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JP2018059073A - (メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと(メタ)アクリル酸誘導体の共重合体およびその製造方法 - Google Patents

(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと(メタ)アクリル酸誘導体の共重合体およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 可能な限り粘度を下げ、従来よりも有機溶剤の使用量を減らした塗料組成物を調製することが可能である(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体の共重合体およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】
下記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体の共重合体であって、数平均分子量が6,000〜100,000であり、かつ分子量分布(Mw/Mn)が2.0以下であることを特徴とする共重合体。
Figure 2018059073

(式中、R1は、水素原子またはメチル基を表す。)
【選択図】 なし

Description

本発明は、(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと(メタ)アクリル酸誘導体の共重合体およびその製造方法に関し、さらに詳述すると、防汚塗料等に用いられる加水分解性自己研磨型ポリマーとして有用な共重合体およびその製造方法に関する。
船舶、漁網等の海水中に長期間曝される基材表面には、海洋生物が付着し易く様々な不具合が生じる。例えば、船舶では、海洋生物の付着による表面粗度の増加によって速度低下や燃費増加を引き起こしたり、魚網では、目詰まりを起こしたりする等の問題が生じる。
このため、これらの基材では、海洋生物の付着を防止するために、通常、基材表面に防汚塗料が塗布される。
例えば、特許文献1および2では、水溶性防汚塗料について提案されているが、これらの水溶性防汚塗料は耐水性が不十分であり、防汚性能も満足できるものではない。
また、特許文献3では、非水性分散液(NAD)を用いた防汚塗料について提案されているが、このNADは、塗料組成物が溶剤に分散している状態であるため、成膜の際に均一な塗膜が得られにくいという問題があった。
一方、(メタ)アクリル酸シリルエステルと(メタ)アクリル酸誘導体との共重合体は、加水分解性自己研磨型の防汚塗料組成物として用いられている。
特に、(メタ)アクリル酸シリルエステルとして、アクリル酸トリイソプロピルシリルまたはメタクリル酸トリイソプロピルシリルを構成成分とする共重合体を含有する防汚塗料は、塗膜の加水分解速度が適度に制御され、長期にわたり塗膜を維持することができる(例えば、特許文献4)。
一般に(メタ)アクリル酸シリルエステルと(メタ)アクリル酸誘導体の共重合体を用いて防汚塗料を調製する際には、有機溶剤が使用される。これは防汚塗料のコーティング時に粘度が高すぎると十分な塗膜性能が得られないためである。
近年、VOC(揮発性有機化合物)規制により、環境に配慮した防汚塗料が求められており、塗装作業環境の改善面からもVOCを削減した塗料が望ましい。
有機溶剤使用量を削減する方法として、特許文献5では、(メタ)アクリル酸シリルエステルを構成成分とする共重合体の重量平均分子量を低くすることで低粘度化し、有機溶剤使用量を削減している。
特開2009−173914号公報 特開2008−1804号公報 国際公開第2005/042649号 国際公開第2013/073580号 特開2014−205846号公報
しかしながら、特許文献4の(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと(メタ)アクリル酸誘導体との共重合体は、分子量分布が広いため高分子量成分が凝集剤として働いて粘度を増加させることがある。そのため、多量の有機溶剤を使用しなければならない。
また、特許文献5の実施例に記載されている共重合体は、重量平均分子量を下げて低粘度化しているが、ラジカル重合で共重合体を製造しているため分子量分布が広く、数平均分子量は6,000未満となる。そのため、オリゴマー等の低分子量成分の影響が大きくなり、塗料の造膜性を低下させることがあり、実用性という点で問題があった。
以上のことから、環境保全、塗装作業環境の改善面から塗料組成物の粘度を下げ、VOCを削減した高い防汚性を有する塗料の開発が求められていた。
本発明は、上記事情を鑑みなされたものであり、可能な限り粘度を下げ、従来よりも有機溶剤の使用量を減らした塗料組成物を調製することが可能である(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体の共重合体およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む共重合体の分子量分布を狭くすることにより、造膜性の低下を招く低分子量成分および粘度の上昇に寄与する高分子量成分の影響を排除でき、塗料調製時の有機溶剤の使用量も低減できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
1. 下記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体の共重合体であって、数平均分子量が6,000〜100,000であり、かつ分子量分布(Mw/Mn)が2.0以下であることを特徴とする共重合体、
Figure 2018059073
(式中、R1は、水素原子またはメチル基を表す。)
2. 前記(メタ)アクリル酸誘導体が、下記一般式(2)で表される1の共重合体、
Figure 2018059073
[式中、R2は、水素原子またはメチル基を表し、R3は、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリーロキシ基、−O−、−S−および−NR−(Rは、水素原子、または炭素数1〜20の一価炭化水素基を表す。)から選ばれる1種または2種以上の2価の基を含んでいてもよく(ただし、酸素原子、硫黄原子および窒素原子のヘテロ原子同士は隣接しない。)、シリル基、カルボニル基、もしくはハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の一価炭化水素基、アミノ基、シロキシ基(ただし、トリイソプロピルシロキシ基は除く。)、ハロゲン原子、または水酸基を表す。)]
3. 下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する1または2の共重合体、
Figure 2018059073
(式中、R1〜R3は、前記と同じ意味を表す。aおよびbは、0.2≦a≦0.8、0.2≦b≦0.8であり、かつa+b=1を満たす数である。)
4. 下記一般式(4)で表される繰り返し単位を有する1または2の共重合体、
Figure 2018059073
[式中、R1〜R3は、前記と同じ意味を表し、R4は、水素原子またはメチル基を表し、R5は、下記一般式(5)または(6)で表され、a、bおよびcは、0.2≦a≦0.8、0.2≦b≦0.8、0.2≦c≦0.8であり、かつa+b+c=1を満たす。
Figure 2018059073
(式中、R6は、−O−を含んでいてもよい(ただし、酸素原子同士は隣接しない。)炭素数1〜20の二価炭化水素基を表し、R7は、水素原子または炭素数1〜20の一価炭化水素基を表し、nは1〜15の整数を表し、R8およびR9は、炭素数1〜20の二価炭化水素基を表し、R10は、水素原子または炭素数1〜20の一価炭化水素基を表し、mは、1〜15の整数を表す。)]
5. 1〜4のいずれかの共重合体および有機溶剤を含有する組成物、
6. 前記有機溶剤が、芳香族炭化水素溶剤である5の組成物、
7. 防汚塗料用である5または6の組成物、
8. 開始剤として下記一般式(7)で表されるシリルケテンアセタールを用いて、前記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体を触媒存在下、グループトランスファー重合して、共重合体を得ることを特徴とする1〜4のいずれかの共重合体の製造方法、
Figure 2018059073
(式中、R11は、炭素数1〜10の一価炭化水素基またはSiR121314で表される置換基を表し、R12〜R14は、炭素数1〜10の一価炭化水素基を表し、R15およびR16は、水素原子または炭素数1〜10の一価炭化水素基を表す。)
9. 開始剤として下記一般式(8)で表されるハロゲン化合物を用いて、前記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体を、重金属塩および配位子存在下、原子移動ラジカル重合(ATRP)して、共重合体を得ることを特徴とする1〜4のいずれかの共重合体の製造方法、
Figure 2018059073
(式中、R17〜R19は、ハロゲン原子または炭素数1〜10の一価炭化水素基を表し、R20は、酸素原子、硫黄原子またはハロゲン原子が含まれていてもよい炭素数1〜20の一価炭化水素基を表す。ただし、R17〜R19のいずれかはハロゲン原子である。)
10. 前記重金属塩が、重金属のハロゲン化物である9の共重合体の製造方法、
11. 前記配位子が、アミン配位子である9または10の共重合体の製造方法、
12. 開始剤としてラジカル化合物を用いて、前記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体を、硫黄原子を含有する化合物存在下、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)して、共重合体を得ることを特徴とする1〜4のいずれかの共重合体の製造方法、
