JP6256948B2 - ノニオン系含フッ素界面活性剤及びその製造方法、並びにフッ素樹脂分散剤 - Google Patents

Description

本発明は、ノニオン系含フッ素界面活性剤及びその製造方法、並びにフッ素樹脂分散剤に関するものである。

含フッ素界面活性剤は、アルキル鎖中の水素をフッ素に置換した界面活性剤であり、一般的にフッ素を含まない界面活性剤よりも表面張力低下能に優れることが知られている。この含フッ素界面活性剤は、樹脂、光学材料、塗料などの分野において、塗工膜表面への平滑性付与を目的として塗工液の添加剤として使用されている。これにより、塗工工程で発生するスジ、ムラ、ハジキ、不濡れなどの不良が抑制されている。また、濡れ性、浸透性、レベリング性、表面機能性を高めるための添加剤として、半導体などの電子材料分野においても使用されている。

このようなフッ素系界面活性剤として、炭素数が８以上のペルフルオロアルキル基を含有するものが利用されてきた。しかしながら、近年、炭素数が８以上のペルフルオロアルキル基を有する化合物は分解することにより、毒性および環境・生体蓄積性が高いペルフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）またはペルフルオロクタン酸（ＰＦＯＡ）を生成し得ることが明らかとなったため、その使用が制限されつつあるという課題があった。そのため、市場では、構造上、環境および生体への蓄積性が高いＰＦＯＳまたはＰＦＯＡを生成し得ない、炭素数６以下で可能な限り短鎖長のペルフルオロアルキル基の構造の材料が望まれていた。しかしながら、炭素数６以下のぺルフルオロアルキル基を持つ従来の材料は、表面張力低下能やフッ素樹脂の分散性などの特性において十分に発揮できていないのが実情であった。

ＰＦＯＳおよびＰＦＯＡを含有しないフッ素系界面活性剤の例として、特許文献１には、ペルフルオロプロペン３量体を有するノニオン系含フッ素界面活性剤が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤では、分枝状ではあるもののペルフルオロアルキル基の炭素数は９であり、依然として毒性および生体蓄積性が高いことが懸念される。そのため、生体蓄積性が問題とならない、より少ない炭素数のペルフルオロアルキル基からなるフッ素系界面活性剤が求められている。

特許第４７７２３８７号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、炭素数８以上のペルフルオロアルキル基を含有せず、生体蓄積性や環境適応性の点で問題となるＰＦＯＳまたはＰＦＯＡを生成する懸念がない化学構造でありながら、優れた表面張力低下能を有する新規なノニオン系含フッ素界面活性剤を提供することを課題とする。

また、上記ノニオン系含フッ素界面活性剤を簡便な方法で収率良く合成できる製造方法を提供することを課題とする。
さらに、水中にフッ素樹脂微粒子を均一に分散させることが可能なフッ素樹脂分散剤を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
[１] 下記一般式（１）で示されるノニオン系含フッ素界面活性剤。

上記式（１）中、Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６
のペルフルオロアルキル基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。また、上記Ｒｆ
^１及びＲｆ^２は、直接結合して環状を形成していても良いし、酸素原子または窒素原子を
介して結合し、複素環を形成していてもよい。さらに、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６のペルフ
ルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。
また、上記式（１）中、Ｒ^１は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^２は、炭素
数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数で
ある。
［２］ 上記式（１）中、Ｒ^１が水素原子であることを特徴とする前項［１］に記載のノ
ニオン系含フッ素界面活性剤。
［３］ 上記式（１）中、Ｒ^２がメチル基であることを特徴とする前項［１］又は［２］
に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
［４］ 下記一般式（２）で示される窒素原子を含むペルフルオロ複素環を有することを
特徴とする前項［１］に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。

上記式（２）中、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５及びＲｆ^６は、それぞれ同一または互いに異なる炭素
数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。Ｘは
、酸素原子、窒素原子又はＣＦ_２基である。
また、上記式（２）中、Ｒ^３は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^４は、炭素
数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数で
ある。
［５］ 上記式（２）中、Ｒ^３が水素原子であることを特徴とする前項［４］に記載のノ
ニオン系含フッ素界面活性剤。
［６］ 上記式（２）中、Ｒ^４がメチル基であることを特徴とする前項［４］又は［５］
に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
［７］ 下記一般式（３）で示される直鎖状のペルフルオロアルキル基を有することを特
徴とする前項［１］に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。

