JP2004224945A - 塗料用添加剤、これを含有してなる塗料及び塗料用添加剤の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は塗料用添加剤、これを含有してなる塗料及び塗料用添加剤の製造方法に関する。特に、建築物の外面に塗布される塗膜の汚染低減(主に水性塗料における塗膜の汚染低減)のための塗料用汚染低減剤として最適な塗料用添加剤、これを含有してなる塗料及びこの塗料用添加剤の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
塗膜に親水性を付与し降雨等で汚染物質を洗い流すことを目的として添加される塗料用添加剤として、デンプン−ポリアクリル酸ナトリウムグラフト化物及びポリオキシエチレン鎖含有ポリウレタン樹脂等の水膨潤性高分子(特許文献1)、グリセリン又はペンタエリスリトール等にエチレンオキシド、プロピレンオキシドを重合させた化合物(特許文献2)等が知られている。
【0003】
【特許文献1】
特開平2−123176号公報
【特許文献2】
特開平11−279454号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1及び2に記載の塗料用添加剤では、塗膜の耐水性が著しく低下するという問題がある。さらに、特許文献2に記載の化合物では汚染低減性が短期間で消失するという問題がある。すなわち、本発明の目的は、耐水性及び汚染低減性に優れた塗膜を形成することができる塗料用添加剤を提供すること、そして、塗料用添加剤の製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果本発明に達した。すなわち、本発明の第1発明は、一般式(1)〜(3)のいずれかで表されるポリオキシアルキレン化合物(A)を必須成分としてなることを特徴とする塗料用添加剤である。
【化2】
ただし、一般式(1)〜(3)において、Qは非還元性の二又は三糖類のt個の1級水酸基から水素原子を除いた反応残基、Lはイソシアネートの反応残基、OAは炭素数2〜4のオキシアルキレン基を表し、1分子中のOAの総数はQ1個当たり10〜80個である。また、n1〜n4はそれぞれ2〜40の整数、mは1〜3でかつtより小さい整数、tは2〜4の整数を表す。
【0006】
また、本発明の第2発明は、ポリオキシアルキレン化合物(A)を必須成分としてなる塗料用添加剤において、(A)が、非還元性の二又は三糖類(a1)1モル部、炭素数2〜4のアルキレンオキシド(a2)10〜80モル部及びイソシアネート(a3)0.1〜0.8モル部の化学反応により製造され得る構造を有することを特徴とする塗料用添加剤である。
【0007】
また、本発明の第3発明は、非還元性の二又は三糖類(a1)、炭素数2〜4のアルキレンオキシド(a2)及びイソシアネート(a3)を反応させて塗料添加剤を製造する方法であって、(a1)と(a2)との反応工程及び/又は(a1)と(a3)との反応工程を、アミドの存在下で行うことを特徴とする塗料用添加剤の製造方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】
一般式(1)〜(3)において、非還元性の二又は三糖類のt個の1級水酸基から水素原子を除いた反応残基(Q)を構成することができる二又は三糖類としては、蔗糖(サッカロース)、トレハロース、イソトレハロース、イソサッカロース、ゲンチアノース、ラフィノース、メレチトース及びプランテオース等が含まれる。これらのうち、汚染低減性の観点から、蔗糖、トレハロース、ゲンチアノース、ラフィノース及びプランテオースが好ましく、さらに好ましくはトレハロース及び蔗糖であり、供給性及びコスト等の観点から特に好ましくは蔗糖である。
【0009】
一般式(1)〜(3)において、Lはイソシアネートの反応残基を表し、R1−NH−CO−で表される基又は−CO−NH−R2−NH−CO−で表される基等が含まれる。
【0010】
R1は、アルキル、シクロアルキル、アリール及びアルアルキル(アリールアルキル)等が使用できる。また、これらの基に含まれる水素原子の一部がハロゲン原子及び/又は炭素数1〜6のアルコキシ等で置換されていても構わない。
アルキルとしては、炭素数2〜18のアルキル等が用いられ、エチル、プロピル、t−ブチル、オクチル、2−エチルヘキシル及びオクタデシル等が挙げられる。これらの他、クロロエチル、ブロモオクチル、ジクロロプロピル、エトキシエチル、メトキシオクチル及びブトキシブチル等も使用できる。
シクロアルキルとしては、炭素数6〜15のシクロアルキル等が用いられ、シクロヘキシル、ジシクロヘキシル、メチルシクロヘキシル、トリメチルシクロヘキシル及びノニルシクロヘキシル等が挙げられる。これらの他、クロロシクロヘキシル、メトキシシクロヘキシル及びヘキシルオキシシクロヘキシル等も使用できる。
アリールとしては、炭素数6〜15のアリール等が用いられ、フェニル、トリル、エチルフェニル、キシリル、ノニルフェニル、ナフチル、ビフェニリル、アントリル及びフェナントリル等が挙げられる。これらの他、ブロモフェニル、クロロナフチル、クロロビフェニリル、メトキシフェニル及びブトキシフェニル等も使用できる。
アルアルキルとしては、炭素数7〜18のアルアルキル等が用いられ、フェニルメチル基、トリルメチル、エチルフェニルメチル、キシリルメチル、ノニルフェニルメチル、ナフチルメチル、ビフェニリルメチル及びフェナントリルメチル等が挙げられる。これらの他、ブロモフェニルメチル、クロロビフェニリルメチル及びメトキシフェニルメチル等も使用できる。
【0011】
R2は、アルキレン、シクロアルキレン、アリーレン及びアルアルキレン(アリールアルキレン)等が使用できる。また、これらの基に含まれる水素原子の一部がハロゲン原子及び/又は炭素数1〜6のアルコキシ等で置換されていても構わず、またこれらの基同士がオキサ基(−O−)又はスルホニル基(−SO2−)で結合されていてもよい。
アルキレンとしては、炭素数4〜8のアルキレン等が用いられ、エチレン、プロピレン、ブチレン及び2−エチルヘキシレン等が挙げられる。これらの他、クロロエチレン、ブロモオクチレン、ジクロロプロピレン、メトキシエチレン、プロポキシエチレン及びブトキシプロピレン等も使用できる。
