KR20160130156A - 플루오로폴리에테르기 함유 폴리머 변성 실란, 표면처리제 및 물품 - Google Patents

플루오로폴리에테르기 함유 폴리머 변성 실란, 표면처리제 및 물품 Download PDF

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Abstract

일반식 (1)을 갖는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란이 제공되는데, 식에서, Rf는 플루오로옥시알킬 또는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 잔기이고, Y는 2가 내지 6가 탄화수소 기이고, R 및 R'는 C1-C4 알킬 또는 페닐이고, X 및 X'는 히드록실 또는 가수분해가능 기이고, n은 1 내지 3의 정수이고, a는 0 내지 3의 정수이고, m은 1 내지 5의 정수이고, 그리고 α는 1 또는 2이다. 상기 실란을 포함하는 표면처리제는 보관 안정성을 가지며 내후성을 갖는 발수/발유 층으로 경화한다.

Description

플루오로폴리에테르기 함유 폴리머 변성 실란, 표면처리제 및 물품{FLUOROPOLYETHER-CONTAINING POLYMER-MODIFIED SILANE, SURFACE TREATING AGENT, AND ARTICLE}
관련 출원의 상호참조
이 정규 출원은 35 U.S.C. §119(a)하에 일본에서 2015년 5월 1일자로 출원된 특허출원 No. 2015-093830에 대한 우선권을 주장하며, 이것의 전체 내용은 여기 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 플루오로폴리에테르-함유 폴리머에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 보관 안정성을 갖고 내후성을 갖는 코팅을 형성하는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란, 변성 실란을 포함하는 표면처리제, 및 표면처리제로 표면처리된 물품에 관련된다.
최근에, 휴대전화 및 다른 디스플레이 상에 스크린으로서 터치 패널을 장착하는 수요가 증가하고 있다. 터치 패널이 노출되어 유지되는 스크린을 가지면서, 손가락 또는 볼을 스크린과 직접 접촉하는 기회가 많아지고 있다. 바람직하지 않게 터치 패널은 피지와 같은 오염물질로 쉽게 오염된다. 양호한 외관 또는 가시성을 위해 디스플레이 표면 상의 지문 방지 또는 용이한 오염 제거를 달성하기 위한 기술에 대한 필요가 증가하고 있다. 따라서 이들 요건을 충족할 수 있는 재료를 갖는 것이 요망된다. 특히, 지문으로 쉽게 오염되는 터치 패널 디스플레이에 대해, 그것들의 표면에 발수/발유 층을 형성시키는 것이 바람직하다. 종래의 발수/발유 층은 높은 발수/발유성 및 용이한 오염물 닦임성능을 가지나, 오염방지 성능은 사용 동안에는 저하된다는 문제를 겪는다.
일반적으로, 플루오로폴리에테르-함유 화합물은, 그것들의 극히 낮은 표면 자유 에너지로 인해, 발수/발유성, 내약품성, 윤활성, 이형성, 오염 방지성 및 다른 성질들을 나타낸다. 이들 성질을 이용하여, 그것들은 종이 및 직물을 위한 발수/발유 방오제, 자기기록매체를 위한 윤활제, 정밀기기를 위한 발유처리제(oil-repellent agents), 이형제, 화장품 성분, 보호막 등으로서 여러가지 산업 분야에서 사용되고 있다. 역으로, 같은 성질들이 끈적이지 않음 또는 다른 기질에의 비점착성을 가리킨다. 그것들이 기질의 표면에 도포될 수 있을지라도, 코팅이 거기에 단단히 부착되기는 어렵다.
한편, 실란 커플링제는 그것들이 유리 또는 직물 기질의 표면을 유기 화합물에 결합시키는 능력에 대해 잘 알려져 있다. 그것들은 수많은 기질들에 대한 표면 코팅제로서 널리 사용되고 있다. 실란 커플링제는 분자에 유기 작용기 및 반응성 실릴기(전형적으로 알콕시실릴과 같은 가수분해성 실릴)를 함유한다. 공기 중 습기 등의 존재 하에, 가수분해성 실릴기는 자체 축합 반응을 당하여 코팅을 형성한다. 가수분해성 실릴기는 유리 또는 금속의 표면과 화학적 및 물리적 결합을 형성하기 때문에, 코팅은 내구성을 갖는 단단한 코팅이 된다.
특허문헌 1 내지 5는 플루오로폴리에테르-함유 화합물에 가수분해성 실릴기를 도입함으로써 얻어지는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란을 주로 포함하는 조성물을 개시하는데, 조성물은 기질 표면에 견고하게 점착하고 발수/발유성, 내약품성, 윤활성, 이형성, 오염방지성 및 다른 성질들을 갖는 코팅을 형성할 수 있다.
렌즈 및 반사방지 코팅은, 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란으로 처리했을 때, 윤활성 및 이형성에 있어서 개선되나, 내마모성 및 내후성은 결핍된다.
JP-A 2008-534696 (USP 8211544) JP-A 2008-537557 (USP 8664421) JP-A 2012-072272 (USP 8900711) JP-A 2012-157856 (US 2013303689) JP-A 2013-136833 (US 2013136928)
본 발명자들은 일본 특허 출원 No. 2014-250460에서 우수한 내마모성을 갖는 플루오로폴리에테르-함유 화합물로서 다음 식의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란을 제안하였다.
Figure pat00001
여기서 Rf는 1가 플루오로옥시알킬 또는 2가 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 잔기이고, Y는 실록산 결합 또는 실릴렌 기를 함유할 수 있는 2가 내지 6가 탄화수소 기이고, R은 독립적으로 C1-C4 알킬 또는 페닐이고, X는 독립적으로 가수분해가능 기이고, n은 1 내지 3의 정수이고, m은 1 내지 5의 정수이고, 그리고 α는 1 또는 2이다. 변성된 실란 및/또는 그것의 부분 가수분해 축합물을 포함하는 표면처리제는 우수한 발수/발유성 및 내마모성을 갖는 코팅을 형성한다. 변성된 실란은 저온에서 경화가능하나, 때때로 높은 반응성으로 인해 보관 안정성을 결핍한다.
본 발명의 목적은 보관 안정성을 가지며 내후성을 갖는 발수/발유 층으로 경화하는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란; 그 실란을 포함하는 표면처리제; 및 그 표면처리제로 처리된 물품을 제공하기 위한 것이다.
본 발명자들은 위에서 언급한 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란과 유사하나, 실릴-보호된 히드록실기를 갖는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란이 보관 안정성을 가지며 내후성을 나타내는 발수/발유 층을 형성한다는 것을 발견하였다.
한 양태에서, 본 발명은 일반식 (1)을 갖는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란을 제공한다.
Figure pat00002
여기서 Rf는 1가 플루오로옥시알킬 또는 2가 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 잔기이고, Y는 실록산 결합 또는 실릴렌 기를 함유할 수 있는 2가 내지 6가 탄화수소 기이고, R 및 R'는 각각 독립적으로 C1-C4 알킬기 또는 페닐기이고, X 및 X'는 각각 독립적으로 히드록실 또는 가수분해가능 기이고, n은 1 내지 3의 정수이고, a는 0 내지 3의 정수이고, m은 1 내지 5의 정수이고, 그리고 α는 1 또는 2이다.
바람직한 구체예에서, α는 1이고, Rf는 일반식 (2)를 갖는 기이다.
Figure pat00003
여기서, p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 200의 정수이고, 합계 p+q+r+s는 3 내지 200이고, t는 1 내지 3의 정수이고, 각 반복 단위는 선형 또는 분지상일 수 있고, 개개 반복 단위는 무작위 배열될 수 있다.
또 다른 바람직한 구체예에서, α는 2이고, 그리고 Rf는 일반식 (3)을 갖는 기이다.
Figure pat00004
여기서, p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 200의 정수이고, 합계 p+q+r+s는 3 내지 200이고, t는 1 내지 3의 정수이고, 각 반복 단위는 선형 또는 분지상일 수 있고, 개개 반복 단위는 무작위 배열될 수 있다.
바람직한 구체예에서, Y는 바람직하게는 C3-C10 알킬렌 기, 페닐렌을 함유하는 C8-C16 알킬렌 기, 실알킬렌 또는 실아릴렌 구조를 통해 결합된 C2-C10 알킬렌 기를 갖는 2가 기, 그리고 2가 내지 4가의, 2 내지 10개 규소 원자의 선형 오르가노폴리실록산 잔기 또는 3 내지 10개 규소 원자의 분지상 또는 환상 오르가노폴리실록산 잔기에 결합된 C2-C10 알킬렌 기를 갖는 2가 내지 4가 기 중에서 선택된다.
바람직한 구체예에서, X 및 X'는 각각 히드록실, C1-C10 알콕시기, C2-C10 알콕시알콕시기, C1-C10 아실옥시기, C2-C10 알케닐옥시기, 및 할로겐 중에서 선택된다.
