WO2016006584A1 - パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物を含む組成物 - Google Patents
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- C09D7/40—Additives
Definitions
- the present invention relates to a surface treatment agent comprising a perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound and an amine compound.
- fluorine-containing silane compounds can provide excellent water repellency, oil repellency, antifouling properties and the like when used for surface treatment of a substrate.
- a layer obtained from a surface treatment agent containing a fluorine-containing silane compound (hereinafter also referred to as “surface treatment layer”) is applied as a so-called functional thin film to various substrates such as glass, plastic, fiber, and building materials. ing.
- Such a fluorine-containing silane compound has a perfluoro (poly) ether group in the molecular main chain, and a hydrolyzable group at the terminal or terminal portion of the fluorine-containing silane compound via an organic group containing an amide bond.
- Perfluoro (poly) ether-modified amide silane compounds bonded to Si atoms are known (see Patent Documents 1 to 3).
- Patent Documents 1 to 3 When a surface treatment agent containing this perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound is applied to a substrate, the hydrolyzable group bonded to the Si atom is bonded by reacting with the substrate and between the compounds, A surface treatment layer may be formed.
- the surface treatment agent containing a conventional perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound, the one having a methoxy group at the end of the compound is compared with a perfluoro (poly) ether-modified silane compound not containing an amide structure, It was found that the storage stability was not excellent. On the other hand, when the end of the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound is an ethoxy group, the storage stability is excellent, but the reactivity is low and the reaction with the substrate is difficult to proceed. It was found that there was a problem that adhesion was difficult to obtain.
- An object of the present invention is to provide a novel surface treatment agent that is excellent in storage stability and can form a layer having strong adhesion to a substrate.
- the present inventors have used a composition containing a perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound and an amine compound as a surface treatment agent, and thus has excellent storage stability and adhesion to a substrate. Has found that a stronger surface treatment layer can be formed, and has completed the present invention.
- each Rf independently represents an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms which may be substituted with one or more fluorine atoms;
- Each PFPE independently represents — (OC 4 F 8 ) a — (OC 3 F 6 ) b — (OC 2 F 4 ) c — (OCF 2 ) d —, where a, b, c And d are each independently an integer of 0 or more and 200 or less, the sum of a, b, c and d is at least 1, and each of the parentheses with a, b, c or d
- the order in which the repeating units are present is arbitrary in the formula;
- X 1 represents a single bond or a divalent organic group;
- R 1 represents a hydrogen atom, a lower alkyl group or a phenyl group;
- R 2 represents
- a surface treatment agent comprising: is provided.
- an article comprising a substrate and a layer formed on the surface of the substrate from the surface treatment agent of the present invention.
- a surface treatment layer having excellent storage stability and having strong adhesion to the substrate is formed. Can do.
- “monovalent organic group” or “divalent organic group” means a monovalent or divalent group containing carbon, respectively. Such monovalent organic groups are not particularly limited, and include hydrocarbon groups.
- the divalent organic group is not particularly limited, and examples thereof include a divalent group obtained by further removing one hydrogen atom from a hydrocarbon group.
- an alkyl group and a phenyl group may be unsubstituted or substituted.
- the substituent of such a group is not particularly limited, and examples thereof include one or more groups selected from a halogen atom, a C 1-6 alkyl group, a C 2-6 alkenyl group, and a C 2-6 alkynyl group. Can be mentioned.
- the present invention relates to at least one perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the following formula (1): And at least one amine compound represented by the following formula (2): Is provided (hereinafter also referred to as “the surface treatment agent of the present invention”).
- each Rf independently represents a C 1-16 alkyl group which may be substituted with one or more fluorine atoms.
- Alkyl group of C 1-16 in one or more of the alkyl group optionally C 1-16 optionally substituted by a fluorine atom described above may be straight chain, be branched-chain Preferably, it is a linear or branched C 1-6 alkyl group, particularly a C 1-3 alkyl group, and more preferably a linear C 1-3 alkyl group.
- Rf is preferably a C 1-16 alkyl group substituted by one or more fluorine atoms, more preferably a CF 2 H—C 1-15 fluoroalkylene group, still more preferably C 1-16 perfluoroalkyl group.
- the C 1-16 perfluoroalkyl group may be linear or branched, and is preferably a linear or branched C 1-6 perfluoroalkyl group, particularly C 1 1-3 perfluoroalkyl groups, more preferably straight chain C 1-3 perfluoroalkyl groups, specifically —CF 3 , —CF 2 CF 3 , or —CF 2 CF 2 CF 3 is there.
- PFPE represents — (OC 4 F 8 ) a — (OC 3 F 6 ) b — (OC 2 F 4 ) c — (OCF 2 ) d — and is a perfluoro (poly) ether It corresponds to the group.
- a, b, c and d are each independently an integer of 0 or 1 and are not particularly limited as long as the sum of a, b, c and d is at least 1.
- a, b, c and d are each independently an integer of 0 to 200, for example, an integer of 1 to 200, more preferably an integer of 0 to 100, for example, 1 An integer of 100 or less.
- the sum of a, b, c and d is 10 or more, preferably 20 or more, and 200 or less, preferably 100 or less. Further, the order of presence of each repeating unit with a, b, c or d in parentheses is arbitrary in the formula.
- — (OC 4 F 8 ) — represents — (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —, — (OCF (CF 3 ) CF 2 CF 2 ) —, — (OCF 2 CF (CF 3 ) CF 2 )-,-(OCF 2 CF 2 CF (CF 3 ))-,-(OC (CF 3 ) 2 CF 2 )-,-(OCF 2 C (CF 3 ) 2 )-,-(OCF (CF 3 ) CF (CF 3 ))-,-(OCF (C 2 F 5 ) CF 2 )-and-(OCF 2 CF (C 2 F 5 ))-may be used, but preferably — (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —.
- -(OC 3 F 6 )- is any of-(OCF 2 CF 2 CF 2 )-,-(OCF (CF 3 ) CF 2 )-and-(OCF 2 CF (CF 3 ))- Preferably, it is — (OCF 2 CF 2 CF 2 ) —.
- — (OC 2 F 4 ) — may be any of — (OCF 2 CF 2 ) — and — (OCF (CF 3 )) —, preferably — (OCF 2 CF 2 ) —. is there.
- PFPE is — (OC 3 F 6 ) b — (wherein b is an integer of 1 to 200, preferably 10 to 100), and — (OCF 2 CF 2 CF 2 ) B , — (OCF 2 CF (CF 3 )) b — and — (OCF (CF 3 ) CF 2 ) b —, preferably — (OCF 2 CF 2 CF 2 ) b — or — (OCF 2 CF (CF 3 )) b — (wherein b is as defined above).
- PFPE has the following structure:-(OC 4 F 8 ) a- (OC 3 F 6 ) b- (OC 2 F 4 ) c- (OCF 2 ) d- (wherein a and b are each independently And are integers of 0 or more and 1 or more and 30 or less, preferably 0 or more and 10 or less, and c and d are each independently an integer of 1 or more and 200 or less, preferably 10 or more and 100 or less. The sum of c and d is not less than 10, preferably not less than 20, and not more than 200, preferably not more than 100.
- Presence order of each repeating unit in parentheses with the suffix a, b, c or d Is optional in the formula), preferably — (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) a — (OCF 2 CF 2 CF 2 ) b — (OCF 2 CF 2 ) c — (OCF 2 ) d -(Wherein a, b, And d is a is) as defined above.
- PFPE may be — (OCF 2 CF 2 ) c — (OCF 2 ) d — (wherein c and d are as defined above).
- PFPE is a group represented by — (OC 2 F 4 —R a ) n ′ —.
- R a is a group selected from OC 2 F 4 , OC 3 F 6 and OC 4 F 8 , or a combination of 2 or 3 groups independently selected from these groups is there.
- the combination of 2 or 3 groups independently selected from OC 2 F 4 , OC 3 F 6 and OC 4 F 8 is not particularly limited.
- N ′ is an integer of 2 to 100, preferably an integer of 2 to 50.
- OC 2 F 4 , OC 3 F 6 and OC 4 F 8 may be either linear or branched, preferably linear.
- the PFPE is preferably — (OC 2 F 4 —OC 3 F 6 ) n ′ — or — (OC 2 F 4 —OC 4 F 8 ) n ′ —.
- X 1 represents a single bond or a divalent organic group.
- Examples of the divalent organic group represented by X 1 include, but are not limited to, a C 1-20 alkylene group, — (CH 2 ) s —O— (CH 2 ) t —, — (CH 2 ) s -NR 6- (CH 2 ) t- [Wherein R 6 represents a hydrogen atom, a phenyl group or a C 1-6 alkyl group; each s is independently an integer from 1 to 20; t is each independently an integer of 1 to 20. ] The group represented by these is mentioned.
- X 1 includes a single bond or a C 1-6 alkylene group.
- R 1 represents a hydrogen atom, a lower alkyl group or a phenyl group.
- the lower alkyl group preferably represents a C 1-6 hydrocarbon group.
- R 2 represents —X 2 —SiQ 1 k Y 1 3-k .
- X 2 represents a divalent organic group.
- Examples of the divalent organic group represented by X 2 include, but are not limited to, a C 1-20 alkylene group, — (CH 2 ) s —O— (CH 2 ) t —, — (CH 2 ) s -NR 6- (CH 2 ) t- [Wherein R 6 represents a hydrogen atom, a phenyl group or a C 1-6 alkyl group; each s is independently an integer from 1 to 20; t is each independently an integer of 1 to 20. ] And more preferably a C 1-6 alkylene group.
- X 2 may be a mixture of one or more of the above groups.
- Y 1 represents —OR 5 .
- R 5 is a C 2-10 alkyl group, preferably a C 2-4 alkyl group, more preferably a C 2-3 alkyl group, and still more preferably an ethyl group.
- Q 1 represents a hydrogen atom, a lower alkyl group or a phenyl group.
- the lower alkyl group preferably represents a C 1-6 hydrocarbon group.
- K is an integer selected from 0 to 2. Preferably it is 0 or 1, more preferably 0. This is because the greater the number of hydroxyl groups and hydrolyzable groups bonded to Si in R 2 , the higher the adhesion with the substrate.
- p is 0 or 1, preferably 1.
- the average molecular weight of the Rf-PFPE moiety is not particularly limited, but is 500 to 30,000, preferably 1,000 to 20,000. More preferably, it is 2,000 to 15,000.
- the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the above formula is not particularly limited, but may have an average molecular weight of 5 ⁇ 10 2 to 1 ⁇ 10 5 . Among these ranges, an average molecular weight of 500 to 30,000, preferably 1,500 to 20,000, more preferably 2,500 to 15,000 is preferable from the viewpoint of friction durability.
- “average molecular weight” means number average molecular weight
- “average molecular weight” is a value measured by 19 F-NMR.
- R 3 represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.
- the monovalent organic group is preferably a lower alkyl group or a phenyl group.
- the lower alkyl group is preferably a C 1-6 alkyl group.
- R 4 represents —X 3 —SiQ 2 k ′ Y 2 3-k ′ .
- X 3 represents a divalent organic group.
- divalent organic group represented by X 3 are not particularly limited.
- a C 1-20 alkylene group — (CH 2 ) s —O— (CH 2 ) t —, — (CH 2 ) s -NR 6- (CH 2 ) t-
- R 6 represents a hydrogen atom, a phenyl group or a C 1-6 alkyl group; each s is independently an integer from 1 to 20; t is each independently an integer of 1 to 20.
- R 6 represents a hydrogen atom, a phenyl group or a C 1-6 alkyl group; each s is independently an integer from 1 to 20; t is each independently an integer of 1 to 20.
- t is each independently an integer of 1 to 20.
- Y 2 represents a hydroxyl group or a hydrolyzable group.
- the hydrolyzable group means a group that can be removed from the main skeleton of a compound by a hydrolysis reaction.
- Examples of hydrolyzable groups include —OR, —OCOR, —O—N ⁇ C (R) 2 , —N (R) 2 , —NHR, halogen (wherein R is substituted or unsubstituted Represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms, and is preferably —OR 5 (alkoxy group).
- R 5 represents a C 2-10 alkyl group
- examples of R 5 include unsubstituted alkyl groups such as ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group; Substituted alkyl groups are included. Among these, an unsubstituted alkyl group is particularly preferable, and an ethyl group is more preferable.
- the hydroxyl group is not particularly limited, but may be a group produced by hydrolysis of a hydrolyzable group.
- Q 2 represents a hydrogen atom, a lower alkyl group or a phenyl group.
- the lower alkyl group is preferably a C 1-6 alkyl group.
