KR20110073602A - 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제 - Google Patents

플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제 Download PDF

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피터 마이클 머피
아닐쿠마르 라그하반필라이
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

하기 화학식 1의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제
[화학식 1]
B-X-COCH2O-[-CpH2pO-]n-CH2CO-X-Ra
[여기서,
B는 M 또는 Ra이고,
M은 이온화가능한 수소, 암모늄, 알칼리 금속, 또는 알칼리 토금속이고,
p는 약 2 내지 약 4이고,
n은 약 5 내지 약 43이고,
X는 O, S, 또는 SCH2CH2O이고,
Ra는 Rf(CH2CF2)d-(CgH2g)-; Rf[OCF2CF2]r(CgH2g)-;
Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k-; 또는 RfOY-이고;
Y는 CFHCF2O(CH2CH2O)v-(CgH2g)-; CFHCF2O(CwH2w)-; 또는 CF(CF3)CONH-(CgH2g)-이고;
각각의 Rf는 독립적으로 CcF(2c+1) (여기서, c는 1 내지 약 6임)이고;
d는 1 내지 약 3이고; g는 1 내지 약 4이고; s는 0 또는 1이고; r은 1 내지 약 4이고; h는 1 내지 약 6이고; i, j, 및 k는 각각 독립적으로 1, 2, 또는 3이되; 단, Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k- 중의 탄소 원자의 총 개수는 약 8 내지 약 22개이고; v는 1 내지 약 4이고; w는 약 2 내지 약 12임].

Description

플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제 {FLUORINATED POLYOXYALKYLENE GLYCOL DIESTER SURFACTANTS}
본 발명은 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 및 그의 계면활성제로서의 용도에 관한 것이다.
대부분의 구매가능한 플루오르화 계면활성제는 전기화학적 플루오르화 또는 텔로머화(telomerization)를 통하여 생산된다. 전기화학적 플루오르화는 불소 공급원으로서 무수 플루오르화수소산을 이용한다. 그러나, 산업적으로 생산된 플루오르화수소산은 불순물을 함유하며; 이러한 불순물을 제거하기 위하여 추가로 복잡한 공정들의 사용이 요구된다.
텔로머화 공정은 출발 물질로서 테트라플루오로에틸렌을 사용한다. 그러나, 테트라플루오로에틸렌은 입수가능성이 제한된 유해하며 고가인 중간체이다. 텔로머화 생성물은 전형적으로 약 4 내지 약 20개 탄소의 사슬 길이를 포함하는, 상이한 탄소 사슬 길이들의 분포를 포함하는 동족체들의 혼합물을 포함한다. 따라서, 문헌[Erik Kissa in "Fluorinated Surfactants, Synthesis-Properties-Applications"]에 기재된 바와 같이, 다양한 길이들의 혼합물이 아닌, 확정된 길이의 플루오르화 탄소 사슬을 함유하는 플루오르화 계면활성제를 생산하기 위해서는, 텔로머화 생성물의 다소 순차적 분리가 필요하다. 예를 들어, 미국 특허 제6,537,662호는 선택적인 첨가제 중 하나로서 방오성 방사 유제 조성물(soil-resistant spin finish composition)에 포함될 수 있는 불소화합물을 개시한다. 그러한 불소화합물계 첨가제는 폴리에틸렌 글리콜 비스카르복시메틸 메틸 에테르와 텔로머계 플루오로알킬 알코올의 반응에 의해 제조되는 불소화합물계 폴리옥시에틸렌 다이에스테르를 포함한다.
더 긴 퍼플루오로알킬 사슬을 포함하는 그러한 플루오르화 계면활성제를 사용하는 것은 불리하다. 예를 들어, 문헌[Koji Honda et al., in "Molecular Aggregation Structure and Surface Properties of Poly(fluoroalkylacrylate) Thin Films" Macromolecules (2005), 38(13), 5699-5705]은 8개 이상의 탄소의 퍼플루오로알킬 사슬들의 배향은 평행한 배치(parallel configuration)로 유지되지만, 6개 미만의 탄소를 함유하는 그러한 퍼플루오로알킬 사슬들의 경우에는 재배향이 일어난다고 교시한다. 이러한 재배향은 표면 거동을 변화시키는 것에 대한 성능 효과를 감소시킨다. 추가적으로, 플루오르화 계면활성제의 가격은 화합물에 포함된 불소의 양에 의해 주로 결정된다. 따라서, 텔로머 이외의 플루오르화 화합물로부터 제조될 수 있는 플루오르화 계면활성제를 얻는 것이 바람직하다. 더 짧은 플루오르화 사슬 또는 플루오르화 기를 포함하며, 표면 거동을 변경시키는 데 대해 본질적으로 동일하거나 또는 심지어 더 우수한 성능을 여전히 제공하는 플루오르화 계면활성제를 얻는 것이 추가로 요구된다. 표면장력을 감소시키는 것과, 액체에 낮은 표면장력, 낮은 계면장력 값, 및 낮은 임계 미셀 농도를 제공하는 것이 특히 바람직하다. 본 발명은 그러한 플루오르화 계면활성제를 제공한다.
본 발명은 하기 화학식 1의 화합물을 포함한다:
[화학식1]
B-X-COCH2O-[-CpH2pO-]n-CH2CO-X-Ra
[여기서,
B는 M 또는 Ra이고,
M은 이온화가능한 수소, 암모늄, 알칼리 금속, 또는 알칼리 토금속이고,
p는 약 2 내지 약 4이고,
n은 약 5 내지 약 43이고,
X는 O, S, 또는 SCH2CH2O이고,
Ra는 Rf(CH2CF2)d-(CgH2g)-; Rf[OCF2CF2]r(CgH2g)-; Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k-; 또는 RfOY-이고;
Y는 CFHCF2O(CH2CH2O)v-(CgH2g)-; CFHCF2O(CwH2w)-; 또는 CF(CF3)CONH-(CgH2g)-이고;
각각의 Rf는 독립적으로 CcF(2c+1) (여기서, c는 1 내지 약 6임)이고;
d는 1 내지 약 3이고;
g는 1 내지 약 4이고;
s는 0 또는 1이고;
r은 1 내지 약 4이고;
h는 1 내지 약 6이고;
i, j, 및 k는 각각 독립적으로 1, 2, 또는 3이되; 단, Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k- 중의 탄소 원자의 총 개수는 약 8 내지 약 22개이고;
v는 1 내지 약 4이고;
w는 약 2 내지 약 12임].
본 발명은 상기한 바와 같은 화학식 1의 화합물 또는 그 혼합물을 액체에 첨가하는 단계를 포함하는, 액체의 표면 거동을 변경시키는 방법을 또한 포함한다.
본 명세서에서 상표명은 대문자로 표시한다.
본 명세서에서, "트윈-테일형 계면활성제"(twin-tailed surfactant)라는 용어는 2개의 소수성 기가 하나의 친수성 연결기에 부착되어 있는 계면활성제를 설명하는 데 사용된다. 2개의 소수성 기는 동일("대칭 트윈-테일형 계면활성제"라고 지칭함)하거나, 또는 상이("혼성 트윈-테일형 계면활성제"라고 지칭함)할 수 있다.
본 발명은 플루오르화 기 내에 6개 이하의 탄소를 갖는 플루오르화 기를 포함하는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제를 제공한다. 본 발명의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제는 뜻밖에도 물 중의 0.6 중량%의 농도에서 25 mN/m 미만, 바람직하게는 물 중의 0.6 중량%의 농도에서 21 mN/m 미만의 매우 낮은 표면장력을 제공하며, CMC 값이 또한 낮다. 본 발명의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제는 차례로, 소수성 기, 친수성 기, 및 바람직하게는 제2 소수성 기를 포함하는 트윈-테일형 계면활성제이다. 그러한 트윈-테일형 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제는 표면 거동을 변경시키는 데, 전형적으로 표면 장력을 감소시키는 데 유용하며, 다양한 응용, 예를 들어, 코팅, 세정제, 유전, 및 다수의 다른 응용에 사용될 수 있다. 계면활성제는 또한 습윤, 레벨링(leveling), 블로킹 방지(antiblocking), 발포(foaming) 등을 포함한 다수의 응용에 유용하다.
본 발명의 화학식 1의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제는 상기에 기재된 바와 같은 부분적으로 플루오르화된 Ra 기를 포함하는, 적어도 하나의 소수성 부분, 바람직하게는 2개의 소수성 부분을 포함한다. 본 발명의 화합물은 또한 수용성 친수성 부분을 포함한다. 본 발명의 계면활성제는 전기적 전하를 띠지 않는 비이온성 계면활성제이며, 수용성은 고도로 극성인 기인, 다양한 길이의 폴리옥시에틸렌, -(OCH2CH2)n-의 존재에 의해 부여된다. n의 값이 증가할 때 그러한 계면활성제의 수용성이 증가하는 경향이 있다. 수성 매질 시스템에서, 표면 활성은 친수성 성분과 친수성 성분 사이의 균형에 의해서 제어된다.
