JP7362445B2 - コーティング用組成物 - Google Patents
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Description
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
また、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」を意味し、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート及び/又はメタクリレート」を意味する。
本発明のコーティング用組成物は、下記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体(A)と、重合性化合物(B)及び/又は硬化触媒(C)とを含み、上記重合体(A)は、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~4.0であり、上記重合性化合物(B)は、ビニルエーテル基と反応し得る官能基を有することを特徴とする。
<重合体(A)>
本発明において使用する重合体(A)は、上記一般式(1)で表される構造単位(以下、「構造単位(a1)」とも称する。)を有し、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~4.0である。
上記一般式(1)において、R2及びR3は、同一又は異なって、水素原子又は有機基を表す。
R2又はR3で表される有機基としては、例えば、炭素数1~20の鎖状又は環状の1価の炭化水素基、及び、上記炭化水素基を構成する原子の少なくとも一部を、ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子又は硫黄原子に置換したもの等が挙げられる。
上記脂肪族炭化水素基としては、アルキル基等の飽和炭化水素基、アルケニル基等の不飽和炭化水素基が挙げられ、好ましくは飽和炭化水素基が挙げられる。
上記脂肪族炭化水素基の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、sec-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、ヘプチル基、2-メチルヘキシル基、3-メチルヘキシル基、2,2-ジメチルペンチル基、2,3-ジメチルペンチル基、2,4-ジメチルペンチル基、3-エチルペンチル基、2,2,3-トリメチルブチル基、オクチル基、メチルヘプチル基、ジメチルヘキシル基、2-エチルヘキシル基、3-エチルヘキシル基、トリメチルペンチル基、3-エチル-2-メチルペンチル基、2-エチル-3-メチルペンチル基、2,2,3,3-テトラメチルブチル基、ノニル基、メチルオクチル基、3,7-ジメチルオクチル基、ジメチルヘプチル基、3-エチルヘプチル基、4-エチルヘプチル基、トリメチルヘキシル基、3,3-ジエチルペンチル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等のアルキル基;ビニル基、n-プロペニル基、イソプロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、2-メチル-1-ブテニル基、2-メチル-2-ブテニル基、3-メチル-1-ブテニル基、1-ヘキセニル基、2-ヘキセニル基、1-ヘプテニル基、2-ヘプテニル基、1-オクテニル基又2-オクテニル基等のアルケニル基;等が挙げられる。
上記脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基等のシクロアルキル基が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニレル基、メトキシフェニル基、トリクロロフェニル基、エチルフェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基等の芳香族炭化水素基が挙げられる。
上記ハロゲン原子としては、塩素、臭素、又はフッ素が好ましく、フッ素がより好ましい。
R4で表される有機基としては、例えば、上述したR2及びR3で表される有機基と同じものを挙げることができる。なかでも、R4は、炭素数1~11の鎖状又は環状の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数6~11の芳香族炭化水素基であることがより好ましく、炭素数1~3のアルキル基であることが更に好ましい。
nは、1以上の整数である。
なお、上記構造単位(a1)として2種以上含む場合は、上記含有割合は、その2種以上の合計含有割合である。
上記他の重合性単量体としては、例えば、電子不足二重結合を有する重合性単量体が挙げられ、これらは製造する重合体の目的、用途に応じて適宜選択することができる。
(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル、カプロラクトン変性ヒドロキシ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチル等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル類;
(メタ)アクリル酸トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸オクタフルオロペンチル、(メタ)アクリル酸ヘプタドデカフルオロデシル、(メタ)アクリル酸パーフロロオクチルエチル等のハロゲン含有(メタ)アクリル酸エステル類;