- the above k ′ is an integer selected from 0 to 3.
- it is an integer selected from 0 to 2, more preferably 0 or 1, and still more preferably 0.
- q is an integer of 0 to 3.
- q is 1 or 2, more preferably q is 2.
- k ′ is an integer of 0 to 2
- q is 1 or 2
- at least one R 3 is a hydrogen atom.
- the amine compound of the above formula (2) may be an unreacted raw material amine compound when synthesizing at least one perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the above formula (1).
- an amine compound added separately may be used.
- the amine compound added separately may be the same compound as the amine compound used for the synthesis, or may be a different amine compound.
- the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the above formula (1) can be produced by a condensation reaction between a perfluorocarboxylic acid derivative and an aminosilane having a hydrolyzable group (see Patent Documents 1 and 2). ).
- the amine compound represented by the formula (2) in the surface treatment agent of the present invention is 0.001 to 10% by mass, preferably 0.01 to 8% by mass, more preferably 0.05 to 5%. Mass% is included. By setting it as this range, reaction of a perfluoro (poly) ether modified amide silane compound and a base material can be efficiently catalyzed.
- the surface treating agent of the present invention may be diluted with a solvent.
- a solvent is not particularly limited, for example: Perfluorohexane, CF 3 CF 2 CHCl 2 , CF 3 CH 2 CF 2 CH 3 , CF 3 CHFCHFC 2 F 5 , 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6 , 6-Tridecafluorooctane, 1,1,2,2,3,3,4-heptafluorocyclopentane ((Zeorolla H (trade name), etc.), C 4 F 9 OCH 3 , C 4 F 9 OC 2 H 5 , CF 3 CH 2 OCF 2 CHF 2 , C 6 F 13 CH ⁇ CH 2 , xylene hexafluoride, perfluorobenzene, methyl pentadecafluoroheptyl ketone, trifluoroethanol, pentafluoropropanol, hexafluoroisopropanol, HCF 2 CF 2 CH
- the surface treatment agent of the present invention may contain other components in addition to the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound (1) and the amine compound (2).
- Such other components are not particularly limited.
- other surface treatment compounds (non-reactive) fluoropolyether compounds that can be understood as fluorine-containing oils, preferably perfluoro (poly) ethers.
- fluorinated oil a compound that can be understood as a silicone oil (hereinafter referred to as “silicone oil”) that can be understood as a silicone oil (hereinafter referred to as “silicone oil”), a catalyst, and the like.
- each Rf ′ independently represents an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms which may be substituted with one or more fluorine atoms
- PFPE ′ each independently represents — (OC 4 F 8 ) a — (OC 3 F 6 ) b — (OC 2 F 4 ) c — (OCF 2 ) d —, wherein a, b, c and d are each independently an integer of 0 or more and 200 or less, the sum of a, b, c and d is at least 1, and a parenthesized with a, b, c or d
- the order of presence of each repeating unit is arbitrary in the formula;
- Each occurrence of R 11 independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms;
- R 12 represents, independently at each occurrence, a
- R 8 (OC 4 F 8 ) a ′ — (OC 3 F 6 ) b ′ — (OC 2 F 4 ) c ′ — (OCF 2 ) d ′ —R 9 (3)
- R 8 represents a C 1-16 alkyl group (preferably a C 1-16 perfluoroalkyl group) optionally substituted by one or more fluorine atoms
- R 9 is Represents a C 1-16 alkyl group (preferably a C 1-16 perfluoroalkyl group) which may be substituted by one or more fluorine atoms, preferably a fluorine atom or a hydrogen atom
- R 8 and R 9 Are more preferably each independently a C 1-3 perfluoroalkyl group.
- a ′, b ′, c ′ and d ′ each represent the number of four types of repeating units of perfluoro (poly) ether constituting the main skeleton of the polymer, and are each independently an integer of 0 to 300, , A ′, b ′, c ′ and d ′ are at least 1, preferably 1 to 300, more preferably 20 to 300.
- the order of presence of each repeating unit in parentheses with subscripts a ′, b ′, c ′ or d ′ is arbitrary in the formula.
- — (OC 4 F 8 ) — represents — (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —, — (OCF (CF 3 ) CF 2 CF 2 ) —, — (OCF 2 CF (CF 3 ) CF 2 )-,-(OCF 2 CF 2 CF (CF 3 ))-,-(OC (CF 3 ) 2 CF 2 )-,-(OCF 2 C (CF 3 ) 2 )-,-(OCF (CF 3 ) CF (CF 3 ))-,-(OCF (C 2 F 5 ) CF 2 )-and-(OCF 2 CF (C 2 F 5 ))-may be used, but preferably — (OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ) —.
- — (OCF 2 CF 2 ) — is preferable.
- — (OC 2 F 4 ) — may be either — (OCF 2 CF 2 ) — or — (OCF (CF 3 )) —, but is preferably — (OCF 2 CF 2 ) —.
- the perfluoro (poly) ether compound represented by the general formula (3) a compound represented by any one of the following general formulas (3a) and (3b) (one kind or a mixture of two or more kinds) may be used. May be included).
- R 8 and R 9 are as described above; in formula (3a), b ′′ is an integer of 1 to 100; in formula (3b), a ′′ and b ′′ are Each independently represents an integer of 1 to 30, and c ′′ and d ′′ are each independently an integer of 1 to 300.
- the order of existence of each repeating unit with subscripts a ′′, b ′′, c ′′, d ′′ and parentheses is arbitrary in the formula.
- the fluorine-containing oil may have an average molecular weight of 1,000 to 30,000. Thereby, high surface slipperiness can be obtained.
- the fluorine-containing oil is a total of 100 parts by mass of the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the above formula (1) and the amine compound represented by the formula (2) (respectively, In the case of 2 or more types, the total amount thereof, and the same applies to the following), for example, 0 to 500 parts by mass, preferably 0 to 400 parts by mass, more preferably 5 to 300 parts by mass.
- the compound represented by the general formula (3a) and the compound represented by the general formula (3b) may be used alone or in combination. It is preferable to use the compound represented by the general formula (3b) rather than the compound represented by the general formula (3a) because higher surface slip properties can be obtained.
- the mass ratio of the compound represented by the general formula (3a) and the compound represented by the general formula (3b) is preferably 1: 1 to 1:30, and preferably 1: 1 to 1 : 10 is more preferable. According to such a mass ratio, a surface treatment layer having an excellent balance between surface slipperiness and friction durability can be obtained.
- the fluorine-containing oil contains one or more compounds represented by the general formula (3b).
- the sum of the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by formula (1) and the amine compound represented by formula (2) in the surface treatment agent, and the compound represented by formula (3b) Is preferably 4: 1 to 1: 4.
- the average molecular weight of the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by formula (1) and the amine compound represented by formula (2) is used.
- the average molecular weight of the fluorine-containing oil may be increased.
- the fluorine-containing oil may be a compound represented by the general formula Rf′-F (wherein Rf ′ is a C 5-16 perfluoroalkyl group).
- a chlorotrifluoroethylene oligomer may be sufficient.
- the compound represented by Rf′-F and the chlorotrifluoroethylene oligomer are higher than the compound represented by the above formula perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound (1) in which Rf is a C 1-16 perfluoroalkyl group. This is preferable in that affinity can be obtained.
- Fluorine-containing oil contributes to improving the surface slipperiness of the surface treatment layer.
- the silicone oil for example, a linear or cyclic silicone oil having a siloxane bond of 2,000 or less can be used.
- the linear silicone oil may be so-called straight silicone oil and modified silicone oil.
- the straight silicone oil include dimethyl silicone oil, methylphenyl silicone oil, and methylhydrogen silicone oil.
- modified silicone oil include those obtained by modifying straight silicone oil with alkyl, aralkyl, polyether, higher fatty acid ester, fluoroalkyl, amino, epoxy, carboxyl, alcohol and the like.
- Examples of the cyclic silicone oil include cyclic dimethylsiloxane oil.
- the silicone oil is a total of 100 parts by mass of the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the above formula (1) and the amine compound represented by the above formula (2) (2
- they may be contained in an amount of, for example, 0 to 300 parts by mass, preferably 0 to 200 parts by mass, based on the sum of these (the same applies below).
- Silicone oil contributes to improving the surface slipperiness of the surface treatment layer.
- the catalyst examples include acids (eg, acetic acid, trifluoroacetic acid, etc.), bases (eg, ammonia, triethylamine, diethylamine, etc.), transition metals (eg, Ti, Ni, Sn, etc.), and the like.
- acids eg, acetic acid, trifluoroacetic acid, etc.
- bases eg, ammonia, triethylamine, diethylamine, etc.
- transition metals eg, Ti, Ni, Sn, etc.
- the catalyst promotes the hydrolysis and dehydration condensation of the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the formula (1) and promotes the formation of the surface treatment layer.
- the surface treatment agent of the present invention may be in the form of one solution (or suspension or dispersion), or a separate perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the above formula (1) And an amine compound solution represented by the above formula (2) may be mixed immediately before use.
- the surface treatment agent of the present invention can be made into a pellet by impregnating a porous material such as a porous ceramic material or metal fiber such as steel wool hardened in a cotton form.
- the pellet can be used for, for example, vacuum deposition.
- the article of the present invention includes a base material and a layer (surface treatment layer) formed on the surface of the base material from the surface treatment agent of the present invention.
- This article can be manufactured, for example, as follows.
- the substrate that can be used in the present invention is, for example, glass, resin (natural or synthetic resin, for example, a general plastic material, plate, film, or other forms), metal (aluminum, copper It may be a single metal such as iron or a composite such as an alloy), ceramics, semiconductor (silicon, germanium, etc.), fiber (woven fabric, non-woven fabric, etc.), fur, leather, wood, ceramics, stone, etc., building member, etc. Can be composed of any suitable material.
- glass sapphire glass, soda lime glass, alkali aluminosilicate glass, borosilicate glass, alkali-free glass, crystal glass, and quartz glass are preferable, chemically strengthened soda lime glass, chemically strengthened alkali aluminosilicate glass, Particularly preferred are chemically bonded borosilicate glasses.
- resin acrylic resin and polycarbonate are preferable.
- the material constituting the surface of the substrate may be an optical member material such as glass or transparent plastic.
- some layer (or film) such as a hard coat layer or an antireflection layer may be formed on the surface (outermost layer) of the substrate.
- the antireflection layer either a single-layer antireflection layer or a multilayer antireflection layer may be used.
- inorganic materials that can be used for the antireflection layer include SiO 2 , SiO, ZrO 2 , TiO 2 , TiO, Ti 2 O 3 , Ti 2 O 5 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , CeO 2 , MgO.
- the article to be manufactured is an optical glass component for a touch panel, a thin film using a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide is provided on a part of the surface of the substrate (glass). It may be.
- ITO indium tin oxide
- the base material is an insulating layer, an adhesive layer, a protective layer, a decorative frame layer (I-CON), an atomized film layer, a hard coating film layer, a polarizing film, a phase difference film, And a liquid crystal display module or the like.
- the shape of the substrate is not particularly limited.
- the surface region of the base material on which the surface treatment layer is to be formed may be at least part of the surface of the base material, and can be appropriately determined according to the use and specific specifications of the article to be manufactured.
- a base material at least a surface portion thereof may be made of a material originally having a hydroxyl group.
- materials include glass, and metals (particularly base metals) on which a natural oxide film or a thermal oxide film is formed on the surface, ceramics, and semiconductors.
- it can be introduced to the surface of the substrate by applying some pretreatment to the substrate. Or increase it. Examples of such pretreatment include plasma treatment (for example, corona discharge) and ion beam irradiation.
- the plasma treatment can be preferably used for introducing or increasing hydroxyl groups on the surface of the base material and for cleaning the base material surface (removing foreign matter or the like).
- an interfacial adsorbent having a carbon-carbon unsaturated bond group is previously formed on the substrate surface by a monomolecular film by the LB method (Langmuir-Blodgett method) or chemical adsorption method. There is a method of forming in a form and then cleaving the unsaturated bond in an atmosphere containing oxygen, nitrogen or the like.
- the substrate may be made of a material containing at least a surface portion of a silicone compound having one or more other reactive groups, for example, Si—H groups, or an alkoxysilane.
- a film of the above-described surface treatment agent of the present invention is formed on the surface of the substrate, and this film is post-treated as necessary, thereby forming a surface treatment layer from the surface treatment agent of the present invention. To do.
- the film formation of the surface treatment agent of the present invention can be carried out by applying the surface treatment agent to the surface of the substrate so as to cover the surface.
- the coating method is not particularly limited. For example, wet coating methods and dry coating methods can be used.
