JP2629217B2 - フッ素系界面活性共重合体の精製法 - Google Patents

フッ素系界面活性共重合体の精製法

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/32Polymerisation in water-in-oil emulsions

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はフッ素系界面活性共重合体の精製法に関し、
さらに詳しくは塗膜形成時におけるハジキ等の塗布障害
を発生させる有害成分を有効に除去することのできるフ
ッ素系界面活性共重合体の精製法に関する。
[従来の技術およびその問題点] フッ素系界面活性共重合体は顕著な表面張力低下作用
を有しており、この作用を利用して、塗膜形成時のレベ
リング剤、表面平滑剤、揆水・揆油剤、防汚剤あるいは
潤滑性付与剤などとして写真フィルム、PS版、レジスト
材料、塗料、プラスチックフィルムなど膜形成を必要と
する広範囲の産業分野において重要されている。
しかしながら、フッ素系界面活性共重合体は界面活性
効果に卓越しているにもかかわらず、一方で膜形成時、
特に塗膜々厚が薄い場合、あるいは塗料樹脂組成または
塗料溶剤の種類、量などによっては塗布障害を発生させ
る場合がある。このような塗布障害としては、例えばピ
ンホール、ハジキ、へこみ、塗布ムラなどがあり、これ
らは塗布製品の品質にとって致命的ともいえる欠陥とな
る場合があり、これらの塗布障害をなくすことは重要な
技術課題となっている。
一方、フッ素系界面活性共重合体は、その精製が極め
て困難であること、かつ高価であることから、歩止りの
悪い再結晶、再沈澱などの従来技術による精製はほとん
ど行われていない。従って塗布障害、例えばハジキ対策
としては、塗布液中への添加量を加減することで対処す
るという方策しかとられてきていない。通常、ハジキ低
減策として添加量を減らすことが最も有効であったが、
添加量の低減はいうまでもなく一方でレベリング機能お
よびその他のフッ素機能の低下をもたらし、結局は品質
の劣化に結びつくため、使用上の不満が高まっている。
なお、一般的に微量の不純物を除去する方法として活
性炭による吸着処理法が知られているが、本発明者の知
見によれば、フッ素系界面活性共重合体中の微量ハジキ
物質の除去にはほとんど効果のないことが明らかとなっ
た。活性炭吸着される物質は、極性物質である場合が多
く、本発明のように、より無極性に近いフッ素リッチポ
リマーのようなハジキ物質の吸着にはほとんど効果がな
いものと考えられる。
本発明は以上述べたような従来の問題点を解決するた
めになされたもので、フッ素系界面活性共重合体に起因
する塗布障害が改善され、良好な塗膜形成が可能な、高
度に精製されたフッ素系界面活性共重合体を提供するこ
とを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明者らは、レベリング性、その他フッ素機能を損
わしめることなく、フッ素系界面活性共重合体中に含ま
れるハジキ等の塗膜欠陥を発生させる有害成分を有効に
除去し得る精製技術について検討した結果、塗膜欠陥を
引起こす原因成分がフッ素系界面活性共重合体中のフル
オロアルキル基含有(メタ)アクリレート成分がリッチ
に共重合したオリゴマー(ないしポリマー)、もしくは
フルオロアルキル基含有(メタ)アクリレートが単独重
合したオリゴマー(ないしポリマー)であることが判明
した。これらの成分は微量であるにもかかわらず、フッ
素リッチな成分となっているため、塗膜中に均一分散し
得ず、凝集会合し、塗膜中で特に低表面エネルギーの局
所場を形成する傾向がある。この低表面エネルギー部は
塗膜の乾燥過程でハジキ等を発現させる核として挙動す
ると考えられる。
本発明者等は、このようなハジキ等を発生させる核と
なるフッ素リッチ成分を除去する手段について鋭意検討
した結果、ハジキ成分のみを選択的に分離し得る方法を
遂に発見するに至り、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明によるフッ素系界面活性共重合体の精
製法は、フルオロアルキル置換(メタ)アクリレートを
