は、例えば3000〜100000g/モル、または4000〜100000g/モル、または6000〜50000g/モルである。
好ましくは、前記ブロックコポリマーは、式(I)のフッ素化された(メタ)アクリル酸エステルからおよび/または式(II)のフッ素化されたα−オレフィンから誘導されるモノマー単位を、0.1質量%〜70質量%の量で、より好ましくは0.5質量%〜50質量%の量で、更により好ましくは1質量%〜25質量%の量で含む。
好ましくは、前記ブロックコポリマーは、0.05質量%〜35質量%の、より好ましくは0.25質量%〜25質量%の、更により好ましくは0.5質量%〜17質量%のフッ素含量を有する。
好ましくは、前記ブロックコポリマーは、1.90未満の、より好ましくは1.60未満の、更により好ましくは1.40未満の、または更に1.30未満の多分散性指数PDI(すなわちMw/Mn)を有する。
前記多分散性指数PDIは、存在するブロックの数と、該ブロックコポリマー中のそれらの配置に依存しうる。前記ブロックコポリマーが、1つのAのブロックと1つのBのブロックを有して直鎖状であるならば、PDIは、好ましくは1.40未満、より好ましくは1.30未満であってよい。前記ブロックコポリマーが、1つのAのブロックと2つのBのブロックを有するか、あるいは1つのBのブロックと2つのAのブロックを有して直鎖状であるならば、PDIは、好ましくは1.60未満、より好ましくは1.50未満であってよい。
前記ブロックコポリマーは、好ましくは、精密フリーラジカル重合(時として、「精密ラジカル重合」とも呼ばれる)によって得られる。
「精密フリーラジカル重合」の方法は、一般に当業者に公知である。
好ましい一実施形態においては、前記精密フリーラジカル重合は、ニトロキシド媒介精密重合(NMP)、原子移動ラジカル重合(ATRP)または可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)から選択される。これらの重合法およびそれらの変法は、一般に当業者に公知である。
可逆的付加開裂連鎖移動によって反応する連鎖移動剤を使用した可逆的付加開裂連鎖移動重合RAFTは、例えばWO-A-98/01478、WO-A-99/05099、WO-A-99/31144およびWO 2009/103613に記載されている。
RAFTは、フリーラジカル源の存在下で、かつ可逆的付加開裂連鎖移動によって反応する連鎖移動剤を使用したラジカル重合によるポリマー合成法を記載している。前記連鎖移動剤は、例えば
− 2−フェニルプロパ−2−イルジチオベンゾエート(Ph−C(CH3,CH3)−S−C(S)−Ph)またはベンジルジチオアセテートPh−CH2−S−C(S)−CH3(これらはWO 98/01478に記載されている)、
− カルバメート、例えばベンジル 1−ピロールカルボジチオエート(これは、WO 99/31144に記載されている)、
− アルキルキサンテート、例えばエチル α(O−エチルキサンチルプロピオネート)(これは、WO 98/58974に記載されている)
である。
WO 96/30421は、原子移動ラジカル重合(ATRP)法を使用することによるエチレン性不飽和ポリマー、例えばスチレンまたは(メタ)アクリレートの精密重合法を開示している。この方法は、定義されたオリゴマーのホモポリマーと、ブロックコポリマーを含むコポリマーを産生する。異なる酸化段階の遷移金属のレドックス系、例えばCu(I)およびCu(II)の存在下にラジカル原子、例えば・Clを生成する開始剤が使用され、こうして「リビング」または精密ラジカル重合がもたらされる。
ニトロキシド媒介精密重合についての詳細は、例えばWO 2005/059048およびWO 2009/103613に記載されている。そこに記載される開始剤化合物は、本発明でも同様に使用できる。
より好ましくは、前記精密ラジカル重合は、ニトロキシド媒介精密重合(NMP)および原子移動ラジカル重合(ATRP)、更により好ましくはNMPから選択される。
好ましい一実施形態においては、前記精密ラジカル重合は、ニトロキシド媒介精密重合であって、好ましくは重合調節剤化合物をベースとする、好ましくは以下の式(IV)、(V)および(VI)の1つから選択される化合物をベースとする重合調節剤系または相応の安定なニトロキシルフリーラジカルとラジカル源とを組み合わせたものをベースとする重合調節剤系を使用するニトロキシド媒介精密重合である:
Figure 0006242822
[式中、
− Rは、水素、中断されていないかもしくは1つ以上の酸素原子によって中断されたC1〜C18−アルキル、シアノエチル、ベンゾイル、グリシジル、2〜18個の炭素原子を有する脂肪族カルボン酸の一価の基、7〜15個の炭素原子を有する脂環式カルボン酸の一価の基、または3〜5個の炭素原子を有するα,β−不飽和カルボン酸の一価の基または7〜15個の炭素原子を有する芳香族カルボン酸の一価の基であり、
− R101は、C1〜C12−アルキル、C5〜C7−シクロアルキル、C7〜C8−アラルキル、C2〜C18−アルカノイル、C3〜C5−アルケノイルまたはベンゾイルであり、
