JP6814242B2 - プラスチック用親水化剤の成分及びプラスチック用親水化剤 - Google Patents

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Description

本発明は、親水効果や防曇効果が大きく、省エネルギーで製造できるコーティング可能な親水化剤あるいは防曇剤の成分として有用なケイ素系化合物に関する。
本発明者らは、親水化剤の材料に関する数多くの特許出願を行っている。
その中で、今回の発明に関係する代表的な特許出願を以下に示す。
プラスチック基板(例えばポリカーボネート)の表面親水化剤として、本発明者らは既にスルホン酸基及びブロックドイソシアネート基を持つケイ素化合物で修飾した金属酸化物ゾルを特許出願している(特許文献1実施例6)。またベタイン基及びブロックドイソシアネート基を持つケイ素化合物の加水分解縮合物からなる親水化剤も特許出願している(特許文献2実施例1−5、1−9)。特許文献1に記載の親水性基がスルホン酸基を有するケイ素化合物で修飾された金属酸化物ゾルの場合は、プラスチックに対して耐久性の高い親水性を示す。これはブロックドイソシアネート基が加熱によりイソシアネート基が生成してプラスチック基板上に存在する水酸基と化学反応して強固に結合することに起因する。しかし、特許文献2に記載の親水性基がベタイン基を有するケイ素化合物の加水分解縮合物の場合は、耐久性が劣るという問題がある。これは、先行技術に記載されている3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランと3,5−ジメチルピラゾールとの反応生成物であるブロックドイソシアネート基を有するケイ素化合物の分子鎖長が、スルホン酸基を有するケイ素化合物の分子鎖長よりは長いが、ベタイン基を有するケイ素化合物の分子鎖長よりは短いためと考えられる。
すなわち親水性基がスルホン酸基の場合は、ブロックドイソシアネート基は基板のプラスチック表面に接することが出来るので所定の温度以上ではプラスチック基板と反応が可能で、耐久性の高い親水性を発現できる。しかし、親水性基がベタイン基の場合で、ブロックドイソシアネート基を有するケイ素化合物の分子鎖長がベタイン基を有するケイ素化合物の分子鎖長よりは短い場合は、ブロックドイソシアネート基が基板のプラスチック表面に接することが困難なために基板と反応しづらく、耐久性の高い親水性を発現できないと考えられる。
特開2017−71725号公報 国際公開12016/167097号
本発明の目的は、プラスチック基板に対して耐久性の高い親水性を示すベタイン系親水化剤を提供するために必要な、ベタイン基を有するケイ素化合物より長い分子鎖を有するブロックイソシアネート基を有するケイ素系化合物を提供することである。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、耐久性の高いベタイン系親水化剤を得るために必要なブロックイソシアネート基含有ケイ素化合物を見出し、下記に示す発明を完成させた。
本発明のケイ素系化合物は、
〔1〕 プラスチック用親水化剤の成分が、下記式(1)で表されるブロックイソシアネート基含有ケイ素系化合物であるプラスチック用親水化剤の成分
(X3−o−Si(CH−(CH−S−CHCHYCOO(CH(OCHCHNHCO−Z (1)
{式中Xは炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子及び水酸基であり、oは0又は1であり、pは2〜4の整数であり、Yはメチル基又は水素原子であり、qは2又は3であり、rは0又は1であり、Zは3,5−ジメチルピラゾール基又はメチルエチルケトオキシム基である}
〔2〕 少なくとも前記〔1〕に記載の一般式(1)で表されるブロックイソシアネート基含有ケイ素化合物及びベタイン基含有ケイ素系化合物を含むことを特徴とするプラスチック用親水化剤。
〔3〕 前記ブロックイソシアネート基含有ケイ素化合物の分子鎖が、ベタイン基含有ケイ素系化合物の分子鎖よりも長いことを特徴とする前記〔2〕に記載のプラスチック用親水化剤。
本発明の、ベタイン基を有するケイ素化合物より長い分子鎖のブロックイソシアネート基を有するケイ素化合物を用いることにより、プラスチック基板にイソシアネート基が接して化学反応して化学結合することにより、親水性基がベタイン基であってもプラスチック基板に対して耐久性の高い親水化剤を提供することが出来る。
図1は、実施例1の原料である2−[(3,5−ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレートのNMRチャートを示す。 図2は、実施例1の原料である3−メルカプトプロピルトリメトキシシランのNMRチャートを示す。 図3は、実施例1で得られた本発明の化合物(1)のNMRチャートを示す。
本発明の前記一般式(1)で表される化合物について説明する。
本発明の化合物である一般式(1)で表される化合物は、Xの炭素数1〜6のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、イソプロピル基、n−プロピル基、tert−ブトキシ基、n−ブトキシ基等が挙げられる。これらのうち好ましくは、メチル基及びエチル基である。
また、Xのハロゲン原子としては、塩素原子または臭素原子である。
oは0または1であり、好ましくは0である。
pは1〜5の整数であり、好ましくは2〜4であり、最も好ましくは3である。
qは1〜4の整数であり、好ましくは2〜3であり、最も好ましくは2である。
前記一般式(1)で表される具体的な化合物としては以下の化合物が挙げられる。
ただし−Zは3,5−ジメチルピラゾール基を表す。
(CHO)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHNHCO−Z (1)
(CHO)(CH)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHNHCO−Z (2)
(CO)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHNHCO−Z (3)
