WO2016017768A1 - 親水撥油複合体及びその製造方法、並びに表面被覆材、塗布膜、樹脂組成物、油水分離濾材 - Google Patents

親水撥油複合体及びその製造方法、並びに表面被覆材、塗布膜、樹脂組成物、油水分離濾材 Download PDF

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正和 魚谷
武志 神谷
常俊 本田
大輔 ▲高▼野
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三菱マテリアル株式会社
三菱マテリアル電子化成株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a hydrophilic oil-repellent composite, a method for producing the same, a surface coating material, a coating film, a resin composition, and an oil-water separation filter medium.
  • This application is filed in Japan on July 30, 2014, Japanese Patent Application No. 2014-155553, Japanese Patent Application No. 2014-155554, and Japanese Patent Application No. 2015 filed in Japan on May 20, 2015. -Claims priority under 103238, the contents of which are incorporated herein.
  • an antifouling technique it is desirable to provide a base material with oil repellency for making it difficult to adhere dirt and hydrophilicity for easily removing the attached dirt by washing with water.
  • a technique for imparting hydrophilicity to the substrate surface a method is known in which a photocatalyst such as titanium oxide is immobilized on the substrate surface to form a photocatalyst film, and the attached dirt is washed away by superhydrophilization by the action of the photocatalyst. (Patent Document 1).
  • a method using mainly a fluorine-based compound as a surface processing agent is known.
  • fluorine-based compounds include fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and compounds having a perfluoroalkyl group in the molecule.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the water repellency is high, but there is a problem that oil stains adhering to the surface are difficult to remove by wiping or washing with water as in the case of a general hydrophobic coating film.
  • oil stains are easily attached.
  • Patent Document 2 A fluororesin that has been hydrophilized by subjecting the surface to plasma surface treatment, flame treatment, ozone treatment, etc. has been proposed (Patent Document 2), but the above-mentioned special treatment is necessary, and the resulting hydrophilicity is not sufficient. It was. Moreover, when hydrophilicity was provided, the subject that an oil-repellent function was not acquired occurred. Furthermore, the fluororesin has a problem that it is difficult to apply and process the substrate surface.
  • hydrophilic oil repellent that simultaneously exhibits excellent hydrophilicity and oil repellency has been desired.
  • An excellent hydrophilic oil repellent is useful in a wide range of applications such as quick-drying of water accompanying improvement in wettability, anti-fogging property, and oil-water separation property in addition to an antifouling function. Among these, it is particularly useful in oil / water separation applications.
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a novel hydrophilic oil-repellent composite having excellent hydrophilicity and oil repellency and excellent durability of those effects, and a method for producing the same.
  • the present invention also provides a surface coating material, a coating film, a resin composition, and an oil / water separation filter medium containing the hydrophilic oil-repellent composite.
  • the treated surface when a fluorine compound is used as a surface treating agent, the treated surface usually exhibits water / oil repellency, and the water repellency generally increases as the carbon number of the fluorine structure increases.
  • a complex of a specific nitrogen-containing perfluoro compound and an inorganic compound having a charge or an ionic group simultaneously exhibits excellent hydrophilicity and oil repellency, and these As a result, the present invention was completed.
  • the present invention relates to a hydrophilic oil-repellent composite that has solved the above problems with the following configuration, a method for producing the same, a surface coating material including the same, a coating film, a resin composition, and an oil-water separation filter medium.
  • a hydrophilic oil-repellent complex comprising one or more nitrogen-containing fluorine-based compounds represented by the following formulas (1) to (4) and an inorganic compound having a charge or an ionic group.
  • Rf 1 and Rf 2 are the same or different from each other and each represent a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Rf 3 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Rf 4 , Rf 5, and Rf 6 are the same or different from each other and are linear or branched perfluoroalkylene groups having 1 to 6 carbon atoms.
  • Z includes any of an oxygen atom, a nitrogen atom, a CF 2 group, and a CF group.
  • R is a coupling group which is a bivalent organic group.
  • X is any one hydrophilic imparting group selected from the group consisting of an anionic type, a cationic type and an amphoteric type.
  • [8] A method for producing a hydrophilic oil-repellent composite according to [1] above, After dissolving or dispersing the nitrogen-containing fluorine-based compound and the inorganic compound in any one of water, an organic solvent, or a mixed solvent of water and an organic solvent, the water, the organic solvent, or the mixed solvent A method for producing a hydrophilic oil-repellent complex, wherein the residue obtained by distilling off is dried to obtain the complex.
  • the hydrophilic oil-repellent composite according to [1] above Any one of water, an organic solvent, or a mixed solvent of water and an organic solvent, A surface coating material in which a mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound in the hydrophilic oil-repellent complex and the solvent is in the range of 0.2 to 50:50 to 99.8.
  • a binder is included, The mass composition ratio between the nitrogen-containing fluorine-based compound and the binder in the hydrophilic oil-repellent composite is in the range of 0.2 to 99.9 to 99.8 to 0.1, as described in [9] above.
  • Surface coating material [11] The surface covering material according to [10], wherein the binder includes any of a resin, a water-soluble resin, and water glass.
  • a binder is included,
  • the mass composition ratio between the nitrogen-containing fluorine-based compound and the binder in the hydrophilic oil-repellent composite is in the range of 0.2 to 99.9 to 99.8 to 0.1, as described in [12] above.
  • Coating film [14]
  • a resin composition in which a mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound and the resin in the hydrophilic oil-repellent composite is in the range of 0.2 to 99.9 to 99.8 to 0.1.
  • An oil-water separation filter medium comprising the coating film according to [12] or the resin composition according to [14].
  • One or more nitrogen-containing fluorine-based compounds represented by the above formulas (1) to (4) are a carboxylic acid halogen having a nitrogen-containing perfluoroalkyl group represented by the following formula (5) or (6). Or a sulfonic acid halide can be used as a raw material.
  • Rf 1 and Rf 2 are the same or different from each other and are linear or branched perfluoroalkyl groups having 1 to 6 carbon atoms.
  • Rf 3 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Rf 4 , Rf 5, and Rf 6 are the same or different from each other and are linear or branched perfluoroalkylene groups having 1 to 6 carbon atoms.
  • Z includes any of an oxygen atom, a nitrogen atom, a CF 2 group, and a CF group.
  • Y is CO or SO 2 .
  • A is any one halogen atom selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine.
  • the hydrophilic oil-repellent complex of the present invention is a nitrogen-containing fluorine-based compound having in its molecule an oil-repellent imparting group comprising a nitrogen-containing perfluoroalkyl group and any one of anionic, cationic and amphoteric hydrophilic imparting groups. And an inorganic compound having a charge or an ionic group, it is a material having both excellent hydrophilic oil repellency and sustained effect. Moreover, since this hydrophilic oil-repellent composite is a material excellent in durability, it can be applied to a wide variety of uses, and is particularly suitable for oil-water separation uses and oil-proof coating agents.
  • hydrophilic oil-repellent composite which is an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail together with a production method thereof, a surface coating material including the same, a coating film, a resin composition, and an oil-water separation filter medium.
  • the hydrophilic oil-repellent composite of this embodiment comprises (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound having a perfluoroamine structure (hereinafter sometimes simply referred to as “nitrogen-containing fluorine-based compound”), and (B) charge or ionicity. It is a composite in which an inorganic compound having a group (hereinafter sometimes simply referred to as “inorganic compound”) is combined.
  • the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound applicable to the hydrophilic oil-repellent composite of the present embodiment includes an oil repellency-imparting group and a hydrophilicity-imparting group in the molecule, and is hydrophilic. And a compound that simultaneously exhibits oil repellency (that is, a compound having hydrophilic oil repellency) is not particularly limited.
  • Such nitrogen-containing fluorine compounds can be specifically represented by the following general formulas (1) to (4).
  • Rf 1 and Rf 2 are the same or different, each having 1 to 6 carbon atoms and a linear or branched perfluoroalkyl group.
  • Rf 3 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Rf 1 and Rf 2 are preferably the same or different from each other, and are linear or branched perfluoroalkyl groups having 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf 3 is preferably a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf 4 , Rf 5 and Rf 6 are the same or different from each other and are linear or branched perfluoroalkylene groups having 1 to 6 carbon atoms.
  • Z includes any of an oxygen atom, a nitrogen atom, a CF 2 group, and a CF group.
  • Z contains a nitrogen atom or a CF group, a perfluoroalkyl group branched from Z may be bonded to Z.
  • Rf 4 , Rf 5 and Rf 6 are each preferably a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms which is the same or different from each other.
  • R is a linking group that is a divalent organic group.
  • R may be a linear or branched organic group.
  • R may or may not contain one or more types of bonds selected from ether bonds, ester bonds, amide bonds and urethane bonds in the molecular chain.
  • X is any one hydrophilicity-providing group selected from the group consisting of an anionic type, a cationic type and an amphoteric type.
  • the hydrophilic oil-repellent complex of the present embodiment is composed of a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formulas (1) to (4) or a nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formulas (1) to (4).
  • You may use the mixture containing 2 or more types of nitrogen-containing fluorine-type compounds chosen from the group which becomes as (A) nitrogen-containing fluorine-type compound.
  • (A) the nitrogen-containing fluorine-based compound will be described in detail.
  • Linear nitrogen-containing fluorine compound In the linear (or branched) nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (1) or (2), a nitrogen-containing perfluoroalkyl group composed of Rf 1 and Rf 2 and a nitrogen-containing perfluoro composed of Rf 3
  • the alkylene group constitutes an oil repellency imparting group.
  • the total number of carbons to which fluorine is bonded in Rf 1 to Rf 3 as the oil repellency imparting group is 4 to 18. It is preferable that it is the range of these. If the number of carbons to which fluorine is bonded is less than 4, it is not preferable because the oil repellent effect is insufficient.
  • a nitrogen-containing perfluoroalkylene group composed of Rf 4 , Rf 5 and Rf 6 and further Z constitutes an oil repellency-imparting group.
  • the total number of carbons bonded with fluorine in Rf 4 to Rf 6 and Z which are the oil repellency imparting groups is 4 to A range of 18 is preferable, and a range of 5 to 12 is more preferable. If the number of carbons to which fluorine is bonded is less than 4, it is not preferable because the oil repellent effect is insufficient.
  • R is a coupling group which connects an oil repellency provision group and a hydrophilicity provision group in a molecular chain.
  • the structure of the linking group R is not particularly limited as long as it is a divalent organic group.
  • the linking group R may contain one or more selected from a polyoxyalkylene group and an epoxy group.
  • the hydrocarbon group may be a saturated hydrocarbon group or an unsaturated hydrocarbon group.
  • the hydrocarbon group may be a chain hydrocarbon group or a cyclic hydrocarbon group.
  • the chain hydrocarbon group may be linear or branched. Examples of the hydrocarbon group include an alkylene group, an alkenylene group, and an arylene group.
  • the imino group and the hydrocarbon group may have a substituent.
  • the linking group R may or may not contain one or more types of bonds selected from ether bonds, ester bonds, amide bonds and urethane bonds in the molecular chain.
  • the amide bond includes a carboxylic acid amide bond and a sulfonamide bond.
  • the ester bond includes a carboxylic acid ester bond, a sulfonic acid ester bond, and a phosphate ester bond.
  • the linking group R is appropriately selected and introduced according to the characteristics to be imparted to the nitrogen-containing fluorine-based compound. Specifically, for example, when it is desired to adjust the solubility in a solvent, when it is desired to improve the durability by improving the adhesion with the base material, or when it is desired to improve the compatibility with the resin component, etc. It is done.
  • the methods include adjusting the chain length of hydrocarbon groups in a linear or branched structure, adjusting the presence or type of polar groups that affect intermolecular interactions, and the chemicals contained in the substrate and resin components. For example, a structure similar to a part of the structure is introduced.
  • X represents any one hydrophilicity-providing group selected from the group consisting of an anionic type, a cationic type and an amphoteric type.
  • X represents any one hydrophilicity-providing group selected from the group consisting of an anionic type, a cationic type and an amphoteric type.
  • the structure of the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound will be described by dividing the hydrophilicity imparting group X into cases.
  • An alkyl group, y is an integer of 0 to 2.
  • the example of the terminal structure described above shows a case where M 1 is monovalent.
  • M 1 is divalent, two identical anions may be bonded to M 1 , or two different types of anions may be bonded.
  • alkali metal examples include lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), and cesium (Cs).
  • alkaline earth metal examples include calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba).
  • R 1 to R 4 are each a hydrogen atom or independently have 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms. There is no particular limitation as long as it is a linear or branched alkyl group. Here, it is preferable that the alkyl group has 20 or less carbon atoms because the hydrophilic oil repellency is not impaired. More specifically, examples of the compound in which R 1 R 2 R 3 R 4 are all the same include (CH 3 ) 4 N + , (C 2 H 5 ) 4 N + , and (C 3 H 7 ) 4 N +.
  • R 4 H 9 ) 4 N + (C 5 H 11 ) 4 N + , (C 6 H 13 ) 4 N + , (C 7 H 15 ) 4 N + , (C 8 H 17 ) 4 N + , (C 9 H 19 ) 4 N + , (C 10 H 21 ) 4 N + and the like.
  • R 4 is (C 2 H 5 ), (C 6 H 13 ), (C 8 H 17 ), (C 9 H 19 )
  • Examples of the compound include (C 10 H 21 ), (C 12 H 25 ), (C 14 H 29 ), (C 16 H 33 ), and (C 18 H 37 ).
  • R 1 R 2 are methyl groups
  • all of R 3 R 4 are (C 8 H 17 ), (C 10 H 21 ), (C 12 H 25 ), (C 14 H 29 ). , (C 16 H 33 ), (C 18 H 37 ) and the like.
  • examples of the case where R 1 is a methyl group include compounds in which R 2 R 3 R 4 are all (C 4 H 9 ), (C 8 H 17 ), and the like.
  • the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound is a hardly soluble compound having low solubility in water. That is, in (A) the nitrogen-containing fluorine-based compound, when the hydrophilicity-imparting group X is an anion type, the M 1 as a counter ion is preferably an alkaline earth metal, Mg, or Al, particularly Ca, Ba and Mg are preferable because they have excellent hydrophilic oil repellency and low solubility in water.
  • hydrophilic imparting group X is an anionic type
  • Examples of the structure excluding the structure of M 1 include structures of the following formulas (50) to (117).
  • hydrophilic imparting group X is a cationic type
  • specific examples of the structure of the linear nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (1) or the above formula (2) include, for example, Examples include structures of formulas (190) to (223).
  • R 8 and R 9 are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms
  • R 10 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Alkylene group).
  • the number of carbon atoms is 10 or less because the hydrophilic oil repellency is not impaired.
  • hydrophilic imparting group X is an amphoteric type
  • specific examples of the structure of the linear nitrogen-containing fluorine-based compound represented by the above formula (1) or the above formula (2) include, for example, Examples include structures of formulas (259) to (309).
  • the specific example of the structure of the (A) nitrogen-containing fluorine-type compound applicable to the hydrophilic oil-repellent complex of this embodiment mentioned above is an example, and the technical scope of this invention is limited to the said specific example. is not. That is, the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound applicable to the present embodiment includes an oil repellency-imparting group composed of a nitrogen-containing perfluoroalkyl group, and a hydrophilic imparting group of any one of anionic, cationic and amphoteric types, In the molecule may be at least one each.
  • nitrogen-containing fluorine-based compounds each sufficiently exhibit hydrophilic oil repellency, but the practical environment includes various acids, alkalis, oils, etc., and has a wide range of practical durability. In view of the above, it is desirable to appropriately combine nitrogen-containing fluorine-based compounds to enhance durability against the actual environment.
  • hydrophilic oil-repellent complex of the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
  • the oil repellency-imparting group composed of a nitrogen-containing perfluoroalkyl group in the formulas (1) and (2)
  • Rf 1 and Rf 2 shown in FIG. 2 are symmetrical has been described, but the present invention is not limited to this and may be asymmetric.
  • the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound may have two or more oil repellency-imparting groups that are the same or different in the molecule. Further, when two or more oil repellency-imparting groups are present in the molecule, they may be provided at both ends of the molecule or in the molecular chain.
  • the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound may have two or more hydrophilic imparting groups in the molecule that are the same or different.
  • the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound may have two or more same or different bonds in the linking group.
  • the linking group is a polymer type, the number of repeating units and the bonding order are not particularly limited.
  • the method for producing (A) a nitrogen-containing fluorine compound applicable to this embodiment is a carboxylic acid halide or sulfonic acid halide having a nitrogen-containing perfluoroalkyl group represented by the following formula (5) or (6).
  • nitrogen-containing fluorine compounds represented by the above formulas (1) to (4) are produced.
  • the nitrogen-containing fluorine represented by the above formula (1) or the above formula (2) A system compound is produced.
  • the nitrogen-containing fluorine-type compound shown to the said Formula (3) or the said Formula (4) is manufactured from the carboxylic acid halide or sulfonic-acid halide which has a nitrogen-containing perfluoroalkyl group shown by following formula (6). To do.
  • Rf 1 and Rf 2 are the same or different from each other and each represent a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Rf 3 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Rf 1 and Rf 2 are preferably the same or different from each other, and are linear or branched perfluoroalkyl groups having 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf 3 is preferably a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf 4 , Rf 5, and Rf 6 are the same or different from each other and are linear or branched perfluoroalkylene groups having 1 to 6 carbon atoms.
  • Rf 4 , Rf 5 and Rf 6 are each preferably a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 4 carbon atoms which is the same or different from each other.
  • Z includes any of an oxygen atom, a nitrogen atom, a CF 2 group, and a CF group. When Z contains a nitrogen atom or a CF group, a perfluoroalkyl group branched from Z may be bonded to Z.
