JP2010047673A - 架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体、架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の製造方法、および硬化性組成物 - Google Patents
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Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
【課題】粘度上昇がない、あるいは粘度上昇が抑制され、かつ貯蔵安定性が極めて良好な架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体、該架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の製造方法、および該架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体を含有する硬化性組成物を提供すること。
【解決手段】架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体において、重合体中に存在する酸の量を酸価として4.0mmolKOH/kg以下とする。
【選択図】 なし
【解決手段】架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体において、重合体中に存在する酸の量を酸価として4.0mmolKOH/kg以下とする。
【選択図】 なし
Description
本発明は、架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体、架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の製造方法、および硬化性組成物に関する。
アルコキシシリル基等の架橋性シリル基を含有する重合体は、適当な硬化触媒等と組合わせることにより、室温硬化する特徴を示す。この硬化性重合体は、硬化前は液状で硬化後はゴム状弾性体となり、接着剤、シーリング材、ガスケット等に使用される。代表的な室温硬化性シーリング材には、ウレタン系、シリコーン系、変成シリコーン系、ポリサルファイド系等のシーリング材が知られている。シーリング材はガラス、金属、石材等の建築材料をはじめ、種々の材料に対して用いられるが、ガラス等の透明材料の場合にはガラスを通して光がガラスとシーリング材の界面に達するため、シーリング材の耐候性が小さいと劣化し、ガラスとシーリング材との界面で剥離が発生する。このため、ガラス等の透明材料のシーリング材には、耐候性に優れるシリコーン系シーリング材が用いられている。しかしながら、シリコーン系シーリング材は、内部よりシリコーンオイル等のシリコーン化合物が染み出し、シーリング材周辺を汚染するという問題がある。
上記シリコーン系シーリング材に起因する問題を解決するため、シリコーン系シーリング材に代えて、変成シリコーン系シーリング材や、反応性ケイ素基を有するポリイソブチレン系シーリング材等の非シリコーン系のシーリング材を用いる方法が開示されている(下記特許文献1参照)。かかる文献には、反応性ケイ素基を有するポリイソブチレン系シーリング材は、ガラス材料等の透明材料のシーリング材として使用できることが記載されている。しかし、ポリイソブチレン系シーリング材は、樹脂成分がほとんど水分を通さないために、いわゆる湿気硬化の1液型シーリング材としての使用が難しい。
また変成シリコーン系シーリング材は、ウレタン系シーリング材に比べて耐候性は良いものの、長期の耐候性に耐えるには不十分である。下記特許文献2では、変成シリコーン系シーリング材の耐候性を向上させるために、架橋性シリル基を有する(メタ)アクリル系重合体を併用する方法も開示されているが、透明材料に使用するには耐候性が不十分である。
一方、耐熱、耐候性に優れるシーリング材として、末端に架橋性シリル基を有する(メタ)アクリル系重合体が開示されている(下記特許文献3参照)。かかる文献には、分子量分布が狭い(メタ)アクリル系重合体は、高分子量体でも粘度の上昇が抑制されることが記載されている。このような(メタ)アクリル系重合体の製造方法の一つとして、原子移動ラジカル重合法が例示されている。
架橋性シリル基を有する重合体は、既に述べたように水または空気中の湿分で架橋する。この架橋反応は、特に触媒がない状態でも加熱等により進行し、微量の酸・塩基成分等が混入することで架橋反応は促進される。すなわち、架橋性シリル基を有する重合体を長期間保管すると、重合体中の不純物量や保管状態によっては架橋反応が進行し、重合体粘度の上昇や表面の硬化皮膜の形成が起こってしまうという問題がある。さらに、貯蔵安定性が極めて悪い状態では、最終的にゲル化にまで到ってしまうケースもある。原子移動ラジカル重合法により製造される架橋性シリル基を有する重合体は、金属触媒残渣や重合体末端ハロゲンから遊離する酸性物質の影響を受けやすいため、貯蔵安定性が悪く、粘度上昇しやすい。
重合体の安定化方法として例えば、重合体のハロゲン基をオキシアニオン化合物で置換し、酸の遊離を抑制する方法(下記特許文献4参照)、重合体のハロゲン基を高温加熱で脱離させてしまう方法(下記特許文献5参照)、加水分解性のエステル化合物やアルキルアルコールを脱水剤や安定剤として添加する方法(下記特許文献6および特許文献7参照)等が提案されている。しかし、商業生産を想定した場合、上記の安定化方法では十分であるとは言えず、品質保証の面から更に高いレベルでの貯蔵安定性が要求される。何故なら工業レベルで生産する場合には、製品の保管が長期間にわたるケースや物流面の問題から保管時や輸送時における温度、湿度の管理が十分でない場合があるからである。
特開平10−205013号公報
特開昭59−122541号公報
特開平11−130931号公報
特開2000−344831号公報
特開2003−292531号公報
特開平11−43512号公報
特開2004−51726号公報
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、粘度上昇がない、あるいは粘度上昇が抑制され、かつ貯蔵安定性が極めて良好な架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体、該架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の製造方法、および該架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体を含有する硬化性組成物を提供することにある。
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。即ち、本発明に係る架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体は、重合体中に存在する酸の量が酸価として4.0mmolKOH/kg以下であることを特徴とする。
上記架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体は、重合体中に存在する酸の量が酸価として上記所定量以下に調整されているため、貯蔵安定性が著しく改善される。また、貯蔵している間に水分が混入したり、加温されるような過酷な保存環境であっても、粘度上昇がない、あるいは粘度上昇が抑制されるため、物流コストの削減が可能となる。また、製造充填時の本来の製品品質(粘度等)が長期間保証されるため、製品の信頼性が向上する。
上記架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体において、前記重合体中に存在する酸が、無機酸または有機酸である場合、前記無機酸がハロゲン化水素である場合、前記有機酸がカルボン酸またはスルホン酸である場合、あるいは前記カルボン酸が、酢酸、ギ酸、または安息香酸である場合、上述した効果がより高まる傾向がある。
上記架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体において、前記重合体の含水率が1重量%以下であることが好ましい。重合体の含水率を上記所定量以下とすることにより、架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の貯蔵安定性がさらに向上する傾向がある。
