JP2007146107A - 防汚性付与剤、防汚性コーティング剤組成物、防汚性被膜及びその被覆物品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】式(I)で表されるフッ素原子含有有機基を有する有機ケイ素化合物を又はその加水分解物もしくは部分縮合物含むシラン化合物を加水分解・縮合することにより得られる、数平均分子量が1,000以上で、フッ素原子とケイ素原子のモル比(F/Si)が3〜50であるフッ素原子含有有機基を含むシリコーン樹脂からなることを特徴とするコーティング剤組成物に添加して防汚性を付与する防汚性付与剤。 R1R2 mSiX3-m (I)(R1はフッ素原子を含む有機置換基、R2はアルキル基又はフェニル基、Xは加水分解性基又はOH基、mは0又は1)
【選択図】なし
Description
[1]下記一般式(I)で表されるフッ素原子含有有機基を有する有機ケイ素化合物又はその加水分解物もしくは部分縮合物を含むシラン化合物を加水分解・縮合することにより得られる、数平均分子量が1,000以上で、フッ素原子とケイ素原子のモル比(F/Si)が3〜50であるフッ素原子含有有機基を含むシリコーン樹脂からなることを特徴とするコーティング剤組成物に添加して防汚性を付与する防汚性付与剤。
R1R2 mSiX3-m (I)
(但し、R1はフッ素原子を含む有機置換基、R2は置換又は非置換の炭素数1〜10のアルキル基又はフェニル基、Xは加水分解性基又はOH基であり、mは0又は1である。)
[2]シラン化合物が、
(i)下記一般式(I)で表される有機ケイ素化合物又はその加水分解物もしくは部分縮合物:50〜100質量%、
R1R2 mSiX3-m (I)
(但し、R1はフッ素原子を含む有機置換基、R2は炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基又はフェニル基、Xは加水分解性基又はOH基であり、mは0又は1である。)
(ii)下記一般式(II)及び/又は(III)で表される有機ケイ素化合物又はその加水分解物もしくは部分縮合物:50〜0質量%
R2 nSiX4-n (II)
X3-pR2 pSi−R3−SiR2 qX3-q (III)
(但し、R2、Xは上記と同様であり、R3は−O−、−(CH2)r−、−C6H4−又はフッ素置換した2価の有機基であり、n、p、qはそれぞれ0、1又は2、rは1〜6の整数である。)
からなる[1]記載の防汚性付与剤。
[3]一般式(I)で表される有機ケイ素化合物が、
F(CF2)8−C2H4−Si(OCH3)3
であることを特徴とする[1]又は[2]記載の防汚性付与剤。
[4](1)[1]〜[3]のいずれかに記載の防汚性付与剤:0.01〜10質量%、
(2)縮合硬化性のシリコーン樹脂:99.99〜90質量%
を上記比率で含有し、有機溶媒に分散した溶液であることを特徴とする防汚性コーティング剤組成物。
[5](2)の縮合硬化性シリコーン樹脂が、有機溶媒がない状態で、防汚性付与剤(1)と完全に相溶しないシリコーン樹脂であることを特徴とする[4]記載の防汚性コーティング剤組成物。
[6]縮合硬化性シリコーン樹脂が、
X3-pR2 pSi−R3−SiR2 qX3-q (III)
(但し、R2、Xは上記と同様であり、R3は−O−、−(CH2)r−、−C6H4−又はフッ素置換した2価の有機基であり、p、qはそれぞれ0、1又は2、rは1〜6の整数である。)
を含むシラン化合物を加水分解・縮合することにより得られるものであることを特徴とする[4]又は[5]記載の防汚性コーティング剤組成物。
[7]更に、無機酸化物微粒子、中空及び/又は多孔質の無機酸化物微粒子から選ばれる無機材料を含有することを特徴とする[4]〜[6]のいずれかに記載の防汚性コーティング剤組成物。