바람직한 구체예에서, 식 (1)을 갖는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란은 다음 식들을 갖는 화합물들로부터 선택된다.
Figure pat00005
Figure pat00006
여기서 p1은 5 내지 100의 정수이고, q1은 5 내지 100의 정수이고, 그리고 합계 p1+q1은 10 내지 105의 정수이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 위에서 정의한 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란을 포함하는 표면처리제를 제공한다.
또한 여기서 표면처리제로 표면처리된 물품도 고려된다.
본 발명에 따르는 실릴기로 캡핑된 탄소-결합된 히드록실 기를 갖는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란을 포함하는 표면처리제는 보관 동안 안정하게 남아있고 우수한 내후성을 나타내는 발수/발유 층을 형성한다.
단수 형태 "하나의", "하나" 및 "그"는 달리 분명히 지시하지 않는 한 복수 언급을 포함한다. 표시 (Cn-Cm)는 기당 n 내지 m개의 탄소 원자를 함유하는 기를 의미한다.
본 발명의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란은 일반식 (1)을 갖는다.
Figure pat00007
여기서 Rf는 1가 플루오로옥시알킬 또는 2가 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 잔기, Y는 실록산 결합 또는 실릴렌 기를 함유할 수 있는 2가 내지 6가 탄화수소 기이고, R 및 R'는 각각 독립적으로 a C1-C4 알킬기 또는 페닐기이고, X 및 X'는 각각 독립적으로 히드록실 또는 가수분해가능 기이고, n은 1 내지 3의 정수이고, a는 0 내지 3의 정수이고, m은 1 내지 5의 정수이고, 그리고 α는 1 또는 2이다.
본 발명의 플루오로폴리에테르기-함유 폴리머-변성 실란은 1가 플루오로옥시알킬 또는 2가 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 잔기(Rf)가 탄화수소 사슬(Y)를 통해 알콕시실릴 또는 히드록실-함유 실릴기 (-Si(R)3 - n(X)n)와 같은 가수분해가능 실릴기에 연결되어 있는 구조를 갖는다. 또한, 폴리머에서 탄소-결합된 히드록실은 실릴기(-Si(R')3-a(X')a)로 보호된다. 이 구조는 폴리머-변성 실란이 보관 안정성을 갖고 우수한 내후성을 갖는 발수/발유 층을 형성하고, 발수/발유 층의 내마모성에 불리하게 영향을 미치지 않는 것을 보장한다.
α가 1인 한 바람직한 구체예에서, Rf는 바람직하게는 일반식 (2)를 갖는 1가 플루오로옥시알킬 기이다:
Figure pat00008
여기서, p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 200의 정수이고, 합계 p+q+r+s는 3 내지 200이고, t는 1 내지 3의 정수이고, 각 반복 단위는 선형 또는 분지상일 수 있고, 개개 반복 단위는 무작위 배열될 수 있다.
α가 2인 또 다른 바람직한 구체예에서, Rf는 일반식 (3)을 갖는 2가 플루오로옥시알킬렌 기이다:
Figure pat00009
상기 식에서, p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 200의 정수이고, 합계 p+q+r+s는 3 내지 200이고, t는 1 내지 3의 정수이고, 각 반복 단위는 선형 또는 분지상일 수 있고, 개개 반복 단위는 무작위 배열될 수 있다.
식 (2) 및 (3)에서, p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 200의 정수이고, 바람직하게는 p은 5 내지 100의 정수이고, q은 5 내지 100의 정수이고, r는 0 내지 100의 정수이고, 그리고 s는 0 내지 100의 정수이다. 합계 p+q+r+s는 3 내지 200이고, 바람직하게는 10 내지 100이다. 각 반복 단위는 선형 또는 분지상일 수 있고, 그리고 개개 반복 단위는 무작위 배열될 수 있다. 보다 바람직하게는 p+q는 10 내지 105, 더욱 보다 바람직하게는 15 내지 60의 정수이고, 그리고 r = s = 0이다. 만일 p+q+r+s가 이 상한값보다 더 작거나 같으면, 점착 및 경화가 만족스럽다. 만일 p+q+r+s가 하한값보다 더 크거나 같으면, 플루오로폴리에테르기는 그것의 특성에 충분히 영향을 미친다. 하첨자 t는 1 내지 3의 정수이고, 바람직하게는 1 또는 2이고, CtF2t 는 선형이거나 아니면 분지상일 수 있다.
Rf의 예들을 이하에 나타낸다.
Figure pat00010
여기서, p', q', r' 및 s'는 각각 적어도 1의 정수이고 그것들의 상한은 p, q, r 및 s에 대해 한정한 것과 같다. u 및 v의 각각은 1 내지 24의 수이고, u+v=r을 만족하며, 개개 반복 단위는 무작위 배열될 수 있다.
식 (1)에서, Y는 2가 내지 6가, 바람직하게는 2가 내지 4가, 및 가장 바람직하게는 2가이고, 실록산 결합 또는 실릴렌 기를 함유할 수 있는 탄화수소 기이다. 분자로부터 낮은 결합 에너지를 갖는 링커(전형적으로 에테르 결합)의 제거로 인해, 개선된 내후성 및 내마모성을 갖는 코팅이 형성될 수 있다.
구체적으로, Y는 다음: C3-C10 알킬렌 기, 예를 들면 프로필렌 (트리메틸렌 또는 메틸에틸렌), 부틸렌 (테트라메틸렌 또는 메틸프로필렌) 및 헥사메틸렌; C6-C8 아릴렌, 전형적으로 페닐렌을 함유하는 알킬렌 기, 예를 들면 C8-C16 알킬렌-아릴렌 기; 실알킬렌 또는 실아릴렌 구조를 통해 결합된 C2-C10 알킬렌 기를 갖는 2가 기; 그리고 2 내지 10개 규소 원자, 바람직하게는 2 내지 5개 규소 원자의 2가 내지 6가, 선형, 분지상 또는 환상 오르가노폴리실록산 잔기의 원자가 결합에 결합된 알킬렌 기를 갖는 2가 내지 6가 기로부터 선택된다. 바람직하게는 Y는 C3-C10 알킬렌 기, 페닐렌을 함유하는 C8-C16 알킬렌 기, 실알킬렌 또는 실아릴렌 구조를 통해 결합된 C2-C10 알킬렌 기를 갖는 2가 기, 또는 2가 내지 4가의, 2 내지 10개 규소 원자의 선형 오르가노폴리실록산 잔기 또는 3 내지 10개 규소 원자의 분지상 또는 환상 오르가노폴리실록산 잔기의 원자가 결합에 결합된 C2-C10 알킬렌 기를 갖는 2가 내지 4가 기이고, 그리고 보다 바람직하게는 C3-C6 알킬렌 기이다.
실알킬렌 또는 실아릴렌 구조는 다음 구조에 의해 예시된다.
Figure pat00011
여기서, R1은 같거나 다를 수도 있는데, C1-C4 알킬기, 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸, 또는 C6-C10 아릴기, 예를 들면 페닐이다. R2 는 C1-C4 알킬렌기, 예를 들면 메틸렌, 에틸렌, 또는 프로필렌 (트리메틸렌 또는 메틸에틸렌), 또는 C6-C10 아릴렌기, 예를 들면 페닐렌이다.
2 내지 10개 규소 원자, 바람직하게는 2 내지 5개 규소 원자의 2가 내지 6가의, 선형, 분지상 또는 환상 오르가노폴리실록산 잔기의 예들을 이하에 나타낸다.
Figure pat00012
여기서, R1은 위에서 정의된 대로이고, g는 1 내지 9, 바람직하게는 1 내지 4의 정수이고, h는 2 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4의 정수이고, j는 0 내지 8, 바람직하게는 0 또는 1의 정수이고, 합계 h+j는 3 내지 10, 바람직하게는 3 내지 5의 정수이고, 그리고 k은 1 내지 3의 정수이고, 바람직하게는 2 또는 3이다.
Y의 예들을 이하에 나타낸다.
Figure pat00013
식 (1)에서, X는 각각 독립적으로 히드록실기 또는 가수분해가능 기이다. X의 예들은 히드록실, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시 및 부톡시와 같은 C1-C10 알콕시 기, 메톡시메톡시 및 메톡시에톡시와 같은 C2-C10 알콕시알콕시 기, 아세톡시와 같은 C1-C10 아실옥시 기, 이소프로페녹시와 같은 C2-C10 알케닐옥시 기, 및 클로로, 브로모 및 요오도와 같은 할로겐 기를 포함한다. 그중에서도, 메톡시, 에톡시, 이소프로페녹시 및 클로로가 바람직하다.
