JP2000169483A - 親水・疎水の両基を有する表面処理剤 - Google Patents

親水・疎水の両基を有する表面処理剤

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JP2000169483A
JP2000169483A JP10343221A JP34322198A JP2000169483A JP 2000169483 A JP2000169483 A JP 2000169483A JP 10343221 A JP10343221 A JP 10343221A JP 34322198 A JP34322198 A JP 34322198A JP 2000169483 A JP2000169483 A JP 2000169483A
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Norio Yoshino
則夫 好野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】優れた防汚効果を持つ化合物を提供する。 【解決手段】一般式(I)または(II)の化合物。 【化1】 〔式中、Rfは炭素数1〜16のポリフルオロアルキル
基または炭素数2〜16のポリフルオロアルケニル基を
示す。Rは炭素数1〜3のアルキル基を示す。Xはハロ
ゲン原子またはアルコキシ基を示す。Aは、ヘテロ原子
含有水溶性基を示す。nは0、1または2を示す。〕で
表される化合物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、親水・疎水の両基
を有する表面処理剤として有用な化合物、その製造中間
体及びその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】従来のフッ素系シランカッ
プリング剤で処理した物品は、撥水撥油性となるため、
水に分散した油性汚れに対する防汚性が不十分であっ
た。
【0003】本発明は、優れた防汚効果を有する化合物
を提供することを目的とする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、下記の項1
〜項4を提供するものである。 項1. 下記式(I)
【0005】
【化5】
【0006】〔式中、Rfは炭素数1〜16のポリフル
オロアルキル基または炭素数2〜16のポリフルオロア
ルケニル基を示す。Rは炭素数1〜3のアルキル基を示
す。Xはハロゲン原子またはアルコキシ基を示す。A
は、ヘテロ原子含有水溶性基を示す。nは0、1または
2を示す。〕で表される化合物。 項2. 下記式(II)
【0007】
【化6】
【0008】〔式中、Rfは炭素数1〜16のポリフル
オロアルキル基または炭素数2〜16のポリフルオロア
ルケニル基を示す。Aは、ヘテロ原子含有水溶性基を示
す。〕で表される化合物。 項3. 一般式(II)
【0009】
【化7】
【0010】〔式中、Rfは炭素数1〜16のポリフル
オロアルキル基または炭素数2〜16のポリフルオロア
ルケニル基を示す。Aは、ヘテロ原子含有水溶性基を示
す。〕で表される化合物とHSiRn(3-n)を反応させ
る下記式(I)
【0011】
【化8】
【0012】〔式中、Rfは前記に定義されたとおりで
ある。Rは炭素数1〜3のアルキル基を示す。Xはハロ
ゲン原子またはアルコキシ基を示す。nは0、1または
2を示す。〕で表される化合物の製造法。 項4. 項1に記載の化合物で表面処理された基体。
【0013】
【発明の実施の形態】一般式(I)及び(II)の化合物
において;Rfで表されるポリフルオロアルキル基とし
ては、H(CF2n1またはF(CF2n1(n1は1〜1
6の整数を示す)、ペルフルオロイソプロピル、ペルフ
ルオロイソブチル、ペルフルオロ(2−エチルヘキシ
ル)などの直鎖または分枝を有する炭素数1〜16のポ
リフルオロアルキル基が挙げられる。
【0014】Rfで表されるポリフルオロアルケニル基
としては、H(CF2)n2-2CF=CFまたはF(CF2
