WO2016043118A1 - ペルフルオロポリエーテル基含有ホスフェート化合物を含む基材用の表面処理剤 - Google Patents
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- C10N2080/00—Special pretreatment of the material to be lubricated, e.g. phosphatising or chromatising of a metal
Definitions
- the present invention relates to a surface treatment agent for a substrate containing a perfluoropolyether group-containing phosphate compound, and a substrate having a surface layer formed from the surface treatment agent.
- Water and dirt are less likely to adhere to the surface of optical articles, displays, optical recording media and other articles that have a base material. It is required to have properties that can be easily removed, that is, water and oil repellency and soil removability. For example, if dirt adheres to the surface of the spectacle lens, the field of view may be hindered and the appearance may deteriorate. If dirt adheres to the surface of the optical recording medium, there may be a problem in signal recording and reproduction. If dirt adheres to the surface of the display, the visibility decreases, and the operability may be adversely affected in a display with a touch panel.
- Non-patent Document 1 A technique for forming a surface layer from a phosphate compound having a perfluoroalkyl group such as 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecylphosphonic acid is known as a technique for improving the surface of an aluminum oxide substrate (Non-patent Document 1).
- the surface layer described in Non-Patent Document 1 is insufficient in water and oil repellency, fingerprint stain removability and lubricity. Further, when the substrate having the surface layer described in Non-Patent Document 1 is rubbed repeatedly, the water and oil repellency is greatly reduced due to friction, and the friction resistance is insufficient.
- An object of the present invention is to provide a surface treatment agent capable of imparting excellent water and oil repellency, fingerprint stain removability, friction resistance and lubricity to a substrate surface.
- the present invention provides a surface treatment agent for a substrate, a coating agent, a substrate having a surface layer, and a novel perfluoropolyether group-containing phosphate compound having the following configurations [1] to [14].
- a surface treatment agent for a substrate comprising a perfluoropolyether group-containing phosphate compound.
- the surface treatment agent according to [1], wherein the perfluoropolyether group-containing phosphate compound is a compound represented by the following formula (1).
- a 1 is a monovalent organic group having one or more phosphate groups at its end; B 1 is R F1 —O—, D 1 -Q 1 —O—CH 2 — or A 2 —O—,
- R F1 is a C 1-6 perfluoroalkyl group, D 1 is CF 3 — or CF 3 —O—,
- Q 1 represents a fluoroalkylene group having 1 to 20 carbon atoms containing at least one hydrogen atom, and a fluoroalkylene group having 2 to 20 carbon atoms having at least one hydrogen atom and having an etheric oxygen atom between the carbon-carbon atoms.
- a 2 is a monovalent organic group having one or more phosphate groups at its end;
- m is an integer from 1 to 6
- n1 is an integer of 1 to 200, and when n1 is 2 or more, (C m F 2m O) n1 may be composed of two or more types of C m F 2m O having different m .
- a 1 is a group represented by the following formula (3).
- Q F1 is a perfluoroalkylene group having 1 to 20 carbon atoms, CX 2 is CH 2 or CHF; w1 is 0 or 1, E 1 is a single bond, —C ( ⁇ O) NH— (wherein Y 1 binds to N), —OC ( ⁇ O) NH— (where Y 1 binds to N), — O—, —C ( ⁇ O) O— (wherein Y 1 binds to O), —OC ( ⁇ O) O—, —NHC ( ⁇ O) NH— or —NHC ( ⁇ O) O— (Where Y 1 is bonded to O), Y 1 is an alkylene group, a poly (oxyalkylene) -alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, CX 2 is CH 2 or CHF; w1 is 0 or 1, E 1 is a single bond, —C ( ⁇ O) NH— (wherein Y 1 bind
- the surface treatment agent includes a compound represented by the formula (1), wherein B 1 is R F1 —O— or D 1 -Q 1 —O—CH 2 —.
- the surface treating agent in any one of.
- the surface treatment agent comprises a compound represented by the formula (1) wherein B 1 is R F1 —O— or D 1 -Q 1 —O—CH 2 — and B 1 is A 2 —O.
