JP2016500716A - フッ素化された重合性化合物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、式(I)(式中、Rfは、1〜18の炭素原子及び35〜85質量%のフッ素の一価フッ素化有機基を表し、R1は、5〜14個の炭素原子の環式又は非環式アルキレン、アリーレン、ジアリーレンアルカン及びジアルキレン置換アリールからなる群からの部分を表し、Bは−O−又は−N(R2)−を表し、R2は水素、1〜12個の炭素原子の脂肪族ヒドロカルビル部分又は1〜18個の炭素原子及び35〜85質量%のフッ素の一価フッ素化有機基を表し、Xは、2つのOH基を除いた後に2つ以上の繰り返し単位を有するポリマーポリオールを表し、Eは−O−又は−N(R3)−を表し、R3は1〜12個の炭素原子のヒドロカルビル部分又は水素原子を表し、Yは化学結合又は2〜20個の炭素原子の二価部分を表し、且つZは重合性構造単位基を含む有機部分を表す)の重合性化合物に関する。本発明は更に、この化合物の形成方法、本発明の重合性化合物を含むポリマー、及び前記ポリマーを表面のコーティングに用いる使用を開示する。

Description

本発明は、フッ素化された重合性化合物に関する。本発明は更に、この化合物の形成方法、本発明の重合性化合物を含むポリマー、及びそれらを表面のコーティングに用いる使用を開示している。
フッ素化ポリマーに基づくコーティング組成物は、長い間、多くの様々な目的に有用であることが知られている。
EP−B−856020号は、例えば、フッ素化ポリアクリレート結合剤とポリイソシアネート架橋剤に基づく非水性透明コーティング組成物を記載しており、これは硬化して撥油、汚れ防止及び撥水仕上げを形成し且つコーティング車両、例えば、地下鉄、電車、バス等、産業機器、例えば、タンク、建物及びその他の構造物に使用することができる。透明コーティング組成物は、得られた仕上げ物の洗浄が容易であり、また汚れに対して良好な耐性を提供するため、落書きが問題となる建物、バス、電車及び他の対象物のコーティングに特に有用である。フッ素化ポリアクリレート結合剤は、フルオロアルキル基、例えば、フルオロアルキルエチル(メタ)アクリレート又は2−(N−エチルパーフルオロオクタンスルホアミド)エチルメタクリレートを用いて調製される。しかしながら、これらのフッ素化モノマーは、それ自体に且つ他のモノマーとは別に添加されるべきであるため、結合剤は合成するのがかなり不便である。
EP−B−856022号は、フッ素化ポリアクリレート結合剤の他に、架橋剤として、0.1〜33モル%のイソシアネート基がパーフルオロアルコールと反応したポリイソシアネートを含む、類似のコーティング組成物を開示している。本願明細書に記載されたフッ素化ポリイソシアネートの形成方法は、一フッ素化ポリイソシアネートだけでなく高い割合の二フッ素化及び三フッ素化ポリイソシアネートをも生成しやすく、これらは仕上げ面に移動し、そして仕上げの外観、硬度、耐薬品性及び他の物理的特性に悪影響を及ぼし得る。
フッ素化された透明コーティング組成物もWO05/030892号に記載されており、その際、これらの透明コーティング組成物中の結合剤は、重合化されたオルガノシランモノマーを更に含むフッ素化ポリアクリレートを含む。フッ素化ポリアクリレートが、次に、フルオロアルキル基を有するエチレン性不飽和化合物、例えば、フルオロアルキルエチル(メタ)アクリレート又は2−(N−エチルパーフルオロオクタンスルホアミド)アルキル(メタ)アクリレートの重合単位を導入することによって得られる。
WO05/030891号は、改善された透明コート/透明コート付着性を有するフッ素化透明コーティング組成物を開示しており、これは付着性の改善のために、フルオロアルキル基を有するエチレン性不飽和化合物、例えば、フルオロアルキルエチル(メタ)アクリレート又は2−(N−エチルパーフルオロオクタンスルホアミド)−アルキル(メタ)アクリレートの重合単位に基づくフッ素化シランポリマーに加えてフッ素化ポリウレタン樹脂をも含む。この樹脂は、ポリイソシアネートと、過フッ素化モノアルコール及びオリゴマー及び/又はポリマーのポリエーテルポリオール、例えば、エトキシル化−プロポキシル化グリコールとを反応させることによって得られ、且つ遊離イソシアネート基は残っていない。
WO05/080465号は、硬化性結合剤系及び無機粒子に加えて結合剤系の官能性基と反応可能な少なくとも1つの官能性基を有する少なくとも1つのフッ素化ポリマー又はオリゴマーを含むコーティング組成物を使用することによって得られる、洗浄容易な耐摩耗性で且つ耐アルカリ性のコートを記載している。使用されるフッ素化ポリマー又はオリゴマーとしては、例えば、フッ素化ポリエーテル、フッ素化エポキシド、フッ素化ポリウレタン、及び市販のフルオロモノマー、例えば、テトラフルオロエチレン、フッ素化ビニリデン等を使用して調製されたフッ素化連鎖成長付加重合体が挙げられる。
WO07/115752号は、機械的に強く洗浄容易なコーティングを形成するために建物及び産業部門で使用されている、エポキシ/アミン硬化機構を有し且つポリウレタンベースの2成分の水性ハイブリッド反応性樹脂系を記載している。これらのコーティング組成物は、任意に、アミノ及び/又はヒドロキシル及び/又はメルカプト官能性フルオロ変性(fluoromodified)マクロモノマー又はテレケリックを含んでよい。
WO05/007762号は、ポリウレタンベースを介して及び/又はフリーラジカル重合性フッ素化モノマーを介して導入され得る共有結合したフッ素化側鎖を有する水性、任意にフッ素化ポリウレタンハイブリッド分散液を記載している。これらのポリウレタンハイブリッド分散液は、高い架橋密度と高い硬度を併せ持つので、多くの異なる目的に有用な、良好な機械的特性、良好な耐溶剤性及び耐薬品性を有する汚れ防止コーティングを形成するために使用され得る。
WO08/040428号は、特に、鉱物及び非鉱物基材の永久的な油、水、及び汚れ防止コーティングのための建物及び産業部門におけるフルオロ変性ポリウレタンコーティングを開示している。
EP−A−2085442号は、様々な用途のための鉱物及び非鉱物基材の永久的な撥油及び撥水表面処理に使用されるフルオロシラン成分をベースとした水性コーティング組成物を開示している。
EP−B−587667号は、ガラス、セラミック、金属、プラスチック、及び紙のコーティングに、特に外側及び内側のミラー、さらには自動車のフロントガラスのコーティングに使用される、フッ素化無機重縮合物をベースとしたコーティング組成物を開示している。
EP−A−1844863号も同様に、強い撥液仕上げ、即ち、参照液体、特に水が120°〜180°の非常に大きな接触角を有する仕上げを形成するためのコーティング組成物を記載している。このために使用されるコーティング組成物は、ポリマー及びセラミック材料/ナノ粒子を含み、従って、テクスチャー表面を有する仕上げをもたらす。ポリマーの正確な組成に関する詳細は提供されていない。
WO96/04123号は、凸部が疎水性材料で構成された凹凸から作られた人工組織を有する自己洗浄表面を形成するための疎水性コーティング組成物を記載している。例えば、テフロンが使用される。
フッ素化側鎖を有する櫛状ポリマーが既に表面コーティングに試みられている。これに関して、主鎖からの非常に長いフッ素化鎖と非常に短いスペーサーが、ヒドロカルビル基の形で、低い表面エネルギー、ひいては良好な汚れ防止及び撥水特性が達成される場合に決定的であることが知られている。比較的長いスペーサーは明らかに悪い結果につながっている(“Fluorinated comblike homopolymers: The effect of spacer lengths on surface properties”, Saidi, Salima; Guittard, Frederic; Guimon, Claude; Geribaldi, Serge; Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 第43巻, 第17号, 第3737〜3747頁)。
従って、本発明によって取り組まれる課題は、フッ素化ポリマーに基づく既存のコーティング組成物を更に改良することであった。この課題は、更に具体的には、低い濃度で使用され且つ比較的低いフッ素含有率を有する場合でもフッ素化モノマーを提供することで、顕著な撥水性及び汚れ防止特性を有する仕上げが得られることであった。
課題は更にそこから形成された生成物において、非常に良好な機械的及び光化学的安定性、良好な外観、非常に高い硬度、及び優れた耐薬品性を保証する、フッ素化モノマーを提供することであった。この課題は、フッ素化モノマーが、非常に単純で且つ経済的な方法で得られることを保証することでもあった。
この課題は、以下の式(I)
Figure 2016500716
(式中、
は、1〜18の炭素原子及び35〜85質量%のフッ素の一価フッ素化有機基を表し、
は、5〜14個の炭素原子の環式又は非環式アルキレン、アリーレン、及びジアリーレンアルカン及びジアルキレン置換アリールからなる群からの部分を表し、
Bは−O−又は−N(R)−を表し、
は水素、1〜12個の炭素原子の脂肪族ヒドロカルビル部分又は1〜18個の炭素原子及び35〜85質量%のフッ素の一価フッ素化有機基を表し、
Xは、2つのOH基を除いた後に2つ以上の繰り返し単位を有するポリマーポリオールを表し、
Eは−O−又は−N(R)−を表し、
は1〜12個の炭素原子のヒドロカルビル部分又は水素原子を表し、
Yは化学結合又は2〜20個の炭素原子の二価部分を表し、且つ
