JP5893398B2 - Silicon-containing treatment agent and water repellent film - Google Patents

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Description

本発明は、光学的透明性を有し、耐光性、耐熱性、耐化学安定性に優れた撥水膜が容易に形成可能なケイ素含有処理剤、及びその製造方法に関する。更には、ケイ素含有処理剤を用いた撥水膜に関する。   The present invention relates to a silicon-containing treatment agent having optical transparency and capable of easily forming a water-repellent film having excellent light resistance, heat resistance, and chemical stability, and a method for producing the same. Furthermore, the present invention relates to a water repellent film using a silicon-containing treatment agent.

従来、各種基材表面に塗布され撥水撥油性付与剤として、基板をフルオロアルキルアルコキシシラン化合物もしくはアルキルアルコキシシラン化合物の溶液中に浸漬し、加熱処理を行なうことにより、フルオロアルキルシラン基もしくはアルキルシラン基を有する被膜を形成する方法が特許文献1に開示されている。特許文献1で示されている撥水撥油性付与剤は、フルオロアルキルアルコキシシラン化合物又はアルキルアルコキシシラン化合物を単独で用いて加熱処理するもので、シラン化合物はモノマーを用いて、加熱処理よりポリオキシシランにするものである。   Conventionally, as a water and oil repellency imparting agent applied to various substrate surfaces, a substrate is immersed in a solution of a fluoroalkylalkoxysilane compound or an alkylalkoxysilane compound and subjected to a heat treatment to obtain a fluoroalkylsilane group or an alkylsilane. Patent Document 1 discloses a method for forming a film having a group. The water / oil repellency imparting agent shown in Patent Document 1 is a heat treatment using a fluoroalkylalkoxysilane compound or an alkylalkoxysilane compound alone, and the silane compound is a polyoxygen than a heat treatment using a monomer. This is what makes silane.

また、特許文献2には、パーフルオロアルキルアルコキシシランとポリシロキサン誘導体を表面被覆処理する事で撥水及び撥油性を有する化粧料用顔料が形成できることが開示されている。実施例2においても、用いられているフルオロアルキルアルコキシシランは、モノマーが用いられている。   Patent Document 2 discloses that cosmetic pigments having water repellency and oil repellency can be formed by subjecting a perfluoroalkylalkoxysilane and a polysiloxane derivative to a surface coating treatment. Also in Example 2, a monomer is used for the fluoroalkylalkoxysilane used.

以上のように、フルオロアルキルアルコキシシランのモノマーを用いた処理剤では、パーフルオロアルキル基を含む側鎖が均一にならずに十分な撥水性能が出せないという課題があった。   As described above, the treatment agent using the fluoroalkylalkoxysilane monomer has a problem that the side chain containing the perfluoroalkyl group is not uniform and sufficient water repellency cannot be obtained.

また、特許文献3は、炭化フッ素基含有アルコキシシラン類とアルキルアルコキシシラン類及びアルキルシリケート類を混合したものであり、その形成物はパーフルオロアルキル基を含む側鎖が均一にならずに十分な撥水性能が出ないという上記と同様の課題があった。   Further, Patent Document 3 is a mixture of a fluorocarbon group-containing alkoxysilane, an alkylalkoxysilane, and an alkylsilicate, and the formed product is sufficient because the side chain containing a perfluoroalkyl group is not uniform. There was a problem similar to the above in that water repellency was not achieved.

特開2002-105661JP2002-105661 特開2007-91638JP2007-91638 特開2008-38086JP2008-38086

本発明は上記の課題を解決するもので、フルオロアルキルアルコキシシランをモノマーで用いることなく、光学的透明性を有し、耐光性、耐熱性、耐化学安定性に優れた撥水膜が容易に形成可能なケイ素含有処理剤を提供することを目的とする。また、光学的透明性、耐光性、耐熱性、耐化学安定性に優れた撥水膜の提供を目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problem, and without using a fluoroalkylalkoxysilane as a monomer, it has optical transparency, and a water repellent film excellent in light resistance, heat resistance, and chemical stability can be easily obtained. An object is to provide a silicon-containing treatment agent that can be formed. It is another object of the present invention to provide a water-repellent film excellent in optical transparency, light resistance, heat resistance, and chemical stability.

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、側鎖としてアルコキシ基及びペルフルオロアルキル基を含む側鎖からなるポリシロキサンを含むことを特徴とする本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明のケイ素含有処理剤は、以下のことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research, and as a result, have completed the present invention characterized in that it contains a polysiloxane comprising a side chain containing an alkoxy group and a perfluoroalkyl group as a side chain. It came.
That is, the silicon-containing treatment agent of the present invention is characterized by the following.

[1]主鎖のケイ素に側鎖としてアルコキシ基及びペルフルオロアルキル基を含む側鎖が結合してなるポリシロキサンを含むことを特徴とするケイ素含有処理剤。
[2]前記ペルフルオロアルキル基を含む側鎖が、構造式C2X+1(1≦x≦6)で表されるペルフルオロアルキル基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)であることを特徴とする前記[1]に記載のケイ素含有処理剤。
[3]前記ポリシロキサンが、化学式1又は2(Rは炭素数1から6のペルフルオロアルキル基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)、Rはアルキル基、Rはアルキル基又はアルコキシシロキシル基、m及びnは1以上の整数で、m≦n、4≦m+n≦20)で表されるポリシロキサンであることを特徴とする前記[1]又は[2]に記載のケイ素含有処理剤

Figure 0005893398

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[4]前記ポリシロキサンに加えて、主鎖のケイ素に側鎖としてアルコキシ基及び反応性官能基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)が結合したポリシロキサンを含むことを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれかに記載のケイ素含有処理剤
[5]前記主鎖のケイ素に側鎖としてアルコキシ基及び反応性官能基を含むアルキルシロキシル基が結合したポリシロキサンが、化学式3又は4(Rrは反応性官能基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)、Rはアルキル基、Rはアルキル基又はアルコキシシロキシル基、mは1以上の整数、nは0又は1以上の整数で、1≦m+n≦20)で表されるポリシロキサンであることを特徴とする前記[4]に記載のケイ素含有処理剤
Figure 0005893398

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[6]前記[1]から[5]のいずれかに記載のケイ素含有処理剤を基材表面に塗布してなる撥水膜 [1] A silicon-containing treatment agent comprising a polysiloxane formed by bonding a side chain containing an alkoxy group and a perfluoroalkyl group as a side chain to silicon of a main chain.
[2] An alkylsiloxyl group in which the side chain containing the perfluoroalkyl group includes a perfluoroalkyl group represented by the structural formula C X F 2X + 1 (1 ≦ x ≦ 6) (a part of the alkylsiloxyl group is an alkyl group) The silicon-containing treatment agent according to [1], wherein the silicon-containing treatment agent is.
[3] The polysiloxane is represented by chemical formula 1 or 2 (R f is an alkylsiloxyl group containing a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms (including a part of the alkylsiloxyl group is an alkyl group), R Is an alkyl group, R 1 is an alkyl group or an alkoxysiloxyl group, m and n are integers of 1 or more, and is a polysiloxane represented by m ≦ n, 4 ≦ m + n ≦ 20) The silicon-containing treatment agent according to [1] or [2]
Figure 0005893398

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[4] In addition to the polysiloxane, an alkylsiloxyl group containing an alkoxy group and a reactive functional group as a side chain (including those in which a part of the alkylsiloxyl group is an alkyl group) is bonded to silicon of the main chain. [5] The silicon-containing treating agent according to any one of [1] to [3], wherein the main chain silicon includes an alkoxy group and a reactive functional group as a side chain. A polysiloxane to which a siloxyl group is bonded is represented by chemical formula 3 or 4 (R r is an alkylsiloxyl group containing a reactive functional group (including a part of the alkylsiloxyl group is an alkyl group), and R is an alkyl group. , characterized in that R 1 is an alkyl group or an alkoxyalkyl siloxyl group, m is an integer of 1 or more, n represents 0 or an integer of 1 or more, a polysiloxane represented by 1 ≦ m + n ≦ 20) Silicon-containing treatment agent according to [4] to
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[6] A water-repellent film formed by applying the silicon-containing treatment agent according to any one of [1] to [5] to a substrate surface