[8][4]〜[7]のいずれかに記載の防汚性コーティング剤組成物を、基材の最外部に塗布・硬化させた被膜であって、[1]〜[3]のいずれかに記載の防汚性付与剤が、硬化被膜の表面側に偏在していることを特徴とする防汚性被膜。
[9]防汚性被膜の対オレイン酸接触角が60°以上であることを特徴とする[8]記載の防汚性被膜。
[10][4]〜[7]のいずれかに記載の防汚性コーティング剤組成物を、基材の最外部に塗布・硬化させた被覆物品。
[11]基材が、プラスチック、金属、又はセラミックであることを特徴とする[10]記載の被覆物品。
(第1の特徴)
本防汚性付与剤を配合したコーティング剤組成物を塗装すると、1回の塗装で、ベースとなるコーティング剤により得られる機能と、表面を防汚性にすることが同時に達成でき、2回も塗装する必要がなくなり、経済的に大変有利となる。
(第2の特徴)
本発明により、表面に高密度で含フッ素有機基が配向する結果、優れた防汚性が発現する。従って、高い撥油性が求められる指紋付着防止性にも優れ、それが強く求められる液晶表示装置、プラズマディスプレイ、携帯電話等の反射防止フィルム、偏光板等の光学物品に有用である。また、反応性基により表面に固着されるため、耐久性に優れた防汚性が得られる。
(第3の特徴)
コーティング剤に縮合硬化型シリコーン樹脂を用いると、硬化時に両者が反応・架橋するので、両者はしっかりと接着し、表面に配向した含フッ素有機基の効果で潤滑性が付与されるため、シリコーン樹脂の硬化被膜が有する高い耐擦傷性がより優れたものになる。
(第4の特徴)
含フッ素・ビスシラン化合物から合成したシリコーン樹脂や、中空シリカゾルなどの低屈折率被膜形成用材料とも併用することができ、反射防止用途にも適用することができる。
(i)フッ素原子含有有機基を含む加水分解性シランを含む有機ケイ素化合物を加水分解・縮合することにより得られる、特定分子量、特定フッ素含有率のシリコーン樹脂からなる新規なコーティング剤添加用の防汚性付与剤、
(ii)上記含フッ素シリコーン樹脂を、縮合硬化性シリコーン樹脂に配合した防汚性コーティング剤組成物、
(iii)上記防汚性コーティング剤組成物を塗布・硬化させた防汚性被膜、
(iv)基材の最外層に防汚性被膜を被覆した物品
を提供する。
R1R2 mSiX3-m (I)
(但し、R1はフッ素原子を含む有機置換基、R2は置換又は非置換の炭素数1〜10のアルキル基又はフェニル基、Xは加水分解性基又はOH基であり、mは0又は1である。)
で表されるフッ素原子含有有機基を有する有機ケイ素化合物又はその加水分解物もしくは部分縮合物を含むシラン化合物を加水分解・縮合することにより得られるシリコーン樹脂であって、
数平均分子量が1,000以上で、
フッ素原子とケイ素原子のモル比(F/Si)が3〜50
の条件を満たすものである。
(A)パーフルオロアルキル基置換の有機置換基、又は、
(B)フッ素化ポリエーテル基置換の有機置換基が好ましい。
CaF2a+1−(CH2)b− (a=1〜16、b=1〜3)、
CaF2a+1−O−(CH2)b− (a=1〜16、b=1〜3)、
CaF2a+1−COO−(CH2)b− (a=1〜16、b=1〜3)、
CaF2a+1−CONH−(CH2)b− (a=1〜16、b=1〜3)、
CaF2a+1−SO2NH−(CH2)b− (a=1〜16、b=1〜3)
CF3C2H4−、
CF3(CF2)3C2H4−、
CF3(CF2)5C2H4−、
CF3(CF2)7C2H4−、
CF3(CF2)9C2H4−、
CF3(CF2)11C2H4−、
CF3(CF2)15C2H4−、
CF3(CF2)7−O−C3H6−、
CF3(CF2)7COOC3H6−、
CF3(CF2)7CONHC3H6−、
CF3(CF2)7SO2NHC3H6−
C3F7O(CF(CF3)CF2O)cCF(CF3)CH2−O−C3H6−
(0≦c≦6)、
C3F7O(CF(CF3)CF2O)cCF(CF3)−CONHC3H6−