13. 前記ラジカル化合物が、アゾ化合物または有機過酸化物である12の共重合体の製造方法、
14. 前記硫黄原子を含有する化合物が、トリチオカーボネート、ジチオエステル、チオアミド、チオカルバメートまたはジチオカルバメートを重合開始基として有する化合物である12または13の共重合体の製造方法
を提供する。
本発明の(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む共重合体は、分子量分布が狭く低粘度であるため、塗料組成物とする際の有機溶剤使用量を減らすことができる。また、有機溶剤を減らすことで塗料成膜時のスプレーダストを低減することができ、塗料作業性、塗膜のレべリング性を向上させることができる。
このような特性を有する本発明の(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと(メタ)アクリル酸誘導体の共重合体は防汚塗料組成物の含有成分として、より具体的には、船舶や漁網の防汚塗料等に用いられる加水分解性自己研磨型ポリマーとして有用である。
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明に係る共重合体は、下記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体の共重合体であって、数平均分子量が6,000〜100,000であり、かつ分子量分布(Mw/Mn)が2.0以下であることを特徴とする。
本発明における共重合体としては、(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体とのランダム共重合体でも、ブロック共重合体のいずれでもよい。
Figure 2018059073
式(1)において、R1は、水素原子またはメチル基を表す。すなわち、アクリル酸トリイソプロピルシリルまたはメタクリル酸トリイソプロピルシリルのいずれかを表し、これらはそれぞれ単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
一方、上記(メタ)アクリル酸誘導体は、下記一般式(2)で表される。
Figure 2018059073
式(2)において、R2は、水素原子またはメチル基を表し、R3は、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜16、より好ましくは炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜16、より好ましくは炭素数6〜12のアリーロキシ基、−O−、−S−および−NR−(Rは、水素原子または炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜16、より好ましくは炭素数1〜12の一価炭化水素基を表す。)から選ばれる1種または2種以上の2価の基を含んでいてもよく(ただし、酸素原子、硫黄原子および窒素原子のヘテロ原子同士は隣接しない。)、シリル基、カルボニル基もしくはハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜16、より好ましくは炭素数1〜12の一価炭化水素基、アミノ基、シロキシ基(ただし、トリイソプロピルシロキシ基は除く。)、ハロゲン原子または水酸基を表す。
なお、上記アルコキシ基、一価炭化水素基における炭化水素部位は、直鎖状、分岐鎖状または環状のいずれでもよい。
3の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、オクタデシルオキシ基、ビニルオキシ基、アリルオキシ基等の直鎖状のアルコキシ基;イソプロポキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、イソペンチルオキシ基、sec−ペンチルオキシ基、tert−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、1−メチルペンチルオキシ基、イソオクチルオキシ基、イソデシルオキシ基等の分岐状のアルコキシ基;シクロヘキシルオキシ基、4−tert−ブチルシクロヘキシル基、シクロデシルオキシ基等の環状のアルコキシ基;フェノキシ基、ベンジルオキシ基、p−メチルフェノキシ基、ナフトキシ基、イソボルニルオキシ基、グリシジルオキシ基、2−エチル−2−アダマンチルオキシ基、3−ヒドロキシ−1−アダマンチルオキシ基等のアリーロキシ基;2−エチルヘキシルオキシ基、メトキシメチルオキシ基、エトキシメチルオキシ基、2−メトキシエチルオキシ基、3−メトキシプロピルオキシ基、4−メトキシブチルオキシ基、2−エトキシエチル基、3−エトキシプロピルオキシ基、4−エトキシブチルオキシ基、5−メトキシ−3−オキサ−ペンチルオキシ基、8−メトキシ−3,6−ジオキサオクチルオキシ基、2−ヒドロキシエトキシ基、3−ヒドロキシプロポキシ基、4−ヒドロキシブトキシ基、5−ヒドロキシペンチルオキシ基、6−ヒドロキシヘキシルオキシ基、テトラヒドロフルフリルオキシ基等の−O−を含む一価炭化水素基;メチルチオ基、エチルチオ基等の−S−を含む一価炭化水素基;N−(メトキシメチル)メチルアミノ基、N−(2−メトキシエチル)メチルアミノ基、N−(ジメチルアミノメチル)メチルアミノ基、N−(2−ジメチルアミノエチル)メチルアミノ基等の−NR−を含む一価炭化水素基;ジメチルアミノメチルオキシ基、2−ジメチルアミノエチルオキシ基、2−ジエチルアミノエチルオキシ基、2−エチルメチルアミノエチルオキシ基、tert−ブチルアミノエチルオキシ基、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピぺリジルオキシ基、N−スクシンイミジルオキシ基等の−NR−およびO−を含む一価炭化水素基;3−[ジエトキシ(メチル)シリル]−プロピルオキシ基、3−(トリメチルシリル)−プロピルオキシ基等の炭化水素基における水素原子の一部または全部がシリル基で置換された一価炭化水素基;2−カルボキシエチルオキシ基、2−メトキシカルボニルエチルオキシ基、3−カルボキシプロピルオキシ基、3−メトキシカルボニルプロピルオキシ基、3−メトキシ−2−カルボニルプロピルオキシ基等の炭化水素基における水素原子の一部または全部がカルボニル基で置換された一価炭化水素基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7−ドデカフルオロヘプチルオキシ基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロポキシ基、2,2,2−トリフルオロエトキシ基、2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ基、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチルオキシ基、1H,1H,2H,2H−ノナフルオロヘキシルオキシ基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロポキシ基、1H,1H,2H,2H−トリデカフルオロ−n−オクチルオキシ基等の炭化水素基における水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された一価炭化水素基;ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、n−プロピルアミノ基、tert−ブチルアミノ基、3−(ジメチルアミノ)プロピルアミノ基、ジブチルアミノ基、メチルアミノ基、フェニルアミノ基等のアミノ基(ジアルキルアミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基等);トリメチルシロキシ基、トリメトキシシロキシ基、トリエチルシロキシ基、トリ−n−プロピルシロキシ基、トリ−n−ブチルシロキシ基、フェニルジメチルシロキシ基、ジフェニルメチルシロキシ基、メチルジエチルシロキシ基、エチルジメチルシロキシ基、tert−ブチルジメチルシロキシ基等のシロキシ基(トリイソプロピルシロキシ基以外のトリアルキルシロキシ基、ジアルキルアリールシロキシ基、アルキルジアリールシロキシ基等);フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、水酸基等が挙げられる。
