JPWO2013115380A1 - フッ素含有共重合体、並びに撥油性及び/又は撥水性コーティング剤 - Google Patents

フッ素含有共重合体、並びに撥油性及び/又は撥水性コーティング剤 Download PDF

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Abstract

本発明は、優れた撥油性と汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への高い溶解性とを兼ね備えたフッ素含有共重合体、及びこれを含有する撥油性及び/又は撥水性コーティング剤を提供することを目的とする。本発明は、式(1):[式中、Ra1、Ra2、Ra3、Xa、Xc、Q、Rc、k、n1は、明細書に記載のとおりである]で表されるフッ素含有共重合体を提供する。

Description

本発明は、フッ素含有共重合体、特に硬化性部を含有するフッ素含有共重合体、並びにこれを含有する撥油性及び/又は撥水性コーティング剤に関する。
従来、タッチパネル等のように、ディスプレイ装置の表面に指で触れて操作する機器が用いられている。このようなディスプレイ装置の表面は、通常、ガラス又は非晶質の合成樹脂(例、アクリル樹脂)等の材料で構成されている。しかし、このような材料は撥油性を有さないので、ディスプレイ装置の表面に指の油脂が付着して、ディスプレイの視認性が低下するという問題がある。
このため、油脂付着防止の目的で、撥油性に優れる含フッ素化合物、特にペルフルオロポリエーテル基を含有する含フッ素化合物が、ディスプレイ表面の撥油性コーティング剤として、用いられている(特許文献1〜3)。
このような含フッ素化合物は、汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への溶解性が低いので、ディスプレイ表面に塗工する場合には、高価なフッ素含有有機溶媒に溶解させる必要がある。
しかし、近年、タブレット又はスレートコンピューターの普及により、指で触れて操作するディスプレイ表面の面積が大きくなり、そのコーティングに必要な含フッ素化合物及び高価な含フッ素溶剤の使用量も増加している。
このため、フッ素を含有せず、安価な汎用溶剤への溶解性が高い含フッ素化合物が求められている。
また、種々の基材表面に剥がれにくい皮膜を形成するには、例えば既存のアクリル系ハードコーティング剤のようなアクリル単量体を重合させて表面皮膜を得る方法がある。この方法は表面改質法として汎用性がある。すなわち、アクリル系ハードコーティング剤と相溶し、かつ共重合できるペルフルオロポリエーテル基を含有する含フッ素化合物を準備すれば、当該含フッ素化合物とアクリル系ハードコーティング剤とを組み合わせることにより、種々の基材に適した表面改質剤が得られ、また、得られる重合膜の物性を変化させることができる。更に、皮膜の主成分として既存のアクリル単量体を使用するので、高価なペルフルオロポリエーテル基を含有する含フッ素化合物の使用量を少なくすることができてコスト的にも有利である。
このことからも、アクリル系ハードコーティング剤と相溶し、かつ硬化性部位により共重合できるペルフルオロポリエーテル基を含有する含フッ素化合物は有用である。
ペルフルオロポリエーテル基、及び硬化性部を含有する含フッ素化合物としては、例えば、以下のものが知られている。
特許文献4は、保護コーティングに関し、末端に水酸基を持つペルフルオロポリエーテルのエチルイソシアネート・メタクリレート変性体を、ビスフェノールA−ジヒドロキシエチルアクリレートに添加し、及び共重合させて固定化することを開示している(特許文献4、実施例5及び10)。
非特許文献1は、末端に水酸基を持つペルフルオロポリエーテルのエチルイソシアネート・メタクリレート変性体とメチルメタクリレートとの共重合体を開示している。
特許文献5は、撥油撥水性皮膜に関し、ペルフルオロポリエーテルセグメントを持つオリゴウレタンに架橋形成性官能基を修飾する目的で、活性水酸基を有する付加重合性基を導入する方法を開示している。
特開平9−157582号公報 特開平9−157388号公報 国際公開第2003/002628号パンフレット 特開平10−72568号公報 特開2001−19736号公報
Polymer, 42, 2001年, pp.2299-2305
前述のように、従来の、撥油性に優れる含フッ素化合物は、汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への溶解性が低く、一方、従来の、汎用溶剤への溶解性が高い含フッ素化合物は、撥油性が低いといという問題があった。
また、特許文献4で提案されている技術では、ペルフルオロポリエーテルは、1重量%までしか添加されていない。エチルイソシアネート・メタクリレート修飾したペルフルオロポリエーテルのメタクリル炭化水素基部分はフルオロアルキル基部分に比して小さいので、特許文献4の含フッ素化合物は、基材からはじかれ易く、かつ、汎用性の非フッ素アクリレート単量体及び炭化水素系溶媒との相溶性が低い。このため、相溶化できる単量体の種類が限られ、各用途用に最適化された組成のコーティング剤に添加できないこと、及び、高濃度に添加すると硬化前の溶液が相分離しやすく均一な皮膜が得られにくいこと等の制限がある。また、光学的な用途に用いられる透明保護層に利用する場合、保護膜は薄くする必要があり、このときには比較的高濃度に添加しなければ表面改質効果は現れにくい。
非特許文献1の共重合体は、ペルフルオロポリエーテルのエチルイソシアネート・メタクリレート変性体が炭化水素系溶媒に溶けないので、全廃の対象となっている特定フロンである1,1,2−トリクロロトリフルオロエタン、又は高価なトリフルオロトルエンのようなフロン溶媒中で重合されており、また非フッ素系媒体中では共重合体の形でしかフィルム化できないので、フィルム物性の自由度に乏しい。従って、共重合体をコーティングできる基材に制限がある。また、共重合体の形でしかコーティング剤に添加できないため、相溶化できるコーティング剤に制限があり強靱で均一な膜が得にくい。
特許文献5で提案されている技術では、表面保護皮膜の主成分はオリゴウレタン(ペルフルオロポリエーテル含有ウレタン架橋物)であり、硬さの要求される用途には不適などの物性的な制限がある。この方法は、既存の付加重合性コーティング剤に添加して保護皮膜を与えるものではない。
従って、本発明は、優れた撥油性及び/又は撥水性と、汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への高い溶解性とを兼ね備え、かつ既存のハードコーティング剤に添加して用いることができるフッ素含有共重合体、及びこれを含有する撥油性及び/又は撥水性コーティング剤を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、式(1):
Figure 2013115380
[式中、
a1は、ペルフルオロポリエーテル基を含有する1価、又は2価の基を表す。kは1、又は2を表す。
は、−O−、フェニレン、−N(−R)−(Rは、有機基を表す。)、又はカルバゾリレンを表す。
a2は、水素原子、又はアルキル基を表す。
a3は、水素原子、又はアルキル基を表す。
Qは、各出現において、それぞれ独立して、硬化性部を含有する構成単位、又は硬化性部を含有しない構成単位を表す。
は、ペルフルオロポリエーテル基を含有する基、又は硬化性部を含有していてもよい有機基、又は水素原子を表す。
は、−O−、−S−、−NH−、又は単結合を表す。
n1は、1以上の繰り返し数を表す。
但し、
a2及びRa3の少なくとも一方はアルキル基であり、
が硬化性部を含有する有機基でない場合、少なくとも1個のQは、硬化性部を含有する構成単位である。]
で表されるフッ素含有共重合体が、優れた撥油及び撥水性と、汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への高い溶解性とを兼ね備えることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、次の態様を含む。
項1.
式(1):
Figure 2013115380
[式中、
a1は、ペルフルオロポリエーテル基を含有する1価、又は2価の基を表す。
は、−O−、フェニレン、−N(−R)−(Rは有機基を表す。)、又はカルバゾリレンを表す。
a2は、水素原子、又はアルキル基を表す。
a3は、水素原子、又はアルキル基を表す。
Qは、各出現において、それぞれ独立して、硬化性部を含有する構成単位、又は硬化性部を含有しない構成単位を表す。
は、ペルフルオロポリエーテル基を含有する基、又は硬化性部を含有していてもよい有機基又は水素原子を表す。
は、−O−、−S−、−NH−、又は単結合を表す。
kは1、又は2を表す。
n1は、1以上の繰り返し数を表す。
但し、
a2、及びRa3の少なくとも一方はアルキル基である。
が硬化性部を含有する有機基でない場合、少なくとも1個のQは、硬化性部を含有する構成単位である。]
で表されるフッ素含有共重合体
項2.
Qは、式:
Figure 2013115380
[式中、
b1は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、又はアルキル基を表す。
b2は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、又は硬化性部を含有していてもよい有機基を表す。
b3は、水素原子、又はアルキル基を表す。
は、−O−、フェニレン、−N(−R)−(Rは有機基を表す。)、又はカルバゾリレンを表す。
但し、
b2が水素原子である場合、Xはフェニレンである。]
で表される構成単位である項1に記載のフッ素含有共重合体。
項3.
a1で表されるペルフルオロポリエーテル基を含有する1価、又は2価の基におけるペルフルオロポリエーテル基の数平均分子量は、それぞれ約1000以上である項1又は2に記載のフッ素含有共重合体。
項4.
a1で表されるペルフルオロポリエーテル基を含有する基におけるペルフルオロポリエーテル基は、式:−(C2pO)
[式中、
pは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数である。
nは、繰り返し数を表す。]
で表される部分を有する項1〜3のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
項5.
a1は、
式:Xra−(C2pO)na−Yra−L− (a1)
[式中、
raは、フッ素、又はRf−O−(Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基を表す。)を表す。
pは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数を表す。
naは、1〜1000である繰り返し数を表す。
raは、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
は、リンカーを表す。]
で表される1価の基である
項4に記載のフッ素含有共重合体。
項6.
式(a1)中の式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−、−CF(−CF)−CF−O−、−CF−O−、−CF−CF−O−、及び−CF(−CF)−O−からなる群より選択される1種以上の構成単位からなる項5に記載のフッ素含有共重合体。
項7.
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、かつ
raは、−CF−CF−である
項6に記載のフッ素含有共重合体。
項8.
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−O−、及び−CF−O−からなり、かつ
raは、−CF−である
項6に記載のフッ素含有共重合体。
項9.
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、かつ
raは、−CF(−CF)−である
項6に記載のフッ素含有共重合体。
項10.
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−、及び−CF−O−からなり、かつ
raは、−CF(−CF)−である
項6に記載のフッ素含有共重合体。
項11.
は、−CH−O−CH−CH−である
項5〜10のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
項12.
は、−CH−である
項5〜10のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
項13.
a1は、
式:−L’−Yra’−O−(C2pO)na−Yra−L− (a2)
[式中、
’、及びLは、それぞれ独立して、リンカーを表す。
ra’、及びYraは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
pは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数を表す。
naは、1〜1000である繰り返し数を表す。]
で表される2価の基である
項4に記載のフッ素含有共重合体。
項14.
式(a2)中の式:(C2pO)naで表される部分は、それぞれ独立して、−CF−CF−CF−O−、−CF(−CF)−CF−O−、−CF−O−、−CF−CF−O−、及び−CF(−CF)−O−からなる群より選択される1種以上の構成単位からなる
項13に記載のフッ素含有共重合体。
項15.
ra’は、−CF−CF−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、かつ
raは、−CF−CF−である
項13に記載のフッ素含有共重合体。
項16.
ra’は、−CF−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−O−、及び−CF−O−からなり、かつ
ra−CF−である
項13に記載のフッ素含有共重合体。
項17.
ra’は、−CF(−CF)−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、かつ
ra−CF(−CF)−である
項13に記載のフッ素含有共重合体。
項18.
ra’は、−CF(−CF)−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−、及び−CF−O−からなり、かつ
ra−CF(−CF)−である項13に記載のフッ素含有共重合体。
項19.
a1で表されるペルフルオロポリエーテル基を含有する基におけるペルフルオロポリエーテル基は、
式:−L’−Yra’−(OCp’2p’na’−O−Rf−O−(C2pO)na−Yra−L− (a2’)
[式中、
’、及びLは、それぞれ独立して、リンカーを表す。
ra’、及びYraは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
na’、及びnaは、それぞれ独立して、1〜1000である繰り返し数を表す。
Rfは、ペルフルオロアルキレン鎖を表す。

で表される2価の基である項4に記載のフッ素含有共重合体。
項20.
ra’は、−CF(−CF)−であり;
式:(OCp’2p’na’で表される部分は、−O−CF−CF(−CF)−からなり;
Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキレン鎖であり;
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−であり;かつ
raは、−CF(−CF)−である項19に記載のフッ素含有共重合体。
項21.
’は、−CH−CH−O−CH−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−である
項13〜20のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
項22.
’は、−CH−であり、かつ
は、−CH−である
項13〜20のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
項23.
は、硬化性部を含有する有機基でなく、かつ
少なくとも1個のQは、硬化性部を含有する構成単位である
項1〜22のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
項24.
Qにおける硬化性部は、(メタ)アクリロイル基、又はシランカップリング基である項23に記載のフッ素含有共重合体。
項25.
前記硬化性部を含有する構成単位は、硬化性部がリンカーを介してXに結合する基であり、かつ
当該リンカーは、−(CHR−O−、若しくは−(CHR−O−(CHR−O−(nは、各出現において、それぞれ独立して、1〜40の整数である繰り返し数を表す。Rは、各出現において、それぞれ独立して、水素、又はメチル基を表す。)
である23又は24に記載のフッ素含有共重合体。
項26.
は、メチル基である項23〜25のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
項27.
は、硬化性部を含有する有機基である項1〜25のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
項28.
は、シランカップリング基を含有する基である項27に記載のフッ素含有共重合体。
項29.
項1〜28のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体を含有する撥油性及び/又は撥水性コーティング剤。
項30.
式(2):
r1−O−(C2rO)nd−Rr2
[式中、
rは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数である。
ndは、繰り返し数を表す。
r1及びRr2は、それぞれ独立して炭素数1〜16、好ましくは炭素数1〜3のペルフルオロアルキル基を表す。]
で表される化合物を更に含有する、
項29に記載の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤。
項31.
項29又は30に記載の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤から形成された皮膜を含有する物品。
項32.
式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、F−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−(nは繰り返し数を表す。)を表す。
は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物の製造方法であって、
式:PFPE−CH−O−CO−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)で表される2−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)メトキシエトキシビニルエーテルを、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物と反応させる工程を含む
製造方法。
項33
式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、F−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−(nは繰り返し数を表す。)を表す。
は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物の製造方法であって、
式:PFPE−CH−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)で表される2−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)メトキシビニルエーテルを、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物と反応させる工程を含む
製造方法。
項34.
式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、−CF(−CF)−(O−CF−CF(−CF))−O−CF−Rf−CF−O−(CF(−CF)−CF−O−)n’−CF(CF)−(Rfはペルフルオロアルキレン基を表す。n、及びn’はそれぞれ繰り返し数を表す。)を表す。
は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物の製造方法であって、
式:CH=CH−O−C−O−CH−PFPE−CH−O−C−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物を、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物と反応させる工程を含む
製造方法。
項35.
式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、−CFCF−O−(CF−CFCF−O)−CF−CF−(nは、繰り返し数を表す。)を表す。
は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物の製造方法であって、
式:CH=CH−O−C−O−CH−PFPE−CH−O−C−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物を、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物と反応させる工程を含む
製造方法。
項36
式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、−CFCF−O−(CF−CFCF−O)−CF−CF−(nは、繰り返し数を表す。)を表す。
は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物の製造方法であって、
式:CH=CH−O−CH−PFPE−CH−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物を、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物と反応させる工程を含む
製造方法。
項37.