Zは重合性構造単位基を含む有機部分を表す)
の重合性化合物によって解決された。
驚くことに、課題が完全に解決されるだけでなく、モノマーを簡単にポリマーに変換されることも記載されている。更に、本発明のモノマーを形成するために溶媒は全く必要とされていない。
従来技術の観点から特に驚くことは、フッ素化された有機部分Rと重合性構造単位基Zとの間にスペーサーが存在するにもかかわらず、そこから形成されたポリマーに関して非常に良好な汚れ防止特性と撥水性が得られることであった。
ポリエステル、ポリアルキレンエーテル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、ポリアセタール、ポリウレタンポリオール及びポリシロキサンポリオールからなる群から選択される基Xが、2つのOH基を除いた後に2つ以上の繰り返し単位を有するポリマーポリオールを表すことが特に好ましい。好ましいポリマーポリオールとしては、ポリエステル、ポリアルキレンエーテル、ポリエステルカーボネート及びポリカーボネートが挙げられる。
2つのOH基を除いた後の好適なポリマーポリオールは、好ましくは、72〜3000、好ましくは100〜2000、更に好ましくは150〜1000の範囲の分子量である。
本発明のポリアルキレンエーテルは、一般構造式(II)によって表すことができ、その際、Rはそれぞれ同一又は異なってよく、nは1〜70、好ましくは2〜40、特に2〜20の整数を表す。
Figure 2016500716
本発明によれば、ポリアルキレングリコール、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリエピクロロヒドリン並びにエポキシ樹脂、例えば、ポリテトラヒドロフラン、ポリオキセタン、ポリフェニレンエーテル又はポリエーテルケトンが関係し得る。ポリアルキレングリコールは、主に直鎖状ポリエーテル、即ち、末端ヒドロキシル基を有するポリマーである。本発明の目的のためのこれらのポリエーテルポリオールの好ましい代表例としては、それぞれのエチレンオキシド、プロピレンオキシド及びテトラヒドロフランの水への重付加、特にKOH又はDMC触媒重付加によって得られるポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリテトラメチレングリコールが挙げられる。好ましいのは、更に、エチレンオキシドとプロピレンオキシドから形成されるブロックコポリマーである。
更に具体的には、ポリアルキレンエーテルは、以下の式(III)
−(C2mO)−(C2m)− (III)
(式中、mはそれぞれ独立して全ての(C2mO)単位毎に2〜18の間の整数を表し且つ同一又は異なり、aは1〜30の間の整数を表す)
の構造単位基であってよい。
本発明によって使用され得るポリアルキレンエーテルの場合、C〜C100アルキレン基を含むものは、触媒としてのスルホコハク酸の存在下で、ジオールからの重縮合反応によって製造することができる。
有用なジオール成分としては、特に、5〜36個の炭素原子の飽和又は不飽和、分枝鎖状又は非分枝鎖状の脂肪族ジヒドロキシ化合物又は芳香族ジヒドロキシ化合物、例えば、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビスフェノールA、ダイマージオール、水素化ダイマージオール又はそれらの他の混合物が挙げられる。
本発明のポリマーポリオールは、ダイマージオール又はC〜C36α,ω−アルカンジオールの重縮合によって得られるポリアルキレンエーテルを含んでよい。重縮合は、好ましくは、スルホコハク酸の存在下で行われるが、同様に同一の効果を有する他の触媒を用いて行われてもよい。ダイマージオールは、その製造方法のために混合物である;それらの製造方法は、従来技術、例えば、DE1768313号及びUS2,347,562号から良く知られている。本発明の目的に有用なポリアルキレンエーテルへの変換のための好ましいダイマージオール成分は、合計C12〜C100の炭素原子を有するダイマージオールである。特に安定なのは、C12〜C40ダイマージオール、好ましくはC12〜C20、更に好ましくはC12〜C16ダイマージオールであり、記載される炭素鎖の長さは1つの鎖に基づいている。
基Xが2つのOH基を除いた後に2つ以上の繰り返し単位を有するポリマーラクトン系ポリオールを表すことが特に好ましい。ここで該当し得るものは、ラクトンのホモポリマー又はコポリマー、好ましくは、好適な二官能性出発分子へのラクトンのヒドロキシル末端付加物である。好適なラクトンの例は、[ε]−カプロラクトン、[β]−プロピオラクトン、[γ]−ブチロラクトン及び/又はメチル−[ε]−カプロラクトン、及びそれらの混合物である。ラクトンの鎖成長付加重合体の代わりに、特に、対応する化学的等価のラクトンに対応するヒドロキシカルボン酸の重縮合物も有利に使用され得る。
従って、好ましい一実施態様では、基Xはポリエステルであってよい。更に具体的には、ポリエステルは、以下の式(IV)
Figure 2016500716
(式中、qはそれぞれ独立して全ての(C2q(C=O))単位について2〜18の間の整数を表し且つ同一又は異なり、bは1〜30の間の整数を表す)
の構造単位基であってよい。
基Xは更に、ヒドロキシル含有ポリカーボネートの群から選択される、2つ以上の繰り返し単位を有する2つのOH基を除いた後のポリマーポリオールを表し得る。ここで意図される化合物は、炭酸誘導体、例えば、ジフェニルカーボネート、ジメチルカーボネート又はホスゲンと、ジオールとの反応によって得られる。特に有用なジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチルペンタンジオール、1,3−ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、ポリブチレングリコール、ビスフェノールA及びテトラブロモビスフェノールAが挙げられる。
本発明の目的のために、式(I)中のRが、5〜14個の炭素原子の環式又は非環式アルキレン、アリーレン、ジアリーレンアルカン及びジアルキレン−置換アリールからなる群からの部分を表すことが必須である。好ましい一実施態様では、Rは、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、2−エチルヘキサメチレン、フェニレン、トリレン、メチレンビスフェニル、プロピレンビスフェニル、シクロヘキシレン、メチレン又はプロピレンビスシクロヘキシル部分及び1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサンからイソシアネート基を除いて得られる基からなる群から選択される。Rが、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサンからイソシアネート基を除いて得られる基であることが特に好ましい。
基Yは、化学結合又は2〜20個の炭素原子の二価部分を表す。Yが化学結合ではない場合、Yは好ましくは、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、2−エチルヘキサメチレン、フェニレン、トリレン、メチレンビスフェニル、プロピレンビスフェニル、シクロヘキシレン基、メチレン又はプロピレンビスシクロヘキシル部分及び1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサンからイソシアネート基を除いて得られた基からなる群から選択される。Yが1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサンからイソシアネート基を除いて得られた基であることが特に好ましい。
は、以下の化合物のうち少なくとも1つからヒドロキシル基を除いて得られた基であることが好ましい:
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクタン−1−オール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデカン−1−オール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,12−ヘンエイコサフルオロドデカン−1−オール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,14−ペンタコサフルオロテトラデカン−1−オール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16−ノナコサフルオロヘキサデカン−1−オール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8−ドデカフルオロヘプタン−1−オール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10−ヘキサデカフルオロノナン−1−オール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12−エイコサフルオロウンデカン−1−オール,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14−テトラコサフルオロトリデカン−1−オール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16−オクタコサフルオロペンタデカン−1−オール、4−