JP7290115B2 - (メタ)アクリル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法、硬化性組成物およびインクジェット用インク - Google Patents
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Description
1. 下記一般式(1)で表される環状オルガノハイドロジェンポリシロキサン、または下記一般式(1)で表される環状オルガノハイドロジェンポリシロキサンおよび下記一般式(2)で表される環状ジメチルポリシロキサンの混合物と、
下記一般式(3)で表されるジシロキサンと
をブレンステッド酸の存在下で反応させる、下記一般式(4)で表される(メタ)アクリル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法、
2. 下記一般式(4)で表される(メタ)アクリル官能性オルガノポリシロキサンと、光重合開始剤およびヒドロシリル化反応触媒のうち少なくとも一種とを含む硬化性組成物、
3. 2記載の硬化性組成物からなるインクジェット用インク、
4. 2記載の硬化性組成物を硬化してなる硬化物
を提供する。
本発明の製造方法は、下記一般式(1)で表される環状オルガノハイドロジェンポリシロキサン、または下記一般式(1)で表される環状オルガノハイドロジェンポリシロキサンおよび下記一般式(2)で表される環状ジメチルポリシロキサンの混合物と、下記一般式(3)で表されるジシロキサンとをブレンステッド酸の存在下で反応させて、下記一般式(4)で表される(メタ)アクリル官能性オルガノポリシロキサンを製造するものである。なお、下記式中、Meはメチル基を表す(以下、同じ。)。
これらの中でも、n-プロピル、n-ブチル、n-ヘキシル、n-オクチル基等の直鎖アルキル基が好ましく、未反応成分の取り除きやすさ、および表面張力を向上させる点において、炭素原子数3~6のアルキル基がより好ましく、n-プロピル基が最も好ましい。
b1/(a1+b1)の比率は、開環重合反応性および得られるポリシロキサンの表面張力の点から0.25~0.5が好ましい。
なお、式(1)におけるシロキサン単位の配列は任意であってよく、ランダム、ブロック、交互等のいずれでもよい。
b2/(a2+b2+c2)は0.2~0.8の数であり、0.3~0.6の数が好ましい。0.2未満では所望の表面張力およびインクジェット吐出性が得られなくなり、0.8を超えるものは製造が困難になる。
なお、式(4)におけるシロキサン単位の配列は任意であってよく、ランダム、ブロック、交互等のいずれでもよい。
2,4,6,8-テトラメチル-2-n-プロピルシクロテトラシロキサン、
2,4,6,8-テトラメチル-2,4-ジ-n-プロピルシクロテトラシロキサン、
2,4,6,8-テトラメチル-2,6-ジ-n-プロピルシクロテトラシロキサン、
2,4,6,8-テトラメチル-2,4,6-トリ-n-プロピルシクロテトラシロキサン
等が挙げられる。これらの中でも、
2,4,6,8-テトラメチル-2,4-ジ-n-プロピルシクロテトラシロキサン、
2,4,6,8-テトラメチル-2,6-ジ-n-プロピルシクロテトラシロキサン
が好ましく、これらは1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
1,3-ビス(アクリロイルオキシメチル)テトラメチルジシロキサン、
1,3-ビス(メタクリロイルオキシメチル)テトラメチルジシロキサン、
1,3-ビス(アクリロイルオキシプロピル)テトラメチルジシロキサン、
1,3-ビス(メタクリロイルオキシプロピル)テトラメチルジシロキサン
等が挙げられる。
ブレンステッド酸としては、濃塩酸、濃硫酸、濃硝酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、p-ニトロベンゼンスルホン酸、1,1,1-トリフルオロ-N-[(トリフルオロメチル)スルホニル]メタンスルホンアミド等が挙げられる。これらのうち、(1)~(3)成分との相溶性の観点から、濃塩酸、濃硫酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸が好ましい。