(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸(3-エチルオキセタン-3-イル)メチル等の環状エーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類;
(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸N,N’-ジメチルアミノエチル、N-フェニルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン等の窒素原子含有重合性単量体類;
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能性重合性単量体類;
2-(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、(メタ)アクリロイルイソシアネート等のイソシアネート基含有重合性単量体類;
4-(メタ)アクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1-(メタ)アクリロイル-4-シアノ-4-(メタ)アクリロイルアミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン等の紫外線安定性重合性単量体類;
メチレンブチロラクトン、メチルメチレンブチロラクトン等の重合性環状ラクトン単量体類;(メタ)アクリロニトリル;無水マレイン酸;
1,4-ジオキサスピロ[4,5]デカ-2-イルメタアクリル酸、(メタ)アクリロイルモルホリン、テトラヒドロフルフリルアクリレート、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-イソブチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-シクロヘキシル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラン、アルコキシ化フェニルフェノール(メタ)アクリレート;等が挙げられる。
上記炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、芳香族炭化水素基等が挙げられる。上記炭化水素基は、上記炭化水素基を構成する原子の少なくとも一部が、酸素原子、窒素原子又は硫黄原子に置換されていてもよいし、上記炭化水素基を構成する水素原子の一つ以上が、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子;水酸基;アルコキシ基等の置換基で置換されていてもよい。
なかでも、R5及びR6で表される炭化水素基は、炭素数1~6のアルキル基、シクロアルキル基、ハロアルキル基、芳香族炭化水素基であることがより好ましく、炭素数1~6のアルキル基、シクロアルキル基であることが更に好ましく、炭素数1~6のアルキル基であることが更により好ましく、メチル基、エチル基であることが特に好ましい。
R7及びR7’で表される上記炭化水素基は、上記炭化水素基を構成する原子の少なくとも一部が、酸素原子、窒素原子又は硫黄原子に置換されていてもよいし、上記炭化水素基を構成する水素原子の一つ以上が、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子;水酸基;アルコキシ基等の置換基で置換されていてもよい。
なかでも、上記重合体(A)は、後述するように、ケテンシリルアセタールを用いた場合に、グループトランスファー重合が効率よく進行するので、主鎖に、上記一般式(3)で表されるシリルケテンアセタール由来の末端基を有することが好ましい。
上記Xは、なかでも、重合体の末端基を統一できる点では水素原子であることが好ましく、重合体に機能を付与しやすい点ではプロパルギル基であることが好ましく、重合体の安定性を高める点ではアルキル基であることが好ましい。
上記重合体(A)の分子量分布は、重合体の諸物性のばらつきを抑制することができる点で、3.5以下であることが好ましく、3.0以下であることがより好ましく、2.5以下であることが更に好ましい。なお、上記分子量分布は、「分散度」ともいう。
上記不溶分とは、重合体に含まれるゲル成分であり、好ましくは酢酸エチル、トルエン又はテトラヒドロフランに対して不溶な成分であり、25℃での溶解度が、酢酸エチル、トルエン又はテトラヒドロフラン100gに対して0.5g以下、好ましくは0.1g以下である成分である。
上記不溶分率は、上記重合体の濃度が約33質量%となるように、酢酸エチル、トルエン又はテトラヒドロフランを加え、室温で充分に攪拌した後、孔径4μmのフィルターに通し、そのフィルター上に残った不溶分の乾燥後の質量を(b)とし、初期の重合体の質量を(a)とした場合に、(b)/(a)×100より求めることができる。
なお、図1に、GPC法により測定して得られる微分分子量分布曲線の概略図と、上記T、L0、L1を示す。
上記GPCの測定条件は、後述する実施例に記載の方法と同様である。
なお、「固形分総量」とは、硬化物を形成する成分(硬化物の形成時に揮発する溶媒等や硬化触媒を除く成分)の総量を意味する。
上記重合体(A)を製造する方法としては、上述した構造を有する重合体(A)を製造することができる方法であれば、特に限定されないが、上記重合体(A)を効率良く製造することができる点で、上述したビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類を含む単量体成分をグループトランスファー重合することにより製造する方法が好ましい。グループトランスファー重合を行うことにより、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類の(メタ)アクリロイル基のみを重合反応させた重合体を容易に効率良く製造することができる。また、この方法によれば、得られる重合体に含まれるゲル成分(不溶分)の量を低く抑えることができる。