シクロアルキレンとしては、炭素数6〜15のシクロアルキレン等が用いられ、シクロヘキシレン、ジシクロヘキシレン、メチルシクロヘキシレン、トリメチルシクロヘキシレン、ノニルシクロヘキシレン、−(ch)−CH2−(ch)−で表される基、−CH2−(ch)−CH2−で表される基、−(ch)−C(CH3)2−(ch)−で表される基、−(ch)−CH2CH2−(ch)−で表される基及び−(tmch)−CH2−で表される基等が挙げられる。なお、(ch)はシクロヘキシレン、(tmch)はトリメチルシクロヘキシレンを表す(以下同様)。これらの他、−(ch)−O−(ch)−で表される基、−(ch)−SO2−(ch)−で表される基、クロロシクロヘキシレン及びメトキシシクロヘキシレン等も使用できる。
アリーレンとしては、炭素数6〜15のアリーレン等が用いられ、フェニレン、トリレン、メチルフェニレン、エチルフェニレン、テトラメチルフェニレン、キシリレン、ノニルフェニレン、ナフチレン、ビフェニリレン、ジメチルビフェニリレン、アントリレン、フェナントリレン、−(ph)−CH2−(ph)−で表される基、−(ph)−C(CH3)2−(ph)−で表される基、−(ph)−CH2CH2−(ph)−で表される基及び−CH2−(ch)−CH2−で表される基等が挙げられる。なお、(ph)はフェニレンを表す(以下同様)。これらの他、−(ph)−O−(ph)−で表される基、−(ph)−SO2−(ph)−で表される基、ブロモフェニレン、クロロナフチレン、クロロビフェニレン及びメトキシフェニレン等も使用できる。
アルアルキレンとしては、炭素数7〜18のアルアルキレン等が用いられ、フェニルエチレン基、トリルブチレン、エチルフェニルエチレン、キシリルヘキシレン、ノニルフェニルエチレン、ナフチルブチレン、ビフェニリルエチレン及びフェナントリルプロピレン等が挙げられる。これらの他、ブロモフェニルエチレン、クロロビフェニリルエチレン、メトキシフェニルエチレン基、ブトキシナフチルブチレン及びジエトキシビフェニリルエチレン等も使用できる。
これらのうち、アルキレン、シクロアルキレンが好ましく、さらに好ましくはヘキサメチレン基、トリメチルシクロヘキシルメチレン基、特に好ましくはヘキサメチレン基である。
【0012】
一般式(1)〜(3)において、オキシアルキレン基(OA)としては、オキシエチレン、オキシプロピレン、オキシブチレン及びこれらの混合等が挙げられる。これらのうち、耐水性の観点から、オキシプロピレン及びオキシブチレンが好ましく、さらに好ましくはオキシプロピレンである。また、n個のOAは、同じでも異なっていてもよい。OA内のオキシアルキレン基の順序(ブロック状、ランダム状及びこれらの組合せ)及び数には制限ない。また、OAにオキシエチレン基と、オキシプロピレン基又は/及びオキシブチレン基とを含む場合、反応残基(Q)から離れた端部にオキシプロピレン又は/及びオキシブチレンが位置することが好ましい。すなわち、OAにオキシエチレン基を含む場合、反応残基(Q)にオキシエチレン基が直接的に結合し得ていることが好ましい。また、OAに複数種類のオキシアルキレン基を含む場合、ブロック状を含むことが好ましい。また、オキシエチレンを含む場合、この含有量はオキシアルキレン基の重量に基づいて30重量%以下とすることが好ましい。
【0013】
一般式(1)〜(3)において、1分子中のOAの総数(個)は、Q1個当たり、10〜80であり、好ましくは12〜75、さらに好ましくは15〜70、特に好ましくは18〜65である。この範囲であると、塗膜の耐水性及び汚染低減性がさらに良好となる傾向がある。また、n1〜n4はそれぞれ2〜40の整数を表し、好ましくは3〜38、さらに好ましくは4〜35、特に好ましくは5〜30である。この範囲であると、塗膜の耐水性及び汚染低減性がさらに良好となる傾向がある。また、n1〜n4は、それぞれ同じ値でもよく、異なった値でもよい。
【0014】
一般式(1)において、mは1〜3でかつtより小さい整数であり、好ましくは1又は2であり、さらに好ましくは1である。この範囲であると塗膜の耐水性及び汚染低減性がさらに良好となる傾向がある。
【0015】
一般式(1)〜(3)において、tは2〜4の整数であり、好ましくは2又は3であり、さらに好ましくは2である。この範囲であると塗膜の汚染低減性がさらに良好となる傾向がある。
【0016】
一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物としては、以下の化学式で示される化合物等が挙げられる。なお、poはオキシプロピレン基を、eoはオキシエチレン基を表し、Q1は蔗糖残基を、Q2はラフィノース残基表す(以下同様)。
【化3】
【化4】
【0017】
一般式(2)で表されるポリオキシアルキレン化合物としては、以下の化学式で示される化合物等が挙げられる。なお、boはオキシブチレン基を、tmchはトリメチルシクロヘキシレン{特にイソホロンジイソシアネート(IPDI)から誘導される残基が好ましい}を表す(以下同様)。
【化5】
【化6】
【化7】
【0018】
一般式(3)で表されるポリオキシアルキレン化合物としては、以下の化学式で示される化合物等が挙げられる。なお、Q3はメレチトース残基を表す(以下同様)。
【化8】
【化9】
【化10】
これらのうち、一般式(2)又は(3)で表されるポリオキシアルキレン化合物が好ましく、さらに好ましくは化学式5、6、8又は10で表される化合物、特に好ましくは化学式5又は8で表される化合物である。
【0019】
一般式(1)〜(3)のいずれかで表されるポリオキシアルキレン化合物(A)としては、非還元性の二又は三糖類(a1)、炭素数2〜4のアルキレンオキシド(a2)及びイソシアネート(a3)の化学反応により製造され得る構造を有するものが含まれる。そして、アルキレンオキシド(a2)の使用量(モル部)としては、非還元性の二又は三糖類(a1)1モル部に対して、10〜80が好ましく、さらに好ましくは12〜75、特に好ましくは15〜70、最も好ましくは18〜65である。すなわち、アルキレンオキシド(a2)の使用量(モル部)は、非還元性の二又は三糖類1モル部に対して、10以上が好ましく、さらに好ましくは12以上、特に好ましくは15以上、最も好ましくは18以上であり、また80以下が好ましく、さらに好ましくは75以下、特に好ましくは70以下、最も好ましくは65以下である。この範囲であると、塗膜の耐水性を低下させにくく、さらに水との接触角を長期間低く保ち易い。また、イソシアネート(a3)の使用量(モル部)としては、非還元性の二又は三糖類単位1モル部に対して、0.1〜0.8が好ましく、さらに好ましくは0.15〜0.75、特に好ましくは0.2〜0.7、最も好ましくは0.25〜0.65である。すなわち、イソシアネート(a3)の使用量(モル部)は、非還元性の二又は三糖類1モル部に対して、0.1以上が好ましく、さらに好ましくは0.15以上、特に好ましくは0.2以上、最も好ましくは0.25以上であり、また0.8以下が好ましく、さらに好ましくは0.75以下、特に好ましくは0.7以下、最も好ましくは0.65以下である。この範囲であると、塗膜の耐水性及び汚染低減性がさらに良好となる傾向がある。