式:Y−Hで表される化合物は、CFCOOHである項32〜36のいずれか1項に記載の製造方法。
本発明のフッ素含有共重合体は、優れた撥油性及び/又は撥水性と、汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への高い溶解性とを兼ね備え、撥油性及び/又は撥水性コーティング剤として好適に使用することができる。
MALDI-TOF-MSのグラフである。
1.用語
本明細書中、特に記載が無い限り、数値範囲を表す記号「〜」は、その両端の数値が前記数値範囲に含まれることを意図して用いられる。
本明細書中、特に記載が無い限り、「ペルフルオロポリエーテル基」とは、1価、又は2価の「ペルフルオロポリエーテル基」である。当該「1価のペルフルオロポリエーテル基」は、1個以上の炭素−炭素結合にエーテル性酸素原子が挿入されたペルフルオロアルキル基を意味する。当該「2価のペルフルオロポリエーテル基」は、1個以上の炭素−炭素結合にエーテル性酸素原子が挿入されたペルフルオロアルキレン鎖を意味する。本明細書中、ペルフルオロポリエーテル基を、略号:PFPEで表す場合がある。
本明細書中、特に記載が無い限り、「ペルフルオロアルキル基」としては、例えば、炭素数1〜12(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3のペルフルオロアルキル基が挙げられる。
当該「ペルフルオロアルキル基」は、直鎖状であっても、分枝鎖状であってもよいが、好ましくは、直鎖状である。
また、当該「ペルフルオロアルキル基」は、アルキル基の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であってもよく、アルキル基の末端の1個の水素原子以外の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であってもよいが、特に記載の無い限り、好ましくは、アルキル基の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基である。
本明細書中、「ペルフルオロアルキレン鎖」は、前記「ペルフルオロアルキル基」のうち、アルキル基の末端の1個の水素原子以外の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基から当該水素原子の除去によって誘導される2価の基を意味する。特に記載が無い限り、「ペルフルオロアルキレン鎖」としては、例えば、炭素数1〜12(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3のペルフルオロアルキレン鎖が挙げられる。
当該「ペルフルオロアルキレン鎖」は、直鎖状であっても、分枝鎖状であってもよいが、好ましくは、直鎖状である。
本明細書中、特に記載が無い限り、「アルキル基」としては、例えば、炭素数1〜12(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3、更に好ましくは1)のアルキル基(例、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基)が挙げられる。当該「アルキル基」は、直鎖状であっても、分枝鎖状であってもよいが、好ましくは、直鎖状である。
本明細書中、特に記載が無い限り、「アルカノイル基」としては、例えば、炭素数2〜13(好ましくは2〜7、より好ましくは2〜4、更に好ましくは2)のアルカノイル基が挙げられる。
「アルカノイル基」は、一般式:RCO−(Rは、アルキル基を表す。)で表される基である。
当該「アルカノイル基」は、直鎖状であっても、分枝鎖状であってもよいが、好ましくは、直鎖状である。
本明細書中、特に記載が無い限り、「シランカップリング基」としては、例えば、
(a)式:Si(−R(−OR3−m
[式中、
は、アルキル基を表す。及び
mは、0〜2の整数を表す。]
で表されるアルコキシシラン基(シリルエーテル基);
(b)式:Si(−R(−OCOR3−m
[式中、
は、アルキル基を表す。及び
mは、0〜2の整数を表す。]
で表されるアルキルカルボキシルシラン基;
(c)式:Si(−R(−X)3−m
[式中、
Xは、ハロゲン原子を表す。
は、アルキル基を表す。及び
mは、0〜2の整数を表す。]
で表されるハロゲン化シラン基;及び
(d)式:Si(−R(−R3−m
[式中、
は、−NR 又は−NHRを表す
は、アルキル基を表す。及び
mは、0〜2の整数を表す。]
で表されるシラザン基が挙げられる。本明細書中、かかるシランカップリング基を、単にZ−で表す場合がある。
本明細書中、「有機基」は炭素を含有する基を意味する。
本明細書中、「硬化性部を含有していてもよい有機基」からは、「ペルフルオロポリエーテル基を含有する基」は除かれる。
2.フッ素含有共重合体
本発明のフッ素含有共重合体は、
式(1):
Figure 2013115380
で表される化合物である。
以下に、式(1)中の記号を説明する。
a1は、ペルフルオロポリエーテル基を含有する、1価、又は2価の基を表す。kは1、又は2である。
a1で表される「ペルフルオロポリエーテル基を含有する基」は、好ましくは、1価の「ペルフルオロポリエーテル基」が1個のリンカーを介して結合する1価の基、又は2価の「ペルフルオロポリエーテル基」がそれぞれ1個のリンカーを介して結合する2価の基である。
当該「ペルフルオロポリエーテル基」の数平均分子量の下限は、高い撥油性及び撥水性を得る観点からは、好ましくは約1000、より好ましくは約1500、更に好ましくは、約2000である。
当該「ペルフルオロポリエーテル基」の数平均分子量の上限は、汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への高い溶解性を得る観点からは、好ましくは約100,000、より好ましくは約50,000、更に好ましくは、約10,000である。
「ペルフルオロポリエーテル基」は、好ましくは、
式:−(C2pO)na
[式中、
pは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数である。
naは、繰り返し数を表す。]
で表される部分を有する。
式:C2pOで表される部分は、na回の繰り返しにおいて、それぞれ独立、言い換えると、同一又は異なっていてもよい。
naで表される繰り返し数は、1〜1000である。なお、naで表される繰り返し数は、フッ素含有共重合体における数平均値であり得る。
a1で表される「ペルフルオロポリエーテル基を含有する1価の基」として好ましくは、後記の式(a1)で表される基である。
式:Xra−(C2pO)na−Yra−L− (a1)
[式中、
raは、フッ素、又はRf−O−(Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基を表す。)を表す。
pは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数を表す。
naは、1〜1000である繰り返し数を表す。
raは、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
は、リンカーを表す。]
以下に、前記式(a1)中の記号を説明する。
raは、好ましくは、フッ素、又はCF−O−である。
pは、各出現において、それぞれ独立して、好ましくは、2〜3の整数である。
式:(C2pO)naで表される部分は、好ましくは、−CF−CF−CF−O−、−CF(−CF)−CF−O−、−CF−O−、−CF−CF−O−、及び−CF(−CF)−O−からなる群より選択される1種以上の構成単位からなる。
naは、好ましくは1〜500、より好ましくは5〜150である。
raは、好ましくは、式:
−(CFfa−CF(−Z)−(CFga
[式中、
fa、及びgaは、それぞれ独立して、0以上の整数である繰り返し数を表す。かつ、fa、及びgaの合計は0〜5の整数である。
は、フッ素、又は−CFを表す。]
で表される基であり、より好ましくは、−CF−、−CF−CF−、又は−CF(−CF)−である。
式:−(C2pO)na−で表される部分において好ましくは、
(1)式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、かつ
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であるか;
(2)式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、かつ
naは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であるか;
(3)式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、かつ
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であるか;又は
(4)式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−及び−CF−O−からなり、かつ
naは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数である。
式:Xra−(C2pO)na−Yra−で表される部分は、好ましくは、
(1)Xraは、フッ素、又はRf−O−(Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基)、好ましくは、フッ素であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、かつ
raは、−CF−CF−であるか;
(2)Xraは、フッ素、又はRf−O−(Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基)、好ましくは、CF−O−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、
naは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、かつ
raは、−CF−であるか;
(3)Xraは、フッ素、又はRf−O−(Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基)、好ましくは、CF−O−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、かつ
raは、−CF(−CF)−であるか;又は
(4)Xraは、フッ素、又はRf−O−(Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基)、好ましくは、CF−O−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−、及び−CF−O−からなり、
naは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、かつ
raは、−CF−である。
は、好ましくは、単結合、又は主鎖の原子数が1〜6(より好ましくは1〜5、2〜5、1〜4、又は2〜4)であるリンカーである。
このようなリンカーとしては、例えば、単結合、−CH−、−CH−O−、−CH−O−CH−、−O−CH−CH−、−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−CH−O−C(=O)−、及び−CH−(O−CH−CHnk1−(nk1は1〜10である。)が挙げられる。
なかでも、好ましくは、−CH−O−CH−CH−、又は−CH−である。ここで、好ましくは、これらの部分構造の記載の左端の原子がペルフルオロポリエーテル基に結合する。
a1で表される「ペルフルオロポリエーテル基を含有する1価の基」として特に好ましくは、
(1)式(a1)において、
raは、フッ素であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
raは、−CF−CF−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−である基;
(2)式(a1)において、
raは、CF−O−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、
raは、−CF−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−である基;
(3)式(a1)において、
raは、CF−O−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
raは、−CF(−CF)−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−である基;
(4)式(a1)において、
raは、CF−O−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−及び−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、
raは、−CF−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−である基;
(5)式(a1)において、
raは、フッ素であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
raは、−CF−CF−であり、かつ
は、−CH−である基;
(6)式(a1)において、
raは、CF−O−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、
raは、−CF−であり、かつ
は、−CH−である基;
(7)式(a1)において、
raは、CF−O−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
raは、−CF(−CF)−であり、かつ
は、−CH−である基;又は
(8)式(a1)において、
raは、CF−O−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−及び−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、
raは、−CF−であり、かつ
は、−CH−である基
である。
a1で表される「ペルフルオロポリエーテル基を含有する2価の基」として好ましくは、後記の式(a2)で表される基、又は式(a2’)で表される基である。
式:−L’−Yra’−O−(C2pO)na−Yra−L− (a2)
[式中、
’、及びLは、それぞれ独立して、リンカーを表す。
ra’、及びYraは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
pは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数を表す。
naは、1〜1000である繰り返し数を表す。]
で表される基
以下に、前記式(a2)中の記号を説明する。
’、及びLは、それぞれ独立して、好ましくは、単結合、又は、主鎖の原子数が1〜6(より好ましくは1〜5、2〜5、1〜4、又は2〜4)であるリンカーである。 L’で表される、このようなリンカーとしては、例えば、単結合、−CH−、−CH−CH−O−、−O−C(=O)−、−NH−C(=O)−、−C(=O)−O−CH−、及び−(O−CH−CHnk1−CH−(nk1は1〜10である。)が挙げられる。なかでも、好ましくは、−CH−CH−O−CH−、又は−CH−である。ここで、好ましくは、これらの部分構造の記載の右端の原子がペルフルオロポリエーテル基に結合する。
で表される、このようなリンカーとしては、例えば、単結合、−CH−、−O−CH−CH−、−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−CH−O−C(=O)−、及び−CH−(O−CH−CHnk1−(nk1は1〜10である。)が挙げられる。なかでも、好ましくは、−CH−O−CH−CH−、又は−CH−である。ここで、好ましくは、これらの部分構造の記載の左端の原子がペルフルオロポリエーテル基に結合する。
ra’、及びYraは、それぞれ独立して、好ましくは、
式:−(CFfa−CF(−Z)−(CFga
[式中、
fa、及びgaは、それぞれ独立して、0以上の整数である繰り返し数を表す。かつ、fa、及びgaの合計は、0〜5の整数である。
Zは、フッ素、又は−CFを表す。]
であり、より好ましくは、−CF−、−CF−CF−、又は−CF(−CF)−である。
式:C2pOで表される部分は、na回の繰り返しにおいて、それぞれ独立、言い換えると、同一又は異なっていてもよい。
pは、各出現において、それぞれ独立して、好ましくは、2〜4の整数である。
式:(C2pO)naで表される部分は、それぞれ独立して、好ましくは、−CF−CF−CF−O−、−CF(−CF)−CF−O−、−CF−O−、−CF−CF−O−、及び−CF(−CF)−O−からなる群より選択される1種以上の構成単位からなる。
naは、それぞれ独立して、好ましくは1〜500、より好ましくは5〜150である。
式:−(C2pO)na−で表される部分において好ましくは、
(1)式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、かつ
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であるか;
(2)式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、かつ
naは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であるか;
(3)式:(Cpa2paO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、かつ
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であるか;又は
(4)式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−及び−CF−O−からなり、かつ
naは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数である。
式:−Yra’−O−(C2pO)na−Yra−で表される部分において好ましくは、
(1)Yra’は、−CF−CF−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、かつ
raは、−CF−CF−であるか;
(2)Yra’は、−CF−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、
naは、2〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、かつ
raは、−CF−であるか;
(3)Yra’は、−CF(−CF)−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、かつ
raは、−CF(−CF)−であるか;又は
(4)Yra’は、−CF−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−、及び−CF−O−からなり、
naは、2〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、かつ
raは、−CF−である。
式:−L’−Yra’−(OCp’2p’na’−O−Rf−O−(C2pO)−Yra−L− (a2’)
[式中、
’、及びLは、それぞれ独立して、リンカーを表す。
ra’、及びYraは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
p’、及びpは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数を表す。
na、及びna’は、1〜1000である繰り返し数を表す。
Rfは、ペルフルオロアルキレン鎖を表す。]
以下に、前記式(a2’)中の記号を説明する。
’、及びLは、それぞれ独立して、好ましくは、単結合、又は主鎖の原子数が1〜6(より好ましくは1〜5、2〜5、1〜4、又は2〜4)であるリンカーである。
’で表される、このようなリンカーとしては、例えば、単結合、−CH−、−CH−CH−O−、−O−C(=O)−、−NH−C(=O)−、−C(=O)−O−CH−、及び−(O−CH−CHnk1−CH−(nk1は1〜10である。)が挙げられる。なかでも、好ましくは、−CH−CH−O−CH−、又は−CH−である。ここで、好ましくは、これらの部分構造の記載の右端の原子がペルフルオロポリエーテル基に結合する。
で表される、このようなリンカーとしては、例えば、単結合、−CH−、−O−CH−CH−、−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−CH−O−C(=O)−、及び−CH−(O−CH−CHnk1−(nk1は1〜10である。)が挙げられる。なかでも、好ましくは、−CH−CH−O−CH−、又は−CH−である。ここで、好ましくは、これらの部分構造の記載の左端の原子がペルフルオロポリエーテル基に結合する。
ra’、及びYraは、それぞれ独立して、好ましくは、
式:−(CFfa−CF(−Z)−(CFga
[式中、
fa、及びgaは、それぞれ独立して、0以上の整数である繰り返し数を表す。かつ、fa、及びgaの合計は、0〜5の整数である。
は、フッ素、又は−CFを表す。]
であり、より好ましくは、−CF−、−CF−CF−、又は−CF(−CF)−である。
式:OCp’2p’で表される部分は、na’回の繰り返しにおいて、それぞれ独立、言い換えると、同一又は異なっていてもよい。
p’は、各出現において、それぞれ独立して、好ましくは、2〜4の整数である。
式:(OCp’2p’na’で表される部分は、それぞれ独立して、好ましくは、−O−CF−CF−CF−、−O−CF−CF(−CF)−、−O−CF−、−O−CF−CF−、及び−O−CF(−CF)−からなる群より選択される1種以上の構成単位からなる。
na’は、それぞれ独立して、好ましくは1〜500、より好ましくは5〜150である。
式:C2pOで表される部分は、na回の繰り返しにおいて、それぞれ独立、言い換えると、同一又は異なっていてもよい。
pは、各出現において、それぞれ独立して、好ましくは、2〜4の整数である。
式:(C2pO)naで表される部分は、それぞれ独立して、好ましくは、−CF−CF−CF−O−、−CF(−CF)−CF−O−、−CF−O−、−CF−CF−O−、及び−CF(−CF)−O−からなる群より選択される1種以上の構成単位からなる。
naは、それぞれ独立して、好ましくは1〜500、より好ましくは5〜150である。
Rfは、好ましくは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキレン鎖である。
式:−Yra’−(OCp’2p’na’−O−Rf−O−(C2pO)na−Yra−で表される部分において好ましくは、
ra’は、−CF(−CF)−であり;
式:(OCp’2p’na’で表される部分は、−O−CF−CF(−CF)−からなり;
Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキレン鎖であり;
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−であり;かつ
raは、−CF(−CF)−である。
a1で表される「ペルフルオロポリエーテル基を含有する2価の基」として特に好ましくは、
(1)式(a2)において、
’は、−CH−CH−O−CH−、又は−CH−であり、
ra’は、−CF−CF−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
raは、−CF−CF−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−、又は−CH−である基;
(2)式(a2)において、
’は、−CH−CH−O−CH−、又は−CH−であり、
ra’は、−CF−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
raは、−CF−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−、又は−CH−である基;
(3)式(a2)において、
’は、−CH−CH−O−CH−、又は−CH−であり、
ra’は、−CF(−CF)−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
raは、−CF(−CF)−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−、又は−CH−である基;又は
(4)式(a2)において、
’は、−CH−CH−O−CH−、又は−CH−であり、
ra’は、−CF−であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−、及び−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
raは、−CF−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−、又は−CH−である基;或いは
(5)式(a2’)において、
’は、−CH−CH−O−CH−であり、
ra’は、−CF(−CF)−であり、
式:(OCp’2p’na’で表される部分は、−O−CF−CF(−CF)−からなり、
na’は、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキレン鎖であり、
式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、
naは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
raは、−CF(−CF)−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−、又は−CH−である基
である。
は、−O−、フェニレン、−N(−R)−(Rは有機基を表す。)、又はカルバゾリレンを表す。
本明細書中、フェニレン(−Ph−と略記する場合がある。)は、次式:
Figure 2013115380
で表され、好ましくは、
Figure 2013115380
である。
で表される有機基としては、例えば、アルキル基が挙げられる。
本明細書中、カルバゾリレンは、次式:
Figure 2013115380
で表され、好ましくは、
Figure 2013115380
である。ここで、当該構造式中の窒素原子が、式(1)中の炭素原子に結合する。
は、好ましくは−O−、−Ph−、又はカルバゾリレンであり、より好ましくは−O−、又は−Ph−であり、更に好ましくは−O−である。
a2は、水素原子、又はアルキル基を表す。
a2は、好ましくはアルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜3のアルキル基であり、特に好ましくはメチル基である。
a3は、水素原子又はアルキル基を表す。
a3は、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
但し、Ra2及びRa3の少なくとも一方はアルキル基である。
Qは、各出現において、それぞれ独立して、硬化性部を含有する構成単位(以下、構成単位Qと称する場合がある。)、又は硬化性部を含有しない構成単位(以下、構成単位Qと称する場合がある。)を表す。
n1は、Qで表される構成単位の繰り返し数であり、1以上の整数である。
n1は、好ましくは1〜200、より好ましくは5〜100、更に好ましくは5〜35である。
式(1)中の式:
Figure 2013115380
