JPWO2009057716A1 - 含フッ素共重合体および耐水耐油剤組成物、ならびにその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また下記特許文献2には、RF基含有アクリレートに基づく重合単位、アルキル基等を含有する(メタ)アクリレートに基づく重合単位、ポリオキシアルキレン基を含有するアクリレートに基づく重合単位およびジアルキルアミノ基を含有するアクリレートに基づく重合単位を含む4元系含フッ素共重合体が提案されている。
また下記特許文献3には、RF基含有アクリレートに基づく重合単位、カルボキシル基を有するα、β−エチレン性不飽和単量体、およびこれら以外のα、β−エチレン性不飽和単量体を必須とする共重合体が提案されている。
これに対して下記特許文献4には炭素数が1〜6のRF基含有(メタ)アクリレートモノマーと、窒素含有モノマーを重合させた含フッ素重合体が開示されている。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、ペルフルオロアルキル基が短鎖でありながら、優れた耐水性、耐油性を発揮できる含フッ素共重合体およびその製造方法、該含フッ素共重合体を含む耐水耐油剤組成物およびその製造方法、ならびに該耐水耐油剤組成物を用いて処理された加工物品を提供することを目的とする。
単量体(a):(Z−Y)nXで表される化合物。ただし、式中Zは炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基またはCmF2m+1O(CFWCF2O)dCFK−(mは1〜6の整数、dは1〜4の整数、WおよびKはそれぞれ独立にフッ素原子またはトリフルオロメチル基。)で表される1価の基を表し、Yはフッ素原子を含まない2価の有機基または単結合を表し、nは1または2であり、nが1のとき、Xは−CR=CH2、−COOCR=CH2、−OCOCR=CH2、−OCH2−φ−CR=CH2または−OCH=CH2を表し、nが2のとき、Xは−CH[−(CH2)pCR=CH2]−、−CH[−(CH2)pCOOCR=CH2]−、−CH[−(CH2)pOCOCR=CH2]−、または−OCOCH=CHCOO−を表し、Rは水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、φはフェニレン基であり、pは0〜4の整数である。nが2のとき、1分子内に存在する2つの(Z−Y)は互いに同じでもよく、異なっていてもよい。
単量体(b):CH2=CR1−G−(R2O)q−R3で表される化合物。ただし、式中のR1は水素原子またはメチル基を表わし、R2は炭素数2〜4のアルキレン基、または水素原子の一部または全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基を表わし、qは1〜10の整数であり、Gは−COO(CH2)r−または−COO(CH2)t−NHCOO−(rは0〜4の整数、tは1〜4の整数。)を表わし、R3は水素原子、メチル基、アクリロイル基、メタクリロイル基またはアリル基を表わす。
単量体(c):CH2=C(COOH)−Q−COOHで表される化合物。ただし、式中のQは炭素数1〜4のアルキレン基、または水素原子の一部または全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基である。また、単量体(c)において、カルボキシ基の一部または全部がアンモニウム塩および有機アミン塩からなる群から選ばれる1種以上の塩を形成していてもよい。
単量体(d):前記単量体(a)、(b)および(c)と共重合可能であり、単量体(a)、(b)および(c)のいずれにも含まれない単量体であって、カルボキシ基、イソシアネート基、ブロックされたイソシアネート基、ウレタン結合、アルコキシシリル基、エポキシ基、N−メチロール基、およびN−アルコキシメチル基からなる群から選ばれる一種以上の官能基を有し、ポリフルオロアルキル基を有しない単量体。
前記単量体(a)が、F(CF2)sY1OCOCR=CH2(sは1〜6の整数であり、Rは水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、Y1は炭素数1〜10のアルキレン基。)で表される化合物であることがより好ましい。
前記重合単位(b’)が2−ヒドロキシエチルメタアクリレートに基づく重合単位であることがより好ましい。
前記含フッ素重合体の質量平均分子量が5,000〜100,000であることが好ましい。
本発明の耐水耐油剤組成物は、前記含フッ素共重合体と水性媒体を含み、該水性媒体に含まれる揮発性有機溶媒の含有量が1質量%以下であり、前記重合単位(c’)においてカルボキシ基の一部または全部がアルカリ金属塩、アンモニウム塩、および有機アミン塩からなる群から選ばれる1種以上の塩を形成していることが好ましい。
前記重合単位(c’)においてカルボキシ基の一部または全部がアンモニア、ジエタノールアミン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンおよび2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる1種以上と塩を形成していることがより好ましい。
前記単量体混合物が、さらに上記単量体(d)の0.1〜10質量%を含むことが好ましい。
<含フッ素共重合体>
本発明で用いられる含フッ素共重合体(以下、含フッ素共重合体(A)という。)は、単量体(a)に基づく重合単位(a’)、単量体(b)に基づく重合単位(b’)、および単量体(c)に基づく重合単位(c’)を必須の重合単位として含有する。
単量体(a)は、(Z−Y)nXで表される化合物である。重合単位(a’)は、単量体(a)の重合性不飽和基の二重結合が開裂して形成される重合単位である。
Yとしての上記−RM−T−RN−は、炭素数1〜11のアルキレン基、−CH=CHCH2−、−(CH2CHR''O)jCH2CH2−(jは1〜10の整数、R''は水素原子またはメチル基を示す。)、−C2H4OCONHC2H4−、−C2H4OCOOC2H4−、または−COOC2H4−が好ましく、炭素数1〜11のアルキレン基がより好ましく、−CH2−、−CH2CH2−、−(CH2)11−または−CH2CH2CH(CH3)−がさらに好ましい。
