JP6689267B2 - 付着防止性および防汚性の添加剤としてのポリシロキサン、その製造および使用のための方法 - Google Patents

付着防止性および防汚性の添加剤としてのポリシロキサン、その製造および使用のための方法 Download PDF

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Description

本発明は、モノビニル官能性ポリシロキサンおよびモノビニル官能性エポキシ化合物をアルキル−水素−ポリシロキサン上に付加することにより調製可能なエポキシ官能性ポリシロキサンに関する。本発明はさらに、本発明の生成物の、コーティング材料組成物、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂の中の添加剤として、たとえば表面改質剤として、たとえば流動調整剤およびレベリング剤、潤滑剤、引っかき抵抗性を改善する物質、疎水化剤、ならびにたとえば添加材料の洗浄特性を改善する物質としての使用に関する。
たとえばコーティング表面のぬれ性、レベリング性、および潤滑特性などの基材の性質を得るため、または向上させるために、シリコーン含有化合物をコーティング材料およびポリマー成形化合物または熱可塑性樹脂に加えることは周知である(Johan BielemanによるLackadditive,Weinheim;New York;Chichester;Brisbane;Singapore;Toronto:Wiley−VCH,1998)。
多種多様な異なるポリシロキサンが、多数の異なる目的のために多数の技術分野で使用されている。たとえば改善された引っかき抵抗性などのある種の性質を得るため、または洗浄が容易な表面を得るために、たとえば、くし形ポリシロキサンをコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂に加えることが知られている。
たとえば、欧州特許第1193303 B1号明細書には、付着防止性、防汚特性を有するコーティングが記載されており、これらのコーティングは、コーティング材料の固体含有量を基準として、0.1〜10重量%のポリマーが添加されたコーティング材料から得られ、このポリマーは、2000〜200,000の重量平均分子量を有し、ポリマーベース分子と、Si−C結合によってベース分子に共有結合したポリジオルガノシロキサン側鎖とからなり、側鎖は、1000〜30,000の間の重量平均分子量を有し、分岐ポリマーの全重量を基準として5〜25重量%の分率である。
米国特許出願公開第2013/0289134号明細書には、ポリシロキサン鎖がグラフトしたエポキシアミン主鎖を主成分とするくし形コポリマーが記載されている。これより製造されるコーティングは、洗浄が容易な表面を有する。
エポキシ官能性ポリシロキサンおよびそれらの調製方法が米国特許第5,512,640号明細書に記載されている。同様に、樹脂組成物および複合材料を改質するためのそれらの使用も知られている。たとえば、米国特許第6,342,303 B1号明細書には、温度および湿気への曝露後の層間剪断強度を改善する目的で、フェノール樹脂を改質するためのエポキシ官能性ポリシロキサンが記載されている。
エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の破壊靱性の改善が、たとえばIranian Polymer Journal 19(3)2010,185〜196ページに記載されている。ポリエーテル改質ポリシロキサンを使用することで、複合材料の破壊靱性、衝撃靱性、および剥離抵抗性の改善が実現される。ポリエーテル鎖によるポリシロキサンの改質によって、エポキシ系との相溶性が高まる。
本発明の目的は、硬化組成物、特に硬化したコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂の表面特性を改善することであった。特に、本発明の目的は、改善された付着防止および/または防汚効果を示すコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂を提供することであった。さらに、これらの改善された性質を付与するために加えられる添加剤は、コーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂の他の性質をできる限り低下させない。さらに、加えられる添加剤は、比較的少量でそれらの機能を生じさせることができる。これらのコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂は、さらに、それらの付着防止および/または防汚作用の大部分が、たとえば最大数年までの長期間維持される。これは、複数の洗浄サイクルにわたる付着防止および/または防汚作用の持続をも含むはずである。
驚くべきことに、上記目的は、少なくとも1種類のモノビニル官能性ポリシロキサンおよび少なくとも1種類のエポキシ官能性モノビニル官能性成分をSi−H官能性ポリシロキサン上に付加することによって調製可能なポリシロキサンによって実現されることが分かった。上記のエポキシ官能性ポリシロキサンは、本明細書において本発明のポリシロキサンとも記載される。本発明のポリシロキサンは通常は、もはやSi−H基を有さない。本発明のポリシロキサンは、好ましくはくし状の構造である。
これらの付加物が加えられるコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂は、優れた付着防止特性および防汚特性を有する。本発明の付加物は、コーティング材料、ポリマー成形化合物、および熱可塑性樹脂の従来成分との相溶性が高く、通常それらの他の性質を低下させない。本発明のエポキシ官能性ポリシロキサンは、コーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂に比較的少量(添加量)で加えることができ、これらの少量でさえもそれらの作用を生じさせることができる。たとえば腐食防止、光沢保持、および耐候性に関する元のコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂の物理的性質は、低濃度の添加剤の影響を受けない。本発明の付加物を含むコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂は、さらに一般に数年の期間にわたって所望の性質を示し、さらに複数の洗浄サイクルにわたってこれらの性質を維持する。
出発化合物
Si−H官能性ポリシロキサン
Si−H官能性ポリシロキサンは、カテネートしたポリシロキサン、環状ポリシロキサン、分岐ポリシロキサン、または架橋したポリシロキサンであってよい。好ましくはこれらは、カテネートしたポリシロキサンまたは分岐ポリシロキサンである。より好ましくは、これらはカテネートしたポリシロキサンである。Si−H官能性ポリシロキサンは、非常に好ましくは、アルキル−、アリール−、またはアラルキル−水素−ポリシロキサンである。特に好ましくは、結合しているアルキル基がC〜C14アルキル基、好ましくはC〜Cアルキル基、非常に好ましくはメチル基であるアルキル−水素−ポリシロキサンである。これらのアルキル基は、さらなるアリール基を有することができる(その場合そのポリシロキサンは、アラルキル基を有するポリシロキサンと記載される)。アラルキル基がポリシロキサン中に存在する場合、それらのアラルキル基は好ましくは7〜14個の炭素原子を含有する。しかし、あまり好ましくはないが、ポリシロキサンはアリール基を有することもできる。アリール基がポリシロキサン中に存在する場合、それらのアリール基は好ましくは6〜14個の炭素原子を含有する。アルキル基とアリール基との両方および/またはアラルキル基を有するSi−H官能性ポリシロキサンを使用することもできる。非常に好ましくは、Si−H官能性ポリシロキサンはメチル−水素−ポリシロキサンである。
モノビニル官能性ポリシロキサン
たとえば、付加反応、特にヒドロシリル化反応によって上記Si−H官能性ポリシロキサン上に、モノビニル官能性ポリシロキサンを付加することができる。本出願の状況では、用語「モノビニル」は、末端に結合する厳密に1つの炭素−炭素二重結合を含有するあらゆる種、すなわち化合物およびポリマー種を含む。したがって、モノビニル官能性ポリシロキサンは好ましくは以下の構造式(I):
Figure 0006689267
で再現することができ、
式中、Zは、水素、または1〜4個、好ましくは1もしくは2個の炭素原子を有するアルキル基であり、Xは以下の式:
Figure 0006689267
の一価の基であり、
式中、p=0または1であり、q=0〜30であり、r=1〜400、好ましくは5〜200、より好ましくは10〜140、非常に好ましくは10〜80であり、
p=1の場合、q≧2、好ましくはq≧3であり、
は、1〜30個の炭素原子を有する直鎖のハロゲン化もしくは非ハロゲン化アルキル基、3〜30個の炭素原子を有する分岐もしくは環状のハロゲン化もしくは非ハロゲン化アルキル基、または6〜30個の炭素原子を有するアリール基、または7〜30個の炭素原子を有するアルキルアリール基もしくはアリールアルキル基、またはアルコキシアルキレンオキシド−アルキル基またはアルコキシポリアルキレンオキシド−アルキル基(たとえば、n=1〜10であるCH(OCHCHO(CHなど)であり、