【0020】
非還元性の二又は三糖類(a1)としては、一般式(1)〜(3)における反応残基(Q)を構成することができる二又は三糖類と同じものが使用でき、好ましい範囲も同じである。
【0021】
アルキレンオキシド(a2)としては、炭素数2〜4のアルキレンオキシド等が使用でき、エチレンオキシド(EO)、プロピレンオキシド(PO)及びブチレンオキシド(BO)等が挙げられる。これらのうち、耐水性の観点から、PO及びBOが好ましく、さらに好ましくはPOである。また、複数種類のアルキレンオキシドを用いてもよく、この場合、反応させる順序(ブロック状、ランダム状及びこれらの組合せ)及び数には制限ない。EOと、PO又は/及びBOとを含む場合、EOの後にPO及び/又はBOを反応させることが好ましい。また、複数種類のアルキレンオキシドを用いる場合、ブロック状を含むことが好ましい。また、エチレンオキシドを含む場合、この含有量はアルキレンオキシドの全重量に基づいて30重量%以下とすることが好ましい。
【0022】
イソシアネート(a3)としては、モノイソシアネート及びジイソシアネート等が含まれる。
モノイソシアネートとしては、脂肪族モノイソシアネート、芳香族モノイソシアネート及び脂環式モノイソシアネート等が使用できる。
脂肪族モノイソシアネートとしては、炭素数3〜19のアルキルイソシアネート等が用いられ、エチルイソシアネート、ブチルイソシアネート、ヘキシルイソシアネート、2−エチルヘキシルイソシアネート、ノニルイソシアネート、イソドデシルイソシアネート、ヘキサデシルイソシアネート及びオクタデシルイソシアネート等が挙げられる。
芳香族モノイソシアネートとしては、炭素数7〜13のアリルイソシアネート等が用いられ、フェニルイソシアネート、メチルフェニルイソシアネート、ビフェニルイソシアネート及びナフタレンイソシアネート等が挙げられる。
脂環式モノイソシアネートとしては、炭素数7〜11のシクロアルキルイソシアネート等が用いられ、シクロヘキシルイソシアネート、ジシクロヘキシルイソシアネート等が挙げられる。
【0023】
ジイソシアネートとしては、脂肪族ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート及び脂環式ジイソシアネート等が使用できる。
脂肪族ジイソシアネートとしては、炭素数6〜8のアルキレンジイソシアネート等が用いられ、1,4−ジイソシアナトブタン、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)等が挙げられる。
芳香族ジイソシアネートとしては、炭素数8〜15のアリレンジイソシアネート等が用いられ、パラフェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4´−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、キシリレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環式ジイソシアネートとしては、炭素数12〜15のシクロアルキレンジイソシアネート等が用いられ、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水素添加MDI、トランス1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、水素添加TDI、水素添加1,5−ナフタレンジイソシアネート等が挙げられる。
これらのイソシアネートのうち、耐水性及び汚染低減性等の観点から、ジイソシアネートが好ましく、さらに好ましくは1,4−ジイソシアナトブタン、HDI、IPDI、MDI、1,5−ナフタレンジイソシアネート、水素添加MDIであり、製品着色性等の観点から特に好ましくはHDI及びIPDIである。
また、これらモノ、ジイソシアネートに3官能以上のポリイソシアネートを適宜加えて用いてもよい。
【0024】
本発明のポリオキシアルキレン化合物(A)の曇点(℃)は、25〜65が好ましく、さらに好ましくは27〜63、特に好ましくは30〜60、最も好ましくは35〜55である。すなわち、(A)の曇点(℃)は、25以上が好ましく、さらに好ましくは27以上、特に好ましくは30以上、最も好ましくは35以上であり、また65以下が好ましく、さらに好ましくは63以下、特に好ましくは60以下、最も好ましくは55以下である。この範囲であると、汚染低減性及び耐水性がさらに良好となりやすい。
【0025】
なお、曇点とは界面活性剤の親水性/疎水性の尺度となる物性値を意味し、曇点が高いほど親水性が大きいことを表す。そして、本発明において、曇点は、ISO1065−1975(E)、「エチレンオキシド系非イオン界面活性剤−曇り点測定法」の中の「測定法B」に準じて測定されるものである。すなわち、ブチルジグリコール(ブタノールのEO2モル付加物)25重量%水溶液に、試料を10重量%の濃度になるように投入し、均一溶解させる(通常は25℃で溶解するが、溶解しない場合は透明液体になるまで冷却する)。次いでこの試料溶液約5ccを、外径18mm、全長165mm、肉厚約1mmの試験管に採り、さらに直径約6mm、長さ約250mm、2分の1度目盛り付きの温度計を試料溶液に入れて攪拌しながら、1.0±0.2 ℃/minにて昇温するとついには試料溶液が白濁してくる。試料溶液が完全に白濁する温度を読みとり、これを曇点とする。
【0026】