なお、−NR−を含む一価炭化水素基中のRの具体例としては、メチル基,エチル基,n−プロピル基,n−ブチル基,n−ヘキシル基,n−ヘプチル基,n−オクチル基,n−ノニル基,n−デシル基等の直鎖状アルキル基、イソプロピル基,イソブチル基,sec−ブチル基,tert−ブチル基,イソペンチル基,2−ペンチル基,3−ペンチル基,tert−ペンチル基等の分岐鎖状アルキル基、シクロプロピル基,シクロヘキシル基,シクロペンチル基,シクロオクチル基等の環状アルキル基等の飽和炭化水素基;ビニル基,アリル基,1−プロペニル基,1−メチルプロペニル基,ブテニル基,ペンテニル基,ヘキセニル基,ヘプテニル基,オクテニル基,ノネニル基,デセニル基,ウンデセニル基,オクタデセニル基等のアルケニル基、エチニル基,プロピニル基等のアルキニル基等の不飽和炭化水素基;フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、ビフェニル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸誘導体の具体例としては、(メタ)アクリル酸、(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)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2,3,4−トリメチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル、(メタ)アクリル酸ビニル、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−tert−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロデシル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸−p−メチルフェニル、(メタ)アクリル酸ナフチル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸2−エチル−2−アダマンチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノメチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノメチル、(メタ)アクリル酸2−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−エチルメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2,2,6,6−テトラメチル−4−ピぺリジン、(メタ)アクリル酸N−スクシンイミジル、(メタ)アクリル酸トリメチルシリル、(メタ)アクリル酸トリメトキシシリル、(メタ)アクリル酸トリエトキシシリル、(メタ)アクリル酸トリエチルシリル、(メタ)アクリル酸トリ−n−ブチルシリル、(メタ)アクリル酸トリメチルシリル、(メタ)アクリル酸トリエチルシリル、(メタ)アクリル酸トリプロピルシリル、(メタ)アクリル酸トリ−n−ブチルシリル、(メタ)アクリル酸ジメチルフェニルシリル、(メタ)アクリル酸メチルジフェニルシリル、(メタ)アクリル酸トリフェニルシリル、(メタ)アクリル酸ジエチルメチルシリル、(メタ)アクリル酸エチルジメチルシリル、(メタ)アクリル酸tert−ブチルジメチルシリル、(メタ)アクリル酸3−[ジエトキシ(メチル)シリル]−プロピル、(メタ)アクリル酸3−(トリメチルシリル)−プロピル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7−ドデカフルオロヘプチル、(メタ)アクリル酸1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピル、(メタ)アクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3−テトラフルオロプロピル、(メタ)アクリル酸1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル、(メタ)アクリル酸1H,1H,2H,2H−ノナフルオロヘキシル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル、(メタ)アクリル酸1H,1H,2H,2H−トリデカフルオロ−n−オクチル等の(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリルアミド、N−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−tert−ブチル(メタ)アクリルアミド、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル](メタ)アクリルアミド、N−フェニル(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−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−(メトキシメチル)メチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−メトキシエチル)メチル(メタ)アクリルアミド、N−(ジメチルアミノメチル)メチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−ジメチルアミノエチル)メチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリル酸のアミド;チオメタクリル酸S−メチル、チオ(メタ)アクリル酸S−チオエチル、(メタ)アクリル酸クロリド、(メタ)アクリル酸ブロミド等の一般式(3)または(4)で表されるbの繰り返し単位に対応する化合物が挙げられる。
また、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸メトキシメチル、(メタ)アクリル酸エトキシメチル、(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4−メトキシブチル、(メタ)アクリル酸5−メトキシ−3−オキサペンチル、(メタ)アクリル酸8−メトキシ−3,6−ジオキサオクチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸3−エトキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−エトキシブチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(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、(メタ)アクリル酸5−ヒドロキシペンチル、(メタ)アクリル酸6−ヒドロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸ポリ(エチレングリコール)、(メタ)アクリル酸ポリ(プロピレングリコール)、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル等の一般式(4)で表されるcの繰り返し単位に対応する化合物が挙げられる。
上述した単量体から得られる本発明の共重合体は、下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する。
Figure 2018059073
式中、R1〜R3は、上記と同じ意味を表す。
aおよびbは、防汚塗料組成物において安定した塗膜溶解性を示し、長期間防汚性能を発揮する観点から、0.2≦a≦0.8、0.2≦b≦0.8、好ましくは0.2≦a≦0.75、0.25≦b≦0.8、より好ましくは0.2≦a≦0.7、0.3≦b≦0.8であり、かつa+b=1を満たす。
本発明のより具体的な共重合体は、下記一般式(4)で表される繰り返し単位を有する。
Figure 2018059073
式中、R4は、水素原子またはメチル基を表し、R5は、下記一般式(5)または(6)で表される置換基である。
また、a、bおよびcは、防汚塗料組成物において安定した塗膜溶解性を示し、長期間防汚性能を発揮する観点から、0.2≦a≦0.8、0.2≦b≦0.8、0.2≦c≦0.8、好ましくは0.25≦a≦0.8、0.2≦b≦0.75、0.2≦c≦0.75、より好ましくは0.3≦a≦0.8、0.2≦b≦0.7、0.2≦c≦0.7であり、かつa+b+c=1を満たす。
Figure 2018059073
式(5)中、R6は、−O−を含んでいてもよい(ただし、酸素原子同士は隣接しない。)炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜16、より好ましくは炭素数1〜12の二価炭化水素基を表し、R7は、水素原子または炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜16、より好ましくは炭素数1〜12の一価炭化水素基を表し、nは1〜15の整数を表す。
式(6)中、R8およびR9は、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜16、より好ましくは炭素数1〜12の二価炭化水素基を表し、R10は、水素原子または炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜16、より好ましくは炭素数1〜12の一価炭化水素基を表し、mは1〜15の整数を表す。
なお、上記炭化水素基における炭化水素部位は、直鎖状、分岐鎖状または環状のいずれでもよい。
上記R7およびR10における一価炭化水素基の具体例としては、メチル基,エチル基,n−プロピル基,n−ブチル基,n−ヘキシル基,n−ヘプチル基,n−オクチル基,n−ノニル基,n−デシル基等の直鎖状アルキル基、イソプロピル基,イソブチル基,sec−ブチル基,tert−ブチル基,イソペンチル基,2−ペンチル基,3−ペンチル基,tert−ペンチル基等の分岐鎖状アルキル基、シクロプロピル基,シクロヘキシル基,シクロペンチル基,シクロオクチル基等の環状アルキル基等の飽和炭化水素基;ビニル基,アリル基,1−プロペニル基,1−メチルプロペニル基,ブテニル基,ペンテニル基,ヘキセニル基,ヘプテニル基,オクテニル基,ノネニル基,デセニル基,ウンデセニル基,オクタデセニル基等のアルケニル基、エチニル基,プロピニル基等のアルキニル基等の不飽和炭化水素基;フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基、ナフチル基、ビフェニル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基等のアラルキル基等が挙げられる。
上記R6、R8、R9における二価炭化水素基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基等の炭素数1〜20のアルキレン基等が挙げられる。