、R、R、およびRのすべては、互いに独立して、1〜30個の炭素原子を有する直鎖のハロゲン化もしくは非ハロゲン化アルキル基、3〜30個の炭素原子を有する分岐もしくは環状のハロゲン化もしくは非ハロゲン化アルキル基、または6〜30個の炭素原子を有するアリール基、または7〜30個の炭素原子を有するアルキルアリール基もしくはアリールアルキル基であり、
さらにRおよびRは、互いに独立して、R[SiRO]であってよく、式中、
、R、R、およびrは前述の定義の通りであり、それらから独立して選択される。
たとえば、Zが水素であり、pが0であり、qが1である場合、それらの化合物はアリルポリシロキサンと呼ばれ、たとえば、ZがCHであり、pが1であり、qが3である場合、対象となる化合物は3−(メタクリロキシ)プロピルポリシロキサンである。
本発明の状況では、厳密にモノビニル官能性ポリシロキサン、すなわち1つのみのビニル基を含有するポリシロキサンのみが使用される。モノビニル官能性ポリシロキサンを調製する技術の1つは、環状シロキサンのリビング重合によって、制御された分子量のポリマーを得ることを含み、停止反応は、たとえばジアルキル(ビニル)クロロシランによって実現される。
直鎖モノビニル官能性ポリシロキサンは、たとえばヘキサメチレンシクロトリシロキサンなどの環状ポリシロキサンのリビングアニオン重合などによって合成することができる。この方法は特に、T.Suzuki,Polymer,30(1989)333、国際公開第2009/086079 A2号パンフレット、欧州特許出願公開第1 985 645 A2号明細書、および米国特許出願公開第2013/0041098 A1号明細書に記載されている。この反応は、ヘキサメチレンシクロトリシロキサンの場合の例として以下の反応スキームで示される。
Figure 0006689267
末端基は、官能性クロロシラン、たとえばジメチル(ビニル)クロロシランを用いて、当業者に周知の方法によって以下の反応スキームと同様にして官能化することができる。
Figure 0006689267
例として上記スキーム2にしたがって得られる生成物は、Z=H、p=q=0、r=3n+1、R=R=R=R=CH、およびR=ブチルである式(I)の生成物に対応する。
分岐モノビニル官能性ポリシロキサンが望ましい場合、末端基はモノメチル(ビニル)ジクロロシランまたはトリクロロ(ビニル)シランを用いて官能化することができ、塩素原子1つ当たり1つのポリシロキサン基が導入される。
エポキシ官能性モノビニル官能性成分
これは、モノビニル官能性ポリシロキサンとは異なるが同様にモノビニル官能性であり、Si−H官能性ポリシロキサン上に付加する、本発明に必須の成分である。
エポキシ官能性モノビニル官能性成分は、エポキシ基およびビニル基を含有する化合物を含むことができる。この種類の化合物は画定された構造を有するが、ポリマー種を使用することもできる。したがって、エポキシ基とビニル基との間には、ポリアルキレンオキシ基、たとえばエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドから得られるポリアルキレンオキシ基などのポリマー構造要素が存在することもできる。
一般に、エポキシ官能性モノビニル官能性成分はモノエポキシ官能性である。
エポキシ官能性モノビニル官能性成分は好ましくは脂肪族である。
好ましいエポキシ官能性モノビニル官能性成分は、以下の構造式(II):
Figure 0006689267
で再現することができ、
式中、Zは、水素、または1〜4個、好ましくは1もしくは2個の炭素原子を有するアルキル基であり、Yは以下の式:
−L−エポキシ
の一価の基であり、
この式中のLは結合基(「リンカー」とも呼ばれる)であり、エポキシはオキシラン環であり、このオキシラン環は、その一方または両方の炭素原子によってリンカーLに結合している。リンカーLは、好ましくは、ヘテロ原子、好ましくは酸素原子を含有することができる飽和脂肪族基である。非常に好ましくは、ヘテロ原子を有さない飽和脂肪族炭化水素基である。本発明の状況では、用語「脂肪族基」は、化学命名法で通常使用されるように、非環式および環状の脂肪族基を含む。
エポキシ官能性モノビニル官能性化合物の例は、4−ビニルシクロヘキセンオキシド、アリルグリシジルエーテル、メタリルグリシジルエーテル、1−メチル−4−イソプロペニルシクロヘキセンオキシド、2,6−ジメチル−2,3−エポキシ−7−オクテン、1,4−ジメチル−4−ビニルシクロヘキセンオキシド、ビニルノルボルネンモノオキシド、およびジシクロペンタジエンモノオキシドである。
ポリマー構造要素を含有するエポキシ官能性モノビニル官能性種の例は、α−アリル−ω−グリシジルオキシ−ポリエチレングリコール、およびα−アリル−ω−グリシジルオキシ−ポリエチレン/ポリプロピレングリコールなどである。
本発明の状況では、4−ビニルシクロヘキセンオキシドおよびアリルグリシジルエーテルを使用することが特に好ましい。
本発明のポリシロキサン中に混入可能な他の成分
本発明のポリシロキサン中に必ず混入されるモノビニル官能性ポリシロキサン、および上記ポリシロキサンとは異なるエポキシ官能性モノビニル官能性成分とともに、さらなる構造単位を本発明のポリシロキサン中に混入することができ、上記単位は、定義により、前述の出発化合物とは異なる。
さらなる成分の混入は、特に、本発明のポリシロキサンと、たとえばコーティング材料、ポリマー成形化合物、および熱可塑性樹脂などのそれらが使用される系との相溶性を微調整することが目的である。
これらとSi−H官能性ポリシロキサンとの反応後、これらの構造単位は、エポキシ基に対して反応性となる官能基を全く含有しないことが必要である。この成分の化学種が、エポキシ基に対して反応性の官能基を含有する場合、これらの化学種が、モノビニル官能性成分の前、言い換えるとヒドロシリル化が起こる前に、Si−H官能性ポリシロキサンと反応して、エポキシ基と反応性である基が消費される必要がある。
他の成分、言い換えると本発明のポリシロキサン中に場合により混入できる成分は、好ましくは以下の構造式(III):
Figure 0006689267
で表されるモノビニル官能性成分であり、
式中、Zは、水素、また1〜4個、好ましくは1もしくは2個の炭素原子を有するアルキル基であり、Qは以下の式:
−(L’)−R
の一価の基であり、
式中、v=0または1であり、
L’は、結合基(「リンカー」とも呼ばれる)であり、
Rは基−SiR 3−nであり、式中、
n=1〜3であり、
は、出現するごとに独立して、ハロゲン、好ましくは塩素、Oアルキル、好ましくはO−C1−4アルキル、より好ましくはOメチルもしくはOエチル、またはO−CO−アルキル、好ましくはO−CO−CHであり、
は、アルキル、好ましくはC1−4アルキル、より好ましくはメチルもしくはエチル、または6〜10個の炭素原子を有するアリールであるか;または
Rは、エーテル基、エステル基、および/またはウレタン基を有するポリマー基である。
本発明のポリシロキサンの貯蔵安定性の理由で、基Qは、好ましくはエポキシ基に対して反応性である基を含有するべきではなく、特にヒドロキシル基を含有しないべきではない。
リンカーL’は、好ましくは飽和脂肪族基または芳香脂肪族基である。非常に好ましくはヘテロ原子を含有しない飽和脂肪族炭化水素基である。非常に好ましくはL’は、1〜12個の炭素原子を有するアルキレン基、または7〜10個の炭素原子を有するフェニレンアルキレン基である。
当然ながら、本発明のポリシロキサンの相溶性が、特に有効な性質の微調整に適するようにするために、上記任意選択の成分の混合物を使用することもできる。
上記式のシラン(Q=−(L’)−SiR 3−n)は、末端モノビニル基、たとえば末端アルケニル基、たとえばビニル基(Z=H、v=0)またはアリル基(Z=H、L’=CH、v=1)または5−ヘキセニル基(Z=H、L’=n−C、v=1)、7−オクテニル基(Z=H、L’=n−C12、v=1)または10−ウンデセニル基(Z=H、L’=n−C18、v=1)を有する。
アルコキシアルキルシランまたはアルキルクロロシランとして、たとえばビニルトリクロロシラン、ビニルトリ−tert−ブトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルフェニルメチルメトキシシラン、ビニルフェニルメチルクロロシラン、ビニルフェニルジエトキシシラン、ビニルジフェニルクロロシラン、ビニルジメチルエトキシシラン、ビニルジメチルクロロシラン、1−ビニル−3−(クロロメチル)−1,1,3,3−テトラ−メチルジシロキサン、ビニル(クロロメチル)ジメチルシラン、ビニルジメチルエトキシシラン、ビニルトリス(メトキシプロポキシ)シラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルフェニルジクロロシラン、ビニルオクチルジクロロシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルメチルジクロロシラン、ビニルメチルジアセトキシシラン、ビニルジフェニルエトキシシラン、5−ヘキセニルトリクロロシラン、5−ヘキセニルジメチルクロロシラン、ドデセニルトリエトキシシラン、ブテニルトリエトキシシラン、ブテニルメチルジクロロシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アリルトリクロロシラン、アリルオキシウンデシルトリメトキシシラン、アリルメチルジクロロシラン、アリルジメチルクロロシラン、アリル(クロロメチル)ジメチルシラン、ヘキセニルトリエトキシシラン、ビニルジフェニルエトキシシラン、10−ウンデセニルトリメトキシシラン、10−ウンデセニルトリクロロシラン、10−ウンデセニルジメチルクロロシラン、スチリルエチルトリメトキシシラン、7−オクテニルトリメトキシシラン、7−オクテニルトリメトキシシラン、7−オクテニルジメチルクロロシランなどを使用することができる。