重合は公知の条件を用いればよく、好ましくは50~100℃、1~24時間の条件で行うことができる。
これらの光重合開始剤のうち、(メタ)アクリル官能性オルガノポリシロキサンとの相溶性の観点から好ましいのは、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オンである。
シロキサン構造を含まない単官能(メタ)アクリレート化合物としては、イソアミルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、エトキシ-ジエチレングリコールアクリレート、メトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、2-エチルヘキシル-ジグリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、これらの混合物等が挙げられ、特にイソボルニルアクリレートが好ましい。
本発明の硬化性組成物は、付加硬化反応を抑制・制御する効果を有する化合物(ヒドロシリル化反応制御剤)を含有することができる。このような化合物としては、従来公知のものを用いることができる。その具体例としては、トリフェニルホスフィン等のリン含有化合物;トリブチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ベンゾトリアゾール等の窒素原子を含有する化合物;硫黄原子を含有する化合物;アセチレンアルコール類等のアセチレン系化合物;ハイドロパーオキシ化合物;マレイン酸誘導体等が挙げられる。
その他の成分としては、付加硬化性を増強するためのヒドロシリル基を有する架橋剤、シランカップリング剤などの、基材への接着性付与剤、酸化防止剤および光安定剤;金属酸化物、金属水酸化物等の耐熱向上剤、着色のための染料等が挙げられる。
また、本発明の硬化性組成物を紫外線により硬化させる場合、照射する紫外線の光源としては、例えば、UVLEDランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、カーボンアークランプ、およびキセノンランプ等が挙げられる。紫外線の照射量(積算光量)は、例えば、本発明の組成物を2.0mm程度の厚みに成形したシートに対して、好ましくは1~5,000mJ/cm2であり、より好ましくは10~4,000mJ/cm2である。つまり、照度100mW/cm2の紫外線を用いた場合、0.01~50秒程度紫外線を照射すればよい。
また、これらの硬化方法を組み合わせてもよく、例えば、紫外線照射後に加熱によるポストキュアを行って硬化を更に進めることが可能である。
蛇管冷却器、温度計を備えた1Lの四つ口セパラブルフラスコに、下記式(5)で示される環状オルガノハイドロジェンポリシロキサン649.4g、1,3-ビス(アクリロイルオキシメチル)テトラメチルジシロキサン302.5g、ジt-ブチルヒドロキシトルエン0.4g、およびトリフルオロメタンスルホン酸2.6gを入れ、撹拌しながら油浴にて昇温した。内温が80~90℃に達してから、更に6時間撹拌を続けた。撹拌を止めて25℃になるまで冷却した後、トリフルオロメタンスルホン酸を中和するべく、キョーワード500(協和化学工業(株)製)を30g加え、25℃にて8時間撹拌を行った。その後、空気のバブリングを行いながら、内温140℃/10mmHgで24時間未反応物を留去させることで除去した。25℃になるまで冷却した後、濾過を行って固形物を取り除き、下記式(6)で示されるポリシロキサンを674g(収率70.8%)得た。
GPC:Mn/Mw 1064/1580
1H-NMR:(6.37ppm,d,2H,CH2=CH)(6.12ppm,dd,2H,CH2=CH)(5.79ppm,d,2H,CH2=CH)(4.69ppm,s,4H,Si-H)(3.82ppm,m,4H,O-CH2-Si)(1.40ppm,m,8H CH3CH2CH2)(0.95ppm,m,12H,CH3CH2CH2)(0.55ppm,m,8H,CH3CH2CH2)(0.20-0.04,m,36H,CH3-Si)