표면 거동을 변경시키는 데 있어서 본 발명의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르를 포함하는 계면활성제를 사용하는 것의 이점 중 하나는 감소된 불소 함량을 갖는 플루오르화 계면활성제를 감소된 농도로 사용하면서도 동일한 또는 심지어 더 우수한 성능을 달성하며, 따라서, "불소 효율"(fluorine efficiency)이 증가한다는 점이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 "불소 효율"이라는 용어는 최소량의 플루오로계면활성제를 사용하여, 기재에 적용 시에 원하는 표면 효과 또는 표면 특성을 얻거나, 또는 동일한 수준의 불소를 사용하여 더 우수한 성능을 얻는 능력을 의미한다. 게다가, 본 발명의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제는 더 짧은 플루오르화 사슬 또는 플루오르화 기를 포함하는데, 뜻밖에도 더 긴 플루오르화 사슬을 포함하는 통상적인 계면활성제와 비교할 때 표면 거동을 변경시키는 데 있어서 본질적으로 동일하거나 심지어 더 우수한 성능을 제공한다.
본 발명의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제는 하기 화학식 1의 구조를 갖는다:
[화학식 1]
B-X-COCH2O-[-CpH2pO-]n-CH2CO-X-Ra
[여기서,
B는 M 또는 Ra이고,
M은 이온화가능한 수소, 암모늄, 알칼리 금속, 또는 알칼리 토금속이고,
p는 약 2 내지 약 4이고,
n은 약 5 내지 약 43이고,
X는 O, S, 또는 SCH2CH2O이고,
Ra는 Rf(CH2CF2)d-(CgH2g)-; Rf[OCF2CF2]r(CgH2g)-; Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k-; 또는 RfOY-이고;
Y는 CFHCF2O(CH2CH2O)v-(CgH2g)-; CFHCF2O(CwH2w)-; 또는 CF(CF3)CONH-(CgH2g)-이고;
각각의 Rf는 독립적으로 CcF(2c+1) (여기서, c는 1 내지 약 6임)이고;
d는 1 내지 약 3이고;
g는 1 내지 약 4이고;
s는 0 또는 1이고;
r은 1 내지 약 4이고;
h는 1 내지 약 6이고;
i, j, 및 k는 각각 독립적으로 1, 2, 또는 3이되; 단, Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k- 중의 탄소 원자의 총 개수는 약 8 내지 약 22개이고;
v는 1 내지 약 4이고;
w는 약 2 내지 약 12임].
화학식 1의 바람직한 화합물은 n이 약 6 내지 약 32인 것, 더욱 바람직하게는 n이 약 6 내지 약 30인 것, 더욱 바람직하게는 n이 6, 10, 20 또는 30인 것을 포함한다. X가 O인 것이 또한 바람직하다. 화학식 1의 화합물의 바람직한 실시 형태는 Ra가 Rf(CH2CF2)d-(CgH2g)-이고, Rf가 CcF(2c+1)이고, 여기서, c는 4 또는 6이고, d는 1 또는 2이고, g는 2인 것이다. Ra가 Rf[OCF2CF2]r(CgH2g)-이고, Rf가 CcF(2c+1)이고, 여기서, c는 2 또는 3이고, s는 0이고, r은 1, 2 또는 3이고, g는 2인 화합물이 또한 바람직하다. 화학식 1의 화합물의 다른 바람직한 실시 형태는 Ra가 Rf[OCF2CF2]r(CgH2g)-이고, Rf가 CcF(2c+1)이고, 여기서, c는 3이고, s는 1이고, r은 1이고, g는 2인 것이다. Ra가 RfOY-이고, Rf가 CcF(2c+1)이고, 여기서, c는 1, 2 또는 3이고, Y는 CFHCF2O(CwH2w)-이고, w는 2, 3 또는 4인 화학식 1의 화합물이 또한 바람직하다. Ra가 RfOY-이고, Rf가 CcF(2c+1)이고, 여기서, c는 1, 2 또는 3이고, Y는 CF(CF3)CONH-(CgH2g)-이고 g는 2인 화학식 1의 화합물이 또한 바람직하다. Ra가 Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k-이고; Rf가 CcF(2c+1)이고, 여기서, c는 1, 2, 또는 3이고, h는 2이고, k는 1, 2 또는 3이고, i 및 j는 각각 1이고, X는 O 또는 SCH2CH2O인 화학식 1의 화합물이 또한 바람직하다.
본 발명의 화학식 1의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르는 실온에서 다이사이클로헥실카르보다이이미드 또는 1-[3-(다이메틸아미노)프로필]-3-에틸카르보다이이미드 하이드로클로라이드 (EDCI)와 같은 커플링제의 존재 하에 카르복실산과 알코올 또는 티올을 접촉시켜 합성된다. 에스테르화는 또한 카르복실산과 알코올 또는 티올을 p-톨루엔설폰산과 함께 환류시켜 수행될 수 있다. 대안적으로, 카르복실산은 상응하는 산 클로라이드로 변형될 수 있으며, 염기 (Et3N)의 존재 하에 산 클로라이드와 알코올의 에스테르화 시에 에스테르가 생성된다.
1) 알코올과 산 클로라이드, 2) 알킬 할라이드와 카르복실산 염, 3) 알코올과 무수물, 및 4) 알코올과 에스테르 (에스테르교환)의 반응을 포함하여, 다른 전구체가 또한 에스테르를 생성할 수 있다. 에스테르의 합성은 문헌["Advanced Organic Chemistry", J. March, 3rd ed., John Wiley & Sons, New York, NY 1985]에서 더욱 상세히 설명된다.
분자량이 약 250, 400, 600, 1000 및 1450인 폴리알킬렌 글리콜 다이카르복실산이 에스테르화를 위해 사용된다. 분자량이 250 및 600인 폴리알킬렌 글리콜 다이카르복실산은 (미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 컴퍼니(Aldrich Chemical Co.)로부터) 구매가능한 반면, 분자량이 400, 1000 및 1450인 것은 존스(Jones) 시약을 사용하는 상응하는 폴리알킬렌 글리콜의 산화에 의해서 (문헌[Lele, B. S.; Kulkarni, M. G., Journal of Applied Polymer Science, Vol. 70, 883-890, 1008]) 또는 미국 특허 제3,929, 873호에 개시된 바와 같은 글리콜의 산화에 의해서 문헌의 절차에 의해 합성된다. 화학식 HOOCCH2O-(CH2CH2O)n-CH2COOH (여기서, n은 약 6 내지 약 32이고, 특히, n은 6, 10, 20 또는 30임)의 다이카르복실산이 바람직하다.
예를 들어, 화학식 1의 화합물은 폴리알킬렌 글리콜 다이카르복실산과, RaXH로 나타내어지는 적어도 하나의 하기 조성물을 반응시켜 제조되며, 여기서, Ra 및 X는 화학식 1에서 정의된 바와 같다:
CF3CF2CF2CF2-CH2CF2-CH2CH2-OH,
CF3CF2CF2CF2CF2CF2-CH2CF2-CH2CH2-OH,
CF3CF2CF2CF2-CH2CF2CH2CF2-CH2CH2-OH,
CF3CF2CF2CF2CF2CF2-CH2CF2CH2CF2-CH2CH2-OH,
CF3CF2CF2-O-CF2CF2CH2CH2-OH,
CF3CF2-O-CF2CF2CH2CH2-OH,
CF3-O-CF2CF2CH2CH2-OH,
CF3CF2CF2-O-CHFCF2OCH2CH2-OH,CF3CF2-O-CHFCF2OCH2CH2-OH,
CF3-O-CHFCF2OCH2CH2-OH,
CF3CF2CF2-O-CHFCF2OCH2CH2CH2-OH,
CF3CF2-O-CHFCF2OCH2CH2CH2-OH,
CF3-O-CHFCF2OCH2CH2CH2-OH,
CF3CF2CF2-O-CHFCF2OCH2CH2CH2CH2-OH,
CF3CF2-O-CHFCF2OCH2CH2CH2CH2-OH,
CF3-O-CHFCF2OCH2CH2CH2CH2-OH,
CF3CF2CF2OCHFCF2O(CH2CH2O)CH2CH2OH
CF3CF2OCHFCF2O(CH2CH2O)CH2CH2OH
CF3CF2CF2OCHFCF2O(CH2CH2O)2CH2CH2OH
CF3CF2OCHF2O(CH2CH2O)2CH2CH2OH
CF3CF2CH2CH2CF2CF2CH2CH2-OH,
CF3CF2CH2CH2CF2CF2CH2CH2CF2CF2CH2CH2-OH,
CF3CF2CH2CH2CF2CF2CH2CH2CF2CF2CH2CH2CF2CF2CH2CH2-OH,
CF3CF2OCF2CF2-CH2CH2-OH,
CF3CF2OCF2CF2OCF2CF2-CH2CH2-OH,
CF3CF2OCF2CF2OCF2CF2OCF2CF2-CH2CH2-OH,
CF3CF2OCF2CF2OCF2CF2-CH2CH2-OH,
CF3CF(CF3)OCF2CF2-CH2CH2-OH,
CF3CF(CF3)OCF2CF(CF3)OCF2CF2-CH2CH2-OH,
F(CF2)c(CH2)q[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k-OH,
F(CF2)c(CH2)q[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k-SCH2CH2OH,
CF3CF2CF2OCF(CF3)CONHCH2CH2OH.
플루오르화 전구체 화합물의 상기 예들의 제조방법이 하기에 설명된다.