で表される部分は、構成単位Qのみから構成されていてもよく、構成単位Qのみから構成されていてもよく、又は構成単位Qと構成単位Qとから構成されていてもよい。
但し、後記で説明するRが硬化性部を含有する有機基でない場合は、前記部分が1個以上の構成単位Qを含まなければならない。言い換えると、この場合は、少なくとも1個のQは、硬化性部を含有する構成単位Qである。
構成単位Qと構成単位Qとは、それぞれがブロックを形成していてもよく、ランダムに結合していてもよい。
Qは、好ましくは、式:
Figure 2013115380
で表される構成単位である。
b1は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、又はアルキル基を表す。
b1は、好ましくは水素原子である。
b2は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、又は硬化性部を含有していてもよい有機基を表す。
すなわち、Rb2は、n1回の出現において、それぞれ独立して、水素原子、硬化性部を含有する有機基、又は硬化性部を含有しない有機基である。
以下、Rb2が硬化性部を含有する有機基である、式:
Figure 2013115380
で表される構成単位を構成単位Bと略称する場合がある。
一方、以下、Rb2が水素原子、又は硬化性部を含有しない有機基である、式:
Figure 2013115380
で表される構成単位を、構成単位Mと略称する場合がある。
b2で表される「硬化性部を含有する有機基」は、好ましくは、硬化性部がリンカーを介して、又は直接Xに結合する基である。
b2で表される「硬化性部を含有する有機基」における硬化性部としては、例えば、アリル基、ケイヒ酸基、ソルビン酸基、(メタ)アクリロイル基、及びシランカップリング基が挙げられる。なかでも、好ましくは、(メタ)アクリロイル基、又はシランカップリング基であり、特に好ましくはシラザン基、及びメタアクリロイル基である。
好ましい硬化性部はコーティングの対象の材料によって異なる。
当該材料が非晶質の合成樹脂(例、アクリル樹脂)である場合、当該「硬化性部」としては、好ましくは、アリル基、ケイヒ酸基、ソルビン酸基、又はCH=CR−C(=O)−(Rは、水素、メチル基、塩素、又はフッ素を表す。)(例、(メタ)アクリロイル基)であり、より好ましくは、(メタ)アクリロイル基である。
また、当該材料がガラスである場合、当該「硬化性部」は、好ましくはシランカップリング基であり、より好ましくはシラザン基である。
前記「リンカー」は、好ましくは、主鎖の原子数が1〜16(より好ましくは2〜12、更に好ましくは4〜10)であるリンカーである。
例えば、当該「硬化性部」がアリル基、ケイヒ酸基、ソルビン酸基又は(メタ)アクリロイル基である場合、当該「リンカー」は、好ましくは、
(a) −(CH−CH−O)−(nは、2〜10の整数を表す。)、
(b) −(CHR−O−、若しくは−(CHR−O−(CHR−O−(nは、各出現において、それぞれ独立して、1〜40の整数である繰り返し数を表す。Rは、それぞれ独立して、水素、又はメチル基を表す。)、
(c) −(CH−CH−O)−CO−NH−CH−CH−O−(nは、2〜10の整数を表す。)、
(d) −CH−CH−O−CH−CH
(e) −(CH−(nは1〜6の整数を表す。)、又は
(f) −(CHnk1−O−CONH−(CHnk2−(nk1は1〜8の整数、好ましくは、2、又は4を表す。nk2は1〜6の整数、好ましくは3を表す。)、又は
(g) −O−(但し、Xは−O−ではない)
であり、より好ましくは、−CH−CH−O−CH−CH−O−、又は−CH−CH−O−である。
また、例えば、当該「硬化性部」がシランカップリング基である場合、当該「リンカー」は、好ましくは、
−(CH−(nは1〜6の整数である)、又は
−(CHnk1−O−CONH−(CHnk2−(nk1は1〜8の整数を表す。nk2は1〜6の整数を表す。)であり、より好ましくは、−(CH−、又は−(CH−である。
b2で表される「硬化性部を含有しない有機基」は、後記の基Rがリンカーを介して、又は直接Xに結合する基である。
当該リンカーは、好ましくは、
(a) −(CH−CH−O)−(nは、2〜10の整数を表す。)、
(b) −(CHR−O−、若しくは−(CHR−O−(CHR−O−(nは、各出現において、それぞれ独立して、1〜40の整数である繰り返し数を表す。Rは、各出現において、それぞれ独立して、水素、又はメチル基を表す。)、
(c) −(CH−CH−O)−CO−NH−CH−CH−O−(nは、2〜10の整数を表す。)、
(d) −CH−CH−O−CH−CH−、
(e) −(CH−(nは1〜6の整数を表す。)、又は
(f) −(CHnk1−O−CONH−(CHnk2−(nk1は1〜8の整数、好ましくは、2、又は4を表す。nk2は1〜6の整数、好ましくは3を表す。)、又は
(g) −O−(但し、Xは−O−ではない)
である。
は、好ましくは以下の基である。
(i)アルキル基
例:メチル、エチル
(ii)フッ素で置換されたアルキル基を含有する鎖状基
例:
Figure 2013115380
Figure 2013115380
(iii)単環式炭素環、二環式炭素環、三環式炭素環、及び四環式炭素環からなる群より選択される1個以上の環状部を含有する基
例:
Figure 2013115380
(iv)1個以上(好ましくは1又は2個)のカルボキシ基で置換された炭化水素基を含有する基
例:
Figure 2013115380
(v)1個以上(好ましくは1個)のアミノ基を含有する基
(vi)水素
(vii)イミダゾリウム塩を含有する基
例:
Figure 2013115380
は、より好ましくは、水素原子、又はフッ素化されていてもよく、かつエチレン鎖を介して結合してもよいアルキル基であり、より好ましくは、水素原子、メトキシエチル基、イソブチル基、又はR−CF−(CFnk1−(CHnk2−O−(CH−(Rはフッ素原子又は水素原子であり、nk1は0〜6の整数であり、及びnk2は1〜6の整数である)であり、更に好ましくは、3−(ペルフルオロエチル)プロポキシエチル基[示性式:CF−(CF)−(CH−O−(CH−]である。
b3は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、又はアルキル基を表す。
b3は、好ましくはメチル基又は水素原子であり、より好ましくは水素原子である
は、−O−、−Ph−、−N(−R)−、又はカルバゾリレンを表す。ここでRは有機基を表す。
但し、Rb2が水素原子である場合、Xは−Ph−である。
は、好ましくは−O−、−Ph−、又はカルバゾリレンであり、より好ましくは−O−、又は−Ph−であり、更に好ましくは−O−である。
の例としては、更に、以下の構成単位が挙げられる。
(a)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜6の整数である繰り返し数を表す。
は、水素、又はメチル基を表す。]
で表される、(メタ)アクリロイル基を有する構成単位
例:
Figure 2013115380
(b)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜6の整数である繰り返し数を表す。
は、水素、又はメチル基を表す。]
で表される、(メタ)アクリロイル基を有する構成単位
例:
Figure 2013115380
(c)シランカップリング基を有する構成単位
例:
Figure 2013115380
(式中、Zは、シランカップリング基を表す。)
の例としては、更に、以下の構成単位が挙げられる。
(a)環状部を有する構成単位
例:
Figure 2013115380
の好ましい例としては、以下の構成単位が挙げられる。
(a1)
Figure 2013115380
[式中、nは1〜6の整数を表す。
b2は(メタ)クリロイル基を表す。]
(a2)
Figure 2013115380
[式中、nは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数を表す。
b2は(メタ)クリロイル基を表す。]
(例、−O−CHCH−O−CHCH−O−COC(CH)=CH
(b)
Figure 2013115380
[式中、nは1〜6の整数を表す。
b2はシランカップリング基を表す。]
の好ましい例としては、以下の構成単位が挙げられる。
Figure 2013115380
[式中、nは1〜6の整数を表す。
b2はアルキル基を表す。]
は、ペルフルオロポリエーテル基を含有する基、又は硬化性部を含有していてもよい有機基又は水素原子を表す。
本発明の一態様においては、Rは、1価のペルフルオロポリエーテル基を含有する1価の基である。
当該態様では、本発明のフッ素含有共重合体が、両端にペルフルオロポリエーテル基を含有することにより、特に優れた撥水性が得られる。
で表される「1価のペルフルオロポリエーテル基を含有する1価の基」としては、「1価のペルフルオロポリエーテル基」が1個のリンカーを介して結合する基が挙げられる。
当該「1価のペルフルオロポリエーテル基」の数平均分子量の下限は、高い撥油性及び/又は撥水性を得る観点からは、好ましくは約1000、より好ましくは約1500、更に好ましくは、約2000である。
当該「1価のペルフルオロポリエーテル基」の数平均分子量の上限は、汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への高い溶解性を得る観点からは、好ましくは約100,000、より好ましくは約50,000、更に好ましくは、約10,000である。
当該「1価のペルフルオロポリエーテル基を含有する1価の基」として好ましくは、後記の式(c1)で表される基である。
式:Rc’−(C2qO)nc−Y−L− (c1)
[式中、
c’は、フッ素、又はRf−O−(Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基を表す。)を表す。
qは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数を表す。
ncは、1〜1000である繰り返し数を表す。
は、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
は、リンカーを表す。]
で表される基である。
以下に、前記式(c1)中の記号を説明する。
c’は、好ましくは、フッ素、又はCF−O−である。
式:C2qOで表される部分は、nc回の繰り返しにおいて、それぞれ独立、言い換えると、同一又は異なっていてもよい。
qは、各出現において、それぞれ独立して、好ましくは、2〜3の整数である。
式:(C2qO)ncで表される部分は、好ましくは、−CF−CF−CF−O−、−CF(−CF)−CF−O−、−CF−O−、−CF−CF−O−、及び−CF(−CF)−O−からなる群より選択される1種以上の構成単位からなる。
ncは、好ましくは1〜500、より好ましくは5〜150である。
は、好ましくは、
式:−(CFfc−CF(−Z)−(CFgc
[式中、
fc、及びgcは、それぞれ独立して、0以上の整数である繰り返し数を表す。かつ、fc、及びgcの合計は0〜5の整数である。
は、フッ素、又は−CFを表す。]
で表される基であり、より好ましくは、−CF−、−CF−CF−、又は−CF(−CF)−である。
式:−(C2qO)nc−で表される部分において好ましくは、
(1)式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、かつ
ncは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であるか;
(2)式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、かつ
ncは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であるか;
(3)式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、かつ
ncは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であるか;又は
(4)式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−及び−CF−O−からなり、かつ
ncは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数である。
式:Rc’−(C2qO)nc−Y−で表される部分において好ましくは、
(1)Rc’は、フッ素であり、
式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、
ncは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、かつ
は、−CF−CF−であるか;
(2)Rc’は、CF−O−であり、
式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、
ncは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、かつ
は、−CF−であるか;
(3)Rc’は、CF−O−であり、
式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、
ncは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、かつ
は、−CF(−CF)−であるか;又は
(4)Rc’は、CF−O−であり、
式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−、及び−CF−O−からなり、
ncは、2〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、かつ
は、−CF−である。
は、好ましくは、主鎖の原子数が1〜6(好ましくは1〜5、より好ましくは1)であるリンカーが好ましい。
当該リンカーは、好ましくは、−CH−O−CH−CH−、又は−CH−であり、より好ましくは、−CH−である。
で表される「ペルフルオロポリエーテル基を含有する1価の基」として特に好ましくは、式(c1)において、
(1)Rc’は、フッ素であり、
式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、
ncは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
は、−CF−CF−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−である基;
(2)Rc’は、CF−O−であり、
式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF−O−、及び−CF−CF−O−からなり、
ncは、1〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、
は、−CF−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−である基;
(3)Rc’は、CF−O−であり、
式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、
ncは、1〜1000、好ましくは5〜100の繰り返し数であり、
は、−CF(−CF)−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−である基;又は
(4)Rc’は、CF−O−であり、
式:(C2qO)ncで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−及び−CF−O−からなり、
ncは、1〜1000、好ましくは5〜150の繰り返し数であり、
は、−CF−であり、かつ
は、−CH−O−CH−CH−である基
である。
本発明の別の一態様においては、Rは、好ましくは硬化性部を含有していてもよい有機基である。
が、硬化性部を含有しない有機基である場合、当該「硬化性部を含有しない有機基」としては、例えば、アルカノイル基、及びアルキル基が挙げられる。なかでも、好ましくは、アルキル基であり、特に好ましくは、メチル基である。
が、硬化性部を含有する有機基である場合、当該「硬化性部を含有する有機基」は、好ましくは、硬化性部がリンカーを介してXに結合する基である。
当該「硬化性部」としては、例えば、アリル基、ケイヒ酸基、ソルビン酸基、(メタ)アクリロイル基、及びシランカップリング基が挙げられる。なかでも、好ましくは、シランカップリング基である。
当該「リンカー」は、好ましくは、主鎖の原子数が1〜6であるリンカーである。
なかでも、当該「硬化性部」が、(メタ)アクリロイル基である場合、当該「リンカー」は、好ましくは、−(CH−(nは1〜6である)であり、より好ましくは、−CHCH−である。
一方、当該「硬化性部」がシランカップリング基である場合、当該「リンカー」は、好ましくは−(CH−(nは1〜6である)であり、より好ましくは、−(CH−である。
コーティングの対象の材料が非晶質の合成樹脂(例、アクリル樹脂)である場合、当該「硬化性部」は、好ましくは、アリル基、ケイヒ酸基、ソルビン酸基又又は(メタ)アクリロイル基であり、より好ましくは、(メタ)アクリロイル基である。
一方、コーティングの対象の材料がガラスである場合、当該「硬化性部」は、好ましくはシランカップリング基である。
は、−O−、−S−、−NH−、又は単結合を表す。好ましくは−O−、−NH−である。
本発明のフッ素含有共重合体の好ましい一態様は、式(1)中、
b2は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、又は硬化性部を含有していてもよい有機基であり、
は、硬化性部を含有しない有機基を表す。
但し、Rb2で表される基のうちの少なくとも1個は、硬化性部を含有する有機基であり、かつ当該硬化性部は、(メタ)アクリロイル基である
フッ素含有共重合体である。
本発明のフッ素含有共重合体の別の好ましい一態様は、式(1)中、
b2は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、又は硬化性部を含有しない有機基であり、
は、硬化性部としてシランカップリング基を含有する有機基である
フッ素含有共重合体である。
3.フッ素含有共重合体の製造方法
本発明のフッ素含有共重合体は、次の工程:
(1)カチオン重合性単量体を、ペルフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤、及びルイス酸の存在下で、カチオン重合させる工程(工程1)、及び
(2)カチオン重合反応停止剤を用いて、カチオン重合反応を停止させる工程(工程2)を有する方法で製造することができる。
3.1.工程1
3.1.1.ペルフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤
工程1で用いられる「ペルフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤」(開始種)は、1価又は2価のペルフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤である。
当該「1価のペルフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤」としては、例えば、
(a)式:
a1−X−C(−Ra2)(−Ra3)−O−CO−Ra4
[式中、
a1は、1価のペルフルオロポリエーテル基を含有する1価の基を表す。
は、−O−、−Ph−、−N(−R)−(Rは、有機基を表す。)を表す。
a2は、水素原子、又はアルキル基を表す。
a3は、水素原子、又はアルキル基を表す。
a4は、アルキル基、又はペルフルオロアルキル基を表す。
但し、Ra2及びRa3の少なくとも一方はアルキル基である。]
で表される化合物、又は
(b)式:
a1−X−C(−Ra2)(−Ra3)−X
[式中、
a1は、1価のペルフルオロポリエーテル基を含有する1価の基を表す。
は、−O−、−Ph−、−N(−R)−(Rは、有機基を表す。)を表す。
a2は、水素原子、又はアルキル基を表す。
a3は、水素原子、又はアルキル基を表し
但し、Ra2及びRa3の少なくとも一方はアルキル基であり、
は、ハロゲン原子を表す。]
で表される化合物が挙げられる。
前記「2価のペルフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤」としては、例えば、
(c)式:
a4−CO−O−C(−Ra2)(−Ra3)−X−Ra1−X−C(−Ra2)(−Ra3)−O−CO−Ra4
[式中、
a1は、2価のペルフルオロポリエーテル基を含有する2価の基を表す。
は、−O−、−Ph−、−N(−R)−(Rは、有機基を表す。)を表す。
a2は、水素原子、又はアルキル基を表す。及び
a3は、水素原子、又はアルキル基を表す。
但し、Ra2及びRa3の少なくとも一方はアルキル基であり、
a4は、アルキル基、又は1価のペルフルオロアルキル基を表す。]
で表される化合物、又は
(d)式:
−C(−Ra2)(−Ra3)−X−Ra1−X−C(−Ra2)(−Ra3)−X
[式中、
a1は、2価のペルフルオロポリエーテル基を含有する2価の基を表す。
は、−O−、−Ph−、−N(−R)−(Rは、有機基を表す。)を表す。
a2は、水素原子、又はアルキル基を表す。
a3は、水素原子、又はアルキル基を表す。及び
は、ハロゲン原子を表す。
但し、Ra2及びRa3の少なくとも一方はアルキル基である。]
で表される化合物が挙げられる。
前記「1価のペルフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤」の具体例としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure 2013115380
Figure 2013115380
[これらの式中、PFPEは、1価のペルフルオロポリエーテル鎖
(好ましくは、F−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−(nは繰り返し数を表す。))を表す。Xはハロゲン原子を表す。その他の記号は前記と同意義を表す。]
前記「2価のペルフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤」の具体例としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure 2013115380
Figure 2013115380
[これらの式中、
PFPEは、2価のペルフルオロポリエーテル基
(好ましくは、
(i)−CF(−CF)−(O−CF−CF(−CF))n’−O−CF−Rf−CF−O−(CF(−CF)−CFO−)−CF(−CF)−(Rfはペルフルオロアルキレン鎖を表す。n、及びn’はそれぞれ繰り返し数を表す。)、又は
(ii)−CFCFO−(CFCFCFO)−CFCF−(nは繰り返し数を表す。))
を表す。
その他の記号は前記と同意義を表す。]
前記「ペルフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤」は、好ましくは
Figure 2013115380
Figure 2013115380
(これらの式中の記号は前記と同意義を表す。)
であり、さらに好ましくは
Figure 2013115380
Figure 2013115380
(これらの式中の記号は前記と同意義を表す。)
である。
前記「ペルフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤」が1価のペルフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤である場合、当該化合物は、式:F−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−CHO−CO−CH=CH(nは繰り返し数を表す。)で表される[3−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)−2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ]エトキシ ビニル エーテルを有機カルボン酸(好ましくは酢酸、トリフルオロ酢酸、より好ましくはトリフルオロ酢酸)、又はハロゲン化水素と反応させることによって製造することができる。
例えば、式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、F−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−(nは繰り返し数である。)を表す。
は、アシルオキシ基(例、CFCOO)、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物の製造方法であって、
式:PFPE−CH−O−CO−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)で表される2−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)メトキシエトキシビニルエーテル(ビニルエーテル化合物a)を、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物(好ましくは、CFCOOH)と反応させる工程
を含む製造方法によって、製造することができる。
同様にして、
式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、F−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−(nは繰り返し数を表す。)を表す。
は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物は、
式:PFPE−CH−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)で表される2−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)メトキシビニルエーテルを、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物(好ましくは、CFCOOH)と反応させる工程
を含む製造方法によって、製造することができる。
一方、前記「ペルフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤」が2価のペルフルオロポリエーテル基を含有するカチオン重合開始剤である場合、当該化合物は、式:CH=CH−O−CH−CH−O−CH−CF(−CF)−(O−CF−CF(−CF))−O−CF−Rf−CF−O−(CF(−CF)−CF−O−)n’−CF(−CF)−CHO−CO−CH=CH(式中、Rfはペルフルオロアルキレン鎖を表す。n、及びn’はそれぞれ繰り返し数を表す。)で表される化合物を、有機カルボン酸(好ましくは酢酸、トリフルオロ酢酸(CFCOOH)、より好ましくはトリフルオロ酢酸)、又はハロゲン化水素と反応させることによって製造することができる。
例えば、式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、−CF(−CF)−(O−CF−CF(−CF))−O−CF−Rf−CF−O−(CF(−CF)−CF−O−)n’−CF(CF)−(Rfはペルフルオロアルキレン基を表す。n、及びn’は、それぞれ繰り返し数を表す。)を表す。
は、アシルオキシ基(例、CFCOO)、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物の製造方法であって、