식 (1)에서, R은 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸과 같은 C1-C4 알킬기, 또는 페닐기이고, 메틸이 바람직하다. 하첨자 n은 1 내지 3의 정수이고, 바람직하게는 2 또는 3이다. 반응성 및 기질에의 점착성의 관점에서, n은 3인 것이 가장 바람직하다. 하첨자 m은 1 내지 5의 정수이다. 만일 m이 1 미만이면, 기질에의 점착은 불량하다. 만일 m이 5보다 크면, 과도하게 높은 말단 알콕시 수가 원하는 성능에 불리하게 영향을 미친다. 바람직하게는 m은 1, 2 또는 3이고, 및 가장 바람직하게는 1이다.
식 (1)에서, X'는 각각 독립적으로 히드록실기 또는 가수분해가능 기이다. X'의 예들은 히드록실, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시 및 부톡시와 같은 C1-C10 알콕시 기, 메톡시메톡시 및 메톡시에톡시와 같은 C2-C10 알콕시알콕시 기, 아세톡시와 같은 C1-C10 아실옥시 기, 이소프로페녹시와 같은 C2-C10 알케닐옥시 기, 및 클로로, 브로모 및 요오도와 같은 할로겐 기를 포함한다. 그중에서도, 메톡시, 에톡시, 이소프로페녹시 및 클로로가 바람직하다.
식 (1)에서, R'는 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸과 같은 C1-C4 알킬기, 또는 페닐기이고, 메틸 및 에틸이 바람직하다. 하첨자 a는 0 내지 3의 정수이고, 바람직하게는 0 또는 1이다. 보관 안정성의 관점에서, a는 0인 것이 가장 바람직하다.
식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 예들을 이하에 나타낸다. 각 식에서, 플루오로옥시알킬 또는 플루오로옥시알킬렌 기의 형태의 반복 단위의 반복수는, 중합도로도 언급되고, Rf를 대표하는 식 (2) 또는 (3)을 만족하는 임의의 수일 수 있다.
Figure pat00014
Figure pat00015
여기서, p1은 5 내지 100의 정수이고, q1은 5 내지 100의 정수이고, 그리고 합계 p1+q1은 10 내지 105의 정수이다.
α= 1인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란은, 예를 들어서, 다음 방법들에 의해 제조될 수 있다. 한가지 예시적인 방법에서, 분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머를 용매에, 전형적으로 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠과 같은 플루오로화학 용매에 용해시킨다. 용액에, 트리메톡시실란과 같은 분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물과 클로로백금산/비닐실록산 착체의 톨루엔 용액과 같은 수소규소화 촉매를 첨가한다. 반응 혼합물은 40 내지 120℃, 바람직하게는 60 내지 100℃, 및 보다 바람직하게는 약 80℃의 온도에서, 1 내지 72 시간, 바람직하게는 20 내지 36 시간, 및 보다 바람직하게는 약 24 시간 동안 숙성시킨다.
또 다른 방법이 α= 1인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머를 용매, 전형적으로 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠과 같은 플루오로화학 용매에 용해시킨다. 용액에, 트리클로로실란과 같은 분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물과 클로로백금산/비닐실록산 착체의 톨루엔 용액과 같은 수소규소화 촉매를 첨가한다. 반응 혼합물은 40 내지 120℃, 바람직하게는 60 내지 100℃, 및 보다 바람직하게는 약 80℃의 온도에서, 1 내지 72 시간, 바람직하게는 20 내지 36 시간, 및 보다 바람직하게는 약 24 시간 동안 숙성시킨다. 최종적으로, 실릴기 상의 치환체를 예를 들어서 메톡시 기로 변환시킨다.
분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물의 대신에, 가수분해가능 말단기 없는 SiH-함유 유기 규소 화합물이 또한 사용될 수도 있다. 이 경우에, 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물이 사용된다. 일단 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물이 상기 방법들과 같이, 분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머와 반응되면, 말단 SiH 기를 갖는 결과된 폴리머 생성물과 알릴트리메톡시실란과 같은 분자내 올레핀 자리와 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물의 혼합물을, 40 내지 120℃, 바람직하게는 60 내지 100℃, 및 보다 바람직하게는 약 80℃의 온도에서, 1 내지 72 시간, 바람직하게는 20 내지 36 시간, 및 보다 바람직하게는 약 24 시간 동안, 클로로백금산/비닐실록산 착체의 톨루엔 용액과 같은 수소규소화 촉매의 존재하에 숙성시킨다.
분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머는 전형적으로 하기 일반식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머이다.
Figure pat00016
여기서, Rf, R', X' 및 a는 위에서 정의된 대로이다. Z는 2가 탄화수소 기이다.
식 (4)에서, Z는 1 내지 8개 탄소 원자, 바람직하게는 1 내지 4개 탄소 원자를 갖는 2가 탄화수소 기이다. 적합한 예들은 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 (트리메틸렌 또는 메틸에틸렌), 부틸렌 (테트라메틸렌 또는 메틸프로필렌), 헥사메틸렌 및 옥타메틸렌과 같은 C1-C8 알킬렌 기 및 C6-C8 아릴렌, 전형적으로 페닐렌을 함유하는 알킬렌 기, 예를 들어서, C7-C8 알킬렌-아릴렌 기를 포함한다. 바람직하게는 Z는 C1-C4 선형 알킬렌 기이다.
식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 바람직한 예들을 이하에 나타낸다. 각 식에서, 플루오로옥시알킬 기의 형태의 반복 단위의 반복수는, 중합도로도 언급되고, Rf를 대표하는 식 (2)를 만족하는 임의의 수일 수 있다.
Figure pat00017
여기서, r1은 1 내지 100의 정수이고, 그리고 p1, q1 및 합계 p1+q1은 위에서 정의한 대로이다.
식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머는, 예를 들어서, 다음 방법에 의해 제조될 수 있다. 분자 사슬의 한 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머를 실릴화제 및 선택적으로 용매와 혼합하고, 0 내지 80℃, 바람직하게는 40 내지 60℃, 및 보다 바람직하게는 약 50℃의 온도에서, 1 내지 24 시간, 바람직하게는 2 내지 10 시간, 및 보다 바람직하게는 약 3 시간 동안 염기의 존재하에 숙성시킨다.
또 다른 방법이 식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 분자 사슬의 한 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머를 탈수소화 반응을 위해, 0 내지 60℃, 바람직하게는 15 내지 35℃, 및 보다 바람직하게는 약 25℃의 온도에서, 10분 내지 24 시간, 바람직하게는 30 분 내지 2 시간, 및 보다 바람직하게는 약 1 시간 동안, 탈수소화 촉매의 존재하에 히드로실란 및 용매와 혼합한다.
식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 제조를 위해 사용되는 분자 사슬의 한 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 예들을 이하에 나타낸다.
Figure pat00018
여기서, r1, p1, q1, 및 p1+q1은 위에서 정의한 대로이다.
분자 사슬의 한 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머는, 예를 들어서, 다음 방법에 의해 제조될 수 있다. 분자 사슬의 한 단부에서 산 플루오라이드 기 (-C(=O)-F)를 갖는 퍼플루오로옥시알킬-함유 폴리머를 친핵성 시약으로서 그리나드(Grignard) 시약과 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠 또는 테트라히드로푸란과 같은 용매와 혼합하고, 0 내지 80℃, 바람직하게는 50 내지 70℃, 및 보다 바람직하게는 약 60℃의 온도에서, 1 내지 6 시간, 바람직하게는 3 내지 5 시간, 및 보다 바람직하게는 약 4 시간 동안 숙성시킨다.
산 플루오라이드 이외에, 퍼플루오로옥시알킬-함유 폴리머는 산 할라이드, 산 무수물, 에스테르, 카르복실산 및 아미드와 같은 또 다른 기를 분자 사슬의 한 단부에서 가질 수 있다. 분자 사슬의 한 단부에서 이러한 기를 갖는 퍼플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 예들을 이하에 나타낸다.
Figure pat00019
여기서 p1, q1, 및 p1+q1은 위에서 정의한 대로이다.
분자 사슬의 한 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 제조에 사용되는 친핵성 시약은, 예를 들어서, 알릴마그네슘 할라이드, 3-부테닐마그네슘 할라이드, 4-펜테닐마그네슘 할라이드, 및 5-헥세닐마그네슘 할라이드로부터 선택될 수 있다. 대응하는 리튬 시약들도 또한 사용될 수 있다. 퍼플루오로옥시알킬-함유 폴리머에 대하여, 친핵성 시약은 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 2 내지 5 당량, 바람직하게는 2.5 내지 3.5 당량, 및 보다 바람직하게는 약 3 당량의 양으로 사용될 수 있다.
