JP2014198818A - 表面処理組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】撥水性、撥油性、防汚性を有し、かつ、優れた摩擦耐久性および優れた表面滑り性を有する表面処理層を形成することができる表面処理組成物を提供する。【解決手段】(A)少なくとも1種の硬化性部位を有する含フッ素ポリマー、および(B)少なくとも1種の硬化性部位を有する含ケイ素ポリマーを含む表面処理組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、表面処理組成物に関する。詳細には、含フッ素ポリマーおよび含ケイ素ポリマーを含有する表面処理組成物に関する。
ある種の含フッ素化合物は、基材の表面処理に用いると、優れた撥水性、撥油性、防汚性などを提供し得ることが知られている。含フッ素化合物を含む表面処理組成物から得られる層は、いわゆる機能性薄膜として、例えばガラス、プラスチック、繊維、建築資材など種々多様な基材に施されている。
従来、特に光学部材の用途においては、無機ガラスから成る基材が用いられ、指紋等の汚れが付くのを防止するために、防汚性コーティングとして、上記基材上に含フッ素化合物を用いた層が形成されている。このような含フッ素化合物として、パーフルオロポリエーテル基およびSiに結合した水酸基または加水分解可能な基を有する含フッ素シラン化合物を有効成分として含む表面処理組成物が知られている(特許文献1)。しかしながら、この場合、シラノール基と水酸基の結合を利用するので、基材がガラス、シリコンや金属酸化物皮膜などに限定される。
一方、近年、アクリル樹脂やポリカーボネート等の透明プラスチックが、軽量で加工が容易であることから、無機ガラスに代わる材料として、その利用が拡大してきている。このような樹脂材料を用いる場合にも、防汚性コーティングを形成することが望まれる。しかしながら、特許文献1のような含フッ素シラン化合物は、樹脂材料から成る基材とは馴染みにくいことから、基材表面に固定されにくい。種々の材料、例えば樹脂から成る基材の表面に、剥がれにくい層を形成する方法としては、例えば、アクリル系ハードコーティング剤と相溶し、かつ共重合できるパーフルオロポリエーテル誘導体と、アクリル系ハードコーティング剤を組み合わせた表面処理組成物を用いる方法が知られている(特許文献2)。
国際公開第97/07155号 国際公開第2003/002628号
しかしながら、近年、スマートフォンやタブレット型端末が急速に普及する中、タッチパネルの用途においては、ユーザが指でディスプレイパネルに触れて操作した際に優れた触感、すなわち優れた表面滑り性を提供すること、更に、繰り返し摩擦を受けてもかかる機能を維持し得るように優れた摩擦耐久性を提供することが求められるが、上記のような従来の表面処理組成物では、次第に高まる表面滑り性および摩擦耐久性の双方に対する要求に十分応えることは困難である。
本発明は、樹脂を含む種々の材料から成る基材に、撥水性、撥油性および防汚性に加え、優れた表面滑り性と摩擦耐久性を有する層を形成することを可能にする組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、硬化性部位を有する含フッ素ポリマーおよび硬化性部位を有する含ケイ素ポリマーを含む組成物を用いることにより、樹脂を含む種々の材料から成る基材に対しても、その表面に撥水性、撥油性および防汚性に加え、優れた表面滑り性および摩擦耐久性を有する層を形成することが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第1の要旨によれば、
(A)少なくとも1種の硬化性部位を有する含フッ素ポリマー、および
(B)少なくとも1種の硬化性部位を有する含ケイ素ポリマー
を含む組成物が提供される。
本発明の一の態様において、上記含フッ素ポリマー(A)が、以下の一般式(A1)、(A2)および(A3)のいずれか:
Figure 2014198818
[式中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1〜16のアルキル基を表し、
は、下記式:
−(OC−(OC−(OC−(OCF
(式中、a、b、cおよびwはそれぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびwの和は少なくとも1であり、括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である。)
で表される基であり、
は、下記式:
−(Q)−(CFZ)−(CH
(式中、Qは、酸素原子、フェニレン、カルバゾリレン、−NR−(式中、Rは、水素原子または有機基を表す)または2価の極性基を表し、Zは、水素原子、フッ素原子または低級フルオロアルキル基を表し、d、eおよびfはそれぞれ独立して0以上50以下の整数であって、d、eおよびfの和は少なくとも1であり、括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である。)
で表される基であり、
は、2価の有機基を表し、
は、各出現において、それぞれ独立して、R4aまたはR4bを表し:ただし、少なくとも1つのRはR4aであり、
4aは、各出現においてそれぞれ独立して、硬化性部位を有する2価の有機基を表し、
4bは、各出現においてそれぞれ独立して、硬化性部位を有しない2価の有機基を表し、
n1は、1以上50以下の整数であり、
は、−O−、−S−、−NH−または単結合を表し、
は、Rf−R−R(式中、Rf、R、およびRは、上記と同意義である)、1価の有機基または水素原子を表し、
は、環構造、ヘテロ原子および/または官能基を有してもよい(n2+n3)価の有機基を表し、
は、2価の有機基を表し、
は、水素原子、塩素原子、フッ素原子、またはフッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表し、
n2は、1以上3以下の整数であり、
n3は、1以上3以下の整数である。]
で表される少なくとも1種の含フッ素ポリマーである、上記組成物が提供される。
本発明の別の態様において、上記含ケイ素ポリマー(B)が、以下の一般式(B1)および(B2)のいずれか:
Figure 2014198818
[式中、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R20、R21、R22、R23、R24およびR25は、それぞれ独立して、アルキル基またはアリール基を表し、
18は、2価の有機基を表し、
は、水素原子、塩素原子、フッ素原子、またはフッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表し、
n4およびn5は、それぞれ独立して、1以上500以下の整数である。]
で表される少なくとも1種の含ケイ素ポリマーである、上記組成物が提供される。
本発明によれば、少なくとも1種の硬化性部位を有する含フッ素ポリマー、および少なくとも1種の硬化性部位を有する含ケイ素ポリマーを含む組成物が提供される。かかる本発明の組成物を用いることにより、基材の表面に、撥水性、撥油性および防汚性を有し、かつ、優れた表面滑り性および摩擦耐久性を有する層(以下、「表面処理層」とも言う)を形成することが可能になる。
本明細書中、特に記載が無い限り、「パーフルオロポリエーテル基」とは、1価、または2価の「パーフルオロポリエーテル基(パーフルオロ(ポリ)エーテル基)」である。当該「1価のパーフルオロポリエーテル基」は、1個以上の炭素−炭素結合にエーテル性酸素原子が挿入されたパーフルオロアルキル基を意味する。当該「2価のパーフルオロポリエーテル基」は、1個以上の炭素−炭素結合にエーテル性酸素原子が挿入されたパーフルオロアルキレン基を意味する。本明細書中、パーフルオロポリエーテル基を、略号:PFPEで表す場合がある。
本明細書中、特に記載が無い限り、「パーフルオロアルキル基」としては、例えば、炭素数1〜12(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3のパーフルオロアルキル基が挙げられる。当該「パーフルオロアルキル基」は、直鎖状であっても、分枝鎖状であってもよいが、好ましくは、直鎖状である。
本明細書中、「パーフルオロアルキレン基」は、上記「パーフルオロアルキル基」の主鎖の炭素原子に直接結合したフッ素原子の除去によって誘導される2価の基を意味する。特に記載が無い限り、「パーフルオロアルキレン基」としては、例えば、炭素数1〜12(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3のパーフルオロアルキレン基が挙げられる。当該「パーフルオロアルキレン基」は、直鎖状であっても、分枝鎖状であってもよいが、好ましくは、直鎖状である。
本明細書中、特に記載が無い限り、「アルキル基」としては、例えば、炭素数1〜12(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3、更に好ましくは1)のアルキル基(例、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基)が挙げられる。当該「アルキル基」は、直鎖状であっても、分枝鎖状であってもよいが、好ましくは、直鎖状である。
本明細書中、特に記載が無い限り、「炭化水素基」とは、炭素および水素を含む基を意味する。当該「炭化水素基」としては、特に限定されるものではないが、1つまたはそれ以上の置換基により置換されていてもよい、炭素数1〜20の炭化水素基、例えば、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基等が挙げられる。上記「脂肪族炭化水素基」は、直鎖状、分枝鎖状または環状のいずれであってもよく、飽和または不飽和のいずれであってもよい。また、炭化水素基は、1つまたはそれ以上の環構造を含んでいてもよい。なお、かかる炭化水素基は、その末端または分子鎖中に、1つまたはそれ以上のN、O、S、Si、アミド、スルホニル、シロキサン、カルボニル、カルボニルオキシ等を有していてもよい。
本明細書中、特に記載が無い限り、「炭化水素基」の置換基としては、特に限定されるものではないが、例えば、ハロゲン;1個またはそれ以上のハロゲンにより置換されていてもよい、C1−6アルキル基、C2−6アルケニル基、C2−6アルキニル基、C3−10シクロアルキル基、C3−10不飽和シクロアルキル基、5〜10員のヘテロシクリル基、5〜10員の不飽和ヘテロシクリル基、C6−10アリール基、5〜10員のヘテロアリール基等が挙げられる。
本明細書中、特に記載が無い限り、「有機基」または「1価の有機基」とは、炭素を含有する基を意味する。当該「有機基」または「1価の有機基」としては、特に限定されるものではないが、上記炭化水素基が挙げられる。また、「2価の有機基」とは、「1価の有機基」からさらに1個の水素原子を除去することによって誘導される2価の基を意味する。
以下、本発明の組成物について説明する。
本発明は、
(A)少なくとも1種の硬化性部位を有する含フッ素ポリマー(以下、「含フッ素ポリマー(A)」とも称する)、および
(B)少なくとも1種の硬化性部位を有する含ケイ素ポリマー(以下、「含ケイ素ポリマー(B)」とも称する)
を含む組成物を提供する。
本発明の組成物は、好ましくは、樹脂を含む種々の材料から成る基材の表面の処理に用いられる。すなわち、表面処理組成物として用いられる。
一の態様において、上記含フッ素ポリマー(A)は、以下の一般式(A1)、(A2)および(A3)のいずれか:
Figure 2014198818
で表される少なくとも1種の含フッ素ポリマー(以下、それぞれの式で表される化合物を、「含フッ素ポリマー(A1)」、「含フッ素ポリマー(A2)」、「含フッ素ポリマー(A3)」とも称する)である。
上記式(A1)および(A3)中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1〜16のアルキル基を表す。
上記1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1〜16のアルキル基は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい直鎖または分枝鎖の炭素数1〜16のアルキル基であり、好ましくは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい直鎖または分枝鎖の炭素数1〜3のアルキル基、より好ましくは1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい直鎖の炭素数1〜3のアルキル基である。好ましくは、上記1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいアルキル基は、末端炭素原子がCFH−であり他のすべての炭素原子がフッ素により全置換されているフルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基であり、より好ましくはパーフルオロアルキル基であり、具体的には−CF、−CFCF、または−CFCFCFである。