- wet coating methods include dip coating, spin coating, flow coating, spray coating, roll coating, gravure coating and similar methods.
- Examples of dry coating methods include vapor deposition (usually vacuum vapor deposition), sputtering, CVD, and similar methods.
- Specific examples of the vapor deposition method include resistance heating, high-frequency heating using an electron beam, microwave, and the like, an ion beam, and similar methods.
- Specific examples of the CVD method include plasma-CVD, optical CVD, thermal CVD, and similar methods.
- the surface treatment agent of the present invention can be applied to the substrate surface after being diluted with a solvent.
- the following solvents are preferably used: C 5-12 perfluoroaliphatic hydrocarbons (for example, perfluorohexane, perfluoromethylcyclohexane and Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane); polyfluoroaromatic hydrocarbons (eg bis (trifluoromethyl) benzene); polyfluoroaliphatic hydrocarbons (eg C 6 F 13 CH 2 CH 3 (eg Asahi Glass) Asahiclin (registered trademark) AC-6000 manufactured by Co., Ltd.), 1,1,2,2,3,3,4-heptafluorocyclopentane (for example, ZEOLOR (registered trademark) H manufactured by ZEON CORPORATION) Hydrofluorocarbon (HFC) (for example, 1,1,
- alkyl perfluoroalkyl ethers such as perfluoroalkyl groups and the alkyl group may be straight or branched
- CF 3 CH 2 OCF 2 CHF 2 e.g., Asahi Glass ASAHIKLIN Co., Ltd. ( (Registered trademark) AE-3000)
- 1,2-dichloro-1,3,3,3-tetrafluoro-1-propene for example, Bertrell (registered trademark) Scion manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.
- solvents can be used alone or in combination as a mixture of two or more thereof, for example, a perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the formula (1) and a formula (2).
- a perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the formula (1) and a formula (2) In order to adjust the solubility of the amine compound produced, it can be mixed with another solvent.
- the surface treatment agent of the present invention may be directly subjected to the dry coating method, or may be diluted with the above-described solvent and then subjected to the dry coating method.
- the film formation is preferably carried out so that the surface treatment agent of the present invention is present together with a catalyst for hydrolysis and dehydration condensation in the film.
- the catalyst may be added to the diluted solution of the surface treatment agent of the present invention immediately after the surface treatment agent of the present invention is diluted with a solvent and applied to the substrate surface.
- the surface treatment agent of the present invention to which the catalyst is added is directly vapor-deposited (usually vacuum deposition), or the surface treatment agent of the present invention to which a catalyst is added to a metal porous body such as iron or copper. Vapor deposition (usually vacuum deposition) may be performed using a pellet-like material impregnated with.
- any suitable acid or base can be used for the catalyst.
- the acid catalyst for example, acetic acid, formic acid, trifluoroacetic acid and the like can be used.
- a base catalyst ammonia, organic amines, etc. can be used, for example.
- the membrane is post-treated as necessary.
- this post-processing is not specifically limited, For example, a water supply and drying heating may be implemented sequentially, and it may be implemented as follows in detail.
- the surface treatment agent of the present invention is formed on the substrate surface as described above, moisture is supplied to this film (hereinafter also referred to as “precursor film”).
- the method for supplying moisture is not particularly limited, and for example, methods such as dew condensation due to a temperature difference between the precursor film (and the substrate) and the surrounding atmosphere, or spraying of steam (steam) may be used.
- the supply of moisture is, for example, 0 to 250 ° C., preferably 60 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, preferably 180 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower.
- the pressure at this time is not specifically limited, it can be simply a normal pressure.
- the precursor film is heated on the surface of the substrate in a dry atmosphere exceeding 60 ° C.
- the drying heating method is not particularly limited, and the temperature of the precursor film together with the base material is higher than 60 ° C., preferably higher than 100 ° C., for example, 250 ° C. or lower, preferably 180 ° C. or lower. What is necessary is just to arrange
- the groups bonded to Si after hydrolysis rapidly undergo dehydration condensation between the PFPE-containing silane compounds of the present invention. Moreover, between such a compound and a base material, it reacts rapidly between the group couple
- the reactive group is a hydroxyl group, dehydration condensation is performed. As a result, a bond is formed between the perfluoro (poly) ether-modified amide silane compound represented by the formula (1) and the base material.
- the above water supply and drying heating may be continuously performed by using superheated steam.
- Superheated steam is a gas obtained by heating saturated steam to a temperature higher than the boiling point, and exceeds 100 ° C. under normal pressure, generally 500 ° C. or lower, for example, 300 ° C. or lower, and has a boiling point. It is a gas that has become an unsaturated water vapor pressure by heating to a temperature exceeding.
- superheated steam at 250 ° C. or lower, preferably 180 ° C. or lower is used for water supply and drying heating.
- the precursor film on the surface of the substrate comes into contact with the superheated steam, thereby the temperature of the superheated steam ( It will be heated to a temperature exceeding 100 ° C. under normal pressure. Therefore, if superheated steam is used, moisture supply and drying heating can be carried out continuously only by exposing the substrate on which the precursor film is formed to superheated steam.
- Post-processing can be performed as described above. It should be noted that such post-treatment can be performed to further improve friction durability, but is not essential for producing the articles of the present invention. For example, after applying the surface treating agent of the present invention to the surface of the substrate, it may be left still as it is.
- the surface treatment layer derived from the film of the surface treatment agent of the present invention is formed on the surface of the substrate, and the article of the present invention is manufactured.
- the surface treatment layer obtained by this has both high surface slipperiness and high friction durability.
- this surface treatment layer has water repellency, oil repellency, antifouling properties (for example, preventing adhesion of dirt such as fingerprints), depending on the composition of the surface treatment agent used. It can have surface slipperiness (or lubricity, for example, wiping of dirt such as fingerprints, and excellent touch to fingers), and can be suitably used as a functional thin film.
- the present invention further relates to an optical material having the cured product as an outermost layer.
- optical material in addition to optical materials relating to displays and the like exemplified below, a wide variety of optical materials are preferably mentioned: for example, cathode ray tube (CRT; eg, TV, personal computer monitor), liquid crystal display, plasma display, Organic EL display, inorganic thin-film EL dot matrix display, rear projection display, fluorescent display tube (VFD), field emission display (FED), or a protective plate of those displays, or reflection on the surface thereof Those with a protective film treatment.
- CTR cathode ray tube
- LCD liquid crystal display
- Organic EL display organic EL display
- inorganic thin-film EL dot matrix display rear projection display
- fluorescent display tube (VFD), field emission display (FED) or a protective plate of those displays, or reflection on the surface thereof Those with a protective film treatment.
- the article having the surface treatment layer obtained by the present invention is not particularly limited, but may be an optical member.
- optical members include: lenses such as eyeglasses; front protective plates, antireflection plates, polarizing plates, and antiglare plates for displays such as PDP and LCD; for devices such as mobile phones and portable information terminals.
- the article having the surface treatment layer obtained by the present invention may be a medical device or a medical material.
- the thickness of the surface treatment layer is not particularly limited.
- the thickness of the surface treatment layer is preferably in the range of 1 to 30 nm, preferably 1 to 15 nm, from the viewpoints of optical performance, surface slipperiness, friction durability, and antifouling properties.
- the articles obtained using the surface treating agent of the present invention have been described in detail.
- the use of the surface treating agent of the present invention, the usage method, the manufacturing method of the article, and the like are not limited to those exemplified above.
- the surface treatment agent of the present invention will be described more specifically through the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
- the order of presence of the two types of repeating units (CF (CF 3 ) CF 2 O) and (CF 2 CF 2 CF 2 O) constituting the perfluoropolyether is arbitrary.
- all the chemical formulas shown below show average compositions.
- Synthesis example 2 In a 2 L four-necked flask equipped with a reflux condenser, a dropping funnel, a thermometer and a stirrer, 450 g of a perfluoropolyether group-containing ethyl ester compound (A) having an ethyl ester at the terminal synthesized in Synthesis Example 1 was added. After charging, 25.84 g of aminopropyltriethoxysilane NH 2 CH 2 CH 2 CH 2 Si (OC 2 H 5 ) 3 was added dropwise at room temperature under a nitrogen stream, the temperature was raised to 65 ° C. and stirred for 1 hour.
- perfluoropolyether-modified amide silane compound (B) having a triethoxysilyl group at the terminal was obtained by distilling off volatile components under reduced pressure.
- Perfluoropolyether-modified amide silane compound (B) CF 3 CF 2 CF 2 O (CF 2 CF 2 CF 2 O) 22 CF 2 CF 2 CONHCH 2 CH 2 CH 2 Si (OC 2 H 5 ) 3
- Synthesis example 3 A 2 L four-necked flask equipped with a reflux condenser, a dropping funnel, a thermometer and a stirrer was charged with 240 g of ethanol and 19.6 g of triethylamine, and an average composition of CF 3 CF 2 CF 2 O [ 500 g of perfluoropolyether-modified carboxylic acid fluoride compound represented by CF (CF 3 ) CF 2 O] 22 CF (CF 3 ) COF was added dropwise, and then the mixture was warmed to room temperature and stirred for 3 hours. Then, after adding 300 g of perfluorohexane and stirring for 10 minutes, after leaving still, the lower perfluorohexane layer was fractionated.
- Synthesis example 4 In a 3 L four-necked flask equipped with a reflux condenser, a dropping funnel, a thermometer and a stirrer, 450 g of a perfluoropolyether group-containing ethyl ester compound (C) having an ethyl ester at the end synthesized in Synthesis Example 3 was added. After charging, 25.84 g of aminopropyltriethoxysilane NH 2 CH 2 CH 2 CH 2 Si (OC 2 H 5 ) 3 was added dropwise at room temperature under a nitrogen stream, the temperature was raised to 65 ° C. and stirred for 1 hour.
- perfluoropolyether-modified amide silane compound (D) having a triethoxysilyl group at the terminal was obtained.
- Perfluoropolyether modified amidosilane compound (D) CF 3 CF 2 CF 2 O [ CF (CF 3) CF 2 O] 22 CF (CF 3) CONHCH 2 CH 2 CH 2 Si (OC 2 H 5) 3
- Example 1 The perfluoropolyether-modified amide silane compound (B) obtained in Synthesis Example 2 and aminopropyltriethoxysilane NH 2 CH 2 CH 2 CH 2 Si (OC 2 H 5 ) 3 (E) were used in a molar ratio of 100: 5.
- the surface treatment agent 1 was prepared by dissolving in Novec 7200 (manufactured by 3M) to a concentration of 20 wt%.
- the surface treating agent 1 prepared above was vacuum-deposited on chemically strengthened glass (Corning, “Gorilla” glass, thickness 0.7 mm).
- the processing conditions for vacuum deposition were set at a pressure of 3.0 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa.
- silicon dioxide was deposited on the surface of this chemically strengthened glass with a thickness of 7 nm by an electron beam deposition method.
- a film was formed, and then 2 mg of a surface treatment agent was deposited per one chemically strengthened glass (55 mm ⁇ 100 mm). Thereafter, the chemically strengthened glass with a deposited film was allowed to stand for 24 hours in an atmosphere of a temperature of 20 ° C. and a humidity of 65%. Thereby, a vapor deposition film hardened and a surface treatment layer was formed.
- Example 2 A surface treatment agent was prepared and a surface treatment layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the compound (D) obtained in Synthesis Example 4 was used instead of the compound (B).
- the friction durability of the surface treatment layers formed on the substrate surface in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 was evaluated by an eraser friction durability test. Specifically, a sample article on which a surface treatment layer is formed is placed horizontally, and an eraser (Kokuyo Co., Ltd., KESHI-70, plane size: 1 cm ⁇ 1.6 cm) is brought into contact with the surface of the surface treatment layer. A load of 500 gf was applied, and then the eraser was reciprocated at a speed of 20 mm / sec with the load applied. The static contact angle (degree) of water was measured every 500 reciprocations. The evaluation was stopped when the measured value of the contact angle was less than 100 degrees. Finally, Table 1 shows the number of reciprocations when the contact angle exceeds 100 degrees.
- the present invention is not bound by any theory, but this is because the amino group of aminopropyltriethoxysilane acts as a basic catalyst, improving the reactivity between the perfluoropolyether-modified amide silane compound and the substrate surface. As a result, it is considered that excellent eraser durability was obtained.
- the present invention can be suitably used for forming a surface treatment layer on the surface of a variety of substrates, particularly optical members that require transparency.
