JPWO2017141707A1 - フルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン、表面処理剤及び物品 - Google Patents
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Abstract
(式中、Rfは1価又は2価のフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー残基であり、Qはエーテル結合を含んでいてもよい炭素数2〜6の2価の炭化水素基であり、Yはケイ素原子、シリレン基及び/又はシロキサン結合を有してもよい2〜6価の炭化水素基であり、Rは独立に炭素数1〜4のアルキル基であり、Xは独立に水酸基又は加水分解性基であり、nは1〜3の整数であり、γは1〜5の整数であり、mは1〜5の整数であり、R’は炭素数1〜4のアルキル基であり、βは1〜3の整数であり、αは1又は2である。)
で表されるフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン、及び該シラン及び/又はその部分加水分解縮合物を含む表面処理剤、並びに該表面処理剤で表面処理された物品を提供する。
Description
〔1〕
下記一般式(1)
(式中、Rfは1価又は2価のフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー残基であり、Qはエーテル結合を含んでいてもよい炭素数2〜6の2価の炭化水素基であり、Yはケイ素原子、シリレン基及び/又はシロキサン結合を有してもよい2〜6価の炭化水素基であり、Rは独立に炭素数1〜4のアルキル基であり、Xは独立に水酸基又は加水分解性基であり、nは1〜3の整数であり、γは1〜5の整数であり、mは1〜5の整数であり、R’は炭素数1〜4のアルキル基であり、βは1〜3の整数であり、αは1又は2である。)
で表されるフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。
〔2〕
前記式(1)のαが1であり、Rf基が下記一般式(2)で表される1価のフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー残基であることを特徴とする〔1〕記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。
〔3〕
前記式(1)のαが2であり、Rf基が下記一般式(3)で表される2価のフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー残基であることを特徴とする〔1〕記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。
〔4〕
前記式(1)において、Yが、炭素数3〜10のアルキレン基、炭素数6〜8のアリーレン基を含むアルキレン基、アルキレン基相互がケイ素原子、シリレン基、シルアルキレン構造又はシルアリーレン構造を介して結合している2価の基、及びケイ素原子数2〜10個の直鎖状又はケイ素原子数3〜10個の分岐状もしくは環状の2〜4価のオルガノポリシロキサン残基、又はケイ素原子の結合手に炭素数2〜10のアルキレン基が結合している2〜4価の基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基である〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。
〔5〕
前記式(1)において、Qが、
−CH2OCH2−
である〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。
〔6〕
前記式(1)において、Xがそれぞれ、水酸基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜10のアルコキシアルコキシ基、炭素数2〜10のアシロキシ基、炭素数2〜10のアルケニルオキシ基及びハロゲン基からなる群より選ばれる少なくとも1種である〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。
〔7〕
式(1)で表されるポリマー変性シランが、下記式のいずれかで表されるものである〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。
〔8〕
〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン及び/又はその部分(加水分解)縮合物を含む表面処理剤。
〔9〕
〔8〕記載の表面処理剤の硬化被膜を表面に有する物品。
(式中、Rfは1価又は2価のフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー残基であり、Qはエーテル結合を含んでいてもよい炭素数2〜6の2価の炭化水素基であり、Yはケイ素原子、シリレン基及び/又はシロキサン結合を有してもよい2〜6価の炭化水素基であり、Rは独立に炭素数1〜4のアルキル基であり、Xは独立に水酸基又は加水分解性基であり、nは1〜3の整数であり、γは1〜5の整数であり、mは1〜5の整数であり、R’は炭素数1〜4のアルキル基であり、βは1〜3の整数であり、αは1又は2である。)
