JPH11508945A - シリル基を末端基とするスルフォポリ(エステル−ウレタン)の組成物 - Google Patents

シリル基を末端基とするスルフォポリ(エステル−ウレタン)の組成物

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JPH11508945A JP9505839A JP50583997A JPH11508945A JP H11508945 A JPH11508945 A JP H11508945A JP 9505839 A JP9505839 A JP 9505839A JP 50583997 A JP50583997 A JP 50583997A JP H11508945 A JPH11508945 A JP H11508945A
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Abstract

(57)【要約】 骨格に少なくともアリーレンスルホン酸基またはアルキレンスルホン酸基またはこれらの塩を含み、少なくとも1種の加水分解可能なシリル基を末端基とする、水分散可能なスルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成物。本発明の組成物は、好ましくはスルフォネート当量が約500〜約12,000g/当量であり、数平均分子量が50,000未満である。本発明の組成物は、接着性材料、グリースおよび油に対して剥離性を呈する低表面エネルギコーティングなどの耐用化処理用に利用される。

Description

【発明の詳細な説明】 シリル基を末端基とするスルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成物 関連出願の説明 本願は、1995年7月7日にファイルされた米国暫定特許出願第60/000,954に対 する優先権を主張するものである。 技術分野 本発明は、少なくとも1つのスルフォ有機セグメントを有する水分散可能なス ルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成物に関する。本発明の組成物は、接着材 料、グリース、油に対する剥離性を呈する低表面エネルギコーティングなどの耐 用化処理用として有用である。 発明の背景 液体に対する耐性または直接性を呈する極性表面に対する表面処理は望ましい が、達成するのが困難なのが普通である。このような処理は、例えば珪質表面や セルロース表面などの、表面の可視特性を損なうことなく処理を施せると望まし いヒドロキシ官能性表面では特に望ましい。 親水性ジオールおよび疎水性ジオールから調製される液状溶剤分散可能な直線 状スルフォポリウレタン樹脂が、米国特許第4,307,219号に開示されている。親 水性スルフォポリウレタンおよびスルフォポリ尿素は、米国特許第4,558,149号 、同第4,746,717号および同第4,855,384号に開示されている。 発明の開示 簡単に言えば、本発明は、骨格に少なくとも1つのアリーレンスルホン酸基ま たはアルキレンスルホン酸基またはこれらの塩を含み、少なくとも1種の加水分 解可能なシリル基を末端基とする、水分散可能なスルフォポリ(エステル-ウレタ ン)の組成物を提供するものである。本発明の組成物は、スルフォネート当量が 約500〜約12,000g/当量であると好ましい。 他の態様において、本発明は、最大で60重量%のスルフォポリ(エステル-ウレ タン)の組成物と、40重量%以上の水または非プロトン性溶剤(例えば、メチルエ チルケトン、アセトンなど)などの溶媒とを含み、意図した用途に適した量のア ジュバントを任意に含む液状分散媒を含む。 本発明のさらに他の態様において、本発明のスルフォポリ(エステル-ウレタン )の組成物を調製するための方法が得られる。 本発明のさらに他の態様において、スルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成 物の自己支持フィルム、ファイバおよび成形品が得られる。 本願において、 「アリーレンスルホン酸基またはアルキレンスルホン酸基またはこれらの塩」 は、少なくとも1種のスルホン酸基またはその塩によって置換された少なくとも 1個の芳香族基または脂肪族基を含む基を意味するものとし、 「少なくとも1種の加水分解可能な基」は、少なくとも1つが加水分解されて シラノール基になる1個以上のアルコキシ基で置換されたケイ素原子を意味する ものとし、 「カテナリ」は、例えばエーテルにおける酸素など主鎖または骨格におけるも のを意味するが、カルボニル基における酸素は含まないものとし、 「フルオロケミカルセグメント」は、少なくとも4個の全フッ素化 炭素原子と少なくとも1個のウレタン/尿素基とを有し、好ましくは最大で20個 の炭素原子を有するペンダントフルオロ脂肪族基を含有する少なくとも1個のセ グメントを含む有機基を意味するものとし、 「基」は、組成物に悪影響を及ぼすことのない特定の部位または(置換または 延長によって)特定の剖位を含有する基を意味するものとし、 「高級アルキレン基」は、炭素数5〜30のアルキル基を意味するものとし、 「高級アルキレンセグメント」は、C12-C30アルキルペンダント基と少なく とも1個のウレタン/尿素基とを含む少なくとも1個のセグメントを有する有機 基を意味するものとし、 「親水性セグメント」は、ペンダントスルフォン酸基またはその塩を含むアリ ール基を意味するものとし、 「疎水性基」は、少なくとも1個の加水分解可能なシリル基を含む有機基を意 味するものとし、 「低級アルキル基」は、炭素数1〜4のアルキル基を意味するものとし、 「分子量」は、原子群またはポリマーセグメントにおける全ての原子の原子重 量の合計を意味するものとし、基またはセグメントが2種類以上の基またはセグ メントの混合物であるような場合には、「分子量」はかかる基またはセグメント の数平均分子量を意味するものとし、 「ポリマー」は、オリゴマーを含むものとし、 「ランダムポリマー」は、類似の基がポリマー骨格に沿った様々な位置に存在 し得るが配列は異なるものを意味するものとし、 「スルフォポリ(エステル-ウレタン)」は、少なくとも1個のスルフォ基と、 少なくとも1個のエステル基と、少なくとも1個のウレタン基とを有し、任意に 尿素またはチオカルバメートなどの他の官能基を有する、対称または非対称のポ リマーまたはランダムポリマーを意味す るものとし、 「ウレタン/尿素」は、ウレタンまたは尿素基またはこれらの組み合わせを含 有するオリゴマーまたはポリマーを意味するものとする。 