JP7116726B2 - フッ素化界面活性剤 - Google Patents

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Description

本発明は、フッ素化された末端基を含有する新規化合物、表面活性物質としてのそれらの使用、およびこれらの化合物を含む組成物に関する。
フッ素化界面活性剤は、工業プロセス化学において重要な構成要素である。これらの材料は、それらの持続性および毒性のために、使用者および環境に対する問題がある。フッ素含有界面活性剤は、極めて広い多様な用途に用いることができ、例えば表面の濡れの改善に寄与する。かくしてそれらは、例えば塗料、コーティングまたは接着剤における界面促進剤または乳化剤または粘度低下剤として使用される。
古典的なフッ素化界面活性剤は、長鎖のペルフルオロ化アルキル鎖(C6~C8)から構築され、および潜在的に生体内蓄積性および毒性があると見なされる。しかしながら一般的に、フッ素化界面活性剤はペルフルオロアルキル置換基を含有し、それは生物学的および他の酸化プロセスによって環境中で崩壊し、ペルフルオロアルカンカルボン酸および-スルホン酸を与える。これらは持続性とみなされ、およびある場合において健康損害を引き起こすと疑われている(G. L. Kennedy, Jr., J. L. Butenhoff, G. W. Olsen, J. C. O´Connor, A. M. Seacat, R. G. Perkins, L. B. Biegel, S. R. Murphy, D. G. Farrar, Critical Reviews ,Toxicology 2004, 34, 351-384)。さらに、より長鎖のペルフルオロアルカンカルボン酸および-スルホン酸は、食物連鎖において蓄積する。
生体毒性学的プロファイルに関して、より短鎖のフッ素化ビルディングブロックがより好ましいが、その用途の分野において、しばしばより悪い特性を呈する。WO 2006/072401およびWO 2010/003567には、トリフルオロメトキシ基を含有する表面活性化合物が記載される。さらに、フッ素化されたアルキル基を含有するフッ素化界面活性剤がWO 2009/149807、WO 2010/003567、WO 2010/149262、WO 2011/082770、WO 2012/084118、WO 2015/124290および WO 2016/096129に記載される。
さらにまた、好ましくは分解に際して崩壊して、長鎖の持続性化合物を生成しない、代替の表面活性物質についての需要がある。現在、表面活性物質として好適な、および好ましくは1以上の上記の欠点を有さない新規化合物が見出された。
本発明は、最初に、式(I)
(R-CHF-CF-Y-)spacer(X) (I)
式中、
=フッ素化された、直鎖または分岐のアルキル基、任意にヘテロ原子を含有していてもよく、
spacer=単結合または二価の有機基、
X=親水性基、
Y=S、SO、またはSO
m≧1、
n≧1、
ここで、化合物(A)、(B)、および(C)、
Figure 0007116726000001

式中、
Rf=ペルフルオロ化されたアルキル基、任意にヘテロ原子を含有していてもよく、およびR’=HまたはC1~C4アルキルは除かれる、
で表される化合物に関する。
本発明による化合物は、好ましくは-O-O-結合を含有しない。新規化合物は好ましくは、以下の可変部(variables):
=ペルフルオロ化された、直鎖または分岐のアルキル基、任意にヘテロ原子を含有していてもよく、好ましくはペルフルオロ化されたC1~C6アルキル、とりわけ好ましくはペルフルオロ化されたC1~C4アルキル、とくにペルフルオロ化されたC1~C3アルキル、
spacer=飽和または不飽和の、分岐または非分岐の炭化水素単位、任意にヘテロ原子を含有していてもよく、ここで-O-O-結合は存在せず、
X=アニオン性、カチオン性、非イオン性、または両性基、
Y=S、SO、またはSO、好ましくはS、
m=1、2、3、4、5、または6、好ましくは2~4、とくに2~3、および
n=1、2、3、または4、好ましくは1または2、
を含有する。
式(I)で表されるとりわけ好ましい化合物は、全ての可変部が好ましい意味を有するものである。
フッ素化された基Rは、好ましくは以下の基:
CF-(CF0-3-、CF-(CF0-3-O-、CF-(CF0-3-O-(CF1-3-、CF-(CF0-3-O-(CF1-3-O-、CF-(CF0-3-O-(CF1-3-O-CF-、CF-(CF0-3O-(CF-O)1-8-、およびCF-(CF0-3-O-(CF-O)1-8-CF
から選択される。
フッ素化された基Rは、とりわけ好ましくはCF-(CF1-2-O-基、とくにCF-CF-CF-O基である。
好ましいアニオン性基Xは、
COO、-SO 、-OSO 、-PO 2-、-OPO 2-、-OP(O)(O)O-、-(OCHCH-O-(CH-COO、-(OCHCH-O-(CH-SO 、-(OCHCH-O-(CH-OSO 、-(OCHCH-O-(CH-PO 2-、-(OCHCH-O-(CH-OPO 2-からまたは式A~C
Figure 0007116726000002

