JP6443547B2 - 表面処理剤 - Google Patents

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Description

本発明は、(ポリ)エーテル基含有シラン化合物、およびこれを含んで成る表面処理剤に関する。
ある種のシラン化合物は、基材の表面処理に用いると、優れた機能(例えば、撥水性、撥油性、防汚性)などを提供し得ることが知られている。シラン化合物を含む表面処理剤から得られる層(以下、「表面処理層」とも言う)は、いわゆる機能性薄膜として、例えばガラス、プラスチック、繊維、建築資材など種々多様な基材に施されている。
そのようなシラン化合物として、含フッ素シラン化合物が知られている。具体的には、特許文献1および2には、Si原子に結合した加水分解可能な基を分子末端に有するパーフルオロポリエーテル基含有シラン化合物が記載されている。
また、別のシラン化合物として、ポリエーテル基含有シラン化合物が知られている。具体的には、特許文献3および4には、Si原子に結合した加水分解可能な基を分子末端に有するポリエーテル基含有シラン化合物が記載されている。
国際公開第97/07155号 特表2008−534696号公報 特開2013−60354号 特開2014−65827号
特許文献1〜4に記載のような表面処理剤から得られる表面処理層は、上記のような機能を薄膜でも発揮し得ることから、光透過性ないし透明性が求められるメガネやタッチパネルなどの光学部材に好適に利用されている。このような用途においては、指紋の付着が問題となり得る。
特許文献1および2に記載のようなパーフルオロポリエーテル基含有シラン化合物を含む表面処理剤から得られる層は、優れた撥水撥油性を有しており、指紋が付着しにくい。しかしながら、パーフルオロポリエーテル基含有シラン化合物を含む表面処理剤から得られる層においては、指紋の付着量は少ないが、指紋が付着した場合には、その優れた撥水撥油性、即ち高い接触角のために、付着した皮脂が光を散乱し、指紋が目立ってしまうという問題がある。
特許文献1および2に記載のようなポリエーテル含有シラン化合物を含む表面処理剤から得られる層は、親油性が高く、付着した皮脂が層になじむので、指紋が付着した場合であっても目立たない。しかしながら、特許文献1および2に記載のようなポリエーテル含有シラン化合物を含む表面処理剤から得られる層は、摩擦耐久性が低く、長期間その機能を保持することができないという問題がある。
本発明は、付着した指紋の視認性が低く、かつ、摩擦耐久性に優れた層を形成することのできるシラン化合物およびこれを含む表面処理剤を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、基材に結合する加水分解可能な基を有するSi基を複数有する(ポリ)エーテル基含有シラン化合物を用いることにより、付着した指紋の視認性が低く、かつ、摩擦耐久性が高い表面処理層を形成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の第1の要旨によれば、下記一般式(A1)または(A2):
Figure 0006443547
[式中:
は、ORを表し;
は、水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を表し;
PEは、各出現においてそれぞれ独立して、式:
−(C2aO)
(式中:
aは、bを付して括弧でくくられた単位毎にそれぞれ独立して、1〜6の整数であり;
bは、各出現においてそれぞれ独立して、1〜200の整数である。)
で表される基であり;
Yは、各出現においてそれぞれ独立して、単結合または−CONH−R−NHCOO−を表し;
は、各出現においてそれぞれ独立して、二価の有機基を表し;
nは、1〜50の整数であり;
PEは、単結合または上記−(C2aO)−基を表し;
Xは、それぞれ独立して、単結合または2〜10価の有機基を表し;
は、各出現においてそれぞれ独立して、−Z−SiR71 72 73 を表し;
Zは、各出現においてそれぞれ独立して、酸素原子または2価の有機基を表し;
71は、各出現においてそれぞれ独立して、Ra’を表し;
a’は、Rと同意義であり;
中、Z基を介して直鎖状に連結されるSiは最大で5個であり;
72は、各出現においてそれぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表し;
73は、各出現においてそれぞれ独立して、水素原子または低級アルキル基を表し;
pは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
qは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
rは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
1つのRにおいて、p、qおよびrの和は3であり;
は、各出現においてそれぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表し;
は、各出現においてそれぞれ独立して、水素原子または低級アルキル基を表し;
kは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
lは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
mは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
αを付して括弧でくくられた単位において、k、lおよびmの和は3であり;
αは、それぞれ独立して、1〜9の整数であり;
ただし、1つのXに結合する(SiR α中には、RまたはR72を有するSi原子が、合計で2つ以上存在する。]
で表される化合物が提供される。
本発明の第2の要旨によれば、上記式(A1)または式(A2)で表される少なくとも1種の化合物を含有する表面処理剤が提供される。
本発明の第3の要旨によれば、基材と、該基材の表面に、上記の表面処理剤より形成された層とを含む物品が提供される。
本発明によれば、新規な(ポリ)エーテル基含有シラン化合物およびこれを含んで成る表面処理剤が提供される。この表面処理剤を用いることにより、指紋が付着した場合であっても、指紋の視認性が低く、また、摩擦耐久性に優れた表面処理層を形成することができる。
以下、本発明の化合物について説明する。
本明細書において用いられる場合、「炭化水素基」とは、炭素および水素を含む基であって、炭化水素から1個の水素原子を脱離させた基を意味する。かかる炭化水素基としては、特に限定されるものではないが、1つまたはそれ以上の置換基により置換されていてもよい、炭素数1〜20の炭化水素基、例えば、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基等が挙げられる。上記「脂肪族炭化水素基」は、直鎖状、分枝鎖状または環状のいずれであってもよく、飽和または不飽和のいずれであってもよい。また、炭化水素基は、1つまたはそれ以上の環構造を含んでいてもよい。尚、かかる炭化水素基は、その末端または分子鎖中に、1つまたはそれ以上のN、O、S、Si、アミド、スルホニル、シロキサン、カルボニル、カルボニルオキシ等を有していてもよい。
本明細書において用いられる場合、「炭化水素基」の置換基としては、特に限定されないが、例えば、ハロゲン原子;1個またはそれ以上のハロゲン原子により置換されていてもよい、C1−6アルキル基、C2−6アルケニル基、C2−6アルキニル基、C3−10シクロアルキル基、C3−10不飽和シクロアルキル基、5〜10員のヘテロシクリル基、5〜10員の不飽和ヘテロシクリル基、C6−10アリール基および5〜10員のヘテロアリール基から選択される1個またはそれ以上の基が挙げられる。
本明細書において用いられる場合、「2〜10価の有機基」とは、炭素を含有する2〜10価の基を意味する。かかる2〜10価の有機基としては、特に限定されないが、炭化水素基からさらに1〜9個の水素原子を脱離させた2〜10価の基が挙げられる。例えば、2価の有機基としては、特に限定されるものではないが、炭化水素基からさらに1個の水素原子を脱離させた2価の基が挙げられる。
本発明は、下記一般式(A1)または(A2):
Figure 0006443547
で表される少なくとも1種の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物を提供する。
上記式(A1)または(A2)中、Rは、ORを表す。
は、水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を表す。当該炭素数1〜20のアルキル基は、直鎖であっても、分枝鎖であってもよく、好ましくは直鎖である。炭素数1〜20のアルキル基は、好ましくは炭素数1〜10のアルキル基、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基であり得る。具体的には、炭素数1〜20のアルキル基は、好ましくはメチル基、エチル基またはn−プロピル基、より好ましくはメチル基である。Rは、好ましくは水素原子またはメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
上記式(A1)または(A2)中、PEは、各出現においてそれぞれ独立して、下記式:
−(C2aO)
(式中:
aは、bを付して括弧でくくられた単位毎にそれぞれ独立して、1〜6の整数であり、好ましくは2〜4の整数であり;
bは、各出現においてそれぞれ独立して、1〜200の整数であり、好ましくは5〜200の整数、より好ましくは5〜100の整数、さらに好ましくは5〜50の整数である。)
で表される基である。
上記式(A1)または(A2)中、PEは、各出現においてそれぞれ独立して、単結合、または下記式:
−(C2aO)
(式中、aおよびbは、上記と同意義である。)
で表される基である。