より好ましくは基Rは、エーテル基、エステル基、および/またはウレタン基を有するポリマー基である。
前述の式のポリマー基Rを含有する化合物(Q=−(L’)−Rであり、R=エーテル基、エステル基、および/またはウレタン基を有するポリマー基である)も同様に、末端モノビニル官能基、たとえばアリルオキシ基(Z=H、L’=CHO、v=1)を有する。
アリルオキシ基(CH=CH−CH−O)および基Rとしてのポリエーテル基が存在する場合、その化合物はアリルポリエーテルと呼ばれる。アリルポリエーテルは、アリルアルコールまたは1つ以上のヒドロキシル基を有するモノアリルエーテルの、アルキレンオキシド、特にエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドおよび/またはブチレンオキシドおよび/またはスチレンオキシドによるアルコキシル化によって調製することができる。
純粋なアルコキシレートおよび混合アルコキシレートの両方を調製することができる。混合アルコキシレートの場合、アルコキシル化は、ブロック状、交互、またはランダムで行うことができる。混合アルコキシレートは、アルコキシル化に関して分布勾配を有することもできる。
合成後、存在する末端ヒドロキシル基はブロックされるか、マスクされる。これは、たとえば、エーテル化もしくはエステル化によって、またはモノイソシアネートの添加によって行うことができる。メチル化またはアセチル化が好ましい。
基Rがポリエーテル基である場合、エチレンオキシド([EO])、プロピレンオキシド([PO])またはエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの混合物で構成されるポリエーテル基が好ましい。そのような場合、これは以下の式:
R=−[EO]−[PO]−R
で表すことができ、
式中、j=0〜70であり;j=0の場合、kは少なくとも1であり;
式中、k=0〜50であり;k=0の場合、jは少なくとも1であり;
式中、Rは、脂肪族、芳香族、または芳香脂肪族であり、ヒドロキシルは含有しない基であり、たとえばアルキル基、CO−アルキル基、またはCO−NH−アルキル基である。基Rは、好ましくは1〜10個、より好ましくは1〜6個、非常に好ましくは1〜4個の炭素原子を含有する。
[EO]単位および[PO]単位の異なる比率を使用することによって、本発明のポリシロキサンの性質に影響を与えることができる。したがって、特に[EO]単位よりも[PO]単位の疎水性が高いために、本発明のポリシロキサンの疎水性は、適切な[EO]:[PO]比の選択によって制御することができる。
前述の構造式に従うポリエーテルコポリマーは、ランダムコポリマー、交互コポリマー、またはブロックコポリマーであってよい。アルキレンオキシド単位の配列によって勾配を形成することもできる。
1種類のみのアリルポリエーテルを使用しないことが可能である。相溶性をより効果的に制御するために、異なるアリルポリエーテルの混合物を使用することもできる。
アリルオキシ基(CH=CH−CH−O)および基Rとしてのポリエステル基が存在する場合、その化合物はアリルポリエステルと呼ばれる。アリルポリエステルは、アリル二重結合を有するアルコール(1−アルケノール、たとえば5−ヘキセン−1−オールなど、またはヒドロキシ官能性アリルポリエーテル、たとえばたとえばエチレングリコールモノアリルエーテル、ジエチルグリコールモノアリルエーテル、もしくはより高次の同族体など)の、ヒドロキシカルボン酸またはそれらのラクトンによるエステル化によって得ることができる。このエステル化は、好ましくはプロピオラクトン、カプロラクトン、バレロラクトン、および/またはドデカラクトンの開環重合によって行われる。特にラクトンのメチル置換誘導体を使用することもできる。特に好ましくは、開環重合はカプロラクトンを用いて行われる。純ポリエステルおよび混合ポリエステルの両方を調製することができる。混合ポリエステルの場合、エステル化は、ブロック状、交互、またはランダムであってよい。これらの混合ポリエステルも、エステル化に関して分布勾配を含むことができる。
アリルポリエーテルの末端基と同様に、アリルポリエステルの末端基は、たとえばアセチル化によってブロックまたはマスクされる。
アリルポリエステルの重量平均分子量は、好ましくは200〜4000g/molの間、より好ましくは300〜2000g/molの間、非常に好ましくは400〜1000g/molの間である。
混合アリル(ポリエーテル)(ポリエステル)は、たとえば、ヒドロキシ官能性アリルポリエーテル上への開環ラクトン重合を行い、次にヒドロキシル末端基をブロックまたはマスクすることによって調製することもできる。当然ながら、アルコキシル化を、末端ヒドロキシル基を有するアリルポリエステル上で行うこともでき、続いてブロックまたはマスクを行うことができる。この場合の組合せの可能性は多数存在する。
一般的に言えば、本発明のポリシロキサンの相溶性は、種々の方法で適合させることができる。本発明のポリシロキサンを、たとえばポリウレタン含有系中で使用するために、対応するウレタン基含有ポリマー基Rを本発明のポリシロキサン中に組み込むことができる。
たとえばポリエーテル基、ポリエステル基、ポリウレタン基などのポリマー基、またはエーテル基、エステル基、および/またはウレタン基を含有するポリマー基を、縮合反応によってSi−H官能性ポリシロキサン中に組み込むことができる。縮合反応を介して組み込む場合、従来の出発点は、モノヒドロキシ官能性で、エーテル基、エステル基、および/またはウレタン基を含有する、好ましくは直鎖のポリマー成分である。これらの成分の合成は、前述のアリルポリエーテルと同様に、モノアルコールのアルコキシル化によって、および/または、アリルポリエステルと同様にラクトンのモノアルコール上への開環重合によって合成することができる。モノアルコールとしての機能は、たとえば、メタノール、エタノール、ブタノール、またはアリルアルコール、または別の出発アルコール、たとえば脂肪アルコールであってよい。
好ましい本発明のポリシロキサン
本発明の好ましい主題の1つは、以下の一般式(IV):
Figure 0006689267
て表すことができるポリシロキサンであり、
式中、
X、Y、Z、およびQは前述の定義の通りであり、
s=0または1であり;
は、出現するごとに独立して、C〜C14アルキル、C〜C10アリール、またはC〜C12アラルキルであり;
およびRは、互いに独立して、CHCHZX、CHCHZY、もしくは(CHCHZ)Qであるか、または−(R−C〜C14アルキル、−(R−C〜C14アリール、もしくは−(R−C〜C14アラルキルであり、式中、i=0または1であり、Rは、O、O−CO、O−CO−Oまたは−OSO−であり;
A=0〜20、好ましくは0〜15、より好ましくは0〜8であり、
B=2〜300、好ましくは10〜200、より好ましくは15〜100、非常に好ましくは50〜100、たとえば65〜100などであり、
C=0〜20、好ましくは1〜15、より好ましくは1〜8、非常に好ましくは1〜6であり、
D=0〜20、好ましくは1〜15、より好ましくは1〜8、非常に好ましくは3〜8であり;
C=0の場合、R=Xおよび/またはR=Xであり、
D=0の場合、R=Yおよび/またはR=Yである。
単位−[SiR(CHCHZX)−O−]−が存在する場合、すなわちCが少なくとも1である場合、RおよびRはCHCHZXと異なることが可能である。
そして、単位−[SiR(CHCHZY)−O−]−が存在する場合、すなわちDが少なくとも1である場合、RおよびRはCHCHZYと異なることが可能である。
前述の構造式に従うコポリマーは、ランダムコポリマー、交互コポリマー、またはブロックコポリマーであってよい。側鎖の配列によって、シリコーン主鎖に沿った勾配を形成することもできる。すなわち、式−[SiR((CHCHZ)Q)−O−]−のA単位、B単位−Si(R−O−、C単位−[SiR(CHCHZX)−O−]−、およびD単位−[SiR(CHCHZY)−O−]−は、ポリシロキサン鎖中で任意の所望の順序で配置することができる。
本発明による好ましいポリシロキサンは、A、B、C、およびDの定義から結論づけることができるように、主鎖および側鎖の中のシロキサン単位を考慮して6〜763個のシロキサン単位を含有する。本発明による好ましいポリシロキサンは、好ましくは10〜500個のシロキサン単位、より好ましくは20〜250個のシロキサン単位、非常に好ましくは50〜200個のシロキサン単位、より特に100〜180個のシロキサン単位を含有する。
本発明のポリシロキサンの調製方法
この反応様式は、Si−H官能性ポリシロキサン上への、少なくとも1種類のエポキシ官能性モノビニル官能性成分、少なくとも1種類のモノビニル官能性ポリシロキサン、および場合により前述の化学種とは異なり前述の定義の通りである少なくとも1種類のモノビニル官能性成分の、成分の混合物として、または任意の所望の順序での付加、特にヒドロシリル化によって行うことができる。