本発明のケイ素系処理剤は、その化学構造により、容易に均質な撥水膜を形成可能である。すなわち、本発明のケイ素系処理剤を基材表面に塗布した場合、自己組織化によってアルコキシ基が基材側に組織化されペルフルオロアルキル基が膜の表面側に配列するために良好な撥水性能を有する撥水膜を形成することが可能である。そして、その主成分かケイ素化合物であるため、光学的透明性を有し、耐光性、耐熱性、耐化学安定性に優れた撥水膜が形成可能である。   The silicon-based treatment agent of the present invention can easily form a homogeneous water-repellent film due to its chemical structure. That is, when the silicon-based treatment agent of the present invention is applied to the substrate surface, the alkoxy groups are organized on the substrate side by self-organization, and the perfluoroalkyl groups are arranged on the surface side of the film, so that the water repellent performance is good. It is possible to form a water repellent film having Since the main component is a silicon compound, it is possible to form a water-repellent film having optical transparency and excellent light resistance, heat resistance, and chemical stability.

また、重合性官能基を含む化学式3及び4の化合物を共存させることにより、基材とケイ素組成物への親和性を付与することが可能となり、有機系基材へも容易に均質な撥水膜を単一工程で形成可能である。すなわち、この場合も本発明のケイ素系処理剤の自己組織化が生じ、形成する膜表面側にペルフルオロアルキル基が配置されるようになり、本発明のケイ素系処理剤を基材表面に塗布するだけで簡便に傾斜膜を形成することが可能である。   In addition, the coexistence of the compounds of Chemical Formulas 3 and 4 containing a polymerizable functional group makes it possible to impart affinity to the base material and the silicon composition, and it is easy to obtain uniform water repellency even on organic base materials. The film can be formed in a single step. That is, also in this case, the self-organization of the silicon-based treatment agent of the present invention occurs, and a perfluoroalkyl group is arranged on the surface of the film to be formed, and the silicon-based treatment agent of the present invention is applied to the substrate surface. It is possible to form a tilted film simply by simply.

さらに、炭素数が6以下のペルフルオロアルキル基含有フッ素系重合体を用いれば、パーフルオロアルキル基を有するフッ素系重合体の分解によりパーフルオロオクタン酸(PFOA)を生成することがなく、PFOAの生体への蓄積性の懸念等の環境への影響をより改善できるという効果もある。   Furthermore, when a perfluoroalkyl group-containing fluoropolymer having 6 or less carbon atoms is used, perfluorooctanoic acid (PFOA) is not generated by decomposition of the fluoropolymer having a perfluoroalkyl group, and the PFOA biological There is also an effect that the influence on the environment such as the possibility of accumulation in the environment can be improved.

実施例1の生成物としてポリシロキサンの29Si−NMRスペクトル 29 Si-NMR spectrum of polysiloxane as the product of Example 1 ノナフルオロヘキシルトリメトキシシランの29Si−NMRスペクトル 29 Si-NMR spectrum of nonafluorohexyltrimethoxysilane 実施例3の生成物としてポリシロキサンの29Si−NMRスペクトル 29 Si-NMR spectrum of polysiloxane as product of Example 3 メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの29Si−NMRスペクトル 29 Si-NMR spectrum of methacryloxypropyltrimethoxysilane

次に、本発明のケイ素含有処理剤およびそれを用いた撥水膜の具体的な実施の形態について説明する。   Next, specific embodiments of the silicon-containing treatment agent of the present invention and a water-repellent film using the same will be described.

本発明のケイ素含有処理剤は、主鎖のケイ素に側鎖としてペルフルオロアルキル基を含む側鎖が結合してなるポリシロキサンを含むものであれば、特に限定されないが、環境への配慮という点では、前記ペルフルオロアルキル基を含む側鎖が、炭素数6以下のペルフルオロアルキル基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)であることが好ましい。   The silicon-containing treatment agent of the present invention is not particularly limited as long as it contains a polysiloxane formed by bonding a side chain containing a perfluoroalkyl group as a side chain to the main chain silicon, but in terms of environmental considerations. The side chain containing the perfluoroalkyl group is preferably an alkylsiloxyl group containing a perfluoroalkyl group having 6 or less carbon atoms (including a part of the alkylsiloxyl group being an alkyl group).

本発明のケイ素含有処理剤は、前記のポリシロキサンを含むものであるが、前記のポリシロキサンそのものであっても良いし、前記のポリシロキサン以外にアルコキシシラン重合体、前記化学式3又は4の化合物を含む官能基で置換されたアルコキシシラン重合体等各種アルコキシシラン重合体及び各種アルコシラン重合体等の化合物を含んでいても良い。そして、これらのものが溶剤に溶かされた溶液であっても良い。   The silicon-containing treatment agent of the present invention contains the above polysiloxane, but may be the above polysiloxane itself, or may contain an alkoxysilane polymer and the compound represented by Formula 3 or 4 in addition to the above polysiloxane. It may contain compounds such as various alkoxysilane polymers such as alkoxysilane polymers substituted with functional groups and various alcosilane polymers. And the solution in which these things were melt | dissolved in the solvent may be sufficient.

前記炭素数6以下のペルフルオロアルキル基を含むアルキルシロキシル基を導入するポリシロキサンの主鎖は、直鎖、分岐、環状であってもよく、特に問わない。   The main chain of the polysiloxane into which the alkylsiloxyl group containing a perfluoroalkyl group having 6 or less carbon atoms is introduced may be linear, branched or cyclic, and is not particularly limited.

本発明の本発明のケイ素含有処理剤をより具体的に説明すると、前記化学式(1)又は(2)を含むケイ素含有処理剤である。   More specifically, the silicon-containing treatment agent of the present invention is a silicon-containing treatment agent containing the chemical formula (1) or (2).

前記化学式(1)又は(2)中の、Rは炭素数1から6のペルフルオロアルキル基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)、Rはアルキル基、Rはアルキル基又はアルコキシシロキシル基、m≦n、4≦m+n≦20である。 In the chemical formula (1) or (2), R f is an alkylsiloxyl group containing a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms (including a part of the alkylsiloxyl group is an alkyl group), and R is An alkyl group, R 1 is an alkyl group or an alkoxysiloxyl group, m ≦ n, 4 ≦ m + n ≦ 20.

前記炭素数6以下のペルフルオロアルキル基を含むアルキルシロキシル基及びRにおいて、アルキルシロキシル基がアルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含むアルキルシロキシル基である場合とは、本発明のポリシロキサンを製造する過程において、主鎖のケイ素に副反応でアルキルシロキシル基ではなくアルキル基が結合する可能性がある場合があるからである。
アルキルシロキシル基の一部にアルキル基が導入されたとしても、末端にはペルフルオロアルキル基が結合しており、本発明のケイ素含有処理剤としての効果には全く変わりがない。
In the alkylsiloxyl group containing a perfluoroalkyl group having 6 or less carbon atoms and R f , the alkylsiloxyl group is an alkylsiloxyl group including a part of the alkylsiloxyl group being an alkyl group. This is because, in the process of producing the polysiloxane of the present invention, there is a possibility that an alkyl group may be bonded to the main chain silicon instead of an alkylsiloxyl group as a side reaction.
Even if an alkyl group is introduced into a part of the alkylsiloxyl group, a perfluoroalkyl group is bonded to the terminal, and the effect as the silicon-containing treatment agent of the present invention is not changed at all.