(0≦c≦6)、
C2F5O(CF2CF2O)d−C3H6−
(0≦d≦10)
を例示することができる。
C3F7O(CF(CF3)CF2O)3−CF(CF3)CH2−O−C3H6−、
C3F7O(CF(CF3)CF2O)6−CF(CF3)CH2−O−C3H6−、
C3F7O(CF(CF3)CF2O)6−CF(CF3)−CONHC3H6−、
C2F5O(CF2CF2O)10−C3H6−
この中でも、C3F7O(CF(CF3)CF2O)6−CF(CF3)−CONHC3H6−が、防汚性の発現、及び有機溶媒への溶解性の観点から好ましい。
CF3C2H4−Si(OCH3)3、
CF3C2H4−Si(OC2H5)3、
CF3(CF2)3C2H4−Si(OCH3)3、
CF3(CF2)3C2H4−Si(OC2H5)3、
CF3(CF2)5C2H4−Si(OCH3)3、
CF3(CF2)7C2H4−Si(OCH3)3、
CF3(CF2)7C2H4−Si(OC2H5)3、
CF3(CF2)7C2H4−SiCl3、
CF3(CF2)7C2H4−Si(OH)3、
CF3(CF2)7C2H4−Si(OCOCH3)3、
CF3(CF2)7C2H4−Si(−OC(CH3)=CH2)3、
CF3(CF2)7C2H4−Si(CH3)(OCH3)2、
CF3(CF2)7C2H4−Si(C6H5)(OCH3)2、
CF3(CF2)9C2H4−Si(OCH3)3、
CF3(CF2)11C2H4−Si(OCH3)3、
CF3(CF2)15C2H4−Si(OCH3)3、
CF3(CF2)7CONHC3H6−Si(OCH3)3、
CF3(CF2)7SO2NHC3H6−Si(OCH3)3、
C3F7O(CF(CF3)CF2O)3CF(CF3)CONHC3H6−Si(OCH3)3、
C3F7O(CF(CF3)CF2O)6CF(CF3)CONHC3H6−Si(OCH3)3
CF3(CF2)3C2H4−Si(OCH3)3、
CF3(CF2)7C2H4−Si(OCH3)3、
CF3(CF2)11C2H4−Si(OCH3)3
特に好ましくは、CF3(CF2)7C2H4−Si(OCH3)3である。
この本発明のシリコーン樹脂を調製する際に併用することができる一般式(II)及び/又は(III)で表される有機ケイ素化合物について説明する。
R2 nSiX4-n (II)
X3-pR2 pSi−R3−SiR2 qX3-q (III)
(但し、R2、Xは上記と同様であり、R3は−O−、−(CH2)r−、−C6H4−又はフッ素置換した2価の有機基であり、n、p、qはそれぞれ0、1又は2、rは1〜6の整数である。)
X3-pR2 pSi−R3−SiR2 qX3-q (III)
(但し、R2、Xは上記と同様であり、R3は−O−、−(CH2)r−、−C6H4−又はフッ素置換した2価の有機基であり、p、qはそれぞれ0、1又は2、rは1〜6の整数である。)
−C2H4−(CF2)n−C2H4−、
−C2H4−CF(CF3)−(CF2)n−CF(CF3)−C2H4−、
−C2H4−CF(C2F5)−(CF2)n−CF(C2F5)−C2H4−、
−C2H4−CF(CF3)CF2−O(CF2)nO−CF2CF(CF3)−C2H4−
(但し、n=2〜20)、
−C2H4−C6F10−C2H4−、
−C2H4−C6F4−C2H4−
(CH3O)3Si−C2H4−(CF2)4−C2H4−Si(OCH3)3、
(CH3O)3Si−C2H4−(CF2)6−C2H4−Si(OCH3)3、
(CH3O)3Si−C2H4−(CF2)8−C2H4−Si(OCH3)3、
(CH3O)3Si−C2H4−(CF2)10−C2H4−Si(OCH3)3、
(CH3O)3Si−C2H4−(CF2)16−C2H4−Si(OCH3)3、
(C2H5O)3Si−C2H4−(CF2)4−C2H4−Si(OC2H5)3、
