TW202140614A - 具有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,及含其之組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係關於具有烷氧矽烷基之全氟聚醚,及含其之組成物。
以往,以防止損傷、賦予撥水性/撥油性及提高美觀等為目的,係對建材或塗裝鋼板等,進行塗佈含有全氟聚醚化合物之塗覆劑組成物而予以施工。
例如專利文獻1中,揭示藉由對含有烷氧基之聚矽氧組成物添加全氟聚醚化合物,而得到撥水、撥油性、硬度優良的塗覆膜。
但是,專利文獻1所示之全氟聚醚化合物,缺乏對聚矽氧之相溶性,將摻合量增量時,係有沈降,或溶解極為緩慢的問題。
又,稀釋全氟聚醚化合物時所用的溶劑極受限定,雖適合使用氟系溶劑等之鹵素系溶劑,但近年來,為了減低對人體之毒性或環境負荷,作為稀釋溶劑,期望使用飽和烴系溶劑。
但是,飽和烴系溶劑本為無極性,因此與全氟聚醚化合物不相溶,使用飽和烴系溶劑將全氟聚醚化合物塗料化
係困難的。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5751211號公報
本發明係有鑑於上述實情而為者,其目的為提供具有對飽和烴系溶劑之溶解性,且賦予撥水/撥油性優良的塗覆被膜之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,及含其之組成物。
本發明者為了達成上述目的而重複深入探討的結果,發現特定之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,具有對飽和烴系溶劑之優良溶解性,而完成本發明。
亦即,本發明提供
1.一種含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其係以下述式(1)表示;
【化1】X-Z-PFPE-Z-X (1)
[式中,PFPE表示數平均分子量500~5,000之2價之全氟聚醚鏈,X係分別獨立地表示下述式(2)表示之基,
(式中,Q1係分別獨立地表示可具有環狀結構或分支結構之碳數2~12之2價有機基,Q2係分別獨立地表示可包含醚鍵,且可具有環狀結構或分支結構之碳數2~12之2價有機基,R1係分別獨立地表示碳數1~12之烷基,G係分別獨立地表示碳數1~12之烷基,a表示0~2、b表示1~3、c表示0~2,且滿足a+b+c=3之整數,d表示0~2之整數,虛線表示鍵結鍵);
Z係分別獨立地表示下述式之任一者表示之2價有機基;
(式中,虛線表示鍵結鍵,**記號表示與前述PFPE之鍵結部位)]。
2.如1之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述PFPE為下述式(3)表示之數平均分子量1,000~3,000之全氟聚醚鏈;
【化4】---CF
2
(OCF
2
)
a1
(OCF
2
CF
2
)
b1
OCF
2
--- (3)
(式中,a1表示a1≧1、b1表示b1≧1,且滿足a1/b1=1/10~10/1之數,虛線表示鍵結鍵。再者,附有a1及b1之括弧內的重複單位之排列為任意)。
3.如1或2之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述Z係分別獨立地為下述式之任一者表示之2價有機基;
(式中,虛線及**記號係表示與前述相同意義)。
4.如1~3中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述Q1係分別獨立地為下述式之任一者表示之2價有機基;
【化6】*--CH
2
CH
2
--*---CH(CH
3
)---*--CH
2
CH
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CH
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--*--CH(CH
3
)CH
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CH
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)CH
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)CH
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3
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---*--CH
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CH
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CH
2
CH
2
CH(CH
3
)CH
2
--
(式中,虛線表示鍵結鍵,*記號表示與矽原子之鍵結部位)。
5.如1~4中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述Q2係分別獨立地為下述式之任一者表示之2價有機基;
(式中,虛線表示鍵結鍵,*記號表示與矽原子之鍵結部位)。
6.如1~5中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述G係分別獨立地為碳原子數1~6之烷基。
7.如1~6中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述c為0。
