JP2021109974A - フッ素ポリマーを含有するコーティング用組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】本開示は、フッ素ポリマーコーティングに使用可能な、溶解した、特定のフッ素ポリマーを高濃度で含有するコーティング用組成物の提供を一つの目的とする。【解決手段】本開示は、フッ素ポリマー及び非プロトン性溶媒を含有するコーティング用組成物であって、前記フッ素ポリマーが、式(1):[式中、R1〜R4はそれぞれ独立して、フッ素原子、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基である。]で表される単量体単位を主成分として含み、前記フッ素ポリマーの濃度がコーティング用組成物全質量に対して20質量%以上である、組成物。【選択図】なし

Description

本開示は、フッ素ポリマーを含有するコーティング用組成物等に関する。
撥水機能、防汚機能、反射防止機能等の付与を目的として、対象をフッ素ポリマーでコーティング(被覆)することが検討されている。フッ素ポリマーは、例えば、ディスプレイ、太陽電池、光学レンズ等の反射防止剤としての利用、プリンターのフレキシブル基板、太陽電池、ディスプレイ、感光及び定着ドラム等の撥液(撥水又は撥油)、防汚、防湿のための保護コーティング剤としての利用、ペリクル膜のような光学薄膜としての利用、半導体保護コーティングとしての利用、半導体の層間絶縁膜としての利用等が試みられている(特許文献1)。
特開2002−038075号公報
本開示は、フッ素ポリマーコーティングに使用可能な、溶解した、特定のフッ素ポリマーを高濃度で含有するコーティング用組成物の提供を一つの目的とする。
本開示は、次の態様を包含する。
項1.
フッ素ポリマー及び非プロトン性溶媒を含有するコーティング用組成物であって、
前記フッ素ポリマーが、式(1):
Figure 2021109974
[式中、R〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基である。]
で表される単量体単位を主成分として含み、
前記フッ素ポリマーの濃度がコーティング用組成物全質量に対して20質量%以上である、
組成物。
項2.
前記フッ素ポリマーがフルオロオレフィン単位をさらに含む、項1に記載のコーティング用組成物。
項3.
前記フルオロオレフィン単位が含フッ素パーハロオレフィン単位、フッ化ビニリデン単位、トリフルオロエチレン単位、ペンタフルオロプロピレン単位、及び1,1,1,2−テトラフルオロ−2−プロピレン単位からなる群から選択される少なくとも1種である項2に記載のコーティング用組成物。
項4.
前記含フッ素パーハロオレフィン単位が、クロロトリフルオロエチレン単位、テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)単位、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)単位、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)単位、及びパーフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)単位からなる群から選択される少なくとも1種である項3に記載のコーティング用組成物。
項5.
前記フルオロオレフィン単位が、クロロトリフルオロエチレン単位、テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)単位、及びパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位からなる群から選択される少なくとも1種である項2に記載のコーティング用組成物。
項6.
前記フッ素ポリマーが、
式(M1):
Figure 2021109974
[式中、R〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基である。]
で表される単量体の非プロトン性溶媒中での重合体、或いは
前記式(M1)で表される単量体とフルオロオレフィンとの非プロトン性溶媒中での重合体である、
項1〜5のいずれかに記載のコーティング用組成物。
項7.
前記フルオロオレフィンが含フッ素パーハロオレフィン、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、ペンタフルオロプロピレン、及び1,1,1,2−テトラフルオロ−2−プロピレンからなる群から選択される少なくとも1種である項6に記載のコーティング用組成物。
項8.
前記含フッ素パーハロオレフィンが、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)、及びパーフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)からなる群から選択される少なくとも1種である項7に記載のコーティング用組成物。
項9.
前記フルオロオレフィンが、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、及びパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)からなる群から選択される少なくとも1種である項6に記載のコーティング用組成物。
項10.
前記式(M1)で表される単量体が非プロトン性溶媒中で重合した重合反応液、及び/又は、前記式(M1)で表される単量体とフルオロオレフィンが非プロトン性溶媒中で重合した重合反応液を含有する、項1〜9のいずれかに記載のコーティング用組成物。
項11.
前記フッ素ポリマーの含有量が、コーティング剤全質量に対して、20質量%以上且つ65質量%以下である項1〜10のいずれかに記載のコーティング用組成物。
項12.
前記非プロトン性溶媒が、パーフルオロ芳香族化合物、パーフルオロトリアルキルアミン、パーフルオロアルカン、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロ環状エーテル、ハイドロフルオロエーテル、及び少なくとも一つの塩素原子を含むオレフィン化合物からなる群から選択される少なくとも1種の溶媒である項1〜11のいずれかに記載のコーティング用組成物。
項13.
前記非プロトン性溶媒が、ハイドロフルオロエーテルの少なくとも1種である項1〜12のいずれかに記載のコーティング用組成物。
項14.
10nm以上の平均膜厚を有する膜の形成用である項1〜13のいずれかに記載のコーティング用組成物。
項15.
250N/mm以上且つ1000N/mm以下の押込み硬さを有する膜の形成用である項1〜14のいずれかに記載のコーティング用組成物。
項16.
2.5GPa以上且つ10GPa以下の押込み弾性率を有する膜の形成用である項1〜15のいずれかに記載のコーティング用組成物。
項17.
90%以上の全光線透過率を有する膜の形成用である項1〜16のいずれかに記載のコーティング用組成物。
項18.
前記フッ素ポリマーのガラス転移温度が110℃以上である項1〜17のいずれかに記載のコーティング用組成物。
本開示によれば、式(1)で表される単量体単位を主成分として含むフッ素ポリマーを高濃度に溶解したコーティング用組成物を提供できる。本開示によれば、当該コーティング用組成物を対象に適用することによって、透明性が高く、硬度の高い膜を形成できる。
本開示の前記概要は、本開示の各々の開示された実施形態または全ての実装を記述することを意図するものではない。
本開示の後記説明は、実例の実施形態をより具体的に例示する。
本開示のいくつかの箇所では、例示を通してガイダンスが提供され、及びこの例示は、様々な組み合わせにおいて使用できる。
それぞれの場合において、例示の群は、非排他的な、及び代表的な群として機能できる。
本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられる。
用語
本明細書中の記号及び略号は、特に限定のない限り、本明細書の文脈に沿い、本開示が属する技術分野において通常用いられる意味に理解できる。
本明細書中、語句「含有する」は、語句「から本質的になる」、及び語句「からなる」を包含することを意図して用いられる。
本明細書中に記載されている工程、処理、又は操作は、特に断りのない限り、室温で実施され得る。本明細書中、室温は、10℃以上且つ40℃以下の範囲内の温度を意味することができる。
本明細書中、表記「Cn−Cm」(ここで、n、及びmは、それぞれ、数である。)は、当業者が通常理解する通り、炭素数がn以上且つm以下であることを表す。
本明細書中、膜について「厚み」又は単に「膜厚」と表したときは「平均膜厚」を意味する。「平均膜厚」は次のようにして決定される。
平均膜厚
平均膜厚は、マイクロメーターで厚みを5回測定した平均値である。基板等の基材上に形成された膜をはがせない場合等、膜そのものの厚みを測定することが困難なときは、膜形成前の基材の厚みと膜形成された基材の厚みをマイクロメーターで各5回測定し、膜形成後の厚みの平均値からを膜形成前の厚みの平均値を控除することにより平均膜厚を算出する。
