WO2021132436A1 - コーティング組成物及びコーティングを備えた物品 - Google Patents

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WO2021132436A1
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perfluoropolyether
compound
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豊 市原
翼 榎並
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株式会社ネオス
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    • C09D5/16Antifouling paints; Underwater paints

Definitions

  • the present invention relates to a coating composition, a coated article obtained by reacting this coating composition with an inorganic base material.
  • a coating agent that covers the surface is used for optical members that require light transmission and transparency, such as displays and touch panels.
  • such coating agents have a high level of durability against scratches, stain resistance against fingerprints and other stains, and chemical resistance including alkali resistance and acid resistance. Is required.
  • JP2014-218639A discloses a perfluoropolyether group-containing silane compound.
  • Perfluoropolyether group-containing silane compounds have been proposed for use as surface treatment agents, especially antifouling coating agents, because they provide excellent water repellency, oil repellency, stain resistance, and friction durability. ..
  • the surface treatment layer formed by using the surface treatment agent of JP2014-218639A has friction durability, a large contact angle of water, and excellent slipperiness.
  • the performance of the surface treatment layer was significantly deteriorated when it came into contact with an alkaline substance. It has been found.
  • the performance of the surface-treated layer with the surface-treating agent of JP2014-218639A was significantly reduced under high temperature and high humidity conditions.
  • the present invention is a novel coating layer having excellent antifouling property, scratch resistance, durability against chemicals in general, and capable of forming a coating layer that does not lose these performances even under high temperature and high humidity. It is an object of the present invention to provide a coating composition.
  • Another embodiment of the present invention comprises a first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule and a perfluoropolyether moiety in the molecule without having the perfluoropolyether moiety in the molecule.
  • a coating article obtained by reacting a coating composition containing at least.
  • the coating composition of the present invention has a large contact angle of water, is excellent in antifouling property, has oil repellency, scratch resistance and chemical resistance, and is a light-transmitting coating that does not lose these performances even under high temperature and high humidity. Layers can be formed.
  • One embodiment of the present invention comprises a first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule and a perfluoropolyether moiety in the molecule without the perfluoropolyether moiety in the molecule.
  • the coating composition is a mixture that exists in a liquid state at room temperature and is applied mainly for protecting the surface of an article and forming a coating film for the purpose of polishing and the like. .. That is, the coating composition is mainly used as a paint, and needs to meet various required performances corresponding to the place of construction and the article.
  • the coating film (coating layer) formed from the coating composition of the present embodiment mainly covers, processes, and decorates the surface of an article made of resin or plastic, in addition to an inorganic base material such as metal or glass. Used for.
  • the coating composition of the embodiment forms a coating layer that adheres to the surface of these articles, is resistant to peeling, is light transmissive, and is generally transparent.
  • the coating composition of the present embodiment contains a first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule.
  • the alkoxysilane compound is a kind of silicon compound having silicon (Si) in the molecule, and has one alkoxysilyl group in which 1 to 3 substituents-OR (R represents an alkyl group) are bonded to silicon. It is a compound having the above.
  • the first alkoxy is an alkoxysilane compound having one or two trialkoxysilyl groups in which a substituent-OR (R represents an alkyl group) is bonded to silicon. It is preferably used as a silane compound.
  • the perfluoropolyether portion means a portion in which a perfluoro group is bonded by an ether bond.
  • the perfluoropolyether part has the following formula I:
  • the first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule used in the present embodiment preferably has one or two alkoxysilyl groups.
  • the first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety used in the present embodiment in the molecule is described in the following formula II:
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently
  • X is a substituent having an alkoxysilyl group. It is preferably a compound represented by a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms and e being an integer of 1 to 4).
  • the first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule used in this embodiment is the following formula III:
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently. It is an alkyl group of 4
  • e is an integer of 1 to 4
  • h can be a compound represented by an integer of 1 to 4
  • the first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule used in this embodiment is the following formula IVa:
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • formula IVb is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • formula IVc is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently
  • e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • the coating composition of the present embodiment contains a second alkoxysilane compound which does not have a perfluoropolyether moiety in the molecule and has a perfluoro group in the molecule.
  • the second alkoxysilane compound used in the embodiment is a kind of silicon compound having silicon (Si) in the molecule, like the first alkoxysilane compound described above, and has a substituent-OR (R) in silicon. It represents a compound having one or more alkoxysilyl groups in which 1 to 3 (representing an alkyl group) are bonded.
  • an alkoxysilane compound having one trialkoxysilyl group having three substituents-OR (R represents an alkyl group) bonded to silicon is used as the second alkoxysilane compound.
  • R represents an alkyl group
  • the second alkoxysilane compound used in the present embodiment which does not have a perfluoropolyether moiety in the molecule and has a perfluoro group in the molecule, has the following formula V:
  • R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, f is an integer of 1 to 6, and g is an integer of 0 to 5).
  • the second alkoxysilane compound include trifluoropropyltrimethoxysilane, trifluorobutyltrimethoxysilane, pentafluoroethyltrimethoxysilane, heptafluoroethyltrimethoxysilane, trifluoropropyltriethoxysilane, and trifluorobutyltriethoxysilane.
  • An alkoxysilane compound having a perfluoro group in the molecule can be mentioned.
  • the coating composition of the embodiment contains a third alkoxysilane compound which does not have a perfluoropolyether portion and a perfluoro group in the molecule and has at least four or more alkoxy groups in the molecule.
  • the third alkoxysilane compound used in the embodiment is a kind of silicon compound having silicon (Si) in the molecule like the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound described above, and is substituted with silicon.
  • a compound having one or more alkoxysilyl groups in which 1 to 3 groups-OR (R represents an alkyl group) are bonded.
  • an alkoxysilane compound having four or more substituents-OR R represents an alkyl group
  • the third alkoxysilane compound does not have the above-mentioned perfluoropolyether portion or perfluoro group.
  • the third alkoxysilane compound used in the present embodiment which does not have a perfluoropolyether moiety and a perfluoro group in the molecule and has at least four or more alkoxy groups in the molecule, has the following formula VI:
  • R 4 and R 5 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and at least four of R 4 and R 5 present in the compound molecule represented by the formula VI are. It is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and i is an integer of 1 to 5).
  • alkoxysilane compounds such as hydrolyzed polycondensates, methyl silicate tetramers, methyl silicate heptamerics, ethyl silicate pentamers, and ethyl silicate decamers.
  • the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound is the number average molecular weight of the second alkoxysilane compound (the above formula V). It is particularly preferable that the molecular weight is larger than that of the compound (represented by). In particular, it is preferable that the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound is 10 times or more the molecular weight of the second alkoxysilane compound.
  • the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound is 2000 or more, preferably 3000 or more, and more preferably 4000 or more.
  • the molecular weight of the second alkoxysilane compound may be selected according to the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound. For example, when the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound is 3,000, the second alkoxysilane compound has a second molecular weight.
  • the molecular weight of the alkoxysilane compound can be 300, or the like. The technical meaning of setting the ratio of the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound to the molecular weight of the second alkoxysilane compound as described above will be described later.
  • the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are contained in a weight ratio of 10: 1 to 10:40.
  • a particularly preferred coating composition comprises a first alkoxysilane compound and a second alkoxysilane compound in a weight ratio of 10: 1 to 10:20. That is, the weight of the second alkoxysilane is preferably up to about twice the weight of the first alkoxysilane compound.
  • the first alkoxysilane compound and the third alkoxysilane compound are contained in a weight ratio of 10: 0.5 to 10: 5.
  • a particularly preferred coating composition comprises a first alkoxysilane compound and a third alkoxysilane compound in a weight ratio of 10: 1 to 10: 4.5.
  • the coating composition of the embodiment can further contain a solvent.
  • a solvent for diluting the coating composition of the embodiment those capable of dissolving the above-mentioned first alkoxysilane compound, second alkoxysilane compound, and third alkoxysilane compound are preferable, and perfluorocarbons (perfluorocarbons) It is preferable to use a so-called next-generation fluorine-based solvent (alternative freon) such as PFC), hydrofluoroolefins (HFO), hydrofluoroethers (HFE), and hydrochlorofluorocarbons (HCFC).
  • PFC next-generation fluorine-based solvent
  • HFO hydrofluoroolefins
  • HFE hydrofluoroethers
  • HCFC hydrochlorofluorocarbons
  • Solvents that can be used in the embodiments include, for example, Allemore (AGC Co., Ltd.), Asahi Clean (AGC Co., Ltd.), Novelle (3M Japan Ltd.), Selefin (Central Glass Co., Ltd.), Zeorora (Zeon Corporation) , Dip sole (Dip sole Co., Ltd.), and can be appropriately selected and used from these commercially available solvents.