Figure 0007116726000003

式中、sは1から10000までの範囲からの整数を表し、tは1、2、3または4から選択される整数を表し、およびwは1、2または3から選択される整数を表す、から選択され得る。
本明細書での好ましいアニオン性基は、特に、-COO、-SO 、-OSO 、-PO 2-、-OPO 2-、-OP(O)(O)O-、下位式Aおよび-(OCHCH-O-(CH-COO、-(OCHCH-O-(CH-SO および-(OCHCH-O-(CH-OSO を包含し、ここでこれらの基自体の各々が好ましいくなり得る。Xはまた対応する酸を表してもよい。
本明細書での極めてとりわけ好ましいアニオン性基は、-SO 、-OSO 、-COO、-PO 2-、-OP(O)(O)O-またはOPO 2-を包含する。特にスルホネート基-SO が好ましい。
アニオン性基Xの好ましい対イオンは、一価のカチオン、とりわけH、アルカリ金属カチオン、またはNR 、ここでR=HまたはC1~6アルキルおよび全てのRは同一でも異なってもよい、である。特に好ましいのは、H、Na、K、Li、およびNH でありとりわけ好ましくはNaである。
好ましいカチオン性基Xは、-NR3+、-PR3+
Figure 0007116726000004

式中、
Rは、Hまたは任意の所望の位置のC1~4アルキルを表し、
は、Cl、Br、I、CHSO 、CFSO 、CHPhSO 、PhSO を表し、
、R、およびRは、互いに独立して、H、C1-30-アルキル、Ar、または-CHArを表し、ならびに
Arは、6~18個のC原子を有する無置換のまたはモノ置換または多置換の芳香環または縮合環系、ここで、さらに、1または2個のCH基はNに置き換えられてもよい、を表す、
から選択され得る。
本明細書での好ましいカチオン性基は、特に、-NR3+および
Figure 0007116726000005

式中これらの基自体の各々が好ましくなり得る。
好ましい非イオン性基Xは:
直鎖または分岐のアルキル、ここで1以上の非隣接のC原子はO、S、および/またはNに置き換えられており、
-OH、-SH、-O-(グリコシド)o’、-S-(グリコシド)o’、-OCH-CHOH-CH-OH、-O-CHAr(-NCO)p’、-OAr(-NCO)p’、アミンオキシド、
Figure 0007116726000006

uは、1から6まで、好ましくは1~4の範囲からの整数を表し、
o’は、1から10までの範囲の整数を表し、
p’は、1または2を表現し、
Arは、6~18個のC原子を有する、非置換、モノ置換または多置換の芳香族環または縮合環系、ここでさらに1または2のCH基は、C=O基に置き換えられていてもよく、および
グリコシドは、エーテル化炭化水素、好ましくはモノグリコシド、ジグリコシド、トリグリコシド、またはオリゴグルコシドを表す、
から選択され得る。
本明細書での好ましい非イオン性基Xは、特に、直鎖または分岐のアルキルを含み、ここで1個以上の非隣接のC原子は、O、Sおよび/またはN、-OHおよび-O-(グリコシド)o’によって置き換えられている。
X=アルキルであり、ここで1個以上の非隣接のC原子がO、Sおよび/またはNによって置き換えられている場合、それは、好ましくはR-(B-A)m’’-に等しく、ここでR=HまたはC1~4アルキル、とくにHまたはCH、A=好ましくは1~10個の炭素原子を有する、とくに1~4個の炭素原子を有する直鎖または分岐のアルキレン、B=OまたはS、好ましくはO、m’’=整数、好ましくは1~100、特に好ましくは1~30の範囲からの整数である。
非イオン性基Xは、とくに好ましくは基R-(O-CHCHRm’’-であり、ここでm’’=1~100、好ましくは1~30、特にまた1~25の範囲からの整数、RおよびR=HまたはC1~4アルキル、特にHまたはCHである。R-(B-A)m’’-は、特に好ましくはポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコール単位である。
非イオン性基Xは、特に好ましくは、基-CH(OH)-CH-NH-sach、ここでsach=様々な糖、および基-Y-(CH-CH-O)-R、ここで、Y=S、OまたはNH、好ましくはO、R=Hまたはアルキル、好ましくはHまたはCH、およびv=1~100、好ましくは1~30、とくにまた1~25、である。
好ましい両性基Xを、アセチルジアミン、N-アルキルアミノ酸、N-アルキルアミノスルホン酸、ベタイン、スルホベタイン、または対応する誘導体の官能基から選択することができ、特にMがHまたはアルカリ金属イオン、好ましくはLi、NaまたはKを表す、から選択することができる:
Figure 0007116726000007
本発明による特に好ましい化合物は、親水基Xとして、好ましいアニオン性基、好ましい非イオン性基または好ましい両性基の1つを含有するものである。
特に好ましいのは、基-SO 、-OSO 、-COO、-PO 2-、-OP(O)(O)O-、またはOPO 2-、ポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコール、-CH(OH)-CH-NH-sach、-Y-(CH-CH-O)-R、ベタインまたはスルホベタインを含む化合物である。ここでの好ましい対イオンは、H、Na、KおよびNH 、特にNaである。特に好ましいのは、以下のものである:-SO 、-COO、-OP(O)(O)O-、またはOPO 2-、ポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコール、スルホベタイン、基-CH(OH)-CH-NH-sachおよび基-Y-(CH-CH-O)-R。本明細書でのsach=様々な糖およびY=S、OまたはNH、好ましくはO、R=Hまたはアルキル、好ましくはHまたはCH、およびv=1~100、好ましくは1~30、特にまた1~25である。X=-SO である化合物が、とくに有利であり得る。
式(I)で表される化合物のspacerの炭化水素単位は、脂肪族または芳香族単位であってもよく、任意にヘテロ原子が提供されてもよい。spacerは、飽和、分岐または非分岐の炭化水素単位、好ましくは飽和の分岐または非分岐のアルキレン基であり、ここで1以上の非隣接のC原子はOまたはN、好ましくはOで置き換えられていてもよくまたはOに結合していてもよい。例えば、C1~C6アルキレン基、とくにC1~C4アルキレン基が好ましい。
本発明の変形において、使用される好ましいヘテロ原子含有炭化水素単位は、ポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコール単位である。
式(II)~式(V)
式中、RおよびRは、互いに独立して、フッ素化された、直鎖または分岐のアルキル基、任意にヘテロ原子を含有していてもよく、o=0~100、好ましくは1~30および5~30、とくに3、5、6、10、12、15、18、20、または24、ならびにXおよびXは互いに独立して、親水性基、特にアニオン性、カチオン性、非イオン性、または両性基であり、好ましくはXの好ましい基の1つ、あるいは式(IIa)、(IIb)、(IIc)および(V)においてはHにも等しい:
Figure 0007116726000008