  • Y is CO or SO 2 .
  • A is any one halogen atom selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine.
  • the manufacturing method of the (A) nitrogen-containing fluorine-type compound applicable to this embodiment becomes a manufacturing method which changes with types of X shown in said formula (1)-(4). In the following, description will be made for each case.
  • M (A) melt-One by-product, extracting the desired product from the M (A) 2 or M (A) 3 is obtained by dryness using a solvent insoluble individuals, further the extraction solvent to dryness As a result, the object can be obtained.
  • this salt can be converted to carboxylic acid or sulfonic acid using an acid such as sulfuric acid, and after distillation, the salt can be purified again with M (OH) m to obtain a high purity. is there.
  • nitrogen-containing fluorine-type compound shown to the said Formula (2) or the said Formula (4) is manufactured.
  • a linking group R having an amide bond is introduced between an oil repellency-imparting group (nitrogen-containing perfluoroalkyl group) and an anionic hydrophilicity-imparting group
  • nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl is introduced.
  • An alkali metal salt of a carboxylic acid or sulfonic acid having an amide bond is obtained by reacting fluoride or sulfonyl fluoride with aminoalkyl carboxylic acid or aminophenyl sulfonic acid and then reacting with alkali hydroxide. It is done.
  • a linking group R having an ester bond is introduced between an oil repellency-imparting group (nitrogen-containing perfluoroalkyl group) and an anionic hydrophilicity-imparting group, first, nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or A sulfonyl fluoride is reacted with a hydroxyphenyl organic acid and then reacted with an alkali hydroxide to obtain an alkali metal salt of a carboxylic acid or sulfonic acid having an ester bond.
  • an oil repellency-imparting group nitrogen-containing perfluoroalkyl group
  • anionic hydrophilicity-imparting group first, nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or A sulfonyl fluoride is reacted with a hydroxyphenyl organic acid and then reacted with an alkali hydroxide to obtain an alkali metal salt of a carboxylic acid or sulfonic acid having an este
  • a linking group R having an ether bond is introduced between an oil repellency-imparting group (nitrogen-containing perfluoroalkyl group) and an anionic hydrophilicity-imparting group
  • a nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride is introduced.
  • Reduction with lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ) or sodium borohydride (NaBH 4 ) produces an alcohol having a nitrogen-containing perfluoroalkyl group.
  • an alkali metal salt of a carboxylic acid having an ether bond is obtained.
  • a nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or sulfonyl fluoride and an N, N-dialkylaminoalkyleneamine are bonded with an amide bond.
  • an alkylating agent such as methyl iodide (CH 3 I), methyl bromide (CH 3 Br), or dimethyl sulfate ((CH 3 ) 2 SO 4 ).
  • a nitrogen-containing perfluoroalkylcarbonyl fluoride or sulfonyl fluoride and an N, N-dialkylaminoalkylene alcohol are ether-bonded to form a terminal group.
  • an alkylating agent such as methyl iodide (CH 3 I), methyl bromide (CH 3 Br), dimethyl sulfate ((CH 3 ) 2 SO 4 )
  • CH 3 I methyl iodide
  • CH 3 Br methyl bromide
  • dimethyl sulfate (CH 3 ) 2 SO 4 )
  • sulfobetaine type after forming a terminal tertiary amine as described above, it is reacted with a cyclic sulfonate compound represented by 1,3-propane sultone, etc. A nitrogen-containing fluorine-based compound having an imparting group is obtained.
  • a nitrogen-containing fluorine-based compound having an amphoteric hydrophilicity-imparting group can be obtained by making the terminal tertiary amine as described above and then reacting with hydrogen peroxide.
  • a nitrogen-containing perfluorocarbonyl fluoride is reduced to an alcohol form, or a nitrogen-containing perfluoroalkylsulfonyl fluoride is sulfonamidated with an amino alcohol and a hydroxyl group is introduced at the terminal.
  • a base such as trimethylamine
  • dichlorophosphate ester having a nitrogen-containing perfluoroalkyl group is reacted with bromoethanol, then reacted with trimethylamine in the presence of a silver carbonate catalyst to form a quaternary ammonium salt, and finally hydrolyzed.
  • a nitrogen-containing fluorine-based compound having a hydrophilicity-imparting group of the type is obtained.
  • the inorganic compound (B) applicable to the hydrophilic oil-repellent complex of the present embodiment is not particularly limited as long as it is an inorganic compound having a charge or an ionic group.
  • Specific examples of such inorganic compounds include inorganic particles, clay minerals, and flocculants.
  • the inorganic particles are not particularly limited as long as they have a charge. Specific examples include fumed silica, colloidal silica, mullite, alumina, and zeolite. Moreover, as an inorganic particle, any one of these may be used independently and a 2 or more types of mixture may be used.
  • the inorganic particles may be aggregates of primary particles. (B) When inorganic particles are used as the inorganic compound, a composite in which at least a part of the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound is complexed by noncovalent bonding on the surface of the inorganic particles is obtained.
  • the clay mineral is not particularly limited as long as it has a charge. Specific examples include bentonite, organic bentonite, smectite, and kaolinite. As the clay mineral, any one of these may be used alone, or a mixture of two or more may be used.
  • B When a clay mineral is used as the inorganic compound, a composite is obtained in which (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound is incorporated between the clay mineral layers to form a composite.
  • the flocculant is not particularly limited as long as it has an ionic group. Specific examples include polyaluminum chloride, polyferric sulfate, and aluminum sulfate. Moreover, as a flocculant, any one of these may be used independently and 2 or more types of mixtures may be used. Further, those obtained by dissolving these flocculants in water and liquefying them may be used. (B) When the above-mentioned flocculant is used as the inorganic compound, a composite in which (A) at least a part of the nitrogen-containing fluorine-based compound and the flocculant are bonded by a non-covalent bond is obtained.
  • the hydrophilic oil-repellent complex of this embodiment is a complex in which (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) an inorganic compound having a charge or an ionic group are complexed.
  • the hydrophilic oil-repellent complex of this embodiment is obtained by supporting (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound at least partially on (B) an inorganic compound having a charge or an ionic group.
  • the combination of (A) the nitrogen-containing fluorine compound and (B) the inorganic compound is not particularly limited, and (A) the nitrogen-containing fluorine compound It can be appropriately selected according to the molecular structure or the charge or ionic group of the (B) inorganic compound.
  • the mass composition ratio of (A) the nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) the inorganic compound is not particularly limited, and the hydrophilic oil-repellent characteristic value, It can select suitably according to the sustainability of the said characteristic.
  • the mass composition ratio of (A) the nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) the inorganic compound can be selected from the range of 1 to 99 to 99 to 1.
  • the hydrophilic oil-repellent composite of this embodiment includes a composite of (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) an inorganic compound having a charge or ionic group, filter paper, nonwoven fabric, cartridge filter, etc.
  • A) the nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) the inorganic compound having a charge or ionic group have a non-covalent bond, thus reducing the elution of (A) the nitrogen-containing fluorine-based compound during oil-water separation. And durability can be improved.
  • For fixing to the substrate it is possible to use a resin or glass that will be described later.
  • the hydrophilic oil-repellent complex of the present embodiment is configured to contain as a main component a complex in which (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) an inorganic compound having a charge or an ionic group are combined. ing.
  • the hydrophilic oil-repellent composite of this embodiment is used for various applications and is a component that exhibits hydrophilicity and oil repellency even when used in a real environment with moisture (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound The outflow of the compound can be suppressed. Therefore, according to the hydrophilic oil-repellent composite of this embodiment, effects such as antifouling performance and oil / water separation performance due to the hydrophilic oil repellency can be maintained (that is, excellent in durability).
  • the method for producing a hydrophilic oil-repellent complex of the present embodiment is a method in which (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) an inorganic compound having a charge or an ionic group are complexed, that is, formation of the complex. Is the method.
  • the method of forming the composite is different depending on the combination of (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) an inorganic compound. Specifically, there are the following three methods.
  • a coating liquid is prepared by dissolving or dispersing a nitrogen-containing fluorine-based compound and an inorganic compound in any one of water, an organic solvent, or a mixed solvent of water and an organic solvent. obtain. Subsequently, after apply
  • a solution in which a nitrogen-containing fluorine-based compound and an inorganic compound are dispersed in any one of water, an organic solvent, or a mixed solvent of water and an organic solvent is obtained.
  • a composite can be obtained by drying the solid substance.
  • a solvent component after dissolving or dispersing a nitrogen-containing fluorine-based compound and an inorganic compound in any one of water, an organic solvent, or a mixed solvent of water and an organic solvent.
  • the water or organic solvent is distilled off.
  • a composite can be obtained by drying the obtained residue.
  • the organic solvent used for forming the complex is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the (A) nitrogen-containing fluorine-based compound, but from the viewpoint of environmental impact and the like.
  • Water, alcohol, or a mixture of water and alcohol can be used.
  • the alcohol is not particularly limited, and examples thereof include methanol, ethanol, IPA and the like.
  • an inorganic compound having a charge or an ionic group opposite to that of the nitrogen-containing fluorine-based compound is added in the above-described composite formation method.
  • the nitrogen-containing fluorine-based compound has amphoteric ions, either may be used.
  • the above-mentioned nitrogen-containing fluorine-based compound is hardly soluble in water and can be dispersed in water.
  • an inorganic compound is added to water in which a nitrogen-containing fluorine-based compound is dispersed, the charge of the nitrogen-containing fluorine-based compound and the inorganic compound are complexed by a non-covalent bond such as a hydrogen bond, and the nitrogen-containing fluorine-based compound And a composite of an inorganic compound can be obtained.
  • the nitrogen-containing fluorine-based compound is dissolved in an organic solvent, it will not form a complex with an inorganic compound as it is, but in the process of evaporating the solvent component to dryness, each charge is canceled and aggregated And a complex of a nitrogen-containing fluorine-based compound and an inorganic compound can be obtained.
  • both (A) the nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) the inorganic compound are partially charged due to the influence of moisture in the atmosphere in the actual use environment, so that a stronger bond can be obtained. Occur.
  • the method for producing a hydrophilic oil-repellent composite of this embodiment is a method for easily forming a composite that is a main component of the hydrophilic oil-repellent composite.
  • (A) a nitrogen-containing fluorine-based compound and (B) an inorganic compound having a charge or an ionic group can be reliably combined by a simple method.
  • a surface coating material for the hydrophilic oil-repellent composite can be formed by incorporating the hydrophilic oil-repellent composite of the present embodiment into the solvent.
  • the hydrophilic oil-repellent complex a complex in which a nitrogen-containing fluorine compound and an inorganic compound are combined may be used. As described above, a nitrogen-containing fluorine-based compound is used as a solvent for forming the complex. You may use the thing of the solution state which each melt
  • examples of the solvent include water, an organic solvent, or a mixed solvent of water and an organic solvent.
  • examples of an organic solvent methanol, ethanol, IPA, tetrahydrofuran, hexane, chloroform, toluene, ethyl acetate, DMSO, DMF, acetone, a fluorine-type solvent etc. are mentioned, for example.
  • water, alcohols such as methanol, ethanol, and IPA, or a mixture of water and alcohol are preferable from the viewpoint of easy drying and use, and environmental impact. It is also possible to mix a solvent compatible with these solvents.
  • ether solvents such as tetrahydrofuran, aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, ester solvents such as ethyl acetate, ketones such as acetone, etc.
  • fluorine-based solvents such as hexafluoroxylene.
  • the mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound and the solvent in the hydrophilic oil-repellent composite is preferably 0.2 to 50.0 to 99.8 to 50.0, more preferably The range is 1.0 to 30.0 to 99.0 to 70.0, and more preferably 2 to 10 to 98 to 90. It is preferable that the mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound contained in the hydrophilic oil-repellent composite in the surface coating material is 0.2 or more because the entire base material can be sufficiently hydrophilic and oil-repellent when treated.
  • the mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound contained in the hydrophilic oil-repellent composite in the surface coating material is 50 or less, it is preferable because the solution dispersion stability of the surface coating material is excellent.
  • the mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound and the solvent in the hydrophilic oil-repellent composite is preferably in the range of 2 to 10 to 98 to 90.
  • a binder to the surface coating material.
  • the adhesiveness to a base material can be improved.
  • it since it has the function of enclosing the nitrogen-containing fluorine-based compound and reducing the area in contact with the environment of the nitrogen-containing fluorine-based compound itself, the durability and durability of the characteristics can be improved.
  • the binder include resin and inorganic glass.
  • the resin include a thermoplastic resin, a thermoplastic elastomer, a thermosetting resin, a UV curable resin, and more specifically, for example, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyester, polystyrene, silicone resin, polyvinyl Acetal, polyvinyl alcohol, acrylic polyol resins, polyester polyol resins, urethane resins, fluororesins, thermoplastic resins such as thermoplastic acrylic resins, thermosetting resins such as epoxy resins, phenol resins, thermosetting acrylic resins, etc. Is mentioned.
  • hydrophilic polymer as a binder in order to maximize the hydrophilic oil repellency.
  • hydrophilic polymers those containing a hydroxyl group that brings about an adhesion such as adhesion to a base material and an interaction such as hydrogen bonding with a hydrophilic oil-repellent complex are preferable.
  • hydrophilic polymer examples include polysaccharides such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and cellulose, and derivatives thereof. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the hydrophilic polymer may be crosslinked with a crosslinking agent. Such crosslinking improves the durability of the coating film described later.
  • the crosslinking agent is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Specific examples include an epoxy compound, an isocyanate compound, an aldehyde compound, an aldehyde compound, an ultraviolet crosslinking compound, a leaving group-containing compound, a carboxylic acid compound, and a urea compound.
  • the inorganic glass examples include trialkoxysilane represented by the chemical formula [R 14 Si (OR 15 ) 3 ] and chemical formula [Si (OR 16 ) 4 ] (R 14 to R 16 are each an independent carbon.
  • silane compounds such as tetraalkoxysilane, water glass, and the like. Among these, water glass is preferable because the effect of improving durability is high.
  • the mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound and the binder in the hydrophilic oil-repellent composite is preferably in the range of 0.2 to 99.9 to 99.8 to 0.1. More preferably, it is in the range of 2 to 98 to 98 to 2, and still more preferably in the range of 10 to 90 to 90 to 10.
  • a mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound in the hydrophilic oil-repellent composite is preferably 0.2 or more because hydrophilic oil-repellent properties can be sufficiently obtained.
  • a hydrophilic oil-repellent complex such as a ball mill, roll mill, sand mill, paint shaker, homogenizer, impeller stirrer, ultrasonic disperser, or magnetic stirrer is dispersed or dissolved in a solvent. It is not particularly limited as long as it can be performed.
  • the surface coating material further includes an additive as an optional component in order to impart functions other than hydrophilic oil-repellent properties such as pigments, conductivity-imparting agents, and leveling agents. May be included.
  • the coating film may be made of only a hydrophilic oil-repellent complex or may contain a binder.
  • the mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound and the binder in the hydrophilic oil-repellent composite is in the range of 0.2 to 99.9 to 99.8 to 0.1.
  • the mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound in the hydrophilic oil-repellent composite is 0.2 or more because sufficient hydrophilic oil-repellency can be obtained.
  • the range of 2 to 98 to 98 to 2 is more preferable, and the range of 10 to 90 to 90 to 10 is particularly preferable.
  • the surface coating material described above is applied to at least a part of the surface of the base material, and dried to remove the solvent.
  • a coating film can be formed at least partially.
  • the substrate is not particularly limited, but glass, plastic, metal, ceramics, stainless steel, aluminum, wood, stone, cement, concrete, fiber, fabric, paper, leather, combinations thereof, structures, laminates, and the like. Can be used.
  • the coating method on the surface of the substrate is not particularly limited. Specifically, for example, a dipping method in which the substrate is immersed in the surface coating material, a method using an application means such as a spray, a brush, or a roller, or a method using a printing method may be used.
  • the conditions for the drying treatment of the coating film vary depending on the type and content of the solvent contained in the surface coating material, but for example, drying at room temperature for 1 to 24 hours or affecting the substrate. Drying by heating to a certain extent is mentioned.
  • hydrophilic oil-repellent composite of this embodiment described above can be used as an additive for imparting a hydrophilic oil-repellent function to various resins.
  • the resin examples include a thermoplastic resin, a thermoplastic elastomer, a thermosetting resin, and a UV curable resin.
  • the resin is not particularly limited as long as the hydrophilic oil-repellent composite can be dispersed or dissolved.
  • a resin for example, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyester, polystyrene, silicone resin, polyvinyl acetal, polyvinyl alcohol, acrylic polyol resin, polyester polyol resin, urethane resin
  • thermoplastic resins such as fluororesins and thermoplastic acrylic resins
  • thermosetting resins such as epoxy resins, phenol resins, and thermosetting acrylic resins.
  • hydrophilic polymer examples include polysaccharides such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and cellulose, and derivatives thereof. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the hydrophilic polymer may be crosslinked with a crosslinking agent. Such cross-linking improves the durability of the resin composition.
  • the crosslinking agent is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Specific examples include an epoxy compound, an isocyanate compound, an aldehyde compound, an aldehyde compound, an ultraviolet crosslinking compound, a leaving group-containing compound, a carboxylic acid compound, and a urea compound.