− R102は、C1〜C18−アルキル、C5〜C7−シクロアルキル、C2〜C8−アルケニルであり、それらは、非置換またはシアノ、カルボニルもしくはカルバミド基によって置換されていてよく、またはグリシジル、式−CH2CH(OH)−Zの基または式−CO−Zもしくは−CONH−Zの基であり、その際、Zは、水素、メチルまたはフェニルであり、
− G6は、水素であり、
− G5は、水素またはC1〜C4−アルキルであり、
− G1およびG3は、メチルであり、
− G2およびG4は、エチルもしくはプロピルであるか、またはG1およびG2がメチルであり、かつG3およびG4がエチルもしくはプロピルであり、かつ
− Xは、−CH2−フェニル、CH3CH−フェニル、(CH32C−フェニル、(C5〜C6−シクロアルキル)2CCN、(CH32CCN、
Figure 0006242822
、−CH2CH=CH2、CH3CH−CH=CH2、(C1〜C4−アルキル)CR20−C(O)−フェニル、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−C1〜C4−アルコキシ、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−C1〜C4−アルキル、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−N−ジ(C1〜C4−アルキル)、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−NH(C1〜C4−アルキル)、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−NH2であり、その際、R20は、水素またはC1〜C4−アルキルであり、かつ
前記アルキル基のいずれも非置換もしくは置換されていてよく、例えば1つ以上の官能基、例えばヒドロキシル、アミノ、カルボン酸、ハロゲン化物、シアノおよび/またはカルボニルによって置換されていてよい]。
前記重合調節剤化合物ならびにそれらの相応の安定なニトロキシルフリーラジカルおよびそれらの製造は、GB 2 335 190およびGB 2 361 235に記載されている。
当業者に公知のように、精密フリーラジカル重合は、ラジカル重合を開始するための開始剤フラグメントINを使用することを含んでよい。該開始剤フラグメントは、重合調節剤化合物IN−Eから、例えば前記のもののいずれかから放出されうる。式(IV)〜(VI)においては、基Xは、開始剤フラグメントINを表し、一方で、ニトロキシド基は基Eを表すものである。
ブロックコポリマーは、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマーまたはマルチブロックコポリマーであってよい。
前記ブロックコポリマーは、直鎖状または分枝鎖状であってよい(例えば星形、櫛形など)。
本発明においては、用語「ブロックコポリマー」は、またグラジエントブロックコポリマーおよび/またはテーパードブロックコポリマーを含む。この種類の構造化されたコポリマーも一般に当業者に公知である。グラジエントブロックコポリマーまたはテーパードブロックコポリマーにおいて、ブロックAとBとの間に傾斜的な組成の遷移が存在する。
好ましい一実施形態においては、ブロックは、別のブロックよりもフッ素化されたモノマーに富むポリマー鎖の領域としても定義できる。
本発明のブロックコポリマーにおいては、2つの隣接したブロックは、互いに直接的に結合されていてよい。その一方で、2つの隣接したブロックは、互いに結合基LG、例えば−A−LG−B−、−B−LG−B−、−A−LG−A−を介して結合されていてよい。
前記結合基LGは、ブロックAとBに共有結合を形成しうる任意の二価の基であってよい。適切な結合基は、当業者に公知である。
好ましい一実施形態においては、前記結合基LGは、以下の式(VII):
−IN1’−Y’−IN2’− (VII)
[式中、IN1’およびIN2’基は、同一または異なってよく、前記基は、精密フリーラジカル重合の開始剤フラグメントIN1およびIN2から誘導され、かつY’は、該IN1’およびIN2’基に共有結合された二価の基であるか、または該IN1’およびIN2’基の間の共有結合(例えばσ結合またはπ結合)を表す]を有する。
好ましくは、前記開始剤フラグメントIN1およびIN2は同一であり、従って、該IN1’およびIN2’基は同様に同じである。
前記二価の基Y’は、前記開始剤フラグメントIN1およびIN2と反応しうる少なくとも2つの官能基を有する化合物Yから誘導されうる。少なくとも2つの官能基を有する適切な化合物は、例えばジイソシアネート化合物(例えばトルエンジイソシアネート)、脂肪族ポリイソシアネートまたはイソシアヌレート化合物である。
式(VII)の結合基LGは、精密フリーラジカル重合において、少なくとも1つの官能基、例えばヒドロキシル、アミノ、カルボン酸、ハロゲン化物、シアノおよび/またはカルボニルを有する開始剤フラグメントINを使用することによって得ることができる。精密フリーラジカル重合が開始された後に、該開始剤フラグメントINは、ポリマー鎖の一方の端部に共有結合される。2つの官能基を有する化合物Yの存在下に、前記化合物Yと、2つの異なるポリマー鎖の2つのIN基との間の化学反応が起こりえて、それによりこれらのポリマー鎖は互いに式(VII)の結合基を介して結合する。
