JP2010540757A

JP2010540757A - カチオン性のフッ素化エーテルシラン組成物及び関連する方法

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Publication number: JP2010540757A
Application number: JP2010528067A
Authority: JP
Inventors: アイエル，スレシュ; ピー．ジャリワラ，チェタン; ピー．クルン，トーマス; イェー．ダムス，ルドルフ
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-12-24
Also published as: CN101815755B; US8501641B2; US20100221967A1; EP2203516A4; CN101815755A; WO2009045993A2; EP2203516B1; WO2009045993A3; EP2203516A2

Abstract

フッ素化されたエーテル基及び加水分解可能なシラン基を有するカチオン性の化合物を含む、組成物が提供され、この化合物は以下の式を有する。

Description

本開示は、フッ素化されたエーテル基、及び加水分解可能なシラン基を有する化合物を含む、組成物に関する。より具体的には、本開示はフッ素化されたエーテル基、及び加水分解可能なシラン基を有する化合物を含む水性組成物、及びその使用法に関する。

いくつかのフッ素化化合物は、撥水性、撥油性、又はその両方を、例えば、繊維、紙、不織材料、皮革及び石造物などの基材に与えることが示されている。繊維は、例えば綿のような天然繊維、及びポリエステルのような合成繊維を包含している。紙基材は、食品の包装に使用される紙を包含している。撥液性は、フッ素化化合物を含む、組成物を、例えば、基材の表面に塗布することにより達成されている。多くの場合、かなりの量の有機溶媒を含む、組成物中のフッ素化化合物が、基材の表面に塗布されている。いくつかの場合には、有機溶媒は引火性又は可燃性である。いくつかの場合には、有機溶媒は、例えばテトラクロロエチレン又はトリクロロトリフルオロエタンのようなハロゲンを含む種を含んでいる。フッ素化化合物を含む、組成物を基材に塗布する方法は、例えばエアロゾルの缶などの圧力化容器から溶液を噴霧することを含んでいる。

フッ素化化合物が他の溶媒には限定された溶解性しか有さないため、多くの場合、フッ素化化合物の組成物は、ハロゲンを含有するものを含む有機溶媒を含んでいる。しかしながら、各種の理由のために、かなりの量の可燃性有機溶媒を含む、組成物の使用があまり好ましくないという認識がある。同様に、かなりの量のハロゲン含有溶媒を含む、組成物の使用があまり好ましくないという認識がある。

われわれは、これまで、フッ素化化合物を含む、組成物を開発すること、及び例えば、基材に撥水性、撥油性、又はその両方を付与する溶媒を開発することは困難であることを認識している。したがって、水性又は実質的に水性の媒質を含むか、又はそれらから供給され、基材、より具体的には基材の表面に撥水性及び撥油性を付与する、フッ素化化合物を含む、組成物、特にカチオン性フッ素化化合物に対する需要がある。

１実施態様では、本発明は式Ｉ、

式中、ｂ及びｃは、それぞれ独立して１〜３の整数であり、Ｒ_ｆは、ペルフルオロ化されたエーテル基であり、Ａは、式−Ｃ_ｄＨ_２ｄＺＣ_ｇＨ_２ｇ−を有する連結基であって、式中、ｄ及びｇは、独立して０〜１０の整数であり、Ｚは、共有結合、カルボニル基、スルホニル基、カルボキサミド基、スルホンアミド基、イミノカルボニル基、イミノスルホニル基、オキシカルボニル基、ウレア基、ウレタン基、カーボネート基、及びカルボニルオキシ基からなる群から選択され、Ｙは、１〜１０個の炭素原子、２〜６の価数、及び少なくともアルキレン基又はアリーレン基のうちの１つを有する架橋基であり、Ｑは、約１〜約１０個の炭素原子、約２〜約６の価数、及び少なくともアルキレン基又はアリーレン基のうちの１つを有する連結基であり、Ｒ^１及びＲ^２は、独立して、水素原子、アルキル基、アリール基、及びアラルキル基からなる群から選択され、それぞれのＲ^３は、独立して、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシル基、アシロキシ基、ハロ基、及びポリエーテル基からなる群から選択され、並びにＸ⁻は、無機アニオン、有機アニオン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるカウンターイオンである、の少なくとも１種の化合物を含む、組成物を提供する。

いくつかの実施形態では、本発明は、式ＩＩ、

式中、Ｒ_ｆは、−ＣＦ（ＣＦ_３）（ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３））_ｍＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ（ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２Ｏ）_ｎＣＦ（ＣＦ_３）−の構造を有し、式中、ｍは、１〜１２の整数であり、ｎは、２〜１０の整数であり、ｃは約１〜約３の整数であり、Ａは、式−Ｃ_ｄＨ_２ｄＺＣ_ｇＨ_２ｇ−を有する連結基であって、式中、ｄ及びｇは、独立して約０〜約１０の整数であり、Ｚは、共有結合、カルボニル基、スルホニル基、カルボキサミド基、スルホンアミド基、イミノカルボニル基、イミノスルホニル基、オキシカルボニル基、ウレア基、ウレタン基、カーボネート基、及びカルボニルオキシ基からなる群より選択され、Ｙは、約１〜約６個の炭素原子を有するアルキレン基を含む架橋基であり、Ｑは、約１〜約６個の炭素原子を有するアルキレン基を含む連結基であり、Ｒ^１及びＲ^２は、独立して約１〜約４個の炭素原子を有するアルキル基であり、それぞれのＲ^３は、独立して、ヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基、アセトキシ基、クロロ基、及びポリエーテル基からなる群から選択され、並びにＸ⁻は、ハロゲン化物、硫酸塩、リン酸塩、アルキルスルホン酸塩、アリールスルホン酸塩、アルキルホスホン酸塩、アリールホスホン酸塩、フッ素化アルキルスルホン酸塩、フッ素化アリールスルホン酸塩、フッ素化アルキルスルホンイミド、フッ素化アルキルメチド、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるカウンターイオンである、の少なくとも１種の化合物を含む、組成物を提供する。

本発明の組成物は、シラン基に相溶解性のある官能基を含むナノ粒子にグラフト又は混合し得る。１実施態様においては、ナノ粒子はヒドロキシル官能基を含む。１実施態様においては、ナノ粒子は、シリカ、チタニウム、又はジルコニウムのナノ粒子である。

別の実施態様においては、本発明は、１）式Ｉ又は式ＩＩの化合物を含む、組成物を提供すること、及び２）基材を組成物に接触させることを含む、表面の保護方法を提供する。１実施態様において、組成物は、基材との接触に先立ち、式Ｉ又は式ＩＩのシラン基と相溶性のある官能基を含むナノ粒子とグラフト又は混合させることができる。基材は、セラミック、繊維、ケイ酸塩、紙、金属、木材、及びプラスチックを含むことができる。

別の実施態様においては、本発明は、ａ）式Ｉの化合物を含む、組成物、及びｂ）容器、噴霧器、ブラシ、ローラー、又はそれらの組み合わせを含むアプリケーターを含む、キットを提供する。

この「課題を解決するための手段」は、本発明のそれぞれの及び全ての実施形態又は実施を記載することを意図するものではない。本発明の更なる実施形態、特徴及び利点は、本発明の実施形態についての以下の「発明を実施するための形態」及び「特許請求の範囲」から明らかになるであろう。

本明細書にわたっていくつかの箇所で、実施例の一覧を通してガイダンスを提供するが、実施例は様々な組み合わせにおいて使用できる。それぞれの事例において、列挙された一覧は、代表的な群としてのみ役目を果たすのであって、排他的な一覧として解釈されるべきではない。

