JP4017988B2 - ペンダントフッ素化炭素基を有する環状モノマー由来のポリマー界面活性剤 - Google Patents
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Description
通常7以下の炭素原子の低炭素原子フルオロカーボンの1以上が、一般に極性基を有するポリマーに含まれる。フルオロカーボンは、一般に側鎖として存在し、水素原子の少なくとも25%がフッ素原子で置換されている。本発明のポリマーは有効な湿潤、フロー、またはレベリング剤であり、泡をほとんど生じないものであることが予想外に見いだされた。
U.Bouratらへの米国特許3,859,253は複数の繰り返し単位を含むポリオキセタンであって、各繰り返し単位の鎖の酸素原子が、隣接した繰り返し単位の鎖のメチレン基に結合し、さらに、ポリマーが繰り返し単位を含んでいる場合、他の遊離原子価により架橋するものに関する。
(A) ポリテトラメチレンエーテルグリコール、および(2)ポリエーテルポリオール1g当たり0.04ミリ当量以下の不飽和度を有する、2官能性の活性水素を有する化合物により開始されたポリオキシアルキレンポリエーテルポリオールを含むものに関する。
(A) ポリテトラメチレンエーテルグリコール、および(2)ポリエーテルポリオール1g当たり0.04ミリ当量以下の不飽和度を有する、2官能性の活性水素を有する化合物により開始されたポリオキシアルキレンポリエーテルポリオールを含むものに関する。
(i) アミノ樹脂;
(ii) 少なくとも3つの炭素のフルオロカーボン基を有するフッ素化モノマー、および昇温下で前記アミノ樹脂と反応することができる架橋基を有する非フッ素化モノマーのコポリマーを含む付加フルオロポリマー;および
(iii)昇温下で前記アミノ樹脂と架橋することができる硬化剤。
本発明の部分的にまたは完全にフッ素化された、短い炭素原子側鎖を含んでいるポリマーは、予想外に良好な湿潤、フロー、またはレベリング特性を有する。ポリマーのタイプは多数であり、かかるポリマーとしては、環状エーテルに由来したポリマー、ポリ(アクリレート)、ポリ(メタクリレート)、ヒドロキシル基末端ポリ(アクリレート)またはポリ(メタクリレート)、ポリオレフィン、ビニル置換芳香族モノマーたとえばスチレンに由来するポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリシロキサンがあげられ、好ましくはポリオキセタンである。望ましくは、ポリマーはアニオン性基、カチオン性基または非イオンの基でありうる極性基である少なくとも1つの基を有する。さらに該ポリマーはアニオン性基およびカチオン性基の両方を含む両性基であってもよい。
本発明のフッ素化された短い炭素鎖化合物は、一般にポリマーの側鎖としてポリマー上に位置する。1つ以上の極性基を含んでいるこれらのポリマーは、水および様々な炭化水素溶剤中で一般に分散可能かまたは可溶であり、予想外にも湿潤剤、フロー剤、またはレベリング剤として作用し、たとえば高光沢およびイメージの良好な明瞭性のような、コーティングに良好な光学的性質を提供し、またしたがって種々の溶液、ワックス、ポリッシュ剤、コーティング、ブレンドなどに混ぜ合わせることができる。
ポリマーは環状エーテル、アクリレート、オレフィンおよびビニル部位をはじめとする様々なモノマーの繰り返し単位で構成されることができる(繰り返し単位は2以上である)。最も好ましいモノマーは(ヘキサフルオロプロピレンオキシドに基づいたもののようなフッ素化環状エーテルを含む)環状エーテルであり、たとえばオキセタン類、またオキシラン類である。他の好ましいモノマーとしてはアクリレート、スチレン系物質を包含するビニル化合物、シラン類およびシロキサン類、並びにポリエステル形成性モノマー、ポリアミド形成性モノマー、ポリイミド形成性モノマー、およびポリウレタン形成性モノマーを包含する。ポリマーは前述のモノマー、ただしこれらに限定されない、で構成されたコポリマータイプであってもよい。コポリマーは統計的なものか、またはブロックタイプであってもよい。平均重合度は少なくとも2から約100または200,好ましくは2から約10、または20、または30までであるべきである。
−CH2O−(CH2)n− 式1
(nは約1から約6であり、好ましくは1または2である)
のようなアルキルエーテルである。
(ii)前述の(i)の末端基の改質、
(iii)たとえばグラフト化のようなポリマー上の特定の反応(例としてはフォトグラフト化、放射グラフト化および酸化がある)、
(iv)付加反応(たとえば、ポリマー上のヒドロキシル基と、極性基を含んでいるイソシアネートの縮合によって生産されたもの)、
(v)置換またはメタセシス(例えば、AgBF4によるハロゲン化アルキル置換)、
および(vi)好ましくは、硫酸によるヒドロキシル基のエステル化、
により極性基を加えることができる。そのような反応は当該技術分野および文献において公知である。
ポリマーの好ましいクラスは、一般に2から5の炭素原子を環内に含んでいる環状エーテルであり、任意に1から約20の炭素原子を含むアルキル基で置換されたものに由来したものである。そのような環状エーテルの例としては、たとえばエピクロロヒドリン、エチレンオキシド、ブチルグリシジルエーテルおよびペルフルオロオクチルプロピレンオキシド、1から約20の炭素原子を有するアルキル基で置換されたオキシラン、またはそれらの混合物のような、オキシラン(エポキシ樹脂)官能性物質;4員環状エーテル基を有するモノマー、たとえばオキセタン、3,3−ビス(クロロメチル)オキセタン、3,3−ビス(ブロモメチル)オキセタン、および3,3−ブロモメチル(メチル)オキセタン;5員環状エーテル基を有するモノマー、たとえばテトラヒドロフラン、テトラヒドロピランおよび2−メチルテトラヒドロフランなどがあげられる。さらなる他の適当なモノマーとしては、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキサランおよびトリオキサンおよびカプロラクトンがあげられる。好ましいポリマーは、フルオロ置換された短い炭素鎖のオキセタンモノマーに由来するものであり、以下に詳細に議論される。
上記のように、望ましいフッ素含有ポリマーは、繰り返し単位が環状エーテルから得られるものである。そのようなエーテルの重合は一般に、カチオンまたはアニオンのメカニズムによって進行する。本発明の望ましいフッ素含有ポリマーは、フッ素化側鎖を含んでいるオキセタンポリマーである。モノマー、ポリオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーは、以下述べられるような方法で調製することができ、米国特許5,650,483;5,668,250;5,668,251;および5,663,289にかかる教示は参照として全部が本明細書に組み込まれる。
オキセタンモノマーは望ましくは以下の構造を有する。
3−FOXモノマー 3−(2,2,2トリフルオロエトキシメチル)−3−メチルオキセタンの調製
3−FOXオキセタンモノマーの合成は以下のように行なわれる:
鉱油中の50重量パーセント(2.8グラム、58.3mmol)の水素化ナトリウムの分散液を、ヘキサンで2度洗浄し、ジメチルホルムアミドの35ミリリッター中に縣濁し、その後、5.2グラム(52mmol)のトリフルオロエタノールを加え、混合物は45分間撹拌された。ジメチルホルムアミドの15ミリリッター中の10.0グラム(39mmol)の3−ヒドロキシルメチル−3−メチルオキセタン p−トルエンスルホネートの溶液が加えられ、混合物を20時間75℃−85℃で加熱した。アリコートサンプルの1H NMR分析は、出発原料のスルホネートが消費されたことを示した。
混合物は100ミリリッターの氷水へ注がれ、2体積の塩化メチレンで抽出された。混合された有機抽出物は、水で2回、2重量%の塩酸水溶液で2回、そしてブラインで洗浄され、硫酸マグネシウム上で乾燥され、蒸発され、1重量%未満のジメチルホルムアミドを含む油状物として、6.5グラムの3−(2,2,2−トリフルオロエトキシメチル)−3−メチルオキセタンを得た。この生成物の収率は90%であった。油状物は30℃、0.2ミリメートル水銀で蒸留され、4.3グラムの分析的に純粋な3−FOXを与え、これは60重量%の収率に対応する。製品の分析は以下のとおりだった:
IR(KBr)2960−2880、1360−1080、990、840cm−1;1H NMR δ 1.33(s,3H)、3.65(s,2H)、3.86(q,J=8.8Hz,2H)、4.35(d,J=5.6Hz,2H)、4.51(d,J=5.6Hz,2H);13C NMR δ 20.72、39.74、68.38(q,J=40Hz)、77.63、79.41,124(q,J=272Hz)。C7H11F3O2の計算された元素分析は次のとおりである:C=45.65;H=6.02;F=30.95。実験の分析は以下の通りである:C=45.28;H=5.83;F=30.59。
PTCプロセスを使用する7−FOXの調製
