JP7635975B2 - コーティング用組成物、膜、及び、積層体 - Google Patents
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Description
また、本発明は、膜、及び、積層体を提供することも課題とする。
[2] 数平均分子量が1.4×106以上である、[1]に記載のコーティング用組成物。
[3] 上記比が0.65以下である、[1]又は[2]に記載のコーティング用組成物。
[4] 上記高分子化合物がポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリ(メタ)アクリルアミド、及び、ポリ(メタ)アクリロニトリルからなる群より選択される少なくとも1種である、[1]~[3]のいずれかに記載のコーティング用組成物。
[5] 上記高分子化合物がポリ(メタ)アクリル酸、又は、ポリ(メタ)アクリル酸エステルである、[4]に記載のコーティング用組成物。
[6] 上記高分子化合物がポリメタクリル酸、又は、ポリメタクリル酸エステルである、[4]に記載のコーティング用組成物。
[7] 上記イオン液体が、後述する式8で表されるイオン液体である、[1]~[6]のいずれかに記載のコーティング用組成物。
[8] 後述する式8中のR83、及び、R84がそれぞれ独立に、パーフルオロアルキル基である、[7]に記載のコーティング用組成物。
[9] 後述する式8中、R83、及び、R84がトリフルオロメチル基である、[8]に記載のコーティング用組成物。
[10] 上記溶媒が、ケトン系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、ハロゲン系溶媒、及び、エーテル系溶媒からなる群より選択される少なくとも1種の溶媒である、[1]~[9]のいずれかに記載のコーティング用組成物。
[11] 上記溶媒が、アセトン、トルエン、クロロホルム、ジクロロメタン、及び、テトラヒドロフランからなる群より選択される少なくとも1種の溶媒である、[10]に記載のコーティング用組成物。
[12] [1]~[11]のいずれかに記載のコーティング用組成物により形成された、膜。
[13] 基材と、基材上に形成された[12]の膜とを有する、積層体。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に制限されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本発明の実施形態に係る組成物は、数平均分子量が5.0×105~1.0×107である高分子化合物と、イオン液体と、溶媒とを含み、イオン液体の含有量に対する、高分子化合物の含有量の質量基準の比(高分子化合物/イオン液体、以下「P/I比」ともいう。)が0.15以上、1.00未満である、コーティング用組成物である。以下では、本発明の各成分について詳述する。
本コーティング用組成物は、数平均分子量が5.0×105~1.0×107である高分子化合物を含有する。高分子化合物の数平均分子量が5.0×105未満であると、得られる塗膜は強度が不十分となる。一方、1.0×107を超えると、取り扱い性が不十分となる。
高分子化合物の数平均分子量が1.4×106以上だと、得られる塗膜はより優れた自己修復性能を有する。なお、高分子化合物の数平均分子量は、実施例に記載された方法により測定される値を意味する。
上記P/I比が0.15未満であると、得られる塗膜の強度が不十分となる。一方、上記P/I比が1.00以上だと、自己修復性能が不十分となる。
P/I比が0.65以下であると、得られる塗膜はより優れた自己修復性能を有する。また、上記の比が0.40以上であると、得られる塗膜はより優れた本発明の効果を有する。
高分子化合物とイオン液体と溶媒とを混合して、コーティング用組成物を調製する場合、その仕込み比をもとに、含有量が計算される。
イオン液体中でラジカル重合性化合物を重合させて高分子化合物を得て、溶媒を加えてコーティング用組成物を調製する場合、ラジカル重合性化合物の仕込み量に、ラジカル重合性化合物の転化率を掛けて、得られるイオンゲル(高分子化合物とイオン液体の複合物)における高分子化合物の含有量を算出したうえで、上記P/I比が算出される。
なお、コーティング用組成物は、高分子化合物の1種を単独で含有してもよく、2種以上を含有していてもよい。コーティング用組成物が2種以上の高分子化合物を含有する場合には、その合計含有量が上記数値範囲内であることが好ましい。
本明細書において、イオン液体とは、カチオンとアニオンとの組合せにより形成される、大気圧下における融点が25℃以下である不揮発性の塩を意味する。