本明細書で使用するとき、
端点による数の範囲の列挙にはいずれも、その範囲内に包含される全ての数が含まれる（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む）。

用語「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「少なくとも１つの」及び「１つ又はそれ以上の」は本明細書では交換可能に使用される。したがって、例えば、「１つの（ａ）」式Ｉの化合物を含む、組成物は、「１つ又はそれ以上の」式Ｉの化合物を含む、組成物を意味すると解釈することができる。

用語「ペルフルオロ化されたエーテル基」は、少なくとも１つのフッ素と炭素との結合を有し、水素と炭素との結合を含まないエーテル基を指し、
用語「ペルフルオロポリエーテル基」は、１つ以上のペルフルオロ化されたエーテル基を含むペルフルオロ化されたエーテル基を指し、
用語「ペルフルオロアルキル基」は、少なくとも１つのフッ素と炭素との結合を有し、水素と炭素との結合を含まないアルキル基を指し、及び
用語「ペルフルオロアルキレン基」は、少なくとも１つのフッ素と炭素との結合を有し、水素と炭素との結合を含まないアルキレン基を指す。

１実施態様では、本発明は式Ｉ、

の少なくとも１種の化合物を含む、組成物を提供する。

ペルフルオロ化されたエーテル基Ｒ_ｆ
ペルフルオロ化されたエーテル基は、少なくとも１つの炭素原子を含む。ペルフルオロ化されたエーテル基は、直線のペルフルオロ化されたエーテル基であってよいか、又は分岐又は環状構造を含んでよい。ペルフルオロ化されたエーテル基中の酸素原子は１つ以上の直線、分岐、又は環状構造中にあることができる。ペルフルオロ化されたエーテル基は、約２００〜約７０００、約５００〜約５０００、約１０００〜約５０００、約１０００〜約４０００、又は約１０００〜約３０００の重量平均分子量を有することができる。いくつかの実施形態では、ペルフルオロ化されたエーテル基は、約３００、約４００、約６００、約８００、約１０００、約１２００、約１４００、約１６００、約１８００、約２０００、約２２００、約２４００、約２６００、約２８００、又は約３０００の重量平均分子量を有することができる。

ペルフルオロ化されたエーテル基は、少なくとも約２の価数を有する。いくつかの実施形態では、ペルフルオロ化されたエーテル基は２の価数を有する。いくつかの実施形態では、ペルフルオロ化されたエーテル基は２より大きい、３より大きい、又は４より大きい価数を有する。いくつかの実施形態では、ペルフルオロ化されたエーテル基は、２つの連結基に共有結合を介して結合される。

ペルフルオロ化されたエーテル基はペルフルオロアルキル基、ペルフルオロアルキレン基、又はその両方を含み得る。ペルフルオロアルキル基は、直線、分岐、又は環状構造、又はかかる構造の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、ペルフルオロアルキル基は、１つ以上の直線、分岐、又は環状構造を含む。ペルフルオロアルキル基の非限定的な例としては、ペルフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロ−２−ブチル基、ペルフルオロヘキシル基、及びペルフルオロシクロヘキシル基、ペルフルオロシクロヘキシルメチル基が挙げられる。ペルフルオロアルキレン基は、直線、分岐、又は環状構造、又はかかる構造の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、ペルフルオロアルキレン基は１つ以上の直線、分岐、又は環状構造を含み得る。ペルフルオロアルキレン基の非限定的な例としては、ペルフルオロメチレン、ペルフルオロエチレン、及びペルフルオロ−１，２−プロピレンが挙げられる。

ペルフルオロ化されたエーテル基は、−ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２Ｏ−の構造を含み得る。いくつかの実施形態では、ペルフルオロ化されたエーテル基は、−ＣＦ（ＣＦ_３）（ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３））_ｍＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ（ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２Ｏ）_ｎＣＦ（ＣＦ_３）−の構造を含み、式中、ｍ及びｎは、独立して少なくとも１の整数である。かかる構造を含むペルフルオロ化されたエーテルは、ｍ及びｎの異なる整数値を有するそれぞれの構造のペルフルオロ化されたエーテルの混合物をもたらすことが理解される。ペルフルオロ化されたエーテルのかかる混合物は、ｍ及びｎの非整数の平均値を有し得る。いくつかの実施形態では、ｍ＋ｎは、２より大きく、３より大きく、４より大きく、５より大きく、６より大きく、７より大きく、８より大きく、９より大きく、又は１０より大きい。いくつかの実施形態では、ｍ＋ｎは、約４〜約６、又は約４〜約５である。いくつかの実施形態では、ｍ＋ｎは、約４．５である。

いくつかの実施形態では、ペルフルオロ化されたエーテル基は、−ＣＦ_２Ｏ（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｐ（ＣＦ_２Ｏ）_ｑ−の構造を含み、式中、ｐ及びｑは、独立して少なくとも約１の整数である。かかる構造を含むペルフルオロ化されたエーテルは、ｐ及びｑの異なる整数値を有するそれぞれの構造のペルフルオロ化されたエーテルの混合物をもたらすことが理解される。ペルフルオロ化されたエーテルのかかる混合物は、ｐ及びｑの非整数の平均値を有し得る。いくつかの実施形態では、ｐ及びｑは、独立して約１より大きい整数である。いくつかの実施形態では、ｐ及びｑは、独立して少なくとも約２、少なくとも約５、少なくとも約１０、少なくとも約１５、少なくとも約２０、少なくとも約３０、又は少なくとも約４０である。ｐのｑに対する比は、約０．２：１〜約５：１であってよい。

さまざまなペルフルオロ化されたエーテル基は、例えば、米国特許第３，２５０，８０７号（フリッツ（Fritz）ら）、同第３，２５０，８０８号（ムーア、ジュニア（Moore,Jr.）ら）、同第３，８１０，８７４号（ミッチ（Mitsch）ら）、同第３，８１０，８７５号（ライス（Rice）ら）、同第４，３２１，４０４号（ウイリアムス（Williams）ら）、及び同第６，９２３，９２１号（フリン（Flynn）ら）に記載されるように、テトラフルオロエチレン、ヘキザフルオロプロピレン、又はその両方から誘導され得る。

連結基Ａ
連結基Ａは、ペルフルオロ化されたエーテル基Ｒ_ｆを架橋基Ｙに連結する。連結基Ａは、少なくとも、ペルフルオロ化されたエーテル基Ｒ_ｆを架橋基Ｙに連結させるのに十分な価数を有する。いくつかの実施形態では、連結基Ａは少なくとも約２の価数を有する。いくつかの実施形態では、連結基Ａは約２の価数を有する。いくつかの実施形態では、連結基Ａは約２〜約６の価数を有する。

連結基Ａはペルフルオロ化されたエーテル基Ｒ_ｆの部分として形成されることができ、即ち、連結基Ａは、連結基Ａが架橋基Ｙに連結する前に、ペルフルオロ化されたエーテル基Ｒ_ｆに連結され得る。代替的には、連結基Ａは架橋基Ｙの部分として形成されることができ、ペルフルオロ化されたエーテル基Ｒ_ｆに連結する前に架橋基Ｙに連結され得る。代替的には、連結基Ａはペルフルオロ化されたエーテルの前駆体化合物及び架橋基Ｙの前駆体化合物の化学反応の間に形成され得る。この実施形態では、連結基Ａは、ペルフルオロ化されたエーテル基Ｒ_ｆ及び架橋基Ｙに、本質的に同時に連結され得る。いくつかの実施形態では、連結基Ａは２価である。