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)ベンジルアルコール、4−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシル)ベンジルアルコール、4−(4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9−トリデカフルオロノニルオキシ)ベンジルアルコール、4−(4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11−ヘプタデカフルオロウンデシルオキシ)ベンジルアルコール、さらにはクラリアント(Clariant)GmbH社製の市販品のFluowet(登録商標)EA600、Fluowet(登録商標)EA800、Fluowet(登録商標)EA093、Fluowet(登録商標)EA612、Fluowet(登録商標)EA612N、Fluowet(登録商標)EA812AC、Fluowet(登録商標)EA812IW、Fluowet(登録商標)EA812EP、Fluowet(登録商標)EA6/1020、Fluowet(登録商標)PA(パーフルオロアルキルエタノール混合物からなる)、Fluowet(登録商標)OTL、Fluowet(登録商標)OTN(エトキシル化パーフルオロアルキルエタノール混合物からなる)、ダイキン工業株式会社製の市販品のA−1620、A−1630、A−1660、A−1820、A−1830、A−1860、A−2020、A−3620、A−3820、A−5610、A−5810、デュポンドヌムール(Du Pont de Nemours)社製の市販品のZonyl(登録商標)BA、Zonyl(登録商標)BA L、Zonyl(登録商標)BA LD、Foralkyl(登録商標)EOH−6N LW(パーフルオロアルキルエタノール混合物からなる)、Zonyl(登録商標)OTL、Zonyl(登録商標)OTN(パーフルオロアルキルエタノール混合物からなる)、Zonyl(登録商標)FSH、Zonyl(登録商標)FSO、Zonyl(登録商標)FSN、Zonyl(登録商標)FS−300、Zonyl(登録商標)FSN−100、Zonyl(登録商標)FSO−100、デュポンドヌムール社製の市販品のKrytox(登録商標)(ヘキサフルオロプロペンオキシド(HFPO)オリゴマー−アルコール混合物からなる)、又はそれらの好適な組み合わせ。好ましくは、30〜49.9質量%の3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクタン−1−オールと、30〜49.9質量%の3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデカン−1−オール、例えば、市販品のFluowet(登録商標)EA612とFluowet(登録商標)EA812とのパーフルオロアルキルエタノール混合物。ダイキン工業株式会社製の市販品のA−1620、A−1820も可能である。
更に、アミン、特にRNHを使用してR部分を導入することが好ましい。従って、Rは、好ましくは以下の化合物のうち少なくとも1つからアミノ基を除いて得られた基である:
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアミン、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシルアミン、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,12−ヘンエイコサフルオロドデシルアミン、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,14−ペンタコサフルオロテトラデシルアミン、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16−ノナコサフルオロヘキサデシルアミン、4−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)−ベンジルアミン、4−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシル)−ベンジルアミン、さらには1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−トリデカフルオロ−8−ヨードオクタン、1,1,1−2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8−ヘプタデカフルオロ−10−ヨードデカン、1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10−ヘンエイコサフルオロ−12−ヨードドデカン、1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12−ペンタコサフルオロ−14−ヨードテトラデカン、1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14−ノナコサフルオロ−16−ヨードヘキサデカン、クラリアント社製の市販品のFluowet(登録商標)I600、Fluowet(登録商標)I800、Fluowet(登録商標)I612、Fluowet(登録商標)I812、Fluowet(登録商標)I6/1020、Fluowet(登録商標)I1020(パーフルオロアルキルヨウ化物の混合物からなる)、Fluowet(登録商標)EI600、Fluowet(登録商標)EI800、Fluowet(登録商標)EI812、Fluowet(登録商標)EI6/1020(パーフルオロアルキルエチルヨウ化物の混合物からなる)及び適切なアミノ化試薬、ダイキン工業株式会社製の市販品のU−1610、U−1710、U−1810又は好適なそれらの組み合わせ。好ましいのは、30〜49.9質量%の3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアミンと30〜49.9質量%の3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフルオロデシルアミンとのパーフルオロアルキルエタノール混合物を使用することである。
特に好ましい一実施態様では、Rは、一般式(V)
CF−(CF−(CH− (V)
(式中、zはそれぞれ0〜16の整数を表し且つ同一又は異なり、yはそれぞれ1〜6の整数を表し且つ同一又は異なる)
の少なくとも1つの部分である。
が式CF−(CF−(CH−の部分であることが特に好ましい。Zは、それらが重合性構造単位基を含む前提条件を満たす限り、非常に多数の異なる有機部分を含んでよい。
Zは、アクリレート、メタクリレート、オキシアルキルアクリレート、オキシアルキルメタクリレート、ジアルカノールアミニル、オキシアルキルカプロラクトンアクリレート、オキシアルキルカプロラクトンメタクリレート、オキシシクロアルキルメタクリレート、オキシシクロアルキルアクリレート及びオキシアルキルマレイミド、好ましくオキシアルキルメタクリレート、ジアルカノールアミニル及びオキシアルキルカプロラクトンメタクリレートからなる群からの少なくとも1つの部分であることが好ましい。
特に好ましい一実施態様では、式(I)の重合性化合物は、(VI)、(VII)、(VIII)及び(IX)からなる群からの化合物であり、これらは以下の式
Figure 2016500716
(式中、
Aは式−O−(C2mO)−の構造単位基を表し、ここでmはそれぞれ独立して全ての(C2mO)単位について2〜4の整数を表し且つ同一又は異なり、aは2〜30の整数を表し、
は水素又はメチルを表し、
zは1〜5の整数を表し、
xは0〜9の整数を表し、
yは2〜12の整数を表す)、
Figure 2016500716
(式中、
は水素又はメチルを表し、
eは各場合において独立して全ての(C2eO)単位について2又は3を表し且つ同一又は異なり、
fは0〜150の整数を表し、
hは0〜50の整数を表すが、fとhの合計が3以上であることを条件とし、
xは0〜9の整数を表し、
yは2〜12の整数を表す)、
Figure 2016500716
(式中、
Zは1〜50、特に1〜5の整数を表し、
Rは2〜18、特に2〜18の整数を表し、
nは1〜10の整数を表し、
xは0〜9の整数を表し、
yは2〜12の整数を表す)、
Figure 2016500716
(式中、
Aは式−O−(C2mO)−の構造単位基を表し、ここでmはそれぞれ独立して全ての(C2mO)単位について2〜4の整数を表し且つ同一又は異なり、aは2〜30の整数を表し、
Zは(C2p)単位を表し、
pは2〜8の整数を表し、
xは0〜9の整数を表し、
yは2〜12の整数を表す)、
によって表される。
本発明は更に、本発明による重合性化合物の形成方法であって、
(a)2つ以上の繰り返し単位と2つ以上のヒドロキシル基を有する少なくとも1種のポリマーポリオールと少なくとも1種のジイソシアネートとを反応させる工程、その後、
(b)生成物と、1〜18個の炭素原子及び35〜85質量%のフッ素のフッ素化有機部分を含むアルコール又はアミンとを反応させる工程、及びその後、
(c)生成物と、重合性構造単位基を含む有機化合物とを反応させる工程
を含む、前記形成方法を提供する。