好ましい態様において、PEおよびPEにおける−(C2aO)−は、各出現においてそれぞれ独立して、式:
−(CO)−(CO)−(CO)
(式中:
c、dおよびeは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜200の整数、例えば1〜200の整数、好ましくは5〜200の整数、より好ましくは5〜100の整数、さらに好ましくは5〜50の整数であり;
c、dおよびeの和は1〜200であり、好ましくは5〜200、より好ましくは5〜100、さらに好ましくは5〜50であり;
添字c、dまたはeを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。)
で表される基である。
好ましい態様において、式(A1)または(A2)中、−(C2aO)−単位の少なくとも1つにおいて、aは4である。即ち、式(A1)または(A2)中は、少なくとも1つの−CO−基を含む。かかる−CO−基は、好ましくは直鎖である。−CO−基を含むことにより、本発明の化合物は、指紋の視認性を低く、また、指紋の跡を容易に消すことができる表面処理層を与えることができる
上記の態様において、(CO)単位数と、(CO)単位数と、(CO)単位数の比は特に限定されない。好ましい態様において、(CO)単位数および(CO)単位数は、それぞれ、(CO)単位数の100%以下、好ましくは80%以下、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは30%以下であり得る。
一の態様において、PEおよびPEにおける−(C2aO)−は、各出現においてそれぞれ独立して、式:
−(CO)−(CO)
(式中:
cおよびdは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜200の整数、例えば1〜200の整数、好ましくは5〜200の整数、より好ましくは5〜100の整数、さらに好ましくは5〜50の整数であり;
cおよびdの和は1〜200であり、好ましくは5〜200、より好ましくは5〜100、さらに好ましくは5〜50であり;
添字cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。)
で表される基である。
上記の態様において、(CO)単位数と(CO)単位数の比は特に限定されない。好ましい態様において、(CO)単位数は、(CO)単位数の100%以下、好ましくは80%以下、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは30%以下であり得る。
別の態様において、PEおよびPEは、各出現においてそれぞれ独立して、
−(CO)
−(CO)−、および
−(CO)
(式中、c、dおよびeは、それぞれ独立して、1〜200の整数、好ましくは5〜200の整数、より好ましくは5〜100の整数、さらに好ましくは5〜50の整数である。)
から選択される基である。即ち、この態様において、PEおよびPEは、それぞれ独立して、−(CO)−、−(CO)−、または−(CO)−で表されるホモポリマー単位である。好ましい態様において、式(A1)または(A2)中、少なくとも1つの−(CO)−ホモポリマー単位が存在する。また、式(A1)または(A2)中、−(CO)−ホモポリマー単位に加え、他の2種が存在してもよく、他の1種のみが存在してもよい。
上記の態様において、各ホモポリマー単位の存在比率は、特に限定されないが、好ましくは、−(CO)−ホモポリマー単位数および−(CO)−ホモポリマー単位数は、それぞれ、−(CO)−ホモポリマー単位数の80%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下であり得る。
好ましい態様において、PEおよびPEは、各出現においてそれぞれ独立して、
−(CO)−、および
−(CO)
(式中、cおよびdは、それぞれ独立して、1〜200の整数、好ましくは5〜200の整数、より好ましくは5〜100の整数、さらに好ましくは5〜50の整数である。)
から選択される基である。好ましい態様において、式(A1)または(A2)中、少なくとも1つの−(CO)−ホモポリマー単位を含む。
上記の態様において、各ホモポリマー単位の存在比率は、特に限定されないが、好ましくは、−(CO)−ホモポリマー単位数は、−(CO)−ホモポリマー単位数の80%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下であり得る。
より好ましい態様において、PEおよびPEは、各出現においてそれぞれ独立して、式:
−(CO)
(式中、cは、1〜200の整数、好ましくは5〜200の整数、より好ましくは5〜100の整数、さらに好ましくは5〜50の整数である。)
で表される基である。即ち、この態様において、PEおよびPEは、−CO−単位のみから成る。
上記ポリエーテルの繰り返し単位のうち、−(CO)−は、−(CHCHCHCHO)−、−(CH(CH)CHCHO)−、−(CHCH(CH)CHO)−、−(CHCHCH(CH)O)−、−(C(CHCHO)−、−(CHC(CHO)−、−(CH(CH)CH(CH)O)−、−(CH(C)CHO)−および−(CHCH(C)O)−のいずれであってもよいが、好ましくは−(CHCHCHCHO)−である。−(CO)−は、−(CHCHCHO)−、−(CH(CH)CHO)−および−(CHCH(CH)O)−のいずれであってもよいが、好ましくは−(CHCH(CH)O)−である。また、−(CO)−は、−(CHCHO)−および−(CH(CH)O)−のいずれであってもよいが、好ましくは−(CHCHO)−である。
上記式(A1)または(A2)中、Yは、各出現においてそれぞれ独立して、単結合または−CONH−R−NHCOO−を表す。
上記Rは、各出現においてそれぞれ独立して、二価の有機基を表す。
は、好ましくは、置換基を有していてもよい、炭素数1〜20の二価の脂肪族炭化水素基または炭素数3〜20の二価の芳香族炭化水素基、あるいはこれらの組み合わせであり得る。上記脂肪族炭化水素基は、直鎖状、分枝鎖状または環状のいずれであってもよい。一の態様において、Rは、置換基を有していてもよい、炭素数1〜20のアルキレン、炭素数3〜20のシクロアルキレン、または炭素数3〜20のアリーレン、あるいはこれらの組み合わせであり得る。上記置換基としては、好ましくは炭素数1〜6個のアルキル基が挙げられる。
一の態様において、Rは、下記式で表される基であり得る。
−(CHx’− (式中、x’は、1〜6の整数、例えば1〜4の整数である。);
Figure 0006443547
(式中、xおよびyは、それぞれ独立して、0〜6の整数、例えば0〜3または1〜3の整数であり;
zは、0〜10の整数、例えば0〜4または1〜4の整数である。)
Figure 0006443547
(式中、xおよびyは、それぞれ独立して、0〜6の整数、例えば0〜3または1〜3の整数であり;
zは、0〜4の整数、例えば0〜3または1〜3の整数である。)
尚、xまたはyが0である場合、−(CH−または−(CH−は、それぞれ単結合(結合手)を意味する。
上記式(A1)または(A2)中、nは、1〜50の整数であり、好ましくは1〜30の整数であり、例えば5〜30の整数または10〜20の整数である。
上記式(A1)または(A2)中、Xは、それぞれ独立して、単結合または2〜10価の有機基を表す。当該Xは、式(A1)および(A2)で表される化合物において、主に表面機能を提供するポリエーテル部(即ち、R−(PE−Y)−PE−部または−(PE−Y)−PE−部)と、基材との結合能を提供するシラン部(即ち、αを付して括弧でくくられた基)とを連結するリンカーと解される。従って、当該Xは、式(A1)および(A2)で表される化合物が安定に存在し得るものであれば、いずれの有機基であってもよい。
上記式中、αは1〜9の整数である。これらαは、Xの価数に応じて変化し得る。式(A1)および(A2)においては、αは、Xの価数から1を引いた値である。例えば、Xが10価の有機基である場合、αは9であり、Xが5価の有機基である場合、αは4であり、Xが2価の有機基である場合、αは1である。
上記Xは、好ましくは2〜8価、例えば3〜8価であり、より好ましくは2〜6価、例えば3〜6価である。
一の態様において、Xは、下記X1aであり得る。
上記X1aの例としては、特に限定するものではないが、例えば、下記式:
−(R30r’−[(R31p’−(Xq’]−
[式中:
30は、−CONH−または−CO−、好ましくは−CONH−であり;
r’は、0または1であり、
31は、単結合、−(CHs’−またはo−、m−もしくはp−フェニレン基を表し、好ましくは−(CHs’−であり、
s’は、1〜20の整数、好ましくは1〜6の整数、より好ましくは1〜3の整数、さらにより好ましくは1または2であり、
は、−(Xl’−を表し、
は、各出現においてそれぞれ独立して、−O−、−S−、o−、m−もしくはp−フェニレン基、−C(O)O−、−Si(R33−、−(Si(R33O)m’−Si(R33−、−CONR34−、−O−CONR34−、−NR34−および−(CHn’−からなる群から選択される基を表し、
33は、各出現においてそれぞれ独立して、フェニル基、C1−6アルキル基またはC1−6アルコキシ基を表し、好ましくはフェニル基またはC1−6アルキル基であり、より好ましくはメチル基であり、
34は、各出現においてそれぞれ独立して、水素原子、フェニル基またはC1−6アルキル基(好ましくはメチル基)を表し、
m’は、各出現において、それぞれ独立して、1〜100の整数、好ましくは1〜20の整数であり、
n’は、各出現において、それぞれ独立して、1〜20の整数、好ましくは1〜6の整数、より好ましくは1〜3の整数であり、
l’は、1〜10の整数、好ましくは1〜5の整数、より好ましくは1〜3の整数であり、
p’は、0または1であり、
q’は、0または1であり、