분자 사슬의 한 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 제조에 사용되는 용매로서, 적합한 플루오로화학 용매는 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠, 트리플루오로메틸벤젠, 히드로플루오로에테르(HFE) 용매(3M으로부터 Novec® 제품으로서 상업적으로 이용가능함), 예를 들면 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 메틸 노나플루오로이소부틸 에테르, 에틸 노나플루오로부틸 에테르, 에틸 노나플루오로이소부틸 에테르 및 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-데카플루오로-3-메톡시-2-(트리플루오로-메틸)펜탄, 그리고 퍼플루오르화된 화합물로 구성된 퍼플루오로 용매(3M으로부터 Fluorinert® 제품으로서 상업적으로 이용가능함)를 포함한다. 유기 용매들, 예를 들어서, 테트라히드로푸란, 모노에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 및 디옥산과 같은 에테르 용매들도 또한 유용하다. 용매는 퍼플루오로옥시알킬-함유 폴리머 100 중량부 당, 10 내지 300 중량부, 바람직하게는 100 내지 200 중량부, 및 보다 바람직하게는 약 150 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
이어서, 반응을 중지시킨다. 반응 용액을 분액 조작에 의해 수층과 플루오로화학 용매 층으로 분리한다. 플루오로화학 용매층을 유기 용매로 세척한 후 용매를 증류 제거하여, 분자 사슬의 한 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머를 수득한다.
식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 제조에 사용되는 전형적인 실릴화제는 트리메틸실릴 클로라이드, 트리에틸실릴 클로라이드, t-부틸디메틸실릴 클로라이드, 트리이소프로필실릴 클로라이드, 트리페닐실릴 클로라이드, 트리메틸실릴 브로마이드, 트리메틸실릴 트리플레이트, 트리에틸실릴 트리플레이트, t-부틸디메틸실릴 트리플레이트, 및 트리이소프로필실릴 트리플레이트를 포함하는 실릴 할라이드 및 실릴 트리플레이트이다. 염기가 사용되지 않는 경우에, 헥사메틸디실라잔, 트리메틸실릴디메틸아민, 트리메틸실릴디에틸아민 또는 트리메틸실릴이미다졸이 사용될 수도 있다. 실릴화제는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 1 내지 10 당량, 바람직하게는 1 내지 4 당량, 및 보다 바람직하게는 약 2 당량의 양으로 사용될 수 있다.
식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 제조에 사용되는 염기의 예들은 아민 및 알칼리 금속 염기이다. 적합한 아민은 트리에틸아민, 디이소프로필에틸아민, 피리딘, DBU 및 이미다졸을 포함한다. 적합한 알칼리 금속 염기들은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수소화나트륨, 수소화칼륨, 알킬리튬, t-부톡시화 칼륨, 리튬 디이소프로필아미드, 리튬 비스(트리메틸실릴)아미드, 나트륨 비스(트리메틸실릴)아미드 및 칼륨 비스(트리메틸실릴)아미드를 포함한다. 염기는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 1 내지 10 당량, 바람직하게는 1 내지 4 당량, 및 보다 바람직하게는 약 2 당량의 양으로 사용될 수 있다.
플루오로옥시알킬-함유 폴리머 (4)의 제조에 사용되는 용매로서, 적합한 플루오로화학 용매는 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠 및 트리플루오로메틸벤젠과 같은 플루오르화 방향족 탄화수소 용매, 히드로플루오로에테르(HFE) 용매(3M으로부터 Novec® 제품으로서 상업적으로 이용가능함), 예를 들면 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 메틸 노나플루오로이소부틸 에테르, 에틸 노나플루오로부틸 에테르, 에틸 노나플루오로이소부틸 에테르 및 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-데카플루오로-3-메톡시-2-(트리플루오로-메틸)펜탄, 그리고 퍼플루오르화된 화합물로 구성된 퍼플루오로 용매(3M으로부터 Fluorinert® 제품으로서 상업적으로 이용가능함)를 포함한다. 유기 용매들, 예를 들어서, 테트라히드로푸란, 모노에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 및 디옥산과 같은 에테르 용매들도 또한 유용하다. 용매는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머 100 중량부 당, 10 내지 300 중량부, 바람직하게는 50 내지 150 중량부, 및 보다 바람직하게는 약 100 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 제조에 사용되는 히드로실란은 트리메틸실란, 트리에틸실란, t-부틸디메틸실란, 트리이소프로필실란, 및 트리페닐실란으로부터 선택될 수 있다. 히드로실란은 바람직하게는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 1 내지 5 당량, 보다 바람직하게는 1.5 내지 3 당량, 및 더욱 보다 바람직하게는 약 2 당량의 양으로 사용된다.
식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 제조에 사용되는 탈수소화 촉매의 예들은 로듐, 팔라듐 및 루테늄 촉매와 같은 백금족 금속계 촉매, 및 붕소 촉매이다. 적합한 백금족 금속계 촉매는 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 및 클로로트리스(트리페닐포스핀)로듐을 포함하고, 그리고 적합한 붕소 촉매는 트리스(펜타플루오로페닐)보란을 포함한다. 탈수소화 촉매는 바람직하게는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 0.01 내지 0.0005 당량, 보다 바람직하게는 0.007 내지 0.001 당량, 및 더욱 보다 바람직하게는 약 0.005 당량의 양으로 사용된다.
이어서, 반응을 중지시킨다. 반응 용액을 분액 조작에 의해 수층과 플루오로화학 용매 층으로 분리한다. 플루오로화학 용매층을 유기 용매로 세척한 후 용매를 증류 제거하여, 식 (4)의 플루오로옥시알킬-함유 폴리머를 수득한다.
앞서 언급한 바와 같이, α= 1인 식 (1)을 갖는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조 방법은 용매를 사용한다. 용매로서, 플루오로화학 용매가 바람직하고 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠 및 트리플루오로메틸벤젠, 히드로플루오로에테르(HFE) 용매(3M으로부터 Novec® 제품으로서 상업적으로 이용가능함), 예를 들면 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 메틸 노나플루오로이소부틸 에테르, 에틸 노나플루오로부틸 에테르, 에틸 노나플루오로이소부틸 에테르 및 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-데카플루오로-3-메톡시-2-(트리플루오로메틸)-펜탄, 그리고 퍼플루오르화된 화합물로 구성된 퍼플루오로 용매(3M으로부터 Fluorinert® 제품으로서 상업적으로 이용가능함)를 포함한다. 용매는 분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머 100 중량부 당, 10 내지 300 중량부, 바람직하게는 50 내지 150 중량부, 및 보다 바람직하게는 약 100 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
α= 1인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조에 사용되는 분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물은 바람직하게는 일반식 (5) 내지 (8)을 갖는 화합물들로부터 선택된다.
Figure pat00020
여기서, R, X, n, R1, R2, g 및 j는 위에서 정의한 대로이다. R3는 C2-C8 2가 탄화수소 기이고, i는 2 내지 9, 바람직하게는 2 내지 4의 정수이고, 그리고 합계 i+j는 2 내지 9의 정수이다.
R3은 C2-C8, 바람직하게는 C2-C3 2가 탄화수소 기이고, 그것의 예들은 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 (트리메틸렌 또는 메틸에틸렌), 부틸렌 (테트라메틸렌 또는 메틸프로필렌), 헥사메틸렌 및 옥타메틸렌과 같은 알킬렌 기 및 페닐렌과 같은 아릴렌 기, 및 전술한 것들의 두가지 이상의 조합, 예를 들어서, 알킬렌-아릴렌 기를 포함한다. 그중에서도, 에틸렌 및 트리메틸렌이 바람직하다.
분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물의 예들은 다음 식의 유기 규소 화합물들 뿐만 아니라 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 트리프로폭시실란, 트리이소프로폭시실란, 트리부톡시실란, 트리이소프로페녹시실란, 트리아세톡시실란, 트리클로로실란, 트리브로모실란, 및 트리요오도실란을 포함한다.
Figure pat00021
α= 1인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조를 위한 분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물과의 반응에서, 유기 규소 화합물은 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 2 내지 6 당량, 바람직하게는 2.2 내지 3.5 당량, 및 보다 바람직하게는 약 3 당량의 양으로 사용될 수 있다.
α= 1인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조에 사용되는 분자내 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물은 바람직하게는 일반식 (9) 내지 (11)을 갖는 화합물들로부터 선택된다.
Figure pat00022
여기서, R1, R2, g, j 및 i은 위에서 정의한 대로이다.
분자내 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물의 예들을 이하에 나타낸다.
Figure pat00023
α= 1인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조를 위한 분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머의 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물과의 반응에서, 유기 규소 화합물은 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 5 내지 20 당량, 바람직하게는 7.5 내지 12.5 당량, 및 보다 바람직하게는 약 10 당량의 양으로 사용될 수 있다.
α= 1인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조에서 사용되는 분자내 올레핀 자리 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물은 바람직하게는 일반식 (12)를 갖는 화합물들로부터 선택된다.
