JP6930475B2 - ポリシラザン組成物、並びにこれを塗布した基材および多層体 - Google Patents
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Description
広く使用されているポリシラザン化合物としては、ジクロロシラン(H2SiCl2)から得られる無機ポリシラザンが挙げられる。このような無機ポリシラザン化合物は、空気中の水分や酸素あるいは加熱処理によって無機ポリシラザン中のSi−H結合がSi−OHへと変換された後、最終的にSi−O−Si結合となり被膜を形成する。
すなわち、基材にプライマーとして無機ポリシラザンを処理した後、撥水性を有するケイ素系化合物を用いて処理することにより、無機ポリシラザンを介して基材と撥水成分を連結して撥水効果を長時間発揮する多層体を得ることができる(特許文献1)。
さらに、特許文献2記載の組成物は、溶剤として多量のアルコキシシラン類が使用されており、コーティング組成物として使用した場合に、空気中の水分と反応してゲル化してしまい、基材の外観を損ねてしまうことが考えられる。
1. 下記一般式(1)
で示される繰り返し単位を有し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算の数平均分子量が500〜100000のオルガノポリシラザン化合物と、
下記一般式(2)
で示されるオルガノキシシラン化合物を含むポリシラザン組成物、
2. 前記一般式(2)で示されるオルガノキシシラン化合物が、前記一般式(1)で示されるオルガノポリシラザン化合物の質量に対し、1〜50質量%含まれる1のポリシラザン組成物、
3. さらに、溶剤を含む1または2のポリシラザン組成物、
4. さらに、チタン、アルミ、スズおよび亜鉛から選ばれる金属を含む触媒を含む1〜3いずれかのポリシラザン組成物、
5. 1〜4のいずれかのポリシラザン組成物からなるプライマー、
6. 1〜4のいずれかの組成物を塗布してなる基材、
7. 6の基材の表面に、シリコーンエマルションまたは縮合硬化型シリコーンから選ばれるシリコーン組成物を塗布してなる多層体
を提供する。
また、本発明のポリシラザン組成物は、非反応性溶剤へ溶解できるため、基材への侵食やゲル化を起こす可能性が非常に少なく、さらに、プライマーとして利用した場合は、プライマー層の上にコーティングされたシリコーン組成物の耐久性を向上させることができる。
本発明に係るポリシラザン組成物は、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を有し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算の数平均分子量が500〜100000のオルガノポリシラザン化合物を含む。
上記R1およびR2の炭素数1〜20の1価炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、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、イコシル基等の直鎖状のアルキル基;イソプロピル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ネオペンチル、テキシル、2−エチルヘキシル基等の分岐鎖状のアルキル基;シクロペンチル、シクロヘキシル基等の環状のアルキル基;アリル、1−プロペニル、ブテニル、ペンテニル基等のアルケニル基;フェニル、トリル基等のアリール基;ベンジル、フェネチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
また、上記1価炭化水素基は、分子鎖中に、エーテル基(−O−)、チオエーテル基(−S−)等のヘテロ原子の1種または2種以上が介在していてもよい。
また、a,bは、0<a≦1、0≦b<1、好ましくは0.1<a<0.9、0.1<b<0.9であり、より好ましくは0.2<a<0.8、0.2<b<0.8であり、a+b=1を満たす数である。
上記数平均分子量の値は、GPCで求めた値(ポリスチレン換算)とする。GPC条件は実施例記載のとおりである。
また、R3、R4、R6およびR7は、互いに独立して、ヘテロ原子を含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数1〜20、好ましくは1〜10の1価炭化水素基を表し、R5は、ヘテロ原子を含んでいてもよい、置換または非置換の炭素数1〜30の2価炭化水素基を表す。