(C2H5O)3Si−C2H4−(CF2)6−C2H4−Si(OC2H5)3、
(CH3O)2(CH3)Si−C2H4−(CF2)4−C2H4−Si(CH3)(OCH3)2、
(CH3O)2(CH3)Si−C2H4−(CF2)6−C2H4−Si(CH3)(OCH3)2、
(CH3O)(CH3)2Si−C2H4−(CF2)4−C2H4−Si(CH3)2(OCH3)、
(C2H5O)(CH3)2Si−C2H4−(CF2)6−C2H4−Si(CH3)2(OC2H5)、
(CH3O)3Si−C2H4−CF(CF3)−(CF2)4−CF(CF3)−C2H4−Si(OCH3)3、
(CH3O)3Si−C2H4−CF(CF3)−(CF2)8−CF(CF3)−C2H4−Si(OCH3)3、
(CH3O)3Si−C2H4−CF(CF3)−(CF2)12−CF(CF3)−C2H4−Si(OCH3)3
(CH3O)3Si−C2H4−(CF2)4−C2H4−Si(OCH3)3、
(CH3O)3Si−C2H4−(CF2)6−C2H4−Si(OCH3)3、
(CH3O)3Si−C2H4−(CF2)8−C2H4−Si(OCH3)3、
(C2H5O)3Si−C2H4−(CF2)4−C2H4−Si(OC2H5)3、
(C2H5O)3Si−C2H4−(CF2)6−C2H4−Si(OC2H5)3
の各ビスシラン化合物を使用するのがよい。
本発明の防汚性付与剤を添加して使用する縮合硬化性のシリコーン樹脂について説明すると、本発明における防汚性発現の機構から考えて、この縮合硬化性シリコーン樹脂は、有機溶媒がない状態で、防汚性付与剤と完全に相溶しないシリコーン樹脂であることが好ましい。この条件を満たせば、無溶媒状態で、防汚性付与剤は最外層部分に移行し、表面部分に多量に存在するように傾斜的に存在するようになる。その結果、1コートで、縮合硬化性シリコーン樹脂層により得られる高硬度な保護被膜機能と、本防汚性付与剤による優れた防汚機能が同時に獲得できる。但し、防汚性付与剤と、縮合硬化性シリコーン樹脂とを有機溶媒に溶解させた場合には、均一に溶解することが必要である。
R4 aSiX4-a (IV)
(但し、R4は上記した1価の有機基、Xは上記した加水分解性基、aは1、2又は3、特に1又は2である。)
で示されるシラン化合物を加水分解・縮合して得られるものを使用できる。
X3-pR2 pSi−R3−SiR2 qX3-q (III)
(但し、R2、X、p、qは上記の通り。)
特に一般式(III)で表されるビスシラン化合物を使用すると、被膜を高硬度にすることで良好な耐擦傷性と、低屈折率化を同時に達成できるので、低屈折率被膜を求める場合、その使用が好ましい。
攪拌機、コンデンサー及び温度計を備えた1リットルフラスコに、C8F17CH2CH2Si(OCH3)3(A)を56.8g(0.10モル)、メタノールを57g仕込み、25℃で攪拌混合した。ここに、0.1N塩酸水7.2g(0.4モル)を10分で滴下した。滴下終了後、25℃で2時間攪拌することにより加水分解を完了させた。ここに、アルミニウム・アセチルアセトナートを0.2g加え、40℃で5時間加熱攪拌し、縮合を終えた。その後、エタノールを130g加え、稀釈し、防汚性付与剤の溶液(1)を調製した。この溶液の不揮発分(105℃×3時間)は、20.6%であった。
このものをGPC分析したところ、数平均分子量が1,610であった。F/Si(モル比)=17であった。
有機ケイ素化合物(A)の代わりに、有機ケイ素化合物(A)28.4g(0.05モル)とC10H21Si(OCH3)3(B)13.1g(0.05モル)の混合物を使用する以外は、調製例1と同様にして、防汚性付与剤の溶液(2)を調製した。シラン混合物中の有機ケイ素化合物(A)の質量比率は68.4%である。
このものをGPC分析したところ、数平均分子量が2,350であった。F/Si(モル比)=8.5であった。