8.一種組成物,其含有如1~7中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物100質量份,與水解縮合觸媒0.01~100質量份。
9.如8之組成物,其含有飽和烴系溶劑。
10.如9之組成物,其中前述飽和烴系溶劑,包含由異烷烴系溶劑及環烷烴系溶劑中選出的1種或2種以上。
11.如8~10中任一項之組成物,其含有由烷氧基矽烷及烷氧基矽烷之水解縮合物中選出的至少1種。
12.一種硬化物,其係如8~11中任一項之組成物硬化而成。
13.一種物品,其具有由如12之硬化物所構成之被膜。
14.一種如1~7中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物的水解縮合物。
本發明之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,可成為經飽和烴系溶劑稀釋之組成物,可適合地使用作為用以形成對汽車等之車體、建材、成形體之金屬面、塗裝面或樹脂面等賦予撥水性、撥油性、耐久性、防污性的塗覆層之塗覆劑。
以下具體說明本發明。
[1]含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物
本發明之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,係以下述式(1)表示。
【化8】X-Z-PFPE-Z-X (1)
式(1)中,PFPE為數平均分子量500~5,000、較佳為800~4,000、更佳為1,000~3,000之2價之全氟聚醚鏈,較佳為具有下述結構式(4)表示之全氟伸烷基與氧原子交互連結而得的結構者。再者,本發明中,數平均分子量,為以凝膠滲透層析(GPC)所得之標準聚苯乙烯換算值。
(式中,虛線表示與Z之鍵結鍵)。
式(4)中,A係分別獨立地表示碳原子數1~3之全氟伸烷基,包含2種以上之A時,AO之排列可為任意。
n表示1以上之數,較佳為4~60之數、更佳為6~46之數、又更佳為8~38之數。
A之碳原子數1~3之全氟伸烷基的具體例子,可列舉下述所示之結構,但不限定於此等。
(式中,虛線表示與Z之鍵結鍵)。
PFPE表示之2價之全氟聚醚鏈中,就作為展現滑動性之彎曲點的氧原子多數存在的觀點、阻礙鏈之彎曲運動的分支結構不存在之觀點等而言,A更佳為上述式(i)表示之全氟亞甲基、上述式(ii)表示之全氟伸乙基。
特別是PFPE表示之2價之全氟聚醚鏈,亦考慮到工業上容易獲得時,特佳為共存有氧基二氟亞甲基與氧基四氟伸乙基之下述式(3)表示者。
【化11】---CF
2
(OCF
2
)
a1
(OCF
2
CF
2
)
b1
OCF
2
-- (3)
(式中,虛線表示與Z之鍵結鍵。附有a1及b1之括弧內的重複單位之排列為任意)。
式(3)中,全氟氧基亞甲基之數(a1)為a1≧1之數,全氟氧基伸乙基之數(b1)為b1≧1之數。
全氟氧基亞甲基之數(a1)與全氟氧基伸乙基之數(b1)之比(a1/b1)並無特殊限定,較佳為1/10~10/1、更佳為3/10~10/3。
上述式(1)中,Z係分別獨立地為下述式表示之2價有機基,考慮到原料之獲得容易性或製造之簡便性
等時,較佳2個Z為相同之基。
(式中,虛線表示鍵結鍵,**記號表示與上述PFPE之鍵結部位)。
此等之中,Z尤佳為下述式表示之2價有機基。
(式中,虛線表示鍵結鍵,**記號表示與上述PFPE之鍵結部位)。
上述式(1)中,X係分別獨立地為下述式(2)表示之基,考慮到製造之簡便性等時,較佳2個X為相同之
基。
式(2)中,Q1係分別獨立地為可具有環狀結構或分支結構之碳數2~12之2價烴基,本發明中,特佳為以下之結構式表示者。
【化15】*--CH
2
CH
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--*---CH(CH
3
)---*--CH
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CH
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CH
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CH
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CH
2
CH
2
CH(CH
3
)CH
2
--
(式中,虛線表示鍵結鍵,*記號表示與矽原子之鍵結部位)。
又,Q2係分別獨立地為可包含醚鍵,且可具有環狀結構或分支結構之碳數2~12之2價有機基,本發明中,特佳為以下之結構式表示者。
(式中,虛線表示鍵結鍵,*記號表示與矽原子之鍵結部位)。
R1係分別獨立地表示碳數1~12、較佳為碳數1~6、更佳為碳數1~4之烷基。
R1之烷基係直鏈、分支鏈、環狀均可,其具體例子可列舉甲基、乙基、n-丙基、異丙基、n-丁基、異丁基、sec-丁基、tert-丁基、n-戊基、n-己基、環己基、n-庚基、n-辛基等;較佳為甲基、乙基、n-丙基、n-丁基。
G係分別獨立地表示碳數1~12、較佳為碳數1~6、更佳為碳數1~4之烷基,其具體例子及適合的例子,可列舉與上述R1所例示之基相同者。
a為0~2之整數,較佳為0或1、更佳為0。
b為1~3之整數,較佳為2或3、更佳為3。
c為0~2之整數,較佳為0。再者,滿足a+b+c=3。
d為0~2之整數,較佳為0或1、更佳為0。
[2]含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物之製
造方法
本發明之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,例如可藉由以下方法製造。
[A]氫矽氧烷之合成