- the surface treating agent according to any one of [2] to [7] comprising a compound represented by the formula (1) which is —.
- a coating agent comprising the surface treatment agent according to any one of [1] to [11] and a liquid medium.
- a 1 is a monovalent organic group having one or more phosphate groups at its end; B 1 is R F1 —O—, D 1 -Q 1 —O—CH 2 — or A 2 —O—,
- R F1 is a C 1-6 perfluoroalkyl group, D 1 is CF 3 — or CF 3 —O—,
- Q 1 represents a fluoroalkylene group having 1 to 20 carbon atoms containing at least one hydrogen atom, and a fluoroalkylene group having 2 to 20 carbon atoms having at least one hydrogen atom and having an etheric oxygen atom between the carbon-carbon atoms.
- a 2 is a monovalent organic group having one or more phosphate groups at its end;
- m is an integer from 1 to 6
- n1 is an integer of 1 to 200, and when n1 is 2 or more, (C m F 2m O) n1 may be composed of two or more different types of (C m F 2m O).
- the surface treatment agent of the present invention can impart excellent water / oil repellency, fingerprint stain removability, friction resistance and lubricity to the substrate surface.
- etheric oxygen atom means an oxygen atom that forms an ether bond (—O—) between carbon-carbon atoms.
- perfluoroalkyl group means a group in which all hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms.
- fluoroalkylene group means a group in which some or all of the hydrogen atoms of the alkylene group are substituted with fluorine atoms.
- Perfluoroalkylene group means that all of the hydrogen atoms in the alkylene group are substituted with fluorine atoms. Means the group formed.
- the “fluoroalkylene group” includes a “perfluoroalkylene group”.
- Perfluoropolyether group means a group composed of two or more oxyperfluoroalkylene units. Here, the chemical formula of oxyperfluoroalkylene represents that the oxygen atom is arranged on the right side of the perfluoroalkylene group.
- Phosphate group means —O—P ( ⁇ O) (OH) 2 .
- Organic group means a group having one or more carbon atoms.
- Perfluoropolyether group-containing phosphate compound means a compound having a perfluoropolyether group and a phosphate group.
- Surface layer means a layer formed on the surface of a substrate by surface-treating the substrate with the surface treatment agent of the present invention. The “surface layer” is present to impart excellent water / oil repellency, fingerprint stain removability, friction resistance and lubricity to the substrate surface.
- the surface treatment agent of the present invention includes a perfluoropolyether group-containing phosphate compound (hereinafter also referred to as “the present compound”).
- the surface treatment agent may contain a single compound of the present compound or two or more of the present compound.
- this compound has a perfluoropolyether group, it is possible to impart excellent water and oil repellency, fingerprint stain removability and lubricity to the substrate surface by using this surface treating agent containing this compound.
- the present surface treating agent containing the present compound it is possible to impart excellent friction resistance to the substrate surface, and even when the substrate surface is repeatedly rubbed, water and oil repellency due to friction is obtained.
- the two or more oxyperfluoroalkylene units constituting the perfluoropolyether group may be the same or different. Each oxyperfluoroalkylene unit may be linear or branched. Since excellent oil repellency can be imparted to the substrate surface, a straight chain is preferable.
- This compound includes a compound in which an organic group having one or more phosphate groups is bonded to only one end of a perfluoropolyether group, and one or more in each end of a perfluoropolyether group.
- an organic group having a phosphate group is bonded.
- this surface treating agent one end of the perfluoropolyether group becomes a free end and can impart excellent fingerprint stain removability to the substrate surface. Therefore, one perfluoropolyether group has only one end. It is preferable to include the present compound, to which the above organic group having a phosphate group is bonded, as an essential component.
- the present surface treatment agent includes the compound in which the organic group having one or more phosphate groups is bonded to only one end of the perfluoropolyether group, and one of the perfluoropolyether groups.
- An organic group having one or more phosphate groups is bonded to both ends of the present compound in which an organic group having one or more phosphate groups is bonded only to the ends of the perfluoropolyether group.