なお、上記各式中、RAはアルキル基、アリール基、及び、ヘテロ環基等の置換基を表す。RBは水素原子、又は、1価の置換基を表す。分子中の複数のR1、分子中の複数のRB、又は、分子中のRAとRBは、互いに結合して環を形成してもよい。また、分子中の2つのRA、又は、2つのRBが共同して二重結合の基(例えば、=O、=S、=NRB)を形成してもよい。
アンモニウムイオンとしては、例えば、以下の式1で表されるカチオンが挙げられる。
ピロリジニウムイオンとしては、例えば、以下の式2で表されるカチオンが挙げられる。
ピペリジニウムイオンとしては、例えば、以下の式3で表されるカチオンが挙げられる。
ピリジニウムイオンとしては、例えば、以下の式4で表されるカチオンが挙げられる。
イミダゾリウムイオンとしては、例えば、以下の式5で表されるカチオンが挙げられる。
なお、ハロゲン化アルキル基の炭素数は特に制限されないが、1~10個が好ましく、1~8個がより好ましく、1~6個が更に好ましい。
コーティング用組成物が含有する溶媒としては、高分子化合物、及び、イオン液体と相溶性が高いことが好ましい。溶媒としては、水、有機溶媒、及び、これらの混合物が挙げられる。コーティング用組成物がより優れた取り扱い性を有する観点では、溶媒としては有機溶媒が好ましい。
本コーティング用組成物は、上記の各成分を含有していれば、本発明の効果を奏する範囲内で他の成分を含有していてもよい。このような成分としては例えば、充填材、顔料、沈降防止剤、消泡剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、表面調整剤、粘度調整剤、レベリング剤、分散剤、及び、防腐剤等が挙げられる。
コーティング用組成物の製造方法としては特に制限されず、公知の方法が使用できる。例えば、高分子化合物を溶媒に溶解させて高分子化合物溶液を得て、イオン液体を溶媒で希釈してイオン液体希釈液を得て、高分子化合物溶液とイオン液体希釈液とを混合してコーティング用組成物を得る方法が挙げられる。
・ラジカル重合性化合物(M)と、ラジカル重合開始剤(RI)と、イオン液体(I)とを含有し、ラジカル重合性化合物の含有量に対する、ラジカル重合開始剤の含有量の質量基準の比(ラジカル重合開始剤/ラジカル重合性化合物、以下、「RI/M比」ともいう。)が5×10-5~2×10-3であり、イオン液体の含有量に対する、ラジカル重合性化合物の含有量の質量基準の比(ラジカル重合性化合物/イオン液体、以下、「M/I比」ともいう。)が0.15以上、1.00未満である重合用組成物(プレゲル溶液)を調製する工程(重合用組成物調製工程)
・重合用組成物中で、ラジカル重合性化合物を重合させて、数平均分子量が500,000~10,000,000である高分子化合物を生成し、高分子化合物と、イオン液体とを含有するイオンゲルを得る工程(重合工程)
・イオンゲルに溶媒を添加して、コーティング用組成物を得る工程(溶解工程)
しかし、本発明者らの検討によれば、驚くべきことに、イオン液体中においては、RI/M比を5×10-5~2×10-3とすることによって、所望の分子量を有する高分子化合物とイオン液体とを含有する均一なイオンゲルを得られることを知見している。本製造方法は、上記知見をもとに完成されたものである。
本製造方法に用いる重合用組成物は、ラジカル重合性化合物、ラジカル重合性化合物、及び、イオン液体を含有する。以下では、重合用組成物が含有する各成分について詳述する。
ラジカル重合性化合物は、分子内に少なくとも1つのラジカル重合性基を有する化合物であって、分子内に1つのラジカル重合性基を有する化合物が好ましい。
一方、RI/M比が2×10-3以下だと、重合度がより高まり、得られる塗膜がより優れた強度を有する。
重合用組成物が含有するラジカル重合開始剤としては、熱ラジカル重合開始剤、及び、光ラジカル重合開始剤が挙げられる。
なお、重合用組成物は、ラジカル重合開始剤の1種を単独で含有してもよく、2種以上を含有していてもよい。重合用組成物が、2種以上のラジカル重合開始剤を含有する場合には、その合計含有量が上記数値範囲内であることが好ましい。
重合用組成物が含有するイオン液体は、コーティング用組成物が含有するイオン液体となるため、コーティング用組成物の成分として説明したイオン液体と同様のイオン液体が使用でき、好適形態も同様である。
重合工程は、重合用組成物中で、ラジカル重合性化合物を重合させて、数平均分子量が500,000~10,000,000である高分子化合物を生成し、高分子化合物と、イオン液体とを含有するイオンゲルを得る工程である。
例えば、組成物が熱ラジカル重合開始剤を含有する場合には、不活性ガス雰囲気下で、室温~130℃の温度で、1~72時間加熱すればよい。
本製造方法によれば、ラジカル重合性化合物と、ラジカル重合開始剤と、イオン液体とを含有する均一な重合用組成物中でラジカル重合性化合物を重合させるために、得られるイオンゲルは優れた均一性を有する。また、RI/M比を所定の範囲としたとことで、分子量と転化率という従来はトレードオフの関係にあると考えられてきた2つのパラメータを併せて向上させることができる。そのため、得られるイオンゲルは優れた均一性を有し、結果としてより優れた本発明の効果を有するコーティング用組成物が得られる。