このようなグループトランスファー重合を用いることにより、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類の重合反応を、室温等の、制御が比較的容易な温度範囲で行うことができる。また、反応系内の水分量を厳密に制御する必要もなく、上記重合反応を行うことができる。更に、上記重合を用いれば、不純物の生成が少なく、高転化率でビニルエーテル基を残存させたままビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル重合体を製造することができる。
上記重合体(A)の製造方法は、上述したビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類を含む単量体成分を、炭素-炭素二重結合を有するシラン化合物、及び、触媒の存在下でグループトランスファー重合する工程を含むことが好ましい。
また、上記炭素-炭素二重結合を有するシラン化合物、触媒、及び、単量体成分は、それぞれ、使用する全量を一度に添加してもよいし、少量ずつ連続的に添加してもよいし、数回に分けて添加してもよい。
なかでも、重合反応がより一層効率良く進行し得る点で、上記溶媒としては、芳香族炭化水素系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、ハロゲン化炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、及びニトリル系溶媒からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、芳香族炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒であることがより好ましい。
上記溶媒は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記酸素濃度は、ポーラロ方式溶存酸素計により測定することができる。
上記水分量は、カールフィッシャー水分測定法により測定することができる。
反応時間は、特に制限されないが、10分間~48時間が好ましく、30分間~36時間がより好ましく、1~24時間が更に好ましい。
また上記重合における雰囲気中の酸素濃度は、10000ppm以下であることが好ましく、1000ppm以下であることがより好ましく、100ppm以下であることが更に好ましい。
上記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール等が挙げられる。
上記酸としては、例えば、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸や、酢酸、安息香酸等の有機酸が挙げられる。
水、アルコール又は酸の使用量としては特に制限されないが、使用するシリルケテンアセタール1molに対し、好ましくは1~1000mol、より好ましくは1~100mol、更に好ましくは1~10molである。
上記求電子剤の使用量としては、特に限定されないが、使用するシリルケテンアセタール1molに対し、好ましくは0.5~1.5mol、より好ましくは0.6~1.3mol、更に好ましくは0.8~1.2molである。
上記各単量体の含有量は、所望の含有割合範囲の構造単位を有する重合体が得られるよう、適宜設定するとよい。
で表されるシリルケテンアセタール、下記一般式(8):
で表されるビニルシラン化合物、及び、下記一般式(9):
で表されるアリルシラン化合物の1種又は2種以上が好ましく挙げられる。
上記R5及びR6としては、上述した一般式(3)、(4)、(5)中のR5及びR6とそれぞれ同じものが挙げられる。
上記R7及びR7’としては、上述した一般式(3)、(4)、(5)中のR7及びR7’とそれぞれ同じものが挙げられる。
R8、R9及びR10で表される有機基としては、上述した有機基と同じものが挙げられるが、なかでも、炭素数1~12の炭化水素基、アルコキシ基であることが好ましく、炭素数1~6の炭化水素基、アルコキシ基であることがより好ましく、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、フェニル基、メトキシ基、エトキシ基であることが更に好ましい。
これらの中でも、入手容易である点や合成容易な点、また安定性の点から、メチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール、メチル(トリイソプロピルシリル)ジメチルケテンアセタール、エチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタールが好ましい。
上記シリルケテンアセタールは、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なかでも、上記触媒としては、上記ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類の重合をより一層効率良く行うことができる点で、有機リン化合物、N-ヘテロ環カルベン、フッ素イオン含有化合物、環状アミン化合物、及び、アンモニウム塩化合物からなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。これらの特定の触媒を使用する場合、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類において、ビニルエーテル基のカチオン重合やビニルエーテルの分解が起こりにくく、(メタ)アクリロイル基のみをより一層効率良く重合させることができる。
