CN113943417A - 氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和表面处理剂组合物以及物品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和表面处理剂组合物以及物品。本发明提供能够作为能够基本上不使用氟系溶剂而涂布于物品表面、能够对固化物表面赋予优异的表面特性的表面处理剂使用的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物、和以其作为主成分的表面处理剂组合物、以及具有该表面处理剂组合物的固化被膜的物品。作为解决方案,提供由下式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物。式中,Rf为数均分子量1,500~20,000的2价全氟聚醚基,Z为包含至少一个Si‑O‑Si键的2价的连接基,M为选自碳数1~10的烷氧基、碳数2~10的烷氧基烷氧基、碳数2~10的酰氧基、碳数2~10的烯氧基和卤素原子中的水解性基团,R为碳数1~6的1价烃基,a为2或3。
Description
技术领域
本发明涉及给予拒水拒油性、脱模性、防污性等优异的固化被膜的新型的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物、以该酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物作为主成分的表面处理剂组合物、以及具有该表面处理剂组合物的固化被膜的物品。
背景技术
一般地,就含有氟聚醚基的化合物而言,其表面能非常小,因此具有拒水拒油性、耐化学品性、润滑性、脱模性、防污性等性状。利用其性质,在工业上广泛地用作玻璃、金属、树脂、纸、纤维等广泛的物质表面的拒水拒油防污剂、磁记录介质的润滑剂、精密设备的防油剂、脱模剂、化妆料、保护膜等。
但是,其性质同时显示具有对于其他基材的非粘着性、非密合性,即使能够在基材表面涂布,也不能形成被膜并使其密合。
另一方面,作为使玻璃、布等基材表面与有机化合物结合的物质,公知的是硅烷偶联剂。硅烷偶联剂在1分子中具有有机官能团和反应性甲硅烷基(一般为烷氧基甲硅烷基)。烷氧基甲硅烷基利用空气中的水分等,发生自水解缩合反应而成为硅氧烷,形成被膜。与此同时,通过与玻璃、金属等的表面化学地·物理地结合,从而成为具有耐久性的牢固的被膜。硅烷偶联剂利用其性质,作为各种基材表面的涂布剂广泛地利用。
作为有效地利用这些特征的产物,在日本特开2000-327772号公报(专利文献1)中示出由下述式表示的氟酰氨基硅烷化合物,通过将在全氟己烷中溶解的涂布液涂布、固化,从而对玻璃表面赋予了全氟聚醚(PFPE)的特性。
【化1】
另外,在日本特开2002-121277号公报(专利文献2)中,作为耐久性、润滑性更优异的化合物,示出具有以下的基团的化合物,通过将在全氟(2-丁基四氢呋喃)中溶解的涂布液涂布、固化,从而对玻璃表面赋予了全氟聚醚的特性。
【化2】
使用这些化合物对物质表面赋予全氟聚醚的特性时,氟含有率尽可能高的结构、即具有长链氟聚醚结构为宜。另一方面,氟含有率高的化合物在非氟系化合物(非氟系溶剂)中的溶解性极差,在物质表面均匀地涂布时需要配合含有氟的低分子的挥发性成分、即氟系溶剂。
另一方面,近年来,从环境方面、对于生物的蓄积性、毒性等的担心出发,以PFOS(全氟辛磺酸)、PFOA(全氟辛酸)等为代表的低分子氟化合物的管制逐渐加强,使用氟系溶剂时,与一般有机溶剂不同的专用的排除设备、对作业者的安全对策的增强等变得必要。另外,与一般的非氟系溶剂相比,氟系溶剂的价格昂贵,从成本方面出发,要求减少氟系溶剂的使用量。
从这样的社会背景出发,近年来,就氟系溶剂而言,倾向于对能够使用的量、作业环境大幅地限制,寻求不使用氟系溶剂而能够对固化物表面赋予优异的氟聚合物(含有氟聚醚基的化合物)的特性的化合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-327772号公报
专利文献2:日本特开2002-121277号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明鉴于上述实际情况而完成,目的在于提供能够作为能够基本上不使用氟系溶剂而涂布于物品表面、能够对固化物表面赋予优异的表面特性的表面处理剂使用的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物、和以该氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物为主成分的涂布用组合物(表面处理剂组合物)、以及具有由氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物形成的固化被膜的物品。
用于解决课题的手段
本发明人为了实现上述目的,反复深入研究,结果发现:由下述通式(1)表示的新型的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物可用不含氟原子的有机溶剂稀释、涂布,通过使得到的涂膜干燥固化,从而能够对物质表面赋予拒水拒油性、防污性等、优异的全氟聚醚的特性,完成了本发明。
【化3】
(式中,Rf为数均分子量1,500~20,000的2价全氟聚醚基,Z各自独立地为包含至少一个Si-O-Si键的2价的连接基,M各自独立地为选自碳数1~10的烷氧基、碳数2~10的烷氧基烷氧基、碳数2~10的酰氧基、碳数2~10的烯氧基和卤素原子中的水解性基团,R各自独立地为碳数1~6的1价烃基,a为2或3。)
因此,本发明提供下述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和表面处理剂组合物以及物品。
[1]由下述通式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物。
【化4】