首先,藉由將下述式(5)表示之兩末端具有烷氧矽烷基之全氟聚醚,與下述式(6a)及/或(6b)表示之具有Si-H鍵之化合物進行共水解縮合,製造下述式(7)表示之具有全氟聚醚基之氫矽氧烷。
(式中,PFPE、Z、G及a係表示與上述相同意義)。
上述式中,R2及R3係分別獨立地表示碳數1~12、較佳為1~6、更佳為1~4之烷基,其具體例子及適合的例子,可列舉與上述R1所例示之基相同者。
共水解縮合中,為了防止化合物(5)彼此的交聯,相對於化合物(5)而言,化合物(6a)及/或(6b)之摻合量,係相對於化合物(5)之烷氧基1當量而言,較佳化合物
(6a)及/或(6b)換算為矽為2當量以上、更佳為2~10當量、又更佳為2~6當量。又,進行共水解之後,較佳將未反應的化合物(6a)及/或(6b)藉由減壓餾去而去除。
再者,合併使用化合物(6a)與化合物(6b)時,化合物(6a)與化合物(6b)之添加量(質量比),較佳為(6a)/(6b)=50/1~1/50。
實施共水解時,較佳使用水解觸媒。
水解觸媒可使用以往公知的觸媒,例如可列舉鹽酸、硝酸、硫酸、鹵化氫、羧酸、磺酸等之酸;酸性或弱酸性之無機鹽;離子交換樹脂等之固體酸;氨、氫氧化鈉等之無機鹼類;三丁基胺、1,5-二氮雜雙環[4.3.0]壬烯-5(DBN)、1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一烯-7(DBU)等之有機鹼類;有機錫化合物、有機鈦化合物、有機鋯化合物、有機鋁化合物等之有機金屬化合物等,此等可1種單獨使用、亦可合併使用2種以上之複數種。
此等之水解觸媒之中,在本發明中尤特佳為由鹽酸、硝酸、硫酸、甲磺酸等之酸;有機錫化合物、有機鈦化合物、有機鋁系化合物中選出的有機金屬化合物。
適合的有機金屬化合物,例如可列舉二月桂酸二丁基錫、二辛酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫、二月桂酸二辛基錫、二辛酸二辛基錫、二乙酸二辛基錫、雙乙醯乙酸二丁基錫、雙乙醯月桂酸二辛基錫、四丁基鈦酸酯、四壬基鈦酸酯、肆乙二醇甲基醚鈦酸酯、肆乙二醇乙基醚鈦酸酯、雙(乙醯丙酮基)二丙基鈦酸酯、乙醯丙酮鋁、雙(乙基乙醯
乙酸)單正丁酸鋁、乙基乙醯乙酸二正丁酸鋁、參(乙基乙醯乙酸)鋁、該等之水解物等。
特別就反應性之觀點,更佳為鹽酸、硝酸、甲磺酸等之酸;四丁基鈦酸酯、乙基乙醯乙酸二正丁酸鋁、雙(乙基乙醯乙酸)單正丁酸鋁及該等之水解物;又更佳為甲磺酸。
水解觸媒之使用量並無特殊限定,相對於式(7)之化合物的矽原子上之烷氧基1莫耳而言,較佳為0.001~15莫耳%、更佳為0.001~10莫耳%。
上述共水解/縮合反應,亦可於有機溶劑之存在下進行。
作為有機溶劑,只要係與上述各原料化合物相溶者則無特殊限制,其具體例子,可列舉甲苯、二甲苯等之芳香族烴類;己烷、辛烷等之烴類;甲基乙基酮、甲基異丁基酮等之酮類;乙酸乙酯、乙酸異丁酯等之酯類;甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、t-丁醇等之醇類;氟系溶劑等,此等可單獨使用、亦可合併使用2種以上。
氟系溶劑例如可列舉1,3-雙(三氟甲基)苯、三氟甲苯等之含氟芳香族烴類;全氟己烷、全氟甲基環己烷等之碳原子數3~12之全氟碳類;1,1,2,2,3,3,4-七氟環戊烷、1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-十三氟辛烷等之氫氟碳類;C3F7OCH3、C4F9OCH3、C4F9OC2H5、C2F5CF(OCH3)C3F7等之氫氟醚類;Fomblin®、Galden®(Solvay製)、Demnum®(大金工業(股)製)、Crytox®(Chemours製)等之全氟聚醚類
等。
上述反應中,較佳添加水。水解時所使用之水的添加量,較佳為為了將原料之烷氧基全部水解所必要之量的1倍量~5倍量;更佳為1.5倍量~3倍量。
反應條件較佳為-5~20℃、15~300分鐘;更佳為0~10℃、30~180分鐘。
上述反應所得到的多官能氫矽氧烷之具體例子,可列舉下述式表示之化合物,但不限定於此等。
(式中,PFPE係表示與上述相同意義)。
[B]氫矽烷化反應
接著,對氫矽氧烷(7),以氫矽烷化反應,加成下述式(8a)表示之烯烴化合物,及依需要之式(8b)表示之烯烴
化合物。
【化19】R
4
-Y
1
-SiG
d
(OR
1
)
3-d
(8a) R
4
-Y
2
-O-R
1
(8b)
(式中,G、R1及d係表示與上述相同意義)。
上述式中,R4為可與Si-H基進行加成反應之烯烴基,較佳為碳原子數2~8之烯基,例如較佳為乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、異丙烯基、1-丁烯基、異丁烯基等之碳數2~8之烯基;特佳為乙烯基、烯丙基。
Y1為單鍵,或可包含醚鍵之2價有機基,亦可具有環狀結構或分支結構。又,Y1不為單鍵時,Y1與烯烴基之碳數合計較佳為3~12。
單鍵以外之Y1之具體例子,可列舉下述結構式表示者。
【化20】.---CH
2
---.---CH
2
CH
2
---.---CH
2
CH
2
CH
2
---.---CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
---.---CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
---.---CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
---
(式中,虛線表示鍵結鍵,*記號表示與烯烴基R4之鍵結部位)。
Y1較佳為單鍵、下述結構式表示之2價烴基。
【化21】.---CH
2