  • the resin composition is added to impart functions other than hydrophilic oil-repellent properties such as fluidity improvers, surfactants, flame retardants, conductivity-imparting agents, and fungicides.
  • An agent may further be included.
  • the method for forming the resin composition is not particularly limited as long as it is a method capable of dispersing or dissolving a hydrophilic oil-repellent complex appropriately selected according to the type of resin.
  • a method of mixing the hydrophilic oil-repellent complex with the thermoplastic resin there is a method of mixing by kneading by an extrusion method or a roll method.
  • the resin composition can be further processed into a molded resin molded product.
  • Specific examples include injection molded products such as films, sheets, threads, and housings.
  • the mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound and the resin in the hydrophilic oil-repellent composite is preferably in the range of 0.2 to 99.9 to 99.8 to 0.1, The range is preferably 2 to 98 to 98 to 2, and more preferably 10 to 90 to 90 to 10.
  • a mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound in the hydrophilic oil-repellent composite is preferably 0.2 or more because the hydrophilic oil-repellent function can be sufficiently exhibited.
  • the mass composition ratio of the nitrogen-containing fluorine-based compound in the hydrophilic oil-repellent composite is 90 or less, it is preferable because it becomes easy to maintain moldability without impairing the resin physical properties.
  • coating film and the resin composition described above include application to a member that is expected to be quick-drying such as water, a member that is expected to have an antifouling effect, a member that is expected to have an antifogging effect, and oil removability. Can be mentioned.
  • More specific applications where quick drying of water and the like are expected include building materials, building exteriors such as outer walls and roofs, building interiors, window frames, window glass, automobiles, rail vehicles, aircraft, ships, bicycles, motorcycles Exterior and painting of vehicles such as, machinery and equipment exteriors, dust covers and coatings, signs, traffic signs, various display devices, advertising towers, road noise barriers, railway noise barriers, bridges, guard rail exteriors and coatings , Tunnel interior and painting, insulators, solar cell covers, solar water heater heat collection covers, heat exchanger radiating fins, plastic houses, vehicle lighting cover, housing equipment, toilets, bathtubs, washstands, lighting fixtures, lighting covers , Kitchen utensils, tableware, dishwashers, tableware dryers, sinks, cooking ranges, kitchen hoods, ventilation fans, and films for attaching to the surface of the article.
  • building exteriors such as outer walls and roofs, building interiors, window frames, window glass, automobiles, rail vehicles, aircraft, ships, bicycles, motorcycles Exterior and painting of vehicles such as, machinery and
  • More specific applications where antifouling effects are expected include building exteriors such as exterior walls and roofs, building interiors, window frames, window glass, signs, traffic signs, noise barriers, automobiles, rail cars, Exteriors and paintings of vehicles such as aircraft, ships, bicycles and motorcycles, exteriors of machinery and equipment, dustproof covers and coatings, various display devices, advertising towers, soundproof walls for roads, soundproof walls for railways, bridges, guardrails And painting, tunnel interior and painting, insulator, solar battery cover, solar water heater heat collection cover, plastic house, vehicle lighting cover, housing equipment, toilet bowl, bathtub, wash basin, lighting fixture, lighting cover, kitchenware, Tableware, dishwasher, dish dryer, sink, cooking range, kitchen hood, ventilation fan, etc.
  • building exteriors such as exterior walls and roofs, building interiors, window frames, window glass, signs, traffic signs, noise barriers, automobiles, rail cars, Exteriors and paintings of vehicles such as aircraft, ships, bicycles and motorcycles, exteriors of machinery and equipment, dustproof covers and coatings, various display devices, advertising towers
  • the optical member examples include a cover glass or a cover sheet of a touch panel, an icon sheet, a screen protection film, and an optical disk.
  • it has excellent characteristics in terms of removability against oil contamination in canteens and kitchenware.
  • goods are mentioned. It can also be applied to snow country roofing materials, antennas, power transmission lines, etc., and in that case, characteristics excellent in snow accretion prevention can be obtained.
  • More specific applications where anti-fogging effects are expected include glass for automobiles and building materials, rear mirrors for vehicles, mirrors for bathrooms, mirrors for toilets, mirrors such as road mirrors, eyeglass lenses, optical lenses, Examples include photographic lenses and films for attaching to the surfaces of these articles.
  • ⁇ Oil-water separation filter media When a mixed liquid of water and oil is passed through a filter paper, nonwoven fabric, cartridge filter, inorganic or organic porous material or porous membrane treated with the surface coating material described above, water passes through the filter, etc.
  • oil since oil cannot pass through, it can be used as a hydrophilic oil-repellent separation membrane or filter that can separate oil and water only by gravity (collectively referred to as “separation filter medium”).
  • This separation membrane and filter can be used, for example, as an oil-water separation membrane or an oil-water separation filter (that is, “oil-water separation filter medium”) for separating water and oil during oil extraction or recovery of spilled oil. is there.
  • oil-water separation filter medium described above is imparted with hydrophilic oil repellency, organic molecules and soil mud contaminated with oil are difficult to adhere, and excellent fouling resistance is obtained. Further, dirt attached by physical treatment such as back pressure cleaning is easily removed, and easy cleaning is excellent.
  • the hydrophilic oil-repellent complex of this embodiment includes an oil-repellent imparting group composed of a nitrogen-containing perfluoroalkyl group in the molecule, and a hydrophilic imparting group of any one of anionic, cationic and amphoteric types. Since it has a compound having nitrogen (nitrogen-containing fluorine-based compound) and has excellent hydrophilic oil repellency, it has applicability to a wide variety of uses.
  • hydrophilic oil-repellent complex of this embodiment does not contain a continuously bonded perfluoroalkyl group having 8 or more carbon atoms, and PFOS or PFOA, which is problematic in terms of bioaccumulation and environmental adaptability, is used. There is no concern to generate.
  • the hydrophilic oil-repellent complex of the present embodiment is configured to include as a main component a complex in which a nitrogen-containing fluorine-based compound and an inorganic compound having a charge or an ionic group are complexed. For this reason, even if it is a case where the hydrophilic oil-repellent complex of this embodiment is used for various uses and it is used in the real environment with moisture, it suppresses the outflow of the nitrogen-containing fluorine compound component which expresses hydrophilic oil-repellency. Can do. Therefore, according to the hydrophilic oil-repellent composite of this embodiment, effects such as antifouling performance and oil / water separation performance due to hydrophilic oil repellency can be sustained.
  • the method for producing a hydrophilic oil-repellent composite of this embodiment is a method for easily forming a composite that is a main component of the hydrophilic oil-repellent composite.
  • the nitrogen-containing fluorine-based compound and the inorganic compound having a charge or ionic group can be reliably combined by a simple method.
  • the surface coating material, coating film, resin composition, and oil-water separation filter medium including the present embodiment are mainly composed of a complex in which a nitrogen-containing fluorine-based compound and an inorganic compound having a charge or an ionic group are combined. Since the hydrophilic oil-repellent complex contained as is used, it is possible to suppress the outflow of the nitrogen-containing fluorine-based compound component that exhibits hydrophilic oil-repellency even when used in an actual environment with moisture. Therefore, various effects such as antifouling performance and oil / water separation performance due to hydrophilic oil repellency can be sustained. That is, it has excellent durability.
  • hydrophilicity and oil repellency of the hydrophilic oil-repellent complex of this embodiment can be evaluated by contact angle measurement (droplet method).
  • the surface coating material is bar coater no. 3 is applied to a PET film, and the solvent is removed by natural drying at room temperature to form a coating film.
  • a commercially available measuring device for example, “Drop Master DM-701” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.
  • ion-exchanged water is prepared in a syringe, and the contact angle after 1000 msec after the water touches the membrane surface in a stationary state is the water contact angle (static contact
  • the case where the static contact angle of water is 40 ° or less is referred to as hydrophilic
  • the case where the static contact angle of n-hexadecane is 40 ° or more is referred to as oil repellency.
  • the hydrophilic oil-repellent composite of this embodiment Suppose that it has hydrophilic oil repellency.
  • Example 1 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 4 parts by mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1; 4 parts by mass of fumed silica (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., “AEROSIL300”) as an inorganic compound, 15 parts by mass of polyvinyl butyral (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., “ESREC BL-1”), and 77 parts by mass of ethanol as a solvent A surface coating material blended at a ratio of parts was prepared.
  • Example 2 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 2 parts by mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1 was added to water. The dispersion was uniformly dispersed in 400 mL, and 2 parts by mass of fumed silica (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., “AEROSIL 300”) was added as an inorganic compound. The precipitated solid was collected by vacuum filtration and dried to obtain 4 parts by mass of a hydrophilic oil-repellent complex.
  • AEROSIL 300 fumed silica
  • a surface coating material was prepared by blending 4 parts by mass of the obtained composite and 2 parts by mass of polyvinyl butyral (“S-Rec BL-1” manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) as a binder with 94 parts by mass of methyl ethyl ketone.
  • S-Rec BL-1 polyvinyl butyral
  • Example 3 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 48 parts by mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1, inorganic 1 part by mass of fumed silica (Nippon Aerosil Co., Ltd., “AEROSIL50”) as a compound, 1 part by mass of polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., “ESREC BL-1”) as a binder, and 50 parts by mass of ethanol as a solvent A surface coating material blended at the ratio was prepared.
  • AEROSIL50 fumed silica
  • polyvinyl butyral Sekisui Chemical Co., Ltd., “ESREC BL-1”
  • Example 4 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 5 parts by mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1 5 parts by mass of organic bentonite (“Esven W” manufactured by Hojun Co., Ltd.) as an inorganic compound, 18 parts by mass of polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., “ESREC BL-1”) as a binder, and 72 parts by mass of ethanol as a solvent A surface coating material blended at a ratio was prepared.
  • organic bentonite (“Esven W” manufactured by Hojun Co., Ltd.)
  • polyvinyl butyral Sekisui Chemical Co., “ESREC BL-1”
  • Example 5 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 4 parts by mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1; 4 parts by mass of bentonite (“Bengel”, manufactured by Hojun Co.) as an inorganic compound, 19 parts by mass of polyvinyl butyral (Sekisui Chemical, “ESREC BL-1”) as a binder, and 73 parts by mass of ethanol as a solvent A blended surface coating material was prepared.
  • Example 6 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 0.2 mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1 was used. 4 parts by weight of zeolite (Union Showa Co., Ltd., “Molecular Sieve 13X Powder”) as inorganic compound, 19 parts by weight of polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., “S-Rec BL-1”) as a binder, and ethanol as a solvent A surface coating material blended at a ratio of 76.8 parts by mass was produced.
  • zeolite Union Showa Co., Ltd., “Molecular Sieve 13X Powder”
  • polyvinyl butyral Sekisui Chemical Co., Ltd., “S-Rec BL-1”
  • Example 7 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 4 parts by mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1; 4 parts by mass of silica sol (“methanol silica sol MA-ST”, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) as an inorganic compound, 16 parts by mass of polyvinyl butyral (Sekisui Chemical, “ESREC BL-1”) as a binder, 66 ethanol as a solvent A surface coating material containing 10 parts by mass of methanol and methanol was prepared.
  • Example 8 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 5 parts by mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1 5 parts by mass of acrylic resin (manufactured by Toa Gosei Co., Ltd., “ARUFON UC-3000”) as a binder, 5 parts by mass of fumed silica (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., “AEROSIL 300”) as an inorganic compound, and 85 ethanol as a solvent A surface coating material blended at a mass part ratio was produced.
  • acrylic resin manufactured by Toa Gosei Co., Ltd., “ARUFON UC-3000
  • fumed silica manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., “AEROSIL 300”
  • Example 9 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 4 parts by mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1; 93 parts by mass of 6% aqueous solution of polyvinyl alcohol resin (manufactured by Nippon Gosei Kagaku Co., Ltd., “Gosenex Z-410”) as a binder, and 3 parts by mass of fumed silica (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., “AEROSIL 300”) as an inorganic compound A surface coating material blended at the ratio was prepared.
  • polyvinyl alcohol resin manufactured by Nippon Gosei Kagaku Co., Ltd., “Gosenex Z-410”
  • fumed silica manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., “AEROSIL 300”
  • Example 10 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 10 parts by mass of “2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 1 was used. 1 L was uniformly dispersed, and 3 parts by mass of fumed silica (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., “AEROSIL300”) and 3 parts by mass of polyferric sulfate (“Polytec”, manufactured by Nittetsu Mining Co., Ltd.) were added.
  • fumed silica manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., “AEROSIL300”
  • Polyferric sulfate Polytec
  • a surface covering material was prepared by blending 2 parts by mass of the obtained composite and 1 part by mass of polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., “ESREC BL-1”) as a binder with 97 parts by mass of chloroform.
  • Example 11 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 2 parts by mass of 2- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-piperidinonopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] acetate obtained in Synthesis Example 2 was added to water. It was uniformly dispersed in 400 mL, and 7 parts by mass of silica sol (“organosilica sol IPA-ST”, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd .: 30% silica) was added. Water was distilled off from the dispersion, and the residue was dried to obtain 4 parts by mass of a hydrophilic oil-repellent complex.
  • silica sol organic silica sol
  • a surface coating material was prepared by blending 4 parts by mass of the obtained composite and 2 parts by mass of polyvinyl butyral (“S-Rec BL-1” manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) as a binder with 94 parts by mass of chloroform.
  • Example 12 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 2 parts by mass of perfluoro (3-dibutylaminopropionic acid) calcium obtained in Synthesis Example 3 and 4 parts by mass of organic bentonite (“Esben W” manufactured by Hojun Co., Ltd.), polyvinyl as a binder A surface coating material was prepared by blending 4 parts by weight of butyral (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., “ESREC BL-1”) and 90 parts by weight of ethanol as a solvent.
  • Esben W organic bentonite
  • Example 13 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 4 parts by mass of 3-[[perfluoro (3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-trimethyl-ammonium iodide obtained in Synthesis Example 4, fumed silica (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) , “AEROSIL300”), 4 parts by weight of polyvinyl butyral (manufactured by Sekisui Chemical, “ESREC BL-1”) as a binder, and 88 parts by weight of ethanol as a solvent were prepared. .
  • Example 14 0.5% by mass of 3- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium] propanesulfonate obtained in Synthesis Example 5 was used as the nitrogen-containing fluorine-based compound.
  • organosilica sol Nisan Chemical Co., “IPA-ST”
  • polyvinyl butyral Sikisui Chemical Co., Ltd., “S Lec BL-1”
  • a surface coating material was prepared by blending 55 parts by mass of hexafluoro-m-xylene as a solvent, 37 parts by mass of ethanol, 5 parts by mass of n-butanol, and 1 part by mass of isopropyl alcohol.
  • Example 15 As a nitrogen-containing fluorine-based compound, 0.5 parts by mass of 4- [3-[[perfluoro (2-methyl-3-dibutylaminopropanoyl)] amino] propyl-dimethyl-ammonium butanesulfonate obtained in Synthesis Example 6 was used.
  • organosilica sol manufactured by Nissan Chemical Co., “IPA-ST”
  • polyvinyl butyral Sekisui Chemical Co., Ltd., “S-Rec BL-1”
  • a surface coating material was prepared by blending 55 parts by mass of hexafluoro-m-xylene, 37 parts by mass of ethanol, 5 parts by mass of n-butanol and 1 part by mass of isopropyl alcohol as a solvent.
  • sulfonate 0.5 parts by mass of organosilica sol (manufactured by Nissan Chemical Co., “IPA-ST”) as an inorganic compound
  • organosilica sol manufactured by Nissan Chemical Co., “IPA-ST”
  • polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., “S-Rec BL-1” as a binder) 1) parts by weight, 55 parts by weight of hexafluoro-m-xylene as a solvent, 37 parts by weight of ethanol, 5 parts by weight of n-butanol, and 1 part by weight of isopropyl alcohol were prepared. did.
  • the contact angle measurement was performed on the coating films obtained from the surface coating materials of the examples and comparative examples. Specifically, the surface coating materials of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 3 are applied to an automatic film applicator (Yasuda Seiki Co., Ltd.) on a PET film (TORAY, “Lumirror 100T60”) having a width of 240 mm ⁇ length of 297 mm ⁇ thickness of 100 ⁇ m. Mfg., “No. 542-AB”) and No. After coating using a 6 bar coater (“R.D.S. Webster”, manufactured by NY Corp.), the coating film was obtained by drying at 60 to 70 ° C. for 5 to 10 minutes.
  • a 6 bar coater (“R.D.S. Webster”, manufactured by NY Corp.
  • hydrophilic oil repellency when the contact angle measurement shows that the static contact angle of water with respect to the coating film (coating film) is 40 ° or less and the static contact angle of n-hexadecane is 40 ° or more.
  • the nitrogen-containing fluorine-based compound has hydrophilic oil repellency (that is, the complex of the nitrogen-containing fluorine-based compound and the inorganic compound is a hydrophilic oil-repellent complex). The results are shown in Tables 1 and 2 below.
  • Comparative Example 2 and Comparative Example 3 did not contain a nitrogen-containing fluorine-based compound that exhibited hydrophilic oil repellency, hydrophilic oil repellency was not obtained from the initial performance stage.
  • Comparative Example 1 contains a nitrogen-containing fluorine-based compound that exhibits hydrophilic oil repellency, an initial water contact angle of 40 ° or less and n-hexadecane static contact angle of 40 ° or more. Showed performance. However, since the nitrogen-containing fluorine-based compound is not complexed with the inorganic compound, it was confirmed that the hydrophilicity after 1 hour of flowing water decreases.
  • silica sol manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., “IPA-ST”: solid content 30%
  • IPA-ST solid content 30%
  • a circular polypropylene non-woven fabric weight per unit: 20 g / m 2 , thickness: 0.21 mm
  • the oil-water separation test was conducted in As a test solution, a mixed solution of 30 mL of water and 5 mL of n-hexadecane was used.
  • the hydrophilic oil-repellent composite of the present invention can impart hydrophilic oil-repellency. Therefore, it can be applied to a coating film having an antifouling function, an oil-water separation filter medium, and the like, and has industrial applicability.