Xは、重合性不飽和基であって、nが1の場合は−CR=CH2、−COOCR=CH2、−OCOCR=CH2、−OCH2−φ−CR=CH2または−OCH=CH2であり、nが2の場合は−CH[−(CH2)pCR=CH2]−、−CH[−(CH2)pCOOCR=CH2]−、−CH[−(CH2)pOCOCR=CH2]−、または−OCOCH=CHCOO−(Rは水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、φはフェニレン基であり、pは0〜4の整数である。)である。nが2のとき、1分子内に存在する2つの(Z−Y)は互いに同じでもよく、異なっていてもよい。
Xとしては、−OCOCR=CH2または−OCOCH=CHCOO−が好ましく、溶媒に対する溶解性に優れ、乳化重合が容易に行える点で、−OCOCR=CH2がより好ましい。Rとしては、重合性に優れることから、水素原子、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子等)またはメチル基が好ましい。
特にF(CF2)sY1OCOCR=CH2(sは1〜6の整数、より好ましくは3〜6の整数。Rは水素原子、メチル基またはハロゲン原子。Y1は炭素数1〜10のアルキレン基。)で表される化合物が好ましい。
単量体(a)の好ましい具体例としては、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルメタクリレート、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルアクリレート、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルメタクリレート等が好ましい。
単量体(a)は1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
単量体(b)はCH2=CR1−G−(R2O)q−R3で表される化合物である。重合単位(b’)は単量体(b)のエチレン性二重結合が開裂して形成される重合単位である。
R1は、水素原子またはメチル基であり、R2は炭素数2〜4のアルキレン基または水素原子の一部または全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基であり、R3は水素原子、メチル基、(メタ)アクリロイル基またはアリル基である。
一分子中に炭素数が互いに異なる2種以上のアルキレン基が含まれていてもよい。
単量体(b)において、−(R2O)q−として炭素数が互いに異なる2種以上のアルキレン基が含まれる場合には、それらの繰り返し単位の配列は、ブロック状でもよくランダム状でもよい。qは1〜10の整数であり、1〜9が好ましく、1〜4がより好ましい。
Gは−COO(CH2)r−または−COO(CH2)t−NHCOO−(rは0〜4の整数、tは1〜4の整数。)である。
単量体(b)は1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、
2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、
2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、
4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、
ポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、
ポリオキシプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、
メトキシポリオキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、
トリオキシエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、
テトラオキシエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、
ポリオキシエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、
アクリロイルオキシポリオキシエチレングリコールメタアクリレート、
2−ヒドロキシ−3−アクリロイルオキシプロピル(メタ)アクリレート、
ポリ(オキシプロピレン−オキシブチレン)グリコールジ(メタ)アクリレート、
ポリ(オキシエチレン−オキシプロピレン)グリコールジ(メタ)アクリレート、
ポリ(オキシエチレン−オキシブチレン)グリコールジ(メタ)アクリレート等が好ましい。
これらのうちで、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)が特に好ましい。複数を併用する場合には、重合性と重合安定性の観点から2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)とトリエチレングリコールジメタクリレート(TEDMA)を併用することが特に好ましい。
単量体(c)は、CH2=C(COOH)−Q−COOHで表される化合物である。重合単位(c’)は単量体(c)のエチレン性二重結合が開裂して形成される重合単位である。
式中、Qは炭素数1〜4のアルキレン基、または水素原子の一部または全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基である。
単量体(c)は、CH2=C(COOH)−CH2−COOH(イタコン酸)、またはCH2=C(COOH)−CH2CH2−COOHが好ましく、イタコン酸がより好ましい。
単量体(c)は1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
