JP5826282B2 - リン含有酸基及びアルコキシシラン基を含むフッ素化組成物 - Google Patents

リン含有酸基及びアルコキシシラン基を含むフッ素化組成物 Download PDF

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Description

米国特許第7,678,426号は、ペルフルオロポリエーテルアミド結合ホスホネート及びその誘導体について記載している。更に、物品、物品を製造する方法、及び基材に対する汚染物質の接着を低減する方法についても記載されている。
米国出願第7,678,426号は、以下の式:
Figure 0005826282

によって表される少なくとも1個の二価単位と、
ペンダントZ基を含む第2の二価単位又はチオエーテル結合及び末端Z基を含む一価単位のうち少なくとも1個(各Z基は、独立して−P(O)(OY)及び
−O−P(O)(OY)からなる群から選択される)とを含む組成物について記載している。Rfは、ペルフルオロポリエーテル基である。Qは、結合、−C(O)−N(R)−、及び−C(O)−O−からなる群から選択される。R’’、R’’’、R及びRは、それぞれ独立して水素及び1〜4個の炭素原子を有するアルキルからなる群から選択される。Xは、アルキレン、アリールアルキレン及びアルキルアリーレンからなる群から選択され、前記アルキレン、アリールアルキレン及びアルキルアリーレンは、それぞれ所望により少なくとも1個のエーテル結合によって割り込まれる。Yは、水素、アルキル、トリアルキルシリル及び対カチオンからなる群から選択される。これらの組成物を用いる表面の処理方法及び、これらの組成物と接触する表面を有する物品が提供される。これらの組成物の製造方法もまた提供される。
フッ素化基及びリン含有酸基を含む様々な組成物が記載されているが、業界は、金属表面に対して改善された腐食保護を提供することができる新規化合物に利点を見出すであろう。
ペンダントペルフルオロポリエーテル又はペルフルオロアルキル基を含む少なくとも1個の第1の二価単位と、ペンダントリン含有酸基を含む少なくとも1個の第2の二価単位と、末端又はペンダントアルコキシシラン基を含む少なくとも1個の第3の単位とを含む組成物について、本明細書に記載する。
また、溶媒中に溶解又は分散している、本明細書に記載される組成物を含むコーティングについても記載する。溶媒は、好ましくは、ハイドロフルオロエーテルを含む溶媒等の非水性有機溶媒である。
また、コーティングされた物品又は表面を提供する方法についても記載する。前記方法は、物品又は表面にコーティング組成物を塗布し、溶媒を揮発させることを含む。このような方法は、金属表面に腐食保護を提供するために特に有用である。
用語「a」、「an」及び「the」は、「少なくとも1個の」と互換的に用いられる。
特に規定しない限り、「アルキル基」及び接頭語「アルキ−」は、直鎖及び分岐鎖、並びに30個以下の炭素(いくつかの実施形態では、25、20、15、12、10、8、7、6又は5個以下の炭素)を有する環状基の両方を含む。環状基は、単環式又は多環式であってよく、いくつかの実施形態では、3〜10個の環炭素原子を有する。
「アルキレン」は、上記で定義した「アルキル」基の二価形態である。
「アリールアルキレン」は、アリール基が結合している「アルキレン」部分を指す。
用語「アリール」は、本明細書で使用するとき、炭素環式芳香環、又は例えば、1、2又は3個の環を有し、かつ環内に少なくとも1個のヘテロ原子(例えば、O、S又はN)を含有する場合のある環構造を含む。アリール基の例としては、フェニル、ナフチル、ビフェニル、フルオレニル、並びに、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニル、イソキノリニル、インドリル、イソインドリル、トリアゾリル、ピロリル、テトラゾリル、イミダゾリル、ピラゾリル、オキサゾリル、及びチアゾリルが挙げられる。
「アリーレン」は、上記で定義した「アリール」基の二価形態である。
「アルキルアリーレン」は、アルキル基が結合している「アリーレン」部分を指す。
特に断りのない限り、「HFPO−」は、メチルエステルF(CF(CF)CFO)CF(CF)C(O)OCHでみられるもの等の末端基F(CF(CF)CFO)CF(CF)−を指す(式中、「a」の平均値は、4〜15である)。いくつかの実施形態では、「a」の平均値は4〜10であるか又は「a」の平均値は5〜8である。このような種は、一般に「a」についてある範囲の値を有するオリゴマーの分散物又は混合物として存在し、その結果「a」の平均値は非整数となることがある。HFPO−ペルフルオロポリエーテル材料の分子量は、繰り返し単位の数(「a」)に依存して、約750g/モル〜約1800g/モルで変化し、典型的には1100g/モル〜1400g/モルが好ましい。1つの実施形態では、「a」の平均値は6.2である。このメチルエステルは、約1,200g/モルの平均分子量を有し、分留による精製と共に、参照することによって本明細書にその開示が組み込まれる米国特許第3,250,808号(Mooreら)に報告されている方法に従って調製することができる。
「アルコキシシラン」は、基−Si(OR)(式中、Rは、独立して、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基である)を指す。
特に指示しない限り、全ての数値範囲は、それらの端点を含む。
ペルフルオロポリエーテル又はペルフルオロアルキル基を含む少なくとも1個の第1の単位と、リン含有酸基を含む少なくとも1個の第2の単位と、アルコキシシラン基を含む少なくとも1個の第3の単位とを含む組成物を本明細書に記載する。