Figure 0007116726000009
式(II)~(V)で表される化合物の好ましい変形において、XおよびXは、互いに独立して、アニオン性または非イオン性基、特にXの好ましい基であり、ならびにRおよびRは、互いに独立して、CF-(CF1-2-O-基である。RおよびR、ならびに
およびXは、好ましくは同一である。
および/またはXとして、基-SO 、-OSO 、-COO、-PO 2-、-OP(O)(O)O-または-OPO 2-、ポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコール、-CH(OH)-CH-NH-sach、-Y-(CH-CH-O)-R、ベタイン、またはスルホベタインを含有する化合物が特に好ましい。本明細書における好ましい対イオンは、H、Na、K、およびNH 、とくにNaである。特に好ましいのは、-SO 、-COO、-OP(O)(O)O-、または-OPO 2-、ポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコール、スルホベタイン、基-CH(OH)-CH-NH-sachおよび基-Y-(CH-CH-O)-Rである。本明細書におけるSach=様々な糖、およびY=S、OまたはNH、好ましくはO、R=Hまたはアルキル、好ましくはHまたはCH、およびv=1~30特にまた1~25である。X=-SO である化合物はまたとりわけ有利であり得る。式(IIa)および(III)~(V)で表される化合物、特に好ましい可変体を有するものは特に好ましい。
本発明の別の変形において、フッ素化化合物は、好ましくはマレイン酸およびアコニチン酸のエステルに基づく。これら化合物は、式(VI)および(VII)、式中、L、L、およびLは、互いに独立して、飽和または不飽和の、分岐または非分岐の炭化水素単位であり、任意にヘテロ原子を含有していてもよく、ここで-O-O-結合は存在せず、特に直鎖または分岐のC1~C6アルキル基、とりわけ好ましくはC1~C4アルキル基であり、Xは親水性基、ならびにR、RおよびRは互いに独立して、フッ素化された、直鎖または分岐のアルキル基であり、任意にヘテロ原子を含有していてもよい:
Figure 0007116726000010

で表される。
式(VI)および(VII)で表される化合物の好ましい変形において、L、L、およびLは、互いに独立して、直鎖または分岐のC1~C6アルキル基、特に好ましくはC1~C4アルキル基であり、Xはアニオン性基または非イオン性基であり、ならびにR、R、およびRは互いに独立してCF-(CF1-2-O-基である。好ましくは、L、L、およびLは同一であり、およびR、R、およびRは同一である。
式(I)~(VII)、式中1以上の可変体は好ましい意味を有する、で表される化合物はとりわけ有利である。式(I)~(VII)、式中前記全ての可変体は好ましい意味、とりわけとくに好ましい意味を有する、で表される化合物はとりわけ有利である。
式(VIII)~(XVIII)
Figure 0007116726000011
Figure 0007116726000012
Figure 0007116726000013

式中可変体は式(I)~(VII)に意図される意味、特に好ましい意味を有する、ならびにPEGはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、またはポリプロピレングリコールアルキルエーテル、ならびにR、R、およびR=HまたはC1~4アルキル特にHまたはCH3、で表される化合物は特に好ましい。アルキルエーテルは、好ましくはC1~C4アルキルエーテル、特にC1~C2アルキルエーテル、特にメチルエーテルである、で表される化合物は特に好ましい。
式(VIII)~(XVIII)、式中フッ素化された基RおよびR、またはR、R、およびRが、互いに独立して、基:
CF-(CF0-3-、CF-(CF0-3-O-、CF-(CF0-3-O-(CF1-3-、
CF-(CF0-3-O-(CF1-3-O-、CF-(CF0-3-O-(CF1-3-O-CF-、
CF-(CF0-3O-(CF-O)1-8-、およびCF-(CF0-3-O-(CF-O)1-8-CF
から選択される、で表される化合物は特に好ましい。
フッ素化された基RおよびR、またはR、R、およびRは、特に好ましくは、互いに独立して、CF-(CF1-2-O基特にCF-CF-CF-O基である。とりわけ好ましくは、RおよびRは同一であり、ならびにR、R、およびRは同一である。oは好ましくは1~30、特に3、5、6、10、12、15、18、20、または24、特に3、10、または18に等しい。式(VIII)~(XIV)および(XV)、(XVI)、(XVII)、および(XVIII)で表される化合物、特に、好ましい可変体を有するものは、特に好ましい。
特に、以下の式(XIX)~(XXIV)
Figure 0007116726000014