一成分モノマーとするフッ素系界面活性共重合体を液状
フロロカーボンまたは固体状ポリフッ化オレフィンと接
触させてなることを特徴とするものである。
本発明に適用されるフッ素系界面活性共重合体は特に
限定されるものではないが、フルオロアルキル置換(メ
タ)アクリレートを一成分モノマーとして共重合せしめ
た分子量1,000〜1,000,000のオリゴマー(ないしポリマ
ー)の場合、特に好適である。
また本発明のフルオロアルキル置換(メタ)アクリレ
ートと共重合するモノマーとしては、特に制限はなく、
α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の誘導体として、
アルキル基の炭素数が1〜18の(メタ)アクリル酸アル
キルエステル、例えば(メタ)アクリル酸のメチル、エ
チル、プロピル、ブチル、オクチル、2−エチルヘキシ
ル、デシル、ドデシル、ステアリルエステル等、また
(メタ)アクリル酸の炭素数1〜18のアミノアルキルエ
ステル、例えばジメチルアミノエチルエステル、ジエチ
ルアミノエチルエステル、ジエチルアミノプロピルエス
テル等が挙げられる。また(メタ)アクリル酸の炭素数
が3〜18のエーテル酸素含有アルキルエステル、例えば
メトキシエチルエステル、エトキシエチルエステル、メ
トキシプロピルエステル、メチルカルビルエステル、エ
チルカルビルエステル、ブチルカルビルエステル等、ま
たアルキル炭素数が1〜18のアルキルビニルエーテル、
例えばメチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテ
ル、ドデシルビニルエーテル等が挙げられる。またα,
β−エチレン性不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸、
メタクリル酸、マレイン酸、フマール酸、イタコン酸等
の一価ないし二価のカルボン酸、また(メタ)アクリル
酸の炭素数1〜18のヒドロキシアウキルエステル、例え
ば2−ヒドロキシエチルエステル、2−ヒドロキシプロ
ピルエステル、4−ヒドロキシブチルエステル等、また
側鎖にエチレンオキシド、プロピレンオキシド等の繰り
返し単位、すなわちポリ(アルキレンオキシド)を含有
するモノマーが挙げられる。またサーマート社製スチレ
ンマクロモノマー4500、東亜合成社製MMAマクロモノマ
ー等のマクロモノマーが挙げられる。
上記のモノマーの具体例としては、新中村化学工業
(株)製NKエステルM−20G、M−40G、M−90G、M−2
30G、M−450G、AM−90G、1G、2G、3G、4G、9G、14G、2
3G、9PG、A−200、A−400、A−600、APG−400、APG
−700、日本油脂(株)製ブレンマーPE−90、PE−200、
PE−350、PME−100、PME−200、PME−400、PME−4000、
PP−1000、PP−500、PP−800、70FEP−350B、55PET−80
0、50POEP−800B、NKH−5050、PDE−50、PDE−100、PDE
−150、PDE−200、PDE−400、PDE−600、AP−400、AE−
350、ADE−200、ADE−400等が挙げられる。
上記のモノマーとしては、その他、スチレン、核置換
スチレン、アクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリ
デン、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、ビニル
スルホン酸、酢酸ビニル等の脂肪酸ビニル、2−(メ
タ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−アクリル
アミド−2−メチルプロパンスルホン酸、部分スルホン
化スチレン、モノ(アクリロイルオキシエチル)アシッ
ドホスフェート、モノ(メタクリロキシエチル)アシッ
ドホスフェート、ジブチルフマル酸エステル、ジメチル
フマル酸エステル、N−イソプロピルアクリルアミド等
が挙げられる。
本発明のフルオロアルキル置換(メタ)アクリレート
とこれ以外の上記モノマーとの反応割合は、通常重量比
で1:99〜99.9:0.1であり、このうち10:90〜90:10が好ま
