JP7317502B2 - 改善された表面硬化特性を有するフリーラジカル硬化性コーティング及び封止剤組成物 - Google Patents
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Description
a) 2部分系であり、2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を有する少なくとも1種の化合物と、2つ以上のチオール基を含む少なくとも1種のポリチオール化合物とを含むか、本質的にそれらからなるか、又はそれらからなる部分A、及び少なくとも1種のフリーラジカル開始剤を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる部分B;又は
b) 3部分系であり、2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を有する少なくとも1種の化合物を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる部分A、2つ以上のチオール基を含む少なくとも1種のポリチオール化合物を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる部分B、及び少なくとも1種のフリーラジカル開始剤を含むか、本質的にそれからなるか、又はそれからなる部分C
を含むか、本質的にそれらからなるか、又はそれらからなる該複数部分系。
本発明のコーティング及び封止剤組成物は、フリーラジカル重合性官能基を有する1種以上の化合物を含むことを特徴とする。特に、本発明の組成物は、1分子当たり2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を含む少なくとも1種の化合物を含む。任意選択的に、組成物は、1分子当たりただ1つのフリーラジカル重合性官能基を有する1種以上の化合物をさらに含むことができる。
(H2C=C(R1)-C(=O)-O)xR2
式中、xは1~6の整数であり、R1は水素又はメチルであり、R2は30個までの炭素原子のアルキル、アリール、アルカリール、アラルキル、脂環式、ポリアリール又はポリシクロ脂肪族基である。
少なくとも2つのチオール(-SH)官能基を有する任意の化合物は、本発明の組成物中でポリチオール化合物として有利に使用することができる。例えば、ポリチオール化合物は、3つ以上のチオール基、4つ以上のチオール基又は5つ以上のチオール基を含むことができる。特定の実施形態では、ポリチオール化合物中に10以下のチオール基、8つ以下のチオール基又は6つ以下のチオール基が存在する。したがって、様々な実施形態では、ポリチオール化合物は、2~10又は3~8つのチオール基を含む。特定の実施形態では、ポリチオール化合物は、3、4、5又は6つのチオール基を含むことができる。
本発明は、複数部分ラジカル硬化性コーティング組成物に関する。そのような組成物において、「フリーラジカル硬化性」という用語は、組成物が、フリーラジカル開始剤、例えば過酸化物、特に有機過酸化物によって開始されるフリーラジカル機構によって硬化することができることを意味する。フリーラジカル開始剤は、エチレン性不飽和(炭素-炭素二重結合)を含む官能基が他の分子中に存在する他のそのような官能基と反応し、それにより初期には別個の分子間に共有結合を形成してポリマーマトリックスを形成する反応を開始する。少なくとも1つの実施形態では、複数部分系は2部分系であり、複数部分系の部分Bは1種以上の過酸化物開始剤を含む。少なくとも1つの実施形態では、複数部分系は3部分系であり、複数部分系の部分Cは1種以上の過酸化物開始剤を含む。本明細書で使用される「過酸化物」という用語は、1つ以上の酸素-酸素(-O-O-)部分を含む全ての種類の化合物、特に有機化合物、例えば、ジアルキル、ジアリール及びアリール/アルキルペルオキシド、ヒドロペルオキシド(脂肪族ヒドロペルオキシド、芳香族ヒドロペルオキシド及びアラルキルペルオキシドを含む)、ペルエステル、過酸、アシルペルオキシド、ペルカーボネート等を包含する。過酸化物開始剤の非限定的な例には、クメンヒドロペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、第三級ブチルペルオキシベンゾエート、OO-(t-アミル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート、OO-(t-ブチル)O-(2-エチルヘキシル)モノペルオキシカーボネート、ベンゾイルペルオキシド、p-イソプロピルクメンヒドロペルオキシド等、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