使用されるヒドロシリル化触媒は、好ましくは貴金属/それらの化合物、たとえば白金、ロジウム、およびパラジウム、ならびにそれらの化合物であり、より好ましくは白金化合物である。特に好ましい白金化合は、ヘキサクロロ白金酸、ヘキサクロロ白金酸のアルコール溶液、白金と脂肪族不飽和炭化水素化合物との錯体、および白金−ビニルシロキサン錯体である。しかし、白金黒および活性炭担持白金を使用することもできる。たとえば白金化合物が使用される場合、白金金属として1〜50ppmが好ましくは加えられる。
ヒドロシリル化は、典型的には以下の条件下で行われる:SiH官能性ポリシロキサンが室温で導入される。次に、窒素雰囲気下、反応器の内容物を、たとえば85℃〜140℃まで加熱する。Karstedt触媒または他の前述の触媒の1つなどのヒドロシリル化触媒を加える。反応の予想される発熱性によって、モノビニル官能性成分の一部またはすべてが加えられる。次に進行する発熱反応によって温度が上昇する。通常は、90℃〜120℃の範囲内の温度が維持されるように試みられる。モノビニル官能性成分の一部をさらに計量供給する必要がある場合、その添加は、温度が90℃〜120℃の範囲内に維持されるように行われる。添加終了後、温度は、さらにある時間の間、90℃〜120℃で維持される。反応の進行は、残留SiH基のガス体積測定によって、または赤外分光法(2150cm−1における水素化ケイ素の吸収帯)によって監視することができる。必要であれば、米国特許第5,512,640号明細書に記載されるようなアルコール性ゲル化防止剤を加えることができる。本発明のポリシロキサンは好ましくはSi−H基を含有しない。
成分が縮合反応によって導入される場合、たとえば、SiH官能性ポリシロキサン中のSiH基との縮合によってモノヒドロキシ官能性成分が導入される場合、その縮合反応はヒドロシリル化反応の前に行われる。
本発明のポリシロキサンは、さらに改質された添加剤の製造の中間体として機能することもできる。たとえば本発明のポリシロキサンは、次に、たとえば、特定の新しい反応性基を導入するために、化学的手段によってさらに完全にまたは部分的に改質することができる。エポキシ基と、たとえばアクリル酸との少なくとも部分的な反応によって、放射線硬化性組成物、たとえばUV硬化性および電子ビーム硬化性の組成物に使用することもできる生成物を得ることができ、この場合これらは、たとえば放射線硬化性塗料などの対応する組成物中にしっかりと混入させることができる。
本発明のポリシロキサンは、たとえば、エポキシド系、エポキシド−シロキサン系、ポリエステル系、および弱酸供与体などの存在下でUV/EB放射線に曝露する系に使用することができる。
本発明のコーティング材料、ポリマー成形化合物、および熱可塑性樹脂
本発明のさらなる主題の1つは、特に、コーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂などの本発明のポリシロキサンを含む組成物である。本発明の特に好ましい組成物は、エポキシ樹脂を含む組成物である。
本発明のポリシロキサンを用いて製造されたコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂は、着色された形態または未着色の形態で使用することができ、これらのコーティング材料、ポリマー成形化合物、および熱可塑性樹脂は、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムなどの充填剤、ガラス繊維、C繊維、およびアラミド繊維などの強化用繊維をさらに含むことができる。さらに、本発明のポリシロキサンを用いて製造されたコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂は、たとえば、湿潤および分散剤、光安定剤、老化防止剤などの他の従来の添加剤を含むことができる。
本発明のポリシロキサンを用いて製造されたコーティング材料は、好ましくは上記ポリシロキサンとは異なる少なくとも1種類のさらなるバインダーを含む。本発明のコーティング材料組成物は、落書き防止コーティング、剥離コーティング、自己洗浄前面コーティング、着氷を防止するコーティング、特に航空機用の氷をはじくコーティング、車体または合金製リム用の防汚コーティング、防汚性の機械および計器用のコーティング、防汚性家具用コーティング、またはたとえば防汚コーティングなどの船舶用コーティング、ならびに防汚性の家具および剥離紙用のコーティングに特に適している。
本発明のコーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂は、コーティング材料、ポリマー成形化合物、または熱可塑性樹脂の全重量を基準として、0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜7.5重量%、非常に好ましくは1〜5重量%の量で添加剤としての本発明のポリシロキサンを含む。
本発明のポリシロキサンを用いて製造されたコーティング材料は、たとえば、木材、紙、ガラス、セラミック、石膏、コンクリート、および金属などの多数の基材に塗布することができる。コーティングは、マルチコート方法で、プライマー、サーフェイサー、またはベースコートに塗布することもできる。コーティング材料の硬化は、個別の種類の架橋によって決定され、たとえば−10℃〜250℃の広い温度範囲内で行うことができる。室温において硬化させる場合でさえも、驚くべきことに、本発明のポリシロキサンを用いて製造されたコーティング材料は、非常に良好な付着防止性、防汚性を示す。
本発明のポリシロキサンを用いて製造されたポリマー成形化合物は、好ましくはフィルム形成性樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ−シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、またはこれらのポリマーの混合物である。
本発明のコーティング材料から得られるコーティングの非常に良好な付着防止効果のため、鉱油、植物油、または油状調製物などの油状物質でさえもはじくことができ、それらがコーティングされた容器は完全に空にすることができる。したがって、本発明により添加されたコーティング材料組成物は、ドラム、キャニスター、または缶をコーティングするための内部コーティング材料として特に適している。
本発明の分岐ポリアルコキシシロキサンの種々の塗料系に対する優れた相溶性を考慮すると、これらは透明コーティングの製造に特に適している。
本発明の別の主題は、基材に本発明のコーティング材料組成物を塗布し、物理的乾燥、反応性自己架橋、または反応性外部架橋によって架橋される、金属、ガラス、セラミック、およびプラスチック材料から選択される基材のコーティング方法である。好ましくは、>100℃の温度で熱架橋が行われる。したがって、本発明の別の主題は、得られた硬化コーティングである。本発明の特定の一実施形態では、本発明のポリシロキサンが加水分解性シラン基を含む場合、コーティング中で少なくとも部分的に加水分解架橋が起こり、この場合、シリカ網目構造がコーティング表面上に形成される。
硬化コーティングは、一般に熱硬化性であり、したがってたとえば熱可塑性材料とは大きく異なる。
本発明のコーティング材料を塗布することで、表面の自己洗浄特性の顕著な改善を実現できる。さらなる利点は、たとえば、レベリング性、光沢、透明性、および可撓性などのこのような複合コーティングの他の性質の悪影響が生じないことであり、場合により上記性質が実際には改善される。
したがって、本発明のさらなる主題は、コーティング材料、ポリマー成形化合物、および熱可塑性樹脂の付着防止性を改善するための添加剤としての本発明のポリシロキサンの使用であり、より特に防汚性および/または自己洗浄性を有する表面を備えるための添加剤としての使用である。この添加剤は、コーティング材料、ポリマー成形化合物、および熱可塑性樹脂に関して前述した量で使用される。
実施例を用いて、以下に本発明を説明する。
合成例
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)
HPLCポンプ(Bischoff HPLC 2200)および屈折率検出器(Waters 419)を用いて40℃でゲル浸透クロマトグラフィーを行った。使用した溶離液はテトラヒドロフランであり、溶出速度は1ml/分であった。較正のためにポリスチレン標準物質を使用した。NTeqGPCソフトウェアを使用して、数平均分子量M、重量平均分子量M、遠心平均(centrifuge−average)分子量M、および多分散性(=M/M)を求めた。
略記
M=−O0.5Si(CH
=−O0.5SiH(CH
ブチル=−O0.5Si(ブチル)(CH
D=−O0.5Si(CH0.5
=−O0.5SiH(CH)O0.5
R’=−O0.5SiR’(CH)O0.5
R”=−O0.5SiR”(CH)O0.5
R’’’=−O0.5SiR’’’(CH)O0.5
CH=CH2=−O0.5Si(CH=CH)(CH
以下の式:
ブチル25CH=CH2、Mブチル40CH=CH2、およびMブチル66CH=CH2
のモノビニル官能性ポリシロキサンの合成