発明の好ましい実施例の詳細な説明 本発明によれば、骨格にランダムに配置された少なくとも1つのアリーレンス ルホン酸基またはアルキレンスルホン酸基またはこれらの塩を含み、少なくとも 1種の加水分解可能なシリル基を末端基とする、水分散可能なスルフォポリ(エ ステル・ウレタン)の組成物が得られる。本発明のポリ(エステル-ウレタン-尿素) の組成物からなるコーティングまたはかかる組成物から形成される物品は、接着 材料、グリース、油に対する剥離性を呈する低表面エネルギ表面を有し得る。 本発明のスルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成物は、構造式 を含み、 Rは、Mがカチオン、好ましくはMがNaであるが、MはH、KやLiなどのアル カリ金属、アルカリ土類金属カチオン(例えば、Mg、CaまたはBaなど)、また はアンモニウム、メチルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ジエチルアンモニ ウム、トリエチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウムおよびベンジルトリ メチルアンモニウムなどの第一、第二、第三または第四アンモニウムカチオンで あってもよい、C6-C12アリールトリイル基またはC1-C20脂肪族基(三価アリ ール基または三価脂肪族基)であって、好ましくは、Rが脂肪族基である場合に はMはアルキレン基であり、 または であるがこれに限定されるものではなく、 ここで、R1、R2、RD,RH、R3、R4およびR5は以下に定義される通りで あり、例外的に、R1は、例えばポリエステルまたはポリアクトン(polylactone) セグメントなどのオリゴマーセグメントを含有してもよく、 m=0または1であり、n=0または1であり、s=0または1であり、但し、 mまたはnの一方が独立に1でなければならず、 aは1〜10の数字であることができ、 bは0〜4の数字であることができ、 cは1〜15の数字であることができる。 当業者であれば、R1およびR2セグメントの分子量に応じて、a,bお よびcの値を広範囲にわたって変えることができることは理解できよう。これら の変数の値を決定するにあたって重要な要素となるのは最終的に得られるポリ( エステル-ウレタン)分子のスルフォネート当量であり、このスルフオネート当量 は500〜12,000g/当量の範囲におさまるべきものである。おおざっぱに言えば、 用いるR1(およびR2)セグメントの分子量が小さくなればなるほどaおよびcの 値は大きくなり、オリゴマーR1セグメントを用いた場合に値は小さくなる。 RDは、1) 2〜12単位のメチレン基に20〜約150個の炭素原子を含む二価の直線 状または分枝状有機基と、1〜50個のカテナリ酸素原子の少なくとも1個と1〜 30個のオキシカルボニル基すなわち とによって分離された炭素数6〜10のアリーレン基のうち少なくとも1つ、であ って、好ましくは1〜20個のカテナリ酸素原子および1〜10個のオキシカルボニ ル基によって分離されたものの少なくとも1個であって、有機基の分子量が400 〜2,500、好ましくは600〜1,000であることができ、 または、 RDは、2) 直線状または分枝状で炭素数2〜20のアルキレン基と、シクロペン タメチレン基と、シクロヘキサメチレン基と、5員環または6員環のアザ環状基 と、フェニレン基と、ナフタレン基と、フェニレンメチレンフェニレン基とから なる群から選択される有機基であって、各々炭素数1〜4であって、合計炭素数 が最大15である最大4個の低級アルキル基によって任意に置換された有機基、ジ オール末端エステル先駆物質と、炭素数2〜12の脂肪族二酸または炭素数8〜12 の芳香族二酸とのエステル交換反応、またはジオール末端エステル先駆物質と炭 素数4〜6の 脂肪族ラクトンとの反応によって鎖延長されていてもよい有機基であることがで き、または RDは、3) pが1〜5の整数であって、構造OCN-R2-NCOを有するイソシ アネートとポリオールとの反応によって生成されて分子量が500〜4,000、好まし くは800〜2,000であるセグメントを生成する構造{-R1-(X1-R2-X1-R1)p-}を 有することができ、 R1 は、炭素数2〜12の直線状または分枝状アルキレン基または炭素数6〜10の アリーレン基であることができ、 X1は、 であることができ、 R2は、炭素数2〜12の直線状または分枝状のアルキレン基と、シクロペンタメ チレン基と、シクロヘキサメチレン基と、5員環または6員環のアザ環状基と、 フェニレン基と、ナフタレン基と、フェニレンメチレンフェニレン基とからなる 群から好ましくは選択され、合計炭素数が最大15である最大4個の低級アルキル 基によって任意に置換された有機基であることができ、 X2は、 であって、 ここで、RAは水素または炭素数1〜4の低級アルキルであることが でき、 RHは、構造 を有する二価のオリゴマーシロキサンと、構造 を有し、ペンダントアルキル基を含む二価の有機基と、構造 のいずれか一方を有する二価の有機基またはその第四塩から選択される二価の疎 水性基であり、 ここで、Rfは以下において定義するフルオロカーボンペンダント基であり、 ここで、 R3は、好ましくは炭素数2〜12の直線状または分枝状のアルキレン基である二 価の有機基であることができるが、各々炭素数6〜20のフェニレンなどのアリー レン基またはアルカリーレン基であってもよく、 R4は、炭素数1〜4の一価の低級アルキル基であることができ、 R5は、炭素数1〜約12のアルキル基と、炭素数6〜10のアリールと、炭素数6 〜10のアラルキルとからなる群から選択され、R4の少なくとも70%がメチルで ある一価の基であることができ、 eは約10〜約300の整数であることができ、 X3は、共有結合、カルボニル基 またはアミド基 であることができ、 R6は、炭素数約4〜約60、好ましくは炭素数12〜30のアルキル基からなる群か ら選択される一価の基であることができ、 R7は、炭素数約2〜約12のアルキレン基からなる群から選択される二価の基で あることができ、 Rfは、少なくとも4個が全フッ素化炭素原子である炭素原子を6〜12個含む一 価飽和フルオロ脂肪族基であることができる ポリマーを含有している。 