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Abstract

 この親水撥油複合体は、一種又は二種以上の含窒素フッ素系化合物と、電荷又はイオン性基を有する無機化合物と、を含む。前記含窒素フッ素系化合物は、分子中にアニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性賦与基を含む。

Description

親水撥油複合体及びその製造方法、並びに表面被覆材、塗布膜、樹脂組成物、油水分離濾材
 本発明は、親水撥油複合体及びその製造方法、並びに表面被覆材、塗布膜、樹脂組成物、油水分離濾材に関する。
 本願は、2014年7月30日に、日本に出願された、特願2014-155553号、特願2014-155554号、及び、2015年5月20日に、日本に出願された、特願2015-103238号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 一般的に防汚技術としては、汚れを付着しにくくするための撥油性と、付着した汚れを水洗で容易に落とせる親水性とを基材に付与することが望ましい。基材表面に親水性を付与する技術としては、酸化チタンなどの光触媒を基材表面に固定化して光触媒膜を形成し、光触媒の作用による超親水化によって付着した汚れを洗い落とす方法が知られている(特許文献1)。
 しかしながら、光触媒膜を用いる場合、汚れが落ちやすいという機能は得られるが、汚れの付着を防ぐ特性が十分ではないという課題があった。特に、光触媒機能の発現に必要な光が十分に得られない環境では、十分な防汚性が得られない場合があった。
 一方、基材表面に撥油性を付与する技術としては、主にフッ素系の化合物を表面加工剤として用いる方法が知られている。フッ素系の化合物としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂や、ペルフルオロアルキル基を分子中に有する化合物が知られている。これらのフッ素系化合物を用いる場合、撥水性は高いが、一般的な疎水性のコーティング膜と同様に、表面に付着した油汚れの拭き取りや水洗浄による除去が困難であるという課題があった。特に、水がかかる環境で使用する場合には、逆に油汚れが付着しやすくなるという問題があった。
 表面にプラズマ表面処理や火炎処理、オゾン処理などを施して親水化したフッ素樹脂が提案されているが(特許文献2)、上述した特殊な処理が必要であり、得られる親水性も十分ではなかった。また、親水性を付与すると撥油性の機能が得られないという課題があった。さらに、フッ素樹脂は、基材表面への塗工や加工が難しいという課題があった。
 以上のことから、基板等の処理対象物に十分な防汚機能を付与するためには、優れた親水性と撥油性とを同時に発現する親水撥油剤が望まれていた。優れた親水撥油剤は、防汚機能の他にも、濡れ性の向上に伴う水の速乾性や、防曇性、油水分離性など、広範な用途において有用である。これらの中でも、特に油水分離性用途において有用である。
 しかしながら、従来の化合物には、優れた親水性と撥油性とを同時に発現し、且つこれらの特性を持続する化合物は存在せず、十分な防汚機能や油水分離機能及び耐久性を付与することが困難であった。
特開平09-227160号公報 特開平05-177766号公報
 本発明は、従来の上記問題を解決したものであり、優れた親水性及び撥油性を有するとともに、それらの効果の持続性にも優れた新規な親水撥油複合体およびその製造方法を提供する。また、本発明は、この親水撥油複合体を含む表面被覆材、塗布膜、樹脂組成物、油水分離濾材を提供する。
 ところで、フッ素化合物を表面加工剤として用いた場合、処理された表面は撥水撥油性を示すのが通常であり、フッ素構造の炭素数が多くなるほど撥水性は大きくなるのが一般的である。しかしながら、本願の発明者らが鋭意検討した結果、特定の含窒素ペルフルオロ化合物と電荷又はイオン性基を有する無機化合物との複合体が、優れた親水性と撥油性とを同時に発現し、かつこれらの特性の持続性に優れることを見出し、本発明を完成させた。
 本発明は、以下に示す構成によって上記課題を解決した親水撥油複合体、この製造方法、これを含む表面被覆材、塗布膜、樹脂組成物及び油水分離濾材に関する。
[1] 下記式(1)~(4)で示される、一種又は二種以上の含窒素フッ素系化合物と、電荷又はイオン性基を有する無機化合物とを含む、親水撥油複合体。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 
 上記式(1)及び(2)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Rfは、炭素数1~6であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
 上記式(3)及び(4)中、Rf、Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Zは、酸素原子、窒素原子、CF基及びCF基のいずれかを含む。
 また、上記式(2)及び(4)中、Rは、2価の有機基である連結基である。
 また、上記式(1)~(4)中、Xは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性賦与基である。
[2] 前記無機化合物が、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、ムライト、アルミナ、ゼオライトからなる群のうち、いずれか一種又は二種以上の混合物である、上記[1]に記載の親水撥油複合体。
[3] 前記無機化合物が、ベントナイト、有機ベントナイト、スメクタイト、カオリナイトからなる群のうち、いずれか一種又は二種以上の混合物である、上記[1]に記載の親水撥油複合体。
[4] 前記無機化合物が、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、硫酸アルミニウムからなる群のうち、いずれか一種又は二種以上の混合物である、上記[1]に記載の親水撥油複合体。
[5] 前記含窒素フッ素系化合物と前記無機化合物との質量組成比が、1~99対99~1の範囲である、上記[1]乃至[4]のいずれか一項に記載の撥水撥油複合体。
[6] 上記[1]に記載の親水撥油複合体の製造方法であって、
 水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒に前記含窒素フッ素系化合物と前記無機化合物とを溶解又は分散させた塗工液を基材に塗布した後、前記水、前記有機溶媒又は前記混合溶媒を除去して前記複合体を得る、親水撥油複合体の製造方法。
[7] 上記[1]に記載の親水撥油複合体の製造方法であって、
 水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒に前記含窒素フッ素系化合物と前記無機化合物とを分散させた溶液中から固形物をろ過によって分離し、得られた前記固形物を乾燥して前記複合体を得る、親水撥油複合体の製造方法。
[8] 上記[1]記載の親水撥油複合体の製造方法であって、
 水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒に前記含窒素フッ素系化合物と前記無機化合物とを溶解又は分散させた後、前記水、前記有機溶媒又は前記混合溶媒を留去して得られた残渣を乾燥して前記複合体を得る、親水撥油複合体の製造方法。
[9] 上記[1]に記載の親水撥油複合体と、
 水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒と、を含み、
 前記親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と前記溶媒との質量組成比が、0.2~50対50~99.8の範囲である、表面被覆材。
[10] さらに、結合剤を含み、
 前記親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と前記結合剤との質量組成比が、0.2~99.9対99.8~0.1の範囲である、上記[9]に記載の表面被覆材。
[11] 前記結合剤が、樹脂、水溶性樹脂及び水ガラスのいずれかを含む、上記[10]に記載の表面被覆材。
[12] 上記[1]に記載の親水撥油複合体を含む、塗布膜。
[13] さらに、結合剤を含み、
 前記親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と前記結合剤との質量組成比が、0.2~99.9対99.8~0.1の範囲である、上記[12]に記載の塗布膜。
[14] 上記[1]に記載の親水撥油複合体と、樹脂とを含み、
 前記親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と前記樹脂との質量組成比が、0.2~99.9対99.8~0.1の範囲である、樹脂組成物。
[15] 上記[12]に記載の塗布膜又は上記[14]に記載の樹脂組成物を含む、油水分離濾材。
 なお、上記式(1)~(4)で示される、一種又は二種以上の含窒素フッ素系化合物は、下記式(5)又は(6)で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物又はスルホン酸ハロゲン化物を原料として製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 
 上記式(5)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Rfは、炭素数1~6であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
 上記式(6)中、Rf、Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Zは、酸素原子、窒素原子、CF基及びCF基のいずれかを含む。
 また、上記式(5)及び(6)中、Yは、CO又はSOである。
 さらに、上記式(5)及び(6)中、Aは、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群から選択されるいずれか1のハロゲン原子である。
 本発明の親水撥油複合体は、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性賦与基と、アニオン型、カチオン型及び両性型のいずれかの親水性賦与基とを分子中に有する含窒素フッ素系化合物と、電荷又はイオン性基を有する無機化合物とを含む複合体であるため、優れた親水撥油性と効果の持続性とを兼ね備える材料である。また、この親水撥油複合体は、耐久性に優れた材料であることから、多種多様な用途に適用可能であり、特に油水分離用途や防油コーティング剤に好適な材料である。
 以下、本発明を適用した一実施形態である親水撥油複合体について、その製造方法及びそれを含む表面被覆材、塗布膜、樹脂組成物、油水分離濾材とともに詳細に説明する。
<親水撥油複合体>
 先ず、本発明を適用した一実施形態である親水撥油複合体の構成について説明する。
 本実施形態の親水撥油複合体は、(A)ペルフルオロアミン構造を有する含窒素フッ素系化合物(以下、単に、「含窒素フッ素系化合物」ということもある)と、(B)電荷又はイオン性基を有する無機化合物(以下、単に、「無機化合物」ということもある)とが複合化された複合体である。
(A)含窒素フッ素系化合物
 本実施形態の親水撥油複合体に適用可能な(A)含窒素フッ素系化合物としては、分子中に撥油性付与基と親水性付与基とを含み、親水性及び撥油性を同時に発現する(すなわち、親水撥油特性を有する)化合物であれば、特に限定されるものではない。このような含窒素フッ素系化合物としては、具体的には、下記一般式(1)~(4)で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 
 ここで、上記式(1)及び(2)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Rfは、炭素数1~6であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
 Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~4であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であることが好ましい。また、Rfは、炭素数1~4であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。
 また、上記式(3)及び(4)中、Rf、Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Zは、酸素原子、窒素原子、CF基及びCF基のいずれかを含む。また、Zが窒素原子又はCF基を含む場合、Zから分岐したペルフルオロアルキル基が当該Zに結合していてもよい。
 Rf、Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~4であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。
 また、上記式(2)及び(4)中、Rは、2価の有機基である連結基である。ここで、前記Rは、直鎖状又は分岐状の有機基であってもよい。また、前記Rは、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される1種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。
 また、上記式(1)~(4)中、Xは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性付与基である。
 また、本実施形態の親水撥油複合体は、上記式(1)~(4)で示される含窒素フッ素系化合物、もしくは上記式(1)~(4)で示される含窒素フッ素系化合物からなる群から選ばれる2種以上の含窒素フッ素系化合物を含む混合物を、(A)含窒素フッ素系化合物として用いてもよい。
 以下、(A)含窒素フッ素系化合物について、詳細に説明する。
(直鎖状の含窒素フッ素系化合物)
 上記式(1)又は上記式(2)に示す、直鎖状(又は分岐状)の含窒素フッ素系化合物では、RfとRfからなる含窒素ペルフルオロアルキル基およびRfからなる含窒素ペルフルオロアルキレン基が、撥油性付与基を構成する。
 また、上記式(1)又は上記式(2)に示す含窒素フッ素系化合物では、上記撥油性付与基であるRf~Rf中の、フッ素が結合した炭素数の合計が4~18個の範囲であることが好ましい。フッ素が結合した炭素数が4未満であると、撥油効果が不十分であるために好ましくない。
 上記式(1)又は上記式(2)中の上記撥油性付与基の構造の具体例としては、例えば、下記式(7)~(24)の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 
(環状の含窒素フッ素系化合物)
 上記式(3)又は上記式(4)に示す、環状の含窒素フッ素系化合物では、Rf、RfおよびRfからなる含窒素ペルフルオロアルキレン基、さらにはZが、撥油性付与基を構成する。
 また、上記式(3)又は上記式(4)に示す含窒素フッ素系化合物では、上記撥油性付与基であるRf~Rf及びZ中の、フッ素が結合した炭素数の合計が4~18個の範囲であることが好ましく、5~12個の範囲にあることがより好ましい。フッ素が結合した炭素数が4未満であると、撥油効果が不十分であるために好ましくない。
 上記式(3)又は上記式(4)中の上記撥油性付与基の構造の具体例としては、例えば、下記式(25)~(49)の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000056
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000057
 