上記式（３）中、ｍ及びｍ’は、それぞれ同一又は互いに異なる１〜６の整数である。また、Ｒｆ^７は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。
また、上記式（３）中、Ｒ^５は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^６は、炭素
数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数で
ある。
［８］ 上記式（３）中、Ｒ^５が水素原子であることを特徴とする前項［７］に記載のノ
ニオン系含フッ素界面活性剤。
［９］ 上記式（３）中、Ｒ^６がメチル基であることを特徴とする前項［７］又は［８］
に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
［１０］ 前項［１］に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法であって、
下記一般式（４）で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲ
ン化物と、下記一般式（５）で示されるアルコールと、を原料として用いることを特徴と
するノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法。

上記式（４）中、Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６
のペルフルオロアルキル基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。また、上記Ｒｆ
^１及びＲｆ^２は、直接結合して環状を形成していても良いし、酸素原子または窒素原子を
介して結合し、複素環を形成していてもよい。また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６のペルフル
オロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。さらに、Ｙは、フッ素、
塩素、臭素及びヨウ素からなる群から選択されるいずれか１のハロゲン原子である。

上記式（５）中、Ｒ^１は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^２は、炭素数１〜
８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数である。
［１１］ 上記一般式（４）で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン
酸ハロゲン化物と上記一般式（５）で示されるアルコールとを、非プロトン性溶媒中にお
いて、塩基存在下で反応させることを特徴とする前項［１０］に記載のノニオン系含フッ
素界面活性剤の製造方法。
［１２］ 上記非プロトン性溶媒が、アセトニトリル、トルエン、ベンゼン、ジエチルエ
ーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジクロロメタン
、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド及びこれらの任意の混合物からなる群か
ら選択される溶媒であることを特徴とする前項［１１］に記載のノニオン系含フッ素界面
活性剤の製造方法。
［１３］ 前記塩基が、ＭＦ、ＭＯＨ、Ｍ２ＣＯ３、ＭＨＣＯ３、アミン、アンモニアか
らなる群から選ばれた化合物のいずれか一種、又はこれらの任意の混合物からなる群から
選択される塩基であることを特徴とする前項［１１］又は［１２］に記載のノニオン系含
フッ素界面活性剤の製造方法。ただし上記Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、アンモニウムカチオン
のいずれか一種である。
［１４］ 上記式（５）中、Ｒ^１が水素原子であることを特徴とする前項［１０］乃至［
１３］のいずれか一項に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法。
［１５］ 上記式（５）中、Ｒ^２がメチル基であることを特徴とする前項［１０］乃至［
１４］のいずれか一項に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法。
［１６］ 前項［１］に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤を含むことを特徴とするフ
ッ素樹脂分散剤。

本発明のノニオン系含フッ素界面活性剤は、優れた表面張力低下能を有し、かつ、炭素数が８以上の直鎖状のペルフルオロアルキル基を有しないので生体蓄積性が低く、環境適応性にも優れた、新規なノニオン系含フッ素界面活性剤である。

また、本発明のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法は、上記ノニオン系含フッ素界面活性剤を簡便な方法で収率良く合成することができる。
さらに、本発明のフッ素樹脂分散剤は、水中にフッ素樹脂微粒子を均一に分散させることができる。

以下、本発明を適用した一実施形態であるノニオン系含フッ素界面活性剤について、その製造方法及びそれを主たる成分とするフッ素樹脂分散剤とともに詳細に説明する。

＜ノニオン系含フッ素界面活性剤＞
先ず、本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤の構成について説明する。
本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤は、下記一般式（１）で表すことができる。

なお、上記式（１）中、Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキル基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。また、上記Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、直接結合して環状を形成していても良いし、酸素原子または窒素原子を介して結合し、複素環を形成していてもよい。
また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。

また、上記式（１）中、Ｒ^１は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^２は、炭素数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数であり、４〜３０の範囲とすることが好ましい。ここで、ｎを大きな値とすることにより、上記式（１）で示されるノニオン系含フッ素界面活性剤の一分子中に、より多くのポリエーテル構造を付加することができるため（すなわち、親水性のエチレンオキシド基をより多く付加することができるため）、水系の溶剤への溶解性を高めることができる。一方、ｎを大きな値とすると、上記式（１）で示されるノニオン系含フッ素界面活性剤の分子量が大きくなり、単位量当たりのフッ素含有率が低下するため、表面張力低下能が低下してしまう。したがって、使用の目的に応じてｎの値を適宜選択することが好ましい。

上記式（１）で表されるノニオン系含フッ素界面活性剤の例として、下記一般式（２）で表されるペルフルオロ複素環を有するものと、下記式（３）で表されるペルフルオロアミン構造を有するものと、が挙げられる。

ここで、上記式（２）中、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５及びＲｆ^６は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。また、ｎは、３〜５０の整数である。Ｘは、酸素原子、窒素原子又はＣＦ_２基である。
また、上記式（２）中、Ｒ^３は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^４は、炭素数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数である。