また、基RD(またはその成分基であるR1およびR2)または基R2が分枝状アル キレン成分を含有している場合、これらの成分がポリマーまたはオリゴマーのさ らに末端基を構成し、それ自体が少なくとも1個の加水分解可能なシリル基を末 端基とすることは理解できよう。 本発明のスルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成物は、スルフォネート当量 が1当量あたり約500〜12,000gであり、好ましくは1当量あ たり約2,000〜10,000gである。また、スルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成 物は、数平均分子量が好ましくは2,000〜最大50,000未満であり、好ましくは2,0 00〜20,000の範囲、さらに好ましくは5,000〜8,000の範囲である。 スルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成物を調製するための代表的な方法に ついて、以下の反応シーケンスに概略的に示す。 便宜上、対称的なスルフォ二酸またはジエステルをシーケンス中に示しておく 。しかしながら、当業者であれば、非対称なスルフォ二酸またはジエステルも本 発明の範囲に包含されることは理解できよう。 反応シーケンスI 反応シーケンスII(パート1) ここで、Yは-O-または-S-またはNRAであり、ここで、RAは先に定義した通 りである。 RDまたは-R1-(X1-R2-X1-R1)p-であり、 R1、R2、R3、R4、RH、X1およびX2は先に定義した通りであり、pは1〜 約50の範囲の数であり、 qは1〜3の数である。 本発明のスルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成物および対応する加水分解 シラノールは、以下のステップ(反応シーケンスのステッ プA、B、CおよびDを参照のこと)を含む方法によって調製できる。すなわち 、 (a) (ステップ A) 式(I)のスルホン酸または塩とポリオールと反応させ、式( III)のスルフォポリオールを生成し、 (b) (ステップ B) スルフォポリオールとラクトン(IV)とを反応させ、ポリ( スルフォジオール)(V)を得、 (c) (ステップ C) ポリ(スルフォジオール)(V)とイソシアナートアルキルア ルコキシシラン(VI)とを不活性有機溶剤(すなわち、テトラヒドロフラン、メチ ルエチルケトン、ジクロロエタンなど)中にて反応させ、ポリ(スルフォアルコキ シシラン)(VII)を生成し、 (d) (ステップ D) ポリ(スルフォアルコキシシラン)を加水分解してポリスル フォシラノール(VIII)を生成する。 他の反応シーケンスにおいて、ポリ(スルフォシラノール)(VIII)は反応シー ケンスA、B-1、C-1およびDにおいて示されるようにして得られる。 (a) (ステップ B-1) スルフォジオール(III)をポリイソシアネート(XI)およ び過剰なポリオール(X)またはラクトン(IV)と反応させ、ポリ(スルフォジオー ル)(XI)を生成し、 (b) (ステップ C-1) 次に、ポリ(スルフォジオール)(XI)をイソシアナート アルキルアルコキシシラン(VI)と反応させてポリ(スルフォアルコキシシラン)( VII)を得、 (c) ステップ D ポリ(スルフォアルコキシシラン)(VII)を加水分解してポリ( スルフォシラノール)(VIII)を得る。 さらに他の例において、ポリ(スルフォシラノール)(XV)を反応シーケンスA 、E、FおよびGによって得ることができる。このシーケンスでは、ステップE において示されるように、ポリオール(X)またはラクトン(IV)および過剰なポ リイソシアネート(IX)とスルフ ォポリオール(III)との反応によってポリ(スルフォイソシアネート)(XII)を得 ることができる。次に、ステップFおよびGによって、このポリ(スルフォイソ シアネート)(XII)をヒドロキシアルキルアルコキシシラン(XIII)またはアミノ アルキルアルコキシシランまたはメルカプトアルキルアルコキシシランと反応さ せ、ポリ(スルフォアルコキシシラン)(XIV)および加水分解ポリ(スルフォシラ ノール)(XV)を得る。 第4の別の例では、反応シーケンスA、E、H、IおよびJによってポリスル フォシラノール(XIX)を得ることができる。この例では、ポリ(スルフォイソシ アネート)(XII)と疎水性ポリオール(XVI)とを反応させ、ポリ(スルフォポリ オール)(XVII)を得ることができる。このポリ(スルフォポリオール)をポリ(ス ルフォアルコキシシラン)(XVIII)およびポリ(スルフォシラノール)(XIX)に 転化する。 スルフォポリオール(III)およびこれに続く誘導体の調製に有用なスルフォア リールジカルボン酸は、周知のあらゆるスルフォアリールジカルボン酸である。 一例として、5-スルフォイソフタル酸、5-スルフォナフタレン-1,4-ジカルボン 酸、4,5-ジスルフォナフタレン-1,8-ジカルボン酸などのスルフォアレーンジカ ルボン酸、英国特許第1,006,579号に記載されているような9,9-ジ(2'-カルボキ シエチル)フルオレン-2-スルホン酸などのスルフォフルオレンジカルボン酸が挙 げられる。式(I)の上記スルホン酸の対応する低級アルキルエステル、ハロゲン 化物、無水物および塩も調製に利用することができる。 式(III)のスルフォジオールと反応させてポリ(スルフォイソシアネート)(XI およびXII)を生成するのに利用できる式(XI)のジイソシアネートは、周知のあ らゆるジイソシアネートである。