反応は、溶媒の不在下で特に有利に実施され得る。この場合、使用されるポリマーポリオール、例えば、1000〜2000g/モルの分子量を有するポリカーボネートジオール、1000〜2000g/モル、特に1700g/モルの分子量を有するポリTHF、及び500〜1500g/モル、特に750g/モルの分子量を有するポリエチレングリコールは、それ自体が溶媒として作用し得る。低分子量のポリマーポリオール、例えば、200〜700g/モルの分子量を有するポリTHFを得るために、Proglyde DMM(ジプロピレングリコールジメチルエーテル)を使用することが望ましい。しかしながら、この場合、量は、仮に必要な場合でも、従来技術によるものよりも明らかに少ないことが特に有利である。
工程(a)で使用されるジイソシアネートは、好ましくは、一連の1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、4,4’−、2,4’−及び/又は2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,4−及び/又は2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)及び1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IPDI)からのジイソシアネートである。更なる可能性としては、m−キシレンジイソシアネート(MXDI)、m−又はp−テトラメチルキシレンジイソシアネート(m−TMXDI、p−TMXDI)、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート(H6XDI)、1−メチル−2,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、テトラメトキシブタン−1,4−ジイソシアネート、ブタン−1,4−ジイソシアネート、1,6−ジイソシアナト−2,2,4−トリメチルヘキサン、1,6−ジイソシアナト−2,4,4−トリメチルヘキサン、1−イソシアナト−1−メチル−4(3)−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IMCI)、さらには1,12−ドデカンジイソシアネート(C12DI)、4−ジクロロフェニルジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4−クロロ−1,3−フェニレンジイソシアネート、1,10−デカメチレンジイソシアネート、リジンアルキルエステルジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、1,5−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、メチレンビス(シクロヘキシル)−2,4’−ジイソシアネート、及び4−メチルシクロヘキサン1,3−ジイソシアネートが挙げられる。
式(I)の重合性化合物を形成するための特に有利な方法は、2つの異なる反応性イソシアネート基を有するジイソシアネートを使用することである。これは、モノフッ素化反応生成物が選択的に形成され、それに対応して、仮にあったとしても、ほんの僅かな二フッ素化及び/又は非フッ素化反応生成物が得られることを保証する。その結果、次に、式(I)の重合性化合物の後の形成工程で、より少ない副生物が形成し且つフッ素化化合物がポリマーに、それに応じて、硬化コーティングのネットワークにもほぼ完全に取り込まれる。従って、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサンを使用することが特に好ましい。
工程(b)は、特に、式(I)について記載されたフッ素化アルコール及び/又はフッ素化アミンを利用し得る。
工程(c)のポリマーポリオールはまた、好ましくは、ポリエステル、ポリアルキレンエーテル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、ポリアセタール、ポリウレタンポリオール及びポリシロキサンポリオールからなる群からの少なくとも1つのものである。ポリエステル、ポリアルキレンエーテル、ポリエステルカーボネート及びポリカーボネートは、好ましいポリマーポリオールである。式(I)について記載されるポリマーポリオールが好適である。
重合性構造単位基を含む有機化合物は、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸、ヒドロキシアルキルアクリレート、ヒドロキシアルキルメタクリレート、ジアルカノールアミン、ヒドロキシアルキルカプロラクトンアクリレート、ヒドロキシアルキルカプロラクトンメタクリレート、ヒドロキシシクロアルキルメタクリレート、ヒドロキシシクロアルキルアクリレート及びヒドロキシアルキルマレイミド、好ましくは、ヒドロキシアルキルメタクリレート、ジアルカノールアミン、ヒドロキシアルキルカプロラクトンメタクリレート及びtert−ブチルアミノエチルメタクリレートの系からの少なくとも1つのものである。
ヒドロキシエチルメタクリレート及びtert−ブチルアミノエチルメタクリレートが特に好ましい。
本発明は更に、
(a)1〜18個の炭素原子のフッ素化有機部分及び35〜85質量%のフッ素を含む少なくとも1種のアルコール又はアミンと少なくとも1種のジイソシアネートとを反応させる工程、及びその後
(b)生成物と、2つ以上の繰り返し単位及びさらに1つ以上のヒドロキシル基及び重合性部分を含む少なくとも1種のポリマーポリオールとを反応させる工程
を含む別の方法を提供する。
2つ以上の繰り返し単位及びさらに1つ以上のヒドロキシル基及び重合性部分を含むポリマーポリオールは、好ましくは、ポリグリコールメタクリレートであってよい。
ポリグリコールメタクリレートの形成方法は、例えば、DE19602035号から公知である。700〜1000g/モルの間の分子量を有する無水ポリエチレングリコールメタクリレートが特に好適である。
本出願は更に本発明の重合性化合物を含むポリマーを提供する。ポリマーは、更に具体的には櫛型ポリマーであってよく、その場合、式(I)の重合性基は、ポリマーの主鎖に取り込まれ且つ基Rを含む残りが側鎖として働く。
本発明の重合性化合物を含むポリマーは、更に具体的には、少なくとも1つの更なるモノマーを有するコポリマーであってよい。様々な化合物が、式(I)中の重合性基に応じて、更なるモノマーとして有用である。
重合性基が不飽和二重結合である場合、可能なものとしては、例えば、エチルジグリコールアクリレート、4−tert−ブチルシクロヘキシルアクリレート、ジヒドロシクロペンタジエニルアクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、シアノアクリレート、シトラコネート、イタコネート及びその誘導体、(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、n−ヘプチル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−プロピルヘプチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、トリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2−アミノエチル(メタ)アクリレート、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(メタ)アクリル酸のエチレンオキシド付加物、トリフルオロメチルメチル(メタ)アクリレート、2−トリフルオロメチルエチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロエチルエチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロエチル−2−パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロメチル(メタ)アクリレート、ジパーフルオロメチルメチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロメチル−2−パーフルオロエチルメチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロヘキシル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロデシルエチル(メタ)アクリレート及び2−パーフルオロヘキサデシルエチル(メタ)アクリレートの系列からの少なくとも1種の化合物が挙げられる。特に好ましいのは、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸及びメチルメタクリレートである。
