JP2016210821A - Composition for forming coating film and method of producing the same, and coating film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for forming a coating film, enabling a coating film having high hydrophilic property and oil repellency and excellent antifouling property to be formed without containing a linear perfluoroalkyl group having 8 or more carbon atoms which becomes a problem in terms of bioaccumulation potential and environmental adaptability.SOLUTION: The composition for forming a coating film is provided which contains: one or more kind of nitrogen-containing fluorine-based compound having a perfluoroalkyl group; an oxide fine particle having an average primary particle diameter of 2 to 50 nm, hydrolysate of silicon alkoxide and an organic solvent. In the composition for forming a coating film, a composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound in all solid component contained in the nitrogen-containing fluorine-based compound, the oxide fine particle and the hydrolysate of silicon alkoxide is 6 to 40 mass%, a composition ratio of the oxide fine particle is 40 to 90 mass% and a composition ratio of the hydrolysate of silicon alkoxide is 4 to 40 mass%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、被膜形成用組成物及びその製造方法、並びに被膜に関するものである。   The present invention relates to a film-forming composition, a method for producing the same, and a film.

透明性を有する材料(例えば、ガラス、プラスチック等)は、光学特性、軽量性や加工性に優れるため、液晶関連部材等の光学関連市場やフィルム市場において多くの需要が存在する。特に、液晶ディスプレイ等の表示画面では、主要材料として用いられている。   A material having transparency (for example, glass, plastic, etc.) is excellent in optical properties, lightness, and workability, and therefore, there is a great demand in the optical market such as liquid crystal related members and the film market. In particular, it is used as a main material in a display screen such as a liquid crystal display.

一方、液晶ディスプレイ等の表示画面には、反射防止効果や防汚効果等の各種機能を有することが望まれている。そのため、ディスプレイ等に用いる材料として、各種機能を有した膜を組み合わせて基材上に積層したものが知られている。   On the other hand, a display screen such as a liquid crystal display is desired to have various functions such as an antireflection effect and an antifouling effect. Therefore, as a material used for a display or the like, a material in which films having various functions are combined and laminated on a base material is known.

ところで、従来から、各種基材表面に汚れが付着し難く、かつ水洗にて簡単に汚れを落とせるようにするために、表面に親水撥油性を付与する技術、材料が多く提案されている。   By the way, conventionally, many techniques and materials for imparting hydrophilic oil repellency to the surface have been proposed in order to make it difficult for dirt to adhere to the surfaces of various substrates and to easily remove dirt by washing with water.

例えば、特許文献1には、フッ素系化合物とシランカップリング剤とを含み、撥水・撥油効果や親水・撥油効果に優れ、高い防汚効果を示す添加剤やコーティング剤等が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses an additive or coating agent that contains a fluorine-based compound and a silane coupling agent, is excellent in water / oil repellency and hydrophilic / oil repellency, and exhibits a high antifouling effect. ing.

特許第3342170号公報Japanese Patent No. 3342170

ところで、従来から、フルオロアルキル基含有のフッ素系化合物は、撥油性等の付与剤として様々な分野で使用され、とくに炭素数が8以上の直鎖状ペルフルオロアルキル基を含有するものが利用されてきた。   By the way, conventionally, fluoroalkyl group-containing fluorine-based compounds have been used in various fields as imparting agents such as oil repellency, and in particular, those containing a linear perfluoroalkyl group having 8 or more carbon atoms have been used. It was.

ところが、近年、ペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)やペルフルオロクタン酸(PFOA)は、安定な構造をしているために環境中で分解されにくく(難分解性)、毒性および環境・生体蓄積性が高いことが明らかとなった。そのため、炭素数が8以上の直鎖状ペルフルオロアルキル基を有する化合物は、その使用が制限されつつあるという課題があった。したがって、市場では、PFOSやPFOA構造を有しない、炭素数が6以下で可能な限り短鎖長のペルフルオロアルキル基を有する構造の材料が望まれているのが実情であった。   However, in recent years, perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) and perfluoroctanic acid (PFOA) are stable in the environment because of their stable structures (hardly decomposable), and have high toxicity and high environmental / bioaccumulative potential. It became clear. Therefore, there has been a problem that the use of a compound having a linear perfluoroalkyl group having 8 or more carbon atoms is being restricted. Therefore, the actual situation is that a material having a perfluoroalkyl group having a carbon number of 6 or less and a short chain length as much as possible is desired in the market without having a PFOS or PFOA structure.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、生体蓄積性や環境適応性の点で問題となる炭素数8以上の直鎖状ペルフルオロアルキル基を含有することなく、高い親水性及び撥油性と、優れた防汚性及び透明性とを有する被膜を形成することが可能な被膜形成用組成物を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and does not contain a linear perfluoroalkyl group having 8 or more carbon atoms, which is problematic in terms of bioaccumulation and environmental adaptability. It is an object of the present invention to provide a film-forming composition capable of forming a film having oil repellency and excellent antifouling properties and transparency.

また、本発明は、上記被膜形成用組成物を簡便かつ安全に調製することが可能な被膜形成用組成物の製造方法を提供することを課題とする。   Moreover, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the composition for film formation which can prepare the said composition for film formation simply and safely.

さらに、本発明は、高い親水性及び撥油性と、優れた防汚性及び透明性とを有する被膜を提供することを課題とする。   Furthermore, this invention makes it a subject to provide the film which has high hydrophilic property and oil repellency, and the outstanding antifouling property and transparency.

上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
[1] 下記式(1)〜(4)で示される、一種又は二種以上の含窒素フッ素系化合物と、
平均一次粒子径が2〜50nmの酸化物微粒子と、
ケイ素アルコキシドの加水分解物と、
有機溶媒と、を含み、
前記含窒素フッ素系化合物、前記酸化物微粒子及び前記ケイ素アルコキシドの加水分解物中に含まれる全固形成分中における、
前記含窒素フッ素系化合物の組成比が6〜40質量%であり、
前記酸化物微粒子の組成比が、40〜90質量%であり、
前記ケイ素アルコキシドの加水分解物の組成比が、4〜40質量%である、被膜形成用組成物。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.
[1] One or more nitrogen-containing fluorine-based compounds represented by the following formulas (1) to (4);
Oxide fine particles having an average primary particle diameter of 2 to 50 nm;
A hydrolyzate of silicon alkoxide;
An organic solvent,
In all solid components contained in the hydrolyzate of the nitrogen-containing fluorine-based compound, the oxide fine particles and the silicon alkoxide,
The composition ratio of the nitrogen-containing fluorine compound is 6 to 40% by mass,
The composition ratio of the oxide fine particles is 40 to 90% by mass,
The composition for film formation whose composition ratio of the hydrolyzate of the said silicon alkoxide is 4-40 mass%.

Figure 2016210821
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上記式(1)及び(2)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1〜6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Rfは、炭素数1〜6であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。 In the above formulas (1) and (2), Rf 1 and Rf 2 are the same or different from each other, each having 1 to 6 carbon atoms and a linear or branched perfluoroalkyl group. Rf 3 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms.

上記式(3)及び(4)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1〜6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Rfは、炭素数1〜6であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Zは、酸素原子、窒素原子、CF基又はCF基である。 In the above formulas (3) and (4), Rf 4 and Rf 5 are the same or different, each having 1 to 6 carbon atoms and a linear or branched perfluoroalkylene group. Rf 6 has 1 to 6 carbon atoms and is a linear or branched perfluoroalkylene group. Z is an oxygen atom, a nitrogen atom, a CF 2 group or a CF group.

また、上記式(2)及び(4)中、Rは、2価の有機基であって、直鎖状又は分岐状の連結基である。   In the above formulas (2) and (4), R is a divalent organic group and is a linear or branched linking group.

また、上記式(1)〜(4)中、Xは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性賦与基である。   Moreover, in said formula (1)-(4), X is any one hydrophilicity imparting group selected from the group which consists of an anionic type, a cationic type, and an amphoteric type.

[2] 前記ケイ素アルコキシドの加水分解物の平均分子量が、1×10以上2×10以下である、前項1に記載の被膜形成用組成物。
[3] 前記酸化物微粒子が、シリカ、ITO、及び、In、Sn、Zn、Ti又はWの酸化物から選ばれた群のうち、1種又は2種以上の混合物である、前項1又は2に記載の被膜形成用組成物。
[2] The film forming composition according to item 1, wherein the hydrolyzate of silicon alkoxide has an average molecular weight of 1 × 10 3 or more and 2 × 10 4 or less.
[3] The preceding item 1 or 2, wherein the oxide fine particles are one or a mixture of two or more selected from the group selected from silica, ITO, and oxides of In, Sn, Zn, Ti, or W. The composition for film formation as described in 2.

[4] 前項1乃至3のいずれか一項に記載の被膜形成用組成物の製造方法であって、
前記ケイ素アルコキシドから当該ケイ素アルコキシドの加水分解物を生成した後、前記有機溶媒に、前記含窒素フッ素系化合物と、前記酸化物微粒子と、生成した前記ケイ素アルコキシドの加水分解物と、を添加して混合する、被膜形成用組成物の製造方法。
[4] A method for producing a film-forming composition according to any one of items 1 to 3,
After producing a hydrolyzate of the silicon alkoxide from the silicon alkoxide, the nitrogen-containing fluorine-based compound, the oxide fine particles, and the produced hydrolyzate of the silicon alkoxide are added to the organic solvent. The manufacturing method of the composition for film formation to mix.

[5] 前項1乃至3のいずれか一項に記載の被膜形成用組成物の製造方法であって、
前記有機溶媒に、前記ケイ素アルコキシドと、前記含窒素フッ素系化合物と、前記酸化物微粒子と、を同時に添加して混合する、被膜形成用組成物の製造方法。
[5] A method for producing a film-forming composition according to any one of items 1 to 3,
The method for producing a film-forming composition, wherein the silicon alkoxide, the nitrogen-containing fluorine-based compound, and the oxide fine particles are simultaneously added to and mixed with the organic solvent.

[6] 前項1乃至3のいずれか一項に記載の被膜形成用組成物を用いて形成された、被膜。 [6] A film formed using the composition for forming a film according to any one of items 1 to 3.

本発明の被膜形成用組成物は、生体蓄積性や環境適応性の点で問題となる炭素数8以上の直鎖状ペルフルオロアルキル基を含有することなく、高い親水性及び撥油性と、優れた防汚性とを有する被膜を形成することが可能である。
また、本発明の被膜形成用組成物を用いて形成された被膜は、ヘイズ値が低く、優れた透明性有する。
The film-forming composition of the present invention has high hydrophilicity and oil repellency without containing a linear perfluoroalkyl group having 8 or more carbon atoms, which is problematic in terms of bioaccumulation and environmental adaptability. It is possible to form a film having antifouling properties.
Moreover, the film formed using the film forming composition of the present invention has a low haze value and excellent transparency.

本発明の被膜形成用組成物の製造方法は、上記被膜形成用組成物を簡便かつ安全に調製することが可能である。   The method for producing a film forming composition of the present invention can prepare the film forming composition simply and safely.

本発明の被膜は、高い親水性及び撥油性と、優れた防汚性とを有する。   The coating film of the present invention has high hydrophilicity and oil repellency and excellent antifouling properties.

以下、本発明を適用した一実施形態である被膜形成用組成物について、その製造方法及びこれを用いて形成した被膜ともに詳細に説明する。   Hereinafter, a film forming composition according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail together with the production method and a film formed using the same.

<被膜形成用組成物>
先ず、本実施形態の被膜形成用組成物(以下、単に、「組成物」ということもある)の構成について説明する。
本実施形態の組成物は、(A)ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(以下、単に、「含窒素フッ素系化合物」又は「成分(A)」、あるいは「親水撥油剤」ということもある)と、(B)平均一次粒子径が2〜50nmの酸化物微粒子(以下、「成分(B)」又は「酸化物ナノ粒子」ということもある)と、(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(以下、「成分(C)」ということもある)と、(D)有機溶媒(以下、「成分(D)」ということもある)と、を含んで概略構成されている。
<Coating composition>
First, the structure of the film forming composition of the present embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as “composition”) will be described.
The composition of this embodiment is also referred to as (A) a nitrogen-containing fluorine compound having a perfluoroamine structure (hereinafter simply referred to as “nitrogen-containing fluorine compound” or “component (A)”, or “hydrophilic oil repellent”). And (B) oxide fine particles having an average primary particle diameter of 2 to 50 nm (hereinafter sometimes referred to as “component (B)” or “oxide nanoparticles”), and (C) hydrolysis of silicon alkoxide Product (hereinafter also referred to as “component (C)”) and (D) an organic solvent (hereinafter also referred to as “component (D)”).

(A)含窒素フッ素系化合物
本実施形態の組成物に適用可能な(A)含窒素フッ素系化合物としては、分子中に撥油性付与基と親水性付与基とを含む親水撥油剤であれば、特に限定されるものではない。このような含窒素フッ素系化合物としては、具体的には、下記一般式(1)〜(4)で表すことができる。
(A) Nitrogen-containing fluorine-based compound (A) The nitrogen-containing fluorine-based compound that can be applied to the composition of the present embodiment is a hydrophilic oil-repellent agent that includes an oil-repellent group and a hydrophilic group in the molecule. There is no particular limitation. Specifically, such nitrogen-containing fluorine compounds can be represented by the following general formulas (1) to (4).

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ここで、上記式(1)及び(2)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基、Rfは、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。
Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1〜4であって直鎖状又は分枝状のペルフルオロアルキル基であることが好ましい。また、Rfは、炭素数1〜4であって、直鎖状又は分枝状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。
In the above formulas (1) and (2), Rf 1 and Rf 2 are the same or different perfluoroalkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and Rf 3 is a perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms. It may be linear or branched.
Rf 1 and Rf 2 are preferably the same or different from each other, and are each a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Rf 3 is preferably a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms.

また、上記式(3)及び(4)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基、Rfは、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。また、Zは、酸素原子、窒素原子、CF基又はCF基である。また、Zが窒素原子又は炭素原子の場合、Zから分岐したペルフルオロアルキル基が当該Zに結合していてもよい。
Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1〜4であって直鎖状又は分枝状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。また、Rfは、炭素数1〜4であって、直鎖状又は分枝状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。
In the above formulas (3) and (4), Rf 4 and Rf 5 are the same or different perfluoroalkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and Rf 6 is a perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms. It may be linear or branched. Z is an oxygen atom, a nitrogen atom, a CF 2 group or a CF group. When Z is a nitrogen atom or a carbon atom, a perfluoroalkyl group branched from Z may be bonded to Z.
Rf 4 and Rf 5 are preferably the same or different from each other, and are each a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms. Rf 6 has 1 to 4 carbon atoms, and is preferably a linear or branched perfluoroalkylene group.

また、上記式(2)及び(4)中、Rは、2価の有機基であって、直鎖状又は分岐状の連結基であり、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される1種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。   In the above formulas (2) and (4), R is a divalent organic group, which is a linear or branched linking group, and an ether bond, ester bond, amide bond and One or more bonds selected from urethane bonds may or may not be included.

また、上記式(1)〜(4)中、Xは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性付与基である。   Moreover, in said formula (1)-(4), X is any one hydrophilicity provision group selected from the group which consists of an anionic type, a cationic type, and an amphoteric type.

また、本実施形態の組成物は、上記式(1)〜(4)で示される含窒素フッ素系化合物からなる群から選ばれる一種又は二種以上を含む混合物を、(A)含窒素フッ素系化合物(親水撥油剤)として用いてもよい。
以下、(A)含窒素フッ素系化合物について、詳細に説明する。
Moreover, the composition of this embodiment is a mixture containing one or more selected from the group consisting of nitrogen-containing fluorine-based compounds represented by the above formulas (1) to (4). It may be used as a compound (hydrophilic oil repellent).
Hereinafter, (A) the nitrogen-containing fluorine-based compound will be described in detail.

「直鎖状の含窒素フッ素系化合物」
上記式(1)又は上記式(2)に示す、直鎖状(又は分岐状)の含窒素フッ素系化合物では、RfとRfからなる含窒素ペルフルオロアルキル基およびRfからなる含窒素ペルフルオロアルキレン基が、撥油性付与基を構成する。
また、上記式(1)又は上記式(2)に示す含窒素フッ素系化合物では、上記撥油性付与基であるRf〜Rf中の、フッ素が結合した炭素数の合計が4〜18個の範囲であることが好ましい。フッ素が結合した炭素数が4未満であると、撥油効果が不十分であるために好ましくない。
"Linear nitrogen-containing fluorine compounds"
In the linear (or branched) nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (1) or (2), a nitrogen-containing perfluoroalkyl group composed of Rf 1 and Rf 2 and a nitrogen-containing perfluoro composed of Rf 3 The alkylene group constitutes an oil repellency imparting group.
Further, in the above formula (1) or the formula nitrogen-containing fluorine compound shown in (2), in Rf 1 ~Rf 3 is the oil repellency imparting group, the total carbon number of fluorine is bonded is 4 to 18 pieces It is preferable to be in the range. If the number of carbons to which fluorine is bonded is less than 4, it is not preferable because the oil repellent effect is insufficient.

上記式(1)又は上記式(2)中の上記撥油性付与基の構造の具体例としては、例えば、下記式(5)〜(22)の構造が挙げられる。   Specific examples of the structure of the oil repellency-imparting group in the formula (1) or the formula (2) include the structures of the following formulas (5) to (22).

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ここで、上記式(2)中、Rは、分子鎖中において撥油性付与基と親水性付与基とを繋ぐ連結基である。連結基Rの構造は、直鎖状又は分岐状の、2価の有機基であれば特に限定されるものではない。また、連結基Rは、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される1種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。   Here, in the above formula (2), R is a linking group that connects the oil repellency-imparting group and the hydrophilicity-imparting group in the molecular chain. The structure of the linking group R is not particularly limited as long as it is a linear or branched divalent organic group. The linking group R may or may not contain one or more types of bonds selected from ether bonds, ester bonds, amide bonds and urethane bonds in the molecular chain.

具体的には、例えば、連結基Rは、炭素数1〜20の炭化水素基であってもよいし、ポリオキシアルキレン基及びエポキシ基から選択される1種以上を含んでいてもよい。   Specifically, for example, the linking group R may be a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or may contain one or more selected from a polyoxyalkylene group and an epoxy group.

また、連結基Rは、分子鎖中に、二元共重合体又は三元共重合体以上のポリマーを有していてもよい。   Further, the linking group R may have a polymer of a binary copolymer or a terpolymer in the molecular chain.

ここで、上記式(2)において、連結基Rの分子鎖中に三元共重合体を有する場合の一例について、下記一般式(23)に示す。   Here, in the above formula (2), an example in the case of having a terpolymer in the molecular chain of the linking group R is shown in the following general formula (23).

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上記一般式(23)中、R10は、水素原子又はメチル基である。また、o,p,qは、それぞれ独立した1以上の整数である。X、Xは、互いに異なる親水性付与基である。さらに、R11は、共重合体の主鎖と撥油性付与基とを繋ぐ2価の有機基であり、エーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される1種以上の結合を含む。更にまた、共重合体の主鎖と親水性付与基とを繋ぐ2価の有機基である、R12、R13があってもよいし、エーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される1種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。 In the general formula (23), R 10 is a hydrogen atom or a methyl group. Further, o, p, and q are independent integers of 1 or more. X 1 and X 2 are different hydrophilicity-imparting groups. Furthermore, R 11 is a divalent organic group that connects the main chain of the copolymer and the oil repellency-imparting group, and includes at least one bond selected from an ether bond, an ester bond, an amide bond, and a urethane bond. . Furthermore, there may be R 12 and R 13 which are divalent organic groups that connect the main chain of the copolymer and the hydrophilicity-imparting group, and may be selected from an ether bond, an ester bond, an amide bond, and a urethane bond. One or more types of bonds may or may not be included.