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Abstract
本発明は、下記式(1)で表される少なくとも1種のパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物:および、下記式(2)で表される少なくとも1種のアミン化合物:を含んでなる、表面処理剤を提供する。本発明の表面処理剤は、保存安定性に優れ、かつ基材との強固な密着性を有する層を形成することができる。
Description
本発明は、パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物と、アミン化合物とを含んで成る表面処理剤に関する。
ある種の含フッ素シラン化合物は、基材の表面処理に用いると、優れた撥水性、撥油性、防汚性などを提供し得ることが知られている。含フッ素シラン化合物を含む表面処理剤から得られる層(以下、「表面処理層」とも言う)は、いわゆる機能性薄膜として、例えばガラス、プラスチック、繊維、建築資材など種々多様な基材に施されている。
そのような含フッ素シラン化合物として、パーフルオロ(ポリ)エーテル基を分子主鎖に有し、アミド結合を含む有機基を介して、含フッ素シラン化合物の末端または末端部に加水分解可能な基を有するSi原子に結合した、パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物が知られている(特許文献1~3を参照のこと)。このパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物を含む表面処理剤を基材に適用すると、Si原子に結合した加水分解可能な基が基材との間および化合物間で反応することにより結合して、表面処理層を形成し得る。
しかしながら、従来のパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物を含む表面処理剤で、当該化合物の末端がメトキシ基からなるものは、アミド構造を含まないパーフルオロ(ポリ)エーテル変性シラン化合物と比較し、保存安定性に優れないことがわかった。一方、パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物の末端がエトキシ基のものは、保存安定性に優れているが、反応性が低く、基材との反応が進みにくいため、基材との強固な密着性が得られにくいという問題が存在することがわかった。
本発明は、保存安定性に優れ、かつ基材との強固な密着性を有する層を形成することのできる、新規な表面処理剤を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物と、アミン化合物とを含む組成物を表面処理剤として用いることによって、保存安定性に優れ、基材との密着性がより強固な表面処理層を形成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第1の要旨によれば、下記式(1)で表される少なくとも1種のパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物:
[式中:
Rfは、それぞれ独立して、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し;
PFPEは、それぞれ独立して、-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-を表し、ここに、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびdの和は少なくとも1であり、a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり;
X1は、単結合または2価の有機基を表し;
R1は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表し;
R2は、-X2-SiQ1 kY1 3-kを表し;
X2は、2価の有機基を表し;
Y1は、-OR5(式中、R5はC2-10のアルキル基を表す)を表し;
Q1は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表し;
pは、0または1であり;
kは、0~2の整数である。]
および
下記式(2)で表される少なくとも1種のアミン化合物:
[式中:
R3は、水素原子または有機基を表し;
R4は、-X3-SiQ2 k’Y2 3-k’を表し;
X3は、2価の有機基を表し;
Y2は、水酸基、加水分解可能な基または炭化水素基を表し;
Q2は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表し;
k’は、0~3の整数であり;
qは、0~3の整数である。]
を含んでなる、表面処理剤が提供される。
Rfは、それぞれ独立して、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し;
PFPEは、それぞれ独立して、-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-を表し、ここに、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびdの和は少なくとも1であり、a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり;
X1は、単結合または2価の有機基を表し;
R1は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表し;
R2は、-X2-SiQ1 kY1 3-kを表し;
X2は、2価の有機基を表し;
Y1は、-OR5(式中、R5はC2-10のアルキル基を表す)を表し;
Q1は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表し;
pは、0または1であり;
kは、0~2の整数である。]
および
下記式(2)で表される少なくとも1種のアミン化合物:
R3は、水素原子または有機基を表し;
R4は、-X3-SiQ2 k’Y2 3-k’を表し;
X3は、2価の有機基を表し;
Y2は、水酸基、加水分解可能な基または炭化水素基を表し;
Q2は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表し;
k’は、0~3の整数であり;
qは、0~3の整数である。]
を含んでなる、表面処理剤が提供される。
本発明の第2の要旨によれば、基材と、該基材の表面に、上記本発明の表面処理剤より形成された層とを含む物品が提供される。
本発明のパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物と、アミン化合物とを含む表面処理剤によれば、保存安定性に優れ、かつ基材との強固な密着性を有する表面処理層を形成することができる。
以下、本発明の表面処理剤について説明する。
本明細書において用いられる場合、「1価の有機基」または「2価の有機基」とは、それぞれ炭素を含有する1価または2価の基を意味する。かかる1価の有機基としては、特に限定されるものではないが、炭化水素基が挙げられる。2価の有機基としては、特に限定されるものではないが、炭化水素基からさらに1個の水素原子を脱離させた2価の基が挙げられる。
本明細書において、アルキル基およびフェニル基は、特記しない限り、非置換であっても、置換されていてもよい。かかる基の置換基としては、特に限定されないが、例えば、ハロゲン原子、C1-6アルキル基、C2-6アルケニル基およびC2-6アルキニル基から選択される1個またはそれ以上の基が挙げられる。
本発明は、下記式(1)で表される少なくとも1種のパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物:
および
下記式(2)で表される少なくとも1種のアミン化合物:
を含んでなる、表面処理剤を提供する(以下、「本発明の表面処理剤」ともいう)。
下記式(2)で表される少なくとも1種のアミン化合物:
上記式(1)中、Rfは、それぞれ独立して、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいC1-16のアルキル基を表す。
上記1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいC1-16のアルキル基における「C1-16のアルキル基」は、直鎖であっても、分枝鎖であってもよく、好ましくは、直鎖または分枝鎖のC1-6のアルキル基、特にC1-3のアルキル基であり、より好ましくは直鎖のC1-3のアルキル基である。
上記Rfは、好ましくは、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されているC1-16のアルキル基であり、より好ましくはCF2H-C1-15フルオロアルキレン基であり、さらに好ましくはC1-16のパーフルオロアルキル基である。
上記C1-16のパーフルオロアルキル基は、直鎖であっても、分枝鎖であってもよく、好ましくは、直鎖または分枝鎖のC1-6のパーフルオロアルキル基、特にC1-3のパーフルオロアルキル基であり、より好ましくは直鎖のC1-3のパーフルオロアルキル基、具体的には-CF3、-CF2CF3、または-CF2CF2CF3である。
上記式(1)中、PFPEは、-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-を表し、パーフルオロ(ポリ)エーテル基に該当する。ここに、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して0または1以上の整数であって、a、b、cおよびdの和が少なくとも1であれば特に限定されるものではない。好ましくは、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して0以上200以下の整数、例えば1以上200以下の整数であり、より好ましくは、それぞれ独立して0以上100以下の整数、例えば1以上100以下の整数である。さらに好ましくは、a、b、cおよびdの和は、10以上、好ましくは20以上であり、200以下、好ましくは100以下である。また、a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意である。これら繰り返し単位のうち、-(OC4F8)-は、-(OCF2CF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2CF2)-、-(OCF2CF(CF3)CF2)-、-(OCF2CF2CF(CF3))-、-(OC(CF3)2CF2)-、-(OCF2C(CF3)2)-、-(OCF(CF3)CF(CF3))-、-(OCF(C2F5)CF2)-および-(OCF2CF(C2F5))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCF2CF2CF2CF2)-である。-(OC3F6)-は、-(OCF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2)-および-(OCF2CF(CF3))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCF2CF2CF2)-である。また、-(OC2F4)-は、-(OCF2CF2)-および-(OCF(CF3))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCF2CF2)-である。
一の態様において、PFPEは、-(OC3F6)b-(式中、bは1以上200以下、好ましくは10以上100以下の整数である)であり、-(OCF2CF2CF2)b、-(OCF2CF(CF3))b-および-(OCF(CF3)CF2)b-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCF2CF2CF2)b-または-(OCF2CF(CF3))b-(式中、bは上記と同意義である)である。
別の態様において、PFPEは、-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-(式中、aおよびbは、それぞれ独立して0以上または1以上30以下、好ましくは0以上10以下の整数であり、cおよびdは、それぞれ独立して1以上200以下、好ましくは10以上100以下の整数である。a、b、cおよびdの和は、10以上、好ましくは20以上であり、200以下、好ましくは100以下である。添字a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である)であり、好ましくは-(OCF2CF2CF2CF2)a-(OCF2CF2CF2)b-(OCF2CF2)c-(OCF2)d-(式中、a、b、cおよびdは上記と同意義である)である。例えば、PFPEは、-(OCF2CF2)c-(OCF2)d-(式中、cおよびdは上記と同意義である)であってもよい。
さらに別の態様において、PFPEは、-(OC2F4-Ra)n’-で表される基である。式中、Raは、OC2F4、OC3F6およびOC4F8から選択される基であるか、あるいは、これらの基から独立して選択される2または3つの基の組み合わせである。OC2F4、OC3F6およびOC4F8から独立して選択される2または3つの基の組み合わせとしては、特に限定されないが、例えば-OC2F4OC3F6-、-OC2F4OC4F8-、-OC3F6OC2F4-、-OC3F6OC3F6-、-OC3F6OC4F8-、-OC4F8OC4F8-、-OC4F8OC3F6-、-OC4F8OC2F4-、-OC2F4OC2F4OC3F6-、-OC2F4OC2F4OC4F8-、-OC2F4OC3F6OC2F4-、-OC2F4OC3F6OC3F6-、-OC2F4OC3F6OC4F8-、-OC2F4OC4F8OC2F4-、-OC2F4OC4F8OC3F6-、-OC2F4OC4F8OC4F8-、-OC3F6OC2F4OC2F4-、-OC3F6OC2F4OC3F6-、-OC3F6OC2F4OC4F8-、-OC3F6OC3F6OC2F4-、-OC3F6OC3F6OC3F6-、-OC3F6OC3F6OC4F8-、-OC3F6OC4F8OC2F4-、-OC3F6OC4F8OC3F6-、-OC3F6OC4F8OC4F8-、-OC4F8OC2F4OC2F4-、-OC4F8OC2F4OC3F6-、-OC4F8OC2F4OC4F8-、-OC4F8OC3F6OC2F4-、-OC4F8OC3F6OC3F6-、-OC4F8OC3F6OC4F8-、-OC4F8OC4F8OC2F4-、-OC4F8OC4F8OC3F6-、および-OC4F8OC4F8OC4F8-等が挙げられる。上記n’は、2~100の整数、好ましくは2~50の整数である。上記式中、OC2F4、OC3F6およびOC4F8は、直鎖または分枝鎖のいずれであってもよく、好ましくは直鎖である。この態様において、PFPEは、好ましくは、-(OC2F4-OC3F6)n’-または-(OC2F4-OC4F8)n’-である。
上記式(1)中、X1は、単結合または2価の有機基を表す。
上記X1の2価の有機基の例としては、特に限定するものではないが、例えば、C1-20アルキレン基、-(CH2)s-O-(CH2)t-、-(CH2)s-NR6-(CH2)t-
[式中、R6は、水素原子、フェニル基またはC1-6アルキル基を表し;
sは、それぞれ独立して、1~20の整数であり;
tは、それぞれ独立して、1~20の整数である。]
で表される基が挙げられる。
[式中、R6は、水素原子、フェニル基またはC1-6アルキル基を表し;
sは、それぞれ独立して、1~20の整数であり;
tは、それぞれ独立して、1~20の整数である。]
で表される基が挙げられる。
より好ましくは、上記X1は、単結合またはC1-6アルキレン基が挙げられる。
上記式(1)中、R1は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表す。低級アルキル基は、好ましくはC1-6の炭化水素基を表す。
上記式(1)中、R2は、-X2-SiQ1
kY1
3-kを表す。
上記X2は、2価の有機基を表す。
上記X2の2価の有機基の例としては、特に限定するものではないが、例えば、C1-20アルキレン基、-(CH2)s-O-(CH2)t-、-(CH2)s-NR6-(CH2)t-
[式中、R6は、水素原子、フェニル基またはC1-6アルキル基を表し;
sは、それぞれ独立して、1~20の整数であり;
tは、それぞれ独立して、1~20の整数である。]