上記架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した数平均分子量が1,000〜100,000であると、作業性や加工性を良好なものとしつつ、貯蔵安定性をさらに良好なものとできるため好ましい。
本発明に係る架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の製造方法は、加水分解して無機酸を発生する金属塩を重合触媒として(メタ)アクリル酸エステル系単量体をラジカル重合する重合工程と、重合触媒を除去する精製工程と、を含むことを特徴とする。前記精製工程が、前記重合触媒が加水分解して発生した前記無機酸を中和または除去する工程を含むことが好ましい。また、前記重合工程が、有機ハロゲン化物を開始剤として使用する工程であり、前記精製工程が、前記有機ハロゲン化物が加水分解して発生した無機酸を中和または除去する工程を含み、さらには前記重合工程が、末端にハロゲン基を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体を製造する工程であり、前記精製工程が、末端にハロゲン基を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体のハロゲン基が脱離して発生する無機酸を中和または除去する工程を含むことが好ましい。これらの製造方法によれば、重合体中に存在する酸の量が酸価として4.0mmolKOH/kg以下である架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体を効率よく製造することができる。また、上記架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の製造方法において、前記ラジカル重合がリビングラジカル重合であることが好ましい。
本発明に係る硬化性組成物は、前記いずれかに記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体を含有することを特徴とする。
上述したとおり、本発明に係る架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体は、貯蔵安定性に優れることから、該重合体を含有する硬化性組成物もやはり、貯蔵安定性に優れる。その結果、本発明に係る硬化性組成物は、製品品質(粘度等)が長期間保証され、製品の信頼性が高い。
本発明に係る架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体は、重合体中に存在する酸の量が酸価として4.0mmolKOH/kg以下であることを特徴とする。以下、原子移動ラジカル重合法により製造された架橋性シリル基を含有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体について詳述するが、フリーラジカル重合法等のその他の従来公知な方法により製造された架橋性シリル基を含有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体に対しても、本発明を利用することで、貯蔵安定性改良の効果を享受することができる。
<(メタ)アクリル酸エステル系重合体について>
まずはじめに(メタ)アクリル酸エステル系重合体について詳述する。
まずはじめに(メタ)アクリル酸エステル系重合体について詳述する。
(メタ)アクリル酸エステル系重合体を構成する(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては特に制約はなく、各種のものを用いることができる。例示するならば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸−n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸−tert−ブチル、(メタ)アクリル酸−n−ペンチル、(メタ)アクリル酸−n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸−n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸−n−オクチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トルイル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸−2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸−3−メトキシプロピル、(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)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(メタ)アクリル酸のエチレンオキサイド付加物、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル−2−パーフルオロブチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロメチル、(メタ)アクリル酸ジパーフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロメチル−2−パーフルオロエチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロデシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキサデシルエチル等が挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、複数を共重合させても構わない。
上記の(メタ)アクリル酸エステル系単量体の中でも、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸−n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸−tert−ブチル、(メタ)アクリル酸−n−ペンチル、(メタ)アクリル酸−n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸−n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸−n−オクチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トルイル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸−2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸−3−メトキシプロピル、(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)アクリル酸ステアリルが好ましく、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸−n−ブチル、アクリル酸−tert−ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸−n−オクチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸−2−メトキシエチル、アクリル酸ステアリルが特に好ましく、これらの好ましい単量体が重量比で40%以上含まれていることが好ましく、60%以上含まれていることがより好ましく、80%以上含まれていることが特に好ましい。
本発明の重合体は、重合体中に存在する酸の量が酸価として4.0mmolKOH/kg以下である。すなわち、本発明の重合体は実質、(メタ)アクリル酸エステルからなるものであって、酸価を上昇させる原因となる(メタ)アクリル酸やその塩等を共重合することは避けなければならない。しかしながら工業的に流通している単量体中には、不純物として(メタ)アクリル酸等の酸性物質が微量含まれている。この場合には、(メタ)アクリル酸エステル系単量体として、酸価が4.0mmolKOH/kg未満、好ましくは2.0mmolKOH/kg未満の(メタ)アクリル酸エステルを使用することで、重合体の酸価の上昇を抑制することができる。また、融点の高い(メタ)アクリル酸エステルを加温融解して使用する場合には、加水分解して酸価が上昇しないよう加温条件に注意が必要である。後述するとおり、酸価はアルカリ中和滴定により求まるものである。