なお、連結基Rは、親水撥油剤に付与したい特性に応じて、適宜選択して導入することが好ましい。具体的には、例えば、溶媒への溶解性を調整したい場合、表面被覆材と基材との密着性を改善して耐久性を向上させたい場合、親水撥油剤と樹脂成分等との相溶性を向上させたい場合等が挙げられる。その方法としては、分子間相互作用に影響を及ぼす極性基の有無や種類を調整する、直鎖状又は分岐構造とした炭化水素基の鎖長を調整する、基材や樹脂成分に含まれる化学構造の一部と類似の構造を導入する、などがある。   The linking group R is preferably selected and introduced as appropriate depending on the properties desired to be imparted to the hydrophilic oil repellent. Specifically, for example, to adjust the solubility in a solvent, to improve the durability by improving the adhesion between the surface coating material and the base material, the compatibility between the hydrophilic oil repellent and the resin component, etc. The case where it wants to improve is mentioned. The methods include adjusting the chain length of hydrocarbon groups in a linear or branched structure, adjusting the presence or type of polar groups that affect intermolecular interactions, and the chemicals contained in the substrate and resin components. For example, a structure similar to a part of the structure is introduced.

また、上記式(1)又は上記式(2)中、Xは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性付与基である。
以下、親水性付与基Xを場合分けして、親水撥油剤の構造を説明する。
In the formula (1) or the formula (2), X is any one hydrophilicity-providing group selected from the group consisting of an anionic type, a cationic type and an amphoteric type.
Hereinafter, the structure of the hydrophilic lube repellant will be described by dividing the hydrophilicity imparting group X into cases.

[アニオン型]
親水性付与基Xがアニオン型である場合、上記Xは、末端に「−CO」、「−SO」、「−OSO」、「−OP(OH)O」、「−OPO 」又は「=OPO」(Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Mg、Al、R;R〜Rは水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1〜20までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基)を有する。
[Anion type]
In the case where the hydrophilicity-imparting group X is an anionic type, the above X is “—CO 2 M 1 ”, “—SO 3 M 1 ”, “—OSO 2 M 1 ”, “—OP (OH) O 2” at the terminal. M 1 ”,“ —OPO 3 M 1 2 ”or“ ═O 2 PO 2 M 1 ”(M 1 is an alkali metal, an alkaline earth metal, Mg, Al, R 1 R 2 R 3 R 4 N + ; R 1 to R 4 each have a hydrogen atom or an independent linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.

アルカリ金属としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、セシウム(Cs)が挙げられる。また、アルカリ土類金属しては、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)が挙げられる。   Examples of the alkali metal include lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), and cesium (Cs). Examples of the alkaline earth metal include calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba).

また、第4級アンモニウム塩(R)としては、R〜Rが水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1〜20までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基であれば、特に限定されるものではない。より具体的には、Rが全て同じ化合物としては、例えば、(CH、(C、(C、(C、(C11、(C13、(C15、(C17、(C19、(C1021等が挙げられる。また、Rが全てメチル基の場合としては、例えば、Rが(C)、(C13)、(C17)、(C19)、(C1021)、(C1225)、(C1429)、(C1633)、(C1837)等の化合物が挙げられる。さらに、Rが全てメチル基の場合としては、例えば、Rが全て(C17)、(C1021)、(C1225)、(C1429)、(C1633)、(C1837)等の化合物が挙げられる。更にまた、Rがメチル基の場合としては、例えば、Rが全て(C)、(C17)等の化合物が挙げられる。 As the quaternary ammonium salt (R 1 R 2 R 3 R 4 N +), a straight-chain or branched alkyl group R 1 to R 4 is up to 1 to 20 carbon atoms which independently hydrogen atom or each If there is, it will not be specifically limited. More specifically, examples of the compound in which R 1 R 2 R 3 R 4 are all the same include (CH 3 ) 4 N + , (C 2 H 5 ) 4 N + , and (C 3 H 7 ) 4 N +. , (C 4 H 9 ) 4 N + , (C 5 H 11 ) 4 N + , (C 6 H 13 ) 4 N + , (C 7 H 15 ) 4 N + , (C 8 H 17 ) 4 N + , (C 9 H 19 ) 4 N + , (C 10 H 21 ) 4 N + and the like. In addition, when R 1 R 2 R 3 is all a methyl group, for example, R 4 is (C 2 H 5 ), (C 6 H 13 ), (C 8 H 17 ), (C 9 H 19 ), Examples of the compound include (C 10 H 21 ), (C 12 H 25 ), (C 14 H 29 ), (C 16 H 33 ), and (C 18 H 37 ). Further, when all of R 1 R 2 are methyl groups, for example, all of R 3 R 4 are (C 8 H 17 ), (C 10 H 21 ), (C 12 H 25 ), (C 14 H 29 ). , (C 16 H 33 ), (C 18 H 37 ) and the like. Furthermore, examples of the case where R 1 is a methyl group include compounds in which R 2 R 3 R 4 are all (C 4 H 9 ), (C 8 H 17 ), and the like.

ところで、水と接触させて使用するような用途においては、水に対する耐久性や親水撥油効果の持続性を有することが望まれる。上記観点から、本実施形態の親水撥油剤は、水への溶解性が低い難溶性化合物であることが望ましい。すなわち、本実施形態の親水撥油剤は、親水性付与基Xがアニオン型である場合、対イオンである上記Mが、アルカリ土類金属やMg、Alであることが好ましく、特にCa、Ba、Mgが親水撥油性に優れ、水への溶解度が低いことから好ましい。 By the way, in an application that is used in contact with water, it is desired to have durability against water and durability of a hydrophilic oil repellent effect. From the above viewpoint, the hydrophilic oil repellent of the present embodiment is desirably a hardly soluble compound having low solubility in water. That is, in the hydrophilic oil repellent of the present embodiment, when the hydrophilicity imparting group X is an anion type, the M 1 as a counter ion is preferably an alkaline earth metal, Mg, or Al, particularly Ca, Ba. Mg is preferred because of its excellent hydrophilic oil repellency and low solubility in water.

ここで、親水性付与基Xがアニオン型である場合、上記式(1)又は上記式(2)で示される含窒素フッ素系化合物の構造の具体例(但し、対イオンであるMの構造を除く)としては、例えば、下記式(24)〜(80)の構造が挙げられる。 Here, when the hydrophilicity-imparting group X is an anionic type, a specific example of the structure of the nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (1) or the above formula (2) (however, the structure of M 1 which is a counter ion) For example, the structures of the following formulas (24) to (80) may be mentioned.

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[カチオン型]
親水性付与基Xがカチオン型である場合、上記Xは、末端に「−N・Cl」、「−N・Br」、「−N・I」、「−N・CHSO 」、「−N・NO 」、「(−NCO 2−」又は「(−NSO 2−」(R〜Rは水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1〜20までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基)を有する。
[Cation type]
In the case where the hydrophilicity-imparting group X is a cationic type, the above X has “—N + R 5 R 6 R 7 .Cl ”, “—N + R 5 R 6 R 7 .Br ”, “— N + R 5 R 6 R 7 · I - "" - N + R 5 R 6 R 7 · CH 3 SO 3 - , "" - N + R 5 R 6 R 7 · NO 3 - "," (- N + R 5 R 6 R 7 ) 2 CO 3 2- "or" (-N + R 5 R 6 R 7) 2 SO 4 2- "(R 5 to R 7 is C 1 -C independent hydrogen atom or each Up to 20 linear or branched alkyl groups).

ここで、親水性付与基Xがカチオン型である場合、上記式(1)又は上記式(2)で示される含窒素フッ素系化合物の構造の具体例としては、例えば、下記式(81)〜(109)の構造が挙げられる。   Here, when the hydrophilicity imparting group X is a cationic type, specific examples of the structure of the nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (1) or the above formula (2) include, for example, the following formulas (81) to The structure of (109) is mentioned.

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[両性型]
親水性付与基Xが両性型である場合、上記Xは、末端に、カルボキシベタイン型の「−N(CHCO 」、スルホベタイン型の「−N(CHSO 」又はアミンオキシド型の「−N」(nは1〜5の整数、R、Rは水素原子または炭素数1〜10のアルキル基)を有する。
[Bisexual type]
When the hydrophilicity-imparting group X is an amphoteric type, the above X is at the end of the carboxybetaine type “—N + R 8 R 9 (CH 2 ) n CO 2 ”, and the sulfobetaine type “—N + R”. 8 R 9 (CH 2 ) n SO 3 ”or“ —N + R 8 R 9 O ”of the amine oxide type (n is an integer of 1 to 5, R 8 and R 9 are a hydrogen atom or a carbon number of 1 to 10 alkyl groups).

ここで、親水性付与基Xが両性型である場合、上記式(1)又は上記式(2)で示される含窒素フッ素系化合物の構造の具体例としては、例えば、下記式(110)〜(121)の構造が挙げられる。   Here, when the hydrophilicity imparting group X is an amphoteric type, specific examples of the structure of the nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (1) or the above formula (2) include, for example, the following formulas (110) to 110 The structure of (121) is mentioned.

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なお、本発明に用いる親水撥油剤は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した含窒素フッ素系化合物の構造の具体例においては、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性付与基として、式(1)及び式(2)中に示すRf及びRfが対称である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、非対称であってもよい。 The hydrophilic oil repellent used in the present invention can be variously modified without departing from the gist of the present invention. For example, in the specific example of the structure of the nitrogen-containing fluorine-based compound described above, Rf 1 and Rf 2 shown in Formula (1) and Formula (2) are symmetrical as the oil repellency-imparting group composed of a nitrogen-containing perfluoroalkyl group. Although a certain case has been described, the present invention is not limited to this and may be asymmetric.

次に、上記式(1)又は上記式(2)に示す含窒素フッ素系化合物の製造方法について説明する。
上記式(1)又は上記式(2)に示す含窒素フッ素系化合物の製造方法は、下記式(122)で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物又はスルホン酸ハロゲン化物を原料として、上記式(1)及び上記式(2)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する。
Next, the manufacturing method of the nitrogen-containing fluorine-type compound shown to the said Formula (1) or the said Formula (2) is demonstrated.
The method for producing a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (1) or the above formula (2) uses a carboxylic acid halide or sulfonic acid halide having a nitrogen-containing perfluoroalkyl group represented by the following formula (122) as a raw material. The nitrogen-containing fluorine-type compound shown to the said Formula (1) and the said Formula (2) is manufactured.

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ここで、上記式(122)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基、Rfは、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。
Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1〜4であって直鎖状又は分枝状のペルフルオロアルキル基であることが好ましい。また、Rfは、炭素数1〜4であって、直鎖状又は分枝状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。
また、Yは、CO又はSOである。
さらに、Aは、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群から選択されるいずれか1のハロゲン原子である。
Here, in the above formula (122), Rf 1 and Rf 2 are the same or different C 1-6 perfluoroalkyl groups, and Rf 3 is a C 1-6 perfluoroalkylene group, It may be chain or branched.
Rf 1 and Rf 2 are preferably the same or different from each other, and are each a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Rf 3 is preferably a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms.
Y is CO or SO 2 .
Furthermore, A is any one halogen atom selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine.

なお、当該含窒素フッ素系化合物の製造方法は、上記式(1)及び上記式(2)中に示すXの種類により異なる製造方法となる。以下に、場合分けして説明する。   In addition, the manufacturing method of the said nitrogen-containing fluorine-type compound becomes a different manufacturing method by the kind of X shown in the said Formula (1) and said Formula (2). In the following, description will be made for each case.

[アニオン型の場合]
先ず、上記式(1)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する場合について説明する。
上記式(122)に示す原料のうち、YがCOの場合(カルボン酸系の場合)は水溶液化したM(OH)(MはLi,Na,K,Ca,Mg,Al等、mは、Li,Na,K等1価カチオンの場合は1、Ca,Mg等2価カチオンの場合は2、Al等3価カチオンの場合は3)へ、YがSOの場合(スルホン酸系の場合)は水溶液化したM(OH)(MはLi,Na,K,R,Ca,Mg,Al等、mは、Li,Na,K等1価カチオンの場合は1、Ca,Mg等2価カチオンの場合は2、Al等3価カチオンの場合は3、R〜Rは水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1〜20までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基)へ、それぞれ滴下して中和反応させた後に乾固し、目的物が可溶かつ副生するM(A)、M(A)またはM(A)が不溶の溶媒を用いて乾固して得た個体から目的物を抽出し、さらにこの抽出溶媒を乾固することにより、目的物を得ることができる。必要に応じて、この塩を硫酸等の酸を用いてカルボン酸またはスルホン酸に変換し、蒸留した後に再度M(OH)で所望の塩にすることで、高純度化することも可能である。
[In case of anion type]
First, the case where the nitrogen-containing fluorine-type compound shown to said Formula (1) is manufactured is demonstrated.
Among the raw materials represented by the above formula (122), when Y is CO (in the case of carboxylic acid), M (OH) m (M is Li, Na, K, Ca, Mg, Al, etc.), m is , 1 in the case of monovalent cations such as Li, Na, K, 2 in the case of divalent cations such as Ca, Mg, and 3 in the case of trivalent cations such as Al, and when Y is SO 2 (sulfonic acid type In the case) M (OH) m (M is Li, Na, K, R 1 R 2 R 3 R 4 N + , Ca, Mg, Al, etc.), m is a monovalent cation such as Li, Na, K, etc. In the case of 1, 2 in the case of divalent cations such as Ca and Mg, 3 in the case of trivalent cations such as Al, R 1 to R 4 are each a hydrogen atom or an independent straight chain or branched chain having 1 to 20 carbon atoms. Each alkyl group) is added dropwise to the neutralization reaction, and then dried to dryness, so that the target product is soluble and by-product That M (A), by M (A) 2 or M (A) 3 extracts the desired product from an individual obtained by dryness using a solvent-insoluble, yet the extraction solvent to dryness, the purpose You can get things. If necessary, this salt can be converted to carboxylic acid or sulfonic acid using an acid such as sulfuric acid, and after distillation, the salt can be purified again with M (OH) m to obtain a high purity. is there.

次に、上記式(2)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する場合について説明する。
具体的には、例えば、撥油性付与基(含窒素ペルフルオロアルキル基)とアニオン型の親水性付与基との間に、アミド結合を有する連結基Rを導入する場合、先ず、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、アミノアルキルカルボン酸やアミノフェニルスルホン酸とを反応させて、次に、水酸化アルカリと反応させることにより、アミド結合を有するカルボン酸又はスルホン酸のアルカリ金属塩が得られる。
Next, the case where the nitrogen-containing fluorine-type compound shown to said Formula (2) is manufactured is demonstrated.
Specifically, for example, when a linking group R having an amide bond is introduced between an oil repellency-imparting group (nitrogen-containing perfluoroalkyl group) and an anionic hydrophilicity-imparting group, first, nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl is introduced. An alkali metal salt of a carboxylic acid or sulfonic acid having an amide bond is obtained by reacting fluoride or sulfonyl fluoride with aminoalkyl carboxylic acid or aminophenyl sulfonic acid and then reacting with alkali hydroxide. It is done.

また、例えば、撥油性付与基(含窒素ペルフルオロアルキル基)とアニオン型の親水性付与基との間に、エステル結合を有する連結基Rを導入する場合、先ず、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、ヒドロキシフェニル有機酸とを反応させて、次に、水酸化アルカリと反応させることにより、エステル結合を有するカルボン酸又はスルホン酸のアルカリ金属塩が得られる。   Further, for example, when a linking group R having an ester bond is introduced between an oil repellency-imparting group (nitrogen-containing perfluoroalkyl group) and an anionic hydrophilicity-imparting group, first, nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or A sulfonyl fluoride is reacted with a hydroxyphenyl organic acid and then reacted with an alkali hydroxide to obtain an alkali metal salt of a carboxylic acid or sulfonic acid having an ester bond.

また、例えば、撥油性付与基(含窒素ペルフルオロアルキル基)とアニオン型の親水性付与基との間に、エーテル結合を有する連結基Rを導入する場合、先ず、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリドを水素化アルミニウムリチウム(LiAlH)や水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)で還元して、含窒素ペルフルオロアルキル基を持つアルコールを生成する。次いで、t−ブトキシカリウム等でカリウムアルコラートにしてから、ハロゲン化有機酸の金属塩と反応させることにより、エーテル結合を持つカルボン酸のアルカリ金属塩が得られる。 For example, when a linking group R having an ether bond is introduced between an oil repellency-imparting group (nitrogen-containing perfluoroalkyl group) and an anionic hydrophilicity-imparting group, first, a nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride is introduced. Reduction with lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ) or sodium borohydride (NaBH 4 ) produces an alcohol having a nitrogen-containing perfluoroalkyl group. Next, after converting to potassium alcoholate with t-butoxypotassium or the like and reacting with a metal salt of a halogenated organic acid, an alkali metal salt of a carboxylic acid having an ether bond is obtained.

[カチオン型の場合]
具体的には、例えば、上記式(122)に示す原料のうち、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、N,N−ジアルキルアミノアルキレンアミンとをアミド結合させて末端第3級アミンにした後、ヨウ化メチル(CHI)や臭化メチル(CHBr)、ジメチル硫酸((CHSO)等のアルキル化剤によって第4級化することにより、カチオン型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
[Cation type]
Specifically, for example, among the raw materials represented by the above formula (122), a nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or sulfonyl fluoride and an N, N-dialkylaminoalkyleneamine are amide-bonded to form a terminal tertiary amine. And then quaternized with an alkylating agent such as methyl iodide (CH 3 I), methyl bromide (CH 3 Br), dimethyl sulfate ((CH 3 ) 2 SO 4 ), and the like. A nitrogen-containing fluorine-based compound having a hydrophilicity imparting group is obtained.

また、例えば、上記式(122)に示す原料のうち、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、N,N−ジアルキルアミノアルキレンアルコールとをエーテル結合させて末端第3級アミンにした後、ヨウ化メチル(CHI)や臭化メチル(CHBr)、ジメチル硫酸((CHSO)等のアルキル化剤によって第4級化することにより、カチオン型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。 Further, for example, among the raw materials represented by the above formula (122), after nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or sulfonyl fluoride and N, N-dialkylaminoalkylene alcohol are ether-bonded to form a terminal tertiary amine Quaternization with an alkylating agent such as methyl iodide (CH 3 I), methyl bromide (CH 3 Br), dimethyl sulfate ((CH 3 ) 2 SO 4 ), etc. to impart cationic hydrophilicity A nitrogen-containing fluorine-based compound having a group is obtained.

[両性型の場合]
具体的には、例えば、カルボキシベタインタイプの場合、先ず、上記式(122)に示す原料のうち、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、N,N−ジアルキルアミノアルキレンアミンとをアミド結合させて、または、N,N−ジアルキルアミノアルキレンアルコールとエーテル結合させて、末端第3級アミンにした後、モノクロル酢酸ナトリウムと反応させることにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
[Bisexual type]
Specifically, for example, in the case of the carboxybetaine type, first, among the raw materials represented by the above formula (122), nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or sulfonyl fluoride and N, N-dialkylaminoalkyleneamine are amides. Nitrogen-containing fluorine having an amphoteric hydrophilicity-imparting group by bonding or ether-bonding with N, N-dialkylaminoalkylene alcohol to form a terminal tertiary amine and then reacting with sodium monochloroacetate Series compounds are obtained.

また、例えば、スルホベタインタイプの場合、上述したように末端第3級アミンにした後、1,3−プロパンスルトン等に代表される環状スルホン酸エステル化合物と反応させることにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。   Also, for example, in the case of sulfobetaine type, after forming a terminal tertiary amine as described above, it is reacted with a cyclic sulfonic acid ester compound typified by 1,3-propane sultone, etc. A nitrogen-containing fluorine-based compound having an imparting group is obtained.

また、例えば、アミンオキシドタイプの場合、上述したように末端第3級アミンにした後、過酸化水素と反応させることにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。   In addition, for example, in the case of an amine oxide type, a nitrogen-containing fluorine-based compound having an amphoteric hydrophilicity-imparting group can be obtained by making a terminal tertiary amine as described above and then reacting with hydrogen peroxide.