ここに、p’およびq’の少なくとも一方は1であり、[(R31p’−(Xq’]において、p’またはq’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は任意である]
で表される2価の基が挙げられる。ここに、R31およびX(典型的にはR31およびXの水素原子)は、C1−3アルキル基から選択される1個またはそれ以上の置換基により置換されていてもよい。
好ましくは、上記X1aは、−(R30r’−(R31p’−(Xq’−R32−である。R32は、単結合、−(CHt’−またはo−、m−もしくはp−フェニレン基を表し、好ましくは−(CHt’−である。t’は、1〜20の整数、好ましくは2〜6の整数、より好ましくは2〜3の整数である。ここに、R32(典型的にはR32の水素原子)は、C1−3アルキル基から選択される1個またはそれ以上の置換基により置換されていてもよい。
好ましくは、上記X1aは、
−R30−C1−20アルキレン基、
−R30−R31−X−R32−、
−R30−X−R32−、
1−20アルキレン基、
−R31−X−R32−、または
−X−R32
[式中、R30、R31およびR32は、上記と同意義である。]
であり得る。
より好ましくは、上記X1aは、
−R30−C1−20アルキレン基、
−R30−(CHs’−X−、
−R30−(CHs’−X−(CHt’
−R30−X−、
−R30−X−(CHt’−、
1−20アルキレン基、
−(CHs’−X−、
−(CHs’−X−(CHt’
−X−、または
−X−(CHt’
[式中、R30、s’およびt’は、上記と同意義である。]
である。
上記式中、Xは、
−O−、
−S−、
−C(O)O−、
−CONR34−、
−O−CONR34−、
−Si(R33−、
−(Si(R33O)m’−Si(R33−、
−O−(CHu’−(Si(R33O)m’−Si(R33−、
−O−(CHu’−Si(R33−O−Si(R33−CHCH−Si(R33−O−Si(R33−、
−O−(CHu’−Si(OCHOSi(OCH−、
−CONR34−(CHu’−(Si(R33O)m’−Si(R33−、
−CONR34−(CHu’−N(R34)−、または
−CONR34−(o−、m−またはp−フェニレン)−Si(R33
[式中、R33、R34およびm’は、上記と同意義であり、
u’は1〜20の整数、好ましくは2〜6の整数、より好ましくは2〜3の整数である。]を表す。Xは、好ましくは−O−である。
上記式中、Xは、
−S−、
−C(O)O−、
−CONR34−、
−CONR34−(CHu’−(Si(R33O)m’−Si(R33−、
−CONR34−(CHu’−N(R34)−、または
−CONR34−(o−、m−またはp−フェニレン)−Si(R33
[式中、各記号は、上記と同意義である。]
を表す。
より好ましくは、上記X1aは、
−R30−C1−20アルキレン基、
−R30−(CHs’−X−(CHt’−、
−R30−X−(CHt’−、
1−20アルキレン基、
−(CHs’−X−(CHt’−、または
−X−(CHt’
[式中、各記号は、上記と同意義である。]
であり得る。
さらにより好ましくは、上記X1aは、
−R30−C1−20アルキレン基、
−R30−(CHs’−O−(CHt’−、
−R30−(CHs’−(Si(R33O)m’−Si(R33−(CHt’−、
−R30−(CHs’−O−(CHu’−(Si(R33O)m’−Si(R33−(CHt’−、
−R30−(CHs’−O−(CHt’−Si(R33 −(CHu’−Si(R33−(Cv2v)−、
1−20アルキレン基、
−(CHs’−O−(CHt’−、
−(CHs’−(Si(R33O)m’−Si(R33−(CHt’−、
−(CHs’−O−(CHu’−(Si(R33O)m’−Si(R33−(CHt’−、または
−(CHs’−O−(CHt’−Si(R33 −(CHu’−Si(R33−(Cv2v)−
[式中、−R30、R33、m’、s’、t’およびu’は、上記と同意義であり、vは1〜20の整数、好ましくは2〜6の整数、より好ましくは2〜3の整数である。]
である。
上記式中、−(Cv2v)−は、直鎖であっても、分枝鎖であってもよく、例えば、−CHCH−、−CHCHCH−、−CH(CH)−、−CH(CH)CH−であり得る。
上記X1a基は、C1−3アルキル基から選択される1個またはそれ以上の置換基により置換されていてもよい。
別の態様において、X1a基としては、例えば下記の基が挙げられる:
Figure 0006443547
Figure 0006443547
[式中、R41は、それぞれ独立して、水素原子、フェニル基、炭素数1〜6のアルキル基、またはC1−6アルコキシ基、好ましくはメチル基であり;
Dは、
−CHO(CH−、
−CHO(CH−、
−CFO(CH−、
−(CH−、
−(CH−、
−(CH4−、
−CONH−(CH−、
−CONH−(CH−、
−CONH−(CH−、
−CO−(CH−、
−CO−(CH−、
−CO−(CH−、
−CON(CH)−(CH−、
−CON(Ph)−(CH−(式中、Phはフェニルを意味する)、および
Figure 0006443547
(式中、R42は、それぞれ独立して、水素原子、C1−6のアルキル基またはC1−6のアルコキシ基、好ましくはメチル基またはメトキシ基、より好ましくはメチル基を表す。)
から選択される基であり、
Eは、−(CH−(nは2〜6の整数)であり、
Dは、分子主鎖のPEに結合し、Eは、Si原子に結合する。]
上記X1aの具体的な例としては、例えば:
−CONH−(CH−、
−CONH−(CH−、
−CONH−(CH−、
−CO−(CH−、
−CO−(CH−、
−CO−(CH−、
−CHO(CH−、
−CHO(CH−、
−CHO(CH−、
−CHO(CHSi(CHOSi(CH(CH−、
−CHO(CHSi(CHOSi(CHOSi(CH(CH−、
−CHO(CHSi(CHO(Si(CHO)Si(CH(CH−、
−CHO(CHSi(CHO(Si(CHO)Si(CH(CH−、
−CHO(CHSi(CHO(Si(CHO)10Si(CH(CH−、
−CHO(CHSi(CHO(Si(CHO)20Si(CH(CH−、
−CHOCFCHFOCF−、
−CHOCFCHFOCFCF−、
−CHOCFCHFOCFCFCF−、
−CHOCHCFCFOCF−、
−CHOCHCFCFOCFCF−、
−CHOCHCFCFOCFCFCF−、
−CHOCHCFCFOCF(CF)CFOCF−、
−CHOCHCFCFOCF(CF)CFOCFCF−、
−CHOCHCFCFOCF(CF)CFOCFCFCF−、
−CHOCHCHFCFOCF−、
−CHOCHCHFCFOCFCF−、
−CHOCHCHFCFOCFCFCF−、
−CHOCHCHFCFOCF(CF)CFOCF−、
−CHOCHCHFCFOCF(CF)CFOCFCF−、
−CHOCHCHFCFOCF(CF)CFOCFCFCF
−CHOCH(CHCHSi(OCHOSi(OCH(CHSi(OCHOSi(OCH(CH−、
−CHOCHCHCHSi(OCHOSi(OCH(CH−、
−(CH−、
−(CH−、
−(CH−、
−(CH−、
−CONH−(CH−、
−CON(CH)−(CH−、
−CON(Ph)−(CH−(式中、Phはフェニルを意味する)、
−CONH−(CH−、
−CON(CH)−(CH−、
−CON(Ph)−(CH−(式中、Phはフェニルを意味する)、
−CONH−(CHNH(CH−、
−CONH−(CHNH(CH−、
−CHO−CONH−(CH−、
−CHO−CONH−(CH−、
−S−(CH−、
−(CHS(CH−、
−CONH−(CHSi(CHOSi(CH(CH−、
−CONH−(CHSi(CHOSi(CHOSi(CH(CH−、
−CONH−(CHSi(CHO(Si(CHO)Si(CH(CH−、
−CONH−(CHSi(CHO(Si(CHO)Si(CH(CH−、
−CONH−(CHSi(CHO(Si(CHO)10Si(CH(CH−、
−CONH−(CHSi(CHO(Si(CHO)20Si(CH(CH
−C(O)O−(CH−、
−C(O)O−(CH−、
−CH−O−(CH−Si(CH−(CH−Si(CH−(CH−、
−CH−O−(CH−Si(CH−(CH−Si(CH−CH(CH)−、
−CH−O−(CH−Si(CH−(CH−Si(CH−(CH−、
−CH−O−(CH−Si(CH−(CH−Si(CH−CH(CH)−CH−、
Figure 0006443547
などが挙げられる。
さらに別の態様において、Xは、X1bであり得る。X1b基の例として、下記の基が挙げられる:
Figure 0006443547
[式中、
41は、それぞれ独立して、水素原子、フェニル基、炭素数1〜6のアルキル基、またはC1−6アルコキシ基好ましくはメチル基であり;
各X基において、Tのうち任意のいくつかは、分子主鎖のPEに結合する以下の基:
−CHO(CH−、
−CHO(CH−、
−CFO(CH−、
−(CH−、
−(CH−、
−(CH4−、
−CONH−(CH−、
−CONH−(CH−、
−CONH−(CH−、
−CO−(CH−、
−CO−(CH−、
−CO−(CH−、
−CON(CH)−(CH−、
−CON(Ph)−(CH−(式中、Phはフェニルを意味する)、または
Figure 0006443547
[式中、R42は、それぞれ独立して、水素原子、C1−6のアルキル基またはC1−6のアルコキシ基、好ましくはメチル基またはメトキシ基、より好ましくはメチル基を表す。]
であり、別のTのいくつかは、Si原子に結合する−(CHn”−(n”は2〜6の整数)であり、存在する場合、残りは、それぞれ独立して、メチル基、フェニル基またはC1−6アルコキシ基である。
この態様において、X1aは3〜10価の有機基であり得る。この態様においては、基材との結合部位であるシラン部位(SiR )が、2つ以上存在し得る。このような構成とすることにより、表面処理層の摩擦耐久性を向上させることができる。
さらに別の態様において、Xは、下記Xであり得る。
は、−CONH−R61−R62(R61−NHCO−R63β−1