式:CH=CH−O−C−O−CH−PFPE−CH−O−C−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表されるビニル化合物(ビニルエーテル化合物b)を、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物(好ましくは、CFCOOH)と反応させる工程
を含む製造方法によって製造することができる。
また、例えば、式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、−CFCF−O−(CF−CFCF−O)−CF−CF−(nは、繰り返し数を表す。)を表す。
は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物の製造方法であって、
式:CH=CH−O−C−O−CH−PFPE−CH−O−C−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物を、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物(好ましくは、CFCOOH)と反応させる工程を含む
製造方法によって製造することができる。
同様にして、式:
Figure 2013115380
[式中、
PFPEは、−CFCF−O−(CF−CFCF−O)−CF−CF−(nは、繰り返し数を表す。)を表す。
は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
で表される化合物は、
式:CH=CH−O−CH−PFPE−CH−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)で表される化合物を、
式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物(好ましくは、CFCOOH)と反応させる工程を含む
製造方法によって製造することができる。
これらの製造方法は、式(Ia)、式(Ia)、式(Ib)、式(Ib’)又は式(Ib’’)、で表される化合物の新規の製造方法である。
当該反応は、酸の存在下、反応に悪影響を及ぼさない溶媒中で行われることが好ましい。
このような酸としては、塩酸等の鉱酸が好ましい。酸の使用量は、ビニルエーテル化合物a又はビニルエーテル化合物b 1モルに対して、通常0.01〜1000モルである。
このような溶媒としては、HCFC−225等の含フッ素溶剤が好ましい。
反応温度は、通常、−78〜50℃、好ましくは−10〜10℃である。
反応時間は、通常、1分〜60分間である。
このようなカチオン重合開始剤は、本発明のフッ素含有共重合体を表す式(1)中における式:
Figure 2013115380
[式中の記号は前記と同意義を表す。]
で表される部分に対応する。
なお、Ra1が2価の基である場合、当該部分は、実際には
式:
Figure 2013115380
で表される構造を有する。
工程1の反応系におけるペルフルオロポリエーテル基含有カチオン重合開始剤の濃度は、0.1〜1000mMが好ましく、1〜100mMがより好ましい。
3.1.2.カチオン重合性単量体
工程1で用いられるカチオン重合性単量体は、構成単位Qに対応する単量体である。
例えば、当該製造方法で製造するフッ素含有共重合体の中の、式:
Figure 2013115380
で表される部分(以下、当該部分を部分(b)と称する場合がある。)が、前記構成単位Bのみから構成されているフッ素含有共重合体を合成する場合は、カチオン重合性単量体として、式:
Figure 2013115380
[式中、Rb2は硬化性部を含有する有機基であり、その他の式中の記号は、前記と同意義を表す。]
で表される化合物(以下、カチオン重合性単量体Bと称する場合がある。)を用いる。
構成単位Qに対応する単量体の好ましい例としては、硬化性基として(メタ)アクリロイル基を有する以下の化合物が挙げられる。
(a)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、2〜10の整数である繰り返し数を表す。
は、水素、メチル基、塩素、又はフッ素を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
(b)式:
CH=CH−O−(CHR−O−C(=O)−CR=CH
[式中、
nは、1〜40の整数である繰り返し数を表す。
は、水素、又はメチル基を表す。
は、水素、メチル基、塩素、又はフッ素を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
(c)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜10の整数である繰り返し数を表す。
は、水素、メチル基、塩素、又はフッ素を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
(d)式:
CH=CH−O−(CH−O−C(=O)−NH−CHCH−O−C(=O)−CX=CH
[式中、
nは、1〜40の整数である繰り返し数を表す。
Xは、水素、メチル基、塩素、又はフッ素を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
(e)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜10の整数である繰り返し数を表す。
は、水素、メチル基、塩素、又はフッ素を表す。
は、水素、又はメチル基を表す。]
で表されるスチレン化合物。
当該スチレン化合物の具体例:
Figure 2013115380
(f)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜6の整数である繰り返し数を表す。
は、水素、又はメチル基を表す。]
で表されるエポキシ化合物。
当該エポキシ化合物の具体例:
Figure 2013115380
(g)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜6の整数である繰り返し数を表す。
は、水素、又はメチル基を表す。]
で表されるエポキシ化合物(2)
当該エポキシ化合物の具体例:
Figure 2013115380
構成単位Qに対応する単量体Bの別の好ましい例としては、硬化性基としてシランカップリング基を有する以下の化合物が挙げられる。
(a)式:
CH=CH−O−(CH−Z
[式中、
nは、1〜40の整数である繰り返し数を表す。
Zは、シランカップリング基を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
(b)ビニルエーテル化合物の具体例:
式:
CH=CH−O−(CH−Z
[式中の記号は、前記と同意義を表す。]
で表される化合物。
(c)式:
CH=CH−O−R−O−(CH−Z
[式中、
Rは、エチレン、又はフェニレンを表す。
nは1〜6の整数を表す。
Zは、シランカップリング基を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
(d)ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380

(Zは、シランカップリング基を表す。)
(e)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜10の整数である繰り返し数を表す。
Zは、シランカップリング基を表す。]
で表されるウレタン化合物。
当該ウレタン化合物の好ましい具体例:
Figure 2013115380
(Zは、シランカップリング基を表す。)
(f)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜12の整数である繰り返し数を表す。
Zは、シランカップリング基を表す。]
で表されるスチレン化合物(2)。
当該スチレン化合物の好ましい具体例:
Figure 2013115380
(Zは、シランカップリング基を表す。)
(g)1個のエポキシ基、及び1個のシランカップリング基を有するエポキシ化合物。
前記エポキシ化合物の好ましい具体例:
Figure 2013115380
(式中、Zは、シランカップリング基を表す。)
(h)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、0〜10の整数である繰り返し数を表す。
Zは、シランカップリング基を表す。]
で表されるスチレン化合物。
前記スチレン化合物の好ましい具体例:
Figure 2013115380
(式中、Zは、シランカップリング基を表す。)
例えば、前記部分(b)が、前記構成単位Mのみから構成されているフッ素含有共重合体を合成する場合は、カチオン重合性単量体として、式:
Figure 2013115380
[式中、Rb2は水素原子、又は硬化性部を含有しない有機基であり、その他の記号は、前記と同意義を表す。]
で表される化合物(以下、カチオン重合性単量体Mと称する場合がある。)を用いる。
構成単位Qに対応する単量体の好ましい例としては、硬化性基を有さない、以下の化合物が挙げられる。
(a)式:
CH=CH−O−R
[式中、
Rは、1価の有機基を表す。但し、当該1価の有機基は、−OH基、−COOH基、及び−NH基のいずれも含有しない。]
で表される化合物。
当該化合物としては、以下の化合物が挙げられる。
(i)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜10の整数を表す。
は、アルキル基を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
(ii)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜10の整数を表す。
は、1個以上のフッ素で置換されたアルキル基を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
Figure 2013115380
(iii)単環式炭素環、二環式炭素環、三環式炭素環、及び四環式炭素環からなる群より選択される1個以上の環状部を含有するビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
Figure 2013115380
(iv)式:
Figure 2013115380
[式中、
nは、1〜10の整数を表す。
は、1個以上(好ましくは1又は2個)のアルコキシカルボニル基で置換された炭化水素基を表す。]
で表されるビニルエーテル化合物。
当該「炭化水素基」としては、例えば、
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
当該ビニルエーテル化合物を用いた場合、重合反応後に、所望により、アルコキシカルボニル基を加水分解することによって、本発明のフッ素含有共重合体にカルボキシ基を導入することができる。
(v)イミド化又はアミド化によって保護された1個以上(好ましくは1個)のアミノ基を含有するビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
当該ビニルエーテル化合物を用いた場合、重合反応後に、所望により、保護されたアミノ基を脱保護することによって、本発明のフッ素含有共重合体にアミノ基を導入することができる。
(vi)保護された1個以上(好ましくは1個)の水酸基を含有するビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
当該ビニルエーテル化合物を用いた場合、重合反応後に、所望により、保護された水酸基を脱保護することによって、本発明のフッ素含有共重合体に水酸基を導入することができる。
(vii)イミダゾリウム塩を含有するビニルエーテル化合物。
当該ビニルエーテル化合物の具体例:
Figure 2013115380
(viii)式:
Figure 2013115380
[式中、
Xは、水素、又はメチル基を表す。
環Aはベンゼン、又はナフタレンを表す。
Rは、水素、ハロゲン、又は1価の有機基を表す。但し、当該1価の有機基は、−OH基、−COOH基、及び−NH基のいずれも含有しない。]
で表されるアリールビニル誘導体。
当該アリールビニル誘導体の具体例:
Figure 2013115380
(ix)その他の化合物
Figure 2013115380
例えば、前記部分(b)が、構成単位B及びMから構成されているフッ素含有共重合体を合成する場合は、カチオン重合性単量体として、カチオン重合性単量体B及びカチオン重合性単量体Mを用いる。
ここで、前記部分(b)において、構成単位B及びMが、それぞれ、ブロックを形成しているフッ素含有共重合体を合成する場合は、カチオン重合性単量体B及びMを逐次的にカチオン重合させる。
具体的には、第1のカチオン重合性単量体(カチオン重合性単量体B又はM)のみを反応系に添加して重合反応を開始させ、その重合反応の完了後の反応液へ、第2のカチオン重合性単量体(カチオン重合性単量体M又はB)を添加すると、リビングカチオン重合の進行において、カチオンは、常に重合体の末端に存在するので、第2のカチオン重合性単量体の重合反応が進行する。
一方、本発明のフッ素含有共重合体として、当該部分(b)において、構成単位B及びMが、ランダムに結合しているフッ素含有共重合体を合成する場合は、カチオン重合性単量体B及びMの両方を反応系に添加して重合反応を開始させる。
このようなカチオン重合性単量体B及びMは、市販品によって、又は公知の方法で製造することによって入手できる。
前記カチオン重合性単量体の使用量は、目的とするフッ素含有共重合体の構造によって適宜決定される。
当該製造方法では、リビングカチオン重合を採用することにより、前記カチオン重合性単量体に由来する構成単位の繰り返し数を高度に正確に制御できる。
3.1.3.ルイス酸
工程1で用いられるルイス酸としては、例えば、後記の式(A1)で表される化合物、及び後記の式(A2)で表される化合物が挙げられる。
AlY (A1)
(式中、Y、Y、及びYは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基又はアリールオキシ基を表す。)
で表されるアルミニウム化合物。
、Y、及びYで表される「ハロゲン原子」としては、例えば、塩素、臭素、及びヨウ素等が挙げられる。
、Y、及びYで表される「アルキル基」としては、例えば、炭素原子数1〜10のアルキル基が挙げられる。
、Y、及びYで表される「アリール基」としては、例えば、炭素数6〜10のアリール基が挙げられる。
、Y、及びYで表される「アルコキシ基」としては、例えば、炭素原子数1〜10のアルコキシ基が挙げられる。
、Y、及びYで表される「アリールオキシ基」としては、例えば、炭素数6〜10のアリールオキシ基が挙げられる。
式(A1)で表されるアルミニウム化合物として具体的には、例えば、
ジエチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムブロマイド、ジエチルアルミニウムフルオライド、ジエチルアルミニウムアイオダイド、ジイソプロピルアルミニウムクロライド、ジイソプロピルアルミニウムブロマイド、ジイソプロピルアルミニウムフルオライド、ジイソプロピルアルミニウムアイオダイド、ジメチルアルミニウムセスキクロライド、メチルアルミニウムクロライド、エチルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジブロマイド、エチルアルミニウムジフルオライド、エチルアルミニウムジアイオダイド、イソブチルアルミニウムジクロライド、オクチルアルミニウムジクロライド、エトキシアルミニウムジクロライド、ビニルアルミニウムジクロライド、フェニルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムセスキブロマイド、アルミニウムトリクロライド、アルミニウムトリブロマイド、エチルアルミニウムエトキシクロライド、ブチルアルミニウムブトキシクロライド、エチルアルミニウムエトキシブロマイド等の有機ハロゲン化アルミニウム化合物、及び
ジエトキシエチルアルミニウム等のジアルコキシアルキルアルミニウム、ビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)メチルアルミニウム、ビス(2,4,6−トリ−t−ブチルフェノキシ)メチルアルミニウム等のビス(アルキル置換アリロキシ)アルキルアルミニウム等が挙げられる。これらのアルミニウム化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
MZ (A2)
(式中、Mは4価のTi又はSnを表す。Z、Z、Z、及びZは、それぞれハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基又はアリールオキシ基を示す。)
でそれぞれ表される。四価チタニウム又は四価スズ化合物。
、Z、Z、及びZでそれぞれ表される、「ハロゲン原子」、「アルキル基」、「アリール基」、「アルコキシ基」、及び「アリールオキシ基」としては、それぞれY、Y、及びYについて例示したものと同様のものが挙げられる。
式(A2)で表される四価チタニウム化合物として具体的には、例えば、
四塩化チタン、四臭化チタン、及び四ヨウ化チタン等のハロゲン化チタン;
チタントリエトキシクロライド、及びチタントリn−ブトキシドクロライド等のハロゲン化チタンアルコキシド;並びに
チタンテトラエトキシド、及びチタンn−ブトキシド等のチタンアルコキシド等が挙げられる。
式(A2)で表される四価スズ化合物として具体的には、例えば、
四塩化スズ、四臭化スズ、四ヨウ化スズ等のハロゲン化スズ等を挙げることができる。
これらの四価チタン化合物及び四価スズ化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
さらに、前記ルイス酸としては、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ビスマス(Bi)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、又はアンチモン(Sb)のハロゲン化物;オニウム塩(例、アンモニウム塩、ホスホニウム塩);金属酸化物(例、Fe、Fe、In、Ga、ZnO、及びCo等)も挙げられる。
前記ルイス酸の使用量は、カチオン重合性単量体/ルイス酸(モル比)が2〜1000となる量が好ましく、10〜1000となる量がより好ましい。
3.1.4.生長種安定化剤
また、工程1においては、リビングカチオン重合における生長種を安定化させる目的で、含酸素又は含窒素化合物を用いてもよい。
ここで、生長種とは、伸長中の重合体の末端に存在する活性種(カチオン)を意味する。
当該含酸素又は含窒素化合物としては、例えば、エステル、エーテル、ケトン、イミド、リン酸化合物、ピリジン誘導体、及びアミンが挙げられる。具体的には、エステルとしては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸フェニル、クロロ酢酸メチル、ジクロロ酢酸メチル、酪酸エチル、ステアリン酸エチル、安息香酸エチル、安息香酸フェニル、フタル酸ジエチル、及びイソフタル酸ジエチルが挙げられる。
当該エーテルとしては、例えば、ジエチルエーテル、及びエチレングリコール等の鎖状エーテル;並びにジオキサン、及びテトラヒドロフラン等の環状エーテルが挙げられる。 前記ケトンとしては、例えば、アセトン、及びメチルエチルケトンが挙げられる。
前記イミドとしては、例えば、エチルフタルイミドが挙げられる。
前記リン酸化合物としては、例えば、トリエチルホスフェートが挙げられる。
前記ピリジン誘導体としては、例えば、2,6−ジメチルピリジンが挙げられる。
前記アミンとしては、例えば、トリブチルアミンが挙げられる。
これらの化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記含酸素又は含窒素化合物の使用量は、ルイス酸1モルに対して、0.1〜2000モルが好ましく、1〜2000モルがより好ましい。
当該反応は、バルクで行ってもよいが、好ましくは、溶媒を使用する。
溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、及びシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、及びキシレン等の芳香族炭化水素;四塩化炭素、塩化メチレン、及びジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素;ジメチルエーテル等のエーテルが挙げられる。特に無極性溶媒が好ましい。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶媒の使用量は、通常、溶媒:ビニル化合物(容量比)=1:1〜100:1であり、好ましくは5:1〜30:1である。
反応温度は、通常−80℃〜150℃、好ましくは−78〜80℃である。
反応時間は、通常1分〜1ヶ月間、好ましくは1分〜100時間である。
3.2.工程2
3.2.1.カチオン重合反応停止剤
工程2で用いられる「カチオン重合反応停止剤」は、式:R−X−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
で表される化合物である。
が水素原子である場合、カチオン重合反応停止剤は、好ましくは水である。
が硬化性部を含有しない有機基である場合、カチオン重合反応停止剤は、好ましくは式:R−OH(式中、Rはアルキル基である。)で表されるアルカノールであり、より好ましくはメチル基である。
が硬化性部を含有する有機基である場合、好ましい硬化性部はコーティングの対象の材料によって異なるので、好ましいカチオン重合反応停止剤もまた、当該材料によって異なる。
コーティングの対象の材料が非晶質の合成樹脂(例、アクリル樹脂)である場合、カチオン重合反応停止剤は、好ましくは、還元剤、LiBH、又はアルキルアルコールであり、より好ましくは、メタノールである。
一方、コーティングの対象の材料がガラスである場合、カチオン重合反応停止剤は、好ましくは、式:H−X−L−Rcs
(Xは−O−、−S−、−NH−、又は単結合を表す。好ましくは−O−、−NH−である。Lはリンカーを表す。好ましくは−(CHn8−(n8は1〜6である)であり、より好ましくは、−(CH−である。Rcsはシランカップリング基を表す。)
で表される化合物であり、より好ましくは、NH−(CH−Si(−OEt)である。
カチオン重合反応停止剤の使用量は、反応溶液内で、当該停止剤と重合体の反応末端が充分に接触することが可能となればよく、使用する量は厳密に規定されるものでは無い。
通常、反応溶媒量の0.01〜10倍容量であり、好ましくは0.1〜1倍容量である。
3.3.その他の工程
このようにして得られた、本発明のフッ素含有共重合体は、必要に応じて、慣用の方法により精製することができる。
このような製造方法により製造された本発明のフッ素含有共重合体は、分子量の均一性が高く、例えば、分散度(重量平均分子量/数平均分子量)が、約2.5〜1.0の範囲内である。
4.撥油性及び/又は撥水性コーティング剤
本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤は、本発明のフッ素含有共重合体を含有する。
本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤は、本発明のフッ素含有共重合体を主成分又は有効成分として含んでいればよい。ここで、「主成分」とは、撥油性及び/又は撥水性コーティング剤中の含量が50重量%を超える成分を意味する。「有効成分」とは、表面処理する基材上に残留して皮膜(表面処理層)を形成し、本発明の効果(撥水性、撥油性、防汚性、表面滑り性、摩擦耐久性など)を発現させ得る成分を意味する。
本発明のフッ素含有共重合体は、対象物の表面に塗布されて、皮膜を形成することにより、当該表面に撥油性を付与することができる。また、本発明のフッ素含有共重合体は、対象物の表面に塗布されて、皮膜を形成することにより、当該表面に撥水性を付与することができる。従って、本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤は、撥水、撥油、防汚、及び/又は指紋付着防止の目的で、対象物の表面のコーティングに用いられる。
本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤(又は表面処理組成物)の組成は、所望される機能に応じて適宜決定できる。
また、本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤は、本発明のフッ素含有共重合体に加えて、含フッ素オイルとして理解され得るフルオロポリエーテル化合物、好ましくはペルフルオロポリエーテル化合物を含んでいてもよい(以下、本発明のフッ素含有共重合体と区別する趣旨で、「含フッ素オイル」と称する場合がある)。含フッ素オイルは、基材と反応性の部位(例えば、シリル基)を有さない。含フッ素オイルは、得られる皮膜の表面滑り性の向上に寄与する。
撥油性及び/又は撥水性コーティング剤中、ペルフルオロポリエーテル基含有シラン化合物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、含フッ素オイルは、例えば0〜300質量部、好ましくは50〜200質量部で含まれ得る。
かかる含フッ素オイルとしては、以下の式(2)で表される化合物(ペルフルオロポリエーテル化合物)が挙げられる。
21−(OC2rnd−O−R22・・・(2)
式中、R21及びR22は、それぞれ独立して炭素数1〜16のペルフルオロアルキル基を表し、好ましくは炭素数1〜3のペルフルオロアルキル基である。
rは、各出現において、それぞれ独立して1〜3の整数である。
式:−(OC2rnd−で表される部分は、OC、OC、及びOCFからなる群より選択される1種以上の構成単位からなる。すなわち、式:−(C2rO)nd−で表される部分は、式:−(OCa'−(OCb'−(OCFc'−で表される。
ここで、a’、b’及びc’は、ポリマーの主骨格を構成するペルフルオロポリエーテルのそれぞれ繰り返し数を表わし、互いに独立して0以上300以下の整数であって、a’、b’及びc’の和、すなわちndは少なくとも1、好ましくは1〜100である。
なお、本明細書中、繰り返し数を表す添字が付された隣接する複数の丸括弧内の繰り返し単位の存在順序は任意である。すなわち、これらの繰り返し単位の結合様式は、ランダムであっても、ブロックであってもよい。これら繰り返し単位のうち、−(OC)−は、−(OCFCFCF)−、−(OCF(CF)CF)−、及び−(OCFCF(CF))−のいずれであってもよく、好ましくは−(OCFCFCF)−である。−(OC)−は、−(OCFCF)−及び−(OCF(CF))−のいずれであってもよいが、好ましくは−(OCFCF)−である。
前記式(2)で表されるペルフルオロポリエーテル化合物の例として、以下の式(2a)、(2b)及び(2c)のいずれかで示される化合物が挙げられる。
21−(OCFCFCF)a’’−O−R22・・・(2a)
21−(OCFCFb''−(OCFc''−O−R22・・・(2b)
21−(OCF(CF)CFd’’−O−R22・・・(2c)
これら式中、R21及びR22は前記の通りであり、a’’は1以上100以下の整数であり、b’’及びc’’はそれぞれ独立して1以上300以下の整数であり、d’’は1以上100以下の整数である。
式(2a)で示される化合物及び式(2b)で示される化合物は、それぞれ単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。これらを組み合わせて用いる場合、式(2a)で表される化合物と、式(2b)で表される化合物とを、質量比1:1〜1:30で使用することが好ましい。かかる質量比によれば、表面滑り性と摩擦耐久性のバランスに優れた皮膜を得ることができる。