Figure pat00024
여기서, R, X 및 n는 위에서 정의한 대로이다. V는 단일 결합 또는 1 내지 6개 탄소 원자의 2가 탄화수소 기이다.
식 (12)에서, V는 단일 결합 또는 C1-C6 2가 탄화수소 기이다. C1-C6 2가 탄화수소 기의 예들은 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 (트리메틸렌 또는 메틸에틸렌), 부틸렌 (테트라메틸렌 또는 메틸프로필렌) 및 헥사메틸렌과 같은 알킬렌 기, 및 페닐렌 기를 포함한다. 바람직하게는 V는 단일 결합 또는 메틸렌이다.
α= 1인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조를 위한 분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머와 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물 간의 반응 생성물의 분자내 올레핀 자리 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물과의 반응에서, 후자의 유기 규소 화합물은, 플루오로옥시알킬-함유 폴리머와 전자의 유기 규소 화합물과의 반응 생성물의 반응성 말단기의 당량 당, 2 내지 6 당량, 람직하게는 2.2 내지 3.5 당량, 및 보다 바람직하게는 약 3 당량의 양으로 사용될 수 있다.
α= 1인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조에 사용되는 전형적인 수소규소화 촉매는 백금흑, 클로로백금산, 알코올-변성 클로로백금산, 클로로백금산의 올레핀, 알데히드, 비닐실록산, 및 아세틸렌 알코올과의 착체, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 및 클로로트리스(트리페닐포스핀)로듐을 포함하는 백금족 금속계 촉매들이다. 그중에서도, 비닐실록산 배위 화합물과 같은 백금 화합물이 바람직하다. 수소규소화 촉매는 바람직하게는, 분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머 또는 폴리머와 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물 간의 반응 생성물의 중량을 기준으로 0.1 내지 100 ppm, 보다 바람직하게는 1 내지 50 ppm의 전이 금속을 제공하는 양으로 사용된다.
공정을 다시 언급하면, 용매와 미반응 반응물질을 진공에서 숙성된 반응 용액으로부터 증류제거하여 목적 화합물을 수득한다. 예를 들어서, 분자 사슬의 한 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬-함유 폴리머가 다음 식:
Figure pat00025
의 것이고 분자 내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물이 트리메톡시실란일 때, 다음 식의 화합물이 얻어진다.
Figure pat00026
다음에, α= 2인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란은, 예를 들어서, 다음 방법에 의해 제조될 수 있다. 한가지 예시적 방법에서, 분자 사슬의 각 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머를 용매, 전형적으로 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠과 같은 플루오로화학 용매에 용해시킨다. 용액에, 트리클로로실란과 같은 분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물과 클로로백금산/비닐실록산 착체의 톨루엔 용액과 같은 수소규소화 촉매를 첨가한다. 반응 혼합물은 40 내지 120℃, 바람직하게는 60 내지 100℃, 및 보다 바람직하게는 약 80℃의 온도에서, 1 내지 72 시간, 바람직하게는 20 내지 36 시간, 및 보다 바람직하게는 약 24 시간 동안 숙성시킨다.
분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물의 대신에, 가수분해가능 말단기 없는 SiH-함유 유기 규소 화합물이 또한 사용될 수도 있다. 이 경우에, 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물이 사용된다. 일단 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물이 상기 방법들과 같이, 분자 사슬의 각 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머와 반응되면, 말단 SiH 기를 갖는 결과된 폴리머 생성물과 알릴트리메톡시실란과 같은 분자내 올레핀 자리와 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물의 혼합물을, 40 내지 120℃, 바람직하게는 60 내지 100℃, 및 보다 바람직하게는 약 80℃의 온도에서, 1 내지 72 시간, 바람직하게는 20 내지 36 시간, 및 보다 바람직하게는 약 24 시간 동안, 클로로백금산/비닐실록산 착체의 톨루엔 용액과 같은 수소규소화 촉매의 존재하에 숙성시킨다.
분자 사슬의 각 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머는 전형적으로 하기 일반식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머이다.
Figure pat00027
여기서, Rf, R', X' 및 a는 위에서 정의된 대로이다.
식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 바람직한 예들을 이하에 나타낸다. 각 식에서, 플루오로옥시알킬 기의 형태의 반복 단위의 반복수는, 중합도로도 언급되고, Rf를 대표하는 식 (3)을 만족하는 임의의 수일 수 있다.
Figure pat00028
여기서, p1, q1 및 p1+q1은 위에서 정의한 대로이다.
식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머는, 예를 들어서, 다음 방법에 의해 제조될 수 있다. 분자 사슬의 각 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머를 실릴화제 및 선택적으로 용매와 혼합하고, 0 내지 80℃, 바람직하게는 40 내지 60℃, 및 보다 바람직하게는 약 50℃의 온도에서, 1 내지 24 시간, 바람직하게는 2 내지 10 시간, 및 보다 바람직하게는 약 3 시간 동안 염기의 존재하에 숙성시킨다.
또 다른 방법이 식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 분자 사슬의 각 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머를 탈수소화 반응을 위해, 0 내지 60℃, 바람직하게는 15 내지 35℃, 및 보다 바람직하게는 약 25℃의 온도에서, 10분 내지 24 시간, 바람직하게는 30 분 내지 2 시간, 및 보다 바람직하게는 약 1 시간 동안, 탈수소화 촉매의 존재하에 히드로실란 및 용매와 혼합한다.
식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머를 제조하기 위해 사용되는 분자 사슬의 각 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 예들을 이하에 나타낸다.
Figure pat00029
여기서, p1, q1, 및 p1+q1은 위에서 정의한 대로이다.
분자 사슬의 각 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머는, 예를 들어서, 다음 방법에 의해 제조될 수 있다. 분자 사슬의 각 단부에서 산 플루오라이드 기 (-C(=O)-F)를 갖는 퍼플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머를 친핵성 시약으로서 그리나드(Grignard) 시약과 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠 또는 테트라히드로푸란과 같은 용매와 혼합하고, 0 내지 80℃, 바람직하게는 50 내지 70℃, 및 보다 바람직하게는 약 60℃의 온도에서, 1 내지 6 시간, 바람직하게는 3 내지 5 시간, 및 보다 바람직하게는 약 4 시간 동안 숙성시킨다.
산 플루오라이드 이외에, 퍼플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머는 산 할라이드, 산 무수물, 에스테르, 카르복실산 및 아미드와 같은 또 다른 기를 분자 사슬의 각 단부에서 가질 수 있다. 분자 사슬의 각 단부에서 이러한 기를 갖는 퍼플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 예들을 이하에 나타낸다.
Figure pat00030
여기서 p1, q1, 및 p1+q1은 위에서 정의한 대로이다.
분자 사슬의 각 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 제조에 사용되는 친핵성 시약은, 예를 들어서, 알릴마그네슘 할라이드, 3-부테닐마그네슘 할라이드, 4-펜테닐마그네슘 할라이드, 및 5-헥세닐마그네슘 할라이드로부터 선택될 수 있다. 대응하는 리튬 시약들도 또한 사용될 수 있다. 친핵성 시약은 퍼플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 4 내지 10 당량, 바람직하게는 5 내지 7 당량, 및 보다 바람직하게는 약 6 당량의 양으로 사용될 수 있다.
분자 사슬의 각 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 제조에 사용되는 용매로서, 적합한 플루오로화학 용매는 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠, 트리플루오로메틸벤젠, 히드로플루오로에테르(HFE) 용매(3M으로부터 Novec® 제품으로서 상업적으로 이용가능함), 예를 들면 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 메틸 노나플루오로이소부틸 에테르, 에틸 노나플루오로부틸 에테르, 에틸 노나플루오로이소부틸 에테르 및 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-데카플루오로-3-메톡시-2-(트리플루오로-메틸)펜탄, 그리고 퍼플루오르화된 화합물로 구성된 퍼플루오로 용매(3M으로부터 Fluorinert® 제품으로서 상업적으로 이용가능함)를 포함한다. 유기 용매들, 예를 들어서, 테트라히드로푸란, 모노에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 및 디옥산과 같은 에테르 용매들도 또한 유용하다. 용매는 퍼플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 100 중량부 당, 10 내지 300 중량부, 바람직하게는 100 내지 200 중량부, 및 보다 바람직하게는 약 150 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
이어서, 반응을 중지시킨다. 반응 용액을 분액 조작에 의해 수층과 플루오로화학 용매 층으로 분리한다. 플루오로화학 용매층을 유기 용매로 세척한 후 용매를 증류 제거하여, 분자 사슬의 각 단부에서 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머를 수득한다.
