JP2004083412A - フッ素系界面活性剤 - Google Patents
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Abstract
【課題】水、及び／または親水性有機溶媒等の水系溶媒を用いて使用される、主に印刷材料、感光性材料、写真材料、塗料、洗浄剤、光学材料、離型剤等の各種コーティング材料や成形材料等に容易に溶解し、浸透・濡れ性、レベリング性、表面機能性等を高めるための添加剤として好適に用いることができるフッ素系界面活性剤を提供すること。
【解決手段】Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）で表される部分フッ素化アルキル基と、親媒性基とを有するフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤であって、該親媒性基が、その末端に親水性基Ｙを有し、さらに該親水性基Ｙが結合する炭素上に置換基として炭素数１〜１２の炭化水素基を有する化合物（Ａ）からなるフッ素系界面活性剤。
【選択図】 なし
【解決手段】Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）で表される部分フッ素化アルキル基と、親媒性基とを有するフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤であって、該親媒性基が、その末端に親水性基Ｙを有し、さらに該親水性基Ｙが結合する炭素上に置換基として炭素数１〜１２の炭化水素基を有する化合物（Ａ）からなるフッ素系界面活性剤。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水、及び／または親水性有機溶媒等の水系溶媒を用いて使用される、主に印刷材料、感光性材料、写真材料、塗料、洗浄剤、光学材料、離型剤等の各種コーティング材料や成形材料等に容易に溶解し、浸透・濡れ性、レベリング性、表面機能性等を高めるための添加剤として好適に用いることができるフッ素系界面活性剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フッ素系界面活性剤は、表面張力低下能力が高く、コーティング用組成物や成形用組成物等に混合することで、優れた浸透・濡れ性、レベリング性、表面機能性等を実現する添加剤であり、これまでにも各種フッ素系界面活性剤が提案されてきた。
【０００３】
一般に、フッ素系界面活性剤は表面張力低下機能を実現するためのパーフルオロアルキル（Ｒｆ）基と、例えば該活性剤を添加剤として使用する、コーティング用、成形材料用等の各種組成物に対する親和性に寄与する親媒性基とを同一分子内に有する化合物からなるものである。
【０００４】
Ｒｆ基が−ＳＯ２−、−ＣＯ−等の極性基と連結している化合物からなるフッ素系界面活性剤は、前述のような添加剤として使用される場合、前記組成物に対する親和性は比較的優れる。それらの中でも親媒性基が、その末端に親水性基を有し、さらに該親水性基が結合する炭素上に置換基を持つ化合物、例えば、「油化学」１９８４年、第３３巻、第１２号、ｐ．８３８−８４１には親媒性基（−ＣＯＮＨＲＣＯＯＭ）の末端に親水性基（−ＣＯＯＭ）を有し、該親水性基が結合する炭素上に置換基としてメチル基を有するＮ−フルオロオクタノイルアミノ酸塩〔Ｃ７Ｆ１５ＣＯＮＨＲＣＯＯＭ、Ｒ＝ＣＨ（ＣＨ３）、Ｍ＝Ｎａ，Ｋ，Ｌｉ〕に関する記載があり、親水性基（−ＣＯＯＭ）が結合する炭素上に置換基を有しないものに比べてクラフト点が低いことが報告されている。しかしながら、表面張力低下の割合が満足のいくレベルではなく、クラフト点が低くても水に対する溶解性が不十分であるためその添加量が制限されることから、水系溶媒を用いて使用する重合乳化剤、写真用乳剤あるいはフォトレジスト感光液等のレベリング剤、塗料、インキ、床ワックスなどコーティング分野での塗工液の基材へのレベリング剤、顔料分散安定化剤等には界面活性効果が十分に機能しない問題があった。また近年、地球環境保護の観点から、工業分野で使用される溶媒は有機溶剤系から水系へ移行する傾向があり、水との親和性の高いフッ素系界面活性剤の開発が求められている。
【０００５】
一方、フッ素系界面活性剤をその化合物の持つ表面張力低下機能を応用して各種コーティング用や成形材料用等の組成物に添加剤として使用するに際し、少量で十分な機能を発現するためにはＲｆ鎖長を長くする必要があるが、この場合は必然的に、該組成物に対する親和性が低下するという現象がある。この現象は、該組成物が水、親水性有機溶媒、または親水性有機溶媒と水との混合溶媒等を用いてなる場合に顕著である。従って、水との親和性の高いフッ素系界面活性剤を得るためには、該界面活性剤に使用するフッ素系化合物の分子設計が極めて重要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような実情に鑑み、本発明の課題は、水、及び／または親水性有機溶媒等の水系溶媒を用いて使用される、主に印刷材料、感光性材料、写真材料、塗料、洗浄剤、光学材料、離型剤等の各種コーティング材料や成形材料等に容易に溶解し、浸透・濡れ性、レベリング性、表面機能性等を高めるための添加剤として好適に用いることができるフッ素系界面活性剤を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）で表される部分フッ素化アルキル基と、親媒性基とを有するフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤であって、該親媒性基が、その末端に親水性基Ｙを有し、さらに該親水性基Ｙが結合する炭素上に置換基として炭素数１〜１２の炭化水素基を有する化合物（Ａ）からなるフッ素系界面活性剤が、水への溶解度が高く、且つ、フッ素系界面活性剤が本来具備している界面活性効果を損なわないことを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）で表される部分フッ素化アルキル基と、親媒性基とを有するフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤であって、該親媒性基が、その末端に親水性基Ｙを有し、さらに該親水性基Ｙが結合する炭素上に置換基として炭素数１〜１２の炭化水素基を有するフッ素系化合物（Ａ）からなるものであることを特徴とする、フッ素系界面活性剤を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る界面活性効果としては、種々の界面活性効果、例えば、コーティング、モールディング用途における組成物の濡れ性、浸透性、はじき防止性、レベリング性、塗膜の均一性・均質性、表面改質性等が挙げられる。
【００１０】
まず、本発明のフッ素系界面活性剤に係わるフッ素系化合物（Ａ）中の部分フッ素化アルキル基〔Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）〕は、優れた界面活性効果を得るためには必要不可欠なセグメントである。該基の鎖長は、界面活性剤として使用される場合の用途、これを添加剤として混合するコーティング材料や成形材料等の組成物の組成、目的とする性能のレベル等により適宜、選択される。
【００１１】
次に、親媒性基について述べる。一般に界面活性剤中の親媒性基は、これを添加剤として使用する場合に用いられる各種の溶媒、樹脂、顔料、フィラー等に対して親和性を向上させ界面活性効果を発現させるために必要不可欠なセグメントであり、該界面活性剤の用途、これを添加剤として混合するコーティング材料や成形材料等の組成物の組成、目的とする性能のレベル等により適宜検討される。本発明に係わる前記フッ素系化合物（Ａ）中の親媒性基は、水系溶媒を用いる用途に対して好適に用いられるために、その末端に親水性基Ｙを有し、さらに該親水性基Ｙが結合する炭素上に、置換基として、炭素数１〜１２の炭化水素基を有することを必須とする。ここで、炭化水素基は添加される前記組成物との親和性と界面活性効果のバランスからアルキル基であることが好ましく、その炭素数としては１〜６のものが好ましく、１〜３のものが特に好ましい。
【００１２】
前記親水性基Ｙとしては、例えば、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯＨ、ＰＯ（ＯＨ）３等の酸基、これら酸基の金属塩（Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩、Ｃａ塩、Ｍｇ塩、Ａｌ塩等）、これら酸基の有機アミン塩（アンモニア塩、ジエチルアミン塩、トリエチルアミン塩、ｎ−プロピルアミン塩、ｉｓｏ−プロピルアミン塩、ｎ−ブチルアミン塩、ｔｅｒｔ−ブチルアミン塩、ジ（ｎ−ブチル）アミン塩、エチレンジアミン塩、ジエチレンジアミン塩、モノエタノールアミン塩、ジエタノールアミン塩、プロパノールアミン塩、トルイジン塩、ピリジン塩等）、これら酸基と各種アルコールの反応等により得られるエステル基（硫酸エステル基、カルボン酸エステル基、リン酸エステル基、硝酸エステル基等）、水酸基、アルコキシル基（メトキシル基、エトキシル基等）、アミノ基、スルホニルアミド基、カルボニルアミド基、メルカプト基、エポキシ基、ポリアルキレンオキシド基（ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシド等）、下記一般式（５）
−Ｎ＋Ｒ２Ｒ３Ｒ４・Ｚ− （５）
（式中、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はフェニル基または炭素数１〜８のアルキル基、Ｚはハロゲン原子、ＣＨ３（Ｃ６Ｈ４）ＳＯ３ −等のアニオンを示す。）
で表わされる４級アミン塩残基、下記一般式（６）
−ＮＲ５Ｒ６・Ａ （６）
（式中、Ｒ５、Ｒ６は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基、Ａは塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸等の酸を示す。）
で表わされるアミンと酸の塩残基等が挙げられる。
【００１３】
前記フッ素系化合物（Ａ）としては特にその構造が限定されるものではないが、例えば下記一般式（１）で表されるものが挙げられる。
Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎＸ（ＣＨ２）ｏＣＨＲＹ （１）
（式中、Ｘは直接結合または２価の連結基であり、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数であり、ｏは０〜１２の整数であり、Ｙは親水性基であり、Ｒは炭素数１〜１２の炭化水素基である。）
