JP5755388B2 - 含フッ素カルシウムコンポジット粒子、その製造法およびそれを有効成分とする表面処理剤 - Google Patents
含フッ素カルシウムコンポジット粒子、その製造法およびそれを有効成分とする表面処理剤 Download PDFInfo
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Description
A-Rf-QZa〔(CH2)cSi(R3-a)Xa〕b
Rf:-(CF2)d(OC2F4)e(OCF2)fO(CF2)d-基
A:末端 _CF2H である1価のフッ素含有基
Q:2価の有機基
Z:シロキサン結合を有する2〜8価のオルガノポリシロ
キサン残基
R:低級アルキル基、フェニル基
X:加水分解性基
で表される片末端加水分解性ポリマーおよび一般式
で表される両末端加水分解性ポリマーを含有するポリマー組成物が記載されており、このポリマー組成物は、基材への密着性にすぐれ、撥水撥油性などにすぐれた表面被膜を形成させると述べられている。
CnF2n+1(CH2CF2)a(CF2CF2)b(CH2CH2)cOH 〔I〕
(ここでnは1〜6、aは1〜4、bは0〜3、cは1〜3の整数である)で表される含フッ素アルコールとカルシウム化合物との凝集体からなる含フッ素カルシウムコンポジット粒子が提供される。
RF-A-OH 〔Ia〕
または一般式
HO-A-RF′-A-OH 〔Ib〕
(ここで、RFはO、SまたはN原子を含有し得る直鎖状または分岐状パーフルオロアルキル基または該パーフルオロアルキル基のフッ素原子の一部が水素原子で置換されたポリフルオロアルキル基であり、RF′はO、SまたはN原子を含有する直鎖状または分岐状のパーフルオロアルキレン基であり、Aは炭素数1〜6のアルキレン基である)で表される含フッ素アルコールおよびアルコキシシランとカルシウム化合物との縮合体からなる含フッ素カルシウムコンポジット粒子が提供される。
CnF2n+1(CH2CF2)a(CF2CF2)b(CH2CH2)cOH 〔I〕
n:1〜6、好ましくは2〜4
a:1〜4、好ましくは1
b:0〜3、好ましくは1〜2
c:1〜3、好ましくは1
で表されるポリフルオロアルキルアルコールは、特許文献3に記載されており、次のような一連の工程を経て合成される。
まず、一般式
CnF2n+1(CH2CF2)a(CF2CF2)b(CH2CH2)cI
で表されるポリフルオロアルキルアイオダイド、例えば
CF3(CH2CF2)(CH2CH2)I
C2F5(CH2CF2)(CH2CH2)I
C2F5(CH2CF2)(CH2CH2)2I
C3F7(CH2CF2)(CH2CH2)I
C3F7(CH2CF2)(CH2CH2)2I
C4F9(CH2CF2)(CH2CH2)I
C4F9(CH2CF2)(CH2CH2)2I
C2F5(CH2CF2)(CF2CF2)(CH2CH2)I
C2F5(CH2CF2)(CF2CF2)(CH2CH2)2I
C2F5(CH2CF2)2(CF2CF2)(CH2CH2)I
C2F5(CH2CF2)2(CF2CF2)(CH2CH2)2I
C4F9(CH2CF2)(CF2CF2)(CH2CH2)I
C4F9(CH2CF2)2(CF2CF2)(CH2CH2)I
C4F9(CH2CF2)(CF2CF2)(CH2CH2)2I
C4F9(CH2CF2)2(CF2CF2)(CH2CH2)2I
をN-メチルホルムアミド HCONH(CH3)と反応させ、ポリフルオロアルキルアルコールとそのギ酸エステルとの混合物とした後、酸触媒の存在下でそれに加水分解反応させ、ポリフルオロアルキルアルコールである含フッ素アルコール
CnF2n+1(CH2CF2)a(CF2CF2)b(CH2CH2)cOH
を形成させる。
RF-A-OH 〔Ia〕
RF:O、SまたはN原子を含有し得る直鎖状または分岐状のパーフ
ルオロアルキル基または該パーフルオロアルキル基のフッ素
原子の一部が水素原子で置換されたポリフルオロアルキル基
A:炭素数1〜6のアルキレン基
で表される含フッ素アルコールとしては、例えば次のようなものが挙げられる。
CnF2n+1(CH2CF2)a(CF2CF2)b(CH2CH2)cOH 〔IIa〕
n:1〜6、好ましくは2〜4
