JP2022065006A - 建築用コーティングのためのフッ素化エステル化合物添加剤 - Google Patents
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Abstract
Description
-CH2-(CH2CH2O)a(CH2CH(CH3)O)b-、Aとの直接結合、又は[(CH2)x-Q-Z-(CH2)y-Rf]との直接結合であり、a及びbは、上記のように定義されている。Yが式(II)の構造である場合、化合物は、ペンタエリスリトール、アルコキシル化ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、アルコキシル化トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、アルコキシル化トリメチロールエタン、又はクエン酸から誘導され得る。一実施形態において、式(II)におけるR1、R2、R3、及びR4のうちの少なくとも1つは、-CH2-(CH2CH2O)a(CH2CH(CH3)O)b-であり、別の実施形態において、式(II)におけるR1、R2、R3、及びR4のうちの少なくとも2つは、-CH2-(CH2CH2O)a(CH2CH(CH3)O)b-であり、第3態様において、式(II)におけるR1、R2、R3、及びR4のうちの少なくとも3つは、-CH2-(CH2CH2O)a(CH2CH(CH3)O)b-である。
全ての溶媒及び試薬は、特に指示がない限り、Sigma-Aldrich(St.Louis,MO)から購入し、供給された状態のまま使用した。WAQEは、Sigma-Aldrichから利用可能である界面活性剤であるラウリル硫酸ナトリウムである。トリメチロールプロパンエトキシレート(平均Mn:170)及びペンタエリスリトールエトキシレート(3/4 EO/OH、平均Mn:270)は、Sigma-Aldrichから入手した。2-ペルフルオロヘキシルエタノール、ヨウ化ペルフルオロヘキシル、及びCAPSTONE FS-61は、The Chemours Company,Wilmington DEから入手した。CAPSTONE FS-61は、部分フッ素化アルコール/P2O5反応生成物のアンモニウム塩である。
塗料中のポリマー添加剤の添加及び試験パネルへの適用
本発明のフルオロアクリルコポリマーの水性分散液を、選択した市販の室内用及び屋外用ラテックス塗料(添加前はフルオロ添加剤を含まない)に、350ppmのフッ素濃度で加えた。サンプルを、オーバーヘッドコウレスブレードスターラーを用いて、600rpmで10分間混合した。続いて、混合液をガラス瓶に移し、封をして、ロールミル上に一晩置き、フルオロポリマーを均一に混合させた。次いで、5mLバードアプリケータを用いたBYK-Gardnerドローダウン装置によって、サンプルを、黒色のLeneta Mylar(登録商標)カード(14cm×25cm(5.5”×10”))又はAluminium Q-panel(10cm×30cm(4”×12”))の上に均一に引き出した。続いて、塗膜を室温で7日間乾燥させた。
油接触角及び水接触角の測定値を使用し、塗膜の表面に対するフッ素添加剤の移動を調べた。乾燥塗膜でコーティングされた2.54センチメートル(1インチ)のLenetaパネルのストリップに対して、油接触角及び水接触角試験をゴニオメーターで行った。自動分注システム、250μLのシリンジ、及び照明付き試料ステージアセンブリを備えた、DROPimageの標準的ソフトウェアを利用する、Rame-Hart Standard Automated Goniometer Model 200を使用した。ゴニオメーターのカメラを、インターフェイスを介してコンピュータにつなぎ、コンピュータスクリーン上に液滴を表示させた。横軸線及び交差線の両方を、ソフトウェアを使用して、コンピュータスクリーン上で独立して調整できた。