含フッ素オイルは、1000〜30000の数平均分子量を有していてよい。これにより、本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤から形成される皮膜(本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤でコーティングされた物品の表面処理層)は高い表面滑り性を有することができる。代表的には、式(2a)で表される化合物の場合には、2000〜6000の数平均分子量を有することが好ましく、式(2b)で表される化合物の場合には、8000〜30000の数平均分子量を有することが好ましい。これら数平均分子量の範囲では、高い表面滑り性を有する皮膜を得ることができる。
また、本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤は、本発明のフッ素含有共重合体に加えて、シリコーンオイルとして理解され得るシリコーン化合物(以下、「シリコーンオイル」と称する。)を含んでいてもよい。シリコーンオイルは、前記表面滑り性の向上に寄与する。
撥油性及び/又は撥水性コーティング剤中、ペルフルオロポリエーテル基含有シラン化合物100質量部に対して、シリコーンオイルは、例えば0〜300質量部、好ましくは50〜200質量部で含まれ得る。
かかるシリコーンオイルとしては、例えばシロキサン結合が2000以下の直鎖状又は環状のシリコーンオイルを用い得る。直鎖状のシリコーンオイルは、いわゆるストレートシリコーンオイル及び変性シリコーンオイルであってよい。ストレートシリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルが挙げられる。変性シリコーンオイルとしては、ストレートシリコーンオイルを、アルキル、アラルキル、ポリエーテル、高級脂肪酸エステル、フルオロアルキル、アミノ、エポキシ、カルボキシル、アルコールなどにより変性したものが挙げられる。環状のシリコーンオイルは、例えば環状ジメチルシロキサンオイルなどが挙げられる。
本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤による皮膜の形成は、撥油性及び/又は撥水性コーティング剤を溶媒に溶解させて得られた溶液を、例えば、ロールコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、フローコート法、バーコート法、スプレーコート法、ダイコート法、スピンコート法、又はディップコート法、蒸着法等の慣用の方法で、対象物の表面に塗布し、乾燥させ、及び必要に応じてUV照射することによって実施できる。
皮膜の硬度が必要な場合や、硬化速度を向上させる場合、下地との密着性向上等の目的で単官能及び多官能(メタ)アクリレート単量体を適宜、加えてもよい。本発明のフッ素含有共重合体は単官能及び多官能(メタ)アクリレート単量体と高い相溶性を示すため、外観を損なうことなく、加えた単量体は架橋剤として機能し、硬化膜に適度な硬度と、基材密着性、硬化速度の向上をもたらす。
本発明のフッ素含有共重合体は、フッ素含有有機溶媒のみならず、汎用溶剤であるフッ素非含有有機溶媒に対しても高い溶解性を示すので、フッ素含有有機溶媒又はフッ素非含有有機溶媒に溶解させて、コーティングの対象の表面に塗布することができる。
このようなフッ素含有有機溶媒としては、例えば、ペルフルオロヘキサン、ペルフルオロオクタン、ペルフルオロジメチルシクロヘキサン、ペルフルオロデカリン、ペルフルオロアルキルエタノール、ペルフルオロベンゼン、ペルフルオロトルエン、ペルフルオロアルキルアミン(フロリナート(商品名)等)、ペルフルオロアルキルエーテル、ペルフルオロブチルテトラヒドロフラン、ハイドロフルオロエーテル(ノベック(商品名)、HFE−7100等)、ペルフルオロアルキルブロミド、ペルフルオロアルキルヨージド、ペルフルオロポリエーテル(クライトックス(商品名)、デムナム(商品名)、フォンブリン(商品名)等)メタクリル酸2−(ペルフルオロアルキル)エチル、アクリル酸2−(ペルフルオロアルキル)エチル、ペルフルオロアルキルエチレン、フロン134a、及びヘキサフルオロプロペンオリゴマーが挙げられる。
また、このようなフッ素非含有有機溶媒としては、例えば、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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、アセトン、2−ブタノン、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、トリエチルアミン、及びアニリンが挙げられる。
なかでも、本発明のフッ素含有共重合体を溶解させる溶媒は、好ましくは、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ヘキサデカン、酢酸ブチル、アセトン、酢酸エチル、又は2−プロパノールである。
これらの溶媒は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明のフッ素含有共重合体は、汎用溶剤であるフッ素非含有有機溶媒に対しても高い溶解性を示す
コーティング対象物の材料(基材)としては、例えば、ガラス等の無機材料;ポリエチレン、及びポリスチレン等のポリオレフィン樹脂;ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリアリレート、及びポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、並びにフェノール樹脂等の合成樹脂;鉄、アルミ、及び銅等の金属が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
なかでも、ガラス、又は非晶質の合成樹脂(例、アクリル樹脂)や耐熱性の高い環状ポリオレフィン樹脂(COP)やポリエステル樹脂(例、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂)、ポリカーボネート樹脂が好ましい。
また、市販のハードコート剤に本発明のフッ素含有共重合体を添加して使用することもできる。
本発明のフッ素含有共重合体は高い相溶性を示すため、市販のハードコート剤の物性を損なうことなく、表面に高い撥水性、防汚性を付与することが可能である。
本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤から形成される皮膜は、撥水性、撥油性、防汚性、指紋付着防止性、及び耐久性に優れ、コーティング対象物に強固に結合することができ、かつ透明であるので、本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤は、種々の物品(製品、デバイス、又は部品)のコーティングに好適に用いることができる。
本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤から形成された皮膜を含有する物品も又は本発明の範囲内である。
以下に、このような撥油性及び/又は撥水性コーティング剤から形成された皮膜を有する物品についてより詳細に説明する。
本発明の物品は、基材と、該基材の表面において本発明のフッ素含有共重合体又は撥油性及び/又は撥水性コーティング剤(以下、これらを代表して単に「撥油性及び/又は撥水性コーティング剤」と言う)から形成された層(表面処理層)とを含有する。
このような物品は、例えば以下のようにして製造できる。
例えば、製造すべき物品が光学部材である場合、その基材は、光学部材用材料、例えばガラス又は透明プラスチックなどであってよい。また、撥油性及び/又は撥水性コーティング剤から表面処理層を形成させる表面領域には、ハードコート層及び/又は反射防止層などの層が形成されていてよい。当該反射防止層には、単層反射防止層及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、又はこれらの2種以上を組み合わせて(例えば混合物として)使用してよい。多層反射防止層の場合は、その最外層にはSiO及び/又は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、及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及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、その表面部分に、水酸基を元々有す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、表面に自然酸化膜又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、基材に適当な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又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、その表面部分に、別の反応性基(例、Si−H基、)を有するものであってもよい。その例としては、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形成された基材が挙げられる。
次に、かかる基材の表面に、前記の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤の皮膜を形成し、この皮膜を必要に応じて後処理して、表面処理層を形成する。
撥油性及び/又は撥水性コーティング剤の皮膜形成は、前記の撥油性及び/又は撥水性コーティング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、湿潤被覆法及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及びこれらの類似方法が挙げられる。
乾燥被覆法の例としては、真空蒸着、スパッタリング、CVD及びこれらの類似方法が挙げられる。真空蒸着法の具体例としては、抵抗加熱、電子ビーム、高周波加熱、イオンビーム及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及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、撥油性及び/又は撥水性コーティング剤は、溶媒で希釈されてから基材表面に適用され得る。撥油性及び/又は撥水性コーティング剤の安定性及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:炭素数5〜12のペルフルオロ脂肪族炭化水素(例えば、ペルフルオロヘキサン、ペルフルオロメチルシクロヘキサン及びペルフルオロ−1,3−ジメチルシクロヘキサン);ポリフルオロ芳香族炭化水素(例えば、ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン);ポリフルオロ脂肪族炭化水素;ヒドロフルオロエーテル(HFE)(例えば、ペルフルオロプロピルメチルエーテル(COCH)、ペルフルオロブチルメチルエーテル(COCH)、ペルフルオロブチルエチルエーテル(COC)、ペルフルオロヘキシルメチルエーテル(CCF(OCH)C)などのアルキルペルフルオロアルキルエーテル(ペルフルオロアルキル基及びアルキル基は直鎖又は分枝状であってよい))など。これらの溶媒は、単独で、又は、2種以上の混合物として用いることができる。なかでも、ヒドロフルオロエーテルが好ましく、ペルフルオロブチルメチルエーテル(COCH)及び/又はペルフルオロブチルエチルエーテル(COC)が特に好ましい。
以下に、本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤に用いられる本発明のフッ素含有共重合体がシランカップリング基を有する場合について、より詳細に述べる。
膜形成は、膜中で撥油性及び/又は撥水性コーティング剤が、加水分解及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、撥油性及び/又は撥水性コーティング剤を溶媒で希釈した後、基材表面に適用する直前に、撥油性及び/又は撥水性コーティング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、触媒添加した撥油性及び/又は撥水性コーティング剤をそのまま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、触媒添加した撥油性及び/又は撥水性コーティング剤を含浸させたペレット状物質を用いて真空蒸着処理をしてもよい。
触媒には、任意の適切な酸又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、水分供給及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。
前記のようにして基材表面に撥油性及び/又は撥水性コーティング剤を膜形成した後、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(及び基材)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、本発明のフッ素含有共重合体中のシランカップリング基に水が作用し、これを加水分解できると考えられる。
水分の供給は、例えば0〜500℃、好ましくは100℃以上で、300℃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500℃以下、好ましくは300℃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、本発明のフッ素含有共重合体間では、前記加水分解後のシランカップリング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シランカップリング基と、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。(なお、このように結合した化合物間に、存在する場合には、含フッ素オイル及び/又はシリコーンオイルが混在することとなる。)この結果、本発明のフッ素含有共重合体間で結合が形成され、かつ本発明のフッ素含有共重合体と基材との間でも結合が形成される。
前記の水分供給及び乾燥加熱は、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。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、撥油性及び/又は撥水性コーティング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。
前記のようにして、基材の表面に、撥油性及び/又は撥水性コーティング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、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)、表面滑り性(又は潤滑性、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)、摩擦耐久性などを有し得、機能性薄膜として好適に利用され得る。
すなわち本発明はさらに、前記硬化物を最外層に有する光学材料にも関する。
光学材料としては、後記に例示するようなディスプレイ等に関する光学材料のほか、多種多様な光学材料が好ましく挙げられる。
例: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又はそれらのディスプレイの保護板、又はそれらの表面に反射防止膜処理を施したもの
これ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。光学部材の例には、次のものが挙げられる:眼鏡などのレンズ;PDP、LCDなど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;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)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;光ファイバーなど。
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、1〜30nm、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、摩擦耐久性及び防汚性の点から好ましい。
以上、本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤を使用して得られる物品について詳述した。なお、本発明の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤の用途、使用方法ないし物品の製造方法などは、前記で例示したものに限定されない。
実施例中の記号は、以下の意味で用いられる。
s:シングレット
t:トリプレット
TLC:薄層クロマトグラフィー
TMS:テトラメチルシラン
THF:テトラヒドロフラン
Me:メチル基
Et:エチル基
MIBK:メチルイソブチルケトン
MEK:メチルエチルケトン
MOVE:2−メトキシエチルビニルエーテル[示性式:CH=CH−O−(CH−O−CH
AcVE:2−(ビニロキシ)エチルアクリレート[示性式:CH=CH−O−(CH−O−CO−CH=CH
AcVEE:2−(ビニロキシ)エトキシエチルアクリレート[示性式:CH=CH−O−(CH−O−(CH−O−CO−CH=CH
McVE:2−(ビニロキシ)エチルメタクリレート[示性式:CH=CH−O−(CH−O−CO−C(−CH)=CH
McVEE:2−(ビニロキシ)エトキシエチルメタクリレート[示性式:CH=CH−O−(CH−O−(CH−O−CO−C(−CH)=CH
IBVE:イソブチルビニルエーテル[示性式:CH=CH−O−CH−CH(−CH
5FVE:3−(ペルフルオロエチル)プロポキシエチルビニルエーテル[示性式:CH=CH−O−(CH−O−(CH−C
PFPE(基):F−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−(PFPEが1価の場合)、又は
−CF−CF−O−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−(PFPEが2価の場合)
(式中、nは繰り返し数を表す。)
PFPE-Z(基):−CF−(OCF−(OCFCF−OCF−(式中、m、及びnは、それぞれ繰り返し数を表す。)
PFPE-Z-ジオール:HOCH−CF−(OCF−(OCFCF−OCF−CH−OH(式中、m及びnはそれぞれ独立して繰り返し数を表す。)
HCFC−225としては、AK-225(商品名、旭硝子社)を用いた。
合成例1
2−[3−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)−2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ]エトキシビニルエーテルの合成
Figure 2013115380
1Lナスフラスコ中に、以下の構造式:PFPE−CHOHで表される、ペルフルオロポリエーテル基を含有するアルコール(デムナムSA(数平均分子量4000)、ダイキン工業社) 60g(15mmol)、硫酸水素テトラブチルアンモニウム 3.5g(103mmol)、40%水酸化ナトリウム水溶液 120mL、及びm−ヘキサフルオロキシレン 250mLを入れ、窒素雰囲気下に室温で30分間撹拌した。前記混合物に、2−クロロエチルビニルエーテル 120mLを加えて、ナスフラスコにジムロート冷却器を装着して、窒素雰囲気下、70℃で48時間撹拌した。冷却後、反応溶液を、エバポレーターで、ほぼ完全に乾固するまで溶媒溜去した。残った反応物を、フッ素系不活性液体(フロリナートFC−72、住友スリーエム社)に溶解させた。この溶液をジクロロメタンで3回抽出し、共雑物を除去した。ここで、共雑物が除去できたことは、抽出液をTLCでチェックすることにより判定した(展開溶媒:HCFC−225、検出方法:過マンガン酸カリウム溶液の噴霧及び加熱、判定基準:原点のスポットの消失)。溶媒を減圧で溜去して目的の2−[3−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)−2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ]エチルビニルエーテルを得た。
目的物の構造はNMRスペクトルにより確認した。
NMR スペクトルは JEOL model JNM−ECS400 により測定した(測定溶媒:CDCl−ヘキサフルオロベンゼン(1:5))。
ケミカルシフトはH−NMRではTMSを、19F− NMRではCFClを基準物質とし、低磁場側をプラスにした。
1H-NMR (CDCl3-C6F6):δ 3.86-3.91 (2H, m), 3.91-3.96 (3H, m), 4.08 (2H, t, J=13.5 Hz), 4.13 (1H, d-d, J=14.7, 1.8Hz), 6.40 (1H, d-d, J=14.7, 6.6Hz).
19F- NMR (CDCl3-C6F6):δ -83.12 (s), -84.27 (s), -84.52 (s), -84.82 (s), -85.06 (s), -85.50 (s), -87.36 (t, J=12.5Hz), -125.65 (t, J=13.5Hz), -130.61 (s), -130.69 (s), -130.79 (s), -131.57 (s).
原料アルコールのβ位のCF基のピーク(-128.33 ppmのトリプレットピーク)が消失し、かつ、-125.65 ppmのトリプレットピークが検出されたことで、エーテル基の形成が確認された。
以降、この2−[3−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)−2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ]エチルビニルエーテルを、PFPE4000VEと略称する。
合成例2
PFPE基含有カチオン重合開始剤の合成(1)
Figure 2013115380
合成及び重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器A及びBをそれぞれ窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、及び容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内Aへ、HCFC−225 19.7mL、及びトリフルオロ酢酸 0.3mL(4mmol)を入れ、よく攪拌して20mL(200mol/l)の溶液Aを得た。別のガラス容器Bに、HCFC−225 5.9mL、及びPFPE4000VE 4.1mL(2mmol)を加え、よく撹拌して10mL(200mol/l)の溶液Bを得た。希釈した溶液A及び溶液Bをそれぞれ0℃の氷水浴で約15分間冷やし、冷却された溶液Aを溶液Bに、窒素フローしながら約5分間かけてゆっくりと添加した後、10分間攪拌し、PFPE基含有カチオン重合開始剤を合成した。(収量19.5ml、収率99.5%以上。)
以降、このPFPE基含有カチオン重合開始剤をPFPE4000VETFAと略称する場合がある。
PFPE4000VETFAを保存する場合は、精製したPFPE4000VETFAをHCFC−225で0.1Mに希釈し、乾燥窒素下で茶色ガラスアンプルに溶封し、冷暗所に保存した。
合成例3
PFPE基含有カチオン重合開始剤の合成(2)
Figure 2013115380
アリーン冷却器及び三方活栓が装着されたガラス反応容器中で、PFPE4000VE4.1mL(2mmol)を、HCFC−225で希釈し、全体で10mLとした。そこに酢酸 11mL(200mmol)及び少量の塩酸を加え、50℃で6時間反応させた。得られた粗生成物を60℃以下で減圧蒸留し、その後、更に10時間以上攪拌しながら減圧乾燥して、無色透明の液体である生成物(カチオン重合開始剤を得た。(収量19.5ml、収率99.5%以上。)
以降、このカチオン重合性開始剤をPFPE4000VEACと略称する場合がある。
合成例4
ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)−1、ω−ビス(ビニルオキシエチル)エーテルの合成
Figure 2013115380
20mLナスフラスコ中に、
以下の構造式:HOCH−PFPE−CHOH(式中、nは繰り返し数を表す。)で表される、ペルフルオロポリエーテル基を含有するジオール体(数平均分子量4000、ダイキン工業社)1g(0.25mmol)、硫酸水素テトラブチルアンモニウム 850mg(2.5mmol)、40%水酸化ナトリウム水溶液 2mL、及びm−ヘキサフルオロキシレン 5mLを入れ、窒素雰囲気下に室温で30分間撹拌した。前記混合物に、2−クロロエチルビニルエーテル 2mLを加えて、ナスフラスコにジムロート冷却器を装着して、窒素雰囲気下、70℃で72時間撹拌した。冷却後、反応溶液を、エバポレーターで、ほぼ完全に乾固するまで溶媒溜去した。残った反応物を、フッ素系不活性液体(フロリナートFC−72、住友スリーエム社)に溶解させた。この溶液をアセトン続いてジクロロメタンで各3回抽出し、共雑物を除去した。ここで、共雑物が除去できたことは、抽出液をTLCでチェックすることにより判定した(展開溶媒:HCFC−225、検出方法:過マンガン酸カリウム溶液の噴霧及び加熱、判定基準:原点のスポットの消失)。溶媒を減圧で溜去して目的物を得た。(収量650mg、収率63%)。
以下この化合物をデムナムジオールビスビニルエーテルと略称する場合がある。
NMR スペクトルは JEOL model JNM−ECS400 により測定した(測定溶媒:CDCl−ヘキサフルオロベンゼン(1:5))。
ケミカルシフトはH−NMRではTMSを、19F−NMRではCFClを基準物質とし、低磁場側をプラスにした。
1H-NMR (CDCl3-C6F6):δ 3.84-3.98 (5H, m), 4.08 (2H, t, J=13.5 Hz), 4.10 (1H, d-d, J=14.7, 1.8Hz), 6.39 (1H, d-d, J=14.7, 13.5Hz).
19F- NMR (CDCl3-C6F6):δ -83.12 (s), -84.27 (s), -84.52 (s), -84.82 (s), -85.06 (s), -85.50 (s), -87.36 (t, J=12.5Hz), -125.65 (t, J=13.5Hz), -130.61 (s), -130.69 (s), -130.79 (s), -131.57 (s).
原料アルコールのβ位のCF基のピーク(-128.33 ppmのトリプレットピーク)が消失し、かつ、-125.65 ppmのトリプレットピークが検出されたことで、エーテル基の形成が確認された。
合成例5a
PFPE基含有カチオン重合開始剤(デムナムジオールビスビニルエーテル酢酸付加体)の合成
Figure 2013115380
前記で得られたデムナムジオールビスビニルエーテル218mg(0.054mmol)と酢酸10μLを、窒素雰囲気下に、m−ヘキサフルオロキシレン1mL中90℃で72時間加熱した。反応の追跡は、1H-NMRにおける6.4ppmに観測されるビニルH(CH=CH−O)と5.9ppmに観測されるアセタールエステルのメチンH(−CH(―O―CO―CH)−O―CH―)とのピーク面積比により判断した。
冷後、減圧下に溶媒を溜去して目的物を得た。これ以上の精製は行なわずに、重合に用いた。
デムナムジオールビスビニルエーテル酢酸付加体
1H-NMR (CDCl3-C6F6):δ 1.40 (3H, d, J=5.1 Hz), 2.07 (3H, s), 3.73 - 3.92 (4H, m), 4.03 (2H, t, J=13.2 Hz), 5.94 (1H, q, J=5.1 Hz).