(式中,Rf为数均分子量1,500~20,000的2价全氟聚醚基,Z各自独立地为包含至少一个Si-O-Si键的2价的连接基,M各自独立地为选自碳数1~10的烷氧基、碳数2~10的烷氧基烷氧基、碳数2~10的酰氧基、碳数2~10的烯氧基和卤素原子中的水解性基团,R各自独立地为碳数1~6的1价烃基,a为2或3。)
[2]根据[1]所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物,其中,在所述通式(1)中,Rf由下述通式(2)表示。
-CF(Y)-O-Rf1-CF(Y)- (2)
(式中,Y为F或CF3,Rf1包含从以下的全氟氧亚烷基单元的1种或2种以上选择的重复单元。)
-CF2O-
-CF2CF2O-
-CF2CF2CF2O-
-CF(CF3)CF2O-
-CF2CF(CF3)O-
-CF2CF2CF2CF2O-
-CF2CF2CF2CF2CF2O-
-CF2CF2CF2CF2CF2CF2O-
-CF2CF2OCF2CF2CF2CF2O-
[3]根据[1]或[2]所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物,其中,在所述通式(1)中,Rf由以下的任一个表示。
-CF2O(CF2O)p(CF2CF2O)qCF2-
(式中,p为10~300的整数,q为5~170的整数,并且p+q为15~470的整数中Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数,各重复单元的排列是无规的。)
【化5】
(式中,s、t独立地为1~120的整数,并且s+t为2~240的整数中Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数,u为1~6的整数,v为0~10的整数。)
-CF2CF2O[CF2CF2CF2O]wCF2CF2-
(式中,w为8~119的整数。)
-CzF2zO(CF2CF2O)x(CF2CF2CF2CF2O)yCzF2z-
(式中,x为2~300的整数,y为2~80的整数,并且x+y为4~380的整数中Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数。z在每个单元独立地为1或2。各重复单元的排列是无规的。)
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物,其中,在所述通式(1)中,Z为由下述式(3)表示的2价的连接基。
【化6】
(式中,m为2~10的整数,n为2~10的整数,l为1~6的整数。)
[5]根据[1]~[4]中任一项所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物,其中,在所述通式(1)中,Z由下述式表示,a为3。
【化7】
[6]根据[1]~[5]中任一项所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物,其中,在所述通式(1)中,M为碳数1~10的烷氧基。
[7]表面处理剂组合物,是含有不挥发性含氟有机化合物的表面处理剂组合物,该不挥发性含氟有机化合物包含80质量%以上的根据[1]~[6]中任一项所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物。
[8]根据[7]所述的表面处理剂组合物,其中,不挥发性含氟有机化合物的平均氟含有率为40~65质量%。
[9]根据[7]或[8]所述的表面处理剂组合物,是还含有沸点为25~260℃的有机溶剂的表面处理剂组合物,其中,该表面处理剂组合物中的所述氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的含有率为0.01~95质量%。
[10]根据[9]所述的表面处理剂组合物,其中,有机溶剂不含氟原子。
[11]物品,其具有根据[7]~[10]中任一项所述的表面处理剂组合物的固化被膜。
发明的效果
本发明的新型的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物可用不含氟原子的有机溶剂稀释、涂布,通过将以该酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物作为主成分的表面处理剂组合物涂布于物品的表面,使涂膜干燥固化而得到固化被膜,从而能够对物质表面赋予拒水拒油性、防污性等优异的全氟聚醚的特性。
具体实施方式
以下对本发明详细地说明。
本发明的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物由下述通式(1)表示。
【化8】
(式中,Rf为数均分子量1,500~20,000的2价全氟聚醚基,Z各自独立地为包含至少一个Si-O-Si键的2价的连接基,M各自独立地为选自碳数1~10的烷氧基、碳数2~10的烷氧基烷氧基、碳数2~10的酰氧基、碳数2~10的烯氧基和卤素原子中的水解性基团,R各自独立地为碳数1~6的1价烃基,a为2或3。)
上述通式(1)中,Rf为数均分子量1,500~20,000、优选1,500~10,000的2价全氟聚醚基。如果Rf的数均分子量不到1,500,则化合物中的氟含有率过低,因此能够赋予的全氟聚醚的特性变得不充分,如果超过20,000,则含氟基团(全氟聚醚基)的结构变得过长,因此对于非氟系溶剂的溶解变得困难。
应予说明,在本发明中,分子量(或聚合度或重复单元的数)能够作为通过以氟系溶剂作为展开溶剂的凝胶渗透色谱(GPC)分析得到的聚苯乙烯换算或聚甲基丙烯酸甲酯换算的数均分子量(或数均聚合度)而求出,优选地,是由基于1H-NMR分析和19F-NMR分析的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物的末端结构和主链结构的特征峰强度比率算出的数均分子量(或数均聚合度)(下同)。
作为Rf,特别优选为由下述通式(2)表示的2价全氟聚醚基。
-CF(Y)-O-Rf1-CF(Y)- (2)