Figure 0007116726000015

Figure 0007116726000016

式中、o=0、10、または18、およびR=メチルまたはエチル、で表される化合物はとりわけ好ましい。
式(XIXa)および(XX)~(XXIX)、特に好ましい可変体を有するもの、はとりわけ好ましい。
ペルフルオロオレフィンに基づく本発明によるフッ素化界面活性剤は、従来のフッ素化界面活性剤より低い安定性を有し、およびしたがって物理/化学プロセスによって、より容易に分解されることができ、および好ましくは持続性ではない。本発明によるフッ素化界面活性剤は、水溶液中の表面張力エネルギーの極めて効率的な減少により区別されてもよい。さらに、これら化合物は好ましくは低いCMCおよび低い発泡挙動を有する。
さらにまた、スルフィド架橋の導入は、分子構造の変化を拡大することを可能にする。知られているとおり、スルフィドは、文献から当業者に知られている方法を使用してスルホキシドへ変換されてもよく、それは親水性に関して分子極性のさらなる「トリミング(trimming)」を許容する。
本発明の化合物は、当業者に知られるプロセスによって調製され得る。ペルフルオロオレフィンおよびヘテロ官能基分子を用いて、新規フッ素化界面活性剤、それは多数の有益な効果を組み合わせることができる、が具体的に調製されることができる。チオール化合物は、その増大した求核性のため、比較可能なアルコールより著しく高い反応性を有することが見いだされた。この利点は、保護基の導入なしに、硫黄基上に選択的に1以上のチオール基をさらに含有するモノ官能基または多官能基アルコールのエーテル化によって利用されることができる。次いでフリーのOH基を、第2ステップでさらに反応することができる。この特性は、対応するアルコール化合物と比較して、合成の実行を大きく単純化することを可能にすること、および収率において増加させることを可能にするという結果をもたらす。
下記のスキーム1~6は、本発明による化合物の例示的な合成を表す。これらのプロセスは一般に当業者に知られ、および従来の条件下で行うことができる。例として述べられる以下のペルフルオロオレフィン化合物の使用が好ましくはなされてもよい:
Figure 0007116726000017
本発明の化合物、特に式(II)~(VII)で表される化合物は、好ましくは以下の合成ルートによって(R=CFCFCFO-である化合物は、例として表される)調製され得る。
Figure 0007116726000018
Figure 0007116726000019
Figure 0007116726000020
Figure 0007116726000021
Figure 0007116726000022
Figure 0007116726000023
Figure 0007116726000024
Figure 0007116726000025