Ra 기 Rf(CH2CF2)d-(CgH2g)- (여기서, d는 1 내지 3이고 g는 1 내지 4임)를 포함하는 화학식1의 화합물은 화학식 II의 유형의 플루오르화 알코올로부터 제조된다:
[화학식 II]
Rf-(CH2CF2)q(CH2CH2)r-OH
여기서, Rf는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 퍼플루오로알킬 기이고, 아래첨자 q는 1 내지 3의 정수이고, r은 1 내지 2이다. 이러한 알코올은 반응 도식 1에 따른 합성에 의해 입수가능하며, 여기서, Rf, q 및 r은 화학식 II에 대해 정의된 바와 같다.
[반응 도식 1]
Figure pct00001
비닐리덴 플루오라이드와 선형 또는 분지형 퍼플루오로알킬 요오다이드의 반응은 구조식 Rf (CH2CF2)qI (여기서, q는 1 이상이고 Rf는 C1 내지 C6 퍼플루오로알킬 기임)의 화합물을 생성한다. 예를 들어, 문헌[Balague, et al, "Synthesis of fluorinated telomers, Part 1, Telomerization of vinylidene fluoride with perfluoroalkyl iodides", J. Fluorine Chem. (1995), 70(2), 215-23]을 참조한다. 특정 텔로머 요오다이드를 분별 증류에 의해서 단리한다. 텔로머 요오다이드는 미국 특허 제3,979,469호에 기술된 절차에 의해 에틸렌으로 처리되어 텔로머 에틸렌 요오다이드 (반응 도식 1의 III) (여기서, q는 1 내지 3 또는 그 이상임)을 제공한다. 텔로머 에틸렌 요오다이드 (반응도식 1의 III)는 국제특허 공개 WO 95/11877호에 개시된 절차에 따라 발연황산(oleum)으로 처리되고 가수분해되어 상응하는 텔로머 알코올 (반응 도식 1의 II)을 제공한다. 대안적으로, 텔로머 에틸렌 요오다이드 (반응 도식 1의 III)는 N-메틸 포름아미드로 처리된 후 에틸 알코올/산 가수분해로 처리될 수 있다.
기 Rf[OCF2CF2]r(CgH2g)-를 포함하는 화학식 1의 화합물은 하기 일련의 반응에 의해 입수될 수 있는 화학식 RfOCF2CF2-CH2CH2OH의 유형의 전구체 플루오로알코올로부터 얻어지며, 여기서, Rf는 1 내지 3개의 산소 원자가 선택적으로 개재된 선형 또는 분지형 C1 내지 C6 퍼플루오로알킬이고, q는 1 내지 3의 정수이다:
[반응 도식 2]
Figure pct00002
상기 반응 도식 2의 화학식 V의 퍼플루오로알킬 에테르 요오다이드는, 퍼플루오로-n-프로필 비닐 에테르로부터 반응 도식 2의 화학식 V의 화합물의 제조방법을 개시하는, 본 명세서에 참고로 포함된, 미국 특허 제5,481,028호의 실시예 8에 기재된 절차에 의해서 제조될 수 있다. 반응 도식 2의 화학식 V의 퍼플루오로알킬 에테르 요오다이드를 승온 및 승압에서 과량의 에틸렌과 반응시킨다. 에틸렌의 첨가는 열적으로 수행될 수 있지만, 적합한 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 촉매는 벤조일 퍼옥사이드, 아이소부티릴 퍼옥사이드, 프로피오닐 퍼옥사이드, 또는 아세틸 퍼옥사이드와 같은 퍼옥사이드 촉매이다. 더욱 바람직하게는, 퍼옥사이드 촉매는 벤조일 퍼옥사이드이다. 반응 온도는 제한적이지 않지만, 110℃ 내지 130℃ 범위의 온도가 바람직하다. 반응 시간은 촉매 및 반응 조건에 따라 달라질 수 있으나, 24시간이 보통 적당하다. 생성물은 최종 생성물로부터 미반응 출발 물질을 분리하는 임의의 수단에 의해 정제되지만, 증류가 바람직하다. 퍼플루오로알킬 에테르 요오다이드 1몰당 약 2.7 몰의 에틸렌, 110℃의 온도 및 자생 압력, 24시간의 반응 시간을 사용하고 생성물을 증류에 의해 정제하여 이론의 최대 80%의 만족스러운 수율이 얻어졌다.
반응 도식 2의 화학식 VI의 퍼플루오로알킬에테르 에틸렌 요오다이드는 국제특허 공개 WO 95/11877호 (엘프 아토켐 에스.에이.(Elf Atochem S. A.))에 개시된 절차에 따라 발연황산으로 처리되고 가수분해되어 반응 도식 2의 화학식 VII의 상응하는 알코올을 제공한다. 대안적으로, 퍼플루오로알킬에테르 에틸 요오다이드는 N-메틸 포름아미드로 처리된 후 에틸 알코올/산 가수분해로 처리될 수 있다. 약 130℃ 내지 160℃의 온도가 바람직하다.
기 RfOCFHCF2O(CH2CH2O)v-(CgH2g)-를 포함하는 화학식 1의 화합물은, 플루오르화 비닐 에테르와 폴리에틸렌 글리콜을 반응시켜 제조되는 상응하는 전구체 알코올로부터 제조된다. 전형적으로, 약 1:1 내지 약 3:1, 바람직하게는 약 2:1의 몰 비로 비닐 에테르를 글리콜에 천천히 첨가한다. 반응은 글리콜로부터 평형량의 알콕사이드 음이온을 생성하기에 충분히 염기성인 촉매인 수소화나트륨의 존재 하에 수행된다. 다른 적합한 염기 촉매에는 수소화칼륨, 나트륨 아미드, 리튬 아미드, 칼륨 tert-부톡사이드, 및 수산화칼륨이 포함된다. 이 반응은 불활성 분위기, 예를 들어 질소 가스 하에서 수행된다. 적합한 용매에는 다이메틸포름아미드, 다이메틸아세트아미드, 아세토니트릴, 테트라하이드로푸란, 및 다이옥산이 포함된다. 다이메틸포름아미드가 바람직하다. 냉각을 이용하여 반응 온도를 약 0℃ 내지 약 30℃로 유지한다. 이 반응은 보통 1 내지 약 18시간 동안 수행된다. 그리고 나서, 통상적인 기술을 사용하여; 예를 들어, 회전 증발기에서 진공에서의 증발을 사용하거나, 생성물이 수불용성이고 용매가 수용성인 경우에, 과량의 물에 혼합물을 첨가한 후에 층들을 분리함으로써 용매를 제거한다.
폴리에틸렌 글리콜과의 퍼플루오로프로필 비닐 에테르의 반응은 항상 완결될 때까지 진행되는 것은 아니다. 폴리에틸렌 글리콜 하이드록실 기의 평균 변환 정도는 1H NMR 분광법에 의해 결정될 수 있다. 전형적으로, 미반응된 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜의 일 말단에 부가되는 플루오르화 비닐 에테르의 생성물(예를 들어, 하기의 구조 B), 및 폴리에틸렌 글리콜의 양 말단에 부가되는 플루오르화 비닐 에테르의 생성물(예를 들어, 하기의 구조 A)의 혼합물이 얻어질 수 있다. 이 혼합물의 성분들의 상대적인 양은 반응물들의 비, 반응 조건, 및 생성물이 단리되는 방식에 의해 영향을 받는다. 비닐 에테르 대 글리콜의 높은 비 및 오랜 반응 시간은 하기에 나타낸 구조 A에 유리한 경향이 있다. 비닐 에테르 대 글리콜의 보다 낮은 비 및 보다 짧은 반응 시간은 하기에 나타낸 구조 B, 및 미반응된 폴리에틸렌 글리콜의 증가된 양을 제공한다. 때때로 구조 A 및 구조 B와 글리콜 출발 물질 사이의 용해도 차를 이용하여, 혼합물의 선택적 용매 추출을 행하여 구조 A 또는 구조 B가 고도로 풍부한 샘플을 얻을 수 있다. 구조 B의 알코올은 기 Ra (iii)를 위해 필요한 조성물이다.
(구조 A)
RfOCFHCF2O-(CH2CH2O)x-CF2CHFORf
(구조 B)
RfOCFHCF2O-(CH2CH2O)xH
사용하기에 적합한 폴리에틸렌 글리콜은 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)로부터 구매가능하다. 상기 반응에 사용되는 플루오르화 비닐 에테르는 다양한 방법에 의해 제조된다. 이러한 방법에는 금속 카르보네이트의 정지층(stationary bed); 건조된 금속 카르보네이트로 충전되고, 튜브를 통하여 이동하는 스크루 블레이드(screw blade)가 구비된 관형 반응기; 또는 금속 카르보네이트의 유동층(fluidized bed)에서 2-알콕시프로피오닐 플루오라이드를 반응시킴으로써 플루오르화 비닐 에테르를 제조하는 것이 포함된다. 미국 특허 출원 공개 제2007/0004938호는, 중간체인 카르복실레이트의 탈카르복실화 온도를 초과하는 온도에서 교반층(stirred bed) 반응기에서 무수 조건 하에 2-알콕시프로피오닐 플루오라이드를 금속 카르보네이트와 반응하게 함으로써 플루오르화 비닐 에테르를 생성하는, 플루오르화 비닐 에테르를 생성하는 방법을 개시한다. 사용하기에 적합한 플루오르화 비닐 에테르의 예에는 CF3-O-CF=CF2, CF3CF2-O-CF=CF2, CF3CF2CF2-O-CF=CF2, 및 CF3CF2CF2CF2-O-CF=CF2가 포함되며, 이들 각각은 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이.아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 입수가능하다.