第1の単位は、典型的に、ペンダントペルフルオロポリエーテル基、ペルフルオロアルキル基、又はこれらの組合せを含む二価単位である。
いくつかの実施形態では、組成物は、以下の式によって表される少なくとも1個の第1の二価単位を含む:
Figure 0005826282
Rfは、ペルフルオロポリエーテル基である。用語「ペルフルオロポリエーテル」は、少なくとも10又は11、好ましくは12〜15から約36個以下の炭素原子と、少なくとも3〜10又は11個のエーテル結合とを有する化合物又は基であって、炭素原子上の水素原子がフッ素原子で置換されている化合物又は基を指す。いくつかの実施形態では、Rfは、100個以下の炭素原子と30個以下のエーテル結合とを有する。
式Iにより表される組成物は、1個のペルフルオロポリエーテル基又はペルフルオロポリエーテル基の混合物を含有してよい。典型的には、組成物は、ペルフルオロポリエーテル基の混合物を含有する。
いくつかの実施形態では、Rfは、式R −O−(R −O−)(R )−により表され、
式中、R は、1〜10個(いくつかの実施形態では、1〜6、1〜4、2〜4、又は3個)の炭素原子を有するペルフルオロアルキルであり、各R は、独立して1〜4個(すなわち、1、2、3、又は4個)の炭素原子を有するペルフルオロアルキレンであり、R は、1〜6個(いくつかの実施形態では、1〜4個又は2〜4個)の炭素原子を有するペルフルオロアルキレンであり、zは、2〜50(いくつかの実施形態では、2〜25、2〜20、3〜20、3〜15、5〜15、6〜10、又は6〜8)の整数である。
代表的なR 基としては、CF−、CFCF−、CFCFCF−、CFCF(CF)−、CFCF(CF)CF−、CFCFCFCF−、CFCFCF(CF)−、CFCFCF(CF)CF−、及びCFCF(CF)CFCF−が挙げられる。いくつかの実施形態では、R は、CFCFCF−である。代表的なR 基としては、−CF−、−CF(CF)−、−CFCF−、−CF(CF)CF−、−CFCFCF−、−CF(CF)CFCF−、−CFCFCFCF−、及び−CFC(CF−が挙げられる。代表的なR 基としては、−CF−、−CF(CF)−、−CFCF−、−CFCFCF−、及びCF(CF)CF−が挙げられる。いくつかの実施形態では、R は−CF(CF)−である。
いくつかの実施形態では、(R −O−)は、−[CFO][CFCFO]−、−[CFO][CF(CF)CFO]−、−[CFO][CFCFCFO]−、−[CFCFO][CFO]−、−[CFCFO][CF(CF)CFO]−、−[CFCFO][CFCFCFO]−、−[CFCFCFO][CFCF(CF)O]−、及び[CFCFCFO][CF(CF)CFO]−(式中、i+jは、少なくとも3(いくつかの実施形態では、少なくとも4、5、又は6)の整数である)により表される。
いくつかの実施形態では、Rfは、CO(CF(CF)CFO)CF(CF)−、CO(CFCFCFO)CFCF−、及びCFO(CO)CF−(式中、nは3〜50(いくつかの実施形態では、3〜25、3〜15、3〜10、4〜10、又は更には4〜7)の範囲の平均値を有する)からなる群から選択される。これら実施形態のうちのいくつかでは、Rfは、CO(CF(CF)CFO)CF(CF)−(式中、nは、4〜7の範囲の平均値を有する)。いくつかの実施形態では、Rfは、CFO(CFO)(CO)CF−及びF(CF−O−(CO)(CF−(式中、x、y、及びzは、それぞれ独立して、3〜50の範囲(いくつかの実施形態では、3〜25、3〜15、3〜10、又は更には4〜10)の平均値を有する)からなる群より選択される。
いくつかの実施形態では、Rfは、少なくとも500(いくつかの実施形態では、少なくとも750、又は更には1000)グラム/モルの数平均分子量を有する。いくつかの実施形態では、Rfは、6000(いくつかの実施形態では、5000、又は更には4000)グラム/モル以下の数平均分子量を有する。いくつかの実施形態では、Rfは、750グラム/モル〜5000グラム/モルの範囲の数平均分子量を有する。
式Iの二価単位では、Qは、結合である(すなわち、RfとXとの間に結合原子又は基は存在しない)か又は−C(O)−N(R)−及び−C(O)−O−(式中、Rは、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、又はsec−ブチル)である)等の二価結合基である。いくつかの実施形態では、Qは、−C(O)−N(R)−である。いくつかの実施形態では、Rは、水素、又はメチルである。いくつかの実施形態では、Rは水素である。本明細書に開示する組成物の実施形態では、Qは、−C(O)−N(R)−であり、この組成物は、Qが−C(O)−Oである実施形態よりも加水分解的に安定であり得る。
Rは、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、又はsec−ブチル)である。いくつかの実施形態では、Rは水素又はメチルである。
Xは、アルキレン、アリールアルキレン、及びアルキルアリーレンからなる群から選択され、前記アルキレン、アリールアルキレン、及びアルキルアリーレンは、それぞれ所望によりエーテル結合の酸素原子等の少なくとも1個のヘテロ原子によって割り込まれる。いくつかの実施形態では、Xはアルキレンである。いくつかの実施形態では、Xはエチレンである。いくつかの実施形態では、Xはメチレンである。
本発明による組成物では、1個を超える式Iの第1の二価単位が存在するとき、各Rf、Q、R、R及びX基は独立して選択される。
いくつかの実施形態では、式Iの第1の二価単位は、以下の式によって表される:
Figure 0005826282