3−(2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロブトキシメチル)−3−メチルオキセタンの調製
還流凝縮器、機械的な撹拌機、デジタル温度計および添加漏斗が取り付けられた、2リットルの3首丸底フラスコに、3−ブロモメチル−3−メチルオキセタン(351.5g、2.13mol)、ヘプタフルオロブタン−1−オール(426.7g、2.13mol)、テトラブチルアンモニウムブロマイド(34.4g)および水(85mL)を加えた。混合物は撹拌され、75℃に加熱した。次に、水(200mL)中の水酸化カリウム(純度87%、158g、2.45mol)の溶液が加えられ、混合物は80−85℃で、4時間、激しく撹拌された。反応の進行はGLCでモニターされ、GLC分析が、出発物質が消費されたことを明らかにしたら、熱を取り除き、混合物を室温に冷却した。反応混合物は水で薄められ、有機質層が分離され、水で洗浄され、乾燥され、濾過され、566g(94%)の粗生成物を得た。粗生成物は6インチのカラムを取り付けた蒸留フラスコに移され、以下のように蒸留された。
フラクション#1、20℃−23℃/10mm−Hgの間で沸騰、ヘプタフルオロブタノールおよび他の低沸点不純物の混合物であると分かった、これは廃棄された;
フラクション#2、23℃から75℃/1mm−Hgの間で沸騰、ヘプタフルオロブタノールおよび7−FOXの混合物であると分かった、これも廃棄された;
フラクション#3、75℃/1mm−Hgで沸騰、純度が99%よりも高い7−FOXであった、全体としての収率は80.2%であった。
NMRおよびGLCのデータは、この方法によって生産された7−FOXが水素化ナトリウム/DMFプロセスを使用して調製された7−FOXと同一であることを明らかにした。
実施例M3
水素化ナトリウム(鉱油中の50%の分散液、18.4g、0.383mol)は、ヘキサン(2x)で洗浄され、DMF(200mL)中に縣濁された。その後、水素ガスを発生しながら、トリフルオロエタノール(38.3g、0.383mol)を45分間にわたり、滴下した。混合物は、30分撹拌され、3,3−ビス(ヒドロキシルメチル)オキセタン ジ−p−トルエンスルホネート−(30.0g、0.073mol)のDMF(50mL)中溶液が加えられた。混合物を64時間75℃に加熱し、アリコートの1H NMR分析は、出発物質のスルホネートが消費されたことを示した。混合物は水へ注がれ、塩化メチレン(2x)で抽出された。一緒にされた有機抽出物は、ブラインで洗浄され、2%塩酸水溶液、水で洗浄され、乾燥され(MgSO4)、蒸発され、17.5g(100%)の3,3−ビス(2,2,2−トリフルオロエトキシメチル)オキセタンを、1%未満のDMFを含む油状物として得た。油状物はバルブ−トゥ−バルブ蒸留により42℃−48℃(10.1mm)で蒸留され、15.6g(79%)の分析的に純粋なB6−FOXを無色の油状物として得た。IR(KBr)2960−2880、1360−1080、995、840cm−1;1H NMR δ 3.87(s,4H)、3.87(q,J=8.8Hz,4H)、4.46(s,4H);13C NMR δ 43.69、68.62(q,J=35Hz)、73.15、75.59、123.87(q,J=275Hz);19F NMR δ −74.6(s).C9H12F6O3の計算された元素分析は次のとおりである:C=38.31;H=4.29;F=40.40。実験の分析は以下の通りである:C=38.30;H=4.30;F=40.19。
9−FOXモノマーの無水(anhydrous)での調製
上記のように、ここに記述された、フッ素化オキセタンモノマーからのポリマーまたはコポリマーの調製は、米国特許5,650,483;5,668,250;5、668,251;または5,663,289に従って行うことができ、これらは参照として全部が本明細書に組み込まれる。
3−FOX 3−(2,2,2−トリフルオロエトキシメチル)−3−メチルオキセタンのホモ重合
4グラムの塩化メチレン中のブタン−1,4−ジオール、34.3ミリグラム(0.38mmol)、および三弗化硼素エテラート109.7ミリグラム(0.77mmol)の溶液を、乾燥した重合フラスコ中、窒素下で15分間、周囲温度で撹拌し、溶液は1.5℃に冷却された。また、1.3グラムの塩化メチレン中の1.20グラムの3−(2,2,2−トリフルオロエトキシメチル)−3−メチルオキセタン(6.52mmol)の溶液が加えられた。得られた溶液は5時間、1−2℃で撹拌されたら、アリコートの1H NMR分析が、出発物質のオキセタンが消費されたことを示した。溶液は周囲温度に暖められ、水でクエンチされた。有機層はブライン、2重量パーセントの塩酸水溶液で洗浄され、蒸発され、1.053g(88の収量パーセントに対応する)のポリ−3−(2,2,2−トリフルオロエトキシメチル)−3−メチルオキセタンを油状物として得た。ポリマー分析は次のとおりだった:
DSC Tg−45℃、分解温度は200℃より高かった;
GPC Mn=7376、Mw=7951、多分散度 1.08、固有粘度 0.080dL/g;1H NMRによる当量重量=6300;1H NMR δ 0.95(s,3H)、3.26(m,4H)、3.52(s,2H)3.84(q.2H);13C NMRδ 17.57、42.09、69.30(q,J=33Hz)、74.42、75.90,125.18(q,J=280Hz)。
ポリ(3−トリフルオロエトキシメチル−3−メチルオキセタン)、2a、およびポリ(3−ペンタフロオルプロポキシメチル−3−メチルオキセタン)2bの合成
3首の、ヒーター/冷却浴、温度計、撹拌バー、コンデンサー、添加漏斗、および不活性ガス入口および出口を備えた125mLのジャケットを有する容器に、乾燥したネオペンチルグリコール(329.92g、3.17mol)、BF3・THF(177.26g、1.27mol)触媒およびCH2Cl2(1.86kg、21.84mol)溶媒を加えた。ネオペンチルグリコールはトルエン中に溶解され、減圧下に溶剤を除去し、乾燥した。開始剤および触媒溶液は、正圧窒素パージの下、室温で30分間撹拌された。その後、モノマー2a(3.50kg、19.01mol)は、35+/−10℃で反応温度を維持しつつ、ポンプを使用して、約50g/分の速度で触媒/開始剤溶液に加えられた。
反応系は、2時間撹拌された。追加のCH2CI2が加えられた(2.8kg、32.97mol)。残ったBF3・THFは、2.5重量%の炭酸水素ナトリウムで洗浄し、40℃で水ですすぐことにより除去された。その後、80℃で減圧下に溶剤を除去した。ポリマー2aが、透明な、粘ちゅうな液体として、95%以上の収率で得られた。重合度は1H NMR分光分析で、7であると測定された。多分散度はGPCを使用して決定され、1.54であった。ポリマー2bは同様に95%以上の収率で生成された。2aについて:1H NMR(CDCl3):0.86−0.92 CH3,3H)、3.20(バックボーン−CH2−,4H)、3.43−3.44(−CH2O−,2H)、3.81−3.93(−OCH2、2H)。13C NMR(CDCl3):17.1−17.3(−CH3)、41.0−41.4(バックボーン−C−)、69.0(−OCH2−、q,J19F−13C=43Hz)、75.3−75.5 (リング−CH2−)、76.0(−CH2O−)、124.1(−CF3、qオブt、J19F−13C=350Hz、J1H−13C=6.3Hz)。2bについて:1H NMR(CDCl3) 0.86−0.92 CH3,3H)、3.20(バックボーン−CH2−、4H)、3.43−3.44(−CH2O−,2H)、3.81−3.93(−OCH2−,2H)。13C NMR(CDCl3):17.0−17.3(−CH3)、41.0−41.4(バックボーン−C−)、68.2(−OCH2−、dオブt、J19F−13C=6.3と31Hz)、75.5(−CH2O−)、73.8−74.1(バックボーン−CH2−)、113.2(−CF2−,tオブq,Jl9F−13C=50.2と352Hz)、118.8(−CF3、qオブt、J19F−13C=50.2と314Hz)。
ポリ−9−FOXジオール、DP4の合成
ポリ−FOX−THFコポリマーの調製の例は以下のとおりである:
コンデンサー、熱電対プローブおよび機械的な撹拌機を備え、ジャケットを有する10リットルの反応容器に、無水の塩化メチレン(2.8リットル)および1,4−ブタンジオール(101.5g、1.13モル)を加えた。その後、BF3THF(47.96g、0.343モル)を加え、混合物は10分間撹拌された。米国特許5,650,483;5,668,250;5,663,289;または5,668,251に従って作られた3−FOX、3−(2,2,2−トリフルオロエトキシルメチル)−3−メチルオキセタン(3、896g. 21.17モル)の、無水塩化メチレン(1.5リットル)中の溶液は、その後、5時間にわたり容器にポンプで送り込まれた。反応温度は追加の全体にわたって38℃から42℃の間で維持された。その後、混合物はさらに2時間還流で撹拌され、その後1H NMRが98%より大きな転化率を示した。反応系は、10%の炭酸水素ナトリウム水溶液(1リットル)でクエンチされた。また、有機相は3%の塩酸水溶液(4リットル)および水(4リットル)で洗浄された。有機相は硫酸ナトリウム上で乾燥され、ろ過され、減圧下で溶剤を除去し、表題のグリコールを透明な油状物として、3,646g(91.2%)得た。NMR:平均重合度(DP)は末端基の分析によって決定された。ヒドロキシル官能性末端基は室温で、トリフルオロ酢酸無水物と反応させられ、その誘導化合物が1H−NMRスペクトロスコピーによりキャラクタライズされた。重合度は、メチル共鳴のエリアおよび末端メチレンのエリアの比率によって計算された。DPは15.2であり、これは2804の当量重量に当たる。1H−NMRで決定されたこのグリコールのTHF含量は、2.5重量%のTHF(6.2%のモルTHF)だった。この実施例は部分的にフッ素化されたオキセタンポリマーを重合する方法を示すために含まれた。
上記のフッ素化オキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーは、続いて、別のポリマーおよび/または硬化剤と反応され、コポリマーまたは硬化されたポリマー、または硬化されたコポリマーを形成する。コポリマーを形成するための好適なモノマーの例としては、上記のモノマー、たとえば様々な環状エーテル、様々なアクリルモノマー、様々なビニル置換芳香族モノマー、様々なポリエステル形成性モノマー、様々なポリウレタン形成性モノマー、様々なポリアミド形成性モノマー、様々なシロキサンモノマーがあげられ、これは参照として全部がここに組み込まれる。種々の硬化剤または架橋剤はは当該技術分野および文献において公知であり、以下に記載される種々のアミノ樹脂を包含する。これらのコポリマーを形成するモノマーおよび/または硬化剤は、湿潤剤、フロー剤、またはレベリング剤と反応し、ついでそれらを形成する。
上記のように、別のモノマーまたはポリマーとのポリオキセタンのコポリマーを作ることができる。様々なポリオキセタン−エステルコポリマーおよび望ましいブロックコポリマーの調製は、1998年3月5日に出願された米国特許出願09/035、595;1999年2月4日に出願された米国特許出願09/244、711;1999年8月27日に出願された米国特許出願09/384、464;2000年10月27日に出願された米国特許出願09/698、554;2002年3月6日に出願された米国特許出願10/091、754;に記載され、これは参照として全部が本明細書に組み込まれる。望ましいコポリマーは、オキセタンとエステルのそれである。ポリエステルは前もって形成しポリオキセタンと反応させることができるか、またはその場でエステル形成性モノマーとポリオキセタンを反応させることにより形成できる。しかしながら、ヒドロキシル末端のフッ素化ポリオキセタンポリマーまたはコポリマー(ポリオキセタンブロック)と、ポリカルボン酸またはそれらの無水物を、あらかじめ反応させてエンドキャップすることは、エステル結合を介してポリエステルへのフッ素化部分の組み込みの容易さのために非常に望ましい。このルートは、組み込みの速度、および一般にポリエステルまたは他のポリマーに組み入れられる、フッ素化ポリオキセタンのパーセンテージを増加させる。その後、ポリエステルブロックを形成することができる。そのようなブロックコポリマーはアミノ樹脂を利用して硬化させることができる。
実施例CP−I
異なる2つのヒドロキシル基末端フッ素化ポリオキセタン−THFコポリマーが、実施例CPに記載された方法で調製され、4つの異なるポリエステル材料を調製した。
第1のポリオキセタンは、テトラヒドロフラン(THF)からの6モル%の繰り返し単位を有し、ポリマーの残りは開始剤フラグメントおよび、n=1、Rf=CF3およびRがCH3である、3−FOXからの繰り返し単位であった。第1のポリオキセタンの数平均分子量は3400だった。第2のポリオキセタンは、テトラヒドロフランからの26モル%の繰り返し単位を有し、ポリマーの残りは開始剤フラグメントおよび3−FOXからの繰り返し単位であった。3−FOXは、3―(2,2,2−トリフルオロエトキシメチル)−3−メチルオキセタンとして知られている。
実施例CP−Iの第1と第2フッ素化オキセタンポリマーは、少なくとも2当量過剰(一般に2.05から2.10過剰)のアジピン酸と、3.5時間、455°Fでリアクター中で反応させ、末端基としてアジピン酸のハーフエステルを有するポリオキセタンを形成した。このハーフエステル結合は、ポリオキセタンと引き続きその場で形成されたポリエステルとの化学結合に役立つだろう。言いかえれば、このポリオキセタンは前もって形成されたエステル結合を有する。NMR分析は、実質的にヒドロキシル基がすべてエステル基に変換されたことを確認するために使用された。第1のオキセタンポリマーの平均重合度はアジピン酸との反応中に18から14まで減少した。第2のオキセタンポリマーの平均重合度は反応の全体にわたって18に維持された。その後、反応物は300°Fまで冷却された。
この実施例はフッ素化ポリオキセタンの存在下でのカプロラクトンモノマーの、一般にブロックフッ素化ポリオキセタン−エステルコポリマーを形成する反応に関する。コポリマーはヒドロキシル基末端基を含むことができる。しかしながら、コポリマーがラクトン基を含むので、上記と同様に改質して、例えばアニオン、カチオン、その両方、または非イオン物質のような他の極性基を含ませ、それによりコポリマーをより水溶性にすることができる。
上記のように、ポリオキセタン−エステルコポリマーはアミノ樹脂を利用して硬化されることができる。アミノ樹脂としては一般にアルキル化されたベンゾグアナミンホルムアルデヒド、アルキル化された尿素ホルムアルデヒドまたは好ましくは、アルキル化されたメラミンホルムアルデヒド樹脂を包含し、ここでアルキル基は1から6の炭素原子を含む。これらの樹脂剤の混合物も使用することができる。これらのアミノ樹脂は公知であり、”Aminoplastics,”Vale et al, Iliffe Books Ltd., London, 1964;”AminoResins,”Blair, Reinhold Publishing Corporation, New York, 1959, ”Modern Plastics Encyclopedia 1980−1981,”pages 15,16 and 25 and ”Encyclopedia of Polymer Science And Technology,”John Wiley & Sons,Inc., Vol.2,41965,pages 1 to 94 に記載されているものを包含する。
実施例CP−IV
4つのポリエステル(実施例CP−IIの、ポリオキセタンの6または26モル%がTHFからの繰り返し単位ものを、2または4重量%含むもの)は、表1に示されたような、溶剤系のコーティング組成物に配合された。Resimene 747樹脂はポリエステル樹脂のためのアミノ樹脂硬化剤(アルキルメラミン−ホルムアルデヒド)である。PTSAはパラトルエンスルホン酸触媒(イソプロパノール中、40重量%活性成分)である。コーティング組成物は、ポリエステル中のポリオキセタンの量、ポリオキセタン中のテトラヒドロフラン繰り返し単位の量、およびResimeneとポリエステルの重量比率において相違する。コーティング組成物は、任意の中間のタイコートのない公知の方法で可塑化されたポリ塩化ビニル基板に適用された。コーティングは、約1分間およそ240°F(116℃)で加熱して硬化された。
コーティングの成分は、およそ2分間混合された。典型的には、コーティングはRDS 10ワイヤーバウンドロッドで白いビニル基板に適用される。溶剤の大部分は加熱ランプ(〜150°F)を使用して迅速に除去された。コーティングは、3分間250°Fで加熱することにより硬化された。ポリ(3−FOXエステル)は上記の(ポリ−3−FOX改質ポリエステル)である。
様々な固体レベルのポリエステル/メラミン樹脂塗料についての、湿潤、フローおよびレベリングに対するポリ−3−FOXジオール添加の影響
+:平均DP=18.5;Rf=CH2CF3。
固形分70重量%のポリエステル/メラミン樹脂塗料についての、湿潤、フローおよびレベリングに対するポリ−3−FOXジオール添加量の影響
a:平均DP=18;Rf=CH2CF3。
固形分70重量%のポリエステル/メラミン樹脂塗料についての、湿潤、フローおよびレベリングに対するポリ−3−FOX添加剤の平均重合度の影響
a:平均DP=6.7;
b:平均DP=18;
c:平均DP=23;
固形分70重量%のポリエステル/メラミン樹脂塗料の湿潤、フローおよびレベリング特性に対するポリFOX添加剤のRf長さの影響。
a:ポリ−3−FOX;平均DP=35;Rf=CH2CF3
b:ポリ−5−FOX;平均DP=5.4;Rf=CH2CF2CF3
c;ポリ−7−FOX;平均DP=9.8;Rf=CH2CF2CF2CF3