  • the solvent is 100 times or more, preferably 150 times or more, more preferably 200 times or more, based on the total weight of the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, and the third alkoxysilane compound. It can be used in an amount, more preferably 500 times or more.
  • the coating composition of the embodiment in which the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound and the third alkoxysilane compound are dissolved in a solvent can be suitably spread particularly on an inorganic substrate.
  • the coating composition of the embodiment can be produced by mixing a first alkoxysilane compound, a second alkoxysilane compound and a third alkoxysilane compound and dissolving them in a solvent. Further, in addition to the above components, the coating composition of the embodiment requires additives (matting agent, antistatic agent, ultraviolet absorber, light stabilizer, inorganic particles, etc.) usually contained in the conventional coating agent. Can be blended accordingly.
  • the first alkoxysilane compound is preferably of the following formula VIIa:
  • Rf is a perfluoropolyether portion represented by the formula I.
  • Rf is a perfluoropolyether compound represented by the formula I.
  • Rf is a perfluoropolyether portion represented by the formula I.
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4) by reacting with an isocyanate compound having an alkoxysilyl group.
  • e is an integer of 1 to 4
  • the compound represented by the formula VIIa-formula VIIc and the compound represented by the formula VIII theoretically react at a ratio of 1: 1 in molar ratio.
  • the compound represented by the formula VIIa-formula VIIc is reacted with the compound represented by the formula VIII, and the following formula IVa:
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently
  • e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • the first alkoxysilane compound is preferably of the following formula IX:
  • Rf is a perfluoropolyether portion represented by the formula I.
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4) by reacting with an isocyanate compound having an alkoxysilyl group.
  • e is an integer of 1 to 4
  • the compound represented by the formula IX and the compound represented by the formula VIII theoretically react at a ratio of 1: 2 in molar ratio.
  • the compound represented by the formula IX is reacted with the compound represented by the formula VIII, and the following formula III:
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently. It is an alkyl group of 4, e is an integer of 1 to 4, and h is an integer of 1 to 4) to obtain a first alkoxy compound.
  • the second alkoxysilane compound can be synthesized, but KBM-7103 (trifluoropropyltrimethoxysilane, Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd.), trifluoropropyltriethoxysilane (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.), Nona.
  • Commercially available products such as fluorohexyltrimethoxysilane (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) and non-fluorohexyltriethoxysilane (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) can be appropriately used.
  • the third alkoxysilane compound can be synthesized, but ethyl silicate 28, ethyl silicate 28P, N-propyl silicate, N-butyl silicate, methyl silicate 51, methyl silicate 53A, ethyl silicate 40, ethyl silicate 48.
  • Commercially available products such as MKC silicate MS51, MS56, MS57, MS56S (all from Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), methyl orthosilicate, ethyl orthosilicate (all from Tama Chemical Industry Co., Ltd.) should be used as appropriate. Can be done.
  • Another embodiment of the present invention comprises a first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule and a perfluoropolyether moiety in the molecule without having the perfluoropolyether moiety in the molecule.
  • a coated article obtained by reacting a coating composition containing at least.
  • the coated article is an article provided with a coating layer formed by using the coating composition.
  • the coating layer is a first method contained in the coating composition, in which the coating composition according to the embodiment of the present invention is brought into contact with the inorganic base material by a method such as coating. It refers to a film formed by reacting an alkoxysilane compound, a second alkoxysilane compound, and a third alkoxysilane compound.
  • the inorganic base materials that can be used in the embodiment are glass, metal, calcium carbonate, talc, mica, glass fiber, aluminum hydroxide, calcium carbonate, carbon black, potassium titanate, kaolin, graphite, ferrite, and sepiolite. , Zeolite, neferin sialite and other inorganic materials in general.
  • the contact between the inorganic base material and the coating composition can be appropriately performed by a conventional coating (coating) method such as a doctor blade method, a bar coating method, a dipping method, an air spray method, a roller brush method, or a roller coater method.
  • a conventional coating (coating) method such as a doctor blade method, a bar coating method, a dipping method, an air spray method, a roller brush method, or a roller coater method.
  • a solvent for diluting the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, and the third alkoxysilane compound perfluorocarbons (PFC), hydrofluoroolefins (HFO), hydrofluoroethers, etc. It is preferable to use a so-called next-generation fluorocarbon solvent (alternative chlorofluorocarbon) such as (HFE) and hydrochlorofluorocarbons (HCFC).
  • next-generation fluorocarbon solvent alternative chlorofluorocarbon
  • HFE hydrochlorofluorocarbons
  • the first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule contained in the coating composition is described in the following formula II:
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently
  • X is a substituent having an alkoxysilyl group. It is preferably a compound represented by (a perfluoroalkyl group having 1 or 2 carbon atoms and e is an integer of 1 to 4).
  • the first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule used in this embodiment is the following formula III:
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently. It is an alkyl group of 4
  • e is an integer of 1 to 4
  • h can be a compound represented by an integer of 1 to 4
  • the first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether moiety in the molecule used in this embodiment is the following formula IVa:
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • formula IVb is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • formula IVc is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently, and e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • Rf is a perfluoropolyether moiety represented by the formula I
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms independently
  • e is an integer of 1 to 4 carbon atoms.
  • the second alkoxysilane compound which does not have a perfluoropolyether part in the molecule and has a perfluoro group in the molecule has the following formula V:
  • R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, f is an integer of 1 to 6, and g is an integer of 0 to 5). Can be done.
  • the third alkoxysilane compound which does not have a perfluoropolyether portion and a perfluoro group in the molecule and has at least four or more alkoxy groups in the molecule has the following formula VI:
  • R 4 and R 5 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and at least four of R 4 and R 5 present in the compound molecule represented by the formula VI are. It is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and i is an integer of 1 to 5).
  • the inorganic base material and the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound and the third alkoxysilane compound contained in the coating composition are brought into contact with each other.
  • the alkoxysilane compound of can be reacted.
  • the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound and the third alkoxysilane compound contain an alkoxysilyl group.
  • the alkoxysilyl group can be hydrolyzed and bonded to the inorganic substrate.
  • the first alkoxysilane compound brings the perfluoropolyether moiety to the surface of the inorganic substrate via -SiO-, while the second alkoxysilane compound is perfluoro via the -SiO- group.
  • the groups will be brought to the surface of the inorganic substrate.
  • the third alkoxysilane compound crosslinks between the first and second alkoxysilane compounds to form a higher-order structure on the surface of the inorganic base material.
  • These alkoxysilane compounds are also commonly referred to as silane coupling agents.
  • the coating composition of the embodiment contains three or more kinds of silane coupling agents, which can react with the inorganic base material to form a coating layer that modifies the surface characteristics of the inorganic base material. it can.
  • the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound (the compound represented by the above formula II, the formula III, the formula IVa, the formula IVb, and the formula IVc) is represented by the second alkoxysilane compound (the above formula V). It is particularly preferable that the molecular weight of the compound) is larger than that of the compound. In particular, it is preferable that the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound is 10 times or more the molecular weight of the second alkoxysilane compound. As described above, the first alkoxysilane compound plays a role of reacting with the inorganic base material to bring a perfluoropolyether portion to the surface of the inorganic base material.
  • the second alkoxysilane compound plays a role of reacting with the inorganic base material to bring a perfluoro group to the surface of the inorganic base material.
  • a relatively long perfluoropolyether portion derived from the first alkoxysilane compound and a relatively short perfluoro group derived from the second alkoxysilane compound may be mixed on the surface of the inorganic base material.
  • the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound is 2000 or more, preferably 3000 or more, and more preferably 4000 or more. Therefore, the molecular weight of the second alkoxysilane compound can be selected according to the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound, and may be 200, 300, 400, or the like.
  • the coating layer formed by reacting the coating composition containing the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound as described above with the inorganic base material has a relatively long perfluoropolyether portion (the first). (Derived from No. 1 alkoxysilane compound) and a perfluoro group (derived from the second alkoxysilane compound) shorter than that are mixed. If a coating composition containing only the first alkoxysilane compound is prepared to form a coating layer having only a relatively long perfluoropolyether portion on the surface of the inorganic base material, the antifouling property of the inorganic base material is improved. It is possible to improve.