 ここで、上記式(2)及び上記式(4)中、Rは、分子鎖中において撥油性付与基と親水性付与基とを繋ぐ連結基である。連結基Rの構造は、2価の有機基であれば特に限定されるものではない。連結基Rとしては、具体的には、例えば、酸素原子[-O-]、カルボニル基[-C(=O)-]、イミノ基[-NH-]、スルホニル基[-S(=O)-]、-OP(=O)(O)O-基、炭素数1~20の炭化水素基及びこれらの組合せを挙げることができる。また、連結基Rは、ポリオキシアルキレン基及びエポキシ基から選択される1種以上を含んでいてもよい。炭化水素基は、飽和炭化水素基であってもよいし不飽和炭化水素基であってもよい。また、炭化水素基は鎖状炭化水素基であってもよいし、環状炭化水素基であってもよい。鎖状炭化水素基は、直鎖状であってもよいし分岐状であってもよい。炭化水素基の例としては、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基を挙げることができる。イミノ基及び炭化水素基は置換基を有していてもよい。
 また、連結基Rは、分子鎖中にエーテル結合、エステル結合、アミド結合及びウレタン結合から選択される1種以上の結合を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。アミド結合は、カルボン酸アミド結合及びスルホンアミド結合を含む。エステル結合は、カルボン酸エステル結合、スルホン酸エステル結合及びリン酸エステル結合を含む。
 なお、連結基Rは、含窒素フッ素系化合物に付与したい特性に応じて、適宜選択して導入することが好ましい。具体的には、例えば、溶媒への溶解性を調整したい場合、基材との密着性を改善して耐久性を向上させたい場合、樹脂成分等との相溶性を向上させたい場合等が挙げられる。その方法としては、分子間相互作用に影響を及ぼす極性基の有無や種類を調整する、直鎖状又は分岐構造とした炭化水素基の鎖長を調整する、基材や樹脂成分に含まれる化学構造の一部と類似の構造を導入する、などがある。
 また、上記式(1)~(4)中、Xは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性付与基である。
 以下、親水性付与基Xを場合分けして、(A)含窒素フッ素系化合物の構造を説明する。
(アニオン型)
 親水性付与基Xがアニオン型である場合、上記Xは、末端に「-CO」、「-SO」、「-OSO」、「-OP(OH)O」、「-OPO 」、「=OPO」又は「-PO(OH)(OM2-y」(Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Mg、Al、R;R~Rは水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1~20まで、好ましくは炭素数1~10までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基、yは0~2の整数)を有する。なお、上述した末端の構造例は、上記Mが1価の場合を示したものである。また、上記Mが2価の場合、上記Mに同一のアニオンが2個結合していてもよいし、異なる2種のアニオンが結合していてもよい。
 アルカリ金属としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、セシウム(Cs)が挙げられる。また、アルカリ土類金属しては、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)が挙げられる。
 また、第4級アンモニウム塩(R)としては、R~Rが水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1~20まで、好ましくは炭素数1~10までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基であれば、特に限定されるものではない。ここで、上記アルキル基の炭素数が20以下であれば、親水撥油性を損なうことがないために好ましい。より具体的には、Rが全て同じ化合物としては、例えば、(CH、(C、(C、(C、(C11、(C13、(C15、(C17、(C19、(C1021等が挙げられる。また、Rが全てメチル基の場合としては、例えば、Rが(C)、(C13)、(C17)、(C19)、(C1021)、(C1225)、(C1429)、(C1633)、(C1837)等の化合物が挙げられる。さらに、Rが全てメチル基の場合としては、例えば、Rが全て(C17)、(C1021)、(C1225)、(C1429)、(C1633)、(C1837)等の化合物が挙げられる。更にまた、Rがメチル基の場合としては、例えば、Rが全て(C)、(C17)等の化合物が挙げられる。
 ところで、水と接触させて使用するような用途においては、水に対する耐久性や親水撥油効果の持続性を有することが望まれる。上記観点から、本実施形態の親水撥油複合体において、(A)含窒素フッ素系化合物は、水への溶解性が低い難溶性化合物であることが望ましい。すなわち、(A)含窒素フッ素系化合物は、親水性付与基Xがアニオン型である場合、対イオンである上記Mが、アルカリ土類金属やMg、Alであることが好ましく、特にCa、Ba、Mgが親水撥油性に優れ、水への溶解度が低いことから好ましい。
 ここで、親水性賦与基Xがアニオン型である場合、上記式(1)又は上記式(2)で示される直鎖状の含窒素フッ素系化合物の構造の具体例(但し、対イオンであるMの構造を除く)としては、例えば、下記式(50)~(117)の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000058
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000059
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000060
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000061
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000062
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000063
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000064
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000065
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000066
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000067
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000068
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000069
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000070
 
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000072
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000073
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000074
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000075
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000076
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000077
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000078
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000079
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000080
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000081
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000082
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000083
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000084
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000085
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000086
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000087
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000088
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000089
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000090
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000091
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000092
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000093
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000094
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000095
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000096
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000097
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000098
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000099
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000100
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000101
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000102
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000103
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000104
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000105
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000106
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000107
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000108
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000109
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000110
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000111
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000112
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000113
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000114
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000115
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000116
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000117
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000118
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000119
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000120
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000121
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000122
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000123
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000124
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000125
 
 これに対して、上記式(3)又は上記式(4)で示される、環状の含窒素フッ素系化合物の構造の具体例(但し、対イオンであるMの構造を除く)としては、例えば、下記式(118)~(189)の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000126
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000127
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000128
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000129
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000130
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000131
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000132
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000133
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000134
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000135
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000136
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000137
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000138
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000139
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000140
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000141
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000142
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000143
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000144
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000145
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000146
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000147
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000148
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000149
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000150
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000151
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000152
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000153
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000154
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000155
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000156
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000157
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000158
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000159
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000160
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000161
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000162
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000163
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000164
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000165
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000166
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000167
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000168
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000169
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000170
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000171
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000172
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000173
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000174
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000175
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000176
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000177
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000178
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000179
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000180
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000181
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000182
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000183
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000184
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000185
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000186
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000187
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000188
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000189
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000190
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000191
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000192
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000193
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000194
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000195
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000196
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000197
 
(カチオン型)
 親水性賦与基Xがカチオン型である場合、上記Xは、末端に「-N・Cl」、「-N・Br」、「-N・I」、「-N・CHSO 」、「-N・RSO 」、「-N・NO 」、「(-NCO 2-」又は「(-NSO 2-」(R~Rは水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1~20まで、好ましくは炭素数1~10までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基)を有する。ここで、炭素数が20以下であれば、親水撥油性を損なうことがないために好ましい。
 ここで、親水性賦与基Xがカチオン型である場合、上記式(1)又は上記式(2)で示される、直鎖状の含窒素フッ素系化合物の構造の具体例としては、例えば、下記式(190)~(223)の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000198
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000199
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000200
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000201
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000202
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000203
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000204
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000205
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000206
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000207
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000208
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000209
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000210
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000211
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000212
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000213
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000214
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000215
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000216
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000217
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000218
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000219
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000220
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000221
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000222
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000223
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000224
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000225
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000226
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000227
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000228
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000229
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000230
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000231
 
 これに対して、上記式(3)又は上記式(4)で示される、環状の含窒素フッ素系化合物の構造の具体例としては、例えば、下記式(224)~(258)の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000232
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000233
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000234
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000235
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000236
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000237
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000238
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000239
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000240
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000241
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000242
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000243
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000244
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000245
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000246
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000247
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000248
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000249
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000250
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000251
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000252
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000253
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000254
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000255
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000256
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000257
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000258
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000259
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000260
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000261
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000262
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000263
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000264
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000265
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000266
 
(両性型)
 親水性付与基Xが両性型である場合、上記Xは、末端に、カルボキシベタイン型の「-N(CHCO 」、スルホベタイン型の「-N(CHSO 」、アミンオキシド型の「-N」又はホスホベタイン型の「-OPO (CH10」(nは1~5の整数、R及びRは水素原子または炭素数1~10のアルキル基、R10は水素原子または炭素数1~10のアルキル基または炭素数1~10のアルキレン基)を有する。ここで、炭素数が10以下であれば、親水撥油性を損なうことがないために好ましい。
 ここで、親水性賦与基Xが両性型である場合、上記式(1)又は上記式(2)で示される、直鎖状の含窒素フッ素系化合物の構造の具体例としては、例えば、下記式(259)~(309)の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000267
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000268
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000269
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000270
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000271
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000272
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000273
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000274
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000275
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000276
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000277
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000278
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000279
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000280
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000281
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000282
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000283
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000284
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000285
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000286
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000287
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000288
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000289
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000290
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000291
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000292
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000293
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000294
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000295
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000296
 
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 これに対して、上記式(3)又は上記式(4)で示される、環状の含窒素フッ素系化合物の構造の具体例としては、例えば、下記式(310)~(375)の構造が挙げられる。
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 なお、上述した本実施形態の親水撥油複合体に適用可能な(A)含窒素フッ素系化合物の構造の具体例は一例であって、本発明の技術範囲は上記具体例に限定されるものではない。すなわち、本実施形態に適用可能な(A)含窒素フッ素系化合物は、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性賦与基と、アニオン型、カチオン型及び両性型のいずれかの親水性賦与基と、を分子中に少なくともそれぞれ1以上有していればよい。
 また、上述した(A)含窒素フッ素系化合物は、夫々単独で親水撥油性を充分発揮するが、実用環境は、酸、アルカリ、油等を含み千差万別であり、実用的な耐久性を加味した場合、含窒素フッ素系化合物を適宜組み合わせて、実際環境に対する耐久性を高めることが、望ましい。
 なお、本発明の親水撥油複合体は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した本実施形態に適用可能な(A)含窒素フッ素系化合物の構造の具体例においては、含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性賦与基として、式(1)及び式(2)中に示すRf及びRfが対称である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、非対称であってもよい。
 また、上記(A)含窒素フッ素系化合物は、分子中に同一又は異なる撥油性賦与基を2以上有していてもよい。さらに、分子中に撥油性賦与基を2以上有する場合、分子の両末端に設けられていてもよいし、分子鎖中に設けられていてもよい。
 また、上記(A)含窒素フッ素系化合物は、分子中に同一又は異なる親水性賦与基を2以上有していてもよい。
 また、上記(A)含窒素フッ素系化合物は、連結基中に同一又は異なる結合を2以上有していてもよい。さらに、連結基がポリマー型である場合、ユニットの繰り返し数や結合順序は特に限定されない。
 次に、本実施形態の親水撥油複合体に適用可能な(A)含窒素フッ素系化合物の製造方法について説明する。
 本実施形態に適用可能な(A)含窒素フッ素系化合物の製造方法は、下記式(5)又は(6)で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物又はスルホン酸ハロゲン化物を原料として、上記式(1)~(4)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する。より具体的には、下記式(5)で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物又はスルホン酸ハロゲン化物を原料として、上記式(1)又は上記式(2)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する。また、下記式(6)で示される含窒素ペルフルオロアルキル基を有するカルボン酸ハロゲン化物又はスルホン酸ハロゲン化物を原料として、上記式(3)又は上記式(4)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000384
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000385
 