固形分70重量%のポリエステル/メラミン樹脂塗料における、ポリ−3−FOXジオール添加剤および市販フルオロ界面活性剤の、湿潤、フローおよびレベリング剤としての比較
a:平均DP=18;Rf=CH2CF3
b:デュポン製;F(CF2)〜8CH2CH2O(CH2CH2O)xH
c:デュポン製;F(CF2)〜8CH2CH2O(CH2CH2O)zH
d:3M製;フルオロ脂肪族ポリマーエステル
実施例CP−IV−6B
様々な固体レベルのポリエステル/メラミン樹脂塗料の湿潤、フローおよびレベリングに対するポリ−3−FOX改質ポリエステルの効果
本発明のフッ素化ポリマーの別の例はフッ素化されたされたメタクリレートである。そのようなポリマーの具体例は、開始剤としてAIBNを使用して、トルエン中60−65℃で、トリフルオロエチルメタクリレート(アルドリッチケミカル社)およびブチルアクリレート(アルドリッチケミカル社)のフリーラジカル共重合によって得られたトリフルオロエチルメタクリレート−ブチルアクリレートコポリマー(75/25モル%)である。このコポリマーは開始剤フラグメントから組込まれる、シアノ極性基を有する。
++:トリフルオロエチルメタクリレート/ブチルアクリレートコポリマー Mnは約5,000g/mol
式3Aおよび3Bのような2つのヒドロキシル基末端基があるオキセタンポリマーの代わりに、単に1つの末端ヒドロキシル基を有するフッ素含有ポリマーを利用することができる。そのようなポリマーはモノアルコール開始剤の利用により作られる。モノフルオロオキセタンの調製のより詳細な記載は、1999年12月28日に出願された米国特許出願番号09/473,518、および2000年12月1日に出願された09/727、637に記載されており、これは参照として全部が本明細書に組み込まれる。
モノアルコールの別のグループは、様々なテトラフルオロエチレンベースのテロマーフルオロアルコールであり、たとえばZonylとしてデュポンから、Fluowetとしてクラリオンから、Foralkyl 6HNとしてエルフ−アトケムから市販されているものである。そのようなフルオロアルコールは一般式CF3CF2(CF2CF2)xCH2CH2OHを有する、ここでxは一般に1から約19の整数であり、好ましくは約8から約12である。フルオロアルコールのいくつかが室温で結晶か固体であるので、すべては約40℃の温度で溶かされる。
フルオロオキセタンモノマーを重合するために、一般に任意の適当なカチオン触媒を利用することができ、たとえば、様々なルイス酸およびそれらの錯体を利用できる。そのようなルイス酸触媒の例としては、Sn(IV)Cl4、五弗化アンチモン、ホスホラスペンタフルオライド、などがあげられ、好ましくは三フッ化ホウ素とテトラヒドロフランの錯体である。
実施例MOX 1
ベンジルアルコール開始剤およびジクロロメタン溶剤を使用したモノヒドリックポリフルオロオキセタンの調製
ガラスリアクターおよびコンデンサーだけがこの方法の中で使用された。ガラス器および化学薬品はすべて使用に先立って乾燥された。コンデンサー、添加漏斗およびゴム隔壁を装備した10リットルの丸底フラスコに、1,763.4グラムのジクロロメタン溶剤を添加した。触媒、三フッ化ホウ素−テトラヒドロフラン(67.15グラム)および開始剤ベンジルアルコール、129.7グラム(一官能性アルコール)を反応フラスコに加えた。3−FOXモノマー(3,314.7グラム)を添加漏斗に加えた。3−FOXモノマーは、米国特許5,650,483;5,668,250;5,668,251;または5,663,289に記載の方法で作ることができる。およそ3分の1の混合物を丸底フラスコに加え、反応が始められるまで、およそ15から30分間撹拌した。温度は、約20から23℃で維持された。残りのモノマー混合物は、4時間にわたり滴下された。反応混合物は、1H−NMRによって測定された時に転化率が97から99.8パーセントに達するまで、4時間撹拌された。反応混合物は水で洗浄され、中性のpHにされた。水をデカントし、生成物を硫酸マグネシウム上で乾燥した。残りの溶剤は、減圧下で除去された。コポリマーの全重量に基づいた形成された環状オリゴマーの重量は、およそ15重量%だった。
トリフルオロエタノール開始剤およびジクロロメタン溶剤を使用したモノヒドリックポリフルオロオキセタンの調製
ジクロロメタン溶剤(26.6g)が、乾燥した窒素パージ下の乾燥したフラスコに導入された。その後、BF3−THF(7.57g)触媒は、フラスコへゆっくりシリンジで添加され、混合物を撹拌した。撹拌の間、トリフルオロエタノール(開始剤)(13.6g)はリアクターへゆっくりシリンジで添加された。その後、混合物温度は35℃にされ、およそ30分間反応させられた。その後、50グラムの3−FOXモノマーは、よく撹拌されたリアクターにゆっくり加えられ、混合物の温度がモニターされた。1H−NMRスペクトロスコピーによりモノマー転化率を決定するサンプルが、反応発熱が観察された直後に採取された。モノマー添加は、38から40℃の間の反応温度を維持し続ける様な速度で続けられた。モノマー添加が終了した後、反応温度は約2時間、定量的な転化(99.5モル%より大)が達成されるまで、上記範囲の中で維持された。
その後、有機相を、NMRによって測定して、ジクロロメタンがすべてなくなるまで、回転蒸発させた。プロトンNMRスペクトロスコピーによるキャラクタリゼーションは、ポリオールが7.6の平均重合度(DP)および14.3モル%のテトラヒドロフラン(THF)コモノマー含有量を持つことを示した。コポリマーの全重量に基づく、形成された環状オリゴマーの重量は、およそ15重量%だった。
アリルアルコール開始剤およびジクロロメタン溶剤を使用するモノヒドリックポリフルオロオキセタンの調製
ジクロロメタン溶剤(26.6g)が、乾燥した窒素パージ下の乾燥したフラスコに導入された。その後、BF3−THF(2.53g)は、フラスコへゆっくりシリンジで添加され、混合物を撹拌した。撹拌の間、アリルアルコール(開始剤)(2.62g)はリアクターへゆっくりシリンジで添加された。その後、混合物温度は35℃にされ、およそ30分間反応させられた。その後、50グラムの3−FOXモノマーは、よく撹拌されたリアクターにゆっくり加えられ、混合物の温度がモニターされた。1H−NMRスペクトロスコピーによりモノマー転化率を決定するサンプルが、反応発熱が観察された直後に採取された。モノマー添加は、38から40℃の間の反応温度を維持し続ける様な速度で続けられた。モノマー添加が終了した後、反応温度は約2時間、定量的な転化(99.5モル%より大)が達成されるまで、上記範囲の中で維持された。
その後、有機相を、NMRによって測定して、ジクロロメタンがすべてなくなるまで、回転蒸発させた。プロトンNMRスペクトロスコピーによるキャラクタリゼーションは、ポリオールが8.3の平均重合度(DP)および4.5モル%のテトラヒドロフラン(THF)コモノマー含有量を持つことを示した。コポリマーの全重量に基づいく、形成された環状オリゴマーの重量は、およそ15重量%だった。
共開始剤−溶剤としてトリフルオロエタノールを使用した、低MW 3−MOXオリゴマーの合成
実際に直鎖の二量体、三量体、四量体の混合物:
少量の環状物
13.8モル%THF、理論量=14.6モル%
実施例MOX 4、5および6の調製に関して、すべてのガラス器および試薬は、使用に先立って乾燥された。試薬の水分は500ppm未満であり、カールフィッシャー分析によって確認された。開始用のトリフルオロエタノールおよびBF3/THFは、乾燥した窒素パージの下の乾燥したフラスコへ導入され、室温で30分撹拌された。その後、反応フラスコは40℃まで加熱され、残りのトリフルオロエタノールおよび3−FOX溶液は、54℃より下の反応温度を維持するような速度でポンプを使用して、リアクターに送り込まれた。モノマー添加が終了した後、反応温度は40℃に一晩維持された。ポリマーは、溶剤で混合物を薄めることにより単離され、中性になるまで5%の炭酸水素ナトリウム溶液および水で洗浄した。1gのポリマーを溶剤1mLで希釈した。追加溶剤はジクロロメタンだった。その後、有機相は水性相から分離され、溶剤がすべて除去されるまで、回転蒸発させた。プロトンNMRスペクトロスコピーによるキャラクタリゼーションは、末端基分析により、ポリオールが3.6の平均重合度(DP)を持つことを示した。
共開始剤−溶剤としてトリフルオロエタノールを使用した、低MW 3−MOXオリゴマーの合成
平均重合度は約2だった。また、環状オリゴマーの量はポリフルオロオキセタンの全重量に基づいた重量によって1重量%未満だった。
共開始剤−溶剤としてトリフルオロエタノールを使用した、低MW 5−MOXオリゴマーの合成
平均重合度は約2だった。また、環状オリゴマーの量はポリフルオロオキセタンの全重量に基づいた重量によって1重量%未満だった。
5−FOXは、(1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパノキシ)メチルオキセタンである。
共開始剤としてトリフルオロエタノールを使用した、単官能性 9−MOXオリゴマーの合成