[式中:
61は、それぞれ独立して、二価の炭化水素基を表し;
62は、β価の有機基を表し;
βは、2〜6の整数であり;
63は、−O−R67(OR68(O−X1a−)を表し;
67は、γ価の有機基を表し;
γは、2〜8の整数であり;
68は、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基であり;
1aは、二価の有機基であって、上記したX1aと同意義であり;
sは、0〜6の整数であり;
tは、1〜7の整数であり;
sとtの和は、γ−1である。]
で表される基である。
上記R61は、それぞれ独立して、好ましくは置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数3〜10のシクロアルキレン基または炭素数3〜10のアリーレン基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、例えば炭素数3〜8のアルキレン基である。
62は、好ましくは置換基を有していてもよい2〜6価の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、脂肪族複素環基、芳香族基または芳香族複素環基である。
好ましい態様において、βは3〜6であり、即ち、R62は、3〜6価である。この態様においては、基材との結合部位である加水分解可能な基を有するシラン部位(SiR )が、2つ以上存在し得る。このような構成とすることにより、表面処理層の摩擦耐久性を向上させることができる。
上記Xにおいて、R63を除く部分(即ち、−CONH−R61−R62(R61−NHCO−)β−1)は、多官能イソシアネート残基として理解され得、例えば以下の構造を有する。
Figure 0006443547
67は、好ましくは置換基を有していてもよい2〜8価の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、脂肪族複素環基、芳香族基または芳香族複素環基である。
好ましい態様において、γは3〜8であり、即ち、R67は、3〜8価である。この態様においては、基材との結合部位である加水分解可能な基を有するシラン部位(SiR )が、2つ以上存在し得る。このような構成とすることにより、表面処理層の摩擦耐久性を向上させることができる。
上記R63において、X1aを除く部分(即ち、−O−R67(OR68(O−))は、ポリオール残基として理解され得、例えば以下の構造を有する。
Figure 0006443547
68は、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基、例えばメチル基またはエチル基であり、好ましくは水素原子である。
sは、0〜6の整数であり、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0または1、さらに好ましくは0である。
好ましい態様において、Xは、下記式:
Figure 0006443547
[式中、R61、R67、Xおよびtは、上記と同意義である。]
で表される基である。
この態様において、R61は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素数1〜8のアルキレン基、炭素数5〜8のシクロアルキレン基またはフェニレン基である。上記置換基としては、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、より好ましくはメチル基またはエチル基、さらに好ましくはメチル基である。
この態様において、R67は、2〜6価、好ましくは2〜4価、より好ましくは2価または3価の炭素数2〜6の炭化水素鎖であり得る。好ましくは、R67は、下記の基であり得る。
Figure 0006443547
[式中、*を付した結合手が、イソシアヌレート環側に結合する。]
この態様において、Xは、好ましくは炭素数1〜8のアルキレン基、より好ましくは炭素数2〜6のアルキレン基であり得る。
一の態様において、Xは、それぞれ独立して、3〜10価の有機基を表し、αは、それぞれ独立して、2〜9の整数である。この態様において、好ましくはαを付して括弧でくくられた単位のすべてが、水酸基または加水分解可能な基が結合したSi原子を含む。このような構成とすることにより、表面処理層の摩擦耐久性を向上させることができる。
上記式中、Rは、各出現においてそれぞれ独立して、−Z−SiR71 72 73 を表す。
式中、Zは、各出現においてそれぞれ独立して、酸素原子または2価の有機基を表す。
上記Zは、好ましくは、C1−6アルキレン基、−(CH−O−(CH−(式中、gは、1〜6の整数であり、hは、1〜6の整数である)または、−フェニレン−(CH−(式中、iは、0〜6の整数である)であり、より好ましくはC1−3アルキレン基である。これらの基は、例えば、フッ素原子、C1−6アルキル基、C2−6アルケニル基、およびC2−6アルキニル基から選択される1個またはそれ以上の置換基により置換されていてもよい。
式中、R71は、各出現においてそれぞれ独立して、Ra’を表す。Ra’は、Rと同意義である。
中、Z基を介して直鎖状に連結されるSiは最大で5個である。即ち、上記Rにおいて、R71が少なくとも1つ存在する場合、R中にZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子が2個以上存在するが、かかるZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子の数は最大で5個である。なお、「R中のZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子の数」とは、R中において直鎖状に連結される−Z−Si−の繰り返し数と等しくなる。
例えば、下記にR中においてZ基を介してSi原子が連結された一例を示す。
Figure 0006443547
上記式において、*は、主鎖のSiに結合する部位を意味し、…は、ZSi以外の所定の基が結合していること、即ち、Si原子の3本の結合手がすべて…である場合、ZSiの繰り返しの終了箇所を意味する。また、Siの右肩の数字は、*から数えたZ基を介して直鎖状に連結されたSiの出現数を意味する。即ち、SiでZSi繰り返しが終了している鎖は「R中のZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子の数」が2個であり、同様に、Si、SiおよびSiでZSi繰り返しが終了している鎖は、それぞれ、「R中のZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子の数」が3、4および5個である。なお、上記の式から明らかなように、R中には、ZSi鎖が複数存在するが、これらはすべて同じ長さである必要はなく、それぞれ任意の長さであってもよい。
好ましい態様において、下記に示すように、「R中のZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子の数」は、すべての鎖において、1個(左式)または2個(右式)である。
Figure 0006443547
一の態様において、R中のZ基を介して直鎖状に連結されるSi原子の数は1個または2個、好ましくは1個である。
式中、R72は、各出現においてそれぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表す。
上記「加水分解可能な基」とは、本明細書において用いられる場合、加水分解反応を受け得る基を意味する。加水分解可能な基の例としては、−OR、−OCOR、−O−N=C(R)、−N(R)、−NHR、ハロゲン(これら式中、Rは、置換または非置換の炭素数1〜4のアルキル基を示す)などが挙げられ、好ましくは−OR(アルコキシ基)である。Rの例には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基などの非置換アルキル基;クロロメチル基などの置換アルキル基が含まれる。それらの中でも、アルキル基、特に非置換アルキル基が好ましく、メチル基またはエチル基がより好ましい。水酸基は、特に限定されないが、加水分解可能な基が加水分解して生じたものであってよい。
好ましくは、R72は、−OR(式中、Rは、置換または非置換のC1−3アルキル基、より好ましくはメチル基を表す)である。
式中、R73は、各出現においてそれぞれ独立して、水素原子または低級アルキル基を表す。該低級アルキル基は、好ましくは炭素数1〜20のアルキル基、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、さらに好ましくはメチル基である。
式中、pは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;qは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;rは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数である。ただし、p、qおよびrの和は3である。
好ましい態様において、R中の末端のR’(R’が存在しない場合、R)において、上記qは、好ましくは2以上、例えば2または3であり、より好ましくは3である。
上記式中、Rは、各出現においてそれぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表す。
上記「加水分解可能な基」とは、R72の記載と同意義であり、好ましくは、−OR、−OCOR、−O−N=C(R)、−N(R)、−NHR、ハロゲン(これら式中、Rは、置換または非置換の炭素数1〜4のアルキル基を示す)であり、好ましくは−ORである。Rは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基などの非置換アルキル基;クロロメチル基などの置換アルキル基が含まれる。それらの中でも、アルキル基、特に非置換アルキル基が好ましく、メチル基またはエチル基がより好ましい。水酸基は、特に限定されないが、加水分解可能な基が加水分解して生じたものであってよい。より好ましくは、Rは、−OR(式中、Rは、置換または非置換のC1−3アルキル基、より好ましくはメチル基を表す)である。
