JP6745283B2 - 多官能性アクリレートへの第2級アミンアミノアルコールの付加から生じた高官能性アミノアクリレート−アクリレートウレタン - Google Patents

多官能性アクリレートへの第2級アミンアミノアルコールの付加から生じた高官能性アミノアクリレート−アクリレートウレタン Download PDF

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Description

本発明は、特定のウレタンアミノアクリレート−アクリレート、その製造方法、および硬化性バインダー組成物における、特にUV硬化相乗剤としての使用に関する。
ポリオールの部分アクリル酸エステル(遊離OHを有する)をポリイソシアネートと反応させることによって高官能性ウレタンアクリレート(UA)を調製することは公知の慣行である。しかし、前記ヒドロキシル化部分アクリレートは、以下の理由により入手困難である。
・ これらの反応は、マイケル付加物を制限するためにアクリル酸に過負荷をかける必要があり、エステル化収率が悪く、エステル化中の中断が関与するため、ヒドロキシル価NOHに関して制御することが困難である。NaCOでの特定の洗浄(NaOHは収率への影響が大きすぎるため)は塩および水分の残留量を誘発するため、追加の乾燥処理をする必要があり、そうでなければ残留水の一部がイソシアネートと反応してアミンに変換され、ウレタンの代わりにウレア結合を形成する。従って、それから生じるウレタンアクリレートは、サブアクリレートのランダムNOH、水および塩基性の値のために影響され、
・ それゆえ、アクリレートの観点から多官能性である新しい構造を開発することは困難であり、
・ 六官能性UAは、ペンタエリスリトールの部分アクリレート(有害(Xn)と表示されている)をベースとしている。ペンタエリスリトールアクリレートを含まない六官能性UAを開発することは、生じる課題の1つである。
本発明は、特に、ウレタンを得るために、ポリオールの部分アクリレート、より具体的にはペンタエリスリトールまたはジペンタエリスリトールの部分アクリレートとイソシアネートとを用いることなく、新規なウレタンアクリレートモノマーを開発しようとするものである。新規なアクリレートモノマーは、ペンタエリスリトールトリアクリレートおよびジイソシアネートから得られる六官能性ウレタンアクリレートの反応性と少なくとも同等の反応性、特に、特にLED(発光ダイオード)放射線の下でより高い反応性を有する。それらはまた、硬度と可撓性との間の非常に良好なバランスを有し、従来技術から既知のウレタンアクリレートと比較して反応後の体積が非常に小さくしか収縮しないが、記載された欠点を有さない。
より具体的には、本発明により提案される解決法は、ヒドロキシル化アミノアクリレート−アクリレートとポリイソシアネートとの使用に基づいており、アミノアクリレートは式=N−CH−CH−CO−の基に対応し、多官能性アクリレート(MFA)への第2級アミン官能基(単一の−NH−に対して単一のOH)を有するアミノアルコールの部分マイケル付加から生じる生成物であり、これは本発明に従って以下に定義される特定の条件下であり、従来技術の対応するモノマーと比較して以下の技術的利点を提供する。
・ 反応性、硬度、可撓性の間のより良好な妥協。
・ 非多孔性基材へのより良好な接着と共に実質的に存在しない収縮。
・ 収率の低いヒドロキシル化部分アクリル酸エステルの製造工程が不要。逆に、本発明においては、(エステル化の場合のような)除去されるべき生成物を含まず、触媒を必要とせず、反応収率は完全であり(100%であり)、変換によってではなく使用される割合でNOHが完全に制御され(アクリレート二重結合に付加される1NHに対し、fa−1アクリレートを有するヒドロキシル化アミノアクリレートが形成され(faはMFAのアクリレート官能性である)、該割合に基づいて制御され予測される最終特性を有する。
・ 15から350、好ましくは20から300、より優先的には30から250mgKOH/gの範囲の高いアミン価(第3級アミンを含まず、従ってこのアミノアクリレートの第3級アミンに対応するアミノアクリレートの場合)。
第3級アミンが存在する可能性がある場合、アミン価(総数)は結果的に前記の値よりも高くなる。
従って、本発明の第1の主題は、まず、特定のウレタンアミノアクリレート−アクリレートに関する。
本発明の別の主題は、前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートを調製するための特定の方法である。
続いて、本発明は、バインダーとして使用される前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートをベースとする硬化性バインダー組成物に関する。
別の主題は、硬化性バインダー組成物中のバインダーとしての前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートの特定の使用に関する。
最後に、本発明は前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートから得られる完成品に関する。
従って、本発明の第1の主題は、1つ以上のアクリレート基、好ましくは少なくとも2つ、より優先的には少なくとも3つのアクリレート基を有するアミノアクリレート基に結合した少なくとも2つのウレタン官能基を含み、a)1以上のアクリレート基を有するヒドロキシル化アミノアクリレートとb)ポリイソシアネートとの反応であって、ヒドロキシル基はポリイソシアネートb)のイソシアネート基に対して過剰である反応から誘導されるウレタンアミノアクリレート−アクリレートであって、