モノビニル末端ポリジメチルシロキサンは2000、3000、5000の平均分子量を有し、特許明細書の独国特許出願公開第10 2008 031 901 A1号明細書の実施例1a(第1段階)と類似の方法で調製し、その違いは、クロロジメチルシランではなくクロロジメチルビニルシランを用いて末端官能化を行ったことである。
実施例1
中間平均(mean average)式MD 91Mで表されるメチル−水素−ポリシロキサンと、Mブチル25CH=CH2およびアリルグリシジルエーテルとの反応
撹拌装置、温度計、および還流冷却器を有する250mlの3口フラスコに、室温において、中間平均式MD 91Mで表される80.57gのメチル−水素−ポリシロキサン、および平均式Mブチル25CH=CH2で表される37.47gのモノビニル官能性ポリシロキサンを投入し、この初期投入物を窒素雰囲気下で75℃まで加熱する。この温度に到達した後、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.26gを加える。反応中に放出される熱量によって温度が103℃まで上昇する。100℃において30分後、ガス体積によって残留Si−H基を測定して、20モル%の理論変換率が判明する。第2の反応段階では、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.03gを加え、次に11.96のアリルグリシジルエーテルを10分にわたって計量供給すると、温度が106℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって完全な変換が示される。引き続く約20mbarの減圧下130℃における蒸留で、すべての揮発性成分が1時間で留去される。これによって淡褐色の透明粘稠生成物が得られる。
平均構造:MDR’ R” 91
Figure 0006689267
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:18124g/mol、M:33679g/mol、M:3299g/mol、多分散性:5.33
実施例2
中間平均式MD 76Mで表されるメチル−水素−ポリシロキサンと、Mブチル25CH=CH2およびアリルグリシジルエーテルとの反応
撹拌装置、温度計、および還流冷却器を有する250mlの3口フラスコに、室温において、中間平均式MD 76Mで表される73.49gのメチル−水素−ポリシロキサン、および平均式Mブチル25CH=CH2で表される42.84gのモノビニル官能性ポリシロキサンを投入し、この初期投入物を窒素雰囲気で75℃まで加熱する。この温度に到達した後、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.26gを加える。反応中に放出される熱量によって温度が104℃まで上昇する。100℃において30分後、ガス体積によって残留Si−H基を測定して、20モル%の理論変換率が判明する。第2の反応段階では、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.03gを加え、次に13.67gのアリルグリシジルエーテルを10分にわたって計量供給すると、温度が106℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって完全な変換が示される。引き続く約20mbarの減圧下130℃における蒸留で、すべての揮発性成分が1時間で留去される。これによって淡褐色の透明粘稠生成物が得られる。
平均構造:MDR’ R” 76
Figure 0006689267
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:19210g/mol、M:37623g/mol、M:3743g/mol、多分散性:5.13
実施例3(比較用)(モノビニル官能性ポリシロキサンを使用しない)
中間平均式MD 9.5153Mで表されるメチル−水素−ポリシロキサンとアリルグリシジルエーテルとの反応
撹拌装置、温度計、および還流冷却器を有する250mlの3口フラスコ中、室温において、中間平均式MD 9.5153Mで表される134.27gのメチル−水素−ポリシロキサンを窒素雰囲気下で75℃まで加熱する。この温度に到達した後、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.33gを加え、次に16.73gのアリルグリシジルエーテルを10分にわたって計量供給すると、温度が108℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって完全な変換が示される。引き続く約20mbarの減圧下130℃における蒸留で、すべての揮発性成分が1時間で留去される。これによって淡褐色の透明粘稠生成物が得られる。
平均構造:MD153R” 9.5
Figure 0006689267
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:20683g/mol、M:37697g/mol、M:2571g/mol、多分散性:8.04
実施例4(比較用)(モノビニル官能性ポリシロキサンを使用しない)
中間平均式MD 91Mで表されるメチル−水素−ポリシロキサンとアリルグリシジルエーテルとの反応
撹拌装置、温度計、および還流冷却器を有する250mlの3口フラスコ中に、室温において、中間平均式MD 91Mで表される127.62gのメチル−水素−ポリシロキサンを窒素雰囲気で80℃まで加熱する。この温度に到達した後、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.33gを加え、次に22.38gのアリルグリシジルエーテルを10分にわたって計量供給すると、温度が105℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって完全な変換が示される。引き続く約20mbarの減圧下130℃における蒸留で、すべての揮発性成分が1時間で留去される。これによって淡褐色の透明粘稠生成物が得られる。
平均構造:MD91R”
Figure 0006689267
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:13181g/mol、M:23552g/mol、M:2418g/mol、多分散性:5.44
実施例5
中間平均式MD 91Mで表されるメチル−水素−ポリシロキサンと、Mブチル40CH=CH2およびアリルグリシジルエーテルとの反応
撹拌装置、温度計、および還流冷却器を有する250mlの3口フラスコに、室温において、中間平均式MD 91Mで表される88.79gのメチル−水素−ポリシロキサン、および平均式Mブチル40CH=CH2で表される47.23gのモノビニル官能性ポリシロキサンを投入し、この初期投入物を窒素雰囲気下で75℃まで加熱する。この温度に到達した後、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.30gを加える。反応中に放出される熱量によって温度が103℃まで上昇する。100℃において30分後、ガス体積によって残留Si−H基を測定して、13.3モル%の理論変換率が判明する。第2の反応段階では、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.03gを加え、次に13.98gのアリルグリシジルエーテルを10分にわたって計量供給すると、温度が106℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって完全な変換が示される。引き続く約20mbarの減圧下130℃における蒸留で、すべての揮発性成分が1時間で留去される。これによって淡褐色の透明粘稠生成物が得られる。
平均構造:MDR’ R” 91
Figure 0006689267
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:17064g/mol、M:31429g/mol、M:3166g/mol、多分散性:5.39
実施例6
中間平均式MD 76Mで表されるメチル−水素−ポリシロキサンと、Mブチル40CH=CH2およびアリルグリシジルエーテルとの反応
撹拌装置、温度計、および還流冷却器を有する250mlの3口フラスコに、室温において、中間平均式MD 76Mで表される68.53gのメチル−水素−ポリシロキサン、および平均式Mブチル40CH=CH2で表される68.72gのモノビニル官能性ポリシロキサンを投入し、この初期投入物を窒素雰囲気下で75℃まで加熱する。この温度に到達した後、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.30gを加える。反応中に放出される熱量によって温度が102℃まで上昇する。100℃において30分後、ガス体積によって残留Si−H基を測定して、20モル%の理論変換率が判明する。第2の反応段階では、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.03gを加え、次に12.75gのアリルグリシジルエーテルを10分にわたって計量供給すると、温度が106℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって完全な変換が示される。引き続く約20mbarの減圧下130℃における蒸留で、すべての揮発性成分が1時間で留去される。これによって淡褐色の透明粘稠生成物が得られる。