식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 제조에 사용되는 전형적인 실릴화제는 트리메틸실릴 클로라이드, 트리에틸실릴 클로라이드, t-부틸디메틸실릴 클로라이드, 트리이소프로필실릴 클로라이드, 트리페닐실릴 클로라이드, 트리메틸실릴 브로마이드, 트리메틸실릴 트리플레이트, 트리에틸실릴 트리플레이트, t-부틸디메틸실릴 트리플레이트, 및 트리이소프로필실릴 트리플레이트를 포함하는 실릴 할라이드 및 실릴 트리플레이트이다. 염기가 사용되지 않는 경우에, 헥사메틸디실라잔, 트리메틸실릴디메틸아민, 트리메틸실릴디에틸아민 또는 트리메틸실릴이미다졸이 사용될 수도 있다. 실릴화제는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 1 내지 10 당량, 바람직하게는 1 내지 4 당량, 및 보다 바람직하게는 약 2 당량의 양으로 사용될 수 있다.
식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 제조에 사용되는 염기의 예들은 아민 및 알칼리 금속 염기이다. 적합한 아민은 트리에틸아민, 디이소프로필에틸아민, 피리딘, DBU 및 이미다졸을 포함한다. 적합한 알칼리 금속 염기들은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수소화나트륨, 수소화칼륨, 알킬리튬, t-부톡시화 칼륨, 리튬 디이소프로필아미드, 리튬 비스(트리메틸실릴)아미드, 나트륨 비스(트리메틸실릴)아미드 및 칼륨 비스(트리메틸실릴)아미드를 포함한다. 염기는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 1 내지 10 당량, 바람직하게는 1 내지 4 당량, 및 보다 바람직하게는 약 2 당량의 양으로 사용될 수 있다.
플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 (13)의 제조에 사용되는 용매로서, 적합한 플루오로화학 용매는 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠 및 트리플루오로메틸벤젠과 같은 플루오르화 방향족 탄화수소 용매, 히드로플루오로에테르(HFE) 용매(3M으로부터 Novec® 제품으로서 상업적으로 이용가능함), 예를 들면 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 메틸 노나플루오로이소부틸 에테르, 에틸 노나플루오로부틸 에테르, 에틸 노나플루오로이소부틸 에테르 및 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-데카플루오로-3-메톡시-2-(트리플루오로-메틸)펜탄, 그리고 퍼플루오르화된 화합물로 구성된 퍼플루오로 용매(3M으로부터 Fluorinert® 제품으로서 상업적으로 이용가능함)를 포함한다. 유기 용매들, 예를 들어서, 테트라히드로푸란, 모노에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 및 디옥산과 같은 에테르 용매들도 또한 유용하다. 용매는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 100 중량부 당, 10 내지 300 중량부, 바람직하게는 50 내지 150 중량부, 및 보다 바람직하게는 약 100 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 제조에 사용되는 히드로실란은 트리메틸실란, 트리에틸실란, t-부틸디메틸실란, 트리이소프로필실란, 및 트리페닐실란으로부터 선택될 수 있다. 히드로실란은 바람직하게는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 1 내지 5 당량, 보다 바람직하게는 1.5 내지 3 당량, 및 더욱 보다 바람직하게는 약 2 당량의 양으로 사용된다.
식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 제조에 사용되는 탈수소화 촉매의 예들은 로듐, 팔라듐 및 루테늄 촉매와 같은 백금족 금속계 촉매, 및 붕소 촉매이다. 적합한 백금족 금속계 촉매는 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 및 클로로트리스(트리페닐포스핀)로듐을 포함하고, 그리고 적합한 붕소 촉매는 트리스(펜타플루오로페닐)보란을 포함한다. 탈수소화 촉매는 바람직하게는 히드록실 기를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 0.01 내지 0.0005 당량, 보다 바람직하게는 0.007 내지 0.001 당량, 및 더욱 보다 바람직하게는 약 0.005 당량의 양으로 사용된다.
이어서, 반응을 중지시킨다. 반응 용액을 분액 조작에 의해 수층과 플루오로화학 용매 층으로 분리한다. 플루오로화학 용매층을 유기 용매로 세척한 후 용매를 증류 제거하여, 식 (13)의 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머를 수득한다.
앞서 언급한 바와 같이, α= 2인 식 (1)을 갖는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조 방법은 용매를 사용한다. 용매로서, 플루오로화학 용매가 바람직하고 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠 및 트리플루오로메틸벤젠, 히드로플루오로에테르(HFE) 용매(3M으로부터 Novec® 제품으로서 상업적으로 이용가능함), 예를 들면 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 메틸 노나플루오로이소부틸 에테르, 에틸 노나플루오로부틸 에테르, 에틸 노나플루오로이소부틸 에테르 및 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-데카플루오로-3-메톡시-2-(트리플루오로메틸)-펜탄, 그리고 퍼플루오르화된 화합물로 구성된 퍼플루오로 용매(3M으로부터 Fluorinert® 제품으로서 상업적으로 이용가능함)를 포함한다. 용매는 분자 사슬의 각 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 100 중량부 당, 10 내지 300 중량부, 바람직하게는 50 내지 150 중량부, 및 보다 바람직하게는 약 100 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
α= 2인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조에 사용되는 분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물은 바람직하게는 일반식 (5) 내지 (8)을 갖는 화합물들로부터 선택된다.
Figure pat00031
여기서, R, X, n, R1, R2, R3, g, i 및 j는 위에서 정의한 대로이다.
분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물의 예들은 다음 식의 유기 규소 화합물들 뿐만 아니라 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 트리프로폭시실란, 트리이소프로폭시실란, 트리부톡시실란, 트리이소프로페녹시실란, 트리아세톡시실란, 트리클로로실란, 트리브로모실란, 및 트리요오도실란을 포함한다.
Figure pat00032
α= 2인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조를 위한 분자 사슬의 각 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 분자내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물과의 반응에서, 유기 규소 화합물은 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 2 내지 6 당량, 바람직하게는 2.2 내지 3.5 당량, 및 보다 바람직하게는 약 3 당량의 양으로 사용될 수 있다.
α= 2인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조에 사용되는 분자내 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물은 바람직하게는 일반식 (9) 내지 (11)을 갖는 화합물들로부터 선택된다.
Figure pat00033
여기서, R1, R2, g, j 및 i은 위에서 정의한 대로이다.
분자내 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물의 예들을 이하에 나타낸다.
Figure pat00034
α= 2인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조를 위한 분자 사슬의 각 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머의 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물과의 반응에서, 유기 규소 화합물은 폴리머의 반응성 말단기의 당량 당, 5 내지 20 당량, 바람직하게는 7.5 내지 12.5 당량, 및 보다 바람직하게는 약 10 당량의 양으로 사용될 수 있다.
α= 2인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조에서 사용되는 분자내 올레핀 자리 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물은 바람직하게는 일반식 (12)를 갖는 화합물들로부터 선택된다.
Figure pat00035
여기서, R, X, V 및 n는 위에서 정의한 대로이다.
α= 2인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조를 위한, 분자 사슬의 각 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머와 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물 간의 반응 생성물의 분자내 올레핀 자리 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물과의 반응에서, 후자의 유기 규소 화합물은, 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머와 전자의 유기 규소 화합물과의 반응 생성물의 반응성 말단기의 당량 당, 2 내지 6 당량, 람직하게는 2.2 내지 3.5 당량, 및 보다 바람직하게는 약 3 당량의 양으로 사용될 수 있다.
α= 2인 식 (1)의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 제조에 사용되는 전형적인 수소규소화 촉매는 백금흑, 클로로백금산, 알코올-변성 클로로백금산, 클로로백금산의 올레핀, 알데히드, 비닐실록산, 및 아세틸렌 알코올과의 착체, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 및 클로로트리스(트리페닐포스핀)로듐을 포함하는 백금족 금속계 촉매들이다. 그중에서도, 비닐실록산 배위 화합물과 같은 백금 화합물이 바람직하다. 수소규소화 촉매는 바람직하게는, 분자 사슬의 각 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 또는 폴리머와 적어도 2개의 SiH 기를 갖고 가수분해가능 말단기를 갖지 않는 유기 규소 화합물 간의 반응 생성물의 중량을 기준으로 0.1 내지 100 ppm, 보다 바람직하게는 1 내지 50 ppm의 전이 금속을 제공하는 양으로 사용된다.
공정을 다시 언급하면, 용매와 미반응 반응물질을 진공에서 숙성된 반응 용액으로부터 증류제거하여 목적 화합물을 수득한다. 예를 들어서, 분자 사슬의 각 단부에서 2개의 올레핀 자리를 갖는 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머가 다음 식:
Figure pat00036
의 것이고 분자 내 SiH 기 및 가수분해가능 말단기를 갖는 유기 규소 화합물이 트리메톡시실란일 때, 다음 식의 화합물이 얻어진다.