  • the coating composition of the embodiment preferably contains both the first alkoxy compound and the second alkoxy compound, and the coating layer formed on the coated article of the embodiment has a relatively long perfluoro. It is very preferable that the polyether part and a perfluoro group shorter than the polyether part are mixed.
  • first alkoxysilane compound has a relatively long perfluoropolyether group in the molecule, many first alkoxysilane compounds cannot react with the inorganic base material. That is, even if a coating composition containing only the first alkoxysilane compound is prepared and reacted with the inorganic base material, the first alkoxysilane compound is reacted so as to cover the entire surface of the inorganic base material. Is considered difficult.
  • the coating layer formed by the coating composition containing only the first alkoxysilane compound is inferior in alkali resistance.
  • the second alkoxysilane does not have a long perfluoropolyether moiety like the first alkoxysilane, it can react relatively well with the inorganic substrate. Therefore, when the coating composition contains both the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound, it fills the space between the bonding portions of the first alkoxysilane compound on the surface of the inorganic substrate. Since the second alkoxysilane compound is bonded to the above, as a result, the surface of the inorganic base material is formed by the perfluoropolyether portion derived from the first alkoxysilane compound and the perfluoro group derived from the second alkoxysilane compound. The whole can be covered evenly.
  • the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are contained in a weight ratio of 10: 1 to 10:40. ..
  • a particularly preferred coating composition comprises a first alkoxysilane compound and a second alkoxysilane compound in a weight ratio of 10: 1 to 10:20.
  • the number average molecular weight of the first alkoxysilane compound is 10 times the molecular weight of the second alkoxysilane compound, and the coating composition contains the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound at 10:10.
  • the molar ratio of the first alkoxysilane compound to the second alkoxysilane compound is 1:10.
  • the number average molecular weight of the first alkoxy compound having a relatively long perfluoropolyether moiety and the second alkoxysilane having a short perfluoro group balance the molecular weight of the compound. It is important to mix in an appropriate molecular ratio in order to improve the stain resistance and alkali resistance of the coated article.
  • the third alkoxysilane compound (the compound represented by the above formula VI) includes the above-mentioned first alkoxysilane compounds, the second alkoxysilane compounds, the first alkoxysilane compound and the second alkoxy. It plays a role of providing a crosslinked structure between the silane compound, between the first alkoxysilane compound and the inorganic base material, between the second alkoxysilane compound and the inorganic base material, and the like.
  • the coating layer formed by the coating composition of the embodiment has a higher-order structure.
  • the perfluoropolyether portion derived from the first alkoxysilane compound and the perfluoro group derived from the second alkoxysilane compound uniformly cover the entire surface of the inorganic base material. Moreover, these perfluoropolyether portions and the perfluoro group have a higher-order structure in which they are crosslinked with each other. Since the coating layer has such a complicated structure, the coating layer may come off from the inorganic base material even if the coating article of the embodiment is placed under harsh conditions of high temperature and high humidity. Absent.
  • the first alkoxysilane compound and the third alkoxysilane compound are 10: 0.5 to 10: 5. It is preferably contained in a weight ratio.
  • a particularly preferred coating composition comprises a first alkoxysilane compound and a third alkoxysilane compound in a weight ratio of 10: 1 to 10: 4.5.
  • the inorganic base material coated with the coating composition of the embodiment is placed in an atmosphere of about room temperature to 300 ° C., and the first alkoxysilane, the second alkoxysilane, the third alkoxysilane compound, and the inorganic base material are placed. Can be reacted to form a coating layer on the surface of the inorganic base material.
  • the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, and the third alkoxysilane compound are surely reacted with the inorganic base material, and the entire surface of the inorganic base material is coated with the perfluoropolyether portion and the perfluoro group.
  • the coated article formed by reacting the coating composition of the embodiment with an inorganic base material to form a coating layer has excellent antifouling property, friction durability, and durability against alkali. Further, even under the harsh conditions of high temperature and high humidity, the coating article formed by reacting the coating composition of the embodiment with the inorganic base material to form a coating layer does not deteriorate these good properties.
  • the coating composition of the embodiment can be applied to in-vehicle displays, mobile terminals, personal computers, various display devices, etc., and provides them with excellent antifouling property, friction durability, alkali resistance, and high temperature and humidity durability. Can be done.
  • Fluorolink D-4000 has the following formula:
  • the number average molecular weight of the perfluoropolyether-containing alkoxysilane compound (1a) is about 4,400.
  • the number average molecular weight of the perfluoropolyether-containing alkoxysilane compound (1b) is about 4,200.
  • the number average molecular weight of the perfluoropolyether-containing alkoxysilane compound (1c) is about 6,400.
  • Example 1 In a 200 ml beaker, 0.1 g of the perfluoropolyether-containing alkoxysilane compound (1a) synthesized in Synthesis Example 1-1 and a perfluoro group without a perfluoropolyether portion in the molecule were added.
  • KBM-7103 Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd.
  • 0.05 g which is an alkoxysilane compound contained in the molecule, does not have a perfluoropolyether portion and a perfluoro group in the molecule, and has at least four or more alkoxy groups.
  • methyl silicate 51 (Colcoat Co., Ltd.), which is an alkoxysilane compound contained in the molecule, and 99.84 g of Novec HFE-7200 (3M Japan Co., Ltd.), which is a solvent, are weighed and stirred at room temperature for 1 hour. Then, a coating composition was prepared.
  • ethyl silicate 28 (Colcoat Co., Ltd.), which is an alkoxysilane compound contained in the molecule, and 99.84 g of Novec HFE-7200 (3M Japan Co., Ltd.), which is a solvent, are weighed and stirred at room temperature for 1 hour. Then, a coating composition was prepared.
  • Example 3 In a 200 ml beaker, 0.1 g of the perfluoropolyether-containing alkoxysilane compound (1b) synthesized in Synthesis Example 1-2 and a perfluoro group without a perfluoropolyether portion in the molecule were added.
  • KBM-7103 Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd.
  • 0.05 g which is an alkoxysilane compound contained in the molecule, does not have a perfluoropolyether portion and a perfluoro group in the molecule, and has at least four or more alkoxy groups.
  • KBM-7103 has the following formula:
  • Ethyl silicate 28 has the following formula:
  • alkoxysilane compound tetraethoxysilane
  • Example 4 In a 200 ml beaker, 0.1 g of the perfluoropolyether-containing alkoxysilane compound (1c) synthesized in Synthesis Example 1-3 and a perfluoro group without a perfluoropolyether portion in the molecule were added.
  • KBM-7103 Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd.
  • 0.05 g which is an alkoxysilane compound contained in the molecule, does not have a perfluoropolyether portion and a perfluoro group in the molecule, and has at least four or more alkoxy groups.
  • methyl silicate 51 (Colcoat Co., Ltd.), which is an alkoxysilane compound contained in the molecule, and 99.84 g of Novec HFE-7200 (3M Japan Co., Ltd.), which is a solvent, are weighed and stirred at room temperature for 1 hour. Then, a coating composition was prepared.
  • Example 4 A coating composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.5 g of KBM-7103 was added, 0.1 g of methyl silicate 51 was added, and the amount of Novec HFE-7200 was 99.3 g.
  • the coating composition prepared in each Example and Comparative Example is spray-coated on one side of a washed glass plate (with a water contact angle of about 10 °, size: 100 mm ⁇ 100 mm). Then, it was heated in an oven at 170 ° C. for 30 minutes to cure the coating composition and form a coating layer.
  • the static water contact angle of the glass plate on which the coating layer is formed is measured in accordance with the Japanese Industrial Standards JIS R3257 static drip method, and is a contact angle measuring device (Kyowa Interface Science Co., Ltd.). Was used.
  • a large water contact angle means that the coating layer has low wettability, that is, high water repellency. It is known that the surface of the coating layer is usually contaminated by contact with water containing various dusts and foreign substances. Therefore, in the present specification, the fact that the coating layer does not easily get wet with water is used as a guideline for the antifouling property of the coating layer.
  • the glass plate on which the coating layer was formed was immersed in a 0.1% by weight aqueous sodium hydroxide solution and allowed to stand at 25 ° C. for 24 hours.
  • the glass plate is taken out, the surface of the glass plate is washed with pure water to remove the aqueous sodium hydroxide solution, and after drying at room temperature, the water contact angle is measured using a contact angle measuring device (Kyowa Interface Science Co., Ltd.). It was.
  • Tables 1 and 2 The results of Examples and Comparative Examples are shown in Tables 1 and 2.