---.---CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
---
另一方面,Y2為單鍵,或可包含醚鍵之2價有機基(惟,與氧原子之鍵結末端包含O,而產生-O-O-鍵者除外),亦可具有環狀結構或分支結構。又,Y2不為單鍵時,Y2與構成烯烴基之碳的合計,較佳為3~18、更佳為3~13。
單鍵以外之Y2之具體例子,可列舉下述結構式表示者。
(式中,虛線表示鍵結鍵,*記號表示與烯烴基R4之鍵結部位)。
上述式(8a)表示之化合物之具體例子,可列
舉下述式表示者,但不限定於此等。
又,式(8b)表示之化合物之具體例子,可列舉下述式表示者,但不限定於此等。
【化24】CH
2
=CHCH
2
OCH
3
CH
2
=CHCH
2
OCH
2
CH
2
OCH
3
CH
2
=CHCH
2
OCH
2
CH
2
OCH
2
CH
2
OCH
3
CH
2
=CHCH
2
OCH
2
CH
2
OCH
2
CH
2
OCH
2
CH
2
OCH
3
CH
2
=CHCH
2
OCH
2
CH
2
OCH
2
CH
2
OCH
2
CH
2
OCH
2
CH
2
OCH
3
上述氫矽烷化反應中,化合物(8a)之添加量,相對於氫矽氧烷(7)之氫矽烷基1當量而言,較佳為0.2~5當量、更佳為0.5~3當量。
又,使用化合物(8b)時,其添加量,相對於氫矽氧烷(7)之氫矽烷基1當量而言,較佳為0.1~0.8當量、更佳為0.1~0.5當量。
合併使用化合物(8a)及化合物(8b)時,化合物(8a)與化合物(8b)之添加量(質量比),較佳為(8a)/(8b)=50/1~0.5/1。
氫矽烷化反應,即使不使用溶劑亦會進行,但亦可依需要使用溶劑。
作為溶劑,較佳為不阻礙氫矽烷化反應,且反應後生成之化合物(1)可溶,較佳為於目標之反應溫度下會溶解
化合物(7)、化合物(8a),及依需要使用的化合物(8b)者。
如此的溶劑之具體例子,可列舉苯、甲苯、二甲苯等之芳香族烴化合物;m-二甲苯六氟化物、苯并三氟化物等之氟改質芳香族烴化合物;甲基全氟丁基醚、全氟(2-丁基四氫呋喃等之氟改質醚化合物等,此等之中尤佳為甲苯、二甲苯、m-二甲苯六氟化物。
氫矽烷化反應中較佳使用觸媒。
作為觸媒,例如可使用含有鉑、銠、鈀等之鉑族金屬的化合物。此等之中尤佳為含有鉑之化合物,例如可適合使用六氯鉑(IV)酸六水合物、鉑羰基乙烯基甲基錯合物、鉑-二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物、鉑-環乙烯基甲基矽氧烷錯合物、鉑-辛基醛/辛醇錯合物、氯化鉑酸與烯烴、醛、乙烯基矽氧烷或乙炔醇類等之錯合物、載持於活性碳之鉑等。
觸媒之摻合量,相對於反應系全體之質量而言,以所含有的鉑族金屬量計,較佳為0.1~5,000ppm、更佳為1~1,000ppm。
氫矽烷化反應中,混合各成分之順序及反應方法並無特殊限定,例如,可採用將含有化合物(7)、化合物(8a)、依需要之化合物(8b),及觸媒之混合物由室溫慢慢地加熱至加成反應溫度之方法;將含有化合物(7)、化合物(8a)、依需要之化合物(8b),及溶劑之混合物加熱至目標之反應溫度後,添加觸媒之方法;於含有加熱至目標之反應溫度的化合物(8a)、依需要之化合物(8b),及觸
媒之混合物中,滴下化合物(7)之方法;於加熱至目標之反應溫度的化合物(7)中,滴下含有化合物(8a)、依需要之化合物(8b),及觸媒之混合物之方法等。
此等之中,尤佳為將含有化合物(7)、化合物(8a)、依需要之化合物(8b),及溶劑之混合物加熱至目標之反應溫度後,添加觸媒之方法,或於加熱至目標之反應溫度的化合物(7)中,滴下含有化合物(8a)、依需要之化合物(8b),及觸媒之混合物之方法。此等之方法,可將各成分或混合物依需要以上述溶劑稀釋來使用。
特別是使化合物(8a)及化合物(8b)與化合物(7)進行加成反應時,較佳於進行化合物(7)與化合物(8b)之加成反應後,使用過剩量之化合物(8a)進行加成反應,將未反應之化合物(8a)進行去除精製。此時,化合物(8a)及化合物(8b)中,亦可混合使用R4、Y1、Y2、R1互異之化合物。
加成反應較佳於20~120℃進行30~300分鐘、更佳於50~100℃進行30~120分鐘。
[3]組成物
本發明之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,由於可藉由水解縮合觸媒而硬化,故可藉由作為與水解縮合觸媒的組成物,而適合地使用作為塗覆劑等之硬化性組成物。
該水解縮合觸媒,為用以使含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物、後述之烷氧基矽烷、烷氧基矽烷寡聚物中所包
含的烷氧矽烷基(Si-OR),與空氣中之濕氣或基材上的水分等反應而促進水解縮合之化合物。
作為水解縮合觸媒,可由公知之觸媒中適當選擇來使用,例如可列舉有機錫化合物、有機鈦化合物、有機鋯化合物、有機鋁化合物等之有機金屬化合物;鹽酸、硫酸等之無機酸類;p-甲苯磺酸、各種脂肪族或芳香族羧酸等之有機酸類;氨;氫氧化鈉等之無機鹼類、三丁基胺、1,5-二氮雜雙環[4.3.0]壬烯-5(DBN)、1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一烯-7(DBU)等之有機鹼類等,此等可單獨使用、亦可合併使用複數種。
此等之中,尤佳為由有機錫化合物、有機鈦化合物及有機鋁化合物中選出的有機金屬化合物,具體而言,較佳為二月桂酸二丁基錫、二辛酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫、二月桂酸二辛基錫、二辛酸二辛基錫、二乙酸二辛基錫、雙乙醯乙酸二丁基錫、雙乙醯月桂酸二辛基錫、四丁基鈦酸酯、四壬基鈦酸酯、肆乙二醇甲基醚鈦酸酯、肆乙二醇乙基醚鈦酸酯、雙(乙醯丙酮基)二丙基鈦酸酯、乙醯丙酮鋁、雙(乙基乙醯乙酸)單正丁酸鋁、乙基乙醯乙酸二正丁酸鋁、參(乙基乙醯乙酸)鋁等;特別就反應性、溶解性之觀點而言,更佳為四丁基鈦酸酯、乙基乙醯乙酸二正丁酸鋁、雙(乙基乙醯乙酸)單正丁酸鋁及此等之水解物。