前記Rは、化学式5で表されるペルフルオロアルキル基を末端に有するアルキルシロキシル基(化学式6)であり、化学式5及び化学式6中のxは1から6が好ましい。7を越えると最終形成物の分解物としてペルフルオロアルキル酸が形成するために好ましくない。また、化学式5及び化学式6中のyは、xとの関係で決まるため特に限定されないが、0から5が好ましい。 R f is an alkylsiloxyl group (Chemical Formula 6) having a perfluoroalkyl group represented by Chemical Formula 5 at its end, and x in Chemical Formula 5 and Chemical Formula 6 is preferably 1-6. If it exceeds 7, perfluoroalkyl acid is formed as a decomposition product of the final product, which is not preferable. Further, y in Chemical Formula 5 and Chemical Formula 6 is not particularly limited because it is determined by the relationship with x, but 0 to 5 is preferable.

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化学式6中で、R及びRはアルキル基、アルコキシル基及びフルオロアルキルシロキシル基のいずれかであり、RとRは同じでも異なっても構わない。 In Chemical Formula 6, R 2 and R 3 are any of an alkyl group, an alkoxyl group, and a fluoroalkylsiloxyl group, and R 2 and R 3 may be the same or different.

前記化学式1及び2の重合度(m+n)は、塗布液として用いる溶剤に可溶であれば特に限定されないが、4から20が好ましい。4より小さい場合、本発明の重合性ケイ素系化合物を構成することが困難となる。20を越えると溶解性の低下など取り扱い上の問題が発生する可能性があるため、20で十分である。   The degree of polymerization (m + n) in Chemical Formulas 1 and 2 is not particularly limited as long as it is soluble in the solvent used as the coating solution, but is preferably 4 to 20. When it is smaller than 4, it becomes difficult to constitute the polymerizable silicon compound of the present invention. If it exceeds 20, problems in handling such as a decrease in solubility may occur, so 20 is sufficient.

基が導入されたシロキサン部と未導入シロキサン部の量比(化学式1及び2のm/n比)は特に限定されないが、好ましくはm≦nである。また、R基が導入されたシロキサン部と未導入シロキサン部は、各々が交互に連続して存在してもブロックとして存在しても構わないが、できるだけ、未導入シロキサン部に対してR基が導入されたシロキサン部が均一に存在することが好ましい。 The amount ratio (m / n ratio of the chemical formulas 1 and 2) of the siloxane part into which the R f group is introduced and the non-introduced siloxane part is not particularly limited, but preferably m ≦ n. The siloxane unit the R f group has been introduced and not installed siloxane unit is may be present as a block be present continuously each alternately, as much as possible, R f with respect to non-introducing siloxane unit It is preferable that the siloxane part into which the group is introduced is present uniformly.

本発明のケイ素系処理剤に含まれるポリシロキサンは、アルコキシシラン又はアルコキシシラン重合体とフルオロアルキルアルコキシシランとの反応により合成される。具体的には、フルオロアルキルアルコキシシラン溶液へ水を添加することでアルコキシル基の部分加水分解を行った後、アルコキシシラン又はアルコキシシラン重合体又はその溶液と混合することで、ケイ素系処理剤を構成するペルフルオロアルキル基を含む側鎖が結合したポリシロキサンが得られる。   The polysiloxane contained in the silicon-based treatment agent of the present invention is synthesized by a reaction between an alkoxysilane or an alkoxysilane polymer and a fluoroalkylalkoxysilane. Specifically, after partially hydrolyzing an alkoxyl group by adding water to a fluoroalkylalkoxysilane solution, a silicon-based treatment agent is formed by mixing with an alkoxysilane or an alkoxysilane polymer or a solution thereof. To obtain a polysiloxane having a side chain containing a perfluoroalkyl group bonded thereto.

反応溶剤としては、原料及び生成物が可能又は分散可能であれば特に限定されないが、好ましくは下記の溶剤が用いられる。   The reaction solvent is not particularly limited as long as the raw materials and products are possible or dispersible, but the following solvents are preferably used.

すなわち、好ましく使用される溶剤としては、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン等の芳香族系溶剤、ヘキサン、ペンタン、オクタン、シクロヘキサン等の炭化水素系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸プロピル等のエステル系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル系溶剤、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、t−ブタノール等のアルコール系溶剤、グリコール、グリセロール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのグリコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールジアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコール−α−モノメチルエーテル、プロピレングリコール−α−モノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−α−アセテートなどのグリコール誘導体などが用いられる。   That is, preferable solvents include aromatic solvents such as benzene, toluene, ethylbenzene and xylene, hydrocarbon solvents such as hexane, pentane, octane and cyclohexane, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, ethyl acetate and acetic acid. Ester solvents such as propyl, cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, alcohol solvents such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol and t-butanol, glycol, glycerol, Glycols such as diethylene glycol and triethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl Ether, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol diacetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol-α-monomethyl ether, propylene glycol-α-monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol-α-acetate Glycol derivatives such as are used.

フルオロアルキルアルコキシシランの部分加水分解は、フルオロアルキルアルコキシシランを1〜60重量%の割合で上記溶剤に溶かした溶液中に、1から2モル倍の水を添加することによって行うことが好ましい。より好ましい水の添加量は、1.1から1.5モル倍である。水の添加量が少なければ十分な加水分解が進行せずに、目的とする側鎖としてアルコキシ基及びペルフルオロアルキル基を含む側鎖からなるポリシロキサンを効率よく形成することができない。水の添加量が多い場合、フルオロアルキルアルコキシシラン間での重縮合が進行し、側鎖としてアルコキシ基及びペルフルオロアルキル基を含む側鎖からなるポリシロキサンを効率よく形成することができない。   The partial hydrolysis of the fluoroalkylalkoxysilane is preferably performed by adding 1 to 2 moles of water to a solution obtained by dissolving the fluoroalkylalkoxysilane in the above solvent at a ratio of 1 to 60% by weight. A more preferable amount of water added is 1.1 to 1.5 mole times. If the amount of water added is small, sufficient hydrolysis will not proceed, and a polysiloxane composed of a side chain containing an alkoxy group and a perfluoroalkyl group as the target side chain cannot be efficiently formed. When the amount of water added is large, polycondensation between fluoroalkylalkoxysilanes proceeds, and polysiloxanes composed of side chains containing alkoxy groups and perfluoroalkyl groups as side chains cannot be efficiently formed.

上記加水分解は、水を添加するだけでも進行するが、触媒を併用することが好ましい。触媒として、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの鉱酸、蟻酸、酢酸などの有機酸、アンモニア、アミン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの塩基が用いられる。
触媒の使用量は、水溶液として0.005から5M程度の濃度として用いることが好ましい。
The hydrolysis proceeds only by adding water, but it is preferable to use a catalyst in combination. As the catalyst, mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, organic acids such as formic acid and acetic acid, bases such as ammonia, amine, sodium hydroxide and potassium hydroxide are used.
The catalyst is preferably used in an aqueous solution with a concentration of about 0.005 to 5M.

フルオロアルキルアルコキシシランの加水分解の反応時間は、フルオロアルキルアルコキシシランの加水分解が進行し、形成した水酸基が安定に存在可能な時間であれば特に限定されないが、10分から2時間が好ましい。より好ましくは15分から1時間である。   The reaction time for the hydrolysis of the fluoroalkylalkoxysilane is not particularly limited as long as the hydrolysis of the fluoroalkylalkoxysilane proceeds and the formed hydroxyl group can exist stably, but it is preferably 10 minutes to 2 hours. More preferably, it is 15 minutes to 1 hour.

反応温度は、フルオロアルキルアルコキシシランの加水分解が進行し、形成した水酸基が安定に存在可能な温度であれば特に限定されないが、好ましくは0から50℃の範囲が好ましい。   The reaction temperature is not particularly limited as long as hydrolysis of the fluoroalkylalkoxysilane proceeds and the formed hydroxyl group can exist stably, but a range of 0 to 50 ° C. is preferable.