上記式(A1)〜(A3)中、Rは、式:−(OC−(OC−(OC−(OCF−で表される、パーフルオロ(ポリ)エーテル基である。ここに、a、b、cおよびwは、それぞれ独立して0または1以上の整数であって、a、b、cおよびwの和が少なくとも1であれば特に限定されるものではないが、好ましくは、それぞれ独立して0以上200以下の整数であり、より好ましくは、それぞれ独立して0以上100以下の整数である。また、a、b、cおよびwの和は、1以上1000以下、好ましくは1以上500以下、より好ましくは5以上150以下である。また、a、b、cまたはwを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である。これら繰り返し単位のうち、−(OC)−は、−(OCFCFCFCF)−、−(OCF(CF)CFCF)−、−(OCFCF(CF)CF)−、−(OCFCFCF(CF))−、−(OC(CFCF)−、−(OCFC(CF)−、−(OCF(CF)CF(CF))−、−(OCF(C)CF)−および−(OCFCF(C))−のいずれであってもよいが、好ましくは−(OCFCFCFCF)−である。−(OC)−は、−(OCFCFCF)−、−(OCF(CF)CF)−および−(OCFCF(CF))−のいずれであってもよいが、好ましくは−(OCFCFCF)−である。また、−(OC)−は、−(OCFCF)−および−(OCF(CF))−のいずれであってもよいが、好ましくは−(OCFCF)−である。
一の態様において、上記パーフルオロ(ポリ)エーテル基は、−(OC−(式中、aは1以上の整数であり、好ましくは1以上100以下の整数である)である。好ましくは、−(OC−は、−(OCFCFCF−である。
別の態様において、上記パーフルオロ(ポリ)エーテル基は、−(OC−(OC−(OC−(OCF−(式中、aおよびwは、それぞれ独立して0以上30以下の整数であり、bおよびcは、それぞれ独立して1以上300以下の整数であり、添字a、b、cまたはwを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である)である。好ましくは、−(OC−は、−(OCFCFCFCF−であり、−(OC−は、−(OCFCFCF−であり、−(OC−は、−(OCFCF−である。
上記式:−(OC−(OC−(OC−(OCF−で表される、パーフルオロ(ポリ)エーテル基の数平均分子量の下限は、高い撥油性および撥水性を得る観点から、好ましくは約1,000、より好ましくは約1,500、更に好ましくは、約2,000であり、上限は、汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への高い溶解性を得る観点から、好ましくは約100,000、より好ましくは約50,000、更に好ましくは、約10,000である。
上記式(A1)および(A2)中、Rは、式:−(Q)−(CFZ)−(CH−で表される基である。ここに、d、eおよびfはそれぞれ独立して0以上50以下の整数であって、d、eおよびfの和は少なくとも1であり、括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である。
上記式中、Qは、酸素原子、フェニレン、カルバゾリレン、−NR−(式中、Rは、水素原子または有機基を表す)または2価の極性基を表し、好ましくは酸素原子または2価の極性基であり、より好ましくは酸素原子である。
上記Qにおける「2価の極性基」としては、特に限定されないが、−C(O)−、−C(=NR)−、および−C(O)NR−(これらの式中、Rは、水素原子または低級アルキル基を表す)が挙げられる。当該「低級アルキル基」は、例えば、炭素数1〜6のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピルであり、これらは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい。
上記式中、Zは、水素原子、フッ素原子または低級フルオロアルキル基を表し、好ましくはフッ素原子である。
上記「低級フルオロアルキル基」は、例えば、炭素数1〜6、好ましくは炭素数1〜3のフルオロアルキル基、好ましくは炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基、より好ましくはトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、更に好ましくはトリフルオロメチル基である。
は、好ましくは、式:−(O)−(CF−(CH−(式中、d、eおよびfは、上記と同意義であり、括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である)で表される基である。
上記式:−(O)−(CF−(CH−で表される基としては、例えば、−(O)d’−(CFe’−(CHf’−O−[(CHf”−O−]f’’’(式中、d’は0または1であり、e’、f’およびf”は、それぞれ独立して、1〜10の整数であり、f’’’は、0または1である)で表される基が挙げられる。
上記式(A1)および(A2)中、Rは、2価の有機基を表す。
基は、好ましくは、−C(R3a)(R3b)−である。ここに、R3aおよびR3bは、それぞれ独立して、水素原子、またはアルキル基を表し、好ましくは、R3aおよびR3bの一方はアルキル基である。
上記式(A1)および(A2)中、Rは、各出現において、それぞれ独立して、R4aまたはR4bである。ただし、少なくとも1つのRは、R4aである。
上記R4aは、各出現においてそれぞれ独立して、硬化性部位を有する2価の有機基を表す。
上記「硬化性部位」としては、特に限定されるものではないが、例えば、アリル基、ケイヒ酸基、ソルビン酸基、アクリロイル基およびメタクリロイル基(以下、アクリロイル基およびメタクリロイル基を合わせて、「(メタ)アクリロイル基」とも言う。)が挙げられる。
好ましい硬化性部位はコーティングの対象の材料によって異なり、例えば、当該材料が非晶質の合成樹脂(例、アクリル樹脂)である場合、当該「硬化性部位」としては、好ましくは、アリル基、ケイヒ酸基、ソルビン酸基、またはCH=CX−C(O)−(式中、Xは、水素原子、塩素原子、フッ素原子またはフッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表す)(例、(メタ)アクリロイル基)であり、より好ましくは、アクリロイル基およびメタクリロイル基である。
4aは、好ましくは、下記式:
Figure 2014198818
で表される基である。
上記式中、R31は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、またはアルキル基を表す。当該R31は、好ましくは水素原子である。
上記式中、R32は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、またはアルキル基を表す。当該R32は、好ましくはメチル基または水素原子であり、より好ましくは水素原子である
上記式中、R33は、各出現において、それぞれ独立して、硬化性部位を有する有機基を表す。
かかる硬化性部位としては、上記と同様のものが挙げられるが、CH=CX−C(O)−(式中、Xは、水素原子、塩素原子、フッ素原子またはフッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表す)が好ましく、具体的にはCH=C(CH)−C(O)−またはCH=CH−C(O)−が挙げられる。
上記式中、Yは、−O−、−N(R)−、フェニレンまたはカルバゾリレンを表す。ここでRは有機基を表し、好ましくはアルキル基である。
は、好ましくは−O−、フェニレン、またはカルバゾリレンであり、より好ましくは−O−またはフェニレンであり、更に好ましくは−O−である。
上記式中、Yは、主鎖の原子数が1〜16(より好ましくは2〜12、更に好ましくは2〜10)であるリンカーを表す。当該Yとしては、特に限定されるものではないが、例えば、−(CH−CH−O)p1−(p1は、1〜10の整数、例えば2〜10の整数を表す)、−(CHRp2−O−(p2は、1〜40の整数であり、Rは、水素、またはメチル基を表す)、−(CH−CH−O)p3−CO−NH−CH−CH−O−(p3は、1〜10の整数、例えば2〜10の整数を表す)、−CH−CH−O−CH−CH−、−(CHp4−(p4は1〜6の整数を表す)、−(CHp5−O−CONH−(CHp6−(p5は1〜8の整数、好ましくは、2または4を表し、p6は1〜6の整数、好ましくは3を表す)、または−O−(但し、Yは−O−ではない)が挙げられる。好ましいYとしては、−(CH−CH−O)p1−(p1は、1〜10の整数、例えば2〜10の整数を表す)または−(CHRp2−O−(p2は、1〜40の整数であり、Rは、水素、またはメチル基を表す)、具体的には、−(CH−CH−O)−または−CH−CH−O−が挙げられる。なお、これらの基は、左端が分子主鎖側(Y側)に結合し、右端が硬化性部位側(R33側)に結合する。
4aは、さらに好ましくは、下記式:
Figure 2014198818
で表される基である。
上記式中、Xは、水素原子、塩素原子、フッ素原子またはフッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表し、好ましくは水素原子または炭素数1〜10のアルキル基、例えばメチル基である。上記式中、q1は、1〜10の整数であり、好ましくは1〜5の整数、例えば1または2である。q2は、1〜10の整数であり、好ましくは1〜5の整数、例えば2である。
上記R4bは、各出現においてそれぞれ独立して、硬化性部位を有しない2価の有機基である。
4bは、好ましくは、−(CHR4c−CR4d4e−である。ここに、R4cおよびR4dは、それぞれ独立して、水素原子、またはアルキル基を表し、sは0から50の整数であり、R4e基は、−Q’−R4fである。ここに、Q’は上記Qと同意義であり、R4fは、硬化性部位を有しない有機基であり、後記の基R4gがリンカーを介して、または直接Q’に結合する基である。
当該リンカーは、好ましくは、
(a)−(CH−CH−O)s1−(s1は、1〜10の整数、例えば2〜10の整数を表す。)、
(b)−(CHR4hs2−O−(s2は、1〜40の整数である繰り返し数を表す。R4hは、水素またはメチル基を表す。)、
(c)−(CH−CH−O)s1−CO−NH−CH−CH−O−(s1は、上記と同意義である。)、
(d)−CH−CH−O−CH−CH−、
(e)−(CHs3−(s3は1〜6の整数を表す。)、または
(f)−(CHs4−O−CONH−(CHs5−(s4は1〜8の整数、好ましくは、2または4を表す。s5は1〜6の整数、好ましくは3を表す。)、または
(g)−O−(但し、Q’は−O−ではない)
である。
4gは、好ましくは以下の基である。
(i)アルキル基
例:メチル、エチル
(ii)フッ素で置換されたアルキル基を含有する鎖状基
例:
Figure 2014198818
(iii)単環式炭素環、二環式炭素環、三環式炭素環、および四環式炭素環からなる群より選択される1個以上の環状部を含有する基
例:
Figure 2014198818
(iv)1個以上(好ましくは1または2個)のカルボキシ基で置換された炭化水素基を含有する基
例:
Figure 2014198818
(v)1個以上(好ましくは1個)のアミノ基を含有する基
(vi)水素
(vii)イミダゾリウム塩を含有する基
例:
Figure 2014198818
4gは、より好ましくは、水素原子、またはフッ素化されていてもよく、かつエチレン鎖を介して結合してもよいアルキル基であり、より好ましくは、水素原子、メトキシエチル基、イソブチル基、またはR3i−CF−(CFs6−(CHs7−O−(CH−(Rはフッ素原子または水素原子であり、s6は0〜6の整数であり、およびs7は1〜6の整数である)であり、更に好ましくは、3−(ペルフルオロエチル)プロポキシエチル基[示性式:CF−(CF)−(CH−O−(CH−]である。