水解縮合觸媒之摻合量,相對於含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物100質量份而言,較佳為0.01~100
質量份、更佳為0.5~50質量份。
又,組成物之硬化溫度並無特殊限定,較佳為10~150℃、更佳為15~50℃。又,就促進反應的觀點上,係以於加濕下進行為適宜。
又,本發明之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,含有氟聚合物作為主骨架結構,但對飽和烴系溶劑卻具有優良的相溶性,因此於水解觸媒以外亦可摻合飽和烴系溶劑而作為組成物。
藉由使用該飽和烴系溶劑,可得到將含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物及水解觸媒均勻溶解而得的組成物,藉由使用該組成物,可有效率地製作薄膜。
飽和烴系溶劑,較佳為沸點100~200℃者、更佳為120~180℃者。再者,因飽和烴系溶劑為混合物等之理由,其沸點非單一溫度時,較佳為蒸餾範圍(初餾點至乾點之溫度範圍)為100~200℃者、更佳為120~180℃者。此時,初餾點與乾點之溫度差(溫度分布)在20℃之範圍內,就施工性之觀點而言特佳。又,混合物的情況時,只要蒸餾範圍包含於上述溫度範圍中,則亦可含有化合物單獨的沸點落在100~200℃之範圍外的飽和烴化合物。
飽和烴系溶劑之沸點或蒸餾範圍為上述下限值以上時,含有該烴系溶劑之組成物,可於形成塗膜所必要的時間在基材上以液狀存在。又,沸點或蒸餾範圍為上述上限值以下時,具有適度的揮發性,因此含有該烴系溶劑之組成物的硬化性成為良好。
飽和烴系溶劑之碳數並無特殊限制,較佳為溶劑之沸點或蒸餾範圍滿足上述範圍者。
具有上述沸點或蒸餾範圍之飽和烴溶劑,較佳為以碳數7~12之飽和烴為主成分之溶劑,例如異烷烴系溶劑、正烷烴系溶劑、環烷烴系溶劑;更佳為異烷烴系溶劑、環烷烴系溶劑;又更佳為異烷烴系溶劑。
飽和烴系溶劑可使用市售品。市售品例如可列舉丸善石油化學(股)製之Marukasol R(沸點177℃)、JXTG能源(股)製之Cactus Normal Paraffin N-10(初餾點169℃、乾點173℃)、Exxon Mobil公司製之ISOPAR G(初餾點166℃、乾點176℃)等,此等飽和烴化合物,可單獨使用亦可使用複數種之混合物。
本發明之組成物中,飽和烴系溶劑之摻合量,相對於含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物100質量份而言,較佳為5,000質量份以下、更佳為3,000質量份以下、又更佳為1,000質量份以下。飽和烴系溶劑之摻合量藉由為上述上限值以下,本發明之組成物可得到較佳的硬化性與硬化後之耐摩耗性。再者,摻合量之下限值並無特殊限定,考慮到適切調節組成物之黏度等時,較佳為10質量份、更佳為50質量份、又更佳為100質量份。
本發明之組成物,除了上述水解縮合觸媒、飽和烴系溶劑以外,亦可進一步含有由烷氧基矽烷、烷氧基矽烷之水解縮合物中選出的1種以上。藉由添加此等之成分,可調節組成物之黏度、硬化時間、硬化膜之硬度。
作為烷氧基矽烷,只要係具有1個以上之水解性基者即無特殊限制,考慮到提高聚合度而形成更高硬度的被膜時,更佳為具有2個以上之水解性基的矽烷化合物。
烷氧基矽烷之具體例子,可列舉二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二異丙氧基矽烷、二甲基二丁氧基矽烷、二甲基二異丙烯氧基矽烷、丙基甲基二甲氧基矽烷、己基甲基二甲氧基矽烷、苯基甲基二甲氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三異丙氧基矽烷、甲基三丁氧基矽烷、甲基三異丙烯氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、丁基三甲氧基矽烷、己基三甲氧基矽烷、癸基三甲氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、環己基三甲氧基矽烷、四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷及此等之部分水解物等,此等可1種單獨使用、亦可組合2種以上使用。
此等之中,就副生成物之揮發容易而言,尤佳為甲氧基矽烷、乙氧基矽烷,就反應性高而言,更佳為甲氧基矽烷;又更佳為甲基三甲氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷,及其水解縮合物。
其他,亦可使用乙烯基甲基二甲氧基矽烷、乙烯基甲基二乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-胺基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-巰基丙基甲基二甲氧基
矽烷、3-巰基丙基甲基二乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、5-己烯基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、4-乙烯基苯基三甲氧基矽烷、3-(4-乙烯基苯基)丙基三甲氧基矽烷、4-乙烯基苯基甲基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-(2-胺基乙基)胺基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三乙氧基矽烷等之具有反應性官能基之烷氧基矽烷化合物及此等之部分水解物等之1種或2種以上。