上記重合体(A)の残存モノマーの含有量は、重合体100質量%に対して20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、0~5質量%であることが更に好ましく、0~1質量%であることが特に好ましい。
残存モノマーの含有量は、1H-NMRやガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定することができる。
本発明において使用する重合性化合物は、ビニルエーテル基と反応し得る官能基を有する。
上記ビニルエーテル基と反応し得る官能基としては、例えば、カルボキシル基、環状エーテル基、ビニル基、1又は2級アミノ基、水酸基、チオール基等が挙げられる。
上記重合性化合物は、ビニルエーテル基と反応し得る官能基を有する化合物であり、ビニルエーテル基と反応し得る官能基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー等を含む。
上記カルボン酸化合物としては、例えば、コハク酸、マロン酸、マレイン酸、アジピン酸、リンゴ酸、酒石酸、アゾベンゼン-4,4’-ジカルボン酸、シクロヘキサン-1,4-ジカルボン酸、クエン酸、トリメリット酸、1,3,5-トリカルボン酸ベンゼン等の分子内に2個以上の官能基を有する化合物;ポリ(メタ)アクリル酸等の側鎖にカルボキシル基を含むような重合体等が挙げられる。
上記環状エーテル化合物としては、例えば、n-ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、1,2-エポキシシクロヘキサン等の単官能エポキシ樹脂;ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、テトラエチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールA ジグリシジルエーテル、ビスフェノールF ジグリシジルエーテル、モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸、グリシジルメタクリレート等の2官能エポキシ樹脂;トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノエチル)ベンゼン、ノボラック型エポキシ樹脂、テトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂;1,2-エポキシ-4-ビニルシクロヘキサン、3’,4’-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート等の脂環式オキシラン環を有するエポキシ樹脂;3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-エチル-3-フェノキシメチルオキセタン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3-エチル(トリエトキシシリルプロポキシメチル)オキセタン、3-シクロヘキシルオキシメチル-3-エチル-オキセタン等の単官能オキセタン樹脂;ビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、1,4-ビス{〔(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ〕メチル}ベンゼン等の2官能オキセタン樹脂;トリメチロールプロパントリス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールトリス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル等の多官能オキセタン樹脂;テトラヒドロフラン、ジオキサン等が挙げられる。
上記環状エーテル基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸β-メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸β-エチルグリシジル、ビニルベンジルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル、ビニルシクロヘキセンオキシド等のエポキシ基含有単量体等が挙げられる。
上記ビニルエーテル化合物としては、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、デシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、1-メチル-2,2-ジメチルプロピルビニルエーテル、2-エチルブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ジエチレングリコールビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、ブチルアミノエチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、テトラヒドロフルフリルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル;ビニルフェニルエーテル、ビニルトリルエーテル、ビニルクロルフェニルエーテル、ビニル-2,4-ジクロルフェニルエーテル、ビニルナフチルエーテル、ビニルアントラニルエーテル等のビニルアリールエーテル;シクロヘキシルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル等の脂環式化合物含有ビニルエーテル;アリルビニルエーテル等のアリル基含有ビニルエーテル;ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,4-ブタンジオールジビニルエーテル、1,4-シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル等の多官能性ジビニルエーテル;等が挙げられる。