いくつかの実施形態では、連結基Ａは、式−Ｃ_ｄＨ_２ｄＺＣ_ｇＨ_２ｇ−を有し、式中、ｄ及びｇは、独立して、約０〜約１０の整数であり、及びサブ基Ｚは、共有結合、カルボニル基、スルホニル基、カルボキサミド基、スルホンアミド基、イミノカルボニル基、イミノスルホニル基、オキシカルボニル基、ウレア基、ウレタン基、カーボネート基、及びカルボニルオキシ基からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、ｄ及びｇは、独立して、約１〜約４の整数であり、及びＺは、共有結合、カルボニル基、スルホニル基、カルボキサミド基、スルホンアミド基、イミノカルボニル基、イミノスルホニル基、オキシカルボニル基、ウレア基、ウレタン基、カーボネート基、及びカルボニルオキシ基からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、例えばｄ及びｇが両方とも０であるとき、連結基Ａはサブ基Ｚを含む。いくつかの実施形態では、ｄ又はｇのうちの少なくとも１つは、少なくとも１であり、Ｚは共有結合である。

いくつかの実施形態では、例えばＺが共有結合であるとき、連結基Ａはアルキレン基を含む。アルキレン基は直線、分岐、又は環状構造を含み得る。アルキレン基は少なくとも１つのヘテロ原子、例えば、酸素、窒素、又は硫黄、を更に含み得る。アルキレン基は、少なくとも約１個の炭素原子、又は最大約２、最大約３、最大約４、最大約５、最大約６、最大約７、最大約８、最大約９、最大約１０、最大約１４、最大約１６、最大約１８、若しくは最大約２０個の炭素原子を含み得る。アルキレン基の非限定的な例としては、メチレン、エチレン、１，３−プロピレン、１，２−プロピレン、１，４−ブチレン、１，４−シクロヘキシレン、及び１，４−シクロヘキシルジメチレンが挙げられる。

いくつかの実施形態では、連結基Ａはアリーレン基を更に含む。アリーレン基は、１つ以上の芳香環を有する。アリーレン基が１つ以上の芳香環を含む場合、芳香環（互いに同じであっても異なっていてもよい）は、縮合されてよく、共有結合により連結されてよく、又は例えば、アルキレン基又は酸素のようなヘテロ原子などの連結基を経由して連結されることができる。アリーレン基は少なくとも１個のヘテロ原子、例えば、酸素、窒素、又は硫黄を含み得る。アリーレン基は、少なくとも約４個の炭素原子、又は少なくとも約５個、少なくとも約６個、少なくとも約１０個、若しくは少なくとも約１４個の炭素原子を含み得る。アリーレン基の非限定的な例としては、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、９−アントラセニル、フラニル、及びチオフェニルが挙げられる。

いくつかの実施形態では、連結基Ａはアルキレン基を含み得る。いくつかの実施形態では、連結基Ａはアルカリーレン基を含み得る。

架橋基Ｙ
架橋基Ｙは、連結基Ａ及びカチオン性窒素原子を架橋する。架橋基Ｙは、少なくとも連結基Ａ及びカチオン性窒素原子を架橋するのに十分な価数を有する。式Ｉ及びＩＩに示されるように、例えば、架橋基Ｙは少なくとも約１＋ｂの価数を有し得る。いくつかの実施形態では、架橋基Ｙは約２の価数を有する。いくつかの実施形態では、架橋基Ｙは約２より大きい価数を有する。いくつかの実施形態では、架橋基Ｙは約２〜約６の価数を有する。架橋基Ｙは２〜約６の価数を有することができ、約１〜約１０個の炭素原子を有することができ、及びアルキレン基又はアリーレン基のうちの少なくとも１つを有することができる。

架橋基Ｙは、カチオン性窒素原子を含む基の部分として形成され得る。代替的に、架橋基Ｙは後に４級化されて、カチオン性窒素原子を形成する窒素原子を含む基の部分として形成され得る。代替的に、架橋基Ｙは連結基Ａの前駆体化合物及び含窒素化合物の化学反応の間に形成され得る。の実施形態では、架橋基Ｙは、連結基Ａ及び中性又はカチオン性窒素原子と本質的に同時に架橋する。いくつかの実施形態では、架橋基Ｙは２価であり得る。

いくつかの実施形態では、架橋基Ｙはアルキレン基を含む。アルキレン基は直線、分岐、又は環状構造を含み得る。アルキレン基は、少なくとも１個のヘテロ原子、例えば、酸素、窒素、又は硫黄を含み得る。アルキレン基は、少なくとも約１個の炭素原子、又は最大約２、最大約３、最大約４、最大約５、最大約６、最大約７、最大約８、最大約９、最大約１０、最大約１４、最大約１６、最大約１８、若しくは最大約２０個の炭素原子を含み得る。アルキレン基は約２０個より多い炭素原子を含み得る。アルキレン基の非限定的な例としては、メチレン、エチレン、１，３−プロピレン、１，２−プロピレン、１，４−ブチレン、１，４−シクロヘキシレン、及び１，４−シクロヘキシルジメチレンが挙げられる。

いくつかの実施形態では、架橋基Ｙはアリーレン基を含む。アリーレン基は、１つ以上の芳香環を有する。アリーレン基が１つ以上の芳香環を含む場合、芳香環（互いに同じであっても異なっていてもよい）は、縮合されてよく、共有結合により連結されてよく、又は例えば、アルキレン基又は酸素のようなヘテロ原子などの連結基を経由して連結されることができる。アリーレン基は少なくとも１個のヘテロ原子、例えば、酸素、窒素、又は硫黄を含み得る。アリーレン基は、少なくとも約４個の炭素原子、又は少なくとも約５個、少なくとも約６個、少なくとも約１０個、若しくは少なくとも約１４個の炭素原子を含み得る。アリーレン基の非限定的な例としては、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、９−アントラセニル、フラニル、及びチオフェニルが挙げられる。

いくつかの実施形態では、架橋基Ｙは、アラールキレン基又はアルカリーレン基を含む。アラールキレン又はアルカリーレン基は、１個以上の芳香環を含む。アラールキレン又はアルカリーレン基が、１個以上の芳香環を含む場合は、芳香環（互いに同じであっても異なっていてもよい）は、縮合されてよく、共有結合により連結されてよく、又は例えば、アルキレン基又は酸素のようなヘテロ原子などの連結基を経由して連結されることができる。アラールキレン又はアルカリーレン基は少なくとも１個のヘテロ原子、例えば、酸素、窒素、又は硫黄を含み得る。アラールキレン又はアルカリーレン基は少なくとも約４個の炭素原子、又は少なくとも約５個、少なくとも約６個、少なくとも約１０個、若しくは少なくとも約１４個の炭素原子を含み得る。

結合基Ｑ
結合基Ｑは、カチオン性窒素原子をケイ素原子に結合する。結合基Ｑは、少なくともカチオン性窒素原子をケイ素原子に結合するのに十分な価数を有する。式Ｉ及びＩＩに示されるように、例えば、結合基Ｑは少なくとも約ｃ＋１の価数を有する。いくつかの実施形態では、結合基Ｑは約２の価数を有する。いくつかの実施形態では、結合基Ｑは約２より大きい価数を有する。いくつかの実施形態では、結合基Ｑは約２〜約６の価数を有する。結合基Ｑ約２〜約６の価数を有することができ、約１〜約１０個の炭素原子を含むことができ、及びアルキレン基又はアリーレン基のうちの少なくとも１つを含み得る。