使用烷氧基矽烷及烷氧基矽烷之水解縮合物時,其使用量,相對於含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物100質量份而言,較佳為5,000質量份以下、更佳為3,000質量份以下、特佳為1,000質量份以下。再者,摻合量之下限值並無特殊限定,考慮到適切調節組成物之黏度、硬化時間、硬化膜之硬度時,較佳為10質量份、更佳為50質量份、又更佳為100質量份。
再者,本發明之組成物,在不阻礙本發明之效果的範圍,可適當添加任意的添加劑。
如此的添加劑之具體例子,可列舉非反應性聚矽氧油、反應性聚矽氧油、矽烷偶合劑等之密合賦予劑、抗老化劑、防鏽劑、著色劑、界面活性劑、流變性調整劑、紫外線吸收劑、紅外線吸收劑、螢光劑、研磨劑、香料、填
充劑、填料、染顏料、調平劑、反應性稀釋劑、非反應性高分子樹脂、抗氧化劑、紫外線吸收劑、光安定劑、消泡劑、分散劑、抗靜電劑、搖變性賦予劑等。
含有本發明之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物的組成物,可對各種金屬、玻璃、陶瓷、樹脂等之基材應用作為塗覆劑。
塗覆之手法並無特殊限制,可利用使用了含浸有該組成物之纖維的手塗佈、刷毛塗佈、使用了自動機之機械塗佈等任意手法。
本發明之組成物中,特佳為於經乾燥或經水濡濕的海綿或布料等之纖維中適量含浸本發明之組成物,以手將其於基材表面塗開為薄層,之後,以乾燥的布料等之纖維擦去多餘之組成物,以自然乾燥或使用乾燥機等強制乾燥之方法。
此時,組成物中所包含的烷氧基,係在聚矽氧樹脂中所併入的鋁、鈦、鋯等之路易士酸位點,或組成物中所包含的觸媒存在下,藉由空氣中之水分、基材上之水分、施工時所用的海綿中所包含之水的作用,而進行水解反應,於基材上交聯,而形成硬化塗膜。
以本發明之組成物所得之塗覆層,較佳為薄膜,其膜厚較佳為0.01~100μm、更佳為0.1~50μm。藉由使塗覆層為該範圍,可兼顧良好的撥水/撥油性、塗覆時之作業性,及耐久性、美觀。
具有本發明之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化
合物所致之優良特性的塗膜形成之機轉,推測如下。
首先,將本發明之具有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物塗佈於基材上之表面時,水解性基因空氣中之水分而被分解,成為羥基,羥基彼此藉由脫水縮合,形成矽氧烷鍵而硬化。
進一步地,藉由添加烷氧基矽烷或烷氧基矽烷之寡聚物,此等之烷氧矽烷基藉由縮合反應而參加交聯,被攝入塗覆膜中,形成膜強度優良的塗覆膜。特別是藉由使3官能、4官能之矽氧烷鍵的比例增多,硬化後之膜的硬度變高。
此時,全氟聚醚鏈係與飽和烴系溶劑或烷氧基矽烷、烷氧基矽烷之水解縮合物相溶,亦於基材表面附近存在,因此即使以未硬化之狀態擦拭,全氟聚醚鏈亦殘存於膜中,可得到具有撥水/撥油性之被膜。
本發明之組成物,當塗佈於基材表面,並於硬化前擦拭之後,亦發揮撥水/撥油性,因此適合應用於金屬鋼板或經實施塗裝之金屬鋼板,或玻璃面,特別是適合利用於汽車外裝所用的塗裝鋼板。
又,本發明之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其塗佈硬化,或以單質硬化所得到的硬化物表面,會發揮防污、撥水、撥油性、耐指紋性等之特性。藉由此等之特性,不易因指紋、皮脂、汗等之人的油脂、化粧品等而髒污,即使附著有髒污時亦賦予擦拭性優良的硬化物表面。
因此,本發明之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物及含其之組成物,亦有用於作為用以對具有人體接觸而被人的油脂、化粧品等污染的可能性之物品表面形成塗裝膜或保護膜之硬塗覆組成物。
如此的被硬塗覆處理之物品,例如可列舉以磁性光碟、CD/LD/DVD/藍光光碟等之光碟、全像記錄等為代表之光記錄媒體;眼鏡片、稜鏡、透鏡薄片、光罩護膜(pellicle film)、偏光板、光學濾波器、扁豆狀透鏡、菲涅耳透鏡、抗反射膜、光纖或光耦合器等之光學零件/光裝置;CRT、液晶顯示器、電漿顯示器、電致發光顯示器、背面投影型顯示器、螢光顯示管(VFD)、電場發射投影顯示器、調色劑(toner)系顯示器等之各種畫面顯示機器;特別是PC、行動電話、行動資訊終端、遊戲機、電子書閱讀器、數位相機、數位攝影機、自動現金提出存入裝置、現金自動支付機、自動販賣機、汽車用等之導航裝置、保全系統終端等之影像顯示裝置,及亦進行其操作的觸控面板(觸控感測器、觸控螢幕)式影像顯示輸入裝置;行動電話、行動資訊終端、電子書閱讀器、行動音樂播放器、行動遊戲機、遙控器、控制器、鍵盤等、車載裝置用面板開關等之輸入裝置;行動電話、行動資訊終端、相機、行動音樂播放器、行動遊戲機等之殼體表面;汽車之外裝、鋼琴、高級家具、大理石等之表面;美術品展示用保護玻璃、陳列櫥窗、陳列盒、廣告用外罩、相框用外罩、手錶、汽車用擋風玻璃、列車、航空機等之窗玻璃、
汽車頭燈、尾燈等之透明玻璃製或透明塑膠製(壓克力、聚碳酸酯等)構件;各種反射鏡構件等。
再者,此等用途中,本發明之組成物,不僅是以對目標物表面之塗覆來進行者,亦可使用於模內成形等廣為使用之以轉印所進行的方法。
[實施例]
以下顯示合成例、實施例及比較例,以具體說明本發明,但本發明不限制於下述實施例。再者,下述例子中Me表示甲基。
[1]原料化合物之合成
[合成例1]