ポリFox Mono−ol Dp 手順
1. 乾燥リアクターを加熱、N2パージ下で冷却する。
2. 乾燥したモノマー、開始剤および溶剤を使用。それぞれ140ppm未満のH20であり、全体で500ppm未満。残余のアルコールはない。決定するためにカールフィッシャー分析を使用。さらに4Aモレキュラーシーブで乾燥することができる。
3. パドル型撹拌機および温度計を備え、ジャケットを有する乾燥した500mlのフラスコ中で、25℃で30分撹拌することにより開始剤/触媒複合体を調製する。
4. 別のフラスコまたはWMジャー中で、モノマーまたはモノマー/溶剤溶液を調製する。
5.適当な溶剤でマイクロポンプをフラッシユし、ポンプ速度を2.4グラム/分に設定する。
6. モノマー/溶剤溶液を加える。
7. 高分子溶液を室温で一晩撹拌する。
1.50mlの塩化メチレンで高分子溶液を薄める。
2.高分子溶液を洗浄して、BF3をpHが中性になるまで、100mlの5%のNaHCO3で中和する。
3.撹拌し、静置させ、毎回相分離させる。
4.高分子溶液を20分間、Na2SO4の上で乾燥する。
5.真空濾過し、塩化メチレンですすぐ。
6.35℃で塩化メチレンを回転蒸留により除去し、ついで70℃に加熱してトリフルオロエタノールを除去する。
7.分析:質量、NMR、GPC
質量=59.32グラム
CDCl3および過剰TFAAの中のNMR400MHz、dp=2.4
ポリフルオロオキセタンとポリエーテルのブロックコポリマーは2つの異なるルートによって調製することができる。1つのルートでは、ポリエーテルは、フルオロオキセタンモノマーと反応させられる開始剤として作用する;または、フルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーは、触媒の存在下、アルキレンオキシドモノマーと反応させられる開始剤として作用し、ポリエーテルに結合または接合されるポリフルオロオキセタンブロックを形成するか、またはポリフルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーに接続されるポリエーテルブロックを形成する。生成されたブロックコポリマーは、イソシアネート基または化合物を含まない。別のルートは、既存のポリフルオロオキセタンポリマーとジイソシアネートを反応させ、続いて遊離のイソシアネート基を既存のポリエーテルブロック反応させること、または既存のポリエーテルとジイソシアネートを反応させ、続いて遊離のイソシアネート基を既存のポリフルオロオキセタンブロックと反応させることに関する。
A. ポリ−3−FOX−THF−ポリエチレンオキシド(B−A−B)の合成
ブロックコポリマーは、最初に1つまたは2つのヒドロキシル基末端基を有するフルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーを、一般に過剰モルのポリイソシアネートと反応させ、遊離のイソシアネート末端基を有するウレタン結合を形成し、これを引き続いて過剰モルのポリエーテルと反応させることにより形成される。別法として、ブロックコポリマーは最初に1つまたは2つのヒドロキシル基末端基を有するポリエーテルを一般に過剰モルのポリイソシアネートと反応させ、遊離のイソシアネート末端基を有するウレタン結合を形成し、これを引き続いて過剰モルのフルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーと反応させることにより形成される。
ポリフルオロオキセタンのヒドロキシル基末端基の合計に対するイソシアネート基の合計の当量比は、一般に約2.0である、すなわち約1.9から約2.15まで、および好ましくは約2.0から2.05まである。ジイソシアネートとヒドロキシル基末端のポリフルオロオキセタンポリマーとの反応は、一般にイソシアネート触媒の存在下、約45℃から約85℃、好ましくは約55℃から約75℃の反応温度で行われる。適当な錫触媒の例はジブチルチンジラウレート、第一錫オクトエートなどを含んでいる。本質的に、ジイソシアネートとヒドロキシル基末端基との2対1当量比のため、ポリFOXまたはMOXポリマーの個々の末端ヒドロキシル基が、ジイソシアネートと反応しウレタン結合を生成し、従って遊離のイソシアネート末端基を残すだろう。反応は、溶剤または水がない状態で望ましくは実行される。
本発明は、次の例を参照することにより一層よく理解されるだろう。しかし以下の実施例は例示のためのみに示され、本発明を何ら制限するものではない。
飽和または不飽和の酸と、ここに参照され全部が組み込まれる、フルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーのヒドロキシル基との直接反応は、オリゴマー、ポリマーまたはコポリマーと炭化水素鎖との間にエステル結合基を生成する。そのようなエステル末端基を含んでいる化合物は、有効なフロー剤、またはレベリング剤、湿潤剤として作用し、一般に様々なタイプのポリマーをそこに含んでいる溶剤系組成物のために役立つ。フッ素化オキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーは、2つのヒドロキシル末端基を有するジヒドロキシル、たとえばポリヒドロキシルフルオロオキセタン(FOX)、または単に1つのヒドロキシル基末端基を含んでいるもの、すなわちモノヒドロキシルフルオロオキセタン(MOX)である、種々の異なる化合物であることができる。さらに、オキセタンモノマーおよび様々な環状エーテルモノマー、たとえばテトラヒドロフランから作られた時、そのような化合物はコポリマーでありえる。
他の適当なカルボン酸としては4から10の炭素原子を有する様々なラクトン、すなわち内部エステルがあげられ、炭素数6のもの、すなわちカプロラクトンが好ましい。
* FOX Lは、RfがC8F17がおよそ50%、C10F21がおよそ25%、およびC12F25およびより高級な化合物がおよそ25%であるフルオロオキセタンモノマーの混合物である。
**NYPSレベリングテストブレード方法、ガードナーカンパニー
たとえばオキセタン、オキシラン、それらのコポリマーのような種々の環状エーテルと、他の環状エーテルまたはたとえば後述のようなポリエステルから作られるようなポリマーは、しばしばヒドロキシルまたは酸末端基を含んでいる。上記のように、そのような末端基は、共有結合的に極性の末端基、たとえばアニオン、例えばカルボン酸塩、スルホネート、硫酸塩、リン酸塩、または硝酸塩、および適切な対カチオン;またはカチオン、たとえばアンモニウム塩など、および適切な対アニオン;または非イオン性の末端基に、上記のような任意の異なるルートで結合することができる。例えば、硫酸はヒドロキシル基末端基に付加して硫酸塩アニオンに変換することができる。続いて、対カチオンがそれに付加することができる。アニオン反応のための反応温度は、一般に約マイナス20℃から約50℃まで、望ましくは約マイナス5℃から約15℃までであり、対アニオンの付加のための反応温度は、一般に約0℃から約60℃、および望ましくは約15℃から約40℃までである。
共有結合されたアニオン−カチオン末端ポリオキセタンの合成
ポリジオールポリ(3−ペンタフルオロプロポキシメチル−3−メチルオキセタン)(200.0g、HEW 860.6、0.2325モル OH、1.0当量)および溶剤(テトラヒドロフラン)200.0gが、50重量%固体でフラスコへ導入され、0℃で撹拌された。その後、15℃以下の温度を維持するような速度で、発煙硫酸(26.9g、0.2866モル、1.23当量)をフラスコへ滴下した。プロトンNMR、およびブロモチモールブルー終了点への水酸化アンモニウム滴定による末端基分析により反応を追跡した。一旦、添加率が80−85%を超えたら、温度を20℃以下に維持しつつ、酸末端および過剰の酸が、28重量%水性水酸化アンモニウム(31.6g、0.2524モル、1.1当量)により中和された。溶液のpHはpH紙またはpH計により、7−8のpHになるまで追跡された。溶液は、塩形成が完了するまで、2時間、0℃で撹拌された。塩は真空濾過によって除去された。その後、溶液は、溶剤および水がすべて除去されるまで、回転蒸発された。
共有結合されたアニオン−カチオン末端ポリオキセタンの合成
ポリジオールポリ(トリフルオロエトキシメチル−3−メチルオキセタン)(3524.0g、HEW 715.02、4.93モル OH、1.0当量)および溶剤(テトラヒドロフラン)200.0gが、50重量%固体でフラスコへ導入され、0℃で撹拌された。その後、15℃以下の温度を維持するような速度で、発煙硫酸(854.73g、9.11モル、1.85当量)をフラスコへ滴下した。プロトンNMR、およびブロモチモールブルー終了点への水酸化アンモニウム滴定による末端基分析により反応を追跡した。一旦、添加率が80−85%を超えたら、温度を20℃以下に維持しつつ、酸末端および過剰の酸が、25.2重量%の水性水酸化アンモニウム(708.23g、5.09モル、1.03当量)により中和された。溶液のpHはpH紙またはpH計により、7−8のpHになるまで追跡された。溶液は、塩形成が完了するまで、2時間、0℃で撹拌された。塩は真空濾過によって除去された。その後、溶液は、溶剤および水がすべて除去されるまで、回転蒸発された。
