JP2014169453A - 混合フルオロアルキル−アルキル界面活性剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、 下式:
Rf(CH2)2S(O2)O(CHR1CH2O)xR
[式中、R1はH又はCH3であり、xは1から約20であり、Rは、C1〜C20直鎖、分岐鎖若しくは環式のアルキル、又はC6〜C10アリールである]を有する界面活性剤に関する。
【選択図】なし
Description
この出願は、特願2010−520240号の分割出願である。
(Rf−A)a−Q−([B]k−R)b 式1
[式中、
aおよびbは、それぞれ独立して1又は2であり;
Rfは、任意に少なくとも1個の酸素で中断されている、2〜約20個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖パーフルオロアルキル基であり;
Rは、C1〜C20直鎖、分岐鎖若しくは環式のアルキル、又はC6〜C10アリールであり;
Bは−(CH2CHR1O)x−であり、
kは0又は1であり、xは1〜約20であり、
Aは、−(CH2)m[(CHR1CH2O)]s−[(CH2)m(CH)tCHOH(CH2)m]e−であり、
(式中、
各mは、独立して0〜3であり、sは0〜約30であり、tは0又は1であり、eは0又は1であり、
R1はH又はCH3である)
Qは、−OP(O)(O-M+)(O)−、
−O−、
−S−(CH2)m−C(O)−O−、
−SO2−O−、
−CH2CH2O−C(O)CH2C(OH)(V)CH2C(O)O−、
−(CH2CH2O)xCH2CH(OH)−(CH2CH2O)x−(CH2)m−Si[OSi(R2)3]2−、
−SO2NR2−、
−(CH2CH2O)zC(O)CH(SO3 -M+)CH2C(O)(OCH2CH2)z−(式中、zは1〜約15である)、又は
sが正の整数であるとき、結合であり、
Vは−C(O)OR3であり、R3は、H、CH3又はRfであり;
R2はC1〜C4アルキルであり、
M+は、1族金属であるか又はアンモニウム(NHxR2 y)+カチオンであり(式中、x+y=4であり、R2はC1〜C4アルキルである)、
但し、Qが−OP(O)(O-M+)(O)−であるとき又はQが−(CH2CH2O)z−C(O)CH(SO3 -M+)CH2C(O)(OCH2CH2)z−であるとき、s又はeの少なくとも1つは正の整数である]
の界面活性剤を含む。
(Rf−A)a−Q−([B]k−R)b 式1
[式中、
aおよびbは、それぞれ独立して1又は2であり;
Rfは、任意に少なくとも1個の酸素で中断されている、2〜約20個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖パーフルオロアルキル基であり;
Rは、C1〜C20直鎖、分岐鎖若しくは環式のアルキル、又はC6〜C10アリールであり;
Bは−(CH2CHR1O)x−であり、
kは0又は1であり、xは1〜約20であり、
Aは、−(CH2)m[(CHR1CH2O)]s−[(CH2)m(CH)tCHOH(CH2)m]e−であり、
(式中、
各mは、独立して0〜3であり、sは0〜約30であり、tは0又は1であり、eは0又は1であり、
R1はH又はCH3である)
Qは、−OP(O)(O-M+)(O)−、
−O−、
−S−(CH2)m−C(O)−O−、
−SO2−O−、
−CH2CH2O−C(O)CH2C(OH)(V)CH2C(O)O−、
−(CH2CH2O)xCH2CH(OH)−(CH2CH2O)x−(CH2)m−Si[OSi(R2)3]2−、
−SO2NR2−、
−(CH2CH2O)zC(O)CH(SO3 -M+)CH2C(O)(OCH2CH2)z−(式中、zは1〜約15である)、又は
sが正の整数であるとき、結合であり、
Vは−C(O)OR3であり、R3は、H、CH3またはRfであり;
R2はC1〜C4アルキルであり、
M+は、1族金属であるか又はアンモニウム(NHxR2 y)+カチオンであり(式中、x+y=4であり、R2はC1〜C4アルキルである)、
但し、Qが−OP(O)(O-M+)(O)−であるとき又はQが−(CH2CH2O)z−C(O)CH(SO3 -M+)CH2C(O)(OCH2CH2)z−であるとき、s又はeの少なくとも1つは正の整数である]
の混成フルオロアルキル/アルキル界面活性剤を含む。
式2: Rf−(CH2)m−(CHR1CH2O)sO−P(O)(O([B]k−R)b)(O-M+)、
式3: RfCH2CH(OH)CH2O(CHR1CH2O)xR、