本発明に用いられるフルオロアルキルアルコキシシランとしては、ケイ素に1つのパーフルオロアルキル基及び3つのアルコキシル基が結合したフルオロアルキルトリアルコキシシラン、ケイ素に1つのパーフルオロアルキル基、1つのアルキル基及び2つのアルコキシル基が結合したフルオロアルキルアルキルジアルコキシシラン及びケイ素に1つのパーフルオロアルキル基、2つのアルキル基及び1つのアルコキシル基が結合したフルオロアルキルジアルキルアルコキシシランであって、前記パーフルオロアルキル基が炭素原子数1〜8のフルオロアルキル基、例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ノナフルオロブチル基、ノナフルオロイソブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、トリデカフルオロヘキシル基、ペンタデカフルオロヘプチル基、ヘプタデカフルオロオクチル基等の直鎖又は分枝を有するパーフルオロアルキル基のうちのいずれかであり、前記アルキル基が、メチル基、エチル基及びプロピル基のうちのいずれかであり、前記アルコキシ基が、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基のうちのいずれかであるフルオロアルキルアルコキシシラン等が挙げられる。   The fluoroalkylalkoxysilane used in the present invention includes fluoroalkyltrialkoxysilane in which one perfluoroalkyl group and three alkoxyl groups are bonded to silicon, one perfluoroalkyl group, one alkyl group and two A fluoroalkylalkyldialkoxysilane having an alkoxyl group bonded thereto and a fluoroalkyldialkylalkoxysilane having one perfluoroalkyl group, two alkyl groups and one alkoxyl group bonded to silicon, wherein the perfluoroalkyl group is a carbon atom. Fluoroalkyl groups of formulas 1 to 8, such as trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, heptafluoropropyl group, heptafluoroisopropyl group, nonafluorobutyl group, nonafluoroisobutyl group, It is one of linear or branched perfluoroalkyl groups such as ndecafluoropentyl group, tridecafluorohexyl group, pentadecafluoroheptyl group, heptadecafluorooctyl group, and the alkyl group is methyl Fluoroalkyl, which is any one of a group, an ethyl group, and a propyl group, and the alkoxy group is any one of an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group An alkoxysilane etc. are mentioned.

好ましくは、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ペンタフルオロブチルトリメトキシシラン、ヘプタフルオロペンチルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、ウンデカフルオロヘプチルトリメトキシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、ペンタデカフルオロノニルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、ノナデカフルオロウンデシルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルトリメトキシシラン類、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、ペンタフルオロブチルトリエトキシシラン、ヘプタフルオロペンチルトリエトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン、ウンデカフルオロヘプチルトリエトキシラン、トリデカフルオロオクチルトリエトキシシラン、ペンタデカフルオロノニルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン、ノナデカフルオロウンデシルトリエトキシシラン等のフルオロアルキルトリエトキシシラン類、トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、ペンタフルオロブチルメチルジメトキシシラン、ヘプタフルオロペンチルメチルジメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルメチルジメトキシシラン、ウンデカフルオロヘプチルメチルジメトキシラン、トリデカフルオロオクチルメチルジメトキシシラン、ペンタデカフルオロノニルメチルジメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジメトキシシラン、ノナデカフルオロウンデシルメチルジメトキシシラン等のフルオロアルキルメチルジメトキシシラン類等が挙げられる。   Preferably, trifluoropropyltrimethoxysilane, pentafluorobutyltrimethoxysilane, heptafluoropentyltrimethoxysilane, nonafluorohexyltrimethoxysilane, undecafluoroheptyltrimethoxysilane, tridecafluorooctyltrimethoxysilane, pentadecafluoro Fluoroalkyltrimethoxysilanes such as nonyltrimethoxysilane, heptadecafluorodecyltrimethoxysilane, nonadecafluoroundecyltrimethoxysilane, trifluoropropyltriethoxysilane, pentafluorobutyltriethoxysilane, heptafluoropentyltriethoxysilane , Nonafluorohexyltriethoxysilane, undecafluoroheptyltriethoxylane, tridecafluorooctyltri Fluoroalkyltriethoxysilanes such as toxisilane, pentadecafluorononyltriethoxysilane, hepadecafluorodecyltriethoxysilane, nonadecafluoroundecyltriethoxysilane, trifluoropropylmethyldimethoxysilane, pentafluorobutylmethyldimethoxysilane, hepta Fluoropentylmethyldimethoxysilane, nonafluorohexylmethyldimethoxysilane, undecafluoroheptylmethyldimethoxysilane, tridecafluorooctylmethyldimethoxysilane, pentadecafluorononylmethyldimethoxysilane, heptadecafluorodecylmethyldimethoxysilane, nonadecafluoroundecyl And fluoroalkylmethyldimethoxysilanes such as methyldimethoxysilane.

より好ましくは、炭素数が3〜6のフルオロアルキル基を有するトリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ペンタフルオロブチルトリメトキシシラン、ヘプタフルオロペンチルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、ペンタフルオロブチルトリエトキシシラン、ヘプタフルオロペンチルトリエトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、ペンタフルオロブチルメチルジメトキシシラン、ヘプタフルオロペンチルメチルジメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルメチルジメトキシシラン等のアルコキシシラン類等が挙げられる。   More preferably, trifluoropropyltrimethoxysilane, pentafluorobutyltrimethoxysilane, heptafluoropentyltrimethoxysilane, nonafluorohexyltrimethoxysilane, trifluoropropyltriethoxysilane having a fluoroalkyl group having 3 to 6 carbon atoms , Pentafluorobutyltriethoxysilane, heptafluoropentyltriethoxysilane, nonafluorohexyltriethoxysilane, trifluoropropylmethyldimethoxysilane, pentafluorobutylmethyldimethoxysilane, heptafluoropentylmethyldimethoxysilane, nonafluorohexylmethyldimethoxysilane, etc. And alkoxysilanes.

得られたフルオロアルキルアルコキシシランの部分加水分解物とアルコキシシラン又はアルコキシシラン重合体を上記溶剤に溶かした溶液中で混合・反応することで目的とするケイ素含有処理剤に含まれるポリシロキサンが得られる。   The polysiloxane contained in the intended silicon-containing treatment agent is obtained by mixing and reacting the obtained partial hydrolyzate of fluoroalkylalkoxysilane and alkoxysilane or alkoxysilane polymer in a solution in the above solvent. .

アルコキシシランを用いる場合アルコキシシランは特に限定されないが、炭素数が1〜4のアルコキシル基を有するアルコキシシランが好ましい。特に好ましいアルコキシシランを列挙すると、テトラメトキシシラン、テトラトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等を挙げることができる。   When alkoxysilane is used, the alkoxysilane is not particularly limited, but an alkoxysilane having an alkoxyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable. Particularly preferred alkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetratoxylsilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane and the like.

アルコキシシランを用いる場合、まず、得られたフルオロアルキルアルコキシシランの部分加水分解物とアルコキシシランを上記溶剤に溶かした溶液中で混合・反応し、更に、アルコキシシランを追加で添加し加水分解・重合することで目的とするケイ素含有処理剤に含まれるポリシロキサンが得られる。   When using alkoxysilane, first, the resulting hydroalkylalkoxysilane partial hydrolyzate and alkoxysilane are mixed and reacted in a solution of the above solvent, and then additional alkoxysilane is added for hydrolysis and polymerization. By doing so, the polysiloxane contained in the target silicon-containing treatment agent is obtained.