結合基Ｑはカチオン性窒素原子を有する基の部分として形成され得る。代替的に、結合基Ｑはケイ素原子を含む基の部分として形成され得る。代替的に、結合基Ｑは含窒素化合物と含ケイ素化合物との化学反応中に形成され得る。この実施形態では、結合基Ｑは、中性又はカチオン性窒素原子及びケイ素原子を本質的に同時に結合する。いくつかの実施形態では、結合基Ｑは２価である。

いくつかの実施形態では、結合基Ｑはアルキレン基を有する。アルキレン基は直線、分岐、又は環状構造を含み得る。アルキレン基は、少なくとも１個のヘテロ原子、例えば、酸素、窒素、又は硫黄を含み得る。アルキレン基は、少なくとも約１個の炭素原子、又は最大約２、最大約３、最大約４、最大約５、最大約６、最大約７、最大約８、最大約９、最大約１０、最大約１４、最大約１６、最大約１８、若しくは最大約２０個の炭素原子を含み得る。いくつかの実施形態では、結合基Ｑは少なくとも１つのオキシアルキレン基を含む。いくつかの実施形態では、結合基Ｑはポリ（オキシアルキレン）基、例えば、ポリ（オキシエチレン）基を含む。アルキレン基は約２０個より多い炭素原子を含み得る。アルキレン基の非限定的な例としては、メチレン、エチレン、１，３−プロピレン、１，２−プロピレン、１，４−ブチレン、１，４−シクロヘキシレン、及び１，４−シクロヘキシルジメチレンが挙げられる。

いくつかの実施形態では、結合基Ｑはアリーレン基を含む。アリーレン基は、１つ以上の芳香環を有する。アリーレン基が１つ以上の芳香環を含む場合、芳香環（互いに同じであっても異なっていてもよい）は、縮合されてよく、共有結合により連結されてよく、又は例えば、アルキレン基又は酸素のようなヘテロ原子などの連結基を経由して連結されることができる。アリーレン基は少なくとも１個のヘテロ原子、例えば、酸素、窒素、又は硫黄を含み得る。アリーレン基は、少なくとも約４個の炭素原子、又は少なくとも約５個、少なくとも約６個、少なくとも約１０個、若しくは少なくとも約１４個の炭素原子を含み得る。アリーレン基の非限定的な例としては、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、９−アントラセニル、フラニル、及びチオフェニルが挙げられる。

いくつかの実施形態では、結合基Ｑはアラールキレン又はアルカリーレン基を含む。アラールキレン又はアルカリーレン基は、１個以上の芳香環を含む。アラールキレン又はアルカリーレン基が、１個以上の芳香環を含む場合は、芳香環（互いに同じであっても異なっていてもよい）は、縮合されてよく、共有結合により連結されてよく、又は例えば、アルキレン基又は酸素のようなヘテロ原子などの連結基を経由して連結されることができる。アラールキレン又はアルカリーレン基は少なくとも１個のヘテロ原子、例えば、酸素、窒素、又は硫黄を含み得る。アラールキレン又はアルカリーレン基は少なくとも約４個の炭素原子、又は少なくとも約５個、少なくとも約６個、少なくとも約１０個、若しくは少なくとも約１４個の炭素原子を含み得る。

Ｒ^１、Ｒ^２、及びＲ^３
式Ｉ及びＩＩの化合物で、Ｒ^１及びＲ^２はカチオン性窒素原子に結合している。Ｒ^１及びＲ^２のそれぞれは、独立して、水素原子、アルキル基、アリール基及びアラルキル基からなる群から選択される。

Ｒ^１又はＲ^２のどちらか、若しくは両方がアルキル基の場合、アルキル基は約１個の炭素原子、約１個より多い炭素原子、約２個より多い炭素原子、約４個より多い炭素原子、約６個より多い炭素原子、約８個より多い炭素原子、約１０個より多い炭素原子、約１６個より多い炭素原子、又は約２０個より多い炭素原子を含み得る。いくつかの実施形態では、アルキル基１〜８個の炭素原子を含む。いくつかの実施形態では、アルキル基は直鎖アルキル基を含む。他の実施形態では、アルキル基は分岐アルキル基を含む。更に他の実施形態では、アルキル基は環状アルキル基を含む。Ｒ^１及びＲ^２のそれぞれが、アルキル基を含むとき、Ｒ^１及びＲ^２は同じアルキル基を含んでよく、又はＲ^１及びＲ^２は異なるアルキル基を含んでもよい。アルキル基の非限定的な例としては、メチル、エチル、１−プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、２−エチルヘキシル、オクチル、デシル、ウンデシル、ドデシル、テトラデシル、ペンタデシル、オクタデシル、シクロヘキシル、４−メチルシクロヘキシル、シクロヘキシルメチル、シクロペニル、及びシクロオクチルが挙げられる。

Ｒ^１又はＲ^２のどちらか１つか両方がアリール基の場合、１つのアリール基アレーン環又はアレーン環を含み得る。アレーン環は最大６個の炭素原子、最大８個の炭素原子、最大１０個の炭素原子、最大１２個の炭素原子、最大１４個の炭素原子、最大１６個の炭素原子、又は最大１８個の炭素原子を含み得る。アレーン環は、ヘテロ原子、例えば、窒素、酸素又は硫黄を含み得る。１個を超えるアレーン環がアリール基中に存在する場合、アレーン環はともに縮合することができ、又は化学結合により結合することができる。Ｒ^１及びＲ^２のそれぞれがアリール基を含む場合、Ｒ^１及びＲ^２は同一のアリール基又はアリール基を含み得る。アリール基の非限定的な例としては、置換及び非置換フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、９−アントラセニル、及びビフェニルが挙げられる。

Ｒ^１又はＲ^２のいずれか又は両方がアラルキル基であるとき、アラルキル基は１個のアレーン環又は１個以上のアレーン環を含んでよい。アラルキル基は、最大６個の炭素原子、最大８個の炭素原子、最大１０個の炭素原子、最大１２個の炭素原子、最大１４個の炭素原子、最大１６個の炭素原子、最大１８個の炭素原子、又は最大２０個の炭素原子を含み得る。１個以上のアレーン環がアラルキル基中に存在するとき、アレーン環はともに縮合することができ、又は化学結合により結合することができる。アレーン環は、ヘテロ原子、例えば、窒素、酸素又は硫黄を含み得る。Ｒ^１及びＲ^２のそれぞれがアラルキル基を含む場合、Ｒ^１及びＲ^２は、同一のアラルキル基を含むことができるか、又はＲ^１及びＲ^２は、異なるアラルキル基を含み得る。アラルキル基の非限定的な例としては、ベンジル、１−フェニルエチル、２−フェニルエチル、３−フェニルプロピル、２−ナフチルエチル及び９−アントラセニルメチルが挙げられる。

式Ｉ及びＩＩの化合物において、それぞれのＲ^３は独立して、ケイ素原子と結合することができる。いくつかの実施形態では、それぞれのＲ^３は独立して、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシル基、アシルオキシ基、ハロ基、及びポリエーテル基からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのＲ^３は、加水分解可能な結合を介してケイ素原子に結されする。この文脈において、「加水分解可能な結合を介した結合」とは、Ｒ^３−ケイ素結合の水に対する反応性、即ち、その結合が加水分解反応を受けることのできるものであることを指す。いくつかの実施形態では、Ｒ^３は、炭素原子を含む結合を介してケイ素原子に結合されており、即ち、Ｒ^３は、ケイ素原子に結合された炭素原子を含む。いくつかの実施形態では、Ｒ^３はケイ素原子に結合された炭素以外の原子を含む結合を介してケイ素原子に結合される。いくつかの実施形態では、Ｒ^３は酸素原子を含む結合を介してケイ素原子に結合され、即ち、Ｒ^３はケイ素原子に結合された酸素原子を含む。いくつかの実施形態では、Ｒ^３は窒素原子を含む結合を介してケイ素原子に結合され、即ち、Ｒ^３はケイ素原子に結合された窒素原子を含む。