有機ケイ素化合物(A)の代わりに、有機ケイ素化合物(A)45.4g(0.08モル)と下記ビスシラン(C)10.0g(0.02モル)の混合物を使用する以外は、調製例1と同様にして、防汚性付与剤の溶液(3)を調製した。シラン混合物中の有機ケイ素化合物(A)の質量比率は81.9%であった。
このものをGPC分析したところ、数平均分子量が3,870であった。F/Si(モル比)=12.7であった。
(CH3O)3Si−C2H4−C4F8−C2H4−Si(OCH3)3 (C)
有機ケイ素化合物(A)の代わりに、有機ケイ素化合物(A)45.4g(0.08モル)と下記シラン(D)12.1g(0.02モル)の混合物を使用する以外は、調製例1と同様にして、防汚性付与剤の溶液(4)を調製した。シラン混合物中の有機ケイ素化合物(A)の質量比率は79.0%であった。
このものをGPC分析したところ、数平均分子量が2,140であった。F/Si(モル比)=17であった。
C2F5O(C2F4O)3−C3H6−Si(OCH3)3 (D)
調製例1において、アルミニウム・アセチルアセトナートを加えず、それに引き続く加熱攪拌処理を行わず、それ以外は同様にして、防汚性付与剤の溶液(5)を調製した。
このものをGPC分析したところ、数平均分子量が680であった。
調製例2において、有機ケイ素化合物(A)の代わりに、有機ケイ素化合物(A)5.68g(0.01モル)とC10H21Si(OCH3)3(B)23.6g(0.09モル)の混合物を使用する以外は、調製例2と同様にして、防汚性付与剤の溶液(6)を調製した。シラン混合物中の有機ケイ素化合物(A)の比率は19.4%であった。
このものをGPC分析したところ、数平均分子量が2,610であった。F/Si(モル比)=1.7であった。
攪拌機、コンデンサー及び温度計を備えた3リットルフラスコに、上記ビスシラン(C)を99.6g(0.20モル)、t−ブタノールを398g仕込み、25℃で攪拌混合した。ここに0.1N塩酸水36g(2.0モル)を10分で滴下した。滴下直後は白濁していたが、徐々に発熱し、1時間後には加水分解は完了し、系は透明になった。更に、40℃で3時間加熱熟成した。更に、エタノールで稀釈し、ポリエーテル変性シリコーンをレベリング剤として0.1g添加し、不揮発分=4%のコーティング溶液(7)を調製した。
[調製例6]
攪拌機、コンデンサー及び温度計を備えた2リットルフラスコに、CH3Si(OCH3)3を136g(1.0モル)、エタノール200g、及び固体酸触媒8gを仕込み、25℃で攪拌混合した。ここに、イオン交換水72g(4.0モル)を20分で滴下した。滴下直後は白濁していたが、徐々に発熱し、1時間後には加水分解は完了し、系は透明になった。更に、40℃で3時間加熱熟成した。その後濾過して触媒の固体酸触媒を除去し、エタノールで稀釈し、ポリエーテル変性シリコーンをレベリング剤として0.1g添加し、不揮発分=20%のコーティング液(8)を調製した。
コーティング液(7)100gに、硬化触媒としてアルミニウム・アセチルアセトナートを0.5g、更に防汚性付与剤溶液(1)を1g加え、十分攪拌混合し、処理液(A)を準備した。この処理液(A)に、表面を清浄に洗滌したガラス板を浸漬処理し、硬化膜厚が約0.1μmになるように塗布した。10分間風乾した後、80℃×60分加熱硬化し、ガラス基板上に硬化被膜を形成した。
この硬化被膜の水接触角(協和界面科学(株)製、接触角計使用)を測定したところ、110°と良好な撥水性を示した。同様にして、オレイン酸の接触角を測定したところ、75°と高い値を示した。
<判定基準>
○ 完全に除去
△ 部分的に残存
× 除去できない
<目視判定>
○ 傷確認できず
△ 数本の傷あり
× 傷多数確認される
実施例1と同様にして、下記の配合に基づき処理液を調製し、実施例1と同様な試験を行った。その結果を表1に示す。