本発明のブロックコポリマーは、たった1つのブロックAだけを含んでも、または2つ以上のAのブロックを含んでもよい。前記ブロックは、同じ数のモノマー単位を有しても、またはブロック長が異なってもよい(すなわち異なる数のモノマー単位)。
本発明のブロックコポリマーは、たった1つのブロックBだけを含んでも、または2つ以上のBのブロックを含んでもよい。前記ブロックは、同じ数のモノマー単位を有しても、またはブロック長が異なってもよい(すなわち異なる数のモノマー単位)。
前記ブロックコポリマーが少なくとも2つのAのブロックと少なくとも2つのBのブロックを含むのであれば、該ブロックコポリマーは、以下の構造要素:
−B−A−LG−A−B−または−A−B−LG−B−A−
[式中、LGは、前記の結合基であり、それは好ましくは式(VII)の基である]を含んでよい。
好ましくは、前記ブロックコポリマーの、全組成物に対する量は、0.05質量%〜15質量%、より好ましくは0.075質量%〜10質量%、最も好ましくは0.1質量%〜5質量%である。
前記バインダー樹脂は、コーティング組成物のために通常使用されるものから選択できる。好適なバインダー樹脂は、当業者に公知である。
前記バインダー樹脂は、溶剤ベースの樹脂、水ベースの樹脂、エマルジョンポリマー、溶液ポリマーまたはそれらの任意の混合物から選択できる。
前記バインダー樹脂は、あらゆる種類の架橋メカニズムを含み、かつ1成分系 多成分系をベースとするコーティング系、例えば熱硬化性樹脂、室温硬化性樹脂、放射線硬化性樹脂を含む。熱可塑性アクリル樹脂のような物理的乾燥するコーティング系も含まれる。
前記樹脂は、コーティング、インキおよび接着剤において使用される技術水準のポリマー化学を含む、例えば飽和ポリエステル、不飽和ポリエステル、ポリアクリレート、スチレン−アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ニトロセルロース樹脂、ハイブリッド系、例えばポリエステル/ポリウレタン、ポリアクリレート/ポリウレタン、アルキド/メラミン、ポリエステル/CAB/メラミン、ポリアクリレート/CAB/メラミンなどを含む。好ましいバインダー樹脂は、粉体コーティング樹脂、すなわち室温で固体の液体キャリヤーを含まない樹脂系、例えば熱硬化性粉体コーティングもしくは放射線硬化性粉体コーティング、例えばポリエステル/PRIMID、ポリエステル/TGIC、酸性架橋剤成分を有するエポキシ官能性ポリアクリレートなどを含む。
前記ブロックコポリマーの、バインダー樹脂に対する質量比は、広い範囲で様々であってよい。好ましくは、ブロックコポリマーの、バインダー樹脂に対する質量比は、0.001〜0.5の範囲内、より好ましくは0.005〜0.3の範囲内、更により好ましくは0.01〜0.1の範囲内である。
好ましくは、前記組成物は、コーティング組成物、インキ組成物または接着剤組成物である。
例示される組成物は、溶剤ベースのコーティング組成物、水ベースのコーティング組成物、ハイソリッド型コーティング組成物、粉体コーティング組成物、溶剤系インキ組成物、水系インキ組成物、UV硬化性インキ組成物もしくはUV硬化性コーティング組成物またはそれらの組み合わせを含む。
更なる一態様によれば、本発明は、前記のブロックコポリマーの、コーティング組成物、インキ組成物または接着剤組成物における耐クレータリング性の、および/またはレベリング性の、および/または基材濡れ性の剤としての使用に関する。
本発明のブロックコポリマーは、動的表面張力の大きな低下をもたらすので、該ブロックコポリマーは、好ましくは、挑戦的なコーティング系、例えばハイソリッド型コーティング、粉体コーティング、溶剤系インキ、水系インキ、UVインキ、UVコーティングにおける、および/または高速コーティング法における耐クレータリング性の、および/またはレベリング性の剤として使用される。
更なる一態様によれば、本発明は、前記のブロックコポリマーの、コーティング組成物、インキ組成物または接着剤組成物、例えばハイソリッド型コーティング組成物および粉体コーティング組成物、インキ組成物、例えば溶剤系インキ、水系インキ、UVインキ、UVコーティングにおける動的表面張力を低下させるための使用に関する。
好ましくは、「動的表面張力を低下させる」という語句は、動的表面張力が、ランダムであるがその他は同一のコポリマーと比較してより低いことを意味する。
図1は、0.25質量%の添加剤でのサンプルの動的表面張力を示している。
実施例
I.測定法
特に記載がない限り、本願で定義されるパラメータは、以下の測定方法によって測定される:
数平均分子量Mn、多分散性指数PDI
MnおよびPDIは、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によってポリスチレン標準を用いて測定される。溶出剤はTHFである。
ブロックコポリマー中のFの量(質量%)およびフッ素含有モノマー単位の量(質量%)