DPR試験を用いて、塗布パネルの汚れ蓄積を防止する能力を評価した。シリカゲル(38.7%)、酸化アルミニウム粉末(38.7%)、黒酸化鉄粉末(19.35%)及びランプブラック粉末(3.22%)からなる人工乾燥汚れをこの試験に使用した。粉塵成分を混合し、完全に混合するためにローラー上に48時間置き、デシケータ(decicator)内で保管した。
ASTMD3450の変法を用いて、塗布パネルの油ステイン洗浄性を測定した。適用方法に記載されるように、室内用艶なし塗料に加えられた試験材料を、黒色のLenetaカードに塗布した。乾燥したサンプルを、試験用に10cm×7.6cm(4”×3”)の寸法に切断した。フィルムの半分に、薄く均一に塗布したLenetaステイン媒体(Vaseline(登録商標)中Lenetaカーボンブラックの5重量%分散体)の層を置き、1時間放置した。過剰のステインを静かにかき落とし、目に見えるステインが拭き取られなくなるまで、清潔なペーパータオルで拭き取った。次に、パネルを、洗浄ブロックを8層の寒冷紗で覆ったGardcoの摩耗試験機に移した。寒冷紗を10mLの1%中性洗剤水溶液で湿らせ、洗浄ブロックをステインを付けたパネルの上面で動かして、耐水洗性を実施した。5サイクル後、パネルを脱イオン水ですすぎ、12時間乾燥させた。未洗浄のステイン付き塗料及び洗浄後のステイン付き塗料の白色度を、Hunter lab測色計を用いて測定し、L値を得た。洗浄性を、洗浄性=(L洗浄後塗料-L未洗浄のステイン付き塗料)×10/(Lステイン付き塗料-L未洗浄のステイン付き塗料)の等式によって算出した。同様に、フッ素化添加剤を含まない対照サンプルの洗浄性評価を同時に評価した。サンプルと対照の洗浄性評価間の差を求め、洗浄性スコアΔCで表した。ΔCが大きいほど良好な性能であり、対照と比べて、比較的少ない量のステインが処理済みサンプル上に残っていることを示唆している。ΔCがマイナスの値は、サンプルが対照より悪化していることを示す。
コーティングされたQパネルの促進耐候試験は、ATLAS Ci5000 Xenon Lamp Weather-o-Meterにおいて実行された。キセノンランプは、S型ボロ内側及び外側フィルタを備えていた。耐候サイクルは、D6695、サイクル2に応じて実行された。耐候性期間の間、パネルは、18分の光及び水の噴霧、並びにそれに続く102分の光のみを含む、繰り返された2時間のプログラムを受けた。プログラム全体の間、パネルは63℃で保持され、紫外線の間、部分相対湿度のみが50%で保持された。
CAPSTONE FS-61(350ppm F)の算出された量は、記載の試験方法に従って屋外用塗料及び室内用塗料の両方を試験するために、実施例と並んで用いられた。
添加剤を有しない室内用塗料が、記載のテスト方法に従って試験された。
添加剤を有しない屋外用塗料が、記載のテスト方法に従って試験された。
短い凝縮器を備えた50mLフラスコに、C6F13CH2CH2(OCH2CH2)2OH(10g、22mmol)、クエン酸(2.9g、15.1mmol)、及びホウ酸(0.01g、0.16mmol)の化合物が添加された。得られた混合物を127℃で2時間加熱して、フッ素化クエン酸の粘性清澄液とした。20mLシンチレーションバイアルに、脱イオン水(10g)、フッ素化クエン酸塩(2.0g、3.7mmol)、及びリジン(0.63g、4.3mmol)が添加された。混合物を30分間攪拌して、無色溶液とした。pHを8.0として測定した。
50mLフラスコに、C6F13CH2CH2(OCH2CH2)2OH(9.85g、21.8mmol)及びアジピン酸(1.6g、10.9mmol)が添加された。得られた混合物を160℃で40時間加熱した。粘性黄色液体フッ素化アジピン酸塩が得られた。100mLフラスコに、上記のフッ素化アジピン酸材料(7.5g)、及びラウリル硫酸ナトリウム(30g)の1重量%水溶液が添加された。得られた溶液を撹拌し、10分間65℃で加熱した。得られた混合物は、超音波処理して、安定した分散液(固形分の約20%)とした。