「環状の含窒素フッ素系化合物」
上記式(3)又は上記式(4)に示す、環状の含窒素フッ素系化合物では、Rf、RfおよびRfからなる含窒素ペルフルオロアルキレン基、さらにはZが、撥油性付与基を構成する。
また、上記式(3)又は上記式(4)に示す含窒素フッ素系化合物では、上記撥油性付与基であるRf〜Rf及びZ中の、フッ素が結合した炭素数の合計が4〜18個の範囲であることが好ましい。フッ素が結合した炭素数が4未満であると、撥油効果が不十分であるために好ましくない。
"Cyclic nitrogen-containing fluorine compounds"
In the cyclic nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (3) or the above formula (4), a nitrogen-containing perfluoroalkylene group composed of Rf 4 , Rf 5 and Rf 6 and further Z constitutes an oil repellency-imparting group. To do.
Further, in the above formula (3) or the formula (4) nitrogen-containing fluorine compound shown, of the repellent Rf 4 ~Rf 6 and wherein Z is an oily imparting group, the total carbon number of fluorine is bonded is 4 A range of 18 is preferred. If the number of carbons to which fluorine is bonded is less than 4, it is not preferable because the oil repellent effect is insufficient.

上記式(3)又は上記式(4)中の上記撥油性付与基の構造の具体例としては、例えば、下記式(123)〜(141)の構造が挙げられる。   Specific examples of the structure of the oil repellency-imparting group in the formula (3) or the formula (4) include structures of the following formulas (123) to (141).

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ここで、上記式(4)中、Rは、分子鎖中において撥油性付与基と親水性付与基とを繋ぐ連結基である。連結基Rの構造は、直鎖状又は分岐状の、2価の有機基であれば特に限定されるものではない。また、連結基Rは、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される1種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。   Here, in the above formula (4), R is a linking group that connects the oil repellency-imparting group and the hydrophilicity-imparting group in the molecular chain. The structure of the linking group R is not particularly limited as long as it is a linear or branched divalent organic group. The linking group R may or may not contain one or more types of bonds selected from ether bonds, ester bonds, amide bonds and urethane bonds in the molecular chain.

具体的には、例えば、連結基Rは、炭素数1〜20の炭化水素基であってもよいし、ポリオキシアルキレン基及びエポキシ基から選択される1種以上を含んでいてもよい。   Specifically, for example, the linking group R may be a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or may contain one or more selected from a polyoxyalkylene group and an epoxy group.

また、連結基Rは、分子鎖中に、二元共重合体又は三元共重合体以上のポリマーを有していてもよい。   Further, the linking group R may have a polymer of a binary copolymer or a terpolymer in the molecular chain.

ここで、上記式(4)において、連結基Rの分子鎖中に三元共重合体を有する場合の一例について、下記式(142)に示す。   Here, in the above formula (4), an example in the case of having a terpolymer in the molecular chain of the linking group R is shown in the following formula (142).

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上記式(142)中、R10は、水素原子又はメチル基である。また、o,p,qは、それぞれ独立した1以上の整数である。X、Xは、互いに異なる親水性付与基である。さらに、R11は、共重合体の主鎖と撥油性付与基とを繋ぐ2価の有機基であり、エーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される1種以上の結合を含む。更にまた、共重合体の主鎖と親水性付与基とを繋ぐ2価の有機基である、R12、R13があってもよいし、エーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される1種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。 In the formula (142), R 10 is a hydrogen atom or a methyl group. Further, o, p, and q are independent integers of 1 or more. X 1 and X 2 are different hydrophilicity-imparting groups. Furthermore, R 11 is a divalent organic group that connects the main chain of the copolymer and the oil repellency-imparting group, and includes at least one bond selected from an ether bond, an ester bond, an amide bond, and a urethane bond. . Furthermore, there may be R 12 and R 13 which are divalent organic groups that connect the main chain of the copolymer and the hydrophilicity-imparting group, and may be selected from an ether bond, an ester bond, an amide bond, and a urethane bond. One or more types of bonds may or may not be included.

なお、連結基Rは、親水撥油剤に付与したい特性に応じて、適宜選択して導入することが好ましい。具体的には、例えば、溶媒への溶解性を調整したい場合、表面被覆材と基材との密着性を改善して耐久性を向上させたい場合、親水撥油剤と樹脂成分等との相溶性を向上させたい場合等が挙げられる。その方法としては、分子間相互作用に影響を及ぼす極性基の有無や種類を調整する、直鎖状又は分岐構造とした炭化水素基の鎖長を調整する、基材や樹脂成分に含まれる化学構造の一部と類似の構造を導入する、などがある。   The linking group R is preferably selected and introduced as appropriate depending on the properties desired to be imparted to the hydrophilic oil repellent. Specifically, for example, to adjust the solubility in a solvent, to improve the durability by improving the adhesion between the surface coating material and the base material, the compatibility between the hydrophilic oil repellent and the resin component, etc. The case where it wants to improve is mentioned. The methods include adjusting the chain length of hydrocarbon groups in a linear or branched structure, adjusting the presence or type of polar groups that affect intermolecular interactions, and the chemicals contained in the substrate and resin components. For example, a structure similar to a part of the structure is introduced.

また、上記式(3)又は上記式(4)中、Xは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性付与基である。
以下、親水性付与基Xを場合分けして、親水撥油剤の構造を説明する。
Moreover, in said formula (3) or said formula (4), X is any one hydrophilicity imparting group selected from the group which consists of an anionic type, a cationic type, and an amphoteric type.
Hereinafter, the structure of the hydrophilic lube repellant will be described by dividing the hydrophilicity imparting group X into cases.

[アニオン型]
親水性付与基Xがアニオン型である場合、上記Xは、末端に「−CO」、「−SO」、「−OSO」、「−OP(OH)O」、「−OPO 」又は「=OPO」(Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Mg、Al、R;R〜Rは水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1〜20までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基)を有する。
[Anion type]
In the case where the hydrophilicity-imparting group X is an anionic type, the above X is “—CO 2 M 1 ”, “—SO 3 M 1 ”, “—OSO 2 M 1 ”, “—OP (OH) O 2” at the terminal. M 1 ”,“ —OPO 3 M 1 2 ”or“ ═O 2 PO 2 M 1 ”(M 1 is an alkali metal, an alkaline earth metal, Mg, Al, R 1 R 2 R 3 R 4 N + ; R 1 to R 4 each have a hydrogen atom or an independent linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.

アルカリ金属としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、セシウム(Cs)が挙げられる。また、アルカリ土類金属しては、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)が挙げられる。   Examples of the alkali metal include lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), and cesium (Cs). Examples of the alkaline earth metal include calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba).

また、第4級アンモニウム塩(R)としては、R〜Rが水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1〜20までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基であれば、特に限定されるものではない。より具体的には、Rが全て同じ化合物としては、例えば、(CH、(C、(C、(C、(C11、(C13、(C15、(C17、(C19、(C1021等が挙げられる。また、Rが全てメチル基の場合としては、例えば、Rが(C)、(C13)、(C17)、(C19)、(C1021)、(C1225)、(C1429)、(C1633)、(C1837)等の化合物が挙げられる。さらに、Rが全てメチル基の場合としては、例えば、Rが全て(C17)、(C1021)、(C1225)、(C1429)、(C1633)、(C1837)等の化合物が挙げられる。更にまた、Rがメチル基の場合としては、例えば、Rが全て(C)、(C17)等の化合物が挙げられる。 As the quaternary ammonium salt (R 1 R 2 R 3 R 4 N +), a straight-chain or branched alkyl group R 1 to R 4 is up to 1 to 20 carbon atoms which independently hydrogen atom or each If there is, it will not be specifically limited. More specifically, examples of the compound in which R 1 R 2 R 3 R 4 are all the same include (CH 3 ) 4 N + , (C 2 H 5 ) 4 N + , and (C 3 H 7 ) 4 N +. , (C 4 H 9 ) 4 N + , (C 5 H 11 ) 4 N + , (C 6 H 13 ) 4 N + , (C 7 H 15 ) 4 N + , (C 8 H 17 ) 4 N + , (C 9 H 19 ) 4 N + , (C 10 H 21 ) 4 N + and the like. In addition, when R 1 R 2 R 3 is all a methyl group, for example, R 4 is (C 2 H 5 ), (C 6 H 13 ), (C 8 H 17 ), (C 9 H 19 ), Examples of the compound include (C 10 H 21 ), (C 12 H 25 ), (C 14 H 29 ), (C 16 H 33 ), and (C 18 H 37 ). Further, when all of R 1 R 2 are methyl groups, for example, all of R 3 R 4 are (C 8 H 17 ), (C 10 H 21 ), (C 12 H 25 ), (C 14 H 29 ). , (C 16 H 33 ), (C 18 H 37 ) and the like. Furthermore, examples of the case where R 1 is a methyl group include compounds in which R 2 R 3 R 4 are all (C 4 H 9 ), (C 8 H 17 ), and the like.

ところで、水と接触させて使用するような用途においては、水に対する耐久性や親水撥油効果の持続性を有することが望まれる。上記観点から、本実施形態の親水撥油剤は、水への溶解性が低い難溶性化合物であることが望ましい。すなわち、本実施形態の親水撥油剤は、親水性付与基Xがアニオン型である場合、対イオンである上記Mが、アルカリ土類金属やMg、Alであることが好ましく、特にCa、Ba、Mgが親水撥油性に優れ、水への溶解度が低いことから好ましい。 By the way, in an application that is used in contact with water, it is desired to have durability against water and durability of a hydrophilic oil repellent effect. From the above viewpoint, the hydrophilic oil repellent of the present embodiment is desirably a hardly soluble compound having low solubility in water. That is, in the hydrophilic oil repellent of the present embodiment, when the hydrophilicity imparting group X is an anion type, the M 1 as a counter ion is preferably an alkaline earth metal, Mg, or Al, particularly Ca, Ba. Mg is preferred because of its excellent hydrophilic oil repellency and low solubility in water.

ここで、親水性付与基Xがアニオン型である場合、上記式(3)又は上記式(4)で示される含窒素フッ素系化合物の構造の具体例(但し、対イオンであるMの構造を除く)としては、例えば、下記式(143)〜(196)の構造が挙げられる。 Here, when the hydrophilicity-imparting group X is an anionic type, a specific example of the structure of the nitrogen-containing fluorine compound represented by the above formula (3) or the above formula (4) (however, the structure of M 1 which is a counter ion) For example, the structures of the following formulas (143) to (196) may be mentioned.

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[カチオン型]
親水性付与基Xがカチオン型である場合、上記Xは、末端に「−N・Cl」、「−N・Br」、「−N・I」、「−N・CHSO 」、「−N・NO 」、「(−NCO 2−」又は「(−NSO 2−」(R〜Rは水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1〜20までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基)を有する。
[Cation type]
In the case where the hydrophilicity-imparting group X is a cationic type, the above X has “—N + R 5 R 6 R 7 .Cl ”, “—N + R 5 R 6 R 7 .Br ”, “— N + R 5 R 6 R 7 · I - "" - N + R 5 R 6 R 7 · CH 3 SO 3 - , "" - N + R 5 R 6 R 7 · NO 3 - "," (- N + R 5 R 6 R 7 ) 2 CO 3 2- "or" (-N + R 5 R 6 R 7) 2 SO 4 2- "(R 5 to R 7 is C 1 -C independent hydrogen atom or each Up to 20 linear or branched alkyl groups).

ここで、親水性付与基Xがカチオン型である場合、上記式(3)又は上記式(4)で示される含窒素フッ素系化合物の構造の具体例としては、例えば、下記式(197)〜(219)の構造が挙げられる。   Here, when the hydrophilicity imparting group X is a cation type, specific examples of the structure of the nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (3) or the above formula (4) include, for example, the following formulas (197) to (197): The structure of (219) is mentioned.

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[両性型]
親水性付与基Xが両性型である場合、上記Xは、末端に、カルボキシベタイン型の「−N(CHCO 」、スルホベタイン型の「−N(CHSO 」又はアミンオキシド型の「−N」(nは1〜5の整数、R、Rは水素原子または炭素数1〜10のアルキル基)を有する。
[Bisexual type]
When the hydrophilicity-imparting group X is an amphoteric type, the above X is at the end of the carboxybetaine type “—N + R 8 R 9 (CH 2 ) n CO 2 ”, and the sulfobetaine type “—N + R”. 8 R 9 (CH 2 ) n SO 3 ”or“ —N + R 8 R 9 O ”of the amine oxide type (n is an integer of 1 to 5, R 8 and R 9 are a hydrogen atom or a carbon number of 1 to 10 alkyl groups).

ここで、親水性付与基Xが両性型である場合、上記式(3)又は上記式(4)で示される含窒素フッ素系化合物の構造の具体例としては、例えば、下記式(220)〜(242)の構造が挙げられる。   Here, when the hydrophilicity imparting group X is an amphoteric type, specific examples of the structure of the nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (3) or the above formula (4) include, for example, the following formulas (220) to The structure of (242) is mentioned.

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なお、本発明に用いる親水撥油剤は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した含窒素フッ素系化合物の構造の具体例においては、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性付与基として、式(3)及び式(4)中に示すRf及びRfがZを挟んで対称である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、非対称であってもよい。 The hydrophilic oil repellent used in the present invention can be variously modified without departing from the gist of the present invention. For example, in the specific example of the structure of the nitrogen-containing fluorine-based compound described above, Rf 4 and Rf 5 shown in formulas (3) and (4) represent Z as the oil repellency imparting group composed of a nitrogen-containing perfluoroalkyl group. Although the description has been made with respect to the case of being symmetric, it is not limited to this and may be asymmetrical.

次に、上記式(3)又は上記式(4)に示す含窒素フッ素系化合物の製造方法について説明する。
上記式(3)又は上記式(4)に示す含窒素フッ素系化合物の製造方法は、下記式(243)で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物又はスルホン酸ハロゲン化物を原料として、上記式(3)又は上記式(4)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する。
Next, the manufacturing method of the nitrogen-containing fluorine-type compound shown to the said Formula (3) or the said Formula (4) is demonstrated.
The method for producing a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (3) or the above formula (4) uses a carboxylic acid halide or sulfonic acid halide having a nitrogen-containing perfluoroalkyl group represented by the following formula (243) as a raw material. The nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (3) or the above formula (4) is produced.

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ここで、上記式(243)中、Rf、Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分岐状であってもよい。
Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1〜4であって直鎖状又は分枝状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。また、Rfは、炭素数1〜4であって、直鎖状又は分枝状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。
Zは、酸素原子、窒素原子、CF基又はCF基である。また、Zが窒素原子又は炭素原子の場合、Zから分岐したペルフルオロアルキル基が当該Zに結合していてもよい。
また、Yは、CO又はSOである。
さらに、Aは、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群から選択されるいずれか1のハロゲン原子である。
Here, in the above formula (243), Rf 4 , Rf 5 and Rf 6 are the same or different C 1-6 perfluoroalkylene groups, and may be linear or branched.
Rf 4 and Rf 5 are preferably the same or different from each other, and are each a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms. Rf 6 has 1 to 4 carbon atoms, and is preferably a linear or branched perfluoroalkylene group.
Z is an oxygen atom, a nitrogen atom, a CF 2 group or a CF group. When Z is a nitrogen atom or a carbon atom, a perfluoroalkyl group branched from Z may be bonded to Z.
Y is CO or SO 2 .
Furthermore, A is any one halogen atom selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine.

なお、当該含窒素フッ素系化合物の製造方法は、上記式(3)及び上記式(4)中に示すXの種類により異なる製造方法となる。以下に、場合分けして説明する。   In addition, the manufacturing method of the said nitrogen-containing fluorine-type compound becomes a manufacturing method which changes with kinds of X shown in the said Formula (3) and said Formula (4). In the following, description will be made for each case.

[アニオン型の場合]
先ず、上記式(3)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する場合について説明する。
上記式(243)に示す原料のうち、YがCOの場合(カルボン酸系の場合)は水溶液化したM(OH)(MはLi,Na,K,Ca,Mg,Al等、mは、Li,Na,K等1価カチオンの場合は1、Ca,Mg等2価カチオンの場合は2、Al等3価カチオンの場合は3)へ、YがSOの場合(スルホン酸系の場合)は水溶液化したM(OH)(MはLi,Na,K,R,Ca,Mg,Al等、mは、Li,Na,K等1価カチオンの場合は1、Ca,Mg等2価カチオンの場合は2、Al等3価カチオンの場合は3、R〜Rは水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1〜20までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基)へ、それぞれ滴下して中和反応させた後に乾固し、目的物が可溶かつ副生するM(A)、M(A)またはM(A)が不溶の溶媒を用いて乾固して得た個体から目的物を抽出し、さらにこの抽出溶媒を乾固することにより、目的物を得ることができる。必要に応じて、この塩を硫酸等の酸を用いてカルボン酸またはスルホン酸に変換し、蒸留した後に再度M(OH)で所望の塩にすることで、高純度化することも可能である。
[In case of anion type]
First, the case where the nitrogen-containing fluorine-type compound shown to said Formula (3) is manufactured is demonstrated.
Among the raw materials represented by the above formula (243), when Y is CO (in the case of a carboxylic acid type), M (OH) m (M is Li, Na, K, Ca, Mg, Al, etc.), , 1 in the case of monovalent cations such as Li, Na, K, 2 in the case of divalent cations such as Ca, Mg, and 3 in the case of trivalent cations such as Al, and when Y is SO 2 (sulfonic acid type In the case) M (OH) m (M is Li, Na, K, R 1 R 2 R 3 R 4 N + , Ca, Mg, Al, etc.), m is a monovalent cation such as Li, Na, K, etc. In the case of 1, 2 in the case of divalent cations such as Ca and Mg, 3 in the case of trivalent cations such as Al, R 1 to R 4 are each a hydrogen atom or an independent straight chain or branched chain having 1 to 20 carbon atoms. Each alkyl group) is added dropwise to the neutralization reaction, and then dried to dryness, so that the target product is soluble and by-product That M (A), by M (A) 2 or M (A) 3 extracts the desired product from an individual obtained by dryness using a solvent-insoluble, yet the extraction solvent to dryness, the purpose You can get things. If necessary, this salt can be converted to carboxylic acid or sulfonic acid using an acid such as sulfuric acid, and after distillation, the salt can be purified again with M (OH) m to obtain a high purity. is there.

次に、上記式(4)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する場合について説明する。
具体的には、例えば、撥油性付与基(含窒素ペルフルオロアルキル基)とアニオン型の親水性付与基との間に、アミド結合を有する連結基Rを導入する場合、先ず、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、アミノアルキルカルボン酸やアミノフェニルスルホン酸とを反応させて、次に、水酸化アルカリと反応させることにより、アミド結合を有するカルボン酸又はスルホン酸のアルカリ金属塩が得られる。
Next, the case where the nitrogen-containing fluorine-type compound shown to said Formula (4) is manufactured is demonstrated.
Specifically, for example, when a linking group R having an amide bond is introduced between an oil repellency-imparting group (nitrogen-containing perfluoroalkyl group) and an anionic hydrophilicity-imparting group, first, nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl is introduced. An alkali metal salt of a carboxylic acid or sulfonic acid having an amide bond is obtained by reacting fluoride or sulfonyl fluoride with aminoalkyl carboxylic acid or aminophenyl sulfonic acid and then reacting with alkali hydroxide. It is done.

また、例えば、撥油性付与基(含窒素ペルフルオロアルキル基)とアニオン型の親水性付与基との間に、エステル結合を有する連結基Rを導入する場合、先ず、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、ヒドロキシフェニル有機酸とを反応させて、次に、水酸化アルカリと反応させることにより、エステル結合を有するカルボン酸又はスルホン酸のアルカリ金属塩が得られる。   Further, for example, when a linking group R having an ester bond is introduced between an oil repellency-imparting group (nitrogen-containing perfluoroalkyl group) and an anionic hydrophilicity-imparting group, first, nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or A sulfonyl fluoride is reacted with a hydroxyphenyl organic acid and then reacted with an alkali hydroxide to obtain an alkali metal salt of a carboxylic acid or sulfonic acid having an ester bond.