式4: Rf(CH2)2S(CH2)2C(O)O(CHR1CH2O)xR、
式5: Rf(CH2)2S(O2)O(CHR1CH2O)xR、
式6: Rf(CH2)2O(CHR1CH2O)xC(O)CH2C(OH)(C(O)OH)CH2C(O)O(CHR1CH2O)xR、
式7: Rf(CH2)2O(CHR1CH2O)xCH2CH(OH)CH2O[(CH2)2O]x(CH2)3Si(CH3)[OSi(CH3)3]2、
式8: Rf(CH2)2S(O2)N(R2)(CHR1CH2O)xR、および
式9: RfCH2CH2O(CHR1CH2O)zC(O)CH(SO3 -M+)CH2C(O)(OCHR1CH2)zOR、
(ここで、Rf、n、M+、R、R1、およびR2は、式1について定義された通りであり、各xは、独立して1〜約20であり、R3は、H又はC1〜C4アルキル基である)
が挙げられる。
本明細書の実施例では、次の試験方法および材料を使用した。
湿潤およびレベリング能力におけるサンプルの性能を試験するため、サンプルを床磨き剤(Rohm & Haas(Philadelphia,PA])から入手可能な、RHOPLEX 3829、配合物N−29−1)に添加し、完全にきれいにした12インチ×12インチ(30.36cm×30.36cm)の(Estrie(Sherbrooke,QC Canada)によってInterfuse Vinyl Tilesから入手可能な)ビニルタイルの半分に塗布した。タイルは、タイルを湿らせ、粉状の酸素漂白剤クレンザーを添加し、3M Company(St.Paul MN)から入手可能な、グリーンSCOTCH−BRITE研磨パッドを使用してこすり磨くことによって完全にきれいにする。このこすり磨き手順を使用してタイル上に既存のコーティングを除去した。タイルは当初は一様な輝く仕上げを有し;一様な光沢のない仕上げはコーティング除去を示唆する。タイルを次に一夜風乾させる。脱イオン水で希釈することによって、試験される界面活性剤の1重量%溶液を調製した。樹脂製造業者のプロトコルに従って、RHOPLEX 3829配合物100g分を調製した後、1重量%の界面活性剤溶液0.75gを添加して試験床磨き剤を得た。
表面張力は、KRUSS K11張力計(KRUSS USA(Matthews,NC))でWilhelmyプレート法を使用して、米国材料試験協会(American Society for Testing and Materials)ASTM#D1331−56に従って測定した。結果はmN/m(N・m×10-7)(ダイン/cm)単位である。この張力計は、製造業者の推奨に従って使用した。
界面張力は、(KRUSS USA(Matthews,NC)から入手可能な)KRUSS DSA−100表面分析システムでペンダントドロップ法(KRUSS DSA−100ペンダントドロップ法、DSA1水滴形状分析ソフトウェアSW3203)を使用してシクロヘキサンとの界面で測定した。
臨界ミセル濃度は、界面活性剤の濃度に対して界面活性剤/水混合物の表面張力をプロットし、もはや界面活性剤濃度が表面張力に対して認められるいかなる影響も及ぼさないポイントを決定することによって測定した。
発泡特性は、米国材料試験協会試験方法ASTM#D1173−53を使用して決定した。泡の深さはmm単位で測定した。
フッ素化化合物の定量的な無機化のための効率的な方法は、Wickboldトーチ燃焼法である。(Angew.Chem.66(1954)173ページに詳細に記載されている)この方法は、フッ素含有化合物については化合物に依存しないことが実証された。この方法では、分析サンプルをセラミック容器に入れ、典型的には、激しい酸素流れの中で外部加熱によってサンプルを完全に燃焼させた。燃焼が完全になるように、ガス状反応生成物を過剰酸素の補助水素/酸素火炎に通した。ガス状流出物を次に凝縮させ、分析のために集められる水性流れにフッ化物を可溶化させた。典型的にはフッ化物イオン選択的電極を使用して、水性フッ化物を次に容易に測定した。
本明細書に記載の試験方法は、参照により本明細書に明示的に援用されるASTM D4946−89、建築用塗料の耐ブロッキング性の標準試験方法(Standard Test Method for Blocking Resistance of Architectural Paints)の変更である。試験される塗料の向かい合わせでの耐ブロッキング性をこの試験で評価した。ブロッキングは、この試験の目的では、塗装された2つの表面が押し合わせられたときの又は長時間互いに接触して配置されたときの望ましくない付着と定義される。
本明細書の実施例では、次の材料を使用した。