(式中、Rf、R、R及びXは上記定義の通りである)。
好ましい実施形態では、Rfは、CO(CF(CF)CFO)CF(CF)−(式中、nは少なくとも3又は4且つ10以下であり、Xは、エチレンであり、Rは、Hである)である。
第1の単位は、典型的に、末端ペルフルオロポリエーテル又はペルフルオロアルキル基を含むフリーラジカル重合性化合物に由来する。
いくつかの実施形態では、第1の成分は、以下の式によって表される:
Rf−Q−X−O−C(O)−C(R)=CH
(式中、Rf、Q、R、及びXは、式Iの二価単位について上で定義した通りである)。いくつかの実施形態では、化合物は、Rf−C(O)−N(R)−X−O−C(O)−C(R)=CH(式中、Rは、式Iの化合物について上で定義した通りである)。
あるいは、しかしより典型的には、上記の通りペンダントペルフルオロアルキル基を含む(例えば、二価の)単位と組合せて、組成物は、末端ペルフルオロアルキル基を含む少なくとも1個の二価単位を含んでよい。
いくつかの実施形態では、組成物は、以下の式によって表される少なくとも1個の第1の二価単位を含む:
Figure 0005826282

(式中、R は、ペルフルオロアルキル基であり、Xは、結合又は−SON(R)−等の二価結合基である)。
1つの実施形態では、組成物は、(例えば、更に)以下の式によって表される少なくとも1個の二価単位を含む:
Figure 0005826282
各Rfは、独立して3〜12個(すなわち、3、4、5、6、7、8、9、10、11、又は12個)の炭素原子を有するペルフルオロアルキル基である。いくつかの実施形態では、各Rfは、独立して、3〜6個を有するペルフルオロアルキル基(例えば、ペルフルオロ−n−ヘキシル、ペルフルオロ−n−ペンチル、ペルフルオロイソペンチル、ペルフルオロ−n−ブチル、ペルフルオロイソブチル、ペルフルオロ−sec−ブチル、ペルフルオロ−tert−ブチル、ペルフルオロ−n−プロピル又はペルフルオロイソプロピル)である。いくつかの実施形態では、Rfは、ペルフルオロブチル(例えば、ペルフルオロ−n−ブチル)である。いくつかの実施形態では、Rfは、ペルフルオロプロピル(例えば、ペルフルオロ−n−プロピル)である。用語「ペルフルオロアルキル基」は、全てのC−H結合がC−F結合によって置換されているアルキル基、並びに末端フッ素原子を置換する1個の水素が存在する基を含む。ペルフルオロアルキル基のいくつかの実施形態では、少なくとも1個の水素が存在する場合、ペルフルオロアルキル基は、少なくとも1個のジフルオロメチル基を含む。
及びRは、それぞれ独立して水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル又はsec−ブチル)である。いくつかの実施形態では、Rは、メチル及びエチルからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、Rは、水素及びメチルからなる群から選択される。
各pは、独立して2〜11の値を有する整数である(すなわち、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11)。
各qは、独立して1〜4の値を有する整数である(すなわち、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、又は20)。
好ましい実施形態では、組成物は、以下の式を有する少なくとも1個のペルフルオロアルキル単位を含む:
Figure 0005826282