- Those containing a mixture with the present compound are particularly preferred.
- a 1 is a monovalent organic group having one or more phosphate groups at its end;
- B 1 is R F1 —O—, D 1 -Q 1 —O—CH 2 — or A 2 —O—,
- R F1 is a C 1-6 perfluoroalkyl group,
- D 1 is CF 3 — or CF 3 —O—,
- Q 1 represents a fluoroalkylene group having 1 to 20 carbon atoms containing at least one hydrogen atom, and a fluoroalkylene group having 2 to 20 carbon atoms having at least one hydrogen atom and having an etheric oxygen atom between the carbon-carbon atoms.
- a 2 is a monovalent organic group having one or more phosphate groups at its end;
- m is an integer from 1 to 6
- n1 is an integer of 1 to 200, and when n1 is 2 or more, (C m F 2m O) n1 may be composed of two or more different types of (C m F 2m O).
- (C m F 2m O) may be linear or branched.
- N1 is an integer of 2 or more, preferably an integer of 4 or more, and particularly preferably an integer of 5 or more, from the viewpoint of imparting excellent water and oil repellency, fingerprint stain removability and lubricity to the substrate surface.
- N1 is preferably an integer of 100 or less from the viewpoint that excellent friction resistance can be imparted to the surface of the base material, and that when the other components are added to the surface treatment agent, excellent compatibility can be exhibited.
- An integer of 80 or less is more preferable, and an integer of 60 or less is particularly preferable.
- n1 is an average value. In this case, n1 may not be an integer.
- (C m F 2m O) n1 may be composed of two or more types of C m F 2m O with different m .
- the bonding order of each C m F 2m O is not limited.
- CF 2 O (m is 1) and CF 2 CF 2 O (m is 2) exist CF 2 O and CF 2 CF 2 O may be randomly arranged, and CF 2 O and CF 2 CF 2 O may be alternately arranged, and a block made of a plurality of CF 2 O and a block made of a plurality of CF 2 CF 2 O may be connected.
- (C m F 2m O) n1 is preferably a group represented by the following formula (2-1) from the viewpoint of imparting excellent water / oil repellency and friction resistance to the substrate surface.
- n2 is preferably an integer of 3 or more, and particularly preferably an integer of 5 or more from the viewpoint of imparting excellent fingerprint stain removability to the substrate surface.
- n2 is preferably an integer of 20 or less, and particularly preferably an integer of 10 or less, from the viewpoint that excellent compatibility can be exhibited when other components are added to the surface treatment agent.
- n3 is preferably an integer of 3 or more, and particularly preferably an integer of 5 or more from the viewpoint of imparting excellent water and oil repellency to the substrate surface.
- n3 is preferably an integer of 20 or less, and particularly preferably an integer of 10 or less, from the viewpoint that excellent compatibility can be exhibited when other components are added to the surface treatment agent.
- n2 + n3 is not limited to the number of phosphate groups present per unit molecular weight of the compound (1), and can impart excellent friction resistance to the substrate surface.
- an integer of 2 to 100 is preferable, an integer of 2 to 40 is more preferable, and an integer of 2 to 20 is particularly preferable from the viewpoint that excellent compatibility can be exhibited.
- a group of the formula (2-1) in which r is 2 and s is 4 is preferable, and the following formula (2-
- the group represented by 1-a) is more preferable, and the group represented by the following formula (2-1-b) is particularly preferable.
- n4 is an integer of 1 or more
- n5 is an integer of 1 or more
- n4 + n5 is an integer of 2 to 200
- (C 2 F 4 O) and (C 4 F 8 O) are alternately arranged.
- n6 is an integer of 1 to 99.
- n6 is preferably an integer of 1 to 20, particularly preferably an integer of 1 to 10.
- (C m F 2m O) n1 is preferably a group represented by the following formula (2-2) from the viewpoint of imparting excellent lubricity to the substrate surface.