合成例5b
2−[3−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)−2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ] ビニルエーテルの合成
Figure 2013115380
石井ら、Journal of American Chemical Society, 2002年, 124巻, 1590頁(米国化学会誌)に記載の方法を応用して、目的物を合成した。
窒素雰囲気下に、10mLナスフラスコ中でPFPE−CHOH(デムナムSA(数平均分子量4000)、ダイキン工業社) 4.0g(1mmol)、酢酸ビニル276μL(3mmol)、炭酸ナトリウム106mg(1mmol)、ジ−μ−クロロビス(1,5−シクロオクタジエン)二イリジウム(I)錯体({IrCl(COD)}2)22mg(0.03mmol)のm−ヘキサフルオロキシレン4mLの懸濁液を、100℃で15時間加熱撹拌した。
溶媒溜去後、反応物をトリエチルアミン処理(1%ヘキサン中1時間撹拌後、乾燥後に使用)シリカゲルを用いたカラムクロマト(展開溶媒:AK-225)により精製し、目的物を得た(定量的)。
1H-NMR (C6F6):δ 3.80 (2H, t, J=12.4 Hz), 3.82 (1H, d-d, J=2.7, 6.4Hz), 3.96 (1H, d-d, J=2.7, 14.2Hz), 6.10 (1H, d-d, J=6.4, 14.2 Hz).
また19F-NMR測定において、原料アルコールのβ位のCF基のピーク(-128.33 ppmのトリプレットピーク)が消失し、かつ、-124.99 ppmのトリプレットピークが検出されたことで、エーテル基の形成が確認された。
合成例5c
Figure 2013115380
合成例5bで得られた化合物を合成例2と同様の方法により、前記構造式に示す重合開始剤5cを調製した。反応の追跡は1H-NMRにおいて、6.10ppmのオレフィンHの消失と5.90ppmに生じたアセタール由来のメチンHの確認に因った。
合成例6
硬化性部としてシランカップリング基を有するビニルエーテルの合成(1)
Figure 2013115380
Crivello, J. V., Mao, Z., Chemistry of Materials, 1997年, 9巻, 1554頁(米国化学会誌)に記載の方法に従い、目的物を合成した。
1−(1−プロペンオキシ)−2−(ビニルオキシ)エタン(25.6g、200mmol)、トリエトキシシラン(32.8g、200mmol)、Rh(I)Cl(PPh3)3 (30mg、0.03mmol)のトルエン溶液(50mL)を72時間還流下に撹拌した。冷却後、減圧下に溶媒を溜去し、続いて蒸留により目的物を得た(収量25.0g、収率43%)。沸点:95℃(100pa)
1−(1−プロペンオキシ)−2−(2−トリエトキシシロキシエトキシ)エタン
1H-NMR (CDCl3):δ 1.02 - 1.10 (2H, m), 1.16 - 1.23 (9H, m), 1.49 - 1.56 (3H, m), 3.54 - 3.62 (4H, m), 3.71 - 3.86 (8H, m), 3.95 (1H, d-d, J=14.2, 2.3 Hz), 4.16 (1H, d-d, J=6.9, 2.3 Hz), 4.29 - 4.43 (cis vinyl H, m), 4.68 - 4.81 (trans vinyl H, m), 5.94 (cis vinyl H, d-q, J=4.6, 1.8 Hz), 6.22 (trans vinyl H, d-q, J=12.4, 1.4Hz), 6.46 (1H, d-d, J=14.2, 6.9 Hz).
合成例7a
硬化性部としてシランカップリング基を有するビニルエーテルの合成(2)
Figure 2013115380
2−ビニルオキシエタノール(3.56g, 40mmol)、トリエチルアミン(4.09g、40mmol)の無水ジクロロメタン溶液(30mL)に、0℃で3−(トリエトキシシリル)プロピルイソシアネート(10g、40mmol)の無水ジクロロメタン溶液(10mL)を滴下した。この反応液を室温で20時間撹拌した後、減圧下に溶媒を溜去し、さらに減圧下に蒸留して目的物を得た(収量8.5g、収率63%)。沸点:150℃(100pa)
1H-NMR (CDCl3):δ 0.57 - 0.64 (2H, m), 1.21 (9H, t, J=6.9 Hz), 1.56 - 1.66 (2H, m), 3.12 - 3.21 (2H, m), 3.80 (6H, q, J=6.9 Hz), 3.83 - 3.89 (2H, m), 4.02 (1H, d-d, J=6.4, 1.8 Hz), 4.19 (1H, d-d, J=14.7, 1.8 Hz), 4.26 - 4.32 (2H, m), 5.02 (1H, bs), 6.43 (1H, d-d, J=14.7, 6.4 Hz).
実施例1
PFPE及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−B−Nタイプ)の合成(1)
共重合体のタイプの表示において、AはPFPE基を有する部分を表す。Bは硬化性部を有する構成単位からなるブロックを表す。Mは硬化性部を含有しない構成単位からなるブロックを表す。及びNは硬化性部を含有しない末端基を表す。
合成及び重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、及び容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPE基含有カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA 2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225 5.82mL、及び添加塩基として1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、硬化性部を含有しない単量体としてMOVE 0.18mL(1.6mmol)を加えて全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃で保冷した。これに、予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し0℃にしておいた、1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させ、3分間後に、硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈したMcVE 0.12mL(1mmol)(HCFC−225溶液としては0.24mL)を添加し、60分後に1%アンモニアのメタノール(MeOH)溶液を加えて反応を停止させた。
このプロセスで、目的のA−M−B−Nタイプの共重合体を得た。
生成した重合体を次のようにして精製した。まず、重合停止後の反応溶液をHCFC−225で希釈後、触媒残渣を除去するために少量のメタノールを加え、0.6N HCl水溶液で6回、及びイオン交換水で3回以上、洗浄水が中性になるまで洗浄した。この溶液をナス型フラスコに移し、ロータリーエバポレーターを用いて、溶媒、未反応単量体、及び添加塩基を減圧留去した。その後、遮光し冷蔵で保存した。
1H-NMR (CDCl3):δ 0.75-0.95(m), 1.00-2.10(m), 2.15-2.40(m), 3.25-3.40(m), 3.40-4.00(m), 4.15-4.40(m), 4.60-4.70(m), 5.25-5.45(m), 5.45-5.80(m), 6.00-6.15(m).
5.45-5.80 ppm及び6.00-6.15 ppmにメタアクリレート由来のオレフィンプロトンが観測されたこと。4ppm及び6.5ppmにビニルエーテル由来のオレフィンプロトンが観測されないことから、ビニルエーテル単位はカチオン重合し、硬化性部位であるメタアクリレート単位は未反応で残ったことを示唆している。以上から、目的とした構造を有したポリマーが得られたことを確認した。
生成した重合体について、重量法により単量体の転換率(重合率、Conversion)を算出し、及びゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により重合体の数平均分子量(Mn)、分子量分布(Mw/Mn)を算出した。結果を表7にまとめる。
また、NMR測定により、重合開始剤の残存が無いことを確認し、また、(メタ)アクリル基に基づくC=C結合のピークが存在することによって、生成した重合体が硬化性部を含有することを確認した。
得られた重合体の熱分析(TGA、DSC)を行った。結果を表7にまとめる。
また、生成した重合体について、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、酢酸エチル、酢酸ブチル、及びクロロホルムのそれぞれへの溶解性を試験した。
(方法)
溶液全体が1gになるようにサンプルを計りとり、室温で12時間後の溶液の状態を目視で観察した。
結果を表8に示す。表8中の記号は、以下の評価を表す。
(評価)
○ 透明かつ均一に溶解した。
△ 濁りはあるが、溶解した。
× 溶解しなかった。
実施例2〜9
PFPE及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−B−Nタイプ)の合成(2)
実施例1と同様の手順で、但し、使用する単量体の量、及び種類を変更して、カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFAを用いたカチオン重合により、A−M−B−Nタイプの共重合体を合成した。
使用した単量体の量、及び種類等を表1に示す。
また、得られた重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。結果を表7及び表8にまとめる。
Figure 2013115380
実施例10
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−M/B−Nタイプ)の合成
共重合体のタイプの表示において、AはPFPE基を有する部分を表す。Bは硬化性部を含有する部分を表す。及びM/Bは硬化性部を含有しない構成単位Mと硬化性部を含有する構成単位Bとがランダム共重合している部分を表す。
合成及び重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷、乾燥窒素で常圧に戻し、容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPE基含有カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA 2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225 5.7mL、及び1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、(1)硬化性部を含有しない単量体として、MOVE 0.18mL(1.6mmol)、及び(2)硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈したAcVE 0.12mL(1mmol)を乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃で保冷した。これに、予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し、かつ0℃に恒温化させておいた、1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させ、60分後に1%アンモニアのメタノール溶液を加えて反応を停止させた。
このプロセスで、目的のA−M/B−Nタイプの共重合体を得た。
生成した重合体の精製は、実施例1と同様に行った。NMR測定により、開始種の残存が無いこと、及びアクリル基に基づくC=C結合のピークが存在することによって、生成した重合体が硬化性部を含有することを確認した。
生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。
結果を表7及び表8にまとめる。
実施例11
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−B−Nタイプ)の合成(1)
共重合体のタイプの表示において、AはPFPE基を有する部分を表す。Bは硬化性部を有する構成単位からなるブロックを表す。及びNは硬化性部の有さない末端基を表す。
合成、重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、及び容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPE基含有カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA 2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225 5.88mL、及び1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈したAcVE 0.12mL(1mmol)(HCFC−225溶液としては0.24mL)を乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃に恒温化させた。これに、予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し、かつ0℃に恒温化させておいた、1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させた。
60分後、1%アンモニアのメタノール溶液を加えて反応を停止させた。
このプロセスで、目的のA−B−Nタイプの共重合体を得た。
生成した重合体の精製は、実施例1と同様に行った。NMR測定により、開始種の残存が無いこと、及びアクリル基に基づくC=C結合のピークが存在することによって、生成した重合体が硬化性部を含有することを確認した。
生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。
結果を表7及び表8にまとめる。
実施例12〜17
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−B−Nタイプ)の合成(2)
実施例11と同様の手順で、但し使用する単量体の量を変更して、重合開始剤としてPFPE4000VETFAを用いたカチオン重合により、A−B−Nタイプの共重合体を合成した。
使用した単量体の量、及び種類等を表2に示す。
また、生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。結果を表7及び表8にまとめる。
Figure 2013115380
実施例18
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−Cタイプ)の合成(1)
共重合体のタイプの表示において、AはPFPE基を有する部分を表す。Mは硬化性部を含有しない構成単位からなるブロックを表す。及びCは硬化性部を含有する末端基を表す。
合成及び重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、及び容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPE含有カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA 2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225 5.70mL、及び1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、硬化性部を有さない単量体としてMOVE 0.3mL(2.6mmol)を乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用いて攪拌し、0℃に保冷した。3分間後に速やかに−30℃の低温槽に移動させ、60分間反応させた後、−30℃に冷やしたNH−(CH−Si(−OEt):THF=1:1の混合溶液 2mLを添加して反応を停止させた。
生成した重合体を次のようにして精製した。まず重合停止後の反応溶液をHCFC−225で希釈後、触媒残渣、未反応単量体、及び添加塩基を除去するために分子量サイズが6000の透析膜を用いてメタノール溶液中で3日間透析を行った。得られた重合体を水と接触させないように20%HCFC−225溶液として保存した。
NMR測定により、開始種の残存が無いことを確認し、また、トリエトキシシリル基のエチル基の存在から、生成した重合体が硬化性部を含有することを確認した。
このプロセスで、目的のA−M−Cタイプの共重合体を得た。
生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。
結果を表7及び表8にまとめる
実施例19
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−Cタイプ)の合成(2)
実施例18と同様の手順で、但し、使用する単量体の量を変更して、重合開始剤としてPFPE4000VETFAを用いたカチオン重合により、A−M−Cタイプの共重合体を合成した。
使用した単量体の量、及び種類等を表3に示す。
また、生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。結果を表7及び表8にまとめる。
Figure 2013115380
実施例20
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−B−Nタイプ)の合成(3)
共重合体のタイプの表示において、AはPFPE基を有する部分を表す。Bが硬化性部を有する構成単位からなるブロックを表す。Mは硬化性部を含有しない構成単位からなるブロックを表す。Nは硬化性部を有さない末端基を表す。
合成、重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、及び容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内にPFPEを含有するカチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFAを2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒として、HCFC−225 5.68mL、1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、IBVE 0.32mL(0.5M)を、乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かる氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃に恒温化させた。これに、予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し0℃に恒温化させておいた1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させ、5分間後に、硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈したAcVE 0.12mL(1.2mmol)を添加し、60分後に1%アンモニアのメタノール溶液を加え、反応を停止させた。
このプロセスで、目的のA−M−B−Nタイプの共重合体を得た。
生成した重合体の精製は、実施例1と同様に行った。NMR測定により、開始種の残存が無いこと、及びアクリル基に基づくC=C結合のピークが存在することによって、生成した重合体が硬化性部を含有することを確認した。
生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。
結果を表7及び表8にまとめる。
実施例21〜23
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−B−Nタイプ)の合成(4)
実施例20と同様の手順で、但し、使用する単量体の量を変更して、カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFAを用いたカチオン重合により、A−M−B−Nタイプの共重合体を合成した。
使用した単量体の量、及び種類等を表4に示す。
また、生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。結果を表7及び表8にまとめる。
Figure 2013115380
実施例24
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−B−Nタイプ)の合成(5)
共重合体のタイプの表示において、AはPFPE基を有する部分を表す。Bは硬化性部を有する構成単位からなるブロックを表す。Mは硬化性部を含有しない構成単位からなるブロックを表す。及びNは硬化性部を有さない末端基を表す。
合成、重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、及び容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPEを含有するカチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA 2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225 5.8mL、及び1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、(1)硬化性部を有さない単量体として、イソブチルビニルエーテル[IBVE、CH=CH−O−CHCH(CH] 0.16mL(1.2mmol)、及び(2)硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈したAcVE 0.12mL(1mmol)を、乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃に保冷した。これに、予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し0℃にしておいた1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させ、60分後に1%アンモニアのメタノール溶液を加え、反応を停止させた。
このプロセスで、PFPE基及び硬化性部を含有するA−M−B−Nタイプの共重合体を得た。
生成した重合体の精製は、実施例1と同様に行った。NMR測定により、開始種の残存が無いこと、及びアクリル基に基づくC=C結合のピークが存在することによって、生成した重合体が硬化性部を含有することを確認した。
生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。
結果を表7及び表8にまとめる。
実施例25
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−B−Nタイプ)の合成(6)
ここで、AはPFPE基を有する部分を表す。Bは硬化性部を有する構成単位からなるブロックを表す。Mは硬化性部を含有しない構成単位からなるブロックを表す。及びNは硬化性部を有さない末端基を表す。
合成及び重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、及び容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPE基含有カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA 2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225 5.68mL、及び1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、硬化性部を含有しない単量体として5FVE 0.32mL(1.5mmol)を、乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃に保冷した。これに、予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し0℃にしておいた1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させ、5分間後に、硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈したAcVE 0.12mL(1mmol)(HCFC−225溶液としては0.24mL)を添加し、60分後に1%アンモニアのメタノール溶液を加え、反応を停止させた。
このプロセスで、PFPE基及び硬化性部を含有するA−M−B−Nタイプのブロック共重合体を得た。
生成した重合体の精製は、実施例1と同様に行った。NMR測定により、開始種の残存が無いこと、及びアクリル基に基づくC=C結合のピークが存在することによって、生成した重合体が硬化性部を含有することを確認した。
生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。
結果を表7及び表8にまとめる。
実施例26
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−B−Nタイプ)の合成(7)
実施例25と同様の手順で、但し、使用する単量体の量を変更して、カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFAを用いたカチオン重合により、A−M−B−Nタイプの共重合体を合成した。
使用した単量体の量、及び種類等を表5に示す。
また、生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。結果を表7及び表8にまとめる。
Figure 2013115380
実施例27
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−M−B−Nタイプ)の合成(8)
共重合体のタイプの表示において、AはPFPE基を有する部分を表す。Bは硬化性部を有する構成単位からなるブロックを表す。Mは硬化性部を含有しない構成単位からなるブロックを表す。及びNは硬化性部を有さない末端基を表す。
合成及び重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、及び容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPE基含有カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA 2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225 5.8mL、及び1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、(1)硬化性部を有さない単量体として、5FVE 0.32mL(1.5mmol)、及び(2)硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈したAcVE 0.12mL(1mmol)(HCFC−225溶液としては0.24mL)を乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃に保冷した。これに、予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し0℃にしておいた1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させ、60分後に1%アンモニアのメタノール溶液を加え、反応を停止させた。
このプロセスでPFPE基及び硬化性部を含有するA−M/B−Nタイプのブロック共重合体を得た。
生成した重合体の精製は、実施例1と同様に行った。NMR測定により、開始種の残存が無いこと、及びアクリル基に基づくC=C結合のピークが存在することによって、生成した重合体が硬化性部を含有することを確認した。
生成した重合体について、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。
結果を表7及び表8にまとめる。
実施例32
PFPE基の両末端に硬化性部を含有する共重合体の合成
Figure 2013115380
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷、乾燥窒素で常圧に戻し、容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPE基含有カチオン重合開始剤としてデムナムジオールビスビニルエーテル酢酸付加体2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225 5.7mL、及び1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、(1)硬化性部を含有しない単量体として、MOVE 0.18mL(1.6mmol)、及び(2)硬化性部を含有する単量体として、HCFC−225で2倍希釈したMcVE 0.12mL(1mmol)を乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃で保冷した。
これに、予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し、かつ0℃に恒温化させておいた、1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させ、60分後に1%アンモニアのメタノール溶液を加えて反応を停止させた。
反応液をメタノール中に開け、得られた沈殿をクロロホルム−メタノールで再沈精製を行ない。減圧下に乾燥して目的物を得た。
1H-NMR (CDCl3):δ 0.75 - 0.95 (m), 1.00 - 2.10 (m), 2.15 - 2.40 (m), 3.30 (bs), 3.40 - 4.00 (m), 4.15 - 4.40 (m), 4.60 - 4.70 (m), 5.25 - 5.45 (m ), 5.45 - 5.80 (m), 6.00 - 6.15 (m).
3.30ppm にMOVE由来のメトキシ基が観測される。5.45 - 5.80 ppm及び6.00 - 6.15 ppmにメタアクリレート由来のオレフィンプロトンが観測されたこと。4ppm及び6.5ppmにビニルエーテル由来のオレフィンプロトンが観測されないことから、ビニルエーテル単位はカチオン重合し、硬化性部位であるメタアクリレート単位は未反応で残ったことを示唆している。
以上から、目的とした構造を有したポリマーが得られたことを確認した。
合成例7b PFPEを含有するビニルエーテルの合成
50mLナスフラスコ中に、以下の構造式:PFPE−CHOHで表される、ペルフルオロポリエーテル基を含有するアルコール(数平均分子量7470)1g(0.13mmol)、硫酸水素テトラブチルアンモニウム1g(2.9mmol)、40%水酸化ナトリウム水溶液 2mL、及びm−ヘキサフルオロキシレン10mLを入れ、窒素雰囲気下に室温で30分間撹拌した。前記混合物に、2−クロロエチルビニルエーテル2mLを加えて、ジムロート冷却器を付けて、窒素雰囲気下、85℃で72時間撹拌した。冷後、反応溶液をエバポレーターで、ほぼ完全に乾固するまで溶媒溜去した。残った反応物を、FC−72に溶解させた。この溶液をジクロロメタンで3回抽出し、共雑物を除去した(終了点は抽出液をTLCでチェックした。展開溶媒HCFC225;検出方法は過マンガン酸カリウム溶液を噴霧し加熱し、原点のスポットが消失することで判定した。)。溶媒を減圧で溜去して目的物を得た。
収量0.94g(93%)。
目的物の構造はNMRスペクトルにより確認した。
1H-NMR (CDCl3-C6F6):δ 3.86 - 3.96 (5H, m), 4.08 - 4.13 (3H, m), 6.38 - 6.42 (1H, m).