Figure pat00037
본 발명의 또 다른 구체예는 위에서 정의한 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란을 포함하는 표면처리제이다. 표면처리제는 또한 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란을 사전에 잘 공지된 방법으로 부분 가수분해시키고 가수분해가능 말단기(즉, 식 (1)에서 X 및 X')를 히드록실 기로 부분적으로 변환시킴으로써 얻어진 부분 가수분해된 형태를 포함할 수 있다.
표면처리제에, 원한다면, 가수분해 축합 촉매가 첨가될 수 있다. 적합한 가수분해 축합 촉매는 디부틸틴 디메톡사이드 및 디부틸틴 디라우레이트와 같은 유기 주석 화합물, 테트라-n-부틸 티타네이트와 같은 유기 티타늄 화합물, 아세트산, 메탄술폰산, 및 플루오르-변성 카르복실산과 같은 유기산, 및 염산 및 황산과 같은 무기산을 포함한다. 이것들 중, 아세트산, 테트라-n-부틸 티타네이트, 디부틸틴 디라우레이트 및 플루오르-변성 카르복실산이 바람직하다. 촉매는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란 100 중량부 당, 촉매량으로, 전형적으로 0.01 내지 5 중량부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부로 첨가될 수 있다.
표면처리제는 적합한 용매를 더 포함할 수 있다. 적합한 용매들은 퍼플루오로헵탄 및 퍼플루오로옥탄과 같은 플루오르-변성 지방족 탄화수소 용매; 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠과 같은 플루오르-변성 방향족 탄화수소 용매; 메틸 퍼플루오로부틸 에테르, 에틸 퍼플루오로부틸 에테르, 및 퍼플루오로(2-부틸테트라히드로푸란)과 같은 플루오르-변성 에테르 용매; 퍼플루오로트리부틸아민 및 퍼플루오로트리펜틸아민과 같은 플루오르-변성 알킬아민 용매; 석유 벤진, 톨루엔, 및 크실렌과 같은 탄화수소 용매; 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 및 메틸 이소부틸 케톤과 같은 케톤 용매를 포함한다. 이것들 중, 플루오르-변성 용매가 용제성 및 젖음성을 위해 바람직하고, 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠, 퍼플루오로(2-부틸테트라히드로푸란), 퍼플루오로트리부틸아민, 및 에틸 퍼플루오로부틸 에테르가 보다 바람직하다.
용매들은 단독으로 또는 두가지 이상의 혼합물로 사용될 수 있는 한편, 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란은 용매에 균일하게 용해되는 것이 바람직하다. 용매 중의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 최적 농도는 구체적인 처리 방식에 따라 다양하다. 칭량하기 쉬운 양이 선택될 수 있다. 제제가 직접 도포될 때, 농도는 용매 및 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 전체 중량을 기준으로, 바람직하게는 0.01 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%이다. 제제가 증발에 의해 도포될 때, 농도는 용매 및 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란의 전체 중량을 기준으로, 바람직하게는 1 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 30 중량%일 수 있다.
표면처리제는 브러시 코팅, 침지, 분무 및 증발과 같은 어떤 잘 공지된 기술에 의해 기판에 적용될 수 있다. 증발의 경우에, 가열 방식은 저항 가열이나 아니면 EB 가열이 될 수 있다. 표면 처리제의 코팅은 기판에 경화된다. 경화 온도는 구체적인 코팅 또는 경화 기술에 따라 다양하다. 코팅 기술이 증발일 때, 예를 들어서, 적합한 경화 온도는 20℃ 내지 200℃이다. 습한 경화 조건도 또한 유용하다. 경화된 코팅은 전형적으로 0.1 내지 100 nm, 바람직하게는 1 내지 20 nm의 두께를 가지나, 두께는 기판의 유형에 의존한다.
표면처리제로 처리할 기질은 특별히 제한되지 않으며 종이, 직물, 금속, 금속 산화물, 유리, 플라스틱, 세라믹, 및 석영을 포함하는 어떤 원하는 재료로도 만들어질 수 있다. 표면처리제는 기질에 발수/발유성을 부여하기에 효과적이다. 특히, 표면처리제는 SiO2-침착된 유리 및 필름의 처리에 사용하는 것이 유리하다.
여러가지 물품이 표면처리제로 처리될 수 있다. 바람직한 물품은 차량 내비게이션 시스템, 휴대전화, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, PDA, 휴대용 오디오 플레이어, 차량 오디오 플레이어, 게임 콘솔, 안경 렌즈, 카메라 렌즈, 렌즈 필터, 선글라스, 의료 기기(예를 들면, 위내시경), 복사기, 개인용 컴퓨터, LC 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 터치 패널 디스플레이, 보호용 필름, 반사 방지 코팅, 및 다른 광학 물품을 포함한다. 본 발명의 표면처리제는, 그것이 지문 및 피지가 물품에 들러붙는 것을 방지하고 또한 스크래치 저항성을 부여하기에 효과적이다. 그러므로, 터치 패널 디스플레이 및 반사방지 필름 상의 발수/발유 층으로서 특히 유용하다.
표면처리제는 욕조 및 세면기와 같은 위생 도기에 방오 코팅; 자동차, 기차 및 항공기와 같은 수송 탈것에서 창유리 또는 강화유리 및 헤드램프 커버에 대한 방오 코팅; 건물 외장에 대한 발수/발유 코팅; 주방 세간에 대한 기름 오염방지를 위한 코팅; 공중전화박스에서 오염방지, 스티커방지, 낙서방지 코팅; 예술품에 대한 지문방지 코팅; 콤팩트 디스크 및 DVD에 대한 지문방지 코팅; 몰드 이형제; 도료 첨가제; 및 수지변성제를 위해 사용된다. 제제는 또한 무기 충전제의 유동 및 분산을 변성하기 위해서, 및 테이프 및 필름의 윤활성을 개선하기 위해 효과적이다.
실시예
본 발명의 실시예들을 예시로써 이하에 제공하며 결코 제한은 아니다.
실시예 1
반응기를 100 g의 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠, 8.2 g (5.4×10- 2 mol)의 DBU 및 100 g (2.7×10- 2 mol)의 다음 식 (A)의 화합물로 충전하고, 여기에 5.8 g (5.4×10-2 mol)의 트리메틸클로로실란을 적가하였다.
Figure pat00038
결과된 용액을 50℃에서 3 시간 동안 가열하였다. 그 후, 그것을 실온으로 냉각하고 염산 수용액을 적가하였다. 하층 또는 플루오로 화합물 층을 분액 조작에 의해 회수하고 메탄올로 세척하였다. 세척 후 하층 또는 플루오로 화합물 층을 다시 회수하였다. 잔류 용매를 진공에서 증류 제거하여, 하기 식 (B)의 90 g의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머를 수득하였다.
Figure pat00039
Figure pat00040
반응기를 90 g (2.4×10- 2 mol)의 하기 도시한 식 (B)를 갖는 화합물, 90 g의 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠, 9.0 g (7.4×10- 2 mol)의 트리메톡시실란, 및 9.0×10-2 g의 클로로백금산/비닐실록산 착체의 톨루엔 용액(2.4×10- 6 mol의 Pt 함유)으로 충전하고, 이것들을 혼합하였다.
Figure pat00041
용액을 80℃에서 24 시간 숙성시켰다. 그 후, 용매 및 미반응 반응물질을 진공에서 증류 제거하여, 93 g의 액체 생성물을 얻었다.
NMR 분석시, 생성물은 다음 식 (C)의 구조를 갖는 것으로 확인되었다.
Figure pat00042
Figure pat00043
실시예 2
반응기를 200 g의 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠, 0.29 g (5.5×10-4 mol)의 트리스(펜타플루오로페닐)보란 및 400 g (1.1×10- 1 mol)의 다음 식 (A)의 화합물로 충전하고, 여기에 14.1 g (1.2×10- 1 mol)의 트리에틸실란을 서서히 적가하였다.
Figure pat00044
결과된 용액을 25℃에서 1 시간 동안 가열하였다. 물을 용액에 첨가하였다. 하층 또는 플루오로 화합물 층을 분액 조작에 의해 회수하고 아세톤으로 세척하였다. 세척 후 하층 또는 플루오로 화합물 층을 다시 회수하였다. 잔류 용매를 진공에서 증류 제거하여, 다음 식 (D)의 406 g의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머를 수득하였다.
Figure pat00045
Figure pat00046
반응기에서, 220 g (6.1×10- 2 mol)의 하기 도시한 식 (D)를 갖는 화합물, 220 g의 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠, 22 g (1.8×10- 1 mol)의 트리메톡시실란, 및 2.2×10-1 g의 클로로백금산/비닐실록산 착체의 톨루엔 용액(5.9×10- 6 mol의 Pt 함유)을 혼합하였다.
Figure pat00047
용액을 80℃에서 24 시간 숙성시켰다. 그 후, 용매 및 미반응 반응물질을 진공에서 증류 제거하여, 226 g의 액체 생성물을 얻었다.
