JP2018070683A - 含フッ素アクリル化合物及びその製造方法並びに硬化性組成物及び物品 - Google Patents

含フッ素アクリル化合物及びその製造方法並びに硬化性組成物及び物品 Download PDF

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Abstract

【課題】容易に合成可能な新規の含フッ素多官能アクリル化合物及びその製造方法、硬化性組成物、並びに撥水撥油性表面を有する物品を提供する。【解決手段】下式の含フッ素アクリル化合物。[Rf1−Z1]a−Q1−[Z2−SiRcX3-c]b[X3-cRcSi−Z2]b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRcX3-c]b(Rf1、Rf2は分子量400〜20,000の1価又は2価のパーフルオロポリエーテル基、Z1はO、N及びSiを含んでもよい2価炭化水素基、Z2は2価炭化水素基、Q1は(a+b)個以上のSiを含む(a+b)価の連結基、Q2は(b+1)個以上のSiを含む(b+1)価の連結基、a、bは1〜10、cは0、1又は2。Rは1価炭化水素基、XはCH2=CR1−COO−Z3−SiR2R3−O−、R1はH又は1価炭化水素基、R2、R3は1価炭化水素基。Z3は2価炭化水素基。)【選択図】なし

Description

本発明は、含フッ素多官能アクリル化合物及びその製造方法、該化合物を含む硬化性組成物、並びに該組成物の硬化物層からなる撥水撥油性表面を有する物品に関する。
従来、樹脂成形体等の表面を保護する手段として、ハードコート処理が広く一般に用いられている。これは成形体の表面に硬質の硬化樹脂層(ハードコート層)を形成し、傷つき難くするものである。ハードコート層を構成する材料としては、熱硬化性樹脂や紫外線もしくは電子線硬化型樹脂、更にはその両方の機能を持つ樹脂が多く使用されている。
一方、樹脂成形品の利用分野の拡大や高付加価値化の流れに伴い、硬化樹脂層(ハードコート層)に対する高機能化の要望が高まっており、その一つとして、ハードコート層への防汚性の付与が求められている。これはハードコート層の表面に撥水性、撥油性などの性質を付与することにより、汚れ難く、あるいは汚れても容易に取り除くことができるようにするものである。
ハードコート層に防汚性を付与する方法としては、一旦形成されたハードコート層表面に含フッ素防汚剤を塗工及び/又は定着させる方法が広く用いられているが、含フッ素硬化性成分を硬化前の硬化樹脂組成物に添加し、これを塗布硬化させることでハードコート層の形成と防汚性の付与を同時に行う方法についても検討されてきた。例えば、特開平6−211945号公報(特許文献1)には、アクリル系の硬化性樹脂組成物にフルオロアルキルアクリレートを添加、硬化させることで防汚性を付与したハードコート層の製造が示されている。
近年、硬化性樹脂への配合を目的とした含フッ素アクリル化合物への要求が更に高まっており、容易に合成可能な新規の含フッ素多官能アクリル化合物とその機能性の向上が強く求められている。
特開平6−211945号公報 特開2013−237824号公報 特開2010−53114号公報 特開2010−138112号公報 特開2010−285501号公報
本発明者は、このような硬化性樹脂組成物に防汚性を付与できるフッ素化合物として、様々な開発を進めており、例えば、特開2013−237824号公報(特許文献2)には、含フッ素アルコール化合物を熱硬化性樹脂に配合することで防汚性を付与する方法を提案している。また、本発明者は、例えば、特開2010−53114号公報(特許文献3)、特開2010−138112号公報(特許文献4)、特開2010−285501号公報(特許文献5)に示す光硬化可能なフッ素化合物を提案している。これらの提案では光硬化可能なフッ素化合物を合成する手法として、含フッ素アルコールとアクリル酸ハロゲン化物やイソシアネート基を有するアクリル化合物を反応させる方法を用いている。
硬化性樹脂への配合を目的とした含フッ素多官能アクリル化合物の用途が広がっている中で、配合先の硬化性組成物に対する含フッ素多官能アクリル化合物の最適化も求められてきている。しかし、例えばできるだけ多くのアクリル基を有する含フッ素多官能アクリル化合物を求める場合、前記した特許文献5の、含フッ素アルコールとアクリル酸ハロゲン化物やイソシアネート基を有するアクリル化合物を反応させる方法では、含フッ素アルコールと複数のイソシアネート基を有するアクリル化合物の反応速度が遅いという欠点がある。また一つのアルコールに対して2個以上のアクリル基を有する導入原料は合成精製が困難である。
そこで含フッ素アルコールの段階で多官能化を行うとすると、不飽和末端基を有する多官能アルコール化合物はフッ素化合物との相溶性がきわめて低いため反応不良を起こしやすいという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、容易に合成可能な新規の含フッ素多官能アクリル化合物及びその製造方法、該化合物を含む硬化性組成物、並びに該組成物の硬化物層からなる撥水撥油性表面を有する物品を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために更なる検討を重ねた結果、下記一般式(3)又は(4)
[Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (3)
[M3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
(4)
(式中、Rf1は独立に炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の1価のパーフルオロポリエーテル基であり、Rf2は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Z1は独立に炭素数1〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。Z2は独立に炭素数2〜8の2価の炭化水素基である。Q1は少なくとも(a+b)個のケイ素原子を含む(a+b)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。Q2は独立に少なくとも(b+1)個のケイ素原子を含む(b+1)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。aは1〜10の整数であり、bは独立に1〜10の整数であり、cはそれぞれ独立に0、1又は2である。式(3)における[ ]で括られたa個のZ1もしくは式(4)におけるZ1及びb個のZ2はすべてそれぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。Rは独立に1〜6の1価の炭化水素基である。Mはアルコキシ基又はアルコキシアルキル基である。)
で表される含フッ素反応性シラン化合物と、下記一般式(5)
CH2=CR1−COO−Z3−SiR23−OH (5)
(式中、R1は水素原子又は炭素数1〜8の1価の炭化水素基であり、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜8の1価の炭化水素基である。Z3は炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
で表されるアクリル基含有シラノール化合物を反応させることで得られる下記一般式(1)又は(2)
[Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (1)
[X3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
(2)
(式中、Xはそれぞれ独立にCH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−で示される基であり、Rf1、Rf2、Z1、Z2、Q1、Q2、R、R1、R2、R3、a、b、cは前述の通りである。)
で表される含フッ素アクリル化合物が、上記要求を満たすことを見出し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、下記の含フッ素アクリル化合物、その製造方法及び硬化性組成物並びに物品を提供する。
〔1〕
下記一般式(1)又は(2)で表される含フッ素アクリル化合物。
[Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (1)
[X3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
(2)
(式中、Rf1は独立に炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の1価のパーフルオロポリエーテル基であり、Rf2は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Z1は独立に炭素数1〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。Z2は独立に炭素数2〜8の2価の炭化水素基である。Q1は少なくとも(a+b)個のケイ素原子を含む(a+b)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。Q2は独立に少なくとも(b+1)個のケイ素原子を含む(b+1)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。aは1〜10の整数であり、bは独立に1〜10の整数であり、cはそれぞれ独立に0、1又は2である。式(1)における[ ]で括られたa個のZ1もしくは式(2)におけるZ1及びb個のZ2はすべてそれぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。Rは独立に1〜6の1価の炭化水素基である。Xはそれぞれ独立にCH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−で示される基であり、R1は水素原子又は炭素数1〜8の1価の炭化水素基であり、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜8の1価の炭化水素基である。Z3は炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
〔2〕
一般式(1)、(2)中のZ2が、−CH2CH2−又は−CH2CH2CH2−である〔1〕記載の含フッ素アクリル化合物。
〔3〕
一般式(1)、(2)中のXが、下記式
CH2=CR4−COO−CH2−SiR23−O−
(式中、R2、R3は上記と同じである。R4は水素原子又はメチル基である。)
で示される基である〔1〕又は〔2〕記載の含フッ素アクリル化合物。
〔4〕
下記一般式(6)又は(7)で表される〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の含フッ素アクリル化合物。
Figure 2018070683
(式中、Rf1、Rf2、Z1、Q1、Q2、a、bは前述の通りであり、R4は水素原子又はメチル基である。)
〔5〕
パーフルオロポリエーテル基と(メタ)アクリル基が以下の構造
−Si−O−Si−Z2−Si−
(式中、Z2は前述の通りである。)