好ましいジイソシアネートとしては、ヘキサメ チレンジイソシアネート、ト ルエンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4'-ジイソシアナー トジクロロヘキシルメタン、3,5,5-トリメチル-1-イソシアナート-3-イソシアナ ートメチルシクロヘキサンおよび4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネート(MD I)が挙げられる。その他のジイソシアネートとしては、米国特許第3,700,643号 および同第3,600,359号に記載されているものなどが挙げられるが、他にも多く ある。MDIとヘキサメチレンジイソシアネートとの混合物など、複数のジイソ シアネートの混合物も利用できる。 構造XIIと類似の、イソシアネートを末端基とするスルフォポリウレタン化合 物が米国特許第4,558,149号、同第4,746,717号および同第4,855,384号に記載さ れている。これらの化合物は、スルフォアレーンまたはスルフォアルカンジカル ボン酸(またはそのエステル)と、2当量以上のポリオールとを反応させ、スルフ ォ有機ポリオール混合物を形成し、場合によっては未反応ポリオールを形成する ことによって調製すると好ましいものである。3〜5当量で1.2〜8当量の範囲 のポリオールが有用である。次に、スルフォ有機ポリオールまたはスルフォ有機 ポリオールと過剰なポリオールとの混合物を、過剰な(最大で15モル%過剰)有機 ジイソシアネートと反応させる。 イソシアネートを末端基とするスルフォポリウレタン化合物の調製に有用な式 (III)の脂肪族または芳香族エステル化スルフォポリオールとしては、エチレン グリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサメチレングリ コール、シクロヘキサメチレンジオール、ネオペンチルグリコールおよび1,4-(2 ,2,3,3-テトラメチル)ブタンジオールなどの分枝鎖ジオールなどが挙げられる。 ポリマージオールの例としては、ポリオキシアルキレンジオール、有機ジカルボ ン酸およびジオールのポリエステルジオールおよび分 子量62〜約10,000のポリアセトンジオールが挙げられる。ポリマージオールの例 としては、コネクチカット州ダンバリーのユニオンカーバイド(Union Carbide )から入手可能なCarbowaxTMジオールなどのポリオキシエチレンジオール、イ リノイ州シカゴのクワッカーオーツカンパニー(Quaker Oats Company)から入 手可能なPolymegTMジオールなどのポリオキシテトラメチレンジオール、モバイ ケミカルカンパニー(Mobay Chemical Company)から入手可能なMultronTMポ リ(エチレンアジペート)ジオールなどのポリエステルジオール、ユニオンカーバ イドから入手可能なPCPTMジオールなどのポリカプロラクトンジオールが挙げ られる。 ポリマー芳香族ポリオールの例としては、o-、m-およびp-フタル酸などの 芳香族ジカルボン酸から調製されるポリエステルジオール、ジエチレングリコー ル、トリエチレングリコールまたはグリコールなどのジオールが挙げられる。 好ましいポリオールは、ブチレングリコールおよびネオペンチルグリコールな どの脂肪族ジオールのエステル化生成物およびラクトン、好ましくはカプロラク トンである。 式(XVI)の疎水性化合物は、ポリシロキサン基、ペンダント高級アルキル基 または先に定義したようなフルオロケミカル基を含有することができる。有用な ポリシロキサンの例としては、以下の式を有する、アミノ有機基を末端基とする ポリシロキサンが挙げられる。 ここで、R3およびR5は先に定義した通りであり、R8はH-、CH3-、C25- 、またはその他の低級アルキル基である。これらはいずれも、米国特許第4,098, 742号および同第5,091,483号に開示されている 手順によって調製できる周知の化合物である。 本発明のポリ(エステル-ウレタン-尿素)組成物の先駆物質になり得る、式(X VI)の疎水性化合物の調製に有用なオルガノポリシロキサンジアミンは、eが約 10〜約300、好ましくは約10〜100の整数であり、R3、R5およびR6が先に定義 したとおりのものである。 式(XVI)の化合物の調製に有用なヒドロキシ有機基官能ポリシロキサンも周知 の化合物であり、米国特許第4,098,742号、同第4,898,918号および同第5,128,40 8号に記載されている。 式(XVI)の疎水性化合物はまた、以下の構造を有する、アミノ有機基を末端 基とする二価有機基を含んでいてもよい。 これらは各々アルキルペンダント基を有し、R3、R6およびX3は先に定義した 通りである。これらは周知の化合物であり、ブロックトジ(ヒドロキシアルキル) アミンとモノ(高級アルキル)イソシアネートとの反応によって調製できる。ここ で、R3は先に定義した通りである。 あるいは、以下に示す構造の1つまたはその第四塩を有する二価の有機基から 式(XVI)の疎水性化合物を調製することもできる。 これらは各々、パーフルオロアルキルスルフォンアミドとエチレンクロロヒドリ ンとの反応によって調製可能なフルオロカーボンペンダント基を含む。ここで、 R3、R7およびX3は先に定義した通りである。Rfは、少なくとも4個の全フッ 素化炭素原子を有する飽和一価フルオロ脂肪族基である。Rfは、直線状、分枝 状または十分に大きなものであれば環状などでよいフルオロ脂肪族基またはこれ らの組み合わせであって、アルキルシクロ脂肪族ラジカルなどが一例として挙げ られる。フルオロ脂肪族ラジカルの骨組み鎖は、骨組み鎖の炭素原子のみに結合 するカテナリ酸素、六価イオウおよび/または三価窒素原子を含むことができ、 かかるヘテロ原子によってRfラジカルのフルオロカーボン部分間の結合が安定 している。全フッ素化ラジカルが好ましいが、炭素原子2個あたり1個を上回る 数の原子が存在しないという条件付きで、水素原子および塩素原子が置換基とし て存在してもよい。Rfは多数の炭素原子を含有し得るが、大きなラジカルは通 常短い鎖ほどフッ素の利用効率が良くないので、Rfが炭素原子20個以下の化合 物であると好ましく適している。約6〜約12個の炭素原子を含むフルオロ脂肪族 ラジカルが最も好ましい。