ポリオキシアルキレン化合物(A)は、非還元性の二又は三糖類(a1)、アルキレンオキシド(a2)及びイソシアネート(a3)を反応させて得ることができる。反応させる順としては、▲1▼(a1)と(a2)とを反応させ、この反応生成物(a12)に(a3)を反応させる方法{一般式(1)又は(2)で表されるポリオキシアルキレン化合物を含む反応生成物が得られる}。▲2▼(a1)と(a3)とを反応させ、この反応生成物(a13)に(a2)を反応させる方法等が挙げられる{一般式(3)で表されるポリオキシアルキレン化合物を含む反応生成物が得られる}。▲3▼この他、▲1▼の方法で得られる反応生成物(a123)にさらに(a2)を反応させることもできる{一般式(1)又は(2)で表されるポリオキシアルキレン化合物を含む反応生成物が得られる}。これらのうち、▲2▼及び▲3▼の方法が好ましく、さらに好ましくは▲2▼の方法である。
【0027】
アルキレンオキシドとの反応、すなわち、非還元性の二又は三糖類(a1)とアルキレンオキシド(a2)との反応、(a1)とイソシアネート(a3)との反応生成物(a13)と(a2)との反応、並びに(a1)、(a2)及び(a3)の反応性性物(a123)と(a2)との反応は、アニオン重合、カチオン重合又は配位アニオン重合等のいずれの形式で実施してもよい。また、これらの重合形式は単独でも、重合度等に応じて組み合わせてもよい。
【0028】
アルキレンオキシド(a2)との反応には反応触媒が使用できる。反応触媒としては、通常使用されるアルキレンオキシド付加反応用触媒等が使用でき、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物(水酸化カリウム、水酸化ルビジウム及び水酸化セシウム等)、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属のアルコラート(カリウムメチラート及びセシウムエチラート等)、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の炭酸塩(炭酸カリウム及び炭酸セシウム等)、炭素数3〜24の3級アミン(トリメチルアミン、トリオクチルアミン、トリエチレンジアミン及びテトラメチルエチレンジアミン等)、ルイス酸(塩化第二錫及びトリフッ化ホウ素等)等が用いられる。これらのうち、アルカリ金属の水酸化物及び3級アミンが好ましく、さらに好ましくは水酸化カリウム、水酸化セシウム及びトリメチルアミンである。
【0029】
反応触媒を使用する場合、その使用量(重量%)は、反応終了時の反応生成物の重量に基づいて、0.05〜2が好ましく、さらに好ましくは0.1〜1、特に好ましくは0.2〜0.6である。すなわちこの場合、反応触媒の使用量(重量%)は、反応終了時の反応生成物の重量に基づいて、0.05以上が好ましく、さらに好ましくは0.1以上、特に好ましくは0.2以上であり、また2以下が好ましく、さらに好ましくは1以下、特に好ましくは0.6以下である。なお、反応溶媒として、以下に説明するアミドを用いる場合反応触媒を用いる必要がない。
また、反応触媒は反応生成物から除去することが好ましく、その方法としては、合成アルミノシリケート等のアルカリ吸着剤{例えば、商品名:キョーワード700、協和化学工業(株)製}を用いる方法(特開昭53−123499号公報等)、キシレン又はトルエン等の溶媒に溶かして水洗する方法(特公昭49−14359号公報等)、イオン交換樹脂を用いる方法(特開昭51−23211号公報等)及びアルカリ性触媒を炭酸ガスで中和して生じる炭酸塩を濾過する方法(特公昭52−33000号公報)等が挙げられる。反応触媒の除去の終点としては、JIS K1557−1970に記載のCPR(ControlledPolymerization Rate)値が20以下であることが好ましく、さらに好ましくは10以下、特に好ましくは5以下、最も好ましくは1以下である。
【0030】
アルキレンオキシド(a2)との反応は、加熱、冷却及び撹拌が可能な耐圧性反応容器を用いることが好ましい。反応雰囲気としては、アルキレンオキシド(a2)を反応系に導入する前を真空としたり、または不活性気体(アルゴン、窒素及び二酸化炭素等)の雰囲気とすることが好ましい。また、反応温度(℃)としては80〜150が好ましく、さらに好ましくは90〜130である。反応圧力(ゲージ圧:MPa)は0.8以下が好ましく、さらに好ましくは0.5以下である。反応終点の確認は、次の方法等により行うことができる。すなわち、反応温度を15分間一定に保ったとき、反応圧力(ゲージ圧)の低下が0.001MPa以下となれば反応終点とする。所要反応時間は通常4〜12時間である。
【0031】
イソシアネートとの反応、すなわち、非還元性の二又は三糖類(a1)とアルキレンオキシド(a2)との反応生成物(a12)とイソシアネート(a3)との反応、及び(a1)とイソシアネート(a3)との反応は、付加反応であり、反応速度の小さいイソシアネート(脂肪族若しくは脂環式モノ−若しくはジ−イソシアネート等)との反応の場合、例えばHDI、IPDIであれば、反応時間の短縮を目的として反応触媒を用いることができる。反応触媒としては、ジブチル錫ジラウレート、スタナスオクトエート及びトリエチレンジアミン等が一般的である。なお、反応溶媒として以下に説明するアミドを用いる場合には反応触媒を用いる必要はない。
【0032】
イソシアネート(a3)との反応には、加熱、冷却及び攪拌が可能な密閉容器を用いることができる。反応温度(℃)は、70〜150が好ましく、さらに好ましくは90〜130である。反応雰囲気としては、乾燥した不活性気体雰囲気下が好ましい。反応終点の確認は次の方法等により行うことができる。すなわち、ジ−n−ブチルアミンのジオキサン溶液を用いるイソシアナト基含有量測定法において、イソシアナト基含有量が0.01重量%以下となった時点を反応の終点とする。
【0033】
アルキレンオキシド(a2)との反応及びイソシアネート(a3)との反応には、反応溶媒を用いることができ、これらの反応のうち、非還元性の二又は三糖類(a1)とアルキレンオキシド(a2)との反応工程及び/又は(a1)とイソシアネート(a3)との反応工程は、反応溶媒を用いることが好ましい。
反応溶媒としては、▲1▼活性水素を持たず、▲2▼非還元性の二又は三糖類(a1)、アルキレンオキシド(a2)、(a1)と(a2)との反応生成物(a12)及びイソシアネート(a3)を溶解、(a1)と(a3)との反応生成物(a13)を溶解、又は(a1)、(a2)及び(a3)の反応生成物(a123)を溶解するものであれば使用できる。