マイクロメーターで測定できない場合は、測定対象膜の切断面のラインプロファイルを原子力間顕微鏡(AFM)で測定することにより得られる膜厚を平均膜厚とする。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、単に「分子量」と表したときは「質量平均分子量」を意味する。質量平均分子量は次のようにして決定される。
質量平均分子量
質量平均分子量は、次のGPC分析方法で測定する。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
GPC分析方法
<サンプル調製法>
ポリマーをパーフルオロベンゼンに溶解させて2質量%ポリマー溶液を作製し、メンブレンフィルター(0.22μm)を通しサンプル溶液とする。
<測定法>
分子量の標準サンプル:ポリメチルメタクリレート
検出方法:RI(示差屈折計)
本明細書中、「対水接触角」及び「対n−ヘキサデカン接触角」は次のようにして決定される。
対水接触角及び対n−ヘキサデカン接触角
水平に置いたサンプル膜の上に、マイクロシリンジから水又はn−ヘキサデカンを2μL滴下し、膜上の液滴の接触角を全自動接触角計(協和界面科学製DropMaster701)によって測定する。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、「押込み硬さ」及び「押込み弾性率」は次のようにして決定される。
押込み硬さ及び押込み弾性率
ナノテック株式会社製超微小硬さ試験機ENT−2100を用いてサンプルのインデンテーション硬さ(HIT;押込み硬さ)を測定する。また、同時に押込み弾性率の測定を行う。押込み深さは厚みの1/10以下になるように調整して試験をおこなう。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、「全光線透過率」及び「ヘーズ」は次のようにして決定される。
全光線透過率及びヘーズ測定方法
ヘーズメーターNDH 7000SPII(日本電色工業株式会社製)を使用し、JIS K7136(ヘーズ値)およびJIS K 7361-1(全光線透過率)に従い全光線透過率及びヘーズを測定する。平均膜厚100μmの膜を測定対象のサンプルとして使用する。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、各波長における「透過率」は次のようにして決定される。
各波長における透過率
日立分光光度計U-4100を用いてサンプルの所定の波長における透過率を測定する。サンプルは平均膜厚100μmの膜とする。検出器としては積分球検知器を用いる。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、「屈折率」は次のようにして決定される。
屈折率
サンプルをアタゴ社製 アッベ屈折率計(NAR-1T SOLID)を用いて23℃における屈折率を測定する。波長は装置付属のLEDを用いるためD線近似波長である。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、各波長における「アッベ率」は次のようにして決定される。
アッベ数
サンプルをアタゴ社製 アッベ屈折率計(NAR-1T SOLID)を用いて23℃におけるアッベ数を測定する。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、「反射率」は次のようにして決定される。
反射率
日立分光光度計U-4100に絶対正反射装置をとりつけ、5°における550nmの反射率を測定する。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、「吸水率」は次のようにして決定される。
吸水率(24℃)
あらかじめ、十分乾燥させたサンプルの重量を測定してW0とし、W0の100質量倍以上の24℃の水中にサンプルを完全浸漬させ、24時間後の重量を測定してW24とし、次式から吸水率を求める。
吸水率(%)=100×(W24-W0)/W0
具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
吸水率(60℃)
あらかじめ、十分乾燥させたサンプルの重量を測定してW0とし、W0の100質量倍以上の60℃の水中にサンプルを完全浸漬させ、24時間後の重量を測定してW24とし、次式から吸水率を求める。
吸水率(%)=100×(W24-W0)/W0
具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、「ガラス転移温度」は次のようにして決定される。
ガラス転移温度(Tg)
DSC(示差走査熱量計:日立ハイテクサイエンス社、DSC7000)を用いて、30℃以上且つ200℃以下の温度範囲を10℃/分の条件で昇温(ファーストラン)−降温−昇温(セカンドラン)させ、セカンドランにおける吸熱曲線の中間点をガラス転移温度(℃)とする。具体的には、本開示の具体例にて記載された方法で決定される値である。
本明細書中、特に断りのない限り、「アルキル基」の例は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、及びデシル等の、直鎖状又は分枝状の、C1−C10アルキル基を包含できる。
本明細書中、特に断りのない限り、「フルオロアルキル基」は、少なくとも1個の水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基である。「フルオロアルキル基」は、直鎖状、又は分枝状のフルオロアルキル基であることができる。
「フルオロアルキル基」の炭素数は、例えば、1〜12、1〜6、1〜5、1〜4、1〜3、6、5、4、3、2、又は1であることができる。
「フルオロアルキル基」が有するフッ素原子の数は、1個以上(例:1〜3個、1〜5個、1〜9個、1〜11個、1個から置換可能な最大個数)であることができる。
「フルオロアルキル基」は、パーフルオロアルキル基を包含する。
「パーフルオロアルキル基」は、アルキル基中の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基である。
パーフルオロアルキル基の例は、トリフルオロメチル基(CF−)、ペンタフルオロエチル基(C−)、ヘプタフルオロプロピル基(CFCFCF−)、及びヘプタフルオロイソプロピル基((CFCF−)を包含する。
「フルオロアルキル基」として、具体的には、例えば、モノフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基(CF−)、2,2,2−トリフルオロエチル基(CFCH−)、パーフルオロエチル基(C−)、テトラフルオロプロピル基(例:HCFCFCH−)、ヘキサフルオロプロピル基(例:(CFCH−)、パーフルオロブチル基(例:CFCFCFCF−)、オクタフルオロペンチル基(例:HCFCFCFCFCH−)、パーフルオロペンチル基(例:CFCFCFCFCF−)及びパーフルオロヘキシル基(例:CFCFCFCFCFCF−)等が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アルコキシ基」は、RO−[当該式中、Rはアルキル基(例:C1−C10アルキル基)である。]で表される基であることができる。 「アルコキシ基」の例は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシ、ペンチルオキシ、イソペンチルオキシ、ネオペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、ノニルオキシ、及びデシルオキシ等の、直鎖状又は分枝状の、C1−C10アルコキシ基を包含する。
本明細書中、特に断りのない限り、「フルオロアルコキシ基」は、少なくとも1個の水素原子がフッ素原子で置換されたアルコキシ基である。「フルオロアルコキシ基」は、直鎖状又は分枝状のフルオロアルコキシ基であることができる。
「フルオロアルコキシ基」の炭素数は、例えば、1〜12、1〜6、1〜5、1〜4、1〜3、6、5、4、3、2、又は1であることができる。
「フルオロアルコキシ基」が有するフッ素原子の数は、1個以上(例:1〜3個、1〜5個、1〜9個、1〜11個、1個から置換可能な最大個数)であることができる。
「フルオロアルコキシ基」は、パーフルオロアルコキシ基を包含する。
「パーフルオロアルコキシ基」は、アルコキシ基中の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基である。
パーフルオロアルコキシ基の例は、トリフルオロメトキシ基(CFO−)、ペンタフルオロエトキシ基(CO−)、ヘプタフルオロプロピルオキシ基(CFCFCFO−)、及びヘプタフルオロイソプロピルオキシ基((CFCFO−)を包含する。
「フルオロアルコキシ基」として、具体的には、例えば、モノフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基、2,2,2−トリフルオロエトキシ基(CFCHO−)、パーフルオロエトキシ基(CO−)、テトラフルオロプロピルオキシ基(例:HCFCFCHO−)、ヘキサフルオロプロピルオキシ基(例:(CFCHO−)、パーフルオロブチルオキシ基(例:CFCFCFCFO−)、オクタフルオロペンチルオキシ基(例:HCFCFCFCFCHO−)、パーフルオロペンチルオキシ基(例:CFCFCFCFCFO−)及びパーフルオロヘキシルオキシ基(例:CFCFCFCFCFCFO−)等が挙げられる。