一般式(5)で表される置換基の具体例としては、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基、3−ヒドロキシプロピル基、4−ヒドロキシブチル基、5−ヒドロキシペンチル基、6−ヒドロキシヘキシル基等のヒドロキシアルキル基;メトキシメチル基、エトキシメチル基、2−メトキシエチル基、3−メトキシプロピル基、4−メトキシブチル基、2−エトキシエチル基、3−エトキシプロピル基、4−エトキシブチル基等のアルコキシアルキル基;5−メトキシ−3−オキサ−ペンチル基、8−メトキシ−3,6−ジオキサオクチル基、11−メトキシ−3,6,9−トリオキサウンデシル基、7−メトキシ−4−オキサヘプチル基、9−メトキシ−5−オキサノニル基、5−エトキシ−3−オキサペンチル基、8−エトキシ−3,6−ジオキサオクチル基、9−エトキシ−5−オキサノニル基等のR6がエーテル結合を含む基等が挙げられる。
一般式(6)で表される置換基の具体例としては、2−(3−メトキシプロピル)カルボニルオキシエチル基、2−(4−メトキシブチル)カルボニルオキシエチル基、2−(5−メトキシペンチル)カルボニルオキシエチル基、3−(3−メトキシプロピル)カルボニルオキシプロピル基、3−(4−メトキシブチル)カルボニルオキシプロピル基、3−(5−メトキシペンチル)カルボニルオキシプロピル基、4−(3−メトキシプロピル)カルボニルオキシブチル基、4−(4−メトキシブチル)カルボニルオキシブチル基、4−(5−メトキシペンチル)カルボニルオキシブチル基、2−(3−ヒドロキシプロピル)カルボニルオキシエチル基、2−(4−ヒドロキシブチル)カルボニルオキシエチル基、2−(5−ヒドロキシペンチル)カルボニルオキシエチル基、3−(3−ヒドロキシプロピル)カルボニルオキシプロピル基、3−(4−ヒドロキシブチル)カルボニルオキシプロピル基、3−(5−ヒドロキシペンチル)カルボニルオキシプロピル基、4−(3−ヒドロキシプロピル)カルボニルオキシブチル基、4−(4−ヒドロキシブチル)カルボニルオキシブチル基、4−(5−ヒドロキシペンチル)カルボニルオキシブチル基等のカルボニル基含有基が挙げられる。
これらの置換基を有する成分を共重合させることで塗装された塗膜表面を親水化し、自己研磨性を調節することができる。
本発明において、共重合体の数平均分子量(Mn)は6,000〜100,000であり、この範囲であれば塗膜が脆くならず塗膜の加水分解速度が適度に抑制されるが、好ましくは7,000〜70,000、より好ましくは9,000〜50,000である。なお、数平均分子量(Mn)が6,000未満であると、塗料の造膜性が低下することがある。
また、共重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、高分子量成分または低分子量成分の影響を排除する観点から、2.0以下とされるが、好ましくは1.8以下、より好ましくは1.6以下である。共重合体の分子量分布が2.0より大きくなると、高分子量成分が凝集剤として働き、粘度が増加する。また、低分子量成分が含まれると塗料の造膜性低下の要因となる。なお、分子量分布の下限は特に制限されないが、好ましくは1.0である。
上記数平均分子量および分子量分布の値は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」と記載。)により求めた値(ポリスチレン換算)とする。GPC条件は以下のとおりである。
(GPC条件)
装置:HLC−8220GPC(東ソー(株)製)
カラム:KF−402.5HQ(4.6mm×250mm)+KF−404HQ(4.6mm×250mm)(Shodex社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:0.35ml/min
検出器:RI
カラム恒温槽温度:40℃
標準物質:ポリスチレン
次に、本発明の共重合体の製造方法について説明する。
本発明の共重合体は、上記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリル、(メタ)アクリル酸誘導体および開始剤を触媒存在下で重合して得られる。
重合方法としては、分子量分布を狭くできる観点から、リビング重合が適している。リビング重合としては、公知のリビングアニオン重合、リビングラジカル重合、リビングカチオン重合等が挙げられるが、その中でも比較的単量体の反応率が高く、分子量分布の狭い(メタ)アクリル酸エステル重合体を製造できる観点から、リビングアニオン重合の一種であるグループトランスファー重合またはリビングラジカル重合の一種である原子移動ラジカル重合(ATRP)、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)が好ましい。
以下、グループトランスファー重合について説明する。
グループトランスファー重合は、開始剤として下記一般式(7)で表されるシリルケテンアセタールを用い、触媒存在下、(メタ)アクリル酸エステルを重合させるものである。
具体的には、反応前に単量体、触媒、開始剤のうちいずれか2つを仕込んでおき、残り1つを添加すると重合が開始する。添加順序については特に限定されず、いずれの添加順序によっても重合は開始する。
単量体を2種類以上使用する共重合では、単量体の添加法は反応開始時に単量体全量を反応系に仕込んでもよく、1種または2種を仕込んで重合反応を開始し、目的の重合率まで達した後、逐次残りの単量体を加えてブロック共重合体を得てもよい。
Figure 2018059073
式中、R11は、炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6の一価炭化水素基またはSiR121314で表される置換基を表し、R12〜R14は、炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6の一価炭化水素基を表す。
SiR121314で表される置換基の具体例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリイソブチルシリル基、トリフェニルシリル基、メチルジフェニルシリル基、ジメチルフェニルシリル基等が挙げられる。
15およびR16は、炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6の一価炭化水素基または水素原子を表す。
上記一価炭化水素基の具体例としては、上記R7およびR10で例示した基と同様のものが挙げられ、その炭化水素部位は、直鎖状、分岐鎖状または環状のいずれでもよい。
一般式(7)で表される化合物の具体例としては、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(トリエチルシリル)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、メチル(トリイソブチルシリル)ジメチルケテンアセタール、メチル(トリメチルシリル)ジエチルケテンアセタール、メチル(トリフェニルシリル)ジメチルケテンアセタール、メチル(メチルジフェニルシリル)ジメチルケテンアセタール、メチル(ジメチルフェニルシリル)ジメチルケテンアセタール、ビス(トリメチルシリル)ジメチルケテンアセタール、ビス(トリエチルシリル)ジメチルケテンアセタール、ビス(トリイソプロピルシリル)ジメチルケテンアセタール等が挙げられる。
これらの中でも、単量体の反応率を高める観点から、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(トリエチルシリル)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、ビス(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。
触媒の具体例としては、フッ素、アジド、シアニド、カルボキシラートまたはこれらの共役酸との塩を対アニオンとするオニウム化合物、金属フッ化物、有機リン化合物、イミダゾリウム塩、ルイス酸、ブレンステッド酸等が挙げられ、分子量分布の狭い共重合体が得られる観点から、オニウム化合物、ルイス酸またはブレンステッド酸が好ましい。
これらの具体例としては、テトラブチルアンモニウムフルオリド、テトラブチルアンモニウムビフルオリド、テトラエチルアンモニウムフルオリド、テトラメチルアンモニウムフルオリド、テトラブチルアンモニウムアセテート、テトラブチルアンモニウムビアセテート、テトラブチルアンモニウムベンゾエート、テトラブチルアンモニウム−m−クロロベンゾエート、テトラブチルアンモニウムビベンゾエート、テトラブチルアンモニウムシアニド、トリス(ジメチルアミノ)スルホニウムジフルオロトリメチルシリケート、トリス(ジメチルアミノ)スルホニウムアジド、トリス(ジメチルアミノ)スルホニウムシアニド、トリス(ジメチルアミノ)スルホニウムビフルオリド等のオニウム化合物;フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等の金属フッ化物;ホスファゼン塩基、トリス(2,4,6−トリメトキシフェニル)ホスフィン等の有機リン化合物;1,3−ジイソプロピル−4,5−ジメチルイミダゾール−2−イリデン、1,3−ジイソプロピルイミダゾール−2−イリデン、1,3−ジ−tert−ブチルイミダゾール−2−イリデン等のイミダゾリウム塩;塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、ジエチルアルミニウムクロリド、エチルアルミニウムクロリド、ジメチルアルミニウムクロリド、ジイソブチルアルミニウムクロリド、塩化アルミニウム、四塩化チタン、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン、トリフェニルメチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート、N−(トリメチルシリル)ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等のルイス酸;ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニルビス(トリフルオロメタンスルホニル)メタン等のブレンステッド酸が挙げられる。これらの中でも、テトラブチルアンモニウムビフルオリド、テトラブチルアンモニウムアセテート、テトラブチルアンモニウムビアセテート、テトラブチルアンモニウムベンゾエート、テトラブチルアンモニウム−m−クロロベンゾエート、テトラブチルアンモニウムビベンゾエート等のテトラブチルアンモニウム化合物、トリス(ジメチルアミノ)スルホニウムジフルオロトリメチルシリケート、N−(トリメチルシリル)ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニルビス(トリフルオロメタンスルホニル)メタンが好ましい。