平均構造:MDR’ R” 76
Figure 0006689267
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:20259g/mol、M:39641g/mol、M:4103g/mol、多分散性:4.93
実施例7
中間平均式MD 91Mで表されるメチル−水素−ポリシロキサンと、Mブチル66CH=CH2およびアリルグリシジルエーテルとの反応
撹拌装置、温度計、および還流冷却器を有する250mlの3口フラスコに、室温において、中間平均式MD 91Mで表される91.73gのメチル−水素−ポリシロキサン、および平均式Mブチル66CH=CH2で表される43.17gのモノビニル官能性ポリシロキサン、および57.98のキシレンを投入し、この初期投入物を窒素雰囲気下で75℃まで加熱する。この温度に到達した後、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.30gを加える。反応中に放出される熱量によって温度が101℃まで上昇する。100℃において30分後、ガス体積によって残留Si−H基を測定して、8モル%の理論変換率が判明する。100℃および45mbarにおいて、水分離器を使用して、20分間で50.1gのキシレンを留去する。窒素を導入することで減圧を終了する。第2の反応段階では、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.03gを加え、次に15.1gのアリルグリシジルエーテルを10分にわたって計量供給すると、温度が107℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって完全な変換が示される。引き続く約20mbarの減圧下130℃における蒸留で、すべての揮発性成分が1時間で留去される。これによって淡褐色の透明粘稠生成物が得られる。
平均構造:MDR’ R” 91
Figure 0006689267
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:19450g/mol、M:4287g/mol、多分散性:4.53
実施例8
中間平均式MD 2476Mで表されるメチル−水素−ポリシロキサンと、Mブチル40CH=CH2、平均式CH=CH−CHO(CH−CHO)−CHで表されるアリルポリエーテル、およびアリルグリシジルエーテルとの反応
撹拌装置、温度計、および還流冷却器を有する250mlの3口フラスコに、室温において、中間平均式MD 2476Mで表される38.17gのメチル−水素−ポリシロキサン、および平均式Mブチル40CH=CH2で表される55.39gのモノビニル官能性ポリシロキサンを投入し、この初期投入物を窒素雰囲気下で75℃まで加熱する。この温度に到達した後、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.21gを加える。反応中に放出される熱量によって温度が100℃まで上昇する。100℃において30分後、ガス体積によって残留Si−H基を測定して、20モル%の理論変換率が判明する。第2の反応段階では、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.17g、およびさらに51.93gのキシレンを加え、次に、平均式CH=CH−CHO(CH−CHO)−CHで表される27.6gのアリルポリエーテルを10分にわたって計量供給すると、温度が101℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって55モル%のさらなる変換が示される。第3の反応段階では、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.03gおよびさらに3.79gのキシレンを加え、続いて10分にわたって8.84gのアリルグリシジルエーテルを計量供給すると、温度が102℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって完全な変換が示される。引き続く約20mbarの減圧下130℃における蒸留で、すべての揮発性成分が1時間で留去される。これによって淡褐色の透明粘稠生成物が得られる。
平均構造:MDR’ R” R’’’ 76
Figure 0006689267
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:28041g/mol、M:3335g/mol、多分散性:8.40
実施例9
中間平均式MD 76Mで表されるメチル−水素−ポリシロキサンと、Mブチル66CH=CH2、アリルグリシジルエーテル、およびビニルトリメトキシシランとの反応
撹拌装置、温度計、および還流冷却器を有する250mlの3口フラスコに、室温において、中間平均式MD 76Mで表される67.45gのメチル−水素−ポリシロキサン、および平均式Mブチル66CH=CH2で表される67.62gのモノビニル官能性ポリシロキサンを投入し、この初期投入物を窒素雰囲気下で75℃まで加熱する。この温度に到達した後、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.30gを加える。反応中に放出される熱量によって温度が102℃まで上昇する。100℃において30分後、ガス体積によって残留Si−H基を測定して、20モル%の理論変換率が判明する。第2の反応段階では、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.02gを加え、次に4.56gのアリルグリシジルエーテルを5分にわたって計量供給する。温度が110℃まで上昇する。100℃における15分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって、さらに40モル%の変換が示される。第3の反応段階では、キシレン中0.2%のKarstedt触媒0.01gを加え、続いて、15分にわたって、10.37gのビニルトリメトキシシランを計量供給すると、温度が107℃まで上昇する。100℃における60分の引き続く反応の後、残留Si−H基のガス体積測定によって完全な変換が示される。引き続く約20mbarの減圧下130℃における蒸留で、すべての揮発性成分が1時間で留去される。これによって淡褐色の透明粘稠生成物が得られる。
平均構造:MDR’ R” R’’’ 76
Figure 0006689267
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:28041g/mol、M:67596g/mol、M:3335g/mol、多分散性:8.40
比較例A
特許明細書の独国特許出願公開第102008031901号明細書(実施例1a)に記載の方法により、モノSiH官能性ポリシロキサンを調製する。
モノアミノ官能性ポリシロキサンの合成
撹拌装置、温度計、滴下漏斗、還流冷却器、および窒素流入管を取り付けた4口フラスコに、モノSiH官能性ポリシロキサン(250g、Mn≒2000g/mol)およびKarstedt触媒(4.38g、キシレン中0.2%溶液)を投入しこれらの成分を十分に混合し、100℃まで加熱する。アリルアミン(9.29g)を30分にわたって滴下する。モノSiH官能性ポリシロキサンの変換は、ガス体積測定によって監視する。完全に変換された後、過剰のアリルアミンを蒸留によって除去する。生成物について測定したアミン価は24.1mgKOH/gである。
ポリシロキサン基を含有するコポリマーの合成
撹拌装置、温度計、滴下漏斗、還流冷却器、および窒素流入管を取り付けた4口フラスコに、実施例1のモノアミノ官能性ポリシロキサン(254.7g)および1,6−ヘキサンジグリシジルエーテル(169.6g)を投入し、この初期投入物を窒素下で140℃まで加熱する。2時間の反応時間の後、撹拌しながらオクチルアミン(75.6g)をゆっくりと滴下する。エポキシドの変換は、H−NMRによって監視する。エポキシド基の定量的変換の後、反応を終了する。
これより得られる生成物は、ポリマー主鎖としてエポキシ−アミン構造を有し、ポリマー主鎖に結合したポリシロキサン側鎖を有する。
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:9779g/mol、M:3014g/mol、多分散性:3.24
比較例B
撹拌装置、温度計、滴下漏斗、還流冷却器、および窒素流入管を取り付けた4口フラスコに、6.10gのサイラプレーン(Silaplane)FM−0721(平均分子量が5000であるモノメタクリロイル官能性ポリシロキサンマクロマー;チッソ株式会社Chisso Corporation)および100gのPMAを投入し、これらの成分を十分に混合する。反応の間中、混合物上に窒素を通す。温度を135℃まで上昇させ、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時間にわたって計量供給する。計量供給の終了後、直ちに0.15gのTrigonox Cを加える。さらに30分後および60分後、それぞれの時間にさらに0.15gのTrigonox Cを加える。その後、バッチを135℃でさらに1時間維持する。