本発明の組成物は、特定の実施形態では、組成物が硬化する速度を促進又は加速するのを助ける1種以上の促進剤(アクセラレータ、活性化剤又は乾燥剤とも呼ばれることもある)を含むことができる。フリーラジカル重合性官能基を含む組成物の成分のフリーラジカル重合(硬化)が、促進剤(複数可)によるフリーラジカル開始剤(複数可)(例えば、過酸化物(複数可))の活性化のために周囲温度(例えば、15~35℃)で起こるように、促進剤(単数又は複数)を選択することができる。適切な促進剤には、アミン、金属塩(金属錯体(金属錯体乾燥剤と呼ばれることがある)をはじめとする金属乾燥剤とも呼ばれる)及びそれらの組み合わせをはじめとする、そのような目的に適していることが当技術分野で知られている物質のいずれかが挙げられる。適切なアミンには、例えば、第三級アミン及び芳香族置換アミン、例えば、アニリン及びN,N-ジアルキルアニリン、例えば、N,N-ジメチルアニリン及びN,N-ジエチルアニリン、トルイジン及びN,N-ジアルキルトルイジン、例えば、N,N-ジメチル-p-トルイジン及びN,N-ジエチル-p-トルイジン、N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)-p-トルイジン、N,N-ビス(2-ヒドロキシプロピル)-p-トルイジン、p-ジメチルアミノベンズアルデヒド等、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。適切な金属塩には、酢酸塩、2-エチルヘキサン酸塩、酪酸塩、ペンタン酸塩及びヘキサン酸塩のような脂肪酸の多価金属塩、特に約8~約30個の炭素原子を有する高級脂肪酸又はナフテン酸の塩が挙げられるが、これらに限定されない。適切な金属塩には、ナフテン酸又はC8~C30の脂肪酸の金属塩も挙げられる。例示的な金属塩には、乳酸(乳酸塩)及びアセチルアセトネート(acetylacetonate)等の化合物の塩/錯体がさらに挙げられる。適切な多価金属の例としては、金属、例えば、銅(+2)、亜鉛(+2)、マンガン(+2)、マンガン(+3)、鉛(+2)、コバルト(+2)、鉄(+3)、バナジウム(+2)及びジルコニウム(+4)が挙げられる。金属塩促進剤の酸成分又はアニオンの他の例としては、トール油脂肪酸等の樹脂酸(ロジン酸)、アマニ油脂肪酸、2-エチルヘキサン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、ベヘン酸、セロチン酸、モノタン(monotanic)酸及びアビエチン酸並びに酸化物、硫酸塩、硝酸塩及びハロゲン化物のものである。例示的な金属乾燥剤は、コバルト及びマンガンのもの、例えば、コバルトヘキサノエート、コバルトオクトエート(octoate)、コバルトナフテネート、コバルトアセチルアセトネート、マンガンオクトエート、マンガンナフテネート、マンガンアセチルアセトネート、バナジウムナフテネート及びバナジウムオクテート並びにそれらの組み合わせである。金属塩の組み合わせ、例えば、バナジウム塩及び銅塩、バナジウム塩及び鉄塩も使用することができる。
特定の実施形態では、本発明のコーティング又は封止剤組成物は、1種以上のフリーラジカル安定剤(フリーラジカルメディエーターとも呼ばれることがある)を含む。フリーラジカル安定剤は、そのような物質が存在しないであろう場合と比較して、組成物のポットライフを調節し延長するために使用することができる。チオカルバミン酸亜鉛、4-ヒドロキシTEMPO及び1,4-ペンタンジオン(及び他のジカルボニル化合物)は、適切な安定剤の例である。典型的には、フリーラジカル重合性官能基を含む化合物100重量部当たり、例えば、2重量部までの量で、1種以上のフリーラジカル安定剤をコーティング又は封止剤組成物に含むことができる。特定の実施形態では、コーティング又は封止剤組成物は、フリーラジカル重合性官能基を含む化合物100重量部当たり0.1~1.5重量部のフリーラジカル安定剤を含むことができる。