- (CF 2 O) n7 (CF 2 CF 2 O) n8 (2-2) [Where: n7 is an integer of 1 or more, n8 is an integer of 1 or more, However, n7 + n8 is an integer of 2 to 200, The bonding order of (CF 2 O) and (CF 2 CF 2 O) is not limited. ]
- (CF 2 O) n7 (CF 2 CF 2 O) n8 is an oxyperfluoroalkylene group having a small number of carbon atoms, and thus has excellent flexibility. Therefore, excellent lubricity can be imparted to the substrate surface.
- (CF 2 O) n7 is a group having 1 oxygen atom and having an oxygen atom, and thus is more excellent in flexibility.
- n7 is preferably an integer of 2 or more, and particularly preferably an integer of 3 or more from the viewpoint of imparting superior water / oil repellency, fingerprint stain removability and lubricity to the substrate surface. From the point that the number of phosphate groups per unit molecular weight of compound (1) does not become too small, and it is possible to give excellent friction resistance to the substrate surface, and other components are added to the surface treatment agent.
- n7 is preferably an integer of 50 or less, more preferably an integer of 40 or less, and particularly preferably an integer of 30 or less from the viewpoint that excellent compatibility can be exhibited.
- n8 is preferably an integer of 2 or more from the viewpoint of imparting superior water / oil repellency, fingerprint stain removability and lubricity to the substrate surface. From the point that the number of phosphate groups per unit molecular weight of compound (1) does not become too small, and it is possible to give excellent friction resistance to the substrate surface, and other components are added to the surface treatment agent.
- N8 is preferably an integer of 50 or less, more preferably an integer of 40 or less, and particularly preferably an integer of 30 or less from the viewpoint that excellent compatibility can be exhibited.
- n7 + n8 is preferably an integer of 2 to 100, more preferably an integer of 2 to 80, and particularly preferably an integer of 2 to 60.
- the ratio between n7 and n8 is preferably n7 more than 0 times and not more than 3 times n8, and particularly preferably 1 to 2 times from the viewpoint that excellent lubricity can be imparted to the substrate surface.
- a 1 is a monovalent organic group having one or more phosphate groups at the terminals. Since A 1 has a phosphate group, by using the compound (1), excellent water and oil repellency, fingerprint stain removability, and friction resistance can be imparted to the substrate surface.
- the number of phosphate groups that A 1 has is 1 to 3, preferably 1 or 2, and particularly preferably 1.
- a 1 having 1 phosphate group is preferably a group represented by the following formula (3).
- Q F1 is a perfluoroalkylene group having 1 to 20 carbon atoms, CX 2 is CH 2 or CHF; w1 is 0 or 1, E 1 is a single bond, —C ( ⁇ O) NH— (wherein Y 1 binds to N), —OC ( ⁇ O) NH— (where Y 1 binds to N), — O—, —C ( ⁇ O) O— (wherein Y 1 binds to O), —OC ( ⁇ O) O—, —NHC ( ⁇ O) NH— or —NHC ( ⁇ O) O— (Where Y 1 is bonded to O), Y 1 is an alkylene group, a poly (oxyalkylene) -alkylene group, a cycloalkylene group,
- Q F1 is a perfluoroalkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
- the perfluoroalkylene group may be linear or branched.
- Q F1 is preferably a perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably a perfluoroalkylene group having 1 to 3 carbon atoms, from the viewpoint of imparting excellent fingerprint stain removability to the substrate surface. Is particularly preferred. -CF 2 -, - CF 2 CF 2 -, - CF 2 CF 2 CF 2 -, - CF (CF 3) -.
- Y 1 is an alkylene group, a poly (oxyalkylene) -alkylene group, a cycloalkylene group, an arylene group, or a group in which part of the hydrogen atoms of the alkylene group is substituted with a hydroxyl group.
- the number of carbon atoms of “alkylene” in the alkylene group and poly (oxyalkylene) -alkylene group is preferably 2 to 6, and particularly preferably 2 to 4.
- Y 1 is preferably an alkylene group or a poly (oxyalkylene) -alkylene group from the viewpoint of easy production of the compound (1).
- Y 1 the following group is particularly preferred.