a:1〜4、好ましくは1
b:0〜3、好ましくは1〜2
c:1〜3、好ましくは1
CmF2m+1O〔CF(CF3)CF2O〕dCF(CF3)(CH2)eOH 〔IIIa〕
m:1〜3、好ましくは3
d:0〜100、好ましくは1〜10
e:1〜3、好ましくは1
CpF2p+1(CH2)qOH 〔IVa〕
CpF2pH(CH2)qOH 〔IVa′〕
pは1〜10、好ましくは4〜8
(ただし、表面処理剤用途にあっては5〜10)
qは1〜6、好ましくは2
一般式 CF3O〔CF(CF3)CF2O〕nCF(CF3)COOR (R:アルキル基、n:0〜12の整数)で表される含フッ素エーテルカルボン酸アルキルエステルを、水素化ホウ素ナトリウム等の還元剤を用いて還元反応させる。
HO(CH2)fCF(CF3)〔OCF2CF(CF3)〕gO(CF2)hO〔CF(CF3)CF2O〕iCF(CF3)(CH2)fOH 〔IIb〕
f:1〜3、好ましくは1
g+i:0〜50、好ましくは2〜50
(ただし、表面処理剤用途にあっては2〜50)
h:1〜6、好ましくは2
で表されるパーフルオロアルキレンエーテルジオールが用いられ、かかる含フッ素アルコールにおいて、f=1は特許文献5〜6に記載されており、次のような一連の工程を経て合成される。
FOCRfCOF → H3COOCRfCOOCH3 → HOCH2RfCH2OH
Rf:-C(CF3)〔OCF2C(CF3)〕aO(CF2)cO〔CF(CF3)CF2O〕bCF(CF3)-
(R1O)pSi(OR2)q(R3)r 〔III〕
R1、R3:H、C1〜C6のアルキル基またはアリール基
R2:C1〜C6のアルキル基またはアリール基
ただし、R1、R2、R3は共にアリール基であることはない
p+q+r:4 ただし、qは0ではない
で表されるアルコキシシラン、例えばトリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリメトキシメチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリメトキシフェニルシラン、トリエトキシフェニルシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等が用いられる。
含フッ素アルコールとしての CF3(CF2)3CH2(CF2)5(CH2)2OH〔DTFA-103;C4F9(CH2CF2)(CF2CF2)2(CH2CH2)OH〕500mgをメタノール5ml中に溶解させた溶液中に、塩化カルシウム CaCl2(和光純業工業製品)222mgをメタノール4ml中に分散させた分散液を加え、マグネチックスターラで攪拌しながら、10分間攪拌した。
なお、収率は、用いられた各原料の合計量(含フッ素アルコール+カルシウム化合物)に対する生成含フッ素カルシウムコンポジット粒子量として示される。
実施例1において、25重量%アンモニウム水量が種々変更して用いられた。
実施例1〜3、比較例1において、塩化カルシウムの代りに、硝酸カルシウムCa(NO3)2(和光純業工業製品)が、それぞれ328mg用いられた。
実施例1〜3、比較例1において、塩化カルシウムの代りに、メタンスルホン酸カルシウムCa(OSO3CH3)2(東京化成製品)が、それぞれ461mg用いられた。
実施例1〜3、比較例1において、塩化カルシウムの代りに、水酸化カルシウムCa(OH)2(和光純業工業製品)が、それぞれ148mg用いられた。
25重量%アンモニア水 1ml、塩化カルシウム 222mgが用いられた実施例3において、含フッ素アルコールとして次のような含フッ素アルコール 116mgを用いると、いずれも含フッ素カルシウムコンポジット粒子は得られなかった。
前記実施例2,5,8および11で得られた焼成前の含フッ素カルシウムコンポジット粒子のメタノール分散液(粒子濃度5g/L)を、ガラスプレパラートにディッピングし、室温下で乾燥させ、得られた薄層表面に室温条件下で4μlの液滴を静かに接触させ、n-ドデカンまたは水に付着した液滴の接触角(単位:°)を、θ/2法により接触角計(協和界面化学製DropMaster 300)で測定した。なお、水については経時的な測定が行われた。得られた結果は、次の表2に示される。