得られたイオンゲルに添加される溶媒は、コーティング用組成物中に含有される溶媒と同様の溶媒が使用でき、好適形態も同様である。
イオンゲルを溶解させる方法としては特に制限されず、公知の方法が使用できる。
本コーティング用組成物は、基材と、基材上に形成された膜とを有する積層体の製造に使用できる。
トスタンプ、電熱板、サーマルヘッド、レーザー、送風乾燥機、オーブン、ホットプレート、赤外線乾燥機、及び、加熱ドラム等により行なうことができる。
積層体は、基材と、すでに説明したコーティング用組成物を用いて基材上に形成された(塗)膜とを有する複合体である。
本発明の実施形態に係る積層体は、基材上に形成された塗膜が優れた自己修復性と、優れた強度とを併せ持つため、メンテナンスが容易な外壁材料等として活用できる。また、イオン液体に由来して、帯電防止機能を有しており、優れた自己修復性能と相まってより信頼性の高い帯電防止被膜付き基材としても利用可能である。
メタクリル酸メチル(MMA、関東化学製)を活性アルミナのショートカラムに通して重合禁止剤のヒドロキノンを取り除いて精製した。次に、5mLバイアル瓶にα,α′-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)粉末(0.1質量部)と精製したMMA(30質量部)を加えて完全に溶解させた。次に、得られた溶解液に、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド([C2mIm][TFSI]、Iolitec製)の70質量部を加え、均一透明なプレゲル溶液(重合用組成物に該当する)を得た。
その結果、イオンゲル中における高分子化合物の含有量/イオン液体の含有量の比は0.41と計算された。
ポリメタクリル酸メチル粉末(analytical standard、for GPC、数平均分子量1,680,000、30質量部)を10質量%になるようジクロロメタンに溶解し溶液を得た。次に、溶液を[C2mIm][TFSI](70質量部)と混合し、コーティング用組成物2を得た。
プレゲル溶液中におけるMMAの含有量を40質量部、イオン液体の含有量を60質量部としたことを除いては、実施例1と同様にしてイオンゲルを調製し、膜3を作製した。
転化率は99%であり、イオンゲル中におけるPMMAの含有量は40質量部で、高分子化合物/イオン液体の比は0.67だった。
[実施例4]
イオン液体を1-エチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドに代えて、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドを用いたことを除いては実施例1と同様にして、イオンゲルを調製し、引張試験用の膜4を作製した。
転化率は100%であり、イオンゲル中におけるPMMAの含有量は30質量部で、高分子化合物/イオン液体の比は0.43だった。
MMAに代えてエチルメタクリレート(EMA)を用いたことを除いては実施例1と同様にして、イオンゲルを調製し、引張試験用の膜5を作製した。
転化率は99%であり、イオンゲル中にけるポリエチルメタクリレート(高分子化合物)の含有量は30質量部で、高分子化合物/イオン液体の比は0.43だった。
MMAの含有量に対するAIBNの含有量の質量基準の比を3×10-3としたことを除いては実施例1と同様にして、イオンゲルを調製し、引張試験用の膜C1を作製した。
イオンゲル中におけるPMMAの数平均分子量は489,000であり、重合度は4,884だった。転化率は100%であり、イオンゲル中にける高分子化合物の含有量は30質量部で、高分子化合物/イオン液体の比は0.43だった。
プレゲル溶液中のMMAの含有量を50質量部、イオン液体の含有量を50質量部としたことを除いては、実施例1と同様にして、イオンゲルを調製し、引張試験用の膜C2を作製した。
イオンゲル中におけるPMMAの数平均分子量は1,140,000であった。転化率は100%であり、イオンゲル中にけるPMMAの含有量は30質量部で、高分子化合物/イオン液体の比は0.43だった。
MMA、及び、二メタクリル酸エチレン(EGDMA)を、それぞれ活性アルミナのショートカラムに通して重合禁止剤を取り除いて精製した。次に、5mLのバイアル瓶にAIBN粉末と精製したMMA(30質量部)、及び、EGDMA(MMAに対して0.2モル%)を加え完全に溶解させた。
ラジカル重合性化合物のコンバージョン(単位:%、転化率)は以下の手順で測定した。なお、以下の説明は、ラジカル重合性化合物としてMMAを用いた場合について説明したものであるが、EMAを用いた場合も同様である。