これより得られる生成物は、ポリマー主鎖としてポリ(メタ)アクリレート主鎖を有し、ポリ(メタ)アクリレート主鎖に沿ってヒドロキシエチル基を有する。
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:14500g/mol、M:3746g/mol、多分散性:3.87
比較例C
撹拌装置、温度計、滴下漏斗、還流冷却器、および窒素流入管を取り付けた4口フラスコに、7.21gのサイラプレーンFM−0721および119gのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを投入し、これらの成分を十分に混合する。反応の間中、混合物上に窒素を通す。温度を135℃まで上昇させ、32.24gのメタクリル酸イソブチル、18.76gのメタクリル酸グリシジル、21.14gのスチレン、および1.08gのペルオキシ安息香酸tert−ブチルの混合物を3時間にわたって計量供給する。計量供給の終了後、直ちに0.18gのペルオキシ安息香酸tert−ブチルを加える。さらに30分後および60分後、それぞれの時間にさらに0.18gのTrigonox Cを加える。その後、バッチを135℃でさらに1時間維持する。
これより得られる生成物は、ポリマー主鎖としてポリ(メタ)アクリレート主鎖を有し、ポリ(メタ)アクリレート主鎖に沿ってグリシジル基を有する。
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:16623g/mol、M:5381g/mol、多分散性:2.63
比較例D
撹拌装置、温度計、滴下漏斗、還流冷却器、および窒素流入管を取り付けた4口フラスコに、7.21gのサイラプレーンFM−0721および119gのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを投入し、これらの成分を十分に混合する。反応の間中、混合物上に窒素を通す。温度を135℃まで上昇させ、41.62gのメタクリル酸イソブチル、9.38gのメタクリル酸グリシジル、21.14gのスチレン、および1.08gのペルオキシ安息香酸tert−ブチル(Akzo Nobel)の混合物を3時間にわたって計量供給する。計量供給の終了後、直ちに0.18gのペルオキシ安息香酸tert−ブチルを加える。さらに30分後および60分後、それぞれの時間にさらに0.18gのペルオキシ安息香酸tert−ブチルを加える。その後、バッチを135℃でさらに1時間維持する。
これより得られる生成物は、ポリマー主鎖としてポリ(メタ)アクリレート主鎖を有し、ポリ(メタ)アクリレート主鎖に沿ってグリシジル基を有するが、比較例Cの場合よりも数は少ない。
生成物から得られたGPCデータは以下の通りである。
:12378g/mol、M:4850g/mol、多分散性:2.55
使用例および試験方法
1.水接触角測定による配合物の疎水性の測定
コーティングを40℃で3日間硬化させた。サンプルを室温で3日間保管した後に水に対する接触角測定を行った(測定装置:Kruess G2、EasyDrop)。
2.配合物の汚れ試験
カーボンブラックスラリー試験(「CBスラリー試験」)、カーボンブラックハンドクリーム試験(「CBクリーム試験」)、カーボンブラック鉱油試験(「CB油試験」)、および「マーカー試験」を行った。
評価範囲は1〜5に及び、数字1は「残留物なし」を示し、一方、数字5は「多量の残留物」を示す。
(a)カーボンブラックスラリー試験(「CBスラリー試験」)
2.0gのSpecial Black 6(Evonik)、100gの水、および5滴の液体石けん(Pril(登録商標))を混合することによってカーボンブラックスラリーを調製する。このカーボンブラックスラリーを小さなブラシでコーティングされた金属パネルに塗布する。この後、50℃で1時間乾燥させる。次にパネルを流水下で柔らかいブラシを用いて洗浄する。洗浄は、コーティングができるかぎり十分きれいになるまで、石けんを用いたり比較的強くこすったりせずに行う。
(b)カーボンブラックハンドクリーム試験(「CBクリーム試験」):
ハンドクリーム(Herbacin Cosmetic GmbHのWutaカモミールハンドクリーム)中のカーボンブラック粉末(Evonik DegussaのFW 200)の1重量パーセントの調製物を調製する。コーティングされた金属パネル上にこのクリームを指でこすりつける。これによって汚れたパネルを室温で終夜保管し、次に、洗浄性を試験するために、乾燥した紙(Svenska Cellulosa ABのTorkペーパーハンドタオル)または5%のPril(登録商標)溶液に浸したぬれた紙(石けん)で汚れを取る。
(c)カーボンブラック鉱油試験(「CB油試験」)
鉱油(Kuwait Petroleum International LubricantsのQ8 Puccini 32P)中のカーボンブラック粉末(Evonik DegussaのFW 200)の1重量パーセントの懸濁液を調製する。コーティングされた金属パネル上にこの懸濁液を指でこすりつける。これによって汚れたパネルを室温で終夜保管し、次に、洗浄性を試験するために、乾燥した紙(Svenska Cellulosa ABのTorkペーパーハンドタオル)または5%のPril(登録商標)溶液に浸したぬれた紙(石けん)で汚れを取る。
3.マーカー試験
「マジックインキ赤」(Magic Ink Red)の種類のパーマネントマーカー(日本のMagic Ink Companyより入手可能)を使用して塗装面上に書き、インクが乾燥した後(1分)、乾燥タオルまたはイソプロパノールに浸した紙を用いてそれを拭き取ろうと試みる。評価範囲は1〜5に及び、数字1は「ペーパータオルを用いて残留物を残さずインクを除去できる」ことを示し、数字5は「除去が事実上不可能」であることを示す。
4.配合物のレベリング性の測定
BYK−GardnerのWave−Scan Dual instrumentを用いて、コーティングされた金属パネル上のレベリング性を測定した。長波(LW)および短波(SW)を測定した。
5.滑り抵抗の測定
BYK−Chemie GmbHの性能試験方法APM−001に準拠してAltek 9505 AEスリップメーターを用いて滑り抵抗または滑り抵抗の減少の測定を行った。このために、試験されるコーティング材料を、あらかじめ食器洗浄機で洗浄した10×40cmのガラス板に塗布した。この板をアプリケーターユニット中に固定し、コーティング上の中央に500gのおもりを配置できるように板を配置した。このおもりは5インチ/分の速度でサンプル上に押し付けられる。測定が標準サンプル(ブランクサンプル)に対して行われ、これが評価の基準点として使用される。この評価では絶対値(COF=摩擦係数)が報告される。
コーティング材料系
本発明のポリシロキサンの性能試験は、5つの異なるコーティング材料で行った。
コーティング材料1
溶剤系着色エポキシ樹脂/ポリアミド硬化剤系(従来のエポキシ系)を主成分とするコーティング材料
コーティング材料の製造手順は以下の通りである。最初に、2000回転/分で歯付きディスク(cog disk)を有する溶解機を用いて、均一になるまで、表1中の項目1〜3に記載の材料を混合することによって、成分Aを調製する。対応する量は、表1中に重量部で記載されている。次に、表1中の項目4の材料を加え、完全なゲルが形成されるまで3000回転/分で混合を行う。その後、表1中の項目5〜7の材料を3000回転/分で加え、撹拌をさらに15分間続ける。その後、表1中の項目8〜11の材料を2000回転/分で加え、撹拌をさらに5分間続ける。
表1中の項目12〜14の材料を共に2000回転/分で15分間撹拌することによって、成分Bを製造する。
次のステップで、成分AおよびBの合計を基準にして2重量%の添加剤(本発明のポリシロキサンまたは本発明によらない添加剤)を成分AおよびBの混合物に加え、2000回転/分で5分間撹拌を行う。
得られたコーティング材料組成物を150μmの未乾燥フィルム厚さでガラス板に塗布する。このガラス板を室温(23℃)で終夜維持し、次にオーブン中40℃で3日間乾燥させる。
これを冷却した後、得られたコーティングフィルムに対して前述の試験方法を行う。
Figure 0006689267
コーティング材料2
無溶剤着色エポキシ樹脂/ポリアミドエポキシ硬化剤系(高粘度の無溶剤エポキシ系)を主成分とするコーティング材料
コーティング材料の製造手順は以下の通りである。最初に、2000回転/分で歯付きディスクを有する溶解機を用いて、均一になるまで、表2中の項目1〜5に記載の材料を混合することによって、成分Aを調製する。対応する量は、表2中に重量部で記載されている。その後、表2中の項目6〜7の材料を3000回転/分で加えて混合する。その後、表2中の項目8の材料を3000回転/分で加え、撹拌をさらに10分間続ける。
次のステップで、成分AおよびBの合計を基準にして2重量%の添加剤(本発明のポリシロキサンまたは本発明によらない添加剤)を成分AおよびBの混合物に加え、2000回転/分で5分間撹拌を行う。
得られたコーティング材料組成物を150μmの未乾燥フィルム厚さでガラス板に塗布する。このガラス板を室温(23℃)で終夜維持し、次にオーブン中40℃で3日間乾燥させる。