上記式中、Rは、各出現においてそれぞれ独立して、水素原子または低級アルキル基を表す。該低級アルキル基は、好ましくは炭素数1〜20のアルキル基、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、さらに好ましくはメチル基である。
式中、kは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;lは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;mは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数である。ただし、k、lおよびmの和は、3である。
好ましい態様において、kは1〜3、より好ましく2または3、さらに好ましくは3である。即ち、Rが存在する。この態様においては、基材との結合部位である加水分解可能な基を有するシラン部位が、2つ以上存在し得る。このような構成とすることにより、表面処理層の摩擦耐久性を向上させることができる。
本発明の化合物において、Xが二価の有機基である場合、kは1〜3、より好ましく2または3、さらに好ましくは3である。この態様において、αを付して括弧でくくられた単位は、水酸基または加水分解可能な基が結合したSi原子を2個以上含む。このような構成とすることにより、表面処理層の摩擦耐久性を向上させることができる。
本発明の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物の数平均分子量は、好ましくは200以上、より好ましくは500以上であり、好ましくは10,000以下、より好ましくは5,000以下、さらに好ましくは2,000以下である。このような数平均分子量を有することにより、基材に付着した指紋の視認性が低くなり、また、付着した指紋を、容易に、例えば布等で拭うことにより、見えなくする(または、視認性をより低下させる)ことができる。
本発明の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物におけるポリエーテル部(PE基)の数平均分子量は、特に限定されるものではないが、好ましくは200以上、より好ましくは500以上であり、好ましくは10,000以下、より好ましくは5,000以下、さらに好ましくは2,000以下であり得る。PEがこのような数平均分子量を有することにより、基材に付着した指紋の視認性が低くなり、また、付着した指紋を拭うことにより、指紋の視認性を容易に低くすることができる。
本発明において、「数平均分子量」は、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)分析により測定される。
本発明の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物は、好ましくは−70℃以上であり、好ましくは40℃以下、より好ましくは30℃以下、さらに好ましくは20℃以下のガラス転移温度(Tg)を有し得る。このようなガラス転移温度を有することにより、基材に付着した指紋の視認性が低くなり、また、付着した指紋を拭うことにより、指紋の視認性を容易に低くすることができる。
本発明において、「ガラス転移温度」は、示差走査熱量分析により測定される。
本発明の化合物は、ポリエーテル基の少なくとも一方の末端に、基材との結合部位である水酸基または加水分解可能な基を有するシラン部位が、2つ以上存在し得る。従って、基材に強固に結合することができ、高い摩擦耐久性を達成できると考えられる。
式(A1)および式(A2)で表される(ポリ)エーテル基含有シラン化合物は、公知の方法により製造することができる。
例えば、PEおよびPEに対応するポリエーテル基含有ジアルコールと、Yに対応するジイソシアネート基を反応させて、R−(PE−Y)−PE−Hを合成し、次いで、R−(PE−Y)−PE−Hの末端のOH基と、−X−SiR に対応するイソシアネート基を末端に有するシラン化合物を反応させることにより得ることができる。
本発明の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物を製造する際の反応条件は、当業者であれば適宜好ましい範囲に調整することが可能である。
次に、本発明の表面処理剤について説明する。
本発明の表面処理剤は、式(A1)および式(A2)のいずれかで表される少なくとも1種の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物を含有する。
本発明の表面処理剤は、特に限定されないが、構造に応じて、親水性、親油性、防汚性、表面滑り性、拭き取り性、摩擦耐久性等を基材に対して付与することができる。
特に、本発明の化合物を含む表面処理剤を用いて、基材上に形成された表面処理層は、親油性が高い。即ち、本発明の化合物を含む表面処理剤は、n−ヘキサデカンに対する接触角が、好ましくは40°以下、より好ましくは30°以下、さらに好ましくは25°以下であり、また、好ましくは10°以上、より好ましくは15°以上である表面処理層を形成することができる。従って、指紋が付着した場合であっても、接触角が小さいことから、視認性が低く、指紋が目立たない。
また、本発明の化合物を含む表面処理剤を用いて、基材上に形成された表面処理層は、表面滑り性が高い。即ち、本発明の化合物を含む表面処理剤は、動摩擦係数が、好ましくは0.30以下、より好ましくは0.25以下、さらに好ましくは0.20以下、より好ましくは0.15以下、さらに好ましくは0.10以下である表面処理層を形成することができる。
一の態様において、本発明の表面処理剤は、式(A1)で表される少なくとも1種の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物を含有する。
本発明の表面処理剤は、溶媒で希釈されていてもよい。このような溶媒としては、特に限定されず、各種汎用溶剤を用いることができる。例えば、本発明の表面処理剤に含まれる溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテルペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、二硫化炭素、ベンゼン、トルエン、キシレン、ニトロベンゼン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ダイグライム、トリグライム、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ブタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エタノール、メタノール、およびジアセトンアルコールが挙げられる。これらの溶媒は、単独で、または、2種以上の混合物として用いることができる。
本発明の表面処理剤は、本発明の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物に加え、他の成分を含んでいてもよい。かかる他の成分としては、特に限定されるものではないが、ポリオール、触媒などが挙げられる。
上記ポリオールとしては、下記式:
HO−(Ca’2a’O)b’−OH
[式中:
a’は、b’を付して括弧でくくられた単位毎にそれぞれ独立して、1〜6の整数であり;
b’は、各出現においてそれぞれ独立して、1〜300の整数である。]
で表される化合物であり得る。当該ポリオールは、ブロックポリマーであっても、ランダムポリマーであってもよい。ポリオールを加えることにより、より優れた表面滑り性、摩擦耐久性、拭き取った後の指紋視認性を低下させる性能を得ることができる。
好ましい態様において、−(Ca’2a’O)b’−は、下記式:
−(CO)c’−(CO)d’−(CO)e’
(式中:
c’、d’およびe’は、各出現においてそれぞれ独立して、0〜300の整数、例えば1〜300の整数、好ましくは5〜200の整数、より好ましくは10〜100の整数であり;
c’、d’およびe’の和は1〜200であり、好ましくは5〜200、より好ましくは10〜100であり;
添字c’、d’またはe’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。)
で表される基である。
別の態様において、−(Ca’2a’O)b’−は、下記式:
−(CO)c’
−(CO)d’−、および
−(CO)e’
(式中、c’、d’およびe’は、それぞれ独立して、1〜300の整数、好ましくは5〜200の整数、より好ましくは10〜100の整数である。)
から選択される基である。
上記ポリオールの数平均分子量は、好ましくは1,000〜30,000であり、より好ましくは5,000〜20,000であり、例えば8,000〜20,000または10,000〜20,000であり得る。
本発明の表面処理剤中、ポリオールは、上記本発明のポリエーテル基含有シラン化合物の合計100質量部(2種以上の場合にはこれらの合計、以下も同様)に対して、例えば0〜500質量部、好ましくは0〜400質量部、より好ましくは25〜400質量部で含まれ得る。
好ましい態様において、真空蒸着法により表面処理層を形成する場合には、式(A1)または式(A2)で表される化合物の平均分子量よりも、上記ポリオールの平均分子量を大きくしてもよい。このような式(A1)または式(A2)で表される化合物およびポリオールの平均分子量とすることにより、より優れた表面滑り性と摩擦耐久性を得ることができる。