− アミノアクリレートa)は、a2)アクリレート官能性または1モル当り2から6の範囲の数平均アクリレート官能性fa2を有する少なくとも1つの多官能性アクリレートへの、a1)ヒドロキシル基(または「アルコール」)と第2級アミン基と、場合により第2級および第3級アミン基とを有するアミノアルコールの付加であってa2)はアミノアルコールa1)の第2級アミン基−NHに対して化学量論的に過剰のアクリレート基であり、r1=アクリレート/NHの基比r1は>1、特に少なくとも1.2、より具体的には少なくとも1.5、さらにより具体的には少なくとも2.0である付加によって製造され、
− r2=OH/NCOの基比r2は、>1かつ1.4まで、特に1.05から1.4、好ましくは1.05から1.2の範囲であり
− ウレタンアミノアクリレート−アクリレートは、0.3から6.0、好ましくは0.4から5.0、より優先的には0.6から4.0の範囲のウレタンアミノアクリレート−アクリレートのアミノアクリレート基含量tAa(1グラム当たりのミリ当量(mEq/g)で表される)を含有する
ウレタンアミノアクリレート−アクリレートに関する。
特定の1つの選択肢によれば、ウレタンアミノアクリレート−アクリレートは、0.4から12.0、好ましくは1.3から12.0、より優先的には2.0から12.0の範囲のウレタンアミノアクリレート−アクリレートの、1g当たりのmEqで表されるアクリレート基の密度dを有する。より具体的には、それは、ウレタンアミノアクリレート−アクリレート1モル当たり0.4から60個、好ましくは1から15個、より優先的には2から15個、さらにより優先的には3から10個のアクリレートの範囲の数平均アクリレート官能性fAcrを有することができる。
1つの好みによれば、fa2が少なくとも3である場合、r1=アクリレート/NHの基比r1は、fa2 /(fa2−1)から2.fa2、好ましくはfa2 /(fa2−2)から1.5.fa2の範囲であり、fa2は、a2)のアクリレート/モルで表されるアクリレートa2)の官能性または混合物である場合には、数平均官能性である。
ポリイソシアネートb)は、2から4、好ましくは2から3.5の範囲の官能性fbまたはそれが混合物である場合、数平均官能性を有することができる。
ポリイソシアネートは、同一または異なる官能性の少なくとも2つのポリイソシアネートの混合物であってもよい。そのような場合、官能性fbは、ポリイソシアネート1モル当たりの数平均官能性に対応する。数平均官能性は、以下の式によって得られる:
fb=Σ(x.fb
式中、xおよびfbはそれぞれポリイソシアネートiのモル分率および官能性であり、合計Σはポリイソシアネートb)を構成する混合物のポリイソシアネートiの全部にわたって計算される。
ポリイソシアネートb)は、下記一般式(1)で定義される:
(N=C=O)fb (1)
アクリレートa2)は、同一または異なる官能性の少なくとも2つのアクリレートa2)の混合物であってもよい。類似の関係は、多官能性アクリレート(MFA)a2)の混合物の場合には、アクリレートiのモル分率xおよび官能性fa2に対する数平均官能性fa2について有効である。
アクリレートa2)は、下記一般式(2)で定義される:
(OC=OCH=CHfa2 (2)
アミノアルコールa1)は、a1)に従って定義した少なくとも2つのアミノアルコールの混合物であってもよいが、その−NHまたはOH官能性に影響を及ぼさず、該官能性は1モル当たり常に厳密に1OHおよび1NHに等しい。
b)および/またはa1)および/またはa2)の混合物の特定の選択により、前記性能レベルのより良好な妥協点を見出すために前記モノマーの最終用途性能レベルをより細かく調整することが可能であり、そうでなければこれを得ることは困難である。
ポリイソシアネートb)は、特に、脂肪族、脂環式もしくは芳香族ポリイソシアネートまたはそれらのビウレット三量体もしくはトリイソシアヌレート誘導体、またはアロファネート変性(少なくとも1つのアロファネート基を有する)された該ポリイソシアネートから選択される。アロファネート基は、過剰のポリイソシアネートとモノアルコールと形成されたウレタン基と反応する第2のポリイソシアネート分子との反応によって形成される。
アミノアルコールa1)に関しては、下記一般式(3):
−NH−R−OH (3)
(式中、RはCからCアルキルであり、
はCからC12、好ましくはCからCアルキレンまたはシクロアルキレンまたはアラルキレンである。)で定義されるアミノアルコールから選ばれることが好ましい。
より具体的には、アミノアルコールは、N−メチルエタノールアミン(CAS 109−83−1)、N−イソブチルエタノールアミン(CAS 35265−04−4)、N−エチルエタノールアミン(CAS 110−73−6)、N−ブチルエタノールアミン(CAS 111−75−1)およびN−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン)(CAS 103−76−4)から選択される。
多官能アクリレートa2)については、それは好ましくはCからC10のアルキレンポリオールのアクリル酸エステル(アルキレンは場合によりエーテル結合(ただ1つ)を有する)、または脂環式ポリオールのアクリル酸エステル(ポリオールは2から6の官能性を有する)である多官能アクリレート(MFA)モノマーである。
本発明に適した多官能性アクリレートa2)のより具体的な例として、以下が挙げられる。
− CからC10アルキレンポリオールアクリレートとして:エチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ブタンジオールジアクリレート、ペンタンジオールジアクリレートまたはヘキサンジオールジアクリレート、