で表される基が挙げられ、より好ましくは、C1-6アルキレン基が挙げられる。また、X2は、1つまたはそれ以上の上記基が混在したものであってもよい。
[式中、R6は、水素原子、フェニル基またはC1-6アルキル基を表し;
sは、それぞれ独立して、1~20の整数であり;
tは、それぞれ独立して、1~20の整数である。]
で表される基が挙げられ、より好ましくは、C1-6アルキレン基が挙げられる。また、X2は、1つまたはそれ以上の上記基が混在したものであってもよい。
上記Y1は、-OR5を表す。
上記R5は、C2-10のアルキル基であり、好ましくはC2-4のアルキル基であり、より好ましくはC2-3のアルキル基、さらに好ましくはエチル基である。
上記Q1は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表す。低級アルキル基は、好ましくはC1-6の炭化水素基を表す。
上記kは、0~2から選択される整数である。好ましくは0または1であり、より好ましくは0である。R2中のSiに結合する水酸基および加水分解性基が多いほど、基材との密着力が高くなるためである。
上記式(1)中、pは、0または1であり、好ましくは1である。pを1とすることにより、分子間での縮合が起こりにくくなり、保存安定性がより向上する。
上記式で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物において、Rf-PFPE部分の平均分子量は、特に限定されるものではないが、500~30,000、好ましくは1,000~20,000、より好ましくは2,000~15,000である。
上記式で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物は、特に限定されるものではないが、5×102~1×105の平均分子量を有し得る。かかる範囲のなかでも、500~30,000、好ましくは1,500~20,000、より好ましくは2,500~15,000の平均分子量を有することが、摩擦耐久性の観点から好ましい。なお、本発明において「平均分子量」は数平均分子量を言い、「平均分子量」は、19F-NMRにより測定される値とする。
上記式(2)中、R3は水素原子または1価の有機基を表す。
上記1価の有機基は、好ましくは、低級アルキル基またはフェニル基である。低級アルキル基は、好ましくはC1-6のアルキル基である。
上記式(2)中、R4は、-X3-SiQ2
k’Y2
3-k’を表す。
上記X3は、2価の有機基を表す。
上記X3の2価の有機基の具体例として、特に限定するものではないが、例えば、C1-20アルキレン基、-(CH2)s-O-(CH2)t-、-(CH2)s-NR6-(CH2)t-
[式中、R6は、水素原子、フェニル基またはC1-6アルキル基を表し;
sは、それぞれ独立して、1~20の整数であり;
tは、それぞれ独立して、1~20の整数である。]
で表される基が挙げられ、より好ましくは、C1-6アルキレン基が挙げられる。
[式中、R6は、水素原子、フェニル基またはC1-6アルキル基を表し;
sは、それぞれ独立して、1~20の整数であり;
tは、それぞれ独立して、1~20の整数である。]
で表される基が挙げられ、より好ましくは、C1-6アルキレン基が挙げられる。
上記Y2は、水酸基または加水分解可能な基を表す。加水分解可能な基としては、加水分解反応により、化合物の主骨格から脱離し得る基を意味する。加水分解可能な基の例としては、-OR、-OCOR、-O-N=C(R)2、-N(R)2、-NHR、ハロゲン(これら式中、Rは、置換または非置換の炭素数1~10、好ましくは1~4のアルキル基を示す)などが挙げられ、好ましくは、-OR5(アルコキシ基)である。式中、R5はC2-10アルキル基を表し、R5の例には、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基などの非置換アルキル基;クロロメチル基などの置換アルキル基が含まれる。それらの中でも、特に非置換アルキル基が好ましく、エチル基がより好ましい。水酸基は、特に限定されないが、加水分解可能な基が加水分解して生じたものであってよい。
上記Q2は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表す。低級アルキル基は、好ましくはC1-6のアルキル基である。
上記k’は、0~3から選択される整数である。好ましくは0~2から選択される整数であり、より好ましくは0または1であり、さらに好ましくは0である。
上記式(2)で表されるアミン化合物において、qは、0~3の整数である。好ましくは、qは1または2であり、さらに好ましくは、qは2である。
上記式(2)で表されるアミン化合物の好ましい態様は、k’が0~2の整数であり、qが1または2であり、少なくとも1つのR3が水素原子である。
上記式(2)のアミン化合物は、上記式(1)で表される少なくとも1種のパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物を合成する際の原料アミン化合物の未反応物であってもよいし、別途添加したアミン化合物であってもよい。別途添加するアミン化合物は、合成に用いたアミン化合物と同じ化合物であってもよいし、異なるアミン化合物であってもよい。
上記式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物は、パーフルオロカルボン酸誘導体と加水分解性基を有するアミノシランとの縮合反応によって製造することができる(特許文献1および2参照)。
一の態様において、本発明の表面処理剤中、式(2)で表されるアミン化合物は0.001~10質量%、好ましくは0.01~8質量%、さらに好ましくは0.05~5質量%含まれる。かかる範囲とすることで、パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物と基材との反応を効率よく触媒することができる。
本発明の表面処理剤は、溶媒で希釈されていてもよい。このような溶媒としては、特に限定するものではないが、例えば:
パーフルオロヘキサン、CF3CF2CHCl2、CF3CH2CF2CH3、CF3CHFCHFC2F5、1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-トリデカフルオロオクタン、1,1,2,2,3,3,4-ヘプタフルオロシクロペンタン((ゼオローラH(商品名)等)、C4F9OCH3、C4F9OC2H5、CF3CH2OCF2CHF2、C6F13CH=CH2、キシレンヘキサフルオリド、パーフルオロベンゼン、メチルペンタデカフルオロヘプチルケトン、トリフルオロエタノール、ペンタフルオロプロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、HCF2CF2CH2OH、メチルトリフルオロメタンスルホネート、トリフルオロ酢酸およびCF3O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2CF3[式中、mおよびnは、それぞれ独立して0以上1000以下の整数であり、mまたはnを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり、但しmおよびnの和は1以上である。]、1,1-ジクロロ-2,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン、1,2-ジクロロ-1,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン、1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロ-1-プロペン、1,1-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロ-1-プロペン、1,1,2-トリクロロ―3,3,3-トリフルオロ-1-プロペン、1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテンからなる群から選択されるフッ素原子含有溶媒等が挙げられる。
パーフルオロヘキサン、CF3CF2CHCl2、CF3CH2CF2CH3、CF3CHFCHFC2F5、1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-トリデカフルオロオクタン、1,1,2,2,3,3,4-ヘプタフルオロシクロペンタン((ゼオローラH(商品名)等)、C4F9OCH3、C4F9OC2H5、CF3CH2OCF2CHF2、C6F13CH=CH2、キシレンヘキサフルオリド、パーフルオロベンゼン、メチルペンタデカフルオロヘプチルケトン、トリフルオロエタノール、ペンタフルオロプロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、HCF2CF2CH2OH、メチルトリフルオロメタンスルホネート、トリフルオロ酢酸およびCF3O(CF2CF2O)m(CF2O)nCF2CF3[式中、mおよびnは、それぞれ独立して0以上1000以下の整数であり、mまたはnを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり、但しmおよびnの和は1以上である。]、1,1-ジクロロ-2,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン、1,2-ジクロロ-1,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン、1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロ-1-プロペン、1,1-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロ-1-プロペン、1,1,2-トリクロロ―3,3,3-トリフルオロ-1-プロペン、1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロ-2-ブテンからなる群から選択されるフッ素原子含有溶媒等が挙げられる。
本発明の表面処理剤は、パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物(1)およびアミン化合物(2)に加え、他の成分を含んでいてもよい。かかる他の成分としては、特に限定されるものではないが、例えば、他の表面処理化合物、含フッ素オイルとして理解され得る(非反応性の)フルオロポリエーテル化合物、好ましくはパーフルオロ(ポリ)エーテル化合物(以下、「含フッ素オイル」と言う)、シリコーンオイルとして理解され得る(非反応性の)シリコーン化合物(以下、「シリコーンオイル」と言う)、触媒などが挙げられる。
他の表面処理化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記式(A1)、(A2)、(B1)、(B2)、(C1)および(C2):
[式中:
Rf’は、それぞれ独立して、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し;
PFPE’は、それぞれ独立して、-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-を表し、ここに、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびdの和は少なくとも1であり、a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり;
R11は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1~22のアルキル基を表し;
R12は、各出現において、それぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表し;
R13は、それぞれ独立して、水素原子またはハロゲン原子を表し;
R14は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子または低級アルキル基を表し;
R15は、それぞれ独立して、フッ素原子または低級フルオロアルキル基を表し;
Xは、それぞれ独立して、2~7価の有機基を表し;
Yは、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、水酸基、加水分解可能な基、または炭化水素基を表し;
Qは、各出現において、それぞれ独立して、-Z-SiR16 p’R17 3-p’を表し;
Zは、各出現において、それぞれ独立して、2価の有機基を表し;
R16は、各出現において、それぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表し;
R17は、各出現において、それぞれ独立して、炭素数1~22のアルキル基、またはQ’を表し;
Q’は、Qと同意義であり;
p’は、各QおよびQ’において、それぞれ独立して、0~3の整数であって、p’の総和は1以上であり;
Q中、Z基を介して直鎖状に連結されるSiは最大で5個であり;
xは、それぞれ独立して、1~10の整数であり;
yは、それぞれ独立して、0または1であり;
zは、それぞれ独立して、0~2の整数であり;
mは、αを付して括弧でくくられた単位毎に独立して、0~2の整数であり;
nは、αを付して括弧でくくられた単位毎に独立して、1~3の整数であり;
αは、それぞれ独立して、1~6の整数である。]
のいずれかで表される少なくとも1種のパーフルオロ(ポリ)エーテル基含有シラン化合物が挙げられる。
Rf’は、それぞれ独立して、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し;
PFPE’は、それぞれ独立して、-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-を表し、ここに、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびdの和は少なくとも1であり、a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり;
R11は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1~22のアルキル基を表し;
R12は、各出現において、それぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表し;
R13は、それぞれ独立して、水素原子またはハロゲン原子を表し;
R14は、各出現において、それぞれ独立して、水素原子または低級アルキル基を表し;
R15は、それぞれ独立して、フッ素原子または低級フルオロアルキル基を表し;
Xは、それぞれ独立して、2~7価の有機基を表し;
Yは、各出現において、それぞれ独立して、水素原子、水酸基、加水分解可能な基、または炭化水素基を表し;
Qは、各出現において、それぞれ独立して、-Z-SiR16 p’R17 3-p’を表し;
Zは、各出現において、それぞれ独立して、2価の有機基を表し;
R16は、各出現において、それぞれ独立して、水酸基または加水分解可能な基を表し;
R17は、各出現において、それぞれ独立して、炭素数1~22のアルキル基、またはQ’を表し;
Q’は、Qと同意義であり;
p’は、各QおよびQ’において、それぞれ独立して、0~3の整数であって、p’の総和は1以上であり;
Q中、Z基を介して直鎖状に連結されるSiは最大で5個であり;
xは、それぞれ独立して、1~10の整数であり;
yは、それぞれ独立して、0または1であり;
zは、それぞれ独立して、0~2の整数であり;
mは、αを付して括弧でくくられた単位毎に独立して、0~2の整数であり;
nは、αを付して括弧でくくられた単位毎に独立して、1~3の整数であり;
αは、それぞれ独立して、1~6の整数である。]
のいずれかで表される少なくとも1種のパーフルオロ(ポリ)エーテル基含有シラン化合物が挙げられる。
上記含フッ素オイルとしては、特に限定されるものではないが、例えば、以下の一般式(3)で表される化合物(パーフルオロ(ポリ)エーテル化合物)が挙げられる。
R8-(OC4F8)a’-(OC3F6)b’-(OC2F4)c’-(OCF2)d’-R9 ・・・(3)
式中、R8は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいC1-16のアルキル基(好ましくは、C1―16のパーフルオロアルキル基)を表し、R9は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいC1-16のアルキル基(好ましくは、C1-16のパーフルオロアルキル基)、フッ素原子または水素原子を表し、R8およびR9は、より好ましくは、それぞれ独立して、C1-3のパーフルオロアルキル基である。
