WO2013077451A1 - 反応性含フッ素高分岐ポリマー及びそれを含む硬化性組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
第2観点として、前記モノマーAのモル数に対して5~300モル%の前記モノマーCを用いて得られる、第1観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第3観点として、前記モノマーCが、ビニル基又は(メタ)アクリル基の何れか一方を少なくとも1つ有する化合物である、第2観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第4観点として、前記モノマーCが、下記式[1]で表される化合物である、第3観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第5観点として、前記式[1]中、R2が、第一級炭素原子にヒドロキシ基が結合している炭素原子数1~30の脂肪族基を表す、第4観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第6観点として、前記モノマーCが、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートである、第5観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第7観点として、前記モノマーAのモル数に対して5~300モル%の前記モノマーBを用いて得られる、第1観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第8観点として、前記モノマーBが、ビニル基又は(メタ)アクリル基の何れか一方を少なくとも1つ有する化合物である、第7観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第9観点として、前記モノマーBが下記式[2]で表される化合物である、第8観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第10観点として、前記モノマーBが下記式[3]で表される化合物である、第9観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第11観点として、前記モノマーAが、ビニル基又は(メタ)アクリル基の何れか一方又は双方を有する化合物である、第1観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第12観点として、前記モノマーAが、ジビニル化合物又はジ(メタ)アクリレート化合物である、第11観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第13観点として、前記モノマーAが、ジビニルベンゼン又はエチレングリコールジ(メタ)アクリレートである、第12観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第14観点として、前記重合開始剤Dが、アゾ系重合開始剤である、第1観点乃至第13観点のうち何れか一項に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第15観点として、前記重合開始剤Dが、ジメチル2,2’-アゾビスイソブチラート又は2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)である、第14観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーに関する。
第16観点として、第1観点乃至第15観点のうち何れか一項に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーを含有するワニスに関する。
第17観点として、第1観点乃至第15観点のうち何れか一項に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーからなる薄膜に関する。
第18観点として、(a)第1観点乃至第15観点に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー、(b)硬化剤及び(c)ポリオール化合物を含む、硬化性組成物に関する。
第19観点として、前記(a)反応性含フッ素高分岐ポリマーの含有量が、前記(b)硬化剤及び前記(c)ポリオール化合物の総質量100質量部に対して0.01~20質量部である、第18観点に記載の硬化性組成物に関する。
第20観点として、前記(b)硬化剤が(b1)多官能イソシアネート化合物である、第18観点又は第19観点に記載の硬化性組成物に関する。
第21観点として、前記(b)硬化剤が(b2)アミノ系化合物である、第18観点又は第19観点に記載の硬化性組成物に関する。
第22観点として、さらに(d)反応性シリコーン化合物を含む、第18観点乃至第21観点のうち何れか一項に記載の硬化性組成物に関する。
第23観点として、さらに(e)溶媒を含む、第18観点乃至第22観点のうち何れか一項に記載の硬化性組成物に関する。
第24観点として、第18観点乃至第23観点のうち何れか一項に記載の硬化性組成物から得られる硬化膜に関する。
第25観点として、0.1~100μmの膜厚を有する、第24観点に記載の硬化膜に関する。
第26観点として、基材表面の一部又は全部に第23観点に記載の硬化性組成物を塗布し塗膜を形成する工程、塗膜を乾燥し溶媒を除去する工程、塗膜に高められた温度を与え硬化させる工程、により形成される表面改質膜に関する。
第27観点として、0.1~100μmの膜厚を有する、第26観点に記載の表面改質膜に関する。