更に可能なものとしては、例えば、重合性基が、目的に応じて、不飽和二重結合である場合、イソプレノール又はヒドロキシブチルビニルエーテルが挙げられる。更に可能なものとしては、モノ不飽和及びポリ不飽和炭化水素モノマー、ビニルエステル(例えば、C〜C飽和モノカルボン酸のビニルエステル)、ビニルエーテル、モノエチレン性不飽和モノ及びポリカルボン酸及びこれらのモノ及びポリカルボン酸のアルキルエステル(例えば、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステル類、例えば、C〜C12アルキル、特にC〜Cアルキルエステル)、アミノモノマー及びニトリル、ビニリデン及びアルキルビニリデン及び不飽和カルボン酸のアミドが挙げられる。更に可能なものとしては、スチレン化合物を含む不飽和炭化水素モノマー(例えば、スチレン、カルボキシル化スチレン及びアルファ−メチルスチレン)、エチレン、プロピレン、ブチレン、及び共役ジエン(ブタジエン、イソプレン及びブタジエンとイソプレンのコポリマー)が挙げられる。有用なビニル及びハロビニリデンモノマーとしては、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル及びフッ化ビニリデンが挙げられる。ビニルエステルの例としては、脂肪族ビニルエステル、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、吉草酸ビニル、カプロン酸ビニル及び飽和モノカルボン酸のアリルエステル、例えば、酢酸アリル、プロピオン酸アリル、乳酸アリルが挙げられる。好適なビニルエーテルとしては、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル及びn−ブチルビニルエーテルが挙げられる。典型的なビニルケトンとしては、メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、及びイソブチルビニルケトンが挙げられる。モノエチレン性不飽和ジカルボン酸のジアルキルエステルの例は、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ジオクチル、マレイン酸ジイソオクチル、マレイン酸ジノニル、マレイン酸ジイソデシル、マレイン酸ジトリデシル、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、フマル酸ジブチル、フマル酸ジオクチル、フマル酸ジイソオクチル、フマル酸ジデシル、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸ジブチル及びイタコン酸ジオクチルである。モノエチレン性不飽和モノカルボン酸は、特に、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、及びクロトン酸である。マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、及びクエン酸は、モノエチレン性不飽和ジカルボン酸として記載され得る。本発明の目的にとって有用なモノエチレン性不飽和トリカルボン酸としては、例えば、アコニット酸及びそのハロゲン置換誘導体が挙げられる。更に、前述の酸の無水物及びエステル(例えば、無水マレイン酸及びクエン酸無水物)を使用することが可能である。エチレン性不飽和モノ−、ジ−及びトリカルボン酸の有用なニトリル類としては、例えば、アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル及びメタクリロニトリルが挙げられる。カルボン酸のアミドは、アクリルアミド、メタクリルアミド及び他のα−置換アクリルアミド及びN−置換アミド、例えば、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメチルアクリルアミド、アルキル化Nメチロールアクリルアミド及びN−メチロールメタクリルアミド(例えば、N−メトキシメチルアクリルアミド及びN−メトキシメチルメタクリルアミド)であってよい。有用なアミノモノマーとしては、置換及び非置換アミノアルキルアクリレート、アミノモノマー及びメタクリレートの塩酸塩、例えば、β−アミノエチルアクリレート、β−アミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノメチルアクリレート、β−メチルアミノエチルアクリレート及びジメチルアミノメチルメタクリレートが挙げられる。本発明の目的のために有用なカチオン性モノマーとしては、連鎖成長付加重合に適しており且つ第一級、第二級又は第三級アミノ基を含むα−及びβ−エチレン性不飽和化合物、例えば、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノネオペンチルアクリレート、ジメチルアミノプロピルメタクリレート及びtert−ブチルアミノエチルメタクリレート又はこれらの化合物の有機塩又は無機塩及び/又はアルキルアンモニウム化合物、例えば、トリメチルアンモニオエチルメタクリレートクロリド、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド、β−アセトアミドジエチルアミノエチルアクリレートクロリド及びメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリドが挙げられる。これらのカチオン性モノマーは、単独で使用されるか又は上記の更なるモノマーと組み合わされ得る。β−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、β−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート及びγ−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートは更に水酸基含有モノマーの例として記載され得る。
上記の方法において使用される化合物は、ジイソシアネートとして、さらには1〜18個の炭素原子のフッ素化有機部分及び35〜85質量%のフッ素を含むアルコール又はアミンとして利用され得る。
式(I)中の重合性基がヒドロキシル基及び/又はアミノ基を含む場合、これらは好ましくはイソシアネート成分と反応してポリマーを形成する。イソシアネート成分は、好ましくは、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族及び/又は芳香族化合物、好ましくは、これらの化合物の混合物を含む、ジイソシアネート又はトリイソシアネートである。ここでは1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、HDIウレトジオン、HDIイソシアヌレート、HDIビウレット、HDIアロファネート、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IPDI)、2,4−及び/又は2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)及び/又は4,4’−、2,4’−及び/又は2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリマーDMI、カルボジイミド変性4,4’−MDI、m−キシリレンジイソシアネート(MXDI)、m−又はp−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(m−TMXDI、p−TMXDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、ナフタレン1,5−ジイソシアネート、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート(H6XDI)、1−メチル−2,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、テトラメトキシブタン−1,4−ジイソシアネート、ブタン−1,4−ジイソシアネート、1,6−ジイソシアナト−2,2,4−トリメチルヘキサン、1,6−ジイソシアナト−2,4,4−トリメチルヘキサン、1−イソシアナト−1−メチル−4(3)−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IMCI)、さらには1,12−ドデカンジイソシアネート(C12DI)が考慮されることが好ましい。また、4−ジクロロフェニルジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4−クロロ−1,3−フェニレンジイソシアネート、1,10−デカメチレンジイソシアネート、リジンアルキルエステルジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、1,5−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、トリイソシアナトトルエン、メチレンビス(シクロヘキシル)−2,4’−ジイソシアネート及び4−メチルシクロヘキサン−1,3−ジイソシアネートも考慮され得る。1分子当たりに2つ又は3つのイソシアネート基を有するポリイソシアネートも適している。しかしながら、ポリイソシアネートの混合物は、混合物中のイソシアネート成分の平均NCO官能価が、特に2.0〜2.3、2.2〜2.4、2.6〜2.8、又は2.8〜3.0の範囲であり得る場合も考慮され得る。誘導体化ポリイソシアネートも同様に使用されてよく、例はスルホン化イソシアネート、ブロックイソシアネート、イソシアヌレート及びビウレットイソシアネートである。
本発明のポリマーは、好ましくは、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリウレタン又はポリウレアである。
特に好ましい一実施態様では、本発明のポリマーは、表面のコーティングに、更に好ましくは、永久的な撥水及び汚れ防止コーティングに使用されている。かかる用途は、好ましくは、特に一時的な又は永続的な使用の分野、例えば、限定されずに、航空機の翼構造物、屋根や出入口又はロータ及び風車の羽根用の、特定の気候及び気象条件(−10℃〜+5℃の間の温度、風、空気の湿度)の下でいわゆる「防氷」効果を有するコーティングを含む。