50mLフラスコに、エチレングリコール単位の平均数6を有する2-ペルフルオロヘキシルエタノール(15g、26mmol)及びクエン酸(1.67g、8.7mmol)のエトキシレートの混合物が添加された。得られた混合物を150℃で90時間加熱した。粘性フッ素化クエン酸塩が得られた。100mLフラスコに、上記のフッ素化クエン酸塩材料(10.0g)、及びラウリル硫酸ナトリウム(40g)の1重量%水溶液が添加された。得られた溶液を撹拌し、10分間65℃で加熱し、超音波処理して、分散液(固形分の約20%)とした。
短い凝縮器を備えた50mLフラスコに、エチレングリコール単位の平均数6を有する2-ペルフルオロヘキシルエタノール(15g、26mmol)及びアジピン酸(1.9g、13mmol)のエトキシレートの混合物が添加された。得られた混合物を160℃で70時間加熱した。粘性フッ素化アジピン酸塩が得られた。100mLフラスコに、上記のフッ素化アジピン酸材料(10.0g)、及びラウリル硫酸ナトリウム(40g)の1重量%水溶液が添加された。得られた溶液を撹拌し、15分間70℃で加熱し、超音波処理して、分散液(固形分の約20%)とした。
実施例6は、酸基のエステル基への変換を最大にする条件を用いて、実施例2と類似した合成を表し、最終組成物は、s=0である場合、より高い割合の化合物を含有する。50mLフラスコに、C6F13CH2CH2OCH2CH2OH(9.0g、22.0mmol)及びクエン酸(1.42g、7.4mmol)が添加された。得られた混合物を150℃で80時間加熱した。粘性フッ素化クエン酸塩が得られた。100mLフラスコに、上記のフッ素化クエン酸塩材料(7.5g)、及びラウリル硫酸ナトリウム(30g)の1重量%水溶液が添加された。得られた溶液を撹拌し、10分間65℃に加熱し、超音波処理して、安定した分散液(固形分の約20%)とした。
50mLフラスコに、C6F13CH2CH2(OCH2CH2)2OH(15g、33.2mmol)及びクエン酸(2.12g、11.0mmol)が添加された。得られた混合物を150℃で72時間加熱した。粘性液体フッ素化クエン酸塩が得られた。100mLフラスコに、上記のフッ素化クエン酸塩材料(10g)、及びラウリル硫酸ナトリウム(40g)の1重量%水溶液が添加された。得られた溶液を撹拌し、10分間65℃に加熱した。次いで、得られた混合物は、超音波処理して、安定した分散液(固形分の約20%)とした。
2首真空蒸留フラスコは、熱電対、撹拌棒、及び真空蒸留ヘッドを備えていた。反応器は、C6F13CH2CH2SCH2CH2COOH(18.4g)、1,1,1-トリス(ヒドロキシメチル)プロパン(1.65g)、及びトルエンスルホン酸一水和物(0.25g)で充填される。混合物は、約7時間150℃に加熱される一方で、圧力は、13~15mmHgに低下される。混合物を冷却し、排出した。反応生成物(5g)の一部は、メチルイソブチルケトン(MIBK、15.0g)に溶解され、次いで、プラスチックビーカーにおいて水(15g)及びWAQE界面活性剤(15g)と組み合わせた。この混合物は、次いで、少しの間60~70℃に加熱され、超音波処理され、蒸留されて、有機溶媒を除去した。完成した液体は、約18.3gmsの質量を有した。
実施例8は、次の量の出発材料(C6F13CH2CH2SCH2CH2COOH(36.8g)、1、1、1-トリス(ヒドロキシメチル)プロパン(2.8g)、及びトルエンスルホン酸一水和物(0.6g))で繰り返された。
2首50mlフラスコは、熱電対、絶縁短経路蒸留塔、及び磁気攪拌を備えていた。窒素入口針は、凝縮器の前にシステム内に置かれた。反応器は、C6F13CH2CH2SCH2CH2COOH(23.7g)、トリメチロールプロパンエトキシレート(平均Mn:170、2.8g)、及びトルエンスルホン酸一水和物(0.3g)で充填された。反応は、160℃に加熱され、6~7時間保持されて、24gの生成物を生成した。反応生成物(5g)の一部は、WAQE(10g)及びMIBK(0.15g)を用いて水(5.0g)に懸濁された。この混合物は、振盪され、少しの間50~60℃に加熱され、超音波処理された。水(10g)が添加され、混合物は、減圧で蒸留されて、14.8gを生成した。