特に本発明の反応性含フッ素高分岐ポリマーは、そのポリマー側鎖にポリウレタンと反応性を有するアルコール性ヒドロキシ基を導入することにより、該反応性含フッ素高分岐ポリマーを、ポリウレタン組成物に配合し樹脂成形品を為した場合、ポリウレタン硬化時にイソシアネート基と含フッ素高分岐ポリマーとでウレタン結合を形成し、該高分岐ポリマーが架橋構造に組込まれることで、表面改質効果の耐摩耗性や耐薬品性といった耐久性が高いポリウレタン硬化物が得られる。また、ポリエステル系硬化性組成物に配合し樹脂成形品を為した場合、硬化時に硬化剤と該高分岐ポリマーとで架橋反応が進行し、該高分岐ポリマーが架橋構造に組込まれることで、表面改質効果の耐摩耗性や耐薬品性といった耐久性が高いポリエステル硬化物が得られる。
本発明の反応性含フッ素高分岐ポリマーは、分子内に2個以上のラジカル重合性二重結合を有するモノマーAと、分子内にフルオロアルキル基及び少なくとも1個のラジカル重合性二重結合を有するモノマーBと、分子内にアルコール性ヒドロキシ基及び少なくとも1個のラジカル重合性二重結合を有するモノマーCとを、該モノマーAのモル数に対して、5~200モル%量の重合開始剤Dの存在下で重合させることにより得られる、含フッ素高分岐ポリマーである。また本発明の反応性含フッ素高分岐ポリマーは、いわゆる開始剤断片組込み(IFIRP)型含フッ素高分岐ポリマーであり、その末端に重合に使用した重合開始剤Dの断片を有している。
本発明において、分子内に2個以上のラジカル重合性二重結合を有するモノマーAは、ビニル基又は(メタ)アクリル基の何れか一方又は双方を有することが好ましく、特にジビニル化合物又はジ(メタ)アクリレート化合物であることが好ましい。なお、本発明では(メタ)アクリレート化合物とは、アクリレート化合物とメタクリレート化合物の両方をいう。例えば(メタ)アクリル酸は、アクリル酸とメタクリル酸をいう。
(A1)ビニル系炭化水素類:
(A1-1)脂肪族ビニル系炭化水素類;イソプレン、ブタジエン、3-メチル-1,2-ブタジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,2-ポリブタジエン、ペンタジエン、ヘキサジエン、オクタジエン等
(A1-2)脂環式ビニル系炭化水素類;シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ノルボルナジエン等
(A1-3)芳香族ビニル系炭化水素類;ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、トリビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、ジビニルナフタレン、ジビニルフルオレン、ジビニルカルバゾール、ジビニルピリジン等
(A2)ビニルエステル類、アリルエステル類、ビニルエーテル類、アリルエーテル類、ビニルケトン類:
(A2-1)ビニルエステル類;アジピン酸ジビニル、マレイン酸ジビニル、フタル酸ジビニル、イソフタル酸ジビニル、イタコン酸ジビニル、ビニル(メタ)アクリレート等
(A2-2)アリルエステル類;マレイン酸ジアリル、フタル酸ジアリル、イソフタル酸ジアリル、アジピン酸ジアリル、アリル(メタ)アクリレート等
(A2-3)ビニルエーテル類;ジビニルエーテル、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等
(A2-4)アリルエーテル類;ジアリルエーテル、ジアリルオキシエタン、トリアリルオキシエタン、テトラアリルオキシエタン、テトラアリルオキシプロパン、テトラアリルオキシブタン、テトラメタリルオキシエタン等
(A2-5)ビニルケトン類;ジビニルケトン、ジアリルケトン等
(A3)(メタ)アクリル酸エステル類:
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、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、アルコキシチタントリ(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、2-メチル-1,8-オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10-デカンジオールジ(メタ)アクリレート、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ジオキサングリコールジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-1-アクリロイルオキシ-3-メタクリロイルオキシプロパン、2-ヒドロキシ-1,3-ジ(メタ)アクリロイルオキシプロパン、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、ウンデシレノキシエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ビス[4-(メタ)アクリロイルチオフェニル]スルフィド、ビス[2-(メタ)アクリロイルチオエチル]スルフィド、1,3-アダマンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3-アダマンタンジメタノールジ(メタ)アクリレート等
(A4)ポリアルキレングリコール鎖を有するビニル系化合物:
ポリエチレングリコール(分子量300)ジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(分子量500)ジ(メタ)アクリレート等
(A5)含窒素ビニル系化合物:
ジアリルアミン、ジアリルイソシアヌレート、ジアリルシアヌレート、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、ビスマレイミド等
(A6)含ケイ素ビニル系化合物:
ジメチルジビニルシラン、ジビニルメチルフェニルシラン、ジフェニルジビニルシラン、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシラザン、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラフェニルジシラザン、ジエトキジビニルシラン等