基材表面上の組成物のフィルム又はコーティングの乾燥(硬化)を補助するために、1種以上のワックス、特に1種以上のパラフィンワックスをコーティング又は封止剤組成物に組み込むことができる。理論に拘束されることを望むものではないが、ワックスはフィルム又はコーティングの表面に移行し、大気中の酸素による硬化抑制の程度を減少させるのに役立つと考えられる。適切なパラフィンワックスとしては、例えば、石油ワックス及び合成ワックス、例えば、ポリエチレンワックス、酸化された又は他の方法で変性されたパラフィンワックス又はアルコールタイプワックスが挙げられる。特定の実施形態では、コーティング又は封止剤組成物中に存在する1つ以上のフリーラジカル重合性基を有する化合物の総量100重量部当たり、0.005~5重量部又は0.01~2重量部である量のワックスが、コーティング又は封止剤組成物中に存在する。
少なくとも1つの実施形態に従って、コーティング又は封止剤組成物は、例えば、二酸化チタンのような顔料を含むことができる。組成物は、例えば、分散助剤、充填剤(滑り抵抗性充填剤を含む)、連鎖移動剤、可塑剤、レベリング剤、UV安定剤、消泡剤、レオロジー添加剤、流動制御剤、湿潤剤、衝撃改質剤及び/又は接着促進剤をはじめとする1種以上の他の添加剤をさらに又は代わりに含む。
本発明のコーティング又は封止剤組成物は、1種以上の非反応性溶媒を含むことができる。しかし、様々な有利な実施形態では、組成物は、非反応性溶媒(即ち、フリーラジカル重合性官能基を含まない溶媒)を含まないか、又は実質的に含まないか、又は合計で5重量%未満、4重量%未満、3重量%未満、2重量%未満又は1重量%未満しか非反応性溶媒を含まない。さらなる実施形態では、様々な実施形態において、組成物は、揮発性有機化合物(VOC)を含まないか実質的に含まず、揮発性有機化合物は、本明細書では、760mmHgで250℃未満の沸点を有する化合物として定義される。例えば、コーティング又は封止剤組成物は、有利には、合計で5重量%未満、4重量%未満、3重量%未満、2重量%未満又は1重量%未満又はさらには0重量%のVOCしか含まないように配合することができる。
本発明のコーティング又は封止剤組成物の全ての成分が室温で混合されるとすぐに硬化(重合)が本質的に始まるので、使用直前に組成物を調製することが必要である。原則的に各成分の別々の包装から組成物を作ることができるが、必要に応じてそれぞれがそれ自体で化学的に安定な2つ又は3つの包装(部分)から組成物を調製することがはるかに便利である。したがって、複数部分系(即ち、2部分又は3部分)の形態で組成物を提供することが好ましい。特定の実施形態では、各部分は、それが3ヶ月の期間にわたって25℃で十分な化学的安定性を有し、そこから形成される組成物が、新たに調製された類似の部分から調製される組成物で観察されるのと実質的に同じであるゲル化時間及び不粘着硬化時間を有するように配合される。
[部分A]:1種以上のポリチオールと、2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を有する1種以上の化合物とを含み、任意選択的に1分子当たりただ1つのフリーラジカル重合性官能基を有する1種以上の化合物、フリーラジカル安定剤(複数可)、及び/又は促進剤(複数可)を含むが、フリーラジカル開始剤を含まない。
[部分B]:フリーラジカル開始剤(複数可)を含むが、ポリチオール、促進剤又はフリーラジカル重合性官能基を有する化合物を含まない。
[部分A]:2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を有する1種以上の化合物を含み、任意選択的に1分子当たりただ1つのフリーラジカル重合性官能基を有する1種以上の化合物、フリーラジカル安定剤(複数可)、及び/又は促進剤(複数可)を含むが、ポリチオール又はフリーラジカル開始剤を含まない。
[部分B]:1種以上のポリチオールを含むが、フリーラジカル重合性官能基を有する化合物を含まない。
[部分C]:フリーラジカル開始剤(複数可)を含むが、ポリチオール、促進剤又はフリーラジカル重合性官能基を有する化合物を含まない。
比較例1~3の2部分コーティング組成物は、それぞれ、表1に列挙された(メタ)アクリレートオリゴマー/モノマーの組み合わせをベースとしていた(列挙した量は重量部である)。(メタ)アクリレートオリゴマー/モノマーは、商品名によって特定され、サートマー米国有限責任会社(ペンシルバニア州エクストン)から市販されている。
CN1963-脂肪族ポリエステル系ウレタンジメタクリレートオリゴマー
CN132-低粘度脂肪族ジアクリレートオリゴマー
SR350-トリメタクリレートモノマー(トリメチロールプロパントリメタクリレート)
SR217-低粘度脂肪族モノアクリレートモノマー