− グリセリルトリアクリレートまたはトリメチロールプロパントリアクリレート、
− ペンタエリスリトールテトラクリレート(tetracrylate)、エリスリトールテトラクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラクリレートまたはジグリセロールテトラクリレート、
− キシリトールペンタアクリレート、
− ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートまたはソルビトールヘキサアクリレート。
より具体的には、多官能性アクリレートa2)は、少なくとも2つの多官能性アクリレートの混合物であり、場合によりアミノアルコールa1)は同様に少なくとも2つのアミノアルコールの混合物である。
本発明によるウレタンアミノアクリレート−アクリレートは、2つの成分、即ち、残留ヒドロキシル化アミノアクリレートHA)および第2にウレタンアクリレートUA)の混合物として記載することができ、これらの2つの成分HA)およびUA)は下記の一般式(4)および (5)によって定義される:
HA):HOR(R)NCHCHCOOR(OCOCH=CH(r1−1) (4)
UA):R4(NHC=OX)fb、ここでX=OR(R)NCHCHCOOR(OCOCH=CH) (5)
HA)およびUA)のそれぞれのモル分率xHAおよびxUAは、以下の関係によって計算することができる:
HA= fb.(r2−1)/[1+fb.(r2−1)]
UA=1/[1+fb.(r2−1)]
式中、R、R、RならびにR、fa、fb、r1およびr2は前述の関係で上記に定義した通りである。
モル分率xUAは、0.35から0.99、特に0.55から0.90、より具体的には0.70から0.90の範囲で変えることができる。
本発明によるウレタンアミノアクリレート−アクリレートは、好ましくは、規格AFNOR XP.T51−213(実施例参照)に従うヌリー粘度法により測定された、60℃で1から20、好ましくは5から15Pa.sの範囲の粘度を有する。
数平均分子量Mnは、以下の関係に従う計算により決定される:
Mn=r1.r2/fa2).fb.MM1+r2.fb.MM2+MM3 (6)
式中、MM1、MM2およびMM3は、アクリレートa2)、ヒドロキシル化アミン(アミノアルコール)a1)およびポリイソシアネートb)のそれぞれのモル質量である。
Mnは400から1500g/モル、好ましくは600から4000g/モル、より優先的には700から2000g/モルの範囲で変えることができる。
数平均アクリレート官能性fAcr(Eqアクリレート/モルで表される)は、以下の関係に従う計算によって決定される:
Acr=r2.fb.(r1−1)
アミノアクリレート基含量tAa(mEq/gで表される)は、以下に従って計算される:
Aa=1000.r2.fb/M
アクリレート密度d(1g当たりのアクリレートのmEqで表される)は、以下に従って計算される:
=1000.r2.fb.(r1−1)/M
本発明のウレタンアミノアクリレート−アクリレートは、以下の工程を含む特定の調製方法によって得ることができる:
i) 多官能性アクリレートa2)へのアミノアルコールa1)のマイケル付加反応によりヒドロキシル化アミノアクリレートa)を調製する工程であって、多官能性アクリレートa2)はアミノアルコールa1)のNH基に対して化学量論的に過剰であり、r1=アクリレート/N−Hの基比は>1、特に少なくとも1.2、より具体的には少なくとも1.5、さらにより具体的には少なくとも2.0である工程
ii) ウレタンアミノアクリレート−アクリレートを得るために、工程i)のアミノアクリレートa)をポリイソシアネートb)と反応させる工程であって、比r2=OH/NCOは1.05から1.40、好ましくは1.05から1.20の範囲である工程
本発明によるウレタンアミノアクリレート−アクリレートに関しておよび成分a)およびb)の選択に関しても上述した全ての変形は、本発明の第2の主題としての前記方法に適用することができる。
本発明の別の重要な主題は、バインダーとして、上記で定義した、または本発明で定義した方法によって得られる少なくとも1つのウレタンアクリレートを含む有機バインダーの硬化性組成物に関する。
好ましくは、前記組成物は、前記バインダーに加えて、単官能性または多官能性(メタ)アクリレートモノマー、好ましくは多官能性アクリレートモノマーから選択される少なくとも1つの反応性希釈剤を含み、該多官能性モノマーは、より具体的には、2から6、好ましくは2から4の範囲の官能性を有する。
より具体的には、この組成物は、放射線によって、または過酸化物経路によって、または混合経路によって、またはポリアミンによるマイケル付加によって硬化可能である。
「混合経路」は、本明細書では、放射線による経路と過酸化物による経路との組み合わせを意味する。「過酸化物経路」は、特に、実際に、加熱の必要なしに過酸化物のための、特にヒドロペルオキシドのための還元剤である分解促進剤の存在下における過酸化物、特に有機ヒドロペルオキシドの使用による低温での経路を意味する。硬化経路の選択は、前記組成物の最終用途の種類に依存する。
より具体的には、前記組成物は、UV、LED、レーザー、および電子ビーム、特にLEDから選択される放射線の下で硬化可能である。前記組成物は、より具体的には、LED放射線の下でのその高い反応性を特徴とする。
その用途に関連して、前記組成物は、コーティング組成物、特に、インク、ワニス、塗料もしくは接着剤組成物または3D印刷用組成物、連続する層を敷設することによって3D物体を製造するための組成物、シーラント組成物、化学シーリング組成物、コンクリート組成物、または最終的に、特に繊維状補強材を含む複合組成物であることができる。