得られたNMRスペクトルからイオンゲル中の残留モノマー(ラジカル重合性化合物)数とポリマーのMMAユニット数の比を算出し、以下の式によりコンバージョンを得た。
得られたイオンゲルの数平均分子量はGPCで測定した。測定手順の詳細は以下のとおりである。
各イオンゲルを再沈殿精製した。具体的には、イオンゲルを1質量%になるようアセトンに溶解させた。次に、その溶液を多量のメタノール(体積比で20倍)に滴下し、ポリマー(高分子化合物)を沈殿させた。吸引濾過によりポリマー粉末を得た。
装置構成
・デガッサー/日本分光(DG-2080-53)
・ポンプ/日本分光(PU-2080)
・インターフェイスボックス/日本分光(LC-Net II/ADC)
・カラムオーブン/日本分光(CO-4060)
・RI検出器/日本分光(RI-4030)
・カラム/Shodex(登録商標) SB-806M HQを2本直結
・ガードカラム/Shodex(登録商標) SB-G 6B
・種類: ポリメチルメタクリレート(PMMA)
・メーカー: Shodex(登録商標)
・製品: STANDARD M-75
・分子量範囲: 2,870~965,000 (7点)
・カラム温度: 40℃
・流速: 1mL/min
・溶離相: 10mM LiBr/DMF
・検出: RI
標準試料7点に対して三次式の線形回帰(最小二乗法)により検量線を作成した。分子量が965,000を超えるものは、上記検量線を用いて外挿した。
(試験片の作製)
イオンゲルの膜をダンベル型カッター(メーカー:株式会社ダンベル 型式:SDMP-1000-D 形状:JIS K-6251-7号)で打ち抜き、ダンベル型の試験片を得た。作成した試験片の試験部分の中心をカッターナイフで切断し、直ちに切断面を接触させ室温で6時間静置した。
引張試験は、試験片を材料試験機(SIMADZU製、AGS-X 100N)に取り付け、室温、10cm/minの速度で行った。
切断前の試験片、及び、切断後して修復した後の試験片について、破断エネルギー(応力-歪み曲線の積分値)をそれぞれ算出し、その比を百分率で表したものを自己修復率(%)とした。以下は算出方法の詳細である。
一方、「in situ重合」とあるのは、いずれもプレゲル溶液を用いて作製されたことを表している。
また、イオン液体の含有量に対する、高分子化合物の含有量の質量基準の比が1.00である膜C2は、一定程度の強度を有しているものの、自己修復性能が不十分だった。
また、高分子化合物の分子量が測定できなかった膜C3は、一定程度の強度を有しているものの、自己修復性能がまったくなかった。
Claims (10)
- 数平均分子量が5.0×105~1.0×107である高分子化合物と、
イオン液体と、
溶媒とを含み、
前記イオン液体の含有量に対する、前記高分子化合物の含有量の質量基準の比が0.15以上、1.00未満であり、
前記高分子化合物がポリ(メタ)アクリル酸、又は、ポリ(メタ)アクリル酸エステルであり、
前記イオン液体が、以下の式8で表されるイオン液体である、コーティング用組成物。
(式8中、R 81 、及び、R 82 はそれぞれ独立に、炭素数が1~10のアルキル基を表し、R 83 、及び、R 84 は、それぞれ独立に1価の有機基を表す) - 前記数平均分子量が1.4×106以上である、請求項1に記載のコーティング用組成物。
- 前記比が0.65以下である、請求項1又は2に記載のコーティング用組成物。
- 前記高分子化合物がポリメタクリル酸、又は、ポリメタクリル酸エステルである、請求項1~3のいずれか1項に記載のコーティング用組成物。
- 前記式8中のR83、及び、R84がそれぞれ独立に、パーフルオロアルキル基である、請求項1~4のいずれか1項に記載のコーティング用組成物。
- 前記式8中、R83、及び、R84がトリフルオロメチル基である、請求項5に記載のコーティング用組成物。
- 前記溶媒が、ケトン系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、ハロゲン系溶媒、及び、エーテル系溶媒からなる群より選択される少なくとも1種の溶媒である、請求項1~6のいずれか1項に記載のコーティング用組成物。
- 前記溶媒が、アセトン、トルエン、クロロホルム、ジクロロメタン、及び、テトラヒドロフランからなる群より選択される少なくとも1種の溶媒である、請求項7に記載のコーティング用組成物。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載のコーティング用組成物により形成された、膜。
- 基材と、前記基材上に形成された請求項9の膜とを有する、積層体。
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