【0034】
このような反応溶媒としては、炭素数3〜8のアルキルアミド及び炭素数5〜7の複素環式アミド等が使用できる。アルキルアミドとしては、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチル−N−プロピルアセトアミド及び2−ジメチルアミノアセトアルデヒドジメチルアセタール等が挙げられる。複素環式アミドとしては、N−メチルピロリドン、N−メチル−ε−カプロラクタム及びN,N−ジメチルピロールカルボン酸アミド等が挙げられる。
【0035】
これらのうち、アルキルアミド及びN−メチルピロリドンが好ましく、さらに好ましくはDMF、N,N−ジメチルアセトアミド及びN−メチルピロリドン、特に好ましくはDMF及びN−メチルピロリドン、最も好ましくはDMFである。
反応溶媒を用いる場合、その使用量(重量%)は反応生成物の重量に基づいて、20〜200が好ましく、さらに好ましくは40〜180、特に好ましくは60〜150である。すなわち、この場合、反応溶媒の使用量(重量%)は反応生成物の重量に基づいて、20以上が好ましく、さらに好ましくは40以上、特に好ましくは60以上であり、また200以下が好ましく、さらに好ましくは180以下、特に好ましくは150以下である。
【0036】
反応溶媒を用いた場合、反応溶媒を減圧留去及び必要によりさらに吸着除去することにより除去することが好ましい。
そして、反応溶媒の残存量(重量%)は、ポリオキシアルキレン化合物(A)の重量に基づいて、0.1以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.05以下、特に好ましくは0.01以下である。なお、反応溶媒の残存量は、内部標準物質を用いるガスクロマトグラフィー法にて求めることができる。
減圧留去する場合、200〜5mmHgの減圧下にて100〜150℃にて蒸留する方法等が適用できる。
さらに吸着除去する場合、合成アルミノシリケート等のアルカリ吸着剤{例えば、商品名:キョーワード700、協和化学工業(株)製}を用いて処理する方法等が適用できる。例えば、キョーワード700を用いる場合、アルカリ吸着剤の添加量(重量%)は、ポリオキシアルキレン化合物(A)の重量に基づいて0.1〜10程度、処理温度は60〜120℃程度、処理時間は0.5〜5時間程度である。続いてろ紙等を用いてろ別してアルカリ吸着剤を取り除くことにより、反応溶媒の残存量をさら減少させることができる。
【0037】
本発明の塗料用添加剤には、ポリオキシアルキレン化合物(A)以外の成分として、必要により、粘度調整剤、消泡剤、湿潤剤及び造膜調整剤等を含有させることができる。
粘度調整剤としては、SNシックナー601及び同612(サンノプコ株式会社の商品名)等、消泡剤としてはSNデフォーマー180及び同260(サンノプコ株式会社の商品名)等、湿潤剤としてはSNウエット123及び同980(サンノプコ株式会社の商品名)等、造膜調整剤としてはテキサノール(イーストマンケミカル社製)等が用いられる。なお、含有量としてはいずれも0.1〜30重量%が好ましい。
【0038】
本発明の塗料用添加剤は、水性塗料及び非水性塗料のいずれにも適用することができ、特に水性エマルション塗料に適している。水性エマルション塗料としては、アクリル系、酢酸ビニル系、スチレン系、ハロゲン化オレフィン系、ウレタン系、アクリル−シリコン系又はフッ素系等の塗料が挙げられる。
本発明の塗料用添加剤を塗料へ添加するタイミングとしては、▲1▼顔料を分散するとき、▲2▼分散した顔料に樹脂成分及び各種添加剤を配合するとき、及び▲3▼さらに塗装する直前等があるがそのいずれでもよい。
【0039】
本発明の塗料用添加剤の添加量(重量%)としては、塗料の重量に基づいて、0.1〜5が好ましく、さらに好ましくは0.2〜4.5、特に好ましくは0.5〜4、より特に好ましくは0.7〜3.5、最も好ましくは1〜3である。すなわち、塗料用添加剤の添加量(重量%)は、塗料の重量に基づいて、0.1以上が好ましく、さらに好ましくは0.2以上、特に好ましくは0.5以上、より特に好ましくは0.7以上、最も好ましくは1以上であり、また5以下が好ましく、さらに好ましくは4.5以下、特に好ましくは4以下、より特に好ましくは3.5以下、最も好ましくは3以下である。この範囲であると良好な汚染低減性が得られやすく、さらに塗膜の耐水性に悪影響を与えにくい。
【0040】
本発明の塗料用添加剤を添加した塗料は、通常の方法により被塗装体に塗装することができ、ハケ塗り、ローラー塗装、エアスプレー塗装、エアレス塗装、ロールコーター塗装及びフローコーター塗装等の塗装方法等が適用できる。
【0041】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。汚染低減性{水との接触角(初期及び浸漬処理後)}、耐水性及び屋外暴露試験(白色度の差、−ΔL)の評価結果は表2に記載した。なお、特記しない限り、部は重量部、%は重量%を意味する。
また、塗膜の水との接触角及び汚染低減性の関連についてはよく知られており(官民連帯共同研究「構造物の坊汚技術の開発」、建設省土木研究所化学研究室)、接触角が小さいほど、汚染低減性(耐汚染性、降雨による水滴が表面に付着した汚れを運び去りやすさ)が良好である。
また、試験用塗装片を24時間脱イオン水に浸漬した後に乾燥させ、水との接触角を測定する促進耐久テスト後でも水との接触角が50度以下を保つ塗膜は、汚れが発生し難いとの報告がある{剣持信博、「建築外壁用塗料の表面性状と汚染性」、塗装工学、28、〔4〕147(1993);中家俊和、「建築用汚れ防止塗料の技術開発」、JETI、42、〔5〕8(1994)}。
よって、汚染低減性及びその持続性の指標を水との接触角をもって評価し、併せて屋外暴露試験により塗膜の耐汚染性を白色度測定にて評価した。
【0042】
<塗料及び試験用塗装片の調整>
(1)標準塗料
表1の原料組成にて、グラインディング工程及びレットダウン工程にインペラー型羽根を備えたエクセルオートホモジナイザー(日本精器会社製、モデルED)を用いて塗料とした。得られた塗料はつぶゲージ法(JIS K5400−1990)にて5ミクロン以上の粒の無いことを確認した。