これらの塩はカルボキシ基と塩基とを反応させることにより形成できる。
アンモニウム塩の形成に用いられる塩基はアンモニアが好ましい。
有機アミン塩の形成に用いられる塩基(有機アミン)としては、炭素数が1〜4のアルキル基を有する、モノアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン;アルキル基の水素が水酸基に置換された炭素数1〜4のアルカノール基を有する、モノアルカノールアミン、ジアルカノールアミン、トリアルカノールアミン;アミノ酸等が挙げられる。具体的に、安全性や入手性の面から好ましいものとしては、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、2‐アミノ‐2‐メチル‐1,3−プロパンジオール、2‐アミノ‐2‐ヒドロキシメチル−1,3‐プロパンジオール、ビス(ヒドロキシメチル)メチルアミノメタン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、リジン、アルギニン等が挙げられる。これらのうちでも、ジエタノールアミン、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン等がより好ましい。
特に、重合単位(c’)におけるカルボキシ基の一部または全部がアンモニア、ジエタノールアミン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンおよび2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる1種以上と塩を形成していることが好ましい。
含フッ素共重合体(A)は、さらに下記単量体(d)に基づく重合単位(d’)を含むことが好ましい。
単量体(d)は前記単量体(a)、(b)および(c)と共重合可能な単量体であって、カルボキシ基、イソシアネート基、ブロックされたイソシアネート基、ウレタン結合、アルコキシシリル基、エポキシ基、N−メチロール基、およびN−アルコキシメチル基からなる群から選ばれる一種以上の官能基を有し、ポリフルオロアルキル基を有しない単量体である。
単量体(a)、(b)または(c)に含まれる単量体は、単量体(d)に含まれないものとする。
重合単位(d’)は単量体(d)の重合性二重結合が開裂して形成される重合単位である。
カルボキシ基を有する化合物:
アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸。
イソシアネート基を有する化合物:
2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレート、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレート、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレート。
ブロック化されたイソシアネート基を有する化合物:
2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体。
トリアリルイソシアヌレート、3−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピルアクリレートのトリレンジイソシアネート付加物、3−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピルアクリレートのヘキサメチレンジイソシアネート付加物、ペンタエリスリトールトリアクリレートのヘキサメチレンジイソシアネート付加物。
CH2=CR5−D−E−SiRaRbRc(ただし、Dは−OCO−、−COO−または単結合、Eは炭素数1〜4のアルキレン基、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数1〜6のアルコキシ基、R5は水素原子またはメチル基を示す。)で表される化合物であり、具体例としては、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルジエトキシエチルシラン、ビニルトリメトキシシラン等が挙げられる。
グリシジル(メタ)アクリレート、ポリオキシアルキレングリコールモノグリシジルエーテル(メタ)アクリレート。
N−メチロール基またはN−アルコキシメチル基を有する化合物:
N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド。
特に耐水、耐油性能とラテックス安定性の両立の点で、単量体(d)としてカルボキシ基を有する化合物を用いることが好ましく、アクリル酸、メタクリル酸が好ましい。
本発明においては、含フッ素共重合体(A)の基材への密着性、接着性やコストの観点から、含フッ素共重合体(A)がさらに、単量体(a)、(b)および(c)と共重合可能である、上記単量体(a)、(b)、(c)および(d)以外の単量体(他の単量体ともいう)に基づく重合単位を含んでいてもよい。
他の単量体としては、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、ブタジエンがさらに好ましく、耐水耐油剤組成物が造膜性を改善しバリア性を高めることが期待できる。
単量体(a)として3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルメタクリレート、および3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルメタクリレートから選ばれる1種以上、
単量体(b)としてジオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、およびテトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレートから選ばれる1種以上、
単量体(c)としてイタコン酸(上記塩を形成していてもよい)から選ばれる1種以上を用いて重合させた含フッ素共重合体(A)が好ましい。