(式中、R’’及びR’’’は、それぞれ独立して、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキルである)。いくつかの実施形態では、各R’’は独立して水素又はメチルである。いくつかの実施形態では、R’’’は、メチル又はエチルである。
ペルフルオロアルキル基を含むフッ素化フリーラジカル重合性アクリレートモノマー、及びその調製方法は、当技術分野において既知である(例えば、フリーラジカル重合性モノマー及びその調製方法に関して、その開示が本明細書に参考として組み込まれる米国特許第2,803,615号(Albrechtら)及び米国特許第6,664,354号(Savuら)を参照されたい)。ノナフルオロブタンスルホンアミド基含有構造体の製造方法を用いて、例えば、その開示が参考として本明細書に組み込まれる米国特許第2,732,398号(Briceら)の実施例2及び3に記載されている方法によって製造することができる、ヘプタフルオロプロパンスルホニルフッ化物を出発物質として、ヘプタフルオロプロパンスルホンアミド基を製造することができる。他のペルフルオロアルキル化合物の製造方法は既知である(例えば、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロブチル2−メチルアクリレートの調製についての開示を本明細書に参考として組み込む欧州特許第1311637(B1)号(2006年4月5日公開)を参照されたい)。また、ペルフルオロアルキル化合物は、商業的供給元(例えば、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルアクリレート(ダイキン化成品販売(Daikin Chemical Sales)(日本、大阪))及び3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル2−メチルアクリレート(インドファイン・ケミカル社(Indofine Chemical Co.)(ニュージャージー州、ヒルズボロ(Hillsborough))から入手可能である。
本発明に係る組成物は、リン含有酸基を含む少なくとも1個の第2の単位を含む。
いくつかの実施形態では、組成物は、ペンダントZ基を含む第2の二価単位(式中、Zは、−P(O)(OY)であるか又はZは−O−P(O)(OY)である)を含む。各Yは、独立して、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基である。
いくつかの実施形態では、第2の単位は、以下の式によって表すことができる:
(RO)−P(O)−V−(O)n[C(R)−CH]−又は
(RO)−P(O)−O−V−O−C(O)−[C(R)CH]−
式中、各Rは、独立して水素及び1〜4個の炭素原子を有するアルキルからなる群から選択され、各Vは、独立して、所望により少なくとも1個のエーテル結合若しくはアミン結合により割り込まれるアルキレン、又はアリーレンであり、n=0又は1である。いくつかの実施形態では、Vは、2〜4個(いくつかの実施形態では、2個)の炭素原子を有するアルキレンである。いくつかの実施形態では、Rは、水素及びメチルからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第2の単位は、スチリルホスホネート、(RO)P(O)PhCH=CH、又はアルキルホスホネート、(RO)P(O)COCH=CHであってよい。
第2の単位は、典型的に、末端リン含有酸基を含むフリーラジカル重合性化合物に由来する。
いくつかの実施形態では、第2の単位は、以下の式によって表される成分に由来する:
(YO)−P(O)−V−C(R)=CH又は
(YO)−P(O)−O−V−O−C(O)−C(R)=CH
(式中、R及びVは、既に記載した通りである)。これらの式のいくつかの第2の成分は、例えば、商業的供給元から入手することが可能であり(例えば、エチレングリコールメタクリレートホスフェートHEMA−P)又は既知の合成法を用いて調製することもできる。ハイドロフルオロエーテル等の有機溶媒との相溶性を改善するために、ペンダントリン−酸含有基を提供する出発成分のフリーラジカル重合性基は、好ましくは、ビニル基ではなく(メタ)アクリレート基である。
いくつかの実施形態では、1個を超える式IIの第1の成分及び/又は1個を超える式(RO)−P(O)−V−C(R)=CH若しくは(RO)−P(O)−O−V−O−C(O)−C(R)=CHの第2の成分の混合物を用いることができる。他の実施形態では、式IIの1個の第1の成分及び式(RO)−P(O)−C(R)=CH又は(RO)−P(O)−O−V−O−C(O)−C(R)=CHの1個の第2の成分を用いることができる。
本発明に係る組成物は、末端アルコキシシラン基を含む一価単位、ペンダントアルコキシシラン基を含む二価単位、又はこれらの組合せを含む少なくとも1個の第3の単位を含む。
いくつかの実施形態では、第3の単位は、以下の式によって表される二価単位である:
Figure 0005826282