前段の前記フルオロアルキルアルコキシシランの部分加水分解物とアルコキシシランの溶液中での反応は、溶液の濃度が1〜60重量%で行われる。フルオロアルキルアルコキシシラン/アルコキシシランのモル比率は、1/2〜3/2が好ましい。   The reaction in the solution of the partial hydrolyzate of fluoroalkylalkoxysilane and alkoxysilane in the previous stage is carried out at a solution concentration of 1 to 60% by weight. The molar ratio of fluoroalkylalkoxysilane / alkoxysilane is preferably 1/2 to 3/2.

反応時間は、フルオロアルキルアルコキシシランとアルコキシシランの反応が進行可能な時間であれば特に限定されないが、1分から24時間が好ましい。より好ましくは15分から6時間である。   The reaction time is not particularly limited as long as the reaction between the fluoroalkylalkoxysilane and the alkoxysilane can proceed, but is preferably 1 minute to 24 hours. More preferably, it is 15 minutes to 6 hours.

反応温度は、反応が進行し、形成したシロキサンが安定に存在可能な温度であれば特に限定されず0から溶剤の沸点の範囲で行われる。0から50℃の範囲が好ましい。   The reaction temperature is not particularly limited as long as the reaction proceeds and the formed siloxane can stably exist. The reaction temperature is 0 to the boiling point of the solvent. A range of 0 to 50 ° C is preferred.

後段のアルコキシシランを追加で添加し加水分解・重合する反応は、前段で得られた反応物溶液に、必要に応じアルコキシシランを追加した後、追加したアルコキシシランに対し1から2モル倍の水を添加することによって行う。好ましい水の添加量は、1.1から1.5モル倍である。水の添加量が少なければ十分な加水分解が進行せず目的とする本発明のポリシロキサンを得ることが出来ない。
水を添加するだけでも進行するが、フルオロアルキルシランの加水分解と同様の触媒を用いることが好ましい。
The reaction of hydrolysis and polymerization by adding an alkoxysilane in the latter stage is added to the reactant solution obtained in the former stage as needed, and then 1 to 2 moles of water is added to the added alkoxysilane. By adding. A preferable amount of water added is 1.1 to 1.5 mole times. If the amount of water added is small, sufficient hydrolysis does not proceed and the desired polysiloxane of the present invention cannot be obtained.
Although the process proceeds only by adding water, it is preferable to use a catalyst similar to the hydrolysis of fluoroalkylsilane.

アルコキシシランの追加量は、追加したアルコキシシランを含めた総量としてフルオロアルキルアルコキシシラン/アルコキシシランのモル比率が1/4〜1/20が好ましい。   As for the additional amount of alkoxysilane, the molar ratio of fluoroalkylalkoxysilane / alkoxysilane is preferably 1/4 to 1/20 as the total amount including the added alkoxysilane.

反応時間は、前段で生成したフルオロアルキルアルコキシシランと追加のアルコキシシランの反応物の重合が進行可能な時間であれば特に限定されないが、1分から24時間が好ましい。より好ましくは15分から6時間である。   The reaction time is not particularly limited as long as the polymerization of the reaction product of the fluoroalkylalkoxysilane generated in the previous stage and the additional alkoxysilane can proceed, but it is preferably 1 minute to 24 hours. More preferably, it is 15 minutes to 6 hours.

反応温度は、重合が進行し、形成したポリシロキサンが安定に存在可能な温度であれば特に限定されず0℃から溶剤の沸点の範囲で行われる。0から50℃の範囲が好ましい。   The reaction temperature is not particularly limited as long as the polymerization proceeds and the formed polysiloxane can stably exist. The reaction temperature is 0 ° C. to the boiling point of the solvent. A range of 0 to 50 ° C is preferred.

上記反応により本発明のケイ素含有処理剤に含まれるポリシロキサン溶液が得られる。得られたポリシロキサン溶液は、溶剤を除去してポリシロキサンとして、又は溶剤を除去又は追加することで所望の濃度に調整したポリシロキサン溶液として本発明のケイ素含有処理剤が得られる。   By the above reaction, a polysiloxane solution contained in the silicon-containing treatment agent of the present invention is obtained. The resulting polysiloxane solution can be used to obtain the silicon-containing treatment agent of the present invention as a polysiloxane by removing the solvent, or as a polysiloxane solution adjusted to a desired concentration by removing or adding the solvent.

更に、本発明のポリシロキサンを得るためには、アルコキシシラン重合体を用いることができる。アルコキシシラン重合体を用いる場合、アルコキシシラン重合体は、アルコキシシランの3から20量体が好ましく用いられる。より好ましくは、8から15量体である。重合度が3未満であると目的とする化学式1又は2の化合物の均質性が低下する。20を越えると目的の撥水特性を得ることができない。   Furthermore, an alkoxysilane polymer can be used to obtain the polysiloxane of the present invention. When an alkoxysilane polymer is used, the alkoxysilane polymer is preferably a 3 to 20 mer of alkoxysilane. More preferably, it is an 8- to 15-mer. When the degree of polymerization is less than 3, the homogeneity of the target compound of Formula 1 or 2 is lowered. If it exceeds 20, the desired water-repellent property cannot be obtained.

アルコキシシラン重合体は、当業者にとって公知の方法であるテトラアルコキシシランの加水分解重合反応により合成するができるが、メチルシリケート51(コルコート社製)、エチルシリケート40(コルコート社製)、HAS−1(コルコート社製)、HAS−6(コルコート社製)、HAS−10(コルコート社製)、アトロン(日本曹達社製)など市販製品を用いることもできる。   The alkoxysilane polymer can be synthesized by a tetraalkoxysilane hydrolysis polymerization reaction known to those skilled in the art, but methyl silicate 51 (manufactured by Colcoat), ethyl silicate 40 (manufactured by Colcoat), HAS-1 Commercial products such as (manufactured by Colcoat), HAS-6 (manufactured by Colcoat), HAS-10 (manufactured by Colcoat), and atron (manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.) can also be used.

アルコキシシラン重合体を用いる場合、得られたフルオロアルキルアルコキシシランの部分加水分解物とアルコキシシラン重合体を上記溶剤に溶かした溶液中で混合・反応することで目的とするケイ素含有処理剤に含まれるポリシロキサンが得られる。   When using an alkoxysilane polymer, it is included in the target silicon-containing treatment agent by mixing and reacting in the solution obtained by dissolving the obtained partial hydrolyzed fluoroalkylalkoxysilane and alkoxysilane polymer in the above solvent. Polysiloxane is obtained.

前記フルオロアルキルアルコキシシランの部分加水分解物とアルコキシシラン重合体溶液中での反応は、溶液の濃度が1〜60重量%で行われる   The reaction in the fluoroalkylalkoxysilane partial hydrolyzate and alkoxysilane polymer solution is carried out at a solution concentration of 1 to 60% by weight.

反応時間は、フルオロアルキルアルコキシシランとアルコキシシラン又はアルコキシシラン重合体の反応が進行可能な時間であれば特に限定されないが、1分から24時間が好ましい。より好ましくは15分から6時間である。   The reaction time is not particularly limited as long as the reaction between the fluoroalkylalkoxysilane and the alkoxysilane or the alkoxysilane polymer can proceed, but it is preferably 1 minute to 24 hours. More preferably, it is 15 minutes to 6 hours.

反応温度は、反応が進行し、形成したポリシロキサンが安定に存在可能な温度であれば特に限定されず0から溶剤の沸点の範囲で行われる。0から50℃の範囲が好ましい。   The reaction temperature is not particularly limited as long as the reaction proceeds and the formed polysiloxane can stably exist. The reaction temperature is 0 to the boiling point of the solvent. A range of 0 to 50 ° C is preferred.