기 RfOCF(CF3)CONH-(CgH2g)-를 포함하는 화학식 1의 화합물은 화학식 RfOCF(CF3)CONH-(CgH2g)OH (여기서, Rf 및 g는 화학식 1에서 정의된 바와 같음)을 갖는 아미노 알코올을 사용하여 제조된다. 이러한 아미노 알코올은 상응하는 플루오르화 아실 플루오라이드와 에탄올아민 또는 다른 아미노 알코올의 반응에 의해 제조된다. 바람직한 플루오라이드는 2 내지 6개의 탄소를 갖는 퍼플루오로알킬 기를 포함하는 것이다. 반응은 약 25℃ 미만의 온도에서 수행된다.
기 RfOCFHCF2O(CwH2w)- (여기서, w는 약 2 내지 약 12임)를 포함하는 화학식 1의 화합물은, 화학식 RfOCFHCF2O(CwH2w)OH의 알코올로부터 제조된다. 이러한 알코올은 알칼리 금속 화합물의 존재 하에 퍼플루오로하이드로카본비닐 에테르와 다이올의 반응에 의해 제조된다. 바람직한 에테르는 화학식 Rf-O-CF=CF2 (여기서, Rf는 2 내지 6개의 탄소의 퍼플루오로알킬임)의 것을 포함한다. 다이올은 에테르 1몰당 약 1 내지 약 15몰, 바람직하게는 에테르 1몰당 약 1 내지 약 5몰로 사용된다. 적합한 알칼리 금속 화합물에는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 하이드록사이드, 알칼리 하이드라이드, 또는 알칼리 아미드가 포함된다. Na, K 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, 또는 NaH 또는 KH와 같은 알칼리 하이드라이드가 바람직하다. 반응은 약 40℃ 내지 약 120℃의 온도에서 수행된다. 반응은 선택적 용매, 예를 들어, 에테르 또는 니트릴 중에서 수행될 수 있다.
기 Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k-를 포함하는 화학식 1의 화합물은 식 Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]kOH (여기서, Rf는 C1 내지 C6 퍼플루오로알킬이고, 아래첨자 h는 1 내지 약 6이고, 아래첨자 i, j, 및 k는 각각 독립적으로 1, 2, 3, 또는 그 조합임)의 플루오로알코올의 제조에 의해 얻어진다. 이러한 알코올은 발연황산 처리 및 가수분해를 사용하여 올리고머 요오다이드 (CnF2n+1C2H4 I, CnF2n+1CH2 I 또는 CnF2n+1I) (여기서, 아래첨자 n은 1 내지 약 6의 정수임)로부터 제조된다. 예를 들어, 약 60℃에서 약 1.5 시간 동안 발연황산 (15% SO3)과 반응시킨 후, 얼음 냉각된 묽은 K2SO3 용액을 사용하여 가수분해시킨 다음에, 약 100℃로 약 30 분간 가열하면 만족스런 결과를 얻는다는 것을 알아냈다. 그러나, 다른 반응 조건도 사용될 수 있다. 주위 실온으로 냉각시킨 후에, 고체를 침전시키고, 단리하고, 정제한다. 예를 들어, 그 다음에, 액체를 따라내고 고체를 에테르에 용해시키고 NaCl로 포화된 물로 세척하고, 무수 Na2SO4로 건조하고, 진공 하에서 농축하고 건조한다. 다른 통상적인 정제 절차가 사용될 수 있다.
대안적으로, 상기에 정의된 바와 같은 식 Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]kOH의 알코올은 올리고머 요오다이드 Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]kI (여기서, Rf, 및 아래첨자 h, i, j, 및 k는 상응하는 알코올에 대해 상기에 정의된 바와 같음)를 N-메틸포름아미드와 함께 약 150℃로 가열하고 약 19시간 동안 유지하여 제조될 수 있다. 반응 혼합물을 물로 세척하여 잔류물을 수득한다. 이러한 잔류물과 에탄올 및 진한 염산의 혼합물을 (약 85℃의 조 온도에서) 약 2.5시간 동안 온화하게 환류시킨다. 반응 혼합물을 물로 세척하고 다이클로로메탄으로 희석하고 황산나트륨으로 건조한다. 다이클로로메탄 용액을 농축하고 감압 하에 증류하여 알코올을 수득한다. 선택적으로, N,N-다이메틸포름아미드를 N-메틸포름아미드 대신에 사용할 수 있다. 다른 통상적인 정제 절차가 또한 사용될 수 있다.
식 Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]kI의 요오다이드는 바람직하게는 에틸렌과 테트라플루오로에틸렌의 혼합물을 사용한 CnF2n +1C2H4 I, CnF2n +1CH2 I 또는 CnF2n +1I (여기서, n은 1 내지 약 6임)의 올리고머화에 의해서 제조된다. 반응은 실온 내지 약 150℃의 임의의 온도에서 적절한 라디칼 개시제를 사용하여 수행될 수 있다. 바람직하게는 반응은 약 40°내지 약 100℃의 온도에서, 이 범위에서 약 10시간의 반감기를 갖는 개시제를 사용하여 수행된다. 기체 상태의 출발 물질의 공급비, 즉 CnF2n+1C2H4 I, CnF2n+1CH2 I 또는 CnF2n+1I (여기서, n은 1 내지 약 6임)의 몰 대 에틸렌과 테트라플루오로에틸렌의 합계 몰이 반응의 변환을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이러한 몰 비는 약 1:3 내지 약 20:1, 바람직하게는 약 1:2 내지 10:1, 더욱 바람직하게는 약 1:2 내지 약 5:1이다. 에틸렌 대 테트라플루오로에틸렌의 몰 비는 약 1:10 내지 약 10:1, 바람직하게는 약 3:7 내지 약 7:3, 더욱 바람직하게는 약 4:6 내지 약 6:4이다.
필요시, 상기한 반응 혼합물 중의 주요 화학물질을, 용해도, 융점, 증기압 및 다른 특징들의 차이에 의해 개별 성분으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 아세토니트릴 및 테트라하이드로푸란 중에서의 이러한 성분들의 상대적 용해도가 그러한 정제에서 유용한 것으로 밝혀졌다. 당업자에 의해 용이하게 결정되는 바와 같이, 다른 용매 및 방법이 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 사용되는 Rf-(CgH2g)-XH로 나타내어지는 플루오르화 알코올 및 티올-알코올은 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 컴퍼니 또는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 입수가능하다.
본 발명의 이점 중 하나는 본 발명의 비이온성 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제가, 폴리알킬렌 글리콜을 플루오르화 알코올 또는 티올-알코올과 직접 반응시키지 않는 방식으로 합성되며, 따라서, 그의 합성이 단순화된다는 점이다. 본 발명의 이러한 비이온성 계면활성제는 에스테르 연결기의 가수분해 및 계면활성제 분자의 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이카르복실산 부분의 즉각적인 생분해성으로 인해 자연 환경에서 쉽게 생분해가능하다.
예를 들어, 표면 장력 감소에 있어서의, 플루오르화 계면활성제의 효율은 플루오르화 계면활성제의 플루오르화 탄소 사슬 길이에 비례한다. 플루오르화 탄소 사슬 길이가 증가하면 표면장력 감소 효율이 증가한다. 본 발명의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제는 또한 상기에 기재된 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제를 최소량으로 사용하고 낮은 수준의 불소를 사용하여 원하는 계면활성제 효과를 얻음으로써 "불소 효율"을 증가시킨다.
계면활성제의 표면 활성은 매질의 계면 상에서의 선택적인 흡착에 의해 낮은 농도에서 표면 장력을 감소시키는 계면활성제의 효율에 의해 특징지워진다. 계면활성제 분자의 2가지 상이한 성분들, 즉 친수성 (또는 소유성) 성분 및 소수성 (또는 친유성) 성분을 따로따로 고려하는 것이 통상적이다. 문헌[Griffin in "Calculation of "HLB" values of nonionic surfactants" in American Perfumer and Essential Oil Review (1955), 65(No. 5), 26-9]에 기재되어 있는, 친수성-친유성 균형 (HLB) 값이 계면활성제의 특성을 그의 물리적 구조와 연관짓는 데 보통 사용된다. 경험적 속성의 것이지만, 많은 경우에, HLB 값은 계면활성제의 특징을 결정하는 데 정량적으로 사용될 수 있다.
HLB 분류는 에톡실화의 정도에 따라 계면활성제가 저, 중 또는 고 HLB인 것으로 쉽게 확인되는, 비이온성 에톡실레이트 계면활성제, 예를 들어, 본 발명의 계면활성제에 특히 유용하다. 에톡실화 비이온성 계면활성제의 HLB 값은 하기 방정식으로부터 계산된다:
Figure pct00003
표 1A 및 표 1B는 본 발명의 화학식 1의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 에스테르 계면활성제의 예의 HLB 값을 나타낸다.
[표 1A]
Figure pct00004
[표 1B]
Figure pct00005
이러한 분류에 의해서, 계면활성제는 0 내지 20, 또는 그 이상의 HLB 값이 할당된다. 낮은 HLB 값은 낮은 수용성 또는 높은 친유성 (즉, 지용성)을 갖는 계면활성제를 나타내는 반면, 높은 HLB 값은 높은 수용성을 나타낸다. HLB가 약 7 내지 약 17의 범위인 계면활성제가 본 발명에 바람직하다.