を含む連結構造を介して結合し、フルオロポリエーテル鎖に連結している各反応性末端基[Z2−SiRc3-cb(Z2、R、X、b、cは前述の通りである。)がそれぞれ合計で(メタ)アクリル基を4個以上有する〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の含フッ素アクリル化合物。
〔6〕
下記一般式(8)又は(9)
[Rf1−Z1a−Q1−[H]b (8)
[H]b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[H]b (9)
(式中、Rf1は独立に炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の1価のパーフルオロポリエーテル基であり、Rf2は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Z1は独立に炭素数1〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。Q1は少なくとも(a+b)個のケイ素原子を含む(a+b)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。Q2は独立に少なくとも(b+1)個のケイ素原子を含む(b+1)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。aは1〜10の整数であり、bは独立に1〜10の整数であり、式(8)における[ ]で括られたa個のZ1もしくは式(9)におけるZ1及びb個のHはすべてそれぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。)
で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物と、下記一般式(10)
CH2=CR4−(Z4d−SiRc3-c (10)
(式中、R4は水素原子又はメチル基であり、Z4は炭素数1〜6の2価の炭化水素基であり、dは0又は1であり、Rは独立に1〜6の1価の炭化水素基である。Mは独立にアルコキシ基又はアルコキシアルキル基である。cは0、1又は2である。)
で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物をヒドロシリル化反応させて得られた下記一般式(3)又は(4)
[Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (3)
[M3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
(4)
(式中、Rf1、Rf2、Z1、Q1、Q2、R、M、a、b、cは前述の通りであり、Z2は独立に炭素数2〜8の2価の炭化水素基である。式(3)における[ ]で括られたa個のZ1もしくは式(4)におけるZ1及びb個のZ2はすべてそれぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。)
で表される含フッ素反応性シラン化合物と、下記一般式(5)
CH2=CR1−COO−Z3−SiR23−OH (5)
(式中、R1は水素原子又は炭素数1〜8の1価の炭化水素基であり、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜8の1価の炭化水素基である。Z3は炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
で表されるアクリル基含有シラノール化合物とを反応させることを特徴とする下記一般式(1)又は(2)
[Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (1)
[X3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
(2)
(式中、Xはそれぞれ独立にCH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−で示される基であり、Rf1、Rf2、Z1、Z2、Q1、Q2、R、a、b、c、R1、R2、R3、Z3は上記と同じである。)
で表される含フッ素アクリル化合物の製造方法。
〔7〕
下記一般式(11)
Rf1−Z5 (11)
(式中、Rf1は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の1価のパーフルオロポリエーテル基であり、Z5は末端にSi−H基と付加反応可能な炭素−炭素不飽和結合を一個有する炭素数2〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい1価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物と、下記一般式(13)
[H]a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (13)
(式中、Q1は少なくとも(a+b)個のケイ素原子を含む(a+b)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。Z2は独立に炭素数2〜8の2価の炭化水素基であり、Rは独立に1〜6の1価の炭化水素基であり、Mは独立にアルコキシ基又はアルコキシアルキル基であり、aは1〜10の整数であり、bは1〜10の整数であり、cは0、1又は2であり、a個のH及びb個のZ2はすべてQ1中のSi原子と結合している。)
で表される反応性シラン化合物をヒドロシリル化反応させて得られた下記一般式(3)
[Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (3)
(式中、Rf1、Z2、Q1、R、M、a、b、cは上記と同じである。Z1は独立に炭素数1〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。[ ]で括られたa個のZ1及びb個のZ2はすべてQ1構造中のケイ素原子と結合している。)
で表される含フッ素反応性シラン化合物と、下記一般式(5)
CH2=CR1−COO−Z3−SiR23−OH (5)
(式中、R1は水素原子又は炭素数1〜8の1価の炭化水素基であり、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜8の1価の炭化水素基である。Z3は炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
で表されるアクリル基含有シラノール化合物を反応させて得られることを特徴とする下記一般式(1)
[Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (1)
(式中、Xはそれぞれ独立にCH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−で示される基であり、Rf1、Z1、Z2、Q1、R、a、b、c、R1、R2、R3、Z3は上記と同じである。)
で表される含フッ素アクリル化合物の製造方法。
〔8〕
下記一般式(12)
5−Rf2−Z5 (12)
(式中、Rf2は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Z5は独立に末端にSi−H基と付加反応可能な炭素−炭素不飽和結合を一個有する炭素数2〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい1価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物と、下記一般式(14)
H−Q2−[Z2−SiRc3-cb (14)
(式中、Q2は少なくとも(b+1)個のケイ素原子を含む(b+1)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。Z2は独立に炭素数2〜8の2価の炭化水素基であり、Rは独立に1〜6の1価の炭化水素基であり、Mは独立にアルコキシ基又はアルコキシアルキル基であり、bは1〜10の整数であり、cは0、1又は2であり、H及びb個のZ2はすべてQ2中のSi原子と結合している。)
で表される反応性シラン化合物をヒドロシリル化反応させて得られた下記一般式(4)
[M3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
(4)
(式中、Rf2、Z2、Q2、R、M、b、cは上記と同じである。Z1は独立に炭素数1〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。Z1及びb個のZ2はすべてQ2構造中のケイ素原子と結合している。)
で表される含フッ素反応性シラン化合物と、下記一般式(5)
CH2=CR1−COO−Z3−SiR23−OH (5)
(式中、R1は水素原子又は炭素数1〜8の1価の炭化水素基であり、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜8の1価の炭化水素基である。Z3は炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
で表されるアクリル基含有シラノール化合物を反応させて得られることを特徴とする下記一般式(2)
[X3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
(2)
(式中、Xはそれぞれ独立にCH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−で示される基であり、Rf2、Z1、Z2、Q2、R、b、c、R1、R2、R3、Z3は上記と同じである。)
で表される含フッ素アクリル化合物の製造方法。
〔9〕
〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の含フッ素アクリル化合物を含む硬化性組成物。
〔10〕
硬化物の屈折率が1.4以下である〔9〕記載の硬化性組成物。
〔11〕
〔9〕又は〔10〕記載の硬化性組成物の硬化物層を表面に有する物品。
〔12〕
硬化物層の水の接触角が100°以上、オレイン酸の接触角が60°以上である撥水撥油性表面を有する〔11〕記載の物品。
本発明の含フッ素アクリル化合物は、安定した溶解性を示し、フッ素の特性を損なわずに末端基に対し多くの(メタ)アクリル基を有するものであり、紫外線硬化型ハードコート剤、紫外線硬化塗料、紫外線硬化樹脂、紫外線硬化型反射防止コート用組成物等に防汚性を付与するための防汚添加剤等として有用である。
本発明の含フッ素アクリル化合物は、下記一般式(1)又は(2)で表されるものである。
[Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (1)
[X3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
(2)
本発明の含フッ素アクリル化合物は、パーフルオロポリエーテル基と(メタ)アクリル基が以下の構造
−Si−O−Si−Z2−Si−
(式中、Z2は式(1)、(2)のZ2と同じである。)
を含む連結構造を介して結合し、フルオロポリエーテル鎖に連結している各反応性末端基、即ち上記式(1)、(2)における[Z2−SiRc3-cbがそれぞれ合計で(メタ)アクリル基を4個以上有する、特に−Si−O−Si−[Z2−SiRc3-cbにおいて、[Z2−SiRc3-cbが合計で(メタ)アクリル基を4個以上有するものであることがより好ましい。