また、例えば、撥油性付与基(含窒素ペルフルオロアルキル基)とアニオン型の親水性付与基との間に、エーテル結合を有する連結基Rを導入する場合、先ず、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリドを水素化アルミニウムリチウム(LiAlH)や水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)で還元して、含窒素ペルフルオロアルキル基を持つアルコールを生成する。次いで、t−ブトキシカリウム等でカリウムアルコラートにしてから、ハロゲン化有機酸の金属塩と反応させることにより、エーテル結合を持つカルボン酸のアルカリ金属塩が得られる。 For example, when a linking group R having an ether bond is introduced between an oil repellency-imparting group (nitrogen-containing perfluoroalkyl group) and an anionic hydrophilicity-imparting group, first, a nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride is introduced. Reduction with lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ) or sodium borohydride (NaBH 4 ) produces an alcohol having a nitrogen-containing perfluoroalkyl group. Next, after converting to potassium alcoholate with t-butoxypotassium or the like and reacting with a metal salt of a halogenated organic acid, an alkali metal salt of a carboxylic acid having an ether bond is obtained.

[カチオン型の場合]
具体的には、例えば、上記式(243)に示す原料のうち、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、N,N−ジアルキルアミノアルキレンアミンとをアミド結合させて末端第3級アミンにした後、ヨウ化メチル(CHI)や臭化メチル(CHBr)、ジメチル硫酸((CHSO)等のアルキル化剤によって第4級化することにより、カチオン型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
[Cation type]
Specifically, for example, among the raw materials represented by the above formula (243), a nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or sulfonyl fluoride and an N, N-dialkylaminoalkyleneamine are amide-bonded to form a terminal tertiary amine. And then quaternized with an alkylating agent such as methyl iodide (CH 3 I), methyl bromide (CH 3 Br), dimethyl sulfate ((CH 3 ) 2 SO 4 ), and the like. A nitrogen-containing fluorine-based compound having a hydrophilicity imparting group is obtained.

また、例えば、上記式(243)に示す原料のうち、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、N,N−ジアルキルアミノアルキレンアルコールとをエーテル結合させて末端第3級アミンにした後、ヨウ化メチル(CHI)や臭化メチル(CHBr)、ジメチル硫酸((CHSO)等のアルキル化剤によって第4級化することにより、カチオン型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。 Also, for example, among the raw materials represented by the above formula (243), after nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or sulfonyl fluoride and N, N-dialkylaminoalkylene alcohol are ether-bonded to form a terminal tertiary amine Quaternization with an alkylating agent such as methyl iodide (CH 3 I), methyl bromide (CH 3 Br), dimethyl sulfate ((CH 3 ) 2 SO 4 ), etc. to impart cationic hydrophilicity A nitrogen-containing fluorine-based compound having a group is obtained.

[両性型の場合]
具体的には、例えば、カルボキシベタインタイプの場合、先ず、上記式(243)に示す原料のうち、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、N,N−ジアルキルアミノアルキレンアミンとをアミド結合させて、または、N,N−ジアルキルアミノアルキレンアルコールとエーテル結合させて、末端第3級アミンにした後、モノクロル酢酸ナトリウムと反応させることにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
[Bisexual type]
Specifically, for example, in the case of the carboxybetaine type, first, among the raw materials represented by the above formula (243), nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or sulfonyl fluoride and N, N-dialkylaminoalkyleneamine are amides. Nitrogen-containing fluorine having an amphoteric hydrophilicity-imparting group by bonding or ether-bonding with N, N-dialkylaminoalkylene alcohol to form a terminal tertiary amine and then reacting with sodium monochloroacetate Series compounds are obtained.

また、例えば、スルホベタインタイプの場合、上述したように末端第3級アミンにした後、1,3−プロパンスルトン等に代表される環状スルホン酸エステル化合物と反応させることにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。   Also, for example, in the case of sulfobetaine type, after forming a terminal tertiary amine as described above, it is reacted with a cyclic sulfonic acid ester compound typified by 1,3-propane sultone, etc. A nitrogen-containing fluorine-based compound having an imparting group is obtained.

また、例えば、アミンオキシドタイプの場合、上述したように末端第3級アミンにした後、過酸化水素と反応させることにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。   In addition, for example, in the case of an amine oxide type, a nitrogen-containing fluorine-based compound having an amphoteric hydrophilicity-imparting group can be obtained by making a terminal tertiary amine as described above and then reacting with hydrogen peroxide.

なお、本実施形態の濾材に用いる、上述した親水撥油剤の構造の具体例は一例であって、本発明の技術範囲は上記具体例に限定されるものではない。すなわち、本実施形態で用いる親水撥油剤は、各種の撥油性付与基と、アニオン型、カチオン型及び両性型のいずれかの親水性付与基と、を分子中に少なくともそれぞれ1以上有していればよい。   In addition, the specific example of the structure of the hydrophilic oil repellent mentioned above used for the filter medium of this embodiment is an example, Comprising: The technical scope of this invention is not limited to the said specific example. That is, the hydrophilic oil repellent used in this embodiment may have at least one or more of various oil repellency imparting groups and one or more hydrophilic imparting groups of anionic type, cationic type or amphoteric type in the molecule. That's fine.

また、上述した親水撥油剤は、夫々単独で親水撥油性を充分発揮するが、実用環境は、酸、アルカリ、油等を含み千差万別であり、実用的な耐久性を加味した場合、親水撥油剤を適宜組み合わせて、実際環境に対する耐久性を高めることが、望ましい。   In addition, the above-described hydrophilic oil repellents each exhibit sufficient hydrophilic oil repellency, but the practical environment includes a variety of acids, alkalis, oils, and the like, and when considering practical durability, It is desirable to increase durability against the actual environment by appropriately combining hydrophilic oil repellents.

なお、上述した親水撥油剤は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態の親水撥油剤は、分子中に同一又は異なる撥油性付与基を2以上有していてもよい。さらに、分子中に撥油性付与基を2以上有する場合、分子鎖の末端に設けられていてもよいし、分子鎖中に設けられていてもよい。
また、親水撥油剤は、分子中に同一又は異なる親水性付与基を2以上有していてもよい。
さらに、親水撥油剤は、連結基中に同一又は異なる結合を2以上有していてもよい。さらに、連結基がポリマー型である場合、ユニットの繰り返し数や結合順序は特に限定されない。
The hydrophilic oil repellent described above can be variously modified without departing from the gist of the present invention. For example, the hydrophilic oil repellent of this embodiment may have two or more oil repellency imparting groups in the molecule. Further, when the molecule has two or more oil repellency-imparting groups, it may be provided at the end of the molecular chain or may be provided in the molecular chain.
The hydrophilic oil repellent may have two or more hydrophilicity imparting groups that are the same or different in the molecule.
Furthermore, the hydrophilic oil repellent may have two or more bonds that are the same or different in the linking group. Furthermore, when the linking group is a polymer type, the number of repeating units and the bonding order are not particularly limited.

(B)酸化物微粒子
本実施形態の組成物に適用可能な(B)酸化物微粒子としては、平均一次粒子径が2〜50nmの酸化物微粒子(酸化物ナノ粒子)であれば、特に限定されるものではない。このような酸化物微粒子としては、具体的には、例えば、シリカ、ITO(Indium Tin Oxide)、及び、In、Sn、Zn、Ti又はWの酸化物等が挙げられる。より具体的には、酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO,SnO,SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化チタン(TiO)、酸化タングステン(WO)等が挙げられる。
(B) Oxide fine particles (B) Oxide fine particles applicable to the composition of the present embodiment are not particularly limited as long as they are oxide fine particles (oxide nanoparticles) having an average primary particle diameter of 2 to 50 nm. It is not something. Specific examples of such oxide fine particles include silica, ITO (Indium Tin Oxide), and oxides of In, Sn, Zn, Ti, or W. More specifically, indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO, SnO 2 , SnO 3 ), zinc oxide (ZnO), titanium oxide (TiO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), and the like can be given. .

ここで、例えば、酸化物微粒子として、シリカを用いた場合、本実施形態の組成物を用いて形成した被膜は、塗膜の硬さや透明性が高く、膜が低屈折率となり光の透過性が向上する。   Here, for example, when silica is used as the oxide fine particles, the film formed using the composition of the present embodiment has high hardness and transparency of the coating film, and the film has a low refractive index so that light transmission is possible. Will improve.

また、チタニアを用いた場合、本実施形態の組成物を用いて形成した被膜は、光触媒機能によるセルフクリーニング機能を有し、高屈折率の膜となる。   When titania is used, the film formed using the composition of the present embodiment has a self-cleaning function based on a photocatalytic function and becomes a high refractive index film.

また、ITOを用いた場合、本実施形態の組成物を用いて形成した被膜に、導電性による帯電防止機能を付与することができる。   Moreover, when ITO is used, the antistatic function by electroconductivity can be provided to the film formed using the composition of this embodiment.

なお、本明細書において、酸化物微粒子の平均一次粒子径とは、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope; TEM)で観察した粒子形状の内、200点の粒子サイズを画像解析により測定したものの平均値をいう。   In this specification, the average primary particle diameter of the oxide fine particles is an average of 200 particle sizes measured by image analysis among particle shapes observed with a transmission electron microscope (TEM). Value.

また、酸化物微粒子の形状は、球状、異方性のある扁平形状、数珠状に繋がった形状、球状粒子が不定型に繋がった形状等であってもよい。その際、酸化物微粒子の平均一次粒子径は、上述したTEM観察の際の画像解析により、球状に近似した際の大きさをいうものとする。   The shape of the oxide fine particles may be spherical, an anisotropic flat shape, a shape connected in a bead shape, a shape in which spherical particles are connected to an indeterminate shape, or the like. At that time, the average primary particle diameter of the oxide fine particles refers to a size approximated to a spherical shape by the image analysis in the above-described TEM observation.

酸化物微粒子の平均一次粒子径は、2〜50nmの範囲が好ましく、5〜35nmの範囲がより好ましい。酸化物微粒子の平均一次粒子径が2nm以上であると、安定に存在する酸化物微粒子を入手することができるために好ましい。また、酸化物微粒子の平均一次粒子径が50nm以下であると、組成物を成膜した際の膜の透明性が高くなるために好ましい。   The average primary particle diameter of the oxide fine particles is preferably in the range of 2 to 50 nm, and more preferably in the range of 5 to 35 nm. It is preferable that the average primary particle diameter of the oxide fine particles is 2 nm or more, because oxide fine particles that exist stably can be obtained. Moreover, when the average primary particle diameter of the oxide fine particles is 50 nm or less, the transparency of the film when the composition is formed is preferably increased.

これに対して、酸化物微粒子の平均一次粒子径が50nmを超えると、凝集粒子が出来た際の二次粒子径が容易に200nmを超えてしまうため、可視光領域のサイズに入り、曇りとして観察されるために好ましくない。   On the other hand, if the average primary particle diameter of the oxide fine particles exceeds 50 nm, the secondary particle diameter when the aggregated particles are formed easily exceeds 200 nm. It is not preferable because it is observed.

また、酸化物微粒子としては、上述に列挙された群から選ばれる一種又は二種以上を含む混合物を、(B)酸化物微粒子(酸化物ナノ粒子)として用いてもよい。   In addition, as the oxide fine particles, a mixture containing one or more selected from the group listed above may be used as (B) oxide fine particles (oxide nanoparticles).

(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物
本実施形態の組成物に適用可能な(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物としては、被膜形成用組成物を用いた膜形成の際の反応性の速さと、得られる被膜の硬度を保持することができるものであれば、特に限定されるものではない。このようなケイ素アルコキシドの加水分解物としては、具体的には、下記一般式(244)に示すケイ素アルコキシドの加水分解(縮合)によって生成したものが挙げられる。なお、下記式(244)中、R14は、炭素数1〜5のアルキル基を表す。
Si(OR14 ・・・(244)
(C) Hydrolyzate of silicon alkoxide As a hydrolyzate of (C) silicon alkoxide applicable to the composition of the present embodiment, the speed of reactivity during film formation using the film-forming composition, There is no particular limitation as long as the hardness of the resulting coating can be maintained. Specific examples of such a hydrolyzate of silicon alkoxide include those produced by hydrolysis (condensation) of silicon alkoxide represented by the following general formula (244). In the following formula (244), R 14 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
Si (OR 14 ) 4 (244)

ここで、本実施形態の組成物において、(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物を用いる理由は、上述したように膜形成時の反応性の速さと、この組成物から得られる被膜の硬度を保持するためである。例えば、炭素原子数が6以上のアルキル基を有するケイ素アルコキシドの加水分解物では、加水分解反応が遅く、製造に時間がかかり、また得られた組成物を塗布して得られる膜の硬度が下がる場合があるため、好ましくない。   Here, in the composition of the present embodiment, the reason for using the hydrolyzate of (C) silicon alkoxide is that, as described above, the reactivity during film formation and the hardness of the film obtained from this composition are maintained. It is to do. For example, a hydrolyzate of a silicon alkoxide having an alkyl group having 6 or more carbon atoms has a slow hydrolysis reaction, takes a long time for production, and decreases the hardness of a film obtained by applying the obtained composition. Since there is a case, it is not preferable.

上記式(244)に示すケイ素アルコキシドとしては、具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等が挙げられる。これらのうち、被膜を形成した際に、硬度が高い膜が得られることから、テトラメトキシシラン及びテトラエトキシシランが好ましい。   Specific examples of the silicon alkoxide represented by the above formula (244) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, Examples include vinyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, and phenyltriethoxysilane. Of these, tetramethoxysilane and tetraethoxysilane are preferable because a film having high hardness is obtained when the coating is formed.

また、本実施形態の組成物においては、(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物の平均分子量が、1×10以上2×10以下であることが好ましい。ここで、上記平均分子量が1×10未満であると、当該組成物を用いて基材の表面に被膜を形成する際に膜厚が得られにくく、基材との密着力が得られないために好ましくない。一方、上記平均分子量が2×10を超えると、当該組成物が高い粘度となり、塗膜形成の用途に適さないために好ましくない。これに対して、ケイ素アルコキシドの加水分解物の平均分子量が上記範囲内であると、被膜の膜厚の調整が容易であり、基材と被膜との間に十分な密着力が得られるとともに、塗布性に優れ、塗膜形成の際に取扱いが容易となるために好ましい。 Moreover, in the composition of this embodiment, it is preferable that the average molecular weight of the hydrolyzate of (C) silicon alkoxide is 1 × 10 3 or more and 2 × 10 4 or less. Here, when the average molecular weight is less than 1 × 10 3, it is difficult to obtain a film thickness when a film is formed on the surface of the substrate using the composition, and an adhesion force to the substrate cannot be obtained. Therefore, it is not preferable. On the other hand, when the average molecular weight exceeds 2 × 10 4 , the composition has a high viscosity, which is not suitable for coating film formation. On the other hand, when the average molecular weight of the hydrolyzate of silicon alkoxide is within the above range, it is easy to adjust the film thickness of the coating, and sufficient adhesion between the substrate and the coating can be obtained. It is preferable because it is excellent in coating properties and can be easily handled during the formation of a coating film.

なお、ケイ素アルコキシドの加水分解物の平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography)によって分子量を測定することにより、確認することができる。具体的には、LC10AD(島津製作所社製)を用い、測定カラムには、ガードカラム及び、LF804(昭和電工社製)を利用するとともに、測定温度は40℃、移動相にはTHF、分子量測定の標準物質にはポリスチレン(PS)の各分子量(5.0×10、1.99×10、5.97×10、9.11×10、3.79×10、9.64×10)を使用して、分子量を測定する。 In addition, the average molecular weight of the hydrolyzate of silicon alkoxide can be confirmed by measuring the molecular weight by GPC (Gel Permeation Chromatography). Specifically, LC10AD (manufactured by Shimadzu Corporation) is used, a guard column and LF804 (manufactured by Showa Denko KK) are used as the measurement column, the measurement temperature is 40 ° C., the mobile phase is THF, and the molecular weight is measured. Standard materials of polystyrene (PS) have molecular weights (5.0 × 10 2 , 1.99 × 10 3 , 5.97 × 10 3 , 9.11 × 10 3 , 3.79 × 10 4 , 9. The molecular weight is measured using 64 × 10 4 ).

「ケイ素アルコキシドの加水分解物の製造方法」
次に、上述した(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物の製造方法の一例について説明する。上記式(244)に示すケイ素アルコキシドの加水分解物を生成させるには、有機溶媒中において、これらを加水分解(縮合)させる。具体的には、ケイ素アルコキシドの加水分解物の場合、ケイ素アルコキシド1質量部に対して、好ましくは水を0.5〜2.0質量部、無機酸又は有機酸を0.005〜0.5質量部、有機溶媒を1.0〜5.0質量部の割合で混合し、ケイ素アルコキシドの加水分解反応を進行させることで得られる。
“Method for producing hydrolyzate of silicon alkoxide”
Next, an example of a method for producing the hydrolyzate of (C) silicon alkoxide described above will be described. In order to produce a hydrolyzate of silicon alkoxide represented by the above formula (244), these are hydrolyzed (condensed) in an organic solvent. Specifically, in the case of a hydrolyzate of silicon alkoxide, water is preferably 0.5 to 2.0 parts by mass, and inorganic acid or organic acid is 0.005 to 0.5 parts per 1 part by mass of silicon alkoxide. It is obtained by mixing a mass part and an organic solvent in the ratio of 1.0-5.0 mass parts, and advancing the hydrolysis reaction of a silicon alkoxide.

ここで、水の割合を上記範囲とすることが好ましい理由は、水の割合が下限値未満では加水分解反応が十分に進行しにくい場合があり、被膜の硬度が下がるためである。一方、上限値を超えると、加水分解反応中に反応液がゲル化する等の不具合が生じる場合があるためである。また、基板との密着性が低下する場合がある。このうち、水の割合は、0.8〜3.0質量部とすることが特に好ましい。また、水としては、不純物の混入防止のため、イオン交換水や純水等を使用することが望ましい。   Here, the reason why the ratio of water is preferably within the above range is that if the ratio of water is less than the lower limit value, the hydrolysis reaction may not proceed sufficiently, and the hardness of the coating will decrease. On the other hand, if the upper limit value is exceeded, problems such as gelation of the reaction solution may occur during the hydrolysis reaction. In addition, the adhesion with the substrate may be reduced. Among these, it is especially preferable that the ratio of water shall be 0.8-3.0 mass parts. Moreover, as water, it is desirable to use ion exchange water, pure water, etc. in order to prevent mixing of impurities.

無機酸又は有機酸は、ケイ素アルコキシドの加水分解反応を促進させるための酸性触媒として機能する。無機酸又は有機酸としては、塩酸、硝酸又はリン酸等の無機酸、ギ酸、シュウ酸又は酢酸等の有機酸が挙げられる。このうち、無機酸としては硝酸を、有機酸としてはギ酸を使用することが特に好ましい。   An inorganic acid or an organic acid functions as an acidic catalyst for promoting the hydrolysis reaction of silicon alkoxide. Examples of the inorganic acid or organic acid include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid, and organic acids such as formic acid, oxalic acid, and acetic acid. Among these, it is particularly preferable to use nitric acid as the inorganic acid and formic acid as the organic acid.

硝酸は、塩酸や硫酸等の他の無機酸とは異なり、鉱酸の中では塩素や硫黄成分等の電子部品に対する悪影響となる可能性がある成分が少ないために好ましい。触媒として硝酸を用いた場合、少量での反応性の高さゆえに、透明性に優れた膜を形成し易いという効果が得られる。   Unlike other inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, nitric acid is preferred because there are few components that can adversely affect electronic components such as chlorine and sulfur components in mineral acids. When nitric acid is used as a catalyst, an effect that it is easy to form a film having excellent transparency can be obtained because of high reactivity in a small amount.

ギ酸を触媒として用いることによって、透明性に優れた膜を形成しやすいために好ましい。また、触媒としてギ酸を用いた場合、他の触媒を使用した用いた場合に比べて、成膜後の膜中において不均一なゲル化の促進を防止する効果がより高い。   It is preferable to use formic acid as a catalyst because a film having excellent transparency can be easily formed. In addition, when formic acid is used as a catalyst, the effect of preventing the promotion of non-uniform gelation in the film after film formation is higher than when using other catalysts.