【００１４】
前記一般式（１）において、Ｘは直接結合または２価の連結基であるが、工業的製造方法の容易性、原料の入手の容易性、界面活性剤として添加される時に混合するコーティング材料や成形材料等の組成物に対する親和性等に優れることから、−ＳＯＮＲ１−（Ｒ１は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基）、−ＳＯ２ＮＲ１−（Ｒ１は水素、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基）、酸素原子、硫黄原子、−Ｓ（Ｏ）−、−Ｓ（Ｏ）２−、−ＮＲ１−（Ｒ１は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基）であることが好ましく、これらの中でも、直接結合、−ＳＯ２ＮＲ１−（Ｒ１は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基）、酸素原子、硫黄原子が特に好ましい。
【００１５】
また、前記一般式（１）において、ｍは優れた界面活性効果が得られ、且つ特に水系溶媒を用いる前述の組成物との親和性に優れることから、２〜６の整数であることが好ましく、特に３または４であることが好ましい。またｎは、実用的な界面活性効果が得られ且つ前述の組成物との親和性が高く、製造が容易なことから、２〜４の整数であることが好ましい。さらに、Ｙは、汎用性に優れ、且つ水系溶媒を用いる前述の組成物との親和性に優れることから、酸基、その金属塩またはアミン塩が好ましく、カルボン酸、その金属塩またはアミン塩が特に好ましく、Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩、アンモニアから誘導されるアミン塩が最も好ましい。
【００１６】
本発明のフッ素系界面活性剤に用いる前記一般式（１）で示されるフッ素系化合物の具体例としては、以下の如き化合物が挙げられる。
【００１７】
【化１】
【００１８】
【化２】
尚、本発明がこれら具体例により、なんら限定されないことは勿論である。
【００１９】
前記一般式（１）で表されるフッ素系化合物の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、
▲１▼下記一般式（２）
Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎＸ１Ｈ （２）
（式中、Ｘ１は２価の連結基であり、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）
で表される化合物に、アルキル化剤を反応させる製造方法、
▲２▼下記一般式（４）
Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎＺ （４）
（式中、Ｚはハロゲン原子であり、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）
で表される化合物と、ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体とを反応させる製造方法等が挙げられる。
【００２０】
先ず、前記一般式（２）で表される化合物に、アルキル化剤を反応させる▲１▼の製造方法について詳細に説明する。前記一般式（２）の化合物については、優れた界面活性効果が得られ、且つ特に水系溶媒を用いる前述の組成物との親和性が良好なものが得られることから、前記一般式（２）中のｍが２〜６の整数で、ｎが２〜４の整数であるものが好ましく、特に２−パーフルオロヘキシルエタノール、２−パーフルオロヘキシルエチルメルカプタン、２−パーフルオロオクチルエタノール、２−パーフルオロオクチルエチルメルカプタン、Ｎ−アルキル−２−パーフルオロヘキシルエチルスルホン酸アミド、Ｎ−アルキル−２−パーフルオロオクチルエチルスルホン酸アミドが好ましい。
【００２１】
▲１▼の製造方法で用いるアルキル化剤としては、炭素数１〜１２のものであれば良く、中でも炭素数１〜６のものが好ましく、例えば、メタアクリル酸、メタアクリル酸アンモニウム、メタアクリル酸リチウム、メタアクリル酸ナトリウム、メタアクリル酸カリウム、メタアクリル酸エステル、メタアクリロニトリル、２−クロロプロピオン酸、２−クロロプロピオン酸アンモニウム塩、２−クロロプロピオン酸リチウム、２−クロロプロピオン酸ナトリウム、２−クロロプロピオン酸カリウム、２−クロロプロピオン酸エステル、２−クロロブチリックアシッド、２−クロロブチリックアシッドエステル、２−ブロモプロピオン酸、２−ブロモプロピオン酸リチウム、２−ブロモプロピオン酸ナトリウム、２−ブロモプロピオン酸カリウム、２−ブロモプロピオン酸エステル、４−クロロ−２−メチルブチリックアシッド、４−クロロ−２−メチルブチリックアシッドエステル等が挙げられ、これらの中でも炭素数１〜３のものが更に好ましく、例えば、メタアクリル酸、メタアクリル酸リチウム、メタアクリル酸ナトリウム、メタアクリル酸カリウム、メタアクリル酸エステル、２−クロロプロピオン酸、２−クロロプロピオン酸リチウム、２−クロロプロピオン酸ナトリウム、２−クロロプロピオン酸カリウム、２−クロロプロピオン酸エステルが挙げられる。
【００２２】
前記アルキル化剤は、前記一般式（２）で表される化合物１モルに対し、０．５〜５．０モル使用され、好ましくは０．８〜１．５モル使用される。
【００２３】
▲１▼の製造方法は、前記一般式（２）で表される化合物と前記アルキル化剤を用いてフッ素系化合物（Ａ）を得る製造方法であればよく、これ以外に特に制限されるものではないが、アルキル化剤の種類によっては、必要に応じて反応促進のための反応助剤を用いることも可能である。
【００２４】
前記反応助剤としては、塩基性化合物が好ましく、例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物、炭酸カリウム、炭酸リチウム等の炭酸塩、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート等のアルカリ金属アルコラート、水素化ナトリウム、水素化カリウム等の金属水素化物、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、ピリジン等のアミン類が挙げられ、これらの中でも金属水酸化物、ナトリウムメチラート、トリエチルアミンが好ましい。前記反応助剤を用いる場合、前記一般式（２）で表されるフッ素系化合物１モルに対し、０．０１〜５モル、好ましくは０．１〜１．５モル使用される。
【００２５】
また、必要に応じて反応には溶媒を使用することが好ましい。溶媒を使用する場合、前記一般式（２）で表される化合物と前記アルキル化剤を溶解でき、かつそれらに対して不活性であれば制限されるものではないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、パラジクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のカルボン酸エステル類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられ、これらの中でも、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドが好ましく、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドが好ましい。また、溶媒は単独で使用しても、あるいは複数を混合して用いてもよい。
【００２６】
反応条件にも、特に制限はないが、反応制御が容易なことから、前記一般式（２）で表される化合物に対して、前記アルキル化剤を滴下する方法が挙げられ、連続的あるいは断続的滴下が好ましい。反応温度にも制限はないが、通常０〜１００℃であり、好ましくは１０〜７０℃である。反応雰囲気にも制限はないが、空気雰囲気下またはＮ２、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下で行われ、不活性ガス雰囲気下がより好ましい。
【００２７】
前述の製造方法により得られたフッ素系化合物（Ａ）は、使用する用途、目的あるいは用いるアルキル化剤の種類によって、未精製で用いることも出来るが、必要に応じて中和反応、ケン化反応にそのまま進むことも可能である。また、蒸留、溶媒による洗浄、再結晶、各種クロマトグラフィー、吸着剤等により、精製することも可能である。
【００２８】
前述の中和・ケン化反応に用いる、中和剤・ケン化剤としては、水酸化リチウム等の水酸化アルカリ金属、塩化リチウム等のハロゲン化アルカリ金属、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン等のアミン類等が挙げられる。これら中和剤・ケン化剤はフッ素系化合物１モルに対し、１〜５モル、好ましくは１〜２．５モル使用することが好ましい。
【００２９】
前記中和並びにケン化反応時の反応条件としては、特に限定されるものではないが、例えば、反応溶媒として、水単独、あるいは水とメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類との混合溶媒等が挙げられる。また、反応温度は、中和反応の場合は、５℃〜５０℃、特に１０℃〜３０℃であることが好ましい。また、ケン化反応の場合は、１０℃〜還流温度、特に４０℃〜９０℃であることが好ましい。
【００３０】
次に、前記一般式（４）で表される化合物と、ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体とを反応させる▲２▼の製造方法について詳細に説明する。
【００３１】
前記一般式（４）の化合物については、優れた界面活性効果が得られ、且つ特に水系溶媒を用いる前述の組成物との親和性が良好なものが得られることから、前記一般式（４）中のｍが２〜６の整数で、ｎが２〜４の整数であるものが好ましく、特に２−パーフルオロヘキシルエチルアイオダイド、２−パーフルオロオクチルエチルアイオダイドが好ましい。
【００３２】
