JPS61185573A - 硬化性組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は表面処理用硬化性組成物に関する。

詳しくはアルキルけい酸エステルを主成分とする表面処
理用硬化性組成物に関する。

（従来の技術） 表面処理剤は一般に無機化合物または有機化合物で形成
された固体材質の表面を改良する薬剤であり、本発明に
用いられるアルキルけい酸エステルはシランカップリン
グ剤として広く知られている物である。シランカップリ
ング剤はガラス繊維強化プラスチックスに代表される複
合材料やガラス粉、けい石粉、タルク等の表面処理剤と
して巾広く使用されており、また、プライマーとして、
塗料、接着剤、シーラント等を使用する際の基材表面の
改質剤として用いられている。

代表的なシランカップリング剤として、アミノ基を含有
する物と脂肪族不飽和結合を含有する物とが挙げられる
が、両者はそれぞれに長所とともに短所をもっている。

すなわち、アミノ基含有のシランカップリング剤は無機
質材料によく密着し、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂
、エポキシ樹脂等との接着も良好である反面、耐水性に
欠けるという短所があって長期間の湿潤状態下に置かれ
ると性能低下がみられ、さらに、不飽和ポリエステル樹
脂、アクリル樹脂、ビニル基型・合体等との接着性に難
点がある。また、脂肪族不飽和結合含有のシランカップ
リング剤は、ビニル系重合体例えば不飽和ポリエステル
樹脂、アクリル樹脂等と無機質材料との複合材料の製造
において極めて有用であり、形成される膜自体もメタク
リロイロキシ基等の脂肪族不飽和結合が加熱等により重
合し、高分子化するため耐水性も良好で、ある程度の強
度を有する。

しかしながらアミノ基含有のシランカップリング剤と比
べると無機材料との密着性にはや〜劣るという欠点を有
している。

これらのシランカップリング剤は硬化速度が遅く、１０
００以上の高い温度で硬化させるか、或いは室温硬化の
場合には数日間の硬化時間を要し、このため用途的に制
限されている。

（発明の解決しようとする問題点） 以上に述べたように本発明の目的は、基材特に無機材料
との密着性に優れ、塗膜の耐水性を向上し、かつ、ビニ
ル系塗料との接着性にも優れた表面処理剤を提供するこ
とにある。すなわち、アミノ基含有シランカップリング
剤および脂肪族不飽和結合含有シランカップリング剤の
それぞれの欠点を改善し、それぞれの特長を生かし、塗
膜に要求される特性をバランス良く改善した表面処理剤
を得ることが発明の課題である。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、アミノ基含有アルキルけい酸エステルと脂肪
族不飽和結合含有エポキシ化合物との反応生成物、およ
び脂肪族不飽和結合含有のアルキルけい酸エステルとア
ルキルけい酸エステルとの混合物を主成分とすることを
特徴とする硬化組成物である。

すなわち、本発明は （１）　　アミノ基含有アルキルけい酸エステルと脂肪
族不飽和結合含有エポキシ化合物との反応生成物１００
重量部、°および脂肪族不飽和結合含有のアル±ルけい
酸エステル３０〜５重量部、およびアルキルけい酸エス
テル２０〜１重量部とからなる硬化性組成物。

であり、その実施態様は （２）脂肪族不飽和結合含有エポキシ化合物がグリジル
メタクリレートまたはグリシジルアクリレートである前
記第（１）項記載の硬化性組成物 である。

アミノ基含有アルキルけい酸エステルと脂肪族不飽和結
合含有エポキシ化合物との反応生成物は後述するような
オリゴマーと推定できるがこのオリゴマー１００重量部
に対し、脂肪族不飽和結合含有のアルキルけい酸エステ
ル３０〜５重量部、およびアルキルけい酸エステル２０
〜１重量部を混合した組成物とすることが、塗膜の硬度
と柔軟性の兼備の面からもまた、耐水性、耐熱水性、基
材との密着性、造膜性等の塗膜に必要な性能を適当にバ
ランスさせるために必要である。

脂肪族不飽和結合含有のアルキルけい酸エステルが５重
量部未満の場合は、ビニル系塗料の接着性が劣るので好
ましくない。また３０重量部を越えると塗膜が柔軟性に
乏しくなるので好ましくない。