コーティング用組成物
本開示の一実施態様は、式(1)で表される単量体単位を主成分として含むフッ素ポリマー及び非プロトン性溶媒を含有するコーティング用組成物である。
式(1)で表される単量体単位からなるフッ素ポリマーは溶媒に対する溶解性が低い。しかし、当該コーティング用組成物は溶解した当該フッ素ポリマーを組成物の全質量に対し高濃度、例えば20質量%以上含有することができる。このため、当該コーティング用組成物は、当該フッ素ポリマーの膜の形成において、歩留まりが良い、厚膜の形成が簡便である等の利点を有する。
コーティング用組成物は液状であるが、コーティング(被膜形成)を妨げない程度の大きさ、量等で固形成分を含んでもよいが、含まないことが好ましい。
フッ素ポリマー
コーティング用組成物が含有するフッ素ポリマーは、式(1):
Figure 2021109974
[式中、R〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基である。]で表される単量体単位(本明細書中、「単位(1)」と称することがある。)を主成分として含む。
本明細書中、「単量体単位を主成分として含む」とは、ポリマー中の全ての単量体単位における特定の単量体単位の割合が50モル%以上であることを意味する。
フッ素ポリマーを構成する単量体単位は、単位(1)の1種単独又は2種以上を含んでよい。
コーティング用組成物において、フッ素ポリマーの含有量は、コーティング用組成物全質量に対して、例えば5質量%以上且つ65質量%以下、10質量%以上且つ65質量%以下、20質量%以上且つ65質量%以下、30質量%以上且つ65質量%以下、30質量%超且つ65質量%以下、20質量%以上且つ40質量%以下などとできる。好ましくは20質量%超且つ65質量%以下、より好ましくは25質量%以上且つ60質量%以下、特に好ましくは30質量%以上且つ50質量%以下である。
コーティング用組成物は、溶解したフッ素ポリマーを前記範囲内の含有量で含有することができる。
フッ素ポリマーのガラス転移温度(Tg)は、好ましくは110℃以上、より好ましくは110℃以上且つ300℃以下、さらに好ましくは120℃以上且つ300℃以下、特に好ましくは125℃以上且つ200℃以下である。ガラス転移温度がこれらの範囲内にあると、コーティング用組成物によって形成された膜の折り曲げ耐久性が高い点で有利である。
フッ素ポリマーの質量平均分子量は、例えば1万以上且つ100万以下、好ましくは3万以上且つ50万以下、より好ましくは5万以上且つ30万以下である。分子量がこれらの範囲内にあると、耐久性の点で有利である。
フッ素ポリマーは、例えばフッ素ポリマーを構成する単量体単位に対応する単量体を適宜の重合法により重合することで製造できる。例えば単位(1)に対応する単量体の1種単独又は2種以上を重合することにより製造することができる。
単位(1)(1,3−ジオキソラン骨格を有する単量体単位)
フッ素ポリマーを構成する単量体単位は、単位(1)の1種単独又は2種以上を含んでよい。フッ素ポリマーの全ての単量体単位における単位(1)の割合は、例えば70モル%以上とでき、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましく、100モル%が特に好ましい。
〜Rのそれぞれにおいて、フルオロアルキル基は、例えば直鎖状又は分岐状のC1−C5フルオロアルキル基、直鎖状又は分岐状のC1−C4フルオロアルキル基、直鎖状又は分岐状のC1−C3フルオロアルキル基、C1−C2フルオロアルキル基とできる。
直鎖状又は分岐状のC1−C5フルオロアルキル基としては直鎖状又は分岐状のC1−C5パーフルオロアルキル基が好ましい。
直鎖状又は分岐状のC1−C4フルオロアルキル基としては直鎖状又は分岐状のC1−C4パーフルオロアルキル基が好ましい。
直鎖状又は分岐状のC1−C3フルオロアルキル基としては直鎖状又は分岐状のC1−C3パーフルオロアルキル基が好ましい。
C1−C2フルオロアルキル基としてはC1−C2パーフルオロアルキル基が好ましい。
〜Rのそれぞれにおいて、フルオロアルコキシ基は、例えば直鎖状又は分岐状のC1−C5フルオロアルコキシ基、直鎖状又は分岐状のC1−C4フルオロアルコキシ基、直鎖状又は分岐状のC1−C3フルオロアルコキシ基、C1−C2フルオロアルコキシ基とできる。
直鎖状又は分岐状のC1−C5フルオロアルコキシ基としては直鎖状又は分岐状のC1−C5パーフルオロアルコキシ基が好ましい。
直鎖状又は分岐状のC1−C4フルオロアルコキシ基としては直鎖状又は分岐状のC1−C4パーフルオロアルコキシ基が好ましい。
直鎖状又は分岐状のC1−C3フルオロアルコキシ基としては直鎖状又は分岐状のC1−C3パーフルオロアルコキシ基が好ましい。
C1−C2フルオロアルコキシ基としてはC1−C2パーフルオロアルコキシ基が好ましい。
〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C5フルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C5フルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C5パーフルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C5パーフルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C4フルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C4フルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C4パーフルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C4パーフルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C3フルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C3フルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C3パーフルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C3パーフルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、C1−C2フルオロアルキル基、又はC1−C2フルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、C1−C2パーフルオロアルキル基、又はC1−C2パーフルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、トリフルオロメチル、ペンタフルロエチル、又はトリフルオロメトキシであってよい。
〜Rは、少なくとも1つの基がフッ素原子であり、残りの基は、当該残りの基が複数あるときは独立して、C1−C2パーフルオロアルキル基又はC1−C2パーフルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rは、少なくとも2つの基がフッ素原子であり、残りの基は、当該残りの基が複数あるときは独立して、C1−C2パーフルオロアルキル基又はC1−C2パーフルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rは、少なくとも3つの基がフッ素原子であり、残りの基は、C1−C2パーフルオロアルキル基又はC1−C2パーフルオロアルコキシ基であってよい。
〜Rは、少なくとも3つの基がフッ素原子であり、残りの基は、C1−C2パーフルオロアルキル基であってよい。
〜Rは、全てフッ素原子であってよい。
単位(1)は、下記式(1−1)で表される単量体単位(本明細書中、「単位(1−1)」と称することがある。)であってよい。
Figure 2021109974
[式中、Rはフッ素原子、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基である。]
フッ素ポリマーを構成する単量体単位は、単位(1−1)の1種単独又は2種以上を含んでよい。
単位(1−1)においてRは、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C5フルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C5フルオロアルコキシ基であってよい。
単位(1−1)においてRは、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C5パーフルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C5パーフルオロアルコキシ基であってよい。
単位(1−1)においてRは、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C4フルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C4フルオロアルコキシ基であってよい。