驚くべきことに、式(I)の重合性化合物が、低使用量及び低フッ素含有率でも、そこから生成したコーティングにおいて顕著な撥水性及び汚れ防止特性をもたらすことが完全に判明した。式(I)の重合性化合物から形成された生成物は、非常に良好な機械的及び光化学安定性を有する。生成されたコーティングは、更に、良好な外観及び高い硬度、また、良好な耐薬品性を有する。更に具体的には、本発明のフッ素化モノマーは、単純な及び経済的な方法で得られる。
以下の実施例は、本発明の利点を例示する。
図1は、フッ素化された重合性化合物の構造式を示す。 図2は、CNOによって規格化された積分二次イオン強度を示す。 図3は、基板(MASTERTOP BC375N)上のステイン(水性カーボンブラックペースト)の除去の結果を示す。 図4は、基板(MASTERTOP BC375N)上のステイン(水性カーボンブラックペースト)の除去の結果を示す。
実施例
実施例1
本発明のフルオロモノマー1(F−ポリカーボネート1000ジオール)の調製:
53.35gのイソホロンジイソシアネート(IPDI)を、最初に、0.04gのジブチル錫ジラウレートと一緒に、撹拌機、還流冷却器及び温度計を備えた500mlの三口フラスコに装入して40℃まで加熱する。120.00gのポリカーボネート(MW=1000g/モル)を加え、反応混合物を70℃まで加熱し、70℃で1時間撹拌する。2−(パーフルオロヘキシル)エタノール(DAIKIN A−1620)を、20分間隔で2回に分けて添加する(総量:43.69g)。フルオロアルコールをそれぞれ添加した後、反応混合物の温度を約10℃上昇させる。反応混合物の温度を、50℃に調節し、NCO含有量を、30分の反応時間後に調べる。2.32質量%の理論的なNCO含有率が得られたら、反応混合物をジエタノールアミン(10.72g)にゆっくりと添加する。
実施例2
本発明のフルオロモノマー2(F−ポリTHF1000メタクリレート)の調製:
85.45gのイソホロンジイソシアネート(IPDI)を、最初に、0.04gのジブチル錫ジラウレートと一緒に、撹拌機、還流冷却器及び温度計を備えた500mlの三口フラスコに装入して40℃まで加熱する。192.25gのポリTHF(MW=1000g/モル)を加え、反応混合物を60℃まで加熱し、70℃で1時間撹拌する。2−(パーフルオロヘキシル)エタノール(DAIKIN A−1620)を、20分間隔で3回に分けて添加する(総量:70.00g)。フルオロアルコールをそれぞれ添加した後、反応混合物の温度を約10℃上昇させる。反応混合物の温度を、50℃に調節し、NCO含有量を、30分の反応時間後に調べる。2.32質量%の理論的なイソシアネート値が得られたら、26.24gの2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)を加え、反応を55℃で終了点(0質量%のNCO)(過剰なHEMA、95%のOH基が反応する)まで継続させる。生成物を、固形分が90質量%になるように、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(41.55g)を用いて希釈する。
実施例3
本発明のフルオロモノマー3(F−ポリグリコールメタクリレート)の調製:
42.74gのイソホロンジイソシアネート(IPDI)を、最初に、0.1gのジブチル錫ジラウレートと一緒に、撹拌機、還流冷却器及び温度計を備えた500mlの三口フラスコに装入して40℃まで加熱する。2−(パーフルオロヘキシル)エタノール(DAIKIN A−1620)を、20分間隔で3回に分けて添加する(総量:70.00g)。フルオロアルコールをそれぞれ添加した後、反応混合物の温度を約10℃上昇させる。反応混合物の温度を、50℃に調節し、NCO含有量を、30分の反応時間後に調べる。7.16質量%の理論的なイソシアネート値が得られたら、147.08gのMPEG MA750(ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート)を加え、反応を60℃で終了点(0質量%のNCO)(過剰なMPEG MA750、98%のOH基が反応する)まで継続させる。
実施例4
フルオロモノマー4(F−IPDI−HEMA)の調製(比較例):
91.58gのイソホロンジイソシアネート(IPDI)を、最初に、0.04gのジブチル錫ジラウレートと一緒に、撹拌機、還流冷却器及び温度計を備えた500mlの三口フラスコに装入して40℃まで加熱する。2−(パーフルオロヘキシル)エタノール(DAIKIN A−1620)を、20分間隔で3回に分けて添加する(総量:150.0g)。フルオロアルコールをそれぞれ添加した後、反応混合物の温度を約10℃上昇させる。反応混合物の温度を、45℃に調節し、NCO含有量を、30分の反応時間後に調べる。7.16質量%の理論的なイソシアネート値が得られたら、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)を加え、反応を35℃で終了点(0質量%のNCO)(過剰なHEMA、OH基の80〜90%のみ反応する)まで継続させる。
実施例5
5.51gのポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(MPEG475MA)、38.20gのジプロピレングリコールジメチルエーテル、4.55gのメタクリル酸、69.09gのメチルメタクリレート及び18.02gのフルオロモノマー2を、最初に、撹拌機、還流冷却器及び温度計を備えた250mlの三口フラスコに窒素下で装入し、75℃まで加熱する。反応器温度を75℃に調節する。5.33gの2−メルカプトエタノールを添加する。0.42gの開始剤(VAZO−67)を16.61gのトルエンに溶解し、3%の開始剤溶液を、パーフューサーポンプ(perfusor pump)を用いて、5.44ml/時間の流量で3時間かけて直線的に添加する。計量添加(metered addition)の完了時に、反応混合物を70℃で1時間撹拌する。反応混合物を冷却し、NaOH(50質量%)を用いてpHを6.5〜7に調整する。こうして得られた僅かに濁った白色の溶液は、固体材料中に63.2質量%の固形分と2.5質量%のフッ素含有率を有する。
実施例6
5.51gのポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(MPEG475MA)、40.00gのジプロピレングリコールジメチルエーテル、4.55gのメタクリル酸、69.09gのメチルメタクリレート及び6.25gのフルオロモノマー4を、最初に、撹拌機、還流冷却器及び温度計を備えた250mlの三口フラスコに窒素下で装入して75℃まで加熱する。反応温度を75℃に調節する。5.33gの2−メルカプトエタノールを添加する。0.42gの開始剤(VAZO−67)を16.61gのトルエンに溶解し、3%の開始剤溶液を、パーフューサーポンプ(perfusor pump)を用いて、5.44ml/時間の流量で3時間かけて直線的に添加する。計量添加の完了時に、反応混合物を70℃で1時間撹拌する。反応混合物を冷却し、NaOH(50質量%)を用いてpHを6.5〜7に調整する。こうして得られた僅かに濁った白色の溶液は、固体材料中に58.3質量%の固形分と2.5重量%のフッ素含有率を有する。
ポリアクリレート(実施例5及び6からのポリアクリレート生成物)を、250μmのバーを使用してプレゼンテーション箔(presentation foil)上にブレード塗布した。溶剤含有フィルムを、動的接触角並びに機械油の前進角及び後退角について測定する前に室温で3時間にわたり真空(2〜10ミリバール)で保存した。
接触角の測定:
動的接触角の測定:動的接触角を、クルス(Kruess)(「液滴形状解析機器(Drop Shape Analysis Instrument)」、DSA10)によって提供される標準化された設定を使用して決定する。機器はビデオカメラによって固体基板上に配置された液滴の影を監視する。このように、液滴形状とその形状の経時変化は、直接入手可能である。基本的には、液体と基板の任意の組み合わせは、この方法により調べることができる。液滴形状及び基板との接触角は、自動化及びコンピュータ化された画像分析(対応ソフトウェア「DSA」)を介して評価される。
一般に、接触角は、静的条件(所定の一定容積を有する液滴)又は動的条件の下で測定され得る。後者の場合、それぞれ基板のウェッティング及びディウェッティングに実質的に相当する、液滴体積が徐々に増加(前進接触角)又は減少(後退接触角)する間、液滴と基板との間の境界面を追跡する。汚れ耐性があり且つ液体を弾く表面は、通常、高い後退角を示す。後退角は、濡れた表面がどのように容易に再びディウェットし得るかについての直接的な目安である。理想化された化学的に均質で且つ滑らかな表面の場合、明確なヒステリシスは、前進角と後退角の間で全く予想されていない。このパラメータの有意差は、表面の形態又は化学における不均一性を示す。
前進接触角
前進接触角の測定の場合、油(例えば、機械油(好ましい)、ヒマワリ油又はパラフィン油)の小さな液滴(3〜5μl)を、全ての機器を23℃で平衡化した後に、細い注射針(典型的な内径:0.5mm)を用いて試料フィルム上に配置する。注射針を油滴中に沈めたままにする。以下において、液滴の体積を、20μl/分の速度で針を通して油を更に添加することによって徐々に増加させる。これは、従来の使い捨て注射器を用いて手動で、又は取り付けられた電気注射器ポンプを介して自動で行われる。測定の開始時に、光学系を、液滴の輪郭にフォーカスするように調整する。次に、液滴が拡大する間、その影を継続的に監視する。このように、液滴の拡大を、10〜15μlの最終体積に達するまで10〜20秒の間追跡する。