含フッ素アルコールとしての CF3(CF2)3CH2(CF2)5(CH2)2OH〔DTFA-103;C4F9(CH2CF2)(CF2CF2)2(CH2CH2)OH〕500mgをメタノール5ml中に溶解させた溶液中に、粒子状炭酸カルシウム(白石カルシウム製品;平均粒子径80nm)100mgを加え、マグネチックスターラで攪拌しながら、テトラエトキシシラン(東京化成製品;密度0.93g/ml)0.13mlを加え、10分間攪拌した。
なお、収率は、テトラアルコキシシランが自己縮合反応し、3次元のシロキサン結合Si-Oを形成させ、その内の -O-Si-O-〔SiO2〕骨格を生成するものとして、下記計算式より求めた。
収率(%)=A/〔B+C+(D×E)〕×100
A:生成コンポジット重量(g)
B:含フッ素アルコール重量(g)
C:カルシウム化合物重量(g)
D:テトラアルコキシシラン容量(ml)
E:テトラアルコキシシラン密度(g/ml)
実施例18において、含フッ素アルコールDTFA-103量が種々変更して用いられた。
実施例18〜25において、含フッ素アルコールとして CF3(CF2)3(CH2)2OH〔FA-4;C2F5(CF2CF2)(CH2CH2)OH〕がそれぞれ同量用いられた。
実施例18〜25において、含フッ素アルコールとして CF3(CF2)5(CH2)2OH〔FA-6;C2F5(CF2CF2)2(CH2CH2)OH〕がそれぞれ同量用いられた。
実施例18〜25において、含フッ素アルコールとして CF3(CF2)7(CH2)2OH〔FA-8;C2F5(CF2CF2)3(CH2CH2)OH〕がそれぞれ同量用いられた。
実施例18〜25において、含フッ素アルコールとして CF3CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CH2OH〔PO-3-OH〕がそれぞれ同量用いられた。
実施例18〜25において、含フッ素アルコールとして CF3(CF2)2O〔CF(CF3)CF2O〕4CF(CF3)CH2OH〔PO-6-OH〕がそれぞれ同量用いられた。
実施例18、21〜25において、含フッ素アルコールとして HOCH2〔CF(CF3)OCF2〕2CF2OCF(CF3)CH2OH〔OXF3PO-OH〕がそれぞれ同量用いられた。
実施例18、21〜25において、含フッ素アルコールとしてHOCH2CF(CF3)〔OCF2CF(CF3)〕nO(CF2)2O〔CF(CF3)CF2O〕mCF(CF3)CH2OH〔n+m=6;OXF8PO-OH〕がそれぞれ同量用いられた。
実施例18、22〜25において、含フッ素アルコールとしてHOCH2CF(CF3)〔OCF2CF(CF3)〕nO(CF2)2O〔CF(CF3)CF2O〕mCF(CF3)CH2OH〔n+m=12;OXF14PO-OH〕がそれぞれ同量用いられた。
前記一部の実施例で得られた焼成前の含フッ素カルシウムコンポジット粒子のメタノール分散液(粒子濃度5g/L)について、前記した測定法により、n-ドデカンまたは水に付着した液滴の接触角(単位:°)を測定した。得られた結果は、次の表4に示される。なお、比較例15では、粒子状炭酸カルシウムのみが用いられた。また、比較例16では、実施例18において、含フッ素アルコールが用いられないカルシウムコンポジット粒子(重量減29%)についての測定値を示している。
表4
接触角
例 コンポジット ドデカン 水 評価
実施例83 実施例18 128 118 ◎
〃 84 〃 19 47 121 ○
〃 85 〃 20 59 102 ○
〃 86 〃 25 38 31 ○
〃 87 〃 34 29 26 △
〃 88 〃 35 114 79 ◎
〃 89 〃 36 22 83 △
〃 90 〃 42 123 136 ◎
〃 91 〃 43 128 127 ◎
〃 92 〃 44 130 124 ◎
〃 93 〃 50 33 21 ○
〃 94 〃 51 117 51 ○
〃 95 〃 52 97 51 ○
〃 96 〃 58 52 21 △
〃 97 〃 59 61 54 ○
〃 98 〃 60 55 48 ○
〃 99 〃 72 53 83 ○
〃 100 〃 78 52 97 ○