単位(1−1)においてRは、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C4パーフルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C4パーフルオロアルコキシ基であってよい。
単位(1−1)においてRは、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C3フルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C3フルオロアルコキシ基であってよい。
単位(1−1)においてRは、フッ素原子、直鎖状又は分岐状のC1−C3パーフルオロアルキル基、あるいは直鎖状又は分岐状のC1−C3パーフルオロアルコキシ基であってよい。
単位(1−1)においてRは、フッ素原子、C1−C2フルオロアルキル基、又はC1−C2フルオロアルコキシ基であってよい。
単位(1−1)においてRは、フッ素原子、C1−C2パーフルオロアルキル基、又はC1−C2パーフルオロアルコキシ基であってよい。
単位(1−1)においてRは、フッ素原子、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、又はトリフルオロメトキシであってよい。
単位(1−1)においてRは、C1−C2パーフルオロアルキル基又はC1−C2パーフルオロアルコキシ基であってよい。
単位(1−1)においてRは、C1−C2パーフルオロアルキル基であってよい。
単位(1−1)の好ましい例は、下記式(1−11)で表される単量体単位(本明細書中、「単位(1−11)」と称することがある。)を包含する。
Figure 2021109974
フルオロオレフィン単位
フッ素ポリマーは、単位(1)に加え、フルオロオレフィン単位を含んでもよい。
フルオロオレフィン単位は1種で使用しても、2種以上併用してもよい。
フルオロオレフィン単位の割合は、全単量体単位の50モル%以下とでき、30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましく、10モル%以下がさらに好ましく、0%が特に好ましい。
フルオロオレフィン単位は、フッ素原子及び炭素−炭素間二重結合を含む単量体が重合後に形成する単量体単位である。
フルオロオレフィン単位を構成する原子は、フッ素原子、フッ素原子以外のハロゲン原子、炭素原子、水素原子、及び酸素原子のみであってよい。
フルオロオレフィン単位を構成する原子は、フッ素原子、フッ素原子以外のハロゲン原子、炭素原子、及び水素原子のみであってよい。
フルオロオレフィン単位を構成する原子は、フッ素原子、炭素原子、及び水素原子のみであってよい。
フルオロオレフィン単位を構成する原子は、フッ素原子及び炭素原子のみであってよい。
フルオロオレフィン単位は、含フッ素パーハロオレフィン単位、フッ化ビニリデン単位(−CH−CF−)、トリフルオロエチレン単位(−CFH−CF−)、ペンタフルオロプロピレン単位(−CFH−CF(CF)−、−CF−CF(CHF)−)、1,1,1,2−テトラフルオロ−2−プロピレン単位(−CH−CF(CF)−)等からなる群から選択される少なくとも1種の単位を包含する。
含フッ素パーハロオレフィン単位は、フッ素原子及び炭素−炭素間二重結合を含み、フッ素原子以外のハロゲン原子を含んでもよい単量体が、重合後に形成する単量体単位である。
含フッ素パーハロオレフィン単位は、クロロトリフルオロエチレン単位(−CFCl−CF−)、テトラフルオロエチレン単位(−CF−CF−)、ヘキサフルオロプロピレン単位(−CF−CF(CF)−)、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)単位(−CF−CF(OCF)−)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)単位(−CF−CF(OC)−)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位(−CF−CF(OCF)−)、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)単位(−CF−CF(O(CF)−)、及びパーフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)単位(−CF−CAF−(式中、Aは、式中に示された隣接炭素原子と共に形成されたパーフルオロジオキソラン環であってジオキソラン環の2位の炭素原子に2個のトリフルオロメチルが結合した構造を示す。))からなる群から選択される少なくとも1種を包含する。
フルオロオレフィン単位は、クロロトリフルオロエチレン単位、テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)単位、及びパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位からなる群から選択される少なくとも1種を包含する。
その他の単量体単位
フッ素ポリマーは、単位(1)及びフルオロオレフィン単位に加え、さらにその他の単量体単位を1種以上含んでもよく、含まないことが好ましい。
このようなその他の単量体単位は、CH=CHRf(RfはC1−C10フルオロアルキル基を表す)単位、アルキルビニルエーテル単位(例:シクロヘキシルビニルエーテル単位、エチルビニルエーテル単位、ブチルビニルエーテル単位、メチルビニルエーテル単位)、アルケニルビニルエーテル単位(例:ポリオキシエチレンアリルエーテル単位、エチルアリルエーテル単位)、反応性α,β−不飽和基を有する有機ケイ素化合物単位(例:ビニルトリメトキシシラン単位、ビニルトリエトキシシラン単位、ビニルトリス(メトキシエトキシ)シラン単位)、アクリル酸エステル単位(例:アクリル酸メチル単位、アクリル酸エチル単位)、メタアクリル酸エステル単位(例:メタアクリル酸メチル単位、メタクリル酸エチル単位)、ビニルエステル単位(例:酢酸ビニル単位、安息香酸ビニル単位、「ベオバ」(シェル社製のビニルエステル)単位)などを包含する。
その他の単量体単位の割合は、全単量体単位の、例えば0モル%以上且つ20モル%以下、0モル%以上且つ10モル%以下等とできる。
非プロトン性溶媒
フッ素ポリマーの重合に使用される非プロトン性溶媒としては、例えば、パーフルオロ芳香族化合物、パーフルオロトリアルキルアミン、パーフルオロアルカン、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロ環状エーテル、ハイドロフルオロエーテル、及び少なくとも一つの塩素原子を含むオレフィン化合物からなる群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。
コーティング用組成物において、非プロトン性溶媒の含有量は、コーティング用組成物全質量に対して、例えば35質量%以上且つ95質量%以下、35質量%以上且つ90質量%以下、35質量%以上且つ80質量%以下、35質量%以上且つ70質量%以下、35質量%以上且つ70質量%未満、60質量%以上且つ80質量%以下などとできる。好ましくは35質量%以上且つ80質量%未満、より好ましくは40質量%以上且つ75質量%以下、特に好ましくは50質量%以上且つ70質量%以下である。
パーフルオロ芳香族化合物は、例えば、1個以上のパーフルオロアルキル基を有してもよいパーフルオロ芳香族化合物である。パーフルオロ芳香族化合物が有する芳香環はベンゼン環、ナフタレン環、及びアントラセン環からなる群から選択される少なくとも1種の環であってよい。パーフルオロ芳香族化合物は芳香環を1個以上(例:1個、2個、3個)有してもよい。
置換基としてのパーフルオロアルキル基は、例えば直鎖状又は分岐状の、C1−C6、C1−C5、又はC1−C4パーフルオロアルキル基であり、直鎖状又は分岐状のC1−C3パーフルオロアルキル基が好ましい。
置換基の数は、例えば1〜4個、好ましくは1〜3個、より好ましくは1〜2個である。置換基が複数あるときは同一又は異なっていてよい。
パーフルオロ芳香族化合物の例は、パーフルオロベンゼン、パーフルオロトルエン、パーフルオロキシレン、パーフルオロナフタレンを包含する。
パーフルオロ芳香族化合物の好ましい例は、パーフルオロベンゼン、パーフルオロトルエンを包含する。
パーフルオロトリアルキルアミンは、例えば、3つの直鎖状又は分岐状のパーフルオロアルキル基で置換されたアミンである。当該パーフルオロアルキル基の炭素数は例えば1〜10であり、好ましくは1〜5、より好ましくは1〜4である。当該パーフルオロアルキル基は同一又は異なっていてもよく、同一であることが好ましい。
パーフルオロトリアルキルアミンの例は、パーフルオロトリメチルアミン、パーフルオロトリエチルアミン、パーフルオロトリプロピルアミン、パーフルオロトリイソプロピルアミン、パーフルオロトリブチルアミン、パーフルオロトリsec−ブチルアミン、パーフルオロトリtert−ブチルアミン、パーフルオロトリペンチルアミン、パーフルオロトリイソペンチルアミン、パーフルオロトリネオペンチルアミンを包含する。