其中,通式(2)中,Y为F或CF3,Rf1包含从以下的全氟氧亚烷基单元的1种或2种以上中选择的重复单元。再有,重复单元数为Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数。
-CF2O-
-CF2CF2O-
-CF2CF2CF2O-
-CF(CF3)CF2O-
-CF2CF(CF3)O-
-CF2CF2CF2CF2O-
-CF2CF2CF2CF2CF2O-
-CF2CF2CF2CF2CF2CF2O-
-CF2CF2OCF2CF2CF2CF2O-
特别地,作为上述通式(1)中的Rf(或者上述通式(2):-CF(Y)-O-Rf1-CF(Y)-)所示的2价全氟聚醚基,优选由以下的例示式表示。
-CF2O(CF2O)p(CF2CF2O)qCF2-、
【化9】
-CF2CF2O[CF2CF2CF2O]wCF2CF2-、
-CzF2zO(CF2CF2O)x(CF2CF2CF2CF2O)yCzF2z-
上述式中,p为10~300的整数,优选为10~100的整数。q为5~170的整数,优选为10~100的整数。p+q为15~470的整数中Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数,优选为17~300的整数且Rf的数均分子量满足1,500~20,000的情形,更优选为20~200的整数。如果p、q比这些范围小,则难以充分地给予全氟聚醚的特性,如果比这些范围大,在沸点为25~260℃的有机溶剂(特别是不含氟原子的有机溶剂)中的溶解性(以下关于溶解性,同样)降低。进而,优选q/p的值为0.7以上且1.5以下,更优选为0.8以上且1.2以下。如果比0.7小,则氟聚醚结构的耐久性降低,如果比1.5大,则失去聚合物的柔软性,溶解性降低。再有,在带有p、q的括弧内所示的各重复单元的排列是无规的。
上述式中,s、t独立地为1~120的整数,优选为5~60的整数,并且s+t为2~240的整数中Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数,优选为4~119的整数且Rf的数均分子量满足1,500~20,000的情形,更优选为10~100的整数,进一步优选为15~100的整数。如果s+t比其小,难以充分地给予全氟聚醚的特性,如果比其大,则溶解性大幅地降低,u为1~6的整数,优选为2~4的整数,v为0~10的整数,优选为1~4的整数。
上述式中,w为8~119的整数,优选为10~100的整数。如果比该范围小,则难以充分地给予全氟聚醚的特性,如果比其大,则溶解性降低。
上述式中,x为2~300的整数,优选为2~100的整数,y为2~80的整数,优选为2~60的整数,x+y为4~380的整数中Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数,优选为5~163的整数且Rf的数均分子量满足1,500~20,000的情形,更优选为6~140的整数且Rf的数均分子量满足1,500~20,000的情形。如果x、y比这些范围小,则难以充分地给予全氟聚醚的特性,如果比这些范围大,则溶解性降低。z在每个单元独立地为1或2。另外,在带有x、y的括弧内所示的各重复单元的排列是无规的,可使-CF2CF2OCF2CF2CF2CF2O-的排列作为重复结构。
在这些上述的组的重复单元中,由于制法、精制法等的原因,在所例示的重复单元以外,碳数为1~6的氟烷基醚结构可在不对溶解性、作为表面处理剂组合物给予的特性产生影响的范围、具体地0~3摩尔%的范围内混入。
在上述通式(1)中,Z各自独立地为包含至少一个Si-O-Si键的2价的连接基,特别是含有直链状的二有机聚硅氧烷结构的连接基,特别优选由下述式(3)表示。再有,在下述的结构中,优选左侧的键合端与N键合,右侧的键合端与Si键合。
【化10】
(式中,m为2~10的整数,优选为2~6的整数,n为2~10的整数,优选为2~6的整数,l为1~6的整数,优选为1~3的整数。)
作为由式(3)表示的结构,能够例示下述所示的结构。应予说明,在下述的结构中,左侧的键合端与N键合,右侧的键合端与Si键合。
【化11】
在由式(3)表示的结构中,特别优选下述所示的结构。
【化12】
上述通式(1)中,M各自独立地为选自碳数1~10、优选碳数1~6的烷氧基、碳数2~10、优选碳数2~4的烷氧基烷氧基、碳数2~10、优选碳数2~7的酰氧基、碳数2~10、优选碳数2~6的烯氧基和卤素原子中的水解性基团。具体地,可列举出甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基等烷氧基、甲氧基甲氧基、甲氧基乙氧基、乙氧基甲氧基、乙氧基乙氧基等烷氧基烷氧基、乙酰氧基等酰氧基、异丙烯氧基等烯氧基、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等卤素原子等,这些中,特别优选甲氧基、乙氧基、甲氧基甲氧基、乙酰氧基。
在上述通式(1)中,R各自独立地为碳数1~6的1价烃基,具体地,可列举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基等烷基、环己基等环烷基、乙烯基、烯丙基、丙烯基等烯基、苯基等,特别优选甲基。
上述通式(1)中,a为2或3,特别优选3。
作为这样的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物的具体的合成方法,例如能够示出以下的方法。
作为第一方法,可列举出使由下述通式(4)
【化13】
(式中,Rf与上述相同,R1独立地为氢原子或碳数1~6的1价烃基,d在每个单元独立地为0~8的整数,不过,连接的CH2=CR1CdH2d的碳数的合计分别为2~10。)
表示的在分子链两末端分别各具有2个(在分子中具有4个)烯基的氟聚醚酰胺化合物的4个烯基分别与由下述通式(5)
【化14】
(式中,M、R、l、n、a与上述相同。)
表示的在分子链单末端具有SiH基(与硅原子结合的氢原子)、在另一末端具有水解性甲硅烷基的有机硅氧烷化合物的SiH基通过氢化硅烷化加成反应而加成的方法。