上記式(1)、(2)中、Rf1は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の1価のパーフルオロポリエーテル基であり、Rf2は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Rf1、Rf2は、特に以下の炭素数1〜3のパーフルオロオキシアルキレン構造を主な繰り返し単位として有するものが好適である。
−CF2O−
−CF2CF2O−
−CF(CF3)CF2O−
−CF2CF2CF2O−
これらの構造は、いずれか一つの単独重合体、あるいは複数の構造からなるランダム、ブロック重合体でもよい。
このような構造を有するRf1の好適な例としては、例えば、以下の構造を挙げることができる。
CF3O−(CF2O)p−(CF2CF2O)q−CF2
(式中、pは0〜400、好ましくは0〜200の整数、qは0〜170、好ましくは0〜100の整数、p+qは2〜400、好ましくは3〜300の整数である。)
F[CF(CF3)CF2O]r−CF(CF3)−
(式中、rは1〜120、好ましくは1〜80の整数である。)
F[CF2CF2CF2O]s−CF2CF2
(式中、sは1〜120、好ましくは1〜80の整数である。)
また、Rf2の好適な例としては、例えば、以下の構造を挙げることができる。
−CF2O−(CF2O)p−(CF2CF2O)q−CF2
(式中、pは0〜400、好ましくは0〜200の整数、qは0〜170、好ましくは0〜100の整数、p+qは2〜400、好ましくは3〜300の整数である。)
Figure 2018070683
(式中、t+uは2〜120、好ましくは4〜100の整数である。)
これらのRf1、Rf2基の分子量は、該当する構造部分の数平均分子量が、それぞれ400〜20,000、好ましくは800〜10,000の範囲に含まれていればよく、その分子量分布については特に限定されるものではない。なお、本発明において、分子量は、1H−NMR及び19F−NMRに基づく末端構造と主鎖構造との比率から算出される数平均分子量である。
上記式(1)、(2)において、Rf1及びRf2の結合手は、すべてZ1に結合する。Z1は炭素数1〜20、好ましくは2〜16の、酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。Z1の特に好ましい構造としては、以下のものを挙げることができる。
−CH2CH2
−CH2CH2CH2
−CH2CH2CH2CH2
−CH2OCH2CH2
−CH2OCH2CH2CH2
Figure 2018070683
上記式(1)、(2)において、a及びbはそれぞれ独立に1〜10の整数であり、好ましくは1〜8の整数であり、更に好ましくは1〜4の整数である。
上記式(1)において、Q1は少なくとも(a+b)個のケイ素原子を含む(a+b)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。このようなQ1の好ましいものとして、それぞれ(a+b)個のSi原子を有するシロキサン構造、非置換又はハロゲン置換のシルアルキレン構造、シルアリーレン構造又はこれらの2種以上の組み合わせからなる(a+b)価の連結基が挙げられる。特に好ましい構造として、具体的には、下記の構造が示される。
但し、a及びbは上記式(1)のa、bと同じであり、それぞれ独立に1〜10の整数であり、好ましくは1〜8の整数であり、更に好ましくは1〜4の整数である。eは1〜5の整数であり、好ましくは3〜5の整数である。各ユニットの並びはランダムであり、(a+b)個の各ユニット等の結合手は、[ ]で括られたa個のZ1及びb個のZ2のいずれかの基と結合する。
Figure 2018070683
ここで、Tは(a+b)価の連結基であり、例えば以下のものが例示される。
Figure 2018070683
上記式(2)において、Q2は少なくとも(b+1)個のケイ素原子を含む(b+1)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。このようなQ2の好ましいものとして、それぞれ(b+1)個のSi原子を有するシロキサン構造、非置換又はハロゲン置換のシルアルキレン構造、シルアリーレン構造又はこれらの2種以上の組み合わせからなる(b+1)価の連結基が挙げられる。特に好ましい構造として、具体的には、下記の構造が示される。
但し、bは上記式(2)のbと同じであり、独立に1〜10の整数であり、好ましくは1〜8の整数であり、更に好ましくは1〜4の整数である。e’は1〜5の整数であり、好ましくは1〜3の整数である。各ユニットの並びはランダムであり、(b+1)個の各ユニット等の結合手は、Z1及び[ ]で括られたb個のZ2のいずれかの基と結合する。
Figure 2018070683
ここで、T’は(b+1)価の連結基であり、例えば以下のものが例示される。
Figure 2018070683
上記式(1)、(2)において、Rは独立に1〜6、好ましくは1〜4の1価の炭化水素基である。1価の炭化水素基として、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基等のアルケニル基、フェニル基などが挙げられ、メチル基が好ましい。
上記式(1)、(2)において、cは独立に0、1又は2であり、好ましくは0又は1、より好ましくは0である。但し、1つのケイ素原子に結合するRとXの合計は3である。
上記式(1)、(2)において、Z2は炭素数2〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。Z2の好ましい構造としては、以下のものを挙げることができる。
−CH2CH2
−CH2CH2CH2
−CH2CH2CH2CH2
Figure 2018070683
これらの中でも
−CH2CH2
−CH2CH2CH2
が好ましい。
上記式(1)、(2)中、Xはそれぞれ独立に下記式で表されるものである。
CH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−
ここで、R1は独立に水素原子又は炭素数1〜8、好ましくは1〜6の1価の炭化水素基であり、R2及びR3は炭素数1〜8、好ましくは1〜6の1価の炭化水素基である。これら1価の炭化水素基として、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基などが挙げられる。R1としては、水素原子及びメチル基が好適であり、R2及びR3としては、メチル基が特に好適である。
また、Z3は独立に炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。特に好ましいものは、以下の構造である。
−CH2
−CH2CH2
−CH2CH2CH2
Figure 2018070683
Xとしては、下記式で示される基が好ましい。
CH2=CR4−COO−CH2−SiR23−O−
(式中、R2、R3は上記と同じである。R4は水素原子又はメチル基である。)
上記式(1)、(2)で表される含フッ素アクリル化合物としては、下記一般式(6)、(7)で表されるものが好ましい。
Figure 2018070683
(式中、Rf1、Rf2、Q1、Q2、Z1、a、b、R4は上記の通りである。)
上記式(1)、(2)で表される含フッ素アクリル化合物として、より具体的には、下記に示すものが例示できる。
Figure 2018070683
Figure 2018070683
(式中、Rf’は−CF2O(CF2O)p1(CF2CF2O)q1CF2−であり、q1+p1=5〜80を満足する数である。r1はそれぞれ2〜100、好ましくは2〜50の整数である。nはそれぞれ独立に2又は3である。)
このような一般式(1)又は(2)で表される含フッ素アクリル化合物は、特にその合成法を制限されるものではないが、例えば下記一般式(3)又は(4)
[Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (3)
[M3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
(4)
で表される含フッ素反応性シラン化合物と、下記一般式(5)
CH2=CR1−COO−Z3−SiR23−OH (5)
で表されるアクリル基含有シラノール化合物を反応させて得ることができる。
上記式(3)〜(5)中、Rf1、Rf2、Z1、Z2、Z3、Q1、Q2、R、M、R1、R2、R3、a、b、cは前述の通りである。式(3)における[ ]で括られたa個のZ1もしくは式(4)におけるZ1及びb個のZ2はすべてそれぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。
Mはアルコキシ基又はアルコキシアルキル基である。Mとしては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基、メトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基等の炭素数2〜4のアルコキシアルキル基が挙げられ、これらの中でも特にメトキシ基、エトキシ基、メトキシメチル基が好適である。
ここで、上記式(3)、(4)で表される含フッ素反応性シラン化合物としては、下記に示すものが例示できる。
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
(式中、r1、Rf’は上記と同じである。)
また、上記式(5)で表されるアクリル基含有シラノール化合物としては、下記のものが例示できる。
CH2=CHCOOCH2Si(CH32OH
CH2=C(CH3)COOCH2Si(CH32OH
CH2=CHCOOCH2CH2Si(CH32OH
CH2=C(CH3)COOCH2CH2Si(CH32OH
CH2=CHCOOCH2CH2CH2Si(CH32OH
CH2=C(CH3)COOCH2CH2CH2Si(CH32OH
式(3)又は(4)で表される含フッ素反応性シラン化合物と式(5)で表されるアクリル基含有シラノール化合物との反応は、これらを必要に応じて触媒や溶剤とともに攪拌することで行えばよい。反応は0〜120℃、好ましくは10〜70℃の温度で、1分〜300時間、好ましくは30分〜72時間行うことができる。反応温度が低すぎると反応速度が遅くなりすぎる場合があり、反応温度が高すぎると副反応としてアクリル基の重合や、式(5)で表されるアクリル基含有シラノール化合物同士の脱水縮合が起きてしまう可能性がある。
式(3)又は(4)で表される含フッ素反応性シラン化合物と式(5)で表されるアクリル基含有シラノール化合物との反応において、式(5)で表されるアクリル基含有シラノール化合物の量は、反応系中に存在する式(3)又は(4)で表される含フッ素反応性シラン化合物に含まれるMの総モル量に対して、0.95〜2倍モル、好ましくは1〜1.5倍モルを使用することが好ましい。