また、無機酸又は有機酸の割合を上記範囲とすることが好ましい理由は、無機酸又は有機酸の割合が下限値未満では反応性に乏しいために、硬度の高い膜が形成されにくく、一方、上限値を超えても反応性に影響はないが、残留する酸による塗布基材の腐食等の不具合が生じる場合があるからである。このうち、無機酸又は有機酸の割合は、0.008〜0.2質量部とすることが特に好ましい。   In addition, the reason why the ratio of the inorganic acid or organic acid is preferably within the above range is that the ratio of the inorganic acid or organic acid is less than the lower limit value, and thus the film having high hardness is difficult to be formed. This is because even if the upper limit is exceeded, there is no effect on the reactivity, but problems such as corrosion of the coated substrate due to residual acid may occur. Among these, it is particularly preferable that the ratio of the inorganic acid or the organic acid is 0.008 to 0.2 parts by mass.

有機溶媒としては、アルコール、グリコールエーテル、又はグリコールエーテルアセテートを使用することが好ましい。有機溶媒として、これらのアルコール、グリコールエーテル又はグリコールエーテルアセテートを使用することが好ましい理由は、組成物の塗布性向上のためであり、また、例えばケイ素アルコキドとの混合がしやすいためである。   As the organic solvent, alcohol, glycol ether, or glycol ether acetate is preferably used. The reason why it is preferable to use these alcohols, glycol ethers or glycol ether acetates as the organic solvent is to improve the applicability of the composition and to facilitate mixing with, for example, silicon alkoxide.

アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール(IPA)等が挙げられる。また、グリコールエーテルとしては、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチ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メチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチ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エチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル等が挙げられる。また、グリコールエーテルアセテートとしては、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチ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メチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチ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エチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノベンジルエーテル等が挙げられる。   Examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol (IPA) and the like. As glycol ethers, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether Etc. As glycol ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether Examples include acetate, dipropylene glycol monoethyl ether acetate, polyethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monobenzyl ether and the like.

これらのうち、加水分解反応の制御がしやすく、また膜形成時に良好な塗布性が得られることから、エタノール、IPA、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチ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メチルエーテル又はプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が、特に好ましい。   Of these, the hydrolysis reaction is easy to control and good coating properties can be obtained during film formation, so ethanol, IPA, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether or propylene glycol monomethyl Ether acetate and the like are particularly preferable.

有機溶媒の割合を上記範囲とすることが好ましい理由は、有機溶媒の割合が下限値未満では加水分解反応中に反応液がゲル化する不具合が生じやすく、透明性に優れた膜が得られにくいためである。また、基板との密着性も低下する場合がある。一方、上限値を超えると加水分解の反応性が低下する等の不具合が生じることで、十分な硬度の膜が得られないためである。このうち、有機溶媒の割合は、1.5〜3.5質量部とすることが特に好ましい。   The reason why the ratio of the organic solvent is preferably within the above range is that when the ratio of the organic solvent is less than the lower limit, the reaction solution is likely to be gelled during the hydrolysis reaction, and it is difficult to obtain a film with excellent transparency. Because. In addition, the adhesion to the substrate may be reduced. On the other hand, if the upper limit is exceeded, problems such as a decrease in hydrolysis reactivity occur, and a film having sufficient hardness cannot be obtained. Among these, the ratio of the organic solvent is particularly preferably 1.5 to 3.5 parts by mass.

なお、ケイ素アルコキシドの加水分解物の平均分子量は、ケイ素アルコキシドの量(すなわち、SiOの固形分)、水の量、硝酸量、エタノール等の溶媒の量、第1液と第2液を混合した後の温度、高温での保持時間等の条件を適宜選択することにより、制御することができる。 In addition, the average molecular weight of the hydrolyzate of silicon alkoxide is the amount of silicon alkoxide (that is, the solid content of SiO 2 ), the amount of water, the amount of nitric acid, the amount of solvent such as ethanol, and the first and second liquids are mixed. The temperature can be controlled by appropriately selecting conditions such as the temperature after holding and the holding time at a high temperature.

(D)有機溶媒
本実施形態の組成物は、塗布にふさわしい粘度への調整のため、(A)含窒素フッ素系化合物及び(B)酸化物微粒子の分散状態を維持するため、並びに(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物の加水分解反応を抑制するために、(D)有機溶媒を含んで構成されている。なお、被膜形成用組成物中に(D)有機溶媒が含まれない系では、ケイ素アルコキシドの加水分解速度が速く、直ぐにゲル化による固形物が生成してしまう。また、当該被膜形成用組成物を用いて被膜を形成した際、(A)含窒素フッ素系化合物及び(B)酸化物微粒子が良好な分散状態とならないおそれがある。
(D) Organic solvent The composition of this embodiment is used for adjusting the viscosity suitable for coating, (A) for maintaining the dispersion state of the nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) oxide fine particles, and (C). In order to suppress the hydrolysis reaction of the hydrolyzate of silicon alkoxide, (D) an organic solvent is included. In addition, in the system which does not contain the organic solvent (D) in the composition for film formation, the hydrolysis rate of silicon alkoxide is quick, and the solid substance by gelatinization will produce | generate immediately. Moreover, when a film is formed using the film forming composition, there is a possibility that (A) the nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) oxide fine particles may not be in a favorable dispersed state.

本実施形態の組成物に適用する(D)有機溶媒としては、(A)成分〜(C)成分との相溶性が高く、被膜形成用の組成物として取扱がし易いため、上述した(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物を作製する際に使用する有機溶媒と同じもの、または、(B)酸化物微粒子の分散液を作成する際に使用する有機溶媒と同じもの、あるいは、上記列記した有機溶媒を用いることが好ましい。   The organic solvent (D) applied to the composition of the present embodiment is highly compatible with the components (A) to (C) and is easy to handle as a film-forming composition. ) The same organic solvent used when preparing a hydrolyzate of silicon alkoxide, or (B) the same organic solvent used when preparing a dispersion of oxide fine particles, or the organic listed above. It is preferable to use a solvent.

上述した有機溶媒の中でも、エタノール、IPA、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチ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メチルエーテル又はプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が特に好ましい。   Among the organic solvents described above, ethanol, IPA, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, and the like are particularly preferable.

ここで、本実施形態の組成物において、被膜形成成分である(A)含窒素フッ素系化合物、(B)酸化物微粒子及び(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物の各固形成分比は、成分(A)、成分(B)及び成分(C)の固形成分の全量(全固形成分)に対して、それぞれ所要の範囲であることが好ましい。換言すると、本実施形態の組成物を用いて被膜を形成した際に、当該被膜(全固形成分)中の成分(A)〜(C)の含有量がそれぞれ所要の範囲となることが好ましい。   Here, in the composition of this embodiment, each solid component ratio of the hydrolyzate of (A) nitrogen-containing fluorine-based compound, (B) oxide fine particles and (C) silicon alkoxide, which are film forming components, It is preferable that it is a required range with respect to the total amount (total solid component) of the solid component of A), component (B), and component (C), respectively. In other words, when a film is formed using the composition of the present embodiment, it is preferable that the contents of the components (A) to (C) in the film (all solid components) are in the required ranges.

全固形成分中の(A)含窒素フッ素系化合物の固形成分比は、下限値が6質量%以上であればよく、10質量%以上であってもよい。
ところで、被膜形成成分中に(A)成分を含まない場合(すなわち、被膜形成成分中に(B)成分及び(C)成分のみを含む場合)、形成された被膜は親水親油性であり、水、油(n−ヘキサデカン)の接触角はいずれも5°以下となる。
ここで、(A)成分の固形成分比が固形成分の全量に対して6質量%以上であると、被膜に対して親水撥油性を付与することができるために好ましい。また、10質量%以上であると、形成した被膜に対する油(n−ヘキサデカン)の接触角が70°以上となり、親水性を保ちつつ、高い撥油性を付与することができるために好ましい。
The lower limit of the solid component ratio of the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound in all the solid components may be 6% by mass or more, and may be 10% by mass or more.
By the way, when (A) component is not included in the film forming component (that is, when only (B) component and (C) component are included in the film forming component), the formed film is hydrophilic and lipophilic, The contact angle of oil (n-hexadecane) is 5 ° or less.
Here, it is preferable that the solid component ratio of the component (A) is 6% by mass or more based on the total amount of the solid component because hydrophilic oil repellency can be imparted to the coating film. Moreover, it is preferable that it is 10 mass% or more since the contact angle of oil (n-hexadecane) with respect to the formed film becomes 70 ° or more, and high oil repellency can be imparted while maintaining hydrophilicity.

一方、(A)成分の固形成分比は、上限値が40質量%以下であればよく、30質量%以下であってもよい。ここで、(A)成分の固形成分比が40質量%以下であると被膜の膜強度や基材との密着性が充分に得られるために好ましい。また、30質量%以下であると、成膜時のムラがなく、透明性の高い膜とすることができるために好ましい。   On the other hand, the solid component ratio of the component (A) may be an upper limit of 40% by mass or less, or 30% by mass or less. Here, it is preferable that the solid component ratio of the component (A) is 40% by mass or less because the film strength of the coating and the adhesion to the substrate can be sufficiently obtained. Moreover, it is preferable that it is 30 mass% or less because there is no unevenness at the time of film formation and a highly transparent film can be obtained.

また、固形成分中の(B)酸化物微粒子の固形成分比は、固形成分の全量に対して40質量%以上であることが好ましく、90質量%以下であることが好ましい。ここで、(B)成分の固形成分比が40質量%以上であると、撥油性がより向上するために好ましい。一方、B成分の固形成分比が90質量%以下であると、被膜の膜強度や基材との密着性が十分に得られるために好ましい。   Moreover, it is preferable that the solid component ratio of (B) oxide fine particle in a solid component is 40 mass% or more with respect to the whole quantity of a solid component, and it is preferable that it is 90 mass% or less. Here, it is preferable that the solid component ratio of the component (B) is 40% by mass or more because oil repellency is further improved. On the other hand, when the solid component ratio of the B component is 90% by mass or less, the film strength of the coating and the adhesion to the substrate are sufficiently obtained, which is preferable.

また、固形成分中の(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物の固形成分比は、固形成分の全量に対して4質量%以上であることが好ましく、40質量%以下であることが好ましい。ここで、(C)成分の固形成分比が1質量%以上であると、被膜の膜強度や基材との密着が向上するために好ましい。一方、(C)成分の固形成分比が40質量%以下であると、被膜の撥油性がより向上するために好ましい。これに対して、(C)成分の固形成分比が40質量%を超えると、(B)成分の粒子凹凸効果(すなわち、親水性を示す膜はより親水性に、撥油性を示す膜はより撥油性になる効果)を低下させてしまうために好ましくない。   The solid component ratio of the hydrolyzate of (C) silicon alkoxide in the solid component is preferably 4% by mass or more, and preferably 40% by mass or less, based on the total amount of the solid component. Here, when the solid component ratio of the component (C) is 1% by mass or more, the film strength of the coating and the adhesion to the substrate are preferable. On the other hand, when the solid component ratio of the component (C) is 40% by mass or less, the oil repellency of the coating is further improved. On the other hand, when the solid component ratio of the component (C) exceeds 40% by mass, the particle unevenness effect of the component (B) (that is, the hydrophilic film is more hydrophilic and the oil repellency film is more This is not preferable because the effect of oil repellency is reduced.

なお、固形成分中の(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物の固形成分比は、ケイ素アルコキシドの質量によって決定される。また、固形成分中の(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物の固形分濃度を確認する方法としては、昇温試験等が挙げられる。具体的には、例えば、ケイ素アルコキシドの加水分解物を650℃にて2時間焼成した後の重量を、焼成炉投入前のケイ素アルコキシドの加水分解物の重量で割った値で確認する。   The solid component ratio of the hydrolyzate of (C) silicon alkoxide in the solid component is determined by the mass of the silicon alkoxide. Moreover, a temperature increase test etc. are mentioned as a method of confirming the solid content density | concentration of the hydrolyzate of the (C) silicon alkoxide in a solid component. Specifically, for example, the weight after the silicon alkoxide hydrolyzate is calcined at 650 ° C. for 2 hours is divided by the weight of the silicon alkoxide hydrolyzate before the firing furnace is charged.

また、本実施形態の組成物において、(D)有機溶媒中の全固形成分(すなわち、成分(A)+成分(B)+成分(C))の濃度は、特に限定されるものではなく、基材への塗布方法によって適宜選択することができる。上記全固形成分の濃度としては、具体的には、例えば、1〜50質量%であればよく、2〜20質量%の範囲とすることが好ましい。   In the composition of the present embodiment, the concentration of (D) the total solid component (that is, component (A) + component (B) + component (C)) in the organic solvent is not particularly limited, It can select suitably by the coating method to a base material. Specifically, the concentration of the total solid component may be, for example, 1 to 50% by mass, and preferably 2 to 20% by mass.

<被膜形成用組成物の製造方法>
次に、本実施形態の被膜形成用組成物の製造方法について、以下に詳細に説明する。
本実施形態の被膜形成用組成物の製造方法の一例として、ケイ素アルコキシドから(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物を生成した後、(D)有機溶媒に、(A)含窒素フッ素系化合物及び(B)酸化物微粒子と、生成した(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物と、を添加して混合する方法(第1の方法)が挙げられる。
<Manufacturing method of film forming composition>
Next, the manufacturing method of the composition for film formation of this embodiment is demonstrated in detail below.
As an example of the manufacturing method of the film forming composition of this embodiment, after producing | generating the hydrolyzate of (C) silicon alkoxide from silicon alkoxide, (A) nitrogen-containing fluorine-type compound and ( Examples thereof include a method (first method) in which B) oxide fine particles and the produced hydrolyzate of (C) silicon alkoxide are added and mixed.

「第1の方法」
具体的には、上記第1の方法は、ケイ素アルコキシドと有機溶媒とを混合して、第1液を調製する工程(第1工程)と、ケイ素アルコキシドと、水と、無機酸と、を混合して、第2液を調製する工程(第2工程)と、所要の温度に保持された上記第1液に上記第2液を添加し、温度を保持しながら混合して、ケイ素アルコキシドの加水分解物を得る工程(第3工程)と、有機溶媒に含窒素フッ素系化合物及び酸化物微粒子を添加した後、得られた上記ケイ素アルコキシドの加水分解物を添加する工程(第4工程)と、を含んで、概略構成されている。
"First method"
Specifically, in the first method, silicon alkoxide and an organic solvent are mixed to prepare a first liquid (first step), silicon alkoxide, water, and an inorganic acid are mixed. Then, the step of preparing the second liquid (second step), the second liquid is added to the first liquid maintained at the required temperature, and the mixture is mixed while maintaining the temperature, so that the silicon alkoxide is hydrolyzed. A step of obtaining a decomposition product (third step), a step of adding a hydrolyzate of the obtained silicon alkoxide after adding a nitrogen-containing fluorine-based compound and oxide fine particles to an organic solvent (fourth step), It is constituted roughly including.

(第1工程)
先ず、第1工程では、ケイ素アルコキシドと有機溶媒とを混合して、第1液を調製する。具体的には、反応容器にケイ素アルコキシドを投入し、このケイ素アルコキシドの1とした際に、1質量部に対して1.0質量部となる量の有機溶媒を添加する。そして、例えば、約30℃の温度で、約15分間撹拌することによって、第1液を調製する。
(First step)
First, in the first step, a silicon alkoxide and an organic solvent are mixed to prepare a first liquid. Specifically, when silicon alkoxide is charged into the reaction vessel and made into 1 of this silicon alkoxide, an organic solvent in an amount of 1.0 part by mass with respect to 1 part by mass is added. Then, for example, the first liquid is prepared by stirring at a temperature of about 30 ° C. for about 15 minutes.

(第2工程)
次に、第2工程では、ケイ素アルコキシドと、水と、無機酸と、を混合して、第2液を調製する。具体的には、先ず、ケイ素アルコキシド1質量部に対して1.0質量部となる量のイオン交換水と、0.01質量部となる量の無機酸と、を容器内に投入して混合する。次いで、例えば、約30℃の温度で、約15分間撹拌することによって、第2液を調製する。
(Second step)
Next, in the second step, silicon alkoxide, water, and an inorganic acid are mixed to prepare a second liquid. Specifically, first, ion exchange water in an amount of 1.0 part by mass with respect to 1 part by mass of silicon alkoxide and an inorganic acid in an amount of 0.01 part by mass are put into a container and mixed. To do. Next, the second liquid is prepared by, for example, stirring at a temperature of about 30 ° C. for about 15 minutes.

(第3工程)
次に、第3工程では、所要の温度に保持された上記第1液に上記第2液を添加し、温度を保持しながら混合して、ケイ素アルコキシドの加水分解物を得る。具体的には、第1工程にて調製した第1液を、恒温液槽(ウォーターバス)等を用いて、例えば、約55℃の温度に保持した後、この第1液に上述した第2液を添加し、上記温度を保持した状態で約60分間撹拌する。これにより、ケイ素アルコキシドの加水分解物が得られる。
(Third step)
Next, in the third step, the second liquid is added to the first liquid maintained at a required temperature and mixed while maintaining the temperature to obtain a hydrolyzate of silicon alkoxide. Specifically, the first liquid prepared in the first step is maintained at a temperature of, for example, about 55 ° C. using a constant temperature liquid bath (water bath) or the like, and then the second liquid described above is added to the first liquid. The liquid is added and stirred for about 60 minutes while maintaining the above temperature. Thereby, a hydrolyzate of silicon alkoxide is obtained.

(第4工程)
次に、第4工程では、有機溶媒に含窒素フッ素系化合物及び酸化物微粒子を添加した後、第3工程にて得られたケイ素アルコキシドの加水分解物を添加する。具体的には、所要量の有機溶媒を準備し、この有機溶媒中に所要量のペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物及び酸化物微粒子を添加する。次いで、この有機溶媒中に、第3工程にて事前に調製したケイ素アルコキシドの加水分解物を所要量添加する。これにより、本実施形態の被膜形成用組成物が得られる。なお、酸化物微粒子を溶媒に分散させた酸化物微粒子の分散液を事前に調整し、この分散液中に所要量のペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物を添加しても良い。
(4th process)
Next, in a 4th process, after adding a nitrogen-containing fluorine-type compound and oxide microparticles | fine-particles to an organic solvent, the hydrolyzate of the silicon alkoxide obtained in the 3rd process is added. Specifically, a required amount of an organic solvent is prepared, and a required amount of a nitrogen-containing fluorine-based compound having a perfluoroamine structure and oxide fine particles are added to the organic solvent. Next, a required amount of the hydrolyzate of silicon alkoxide prepared in advance in the third step is added to the organic solvent. Thereby, the composition for film formation of this embodiment is obtained. A dispersion of oxide fine particles in which oxide fine particles are dispersed in a solvent may be prepared in advance, and a required amount of a nitrogen-containing fluorine-based compound having a perfluoroamine structure may be added to the dispersion.

また、本実施形態の被膜形成用組成物の製造方法の他の例として、(D)有機溶媒に、ケイ素アルコキシドと、(A)含窒素フッ素系化合物及び(B)酸化物微粒子と、を同時に添加して混合する方法(第2の方法)が挙げられる。
ここで、上述した第1の方法が(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物を事前に調整する方法であるのに対して、第2の方法は、ケイ素アルコキシドの加水分解と同時にペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物及び酸化物微粒子を混合して、被膜形成用組成物を得る方法である。
In addition, as another example of the method for producing the film forming composition of the present embodiment, (D) an organic solvent, silicon alkoxide, (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound, and (B) oxide fine particles are simultaneously used. A method of adding and mixing (second method) may be mentioned.
Here, the first method described above is a method of preparing a hydrolyzate of (C) silicon alkoxide in advance, whereas the second method has a perfluoroamine structure simultaneously with the hydrolysis of silicon alkoxide. In this method, a film-forming composition is obtained by mixing a nitrogen-containing fluorine-based compound and oxide fine particles.