架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体において、架橋性シリル基は重合体分子鎖の末端に存在してもよく、内部(側鎖)に存在してもよいが、分子鎖の末端に存在すると、架橋点間分子量が高くなるため、高伸びで低弾性率を示すゴム状硬化物が得られやすくなる。
架橋性シリル基は、具体的には下記一般式(1)により表される:
−[Si(R1)2−b(Y)bO]m−Si(R2)3−a(Y)a (1)
[式中、R1、R2は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R1またはR2が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。]。
[式中、R1、R2は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R1またはR2が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。]。
上記Yで示される加水分解性基としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、具体的には、水素、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基、アルケニルオキシ基等が挙げられ、加水分解性がマイルドで取り扱いやすいという点から、アルコキシ基が特に好ましい。
アルコキシシリル基としては特に限定はないがモノアルコキシシリル基、ジアルコキシシリル基、トリアルコキシシリル基のいずれであっても良い。又アルコキシ種としてはメトキシ、エトキシ、プロピオキシ等が挙げられるが、メトキシが好ましい。アルコキシシリル基の数としては特に限定はないが、1分子当たり平均して0.5個以上5個以下である。
通常、作業性や加工性が求められる低粘度域の重合体ほど、貯蔵安定性の問題が深刻となるケースが多い。従って本発明の重合体の数平均分子量は特に限定はないが、1,000〜100,000の領域で効果をより享受することができる。分子量分布についても同じく、特に限定はないが、分子量分布が狭いほど粘度が低くなるので発明の効果をより享受することができる。
重合体の含水率が1重量%を超える領域は、(メタ)アクリル酸エステル系重合体の溶解水分量(飽和水分量)を超える領域であり、かかる水分量を超えると、(メタ)アクリル酸エステル系重合体の貯蔵安定性が悪化する傾向にある。(メタ)アクリル酸エステル系重合体の貯蔵安定性を考慮した場合、重合体の含水量は1重量%以下とすることが好ましく、0.5重量%以下とすることがより好ましく、0.4重量%以下とすることがさらに好ましい。一方、重合体の含水量が0.01重量%未満の領域は、もともと水分量が少なく加水分解性シリル基の架橋反応が進行しにくいため、粘度上昇しにくい領域であるが、そのレベルまで工業的に脱水し、その水分量を製品化後、長期間にわたって維持することも困難な領域である。したがって、重合体の含水量は0.05重量%以上であってもよく、さらには0.1重量%以上であってもよい。
上記水分量の範囲で貯蔵安定性を確保するためには、硬化触媒として作用しうる酸物質の混入を出来る限り防ぐ必要がある。酸物質量の指標としては重合体の酸価が使用される。重合体の酸価としては、4.0mmolKOH/kg以下であり、より好ましくは3.0mmolKOH/kg以下である。4.0mmolKOH/kgよりも大きくなると貯蔵安定性が悪くなるため、水分の混入量が多い場合や加温時等の過酷な保存状態では、粘度上昇が顕著になり問題となる。なお、酸価は低い方が貯蔵安定性は良いが、一般に重合体の酸価を2.0mmolKOH/kg未満に調整することは困難である。その一方で、重合体の酸価が2.0mmolKOH/kg、さらには2.5mmolKOH/kgであっても、架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の貯蔵安定性は良好に確保される。なお、本発明において、「重合体中に存在する酸の量」を示す「酸価」は、後述する「アルカリ中和滴定」により算出された値を意味する。
<原子移動ラジカル重合について>
原子移動ラジカル重合法とは、リビングラジカル重合法の一つであって、有機ハロゲン化物、あるいはハロゲン化スルホニル化合物等を開始剤、遷移金属錯体を触媒として、(メタ)アクリル酸エステル系単量体等のラジカル重合性単量体を重合制御する方法である。原子移動ラジカル重合法としては、例えば、Matyjaszewskiら、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)1995年、117巻、5614頁等が挙げられる。
原子移動ラジカル重合法とは、リビングラジカル重合法の一つであって、有機ハロゲン化物、あるいはハロゲン化スルホニル化合物等を開始剤、遷移金属錯体を触媒として、(メタ)アクリル酸エステル系単量体等のラジカル重合性単量体を重合制御する方法である。原子移動ラジカル重合法としては、例えば、Matyjaszewskiら、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)1995年、117巻、5614頁等が挙げられる。
末端に架橋性シリル基を含有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体を製造する場合には、開始剤として有機ハロゲン化物を使用することが好ましい。開始剤として有機ハロゲン化物を使用すると、重合体末端にハロゲンが導入されるため、簡便に、末端ハロゲンを所定の反応で架橋性シリル基を有する置換基に変換することができる。また、重合触媒としては比較的安価で、商用的に使用可能な触媒(例えばペンタメチルジエチレントリアミン等を配位子とするハロゲン化銅の錯体)を使用することが好ましい。但し、有機ハロゲン化物やハロゲン化銅等の金属塩は、加水分解して無機酸(例えば、ハロゲン化水素等)を発生しやすく、重合体の酸価を高くする要因の一つとなる。また高温加熱等により、重合体の末端ハロゲン基が脱離して無機酸が遊離することも、重合体の酸価を高くする要因の一つとなる。従って重合体の酸価を所望の規定値以下とするためには、重合工程とは別に、発生した無機酸を中和または除去する工程が必要となる場合がある。
<加水分解性シリル基の重合体への導入方法>
加水分解性シリル基を(メタ)アクリル酸エステル系重合体に導入する方法としては、種々の方法が挙げられるが、(メタ)アクリル酸エステル系単量体の原子移動ラジカル重合の最中、あるいはその終点で、1,5−ヘキサンジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン等の複数個のアルケニル基を有する化合物を反応させ、アルケニル基に加水分解性シリル基を有するヒドロシランを付加(シリル化)させる方法が好ましい。
加水分解性シリル基を(メタ)アクリル酸エステル系重合体に導入する方法としては、種々の方法が挙げられるが、(メタ)アクリル酸エステル系単量体の原子移動ラジカル重合の最中、あるいはその終点で、1,5−ヘキサンジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン等の複数個のアルケニル基を有する化合物を反応させ、アルケニル基に加水分解性シリル基を有するヒドロシランを付加(シリル化)させる方法が好ましい。
ヒドロシリル化触媒としては、従来公知な触媒が使用されて良いが、遷移金属触媒、特に白金触媒が好ましい。白金触媒としては白金単体、アルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に白金固体を分散させたもの、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトン等との錯体、白金−オレフィン錯体、白金(0)−1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルジシロキサン錯体等が挙げられるが、活性の高さから白金(0)−1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルジシロキサン錯体が好ましい。
<ハロゲン脱離処理工程について>
アルケニル基の(メタ)アクリル酸エステル系重合体への導入方法としては、種々の方法が挙げられるが、上記の1,5−ヘキサンジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン等の複数個のアルケニル基を有する化合物を反応させる方法の場合、得られる重合体末端近傍には、依然としてハロゲンが結合した状態で存在している。ハロゲンを残存させたままでいると、遊離して酸が発生し、重合体の酸価上昇の要因となり、架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の貯蔵安定性悪化の原因となるので、脱離除去しなければならない。