1H NMR,400MHzによって測定
II.製造例
本発明による例1
n−ブチルアクリレート(nBA)および3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート(TFOA)の直鎖状A−B型ブロックコポリマーの合成
Aブロックの合成
Figure 0006242822
オーバーヘッド型機械的撹拌機と、凝縮器と、計量ポンプと、コンピュータ式温度制御と、データ収集を備えた5000mLのガラス反応器において、以下のAブロックを合成する。
GK3023−360(10単位のnBA)
1816.70gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)、150.00gの開始剤化合物NOR1(317.48g/モル)および271.38gの酢酸エチル(EtAc、Mw88.11g/モル)を共に混合し、N2でパージして、120℃で3時間にわたり反応させる。残りのモノマーおよび酢酸エチルは、105℃および20ミリバールで留去する。
収率:33.3%;GPC(THF、PS標準、Mn=1706g/モル、PDI=1.26、液体)
GK3023−264(20単位)
1211.13gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)および60.00gの開始剤化合物NOR1(317.48g/モル)を共に混合し、N2でパージして、115℃で3.5時間にわたり反応させる。残りのモノマーは、105℃および20ミリバールで留去する。
収率:42.83%;GPC(THF、PS標準、Mn=2435g/モル、PDI=1.36、粘性液体)
GK3023−335(35単位)
1383.92gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)、40.00gの開始剤化合物NOR1(317.48g/モル)および206.70gの酢酸エチル(EtAc、Mw88.11g/モル)を共に混合し、N2でパージして、120℃で3時間にわたり反応させる。残りのモノマーおよび酢酸エチルは、105℃および20ミリバールで留去する。
収率:38.3%;GPC(THF、PS標準、Mn=3649g/モル、PDI=1.44、粘性液体)
GK3023−387(75単位)
1211.13gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)および60.00gのNOR1(317.48g/モル)を共に混合し、N2でパージして、115℃で1.5時間にわたり反応させる。2422.26gのnBAのフィードを3時間にわたり前記反応器に供給する。125℃で、反応を更に4.5時間にわたり継続する。残りのモノマーは、105℃および20ミリバールで留去する。
収率:50.36%;GPC(THF、PS標準、Mn=9650g/モル、PDI=1.21、粘性液体)
Bブロックの合成
Figure 0006242822
オーバーヘッド型撹拌機と、温度計と、冷却器と、セプタム(septum)とを備えた100mLの5ツ口Sulfierフラスコにおいて、A gのポリ−nBA(表を参照)およびB gの3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート(TFOA、Mw418.15g/モル)を共に混合し、N2で30分にわたりパージして、128℃で8時間にわたり重合させる。残りのモノマーは、105℃および20ミリバールで留去する。該ポリマーを、GPC(THFおよびPS標準を用いる;備考:TFOAの屈折率は負である)および1H−NMR(CDCl3中)によってキャラクタリゼーションする。
Figure 0006242822
比較例2
n−ブチルアクリレート(nBA)および3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート(TFOA)の直鎖状の多分散性の低いランダムコポリマーの合成
GK3479−027
Figure 0006242822
オーバーヘッド型撹拌機と、温度計と、冷却器と、セプタムとを備えた100mLの5ツ口Sulfierフラスコにおいて、C(65.70)gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)、D(3.70)gの3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート(TFOA、Mw418.15g/モル)およびE(2.50)gのNOR1(317.48g/モル)を共に混合し、N2で30分にわたりパージして、125℃で3〜4時間にわたり重合させる。残りのモノマーは、95℃および10ミリバールで留去する。該ポリマーを、GPC(THFおよびPS標準を用いる)および1H−NMR(CDCl3中)によってキャラクタリゼーションする。
Figure 0006242822
比較例3
n−ブチルアクリレート(nBA)および3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート(TFOA)のフリーラジカル重合によるランダムコポリマーの合成