個々のビデオフレーム中の油滴の形状は、既に測定の間にオンラインデジタル画像解析により評価される。そのため、液滴の輪郭は、多項式フィッティングによって近似される。この手順は、広い範囲の接触角にわたり正確な結果を得るための信頼性の高い方法であることが判明した。最後に、接触角は、フィッティングされた輪郭線に接線を適用することによって決定される。得られた値は、時間の関数として保存され、そして、液滴体積の関数としても保存される。通常、接触角は、原則的に液滴の体積に依存しないものであるため、異なる時間で測定された値の平均値(標準偏差に対応する)として与えられる。しかしながら、これは、浸漬針がまだ接触点での液滴の形状に影響を与え得るため、必ずしも体積増加の初期段階に適用されない。従って、この領域で収集されたデータは、評価では考慮されない。
後退接触角
後退接触角を決定するために、使用される針の先端が再び液相内に残っている間に、比較的大きな油の液滴(約6mmの直径)を基板上に形成する。その後、油を、連続的に注射器を用いて液滴から除去する。共通の体積減少速度は20μl/分の範囲である。前進角の場合のように、液滴体積の段階的な減少を、ビデオカメラによって記録する。基板表面にわたる液体の明瞭な後退を識別するとすぐに、液滴の形状、及びそれと共に接触角を、最終的に全ての測定値を平均化しながら、10秒〜20秒のサンプリング時間にわたり多項式フィッティングによって決定する。データ処理と評価を、前進接触角について記載される通りに行う。
Figure 2016500716
表1の鍵:
=PEG標準に対してゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定された質量平均分子量
=PEG標準に対してゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定された数平均分子量
FK NP=重合反応終了時の固形分
粘度を、CAP2000HAAKE回転粘度計、スピンドル4、RPM12を用いて21℃で測定した。
接触角HO:水に対して測定された接触角
接触角CH:ジヨードメタンに対して測定された接触角
比較例:2−(パーフルオロヘキシルエタノール)/IPDI/HEMAに基づくフルオロモノマー4
機械油に対する前進角及び後退角:
汚れ防止され且つ液体が玉になるべき表面は、大きな後退角を形成しなければならない。これは一旦濡れた表面の脱濡れ性(dewettability)を示す。理想的な化学均質性を有する滑らかな表面は、前進角と後退角との間に大きなヒステリシスを形成することは予想されていない。違いは、形態又は表面化学における不均一性を示す。
Figure 2016500716
実施例5は、同じフッ素含有率について実施例6と比較して明らかに高まった前進角と後退角を示しており、これは改善された汚れ防止を示唆する。
飛行時間型二次イオン質量分析法:
飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)は、任意の真空安定な固体表面の第1の原子層の化学的特徴付けを可能にする強力な表面分析手法である。化学物質の豊富な情報を提供し且つ非常に高い感度で化合物を同定することができるものは、断片化質量分析技術である。更に、その表面感度のために、表面上の官能基の充填密度及び配向を判断することができる。SIMSは、周囲マトリックスの組成によるイオン化確率の変調のために、各サンプルシステムでの事前のキャリブレーションなしで、定量的ではない。しかしながら、マトリックスが十分に一定に保たれる場合、特定の質量フラグメントのSIMS強度と、特に特有の質量ピークの積分値の比は比較に使用され得る。
静的TOF−SIMSスペクトルを、TOF−SIMS V分析計(lonTOF GmbH、独国)を用いて記録した。25keV単一荷電ビスマス(Bi)のパルス質量フィルタ一次イオンビームを使用した。試料表面に通常、5μmのスポットサイズをもたらす、この一次イオンビームを、500×500μmの領域にラスター走査させ、正及び負の二次イオンのスペクトルを記録する。一次イオンドーズ密度を、常に、10−12イオン/cmよりも遙かに低く、従って静的SIMSレジームに維持した。試料表面の帯電を防止するために、低電子エネルギーフラッドガンを使用した。試料(実施例5及び6のポリアクリレート製品)を、PETフィルム上に250μmの湿潤層厚さでナイフ塗布してフィルムとして調製した。試料を、測定前に室温で3時間にわたり真空乾燥(8〜10ミリバール)させた。
図2及び表3に示される結果のように、フルオロモノマー2を含む試料(実施例5)は、参照試料(実施例6)と比較して表面上にフッ素の増加した蓄積を示す。理論によって束縛されないが、実施例5の場合、フッ素の高い蓄積は、実施例6(対照)と比較して、より高いフルオロ変性側鎖の移動度に起因すると考えられる。
Figure 2016500716
実施例:容易に洗浄できるコーティング
次の節では、フルオロ変性ジオール構造単位(実施例8)の共有取り込みを介して調製されたフルオロ変性ポリウレタン分散液(実施例7)を含む配合物(実施例11)の塗布性について記載する。実施例11は、親水性の脂肪族イソシアネートで硬化された、ヒドロキシル官能性アクリル分散液に基づく水性の着色された二成分配合物である。産業部門における媒体用のトップコートとして生成物に重負荷をかける。
実施例7の調製(フルオロ変性ポリウレタン分散液)
KPG−撹拌機、還流冷却器、温度計及び窒素カバレッジを備えた四つ口フラスコに、136.77gのフルオロ変性ジオール成分(実施例8を参照)と163.14gのイソホロンジイソシアネート(IPDI)との混合物を、窒素雰囲気下で、結晶としての0.1gのジブチル錫ジラウレート(DBTL)及び約56.1mg KOH/gのヒドロキシ価を有する105.00gのポリエステルジオールの存在下で装入し、80〜90℃で1.5時間撹拌する。14.95gの1,4−ブタンジオールと19.10gのジメチロールプロピオン酸(DMPA(登録商標))を加えた後、混合物を28.64gのジ(プロピレングリコール)ジメチルエーテルに溶解し、計算NCO含有率が5.46質量%に達するまで窒素雰囲気下で80〜90℃で1時間撹拌する。変換率は酸滴定によって監視する。プレポリマー(484.86g)を、644.51gの水と12.97gのトリエチルアミンとの混合物に、激しく撹拌しながら混合する。更に、28.93gのエチレンジアミン(16.7質量%の水溶液)を、鎖延長を達成するために分散液に添加した。その結果、38質量%の固形分、30.50ミリ当量/100gの電荷密度及び1.0質量%のフッ素含有率を有する安定なポリウレタン分散液が得られる。
実施例8の調製(フルオロ変性ジオール)
KPG−撹拌機、還流冷却器、温度計及び窒素カバレッジを備えた四つ口フラスコに、88.92gのイソホロンジイソシアネート(IPDI)と約56.1mg KOH/gのヒドロキシ価を有する400.0gのポリエステルジオールとの混合物を、触媒としての0.04gのジブチル錫ジラウレート(DBTL)の存在下で装入する。混合物を、窒素雰囲気下で145.71gのジ(プロピレングリコール)ジメチルエーテル中に溶解し、75℃で1.0時間撹拌する。フルオロアルコール(2−パーフルオロヘキシルエタノール、72.84g)を添加し、混合物を、1.19質量%のNCO含有率に達するまで75℃で30分間撹拌する。混合物を40℃まで冷却し、20.06gのジエタノールアミンをゆっくりと添加する。変換は、NCO含有率がゼロ値に到達した時に完了する。
容易に洗浄できる適用試験
実施例9の調製(基本配合物)
ヒドロキシル官能性アクリレート分散液(37〜39質量%の固形分、1.8質量%の供給されるOH含有率、15℃の最低造膜温度、pH値7.5〜8.5)に、ニュートン流動挙動を有するポリウレタン増粘剤、消泡剤(シリカ誘導体、鉱油及びエステルに基づく)及び艶消剤(約6.3μmの粒径d50を有する重縮合プラスチックに基づく)を16m/sで15分間撹拌しながら添加する。また、保存剤、基材湿潤用の添加剤(ポリエーテル変性シロキサンに基づく)及び水を、5m/sで撹拌しながら添加し、混合物を最終的に5m/sで10分間撹拌する。
Figure 2016500716
実施例10(参照配合物)を、実施例9(基本配合物)から出発して、カラーペーストミックス(RAL7032、ペブルグレイ)を5m/sで撹拌しながら添加し、更に5m/sで10分間撹拌して調製する。その後、脂肪族イソシアネート(21.6質量%のNCO含有率、1100mPasの動的粘度)を、撹拌しながら(5m/sの撹拌速度)添加し、最後に5m/sで5分間撹拌する。
Figure 2016500716
実施例1(フルオロ変性配合物)を、実施例9(基本配合物)から出発して、カラーペーストミックス(RAL7032、ペブルグレイ)及びフルオロ変性分散液(実施例7)を5m/sで撹拌しながら添加し、更に5m/sで10分間撹拌して調製する。その後、脂肪族イソシアネート(21.6質量%のNCO含有率、1100mPasの動的粘度)を、撹拌しながら(5m/sの撹拌速度)添加し、最後に5m/sで5分間撹拌する。最終的なフッ素含有率は0.06質量%である。
Figure 2016500716
試料の調製