上記ビニル基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸ビニル、ジビニルベンゼン等が挙げられる。
上記1級又は2級アミノ基含有単量体としては、例えば、2-アミノエチルアクリレート、2-(モノメチルアミノ)エチルアクリレート、2-アミノプロピルアクリレート、2-(モノメチルアミノ)プロピルアクリレート、3-アミノプロピルアクリレート、3-(モノメチルアミノ)プロピルアクリレート等のアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート類;N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類;等が挙げられる。
上記水酸基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸2,3-ヒドロキシプロピル、2-ヒドロキシ-1-メチルエチルアクリレート等が挙げられる。
上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により求めることができる。
上記重合体は、公知の重合方法を用いて、適宜調製するとよい。
上記重合性化合物は、1種のみ使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明において使用する硬化触媒としては、特に限定されないが、好ましくは、カチオン硬化触媒、及び、ラジカル硬化触媒からなる群より選択される少なくとも一種を挙げることができる。なかでも、ビニルエーテル基の架橋反応が速やかに進行するというである点で、カチオン硬化触媒が好ましい。
カチオン硬化触媒、ラジカル硬化触媒のどちらの場合も、粘着剤の実施形態に応じて、熱潜在性又は光潜在性のものを用いることもできる。これらの触媒は、1種のみ使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
熱潜在性カチオン硬化触媒としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。これらは、光照射によっては実用的な量のカチオン活性種を発生し得ない化合物であり、カチオン活性種を発生する温度は、40℃~200℃が好ましく、60℃~180℃がより好ましく、80℃~150℃が更に好ましい。上記熱潜在性カチオン硬化触媒として、非イオン性の硬化触媒と、イオン性の硬化触媒が挙げられる。
光潜在性カチオン硬化触媒としては、特に限定されず、公知のものを用いることができ、非イオン性の硬化触媒とイオン性の硬化触媒が挙げられる。上記非イオン性の硬化触媒としては、例えば、ニトロベンジルエステル、スルホン酸誘導体、リン酸エステル、フェノールスルホン酸エステル、ジアゾナフトキノン、N-ヒドロキシイミドホスホナート等が挙げられる。上記イオン性の硬化触媒としては、例えば、ジフェニルヨードニウム、4-メトキシジフェニルヨードニウム、ビス(4-メチルフェニル)ヨードニウム、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウム、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム、ジフェニル-4-チオフェノキシフェニルスルホニウム、ビス〔4-(ジフェニルスルフォニオ)-フェニル〕スルフィド、ビス〔4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエチル)フェニル)スルホニオ)-フェニル〕スルフィド、4-クロロフェニルジフェニルスルホニウム、トリフェニルスルホニウム、η5-2,4-(シクロペンタジェニル)〔1,2,3,4,5,6-η-(メチルエチル)ベンゼン〕-Fe(1+)等のカチオンと、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルヘキサフルオロホスフェート、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサフルオロアンチモネート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等のアニオンとの組み合わせからなる化合物が挙げられる。また、必要に応じてチオキサントン等の光増感剤を添加しても良い。
熱潜在性ラジカル硬化触媒としては、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート等の有機過酸化物;2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)等のアゾ化合物;等が挙げられる。
光潜在性ラジカル硬化触媒としては、例えば、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-1フェニルプロパノン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパノン、2-ベンジル-2-(ジメチルアミノ)-4’-モルホリノブチロフェノン等のアルキルフェノン類;2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ジフェニルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド類;1-[4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)]-1,2-オクタンジオン、1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-1-(O-アセチルオキシム)エタノン等のオキシムエステル類;ベンゾイルぎ酸メチル等が挙げられる。