GK3365−133
オーバーヘッド型撹拌機と、温度計と、冷却器と、セプタムとを備えた200mLの5ツ口Sulfierフラスコにおいて、50.00gのs−ブタノール(Mw74.12g/モル)を、N2で30分にわたりパージして、100℃に加熱する。A(5.00)gの3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート(TFOA、Mw418.15g/モル)、B(88.54)gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)およびC(6.46)gのt−ブチル ペルオキシ−2−エチルヘキサノエート(tBpOEH、Mw216.32g/モル)の予め混合したフィードを、前記反応器に3時間にわたり供給する。供給が完了した後に、反応を続けて更に3時間にわたり反応させる。溶剤は、100℃および10ミリバールで留去する。該ポリマーを、GPC(THFおよびPS標準を用いる)および1H−NMR(CDCl3中)によってキャラクタリゼーションする。
Figure 0006242822
本発明による例4
n−ブチルアクリレート(nBA、Aブロック)および3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート(TFOA、Bブロック)の直鎖状B−A−B型ブロックコポリマーの合成
A(内部)ブロックの合成
Figure 0006242822
オーバーヘッド型機械的撹拌機と、凝縮器と、計量ポンプと、コンピュータ式温度制御と、データ収集を備えた5000mLのガラス反応器において、以下のAブロック前駆体を合成する。
GK3023−389(75単位)
2165.22gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)および80.00gの開始剤化合物NOR2(342.48g/モル)を共に混合し、N2でパージして、115℃で1.5時間にわたり反応させる。1624.54gのnBAのフィードを5時間にわたり前記反応器に供給した。125℃で、反応を更に2時間にわたり継続する。残りのモノマーは、105℃および20ミリバールで留去する。
収率:50.29%;GPC(THF、PS標準、Mn=10740g/モル、PDI=1.19、粘性液体)
GK3023−287(15単位)
2944.4gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)および180gのNOR2(342.48g/モル)を共に混合し、N2でパージして、115℃で3.5時間にわたり反応させる。残りのモノマーは、105℃および20ミリバールで留去する。
収率:28.84%;GPC(THF、PS標準、Mn=2172g/モル、PDI=1.25、粘性液体)
GK3023−010(35単位)
オーバーヘッド型機械的アンカー撹拌機、凝縮器および計量ポンプを備えた2000mLのガラス反応器において、561.36gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)および50.00gのNOR2(342.48g/モル)を共に混合し、N2でパージして、115℃で2時間にわたり反応させる。748.48gのnBAのフィードを6時間にわたり前記反応器に供給する。120℃で、反応を更に6時間にわたり継続する。残りのモノマーは、105℃および20ミリバールで留去する。
収率:49.67%;GPC(THF、PS標準、Mn=7739g/モル、PDI=1.14、粘性液体)
二官能性のAブロックの合成のためのカップリング
Figure 0006242822
オーバーヘッド型撹拌機と、温度計と、冷却器と、セプタムとを備えた200mLの5ツ口Sulfierフラスコにおいて、F gのポリnBA前駆体(表を参照)およびG gのトリレン−2,4−ジイソシアネート(TDI、Mw174.16g/モル)を共に混合し、そしてN2で30分にわたりパージする。内部温度を60℃に高め、数滴のジブチルスズジラウレート(DBTL、Mw631.56、酢酸ブチル中10%溶液)を添加する。カップリング反応は、60℃で4時間にわたり継続する。該ポリマーを、GPC(THFおよびPS標準を用いる)および1H−NMR(CDCl3中)によってキャラクタリゼーションする。
Figure 0006242822
Bブロックの合成
Figure 0006242822
オーバーヘッド型撹拌機と、温度計と、冷却器と、セプタムとを備えた100mLの5ツ口Sulfierフラスコにおいて、H gの二官能性のポリ−nBA(表を参照)およびI gの3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート(TFOA、Mw418.15g/モル)を共に混合し、N2で30分にわたりパージして、128℃で8時間にわたり重合させる。残りのモノマーは、105℃および20ミリバールで留去する。該ポリマーを、GPC(THFおよびPS標準を用いる;備考:TFOAの屈折率は負である)および1H−NMR(CDCl3中)によってキャラクタリゼーションする。
Figure 0006242822