1)C8〜C14パーフルオロアルキルエタノール[F(CF2CF2)n(CH2CH2)OH](ここで、nは3〜6である)の混合物は、本件特許出願人(Wilmington,DE)から入手可能である。この組成物のアルコールは本明細書では「テロマーBアルコール」と称される。
2)TERGITOL 15−S−シリーズ(15−S−n、R(OCH2CH2)nOH)は、Dow Chemical(Midland,MI)から市販されている。
3)RHOPLEX 3829、配合物N−29−1床磨き剤は、Rohm & Haas(Philadelphia,PA)から入手可能である。
4)85度で84%光沢のアクリル半光沢樹脂を有するVISTA 6400塗料は、Vista Paints(Fullerton,CA)から入手可能である。
テロマーBアルコール[F(CF2)n(CH2CH2)OH、n=平均7、70.6g、0.17mol、75モル%]、1−オクタノール[C8H17OH、7.4g、0.057mol、25モル%]および無水リン酸[P2O5、14.2g、0.10mol、モル%]を反応させた。混合物を僅かに過剰の5%水性アンモニアでpH8.5に中和し、水[44.6g、2.5mol]と2−プロパノール[(CH3)2CHOH、93.9g、1.6mol]との混合物に溶解させ、パーフルオロアルキルエチル−オクチルホスフェートエステルのアンモニウム塩(式2)の溶液をもたらした。表面張力を試験方法2によって測定し、表1に示す。
実施例2については、50モル%のテロマーBアルコールおよび50モル%の1−オクタノールを;実施例3については、25モル%のテロマーBアルコールおよび75モル%の1−オクタノール(実施例3)を;並びに実施例4については、12.5モル%のテロマーBアルコールおよび87.5モル%の1−オクタノールを使用して実施例1におけるようにパーフルオロアルキルエチル−オクチルホスフェートエステルのアンモニウム塩の溶液を調製した。様々な重量%での脱イオン水中のこれらの混合ホスフェートの表面張力を試験方法2によって測定し、表1に示す。
比較例Aは、100モル%のテロマーBアルコールを使用し、1−オクタノールを全く使用しないで実施例1におけるように調製した。様々な重量%での脱イオン水中の比較例Aについての試験方法2による表面張力測定は、表1に示す通りである。
混成スルホエトキシレート(式5)の合成は、パーフルオロヘキシルエチルスルホニルクロライドの2段階調製の後、Dow Chemical(Midland,MI)から市販されている、TERGITOL 15−S−シリーズ(15−S−n、R(OCH2CH2)nOH)との縮合反応によって達成した。TERGITOL 15−S−シリーズ製品名および構造における「n」に関連した数は、第二級アルコールエトキシレートのエチレンオキシド鎖の平均数である。
式3の混成エトキシレートの合成は、パーフルオロヘキシルプロピレンオキシドとTERGITOL(登録商標)15−S−シリーズ界面活性剤(例えば、15−S−n、R(OCH2CH2)nOH)で代表されるアルコールエトキシレートとのルイス(Lewis)酸触媒反応によって形成した。
比較例Bは、テロマーBアルコールとエチレンオキシドとの反応によって調製される、フルオロエトキシレート(RfCH2CH2(CH2CH2O)nH、nは約7である)であった。周囲圧力で不活性窒素雰囲気中、かき混ぜ機およびドライアイス冷却器、表面下ガス注入管をガラスフラスコに備え付けた。次のおおよその分布(mの4%は2〜4であり、mの35%は6であり、mの30%は8であり、mの17%は10であり、mの8%は12であり、mの6%は14以上である)を有する、F(CF2)mCH2CH2OHのフッ素化アルコール(244g、約0.55モル)をフラスコに仕込み、次に不活性ガスのスパージング下に80℃に加熱することによって脱水した。水素化ホウ素ナトリウム(1.02g、0.027モル)およびヨウ素(1.8g、0.007モル)を添加し、混合物を撹拌し、140〜145℃に加熱した。ガス注入管を通してガスを反応物表面下にバブリングさせることによってエチレンオキシドの仕込みを開始し、エチレンオキシドの遅い還流が冷却器中で観察されるように添加の速度を維持した。生じたフロオロアルキルエトキシレート生成物は、1分子当たり平均して約7個のエチレンオキシド単位を有した。試験方法2によって表面張力測定を行った。試験方法4に従って臨界ミセル濃度(CMC)を測定した。結果を表2に示す。
アルコールエトキシレートおよびフルオロアルコールエトキシレートを使用する、クエン酸のエステル化を行って式6の混合エステルを生成した。攪拌機、Dean−Starkトラップ付き冷却器、およびサーモスタットコントロラ−付き加熱マントルを備えた、2つの別個の500mLの丸底4つ口フラスコに、表7に記載する試薬を仕込んだ。