Figure 0007116726000026
本発明によるさらなる化合物は、上に表される例示的な反応またはそれ自体文献から当業者に知られる他の方法に類似して調製されてもよい。本明細書において式(VIII)~(XXIV)で表される化合物が特に好ましい。これらのプロセスは一般に当業者に知られ、および従来の条件下で行われることができる。使用される出発化合物は市販されているおよび/またはそれらの調製は当業者に精通されている。
本発明による化合物の利点は、特に
-効率および/または有効性に関して、従来の炭化水素界面活性剤と同等またはそれ以上の表面活性
-PFOA(ペルフルオロオクタン酸)またはPFOS(ペルフルオロオクタンスルホン酸)などの持続性ペルフルオロ化分解生成物の形成なしでの、物質の生物学的および/または非生物的分解性
-単純なプロセスによって調製されることができる
-弱い発泡作用および/または低い泡安定化
-配合物における良好なプロセス可能性(processability)および/または
-貯蔵安定性
であってもよい。
本発明による化合物は、好ましくは特定の表面活性を有することができる。本発明による式(I)で表される化合物、特に式(II)および(VII)で表される化合物、および好ましくは式(VIII)~(XXIV)で表される化合物は、
それらは化学的または生物学的に分解し、長鎖PFCAまたはPFASを与えることがないため、さらに改善された環境特性を有し得る。本発明による化合物は、対応する環境の影響により、好ましくは完全に無機化可能(mineralisable)/再生可能な化合物に変換されることができる。
フッ素含有化合物の分解のためのプロセスは以下のステップを含む:
a)十分に高い蒸気圧を有する、好ましくは非毒性の、フッ素含有化合物の形成を伴う、フッ素含有化合物の炭素骨格の生物学的および/または非生物的分解、
b)ステップa)において形成される高い蒸気圧を有するフッ素含有化合物の、気相への変換、
c)気相中で紫外線照射により低分子量化合物を与えるために、ステップa)において形成される高い蒸気圧を有するフッ素含有化合物の分解、
d)ステップc)において形成される低分子量化合物の気相から液相および/または固相への変換、
e)ステップc)において形成される液相および/または固相の低分子量化合物の無機化。
好ましくは、ステップa)においてフッ素含有塩は形成されない。特に、ステップa)においてはペルフルオロ化された化合物は形成されない。
式(I)~(XXIV)で表される化合物は、好ましくは表面活性剤として、好ましくは界面活性剤、疎水化剤、界面促進剤、粘度低下剤、整泡剤または乳化剤として使用され得る。
本発明はさらにまた、例えばコーティング配合物の流動挙動および濡れ能力(wetting capacity)を改善するための、表面活性剤としての本発明による化合物および上記の好ましい態様の使用に関する。好ましくは、式(I)~(VII)、特に式(VIII)~(XXIV)で表されるフッ素化界面活性剤、特にとりわけ好ましい記述される化合物で表される化合物の使用がなされる。
式(I)で表される化合物、特に式(II)~(VII)で表される、特に式(VIII)~(XXIV)で表される好ましい化合物の他に、本発明による混合物は、溶媒、添加剤、助剤および充填剤、ならびに非フッ素化界面活性剤も含み得る。シリコーン粒子、可塑剤および表面改変顔料を例として記述することができる。
好ましい使用分野は、例えば、本発明による式(I)で表されるフッ素化界面活性剤および好ましい化合物の、表面コーティング用の調製物中の添加剤としての、例えば、塗料、コーティング、保護コーティング、電子的もしくは半導体用途における(例えばフォトレジスト、上部反射防止コーティング、底部反射防止コーティング)または光学的用途における(例えば写真コーティング、光学的要素のコーティング)特別なコーティング、例えば、家具、床張り材および自動車のための磨き剤およびワックス、特に床磨き剤、消火剤組成物、潤滑剤、フォトリソグラフィープロセス、特に液浸フォトリソグラフィープロセス、例えば、像形成剤溶液、リンス溶液、液浸油および/またはフォトレジスト自体における、特にプリント回路の製造のための調製物における、あるいは対応する調製物への添加のための追加の調製物における添加剤としての使用である。
さらに、界面活性剤として本発明に従って使用され得る化合物は、洗浄および清浄用途、ならびに例えばヘアケアおよびボディケア製品(例えばシャンプー、ヘアリンスおよびヘアコンディショナー)、以下の機能:乳化剤、湿潤剤、発泡剤、滑沢剤、帯電防止剤、スキングリース(skin greases)への耐性を高めるための剤、のうちの1つ以上を有するフォームバス、クリームまたはローションなどの化粧品における添加剤/界面活性剤としての使用に好適である。
使用のために、本発明によるフッ素化界面活性剤は通常、対応して設計される調製物に導入される。通常の使用濃度は、全調製物に基づき、本発明による界面活性剤の0.01~1.0重量%である。
本発明は同様に、本発明によるフッ素化界面活性剤を含む、対応する組成物に関する。かかる組成物は、好ましくはそれぞれの意図する使用に好適な媒体、および任意にさらなる活性物質および/または任意に助剤を含む。好ましい組成物は、塗料およびコーティング調製物、消火性組成物、潤滑剤、洗浄および清浄組成物、および写真製版用の解氷剤または現像剤溶液、リンス溶液、液浸油およびフォトレジストであり、特に液浸フォトリソグラフィープロセスのための、および特にプリント回路の製造のための、農薬、床磨き剤、化粧品、または布地仕上げまたはガラス処理のための疎水化組成物。本明細書での好ましい組成物は、塗料およびコーティング調製物ならびにプリントインクである。
さらに、本発明は、単独でまたは添加剤との混合物で本発明によるフッ素化界面活性剤を含む水ベースのコーティング配合物にも関する。以下の合成フィルム形成剤に基づくコーティング配合物が好ましく使用される:アルキド樹脂、飽和/不飽和ポリエステル、ポリアミド/イミド、シリコーン樹脂などの重縮合樹脂;フェノール樹脂;ポリウレタンなどの尿素樹脂およびメラミン樹脂、およびエポキシ樹脂などの重付加樹脂、ポリオレフィン、ポリビニル化合物およびポリアクリラートなどの重合樹脂。
さらに、本発明によるフッ素化界面活性剤は、天然物および改変天然物に基づくコーティングにおける使用にも好適である。油、デンプンおよびセルロースなどの多糖類に基づくコーティング、ならびに環状オリゴテルペン、ポリテルペンおよび/またはシェラックなどの天然樹脂に基づくコーティングが好ましい。
本発明によるフッ素化界面活性剤は、物理的硬化性(熱可塑性樹脂)コーティング系においても、架橋性(エラストマーおよび熱硬化性)水系コーティング系においても使用され得る。好ましくは、本発明によるフッ素化界面活性剤は、コーティング系の流動性および濡れ性(wetting property)を改善させる。
本発明は、本発明に従い利用され得るフッ素化界面活性剤の、特に、好ましい化合物の本明細書中に記述される全ての使用に関する。前記目的のためのフッ素化界面活性剤のそれぞれの使用は当業者に知られており、本発明に従い利用され得るフッ素化界面活性剤の使用は、問題を提示しないことを意味する。
以下の例は、保護範囲を制限することなく本発明をさらに詳細に説明する。