各重合単位の含有量のより好ましい範囲は、重合単位(a’)は60〜84質量%、重合単位(b’)は5〜34質量%、および重合単位(c’)は2〜6質量%である。
含フッ素共重合体(A)における他の単量体に基づく重合単位の割合は、30質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましい。
上記範囲であると、含フッ素共重合体(A)を用いて加工処理された紙、不織布、カーペット、合成・人工皮革もしくは天然皮革物品繊維等の加工物品において、耐油性、耐水性および耐アルコール性に優れる。
重合単位(d’)の含有量が0.1質量未満であると添加の効果が充分に発現せず、10質量%を超えると耐油性の点で好ましくない。
この場合の重合単位(a’)〜(c’)の各含有量の好ましい範囲は、重合単位(a’)が40〜97.9質量%、重合単位(b’)が1〜50質量%、重合単位(c’)が1〜10質量%である。より好ましい範囲は、重合単位(a’)が70〜90質量%、重合単位(b’)が2〜20質量%、重合単位(c’)が1〜10質量%、重合単位(d’)が0.2〜5質量%である。
本発明における各重合単位の含有割合は、含フッ素共重合体(A)における重合開始剤および連鎖移動剤由来の重合単位の質量を0(ゼロ)とみなして、各単量体の仕込み量から求められる値である。
本明細書における含フッ素共重合体(A)の質量平均分子量は、標準ポリメチルメタアクリレート試料を用いて作成した検量線を用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定することによって得られるポリメチルメタアクリレート換算分子量である。
含フッ素共重合体(A)は、公知の方法を用いて、溶媒中で重合反応を行うことにより得られる。具体的には、上記単量体(a)、(b)、(c)ならびに必要に応じて単量体(d)、および他の単量体を含む単量体混合物を溶媒中で重合させる工程を経て含フッ素共重合体(A)が得られる。溶液重合でもよく、乳化重合でもよいが、重合安定性の点から溶液重合が好ましい。
前記比較的低沸点の有機溶媒は、1×105Paにおける沸点(以下、単に「沸点」という。)が80℃以下であるものが好ましく、具体的にはアセトン、メタノール等が挙げられる。
前記水と共沸組成を形成する有機溶媒としては、2−プロピルアルコール、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、またはこれらの混合溶媒が好ましい。
含フッ素共重合体を得る重合反応において、仕込み原料の全部(重合溶媒も含む)を100質量%とするときの、単量体の合計の割合(濃度)は5〜60質量%が好ましく、10〜40質量%がより好ましい。
重合反応により共重合体を得た後、塩基を加えて、該共重合体中のカルボン酸基と塩を形成させる塩化工程を行うことが好ましい。該塩基は、重合単位(c’)におけるカルボキシ基の塩化に用いられる上記塩基と同様のものを用いることができる。共重合体中のカルボン酸基が塩を形成していると、該カルボン酸基の安定性が向上し、また含フッ素共重合体(A)の水性媒体への分散性が向上する。
本発明の含フッ素共重合体(A)は、基材に耐水耐油性を付与する耐水耐油剤として好適に使用できる。含フッ素共重合体(A)を基材に適用する際には、含フッ素共重合体(A)と水性媒体を含む耐水耐油剤組成物の形態で用いることが好ましい。
すなわち、本発明の耐水耐油剤組成物は、含フッ素共重合体(A)と水性媒体を含む。その他に添加剤等を含有していてもよい。
本発明の耐水耐油剤組成物は、含フッ素共重合体(A)と水性媒体を含み、揮発性有機溶媒の含有量が1質量%以下である水性分散体の形態であることが好ましい。
本発明における揮発性有機溶媒とは、常温で保存したときに揮発する有機溶媒を意味しており、具体的には沸点が100℃以下である有機溶媒である。なお、水と共沸混合物を形成する溶媒は該揮発性有機溶媒には含まれないものとする。
水性媒体は、水を含み、揮発性有機溶媒の含有量が1質量%以下である液体であればよく、具体的には水または水を含む共沸混合物が好ましい。
水性媒体としては、取り扱い性および安全衛生の観点から、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、およびダイアセトンアルコールからなる群から選ばれる1種以上と水との混合物、または水が好ましい。
重合反応は、前記単量体混合物を、前記沸点が80℃以下の有機溶媒または水との共沸組成を有する有機溶媒中で重合する方法で行うことが好ましい。
耐水耐油剤組成物が水性媒体を含む場合は、重合単位(c’)におけるカルボキシ基の一部または全部が前記塩を形成していることが好ましい。したがって、重合後に、必要に応じて前記塩基を添加し、該塩基と含フッ素共重合体中のカルボキシ基とを反応させて塩を形成させる塩化工程を行う。次いで、塩化工程を経てカルボキシ基が塩化された共重合体を水性媒体に分散させる。
カルボキシ基を塩化するための塩基と水性媒体を同時に加え、塩を形成する反応(塩化工程)を進行させつつ、含フッ素共重合体を水性媒体に分散させてもよい。
その後、必要に応じて有機溶媒を除去する。有機溶媒の除去は、例えばストリッピング(揮散)処理により行う。
水性分散体の形態の耐水耐油剤組成物において、揮発性有機溶媒の含有量は1質量%以下であればよく、ゼロが最も好ましい。
また、耐水耐油剤組成物を実際に基材に加工処理する際の固形分濃度は、基材、処理方法等により適宜選択すればよい。例えば、固形分濃度は0.005〜10質量%が好ましく、0.01〜5質量%がより好ましい。
該糊剤としては、例えばヒドロキシエチル化デンプン、カチオン化デンプン、両性デンプン、酸化デンプン、リン酸化デンプン、酵素変性デンプン等が挙げられる。
該樹脂としては、例えばポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニルラテックス、ポリビニルアルコール、ポリアミドアミンエピクロロヒドリン変性体樹脂、N−ビニルホルムアミドービニルアミン共重合体等が挙げられる。