この水性エマルション塗料を、ストマー粘度計(JIS K5400−1990)で77KU(25℃)になるように水で希釈して標準塗料とした。
【0043】
【表1】
【0044】
(2)評価用塗料
標準塗料に、実施例又は比較例で得られた塗料用添加剤を加え、エクセルオートホモジナイザー(インペラー型羽根)を用い、室温(20〜30℃)にて2000rpm、3分間混合して評価用塗料を作成した。
【0045】
(3)試験用塗装片
アセトンで脱脂処理したポリエステルフィルム{商品名:ルミラー75−S10、パナック(株)製、厚さ0.1mmを10×8cmにカットして使用}にウェット時塗膜厚を150μmとして塗布、25℃、60%相対湿度に調整したコントロールルーム(以下、コントロールルームと略す)にて10日間乾燥させて、試験用塗装片とした。
【0046】
<性能評価>
1.水との接触角
試験用塗装片から1×5cmの大きさの試験片を採り、その塗膜の表面に0.02±0.005mLの脱イオン水を滴下する。1分後に水滴の接触角を測定して初期の接触角とした。なお、接触角の測定は協和化学製コンタクトアングルメーターCAAを用いて温調室にて実施した。
【0047】
2.浸漬処理後の接触角(持続性促進試験)
試験用塗装片から2×5cmの大きさの試験片を採り、それをコントロールルーム内にて、24時間脱イオン水に浸漬した後、同室内にて48時間乾燥させる。次いで上記と同様にして水との接触角を測定し、これを浸漬処理後の接触角とした。
【0048】
3.耐水性
試験用塗装片から2×5cmの大きさの試験片を採り、これをコントロールルーム内にて、24時間脱イオン水に浸漬した後、水中より引き揚げ、塗膜表面に発生するブリスターの数及び大きさ等を以下の基準により判定し、これを耐水性の評価とした。
◎:ブリスターなし。
○:直径0.1mm程度のブリスターが若干ある。
△:直径0.5mm以上のブリスターが若干ある。
×:直径0.5mm以上のブリスターが多くある。
【0049】
4.白色度の差(−△L値、屋外暴露試験)
試験用塗装片(10×8cm)をスレート板に両面テープを用いて貼り付け、試験板とした。愛知県東海市の地上高3mの屋外暴露台に塗装面を水平面に対して45度になるようにし、かつ塗装面が真北を向くようにして試験板を設置し、平成13年12月末から平成14年7月上旬までの6ケ月間暴露した。次いで試験用塗装片の表面に付着したゴミ、汚れ等を自重の100%の水を含ませた木綿ウエスにて3回こすり落とし、さらに乾燥木綿ウエスで水気を取り除いた後にL値(白色度)を測定し、値L2を得た。尚このL2から、暴露前の試験用塗装片のL値(L1)を差し引いた値が△Lであり、この絶対値(−△L)を白色度の差と表記した。よって、−△L値は小さいほど耐汚染性が良好であることを示す。測定試験機は日本電色工業(株)製の、SPECTRO COLOR METERMODEL PF−10を用いた。
【0050】
<製造例1>
攪拌、加熱、冷却、滴下、加圧及び減圧の可能な耐圧反応容器に、精製グラニュー糖{台糖(株)製}を342部、DMF{三菱ガス化学(株)製}1000部を投入した後、窒素ガスを用いて、ゲージ圧で4MPaになるまで加圧し0.2MPaになるまで排出する操作(窒素置換)を3回繰り返した。その後攪拌しつつ100℃まで昇温し、次いで同温度にてPO696部を6時間かけて滴下し、さらに同温度にて4時間攪拌を続けて残存するPOを反応させた。次いで120℃にて100〜10mmHgの減圧下にてDMFを除去し、蔗糖/PO12モル付加物(S1)を得た。ガスクロマトグラフィー法によるDMF含有量は0.01%、ブチルジグリコール25重量%水溶液によるサンプル濃度10重量%法での曇点は88.0℃であった。
【0051】
<製造例2>
製造例1と同じ耐圧反応容器に、蔗糖/PO12モル付加物(S1)1038部、水酸化カリウム6.0部(試薬特級、以下同じ)を加え、130℃にて1時間20〜10mmHgの減圧下にて脱水した。次いで110℃まで冷却してPO1914部を同温度にて、6時間かけて滴下し、さらに4時間、同温度に保ち残存するPOを反応させた。次いで90℃まで冷却した後、イオン交換水8.0部、キョーワード700{協和化学工業(株)の商品名}70部を加え、90℃にて1時間攪拌した。引き続いて同温度にて吸引瓶、ヌッチェ及びNo.2濾紙{東洋濾紙(株)製}を用いて濾過することにより、キョワード700を除去した。さらに100〜10mmHgの減圧下120℃にて1時間脱水処理して、蔗糖/PO45モル付加物(S2)を得た。DMF含有量は0.002%、JISK1557−1970に準じた測定法によるCPRは3.2、曇点は46.5℃であった。
【0052】
<製造例3>
製造例1と同じ耐圧反応容器に、蔗糖/PO12モル付加物(S1)1038部、水酸化カリウム9.5部を加え、130℃にて1時間20〜10mmHgの減圧下にて脱水した。次いで110℃まで冷却してPO3248部を同温度にて、10時間かけて滴下し、さらに4時間同温度に保ち残存するPOを反応させた。引き続き製造例2と同様に処理して蔗糖/PO68モル付加物(S3)を得た。DMF含有量は0.001%、CPRは2.0であった。
【0053】
<製造例4>
製造例1と同じ耐圧反応容器に、精製グラニュー糖342部、DMF1000部を加え、製造例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。その後攪拌しつつ100℃まで昇温し、同温度にて220部のEOを、次いで1450部のPOを11時間かけて滴下し、さらに4時間、同温度に保ち残存するPOを反応させた。次いで製造例1と同様にしてDMFを除去し、蔗糖/EO5モル/PO25モル付加物(S4)を得た。DMF含有量は0.009%であった。
【0054】
<製造例5>
製造例1と同じ耐圧反応容器に、ラフィノース{試薬特級、和光純薬工業(株)製}504部、N−メチルピロリドン{試薬特級、和光純薬工業(株)製}1000部を加え、製造例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。
その後攪拌しつつ100℃まで昇温し、同温度にて1740部のPO、次いで2モルのBOを11時間かけて滴下し、さらに4時間、同温度に保ち残存するPO、BOを反応させた。次いで製造例1と同様にしてN−メチルピロリドンを除去し、ラフィノース/PO30モル/BO2モル付加物(S5)を得た。ガスクロマトグラフィー法によるN−メチルピロリドン含有量は0.01%であった。