その後、上記のポリマーは、水の溶液または水−メタノール混合物中溶液の表面張力に関してテストされた。また、結果は表Aに示される
n’=7.2、Mw/Mn=1.44−1.65。
表Aに示されたような、短鎖フッ素化Rf基と1以上の極性基を有する本発明のポリマーは、湿潤剤、フロー剤、またはレベリング剤として利用することができる。従って、表Bは、クレーター欠陥を排除するためにフルオロカーボン製品を使用することができるという、コーティングの実験結果を示す比較のデータに関する。nがおよそ5から7である(ポリ−5−FOX)n(OSO3)2(NH4 +)2のパフォーマンスが、他の市販フルオロカーボン製品に対して記載される。
*2 FC129は3Mによって生産されたアニオン性フルオロ界面活性剤である。
*3 Zonyl FSOは、デュポンによって作られた非イオン性フルオロ界面活性剤である。
共有結合されたアニオン性−カチオン性の末端を有するポリオキセタンの合成
2. 深冷却浴で−5℃に冷却。
3. 温度範囲を−5℃から15℃に維持しつつ、添加漏斗からゆっくり発煙硫酸を加える。
4. すべての酸が投入されたら、15分撹拌する。
5. NMR、CDCl3中400MHzのNMRで、硫酸塩へのアルコールの転化率を調べる。アルコールの転化率が98%より大きくなるまで、酸を加え続る。
6. かい型撹拌機、温度計および添加漏斗を備えた1リットルのジャケットを有するリアクターをセットアップする。
7. 1リットルのリアクターに水酸化アンモニウムを投入し、−5℃に冷却する。
8. 温度範囲を−5℃から40℃に維持しつつ、ゆっくり、水酸化アンモニウに硫酸塩溶液を加える。
9. 白い塩の沈澱が形成される。
10. 一旦硫酸塩溶液がすべて投入されたら、1リットルのリアクターのpHをチェックする。pH範囲=9−10。
11. 塩を溶かすために水を加える。
12. 相分離させ、上層の有機THF溶液中に製品を保持し、底の水相を廃棄する。
13. この製品は後でTHFをストリッピングし、必要に応じ配合することができる。
共有結合されたアニオン−カチオン末端ポリオキセタンの合成
次の成分が利用された。
共有結合されたアニオン−カチオン末端ポリオキセタンの合成
上記と同様の方法により、様々なカチオンは、フルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマー(モノまたはポリヒドロキシル末端)に直接共有結合されることができ;またはアルキレンオキシド開始剤オリゴマー、ポリマーまたはコポリマー上にフルオロオキセタンモノマーを重合すること、またはフルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマー上にアルキレンオキシドモノマーを重合することに由来するブロックコポリマー(モノまたはポリヒドロキシル末端)に結合されることができる。そのようなフルオロオキセタンオリゴマー、ポリマー、コポリマー(たとえばテトラヒドロフランのような環状エーテルモノマーで作られた)またはブロックコポリマーの調製方法は、この明細書内に別記され、ここに完全に組み込まれる。したがって、モノヒドロキシルまたはポリヒドロキシル末端のフルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマー、またはこれとポリエーテルとのブロックコポリマーの繰り返し単位は、次の繰り返し単位を持つだろう。
フッ素化ヒドロカルビルスルホン基末端基を有するオリゴマー、ポリマー、コポリマーまたはブロックコポリマーは、続いてたとえば第三アミンのような非常に求核性の化合物と反応させられる。末端は、フルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーまたはブロックコポリマーへ酸素原子(先のヒドロキシル基の)を介して共有結合されたカチオン性末端基である。アニオン対イオンが、水溶液の中で一般に伴っている。
塩化メチレン高分子溶液は硫酸マグネシウムで乾燥された。結晶DABCOが加えられた(エアプロダクト、5.91g、52.6mmol)。反応は、24時間35℃で、その後72時間室温で撹拌された。製品は4級アンモニウム塩末端基を含んでいた。
グラフトされたコポリマーは、シリコン原子に結合した少なくとも1つの水素原子を含んでいるポリシロキサンを、一価(MOX)または多価(FOX)フルオロオキセタンオリゴマー、ポリマー、またはコポリマーと反応させることにより作られる。フルオロキセタンは水素原子サイトでポリシロキサンにグラフトされ、ペンダントMOXおよび/またはFOXオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーを有する、ポリシロキサンバックボーンを有するコポリマーを形成する。グラフトされたコポリマーは、フロー剤、湿潤剤またはレベリング剤として利用することができ、または耐油性が改善された架橋されたシリコーンコーティングを調製するために使用することができる。
本発明のポリシロキサンは次の繰り返し単位を持つであろう。
そのようなポリシロキサンは当該技術分野および文献において公知であり、ダウコーニングおよびGelestから商業的に利用可能である。
利用することができる一価または多価フルオロオキセタンオリゴマー、ポリマーまたはコポリマーは、上記に述べられ、一般に式2AAまたは2BBのような繰り返し単位を有する。
本発明は、次の例を参照することにより一層よく理解されるだろう。しかし以下の実施例は例示のためのみに示され、本発明を何ら制限するものではない。
アリル官能化されたポリ−3−FOXが合成され、モレキュラーシーブ上に貯蔵された。この材料の10.92gは、2週間125℃で乾燥され、フラスコへシリンジで添加された無水のTHFの25mLを含む125個mLのジャケットを有するフラスコに加えられた。THFの添加に先立って、モレキュラーシーブと撹拌バーが加えられた。その後、30から35モルパーセントのSiHを含むジメチルメチルヒドロゲンシロキサンの49.5gが加えられ、60分間窒素雰囲気中で撹拌された。その後、無水のTHFの10mL中、1滴の白金触媒を有する溶液の5mLが加えられた、そして混合物は50℃で130分間、クックされた。1H−NMRは、遅いヒドロキシル化が生じていることを示し、したがって、Pt/THFの残りの5mLが加えられた。温度は55℃に上昇した。反応の進行は、アリルオレフィンの消失が、プロトン共鳴総反応時間の関数であるので、プロトンNMRスペクトロスコピーによってモニターされた。
たとえばフッ素化オキシラン、フッ素化ポリアクリレート、フッ素化FOXラクトンのような上記の任意のポリマーは、1以上の極性基を含むことができる。以下の実施例は、極性基を有するポリオキセタンに関する。
下記は、両性の極性末端基を加えるためにトシル基を利用するポリオキセタンコポリマーの調製に関する。
3−メチル−3−オキセタンメタノールの調製
トリメチロールエタンは、GEO Specialty Chemicals, Trimet Products Group,2409N.Cedar Crest Blvd、Allentown、PA 18104−9733から入手して使用された。炭酸ジエチルは、Bayer Industrial Products Division, 100 Bayer Road, Pittuberg, PAから入手し、使用された。炭酸ジメチルはSNPE North America, New Jerseyから入手して使用された。Biddle Sawyer Corporationから入手して、p−トルエンスルホニルクロライドが使用された。水酸化カリウムとエタノールは入手したままで使用された。
磁気撹拌機、温度計、コンデンサー、蒸留ヘッドおよびレシーバーを取り付けた250mL丸底フラスコへ、240.30gのトリメチロールエタン(2.0mol)、180.16gの炭酸ジメチル(2.0mol)および8mLのメタノールに溶解された0.20gの水酸化カリウムを入れた。ポット温度が70℃未満に下がるまで、混合物は還流された。次に、メタノールは、64℃−66℃でヘッド温度を維持しつつ蒸留によって除去された(136.22gを単離)。蒸留はポット温度が145℃にあがるまで継続された。140℃−150℃のポット温度を維持しつつ、圧力を27Hgまで徐々に下げた。生成物の急速な蒸留が始まり、101.5gの3−メチル−3−オキセタンメタノールが115℃−120℃で蒸留された(約49%)。
必要物:
還流凝縮器および短いパス蒸留セットアップを装備したリアクター。
縮合プロセスで形成された環状炭酸エステルからのオキセタンを分留によって得る能力を有する精巧な短いパスセットアップを要求する。ポットとヘッド温度の読みも必要である。