上記式（３）中、ｍ及びｍ’は、それぞれ同一又は互いに異なる１〜６の整数である。また、Ｒｆ^７は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。さらに、ｎは、３〜５０の整数である。
また、上記式（３）中、Ｒ^５は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^６は、炭素数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数である。

上記式（２）で表されるノニオン系含フッ素界面活性剤の具体例としては、ペルフルオロ複素環として、ペルフルオロピペリジン、ペルフルオロピロリジン、ペルフルオロピペラジン、ペルフルオロモルホリン、ペルフルオロヘキサメチレンイミンを有するものが例示できる。
より具体的には、例えば、下記式（６）〜（１３）で表される構造（但し、「−ＣＯ−」部分までを含む構造）が挙げられる。

また、上記式（３）で表されるノニオン系含フッ素界面活性剤の具体例としては、例えば、下記式（１４）〜（２３）で表される構造（但し、「−ＣＯ−」部分までを含む構造）が挙げられる。

また、上記式（１）〜（３）で表されるノニオン系含フッ素界面活性剤の、「−ＣＯ−」部分以降の構造としては、具体的には、例えば、下記式（２４）〜（３８）で表される構造が挙げられる。

ここで、上記式（１）〜（３）で表されるノニオン系含フッ素界面活性剤としては、上記式（１）〜（３）中に示す、Ｒ^２，Ｒ^４及びＲ^６がメチル基（すなわち、上記式（２４）及び上記式（３２）の構造）であることが好ましく、さらにＲ^１，Ｒ^３及びＲ^５が水素（すなわち、上記式（２４）の構造）であることがより好ましい。

本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤は、水性溶媒や有機溶媒が用いられている塗料やインキ、床ワックスのレベリング性を得るためのレベリング剤や、フッ素樹脂の乳化重合剤、又は通常酸性であるめっき液やエッチング液の添加剤、高分散性による樹脂特性を向上させるための樹脂改質剤、離型性や帯電防止性能、防汚、防錆、殺菌機能を付与するためのコーティング添加剤や表面処理剤、高い浸透性による洗浄剤や繊維処理剤、消火薬剤、農業用フィルム防霧剤、湿潤剤、潤滑剤、接着剤、さらには半導体製造工程、液晶、各種磁気ディスク、光学材料などの製造工程などの用途に好適に使用することができる。

なお、上記用途に用いる際、ノニオン系含フッ素界面活性剤の使用可能な溶媒については特に限定されるものではなく、水溶液の他、有機溶媒であってもよい。有機溶媒の例としてはメタノールやエタノールなどのアルコール、酢酸エチル等のエステル系溶媒、アセトン等のケトン系溶媒、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン等の炭化水素系溶媒が挙げられる。また、水溶液についてもｐＨが酸性、中性及び塩基性のいずれの範囲であっても優れた界面活性能を発揮することが可能である。

また、上記用途に用いる際、本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤は、１種で使用してもよいし、２種以上で併用してもよい。さらには、ノニオン系含フッ素界面活性剤以外の成分との混合物として用いてもよい。

本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤は、生体蓄積性が問題となる炭素数８以上の直鎖状ペルフルオロアルキル基を有しない。また、本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤は、ヘテロ原子を有する構造であるため、主骨格が炭素のみから形成されるペルフルオロアルキル基含有化合物と比べて、分解されやすくなるという効果が得られる。

＜ノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法＞
次に、本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法について説明する。
本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法は、下記一般式（４）で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物と下記一般式（５）で示されるアルコールとを、非プロトン性溶媒中において、塩基存在下で反応させることを特徴とする。

上記式（４）中、Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキル基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。また、上記Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、直接結合して環状を形成していても良いし、酸素原子または窒素原子を介して結合し、複素環を形成していてもよい。また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。さらに、Ｙは、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群から選択されるいずれか１のハロゲン原子である。

上記式（５）中、Ｒ^１は、水素原子またはメチル基である。
また、Ｒ^２は、炭素数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、２−エチルヘキシル基等が挙げられる。
さらに、ｎは、３〜５０の整数である。

上記式（４）で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物は、例えば、対応するカルボン酸エステル又はハロゲン化物をフッ化水素中で電解フッ素化することにより得ることができる。また、上記Ｙがフッ素原子以外のハロゲン原子であるものを用いる場合には、例えば、前記電解フッ素化により得られたペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸フルオリドを加水分解処理して、対応するカルボン酸を生成させた後、適当なハロゲン化剤（例えば、塩化チオニル、塩化オキサリル、塩化ホスホリル、塩化スルフリル、三塩化リン、五塩化リン、三臭化リン、五臭化リン、臭化水素、ヨウ化水素等）を反応させて、対応するカルボン酸ハロゲン化物に誘導することにより得ることができる。