  • the numbers described in the formulation of the coating composition are "parts by weight”. Since the coating layer was cloudy in Comparative Examples 3 and 4, the water contact angle of the coating layer after standing in a high temperature and high humidity environment and the water contact of the coating layer after standing in a high temperature environment were observed. No angle measurements were made.
  • a generally transparent coating layer could be formed.
  • the coating composition of the examples formed a coating layer that reduced the wettability of the surface of the glass plate.
  • the coating compositions of Comparative Examples 1 and 2 were generally transparent, and could form a coating layer that reduced the wettability of the surface of the glass plate and did not increase the wettability even when immersed in an alkaline aqueous solution. When these glass plates were placed in a high temperature and high humidity environment or in a high temperature environment, the wettability of the surface of the coating layer became large.
  • the coating composition of Comparative Example 1 contained a "third alkoxysilane compound", that is, perfluoro. It does not contain methyl silicate 51 or ethyl silicate 28, which is equivalent to an alkoxysilane compound and does not have a polyether portion and a perfluoro group in the molecule and has at least four or more alkoxy groups in the molecule. Further, comparing the formulations of the coating compositions of Example 3 and Comparative Example 2, the coating composition of Comparative Example 2 contained a "third alkoxysilane compound", that is, a perfluoropolyether portion and a perfluoro group.
  • the alkoxysilane compound (1a, 1b or 1c) corresponding to the first alkoxysilane compound having a perfluoropolyether portion in the molecule and the perfluoropolyether portion are molecules.
  • a water-repellent coating layer capable of withstanding an alkaline aqueous solution can be formed on the glass surface only with a second alkoxysilane compound having a perfluoro group in the molecule, which is not inside, but these coating layers are used. It is considered that the alkoxysilane compound comes off from the glass plate once it is placed in a high temperature and high humidity environment or a high temperature environment.
  • the coating composition of Comparative Example 3 did not contain KBM-7103, which is a "second alkoxysilane compound", and "third Methylsilicate 51, which is an "alkoxysilane compound of the above", is contained in a large amount (the same amount as that of the first alkoxysilane compound).
  • the coating composition of Comparative Example 3 was able to form a coating layer that could withstand an alkaline aqueous solution, but cloudiness was observed in the coating layer, and it can be said that it is not suitable for use in coating articles.
  • the coating composition of Comparative Example 4 contained a large amount of "second alkoxysilane compound” (five times the amount of the first alkoxysilane compound).
  • Methylsilicate 51 which is a "third alkoxysilane compound” is also contained in a large amount (the same amount as the first alkoxysilane compound).
  • the coating composition of Comparative Example 4 was able to form a coating layer having a large water contact angle, but cloudiness was observed in the coating layer, and it can be said that it is not suitable for use in coating articles.
  • the coating layer having excellent antifouling property, alkali resistance and high temperature and high humidity environment has a relatively long perfluoropolyether portion derived from the first alkoxysilane compound and a second alkoxysilane. It has been found that it is important that the short perfluoro groups derived from the compound are mixed in a good balance and that they have a higher order structure crosslinked by the third alkoxysilane. That is, it can be said that it is important to study the composition of the coating composition containing these three types of alkoxysilanes in a well-balanced manner.

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Abstract

本発明は、防汚性に優れ、耐擦傷性があり、かつ薬品全般に対する耐久性を併せ持つコーティング層であって、高温高湿下でもこれらの性能を失わない、光透過性のコーティング層を形成することができる、新規のコーティング組成物を提供することを目的とする。本発明は、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する第2のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物と、を少なくとも含む、コーティング組成物を提供する。さらに無機基材に、このコーティング組成物を反応させてなる、コーティング物品を提供する。

Description

コーティング組成物及びコーティングを備えた物品
 本発明はコーティング組成物、このコーティング組成物と無機基材とを反応させてなるコーティング物品に関する。
 ディスプレイや、タッチパネルなどのように、光透過性と透明性が求められる光学部材には、表面を覆うコーティング剤が使用される。このようなコーティング剤は、光透過性、透明性のほか、傷つきに対する耐久性、指紋等の汚れに対する防汚性、および耐アルカリ性や耐酸性を含む耐薬品性を高いレベルで有していることが求められる。
 JP2014-218639Aには、パーフルオロポリエーテル基含有シラン化合物が開示されている。パーフルオロポリエーテル基含有シラン化合物は、優れた撥水性、撥油性、防汚性、および摩擦耐久性を提供するため、表面処理剤、特に防汚性コーティング剤として使用することが提案されている。
 JP2014-218639Aの表面処理剤を用いて形成した表面処理層は、摩擦耐久性があり、水の接触角が大きく、滑り性に優れている。しかしながら、JP2014-218639Aの表面処理剤による表面処理層の良好な性能がどのくらいの期間維持できるのかを本発明者らが評価したところ、アルカリ性の物質に接触すると、表面処理層の性能が著しく低下することが判明した。さらにJP2014-218639Aの表面処理剤による表面処理層は、高温高湿条件下で著しく性能が低下することもわかった。そこで、本発明は、防汚性に優れ、耐擦傷性があり、かつ薬品全般に対する耐久性を併せ持ち、高温高湿下においてもこれらの性能を失わないコーティング層を形成することができる、新規のコーティング組成物を提供することを目的とする。
 本発明の実施形態は、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する第2のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物と、を少なくとも含む、コーティング組成物である。
 本発明の他の実施形態は、無機基材に、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する、第2のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物と、を少なくとも含むコーティング組成物を反応させてなるコーティング物品である。
 本発明のコーティング組成物は、水の接触角が大きく防汚性に優れ、撥油性、耐擦傷性ならびに耐薬品性を併せ持ち、高温高湿下でもこれらの性能を失わない、光透過性のコーティング層を形成することができる。