上記反応により本発明のケイ素含有処理剤に含まれるポリシロキサン溶液が得られる。得られたポリシロキサン溶液は、溶剤を除去してポリシロキサンとして、又は溶剤を除去又は追加することで所望の濃度に調整したポリシロキサン溶液として本発明のケイ素含有処理剤が得られる。   By the above reaction, a polysiloxane solution contained in the silicon-containing treatment agent of the present invention is obtained. The resulting polysiloxane solution can be used to obtain the silicon-containing treatment agent of the present invention as a polysiloxane by removing the solvent, or as a polysiloxane solution adjusted to a desired concentration by removing or adding the solvent.

本発明のケイ素含有処理剤に含まれるポリシロキサンのR基が導入されたシロキサン部と未導入シロキサン部の量比(化学式1及び2のm/n比)は、4≦m+n≦20の範囲であれば特に限定されないが、好ましくはm≦nであり、フルオロアルキルアルコキシシランとアルコキシシランの量比により変更可能である。例えば、アルコキシシラン重合体を用いる場合アルコキシシラン重合体の15量体1モルに対しフルオロアルキルアルコキシシラン1モルを用いれば、m+n=15、m/n=1/15のポリシロキサンが形成される。 The amount ratio (m / n ratio of the chemical formulas 1 and 2) of the siloxane part into which the Rf group of the polysiloxane contained in the silicon-containing treatment agent of the present invention is introduced and the non-introduced siloxane part is in the range of 4 ≦ m + n ≦ 20. If it is, it will not specifically limit, Preferably it is m <= n, It can change with the amount ratio of fluoroalkyl alkoxysilane and alkoxysilane. For example, when an alkoxysilane polymer is used, if 1 mole of fluoroalkylalkoxysilane is used per mole of 15-mer of alkoxysilane polymer, a polysiloxane of m + n = 15 and m / n = 1/15 is formed.

さらに、本発明のケイ素含有処理剤は、塗布する異なる基材への親和性、反応性を確保するために、各種アルコキシシラン重合体を追加することができるし、反応性官能基を有するポリシロキサン、好ましくは前記化学式3及び4で記載される化合物を混合することもできる。   Furthermore, the silicon-containing treatment agent of the present invention can be added with various alkoxysilane polymers and polysiloxane having a reactive functional group in order to ensure affinity and reactivity with different substrates to be applied. Preferably, the compounds represented by Formulas 3 and 4 may be mixed.

親水性の高い基板の場合、主鎖のケイ素に側鎖としてアルコキシ基及びペルフルオロアルキル基を含む側鎖が結合してなるポリシロキサン(好ましいポリシロキサンとしては、前記化学式1及び2のポリシロキサン)のみで良いが、有機系基材に対しては、反応性官能基を有するポリシロキサン(好ましいポリシロキサンとしては、前記化学式3及び4のR基へ基材の化学構造に応じた官能基を導入したポリシロキサン)を混合することが好ましい。 In the case of a highly hydrophilic substrate, only a polysiloxane formed by bonding a side chain containing an alkoxy group and a perfluoroalkyl group as a side chain to silicon of the main chain (preferably a polysiloxane represented by the above-described chemical formulas 1 and 2). However, for an organic base material, a polysiloxane having a reactive functional group (a preferable polysiloxane is a functional group according to the chemical structure of the base material introduced into the R r group of the above chemical formulas 3 and 4). It is preferable to mix polysiloxane).

主鎖のケイ素に側鎖としてアルコキシ基及びペルフルオロアルキル基を含む側鎖が結合してなるポリシロキサン(好ましいポリシロキサンとしては、前記化学式1及び2のポリシロキサン)と反応性官能基を有するポリシロキサン(好ましいポリシロキサンとしては、前記化学式3及び4のポリシロキサン)の混合比率は特に限定されず、目的とする膜物性により選定される。   Polysiloxane having a reactive functional group with a polysiloxane formed by bonding a side chain containing an alkoxy group and a perfluoroalkyl group as a side chain to silicon of the main chain (preferably, the polysiloxane of the above formulas 1 and 2). (The preferred polysiloxane is not particularly limited as the mixing ratio of the above-mentioned polysiloxanes of formulas 3 and 4), and is selected according to the desired film physical properties.

本発明のケイ素含有処理剤中の反応性官能基を有するポリシロキサンの混合比率を高くすることにより、基材と膜表面に自己組織化するフルオロアルキル末端基を有するポリシロキサンの膜との間の膜厚を厚くすることができる。前記膜厚が厚くても構わないのであれば、フルオロアルキル末端基を有するポリシロキサンに対して1000倍量の反応性官能基を有するポリシロキサンを混合することもできる。   By increasing the mixing ratio of the polysiloxane having a reactive functional group in the silicon-containing treatment agent of the present invention, between the substrate and the polysiloxane film having fluoroalkyl end groups that self-assemble on the film surface. The film thickness can be increased. If the film thickness may be large, polysiloxane having 1000 times the amount of reactive functional groups can be mixed with polysiloxane having fluoroalkyl end groups.

前記化学式3及び4の化合物に導入される官能基(R基)は、塗布すべき基材により選定されるので特に限定されない。前記R基へ導入される反応性官能基として、(メタ)アクリル基、エポキシ基、ビニル基、シアノ基、イソシアネート基、スチリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基などがある。反応性官能基を導入する場合、必要に応じて重合開始剤、触媒などを添加することも可能である。 The functional group (R r group) introduced into the compounds of Chemical Formulas 3 and 4 is not particularly limited because it is selected depending on the substrate to be coated. Examples of the reactive functional group introduced into the R r group include a (meth) acryl group, an epoxy group, a vinyl group, a cyano group, an isocyanate group, a styryl group, an amino group, a ureido group, and a mercapto group. When introducing a reactive functional group, it is also possible to add a polymerization initiator, a catalyst, etc. as needed.

前記化学式3及び4で記載される化合物は、前記化学式1及び2のフルオロアルコキシシランを上記反応性末端を有するアルキルアルコキシシランに変更することで得られる。   The compounds described in the chemical formulas 3 and 4 can be obtained by changing the fluoroalkoxysilane of the chemical formulas 1 and 2 to the alkylalkoxysilane having the reactive end.

本発明のケイ素系処理剤は、撥水膜の形成に用いることができる。すなわち、得られるケイ素系処理剤を目的とする基材へ塗布することにより、撥水膜を得ることができる。   The silicon-based treatment agent of the present invention can be used for forming a water-repellent film. That is, a water-repellent film can be obtained by applying the obtained silicon-based treatment agent to a target substrate.

本発明のケイ素含有処理剤は、溶剤へ溶解又は分散した溶液の状態で使用することが好ましいが、溶解又は分散することが可能であれば特に限定されない。また、本発明のケイ素含有処理剤を用いて撥水膜を形成させる場合は、塗布する基材への親和性及び溶解性を考慮して本発明のケイ素含有処理剤が選定される。   The silicon-containing treatment agent of the present invention is preferably used in the form of a solution dissolved or dispersed in a solvent, but is not particularly limited as long as it can be dissolved or dispersed. When the water-repellent film is formed using the silicon-containing treatment agent of the present invention, the silicon-containing treatment agent of the present invention is selected in consideration of the affinity and solubility for the substrate to be applied.

本発明の撥水膜は、目的とする基板へ塗布成膜することにより形成される。成膜方法は特に限定されず、撥水膜を形成する基材の種類や形状により選定される。例えば、一般的に用いられるスピンコート、ディップコート、フローコート、バーコート、スプレーコート、超音波噴霧コート法などが用いられる。   The water-repellent film of the present invention is formed by coating and forming on a target substrate. The film forming method is not particularly limited, and is selected according to the type and shape of the base material on which the water repellent film is formed. For example, generally used spin coating, dip coating, flow coating, bar coating, spray coating, ultrasonic spray coating, and the like are used.