【0055】
<製造例6>
製造例1と同じ耐圧反応容器に、メレチトース{試薬特級、東京化成工業(株)製}504部、DMF1000部、HDI{三井武田ケミカル(株)製、商品名:タケネート700}0.4モル(67.2部)を加え、製造例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。その後攪拌しつつ1時間で120℃まで昇温した。同温度にて20時間攪拌を続けた後、ジ−n−ブチルアミンのジオキサン溶液を用いるイソシアナト基含有量測定法において、イソシアナト基含有量が0.01重量%以下となった時点を反応の終点とした(以下、同様)。次いで100℃まで冷却後、攪拌しつつ2320部のPOを11時間かけて滴下し、さらに4時間、同温度に保ち残存するPOを反応させた。次いで製造例1と同様にしてDMFを除去し、メレチトースのHDI0.4モル連結体/PO40モル付加物(S6)を得た。(S6)の曇点は42.0℃、DMF含有量は0.008%であった。
【0056】
<比較製造例7>
製造例1と同じ耐圧反応容器に、ペンタエリスリトール{試薬特級、和光純薬工業(株)製}136部、DMF1000部を加え、製造例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。その後攪拌しつつ100℃まで昇温し、同温度にて220部のEOを、続いて1450部のPOを10時間かけて滴下し、次いで4時間、同温度に保ち残存するPOを反応させた。次いで製造例1と同様にしてDMFを除去し、ペンタエリスリトール/EO5モル/PO25モル付加物(S7)を得た。(S7)の曇点は48.5℃、DMF含有量は0.004%であった。
【0057】
<実施例1>
加熱、冷却、攪拌及び密閉が可能な耐圧反応容器に、製造例1で得た蔗糖/PO12モル付加物(S1)1モル(1038部)を仕込み、20〜10mmHgの減圧下100℃にて1時間脱水した。ついで50℃まで冷却後HDIの0.7モル(118部)を加え、製造例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。その後攪拌しつつ1時間で120℃まで昇温し、同温度にて12時間攪拌を続けた後にイソシアナト基の消失を確認して、ポリオキシアルキレン化合物(A1)を得た。(A1)の曇点は62.0℃、DMF含有量は0.007%であった。(A1)を本発明の塗料用添加剤(1)とした。
標準塗料及び塗料用添加剤(1)を用いて、(1)の含有量が4.5%である評価用塗料1を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片1を作成した。
【0058】
<実施例2>
製造例2で得た(S2)1モル(2952部)を実施例1と同じ耐圧反応容器に仕込み、20〜10mmHgの減圧下100℃にて1時間脱水した。ついで50℃まで冷却後IPDI{住友バイエルウレタン(株)製、商品名:デスモジュールI}100部(0.45モル)を加え、製造例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。その後攪拌しつつ1時間で120℃まで昇温し、同温度にて13時間攪拌を続けた後にイソシアナト基の消失を確認し、ポリオキシアルキレン化合物(A2)を得た。(A2)の曇点は42.0℃、DMF含有量0.002%であった。(A2)を本発明の塗料用添加剤(2)とした。
標準塗料及び塗料用添加剤(2)を用いて、(2)の含有量が3.0%である評価用塗料2を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片2を作成した。
【0059】
<実施例3>
製造例3で得た(S3)1モル(4286部)を実施例1と同じ耐圧反応容器に仕込み、20〜10mmHgの減圧下100℃にて1時間脱水した。ついで50℃まで冷却した後、50部0.2モルのMDI{住友バイエルウレタン(株)製、商品名:スミジュール 44S}を加え、製造例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。その後攪拌しつつ昇温し、100℃にて5時間攪拌を続けた後にイソシアナト基の消失を確認し、ポリオキシアルキレン化合物(A3)を得た。(A3)の曇点は32.0℃、DMF含有量は0.0007%であった。(A3)を本発明の塗料用添加剤(3)とした。
標準塗料及び塗料用添加剤(3)を用いて、(3)の含有量が1.0%である評価用塗料3を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片3を作成した。
【0060】
<実施例4>
製造例4で得た(S4)1モル(2012部)を実施例1と同じ耐圧反応容器に仕込み、20〜10mmHgの減圧下100℃にて1時間脱水した。ついで50℃まで冷却後110部(0.65モル)のHDI、及び5部(0.05モル)のブチルイソシアネート{試薬特級、和光純薬工業(株)製}を加え、実施例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。その後攪拌しつつ1時間で120℃まで昇温し、同温度にて15時間攪拌を続けた後にイソシアナト基の消失を確認し、ポリオキシアルキレン化合物(A4)を得た。(A4)の曇点は38.0℃、DMF含有量は0.005%であった。(A4)を本発明の塗料用添加剤(4)とした。
標準塗料及び塗料用添加剤(4)を用いて、(4)の含有量が2.0%である評価用塗料4を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片4を作成した。
【0061】
<実施例5>
製造例5で得た(S5)1モル(2384部)を実施例1と同じ耐圧反応容器に仕込み、20〜10mmHgの減圧下100℃にて1時間脱水した。ついで50℃まで冷却後、84部(0.5モル)のHDIを加え、実施例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。その後攪拌しつつ1時間で120℃まで昇温し、同温度にて12時間攪拌を続けた後にイソシアナト基の消失を確認し、ポリオキシアルキレン化合物(A5)を得た。(A5)の曇点は36.5℃、N−メチルピロリドン含有量は0.009%であった。(A5)を本発明の塗料用添加剤(5)とした。