上記R中、構成単位R4aと構成単位R4bは、それぞれがブロックを形成していてもよく、ランダムに結合していてもよい。
上記式(A1)および(A2)中、n1は、1以上100以下の整数、好ましくは1以上50以下の整数、更に好ましくは2以上30以下の整数である。
上記式(A1)および(A2)中、Rは、−O−、−S−、−NH−または単結合を表し、好ましくは−O−である。
上記式(A1)および(A2)中、Rは、Rf−R−R(式中、Rf、R、およびRは、上記と同意義である)、1価の有機基または水素原子を表す。
は、好ましくは、フッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、更に好ましくはメチルである。
上記式(A3)中、Rは、環構造、ヘテロ原子および/または官能基を有してもよい(n2+n3)価の有機基を表す。
上記式(A3)中、n2は、1以上3以下の整数である。
上記式(A3)中、n3は、1以上3以下の整数である。
好ましくは、n2+n3は、3であり、例えばn2が1であり、かつn3が2であり、あるいはn2が2であり、かつn3が1である。
上記Rにおける「環構造、ヘテロ原子および/または官能基を有してもよい(n2+n3)価の有機基」としては、例えば、1価の有機基からさらに水素原子を(n2+n3−1)個除去することによって誘導される基が挙げられる。
は、好ましくは、下記式:
Figure 2014198818
で表される基である。
より好ましくは、Rは、下記式:
Figure 2014198818
で表される基である。
上記式(A3)中、Rは、2価の有機基を表す。当該Rは、好ましくは、−O−(CH−(式中、rは1以上10以下の整数、好ましくは1以上3以下の整数である)、−NH−(CH−(式中、rは上記と同意義である)であり、より好ましくは、−O−(CH−(式中、rは1以上3以下の整数である)である。
上記式(A3)中、Xは、水素原子、塩素原子、フッ素原子、またはフッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表す。
は、好ましくは、水素原子または炭素数1〜10のアルキル基であり、より好ましくは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基、更に好ましくは水素原子またはメチルである。
一の態様において、上記含フッ素ポリマー(A1)および(A2)は、それぞれ、以下の一般式(A1a)および(A2a):
Figure 2014198818
[式中、Rf、R、R、R、X、Z、およびn1は、上記と同意義であり、
gは0または1であり、
hは1または2であり、
q1は1以上5以下の整数である。]
で表される少なくとも1種の含フッ素ポリマーである(以下、それぞれの式で表される化合物を、「含フッ素ポリマー(A1a)」、「含フッ素ポリマー(A2a)」とも称する)。
別の態様において、上記含フッ素ポリマー(A3)は:
(a)ジイソシアネートを3量体化させたトリイソシアネートに存在するNCO基と、
(b)下記式(a1)および/または(a2):
Figure 2014198818
[式中、Rf、R、Z、gおよびhは、上記と同意義である。]
で表される少なくとも1種の活性水素含有化合物、および、下記式(a3):
Figure 2014198818
[式中、Xは、上記と同意義であり、
30は、2価の有機基を表す。]
で表される少なくとも1種の活性水素含有化合物の活性水素を反応させることにより得られる少なくとも1種の含フッ素ポリマーである。
式(a3)におけるR30は、好ましくは、−(CHr’−(式中、r’は1以上10以下の整数、好ましくは1以上3以下の整数である)、−CH(CH)−、−CH(CHCH)−、−CH(CHOC)−であり、より好ましくは、−(CHr’−(式中、r’は1以上3以下の整数である)である。
上記含フッ素ポリマー(A)は、特に限定されるものではないが、約5×10〜1×10の数平均分子量を有していてよい。かかる範囲のなかでも、約2,000〜10,000の数平均分子量を有することが、摩擦耐久性の観点から好ましい。当該数平均分子量は、19F−NMRにより求めることができる。
本発明の組成物に含まれる上記含フッ素ポリマー(A)としては、上記(A1)〜(A3)で表される化合物以外に、さらに、パーフルオロアルキル基含有硬化性フッ素ポリマー、フッ素変性アクリル含有硬化性フッ素ポリマー等が挙げられる。このような化合物は、例えば、DIC株式会社からメガファックRS(商品名)シリーズとして入手することができる。
以下、上記含フッ素ポリマー(A)の製造方法について説明する。
上記一般式(A1)および(A2)で示される含フッ素ポリマーは、次の工程:
(1)カチオン重合性単量体を、パーフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤、およびルイス酸の存在下で、カチオン重合させる工程(工程1)、および
(2)カチオン重合反応停止剤を用いて、カチオン重合反応を停止させる工程(工程2)を有する方法で製造することができる。
(I)工程1
(I−i)パーフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤
工程1で用いられる「パーフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤」(開始種)は、1価または2価のパーフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤である。
上記「1価のパーフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤」としては、例えば、
(a)式:
a1−C(Ra2)(Ra3)−OCO−Ra4
[式中、Ra1は、Rf−R−R−を表し、
ここに、Rf、RおよびRは、上記一般式(A1)における記載と同意義であり、
a2は、水素原子、またはアルキル基を表し、
a3は、水素原子、またはアルキル基を表し、
但し、Ra2およびRa3の少なくとも一方はアルキル基であり、
a4は、アルキル基、またはパーフルオロアルキル基を表す。]
で表される化合物、または
(b)式:
a1−C(Ra2)(Ra3)−X
[式中、Ra1は、Rf−R−R−を表し、
ここに、Rf、RおよびRは、上記一般式(A1)における記載と同意義であり、
a2は、水素原子、またはアルキル基を表し、
a3は、水素原子、またはアルキル基を表し、
但し、Ra2およびRa3の少なくとも一方はアルキル基であり、
は、ハロゲン原子を表す。]
で表される化合物が挙げられる。
上記「2価のパーフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤」としては、例えば、
(c)式:
a4−COO−C(Ra2)(Ra3)−Ra1’−C(Ra2)(Ra3)−OCO−Ra4
[式中、Ra1’は、−R−R−R−を表し、
ここに、RおよびRは、上記一般式(A2)における記載と同意義であり、
a2は、水素原子、またはアルキル基を表し、
a3は、水素原子、またはアルキル基を表し、
但し、Ra2およびRa3の少なくとも一方はアルキル基であり、
a4は、アルキル基、または1価のパーフルオロアルキル基を表す。]
で表される化合物、または
(d)式:
−C(Ra2)(Ra3)−Ra1’−C(Ra2)(Ra3)−X
[式中、Ra1’は、−R−R−R−を表し、
ここに、RおよびRは、上記一般式(A2)における記載と同意義であり、
a2は、水素原子、またはアルキル基を表し
a3は、水素原子、またはアルキル基を表し、
但し、Ra2およびRa3の少なくとも一方はアルキル基であり、
は、ハロゲン原子を表す。]
で表される化合物が挙げられる。
上記「パーフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤」が1価のパーフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤である場合、当該化合物は、式:
a1−C(Ra2’)=C(Ra3’)(Ra3”
[式中、Ra1は、上記と同意義であり、
a2’は、水素原子、またはアルキル基を表し、好ましくは水素原子であり、
a3’およびRa3”は、それぞれ独立して、水素原子、またはアルキル基を表し、好ましくは水素原子である。]
で表される化合物を、有機カルボン酸(好ましくは酢酸、トリフルオロ酢酸、より好ましくはトリフルオロ酢酸)、またはハロゲン化水素と反応させることによって製造することができる。
例えば、式:
Figure 2014198818
[式中、PFPEは、パーフルオロポリエーテル基を表し、
は、アシルオキシ基(例、CFCOO)、またはハロゲン原子を表す。]
で表される化合物は、
式:PFPE−CH−O−(CH−O−CH=CH
[式中、PFPEは上記と同意義である。]
で表されるビニルエーテル化合物aを、
式:Y−H
[式中、Yは上記と同意義である。]
で表される化合物(好ましくは、CFCOOH)と反応させる工程
を含む製造方法によって、製造することができる。
一方、上記「パーフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤」が2価のパーフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤である場合、当該化合物は、式:
C(Ra3’)(Ra3”)=C(Ra2’)−Ra1’−C(Ra2’)=C(Ra3’)(Ra3”
[式中、Ra1’、Ra2’、Ra3’およびRa3”は、上記と同意義である。]
で表される化合物を、有機カルボン酸(好ましくは酢酸、トリフルオロ酢酸(CFCOOH)、より好ましくはトリフルオロ酢酸)、またはハロゲン化水素と反応させることによって製造することができる。
例えば、式:
Figure 2014198818
[式中、PFPEは、2価のパーフルオロポリエーテル基を表し、
は、アシルオキシ基(例、CFCOO)、またはハロゲン原子を表す。]
で表される化合物は、
式:CH=CH−O−(CH−O−CH−PFPE−CH−O−(CH−O−CH=CH
[式中、PFPEは上記と同意義である。]
で表されるビニルエーテル化合物bを、
式:Y−H
[式中、Yは上記と同意義である。]
で表される化合物(好ましくは、CFCOOH)と反応させる工程
を含む製造方法によって製造することができる。
当該反応は、酸の存在下、反応に悪影響を及ぼさない溶媒中で行われることが好ましい。
このような酸としては、塩酸等の鉱酸が好ましい。酸の使用量は、上記ビニルエーテル化合物aまたはビニルエーテル化合物bの1モルに対して、通常0.01〜1,000モルである。
このような溶媒としては、1,1−ジクロロ−1,2,2,3,3−ペンタフルオロプロパン(以下、HCFC−225とも称する)、ハイドロフルオロエーテル(以下、HFEとも称する)、炭素数5〜12のパーフルオロ脂肪族炭化水素、ポリフルオロ脂肪族炭化水素、1,3−ビストリフルオロメチルベンゼン等の含フッ素溶剤が好ましい。
反応温度は、通常、−78〜50℃、好ましくは−10〜10℃である。
反応時間は、通常、1分〜60分間である。
上記1価のパーフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤は、上記含フッ素ポリマー(A1)における式:
Rf−R−R−R
で表される部分に対応する。
また、上記2価のパーフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤は、上記含フッ素ポリマー(A2)における式:
−R−R−R−R−R
で表される部分に対応する。
(I−ii)カチオン重合性単量体
工程1で用いられるカチオン重合性単量体は、一般式(A1)および(A2)中のR、すなわちR4aまたはR4bに対応する。
例えば、一般式(A1)および(A2)中のR中の構成単位R4a
Figure 2014198818
[式中、R31、R32、R33、YおよびYは、上記一般式(A1)および(A2)中のR4aにおける記載と同意義である。]
で表される含フッ素ポリマーを製造する場合は、カチオン重合性単量体として、式:
Figure 2014198818
[式中、R31、R32、R33、YおよびYは、上記と同意義である。]
で表される化合物を用いる。
構成単位R4aに対応する単量体の好ましい例としては、硬化性部位として(メタ)アクリロイル基を有する以下の化合物が挙げられる。
(i)式:CH=CH−O−(CHRb1−CHRb2−O)−C(O)CX=CH