 本発明の実施形態を以下に説明する。本発明の一の実施形態は、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する、第2のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物と、を少なくとも含むコーティング組成物である。
 本実施形態において、コーティング組成物とは、常温下では液体状態で存在し、主に物品の表面の保護や、つや出し等を目的としたコーティング被膜を形成するために塗布される混合物のことである。すなわちコーティング組成物は、主に塗料として使用され、施工される場所や物品に対応する種々の要求性能を満たす必要がある。本実施形態のコーティング組成物から形成されるコーティング被膜(コーティング層)は、主に金属やガラスなどの無機基材のほか、場合によっては樹脂、プラスチック製の物品の表面の被覆、加工、加飾のため用いられる。実施形態のコーティング組成物は、これらの物品表面上に密着して剥がれにくく、光透過性で、概して透明なコーティング層を形成する。
 本実施形態のコーティング組成物は、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する第1のアルコキシシラン化合物を含む。アルコキシシラン化合物とは、分子内にケイ素(Si)を有するケイ素化合物の一種であり、ケイ素に置換基-OR(Rは、アルキル基を表す。)が1~3個結合したアルコキシシリル基を1以上有する化合物のことである。本実施形態では、特に、置換基-OR(Rは、アルキル基を表す。)が3つケイ素に結合した、トリアルコキシシリル基を1つ、または2つ有するアルコキシシラン化合物を、第1のアルコキシシラン化合物として用いることが好ましい。
 本明細書においてパーフルオロポリエーテル部とは、パーフルオロ基がエーテル結合により結合した部分のことを云う。パーフルオロポリエーテル部は、以下の式I:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(式中、a、b、c、dは、それぞれ独立に0以上200以下の整数であり、a、b、c、dのすべてが0であることはなく、各カッコで括られた繰り返し単位は、任意の順で結合されていてよい。)で表される構造を有している。本実施形態で使用する、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する第1のアルコキシシラン化合物は、アルコキシシリル基を1つまたは2つ有することが好ましい。本実施形態で使用するパーフルオロポリエーテル部を分子内に有する第1のアルコキシシラン化合物は、以下の式II:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、Xは、アルコキシシリル基を有する置換基であるか、炭素数1~3のパーフルオロアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される化合物であることが好ましい。式II中、Xがアルコキシシリル基を有する置換基である場合、本実施形態で使用する、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する第1のアルコキシシラン化合物は、以下の式III:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、R2は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数であり、hは、1~4の整数である。)で表される化合物であることができる。式II中、Xが炭素数1~3のパーフルオロアルキル基である場合、本実施形態で使用する、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する第1のアルコキシシラン化合物は、以下の式IVa:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される化合物であるか、以下の式IVb:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される化合物であるか、あるいは、以下の式IVc:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される化合物であることができる。
 本実施形態のコーティング組成物は、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する第2のアルコキシシラン化合物を含む。実施形態で使用する第2のアルコキシシラン化合物は、上記の第1のアルコキシシラン化合物と同様、分子内にケイ素(Si)を有するケイ素化合物の一種であり、ケイ素に置換基-OR(Rは、アルキル基を表す。)が1~3個結合したアルコキシシリル基を1以上有する化合物のことである。本実施形態では、特に、置換基-OR(Rは、アルキル基を表す。)が3つケイ素に結合したトリアルコキシシリル基を1つ有するアルコキシシラン化合物を、第2のアルコキシシラン化合物として用いることが好ましい。本実施形態で使用する、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さずパーフルオロ基を分子内に有する第2のアルコキシシラン化合物は、以下の式V:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(式中、R3は、炭素数1~4のアルキル基であり、fは、1~6の整数であり、gは、0~5の整数である。)で表される化合物であることができる。第2のアルコキシシラン化合物として、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロブチルトリメトキシシラン、ペンタフルオロエチルトリメトキシシラン、ヘプタフルオロエチルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロブチルトリエトキシシラン等の、パーフルオロ基を分子内に有するアルコキシシラン化合物を挙げることができる。
 実施形態のコーティング組成物は、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物を含む。実施形態で使用する第3のアルコキシシラン化合物は、上記の第1のアルコキシシラン化合物や第2のアルコキシシラン化合物と同様、分子内にケイ素(Si)を有するケイ素化合物の一種であり、ケイ素に置換基-OR(Rは、アルキル基を表す。)が1~3個結合したアルコキシシリル基を1以上有する化合物のことである。本実施形態では、特に、置換基-OR(Rは、アルキル基を表す。)を、分子内に4つ以上有するアルコキシシラン化合物を、第3のアルコキシシラン化合物として用いることが好ましい。第3のアルコキシシラン化合物には、上記のパーフルオロポリエーテル部や、パーフルオロ基は有していない。本実施形態で使用する、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物は、以下の式VI:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(式中、R4、R5は、それぞれ独立に水素、または炭素数1~5のアルキル基であり、式VIで表される化合物分子に存在するR4およびR5のうち少なくとも4つは炭素数1~5のアルキル基であり、iは1~5の整数である。)で表される化合物であることができる。第3のアルコキシシラン化合物として、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラメトキシシラン加水分解重縮合物、テトラエトキシシラン加水分解重縮合物、テトラプロポキシシラン加水分解重縮合物、テトラブトキシシラン加水分解重縮合物、メチルシリケート4量体、メチルシリケート7量体、エチルシリケート5量体、エチルシリケート10量体等の、アルコキシシラン化合物が挙げられる。
 実施形態において、第1のアルコキシシラン化合物(上記の式II、式III、式IVa、式IVb、式IVcで表される化合物)の数平均分子量は、第2のアルコキシシラン化合物(上記の式Vで表される化合物)の分子量よりも大きいことが特に好ましい。特に第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量が、第2のアルコキシシラン化合物の分子量と比較して10倍以上であることが好ましい。第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量は、2000以上、好ましくは3000以上、さらに好ましくは4000以上である。第2のアルコキシシラン化合物の分子量は、第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量に応じて選択すればよく、たとえば第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量が3,000の場合は、第2のアルコキシシラン化合物の分子量を300、等とすることができる。第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量と、第2のアルコキシシラン化合物の分子量との比を上記のようにすることの技術的な意味は、後述する。
 実施形態のコーティング組成物において、第1のアルコキシシラン化合物と、第2のアルコキシシラン化合物とが、10:1~10:40の重量比で含まれていることが好ましい。特に好ましいコーティング組成物は、第1のアルコキシシラン化合物と、第2のアルコキシシラン化合物とが、10:1~10:20の重量比で含まれている。すなわち、第2のアルコキシシランの重量は、第1のアルコキシシラン化合物の重量の2倍程度までとすることが好ましい。また、実施形態のコーティング組成物において、第1のアルコキシシラン化合物と、第3のアルコキシシラン化合物とが、10:0.5~10:5の重量比で含まれていることが好ましい。特に好ましいコーティング組成物は、第1のアルコキシシラン化合物と、第3のアルコキシシラン化合物とが、10:1~10:4.5の重量比で含まれている。
 実施形態のコーティング組成物は、さらに溶剤を含むことができる。実施形態のコーティング組成物を希釈する溶剤としては、上記の第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物、および第3のアルコキシシラン化合物を溶解することができるものが好ましく、パーフルオロカーボン類(PFC)、ハイドロフルオロオレフィン類(HFO)、ハイドロフルオロエーテル類(HFE)、ハイドロクロロフルオロカーボン類(HCFC)等の、いわゆる次世代フッ素系溶剤(代替フロン)と呼ばれるフッ素系溶剤を用いることが好ましい。実施形態で用いることができる溶剤は、たとえば、アレモア(AGC株式会社)、アサヒクリン(AGC株式会社)、ノベック(スリーエムジャパン株式会社)、セレフィン(セントラル硝子株式会社)、ゼオローラ(日本ゼオン株式会社)、ディップソール(ディップソール株式会社)を挙げることができ、これらの市販の溶剤から適宜選択して用いることができる。
 溶剤は、上記の第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物および第3のアルコキシシラン化合物との合計重量を基準として、100倍以上、好ましくは150倍以上、さらに好ましくは200倍以上の量、さらにより好ましくは500倍以上用いることができる。第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物および第3のアルコキシシラン化合物を溶剤に溶解した実施形態のコーティング組成物は、特に無機基材上にて好適に広がることができる。
 実施形態のコーティング組成物は、第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物および第3のアルコキシシラン化合物を混合し、これを溶剤に溶解することにより製造することができる。さらに実施形態のコーティング組成物は、上記の成分のほか、従来のコーティング剤に通常含まれている添加剤(つや消し剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、無機粒子等)を必要に応じて配合することができる。