(式中、
Lは、CO(CH(式中、n=2〜6である)又はフェニルであり、
Yは、独立して、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基である)。
いくつかの実施形態では、第3の単位は、以下の式によって表される一価単位である:
−S−W−Si(OR)
(式中、Wは、アルキレン、アリールアルキレン、及びアリーレンからなる群より選択される二価又は三価の結合基であり、前記アルキレンは、所望により、少なくとも1個のエーテル結合、エステル結合、又はアミド結合によって割り込まれ、Rは、H又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基である)。典型的に、Wは、1〜4個の炭素原子を有するアルキレン基である。
このような一価単位−S−W−Si(OR)は、重合の末端保護と同時にアルコキシシラン末端基を提供することができる。
いくつかの実施形態では、ペンダントペルフルオロポリエーテル又はペルフルオロアルキル基を含む第1の二価単位(単数又は複数)は、組成物の20〜80モル%の範囲である。いくつかの実施形態では、第1の二価単位(単数又は複数)は、少なくとも25又は30モル%且つ65又は60モル%以下のモル濃度で組成物中に存在する。
いくつかの実施形態では、ペンダントリン含有酸基を含む第2の二価単位(単数又は複数)は、組成物の15〜50モル%の範囲である。いくつかの実施形態では、第2の二価単位(単数又は複数)は、少なくとも15又は20モル%且つ55又は50モル%以下のモル濃度で組成物中に存在する。
いくつかの実施形態では、末端又はペンダントアルコキシシラン基を含む第3の二価単位(単数又は複数)は、組成物の5〜50モル%の範囲である。いくつかの実施形態では、第3の二価単位(単数又は複数)は、少なくとも5又は10モル%且つ45又は40モル%以下のモル濃度で組成物中に存在する。
いくつかの実施形態では、組成物は、本明細書に記載の通り、第1、第2、及び第3の単位の必要な組合せのみ含む。他の実施形態では、組成物は、ペルフルオロポリエーテル又はペルフルオロアルキル基、リン含有酸基、又はペンダントアルコキシシラン基を含まない他の単位を含んでよい。このような「他の」単位は、一般的に任意であり、必要な単位に起因する特性を損なわない程度の低濃度で使用される。存在する場合、このような他の単位は、典型的に、組成物の5モル%以下で存在する。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載する組成物は、以下の式によって表される少なくとも1個の二価単位を含む:
Figure 0005826282
式中、各Rは、独立して水素及び1〜4個の炭素原子を有するアルキル(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル又はsec−ブチル)からなる群から選択され、各Rは独立して1〜30個(いくつかの実施形態では、1〜25個、1〜20個、1〜10個、4〜25個、8〜25個、又は更には12〜25個)の炭素原子を有するアルキルである。いくつかの実施形態では、Rは水素及びメチルからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、Rはヘキサデシル及びオクタデシルからなる群から選択される。
別の実施形態では、本明細書に記載する組成物は、アルキレンオキシド繰り返し単位を含む少なくとも1個の二価単位を含む。有用なポリ(アルキレンオキシド)(メタ)アクリレートモノマーとしては、CH=CHC(O)−(OC)n−OH、CH=CMeC(O)−(OC)n−OH、CH=CHC(O)−(OC)n−OH、CH=CMeC(O)−(OC)n−OH、CH=CHC(O)−(OC)n−OH、CH=CMeC(O)−(OC)n−OH、及びCH=CHC(O)−NH(CO)n−CNHMe(式中、nは少なくとも4である)が挙げられるが、これらに限定されない。
このような単位は、一般的に、(メタ)アクリレートモノマー等のいくつかの他のエチレン性不飽和モノマーの付加に由来する。「他の」とは、このようなモノマーは、ペルフルオロ化基、リン含有酸基、及びアルコキシシラン基を含まないことを意味する。
いくつかの実施形態では、存在する第1、第2、及び第3の二価基、並びに任意の他の二価単位は、ランダムに接続される。
本明細書に記載する組成物は、例えば、典型的には連鎖移動剤及び反応開始剤の存在下で少なくとも第1、第2、及び第3の成分を含有する混合物を反応させることにより、調製してよい。用語「反応させる」とは、第1及び第2の成分のそれぞれに由来する、少なくとも1個の識別可能な構造要素を含む組成物を形成することを意味する。反応の化学量論に依存して、オリゴマー又はポリマーを形成してよい。典型的には、ポリマー又はオリゴマーは、分子量及び組成の分布を有する。
少なくとも1個の第1のフッ素化成分と、リン含有酸基を含む少なくとも1個の第2の成分と、アルコキシシラン基を含む少なくとも1個の成分との反応は、典型的に、添加されるフリーラジカル反応開始剤の存在下で実施される。当該技術分野において広く知られかつ使用されているようなフリーラジカル反応開始剤を使用して、成分の重合を開始させてよい。代表的なフリーラジカル反応開始剤は、米国特許第6,995,222号(Buckaninら)に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
重合は、有機フリーラジカル反応を実施するのに好適な任意の温度で実施できる。特定の用途のための温度及び溶媒は、特定の反応開始剤の使用及び所望の分子量のために必要とされる、試薬の溶解度、温度などの考慮に基づいて、当業者が選択することができる。全ての開始剤及び全ての溶媒に好適な特定の温度を列挙するのは実践的ではないが、一般に好適な温度は約30℃〜約200℃(いくつかの実施形態では、約40℃〜約100℃、又は更には約50℃〜約80℃)の範囲である。