分子鎖片末端にオレフィン部位を好ましくは2個以上(特には、2個又は3個)有するフルオロオキシアルキル基含有ポリマーを、溶剤、例えば1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンなどのフッ素系溶剤に溶解させ、トリメトキシシラン等の分子中にSiH基及び加水分解性末端基(メトキシ基等のアルコキシ基など)を有する有機ケイ素化合物と、ヒドロシリル化反応触媒、例えば塩化白金酸/ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液存在下、40〜120℃、好ましくは60〜100℃、より好ましくは約80℃の温度で、1〜48時間、好ましくは2〜10時間、より好ましくは約5時間の条件で、ヒドロシリル化付加反応させると共に熟成させる。
分子鎖片末端にオレフィン部位を好ましくは2個以上(特には、2個又は3個)有するフルオロオキシアルキル基含有ポリマーを、溶剤、例えば1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンなどのフッ素系溶剤に溶解させ、トリクロロシラン等の分子中にSiH基及び加水分解性末端基を有する有機ケイ素化合物を、ヒドロシリル化反応触媒、例えば塩化白金酸/ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液存在下、40〜120℃、好ましくは60〜100℃、より好ましくは約80℃の温度で、1〜48時間、好ましくは2〜10時間、より好ましくは約5時間の条件で、ヒドロシリル化付加反応させると共に熟成させた後、シリル基上の置換基(ケイ素原子に結合した塩素原子等)を例えばメトキシ基等のアルコキシ基などの加水分解性基に変換する。
オレフィン導入剤の使用量は、分子鎖片末端に水酸基を有するフルオロオキシアルキル基含有ポリマーの反応性末端基(末端水酸基)1当量に対して、スルホン酸エステル残基として1〜5当量、より好ましくは1〜3当量、更に好ましくは約1.5当量用いることができる。
塩基の使用量は、分子鎖片末端に水酸基を有するフルオロオキシアルキル基含有ポリマーの反応性末端基1当量に対して、1〜20当量、より好ましくは5〜15当量、更に好ましくは約9当量用いることができる。
添加剤の使用量は、分子鎖片末端に水酸基を有するフルオロオキシアルキル基含有ポリマーの反応性末端基1当量に対して、0.005〜0.2当量、より好ましくは0.01〜0.15当量、更に好ましくは約0.1当量用いることができる。
溶剤を用いる場合の使用量は、分子鎖片末端に水酸基を有するフルオロオキシアルキル基含有ポリマー100質量部に対して、10〜300質量部、好ましくは30〜150質量部、更に好ましくは約50質量部用いることができる。
溶剤の使用量は、分子鎖片末端にオレフィン部位を有するフルオロオキシアルキル基含有ポリマー100質量部に対して、10〜300質量部、好ましくは50〜150質量部、更に好ましくは約100質量部用いることができる。
ヒドロシリル化反応触媒の使用量は、分子鎖片末端にオレフィン部位を有するフルオロオキシアルキル基含有ポリマー、又はこのポリマーと分子中に加水分解性末端基を有さず、SiH基を2個以上有する有機ケイ素化合物との反応物の質量に対して、遷移金属換算(質量)で0.1〜100ppm、より好ましくは1〜50ppmとなる量で使用する。
例えば、分子鎖片末端にオレフィン部位を有するフルオロオキシアルキル基含有ポリマーとして、下記式で表される化合物
を使用し、分子中にSiH基及び加水分解性末端基を有する有機ケイ素化合物として、トリメトキシシランを使用した場合には、下記式で表される化合物が得られる。
分子鎖両末端にオレフィン部位を好ましくはそれぞれ2個以上(特には、2個又は3個)有するフルオロオキシアルキレン基含有ポリマーと、溶剤、例えば1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンなどのフッ素系溶剤に溶解させ、トリメトキシシラン等の分子中にSiH基及び加水分解性末端基を有する有機ケイ素化合物を、ヒドロシリル化反応触媒、例えば塩化白金酸/ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液存在下、40〜120℃、好ましくは60〜100℃、より好ましくは約80℃の温度で、1〜48時間、好ましくは2〜10時間、より好ましくは約5時間の条件で、ヒドロシリル化付加反応させると共に熟成させる。
分子鎖両末端にオレフィン部位を好ましくはそれぞれ2個以上(特には、2個又は3個)有するフルオロオキシアルキレン基含有ポリマーを、溶剤、例えば1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンなどのフッ素系溶剤に溶解させ、トリクロロシラン等の分子中にSiH基及び加水分解性末端基を有する有機ケイ素化合物を、ヒドロシリル化反応触媒、例えば塩化白金酸/ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液存在下、40〜120℃、好ましくは60〜100℃、より好ましくは約80℃の温度で、1〜48時間、好ましくは2〜10時間、より好ましくは約5時間の条件で、ヒドロシリル化付加反応させると共に熟成させた後、シリル基上の置換基を例えばメトキシ基などに変換する。