また、上記式（４）で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物の具体例（すなわち、Ｒｆ^１，Ｒｆ^２及びＲｆ^３の具体例）としては、例えば、下記式（３９）〜（５８）で表される構造が挙げられる。

上記式（５）で示されるアルコールは、エチレングリコール系エーテル、プロピレングリコール系エーテル等として市販（例えば、日本乳化剤株式会社等）されており容易に入手できる。

また、上記式（５）で示されるアルコールの具体例（すなわち、Ｒ^１及びＲ^２の具体例）としては、例えば、下記式（５９）〜（７３）で表される構造が挙げられる。

上記一般式（４）で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物と上記一般式（５）で示されるアルコールとの反応に用いる非プロトン性溶媒としては、アセトニトリル、トルエン、ベンゼン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド及びこれらの任意の混合物からなる群から選択される溶媒を例示することができるが、特に、アセトニトリル、トルエン、テトラヒドロフランが好ましい。

塩基としては、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化リチウム、フッ化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素アンモニウム、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリヘキシルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン、ピリジン、２、６−ジメチルピリジン、アンモニア等を例示することができるが、特に、フッ化カリウム、フッ化ナトリウムが好ましい。

塩基の使用量は、上記一般式（５）で示されるアルコール１モルに対して、１〜３モルとすることが好ましく、１．１〜１．５モルとすることがより好ましい。ここで、塩基の使用量が１モル未満であると、反応が十分に進行しないために好ましくない。一方、３モルを超えると、過剰の塩基を除去する工程が必要になるため好ましくない。

上記一般式（５）で示されるアルコールの使用量は、上記一般式（４）で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物１モルに対して、０．８〜２．０モルとすることが好ましく、１．０〜１．３モルとすることがより好ましい。ここで、アルコールの使用量が０．８モル未満であると、含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物が過剰量になるので実用的ではない。一方、２．０モルを超えると、アルコールの除去が困難となるために好ましくない。

反応温度は、−２０〜１００℃とすることが好ましく、０〜５０℃とすることがより好ましい。ここで、反応温度が−２０℃未満であると、十分な反応速度が得られないために好ましくない。一方、１００℃を超えると、反応の抑制が困難となるために好ましくない。

反応時間は、０．５〜２４時間とすることが好ましく、１〜６時間とすることがより好ましい。ここで、反応時間が０．５時間未満であると、反応が十分に進行しないために好ましくない。一方、２４時間を超えると、反応系が複雑になってしまうために好ましくない。

＜フッ素樹脂分散剤＞
次に、本実施形態のフッ素樹脂分散剤について説明する。
本実施形態のフッ素樹脂分散剤は、上述したノニオン系含フッ素界面活性剤を主たる成分として含むことを特徴とする。

また、本実施形態のフッ素樹脂分散剤は、他の成分として媒体（例えば、有機溶媒および水などの液状媒体）を含んでいてもよい。フッ素樹脂分散剤中のノニオン系含フッ素界面活性剤の濃度としては、具体的には、例えば、０．０１〜１０質量％であってもよく、０．０５〜１質量％の範囲であることが好ましい。

本実施形態のフッ素樹脂分散剤に適用可能な有機溶媒は、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒、α,α,α−トリフルオロトルエン、１,３−ビストリフルオロメチルベンゼン、１,４−ビストリフルオロメチルベンゼン、ペルフルオロオクタン、ペルフルオロヘキサンなどのフッ素系溶媒等を用いることができる。

なお、後述するフッ素樹脂の分散において、本実施形態のフッ素樹脂分散剤を用いる場合、フッ素樹脂粒子中のノニオン系含フッ素界面活性剤の添加量は、０．０１〜１０重量％であることが好ましく、０．５〜５重量％であることがより好ましい。

さらに、本実施形態のフッ素樹脂分散剤には、上述したノニオン系含フッ素界面活性剤以外に、他のフッ素系界面活性剤、あるいは、炭化水素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤などを添加してもよい。

ところで、先行特許文献（例えば、特表２００６−５１６６７３号公報、等）には、従来のフッ素樹脂分散剤として、ペルフルオロアルキル鎖の炭素数が６以上のペルフルオロアルキル基含有オリゴマー型のフッ素系界面活性剤が開示されている。これらのうち、ペルフルオロアルキル鎖の炭素数が８以上のフッ素樹脂分散剤は、生体への蓄積性が懸念されていた。また、ペルフルオロアルキル鎖の炭素数が８未満の従来のフッ素樹脂分散剤では、表面エネルギーが低く、比重が大きいフッ素樹脂の微粒子を、粘度の低い水中に均一に分散させることは困難であった。