フリーラジカル重合は、連鎖移動剤の存在下で実施してもよい。本明細書に記載される組成物の調製に使用することができる典型的な連鎖移動剤としては、ヒドロキシル置換メルカプタン(例えば、2−メルカプトエタノール、3−メルカプト−2−ブタノール、3−メルカプト−2−プロパノール、3−メルカプト−1−プロパノール、及び3−メルカプト−1,2−プロパンジオール(即ち、チオグリセロール))、アミノ置換メルカプタン(例えば、2−メルカプトエチルアミン)、二官能性メルカプタン(例えば、ジ(2−メルカプトエチル)スルフィド)、並びに脂肪族メルカプタン(例えば、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、及びオクタデシルメルカプタン)が挙げられる。
いくつかの実施形態では、連鎖移動剤は、脂肪族メルカプタンであり、一価単位は、式−S−C2t+1(式中、tは4〜22(いくつかの実施形態では、8〜22又は更には12〜22)の整数である)によって表される。いくつかの実施形態では、連鎖移動剤は、ヒドロキシル置換メルカプタンであり、式−S−W−[OH](式中、W及びmは、上に定義した通りである)によって表される。
例えば、開始剤の濃度及び活性、必要な第1、第2、及び第3の成分の濃度、温度、連鎖移動剤の濃度、及び溶媒を、当該技術分野において既知の技術を用いて調整することにより、ポリアクリレートコポリマーの分子量を制御することができる。
コーティング組成物用の非水性溶媒(又は媒体)は、金属表面の腐食保護のために好ましい場合があるが、他の用途の場合、コーティング組成物の製造方法は、水を含む媒体を含んでよい。これらの実施形態では、典型的には、共溶媒が用いられる。好適な共溶媒としては、エーテル(例えば、テトラヒドロフラン、tert−ブチルメチルエーテル)、アルコール(例えば、エタノール及びイソプロパノール)及びケトン(例えば、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン)が挙げられる。いくつかの実施形態では、反応は、乳化剤としてのアニオン性界面活性剤(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウレス硫酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、並びに例えば、Uniqemaから商品名「MAXEMUL 6106」及び「MAXEMUL 6112」として入手可能な反応性乳化剤)の存在下で行われる。
好ましい実施形態では、反応は、溶媒中で行われる。成分は、任意の好適な濃度(例えば、反応混合物の総重量を基準として、約5重量%〜約80重量%)で反応溶媒中に存在してよい。好適な溶媒の具体例としては、エーテル類(例えば、ジエチルエーテル、グリム、ジグリム及びジイソプロピルエーテル)、エステル類(例えば、酢酸エチル及び酢酸ブチル)、アルコール類(例えば、エタノール及びイソプロピルアルコール)、ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン)、ハロゲン化溶媒(例えば、メチルクロロホルム、1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン、トリクロロエチレン、トリフルオロトルエン、及び例えば3M社(St.Paul、MN)から、商品名「Novec(商標)7100 Engineered Fluid」及び「Novec(商標)7200 Engineered Fluid」として入手可能なハイドロフルオロエーテル、並びにこれらの混合物が挙げられる。反応の実施は、1%又は0.5%又は0.1%未満の含水量を有する非水性組成物を作製しやすい溶媒である。
いくつかの実施形態では、表面は金属性(金属及び金属合金を含む)である。金属は、典型的には、室温で固体である。いくつかの実施形態では、金属及び/又は金属合金は、クロム、クロム合金、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、亜鉛、スズ、(例えば、ステンレス)鋼、及び黄銅からなる群から選択される。他の金属としては、銀、チタン、インジウム、ゲルマニウム、スズ、ニッケル、インジウムスズが挙げられる。
金属表面を有する物品の例としては、台所及び浴室の蛇口、タップ、ハンドル、吐水口、流し、排水管、手すり、タオルかけ、カーテン棒、皿洗い機のパネル、冷蔵庫のパネル、料理用レンジ上部、料理用レンジ、オーブン、及び電子レンジのパネル、排気フード、グリル、並びに金属の車輪又は縁が挙げられる。金属表面を有する工業品目としては、機械加工部品、軸受け、締結具、又は腐食しやすい任意の金属品目が挙げられる。金属表面を有する航空宇宙用材料としては、腐食しやすい場合のある計測手段、機体、及び推進材料が挙げられる。
金属表面及び金属化基材は、台所、風呂、研究室、工場、ガレージ、並びに多くの野外領域を含む様々な環境でみられ、そこで、腐食を引き起し得る空気からの水性残渣及び単なる水分と接触する場合がある。
理論に縛られるものではないが、求核金属基及び酸化生成物を含む基材は、本明細書に記載する化学組成物のリン含有酸基と結合し得ると考えられる。
本明細書に記載する方法では、物品又は表面は、本明細書に記載する通り組成物と接触している。いくつかの実施形態では、組成物は、溶媒又は水のうちの少なくとも1種を含む製剤中に存在する。いくつかの実施形態では、溶媒は、ハイドロフルオロエーテル又は低級アルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、イソブタノール、ブタノール、sec−ブタノール)のうち少なくとも1種を含む。
いくつかの実施形態では、溶媒はハイドロフルオロエーテルである。好適なハイドロフルオロエーテルは、以下の一般式により表すことができる:
Figure 0005826282