この反応において、反応の速度を増加するために適切な触媒を加えてもよい。例えばMがアルコキシ基の場合、触媒としては、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオクトエート、ジオクチル錫ジアセテート、ジオクチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジオクテート、ジオクタン酸第1錫などのアルキル錫エステル化合物、テトライソプロポキシチタン、テトラn−ブトキシチタン、チタンテトラ−2−エチルヘキソキシド、ジプロポキシビス(アセチルアセトナ)チタン、チタニウムイソプロポキシオクチレングリコール等のチタン酸エステル又はチタンキレート化合物、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート、ジルコニウムモノブトキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムキレート化合物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム等のアルカリ土類水酸化物などが例示される。これらはその1種に限定されず、2種もしくはそれ以上の混合物として使用できるが、特に環境への影響が低いチタン化合物、ジルコニウム化合物、アルカリ土類水酸化物の使用が好ましい。
これらの触媒を反応物総質量に対して、0.01〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%加えることにより、反応速度を増加させることができる。
上記の反応は、必要に応じて適当な溶剤で希釈して行ってもよい。このような溶剤としては、式(3)、(4)、(5)の化合物の各反応性基と直接反応しない溶剤であれば特に制限なく用いることができ、具体的には、トルエン、キシレン、イソオクタンなどの炭化水素系溶剤、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル等のエーテル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、m−キシレンヘキサフロライド、ベンゾトリフロライド等のフッ素変性芳香族炭化水素系溶剤、メチルパーフルオロブチルエーテル等のフッ素変性エーテル系溶剤などが挙げられる。この溶剤は、反応後に減圧留去等の公知の手法で除去してもよく、そのまま希釈溶液として目的の用途に使用してもよい。
溶剤を使用する場合、その使用量は、式(3)、(4)、(5)の化合物の合計100質量部に対して、好ましくは0.1〜1,000質量部であり、より好ましくは20〜500質量部である。これより多いと反応系の濃度が低下しすぎて、反応速度が大幅に低下する場合がある。
また、反応の際には、必要に応じて重合禁止剤を添加してもよい。重合禁止剤としては特に制限はないが、通常、アクリル化合物の重合禁止剤として用いられるものを用いることができる。具体的には、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、4−tert−ブチルカテコール、ジブチルヒドロキシトルエン等を挙げることができる。
反応終了後、必要に応じて未反応の式(5)で表されるアクリル基含有シラノール化合物及び反応溶剤等を留去、吸着、再沈殿、濾過洗浄等の方法で除去することにより、本発明の式(1)又は(2)で表される含フッ素アクリル化合物を得ることができる。
上記した一般式(3)又は(4)で表される含フッ素反応性シラン化合物は、特にその合成法を制限されるものではないが、本発明の実施形態の一つとして、まず下記一般式(8)又は(9)
[Rf1−Z1a−Q1−[H]b (8)
[H]b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[H]b (9)
(式中、Q1、Q2、Rf1、Rf2、Z1、a、bは前述の通りであり、
式(8)における[ ]で括られたa個のZ1もしくは式(9)におけるZ1及びb個の水素原子(H)はすべて、それぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。)
で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物と、下記一般式(10)
CH2=CR4−(Z4d−SiRc3-c (10)
(式中、R4、R、M、cは前述の通りである。Z4は炭素数1〜6の2価の炭化水素基であり、dは0又は1である。)
で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物をヒドロシリル化反応させることにより得ることができる。
ここで、上記式(8)、(9)で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物としては、下記に示すものが例示できる。
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
(式中、Rf’、r1は上記と同じである。)
また、上記式(10)で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物としては、下記のものが例示できる。
CH2=CHSi(OCH33
CH2=CHCH2Si(OCH33
CH2=CHCH2CH2Si(OCH33
CH2=CHCH2CH2CH2Si(OCH33
CH2=CHCH2CH2CH2CH2Si(OCH33
CH2=CHSi(OC253
CH2=CHCH2Si(OC253
CH2=CHCH2CH2Si(OC253
CH2=CHCH2CH2CH2Si(OC253
CH2=CHCH2CH2CH2CH2Si(OC253
CH2=CHSi(OC373
CH2=CHCH2Si(OC373
CH2=CHCH2CH2Si(OC373
CH2=CHCH2CH2CH2CH2Si(OC373
CH2=CHSiCH3(OCH32
CH2=CHCH2SiCH3(OCH32
CH2=CHCH2CH2CH2CH2SiCH3(OCH32
CH2=CHSi(CH32(OCH3
CH2=CHCH2Si(CH32(OCH3
CH2=CHCH2CH2CH2CH2Si(CH32(OCH3
CH2=CHSiCH3(OCH2CH32
CH2=CHCH2SiCH3(OCH2CH32
CH2=CHCH2CH2SiCH3(OCH2CH32
CH2=CHCH2CH2CH2CH2SiCH3(OCH2CH32
中でも特に以下のものが好適である。
CH2=CHSi(OCH33
CH2=CHCH2Si(OCH33
CH2=CHCH2CH2Si(OCH33
CH2=CHCH2CH2CH2Si(OCH33
CH2=CHCH2CH2CH2CH2Si(OCH33
CH2=CHSi(OC253
CH2=CHCH2Si(OC253
上記式(8)、(9)で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物と、式(10)で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物は、これらを混合攪拌し、白金族金属系の付加反応触媒存在下、反応温度50〜150℃、好ましくは60〜120℃で、1分〜72時間、特に5分〜12時間反応を行うことが望ましい。反応温度が低すぎると反応が十分に進行しないまま停止してしまう場合があり、高すぎるとヒドロシリル化の反応熱による温度上昇で反応が制御できなくなり、突沸や原料の分解などが起こる場合がある。
この場合、式(8)又は(9)で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物と、式(10)で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物の仕込み比率は、式(8)又は(9)で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物の[ ]で括られたHの総モル数に対して、式(10)で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物の不飽和基を0.8〜5倍モル、特に0.1〜2倍モル使用して反応させることが望ましい。式(10)で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物が、これより少なすぎると(8)、(9)で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物においてSi−H基が多く残存してしまい目的とする効果が得られない可能性が出てくる。これ以上多すぎると反応溶液の均一性が低下して反応速度が不安定となり、また反応後に式(10)で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物の除去を行う場合に加熱、減圧、抽出等の条件を余剰の未反応成分が増える分だけ厳しくする必要が出てくる。
付加反応触媒は、例えば、白金、ロジウム又はパラジウム等の白金族金属を含む化合物を使用することができる。中でも白金を含む化合物が好ましく、ヘキサクロロ白金(IV)酸六水和物、白金カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、白金−オクチルアルデヒド/オクタノール錯体、塩化白金酸とオレフィン、アルデヒド、ビニルシロキサン又はアセチレンアルコール類等との錯体、あるいは活性炭に担持された白金を用いることができる。
付加反応触媒の配合量は、式(8)又は(9)で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物に対し、含まれる金属量が0.1〜5,000質量ppmとなることが好ましく、より好ましくは1〜1,000質量ppmである。
上記の付加反応は、溶剤が存在しなくても実施可能であるが、必要に応じて溶剤で希釈してもよい。このとき希釈溶剤は、トルエン、キシレン、イソオクタンなど、広く一般に用いられている有機溶剤を利用することができる。このような有機溶剤としては、沸点が目的とする反応温度以上でかつ反応を阻害せず、反応後に生成する式(3)又は(4)で表される含フッ素反応性シラン化合物が、上記反応温度において可溶であるものが好ましい。例えば、m−キシレンヘキサフロライド、ベンゾトリフロライド等のフッ素変性芳香族炭化水素系溶剤、メチルパーフルオロブチルエーテル等のフッ素変性エーテル系溶剤等の部分フッ素変性された溶剤が望ましく、特にm−キシレンヘキサフロライドが好ましい。
溶剤を使用する場合、その使用量は、式(8)又は(9)で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物100質量部に対して、好ましくは5〜2,000質量部であり、より好ましくは50〜500質量部である。これより少なければ溶剤による希釈の効果が薄く、多ければ希釈度が高くなりすぎて反応速度の低下を招く場合がある。
反応終了後、未反応の式(10)で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物や希釈溶剤を減圧留去、抽出、吸着等の公知の方法で除去することが好ましいが、これらを含んだ反応混合物のまま次の反応に使用することもできる。
また、本発明における式(3)、(4)で表される含フッ素反応性シラン化合物の別な合成経路としては、本発明の実施形態の別な形として、下記一般式(11)で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物と、下記一般式(13)で表される少なくとも一つのSi−H基と少なくとも一つの加水分解性シリル基を有する反応性シラン化合物、又は下記一般式(12)で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物と、下記一般式(14)で表される少なくとも一つのSi−H基と少なくとも一つの加水分解性シリル基を有する反応性シラン化合物とを反応させることで得ることができる。
Rf1−Z5 (11)
5−Rf2−Z5 (12)
[H]a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (13)