比較例C:HOC(CH2CO2X)2CO2X、 X=(CH2CH2O)7CH2CH2Rf Rf平均=C7F15
実施例7(混合エステル):
12.5% HOC(CH2CO2X)2CO2X、
12.5% HOC(CH2CO2Y)2CO2Y
25% HOC(CH2CO2X)(CH2CO2Y)CO2X
25% HOC(CH2CO2X)(CH2CO2Y)CO2Y
ここで、
X=(CH2CH2O)7CH2H2Rfおよび
Y=(CH2CH2O)10(CH2)15CH3(Rf平均=C7F15)
機械攪拌機アセンブリ、熱電対、および窒素ラインに連結された還流冷却器を備えた250mLの3つ口フラスコに、RfCH2CH2(CH2CH2O)7H、[Rf平均=C7F15、150.0g、205mmol]を仕込んだ後、粉状の水酸化カリウム[KOH、90%、18.4g、329mmol]を仕込んだ。苛性の添加は僅かな発熱および生成懸濁液の暗色化をもたらした。混合物を10分間撹拌し、0℃に冷却し、エピクロロヒドリン[CH2OCHCH2Cl、27.5mL、350mmol]を滴々添加した。完全に添加すると、反応混合物を周囲温度に暖まるに任せ、更に55℃で12時間撹拌した。ジエチルエーテル(200mL)を反応混合物に添加し、懸濁液をろ過した。固形分をジエチルエーテル(50mL)で洗浄した。減圧(200mbar)下に最初は周囲温度で、最後には70℃で集めたろ液を十分に乾燥させた。式7のパーフルオロアルキルプロピレンオキシド生成物は、粘稠な琥珀色オイルであった(RfCH2CH2Q(CH2CH2O)nCH2CHOCH2、Rf平均=C7F15、Q=O、n平均=8、178g、98%)。1H NMR(CDCl3)δ2.31(m,2H,CF2CH2)、2.49(m,1H,CH2CH(O)CH2)、2.67(m,1H,CH2CH(O)CH2)、3.05(m,1H,CH2CH(O)CH2)、3.32(m,1H,CH2CH(O)CH2)、3.05(m,1H,CH2CH(O)CH2)、3.40−3.65(m,32H,OCH2)、3.68(m,3H,CH2CH(O)CH2およびCF2CH2CH2O)。
RfCH2CH2O(CH2CH2O)nCH2CHOHCH2O(CH2CH2O)mCH2CH2CH2Si(CH3)[OSi(CH3)3]2の琥珀色オイルであった。
1H NMR(CDCl3)δ−0.08(s,3H,SiCH3)、−0.01(s,18H,SiCH3)、0.35(m,2H,SiCH2)、0.85(m,1H)、1.53(m,3H,SiCH2CH2)、2.33(m,2H,SiCH2CH2CH2)、3.32(m,2H,SiC3H9OCH2)、3.40−3.65(m,32H,OCH2)、3.68(m,3H,CH2CH(O)CH2およびCF2CH2CH2O)。
熱電対およびマグネチックスターラーバーを備えた丸底フラスコで、POCl3(1.3g、8.6ミリモル)を25mLの乾燥テトラヒドロフランに溶解させた。氷浴を使用して溶液を0℃に冷却した。15mLの乾燥テトラヒドロフラン中にフッ素化アルコール、C6F13CH2CH2OH(3.1g、8.6ミリモル)およびトリエチルアミン(2.1g、21ミリモル)を含有する別個の溶液を反応器にゆっくり添加した。反応を0℃で1〜2時間進行させた。次に、15mLの乾燥テトラヒドロフラン中の炭化水素アルコール、1−オクタノール(1.1g、8.6ミリモル)の溶液を反応マスにゆっくり添加した。反応物を周囲温度で一夜撹拌した。次に、固形分をろ過し、ロトバプ(rotovap)を使用して溶媒を蒸発させた。生じたオイルを10mLのテトラヒドロフランに希釈し、1mLの水に溶解させた0.34g(8.6mmol)のNaOHを反応マスに添加した。混合物を室温で一夜撹拌した。次に、ロトバプを使用して溶媒を蒸発させ、生じた固形分を50mLのクロロホルムで洗浄し、ろ過した。真空オーブン内で120℃および150mmHg(20kPa)で最終生成物を乾燥させた。生成物は、式1(式中、RfはC6F13であり、AはCH2CH2であり(sおよびeはそれぞれ0であり、mは2であり)、QはOP(O)(O-M+)(O)であり、MはNaであり、kは0であり、RはC8H17であり、bは1である)の化合物であった。試験方法2を使用して表面張力を測定した。結果を表11に記載する。