本発明の別の主題は、硬化性組成物中での、上記に定義したまたは本発明の方法によって得られるウレタンアミノアクリレート−アクリレートの使用に関する。この使用は、特に、コーティング、3D印刷、連続する層を敷設することによる3D物体の製造、シーラント、化学シーリング、コンクリートまたは複合材に関する。
より具体的には、この使用によれば、本発明のウレタンアミノアクリレート−アクリレートは、放射線、特にUV、レーザーまたはLED放射線、特にLED放射線の下で硬化性組成物における硬化のための相乗剤として使用される。
好ましくは、ウレタンアミノアクリレート−アクリレートは、UV硬化のための相乗剤バインダーとして使用される。
最後に、本発明の一部は、上記で定義したまたは本発明の方法によって得られる少なくとも1つのウレタンアミノアクリレート−アクリレートまたは本発明に従って上記で定義したものを含む硬化性組成物の硬化から生じる(または得られる)硬化した完成品である。
より具体的には、前記製品は、コーティング、特に塗料、ワニス、インク、接着剤から、または3D印刷によって得られた製品、連続する層を敷設することによって得られる3D製品、シールまたは化学シーリング、またはコンクリートまたは複合材から選択される。
以下に概説する実施例は、本発明およびその性能レベルの実例として与えられ、決してその範囲を限定するものではない。
Figure 0006745283
1)参照生成物の調製(従来技術)
参照1
ヒドロキシル化アクリレートHA−1
以下のもの、即ち、468.3gのアクリル酸(AA)(6.50モル)、221.1gのペンタエリスリトール(PET)(1.63モル)、300.0gのトルエン、10.0gのメタンスルホン酸の70%水溶液(MSA−aq)(0.07モル)および0.60gのヒドロキノンのメチルエーテル(MEHQ)を、アンカースターラーを備え、凝縮器(溶媒還流下でのエステル化水の連続的な回収を可能にする装置)、空気入口(空気散布)および温度計プローブを有するフィレンツェ管がその上に取り付けられた1リットルの反応器に導入する。
反応混合物を、反応媒体が66mgKOH/gの酸価(即ち、8.5%の残留AA)を有するまで還流する。これは約10時間の還流に相当し、従って、(約95mlの水を蒸留した後)反応媒体を冷却することによって実施されるエステル化の中断時に100℃(沸騰開始)から110℃の温度を反応媒体が通過する。次いで、500.0gのトルエンを添加する。
この有機相を、50℃で30分間撹拌しながら20%炭酸ナトリウム水溶液260.0gを用いて中和する。混合物を2時間放置して分離させ、水相(下相)を除去した後、20%炭酸ナトリウム水溶液30gを有機相(上相)に添加する。混合物を50℃で30分間撹拌し、次に2時間放置して分離させる。水相(下相)を捨てた後、有機相は残留AA含量<0.1%を有する。残留AAがこの値より大きい場合、有機相を20%炭酸ナトリウム水溶液30gで同じ撹拌および沈降時間および温度で再び処理する。30gの脱塩水を有機相(上相)に加える。混合物を50℃で30分間撹拌し、次に2時間放置して分離させる。水相(下相)を捨てた後、有機相はpH<9(pH紙)を有する。pHがこの値より大きい場合、有機相を30gの脱塩水で同じ撹拌および沈降時間および温度で再び処理する。
ヒドロキノンのメチルエーテル(MEHQ)1.0gを有機相に加え、これをロータリーエバポレーターに入れる。有機相を、温度を80℃にした後、95℃にし、圧力を200ミリバールまで徐々に下げ、次いでトルエンが完全に取り除かれるまで100ミリバールにまで徐々に下げて真空下で蒸留する(蒸留体積の滞留;残留トルエン%<0.1%)。
以下の特性を有するヒドロキシル化ポリアクリレート生成物HA−1を得る。
外観:透明
25℃における粘度:900mPa.s
生成物のOH価:120.0mgKOH/g
参照ウレタンアクリレートRef−U1
アンカースターラー、空気入口(空気散布)および温度計プローブを備えた1リットルの反応器に、以下のもの、即ち、834.24gの上記ヒドロキシル化アクリレートHA−1(1.7845OH当量)、2.0gのBHT、0.5gのDOTLを導入する。混合物を60℃にしたら、IPDI 164.7g(1.4871NCO当量)を温度を90℃に均一に上昇させながら1時間かけて導入する。イソシアネート価の値が0.5mgKOH/g未満になるまで、イソシアネート価(NNCO)を規則的に制御することによって、混合物をこの温度に維持する。以下の特性を有する参照ウレタンアクリレートRef−U1を得る。
外観:透明(目視による)
60℃における粘度:2.2Pa.s
参照2
ヒドロキシル化アクリレートHA−2
ペンタエリスリトールを同じモル量のDiTMPで置き換え、エステル化を停止させる基準が52mgKOH/gの反応混合物の酸価(即ち、6.7%の残留AA)であることを除いて、参照HA−1に関する方法を実施する。
以下の特性を有するヒドロキシル化ポリアクリレート生成物HA−2を得る。
外観:透明
25℃における粘度:1000mPa.s
生成物のOH価:120.0mgKOH/g
参照ウレタンアクリレートRef−U2
ヒドロキシル化アクリレートHA−1を同じOH当量でヒドロキシル化アクリレートHA−2で置換することを除いて、参照Ref−U1に関する方法を実施する。以下の特性を有する参照ウレタンアクリレートRef−U2を得る。
外観:透明
60℃における粘度:2.3Pa.s
2)本発明による生成物の調製
2.1)本発明による実施例の手順
実施例における下記の比r1、r2は
− r1はアクリレート/NH当量の比に
− r2はOH/NCO当量の比に
対応する。
[実施例1:ウレタンアミノアクリレート−アクリレート(UAmAA−1)の調製]