これに対して、本実施形態のフッ素樹脂分散剤は、上述したノニオン系含フッ素界面活性剤を主たる成分として含んでいるため、分散媒や樹脂溶液の表面張力を大幅に低下させてフッ素樹脂表面に対する濡れ性を向上（すなわち、分散性を向上）させることができるとともに、フッ素樹脂の凝集を防止（すなわち、分散安定性を向上）する効果が得られる。したがって、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をはじめとするフッ素樹脂の微粒子を、水中に均一に分散させることができる。

さらに、本実施形態のフッ素樹脂分散剤は、元のフッ素樹脂微粒子とほぼ同等の粒径に近い状態で、水中に均一に分散させることができる。

＜フッ素樹脂の分散方法＞
次に、本実施形態のフッ素樹脂分散剤の使用方法、すなわち、フッ素樹脂の微粒子を分散媒に分散させる方法について、以下に説明する。

（フッ素樹脂の微粒子）
本実施形態のフッ素樹脂分散剤を用いた分散方法に用いることができるフッ素樹脂としては、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＦＡ（四フッ化エチレン・ペルフルオロアルコキシエチレン共重合体）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン・四フッ化エチレン共重合体）、ＥＣＴＦＥ（エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体）等が挙げられる。
また、フッ素樹脂の粒径としては、特に限定されるものではないが、例えば、０．０１〜１０００μｍの範囲であってもよく、０．１〜１００μｍの範囲であることが好ましい。

（分散媒）
フッ素樹脂の微粒子を分散させる分散媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン等の有機溶媒、フッ素系不活性液体等が挙げられる。

（フッ素樹脂の分散方法）
フッ素樹脂の分散方法としては、特に限定されるものではなく、従来既知の方法を適用することができる。具体的には、通常、分散媒である水または有機溶剤にフッ素樹脂の微粒子が添加された混合液に、本実施形態のフッ素樹脂分散剤を所要量添加した後、所要時間攪拌することにより、フッ素樹脂微粒子の分散液を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤は、ヘテロ原子を有するペルフルオロアルキル基含有化合物であるため、優れた表面張力低下能を有しており、かつ、炭素数が６以上の直鎖状のペルフルオロアルキル基を有しないので生体蓄積性が低く、環境適応性にも優れた、新規なノニオン系含フッ素界面活性剤である。

また、本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法は、原料である化合物の入手が比較的容易であり、かつ、複雑な反応を経ないため、上記ノニオン系含フッ素界面活性剤を簡便な方法で収率良く合成することができる。

さらに、本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤は、フッ素樹脂分散剤の用途に好適に用いることができる。すなわち、本実施形態のノニオン系含フッ素界面活性剤を主成分とするフッ素樹脂分散剤は、粘度の低い水中にフッ素樹脂微粒子を均一に分散させることが可能であり、かつ、炭素数が６以上の直鎖状のペルフルオロアルキル基を有しないので生体蓄積性が低く、環境適応性にも優れた、新規なフッ素樹脂分散剤である。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

以下、実施例によって本発明の効果をさらに詳細に説明する。なお、本発明は実施例によって、なんら限定されるものではない。

（実施例１）
滴下ロートを備えた三口フラスコに、アルコール（９２．８ｇ）（商品名：ＭＰＧ−１３０−Ｈ２、分子量：４２８、日本乳化剤社製）とフッ化カリウム（１３．９ｇ）（和光純薬工業株式会社製）とアセトニトリル（２２０ｍｌ）を投入した。滴下ロートに、「ＣＨ_２（ＣＨ_２ＣＨ_２）_２ＮＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）ＣＯ_２ＣＨ_３」の電解フッ素化により得られる、「ＣＦ_２（ＣＦ_２ＣＦ_２）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ」（１００．０ｇ）を入れ、室温で徐々に滴下した。
滴下終了後、室温で１時間攪拌し、析出したＫＦ・ＨＦを濾過で除去した。得られた溶液をロータリーエバポレーターにより濃縮し、トルエン（１５０ｍｌ）に再溶解させ、析出した固体を濾過により除去した。さらに、得られた溶液を再濃縮し、アセトニトリル（１５０ｍｌ）に再溶解させた。
得られた溶液を濾過し、濃縮することによって、下記の一般式（７４）に示されるノニオン系含フッ素界面活性剤１６９．９ｇ（収率９０％）を得た。