グループトランスファー重合は、開始剤である一般式(7)で表されるシリルケテンアセタールの使用量によって分子量を設定することができる。
すなわち、重合度は(単量体のモル数)/(開始剤のモル数)に一致するため、重合度に単量体の分子量および単量体の転換率を乗じたものが重合体の理論分子量となる。従って、単量体の使用量と開始剤の使用量を決めておけば、一定の分子量の重合体を得ることができる。
開始剤の使用量は、使用する単量体全体に対し、好ましくは0.001〜0.2当量、より好ましくは0.005〜0.15当量、より一層好ましくは0.01〜0.1当量である。この範囲の使用量で、目的とする共重合体を収率良く製造することができる。
触媒の使用量は、特に限定されないが、反応性または生産性の観点から、一般式(7)で表されるシリルケテンアセタール1molに対し、好ましくは0.0001〜1mol、より好ましくは0.0005〜0.1mol、より一層好ましくは0.001〜0.05molである。
反応温度は特に限定されないが、好ましくは−100〜200℃、より好ましくは−50〜100℃、より一層好ましくは0〜50℃である。
反応時間は特に限定されないが、好ましくは0.1〜30時間、より好ましくは0.5〜20時間、より一層好ましくは1〜10時間である。
反応雰囲気下は、大気下でもよいが、窒素またはアルゴン等の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
上記重合反応は、無溶媒でも進行するが、溶媒を用いることもできる。
使用できる溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、トルエン、キシレン、メシチレン等の炭化水素系溶媒;酢酸エチル、アセトニトリル、プロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒;ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン等のエーテル系溶媒等が挙げられ、これらの溶媒は1種を単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。上記溶媒の中でも、特にトルエン、キシレン、メシチレン、テトラヒドロフランが好ましい。
グループトランスファー重合において、反応終了後の重合方末端は開始剤のシリル基を含む構造となるが、水またはアルコールを添加することで、共重合体の片末端のシリル基をカルボン酸またはエステルに変換することができる。
アルコールの具体例としては、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。水またはアルコールの使用量は特に限定されないが、使用する開始剤1molに対し、好ましくは0.1〜10mol、より好ましくは0.5〜7mol、より一層好ましくは1〜5molである。
次に、原子移動ラジカル重合(ATRP)について説明する。
原子移動ラジカル重合(ATRP)は、開始剤として下記一般式(8)で表されるハロゲン化合物を用い、重金属塩および配位子存在下、(メタ)アクリル酸エステルを重合させるものである。
具体的には、反応前に単量体、重金属塩、配位子および開始剤を仕込んでおき、加熱すると重合が開始する。
単量体を2種類以上使用する共重合では、単量体の添加法は反応開始時に単量体全量を反応系に仕込んでもよく、1種または2種を仕込んで重合反応を開始し、目的の重合率まで達した後、逐次残りの単量体を加えてブロック共重合体を得てもよい。
Figure 2018059073
式中、R17〜R19は、炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6の一価炭化水素基またはハロゲン原子を表す。ただし、R17〜R19のいずれかはハロゲン原子である。
20は、酸素原子、硫黄原子、ハロゲン原子が含まれていてもよい炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜15、より好ましくは炭素数1〜12の一価炭化水素基を表す。
上記一価炭化水素基の具体例としては、上記R7およびR10で例示した基と同様のものが挙げられ、その炭化水素部位は、直鎖状、分岐鎖状または環状のいずれでもよい。
式(8)で表される化合物の具体例としては、2−ブロモイソ酪酸tert−ブチル、2−ブロモイソ酪酸メチル、2−ブロモイソ酪酸エチル、2−ブロモイソ酪酸−2−ヒドロキシエチル、ビス(2−ブロモイソ酪酸)エチレン、ビス[2−(2−ブロモイソブチロキシ)エチル]ジスルフィド、2−ブロモイソ酪酸−10−ウンデセニル、2−ブロモイソ酪酸ドデシル、2−ブロモイソ酪酸オクタデシル等が挙げられ、重合開始能が高い観点から、2−ブロモイソ酪酸メチル、2−ブロモイソ酪酸エチル、2−ブロモイソ酪酸−10−ウンデセニル、2−ブロモイソ酪酸ドデシルが好ましい。
重金属塩としては、重金属のハロゲン化物が挙げられ、その具体例としては、臭化銅(I)、臭化銅(II)、塩化銅(I)または塩化銅(II)等のハロゲン化銅;塩化チタン(II)、塩化チタン(III)、塩化チタン(IV)、臭化チタン(IV)等のハロゲン化チタン;塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、臭化鉄(II)、臭化鉄(III)等のハロゲン化鉄;塩化コバルト(II)、臭化コバルト(II)等のハロゲン化コバルト;塩化ニッケル(II),臭化ニッケル(II)等のハロゲン化ニッケル;塩化モリブデン(III)、塩化モリブデン(V)等のハロゲン化モリブデン;塩化ルテニウム(III)等のハロゲン化ルテニウム等が挙げられ、重合開始能が高い観点から、臭化銅(I)、塩化銅(I)が好ましい。
配位子としては、アミン配位子が挙げられ、その具体例としては、2,2’−ビピリジン、4,4’−ジノニル−2,2’−ビピリジン、N−(ブチル)−2−ピリジルメタンイミン、N−(オクチル)−2− ピリジルメタンイミン等の2座配位子;N,N,N’,N’’,N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン等の3座配位子;N−プロピル−N,N−ジ(2−ピリジルメチル)アミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ヘキサメチルトリス(2−アミノエチル)アミン、N,N−ビス(2−ジメチルアミノエチル)−N,N’−ジメチルエチレンジアミン、トリス(2−ピリジルメチル)アミン、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミン、1,4,8,11−テトラアザシクロテトラ−デカン、1,4,8,11−テトラメチル−1,4,8,11−テトラアザシクロテトラ−デカン、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ピリジルメチル)−エチレンジアミン等の4座配位子が挙げられ、これらの中でも重合活性を高め、分子量分布の狭い共重合体を得る観点から、2,2’−ビピリジン、4,4’−ジノニル−2,2’−ビピリジン、N,N,N’,N’’,N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミン、トリス(2−ピリジルメチル)アミンが好ましい。
原子移動ラジカル重合は、開始剤である一般式(8)で表される化合物の使用量によって分子量を設定することができる。
開始剤の使用量は、使用する単量体全体に対し、好ましくは0.001〜0.2当量、より好ましくは0.003〜0.15当量、より一層好ましくは0.005〜0.1当量である。この範囲の使用量で、目的とする共重合体を収率良く製造することができる。
重金属塩の使用量は、特に限定されないが、使用する単量体全体に対し、好ましくは0.001〜0.2当量、より好ましくは0.003〜0.15当量、より一層好ましくは0.005〜0.1当量である。
配位子の使用量は、特に限定されないが、使用する単量体全体に対し、好ましくは0.001〜0.2当量、より好ましくは0.003〜0.15当量、より一層好ましくは0.005〜0.1当量である。
反応温度は特に限定されないが、好ましくは−50〜200℃、より好ましくは0〜150℃、より一層好ましくは20〜130℃である。
反応時間は特に限定されないが、好ましくは1〜30時間、より好ましくは3〜20時間、より一層好ましくは5〜10時間である。
反応雰囲気下は、大気下でもよいが、窒素またはアルゴン等の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
上記重合反応は、無溶媒でも進行するが、溶媒を用いることもできる。