 ここで、上記式(5)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Rfは、炭素数1~6であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
 Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~4であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であることが好ましい。また、Rfは、炭素数1~4であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。
 また、上記式(6)中、Rf、Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
 Rf、Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~4であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。
 また、Zは、酸素原子、窒素原子、CF基及びCF基のいずれかを含む。また、Zが窒素原子又はCF基を含む場合、Zから分岐したペルフルオロアルキル基が当該Zに結合していてもよい。
 また、上記式(5)及び(6)中、Yは、CO又はSOである。
 さらに、上記式(5)及び(6)中、Aは、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群から選択されるいずれか1のハロゲン原子である。
 なお、本実施形態に適用可能な(A)含窒素フッ素系化合物の製造方法は、上記式(1)~(4)中に示すXの種類により異なる製造方法となる。以下に、場合分けして説明する。
(アニオン型の場合)
 先ず、上記式(1)又は上記式(3)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する場合について説明する。
 上記式(5)又は上記式(6)に示す原料のうち、YがCOの場合(カルボン酸系の場合)は水溶液化したM(OH)(MはLi,Na,K,Ca,Mg,Al等、mは、Li,Na,K等1価カチオンの場合は1、Ca,Mg等2価カチオンの場合は2、Al等3価カチオンの場合は3)へ、YがSOの場合(スルホン酸系の場合)は水溶液化したM(OH)(MはLi,Na,K,R,Ca,Mg,Al等、mは、Li,Na,K等1価カチオンの場合は1、Ca,Mg等2価カチオンの場合は2、Al等3価カチオンの場合は3、R~Rは水素原子またはそれぞれ独立した炭素数1~20までの直鎖もしくは分岐状のアルキル基)へ、それぞれ滴下して中和反応させた後に乾固し、目的物が可溶かつ副生するM(A)、M(A)またはM(A)が不溶の溶媒を用いて乾固して得た個体から目的物を抽出し、さらにこの抽出溶媒を乾固することにより、目的物を得ることができる。必要に応じて、この塩を硫酸等の酸を用いてカルボン酸またはスルホン酸に変換し、蒸留した後に再度M(OH)で所望の塩にすることで、高純度化することも可能である。
 次に、上記式(2)又は上記式(4)に示す含窒素フッ素系化合物を製造する場合について説明する。
 具体的には、例えば、撥油性付与基(含窒素ペルフルオロアルキル基)とアニオン型の親水性付与基との間に、アミド結合を有する連結基Rを導入する場合、先ず、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、アミノアルキルカルボン酸やアミノフェニルスルホン酸とを反応させて、次に、水酸化アルカリと反応させることにより、アミド結合を有するカルボン酸又はスルホン酸のアルカリ金属塩が得られる。
 また、例えば、撥油性付与基(含窒素ペルフルオロアルキル基)とアニオン型の親水性付与基との間に、エステル結合を有する連結基Rを導入する場合、先ず、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、ヒドロキシフェニル有機酸とを反応させて、次に、水酸化アルカリと反応させることにより、エステル結合を有するカルボン酸又はスルホン酸のアルカリ金属塩が得られる。
 また、例えば、撥油性付与基(含窒素ペルフルオロアルキル基)とアニオン型の親水性付与基との間に、エーテル結合を有する連結基Rを導入する場合、先ず、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリドを水素化アルミニウムリチウム(LiAlH)や水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)で還元して、含窒素ペルフルオロアルキル基を持つアルコールを生成する。次いで、t-ブトキシカリウム等でカリウムアルコラートにしてから、ハロゲン化有機酸の金属塩と反応させることにより、エーテル結合を持つカルボン酸のアルカリ金属塩が得られる。
(カチオン型の場合)
 具体的には、例えば、上記式(5)又は上記式(6)に示す原料のうち、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、N,N-ジアルキルアミノアルキレンアミンとをアミド結合させて末端第3級アミンにした後、ヨウ化メチル(CHI)や臭化メチル(CHBr)、ジメチル硫酸((CHSO)等のアルキル化剤によって第4級化することにより、カチオン型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
 また、例えば、上記式(5)又は上記式(6)に示す原料のうち、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、N,N-ジアルキルアミノアルキレンアルコールとをエーテル結合させて末端第3級アミンにした後、ヨウ化メチル(CHI)や臭化メチル(CHBr)、ジメチル硫酸((CHSO)等のアルキル化剤によって第4級化することにより、カチオン型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
(両性型の場合)
 具体的には、例えば、カルボキシベタイン型の場合、先ず、上記式(5)又は上記式(6)に示す原料のうち、含窒素ペルフルオロアルキルカルボニルフルオリド又はスルホニルフルオリドと、N,N-ジアルキルアミノアルキレンアミンとをアミド結合させて、または、N,N-ジアルキルアミノアルキレンアルコールとエーテル結合させて、末端第3級アミンにした後、モノクロル酢酸ナトリウムと反応させることにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
 また、例えば、スルホベタイン型の場合、上述したように末端第3級アミンにした後、1,3-プロパンスルトン等に代表される環状スルホン酸エステル化合物と反応させることにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
 また、例えば、アミンオキシド型の場合、上述したように末端第3級アミンにした後、過酸化水素と反応させることにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
 また、例えば、ホスホベタイン型の場合、含窒素ペルフルオロカルボニルフルオリドを還元してアルコール体にしたもの、又は、含窒素ペルフルオロアルキルスルホニルフルオリドをアミノアルコールでスルホンアミド化して末端に水酸基を導入したものを、例えばトリメチルアミン等の塩基の存在下でオキシ塩化リンと反応させて、含窒素ペルフルオロアルキル基を有するジクロロリン酸エステルを得る。次に、得られた含窒素ペルフルオロアルキル基を有するジクロロリン酸エステルをブロモエタノールと反応させ、次いで炭酸銀触媒下でトリメチルアミンを反応させて四級アンモニウム塩とし、最後に加水分解することにより、両性型の親水性付与基を有する含窒素フッ素系化合物が得られる。
(B)無機化合物
 本実施形態の親水撥油複合体に適用可能な(B)無機化合物としては、電荷又はイオン性基を有する無機化合物であれば、特に限定されるものではない。このような無機化合物としては、具体的には、例えば、無機粒子や粘土鉱物、凝集剤が挙げられる。
 無機粒子としては、電荷を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、ムライト、アルミナ、ゼオライト等が挙げられる。また、無機粒子としては、これらのうちいずれか一種を単独で用いてもよいし、二種以上の混合物を用いてもよい。
 なお、無機粒子は、一次粒子の凝集体であってもよい。
 (B)無機化合物として無機粒子を用いた場合、当該無機粒子の表面に(A)含窒素フッ素系化合物の少なくとも一部が非共有結合により複合化した複合体が得られる。
 粘土鉱物としては、電荷を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ベントナイト、有機ベントナイト、スメクタイト、カオリナイト等が挙げられる。また、粘土鉱物としては、これらのうちいずれか一種を単独で用いてもよいし、二種以上の混合物を用いてもよい。
 (B)無機化合物として粘土鉱物を用いた場合、当該粘土鉱物の層間に(A)含窒素フッ素系化合物が取り込まれて複合化した複合体が得られる。
 凝集剤としては、イオン性基を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、硫酸アルミニウム等が挙げられる。また、凝集剤としては、これらのうちいずれか一種を単独で用いてもよいし、二種以上の混合物を用いてもよい。さらに、これらの凝集剤を水に溶解させて液状化させたものを用いてもよい。
 (B)無機化合物として上記凝集剤を用いた場合、(A)含窒素フッ素系化合物の少なくとも一部と凝集剤が非共有結合により結合して複合化した複合体が得られる。
 上述したように、本実施形態の親水撥油複合体は、(A)含窒素フッ素系化合物と、(B)電荷又はイオン性基を有する無機化合物とが複合化された複合体である。換言すると、本実施形態の親水撥油複合体は、(A)含窒素フッ素系化合物を、(B)電荷又はイオン性基を有する無機化合物に少なくとも一部を担持させたものである。
 ここで、本実施形態の親水撥油複合体において、(A)含窒素フッ素系化合物と(B)無機化合物との組合せは、特に限定されるものではなく、(A)含窒素フッ素系化合物の分子構造あるいは(B)無機化合物の有する電荷又はイオン性基に応じて適宜選択することができる。
 また、本実施形態の親水撥油複合体において、(A)含窒素フッ素系化合物と(B)無機化合物との質量組成比は、特に限定されるものではなく、親水撥油性の特性値や、上記特性の持続性に応じて適宜選択することができる。具体的には、(A)含窒素フッ素系化合物と(B)無機化合物との質量組成比は、1~99対99~1の範囲から選択することができる。
 さらに、本実施形態の親水撥油複合体は、(A)含窒素フッ素系化合物と、(B)電荷又はイオン性基を有する無機化合物との複合体を含むため、ろ紙や不織布、カートリッジフィルター等の基材の表面に固着処理することによって、親水性および撥油性が向上し、より優れた油水分離性能を得ることができる。また、(A)含窒素フッ素系化合物と、(B)電荷又はイオン性基を有する無機化合物とは非共有結合を有することから、油水分離中の(A)含窒素フッ素系化合物の溶出を低減でき、耐久性の向上を図ることができる。なお、基材への固着には、後述する樹脂やガラス質を用いることが可能である。
 本実施形態の親水撥油複合体は、(A)含窒素フッ素系化合物と、(B)電荷又はイオン性基を有する無機化合物と、が複合化された複合体を主成分として含む構成となっている。このため、本実施形態の親水撥油複合体を各種用途に用い、水分のある実環境において使用した場合であっても、親水性及び撥油性を発現させる成分である(A)含窒素フッ素系化合物の流出を抑制することができる。したがって、本実施形態の親水撥油複合体によれば、親水撥油性に起因する防汚性能や油水分離性能等の効果を持続させることができる(すなわち、耐久性に優れる)。
<親水撥油複合体の製造方法>
 次に、本実施形態の親水撥油複合体の製造方法について説明する。
 本実施形態の親水撥油複合体の製造方法とは、(A)含窒素フッ素系化合物と、(B)電荷又はイオン性基を有する無機化合物とを複合化させる方法、すなわち、複合体の形成方法である。複合体の形成方法としては、(A)含窒素フッ素系化合物と、(B)無機化合物との組み合わせに応じて、異なる方法となる。具体的には、下記の3つの方法が挙げられる。
 一つ目の方法としては、先ず、水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒に、含窒素フッ素系化合物及び無機化合物を溶解又は分散させて塗工液を得る。次いで、得られた塗工液を基材に塗布した後、乾燥させて塗工液の溶媒成分を除去する。上記乾燥の過程で、含窒素フッ素系化合物と電荷又はイオン性基を有する無機化合物との複合体を得ることができる。
 二つ目の方法としては、先ず、水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒に、含窒素フッ素系化合物及び無機化合物を分散させた溶液を得る。次いで、得られた溶液中から固形物をろ過によって分離した後、固形物を乾燥することによって複合体を得ることができる。
 三つ目の方法としては、先ず、水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒に、含窒素フッ素系化合物及び無機化合物を溶解又は分散させた後、溶媒成分である水又は有機溶媒を留去する。次いで、得られた残渣を乾燥することによって複合体を得ることができる。
 なお、複合体の形成の際に用いる有機溶媒としては、(A)含窒素フッ素系化合物を溶解又は分散させることが可能であれば、特に限定されるものではないが、環境影響等の観点から水やアルコール、又は水とアルコールの混合物等が挙げられる。また、アルコールとしては、特に限定されるものではないが、例えば、メタノール、エタノール、IPA等が挙げられる。
 上述した複合体の形成方法において、含窒素フッ素系化合物と逆の電荷又はイオン性基を有する無機化合物を添加することに留意する。ただし、含窒素フッ素系化合物が両性のイオンを有する場合にはどちらであっても良い。
 ここで、上述した含窒素フッ素系化合物は水に難溶性であり、水に分散させることが可能である。そして、含窒素フッ素系化合物を分散させた水に無機化合物を加えた場合、含窒素フッ素系化合物の電荷と無機化合物とが水素結合等の非共有結合によって複合化が起こり、含窒素フッ素系化合物と無機化合物との複合体を得ることができる。
 一方、含窒素フッ素系化合物が有機溶媒に溶解している場合、そのままでは無機化合物との複合化は起こらないが、溶媒成分を蒸発させて乾固する過程で、それぞれの電荷が打ち消されて凝集が起こり、含窒素フッ素系化合物と無機化合物との複合体を得ることができる。この複合体においては、実際の使用環境において、大気中の水分の影響等により、(A)含窒素フッ素系化合物および(B)無機化合物ともに一部に電荷を帯びることで、より強固な結合が起こる。
 本実施形態の親水撥油複合体の製造方法によれば、親水撥油複合体の主成分である複合体を容易に形成する方法である。換言すると、(A)含窒素フッ素系化合物と、(B)電荷又はイオン性基を有する無機化合物とを簡便な方法によって確実に複合化させることができる。
<表面被覆材>
 上述した本実施形態の親水撥油複合体を、溶媒に含有させることによって、親水撥油複合体の表面被覆材を形成することができる。なお、親水撥油複合体としては、含窒素フッ素系化合物と無機化合物とが複合化された複合体を用いてもよいし、上述したように複合体を形成する際の溶媒に含窒素フッ素系化合物及び無機化合物をそれぞれ溶解又は分散させた溶液状態のものを用いてもよい。溶液状態のものを用いた場合では、溶媒成分が蒸発する過程で含窒素フッ素系化合物と無機化合物との複合体が形成される。
 ここで、溶媒としては、水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒が挙げられる。また、有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、IPA、テトラヒドロフラン、ヘキサン、クロロホルム、トルエン、酢酸エチル、DMSO、DMF、アセトン、フッ素系溶剤などが挙げられる。特に、乾燥が容易で使用しやすく、また環境影響等の観点から、水やメタノール、エタノール、IPAなどのアルコール類、又は水とアルコールとの混合物が好ましい。また、これら溶媒と相溶性のある溶媒を混合することも可能である。例えばテトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤、ヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶剤、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系溶剤、トルエン等の芳香族炭化水素系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤、アセトン等のケトン系溶剤、ヘキサフルオロキシレン等のフッ素系溶剤などが挙げられる。
 ここで、表面被覆材において、親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と溶媒との質量組成比は、0.2~50.0対99.8~50.0が好ましく、より好ましくは1.0~30.0対99.0~70.0の範囲、さらに好ましくは2~10対98~90の範囲である。表面被覆材中の親水撥油複合体に含まれる含窒素フッ素系化合物の質量組成比が0.2以上であると、処理した際に基材全体を充分親水撥油化できるために好ましい。一方、表面被覆材中の親水撥油複合体に含まれる含窒素フッ素系化合物の質量組成比が50以下であると、表面被覆材の溶液分散安定性に優れるために好ましい。塗布性や生成物の耐久性を加味すると、親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と溶媒との質量組成比は、2~10対98~90の範囲が好ましい。
 また、表面被覆材には、結合剤を添加することが好ましい。これにより、基材への密着性を高めることができる。また、含窒素フッ素系化合物を包み込んで、含窒素フッ素系化合物自体の環境に接触する面積を低減する機能を有するため、特性の持続性及び耐久性を向上させることができる。
 結合剤としては、具体的には、例えば、樹脂や無機ガラスが挙げられる。樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、UV硬化性樹脂等があり、具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、シリコーン樹脂、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、アクリルポリオール系樹脂、ポリエステルポリオール系樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂や熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。
 さらに、親水撥油性の特性を最大限に発揮させるためには、結合剤として親水性ポリマーを用いることが好ましい。また、親水性ポリマーの中でも、基材への密着性や親水撥油複合体と水素結合等の相互作用をもたらすヒドロキシル基を含有しているものが好ましい。
 親水性ポリマーとしては、具体的には、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、セルロースなどの多糖類およびその誘導体などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。親水性ポリマーは、架橋剤により架橋してもよい。このような架橋により、後述する塗布膜の耐久性が向上する。
 架橋剤としては、特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体的には、例えば、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、アルデヒド化合物、アルデヒド化合物、紫外線架橋型化合物、脱離基含有化合物、カルボン酸化合物、ウレア化合物などが挙げられる。
 無機ガラスとしては、具体的には、例えば、化学式[R14Si(OR15]で示されるトリアルコキシシラン、化学式[Si(OR16](R14~R16はそれぞれ独立した炭素数1~6までのアルキル基)で示されるテトラアルコキシシラン等のシラン化合物や、水ガラス等が挙げられる。これらの中でも、水ガラスは、耐久性の向上効果が高いために好ましい。
 表面被覆材において、親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と結合剤との質量組成比は、0.2~99.9対99.8~0.1の範囲であることが好ましく、より好ましくは2~98対98~2の範囲、さらに好ましくは10~90対90~10の範囲である。親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物の質量組成比が0.2以上であると、親水撥油性が充分得られるために好ましい。
 表面被覆材を形成するための混合方法としては、ボールミル、ロールミル、サンドミル、ペイントシェーカー、ホモジナイザー、インペラー式攪拌機、超音波分散機、マグネチックスターラーなど、親水撥油複合体が溶媒中に分散又は溶解できる方法であれば特に限定されるものではない。
 なお、表面被覆材は、親水撥油複合体と溶媒、結合剤の他に、顔料や導電付与剤、レベリング剤等の親水撥油以外の機能を付与するために、添加剤を任意成分としてさらに含んでもよい。
<塗布膜>
 上述した表面被覆材を用いることにより、基材の表面の少なくとも一部を塗布膜によって被覆することができる。上記塗布膜は、親水撥油複合体のみからなる場合と、結合剤を含む場合とがある。塗布膜中に結合剤を含む場合、親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と結合剤との質量組成比は、0.2~99.9対99.8~0.1の範囲であることが好ましい。ここで、親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物の質量組成比が0.2以上であると、十分な親水撥油性が得られるために好ましい。基材との密着性や塗布膜の耐久性を加味すると、2~98対98~2の範囲がより好ましく、10~90対90~10の範囲が特に好ましい。
 塗布膜の形成方法としては、具体的には、例えば、基材の表面の少なくとも一部に上述した表面被覆材を塗布し、溶剤を除去するために乾燥処理することにより、基材の表面の少なくとも一部に塗布膜を形成することができる。
 基材としては、特に限定されないが、ガラス、プラスチック、金属、セラミックス、ステンレス、アルミニウム、木、石、セメント、コンクリート、繊維、布帛、紙、皮革、それらの組合せ、それらの構造体、積層体等を用いることができる。
 塗布工程において、基材の表面への塗布方法としては、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、表面被覆材中に基材を浸漬する浸漬法、スプレー、刷毛、ローラなど塗布手段を使用する、あるいは印刷手法を用いる方法などが挙げられる。
 形成工程において、塗膜の乾燥処理の条件としては、表面被覆材に含まれる溶媒の種類や含有量などによっても異なるが、例えば、常温で1~24時間の乾燥や、基材に影響を与えない程度での加熱による乾燥が挙げられる。
<樹脂組成物>
 上述した本実施形態の親水撥油複合体は、各種樹脂に親水撥油性の機能を付与するための添加剤として用いることができる。
 樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、UV硬化性樹脂等が挙げられる。樹脂としては、親水撥油複合体が分散あるいは溶解できる樹脂であれば特に限定されるものではない。このような樹脂としては、具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、シリコーン樹脂、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、アクリルポリオール系樹脂、ポリエステルポリオール系樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂や熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。
 さらに、親水撥油性の特性を最大限に発揮させるためには、樹脂として、親水性ポリマーを用いることが好ましい。親水性ポリマーとしては、ヒドロキシル基を含有しているものが好ましい。具体的には、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、セルロースなどの多糖類およびその誘導体などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、親水性ポリマーは、架橋剤により架橋してもよい。このような架橋により、樹脂組成物の耐久性が向上する。
 架橋剤としては、特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体的には、例えば、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、アルデヒド化合物、アルデヒド化合物、紫外線架橋型化合物、脱離基含有化合物、カルボン酸化合物、ウレア化合物等が挙げられる。
 樹脂組成物は、親水撥油複合体と樹脂とのほかに、流動性改善剤、界面活性剤、難燃剤、導電付与剤、防カビ剤等の親水撥油以外の機能を付与するために添加剤をさらに含んでもよい。
 樹脂組成物の形成方法としては、樹脂の種類にあわせて適切に選択された親水撥油複合体が分散又は溶解できる方法であれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、熱可塑性樹脂への親水撥油複合体の混合方法としては、押し出し法やロール法による練り込み等により混合する方法がある。
 樹脂組成物は、さらに成形された樹脂成型品に加工できる。具体的には、例えば、フィルム、シート、糸、筐体などの射出成形品等が挙げられる。
 樹脂組成物において、親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と樹脂との質量組成比が、0.2~99.9対99.8~0.1の範囲であることが好ましく、より好ましくは2~98対98~2の範囲、さらに好ましくは10~90対90~10の範囲である。親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物の質量組成比が0.2以上であると、親水撥油機能を十分に発揮することができるために好ましい。一方、親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物の質量組成比が90以下であれば、樹脂物性を損なうことなく、成形性を維持することが容易となるために好ましい。
 上述した塗布膜及び樹脂組成物の用途としては、水等の速乾性が期待される部材、防汚効果が期待される部材、防曇効果、油除去性が期待される部材等への応用が挙げられる。
 水等の速乾性が期待される、より具体的な用途としては、建材、外壁や屋根のような建物外装、建物内装、窓枠、窓ガラス、自動車、鉄道車両、航空機、船舶、自転車、オートバイのような乗物の外装及び塗装、機械装置や物品の外装、防塵カバー及び塗装、看板、交通標識、各種表示装置、広告塔、道路用防音壁、鉄道用防音壁、橋梁、ガードレールの外装及び塗装、トンネル内装及び塗装、碍子、太陽電池カバー、太陽熱温水器集熱カバー、熱交換器用放熱フィン、ビニールハウス、車両用照明灯のカバー、住宅設備、便器、浴槽、洗面台、照明器具、照明カバー、台所用品、食器、食器洗浄器、食器乾燥器、流し、調理レンジ、キッチンフード、換気扇、及び上記物品表面に貼付させるためのフィルム等が挙げられる。
 防汚効果が期待される、より具体的な用途としては、建材では、外壁や屋根のような建物外装、建物内装、窓枠、窓ガラス、看板、交通標識、防音壁、自動車、鉄道車両、航空機、船舶、自転車、オートバイのような乗物の外装及び塗装、機械装置や物品の外装、防塵カバー及び塗装、各種表示装置、広告塔、道路用防音壁、鉄道用防音壁、橋梁、ガードレールの外装及び塗装、トンネル内装及び塗装、碍子、太陽電池カバー、太陽熱温水器集熱カバー、ビニールハウス、車両用照明灯のカバー、住宅設備、便器、浴槽、洗面台、照明器具、照明カバー、台所用品、食器、食器洗浄器、食器乾燥器、流し、調理レンジ、キッチンフード、換気扇等が挙げられる。また、光学部材では、タッチパネルのカバーガラスやカバーシート、アイコンシートや画面保護フィルム、光ディスク等が挙げられる。特に食堂や台所用品等の油汚染に対する除去性については、秀逸な特性を有する。さらに、これらの物品の表面に貼付させるためのフィルム等が挙げられる。雪国用屋根材、アンテナ、送電線等への適用も可能であり、その際は、着雪防止性にも優れた特性が得られる。
 防曇効果が期待される、より具体的な用途としては、自動車用及び建材用のガラス、車両用バックミラー、浴室用鏡、洗面所用鏡、道路鏡のような鏡、メガネレンズ、光学レンズ、写真機レンズ及びこれらの物品の表面に貼付させるためのフィルム等が挙げられる。
<油水分離濾材>
 上述した表面被覆材で処理した、ろ紙や不織布、カートリッジフィルター、無機物や有機物の多孔質体や多孔質膜等に、水と油との混合液を流した場合、水はフィルター等を通過するのに対して油は通過できないために、重力のみで油と水とが分離可能な親水撥油性の分離膜やフィルター等(これらを、「分離濾材」と総称する)として用いることができる。この分離膜及びフィルターは、例えば、石油採掘や流出油の回収の際に、水と油とを分離する油水分離膜や油水分離フィルター(すなわち、「油水分離濾材」)として使用することが可能である。
 また、上述した油水分離濾材は、親水撥油性が付与されているため、油で汚染された有機分子や土泥類が付着し難く、優れた耐ファウリング性が得られる。また、逆圧洗浄等の物理処理によって付着した汚れが除去され易く、易洗浄性にも優れる。
 以上説明したように、本実施形態の親水撥油複合体は、分子中に含窒素ペルフルオロアルキル基からなる撥油性賦与基と、アニオン型、カチオン型及び両性型のいずれかの親水性賦与基とを有する化合物(含窒素フッ素系化合物)を含み、優れた親水撥油性を有するため、多種多様な用途に適用可能性を有する。
 また、本実施形態の親水撥油複合体は、連続して結合している炭素数8以上のペルフルオロアルキル基を含有せず、生体蓄積性や環境適応性の点で問題となるPFOSまたはPFOAを生成する懸念がない。
 また、本実施形態の親水撥油複合体は、含窒素フッ素系化合物と、電荷又はイオン性基を有する無機化合物とが複合化された複合体を主成分として含む構成となっている。このため、本実施形態の親水撥油複合体を各種用途に用い、水分のある実環境において使用した場合であっても、親水撥油性を発現させる含窒素フッ素系化合物成分の流出を抑制することができる。したがって、本実施形態の親水撥油複合体によれば、親水撥油性に起因する防汚性能や油水分離性能等の効果を持続させることができる。
 また、本実施形態の親水撥油複合体の製造方法によれば、親水撥油複合体の主成分である複合体を容易に形成する方法である。換言すると、含窒素フッ素系化合物と、電荷又はイオン性基を有する無機化合物とを簡便な方法によって確実に複合化させることができる。
 また、本実施形態を含む表面被覆材、塗布膜、樹脂組成物、油水分離濾材は、含窒素フッ素系化合物と、電荷又はイオン性基を有する無機化合物とが複合化された複合体を主成分として含む親水撥油複合体を用いているため、水分のある実環境において使用した場合であっても、親水撥油性を発現させる含窒素フッ素系化合物成分の流出を抑制することができる。したがって、親水撥油性に起因する防汚性能や油水分離性能等の各種効果を持続させることができる。すなわち、優れた耐久性を有する。
 本実施形態の親水撥油複合体の親水性及び撥油性は、接触角測定(液滴法)によって評価することができる。
 接触角測定は、表面被覆材をバーコーターNo.3を用いてPETフィルムに塗布し、室温下、自然乾燥により溶媒を除去して塗布膜を形成する。
 次いで、この塗布膜の上に、水及びn-ヘキサデカンを滴下し、塗布膜と液滴との接触角をそれぞれ測定する。なお、接触角は、市販の測定装置(例えば、協和界面科学社製、「Drop Master DM-701」)を用いて測定することができる。具体的には、シリンジにイオン交換水を準備し、静止状態で水が膜表面に触れた後の1000msec後の接触角をθ/2法により解析した値を水の接触角(静的接触角、単位:°(度)、1°=(π/180)rad)とすることができる。また、シリンジにn-ヘキサデカンを準備し、接触角を測定し、同様に解析した値を油の接触角とすることができる。
 一般に、水の静的接触角が40°以下である場合を親水性と称し、n-ヘキサデカンの静的接触角が40°以上である場合を撥油性と称する。本願においても、接触角測定の結果、塗布膜に対する水の静的接触角が40°以下かつn-ヘキサデカンの静的接触角が40°以上である場合に、本実施形態の親水撥油複合体が親水撥油性を有するとする。
 なお、接触角測定(液滴法)において、水及びn-ヘキサデカンの滴下方法としては、下記の条件を用いて行う。
(接触角測定)
 滴下容量:2μL/滴(水)
 滴下容量:2μL/滴(n-ヘキサデカン)
 測定温度:室温(22±1℃)
 なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
 以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。なお、本発明はこれらの実施例に限定されない。
<含窒素フッ素系化合物の合成>
(合成例1)
「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートの合成」
 2-メチル-3-ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロピオン酸)フルオリド120gを、ジメチルアミノプロピルアミン39gをIPE溶媒500mlに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で2時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のIPE層をNaHCO水溶液と、NaCl水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、IPEを留去し、さらに蒸留して、粗生成物として、(CNCFCF(CF)CONHCN(CHを64g得た(収率47%)。
 次いで、得られた(CNCFCF(CF)CONHCN(CHを8g、エタノール中での撹拌下、モノクロル酢酸ナトリウムと一晩還流させ、ろ過、濃縮後、下記式(376)に示すジメチルベタイン体を9g得た(収率99%)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000386
 