(CHO)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHNHCO−Z (4)
(CHO)(CH)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHNHCO−Z (5)
(CO)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHNHCO−Z (6)
(CHO)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHOCHCHNHCO−Z (7)
(CHO)(CH)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHOCHCHNHCO−Z (8)
(CO)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHOCHCHNHCO−Z (9)
(CHO)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHOCHCHNHCO−Z (10)
(CHO)(CH)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHOCHCHNHCO−Z (11)
(CO)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCH OCHCHNHCO−Z (12)
(CHO)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (13)
(CHO)(CH)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (14)
(CO)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (15)
(CHO)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (16)
(CHO)(CH)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (17)
(CO)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (18)
(CHO)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (19)
(CHO)(CH)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (20)
(CO)SiCHCHCHSCHCH(CH)COOCHCHOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (21)
(CHO)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (22)
(CHO)(CH)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (23)
(CO)SiCHCHCHSCHCHCOOCHCHOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (24)
(CHO)SiCHCHCHNHCHCH(CH)COOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C) (25)
本発明の前記一般式(1)で表されるブロックイソシアネート基含有ケイ素化合物は以下の方法により得られる。
すなわち、前記一般式(2)で表されると前記一般式(3)で表される化合物を不活性雰囲気下、ラジカル発生剤の存在下加熱することにより得ることが出来る。
この際溶剤で希釈してもしなくても良い。
反応温度は、室温から120℃であり、好ましくは60〜100℃である。
反応時間は、2〜24時間あり、好ましくは6〜24時間である。
前記一般式(2)で表される化合物に対する、前記一般式(3)で表される化合物のモル比は0.95〜1.05であり、好ましくは1.0である。
ラジカル発生剤としては、アゾ系化合物及び過酸化物系化合物が挙げられる。
前記アゾ系化合物としては、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)及び1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)等が挙げられる。
これらのうち好ましいのは、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)である。
前記過酸化物系化合物としては、ジラウロイルパーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド及びtert−ブチルクミルパーオキサイド等が挙げられる。
これらのうち好ましいのは、ジベンゾイルパーオキサイドである。
溶媒は用いても用いなくてもよい。溶媒を用いる場合、溶剤としては、芳香族炭化水素系溶剤(ベンゼン、トルエン及びキシレン等)、脂肪族炭化水素系溶剤(ヘプタン及びオクタン等)、エーテル系溶剤(テトラハイドロフラン、1,2−ジメトキシエタン及び1,2−ジエトキシエタン等)、アルコール系溶剤(メタノール、エタノール及びイソプロパノール等)、エステル系溶剤(酢酸エチル及び酢酸ブチル等)等が挙げられる。
これらのうち好ましいのは、芳香族系炭化水素及びエステル系溶剤であり、無溶媒がさらに好ましい。
前記一般式(2)で表される具体的な化合物としては以下の物が挙げられる。
(CHO)SiCHCHCHSH
(CO)SiCHCHCHSH
(CHO)(CH)SiCHCHCHSH
これらの化合物は市販品として手に入れることが出来る。
前記一般式(3)で表される具体的な化合物としては以下の物が挙げられる。
ただし、Zは3,5−ジメチルピラゾール基を表す。
CH=C(CH)COOCHCHNHCO−Z
CH=CHCOOCHCHNHCO−Z