本発明のコーティング用組成物の製造方法としては特に限定されず、例えば、上述した各成分を、各種の混合機や分散機を用いて混合分散することによって調製することができる。分散混合は、特に限定されず、公知の手法により行えばよい。また、通常行われる他の工程を更に含むものであってもよい。例えば、色材を含む場合、溶媒や分散剤等を用いて色材組成物を予め調製し、次いで、上述した各成分と混合してもよい。
本発明のコーティング用組成物の使用方法としては、例えば、基材上に、上記コーティング用組成物を塗布し、塗布物を乾燥、加熱、又は活性エネルギー線を照射して、あるいはこれらの組み合わせにより、塗布物を硬化させて硬化膜を形成する方法等が挙げられる。
本発明のコーティング組成物は、低温又は低照射量条件下でも優れた硬化性を発揮することができる。そのため、本発明のコーティング組成物は、優れた硬化性が必要とされる用途に好適に使用することができる。そのような用途としては、例えば、車両用塗料、建材塗料、家電製品表面部材、光学機器表面部材等が挙げられる。
製造例で得られた重合体の各種物性は以下の方法で測定した。
得られた重合体を、テトラヒドロフランで溶解・希釈し、孔径0.45μmのフィルターで濾過したものを、下記ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)装置、及び条件で測定した。
・装置:HLC-8020GPC(東ソー社製)
・溶出溶媒:テトラヒドロフラン
・標準物質:標準ポリスチレン(東ソー社製)
・分離カラム:TSKgel SuperHM-M、TSKgel SuperH-RC(東ソー社製)
得られた重合体について、下記の条件で1H-NMR測定を行った。
装置:アジレント・テクノロジー社製核磁気共鳴装置(600MHz)
測定溶媒:重クロロホルム
サンプル調製:得られた重合体組成物の数mg~数十mgを測定溶媒に溶解した。
得られた重合体溶液約2~3gに、固形分が約33質量%となるよう酢酸エチルを添加し、室温で充分に攪拌した後、得られた溶液を孔径が4μmのフィルターに通した。フィルター上の残渣を更に約7~10gの酢酸エチルを用いて洗浄した後、残渣を室温で5分間乾燥させ、乾燥後の残渣の質量(b)を測定した。重合体溶液の質量を(a)とし、下記式より、不溶分率を算出した。
不溶分率(質量%)=(b)/(a)×100
上記の重合体の分子量測定で得られた微分分子量分布曲線において、図1に示すように、最大値の点をTとし、上記微分分子量分布曲線上Tの5%高さの点を低分子量側からL0及びL1とした場合の、T-L0-L1で囲まれた三角形の面積(X)と、上記微分分子量分布曲線とL0-L1を結ぶ線で囲まれた部分の面積(Y)を求め、比(X/Y)の値を算出した。
<メタクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル重合体の製造>
300mLのフラスコに、脱水テトラヒドロフラン(50質量部)、メチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール(0.44質量部)、テトラブチルアンモニウムビスアセテート(本触媒は文献Macromolecules,1990,23,4034-4041に基づいて合成した。)(0.01質量部)を入れ、窒素気流下、20℃で撹拌しながらメタクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル(以下、VEEMと略する。)(50質量部)をゆっくり滴下した。5時間攪拌した後、酢酸エチルで希釈し、シリカゲルショートカラムに通すことで触媒を除去した。得られた溶液の重合体濃度を濃縮・調整し、50%のVEEM重合体溶液を得た。得られた重合体を1H-NMRで確認したところ、ビニルエーテル由来のピークを確認し、積分値からビニルエーテル基がすべて残存していることが分かった。モノマーであるVEEMは観測されず、重合体に含まれる不溶分は0%であった。得られたVEEM重合体の重量平均分子量は22600、数平均分子量は20600、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)は、1.10であった。X/Yの値は1.49であった。
<メタクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル-メタクリル酸メチル共重合体の製造>
500mLのフラスコに、脱水テトラヒドロフラン(200質量部)、メチル(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール(1.7質量部)、テトラブチルアンモニウムベンゾエート(0.02質量部)を入れ、窒素気流下、20℃で撹拌しながら、モノマー混合液(VEEM(20質量部)、メタクリル酸メチル(以下、MMAと略する。)(90質量部))をゆっくり滴下した。5時間攪拌した後、酢酸エチルで希釈し、シリカゲルショートカラムに通すことで触媒を除去した。得られた溶液の重合体濃度を濃縮・調整し、50%のVEEM-MMA共重合体溶液を得た。得られた共重合体を1H-NMRで確認したところ、ビニルエーテル由来のピークを確認し、積分値からビニルエーテル基がすべて残存していることが分かった。モノマーであるVEEM、MMAは観測されず、共重合体に含まれる不溶分は0%であった。上記共重合体の構造単位の割合は、VEEM/MMA=11/89(モル%)であった。上記共重合体の重量平均分子量は15000、数平均分子量は12800、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)は、1.17であった。X/Yの値は1.37であった。