(A7)含フッ素ビニル系化合物:
1,4-ジビニルパーフルオロブタン、1,4-ジビニルオクタフルオロブタン、1,6-ジビニルパーフルオロヘキサン、1,6-ジビニルドデカフルオロヘキサン、1,8-ジビニルパーフルオロオクタン、1,8-ジビニルヘキサデカフルオロオクタン等
本発明において、分子内にフルオロアルキル基及び少なくとも1個のラジカル重合性二重結合を有するモノマーBは、好ましくはビニル基又は(メタ)アクリル基の何れか一方を少なくとも1つ有することが好ましく、特に前記式[2]で表される化合物が好ましく、より好ましくは式[3]で表される化合物であることが望ましい。
本発明において、分子内にアルコール性ヒドロキシ基及び少なくとも1個のラジカル重合性二重結合を有するモノマーCは、好ましくはビニル基又は(メタ)アクリル基の何れか一方を少なくとも1つ有することが好ましく、特に前記式[1]で表される化合物が好ましい。なお、本発明において、アルコール性ヒドロキシ基とは、該ヒドロキシ基が結合している原子が芳香環を構成していないヒドロキシ基を指す。すなわち、芳香環に直接結合したヒドロキシ基、所謂フェノール性ヒドロキシ基を含まない。
前記脂肪族基に結合するヒドロキシ基は、第一級ヒドロキシ基(第一級炭素原子に結合)、第二級ヒドロキシ基(第二級炭素原子に結合)、又は、第三級ヒドロキシ基(第三級炭素原子に結合)のいずれであってもよく、ヒドロキシ基の反応性を考慮すると、第一級ヒドロキシ基、第二級ヒドロキシ基、第三級ヒドロキシ基の順に好ましい。またヒドロキシ基は脂肪族基において1置換であっても多置換であってもよい。
中でも、前記式[1]において、R2が第一級炭素原子にヒドロキシ基が結合している炭素原子数1~30の脂肪族基であること、すなわち、脂肪族基の末端にヒドロキシ基を有する基であることが好ましい。
本発明における重合開始剤Dとしては、好ましくはアゾ系重合開始剤が用いられる。アゾ系重合開始剤としては、例えば、以下の(1)~(5)に示す化合物を挙げることができる。
(1)アゾニトリル化合物:
2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、1,1’-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2-(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル等;
(2)アゾアミド化合物:
2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[1,1-ビス(ヒドロキシメチル)-2-ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[2-(1-ヒドロキシブチル)]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’-アゾビス[N-(2-プロペニル)-2-メチルプロピオンアミド]、2,2’-アゾビス(N-ブチル-2-メチルプロピオンアミド)、2,2’-アゾビス(N-シクロヘキシル-2-メチルプロピオンアミド)等;
(3)環状アゾアミジン化合物:
2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジスルフェートジヒドレート、2,2’-アゾビス[2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル]プロパン]ジヒドロクロリド、2,2'-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]、2,2’-アゾビス(1-イミノ-1-ピロリジノ-2-メチルプロパン)ジヒドロクロリド等;
(4)アゾアミジン化合物:
2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]テトラヒドレート等;
(5)その他:
ジメチル2,2’-アゾビスイソブチラート、2,2’-アゾビス(2,4,4-トリメチルペンタン)、1,1’-アゾビス(1-アセトキシ-1-フェニルエタン)、ジメチル1,1’-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボキシレート)、4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸)、4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸2-(パーフルオロメチル)エチル)、4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸2-(パーフルオロブチル)エチル)、4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸2-(パーフルオロヘキシル)エチル)等。
本発明の反応性含フッ素高分岐ポリマーは、前述のモノマーA、モノマーB及びモノマーCを、該モノマーAに対して所定量の重合開始剤Dの存在下で重合させて得られる。
これらのうち好ましいのは、芳香族炭化水素類、ハロゲン化物類、エステル類、エーテル類、ケトン類、アルコール類、アミド類等であり、特に好ましいものはベンゼン、トルエン、キシレン、オルトジクロロベンゼン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、tert-ブタノール、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン等である。
重合温度は、反応混合物の沸点以下であれば任意であるが、重合効率と分子量調節の点から、好ましくは50~200℃であり、さらに好ましくは80~150℃であり、80~130℃がより好ましい。