該架橋剤としては、例えば尿素またはメラミンホルムアルデヒドの縮合物または予備縮合物、メチロール−ジヒドロキシエチレン−尿素およびその誘導体、ポリアミドアミンエピクロロヒドリン変性体樹脂、ウロン、メチロール−エチレン−尿素、メチロール−プロピレン−尿素、メチロール−トリアゾン、ジシアンジアミド−ホルムアルデヒドの縮合物、メチロール−カルバメート、メチロール−(メタ)アクリルアミド、これらの重合体等が好ましく挙げられる。
触媒としては、塩化アンモニウム、アルカノールアミン塩、酢酸ジルコニウム塩が好ましく挙げられる。
本発明の加工物品は、基材を耐水耐油剤組成物で処理したものである。
基材は、特に限定されないが、例えば紙、板紙、不織布、カーペット、人工・合成皮革、天然皮革等が挙げられる。
また、シリカ、アルミナ、タルク、セリシン、樹脂パウダー等の無機、有機の粉体を耐水耐油剤組成物で処理し、これらの粉体を坦持媒体として他の基材に耐水耐油性を付与する等の応用もできる。
また、パルプスラリーなどの繊維系原料から直接紙製容器を成型するパルプモールドにおいての内添使用も可能である。
カチオン系樹脂としては、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリエチレンイミン、ポリアミドポリアミンおよびそのエピクロロヒドリン変性体、アクリルアミド−アリルアミン共重合体、アクリルアミド−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート共重合体、アクリルアミド−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート共重合体、アクリルアミド−4級化ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート共重合体、アクリルアミド−4級化ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート共重合体、N−ビニルホルムアミド−ビニルアミン共重合体などから選ばれる1種類以上が使用できる。
特に、単量体(c)を用いない場合(例えば後述の調製例14、製造例14)に比べて、耐水耐油性が向上することから、単量体(c)が含フッ素共重合体(A)の耐水耐油性の発現に寄与していることがわかる。その理由は明らかではないが、単量体(c)はジカルボン酸構造を有し、かつ一方が反応性の高い1級のカルボキシル基であることから、極性官能基を有する基材へ効率的に吸着されることが一因と予測される。
性能評価は、以下の方法で行った。
[耐油性:キット試験]
TAPPI T559cm−02法に準じた下記の方法でキット試験を行った。試験には、ひまし油、トルエンおよびノルマルヘプタンを表1に示す体積比で混合したキット溶液を使用した。試験の結果はキット番号で表し、数字が大きい方が耐油性に優れる。
キット試験は、試験紙の耐油性の傾向をごく短時間(15秒間)で知ることができ、紙の耐油性の評価に広く用いられている。この評価結果は、紙の表面の表面張力に対する指標としての意味を持つ。
より現実的な使用条件における評価を充分に行うために、各種市販食用油に対する耐性を評価した。
3cm×3cmの試験紙を用い、一方の対角線に沿って折り目をつけ、もう一方の対角線については逆向きに第2の折り目をつけた。折り目の交点部分に食用油の約0.5mLを滴下し、環境試験機に入れて40℃、10%RH、または40℃、80%RHの2通りの条件でそれぞれ1時間保持した。環境試験機から取り出した後、試験紙から食用油を除去し、目視により食用油の試験紙への染み具合を観察した。
染みた痕跡のないものを○、ところどころしみた痕跡の残るものを△、食用油と接触した形状以上に染みが残るものを×として3段階で評価した。
食用油には、大豆油(試薬、一級、純正化学社製)、リセッタ(商品名、日清オイリオ社製)、エコナ(商品名、花王社製)を使用した。
より現実的な使用条件における耐水性の評価を行うために、下記の方法で耐エタノール・耐水試験を行った。
WSP−80.8(05)の撥アルコール試験に準じ、表2の混合比(質量%)でエタノールと水を混合した混合溶液(テスト液)を用いて評価を行った。ただし、液滴滴下後、評価までの保持時間(接触時間)はキット試験と同様の15秒とした。
まず試験紙を、汚れのない平らな透明ガラスの表面に置き、Rating番号0のテスト液をピペットで直径約5mmの大きさで試験紙上に置く。15秒後、浸透の有無を確認し、浸透がなければ次に大きいRating番号のテスト液滴を同様に試験紙上に置く。
これを繰り返し、浸透しない最も大きいRating番号を評価結果とする。
本試験によれば、水(Rating番号0)およびエタノール水溶液(Rating番号1〜10)に対する耐性が評価できる。エタノールは水よりも紙に浸透し易いため、評価結果のRating番号が大きいほど、耐水性が優れていることを示す。また評価結果のRating番号が大きいほど各種エタノール含有食品やエタノール系消毒液に対する耐性が高いことを示す。
含フッ素共重合体の水分散液(水性分散体)の安定性を確認した。まず固形分濃度が20質量%となるように調製した水分散液を110mlの透明ガラス製サンプル瓶にいれて3日間、室温にて静置し沈降や凝集の有無を目視にて確認した。沈降、凝集の無いものを++、わずかに沈降、凝集のあるものを+、凝集、沈降が多いものを−として評価した。
以下の調製例1、2では、表3に示す配合で含フッ素共重合体を調製した。表3に示す配合量の単位は、単量体の合計量を100質量部とするときの割合(質量部)である。
<調製例1>
容量約120mlのガラス製アンプル容器に、単量体(a)として3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチルメタクリレート(以下、C6FMAという。)(純度99.6%)、単量体(b)として2−ヒドロキシエチルメタアクリレート(以下、HEMAという。)、および単量体(c)としてイタコン酸(以下、IAという。)を表に示す配合(単量体合計17.5g)で仕込むとともに、溶媒としてアセトン52.5g、および重合開始剤としてアセトンで10%に希釈したジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(以下、AZMPという。)の1.8gを仕込み、窒素置換を3回繰り返し、容器をゴム栓で密封した。これを、水温65度に加熱した振とう恒温槽に装着し、振とう回数を毎分110回にセットして24時間重合を行い、固形分濃度25%の淡黄色溶液(共重合体のアセトン溶液)を得た。得られた含フッ素共重合体の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィーで調べたところ質量平均分子量(MW)は約48,000であった。