CH=C(CH)COOCHCHOCHCHNHCO−Z
CH=CHCOOCHCHOCHCHNHCO−Z
CH=C(CH)COOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C
CH=CHCOOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C
CH=C(CH)COOCHCHOCHCHNHCO−ON=C(CH)(C
CH=CHCOOCHCHOCHCHNHCOON=C(CH)(C
これらの化合物は市販品として入手するか、あるいはピラゾール基又はメチルエチルケトオキシム基が付加していないイソシアネート化合物と固体のピラゾール又は液体のメチルケトオキシムを反応させることにより得ることが出来る。
すなわち、イソシアネート化合物とピラゾール又はメチルエチルケトオキシムを無溶媒で室温から100℃で等モル混合することにより付加反応が進行し、容易に得ることが出来る。
本発明のケイ素系化合物は、樹脂(例えばポリカーボネート)の親水(防曇)化剤の原料として有用である。
本ケイ素化合物を用いることにより、親水(防曇)性を発揮するベタイン基を有するケイ素化合物のよりも分子鎖が長いため、樹脂と接触しやすくなり、接着性が増して耐久性が向上すると考えられる。
本発明のブロックイソシアネート基含有ケイ素化合物を用いる量としては、ベタイン基含有ケイ素化合物に対して、10〜100重量%であり、好ましくは20〜80重量%である。
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明する。実施例は、本発明を説明するものであり、制限を加えるものではない。
〔実施例1〕
ブロックドイソシアネート化合物、2−[(3,5−ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレート(昭和電工株式会社製、商品名:カレンズMOI−BP)25.1g(100mmol)と3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製)19.6(100mmol)gを混合してアルゴンを20分間バブリングした。その中へアゾビスイソブチロニトリル164mg(1mmol)を加え、80℃で一晩加熱撹拌することにより本発明の化合物(1)を得た。H−NMRより原料のメタクリル基プロトンの吸収(5.6ppm、5.91ppm及び6.15ppm)が消滅していることを確認した。
図1、2及び3に原料である2−[(3,5−ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレート、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン及び本発明の化合物(1)のNMRチャートを示す。
〔使用例1〕
[3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル]トリメトキシシラン(東京化成工業株式会社製)5.2g(25mmol)、実施例1で得た本発明の化合物(1)3.0g(6.7mmol)、特開平2017−061439号公報の実施例1に記載の方法で得た界面活性剤2.0gをエチルアルコール10ml及び水5mlに溶解させ一晩加熱還流した。冷却後、クロロ酢酸ナトリウム(ナカライテスク社製)2.91g(25mmol)及び水5mlを加えさらに一晩加熱還流して水を加えることにより親水化剤(1)を得た。
〔比較例1〕
使用例1において本発明の化合物(1)の代わりに、WOA12016167097号公報合成例4に記載の方法で得たケイ素系化合物3.0gを用いた以外は同様の操作を行うことにより親水化剤(2)を得た。
耐久評価結果
使用例1及び比較例1で得た親水化剤をメタノールで25倍に希釈したコーティング液で以下の様に所定の基板の表面を改質し、初期の接触角及び水滴を垂らしてキムワイプで拭く操作を10回繰り返した後の接触角を測定し、その値から耐久性を評価した。
〔親水性評価サンプルの作製〕
ポリカーボネート板{76mm、26mm、1.0mm;エタノールで洗浄したもの}を処理液(表面親水化剤)に浸漬し、ポリカーボネート板を取り出した後、液切りをし、130℃、1間加熱処理した表面防曇ポリカーボネート板を得た。
〔親水性評価結果〕
接触角測定装置{協和界面化学株式会社、DROP MASTER 500、液適量2μL、測定間隔1000ms、測定回数30回}で、表面改質スライドガラスの表面の任意の5箇所について、接触角(度)を測定し、平均値を算出した。結果を表1に示した。
上記結果から明らかの様に本発明のケイ素化合物を添加した系においては、耐久性が高いことが明らかである。
本発明のケイ素系化合物から誘導される親水化剤は、プラスチックに対して耐久性が高いため、防犯カメラカバーや車のヘッドランプ用カバーに使用可能で、安価に製造出来るため、親水化剤のみならず、帯電防止剤、たんぱく質や血液の付着防止剤として好適である。

Claims (3)

  1. プラスチック用親水化剤の成分が、下記式(1)で表されるブロックイソシアネート基含有ケイ素系化合物であるプラスチック用親水化剤の成分
    (X3−o−Si(CH−(CH−S−CHCHYCOO(CH(OCHCHNHCO−Z (1)
    {式中Xは炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子及び水酸基であり、oは0又は1であり、pは2〜4の整数であり、Yはメチル基又は水素原子であり、qは2又は3であり、rは0又は1であり、Zは3,5−ジメチルピラゾール基又はメチルエチルケトオキシム基である}
  2. 少なくとも請求項1に記載の一般式(1)で表されるブロックイソシアネート基含有ケイ素化合物及びベタイン基含有ケイ素系化合物を含むことを特徴とするプラスチック用親水化剤。
  3. 前記ブロックイソシアネート基含有ケイ素化合物の分子鎖が、ベタイン基含有ケイ素系化合物の分子鎖よりも長いことを特徴とする請求項2に記載のプラスチック用親水化剤。
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