SR523-アリル官能性メタクリレートモノマー
Cur-Rx(R)金属アクセラレータは、ボルヒャス(Borchers)から入手可能なバナジウムオクトエート系乾燥剤である。
比較例4及び5並びに発明例6の2部分コーティング組成物は、各々表2に列挙した(メタ)アクリレートオリゴマー/モノマーの組み合わせをベースとしていた(列挙した量は重量部である)。(メタ)アクリレートオリゴマー/モノマーは、商品名によって特定され、サートマー米国有限責任会社(ペンシルバニア州エクストン)から市販されている。
CN1963-脂肪族ポリエステル系ウレタンジメタクリレートオリゴマー
CN132-低粘度脂肪族ジアクリレートオリゴマー
SR350-トリメタクリレートモノマー(トリメチロールプロパントリメタクリレート)
SR420-単官能性アクリレートモノマー
SR644-ポリプロピレングリコール(400)ジメタクリレート
SR523-アリル官能性メタクリレートモノマー
Thiocure(R)PETMPは、ブルーノ・ボックから入手可能なペンタエリスリトール-トリス(3-メルカプトプロピオネート)である。
Claims (23)
- a)又はb)のいずれかの複数部分系であって、別々に包装された成分として、
a) 2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を有する少なくとも1種の化合物及び2つ以上のチオール基を含む少なくとも1種のポリチオール化合物を含む部分Aと、少なくとも1種のフリーラジカル開始剤を含む部分B;又は
b) 2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を有する少なくとも1種の化合物を含む部分Aと、2つ以上のチオール基を含む少なくとも1種のポリチオール化合物を含む部分Bと、少なくとも1種のフリーラジカル開始剤を含む部分C
のいずれかを含み、
ポリチオール化合物の量は、複数部分系の総重量を基準として0.1~5重量パーセントであり、
フリーラジカル開始剤は、過酸化物であり、
2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を有する少なくとも1種の化合物が、アリル基、(メタ)アクリレート基及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも3つのフリーラジカル重合性官能基を含む二重官能性モノマーである、少なくとも1種の架橋モノマーを含み、該二重官能性モノマーが、少なくとも1つのアリル基及び少なくとも1つの(メタ)アクリレート基を含む、
複数部分系。 - フリーラジカル重合性官能基が、アリル基、(メタ)アクリレート基及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の複数部分系。
- 部分Aが、少なくとも1種のヒドロキシル官能化(メタ)アクリレートを含む、請求項1または2に記載の複数部分系。
- 部分Aが、少なくとも1種のヒドロキシル官能性エポキシ(メタ)アクリレートを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 部分Aが、少なくとも1種のウレタン(メタ)アクリレートを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 部分Aが、ただ1つのフリーラジカル重合性基を有する少なくとも1種の化合物をさらに含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 少なくとも1種のポリチオール化合物が、350ダルトン~2000ダルトンの分子量を有する少なくとも1種のポリチオール化合物を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 少なくとも1種のポリチオール化合物が、3つ以上のチオール基を含む少なくとも1種のポリチオール化合物を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 少なくとも1種のポリチオール化合物が、構造-O-C(=O)-(CH2)n-SHを有し、nは1又は2である2つ以上のチオール官能化カルボキシレート基を含む少なくとも1種のポリチオール化合物を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 