n2-2CF=CF(n2は2〜16の整数を示す)、(CF
3 2CFCF=CFなどの直鎖または分枝を有する炭素
数2〜16のポリフルオロアルケニル基が挙げられる。
【0015】Rで表される炭素数1〜3のアルキル基と
しては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル
が挙げられる。
【0016】Xで表されるハロゲンとしては、フッ素、
塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。
【0017】Xで表されるアルコキシ基としては、メト
キシ、エトキシ、n−プロポキシ、イソプロポキシ、n
−ブトキシ、イソブトキシ、sec−ブトキシ、ter
t−ブトキシなどの炭素数1〜4のアルコキシ基が挙げ
られる。
【0018】Aで表されるヘテロ原子含有水溶性基とし
ては、
【0019】
【化9】
【0020】−O(CH2CH2O)pa(式中、pは1
〜100、好ましくは1〜50、より好ましくは1〜3
0、更に好ましくは1〜10、特に1〜5の整数を示
す。Raは炭素数1〜3のアルキル基を示す)が挙げら
れ、好ましくはモルホリノ基が挙げられる。
【0021】nは0、1、2、好ましくは0、1、より
好ましくは0である。
【0022】本発明の化合物は、例えば下記の反応工程
式に従って製造できる。 <反応工程式>
【0023】
【化10】
【0024】〔式中、Rf、R、X、Aおよびnは前記
に定義されたとおりである。〕工程A エポキシ化合物(1)とH−Aで表される化合物を溶媒
の存在下または非存在下に反応させて、化合物(2)を
得る。反応は、エポキシ化合物(1)1モルに対しH−
Aで表される化合物を1モル〜過剰量使用し、0℃から
100℃程度の温度下に1〜24時間反応させることに
より有利に進行する。溶媒を使用する場合には、クロロ
ホルム、塩化メチレンなどのハロゲン系炭化水素、ベン
ゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素、THF、DM
F、DMSOなどが使用できる。工程B 化合物(2)をNaH、次いでBrCH2CH=CH2
反応させて、一般式(II)の化合物を得ることができ
る。反応は、化合物(2)1モルに対し、NaHを1〜
1.1モル程度、BrCH2CH=CH2を1〜1.1モ
ル程度使用し、室温から溶媒の還流する温度下に1〜2
4時間反応させることにより有利に進行する。溶媒とし
ては、ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素、TH
F、DMF、DMSOなどが使用できる。工程C 一般式(II)の化合物をHSiRn(3-n)と反応させ
て、一般式(I)の化合物を得ることができる。反応
は、化合物(II)1モルに対し、HSiRn(3-n)を1
〜1.1モル程度使用し、室温から溶媒の還流する温度
下に1〜24時間反応させることにより有利に進行す
る。
【0025】本発明の一般式(I)の化合物で表面処理
される基体としては、ガラス、金属、石材、無機材料
(Ti、Al、Zrなどの各種金属酸化物)、木材など
が挙げられる。一般式(I)の化合物は、Aの種類にも
よるが界面活性剤及び帯電防止剤としての機能を付与で
きる。
【0026】
【発明の効果】本発明の一般式(I)の化合物は、シラ
ンカップリング剤として有用であり、ガラス、金属、石
材、無機材料(Ti、Al、Zrなどの各種金属酸化
物)、木材等の表面処理剤として好適に使用できる。
【0027】一般式(II)の化合物は、一般式(I)の
化合物の製造中間体として、および重合性を有する界面
活性剤として有用である。
【0028】
【実施例】以下、本発明を製造例、実施例を用いてより
詳細に説明する。製造例1 1−モルホリノ−3−ペルフルオロブチル−2−プロパ
ノール(Mo4FOH)の合成 3−ペルフルオロブチル−1,2−エポキシプロパン
5.00g(18.1mmol)とモルホリン11.0
g(126mmol)を5時間加熱還流し、反応させ