使用できる溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、トルエン、キシレン、メシチレン等の炭化水素系溶媒;酢酸エチル、アセトニトリル、アセトン、プロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒;水、メタノール、エタノール、ヘキサフルオロ−2−プロパノール等のプロトン性極性溶媒;ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン等のエーテル系溶媒等が挙げられ、これらの溶媒は1種を単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。上記溶媒の中でも、特にトルエン、キシレン、メシチレン、酢酸エチル、アセトン、メタノール、エタノール、N,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。
次に、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)について説明する。
可逆的付加開裂連鎖移動重合は、開始剤としてラジカル化合物を用い、連鎖移動剤(RAFT剤)として硫黄原子を含有する化合物存在下、(メタ)アクリル酸エステルを重合させるものである。
具体的には、反応前に単量体、ラジカル開始剤、RAFT剤を仕込んでおき、加熱すると重合が開始する。
単量体を2種類以上使用する共重合では、単量体の添加法は反応開始時に単量体全量を反応系に仕込んでもよく、1種または2種を仕込んで重合反応を開始し、目的の重合率まで達した後、逐次残りの単量体を加えてブロック共重合体を得てもよい。
この重合法において、開始剤として用いられるラジカル化合物としては、アゾ化合物、有機過酸化物等が挙げられる。
アゾ化合物の具体例としては、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(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、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−(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(2−アミノプロパン)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]n水和物、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)、ジメチル−2,2’−アゾビス(イソブチレート)、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)等が挙げられ、単量体の反応率を高める観点から、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(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−アミノプロパン)ジヒドロクロリド、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)が好ましい。
有機過酸化物の具体例としては、ジ−tert−ブチルペルオキシド、tert−ブチルヒドロペルオキシド、過酸化ベンゾイル等が挙げられる。
連鎖移動剤(RAFT剤)として用いられる硫黄原子を含有する化合物としては、トリチオカーボネート、ジチオエステル、チオアミド、チオカルバメート、ジチオカルバメートを重合開始基として含有する化合物等が挙げられ、単量体の反応率を高め、分子量分布の狭い共重合体を得る観点から、トリチオカーボネート、ジチオエステルが好ましい。
連鎖移動剤(RAFT剤)の具体例としては、4−シアノ−4−[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタン酸、2−シアノ−2−プロピルドデシルトリチオカーボネート、4−シアノ−4−[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタノール、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル4−シアノ−4−[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタノエート(平均Mn 10400)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル4−シアノ−4−ペンタノエートドデシルトリチオカーボネート(平均Mn 5400)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル4−シアノ−4−ペンタノエートドデシルトリチオカーボネート(平均Mn 2400)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル4−シアノ−4−ペンタノエートドデシルトリチオカーボネート(平均Mn 1400)、2−フェニル−2−プロピルベンゾジチオエート、1−(メトキシカルボニル)エチルベンゾジチオエート、1−(メトキシカルボニル)エチルベンゾジチオエート、2−シアノ−2−プロピル4−シアノベンゾジチオエート、4−シアノ−4−(フェニルカルボノチオイルチオ)ペンタン酸、2−シアノ−2−プロピルベンゾジチオエート、ベンジルベンゾジチオエート、エチル2−メチル−2−(フェニルチオカルボニルチオ)プロピオネート、メチル2−フェニル−2−(フェニルカルボノチオイル)アセテート、エチル2−(フェニルカルボノチオイルチオ)プロピオネート、2−(ドデシルチオカルボノチオイルチオ)プロピオン酸、2−(ドデシルチオカルボノチオイルチオ)−2−メチルプロピオン酸、2−(ドデシルチオカルボノチオイルチオ)−2−メチルプロピオネート、2−(ドデシルチオカルボノチオイルチオ)−2−メチルプロピオン酸N−ヒドロキシスクシンイミドエーテル、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル2−メチル−2−プロピオン酸ドデシルトリチオカーボネート(平均Mn 10400)、ポリ(エチレングリコール)ビス[2−(ドデシルチオカルボノチオ)−2−メチルプロピオネート](平均Mn 10800)、2−(ドデシルチオカルボノチオ)2−メチルプロピオン酸3−アジド−1プロパノール、2−(ドデシルチオカルボノチオ)2−メチルプロピオン酸ペンタフルオロフェニル、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル2−(ドデシルチオカルボノチオ)2−メチルプロピオネート(平均Mn 1100)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル2−(ドデシルチオカルボノチオ)2−メチルプロピオネート(平均Mn 5000)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル2−(ドデシルチオカルボノチオ)2−メチルプロピオネート(平均Mn 2000)、シアノメチルドデシルトリチオカーボネート、ポリ(エチレングリコール)ビス[2−(ドデシルチオカルボノチオイルチオ)2−メチルプロピオネート](平均Mn 5700)、シアノメチルメチル(フェニル)カルバモジチオエート、ベンジル−1H−ピロール−1−カルボジチオエート、ビス(チオベンゾイル)ジスルフィド、ビス(ドデシルスルファニルチオカルボニル)ジスルフィド等が挙げられる。
RAFTにおいては、RAFT剤の使用量によって分子量を設定することができる。RAFT剤の使用量は、使用する単量体全体に対し、好ましくは0.001〜0.2当量、より好ましくは0.003〜0.15当量、より一層好ましくは0.005〜0.1当量である。この範囲の使用量で、目的とする共重合体を収率良く製造することができる。
ラジカル開始剤の使用量は特に限定されないが、反応性、生産性の点から使用する単量体全体に対し、好ましくは0.0002〜0.04当量、より好ましくは0.0006〜0.03当量、より一層好ましくは0.001〜0.02当量の範囲である。
反応温度は特に限定されないが、好ましくは−50〜200℃、より好ましくは0℃〜150℃、より一層好ましくは20〜130℃である。
反応時間は特に限定されないが、好ましくは1〜30時間、より好ましくは3〜20時間、より一層好ましくは5〜10時間である。
反応雰囲気下は、大気下でもよいが、窒素またはアルゴン等の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
上記重合反応は、無溶媒でも進行するが、溶媒を用いることもできる。
使用できる溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、トルエン、キシレン、メシチレン等の炭化水素系溶媒;酢酸エチル、アセトニトリル、アセトン、プロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒;水、メタノール、エタノール、ヘキサフルオロ−2−プロパノール等のプロトン性極性溶媒;ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン等のエーテル系溶媒等が挙げられ、これらの溶媒は1種を単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。上記溶媒の中でも、特にトルエン、キシレン、メシチレン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、N,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。