標準塗料及び塗料用添加剤(5)を用いて、(5)の含有量が0.5%である評価用塗料5を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片5を作成した。
【0062】
<実施例6>
製造例6で得た(S6)をそのまま本発明の塗料用添加剤(6)として用いた。 標準塗料及び塗料用添加剤(6)を用い、(6)の含有量が1.0%である評価用塗料6を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片6を作成した。
【0063】
<実施例7>
製造例6で得た(S6)900部と、SNシックナー601(サンノプコ株式会社製粘度調整剤)100部及びSNデフォーマー260(サンノプコ株式会社製消泡剤)100部とを均一混合撹拌して、本発明の塗料用添加剤(7)を調整した。(7)のDMF含有量は0.006%であった。
標準塗料及び塗料用添加剤(7)を用いて、(7)の含有量が2.5%である評価用塗料7を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片7を作成した。
【0064】
<比較例1>
標準塗料をそのまま比較例1の評価用塗料として用い、試験用塗装片11を作成した。
【0065】
<比較例2>
製造例1で得た(S1)をそのまま比較用の塗料用添加剤(8)とした。(8)と標準塗料とを用い、(8)の含有量が2.0%である評価用塗料12を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片12を作成した。
【0066】
<比較例3>
製造例2で得た(S2)をそのまま比較用の塗料用添加剤(9)とした。(9)と標準塗料とを用い、(9)の含有量が2.0%である評価用塗料13を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片13を作成した。
【0067】
<比較例4>
製造例7で得た(S7)をそのまま比較用の塗料用添加剤(10)とした。(10)と標準塗料とを用い、(10)の含有量が2.0%である評価用塗料14を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片14を作成した。
【0068】
<比較例5>
製造例7で得た(S7)1モル(1806部)を実施例1と同じ耐圧反応容器に仕込み、10〜50mmHgの減圧下100℃にて1時間脱水した。ついで50℃まで冷却した後、112部(0.67モル)のHDIを加え実施例1と同様の方法で窒素置換を3回繰り返した。その後攪拌しつつ1時間で120℃まで昇温し、同温度にて15時間攪拌を続けた後にイソシアナト基の消失を確認し、ポリオキシアルキレン化合物を得た。このポリオキシアルキレン化合物の曇点は41.5℃、DMF含有量は0.002%であった。このポリオキシアルキレン化合物を比較用の塗料用添加剤(11)とした。
標準塗料及び塗料用添加剤(11)を用い、(11)の含有量が2.0%である評価用塗料15を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片15を作成した。
【0069】
<比較例6>
SNウエット970{サンノプコ(株)製、アニオン系活性剤}を比較用の塗料用添加剤(12)とした。(12)と標準塗料を用い、(12)の含有量が3.0%である評価用塗料16を調整し、さらにこれを用いて試験塗装片16を作成した。
【0070】
【表2】
【0071】
表2から、本発明の塗料用添加剤(実施例1〜7)は、比較例1〜6に比べて水との接触角(初期及び浸漬処理後)及び白色度の差が極めて小さく、汚染低減性及びその持続性が極めて高いことが認められる。また、本発明の塗料用添加剤は、耐水性も良好であり、本来の塗料のもつ特性を低減させないことがわかる。
【0072】
【発明の効果】
本発明の塗料用添加剤は、水との接触角(初期及び浸漬処理後)及び白色度の差が極めて小さく、汚染低減性及びその持続性に極めて優れていると共に、耐水性も良好であり、本来の塗料のもつ特性を低減させない。すなわち、本発明の塗料用添加剤は、耐水性及び汚染低減性に優れた塗膜を形成することができる。そして、本発明の塗料用添加剤は、少ない使用量でも極めて効果的である。特に外壁等の屋外に塗装される水性エマルション塗料に極めて有用である。
Claims (8)
- 非還元性の二又は三糖類の反応残基(Q)が蔗糖の反応残基である請求項1に記載の添加剤。
- イソシアネートの反応残基(L)がジイソシアネートの反応残基である請求項1又は2に記載の添加剤。
- ポリオキシアルキレン化合物(A)を必須成分としてなる塗料用添加剤において、(A)が、非還元性の二又は三糖類(a1)1モル部、炭素数2〜4のアルキレンオキシド(a2)10〜80モル部及びイソシアネート(a3)0.1〜0.8モル部の化学反応により製造され得る構造を有することを特徴とする塗料用添加剤。
- ブチルジグリコール25重量%水溶液によるサンプル濃度10重量%法でのポリオキシアルキレン化合物(A)の曇点が25〜65℃である請求項1〜4のいずれかに記載の添加剤。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の添加剤を塗料の重量に基づいて0.1〜5重量%含有してなる塗料。
- 非還元性の二又は三糖類(a1)、炭素数2〜4のアルキレンオキシド(a2)及びイソシアネート(a3)を反応させて塗料用添加剤を製造する方法であって、(a1)と(a2)との反応工程及び/又は(a1)と(a3)との反応工程をアミドの存在下で行うことを特徴とする塗料用添加剤の製造方法。
- アミドがN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、2−(ジメチルアミノ)アセトアルデヒドジメチルアセタール及びN−メチルピロリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項7に記載の製造方法。
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