Claims (11)
- 下記一般式(I)で表されるフッ素原子含有有機基を有する有機ケイ素化合物又はその加水分解物もしくは部分縮合物を含むシラン化合物を加水分解・縮合することにより得られる、数平均分子量が1,000以上で、フッ素原子とケイ素原子のモル比(F/Si)が3〜50であるフッ素原子含有有機基を含むシリコーン樹脂からなることを特徴とするコーティング剤組成物に添加して防汚性を付与する防汚性付与剤。
R1R2 mSiX3-m (I)
(但し、R1はフッ素原子を含む有機置換基、R2は置換又は非置換の炭素数1〜10のアルキル基又はフェニル基、Xは加水分解性基又はOH基であり、mは0又は1である。) - シラン化合物が、
(i)下記一般式(I)で表される有機ケイ素化合物又はその加水分解物もしくは部分縮合物:50〜100質量%、
R1R2 mSiX3-m (I)
(但し、R1はフッ素原子を含む有機置換基、R2は炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基又はフェニル基、Xは加水分解性基又はOH基であり、mは0又は1である。)
(ii)下記一般式(II)及び/又は(III)で表される有機ケイ素化合物又はその加水分解物もしくは部分縮合物:50〜0質量%
R2 nSiX4-n (II)
X3-pR2 pSi−R3−SiR2 qX3-q (III)
(但し、R2、Xは上記と同様であり、R3は−O−、−(CH2)r−、−C6H4−又はフッ素置換した2価の有機基であり、n、p、qはそれぞれ0、1又は2、rは1〜6の整数である。)
からなる請求項1記載の防汚性付与剤。 - 一般式(I)で表される有機ケイ素化合物が、
F(CF2)8−C2H4−Si(OCH3)3
であることを特徴とする請求項1又は2記載の防汚性付与剤。 - (1)請求項1〜3のいずれか1項に記載の防汚性付与剤:0.01〜10質量%、
(2)縮合硬化性のシリコーン樹脂:99.99〜90質量%
を上記比率で含有し、有機溶媒に分散した溶液であることを特徴とする防汚性コーティング剤組成物。 - (2)の縮合硬化性シリコーン樹脂が、有機溶媒がない状態で、防汚性付与剤(1)と完全に相溶しないシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項4記載の防汚性コーティング剤組成物。
- 縮合硬化性シリコーン樹脂が、
X3-pR2 pSi−R3−SiR2 qX3-q (III)
(但し、R2、Xは上記と同様であり、R3は−O−、−(CH2)r−、−C6H4−又はフッ素置換した2価の有機基であり、p、qはそれぞれ0、1又は2、rは1〜6の整数である。)
を含むシラン化合物を加水分解・縮合することにより得られるものであることを特徴とする請求項4又は5記載の防汚性コーティング剤組成物。 - 更に、無機酸化物微粒子、中空及び/又は多孔質の無機酸化物微粒子から選ばれる無機材料を含有することを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項記載の防汚性コーティング剤組成物。
- 請求項4〜7のいずれか1項記載の防汚性コーティング剤組成物を、基材の最外部に塗布・硬化させた被膜であって、請求項1〜3のいずれか1項記載の防汚性付与剤が、硬化被膜の表面側に偏在していることを特徴とする防汚性被膜。
- 防汚性被膜の対オレイン酸接触角が60°以上であることを特徴とする請求項8記載の防汚性被膜。
- 請求項4〜7のいずれか1項記載の防汚性コーティング剤組成物を、基材の最外部に塗布・硬化させた被覆物品。
- 基材が、プラスチック、金属、又はセラミックであることを特徴とする請求項10記載の被覆物品。
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