本発明の組成物は、上記共重合体および有機溶剤を少なくとも含有する。本発明の組成物は、防汚塗料の他、樹脂改質剤、顔料分散剤等に用いることができる。
組成物中における上記共重合体の含有量は、組成物の全量に対し、好ましくは20〜90質量%、より好ましくは30〜80質量%である。
有機溶剤としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素溶剤;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン溶剤;エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル溶剤が挙げられ、これらの中でも生産性および製造作業性の観点から、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶剤が好ましい。
有機溶剤の使用量は、組成物の全量に対し、好ましくは10〜80質量%、より好ましくは20〜70質量%である。VOC削減の観点から有機溶剤使用量は減らすことが好ましい。有機溶剤の使用量は、共重合体の粘度を下げることで減らすことができる。
本発明の共重合体は、防汚塗料に適しており、特に船底用、漁網用の防汚塗料に有効である。防汚塗料は、上記共重合体および有機溶剤に、防汚剤、溶出調整剤等を添加し混合分散することにより得られる。
防汚剤は、海洋付着生物に対して殺傷または忌避作用を有する物質であれば特に制限はなく、例えば、亜酸化銅、ロダン銅、銅ピリチオン、亜鉛ピリチオン等が挙げられる。
溶出調整剤は、防汚塗膜から防汚剤の溶出を促進し、静置防汚性を向上させる物質であれば特に制限はなく、例えば、ガムロジン、ウッドロジン、水添ロジン、不均化ロジン等のロジン誘導体や、脂肪族または脂環式のモノカルボン酸、これらのモノカルボン酸誘導体、金属塩等が挙げられる。
モノカルボン酸化合物の具体例としては、ナフテン酸、シクロアルケニルカルボン酸、ビシクロアルケニルカルボン酸、バーサチック酸、トリメチルイソブテニルシクロヘキセンカルボン酸、ステアリン酸、ヒドロキシステアリン酸、サリチル酸およびこれらの金属塩が挙げられる。
なお、防汚塗料組成物には必要に応じて、顔料、可塑剤、タレ止め剤、沈降防止剤、脱水剤等のその他の添加剤を添加してもよい。
顔料は、防汚塗膜の色調を調節したり、任意の色調を付与したりする物質であれば特に制限はなく、有機系、無機系のいずれの顔料を用いてもよい。
有機系の顔料の具体例としては、カーボンブラック、ナフトールレッド、フタロシアニンブルー等が挙げられる。
無機系の顔料の具体例としては、ベンガラ、タルク、酸化チタン、シリカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカ、クレー等が挙げられる。
なお、防汚塗膜の色分かれ防止効果の向上という観点から、顔料分散剤を加えても良く、有機系の顔料分散剤としては、脂肪族アミンまたは有機酸類が挙げられ、無機系の顔料分散剤としては、エチルシリケート等が挙げられる。
可塑剤は、防汚塗膜の耐クラック性を向上させる物質であれば特に制限はなく、例えば、塩化パラフィン、石油樹脂類、ケトン樹脂、TCP(トリクレジルホスフェート)、ポリビニルエーテル、ジアルキルフタレート等が挙げられる。
タレ止め剤は、防汚塗料組成物を用いて基材を塗装する際にタレの発生を低減する物質であれば特に制限はなく、例えば、アマイドワックス、水添ヒマシ油ワックス、合成微粉シリカ等が挙げられる。
沈降防止剤は、貯蔵中の防汚塗料組成物の沈殿物の発生を防止する物質であれば特に制限はなく、例えば、酸化ポリエチレンワックス等が挙げられる。
脱水剤は、貯蔵中の粘度上昇を防止する物質であれば特に制限はなく、例えば、エチルシリケート等が挙げられる。
本発明の共重合体を用いた防汚塗料組成物は、公知の方法を利用して製造することができる。
例えば、共重合体とその他の成分を一度にあるいは任意の順序で撹拌容器に添加し、公知の撹拌・混合手段で各成分を混合して製造することができる。
撹拌・混合手段としては、ハイスピードディスパー、サンドグラインドミル、バスケットミル、ボールミル等が挙げられる。
以下、実施例および比較例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例1]共重合体(A−1)の合成
100mlの4つ口丸底フラスコに、還流冷却器、温度計および撹拌機を取り付け、内部を窒素置換した。このフラスコに、アクリル酸メチル5.0g(0.0581mol)、アクリル酸トリイソプロピルシリル5.0g(0.0219mol)、メチルトリメチルシリルジメチルケテンアセタール190.9mg(1.095mmol)およびキシレン10.0gを仕込み、少量のキシレンに溶解させた2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニルビス(トリフルオロメタンスルホニル)メタン10.8mg(0.024mmol)を室温で添加した。30分間撹拌した後、少量のメタノールを加えて反応を停止させ、ほぼ定量的に共重合体溶液A−1が得られた。A−1の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表1に示す。
また、各共重合体溶液の動粘度は、粘度計ウベローデ(柴田科学(株)製)を用い、液温25℃の動粘度(単位cSt)を測定した。
[実施例2,3]共重合体(A−2),(A−3)の合成
表1に示されるアクリル酸エステル、アクリル酸トリイソプロピルシリル、重合開始剤、触媒および有機溶剤を用いて、実施例1と同様の方法で重合反応を行い、共重合体溶液A−2,A−3を得た。A−2,A−3の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表1に示す。
[実施例4]共重合体(A−4)の合成
100mlの4つ口丸底フラスコに、還流冷却器、温度計および撹拌機を取り付け、内部を窒素置換した。このフラスコに、メタクリル酸メチル2.4g(0.0581mol)、メタクリル酸トリイソプロピルシリル2.4g(0.0219mol)、メチルトリメチルシリルジメチルケテンアセタール122.0mg(0.70mmol)、およびテトラヒドロフラン5.0gを仕込み、少量のテトラヒドロフランに溶解させたテトラブチルアンモニウムビベンゾエート6.8mg(0.024mmol)を65℃で添加した。30分間撹拌した後、少量のメタノールを加え反応を停止させほぼ定量的に共重合体溶液が得られた。この反応液を減圧下でテトラヒドロフランを留去した後、9.6gのキシレンを加え共重合体溶液A−4が得られた。A−4の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表1に示す。
[実施例5]共重合体(A−5)の合成
表1に示されるメタクリル酸エステル、メタクリル酸トリイソプロピルシリル、重合開始剤、触媒および有機溶剤を用いて、実施例4と同様の方法で重合反応を行い、共重合体溶液A−5を得た。A−5の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表1に示す。
[実施例6]共重合体(A−6)の合成
100mlの4つ口丸底フラスコに、還流冷却器、温度計および撹拌機を取り付け、内部を窒素置換した。このフラスコに、メタクリル酸メチル5.0g(0.050mol)、メタクリル酸トリイソプロピルシリル5.0g(0.021mol)、2−ブロモイソ酪酸エチル195.1mg(0.001mol)、臭化銅(I)143.5mg(0.001mol)、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン230.4mg(0.001mmol)およびキシレン10.0gを仕込み、85℃で18時間加熱撹拌し、共重合体溶液A−6が得られた。A−6の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表2に示す。
[実施例7]共重合体(A−7)の合成
100mlの4つ口丸底フラスコに、還流冷却器、温度計および撹拌機を取り付け、内部を窒素置換した。このフラスコに、メタクリル酸メチル3.0g(0.030mol)、メタクリル酸トリイソプロピルシリル4.0g(0.017mol)、メタクリル酸2−メトキシエチル3.0g(0.021mol)、2−ブロモイソ酪酸エチル195.1mg(0.001mol)、臭化銅(I)143.5mg(0.001mol)、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン230.4mg(0.001mmol)およびキシレン10.0gを仕込み、80℃で7時間加熱撹拌し、共重合体溶液A−7が得られた。A−7の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表2に示す。
[実施例8]共重合体(A−8)の合成
100mlの4つ口丸底フラスコに、還流冷却器、温度計および撹拌機を取り付け、内部を窒素置換した。このフラスコに、メタクリル酸メチル3.0g(0.030mol)、メタクリル酸トリイソプロピルシリル4.0g(0.017mol)、メタクリル酸2−メトキシエチル3.0g(0.021mol)、4−シアノ−4−[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタン酸403.7mg(0.001mol)、アゾビスイソブチロニトリル32.8mg(0.0002mol)およびキシレン10.0gを仕込み、80℃で10時間加熱撹拌し、共重合体溶液A−8が得られた。A−8の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表2に示す。
[実施例9]共重合体(A−9)の合成