a’、b’、c’およびd’は、ポリマーの主骨格を構成するパーフルオロ(ポリ)エーテルの4種の繰り返し単位数をそれぞれ表し、互いに独立して0以上300以下の整数であって、a’、b’、c’およびd’の和は少なくとも1、好ましくは1~300、より好ましくは20~300である。添字a’、b’、c’またはd’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。これら繰り返し単位のうち、-(OC4F8)-は、-(OCF2CF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2CF2)-、-(OCF2CF(CF3)CF2)-、-(OCF2CF2CF(CF3))-、-(OC(CF3)2CF2)-、-(OCF2C(CF3)2)-、-(OCF(CF3)CF(CF3))-、-(OCF(C2F5)CF2)-および-(OCF2CF(C2F5))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCF2CF2CF2CF2)-である。-(OC3F6)-は、-(OCF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2)-および-(OCF2CF(CF3))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCF2CF2CF2)-である。-(OC2F4)-は、-(OCF2CF2)-および-(OCF(CF3))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCF2CF2)-である。
R8-(OC4F8)a’-(OC3F6)b’-(OC2F4)c’-(OCF2)d’-R9 ・・・(3)
式中、R8は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいC1-16のアルキル基(好ましくは、C1―16のパーフルオロアルキル基)を表し、R9は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよいC1-16のアルキル基(好ましくは、C1-16のパーフルオロアルキル基)、フッ素原子または水素原子を表し、R8およびR9は、より好ましくは、それぞれ独立して、C1-3のパーフルオロアルキル基である。
a’、b’、c’およびd’は、ポリマーの主骨格を構成するパーフルオロ(ポリ)エーテルの4種の繰り返し単位数をそれぞれ表し、互いに独立して0以上300以下の整数であって、a’、b’、c’およびd’の和は少なくとも1、好ましくは1~300、より好ましくは20~300である。添字a’、b’、c’またはd’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。これら繰り返し単位のうち、-(OC4F8)-は、-(OCF2CF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2CF2)-、-(OCF2CF(CF3)CF2)-、-(OCF2CF2CF(CF3))-、-(OC(CF3)2CF2)-、-(OCF2C(CF3)2)-、-(OCF(CF3)CF(CF3))-、-(OCF(C2F5)CF2)-および-(OCF2CF(C2F5))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCF2CF2CF2CF2)-である。-(OC3F6)-は、-(OCF2CF2CF2)-、-(OCF(CF3)CF2)-および-(OCF2CF(CF3))-のいずれであってもよく、好ましくは-(OCF2CF2CF2)-である。-(OC2F4)-は、-(OCF2CF2)-および-(OCF(CF3))-のいずれであってもよいが、好ましくは-(OCF2CF2)-である。
上記一般式(3)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル化合物の例として、以下の一般式(3a)および(3b)のいずれかで示される化合物(1種または2種以上の混合物であってよい)が挙げられる。
R8-(OCF2CF2CF2)b’’-R9 ・・・(3a)
R8-(OCF2CF2CF2CF2)a’’-(OCF2CF2CF2)b’’-(OCF2CF2)c’’-(OCF2)d’’-R9 ・・・(3b)
これら式中、R8およびR9は上記の通りであり;式(3a)において、b’’は1以上100以下の整数であり;式(3b)において、a’’およびb’’は、それぞれ独立して1以上30以下の整数であり、c’’およびd’’はそれぞれ独立して1以上300以下の整数である。添字a’’、b’’、c’’、d’’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。
R8-(OCF2CF2CF2)b’’-R9 ・・・(3a)
R8-(OCF2CF2CF2CF2)a’’-(OCF2CF2CF2)b’’-(OCF2CF2)c’’-(OCF2)d’’-R9 ・・・(3b)
これら式中、R8およびR9は上記の通りであり;式(3a)において、b’’は1以上100以下の整数であり;式(3b)において、a’’およびb’’は、それぞれ独立して1以上30以下の整数であり、c’’およびd’’はそれぞれ独立して1以上300以下の整数である。添字a’’、b’’、c’’、d’’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。
上記含フッ素オイルは、1,000~30,000の平均分子量を有していてよい。これにより、高い表面滑り性を得ることができる。
本発明の表面処理剤中、含フッ素オイルは、上記式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物および式(2)で表されるアミン化合物の合計100質量部(それぞれ、2種以上の場合にはこれらの合計、以下も同様)に対して、例えば0~500質量部、好ましくは0~400質量部、より好ましくは5~300質量部で含まれ得る。
一般式(3a)で示される化合物および一般式(3b)で示される化合物は、それぞれ単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。一般式(3a)で示される化合物よりも、一般式(3b)で示される化合物を用いるほうが、より高い表面滑り性が得られるので好ましい。これらを組み合わせて用いる場合、一般式(3a)で表される化合物と、一般式(3b)で表される化合物との質量比は、1:1~1:30が好ましく、1:1~1:10がより好ましい。かかる質量比によれば、表面滑り性と摩擦耐久性のバランスに優れた表面処理層を得ることができる。
一の態様において、含フッ素オイルは、一般式(3b)で表される1種またはそれ以上の化合物を含む。かかる態様において、表面処理剤中の式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物および式(2)で表されるアミン化合物の合計と、式(3b)で表される化合物との質量比は、4:1~1:4であることが好ましい。
好ましい態様において、真空蒸着法により表面処理層を形成する場合には、式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物および式(2)で表されるアミン化合物の平均分子量よりも、含フッ素オイルの平均分子量を大きくしてもよい。このような平均分子量とすることにより、より優れた摩擦耐久性と表面滑り性を得ることができる。
また、別の観点から、含フッ素オイルは、一般式Rf’-F(式中、Rf’はC5-16パーフルオロアルキル基である。)で表される化合物であってよい。また、クロロトリフルオロエチレンオリゴマーであってもよい。Rf’-Fで表される化合物およびクロロトリフルオロエチレンオリゴマーは、RfがC1-16パーフルオロアルキル基である上記式パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物(1)で表される化合物と高い親和性が得られる点で好ましい。
含フッ素オイルは、表面処理層の表面滑り性を向上させるのに寄与する。
上記シリコーンオイルとしては、例えばシロキサン結合が2,000以下の直鎖状または環状のシリコーンオイルを用い得る。直鎖状のシリコーンオイルは、いわゆるストレートシリコーンオイルおよび変性シリコーンオイルであってよい。ストレートシリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルが挙げられる。変性シリコーンオイルとしては、ストレートシリコーンオイルを、アルキル、アラルキル、ポリエーテル、高級脂肪酸エステル、フルオロアルキル、アミノ、エポキシ、カルボキシル、アルコールなどにより変性したものが挙げられる。環状のシリコーンオイルは、例えば環状ジメチルシロキサンオイルなどが挙げられる。
本発明の表面処理剤中、かかるシリコーンオイルは、上記式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物および上記式(2)で表されるアミン化合物の合計100質量部(2種以上の場合にはこれらの合計、以下も同様)に対して、例えば0~300質量部、好ましくは0~200質量部で含まれ得る。
シリコーンオイルは、表面処理層の表面滑り性を向上させるのに寄与する。
上記触媒としては、酸(例えば酢酸、トリフルオロ酢酸等)、塩基(例えばアンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン等)、遷移金属(例えばTi、Ni、Sn等)等が挙げられる。
触媒は、式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物の加水分解および脱水縮合を促進し、表面処理層の形成を促進する。
本発明の表面処理剤は、1つの溶液(または懸濁液もしくは分散液)の形態であってもよく、あるいは、別個の上記式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物と上記式(2)で表されるアミン化合物の溶液とを使用直前に混合する形態であってもよい。
本発明の表面処理剤は、多孔質物質、例えば多孔質のセラミック材料、金属繊維、例えばスチールウールを綿状に固めたものに含浸させて、ペレットとすることができる。当該ペレットは、例えば、真空蒸着に用いることができる。
次に、本発明の物品について説明する。
本発明の物品は、基材と、該基材の表面に本発明の表面処理剤より形成された層(表面処理層)とを含む。この物品は、例えば以下のようにして製造できる。
まず、基材を準備する。本発明に使用可能な基材は、例えばガラス、樹脂(天然または合成樹脂、例えば一般的なプラスチック材料であってよく、板状、フィルム、その他の形態であってよい)、金属(アルミニウム、銅、鉄等の金属単体または合金等の複合体であってよい)、セラミックス、半導体(シリコン、ゲルマニウム等)、繊維(織物、不織布等)、毛皮、皮革、木材、陶磁器、石材等、建築部材等、任意の適切な材料で構成され得る。
上記ガラスとしては、サファイアガラス、ソーダライムガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、クリスタルガラス、石英ガラスが好ましく、化学強化したソーダライムガラス、化学強化したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス、および化学結合したホウ珪酸ガラスが特に好ましい。
樹脂としては、アクリル樹脂、ポリカーボネートが好ましい。
樹脂としては、アクリル樹脂、ポリカーボネートが好ましい。
例えば、製造すべき物品が光学部材である場合、基材の表面を構成する材料は、光学部材用材料、例えばガラスまたは透明プラスチックなどであってよい。また、製造すべき物品が光学部材である場合、基材の表面(最外層)に何らかの層(または膜)、例えばハードコート層や反射防止層などが形成されていてもよい。反射防止層には、単層反射防止層および多層反射防止層のいずれを使用してもよい。反射防止層に使用可能な無機物の例としては、SiO2、SiO、ZrO2、TiO2、TiO、Ti2O3、Ti2O5、Al2O3、Ta2O5、CeO2、MgO、Y2O3、SnO2、MgF2、WO3などが挙げられる。これらの無機物は、単独で、またはこれらの2種以上を組み合わせて(例えば混合物として)使用してもよい。多層反射防止層とする場合、その最外層にはSiO2および/またはSiOを用いることが好ましい。製造すべき物品が、タッチパネル用の光学ガラス部品である場合、透明電極、例えば酸化インジウムスズ(ITO)や酸化インジウム亜鉛などを用いた薄膜を、基材(ガラス)の表面の一部に有していてもよい。また、基材は、その具体的仕様等に応じて、絶縁層、粘着層、保護層、装飾枠層(I-CON)、霧化膜層、ハードコーティング膜層、偏光フィルム、相位差フィルム、および液晶表示モジュールなどを有していてもよい。
基材の形状は特に限定されない。また、表面処理層を形成すべき基材の表面領域は、基材表面の少なくとも一部であればよく、製造すべき物品の用途および具体的仕様等に応じて適宜決定され得る。
かかる基材としては、少なくともその表面部分が、水酸基を元々有する材料から成るものであってよい。かかる材料としては、ガラスが挙げられ、また、表面に自然酸化膜または熱酸化膜が形成される金属(特に卑金属)、セラミックス、半導体等が挙げられる。あるいは、樹脂等のように、水酸基を有していても十分でない場合や、水酸基を元々有していない場合には、基材に何らかの前処理を施すことにより、基材の表面に水酸基を導入したり、増加させたりすることができる。かかる前処理の例としては、プラズマ処理(例えばコロナ放電)や、イオンビーム照射が挙げられる。プラズマ処理は、基材表面に水酸基を導入または増加させ得ると共に、基材表面を清浄化する(異物等を除去する)ためにも好適に利用され得る。また、かかる前処理の別の例としては、炭素-炭素不飽和結合基を有する界面吸着剤をLB法(ラングミュア-ブロジェット法)や化学吸着法等によって、基材表面に予め単分子膜の形態で形成し、その後、酸素や窒素等を含む雰囲気下にて不飽和結合を開裂する方法が挙げられる。
またあるいは、かかる基材としては、少なくともその表面部分が、別の反応性基、例えばSi-H基を1つ以上有するシリコーン化合物や、アルコキシシランを含む材料から成るものであってもよい。
次に、かかる基材の表面に、上記の本発明の表面処理剤の膜を形成し、この膜を必要に応じて後処理し、これにより、本発明の表面処理剤から表面処理層を形成する。
本発明の表面処理剤の膜形成は、上記の表面処理剤を基材の表面に対して、該表面を被覆するように適用することによって実施できる。被覆方法は、特に限定されない。例えば、湿潤被覆法および乾燥被覆法を使用できる。
湿潤被覆法の例としては、浸漬コーティング、スピンコーティング、フローコーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、グラビアコーティングおよび類似の方法が挙げられる。
乾燥被覆法の例としては、蒸着(通常、真空蒸着)、スパッタリング、CVDおよび類似の方法が挙げられる。蒸着法(通常、真空蒸着法)の具体例としては、抵抗加熱、電子ビーム、マイクロ波等を用いた高周波加熱、イオンビームおよび類似の方法が挙げられる。CVD方法の具体例としては、プラズマ-CVD、光学CVD、熱CVDおよび類似の方法が挙げられる。
更に、常圧プラズマ法による被覆も可能である。