アルケニル基の(メタ)アクリル酸エステル系重合体への導入方法としては、種々の方法が挙げられるが、上記の1,5−ヘキサンジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン等の複数個のアルケニル基を有する化合物を反応させる方法の場合、得られる重合体末端近傍には、依然としてハロゲンが結合した状態で存在している。ハロゲンを残存させたままでいると、遊離して酸が発生し、重合体の酸価上昇の要因となり、架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の貯蔵安定性悪化の原因となるので、脱離除去しなければならない。
ハロゲン脱離処理法の一つとして、酢酸カリウム等のオキシアニオン化合物で置換する方法もあるが、その方法では酢酸や酢酸カリウムが重合体中に残存し、酸価の上昇、カリウム金属塩の残存等によってむしろ貯蔵安定性が悪化する場合がある。簡便なハロゲン除去方法としては、高温加熱処理し、分子内環化反応によって脱離させる方法が挙げられる。処理温度としては130℃以上250℃以下、より好ましくは150℃以上200℃以下である。ハロゲンは有機ハロゲンとして脱離するので、重合体を脱揮しながら高温加熱処理を行うと、遊離したハロゲン化物を簡便に除去することができる。この処理方法であっても、水分が存在すると高温加熱により、末端ハロゲン基が脱離して無機酸が遊離したり、脱離した有機ハロゲンが加水分解して、無機酸や有機酸(例えば、酢酸、ギ酸、または安息香酸等のカルボン酸、またはスルホン酸等)が発生することがある。従って重合体の酸価を所望の規定値以下とするためには、発生した無機酸を中和または除去することが必要となる場合がある。その場合には吸着剤等の中和剤等で中和しながら実施することが好ましく、特に吸着剤として、ハイドロタルサイト類化合物等の酸を吸着する吸着剤を使用することが好ましい。
<重合触媒除去工程について>
原子移動ラジカル重合で使用される重合触媒(ハロゲン化銅やアミン化合物)は、ヒドロシリル化反応の触媒毒として作用するため、予め重合体の精製処理を行う必要がある。一方、これらの触媒は、酸性・塩基性化合物であるため、重合体中に残存すると、貯蔵安定性が悪化する要因の一つとなる。特に重合体の水抽出法等を行うと、水分とともにこれらの物質が重合体に溶け込んでしまい、かえって除去しにくくなる。従って重合触媒の除去法としては、触媒を不溶化させてろ過除去する方法や吸着剤による吸着精製法が好ましい。
原子移動ラジカル重合で使用される重合触媒(ハロゲン化銅やアミン化合物)は、ヒドロシリル化反応の触媒毒として作用するため、予め重合体の精製処理を行う必要がある。一方、これらの触媒は、酸性・塩基性化合物であるため、重合体中に残存すると、貯蔵安定性が悪化する要因の一つとなる。特に重合体の水抽出法等を行うと、水分とともにこれらの物質が重合体に溶け込んでしまい、かえって除去しにくくなる。従って重合触媒の除去法としては、触媒を不溶化させてろ過除去する方法や吸着剤による吸着精製法が好ましい。
<吸着精製方法>
吸着方式としては、回分式、吸着塔等による連続式いずれでも構わないが、溶媒で希釈し、吸着剤も添加して攪拌する回分方式が簡便である。
吸着方式としては、回分式、吸着塔等による連続式いずれでも構わないが、溶媒で希釈し、吸着剤も添加して攪拌する回分方式が簡便である。
吸着時の溶媒としては、環境対応の面から非芳香族系溶媒が使用されるが、一般的には極性の高い溶媒を用いると吸着能が低下するので、低極性の溶媒であることが好ましい。溶媒として使用される溶剤は、吸着能および(メタ)アクリル酸エステル系重合体の溶解性を考慮し、酢酸エステルを使用することが好ましく、特に酢酸ブチルが好ましい。予備的精製を実施する場合についても同様であるが、特に限定されない。
溶媒量については特に限定なく、重合体の粘度(単量体種、分子量・分子量分布)、処理温度、吸着剤量等に合わせて調整することができる。一般的には、好ましくは重合体100重量部に対して1重量部以上、より好ましくは5重量部以上、更に好ましくは50重量部以上、特に好ましくは70重量部以上であり、好ましくは500重量部以下、より好ましくは300重量部以下、更に好ましくは200重量部以下、特に好ましくは150重量部以下である。また、回分式で吸着処理を行う場合には、吸着処理後に吸着剤を遠心沈降やろ過等により除去する必要があるが、吸着処理後に更に溶剤を追加して遠心沈降やろ過等の吸着剤の除去を行ってもよい。例えば、吸着温度やろ過温度が160℃未満である場合には溶媒量は70重量部〜150重量部が好ましい。吸着温度やろ過温度が160℃以上である場合には、重合体の粘度も低下するので、溶媒量は少なくても良く、5重量部〜70重量部が好ましく、5重量部〜30重量部がより好ましい。予備的精製を実施する場合についても同様であるが、特に限定されない。
吸着剤としては活性炭、イオン交換樹脂等の合成樹脂系吸着剤、ゼオライト等の無機系吸着剤等があるが、本発明においては、後述するアルミニウムシリケートとハイドロタルサイト類化合物を併用することが好ましい。アルミニウムシリケートやハイドロタルサイト類化合物は、無機系吸着剤に分類される。無機系吸着剤は、一般的に固体酸、固体塩基を有し、粒子は多孔質構造を持っているため、吸着能は非常に高い。また、低温から高温まで使用可能であることも特徴の一つである。
アルミニウムシリケートは、珪酸の珪素の一部がアルミニウムに置換されたもので、軽石、フライアッシュ、カオリン、ベントナイト、活性白土、ケイソウ土等が知られている。この中でも、合成アルミニウムシリケートは、比表面積も大きく吸着能力が高い。合成アルミニウムシリケートとしては、キョーワード700シリーズ(協和化学製)等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
ハイドロタルサイト類化合物は、2価の金属(Mg2+,Mn2+,Fe2+,Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+等)と3価の金属(Al3+,Fe3+,Cr3+,Co3+,In3+等)の含水水酸化物または前記水酸化物の水酸基の一部を、ハロゲンイオン、NO3−,CO3 2−,SO4 2−,Fe(CN)6 3−,CH3CO2−,シュウ酸イオン、サリチル酸イオン等の陰イオンに交換したものである。これらのうち、2価の金属がMg2+、3価の金属がAl3+であって、水酸基の一部をCO3 2−に交換したハイドロタルサイト類化合物が好ましく、例えば合成品としてはキョーワード500シリーズ、キョーワード1000シリーズ(いずれも協和化学(株)製)等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。また、上記ハイドロタルサイト類を焼成して得られる吸着剤も好適に使用される。そのなかでも2価の金属がMg2+、3価の金属がAl3+であるハイドロタルサイト類を焼成して得られるMgO−AlO3系固溶体が好ましく、例えばキョーワード2000(協和化学(株)製)等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。本発明においては、ハイドロタルサイト類の焼成品についても、ハイドロタルサイト類として分類する。
重合触媒除去方法としては吸着精製が効果的ではあるが、重合触媒量が多い場合には過剰な吸着剤量が必要となる。従って本格的な精製(本精製)を行う前に予備的精製(粗精製)を行うことが好ましい。粗精製法としては、例えば不溶な触媒を予めろ過する方法や、本精製の前に行う段階的な吸着精製、水抽出による触媒除去等が挙げられる。粗精製時に吸着剤を使用する場合においても、アルミニウムシリケートとハイドロタルサイト類化合物を併用することが好ましいが、特に限定されず、従来公知な吸着剤を使用してよい。例えば、二酸化珪素;酸化マグネシウム;シリカゲル;シリカ・アルミナ;マグネシウムシリケート;活性アルミナ;水酸化アルミニウム;酸性白土、活性白土等の粘土系吸着剤;珪酸アルミニウムナトリウム等の含水アルミノ珪酸塩鉱物群で総称されるゼオライト系吸着剤;ドーソナイト類化合物;等の無機系吸着剤が例示される。また吸着剤は単独で用いても2種以上を混合して用いてもかまわない。重合触媒は高温加熱すると、重合体に可溶化しやすくなる傾向にあるので、マイルドな温度条件で粗精製を行うことが好ましい。具体的には150℃以下が好ましく、より好ましくは130℃以下、特に好ましくは100℃である。