 続いて、実施形態のコーティング組成物の成分である第1のアルコキシシラン化合物の製造例を説明する。第1のアルコキシシラン化合物は、好ましくは、以下の式VIIa:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部である。)で表されるパーフルオロポリエーテル化合物、または、以下の式VIIb:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部である。)で表されるパーフルオロポリエーテル化合物、または、以下の式VIIc:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部である。)で表されるパーフルオロポリエーテル化合物と、以下の式VIII:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式中、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表されるアルコキシシリル基を有するイソシアネート化合物とを反応させて得ることができる。ここで、式VIIa-式VIIcで表される化合物と、式VIIIで表される化合物とは、理論上、モル比で1:1の割合で反応することになる。式VIIa-式VIIcで表される化合物と、式VIIIで表される化合物とを反応させて、以下の式IVa:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される第1のアルコキシシラン化合物か、以下の式IVb;
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される、第1のアルコキシシラン化合物か、または、以下の式IVc:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される、第1のアルコキシシラン化合物を得る。
 さらに、第1のアルコキシシラン化合物は、好ましくは、以下の式IX:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部である。)で表されるパーフルオロポリエーテル化合物と、以下の式VIII:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
(式中、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表されるアルコキシシリル基を有するイソシアネート化合物とを反応させて得ることができる。ここで、式IXで表される化合物と、式VIIIで表される化合物とは、理論上、モル比で1:2の割合で反応することになる。式IXで表される化合物と、式VIIIで表される化合物とを反応させて、以下の式III:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、R2は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数であり、hは、1~4の整数である。)で表される、第1のアルコキシ化合物を得る。
 第2のアルコキシシラン化合物は、合成することも可能であるが、KBM-7103(トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業株式会社)、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン(東京化成工業株式会社)、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン(東京化成工業株式会社)、ノンフルオロヘキシルトリエトキシシラン(東京化成工業株式会社)等の市販品を適宜用いることができる。
 第3のアルコキシシラン化合物は、合成することも可能であるが、エチルシリケート28、エチルシリケート28P、N-プロピルシリケート、N-ブチルシリケート、メチルシリケート51、メチルシリケート53A、エチルシリケート40、エチルシリケート48(いずれもコルコート株式会社)、MKCシリケートMS51、MS56、MS57、MS56S(いずれも三菱ケミカル株式会社)、正珪酸メチル、正珪酸エチル(いずれも多摩化学工業株式会社)等の市販品を適宜用いることができる。
 本発明の他の実施形態は、無機基材に、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する、第2のアルコキシシラン化合物と、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物と、を少なくとも含むコーティング組成物を反応させてなる、コーティング物品である。本実施形態において、コーティング物品とは、コーティング組成物を用いて形成したコーティング層を備えた物品である。コーティング層とは、無機基材に、本発明の一の実施形態であるコーティング組成物を、塗布等の方法により接触させて、無機基材と、当該コーティング組成物に含まれている第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物および第3のアルコキシシラン化合物を反応させることにより、膜形状となったもののことを云う。ここで、実施形態に用いることができる無機基材は、ガラス、金属、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、ガラス繊維、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、カーボンブラック、チタン酸カリウム、カオリン、グラファイト、フェライト、セピオライト、ゼオライト、ネフェリンサイアナイト等の無機材料で作られたもの全般を指す。
 無機基材とコーティング組成物との接触は、ドクターブレード法、バーコート法、ディッピング法、エアスプレー法、ローラーブラシ法、ローラーコーター法等の従来のコーティング(塗布)方法により適宜行うことができる。たとえば、コーティング組成物をローラーコーター法等による塗布にて行うためには、第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物および第3のアルコキシシラン化合物の合計重量を基準として、600倍以上の量の溶剤を用いて希釈することができる。ここで、第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物および第3のアルコキシシラン化合物を希釈するための溶剤として、パーフルオロカーボン類(PFC)、ハイドロフルオロオレフィン類(HFO)、ハイドロフルオロエーテル類(HFE)、ハイドロクロロフルオロカーボン類(HCFC)等の、いわゆる次世代フッ素系溶剤(代替フロン)と呼ばれるフッ素系溶剤を用いることが好ましい。
 ここで、コーティング組成物に含まれている、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物は、以下の式II:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、Xは、アルコキシシリル基を有する置換基であるか、炭素数1または2のパーフルオロアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される化合物であることが好ましい。式II中、Xがアルコキシシリル基を有する置換基である場合、本実施形態で使用する、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する第1のアルコキシシラン化合物は、以下の式III:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、R2は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数であり、hは、1~4の整数である。)で表される化合物であることができる。式II中、Xが炭素数1または2のパーフルオロアルキル基である場合、本実施形態で使用する、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する第1のアルコキシシラン化合物は、以下の式IVa:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される化合物であるか、以下の式IVb:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される化合物であるか、以下の式IVc:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
(式中、Rfは、式Iで表されるパーフルオロポリエーテル部であり、R1は、各々独立に炭素数1~4のアルキル基であり、eは、1~4の整数である。)で表される化合物であることができる。
 一方、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する、第2のアルコキシシラン化合物は、以下の式V:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
(式中、R3は、炭素数1~4のアルキル基であり、fは、1~6の整数であり、gは、0~5の整数である。)で表される化合物であることができる。
 一方、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物は、以下の式VI:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
(式中、R4、R5は、それぞれ独立に水素、または炭素数1~5のアルキル基であり、式VIで表される化合物分子に存在するR4およびR5のうち少なくとも4つは炭素数1~5のアルキル基であり、iは1~5の整数である。)で表される化合物であることができる。
 上記の無機基材と、本実施形態のコーティング組成物と接触させて、当該無機基材と、当該コーティング組成物に含まれている第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物および第3のアルコキシシラン化合物を反応させることができる。第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物および第3のアルコキシシラン化合物には、アルコキシシリル基が含まれている。アルコキシシリル基は、加水分解して、無機基材と結合することができる。すなわち、第1のアルコキシシラン化合物は、-SiO-を介して、パーフルオロポリエーテル部を無機基材表面にもたらし、一方、第2のアルコキシシラン化合物は、-SiO-基を介して、パーフルオロ基を無機基材表面にもたらすことになる。また第3のアルコキシシラン化合物は、第1および第2のアルコキシシラン化合物の間を架橋し、無機基材表面上に高次構造を形成する。これらのアルコキシシラン化合物は、一般にシランカップリング剤とも呼ばれる。実施形態のコーティング組成物には、シランカップリング剤が3種以上含まれており、これらが無機基材と反応して、無機基材の表面の特性を改質するコーティング層を形成することができる。
 第1のアルコキシシラン化合物(上記の式II、式III、式IVa、式IVb、式IVcで表される化合物)の数平均分子量は、第2のアルコキシシラン化合物(上記の式Vで表される化合物)の分子量よりも大きいことが特に好ましい。特に第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量が、第2のアルコキシシラン化合物の分子量と比較して10倍以上であることが好ましい。上記の通り、第1のアルコキシシラン化合物は、無機基材と反応して、無機基材表面にパーフルオロポリエーテル部をもたらす役割を果たす。一方、第2のアルコキシシラン化合物は、無機基材と反応して、無機基材表面にパーフルオロ基をもたらす役割を果たす。この際、第1のアルコキシシラン化合物に由来する比較的長いパーフルオロポリエーテル部と、第2のアルコキシシラン化合物に由来する比較的短いパーフルオロ基とが、無機基材表面に混在することが、特に無機基材の防汚性を向上させる上で非常に好ましい。第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量は、2000以上、好ましくは3000以上、さらに好ましくは4000以上である。したがって第2のアルコキシシラン化合物の分子量は、第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量にあわせて選択し、200、300、400等とすることができる。