塗布膜は、空気中の水分により重合が促進されるため、相対湿度10から90%の範囲で放置することが好ましい。より好ましくは、30から60%である。また、塗布後室温から基板の耐熱温度に応じた温度までの範囲で加熱することで乾燥及び上記重合反応を促進することが可能である。   Since the polymerization is promoted by moisture in the air, the coating film is preferably left in the range of 10 to 90% relative humidity. More preferably, it is 30 to 60%. Moreover, it is possible to accelerate | stimulate drying and the said polymerization reaction by heating in the range from room temperature after application | coating to the temperature according to the heat-resistant temperature of a board | substrate.

基材との親和性を調整するため、化学式3及び4で表される化合物を混合した後に、機材への塗布を行うこともできる。この場合、予め触媒や重合開始剤を添加し、塗布後、加熱処理、光照射処理などにより反応を促進することも可能である。
加熱処理、光照射処理等により、膜中に含まれる重合性末端間での重合や基板表面との反応による結合形成が促進され、基板への密着性の強い膜、機械特性に優れた膜が形成可能となる。
In order to adjust the affinity with the substrate, the compounds represented by the chemical formulas 3 and 4 can be mixed and then applied to the equipment. In this case, it is also possible to add a catalyst or a polymerization initiator in advance and promote the reaction by heat treatment, light irradiation treatment, etc. after coating.
Heat treatment, light irradiation treatment, etc. promotes bond formation by polymerization between the polymerizable terminals contained in the film and reaction with the substrate surface, resulting in a film with strong adhesion to the substrate and a film with excellent mechanical properties. It can be formed.

得られる膜は、水への接触角が90°を越える撥水性を有する膜である。また、油成分に対する撥油性も有する。   The resulting film is a film having water repellency with a contact angle with water exceeding 90 °. It also has oil repellency to oil components.

[実施例1]
ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン1.32gを11.9gのエタノールに溶かした後、0.1M塩酸80mgを加え、室温で30分撹拌した。得られた反応溶液をエトキシシラン重合体のエタノール溶液(コルコート社製、HAS−6、平均10量体、シリカ酸化物換算濃度18重量%)12gに加えた。16時間室温で撹拌した後、60℃で1時間加熱撹拌し、本発明のケイ素含有処理剤の構成成分であるフルオロアルキルシロキサン末端を有するポリシロキサンのエタノール溶液を得た。
得られたポリシロキサンエタノール溶液を濃縮し、29Si−NMRスペクトルを測定した。得られたシロキサン(図1)では、出発原料であるノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン(図2)で観測される−53.4ppmのピークが消失し、−54.4、−61.5、−63.7ppmに反応物のピークが観察された。また、−100〜−115ppmの範囲に主鎖であるアルコキシシロキサンに帰属されるピークが観察された。以上のことより、目的とするフルオロアルキルシロキシル基が導入されたポリシロキサンの形成が確認された。以上、本実施例により、化学式1において、RがC(CHSi(OCHO−、R及びRがC−、平均でm+nが10、m=1、n=9に相当する物質を得ることができた。
本反応で得られたエタノール溶液をケイ素含有処理剤として使用する。
[Example 1]
After dissolving 1.32 g of nonafluorohexyltrimethoxysilane in 11.9 g of ethanol, 80 mg of 0.1 M hydrochloric acid was added and stirred at room temperature for 30 minutes. The obtained reaction solution was added to 12 g of an ethanol solution of ethoxysilane polymer (manufactured by Colcoat, HAS-6, average 10-mer, silica oxide equivalent concentration 18% by weight). After stirring at room temperature for 16 hours, the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 1 hour to obtain an ethanol solution of polysiloxane having fluoroalkylsiloxane ends, which is a constituent of the silicon-containing treatment agent of the present invention.
The obtained polysiloxane ethanol solution was concentrated and a 29 Si-NMR spectrum was measured. In the obtained siloxane (FIG. 1), the −53.4 ppm peak observed in the starting material nonafluorohexyltrimethoxysilane (FIG. 2) disappears, and −54.4, −61.5, −63 A reactant peak was observed at .7 ppm. Moreover, the peak attributed to the alkoxysiloxane which is a principal chain was observed in the range of -100 to -115 ppm. From the above, it was confirmed that polysiloxane having the target fluoroalkylsiloxyl group was introduced. As described above, according to this example, in Chemical Formula 1, R f is C 4 F 9 (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 2 O—, R and R 1 are C 2 H 5 −, m + n is 10 on average, m = 1 and n = 9 were obtained.
The ethanol solution obtained by this reaction is used as a silicon-containing treatment agent.

[実施例2]
実施例1で得られたフルオロアルキルシロキサン末端を有するポリシロキサンのエタノール溶液とHAS−6を、フルオロアルキルシラン:エトキシシラン重合体(平均10量体として)のモル比が1/20の比率となるように混合し、ケイ素含有処理剤を得た。
[Example 2]
The molar ratio of the fluoroalkylsilane: ethoxysilane polymer (as an average 10-mer) in the ethanol solution of the polysiloxane having fluoroalkylsiloxane ends obtained in Example 1 and HAS-6 is 1/20. Thus, a silicon-containing treatment agent was obtained.

[実施例3]
メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.9gを8.1gのエタノールに溶かした後、0.1M塩酸80mgを加え、室温で30分撹拌した。得られた反応溶液をエトキシシラン重合体のエタノール溶液(コルコート社製、HAS−6、平均10量体、シリカ酸化物換算濃度18重量%)12gに加えた。16時間室温で撹拌した後、60℃で1時間加熱撹拌し、本発明のケイ素含有処理剤の構成成分である反応性末端を有するポリシロキサンのエタノール溶液を得た。
得られたポリシロキサンエタノール溶液を濃縮し、29Si−NMRスペクトルを測定した。得られたシロキサン(図3)では、出発原料であるメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(図4)で観測される−50.9ppmのピークが消失し、−59.9、−61.5、−64〜−70ppmに反応物のピークが観察された。また、−100〜−115ppmの範囲に主鎖であるアルコキシシロキサンに帰属されるピークが観察された。以上のことより、目的とする反応性官能基としてのメタクリロキシ基を有するアルキルシロキシル基が導入されたポリシロキサンの形成が確認された。
ここで得られたポリシロキサンのエタノール溶液を実施例1のポリシロキサンのエタノール溶液およびHAS−6に、フルオロアルキルシラン:メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン:エトキシシラン重合体(平均10量体として)のモル比が1/1/30の比率となるように混合し、ケイ素含有処理剤を得た。
[Example 3]
After 0.9 g of methacryloxypropyltrimethoxysilane was dissolved in 8.1 g of ethanol, 80 mg of 0.1 M hydrochloric acid was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. The obtained reaction solution was added to 12 g of an ethanol solution of ethoxysilane polymer (manufactured by Colcoat, HAS-6, average 10-mer, silica oxide equivalent concentration 18% by weight). After stirring at room temperature for 16 hours, the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 1 hour to obtain an ethanol solution of polysiloxane having a reactive terminal, which is a constituent of the silicon-containing treatment agent of the present invention.
The obtained polysiloxane ethanol solution was concentrated and a 29 Si-NMR spectrum was measured. In the obtained siloxane (FIG. 3), the −50.9 ppm peak observed in the starting material methacryloxypropyltrimethoxysilane (FIG. 4) disappears, and −59.9, −61.5, −64 A peak of the reactant was observed at ˜−70 ppm. Moreover, the peak attributed to the alkoxysiloxane which is a principal chain was observed in the range of -100 to -115 ppm. From the above, formation of a polysiloxane having an alkylsiloxyl group having a methacryloxy group as a target reactive functional group was confirmed.
The polysiloxane ethanol solution obtained here was added to the polysiloxane ethanol solution of Example 1 and HAS-6 to form a mole of fluoroalkylsilane: methacryloxypropyltrimethoxysilane: ethoxysilane polymer (as an average 10-mer). Mixing was performed so that the ratio was 1/1/30 to obtain a silicon-containing treatment agent.