一般に、Rfは40〜78重量%のフッ素を含有している 。Rf基の末端部分は、CF3CF2CF2CF2-などの全フッ素化炭素原子を少な くとも4個有していると好ましい。好ましい化合物としては、RfがCF3(CF2)m -などのパーフルオロアルキル(ここで、mは1〜19の整数)である場合と同様に 、Rf基が完全または実質的に完全にフッ素化されているものが挙げられる。適 したRf基としては、例えば、C817-、C613-CH2CH2-およびC1021- CH2CH2-が挙げられる。 特に、本発明のポリウレタンポリマー組成物を調製するための方 法のステップAは、1個以上のスルフォアルカンまたはスルフォアレーンジカル ボン酸と0.2当量以上の過剰なポリオールとを反応させることによって実施でき る。この量は、1.2〜8当量、好ましくは3〜5当量の範囲のポリオールに相当 する。すなわち、分子約800〜10,000、好ましくは1,200〜2,000個あたり少なく とも1個のスルフォ基でスルフォ有機セグメントが得られる量である。次に、ス ルフォポリオールおよび過剰なポリオールを過剰なポリイソシアネートと反応さ せ、イソシアネートを末端基とするスルフォポリウレタンを生成することができ る。このとき、ポリイソシアネートの量は最大で15モル%過剰であり、好ましく は1.2〜10モル%過剰である。溶剤中における反応物の濃度を調節し、最終的な 反応混合物が約20〜60%の固体を含有するようにする。 また、特に、ステップHは、ステップEにおいて形成されたポリ(スルフォイ ソシアネート)(XII)のイソシアネート当量に対して最大1モル当量のアミノ基 またはヒドロキシ基官能疎水性化合物を反応させることによって実施される。反 応シーケンスは一般に、不活性な水不溶性溶媒中の固体濃度が約15〜80%、好ま しくは25〜60%の不活性溶剤中にて実施される。 本発明の他の実施態様では、スルフォポリ(エステル-ウレタン)はアルキレ ンスルホン酸単位をポリマー骨格に有している。このようなスルフォポリ(エス テル-ウレタン)は一般に、アルキルスルホン酸のヒドロキシ基を末端基とするジ カルボン酸エステルの熱安定性が低いため、上述した芳香族スルホン酸単位を含 むスルフォポリ(エステル-ウレタン)の調製に関して記載されている方法とは異 なる方法で調製される。好ましくは、オレフィン不飽和ジカルボン酸エステルの オリゴマーに重亜硫酸塩をMichael添加することを含む他の方法で調製すること もできる。これらのオリゴマーは、上述 した方法と類似の手順を利用してオレフィン不飽和ジカルボン酸のエステルから 調製できるものである。次に、ラジカル重合開始剤の存在下でオレフィン不飽和 に重亜硫酸塩をMichael添加することで、オリゴマー骨格にアルキルスルホン酸 単位の塩を含有するオリゴマーを生成する。 本発明のスルフォポリ(エステル-ウレタン)の調製に適したオレフィンジカル ボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸および不飽和ジオール多官 能脂肪酸(すなわちカストロオイルなど)またはリシノール酸のトリグリセリドな どが挙げられるが、これに限定されるものではない。 本発明の剥離コーティングを、例えば、ポリ(エチレンテレフタレート)、セル ロースフィルム、ポリカーボネート、金属、セラミック、ガラス、合成繊維およ び天然繊維などの支持体に分散液または溶液として塗布し、様々な材料の接着を 防止するとともに、接着テープなどの接着剤ロールおよびシート材料用の剥離コ ーティングとして利用することができる。 本発明の目的および利点について以下の実施例においてより詳細に説明するが 、これらの実施例において用いられる個々の材料およびその量ならびにその他の 条件および詳細事項は、本発明を限定するものではないことに注意されたい。 以下の反応シーケンスおよび代表的に実験手順は、本発明のシリル基を末端基 とするポリ(エステル-ウレタン)の組成物の合成方法を明確に示すためのもので ある。「Me」はメチルを意味し、「Bu」はブチルを意味する。以下に述べるス ルフォン化ジオールPCPSSIPの調製については、米国特許第4,558,149号 に詳細に記載されている。PCPSSIP先駆物質の調製 ジメチル5-ソディオスルフォイソフタレート(DMSSIP、25.1kg、85モル 、デラウェア州ウィルミントンのイー・アイ・デュポン・ドウ・ナモラ(E.I. DuPont de Nemours)から入手可能)と、ポリカプロラクトンジオール(PCP0 200、平均分子量514、131kg、255モル、コネチカット州ダンバリーのユニオンカ ーバイドコーポレーション(Union Carbide Corp.)から入手可能)と、チタン 酸テトラブチル(78g、0.23モル、ウィスコンシン州ミルウォーキーのオルドリッ ヒケミカル社(Aldrich Chemical Co.)から入手可能)の混合物を、230℃で4 時間加熱し、反応によるメタノール副産物を反応から蒸留除去した。周囲温度ま で冷却した後、PCPSSIPおよび未反応PCP0200の混合物とほぼ等モルの 油性生成物が得られた。反応シーケンスIIIから、必要な化学式が分かる。 混合PCPSSIP先駆物質の見かけ上のヒドロキシ当量は約500g/モル(概し て450〜600g/モルの範囲)であった。反応条件(例えば、温度、メタノール除去速 度、触媒など)によって混合先駆物質のヒドロキシ当量を変えることもできる。 以下の実施例において、「PCPSSIP先駆物質」はPCPSSIPとPC P0200との混合物を意味する。特に明記しない限り、PCP0200に対するPCP SSIPのモル比は約1.0である。実施例2では、チタン酸テトラブチルの代わ りに酢酸亜鉛(ジオール電荷を基準にして0.24wt%)を利用してPCPSSIP先 駆物質を調製した。 PCP0200およびPCPSSIPについて示すものを含む本願の全ての構造に おいて、括弧の外側に付された数字は単位の数平均を示す。 