 上記のような第1のアルコキシシラン化合物と、第2のアルコキシシラン化合物とを含むコーティング組成物が、無機基材と反応して形成したコーティング層には、比較的長いパーフルオロポリエーテル部(第1のアルコキシシラン化合物由来)と、それと比較して短いパーフルオロ基(第2のアルコキシシラン化合物由来)とが混在している。仮に、第1のアルコキシシラン化合物のみを含むコーティング組成物を作製して、無機基材表面に比較的長いパーフルオロポリエーテル部のみを有するコーティング層を形成した場合、無機基材の防汚性を改善することは可能である。しかしながら、本発明者らが鋭意検討したところ、このようなコーティング層は、耐アルカリ性に劣ることがわかった。一方、仮に第2のアルコキシシラン化合物のみを含むコーティング組成物を作製して、無機基材表面に短いパーフルオロ基のみを有するコーティング層を形成した場合は、無機基材表面上に防汚性ならびに滑り性の良好なコーティング層を形成することが難しいことがわかった。すなわち、実施形態のコーティング組成物は、第1のアルコキシ化合物と、第2のアルコキシ化合物との両方を含むことが好ましく、実施形態のコーティング物品に形成されたコーティング層には、比較的長いパーフルオロポリエーテル部と、それと比較して短いパーフルオロ基とが混在していることが非常に好ましい。
 特定の理論に拘泥する訳ではないが、上記の現象を詳しく説明する。第1のアルコキシシラン化合物は、分子内に比較的長いパーフルオロポリエーテル基が存在するために、数多くの第1のアルコキシシラン化合物が無機基材と反応することができない。すなわち、仮に、第1のアルコキシシラン化合物のみを含むコーティング組成物を作製して、無機基材と反応させたとしても、無機基材表面すべてを被覆するほど第1のアルコキシシラン化合物を反応させることは難しいものと考えられる。このような状態のコーティング物品をアルカリ性物質に曝すと、無機基材と第1のアルコキシシラン化合物との結合部がアルカリ加水分解反応し、第1のアルコキシシラン化合物が無機基材から外れてしまう。したがって、第1のアルコキシシラン化合物のみを含むコーティング組成物により形成したコーティング層は、耐アルカリ性に劣るものと考えられる。
 一方、第2のアルコキシシランは、第1のアルコキシシランのような、長いパーフルオロポリエーテル部分を有していないため、無機基材とは比較的良好に反応することができる。そこで、コーティング組成物が、第1のアルコキシシラン化合物と第2のアルコキシシラン化合物との両方を含んでいると、無機基材表面上で、第1のアルコキシシラン化合物の結合部の間を埋めるように、第2のアルコキシシラン化合物が結合するので、結果として、第1のアルコキシシラン化合物に由来するパーフルオロポリエーテル部と、第2のアルコキシシラン化合物に由来するパーフルオロ基とで無機基材表面全体をムラなく被覆することができる。
 なお、上記のように、実施形態のコーティング組成物において、第1のアルコキシシラン化合物と、第2のアルコキシシラン化合物とが、10:1~10:40の重量比で含まれていることが好ましい。特に好ましいコーティング組成物は、第1のアルコキシシラン化合物と、第2のアルコキシシラン化合物とが、10:1~10:20の重量比で含まれている。仮に、第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量が、第2のアルコキシシラン化合物の分子量の10倍で、コーティング組成物に第1のアルコキシシラン化合物と第2のアルコキシシラン化合物とが10:10で含まれていた場合、第1のアルコキシシラン化合物と第2のアルコキシシラン化合物とのモル比は1:10である。実施形態のコーティング組成物において、比較的長いパーフルオロポリエーテル部分を有する第1のアルコキシ化合物の数平均分子量と、短いパーフルオロ基を有する第2のアルコキシシランが化合物の分子量のバランスと、これらを適切なモル比で配合することが、コーティング物品の防汚性ならびに耐アルカリ性を向上させる上で重要である。
 一方、第3のアルコキシシラン化合物(上記の式VIで表される化合物)は、上記の第1のアルコキシシラン化合物同士、第2のアルコキシシラン化合物同士、第1のアルコキシシラン化合物と第2のアルコキシシラン化合物との間、第1のアルコキシシラン化合物と無機基材との間、第2のアルコキシシラン化合物と無機基材との間等に、架橋構造をもたらす役割を果たす。実施形態のコーティング組成物中に第3のアルコキシシラン化合物が含まれていることによって、実施形態のコーティング組成物により形成されるコーティング層は高次構造を有することになる。すなわち、コーティング層には、第1のアルコキシシラン化合物に由来するパーフルオロポリエーテル部と、第2のアルコキシシラン化合物に由来するパーフルオロ基とが、ムラなく無機基材表面全体を被覆しており、かつこれらのパーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とが互いに架橋した高次構造を有している。コーティング層がこのような複雑な構造を有していることにより、実施形態のコーティング物品が高温・高湿の過酷な条件下に置かれても、コーティング層が無機基材から外れてしまうことがない。
 なお、上記のように、実施形態のコーティング組成物において、実施形態のコーティング組成物において、第1のアルコキシシラン化合物と、第3のアルコキシシラン化合物とが、10:0.5~10:5の重量比で含まれていることが好ましい。特に好ましいコーティング組成物は、第1のアルコキシシラン化合物と、第3のアルコキシシラン化合物とが、10:1~10:4.5の重量比で含まれている。実施形態のコーティング組成物において、比較的長いパーフルオロポリエーテル部分を有する第1のアルコキシ化合物の数平均分子量と、短いパーフルオロ基を有する第2のアルコキシシラン化合物の分子量のバランスと、さらに、第1、第2および第3のアルコキシシラン化合物を適切なモル比で配合することが、コーティング物品の防汚性、耐アルカリ性ならびに高温高湿下での耐久性を向上させる上で重要である。
 実施形態のコーティング組成物を塗布した無機基材を、常温付近から300℃までの雰囲気下に置いて、第1のアルコキシシラン、第2のアルコキシシランおよび第3のアルコキシシラン化合物と、無機基材とを反応させて、無機基材表面にコーティング層を形成することができる。第1のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物および第3のアルコキシシラン化合物を確実に無機基材と反応させて、無機基材表面全体をパーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とで被覆し、これらの間を架橋させたコーティング層を形成するためには、コーティング組成物を塗布した無機基材を150℃~250℃程度の雰囲気下で加熱することが好ましい。
 実施形態のコーティング組成物と、無機基材とを反応させてコーティング層を形成したコーティング物品は、防汚性に優れ、摩擦耐久性があり、かつアルカリに対する耐久性を併せ持つ。また、実施形態のコーティング組成物と、無機基材とを反応させてコーティング層を形成したコーティング物品を高温高湿の過酷な条件下においても、これらの良好な特性が低下することがない。実施形態のコーティング組成物は、車載ディスプレイ、モバイル端末、パーソナルコンピュータ、各種表示装置等に適用可能で、これらに優れた防汚性、摩擦耐久性、耐アルカリ性、ならびに高温高湿耐久性をもたらすことができる。
 (1)パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物の合成
 (合成例1-1)パーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1a)の合成
 スターラーを入れた30ミリリットルのナスフラスコに、Fluorolink D-4000(ソルベイ株式会社)11.82グラム(3.0ミリモル)と、3-イソシアナトプロピルトリメトキシシラン(関東化学株式会社)1.48グラム(7.2ミリモル)と、触媒としてトリエチルアミン(関東化学株式会社)0.015グラム(0.15ミリモル)と、反応溶剤としてメタキシレンヘキサフルオライド(東京化成工業株式会社)12.0グラムとを秤量した。反応液を50℃で撹拌した。反応後の反応液にメタノールを添加して反応液を分層させ、反応を停止させた。上層を除去し、下層のみをメタノールで3回洗浄した。洗浄後の液を減圧乾燥して溶媒を除去し、パーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1a)を得た(10.2グラム、収率87%)。なお、Fluorolink D-4000は、以下の式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
で表される、数平均分子量4000のパーフルオロポリエーテル化合物である。よって、パーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1a)の数平均分子量は、4,400程度である。
 (合成例1-2)パーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1b)の合成
 スターラーを入れた30ミリリットルのナスフラスコに、Fluorolink ZMF-402(ソルベイ株式会社)11.82グラム(3.0ミリモル)と、3-イソシアナトプロピルトリメトキシシラン(関東化学株式会社)0.74グラム(3.6ミリモル)と、触媒としてトリエチルアミン(関東化学株式会社)0.015グラム(0.15ミリモル)と、反応溶剤としてメタキシレンヘキサフルオライド(東京化成工業株式会社)12.0グラムとを秤量した。反応液を50℃で撹拌した。反応後の反応液にメタノールを添加して反応液を分層させ、反応を停止させた。上層を除去し、下層のみをメタノールで3回洗浄した。洗浄後の液を減圧乾燥して溶媒を除去し、パーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1b)を得た(10.2グラム、収率87%)。なお、Fluorolink ZMF-402は、以下の式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
で表される、数平均分子量4,000のパーフルオロポリエーテル化合物である。したがって、パーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1b)の数平均分子量は、4,200程度である。
 (合成例1-3)パーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1c)の合成
 スターラーを入れた30ミリリットルのナスフラスコに、Fluorolink D-6000(ソルベイ株式会社)18.00グラム(3.0ミリモル)と、3-イソシアナトプロピルトリメトキシシラン(関東化学株式会社)1.48グラム(7.2ミリモル)と、触媒としてトリエチルアミン(関東化学株式会社)0.015グラム(0.15ミリモル)と、反応溶剤としてメタキシレンヘキサフルオライド(東京化成工業株式会社)18.0グラムとを秤量した。反応液を50℃で撹拌した。反応後の反応液にメタノールを添加して反応液を分層させ、反応を停止させた。上層を除去し、下層のみをメタノールで3回洗浄した。洗浄後の液を減圧乾燥して溶媒を除去し、パーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1c)を得た(17.31グラム、収率90%)。
なお、Fluorolink D-6000は、以下の式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
で表される、数平均分子量6000のパーフルオロポリエーテル化合物である。よって、パーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1c)の数平均分子量は、6,400程度である。
 (2)コーティング組成物の作製
 (2-1)実施例1
 200ミリリットルのビーカーに、合成例1-1で合成したパーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1a)を0.1グラムと、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有するアルコキシシラン化合物であるKBM-7103(信越化学工業株式会社)0.05グラムと、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有するアルコキシシラン化合物であるメチルシリケート51(コルコート株式会社)0.01グラムと、溶剤であるノベックHFE-7200(スリーエムジャパン株式会社)99.84グラムとを秤量し、室温で1時間撹拌して、コーティング組成物を作製した。