(式中、aは1〜3の整数であり、R は、直鎖、分岐鎖、環状又はこれらの組み合わせであり、所望により少なくとも1個のエーテル結合(すなわち、−O−)により割り込まれる一価、二価又は三価のペルフルオロアルキルであり、Rは、直鎖、分岐鎖、環状又はこれらの組み合わせであり、所望により少なくとも1個のヘテロ原子(例えば、N、O又はS)を含有するアルキル基である)。例えば、ヒドロフルオロエーテルは、メチルペルフルオロブチルエーテル又はエチルペルフルオロブチルエーテルであってよい。
いくつかの実施形態では、製剤は水を含む。これらの実施形態では、製剤はまた溶媒を含んでもよい。いくつかの実施形態では、製剤が水を含む場合、それは非イオン性又はアニオン性界面活性剤のうち少なくとも1種を更に含む。好適な基材としては、米国特許第6,995,222号(Buckaninら)に記載されているものが挙げられ、その開示は、界面活性剤の記載に関して、参照することによって本明細書に組み込まれる。
製剤は、製剤の全重量を基準として、少なくとも0.01重量%、0.015重量%、0.02重量%、0.025重量%、0.03重量%、0.035重量%、0.04重量%、0.045重量%、0.05重量%、0.055重量%、0.06重量%、0.065重量%、0.07重量%、0.075重量%、0.08重量%、0.085重量%、0.09重量%、0.095重量%、0.1重量%、0.15重量%、0.2重量%、0.25重量%、0.5重量%、1重量%、1.5重量%、2重量%、3重量%、4重量%、又は5重量%から、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、又は10重量%以下の少なくとも1つの本発明の組成物を含む。
表面を処理する方法は、典型的に、コーティング組成物を約1〜24(いくつかの実施形態では、4〜24又は更には8〜24)時間乾燥させることによって、コーティング組成物を物品又は表面に塗布した後、溶媒を揮発させることを含む。いくつかの実施形態では、乾燥は周囲温度(例えば、15〜35℃)で行われる。いくつかの実施形態では、組成物は高温(例えば、50℃〜150℃、又は更には50℃〜100℃)で乾燥される。理論に縛られるものではないが、乾燥時間中及びその後長期間にわたって、本明細書に記載する組成物は、基材と及び/又は化学組成物の分子間で化学結合を形成することができると考えられる。特に、リン含有酸基の酸基は、(例えば、銅)金属表面と化学結合を形成すると考えられる。
本明細書に記載する組成物は、任意の好適な塗布方法によって塗布することができる。有用な塗布方法の例としては、噴霧(例えば、噴霧瓶で)、パディング、ディッピング(すなわち、基材を製剤中に浸漬する)、スピンコーティング、フローコーティング、真空コーティング、塗装及び拭き取り(例えば、スポンジ又は布で)が挙げられる。適切な大きさの平坦基材を処理するとき、ナイフコーティング又はバーコーティングを用いて、基材上の均一なコーティングを確実にすることもできる。
コーティング組成物は、様々な厚さで基材に塗布することができる。20(いくつかの実施形態では、30、40又は50)ナノメートルから、5(いくつかの実施形態では、4、3、2又は1)マイクロメートル以下のコーティングは、優れた低表面エネルギー、汚れ耐性、及び/又は汚れ剥離性を付与することができる。より厚いコーティング(例えば、1〜5マイクロメートルの範囲)は、比較的高濃度の本明細書に記載する化学組成物を含有する、コーティング組成物の厚い単層を基材に塗布することにより、得ることができる。より厚いコーティングはまた、比較的低濃度の本明細書に記載する化学組成物を含有するコーティング組成物の連続層を基材に塗布することにより、得ることもできる。後者は、基材にコーティング組成物の層を塗布し、次いで連続層の塗布前に乾燥させることにより、行うことができる。コーティングの連続層を、次いで、乾燥した層に塗布することができる。この手順は、所望のコーティング厚さが得られるまで繰り返すことができる。
実施形態及び利点を以下の非限定的な実施例により更に例示するが、これらの実施例の中で挙げた特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。
特に断らない限り、実施例及び本明細書の残りの部分における部、百分率、比などは全て重量に基づいたものである。特に記載のない限り、全ての化学物質は、Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI)などの化学物質供給元から入手した又は入手可能である。
比較例A−ポリマー1の合成:
磁気棒、凝縮器を備える2つ口のオーブンで乾燥させた250mLのフラスコを油浴に浸漬し、HFPO−CONHCHCH−O−CO−C(CH)=CH(20g、米国特許公開第20050137355A1(Buckaninら)に記載の通り調製)、HEMA−P(2g、Esstech,Inc.,Essington PAから入手)、SH−(CH−CH(1g)、2,2’,−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、熱フリーラジカル開始剤(100mg、E.I.du Pont de Nemours & Co.,Wilmington DEから商品名「VAZO(登録商標)−67」として入手)、ハイドロフルオロエーテル溶媒(40g、3M Company,St.Paul,MNから商品名「Novec(商標)7200 Engineered Fluid」として市販)を入れた。Nを用いて10分間溶液を脱気し、次いで、蓋をし、70℃で16時間撹拌した。反応混合物を冷却し、濾紙(Whatman,Inc.,Piscataway,NJから商品名WHATMAN GRADE 40として入手可能)を用いて濾過し、コーティング用に「Novec(商標)7200 Engineered Fluid」で所望の濃度(10重量%)に希釈した。
Figure 0005826282
ポリマー2の合成:
入口及び凝縮器を備えるオーブンで乾燥させた250mLの三角フラスコを油浴に浸漬し、HFPO−CONHCHCH−O−CO−C(CH)=CH(20g)、HEMA−P(2g)、SH−(CH−Si(OCH(1g)、VAZO−67(100mg)、及び「Novec(商標)7200 Engineered Fluid」(40g)を入れた。Nを用いて10分間溶液を脱気し、次いで、蓋をし、70℃(油浴温度)で16時間撹拌した。反応混合物を冷却し、濾紙(WHATMAN GRADE 40)を用いて濾過し、コーティング用に「Novec(商標)7200 Engineered Fluid」で所望の濃度(10重量%)に希釈した。
Figure 0005826282
第1、第2、及び第3の単位のモル百分率は、48/36/16であった。
ポリマー3の合成:
入口及び凝縮器を備えるオーブンで乾燥させた250mLの三角フラスコを油浴に浸漬し、HFPO−CONHCHCH−O−CO−C(CH)=CH(20g)、HEMA−P(2g)、A−174(2g、Momentive Performance Materials,Wilton,CTから商品名SILQUEST A−174 SILANEとして入手)SH−(CH−Si(OCH(1g)、VAZO−67(100mg)、及び「Novec(商標)7200 Engineered Fluid」(40g)を入れた。Nを用いて10分間溶液を脱気し、次いで、蓋をし、70℃(油浴温度)で16時間撹拌した。反応混合物を冷却し、濾紙(WHATMAN GRADE 40)を用いて濾過し、コーティング用に「Novec(商標)7200 Engineered Fluid」で所望の濃度(10重量%)に希釈した。
第1、第2、及び第3の単位のモル百分率は、48/36/34であった。
Figure 0005826282
比較例B−以下に記載するHFPO−ホスホン酸を米国特許出願公開第2005/0048288 A1号に記載の通り調製した。
Figure 0005826282
コーティング用に、化合物を「Novec(商標)7200 Engineered Fluid」で所望の濃度(0.3重量%)に希釈した。
表面の調製−銅板を水ですすぎ、次いで、50% HNOに2分間浸漬して、表面上の酸化物を除去した。蒸留水で洗浄し、アセトンで素早く再度乾燥させ、N流中で乾燥させた。これら板を素早くコーティング溶液に1分間浸漬した。コーティングされた銅板を150℃のオーブンで30分間硬化させた。
腐食試験の結果:
コーティングされた板を、以下の表に記載の通り水(室温で48時間又は90℃で3時間)、3.5重量% NaCl水溶液に48時間浸漬することにより、上記の通りコーティングした銅板を、その腐食耐性について試験した。
コーティングされたサンプルの腐食試験結果を、ASTM試験法D849−09と同様の方法で記載の通り解釈した。試験ストリップ及び標準を、約45°の角度でそれらから光が反射されるように保持した。
採点−0=外観に変化無し、1=僅かに変色、2−中程度に変色、3−暗く変色、4−腐食。
結果を以下の表に表す。
Figure 0005826282
実施例1及び2は、比較例A及びBに比べてポリマー2及び3の腐食保護において改善を示す。
ポリマー3の単層でコーティングされた銅板の静的接触角
接触角を、VCA−2500XEビデオ接触角装置を用いて測定した。結果を表に示す。報告された値は、少なくとも3滴の左側と右側の測定値の平均である。液滴体積は、静的測定の場合5マイクロリットルであった。
Figure 0005826282
結果は、ポリマー3のより薄い(例えば、単層)コーティングが、より低い表面エネルギーを有する表面コーティングを提供するために好適であることを示す。