蛇管冷却器、温度計を備えた1Lの四つ口セパラブルフラスコに、上記式(5)で示される環状オルガノハイドロジェンポリシロキサン649.4g、1,3-ビス(メタクリロイルオキシプロピル)テトラメチルジシロキサン154.6g、ジt-ブチルヒドロキシトルエン0.4g、およびトリフルオロメタンスルホン酸0.8gを入れ、撹拌しながら油浴にて昇温した。内温が80~90℃に達してから、更に8時間撹拌を続けた。撹拌を止めて25℃になるまで冷却した後、トリフルオロメタンスルホン酸を中和するべく、キョーワード500(協和化学工業(株)製)を10g加え、25℃にて8時間撹拌を行った。その後、空気のバブリングを行いながら、内温140℃/10mmHgで24時間、未反応物を留去させることで除去した。25℃になるまで冷却した後、濾過を行って固形物を取り除き、下記式(7)で示されるポリシロキサンを704.6g(収率87.6%)得た。
GPC:Mn/Mw 1666/3042
1H-NMR:(6.10ppm,s,2H,CH2=CCH3)(5.54ppm,s,2H,CH2=CCH3)(4.70ppm,s,9H,Si-H)(4.10ppm,m,4H,O-CH2 CH2CH2-Si)(1.94ppm,s,6H,CH2=CCH3)(1.72-1.69ppm,m,4H,O-CH2,CH2CH2-Si)(1.40ppm,m,18H,CH3CH2CH2)(0.95ppm,m,27H,CH3CH2CH2)(0.55ppm,m,22H,O-CH2,CH2CH2-Si,CH3CH2CH2)(0.20-0.04,m,66H,CH3-Si)
蛇管冷却器、温度計を備えた1Lの四つ口セパラブルフラスコに、2,4,6,8-テトラメチル-2,4,6,8-テトラ-n-プロピルシクロテトラシロキサン613.26g、1,3-ビス(アクリロイルオキシメチル)テトラメチルジシロキサン226.9g、ジt-ブチルヒドロキシトルエン0.4g、およびトリフルオロメタンスルホン酸2.6gを入れ、撹拌しながら油浴にて昇温した。内温が120~130℃に達してから、更に6時間撹拌を続けた。この間、経時でサンプリングを行い、GPC測定により反応の進行度合いを確認したが、重合反応は全く進行しておらず、6時間経過後も原料がそのまま残存していた。
蛇管冷却器、温度計を備えた1Lの四つ口セパラブルフラスコに、2,4,6,8-テトラメチルシクロテトラシロキサン360.8g、1,3-ビス(アクリロイルオキシメチル)テトラメチルジシロキサン30.25g、ジt-ブチルヒドロキシトルエン0.4g、およびトリフルオロメタンスルホン酸0.3gを入れ、撹拌しながら油浴にて昇温した。内温が80~90℃に達してから、更に8時間撹拌を続けた。撹拌を止めて25℃になるまで冷却した後、トリフルオロメタンスルホン酸を中和するべく、キョーワード500(協和化学工業(株)製)を10g加え、25℃にて8時間撹拌を行った。その後、空気のバブリングを行いながら、内温140℃/10mmHgで6時間、未反応物を留去させることで除去した。25℃になるまで冷却した後、濾過を行って固形物を取り除き、下記式(8)で示されるポリシロキサンを331.8g(収率84.5%)得た。
GPC:Mn/Mw 2637/6624
1H-NMR:(6.38ppm,dd,2H,CH2=CH)(6.13ppm,dd,2H,CH2=CH)(5.79ppm,dd,2H,CH2=CH)(4.70ppm,brs,60H,Si-H)(3.84ppm,s,4H,O-CH2-Si)(0.20,brs,189H,CH3-Si)