反応時間は、反応温度や、モノマーA、モノマーB、モノマーC及び重合開始剤Dの種類及び割合、重合溶媒種等によって変動するものであるため一概には規定できないが、好ましくは30~720分、より好ましくは40~540分である。
重合反応の終了後、得られた含フッ素高分岐ポリマーを任意の方法で回収し、必要に応じて洗浄等の後処理を行う。反応溶液から高分子を回収する方法としては、再沈殿等の方法が挙げられる。
本発明の反応性含フッ素高分岐ポリマーからなる薄膜を形成する具体的な方法としては、まず、反応性含フッ素高分岐ポリマーを溶媒に溶解又は分散してワニスの形態(膜形成材料)とし、該ワニスを基材上にキャストコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法、印刷法(凸版、凹版、平版、スクリーン印刷など)、スプレーコート法、カーテンコート法等によって塗布し、その後、ホットプレート又はオーブン等で乾燥して成膜する。なお反応性含フッ素高分岐ポリマーを含有するワニスも本発明の対象である。
これらの塗布方法の中でもスピンコート法が好ましい。スピンコート法を用いる場合には、単時間で塗布することができるために、揮発性の高い溶液であっても利用でき、また、均一性の高い塗布を行うことができるという利点がある。
また上記溶媒に溶解又は分散させる濃度は任意であるが、反応性含フッ素高分岐ポリマーと溶媒の総質量(合計質量)に対して、反応性含フッ素高分岐ポリマーの濃度は0.001~90質量%であり、好ましくは0.002~80質量%であり、より好ましくは0.005~70質量%である。
本発明は、前述の(a)反応性含フッ素高分岐ポリマー、(b)硬化剤及び(c)ポリオール化合物を含む、硬化性組成物にも関する。
本発明の硬化性組成物に用いられる硬化剤としては、例えば(b1)多官能イソシアネート化合物及び(b2)アミノ系化合物等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物に用いられる多官能イソシアネート化合物としては、例えば、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11-ウンデカントリイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート(2,6-ジイソシアナトメチルカプロエート)、ビス(2-イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2-イソシアナトエチル)カーボネート、2-イソシアナトエチル2,6-ジイソシアナトヘキサノエート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2-イソシアナトエチル)4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボキシレート、2,5-及び/又は2,6-ノルボルナンジイソシアネート、m-及び/又はp-キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。またこれらの変性物として、変性MDI(ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI、トリヒドロカルビルホスフェート変性MDI)、ウレタン変性TDI、ビューレット変性HDI、イソシアヌレート変性HDI、イソシアヌレート変性IPDI等のポリイソシアネートの変性物等が挙げられる。
上述の多官能イソシアネート化合物は一種を単独で又は二種以上を混合して用いることができる。
本発明の硬化性組成物に用いられるアミノ系化合物としては、メラミン系、置換尿素系、又はそれらのポリマー等が挙げられ、これらはそれぞれ単独で、又は2種以上混合して用いることができる。なお、好ましくは、少なくとも2個の架橋形成置換基を有する硬化剤であり、具体的には、例えば、CYTEC社製 CYMEL(登録商標)シリーズ、(株)三和ケミカル製 ニカラック(登録商標)シリーズ、メトキシメチル化グリコールウリル、ブトキシメチル化グリコールウリル、メチロール化グリコールウリル、メトキシメチル化メラミン、ブトキシメチル化メラミン、メチロール化メラミン、メトキシメチル化ベンゾグアナミン、ブトキシメチル化ベンゾグアナミン、メチロール化ベンゾグアナミン、メトキシメチル化尿素、ブトキシメチル化尿素、メチロール化尿素、メトキシメチル化チオ尿素、ブトキシメチル化チオ尿素、メチロール化チオ尿素等の化合物、及びこれらの化合物の縮合体が挙げられる。
本発明の硬化性組成物に用いられるポリオール化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール等の直鎖状ジオール類;プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,2-ジエチル-1,3-プロパンジオール、1,2-、1,3-もしくは2,3-ブタンジオール等の分岐鎖を有するジオール類;シクロペンタン-1,2-ジオール、シクロヘキサン-1,2-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、1,4-ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、m-又はp-キシリレングリコール等の環状基を有するジオール類;ビスフェノールA等の2価フェノール類;グリセリン、多価グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の多価アルコール類;ショ糖、メチルグルコシド、ソルビトール等の糖類及びその誘導体;ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール等の高分子ポリオール類などが挙げられる。
上述のポリオール化合物は一種を単独で又は二種以上を混合して用いることができる。