しい。
このようなフッ素系界面活性共重合体は通常容易に入
手される。代表的なものとしては、例えば大日本インキ
化学工業(株)製のメガファックF−170,F−171,F−17
2,F−173,F−174,F−176あるいはF−177などが挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。
フルオロアルキル置換(メタ)アクリレートは、一般
式; Rf−Z−OCOCH=CH2または Rf−Z−OCOC(CH3)=CH2 (但し、Rfは炭素数3〜12のフルオロアルキル基、Zは
2価の連結基で、−SO2−N(R)CH2−CH2−、−CON
(R)CH2−CH2−(ここでRは水素または炭素数1〜6
のアルキル基)、−CH2−または−CH2−CH2−を示す) で表されるものが好適であるか、これらに限定されるも
のではない。
本発明では上記のフッ素系界面活性共重合体を溶剤溶
液として適用することが好ましく、溶剤としては、フッ
素系界面活性共重合体を溶解することができるもので、
液状フロロカーボンまたは固体フロロカーボンと−10℃
〜+30℃において完全には混和せず、相分離状態となる
ものが用いられる。
そのような溶剤としては通常、水、メタノール、エタ
ノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール
類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン
等のケトン類、エチルエーテル、イソプロピルエーテ
ル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、酢酸メチル、
酢酸エチル、酢酸アミル等のエステル類、クロロホル
ム、メチレンクロライド、ジクロルエタン、四塩化炭
素、パークレン、クロロセン、フロン113等のハロゲン
化炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族
炭化水素、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭
化水素等が用いられ、単独でも混合溶媒でも差支えな
い。また溶剤溶液濃度は特に限定されないが1〜90重量
%、好ましくは5〜60重量%程度が作業上好適である。
本発明の抽出剤となるフロロカーボンとは、直鎖状、
分岐状、環状の完全フッ素化アルカン化合物をいい、分
子中にO原子、N原子等の原子を含んでいるものも含ま
れる。
液状フロロカーボンとしては、使用時液状のもので表
面張力が25℃で25dyne/cm以下、好ましくは20dyne/cm以
下のものが適当である。
本発明の液状フロロカーボンとしては、パーフロロト
リブチルアミン(FBA)、パーフルオロトリプロピルア
ミン(FTPA)、好適な液状フロロカーボンとしては上記
以外に、 C6F14,C7F16,C8F18, (C4F93N, (C5F113N などが挙げられる。また、フッ素オイルとして知られて
いるヘキサフルオロプロピレンオキサイド(HFPO)オリ
ゴマー、クロロトリフロロエチレンオリゴマーなどを用
いることもできるが、これらは粘度が高くなるので実用
上は低粘性の低分子フロロカーボンの方が使い易い。
一方、固体状ポリフッ化オレフィンとしては、できる
だけ微粉末が好ましく、例えば四フッ化エチレンポリマ
ーの微粉末、クロロトリフロロエチレンポリマーの微粉
末などが用いられる。粘度は200メッシュ以下が好まし
い。
液状フロロカーボン、固体状ポリフッ化オレフィンの
いずれでも使えるが液状フロロカーボンの方が効率が良
い。
これらフロロカーボンの被精製物に対する使用量は特
に限定されないが、好ましく重量基準で1/1000〜1000
倍、特に好ましくは1/100〜100倍であり、溶剤溶液濃度
が高いときは、使用量を多くすることが好ましい。
次に、フロロカーボン等とフッ素系界面活性共重合体
との接触法は液−液または固−液分散性を高めるいずれ
の方法も用いられるが攪拌、振盪、超音波などの方法が
通常用いられる。
接触時間は通常1〜10時間程度が好ましいが、精製効
果は長い程良好である。接触時の温度は特に限定されな