「第2の方法」
具体的には、上記第2の方法は、ケイ素アルコキシドと、(A)含窒素フッ素系化合物及び(B)酸化物微粒子と、(D)有機溶媒と、を混合して、第1’液を調製する工程(第1’工程)と、水と無機酸とを混合して、第2’液を調製する工程(第2’工程)と、所要の温度に保持された第1’液に第2’液を添加し、上記温度を保持しながら混合する工程(第3’工程)と、を含んで、概略構成されている。
"Second method"
Specifically, the second method comprises mixing silicon alkoxide, (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) oxide fine particles, and (D) an organic solvent, and A step of preparing (first 'step), a step of mixing water and an inorganic acid to prepare a second' solution (second 'step), and a step of adding the first' solution held at a required temperature. And a step of adding the 2 ′ liquid and mixing the mixture while maintaining the temperature (step 3 ′).

(第1’工程)
先ず、第1’工程では、ケイ素アルコキシドと、ペルフルオロアルキルアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物及び酸化物微粒子と、有機溶媒と、を混合して、第1’液を調製する。具体的には、先ず、反応容器にケイ素アルコキシドを投入し、このケイ素アルコキシドの質量を1とした際に、0.4質量部となる有機溶媒を添加する。さらに、先に投入したケイ素アルコキシド1質量部に対して、例えば0.2〜1質量部となるように上記含窒素フッ素系化合物と、例えば0.2〜5質量部となるように上記酸化物微粒子と、をそれぞれ添加し、そして、例えば、約30℃の温度で、約15分間撹拌することによって、第1’液を調製する。
(First step)
First, in the 1 'step, a silicon alkoxide, a nitrogen-containing fluorine-based compound having a perfluoroalkylamine structure and oxide fine particles, and an organic solvent are mixed to prepare a 1' solution. Specifically, first, silicon alkoxide is put into a reaction vessel, and when the mass of the silicon alkoxide is set to 1, an organic solvent that is 0.4 parts by mass is added. Furthermore, with respect to 1 part by mass of the silicon alkoxide previously charged, for example, the nitrogen-containing fluorine-based compound is, for example, 0.2 to 1 part by mass, and the oxide is, for example, 0.2 to 5 parts by mass. The first 'liquid is prepared by adding each of the microparticles and stirring, for example, at a temperature of about 30 ° C for about 15 minutes.

(第2’工程)
次に、第2’工程では、水と無機酸とを混合して、第2’液を調製する。具体的には、先ず、ケイ素アルコキシド1質量部に対して0.85質量部となる量のイオン交換水と、0.01質量部となる量の無機酸と、を容器内に投入して混合する。次いで、例えば、約30℃の温度で、約15分間撹拌することによって、第2’液を調製する。
(Second step)
Next, in the 2 ′ step, water and an inorganic acid are mixed to prepare a 2 ′ solution. Specifically, first, ion exchange water in an amount of 0.85 parts by mass with respect to 1 part by mass of silicon alkoxide and an inorganic acid in an amount of 0.01 parts by mass are put into a container and mixed. To do. Next, the second ′ liquid is prepared, for example, by stirring for about 15 minutes at a temperature of about 30 ° C.

(第3’工程)
次に、第3’工程では、所要の温度に保持された第1’液に第2’液を添加し、上記温度を保持しながら混合する。具体的には、第1’工程にて調製した第1’液を、恒温液槽(ウォーターバス)等を用いて、例えば、約60℃の温度に保持した後、この第1’液に第2’液を添加し、上記温度を保持した状態で約60分間撹拌する。これにより、有機溶媒中にペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物、酸化物微粒子及びケイ素アルコキシドの加水分解物を含む、本実施形態の被膜形成用組成物が得られる。
(3rd step)
Next, in the third ′ step, the second ′ liquid is added to the first ′ liquid maintained at a required temperature and mixed while maintaining the temperature. Specifically, the first ′ liquid prepared in the first ′ process is maintained at a temperature of about 60 ° C. using a constant temperature bath (water bath) or the like, and then the first ′ liquid is added to the first ′ liquid. 2 'liquid is added and it stirs for about 60 minutes, maintaining the said temperature. Thereby, the composition for film formation of this embodiment containing the hydrolyzate of the nitrogen-containing fluorine-type compound which has a perfluoroamine structure, oxide microparticles | fine-particles, and a silicon alkoxide in an organic solvent is obtained.

<被膜形成用組成物の使用方法>
次に、本実施形態の被膜形成用組成物の使用方法、すなわち、被膜の形成方法について説明する。本実施形態の被膜形成用組成物は、そのまま、基材等の被処理物上に塗布することが可能である。
<Usage method of film forming composition>
Next, a method for using the film forming composition of the present embodiment, that is, a method for forming a film will be described. The film forming composition of the present embodiment can be applied as it is on a workpiece such as a substrate.

被膜の形成方法としては、具体的には、例えば、基材の表面に本実施形態の被膜形成用組成物を塗布した後、焼成して硬化することにより、基材の表面に被膜を形成することができる。   Specifically, for example, the film is formed on the surface of the base material by applying the film-forming composition of the present embodiment to the surface of the base material and then baking and curing. be able to.

基材としては、特に限定されないが、ガラス、プラスチック、金属、セラミックス、ステンレス、アルミニウム、木、石、セメント、コンクリート、繊維、布帛、紙、皮革、それらの組合せ、それらの構造体、積層体等を用いることができる。   The substrate is not particularly limited, but glass, plastic, metal, ceramics, stainless steel, aluminum, wood, stone, cement, concrete, fiber, fabric, paper, leather, combinations thereof, structures, laminates, and the like. Can be used.

塗布工程において、基材の表面への塗布方法としては、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、被膜形成用組成物中に基材を浸漬する浸漬法、スプレー、スピンコート、刷毛、ローラなど塗布手段を使用する、あるいは印刷手法を用いる方法などが挙げられる。   In the coating step, the coating method on the surface of the substrate is not particularly limited. Specifically, for example, a dipping method in which the substrate is dipped in the film-forming composition, a method using an application means such as spray, spin coating, brush, roller, or a method using a printing method may be mentioned.

焼成条件としては、被膜形成用組成物に含まれる有機溶媒の種類や含有量などによって適宜選択することができる。焼成温度としては、例えば、60〜200℃とすることができる。また、焼成時間としては、例えば、5〜60分とすることができる。なお、焼成条件の選択の際、焼成温度が低温では長時間、高温では短時間とすることで、同程度の硬度の膜を得ることができる。   Firing conditions can be appropriately selected depending on the type and content of the organic solvent contained in the film-forming composition. As a calcination temperature, it can be set as 60-200 degreeC, for example. Moreover, as baking time, it can be 5 to 60 minutes, for example. When selecting the baking conditions, a film having the same hardness can be obtained by setting the baking temperature for a long time at a low temperature and for a short time at a high temperature.

<被膜>
本実施形態の被膜は、上述した被膜形成用組成物を用いて形成されたものである。具体的には、上述したように、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物、酸化物微粒子、ケイ素アルコキシドの加水分解物及び有機溶媒を含有した塗布液を基板に塗布した後に、焼成して硬化させることにより得られる。
<Coating>
The coating film of this embodiment is formed using the film forming composition described above. Specifically, as described above, a coating solution containing a nitrogen-containing fluorine-based compound having a perfluoroamine structure, oxide fine particles, a hydrolyzate of silicon alkoxide, and an organic solvent is applied to the substrate, followed by baking and curing. Is obtained.

本実施形態の被膜は、環境負荷の小さいフッ素材料であるペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物、酸化物微粒子、ケイ素アルコキシドの加水分解物及び有機溶媒を含む組成物を塗布し、焼成して硬化させて得られたものであり、当該被膜の表面には酸化物微粒子の凹凸形状が現れることとなる。そして、本実施形態の被膜は、当該被膜表面の酸化物微粒子の表面に、含窒素フッ素系化合物が付着しているものである。   The coating of this embodiment is applied with a composition containing a nitrogen-containing fluorine-based compound having a perfluoroamine structure, which is a fluorine material having a low environmental load, oxide fine particles, a hydrolyzate of silicon alkoxide, and an organic solvent, followed by baking. It is obtained by curing, and the uneven shape of the oxide fine particles appears on the surface of the coating. In the coating of this embodiment, a nitrogen-containing fluorine-based compound is attached to the surface of oxide fine particles on the surface of the coating.

ところで、平均一次粒子径が100nm以下の、表面が親水性を有する微粒子を用いて形成された被膜は、一般的に表面が親水性且つ親油性を示すことが知られている。   By the way, it is known that a film formed using fine particles having an average primary particle diameter of 100 nm or less and having a hydrophilic surface generally exhibits a hydrophilic and lipophilic surface.

これに対して、本実施形態の被膜は、平均一次粒子径が2〜50nm程度であって、表面が親水性を有する酸化物微粒子と、親水撥油剤であるペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物との相乗効果によって、当該含窒素フッ素系化合物単体から得られる被膜よりも低い水接触角を示す。すなわち、本実施形態の被膜は、高い親水性を有する。   On the other hand, the coating film of this embodiment has an average primary particle diameter of about 2 to 50 nm, a surface containing hydrophilic oxide fine particles, and a nitrogen-containing fluorine-based system having a perfluoroamine structure as a hydrophilic oil repellent. Due to the synergistic effect with the compound, the water contact angle is lower than that of the film obtained from the nitrogen-containing fluorine compound alone. That is, the coating film of this embodiment has high hydrophilicity.

さらに、本実施形態の被膜の表面には、親水撥油剤である含窒素フッ素系材料が酸化物微粒子に付着するため、高い撥油性も同時に発現される。したがって、本実施形態の被膜は、基材の表面に汚れが付着することを防止するともに、付着した場合であっても容易に拭き取ることが可能な、優れた防汚性を有する。   Furthermore, since the nitrogen-containing fluorine-based material, which is a hydrophilic oil repellent, adheres to the oxide fine particles on the surface of the coating according to the present embodiment, high oil repellency is also exhibited at the same time. Therefore, the coating film of this embodiment has excellent antifouling properties that prevent dirt from adhering to the surface of the substrate and can be easily wiped even when adhering.

また、本実施形態の被膜は、成分中に硬化に寄与するケイ素アルコキシドの加水分解物が含まれるため、高い耐擦傷性、高い硬度を有するとともに、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物単体から得られた被膜よりも基材との密着性、耐久性に優れる。   In addition, since the coating film of this embodiment contains a hydrolyzate of silicon alkoxide that contributes to curing in the component, it has high scratch resistance, high hardness, and a nitrogen-containing fluorine-based compound having a perfluoroamine structure. It is more excellent in adhesion and durability with the substrate than the obtained coating.

さらに、本実施形態の被膜は、原料のケイ素アルコキシドとしてTEOSを用い、酸性触媒として硝酸又はギ酸を用いた加水分解物の硬化膜である場合に、透過率が95〜98%、ヘイズ0.1以下となり、優れた透明性を有する。したがって、透明な基材に被膜を形成した場合であっても、視認性を維持したまま、優れた防汚性を付与することが出来る。   Furthermore, when the coating film of this embodiment is a cured film of a hydrolyzate using TEOS as the raw material silicon alkoxide and using nitric acid or formic acid as the acidic catalyst, the transmittance is 95 to 98%, and the haze is 0.1. It becomes the following and has excellent transparency. Therefore, even when a film is formed on a transparent substrate, excellent antifouling properties can be imparted while maintaining visibility.

なお、本実施形態の被膜の親水性及び撥油性は、水の接触角及び油の接触角によって評価することができる。接触角は、市販の測定装置(例えば、協和界面科学社製、「Drop Master DM−700」)を用いて測定することができる。具体的には、シリンジにイオン交換水を準備し、静止状態で水が膜表面に触れた後の1000msec後の接触角をθ/2法により解析した値を水の接触角とすることができる。また、シリンジにn−ヘキサデカンを準備し、接触角を測定し、同様に解析した値を油の接触角とすることができる。   In addition, the hydrophilicity and oil repellency of the film of this embodiment can be evaluated by the contact angle of water and the contact angle of oil. The contact angle can be measured using a commercially available measuring device (for example, “Drop Master DM-700” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). Specifically, ion exchange water is prepared in a syringe, and a value obtained by analyzing the contact angle after 1000 msec after water touches the membrane surface in a stationary state by the θ / 2 method can be used as the water contact angle. . Moreover, n-hexadecane is prepared for a syringe, a contact angle is measured, and the value analyzed similarly can be made into the contact angle of oil.

本実施形態の被膜の防汚性は、例えば、油性ペンのはじき性によって評価することができる。具体的には、被膜形成用組成物を用いて基材上に被膜を形成し、油性ペンを用いて被膜の表面に長さ1cmの直線を書き、そのはじきやすさを所定の基準に従って目視により評価することができる。
また、油性ペンを用いて被膜の表面に書いた線を、水で流すことにより落とせるかを確認することで易洗浄性を確認した。
The antifouling property of the film of this embodiment can be evaluated by, for example, the repellent property of an oil pen. Specifically, a film is formed on a substrate using the film-forming composition, a straight line having a length of 1 cm is written on the surface of the film using an oil-based pen, and the ease of repelling is visually determined according to a predetermined standard. Can be evaluated.
Moreover, easy-cleaning property was confirmed by confirming whether the line written on the surface of the film using an oil-based pen could be dropped by flowing with water.

本実施形態の被膜の透過率は、ガラス基材上に形成した被膜について、市販の測定装置(例えば、日立ハイテク社製、分光光度計「U−4100」)を用いて測定することができる。具体的には、ガラス基材を含む被膜の透過率を240〜2600nmの範囲で測定する。透過率については、可視光範囲である550nmでの値を確認する。   The transmittance | permeability of the film of this embodiment can be measured about the film formed on the glass base material using a commercially available measuring apparatus (For example, Hitachi High-Tech make, spectrophotometer "U-4100"). Specifically, the transmittance of the film containing the glass substrate is measured in the range of 240 to 2600 nm. About the transmittance | permeability, the value in 550 nm which is a visible light range is confirmed.

本実施形態の被膜のヘイズは、ガラス基材上に形成した被膜について、市販の測定装置(例えば、スガ試験機社製、ヘイズメーター「HZ−2」)を用いて測定することができる。なお、ヘイズとは、膜の拡散透過率/全光線透過率×100であらわされる数値であり、膜が曇っている程、ヘイズ値が高くなる。   The haze of the coating film of this embodiment can be measured using a commercially available measuring device (for example, haze meter “HZ-2” manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) for the coating film formed on the glass substrate. The haze is a numerical value represented by the diffuse transmittance of the film / the total light transmittance × 100, and the haze value increases as the film becomes cloudy.

以上説明したように、本実施形態の被膜形成用組成物によれば、生体蓄積性や環境適応性の点で問題となる炭素数8以上の直鎖状ペルフルオロアルキル基を含有することなく、高い親水撥油性及び優れた防汚性を有する被膜を形成することが可能である。   As described above, according to the film forming composition of the present embodiment, it is high without containing a linear perfluoroalkyl group having 8 or more carbon atoms, which is a problem in terms of bioaccumulation and environmental adaptability. A film having hydrophilic oil repellency and excellent antifouling property can be formed.

特に、本実施形態の被膜形成用組成物には、含窒素ペルフルオロアルキル基として、窒素原子上で分枝する複数の短鎖長構造のペルフルオロアルキル基、つまりペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物が含まれている。このペルフルオロアミン構造は嵩高いため、短鎖長構造のペルフルオロアルキル基しか有しないにもかかわらず、炭素数が8以上の直鎖状ペルフルオロアルキル構造を有する含窒素フッ素系化合物と同様に、高い撥油性などの上述したフッ素基に起因する高い特性を付与することが可能となる。   In particular, the film-forming composition of the present embodiment includes a nitrogen-containing fluorine-based compound having a plurality of short-chain-length perfluoroalkyl groups branched on nitrogen atoms, that is, a perfluoroamine structure, as the nitrogen-containing perfluoroalkyl group. It is included. Since this perfluoroamine structure is bulky, it has a high repellency similar to a nitrogen-containing fluorine-based compound having a linear perfluoroalkyl structure having 8 or more carbon atoms even though it has only a short-chain-length perfluoroalkyl group. It is possible to impart high characteristics due to the above-described fluorine group such as oiliness.

本実施形態の被膜形成用組成物の製造方法によれば、上記被膜形成用組成物を簡便かつ安全に調製することが可能である。   According to the method for producing a film forming composition of the present embodiment, the film forming composition can be prepared easily and safely.

本実施形態の被膜は、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物単体から得られた被膜よりも高い親水撥油性及び優れた防汚性を有する。また、優れた透明性、基材との密着性および耐久性も備える。   The coating of this embodiment has higher hydrophilic oil repellency and excellent antifouling properties than a coating obtained from a nitrogen-containing fluorine-based compound alone having a perfluoroamine structure. It also has excellent transparency, adhesion to the substrate and durability.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。具体的には、上述した実施形態では、被膜形成用組成物中に、含窒素フッ素系化合物、酸化物微粒子およびケイ素アルコキシドとして、それぞれ一種類のみ含まれる例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、被膜形成用組成物中に、それぞれが2種以上含まれていてもよい。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Specifically, in the above-described embodiment, the example in which only one type each of the nitrogen-containing fluorine-based compound, the oxide fine particles, and the silicon alkoxide is included in the film forming composition has been described. It is not a thing. For example, two or more types of each may be contained in the film forming composition.

以下、実施例によって本発明の効果をさらに詳細に説明する。なお、本発明は実施例によって、なんら限定されるものではない。   Hereinafter, the effects of the present invention will be described in more detail by way of examples. In addition, this invention is not limited at all by the Example.

<含窒素フッ素系化合物>
(合成例1)
「2−[3−[ペルフルオロ(3−ジブチルアミノプロパノイル)]アミノプロピル−ジメチル−アンモニウム]アセテートの合成」
3−ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ(3−ジブチルアミノプロピオン酸)フルオリド20gを、ジメチルアミノプロピルアミン4gをIPE溶媒50mlに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で2時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のIPE層をNaHCO水溶液と、NaCl水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、IPEを留去したところ、粗生成物として、(CNCCONHCN(CHを14g得た(収率60%)。
<Nitrogen-containing fluorine-based compounds>
(Synthesis Example 1)
“Synthesis of 2- [3- [perfluoro (3-dibutylaminopropanoyl)] aminopropyl-dimethyl-ammonium] acetate”
20 g of perfluoro (3-dibutylaminopropionic acid) fluoride obtained by electrolytic fluorination of methyl 3-dibutylaminopropionate was added dropwise in an ice bath to a solution of 4 g of dimethylaminopropylamine in 50 ml of IPE solvent. After stirring at room temperature for 2 hours, filtration was performed, and the IPE layer of the filtrate was washed with an aqueous NaHCO 3 solution and an aqueous NaCl solution, separated, and then washed with water. Thereafter, it was distilled off IPE, as a crude product, a (C 4 F 9) 2 NC 2 F 4 CONHC 3 H 6 N (CH 3) 2 was obtained 14 g (60% yield).

次いで、得られた(CNCCONHCN(CH3gを、エタノール中で撹拌下モノクロル酢酸ナトリウムと一晩還流させて、下記一般式(245)に示すカルボキシベタイン体を3g得た(収率92%)。 Subsequently, 3 g of the obtained (C 4 F 9 ) 2 NC 2 F 4 CONHC 3 H 6 N (CH 3 ) 2 was refluxed with sodium monochloroacetate in ethanol overnight with stirring to obtain the following general formula (245). 3 g of the carboxybetaine compound shown in (2) was obtained.