本発明による例5
n−ブチルアクリレート(nBA)および3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルアクリレート(NNFHA)の直鎖状A−B型ブロックコポリマーの合成
Aブロックの合成
Figure 0006242822
例1に記載したものと同じAブロックを、NFHAモノマーでの連鎖延長のための開始ブロックとして使用する。
Bブロックの合成
Figure 0006242822
オーバーヘッド型撹拌機と、温度計と、冷却器と、セプタムとを備えた100mLの5ツ口Sulfierフラスコにおいて、A gのポリ−nBA(表を参照)およびB gの3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルアクリレート(NFHA、Mw318.13g/モル)を共に混合し、N2で30分にわたりパージして、128℃で8時間にわたり重合させる。残りのモノマーは、105℃および20ミリバールで留去する。該ポリマーを、GPC(THFおよびPS標準を用いる;備考:NFHAの屈折率は負である)および1H−NMR(CDCl3中)によってキャラクタリゼーションする。
Figure 0006242822
比較例6
n−ブチルアクリレート(nBA)および3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルアクリレート(NFHA)の直鎖状の多分散性の低いランダムコポリマーの合成
GK3479−202
Figure 0006242822
オーバーヘッド型撹拌機と、温度計と、冷却器と、セプタムとを備えた100mLの5ツ口Sulfierフラスコにおいて、C(50.86)gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)、D(9.70)gの3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルアクリレート(NFHA、Mw318.13g/モル)およびE(3.00)gのNOR1(317.48g/モル)を共に混合し、N2で30分にわたりパージして、125℃で3〜4時間にわたり重合させる。残りのモノマーは、95℃および10ミリバールで留去する。該ポリマーを、GPC(THFおよびPS標準を用いる)および1H−NMR(CDCl3中)によってキャラクタリゼーションする。
Figure 0006242822
比較例7
n−ブチルアクリレート(nBA)および3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルアクリレート(NFHA)のフリーラジカル重合によるランダムコポリマーの合成
GK3365−207
オーバーヘッド型撹拌機と、温度計と、冷却器と、セプタムとを備えた200mLの5ツ口Sulfierフラスコにおいて、50.00gのs−ブタノール(Mw74.12g/モル)を、N2で30分にわたりパージして、100℃に加熱する。A(5.00)gの3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルアクリレート(NFHA、Mw318.13g/モル)、B(88.54)gのn−ブチルアクリレート(nBA、Mw128.7g/モル)およびC(6.46)gのt−ブチル ペルオキシ−2−エチルヘキサノエート(tBpOEH、Mw216.32g/モル)の予め混合したフィードを、前記反応器に3時間にわたり供給する。供給が完了した後に、反応を続けて更に3時間にわたり反応させる。溶剤は、100℃および10ミリバールで留去する。該ポリマーを、GPC(THFおよびPS標準を用いる)および1H−NMR(CDCl3中)によってキャラクタリゼーションする。
Figure 0006242822
本発明による例8
n−ブチルアクリレート(nBA)および3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロ−1−オクテン(TFO)の直鎖状A−B型ブロックコポリマーの合成
Aブロックの合成
Figure 0006242822
例1に記載したものと同じAブロックを、TFOモノマーでの連鎖延長のための開始ブロックとして使用する。
Bブロックの合成
Figure 0006242822
オーバーヘッド型撹拌機と、温度計と、冷却器と、セプタムとを備えた200mLの5ツ口Sulfierフラスコにおいて、A gのポリ−nBA(表を参照)、B gの3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロ−1−オクテン(TFO、Mw346.09g/モル)およびC gのトルエンを共に混合し、N2で30分にわたりパージして、還流(106〜110℃)下で6時間にわたり重合させる。残りのモノマーおよび溶剤は、120℃および20ミリバールで99%超まで留去する。該ポリマーを、蒸留物の質量収支によってキャラクタリゼーションする。
Figure 0006242822
III.適用例
静的表面張力
静的表面張力は、OCA 20(Dataphysics)を用いて、キシレン中1〜10質量%の濃度で懸滴法を使用して測定する。