H−Q2−[Z2−SiRc3-cb (14)
(式中、Rf1、Rf2、Q1、Q2、Z2、R、M、a、b、cは前述のとおりであり、Z5は独立に末端にSi−H基と付加反応可能な炭素−炭素不飽和結合を一個有する炭素数2〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい1価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。式(13)における[ ]で括られたa個のHもしくは式(14)におけるH及びb個のZ2はすべてそれぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。)
ここで、一般式(11)、(12)におけるZ5として、具体的には以下の構造を挙げることができる。
−CH=CH2
−CH2CH=CH2
−CH2CH2CH=CH2
−CH2OCH2CH=CH2
Figure 2018070683
ここで、上記式(11)、(12)で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物としては、下記に示すものが例示できる。
Figure 2018070683
(ただし、r1、Rf’は前述の通りである。)
また、上記式(13)、(14)で表される少なくとも一つのSi−H基と少なくとも一つの加水分解性シリル基を有する反応性シラン化合物としては、下記に示すものが例示できる。
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
Figure 2018070683
式(11)で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物と式(13)で表される反応性シラン化合物、又は式(12)で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物と式(14)で表される反応性シラン化合物の反応はこれらを混合し、白金族金属系の付加反応触媒存在下、反応温度50〜150℃、好ましくは60〜120℃で、1分〜48時間、特に10分〜12時間反応を行うことが望ましい。反応温度が低すぎると反応が十分に進行しないまま停止してしまう場合があり、高すぎるとヒドロシリル化の反応熱による温度上昇で反応が制御できなくなり、突沸や原料の分解などが起こる場合がある。反応はすべての原料を事前に混合しても、いずれかの原料を後から投入あるいは滴下してもよい。
この場合、式(11)又は(12)で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物と、式(13)又は(14)で表される反応性シラン化合物のとの反応割合は、式(11)又は(12)の末端不飽和基の総モル数に対して、式(13)の[ ]で括られたHの総量又は式(14)のHが0.9〜2倍モル、特に望ましくは1〜1.05倍モルになるように使用して反応させることが好適である。式(13)の[ ]で括られたH又は式(14)のHはすべて反応することが望ましい。
付加反応触媒は、例えば、白金、ロジウム又はパラジウム等の白金族金属を含む化合物を使用することができる。中でも白金を含む化合物が好ましく、ヘキサクロロ白金(IV)酸六水和物、白金カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、白金−オクチルアルデヒド/オクタノール錯体、あるいは活性炭に担持された白金を用いることができる。
付加反応触媒の配合量は、式(11)又は(12)で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物に対し、含まれる金属量が0.1〜5,000質量ppmとなることが好ましく、より好ましくは1〜1,000質量ppmである。
上記の付加反応は、溶剤が存在しなくても実施可能であるが、必要に応じて溶剤で希釈してもよい。このとき希釈溶剤は、トルエン、キシレン、イソオクタンなど、広く一般に用いられている有機溶剤を利用することができるが、沸点が目的とする反応温度以上でかつ反応を阻害せず、反応後に生成する式(3)又は(4)で表される含フッ素反応性シラン化合物が、上記反応温度において可溶であるものが好ましい。このような溶剤としては、例えば、m−キシレンヘキサフロライド、ベンゾトリフロライド等のフッ素変性芳香族炭化水素系溶剤、メチルパーフルオロブチルエーテル等のフッ素変性エーテル系溶剤等の部分フッ素変性された溶剤が望ましく、特にm−キシレンヘキサフロライドが好ましい。
溶剤を使用する場合、その使用量は、式(11)又は(12)で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物100質量部に対して、好ましくは5〜2,000質量部であり、より好ましくは50〜500質量部である。これより少なければ溶剤による希釈の効果が薄く、多ければ希釈度が高くなりすぎて反応速度の低下を招く場合がある。
反応終了後、未反応の式(13)、(14)で表される反応性シラン化合物を減圧留去、抽出、吸着等の公知の方法で除去することが好ましいが、これらを含んだ反応混合物のまま次の反応に使用することもできる。
以上のようにして得られる式(3)、(4)で表される含フッ素反応性シラン化合物を用い、前述した方法で、式(5)で表されるアクリル基含有シラノール化合物と反応させることにより、本発明の式(1)、(2)で表される含フッ素アクリル化合物を得ることができる。
本発明の別の実施形態は、以上のようにして得られる式(1)、(2)で表される含フッ素アクリル化合物を含む硬化性組成物であり、該硬化性組成物としては、特に、活性エネルギー線によって硬化するものが好適である。式(1)、(2)で表される含フッ素アクリル化合物[以下、これらをまとめて含フッ素アクリル化合物(A)と総称する]は単独で硬化させることも可能であるが、例えば、別の活性エネルギー線硬化性成分(B)と配合することで、硬度などの(B)成分の硬化物としての特性を維持したまま、表面上に(A)成分による優れた防汚性を与えることができる。
なお、(A)成分としては、式(1)で表される含フッ素アクリル化合物の1種又は2種以上であっても、式(2)で表される含フッ素アクリル化合物の1種又は2種以上であってもよく、これら式(1)で表される含フッ素アクリル化合物と、式(2)で表される含フッ素アクリル化合物の混合物であってもよい。
本発明において適宜使用される(B)成分の(A)成分以外の活性エネルギー線硬化性成分は、(A)成分と混合、硬化可能であれば、いかなるものであっても使用することができるが、特にはアクリレート類であるのが好ましく、例えば、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキシド変性ジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸EO変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、トリス(メタ)アクリロイルオキシエチルフォスフェート、フタル酸水素−(2,2,2−トリ−(メタ)アクリロイルオキシメチル)エチル、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ソルビトールヘキサ(メタ)アクリレート等の2〜6官能の(メタ)アクリル化合物、これらの(メタ)アクリル化合物をエチレンオキシド、プロピレンオキシド、エピクロルヒドリン、脂肪酸、アルキル変性品、エポキシ樹脂にアクリル酸を付加させて得られるエポキシアクリレート類、及びアクリル酸エステル共重合体の側鎖に(メタ)アクリロイル基を導入した共重合体等を含むものが挙げられる。
また、ウレタンアクリレート類、ポリイソシアネートに水酸基を有する(メタ)アクリレートを反応させて得られるもの、ポリイソシアネートと末端ジオールのポリエステルに水酸基を有する(メタ)アクリレートを反応させて得られるもの、ポリオールに過剰のジイソシアネートと反応させて得られるポリイソシアネートに、水酸基を有する(メタ)アクリレートを反応させて得られるものを使用することもできる。中でも、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルメタクリレート、及びペンタエリスリトールトリアクリレートから選ばれる水酸基を有する(メタ)アクリレートと、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネート)、2−メチル−1,3−ジイソシアナトシクロヘキサン、2−メチル−1,5−ジイソシアナトシクロヘキサン及びジフェニルメタンジイソシアネートから選ばれるポリイソシアネートを反応させたウレタンアクリレート類が好ましい。
(B)成分は、1種単独で使用しても2種以上を併用してもよい。また組成物の物性調整のため1官能のアクリレート類を配合してもよい。また、式(1)、(2)で表される含フッ素アクリル化合物合成時に残存した式(5)で表されるアクリル基含有シラノール化合物や、式(5)の該アクリル基含有シラノール化合物2分子による脱水反応により副生した下記式(15)で表される構造の化合物を(B)成分として含んでいてもよい。
CH2=CR1−COO−Z3SiR23OSiR23−Z3−OOC−CR1=CH2
(15)
(式中、R1、R2、R3、Z3は上記の通りである。)
また、本発明の硬化性組成物は、(C)成分として光重合開始剤を含有することで、紫外線によって硬化する硬化性組成物とすることができる。(C)成分の光重合開始剤は、紫外線照射によりアクリル化合物を硬化させることができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、例えば、アセトフェノン、ベンゾフェノン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]−1−ブタノン、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、1,2−オクタンジオン−1−[4−(フェニルチオ)−2−(o−ベンゾイルオキシム)]、エタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)、2−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン等が挙げられ、これらは1種単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
本発明の実施形態の一つである硬化性組成物は、(A)成分を含み、硬化後の表面に撥水撥油性を付与することがその本質であり、各成分の配合量は、所望する撥水性、撥油性、組成物の溶解性、塗工条件、硬化条件、得られる物品の硬度等に応じて適宜決定すればよく、
(A)成分単独、
(A)成分と(C)成分、
(A)成分と(B)成分、
(A)成分と(B)成分と(C)成分
及びこれらそれぞれに、必要に応じて後述するその他添加剤を加えたいずれの組み合わせでも使用できるが、中でも好適なのは、(A)成分と(B)成分と(C)成分を含む組成物である。このとき(A)成分に対する(B)成分、(C)成分の配合比率は特に制限されないが、例えば(B)成分の配合量は、(A)成分1質量部に対して0.1〜10,000質量部が好ましく、より好ましくは1〜1,000質量部、特に好ましくは5〜200質量部である。更に、(C)成分の配合量は、(A)成分、(B)成分の合計量を100質量部としたときに、0.1〜10質量部が好ましく、特に好ましくは0.5〜5質量部である。