100mlの4つ口丸底フラスコに、還流冷却器、温度計および撹拌機を取り付け、内部を窒素置換した。このフラスコに、メタクリル酸メチル3.0g(0.030mol)、アクリル酸トリイソプロピルシリル4.0g(0.018mol)、メタクリル酸2−メトキシエチル3.0g(0.021mol)、4−シアノ−4−[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタン酸403.7mg(0.001mol)、アゾビスイソブチロニトリル32.8mg(0.0002mol)およびキシレン10.0gを仕込み、80℃で12時間加熱撹拌し、共重合体溶液A−9が得られた。A−9の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表2に示す。
[比較例1]共重合体(B−1)の合成
100mlの4つ口丸底フラスコに、還流冷却器、温度計および撹拌機を取り付け、内部を窒素置換した。キシレン60gを仕込み、85±5℃で撹拌しながらアクリル酸メチル30.0g(0.348mol)、アクリル酸トリイソプロピルシリル30.0g(0.131mol)、および2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)0.6gの混合液を2.5時間かけて滴下した。その後、同温度で1時間撹拌を行った後、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)0.6gを添加してさらに2時間撹拌を行った。得られた重合体溶液B−1の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表1に示す。
[比較例2,3]共重合体(B−2),(B−3)の合成
表1に示されるアクリル酸エステル、アクリル酸トリイソプロピルシリル、重合開始剤および有機溶剤を用いて、比較例1と同様の方法で重合反応を行い、共重合体溶液B−2、B−3を得た。得られたB−2、B−3の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表1に示す。
[比較例4]共重合体(B−4)の合成
100mlの4つ口丸底フラスコに、還流冷却器、温度計、撹拌機を取り付け、内部を窒素置換した。キシレン6gを仕込み、85±5℃で撹拌しながらメタクリル酸メチル3.0g(0.0348mol)、メタクリル酸トリイソプロピルシリル3.0g(0.131mol)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)0.6gの混合液を2.5時間かけて滴下した。その後、同温度で1時間撹拌を行った後、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)0.6gを添加して更に2時間撹拌を行った。得られた共重合体溶液にキシレン6gを加え、共重合体溶液B−4を調製した。B−4の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表1に示す。
[比較例5]共重合体(B−5)の合成
表1に示されるメタクリル酸エステル、メタクリル酸トリイソプロピルシリル、重合開始剤および有機溶剤を用いて、比較例4と同様の操作で重合反応を行い、共重合体溶液を得た。所定量のキシレンを加え共重合体溶液B−5を得た。得られたB−5の動粘度、Mn、MwおよびMw/Mnを表1に示す。
Figure 2018059073
Figure 2018059073
表1に示されるように、実施例1〜3で得られた共重合体A−1、A−2、A−3の動粘度は、比較例1〜3において製造した共重合体B−1、B−2、B−3の動粘度より低い値であることがわかる。
共重合体の動粘度は高いため、通常塗料化する際には有機溶剤を用いて希釈する必要があるが、共重合体の動粘度を低くすることにより、希釈に要する有機溶剤の使用量を減らすことができる。
また、表1および表2に示されるように、実施例4〜9で得られた共重合体A−4、A−5、A−6、A−7、A−8およびA−9の動粘度も、比較例4または5で得られた共重合体B−4、B−5の動粘度より低い値となっており、希釈に要する有機溶媒の使用量を減らすことができる。

Claims (14)

  1. 下記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体の共重合体であって、
    数平均分子量が6,000〜100,000であり、かつ分子量分布(Mw/Mn)が2.0以下であることを特徴とする共重合体。
    Figure 2018059073
    (式中、R1は、水素原子またはメチル基を表す。)
  2. 前記(メタ)アクリル酸誘導体が、下記一般式(2)で表される請求項1記載の共重合体。
    Figure 2018059073
    [式中、R2は、水素原子またはメチル基を表し、
    3は、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリーロキシ基、−O−、−S−および−NR−(Rは、水素原子または炭素数1〜20の一価炭化水素基を表す。)から選ばれる1種または2種以上の2価の基を含んでいてもよく(ただし、酸素原子、硫黄原子および窒素原子のヘテロ原子同士は隣接しない。)、シリル基、カルボニル基もしくはハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の一価炭化水素基、アミノ基、シロキシ基(ただし、トリイソプロピルシロキシ基は除く。)、ハロゲン原子または水酸基を表す。)]
  3. 下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する請求項1または2記載の共重合体。
    Figure 2018059073
    (式中、R1〜R3は、前記と同じ意味を表す。aおよびbは、0.2≦a≦0.8、0.2≦b≦0.8であり、かつa+b=1を満たす数である。)
  4. 下記一般式(4)で表される繰り返し単位を有する請求項1または2記載の共重合体。
    Figure 2018059073
    [式中、R1〜R3は、前記と同じ意味を表し、R4は、水素原子またはメチル基を表し、R5は、下記一般式(5)または(6)で表され、a、bおよびcは、0.2≦a≦0.8、0.2≦b≦0.8、0.2≦c≦0.8であり、かつa+b+c=1を満たす。
    Figure 2018059073
    (式中、R6は、−O−を含んでいてもよい(ただし、酸素原子同士は隣接しない。)炭素数1〜20の二価炭化水素基を表し、R7は、水素原子または炭素数1〜20の一価炭化水素基を表し、nは1〜15の整数を表し、R8およびR9は、炭素数1〜20の二価炭化水素基を表し、R10は、水素原子または炭素数1〜20の一価炭化水素基を表し、mは、1〜15の整数を表す。)]
  5. 請求項1〜4のいずれか1項記載の共重合体および有機溶剤を含有する組成物。
  6. 前記有機溶剤が、芳香族炭化水素溶剤である請求項5記載の組成物。
  7. 防汚塗料用である請求項5または6記載の組成物。
  8. 開始剤として下記一般式(7)で表されるシリルケテンアセタールを用いて、前記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体を触媒存在下、グループトランスファー重合して、共重合体を得ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の共重合体の製造方法。
    Figure 2018059073
    (式中、R11は、炭素数1〜10の一価炭化水素基またはSiR121314で表される置換基を表し、R12〜R14は、炭素数1〜10の一価炭化水素基を表し、R15およびR16は、水素原子または炭素数1〜10の一価炭化水素基を表す。)
  9. 開始剤として下記一般式(8)で表されるハロゲン化合物を用いて、前記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体を、重金属塩および配位子存在下、原子移動ラジカル重合(ATRP)して、共重合体を得ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の共重合体の製造方法。
    Figure 2018059073
    (式中、R17〜R19は、ハロゲン原子または炭素数1〜10の一価炭化水素基を表し、R20は、酸素原子、硫黄原子またはハロゲン原子が含まれていてもよい炭素数1〜20の一価炭化水素基を表す。ただし、R17〜R19のいずれかはハロゲン原子である。)
  10. 前記重金属塩が、重金属のハロゲン化物である請求項9記載の共重合体の製造方法。
  11. 前記配位子が、アミン配位子である9または10の共重合体の製造方法。
  12. 開始剤としてラジカル化合物を用いて、前記一般式(1)で表される(メタ)アクリル酸トリイソプロピルシリルと、(メタ)アクリル酸誘導体を含む単量体を、硫黄原子を含有する化合物存在下、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)して、共重合体を得ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の共重合体の製造方法。
  13. 前記ラジカル化合物が、アゾ化合物または有機過酸化物である請求項12記載の共重合体の製造方法。
  14. 前記硫黄原子を含有する化合物が、トリチオカーボネート、ジチオエステル、チオアミド、チオカルバメートまたはジチオカルバメートを重合開始基として有する化合物である請求項12または13記載の共重合体の製造方法。
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