[式中、tは、1〜10の整数であり、好ましくは1〜5の整数であり、
b1は、水素、またはメチル基を表し、好ましくは水素であり、
b2は、水素、またはメチル基を表し、好ましくは水素であり、
は、上記一般式(A1)および(B1)における記載と同意義である。]
で表されるビニルエーテル化合物。
(ii)式:CH=CH−O−(CHRb1−OC(O)CX=CH
[式中、tは、1〜40の整数である繰り返し数を表し、好ましくは2〜10の整数であり、
b1は、水素、またはメチル基を表し、好ましくは水素であり、
は、上記一般式(A1)および(A2)における記載と同意義である。]
で表されるビニルエーテル化合物。
また、例えば、一般式(A)および(B)中のRが、構成単位R4bを含む場合、カチオン重合体単量体として、式:
Figure 2014198818
[式中、R4c、R4dおよびR4eは、上記と同意義である。]
で表される化合物を用いる。
構成単位R4bに対応する単量体の好ましい例としては、硬化性基を有さない、以下の化合物が挙げられる。
式(4b):
CH=CH−O−R40
[式中、
40は、1価の有機基を表す。但し、当該1価の有機基は、−OH基、−COOH基、および−NH基のいずれも含有しない。]
で表される化合物。
当該化合物としては、以下の化合物が挙げられる。
(i)式:
Figure 2014198818
[式中、
4bは、1〜10の整数を表す。
41は、アルキル基を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2014198818
(ii)式:
Figure 2014198818
[式中、
4bは、1〜10の整数を表す。
42は、1個以上のフッ素で置換されたアルキル基を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2014198818
Figure 2014198818
(iii)単環式炭素環、二環式炭素環、三環式炭素環、および四環式炭素環からなる群より選択される1個以上の環状部を含有するビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2014198818
Figure 2014198818
(iv)式:
Figure 2014198818
[式中、
4bは、1〜10の整数を表す。
43は、1個以上(好ましくは1または2個)のアルコキシカルボニル基で置換された炭化水素基を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該「炭化水素基」としては、例えば、
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2014198818
当該ビニルエーテル化合物を用いた場合、重合反応後に、所望により、アルコキシカルボニル基を加水分解することによって、本発明のフッ素含有共重合体にカルボキシ基を導入することができる。
(v)イミド化またはアミド化によって保護された1個以上(好ましくは1個)のアミノ基を含有するビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2014198818
当該ビニルエーテル化合物を用いた場合、重合反応後に、所望により、保護されたアミノ基を脱保護することによって、本発明のフッ素含有共重合体にアミノ基を導入することができる。
(vi)保護された1個以上(好ましくは1個)の水酸基を含有するビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2014198818
当該ビニルエーテル化合物を用いた場合、重合反応後に、所望により、保護された水酸基を脱保護することによって、本発明のフッ素含有共重合体に水酸基を導入することができる。
(vii)イミダゾリウム塩を含有するビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2014198818
上記Rが、上記構成単位R4aのみから構成されている重合体を合成する場合は、カチオン重合性単量体として、構成単位R4aに対応する単量体、例えば上記式(4)で表される単量体を用いる。
上記Rが、上記構成単位R4aに加え、構成単位R4bを含む共重合体を合成する場合は、カチオン重合性単量体として、構成単位R4aに対応する単量体に加え、構成単位R4bに対応する単量体、例えば上記式(4b)で表される単量体を用いる。
ここで、上記Rにおいて、構成単位R4aおよびR4bが、それぞれ、ブロックを形成している共重合体を合成する場合は、構成単位R4aに対応する単量体および構成単位R4bに対応する単量体を逐次的にカチオン重合させる。
具体的には、第1のカチオン重合性単量体(構成単位R4aに対応する単量体または構成単位R4bに対応する単量体)のみを反応系に添加して重合反応を開始させ、その重合反応の完了後の反応液へ、第2のカチオン重合性単量体(構成単位R4bに対応する単量体または構成単位R4aに対応する単量体)を添加すると、リビングカチオン重合の進行において、カチオンは、常に重合体の末端に存在するので、第2のカチオン重合性単量体の重合反応が進行する。
一方、本発明の含フッ素含ケイ素ポリマーとして、当該Rにおいて、構成単位R4aおよびR4bが、ランダムに結合している共重合体を合成する場合は、構成単位R4aに対応する単量体および構成単位R4bに対応する単量体の両方を反応系に添加して重合反応を開始させる。
このようなカチオン重合性単量体は、市販品によって、または公知の方法で製造することによって入手できる。
上記カチオン重合性単量体の使用量は、目的とする含フッ素ポリマーの構造によって適宜決定される。
当該製造方法では、リビングカチオン重合を採用することにより、上記カチオン重合性単量体に由来する構成単位の繰り返し数を高度に正確に制御できる。
(I−iii)ルイス酸
工程1で用いられるルイス酸としては、例えば、後記の式(L1)で表される化合物、および後記の式(L2)で表される化合物が挙げられる。
式:AlY (L1)
(式中、Y、Y、およびYは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基またはアリールオキシ基を表す。)
で表されるアルミニウム化合物。
、Y、およびYで表される「ハロゲン原子」としては、例えば、塩素、臭素、およびヨウ素等が挙げられる。
、Y、およびYで表される「アルキル基」としては、例えば、炭素原子数1〜10のアルキル基が挙げられる。
、Y、およびYで表される「アリール基」としては、例えば、炭素数6〜10のアリール基が挙げられる。
、Y、およびYで表される「アルコキシ基」としては、例えば、炭素原子数1〜10のアルコキシ基が挙げられる。
、Y、およびYで表される「アリールオキシ基」としては、例えば、炭素数6〜10のアリールオキシ基が挙げられる。
式(L1)で表されるアルミニウム化合物として具体的には、例えば、
ジエチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムブロマイド、ジエチルアルミニウムフルオライド、ジエチルアルミニウムアイオダイド、ジイソプロピルアルミニウムクロライド、ジイソプロピルアルミニウムブロマイド、ジイソプロピルアルミニウムフルオライド、ジイソプロピルアルミニウムアイオダイド、ジメチルアルミニウムセスキクロライド、メチルアルミニウムクロライド、エチルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジブロマイド、エチルアルミニウムジフルオライド、エチルアルミニウムジアイオダイド、イソブチルアルミニウムジクロライド、オクチルアルミニウムジクロライド、エトキシアルミニウムジクロライド、ビニルアルミニウムジクロライド、フェニルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムセスキブロマイド、アルミニウムトリクロライド、アルミニウムトリブロマイド、エチルアルミニウムエトキシクロライド、ブチルアルミニウムブトキシクロライド、エチルアルミニウムエトキシブロマイド等の有機ハロゲン化アルミニウム化合物、ジエトキシエチルアルミニウム等のジアルコキシアルキルアルミニウム、およびビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)メチルアルミニウム、ビス(2,4,6−トリ−t−ブチルフェノキシ)メチルアルミニウム等のビス(アルキル置換アリロキシ)アルキルアルミニウム等が挙げられる。
これらのアルミニウム化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
式:MZ (L2)
(式中、Mは4価のTiまたはSnを表す。Z、Z、Z、およびZは、それぞれハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基またはアリールオキシ基を表す。)
でそれぞれ表される四価チタニウムまたは四価スズ化合物。
、Z、Z、およびZでそれぞれ表される、「ハロゲン原子」、「アルキル基」、「アリール基」、「アルコキシ基」、および「アリールオキシ基」としては、それぞれY、Y、およびYについて例示したものと同様のものが挙げられる。
式(L2)で表される四価チタニウム化合物として具体的には、例えば、
四塩化チタン、四臭化チタン、および四ヨウ化チタン等のハロゲン化チタン;
チタントリエトキシクロライド、およびチタントリn−ブトキシドクロライド等のハロゲン化チタンアルコキシド;並びに
チタンテトラエトキシド、およびチタンn−ブトキシド等のチタンアルコキシド等が挙げられる。
式(L2)で表される四価スズ化合物として具体的には、例えば、四塩化スズ、四臭化スズ、四ヨウ化スズ等のハロゲン化スズ等を挙げることができる。
これらの四価チタン化合物および四価スズ化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
さらに、上記ルイス酸としては、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ビスマス(Bi)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、またはアンチモン(Sb)のハロゲン化物;オニウム塩(例、アンモニウム塩、ホスホニウム塩);金属酸化物(例、Fe、Fe、In、Ga、ZnO、およびCo等)も挙げられる。
上記ルイス酸の使用量は、カチオン重合性単量体/ルイス酸(モル比)が約2〜1,000となる量が好ましく、約10〜1,000となる量がより好ましい。
(I−iv)生長種安定化剤
また、工程1においては、リビングカチオン重合における生長種を安定化させる目的で、含酸素または含窒素化合物を用いてもよい。
ここで、生長種とは、伸長中の重合体の末端に存在する活性種(カチオン)を意味する。
当該含酸素または含窒素化合物としては、例えば、エステル、エーテル、ケトン、イミド、リン酸化合物、ピリジン誘導体、およびアミンが挙げられる。具体的には、エステルとしては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸フェニル、クロロ酢酸メチル、ジクロロ酢酸メチル、酪酸エチル、ステアリン酸エチル、安息香酸エチル、安息香酸フェニル、フタル酸ジエチル、およびイソフタル酸ジエチルが挙げられる。
当該エーテルとしては、例えば、ジエチルエーテル、およびエチレングリコール等の鎖状エーテル;並びにジオキサン、およびテトラヒドロフラン等の環状エーテルが挙げられる。
上記ケトンとしては、例えば、アセトン、およびメチルエチルケトンが挙げられる。
上記イミドとしては、例えば、エチルフタルイミドが挙げられる。
上記リン酸化合物としては、例えば、トリエチルホスフェートが挙げられる。
上記ピリジン誘導体としては、例えば、2,6−ジメチルピリジンが挙げられる。
上記アミンとしては、例えば、トリブチルアミンが挙げられる。
これらの化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記含酸素または含窒素化合物の使用量は、ルイス酸1モルに対して、約0.1〜2,000モルが好ましく、約1〜2,000モルがより好ましい。
当該反応は、バルクで行ってもよいが、好ましくは、溶媒を使用する。
溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、およびシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、1,3−ビストリフルオロメチルベンゼンおよびキシレン等の芳香族炭化水素;四塩化炭素、塩化メチレン、およびジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素;ジメチルエーテルおよびヒドロフルオロエーテル等のエーテルが挙げられる。特に無極性溶媒が好ましい。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶媒の使用量は、通常、溶媒:ビニル化合物(容量比)=1:1〜100:1であり、好ましくは5:1〜30:1である。
反応温度は、通常−80℃〜150℃、好ましくは−78〜80℃である。
反応時間は、通常1分〜480分、好ましくは1分〜360分
である。
(II)工程2
(II−i)カチオン重合反応停止剤
工程2で用いられる「カチオン重合反応停止剤」は、
式:R−R−H
(式中、RおよびRは、上記一般式(A1)および(A2)における記載と同意義である。)
で表される化合物である。
が水素原子である場合、カチオン重合反応停止剤は、好ましくは水である。
が1価の有機基である場合、カチオン重合反応停止剤は、好ましくは式:R−OH(式中、Rはアルキル基、好ましくはメチル基である。)で表されるアルカノールである。
カチオン重合反応停止剤の使用量は、反応溶液内で、当該停止剤と重合体の反応末端が充分に接触することが可能となればよく、使用する量は厳密に規定されるものでは無い。通常、反応溶媒量の約0.01〜10倍容量であり、好ましくは約0.1〜1倍容量である。
(III)その他の工程
このようにして得られた、一般式(A1)および(A2)で表される含フッ素ポリマーは、必要に応じて、慣用の方法により精製することができる。
このような製造方法により製造された、一般式(A1)および(A2)で表される含フッ素ポリマーは、分子量の均一性が高く、例えば、分散度(重量平均分子量/数平均分子量)が、約2.5〜1.0の範囲内である。
上記一般式(A3)で示される含フッ素ポリマーは、例えば、国際公開第2003/002628号公報または特開2008−40262号公報の記載を参照して製造することができる。
一の態様において、上記含ケイ素ポリマー(B)は、以下の一般式(B1)および(B2)のいずれか:
Figure 2014198818
で表される少なくとも1種の含ケイ素ポリマーである。
上記式(B1)および(B2)中、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R20、R21、R22、R23、R24およびR25は、それぞれ独立して、アルキル基またはアリール基を表す。
上記アルキル基としては、特に限定されるものではないが、炭素数1〜10のアルキル基、および炭素数3〜20のシクロアルキル基が挙げられ、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基であり、具体的には、R11に関しては炭素数n−ブチル基であり、R12〜R17およびR20〜R25に関してはメチル基である。
上記アリール基としては、特に限定されるものではないが、炭素数6〜20のアリール基が挙げられる。当該アリール基は、2個またはそれ以上の環を含んでいてもよい。好ましいアリール基は、フェニル基である。
上記アルキル基およびアリール基は、所望により、その分子鎖または環中に、ヘテロ原子、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有していてもよい。
さらに、上記アルキル基およびアリール基は、所望により、ハロゲン;1個またはそれ以上のハロゲンにより置換されていてもよい、C1−6アルキル基、C2−6アルケニル基、C2−6アルキニル基、C3−10シクロアルキル基、C3−10不飽和シクロアルキル基、5〜10員のヘテロシクリル基、5〜10員の不飽和ヘテロシクリル基、C6−10アリール基、5〜10員のヘテロアリール基から選択される、1個またはそれ以上の置換基により置換されていてもよい。
上記式(B1)および(B2)中、R18は、2価の有機基を表す。
上記R18は、好ましくは、−(CHr”−(式中、r”は1以上20以下の整数、好ましくは1以上10以下の整数である)であり、より好ましくは、−(CHr”−(式中、r”は1以上10以下の整数である)である。
上記式(B1)および(B2)中、Xは、水素原子、塩素原子、フッ素原子、またはフッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表す。好ましいXは、水素原子または炭素数1〜10のアルキル基、例えばメチル基である。
上記式(B1)および(B2)中、n4およびn5は、それぞれ独立して、1以上500以下の整数である。当該n4およびn5は、好ましくは1以上200以下、より好ましくは10以上200以下である。
上記含ケイ素ポリマー(B)は、特に限定されるものではないが、約500〜20,000の数平均分子量を有する。表面処理層に優れた表面滑り性および摩擦耐久性を提供するためには、かかる数平均分子量は、約500以上、例えば約1,000以上であることが好ましい。また、含フッ素ポリマーまたは溶剤との相溶性の観点から、かかる数平均分子量は、約20,000以下、好ましくは約15,000以下であることが好ましい。
上記含ケイ素ポリマー(B)は、市販品によって、または公知の方法で製造することによって入手できる。市販されている上記含ケイ素ポリマー(B)としては、これに限定されるものではないが、例えば、X−22−164、X−22−164AS、X22−164A、X−22−164A、X−22−164B、X−22−164C、X−22−164E、X−22−174DX、X−22−2426およびX−22−2475(信越化学工業株式会社製)、FM−7711、FM−7721、FM−7725、FM−0711、FM−0721およびFM−0725(JNC株式会社製)、ならびに、DMS−R05、DMS−R11、DMS−R18、DMS−R22、DMS−R31およびDMS−U21(Gelest社製)が挙げられる。
本発明の組成物において、含フッ素ポリマー(A)と含ケイ素ポリマー(B)の重量比は、10:1〜1:10であり、好ましくは10:1〜2:1、例えば10:1〜3:1、具体的には約10:1である。このような範囲の比とすることにより、指紋拭取り性、表面滑り性および外観に優れた表面処理層を提供することができる。
本発明の組成物において、好ましくは、含フッ素ポリマー(A)は、含フッ素ポリマー(A)と含ケイ素ポリマー(B)の合計に対して、50質量%以上、より好ましくは60質量%以上含まれる。含フッ素ポリマー(A)の含有量をこのような範囲にすることにより、より透明度の高い表面処理層を提供することができる。なお、「透明」とは、一般的に透明と認識され得るものであればよいが、例えば、ヘイズ値3%以下のものを意味する。
本発明の組成物は、更に、下記一般式(C):
Figure 2014198818
で表される少なくとも1種の含フッ素オイル(以下、「含フッ素オイル(C)」とも称する)を含有してもよい。
上記式(C)中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1〜16のアルキル基を表し、Rf’は、水素原子、フッ素原子、または1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1〜16のアルキル基を表す。好ましくは、上記1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいアルキル基は、末端炭素原子がCFH−であり他のすべての炭素原子がフッ素により全置換されているフルオロアルキル基、またはパーフルオロアルキル基であり、より好ましくはパーフルオロアルキル基である。より好ましくは、RfおよびRf’は、それぞれ独立して、炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基である。
上記式(C)中、a’、b’、c’およびw’は、ポリマーの主骨格を構成するパーフルオロ(ポリ)エーテルの4種の繰り返し単位数をそれぞれ表し、互いに独立して0以上300以下の整数、好ましくは0以上200以下の整数であって、a’、b’、c’およびw’の和は少なくとも1、好ましくは1〜300である。添字a’、b’、c’またはw’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。これら繰り返し単位のうち、−(OC)−は、−(OCFCFCFCF)−、−(OCF(CF)CFCF)−、−(OCFCF(CF)CF)−、−(OCFCFCF(CF))−、−(OC(CFCF)−、−(OCFC(CF)−、−(OCF(CF)CF(CF))−、−(OCF(C)CF)−および−(OCFCF(C))−のいずれであってもよいが、好ましくは−(OCFCFCFCF)−である。−(OC)−は、−(OCFCFCF)−、−(OCF(CF)CF)−および−(OCFCF(CF))−のいずれであってもよく、好ましくは−(OCFCFCF)−である。−(OC)−は、−(OCFCF)−および−(OCF(CF))−のいずれであってもよいが、好ましくは−(OCFCF)−である。
上記一般式(C)で表される含フッ素オイルの例として、以下の一般式(C1)および(C2)のいずれか:
Rf−(OCFCFCFa”−Rf’ ・・・(C1)
Rf−(OCFCFCFCFw”−(OCFCFCFa”−(OCFCFb”−(OCFc”−Rf’ ・・・(C2)
で表される化合物(1種または2種以上の混合物であってよい)が挙げられる。
これら式中、RfおよびRf’は上記の通りであり、式(C1)中、a”は1以上100以下の整数であり;式(C2)中、a”およびw”はそれぞれ独立して0以上30以下の整数であり、b”およびc”はそれぞれ独立して1以上300以下の整数である。添字a”、b”、c”またはw”を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。
上記含フッ素オイル(C)は、約1,000〜30,000の平均分子量を有していてよい。これにより、高い表面滑り性を得ることができる。代表的には、一般式(C1)および(C2)で表される化合物は、約1,500以上の平均分子量を有することが好ましい。これら平均分子量の範囲では、高い表面滑り性を得ることができる。
本発明の組成物中、かかる含フッ素オイル(C)は、上記含フッ素ポリマー(A)の合計100質量部(2種以上の場合にはこれらの合計、以下も同様)に対して、例えば0〜80質量部、好ましくは0〜40質量部で含まれ得る。
本発明の組成物中、かかる含フッ素オイル(C)は、上記含フッ素ポリマー(A)と含フッ素オイル(C)の合計に対して、好ましくは40質量%以下で含まれ得る。
上記含フッ素オイル(C)は、表面処理層の表面滑り性を向上させるのに寄与する。
本発明の組成物は、上記以外に、他の成分、例えばシリコーンオイル、活性エネルギー線硬化開始剤などを含んでいてもよい。
上記シリコーンオイルとしては、例えばシロキサン結合が2,000以下の直鎖状または環状のシリコーンオイルを用い得る。直鎖状のシリコーンオイルは、いわゆるストレートシリコーンオイルおよび変性シリコーンオイルであってよい。ストレートシリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルが挙げられる。変性シリコーンオイルとしては、ストレートシリコーンオイルを、ポリエーテル、高級脂肪酸エステル、フルオロアルキル、アミノ、エポキシ、カルボキシル、アルコールなどにより変性したものが挙げられる。環状のシリコーンオイルは、例えば環状ジメチルシロキサンオイルなどが挙げられる。
本発明の組成物中、かかるシリコーンオイルは、上記含フッ素ポリマー(A)の合計100質量部(2種以上の場合にはこれらの合計、以下も同様)に対して、例えば0〜50質量部、好ましくは0〜10質量部で含まれ得る。
上記活性エネルギー線硬化開始剤としては、例えば、350nm以下の波長領域の電磁波、つまり紫外光線、電子線、X線、γ線などが照射されることによって初めてラジカルやカチオンなどを発生し、硬化性部位を有する含フッ素ポリマーおよび硬化性部位を有する含ケイ素ポリマーの硬化性部位(例えば、炭素−炭素二重結合)の硬化(架橋反応)を開始させる触媒として働くものであり、通常、紫外光線でラジカルやカチオンを発生させるもの、特にラジカルを発生するものを使用する。
本発明の組成物における活性エネルギー線硬化開始剤は、含フッ素ポリマー(A)中の硬化性部位の種類(ラジカル反応性か、カチオン反応性か)、含ケイ素ポリマー(B)中の硬化性部位の種類、使用する活性エネルギー線の種類(波長域など)と照射強度などによって適宜選択されるが、一般に紫外線領域の活性エネルギー線を用いてラジカル反応性の硬化性部位(炭素−炭素二重結合)を有する含フッ素ポリマー(A)および含ケイ素ポリマー(B)を硬化させる開始剤としては、例えば、以下のものが例示できる。