Figure 0006242822
匹敵する量のTFOA(質量%)で(比較例としてGK3479/022および本発明による例としてGK3479-042)、キシレン中で相対的にかなり低い静的表面張力が明らかに確認される(それぞれ1質量%のキシレン中で28.98mN/mおよび25.93mN/m)。
動的表面張力
(i)ブロックBは、フッ素化された(メタ)アクリル酸エステルから誘導される単位を含む
動的表面張力は、バブルプレッシャー式表面張力計(Sita)を用いて、溶剤ベースの2K−PUのA成分中0.25%、0.5%の濃度で測定される。気泡寿命は、80ミリ秒から10秒までで測定される。
A成分2K−PU:
Figure 0006242822
非常に短い気泡寿命では、同じ質量%のFモノマーと0.5質量%の添加レベルを見れば明らかな利点(より低い動的表面張力値)が確認できた。
Figure 0006242822
(ii)ブロックBは、フッ素化されたα−オレフィンから誘導される単位を含む
動的表面張力は、バブルプレッシャー式表面張力計(Sita)を用いて、溶剤ベースの2K−PUのA成分中0.1%、1.0%の濃度で測定される。気泡寿命は、80ミリ秒から10秒までで測定される。以下の試験列において、市販のレベリング添加剤EFKA 3600Nを参考に使用する。
A成分2K−PU:
Figure 0006242822
非常に短い気泡寿命では、0.25質量%の添加レベルでの市販のベンチマークと比較すると明らかな利点(より低い動的表面張力値)が確認できた。
Figure 0006242822
結果は図1にも示す。
耐クレータリング性試験:
表3.1による配合物を、約1時間にわたりロールベンチ(roll bench)で処理し、最後に均質になるまで手で振り混ぜる。表3.2に示される成分Aの量を、適切な量の成分Bを有する20mlのガラスジャーに添加する。サンプルを、直ちに均質になるまで手で振り混ぜ、PET薄片上に適用する。該混合物のドローダウンを75μmのワイヤバーで20mm/秒の速度で作製する。該サンプルを、一晩乾燥させた後にパネル上でクレーターとヘイズに関して確認する。
Figure 0006242822
混合比:A:B=100:35(36を丸めたもの)
Figure 0006242822

Claims (15)

  1. 以下
    − バインダー樹脂と、
    − 少なくとも1種のブロックAおよび少なくとも1種のブロックBを含むブロックコポリマーと、
    を含む組成物であって、
    − 前記ブロックAは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミド、ビニル芳香族化合物もしくはそれらの任意の混合物から選択される化合物から誘導されるモノマー単位を含み、
    − 前記ブロックBは
    下の式(II)
    2C=CH(RF-2) (II)
    [式中、
    F-2は、過フッ素化されたC4〜C6−アルキル基を含む有機基である]を有する、カルボニル基不含のフッ素化されたα−オレフィ
    ら選択される化合物から誘導されるモノマー単位を含む前記組成物。
  2. 請求項1に記載の組成物であって、R F-2 は、式(III):
    −(R2x−(CF23-5−CF3 (III)
    [式中、
    xは、0もしくは1であり、かつR2は、二価のフッ素化されていないC1〜C4−アルキレン基である]を有する前記組成物。
  3. 請求項1または2に記載の組成物であって、前記ブロックコポリマーのブロックBにおいて、式(II)のフッ素化されたα−オレフィンから誘導されたモノマー単位の平均数は、少なくとも0.25である前記組成物。
  4. 請求項1から3までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記ブロックコポリマーのブロックAにおいて、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミドまたはビニル芳香族化合物から選択される化合物から誘導されたモノマー単位の平均数は、少なくとも5である前記組成物。
  5. 請求項1から4までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記ブロックコポリマーは、1000〜100000g/モルの数平均分子量Mnを有し、かつ/または前記ブロックコポリマーは、1.90未満の多分散性指数PDIを有する前記組成物。
  6. 請求項1から5までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記ブロックコポリマーは、式(II)のフッ素化されたα−オレフィンから誘導されるモノマー単位を、0.1質量%〜70質量%の量で含み、かつ/または前記ブロックコポリマーは、0.05質量%〜35質量%のフッ素含量を有する前記組成物。
  7. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の組成物であって、2つの隣接したブロックは互いに直接的に結合されている前記組成物。