19F- NMR (CDCl3-C6F6):δ -82.90 - -83.10 (m), -83.35 - -83.50 (m), -84.40 (bs), -84.65 (bs), -84.90 (bs), -85.15 (bs), -85.60 - -85.80 (m), -87.50 - -87.65 (m), -89.00 (s), -89.90 - -90.02 (m), -124.05 - -124.20 (m), -125.68 (t, J=13.8Hz), -126.50 - -126.80 (m), -128.00 (bs), -130.40 (s), -130.60 (bs), -131.10 (s), -131.60 (s).
原料アルコールのβ位のCF2基-128.74 (t) ppmのピークが消失し、-125.68 (t) ppmのピークが検出されたことで、エーテル基の形成を確認した。
合成例8
PFPEを含有するビニルエーテルトリフルオロ酢酸付加体(PFPE基含有カチオン重合開始剤)の合成
乾燥窒素雰囲気下、合成例7bで得られた、PFPEを含有するビニルエーテル(0.9g)のHCFC−225溶液(5mL)中に、等量のトリフルオロ酢酸を溶解させたHCFC−225溶液(1mL)を0℃で滴下した。この温度で10分間攪拌し、PFPE基含有カチオン重合開始剤を合成した。
目的物の生成はH−NMRにおいて、ビニルH(6.4ppm)の消失と酢酸付加体のメチンH(5.9ppm)により確認した。
本化合物は精製せずに、このまま重合反応に用いた。
比較例1
PFPEを含有する共重合体(A−M−Nタイプ)の合成(1)
合成及び重合用のガラス器具は、すべて送風定温乾燥機(130℃)にて3時間乾燥させたものを用いた。
三方活栓が装着されたガラス反応容器を窒素ガス気流下で加熱し、窒素加圧下にて室温まで放冷し、乾燥窒素で常圧に戻し、及び容器内を十分乾燥させた。
乾燥窒素雰囲気下、容器内へ、PFPE基含有カチオン重合開始剤(Rf開始剤と略称する場合がある)としてPFPE4000VETFA 2.0mL(あらかじめHCFC−225で0.1mol/Lに希釈しておいたもの)(0.2mmolに相当)、重合溶媒としてHCFC−225(AK225、旭硝子社) 5.68mL、及び塩基として1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、硬化性部を含有しない単量体として5FVE 0.32mL(1.5mmol)を、乾燥窒素下で添加し、全体を9.0mLとして、0℃に冷却した後、窒素加圧下かつ氷浴上で、マグネティックスターラーを用い攪拌し、0℃に保冷した。これに、触媒として予め重合溶媒であるHCFC−225で希釈し0℃にしておいた1mL(0.2mmol)のエチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5)を、乾燥窒素下で素早く加えて重合を開始させ、60分後に1%アンモニアのメタノール溶液を加え、反応を停止させた。
このプロセスで、PFPE基を含有するA−M−Nタイプのブロック共重合体を得た。
生成した重合体の精製は、実施例1と同様に行った。NMR測定により、開始種の残存が無いこと及びC=C結合のピークが存在しないことを確認し、生成した重合体が硬化性部を含有しないことを確認した。
生成した重合体について、実施例1と同様に、転換率を算出し、並びにGPC測定を行った。
結果を表7にまとめる。
比較例2〜8
PFPE基を含有する共重合体(A−M−Nタイプ)の合成(2〜8) 比較例1と同様の手順で、但し、使用する単量体の量及び種類を変更して、カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFAを用いたカチオン重合により、A−M−Nタイプの共重合体を合成した。
使用した単量体の量、及び種類等を表6に示す。
また、生成した重合体について、実施例1と同様に、転換率を算出し、並びにGPC測定をを行った。結果を表7にまとめる。
Figure 2013115380
表7中の「構造」の列では、各共重合体の構造を記号を用いて示す。ここで、単量体に由来する構成単位に付記した下付の数字は、繰り返し数を表す。−b−は、構成単位がブロックを形成していることを示し、−r−は構成単位がランダムに結合していることを示す。本明細書中、表7以外でも同様の表記を使用する場合がある。
Figure 2013115380
Figure 2013115380














試験例1
(1)
市販のハードコート剤ビームセット575CB(荒川化学工業製)をMIBKに溶解し、さらにその溶液に実施例1、10、11、14、20、24、25、及び27でそれぞれ得られた、PFPEを含有する共重合体を、ハードコート剤樹脂固形分に対して固形分濃度換算で1%になるように添加し、全体の固形分濃度を約0.4%とし、PFPE含有ハードコート剤を得た。
市販のポリカーボネート基板(50mm×50mm、三菱樹脂製)に前記のPFPE含有ハードコート剤をディップコート(引き上げ速度:4.0mm/秒)し、70℃、5分間の条件で乾燥後、紫外線照射して硬化皮膜を得た。紫外線照射はベルトコンベア式の紫外線照射装置を用い、照射量は600mJ/cmとした。
得られた硬化膜に関して、外観を目視評価し、対水接触角、対HD(ノルマルヘキサデカン)接触角を測定した。結果を表9に示す。
油性インキ拭き取り性(油性インキの拭き取りの容易さ)は、次のように試験した。まず、油性インキペン(サクラペンタッチ)にて、硬化皮膜表面に油性インキを塗り、外観を目視で評価した。次いで、乾燥後、キムワイプS−200でふき取り、外観を目視で評価した。結果を表9に示す。
(2)
市販のペルフルオロポリエーテル油である、デムナムS−20(数平均分子量2600、ダイキン工業社)をPFPE含有重合体として使用したこと以外は前記(1)と同様にして硬化膜を得た。
しかし、硬化膜自体が白濁し、オイル状の液体が表面に分離していたため、試験として外観の観察のみを行った。
(3)
比較例1のS−20の代わりにS−65(平均数分子量4500、ダイキン工業社)を用いた以外は同様にして硬化膜を得た。硬化膜自体が白濁し、オイル状の液体が表面に分離していたので、試験として外観の観察のみを行った。
(4)
PFPEを含有する共重合体として比較例1〜8でそれぞれ得られた共重合体を使用したこと以外は、前記(1)と同様にして硬化膜を得た。前記(1)と同様の評価を行った。結果を表9に示す。
Figure 2013115380
[外観]
○:透明
△:半透明
×:白濁
[油性インク−はじき]
◎:インクはじかれ、ほぼ残らなかった
○:インキがはじかれ、線にならなかった
△:インクははじかれるが、線は残った
×:インキがはじかれず、線がひけた
[油性インク−ふき取り]
◎:インキを非常に軽く拭き取ることができ、全く残らなかった
○:インキをふき取ることができ、表面に残らなかった。
△:インクをふき取ることができず、わずかに表面に残った
×:インキをふき取ることができず、表面に残った。
実施例33
Figure 2013115380
乾燥窒素雰囲気下、ストップバルブ付きガラス容器内へ、PFPE(MW:4000)基含有カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA(0.2mmol)、重合溶媒としてHCFC−225 5.82mL、及び添加塩基として1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、3−(トリエトキシシリル)プロピル ビニル エーテル (4mmol)を加えて全体を9.0mLとして、0℃に冷却した。この反応溶液に、攪拌下、エチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5:0.2mmol)のHCFC−225溶液を加えて重合を開始させた。この温度で5分間撹拌後に、無水エタノール:HCFC−225(1:1)を加えて重合反応を停止させた。反応液をHFE7200及びペルフルオロヘキサンで希釈し、静置によりフロン溶液−エタノールの2相に分離させ、エタノール相を除去した。残ったフロン溶液を減圧下に乾燥して、前記構造のポリマーを得た。
[当該式中、m、及びnは、それぞれ繰り返し数を表す。]
1H-NMR (C6F6-D2O):δ 0.10 - 0.45 (m), 0.50 - 1.05 (m), 1.05 - 1.80 (m), 2.90 - 3.65 (m), 3.65 - 3.90 (m).
MALDI-TOF-MS (KRATOS社 AXIMA-CFR型);ポジティブモード、マトリックス無し。
グラフを図1に示す。
このデータからn=22、m=3が指示された。
実施例34
Figure 2013115380
[当該式中、m、及びnは、それぞれ繰り返し数を表す。]
乾燥窒素雰囲気下、ストップバルブ付きガラス容器内へ、PFPE(MW:4000)基含有カチオン重合開始剤としてPFPEビニルエーテルトリフルオロ酢酸付加体(0.2mmol)、重合溶媒としてHCFC−225 5.82mL、及び添加塩基として1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、3−(トリメトキシシリル)プロピル ビニル エーテル (4mmol)を加えて全体を9.0mLとして、0℃に冷却した。この反応溶液に、攪拌下、エチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5:0.2mmol)のHCFC−225溶液を加えて重合を開始させた。この温度で5分間撹拌後に、無水メタノール:HCFC−225(1:1)を加えて重合反応を停止させた。反応液をHFE7200及びペルフルオロヘキサンで希釈し、静置によりフロン溶液−メタノールの2相に分離させ、メタノール相を除去した。残ったフロン溶液を減圧下に乾燥して、前記構造のポリマー(Polym1)を得た。
1H-NMR (C6F6-D2O):δ 0.10 - 0.45 (m), 1.05 - 1.80 (m), 2.90 - 3.65 (m), 3.65 - 3.90 (m).
実施例35
Figure 2013115380
[当該式中、m、及びnは、それぞれ繰り返し数を表す。]
1−(1−プロペンオキシ)−2−(2―トリエトキシシリルエトキシ)エタンは既存文献に準じて合成した(Crivello,J.V.ら、Chem.Mater.,1997年、9巻、1554頁)。
乾燥窒素雰囲気下、ストップバルブ付きガラス容器内へ、PFPE(MW:4000)基含有カチオン重合開始剤としてPFPEビニルエーテルトリフルオロ酢酸付加体(0.375mmol)、重合溶媒としてHCFC−225 5.7mL、及び添加塩基として1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。0℃で、ここに 1−(1−プロペンオキシ)−2−(2―トリエトキシシリルエトキシ)エタン[MW:292、CHCH=CHO(CHO(CHSi(OCHCH]の292mg (0.3mL、1mmol)を添加した。さらにこの反応容器を、−30℃の低温槽に浸け、24時間撹拌した。さらにこの温度に保ったまま、−30℃まで冷却した無水エタノール:HCFC−225(1:1)溶液2mLを添加し、反応を停止させた。反応液をHFE7200及びペルフルオロヘキサンで希釈し、静置によりフロン溶液−エタノールの2相に分離させ、エタノール相を除去した。残ったフロン溶液を無水エタノールで洗浄後、減圧下に乾燥し、前記構造のポリマーを得た。
1H-NMR (C6F6-D2O):δ 0.40 - 1.60 (m), 2.60 - 3.70 (m), 3.70 - 4.10 (m).
実施例36
Figure 2013115380
[当該式中、m、及びnは、それぞれ繰り返し数を表す。]
乾燥窒素雰囲気下、ストップバルブ付きガラス容器内へ、PFPE(MW:4000)基含有カチオン重合開始剤としてPFPEビニルエーテルトリフルオロ酢酸付加体(0.375mmol)、重合溶媒としてHCFC−225 5.7mL、及び添加塩基として1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。0℃で、ここに 3−(トリエトキシシリル)プロピルアミノカルボン酸 2−(ビニルオキシ)エチル エステル[CH=CHO(CHOCONH(CHSi(OCH]の279mg (1mmol)を添加し、この温度で24時間撹拌した。さらにこの温度に保ったまま、無水メタノール:HCFC−225(1:1)溶液2mLを添加し、反応を停止させした。反応液をHFE7200及びペルフルオロヘキサンで希釈し、静置によりフロン溶液−メタノールの2相に分離し、メタノール相を除去した。残ったフロン溶液を無水メタノールで洗浄後、減圧下に乾燥し、前記構造のポリマーを得た。
1H-NMR (C6F6-D2O):δ 0.60 - 0.80 (m), 0.80-2.20 (m), 3.00 - 3.20 (m), 3.20-4.05 (m), 4.05- - 4.20 (m).
実施例37a及び37b
Figure 2013115380
[当該式中、m、及びnは、それぞれ繰り返し数を表す。]
実施例37a 構造:PFPE4000-McVE-OMe
メタクリル酸 2−(ビニルオキシ)エタノール エステルは既存文献により合成した(杉原ら、Macromolecules、2007年、40巻、3394頁)。
乾燥窒素雰囲気下、ストップバルブ付きガラス容器内へ、PFPE(MW:4000)基含有カチオン重合開始剤としてPFPEビニルエーテルトリフルオロ酢酸付加体(0.2mmol)、重合溶媒としてHCFC−225 5.82mL、及び添加塩基として1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、メタクリル酸 2−(ビニルオキシ)エタノール エステル CH=CHOCHCHOCOC(CH)=CH(302mg、2mmol)のHCFC−225溶液(0.6mL)を加えて全体を0℃に冷却した。この反応溶液に、攪拌下、エチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5:0.2mmol)のHCFC−225溶液を加えて重合を開始させた。この温度で60分間撹拌後に、1%アンモニアのメタノール溶液を加えて重合反応を停止させた。溶媒を減圧下に溜去し、前記構造のポリマーを得た。
1H-NMR (C6F6-D2O):δ 1.00 - 1.10 (m), 1.40-2.00 (m), 2.00 - 2.50 (m), 3.10 (bs), 3.15-3.95 (m), 4.00 - 4.20 (m), 5.40 (bs), 5.90 (bs).
1.00 - 1.10に検出される開始剤由来のメチル基とビニルHとの積分値から、m=9と推定した。
実施例37b 構造:PFPE4000-McVE20-OMe
実施例37aと同様にして、PFPEビニルエーテルトリフルオロ酢酸付加体(0.2mmol)とMcVE(CH=CHOCHCHOCOC(CH)=CH:602mg、4mmol)のHCFC−225溶液を、HCFC−225中で、エチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5:0.2mmol)を用いて重合させた(反応温度0℃;反応時間60分間)。溶媒溜去後、H−NMR測定により、前記構造式のm数が20のポリマーを得たことを確認した。
合成例9
PFPE−Z−ジオール−1、ω−ビス(ビニルオキシエトキシ)エーテルの合成
CH=CH−OC−OCH−CF−(OCF−(OCFCF−OCF−CHO−CO−CH=CH
[当該式中、m、及びnは、それぞれ繰り返し数を表す。]
20mLナスフラスコ中に、
PFPE−Z−ジオール(フォンブリン Z−dol(商品名);数平均分子量4000、ソルベイ社)1g(0.25mmol)、硫酸水素テトラブチルアンモニウム 850mg(2.5mmol)、40%水酸化ナトリウム水溶液 2mL、及びm−ヘキサフルオロキシレン 5mLを入れ、窒素雰囲気下に室温で30分間撹拌した。前記混合物に、2−クロロエチルビニルエーテル 2mLを加えて、ナスフラスコにジムロート冷却器を装着して、窒素雰囲気下、70℃で72時間撹拌した。冷却後、反応溶液を、エバポレーターで、ほぼ完全に乾固するまで溶媒溜去した。残った反応物を、フッ素系不活性液体(フロリナート FC−72(商品名)、住友スリーエム社)に溶解させた。この溶液をアセトン続いてジクロロメタンで各3回抽出し、共雑物を除去した。ここで、共雑物が除去できたことは、抽出液をTLCでチェックすることにより判定した(展開溶媒:HCFC−225、検出方法:過マンガン酸カリウム溶液の噴霧及び加熱、判定基準:原点のスポットの消失)。溶媒を減圧で溜去して目的物を得た。
以下この化合物をPFPE−Z−ジオールビスビニルエーテルと略称する。また、
収量650mg(63%)。
目的物の構造はNMRスペクトルにより確認した。
1H-NMR (C6F6-D2O):δ 3.40-3.57 (5H, m), 3.59-3.74 (3H, m), 5.88-5.96 (1H, m).
19F- NMR (C6F6-D2O):δ -51.5 (bs), -53.1 (bs), -54.8 (bs), -77.2 (bs), -79.2 (bs), -88.5 (bs), -90.1 (bs).
原料アルコールのβ位のCF基のピーク(−80.4 ppm及び−82.4ppmのピーク)が消失し、かつ、−77.2 ppm、−79.2 ppmのピークが検出されたことで、エーテル基の形成が確認された。
合成例10
PFPE−Z基含有カチオン重合開始剤の合成
CHCH(OCOCF)−OCHCH−OCHCF−(OCF−(OCFCF−OCFCH−OCHCH−OCH(OCO−CF)CH
[当該式中、m、及びnは、それぞれ繰り返し数を表す。]
合成例2と同様にして、TFAとPFPE−Z−ジオールビスビニルエーテルから、前記構造の重合開始剤を合成した。
H−NMRにおける6ppm付近のビニルHの消失と5.5ppm付近のアセタールエステル由来のメチンHの出現により、構造を確認した。
合成例11
硬化性部としてシランカップリング基を有するビニルエーテルの合成(3)
Figure 2013115380
トリエトキシシラン(20.99g、128mmol)、ヘキサクロロ白金(IV)酸・6水和物(55mg、0.11mmol)の無水トルエン溶液(220mL)に、室温でアリルビニルエーテル(9.0g、107mmol)をゆっくりと滴下した。室温で18時間撹拌後、反応液をセライト濾過し、得られた濾液を減圧濃縮し、残った反応物を減圧蒸留(bp 70℃、1mmHg)し、目的物を19.6g(収率74%)得た。
1H-NMR (CDCl3):δ 0.60-0.68 (2H, m), 1.18 (9H, t, J=6.8Hz), 1.68-1.78 (2H, m), 3.35 (2H, t, J=6.4Hz), 3.78 (6H, q, J=6.8Hz), 3.93 (1H, d, J=6.9Hz), 4.00 (1H, d, J=14.2Hz), 6.28 (1H, d-d, J=14.2, 6.9Hz).
合成例12
硬化性部としてシランカップリング基を有するビニルエーテルの合成(4)
Figure 2013115380
合成例11と同様にしてトリメトキシシランを用いてシランクカップリング基を有するビニルエーテル4を合成した(bp 56℃、100Pa)。
1H-NMR (CDCl3):δ 0.48-0.60 (2H, m), 1.55-1.75 (2H, m), 3.31 (9H, s), 3.30-3.55 (2H, m), 3.78-3.85 (1H, m), 3.90-4.10 (1H, m), 6.23-6.35 (1H, m).