（実施例２）
上記実施例１で用いたアルコール（商品名：ＭＰＧ−１３０Ｈ２、平均分子量：４２８、日本乳化剤社製）の代わりにアルコール（商品名：ＭＰＧ−０８１、平均分子量：６９２、日本乳化剤社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、下記の一般式（７５）に示されるノニオン系含フッ素界面活性剤（収率９０％）を得た。

（実施例３）
上記実施例１で用いた、「ＣＦ_２（ＣＦ_２ＣＦ_２）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ」の代わりに、「Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２）_２ＮＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）ＣＯ_２ＣＨ_３」の電解フッ素化により得られる「Ｏ（ＣＦ_２ＣＦ_２）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ」を用いた以外は実施例１と同様にして、下記の一般式（７６）に示されるノニオン系含フッ素界面活性剤（収率８６％）を得た。

（実施例４）
上記実施例２で用いた、「ＣＦ_２（ＣＦ_２ＣＦ_２）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ」の代わりに、「Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２）_２ＮＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）ＣＯ_２ＣＨ_３」の電解フッ素化により得られる「Ｏ（ＣＦ_２ＣＦ_２）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ」を用いた以外は実施例２と同様にして、下記の一般式（７７）に示されるノニオン系含フッ素界面活性剤（収率９５％）を得た。

（実施例５）
上記実施例１で用いた、「ＣＦ_２（ＣＦ_２ＣＦ_２）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ」の代わりに、「（Ｃ_４Ｈ_９）_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＣＯ_２ＣＨ_３」の電解フッ素化により得られる「（Ｃ_４Ｆ_９）_２ＮＣＦ_２ＣＦ_２ＣＯＦ」を用いた以外は実施例１と同様にして、下記の一般式（７８）に示されるノニオン系含フッ素界面活性剤（収率８９％）を得た。

（実施例６）
上記実施例２で用いた、「ＣＦ_２（ＣＦ_２ＣＦ_２）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ」の代わりに、「（Ｃ_４Ｈ_９）_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＣＯ_２ＣＨ_３」の電解フッ素化により得られる「（Ｃ_４Ｆ_９）_２ＮＣＦ_２ＣＦ_２ＣＯＦ」を用いた以外は実施例２と同様にして、下記の一般式（７９）に示されるノニオン系含フッ素界面活性剤（収率８９％）を得た。

（実施例７）
上記実施例１で用いた、「ＣＦ_２（ＣＦ_２ＣＦ_２）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ」の代わりに、「（ＣＨ_３）_２ＮＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）ＣＯ_２ＣＨ_３」の電解フッ素化により得られる「（ＣＦ_３）_２ＮＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ」を用いた以外は実施例１と同様にして、下記の一般式（８０）に示されるノニオン系含フッ素界面活性剤（収率９０％）を得た。

（比較例１）
滴下漏斗を備えた三つ口フラスコ（５０ｍｌ）内に、下記式（８１）で表される含フッ素エーテル化合物６．０２ｇ（１２ｍ ｍｏｌ）、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル（平均分子量：４００）４．００ｇ（１０ｍ ｍｏｌ）及びテトラヒドロフラン１０ｇを入れた。一方、テトラヒドロフラン１０ｇにカリウムｔ−ブトキシド１．３４ｇ（１２ｍ ｍｏｌ）を溶解させた溶液を滴下漏斗内へ入れ、該溶液を上記のフラスコ内容物中へ約３０分かけて攪拌下で徐々に滴下した。滴下終了後、室温（２０〜２５℃）下で、攪拌をさらに３時間続行した。
次に、反応混合物を１００ｍｌの丸底フラスコに移し、ロータリーエバポレーターを用いて溶剤を蒸発させた後、酢酸エチル３０ｍｌ及び水３０ｍｌを用いる抽出処理に１回付した。次いで、有機層を飽和食塩水３０ｍｌで処理し、抽出物を、ロータリーエバポレーターを用いる溶剤蒸発処理に付すことによって粗精製物を得た。該粗精製物を、アルミナ５０ｇを用いるカラムクロマトグラフィー精製処理に付すことによって、下記の一般式（８２）で表される化合物を６．２８ｇ得た（収率：７３％）。

（比較例２）
滴下漏斗を備えた三つ口フラスコ（５０ｍｌ）内に、上記式（８１）で表される含フッ素エーテル化合物６．０２ｇ（１２ｍ ｍｏｌ）、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル（平均分子量：１０００）１０．００ｇ（１０ｍ ｍｏｌ）及びテトラヒドロフラン１０ｇを入れた。一方、テトラヒドロフラン１０ｇにカリウムｔ−ブトキシド１．３４ｇ（１２ｍｍｏｌ）を溶解させた溶液を滴下漏斗内へ入れ、該溶液を上記のフラスコ内容物中へ約３０分かけて攪拌下で徐々に滴下した。滴下終了後、室温（２０〜２５℃）下で、攪拌をさらに３時間続行した。
次に、反応混合物を１００ｍｌの丸底フラスコ内へ移し、ロータリーエバポレーターを用いて溶剤を蒸発させた。アセトニトリル１０ｇを添加して１日静置させた後、沈殿物を濾取して溶剤を蒸発させる処理を２回行うことによって粗精製物を得た。該粗精製物をイオン交換樹脂で処理することによって、下記の一般式（８３）で表される化合物を２．７６ｇ得た（収率：３７％）。