オレフィン導入剤の使用量は、分子鎖両末端に水酸基を有するフルオロオキシアルキレン基含有ポリマーの反応性末端基(末端水酸基)1当量に対して、スルホン酸エステル残基として1〜5当量、より好ましくは1〜3当量、更に好ましくは約1.5当量用いることができる。
塩基の使用量は、分子鎖両末端に水酸基を有するフルオロオキシアルキレン基含有ポリマーの反応性末端基1当量に対して、1〜20当量、より好ましくは5〜15当量、更に好ましくは約9当量用いることができる。
添加剤の使用量は、分子鎖両末端に水酸基を有するフルオロオキシアルキレン基含有ポリマーの反応性末端基1当量に対して、0.005〜0.2当量、より好ましくは0.01〜0.15当量、更に好ましくは約0.1当量用いることができる。
溶剤を用いる場合の使用量は、分子鎖両末端に水酸基を有するフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー100質量部に対して、10〜300質量部、好ましくは30〜150質量部、更に好ましくは約50質量部用いることができる。
溶剤の使用量は、分子鎖両末端にオレフィン部位をそれぞれ有するフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー100質量部に対して、10〜300質量部、好ましくは50〜150質量部、更に好ましくは約100質量部用いることができる。
ヒドロシリル化反応触媒の使用量は、分子鎖両末端にオレフィン部位をそれぞれ有するフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー、又はこのポリマーと分子中に加水分解性末端基を有さず、SiH基を2個以上有する有機ケイ素化合物との反応物の質量に対して、遷移金属換算(質量)で0.1〜100ppm、より好ましくは1〜50ppmとなる量で使用する。
例えば、分子鎖両末端にオレフィン部位をそれぞれ有するフルオロオキシアルキレン基含有ポリマーとして、下記式で表される化合物
加水分解縮合触媒の添加量は触媒量であり、通常、フルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン及び/又はその部分(加水分解)縮合物100質量部に対して0.01〜5質量部、特に0.1〜1質量部である。
反応容器に、下記式(A)
で表される化合物100g(2.9×10-2mol)、下記式(B)
なお、式(C)で表されるフルオロポリエーテル基含有ポリマーのNMRによる分子構造の解析結果は次の通りである。
δ3.4−3.5(C−CH 2 −O−CH2CH=CH2)6H
δ3.6−3.7(−CF2−CH2−O−CH 2 −C)2H
δ3.7−3.8(−CF2−CH 2 −O−CH 2 −C)2H
δ3.8−3.9(C−CH2−O−CH 2 CH=CH2)6H
δ5.0−5.2(C−CH2−O−CH2CH=CH 2 )6H
δ5.7−5.9(C−CH2−O−CH2CH=CH2)3H
δ0.4−0.6(−CH2CH2CH 2 −Si)6H
δ1.4−1.6(−CH2CH 2 CH2−Si)6H
δ3.1−3.7(−Si(OCH 3 )3、−CH 2 CH2CH2−Si、C−CH 2 −O−CH2CH2CH2−Si、−CF2−CH2−O−CH 2 −C、−CF2−CH 2 −O−CH2−C)43H
反応容器に、下記式(A)
なお、式(F)で表されるフルオロポリエーテル基含有ポリマーのNMRによる分子構造の解析結果は次の通りである。
δ0.7−0.9(−CH2CH 3 )3H
δ1.3−1.5(−CH 2 CH3)2H
δ3.2−3.2(C−CH 2 −O−CH2CH=CH2)4H
δ3.4−3.5(−CF2−CH2−O−CH 2 −C)2H
δ3.6−3.7(−CF2−CH 2 −O−CH 2 −C)2H
δ3.8−3.9(C−CH2−O−CH 2 CH=CH2)4H
δ4.9−5.2(C−CH2−O−CH2CH=CH 2 )4H
δ5.7−5.8(C−CH2−O−CH2CH=CH2)2H
δ0.4−0.6(−CH2CH2CH 2 −Si)4H
δ0.6−0.8(−CH2CH 3 )3H
δ1.2−1.4(−CH 2 CH3)2H
δ1.5−1.7(−CH2CH 2 CH2−Si)4H
δ3.1−3.7(−Si(OCH 3 )3、−CH 2 CH2CH2−Si、C−CH 2 −O−CH2CH2CH2−Si、−CF2−CH2−O−CH 2 −C、−CF2−CH 2 −O−CH2−C)30H
反応容器に、下記式(H)
なお、式(I)で表されるフルオロポリエーテル基含有ポリマーのNMRによる分子構造の解析結果は次の通りである。
δ3.4−3.5(C−CH 2 −O−CH2CH=CH2)12H
δ3.6−3.7(−CF2−CH2−O−CH 2 −C)4H
δ3.7−3.8(−CF2−CH 2 −O−CH 2 −C)4H
δ3.8−3.9(C−CH2−O−CH 2 CH=CH2)12H
δ4.9−5.1(C−CH2−O−CH2CH=CH 2 )12H
δ5.7−5.9(C−CH2−O−CH2CH=CH2)6H
δ0.4−0.7(−CH2CH2CH 2 −Si)12H
δ1.4−1.7(−CH2CH 2 CH2−Si)12H
δ3.1−3.8(−Si(OCH 3 )3、−CH 2 CH2CH2−Si、C−CH 2 −O−CH2CH2CH2−Si、−CF2−CH2−O−CH 2 −C、−CF2−CH 2 −O−CH2−C)86H