另外,作为第二方法,通过使由上述通式(4)表示的在分子链两末端分别各具有2个(在分子中具有4个)烯基的氟聚醚酰胺化合物的4个烯基与以摩尔当量计过量的由下述通式(6)
【化15】
(式中,l与上述相同。)
表示的在分子链两末端具有SiH基(与硅原子结合的氢原子)的有机硅氧烷化合物的一方的SiH基通过氢化硅烷化加成反应而加成后,将残存的由上述通式(6)表示的化合物去除,使得到的由下述通式(7)
【化16】
(式中,Rf、m、l与上述相同。)
表示的化合物的分子链两末端的SiH基与由下述通式(8)
【化17】
(式中,M、R、a与上述相同,R2为氢原子或碳数1~6的1价烃基,e为0~8的整数,不过,连接的CH2=CR2CeH2e的碳数的合计为2~10。)
表示的含有烯基的水解性硅烷化合物的烯基通过氢化硅烷化加成反应而加成,从而能够合成。
其中,由上述通式(4)表示的在分子链两末端分别各具有2个(在分子中具有4个)烯基的氟聚醚酰胺化合物例如可通过采用公知的酰胺化的手法使由下述通式(9)表示的氟聚醚羧酸衍生物与由下述通式(10)表示的具有2个含有末端烯基的1价烃基的胺化合物反应而合成。
【化18】
(式中,Rf与上述相同,X独立地为脱离基,例如为羟基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基等碳数1~6的烷氧基、或者氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等卤素原子。)
[CH2=CR1CdH2d]2-NH (10)
(式中,R1、d与上述相同,不过,连接的CH2=CR1CdH2d的碳数的合计各自为2~10。)
作为由通式(9)表示的氟聚醚羧酸衍生物的具体的例子,能够列举出下述所示的实例。
【化19】
(式中,Rf与上述相同。)
作为由通式(10)表示的具有2个含有末端烯基的1价烃基的胺化合物的具体的例子,能够示出二烯丙胺、二(3-丁烯基)胺、二(4-戊烯基)胺、二(5-己烯基)胺等。
在由通式(9)表示的化合物与由通式(10)表示的化合物的反应中,特别是由通式(9)表示的化合物为羧酸卤化物时,根据需要加入溶剂、反应催化剂等并搅拌或者加热搅拌的方法简便。其中,作为加热时的条件,优选在0~150℃、特别是20~100℃下进行5分~200小时、特别是30分~24小时。
就上述的反应中使用的由通式(10)表示的化合物的量而言,将由通式(9)表示的化合物中所含的COX基的摩尔数设为1时,优选为1~5摩尔,更优选为1~1.5倍摩尔。如果比1摩尔小,则未反应的末端基残存,如果比5摩尔大,将未反应的由通式(10)表示的化合物除去时的负担增大。
另外,上述的反应即使不存在溶剂,也可通过对反应体系内充分地搅拌来实施,但根据需要可用溶剂稀释。此时,就稀释溶剂而言,能够利用将由通式(9)表示的化合物和由通式(10)表示的化合物这两者溶解的溶剂,作为溶剂,优选沸点为目标的反应温度以上并且不阻碍反应,在反应中使用的由通式(9)表示的化合物、由通式(10)表示的化合物和生成的由通式(4)表示的化合物在上述反应温度下可溶。作为这样的溶剂,例如优选六氟间二甲苯、次苄基三氟等氟改性芳族烃系溶剂、甲基全氟丁基醚等氟改性醚系溶剂等部分氟改性的溶剂,特别优选六氟间二甲苯。
在使用溶剂的情况下,就其使用量而言,相对于由式(9)表示的化合物100质量份,优选为5~2,000质量份,更优选为50~500质量份。如果比其少,溶剂产生的稀释的效果变弱,如果多,稀释度过度升高,有时招致反应速度的降低。
在使用反应催化剂的情况下,可使用公知的任何反应催化剂,优选与脱离的HX(X与上述相同)形成盐的三乙胺等三烷基胺等叔胺类、二氮杂双环十一碳烯、二氮杂双环壬烯等和它们的混合物。
在使用反应催化剂的情况下,就其使用量而言,相对于脱离的HX量,优选为1~5倍摩尔,更优选为1~2倍摩尔。如果反应催化剂比1倍摩尔少,则没有形成盐的HX残存,因此有时变得难以除去,如果比5倍摩尔多,有时剩余的催化剂的除去变得困难。
反应结束后,优选将未反应的由式(10)表示的化合物、反应催化剂和溶剂等采用减压馏除、萃取、吸附等公知的方法除去。
作为由上述通式(4)表示的在分子链两末端分别各具有2个(在分子中具有4个)烯基的氟聚醚酰胺化合物,例如能够例示下述所示的实例。
【化20】
(式中,Rf与上述相同。)
作为由上述通式(5)表示的在分子链单末端具有SiH基(与硅原子结合的氢原子)、在另一末端具有水解性甲硅烷基的有机硅氧烷化合物,例如能够例示下述所示的实例。
【化21】
另外,作为由上述通式(6)表示的在分子链两末端具有SiH基(与硅原子结合的氢原子)的有机硅氧烷化合物,例如能够例示下述所示的实例。
【化22】
由上述式(4)表示的化合物与由上述式(5)或式(6)表示的化合物的反应通过公知的氢化硅烷化反应进行。就该氢化硅烷化(加成)反应而言,优选将由式(4)表示的化合物与由式(5)或式(6)表示的化合物混合,在铂族金属系的加成反应催化剂存在下、反应温度50~150℃、优选60~120℃下进行1分钟~48小时、特别是10分钟~12小时的反应。如果反应温度过低,有时反应没有充分地进行就停止,如果过高,由于氢化硅烷化的反应热引起的温度上升,反应变得不能控制,有时发生突沸、原料的分解等。
就由上述式(4)表示的化合物与由上述式(5)表示的化合物的反应比例而言,相对于由式(4)表示的化合物的烯基的总摩尔数,优选使用1~2倍摩尔、特别是1~1.5倍摩尔的由式(5)表示的化合物来使其反应。如果由式(5)表示的化合物与其相比过少,则由式(4)表示的化合物的在单末端残存有烯基的化合物作为副产物生成。如果由式(5)表示的化合物与其相比过多,则反应溶液的均匀性降低,反应速度变得不稳定。另外,在反应后进行未反应的由式(5)表示的化合物的除去的情况下,针对未反应成分增加的部分,需要严格控制加热、减压、萃取等的条件。