本発明で使用するアルミニウムシリケートの量は、重合体100重量部に対して0.05重量部以上、10重量部以下であり、好ましくは0.1重量部以上1重量部以下である。アルミニウムシリケート量が過少では精製不良となり、目的とする十分なヒドロシリル化活性が発現しない。アルミニウムシリケート量が過多では高温加熱により酢酸エステルの加水分解が進行しやすくなり、酢酸やアルコールの発生量が多くなる。溶剤である酢酸エステルの劣化は、重合体の品質低下に繋がるので避けなければならない。例えば、加水分解して発生した酢酸は、(メタ)アクリル酸エステル系重合体との親和性が強く、重合体から完全に除去することは難しい。酢酸が重合体中に残留すると、臭気の原因となったり、最終的に架橋性シリル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体の架橋反応における触媒として作用し、熱的安定性や貯蔵安定性等の低下の原因となる。また、溶媒である酢酸エステルは、通常、重合体と分離・回収されて、再度吸着精製に溶媒として使用されるため、再利用の回数が多くなるにつれて、酢酸やアルコールが酢酸エステル中に蓄積していくこととなる。蓄積量が多くなると、吸着精製効率の低下や酢酸の重合体への残留量の増加等が起こるため、溶媒の再生、廃棄コスト等が必要となる。また、同様に(メタ)アクリル酸エステル系重合体の側鎖エステル基も加水分解されやすくなり、重合体そのものの酸価が上昇する場合がある。酢酸やアルコールと同様に、(メタ)アクリル酸エステル系重合体の側鎖エステル基が加水分解されて、カルボキシル基に変換されても同様に架橋反応の触媒として作用し、熱的安定性や貯蔵安定性等に悪影響を及ぼす場合があるので好ましくない。
ハイドロタルサイト類化合物の使用量は、特に限定されないが、重合体100重量部に対して0.05重量部以上10重量部以下であることが好ましく、0.5重量部以上5重量部以下であることがより好ましい。ハイドロタルサイト類化合物を大量に使用すると、重合体の収率が下がるので好ましくない。また、ハイドロタルサイト類化合物の増量は、ろ過の長時間化や吸着剤の廃棄量増加に繋がるので、必要最小限量に留める事が望ましい。
重合体の本精製として吸着精製を行う場合には、吸着温度は150℃以上であり、好ましくは170℃以上、より好ましくは190℃以上である。高温の方が、精製レベルが高くなり、ヒドロシリル化活性の発現が良好である。また、吸着剤の減量もしやすい。(メタ)アクリル酸エステル系重合体は耐高温性に優れるが、吸着温度が高温過ぎると、重合体の劣化が進行するので、230℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましい。
酢酸エステルを使用した場合、アルミニウムシリケート等の含水率の比較的高い吸着剤を存在させ、高温加熱すると加水分解し、酢酸が発生してしまう。一方、ハイドロタルサイト類化合物でも吸着剤中に水分は含まれるが、その量はアルミニウムシリケートより少なく、またハイドロタルサイト化合物は酸性物質を吸着するので、酢酸の発生量も抑制される傾向にある。その面でも併用することが好ましい。
酢酸エステルが加水分解して発生した酢酸は、(メタ)アクリル酸エステル系重合体と親和性が強く、重合体から完全に除去することは難しい。酢酸が重合体中に残留すると、酸価の上昇の要因の一つとなり、貯蔵安定性悪化の原因となる。
このように吸着処理を行う場合においても、酸価の上昇の要因となる場合があるので、精製条件の調整等の配慮が必要である。
上記の吸着精製は、主にヒドロシリル化触媒毒の除去を目的としているが、重合体の酸価を調整するための中和剤として、公知な吸着剤を適宜使用してもよい。
<硬化性組成物について>
本発明の架橋性シリル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体は、貯蔵安定性が改善されるので、従来よりも保存性、取扱い性に優れた重合体として、硬化性組成物の一成分として利用することができる。また架橋成分である(メタ)アクリル酸エステル系重合体の貯蔵安定性が向上するということは、それを用いた硬化性組成物の貯蔵安定性も向上するということにほかならない。
本発明の架橋性シリル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体は、貯蔵安定性が改善されるので、従来よりも保存性、取扱い性に優れた重合体として、硬化性組成物の一成分として利用することができる。また架橋成分である(メタ)アクリル酸エステル系重合体の貯蔵安定性が向上するということは、それを用いた硬化性組成物の貯蔵安定性も向上するということにほかならない。
硬化性組成物は、架橋性シリル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体に加え、従来公知な架橋性シリル基を有するオキシアルキレン重合体と混合して使用することもできる。特にオキシアルキレン重合体との混合物は、(メタ)アクリル酸エステル系重合体と比べて粘度が低く、作業性に優れるという利点が挙げられるので、貯蔵安定性改善による粘度上昇の抑制効果は品質保証という点で非常に大きな意味がある。
硬化性組成物としては、従来公知な硬化触媒、接着促進剤、充填剤、各種変性剤、レオロジー特性調整剤、紫外線硬化性樹脂、酸素硬化性樹脂、着色剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、難燃化剤、可塑剤等の添加剤を任意に使用してよい。
本発明の硬化性組成物、例えばシーリング材用硬化性組成物は、すべての配合成分を予め配合密封保存し、施工後空気中の湿分を吸収することにより硬化する1成分型として調製することも可能であり、硬化剤として別途硬化触媒、充填材、可塑剤、水等の成分を配合しておき、該配合材と重合体組成物を使用前に混合する2成分型として調整することもできる。水分等を予め混合することの多い2成分型の方が、更に貯蔵安定性の改善効果を発揮する。
<硬化性組成物の用途について>
本発明に係る硬化性組成物の用途としては、限定はされないが、建築用弾性シーリング材、サイジングボード用シーリング材、複層ガラス用シーリング材、車両用シーリング材等建築用および工業用のシーリング材、太陽電池裏面封止材等の電気・電子部品材料、電線・ケーブル用絶縁被覆材等の電気絶縁材料、粘着剤、接着剤、弾性接着剤、コンタクト接着剤、タイル用接着剤、反応性ホットメルト接着剤、塗料、粉体塗料、コーティング材、発泡体、缶蓋等のシール材、電気電子用ポッティング剤、フィルム、ガスケット、注型材料、各種成形材料、人工大理石、および網入りガラスや合わせガラス端面(切断部)の防錆・防水用封止材、自動車や船舶、家電等に使用される防振・制振・防音・免震材料、自動車部品、電機部品、各種機械部品等において使用される液状シール剤、防水剤等の様々な用途に利用可能である。
本発明に係る硬化性組成物の用途としては、限定はされないが、建築用弾性シーリング材、サイジングボード用シーリング材、複層ガラス用シーリング材、車両用シーリング材等建築用および工業用のシーリング材、太陽電池裏面封止材等の電気・電子部品材料、電線・ケーブル用絶縁被覆材等の電気絶縁材料、粘着剤、接着剤、弾性接着剤、コンタクト接着剤、タイル用接着剤、反応性ホットメルト接着剤、塗料、粉体塗料、コーティング材、発泡体、缶蓋等のシール材、電気電子用ポッティング剤、フィルム、ガスケット、注型材料、各種成形材料、人工大理石、および網入りガラスや合わせガラス端面(切断部)の防錆・防水用封止材、自動車や船舶、家電等に使用される防振・制振・防音・免震材料、自動車部品、電機部品、各種機械部品等において使用される液状シール剤、防水剤等の様々な用途に利用可能である。