・アセトフェノン系
アセトフェノン、クロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、ヒドロキシアセトフェノン、α−アミノアセトフェノン、ヒドロキシプロピオフェノン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパンー1−オンなど
・ベンゾイン系
ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタールなど
・ベンゾフェノン系
ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、ヒドロキシ−プロピルベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、ミヒラーズケトンなど
・チオキサンソン類
チオキサンソン、クロロチオキサンソン、メチルチオキサンソン、ジエチルチオキサンソン、ジメチルチオキサンソンなど
・その他
ベンジル、α−アシルオキシムエステル、アシルホスフィンオキサイド、グリオキシエステル、3−ケトクマリン、2−エチルアンスラキノン、カンファーキノン、アンスラキノンなど
これらの活性エネルギー線硬化開始剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記活性エネルギー線硬化開始剤は、特に限定されるものではないが、含フッ素ポリマー(A)および含ケイ素ポリマー(B)、ならびに、存在する場合、含フッ素オイル(C)の合計100質量部に対して、0.01〜30質量部、好ましくは0.1〜20質量部で含まれる。
本発明の組成物は、溶剤を含んでいてもよい。本発明の組成物に含まれる含フッ素ポリマー(A)、特に一般式(A1)および(A2)で表される含フッ素ポリマーは、フッ素含有有機溶媒のみならず、汎用溶剤であるフッ素非含有有機溶媒に対しても高い溶解性を示すので、上記溶剤としては、フッ素含有有機溶媒およびフッ素非含有有機溶媒を用いることができる。
このようなフッ素含有有機溶媒としては、例えば、パーフルオロヘキサン、パーフルオロオクタン、パーフルオロジメチルシクロヘキサン、パーフルオロデカリン、パーフルオロアルキルエタノール、パーフルオロベンゼン、パーフルオロトルエン、パーフルオロアルキルアミン(フロリナート(商品名)等)、パーフルオロアルキルエーテル、パーフルオロブチルテトラヒドロフラン、ポリフルオロ脂肪族炭化水素(アサヒクリンAC6000(商品名))、ハイドロクロロフルオロカーボン(アサヒクリンAK−225(商品名)等)、ハイドロフルオロエーテル(ノベック(商品名)、HFE−7100(商品名)等)、1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタン、含フッ素アルコール、パーフルオロアルキルブロミド、パーフルオロアルキルヨージド、パーフルオロポリエーテル(クライトックス(商品名)、デムナム(商品名)、フォンブリン(商品名)等)、1,3−ビストリフルオロメチルベンゼン、メタクリル酸2−(パーフルオロアルキル)エチル、アクリル酸2−(パーフルオロアルキル)エチル、パーフルオロアルキルエチレン、フロン134a、およびヘキサフルオロプロペンオリゴマーが挙げられる。
また、このようなフッ素非含有有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテルペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、二硫化炭素、ベンゼン、トルエン、キシレン、ニトロベンゼン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ダイグライム、トリグライム、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、2−ブタノン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ブタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エタノール、メタノール、およびジアセトンアルコールが挙げられる。
なかでも、本発明の組成物に用いられる溶剤は、好ましくは、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ヘキサデカン、酢酸ブチル、アセトン、2−ブタノン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、ジアセトンアルコールまたは2−プロパノールである。
これらの溶剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
かかる溶剤は、含フッ素ポリマー(A)および含ケイ素ポリマー(B)、ならびに、存在する場合、含フッ素オイル(C)の合計100質量部に対して、5〜10,000質量部、好ましくは5〜5,000質量部で含まれる。
一の態様において、本発明の組成物は、マトリックスを形成する組成物に加えることにより、硬化性組成物とすることができる。
上記硬化性組成物は、本発明の表面処理組成物を、0.01〜20質量%、好ましくは0.01〜10質量%、より好ましくは0.1〜10質量%含有する。
上記マトリックスを形成する組成物とは、少なくとも1つの炭素―炭素二重結合を有する化合物、例えば、特に限定されるものではないが、単官能および/または多官能アクリレートおよびメタクリレート(以下、アクリレートおよびメタクリレートを合わせて、「(メタ)アクリレート」とも言う)、単官能および/または多官能ウレタン(メタ)アクリレート、単官能および/または多官能エポキシ(メタ)アクリレートである化合物を含有する組成物を意味する。当該マトリックスを形成する組成物としては、特に限定されるものではないが、一般的にハードコーティング剤または反射防止剤とされる組成物であり、例えば多官能性(メタ)アクリレートを含むハードコーティング剤または含フッ素(メタ)アクリレートを含む反射防止剤が挙げられる。当該ハードコーティング剤は、例えば、ビームセット502H、504H、505A−6、550B、575CB、577、1402(商品名)として荒川化学工業株式会社から、EBECRYL40(商品名)としてダイセルサイテックから、HR300系(商品名)として横浜ゴムから市販されている。当該反射防止剤は、例えばオプツールAR−110(商品名)としてダイキン工業株式会社から市販されている。
本発明の組成物および硬化性組成物は、さらに、酸化防止剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤、帯電防止剤、防曇剤、紫外線吸収剤、顔料、染料、シリカなどの無機微粒子、アルミニウムペースト、タルク、ガラスフリット、金属粉などの充填剤、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)、フェノチアジン(PTZ)などの重合禁止剤などを含んでいてもよい。
次に、本発明の物品について説明する。
本発明の物品は、基材と、該基材の表面に本発明の組成物または硬化性組成物(以下、本発明の組成物または硬化性組成物を合わせて、「表面処理組成物」ともいう)を用いて形成された層(表面処理層)とを含む。この物品は、例えば以下のようにして製造できる。
まず、基材を準備する。本発明に使用可能な基材は、例えばガラス、樹脂(天然または合成樹脂、例えば一般的なプラスチック材料、好ましくは、ポリカーボネート樹脂、ポリ(メタ)アクリレート樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、トリアセチルセルロース樹脂であってよく、板状、フィルム、その他の形態であってよい)、金属(アルミニウム、銅、鉄等の金属単体または合金等の複合体であってよい)、セラミックス、半導体(シリコン、ゲルマニウム等)、繊維(織物、不織布等)、毛皮、皮革、木材、陶磁器、石材、建築部材等、任意の適切な材料で構成され得る。
例えば、製造すべき物品が光学部材である場合、基材の表面を構成する材料は、光学部材用材料、例えばガラスまたは透明プラスチックなどであってよい。また、基材は、その具体的仕様等に応じて、絶縁層、粘着層、保護層、装飾枠層(I−CON)、霧化膜層、ハードコーティング膜層、偏光フィルム、相位差フィルム、および液晶表示モジュールなどを有していてもよい。
基材の形状は特に限定されない。また、表面処理層を形成すべき基材の表面領域は、基材表面の少なくとも一部であればよく、製造すべき物品の用途および具体的仕様等に応じて適宜決定され得る。
次に、かかる基材の表面に、上記の本発明の表面処理組成物の膜を形成し、この膜を必要に応じて後処理し、これにより、本発明の表面処理組成物から表面処理層を形成する。
本発明の表面処理組成物の膜形成は、上記の表面処理組成物を基材の表面に対して、該表面を被覆するように適用することによって実施できる。被覆方法は、特に限定されない。例えば、湿潤被覆法を使用できる。
湿潤被覆法の例としては、浸漬コーティング、スピンコーティング、フローコーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、グラビアコーティング、マイクログラビアコーティング、バーコーティング、ダイコーティング、スクリーン印刷および類似の方法が挙げられる。
湿潤被覆法を使用する場合、本発明の表面処理組成物は、溶媒で希釈されてから基材表面に適用され得る。当該溶媒としては、上記したフッ素含有有機溶媒およびフッ素非含有有機溶媒を用いることができる。本発明の表面処理組成物の安定性および溶媒の揮発性の観点から、次の溶媒が好ましく使用される:炭素数5〜12のパーフルオロ脂肪族炭化水素(例えば、パーフルオロヘキサン、パーフルオロメチルシクロヘキサンおよびパーフルオロ−1,3−ジメチルシクロヘキサン);ポリフルオロ芳香族炭化水素(例えば、ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン);ポリフルオロ脂肪族炭化水素;ヒドロフルオロエーテル(HFE)(例えば、パーフルオロプロピルメチルエーテル(COCH)、パーフルオロブチルメチルエーテル(COCH)、パーフルオロブチルエチルエーテル(COC)、パーフルオロヘキシルメチルエーテル(CCF(OCH)C)などのアルキルパーフルオロアルキルエーテル(パーフルオロアルキル基およびアルキル基は直鎖または分枝状であってよい))、ハイドロクロロフルオロカーボン(アサヒクリンAK−225(商品名)等)、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテートなどのセロソルブ系溶剤;ジエチルオキサレート、ピルビン酸エチル、エチル−2−ヒドロキシブチレート、エチルアセトアセテート、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸エチルなどのエステル系溶剤;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテルなどのプロピレングリコール系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘキサノン、シクロヘキサノン、メチルアミノケトン、2−ヘプタノンなどのケトン系溶剤;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール系溶剤;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類など。これらの溶媒は、単独で、または、2種以上の混合物として用いることができる。なかでも、ヒドロフルオロエーテル、グリコール系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤が好ましく、パーフルオロブチルメチルエーテル(COCH)および/またはパーフルオロブチルエチルエーテル(COC)、プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルイソブチルケトン、イソプロパノール、ブタノール、ジアセトンアルコールが特に好ましい。