実施例1 PCPSSIPおよびPCP0200(649.8g、混合物のヒドロキシル当量509に対 して0.64モル)を1:0.87モルの混合物とした以外は上述したようにして混合PC PSSIP先駆物質を調製し、さらにPCP0200(5994g、1.16モル)、エチレン グリコール(894g、1.44モル、ニュージャージー州フィリップスバーグのジェー ・ティ・ベーカー社(J.T.Baker,Inc.)から入手可能)およびメチルエチル ケトン(1338mL)を85℃に加熱し、混合物からメチルエチルケトン(445mL)を蒸 留除去して乾燥させた。周囲温度まで冷却した後、ジブチル錫ジラウレート(1.5 3g、2.4mmol、マサチューセッツ州ウォードヒルのアルファケミカル社(Alfa C hemical Co.)から入手可能)を乾燥溶液に添加した。この乾燥溶液を、イソホ ロンジイソシアネート(800.2g、3.60モル、ニュージャージー州ピスカタウェイ のハルズアメリカ社(Huls America,Inc.)から入手可能)のメチルエチルケト ン(533mL)溶液に攪拌しながら添加し、これを反応混合物の温度が85℃を超えな い程度の速度で72℃まで加熱した。1時間後、さらにメチルエチルケトン(50mL )中のジブチル錫ジラウレート(1.53g)を溶液に添加し、反応混合物を攪拌しなが らさらに3.5時間80℃で維持した。次に、3-アミノプロピルトリエトキシシラン のメチルエチルケトン(100mL)溶液(159.4g、0.72モル、オルドリッヒケミカル 社(Aldrich Chemical Co.)から入手可能)を反応混合物に添加し、これを攪拌 しながらさらに45分間80℃で維持した。80℃の湯(2L)を強く攪拌しながら約1 時間かけて反応混合物に添加し、次に減圧下で混合物からメチルエチルケトンを 蒸留除去し、シラノールを末端基とするポリ(エステル-ウレタン)の水中分散液( 54%固体)を生成した。分散液のスパンキャストフィルムについて変調示差走査 熱量分析(MDSC)および引っ張り特性分析を行ったところ、587%伸張した場 合のポリマーのTgは26℃、引張強 度は17.9MPa(2595psi)であることが分かった。 実施例2 以下の反応物を仕込んだこと以外は実質的に実施例1と同様にしてシラノール を末端基とするスルフォポリ(エステル-ウレタン)を調製した。 混合PCPSSIP先駆物質(376g、0.04モル)、PCP0201(52.4g、0.10モル )(ポリカプロラクタムジオール、ユニオンカーバイド(Union Carbide)から入 手可能)、エチレングリコール(7.44g、0.12モル)およびイソホロンジイソシアネ ート(62.2g、0.28モル)を用いた。反応物のモル比は1:6:6:14であった。この反 応シーケンスで生成したポリマーのスパンキャストフィルムについて変調示差走 査熱量分析(MDSC)および引っ張り特性分析を行ったところ、653%伸張した 場合のポリマーのTgは17℃、引張強度は30.6Mpaであることが分かった。 以下の実施例3〜5では、イソシアネートにビス(4-イソシアナートヘキシル) メタンを使用した。 実施例3 以下の反応物を仕込んだこと以外は実質的に実施例1と同様にしてシラノール を末端基とするスルフォポリ(エステル-ウレタン)を調製した。 混合PCPSSIP先駆物質(53.3g、0.06モル)、PCP0201(477g、0.09モル )、エチレングリコール(3.7g、0.06モル)およびビス(4-イソシアナートシクロヘ キシル)メタン(62.9g、0.24モル、H12MDI、ペンシルバニア州ピッツバーグ のベイヤーコーポレーション(Bayer Corp.)から入手可能)を用いた。反応物のモル比は1.4:2:8であった。この反応 シーケンスで生成したポリマーのスパンキャストフィルムについて変調示差走査 熱量分析(MDSC)および引っ張り特性分析を行ったところ、502%伸張した場 合のポリマーのTgは14℃、引張強度は14.7Mpaであることが分かった。 実施例4 以下の反応物を仕込んだこと以外は実質的に実施例1と同様にしてシラノール を末端基とするスルフォポリ(エステ-ウレタン)を調製した。 混合PCPSSIP先駆物質(56.9g、0.06モル)、PCP0201(636、0.12モル) 、エチレングリコール(9.3g、0.15モル)およびビス(4-イソシアナートシクロヘ キシル)メタン(94.3g、0.36モル)を用いた。反応物のモル比は1:5:5:12であった 。この反応シーケンスで生成したポリマーのスパンキャストフィルムについて変 調示差走査熱量分析(MDSC)および引っ張り特性分析を行ったところ、390% 伸張した場合のポリマーのTgは36℃、引張強度は17.4Mpaであることが分かっ た。 実施例5 以下の反応物を仕込んだこと以外は実質的に実施例1と同様にしてシラノール を末端基とするスルフォポリ(エステル-ウレタン)を調製した。 混合PCPSSIP先駆物質(53.3g、0.06モル)、PCP0201(15.9g、0.03モ ル)、エチレングリコール(7.45g、0.12モル)およびビス(4-イソシアナートシク ロヘキシル)メタン(62.9g、0.24モル)を用いた。反応物のモル比は1:2:4:8であ った。この反応シーケンスで生成した ポリマーのスパンキャストフィルムについて変調示差走査熱量分析(MDSC)お よび引っ張り特性分析を行ったところ、111%伸張した場合のポリマーのTgは80 ℃、引張強度は18.2Mpaであった。 以下の実施例は、PCPSSIP以外のスルホン化ポリエステルジオールの調 製および反応について教示するものである。 実施例6 DMSSIP(74.0g、0.25モル)と、1,4-シクロヘキサンジメタノール(180g、 1.25モル、オルドリッヒケミカル社(Aldrich Chemical Co.)から入手可能)と 、チタン酸テトラブチル(0.1g、0.3mmol)との混合物を200℃に加熱し、攪拌しな がらこの温度で4時間維持した後150℃に冷却し、攪拌しながらこの温度でさら に5時間維持した。次に、反応混合物の温度を180℃まで上げ、ジブチルジラウ レート(0.2g、0.3mmol)を含有しているε-カプロラクトン(228g、2.0モル、オル ドリッヒケミカル社(Aldrich Chemical Co.)から入手可能)を、攪拌しながら 30分かけて反応混合物に添加した。