就由上述式(4)表示的化合物与由上述式(6)表示的化合物的反应比例而言,相对于由式(4)表示的化合物的烯基的总摩尔数,以摩尔当量计,优选使用过量、即2~20倍摩尔、特别是4~10倍摩尔的由式(6)表示的化合物来使其反应。如果由式(6)表示的化合物与其相比过少,则由式(6)表示的化合物的两末端SiH基与由式(4)表示的化合物的烯基反应而成的化合物作为副产物生成,不能得到目标物。如果由式(6)表示的化合物与其相比过多,则反应溶液的均匀性降低,反应速度变得不稳定。另外,在反应后进行未反应的由式(6)表示的化合物的除去的情况下,针对未反应成分增加的部分,需要严格控制加热、减压、萃取等的条件。
作为使由上述通式(4)表示的在分子链两末端分别各具有2个(在分子中具有4个)烯基的氟聚醚酰胺化合物与由上述通式(6)表示的化合物反应而得到的由上述通式(7)表示的化合物,例如能够例示下述所示的实例。
【化23】
(式中,Rf与上述相同。)
另外,作为与上述通式(7)反应的由上述通式(8)表示的含有烯基的水解性硅烷化合物,例如能够例示下述所示的实例。
【化24】
由上述式(7)表示的化合物与由上述式(8)表示的化合物的反应通过公知的氢化硅烷化反应进行。就该氢化硅烷化(加成)反应而言,优选将由上述式(7)表示的化合物与由上述式(8)表示的化合物混合,在铂族金属系的加成反应催化剂存在下、反应温度50~150℃、优选60~120℃下进行1分钟~48小时、特别是10分钟~12小时的反应。如果反应温度过低,有时反应没有充分地进行就停止,如果过高,由于氢化硅烷化的反应热引起的温度上升,反应变得不能控制,有时发生突沸、原料的分解等。
就由上述式(7)表示的化合物与由上述式(8)表示的化合物的反应比例而言,相对于由式(7)表示的化合物的SiH基的总摩尔数,优选使用1~5倍摩尔、特别是1~1.5倍摩尔的由式(8)表示的化合物来使其反应。如果由式(8)表示的化合物与其相比过少,则SiH基残存的化合物作为副产物生成,不能得到目标物。如果由式(8)表示的化合物与其相比过多,则反应溶液的均匀性降低,反应速度变得不稳定。另外,在反应后进行未反应的由式(8)表示的化合物的除去的情况下,针对未反应成分增加的部分,需要严格控制加热、减压、萃取等的条件。
就用于上述氢化硅烷化(加成)反应的加成反应催化剂而言,例如能够使用包含铂、铑或钯等铂族金属的化合物。其中优选包含铂的化合物,能够使用六氯铂(IV)酸六水合物等氯铂酸、铂羰基乙烯基甲基络合物、氯铂酸(铂)-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物、氯铂酸(铂)-环乙烯基甲基硅氧烷络合物、氯铂酸(铂)-辛醛/辛醇络合物等氯铂酸与醇、乙烯基硅氧烷的络合物、或者负载于活性炭的铂。
就加成反应催化剂的配合量而言,相对于由式(4)或式(7)表示的化合物,优选为所含的金属量成为0.1~5,000质量ppm的量,更优选为成为0.2~1,000质量ppm的量。
上述氢化硅烷化(加成)反应即使不存在溶剂也可实施,根据需要可用溶剂稀释。此时,就稀释溶剂而言,能够利用甲苯、二甲苯、异辛烷等一般广泛使用的有机溶剂,优选沸点为目标的反应温度以上并且不阻碍反应,在反应中使用的化合物和生成物在上述反应温度下可溶。作为这样的溶剂,例如优选六氟间二甲苯、次苄基三氟等氟改性芳族烃系溶剂、甲基全氟丁基醚等氟改性醚系溶剂等部分氟改性的溶剂,特别优选六氟间二甲苯。
在使用溶剂的情况下,就其使用量而言,相对于由式(4)或式(7)表示的化合物100质量份,优选为5~2,000质量份,更优选为40~500质量份。如果比其少,则溶剂产生的稀释的效果变弱,如果过多,稀释度过度升高,有时招致反应速度的降低。
上述氢化硅烷化(加成)反应结束后,优选采用减压馏除、萃取、吸附等公知的方法分别将未反应的由式(5)、式(6)或式(8)表示的化合物、催化剂残渣和稀释溶剂等除去。
特别地,最终作为由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物离析时,在包含常压下的沸点260℃以下的含氟溶剂,例如六氟间二甲苯、次苄基三氟、甲基九氟丁基醚、甲基九氟异丁基醚、乙基九氟丁基醚、乙基九氟异丁基醚、3-甲氧基全氟(3-甲基戊烷)、2-(三氟甲基)-3-乙氧基十二氟己烷等的情况下,优选将该含氟溶剂除去以致成为不到由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物整体的1质量%。
其中,常压下的沸点260℃以下的含氟溶剂的含量例如能够以反应中使用的各溶剂的19F-NMR波谱或1H-NMR波谱为基础,由根据需要在由上述通式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物中加入了内标物质的NMR测定结果算出。另外,简单地,也能够通过各个溶剂的不挥发分成为不到1质量%的条件下的加热减量试验而判断。
作为如上所述得到的由上述通式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物,能够例示以下的化合物。
【化25】
【化26】
【化27】
【化28】
【化29】
【化30】
【化31】
上述式中,Rfa能够例示与上述Rf同样的基团,优选为由以下的式子中的任一个表示的基团。
【化32】
【化33】
-CF2O(CF2O)p1(CF2CF2O)q1CF2-
(式中,s1+t1的平均值为15~100,p1+q1的平均值为15~80,并且q1/p1为0.8~1.2。再有,带有p1、q1的括弧内所示的各重复单元的排列是无规的。)
本发明的由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物如以上所示,这些化合物为在常压(大气压中)下不具有沸点的高分子量化合物,在本发明的表面处理组合物的使用中显示不挥发性。
本发明的进一步的实施方式为作为含有不挥发性含氟有机化合物的表面处理剂组合物的使用法,其中,将包含由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的表面处理剂组合物涂布于各种表面,对该表面给予拒水性、拒油性、防污性、耐指纹性、指纹除去性、滑动性、耐磨损性、耐擦伤性、耐溶剂性、耐化学品性、液滴滑落性、着雪滑落性、着水滑落性、防雾性、表面流平性、脱模性、低折射率性、减反射性等优异的性质。