アルキルけい酸エステルが１重量部未満であると耐熱水
性および基材との密着性かや匁劣る。

また、アルキルけい酸エステルが２０重量部を越えると
塗膜の柔軟性が不足するので好ましくない。

本発明で用いられるアミノ基含有アルキルはイ酸エステ
ルは、活性水素基を有したアミノ基、すなわち−級又は
二級アミノ基と、加水分解性のけい酸エステル基を有し
たものであれば限定されるものではないが、商業的に生
産され、容易に入手出来る実用的なものとしては、γ−
アミノプロピルトリエトキシシラン、ｒ−（２−アミノ
エチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−（２
−アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシラ
ン、Ｎ−メチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ｐ
−アミノメチルフェネチルトリメトキシシラン、ｐ−ア
ミノフェニルトリメトキシシランなどを挙げることがで
きる。

本発明で用いられる脂肪族不飽和結合金有エポキシ化合
物としては脂肪族不飽和結合とエポキシ基を同一分子内
に有した化合物であれば本発明の目的を達することは可
能であり、具体的な例としてはグリシジルメタクリレー
ト、グリシジルアクリレート、アリルグリシジルエーテ
ル、１．２−エポキシ−４−ビニルシクロヘキサンなど
が挙げられる。

本発明の組成物の一成分であるアミノ基含有アルキルけ
い酸エステルと脂肪族不飽和結合金有エポキシ化合物と
の反応生成物は、次の反応式で表わされる、（１）アミ
ノ基とエポキシ基の反応、（２）アミノ基と脂肪族不飽
和結合の反応、および（３）エポキシ基の開環によって
生成した水酸基とけい酸エステル基の反応が組合されて
起きたことによって生成すると推定されるオリゴマーで
ある。

このことは反応混合液のガスクロ分析から原料成分が殆
んど認められないこと、および不飽和結合が減少してい
ることにより支持されるっ〜ＮＨ十ＣＨ，工ＣＨ〜→〜
ＮＫ−Ｃ１ｆ、−ＣＭ、〜　（２）〜ＣＯＨ−１−（Ｒ
Ｏ）　Ｓｉ〜→〜Ｃ−０−８ｉ〜十ＲＯＨ（３）このオ
リゴマーの原料中のアミノ基の活性水素基に対するエポ
キシ基の割合は１　：　０．２〜１．２の範囲が適当で
あり、より好ましくは１：０．５〜１．０の範囲が適当
である。アミノ基の活性水素基に対するエポキシ基の割
合が前述の比の範囲を外れると、オリゴマーを成分とす
る組成物を用いて塗膜を形成した際に、塗膜と基材の密
着性が弱（なったり、また塗膜の耐水性が低下したりボ
キシ化合物とから前述のオリゴマーを生成させる反応は
、室温下においても発熱を伴い進行−ｊ６が、アルコー
ル類または芳香族炭化水素系の溶媒中で６０〜１１０Ｃ
で一方の原料を分割添加して反応させることによって安
定に目的のオリゴマーを得ることができる。

脂肪族不飽和結合金有のアルキルけい酸エステルとして
は、同一分子内に脂肪族不飽和結合と加水分解性のけい
酸エステル基とを含む化合物で、具体例としては、γ−
メタクリロイロキシグロビルトリメトキシシラン、ｒ−
メタクリロイロキシプロビルメチルジメトキシシラン、
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン
、メチルビニルジメトキシシラン、２−フロベニルトリ
メトキシシラン、２−７’ロペニルメチルジメトキシシ
ラン、γ−アクリロイロキシプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−アクリロイロキシプロピルメチルジメトキシシ
ラン等が挙げられる。

アルキルけい酸エステルとしては、加水分解性のけい酸
エステル基を含む物で、具体例としてテトラメトキシシ
ラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、
メチルトリメトキシシラン、エテルトリメトキシシラン
、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシ
シラン等を挙げることができる。

本発明の組成物はそのま〜表面処理に用いられるが、さ
らに好適には、けい酸エステル基の一部を加水分解した
後表面処理に用いることＫより、安定した性能を持った
塗膜が形成できる。