- p1 and q1 are an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 10, and particularly preferably an integer of 1 to 3.
- a 1 is particularly preferably a group represented by the following formula (3-1) or the following formula (3-2) from the viewpoint of easy production of the compound (1).
- the above-mentioned preferable examples are applied to Q F1 and Y 1 .
- B 1 is R F1 —O—, D 1 -Q 1 —O—CH 2 — or A 2 —O—.
- B 1 is R F1 —O— or D 1 —Q 1 —O—CH 2
- the organic compound having one or more phosphoric acid groups is bonded to both ends of the perfluoropolyether group, respectively, in which B 1 is A 2 —O— It is a compound (1) which is.
- B 1 is preferably R F1 —O— or D 1 -Q 1 —O—CH 2 —.
- B 1 is R F1 —O— or D 1 -Q 1 —O—CH 2 —
- one end of the compound (1) is CF 3 —. Therefore, by using the compound (1) having R F1 —O— or D 1 -Q 1 —O—CH 2 — on the substrate surface, excellent fingerprint stain removability can be imparted to the substrate surface.
- B 1 is A 2 —O—, the number of phosphate groups capable of reacting with the base material at both ends of the compound (1) increases, and excellent friction resistance can be imparted to the base material surface.
- R F1 is a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
- the perfluoroalkyl group may be linear or branched.
- Specific examples of R F1 include CF 3 —, CF 3 CF 2 —, CF 3 (CF 2 ) 2 —, CF 3 (CF 2 ) 3 —, CF 3 (CF 2 ) 4 —, CF 3 (CF 2 ) 5- , CF 3 CF (CF 3 )-and the like.
- R F1 is a linear perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms (CF 3 —, CF 3 CF 2 —, CF, etc.) because it can impart excellent water and oil repellency and fingerprint stain removability to the substrate surface. 3 (CF 2 ) 2 — and CF 3 (CF 2 ) 3 —) are preferred.
- Q 1 represents a fluoroalkylene group having 1 to 20 carbon atoms containing at least one hydrogen atom, and a fluoroalkylene group having 2 to 20 carbon atoms having at least one hydrogen atom and having an etheric oxygen atom between the carbon-carbon atoms.
- the number of hydrogen atoms in Q 1 is 1 or more, preferably 2 or more, and particularly preferably 3 or more.
- Q 1 is a single bond, the following formula (4-1) or the following formula (4-2) from the viewpoint of easy production of the compound (1) in which B 1 is D 1 -Q 1 -O—CH 2 —.
- a group represented by the following formula (4-3) is preferable.
- Q F2 is a single bond, a perfluoroalkylene group having 1 to 15 carbon atoms, or a perfluoroalkylene group having 2 to 15 carbon atoms having an etheric oxygen atom between carbon-carbon atoms
- Q F2 binds to D 1 and z is an integer from 1 to 4, However, when D 1 is CF 3 —O—, in Formula (4-1) and Formula (4-2), Q F2 is not a single bond.
- Q F2 has a perfluoroalkylene group having 1 to 9 carbon atoms or a carbon atom having 2 to 2 carbon atoms having an etheric oxygen atom between carbon-carbon atoms from the viewpoint of sufficiently imparting fingerprint stain removability and lubricity to the substrate surface. Thirteen perfluoroalkylene groups are preferred. Here, the perfluoroalkylene group may be linear or branched. z is preferably an integer of 1 to 3, and when z is 3 or more, C z H 2z may be linear or branched, and is preferably linear.
- D 1 -Q 1- group in the case where Q 1 is a group represented by the formula (4-1) include the following. CF 3 —O—CHFCF 2 —, CF 3 —CF 2 —O—CHFCF 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 —O—CHFCF 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 CF 2 —O—CHFCF 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 —O—CHFCF 2 —, CF 3 —O—CF 2 CF 2 —O—CHFCF 2 —, CF 3 —CF 2 OCF 2 CF 2 —O—CHFCF 2 —, CF 3 —O—CF 2 CF 2 OCF 2 CF 2 —O—CHFCF 2 —, CF 3 —O—CF 2 OCF 2 CF 2 —O—CHFCF 2 —, CF 3 —CF 2 OCF 2 CF 2 —O—CHFCF
- D 1 -Q 1- group in the case where Q 1 is a group represented by the formula (4-2) include the following. CF 3 -CHFCF 2- , CF 3 —CF 2 —CHFCF 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 —CHFCF 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 CF 2 —CHFCF 2 —.