上記R3、R4、R6およびR7の炭素数1〜20の1価炭化水素基としては、R1およびR2で例示した基と同様のものが挙げられるが、炭素数1〜10の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜5の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜3の直鎖状のアルキル基がより一層好ましく、メチル基、エチル基がさらに好ましい。
このような、ヘテロ原子が介在した2価炭化水素基の具体例としては、アルキレンオキシアルキレン、アルキレンチオアルキレン、アルキレンアミノアルキレン、アルキレンシリルアルキレン、アルキレンシロキシシリルアルキレン基等が挙げられ、これらのアルキレン基としては、互いに独立して上記直鎖状、分岐鎖状、環状アルキレン基で例示した基と同様の基が挙げられる。この環状アルキレン基については、環構造中にヘテロ原子を含有していてもよく、その具体例としては、フラン、ピロール、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、トリアジン、イソシアヌレート等が挙げられる。
さらに、これらのヘテロ原子上には、アルコキシシリル基を含んでいてもよい炭素数1〜20の置換または非置換の1価炭化水素基を有していてもよい。この1価炭化水素基としては、上記R1およびR2で例示した基と同様のものが挙げられる。
このような炭素数2〜10の2価炭化水素基としては、R5で例示した基と同様の基が挙げられる。
溶剤の具体例としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、ドデカン、イソドデカン等の炭素数5〜20の脂肪族炭化水素化合物;ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭素数6〜10芳香族炭化水素化合物;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、4−メチルテトラヒドロピラン、シクロペンチルメチルエーテル、ジオキサン等のエーテル化合物;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル等のエステル化合物;アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性化合物;ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素化合物;ヘキサメチルジシロキサン、トリス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等のケイ素数2〜10のシロキサン化合物等が挙げられ、これらの溶剤は、1種単独で用いても、2種以上を混合してもよい。
特に、安全性の点から炭素数8〜12の脂肪族炭化水素化合物やケイ素数2〜8のシロキサン化合物が好ましい。
溶剤の使用量は特に限定されないが、オルガノポリシラザン化合物の濃度が、好ましくは0.01〜50質量%、より好ましくは0.1〜30質量%、より一層好ましくは5〜20質量%となる量である。
この触媒としては、チタン、アルミ、スズおよび亜鉛から選ばれる金属を含む触媒が好適に用いられ、その具体例としては、オルトチタン酸テトラブチル、オルトチタン酸テトラメチル、オルトチタン酸テトライソプロピル、オルトチタン酸テトラtert−ブチル等のオルトチタン酸テトラアルキル、それらの部分加水分解物等のチタン系触媒;三水酸化アルミニウム、アルミニウムアルコラート、アルミニウムアシレート、アルミニウムアシレートの塩、アルミノシロキシ化合物、アルミニウム金属キレート化合物等のアルミニウム系触媒;ジオクチルチンジオクテート、ジオクチルチンジラウレート等のスズ系触媒;オクチル酸亜鉛、2−エチルヘキサン酸亜鉛等の亜鉛系触媒等が挙げられる。
触媒の使用量は特に限定されないが、ポリシラザン組成物の全質量に対し、好ましくは0.01〜25質量%、より好ましくは1〜10質量%である。
本発明の基材は、上述した本発明のポリシラザン組成物を、無機材料または有機材料に塗布することによって得られる。
無機材料としては、金属、ガラス、金属繊維、ガラス繊維、粉末シリカ、粉末アルミナ、粉末タルク、粉末炭酸カルシウム等が挙げられる。
ガラスとしては、Eガラス、Cガラス、ARガラス、石英ガラス、ソーダガラス等の一般的に用いられる種類のガラスを用いることができる。
ガラス繊維は、その集合物でもよく、例えば、繊維径が3〜30μmのガラス糸(フィラメント)の繊維束、撚糸、織物等でもよい。