比較例12 〃 26 28 13 ×
〃 13 〃 28 14 0 ×
〃 14 〃 66 28 15 ×
〃 15 CaCO3 30 18 ×
〃 16 CaCO3-Si(OC2H5)4 30 18 ×
注)評価
◎:ドデカンとの接触角が80°以上かつ水との接触角が100°以上
○:ドデカンとの接触角が80°以上または水との接触角が100°以上
△:ドデカンとの接触角が80°未満かつ水との接触角が100°以下
×:ドデカンとの接触角、水との接触角がいずれも未処理品よりも
低い
Claims (20)
- 一般式
CnF2n+1(CH2CF2)a(CF2CF2)b(CH2CH2)cOH 〔I〕
(ここでnは1〜6、aは1〜4、bは0〜3、cは1〜3の整数である)で表される含フッ素アルコールとカルシウム化合物との凝集体からなる含フッ素カルシウムコンポジット粒子。 - カルシウム化合物が無機カルシウム塩または有機酸カルシウム塩である請求項1記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子。
- 請求項1記載の含フッ素アルコール〔I〕とカルシウム化合物とを、アルカリ性または酸性触媒を用いて凝集させることを特徴とする含フッ素カルシウムコンポジット粒子の製造法。
- アルカリ性触媒としてアンモニア水が用いられた請求項3記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子の製造法。
- カルシウム化合物兼アルカリ性触媒として水酸化カルシウムが用いられた請求項3記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子の製造法。
- 一般式
RF-A-OH 〔Ia〕
または一般式
HO-A-RF′-A-OH 〔Ib〕
(ここで、RFはO、SまたはN原子を含有し得る直鎖状または分岐状パーフルオロアルキル基または該パーフルオロアルキル基のフッ素原子の一部が水素原子で置換されたポリフルオロアルキル基であり、RF′はO、SまたはN原子を含有する直鎖状または分岐状のパーフルオロアルキレン基であり、Aは炭素数1〜6のアルキレン基である)で表される含フッ素アルコールおよびアルコキシシランとカルシウム化合物との縮合体からなる含フッ素カルシウムコンポジット粒子。 - 一般式〔Ia〕で表される含フッ素アルコールとして、一般式
CnF2n+1(CH2CF2)a(CF2CF2)b(CH2CH2)cOH 〔IIa〕
(ここで、nは1〜6、aは1〜4、bは0〜3、cは1〜3の整数である)で表されるポリフルオロアルキルアルコールが用いられた請求項6記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子。 - 一般式〔Ia〕で表される含フッ素アルコールとして、一般式
CmF2m+1O〔CF(CF3)CF2O〕dCF(CF3)(CH2)eOH 〔IIIa〕
(ここで、mは1〜3、dは0〜100、eは1〜3の整数である)で表されるヘキサフルオロプロペンオキシドオリゴマーアルコールが用いられた請求項6記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子。 - 一般式〔Ia〕で表される含フッ素アルコールとして、一般式
CpF2p+1(CH2)qOH 〔IVa〕
CpF2pH(CH2)qOH 〔IVa′〕
(ここで、pは1〜10、qは1〜6の整数である)で表されるポリフルオロアルキルアルコールが用いられた請求項6記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子。 - 一般式〔Ib〕で表される含フッ素アルコールとして、一般式
HO(CH2)fCF(CF3)〔OCF2CF(CF3)〕gO(CF2)hO〔CF(CF3)CF2O〕i
CF(CF3)(CH2)fOH 〔IIb〕
(ここで、fは1〜3、g+iは0〜50、hは1〜6の整数である)で表されるパーフルオロアルキレンエーテルジオールが用いられた請求項6記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子。 - アルコキシシランが、一般式