3−メチル−3−オキセタンメタノール(100g、0.98mol)は250mLの塩化メチレンに溶解し、水酸化ナトリウム(143.60g、1.08mol)の35%溶液を加えた。また、反応系は0℃に冷却された。p−トルエンスルホニルクロライド(186.67g、0.98mol)の375のmL塩化メチレン溶液が1時間にわたり加えられた。白い沈殿が直ちに形成された。反応系をさらに10時間撹拌し、水1000mLが加えられた。その後、ジクロロメタン溶液層が除去され、硫酸ナトリウムで乾燥した。また、溶剤が除去された。収率:白い結晶としての217.77グラムの3−メチル−3−トシルメチルオキセタン、87%。
Col.Czech.Chem.Commun.V52,p2057より。
コポリマーは、−NH3 +基を含む非FOXポリマーで両性の末端基を形成する次の方法で反応させられた。
1. 50グラムの2官能性のポリ−3−FOX−コ−3−p−トルエンスルホニルメチルオキセタン DP 6(OH1モル当たりヒドロキシル基当量重量=608.8グラム、0.08mol OH)を50gのテトラヒドロフランに溶解(固形分50%)。溶液を0℃に冷却。
2. 18.34グラムの20%の発煙硫酸(平均MW=93.58、0.20molの酸、2.38当量)を加える。15℃を超えないようする。添加終了後、発熱を沈静化し、6−8℃にし、次に、25℃で1時間撹拌する。
3. 85%以上の転化率が得られるまで加熱を続ける。
4. 20℃以下の溶液温度を維持しつつ、濃アンモニア水(13.78g、0.23molのアンモニア)で酸を中和する。pH紙またはpH計で溶液pHを測定し、必要に応じて、pH7−8の溶液が得られるまで、追加のアンモニアを加える。再度、20℃を超えないように発熱を押さえる。
5. 0℃で2時間の後に、真空濾過により塩を除去する。
6. 減圧下で、製品からTHF/水溶剤を除去する。
本発明の様々な上記のフッ素化極性ポリマーは、予想外にも、様々な水性または非水性のコーティング中の湿潤剤、またはフロー剤として、またはレベリング剤として機能する。水性コーティングの例としては、ガラス、木材、金属、セラミック、およびポリマー基体に適用されるラテックス塗料およびフロアポリッシュがあげられる。非水性または溶剤性のコーティングの例としては、典型的には上記と同じ基体に適用されるエナメルおよびワニスがあげられる。さらに、様々な上記のフッ素化極性ポリマーは、種々のパウダーおよび放射線硬化可能なコーティングにおいて有用な湿潤剤、フロー剤またはレベリング剤である。上記のフッ素化極性ポリマーは、それらが適用される基体の表面張力よりも、コーティングの表面張力を低下させることによりその機能を発揮する。
さらに様々なフッ素化極性ポリマーは、様々な消費者向け製品、例えばクリーナー、シャンプー、化粧品など、および家具、ガラスの洗浄剤、車用ポリッシュ剤などのための添加剤として使用することができる。
さらに、本発明のフッ素化極性ポリマーは、ラミネートを形成するために様々な基体上のコーティングの中で利用することができる。
さらなる末端用途は以下のように分類することができる。
ペイントおよびコーティングについては、改善された湿潤、改善されたレベリングおよび光沢のために、フロー改質剤として、改善された耐汚染性、およびテフロン濡れ助剤として。
ワックスおよびポリッシュ剤については、改善されたレベリングおよび光沢のために、改善された湿潤のために、およびテフロン濡れ助剤として。
水性接着剤については、改善された湿潤およびレベリングのために、半剥離性接着剤として、また非水性接着剤についても同様である。
様々なグラフィックアート用途については、改善されたレベリング、低減されたインクウィッキング、写真用エマルション湿潤のために、および改善されたシリンダーライフのために。
様々なポリマー技術用途のために、たとえば離型剤スプレー、エマルション重合、防曇剤、外部潤滑剤、内部潤滑剤、カップリング剤、テフロン濡れ助剤、オレフィンおよびアクリル用湿潤剤、およびCaSO4スケール除去剤。
電子用途については、たとえば亜鉛バッテリースケールインヒビター、まためっき浴助剤として。
改善されたレベリングおよび耐汚染性を有するコーキング材のために。
金属技術用途については、たとえば耐食、エッチング浴湿潤、クリーニングおよびスケール除去のために、および脱脂のために。
様々な洗浄用途のために、たとえばヘアコンディショニングおよびリンス、アルカリクリーナー、ガラスクリーナーおよび防曇剤、シャンプーのために、および溶剤脱脂のために。
さらなる用途としてはフロアポリッシュ剤エマルション;電解コンバージョンコーティング;写真プロセス;フルオロポリマーエマルション;スペシャリティインク;水性コーティング;溶剤性コーティング;電気エッチング浴;腐食防止剤;半田システム;アルカリシステム;プラスチックのメッキ前エッチャントがあげられる。
本発明のフッ素含有ポリマーのための望ましい最終用途は、フロアポリッシュ剤組成物または配合物中の添加剤としての使用である。
フロアポリッシュ配合物は水性エマルションであり、典型的にはポリオレフィンワックスエマルション、アルカリ可溶性樹脂、典型的にはスチレンアクリルコポリマータイプ、短鎖アクリルポリマーまたはコポリマー、可塑剤、殺生物剤、水、種々の融合溶剤、典型的にはグリコールエーテルタイプのもの、および消泡剤、典型的にはシリコーン界面活性剤タイプのものから構成される。フロアポリッシュ配合物は、典型的には8−10のpH範囲内にある。湿潤剤、フロー剤またはレベリング剤、典型的にはフルオロ界面活性剤タイプのものは、高光沢仕上がりを乾燥コーティングに与えるために添加される。
ベンチスケール試験のためのフロアポリッシュ剤サンプルは、120gのキャパシティーを備えたガラスジャー中で100gの量の中で混合された。磁気撹拌バーがガラスジャーに入れられる。また、ジャーは秤の上に置かれる。脱イオン水が、30−50gの範囲で加えられる。持久性可塑剤が、1g−4gの範囲で加えられる。トリブトキシエチルホスフェートがフロア仕上げ剤で一般的に使用される可塑剤である。グリコールエーテルまたはグリコールエーテルの混合物が、1g−7gの範囲で加えられる。その後、サンプルは撹拌プレートに置かれ、15分間撹拌される。その後、ジャーは秤の上へ置かれる。スチレンアクリルコポリマーまたは同様のポリマーブレンドが、20g−50gの範囲で加えられる。その後、サンプルは撹拌プレートに返され、30分間混合される。混合は秤の上へ置かれる。ポリエチレンおよび/またはポリプロピレンワックスエマルション、アルカリ可溶性樹脂剤、短鎖アクリルコポリマー、および/または、これらの物質のブレンドが0g−15gの範囲で加えられる。この時に、150ppmの活性ポリマー6Aまたはポリマー6Bが混合物に加えられる。混合物は、少なくとも2時間撹拌される。その後、サンプルは、室温で24時平衡にされる。
次の成分を含んでいるフロアポリッシュの商業規模生産は、3000ガロンのバッチの中で典型的に遂行される。11,017ポンドの脱イオン水が3,000ガロンの容器に加えられる。可塑剤、たとえば燐酸トリブトキシエチルの750ポンドが、融合助剤溶剤、たとえばジエチレングリコールモノエチルエーテルの750ポンドと、制菌剤、たとえばProxel GXL(インペリアルケミカルインダストリーズ製)の25ポンド、および消泡剤、たとえばSAG 1010(ユニオンカーバイド製)の5ポンドが加えられる。この混合物は、室温で数時間撹拌される。この時に、ポリマー成分は容器に加えられる。典型的には、これは、スチレンアクリルのコポリマーの11,250のポンドおよびポリエチレンエマルションの1250ポンドから成るだろう。その後、ポリマー6Aまたは6Bの湿潤剤、フロー剤またはレベリング剤が加えられる(12.5ポンド、30重量%活性成分として)。最終混合は、数時間混合され、次に室温で24時間平衡にされた。商業規模での本発明の化合物の調製の記載が、硫酸アンモニウムの極性末端基を含んでいるポリ−3−FOXポリマーに関して述べられる。
フロアポリッシュ剤の実験室試験
上記のベンチスケール組成物を使用して、フロアフィニッシュ用途の実験室試験を、ASTM D−1436に従って行った。ポリッシュ剤は、2000平方フィート/ガロンのフロアフィニッシュ剤の被覆量となるよう、自動ピペットでゲージパッドに適用された。室温に加えて、フロアフィニッシュ剤は異なる温度および湿度の下で適用される。フィニッシュ剤は、20%RHから80%RHの湿度範囲で適用される。フィニッシュ剤は、55°F−95°Fの温度範囲で適用される。その後フィニッシュ剤は4つの追加の被覆で再適用される。乾燥の後、フィニッシュ剤は、表面の欠陥がなく、高光沢に乾燥する。ポリマー6Aおよび6Bの組成物がテストされた時、泡がほとんどないかまたは全くないことが観察された。