本发明的表面处理剂组合物对各种基材表面赋予由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的特性。本发明的表面处理剂组合物为含有不挥发性含氟有机化合物的表面处理剂组合物,其特征在于,该不挥发性含氟有机化合物包含由上述式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物。其中,所谓不挥发性,意指在大气压中260℃的加热下不挥发。在该表面处理剂组合物中,认为例如原料中所含的杂质、制造工艺中产生的副产物残存、混入。
作为这样的可混入的杂质和副产物,可列举出具体地使用的各原料、各中间体和它们中所含的杂质、具有Rf基的一部分尚未氟化的结构的物质、由下述通式(11)
【化34】
(式中,Y为1价的基团,可列举出氢原子、氟原子、羧基及其盐、羟基、酯基、酰氨基、甲酰基等。)
表示的单末端官能化合物、进而由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物或由上述式(11)表示的化合物的-[Z-Si-MaR3-a]基的一个以上被其他官能团替换的产物等。
这些混入物在不对由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的溶解性、能够赋予的表面特性产生大的影响的范围存在,则在实用上没有问题,为了维持其赋予特性,本发明的表面处理剂组合物优选在不挥发成分中含有80质量%以上的由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物。出于同样的理由,在测定不挥发成分中的氟含量时优选为40~65质量%。氟含有率通过由使用了标准物质等不挥发成分的19F-NMR计算而求得。或者能够通过进行不挥发成分的元素分析来求出。
本发明的表面处理剂组合物优选预先用溶剂稀释,作为该溶剂,只要将由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物均匀地溶解,则并无特别限定,从保存稳定性和涂布后的干燥中的便利性出发,优选沸点在25~260℃、特别是在45~150℃的范围内。如果沸点比其低,则保存性降低,作业者对于挥发成分的对策也变得困难,如果比其高,则干燥工序变得困难。
作为这样的溶剂,具体地,可列举出氟改性脂肪族烃系溶剂(全氟庚烷、全氟辛烷等)、氟改性芳族烃系溶剂(六氟间二甲苯等)、氟改性醚系溶剂(甲基全氟丁基醚、乙基全氟丁基醚、全氟(2-丁基四氢呋喃)等)、氟改性烷基胺系溶剂(全氟三丁胺、全氟三戊胺等)、或者不含氟原子的溶剂,具体地烃系溶剂(己烷、庚烷、辛烷、异辛烷、异壬烷、异癸烷、五甲基庚烷、石油精、甲苯、二甲苯等)、酮系溶剂(丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮等)、醚系溶剂(二异丙基醚、二丁基醚、乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、环戊基甲基醚)、酯系溶剂(醋酸乙酯、醋酸丙酯、醋酸异丙酯、醋酸丁酯)、丙二醇单甲醚乙酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯等。
这些中,为了充分地利用本发明的由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的特性,优选为不含氟原子的溶剂。上述溶剂可单独使用1种,也可将2种以上混合使用。
在溶剂中溶解的由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的最佳浓度根据处理方法而异,只要是容易称量的量即可,在溶剂中溶解的情况下,表面处理剂组合物中的由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的含有率优选为0.01~95质量%。这些中,在直接涂布的情况下,相对于溶剂与氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的合计质量,优选由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的含有率为0.01~10质量%,特别是0.05~5质量%,在进行蒸镀处理的情况下,可不溶解于溶剂,在溶剂中溶解的情况下,相对于溶剂和氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的合计质量,由式(1)表示的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的含有率优选为1~95质量%,特别优选为3~30质量%。另外,就这些的稀释而言,也可将事先稀释为一定浓度的产物在每次使用时稀释为所需的浓度。
本发明的表面处理剂组合物能够采用毛刷涂布、浸渍、喷涂、蒸镀处理等公知的方法施予基材。蒸镀处理时的加热方法可以是电阻加热方式,也可以是电子束加热方式,并无特别限定。另外,固化温度因固化方法而异,例如在采用浸渍处理、蒸镀处理施予的情况下,优选20~200℃的范围。另外,可在加湿下使其固化。固化被膜的膜厚根据基材的种类而适当地选择,通常为0.1~100nm,特别是1~20nm。
另外,作为本发明的表面处理剂组合物的一般的使用形态,只要本发明的表面处理剂组合物层在固化后密合或粘接,则能够在任何基材上涂布,可列举出纸、布、金属及其氧化物、皮、合成皮革、树脂、木材、玻璃、SiO2处理过的玻璃和树脂膜、陶瓷(陶器)、石英、蓝宝石基材、石材等各种材质、在这些基材采用各种涂料涂装而成的涂膜表面等。这些对于膜、板状和成型构件等呈任意的形态的产物,能够用于其表面。