アンカースターラー、空気入口(フリーラジカル重合の阻害のための空気散布)、滴下漏斗および温度計プローブを備えた1リットル反応器に、周囲温度で、以下のもの、即ち、634.66gのTMPTA(2.144モル)、2.0gのMEHQ(2000ppm)、2.0gのTPPte(2000ppm)および0.2gのPTZ(200ppm)を導入する。
反応混合物を、安定剤が完全に溶解するまで徐々に50℃にする。次いで、160.81gのNMEA(2.144モル;r1=3.00)を滴下漏斗を介して徐々に添加する(1時間かけて滴下する)。第2級アミンの完全な変換が得られるまで、即ち、第3級アミンの含量に対して補正された総アミン価NAmT−NAm3<0.5mgKOH/gが得られるまで、即ち、約2時間、反応混合物を50℃に維持する。
次いで、温度を50℃から100℃に上昇させることによって発熱性を制御しながら、198.33gのIPDI(0.893モル;r2=1.20)を滴下漏斗を介して1時間かけて添加し、次いで60℃粘度の安定化およびNNCO<0.3mgKOH/gまで、即ち、約4時間、反応混合物をこの温度に維持する。
以下の特性を有する生成物UAmAA−1を得る。
外観:透明
粘度:60℃で7.5Pa.s
アミノアクリレート含量:2.16mEq/g(即ち、121mgKOH/gのアミン価)
アクリレート含量:4.31mEq/g
数平均官能性:1モル当たり4.80のアクリレート
[実施例2:ウレタンアミノアクリレート−アクリレート(UAmAA−2)の調製]
TMPTAを、r1=4.0およびr2=1.2で同じモル量のDiTMPTAで置き換える以外は、実施例1と同様にして方法を実施する。
[実施例3:ウレタンアミノアクリレート−アクリレート(UAmAA−3)の調製]
TMPTAを、r1=4.0およびr2=1.2で同じモル量のPETTAで置き換える以外は、実施例1と同様にして方法を実施する。
これらの3つの実施例および2つの参照生成物の特徴を以下の表2にまとめる。
Figure 0006745283
測定および特徴付け方法
外観の決下で60mlの白色ガラスフラスコを通して視覚的に観察し、生成物が以下のものであるかどうかを区別する。
・ 透明:ヘイズがない場合は水に匹敵し、
・ 不鮮明な:フラスコを通して明瞭な視界をもはや可能にせず、
・ 曇り:不透明なフラスコで、フラスコを通して画像が認識できない。
ヌリー粘度の決定:鋼球をその重力にさらして、特徴付けられるべき液体を通って移動するのにかかる時間を測定する。規格AFNOR XP.T51−213は、特に、容器の形状、ボールの直径(2mm)、ボールの移動距離(104mm)を規定する。これらの条件下では、動粘度はボールの移動時間に比例し、1秒の移動時間は0.1Pa.sの粘度に相当する。
ヒドロキシル価NOHの決定:特徴付けられるべき生成物のヒドロキシル価は、生成物1グラム当たりのmg KOH当量で表される。このために、ヒドロキシル官能基に対する過剰の無水酢酸の酸−塩基逆滴定を以下の条件下で行う:生成物の正確な重量w(約1グラム)を正確に10mlのアセチル化溶液(555mlの酢酸エチル、60mlの無水酢酸および7gのパラ−トルエンスルホン酸一水和物の混合物)に溶解する。混合物を90℃で30分間反応させる。冷却後、約2mlの水を加え、混合物を周囲温度で2分間反応させる。次いで、約10mlの加水分解溶液(600mlのピリジンおよび400mlの水の混合物)を加え、混合物を周囲温度で5分間反応させる。約60mlの溶媒(666mlのn−ブタノールおよび333mlのトルエンの混合物)を添加する。次いで、(アセチル化するヒドロキシル官能基に対して過剰の無水酢酸の加水分解によって放出される)過剰の酢酸を約0.5Nの正確な通常力価N(EQ/l)を有するメタノール性水酸化カリウムを用いて滴定する。等価体積Vを提供する自動ビュレット(Metrohm 716 DMS Titrino(R)自動滴定装置)をサーボ制御する複合電極(LiCl METROHM reference 6.0222.100)を用いて等価点を検出する。ブランクを用いた試験(分析すべき製品を除いた上のプロトコールと同じ)も、等価体積Vで実施する。ヒドロキシル価(NOH)を、以下の式を用いて計算する:
OH=N+[(V−V).N.56.1/w]
式中、VおよびVはmlで表され、NはEq/lで表され、wはグラムで表される。
酸価Nの決定:特徴付けられる生成物の酸価は、生成物1グラム当たりの水酸化カリウム当量のミリグラムで表される。このために、酸−塩基滴定を以下の条件下で行う:生成物の正確な重量w(約10グラム)を50mlのトルエン/エタノール混合物(2容量/1容量)に溶解する。完全に溶解した後、この溶液を、約0.1Nの正確な通常力価N(Eq/l)を有するメタノール性水酸化カリウムの溶液で滴定する。等価体積Vを提供する自動ビュレット(Metrohm 716 DMS Titrino(R)自動滴定装置)をサーボ制御する複合電極を用いて等価点を検出する。等価体積Vを求めることを可能にするブランク(50mlのトルエン/エタノール混合物のみ)で試験を行った後、以下の式を用いて酸価(N)を計算する:
=(V−V).N.56.1/w
式中、VおよびVはmlで表され、NはEq/lで表され、wはグラムで表される。