コーティングまたはペイントの適用、またはこの実施例において、フロアポリッシュ剤は剪断作用を必要とする。この剪断作用はコーティング、ペイント、またはポリッシユ剤に泡を導入することができる。泡が持続性の場合(すなわちコーティングが乾く前に泡が消えない)、不適当な光学的影響、たとえばコーティングに与えられた所望の高光沢を低減する非常に粗い表面が見られる。フルオロ界面活性剤に加えて、他の界面活性剤、たとえばラウリル硫酸ナトリウムが、たとえば、コーティングを構成するポリマーエマルションを安定化させるためにしばしば導入される。コーティング(たとえば、非常に低い表面張力および/または界面間のレオロジー)に加えられた多くの界面活性剤の固有の特性により、持続性の泡はしばしば生産される。この問題を回避するために、消泡剤が組成物に加えられる。しかしながら、たとえばフッ素化ポリマー6Aまたは6B、および本発明の実施態様に記述したポリマーは、剪断下において、コーティングの乾燥時間未満の時間において泡をほとんどまたは全く発生しない。言いかえれば、組成物は耐発泡性であり、少ない泡しか有さないか又は全く泡を有さず、すべての泡は短命であり、フィルム、層、コーティングなどが乾燥する前に破壊又は崩壊する。
フロアポリッシュ剤のフィールド試料調製および試験
フィールドサンプルは、バッチサイズに応じてプラスチックの2または5ガロンのコンテナーの中で調製された。バケットは+/−1%のベンチスケールに置かれる。バケットとミキサーは、小さな馬力の電気実験室用ミキサーの下に置かれる。脱イオン水を30%−50%の範囲で加える。ミキサーは低速で回転された。残りの化学薬品を、前述のベンチサンプルと同じパーセンテージおよび範囲で加える。混ぜ時間は小さなサンプルでのものと同じである。秤の許容範囲内で容易に計測できないものは、ベンチトップの秤で計量して混合物に加えた。
この特許の実施態様を含んでいるフロアポリッシュ剤配合物の前述の例が、ほとんどのフロアポリッシュ剤配合物で典型的に見られるシリコーン界面活性剤消泡剤を含まなかったことを銘記することは重要である。
様々なフロー剤またはレベリング剤は、本発明の湿潤剤であり、ポリオキセタンポリマーの低炭素原子フッ素化Rf基、またはヒドロキシル基末端基または上記の別の極性末端基、たとえばアンモニウムスルフェートを有する上記の他のポリマーはパウダーコーティング組成物を形成することができる。パウダーコーティング組成物の利点は乾燥していて、それを、水を蒸発させる場合でさえ望ましくない溶剤の蒸発の必要のなく、様々な用途において使用することができることである。そのようなパウダーコーティング組成物は、一般にたとえばポリエステル、エポキシ樹脂などの樹脂、架橋剤、ピグメント、エクステンダー、フロー助剤、特定の加工助剤および/または脱ガス化合物を含んでいる。成分は、高速混合により混合され、そしてその後押し出しによって溶融混合される。押出物は粒径を縮小するために粉砕され、次に、サイズによって分類される。熱可塑性樹脂に基づいたパウダーコーティングは架橋剤を使用しない。パウダーコーティングの組成は当該技術分野および文献において公知である。
実施例PC
Primid XL 552(酸官能性ポリエステル樹脂と硬化可能なヒドロキシル基アルキルアミド)は、特にヨーロッパの中で、トリグリシジルイソシアネート(TGIC)のための置換物として広く認められている。Primid XL 552は、水を失い、エステル化反応によって硬化する。それは結晶構造を有する低分子量物質である。これははるかに高い溶融粘度を有するアモルファスの樹脂中でのそれの分散を困難なものにする。硬化の間に生じた水、または樹脂マトリックス中の完全な混合/分散の欠如のために、Primid XL 552の硬化粉末は、マイクロピンホールまたはマイクロクレーターと種々に呼ばれる表面欠陥により特徴づけられ、表面の曇りを生じ、低光沢の仕上がり、およびイメージ明瞭性(DOI)の低下を生じる。本発明にかかる物質の添加は、はるかにより望ましい光学的性質を有するパウダーコーティングをもたらす。
一連の8つのパウダーコーティングが公知の技術:秤量/混合、押し出し、粉砕および分級を使用して、調製された。パウダーは、下記条件の下の50mmの二軸押出機で押し出された:リアゾーン温度100°F;フロントゾーン温度150°F;スクリュー回転数=400rpm;トルク=70−80%。配合の後、パウダーは140のメッシュ(105ミクロン)スクリーンを通って、試験板上に静電スプレーされた。4×12インチの標準Q−Panel(登録商標)(0.032インチ、1つの面がアースされた下塗りされたステンレス鋼)を、それぞれのパウダーで、上部は薄く、底部は厚くスプレーし、厚さの外観に及ぼす効果がより簡単に識別できるようにした。コーティングはすべて、400°Fで10分間硬化された。光沢(BYKのマイクロ光沢計を使用)、表面粗さ(Ra)、およびプレートフロー(パウダーコーティング研究所によって公表された、傾けられたプレートフローのための推奨された方法No.7)が、最終の硬化されたコーティングについて測定された。
組成物の成分は表Vに示される。
b:DSMからの酸官能性ポリエステル樹脂。
c:シリカキャリア上、67重量%活性
d:Estronケミカルズ社の改質ポリアクリレートフローコントロール剤
e:シリカキャリア上、50重量%活性
f:フッ素化ポリマー(式7)
g:3Mからのフルオロ界面活性剤。
FC−430はフルオロ脂肪族のポリマー性非イオン性エステルである。
FC−171は、式 F(CF2)8SO2N(C2H5)(CH2CH2O)〜8CH3のエトキシル化ペルフルオロアルキルスルホネートである。
表Vから明らかなように、本発明のヒドロキシル末端フロー剤および湿潤剤は、上記のパウダーコーティング組成物に加えられた時、、実施例2−5と対照の実施例1との比較に見られるように改善された光沢をもたらした。さらに、本発明のパウダーコーティングは一般に、3Mからの市販のフルオロ界面活性剤のそれに匹敵する光沢を達成する(実施例6および7)。
アルコキシオキセタンモノマーが、アルキルハライド−アルキルオキセタンのような出発化合物と、アルキルアルコールまたはアルコキシルアルキルアルコールのいずれかと反応させることにより作られる。アルキルハライド−アルキルオキセタンは次の式を有する:
重合は、約0℃から約70℃まで、および好ましくは約30℃から約50℃までの温度で行なわれる、重合時間は温度および他の要因によって変化し、一般には約1から約4時間までの範囲である。一旦様々なアルコキシオキセタンモノマーが重合されたならば、コポリマー溶液である最終生成物は触媒を除去するために水で洗浄することができる。
多価または1価のアルコキシオキセタンオリゴマー、アルコキシオキセタンポリマーまたはアルコキシオキセタンコポリマー(ROX)は、次の繰り返し単位を持つだろう。
重合度(DP)は、一般に約2または約50から約100,望ましくは約3または約4から約10、約15または約20または30である。他の追加のモノマー、たとえば上記の、すべての態様に関してここに参照され、組み込まれる、合計で2から約5の炭素原子を有し、好ましくはテトラヒドロフランである様々な環状エーテルと重合される場合には、コポリマーが生成される。
本発明は、次の例を参照することにより一層よく理解されるだろう。しかし以下の実施例は例示のためのみに示され、本発明を何ら制限するものではない。
3(2’−メトキシエトキシ−3−メチルオキセタンの合成
3−メチル−3−メトキシメチルオキセタンの合成
アルコキシオキセタン−フルオロオキセタンコポリマーの合成
アルコキシオキセタン−フルオロオキセタンコポリマーの合成
ポリエチレンオキシド−オキセタンモノマーの合成
Claims (5)
- 以下を含むポリマー界面活性剤:
(I)以下の式により定義される繰り返し単位;
(II) 少なくとも1つのAまたはB;
Aは、
(i)カチオン性基;
(ii)アニオン性基;および
(iii)両性基;
からなる群から選択される極性基であり、
Bは、
(iv)ポリエチレンオキサイド鎖;
(v)ポリプロピレンオキサイド鎖;および
(vi)ポリシロキサン鎖;
からなる群から選択されるブロックであり、
AまたはBはポリマー界面活性剤の1つの端に共有結合する。 - AまたはBの少なくとも2つを有し、AまたはBの少なくとも1つはポリマー界面活性剤の1つの端に共有結合され、AまたはBの他の少なくとも1つはポリマー界面活性剤の他の端に共有結合されている、請求項1記載のポリマー界面活性剤。
- 該アニオン基が、−CO2 −(カルボキシレート)、−SO3 −(スルホネート)、−OSO3 −(スルフェート)、−OPO3 −(ホスフェート)、または−ONO2 −(ニトレート)であり、該カチオン基が、−NH4−XRx +(x=4である第四級アンモニウム塩)、または−NH4−XRx +(x=0から3であるアンモニウム塩)、または−PH4−XRx +(ホスホニウム)であり、該両性基が、共有結合されたカチオン性アミン基とアニオン性界面活性剤である、請求項1記載のポリマー界面活性剤。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載されたポリマー界面活性剤を含むフロー剤。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載されたポリマー界面活性剤を含むレベリング剤。
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