본 발명은 액체에 상기한 바와 같은 화학식 1의 화합물을 첨가하는 단계를 포함하는 액체의 표면 거동을 변경시키는 방법을 또한 포함한다. 본 발명은 다양한 응용, 예를 들어, 코팅, 세정제, 유전, 및 많은 다른 응용에서 표면 거동을 변경시키기 위한, 전형적으로 표면장력 및 임계 미셀 농도 (CMC) 값을 낮추기 위한 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제의 용도를 포함한다. 비이온성 계면활성제는 중요한 플루오로계면활성제이며 액체에 낮은 표면장력 및 계면장력 값과 낮은 CMC를 제공한다. 이들은 습윤, 레벨링, 블로킹 방지, 발포, 침투, 확산(spreading), 유동, 유화 및 분산 안정화 등을 포함하는 다수의 응용에 유용하다. 본 발명의 방법을 사용하여 변경될 수 있는 표면 거동의 유형에는 습윤, 침투, 확산, 레벨링, 유동, 유화, 분산, 반발(repelling), 이형(releasing), 윤활, 식각, 접합, 및 안정화가 포함된다. 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 액체의 유형에는 코팅 조성물, 라텍스, 중합체, 바닥 마감제(floor finish), 잉크, 유화제, 발포제, 이형제, 반발제, 유동 조절제, 막 증발 억제제(film evaporation inhibitor), 습윤제, 침투제, 세정제, 연마제, 전기도금제, 부식 억제제, 식각 용액, 납땜제, 분산 보조제, 미생물제, 펄프화 보조제(pulping aid), 헹굼 보조제, 광택제, 개인 케어 조성물, 건조제, 정전기방지제, 바닥 마감제, 또는 접합제가 포함된다.
본 발명의 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 계면활성제는 낮은 표면장력이 요구되는 다양한 응용, 예를 들어, 유리, 목재, 금속, 벽돌, 콘크리트, 시멘트, 천연 및 합성 석재, 타일, 합성 바닥재, 종이, 텍스타일 재료, 플라스틱, 및 페인트를 위한 코팅 제형에 유용하다. 본 발명의 계면활성제는 바닥, 가구, 신발, 및 자동차 관리를 위해 습윤, 레벨링 및 광택을 개선하기 위한 왁스, 마감제, 및 광택제에 유용하다. 본 발명의 계면활성제는 유리, 타일, 대리석, 세라믹, 리놀륨 및 다른 플라스틱, 금속, 석재, 라미네이트, 천연 및 합성 고무, 수지, 플라스틱, 섬유, 및 천을 위한 다양한 수성 및 비수성 세정 제품에 유용하다.
본 발명의 계면활성제는 농업용 조성물에 사용하기에 적합하다. 본 발명의 계면활성제는 제초제, 잡초 제거제(weed killer), 호르몬 성장 조절제, 살기생충제, 살충제, 살균제(germicide), 살세균제(bactericide), 살선충제(nematocide), 살미생물제, 고엽제 또는 비료, 치료제, 항미생물제를 포함하는 조성물을 위한 습윤제로서 유용하다. 본 발명의 계면활성제는 또한 군엽(foliage), 가축 목욕(dip) 및 가축 피부의 습윤을 위한 습윤제로서; 위생 조성물, 변색 조성물 및 세정 조성물 내의 성분으로서; 그리고 방충 조성물 내의 성분으로서 적합하다.
본 발명의 계면활성제 및 방법은 불소화합물계 혈액 대체물, 텍스타일 처리조(textile treatment bath), 섬유 방사 유제, 개인 케어 제품 (샴푸, 컨디셔너, 크림, 린스 등을 포함), 피부용 화장품 (예를 들어, 치료 또는 보호 크림 및 로션, 발유성 및 발수성 화장품 파우더, 방취제 및 발한방지제), 매니큐어, 립스틱, 치약, 천 케어 제품 (예를 들어, 의류, 카펫 및 실내장식품을 위한 얼룩 전처리제 및/또는 얼룩 제거제), 세탁 세제, 헹굼보조제 (세차용 및 자동식기세척기용)를 위한 조성물에 사용하기에 적합하다.
본 발명의 계면활성제 및 방법은 석유 및 가스 산업에서 유정 처리를 위한 습윤제로서 (시추니(drilling mud) 및 3차 유정 회수(tertiary oil well recovery)를 개선하기 위한 첨가제를 포함할 뿐만 아니라, 침투 시간을 개선하기 위해 극압 윤활제에 그리고 윤활 커핑 오일(cuffing oil) 개선제로서), 및 가스, 가솔린, 제트 연료, 용매 및 탄화수소에 대한 막 증발 및 가스/오일 블로킹(blocking)을 방지 및 제거하기 위한 처리제로서 사용하기에 또한 적합하다.
본 발명의 계면활성제 및 방법은 필기용 잉크, 인쇄용 잉크, 사진 현상제 용액, 산불 소화제(fighting forest fire), 건식 화학 소화제, 에어로졸형 소화제, 의료 폐기물을 고형화 또는 캡슐화하기 위한 젤을 형성하는 증점제, 및 반도체 및 전자기기의 제조, 가공 및 취급에 있어서 포토레지스트, 현상제, 세정 용액, 옥사이드 에칭 조성물, 현상제, 광택제 및 레지스트 잉크에 사용하기에 또한 적합하다.
본 발명의 계면활성제 및 방법은 또한 텍스타일 및 가죽 산업에서 습윤제, 소포제, 침투제 또는 유화제로서; 또는 텍스타일, 부직 천 및 가죽 처리를 위한 윤활제로서; 확산 및 균일성을 위한 섬유 마감제용으로; 염색을 위한 습윤제로서; 부직 천에 있어서 결합제로서; 그리고 표백제용 침투 첨가제로서 사용하기에 적합하다.
본 발명의 계면활성제 및 방법은 채광 및 금속 가공 산업에서, 제약 산업, 자동차, 건물 유지보수 및 청소에서, 가정용품, 화장품 및 개인 용품에서, 그리고 사진 및 그래픽 아트에서 개선된 표면 효과를 제공하는 데 사용하기에 또한 적합하다.
본 발명의 계면활성제 및 방법은 유리 표면 및 사진 필름을 위한 흐림방지제(antifogging agent)로서, 마그네틱 테이프, 축음기판, 플로피 디스크, 디스크 드라이브, 고무 조성물, PVC, 폴리에스테르 필름, 사진 필름을 위한 정전기방지제로서, 그리고 광학 요소 (예를 들어, 유리, 플라스틱, 또는 세라믹 비드)를 위한 표면 처리제로서 기능하는 제품에 포함될 수 있다.
본 발명의 계면활성제 및 방법은 폴리우레탄 폼, 스프레이-온 오븐 세정제, 발포 주방 및 욕실 세정제 및 소독제, 에어로졸 쉐이빙 폼(shaving foam)에서, 및 텍스타일 처리조에서 발포조절제(foam control agent)로서 또한 유용하다.
본 발명의 계면활성제 및 방법은 중합, 특히 플루오로단량체의 중합을 위한 유화제로서, 라텍스 안정제로서, 실리콘용 탈형제, 감광유제 안정제(photoemulsion stabilizer), 무기 입자 및 안료로서 유용하다.
본 발명의 계면활성제 및 방법은 몇몇 예상치 못한 이점을 제공한다. 본 화합물은 전기화학적 플루오르화에 의해서 제조되지 않으며, 많은 경우 텔로머화에 의해 제조되지 않는다. 그러므로, 다량의 불순물의 형성이 없으며, 동족체들의 혼합물을 함유하는 생성물이 수득되지 않는다. 본 발명의 계면활성제는 전형적인 텔로머화에 의한 생성물보다 불소 효율이 더 크다. 더 낮은 수준의 불소가 존재하는 화학식 1의 화합물은, 더 높은 수준의 불소를 함유하는 통상적인 계면활성제보다 더욱 경제적이지만, 동등하거나 더 우수한 성능을 제공한다.
시험 방법 및 재료
모든 용매 및 시약은, 달리 표시되지 않는다면, 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 시그마-알드리치로부터 구매하였고, 공급된 그대로 바로 사용하였다. 브룩커(Brucker) DRX 400 또는 500 분광계에서 19F NMR 스펙트럼을 기록하였다. 내부 기준물질 (CDCl3 , CFCl3 또는 TMS)에 대하여 ppm (마이크로그램/g) 단위로 화학적 이동을 보고하였다.
하기 플루오르화 화합물은 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이.아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 입수가능하다:
퍼플루오로-2-메틸-3-옥사헥사노일 플루오라이드,
퍼플루오로부틸 요오다이드,
비닐리덴 플루오라이드,
퍼플루오로프로필비닐 에테르,
퍼플루오로에틸에틸 요오다이드, 및
테트라플루오로에틸렌.
하기 플루오르화 화합물을 하기와 같이 제조하였다:
C4F9CH2CF2I 및 C4F9(CH2CF2)2I는 문헌[Balague, et al, "Synthesis of Fluorinated Telomers, Part 1, Telomerization of Vinylidene Fluoride with Perfluoroalkyl Iodides", J. Fluorine Chem. (1995), 70(2), 215-23]에 기재된 바와 같이 퍼플루오로부틸 요오다이드와 비닐리덴 플루오라이드를 반응시켜 제조하였다. 특정 텔로머 요오다이드를 분별 증류에 의해서 단리한다.