於具備攪拌裝置、溫度計、冷卻管、滴下裝置之玻璃燒瓶中,添加下述式(9)表示之化合物(品名:Fomblin D2、Solvay Specialty Polymers公司製、Mn:1,500)1,024g、3-異氰酸基丙基三甲氧基矽烷258g,及作為胺基甲酸酯化觸媒之辛基酸錫1.28g,於氮氣流下開始攪拌,於60℃反應1小時。於IR測定中確認到異氰酸酯基之消失後,停止反應,得到下述式(10)表示之化合物。
接著,於乾燥氮環境下,於具備回流裝置與攪拌裝置之5,000mL三口燒瓶中,添加下述式(10)表示之化合物1,255g、四甲基二矽氧烷665g、甲基乙基酮1,255g、甲磺酸20g,一邊攪拌一邊冷卻至5℃。於其中滴下離子交換水
71g,在維持內溫於0~10℃之下,繼續攪拌3小時。之後,添加水滑石(Kyowaad 500SH、協和化學工業(股)製)100g,在維持內溫於0~10℃之下,進行2小時攪拌,將溶劑或過剩之四甲基二矽氧烷予以減壓餾去後,濾離水滑石而得到下述式(11)表示之無色透明之液體1,130g。
(式中,a1≧1、b1≧1、a1/b1=0.76,附有a1及b1之括弧內的重複單位之排列為不定,全氟聚醚鏈之數平均分子量為1,500)。
[合成例2]
於具備攪拌裝置、溫度計、冷卻管、滴下裝置之玻璃燒瓶中,添加上述式(9)表示之化合物(品名:Fomblin D2、Solvay Specialty Polymers公司製、Mn:1,500)1,024g、3-異氰酸基丙基甲基二甲氧基矽烷237g,及作為
胺基甲酸酯化觸媒之辛基酸錫1.28g,於氮氣流下開始攪拌,於60℃反應1小時。於IR測定中確認到異氰酸酯基之消失後,停止反應,得到下述式(12)表示之化合物。
接著,於乾燥氮環境下,於具備回流裝置與攪拌裝置之5,000mL三口燒瓶中,添加下述式(12)表示之化合物1,237g、四甲基二矽氧烷443g、甲基乙基酮1,237g、甲磺酸18g,一邊攪拌一邊冷卻至5℃。於其中滴下離子交換水48g,在維持內溫於0~10℃之下,繼續攪拌3小時。之後,添加水滑石(Kyowaad 500SH、協和化學工業(股)製)88g,在維持內溫於0~10℃之下,進行2小時攪拌,將溶劑或過剩之四甲基二矽氧烷予以減壓餾去後,濾離水滑石而得到下述式(13)表示之無色透明之液體1,256g。
(式中,a1≧1、b1≧1、a2/b2=0.76,附有a2及b2之括弧內的重複單位之排列為不定,全氟聚醚鏈之數平均分子量為1,500)。
[比較合成例1]
於具備攪拌裝置、溫度計、冷卻管、滴下裝置之玻璃燒瓶中,混合上述式(10)表示之化合物53.2g,及甲基三甲氧基矽烷136.2g,在攪拌下投入甲磺酸1.5g後,進一步花費1小時滴下離子交換水17g。滴下結束後,於67℃加熱2小時,將所產生之甲醇61g使用迪安-斯塔克(Dean-Stark)管去除。於所得之液體中投入Kyowaad 500SN(協和化學工業(股)製)4.5g,於25℃攪拌2小時予以中和後,將殘存甲醇與低分子成分予以減壓餾去,得到經全氟聚醚鏈連結之聚矽氧寡聚物(A-4)。
[2]含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物之製造
[實施例1-1]
於乾燥氮環境下,對合成例1所得到的化合物(11)114g,混合乙烯基三甲氧基矽烷80g、甲苯114g,及氯化鉑酸/乙烯基矽氧烷錯合物之甲苯溶液0.66g(以Pt單質計含有1.7×10-5莫耳),於80℃攪拌2小時。以1H-NMR測定及FT-IR測定確認源自Si-H基之訊號消失後,將溶劑與過剩之烯丙氧基三甲基矽烷予以減壓餾去,進行活性碳處理後過濾,藉以得到淡黃色透明液體之下述式(14)表示之化合物(A-1)138g。
(式中,a1≧1、b1≧1、a1/b1=0.76,附有a1及b1之括弧內的重複單位之排列為不定,全氟聚醚鏈之數平均分子量為1,500)。
[實施例1-2]
於乾燥氮環境下,對合成例1所得到的化合物(11)114g,混合7-辛烯基三甲氧基矽烷126g、甲苯92g,及氯化鉑酸/乙烯基矽氧烷錯合物之甲苯溶液0.66g(以Pt單質計含有1.7×10-5莫耳),於80℃攪拌2小時。以1H-NMR測定及FT-IR測定確認源自Si-H基之訊號消失後,將溶劑與過剩之烯丙氧基三甲基矽烷予以減壓餾去,進行活性碳處理後過濾,藉以得到淡黃色透明液體之下述式(15)表示之化合物(A-2)162g。
(式中,a1≧1、b1≧1、a1/b1=0.76,附有a1及b1之括
弧內的重複單位之排列為不定,全氟聚醚鏈之數平均分子量為1,500)。
[實施例1-3]
於乾燥氮環境下,對合成例2所得到的化合物(13)95g,混合7-辛烯基三甲氧基矽烷84g、甲苯42g,及氯化鉑酸/乙烯基矽氧烷錯合物之甲苯溶液0.44g(以Pt單質計含有1.2×10-5莫耳),於80℃攪拌2小時。以1H-NMR測定及FT-IR測定確認源自Si-H基之訊號消失後,將溶劑與過剩之烯丙氧基三甲基矽烷予以減壓餾去,進行活性碳處理後過濾,藉以得到淡黃色透明液體之下述式(16)表示之化合物(A-3)102g。
(式中,a1≧1、b1≧1、a1/b1=0.76,附有a1及b1之括弧內的重複單位之排列為不定,全氟聚醚鏈之數平均分子量為1,500)。
[3]組成物之調製
[實施例2-1~2-8、比較例2-1、2-2]
以表1所示之組成比,將上述實施例1-1~1-3、比較合
成例1所得到的化合物(A-1)~(A-4),及下述各成分於25℃混合,而調製各組成物。
(B):(CH3)(CH3O)2SiOSi(CH3)(OCH3)2表示之矽氧烷化合物與(CH3)2Si(OCH3)2表示之矽烷化合物之1:1(質量比)混合物
(C):異烷烴系溶劑(Exxon Mobil公司製ISOPAR G、初餾點166℃、乾點176℃)
(D):水解縮合觸媒(C4H9O)Al(-OC(CH3)=CHCOOC2H5)2
對於上述實施例2-1~2-8及比較例2-1及2-2所得到的各組成物進行下述之評估。結果示於表2。