イソシアネート価NNCOの決定:特徴付けられる生成物のイソシアネート価は、生成物1g当たりのmg KOH当量で表される。このために、イソシアネート官能基に対する過剰のジブチルアミンの酸−塩基逆滴定を以下の条件下で行う:生成物の正確な重量w(約1g)を約50mlのトルエンに溶解する。完全に溶解した後、約0.15Nの力価を有するジブチルアミン溶液の正確な15ml(1000mlのトルエン中の20gのジブチルアミンの溶液:20g/l)を添加し、次いで混合物を周囲温度で15分間反応させる。次いで、過剰のジブチルアミンを、約0.1Nの正確な通常力価N(Eq/l)を有する塩酸水溶液で滴定する。等価体積Vを提供する自動ビュレット(Metrohm 716 DMS Titrino(R)自動滴定装置)をサーボ制御する複合電極(METROHM LiCl reference 6.0222.100)を用いて等価点を検出する。ブランク(ジブチルアミン溶液15mlにトルエン50mlを加えたもの)を用いた試験も等価体積Vで実施する。イソシアネート価(NNCO)を、以下の式を使用して計算する:
NCO=(V−V).N.56.1/w
式中、VおよびVはmlで表され、NはEq/lで表され、wはグラムで表される。
総アミン価NAmTの決定:このアミン価は、反応を受けている残留第2級アミン(サンプリングの場合)、出発アミノアルコールによって導入される可能性がある第3級アミンおよび形成されたアミノアルコールの第3級アミンを包含する。特徴付けられる生成物の総アミン価は、生成物1g当たりのmg KOH当量で表される。このために、直接的な酸−塩基滴定を以下の条件下で行う:生成物の正確な重量(正確に1グラム)を約40mlの氷酢酸に溶解する。塩基度を、約0.1Nの正確な通常力価N(Eq/lで表される)を有する氷酢酸中の過塩素酸の溶液で滴定する。等価体積Vを提供する自動ビュレット(716 DMS Titrino(R) Metrohm自動滴定装置)をサーボ制御するガラス電極(氷酢酸中の1モル/Lの過塩素酸リチウム溶液で満たされている)を使用して等価点を検出する。総アミン価(NAmT)を、以下の式を使用して計算する:
AmT=V・N・56.1/w
式中、Vはmlで表され、NはEq/lで表され、wはグラムで表される。
第3級アミン価NAm3の決定:特徴付けられる生成物の第3級アミン価は、生成物1グラム当たりの水酸化カリウム当量のミリグラムで表される。このために、第3級アミン官能基の直接的な酸−塩基滴定を以下の条件下で行う(過剰の無水酢酸が、第1級および第2級アミンを過塩素酸によって塩化され得ないアミドに変換した後):生成物の正確な重量(正確に1グラム)を約10mlの無水酢酸に導入する。これを周囲温度で5分間反応させた後、約50mlのジクロロメタンを加えて希釈する。次いで、塩基度を、約0.1Nの正確な通常力価N(Eq/lで表される)を有するジクロロメタン中の過塩素酸の溶液で滴定する。等価体積Vを提供する自動ビュレット(716 DMS Titrino(R) Metrohm自動滴定装置)をサーボ制御するガラス電極(氷酢酸中の1モル(1Eq)/Lの過塩素酸リチウム溶液で満たされている)を使用して等価点を検出する。総アミン価(NAm3)を、以下の式を使用して計算する:
Am3=V.N.56.1/w
式中、Vはmlで表され、NはEq/lで表され、wはグラムで表される。
3)光硬化性コーティング(ワニス)の配合および評価
3.1)溶融ランプ下
以下の100分の1の組成物混合物を、周囲温度での単純混合によって調製する。
アクリレート:96.0
DC 1173:4.0
UV溶融ランプF−fus下での光硬化のための配合物を得、その比較結果を以下の表3にまとめる。
Figure 0006745283
3.2)LEDランプ下
以下の100分の1の組成物混合物を、周囲温度での単純混合によって調製する。
アクリレート:94.5
TPO:2.5
DETX:3.0
LEDランプF−led下での光硬化のための配合物を得、その比較結果を以下の表4にまとめる。
Figure 0006745283
試験および使用された方法
溶融ランプ下での反応性の決定:コントラストカード(1B(R) レネタ(Leneta)のPenoparcチャート)上に12μmのフィルムにF−fus配合物を塗布し、次いでHg溶融ランプを用いて120W/cmで硬化させる。触れるくらいまで乾燥したフィルムを得るために必要な最小通過速度(m/分で表される)を測定する。
LED下での反応性の決定:コントラストカード(1B(R) レネタのPenoparcチャート)上に12μmのフィルムにF−led配合物を塗布し、次いで波長λ=395nmのLEDランプを用いて12W/cmで硬化させる。触れるくらいまで乾燥したフィルムを得るために必要な最小通過速度(m/分で表される)を測定する。
以下の硬度、可撓性および耐アセトン性試験のために、光硬化フィルムを、硬化後および測定前に、空調室(T=23℃)に24時間放置する。
「カール」の決定:コントラストカード(1B(R) レネタのPenoparcチャート)上に12μmのフィルムに配合物を塗布し、次いで触れるくらいまで乾燥したフィルムを得るためにHg溶融ランプを用いて120W/cmで5m/分で硬化させる。
次いで、レネタカードの湾曲を比較的(半定量的)に評価する。
非常にカールしている(−−)
カールしている(−)
ややカールしている(+)
平ら(++)
収縮の決定
フィルムの調製:配合物を非粘着性シリコーン処理基材上に200μmのフィルムとして塗布し、その後Hg溶融ランプを用いて120W/cmで50m/分でUVの下で早期硬化させる。このようにして得られたフィルムを基材から剥離し、次いで2枚のガラス板の間に置き、120W/cmでHg溶融ランプを用いて5m/分でUV下で5回通過させて完全硬化させる。
密度測定:アクリレートモノマーの密度dを、硬化前(液体、25℃)に比重瓶で測定し、次いで上記の硬化後のポリマー(固体、25℃)の密度dをMettler Toledo XS204 DeltaRAnge(R)秤を用いて測定する。
体積収縮の計算:体積の収縮Rvを、以下の式を使用して計算する:Rv(%)=100.(d−d)/d