<メタクリル酸グリシジル重合体の製造>
200mLのフラスコに、メタクリル酸グリシジル(以下、GMAと略する。)(30質量部)、メチルエチルケトン(以下、MEKと略する。)(70質量部)を入れ、シリンジ針を通じて窒素ガスで1時間バブリングを行った。窒素気流下、重合溶液を70℃に昇温した。重合開始剤(アゾビスイソブチロニトリル:AIBN)(0.35質量部)をMEK5質量部に溶解した開始剤溶液を、シリンジで重合溶液に滴下した。10時間撹拌した後、重合溶液を室温まで冷却し、GMA重合体溶液を得た。この溶液を少量とり、減圧下で溶媒を留去して残留物を1H-NMRで確認したところ、メタクリロイル基由来のピークがすべて消失していることが分かった。50質量部のMEKで希釈した重合体溶液を、約900質量部のヘキサンに滴下して再沈殿による精製を行った。得られた白色のGMA重合体の重量平均分子量は125700、数平均分子量は23200、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)は、5.42であった。この重合体をMEKに溶解させて、33%のGMA重合体溶液を得た。
<コーティング用組成物の調製>
製造例1で得られたVEEM重合体溶液を、重合体が100部になるようにはかりとり、熱カチオン硬化触媒(サンエイドSI150-L、三新化学工業社製)を0.2部加えて、コーティング用組成物を調製した。
表1に従い、製造例1で得られたVEEM重合体若しくは製造例2で得られたVEEM-MMA共重合体の酢酸エチル溶液、又は、製造例3で得られたGMA重合体溶液と、硬化触媒及び/又は重合性化合物とを混合してコーティング用組成物を調製した。
なお表1の「重合体」の質量部は、VEEM重合体溶液、VEEM-MMA共重合体溶液、又は、GMA重合体溶液のうちの、重合体のみの質量部を表している。
(コーティングサンプルの調製)
実施例及び比較例のコーティング用組成物を、それぞれ、バーコーター(No.28、RD Specialties社製)を用いて、PETフィルム(コスモシャインA4100、厚み50μm、東洋紡社製)上に塗布した。塗布物を30分間自然乾燥させた後、表1に記載の条件でオーブンにて加熱又は紫外線照射により処理し、硬化を行った。
(物性評価)
紙ウエスにアセトンを少量浸み込ませ、硬化後のコーティング上に載置し、指の腹で小さく5、6回円を描くようにこする。コーティング面が剥がれたり、こすった部分が溶解して白濁したりした場合は、ラビング試験結果において「×」、それ以外の(すなわち、変化がない)場合は、「〇」と評価した。結果を表2に示す。
jER:ビスフェノールA ジグリシジルエーテル、三菱ケミカル社製
カレンズ:ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、昭和電工社製
ジビニルエーテル:トリエチレングリコールジビニルエーテル、東京化成工業社製
脂環式エポキシ:3’,4’-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ダイセル社製
ポリアクリル酸:重量平均分子量5000、アルドリッチ製
SI-150L:サンエイドSI-150L、三新化学工業社製
SI-110L:サンエイドSI-110L、三新化学工業社製
SI-100L:サンエイドSI-100L、三新化学工業社製
Irg184:Omnirad 184(旧Irgacure184)、IGM Resin B.V.社製
B-1:FX-TP-BC-PC-AD-57103、日本触媒社製
B-2:BluesilTM PI2074(Elkem社製)
なお、評価用の硬化塗膜として、上述した<アセトンラビング試験>の(コーティングサンプルの調製)と同様の方法で、PETフィルム上に形成された硬化塗膜を用いた。
上記評価用の硬化塗膜を用い、旧JIS-K5400に準じて、硬化塗膜のPETフィルムに対する密着性を評価した。すなわち、硬化塗膜の上から、1mm間隔で11本の切込みを入れた後、90℃向きを変えて同様に11本の切込みを入れ、10マス四方の碁盤目を作成した。切り込みは塗膜を貫通し、PETフィルムを貫通しない程度とした。碁盤目を完全に覆うようにセロハンテープを貼付け、よく擦って密着させた。その後、テープの端をもって45度の角度で一気に剥がした。テープを剥がした後に、PETフィルム上に残ったマス目の数を数えた。残ったマス目の数が多いほど密着性が高いと判断する。結果を表3に示す。
上記評価用の硬化塗膜を用い、JIS K5600-5-4に従って、塗膜のひっかき硬度を評価した。装置は、電動式鉛筆硬度試験機No.553-M(安田精機製作所製)を使用し、鉛筆は三菱鉛筆社製のものを用いた。キズ痕(塑性変形)を生じない、最も硬い鉛筆の硬度を表3に示した。
Claims (5)
- 前記重合性化合物(B)は、ビニルエーテル化合物、環状エーテル化合物、(メタ)アクリル酸エステル、カルボン酸化合物、及び、チオールからなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1又は2に記載のコーティング用組成物。
- 更に、硬化触媒(C)を含む請求項1~3のいずれかに記載のコーティング用組成物。
- 前記硬化触媒(C)は、カチオン硬化触媒、及び、ラジカル硬化触媒からなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項4に記載のコーティング用組成物。
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