C3F7OCF2CF2I는 비아체슬라브 (Viacheslav) 등의 미국 특허 제5,481,028호에 기재된 바와 같이 촉매로서 삼플루오르화붕소와 함께 퍼플루오로프로필 비닐 에테르와 염화요오드 및 플루오르화수소산을 반응시켜 제조하였다.
시험 방법 1 - 임계 미셀 농도 ( CMC ) 및 CMC 초과에서의 표면장력의 측정
장비의 설명서에 따라 크뤼스 장력계(Kruess Tensiometer), K11 버전 2.501을 사용하여 표면장력을 측정하였다. 빌헬미 플레이트(Wilhelmy Plate) 방법을 사용하였다. 기지의 둘레의 수직 플레이트를 저울에 부착하고, 습윤으로 인한 힘을 측정하였다. 각각의 희석물에 대하여 10회 반복 시험하였고, 하기 기기 설정을 사용하였다: 방법: 플레이트 방법 SFT; 간격: 1.0초; 습윤된 길이: 40.2 ㎜; 판독 한계: 10; 최소 표준편차: 2 dyne/㎝; 중력 가속도: 9.80665 m/s^2.
임계 미셀 농도 (CMC)는, 이를 초과하는 농도에서는 미셀이 자발적으로 형성되며 그 농도에서는 계면활성제 농도의 증가가 표면 장력을 본질적으로 더 이상 감소시키지 않는 계면활성제의 농도로서 정의된다. CMC를 결정하기 위하여, 계면활성제 농도의 함수로서 표면장력을 측정하였다. 그 다음, 표면장력을 로그 농도에 대해 플롯팅하였다. 얻어진 곡선은 CMC를 초과하는 농도에서는 거의 수평인 부분을 가졌으며 CMC 미만의 농도에서는 음의 급경사를 가졌다. CMC는 평탄부와 외삽된 급경사가 교차하는 곡선의 농도로서 계산하였다. CMC 초과에서의 표면장력은 곡선의 평탄부에서의 값이었다. 유효 성능에 대해 최저 비용을 제공하기 위해서 CMC는 가능한 한 낮아야만 한다.
시험 방법 2 - 습윤 및 레벨링 시험
각각의 샘플을 바닥 광택제 (로플렉스(RHOPLEX)(등록상표) 3829, 미국 펜실베이니아주 스프링 하우스 소재의 롬 앤드 하스(Rohm & Haas))에 첨가하고 혼합물을 코멧(Comet)(등록상표) 세정제로 벗겨낸 30.36 ㎝ × 30.36 ㎝ (12 인치 × 12 인치) 비닐 타일의 반부에 적용하여 샘플의 습윤 및 레벨링 능력을 시험하였다. 시험할 계면활성제의 1 중량% 용액을 탈이온수로 희석하여 제조하였다. 제조자 프로토콜에 따라, 로플렉스(등록상표) 3829 제형 100 g 분액을 제조하고, 이어서 1 중량% 계면활성제 용액 0.75 g을 첨가하여 시험 바닥 광택제를 제공하였다.
시험 광택제의 3 ㎖ 분액을 타일의 중앙에 두고, 어플리케이터를 이용하여 상부에서 바닥으로 용액을 펴바르고, 마지막으로 어플리케이터를 이용하여 타일의 반부를 가로질러 큰 "X"를 그려 타일에 시험 바닥 광택제를 적용하였다. 타일을 30분 동안 건조하였다. 총 5개의 코트를 적용하였다. 각각의 코트 후에, 타일 표면 상의 광택제의 습윤 및 레벨링을 촉진하는 계면활성제의 능력에 대해 1 내지 5의 척도(1은 최악, 5는 최상)로 타일에 등급을 매겼다. 등급을 하기 척도에 따라, 플루오로계면활성제 또는 레벨링 보조제를 함유하지 않은 바닥 광택제로 처리된 타일과의 비교에 기초하여 결정하였다:
주관적인 타일 등급 척도
1: 필름의 불균일한 표면 커버리지, 유의한 줄무늬 형성(streaking) 및 표면 결함
2: 가시적인 줄무늬 형성 및 표면 결함, 타일의 에지로부터의 필름의 이탈
3: 많은 표면 결함과 줄무늬가 명백하지만, 대체로 필름은 타일 표면 전체를 코팅함
4: 적은 표면 결함 또는 줄무늬 형성
5: 가시적인 표면 결함 또는 줄무늬가 없음
실시예
실시예 1
에탄올아민 (13 g, 28 mmol) 및 에테르 (30 ㎖)의 혼합물을 15℃로 냉각시켰다. 반응 온도가 25℃ 미만으로 유지되도록 퍼플루오로-2-메틸-3-옥사헥사노일 플루오라이드 (에테르 50 ㎖ 중 33 g)를 적가하였다. 첨가 후, 반응 혼합물을 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 고체를 여과로 제거하고, 여과액을 염산 (0.5 N, 30 ㎖), 물 (30 ㎖로 2회), 탄산수소나트륨 용액 (0.5 N, 20 ㎖), 물 (30 ㎖), 및 염화나트륨 용액 (포화, 20 ㎖)으로 세척하였다. 그 다음, 진공 하에서 하룻밤 실온에서 농축하고 건조하여 N-(퍼플루오로-2-메틸-3-옥사헥사노일)-2-아미노에탄올을 백색 고체 35 g으로, 수율 95%로 얻었다. mp. 69-72 oC. 1H NMR (CDCl3) δ 1.67 (bs, 1H), 3.57 (m, 2H), 3.80 (t, J = 5 ㎐, 2H), 6.91 (bs, 1H).
공기 응축기, 마개, 및 격막이 구비되고 질소 플러싱 하에 유지되는 3구 플라스크를 건조 다이클로로메탄 (100 ㎖)으로 충전하였다. 플라스크를 15 oC로 냉각하고 폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 600, 평균 n = 10 내지 11, 1.0 g)를 첨가한 후, 1-[3-(다이메틸아미노)프로필]-3-에틸카르보다이이미드 하이드로클로라이드 (EDCl) (0.636 g) 및 4-(다이메틸아미노)피리딘 (0.407 g)을 첨가하였다. 혼합물을 10분 동안 교반하였고, 생성된 현탁액에 C3F7OCFCF3CONH(CH2)2OH (1.24 g)를 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온으로 가온하고 하룻밤 교반하였다. GC 분석은 플루오르화 알코올이 에스테르로 완전히 변환된 것으로 나타났다. 생성된 투명한 용액을 분별 깔때기로 옮기고 2% HCl (2 × 50 ㎖), 포화 NaHCO3 용액 (2 × 50 ㎖) 및 염수 (1 × 50 ㎖)로 세척하였다. 유기 층을 건조하고 (무수 MgSO4), 진공 하에 농축하고 건조하여 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜-다이에스테르 (0.750 g)를 무색 오일로서 수득하였다. IR, 순수한 상태(neat), 3325 ㎝ -1, N-H 신장, 1756 ㎝-1, 에스테르의 C=O 신장, 1721 ㎝-1 아미드의 C=O 신장. 1H NMR (CDCl3): δ 4.27 (t, J = 4.8 ㎐, 4H, OCH2), 4.10 (s, 4H, COCH2O), 3.64 (q, J = 5.2 ㎐, 4H, N-CH2), 3.58 (bs, 폴리옥시알킬렌 글리콜 OCH2 s), 3.0 (bs, 2H, NH): 19F NMR (CDCl3): δ -81.5 (dm, J = 146. ㎐, 2F), -81.9 (m, 6F), -82.7 (m, 6F), -85.3 (dm, J = 148. ㎐, 2F), -130.0 (bs, 4F), -133.3 (m, 2F). 생성물은 구조식 C3F7OCF(CF3)CONHCH2CH2OCOCH2O-(CH2CH2O)n -CH2COOCH2CH2NHCOCF(CF3)OC3F7로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르였으며, 이를 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
실시예 2
폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 1000, 평균 n = 19 내지 20, 1.1 g) 및 실시예 1에서와 같이 제조된 C3F7OCFCF3CONH(CH2)2OH (0.903 g)을 사용하여 실시예 1에 기재된 것과 유사한 절차에 따랐다. 반응 혼합물을 실온으로 가온하고 하룻밤 교반하였다. GC 분석은 플루오르화 알코올이 에스테르로 완전히 변환된 것으로 나타났다. 생성된 투명한 용액을 분별 깔때기로 옮기고 2% HCl (2 × 50 ㎖), 포화 NaHCO3 용액 (2 × 50 ㎖) 및 염수 (1 × 50 ㎖)로 세척하였다. 유기 층을 건조하고 (무수 MgSO4), 진공 하에 농축하고 건조하여 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜-다이에스테르 (1.72 g)를 무색 오일로서 수득하였다. IR, 순수한 상태, 3291 ㎝ -1, N-H 신장, 1754 ㎝-1, 에스테르의 C=O 신장, 1716 ㎝-1 아미드의 C=O 신장. 1H NMR (CDCl3): δ 4.31 (t, J = 4.8 ㎐, 4H, OCH2), 4.18 (s, 4H, COCH2O), 3.71 (q, J = 5.2 ㎐, 4H, N-CH2), 3.64 (bs, 폴리옥시알킬렌 글리콜 OCH2 s), 3.0 (bs, 2H, NH): 19F NMR (CDCl3): δ -81.3 (dm, J = 147. ㎐, 2F), -81.8 (m, 6F), -82.7 (m, 6F), -85.4 (dm, J = 148. ㎐, 2F), -130.1 (bs, 4F), -133.4 (m, 2F). 생성물은 구조식 C3F7OCF(CF3)CONHCH2CH2OCOCH2O-(CH2CH2O)n -CH2COOCH2CH2NHCOCF(CF3)OC3F7로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르였으며, 이를 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다. 생성물을 바닥 광택제에 첨가하고 시험 방법 2에 따라 습윤 및 레벨링에 대해 평가하였고; 결과는 표 3에 있다.