本発明に係る硬化性組成物から得られたゴム弾性を示す成形体は、ガスケット、パッキン類を中心に広く使用することができる。例えば自動車分野ではボディ部品として、気密保持のためのシール材、ガラスの振動防止材、車体部位の防振材、特にウインドシールガスケット、ドアガラス用ガスケットに使用することができる。シャーシ部品として、防振、防音用のエンジンおよびサスペンジョンゴム、特にエンジンマウントラバーに使用することができる。エンジン部品としては、冷却用、燃料供給用、排気制御用等のホース類、エンジンオイル用シール材等に使用することができる。また、排ガス清浄装置部品、ブレーキ部品にも使用できる。家電分野では、パッキン、Oリング、ベルト等に使用できる。具体的には、照明器具用の飾り類、防水パッキン類、防振ゴム類、防虫パッキン類、クリーナ用の防振・吸音と空気シール材、電気温水器用の防滴カバー、防水パッキン、ヒータ部パッキン、電極部パッキン、安全弁ダイアフラム、酒かん器用のホース類、防水パッキン、電磁弁、スチームオーブンレンジおよびジャー炊飯器用の防水パッキン、給水タンクパッキン、吸水バルブ、水受けパッキン、接続ホース、ベルト、保温ヒータ部パッキン、蒸気吹き出し口シール等燃焼機器用のオイルパッキン、Oリング、ドレインパッキン、加圧チューブ、送風チューブ、送・吸気パッキン、防振ゴム、給油口パッキン、油量計パッキン、送油管、ダイアフラム弁、送気管等、音響機器用のスピーカーガスケット、スピーカーエッジ、ターンテーブルシート、ベルト、プーリー等が挙げられる。建築分野では、構造用ガスケット(ジッパーガスケット)、空気膜構造屋根材、防水材、定形シーリング材、防振材、防音材、セッティングブロック、摺動材等に使用できる。スポ−ツ分野では、スポーツ床として全天候型舗装材、体育館床等、スポーツシューズとして靴底材、中底材等、球技用ボールとしてゴルフボール等に使用できる。防振ゴム分野では、自動車用防振ゴム、鉄道車両用防振ゴム、航空機用防振ゴム、防舷材等に使用できる。海洋・土木分野では、構造用材料として、ゴム伸縮継手、支承、止水板、防水シート、ラバーダム、弾性舗装、防振パット、防護体等、工事副材料としてゴム型枠、ゴムパッカー、ゴムスカート、スポンジマット、モルタルホース、モルタルストレーナ等、工事補助材料としてゴムシート類、エアホース等、安全対策商品としてゴムブイ、消波材等、環境保全商品としてオイルフェンス、シルトフェンス、防汚材、マリンホース、ドレッジングホース、オイルスキマー等に使用できる。その他、板ゴム、マット、フォーム板等にも使用できる。
本発明に係る硬化性組成物は、シーリング材や接着剤として特に有用であり、特に耐候性や耐熱性が要求される用途や、透明性が必要な用途に有用である。また、本発明に係る硬化性組成物は、耐候性と接着性に優れるので、目地埋めなしでの外壁タイル接着用工法に使用できる。
以下に、本発明の具体的な実施例を比較例と併せて説明するが、本発明は、下記実施例に限定されない。なお、「数平均分子量」および「分子量分布(重量平均分子量と数平均分子量の比)」測定、ならびに「アルカリ中和滴定」は、次のようにして行った。
<「数平均分子量」および「分子量分布(重量平均分子量と数平均分子量の比)」測定>
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いた標準ポリスチレン換算法により算出した。ただし、GPCカラムとしてポリスチレン架橋ゲルを充填したもの(shodex GPC K−804、shodex GPC K−802.5;昭和電工(株)製)、GPC溶媒としてクロロホルムを用いた。重合体1分子当たりに導入された官能基は、1H−NMR(400MHz)による官能基濃度分析(溶媒:重クロロホルム、測定温度:23℃)を行い、GPCにより求まる数平均分子量により算出した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いた標準ポリスチレン換算法により算出した。ただし、GPCカラムとしてポリスチレン架橋ゲルを充填したもの(shodex GPC K−804、shodex GPC K−802.5;昭和電工(株)製)、GPC溶媒としてクロロホルムを用いた。重合体1分子当たりに導入された官能基は、1H−NMR(400MHz)による官能基濃度分析(溶媒:重クロロホルム、測定温度:23℃)を行い、GPCにより求まる数平均分子量により算出した。
<アルカリ中和滴定>
酸価は、試料をイソプロパノールで希釈し、0.1規定または0.01規定の KOHのイソプロパノール溶液を用いて電位差滴定を行い、中和点を求めることにより定量した。
酸価は、試料をイソプロパノールで希釈し、0.1規定または0.01規定の KOHのイソプロパノール溶液を用いて電位差滴定を行い、中和点を求めることにより定量した。
<参考実施例1>
新品の酢酸ブチルを密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、酢酸ブチルにpH試験紙を浸したところほぼ中性を示した。
新品の酢酸ブチルを密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、酢酸ブチルにpH試験紙を浸したところほぼ中性を示した。
<参考実施例2>
新品の酢酸ブチル100重量部に対して0.1重量部の水を添加し、酢酸ブチルと水のみで密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、酢酸ブチルにpH試験紙を浸したところほぼ中性を示した。
新品の酢酸ブチル100重量部に対して0.1重量部の水を添加し、酢酸ブチルと水のみで密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、酢酸ブチルにpH試験紙を浸したところほぼ中性を示した。
<参考実施例3>
新品の酢酸ブチルの酸価は2.3mmolKOH/kgであった。新品の酢酸ブチル100重量部に対して、吸着剤としてハイドロタルサイト(キョーワード500SH:協和化学製)3重量部を添加し、酢酸ブチルと吸着剤のみで密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、吸着剤をろ過した。ろ液である酢酸ブチルにpH試験紙を浸したところ、酸性を示した。酸価を測定したところ、11mmolKOH/kgとなり、酸価が上昇した。
新品の酢酸ブチルの酸価は2.3mmolKOH/kgであった。新品の酢酸ブチル100重量部に対して、吸着剤としてハイドロタルサイト(キョーワード500SH:協和化学製)3重量部を添加し、酢酸ブチルと吸着剤のみで密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、吸着剤をろ過した。ろ液である酢酸ブチルにpH試験紙を浸したところ、酸性を示した。酸価を測定したところ、11mmolKOH/kgとなり、酸価が上昇した。
<参考実施例4>
新品の酢酸ブチルの酸価は2.3mmolKOH/kgであった。新品の酢酸ブチル100重量部に対して、吸着剤としてアルミニウムシリケート(キョーワード700SEN:協和化学製)3重量部を添加し、酢酸ブチルと吸着剤のみで密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、吸着剤をろ過した。ろ液である酢酸ブチルにpH試験紙を浸したところ、酸性を示した。酸価を測定したところ、180mmolKOH/kgとなり、酸価が大幅に上昇した。
新品の酢酸ブチルの酸価は2.3mmolKOH/kgであった。新品の酢酸ブチル100重量部に対して、吸着剤としてアルミニウムシリケート(キョーワード700SEN:協和化学製)3重量部を添加し、酢酸ブチルと吸着剤のみで密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、吸着剤をろ過した。ろ液である酢酸ブチルにpH試験紙を浸したところ、酸性を示した。酸価を測定したところ、180mmolKOH/kgとなり、酸価が大幅に上昇した。
<参考実施例5>
新品の酢酸ブチルの酸価は2.3mmolKOH/kgであった。新品の酢酸ブチル100重量部に対して、吸着剤としてハイドロタルサイト(キョーワード500SH:協和化学製)3重量部およびアルミニウムシリケート(キョーワード700SEN:協和化学製)3重量部を添加し、酢酸ブチルと吸着剤のみで密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、吸着剤をろ過し、ろ液である酢酸ブチルの酸価を測定したところ、125mmolKOH/kgとなった。
新品の酢酸ブチルの酸価は2.3mmolKOH/kgであった。新品の酢酸ブチル100重量部に対して、吸着剤としてハイドロタルサイト(キョーワード500SH:協和化学製)3重量部およびアルミニウムシリケート(キョーワード700SEN:協和化学製)3重量部を添加し、酢酸ブチルと吸着剤のみで密閉下で190℃に加熱して2時間攪拌した。冷却後、吸着剤をろ過し、ろ液である酢酸ブチルの酸価を測定したところ、125mmolKOH/kgとなった。