  8. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の組成物であって、2つの隣接したブロックは、互いに結合基LGを介して結合されており、前記結合基LGは、以下の式(VII):
    −IN1’−Y’−IN2’− (VII)
    [式中、IN1’およびIN2’基は、同一または異なってよく、前記基は、精密フリーラジカル重合の開始剤フラグメントIN1およびIN2から誘導され、かつY’は、該IN1’およびIN2’基に共有結合された二価の基であるか、または該IN1’およびIN2’基の間の共有結合を表す]を有する前記組成物。
  9. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の組成物であって、前記ブロックコポリマーの、組成物全体に対する量は、0.05質量%〜15質量%である前記組成物。
  10. 請求項1からまでのいずれか1項に記載の組成物であって、前記ブロックコポリマーは、グラジエントブロックコポリマーである前記組成物。
  11. 請求項1から10までのいずれか1項に記載の組成物の製造方法であって、前記ブロックコポリマーは、精密フリーラジカル重合によって得られ、前記精密フリーラジカル重合は、ニトロキシド媒介精密重合(NMP)、原子移動ラジカル重合(ATRP)または可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)から選択される前記方法。
  12. 記ブロックコポリマーは、ニトロキシド媒介精密ラジカル重合(NMP)によって得られる請求項11に記載の方法
  13. 記ブロックコポリマーは、以下の式(IV)、(V)および(VI)の1つから選択されるまたは相応の安定なニトロキシルフリーラジカルとラジカル源とを組み合わせたものをベースとする重合調節剤化合物を使用したニトロキシド媒介精密重合によって得られる請求項11または12に記載の方法
    Figure 0006242822
    [式中、
    − Rは、水素、中断されていないかもしくは1つ以上の酸素原子によって中断されたC1〜C18−アルキル、シアノエチル、ベンゾイル、グリシジル、2〜18個の炭素原子を有する脂肪族カルボン酸の一価の基、7〜15個の炭素原子を有する脂環式カルボン酸の一価の基、または3〜5個の炭素原子を有するα,β−不飽和カルボン酸の一価の基または7〜15個の炭素原子を有する芳香族カルボン酸の一価の基であり、
    − R101は、C1〜C12−アルキル、C5〜C7−シクロアルキル、C7〜C8−アラルキル、C2〜C18−アルカノイル、C3〜C5−アルケノイルまたはベンゾイルであり、
    − R102は、C1〜C18−アルキル、C5〜C7−シクロアルキル、C2〜C8−アルケニルであり、それらは、非置換またはシアノ、カルボニルもしくはカルバミド基によって置換されていてよく、またはグリシジル、式−CH2CH(OH)−Zの基または式−CO−Zもしくは−CONH−Zの基であり、その際、Zは、水素、メチルまたはフェニルであり、
    − G6は、水素であり、
    − G5は、水素またはC1〜C4−アルキルであり、
    − G1およびG3は、メチルであり、
    − G2およびG4は、エチルもしくはプロピルであるか、またはG1およびG2がメチルであり、かつG3およびG4がエチルもしくはプロピルであり、かつ
    − Xは、−CH2−フェニル、CH3CH−フェニル、(CH32C−フェニル、(C5〜C6−シクロアルキル)2CCN、(CH32CCN、
    Figure 0006242822
    、−CH2CH=CH2、CH3CH−CH=CH2、(C1〜C4−アルキル)CR20−C(O)−フェニル、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−C1〜C4−アルコキシ、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−C1〜C4−アルキル、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−N−ジ(C1〜C4−アルキル)、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−NH(C1〜C4−アルキル)、C1〜C4−アルキル−CR20−C(O)−NH2であり、その際、R20は、水素またはC1〜C4−アルキルである]。
  14. 請求項1から10までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記組成物は、コーティング組成物、インキ組成物または接着剤組成物である前記組成物。
  15. 請求項1から10までのいずれか1項に記載のブロックコポリマーの、コーティング組成物、インキ組成物または接着剤組成物における耐クレータリング性の、および/またはレベリング性の、および/または基材濡れ性の剤としての使用。
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