パーフルオロトリアルキルアミンの好ましい例は、パーフルオロトリプロピルアミン、パーフルオロトリブチルアミンを包含する。
パーフルオロアルカンは、例えば、直鎖状、分岐状、又は環状のC3−C12(好ましくはC3−C10、より好ましくはC3−C6)パーフルオロアルカンである。
パーフルオロアルカンの例は、パーフルオロペンタン、パーフルオロ−2−メチルペンタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロ−2−メチルヘキサン、パーフルオロへプタン、パーフルオロオクタン、パーフルオロノナン、パーフルオロデカン、パーフルオロシクロヘキサン、パーフルオロ(メチルシクロヘキサン)、パーフルオロ(ジメチルシクロヘキサン)(例:パーフルオロ(1,3−ジメチルシクロヘキサン))、パーフルオロデカリンを包含する。
パーフルオロアルカンの好ましい例は、パーフルオロペンタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロへプタン、パーフルオロオクタンを包含する。
ハイドロフルオロカーボンは、例えば、C3−C8ハイドロフルオロカーボンである。 ハイドロフルオロカーボンの例は、CFCHCFH、CFCHCFCH、CFCHFCHFC、1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタン、CFCFCFCFCHCH、CFCFCFCFCFCHF、及びCFCFCFCFCFCFCHCHを包含する。
ハイドロフルオロカーボンの好ましい例は、CFCHCFH、CFCHCFCHを包含する。
パーフルオロ環状エーテルは、例えば、1個以上のパーフルオロアルキル基を有してもよいパーフルオロ環状エーテルである。パーフルオロ環状エーテルが有する環は3〜6員環であってよい。パーフルオロ環状エーテルが有する環は環構成原子として1個以上の酸素原子を有してよい。当該環は、好ましくは1又は2個、より好ましくは1個の酸素原子を有する。
置換基としてのパーフルオロアルキル基は、例えば直鎖状又は分岐状の、C1−C6、C1−C5、又はC1−C4パーフルオロアルキル基である。好ましいパーフルオロアルキル基は直鎖状又は分岐状のC1−C3パーフルオロアルキル基である。
置換基の数は、例えば1〜4個、好ましくは1〜3個、より好ましくは1〜2個である。置換基が複数あるときは同一又は異なっていてよい。
パーフルオロ環状エーテルの例は、パーフルオロテトラヒドロフラン、パーフルオロ−5−メチルテトラヒドロフラン、パーフルオロ−5−エチルテトラヒドロフラン、パーフルオロ−5−プロピルテトラヒドロフラン、パーフルオロ−5−ブチルテトラヒドロフラン、パーフルオロテトラヒドロピランを包含する。
パーフルオロ環状エーテルの好ましい例は、パーフルオロ−5−エチルテトラヒドロフラン、パーフルオロ−5−ブチルテトラヒドロフランを包含する。
ハイドロフルオロエーテルは、例えば、フッ素含有エーテルである。
ハイドロフルオロエーテルの地球温暖化係数(GWP)は400以下が好ましく、300以下がより好ましい。
ハイドロフルオロエーテルの例は、CFCFCFCFOCH3、CFCFCF(CF)OCH3、CFCF(CF)CFOCH3、CFCFCFCFOC、CFCHOCFCHF、CCF(OCH)C、(CFCHOCH、(CFCFOCH、CHFCFOCHCF、CHFCFCHOCFCHF、CFCHFCFOCH、CFCHFCFOCF、トリフルオロメチル1,2,2,2−テトラフルオロエチルエーテル(HFE−227me)、ジフルオロメチル1,1,2,2,2−ペンタフルオロエチルエーテル(HFE−227mc)、トリフルオロメチル1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル(HFE−227pc)、ジフルオロメチル2,2,2−トリフルオロエチルエーテル(HFE−245mf)、及び2,2−ジフルオロエチルトリフルオロメチルエーテル(HFE−245pf)、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルメチルエーテル(CFCHFCFOCH)、1,1,2,2−テトラフルオロエチル2,2,2−トリフルオロエチルエーテル(CHFCFOCHCF)、及び1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−メトキシプロパン((CFCHOCH)を含む。
ハイドロフルオロエーテルの好ましい例は、CFCFCFCFOCH3、CFCFCFCFOC、CFCHOCFCHF、CCF(OCH)Cを包含する。
ハイドロフルオロエーテルは、下記式(B1):
21−O−R22 (B1)
[式中、R21は、直鎖状又は分岐鎖状のパーフルオロブチルであり、R22は、メチル又はエチルである。]
で表される化合物がより好ましい。
少なくとも一つの塩素原子を含むオレフィン化合物は、その構造中に少なくとも1つの塩素原子を含むC2−C4(好ましくはC2−C3)オレフィン化合物である。少なくとも一つの塩素原子を含むオレフィン化合物は、炭素原子−炭素原子間二重結合(C=C)を1又は2個(好ましくは1個)有する、炭素数2〜4の炭化水素において、炭素原子に結合した水素原子の少なくとも一つが塩素原子に置換された化合物である。
炭素数2〜4の炭化水素における炭素原子−炭素原子間二重結合を構成する2個の炭素原子に結合した水素原子の少なくとも1つが塩素原子に置換された化合物が好ましい。
塩素原子の数は、1〜置換可能な最大の数である。塩素原子の数は、例えば、1個、2個、3個、4個、5個等とできる。
少なくとも一つの塩素原子を含むオレフィン化合物は、少なくとも1つ(例えば、1個、2個、3個、4個、5個等)のフッ素原子を含んでもよい。
少なくとも一つの塩素原子を含むオレフィン化合物の例は、CH=CHCl、CHCl=CHCl、CCl=CHCl、CCl=CCl、CFCH=CHCl、CHFCF=CHCl、CFHCF=CHCl、CFCCl=CFCl、CFHCl=CFCl、CFHCl=CFClを包含する。
少なくとも一つの塩素原子を含むオレフィン化合物の好ましい例はCHCl=CHCl、CHFCF=CHCl、CFCH=CHCl、CFCCl=CFClを包含する。
非プロトン性溶媒としては、使用時の環境負荷が小さい点、ポリマーを高濃度に溶解できる点から、ハイドロフルオロエーテルが好ましい。
重合開始剤
コーティング用組成物は、重合開始剤の少なくとも1種を含有してもよい。
コーティング用組成物において、重合開始剤の含有量は、コーティング用組成物全質量に対して、例えば0.00001質量%以上且つ10質量%以下であり、好ましくは0.00005質量%以上且つ10質量%以下であり、より好ましくは0.0001質量%以上且つ10質量%以下である。
重合開始剤の好ましい例は、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジイソブチリルパーオキサイド、ジ(ω−ハイドロ−ドデカフルオロヘプタノイル)パーオキサイド、ジ(ω−ハイドロ−ヘキサデカフルオロノナノイル)パーオキサイド、ω−ハイドロ−ドデカフルオロヘプタノイル−ω−ハイドロヘキサデカフルオロノナノイル−パーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、パーオキシピバル酸tert−ブチル、パーオキシピバル酸tert−ヘキシル、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムを包含する。
重合開始剤のより好ましい例は、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジイソブチリルパーオキサイド、ジ(ω−ハイドロ−ドデカフルオロヘプタノイル)パーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、パーオキシピバル酸tert−ブチル、パーオキシピバル酸tert−ヘキシル、過硫酸アンモニウムを包含する。
他の成分
コーティング用組成物は、フッ素ポリマー、非プロトン性溶媒、任意に重合開始剤、及び任意に他の成分を適宜の量で含んでもよい。他の成分の例は、屈折率調整剤、帯電防止剤、着色剤、光拡散剤、フィラー、可塑剤、粘度調節剤、可撓性付与剤、耐光性安定化剤、反応抑制剤、接着促進剤等であってよい。他の成分の含有量は、コーティング用組成物全質量に対して、例えば0.01質量%以上且つ50質量%以下、好ましくは0.01質量%以上且つ30質量%以下、より好ましくは0.01質量%質量%以上且つ20質量%以下とできる。
コーティング用組成物は、例えば、膜の形成が求められる部分に適宜の方法(例:スプレーコーティング、ディップコーティング法、バーコート、グラビアコート、ロールコート、インクジェット、スピンコート等)で適用された後、乾燥、加熱等により溶媒が除去されることによって膜を形成できる。コーティング用組成物適用後は加熱することが好ましい。乾燥又は加熱温度は、例えば30℃以上且つ150℃以下、好ましくは30℃以上且つ80℃以下である。
例えば、本開示のコーティング用組成物をコーティング後、80℃の乾燥機内で乾燥させることで膜を形成できる。
コーティング用組成物の製造方法
コーティング用組成物は、フッ素ポリマー、非プロトン性溶媒、任意に重合開始剤、及び任意に他の成分を混合して製造してもよい。