Figure 2016210821
Figure 2016210821

(合成例2)
「2−[3−[ペルフルオロ(3−ジブチルアミノ−2−メチルプロパノイル)]アミノプロピル−ジメチル−アンモニウム]アセテートの合成」
3−ジブチルアミノ−2−メチルプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ(3−ジブチルアミノ−2−メチルプロピオン酸)フルオリド160gを、ジメチルアミノプロピルアミン50gをIPE溶媒500mlに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で2時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のIPE層をNaHCO水溶液と、NaCl水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、IPEを留去したところ、粗生成物として、(CNCFCF(CF)CONHCN(CHを94g得た(収率52%)。
(Synthesis Example 2)
“Synthesis of 2- [3- [perfluoro (3-dibutylamino-2-methylpropanoyl)] aminopropyl-dimethyl-ammonium] acetate”
To a solution of 160 g of perfluoro (3-dibutylamino-2-methylpropionic acid) fluoride obtained by electrolytic fluorination of methyl 3-dibutylamino-2-methylpropionate in a solution of 50 g of dimethylaminopropylamine in 500 ml of IPE solvent. The solution was added dropwise in an ice bath. After stirring at room temperature for 2 hours, filtration was performed, and the IPE layer of the filtrate was washed with an aqueous NaHCO 3 solution and an aqueous NaCl solution, separated, and then washed with water. Thereafter, was distilled off IPE, as a crude product was obtained 94g of (C 4 F 9) 2 NCF 2 CF (CF 3) CONHC 3 H 6 N (CH 3) 2 (52% yield).

次いで、得られた(CNCFCF(CF)CONHCN(CH66gを、エタノール中で撹拌下モノクロル酢酸ナトリウムと一晩還流させて、上記式(36)に示すカルボキシベタイン体を65g得た(収率91%)。 Next, 66 g of the obtained (C 4 F 9 ) 2 NCF 2 CF (CF 3 ) CONHC 3 H 6 N (CH 3 ) 2 was refluxed with sodium monochloroacetate in ethanol overnight with stirring, and the above formula ( 36 g of the carboxybetaine compound shown in 36) was obtained (91% yield).

(合成例3)
「2−[3−[ペルフルオロ(3−ジブチルアミノ−2−メチルプロパノイル)]アミノプロピル−ジメチル−アンモニウム]アセテートの合成」
3−ジブチルアミノ−2−メチルプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ(3−ジブチルアミノ−2−メチルプロピオン酸)フルオリド160gを、ジメチルアミノプロピルアミン50gをIPE溶媒500mlに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で2時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のIPE層をNaHCO水溶液と、NaCl水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、IPEを留去したところ、粗生成物として、(CNCFCF(CF)CONHCN(CHを94g得た(収率52%)。
(Synthesis Example 3)
“Synthesis of 2- [3- [perfluoro (3-dibutylamino-2-methylpropanoyl)] aminopropyl-dimethyl-ammonium] acetate”
To a solution of 160 g of perfluoro (3-dibutylamino-2-methylpropionic acid) fluoride obtained by electrolytic fluorination of methyl 3-dibutylamino-2-methylpropionate in a solution of 50 g of dimethylaminopropylamine in 500 ml of IPE solvent. The solution was added dropwise in an ice bath. After stirring at room temperature for 2 hours, filtration was performed, and the IPE layer of the filtrate was washed with an aqueous NaHCO 3 solution and an aqueous NaCl solution, separated, and then washed with water. Thereafter, was distilled off IPE, as a crude product was obtained 94g of (C 4 F 9) 2 NCF 2 CF (CF 3) CONHC 3 H 6 N (CH 3) 2 (52% yield).

次いで、得られた(CNCFCF(CF)CONHCN(CH66gを、エタノール中で撹拌下モノクロル酢酸ナトリウムと一晩還流させて、上記式(119)に示すアミンオキシド体を65g得た(収率91%)。 Next, 66 g of the obtained (C 4 F 9 ) 2 NCF 2 CF (CF 3 ) CONHC 3 H 6 N (CH 3 ) 2 was refluxed with sodium monochloroacetate in ethanol overnight with stirring, and the above formula ( 119) was obtained in an amount of 65 g (91% yield).

<酸化物微粒子、酸化物微粒子の分散液>
酸化物微粒子の一例として、下記(1)〜(5)を酸化物微粒子又は酸化物微粒子の分散液を用いた。
(1)平均一次粒子径が約15nmのシリカ粒子
(2)平均一次粒子径が約12nmのコロイダルシリカ粒子がIPA溶媒中に分散された分散液
(3)平均一次粒子径が約10nmのコロイダルシリカ粒子がプロピレングリコールモノメチルエーテル溶媒中に分散された分散液
(4)平均一次粒子径が約20nmのジルコニア粒子がエタノール中に分散された分散液
(5)平均一次粒子径が10nmのチタニア粒子が固形分10質量%で含まれるエタノール分散液
<Oxide fine particles, oxide fine particle dispersion>
As an example of oxide fine particles, the following (1) to (5) were used as oxide fine particles or a dispersion of oxide fine particles.
(1) Silica particles having an average primary particle size of about 15 nm (2) Dispersion liquid in which colloidal silica particles having an average primary particle size of about 12 nm are dispersed in an IPA solvent (3) Colloidal silica having an average primary particle size of about 10 nm Dispersion in which particles are dispersed in a propylene glycol monomethyl ether solvent (4) Dispersion in which zirconia particles having an average primary particle size of about 20 nm are dispersed in ethanol (5) Titania particles having an average primary particle size of 10 nm are solid Ethanol dispersion containing 10% by mass

<ケイ素アルコキシドの加水分解物>
被膜形成用組成物のうち、ケイ素アルコキシドの加水分解物を下記に示す方法によって調整した。
具体的には、先ず、ケイ素アルコキシドとして、テトラエトキシシラン(TEOS)を用意し、セパラブルフラスコに投入した。このケイ素アルコキシドの質量を1とした際に、1質量部に対して、1.0質量部となる量のエタノールを有機溶媒として添加し、30℃の温度で15分撹拌することにより、第1液を調製した。
<Hydrolysate of silicon alkoxide>
Of the composition for film formation, a hydrolyzate of silicon alkoxide was prepared by the following method.
Specifically, first, tetraethoxysilane (TEOS) was prepared as a silicon alkoxide and charged into a separable flask. When the mass of the silicon alkoxide is 1, the amount of ethanol to be 1.0 part by mass is added as an organic solvent with respect to 1 part by mass, and the mixture is stirred at a temperature of 30 ° C. for 15 minutes. A liquid was prepared.

また、この第1液とは別に、ケイ素アルコキシド1質量部に対して1.0質量部となる量のイオン交換水と、0.01質量部となる量の硝酸とを無機酸としてビーカー内に投入して混合し、30℃の温度で15分間撹拌することにより第2液を調製した。   Separately from the first solution, 1.0 part by mass of ion-exchanged water with respect to 1 part by mass of silicon alkoxide and 0.01 parts by mass of nitric acid are used as inorganic acids in the beaker. The second liquid was prepared by charging and mixing and stirring at a temperature of 30 ° C. for 15 minutes.

次に、調製した上記第1液を、ウォーターバスにて55℃の温度に保持し、この第1液に上記第2液を添加し、上記温度を保持した状態で60分間撹拌した。これにより、SiO換算で固形分10質量%の、ケイ素アルコキシドの加水分解物(B)(平均分子量:4×10)を得た。 Next, the prepared first liquid was maintained at a temperature of 55 ° C. in a water bath, the second liquid was added to the first liquid, and the mixture was stirred for 60 minutes while maintaining the temperature. Thereby, a hydrolyzate of silicon alkoxide (B) (average molecular weight: 4 × 10 3 ) having a solid content of 10% by mass in terms of SiO 2 was obtained.

また、同様にして、SiO換算で固形分10質量%の、異なる平均分子量のケイ素アルコキシドの加水分解物(B)(平均分子量:1×10,2×10)をそれぞれ調整した。 Similarly, hydrolysates (B) (average molecular weights: 1 × 10 3 , 2 × 10 4 ) of silicon alkoxides having different average molecular weights having a solid content of 10% by mass in terms of SiO 2 were prepared.

(実施例1)
有機溶媒として、エタノールを46.9g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す化合物を0.1g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が12nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるIPA分散液を1.8gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を1.2g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
Example 1
As an organic solvent, 46.9 g of ethanol is prepared, and 0.1 g of a compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above is added as a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure. . Thereafter, (B) 1.8 g of an IPA dispersion containing silica particles having an average primary particle size of 12 nm as oxide fine particles at a solid content of 15% by mass, and a hydrolyzate of the above (C) silicon alkoxide prepared in advance 1.2 g of (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

(実施例2)
有機溶媒として、IPAを33.0g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述の合成例1に記載した一般式(245)に示す化合物を0.3g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が10nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるプロピレングリコールモノメチルエーテル分散液を10.0gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を6.7g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Example 2)
As an organic solvent, 33.0 g of IPA is prepared, and 0.3 g of a compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 is added as a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure. . Thereafter, (B) 10.0 g of a propylene glycol monomethyl ether dispersion containing silica particles having an average primary particle size of 10 nm as solid oxide particles at a solid content of 15% by mass, and the above-prepared (C) silicon alkoxide prepared above. 6.7 g of hydrolyzate (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film-forming composition. Table 1 shows the component composition.

(実施例3)
有機溶媒として、プロピレングリコールモノメチルエーテルを37.9g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上記一般式(36)に示す化合物を0.4g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が20nmのジルコニア粒子が固形分40質量%で含まれるプロピレングリコールモノメチルエーテル分散液を3.2gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を8.5g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
Example 3
As an organic solvent, 37.9 g of propylene glycol monomethyl ether is prepared, and 0.4 g of a compound represented by the above general formula (36) is weighed and added as a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure. Thereafter, (B) 3.2 g of a propylene glycol monomethyl ether dispersion in which zirconia particles having an average primary particle diameter of 20 nm as an oxide fine particle are contained at a solid content of 40% by mass, and the above-prepared (C) silicon alkoxide prepared in advance 8.5 g of hydrolyzate (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film-forming composition. Table 1 shows the component composition.

(実施例4)
有機溶媒として、エタノールを44.4g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す化合物を0.2g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が10nmのチタニア粒子が固形分10質量%で含まれるエタノール分散液を3.6gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を1.8g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
Example 4
As an organic solvent, 44.4 g of ethanol is prepared, and 0.2 g of a compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above is added as a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure. . Then, 3.6 g of an ethanol dispersion containing (B) titania particles having an average primary particle diameter of 10 nm as solid oxide particles at a solid content of 10% by mass, and a hydrolyzate of the above (C) silicon alkoxide prepared in advance 1.8 g of (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

(実施例5)
まず、ケイ素アルコキシドとして、テトラエトキシシラン(TEOS)を用意し、セパラブルフラスコに投入する。このケイ素アルコキシドの質量を1とした際に、1質量部に対して、含窒素フッ素系化合物(A)として、上記一般式(119)に示す化合物を0.5質量部となるように添加し、さらに1.1質量部となる量のエタノールを有機溶媒として添加し、30℃の温度で15分撹拌することにより、第1液を調製した。さらに、このケイ素アルコキシドの質量を1とした際に、4質量部となる量の酸化物微粒子(平均一次粒子径が約15nmのシリカ粒子)を添加した。表1に成分組成を示す。
(Example 5)
First, tetraethoxysilane (TEOS) is prepared as a silicon alkoxide and charged into a separable flask. When the mass of the silicon alkoxide is 1, the compound represented by the general formula (119) is added as 0.5 parts by mass as a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) with respect to 1 part by mass. Further, an amount of ethanol of 1.1 parts by mass was added as an organic solvent and stirred at a temperature of 30 ° C. for 15 minutes to prepare a first liquid. Furthermore, when the mass of this silicon alkoxide was 1, the amount of oxide fine particles (silica particles having an average primary particle diameter of about 15 nm) in an amount of 4 parts by mass was added. Table 1 shows the component composition.

また、この第1液とは別に、ケイ素アルコキシド1質量部に対して0.85質量部となる量のイオン交換水と、0.01質量部となる量の硝酸を無機酸としてビーカー内に投入して混合し、30℃の温度で15分間撹拌することにより第2液を調製した。次に、上記調製した第1液を、ウォーターバスにて60℃の温度に保持してから、この第1液に第2液を添加し、上記温度を保持した状態で60分間撹拌した。これにより、上記式(119)に示すペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)を含む、ケイ素アルコキシドの加水分解物(C)を得た。   Separately from this first liquid, ion exchange water in an amount of 0.85 parts by mass and nitric acid in an amount of 0.01 parts by mass with respect to 1 part by mass of silicon alkoxide are charged into the beaker as inorganic acids. And a second liquid was prepared by stirring at a temperature of 30 ° C. for 15 minutes. Next, after maintaining the prepared first liquid at a temperature of 60 ° C. in a water bath, the second liquid was added to the first liquid and stirred for 60 minutes while maintaining the temperature. As a result, a hydrolyzate (C) of silicon alkoxide containing a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure represented by the above formula (119) was obtained.

次に、有機溶媒として、エタノールを40g準備し、上記式(119)に示す含窒素フッ素系化合物(A)を含むケイ素アルコキシドの加水分解物(C)を10g秤量添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。   Next, 40 g of ethanol was prepared as an organic solvent, and 10 g of a hydrolyzate of silicon alkoxide (C) containing a nitrogen-containing fluorine compound (A) represented by the above formula (119) was weighed and added to form a film-forming composition. Was prepared. Table 1 shows the component composition.

(実施例6)
上記実施例5と同様にして、
有機溶媒として、IPAを45g準備し、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す含窒素フッ素系化合物(A)と、平均一次粒子径が12nmのシリカ粒子(B)とを含むケイ素アルコキシドの加水分解物(C)を5g秤量添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Example 6)
Similar to Example 5 above,
As an organic solvent, 45 g of IPA is prepared, and includes a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 and silica particles (B) having an average primary particle size of 12 nm. 5 g of hydrolyzate of silicon alkoxide (C) was weighed and added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

(比較例1)
有機溶媒として、エタノールを47g準備し、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が12nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるIPA分散液を1.8gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を1.2g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Comparative Example 1)
47 g of ethanol was prepared as an organic solvent, and (B) 1.8 g of an IPA dispersion containing silica particles having an average primary particle size of 12 nm as solid oxide particles at a solid content of 15% by mass was prepared in advance ( C) 1.2 g of hydrolyzate of silicon alkoxide (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film-forming composition. Table 1 shows the component composition.

(比較例2)
有機溶媒として、エタノールを46.9g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す含窒素フッ素系化合物を0.1g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が100nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるエタノール分散液を1.8gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を1.2g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Comparative Example 2)
As an organic solvent, 46.9 g of ethanol was prepared, and as the nitrogen-containing fluorine compound (A) having a perfluoroamine structure, the nitrogen-containing fluorine compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above was set to 0.0. Add 1g weigh. Thereafter, (B) 1.8 g of an ethanol dispersion containing silica particles having an average primary particle size of 100 nm as solid oxide particles at a solid content of 15% by mass, and a hydrolyzate of the above (C) silicon alkoxide prepared in advance 1.2 g of (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

(比較例3)
有機溶媒として、エタノールを48g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す含窒素フッ素系化合物を2g添加し、調製した被膜形成用組成物を比較例3とした。表1に成分組成を示す。
(Comparative Example 3)
As an organic solvent, 48 g of ethanol was prepared, and 2 g of a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above was added as a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure. The film-forming composition thus prepared was designated as Comparative Example 3. Table 1 shows the component composition.

(比較例4)
有機溶媒として、エタノールを46.8g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す含窒素フッ素系化合物を0.012g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が12nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるエタノール分散液を2.0gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を1.2g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Comparative Example 4)
As an organic solvent, 46.8 g of ethanol was prepared, and a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above as a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure was set to 0.0. Add 012 g weigh. Thereafter, (B) 2.0 g of an ethanol dispersion containing silica particles having an average primary particle size of 12 nm as oxide fine particles at a solid content of 15% by mass, and a hydrolyzate of the above (C) silicon alkoxide prepared in advance 1.2 g of (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

(比較例5)
有機溶媒として、エタノールを48.0g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す含窒素フッ素系化合物を0.185g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が12nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるエタノール分散液を1.3gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を0.55g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Comparative Example 5)
As an organic solvent, 48.0 g of ethanol was prepared, and as the nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure, a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above was set to 0.0. Add 185 g weigh. Then, (B) 1.3 g of an ethanol dispersion containing silica particles having an average primary particle size of 12 nm as oxide fine particles at a solid content of 15% by mass, and a hydrolyzate of the above (C) silicon alkoxide prepared in advance 0.55 g of (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

(比較例6)
有機溶媒として、IPAを47.4g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す含窒素フッ素系化合物を0.13g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が10nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるIPA分散液を1.0gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:3×10)を1.5g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Comparative Example 6)
As an organic solvent, 47.4 g of IPA was prepared, and a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above was set to 0. Add 13g weigh. Then, 1.0 g of an IPA dispersion containing silica particles having an average primary particle diameter of 10 nm as oxide fine particles (B) at a solid content of 15% by mass, and a hydrolyzate of the above (C) silicon alkoxide prepared in advance 1.5 g of (average molecular weight: 3 × 10 3 ) was added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

(比較例7)
有機溶媒として、IPAを47.2g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す含窒素フッ素系化合物を0.02g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が10nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるIPA分散液を2.7gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:3×10)を0.15g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Comparative Example 7)
As the organic solvent, 47.2 g of IPA was prepared, and the nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above was set to 0. Add 02 g weigh. Thereafter, (B) 2.7 g of an IPA dispersion containing silica particles having an average primary particle size of 10 nm as solid oxide particles at a solid content of 15% by mass, and a hydrolyzate of the above (C) silicon alkoxide prepared in advance 0.15 g of (average molecular weight: 3 × 10 3 ) was added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

(比較例8)
有機溶媒として、エタノールを47.5g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す含窒素フッ素系化合物を0.08g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が12nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるエタノール分散液を2.3gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を0.05g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Comparative Example 8)
As an organic solvent, 47.5 g of ethanol was prepared, and a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above as a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure was reduced to 0.00. Add 08g weigh. Thereafter, (B) 2.3 g of an ethanol dispersion containing silica particles having an average primary particle size of 12 nm as oxide fine particles at a solid content of 15% by mass, and a hydrolyzate of the above (C) silicon alkoxide prepared in advance 0.05 g of (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

(比較例9)
有機溶媒として、エタノールを46.7g準備し、ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(A)として、上述した合成例1に記載の一般式(245)に示す含窒素フッ素系化合物を0.045g秤量添加する。その後、(B)酸化物微粒子として平均一次粒子径が12nmのシリカ粒子が固形分15質量%で含まれるエタノール分散液を1.3gと、事前に調製した上記(C)ケイ素アルコキシドの加水分解物(平均分子量:4×10)を1.95g添加し、被膜形成用組成物を調製した。表1に成分組成を示す。
(Comparative Example 9)
As an organic solvent, 46.7 g of ethanol was prepared, and a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the general formula (245) described in Synthesis Example 1 described above as a nitrogen-containing fluorine-based compound (A) having a perfluoroamine structure was added in an amount of 0.0. Add 045 g weigh. Then, (B) 1.3 g of an ethanol dispersion containing silica particles having an average primary particle size of 12 nm as oxide fine particles at a solid content of 15% by mass, and a hydrolyzate of the above (C) silicon alkoxide prepared in advance 1.95 g of (average molecular weight: 4 × 10 3 ) was added to prepare a film forming composition. Table 1 shows the component composition.

Figure 2016210821
Figure 2016210821

<評価方法>
(被膜の親水撥油性評価)
上記実施例1〜6及び上記比較例1〜9において調製した被膜形成用組成物を用いた被膜について、水及びn−ヘキサデカンを付着させた際の接触角測定を行い、親水性及び撥油性をそれぞれ評価した。なお、被処理物(基材)にはスライドガラスを用い、上記被膜形成用組成物をスピンコート法により塗布し、得られた膜を120℃で30分焼成させることにより、評価用部材を得た。また、接触角測定は、協和界面科学社製、CA−700型接触角計を用い、水及びn−ヘキサデカンの液滴量は2μlとし、表面処理部材上の任意5点で接触角を測定し、その平均値を算出した。評価結果を表2に表わす。
<Evaluation method>
(Evaluation of hydrophilic oil repellency of coating)
About the film using the film forming composition prepared in Examples 1-6 and Comparative Examples 1-9, the contact angle is measured when water and n-hexadecane are adhered, and hydrophilicity and oil repellency are obtained. Each was evaluated. In addition, the member for evaluation was obtained by using a glass slide for the object to be processed (base material), applying the film-forming composition by a spin coating method, and baking the obtained film at 120 ° C. for 30 minutes. It was. The contact angle was measured by using a CA-700 contact angle meter manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd., and the droplet volume of water and n-hexadecane was 2 μl, and the contact angle was measured at any five points on the surface treatment member. The average value was calculated. The evaluation results are shown in Table 2.