有機材料としては、ゴム、紙、セルロース等の天然繊維やプラスチック、樹脂等が挙げられ、無機材料の表面に有機材料が塗装されたものを用いてもよい。このような有機材料としては、ロジン、セラック、ニトロ化セルロース、アクリル樹脂、アミノ樹脂、アルキッド樹脂、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオール樹脂、メラミン樹脂等が挙げられ、特にアクリル樹脂、アルキッド樹脂が好ましい。
具体的には、ポリシラザン組成物をそのままで、または溶媒で希釈して、処理対象物の表面に塗布した後、乾燥処理を施す方法が挙げられる。
この場合、塗布方法は特に限定されるものではなく、公知の各種コーティング法、例えば、ハケ塗り法、スポンジ塗り法、スプレーコーティング、ワイヤーバー法、ブレード法、ロールコーティング法、ディッピング法等が採用できる。
また、ポリシラザン組成物を不活性ガスに同伴させ、この同伴ガスに処理対象物を接触させる方法や、処理対象物と共に、ポリシラザン組成物を直接ミキサーやミルで混合する方法等を採用してもよい。
処理後の乾燥条件も任意であり、常温から加熱下が採用できるが、常温下で乾燥させることが好ましい。
本発明の多層体は、上述の手法で本発明のポリシラザン組成物(プライマー)によって処理された基材の表面に、撥水性、水滑落性に優れるシリコーンエマルションまたは縮合硬化型シリコーンから選ばれるシリコーン組成物を塗布することによって得られる。
シリコーンエマルションとは、シリコーンオイルと水、界面活性剤からなるものを意味し、水中油滴エマルション(O/W型)または油中水滴エマルション(W/O型)のいずれも用いることができるが、作業性の点から水中油滴エマルションが好ましい。
このようなシリコーンエマルションは市販品として入手でき、その具体例としては、KM−9770、KM−9717、X−52−8005、X−51−1302M(以上、信越化学工業(株)製)等が挙げられる。
縮合硬化型シリコーンも市販品として入手でき、その具体例としては、メチル基を有するシリコーンオリゴマーであるKC−89S、KR−400、KR−515、KR−500、X−40−9225、X−40−9246、X−40−9250(以上、信越化学工業(株) 製)等が挙げられる。
縮合硬化型シリコーンを硬化させるための触媒としては、本発明のポリシラザン組成物に含有してもよい触媒と同様のものが挙げられる。
[合成例1]メチル基とヘキシル基を有するオルガノポリシラザン化合物の合成
撹拌機、還流器、挿入管および温度計を備えたフラスコに、ジメチルジクロロシラン171.0g(1.323モル)、ヘキシルトリクロロシラン96.9g(0.442モル)、トルエン1027.8gを仕込んだ。この反応液に、40℃以下を維持しながら挿入管よりアンモニアを吹き込んだ。還流器の上部からアンモニアの留出を確認した後、挿入管から窒素を吹き込んで余剰のアンモニアを除去した。得られた反応液をろ過して塩化アンモニウムを除去した後、ろ液を濃縮し、反応物149.9gを得た。
IR分析により、NHに由来する3387cm-1、Si−N−Siに由来する941cm-1のピークを確認した。GPC分析を行うと、数平均分子量(Mn)が617であり、メチル基とヘキシル基を有するオルガノポリシラザン化合物の生成を確認できた。なお、GPCの分析条件は下記のとおりである。
装置:LC−20AD((株)島津製作所製)
カラム:LF−404(4.6mm×250mm)(Shodex社製)×2
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:0.35ml/min
検出器:RI
カラム恒温槽温度:40℃
標準物質:ポリスチレン
[比較例1−1]
合成例1で得られたオルガノポリシラザン10gと、シラン化合物である3−アミノプロピルトリエトキシシラン1gと、IPソルベント1620(出光興産(株)製)11gとを加え、50質量%プライマー組成物を調製した。このプライマー組成物1gをさらにIPソルベント1620 9gで希釈し、5質量%プライマー組成物1を調製した(以下、「プライマー1」という)。
シラン化合物をビス(トリメトキシシリルプロピル)アミンとした以外は、比較例1−1と同様にしてプライマー組成物2を調製した(以下、「プライマー2」という)。
シラン化合物をトリス(トリメトキシシリルプロピル)アミンとした以外は、比較例1−1と同様にしてプライマー組成物3を調製した(以下、「プライマー3」という)。