 (2-2)実施例2
 200ミリリットルのビーカーに、合成例1-1で合成したパーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1a)を0.1グラムと、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有するアルコキシシラン化合物であるKBM-7103(信越化学工業株式会社)0.05グラムと、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有するアルコキシシラン化合物であるエチルシリケート28(コルコート株式会社)0.01グラムと、溶剤であるノベックHFE-7200(スリーエムジャパン株式会社)99.84グラムとを秤量し、室温で1時間撹拌して、コーティング組成物を作製した。
 (2-3)実施例3
 200ミリリットルのビーカーに、合成例1-2で合成したパーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1b)を0.1グラムと、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有するアルコキシシラン化合物であるKBM-7103(信越化学工業株式会社)0.05グラムと、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有するアルコキシシラン化合物であるメチルシリケート51(コルコート株式会社)0.01グラムと、溶剤であるノベックHFE-7200(スリーエムジャパン株式会社)99.84グラムとを秤量し、室温で1時間撹拌して、コーティング組成物を作製した。なお、KBM-7103は、以下の式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
で表されるトリフルオロプロピルトリメトキシシラン(分子量:218)である。またノベックHFE-7200は、ハイドロフルオロエーテル(エチルノナフルオロブチルエーテルとエチルノナフルオロイソブチルエーテルとの混合物)である。またメチルシリケート51は、以下の式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
で表される、メチルシリケート4量体(平均)である。またエチルシリケート28は、以下の式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
で表される、アルコキシシラン化合物(テトラエトキシシラン)である。
 (2-4)実施例4
 200ミリリットルのビーカーに、合成例1-3で合成したパーフルオロポリエーテル部含有アルコキシシラン化合物(1c)を0.1グラムと、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有するアルコキシシラン化合物であるKBM-7103(信越化学工業株式会社)0.05グラムと、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有するアルコキシシラン化合物であるメチルシリケート51(コルコート株式会社)0.01グラムと、溶剤であるノベックHFE-7200(スリーエムジャパン株式会社)99.84グラムとを秤量し、室温で1時間撹拌して、コーティング組成物を作製した。
 (2-4)比較例1
 メチルシリケート51を加えず、ノベックHFE-7200の量を99.85グラムとしたこと以外は、実施例1と同様にコーティング組成物を作製した。
 (2-5)比較例2
 メチルシリケート51を加えず、ノベックHFE-7200の量を99.85グラムとしたこと以外は、実施例3と同様にコーティング組成物を作製した。
 (2-6)比較例3
 KBM-7103を加えず、メチルシリケート51を0.1グラム加え、ノベックHFE-7200の量を99.8グラムとしたこと以外は、実施例1と同様にコーティング組成物を作製した。
 (2-7)比較例4
 KBM-7103を0.5グラム加え、メチルシリケート51を0.1グラム加え、ノベックHFE-7200の量を99.3グラムとしたこと以外は、実施例1と同様にコーティング組成物を作製した。
(3)コーティング層の形成
 各実施例および比較例で作製したコーティング組成物を、洗浄したガラス板(水接触角が10°程度のもの、サイズ:100ミリメートル×100ミリメートル)の片面にスプレーで塗布し、170℃のオーブンで30分間加熱して、コーティング組成物を硬化させ、コーティング層を形成した。
(4)コーティング層の外観の評価
 コーティング層の外観を目視により観察した。透明で平滑なコーティングが形成されているものを「良」、コーティング層にムラが見られるものを「ムラ有り」、コーティング層に白濁が見られるものを「白化有り」と評価した。
(5)水接触角の測定
 コーティング層を形成したガラス板の静的水接触角の測定は、日本工業規格JIS R3257の静滴法に準拠して、接触角測定装置(協和界面科学株式会社)を用いて行った。水接触角が大きいことは、コーティング層の濡れ性が低い、すなわち撥水性が高いことを意味する。コーティング層は、通常、種々の埃や異物を含む水と接触することで、その表面が汚染されることがわかっている。そこで本明細書では、コーティング層が水に濡れにくいことを、コーティング層の防汚性の目安とした。
(6)耐アルカリ性の評価
 コーティング層を形成したガラス板を、0.1重量%の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して、25℃で24時間静置した。ガラス板を取り出し、ガラス板表面を純水で洗浄して水酸化ナトリウム水溶液を除去し、常温で乾燥した後、接触角測定装置(協和界面科学株式会社)を用いて水接触角の測定を行った。
(7)高温高湿環境耐久性の評価
 コーティング層を形成したガラス板を、温度85℃、湿度85%の高温高湿環境下に1000時間静置した。ガラス板を当該環境下から取り出し、常温に置いた後、接触角測定装置(協和界面科学株式会社)を用いて水接触角の測定を行った。
(8)高温環境耐久性の評価
 コーティング層を形成したガラス板を、温度90℃の高温環境下に1000時間静置した。ガラス板を当該環境下から取り出し、常温に置いた後、接触角測定装置(協和界面科学株式会社)を用いて水接触角の測定を行った。
 実施例、比較例の結果を、表1と表2に示す。なお、表1、表2において、コーティング組成物の配合に記載された数字は「重量部」である。なお、比較例3、比較例4においてはコーティング層に白濁が見られたため、その後の高温高湿環境下静置後のコーティング層の水接触角、高温環境下静置後のコーティング層の水接触角の測定は行わなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000033
 実施例のコーティング組成物を用いて、概ね透明のコーティング層を形成することができた。実施例のコーティング組成物は、ガラス板の表面の濡れ性を低下させるコーティング層を形成した。一方、比較例1、2のコーティング組成物は、概ね透明であって、ガラス板の表面の濡れ性を低下させ、かつアルカリ水溶液に浸漬しても濡れ性が大きくならないコーティング層を形成できたが、これらのガラス板を高温高湿環境下あるいは高温環境下に置くと、コーティング層の表面の濡れ性が大きくなってしまった。実施例1と比較例1、ならびに実施例2と比較例1のコーティング組成物の配合をそれぞれ比較すると、比較例1のコーティング組成物には、「第3のアルコキシシラン化合物」、すなわち、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、アルコキシシラン化合物に相当するメチルシリケート51やエチルシリケート28が含まれていない。また、実施例3と比較例2のコーティング組成物の配合を比較すると、比較例2のコーティング組成物には、「第3のアルコキシシラン化合物」、すなわち、パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、アルコキシシラン化合物に相当するメチルシリケート51やエチルシリケート28が含まれていない。比較例1、2の結果によると、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物に相当するアルコキシシラン化合物(1a、1bまたは1c)、および、パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する第2のアルコキシシラン化合物のみでも、アルカリ水溶液に耐え得る、撥水性のコーティング層をガラス表面に形成することはできるが、これらのコーティング層がひとたび高温高湿環境下や高温環境下に置かれると、アルコキシシラン化合物がガラス板から外れてしまうと考えられる。
 実施例1と比較例3のコーティング組成物の配合を比較すると、比較例3のコーティング組成物には、「第2のアルコキシシラン化合物」であるKBM-7103が含まれておらず、「第3のアルコキシシラン化合物」であるメチルシリケート51が多量(第1のアルコキシシラン化合物の同量)含まれている。比較例3のコーティング組成物は、アルカリ性水溶液にも耐えるコーティング層を形成することができたが、コーティング層に白濁が見られ、物品の被覆をする用途に好適ではないと云える。実施例1と比較例4のコーティング組成物の配合を比較すると、比較例4のコーティング組成物には、「第2のアルコキシシラン化合物」が多量(第1のアルコキシシラン化合物の5倍量)含まれており、「第3のアルコキシシラン化合物」であるメチルシリケート51も多量(第1のアルコキシシラン化合物と同量)含まれている。比較例4のコーティング組成物は、水接触角の大きいコーティング層を形成することができたが、コーティング層に白濁が見られ、物品の被覆をする用途に好適ではないと云える。
 これらの結果より、防汚性、耐アルカリ性ならびに耐高温高湿環境に優れたコーティング層には、第1のアルコキシシラン化合物に由来する、比較的長いパーフルオロポリエーテル部と、第2のアルコキシシラン化合物に由来する、短いパーフルオロ基とが、良好なバランスで混在し、かつこれらが第3のアルコキシシランにより架橋された高次構造を有していることが重要であることがわかった。すなわちこれら3種のアルコキシシランをバランス良く含んだコーティング組成物の配合を検討することが重要であると云える。

Claims (6)

  1.  パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物と、
     パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する第2のアルコキシシラン化合物と、
     パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物と、
     を少なくとも含む、コーティング組成物。
  2.  該第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量が、該第2のアルコキシシラン化合物の分子量よりも大きい、請求項1に記載のコーティング組成物。
  3.  該第1のアルコキシシラン化合物の数平均分子量が、該第2のアルコキシシラン化合物の分子量と比較して10倍以上である、請求項1または2に記載のコーティング組成物。
  4.  該第1のアルコキシシラン化合物と、該第2のアルコキシシラン化合物とを、10:1~10:40の重量比で含み、
     該第1のアルコキシシラン化合物と、該第3のアルコキシシラン化合物とを、10:0.5~10:5の重量比で含む、請求項1~3のいずれかに記載のコーティング組成物。
  5.  さらに溶剤を含む、請求項1~4のいずれかに記載のコーティング組成物。
  6.  無機基材に、
     パーフルオロポリエーテル部を分子内に有する、第1のアルコキシシラン化合物と、
     パーフルオロポリエーテル部を分子内に有さず、パーフルオロ基を分子内に有する、第2のアルコキシシラン化合物と、
     パーフルオロポリエーテル部とパーフルオロ基とを分子内に有さず、アルコキシ基を少なくとも4つ以上分子内に有する、第3のアルコキシシラン化合物と、を少なくとも含むコーティング組成物を反応させてなる、コーティング物品。
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