調製例1において、単量体の配合を表3に示す通りに変更した他は、調製例1と同様にして含フッ素共重合体を調製した。
表3において、単量体(d)としてはメタクリル酸(以下、MMAという。)を用いた。用いた単量体の合計量は17.5gである。得られた含フッ素共重合体の分子量(MW)は約50,000であった。
以下の調製例11〜14では、表4に示す配合で含フッ素共重合体を調製し、塩基を反応させるとともに水性媒体を添加して含フッ素共重合体の水分散液(水性分散体)を調製した。表4に示す配合量の単位は、単量体の合計量を100質量部とするときの割合(質量部)である。
<調製例11>
調製例2と同様にして含フッ素共重合体を重合し、得られた淡黄色溶液の50gに塩基として2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール(以下、AMPという)1.3gとイオン交換水45gを添加し、乳化分散させた後、エバポレーターを用いて加熱、減圧下でアセトンを留去し、淡橙色透明な含フッ素共重合体水分散液(揮発性有機溶媒の含有量は1質量%以下)を得た。この水分散液にさらにイオン交換水を加えて固形分濃度が20質量%である水分散液(1)を得た。
得られた含フッ素共重合体の水分散液の分散安定性を上記の方法で評価した。その結果を表4に示す。
調製例11において、塩基をジエタノールアミン(以下、DEAという。)の1.3gに変更した他は調製例11と同様にして、固形分濃度が20質量%である水分散液(2)を得た。
得られた水分散液の分散安定性を上記の方法で評価した。その結果を表4に示す。
調製例11において、単量体の組成を表4に示す通りに変更した他は調製例11と同様にして、固形分濃度が20質量%である水分散液(3)を得た。
本例では単量体(b)としてHEMAとトリエチレングリコールジメタクリレート(TEDMA)を併用した。
得られた水分散液の分散安定性を上記の方法で評価した。その結果を表4に示す。
調製例11において、単量体の組成を表4に示す通りに変更した他は調製例11と同様にして、固形分濃度が20質量%である水分散液(4)を得た。本例では単量体(c)を用いなかった。含フッ素共重合体の分子量(MW)は約56,000であった。
得られた水分散液の分散安定性を上記の方法で評価した。その結果を表4に示す。
調製例1、2で得られた含フッ素共重合体を耐水耐油剤として用い、含浸加工により耐水耐油紙(加工紙)を製造した。
すなわち、調製例1、2で得られた含フッ素共重合体のアセトン溶液を、フッ素系ポリマーの溶剤であるアサヒクリン AK−225G (商品名、旭硝子社製)で固形分濃度が0.5質量%となるように希釈して耐水耐油剤組成物を調製した。
基材として、広葉樹さらしクラフトパルプと針葉樹さらしクラフトパルプの乾燥時の混合比が7:3の割合からなる、坪量が40g/m2の無サイズ紙(紙Aという。)と坪量が75g/m2の無サイズ紙(紙Bという。)、およびアドバンテック社製のろ紙4A(坪量95g/m2)(紙Cという。)を用意した。耐水耐油剤組成物に、各紙(基材)をそれぞれ5秒間含浸し、その後、室温にて6時間ドラフト内に吊り下げて溶剤を蒸発させた後、シリンダードライヤーを用いて、100℃、60秒間の乾燥を行ったものを試験用の原紙とした。
得られた原紙を試験紙として用い、上記キット試験および耐エタノール・耐水試験を行った。評価結果を表5に示す。
調製例11〜13で得られた含フッ素共重合体の水分散液を耐水耐油剤組成物として用い、内添加工により耐水耐油紙(加工紙)を製造した。
原料パルプとしては、針葉樹さらしクラフトパルプと広葉樹さらしクラフトパルプの混合パルプ(乾燥時の質量比率が7:3であるもの)をJIS P 8221−1 タッピスタンダードナイアガラテストビータにて叩解し、JIS P 8121のカナディアンスタンダードフリーネスによる叩解度が450としたものを用いた。
該パルプを、パルプ濃度1.2質量%で、JIS P 8220に記載のタッピスタンダードパルプ離解機を使用して離解した後、得られたパルプスラリーに、定着剤としてN−ビニルホルムアミド−ビニルアミン共重合体(製品名:カチオファスト VMP、BASFジャパン社製、以下、VMPという。)を添加し、次いで含フッ素共重合体の水分散液を添加した。
定着剤(VMP)の添加量および水分散液の添加量は表6に示す通りである。表6における添加量は、パルプスラリー中のパルプ全体の乾燥時の質量を100質量%としたときの、添加剤(固形分)の割合(単位:質量%)である。
なお、N−ビニルホルムアミド−ビニルアミン共重合体は、アニオン性化合物をパルプへ定着させるための定着剤として公知である(例えば特開2005−42271号公報)。
得られた原紙を試験紙として用い、上記キット試験、耐エタノール・耐水試験、および食用油試験を行った。評価結果を表6に示す。
調製例14で得られた含フッ素共重合体の水分散液(4)を耐水耐油剤組成物として用いた他は、製造例11と同様にして耐水耐油紙を製造し、評価した。評価結果を表7に示す。
製造例11において、調製例11で得られた含フッ素共重合体の水分散液に代えて、長鎖のパーフルオロアルキル基を有する市販のフッ素系耐油剤を用いた他は、製造例11と同様にして耐水耐油紙を製造し、評価した。評価結果を表7に示す。
フッ素系耐油剤としては、アサヒガードAG−530(商品名、パーフルオロアルキルエチルリン酸エステルのジエタノールアミン塩、パーフルオロアルキル基の鎖長が8以上で平均鎖長が約9、旭硝子社製、製品中の固形分15%。)を用いた。