また、(c)ポリオール化合物の含有量は、(b)硬化剤の架橋形成置換基(イソシアネート基等)のモル数に対して、(c)ポリオール化合物のヒドロキシ基が0.01~10モル当量となる量であり、好ましくは、0.1~5モル当量、より好ましくは、0.4~2モル当量である。
本発明の硬化性組成物は、さらに(d)反応性シリコーン化合物を含んでいてもよい。
該反応性シリコーン化合物としては、-(O-Si(CH3)2)-の繰り返し構造を含むものが好ましく、このような繰り返し構造を含む化合物としては、例えば以下のものが挙げられる。
・両末端アルコール変性:サイラプレーン(登録商標)FM-4411、同FM-4421、同FM-4425[何れもJNC(株)製]、信越シリコーン(登録商標)X-22-160AS、同KF-6001、同KF-6002、同KF-6003[何れも信越化学工業(株)製]等;
・片末端アルコール変性:サイラプレーン(登録商標)FM-0411、同FM-0421、同FM-0425、同FM-DA11、同FM-DA21、同FA-DA26[何れもJNC(株)製]、信越シリコーン(登録商標)X-22-170BX、同X-22-170DX、同X-22-176DX、同X-22-176F[何れも信越化学工業(株)製]等;
・両末端エーテル変性:信越シリコーン(登録商標)X-22-4952、同X-22-4272、同X-22-6266[何れも信越化学工業(株)製]等;
・両末端ポリエーテル変性:BYK(登録商標)-300、同301、同302、同306、同307、同310、同320、同325、同330、同331、同333、同337、同341、同344、同378、同UV3510[何れもビックケミー・ジャパン(株)製]等;
・ヒドロキシ基含有両末端ポリエーテル変性:BYK-370、同377[何れもビックケミー・ジャパン(株)製]等;
・ヒドロキシ基含有ポリエーテル変性:BYK(登録商標)-SILCLEAN(登録商標)3720[ビックケミー・ジャパン(株)製]等;
・ヒドロキシ基含有両末端ポリエーテルエステル変性:BYK(登録商標)-375[ビックケミー・ジャパン(株)製]等;
・両末端ポリエステル変性:BYK(登録商標)-310、同315、同313[何れもビックケミー・ジャパン(株)製]等;
・ヒドロキシ基含有両末端ポリエステル変性:BYK(登録商標)-370[ビックケミー・ジャパン(株)製]等;
・両末端(メタ)アクリル変性:BYK(登録商標)-UV3500、同3570[何れもビックケミー・ジャパン(株)製]、サイラプレーン(登録商標)FM-7711、同FM-7721、同FM-7725[何れもJNC(株)製]、信越シリコーン(登録商標)X-22-164、同X-22-164AS、同X-22-164A、同X-22-164-B、同X-22-164C、同X-22-164D、同X-22-164E[何れも信越化学工業(株)製]等;
・片末端(メタ)アクリル変性:サイラプレーン(登録商標)FM-0711、同FM-0721、同FM-0725、同TM-0701、同TM-0701T[何れもJNC(株)製]、信越シリコーン(登録商標)X-22-174DX、同X-22-2426、同X-22-2475[何れも信越化学工業(株)製]等;
・両末端カルボキシル変性:信越シリコーン(登録商標)X-22-162C[信越化学工業(株)製]等;
・片末端カルボキシル変性:信越シリコーン(登録商標)X-22-3710[信越化学工業(株)製]等;
・ヒドロキシ基含有シリコーン変性(メタ)アクリル:BYK(登録商標)-SILCLEAN(登録商標)3700[ビックケミー・ジャパン(株)製]等
などが挙げられる。これらの中でも、ヒドロキシ基やカルボキシル基を有する、両末端アルコール変性、片末端アルコール変性、ヒドロキシ基含有両末端ポリエーテル変性、ヒドロキシ基含有ポリエーテル変性、ヒドロキシ基含有両末端ポリエーテルエステル変性、ヒドロキシ基含有両末端ポリエステル変性、両末端カルボキシル変性、片末端カルボキシル変性のものが好ましく、特に好ましいのは、片末端アルコール変性、ヒドロキシ基含有シリコーン変性(メタ)アクリルのものである。
本発明の硬化性組成物は、さらに(e)溶媒を含みてワニスの形態としていてもよい。
このとき用いられる溶媒としては、前記(a)乃至(c)成分を溶解するものであればよく、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート等のエステル類又はエステルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル類;エチルメチルケトン、イソブチルメチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン類;プロピレングリコール等のアルコール類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン等のアミド類などを用いることができる。これらの溶媒は単独で又は二種以上を混合して使用することができる。
本発明の硬化性組成物における固形分は、例えば0.5~80質量%、1~60質量%、又は1~50質量%である。ここで固形分とは硬化性組成物の全成分から溶媒成分を除いたものである。
さらに、本発明の硬化性組成物には、本発明の効果を損なわない限り、必要に応じて一般的に添加される添加剤、例えば、硬化触媒、硬化促進剤、加水分解抑制剤、レベリング剤、界面活性剤、密着性付与剤、可塑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤、熱安定剤、貯蔵安定剤、帯電防止剤、滑剤、難燃剤、無機充填剤、顔料、染料等を適宜配合してよい。
本発明の上記硬化性組成物は、例えば基材表面の一部又は全部に塗布し塗膜を形成する工程、塗膜を乾燥し溶媒を除去する工程、そして塗膜に高められた温度を与え硬化させる工程により硬化膜が得られる。こうして得られる硬化膜、すなわち表面改質膜もまた、本発明の対象である。