- D 1 -Q 1- group in the case where Q 1 is a group represented by the formula (4-3) include the following. CF 3 —CH 2 —, CF 3 —CF 2 —CH 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 —CH 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 CF 2 —CH 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 CF 2 —CH 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 —CH 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 —CH 2 —, CF 3 —CH 2 CH 2 —, CF 3 —CF 2 —CH 2 CH 2 —, CF 3 —CF 2 —CH 2 CH 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 —CH 2 CH 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 —CH 2 CH 2 —, CF 3 —CF 2 CF 2 —CH 2
- Q 1 is, B 1 is D 1 -Q 1 -O-CH 2 - from the point it is easily manufactured, Compound (1), the group represented by the formula (4-1) are preferable, D 1 -
- the Q 1 -group is preferably CF 3 —CF 2 CF 2 —O—CHFCF 2 — and CF 3 —CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 —O—CHFCF 2 —, and CF 3 —CF 2 CF 2 — O—CHFCF 2 — is particularly preferred.
- a 2 is a monovalent organic group having one or more phosphate groups at the terminals.
- Preferable compound (1) in which B 1 is R F1 —O— includes the following compound (1a-1).
- preferred compound (1) wherein B 1 is D 1 -Q 1 -O—CH 2 — includes the following compound (1a-2).
- (C 2 F 4 O) and (C 4 F 8 O) can impart (CF 2 CF 2 O) and (CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ), because they can impart excellent water and oil repellency to the substrate surface. O) is preferred.
- n2 is applied to n9 including preferable examples.
- n3 is applied to n10 including a preferable example.
- [(C 2 F 4 O) n9 (C 4 F 8 O) n10 ] is represented by the above formula (2-1-b) from the viewpoint of imparting excellent water and oil repellency and friction resistance to the substrate surface.
- the group represented is preferred.
- R F1 is applied to the illustration of R F2 including preferred examples.
- R F2 is particularly preferably CF 3 — or CF 3 CF 2 — from the viewpoint that excellent fingerprint stain removability can be imparted to the substrate surface.
- a 3 is particularly preferably a group represented by the formula (3-1).
- the compound (1a-1-1) is preferred because the compound (1a-1) can impart particularly excellent water and oil repellency and friction resistance to the substrate surface.
- CF 3 —O — [(CF 2 CF 2 O—CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 O) n11 —CF 2 CF 2 O] —CF 2 CF 2 CF 2 —C ( ⁇ O) NH—CH 2 CH 2 -OP ( O) (OH) 2 (1a-1-1)
- n11 is an integer of 1 to 99.
- the description regarding n6 is applied to n11 including a preferable example.
- the compound (1a-2) contains a CH 2 group having a hydrogen atom with a small atomic radius in the molecule (the CH 2 group is more flexible than the CF 2 group), the flexibility is further improved. It has improved. Therefore, by using the compound (1a-2) in the surface treatment agent, it is possible to impart excellent friction resistance and lubricity to the substrate surface.
- Exemplary Q 2 is, including preferred examples, is described with respect to Q 1 is applied. However, when Q 2 is a group represented by formula (4-1), formula (4-2) or formula (4-3), formula (4-1), formula (4-2) or formula Q F2 is bonded to D 2 in (4-3). In addition, when D 2 is CF 3 —O—, in Formula (4-1) and Formula (4-2), Q F2 is not a single bond.
- a 4 is particularly preferably a group represented by the formula (3-2).
- compound (1a-2) is preferable from the viewpoint that particularly excellent friction resistance and lubricity can be imparted to the substrate surface.