NMR 분석시, 생성물은 다음 식 (E)의 구조를 갖는 것으로 확인되었다.
Figure pat00048
Figure pat00049
실시예 3
반응기를 7.9 g (5.2×10- 2 mol)의 DBU 및 100 g (2.6×10- 2 mol)의 다음 식 (F)의 화합물로 충전하고, 여기에 5.7 g (5.2×10- 2 mol)의 트리메틸클로로실란을 적가하였다.
Figure pat00050
결과된 용액을 50℃에서 3 시간 동안 가열하였다. 그 후, 그것을 실온으로 냉각하고 염산 수용액을 적가하였다. 하층 또는 플루오로 화합물 층을 분액 조작에 의해 회수하고 메탄올로 세척하였다. 세척 후 하층 또는 플루오로 화합물 층을 다시 회수하였다. 잔류 용매를 진공에서 증류 제거하여, 다음 식 (G)의 95 g의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머를 수득하였다.
Figure pat00051
Figure pat00052
반응기에서, 90 g (2.3×10- 2 mol)의 하기 도시한 식 (G)를 갖는 화합물, 90 g의 1,3-비스(트리플루오로메틸)벤젠, 8.4 g (6.9×10- 2 mol)의 트리메톡시실란, 및 8.4×10-2 g의 클로로백금산/비닐실록산 착체의 톨루엔 용액(2.3×10- 6 mol의 Pt 함유)을 혼합하였다.
Figure pat00053
용액을 80℃에서 24 시간 숙성시켰다. 그 후, 용매 및 미반응 반응물질을 진공에서 증류 제거하여, 92 g의 액체 생성물을 얻었다.
NMR 분석시, 생성물은 다음 식 (H)의 구조를 갖는 것으로 확인되었다.
Figure pat00054
Figure pat00055
다음 폴리머들을 비교용으로 사용하였다
비교예 1
Figure pat00056
비교예 2
Figure pat00057
[표면처리제의 제조 및 경화막의 형성]
실시예 1 내지 3에서 얻은 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란 및 비교예 1 및 2의 폴리머를 용매 Novec® 7200 (3M으로부터의 에틸 퍼플루오로부틸 에테르)에 20 wt %의 농도로 용해시킴으로써 표면처리제를 제조하였다. 10 nm의 SiO2로 처리된 최외각 표면을 갖는 유리(Gorilla®, Corning 제) 상에, 7 mg의 각 표면처리제를 2.0×10-2 Pa의 압력 및 700℃의 온도에서 진공 증발에 의해 증착시켰다. 증착물을 습도 40%의 분위기에서 25℃에서 24 시간 유지시켜, 10 nm 두께의 경화막을 얻었다.
[평가]
초기 발수성
접촉각 측정기 Drop Master (Kyowa Interface Science Co., Ltd.)를 사용하여, 유리 상의 경화막을 발수성의 지표로서 물과의 접촉각에 대해 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다. 모든 막은 초기에 우수한 발수성을 나타내었다.
내후성
유리 상의 경화막을 770 W/m2 의 조도에서 160 시간 동안 금속 할라이드 램프로부터의 UV 광(파장 300-400 nm)에 노출시켰다. 이 내후 시험 후, 막을 다시 물과의 접촉각에 대해 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
표 1에서의 결과로부터 보는 바와 같이, 에테르 결합-함유 링커를 갖는 폴리머를 사용하는 비교예 1의 막은 접촉각의 실질적인 하락을 나타내었고, 불량한 내후성을 가리킨다. 탄소-결합된 히드록실 기를 함유하고 링커에 에테르 결합은 함유하지 않는 폴리머를 사용하는 비교예 2의 막과 비교할 때, 폴리머-변성된 실란을 사용하는 실시예 1 내지 3의 막들은 개선된 내후성을 나타내었다.
보관 안정성 시험
실시예 1 내지 3에서 얻은 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란 및 비교예 2의 폴리머를 각각 Novec® 7200 (3M에 의한 에틸 퍼플루오로부틸 에테르)(물 함량 50 ppm)에 0.1 wt%의 농도로 용해시켰다. 묽은 용액을 50℃에서 1 시간 동안 보관하였고, 그 후 용액을 응축물이 형성되었는지 여부를 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 조사하였다. 측정은 다음 조건 하에 수행하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
측정 조건
전개 용매: 히드로클로로플루오로카본 (HCFC-225)
유속: 1 mL/분
검출기: 증기화 광산란 검출기(Evaporative light scattering detector)
컬럼: TSKgel Multipore HXL-M (Tosoh Corp.) 7.8 mm ID × 30 cm, 2개 컬럼
컬럼 온도: 35℃
주입된 샘플 양: 100 μL (농도 0.1 wt%의 용액)
표 2에서의 결과로부터 보는 바와 같이, 비교예 2의 탄소-결합된 히드록실 기를 갖는 폴리머는 응축물을 형성한 반면에 탄소-결합된 히드록실 기가 캡핑된 실시예 1 내지 3의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란은 응축물을 거의 형성하지 않았다.
25℃ 및 습도 40%에서 24 시간 동안 경화된 막
제제 초기 접촉각
(°)		 내후 시험 후 접촉각
(°)
실시예 1 117 107
실시예 2 116 108
실시예 3 111 108
비교예 1 116 48
비교예 2 117 102
50℃에서 1개월간 보관 후 묽은 용액 중의 응축물 함량 (%)
제제 응축물
(%)
실시예 1 0
실시예 2 0
실시예 3 0
비교예 2 4
일본 특허 출원 No. 2015-093830은 본원에 참고로 포함된다.
일부 바람직한 구체예를 기술하였으나, 상기 교시내용에 비추어 많은 수정 및 변형이 거기에 행해질 수 있다. 그러므로 본 발명은 첨부 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 구체적으로 기술된 것과 달리 실시될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (8)

  1. 일반식 (1)을 갖는 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란.
    Figure pat00058

    상기 식에서, Rf는 1가 플루오로옥시알킬 또는 2가 플루오로옥시알킬렌-함유 폴리머 잔기이고, Y는 실록산 결합 또는 실릴렌 기를 함유할 수 있는 2가 내지 6가 탄화수소 기이고, R 및 R'는 각각 독립적으로 C1-C4 알킬기 또는 페닐기이고, X 및 X'는 각각 독립적으로 히드록실 또는 가수분해가능 기이고, n은 1 내지 3의 정수이고, a는 0 내지 3의 정수이고, m은 1 내지 5의 정수이고, 그리고 α는 1 또는 2이다.
  2. 제1항에 있어서, α는 1이고, Rf는 일반식 (2)를 갖는 기인 것을 특징으로 하는 실란.
    Figure pat00059

    상기 식에서, p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 200의 정수이고, 합계 p+q+r+s는 3 내지 200이고, t는 1 내지 3의 정수이고, 각 반복 단위는 선형 또는 분지상일 수 있고, 개개 반복 단위는 무작위 배열될 수 있다.
  3. 제1항에 있어서, α는 2이고, 그리고 Rf는 일반식 (3)을 갖는 기인 것을 특징으로 하는 실란.
    Figure pat00060

    여기서, p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 200의 정수이고, 합계 p+q+r+s는 3 내지 200이고, t는 1 내지 3의 정수이고, 각 반복 단위는 선형 또는 분지상일 수 있고, 개개 반복 단위는 무작위 배열될 수 있다.
  4. 제1항에 있어서, Y는 C3-C10 알킬렌 기, 페닐렌을 함유하는 C8-C16 알킬렌 기, 실알킬렌 또는 실아릴렌 구조를 통해 결합된 C2-C10 알킬렌 기를 갖는 2가 기, 그리고 2가 내지 4가의, 2 내지 10개 규소 원자의 선형 오르가노폴리실록산 잔기 또는 3 내지 10개 규소 원자의 분지상 또는 환상 오르가노폴리실록산 잔기에 결합된 C2-C10 알킬렌 기를 갖는 2가 내지 4가 기로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실란.
  5. 제1항에 있어서, X 및 X'는 각각 히드록실, C1-C10 알콕시기, C2-C10 알콕시알콕시기, C1-C10 아실옥시기, C2-C10 알케닐옥시기, 및 할로겐으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실란.
  6. 제1항에 있어서, 식 (1)을 갖는 폴리머-변성 실란은 다음 식들을 갖는 화합물들로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실란.
    Figure pat00061

    Figure pat00062

    상기 식에서, p1은 5 내지 100의 정수이고, q1은 5 내지 100의 정수이고, 그리고 p1+q1은 10 내지 105의 정수이다.
  7. 제1항의 플루오로폴리에테르-함유 폴리머-변성 실란을 포함하는 표면처리제.
  8. 제7항의 표면처리제로 표면처리된 물품.
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