内部標準とともに、Bruker 400MHz分光計を使用し、NMRスペクトルを測定する。
Brucker Alpha Platinum-ATR分光計を使用し、IRスペクトルを測定する。
静的表面張力の決定
様々な濃度c(1リットル当たりのグラム)を有する水性界面活性剤溶液の静的表面張力εを決定する。
機器:Dataphysics圧力測定器(DCAT 11モデル)
測定溶液の温度:20°±0.2°C
利用される測定方法:Wilhelmyプレート方法を使用し、DIN EN 14370に従い、表面張力の測定
プレート:プラチナ、長さ=19.9mm
プレート方法において、界面活性剤溶液の表面または界面張力を、以下の式
Figure 0007116726000027
に従い、プレートの濡れの長さに作用する力から計算する。
γ=界面または表面張力;F=バランスに作用する力(force acting on the balance);L=濡れの長さ(19.9mm);θ;接触角。プレートは粗面化されたプラチナからなり、かくして接触角θが0°に近くなるように最適に濡れている。それゆえ、項cosθは、約1の値に到達し、その結果、測定される力およびプレートの長さのみ考慮されなければならない。
略号
EO エチレンオキシド単位
THF テトラヒドロフラン
MTBE tert-ブチルメチルエーテル
b.p. 沸点
w% 重量%
例1:式(XIX)で表される化合物の合成
例1a:
Figure 0007116726000028

77.3gの1,1,1,2,2,3,3-ヘプタフルオロ-3-トリフルオロビニルオキシプロパン、52.2gの2-メルカプトエタノール、12.05gの炭酸カリウムおよび50mlのアセトニトリルを圧力反応器中で合わせる。反応混合物を100℃で20時間撹拌する。50mlの水および50mlのMTBEを反応混合物に添加し、および相を分離する。水相を2×30mlのMTBEで抽出する。続いて合わせた有機相を40mlの水および40mlの飽和NaCl溶液で洗浄する。抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥し、および溶媒を留去する。次いで残渣を分別真空蒸留に供する。
ここでの生成物は、0.058ミリバールの圧力で49℃のヘッド温度(head temperature)を有する。生成物重量:63.47g
1H-NMR: 7.2 ppm (dt, 1 H, -CFH); 5.1ppm (t, 1 H, =OH);
3.6 ppm (q, 2 H, -CH2-OH ); 3.0 ppm (t, 2 H, S-CH2- CH2)
例1b
Figure 0007116726000029

例1aで調製されるアルコールを、max.4バールの圧力反応器中で、140℃でエチレンオキシドと反応させ、対応するフッ素化界面活性剤を得る。反応時間に応じて様々な鎖長を達成することができる。ここで合成される材料は、3、10または18単位の統計のEO鎖長を有する。
例1c:n=3
1H-NMR: 7.2 ppm (dt, 1 H, -CFH); 3.6 ppm (q, 2 H, -CH2-OH);
3.55-3.40 (m, 12 H, -CH2CH2-O); 3.0 ppm (t, 2 H, S-CH2- CH2)
例1d:n=10
1H-NMR: 7.2 ppm (dt, 1 H, -CFH); 3.6 ppm (q, 2 H, -CH2-OH);
3.55-3.40 (m, 42 H, -CH2CH2-O); 3.0 ppm (t, 2 H, S-CH2- CH2)
例1e:n=18
1H-NMR: 7.2 ppm (dt, 1 H, -CFH); 3.6 ppm (q, 2 H, -CH2-OH);
3.55-3.40 (m, 74 H, -CH2CH2-O); 3.0 ppm (t, 2 H, S-CH2- CH2)
例1f:
Figure 0007116726000030

例1aからのアルコール11gを最初に反応フラスコ中のトルエン4ml中に導入し、および60℃に加熱する。2.00gの塩化ホスホリルを10分かけてゆっくり添加する。反応混合物を続いて115℃に加熱し、およびこの温度で5.5時間撹拌する。続いてバッチを90℃に冷却し、および0.3mlの水を使用して注意深く加水分解し、および混合物をこの温度でさらに1時間撹拌する。続いて溶媒を除去し、茶色の残渣が残る。
20mlのMTBEおよび20mlの水を粗生成物に添加し、および相を分離する。水相を2×30mlのMTBEで抽出する。合わせた有機相を、続いてアンモニア溶液を用いて中和し、および分離する。
生成物重量:11.18g。
1H-NMR: 7.3-7.1 ppm (m, 2 H, -CFH); 4.0 -3.2 ppm (m, S-CH2-CH2);
31 P-NMR: -0.7ppm (t, 2 P); -1.8 ppm (quin, 1 P)、すなわちモノおよびジエステルが2/1の比で存在する。
例1g:
Figure 0007116726000031

例1cからのアルコール11gを1.5gのPOClと例1fと類似に反応させる。
収量11.0g
1H-NMR: 7.3-7.1 ppm (m, 2 H, -CFH); 3.8-3.3 ppm (m, 4 H, S-CH2-CH2) および (m, 24 H,CH2-CH2-O);
31 P-NMR: -0.7ppm (t, 3 P); -1.8 ppm (quin, 2 P)、すなわちモノおよびジエステルが2/1の比で存在する。
例1h:
Figure 0007116726000032