シラン化合物を2,2−ジメトキシ−1−(3−トリメトキシシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタンとした以外は、比較例1−1と同様にしてプライマー組成物4を調製した(以下、「プライマー4」という)。
有機ポリシラザンをテトラエトキシシランとした以外は、比較例1−1と同様にしてプライマー組成物5を調製した(以下、「プライマー5」という)。
シラン化合物を1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタンとした以外は、比較例1−1と同様にしてプライマー組成物6を調製した(以下、「プライマー6」という)。
シラン化合物を1,8−ビス(トリエトキシシリル)オクタンとした以外は、比較例1−1と同様にしてプライマー組成物7を調製した(以下、「プライマー7」という)。
[実施例2−1〜2−4、比較例2−1〜2−4]
アミノアルキド樹脂エナメル塗装が施された亜鉛めっき鋼板を窒素フローにより洗浄し、次いで研磨剤(爆白ONE:KeePer技研製)を用いて水洗いした。乾燥させた後、表1に示される組成のプライマー組成物をウエス(コットンシーガル:(株)千代田化学製)で塗布した後、マイクロファイバークロスでムラがなくなるまで拭き上げた。
1時間室温で静置した後、このプライマーコート層面に撥水性と水滑落性に優れるシリコーンエマルション(KM−9770:信越化学工業(株)製)の5質量%水溶液をウエス(コットンシーガル:(株)千代田化学製)で塗布し、その後、マイクロファイバークロスでムラがなくなるまで拭き上げた。そして、一晩室温で静置して、試験片を作製した。
[撥水性、耐久性試験]
耐久性試験は、湿らせたウエス(コットンシーガル:(株)千代田化学製)で500g荷重400回の摩擦を行った。この試験を実施していない場合は「なし」、実施した場合は「あり」とした。
撥水性は、水接触角を接触角計(協和界面科学(株)製)で測定した。実施例2−2〜2−4、比較例2−2〜2−4については、摩擦を行った部位の水接触角を測定した。
すなわち、プライマーを用いない場合(比較例2−1,2−2)、添加されるアルコキシシラン中のアルコキシシリル基が分子内に1つしかない場合(比較例2−3)、有機ポリシラザンを用いない場合(比較例2−4)は、摩擦後の接触角が実施例2−2〜2−4よりも大きく低下し、撥水性が低下していることがわかる。
[実施例3−1〜3−3、比較例3−1〜3−2]
アミノアルキド樹脂エナメル塗装が施された亜鉛めっき鋼板を窒素フローにより洗浄し、次いで研磨剤(爆白ONE:KeePer技研製)を用いて水洗いした。乾燥させた後、表2に示される組成のプライマー組成物をウエス(コットンシーガル:(株)千代田化学製)で塗布した後、マイクロファイバークロスでムラがなくなるまで拭き上げた。
1時間静置した後、このプライマーコート層面に撥水性と水滑落性に優れる縮合硬化型シリコーンX−40−9250をウエス(コットンシーガル:(株)千代田化学製)で塗布し、マイクロファイバークロスでムラがなくなるまで拭き上げた。その後、一晩室温で静置して、試験片を作製した。
次に、「(3)基材の作製」で作製した試験片と同様の耐久性試験を行い、該当部分の水接触角と水滑落角を接触角計(協和界面科学(株)製)で測定した。結果を表2に示す。
Claims (7)
- 下記一般式(1)
で示される繰り返し単位を有し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算の数平均分子量が500〜100000のオルガノポリシラザン化合物と、
下記一般式(2)
で示されるオルガノキシシラン化合物を含むことを特徴とするポリシラザン組成物。 - 前記一般式(2)で示されるオルガノキシシラン化合物が、前記一般式(1)で示されるオルガノポリシラザン化合物の質量に対し、1〜50質量%含まれる請求項1記載のポリシラザン組成物。
- さらに、溶剤を含む請求項1または2記載のポリシラザン組成物。
- さらに、チタン、アルミ、スズおよび亜鉛から選ばれる金属を含む触媒を含む請求項1〜3いずれか1項記載のポリシラザン組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載のポリシラザン組成物からなるプライマー。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載の組成物を塗布してなる基材。
- 請求項6記載の基材の表面に、シリコーンエマルションまたは縮合硬化型シリコーンから選ばれるシリコーン組成物を塗布してなる多層体。
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