含フッ素共重合体に代えて、炭素数6のパーフルオロアルキル基を有し、ジエタノールアミン塩を形成しているリン酸エステルを用いた。
すなわち、(C6F13CH2CH2O)kP(=O)(ON(C2H5OH)2)3−k、(ただし、k=1.6)で表される、パーフルオロアルキルエチルリン酸エステルのジエタノールアミン塩でパーフルオロアルキル基の鎖長が6である化合物の水分散液(以下、C6Pという。)を調製し、評価に供した。
製造例11において、調製例11で得られた含フッ素共重合体の水分散液に代えて、上記で調製したC6Pを用いた他は、製造例11と同様にして耐水耐油紙を製造し、評価した。評価結果を表7に示す。
製造例11において、調製例11で得られた含フッ素共重合体の水分散液に代えて、長鎖のパーフルオロアルキル基を含まない市販のフッ素系耐油剤を用いた他は、製造例11と同様にして耐水耐油紙を製造し、評価した。評価結果を表7に示す。
フッ素系耐油剤としては、ソルベラPT5060(商品名、パーフルオロポリエーテルのジオールとイソホロンジイソシアネートの反応物からなるフッ素系耐油剤であり長鎖のパーフルオロアルキル基を含まない製品;ソルベイソレクシス社製、製品中の固形分25%。)を用いた。
表6の結果より、調製例11〜13で得られた含フッ素共重合体の水分散液を用いて処理した加工紙(製造例11〜13)は、耐水性、耐エタノール性、および耐油性が良好であった。また従来の長鎖のパーフルオロアルキル基を有するフッ素系耐油剤を用いた表7の製造例15と比べると、製造例11〜13は、キット試験においては劣るものの、耐エタノール・耐水試験および食用油試験ではほぼ同等の結果が得られた。また表4に示されるように、調製例11〜13で得られた含フッ素共重合体の水分散液は分散安定性も良好であった。
一方、表7の結果に示されるように、含フッ素共重合体が単量体(c)を有していない製造例14は耐水耐油性が劣っている。また製造例16、17は耐エタノール・耐水試験の評価が0であり、食用油試験の評価でも×が多く、耐水耐油性が良くないことがわかる。
本発明の含フッ素共重合体を用いて加工処理された紙、不織布等は、各種の包装材料、カバー類、吸音材料、フィルター、濾材等に使用できる。また、本発明の含フッ素共重合体は、繊維、繊維織物、皮革、毛皮等に対して優れた耐水耐油性を付与できる。
また、本発明の含フッ素共重合体は、シリカ、アルミナ、タルク、セリシン、樹脂パウダー等の無機、有機の粉体に対して優れた耐水耐油性を付与でき、該粉体は化粧品等の用途に使用できるとともにそれら粉体を坦持媒体として他の基材に耐水、耐油性を付与できる等、産業上有用である。
なお、2007年11月1日に出願された日本特許出願2007−285128号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (15)
- 下記単量体(a)に基づく重合単位(a’)の40〜98質量%、下記単量体(b)に基づく重合単位(b’)の1〜50質量%、および下記単量体(c)に基づく重合単位(c’)の1〜10質量%を含むことを特徴とする含フッ素共重合体。
単量体(a):(Z−Y)nXで表される化合物。ただし、式中Zは炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基またはCmF2m+1O(CFWCF2O)dCFK−(mは1〜6の整数、dは1〜4の整数、WおよびKはそれぞれ独立にフッ素原子またはトリフルオロメチル基。)で表される1価の基を表し、Yはフッ素原子を含まない2価の有機基または単結合を表し、nは1または2であり、nが1のとき、Xは−CR=CH2、−COOCR=CH2、−OCOCR=CH2、−OCH2−φ−CR=CH2または−OCH=CH2を表し、nが2のとき、Xは−CH[−(CH2)pCR=CH2]−、−CH[−(CH2)pCOOCR=CH2]−、−CH[−(CH2)pOCOCR=CH2]−、または−OCOCH=CHCOO−を表し、Rは水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、φはフェニレン基であり、pは0〜4の整数である。nが2のとき、1分子内に存在する2つの(Z−Y)は互いに同じでもよく、異なっていてもよい。
単量体(b):CH2=CR1−G−(R2O)q−R3で表される化合物。ただし、式中のR1は水素原子またはメチル基を表わし、R2は炭素数2〜4のアルキレン基、または水素原子の一部または全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基を表わし、qは1〜10の整数であり、Gは−COO(CH2)r−または−COO(CH2)t−NHCOO−(rは0〜4の整数、tは1〜4の整数。)を表わし、R3は水素原子、メチル基、アクリロイル基、メタクリロイル基またはアリル基を表わす。
単量体(c):CH2=C(COOH)−Q−COOHで表される化合物。ただし、式中のQは炭素数1〜4のアルキレン基、または水素原子の一部または全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基である。また、単量体(c)において、カルボキシ基の一部または全部がアンモニウム塩および有機アミン塩からなる群から選ばれる1種以上の塩を形成していてもよい。 - さらに、下記単量体(d)に基づく重合単位(d’)の0.1〜10質量%を含む、請求項1に記載の含フッ素共重合体。
単量体(d):前記単量体(a)、(b)および(c)と共重合可能であり、単量体(a)、(b)および(c)のいずれにも含まれない単量体であって、カルボキシ基、イソシアネート基、ブロックされたイソシアネート基、ウレタン結合、アルコキシシリル基、エポキシ基、N−メチロール基、およびN−アルコキシメチル基からなる群から選ばれる一種以上の官能基を有し、ポリフルオロアルキル基を有しない単量体。 - 前記(Z−Y)nXにおいて、Zが炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基、Yがフッ素原子を含まない2価の有機基であり、nが1かつXが−OCOCR=CH2、またはnが2かつXが−OCOCH=CHCOO−(Rは水素原子、メチル基またはハロゲン原子。)である、請求項1または2に記載の含フッ素共重合体。