それぞれのＲ^３は、独立して、非イオン性基又はイオン性基であってよい。イオン基は、カチオン性、アニオン性、又は両性であり得る。非イオン性基の非限定的例としては、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシル基、アシルオキシ基、ハロ基、及びポリエーテル基が挙げられる。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基及びエトキシ基が挙げられる。ハロ基としては、例えば、クロロ基、ブロモ基、及びヨード基が挙げられる。アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、及びベンゾイル基が挙げられる。アシルオキシ基としては、例えば、アセトキシ基及びプロピオノキシ基が挙げられる。ポリエーテル基は、例えば（ＯＣ_ｖＨ_２ｖ）の式を有するオキシアルキレン基であり、式中、ｖが約１〜約６の整数であるものを含み得る。オキシアルキレン基を含むポリエーテル基の非限定的例としては、ポリ（オキシメチレン）基、ポリ（オキシエチレン）基、及びポリ（オキシブチレン）基が挙げられる。いくつかの実施形態では、ポリエーテル基は約１〜約２００個のオキシアルキレン基を含む。いくつかの実施形態では、ポリエーテル基は、約１〜約５、約１〜約１０、約１〜約２０、約１〜約３０、約１〜約４０、又は約１〜約５０個のオキシアルキレン基を含む。

イオン性基の非限定的例としては、−ＯＣＨ_２ＣＨ_２Ｎ^＋（ＣＨ_３）_３Ｉ⁻、−ＯＣＨ_２ＣＨ_２Ｎ^＋（ＣＨ_３）_３Ｃｌ⁻、及び−ＯＣＨ_２ＣＨ_２Ｎ^＋（ＣＨ_３）_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＳＯ_３ ⁻のような基が挙げられる。いくつかの実施形態では、ポリエーテル基は、１個以上のオキシアルキレン基であって、カチオン性基（例えば、カチオン性窒素原子を含む基）、アニオン性基、又はカチオン性基及びアニオン性基の両方を更に含む。

カウンターイオンＸ⁻
カウンターイオンＸ⁻は、有機アニオン、無機アニオン、又は有機及び無機アニオンの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、カウンターイオンＸ⁻は、カチオン性窒素原子を生成する化学反応、例えばアミンと、例えば、クロロアルキルシランなどのアルキル化剤との間の、窒素と炭素の結合を形成し、塩素イオンを置換する反応に由来することができる。いくつかの実施形態では、カウンターイオンＸ⁻は、酸によるアミンのプロトン化に由来し得る。かかる反応はカチオン性窒素原子及びその酸の共役塩基（即ち、カウンターイオンＸ⁻）を与えることができる。いくつかの実施形態では、カウンターイオンＸ⁻は、イオン交換反応、例えば、１つのアニオンが別のもので交換される反応により由来することができる。

いくつかの実施形態では、カウンターイオンＸ⁻は、ハロゲン化物（例えば、塩化物、臭化物、又はヨウ化物）、硫酸塩、リン酸塩、アルカノアート（例えば、アセテート又はプロピオネート）、アルキルスルホン酸塩、アリールスルホン酸塩（例えば、ベンゼンスルホン酸塩）、アルキルホスホン酸塩、アリールホスホン酸塩、フッ素化アルカノアート（例えば、トリフルオロアセテート）、フッ素化アルキルスルホン酸塩（例えば、トリフルオロメタンスルホン酸塩）、フッ素化アリールスルホン酸塩（例えば、４−フルオロフェニルスルホン酸塩）、フッ素化アルキルスルホンイミド（例えば、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、フッ素化アルキルメチド（例えば、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。

溶媒
本発明の組成物は、少なくとも１つの水溶性有機溶媒を含み得る。本発明の組成物は、約１重量％未満〜約９９重量％を超える水溶性有機溶媒を含み得る。組成物は約１重量％未満、約１重量％を超える量、約５重量％を超える量、約１０重量％を超える量、約２０重量％を超える量、約３０重量％を超える量、約４０重量％を超える量、約５０重量％を超える量、約６０重量％を超える量、約７０重量％を超える量、約８０重量％を超える量、約９０重量％を超える量、約９９重量％を超える量の水溶性有機溶媒を含む。

水溶性有機溶媒は、有機溶媒と水の全部が水に溶解し得る。水溶性有機溶媒は水に対して、水中に最大約１重量％、最大約２重量％、最大約５重量％、最大約１０重量％、最大約、２０重量％、最大約３０重量％、最大約４０重量％、最大約５０重量％、最大約６０重量％、最大約７０重量％、最大約８０重量％、又は最大約９０重量％の有機溶媒で溶解し得る。水溶性有機溶媒は、水に最大約９０重量％を超える有機溶媒溶解し得る。好適な有機溶媒としては、ケトン（例えば、アセトン）、エーテル（例えば、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン）、エステル（例えば、酢酸メチル）、カーボネート（例えば、プロピレンカーボネート）、アミド（例えば、ジメチルアセトアミド）、スルホキシド（例えば、ジメチルスルホキシド）、スルホン（例えば、スルホラン）、及びアルコール（例えば、エタノール、イソプロパノール、ｎ−プロパノール）が挙げられる。いくつかの実施形態では、水溶性有機溶媒はブトキシエタノール、メトキシエタノール、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、及び１−メトキシ−２−プロパノールのうちの１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、水溶性有機溶媒は、式Ｉ又は式ＩＩの化合物の調製に用いられた溶媒を含む。いくつかの実施形態では、水溶性有機溶媒は、式Ｉ又は式ＩＩの化合物の調製に用いられなかった溶媒、例えば組成物に添加される溶媒を含む。いくつかの実施形態では、水溶性有機溶媒は、製剤処理の工程、例えば溶媒交換処理の間に、組成物に添加され得る。

本発明の組成物は、水を含み得る。水は、組成物の約１重量％未満〜約９９重量％を超えて存在し得る。いくつかの実施形態では、水は組成物の約１重量％を超えて、又は約１０重量％を超えて、約２０重量％を超えて、約３０重量％を超えて、約４０重量％を超えて、約５０重量％を超えて、約６０重量％を超えて、約７０重量％を超えて、約８０重量％を超えて、約９０重量％を超えて、約９５重量％を超えて、約９７重量％を超えて、約９８重量％を超えて、又は約９９重量％重量％を超えて存在する。

本発明の組成物は、水及び水溶性有機溶媒を含み得る。水の水溶性有機溶媒に対する重量比は、１未満：９９〜９９を超える値：１であることができる。いくつかの実施形態では、水の水溶性有機溶媒に対する重量比は、少なくとも約１：約９９、約２：約９８、約５：約９５、約１０：約９０、約１５：約８５、約２０：約８０、約３０：約７０、約４０：約５０、約５０：約５０、約６０：約４０、約７０：約３０、約８０：約２０、約９０：約１０、約９５：約５、約９８：約２、又は約９９：約１であることができる。