使用するヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体としては、例えば、ヒドロキシカルボン酸誘導体としてラクティックアシッド、ラクティックアシッドアンモニウム、ラクティックアシッドリチウム、ラクティックアシッドナトリウム、ラクティックアシッドカリウム、ラクティックアシッドエステル、光学活性ラクティックアシッド、光学活性ラクティックアシッド誘導体、ヒドキシフェニル酢酸、ヒドキシフェニル酢酸リチウム、ヒドキシフェニル酢酸ナトリウム、ヒドキシフェニル酢酸カリウム、ヒドキシフェニル酢酸アンモニウム、ヒドキシフェニル酢酸エステル、メルカプトカルボン酸として、２−メルカプトプロピオン酸、２−メルカプトプロピオン酸エステル、２−メルカプトプロピオン酸リチウム、２−メルカプトプロピオン酸ナトリウム、２−メルカプトプロピオン酸カリウム、２−メルカプトプロピオン酸アンモニウム、３−メルカプトイソブチリックアシッド、３−メルカプトイソブチリックアシッドリチウム、３−メルカプトイソブチリックアシッドナトリウム、３−メルカプトイソブチリックアシッドカリウム、３−メルカプトイソブチリックアシッドアンモニウム、３−メルカプトイソブチリックアシッドエステル等が挙げられ、これらの中でもラクティックアシッド、ラクティックアシッドリチウム、ラクティックアシッドナトリウム、ラクティックアシッドカリウム、ラクティックアシッドエステル、２−メルカプトプロピオン酸、２−メルカプトプロピオン酸エステル、２−メルカプトプロピオン酸リチウム、２−メルカプトプロピオン酸ナトリウム、２−メルカプトプロピオン酸カリウムが好ましい。
【００３３】
前記ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体は、前記一般式（４）で表される化合物１モルに対し、０．５〜５．０モル使用され、好ましくは０．８〜１．５モル使用する。
【００３４】
▲２▼の製造方法は、前記一般式（４）で表される化合物と前記ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体を用いてフッ素系化合物（Ａ）を得る製造方法であればよく、これ以外に特に制限されるものではないが、必要に応じて反応促進のための反応助剤を用いることも可能である。
【００３５】
前記反応助剤としては、塩基性化合物が好ましく、例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物、炭酸カリウム、炭酸リチウム等の炭酸塩、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート等のアルカリ金属アルコラート、水素化ナトリウム、水素化カリウム等の金属水素化物、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、ピリジン等のアミン類が挙げられ、これらの中でも金属水酸化物、ナトリウムメチラート、トリエチルアミンが好ましい。前記反応助剤を用いる場合、前記一般式（４）で表される化合物１モルに対し、０．０１〜５モル、好ましくは０．１〜１．５モル使用される。
【００３６】
また、必要に応じて反応には溶媒を使用することが好ましい。溶媒を使用する場合、前記一般式（４）で表される化合物と前記ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体を溶解でき、かつそれらに対して不活性であれば制限されるものではないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、パラジクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のカルボン酸エステル類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられ、これらの中でも、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドが好ましく、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドが好ましい。また、溶媒は単独で使用しても、あるいは複数を混合して用いてもよい。
【００３７】
反応条件にも特に制限はないが、反応制御の点から反応温度は通常、０℃〜還流温度、好ましくは２０℃〜６０℃である。反応雰囲気等にも制限はないが、▲１▼の製造方法の場合と同様に不活性ガス雰囲気下が好ましい。また、▲２▼の製造方法により得られたフッ素系化合物は前記▲１▼の製造方法と同様、そのまま用いても良いし、精製後に用いても良い。
【００３８】
加えて、界面活性剤の目的、用途、或いは用いたヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体の種類によっては、中和、またはケン化反応を行うことも可能であり、この場合、前記▲１▼の製造方法と同様の条件にて前記反応を行うことができる。
【００３９】
本発明のフッ素系界面活性剤は、特に水単独、メタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド等の水と１％以上、好ましくは１０％以上混合可能な親水性有機溶媒単独、水と有機溶媒の混合溶媒を含む組成物、その中でも水単独または水を１０％以上含む水と有機溶媒の混合溶媒を含む組成物において、その親和性が高いことから、添加量の許容範囲が広く、用途に応じて優れた界面活性効果を発現させ得ることができる。
【００４０】
前述の本発明のフッ素系界面活性剤を添加剤として使用する前述の組成物としては、例えば、印刷材料、感光性材料、写真材料、塗料、洗浄剤、光学材料、離型剤等の各種コーティング材料や成形材料等が挙げられる。
【００４１】
前記組成物は、溶媒、溶液等であり、溶液の場合、溶媒を必須成分として含有し、溶質として高分子化合物、低分子有機化合物、無機化合物から選ばれる１種類以上の化合物と、必要に応じて、後述する各種添加剤から構成される。
【００４２】
前記溶媒としては、水、親水性の有機溶媒が挙げられ、親水性の有機溶媒としては例えば、メタノール、エタノ−ル、イソプロピルアルコ−ル、ｎ−ブタノ−ル、ｉｓｏ−ブタノ−ル、ｔｅｒｔ−ブタノ−ル等のアルコ−ル類、アセトン、メチルエチルケトン等の親水性のケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン等の極性溶剤、 メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等の親水性のセロソルブ類、エチレングリコール、プロピレングリコ−ル等の親水性のグリコ−ル類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の親水性のエーテル類等が挙げられる。これらの溶媒は、１種類であっても２種類以上の混合溶媒系であっても良い。尚、ここでいう溶媒とは、系中で分散媒として働いているものも溶媒と称する。
【００４３】
前述の親水性の有機溶媒以外の、水と混和しにくい溶媒は、前記親水性の有機溶媒と併用し、２成分以上の混合溶媒として使用することが好ましい。
【００４４】
前記溶質としては、前記親水性の有機溶媒に溶解或いは分散するものが好ましく、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース、キチン、キトサン等の天然高分子等、ゼラチン等が挙げられる。これらの溶質は、１種類のみを用いても２種類以上を同時に用いても良い。
【００４５】
前記以外の親水性の有機溶媒に溶解或いは分散しにくい溶質は、水と混和しにくい溶媒と、前述の親水性の有機溶媒を併用した混合溶媒を用いて使用することが好ましい。
【００４６】
前記添加剤としては、親水性のものが好ましいが、その使用量が極少量である場合が多いことより、水溶解度が低いものでも使用でき、例えば、シラン系、チタン系、ジルコ−アルミネート系等のカップリング剤、更にフッ素原子含有アルコキシシラン化合物、フッ素原子含有チタンアシレ−ト化合物、フッ素原子含有アルコキシジルコニウム化合物等のフッ素系カップリング剤、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、ガラスフィラー等の無機粉末・充填材、高級脂肪酸、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（テトラフロロエチレン）、ポリエチレン、アクリルビーズ、カーボン等の有機微粉末、感光剤、増感剤、耐光性向上剤、耐候性向上剤、耐熱性向上剤、導電剤、酸化防止剤、防錆剤、レオロジーコントロール剤、増粘剤、沈降防止剤、消泡剤、防臭剤等の各種充填剤が挙げられる。これらの添加剤は、１種類のみを用いても２種類以上を同時に用いても良い。
【００４７】
前述の本発明のフッ素系界面活性剤を含む組成物は、種々の加工方法を適用することにより、優れた浸透・濡れ性およびレベリング性等が得られる。加工方法としては特に制限されるものではなく、例えば、グラビアコーター、ナイフコーター、ロールコーター、コンマコーター、スピンコーター、バーコーター、刷毛塗り、デイッピング塗布、スプレー塗布、静電塗装、スクリーン印刷等のコーティング方法・装置、インクジェット法、射出、押し出し、中空、圧縮、反応、真空、ＦＲＰ、熱、ロールシート、カレンダー、２軸延伸フィルム、積層、回転等の各種成形方法、各種金型、スタンパを用いた射出成形等が挙げられる。
【００４８】
また、前述の組成物の用途にも制限はなく、種々の用途に使用できるが、特に、水単独または水と有機溶媒混合系等の親水性が高い溶媒系組成物中で用いる場合に優れた界面活性効果を発揮し、例えば、ＰＳ版等の帯電防止剤、ＬＣＤ、ＬＳＩ、有機ＥＬ、プラズマディスプレイ製造用各種フォトレジスト等の感光性材料、ＬＳＩ製造用反射防止膜剤、ＬＣＤ、ＬＳＩ、有機ＥＬ、プラズマディスプレイ製造用洗浄剤、エッチング剤、剥離剤、現像液、乳剤等の写真材料、自動車、航空機、船舶、建材、家電用等の塗料、染料、洗浄剤、フロアポリッシュ、泡消火薬剤、メッキ浴ミスト防止剤、レンズシート、光ファイバ等の光学材料、または有機化学反応用分散媒等に用いられ、浸透・濡れ性、レベリング性等のコーティング・モールディング適正を向上させることが可能である。
【００４９】
本発明のフッ素系界面活性剤は、前述の親水性の有機溶媒や溶質以外の一般的に使用されている溶媒、溶質に対する親和性も高く、表面偏析性にも優れ、従来のフッ素系界面活性剤の持つ界面活性効果を損なわないものであるため、前述の親水性の組成物並びに用途に限定されるものではなく、従来より一般的に有機溶剤系で使用される場合が多い用途、例えば、工業用および家庭用等の接着剤、耐擦傷性、滑り性、非粘着性、撥水撥油性、ガスバリア性、耐熱性、耐光性、耐候性、生理活性、耐水性、防湿性、防汚性、潤滑性等の表面機能性保護膜形成材料、衣料、家具、靴、雑貨等の繊維、人工皮革、合成皮革不織布等の処理剤、紙、フィルム、カード等の各種コーティング剤、自動車、建材、家電、医用材料、ＯＡ機器、電気・電子機器、光学部材、電線・配線材料、各種工業用部品等の成形材料、グリース、各種封止材料、離型剤、防錆剤、防曇剤、防霧剤、ブロッキング防止剤等としても好適に用いることができる。