上記触媒としては、酸(例えば酢酸、トリフルオロ酢酸等)、塩基(例えばアンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン等)、遷移金属(例えばTi、Ni、Sn等)等が挙げられる。
触媒は、本発明の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物の加水分解および脱水縮合を促進し、表面処理層の形成を促進する。
本発明の表面処理剤は、多孔質物質、例えば多孔質のセラミック材料、金属繊維、例えばスチールウールを綿状に固めたものに含浸させて、ペレットとすることができる。当該ペレットは、例えば、真空蒸着に用いることができる。
次に、本発明の物品について説明する。
本発明の物品は、基材と、該基材の表面に本発明の表面処理剤より形成された層(表面処理層)とを含む。この物品は、例えば以下のようにして製造できる。
まず、基材を準備する。本発明に使用可能な基材は、例えばガラス、サファイアガラス、樹脂(天然または合成樹脂、例えば一般的なプラスチック材料であってよく、板状、フィルム、その他の形態であってよい)、金属(アルミニウム、銅、鉄等の金属単体または合金等の複合体であってよい)、セラミックス、半導体(シリコン、ゲルマニウム等)、繊維(織物、不織布等)、毛皮、皮革、木材、陶磁器、石材等、建築部材等、任意の適切な材料で構成され得る。好ましくは、基材は、ガラスまたはサファイアガラスである。
上記ガラスとしては、ソーダライムガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、クリスタルガラス、石英ガラスが好ましく、化学強化したソーダライムガラス、化学強化したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス、および化学結合したホウ珪酸ガラスが特に好ましい。
樹脂としては、アクリル樹脂、ポリカーボネートが好ましい。
例えば、製造すべき物品が光学部材である場合、基材の表面を構成する材料は、光学部材用材料、例えばガラスまたは透明プラスチックなどであってよい。また、製造すべき物品が光学部材である場合、基材の表面(最外層)に何らかの層(または膜)、例えばハードコート層や反射防止層などが形成されていてもよい。反射防止層には、単層反射防止層および多層反射防止層のいずれを使用してもよい。反射防止層に使用可能な無機物の例としては、SiO、SiO、ZrO、TiO、TiO、Ti、Ti、Al、Ta、CeO、MgO、Y、SnO、MgF、WOなどが挙げられる。これらの無機物は、単独で、またはこれらの2種以上を組み合わせて(例えば混合物として)使用してもよい。多層反射防止層とする場合、その最外層にはSiOおよび/またはSiOを用いることが好ましい。製造すべき物品が、タッチパネル用の光学ガラス部品である場合、透明電極、例えば酸化インジウムスズ(ITO)や酸化インジウム亜鉛などを用いた薄膜を、基材(ガラス)の表面の一部に有していてもよい。また、基材は、その具体的仕様等に応じて、絶縁層、粘着層、保護層、装飾枠層(I−CON)、霧化膜層、ハードコーティング膜層、偏光フィルム、相位差フィルム、および液晶表示モジュールなどを有していてもよい。
基材の形状は特に限定されない。また、表面処理層を形成すべき基材の表面領域は、基材表面の少なくとも一部であればよく、製造すべき物品の用途および具体的仕様等に応じて適宜決定され得る。
かかる基材としては、少なくともその表面部分が、水酸基を元々有する材料から成るものであってよい。かかる材料としては、ガラスが挙げられ、また、表面に自然酸化膜または熱酸化膜が形成される金属(特に卑金属)、セラミックス、半導体等が挙げられる。あるいは、樹脂等のように、水酸基を有していても十分でない場合や、水酸基を元々有していない場合には、基材に何らかの前処理を施すことにより、基材の表面に水酸基を導入したり、増加させたりすることができる。かかる前処理の例としては、プラズマ処理(例えばコロナ放電)や、イオンビーム照射が挙げられる。プラズマ処理は、基材表面に水酸基を導入または増加させ得ると共に、基材表面を清浄化する(異物等を除去する)ためにも好適に利用され得る。また、かかる前処理の別の例としては、炭素−炭素不飽和結合基を有する界面吸着剤をLB法(ラングミュア−ブロジェット法)や化学吸着法等によって、基材表面に予め単分子膜の形態で形成し、その後、酸素や窒素等を含む雰囲気下にて不飽和結合を開裂する方法が挙げられる。
またあるいは、かかる基材としては、少なくともその表面部分が、別の反応性基、例えばSi−H基を1つ以上有するシリコーン化合物や、アルコキシシランを含む材料から成るものであってもよい。
次に、かかる基材の表面に、上記の本発明の表面処理剤の膜を形成し、この膜を必要に応じて後処理し、これにより、本発明の表面処理剤から表面処理層を形成する。
本発明の表面処理剤の膜形成は、上記の表面処理剤を基材の表面に対して、該表面を被覆するように適用することによって実施できる。被覆方法は、特に限定されない。例えば、湿潤被覆法および乾燥被覆法を使用できる。
湿潤被覆法の例としては、浸漬コーティング、スピンコーティング、フローコーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、グラビアコーティングおよび類似の方法が挙げられる。
乾燥被覆法の例としては、蒸着(通常、真空蒸着)、スパッタリング、CVDおよび類似の方法が挙げられる。蒸着法(通常、真空蒸着法)の具体例としては、抵抗加熱、電子ビーム、マイクロ波等を用いた高周波加熱、イオンビームおよび類似の方法が挙げられる。CVD方法の具体例としては、プラズマ−CVD、光学CVD、熱CVDおよび類似の方法が挙げられる。
更に、常圧プラズマ法による被覆も可能である。
湿潤被覆法を使用する場合、本発明の表面処理剤は、溶媒で希釈されてから基材表面に適用され得る。本発明の表面処理剤の安定性および溶媒の揮発性の観点から、次の溶媒が好ましく使用される:アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテルペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、二硫化炭素、ベンゼン、トルエン、キシレン、ニトロベンゼン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ダイグライム、トリグライム、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ブタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エタノール、メタノール、およびジアセトンアルコール。これらの溶媒は、単独で、または、2種以上を組み合わせて混合物として用いることができる。さらに、例えば、(ポリ)エーテル基含有シラン化合物の溶解性を調整する等のために、別の溶媒と混合することもできる。
乾燥被覆法を使用する場合、本発明の表面処理剤は、そのまま乾燥被覆法に付してもよく、または、上記した溶媒で希釈してから乾燥被覆法に付してもよい。
膜形成は、膜中で本発明の表面処理剤が、加水分解および脱水縮合のための触媒と共に存在するように実施することが好ましい。簡便には、湿潤被覆法による場合、本発明の表面処理剤を溶媒で希釈した後、基材表面に適用する直前に、本発明の表面処理剤の希釈液に触媒を添加してよい。乾燥被覆法による場合には、触媒添加した本発明の表面処理剤をそのまま蒸着(通常、真空蒸着)処理するか、あるいは鉄や銅などの金属多孔体に、触媒添加した本発明の表面処理剤を含浸させたペレット状物質を用いて蒸着(通常、真空蒸着)処理をしてもよい。
触媒には、任意の適切な酸または塩基を使用できる。酸触媒としては、例えば、酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸などを使用できる。また、塩基触媒としては、例えばアンモニア、有機アミン類などを使用できる。
次に、必要に応じて、膜を後処理する。この後処理は、特に限定されないが、例えば、水分供給および乾燥加熱を逐次的に実施するものであってよく、より詳細には、以下のようにして実施してよい。
上記のようにして基材表面に本発明の表面処理剤を膜形成した後、この膜(以下、「前駆体膜」とも言う)に水分を供給する。水分の供給方法は、特に限定されず、例えば、前駆体膜(および基材)と周囲雰囲気との温度差による結露や、水蒸気(スチーム)の吹付けなどの方法を使用してよい。
前駆体膜に水分が供給されると、本発明の表面処理剤中の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物のSiに結合した加水分解可能な基に水が作用し、当該化合物を速やかに加水分解させることができると考えられる。
水分の供給は、例えば0〜250℃、好ましくは60℃以上、さらに好ましくは100℃以上とし、好ましくは180℃以下、さらに好ましくは150℃以下の雰囲気下にて実施し得る。このような温度範囲において水分を供給することにより、加水分解を進行させることが可能である。このときの圧力は特に限定されないが、簡便には常圧とし得る。
次に、該前駆体膜を該基材の表面で、60℃を超える乾燥雰囲気下にて加熱する。乾燥加熱方法は、特に限定されず、前駆体膜を基材と共に、60℃を超え、好ましくは100℃を超える温度であって、例えば250℃以下、好ましくは180℃以下の温度で、かつ不飽和水蒸気圧の雰囲気下に配置すればよい。このときの圧力は特に限定されないが、簡便には常圧とし得る。
このような雰囲気下では、本発明の(ポリ)エーテル基含有シラン化合物間では、加水分解後のSiに結合した基同士が速やかに脱水縮合する。また、かかる化合物と基材との間では、当該化合物の加水分解後のSiに結合した基と、基材表面に存在する反応性基との間で速やかに反応し、基材表面に存在する反応性基が水酸基である場合には脱水縮合する。その結果、(ポリ)エーテル基含有シラン化合物と基材との間で結合が形成される。
上記の水分供給および乾燥加熱は、過熱水蒸気を用いることにより連続的に実施してもよい。