本発明の硬化性組成物の塗布方法は、キャストコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法、印刷法(凸版、凹版、平版、スクリーン印刷など)、スプレーコート法、カーテンコート法等を適宜選択し得、中でも短時間で塗布できることから揮発性の高い溶液であっても利用でき、また、均一性の高い塗布を行うことができるという利点より、スピンコート法を用いることが望ましい。ここで用いる硬化性組成物は、前述のワニスの形態にあるものを好適に使用できる。なお事前に孔径が0.2μm程度のフィルタなどを用いて硬化性組成物を濾過した後、塗布に供することが好ましい。
この加熱処理の条件としては、例えば、温度40~300℃、時間0.3~300分間の範囲の中から適宜選択された加熱温度及び加熱時間が採用される。
得られる硬化膜(表面改質膜)の厚さは、乾燥、硬化後において0.01~100μmであることが好ましく、より好ましくは0.05~50μmである。
装置:日本電子(株)製 JNM-ECA700
溶媒:CDCl3
内部標準:CDCl3(77.0ppm)
(2)ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)
装置:東ソー(株)製 HLC-8220GPC
カラム:昭和電工(株)製 Shodex(登録商標)GPC K-804L + GPC K-805L
カラム温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン
検出器:RI
(3)F定量分析(イオンクロマトグラフィー)
装置:日本ダイオネクス(株)製 ICS-1500
溶媒:(2.7mmol/L炭酸ソーダ、0.3mmol/L重曹)水溶液
検出器:電気伝導度
(4)ガラス転移温度(Tg)測定
装置:NETZSCH社製 DSC204F1Phoenix
測定条件:窒素雰囲気下
昇温速度:5℃/分(25~200℃)
(5)5%重量減少温度(Td5%)測定
装置:ブルカー・エイエックスエス(株)製 示差熱・熱重量同時測定装置 TG-DTA2000SA
測定条件:空気雰囲気下
昇温速度:10℃/分(25~400℃)
(6)スピンコーター
装置:ミカサ(株)製 MS-A100
(7)ホットプレート
装置:アズワン(株)製 MH-180CS + MH-3CS
(8)接触角測定
装置:AST Products社製 VCA Optima
測定温度:25℃
(9)膜厚測定
装置:(株)小坂研究所製 微細形状測定機 ET4000A
(10)全光透過率及びHAZE測定
装置:日本電色工業(株)製 ヘーズメーター NDH5000
(11)ブレードコーター
装置:(株)エスエムテー製 PM-9050MC
ドクターブレード:溝厚76μm
塗布速度:3m/分
(12)オーブン
装置:(株)デンケン製 卓上マッフル炉 KDF-S80
(13)動摩擦係数測定
装置:新東科学(株)製 荷重変動型摩擦磨耗試験機 TRIBOGEAR HHS2000
荷重条件:50g
プローブ:0.6mmR サファイアピン
測定速度:1mm/秒
EGDMA:エチレングリコールジメタクリレート[新中村化学工業(株)製 1G]
DVB:ジビニルベンゼン[新日鉄住金化学(株)製 DVB-960]
C6FA:2-(パーフルオロヘキシル)エチルアクリレート[ダイキン化成品販売(株)製 R-1620]
4HBA:4-ヒドロキシブチルアクリレート[日本化成(株)製 4HBA]
MAIB:ジメチル2,2’-アゾビスイソブチラート[大塚化学(株)製 MAIB]
AMBN:2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)[和光純薬工業(株)製 V-59]
シリコーン1:ヒドロキシ基含有シリコーン[ビックケミー・ジャパン(株)製 BYK(登録商標)-SILCLEAN(登録商標)3700]
シリコーン2:片末端アルコール変性シリコーン[JNC(株)製 サイラプレーン(登録商標)FM-0421]
MIBK:イソブチルメチルケトン
THF:テトラヒドロフラン
MEK:エチルメチルケトン
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド
MeOH:メタノール
200mLの反応フラスコに、MIBK63gを仕込み、撹拌しながら5分間窒素を流し込み、内液が還流するまで(およそ116℃)加熱した。
別の100mLの反応フラスコに、モノマーAとしてEGDMA4.0g(20mmol)、モノマーBとしてC6FA4.2g(10mmol)、モノマーCとして4HBA1.5g(10mmol)、開始剤DとしてMAIB2.4g(10mmol)、及びMIBK63gを仕込み、撹拌しながら5間窒素を流し込み窒素置換を行った。
前述の200mL反応フラスコ中の還流してあるMIBK中に、EGDMA、C6FA、4HBA及びMAIBが仕込まれた前記100mLの反応フラスコから、滴下ポンプを用いて、内容物を30分間かけて滴下した。滴下終了後、さらに1時間撹拌した。
次に、この反応液からロータリーエバポレーターを用いてMIBK95gを留去後、ヘキサン198gに添加してポリマーをスラリー状態で沈殿させた。このスラリーを減圧濾過し、真空乾燥して、白色粉末の目的物(高分岐ポリマー1)6.9gを得た。
200mLの反応フラスコに、MIBK63gを仕込み、撹拌しながら5分間窒素を流し込み、内液が還流するまで(およそ116℃)加熱した。
別の100mLの反応フラスコに、モノマーAとしてEGDMA4.0g(20mmol)、モノマーBとしてC6FA4.3g(10mmol)、モノマーCとして4HBA1.5g(10mmol)、開始剤DとしてAMBN2.4g(10mmol)、及びMIBK63gを仕込み、撹拌しながら5分間窒素を流し込み窒素置換を行った。
前述の200mL反応フラスコ中の還流してあるMIBK中に、EGDMA、C6FA、4HBA及びAMBNが仕込まれた前記100mLの反応フラスコから、滴下ポンプを用いて、内容物を30分間かけて滴下した。滴下終了後、さらに1時間撹拌した。