【００５０】
【実施例】
次に本発明をより詳細に説明するために実施例及び比較例を掲げる。
【００５１】
実施例１
攪拌装置、還流冷却器、滴下ロートを付した１０００ｍｌの四ツ口フラスコに、パーフルオロオクチルエチルアイオダイド（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２Ｉ）５７．４ｇ、無水炭酸カリウム２７．６ｇおよびアセトン４００ｍｌを加え混合した後、２−メルカプトプロピオン酸エチルエステル１６．０ｇを１０分間かけて滴下し、さらに室温で５時間攪拌して反応させた。得られた反応混合物を、濾過後、蒸留によってアセトンを留去し、更に減圧蒸留で原料等を留去後、１１０℃／６６７Ｐａの条件下で、２−パーフルオロオクチルエチルメルカプトプロピオン酸エチルエステル（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２ＣＨ２ＣＨ２）４２ｇを得た。
【００５２】
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、得られた２−パーフルオロオクチルエチルメルカプトプロピオン酸エチルエステル２２．０ｇ、水酸化リチウム１．３５ｇ、水５０ｍｌを加え、８０℃で４時間攪拌して反応させた後、イソプロパノール３０ｇを加え撹拌後、減圧下で溶媒を留去し、減圧乾燥して、フッ素系化合物（ｉ）［パーフルオロオクチルエチルメルカプトプロピオン酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２Ｌｉ）］２１ｇを得た。
【００５３】
実施例２
２−メルカプトプロピオン酸エチルエステル１６．０ｇの代わりに、２−ヒドロキシプロピオン酸１４．０ｇを用いた以外は実施例１と同様にして、フッ素系化合物（ｉｉ）［パーフルオロオクチルエトキシプロピオン酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２Ｌｉ）］２０．０ｇを得た。
【００５４】
実施例３
２−メルカプトプロピオン酸エチルエステル１６．０ｇの代わりに、ヒドロキシフェニル酢酸エチルエステルを２１．４ｇを用いた以外は実施例１と同様にして、フッ素系化合物（ｉｉｉ）［α−パーフルオロオクチルエトキシフェニル酢酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ（Ｐｈ）ＣＯ２Ｌｉ）］２３．０ｇを得た。
【００５５】
実施例４
攪拌装置、還流冷却器、滴下ロートを付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、パーフルオロオクチルエチルメルカプタン（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＨ）６０ｇ、ナトリウムメチラート０．３ｇを加えて１０分間攪拌した後、室温でメチルメタアクリレート１７．５ｇを３０分間かけて滴下し、さらに５時間攪拌して反応させた後、減圧蒸留を行い、１１８℃／６６７Ｐａの条件下で３−パーフルオロオクチルエチルメルカプト−２−メチル−プロピオン酸メチルエステル（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２ＣＨ３）６７ｇを得た。
【００５６】
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、得られた３−パーフルオロオクチルエチルメルカプト−２−メチル−プロピオン酸メチルエステル６６．５ｇ、水酸化リチウム４．１ｇ、水１２０ｍｌを加え、８０℃で４時間攪拌して反応させた後、イソプロパノール７０ｇ加えて撹拌後、減圧下で溶媒を留去し、減圧乾燥して、フッ素系化合物（ｉｖ）［３−パーフルオロオクチルエチルメルカプト−２−メチル−プロピオン酸（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２Ｌｉ）］６５ｇを得た。
【００５７】
比較例１
２−メルカプトプロピオン酸エチルエステル１６．０ｇの代わりに、メルカプト酢酸エチルエステル１４．０ｇを用いた以外は実施例１と同様にして、比較用のフッ素系化合物（ｖ）［パーフルオロオクチルエチルチオ酢酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ２ＣＯ２Ｌｉ）］２１．０ｇを得た。
【００５８】
比較例２
メチルメタアクリレート１７．５ｇの代わりにメチルアクリレート１５．０ｇを用いた以外は実施例４と同様にして、比較用のフッ素系化合物（ｖｉ）［３−パーフルオロオクチルエチルメルカプトプロピオン酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ２ＣＯ２Ｌｉ）］６３ｇを得た。
【００５９】
比較例３
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、パーフルオロオクチル酸クロライド４３．３ｇ、３−アミノプロピオン酸１９．６ｇ、及び酢酸エチル１００ｇを加え、２５℃で３時間攪拌した。反応終了後、反応液に１０重量％塩酸水溶液１００ｇを加え、２５℃で１０分間攪拌した。攪拌終了後、有機層を分離し、水洗及び濃縮によりＮ−パーフルオロペンチルカルボニル−３−アミノプロピオン酸４７．５ｇを得た。
【００６０】
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、得られたＮ−パーフルオロペンチルカルボニル−３−アミノプロピオン酸４７．５ｇ、水５０ｇ、イソプロパノール１００ｇ、ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ４．２ｇの混合溶媒を加え、２５℃で１時間攪拌して反応させた。反応終了後、溶媒を留去し、減圧下、１００℃で５時間乾燥させることにより、フッ素系化合物（ｖｉｉ）［Ｎ−パーフルオロペンチルカルボニル−３−アミノプロピオン酸リチウム塩（Ｃ７Ｆ１５ＣＯＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＯ２Ｌｉ）］４８．１ｇを得た。
【００６１】
比較例４
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、パーフルオロオクチル酸クロライド４３．３ｇ、アラニン塩酸塩２７ｇ、炭酸水素ナトリウム３４．５ｇ、及び酢酸エチル１００ｇを加え、２５℃で３時間攪拌した。反応終了後、反応液に１０重量％塩酸水溶液１００ｇを加え、２５℃で１０分間攪拌した。攪拌終了後、有機層を分離し、水洗及び濃縮によりＮ−パーフルオロペンチルカルボニルアラニン５０．９ｇを得た。
【００６２】
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、得られたＮ−パーフルオロペンチルカルボニルアラニン５０．９ｇ、水５０ｇ、イソプロパノール１００ｇ、ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ４．２ｇの混合溶媒を加え２５℃で１時間攪拌し反応させた。反応終了後、溶媒を留去し、減圧下、１００℃で５時間乾燥させることにより、フッ素系化合物（ｖｉｉｉ）Ｎ−パーフルオロペンチルカルボニルアラニンリチウム塩（Ｃ７Ｆ１５ＣＯＮＨＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２Ｌｉ）５１．５ｇを得た。
【００６３】
試験例１〜４、比較試験例１〜４
実施例１〜４、比較例１〜４で得られたフッ素系化合物（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）からなるフッ素系界面活性剤の水溶解度と表面張力を以下の方法で測定し試験例１〜４、比較試験例１〜４として表１及び表２に示す。
【００６４】
試験方法
水溶解度：２５℃においてイオン交換水で攪拌、目視で濁りのないクリアーな状態を完溶とした。（単位：重量％）
表面張力：自動表面張力計ＣＢＰＶ−Ｚ（協和界面化学株式会社製）を用いて、ウィルヘルミー白金プレート法にて、２０℃における各濃度（イオン交換水溶液）での表面張力を測定した。（単位：ｍＮ／ｍ）
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
本発明のフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤を用いた試験例１〜４では、水への溶解度が高く、且つ表面張力低下作用にも優れていることを確認した。
【００６８】
試験例５〜６、比較試験例５
実施例１で得られたフッ素系化合物（ｉ）を用いて、メタノールにおける溶解度、並びに表面張力を測定した（試験例５）。また、実施例１で得られたフッ素系化合物（ｉ）及び比較例２で得られたフッ素系化合物（ｖｉ）を用いて、イオン交換水／メタノール＝１／１（重量比）混合溶媒における溶解度、並びに表面張力を測定した（試験例６、比較試験例５）。これらの結果を表３に示す。
【表３】
【００６９】
本発明のフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤は、水のみならず、親水性有機溶剤に対しても溶解度が高く、且つ水単独使用時と同様に優れた界面活性効果を発現しうることを確認した。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、水、及び／または親水性有機溶媒等の水系溶媒を用いて使用される、主に印刷材料、感光性材料、写真材料、塗料、洗浄剤、光学材料、離型剤等の各種コーティング材料や成形材料等に容易に溶解し、浸透・濡れ性、レベリング性、表面機能性等を高めるための添加剤として好適に用いることができるフッ素系界面活性剤を提供できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、水、及び／または親水性有機溶媒等の水系溶媒を用いて使用される、主に印刷材料、感光性材料、写真材料、塗料、洗浄剤、光学材料、離型剤等の各種コーティング材料や成形材料等に容易に溶解し、浸透・濡れ性、レベリング性、表面機能性等を高めるための添加剤として好適に用いることができるフッ素系界面活性剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フッ素系界面活性剤は、表面張力低下能力が高く、コーティング用組成物や成形用組成物等に混合することで、優れた浸透・濡れ性、レベリング性、表面機能性等を実現する添加剤であり、これまでにも各種フッ素系界面活性剤が提案されてきた。