過熱水蒸気は、飽和水蒸気を沸点より高い温度に加熱して得られるガスであって、常圧下では、100℃を超え、一般的には500℃以下、例えば300℃以下の温度で、かつ、沸点を超える温度への加熱により不飽和水蒸気圧となったガスである。本発明では、パーフルオロ(ポリ)エーテル基含有シラン化合物の分解を抑制する観点から、好ましくは、250℃以下、好ましくは180℃以下の過熱水蒸気が水分供給および乾燥加熱に用いられる。前駆体膜を形成した基材を過熱水蒸気に曝すと、まず、過熱水蒸気と、比較的低温の前駆体膜との間の温度差により、前駆体膜表面にて結露が生じ、これによって前駆体膜に水分が供給される。やがて、過熱水蒸気と前駆体膜との間の温度差が小さくなるにつれて、前駆体膜表面の水分は過熱水蒸気による乾燥雰囲気中で気化し、前駆体膜表面の水分量が次第に低下する。前駆体膜表面の水分量が低下している間、即ち、前駆体膜が乾燥雰囲気下にある間、基材の表面の前駆体膜は過熱水蒸気と接触することによって、この過熱水蒸気の温度(常圧下では100℃を超える温度)に加熱されることとなる。従って、過熱水蒸気を用いれば、前駆体膜を形成した基材を過熱水蒸気に曝すだけで、水分供給と乾燥加熱とを連続的に実施することができる。
以上のようにして後処理が実施され得る。かかる後処理は、摩擦耐久性を一層向上させるために実施され得るが、本発明の物品を製造するのに必須でないことに留意されたい。例えば、本発明の表面処理剤を基材表面に適用した後、そのまま静置しておくだけでもよい。
上記のようにして、基材の表面に、本発明の表面処理剤の膜に由来する表面処理層が形成され、本発明の物品が製造される。これにより得られる表面処理層は、高い摩擦耐久性を有する。また、この表面処理層は、高い摩擦耐久性に加えて、付着した指紋を容易に見えなくすることができ、さらに、使用する表面処理剤の組成にもよるが、撥水性、撥油性、防汚性(例えば指紋等の汚れの付着を防止する)、防水性(電子部品等への水の浸入を防止する)、表面滑り性(または潤滑性、例えば指紋等の汚れの拭き取り性や、指に対する優れた触感)などを有し得、機能性薄膜として好適に利用され得る。
本発明によって得られる表面処理層を有する物品は、特に限定されるものではないが、光学部材であり得る。光学部材としては、例えば、下記の光学部材が挙げられる:例えば、陰極線管(CRT:例、TV、パソコンモニター)、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、無機薄膜ELドットマトリクスディスプレイ、背面投写型ディスプレイ、蛍光表示管(VFD)、電界放出ディスプレイ(FED:Field Emission Display)などのディスプレイまたはそれらのディスプレイの前面保護板、反射防止板、偏光板、アンチグレア板、あるいはそれらの表面に反射防止膜処理を施したもの;眼鏡などのレンズ;携帯電話、携帯情報端末などの機器のタッチパネルシート;ブルーレイ(Blu−ray(登録商標))ディスク、DVDディスク、CD−R、MOなどの光ディスクのディスク面;光ファイバー;時計の表示面など。
本発明によって得られる表面処理層を有する他の物品は、窯業製品、塗面、布製品、皮革製品、医療品およびプラスターなどを挙げることができる
また、本発明によって得られる表面処理層を有する他の物品は、医療機器または医療材料であってもよい。
表面処理層の厚さは、特に限定されない。光学部材の場合、表面処理層の厚さは、1〜50nm、好ましくは1〜30nm、より好ましくは1〜15nmの範囲であることが、光学性能、表面滑り性、摩擦耐久性および防汚性の点から好ましい。
以上、本発明の表面処理剤を使用して得られる物品について詳述した。なお、本発明の表面処理剤の用途、使用方法ないし物品の製造方法などは、上記で例示したものに限定されない。
本発明の表面処理剤について、以下の実施例を通じてより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、本実施例において、以下に示される化学式はすべて平均組成を示す。
(化合物の合成)
実施例1
ポリテトラメチレングリコール(分子量650)6.5gをテトラヒドロフラン10gに溶解させ、水素化ナトリウム0.96gを加えた。アリルブロミド7.3gを滴下し、50度で3時間撹拌した。室温まで放冷した後、飽和塩化アンモニウム水溶液70mlをゆっくり加え、分液後上層を回収し、溶剤および未反応物を減圧留去した。得られたオイル状の生成物5gをトルエン10g、テトラメチルシクロテトラシロキサン3.6g、1,3−ジビニルー1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン白金(0)錯体のキシレン溶液0.25g(Pt単体として5mgを含有)の混合溶液に滴下し、60度で3時間撹拌した。その後、溶剤および未反応物を減圧留去した。得られた化合物8.5g、トルエン10g、ビニルトリメトキシシラン8.3g、1,3−ジビニルー1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン白金(0)錯体のキシレン溶液0.25g(Pt単体として5mgを含有)を混合し、60℃で5時間撹拌した。その後活性炭1gを加え室温で一晩撹拌した。活性炭を濾過した後、溶剤および未反応物を減圧留去したところオイル状の生成物13gを得た。1H−NMRより下記式に示される化合物であることを確認した。
Figure 0006443547
式中、nは約9である。
実施例2
滴下漏斗、撹拌機、温度計を備えた4ツ口フラスコにグリセリン2.0g、酢酸エチルを5g入れ撹拌し、撹拌混合し、系内を均一にした。次いで[OH]/[NCO]=3/2になるように3−(トリエトキシシリル)プロピルイソシアネート5.74g、および触媒としてのジ−n−ブチルスズジラウレート0.05gの混合物を滴下漏斗より滴下し、撹拌し室温にて12時間反応させた。FT−IRにて2260cm−1のイソシアネートのピーク消失を確認した後、3官能イソシアネートであるスミジュールN3300(住友化学社製)を[OH]/[NCO]=2/3の比率になるように3.56g秤量し、同重量の酢酸エチルに溶解させて滴下し、撹拌反応させ、イソシアネート基を有する4官能シラン化合物Aを得た。次いで得られたシラン化合物Aとポリテトラメチレングリコール(分子量650)を[OH]/[NCO]=2/1になるよう混合し、1分子当たり平均4個のシランを有する化合物2を得た。FT−IRにて2260cm−1のイソシアネートのピーク消失で反応の完了を確認した。
実施例3
シラン化合物Aとポリテトラメチレングリコール(分子量650)を用い、[OH]/[NCO]=1/1の比率になるよう混合反応させ、1分子当たり平均8個のシラン分子を有する化合物3(代表的には、下記構造式を有する)を得た。FT−IRにて2260cm−1のイソシアネートのピーク消失で反応の完了を確認した。
Figure 0006443547
式中、nは約9である。
比較例1
滴下漏斗、撹拌機、温度計を備えた4ツ口フラスコにポリテトラメチレングリコール(分子量650)を10.0g、酢酸エチルを10.0g投入し、撹拌混合し、系内を均一にした。次いで、3−(トリエトキシシリル)プロピルイソシアネートを3.80g、および触媒としてのジ−n−ブチルスズジラウレート0.05gの混合物を滴下漏斗より滴下し、撹拌し室温にて12時間反応させ、化合物4を得た。FT−IRにて2260cm−1のイソシアネートのピーク消失で反応の完了を確認した。
(表面処理層の形成)
実施例4
上記実施例1で得た化合物1を、濃度20wt%の酢酸エチル溶液になるよう調製し、表面処理剤を調製した。表面処理剤を化学強化ガラス(コーニング社製、「ゴリラ」ガラス、厚さ0.7mm)上に真空蒸着(圧力3.0×10−3Pa)した。化学強化ガラス1枚(55mm×100mm)あたり、表面処理剤2mg(即ち、実施例1の化合物1を0.4mg含有)を蒸着させた。その後、蒸着膜付き化学強化ガラスを、温度20℃および湿度65%の雰囲気下で24時間静置した。これにより、蒸着膜が硬化して、表面処理層が形成された。
実施例5
実施例1の化合物に代えて、実施例2の化合物2を用いたこと以外は、実施例4と同様にして、表面処理剤を調製し、表面処理層を形成した。
実施例6
実施例1の化合物に代えて、実施例3の化合物3を用いたこと以外は、実施例4と同様にして、表面処理剤を調製し、表面処理層を形成した。
比較例2
実施例1の化合物に代えて、比較例1の化合物4を用いたこと以外は、実施例4と同様にして、表面処理剤を調製し、表面処理層を形成した。
試験例
・表面滑り性評価(動摩擦係数(COF)の測定)
上記の実施例4〜6および比較例2にて基材表面に形成された表面処理層について、表面性測定機(Labthink社製 FPT−1)を用いて、摩擦子として紙を使用し、ASTM D4917に準拠し、動摩擦係数(−)を測定した。具体的には、表面処理層を形成した機材を水平配置し、摩擦子(2cm×2cm)を表面処理層の露出上面に接触させ、その上に200gfの荷重を付与し、その後、荷重を加えた状況で摩擦子を500mm/秒の速度で平衡移動させて動摩擦係数を測定した。結果を表1に示す。
・視認性評価
上記の実施例4〜6および比較例2にて基材表面に形成された表面処理層について、付着した指紋の視認性、拭取り性を評価した。具体的には、指紋を付着させた処理基材をアルミ金属板の上に載せ、暗室内で基材に対し60度の入射角で蛍光灯の光を当て、光源と逆側60度の角度から基材に付着した指紋の見え方を目視にて確認、以下3段階で評価した。
1:指紋付着部が全く見えない。
2:指紋付着部がわずかに見える。
3:指紋付着部が白くくっきり見える。
・拭き取り性評価
指紋付着試験後の基材をキムワイプにて、100gfの荷重で拭取り指紋の拭取れ具合を目視で確認、以下3段階で評価した。
1:2往復以内の拭取りで指紋が見えなくなった。
2:3〜5往復の拭きとりで指紋が見えなくなった。
3:5往復でも指紋の跡が残った。
・接触角評価