(被膜の透明性評価)
上記実施例1〜6及び上記比較例1〜9において調製した被膜形成用組成物を用いた被膜について、透過率及びヘイズの測定を行い、透明性を評価した。
「透過率」
評価部材を上記親水撥油性評価部材と同様にして調整し、日立ハイテク社製の分光光度計U−4100を用いて、評価部材(基材を含む被膜)の透過率を240〜2600nmの範囲で測定した。透過率については、可視光範囲である550nmでの値を確認した。評価結果を下記表2に示す。
(Evaluation of film transparency)
The transmittance | permeability and the haze were measured about the film using the composition for film formation prepared in the said Examples 1-6 and the said Comparative Examples 1-9, and transparency was evaluated.
"Transmissivity"
The evaluation member was adjusted in the same manner as the hydrophilic oil repellency evaluation member, and the transmittance of the evaluation member (coating containing the base material) was in the range of 240 to 2600 nm using a spectrophotometer U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech. It was measured. About the transmittance | permeability, the value in 550 nm which is a visible light range was confirmed. The evaluation results are shown in Table 2 below.

「ヘイズ」
評価部材を上記親水撥油性評価部材と同様にして調整し、スガ試験機社製のヘイズメーターHZ−2を用いて、評価部材(基材を含む被膜)のヘイズ測定を行った。評価結果を下記表2に示す。なお、ヘイズは、膜の拡散透過率/全光線透過率×100であらわされる数値である。
"Haze"
The evaluation member was adjusted in the same manner as the hydrophilic oil repellency evaluation member, and the haze measurement of the evaluation member (coating containing the substrate) was performed using a haze meter HZ-2 manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. The evaluation results are shown in Table 2 below. The haze is a numerical value represented by the diffusion transmittance of the film / total light transmittance × 100.

(被膜の防汚性評価)
「油性ペンのはじき性評価」
上記実施例1〜6及び上記比較例1〜9において調製した被膜形成用組成物を用いた被膜について、油性ペン(内田洋行社製、「マジックインキ」)を付着させた際のはじき性の評価(油性ペンのはじき性評価)を行い、被膜の防汚性を評価した。なお、評価部材は上記親水撥油性評価部材と同様にして調整し、油性ペンを用いて部材表面に長さ1cmの直線を書き、そのはじきやすさを以下の基準に従って目視により評価した。評価結果を下記表2に示す。
○:はじきが見られる
△:部分的にはじく
×:全くはじかない
(Evaluation of antifouling properties of coating)
"Evaluation of repellency of oil pen"
Evaluation of repellency when an oil-based pen (manufactured by Hiroyuki Uchida, “Magic Ink”) is attached to the coatings using the coating-forming compositions prepared in Examples 1-6 and Comparative Examples 1-9. (Evaluation of repellency of oil-based pen) was performed to evaluate the antifouling property of the coating. The evaluation member was adjusted in the same manner as the hydrophilic oil repellency evaluation member, and a straight line having a length of 1 cm was written on the surface of the member using an oil-based pen, and the ease of repelling was visually evaluated according to the following criteria. The evaluation results are shown in Table 2 below.
○: Repelled △: Partially repelled ×: Not repelled at all

「易洗浄性評価」
上記油性ペンを用いて書いた直線を、せん瓶に入れたイオン交換水を基材上に直接かけることにより、その易洗浄性を以下の基準に従って目視に評価した。評価結果を下記の表2に示す。
○:全て洗浄により取り除かれる
△:部分的に取り除かれる
×:全く洗浄により取り除かれない
"Easy-cleanability evaluation"
The straight line written using the oil-based pen was directly subjected to ion-exchanged water in a bottle on the substrate, and its easy-cleanability was visually evaluated according to the following criteria. The evaluation results are shown in Table 2 below.
○: All removed by washing Δ: Partially removed ×: Not removed by washing at all

Figure 2016210821
Figure 2016210821

表2に示すように、本発明の被膜形成用組成物(実施例1〜6)を用いて形成した被膜は、高い親水性、高い撥油性および油性ペンのはじき性(評価:○)を示している。すなわち、本発明の被膜形成用組成物によれば、炭素数8以上の直鎖状ペルフルオロアルキル基を含有しない含窒素フッ素系化合物と、平均一次粒子径が2〜50nmの酸化物微粒子とを含むことにより、高い親水撥油性及び優れた防汚性を有する被膜を形成できることがわかった。   As shown in Table 2, the film formed using the film forming composition of the present invention (Examples 1 to 6) exhibits high hydrophilicity, high oil repellency, and oil pen repellency (evaluation: ◯). ing. That is, according to the film forming composition of the present invention, it contains a nitrogen-containing fluorine-based compound not containing a linear perfluoroalkyl group having 8 or more carbon atoms and oxide fine particles having an average primary particle diameter of 2 to 50 nm. Thus, it was found that a film having high hydrophilic oil repellency and excellent antifouling property can be formed.

また、本発明の被膜形成用組成物(実施例1〜6)を用いて形成した被膜は、被膜形成用組成物中に、平均一次粒子径が2〜50nmの酸化物微粒子と、ケイ素アルコキシドの加水分解物とを含んでいるため、優れた透明性(低いヘイズ)を有していることがわかった。   Moreover, the film formed using the film-forming composition of the present invention (Examples 1 to 6) is composed of oxide fine particles having an average primary particle diameter of 2 to 50 nm and silicon alkoxide in the film-forming composition. Since the hydrolyzate was contained, it turned out that it has the outstanding transparency (low haze).

なお、実施例1,2,5及び6では、(B)成分である酸化物微粒子としてシリカ粒子を用いており、粒子の屈折率効果で低屈折率になる。このため、表2に示すように、基材のガラス(透過率92%)よりも低屈となり、透過率が上昇する効果が得られた。   In Examples 1, 2, 5, and 6, silica particles are used as the oxide fine particles as the component (B), and the refractive index effect of the particles results in a low refractive index. For this reason, as shown in Table 2, it was lower than the glass of the base material (transmittance 92%), and the effect of increasing the transmittance was obtained.

また、実施例3及び4では、(B)成分である酸化物微粒子として高屈折率のジルコニア粒子及びチタニア粒子をガラス基材上に塗布することとなり、元の基材であるガラスよりも屈折率が上昇し、反射率が向上してしまう。このため、表2に示すように、基材のガラス(透過率92%)よりもやや透過率が下がることを確認した。   In Examples 3 and 4, high refractive index zirconia particles and titania particles are coated on the glass substrate as oxide fine particles as component (B), and the refractive index is higher than that of the original substrate glass. Rises and the reflectance is improved. For this reason, as shown in Table 2, it was confirmed that the transmittance was slightly lower than the glass of the base material (transmittance of 92%).

以上説明したように、本発明の被膜形成用組成物は、(B)成分である酸化物微粒子として低屈材料を用いた場合には、形成した被膜の透過率が1〜4%程度上昇させる作用が得られる一方で、高屈材料を用いた場合には逆に数%程度低下させる作用が得られることを確認した。   As described above, the film-forming composition of the present invention increases the transmittance of the formed film by about 1 to 4% when a low-bending material is used as the oxide fine particles (B). On the other hand, it was confirmed that, when a highly bent material was used, an effect of reducing it by several percent was obtained.

これに対して、比較例1の被膜形成用組成物は、(A)成分を含まないため、形成した被膜の評価において、表2に示すように、高い親水性を示すが、撥油性が低い。このため、形成した被膜の防汚性の評価において、油性ペンのはじき性及び易洗浄性の評価がいずれも「×」となり、防汚性が十分でないことがわかった。   On the other hand, since the composition for forming a film of Comparative Example 1 does not contain the component (A), the evaluation of the formed film shows high hydrophilicity as shown in Table 2, but low oil repellency. . For this reason, in the evaluation of the antifouling property of the formed film, the evaluation of the repellency and easy cleaning property of the oil-based pen was “x”, indicating that the antifouling property was not sufficient.

また、比較例2の被膜形成用組成物は、(B)成分である酸化物微粒子の粒径が50nmを超えているため、形成した被膜の評価において、表2に示すように、親水性及び撥油性のいずれも中程度であった。このため、形成した被膜の防汚性の評価において、油性ペンのはじき性が「△」、易洗浄性の評価が「×」となり、防汚性が十分でないことがわかった。また、透明性の評価においても、「透過率」が低く、同時に「ヘイズ」が高いため、透明性が十分でないことがかわった。   Moreover, since the particle size of the oxide fine particles as the component (B) exceeds 50 nm in the film forming composition of Comparative Example 2, in the evaluation of the formed film, as shown in Table 2, hydrophilicity and All of the oil repellency was moderate. For this reason, in the evaluation of the antifouling property of the formed film, the repellency of the oil-based pen was “Δ” and the evaluation of easy cleaning property was “x”, indicating that the antifouling property was not sufficient. Also, in the evaluation of transparency, the “transmittance” was low and the “haze” was high at the same time, which indicated that the transparency was not sufficient.

また、比較例3の被膜形成用組成物は、(B)成分及び(C)成分を含まないため、形成した被膜の評価において、表2に示すように、高い親水性及び撥油性が得られなかった。このため、形成した被膜の防汚性の評価において、油性ペンのはじき性及び易洗浄性の評価がいずれも「×」となり、防汚性が十分でないことがわかった。また、透明性の評価においても、ヘイズ値が0.28であり、透明性が十分でないことがかわった。   Moreover, since the film forming composition of Comparative Example 3 does not contain the component (B) and the component (C), high hydrophilicity and oil repellency are obtained as shown in Table 2 in the evaluation of the formed film. There wasn't. For this reason, in the evaluation of the antifouling property of the formed film, the evaluation of the repellency and easy cleaning property of the oil-based pen was “x”, indicating that the antifouling property was not sufficient. Moreover, also in evaluation of transparency, the haze value was 0.28, and it was changed that transparency was not enough.

また、比較例4の被膜形成用組成物は、全固形成分中における(A)成分の組成比が6質量%未満であるため、形成した被膜の評価において、表2に示すように、撥油性が不十分であった。このため、形成した被膜の防汚性の評価において、油性ペンのはじき性が「×」、易洗浄性の評価が「×」となり、防汚性が十分でないことがわかった。   Moreover, since the composition for coating film formation of Comparative Example 4 has a composition ratio of the component (A) in the total solid component of less than 6% by mass, as shown in Table 2, in the evaluation of the formed film, oil repellency Was insufficient. For this reason, in the evaluation of the antifouling property of the formed film, the repellency of the oil-based pen was “x” and the evaluation of easy cleaning property was “x”, indicating that the antifouling property was not sufficient.

また、比較例5の被膜形成用組成物は、全固形成分中における(A)成分の組成比が40質量%を超えるため、形成した被膜の評価において、表2に示すように、「透過率」が低く、同時に「ヘイズ」が高いため、透明性が十分でないことがかわった。   Moreover, since the composition ratio of the component (A) in the total solid component exceeds 40% by mass in the film forming composition of Comparative Example 5, in the evaluation of the formed film, as shown in Table 2, “Transmittance” "Is low, and at the same time" haze "is high, the transparency was not enough.

また、比較例6の被膜形成用組成物は、全固形成分中における(B)成分の組成比が40質量%未満であるため、形成した被膜の評価において、表2に示すように、撥油性が不十分であった。このため、形成した被膜の防汚性の評価において、油性ペンのはじき性が「△」、易洗浄性の評価が「×」となり、防汚性が十分でないことがわかった。   Moreover, since the composition ratio of the component (B) in the total solid component of the composition for forming a film of Comparative Example 6 is less than 40% by mass, in the evaluation of the formed film, as shown in Table 2, the oil repellency Was insufficient. For this reason, in the evaluation of the antifouling property of the formed film, the repellency of the oil-based pen was “Δ” and the evaluation of easy cleaning property was “x”, indicating that the antifouling property was not sufficient.

また、比較例7の被膜形成用組成物は、全固形成分中における(B)成分の組成比が90質量%を超えるとともに、(A)成分の組成比が6質量%未満且つ(C)成分の組成比が4質量%未満であった。このため、形成した被膜の防汚性の評価において、油性ペンのはじき性が「×」、易洗浄性の評価が「×」となり、防汚性が十分でないことがわかった。   In the composition for forming a film of Comparative Example 7, the composition ratio of the component (B) in all solid components exceeds 90% by mass, the composition ratio of the component (A) is less than 6% by mass, and the component (C). The composition ratio was less than 4% by mass. For this reason, in the evaluation of the antifouling property of the formed film, the repellency of the oil-based pen was “x” and the evaluation of easy cleaning property was “x”, indicating that the antifouling property was not sufficient.

また、比較例8の被膜形成用組成物は、全固形成分中における(C)成分の組成比が4質量%未満であった。このため、ケイ素アルコキシドの加水分解物が少なく、密着性がないために、油性ペンでの記載時に、膜が剥がれてしまい、評価が出来なかった。   Moreover, the composition for film formation of the comparative example 8 had a composition ratio of the component (C) in the total solid components of less than 4% by mass. For this reason, since there was little hydrolyzate of silicon alkoxide and there was no adhesiveness, at the time of description with an oil-based pen, the film | membrane peeled and evaluation was not able to be performed.

また、比較例9の被膜形成用組成物は、全固形成分中における(C)成分の組成比が40質量%超であるため、形成した被膜の評価において、表2に示すように、撥油性が不十分であった。このため、形成した被膜の防汚性の評価において、油性ペンのはじき性が「△」、易洗浄性の評価が「×」となり、防汚性が十分でないことがわかった。また、透明性の評価においても、ヘイズ値が0.24であり、透明性が十分でないことがかわった。   Moreover, since the composition for film formation of the comparative example 9 has a composition ratio of the component (C) in the total solid component exceeding 40% by mass, as shown in Table 2, in the evaluation of the formed film, oil repellency Was insufficient. For this reason, in the evaluation of the antifouling property of the formed film, the repellency of the oil-based pen was “Δ” and the evaluation of easy cleaning property was “x”, indicating that the antifouling property was not sufficient. Moreover, also in evaluation of transparency, the haze value was 0.24, and it was changed that transparency was not enough.

本発明の被膜形成用組成物は、防汚膜として、特に建築物の外壁や屋根、航空機、船舶、自動車等のボディー、ガラス、ホイール等、乗用車のサイドミラー、エアコンの熱交換器、電線、アンテナ等への利用可能性を有する。また、視認性が要求されるようなディスプレイ表面への防汚膜としての利用可能性を有する。   The film-forming composition of the present invention is an antifouling film, particularly a building outer wall or roof, an aircraft, a ship, a body such as an automobile, a glass, a wheel, a side mirror of a passenger car, a heat exchanger of an air conditioner, an electric wire, Applicability to antennas. Moreover, it has the applicability as an antifouling film | membrane to the display surface where visibility is requested | required.

Claims (6)

下記式(1)〜(4)で示される、一種又は二種以上の含窒素フッ素系化合物と、
平均一次粒子径が2〜50nmの酸化物微粒子と、
ケイ素アルコキシドの加水分解物と、
有機溶媒と、を含み、
前記含窒素フッ素系化合物、前記酸化物微粒子及び前記ケイ素アルコキシドの加水分解物中に含まれる全固形成分中における、
前記含窒素フッ素系化合物の組成比が6〜40質量%であり、
前記酸化物微粒子の組成比が、40〜90質量%であり、
前記ケイ素アルコキシドの加水分解物の組成比が、4〜40質量%である、被膜形成用組成物。
Figure 2016210821
Figure 2016210821
Figure 2016210821
Figure 2016210821
上記式(1)及び(2)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1〜6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Rfは、炭素数1〜6であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
上記式(3)及び(4)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1〜6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Rfは、炭素数1〜6であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Zは、酸素原子、窒素原子、CF基又はCF基である。
また、上記式(2)及び(4)中、Rは、2価の有機基であって、直鎖状又は分岐状の連結基である。
また、上記式(1)〜(4)中、Xは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性賦与基である。
One or more nitrogen-containing fluorine-based compounds represented by the following formulas (1) to (4);
Oxide fine particles having an average primary particle diameter of 2 to 50 nm;
A hydrolyzate of silicon alkoxide;
An organic solvent,
In all solid components contained in the hydrolyzate of the nitrogen-containing fluorine-based compound, the oxide fine particles and the silicon alkoxide,
The composition ratio of the nitrogen-containing fluorine compound is 6 to 40% by mass,
The composition ratio of the oxide fine particles is 40 to 90% by mass,
The composition for film formation whose composition ratio of the hydrolyzate of the said silicon alkoxide is 4-40 mass%.
Figure 2016210821
Figure 2016210821
Figure 2016210821
Figure 2016210821
In the above formulas (1) and (2), Rf 1 and Rf 2 are the same or different from each other, each having 1 to 6 carbon atoms and a linear or branched perfluoroalkyl group. Rf 3 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
In the above formulas (3) and (4), Rf 4 and Rf 5 are the same or different, each having 1 to 6 carbon atoms and a linear or branched perfluoroalkylene group. Rf 6 has 1 to 6 carbon atoms and is a linear or branched perfluoroalkylene group. Z is an oxygen atom, a nitrogen atom, a CF 2 group or a CF group.
In the above formulas (2) and (4), R is a divalent organic group and is a linear or branched linking group.
Moreover, in said formula (1)-(4), X is any one hydrophilicity imparting group selected from the group which consists of an anionic type, a cationic type, and an amphoteric type.
前記ケイ素アルコキシドの加水分解物の平均分子量が、1×10以上2×10以下である、請求項1に記載の被膜形成用組成物。 The film forming composition according to claim 1, wherein the hydrolyzate of the silicon alkoxide has an average molecular weight of 1 × 10 3 or more and 2 × 10 4 or less. 前記酸化物微粒子が、シリカ、ITO、及び、In、Sn、Zn、Ti又はWの酸化物から選ばれた群のうち、1種又は2種以上の混合物である、請求項1又は2に記載の被膜形成用組成物。   The said oxide microparticles | fine-particles are 1 type, or 2 or more types of mixtures among the groups chosen from the oxide chosen from silica, ITO, and the oxide of In, Sn, Zn, Ti, or W. A film-forming composition. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の被膜形成用組成物の製造方法であって、
前記ケイ素アルコキシドから当該ケイ素アルコキシドの加水分解物を生成した後、前記有機溶媒に、前記含窒素フッ素系化合物と、前記酸化物微粒子と、生成した前記ケイ素アルコキシドの加水分解物と、を添加して混合する、被膜形成用組成物の製造方法。
It is a manufacturing method of the composition for film formation as described in any one of Claims 1 thru | or 3, Comprising:
After producing a hydrolyzate of the silicon alkoxide from the silicon alkoxide, the nitrogen-containing fluorine-based compound, the oxide fine particles, and the produced hydrolyzate of the silicon alkoxide are added to the organic solvent. The manufacturing method of the composition for film formation to mix.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の被膜形成用組成物の製造方法であって、
前記有機溶媒に、前記ケイ素アルコキシドと、前記含窒素フッ素系化合物と、前記酸化物微粒子と、を同時に添加して混合する、被膜形成用組成物の製造方法。
It is a manufacturing method of the composition for film formation as described in any one of Claims 1 thru | or 3, Comprising:
The method for producing a film-forming composition, wherein the silicon alkoxide, the nitrogen-containing fluorine-based compound, and the oxide fine particles are simultaneously added to and mixed with the organic solvent.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の被膜形成用組成物を用いて形成された、被膜。   The film formed using the film forming composition as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
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