これを冷却した後、得られたコーティングフィルムに対して前述の試験方法を行う。
Figure 0006689267
コーティング材料3
無溶剤着色エポキシ樹脂/ポリアミノアミド硬化剤系(低濃度の無溶剤エポキシ系)を主成分とするコーティング材料
コーティング材料の製造手順は以下の通りである。最初に、2000回転/分で歯付きディスクを有する溶解機を用いて、均一になるまで、表3中の項目1〜4に記載の材料を混合することによって、成分Aを調製する。対応する量は、表3中に重量部で記載されている。その後、表3中の項目の5〜6の材料を3000回転/分で加え、撹拌をさらに15分間続ける。その後、表3中の項目7の材料を2000回転/分で加え、撹拌をさらに5分間続ける。
次のステップで、成分AおよびBの合計を基準にして2重量%の添加剤(本発明のポリシロキサンまたは本発明によらない添加剤)を成分AおよびBの混合物に加え、2000回転/分で5分間撹拌を行う。
得られたコーティング材料組成物を150μmの未乾燥フィルム厚さでガラス板に塗布する。このガラス板を室温(23℃)で終夜維持し、次にオーブン中40℃で3日間乾燥させる。
これを冷却した後、得られたコーティングフィルムに対して後述の試験方法を行う。
Figure 0006689267
コーティング材料4
高固形分着色エポキシ樹脂/ポリアミド硬化剤系(高固形分率で高粘度のエポキシ系)を主成分とするコーティング材料
コーティング材料の製造手順は以下の通りである。最初に、2000回転/分で歯付きディスクを有する溶解機を用いて、均一になるまで、表4中の項目1〜4に記載の材料を混合することによって、成分Aを調製する。対応する量は、表4中に重量部で記載されている。その後、表4中の項目5〜6の材料を3000回転/分で加え、撹拌をさらに15分間続ける。その後、表4中の項目7〜9の材料を2000回転/分で加え、撹拌をさらに5分間続ける。
次のステップで、成分AおよびBの合計を基準にして2重量%の添加剤(本発明のポリシロキサンまたは本発明によらない添加剤)を成分AおよびBの混合物に加え、2000回転/分で5分間撹拌を行う。
得られたコーティング材料組成物を150μmの未乾燥フィルム厚さでガラス板に塗布する。このガラス板を室温(23℃)で終夜維持し、次にオーブン中40℃で3日間乾燥させる。
これを冷却した後、得られたコーティングフィルムに対して前述の試験方法を行う。
Figure 0006689267
コーティング材料5
高固形分着色エポキシ樹脂/ポリアミド硬化剤系(高固形分率で低粘度のエポキシ系)を主成分とするコーティング材料
コーティング材料の製造手順は以下の通りである。最初に、2000回転/分で歯付きディスクを有する溶解機を用いて、均一になるまで、表5中の項目1〜4に記載の材料を混合することによって、成分Aを調製する。対応する量は、表5中に重量部で記載されている。その後、表5中の項目5〜6の材料を3000回転/分で加え、撹拌をさらに15分間続ける。その後、表5中の項目7〜9の材料を2000回転/分で加え、撹拌をさらに5分間続ける。続いて、2000回転/分で項目11を希釈のために使用し、撹拌をさらに5分間続ける。
次のステップで、成分AおよびBの合計を基準にして2重量%の添加剤(本発明のポリシロキサンまたは本発明によらない添加剤)を成分AおよびBの混合物に加え、2000回転/分で5分間撹拌を行う。
得られたコーティング材料組成物を150μmの未乾燥フィルム厚さでガラス板に塗布する。このガラス板を室温(23℃)で終夜維持し、次にオーブン中40℃で3日間乾燥させる。
これを冷却した後、得られたコーティングフィルムに対して前述の試験方法を行う。
Figure 0006689267
試験結果
コーティング材料1
Figure 0006689267
表6aの結果は、添加剤として本発明のポリシロキサンを使用することによって、同等製品と少なくとも同等であり、そうでなければ、ある試験では実際により優れている品質の防汚性および撥油性の表面が得られることを示している。特に驚くべきことは、エポキシ−アミン主鎖を主成分とする比較例Aが、コーティング材料1のエポキシ樹脂系コーティング材料組成物に化学的により近いにもかかわらず、実際には本発明のポリシロキサンが、比較例Aの添加剤よりも良好な性質を有することであった。
Figure 0006689267
表6bの結果から、本発明のポリシロキサンは、本発明によらない比較例3および4の添加剤よりもレベリング性が良好であるだけではなく、より大きな水接触角を示すことも分かる。
コーティング材料2
Figure 0006689267
コーティング材料2中でも、本発明のポリシロキサンは、ほぼ同じ水接触角の場合に長波範囲ではるかに高いレベリング促進効果を有するか、または同様のレベリング効果の場合により大きな水接触角を有するかである。
コーティング材料3
Figure 0006689267
コーティング材料4
Figure 0006689267
コーティング材料5
Figure 0006689267
表の結果は、本発明のポリシロキサンによって、塗装面が疎水化され、「洗浄が容易な」性質が付与されることを示している。

Claims (8)

  1. 一般式(IV):
    Figure 0006689267
    (式中
    Zは、水素、または1〜4個の炭素原子を有するアルキル基であり、
    Xは以下の式:
    Figure 0006689267
    の一価の基であり、
    式中、p=0または1であり、q=0〜30であり、r=1〜400であり、p=1の場合、q≧2であり、
    は、1〜30個の炭素原子を有する直鎖のハロゲン化もしくは非ハロゲン化アルキル基、3〜30個の炭素原子を有する分岐もしくは環状のハロゲン化もしくは非ハロゲン化アルキル基、または6〜30個の炭素原子を有するアリール基、または7〜30個の炭素原子を有するアルキルアリール基もしくはアリールアルキル基、またはアルキレンオキシド−アルキル基またはポリアルキレンオキシド−アルキル基であり、
    、R、R、およびRのすべては、互いに独立して、1〜30個の炭素原子を有する直鎖のハロゲン化もしくは非ハロゲン化アルキル基、3〜30個の炭素原子を有する分岐もしくは環状のハロゲン化もしくは非ハロゲン化アルキル基、または6〜30個の炭素原子を有するアリール基、または7〜30個の炭素原子を有するアルキルアリール基もしくはアリールアルキル基であり、
    さらにRおよびRは、互いに独立して、R[SiRO]であってよく、式中、R、R、R、およびrは前述の定義の通りであり、それらから独立して選択され、
    Yは以下の式:
    −L−エポキシ
    の一価の基であり、
    式中のLは結合基であり、エポキシはオキシラン環であり、前記オキシラン環は、一方または両方の炭素原子によって前記結合基Lに結合し、
    Qは以下の式:
    −(L’)−R
    の一価の基であり、
    式中、v=0または1であり、
    L’は、結合基であり、
    Rは基−SiR 3−nであり、式中、
    n=1〜3であり、
    は、出現するごとに独立して、ハロゲン、Oアルキル、またはO−CO−アルキルであり、
    は、アルキル、または6〜10個の炭素原子を有するアリールであるか;または
    Rは、エーテル基、エステル基、および/またはウレタン基を有するポリマー基であり、
    s=0または1であり;
    は、出現するごとに独立して、C〜C14アルキル、C〜C10アリール、またはC〜C12アラルキルであり;
    およびRは、互いに独立して、CHCHZX、CHCHZY、もしくは(CHCHZ)Qであるか、または−(R−C〜C14アルキル、−(R−C〜C14アリール、もしくは−(R−C〜C14アラルキルであり、式中、i=0または1であり、Rは、O、O−CO、O−CO−Oまたは−OSO−であり;
    A=0〜20、B=2〜300、C=0〜20、およびD=0〜20であり;
    C=0の場合、R=Xおよび/またはR=Xであり、
    D=0の場合、R=Yおよび/またはR=Yである)
    を有することを特徴とするポリシロキサン。
  2. 請求項に記載の1種類以上のポリシロキサンを含む組成物。
  3. コーティング材料であることを特徴とする請求項に記載の組成物。
  4. エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項またはに記載の組成物。
  5. 請求項に記載の1種類以上のポリシロキサンが、前記組成物の全重量を基準として0.1〜10重量%の総量で存在する、ことを特徴とする請求項のいずれか一項に記載の組成物。
  6. 金属、ガラス、セラミック、およびプラスチック材料から選択される基材のコーティング方法であって、請求項のいずれか一項に記載の本発明の組成物が前記基材に塗布され、コーティングの物理的乾燥、および/または反応性自己架橋による硬化、および/または反応性外部架橋による硬化が行われる、方法。
  7. 請求項に記載の方法によって得ることができるコーティングされた基材。
  8. 硬化組成物の表面に、付着防止性および/または防汚性を付与するための、コーティング材料である組成物の添加剤としての、請求項に記載のポリシロキサンの使用。
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