次に、膜を後処理する。この後処理は、特に限定されないが、例えば、活性エネルギー線、例えば、350nm以下の波長領域の電磁波、つまり紫外光線、電子線、X線、γ線などを照射することにより行われる。かかる後処理を施すことにより、硬化性部位を有する含フッ素ポリマーおよび硬化性部位を有する含ケイ素ポリマーの硬化性部位、ならびに存在する場合にはハードコーティング剤の硬化性部位の硬化を開始させ、これらの化合物間、また、これらの化合物と基材間に結合が形成される。かかる後処理は、得られる表面処理層の摩擦耐久性を向上させることに寄与する。
上記のようにして、基材の表面に、本発明の表面処理組成物に由来する表面処理層が形成され、本発明の物品が製造される。これにより得られる表面処理層は、高い表面滑り性(または潤滑性、例えば指紋等の汚れの拭き取り性や、指に対する優れた触感)と高い摩擦耐久性の双方を有する。また、この表面処理層は、高い摩擦耐久性および表面滑り性に加えて、使用する表面処理組成物の組成にもよるが、撥水性、撥油性、防汚性(例えば指紋等の汚れの付着を防止する)などを有し得、機能性薄膜として好適に利用され得る。
すなわち本発明はさらに、上記表面処理層を最外層に有する光学材料にも関する。
光学材料としては、後記に例示するようなディスプレイ等に関する光学材料のほか、多種多様な光学材料が好ましく挙げられる:例えば、陰極線管(CRT;例、TV、パソコンモニター)、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、無機薄膜ELドットマトリクスディスプレイ、背面投写型ディスプレイ、蛍光表示管(VFD)、電界放出ディスプレイ(FED;Field Emission Display)などのディスプレイまたはそれらのディスプレイの保護板、フィルム、またはそれらの表面に反射防止膜処理を施したもの。
本発明によって得られる表面処理層を有する物品は、特に限定されるものではないが、光学部材であり得る。光学部材の例には、次のものが挙げられる:眼鏡などのレンズ;PDP、LCDなどのディスプレイの前面保護板、飛散防止フィルム、反射防止板、偏光板、アンチグレア板;携帯電話、携帯情報端末などの機器のタッチパネルシート;ブルーレイ(Blu−ray(登録商標))ディスク、DVDディスク、CD−R、MOなどの光ディスクのディスク面;光ファイバーなど。
表面処理層の厚さは、特に限定されない。光学部材の場合、表面処理層の厚さは、0.1〜30μm、好ましくは0.5〜20μmの範囲であることが、光学性能、表面滑り性、摩擦耐久性および防汚性の点から好ましい。
以上、本発明の表面処理組成物を使用して得られる物品について詳述した。なお、本発明の表面処理組成物の用途、使用方法ないし物品の製造方法などは、上記で例示したものに限定されない。
本発明の組成物について、以下の実施例を通じてより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
合成例
・含フッ素ポリマーの合成
下記工程に従って、含フッ素ポリマー(A)を調製した。
Figure 2014198818
[式中、PFPEは、CFCFCFO(CFCFCFO)CFCF−基を表し、mは3〜40の整数である。]
合成例1(工程a):2−[3−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)−2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ]エトキシ ビニル エーテルの合成
Figure 2014198818
1Lナスフラスコ中に、以下の構造式:PFPE−CHOHで表される、ペルフルオロポリエーテル基を含有するアルコール(デムナムSA(数平均分子量4000)、ダイキン工業社) 60g(15mmol)、硫酸水素テトラブチルアンモニウム 3.5g(103mmol)、40%水酸化ナトリウム水溶液 120mL、およびm−ヘキサフルオロキシレン 250mLを入れ、窒素雰囲気下に室温で30分間撹拌した。前記混合物に、2−クロロエチルビニルエーテル 120mLを加えて、ナスフラスコにジムロート冷却器を装着して、窒素雰囲気下、70℃で48時間撹拌した。冷却後、反応溶液を、エバポレーターで、ほぼ完全に乾固するまで溶媒溜去した。残った反応物を、フッ素系不活性液体(フロリナートFC−72、住友スリーエム社)に溶解させた。この溶液をジクロロメタンで3回抽出し、共雑物を除去した。ここで、共雑物が除去できたことは、抽出液をTLCでチェックすることにより判定した(展開溶媒:HCFC−225、検出方法:過マンガン酸カリウム溶液の噴霧および加熱、判定基準:原点のスポットの消失)。溶媒を減圧で溜去して目的の2−[3−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)−2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ]エチルビニルエーテルを得た。
以降、この2−[3−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)−2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ]エチルビニルエーテルを、PFPE4000VEと略称する。
目的物の構造はNMRスペクトルにより確認した。
NMR スペクトルは JEOL model JNM−ECS400 により測定した(測定溶媒:CDCl−ヘキサフルオロベンゼン(1:5))。
ケミカルシフトはH−NMRではTMSを、19F− NMRではCFClを基準物質とし、低磁場側をプラスにした。
1H-NMR (CDCl3-C6F6):δ 3.86-3.91 (2H, m), 3.91-3.96 (3H, m), 4.08 (2H, t, J=13.5 Hz), 4.13 (1H, d-d, J=14.7, 1.8Hz), 6.40 (1H, d-d, J=14.7, 6.6Hz).
19F- NMR (CDCl3-C6F6):δ -83.12 (s), -84.27 (s), -84.52 (s), -84.82 (s), -85.06 (s), -85.50 (s), -87.36 (t, J=12.5Hz), -125.65 (t, J=13.5Hz), -130.61 (s), -130.69 (s), -130.79 (s), -131.57 (s).
原料アルコールのβ位のCF基のピーク(−128.33ppmのトリプレットピーク)が消失し、かつ、−125.65ppmのトリプレットピークが検出されたことで、エーテル基の形成が確認された。
合成例2(工程b):PFPE基含有カチオン重合開始剤の合成(濃度:100mol/l)
Figure 2014198818
合成および重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器AおよびBをそれぞれ窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、および容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器A内へ、HCFC−225 19.7mL、およびトリフルオロ酢酸 0.3mL(4mmol)を入れ、よく攪拌して20mL(200mol/l)の溶液Aを得た。別のガラス容器Bに、HCFC−225 5.9mL、およびPFPE4000VE 4.1mL(2mmol)を加え、よく撹拌して10mL(200mol/l)の溶液Bを得た。希釈した溶液Aおよび溶液Bをそれぞれ0℃の氷水浴で約15分間冷やし、冷却された溶液Aを溶液Bに、窒素フローしながら約5分間かけてゆっくりと添加した後、10分間攪拌し、PFPE基含有カチオン重合開始剤を合成した。(収量19.5ml、収率99.5%以上。)
以降、このPFPE基含有カチオン重合開始剤をPFPE4000VETFAと略称する場合がある。
PFPE4000VETFAを保存する場合は、精製したPFPE4000VETFAをHCFC−225で0.1Mに希釈し、乾燥窒素下で茶色ガラスアンプルに溶封し、冷暗所に保存した。
合成例3(工程c〜工程e):含フッ素ポリマーの合成
合成、重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、および容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPE基含有カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA 2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225 5.88mL、および1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈した2−(ビニロキシ)エチルメタアクリレート 0.12mL(1mmol)(HCFC−225溶液としては0.24mL)を乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃に恒温化させた。これに、予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し、かつ0℃に恒温化させておいた、1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させた。60分後、1%アンモニアのメタノール溶液を加えて反応を停止させた。
生成した重合体を次のようにして精製した。まず、重合停止後の反応溶液をHCFC−225で希釈後、触媒残渣を除去するために少量のメタノールを加え、0.6N HCl水溶液で6回、およびイオン交換水で3回以上、洗浄水が中性になるまで洗浄した。この溶液をナス型フラスコに移し、ロータリーエバポレーターを用いて、溶媒、未反応単量体、および添加塩基を減圧留去した。その後、遮光し冷蔵で保存した。
NMR測定により、開始種の残存が無いこと、およびメタアクリレート基に基づくC=C結合のピークが存在することによって、生成した重合体が硬化性部位を含有することを確認した。
生成した重合体について、重量法により単量体の転換率(重合率、Conversion)を算出し、およびゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により重合体の数平均分子量(Mn)、分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
転換率:100
数平均分子量(Mn):4600
分子量分布(Mw/Mn):1.09
合成例4:別の含フッ素ポリマーの合成
合成例3の工程dにおいて、硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈した2−(ビニロキシ)エチルメタアクリレートの代わりに、HCFC−225で2倍希釈した下記式で示される2−(2−ビニロキシエトキシ)エチルメタアクリレート0.15mL(1mmol)(HCFC−225溶液としては0.24mL)用いる以外は上記と同様に含フッ素ポリマーを合成した。
Figure 2014198818
転換率:100
数平均分子量(Mn):5600
実施例1
上記合成例3で合成した含フッ素ポリマー(0.3g)および含ケイ素ポリマーとして、FM−0725(JNC株式会社製)(0.03g)を混合して本発明の組成物を得た。
かかる組成物を、ハードコート剤(ビームセット575CB(商品名)、荒川化学工業株式会社)(29.67g)に加え、メチルイソブチルケトン(87.5mL)に溶解して、30質量%の硬化性組成物を得た。
実施例2
含フッ素ポリマーとして、合成例3で合成した含フッ素ポリマーの代わりにオプツールDAC−HP(商品名、ダイキン工業株式会社製)(1.5g)、メチルイソブチルケトン(85.8mL)を用いること以外は、実施例1と同様にして、実施例2の硬化性組成物を得た。
実施例3
合成例3で合成した含フッ素ポリマーの代わりに、合成例4で合成した含フッ素ポリマー(0.3g)を用いること以外は、実施例1と同様にして、実施例3の硬化性組成物を得た。
比較例1〜4
本発明の組成物の代わりに、合成例3で合成した含フッ素ポリマー単独(0.3g)(比較例1)、オプツールDAC単独(1.5g)(比較例2)、実施例1で用いた含ケイ素ポリマー単独(0.3g)(比較例3)、または合成例4で合成した含フッ素ポリマー単独(0.3g)(比較例4)をハードコート剤に加えること以外は、実施例1と同様にして、比較例1〜4の硬化性組成物を得た。
試験例
・表面処理層の形成
ポリカーボネート基材(ステラ、日本テストパネル社製)を、上記実施例1〜3および比較例1〜4で得られた硬化性組成物に浸漬し、70℃で、5分間乾燥した。次いで、1J/cm2の紫外線を照射し、紫外線を照射して、表面処理層を形成した。