これとは別に、非プロトン性溶媒中で単位(1)に対応する単量体の1種単独又は2種以上を、必要に応じてフルオロオレフィン及びその他の単量体からなる群から選択される少なくとも1種の単量体と、重合すること(溶液重合)により重合反応液を得、この重合反応液をコーティング用組成物に使用してもよい。当該重合反応液は溶解したフッ素ポリマーの含有量が高いため、コーティング用組成物そのものとして又はコーティング用組成物の構成成分として有利である。
したがって、本開示の一実施態様は、非プロトン性溶媒中で、単位(1)に対応する単量体、任意にフルオロオレフィン、及び任意にその他の単量体を、任意に重合開始剤の存在下で、重合する工程を含む、コーティング用組成物の製造方法を包含する。
コーティング用組成物の製造方法には、コーティング用組成物に関する前記説明を適用してもよい。
コーティング用組成物は前記溶液重合の重合反応液を含有することが好ましい。上述の溶液重合によって得られる重合反応液(当該液はフッ素ポリマー及び非プロトン性溶媒を少なくとも含む)に、必要に応じて非プロトン性溶媒及び/又は他の成分を混合して、コーティング用組成物としてもよい。
コーティング用組成物における溶液重合の重合反応液の含有量は、重合反応液中のフッ素ポリマー濃度、コーティング用組成物により形成される膜の機能、厚み等に応じて適宜選択できる。コーティング用組成物における溶液重合の重合反応液の含有量は、コーティング用組成物全質量に対して、例えば5質量%以上且つ100質量%以下、好ましくは20質量%以上且つ100質量%以下、より好ましくは30質量%以上且つ100質量%以下とできる。
単量体
当業者は、フッ素ポリマーを構成する単量体単位に対応する単量体を理解できる。例えば、単位(1)に対応する単量体は、式(M1):
Figure 2021109974
[式中、R〜Rは、前記と同意義である。]
で表される化合物(本明細書中、「単量体(M1)」と称することがある。)である。
例えば、単位(1−1)に対応する単量体は、式(M1−1):
Figure 2021109974
[式中、Rは、フッ素原子、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基である。]
で表される化合物(本明細書中、「単量体(M1−1)」と称することがある。)である。
例えば、単位(1−11)に対応する単量体は、式(M1−11):
Figure 2021109974
で表される化合物(本明細書中、「単量体(M1−11)」と称することがある。)である。
前記フルオロオレフィンとしては、前記フルオロオレフィン単位に対応する単量体を使用できる。例えば、テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位、フッ化ビニリデン単位に対応する単量体は、各々、テトラフルオロエチレン(CF=CF)、ヘキサフルオロプロピレン(CFCF=CF)、フッ化ビニリデン(CH=CF)である。したがって、前記フルオロオレフィンに関する詳細については、対応するフルオロオレフィン単位に関する前記記載から当業者が理解できる。
フルオロオレフィンは、例えば、含フッ素パーハロオレフィン、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、ペンタフルオロプロピレン、及び1,1,1,2−テトラフルオロ−2−プロピレンからなる群から選択される少なくとも1種であってよい。フルオロオレフィンは、好ましくは、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、及びパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)からなる群から選択される少なくとも1種であってよい。
前記含フッ素パーハロオレフィンは、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)、及びパーフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)からなる群から選択される少なくとも1種であってよい。
前記その他の単量体としては、前記その他の単量体単位に対応する単量体を使用できる。したがって、その他の単量体に関する詳細については、対応するその他の単量体単位に関する前記記載から当業者が理解できる。
重合方法としては、フッ素ポリマーを構成する単量体単位に対応する単量体を適宜の量で、必要に応じて溶媒(例:非プロトン性溶媒など)に溶解又は分散させ、必要に応じて重合開始剤を添加し、重合(例:ラジカル重合、バルク重合、溶液重合、懸濁重合、分散重合、乳化重合等する方法)が挙げられる。
好ましい重合方法は、フッ素ポリマーを高濃度に溶解した液を製造できることにより歩留まりが高く、厚膜形成及び精製に有利な溶液重合である。このため、フッ素ポリマーとしては溶液重合により製造されたフッ素ポリマーが好ましい。非プロトン性溶媒の存在下で単量体を重合させる溶液重合により製造されたフッ素ポリマーがより好ましい。
フッ素ポリマーの溶液重合において、使用される溶媒は非プロトン性溶媒である。フッ素ポリマーの製造時の非プロトン性溶媒の使用量は単量体質量及び溶媒質量の和に対し、例えば80質量%以下、80質量%未満、75質量%以下、70質量%以下、35質量%以上且つ95質量%以下、35質量%以上且つ90質量%以下、35質量%以上且つ80質量%以下、35質量%以上且つ70質量%以下、35質量%以上且つ70質量%未満、60質量%以上且つ80質量%以下などとできる。好ましくは35質量%以上且つ80質量%未満とでき、より好ましくは40質量%以上且つ70質量%以下、特に好ましくは50質量%以上且つ70質量%以下である。
重合反応に重合開始剤を使用する場合、重合開始剤の量は、例えば、反応に供される全ての単量体の1gに対して、0.0001g以上且つ0.05g以下とでき、好ましくは0.0001g以上且つ0.01g以下、より好ましくは0.0005g以上且つ0.008g以下であってよい。
重合反応の温度は、例えば、−10℃以上且つ160℃以下とでき、好ましくは0℃以上且つ160℃以下、より好ましくは0℃以上且つ100℃以下であってよい。
重合反応の反応時間は、好ましくは、0.5時間以上且つ72時間以下、より好ましくは、1時間以上且つ48時間以下、さらに好ましくは3時間以上且つ30時間以下であってよい。
重合反応は、不活性ガス(例:窒素ガス)の存在下又は不存在下で実施され得、好適には存在下で実施され得る。
重合反応は、減圧下、大気圧下、又は加圧条件下にて実施され得る。
重合反応は、重合開始剤を含む非プロトン性溶媒に単量体を添加後、重合条件に供することで実施され得る。また、単量体を含む非プロトン性溶媒に重合開始剤を添加後、重合条件に供することで実施され得る。
重合反応で生成したフッ素ポリマーは、所望により、抽出、溶解、濃縮、フィルターろ過、析出、再沈、脱水、吸着、クロマトグラフィー等の慣用の方法、又はこれらの組み合わせにより精製してもよい。あるいは、重合反応により生成したフッ素ポリマーが溶解した液、当該液を希釈した液、これらの液に必要に応じて他の成分を添加した液等を、乾燥または加熱(例:30℃以上且つ150℃以下)して、フッ素ポリマーの膜を形成してもよい。
コーティング用組成物により形成される膜
コーティング用組成物の乾燥等により形成される膜におけるフッ素ポリマー含有量は、膜の全質量に対して、例えば50質量%以上且つ100質量%以下、好ましくは60質量%以上且つ100質量%以下、より好ましくは80質量%以上且つ100質量%以下、特に好ましくは90質量%以上且つ100質量%以下とできる。
膜は、前記フッ素ポリマーに加え、他の成分を含んでもよい。他の成分は、膜の用途に応じた公知の成分、例えば、屈折率調整剤、着色剤、光拡散剤、フィラー、可塑剤、粘度調節剤、可撓性付与剤、耐光性安定化剤、反応抑制剤、接着促進剤などであってよい。 膜は、他の成分を本開示の効果が得られる限りにおいて適宜の量で含有できる。他の成分の含有量は、膜の全質量に対して、例えば0質量%以上且つ50質量%以下、好ましくは0質量%以上且つ40質量%以下、より好ましくは0質量%以上且つ20質量%以下、特に好ましくは0質量%以上且つ10質量%以下とできる。
膜は、コーティング用組成物を乾燥、加熱等により溶媒を除去することによって製造できる。
膜の厚みは、膜に求められる機能等に応じて適宜選択することができ、例えば10nm以上、10nm以上且つ1000μm以下、30nm以上且つ500μm以下、50nm以上且つ500μm以下等とでき、好ましくは100nm以上且つ500μm以下、より好ましくは500nm以上且つ300μm以下、さらに好ましくは800nm以上且つ200μm以下、特に好ましくは10μm以上且つ200μm以下とできる。平均膜厚が前記範囲にあると、耐久性の点で有利である。本開示のコーティング用組成物は、フッ素ポリマーの含有量が高いため、厚膜(100nm以上、500nm以上等)の形成に有利である。
膜はフッ素ポリマーを含有することによって押込み硬さが高いため、耐擦傷性に優れる。膜の押込み硬さは、例えば250N/mm以上且つ1000N/mm以下とでき、好ましくは300N/mm以上且つ800N/mm以下、より好ましくは350N/mm以上且つ600N/mm以下である。