ISO規格1522に従うペルソ硬度の決定:試験される配合物をガラス板上に100μmのフィルムとして塗布し、次いでHg溶融ランプを用いて120W/cmで8m/分の速度で硬化させる。
コーティングされたガラス板と接触している振り子の振動(振幅12°から4°の通過)を減衰させる前の振動の数を、ISO規格 1522に従って測定する。
可撓性の決定:配合物を25/10mmの厚さの平滑な鋼板(D−46(R) Q−パネル)上に100μmのフィルムとして塗布し、次いでHg溶融ランプを用いて120W/cmで8m/分の速度で硬化させる。
コーティングされた板を、ISO規格1519に従って円筒状のマンドレル上で曲げる。結果を、それが亀裂を生じたり、支持体から剥離したりすることなく、課すことができる最小曲率半径の値(mmで表される)で表す。
耐アセトン性の決定:この配合物をガラス板上に12μmのフィルムとして塗布し、次いでHg溶融ランプを用いて120W/cmで8m/分の速度で硬化させる。コーティングをアセトンを浸漬させた布で擦る。結果は、フィルムが剥がれ、および/または脱凝集する時間(秒で表される)である。
数平均分子量Mnの計算:UAmAAの平均分子量を、以下の式によってg/モル(ダルトン)で示す:
Mn=r1/r2/fa2).fb.MM1+r2.fb.MM2+MM3
MM1、MM2およびMM3は、アクリレートa2)、ヒドロキシル化アミン(アミノアルコール)a1)およびポリイソシアネートb)のそれぞれのモル質量である。
数平均アクリレート官能性(Eqアクリレート/モルで表される)の計算:
Acr=r2.fb.(r1−1)
アミノアクリレート基含量の計算(mEq/gで表される):
Aa=1000.r2.fb/M
アクリレート密度の計算(mEq/gで表される):
=1000.r2.fb.(r1−1)/M

Claims (23)

  1. 1つ以上のアクリレート基、好ましくは少なくとも2つ、より優先的には少なくとも3つのアクリレート基を有するアミノアクリレート基に結合した少なくとも2つのウレタン官能基を含み、a)1以上のアクリレート基を有するヒドロキシル化アミノアクリレートとb)ポリイソシアネートとの反応であって、ヒドロキシル基がポリイソシアネートb)のイソシアネート基に対して過剰である反応から誘導されるウレタンアミノアクリレート−アクリレートであって、
    − 前記アミノアクリレートa)が、a2)アクリレート官能性または1モル当り2から6の範囲の数平均アクリレート官能性fa2を有する少なくとも1つの多官能性アクリレートへの、a1)ヒドロキシル基と第2級アミン基とを有するアミノアルコールの付加であって、a2)が前記アミノアルコールa1)の第2級アミン基−NHに対して化学量論的に過剰のアクリレート基であり、r1=アクリレート/NHの基比r1が>1、特に少なくとも1.2、より具体的には少なくとも1.5、さらにより具体的には少なくとも2である付加によって製造され、
    − r2=OH/NCOの基比r2が、>1かつ1.4まで、特に1.05から1.4、好ましくは1.05から1.2の範囲であり
    − 前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートが、0.3から6.0、好ましくは0.4から5.0、より優先的には0.6から4.0の範囲の、1グラム当たりのミリ当量(mEq/g)で表される前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートのアミノアクリレート基含量tAaを含有することを特徴とする
    ウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  2. 0.4から12.0、好ましくは1.3から12、より優先的には2から12mEq/gの範囲の、前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートのアクリレート基の密度dを有することを特徴とする請求項1に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  3. 前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレート1モル当たり0.4から60個、好ましくは1から15個、より優先的には2から15個、さらにより優先的には3から10個のアクリレートの範囲の数平均アクリレート官能性fAcrを有することを特徴とする請求項1または2に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  4. a2が少なくとも3である場合、r1=アクリレート/NHの基比r1が、fa2/(fa2−1)から2a2、好ましくはfa2/(fa2−2)から1.5a2の範囲であり、fa2は、a2)のアクリレート/モルで表される前記アクリレートa2)の官能性または混合物である場合には数平均官能性である、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  5. 前記ポリイソシアネートb)が、2から4、好ましくは2から3.5の範囲の官能性fbまたは数平均官能性を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  6. 前記ポリイソシアネートb)が、脂肪族、脂環式もしくは芳香族のポリイソシアネートまたはそれらのビウレット三量体もしくはトリイソシアヌレート誘導体、またはアロファネート変性された該ポリイソシアネートから選択されることを特徴とする請求項5に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  7. 