部分加水分解は、本発明の組成物の加水分解性のけい酸
エステル基に対し０．１５〜０．７倍当量の水を含む含
水溶媒を添加して、常温ないし８０Ｃで行なえばよい。

加水分解は本発明の組成物に対して行なうほかに、その
成分である脂肪族不飽和結合金有のアルキルけい酸エス
テルとアルキルけい酸エステルとの混合物に対して、溶
媒中で酸またはアルカリ触媒、例えば酢酸、塩酸、アン
モニア水、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイ
ド水溶液等の存在下に行なった後、該加水分解物をアミ
ノ基含有アルキルけい酸エステルと脂肪族不飽和結合金
有エポキシ化合物との反応生成物に混合し、平衡化を行
なうこともできる。

本発明の組成物で表面処理を行なう場合、組成物を溶液
として用いる方が、副反応の防止、反応制御、組成物の
安定化、粘度低下による取扱いの容易さ等の面からみて
、望ましい。溶媒は原料及び組成物を溶解するものであ
れば、特に限定されるものではないが、エタノール、イ
ソフロパノール等のアルコール類、トルエン、キシレン
等の芳香族炭化水素類、酢酸エチルエステル等エステル
類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の
ケトン類、メチルセルソルブ、エチルセロソルブ等のグ
リコールエーテル類等の単独もしくは混合物が推奨され
る。

本発明の組成物に、硬化を促進するための硬化促進触媒
、例えばジブチル錫ジラウレート、ジプチル錫オキサイ
ド等の錫化合物、テトラブトキシチタン等のチタン酸エ
ステル、アルミニウムアセチルアセテート等のアルミニ
ウム化合物等を添加することにより、低温度又は短時間
での硬化が可能となるが、この場合には耐熱水性等が低
下する傾向があるため、使用量は有効成分当り１重量係
以下とするのが好ましい。

（発明の効果） 本発明の組成物は加水分解性のけい酸エステル基、アミ
ノ基、脂肪族不飽和結合、および水酸基を含み、加熱ま
たは溶媒蒸発の際に、これらの活性基には、（１）けい
酸エステル基相互の縮合反応、（２）けい酸エステル基
と水酸基との縮合反応、（３）脂肪族不飽和結合の重合
反応、（４）脂肪族不飽和結合とアミノ基との反応等に
より、高次の架橋反応が誘起される。そのため、フェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、アクリル樹脂等の極めて広範囲の樹脂と
の接着性に優れると同時に、ガラス、けい石粉、タルク
等の無機材料との密着性にも優れているので、耐水性に
優れた硬化膜を形成することができる。

（実施例） 以下に実施例および応用例により本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものでは
ない。

実施例１ γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシ
シラン２１を溶媒のインプロパツール５０ｇに加え、こ
れにグリシジルメタクリレート２８ｇを３時間で滴下し
ながら８０Ｃで反応させた。

この反応液はガスクロマトグラフィーで原料成分は認め
られず、さらに、ＮＭＲによる定量分析から原料中の二
重結合の約３５％が保存されていることが判った。また
、この反応生成物溶液の粘度は２５ｔｌ’で６．２０ｐ
、であった。

この反応生成物溶液１００Ｆにイソプロパツール７０ｇ
を加えて稀釈し、γ−メタクリロイロキシプロビルトリ
メトキシシラン６！ｊとテトラメトキシシラン４ｇとを
加えた溶液を６０Ｆで攪拌しながら、水３ｇをイソプロ
パツール３０Ｆに加えた含水イソプロパツールを３時間
で滴下した後、６０Ｃで更に２時間熟成反応を行ない、
有効成分濃度２８．５％の硬化性組成物のイソプロパツ
ール溶液２１０ｇを得た。

この硬化性組成物の表面処理剤としての性能を確認する
ため、組成物の溶液にガラス板を浸漬して塗布し、６０
Ｃ３０分間風乾して硬化塗膜を得た。

次に表面処理されたガラス板をアクリル樹脂系塗料（大
日本塗料■製、アクリルラッカー）及びエポキシ樹脂系
塗料（シェル製、エビコー）８２８ニジエチレントリア
ミノ：メチルセルソルブ：キシレン＝１００：１０：Ｚ
ｏｏ：１００重量部を混合したもの）にそれぞれ浸漬塗
布し、１昼夜放置し、２種の乾燥塗膜を得た。

塗料とガラス板の密着性を評価するために、塗布面の１
０四方に１閣間隔で基材に達する切れ目を入れ、セロフ
ァンテープで５回剥離テストを行ない残ったマス目数ｎ
をｎ／１００で表わす基盤目剥離テストにより常態での
接着性とした。