湿潤被覆法を使用する場合、本発明の表面処理剤は、溶媒で希釈されてから基材表面に適用され得る。本発明の表面処理剤の安定性および溶媒の揮発性の観点から、次の溶媒が好ましく使用される:C5-12のパーフルオロ脂肪族炭化水素(例えば、パーフルオロヘキサン、パーフルオロメチルシクロヘキサンおよびパーフルオロ-1,3-ジメチルシクロヘキサン);ポリフルオロ芳香族炭化水素(例えば、ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン);ポリフルオロ脂肪族炭化水素(例えば、C6F13CH2CH3(例えば、旭硝子株式会社製のアサヒクリン(登録商標)AC-6000)、1,1,2,2,3,3,4-ヘプタフルオロシクロペンタン(例えば、日本ゼオン株式会社製のゼオローラ(登録商標)H);ハイドロフルオロカーボン(HFC)(例えば、1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン(HFC-365mfc));ハイドロクロロフルオロカーボン(例えば、HCFC-225(アサヒクリン(登録商標)AK225));ヒドロフルオロエーテル(HFE)(例えば、パーフルオロプロピルメチルエーテル(C3F7OCH3)(例えば、住友スリーエム株式会社製のNovec(商標名)7000)、パーフルオロブチルメチルエーテル(C4F9OCH3)(例えば、住友スリーエム株式会社製のNovec(商標名)7100)、パーフルオロブチルエチルエーテル(C4F9OC2H5)(例えば、住友スリーエム株式会社製のNovec(商標名)7200)、パーフルオロヘキシルメチルエーテル(C2F5CF(OCH3)C3F7)(例えば、住友スリーエム株式会社製のNovec(商標名)7300)などのアルキルパーフルオロアルキルエーテル(パーフルオロアルキル基およびアルキル基は直鎖または分枝状であってよい)、あるいはCF3CH2OCF2CHF2(例えば、旭硝子株式会社製のアサヒクリン(登録商標)AE-3000))、1,2-ジクロロ-1,3,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン(例えば、三井・デュポンフロロケミカル社製のバートレル(登録商標)サイオン)など。これらの溶媒は、単独で、または、2種以上を組み合わせて混合物として用いることができる。さらに、例えば、式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物および式(2)で表されるアミン化合物の溶解性を調整する等のために、別の溶媒と混合することもできる。
乾燥被覆法を使用する場合、本発明の表面処理剤は、そのまま乾燥被覆法に付してもよく、または、上記した溶媒で希釈してから乾燥被覆法に付してもよい。
膜形成は、膜中で本発明の表面処理剤が、加水分解および脱水縮合のための触媒と共に存在するように実施することが好ましい。簡便には、湿潤被覆法による場合、本発明の表面処理剤を溶媒で希釈した後、基材表面に適用する直前に、本発明の表面処理剤の希釈液に触媒を添加してよい。乾燥被覆法による場合には、触媒添加した本発明の表面処理剤をそのまま蒸着(通常、真空蒸着)処理するか、あるいは鉄や銅などの金属多孔体に、触媒添加した本発明の表面処理剤を含浸させたペレット状物質を用いて蒸着(通常、真空蒸着)処理をしてもよい。
触媒には、任意の適切な酸または塩基を使用できる。酸触媒としては、例えば、酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸などを使用できる。また、塩基触媒としては、例えばアンモニア、有機アミン類などを使用できる。
次に、必要に応じて、膜を後処理する。この後処理は、特に限定されないが、例えば、水分供給および乾燥加熱を逐次的に実施するものであってよく、より詳細には、以下のようにして実施してよい。
上記のようにして基材表面に本発明の表面処理剤を膜形成した後、この膜(以下、「前駆体膜」とも言う)に水分を供給する。水分の供給方法は、特に限定されず、例えば、前駆体膜(および基材)と周囲雰囲気との温度差による結露や、水蒸気(スチーム)の吹付けなどの方法を使用してよい。
前駆体膜に水分が供給されると、本発明の表面処理剤中の式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物のSiに結合した加水分解可能な基に水が作用し、当該化合物を速やかに加水分解させることができると考えられる。
水分の供給は、例えば0~250℃、好ましくは60℃以上、さらに好ましくは100℃以上とし、好ましくは180℃以下、さらに好ましくは150℃以下の雰囲気下にて実施し得る。このような温度範囲において水分を供給することにより、加水分解を進行させることが可能である。このときの圧力は特に限定されないが、簡便には常圧とし得る。
次に、該前駆体膜を該基材の表面で、60℃を超える乾燥雰囲気下にて加熱する。乾燥加熱方法は、特に限定されず、前駆体膜を基材と共に、60℃を超え、好ましくは100℃を超える温度であって、例えば250℃以下、好ましくは180℃以下の温度で、かつ不飽和水蒸気圧の雰囲気下に配置すればよい。このときの圧力は特に限定されないが、簡便には常圧とし得る。
このような雰囲気下では、本発明のPFPE含有シラン化合物間では、加水分解後のSiに結合した基同士が速やかに脱水縮合する。また、かかる化合物と基材との間では、当該化合物の加水分解後のSiに結合した基と、基材表面に存在する反応性基との間で速やかに反応し、基材表面に存在する反応性基が水酸基である場合には脱水縮合する。その結果、式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物と基材との間で結合が形成される。
上記の水分供給および乾燥加熱は、過熱水蒸気を用いることにより連続的に実施してもよい。
過熱水蒸気は、飽和水蒸気を沸点より高い温度に加熱して得られるガスであって、常圧下では、100℃を超え、一般的には500℃以下、例えば300℃以下の温度で、かつ、沸点を超える温度への加熱により不飽和水蒸気圧となったガスである。本発明では、パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物の分解を抑制する観点から、好ましくは、250℃以下、好ましくは180℃以下の過熱水蒸気が水分供給および乾燥加熱に用いられる。前駆体膜を形成した基材を過熱水蒸気に曝すと、まず、過熱水蒸気と、比較的低温の前駆体膜との間の温度差により、前駆体膜表面にて結露が生じ、これによって前駆体膜に水分が供給される。やがて、過熱水蒸気と前駆体膜との間の温度差が小さくなるにつれて、前駆体膜表面の水分は過熱水蒸気による乾燥雰囲気中で気化し、前駆体膜表面の水分量が次第に低下する。前駆体膜表面の水分量が低下している間、即ち、前駆体膜が乾燥雰囲気下にある間、基材の表面の前駆体膜は過熱水蒸気と接触することによって、この過熱水蒸気の温度(常圧下では100℃を超える温度)に加熱されることとなる。従って、過熱水蒸気を用いれば、前駆体膜を形成した基材を過熱水蒸気に曝すだけで、水分供給と乾燥加熱とを連続的に実施することができる。
以上のようにして後処理が実施され得る。かかる後処理は、摩擦耐久性を一層向上させるために実施され得るが、本発明の物品を製造するのに必須でないことに留意されたい。例えば、本発明の表面処理剤を基材表面に適用した後、そのまま静置しておくだけでもよい。
上記のようにして、基材の表面に、本発明の表面処理剤の膜に由来する表面処理層が形成され、本発明の物品が製造される。これにより得られる表面処理層は、高い表面滑り性と高い摩擦耐久性の双方を有する。また、この表面処理層は、高い摩擦耐久性に加えて、使用する表面処理剤の組成にもよるが、撥水性、撥油性、防汚性(例えば指紋等の汚れの付着を防止する)、表面滑り性(または潤滑性、例えば指紋等の汚れの拭き取り性や、指に対する優れた触感)などを有し得、機能性薄膜として好適に利用され得る。
すなわち本発明はさらに、前記硬化物を最外層に有する光学材料にも関する。
光学材料としては、後記に例示するようなディスプレイ等に関する光学材料のほか、多種多様な光学材料が好ましく挙げられる:例えば、陰極線管(CRT;例、TV、パソコンモニター)、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、無機薄膜ELドットマトリクスディスプレイ、背面投写型ディスプレイ、蛍光表示管(VFD)、電界放出ディスプレイ(FED;Field Emission Display)などのディスプレイまたはそれらのディスプレイの保護板、またはそれらの表面に反射防止膜処理を施したもの。
本発明によって得られる表面処理層を有する物品は、特に限定されるものではないが、光学部材であり得る。光学部材の例には、次のものが挙げられる:眼鏡などのレンズ;PDP、LCDなどのディスプレイの前面保護板、反射防止板、偏光板、アンチグレア板;携帯電話、携帯情報端末などの機器のタッチパネルシート;ブルーレイ(Blu-ray(登録商標))ディスク、DVDディスク、CD-R、MOなどの光ディスクのディスク面;光ファイバーなど。
また、本発明によって得られる表面処理層を有する物品は、医療機器または医療材料であってもよい。
表面処理層の厚さは、特に限定されない。光学部材の場合、表面処理層の厚さは、1~30nm、好ましくは1~15nmの範囲であることが、光学性能、表面滑り性、摩擦耐久性および防汚性の点から好ましい。
以上、本発明の表面処理剤を使用して得られる物品について詳述した。なお、本発明の表面処理剤の用途、使用方法ないし物品の製造方法などは、上記で例示したものに限定されない。
本発明の表面処理剤について、以下の実施例を通じてより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、本実施例において、パーフルオロポリエーテルを構成する2種の繰り返し単位(CF(CF3)CF2O)、(CF2CF2CF2O)の存在順序は任意である。また、以下に示される化学式はすべて平均組成を示す。
・パーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物の合成
・合成例1
還流冷却器、滴下ロート、温度計および撹拌機を取り付けた2Lの4つ口フラスコに、エタノール240g、トリエチルアミン19.6gを仕込み、窒素気流下、5℃で平均組成CF3CF2CF2O(CF2CF2CF2O)22CF2CF2COFで表されるパーフルオロポリエーテル変性カルボン酸フルオライド化合物500gを滴下し、その後、室温まで昇温させて、3時間撹拌した。続いて、パーフルオロヘキサン300gを加えて10分撹拌した後、静置後、下層のパーフルオロヘキサン層を分取した。続いて、3規定塩酸水溶液による洗浄操作を行った。続いて、減圧下で揮発分を留去することにより、末端にエチルエステル基を有する下記のパーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(A)475gを得た。
・パーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(A):
CF3CF2CF2O(CF2CF2CF2O)22CF2CF2CO2CH2CH3
・合成例1
還流冷却器、滴下ロート、温度計および撹拌機を取り付けた2Lの4つ口フラスコに、エタノール240g、トリエチルアミン19.6gを仕込み、窒素気流下、5℃で平均組成CF3CF2CF2O(CF2CF2CF2O)22CF2CF2COFで表されるパーフルオロポリエーテル変性カルボン酸フルオライド化合物500gを滴下し、その後、室温まで昇温させて、3時間撹拌した。続いて、パーフルオロヘキサン300gを加えて10分撹拌した後、静置後、下層のパーフルオロヘキサン層を分取した。続いて、3規定塩酸水溶液による洗浄操作を行った。続いて、減圧下で揮発分を留去することにより、末端にエチルエステル基を有する下記のパーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(A)475gを得た。
・パーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(A):
CF3CF2CF2O(CF2CF2CF2O)22CF2CF2CO2CH2CH3
・合成例2
還流冷却器、滴下ロート、温度計および撹拌機を取り付けた2Lの4つ口フラスコに、合成例1にて合成した末端にエチルエステルを有するパーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(A)450gを仕込み、窒素気流下、室温でアミノプロピルトリエトキシシランNH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3を25.84g滴下した後、65℃まで昇温させ1時間撹拌した。続いて、減圧下で揮発分を留去することにより、末端にトリエトキシシリル基を有する下記のパーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(B)472gを得た。
・パーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(B):
CF3CF2CF2O(CF2CF2CF2O)22CF2CF2CONHCH2CH2CH2Si(OC2H5)3
還流冷却器、滴下ロート、温度計および撹拌機を取り付けた2Lの4つ口フラスコに、合成例1にて合成した末端にエチルエステルを有するパーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(A)450gを仕込み、窒素気流下、室温でアミノプロピルトリエトキシシランNH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3を25.84g滴下した後、65℃まで昇温させ1時間撹拌した。続いて、減圧下で揮発分を留去することにより、末端にトリエトキシシリル基を有する下記のパーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(B)472gを得た。
・パーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(B):
CF3CF2CF2O(CF2CF2CF2O)22CF2CF2CONHCH2CH2CH2Si(OC2H5)3
・合成例3
還流冷却器、滴下ロート、温度計および撹拌機を取り付けた2Lの4つ口フラスコに、エタノール240g、トリエチルアミン19.6gを仕込み、窒素気流下、5℃で平均組成CF3CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]22CF(CF3)COFで表されるパーフルオロポリエーテル変性カルボン酸フルオライド化合物500gを滴下し、その後、室温まで昇温させて、3時間撹拌した。続いて、パーフルオロヘキサン300gを加えて10分撹拌した後、静置後、下層のパーフルオロヘキサン層を分取した。続いて、3規定塩酸水溶液による洗浄操作を行った。続いて、減圧下で揮発分を留去することにより、末端にエチルエステル基を有する下記のパーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(C)480gを得た。
・パーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(C):
CF3CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]22CF(CF3)CO2CH2CH3
還流冷却器、滴下ロート、温度計および撹拌機を取り付けた2Lの4つ口フラスコに、エタノール240g、トリエチルアミン19.6gを仕込み、窒素気流下、5℃で平均組成CF3CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]22CF(CF3)COFで表されるパーフルオロポリエーテル変性カルボン酸フルオライド化合物500gを滴下し、その後、室温まで昇温させて、3時間撹拌した。続いて、パーフルオロヘキサン300gを加えて10分撹拌した後、静置後、下層のパーフルオロヘキサン層を分取した。続いて、3規定塩酸水溶液による洗浄操作を行った。続いて、減圧下で揮発分を留去することにより、末端にエチルエステル基を有する下記のパーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(C)480gを得た。
・パーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(C):
CF3CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]22CF(CF3)CO2CH2CH3
・合成例4
還流冷却器、滴下ロート、温度計および撹拌機を取り付けた3Lの4つ口フラスコに、合成例3にて合成した末端にエチルエステルを有するパーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(C)450gを仕込み、窒素気流下、室温でアミノプロピルトリエトキシシランNH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3を25.84g滴下した後、65℃まで昇温させ1時間撹拌した。続いて、減圧下で揮発分を留去することにより、末端にトリエトキシシリル基を有する下記のパーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(D)473gを得た。
・パーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(D):