表10に記載するような量で異なる炭化水素アルコールを使用して、実施例9の方法を用いた。生成物は、式1(式中、RfはC6F13であり、AはCH2CH2であり(sおよびeはそれぞれ0であり、mは2であり)、QはOP(O)(O-M+)(O)であり、MはNaであり、kは0であり、bは1であり、そして実施例10についてはRはC8H17であり、実施例11についてはRはC4H9であり、実施例12についてはRはC5H11であり、実施例13についてはRはC7H15であり、実施例14についてはRはC9H19であり、実施例15についてはRはC10H21であり、実施例16についてはRは(CH2)2C6H13である)の化合物であった。試験方法2を使用して表面張力を測定した。結果を表11に記載する。
実施例9の方法を以下を変更して用いた。実施例17においては、フッ素化アルコールおよび1−オクタノールを一緒に混合し、一工程で添加した。実施例18においては、1−オクタノールを先ず添加し、フッ素化アルコールを第2工程で添加した。実施例19および20においては、表10に示されるような、異なる量のフッ素化アルコールおよびi−オクタノールを用いた。得られた生成物は、実施例9と同じものであった。試験方法2を使用して表面張力を測定した。結果を表11に記載する。
2倍量のフッ素化アルコールを反応させ、炭化水素アルコールを全く使用しなかったことを除いて、実施例9の方法を用いた。得られた生成物は、式1に類似のものあったが、Rの代わりに第2のRf基を含有し、その結果、各RfはC6F13であり、AはCH2CH2であり(sおよびeはそれぞれ0であり、mは2であり)、QはOP(O)(O-M+)(O)であり、MはNaであり、kは0であり、bは1である。
2倍量の炭化水素アルコール、1−オクタノールを反応させ、フッ素化アルコールを全く使用しなかったことを除いて、実施例9の方法を用いた。得られた生成物は、式1に類似のものあったが、Rfの代わりに第2のR基を含有し、その結果、各RはC8H17であり、AはCH2CH2であり(sおよびeはそれぞれ0であり、mは2であり)、QはOP(O)(O-M+)(O)であり、MはNaであり、kは0であり、bは1である。
フッ素化アルコールが表12に示される量のC4F9CH2CH2OHであり、炭化水素アルコールが表12に示される量で示される通りであったことを除いて、実施例9の方法を用いた。生成物は、式1(式中、RfはC4F9であり、AはCH2CH2であり(sおよびeはそれぞれ0であり、mは2であり)、QはOP(O)(O-M+)(O)であり、MはNaであり、kは0であり、bは1であり、そして実施例21についてはRはC4H9であり、実施例22についてはRはC5H11であり、実施例23についてはRはC6H13であり、実施例24についてはRはC7H15であり、実施例25についてはRはC8H17であり、実施例26についてはRはC9H19であり、実施例27についてはRはC10H21である)の化合物であった。試験方法2を使用して表面張力を測定した。結果を表13に記載する。
2倍量のフッ素化アルコールを反応させ、炭化水素アルコールを全く使用しなかったことを除いて、実施例9の方法を用いた。得られた生成物は、式1に類似のものあったが、Rの代わりに第2のRf基を含有し、その結果、各RfはC4F9であり、AはCH2CH2であり(sおよびeはそれぞれ0であり、mは2であり)、QはOP(O)(O-M+)(O)であり、MはNaであり、kは0であり、bは1である。
実施例15、18、および比較例Dの5重量%水性分散液を調製した。表14に記載される量でこれらのそれぞれを100gのVISTA 6400塗料に添加して70ppm(マイクログラム/g)のフッ素を付与した。0.28gの量でこれらのそれぞれを100gのVISTA 6400塗料に添加して表15に記載されるようなフッ素含有率を付与した。この塗料をポリエステル試験パネルに塗布し、試験方法7に従ってブロッキングを試験した。得られたデータを表14および15に示す。
Claims (5)
- 下式:
Rf(CH2)2S(O2)O(CHR1CH2O)xR
[式中、
R1はH又はCH3であり、
xは1から約20であり、
Rは、C1〜C20直鎖、分岐鎖若しくは環式のアルキル、又はC6〜C10アリールである]
を有する界面活性剤。 - 媒体を請求項1に記載の界面活性剤と接触させることを含む、媒体の表面張力を低下させる方法。
- 水性皮膜形成消火剤を請求項1に記載の界面活性剤と接触させることを含む、水性皮膜形成消火剤に改善された泡立ちを付与する方法。
- 請求項2に記載の方法に従って処理された基材。
- 請求項3に記載の方法に従って処理された水性皮膜形成消火剤。
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