膜の押込み弾性率は、例えば2.5GPa以上且つ10GPa以下とでき、好ましくは2.5GPa以上且つ8GPa以下、より好ましくは2.5GPa以上且つ6GPa以下である。
フッ素ポリマーは透過性が高いため、膜を光学材料として利用できる。膜の全光線透過率は、例えば90%以上且つ99%以下とでき、好ましくは92%以上且つ99%以下、より好ましくは94%以上且つ99%以下である。
フッ素ポリマーは紫外光の透過率も高いため、膜を紫外光用の光学材料としても利用できる。膜の193nm以上且つ410nm以下の範囲における透過率は、例えば60%以上とでき、好ましくは70%以上である。
膜の対水接触角は、、例えば100°以上且つ130°以下であり、100°以上且つ120°以下であることが好ましく、110°以上且つ120°以下であることがより好ましい。
膜の対n−ヘキサデカン接触角は、例えば30°以上且つ75°以下であり、40°以上且つ70°以下であることが好ましく、50°以上且つ70°以下であることがより好ましい。
膜の屈折率は、例えば1.25以上且つ1.4以下とでき、好ましくは1.29以上且つ1.37以下、より好ましくは1.3以上且つ1.36以下である。
膜のアッベ数は、例えば80以上且つ100以下とでき、好ましくは85以上且つ96以下、より好ましくは87以上且つ94以下である。
膜の反射率(550nm)は、例えば0.5以上且つ0.7以下とでき、好ましくは0.55以上且つ0.68以下、より好ましくは0.6以上且つ0.65以下である。
膜の吸水率(24℃)は、例えば0.1%以下とでき、好ましくは0.05%以下、より好ましくは0.01%である。
膜は、硬度が高いため耐擦傷性に優れ保護膜等として有用である。膜は、光透過性が高いため光学部品の保護膜等として有用である。膜は、対水接触角を100°以上且つ130°以下とできるため汚れが付着しにくく、防汚膜等として有用である。
コーティング用組成物は膜の原料であるフッ素ポリマーを高濃度で含有するため、フッ素ポリマーの膜の形成用に有用である。
コーティング用組成物は、ディスプレイ、太陽電池、光学レンズ、眼鏡レンズ、ショーウインドウ、ショーケース等の反射防止膜の形成用、ディスプレイ、太陽電池、光学レンズ、眼鏡レンズ、ショーウインドウ、ショーケース、CD用ディスク、DVD用ディスク、ブルーレイ用ディスク、感光及び定着ドラム、プリンターのフレキシブル基板等の撥液(撥水又は撥油)、防汚、防湿のための保護膜形成用、半導体素子の保護膜(例えば、層間膜、バッファーコート膜形成用、素子用防湿膜(例えば、RF回路素子、GaAs素子、InP素子等の防湿膜)形成用、ペリクル膜のような光学薄膜形成用、耐薬品膜形成用、パッシベーション膜形成用、液晶配光膜形成用、医療器具の防汚膜形成用、ゲート絶縁膜形成用等に使用できる。
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能であることが理解されるであろう。
以下、実施例によって本開示の一実施態様を更に詳細に説明するが、本開示はこれに限定されるものではない。
実施例中の記号及び略称は、以下の意味で用いられる。
開始剤溶液(1):ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート(10時間半減期温度:40℃)を50質量%含有するメタノール溶液
フッ素ポリマー(1−11):単位(1−11)で構成されたポリマー
Mw:質量平均分子量
GPC分析方法(フッ素ポリマーの質量平均分子量測定)
<サンプル調製法>
ポリマーをパーフルオロベンゼンに溶解させて2質量%ポリマー溶液を作製し、メンブレンフィルター(0.22μm)を通しサンプル溶液とした。
<測定法>
分子量の標準サンプル:ポリメチルメタクリレート
検出方法:RI(示差屈折計)
ポリマー溶解の確認
液中のポリマーの溶解有無の判断は以下のように行った。
調製した液を目視で確認し、未溶解のポリマーが確認されず、かつ室温中で液全体が均一に流動する場合を溶解していると判断した。
平均膜厚
平均膜厚は、マイクロメーターで厚みを5回測定した平均値とした。基板等の基材上に形成された膜をはがせない場合等、膜そのものの厚みを測定することが困難なときは、膜形成前の基材の厚みと膜形成された基材の厚み(膜厚及び基材厚の和)とをマイクロメーターで各5回測定し、膜形成後の厚みの平均値から膜形成前の厚みの平均値を控除することにより平均膜厚を算出した。
押込み硬さ及び押込み弾性率
ナノテック株式会社製超微小硬さ試験機ENT−2100を用いてサンプルのインデンテーション硬さ(HIT;押込み硬さ)を測定した。また、同時に押込み弾性率の測定をおこなった。押込み深さは厚みの1/10以下になるように調整して試験をおこなった。
全光線透過率及びヘーズ測定方法
ヘーズメーターNDH 7000SPII(日本電色工業株式会社製)を使用し、JIS K7136(ヘーズ値)およびJIS K 7361-1(全光線透過率)に従い、全光線透過率及びヘーズを測定した。平均膜厚100μmの膜を測定対象のサンプルとして使用した。サンプルは、ガラス板に乾燥後の厚みが100μmになるようにコーティング剤をコートし、80℃で4時間乾燥して形成された平均膜厚100μmの膜をガラス板からはがすことで作製した。
各波長における透過率
日立分光光度計U-4100を用いてサンプル(平均膜厚100μmの膜)の所定の波長における透過率を測定した。検出器としては積分球検知器を用いた。
屈折率
サンプルをアタゴ社製 アッベ屈折率計(NAR-1T SOLID)を用いて23℃における屈折率を測定した。波長は装置付属のLEDを用いたのでD線近似波長である。
アッベ数
サンプルをアタゴ社製 アッベ屈折率計(NAR-1T SOLID)を用いて23℃におけるアッベ数を測定した。
反射率
日立分光光度計U-4100に絶対正反射装置をとりつけ、5°における550nmの反射率を測定した。
吸水率(24℃)
あらかじめ、十分乾燥させたサンプルの重量を測定してW0とし、W0の100質量倍以上の24℃の水中にサンプルを完全浸漬させ、24時間後の重量を測定してW24とし、次式から吸水率を求めた。
吸水率(%)=100×(W24-W0)/W0
吸水率(60℃)
あらかじめ、十分乾燥させたサンプルの重量を測定してW0とし、W0の100質量倍以上の60℃の水中にサンプルを完全浸漬させ、24時間後の重量を測定してW24とし、次式から吸水率を求めた。
吸水率(%)=100×(W24-W0)/W0
ガラス転移温度(Tg)
DSC(示差走査熱量計:日立ハイテクサイエンス社、DSC7000)を用いて、30℃以上且つ200℃以下の温度範囲を10℃/分の条件で昇温(ファーストラン)−降温−昇温(セカンドラン)させ、セカンドランにおける吸熱曲線の中間点をガラス転移温度(℃)とした。
実施例1:単位(1−11)を主成分として含むフッ素ポリマーの重合とポリマー溶解液(重合反応液)の製造
50mLのガラス製容器に、単量体(M1−11)の10gと、溶媒としてのエチルノナフルオロブチルエーテルの20g、開始剤溶液(1)の0.041gを仕込んだ後、内温が40℃になるように加熱しながら20時間重合反応を行い、フッ素ポリマー(1−11)9.0g(Mw:97533)を含有する重合反応液を得た。反応液中の当該フッ素ポリマーは溶解しており、濃度は31質量%であった。
組成物中のポリマーの重量は、重合反応終了後に未反応の原料や溶媒、開始剤残渣、モノマーに微量含まれる不純物を120℃の真空乾燥により留去して測定した。
実施例2:単位(1−11)を主成分として含むフッ素ポリマーの重合とポリマー溶解液(重合反応液)の製造
20mLのガラス製容器に、単量体(M1−11)の10gと、溶媒としてのパーフルオロトリプロピルアミンの10g、開始剤溶液(1)の0.052gを仕込んだ後、内温が40℃になるように加熱しながら20時間重合反応を行い、フッ素ポリマー(1−11)9.5g(Mw:213475)を含有する重合反応液を得た。反応液中の当該フッ素ポリマーは溶解しており、濃度は49質量%であった。
組成物中のポリマーの重量は、重合反応終了後に未反応の原料や溶媒、開始剤残渣、モノマーに微量含まれる不純物を120℃の真空乾燥により留去して測定した。
参考例1
実施例1で得られた重合反応液に、エチルノナフルオロブチルエーテルをさらに加えてフッ素ポリマー濃度10質量%の溶液とした。
比較例1:フッ素ポリマー(1−11)の溶解によるコーティング用組成物の製造
フッ素ポリマー(1−11)濃度が10質量%となるように、フッ素ポリマー(1−11)にエチルノナフルオロブチルエーテルを添加したが、フッ素ポリマー(1−11)が溶解して均一な液状のコーティング用組成物になるまでに2日間以上を要した。固形フッ素ポリマー(1−11)の難溶解性が確認された。
実施例3
実施例1で得られた重合反応液をそのままコーティング用組成物として使用し、次のようにして膜を製造した。
ガラス基板上にコーティング用組成物を乾燥後の厚みが100μmになるようにコートし、80℃で4時間乾燥し、透明な膜が形成された。その後、膜をガラス板からはがすことで平均膜厚が100μmの含フッ素ポリマー(1−11)の膜を得た
得られた膜の押込み硬さ及び押込み弾性率を測定したところ以下の結果が得られた。
押込み硬さ 420N/mm
押込み弾性率 3.3GPa
得られた膜は、硬度が高く、保護膜用途に適していることが確認された。
得られた膜のその他の特性を測定したところ以下の結果が得られた。