采用本发明的表面处理剂组合物得到的固化被膜(固化树脂层)具体地能够作为平板型电脑、笔记本PC、移动电话·智能电话等便携(通信)信息终端、数字媒体播放器、数码相机、数码摄像机、电子书阅读器等各种设备的壳体和显示部、操作部、钟表型·眼镜型可穿戴电脑、心率监测计·脉搏系等面向人体或动物的可穿戴传感器、头戴式显示器、液晶显示器、等离子体显示器、有机EL(电致发光)显示器、背投型显示器、荧光显示管(VFD)、场致发射投影显示器、CRT、调色剂系显示器、量子点(QD)显示器等各种平板显示器和TV的画面等显示操作设备表面和在它们的内部所使用的各种光学膜类、GPS显示记录设备、汽车用等的导航装置、汽车用等的控制面板、自动现金取出存入装置、现金自动支付机、自动售货机、数字标牌(电子招牌)、安全系统终端、POS终端、遥控器等各种控制器、车载装置用面板开关等显示输入装置、钢琴、家具的光泽表面、大理石等建筑用石材表面、家具陈设的表面、厕所、浴室、洗手间等的水周边的装饰建材、卫生陶器、美术品展示用保护玻璃、橱窗、陈列柜、相框用盖、手表、化妆品容器的外装和内装、装饰品的外装、装饰品容器的外装、汽车和火车等各种车辆的窗用玻璃、汽车和火车等各种车辆的内装外装用的树脂和金属部分、车辆用涂装的罩面涂层、室内室外的招牌、广告显示、道路标识、指南板、室内外的照明器具的发光部、各种信号机和LED标识的显示部的涂层、汽车用电子反光镜的显示部、各种建造物的室外涂装、火车航空器等运输装置的窗玻璃和内装外装、各种印刷用打印机的墨喷嘴周边部件、各种3D打印机的材料排出喷嘴周边部件、汽车头灯·尾灯等透明的玻璃制或透明的塑料制(丙烯酸系、聚碳酸酯等)构件、毫米波雷达等车用传感器的盖构件、各种反光镜构件等的涂装膜和显示保护膜使用。
进而,也能够作为眼镜镜片、棱镜、透镜片、表膜、偏振片、光学滤波器、双凸透镜、菲涅耳透镜、减反射膜、各种相机用镜片、各种透镜用滤波器、光纤、光耦合器等光学部件·光盘的表面保护被膜使用。
本发明的表面处理剂组合物通过在基材表面涂布并使其固化,从而提供在表面具有优异的防污性、拒水性、拒油性和耐指纹性的固化被膜。由此,对于各种基材,难以被雨、砂尘、花粉、生物的粪便、虫的碰撞产生的污垢、各种工业油、食品油、调味料、指纹、皮脂或汗等人脂、化妆品等的附着、采用墨、涂料的涂鸦等污染,即使在污垢附着的情况下,擦除性也优异,另外,在树胶、贴纸等粘着物粘贴的情况下也给予能够容易地将其除去的表面。因此,本发明的包含80质量%以上的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的表面处理剂组合物可用于在各种基材形成保护膜。
实施例
以下示出合成例、合成实施例、合成比较例、实施例和比较例,对本发明具体地说明,但本发明并不受下述的合成实施例、实施例限制。
[合成例1]
在具备搅拌装置和回流装置的4口烧瓶中装入由下述式(12)
【化35】
(由19F-NMR求出的s2+t2的平均值为32.5,以其为基础求出的2价全氟聚醚基的数均分子量为5,821,由计算求出的-COF基浓度为0.000344摩尔/g。)
表示的化合物1,500g(以-COF基计,为0.515摩尔)、二烯丙胺67.6g(0.70摩尔)和三乙胺52.4g(0.52摩尔),在50℃下搅拌混合。通过4小时后进行的反应液的IR测定,确认1,780cm-1的酰氟的羰基的吸收消失,在1,685cm-1新产生来自酰氨基的羰基的吸收。其次,投入碳酸钙36.8g,边继续搅拌边升温到95℃,在到达95℃后,继续搅拌1小时,然后冷却。对于冷却到室温的反应溶液,使用旋转蒸发器以150℃/0.8kPa加热减压直至馏出液消失。对于将烧瓶冷却后得到的成分,与1,000g的3M日本制氟溶剂PF-5060、15g的活性炭和15g的共和界面科学制吸附剂キョーワード700一起搅拌2小时,用アドバンテック东洋(株)制的NA-500过滤板加压过滤。对于得到的滤液,使用旋转蒸发器以120℃/0.8kPa进行减压馏除,得到了1,445g的无色透明液体。对于得到的化合物,由19F-NMR、1H-NMR、IR测定的结果,确认为由下述式(I)表示的化合物。
【化36】
(由19F-NMR求出的s2+t2的平均值为32.5。)
[合成例2]
除了使进料量为由下述式(13)
【化37】
(由19F-NMR求出的s3+t3的平均值为20.8,以其为基础求出的2价全氟聚醚基的数均分子量为3,879,由计算求出的COF基浓度为0.000515摩尔/g。)
表示的化合物1,500g(以-COF基计,为0.77摩尔)、二烯丙胺92.5g(0.95摩尔)和三乙胺95.3g(0.94摩尔)以外,与合成例1同样地得到了1,513g的作为无色透明液体的由下述式(II)表示的化合物。
【化38】
(由19F-NMR求出的s3+t3的平均值为20.8。)
[合成实施例1]
在具备搅拌装置和回流装置的4口烧瓶中装入上述式(I)的化合物600g(以烯丙基计,为0.40摩尔)、六氟间二甲苯240g和氯铂酸/乙烯基硅氧烷络合物的甲苯溶液0.6g(以Pt单质计,含有1.5×10-6摩尔),在氮气氛下边搅拌边升温到85℃。向其中滴入由下述式(III)
【化39】
表示的化合物138g(0.49摩尔),继续搅拌2小时后,测定了反应液的1H-NMR。1H-NMR测定的结果,确认上述式(I)的化合物的烯丙基消失,停止加热,冷却。将冷却后的溶液用孔径0.2m的PTFE过滤器过滤后,在氮冒泡下以150℃/1.3kPa进行减压馏除,得到了692g的淡黄色的透明液体。由得到的化合物的19F-NMR、1H-NMR、IR测定的结果,确认了由上述(III)表示的化合物和溶剂的六氟间二甲苯没有残存,只是由下述式(IV)表示的化合物。
【化40】
(由19F-NMR求出的s2+t2的平均值为32.5,由其求出的平均氟含有率为55.8质量%。)
[合成实施例2]
除了代替上述式(I)的化合物而使用了上述式(II)的化合物600g(以烯丙基计,为0.60摩尔),使上述式(III)的化合物的进料量为174g(0.62摩尔)以外,采用与合成实施例1同样的步骤得到了701g的淡黄色的透明液体。由得到的化合物的19F-NMR、1H-NMR、IR测定的结果,确认了由上述(III)表示的化合物和溶剂的六氟间二甲苯没有残存,只是由下述式(V)表示的化合物。