混合物を攪拌しながら180℃で3時間維持し た後室温まで冷却し、スルホン化ジオールと、1,4-シクロヘキサンジメタノール (1部)とε-カプロラクトン(2部)との反応によって生成されたジオールと を1.3モル比で含有する油性の先駆物質組成物を生成した。このようにして調製 された先駆物質55.9gを、PCP0201(62.9g、0.12モル)、エチレングリコール(5 .58g、0.09モル)およびイソホロンジイソシアネート(79.9g、0.36モル)と反応さ せ、続いてアミノプロピルトリエトキシシラン(11.7g、0.053モル)と反応させる ことによって実質的に実施例1の手順と同様にして、シラノールを末端基とする スルフォポリ(エステル-ウレタン)に転化した。この反応シーケン スで生成したポリマーのスパンキャストフィルムについて変調示差走査熱量分析 (MDSC)および引っ張り特性分析を行ったところ、341%伸張した場合のポリ マーのTgは29℃、引張強度は28.6Mpaであることが分かった。 以下の実施例は、まずヒドロキシル基を末端基とするポリ(エステル-ウレタン )を調製し、このヒドロキシル基を末端基とするポリ(エステル-ウレタン)と求電 子性アルコキシシラン反応試薬とを反応させ、アルコキシシランを末端基とする ポリ(エステル-ウレタン)と水とを反応させる実施例によって本発明を実施する ことについて教示するものである。 実施例7 PCPSSIP先駆物質(57.33g、0.06モル、ヒドロキシ当量475)と、PCP0 201(62.76g、0.12モル、ユニオンカーバードコーポレーション(Union Carbide Corp.)から入手可能)と、エチレングリコール(9.32g、0.15モル)と、ジブチル 錫ジラウレート(0.16g、0.25mmol)とのメチルエチルケトン(85mL)中における混 合物を80℃まで加熱し、イソホロンジイソシアネート(66.69g、0.3モル)のメチ ルエチルケトン(44mL)溶液を、反応温度が80℃を超えないような速度で攪拌し ながら混合物に添加した。イソホロンジイソシアネート溶液の添加完了の約30分 後、ジブチル錫ジラウレート(0.16g)のメチルエチルケトン(1mL)溶液を反応混 合物に添加し、攪拌しながらさらに3.5時間80℃で反応を継続した。イソシアナ ートプロピルトリエトキシシラン(14.82、0.06モル、ハルズアメリカ社(Huls America,Inc.)から入手可能)のメチルエチルケトン(5mL)溶液を反応混合物 に添加し、攪拌しながら約1時間混合物を80℃で維持し た。(この時点で反応混合物の赤外線分析(2250cm-1)を行ったところ、イソシア ネートは残留していなかった。)攪拌しながら約10分間かけて反応混合物に水(26 0mL)を添加し、減圧下で混合物からメチルエチルケトンを蒸留除去し、シラノ ールを末端基とするスルフォポリ(エステル-ウレタン)の分散液を生成した。こ の反応シーケンスで生成したポリマーのスパンキャストフィルムについて変調示 差走査熱量分析(MDSC)および引っ張り特性分析を行ったところ、295%伸張 した場合のポリマーのTgは7℃、引張強度は17.9Mpaであることが分かった。 実施例8 シリル基を末端基とするスルフォポリ(エステル-ウレタン)を以下のようにし て調製した。 平均分子量が約5,000の、ビス-(プロピルアミノ)基を末端基とするポリシロキ サンを以下のようにして調製した。 ビス(3-アミノプロピル)基を末端基とするジシロキサン(14.96g、0.06モル、 オルドリッビケミカル社(Aldrich Chemical Co.)から入手可能)のオクタメチ ルシクロテトラ-シロキサン(352.9g、ジェネラルエレクトリック社(General E lectric Co.)から入手可能)溶液を、アルゴンで20分間パージした後、溶液を15 0℃まで加熱して50%固体(w/w)の水酸化セシウム水溶液0.06gを添加して、得ら れた150℃の反応混合物をさらに6時間保持した。次に、この反応混合物を70℃ まで冷却し、過剰なトリエチルアミンおよび酢酸で中和し、10mmHgの真空下で 少なくとも5時間かけて130〜160℃まで加熱して、環状シロキサンを除去した。 反応混合物を周囲温度まで冷却して濾過し、酢酸セシウムを除去した後、理論分 子量5,000の、ビス-(プロピルアミノ)基を末端基とするポリシロキサンを得 た。 イソシアネートを末端基とするスルフォポリ(エステル-ウレタン)の1:5:5:12 アリコート(65.4%固体のMEK溶液、イソシアネート0.01モル)を上記実施例 4から得て、これをMEK(31g)で希釈した。この溶液に対し、上記のビス-(プ ロピルアミノ)基を末端基とするポリシロキサン(6.25g、アミン0.0025モル)とア ミノプロピルトリメトキシシラン(1.66g、アミン0.0025モル)とのMEK(10.8g) 混合物を攪拌しながら添加した。反応混合物を周囲温度で約10分間攪拌し、これ を50℃まで加熱して水(10g)を混合物に添加した。50℃で約1時間おいた後、反 応混合物にさらに水(147.6g)を添加し、加水分解されたスルフォポリ(エステル- ウレタン)のMEK/water分散液を生成した。次に、MEKを分散液から蒸留除 去し、固体約20%の加水分解スルフォポリ(エステル-ウレタン)の水中分散液を 生成した。この分散液の一部をポリ(エチレンテレフタレート(PET)フィルム に塗布し、循環空気オーブン中にて約5分間かけて塗膜を80℃で乾燥させ、PE Tフィルム上に透明な剥離コーティングを形成した。SCOTCHTMブランドの フィラメントテープ(#898、ミネソタ州サンパウロの3Mから入手可能)またはS COTCHTMブランドのマスキングテープ(#232、3Mから入手可能)は、上記塗 膜に対して実質的に全く接着性を示さなかったが、SCOTCHTMブランドのマ ジックメンディングテープ(3M)は塗膜に対して極めて弱い接着性を示した。テ ープの試験ストリップを折り畳んで接着面同士を接触させた後、このようにして 得た接着部分を分離してみることによって、コーティングのintegrityすなわち 接着剤への移行性がないことが示された。全ての場合について接着剤/接着剤結 合の強度を定量的に求めたところ、塗膜のない対照サンプルの接着強度と実質的 に同一であった。 