【０００３】
一般に、フッ素系界面活性剤は表面張力低下機能を実現するためのパーフルオロアルキル（Ｒｆ）基と、例えば該活性剤を添加剤として使用する、コーティング用、成形材料用等の各種組成物に対する親和性に寄与する親媒性基とを同一分子内に有する化合物からなるものである。
【０００４】
Ｒｆ基が−ＳＯ２−、−ＣＯ−等の極性基と連結している化合物からなるフッ素系界面活性剤は、前述のような添加剤として使用される場合、前記組成物に対する親和性は比較的優れる。それらの中でも親媒性基が、その末端に親水性基を有し、さらに該親水性基が結合する炭素上に置換基を持つ化合物、例えば、「油化学」１９８４年、第３３巻、第１２号、ｐ．８３８−８４１には親媒性基（−ＣＯＮＨＲＣＯＯＭ）の末端に親水性基（−ＣＯＯＭ）を有し、該親水性基が結合する炭素上に置換基としてメチル基を有するＮ−フルオロオクタノイルアミノ酸塩〔Ｃ７Ｆ１５ＣＯＮＨＲＣＯＯＭ、Ｒ＝ＣＨ（ＣＨ３）、Ｍ＝Ｎａ，Ｋ，Ｌｉ〕に関する記載があり、親水性基（−ＣＯＯＭ）が結合する炭素上に置換基を有しないものに比べてクラフト点が低いことが報告されている。しかしながら、表面張力低下の割合が満足のいくレベルではなく、クラフト点が低くても水に対する溶解性が不十分であるためその添加量が制限されることから、水系溶媒を用いて使用する重合乳化剤、写真用乳剤あるいはフォトレジスト感光液等のレベリング剤、塗料、インキ、床ワックスなどコーティング分野での塗工液の基材へのレベリング剤、顔料分散安定化剤等には界面活性効果が十分に機能しない問題があった。また近年、地球環境保護の観点から、工業分野で使用される溶媒は有機溶剤系から水系へ移行する傾向があり、水との親和性の高いフッ素系界面活性剤の開発が求められている。
【０００５】
一方、フッ素系界面活性剤をその化合物の持つ表面張力低下機能を応用して各種コーティング用や成形材料用等の組成物に添加剤として使用するに際し、少量で十分な機能を発現するためにはＲｆ鎖長を長くする必要があるが、この場合は必然的に、該組成物に対する親和性が低下するという現象がある。この現象は、該組成物が水、親水性有機溶媒、または親水性有機溶媒と水との混合溶媒等を用いてなる場合に顕著である。従って、水との親和性の高いフッ素系界面活性剤を得るためには、該界面活性剤に使用するフッ素系化合物の分子設計が極めて重要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような実情に鑑み、本発明の課題は、水、及び／または親水性有機溶媒等の水系溶媒を用いて使用される、主に印刷材料、感光性材料、写真材料、塗料、洗浄剤、光学材料、離型剤等の各種コーティング材料や成形材料等に容易に溶解し、浸透・濡れ性、レベリング性、表面機能性等を高めるための添加剤として好適に用いることができるフッ素系界面活性剤を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）で表される部分フッ素化アルキル基と、親媒性基とを有するフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤であって、該親媒性基が、その末端に親水性基Ｙを有し、さらに該親水性基Ｙが結合する炭素上に置換基として炭素数１〜１２の炭化水素基を有する化合物（Ａ）からなるフッ素系界面活性剤が、水への溶解度が高く、且つ、フッ素系界面活性剤が本来具備している界面活性効果を損なわないことを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）で表される部分フッ素化アルキル基と、親媒性基とを有するフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤であって、該親媒性基が、その末端に親水性基Ｙを有し、さらに該親水性基Ｙが結合する炭素上に置換基として炭素数１〜１２の炭化水素基を有するフッ素系化合物（Ａ）からなるものであることを特徴とする、フッ素系界面活性剤を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る界面活性効果としては、種々の界面活性効果、例えば、コーティング、モールディング用途における組成物の濡れ性、浸透性、はじき防止性、レベリング性、塗膜の均一性・均質性、表面改質性等が挙げられる。
【００１０】
まず、本発明のフッ素系界面活性剤に係わるフッ素系化合物（Ａ）中の部分フッ素化アルキル基〔Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）〕は、優れた界面活性効果を得るためには必要不可欠なセグメントである。該基の鎖長は、界面活性剤として使用される場合の用途、これを添加剤として混合するコーティング材料や成形材料等の組成物の組成、目的とする性能のレベル等により適宜、選択される。
【００１１】
次に、親媒性基について述べる。一般に界面活性剤中の親媒性基は、これを添加剤として使用する場合に用いられる各種の溶媒、樹脂、顔料、フィラー等に対して親和性を向上させ界面活性効果を発現させるために必要不可欠なセグメントであり、該界面活性剤の用途、これを添加剤として混合するコーティング材料や成形材料等の組成物の組成、目的とする性能のレベル等により適宜検討される。本発明に係わる前記フッ素系化合物（Ａ）中の親媒性基は、水系溶媒を用いる用途に対して好適に用いられるために、その末端に親水性基Ｙを有し、さらに該親水性基Ｙが結合する炭素上に、置換基として、炭素数１〜１２の炭化水素基を有することを必須とする。ここで、炭化水素基は添加される前記組成物との親和性と界面活性効果のバランスからアルキル基であることが好ましく、その炭素数としては１〜６のものが好ましく、１〜３のものが特に好ましい。
【００１２】
前記親水性基Ｙとしては、例えば、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯＨ、ＰＯ（ＯＨ）３等の酸基、これら酸基の金属塩（Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩、Ｃａ塩、Ｍｇ塩、Ａｌ塩等）、これら酸基の有機アミン塩（アンモニア塩、ジエチルアミン塩、トリエチルアミン塩、ｎ−プロピルアミン塩、ｉｓｏ−プロピルアミン塩、ｎ−ブチルアミン塩、ｔｅｒｔ−ブチルアミン塩、ジ（ｎ−ブチル）アミン塩、エチレンジアミン塩、ジエチレンジアミン塩、モノエタノールアミン塩、ジエタノールアミン塩、プロパノールアミン塩、トルイジン塩、ピリジン塩等）、これら酸基と各種アルコールの反応等により得られるエステル基（硫酸エステル基、カルボン酸エステル基、リン酸エステル基、硝酸エステル基等）、水酸基、アルコキシル基（メトキシル基、エトキシル基等）、アミノ基、スルホニルアミド基、カルボニルアミド基、メルカプト基、エポキシ基、ポリアルキレンオキシド基（ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシド等）、下記一般式（５）
−Ｎ＋Ｒ２Ｒ３Ｒ４・Ｚ− （５）
（式中、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はフェニル基または炭素数１〜８のアルキル基、Ｚはハロゲン原子、ＣＨ３（Ｃ６Ｈ４）ＳＯ３ −等のアニオンを示す。）
で表わされる４級アミン塩残基、下記一般式（６）
−ＮＲ５Ｒ６・Ａ （６）
（式中、Ｒ５、Ｒ６は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基、Ａは塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸等の酸を示す。）
で表わされるアミンと酸の塩残基等が挙げられる。
【００１３】
前記フッ素系化合物（Ａ）としては特にその構造が限定されるものではないが、例えば下記一般式（１）で表されるものが挙げられる。
Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎＸ（ＣＨ２）ｏＣＨＲＹ （１）
（式中、Ｘは直接結合または２価の連結基であり、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数であり、ｏは０〜１２の整数であり、Ｙは親水性基であり、Ｒは炭素数１〜１２の炭化水素基である。）
【００１４】
前記一般式（１）において、Ｘは直接結合または２価の連結基であるが、工業的製造方法の容易性、原料の入手の容易性、界面活性剤として添加される時に混合するコーティング材料や成形材料等の組成物に対する親和性等に優れることから、−ＳＯＮＲ１−（Ｒ１は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基）、−ＳＯ２ＮＲ１−（Ｒ１は水素、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基）、酸素原子、硫黄原子、−Ｓ（Ｏ）−、−Ｓ（Ｏ）２−、−ＮＲ１−（Ｒ１は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基）であることが好ましく、これらの中でも、直接結合、−ＳＯ２ＮＲ１−（Ｒ１は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基）、酸素原子、硫黄原子が特に好ましい。
【００１５】
また、前記一般式（１）において、ｍは優れた界面活性効果が得られ、且つ特に水系溶媒を用いる前述の組成物との親和性に優れることから、２〜６の整数であることが好ましく、特に３または４であることが好ましい。またｎは、実用的な界面活性効果が得られ且つ前述の組成物との親和性が高く、製造が容易なことから、２〜４の整数であることが好ましい。さらに、Ｙは、汎用性に優れ、且つ水系溶媒を用いる前述の組成物との親和性に優れることから、酸基、その金属塩またはアミン塩が好ましく、カルボン酸、その金属塩またはアミン塩が特に好ましく、Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩、アンモニアから誘導されるアミン塩が最も好ましい。
【００１６】
本発明のフッ素系界面活性剤に用いる前記一般式（１）で示されるフッ素系化合物の具体例としては、以下の如き化合物が挙げられる。
【００１７】
【化１】
【化２】
【００１９】
前記一般式（１）で表されるフッ素系化合物の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、
▲１▼下記一般式（２）
Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎＸ１Ｈ （２）
（式中、Ｘ１は２価の連結基であり、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）
で表される化合物に、アルキル化剤を反応させる製造方法、
▲２▼下記一般式（４）
Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎＺ （４）
（式中、Ｚはハロゲン原子であり、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）
で表される化合物と、ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体とを反応させる製造方法等が挙げられる。
【００２０】
先ず、前記一般式（２）で表される化合物に、アルキル化剤を反応させる▲１▼の製造方法について詳細に説明する。前記一般式（２）の化合物については、優れた界面活性効果が得られ、且つ特に水系溶媒を用いる前述の組成物との親和性が良好なものが得られることから、前記一般式（２）中のｍが２〜６の整数で、ｎが２〜４の整数であるものが好ましく、特に２−パーフルオロヘキシルエタノール、２−パーフルオロヘキシルエチルメルカプタン、２−パーフルオロオクチルエタノール、２−パーフルオロオクチルエチルメルカプタン、Ｎ−アルキル−２−パーフルオロヘキシルエチルスルホン酸アミド、Ｎ−アルキル−２−パーフルオロオクチルエチルスルホン酸アミドが好ましい。
【００２１】
▲１▼の製造方法で用いるアルキル化剤としては、炭素数１〜１２のものであれば良く、中でも炭素数１〜６のものが好ましく、例えば、メタアクリル酸、メタアクリル酸アンモニウム、メタアクリル酸リチウム、メタアクリル酸ナトリウム、メタアクリル酸カリウム、メタアクリル酸エステル、メタアクリロニトリル、２−クロロプロピオン酸、２−クロロプロピオン酸アンモニウム塩、２−クロロプロピオン酸リチウム、２−クロロプロピオン酸ナトリウム、２−クロロプロピオン酸カリウム、２−クロロプロピオン酸エステル、２−クロロブチリックアシッド、２−クロロブチリックアシッドエステル、２−ブロモプロピオン酸、２−ブロモプロピオン酸リチウム、２−ブロモプロピオン酸ナトリウム、２−ブロモプロピオン酸カリウム、２−ブロモプロピオン酸エステル、４−クロロ−２−メチルブチリックアシッド、４−クロロ−２−メチルブチリックアシッドエステル等が挙げられ、これらの中でも炭素数１〜３のものが更に好ましく、例えば、メタアクリル酸、メタアクリル酸リチウム、メタアクリル酸ナトリウム、メタアクリル酸カリウム、メタアクリル酸エステル、２−クロロプロピオン酸、２−クロロプロピオン酸リチウム、２−クロロプロピオン酸ナトリウム、２−クロロプロピオン酸カリウム、２−クロロプロピオン酸エステルが挙げられる。
【００２２】
前記アルキル化剤は、前記一般式（２）で表される化合物１モルに対し、０．５〜５．０モル使用され、好ましくは０．８〜１．５モル使用される。
【００２３】
▲１▼の製造方法は、前記一般式（２）で表される化合物と前記アルキル化剤を用いてフッ素系化合物（Ａ）を得る製造方法であればよく、これ以外に特に制限されるものではないが、アルキル化剤の種類によっては、必要に応じて反応促進のための反応助剤を用いることも可能である。
【００２４】
前記反応助剤としては、塩基性化合物が好ましく、例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物、炭酸カリウム、炭酸リチウム等の炭酸塩、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート等のアルカリ金属アルコラート、水素化ナトリウム、水素化カリウム等の金属水素化物、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、ピリジン等のアミン類が挙げられ、これらの中でも金属水酸化物、ナトリウムメチラート、トリエチルアミンが好ましい。前記反応助剤を用いる場合、前記一般式（２）で表されるフッ素系化合物１モルに対し、０．０１〜５モル、好ましくは０．１〜１．５モル使用される。
【００２５】
また、必要に応じて反応には溶媒を使用することが好ましい。溶媒を使用する場合、前記一般式（２）で表される化合物と前記アルキル化剤を溶解でき、かつそれらに対して不活性であれば制限されるものではないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、パラジクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のカルボン酸エステル類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられ、これらの中でも、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドが好ましく、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドが好ましい。また、溶媒は単独で使用しても、あるいは複数を混合して用いてもよい。
【００２６】
反応条件にも、特に制限はないが、反応制御が容易なことから、前記一般式（２）で表される化合物に対して、前記アルキル化剤を滴下する方法が挙げられ、連続的あるいは断続的滴下が好ましい。反応温度にも制限はないが、通常０〜１００℃であり、好ましくは１０〜７０℃である。反応雰囲気にも制限はないが、空気雰囲気下またはＮ２、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下で行われ、不活性ガス雰囲気下がより好ましい。
【００２７】
前述の製造方法により得られたフッ素系化合物（Ａ）は、使用する用途、目的あるいは用いるアルキル化剤の種類によって、未精製で用いることも出来るが、必要に応じて中和反応、ケン化反応にそのまま進むことも可能である。また、蒸留、溶媒による洗浄、再結晶、各種クロマトグラフィー、吸着剤等により、精製することも可能である。
【００２８】
前述の中和・ケン化反応に用いる、中和剤・ケン化剤としては、水酸化リチウム等の水酸化アルカリ金属、塩化リチウム等のハロゲン化アルカリ金属、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン等のアミン類等が挙げられる。これら中和剤・ケン化剤はフッ素系化合物１モルに対し、１〜５モル、好ましくは１〜２．５モル使用することが好ましい。
【００２９】
前記中和並びにケン化反応時の反応条件としては、特に限定されるものではないが、例えば、反応溶媒として、水単独、あるいは水とメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類との混合溶媒等が挙げられる。また、反応温度は、中和反応の場合は、５℃〜５０℃、特に１０℃〜３０℃であることが好ましい。また、ケン化反応の場合は、１０℃〜還流温度、特に４０℃〜９０℃であることが好ましい。
【００３０】
次に、前記一般式（４）で表される化合物と、ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体とを反応させる▲２▼の製造方法について詳細に説明する。
【００３１】
前記一般式（４）の化合物については、優れた界面活性効果が得られ、且つ特に水系溶媒を用いる前述の組成物との親和性が良好なものが得られることから、前記一般式（４）中のｍが２〜６の整数で、ｎが２〜４の整数であるものが好ましく、特に２−パーフルオロヘキシルエチルアイオダイド、２−パーフルオロオクチルエチルアイオダイドが好ましい。
【００３２】
使用するヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体としては、例えば、ヒドロキシカルボン酸誘導体としてラクティックアシッド、ラクティックアシッドアンモニウム、ラクティックアシッドリチウム、ラクティックアシッドナトリウム、ラクティックアシッドカリウム、ラクティックアシッドエステル、光学活性ラクティックアシッド、光学活性ラクティックアシッド誘導体、ヒドキシフェニル酢酸、ヒドキシフェニル酢酸リチウム、ヒドキシフェニル酢酸ナトリウム、ヒドキシフェニル酢酸カリウム、ヒドキシフェニル酢酸アンモニウム、ヒドキシフェニル酢酸エステル、メルカプトカルボン酸として、２−メルカプトプロピオン酸、２−メルカプトプロピオン酸エステル、２−メルカプトプロピオン酸リチウム、２−メルカプトプロピオン酸ナトリウム、２−メルカプトプロピオン酸カリウム、２−メルカプトプロピオン酸アンモニウム、３−メルカプトイソブチリックアシッド、３−メルカプトイソブチリックアシッドリチウム、３−メルカプトイソブチリックアシッドナトリウム、３−メルカプトイソブチリックアシッドカリウム、３−メルカプトイソブチリックアシッドアンモニウム、３−メルカプトイソブチリックアシッドエステル等が挙げられ、これらの中でもラクティックアシッド、ラクティックアシッドリチウム、ラクティックアシッドナトリウム、ラクティックアシッドカリウム、ラクティックアシッドエステル、２−メルカプトプロピオン酸、２−メルカプトプロピオン酸エステル、２−メルカプトプロピオン酸リチウム、２−メルカプトプロピオン酸ナトリウム、２−メルカプトプロピオン酸カリウムが好ましい。
【００３３】
前記ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体は、前記一般式（４）で表される化合物１モルに対し、０．５〜５．０モル使用され、好ましくは０．８〜１．５モル使用する。
【００３４】
▲２▼の製造方法は、前記一般式（４）で表される化合物と前記ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体を用いてフッ素系化合物（Ａ）を得る製造方法であればよく、これ以外に特に制限されるものではないが、必要に応じて反応促進のための反応助剤を用いることも可能である。
【００３５】
前記反応助剤としては、塩基性化合物が好ましく、例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物、炭酸カリウム、炭酸リチウム等の炭酸塩、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート等のアルカリ金属アルコラート、水素化ナトリウム、水素化カリウム等の金属水素化物、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、ピリジン等のアミン類が挙げられ、これらの中でも金属水酸化物、ナトリウムメチラート、トリエチルアミンが好ましい。前記反応助剤を用いる場合、前記一般式（４）で表される化合物１モルに対し、０．０１〜５モル、好ましくは０．１〜１．５モル使用される。