(合成例2)
「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ピペリジノノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートの合成」
 電解フッ素化により得られたペルフルオロ(2-メチル-3-ピペリジノプロピオン酸)フルオリド20gを、ジメチルアミノプロピルアミン9gをIPE溶媒110mlに溶解させた溶液に、氷浴下で滴下した。室温で2時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のIPE層をNaHCO水溶液と、NaCl水溶液で洗浄処理し、分液した後に水洗を行った後、IPEを留去したところ、粗生成物として、CF(CFCFNCFCF(CF)CONHCN(CHを18g得た(粗収率76%)。
 次いで、得られた粗成生物CF(CFCFNCFCF(CF)CONHCN(CH10gを、エタノール中での撹拌下、モノクロル酢酸ナトリウム3gと一晩還流させて、下記式(377)に示すジメチルベタイン体を11g得た(収率99%)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000387
 
(合成例3)
「ペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)カルシウムの合成」
 2Lガラスフラスコに、12.5%(質量パーセント濃度、以下同様)水酸化ナトリウム水溶液352gを仕込み、3-ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)フルオリド837gを滴下して反応を行った。滴下後、酢酸エチル500mLを加え、ペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)ナトリウムを抽出した。酢酸エチル層と水とを分離した後、ロータリーエバポレーターにて酢酸エチルを留去して、淡黄色固体のペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)ナトリウム488gを得た。
 次いで、1Lのガラスフラスコにペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)ナトリウム488gと95%硫酸280gとを仕込んで混合し、減圧蒸留を行い、常温で固体のペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)436gを得た(なお、ナトリウム塩からの収率は93%)。
 ペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)23.5gを、メタノール/水混合液中で水酸化カルシウム1.5gによって中和した。析出した結晶をろ過にて分離し、100℃で乾燥して、下記式(378)に示すペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)カルシウム23.5gを得た(収率97%)。なお、本化合物の水に対する室温(25℃)での溶解度は、2[g/100g-HO]であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000388
 
(合成例4)
「3-[[ペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-トリメチル-アンモニウム アイオダイドの合成」
 3-ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)フルオリド10gを、ジメチルアミノプロピルアミン4gをIPE溶媒50mlに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で2時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のIPE層をNaHCO水溶液と、NaCl水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、IPEを留去したところ、粗生成物として、(CNCCONHCN(CHを7g得た(収率62%)。
 次いで、得られた粗生成物にメチルエチルケトン中でヨウ化メチルを加え、室温で一晩撹拌した。反応終了後にろ別回収して、下記式(379)に示す4級アンモニウムアイオダイド体を6g得た(収率71%)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000389
 