た。未反応物を減圧除去し、減圧蒸留により目的物を得
た(沸点=60〜62℃/16Pa;収率93.1
%)。
【0029】得られた化合物の1H−NMR、19F−N
MRの各データを図1、2に示す。製造例2 1−モルホリノ−3−ペルフルオロヘキシル−2−プロ
パノール(Mo6FOH)の合成 3−ペルフルオロブチル−1,2−エポキシプロパンに
代えて3−ペルフルオロヘキシル−1,2−エポキシプ
ロパンを用いた他は製造例1と同様にしてMo6FOH
を得た。
【0030】得られた化合物の1H−NMR、19F−N
MRの各データを図3、4に示す。製造例3 1−モルホリノ−3−ペルフルオロオクチル−2−プロ
パノール(Mo8FOH)の合成 3−ペルフルオロブチル−1,2−エポキシプロパンに
代えて3−ペルフルオロヘキシル−1,2−エポキシプ
ロパンを用いた他は製造例1と同様にしてMo8FOH
を得た。
【0031】得られた化合物の1H−NMR、19F−N
MRの各データを図5、6に示す。実施例1 3’−(1−モルホリノ−3−ペルフルオロブチル−2
−プロポキシ)プロペン(Mo4FA)の合成 ヘキサンで3回洗浄してオイルを除いたNaH0.5g
(20.8mmol)のTHF懸濁液に、製造例1で得
たMo4FOH 9.70g(26.7mmol)を滴
下し、64℃で24時間加熱還流して反応させた。反応
終了後、さらにアリルブロミド3.88g(32.0m
mol)を滴下し、24時間加熱還流して反応させた。
窒素下濾過によりNaBrを除去後、溶媒であるTHF
を減圧除去し、目的物を減圧蒸留により得た(沸点=5
0〜55℃/18Pa)。
【0032】得られた化合物の1H−NMRのデータを
図7に示す。実施例2 3’−(1−モルホリノ−3−ペルフルオロヘキシル−
2−プロポキシ)プロペン(Mo6FA)の合成 製造例1で得たMo4FOHに代えて製造例2で得たM
o6FOHを用いた他は実施例1と同様にしてMo6F
Aを得た。
【0033】得られた化合物の1H−NMRのデータを
図8に示す。実施例3 3’−(1−モルホリノ−3−ペルフルオロオクチル−
2−プロポキシ)プロペン(Mo8FA)の合成 製造例1で得たMo4FOHに代えて製造例3で得たM
o8FOHを用いた他は実施例1と同様にしてMo6F
Aを得た。
【0034】得られた化合物の1H−NMRのデータを
図9に示す。実施例4 3’−(1−モルホリノ−3−ペルフルオロブチル−2
−プロポキシ)プロピルトリメトキシシラン(Mo4F
3SM)の合成 実施例1で得たMo4FA 3.25g(8.06mm
ol)と触媒である0.1M塩化白金酸/THF溶液
0.2mlをヘキサン15mlに分散させ、トリメトキ
シシラン1.17g(9.67mmol)を滴下した。
70℃で48時間加熱還流して反応させ、溶媒であるヘ
キサンと未反応物を減圧除去し、目的物を減圧蒸留によ
り得た。
【0035】得られた化合物の1H−NMRのデータを
図10に示す。実施例5 3’−(1−モルホリノ−3−ペルフルオロヘキシル−
2−プロポキシ)プロピルトリメトキシシラン(Mo6
F3SM)の合成 実施例1で得たMo4FAに代えて実施例2で得たMo
6FAを用いた他は実施例4と同様にしてMo6F3S
Mを得た。
【0036】得られた化合物の1H−NMRのデータを
図11に示す。実施例6 3’−(1−モルホリノ−3−ペルフルオロオクチル−
2−プロポキシ)プロピルトリメトキシシラン(Mo8
F3SM)の合成 実施例1で得たMo4FAに代えて実施例3で得たMo
8FAを用いた他は実施例4と同様にしてMo8F3S
Mを得た。
【0037】得られた化合物の1H−NMRのデータを
図12に示す。試験例1 実施例4〜6で得たMo4F3SM、Mo6F3SM、
Mo8F3SMの特性を評価するため、ガラスプレート
の表面の改質を行い、水の接触角を測定した。ガラスプ
レートの前処理としてクロム酸混液中、80℃で40分
間加熱攪拌し、水、メタノールの順で洗浄した。この前
処理ガラスプレートの水に対する接触角は35.1度で
あった。
【0038】改質方法として、以下の(方法A)〜(方