比重 2.05
全光線透過率 96%
ヘーズ 0.34%
透過率(193nm) 74.4%
透過率(550nm) 94.6%
屈折率 1.335
アッベ数 91
反射率(550nm) 0.62%
吸水率(24℃) 0.00%
吸水率(60℃) 0.09%
対水接触角 116°
耐n-ヘキサデカン接触角 64°
ガラス転移温度 129℃
得られた膜は、全波長域で十分な透過率を備えており光学保護用途に適していることが確認された。得られた膜は、非常に低い屈折率、非常に低い反射率を備えており、反射防止用途に適していることが確認された。得られた膜は、吸水率が低く、吸水による膨張及び吸水による屈折率の変化が低減されることから、光学保護用途に適していることが確認された。得られた膜の対水接触角及び耐n−ヘキサデカン接触角は、得られた膜が防汚用途に適していることを示す。
実施例4
実施例2で得られた重合反応液をそのままコーティング用組成物として使用し、次のようにして膜を製造した。
ガラス基板上にコーティング用組成物を乾燥後の厚みが50μmになるようにコートし、80℃の条件で4時間乾燥し、透明な膜が形成された。その後、膜をガラス板よりはがすことで平均膜厚が50μmの含フッ素ポリマー(1−11)からなる膜を得た。得られた膜の押込み硬さ及び押込み弾性率を測定したところ、次の結果が得られた。なお、実施例1と同様に他の項目も測定したところ、実施例1と近似の結果が得られた。
押込み硬さ 415N/mm
押込み弾性率 3.5GPa
実施例5
実施例2で得られた重合反応液をそのままコーティング用組成物として使用し、次のようにして膜を製造した。
ガラス基板上にコーティング用組成物を乾燥後の厚みが25μmになるようにコートし、80℃の条件で4時間乾燥し、透明な膜が形成された。その後、膜をガラス板よりはがすことで平均膜厚が25μmの含フッ素ポリマー(1−11)からなる膜を得た。得られた膜の押込み硬さ及び押込み弾性率を測定したところ、次の結果が得られた。なお、実施例1と同様に他の項目も測定したところ、実施例1と近似の結果が得られた。
押込み硬さ 417N/mm
押込み弾性率 3.5GPa
比較例2:テフロン(登録商標)溶解液
市販のフッ素ポリマーであるテフロン(登録商標)AF1600の2.0g(Mw:229738)をメチルノナフルオロブチルエーテル8.0gに加えて室温で2日間攪拌して均一に溶解した溶解液を調製した。
なお、テフロン(登録商標)AF1600は下記式(10)で表される単量体単位と(20)で表される単量体単位を65:35(モル比)で含む。
Figure 2021109974
得られたフッ素ポリマー溶解液をコーティング用組成物として使用し、膜を形成した。コーティング用組成物をガラス基板上にコートし、80℃で4時間乾燥して、平均膜厚50μmの透明な膜を得た。得られた膜の押込み硬さ及び押込み弾性率は、各々、145N/mm及び2GPaであり、いずれも実施例3〜5の値を下回った。
比較例3:フッ素ポリマー製フィルム
ダイキン工業社製のネオフロン FEPフィルム NF-0100の押込み硬さ及び押込み弾性率を測定したところ、次の結果が得られた。なお、当該フィルムはフッ素ポリマー製であるが、溶剤不溶である。このため、当該フィルムをメチルノナフルオロブチルエーテル及びパーフルオロトリプロピルアミンに溶解しようとしたが溶解せず、コーティング用液を作製できなかった。
押込み硬さ 9.7N/mm
押込み弾性率 0.02GPa

Claims (18)

  1. フッ素ポリマー及び非プロトン性溶媒を含有するコーティング用組成物であって、
    前記フッ素ポリマーが、式(1):
    Figure 2021109974
    [式中、R〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基である。]
    で表される単量体単位を主成分として含み、
    前記フッ素ポリマーの濃度がコーティング用組成物全質量に対して20質量%以上である、
    組成物。
  2. 前記フッ素ポリマーがフルオロオレフィン単位をさらに含む、請求項1に記載のコーティング用組成物。
  3. 前記フルオロオレフィン単位が含フッ素パーハロオレフィン単位、フッ化ビニリデン単位、トリフルオロエチレン単位、ペンタフルオロプロピレン単位、及び1,1,1,2−テトラフルオロ−2−プロピレン単位からなる群から選択される少なくとも1種である請求項2に記載のコーティング用組成物。
  4. 前記含フッ素パーハロオレフィン単位が、クロロトリフルオロエチレン単位、テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)単位、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)単位、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)単位、及びパーフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)単位からなる群から選択される少なくとも1種である請求項3に記載のコーティング用組成物。
  5. 前記フルオロオレフィン単位が、クロロトリフルオロエチレン単位、テトラフルオロエチレン単位、ヘキサフルオロプロピレン単位、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)単位、及びパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位からなる群から選択される少なくとも1種である請求項2に記載のコーティング用組成物。
  6. 前記フッ素ポリマーが、
    式(M1):
    Figure 2021109974
    [式中、R〜Rはそれぞれ独立して、フッ素原子、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基である。]
    で表される単量体の非プロトン性溶媒中での重合体、或いは
    前記式(M1)で表される単量体とフルオロオレフィンとの非プロトン性溶媒中での重合体である、
    請求項1〜5のいずれかに記載のコーティング用組成物。
  7. 前記フルオロオレフィンが含フッ素パーハロオレフィン、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、ペンタフルオロプロピレン、及び1,1,1,2−テトラフルオロ−2−プロピレンからなる群から選択される少なくとも1種である請求項6に記載のコーティング用組成物。
  8. 前記含フッ素パーハロオレフィンが、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)、及びパーフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)からなる群から選択される少なくとも1種である請求項7に記載のコーティング用組成物。
  9. 前記フルオロオレフィンが、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、及びパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)からなる群から選択される少なくとも1種である請求項6に記載のコーティング用組成物。
  10. 前記式(M1)で表される単量体が非プロトン性溶媒中で重合した重合反応液、及び/又は、前記式(M1)で表される単量体とフルオロオレフィンが非プロトン性溶媒中で重合した重合反応液を含有する、請求項1〜9のいずれかに記載のコーティング用組成物。
  11. 前記フッ素ポリマーの含有量が、コーティング剤全質量に対して、20質量%以上且つ65質量%以下である請求項1〜10のいずれかに記載のコーティング用組成物。
  12. 前記非プロトン性溶媒が、パーフルオロ芳香族化合物、パーフルオロトリアルキルアミン、パーフルオロアルカン、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロ環状エーテル、ハイドロフルオロエーテル、及び少なくとも一つの塩素原子を含むオレフィン化合物からなる群から選択される少なくとも1種の溶媒である請求項1〜11のいずれかに記載のコーティング用組成物。
  13. 前記非プロトン性溶媒が、ハイドロフルオロエーテルの少なくとも1種である請求項1〜12のいずれかに記載のコーティング用組成物。
  14. 10nm以上の平均膜厚を有する膜の形成用である請求項1〜13のいずれかに記載のコーティング用組成物。
  15. 250N/mm以上且つ1000N/mm以下の押込み硬さを有する膜の形成用である請求項1〜14のいずれかに記載のコーティング用組成物。
  16. 2.5GPa以上且つ10GPa以下の押込み弾性率を有する膜の形成用である請求項1〜15のいずれかに記載のコーティング用組成物。
  17. 90%以上の全光線透過率を有する膜の形成用である請求項1〜16のいずれかに記載のコーティング用組成物。
  18. 前記フッ素ポリマーのガラス転移温度が110℃以上である請求項1〜17のいずれかに記載のコーティング用組成物。
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