実施例1〜3で得られたフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シランのうち、実施例1,2で得られたフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シランを用いて、表面処理剤として以下の評価に供した。即ち、実施例1,2で得られたフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン及び比較例1,2のポリマーを、濃度20質量%になるようにNovec 7200(3M社製、エチルパーフルオロブチルエーテル)に溶解させて表面処理剤を調製した。
最表面にSiO2を10nm処理したガラス(コーニング社製 Gorilla)に、各表面処理剤6mgを真空蒸着し(処理条件は、圧力:2.0×10-2Pa、加熱温度:700℃)、25℃、湿度40%の雰囲気下で12時間硬化させて膜厚7nmの硬化被膜を形成した。
最表面にSiO2を10nm処理したガラス(コーニング社製 Gorilla)に、各表面処理剤10mgを真空蒸着し(処理条件は、圧力:2.0×10-2Pa、加熱温度:700℃)、25℃、湿度40%の雰囲気下で12時間硬化させて膜厚14nmの硬化被膜を形成した。
[初期撥水性の評価]
上記にて薄膜塗工により硬化被膜を形成したガラスについて、接触角計Drop Master(協和界面科学社製)を用いて、硬化被膜の水に対する接触角(撥水性)を測定した(液滴:2μl、温度:25℃、湿度:40%)。結果(初期水接触角)を表1に示す。
初期においては、実施例、比較例共に良好な撥水性を示した。
上記にて薄膜塗工により硬化被膜を形成したガラス(耐摩耗性評価用)について、ラビングテスター(新東科学社製)を用いて、下記条件で10,000回擦った後の硬化被膜の水に対する接触角(撥水性)を上記と同様にして測定し、耐摩耗性の評価とした。試験環境条件は25℃、湿度40%である。結果(摩耗後水接触角)を表1に示す。
耐スチールウール摩耗性
スチールウール:BONSTAR#0000(日本スチールウール株式会社製)
接触面積:10mmφ
移動距離(片道)30mm
移動速度1,800mm/分
荷重:1kg/cm2
実施例1,2の化合物は、分子内にエーテル連結基を複数有することで、基材との密着性が向上したため、実施例1,2の化合物を用いた表面処理剤の硬化被膜は比較例に比べ、接触角100°以上と良好な耐摩耗性を発揮した。
上記にて薄膜塗工及び厚膜塗工により硬化被膜を形成したガラス(ヘーズ値評価用)について、JIS K 7136:2000に従いヘーズメーター(NDH−5000)(日本電色工業株式会社製)を用いてヘーズ値を測定した。結果(ヘーズ値)を表1、2に示す。ヘーズ値は0.3以上から目視で曇りが確認される。薄膜(7nm)塗工時は、実施例、比較例いずれもヘーズ値は0.3以下と低い値であった。一方、厚膜(14nm)塗工時においては、実施例1,2の化合物は、分子内に極性基であるエーテル連結基を複数有することで基材との濡れ性が向上したため、実施例1,2の化合物を用いた表面処理剤の硬化被膜は比較例に比べヘーズ値が0.3以下と視認性の向上を確認できた。
反応容器に、下記式(A)
なお、式(C)で表されるフルオロポリエーテル基含有ポリマーのNMRによる分子構造の解析結果は次の通りである。
反応容器に、下記式(A)
なお、式(F)で表されるフルオロポリエーテル基含有ポリマーのNMRによる分子構造の解析結果は次の通りである。
反応容器に、下記式(H)
なお、式(I)で表されるフルオロポリエーテル基含有ポリマーのNMRによる分子構造の解析結果は次の通りである。
Claims (9)
- 前記式(1)において、Yが、炭素数3〜10のアルキレン基、炭素数6〜8のアリーレン基を含むアルキレン基、アルキレン基相互がケイ素原子、シリレン基、シルアルキレン構造又はシルアリーレン構造を介して結合している2価の基、及びケイ素原子数2〜10個の直鎖状又はケイ素原子数3〜10個の分岐状もしくは環状の2〜4価のオルガノポリシロキサン残基、又はケイ素原子の結合手に炭素数2〜10のアルキレン基が結合している2〜4価の基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基である請求項1〜3のいずれか1項に記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。
- 前記式(1)において、Qが、
−CH2OCH2−
である請求項1〜4のいずれか1項に記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。 - 前記式(1)において、Xがそれぞれ、水酸基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜10のアルコキシアルコキシ基、炭素数2〜10のアシロキシ基、炭素数2〜10のアルケニルオキシ基及びハロゲン基からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1〜5のいずれか1項に記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン及び/又はその部分(加水分解)縮合物を含む表面処理剤。
- 請求項8に記載の表面処理剤の硬化被膜を表面に有する物品。
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