上記参考実施例1、2にあるように、酢酸ブチル単体あるいは少量の水存在下で高温加熱処理を行っても、加水分解はほとんど進行せず、酢酸は発生しなかったが、上記参考実施例3〜5にあるように、吸着剤存在下で酢酸ブチルを高温加熱すると、加水分解が進行し、酢酸が発生して酸価が上昇した。特にアルミニウムシリケートを使用すると、顕著に酸価が上昇し、アルミニウムシリケートの過剰使用は、酸価の上昇の原因となることが判った。またハイドロタルサイトとアルミニウムシリケートとの併用は、酸価上昇の抑制効果があることがわかった。このように吸着剤共存下で酢酸ブチルを高温加熱処理すると、吸着剤種・吸着剤種の組合せ等によっては酸価が大幅に上昇することがわかった。このような酸価が上昇した溶剤を重合体の希釈溶媒として使用すると、発生した酸が重合体に残留し、重合体の酸価を上昇させることとなる。特に(メタ)アクリル酸エステル系重合体に酢酸等の有機酸が一度、溶け込んでしまうと、単なる脱揮では除去しにくくなるので注意が必要である。
<製造例1>
(1)重合工程
攪拌機付ステンレス製反応容器の内部を脱酸素し、臭化第一銅、アクリル酸n−ブチルの一部を仕込み、加熱攪拌した。重合反応溶媒としてアセトニトリル(表1では重合用アセトニトリルと記載)、開始剤として2,5−ジブロモアジピン酸ジエチル(DBAE)を添加、混合し、混合液の温度を約80℃に調節した段階でペンタメチルジエチレントリアミン(以下、トリアミンと略す)を添加し、重合反応を開始した。残りのアクリル酸エステルを逐次添加し、重合反応を進めた。重合途中、適宜トリアミンを追加し、重合速度を調整した。重合時に使用したトリアミンの総量を重合用トリアミンとして表1に示す。重合が進行すると重合熱により内温が上昇するので内温を約80℃〜約90℃に調整した。単量体転化率(重合反応率)が約95%以上の時点で未反応の単量体および重合用アセトニトリルを減圧脱揮して除去し、重合体濃縮物を得た(重合工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
(1)重合工程
攪拌機付ステンレス製反応容器の内部を脱酸素し、臭化第一銅、アクリル酸n−ブチルの一部を仕込み、加熱攪拌した。重合反応溶媒としてアセトニトリル(表1では重合用アセトニトリルと記載)、開始剤として2,5−ジブロモアジピン酸ジエチル(DBAE)を添加、混合し、混合液の温度を約80℃に調節した段階でペンタメチルジエチレントリアミン(以下、トリアミンと略す)を添加し、重合反応を開始した。残りのアクリル酸エステルを逐次添加し、重合反応を進めた。重合途中、適宜トリアミンを追加し、重合速度を調整した。重合時に使用したトリアミンの総量を重合用トリアミンとして表1に示す。重合が進行すると重合熱により内温が上昇するので内温を約80℃〜約90℃に調整した。単量体転化率(重合反応率)が約95%以上の時点で未反応の単量体および重合用アセトニトリルを減圧脱揮して除去し、重合体濃縮物を得た(重合工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
(2)ジエン反応工程
上記濃縮物に1,7−オクタジエン(以下ジエンまたはオクタジエンと略す)、ジエン反応溶媒としてアセトニトリル(表1ではジエン反応用アセトニトリルと記載)を添加し、トリアミン(表1ではジエン反応用トリアミンと記載)を追加することでジエン反応を開始した。内温を約80℃〜約90℃に調節しながら数時間加熱攪拌させて、重合体末端にオクタジエンを反応させた。反応液は使用した重合触媒により著しく着色していた(ジエン反応工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
上記濃縮物に1,7−オクタジエン(以下ジエンまたはオクタジエンと略す)、ジエン反応溶媒としてアセトニトリル(表1ではジエン反応用アセトニトリルと記載)を添加し、トリアミン(表1ではジエン反応用トリアミンと記載)を追加することでジエン反応を開始した。内温を約80℃〜約90℃に調節しながら数時間加熱攪拌させて、重合体末端にオクタジエンを反応させた。反応液は使用した重合触媒により著しく着色していた(ジエン反応工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
(3)酸素処理工程
ジエン反応が終了した時点で反応容器気相部に酸素‐窒素混合ガスを導入した。内温を約80℃〜約90℃に保ちながらしながら反応液を数時間加熱攪拌して反応液中の重合触媒と酸素を接触させた。アセトニトリルおよび未反応のオクタジエンを減圧脱揮して除去し、重合体を含有する濃縮物を得た。濃縮物は著しく着色していた。
ジエン反応が終了した時点で反応容器気相部に酸素‐窒素混合ガスを導入した。内温を約80℃〜約90℃に保ちながらしながら反応液を数時間加熱攪拌して反応液中の重合触媒と酸素を接触させた。アセトニトリルおよび未反応のオクタジエンを減圧脱揮して除去し、重合体を含有する濃縮物を得た。濃縮物は著しく着色していた。
(4)第一粗精製工程
酢酸ブチルを重合体の希釈溶媒として使用した。重合体に対して100〜150重量部程度の酢酸ブチルで濃縮物を希釈し、ろ過助剤を添加して攪拌した後、不溶な触媒成分をろ過除去した。ろ液は重合触媒残渣によって着色および若干の濁りを有していた(粗精製工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
酢酸ブチルを重合体の希釈溶媒として使用した。重合体に対して100〜150重量部程度の酢酸ブチルで濃縮物を希釈し、ろ過助剤を添加して攪拌した後、不溶な触媒成分をろ過除去した。ろ液は重合触媒残渣によって着色および若干の濁りを有していた(粗精製工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
(5)第二粗精製工程
ろ液を攪拌機付ステンレス製反応容器に仕込み、吸着剤としてアルミニウムシリケート(キョーワード700SEN:協和化学製)、ハイドロタルサイト(キョーワード500SH:協和化学製)を添加した。気相部に酸素−窒素混合ガスを導入して約100℃で1時間加熱攪拌した後、吸着剤等の不溶成分をろ過除去した。着色は有するものの清澄なろ液を得た。ろ液を濃縮し、重合体粗精製物を得た(粗精製工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
ろ液を攪拌機付ステンレス製反応容器に仕込み、吸着剤としてアルミニウムシリケート(キョーワード700SEN:協和化学製)、ハイドロタルサイト(キョーワード500SH:協和化学製)を添加した。気相部に酸素−窒素混合ガスを導入して約100℃で1時間加熱攪拌した後、吸着剤等の不溶成分をろ過除去した。着色は有するものの清澄なろ液を得た。ろ液を濃縮し、重合体粗精製物を得た(粗精製工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
(6)ハロゲン脱離処理工程および本精製工程
重合体粗精製物、熱安定剤(スミライザーGS:住友化学(株)製)、吸着剤の一部(キョーワード700SEN、キョーワード500SH)を添加し、減圧脱揮、加熱攪拌しながら昇温し、約170℃〜約200℃の高温状態で数時間程度加熱攪拌、減圧脱揮を行ない、重合体中のハロゲン基の脱離、吸着精製を実施した。残りの吸着剤(キョーワード700SEN、キョーワード500SH)を追加し、希釈溶媒として重合体に対して約10重量部の酢酸ブチルを添加し、気相部を酸素−窒素混合ガス雰囲気にし、約170℃〜約200℃の高温状態で更に数時間程度加熱攪拌し、吸着精製を継続した。ハロゲン脱離処理工程および本精製工程で使用した吸着剤の総量はハイドロタルサイト2.0重量部、アルミニウムシリケート2.0重量部であった。処理液を更に重合体に対して90重量部の酢酸ブチルで希釈し、ろ過して吸着剤を除去した。ろ液を濃縮し、希釈溶媒である酢酸ブチルを回収するとともに、両末端にアルケニル基を有する重合体を得た。
重合体粗精製物、熱安定剤(スミライザーGS:住友化学(株)製)、吸着剤の一部(キョーワード700SEN、キョーワード500SH)を添加し、減圧脱揮、加熱攪拌しながら昇温し、約170℃〜約200℃の高温状態で数時間程度加熱攪拌、減圧脱揮を行ない、重合体中のハロゲン基の脱離、吸着精製を実施した。残りの吸着剤(キョーワード700SEN、キョーワード500SH)を追加し、希釈溶媒として重合体に対して約10重量部の酢酸ブチルを添加し、気相部を酸素−窒素混合ガス雰囲気にし、約170℃〜約200℃の高温状態で更に数時間程度加熱攪拌し、吸着精製を継続した。ハロゲン脱離処理工程および本精製工程で使用した吸着剤の総量はハイドロタルサイト2.0重量部、アルミニウムシリケート2.0重量部であった。処理液を更に重合体に対して90重量部の酢酸ブチルで希釈し、ろ過して吸着剤を除去した。ろ液を濃縮し、希釈溶媒である酢酸ブチルを回収するとともに、両末端にアルケニル基を有する重合体を得た。