【００３６】
また、必要に応じて反応には溶媒を使用することが好ましい。溶媒を使用する場合、前記一般式（４）で表される化合物と前記ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体を溶解でき、かつそれらに対して不活性であれば制限されるものではないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、パラジクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のカルボン酸エステル類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられ、これらの中でも、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドが好ましく、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドが好ましい。また、溶媒は単独で使用しても、あるいは複数を混合して用いてもよい。
【００３７】
反応条件にも特に制限はないが、反応制御の点から反応温度は通常、０℃〜還流温度、好ましくは２０℃〜６０℃である。反応雰囲気等にも制限はないが、▲１▼の製造方法の場合と同様に不活性ガス雰囲気下が好ましい。また、▲２▼の製造方法により得られたフッ素系化合物は前記▲１▼の製造方法と同様、そのまま用いても良いし、精製後に用いても良い。
【００３８】
加えて、界面活性剤の目的、用途、或いは用いたヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体の種類によっては、中和、またはケン化反応を行うことも可能であり、この場合、前記▲１▼の製造方法と同様の条件にて前記反応を行うことができる。
【００３９】
本発明のフッ素系界面活性剤は、特に水単独、メタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド等の水と１％以上、好ましくは１０％以上混合可能な親水性有機溶媒単独、水と有機溶媒の混合溶媒を含む組成物、その中でも水単独または水を１０％以上含む水と有機溶媒の混合溶媒を含む組成物において、その親和性が高いことから、添加量の許容範囲が広く、用途に応じて優れた界面活性効果を発現させ得ることができる。
【００４０】
前述の本発明のフッ素系界面活性剤を添加剤として使用する前述の組成物としては、例えば、印刷材料、感光性材料、写真材料、塗料、洗浄剤、光学材料、離型剤等の各種コーティング材料や成形材料等が挙げられる。
【００４１】
前記組成物は、溶媒、溶液等であり、溶液の場合、溶媒を必須成分として含有し、溶質として高分子化合物、低分子有機化合物、無機化合物から選ばれる１種類以上の化合物と、必要に応じて、後述する各種添加剤から構成される。
【００４２】
前記溶媒としては、水、親水性の有機溶媒が挙げられ、親水性の有機溶媒としては例えば、メタノール、エタノ−ル、イソプロピルアルコ−ル、ｎ−ブタノ−ル、ｉｓｏ−ブタノ−ル、ｔｅｒｔ−ブタノ−ル等のアルコ−ル類、アセトン、メチルエチルケトン等の親水性のケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン等の極性溶剤、 メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等の親水性のセロソルブ類、エチレングリコール、プロピレングリコ−ル等の親水性のグリコ−ル類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の親水性のエーテル類等が挙げられる。これらの溶媒は、１種類であっても２種類以上の混合溶媒系であっても良い。尚、ここでいう溶媒とは、系中で分散媒として働いているものも溶媒と称する。
【００４３】
前述の親水性の有機溶媒以外の、水と混和しにくい溶媒は、前記親水性の有機溶媒と併用し、２成分以上の混合溶媒として使用することが好ましい。
【００４４】
前記溶質としては、前記親水性の有機溶媒に溶解或いは分散するものが好ましく、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース、キチン、キトサン等の天然高分子等、ゼラチン等が挙げられる。これらの溶質は、１種類のみを用いても２種類以上を同時に用いても良い。
【００４５】
前記以外の親水性の有機溶媒に溶解或いは分散しにくい溶質は、水と混和しにくい溶媒と、前述の親水性の有機溶媒を併用した混合溶媒を用いて使用することが好ましい。
【００４６】
前記添加剤としては、親水性のものが好ましいが、その使用量が極少量である場合が多いことより、水溶解度が低いものでも使用でき、例えば、シラン系、チタン系、ジルコ−アルミネート系等のカップリング剤、更にフッ素原子含有アルコキシシラン化合物、フッ素原子含有チタンアシレ−ト化合物、フッ素原子含有アルコキシジルコニウム化合物等のフッ素系カップリング剤、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、ガラスフィラー等の無機粉末・充填材、高級脂肪酸、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（テトラフロロエチレン）、ポリエチレン、アクリルビーズ、カーボン等の有機微粉末、感光剤、増感剤、耐光性向上剤、耐候性向上剤、耐熱性向上剤、導電剤、酸化防止剤、防錆剤、レオロジーコントロール剤、増粘剤、沈降防止剤、消泡剤、防臭剤等の各種充填剤が挙げられる。これらの添加剤は、１種類のみを用いても２種類以上を同時に用いても良い。
【００４７】
前述の本発明のフッ素系界面活性剤を含む組成物は、種々の加工方法を適用することにより、優れた浸透・濡れ性およびレベリング性等が得られる。加工方法としては特に制限されるものではなく、例えば、グラビアコーター、ナイフコーター、ロールコーター、コンマコーター、スピンコーター、バーコーター、刷毛塗り、デイッピング塗布、スプレー塗布、静電塗装、スクリーン印刷等のコーティング方法・装置、インクジェット法、射出、押し出し、中空、圧縮、反応、真空、ＦＲＰ、熱、ロールシート、カレンダー、２軸延伸フィルム、積層、回転等の各種成形方法、各種金型、スタンパを用いた射出成形等が挙げられる。
【００４８】
また、前述の組成物の用途にも制限はなく、種々の用途に使用できるが、特に、水単独または水と有機溶媒混合系等の親水性が高い溶媒系組成物中で用いる場合に優れた界面活性効果を発揮し、例えば、ＰＳ版等の帯電防止剤、ＬＣＤ、ＬＳＩ、有機ＥＬ、プラズマディスプレイ製造用各種フォトレジスト等の感光性材料、ＬＳＩ製造用反射防止膜剤、ＬＣＤ、ＬＳＩ、有機ＥＬ、プラズマディスプレイ製造用洗浄剤、エッチング剤、剥離剤、現像液、乳剤等の写真材料、自動車、航空機、船舶、建材、家電用等の塗料、染料、洗浄剤、フロアポリッシュ、泡消火薬剤、メッキ浴ミスト防止剤、レンズシート、光ファイバ等の光学材料、または有機化学反応用分散媒等に用いられ、浸透・濡れ性、レベリング性等のコーティング・モールディング適正を向上させることが可能である。
【００４９】
本発明のフッ素系界面活性剤は、前述の親水性の有機溶媒や溶質以外の一般的に使用されている溶媒、溶質に対する親和性も高く、表面偏析性にも優れ、従来のフッ素系界面活性剤の持つ界面活性効果を損なわないものであるため、前述の親水性の組成物並びに用途に限定されるものではなく、従来より一般的に有機溶剤系で使用される場合が多い用途、例えば、工業用および家庭用等の接着剤、耐擦傷性、滑り性、非粘着性、撥水撥油性、ガスバリア性、耐熱性、耐光性、耐候性、生理活性、耐水性、防湿性、防汚性、潤滑性等の表面機能性保護膜形成材料、衣料、家具、靴、雑貨等の繊維、人工皮革、合成皮革不織布等の処理剤、紙、フィルム、カード等の各種コーティング剤、自動車、建材、家電、医用材料、ＯＡ機器、電気・電子機器、光学部材、電線・配線材料、各種工業用部品等の成形材料、グリース、各種封止材料、離型剤、防錆剤、防曇剤、防霧剤、ブロッキング防止剤等としても好適に用いることができる。
【００５０】
【実施例】
次に本発明をより詳細に説明するために実施例及び比較例を掲げる。
【００５１】
実施例１
攪拌装置、還流冷却器、滴下ロートを付した１０００ｍｌの四ツ口フラスコに、パーフルオロオクチルエチルアイオダイド（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２Ｉ）５７．４ｇ、無水炭酸カリウム２７．６ｇおよびアセトン４００ｍｌを加え混合した後、２−メルカプトプロピオン酸エチルエステル１６．０ｇを１０分間かけて滴下し、さらに室温で５時間攪拌して反応させた。得られた反応混合物を、濾過後、蒸留によってアセトンを留去し、更に減圧蒸留で原料等を留去後、１１０℃／６６７Ｐａの条件下で、２−パーフルオロオクチルエチルメルカプトプロピオン酸エチルエステル（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２ＣＨ２ＣＨ２）４２ｇを得た。
【００５２】
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、得られた２−パーフルオロオクチルエチルメルカプトプロピオン酸エチルエステル２２．０ｇ、水酸化リチウム１．３５ｇ、水５０ｍｌを加え、８０℃で４時間攪拌して反応させた後、イソプロパノール３０ｇを加え撹拌後、減圧下で溶媒を留去し、減圧乾燥して、フッ素系化合物（ｉ）［パーフルオロオクチルエチルメルカプトプロピオン酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２Ｌｉ）］２１ｇを得た。
【００５３】
実施例２
２−メルカプトプロピオン酸エチルエステル１６．０ｇの代わりに、２−ヒドロキシプロピオン酸１４．０ｇを用いた以外は実施例１と同様にして、フッ素系化合物（ｉｉ）［パーフルオロオクチルエトキシプロピオン酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２Ｌｉ）］２０．０ｇを得た。
【００５４】
実施例３
２−メルカプトプロピオン酸エチルエステル１６．０ｇの代わりに、ヒドロキシフェニル酢酸エチルエステルを２１．４ｇを用いた以外は実施例１と同様にして、フッ素系化合物（ｉｉｉ）［α−パーフルオロオクチルエトキシフェニル酢酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ（Ｐｈ）ＣＯ２Ｌｉ）］２３．０ｇを得た。