(1)組成物之外觀
以目視觀察組成物之外觀。
(2)塗膜外觀
將所得到的各組成物於鈉鈣玻璃板上以間距(gap)20μm之線棒進行塗覆,於25℃、65%RH靜置24小時進行濕氣硬化,以目視觀察硬化膜表面之外觀。
(3)接觸角
將所得到的各組成物於電沈積塗裝板(汽車塗料塗佈之黑試驗板、(股)Standard Test Piece製)上以間距20μm之線棒進行塗覆,於25℃、65%RH靜置24小時進行濕氣硬化,藉由接觸角計(裝置名:Drop Master DM-701、協和界面科學(股)製)測定硬化膜表面之水接觸角及十六烷接觸角(液滴量:2μl)。
如表2所示,可知於實施例2-1~2-8中,全氟聚醚成分與飽和烴系溶劑相溶,組成物與塗膜為透明,塗膜具有與比較例同等之撥水、撥油性。
另一方面,可知比較例係相溶性不足,組成物分離,其結果塗膜亦混濁。
Claims (14)
- 一種含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其係以下述式(1)表示;X-Z-PFPE-Z-X (1)[式中,PFPE表示數平均分子量500~5,000之2價之全氟聚醚鏈,X係分別獨立地表示下述式(2)表示之基,(式中,Q1係分別獨立地表示可具有環狀結構或分支結構之碳數2~12之2價有機基,Q2係分別獨立地表示可包含醚鍵,且可具有環狀結構或分支結構之碳數2~12之2價有機基,R1係分別獨立地表示碳數1~12之烷基,G係分別獨立地表示碳數1~12之烷基,a表示0~2、b表示1~3、c表示0~2,且滿足a+b+c=3之整數,d表示0~2之整數,虛線表示鍵結鍵);Z係分別獨立地表示下述式之任一者表示之2價有機基;(式中,虛線表示鍵結鍵,**記號表示與前述PFPE之鍵結部位)]。
- 如請求項1之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述PFPE為下述式(3)表示之數平均分子量1,000~3,000之全氟聚醚鏈;---CF 2 (OCF 2 ) a1 (OCF 2 CF 2 ) b1 OCF 2 --- (3)(式中,a1表示a1≧1、b1表示b1≧1,且滿足a1/b1=1/10~10/1之數,虛線表示鍵結鍵;再者,附有a1及b1之括弧內的重複單位之排列為任意)。
- 如請求項1~3中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述Q1係分別獨立地為下述式之任一者表示之2價有機基;*--CH 2 CH 2 --*---CH(CH 3 )---*--CH 2 CH 2 CH 2 --*--CH(CH 3 )CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 --*--CH 2 CH(CH 3 )CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 --*---CH 2 CH 2 CH(CH 3 )CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 CH(CH 3 )CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH(CH 3 )CH 2 ---*--CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH(CH 3 )CH 2 --(式中,虛線表示鍵結鍵,*記號表示與矽原子之鍵結部位)。
- 如請求項1~4中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述Q2係分別獨立地為下述式之任一者表示之2價有機基;*--CH 2 CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 --*--CH(CH 3 )CH 2 --*---CH 2 CH 2 CH(CH 3 )CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OCHCH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 --*--CH 2 CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 --(式中,虛線表示鍵結鍵,*記號表示與矽原子之鍵結部位)。
- 如請求項1~5中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述G係分別獨立地為碳原子數1~6之烷基。
- 如請求項1~6中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物,其中前述c為0。
- 一種組成物,其含有如請求項1~7中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物100質量份,與水解縮合觸媒0.01~100質量份。
- 如請求項8之組成物,其含有飽和烴系溶劑。
- 如請求項9之組成物,其中前述飽和烴系溶劑,包含由異烷烴系溶劑及環烷烴系溶劑中選出的1種或2種以上。
- 如請求項8~10中任一項之組成物,其含有由烷氧基矽烷及烷氧基矽烷之水解縮合物中選出的至少 1種。
- 一種如請求項8~11中任一項之組成物硬化而成的硬化物。
- 一種具有由如請求項12之硬化物所構成的被膜之物品。
- 一種如請求項1~7中任一項之含有烷氧矽烷基之全氟聚醚化合物的水解縮合物。
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