例1aで調製されるアルコール6.5gを丸底フラスコ中のアセトニトリル24ml中に最初に導入し、および40%過酢酸5.4mlを撹拌しながらゆっくり滴加する。次いで反応混合物を80℃に加熱し、およびこの温度で24時間撹拌する。30mlの水および30mlのMTBEを反応混合物に添加し、および相を分離する。水相を2×30mlのMTBEで抽出する。続いて合わせた有機相を40mlの水および40mlの飽和NaCl溶液で洗浄する。抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥し、および溶媒を留去する。生成物重量:6.69g
1H-NMR: 8.2 and 7.2 ppm (m, 1 H, -CFH); 4.0 ppm (m, 4 H, SO2-CH2-CH2-OH)
例2:式(XX)で表される化合物の合成
例2a:フッ素化マレイン酸エステルの調製
Figure 0007116726000033

例1aで調製されるアルコール10.49g、無水マレイン酸1.30gおよびp-トルエンスルホン酸一水和物0.68gを丸底フラスコ中でトルエン30ml中で合わせる。反応混合物を水分離器上で24時間還流下で撹拌する。30mlの水および30mlのMTBEを反応混合物に添加し、および相を分離する。水相を20mlのMTBEで2回抽出する。続いて合わせた有機相を30mlの水および30mlの飽和NaCl溶液で洗浄する。抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥し、および溶媒を留去する。生成物重量:10.68g
1H-NMR: 7.2ppm (dt, 2 H, -CFH); 6.5ppm (m, 2 H, -CH=CH-);4.3 ppm (t, 2 H, -CH2-CH2-O); 3.2 ppm (t, 2 H, -CH2-CH2-S-)
例2b:フッ素化スルホスクシナートの調製
Figure 0007116726000034

10.00gのフッ素含有マレイン酸エステル、2.71gの39%亜硫酸水素ナトリウム溶液および30mlの2-プロパノールを最初に丸底フラスコに導入する。次いで反応混合物のpHを水酸化ナトリウム溶液を用いてpH6.3に調節する。続いて反応混合物を95℃で96時間撹拌する。30mlのMTBEおよび30mlの水を反応混合物に添加し、および相を分離する。水相を20mlのMTBEで2回抽出する。合わせた有機相を続いて30mlの水および30mlの飽和NaCl溶液で洗浄する。抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥し、および溶媒を留去する。
収量:6.64g
1H-NMR: 7.2 ppm (dt, 2 H, -CFH); 4.2 ppm (m, 4 H, S-CH2-CH2);3.7 ppm (dd, 1 H, -CH-SO3- ); 3.2 ppm (t, 4 H, CH2-CH2-O); 2.8-3.0 ppm (m, 2 H, -CH2-CH);
例2c:式(XVIII)で表される化合物の合成のための前駆体
Figure 0007116726000035

例1aで調製されるアルコール9.49g、アコニット酸1.50gおよびp-トルエンスルホン酸一水和物0.45gを丸底フラスコ中でトルエン50ml中で合わせる。反応混合物を水分離器上115℃で72時間撹拌する。30mlの水および30mlのMTBEを反応混合物に添加し、および相を分離する。水相を20mlのMTBEで2回抽出する。続いて合わせた有機相を30mlの水および30mlの飽和NaCl溶液で洗浄する。抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥し、および溶媒を除去する。生成物重量:6.78g
1H-NMR: 7.8-7.6 ppm (m, 2 H, -CFH); 6.8 ppm (s, H, -C=CH-); 4.4 - 4.0ppm (t, 2 H, -CH2-CH2-S-); 3.7 ppm (s, H, CH2--C=CH-); 3.2- 2.8 ppm (t, 2H, -CH2-CH2-O)
例2d:式(XVIII)で表される化合物の合成
Figure 0007116726000036

例2cからの6.78gのフッ素含有アコニット酸エステル、1.22gの39%亜硫酸水素ナトリウム溶液および24mlの2-プロパノールを丸底フラスコ中に最初に導入する。次いで反応混合物のpHを水酸化ナトリウム溶液を用いてpH6.3に調節する。続いて反応混合物を95℃で96時間撹拌する。30mlのMTBEおよび30mlの水を反応混合物に添加し、および相を分離する。水相を20mlのMTBEで2回抽出する。合わせた有機相を続いて30mlの水および30mlの飽和NaCl溶液で洗浄する。抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥し、および溶媒を除去する。収量:6.26g
1H-NMR: 7.0 ppm (dt, 3 H, -CFH); 4.2-3.8 ppm (m, 6 H, S-CH2-CH2);3.5-2.5 ppm (m, 10 H, CH2-CH2-O)およびCH2-RCH-CH-SO3H
例3:式(XXI)式中n=5;7.5;10で表される化合物の合成
例3a:フッ素化ジオールの調製
Figure 0007116726000037

8.63gの1.1,1.2,2,3,3-ヘプタフルオロ-3-トリフルオロビニルオキシプロパン、2.50gの1,4-ジメルカプトブタン-2,3-ジオール、0.67gの炭酸カリウムおよび30mlのアセトニトリルを圧力反応器中で合わせ、および120℃で20時間撹拌する。30mlの水および30mlのMTBEを反応混合物に添加し、および相を分離する。水相を20mlのMTBEで2回抽出する。合わせた有機相を引き続いて30mlの水および30mlの飽和NaCl溶液で洗浄する。次いで抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥し、および溶媒を留去する。生成物重量:9.82g
1H-NMR: 7.2 ppm (dt, 2 H, -CFH); 5.3 ppm (m, 2 H, -OH); 3.7 ppm (dt, 2 H, CH2-CH-O-); 2.9-3.2 ppm (m, 4 H, CH2-S);
例3b:エトキシル化化合物の調製
Figure 0007116726000038