式Ｉ又は式ＩＩの化合物の、水及び水溶性有機溶媒の混合物中の濃度は、約９９重量％未満、約９０重量％未満、約８０重量％未満、約７０重量％未満、約６０重量％未満、約５０重量％未満、約４０重量％未満、約３０重量％未満、約２０重量％未満、又は約１０重量％未満であることができる。いくつかの実施形態では、式Ｉ又は式ＩＩの化合物の水及び水溶性有機溶媒中の混合物中の濃度は、約９重量％未満、約８重量％未満、約７重量％未満、約６重量％未満、約５重量％未満、約４重量％未満、約３重量％未満、約２重量％未満、約１重量％未満、又は約０．５重量％未満である。さまざまな実施形態では、水の水溶性有機溶媒に対する重量比は、約９０を超える値：約１０であり、式Ｉ又は式ＩＩの化合物のうちの少なくとも１つの水及び水溶性有機溶媒中の混合物中濃度は、約１０重量％未満、約６重量％未満、約４重量％未満、約２重量％未満、又は約１重量％未満である。

任意の添加剤
本発明の組成物は、１つ以上の添加剤を含み得る。かかる添加剤の例としては、例えば、紫外線吸収剤、緩衝剤、防火剤、抗菌剤（例えば、抗真菌剤）、又は無機塩が挙げられる。

安定性
本発明の組成物は、特に水を含み、組成物は、室温（即ち、約２５℃）において、最大１日、最大１週間、最大２週間、最大３週間、最大１ヶ月、最大３ヶ月、最大６ヶ月、最大１年、最大２年、又は最大３年の期間の安定性を示す。組成物は、最大５０℃の温度においても、かかる安定性を示す。本明細書で使用される、用語「安定性」は、本発明の組成物、特に水を含む、組成物の、実質的に物理的に変化しないままである性質、即ち、時間の経過によって、例えば、実質的に沈殿しない又は実質的にゲル化しないことを意味する。いくつかの実施形態では、安定性は、ある期間、例えば、保管時間にわたって、沈殿又はゲルの生成について、組成物のサンプルを視覚的に観察することにより評価され得る。本発明の組成物は、調製時に少量の沈殿若しくはゲル、又はその両方を有することがあるが、この少量は時間の経過に従って実質的に増加することはないことが認められている。

方法及びキット
本発明は、表面を保護する方法を提供し、その方法は、１）式Ｉの化合物を含む、組成物を提供すること、及び２）基材を組成物と接触させること、を含む。１実施態様において、組成物は、基材との接触に先立ち、式Ｉ又は式ＩＩのシラン基と相溶性のある官能基を含むナノ粒子とグラフト又は混合させることができる。接触の工程は、浸漬、噴霧、はけ塗り、ローラー塗り、フラッディング、又は凝縮を含み得る。基材は、セラミック、繊維、ケイ酸塩、紙、金属、木材、及びプラスチックを含むことができる。いくつかの実施形態では、基材は、綿、ビスコース、羊毛、絹、ポリエステル、ポリアミド、スチレンポリマー及びコポリマー、酢酸セルロース、レーヨン、粘土、セラミック、ガラス、コンクリート、及びそれらの組み合わせであってよい。いくつかの実施形態では、方法は、基材を式Ｉ又は式ＩＩの化合物のうちの少なくとも１つ、少なくとも１つの水溶性有機溶媒、及び水を含む、組成物と、接触させることを含む。

基材はセラミックを含み得る。かかるセラミックは、例えば施釉した、又は施釉していないセラミックタイル（例えば、台所又は浴室のタイル）の形態であり得る。基材はガラス、例えばガラス繊維、鉛ガラス又はホウケイ酸ガラスを含み得る。基材はコンクリート、例えば構造用コンクリート及び装飾コンクリートを含み得る。いくつかの実施形態では、基材は、綿及びポリエステルの混紡又はポリアミド及びポリエステルの混紡を含む繊維であり得る。いくつかの実施形態では、基材は、衣服又は室内装飾に用いられる繊維を含む。

接触の工程は、室温（即ち、約２５℃）又は高温で行なわれ得る。いくつかの実施形態では、方法は、本発明の組成物と接触させる前に基材を加熱する工程を含む。いくつかの実施形態では、方法は、本発明の組成物と接触させた後に基材を加熱する工程を含む。本発明の組成物と接触させた後での基材の加熱は、溶媒の蒸発速度を増加させることができる。

本発明の組成物は、基材を撥油性及び／若しくは撥水性にするために、又は基材に土及び／若しくは汚れが付きにくくするために、基材、特に基材の表面の保護に用いることができる。基材の保護は、保護された基材、特に、保護された基材表面の撥油性及び／又は撥水性に起因してより容易に清掃できる、保護された基材の保護された表面の提供をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、基材は脱イオン化又は蒸留水と少なくとも約７０°の前進接触角を有し、及びヘキサデカンと少なくとも約４０°の前進接触角を有するのに十分な量の式Ｉ又は式ＩＩの化合物により保護される。式Ｉ又は式ＩＩの化合物は、基材と反応してイオン性又は共有結合を形成できる。いくつかの実施形態では、本発明の組成物の接触前又は後の基材の加熱が化合物及び基材の間の反応を促進できる。

例えば、基材が繊維の場合、繊維又は繊維の表面は、水及び／又は油に対する撥液性を有する繊維をもたらすのに十分な式Ｉ又は式ＩＩの化合物の量で保護される。所望の水及び／又は油に対する撥液性の程度は、例えば、繊維の意図される用途によって決定できる。いくつかの実施形態では、繊維の表面は、繊維の表面に噴霧される水に対する抵抗性をもたらすのに十分な式Ｉ又は式ＩＩの化合物の量で保護されることができ、即ち、保護された繊維は、「噴霧評点」値を持つことができる。

表面を保護する方法は、本発明の組成物、特に水溶性有機溶媒を含む、組成物を、水と混合することを含み得る。本発明の組成物は、組成物に水を添加すること又は水に組成物を添加することにより、水と混合され得る。いくつかの実施形態では、組成物と水の混合を含む工程を提供する。いくつかの実施形態では、本発明の組成物と水の混合は、本発明の組成物を水で希釈することを含む。

いくつかの実施形態では、基材、又は特に基材の表面は、本発明の組成物との接触前に清掃され得る。本発明の組成物との接触に先立ち、基材は、例えば基材を水又は有機溶媒で洗浄することにより清掃され得る。

別の実施態様では、本発明は式Ｉの化合物を含む、組成物を含むキットを提供する。いくつかの実施形態では、キットは、容器、噴霧器、ブラシ、ローラー、又はそれらの組み合わせを含むアプリケーターを備える。いくつかの実施形態では、キットは、キットの使用説明書を含み得る。使用説明書は、例えば、組成物と水との混合又は組成物の水による希釈に関する説明を含み得る。使用説明書は、基材を本発明の組成物と接触させる方法の選択に関する情報を更に含み得る。

別段の指定がない限り、全ての溶媒及び試薬は、ミズーリ州セントルイス（St. Louis）のシグマアルドリッチ社（Sigma-Aldrich Inc.）から入手したか、又は入手可能なものである。

噴霧評点（ＳＲ）試験方法
処理済基材の噴霧評点は、処理済基材上に衝突する水に対する処理済基材の動的な撥水性を示す値である。撥水性は、米国繊維染色協会（American Association of Textile Chemists and Colorists（ＡＡＴＣＣ））の２００１年技術マニュアルに刊行された、試験方法２２−１９９６によって測定され、試験された基材の「噴霧評点（ＳＲ）」として表された。噴霧評点は、１５ｃｍの高さから基材上に２５０ｍＬの水を噴霧することにより得た。濡れ模様は０〜１００のスケールを使用して視覚的に等級付けしたが、ここで０は完全な濡れを意味し、１００は濡れが全く存在しないことを意味する。