次に、この反応液からロータリーエバポレーターを用いてMIBK95gを留去後、ヘキサン198gに添加してポリマーをスラリー状態で沈殿させた。このスラリーを減圧濾過し、真空乾燥して、白色粉末の目的物(高分岐ポリマー2)4.3gを得た。
200mLの反応フラスコに、MIBK52gを仕込み、撹拌しながら5分間窒素を流し込み、内液が還流するまで(およそ116℃)加熱した。
別の100mLの反応フラスコに、モノマーAとしてDVB2.6g(20mmol)、モノマーBとしてC6FA4.3g(10mmol)、モノマーCとして4HBA1.4g(10mmol)、開始剤DとしてAMBN4.6g(24mmol)、及びMIBK52gを仕込み、撹拌しながら5分間窒素を流し込み窒素置換を行った。
前述の200mL反応フラスコ中の還流してあるMIBK中に、DVB、C6FA、4HBA及びAMBNが仕込まれた前記100mLの反応フラスコから、滴下ポンプを用いて、内容物を30分間かけて滴下した。滴下終了後、さらに1時間撹拌した。
次に、この反応液からロータリーエバポレーターを用いてMIBK62gを留去後、ヘキサン130gに添加してポリマーをスラリー状態で沈殿させた。このスラリーを減圧濾過し、真空乾燥して、白色粉末の目的物(高分岐ポリマー3)5.4gを得た。
200mLの反応フラスコに、トルエン32gを仕込み、撹拌しながら5分間窒素を流し込み、内液が還流するまで(およそ110℃)加熱した。
別の100mLの反応フラスコに、モノマーAとしてEGDMA4.0g(20mmol)、モノマーBとしてC6FA4.2g(10mmol)、開始剤DとしてMAIB2.3g(10mmol)、及びトルエン32gを仕込み、撹拌しながら5分間窒素を流し込み窒素置換を行った。
前述の200mL反応フラスコ中の還流してあるトルエン中に、EGDMA、C6FA及びMAIBが仕込まれた前記100mLの反応フラスコから、滴下ポンプを用いて、内容物を30分間かけて滴下した。滴下終了後、さらに1時間撹拌した。
次に、この反応液をヘキサン/トルエン混合液(質量比4:1)277gに添加してポリマーをスラリー状態で沈殿させた。このスラリーを減圧濾過し、得られた粗物をTHF36gに溶解させた。この溶液をヘキサン277gに添加してポリマーをスラリー状態で沈殿させた。このスラリーを減圧濾過し、真空乾燥して、白色粉末の目的物(高分岐ポリマー4)4.9gを得た。
実施例1~3で得られた高分岐ポリマー1~3について、表2に示す各溶媒に対する溶解性を評価した。試験は、濃度が10質量%となるように高分岐ポリマーをそれぞれの溶媒と混合し、25℃で1分間撹拌後に、以下の基準に従って目視で評価した。結果を表2に併せて示す。
[評価基準]
○:完全に溶解し透明な溶液となっている
×:溶け残りがある
ポリウレタン原料として、ポリイソシアネート[日本ポリウレタン工業(株)製 コロネート(登録商標)HXLV(イソシアネート基含量:23.4質量%)]15.4質量部及びポリオール[旭化成ケミカルズ(株)製 デュラノール(商標)T5652(水酸基価:56.8mgKOH/g)]85.6質量部、添加剤として高分岐ポリマー1~3を表3に記載の量、及びMEK400質量部を配合した。この混合物をよく撹拌した後、フィルタろ過して均一な硬化性組成物を調製した。
この硬化性組成物を、5cm×5cmのガラス基材上にスピンコーティング(slope5秒間、次いで1,500rpm×30秒間、さらにslope5秒間)し、成膜した。この塗膜を、70℃のホットプレートで10分間乾燥し、続けて150℃のホットプレートで20分間加熱することで、硬化膜を作製した。
得られた硬化膜の、水、ヘキサデカン及びオレイン酸の接触角を測定した。結果を表3に併せて示す。
添加剤を使用しなかった以外は実施例5と同様に操作、評価した。結果を表3に併せて示す。
実施例5、9、13で作製した硬化膜を、25℃のMEKに30秒間浸漬した後、エアガンで乾燥させた。MEK浸漬前後の硬化膜の膜厚を測定し、硬化度(=(1-(浸漬前膜厚-浸漬後膜厚)÷浸漬前膜厚)×100)を求めた。さらに、MEK浸漬前後の硬化膜の、水、ヘキサデカン及びオレイン酸の接触角を測定し、表面改質効果の変化を評価した。結果を表4に併せて示す。また、MEK浸漬前の硬化膜のHAZEを表4に併せて示す。
添加剤として高分岐ポリマー4を使用した以外は実施例5と同様に操作し、硬化膜を得た。この硬化膜について、実施例17と同様に操作、評価した。結果を表4に併せて示す。
比較例1で作製した硬化膜について、実施例17と同様に操作、評価した。結果を表4に併せて示す。
これらの結果から、ヒドロキシ基を有する高分岐ポリマーでは、ポリウレタン原料が硬化する際に、高分岐ポリマーがポリウレタン樹脂により強固に結合していることが確認できた。
[硬化膜の作製]
ポリエステル樹脂[東洋紡(株)製 バイロン(登録商標)GK150]100質量部、硬化剤としてメラミン化合物[CYTEC社製 CYMEL(登録商標)303]20質量部、硬化触媒としてp-トルエンスルホン酸1質量部、実施例1で得られた高分岐ポリマー1を表5に記載の量、表5に記載の反応性シリコーンを表5に記載の量、及びシクロヘキサノン238質量部を配合した。この混合物をよく撹拌し、均一な硬化性組成物を調製した。
この硬化性組成物を、7.5cm×10cmのガラス基板上にドクターブレード(溝厚76μm)を用いてブレードコート塗布(塗布スピード3m/分)し塗膜を得た。この塗膜を、210℃のオーブンで1分間加熱することで、硬化膜を作製した。
得られた硬化膜の、水及びオレイン酸の接触角、HAZE、動摩擦係数、滑り性並びに油性マーカー耐性を評価した。なお、滑り性については、硬化膜表面を不織布ワイパー[旭化成せんい(株)製 BEMCOT(登録商標)M-1]でさすり、その際の感触を以下の基準に従い評価した。また、油性マーカー耐性については、硬化膜表面に油性マーカー[寺西化学工業(株)製 マジックインキ(登録商標)NO.700ゴクホソ(黒)]で線を描き、描いた線を目視で確認し以下の基準に従い評価した。結果を表5に併せて示す。
<滑り性評価基準>
A:ひっかかりをほとんど感じない