本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく本発明に対して様々な修正および 変更を施せることは当業者であれば明らかであり、本発明は本願明細書において 開示した例示的な実施例に限定されるものではないことは理解できよう。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.骨格に少なくとも1つのアリーレンスルホン酸基またはアルキレンスルホン 酸基またはこれらの塩を含み、少なくとも1種の加水分解可能なシリル基を末端 基とする、水分散可能なスルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成物であって、 該組成物の総重量に対して40%以上の水または非プロトン性液体を任意にさらに 含み、前記液体中に前記組成物が分散したスルフォポリ(エステル-ウレタン)の 組成物。 2.数平均分子量が2.000〜50.000未満の範囲であり、スルフォネート当量が約5 00〜約12,000g/当量である請求項1に記載の組成物。 3.構造式 を含み、 Rは、MがカチオンであるC6-C12アリールトリイル基(三価アリール基)であっ て、 RDは、1) 2〜12個のメチレン基に20〜約150個の炭素原子を含む二価の直線状 または分枝状有機基と、1〜50個のカテナリ酸素原子の少なくとも1個と1〜30 個のオキシカルボニル基すなわち とによって分離された炭素数6〜10のアリーレン基のうち少なくとも1つ、 または RDは、2) 直線状または分枝状で炭素数2〜20のアルキレン基と、シクロペン タメチレン基と、シクロヘキサメチレン基と、5員環または6員環のアザ環状基 と、フェニレン基と、ナフタレン基と、フェニレンメチレンフェニレン基とから なる群から選択される有機基、または RDは、3) pが1〜5の整数であって、構造OCN-R2-NCOを有するイソシ アネートとポリオールとの反応によって生成されて分子量が500〜4,000、好まし くは800〜2,000であるセグメントを生成する構造{-R1-(X1-R2-X1-R1)p-}で あり、 R1は、炭素数2〜12の直線状または分枝状アルキレン基または炭素数6〜10の アリーレン基であり、 X1は、 であり、 R2は、炭素数2〜12の直線状または分枝状のアルキレン基と、シクロペンタメ チレン基と、シクロヘキサメチレン基と、5員環または6員環のアザ環状基と、 フェニレン基と、ナフタレン基と、フェニレンメチレンフェニレン基とからなる 群から好ましくは選択される有機基であり、 s=0または1、 n=0または1、 m=0または1であり、但し、nまたはmのうち少なくとも一方が1であり、 X2は、 であって、 ここで、RAは水素または炭素数1〜4の低級アルキルであることができ、 RHは、構造 を有する二価のオリゴマーシロキサンと、構造 を有し、ペンダントアルキル基を含む二価の有機基と、構造 のいずれか一方を有する二価の有機基またはその第四塩から選択される二価の疎 水性基であり、 ここで、Rfは以下において定義するフルオロカーボンペンダント基であり、 ここで、 R3は、炭素数2〜12の直線状または分枝状のアルキレン基と、各々炭素数6〜2 0のアリーレン基またはアルカリーレン基とからなる群から選択される二価の有 機基であり、 R4は、炭素数1〜4の一価の低級アルキル基であり、 R5は、炭素数1〜約12のアルキル基と、炭素数6〜10のアリールと、炭素数6 〜10のアラルキルとからなる群から選択され、R4の少なくとも70%がメチルで ある一価の基であり、 eは約10〜約300の整数であり、 X3は、共有結合、カルボニル基 またはアミド基 であり、 R6は、炭素数約4〜約60のアルキル基からなる群から選択される一価の基であ り、 R7は、炭素数約2〜約12のアルキレン基からなる群から選択される二価の基で あり、 Rfは、少なくとも4個が全フッ素化炭素原子である炭素原子を6〜12個含む一 価飽和フルオロ脂肪族基である 請求項1に記載のスルフォポリ(エステル-ウレタン)の組成物。 4.Mが水素、金属カチオンまたは第四アンモニウムカチオンである請求項3に 記載の組成物。 5.RDが、1〜20個のカテナリ酸素原子および1〜10個のオキシカルボニル基 のいずれかによって分離され、メチレン基およびアリーレン基を有する二価の直 線状または分枝状有機基と、各々炭素数1〜4であって合計炭素数が最大15であ る最大4個の低級アルキル基によって置換された有機基の少なくとも1つである か、またはRDが、(a)ジオール末端エステル先駆物質と(b)脂肪酸または脂肪族 ラクトンの低級脂肪族ジエステルとのエステル交換反応によって延長された鎖で ある請求項3に記載の組成物。 6.R2が、各々炭素数1〜4であって合計炭素数が最大15である最大4個のア ルキル基によって置換されている請求項3乃至5のいずれか1項に記載の組成物 。 7.RHが、前記オリゴマーシロキサンおよびペンダントアルキル基を含む前記 二価の有機基のうち少なくとも1つであり、RHが、ペンダントフルオロカーボ ン基を有する前記二価の有機基である請求項3乃至6のいずれか1項に記載の組 成物。 8.一般式VIII,XV,XIXすなわち、 ここで、M、RD、X1、X2、R2、R3およびR4は先に定義した通りであ り、 qは1〜3の数である 構造式のいずれかを有するポリ(スルフォシラノール)を生成するよう加水分解さ れた請求項1乃至7のいずれか1項に記載の組成物。 9. は、 からなる群から選択される単位であり、ここで、R1、R2、RD、RH、R3、R4 およびR5は先に定義した通りであり、R1に限ってはオリゴマーセグメントであ ることができ、 aは1〜10であることができ、 bは0〜4であることができ、 cは1〜15であることができる 請求項3乃至8のいずれか1項に記載の組成物。 10.請求項1に記載のポリ(エステル-ウレタン)の層が、任意に接 着テープであるかまたは接着性材料に対する剥離特性を呈する少なくとも一面に 施された支持体を備える物品。
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