撥水性（ＷＲ）試験方法
基材の撥水性（ＷＲ）は、一連の水−イソプロパノール試験液を用いて測定し、処理済基材の「ＷＲ」評点として表された。ＷＲ評点は最も浸透性のある試験液に対するものであって、これは、１５秒間の曝露後に、基材に浸透しなかったか、又は基材の表面を濡らさなかった、点である。最も浸透性の小さい試験液である１００％水（０％イソプロパノール）のみが浸透しなかったか、これに対してのみ抵抗性のあった基材は、０の評点を与えられ、一方、最も浸透性の大きい試験液である１００％イソプロパノール（０％水）に対して抵抗性のあった基材は、１０の評点を与えられる。他の中間的な評点は、試験液中のイソプロパノールのパーセントを１０で割ることにより計算され、例えば、７０％／３０％のイソプロパノール／水混合液に抵抗性であったが、８０％／２０％混合液には抵抗性でなかった処理済基材は、７の評点が与えられた。

撥油性（ＯＲ）試験方法
基材の撥油性は、米国繊維化学染色協会（ＡＡＴＣＣ）標準試験法Ｎｏ．１１８−１９８３によって測定され、その試験は、異なる表面張力の油による浸透に対する処理済基材の抵抗性に基づいていた。Ｎｕｊｏｌ（登録商標）鉱油（１の評点を与えられた最も浸透性のない試験油）にのみ抵抗性があった処理済基材は１の評点を与えられ、一方ｎ−ヘプタン（最も浸透性の大きい試験油）に対して抵抗性のあった処理済基材は、８の評点を与えられた。表１に示すように、他の中間的な値は、他の純粋な油又は油の混合物を用いて測定された。

（実施例１）
式Ｉの化合物の調製
電磁攪拌棒を付した２５ｍＬの丸底フラスコに、モル当たり約１２５０ｇの重量平均分子量を有するＨＦＰＯから誘導されたペルフルオロポリエーテルオリゴマーのジメチルエステル（５．０ｇ、米国特許第３，２５０，８０７号（フリッツ（Fritz）ら）に従って調整されたペルフルオロコハク酸の二酸フルオリドから誘導されたＨＦＰＯオリゴマーを用いて、本質的に米国特許第６，９２３，９２１号（フリン（Flynn）ら）に記載された通りに調製された）、及びＮ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン（１．０６ｇ）を充填した。混合物を撹拌しながら、フラスコを約９０分間、５０℃に加熱した。反応の過程は赤外分光光度法を用いてモニターした。次いで混合物を室温まで冷却し、水（約６ｇ）で洗浄した。洗浄された混合物をジクロロメタン（約６ｇ）に溶解し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過した。次いで揮発性成分をロータリーエバポレーターを用いて除去し、反応中間体を透明な液体として得た。

次いで、電磁攪拌棒を付した５０ｍＬの丸底フラスコに、反応中間体（１ｇ）及び３−クロロプロピルトリメトキシシラン（０．２８１ｇ）を充填した。フラスコに還流コンデンサーを付し、窒素雰囲気下で混合物を撹拌しながら約１４０℃まで加熱した。約１２時間後、混合物を室温まで冷却し、生成物を得た。生成物の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルは、与えられた構造と一致した。

（実施例２）
式Ｉの化合物の調製
電磁攪拌棒を付した１００ｍＬの丸底フラスコに、モル当たり約２０００ｇの重量平均分子量を有するテトラフルオロエチレンから誘導されたペルフルオロポリエーテルのオリゴマー（１０ｇ、本質的に米国特許第３，８１０，８７４号（ミッチ（Mitsch）ら）及び同第４，３２１，４０４号（ウイリアムス（Williams）ら）に記載された通りに調製された）、及びＮ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン（１．３３ｇ）を充填した。混合物を撹拌しながら、フラスコを約９０分間、５０℃に加熱した。反応の過程は赤外分光光度法を用いてモニターした。次いで混合物を室温まで冷却し、水（約６ｇ）で洗浄した。洗浄された混合物をジクロロメタン（約６ｇ）に溶解し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過した。次いで揮発性成分をロータリーエバポレーターを用いて除去し、反応中間体を透明な液体として得た。

次いで、電磁攪拌棒を付した５０ｍＬの丸底フラスコに、反応中間体（２ｇ）及び３‐クロロプロピルトリメトキシシラン（０．３９６ｇ）を充填した。フラスコに還流コンデンサーを付し、窒素雰囲気下で混合物を撹拌しながら約１１０℃まで加熱した。約３時間後、混合物を室温まで冷却し、生成物を得た。生成物の^１ＨＮＭＲスペクトルは、与えられた構造と一致した。

比較例１
フルオロ脂肪族アンモニウムシラン化合物の調製
電磁攪拌棒及び気泡管に接続された窒素導入管を付した５００ｍＬの丸底フラスコに、Ｃ_６Ｆ_１３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（７２．８６ｇ、クラリアント社（Clariant Corp.,）（ノースカロライナ州、マウントホリー（Mount Holly））より入手）、トリエチルアミン（２３．２７ｇ）、及びｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル（１２１．２９ｇ）を充填した。フラスコを氷浴で冷却し、内容物を窒素雰囲気下に保った。フラスコに滴下ロートを取り付け、次いで塩化メタンスルホニル（２５．２０ｇ）をロートを通じて約１２０分間にわたり加えた。混合物を室温まで一晩かけて加温した。次いで、混合物を水性１Ｎ−ＨＣｌ（１２０ｇ）で洗浄し、次いで２重量％炭酸ナトリウム水溶液（１２０ｇ）で洗浄した。混合物を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。次いで混合物をろ過した。ロータリーエバポレーターによる溶媒の除去は、中間体生成物を固体として与えた。

電磁攪拌棒を付した５０ｍＬの丸底フラスコに、中間体生成物（１ｇ）及び３−Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルトリメトキシシラン（０．４６８８ｇ）を充填した。混合物を窒素雰囲気下に撹拌し、約８０℃で約４時間撹拌した。混合物を室温まで冷却し、生成物を得た。

（実施例３〜５）
溶液の安定性
実施例１、実施例２及び比較例１の生成物を含む、組成物の溶液の安定性が評価された。実施例３〜５のそれぞれについて、１重量％の実施例１、実施例２及び比較例１のそれぞれの生成物の９９重量部の水及び１重量部のイソプロパノールの混合物溶液の２５ミリリットルを、別々のスクリューキャップつきのガラスバイアルに入れて、オーブン中に６５℃で保存した。１週間後、ゲル化又は沈殿は観察されなかった。

実施例６〜７及び比較例２〜４
動的接触角の測定
実施例６〜７及び比較例２〜４のそれぞれに対して、２つのガラススライド（それぞれが１９．３５平方センチメートルの表面積を有する）が試験液により被覆された。実施例６〜７では、ガラススライドを、１重量％の実施例１又は実施例２の化合物の、５重量％イソプロパノール水溶液中に、それぞれ漬けた。比較例２では、ガラススライドを１重量％の比較例１の化合物の５重量％イソプロパノール水溶液中に漬けた。比較例３では、ガラススライドを、３ＭＥＡＳＹＣＬＥＡＮＣＯＡＴＩＮＧＥＣＣ−１０００の商号で、３Ｍ社（ミネソタ州、セントポール（St. Paul））から入手可能なフルオロポリマーコーティング溶液中に漬けた。比較例４では、未処理のガラスが評価された。それぞれのガラススライドを水ですすぎ、室温で一晩乾燥させた。１組のガラススライド（実施例６〜７及び比較例２〜４のそれぞれから）を、強力研磨パッド（ＳＣＯＴＣＨ−ＢＲＩＴＥの商号で３Ｍ社（ミネソタ州、セントポール（St. Paul））から入手可能）で１０回磨いた。それぞれの表面について、水（脱イオン水及びろ過水）及びヘキサデカン（試薬等級）の動的接触角が、ＭｏｄｅｌＶＣＡ−２５００ＸＥのビデオ接触角度分析装置（ＡＳＴプロダクツ社（AST Products Inc.）、（マサチューセッツ州、ビレリカ（Billerica））より入手）を用いて測定された。表２に、データを示す。表２において、用語「コーティング物質」はガラス表面のコーティング組成物を指し、「Ｈ」はヘキサデカンを指し、「Ｗ」は水を指し、「ａｄｖ」は前進接触角、及び「ｒｅｃ」は後退接触角を指す。例えば、「Ｗ−ａｄｖ」は、水の前進接触角を指す。