【化41】
(由19F-NMR求出的s3+t3的平均值为20.8,由其求出的平均氟含有率为50.9质量%。)
[合成比较例1]
在具备搅拌装置和回流装置的4口烧瓶中装入上述式(I)的化合物60g(以烯丙基计,为0.040摩尔)、六氟间二甲苯100g和氯铂酸/乙烯基硅氧烷络合物的甲苯溶液0.2g(以Pt单质计,含有0.5×10-6摩尔),在氮气氛下边搅拌边升温到80℃。向其中滴入三甲氧基硅烷13g(0.11摩尔),继续搅拌8小时后,测定了反应液的1H-NMR。1H-NMR测定的结果,确认上述式(I)的化合物的烯丙基消失,停止加热,冷却。将冷却后的溶液用孔径0.2m的PTFE过滤器过滤后,在氮冒泡下以100℃/1.3kPa进行减压馏除,得到了61g的淡黄色的透明液体。由得到的化合物的19F-NMR、1H-NMR、IR测定的结果,确认上述三甲氧基硅烷和溶剂的六氟间二甲苯没有残存,只是由下述式(VI)表示的化合物。
【化42】
(由19F-NMR求出的s2+t2的平均值为32.5,由其求出的平均氟含有率为61.2质量%。)
[实施例1、2和比较例1]
溶解性的确认:
将合成实施例1、2和合成比较例1中得到的由上述式(IV)、(V)、(VI)表示的各化合物16g与表1中所示的脱水的各溶剂64g在密闭的100ml的透明管药瓶中均匀地搅拌混合,在20℃下静置后通过目视确认外观。将透明均匀地溶解的情形评价为“○”,将不相容而分离的情形评价为“×”。将结果示于表1中。
【表1】
[实施例3、4和比较例2]
在将合成实施例1、2中得到的由上述式(IV)、(V)表示的各化合物分别用脱水的醋酸异丙酯稀释至0.1质量%的溶液(表面处理剂组合物)中将滑动玻璃浸渍10秒,以150mm/min提升后,在80℃、湿度80%的恒温恒湿器内保持4小时,得到了上述化合物的固化被膜(膜厚:6nm)。采用以下所示的方法评价了得到的涂布表面(固化被膜)和未涂布玻璃的水接触角(拒水性)和防污性(万能笔排斥性、万能笔擦除性)。
[拒水性的评价]
使用接触角计(协和界面科学(株)制DropMaster),将水2μL的液滴滴到固化被膜或玻璃表面上,测定了1秒后的水接触角。将N=5的平均值作为测定值。将结果示于表2中。
[万能笔排斥性的评价]
在固化被膜或玻璃表面,用万能笔(ゼブラ(株)制ハイマツキ一粗体字)描绘直线,通过目视观察评价了其排斥情况。将结果示于表2中。
[万能笔擦除性的评价]
在固化被膜或玻璃表面,用万能笔(ゼブラ(株)制ハイマツキ一粗体字)描绘直线,在1分钟后用卫生纸轻轻地摩擦3次,将万能笔的痕迹没有残留评价为“擦除”,将痕迹残留评价为“未擦除”。将结果示于表2中。
【表2】
实施例3 | 实施例4 | 比较例2 | |
化合物 | 式(IV)的化合物 | 式(V)的化合物 | 未涂布玻璃 |
水接触角[°] | 111 | 108 | 5 |
万能笔排斥性 | 排斥 | 排斥 | 未排斥 |
万能笔擦除性 | 擦除 | 擦除 | 未擦除 |
Claims (11)
2.根据权利要求1所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物,其中,在所述通式(1)中,Rf由下述通式(2)表示,
-CF(Y)-O-Rf1-CF(Y)- (2)
式中,Y为F或CF3,Rf1包括从以下的全氟氧亚烷基单元的1种或2种以上选择的重复单元,
-CF2O-
-CF2CF2O-
-CF2CF2CF2O-
-CF(CF3)CF2O-
-CF2CF(CF3)O-
-CF2CF2CF2CF2O-
-CF2CF2CF2CF2CF2O-
-CF2CF2CF2CF2CF2CF2O-
-CF2CF2OCF2CF2CF2CF2O-。
3.根据权利要求1所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物,其中,在所述通式(1)中,Rf由以下的任一个化学式表示,
-CF2O(CF2O)p(CF2CF2O)qCF2-
式中,p为10~300的整数,q为5~170的整数,并且p+q为15~470的整数中Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数,各重复单元的排列是无规的,
式中,s、t独立地为1~120的整数,并且s+t为2~240的整数中Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数,u为1~6的整数,v为0~10的整数,
-CF2CF2O[CF2CF2CF2O]wCF2CF2-
式中,w为8~119的整数,
-CzF2zO(CF2CF2O)x(CF2CF2CF2CF2O)yCzF2z-
式中,x为2~300的整数,y为2~80的整数,并且x+y为4~380的整数中Rf的数均分子量满足1,500~20,000的数,z在每个单元独立地为1或2,各重复单元的排列是无规的。
6.根据权利要求1所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物,其中,在所述通式(1)中,M为碳数1~10的烷氧基。
7.表面处理剂组合物,是含有不挥发性含氟有机化合物的表面处理剂组合物,该不挥发性含氟有机化合物包含80质量%以上的根据权利要求1~6中任一项所述的氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物。
8.根据权利要求7所述的表面处理剂组合物,其中,不挥发性含氟有机化合物的平均氟含有率为40~65质量%。
9.根据权利要求7所述的表面处理剂组合物,是还含有沸点为25~260℃的有机溶剂的表面处理剂组合物,其中,该表面处理剂组合物中的所述氟聚醚改性酰氨基硅烷化合物和/或其部分水解缩合物的含有率为0.01~95质量%。
10.根据权利要求9所述的表面处理剂组合物,其中,有机溶剂不含氟原子。
11.物品,其具有根据权利要求7所述的表面处理剂组合物的固化被膜。
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