なお、上記(B)成分に(C)成分が配合されたアクリル組成物及びハードコート剤は各社からさまざまなものが市販されている。本発明の硬化性組成物は、このような市販品に(A)成分を添加したものであってもよい。市販品のハードコート剤として、例えば、荒川化学工業(株)「ビームセット」、大橋化学工業(株)「ユービック」、オリジン電気(株)「UVコート」、カシュー(株)「カシューUV」、JSR(株)「デソライト」、大日精化工業(株)「セイカビーム」、日本合成化学(株)「紫光」、藤倉化成(株)「フジハード」、三菱レイヨン(株)「ダイヤビーム」、武蔵塗料(株)「ウルトラバイン」、DIC(株)「ユニディック」等が挙げられる。またこれらの市販の組成物を使用した場合も、必要に応じて(B)成分、(C)成分を追加してもよい。
[その他の添加剤]
本発明の硬化性組成物には、更に、目的に応じて、有機溶剤、重合禁止剤、帯電防止剤、消泡剤、粘度調整剤、耐光安定剤、耐熱安定剤、酸化防止剤、界面活性剤、着色剤、及びフィラー等を配合することもできる。また、上記のように市販品のハードコート剤を用いる場合であっても、目的に応じて、有機溶剤、重合禁止剤、帯電防止剤、消泡剤、粘度調整剤、耐光安定剤、耐熱安定剤、酸化防止剤、界面活性剤、着色剤、及びフィラー等を配合することができる。
有機溶剤としては、1−プロパノール、2−プロパノール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール類;メチルプロピルケトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、シクロヘキサノンなどのケトン類;ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール、ジオキサン、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエーテル類;酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸シクロヘキシルなどのエステル類などを挙げることができる。上記有機溶剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
有機溶剤の使用量は特に制限されるものではないが、(A)〜(C)成分の合計100質量部に対し、50〜10,000質量部が好ましく、特に100〜1,000質量部が好ましい。
また、重合禁止剤、帯電防止剤、消泡剤、粘度調整剤、耐光安定剤、耐熱安定剤、酸化防止剤、界面活性剤、着色剤、及びフィラーとしては、特に制限されず公知のものを本発明の目的を損なわない範囲で使用することができる。
本発明の硬化性組成物の硬化方法は特に限定されず、(A)成分単独の組成物を適宜溶剤で希釈、塗布したものを電子線等の活性エネルギー線によって硬化させることもできるが、更に(C)成分の光重合開始剤を含有する場合は、紫外線によって硬化させることができる。紫外線による硬化の場合、紫外線照射を空気中で行うこともできるが、酸素による硬化阻害を防止するため酸素濃度を5,000ppm以下に抑えることが好ましく、窒素、二酸化炭素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で硬化させることが特に好ましい。
またフィルム等の基材のコーティング、各種物品の塗料等として用いる場合、目的とする任意の特性に合わせて(B)成分やその他の添加剤を自由に配合することができる。
また、本発明の硬化性組成物の一般的な使用形態としては、各種の樹脂フィルム基材上に塗布することができる。このような樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース、アセチルセルロースブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ナイロン、アクリル樹脂等の樹脂フィルムを挙げることができる。また該フィルム基材に硬化性組成物層を塗布・形成したのと反対の面に粘着剤を塗布した構造をとっていてもよく、更に粘着剤を保護するための離型フィルムを配置してもよい。
また、前記フィルム基材は、上記で挙げた樹脂フィルムのみからなる基材であってもよいが、本発明の硬化性組成物との密着性を向上させるために、前記樹脂フィルムにプライマー層を設けたフィルム基材であってもよい。前記プライマー層としては、例えば、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂等からなるものが挙げられる。また、本発明の硬化性組成物との密着性を向上させる目的で、樹脂フィルム表面を、サンドブラスト法、溶剤処理法等による表面の凹凸化処理、コロナ放電処理、クロム酸処理、火炎処理、熱風処理、オゾン・紫外線照射処理、酸化処理等により処理を施すこともできる。
本発明の硬化性組成物を上記基材や物品に塗布する方法としては、特に制限はされないが、例えば、ロールコート、グラビアコート、フローコート、カーテンコート、ディップコート、スプレーコート、スピンコート、バーコート、スクリーン印刷等の公知の塗工方法を用いることができる。塗工後、塗膜に活性エネルギー線を照射してこれを硬化させる。ここで、活性エネルギー線としては、電子線、紫外線等任意のものを用いることができるが、特に紫外線が好ましい。紫外線源としては、水銀ランプ、メタルハライドランプ、LEDランプが好適である。紫外線照射量としては、少なすぎると未硬化成分が残存し、多すぎると塗膜及び基材が劣化する可能性があるため、10〜10,000mJ/cm2、特に100〜4,000mJ/cm2の範囲にあることが望ましい。また酸素による硬化阻害を防止するために、紫外線照射時に照射雰囲気を窒素、二酸化炭素、アルゴン等の酸素分子を含まない不活性ガスで置換したり、塗膜表面を離型性を持つ紫外線透過性のある保護層で覆い、その上から紫外線を照射したり、基材が紫外線透過性を有する場合は塗膜表面を離型性のある保護層で覆った上で基材の塗工面とは反対側から紫外線を照射してもよい。また塗膜のレベリングあるいは塗膜中のアクリル基の重合を効果的に行うため、紫外線照射前及び照射中に塗膜及び基材を赤外線や熱風乾燥炉等任意の手法で加熱してもよい。
また、このようにして得られる本発明の硬化性組成物の硬化物層は、イオン交換水の2μLの液滴が接液から1秒後に液面と固体面とのなす角により測定した静的水接触角が100°以上、特に105°以上、静的オレイン酸接触角が60°以上、特に65°以上である撥水撥油性表面となり得る。なお、上記接触角とするためには、本発明の含フッ素アクリル化合物が、硬化物層の全表面積に対して平均して厚さ10nm以上の層をなせる量であることが好ましい。また表面には未反応のアクリル基が残存していないほど好ましく、このため窒素、二酸化炭素等の不活性ガス雰囲気下で硬化させた硬化物層であることが望ましい。
このようにして得られる本発明の硬化性組成物の硬化物は、アッベ式屈折計により測定した屈折率(nD20℃)が、1.4以下のものを得ることが可能である。屈折率が1.4以下となることでガラスよりも低い屈折率の層を形成することができ、ガラス上に形成する反射防止膜としての効果が期待できる。なお、本発明の含フッ素アクリル化合物と光重合開始剤のみからなる組成物の硬化物として1.4以下のものを得ることも可能であるが、被膜強度、耐擦傷性、透明性などの各種特性向上、屈折率の調整等の特性向上のため、反応性・非反応性中空シリカ微粒子などの各種低屈折率無機微粒子、及び各種アクリル化合物を配合してもよい。
以上のように、本発明の含フッ素アクリル化合物を含む硬化性組成物によれば、物品の表面に、紫外線等の活性エネルギー線によって硬化可能であり、撥水撥油性、防汚性、すべり性、耐摩耗性に優れた硬化樹脂層を形成することができる硬化性組成物となる。
更に、本発明では、上述した本発明の硬化性組成物を表面に塗布し硬化させた物品を提供する。上述のように、本発明の硬化性組成物を用いれば、基材(物品)の表面に優れた表面特性を有する硬化被膜(硬化樹脂層)を形成することが可能になる。特に、アクリルハードコートの表面に撥水性、撥油性、防汚性を付与するのに有用である。これによって、指紋、皮脂、汗などの人脂、化粧品等による汚れ、機械油などが付着し難くなり、かつ拭き取り性にも優れたハードコート表面を基材に与えることができる。このため、本発明の硬化性組成物は、人が触れて人脂、化粧品等により汚される可能性のある基材(物品)、また作業者の人脂や機械油などで汚染される可能性のある機械内部に用いられる工程材料フィルム等の表面に対する防汚塗装膜もしくは保護膜を提供することができる。
本発明の硬化性組成物を用いて形成される硬化被膜(硬化樹脂層)は、タブレット型コンピュータ、ノートPC、携帯電話・スマートフォン等の携帯(通信)情報端末、デジタルメディアプレイヤー、電子ブックリーダーなど人の手で持ち歩く各種機器の筐体、時計型・眼鏡型ウェアラブルコンピュータ;液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイ、背面投写型ディスプレイ、蛍光表示管(VFD)、フィールドエミッションプロジェクションディスプレイ、CRT、トナー系ディスプレイなどの各種フラットパネルディスプレイ及びTVの画面などの表示操作機器表面及びこれらの内部に使用される各種光学フィルム類、自動車の外装、ピアノや家具の光沢表面、大理石等の建築用石材表面、トイレ、風呂、洗面所等の水周りの装飾建材、美術品展示用保護ガラス、ショーウインドー、ショーケース、フォトフレーム用カバー、腕時計、自動車窓用ガラス、列車、航空機等の窓ガラス、自動車ヘッドライト、テールランプなどの透明なガラス製又は透明なプラスチック製(アクリル、ポリカーボネートなど)部材、各種ミラー部材等の塗装膜及び表面保護膜として有用である。
特に、タッチパネルディスプレイなど人の指あるいは手のひらで画面上の操作を行う表示入力装置を有する各種機器、例えば、タブレット型コンピュータ、ノートPC、携帯電話、携帯(通信)情報端末、デジタルメディアプレイヤー、電子ブックリーダー、デジタルフォトフレーム、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、自動車用等のナビゲーション装置、自動現金引出し預け入れ装置、現金自動支払機、自動販売機、デジタルサイネージ(電子看板)、セキュリティーシステム端末、POS端末、リモートコントローラなど各種コントローラ、車載装置用パネルスイッチなどの表示入力装置などの表面保護膜として有用である。
更に本発明の硬化性組成物により形成される硬化被膜は、光磁気ディスク、光ディスク等の光記録媒体;メガネレンズ、プリズム、レンズシート、ペリクル膜、偏光板、光学フィルター、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズ、反射防止膜、光ファイバーや光カプラーなどの光学部品・光デバイスの表面保護被膜としても有用である。
以上のような、本発明の含フッ素アクリル化合物及びこれを含む硬化性組成物は、目的とする物品の表面に本発明の含フッ素アクリル化合物のパーフルオロポリエーテル構造を配置させることにより、撥水性、撥油性、すべり性、防汚性、指紋拭き取り性、耐布摩耗性、耐スチールウール性、低屈折率特性、耐溶剤性、耐薬品性等の優れた性質を与えることをその本質としている。
このような本発明の含フッ素アクリル化合物及びこれを含む硬化性組成物を使用する際は、配合物の組み合わせ、組成比、どのような特性を重視するかに応じて、適切な使用方法をそれぞれの用途に応じた公知の技術を元に選定すればよい。