蛇管冷却器、温度計を備えた1Lの四つ口セパラブルフラスコに、オクタメチルシクロテトラシロキサン690.1g、1,3-ビス(メタクリロイルオキシプロピル)テトラメチルジシロキサン180g、ジブチルヒドロキシトルエン0.4g、およびトリフルオロメタンスルホン酸1.3gを入れ、撹拌しながら油浴にて昇温した。内温が80~90℃に達してから、更に6時間撹拌を続けた。撹拌を止めて25℃になるまで冷却した後、トリフルオロメタンスルホン酸を中和するべく、キョーワード500(協和化学工業(株)製)を4g加え、25℃にて8時間撹拌を行った。その後、空気のバブリングを行いながら、内温140℃/10mmHgで24時間、未反応物を留去させることで除去した。25℃になるまで冷却した後、濾過を行って固形物を取り除き、下記式(9)で示されるポリシロキサンを696g(収率80%)得た。
GPC:Mn/Mw 2100/3834
1H-NMR:(6.10ppm,s,2H,CH2=CH)(5.54ppm,s,2H,CH2=CH)(4.10ppm,t,4H,O-CH2CH2)(1.95ppm,s,6H,CH2=CCH3)(1.72-1.68ppm,m,4H,CH3CH2CH2)(0.59-0.55ppm,m,2H,CH3CH2CH2)(0.18-0.5,m,120H,CH3-Si)
蛇管冷却器、温度計を備えた1Lの四つ口セパラブルフラスコに、オクタメチルシクロテトラシロキサン800.6g、1,3-ビス(アクリロイルオキシメチル)テトラメチルジシロキサン75.8g、ジブチルヒドロキシトルエン0.4g、およびトリフルオロメタンスルホン酸1.3gを入れ、撹拌しながら油浴にて昇温した。内温が80~90℃に達してから、更に6時間撹拌を続けた。撹拌を止めて25℃になるまで冷却した後、トリフルオロメタンスルホン酸を中和するべく、キョーワード500(協和化学工業(株)製)を4g加え、25℃にて8時間撹拌を行った。その後、空気のバブリングを行いながら、内温140℃/10mmHgで24時間、未反応物を留去させることで除去した。25℃になるまで冷却した後、濾過を行って固形物を取り除き、下記式(10)で示されるポリシロキサンを725.6g(収率82.8%)得た。
GPC:Mn/Mw 3670/6701
1H-NMR:(6.38ppm,d,2H,CH2=CH)(6.12ppm,dd,2H,CH2=CH)(5.79ppm,d,2H,CH2=CH)(3.82ppm,s,4H,O-CH2-Si)(0.30-0.08,m,264H,CH3-Si)
〔粘度〕
粘度は、東機産業(株)製回転粘度計を用いて23℃で測定した。
〔表面張力〕
表面張力は、協和界面科学(株)製自動表面張力計CBVP-Z型を用いて23℃で測定した。
〔インクジェット吐出性〕
インクジェット吐出性は、FUJIFILM Dimatix社製液滴観察装置DMP-2831(DMP-2831専用マテリアルカートリッジDMC-11610)を用いて、周波数10kHz、ヘッド温度23℃、ノズル径80μmの吐出条件で吐出状態をカメラで撮影することにより評価した。
8~30pL/滴以上の液滴が吐出され、更に、液滴の捩れや飛沫の存在、ヘッド部の汚れなどの不良がない場合は○とし、この状態に該当しなかった場合は×とした。
一方、上記式(1)で表される環状オルガノハイドロジェンポリシロキサンに代えて、Si-H基を有しない環状オルガノポリシロキサンを使用した比較例1では重合が進行しなかった。炭素原子数3~8のアルキル基を有しない環状ポリシロキサンを使用した比較例2~4ではインクジェット吐出性が不充分であった。
Claims (4)
- 下記一般式(1)で表される環状オルガノハイドロジェンポリシロキサン、または下記一般式(1)で表される環状オルガノハイドロジェンポリシロキサンおよび下記一般式(2)で表される環状ジメチルポリシロキサンの混合物と、
下記一般式(3)で表されるジシロキサンと
をブレンステッド酸の存在下で反応させる、下記一般式(4)で表される(メタ)アクリル官能性オルガノポリシロキサンの製造方法。
- 下記一般式(4)で表される(メタ)アクリル官能性オルガノポリシロキサンと、光重合開始剤およびヒドロシリル化反応触媒のうち少なくとも一種とを含む硬化性組成物。
- 請求項2記載の硬化性組成物からなるインクジェット用インク。
- 請求項2記載の硬化性組成物を硬化してなる硬化物。
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