- 前記単量体(a)が、F(CF2)sY1OCOCR=CH2(sは1〜6の整数であり、Rは水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、Y1は炭素数1〜10のアルキレン基。)で表される化合物である、請求項3に記載の含フッ素共重合体。
- 前記単量体(b)のCH2=CR1−G−(R2O)q−R3において、Gが−COO(CH2)r−(rは0〜4の整数。)であり、R2が炭素数2〜4のアルキレン基であり、qが1〜10の整数であり、R3が水素原子である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の含フッ素共重合体。
- 前記重合単位(b’)が2−ヒドロキシエチルメタアクリレートに基づく重合単位である、請求項5に記載の含フッ素共重合体。
- 前記重合単位(c’)がイタコン酸に基づく重合単位(カルボキシ基の一部または全部がアンモニウム塩および有機アミン塩からなる群から選ばれる1種以上の塩を形成していてもよい。)である請求項1〜6のいずれか一項に記載の含フッ素共重合体。
- 質量平均分子量が5,000〜100,000である請求項1〜7のいずれか一項に記載の含フッ素共重合体。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の含フッ素共重合体と水性媒体とを含む耐水耐油剤組成物。
- 含フッ素共重合体と水性媒体を含み、該水性媒体に含まれる揮発性有機溶媒の含有量が1質量%以下であり、前記重合単位(c’)においてカルボキシ基の一部または全部がアルカリ金属塩、アンモニウム塩、および有機アミン塩からなる群から選ばれる1種以上の塩を形成している、請求項9に記載の耐水耐油剤組成物。
- 前記重合単位(c’)におけるカルボキシ基の一部または全部がアンモニア、ジエタノールアミン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンおよび2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる1種以上と塩を形成している、請求項9または10に記載の耐水耐油剤組成物。
- 請求項9〜11のいずれか一項に記載の耐水耐油剤組成物で処理した加工物品。
- 下記単量体(a)の40〜98質量%、下記単量体(b)の1〜50質量%、および下記単量体(c)の1〜10質量%を含む単量体混合物を重合させる工程を有することを特徴とする含フッ素共重合体の製造方法。
単量体(a):(Z−Y)nXで表される化合物。ただし、式中Zは炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基またはCmF2m+1O(CFWCF2O)dCFK−(mは1〜6の整数、dは1〜4の整数、WおよびKはそれぞれ独立にフッ素原子またはトリフルオロメチル基。)で表される1価の基を表し、Yはフッ素原子を含まない2価の有機基または単結合を表し、nは1または2であり、nが1のとき、Xは−CR=CH2、−COOCR=CH2、−OCOCR=CH2、−OCH2−φ−CR=CH2または−OCH=CH2を表し、nが2のとき、Xは−CH[−(CH2)pCR=CH2]−、−CH[−(CH2)pCOOCR=CH2]−、−CH[−(CH2)pOCOCR=CH2]−、または−OCOCH=CHCOO−を表し、Rは水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、φはフェニレン基であり、pは0〜4の整数である。nが2のとき、1分子内に存在する2つの(Z−Y)は互いに同じでもよく、異なっていてもよい。
単量体(b):CH2=CR1−G−(R2O)q−R3で表される化合物。ただし、式中のR1は水素原子またはメチル基を表わし、R2は炭素数2〜4のアルキレン基、または水素原子の一部または全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基を表わし、qは1〜10の整数であり、Gは−COO(CH2)r−または−COO(CH2)t−NHCOO−(rは0〜4の整数、tは1〜4の整数。)を表わし、R3は水素原子、メチル基、アクリロイル基、メタクリロイル基またはアリル基を表わす。
単量体(c):CH2=C(COOH)−Q−COOHで表される化合物。ただし、式中のQは炭素数1〜4のアルキレン基、または水素原子の一部または全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基。また、単量体(c)において、カルボキシ基の一部または全部がアンモニウム塩および有機アミン塩からなる群から選ばれる1種以上の塩を形成していてもよい。 - 前記単量体混合物が、さらに下記単量体(d)の0.1〜10質量%を含む、請求項13に記載の含フッ素共重合体の製造方法。
単量体(d):前記単量体(a)、(b)および(c)と共重合可能であり、単量体(a)、(b)および(c)のいずれにも含まれない単量体であって、イソシアネート基、ブロックされたイソシアネート基、ウレタン結合、アルコキシシリル基、エポキシ基、N−メチロール基、およびN−アルコキシメチル基からなる群から選ばれる一種以上の官能基を有し、ポリフルオロアルキル基を有しない単量体。 - 請求項14に記載の方法で得られた含フッ素共重合体を、アンモニア、ジエタノールアミン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンおよび2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる1種以上と反応させて、該含フッ素共重合体のカルボキシ基の一部または全部を塩化する塩化工程、および該塩化工程を経た含フッ素共重合体を水性媒体に分散させる工程を有する耐水耐油剤組成物の製造方法。
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