Claims (5)

  1. ペンダントペルフルオロポリエーテル又はペルフルオロアルキル基を含む少なくとも1個の第1の二価単位と、
    ペンダントリン含有酸基を含む少なくとも1個の第2の二価単位であって、
    (RO)−P(O)−V−(O)[C(R)−CH]−、
    (RO)−P(O)−O−V−O−C(O)−[C(R)CH]−、又は
    これらの組合せ
    (式中、Rは、独立して、水素及び1〜4個の炭素原子を有するアルキルからなる群より選択され、
    Vは、独立して、所望により少なくとも1個のエーテル結合又はアミン結合により割り込まれるアルキレンであり、
    n=0又は1である)から選択される第2の二価単位と、
    末端又はペンダントアルコキシシラン基を含む少なくとも1個の第3の単位と、を含むポリマーを含有する組成物であって、
    前記第1の二価単位が、
    Figure 0005826282

    (式中、
    Rfは、独立して、ペルフルオロポリエーテル基であり、
    Qは、独立して、結合、−C(O)−N(R)−(R は、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキルである)、及び−C(O)−O−からなる群より選択され、
    Rは、独立して、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキルであり、
    Xは、独立して、アルキレン、アリールアルキレン、及びアルキルアリーレンからなる群から選択され、前記アルキレン、アリールアルキレン、及びアルキルアリーレンは、それぞれ所望により少なくとも1個のヘテロ原子により割り込まれる)、
    又は
    Figure 0005826282

    (式中、
    は、3〜12個の炭素原子を有するペルフルオロアルキル基であり、
    pは、2〜11の整数であり、
    は、結合又は−SO N(R)−(当該Rは、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキルである)であり、
    Rは、独立して、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基である)から選択される二価単位であり、
    前記第3の単位が、
    Figure 0005826282

    (式中、
    Rは、H又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基であり、
    Lは、CO(CH(式中、n=2〜6である)又はフェニルであり、
    Yは、独立して、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基である)の式を有する、組成物。
  2. アクリル骨格鎖を含む、請求項1に記載の組成物。
  3. 金属表面を含む物品と、
    金属含有表面上に配置されている、請求項1又は2に記載の組成物と、を含む、腐食保護された物品。
  4. ペンダントペルフルオロポリエーテル又はペルフルオロアルキル基を含む少なくとも1個の第1の二価単位と、
    ペンダントリン含有酸基を含む少なくとも1個の第2の二価単位と、
    末端又はペンダントアルコキシシラン基を含む少なくとも1個の第3の単位であって、
    式:
    −S−W−Si(OR)
    (式中、Rは、独立して、H又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基であり、Wは、1〜4個の炭素原子を有するアルキレン基である)を有する第3の単位と、を含むポリマーを含有する組成物であって、
    前記第1の単位が、
    Figure 0005826282

    (式中、
    Rfは、独立して、ペルフルオロポリエーテル基であり、
    Qは、独立して、結合、−C(O)−N(R)−(R は、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキルである)、及び−C(O)−O−からなる群より選択され、
    Rは、独立して、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキルであり、
    Xは、独立して、アルキレン、アリールアルキレン、及びアルキルアリーレンからなる群から選択され、前記アルキレン、アリールアルキレン、及びアルキルアリーレンは、それぞれ所望により少なくとも1個のヘテロ原子により割り込まれる)、
    又は
    Figure 0005826282

    (式中、
    は、3〜12個の炭素原子を有するペルフルオロアルキル基であり、
    pは、2〜11の整数であり、
    は、結合又は−SO N(R)−(当該Rは、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキルである)であり、
    Rは、独立して、水素又は1〜4個の炭素原子を有するアルキル基である)から選択される二価単位であり、
    前記第2の二価単位が、
    (RO) −P(O)−V−(O) [C(R)−CH ]−、
    (RO) −P(O)−O−V−O−C(O)−[C(R)CH ]−、又は
    これらの組合せ
    (式中、Rは、独立して、水素及び1〜4個の炭素原子を有するアルキルからなる群より選択され、
    Vは、独立して、所望により少なくとも1個のエーテル結合又はアミン結合により割り込まれるアルキレンであり、
    n=0又は1である)から選択される、組成物。
  5. 金属表面を含む物品と、
    金属含有表面上に配置されている、請求項4に記載の組成物と、を含む、腐食保護された物品。
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