調製されるアルコールをmax.4バールの圧力反応器中で、140℃以でエチレンオキシドと反応させ、対応するフッ素化界面活性剤を得る。反応時間に応じて様々な鎖長を達成することができる。ここで合成された材料は、5単位の統計のEO鎖長を有する。
1H-NMR: 7.2 ppm (dt, 2 H, -CFH); 3.85-3.4 ppm (m, 44 H); 2.9-3.2 ppm (m, 4 H, CH2-S);
例3c-e:
エトキシル化を平均繰り返し数3c:EO=10、3d:EO=15、3e、EO=20に達するまでより長く行いつつ、例3bと類似に行った。
例3f:
Figure 0007116726000039

例3aからの化合物11gを最初に反応フラスコ中のトルエン4ml中に導入し、および60℃に加熱する。1.98gの塩化ホスホリルを10分かけてゆっくり添加する。続いて反応混合物を115℃に加熱し、およびこの温度で18時間撹拌する。続いてバッチを90℃に冷却し、および0.3mlの水を使用して注意深く加水分解し、および混合物をこの温度でさらに1時間撹拌する。続いて溶媒を除去し、茶色の残渣が残る。
20mlのMTBEおよび20mlの水を粗生成物に添加し、および相を分離する。水相を2×30mlのMTBEで抽出する。合わせた有機相を、続いてアンモニア溶液を用いて中和し、および分離する。
生成物重量:11.18グラム
1H-NMR: 7.2 ppm (dt, 2 H, -CFH); 3.75 ppm (m, 2 H, ROCH-CHOR); 2.75 ppm (m, 4 H, S-CH2-CHR)
例4:式(XVII)で表される化合物の合成
Figure 0007116726000040
7.53gの1,1,1,2,2,3,3-ヘプタフルオロ-3-トリフルオロビニルオキシプロパン、3.58gの2-メルカプトエタンスルホン酸のナトリウム塩、0.90gの炭酸カリウムおよび30mlのアセトニトリルを加圧反応器中で合わせ、および110℃で18時間撹拌する。
MTBEおよび水を反応混合物に添加し、および相を分離する。水相を2×25mlのMTBEで抽出し、および合わせた有機相を30mlの水および30mlの飽和NaCl溶液で洗浄する。
抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥し、および溶媒を除去する。
生成物重量:6.53g
1H-NMR: 7.2 ppm (dt, 1 H, -CFH); 3.2-2.7 ppm (m, 4 H, S-CH2-CH2-SO3Na);
表1は、本発明による化合物の静的表面張力およびCMC(臨界ミセル濃度)を表す。
表1:ダイン(mN/m)での0.1%水溶液としての上記界面活性剤の静的表面張力測定
Figure 0007116726000041

Claims (6)

  1. 以下の式:
    Figure 0007116726000042

    Figure 0007116726000043

    Figure 0007116726000044
    式中、
    、R、およびRは、互いに独立して、基、CF-(CF0-3-、CF-(CF0-3-O-、CF-(CF0-3-O-(CF1-3-、CF-(CF0-3-O-(CF1-3-O-、CF-(CF0-3-O-(CF1-3-O-CF-、CF-(CF0-3-O-(CF-O)1-8-、およびCF-(CF0-3-O-(CF-O)1-8-CF-から選択され、o=1~30、X、XおよびXは相互に独立して、-PO 2-、-OP(O)(O)O-、-SO 、-P(O)(ONHまたは-P(O)(ONH あり、または式(IIa)、(IIb)、(IIc)および(V)においてはHにも等しく、X、XおよびXの-PO 2- 、-OP(O)(O )O-および-SO 対イオンはH、Na、KおよびNR 、ここでRはHまたはC1~6アルキルであり、全てのRは同一でも異なってもよい、から選択され、L、L、およびLは、互いに独立して、直鎖または分岐のC1~C6アルキル基である、
    の1つに従うことを特徴とする化合物。
  2. 、R、およびRがCF-(CF1-2-O-を示す、請求項1に記載の化合物。
  3. 以下の式:
    Figure 0007116726000045

    Figure 0007116726000046

    Figure 0007116726000047

    式中、o=10、または18、
    の1つに従うことを特徴とする、請求項1または2に記載の化合物。
  4. 請求項1~3のいずれか一項に記載の化合物の、塗料、コーティング、プリントインク、保護コーティング、電子的または光学的用途における特別のコーティング、フォトレジスト、上部反射防止コーティングまたは底部反射防止コーティング、現像剤溶液および洗浄溶液、およびフォトリソグラフィープロセスのためのフォトレジスト、化粧品、農薬、床磨き剤、写真コーティングまたは光学素子のコーティングにおける添加剤としての使用。
  5. 請求項1~4のいずれか一項に記載の化合物および媒体および任意にさらなる特定の活性物質を含む組成物。
  6. 組成物が、塗料およびコーティング調製物、消火組成物、潤滑剤、洗浄および清浄組成物、解氷剤、現像剤溶液および洗浄溶液、およびフォトリソグラフィープロセスのためのフォトレジスト、化粧品、農薬、床磨き剤または布地仕上げもしくはガラス処理のための疎水化組成物であることを特徴とする、請求項5に記載の組成物。
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