실시예 3
에틸렌 (25 g)을 C4F9CH2CF2I (217 g) 및 d-(+)-리모넨 (1 g)으로 충전된 오토클레이브에 도입하고, 반응기를 240℃에서 12시간 동안 가열하였다. 생성물을 진공 증류에 의해 단리하여 C4F9CH2CF2CH2CH2I를 수득하였다. 발연황산 (70 ㎖)을 50 g의 C4F9CH2CF2CH2CH2I에 천천히 첨가하고 혼합물을 60℃에서 1.5시간 동안 교반하였다. 반응물을 얼음 냉각된 1.5 중량% Na2SO3 수용액으로 켄칭(quenching)하고 95℃에서 0.5시간 동안 가열하였다. 하층을 분리하고 10 중량% 아세트산나트륨수용액으로 세척하고 증류하여 C4F9CH2CF2CH2CH2OH를 수득하였다: bp: 267 Pa (2 ㎜Hg)에서 54-57℃.
응축기, 딘-스타크 트랩(Dean-Stark trap), 자석 교반기, 열전쌍, 및 가열 맨틀이 구비된 4구 플라스크를 폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 600, 평균 n =10 내지 11, 10.0 그램), C4F9CH2CF2CH2CH2OH (10.9 그램), p-톨루엔 설폰산 (0.22 그램), 및 톨루엔 (100 그램)으로 충전하였다. 15시간 동안 환류한 후에, GC 분석으로 다이에스테르가 형성된 것을 확인하였다. 수산화칼슘 (0.22 그램)을 첨가하고 뜨거운 동안 여과하여 침전물을 제거한 후에, 회전 증발기로 톨루엔을 제거하였다. 반응 생성물을 약 400 ㎖의 물에 용해한 후에 여과하여 구조식 C4F9CH2CF2CH2CH2OCOCH2O-(CH2CH2O)n-CH2COOCH2CH2CF2CH2C4F9로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르의 약 5 중량% 수용액을 얻었다. 생성물을 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
실시예 4
실시예 1에 기재된 것과 유사한 절차에 따라, 폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 1000, 평균 n =19 내지 20, 1.1 g) 및 C4F9CH2CF2CH2CH2OH (0.794 g)을 사용하여, 상응하는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜-다이에스테르 (1.58 g)를 무색 오일로서 생성하였다. IR, 순수한 상태, 1750 ㎝-1, 에스테르의 C=O 신장: 19F NMR (CDCl3): δ -81.4 (m, 6F), -91.9 (m, 4F), -113.1 (m, 4F), -126.1 (m, 4F). 생성물은 구조식 C4F9CH2CF2CH2CH2OCOCH2O-(CH2CH2O)n-CH2COOCH2CH2CF2CH2C4F9로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르였고, 이를 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
실시예 5
1 갤런 반응기에 퍼플루오로에틸에틸 요오다이드 (850 g)를 충전하였다. 냉각 배기 후에, 압력이 414 ㎪ (60 psig)에 도달할 때까지 27:73 비율로 에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌을 첨가하였다. 이어서, 반응물을 70℃로 가열하였다. 압력이 1.205 ㎫ (160 psig)에 도달할 때까지 27:73 비율로 추가의 에틸렌 및 테트라하이드로푸란을 첨가하였다. 라우로일 퍼옥사이드 용액 (150 g 퍼플루오로에틸에틸 요오다이드 중의 4 g 라우로일 퍼옥사이드)을 1 ㎖/min의 속도로 1시간 동안 첨가하였다. 기체 공급 비율을 1:1의 에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌으로 조절하고 압력을 1.205 ㎫ (160 psig)로 유지하였다. 약 67 g의 에틸렌을 첨가한 후, 에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌 둘 모두의 공급을 중단하였다. 반응물을 추가로 8시간 동안 70℃에서 가열하였다. 휘발성 물질을 실온에서 진공 증류에 의해 제거하였다. 올리고머 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 요오다이드 C2F5(CH2)2[(CF2CF2)(CH2CH2)]kI의 고체 (773 g) (여기서, k는 약 2:1의 비율의 2와 3의 조합임)를 얻었다. 상기와 같이 제조된 올리고머 요오다이드 혼합물 (46.5 g)을 요오다이드들을 분리하지 않은 채로 N-메틸포름아미드 (NMF, 273 ㎖)와 혼합하고 150℃로 19시간 동안 가열하였다. 반응 혼합물을 물(4 × 500 ㎖)로 세척하여 잔류물을 얻었다. 이러한 잔류물, 에탄올(200 ㎖), 및 진한 염산(1 ㎖)의 혼합물을 24시간 동안 온화하게 환류시켰다 (85℃ 조 온도). 반응 혼합물을 물(300 ㎖)에 부었다. 고체를 물 (2 × 75 ㎖)로 세척하고 진공 (267 Pa (2 torr)) 하에서 건조하여 고체, 24.5 g을 얻었다. 약 2 g의 생성물을 승화시켰다. 올리고머 알코올 C2F5(CH2)h[(CF2CF2)(CH2CH2)]kOH (여기서, k는 약 2:1의 비율의 2와 3의 조합임)의 총 수득량은 26.5 g이었다.
응축기, 딘-스타크 트랩, 자석 교반기, 열전쌍, 및 가열 맨틀이 구비된 4구 플라스크를 폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 600, 평균 n =10 내지 11, 10.0 그램), C2F5(CH2)h[(CF2CF2)(CH2CH2)]kOH (여기서, k는 2와 3이 조합임) (10.9 그램), p-톨루엔 설폰산 (0.21 그램), 및 톨루엔 (100 그램)으로 충전하였다. 15시간 동안 환류한 후에, GC 분석으로 다이에스테르가 형성된 것을 확인하였다. 수산화칼슘 (0.21그램)을 첨가하고 뜨거운 동안 여과하여 침전물을 제거한 후에, 회전 증발기로 톨루엔을 제거하였다. 반응 생성물을 약 400 ㎖의 물에 용해한 후에 여과하여 구조식 C2F5(CH2)h[(CF2CF2)(CH2CH2)]k-OCOCH2O-(CH2CH2O)n-CH2COO[(CH2CH2)(CF2CF2)]k (CH2)hC2F5 (여기서, k는 2와 3의 조합)로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르의 약 5 중량% 수용액을 생성하였다. 생성물을 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
실시예 6
실시예 1에 기재된 것과 유사한 절차에 따라, 폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 1000, 평균 n =19 내지 20, 1.1 g) 및 C2F5(CH2)h[(CF2CF2)(CH2CH2)]kOH (0.706 g, 여기서, h =2, k =1)를 사용하여, 상응하는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르 (1.54 g)를 무색 오일로서 생성하였다. IR, 순수한 상태, 1751 ㎝-1, 에스테르의 C=O 신장. 19F NMR (CDCl3): δ -87.8 (s, 6F), -116.4 (m, 4F), -117.8 (m, 4F), -121.1 (m, 4F). 생성물은 구조식 C2F5(CH2)h[(CF2CF2)(CH2CH2)]k-OCOCH2O-(CH2CH2O)n-CH2COO[(CH2CH2)(CF2CF2)]k (CH2)hC2F5로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르였고, 이를 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다. 생성물을 바닥 광택제에 첨가하고 시험 방법 2에 따라 습윤 및 레벨링에 대해 평가하였고; 결과는 표 3에 있다.
비교예 A
가스 버블러(gas bubbler), 오버헤드 교반기, 응축기, 및 마개와 함께 질소 유입구가 구비된 4구 플라스크를 다이클로로메탄 (50 ㎖) 중에 용해된 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로-1-옥탄올 (2.0 그램)로 충전하였다. 다이클로로메탄 (50 ㎖) 중에 용해된 다이사이클로헥실 카르보다이이미드 (DCC, 1.1 그램)를 플라스크에 첨가하였다. 합한 다이클로로메탄 용액을 0℃로 냉각한 후 다이클로로메탄 (50 ㎖) 중에 용해된 폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 600, 평균 n = 10 내지 11, 1.65 그램)를 약 30분에 걸쳐 적가하였다. 반응 혼합물을 약 1시간에 걸쳐 실온으로 가온하고 질소 유입구를 제거하였다. 반응 혼합물을 8시간 동안 실온에서 교반한 후, 중력 여과하고 회전 증발로 용매를 제거하였다. GC 분석으로 다이에스테르의 형성을 확인하였고, 이를 약 60 ㎖의 물에 용해한 후 여과하여 구조식 C6F13CH2CH2OCOCH2O-(CH2CH2O)n-CH2COOCH2CH2C6F13으로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르의 약 5 중량% 수용액을 생성하였다. 생성물을 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다. 생성물을 바닥 광택제에 첨가하고 시험 방법 2에 따라 습윤 및 레벨링에 대해 평가하였고; 결과는 표 3에 있다.