水およびn−ヘキサデカンの静的接触角を、接触角計(協和界面科学社製、「DropMaster」)を用いて、それぞれ1μLの液量で測定した。結果を表1に示す。
Figure 0006443547
上記の結果から、本発明の化合物を含む表面処理剤により形成された表面処理層は、指紋が付着した場合であっても、指紋の視認性が低く、かつ、摩擦耐久性が高いことが確認された。
本発明は、種々多様な基材、特に透過性が求められる光学部材の表面に、表面処理層を形成するために好適に利用され得る。

Claims (19)

  1. 下記一般式(A1)または(A2):
    Figure 0006443547
    [式中:
    は、ORを表し;
    は、水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を表し;
    PEは、各出現においてそれぞれ独立して、式:
    −(C2aO)
    (式中:
    aは、bを付して括弧でくくられた単位毎にそれぞれ独立して、1〜の整数であり; bは、各出現においてそれぞれ独立して、〜200の整数であり;
    aが4である場合、−(C O)−は、−(CH CH CH CH O)−であり;
    aが3である場合、−(C O)−は、−(CH CH CH O)−であり;
    aが2である場合、−(C O)−は、−(CH CH O)である。)で表される基であり;
    Yは、各出現においてそれぞれ独立して、単結合または−CONH−R−NHCOO−を表し;
    は、各出現においてそれぞれ独立して、二価の有機基を表し;
    nは、1〜50の整数であり;
    PEは、単結合または上記−(C2aO)−基を表し;
    Xは、それぞれ独立して、単結合または2〜10価の有機基を表し;
    は、各出現においてそれぞれ独立して、−Z−SiR71 72 73 を表し;
    Zは、各出現においてそれぞれ独立して、酸素原子またはC 1−6 アルキレン基、−(CH −O−(CH −(式中、gは、1〜6の整数であり、hは、1〜6の整数である)または、−フェニレン−(CH −(式中、iは、0〜6の整数である)を表し;
    71は、各出現においてそれぞれ独立して、Ra’を表し;
    a’は、Rと同意義であり;
    中、Z基を介して直鎖状に連結されるSiは最大で5個であり;
    72は、各出現においてそれぞれ独立して、水酸基、−OR、−OCOR、−O−N=C(R) 、−N(R) 、−NHR、またはハロゲン(これら式中、Rは、置換または非置換の炭素数1〜4のアルキル基を示す)を表し;
    73は、各出現においてそれぞれ独立して、水素原子または低級アルキル基を表し;
    pは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
    qは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
    rは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
    1つのRにおいて、p、qおよびrの和は3であり;
    は、各出現においてそれぞれ独立して、水酸基、−OR、−OCOR、−O−N=C(R) 、−N(R) 、−NHR、ハロゲン(これら式中、Rは、置換または非置換の炭素数1〜4のアルキル基を示す)を表し;
    は、各出現においてそれぞれ独立して、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表し;
    kは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
    lは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
    mは、各出現においてそれぞれ独立して、0〜3の整数であり;
    αを付して括弧でくくられた単位において、k、lおよびmの和は3であり;
    αは、それぞれ独立して、1〜9の整数であり;
    ただし、1つのXに結合する(SiR α中には、RまたはR72を有するSi原子が、合計で2つ以上存在する。]
    で表される化合物。
  2. Xが、それぞれ独立して、3〜10価の有機基を表し、αが、それぞれ独立して、2〜9の整数であることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
  3. kが1〜3の整数であることを特徴とする、請求項1または2に記載の化合物。
  4. 式(A1):
    Figure 0006443547
    [式中、R、PE、PE、X、Y、R、R、R、k、l、m、nおよびαは、請求項1の記載と同意義である。]
    で表される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。
  5. PEおよびPEにおける−(C2aO)−が、それぞれ独立して、式:
    −(CO)−(CO)−(CO)
    (式中:
    c、dおよびeは、それぞれ独立して、0〜200の整数であり;
    c、dおよびeの和は〜200であり;
    添字c、dまたはeを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。)
    で表される基であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物。
  6. PEおよびPEが、各出現においてそれぞれ独立して、
    −(CO)
    −(CO)−、および
    −(CO)
    (式中、c、dおよびeは、それぞれ独立して、1〜200の整数である。)
    から選択される基であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物。
  7. PEおよびPEが、各出現においてそれぞれ独立して、式:
    −(CO)
    (式中、cは、〜200の整数である。)
    で表される基であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の化合物。
  8. Yが、下記式:
    −CONH−R−NHCOO−
    [式中、Rは、
    −(CHx’− (式中、x’は、1〜6の整数である。);
    Figure 0006443547
    (式中、xおよびyは、それぞれ独立して、0〜6の整数であり;
    zは、0〜10の整数である。);または
    Figure 0006443547
    (式中、xおよびyは、それぞれ独立して、0〜6の整数であり;
    zは、0〜4の整数である。)
    で表される基である。]
    で表される基であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の化合物。
  9. Xが、下記式:
    −CONH−R61−R62(R61−NHCO−R63β−1
    [式中:
    61は、それぞれ独立して、二価の炭化水素基を表し;
    62は、β価の有機基を表し;
    βは、2〜6の整数であり;
    63は、−O−R67(OR68(O−X−)を表し;
    67は、γ価の有機基を表し;
    γは、2〜8の整数であり;
    68は、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基であり;
    は、二価の有機基を表し;
    sは、0〜6の整数であり;
    tは、1〜7の整数であり;
    sとtの和は、γ−1である。]
    で表される基である、請求項1〜のいずれか1項に記載の化合物。
  10. Xが、下記式:
    Figure 0006443547
    [式中:
    61は、それぞれ独立して、二価の炭化水素基を表し;
    67は、それぞれ独立して、2〜8価の有機基を表し;
    は、二価の有機基を表し;
    tは、それぞれ独立して、1〜7の整数である。]
    で表される基であることを特徴とする、請求項に記載の化合物。
  11. PEの数平均分子量が、500〜10,000であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の化合物。
  12. ガラス転移温度が、−70℃〜40℃の範囲にあることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の化合物。
  13. 下記式:
    Figure 0006443547
    Figure 0006443547
    または
    Figure 0006443547
    [式中、nは、5〜50の整数である。]
    で表される化合物。
  14. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の式(A1)または式(A2)で表される少なくとも1種の化合物または請求項13に記載の化合物を含有する、表面処理剤。
  15. さらに溶媒を含む、請求項14に記載の表面処理剤。
  16. さらに下記式:
    HO−(Ca’2a’O)b’−OH
    [式中:
    a’は、b’を付して括弧でくくられた単位毎にそれぞれ独立して、1〜6の整数であり;
    b’は、各出現においてそれぞれ独立して、1〜300の整数である。]
    で表されるポリオールを含む、請求項14または15に記載の表面処理剤。
  17. 基材と、該基材の表面に、請求項14〜16のいずれか1項に記載の表面処理剤より形成された層とを含む物品。
  18. 前記物品が光学部材である、請求項17に記載の物品。
  19. 前記物品がディスプレイまたはタッチパネルである、請求項17または18に記載の物品。
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