100mL 2首フラスコは、熱電対、磁気攪拌棒、及び真空取り出しアダプタを有する短経路蒸留ヘッドを備えていた。反応器は、C6F13CH2CH2SCH2CH2COOH(25.80g)、ペンタエリスリトール(2.04g)、及びトルエンスルホン酸(0.33g)で充填された。フラスコは、1時間140℃に加熱され、次いで、圧力は、徐々に12.3mmHgに低下された。反応は、140℃で追加の1時間保持され、冷却され、MIBK(27g)に溶解されて、26.6gを生成した。反応生成物(30g)は、MIBK(30g)に溶解され、次いで、水(30g)及びWAQE(0.45g)で充填された。この混合物は、50℃に少しの間加温され、超音波処理されて、更に水(15~25mL)で希釈され、蒸留されて、56gを生成した。
100mL 2首フラスコは、熱電対、磁気攪拌棒、及び真空取り出しアダプタを有する短経路蒸留ヘッドを備えていた。反応器は、C6F13CH2CH2SCH2CH2COOH(12.90g)、ジペンタエリスリトール(1.27g)、及びトルエンスルホン酸(0.09g)で充填された。フラスコは、1時間150℃に加熱され、次いで、圧力は、徐々に23mmHgに低下された。反応は、140℃で追加の1時間保持され、冷却され、13.3gを生成した。反応生成物(13.3g)は、MIBK(13.3g)に溶解され、得られた溶液の21gは、次いで、水(20.7g)及びWAQE(0.36g)で充填された。この混合物は、50℃に少しの間加温され、超音波処理されて、更に水(15~25mL)で希釈され、蒸留されて、52gを生成した。
100mL 2首フラスコは、熱電対、磁気攪拌棒、及び真空取り出しアダプタを有する短経路蒸留ヘッドを備えていた。反応器は、C6F13CH2CH2SCH2CH2COOH(17.17g)、ペンタエリスリトールエトキシレート(3/4 EO/OH、平均Mn:270、2.7g)、及びトルエンスルホン酸(0.22g)で充填された。フラスコは、1時間150℃に加熱され、次いで、圧力は、徐々に23mmHgに低下された。反応は、140℃で追加の1時間保持され、冷却され、19.3gを生成した。反応生成物(19.3g)は、MIBK(19.3g)に溶解され、得られた溶液の10gは、次いで、水(10g)及びWAQE(0.30g)で充填された。この混合物は、50℃に少しの間加温され、超音波処理されて、更に水(7g)で希釈され、蒸留されて、20gを生成した。
Claims (13)
- (a)アクリルポリマーラテックス、スチレンアクリル系コーティング、ビニルアクリル系コーティング、ビニル系コーティング、エポキシポリマーコーティング、アルキドコーティング、I型ウレタンコーティング、又は不飽和ポリエステルコーティングから選択されるコーティングベースと、(b)式(I)で表されるフッ素化エステル化合物と、を含み、
Aが、独立して、-OH、C1~C18アルキル、-CH2OH、-CH2COOH、又は(CH2CH2O)a(CH2CH(CH3)O)bHであり、
a及びbが、独立して0~3であり、a+bが、1~3であり、
sが1であり、tが3であり、
Yが、任意選択的に、エーテル酸素-O-により中断され、かつA又は[(CH2)x-Q-Z-(CH2)y-Rf]と結合する1つ以上のアルコキシレート連結基を任意選択的に有する、t+s個の置換を有する直鎖又は分岐鎖アルキレン有機基であり、
xが、0又は1であり、
Qが、-C(O)O-又は-OC(O)-であり、
Zが、-(CH2)yS-又は-(CH2CH2O)m(CH2CH(CH3)O)n-であり、
yが、2~6であり、