実施例38
Figure 2013115380
[当該式中、m、n、p、及びqは、それぞれ繰り返し数を表す。]
乾燥窒素雰囲気下、ストップバルブ付きガラス容器内へ、PFPE基含有カチオン重合開始剤として合成例10で調製したPFPE(フォンブリンZ)基含有カチオン重合開始剤(0.2mmol)、重合溶媒としてHCFC−225 5.82mL、及び添加塩基として1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、3−(トリエトキシシリル)プロピル ビニル エーテル (4mmol)を加えて全体を9.0mLとして、0℃に冷却した。この反応溶液に、攪拌下、エチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5:0.2mmol)のHCFC−225溶液を加えて重合を開始させた。この温度で5分間撹拌後に、無水エタノール:HCFC−225(1:1)、を加えて重合反応を停止させた。反応液をHFE7200及びペルフルオロヘキサンで希釈し、静置によりフロン溶液−エタノールの2相に分離させ、エタノール相を除去した。残ったフロン溶液を減圧下に乾燥して、前記構造のポリマーを得た。
H−NMRにおいて、ビニルH及びアセタールエステルのメチンHが認められなかったので、目的物が得られているものと確認できた。
合成例13
硬化性部としてシランカップリング基を有するビニルエーテルの合成(5)
Figure 2013115380
合成例11と同様にしてトリクロロシランを用いてトリクロロシリル基を有するビニルエーテル5を合成した(bp 56℃、100Pa)。
1H-NMR (CDCl3):δ 0.99-1.08 (2H, m), 1.80-1.98 (2H, m), 3.40-3.55 (2H, m), 3.80-3.85 (1H, m), 3.88-4.05 (1H, m), 6.25-6.30 (1H, m).
実施例39
Figure 2013115380
[当該式中、mは、繰り返し数を表す。]
実施例33と同様にして、PFPE(MW:4000)基含有カチオン重合開始剤としてPFPEビニルエーテルトリフルオロ酢酸付加体(0.2mmol)、重合溶媒としてHCFC−225 5.82mL、及び添加塩基として1,4−ジオキサン 1.0mLを加えた。更に、3−(トリクロロシリル)プロピル ビニル エーテル (4mmol)を加えて全体を9.0mLとして、0℃に冷却した。この反応溶液に、攪拌下、エチルアルミニウムセスキクロライド(Et1.5AlCl1.5:0.2mmol)のHCFC−225溶液を加えて重合を開始させた。この温度で5分間撹拌後に、反応液を0℃に冷却し、ジメチルアミン:HCFC−225(1:1)、を加え、さらに室温で15時間撹拌した。反応液をペルフルオロヘキサンとテトラヒドロフラン(THF)で希釈し、静置によりペルフルオロヘキサン溶液−THFの2相に分離させ、THF相を除去した。残ったペルフルオロヘキサン溶液を減圧下に乾燥して、前記構造のポリマー(Polym2)を得た。
反応と中途と生成物のH−NMRの比較において、生成物でN−CHに由来する2.9ppmのシングレットの検出により目的物の構造を確認した。
試験例2
実施例40として、実施例34で得られたポリマー(Polym1)と、以下に示した2種類の構造のペルフルオロポリエーテル化合物(a、b)を50:20:30に混合し、HFE7200の溶液として、ガラス基板(コーニング社製化学強化ガラス、ゴリラ(商品名)ガラス、厚さ0.7mm)に塗布し、乾燥して皮膜を形成させた。
a: CFO(CFO)(CFCFO)CF 平均分子量12500
b: CFO(CFO)(CFCFO)CF 平均分子量8000
[これらの式中、p、及びqは、それぞれ繰り返し数を表す。]
また、実施例41として、実施例40と同様にして、Polym1の皮膜をガラス基板上に形成させた。
また、比較例11及び12として、実施例40と同様にして、それぞれ、化合物a、又は化合物bの皮膜をガラス基板上に形成させた。
また、実施例42として、実施例40と同様にして、ガラス基板上に前記実施例39で得られたポリマー(Polym2)の皮膜を形成させた。
乾燥後に得られた前記化合物皮膜の、(1)外観(外観、曇り度)、(2)指での使用感(表面滑り性)、(3)動摩擦係数(表面滑り性)、及び(4)磨耗耐久回数(磨耗耐久性)を評価又は測定した。
各項目における基準は以下の通りである。
(1)外観
(目視):次の基準で評価した。
○: 塗布乾燥後の皮膜表面における粒子の存在無し
×: 塗布乾燥後の皮膜表面における粒子の存在有り
(曇り度):ヘイズ値(%:ヘイズメーターにより測定)
(2)指での使用感(表面滑り性):官能評価パネラーが膜表面を指で触り、その使用感を次の基準で評価した。
1:非常に良い
2:良い
3:普通
4:悪い
(3)動摩擦係数(表面滑り性)
表面性測定機(新東科学株式会社製「トライボギア14FW型」)を用いて、摩擦子として鋼球を用いて、ASTMD1894に準拠し、動摩擦係数(−)を測定した。
(4)磨耗耐久回数(磨耗耐久性)
スチールウール(番手#0000、寸法10mm×10mm×5mm)を膜表面に接触させ、1000gfの荷重で、140mm/秒の速度で往復させた。
往復回数500回後とに、水の静的接触角を測定した(協和界面科学社製、「DropMaster」を用いて、水1μLの液量で対水接触角を測定した)。接触角が100度以下になる摩擦回数をもって、磨耗耐久性とした。
実施例40〜42並びに比較例11及び12で得られた結果を、次表に纏めた。
Figure 2013115380
実施例43〜54
PFPE基及び硬化性部を含有する共重合体(A−B−Nタイプ)の合成(3)
実施例43
Figure 2013115380
実施例1と同様にして、PFPE基含有カチオン重合開始剤としてPFPE4000VETFA溶液(HCFC-225;0.2mmolに相当)と硬化性部を含有する単量体McVEE溶液(HCFC-225;4.0mmol)のHCFC−225−1,4−ジオキサン(5.26mL−1.0mL)溶液を、乾燥窒素下0℃でエチルアルミニウムセスキクロライド溶液1mL(HCFC-225;Et1.5AlCl1.5:0.2mmol)を用いて重合させた(8分間)。後処理後、NMR、GPCにより構造を確認した。
Mnx10-3=5.6 Mw/Mn=1.21
1H-NMR (CDCl3):δ 1.05-1.20(m), 1.40-2.00(m), 1.95(bs), 3.30(bs), 3.35-3.80(m), 3.80-4.0(m), 4.20-4.40(m), 5.50-5.60(m), 6.05-6.15(m).
3.3ppmに観測される末端OCH3基と5.50-5.60ppmと6.05-6.15ppmに観測されるオレフィンプロトンとのプロトン積分値から、末端PFPE基と硬化性部のブロック比(前記構造式のm数)は20と推定した。
実施例43と同様の手順で、表11に記載の材料及び条件で実施例44〜54の化合物を合成し、かつ構造式のm数をそれぞれ推定した。
このうちのいくつかについて、実施例1と同様に各種物性の測定を行った。結果を表12及び13にまとめる。
Figure 2013115380
*:重合溶媒としてAK225に換えてHFE7200を用いた。
実施例55
Figure 2013115380
実施例1と同様にして、PFPE基含有カチオン重合開始剤(重合開始剤5c)溶液(HCFC-225;0.2mmolに相当)と硬化性部を含有する単量体McVEE溶液(HCFC-225;2.0mmol)のHCFC−225−1,4−ジオキサン(5.63mL−1.0mL)溶液を、乾燥窒素下0℃でエチルアルミニウムセスキクロライド溶液1mL(HCFC-225;Et1.5AlCl1.5:0.2mmol)を用いて重合させた(30分間)。後処理後、NMRにより構造を確認した。
1H-NMR (CDCl3):δ 1.10 (bs), 1.40-2.00(m), 1.95(bs), 3.30(bs), 3.35-3.80(m), 3.80-4.0(m), 4.20-4.40(m), 5.50-5.60(m), 6.05-6.15(m).
1.1ppmに観測される末端CH3基および3.3ppmに観測される末端OCH3基と5.50-5.60ppmと6.05-6.15ppmに観測されるオレフィンプロトンとのプロトン積分値から、末端PFPE基と硬化性部のブロック比は10と推定した。
Figure 2013115380
○ 透明かつ均一溶解した。
△ 濁りはあるが、溶解した。
× 溶解しなかった
Figure 2013115380
[油性インク−はじき]
◎:インクはじかれ、ほぼ残らなかった
○:インキがはじかれ、線にならなかった
△:インクははじかれるが、線は残った
×:インキがはじかれず、線がひけた
[油性インク−ふき取り]
◎:インキを非常に軽く拭き取ることができ、全く残らなかった
○:インキをふき取ることができ、表面に残らなかった。
△:インクをふき取ることができず、わずかに表面に残った
×:インキをふき取ることができず、表面に残った。
以上の結果から、基板との結合基を有さないペルフルオロポリエーテル化合物は、滑り性が高く使用感に優れるが、表面処理皮膜としての耐久性が非常に低い。一方で、基板との結合基を有する本発明の化合物は耐久性に優れるが、使用感がペルフルオロポリエーテル化合物に比較すると若干劣る印象が有る。これらに対して、この結合基を有する化合物と結合基を有さない化合物を組み合わせる事により、使用感と耐久性を両立した、優れた表面処理皮膜となることが判った。
さらには、基板との結合基として、シリルエーテル基をシラザン基にすることで、耐久性が更に大きく向上することが判った。これは結合基としてのシラザン基の効果に由来するものと考えられる。
本発明のフッ素含有共重合体は、優れた撥油及び撥水性と汎用溶剤(フッ素非含有有機溶媒)への高い溶解性とを兼ね備え、撥油性及び/又は撥水性コーティング剤として好適に使用することができる。

Claims (37)

  1. 式(1):
    Figure 2013115380
    [式中、
    a1は、ペルフルオロポリエーテル基を含有する1価、又は2価の基を表す。
    は、−O−、フェニレン、−N(−R)−(Rは有機基を表す。)、又はカルバゾリレンを表す。
    a2は、水素原子、又はアルキル基を表す。
    a3は、水素原子、又はアルキル基を表す。
    Qは、各出現において、それぞれ独立して、硬化性部を含有する構成単位、又は硬化性部を含有しない構成単位を表す。
    は、ペルフルオロポリエーテル基を含有する基、又は硬化性部を含有していてもよい有機基又は水素原子を表す。
    は、−O−、−S−、−NH−、又は単結合を表す。
    kは1、又は2を表す。
    n1は、1以上の繰り返し数を表す。
    但し、
    a2、及びRa3の少なくとも一方はアルキル基である。
    が硬化性部を含有する有機基でない場合、少なくとも1個のQは、硬化性部を含有する構成単位である。]
    で表されるフッ素含有共重合体
  2. Qは、式:
    Figure 2013115380
    [式中、
    b1は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、又はアルキル基を表す。
    b2は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、又は硬化性部を含有していてもよい有機基を表す。
    b3は、水素原子、又はアルキル基を表す。
    は、−O−、フェニレン、−N(−R)−(Rは有機基を表す。)、又はカルバゾリレンを表す。
    但し、
    b2が水素原子である場合、Xはフェニレンである。]
    で表される構成単位である請求項1に記載のフッ素含有共重合体。
  3. a1で表されるペルフルオロポリエーテル基を含有する1価、又は2価の基におけるペルフルオロポリエーテル基の数平均分子量は、それぞれ約1000以上である請求項1又は2に記載のフッ素含有共重合体。
  4. a1で表されるペルフルオロポリエーテル基を含有する基におけるペルフルオロポリエーテル基は、式:−(C2pO)
    [式中、
    pは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数である。
    nは、繰り返し数を表す。]
    で表される部分を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
  5. a1は、
    式:Xra−(C2pO)na−Yra−L− (a1)
    [式中、
    raは、フッ素、又はRf−O−(Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキル基を表す。)を表す。
    pは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数を表す。
    naは、1〜1000である繰り返し数を表す。
    raは、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
    は、リンカーを表す。]
    で表される1価の基である
    請求項4に記載のフッ素含有共重合体。
  6. 式(a1)中の式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−、−CF(−CF)−CF−O−、−CF−O−、−CF−CF−O−、及び−CF(−CF)−O−からなる群より選択される1種以上の構成単位からなる請求項5に記載のフッ素含有共重合体。
  7. 式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、かつ
    raは、−CF−CF−である
    請求項6に記載のフッ素含有共重合体。
  8. 式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−O−、及び−CF−O−からなり、かつ
    raは、−CF−である
    請求項6に記載のフッ素含有共重合体。
  9. 式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、かつ
    raは、−CF(−CF)−である
    請求項6に記載のフッ素含有共重合体。
  10. 式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−、及び−CF−O−からなり、かつ
    raは、−CF(−CF)−である
    請求項6に記載のフッ素含有共重合体。
  11. は、−CH−O−CH−CH−である
    請求項5〜10のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
  12. は、−CH−である
    請求項5〜10のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
  13. a1は、
    式:−L’−Yra’−O−(C2pO)na−Yra−L− (a2)
    [式中、
    ’、及びLは、それぞれ独立して、リンカーを表す。
    ra’、及びYraは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
    pは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数を表す。
    naは、1〜1000である繰り返し数を表す。]
    で表される2価の基である
    請求項4に記載のフッ素含有共重合体。
  14. 式(a2)中の式:(C2pO)naで表される部分は、それぞれ独立して、−CF−CF−CF−O−、−CF(−CF)−CF−O−、−CF−O−、−CF−CF−O−、及び−CF(−CF)−O−からなる群より選択される1種以上の構成単位からなる
    請求項13に記載のフッ素含有共重合体。
  15. ra’は、−CF−CF−であり、
    式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−CF−O−からなり、かつ
    raは、−CF−CF−である
    請求項13に記載のフッ素含有共重合体。
  16. ra’は、−CF−であり、
    式:(C2pO)naで表される部分は、−CF−CF−O−、及び−CF−O−からなり、かつ
    ra−CF−である
    請求項13に記載のフッ素含有共重合体。
  17. ra’は、−CF(−CF)−であり、
    式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−からなり、かつ
    ra−CF(−CF)−である
    請求項13に記載のフッ素含有共重合体。
  18. ra’は、−CF(−CF)−であり、
    式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−、及び−CF−O−からなり、かつ
    ra−CF(−CF)−である請求項13に記載のフッ素含有共重合体。
  19. a1で表されるペルフルオロポリエーテル基を含有する基におけるペルフルオロポリエーテル基は、
    式:−L’−Yra’−(OCp’2p’na’−O−Rf−O−(C2pO)na−Yra−L− (a2’)
    [式中、
    ’、及びLは、それぞれ独立して、リンカーを表す。
    ra’、及びYraは、それぞれ独立して、炭素数1〜6のペルフルオロアルキレン鎖を表す。
    na’、及びnaは、それぞれ独立して、1〜1000である繰り返し数を表す。
    Rfは、ペルフルオロアルキレン鎖を表す。

    で表される2価の基である
    請求項4に記載のフッ素含有共重合体。
  20. ra’は、−CF(−CF)−であり、
    式:(OCp’2p’na’で表される部分は、−O−CF−CF(−CF)−からなり、
    Rfは、炭素数1〜8のペルフルオロアルキレン鎖であり、
    式:(C2pO)naで表される部分は、−CF(−CF)−CF−O−であり、かつ
    raは、−CF(−CF)−である
    請求項19に記載のフッ素含有共重合体。
  21. ’は、−CH−CH−O−CH−であり、かつ
    は、−CH−O−CH−CH−である
    請求項13〜20のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
  22. ’は、−CH−であり、かつ
    は、−CH−である
    請求項13〜20のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
  23. は、硬化性部を含有する有機基でなく、かつ
    少なくとも1個のQは、硬化性部を含有する構成単位である
    請求項1〜22のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
  24. Qにおける硬化性部は、(メタ)アクリロイル基、又はシランカップリング基である請求項23に記載のフッ素含有共重合体。
  25. 前記硬化性部を含有する構成単位は、硬化性部がリンカーを介してXに結合する基であり、かつ
    当該リンカーは、−(CHR−O−、若しくは−(CHR−O−(CHR−O−(nは、各出現において、それぞれ独立して、1〜40の整数である繰り返し数を表す。Rは、各出現において、それぞれ独立して、水素、又はメチル基を表す。)
    である請求項23又は24に記載のフッ素含有共重合体。
  26. は、メチル基である請求項23〜25のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
  27. は、硬化性部を含有する有機基である請求項1〜25のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体。
  28. は、シランカップリング基を含有する基である請求項27に記載のフッ素含有共重合体。
  29. 請求項1〜28のいずれか1項に記載のフッ素含有共重合体を含有する撥油性及び/又は撥水性コーティング剤。
  30. 式(2):
    r1−O−(C2rO)nd−Rr2
    [式中、
    rは、各出現において、それぞれ独立して、1〜6の整数である。
    ndは、繰り返し数を表す。
    r1及びRr2は、それぞれ独立して炭素数1〜16、好ましくは炭素数1〜3のペルフルオロアルキル基を表す。]
    で表される化合物を更に含有する、
    請求項29に記載の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤。
  31. 請求項29又は30に記載の撥油性及び/又は撥水性コーティング剤から形成された皮膜を含有する物品。
  32. 式:
    Figure 2013115380
    [式中、
    PFPEは、F−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−(nは繰り返し数を表す。)を表す。
    は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
    で表される化合物の製造方法であって、
    式:PFPE−CH−O−CO−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)で表される2−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)メトキシエトキシビニルエーテルを、
    式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
    で表される化合物と反応させる工程を含む
    製造方法。
  33. 式:
    Figure 2013115380
    [式中、
    PFPEは、F−(CF−CF−CF−O)−CF−CF−(nは繰り返し数を表す。)を表す。
    は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
    で表される化合物の製造方法であって、
    式:PFPE−CH−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)で表される2−ポリ(ペルフルオロプロピルオキシ)メトキシビニルエーテルを、
    式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
    で表される化合物と反応させる工程を含む
    製造方法。
  34. 式:
    Figure 2013115380
    [式中、
    PFPEは、−CF(−CF)−(O−CF−CF(−CF))−O−CF−Rf−CF−O−(CF(−CF)−CF−O−)n’−CF(CF)−(Rfはペルフルオロアルキレン基を表す。n、及びn’はそれぞれ繰り返し数を表す。)を表す。
    は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
    で表される化合物の製造方法であって、
    式:CH=CH−O−C−O−CH−PFPE−CH−O−C−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)
    で表される化合物を、
    式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
    で表される化合物と反応させる工程を含む
    製造方法。
  35. 式:
    Figure 2013115380
    [式中、
    PFPEは、−CFCF−O−(CF−CFCF−O)−CF−CF−(nは、繰り返し数を表す。)を表す。
    は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
    で表される化合物の製造方法であって、
    式:CH=CH−O−C−O−CH−PFPE−CH−O−C−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)
    で表される化合物を、
    式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
    で表される化合物と反応させる工程を含む
    製造方法。
  36. 式:
    Figure 2013115380
    [式中、
    PFPEは、−CFCF−O−(CF−CFCF−O)−CF−CF−(nは、繰り返し数を表す。)を表す。
    は、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。]
    で表される化合物の製造方法であって、
    式:CH=CH−O−CH−PFPE−CH−O−CH=CH(式中の記号は前記と同意義を表す。)
    で表される化合物を、
    式:Y−H(式中の記号は前記と同意義を表す。)
    で表される化合物と反応させる工程を含む
    製造方法。
  37. 式:Y−Hで表される化合物は、CFCOOHである請求項32〜36のいずれか1項に記載の製造方法。
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