例えば、本発明の硬化性組成物を配合調製する際に、本発明の含フッ素アクリル化合物に加えて、前記した本硬化性組成物における各種配合物を組み合わせる際に、低屈折率特性やこれを利用した低反射特性を重視する場合には反応性中空シリカや反応性基を有しない中空シリカや多官能アクリル化合物を使用すること、また被膜強度や耐擦傷性を向上させる場合には多官能アクリル化合物を好適な量に配合をすること、あるいは硬度と屈曲性のバランスをとるためには6官能以上の多官能アクリル化合物と3官能以下のアクリル化合物の組み合わせを行うこと等は、公知のアクリル硬化性組成物配合の知見から容易に類推できる。
また、本発明の硬化性組成物を塗布することで物品を得る場合、例えば、フィルム基材への塗工を行う際、干渉縞を防ぐために適切な塗工膜厚となるように調整を行うこと、フィルム基材の厚さを調整してカールを抑制しやすくしたり、基材フィルムの弾性率を調整することで硬化性組成物の塗膜硬化後の変形や塗膜の割れを抑制すること等は、それぞれの特性に応じた既存の条件の組み合わせを元にスクリーニング作業を行って選定させるものであり、容易に達成可能である。
以下、合成例、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[合成例1]
還流装置と攪拌装置を備えた200mL四つ口フラスコに、下記式
Figure 2018070683
で表される化合物(I)50g(Si−H基0.034mol)、CH2=CHSi(OCH33 5.2g[0.035mol]、m−キシレンヘキサフロライド50.0gを仕込み、窒素雰囲気下で90℃まで加熱攪拌した。ここに、白金/1,3−ジビニル−テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液0.442g(Pt単体として1.1×10-6molを含有)を投入し、内温を90℃以上に維持したまま4時間攪拌を継続し、1H−NMR及びIRでSi−H基に由来するピークが消失したのを確認した。次いで、エバポレーターで100℃/267Paの条件で2時間減圧留去を行うことで、m−キシレンヘキサフロライドと未反応のCH2=CHSi(OCH33を除去し、半透明白色高粘稠液体の下記式で示される化合物(II)53.1gを得た。
Figure 2018070683
化合物(II)の1H−NMRケミカルシフトを表1に示す。
Figure 2018070683
(Phはフェニレン基である。)
[合成例2]
乾燥空気雰囲気下、還流装置と攪拌装置を備えた200mL四つ口フラスコ中で、下記式
Figure 2018070683
(Rf’:−CF2(OCF2CF2q(OCF2pOCF2−、q/p=0.9、p+q≒45)
で表される化合物(III)50.0g(Si−H基0.067mol)、CH2=CHSi(OCH33 10.3g(0.070mol)、m−キシレンヘキサフロライド50.0g、塩化白金酸/ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液0.0884g(Pt単体として2.2×10-7molを含有)を混合し、100℃で4時間攪拌した。1H−NMR及びIRでSi−H基が消失したのを確認した後、反応溶液を室温まで冷却した。次いで、エバポレーターで100℃/267Paの条件で2時間減圧留去を行うことで、m−キシレンヘキサフロライドと未反応のCH2=CHSi(OCH33を除去し、半透明白色高粘稠液体の下記式で示される化合物(IV)59.2gを得た。
Figure 2018070683
(Rf’:−CF2(OCF2CF2q(OCF2pOCF2−、q/p=0.9、p+q≒45)
化合物(IV)の1H−NMRケミカルシフトを表2に示す。
Figure 2018070683
[実施例1]
還流装置と攪拌装置を備えた100mL三つ口フラスコに、合成例1で得られた化合物(II)20g(−Si(OCH33 0.012mol)、下記式
CH2=CHCOOCH2Si(CH32OH
で表される化合物(V)2.5g(0.014mol)、メチルエチルケトン40gを仕込み、窒素雰囲気下40℃で攪拌した。そこにチタンテトラ−2−エチルヘキソキシドの10質量%メチルエチルケトン溶液0.2gを加え、攪拌を継続し、12時間後に1H−NMRで、化合物(II)の−Si−OCH3のメチル基に相当する3.5ppmのピークが消失していることを確認した。冷却後の反応液を室温(25℃、以下同じ)にもどし、500mLのヘキサンに投入し、1時間攪拌後に24時間静置して得られた沈殿物をアセトン50gで溶解し、エバポレーターで50℃/267Paの条件で1時間留去し、下記式(VI)で表される白色軟膏状物質(A−1)19.2gを得た。

Figure 2018070683
化合物(A−1)の1H−NMRケミカルシフトを表3に示す。
Figure 2018070683
(Phはフェニレン基である。)
[実施例2]
還流装置と攪拌装置を備えた100mL三つ口フラスコに、合成例2で得られた化合物(IV)20g(−Si(OCH33 0.022mol)、上記化合物(V)3.8g(0.022mol)、メチルエチルケトン40gを仕込み、窒素雰囲気下40℃で攪拌した。そこにチタンテトラ−2−エチルヘキソキシドの10質量%メチルエチルケトン溶液0.1gを加え、攪拌を継続し、12時間後に1H−NMRで、化合物(IV)の−Si−OCH3のメチル基に相当する3.5ppmのピークが消失していることを確認した。冷却後の反応液を室温にもどし、500mLのヘキサンに投入し、得られた沈殿物を乾燥させることで、下記式(VII)で表される白色軟膏状物質(A−2)20.1gを得た。
Figure 2018070683
(Rf’:−CF2(OCF2CF2q(OCF2pOCF2−、q/p=0.9、p+q≒45)
化合物(A−2)の1H−NMRケミカルシフトを表4に示す。
Figure 2018070683
[実施例3〜14及び比較例1〜5]
〔硬化性組成物の作製〕
実施例1、2の化合物(A−1)、(A−2)と以下のアクリレート化合物及び重合開始剤を用いて表5及び表6の活性エネルギー線硬化性組成物を調製した。
アクリレート化合物:
(B−1)ダイセル・オルネクス(株)製 4官能アクリレート EBECRYL 40
(B−2)ペンタエリスリトールトリアクリレート
(B−3)ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
(B−4)新中村化学工業(株)製 6官能ウレタンアクリレート U−6LPA
重合開始剤:
(C−1)1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
[BASFジャパン(株)製 IRGACURE 184]
(C−2)2−ヒロドキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチルプロピ
オニル)ベンジル]フェニル}−2−メチルプロパン−1−オン
[BASFジャパン(株)製 IRGACURE 127]
Figure 2018070683
Figure 2018070683
塗工と硬化物の作製
表5、表6の各組成物(E1〜E12、F1〜F5)をポリカーボネート基板上にスピンコートで塗工した。塗工後80℃で1分レベリングした後、コンベヤ式メタルハライドUV照射装置(パナソニック電工(株)製)を使用し、窒素雰囲気中で、積算照射量400mJ/cm2の紫外線を塗工面に照射して組成物を硬化させ、実施例3〜14、比較例1〜5の硬化膜を得た。
[水接触角測定]
接触角計(協和界面科学(株)製 DropMaster)を用い、2μLの液滴を硬化膜上に滴下して1秒後の接触角を測定した。N=5の平均値を測定値とした。結果を表7、8に示す。
[オレイン酸接触角測定]
接触角計(協和界面科学(株)製 DropMaster)を用い、5μLの液滴を硬化膜上に滴下して1秒後の接触角を測定した。N=5の平均値を測定値とした。結果を表7、8に示す。
[耐マジック性の評価]
硬化膜表面にマジックペン(寺西化学工業(株)製 マジックインキ大型)で直線を描き、インクをはじくものを〇、はじかないものを×とした。結果を表7、8に示す。
[動摩擦係数の測定]
実施例3〜8、比較例1〜4において、ベンコットM−3II(旭化成(株)製)に対する硬化膜の動摩擦係数を、表面性試験機14FW(新東科学(株)製)を用いて下記条件で測定した。結果を表7に示す。
接触面積:10mm×35mm
荷重:100g
Figure 2018070683
Figure 2018070683
[実施例15]
組成物E−12をアルミニウム基材上にギャップアプリケーターで溶剤揮発前の厚さが250μmとなるように塗工し、これを空気中100℃で2分、次いで窒素流通下25℃で1時間乾燥させたのちに、コンベヤ式メタルハライドUV照射装置(パナソニック電工(株)製)を使用し、窒素雰囲気中で、積算照射量400mJ/cm2の紫外線を照射して組成物を硬化させ、淡黄色透明の厚さ48μmの硬化膜を得た。硬化膜表面の水の接触角は111°、オレイン酸接触角は70°であった。得られた硬化膜を基材から剥離させ、アッベ屈折率計DR−A1((株)アタゴ製)のフィルム測定ユニットを用い、屈折率を測定したところ、nD20℃=1.38であった。

Claims (12)

  1. 下記一般式(1)又は(2)で表される含フッ素アクリル化合物。
    [Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (1)
    [X3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
    (2)
    (式中、Rf1は独立に炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の1価のパーフルオロポリエーテル基であり、Rf2は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Z1は独立に炭素数1〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。Z2は独立に炭素数2〜8の2価の炭化水素基である。Q1は少なくとも(a+b)個のケイ素原子を含む(a+b)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。Q2は独立に少なくとも(b+1)個のケイ素原子を含む(b+1)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。aは1〜10の整数であり、bは独立に1〜10の整数であり、cはそれぞれ独立に0、1又は2である。式(1)における[ ]で括られたa個のZ1もしくは式(2)におけるZ1及びb個のZ2はすべてそれぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。Rは独立に1〜6の1価の炭化水素基である。Xはそれぞれ独立にCH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−で示される基であり、R1は水素原子又は炭素数1〜8の1価の炭化水素基であり、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜8の1価の炭化水素基である。Z3は炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
  2. 一般式(1)、(2)中のZ2が、−CH2CH2−又は−CH2CH2CH2−である請求項1記載の含フッ素アクリル化合物。