m及びnが、独立して0~3であり、m+nが、1~3であり、
Rfが、任意選択的に、1つ以上の-CH2-、-CFH-、エーテル酸素-O-、又はこれらの組合せにより中断される、2~20個の炭素原子の直鎖又は分枝鎖ペルフルオロアルキル基である、組成物。 - 前記組成物が、(a)及び(b)の合計重量を基準として、(a)約95~99.98%の量の前記コーティングベースと、(b)約0.02~5重量%の量の前記フッ素化エステル化合物と、を含む、請求項1に記載の組成物。
- Aが、OH又はC1~C4アルキルである、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記フッ素化エステル化合物(b)が、水不溶性である、請求項1~4の何れか一項に記載の組成物。
- 前記コーティングベースが、水性アクリル系ラテックス塗料の形態の水分散コーティングである、請求項1~5の何れか一項に記載の組成物。
- 前記コーティングベースが、TiO2、粘土、アスベスト、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、硫酸バリウム、酸化鉄、酸化錫、硫酸カルシウム、タルク、マイカ、シリカ、ドロマイト、硫化亜鉛、酸化アンチモン、二酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、クロム酸鉛、クロム酸亜鉛、チタン酸ニッケル、珪藻土、ガラス繊維、ガラス粉末、ガラス球、青色顔料、赤色顔料、黄色顔料、橙色顔料、プロセス凝集結晶、褐色顔料、又は緑色顔料から選択される添加剤を含む、請求項1~6の何れか一項に記載の組成物。
- 基材及び前記基材上の乾燥コーティングを含む物品であって、前記乾燥コーティングが、(a)アクリルポリマーラテックス、スチレンアクリル系コーティング、ビニルアクリル系コーティング、ビニル系コーティング、エポキシポリマーコーティング、アルキドコーティング、I型ウレタンコーティング、又は不飽和ポリエステルコーティングから選択されるコーティングベースと、(b)式(I)で表されるフッ素化エステル化合物と、を含む、組成物を乾燥させることから生じ、
Aが、独立して、-OH、C1~C18アルキル、-CH2OH、-CH2COOH、又は(CH2CH2O)a(CH2CH(CH3)O)bHであり、
a及びbが、独立して0~3であり、a+bが、1~3であり、
sが1であり、tが3であり、
Yが、任意選択的に、エーテル酸素-O-により中断され、かつA又は[(CH2)x-Q-Z-(CH2)y-Rf]と結合する1つ以上のアルコキシレート連結基を任意選択的に有する、t+s個の置換を有する直鎖又は分岐鎖アルキレン有機基であり、
xが、0又は1であり、
Qが、-C(O)-又は-OC(O)-であり、
Zが、-(CH2)yS-又は-(CH2CH2O)m(CH2CH(CH3)O)n-であり、
yが、2~6であり、
m及びnが、独立して0~3であり、m+nが、1~3であり、
Rfが、任意選択的に、1つ以上の-CH2-、-CFH-、エーテル酸素-O-、又はこれらの組合せにより中断される、2~20個の炭素原子の直鎖又は分枝鎖ペルフルオロアルキル基である、物品。 - 前記組成物が、(a)及び(b)の合計重量を基準として、(a)約95~99.98%の量のコーティングベースと、(b)約0.02~5重量%の量のフッ素化エステル化合物と、を含む、請求項8又は9に記載の物品。
- Aが、OH又はC1~C4アルキルである、請求項8~10の何れか一項に記載の物品。
- 前記コーティングベースが、水性アクリル系ラテックス塗料の形態の水分散コーティングである、請求項8~11の何れか一項に記載の物品。
- 前記基材が、木、金属、壁板、石垣、コンクリート、繊維板、及び紙からなる群から選択される、請求項8~12の何れか一項に記載の物品。
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