B:少しのひっかかりは感じるがスムーズに表面をさすることができる
C:ひっかかりを感じスムーズに表面をさすることができない
<油性マーカー耐性評価基準>
A:油性マーカーが点状に弾きほとんど描けない
B:ところどころかすれてきれいに描けない
C:線が描ける
実施例20乃至22及び比較例4で作製した硬化膜を、25℃のアセトンに30秒間浸漬した後、エアガンで乾燥させた。アセトン浸漬後の硬化膜の水及びオレイン酸の接触角を測定し、表面改質効果の変化を評価した。結果を表5に併せて示す。
この結果から、ヒドロキシ基を有する高分岐ポリマーでは、ポリエステル樹脂を硬化させる際に、高分岐ポリマーが硬化剤を介してポリエステル樹脂とより強固に結合していることが確認できた。
また、反応性シリコーンを添加することにより、耐久性を維持しながら、さらに滑り性や油性マーカー耐性といった機能を付与することが可能であることが確認できた(実施例21、22)。
Claims (27)
- 分子内に2個以上のラジカル重合性二重結合を有するモノマーAと、分子内にフルオロアルキル基及び少なくとも1個のラジカル重合性二重結合を有するモノマーBと、分子内にアルコール性ヒドロキシ基及び少なくとも1個のラジカル重合性二重結合を有するモノマーCとを、該モノマーAのモル数に対して5~200モル%の重合開始剤Dの存在下で重合させることにより得られる、反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記モノマーAのモル数に対して5~300モル%の前記モノマーCを用いて得られる、請求項1に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記モノマーCが、ビニル基又は(メタ)アクリル基の何れか一方を少なくとも1つ有する化合物である、請求項2に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記式[1]中、R2が、第一級炭素原子にヒドロキシ基が結合している炭素原子数1~30の脂肪族基を表す、請求項4に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記モノマーCが、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートである、請求項5に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記モノマーAのモル数に対して5~300モル%の前記モノマーBを用いて得られる、請求項1に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記モノマーBが、ビニル基又は(メタ)アクリル基の何れか一方を少なくとも1つ有する化合物である、請求項7に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記モノマーAが、ビニル基又は(メタ)アクリル基の何れか一方又は双方を有する化合物である、請求項1に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記モノマーAが、ジビニル化合物又はジ(メタ)アクリレート化合物である、請求項11に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記モノマーAが、ジビニルベンゼン又はエチレングリコールジ(メタ)アクリレートである、請求項12に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記重合開始剤Dが、アゾ系重合開始剤である、請求項1乃至請求項13のうち何れか一項に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 前記重合開始剤Dが、ジメチル2,2’-アゾビスイソブチラート又は2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)である、請求項14に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー。
- 請求項1乃至請求項15のうち何れか一項に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーを含有するワニス。
- 請求項1乃至請求項15のうち何れか一項に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマーからなる薄膜。
- (a)請求項1乃至請求項15に記載の反応性含フッ素高分岐ポリマー、(b)硬化剤及び(c)ポリオール化合物を含む、硬化性組成物。
- 前記(a)反応性含フッ素高分岐ポリマーの含有量が、前記(b)硬化剤及び前記(c)ポリオール化合物の総質量100質量部に対して0.01~20質量部である、請求項18に記載の硬化性組成物。
- 前記(b)硬化剤が(b1)多官能イソシアネート化合物である、請求項18又は請求項19に記載の硬化性組成物。
- 前記(b)硬化剤が(b2)アミノ系化合物である、請求項18又は請求項19に記載の硬化性組成物。
- さらに(d)反応性シリコーン化合物を含む、請求項18乃至請求項21のうち何れか一項に記載の硬化性組成物。
- さらに(e)溶媒を含む、請求項18乃至請求項22のうち何れか一項に記載の硬化性組成物。
- 請求項18乃至請求項23のうち何れか一項に記載の硬化性組成物から得られる硬化膜。
- 0.1~100μmの膜厚を有する、請求項24に記載の硬化膜。
- 基材表面の一部又は全部に請求項23に記載の硬化性組成物を塗布し塗膜を形成する工程、塗膜を乾燥し溶媒を除去する工程、塗膜に高められた温度を与え硬化させる工程、により形成される表面改質膜。
- 0.1~100μmの膜厚を有する、請求項26に記載の表面改質膜。
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