(R1O)pSi(OR2)q(R3)r 〔III〕
(ここで、R1、R3はそれぞれ水素原子、炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基であり、R2は炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基であり、ただしR1、R2、R3は共にアリール基であることはなく、p+q+rは4であり、ただしqは0ではない)で表わされるシラン誘導体である請求項6記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子。 - カルシウム化合物が無機カルシウム塩または有機酸カルシウム塩である請求項6記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子。
- 請求項6記載の含フッ素アルコール〔Ia〕または〔Ib〕とアルコキシシランとを、カルシウム化合物の存在下で、アルカリ性または酸性触媒を用いて縮合反応させることを特徴とする含フッ素カルシウムコンポジット粒子の製造法。
- アルコキシシランが、一般式
(R1O)pSi(OR2)q(R3)r 〔III〕
(ここで、R1、R3はそれぞれ水素原子、炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基であり、R2は炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基であり、ただしR1、R2、R3は共にアリール基であることはなく、p+q+rは4であり、ただしqは0ではない)で表わされるシラン誘導体である請求項13記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子の製造法。 - 請求項6記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子を有効成分とする表面処理剤。
- 一般式〔Ia〕で表される含フッ素アルコールとして、一般式
CnF2n+1(CH2CF2)a(CF2CF2)b(CH2CH2)cOH 〔IIa〕
(ここで、nは1〜6、aは1〜4、bは0〜3、cは1〜3の整数である)で表されるポリフルオロアルキルアルコールが用いられた請求項15記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子を有効成分とする表面処理剤。 - 一般式〔Ia〕で表される含フッ素アルコールとして、一般式
CmF2m+1O〔CF(CF3)CF2O〕dCF(CF3)(CH2)eOH 〔IIIa〕
(ここで、mは1〜3、dは0〜100、eは1〜3の整数である)で表されるヘキサフルオロプロペンオキシドオリゴマーアルコールが用いられた請求項15記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子を有効成分とする表面処理剤。 - 一般式〔Ia〕で表される含フッ素アルコールとして、一般式
CpF2p+1(CH2)qOH 〔IVa〕
CpF2pH(CH2)qOH 〔IVa′〕
(ここで、pは5〜10、qは1〜6の整数である)で表されるポリフルオロアルキルアルコールが用いられた請求項15記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子を有効成分とする表面処理剤。 - 一般式〔Ib〕で表される含フッ素アルコールとして、一般式
HO(CH2)fCF(CF3)〔OCF2CF(CF3)〕gO(CF2)hO〔CF(CF3)CF2O〕i
CF(CF3)(CH2)fOH 〔IIb〕
(ここで、fは1〜3、g+iは2〜50、hは1〜6の整数である)で表されるパーフルオロアルキレンエーテルジオールが用いられた請求項15記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子を有効成分とする表面処理剤。 - 撥水撥油剤として用いられる請求項16記載の含フッ素カルシウムコンポジット粒子を有効成分とする表面処理剤。
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