実施例10及び11からの配合物を、70の28日後のショアD硬度及び10%の破断点伸びを有する4,4−MDIと架橋した、分枝鎖状のヒマシ油ベースのポリオールに基づくポリウレタンからなる基板(MASTERTOP BC375N;BASFコンストラクションケミカルヨーロッパAG(無溶剤、着色された2K PUレベリングコーティング、2.5kg/mの消費量で適用。表面特性:非吸収性、滑らかで光沢のある))に塗布する。配合物の消費はそれぞれ120g/m(ローラーで適用)であった。試験を23℃で50%の相対湿度で実施した。
容易に洗浄できる適用試験の結果
汚れの除去
汚れの除去を、水性のカーボンブラックペースト(水中5%)を用いて試験する。適用後の最初の5日間に、5mlの水性カーボンブラックペーストをトップコート上に8時間配置する。その後、ステインを水とペーパータオルで除去する(図3及び図4)。残留物は、特に適用後の最初の数日間の汚れ除去に関する情報を提供する。
図4(基板(MASTERTOP BC375N)上の実施例11(フルオロ変性))は、わずか0.06質量%のフルオロ変性が、適用の初日後に、図3(基板(MASTERTOP BC375N)上の実施例10(参照))と比較して有意に汚れ除去を低減することを示す。
耐摩耗性試験を、DIN52347(テーバー摩耗試験機)によって行った。摩耗を、以下の条件下にて室温で28日の貯蔵後に測定する:ホイールCS10/500g/1000T。その結果、基板(MASTERTOP BC375N)上のフルオロ変性コーティングの摩耗は低下し、これは摩耗性に関して改良された性能を示す。
Figure 2016500716
滑り特性をDIN EN13893に従って試験した。滑り摩擦係数を、14日及び28日後に測定する。滑り特性に関して2つの配合物間に差は見られず、これも同様にコーティングの全体的な性能が維持され、フルオロ変性が滑り特性に全く悪影響を与えないことを示す。
Figure 2016500716
DIN ISO2409による基板への付着性を、クロスカット試験によって7日後及び14日後に試験する。両方の配合物は、基板(MASTERTOP BC375N)に対して非常に良好な付着性を示し、これは工業用コーティングとしての最終用途にとって最も重要なパラメータの1つである。
Figure 2016500716

Claims (15)

  1. 式(I)
    Figure 2016500716
    (式中、
    は、1〜18個の炭素原子及び35〜85質量%のフッ素の一価フッ素化有機基を表し、
    は、5〜14個の炭素原子の環式又は非環式アルキレン、アリーレン、ジアリーレンアルカン及びジアルキレン置換アリールからなる群からの部分を表し、
    Bは−O−又は−N(R)−を表し、
    は水素、1〜12個の炭素原子の脂肪族ヒドロカルビル部分又は1〜18個の炭素原子及び35〜85質量%のフッ素の一価フッ素化有機基を表し、
    Xは、2つのOH基を除いた後に2つ以上の繰り返し単位を有するポリマーポリオールを表し、
    Eは−O−又は−N(R)−を表し、
    は1〜12個の炭素原子のヒドロカルビル部分又は水素原子を表し、
    Yは化学結合又は2〜20個の炭素原子の二価部分を表し、且つ
    Zは重合性構造単位基を含む有機部分を表す)
    の重合性化合物。
  2. Xが式(II)
    Figure 2016500716
    (式中、Rはそれぞれ同一又は異なってよく、nは1〜70の整数を表す)
    の重合性構造単位基である、請求項1に記載の重合性化合物。
  3. Xが式(IV)
    Figure 2016500716
    (式中、qはそれぞれ独立して全ての(C2q(C=O))単位について2〜18の整数を表し且つ同一又は異なり、bは1〜30の間の整数を表す)
    の構造単位基である、請求項1に記載の重合性化合物。
  4. が、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、2−エチルヘキサメチレン、フェニレン、トリレン、メチレンビスフェニル、プロピレンビスフェニル、シクロヘキシレン、メチレン又はプロピレンビスシクロヘキシル部分及び1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサンからイソシアネート基を除いて得られる基からなる群から選択される、請求項1から3までのいずれか1項に記載の重合性化合物。
  5. Yが、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、2−エチルヘキサメチレン、フェニレン、トリレン、メチレンビスフェニル、プロピレンビスフェニル、シクロヘキシレン、メチレン又はプロピレンビスシクロヘキシル部分及び1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチル−シクロヘキサンからイソシアネート基を除いて得られる基からなる群から選択される、請求項1から4までのいずれか1項に記載の重合性化合物。
  6. が、一般式(V)
    CF−(CF−(CH− (V)
    (式中、
    zはそれぞれ0〜16の整数を表し且つ同一又は異なり、且つ
    yはそれぞれ1〜6の整数を表し且つ同一又は異なる)
    の少なくとも1つの部分である、請求項1から5までのいずれか1項に記載の重合性化合物。
  7. Zが、アクリレート、メタクリレート、オキシアルキルアクリレート、オキシアルキルメタクリレート、ジアルカノールアミニル、オキシアルキルカプロラクトンアクリレート、オキシアルキルカプロラクトンメタクリレート、オキシシクロアルキルメタクリレート、オキシシクロアルキルアクリレート及びオキシアルキルマレイミドからなる群からの部分である、請求項1から6までのいずれか1項に記載の重合性化合物。
  8. 式(VI)
    Figure 2016500716
    (式中、
    Aは式−O−(C2mO)−の構造単位基を表し、ここでmはそれぞれ独立して全ての(C2mO)単位について2〜4の整数を表し且つ同一又は異なり、aは2〜30の整数を表し、
    は水素又はメチルを表し、
    zは1〜5の整数を表し、
    xは0〜9の整数を表し、
    yは2〜12の整数を表す)、
    式(VII)
    Figure 2016500716
    (式中、
    は水素又はメチルを表し、
    eは各場合において独立して全ての(C2eO)単位について2又は3を表し且つ同一又は異なり、
    fは0〜150の整数を表し、
    hは0〜50の整数を表すが、fとhの合計が3以上であることを条件とし、
    xは0〜9の整数を表し、
    yは2〜12の整数を表す)、
    式(VIII)
    Figure 2016500716
    (式中、
    Zは1〜50の整数を表し、
    Rは2〜18の整数を表し、
    nは1〜10の整数を表し、
    xは0〜9の整数を表し、
    yは2〜12の整数を表す)、及び
    式(IX)
    Figure 2016500716
    (式中、
    Aは式−O−(C2mO)−の構造単位基を表し、ここでmはそれぞれ独立して全ての(C2mO)単位について2〜4の整数を表し且つ同一又は異なり、aは2〜30の整数を表し、
    Zは(C2p)単位を表し、
    pは2〜8の整数を表し、
    xは0〜9の整数を表し、
    yは2〜12の整数を表す)、
    からなる群からの化合物を含む、請求項1から7までのいずれか1項に記載の重合性化合物。
  9. 請求項1から8までのいずれか1項に記載の重合性化合物の形成方法であって、
    (a)2つ以上の繰り返し単位と2つ以上のヒドロキシル基を有する少なくとも1種のポリマーポリオールと少なくとも1種のジイソシアネートとを反応させる工程、その後、
    (b)生成物と、1〜18個の炭素原子及び35〜85質量%のフッ素のフッ素化有機部分を含む少なくとも1種のアルコール又はアミンとを反応させる工程、及びその後、
    (c)生成物と、重合性構造単位基を含む有機化合物とを反応させる工程
    を含む、前記形成方法。
  10. 請求項1から8までのいずれか1項に記載の重合性化合物の形成方法であって、
    (a)1〜18個の炭素原子のフッ素化有機部分及び35〜85質量%のフッ素を含む少なくとも1種のアルコール又はアミンと少なくとも1種のジイソシアネートとを反応させる工程、及びその後
    (b)生成物と、2つ以上の繰り返し単位及びさらに1つ以上のヒドロキシル基及び重合性部分を含む少なくとも1種のポリマーポリオールとを反応させる工程
    を含む、前記形成方法。
  11. 請求項1から8までのいずれか1項に記載のモノマーを含むポリマー。
  12. ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリウレタン又はポリウレアに関する、請求項11に記載のポリマー。
  13. 請求項11又は12に記載のポリマーを含む組成物を表面のコーティングに用いる使用。
  14. 請求項11又は12に記載のポリマーを含む組成物を、永久的な撥水性及び汚れ防止表面コーティングに用いる使用。
  15. 請求項11又は12に記載のポリマーを含む組成物を、航空機の翼構造物、屋根、出入口又はロータ及び風車の羽根の表面コーティングに用いる使用。
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