CF3CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]22CF(CF3)CONHCH2CH2CH2Si(OC2H5)3
還流冷却器、滴下ロート、温度計および撹拌機を取り付けた3Lの4つ口フラスコに、合成例3にて合成した末端にエチルエステルを有するパーフルオロポリエーテル基含有エチルエステル化合物(C)450gを仕込み、窒素気流下、室温でアミノプロピルトリエトキシシランNH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3を25.84g滴下した後、65℃まで昇温させ1時間撹拌した。続いて、減圧下で揮発分を留去することにより、末端にトリエトキシシリル基を有する下記のパーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(D)473gを得た。
・パーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(D):
CF3CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]22CF(CF3)CONHCH2CH2CH2Si(OC2H5)3
(実施例1)
上記合成例2で得たパーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(B)およびアミノプロピルトリエトキシシランNH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3(E)を、mol比100:5で、ノベック7200(スリーエム社製)に溶解させて、濃度20wt%になるように、表面処理剤1を調製した。
上記合成例2で得たパーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(B)およびアミノプロピルトリエトキシシランNH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3(E)を、mol比100:5で、ノベック7200(スリーエム社製)に溶解させて、濃度20wt%になるように、表面処理剤1を調製した。
上記で調製した表面処理剤1を化学強化ガラス(コーニング社製、「ゴリラ」ガラス、厚さ0.7mm)上に真空蒸着した。真空蒸着の処理条件は、圧力3.0×10-3Paとし、まず、前処理として、電子線蒸着方式により二酸化ケイ素を7nmの厚さで、この化学強化ガラスの表面に蒸着させて二酸化ケイ素膜を形成し、続いて、化学強化ガラス1枚(55mm×100mm)あたり、表面処理剤2mgを蒸着させた。その後、蒸着膜付き化学強化ガラスを、温度20℃および湿度65%の雰囲気下で24時間静置した。これにより、蒸着膜が硬化して、表面処理層が形成された。
(実施例2)
化合物(B)に代えて、上記合成例4で得た化合物(D)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、表面処理剤を調製し、表面処理層を形成した。
化合物(B)に代えて、上記合成例4で得た化合物(D)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、表面処理剤を調製し、表面処理層を形成した。
(比較例1~2)
アミノプロピルトリエトキシシラン NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3(E)を用いずに、アミノ基含有パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物(B)を単独で用いる以外は、実施例1と同様にして、比較例1の表面処理層を形成した。また、アミノプロピルトリエトキシシランNH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3(E)を用いずに、化合物(B)に代えて化合物(D)を用いる以外は、実施例1と同様にして、表面処理剤を調製し、比較例2の表面処理層を形成した。
アミノプロピルトリエトキシシラン NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3(E)を用いずに、アミノ基含有パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物(B)を単独で用いる以外は、実施例1と同様にして、比較例1の表面処理層を形成した。また、アミノプロピルトリエトキシシランNH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3(E)を用いずに、化合物(B)に代えて化合物(D)を用いる以外は、実施例1と同様にして、表面処理剤を調製し、比較例2の表面処理層を形成した。
上記の実施例1および2、比較例1および2にて基材表面に形成された表面処理層について、消しゴム摩擦耐久試験により、摩擦耐久性を評価した。具体的には、表面処理層を形成したサンプル物品を水平配置し、消しゴム(コクヨ株式会社製、KESHI-70、平面寸法1cm×1.6cm)を表面処理層の表面に接触させ、その上に500gfの荷重を付与し、その後、荷重を加えた状態で消しゴムを20mm/秒の速度で往復させた。往復回数500回毎に水の静的接触角(度)を測定した。接触角の測定値が100度未満となった時点で評価を中止した。最後に接触角が100度を超えた時の往復回数を、表1に示す。
実施例1および2では、パーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物(B)または(D)単独の比較例1および2よりも、高い消しゴム耐久となっており、アミノプロピルトリエトキシシランNH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3(E)を組み合わせることにより、耐久性が向上することが確認された。
本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、これは、アミノプロピルトリエトキシシランのアミノ基が、塩基性の触媒として作用し、パーフルオロポリエーテル変性アミドシラン化合物と基材表面との反応性を向上させ、その結果、優れた消しゴム耐久性が得られたと考えられる。
本発明は、種々多様な基材、特に透過性が求められる光学部材の表面に、表面処理層を形成するために好適に利用され得る。
Claims (30)
- 下記式(1)で表される少なくとも1種のパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物:
Rfは、それぞれ独立して、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し;
PFPEは、それぞれ独立して、-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-を表し、ここに、a、b、cおよびdは、それぞれ独立して0以上200以下の整数であって、a、b、cおよびdの和は少なくとも1であり、a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は式中において任意であり;
X1は、単結合または2価の有機基を表し;
R1は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表し;
R2は、-X2-SiQ1 kY1 3-kを表し;
X2は、2価の有機基を表し;
Y1は、-OR5(式中、R5はC2-10のアルキル基を表す)を表し;
Q1は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表し;
pは、0または1であり;
kは、0~2の整数である。]
および
下記式(2)で表される少なくとも1種のアミン化合物:
R3は、水素原子または有機基を表し;
R4は、-X3-SiQ2 k’Y2 3-k’を表し;
X3は、2価の有機基を表し;
Y2は、水酸基、加水分解可能な基または炭化水素基を表し;
Q2は、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基を表し;
k’は、0~3の整数であり;
qは、0~3の整数である。]
を含んでなる、表面処理剤。 - パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物において、Rfが、炭素数1~16のパーフルオロアルキル基である、請求項1に記載の表面処理剤。
- パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物において、PFPEが下記式(a)、(b)または(c):
(a)-(OC3F6)b-
(式(a)中、bは1以上200以下の整数である);
(b)-(OC4F8)a-(OC3F6)b-(OC2F4)c-(OCF2)d-
(式(b)中、aおよびbは、それぞれ独立して、0以上30以下の整数であり、cおよびdは、それぞれ独立して、1以上200以下の整数であり、a、b、cおよびdの和は、10以上200以下の整数であり、添字a、b、cまたはdを付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である)
(c)-(OC2F4-Ra)n’-
(式中、Raは、OC2F4、OC3F6およびOC4F8から選択される基であり;
n’は、2~100の整数である。)
である、請求項1または2に記載の表面処理剤。 - パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物における、PFPEにおいて:
-(OC4F8)a-が、-(OCF2CF2CF2CF2)a-であり、
-(OC3F6)b-が、-(OCF2CF2CF2)b-であり、
-(OC2F4)c-が、-(OCF2CF2)c-である、
請求項1~3のいずれかに記載の表面処理剤。 - パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物における、PFPEが、
-(OCF2CF2CF2)b-、または
-(OCF2CF(CF3))b-
[式中、bは1以上200以下の整数である。]
である、請求項1~3のいずれかに記載の表面処理剤。 - パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物において、R5がC2-4アルキル基である、請求項1~5のいずれかに記載の表面処理剤。
- パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物において、Y1が-OCH2CH3である、請求項1~6のいずれかに記載の表面処理剤。
- パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物において、X1における2価の有機基が、C1-20アルキレン基、-(CH2)s-O-(CH2)t-、-(CH2)s-NR6-(CH2)t-
[式中、R6は、水素原子、フェニル基またはC1-6アルキル基を表し;
sは、それぞれ独立して、1~20の整数であり;
tは、それぞれ独立して、1~20の整数である。]
である、請求項1~7のいずれかに記載の表面処理剤。 - パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物において、X2における2価の有機基が、C1-20アルキレン基、-(CH2)s-O-(CH2)t-、-(CH2)s-NR6-(CH2)t-
[式中、R6は、水素原子、フェニル基またはC1-6アルキル基を表し;
sは、それぞれ独立して、1~20の整数であり;
tは、それぞれ独立して、1~20の整数である。]
である、請求項1~8のいずれかに記載の表面処理剤。 - パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物において、X1が単結合またはC1-6アルキレン基であり、X2がC1-6アルキレン基である、請求項1~9のいずれかに記載の表面処理剤。
- パーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物において、pが1である、請求項1~10のいずれかに記載の表面処理剤。
- アミン化合物において、k’が0~2の整数であり、qが1または2であり、少なくとも1つのR3が水素原子である、請求項1~11のいずれかに記載の表面処理剤。
- アミン化合物において、Y2が-OR5(式中、R5はC2-10アルキル基を表す)である、請求項1~12のいずれかに記載の表面処理剤。
- アミン化合物において、Y2が-OCH2CH3である、請求項1~13のいずれかに記載の表面処理剤。
- アミン化合物において、R3が、水素原子、低級アルキル基またはフェニル基である、請求項1~14のいずれかに記載の表面処理剤。
- アミン化合物において、X3がC1-6アルキレン基である、請求項1~15のいずれかに記載の表面処理剤。
- アミン化合物において、qが2である、請求項1~16のいずれかに記載の表面処理剤。
- 式(1)で表されるパーフルオロ(ポリ)エーテル変性アミドシラン化合物および式(2)で表されるアミン化合物を含んでなる表面処理剤において、アミン化合物の含有量が0.001質量%~10質量%である、請求項1~17のいずれかに記載の表面処理剤。
- 含フッ素オイル、シリコーンオイル、および触媒から選択される1種またはそれ以上の他の成分をさらに含有する、請求項1~18のいずれかに記載の表面処理剤。
- 含フッ素オイルが、式(3):
R8-(OC4F8)a’-(OC3F6)b’-(OC2F4)c’-(OCF2)d’-R9
・・・(3)
[式中:
R8は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し;
R9は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基、フッ素原子または水素原子を表し;
a’、b’、c’およびd’は、ポリマーの主骨格を構成するパーフルオロ(ポリ)エーテルの4種の繰り返し単位数をそれぞれ表し、互いに独立して0以上300以下の整数であって、a’、b’、c’およびd’の和は少なくとも1であり、添字a’、b’、c’またはd’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。]
で表される1種またはそれ以上の化合物である、請求項19に記載の表面処理剤。 - 含フッ素オイルが、式(3a)または(3b):
R8-(OCF2CF2CF2)b’’-R9 ・・・(3a)
R8-(OCF2CF2CF2CF2)a’’-(OCF2CF2CF2)b’’-(OCF2CF2)c’’-(OCF2)d’’-R9 ・・・(3b)
[式中:
R8は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基を表し;
R9は、1個またはそれ以上のフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~16のアルキル基、フッ素原子または水素原子を表し;
式(3a)において、b’’は1以上100以下の整数であり;
式(3b)において、a’’およびb’’は、それぞれ独立して0以上30以下の整数であり、c’’およびd’’は、それぞれ独立して1以上300以下の整数であり;
添字a’’、b’’、c’’またはd’’を付して括弧でくくられた各繰り返し単位の存在順序は、式中において任意である。]
で表される1種またはそれ以上の化合物である、請求項19または20に記載の表面処理剤。 - さらに溶媒を含む、請求項1~21のいずれかに記載の表面処理剤。
- 防汚性コーティング剤として使用される、請求項1~22のいずれかに記載の表面処理剤。
- 真空蒸着用である、請求項1~23のいずれかに記載の表面処理剤。
- 請求項1~24のいずれかに記載の表面処理剤を含有するペレット。
- 基材と、該基材の表面に、請求項1~24のいずれかに記載の表面処理剤より形成された層とを含む物品。
- 前記基材がガラスである、請求項26に記載の物品。
- 前記基材がサファイアガラス、ソーダライムガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、クリスタルガラスおよび石英ガラスから成る群から選択されるガラスである、請求項27に記載の物品。
- 前記物品が光学部材である、請求項26~28のいずれかに記載の物品。
- 前記物品がディスプレイである、請求項26~29のいずれかに記載の物品。
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