（比較例３）
技術文献「油化学 １９９７、２６巻、６１３−６１９ページ」に記載された、下記の一般式（８４）で表される、炭素数が８のペルフルオロアルキル基を有するノニオン系含フッ素界面活性剤（ＰＦＯＳ誘導体）を準備した。

（検証試験１）
「ノニオン系含フッ素界面活性剤の界面活性能評価」
上記実施例１〜７及び比較例１〜３にて合成したノニオン系含フッ素界面活性剤の界面活性能評価を行うため、水溶液中での表面張力測定を行った。なお、表面張力測定は、協和界面科学社製自動表面張力計ＣＢＶＰ−Ｚ型を用い、Ｗｉｌｈｅｌｍｙ法により測定を行った。評価結果を下記表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜７のノニオン系含フッ素界面活性剤は、従来のノニオン系含フッ素界面活性剤である比較例１及び比較例２と比較して、同添加量で同等以上の界面活性能を有することがわかった。また、環境および生体への蓄積性が問題となっているＰＦＯＳ誘導体である比較例３と比較しても、同等の界面活性能を有していることがわかった。一方、実施例１〜７のノニオン系含フッ素界面活性剤は、従来のノニオン系含フッ素界面活性剤である比較例１及び比較例２と比較して、いずれも８５％以上の高い収率であることがわかった。

（検証試験２）
「ノニオン系含フッ素界面活性剤の濡れ性評価」
ノニオン系含フッ素界面活性剤の濡れ性評価を行うため、上記界面活性剤を１０００ｐｐｍ濃度に溶解させた水溶液を用い、ＰＥＴフィルムおよびＰＴＦＥシート上に対する濡れ性を比較した。評価結果を下記表２に示す。
なお、評価基準は、以下の通りである。
液滴量：５０μｌ
○：液滴が濡れ広がり、液滴形状が維持されない
△：液滴が濡れ広がらず、液滴形状が残る

表２に示すように、本発明のノニオン系含フッ素界面活性剤は、ＰＥＴフィルムおよびＰＴＦＥシートに対する濡れ性にも優れていることがわかった。

（実施例８）
水５０ｇにＰＴＦＥ粉末（粒径：１μｍ）を２ｇ、フッ素樹脂分散剤として実施例１で合成したノニオン型界面活性剤を０．０５ｇ入れた後、セラミックビーズを１０ｇ投入し、ペイントシェーカーで２時間分散させた。その分散させた液を粒度分布計（島津製作所製、レーザ回折式粒度分布測定装置、ＳＡＬＤ−２００Ｖ、以下同様）で測定したところ、平均粒径は２μｍであった（下記の表３を参照）。

（実施例９）
水５０ｇにＰＴＦＥ粉末（粒径：１μｍ）を２ｇ、フッ素樹脂分散剤として実施例２で合成したノニオン型界面活性剤を０．０５ｇ入れた後、セラミックビーズを１０ｇ投入し、ペイントシェーカーで２時間分散させた。その分散させた液を粒度分布計で測定したところ、平均粒径は２μｍであった（下記の表３を参照）。

（比較例４）
水５０ｇにＰＴＦＥ粉末（粒径：１μｍ）を２ｇ、フッ素樹脂分散剤として比較例１で合成した炭素数６以下の直鎖状ぺルフルオロアルキル基を有するノニオン型界面活性剤を０．０５ｇ入れた後、セラミックビーズを１０ｇ投入し、ペイントシェーカーで２時間分散させた。その分散させた液を粒度分布計で測定したところ、平均粒径は３１μｍであった（下記の表３を参照）。

（比較例５）
水５０ｇにＰＴＦＥ粉末（粒径：１μｍ）を２ｇ、フッ素樹脂分散剤として比較例２で合成した炭素数６以下の直鎖状ぺルフルオロアルキル基を有するノニオン型界面活性剤を０．０５ｇ入れた後、セラミックビーズを１０ｇ投入し、ペイントシェーカーで２時間分散させた。その分散させた液を粒度分布計で測定したところ、平均粒径は５１μｍであった（下記の表３を参照）。