(合成例5)
「3-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]プロパンスルホネートの合成」
 2-メチル-3-ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロピオン酸)フルオリド120gを、ジメチルアミノプロピルアミン39gをIPE溶媒500mlに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で2時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のIPE層をNaHCO水溶液と、NaCl水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、IPEを留去し、さらに蒸留して、粗生成物として、(CNCFCF(CF)CONHCN(CHを64g得た(収率47%)。
 次いで、得られた(CNCFCF(CF)CONHCN(CHを1.5g、アセトニトリル中での撹拌下、1,3-プロパンスルトンと23時間還流させた後、フッ素系溶剤(旭硝子製:AK225)とIPE混合溶剤中で再沈殿を行って、下記式(380)に示すスルホベタイン体を1.3g得た(収率75%)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000390
 
(合成例6)
「4-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウムブタンスルホネートの合成」
 2-メチル-3-ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロピオン酸)フルオリド120gを、ジメチルアミノプロピルアミン39gをIPE溶媒500mlに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で2時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のIPE層をNaHCO水溶液と、NaCl水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、IPEを留去し、さらに蒸留して、粗生成物として(CNCFCF(CF)CONHCN(CH3)2を64g得た(収率47%)。
 次いで、得られた(CNCFCF(CF)CONHCN(CHを15g、アセトニトリル中での撹拌下、1,4-ブタンスルトン4.2gと18時間還流させた後、フッ素系溶剤(旭硝子製:AK225)とIPE混合溶剤中で再沈殿を行い、下記式(381)に示すスルホベタイン体を13.3g得た(収率75%)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000391
 
(合成例7)
「3-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]2-ヒドロキシプロパン-1-スルホネートの合成」
 2-メチル-3-ジブチルアミノプロピオン酸メチルの電解フッ素化により得られたペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロピオン酸)フルオリド120gを、ジメチルアミノプロピルアミン39gをIPE溶媒500mlに溶解した溶液に、氷浴下滴下した。室温で2時間撹拌した後にろ過を行い、ろ液のIPE層をNaHCO水溶液と、NaCl水溶液とで洗浄処理し、分液した後に水洗を行った。その後、IPEを留去し、さらに蒸留して、粗生成物として(CNCFCF(CF)CONHCN(CHを64g得た(収率47%)。
 次いで、得られた(CNCFCF(CF)CONHCN(CHを5.0g、3-クロロ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウム2.0g、エタノール10ml、水2.1gを混合し、20時間還流させた。その後、炭酸ナトリウム0.7gを添加し、さらに4時間還流させた。反応終了後、反応液を水に投入し、析出した固体をフッ素系溶剤(旭硝子製:AK225)とIPE混合溶剤中で再沈殿を行い、下記式(382)に示すスルホベタイン体を3.5g得た(収率59%)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000392
 
<表面被覆材の作製>
(実施例1)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートを4質量部、無機化合物としてヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL300」)を4質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を15質量部、溶媒としてエタノールを77質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例2)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテート2質量部を水400mLに均一分散し、無機化合物としてヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL300」)を2質量部加えた。沈降した固体を減圧ろ過にてろ取し、乾燥して親水撥油複合体を4質量部得た。得られた複合体4質量部と結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)2質量部をメチルエチルケトン94質量部に配合した表面被覆材を作製した。
(実施例3)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテート48質量部、無機化合物としてヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL50」)を1質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を1質量部、溶媒としてエタノールを50質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例4)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートを5質量部、無機化合物として有機ベントナイト(「エスベンW」、ホージュン社製)を5質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を18質量部、溶媒としてエタノールを72質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例5)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートを4質量部、無機化合物としてベントナイト(「ベンゲル」、ホージュン社製)を4質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を19質量部、溶媒としてエタノールを73質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例6)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートを0.2質量部、無機化合物としてゼオライト(ユニオン昭和社製、「モレキュラーシーブ13Xパウダー」)を4質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を19質量部、溶媒のエタノールを76.8質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例7)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートを4質量部、無機化合物としてシリカゾル(「メタノールシリカゾルMA-ST」、日産化学社製)を4質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を16質量部、溶媒としてエタノールを66質量部、メタノールを10質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例8)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートを5質量部、結合剤としてアクリル樹脂(東亜合成社製、「ARUFON UC-3000」)を5質量部、無機化合物としてヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL300」)を5質量部、溶媒としてエタノールを85質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例9)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートを4質量部、結合剤としてポリビニルアルコール樹脂(日本合成化学社製、「ゴーセネックスZ-410」)の6%水溶液を93質量部、無機化合物としてヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL300」)を3質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例10)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテート10質量部を水1Lに均一分散し、ヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL300」)を3質量部、およびポリ硫酸第二鉄(「ポリテツ」、日鉄鉱業社製)を3質量部加えた。沈降した固体を減圧ろ過にてろ取し、乾燥して親水撥油複合体を9.6質量部得た。得られた複合体2質量部と、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)1質量部とを、クロロホルム97質量部に配合した表面被覆材を作製した。
(実施例11)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例2で得られた2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ピペリジノノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテート2質量部を水400mLに均一分散し、シリカゾル(「オルガノシリカゾルIPA-ST」、日産化学社製:シリカ30%)を7質量部加えた。分散液から水を留去し、残渣を乾燥して親水撥油複合体を4質量部得た。得られた複合体4質量部と結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)2質量部をクロロホルム94質量部に配合した表面被覆材を作製した。
(実施例12)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例3で得られたペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロピオン酸)カルシウムを2質量部、有機ベントナイト(「エスベンW」、ホージュン社製)を4質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を4質量部、溶媒としてエタノールを90質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例13)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例4で得られた3-[[ペルフルオロ(3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-トリメチル-アンモニウム アイオダイドを4質量部、ヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL300」)を4質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を4質量部、溶媒としてエタノールを88質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例14)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例5で得られた3-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]プロパンスルホネートを0.5質量部、無機化合物としてオルガノシリカゾル(日産化学社製、「IPA-ST」)を0.5質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学工業株式会社製、「エスレックBL-1」)を1質量部、溶媒としてヘキサフルオロ-m-キシレンを55質量部、エタノールを37質量部、n-ブタノールを5質量部、イソプロピルアルコールを1質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例15)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例6で得られた4-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウムブタンスルホネートを0.5質量部、無機化合物としてオルガノシリカゾル(日産化学社製、「IPA-ST」)を0.5質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学工業株式会社製、「エスレックBL-1」)を1質量部、溶媒としてヘキサフルオロ-m-キシレンを55質量部、エタノールを37質量部、n-ブタノールを5質量部、イソプロピルアルコールを1質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(実施例16)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例7で得られた3-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]2-ヒドロキシプロパン-1-スルホネートを0.5質量部、無機化合物としてオルガノシリカゾル(日産化学社製、「IPA-ST」)を0.5質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学工業株式会社製、「エスレックBL-1」)を1質量部、溶媒としてヘキサフルオロ-m-キシレンを55質量部、エタノールを37質量部、n-ブタノールを5質量部、イソプロピルアルコールを1質量部の割合で配合した表面被覆材を作製した。
(比較例1)
 含窒素フッ素系化合物として、合成例1で得られた「2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテートを4質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を16質量部、溶媒としてエタノールを80質量部の割合で配合して表面被覆材を作製した。
(比較例2)
 ヒュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL300」)を4質量部、結合剤としてポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)を16質量部、溶媒のエタノールを80質量部の割合で配合して十分に分散させた混合液を作製した。
(比較例3)
 ベントナイト(「ベンゲル」、ホージュン社製)を1.5質量部、結合剤としてエスレックB(BL-1)を8質量部、溶媒としてエタノールを90.5質量部の割合で配合して十分に分散させた混合液を作製した。
<接触角測定による評価>
 実施例及び比較例の表面被覆材によって得られる塗布膜について、接触角測定(液滴法)を行った。
 具体的には、幅240mm×長さ297mm×厚さ100μmのPETフィルム(TORAY、「ルミラー100T60」)に、実施例1~16及び比較例1~3の表面被覆材をオートマチックフィルムアプリケーター(安田精機製作所、「No.542-AB」)とNo.6バーコーター(「R.D.S.Webster」,N.Y.社製)を用いて塗布した後、60~70℃で5~10分乾燥することにより、塗布膜を得た。
 得られた塗布膜の上に、水及びn-ヘキサデカン(以下、油という)をそれぞれ滴下し、PETフィルム上の塗布膜と液滴との接触部位で形成される角度(静的接触角、単位:°(度)、1°=(π/180)rad)を、自動接触角計(協和界面科学社製、「Drop Master 701」)により測定した。
 なお、水及びn-ヘキサデカンの滴下方法としては、下記の条件を用いた。
  滴下容量:2μL/滴(水)
  滴下容量:2μL/滴(n-ヘキサデカン)
  測定温度:室温(22±1℃)
 ここで、水の静的接触角の値が低いほど親水性に優れ、油の静的接触角の値が高いほど、油を弾きやすい、すなわち優れた撥油性を有するということができる。
 したがって、親水撥油性の評価では、接触角測定の結果、塗布膜(コーティング膜)に対する水の静的接触角が40°以下、かつn-ヘキサデカンの静的接触角が40°以上である場合に、含窒素フッ素系化合物が親水撥油性を有する(すなわち、含窒素フッ素系化合物と無機化合物との複合体が、親水撥油複合体である)というものとする。結果を下記の表1及び表2に示す。
 さらに、塗布膜に流水を直接かけ流し、1時間経過した後の水および油の接触角を測定して、親水撥油性の持続性(耐久性)を評価した。結果を下記の表1及び表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000393
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000394
 
 表1及び表2に示すように、実施例1~16における接触角測定の結果、いずれの塗布膜(コーティング膜)についても、初期性能において水の静的接触角が40°以下を示し、かつn-ヘキサデカンの静的接触角については60°以上の優れた撥油性を示すとともに、流水かけ流し1時間後においても初期性能からの低下がほとんど見られなかった。したがって、実施例1~16の表面被覆材によって得られる、親水撥油性の塗布膜は、優れた親水撥油特性と耐久性を兼ね備えていることが確認された。
 これに対して、比較例2および比較例3は、親水撥油性を発現させる含窒素フッ素系化合物を含んでいないため、初期性能の段階から親水撥油性が得られなかった。
 また、比較例1は、親水撥油性を発現させる含窒素フッ素系化合物を含んでいるため、水の静的接触角が40°以下、かつn-ヘキサデカンの静的接触角が40°以上の初期性能を示した。しかしながら、含窒素フッ素系化合物が無機化合物と複合化されていないため、流水かけ流し1時間後の親水性が低下することが確認された。
<油水分離試験による評価>
 合成例1で得られた2-[3-[[ペルフルオロ(2-メチル-3-ジブチルアミノプロパノイル)]アミノ]プロピル-ジメチル-アンモニウム]アセテート2.1gと、ポリビニルブチラール(積水化学製、「エスレックBL-1」)2.0gとを、ヘキサフルオロキシレン240g、エタノール160g、n-ブタノール20gの混合溶媒に溶解した溶解液を得た。次いで、得られた溶解液にシリカゾル(日産化学製、「IPA-ST」:固形分30%)7.1gを添加し、均一に分散させて表面被覆材を調製した。次に、調整した表面被覆材に、直径47mmの円形状のポリプロピレン製不織布(目付:20g/m、厚さ:0.21mm)を浸漬処理し、60℃で乾燥した後、常圧濾過装置に設置して油水分離試験を行った。なお、試験液には、水30mLとn-ヘキサデカン5mLとの混合液を使用した。
 常圧濾過装置に試験液をよく振って供給した結果、水は勢いよく不織布を通過したが、n-ヘキサデカンは不織布を通過することができず、約60秒で油水が完全に分離された。
 本発明の親水撥油複合体、その分散液及び溶解液は、親水撥油性を賦与することができる。このため、防汚機能を有する塗膜や油水分離濾材などへの適用が可能であり、産業上の利用可能性を有する。

Claims (15)

  1.  下記式(1)~(4)で示される、一種又は二種以上の含窒素フッ素系化合物と、電荷又はイオン性基を有する無機化合物とを含む、親水撥油複合体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
     
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
     
     上記式(1)及び(2)中、Rf、Rfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。また、Rfは、炭素数1~6であって、直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。
     上記式(3)及び(4)中、Rf、Rf及びRfは、それぞれ同一または互いに異なる、炭素数1~6であって直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基である。また、Zは、酸素原子、窒素原子、CF基及びCF基のいずれかを含む。
     また、上記式(2)及び(4)中、Rは、2価の有機基である連結基である。
     また、上記式(1)~(4)中、Xは、アニオン型、カチオン型及び両性型からなる群から選択されるいずれか1の親水性賦与基である。
  2.  前記無機化合物が、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、ムライト、アルミナ、ゼオライトからなる群のうち、いずれか一種又は二種以上の混合物である、請求項1に記載の親水撥油複合体。
  3.  前記無機化合物が、ベントナイト、有機ベントナイト、スメクタイト、カオリナイトからなる群のうち、いずれか一種又は二種以上の混合物である、請求項1に記載の親水撥油複合体。
  4.  前記無機化合物が、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、硫酸アルミニウムからなる群のうち、いずれか一種又は二種以上の混合物である、請求項1に記載の親水撥油複合体。
  5.  前記含窒素フッ素系化合物と前記無機化合物との質量組成比が、1~99対99~1の範囲である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の撥水撥油複合体。
  6.  請求項1に記載の親水撥油複合体の製造方法であって、
     水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒に前記含窒素フッ素系化合物と前記無機化合物とを溶解又は分散させた塗工液を基材に塗布した後、前記水、前記有機溶媒又は前記混合溶媒を除去して前記複合体を得る、親水撥油複合体の製造方法。
  7.  請求項1に記載の親水撥油複合体の製造方法であって、
     水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒に前記含窒素フッ素系化合物と前記無機化合物とを分散させた溶液中から固形物をろ過によって分離し、得られた前記固形物を乾燥して前記複合体を得る、親水撥油複合体の製造方法。
  8.  請求項1に記載の親水撥油複合体の製造方法であって、
     水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒に前記含窒素フッ素系化合物と前記無機化合物とを溶解又は分散させた後、前記水、前記有機溶媒又は前記混合溶媒を留去して得られた残渣を乾燥して前記複合体を得る、親水撥油複合体の製造方法。
  9.  請求項1に記載の親水撥油複合体と、
     水、有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒のうち、いずれかの溶媒と、を含み、
     前記親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と前記溶媒との質量組成比が、0.2~50対50~99.8の範囲である、表面被覆材。
  10.  さらに、結合剤を含み、
     前記親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と前記結合剤との質量組成比が、0.2~99.9対99.8~0.1の範囲である、請求項9に記載の表面被覆材。
  11.  前記結合剤が、樹脂、水溶性樹脂及び水ガラスのいずれかを含む、請求項10に記載の表面被覆材。
  12.  請求項1に記載の親水撥油複合体を含む、塗布膜。
  13.  さらに、結合剤を含み、
     前記親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と前記結合剤との質量組成比が、0.2~99.9対99.8~0.1の範囲である、請求項12に記載の塗布膜。
  14.  請求項1に記載の親水撥油複合体と、樹脂とを含み、
     前記親水撥油複合体中の含窒素フッ素系化合物と前記樹脂との質量組成比が、0.2~99.9対99.8~0.1の範囲である、樹脂組成物。
  15.  請求項12に記載の塗布膜又は請求項14に記載の樹脂組成物を含む、油水分離濾材。
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