【００５５】
実施例４
攪拌装置、還流冷却器、滴下ロートを付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、パーフルオロオクチルエチルメルカプタン（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＨ）６０ｇ、ナトリウムメチラート０．３ｇを加えて１０分間攪拌した後、室温でメチルメタアクリレート１７．５ｇを３０分間かけて滴下し、さらに５時間攪拌して反応させた後、減圧蒸留を行い、１１８℃／６６７Ｐａの条件下で３−パーフルオロオクチルエチルメルカプト−２−メチル−プロピオン酸メチルエステル（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２ＣＨ３）６７ｇを得た。
【００５６】
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、得られた３−パーフルオロオクチルエチルメルカプト−２−メチル−プロピオン酸メチルエステル６６．５ｇ、水酸化リチウム４．１ｇ、水１２０ｍｌを加え、８０℃で４時間攪拌して反応させた後、イソプロパノール７０ｇ加えて撹拌後、減圧下で溶媒を留去し、減圧乾燥して、フッ素系化合物（ｉｖ）［３−パーフルオロオクチルエチルメルカプト−２−メチル−プロピオン酸（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２Ｌｉ）］６５ｇを得た。
【００５７】
比較例１
２−メルカプトプロピオン酸エチルエステル１６．０ｇの代わりに、メルカプト酢酸エチルエステル１４．０ｇを用いた以外は実施例１と同様にして、比較用のフッ素系化合物（ｖ）［パーフルオロオクチルエチルチオ酢酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ２ＣＯ２Ｌｉ）］２１．０ｇを得た。
【００５８】
比較例２
メチルメタアクリレート１７．５ｇの代わりにメチルアクリレート１５．０ｇを用いた以外は実施例４と同様にして、比較用のフッ素系化合物（ｖｉ）［３−パーフルオロオクチルエチルメルカプトプロピオン酸リチウム塩（Ｃ８Ｆ１７ＣＨ２ＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ２ＣＯ２Ｌｉ）］６３ｇを得た。
【００５９】
比較例３
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、パーフルオロオクチル酸クロライド４３．３ｇ、３−アミノプロピオン酸１９．６ｇ、及び酢酸エチル１００ｇを加え、２５℃で３時間攪拌した。反応終了後、反応液に１０重量％塩酸水溶液１００ｇを加え、２５℃で１０分間攪拌した。攪拌終了後、有機層を分離し、水洗及び濃縮によりＮ−パーフルオロペンチルカルボニル−３−アミノプロピオン酸４７．５ｇを得た。
【００６０】
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、得られたＮ−パーフルオロペンチルカルボニル−３−アミノプロピオン酸４７．５ｇ、水５０ｇ、イソプロパノール１００ｇ、ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ４．２ｇの混合溶媒を加え、２５℃で１時間攪拌して反応させた。反応終了後、溶媒を留去し、減圧下、１００℃で５時間乾燥させることにより、フッ素系化合物（ｖｉｉ）［Ｎ−パーフルオロペンチルカルボニル−３−アミノプロピオン酸リチウム塩（Ｃ７Ｆ１５ＣＯＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＯ２Ｌｉ）］４８．１ｇを得た。
【００６１】
比較例４
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、パーフルオロオクチル酸クロライド４３．３ｇ、アラニン塩酸塩２７ｇ、炭酸水素ナトリウム３４．５ｇ、及び酢酸エチル１００ｇを加え、２５℃で３時間攪拌した。反応終了後、反応液に１０重量％塩酸水溶液１００ｇを加え、２５℃で１０分間攪拌した。攪拌終了後、有機層を分離し、水洗及び濃縮によりＮ−パーフルオロペンチルカルボニルアラニン５０．９ｇを得た。
【００６２】
攪拌装置、還流冷却器、温度計を付した３００ｍｌの四ツ口フラスコに、得られたＮ−パーフルオロペンチルカルボニルアラニン５０．９ｇ、水５０ｇ、イソプロパノール１００ｇ、ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ４．２ｇの混合溶媒を加え２５℃で１時間攪拌し反応させた。反応終了後、溶媒を留去し、減圧下、１００℃で５時間乾燥させることにより、フッ素系化合物（ｖｉｉｉ）Ｎ−パーフルオロペンチルカルボニルアラニンリチウム塩（Ｃ７Ｆ１５ＣＯＮＨＣＨ（ＣＨ３）ＣＯ２Ｌｉ）５１．５ｇを得た。
【００６３】
試験例１〜４、比較試験例１〜４
実施例１〜４、比較例１〜４で得られたフッ素系化合物（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）からなるフッ素系界面活性剤の水溶解度と表面張力を以下の方法で測定し試験例１〜４、比較試験例１〜４として表１及び表２に示す。
【００６４】
試験方法
水溶解度：２５℃においてイオン交換水で攪拌、目視で濁りのないクリアーな状態を完溶とした。（単位：重量％）
表面張力：自動表面張力計ＣＢＰＶ−Ｚ（協和界面化学株式会社製）を用いて、ウィルヘルミー白金プレート法にて、２０℃における各濃度（イオン交換水溶液）での表面張力を測定した。（単位：ｍＮ／ｍ）
【００６５】
【表１】
【表２】
本発明のフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤を用いた試験例１〜４では、水への溶解度が高く、且つ表面張力低下作用にも優れていることを確認した。
【００６８】
試験例５〜６、比較試験例５
実施例１で得られたフッ素系化合物（ｉ）を用いて、メタノールにおける溶解度、並びに表面張力を測定した（試験例５）。また、実施例１で得られたフッ素系化合物（ｉ）及び比較例２で得られたフッ素系化合物（ｖｉ）を用いて、イオン交換水／メタノール＝１／１（重量比）混合溶媒における溶解度、並びに表面張力を測定した（試験例６、比較試験例５）。これらの結果を表３に示す。
【表３】
本発明のフッ素系化合物からなるフッ素系界面活性剤は、水のみならず、親水性有機溶剤に対しても溶解度が高く、且つ水単独使用時と同様に優れた界面活性効果を発現しうることを確認した。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、水、及び／または親水性有機溶媒等の水系溶媒を用いて使用される、主に印刷材料、感光性材料、写真材料、塗料、洗浄剤、光学材料、離型剤等の各種コーティング材料や成形材料等に容易に溶解し、浸透・濡れ性、レベリング性、表面機能性等を高めるための添加剤として好適に用いることができるフッ素系界面活性剤を提供できる。
Claims (9)
- Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）で表される部分フッ素化アルキル基と、親媒性基とを有する化合物からなるフッ素系界面活性剤であって、該親媒性基が、その末端に親水性基Ｙを有し、さらに該親水性基Ｙが結合する炭素上に置換基として炭素数１〜１２の炭化水素基を有するフッ素系化合物（Ａ）からなるものであることを特徴とする、フッ素系界面活性剤。
- フッ素系化合物（Ａ）が、下記一般式（１）
Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎＸ（ＣＨ２）ｏＣＨＲＹ （１）
（式中、Ｘは直接結合または２価の連結基であり、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数であり、ｏは０〜１２の整数であり、Ｙは親水性基であり、Ｒは炭素数１〜１２の炭化水素基である。）
で表されるフッ素系化合物である、請求項１記載のフッ素系界面活性剤。 - 一般式（１）中のＸが直接結合、−ＳＯ２ＮＲ１−（Ｒ１は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基である。）、酸素原子または硫黄原子であり、Ｙが酸基、その金属塩またはアミン塩であり、Ｒが炭素数１〜１２のアルキル基であり、ｍが３または４であり、ｎが２〜４の整数であり、ｏが０〜４の整数である、請求項２記載のフッ素系界面活性剤。
- フッ素系化合物（Ａ）が下記一般式（２）
Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎＸ１Ｈ （２）
（式中、Ｘ１は２価の連結基であり、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）
で表される化合物にアルキル化剤を反応させて得られるフッ素系化合物である、請求項２記載のフッ素系界面活性剤。 - 一般式（２）中のＸ１が、−ＳＯ２ＮＲ１−（Ｒ１は水素原子、フェニル基または炭素数１〜１８のアルキル基である。）、酸素原子または硫黄原子であり、ｍが３または４であり、ｎが２〜４の整数であり、かつ、アルキル化剤がハロカルボン酸、その誘導体、（メタ）アクリル酸またはその誘導体である、請求項４記載のフッ素系界面活性剤。
- フッ素系化合物（Ａ）が上記一般式（２）で表される化合物とアルキル化剤を反応させた後、中和またはケン化して得られるフッ素系化合物である、請求項４または５記載のフッ素系界面活性剤。
- フッ素系化合物（Ａ）が下記一般式（４）
Ｆ（ＣＦ２）２ｍ（ＣＨ２）ｎＺ （４）
（式中、Ｚはハロゲン原子であり、ｍ、ｎはそれぞれ同一または異なる１〜１２の整数である。）
で表される化合物と、ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体とを反応させて得られるフッ素系化合物である、請求項２記載のフッ素系界面活性剤。 - 一般式（４）中のｍが３または４であり、ｎが２〜４の整数である、請求項７記載のフッ素系界面活性剤。
- フッ素系化合物（Ａ）が上記一般式（４）で表される化合物と、ヒドロキシカルボン酸、その誘導体、メルカプトカルボン酸またはその誘導体と反応させた後、中和またはケン化して得られるフッ素系化合物である、請求項７または８記載のフッ素系界面活性剤。
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