（比較例６）
水５０ｇにＰＴＦＥ粉末（粒径：１μｍ）を２ｇ、フッ素樹脂分散剤として比較例３に示すノニオン型界面活性剤（ＰＦＯＳ誘導体）を０．０５ｇ入れた後、セラミックビーズを１０ｇ投入し、ペイントシェーカーで２時間分散させた。その分散させた液を粒度分布計で測定したところ、平均粒径は１７μｍであった（下記の表３を参照）。

（検証試験３）
表３に示すように、本発明のノニオン系含フッ素界面活性剤をフッ素樹脂分散剤として使用することにより、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂の微粒子を元の粒径（分散前の粒径）に近い状態で、水中に均一に分散させることができることを確認できた。

本発明のノニオン系含フッ素界面活性剤は、表面張力低下能に優れ、かつ、生体蓄積性が低く、環境適応性にも優れているため、レベリング剤や分散剤（特にフッ素樹脂分散剤）、乳化剤、消泡剤等の広範な用途において有用である。

Claims (16)

1. 下記一般式（１）で示されるノニオン系含フッ素界面活性剤。
   

   

   上記式（１）中、Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキル基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。また、上記Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、直接結合して環状を形成していても良いし、酸素原子または窒素原子を介して結合し、複素環を形成していてもよい。さらに、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。
   また、上記式（１）中、Ｒ^１は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^２は、炭素数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数である。
2. 上記式（１）中、Ｒ^１が水素原子であることを特徴とする請求項１に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
3. 上記式（１）中、Ｒ^２がメチル基であることを特徴とする請求項１又は２に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
4. 下記一般式（２）で示される窒素原子を含むペルフルオロ複素環を有することを特徴とする請求項１に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
   

   

   上記式（２）中、Ｒｆ^４、Ｒｆ^５及びＲｆ^６は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。Ｘは、酸素原子、窒素原子又はＣＦ_２基である。
   また、上記式（２）中、Ｒ^３は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^４は、炭素数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数である。
5. 上記式（２）中、Ｒ^３が水素原子であることを特徴とする請求項４に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
6. 上記式（２）中、Ｒ^４がメチル基であることを特徴とする請求項４又は５に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
7. 下記一般式（３）で示される直鎖状のペルフルオロアルキル基を有することを特徴とする請求項１に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
   

   

   上記式（３）中、ｍ及びｍ’は、それぞれ同一又は互いに異なる１〜６の整数である。また、Ｒｆ^７は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。
   また、上記式（３）中、Ｒ^５は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^６は、炭素数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数である。
8. 上記式（３）中、Ｒ^５が水素原子であることを特徴とする請求項７に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
9. 上記式（３）中、Ｒ^６がメチル基であることを特徴とする請求項７又は８に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤。
10. 請求項１に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法であって、
    下記一般式（４）で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物と、下記一般式（５）で示されるアルコールと、を原料として用いることを特徴とするノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法。
    

    

    上記式（４）中、Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、それぞれ同一または互いに異なる炭素数１〜６のペルフルオロアルキル基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。また、上記Ｒｆ^１及びＲｆ^２は、直接結合して環状を形成していても良いし、酸素原子または窒素原子を介して結合し、複素環を形成していてもよい。また、Ｒｆ^３は、炭素数１〜６のペルフルオロアルキレン基であって、直鎖状又は分枝状であってもよい。さらに、Ｙは、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群から選択されるいずれか１のハロゲン原子である。
    

    

    上記式（５）中、Ｒ^１は、水素原子またはメチル基である。また、Ｒ^２は、炭素数１〜８の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基である。さらに、ｎは、３〜５０の整数である。
11. 上記一般式（４）で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物と上記一般式（５）で示されるアルコールとを、非プロトン性溶媒中において、塩基存在下で反応させることを特徴とする請求項１０に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法。
12. 上記非プロトン性溶媒が、アセトニトリル、トルエン、ベンゼン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド及びこれらの任意の混合物からなる群から選択される溶媒であることを特徴とする請求項１１に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法。
13. 前記塩基が、ＭＦ、ＭＯＨ、Ｍ_２ＣＯ_３、ＭＨＣＯ_３、アミン、アンモニアからなる群から選ばれた化合物のいずれか一種、又はこれらの任意の混合物からなる群から選択される塩基であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法。ただし上記Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、アンモニウムカチオンのいずれか一種である。
14. 上記式（５）中、Ｒ^１が水素原子であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法。
15. 上記式（５）中、Ｒ^２がメチル基であることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤の製造方法。
16. 請求項１に記載のノニオン系含フッ素界面活性剤を含むことを特徴とするフッ素樹脂分散剤。