法C)の3種類の方法を用いた。 (方法A):Mo4F3SM、Mo6F3SMまたはM
o8F3SMの30mmolメタノール溶液を調製し、これに
前処理ガラスプレートを入れ、2時間加熱還流して表面
改質を行った。改質後のガラスプレートはメタノールで
洗浄した。 (方法B):Mo4F3SM、Mo6F3SMまたはM
o8F3SMの30mmolメタノール溶液を調製し、これに
前処理ガラスプレートを2時間浸漬して表面改質を行っ
た。改質後のガラスプレートはメタノールで洗浄し、5
0℃で乾燥した。 (方法C):Mo4F3SM、Mo6F3SMまたはM
o8F3SMの30mmolメタノール溶液を調製し、これに
3vol%の水を加え、2時間攪拌した。この溶液に前処
理ガラスプレートを2時間浸漬して表面改質を行った。
改質後のガラスプレートはメタノールで洗浄し、50℃
で乾燥した。
【0039】(方法A)〜(方法C)で得られた各改質
ガラスプレートについて水に対する接触角を測定した。
結果を表1に示す。 改質ガラスプレートについてのスイッチング効果を調べ
るため、各改質ガラスプレートを24時間水に浸漬し、
キムワイプで軽く水を拭い風乾後、接触角を測定した。
結果を表2に示す。 (方法A)で得た改質ガラスプレートの接触角の測定値
は、48時間水に浸漬後も範囲内の値であった。また、
(方法B)、(方法C)で得た改質ガラスプレートを、
シリカゲルを乾燥剤に用いたデシケーター中で24時間
乾燥させた後に接触角を測定すると、表1に範囲内の値
に戻り、再現性が見られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】Mo4FOHの1H−NMRのチャートを示
す。
【図2】Mo4FOHの19F−NMRのチャートを示
す。
【図3】Mo6FOHの1H−NMRのチャートを示
す。
【図4】Mo6FOHの19F−NMRのチャートを示
す。
【図5】Mo8FOHの1H−NMRのチャートを示
す。
【図6】Mo8FOHの19F−NMRのチャートを示
す。
【図7】Mo4FAの1H−NMRのチャートを示す。
【図8】Mo6FAの1H−NMRのチャートを示す。
【図9】Mo8FAの1H−NMRのチャートを示す。
【図10】Mo4F3SMの1H−NMRのチャートを
示す。
【図11】Mo6F3SMの1H−NMRのチャートを
示す。
【図12】Mo8F3SMの1H−NMRのチャートを
示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記式(I) 【化1】 〔式中、Rfは炭素数1〜16のポリフルオロアルキル
    基または炭素数2〜16のポリフルオロアルケニル基を
    示す。Rは炭素数1〜3のアルキル基を示す。Xはハロ
    ゲン原子またはアルコキシ基を示す。Aは、ヘテロ原子
    含有水溶性基を示す。nは0、1または2を示す。〕で
    表される化合物。
  2. 【請求項2】下記式(II) 【化2】 〔式中、Rfは炭素数1〜16のポリフルオロアルキル
    基または炭素数2〜16のポリフルオロアルケニル基を
    示す。Aは、ヘテロ原子含有水溶性基を示す。〕で表さ
    れる化合物。
  3. 【請求項3】一般式(II) 【化3】 〔式中、Rfは炭素数1〜16のポリフルオロアルキル
    基または炭素数2〜16のポリフルオロアルケニル基を
    示す。Aは、ヘテロ原子含有水溶性基を示す。〕で表さ
    れる化合物とHSiRn(3-n)を反応させる下記式
    (I) 【化4】 〔式中、Rfは前記に定義されたとおりである。Rは炭
    素数1〜3のアルキル基を示す。Xはハロゲン原子また
    はアルコキシ基を示す。nは0、1または2を示す。〕
    で表される化合物の製造法。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の化合物で表面処理された
    基体。
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