(7)シリル化工程
上記方法により得られた重合体、メチルジメトキシシラン(DMS)、オルト蟻酸メチル(MOF)、白金触媒[ビス(1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン)白金錯体触媒のイソプロパノール溶液:以下白金触媒という]を所定量混合し、約100℃に加熱攪拌した。1時間程度加熱攪拌後、未反応のDMS等の揮発分を減圧留去し、両末端にメトキシシリル基を有する重合体を得た。得られた重合体の1分子あたりに導入されたシリル基数は2.1個、数平均分子量は13700、分子量分布は1.33であった。重合体の酸価は5.0mmolKOH/kgであった(シリル化工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
上記方法により得られた重合体、メチルジメトキシシラン(DMS)、オルト蟻酸メチル(MOF)、白金触媒[ビス(1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン)白金錯体触媒のイソプロパノール溶液:以下白金触媒という]を所定量混合し、約100℃に加熱攪拌した。1時間程度加熱攪拌後、未反応のDMS等の揮発分を減圧留去し、両末端にメトキシシリル基を有する重合体を得た。得られた重合体の1分子あたりに導入されたシリル基数は2.1個、数平均分子量は13700、分子量分布は1.33であった。重合体の酸価は5.0mmolKOH/kgであった(シリル化工程で使用した原料等の使用量を表1に示す)。
<製造例2>
製造例1と同様にして両末端にメトキシシリル基を有する重合体を得た。重合体の酸価は4.3mmolKOH/kgであった。
製造例1と同様にして両末端にメトキシシリル基を有する重合体を得た。重合体の酸価は4.3mmolKOH/kgであった。
<製造例3>
製造例1で得られた酸価が5.0mmolKOH/kgである重合体にイソプロパノールを添加し、良く溶解させた後、脱揮発してイソプロパノールと共に揮発性の酸を除去した。重合体の酸価は4.7mmolKOH/kgとなった。
製造例1で得られた酸価が5.0mmolKOH/kgである重合体にイソプロパノールを添加し、良く溶解させた後、脱揮発してイソプロパノールと共に揮発性の酸を除去した。重合体の酸価は4.7mmolKOH/kgとなった。
<製造例4>
製造例2で得られた酸価が4.3mmolKOH/kgである重合体にイソプロパノールを添加し、良く溶解させた後、脱揮発してイソプロパノールと共に揮発性の酸を除去した。重合体の酸価は3.7mmolKOH/kgとなった。
製造例2で得られた酸価が4.3mmolKOH/kgである重合体にイソプロパノールを添加し、良く溶解させた後、脱揮発してイソプロパノールと共に揮発性の酸を除去した。重合体の酸価は3.7mmolKOH/kgとなった。
<製造例5>
製造例2で得られた酸価が4.3mmolKOH/kgである重合体を新品の酢酸ブチルで希釈し、ろ過助剤(珪藻土)を加えて、重合触媒や吸着剤等の微粉末をろ過除去した後、活性アルミナカラムを通して、酸性物質を除去した。ろ過濃縮して重合体を得た。重合体の酸価は3.0mmolKOH/kgであった。
製造例2で得られた酸価が4.3mmolKOH/kgである重合体を新品の酢酸ブチルで希釈し、ろ過助剤(珪藻土)を加えて、重合触媒や吸着剤等の微粉末をろ過除去した後、活性アルミナカラムを通して、酸性物質を除去した。ろ過濃縮して重合体を得た。重合体の酸価は3.0mmolKOH/kgであった。
<比較例1〜3および実施例1、2>
製造例1〜5で得られた重合体100重量部に対して0.1重量部の水をよく混合し、脱泡した後、粘度を23℃で測定した。ガラス製サンプル瓶に充填して密閉し、50℃で2週間加熱した。放冷後、23℃で粘度を測定した。50℃で2週間保管前後の増粘率(=(保管後粘度−保管前粘度)/保管前粘度×100)を求めた。結果を表2に示す。
製造例1〜5で得られた重合体100重量部に対して0.1重量部の水をよく混合し、脱泡した後、粘度を23℃で測定した。ガラス製サンプル瓶に充填して密閉し、50℃で2週間加熱した。放冷後、23℃で粘度を測定した。50℃で2週間保管前後の増粘率(=(保管後粘度−保管前粘度)/保管前粘度×100)を求めた。結果を表2に示す。
<比較例4〜6および実施例3、4>
製造例1〜5で得られた重合体100重量部に対して0.4重量部の水をよく混合し、脱泡した後、粘度を23℃で測定した。ガラス製サンプル瓶に充填して密閉し、50℃で2週間加熱した。放冷後、23℃で粘度を測定した。50℃で2週間保管前後の増粘率(=(保管後粘度−保管前粘度)/保管前粘度×100)を求めた。結果を表3に示す。
製造例1〜5で得られた重合体100重量部に対して0.4重量部の水をよく混合し、脱泡した後、粘度を23℃で測定した。ガラス製サンプル瓶に充填して密閉し、50℃で2週間加熱した。放冷後、23℃で粘度を測定した。50℃で2週間保管前後の増粘率(=(保管後粘度−保管前粘度)/保管前粘度×100)を求めた。結果を表3に示す。
表2、表3のいずれにおいても酸価が4.0mmolKOH/kgを超えると増粘率が10%を超えてしまい、貯蔵安定性が低下する。一方、酸価が4.0mmolKOH/kg以下であれば水分量0.4重量部と多く、50℃加温状態であっても良好な貯蔵安定性を示すことが判った。
Claims (13)
- 重合体中に存在する酸の量が酸価として4.0mmolKOH/kg以下である架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体。
- 前記重合体中に存在する酸が、無機酸または有機酸である請求項1に記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体。
- 前記無機酸がハロゲン化水素である請求項2に記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体。
- 前記有機酸がカルボン酸またはスルホン酸である請求項2または3に記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体。
- 前記カルボン酸が、酢酸、ギ酸、または安息香酸である請求項4に記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体。
- 前記重合体の含水率が1重量%以下である請求項1〜5のいずれかに記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体。
- ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した数平均分子量が1,000〜100,000である請求項1〜6のいずれかに記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体。
- 加水分解して無機酸を発生する金属塩を重合触媒として(メタ)アクリル酸エステル系単量体をラジカル重合する重合工程と、重合触媒を除去する精製工程と、を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の製造方法。
- 前記精製工程が、前記重合触媒が加水分解して発生した無機酸を中和または除去する工程を含む請求項8に記載の製造方法。
- 前記重合工程が、有機ハロゲン化物を開始剤として使用する工程であり、前記精製工程が、前記有機ハロゲン化物が加水分解して発生した無機酸を中和または除去する工程を含む請求項8または9に記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体の製造方法。
- 前記重合工程が、末端にハロゲン基を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体を製造する工程であり、
前記精製工程が、末端にハロゲン基を有する(メタ)アクリル酸エステル系重合体のハロゲン基が脱離して発生する無機酸を中和または除去する工程を含むことを特徴とする請求項10に記載の製造方法。 - 前記ラジカル重合がリビングラジカル重合であることを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の架橋性シリル基含有(メタ)アクリル酸エステル系重合体を含有する硬化性組成物。
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2008
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