さらに湿潤時の接着性を評価するために、試料を沸騰水
に２時間浸漬した後、基盤目剥離テストを行ない、湿潤
時の接着性を評価した。これらの結果を表ＩＫ示す。

比較例１〜３ 実施例１の硬化性組成物溶液に代えて、比較例１ではγ
−アミノプロピルトリエトキシシラン１０部、水５部と
イソプロパツール８５部からなる表面処理剤を、比較例
２ではγ−メタクリロイロキシプロビルトリメトキシシ
ラン１０部、０．０５Ｎ塩酸水溶液５部とイソプロパツ
ール８５部からなる表面処理剤をそれぞれ用いたほかは
、実施例１と同様にしてガラス板上に塗膜を形成し、比
較例３では表面処理剤を使用せずにガラス板上に塗膜を
形成した。これらの塗膜の基材との接着性を実施例１と
同様にして検べた結果を実施例１の結果とともに表１に
示す。

表１の結果から本発明の硬化性組成物はガラス等の無機
材料と有機樹脂との接着性に優れるものであることが分
る。

実施例２ ｒ−アミノプロピルトリエトキシシラン３０２溶媒とし
てイソプロピルアルコール５０！ｊを採り、８０ｃ３時
間でグリシジルメタアクリレ−）２０．９を滴下し、反
応を行った。

反応液のガスクロマトグラフィーは原料ピークは消失し
、溶媒及び少量のエタノール以外は検出されず、反応が
進行したことが判った。

さらに反応物のＮＭＲによる定量分析で原料中の二重結
合の約４０％が伏在されていることが判った。反応生成
物溶液の粘度は２５ｃで４　ｃｐ。

であった。

次にビニルトリメトキシシラン１０ｇとテトラエトキシ
シラン５．５ｇ、溶媒としてイソプロパツール７０．Ｆ
とトルエン３０ｇを混合し、６０ｒに保ち０．０５Ｎ塩
酸水溶液４．５ｇとインパノール２０ｇの混合物を４時
間で滴下し、６０Ｃで２時間熟成し、部分加水分解を行
った。

この部分加水分解物１４０ｇを先に調製した反応生成物
溶液１００．Ｐに混合し、さらにテトラブトキシチタン
０．３ｇを加え、有効成分濃度２９．２チの硬化性組成
物のイソプロパツール溶液２４０ｇを得た。

硬化性組成物の塗膜としての評価をするために、得られ
た組成物溶液をインプロパツールで１０％に稀釈しポリ
カーボネート板（三菱互斯化業■製）に浸漬法により塗
布し、室温で１時間風乾後、酢ビエマルジョン塗料（犬
日本塗料■製）を浸漬法により塗布し、１昼夜放置乾燥
してテストピースを得た。このテストピースについて、
常態で、および２日間室温で水浸漬後にそれぞれ基盤目
剥離テストによる接着性の評価を行なった。その結果を
表２に示すっ 応用例１ 実施例１で調製した硬化性組成物溶液をインプロパツー
ルで有効成分濃Ｉｆ１０％に稀釈し、実施例２と同様に
してポリカーボネート板と塩化ビニル透明樹脂板にそれ
ぞれ塗膜を形成してテストピースを作成した。各テスト
ピースについて実施例２と同様にして基盤目剥離テスト
を行なった結果を実施例２の結果とともに表２に示す。

比較例４〜６ 比較例１および２で用いたのと同じ表面処理剤を用いて
それぞれ実施例２と同様にしてプラスチック基板に塗膜
を形成しテストピースを作成した。また比較例６として
は表面処理を行なうことな〈実施例２と同様にして酢ビ
エマルジョン塗料を用いてプラスチック基板上に塗膜を
形成しテストピースを作成した。これらのテストピース
について常態および湿潤時の塗膜の接着性を実施例２と
同様にして検べた。結果を表２に示す。

以　　上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アミノ基含有アルキルけい酸エステルと脂肪族不
   飽和結合含有エポキシ化合物との反応生成物１００重量
   部、および脂肪族不飽和結合含有のアルキルけい酸エス
   テル３０〜５重量部、およびアルキルけい酸エステル２
   ０〜１重量部とからなる硬化性組成物。
2. （２）脂肪族不飽和結合含有エポキシ化合物がグリシジ
   ルメタクリレートまたはグリシジルアクリレートである
   特許請求の範囲第（１）項記載の硬化性組成物。