  3. 一般式(1)、(2)中のXが、下記式
    CH2=CR4−COO−CH2−SiR23−O−
    (式中、R2、R3は上記と同じである。R4は水素原子又はメチル基である。)
    で示される基である請求項1又は2記載の含フッ素アクリル化合物。
  4. 下記一般式(6)又は(7)で表される請求項1〜3のいずれか1項に記載の含フッ素アクリル化合物。
    Figure 2018070683
    (式中、Rf1、Rf2、Z1、Q1、Q2、a、bは前述の通りであり、R4は水素原子又はメチル基である。)
  5. パーフルオロポリエーテル基と(メタ)アクリル基が以下の構造
    −Si−O−Si−Z2−Si−
    (式中、Z2は前述の通りである。)
    を含む連結構造を介して結合し、フルオロポリエーテル鎖に連結している各反応性末端基[Z2−SiRc3-cb(Z2、R、X、b、cは前述の通りである。)がそれぞれ合計で(メタ)アクリル基を4個以上有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の含フッ素アクリル化合物。
  6. 下記一般式(8)又は(9)
    [Rf1−Z1a−Q1−[H]b (8)
    [H]b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[H]b (9)
    (式中、Rf1は独立に炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の1価のパーフルオロポリエーテル基であり、Rf2は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Z1は独立に炭素数1〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。Q1は少なくとも(a+b)個のケイ素原子を含む(a+b)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。Q2は独立に少なくとも(b+1)個のケイ素原子を含む(b+1)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。aは1〜10の整数であり、bは独立に1〜10の整数であり、式(8)における[ ]で括られたa個のZ1もしくは式(9)におけるZ1及びb個のHはすべてそれぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。)
    で表される多官能Si−H基を有するフルオロポリエーテル化合物と、下記一般式(10)
    CH2=CR4−(Z4d−SiRc3-c (10)
    (式中、R4は水素原子又はメチル基であり、Z4は炭素数1〜6の2価の炭化水素基であり、dは0又は1であり、Rは独立に1〜6の1価の炭化水素基である。Mは独立にアルコキシ基又はアルコキシアルキル基である。cは0、1又は2である。)
    で表される末端不飽和基含有反応性シラン化合物をヒドロシリル化反応させて得られた下記一般式(3)又は(4)
    [Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (3)
    [M3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
    (4)
    (式中、Rf1、Rf2、Z1、Q1、Q2、R、M、a、b、cは前述の通りであり、Z2は独立に炭素数2〜8の2価の炭化水素基である。式(3)における[ ]で括られたa個のZ1もしくは式(4)におけるZ1及びb個のZ2はすべてそれぞれQ1又はQ2構造中のケイ素原子と結合している。)
    で表される含フッ素反応性シラン化合物と、下記一般式(5)
    CH2=CR1−COO−Z3−SiR23−OH (5)
    (式中、R1は水素原子又は炭素数1〜8の1価の炭化水素基であり、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜8の1価の炭化水素基である。Z3は炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
    で表されるアクリル基含有シラノール化合物とを反応させることを特徴とする下記一般式(1)又は(2)
    [Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (1)
    [X3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
    (2)
    (式中、Xはそれぞれ独立にCH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−で示される基であり、Rf1、Rf2、Z1、Z2、Q1、Q2、R、a、b、c、R1、R2、R3、Z3は上記と同じである。)
    で表される含フッ素アクリル化合物の製造方法。
  7. 下記一般式(11)
    Rf1−Z5 (11)
    (式中、Rf1は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の1価のパーフルオロポリエーテル基であり、Z5は末端にSi−H基と付加反応可能な炭素−炭素不飽和結合を一個有する炭素数2〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい1価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
    で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物と、下記一般式(13)
    [H]a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (13)
    (式中、Q1は少なくとも(a+b)個のケイ素原子を含む(a+b)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。Z2は独立に炭素数2〜8の2価の炭化水素基であり、Rは独立に1〜6の1価の炭化水素基であり、Mは独立にアルコキシ基又はアルコキシアルキル基であり、aは1〜10の整数であり、bは1〜10の整数であり、cは0、1又は2であり、a個のH及びb個のZ2はすべてQ1中のSi原子と結合している。)
    で表される反応性シラン化合物をヒドロシリル化反応させて得られた下記一般式(3)
    [Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (3)
    (式中、Rf1、Z2、Q1、R、M、a、b、cは上記と同じである。Z1は独立に炭素数1〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。[ ]で括られたa個のZ1及びb個のZ2はすべてQ1構造中のケイ素原子と結合している。)
    で表される含フッ素反応性シラン化合物と、下記一般式(5)
    CH2=CR1−COO−Z3−SiR23−OH (5)
    (式中、R1は水素原子又は炭素数1〜8の1価の炭化水素基であり、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜8の1価の炭化水素基である。Z3は炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
    で表されるアクリル基含有シラノール化合物を反応させて得られることを特徴とする下記一般式(1)
    [Rf1−Z1a−Q1−[Z2−SiRc3-cb (1)
    (式中、Xはそれぞれ独立にCH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−で示される基であり、Rf1、Z1、Z2、Q1、R、a、b、c、R1、R2、R3、Z3は上記と同じである。)
    で表される含フッ素アクリル化合物の製造方法。
  8. 下記一般式(12)
    5−Rf2−Z5 (12)
    (式中、Rf2は炭素数1〜6のパーフルオロアルキレン基と酸素原子によって構成される分子量400〜20,000の2価のパーフルオロポリエーテル基であり、Z5は独立に末端にSi−H基と付加反応可能な炭素−炭素不飽和結合を一個有する炭素数2〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい1価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
    で表される末端不飽和基を有するフルオロポリエーテル化合物と、下記一般式(14)
    H−Q2−[Z2−SiRc3-cb (14)
    (式中、Q2は少なくとも(b+1)個のケイ素原子を含む(b+1)価の連結基であり、環状構造をなしていてもよい。Z2は独立に炭素数2〜8の2価の炭化水素基であり、Rは独立に1〜6の1価の炭化水素基であり、Mは独立にアルコキシ基又はアルコキシアルキル基であり、bは1〜10の整数であり、cは0、1又は2であり、H及びb個のZ2はすべてQ2中のSi原子と結合している。)
    で表される反応性シラン化合物をヒドロシリル化反応させて得られた下記一般式(4)
    [M3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
    (4)
    (式中、Rf2、Z2、Q2、R、M、b、cは上記と同じである。Z1は独立に炭素数1〜20の酸素原子、窒素原子及びケイ素原子を含んでいてもよい2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。Z1及びb個のZ2はすべてQ2構造中のケイ素原子と結合している。)
    で表される含フッ素反応性シラン化合物と、下記一般式(5)
    CH2=CR1−COO−Z3−SiR23−OH (5)
    (式中、R1は水素原子又は炭素数1〜8の1価の炭化水素基であり、R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜8の1価の炭化水素基である。Z3は炭素数1〜8の2価の炭化水素基であり、途中環状構造を含んでいてもよい。)
    で表されるアクリル基含有シラノール化合物を反応させて得られることを特徴とする下記一般式(2)
    [X3-ccSi−Z2b−Q2−Z1−Rf2−Z1−Q2−[Z2−SiRc3-cb
    (2)
    (式中、Xはそれぞれ独立にCH2=CR1−COO−Z3−SiR23−O−で示される基であり、Rf2、Z1、Z2、Q2、R、b、c、R1、R2、R3、Z3は上記と同じである。)
    で表される含フッ素アクリル化合物の製造方法。
  9. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の含フッ素アクリル化合物を含む硬化性組成物。
  10. 硬化物の屈折率が1.4以下である請求項9記載の硬化性組成物。
  11. 請求項9又は10記載の硬化性組成物の硬化物層を表面に有する物品。
  12. 硬化物層の水の接触角が100°以上、オレイン酸の接触角が60°以上である撥水撥油性表面を有する請求項11記載の物品。
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