(評価)
・接触角評価
水およびn−ヘキサデカンの静的接触角(対水接触角および対n−ヘキサデカン接触角)を、接触角計(協和界面科学社製、「DropMaster」)を用いて、それぞれ1μLの液量で測定した。結果を下記表1に示す。
・摩擦耐久性評価
摩擦耐久性評価試験方法として、スチールウール摩擦による耐久性評価を実施した。具体的には、表面処理層を形成した基材を水平配置し、スチールウール(番手♯0000、寸法10mm×10mm×5mm)を表面処理層の露出上面に接触させ、その上に1000gfの荷重を付与し、その後、荷重を加えた状態でスチールウールを140mm/秒の速度で往復させた。往復回数100回毎に、上記のように水の静的接触角(対水接触角)を測定した。接触角の測定値が100度以下となった時点での摩擦回数を摩耗耐久回数とした。結果を下記表1に示す。
・表面滑り性評価
表面性測定機(「トライボギア TYPE:14FW」、新東科学株式会社製)を用いて、摩擦子として鋼球を用いて、ASTM D1894に準拠し、動摩擦係数(−)を測定した。結果を下記表1に示す。
・油性インキのハジキ拭き取り性評価
表面処理層に油性ペン(ゼブラ(株)製のマッキー。商品名)で線を描き、油性インキのはじきと、1分間放置した後に付着した油性インキをキムワイプ(商品名。十條キンバリー(株)製)で3回拭き取ったときの表面処理層の状態を目視で判定する。
評価は、つぎの基準とする。
Figure 2014198818
上記の結果を表1に示す。
Figure 2014198818
表1から理解されるように、含フッ素ポリマーと含ケイ素ポリマーを組み合わせて用いた実施例1〜3では、それぞれを単独で用いた比較例1〜4に比べて、摩擦耐久性が著しく向上することが確認された。また、実施例1〜3は、そこに含まれる含フッ素ポリマーを単独で用いた比較例1〜2および4と比較して、接触角および動摩擦係数の両方が向上した。特に実施例1および3は、含フッ素ポリマーまたは含ケイ素ポリマーをそれぞれ単独で含む比較例1、4、および3と比較しても、接触角および動摩擦係数の両方が向上しており、相乗効果が確認された。
このような効果は、理論に限定されるものではないが、含フッ素ポリマーと含ケイ素ポリマーの組み合わせにより、含フッ素ポリマーの表面偏析が向上し、対水接触角が向上したと考えられる。また、含ケイ素ポリマーの効果により滑り性が向上し、滑り性が向上することにより、摩擦耐久性も向上したと考えられる。
本発明は、種々多様な基材、特に透過性が求められる光学部材の表面に、表面処理層を形成するために好適に利用され得る。
(iv)式:
Figure 2014198818
[式中、
4bは、1〜10の整数を表す。
43は、1個以上(好ましくは1または2個)のアルコキシカルボニル基で置換された炭化水素基を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物
合成例
・含フッ素ポリマーの合成
下記工程に従って、含フッ素ポリマー(A)を調製した。
Figure 2014198818
[式中、PFPEは、CFCFCFO(CFCFCFO)CFCF−基を表し、mは3〜40の整数である。]

試験例
・表面処理層の形成
ポリカーボネート基材(ステラ、日本テストパネル社製)を、上記実施例1〜3および比較例1〜4で得られた硬化性組成物に浸漬し、70℃で、5分間乾燥した。次いで、1J/cm2の紫外線を照射し表面処理層を形成した。

(評価)
・接触角評価
水およびn−ヘキサデカンの静的接触角(対水接触角および対n−ヘキサデカン接触角)を、接触角計(協和界面科学社製、「DropMaster」)を用いて、それぞれ1μLの液量で測定した。結果を下記表に示す。

・摩擦耐久性評価
摩擦耐久性評価試験方法として、スチールウール摩擦による耐久性評価を実施した。具体的には、表面処理層を形成した基材を水平配置し、スチールウール(番手♯0000、寸法10mm×10mm×5mm)を表面処理層の露出上面に接触させ、その上に1000gfの荷重を付与し、その後、荷重を加えた状態でスチールウールを140mm/秒の速度で往復させた。往復回数100回毎に、上記のように水の静的接触角(対水接触角)を測定した。接触角の測定値が100度以下となった時点での摩擦回数を摩耗耐久回数とした。結果を下記表に示す。

・表面滑り性評価
表面性測定機(「トライボギア TYPE:14FW」、新東科学株式会社製)を用いて、摩擦子として鋼球を用いて、ASTM D1894に準拠し、動摩擦係数(−)を測定した。結果を下記表に示す。

上記の結果を表に示す。
Figure 2014198818

から理解されるように、含フッ素ポリマーと含ケイ素ポリマーを組み合わせて用いた実施例1〜3では、それぞれを単独で用いた比較例1〜4に比べて、摩擦耐久性が著しく向上することが確認された。また、実施例1〜3は、そこに含まれる含フッ素ポリマーを単独で用いた比較例1〜2および4と比較して、接触角および動摩擦係数の両方が向上した。特に実施例1および3は、含フッ素ポリマーまたは含ケイ素ポリマーをそれぞれ単独で含む比較例1、4、および3と比較しても、接触角および動摩擦係数の両方が向上しており、相乗効果が確認された。


Claims (15)

  1. (A)少なくとも1種の硬化性部位を有する含フッ素ポリマー、および
    (B)少なくとも1種の硬化性部位を有する含ケイ素ポリマー
    を含む組成物。
  2. 上記含フッ素ポリマー(A)が、以下の一般式(A1)、(A2)および(A3)のいずれか:
    Figure 2014198818
    [式中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1〜16のアルキル基を表し、
    は、下記式:
    −(OC−(OC−(OC−(OCF
    (式中、a、b、cおよびwは、それぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびwの和は少なくとも1であり、括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である。)
    で表される基であり、
    は、下記式:
    −(Q)−(CFZ)−(CH
    (式中、Qは、酸素原子、フェニレン、カルバゾリレン、−NR−(式中、Rは、水素原子または有機基を表す)または2価の極性基を表し、Zは、水素原子、フッ素原子または低級フルオロアルキル基を表し、d、eおよびfはそれぞれ独立して0以上50以下の整数であって、d、eおよびfの和は少なくとも1であり、括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である。)
    で表される基であり、
    は、2価の有機基を表し、
    は、各出現において、それぞれ独立して、R4aまたはR4bを表し:ただし、少なくとも1つのRはR4aであり、
    4aは、各出現においてそれぞれ独立して、硬化性部位を有する2価の有機基を表し、
    4bは、各出現においてそれぞれ独立して、硬化性部位を有しない2価の有機基を表し、
    n1は、1以上50以下の整数であり、
    は、−O−、−S−、−NH−または単結合を表し、
    は、Rf−R−R(式中、Rf、R、およびRは、上記と同意義である)、1価の有機基または水素原子を表し、
    は、環構造、ヘテロ原子および/または官能基を有してもよい(n2+n3)価の有機基を表し、
    は、2価の有機基を表し、
    は、水素原子、塩素原子、フッ素原子、またはフッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表し、
    n2は、1以上3以下の整数であり、
    n3は、1以上3以下の整数である。]
    で表される少なくとも1種の含フッ素ポリマーである、請求項1に記載の組成物。
  3. 上記含フッ素ポリマー(A1)および(A2)が、それぞれ、以下の一般式(A1a)および(A2a):
    Figure 2014198818
    [式中、Rf、R、R、R、X、Z、およびn1は、請求項2の記載と同意義であり、
    gは0または1であり、
    hは1または2であり、
    q1は1以上5以下の整数である。]
    で表される少なくとも1種の含フッ素ポリマーである、請求項2に記載の組成物。
  4. 上記含フッ素ポリマー(A3)が:
    (a)ジイソシアネートを3量体化させたトリイソシアネートに存在するNCO基と、
    (b)下記式(a1)および/または(a2):
    Figure 2014198818
    [式中、Rf、R、Z、a、b、およびcは、請求項2の記載と同意義であり、
    gおよびhは、請求項3の記載と同意義である。]
    で表される少なくとも1種の活性水素含有化合物、および、下記式(a3):
    Figure 2014198818
    [式中、Xは、請求項2の記載と同意義であり、
    30は、2価の有機基である。]
    で表される少なくとも1種の活性水素含有化合物の活性水素を反応させることにより得られる少なくとも1種の含フッ素ポリマーである、請求項2または3に記載の組成物。
  5. Rfが、炭素数1〜16のパーフルオロアルキル基である、請求項2〜4のいずれかに記載の組成物。
  6. 上記含ケイ素ポリマー(B)が、以下の一般式(B1)および(B2)のいずれか:
    Figure 2014198818
    [式中、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R20、R21、R22、R23、R24およびR25は、それぞれ独立して、アルキル基またはアリール基を表し、
    18は、2価の有機基を表し、
    は、水素原子、塩素原子、フッ素原子、またはフッ素により置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基を表し、
    n4およびn5は、それぞれ独立して、1以上500以下の整数である。]
    で表される少なくとも1種の含ケイ素ポリマーである、請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  7. 上記含ケイ素ポリマー(B)が、500以上20,000以下の平均分子量を有する、請求項6に記載の組成物。
  8. 含フッ素ポリマー(A)を、含フッ素ポリマー(A)と含ケイ素ポリマー(B)の合計に対して60質量%以上含む、請求項1〜7のいずれかに記載の表面処理組成物。
  9. 更に、下記一般式(C):
    Figure 2014198818
    [式中、Rfは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1〜16のアルキル基を表し、
    Rf’は、水素原子、フッ素原子、または1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1〜16のアルキル基を表し、
    a’、b’、c’およびw’はそれぞれ独立して0以上300以下の整数であって、a’、b’、c’およびw’の和は少なくとも1であり、括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である。]
    で表される少なくとも1種の含フッ素オイルを、含フッ素ポリマー(A)と含フッ素オイル(C)の合計に対して40質量%以下含む、請求項1〜8のいずれかに記載の組成物。
  10. 溶剤を、含フッ素ポリマー(A)および含ケイ素ポリマー(B)、ならびに、存在する場合、含フッ素オイル(C)の合計100質量部に対して、5〜10,000質量部含有する、請求項1〜9のいずれかに記載の組成物。
  11. 活性エネルギー線硬化開始剤を含む請求項1〜10のいずれかに記載の組成物。
  12. 基材と、該基材の表面に請求項1〜11のいずれかに記載の組成物により形成された層とを含む物品。
  13. マトリックスを形成する組成物中、請求項1〜11のいずれかに記載の組成物を、マトリックスを形成する組成物と請求項1〜11のいずれかに記載の組成物の合計に対して0.01〜10質量%含有する硬化性組成物。
  14. 基材と、該基材の表面に請求項13に記載の硬化性組成物により形成された層とを含む物品。
  15. 上記物品が光学部材である、請求項12または14に記載の物品。
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