前記アミノアルコールa1)が、下記一般式:R−NH−R−OH(式中RはCからCアルキルであり、RはCからC12、好ましくはCからCアルキレンまたはシクロアルキレンまたはアラルキレンである)で定義されるアミノアルコールから選択されることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  8. 前記アミノアルコールが、N−メチルエタノールアミン、N−イソブチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N−ブチルエタノールアミンおよびN−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン)から選択されることを特徴とする請求項7に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  9. 前記多官能アクリレートa2)が、CからC10のアルキレンポリオールのアクリル酸エステル、または脂環式ポリオールのアクリル酸エステルであって、前記ポリオールが2から6の官能性を有するアクリル酸エステルである多官能アクリレートモノマーであることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  10. 前記多官能性アクリレートa2)が、少なくとも2つの多官能性アクリレートの混合物であることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  11. 規格AFNOR XP.T51−213に従うヌリー粘度法により測定された、60℃で1から20、好ましくは5から15Pa.sの範囲の粘度を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレート。
  12. 以下の工程
    i) 前記多官能性アクリレートa2)への前記アミノアルコールa1)のマイケル付加反応により前記ヒドロキシル化アミノアクリレートa)を調製する工程であって、前記多官能性アクリレートa2)が前記アミノアルコールa1)のNH基に対して化学量論的に過剰であり、基比r1=アクリレート/N−Hが>1、特に少なくとも1.2、より具体的には少なくとも1.5、さらにより具体的には少なくとも2.0である工程
    ii) 前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートを得るために、工程i)の前記アミノアクリレートa)を前記ポリイソシアネートb)と反応させる工程であって、比r2=OH/NCOが1.05から1.40、好ましくは1.05から1.20の範囲である工程
    を含むことを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレートの調製方法。
  13. バインダーとして、請求項1から11のいずれか一項に記載の少なくとも1つのウレタンアクリレートを含むことを特徴とする有機バインダーの硬化性組成物。
  14. 前記バインダーに加えて、単官能性または多官能性(メタ)アクリレートモノマー、好ましくは多官能性アクリレートモノマーから選択される少なくとも1つの反応性希釈剤を含み、前記多官能性モノマーが、より具体的には、2から6、好ましくは2から4の範囲の官能性を有することを特徴とする請求項13に記載の組成物。
  15. 放射線によって、または過酸化物経路によって、または混合経路によって、またはポリアミンによるマイケル付加によって硬化可能であることを特徴とする請求項14に記載の組成物。
  16. UV、LED、レーザー、および電子ビーム、特にLEDから選択される放射線の下で硬化可能であることを特徴とする請求項14または15に記載の組成物。
  17. コーティング組成物、特に、インク、ワニス、塗料もしくは接着剤組成物または3D印刷用もしくは連続する層を敷設することによって3D物体を製造するための組成物、シーラント組成物、化学シーリング組成物、コンクリート組成物、または複合組成物であることを特徴とする請求項14から16のいずれか一項に記載の組成物。
  18. 硬化性組成物中での、請求項1から11のいずれか一項に記載のまたは請求項12に記載の方法によって得られるウレタンアミノアクリレート−アクリレートの使用。
  19. コーティング、3D印刷、連続する層を敷設することによる3D物体の製造、シーラント、化学シーリング、コンクリートまたは複合材に関することを特徴とする請求項18に記載の使用。
  20. 前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートが、放射線、特にUV、レーザーまたはLED放射線、特にLED放射線の下での硬化性組成物における硬化のための相乗剤として使用されることを特徴とする請求項18または19に記載の使用。
  21. 前記ウレタンアミノアクリレート−アクリレートが、UV硬化のための相乗剤バインダーとして使用されることを特徴とする請求項18から20のいずれか一項に記載の使用。
  22. 請求項1から11のいずれか一項に記載の少なくとも1つのウレタンアミノアクリレート−アクリレートまたは請求項13から17のいずれか一項に記載のウレタンアミノアクリレート−アクリレートを含む硬化性組成物の硬化から生じることを特徴とする硬化した完成品。
  23. コーティング、特に塗料、ワニス、インク、接着剤から選択される、または3D印刷によって得られた製品、連続する層を敷設することによって得られた3D製品、シールまたは化学シーリング、またはコンクリートまたは複合材から選択される、ことを特徴とする請求項22に記載の完成品。
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