[実施例4]
実施例1で得られたケイ素系処理剤を用い、シリカガラス基板上にキャスト法により成膜した。成膜後、120℃で30分乾燥し透明な膜を得た。
得られた膜の水及びヘキサンに対する接触角を測定し、各々97°、29°であり、撥水・撥油膜が形成されていることを確認した。
[Example 4]
Using the silicon-based treatment agent obtained in Example 1, a film was formed on a silica glass substrate by a casting method. After film formation, the film was dried at 120 ° C. for 30 minutes to obtain a transparent film.
The contact angles of water and hexane of the obtained film were measured, which were 97 ° and 29 °, respectively, and it was confirmed that a water / oil repellent film was formed.

[実施例5]
実施例2で得られたケイ素系処理剤を用い、シリカガラス基板上にキャスト法により成膜した。成膜後、80℃で30分乾燥し透明な膜を得た。
得られた膜の水及びヘキサンに対する接触角を測定し、各々97°、29°であり、撥水・撥油膜が形成されていることを確認した。
[Example 5]
Using the silicon-based treatment agent obtained in Example 2, a film was formed on a silica glass substrate by a casting method. After film formation, the film was dried at 80 ° C. for 30 minutes to obtain a transparent film.
The contact angles of water and hexane of the obtained film were measured, which were 97 ° and 29 °, respectively, and it was confirmed that a water / oil repellent film was formed.

[実施例6]
実施例3で得られたケイ素系処理剤を用い、PET基板上にキャスト法により成膜した。成膜後、80℃で30分乾燥し透明な膜を得た。
得られた膜の水及びヘキサンに対する接触角を測定し、各々100°、33°であり、撥水・撥油膜が形成されていることを確認した。
得られた膜をPET基板から剥離し、表面及び基板側からIRスペクトルの測定を行った。表面側からの測定では、フルオロアルキル基に特徴的な吸収ピークが観測されたが、メタクリロキシ基に帰属される吸収ピークは観察されなかった。逆に、基板側からの測定では、メタクリロキシ基に帰属される吸収ピークが明確に観察されたが、フルオロアルキル基の吸収ピークは観察されなかった。
以上のことより表面から基板側に向けフルオロアルキル基とメタクリロキシ基が傾斜的に組成変動する膜が形成されたことが確認された。
[Example 6]
Using the silicon-based treatment agent obtained in Example 3, a film was formed on a PET substrate by a casting method. After film formation, the film was dried at 80 ° C. for 30 minutes to obtain a transparent film.
The contact angles of water and hexane of the obtained film were measured, which were 100 ° and 33 °, respectively, and it was confirmed that a water / oil repellent film was formed.
The obtained film was peeled from the PET substrate, and IR spectra were measured from the surface and the substrate side. In the measurement from the surface side, an absorption peak characteristic of the fluoroalkyl group was observed, but no absorption peak attributed to the methacryloxy group was observed. On the contrary, in the measurement from the substrate side, the absorption peak attributed to the methacryloxy group was clearly observed, but the absorption peak of the fluoroalkyl group was not observed.
From the above, it was confirmed that a film in which the composition of the fluoroalkyl group and the methacryloxy group changed in a gradient from the surface toward the substrate side was formed.

以上詳述したように、本発明により、優れた撥水性、撥油性を有する塗布膜が容易に形成可能となる。また、本発明による撥水膜は、防汚性、耐摩耗性、耐薬品性、耐熱性等の耐久性に優れた透明被膜であり、プラスチック材料、ガラス材料等は、眼鏡レンズ、カメラレンズ、光ビーム集光レンズや光拡散用レンズとして、また、防汚性を有する金属材料、セラミックス材料などとして民生用或いは産業用に広く応用することができる。   As described above in detail, according to the present invention, a coating film having excellent water repellency and oil repellency can be easily formed. Further, the water-repellent film according to the present invention is a transparent film excellent in durability such as antifouling property, abrasion resistance, chemical resistance, heat resistance, etc., and plastic materials, glass materials, etc. are spectacle lenses, camera lenses, As a light beam condensing lens or a light diffusing lens, it can be widely applied to consumer use or industrial use as an antifouling metal material, ceramic material, or the like.

Claims (5)

主鎖のケイ素に側鎖としてアルコキシ基及びペルフルオロアルキル基を含む側鎖が結合してなるポリシロキサンを含むケイ素含有処理剤であって、前記ペルフルオロアルキル基を含む側鎖が、構造式C 2X+1 (1≦x≦6)で表されるペルフルオロアルキル基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)であることを特徴とするケイ素含有処理剤。 The polysiloxane side chains containing silicon alkoxy group and a perfluoroalkyl group as a side chain of a main chain formed by bonding a free towards Lee-containing treatment agent, is the side chain containing the perfluoroalkyl group, the structural formula Silicon-containing, characterized by being an alkylsiloxyl group containing a perfluoroalkyl group represented by C X F 2X + 1 (1 ≦ x ≦ 6) (including a part of the alkylsiloxyl group being an alkyl group) Processing agent. 前記ポリシロキサンが、化学式1又は2(Rは炭素数1から6のペルフルオロアルキル基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)、Rはアルキル基、Rはアルキル基又はアルコキシシロキシル基、m及びnは1以上の整数で、m≦n、4≦m+n≦20)で表されるポリシロキサンであることを特徴とする請求項1に記載のケイ素含有処理剤
Figure 0005893398
Figure 0005893398
The polysiloxane is represented by chemical formula 1 or 2 (R f is an alkylsiloxyl group containing a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms (including a part of the alkylsiloxyl group is an alkyl group), and R is an alkyl group. , R 1 represents an alkyl group or an alkoxyalkyl siloxyl group, m and n represent an integer of 1 or more, according to claim 1, characterized in that a polysiloxane represented by m ≦ n, 4 ≦ m + n ≦ 20) Silicon-containing treatment agent .
Figure 0005893398
Figure 0005893398
前記ポリシロキサンに加えて、主鎖のケイ素に側鎖としてアルコキシ基及び反応性官能基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)が結合したポリシロキサンを含むことを特徴とする請求項1又は請求項に記載のケイ素含有処理剤 In addition to the polysiloxane, a polysiloxane in which an alkylsiloxyl group containing an alkoxy group and a reactive functional group as a side chain (including those in which a part of the alkylsiloxyl group is an alkyl group) is bonded to silicon of the main chain silicon-containing treatment agent according to claim 1 or claim 2, characterized in that it comprises a. 前記主鎖のケイ素に側鎖としてアルコキシ基及び反応性官能基を含むアルキルシロキシル基が結合したポリシロキサンが、化学式3又は4(Rrは反応性官能基を含むアルキルシロキシル基(アルキルシロキシル基の一部がアルキル基であるものを含む)、Rはアルキル基、Rはアルキル基又はアルコキシシロキシル基、mは1以上の整数、nは0又は1以上の整数で、1≦m+n≦20)で表されるポリシロキサンであることを特徴とする請求項記載のケイ素含有処理剤
Figure 0005893398
Figure 0005893398
Polysiloxanes alkyl siloxyl group is bonded to a silicon containing alkoxy group and a reactive functional group as a side chain of the main chain, alkyl siloxyl group (alkyl siloxy containing chemical formula 3 or 4 (R r is a reactive functional group R is an alkyl group, R 1 is an alkyl group or an alkoxysiloxyl group, m is an integer of 1 or more, n is an integer of 0 or 1 and 1 ≦ 4. The silicon-containing treatment agent according to claim 3, which is a polysiloxane represented by m + n ≦ 20) .
Figure 0005893398
Figure 0005893398
請求項1から請求項のいずれかに記載のケイ素含有処理剤を基材表面に塗布してなる撥水膜 A water repellent film obtained by applying the silicon-containing treatment agent according to any one of claims 1 to 4 to a substrate surface .
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