本明細書中に引用される特許、特許文献、及び刊行物の完全な開示は、それぞれが個々に組み込まれたかのように、その全体が参照により組み込まれる。本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない本発明の様々な変更や改変は、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する特許請求の範囲によってのみ限定されると意図する本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。

Claims

式Ｉ

式中、
ｂ及びｃは、独立して１〜３の整数であり、
Ｒ_ｆは、ペルフルオロ化されたエーテル基であり、
Ａは、式−Ｃ_ｄＨ_２ｄＺＣ_ｇＨ_２ｇ−を有する連結基であって、式中、ｄ及びｇは、独立して０〜１０の整数であり、Ｚは、共有結合、カルボニル基、スルホニル基、カルボキサミド基、スルホンアミド基、イミノカルボニル基、イミノスルホニル基、オキシカルボニル基、ウレア基、ウレタン基、カーボネート基、及びカルボニルオキシ基からなる群から選択され、
Ｙは、１〜１０個の炭素原子、２〜６の価数、及び少なくともアルキレン基又はアリーレン基のうちの１つを有する架橋基であり、
Ｑは、１〜１０個の炭素原子、２〜６の価数、及び少なくともアルキレン基又はアリーレン基のうちの１つを有する連結基であり、
Ｒ^１及びＲ^２は、独立して、水素原子、アルキル基、アリール基、及びアラルキル基からなる群から選択され、
それぞれのＲ^３は、独立して、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシル基、アシルオキシ基、ハロ基、及びポリエーテル基からなる群から選択され、並びに
Ｘ⁻は、無機アニオン、有機アニオン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるカウンターイオンである、
の化合物を含む、組成物。
水溶性有機溶媒を更に含む、請求項１に記載の組成物。
前記水溶性有機溶媒が、アルコール、ケトン、及びエーテルからなる群から選択される、請求項２に記載の組成物。
水を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。
前記ペルフルオロ化されたエーテル基が、ペルフルオロポリエーテル基である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の組成物。
前記ペルフルオロ化されたエーテル基が、少なくとも約１０００の重量平均分子量を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。
前記カウンターイオンＸ⁻が、ハロゲン化物、硫酸塩、リン酸塩、アルカノアート、アルキルスルホン酸塩、アリールスルホン酸塩、アルキルホスホン酸塩、アリールホスホン酸塩、フッ素化アルカノアート、フッ素化アルキルスルホン酸塩、フッ素化アリールスルホン酸塩、フッ素化アルキルスルホンイミド、フッ素化アルキルメチド、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の組成物。
ｄ又はｇの少なくとも１つが、少なくとも１であり、Ｚが、共有結合である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組成物。
前記架橋基Ｙが、１〜６個の炭素原子を有するアルキレン基である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の組成物。
前記結合基Ｑが、１〜６個の炭素原子を有するアルキレン基である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の組成物。
Ｒ^１及びＲ^２が、独立して、水素原子又は１〜８個の炭素原子を有するアルキル基である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組成物。
前記ペルフルオロ化されたエーテル基が、−ＣＦ（ＣＦ_３）（ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３））_ｍＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ（ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２Ｏ）_ｎＣＦ（ＣＦ_３）−の構造を有し、式中、ｍは、１〜１２の整数であり、ｎは、２〜１０の整数である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の組成物。
前記ペルフルオロ化されたエーテル基が、−ＣＦ_２Ｏ（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｐ（ＣＦ_２Ｏ）_ｑ−の構造を有し、式中、ｐ及びｑが、独立して２〜１２の整数である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の組成物。
前記組成物が、液体、固体、溶液、発泡体、分散物、懸濁物、及びエマルションからなる群から選択される形態である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組成物。
式ＩＩ、

式中、
Ｒ_ｆは、−ＣＦ（ＣＦ_３）（ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３））_ｍＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ（ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２Ｏ）_ｎＣＦ（ＣＦ_３）−の構造を有し、式中、ｍは、１〜１２の整数であり、ｎは、２〜１２の整数であり、
ｂ及びｃは、それぞれ独立して１〜３の整数であり、
Ａは、−Ｃ_ｄＨ_２ｄＺＣ_ｇＨ_２ｇ−の式を有する連結基であって、式中、ｄ及びｇは、独立して０〜１０の整数であり、Ｚは、共有結合、カルボニル基、スルホニル基、カルボキサミド基、スルホンアミド基、イミノカルボニル基、イミノスルホニル基、オキシカルボニル基、ウレア基、ウレタン基、カーボネート基、及びカルボニルオキシ基からなる群より選択され、
Ｙは、１〜６個の炭素原子を有するアルキレン基を含む架橋基であり、
Ｑは、１〜６個の炭素原子を有するアルキレン基を含む連結基であり、
Ｒ^１及びＲ^２は、独立して１〜４個の炭素原子を有するアルキルであり、
それぞれのＲ^３は、独立して、ヒドロキシ基、メトキシ基、エトキシ基、アセトキシ基、クロロ基、及びポリエーテル基からなる群から選択され、並びに
Ｘ⁻は、ハロゲン化物、硫酸塩、リン酸塩、アルカノアート、アルキルスルホン酸塩、アリールスルホン酸塩、アルキルホスホン酸塩、アリールホスホン酸塩、フッ素化アルカノアート、フッ素化アルキルスルホン酸塩、フッ素化アリールスルホン酸塩、フッ素化アルキルスルホンイミド、フッ素化アルキルメチド、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるカウンターイオンである、
の少くなくとも１種の化合物を含む、組成物。
水溶性有機溶媒を更に含む、請求項１５に記載の組成物。
前記水溶性有機溶媒がアルコール、ケトン、及びエーテルからなる群から選択される、請求項１６に記載の組成物。
水を更に含む、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の組成物。
ｄ及びｇが、独立して１〜４の整数であり、Ｚが、共有結合、カルボニル基、スルホニル基、カルボキサミド基、スルホンアミド基、ウレア基、ウレタン基、及びカルボニルオキシ基からなる群から選択される、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の組成物。
前記架橋基Ｙがプロピレン基を含み、前記連結器Ｑがプロピレン基を含み、ｂが１であり、及びｃが１である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の組成物。
前記組成物が、シラン基に相溶性である官能基を含むナノ粒子にグラフト又は混合される、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の組成物。
表面を保護する方法であって：
１）請求項１に従う組成物を提供すること、及び
２）基材を前記組成物に接触させること、を含む、方法。
前記提供する工程が、組成物を水と混合させる工程を含む、請求項２１に記載の方法。
前記提供する工程が、前記組成物を、前記シラン基に相溶性である官能基を含むナノ粒子にグラフト又は混合することを更に含む、請求項２２又は２３に記載の方法。
前記基材が、セラミック、繊維、ケイ酸塩、紙、金属、木材、及びプラスチックからなる群から選択される、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の方法。
キットであって：
ａ）請求項１の組成物、及び
ｂ）前記キットの使用説明書を含む、キット。