少なくとも1種のポリチオール化合物が、ポリアルコールをチオール官能化カルボン酸でエステル化することによって得られる少なくとも1種のポリチオール化合物を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 少なくとも1種のポリチオール化合物が、ペンタエリスリトールテトラ(3-メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリ(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラ(2-メルカプトアセテート)及びトリメチロールプロパントリ(2-メルカプトアセテート)からなる群から選択される少なくとも1種のポリチオール化合物を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 少なくとも1種のポリチオール化合物が、80ダルトン~450ダルトンのチオール当量を有する少なくとも1種のポリチオール化合物を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 部分Aが、1種以上の遷移金属を含む、少なくとも1種の促進剤をさらに含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 部分Aが、少なくとも1種のフリーラジカル安定剤をさらに含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 部分Aが、少なくとも1種のワックスをさらに含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 請求項1で定義した部分A+部分Bに関するa)又は部分A+部分B+部分Cに関するb)のいずれかの複数部分系の総重量を基準として、合計で5重量%以下の、760mmHgで250℃未満の沸点を有する化合物を含む、請求項1から15のいずれか一項に記載の複数部分系。
- 請求項1から16のいずれか一項に定義された複数部分系a)による部分A及び部分Bを混合して、又は請求項1から16のいずれか一項に定義された複数部分系b)による部分A、部分B及び部分Cを混合してコーティング又は封止剤組成物を形成し、コーティング又は封止剤組成物を基材の表面に塗布し、コーティング又は封止剤組成物を硬化させることを含む、基材の表面にコーティング又は封止剤を形成する方法。
- コーティング又は封止剤組成物の硬化が酸素の存在下で行われ、硬化したコーティング又は封止剤組成物は0.003インチ(76μ)の薄さを有する、請求項17に記載の方法。
- 請求項1から16のいずれか一項に定義された複数部分系a)の部分A及び部分Bを混合して、又は請求項1から16のいずれか一項に定義された複数部分系b)の部分A、部分B及び部分Cを混合してコーティング又は封止剤組成物を形成し、コーティング又は封止剤組成物を基材の表面に塗布し、コーティング又は封止剤組成物を硬化させることにより得られる、硬化したコーティング又は封止剤。
- 2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を有する少なくとも1種の化合物、2つ以上のチオール基を含む少なくとも1種のポリチオール化合物及び少なくとも1種のフリーラジカル開始剤を含むコーティング又は封止剤組成物であって、
ポリチオール化合物の量は、該コーティング又は封止剤組成物の総重量を基準として0.1~5重量パーセントであり、
フリーラジカル開始剤は、過酸化物であり、
2つ以上のフリーラジカル重合性官能基を有する少なくとも1種の化合物が、アリル基、(メタ)アクリレート基及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも3つのフリーラジカル重合性官能基を含む二重官能性モノマーである、少なくとも1種の架橋モノマーを含み、該二重官能性モノマーが、少なくとも1つのアリル基及び少なくとも1つの(メタ)アクリレート基を含む、
コーティング又は封止剤組成物。 - コーティング又は封止剤硬化性組成物中の、請求項1から16のいずれか一項に従って定義された複数部分系(a)又はb)のいずれか)の使用。
- 複数部分系が、コンクリート又はコンクリート修理のための又は金属のための保護コーティング又は封止剤、又は繊維複合材のためのゲルコート中に存在する、請求項21に記載の使用。
- 複数部分系が、建築において存在する、請求項21又は22に記載の使用。
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