いが溶剤またはフロロカーボン等の沸点近傍の温度から
室温の範囲では効率にあまり差がなく、一方、室温以下
の低温は接触時間を長くする必要がある。
接触後は、フロロカーボン層等を分離するために静置
し、分層した後、分液または濾過操作によりフロロカー
ボン層を分離・除去する。ハジキ等の原因となるフッ素
リッチオリゴマー(ないしポリマー)成分は主成分のフ
ッ素系界面活性共重合体の溶剤溶液からフロロカーボン
層等に抽出され、また一部は溶剤溶液とフロロカーボン
層との界面部分に分離・濃縮されているため、フロロカ
ーボン層等の分離・除去によって同時に除去されること
となる。
なお、分層のための静置時間は長い程良く、また低温
程良好である。一例として−15℃〜+30℃で10〜100hr
の静置条件が好ましい。フロロカーボン層等から分離さ
れ、取出された溶剤層は、溶剤留去することにより精製
フッ素系界面活性共重合体が高い収率(通常80%以上)
で単離される。
[発明の効果] 本発明の方法によれば、フッ素系界面活性共重合体を
高収率で、かつ簡単な操作で精製することができ、しか
も精製処理されたフッ素系界面活性共重合体をレベリン
グ剤として添加して得られた塗料、感光性塗料、レジス
トなどの基材の上に塗布するとハジキのない完全に均質
塗膜が得られ、更に乾燥工程で発生する膜厚の不均一が
無くなり、性能の均一な塗膜が得られる。
また、未精製品では添加量を増加させるとハジキ発生
数が著しく増加し、更には塗膜の不均一性が助長される
場合もあるため、レベリング性、揆水性あるいは揆油性
などのフッ素機能を満たす程十分多量にフッ素系界面活
性共重合体を添加することができず使用上の重大な制約
となっていたのに対し、精製処理品では添加量を増加さ
せても塗膜の均質性を損なうことがなく、従ってレベリ
ング性、その他のフッ素機能を十分に発現せしめること
ができる。このような効果は品質の向上、不良品発生率
の減少をもたらすだけでなく、塗工スピードの向上、乾
燥工程の簡略化などの合理化要因へ貢献するところ極め
て大きいものがある。
以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。な
お、実施例中の%は重量%を、部は重量部をそれぞれ表
す。
実施例1〜5、比較例1 表−1記載の未精製フッ素系界面活性共重合体の溶剤
溶液を入れたフラスコに同表記載のフロロカーボン等を
添加し、恒温槽付マグネチックターラーで攪拌した。静
置して分層後、上澄液を濾紙で濾過しながら採り出し
た。この濾液をエバポレーターにてドライアップし、精
製オリゴマー(ないしポリマー)を得た。
その結果を精製処理条件と共に表−1に示す。
応用例1〜9、比較応用例1〜10 水洗乾燥した厚さ0.3mm、巾300mm×300mmのアルミニ
ウム板に次の塗布液のバーコーターにて30g/m2の割合で
塗布し100℃にて1分間熱風乾燥させ、感光性平板印刷
版に相当する感光層を形成した。
得られた感光層の均一性およびハジキ個数を表−2に
示す。
応用例10〜15、比較応用例11〜17 次の塗布液を300mm×300mmのPETフィルム上にバーコ
ーターにて40g/m2の割合に塗布した後、80℃にて1分
間、次に100℃にて1分間熱風乾燥した。
なお、フッ素系界面活性共重合体については実施例1
〜6で得られた精製品をそれぞれ応用例10〜15に使用し
た。また実施例1〜6で使用した未精製品および比較例
1で得られた活性炭処理品をそれぞれ比較応用例11〜17
に使用した。
比較応用例11〜17では強いもやもやとしたムラが発生
し、かつハジキ個数も1枚当り10固以上発生した。
一方、応用例10〜15では均一な膜厚の塗布層を得るこ
とができ、しかもピンホールは全く発生しなかった。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フルオロアルキル置換(メタ)アクリレー
    トを一成分モノマーとするフッ素系界面活性共重合体を
    液状フロロカーボンまたは固形状ポリフッ化オレフィン
    と接触させてなることを特徴とするフッ素系界面活性共
    重合体の精製法。
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