비교예 B
가스 버블러, 오버헤드 교반기, 응축기, 및 마개와 함께 질소 유입구가 구비된 4구 플라스크를 다이클로로메탄 (50 ㎖) 중에 용해된 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로-1-옥탄올 (2.0 그램)로 충전하였다. 다이클로로메탄 (50 ㎖) 중에 용해된 다이사이클로헥실 카르보다이이미드 (DCC, 1.1 그램)를 플라스크에 첨가하였다. 합한 다이클로로메탄 용액을 0℃로 냉각한 후 다이클로로메탄 (50 ㎖) 중에 용해된 폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 1000, 평균 n 약 20, 2.75 그램)를 약 30분에 걸쳐 적가하였다. 반응 혼합물을 약 1시간에 걸쳐 실온으로 가온하고 질소 유입구를 제거하였다. 반응 혼합물을 8시간 동안 실온에서 교반한 후, 중력 여과하고 회전 증발로 용매를 제거하였다. GC 분석으로 다이에스테르의 형성을 확인하였고, 이를 약 60 ㎖의 물에 용해한 후 여과하여 구조식 C6F13CH2CH2OCOCH2O-(CH2CH2O)n-CH2COOCH2CH2C6F13으로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르의 약 5 중량% 수용액을 생성하였다. 생성물을 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
비교예 C
가스 버블러, 오버헤드 교반기, 응축기, 및 마개와 함께 질소 유입구가 구비된 4구 플라스크를 다이클로로메탄 (50 ㎖) 중에 용해된 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로-1-옥탄올 (1.0 그램)로 충전하였다. 다이클로로메탄 (50 ㎖) 중에 용해된 다이사이클로헥실 카르보다이이미드 (DCC, 0.57 그램)를 플라스크에 첨가하였다. 합한 다이클로로메탄 용액을 0℃로 냉각한 후 다이클로로메탄 (50 ㎖) 중에 용해된 폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 1450, 평균 n 약 30, 1.99 그램)를 약 30분에 걸쳐 적가하였다. 반응 혼합물을 약 1시간에 걸쳐 실온으로 가온하고 질소 유입구를 제거하였다. 반응 혼합물을 8시간 동안 실온에서 교반한 후, 중력 여과하고 회전 증발로 용매를 제거하였다. GC 분석으로 다이에스테르의 형성을 확인하였고, 이를 약 60 ㎖의 물에 용해한 후 여과하여 구조식 C6F13CH2CH2OCOCH2O-(CH2CH2O)n-CH2COOCH2CH2C6F13으로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르의 약 5 중량% 수용액을 생성하였다. 생성물을 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
비교예 D
응축기, 딘-스타크 트랩, 자석 교반기, 열전쌍, 및 가열 맨틀이 구비된 4구 플라스크를 폴리(에틸렌 글리콜) 비스(카르복시메틸) 에테르 (Mw 약 250, 평균 n 약 3, 5.0 그램), 조닐(Zonyl) BA-N 알코올 (20.6 그램, 6 내지 20개의 탄소 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬 사슬의 동족체들의 혼합물을 함유하는 퍼플루오로알킬 에틸 알코올, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이.아이. 듀폰 디 네모아로부터 구매가능), p-톨루엔 설폰산 (0.26 그램), 및 톨루엔 (100 그램)으로 충전하였다. 15시간 동안 환류한 후에, GC 분석으로 다이에스테르가 형성된 것을 확인하였다. 수산화칼슘 (0.26그램)을 첨가하고 뜨거운 동안 여과하여 침전물을 제거한 후에, 회전 증발기로 톨루엔을 제거하였다. 반응 생성물을 약 500 ㎖의 물에 용해한 후에 여과하여 구조식 CjF2j+1CH2CH2OCOCH2O-(CH2CH2O)n-CH2COOCH2CH2CjF2j+1 (여기서, j는 6 내지 20이며 n은 3임)로 나타내어지는 플루오르화 폴리옥시알킬렌 글리콜 다이에스테르의 약 5% 수용액을 생성하였다. 생성물을 시험 방법 1에 의해서 CMC 및 CMC 초과에서의 표면장력에 대하여 평가하였고; 그 결과가 표 2에 나타나 있다.
비교예 E
본 실시예는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이.아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 입수가능한, 미국 특허 제5,567,857호에 따라 제조된, 물 중의 구매가능한 플루오로알킬 에톡실레이트 비이온성 계면활성제였다.
시험 방법 2에 따라 생성물을 미국 펜실베이니아주 스프링 하우스 소재의 롬 앤드 하스로부터 입수가능한 시판 바닥 광택제 로플렉스(등록상표) 3829 (N-29-1)에서의 습윤 및 레벨링제로서의 성능에 대해 평가하였다. 대조군에는, 레벨링제를 첨가하지 않았다.
[표 2]
Figure pct00006
실시예 1 내지 실시예 6은 비교예 A 내지 비교예 D보다 더 우수한 (더 낮은) 임계 미셀 농도를 나타내었다. 성능에 있어서 CMC 초과에서의 표면장력은 비슷하였다.
[표 3]
Figure pct00007
표 3에서, 등급이 높을수록 더 우수한 성능을 나타낸다. 결과는 실시예 2 및 실시예 6이 더 적은 불소가 존재함에도 불구하고 대조군보다 유의미하게 더 우수하며 비교예 A 및 비교예 E와 유사한 습윤 및 레벨링 특성을 나타내었음을 보여준다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1의 화합물 또는 그의 혼합물:
    [화학식 1]
    B-X-COCH2O-[-CpH2pO-]n-CH2CO-X-Ra
    [여기서,
    B는 M 또는 Ra이고,
    M은 이온화가능한 수소, 암모늄, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이고,
    p는 약 2 내지 약 4이고,
    n은 약 5 내지 약 43이고,
    X는 O, S 또는 SCH2CH2O이고,
    Ra는 Rf(CH2CF2)d-(CgH2g)-; Rf[OCF2CF2]r(CgH2g)-;
    Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k-; 또는 RfOY-이고;
    Y는 CFHCF2O(CH2CH2O)v-(CgH2g)-; CFHCF2O(CwH2w)-; 또는 CF(CF3)CONH-(CgH2g)-이고;
    각각의 Rf는 독립적으로 CcF(2c+1) (여기서, c는 1 내지 약 6임)이고;
    d는 1 내지 약 3이고;
    g는 1 내지 약 4이고;
    s는 0 또는 1이고;
    r은 1 내지 약 4이고;
    h는 1 내지 약 6이고;
    i, j 및 k는 각각 독립적으로 1, 2 또는 3이되; 단, Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k- 중의 탄소 원자의 총 개수는 약 8 내지 약 22개이고;
    v는 1 내지 약 4이고;
    w는 약 2 내지 약 12임].
  2. 제1항에 있어서, n은 6 내지 32이고, X는 O인 화합물.
  3. 제1항에 있어서, Ra는 Rf(CH2CF2)d-(CgH2g)-이고; Rf는 CcF(2c+1)이고, 여기서 c는 4 또는 6이고; d는 1 또는 2이고; g는 2인 화합물.
  4. 제1항에 있어서, Ra는 Rf[OCF2CF2]r(CgH2g)-이고; Rf는 CcF(2c+1)이고, 여기서 c는 2 또는 3이고; s는 0이고; r은 1, 2 또는 3이고; g는 2인 화합물.
  5. 제1항에 있어서, Ra는 Rf[OCF2CF(CF3)]s[OCF2CF2]r(CgH2g)-이고; Rf는 CcF(2c+1)이고, 여기서 c는 3이고; s는 1이고; r은 1이고; g는 2인 화합물.
  6. 제1항에 있어서, Ra는 RfOY-이고; Rf는 CcF(2c+1)이고; Y는 CFHCF2O(CH2CH2O)v-(CgH2g)-, CF(CF3)CONH-(CgH2g)-, 또는 CFHCF2O(CwH2w)-이고; w는 2, 3 또는 4이고; v는 1 또는 2이고; g는 2인 화합물.
  7. 제1항에 있어서, Ra는 Rf(CH2)h[(CF2CF2)i(CH2CH2)j]k-이고; Rf는 CcF(2c+1)이고, 여기서 c는 1, 2, 또는 3이고; h는 2이고; k는 1, 2 또는 3이고; i 및 j는 각각 1이고, X는 O 또는 SCH2CH2O인 화합물.
  8. 제1항에 있어서, 표면장력이 물 중 0.6 중량%의 농도에서 약 25 mN/M 미만이고 HLB가 약 7 내지 약 17인 화합물 또는 그의 혼합물.
  9. 제1항의 화합물을 액체에 첨가하는 단계를 포함하는, 액체의 표면 거동을 변경시키는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 표면 거동은 표면장력 감소, 습윤, 침투, 확산(spreading), 레벨링(leveling), 유동, 유화, 분산, 반발(repelling), 이형(releasing), 윤활, 에칭, 접합 및 안정화로 이루어진 군으로부터 선택되고, 액체는 코팅 조성물, 라텍스, 중합체, 바닥 마감제(floor finish), 잉크, 유화제, 발포제, 이형제, 반발제, 유동 조절제, 막 증발 억제제(film evaporation inhibitor), 습윤제, 침투제, 세정제, 연마제, 전기도금제, 부식 억제제, 식각 용액, 납땜제, 분산 보조제, 미생물제, 펄프화 보조제(pulping aid), 헹굼 보조제, 광택제, 개인 케어 조성물, 건조제, 정전기 방지제, 바닥 마감제, 또는 접합제인 방법.
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