- n13 is an integer of 1 or more
- n14 is an integer of 1 or more
- n13 + n14 is an integer of 2 to 200
- the bonding order of (CF 2 O) and (CF 2 CF 2 O) is not limited
- p3 is 0 or an integer of 1 to 20.
- the description regarding p2 is applied to p3, including preferred examples.
- the number average molecular weight (Mn) of the present compound is preferably 2,000 to 10,000, more preferably 2,500 to 8,000, and particularly preferably 3,000 to 6,000. Within the above range, it is possible to impart excellent water and oil repellency, fingerprint stain removability and lubricity to the substrate surface, and when other ingredients are blended with the surface treatment agent, Excellent compatibility.
- the number average molecular weight of this compound is calculated by the following method using NMR analysis. It is calculated by determining the number (average value) of oxyperfluoroalkylene groups based on terminal groups by 1 H-NMR or 19 F-NMR. Terminal group is, for example, B 1 or A 1 in formula (1).
- Compound (11a) is obtained by subjecting compound (12a) to hydrogen reduction using a reducing agent (sodium borohydride, lithium aluminum hydride, etc.).
- a reducing agent sodium borohydride, lithium aluminum hydride, etc.
- CF 2 CFO—CF 2 CF 2 CF 2 C ( ⁇ O) OCH 3
- CF 2 CFO—CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 OH
- R f1 is a fluoroalkyl group or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms having 1 to 6 carbon atoms.
- a base or quaternary ammonium salt (potassium carbonate, sodium carbonate, sodium fluoride, potassium fluoride, cesium fluoride, sodium hydride, tert-butoxy potassium, sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetrabutylammonium chloride, bromide Compound (10a) is obtained by the reaction in the presence of tetrabutylammonium or the like.
- R f1 —OH By controlling the amount of R f1 —OH used for compound (11a), compound (10a) having the desired number average molecular weight can be synthesized.
- R f1 —OH may be the compound (11a) itself, and the compound (10a) having the desired number average molecular weight can be synthesized by controlling the reaction time or separating and purifying the product.
- the synthesis of compound (11a) and the synthesis of compound (10a) by its polyaddition reaction can be carried out according to known methods described in US Pat. No. 5,134,211.
- R 1 represents an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 11 carbon atoms, an alkyl group having 2 to 11 carbon atoms having an etheric oxygen atom between carbon-carbon atoms, or a carbon-carbon atom.
- the fluoroalkyl group is preferably a perfluoroalkyl group.
- a compound (7a) is obtained by substituting the fluorine atom for the hydrogen atom of the compound (9a) using fluorine gas.
- R 1 is a group having a hydrogen atom
- R F4 is a group in which all of the hydrogen atoms contained in R 1 are substituted with fluorine atoms
- R 1 is a group having no hydrogen atom. Is the same group as R 1 and is a perfluoroalkyl group having 1 to 11 carbon atoms or a perfluoroalkyl group having 2 to 11 carbon atoms having an etheric oxygen atom between carbon-carbon atoms.
- R F1 is a group in which all of the hydrogen atoms contained in R f1 are substituted with fluorine atoms.
- the fluorination step can be performed, for example, according to the method described in International Publication No. 2000/56694.
- R 2 is an alkyl group
- Compound (5a) is obtained by reacting compound (6a) with H 2 N—Y 1 —OH.
- Compound (1a-1-1) is obtained by reacting compound (5a) with phosphorus oxychloride or diphosphorus pentoxide, followed by hydrolysis.
- Compound (1a-1-1) can also be obtained by reacting compound (6a) with NH 2 —Y 1 —OP ( ⁇ O) (OH) 2 .
- Compound (1a-2-2) is obtained by reacting compound (2a-2) with phosphorus oxychloride or diphosphorus pentoxide, followed by hydrolysis.
- This surface treating agent contains this compound.
- This surface treating agent may consist only of this compound.
- the present compound includes a compound (1) wherein B 1 is R F1 —O— or D 1 -Q 1 —O—CH 2 —, and B 1 is R F1 —O— or D 1 -Q 1 A mixture of the compound (1) being —O—CH 2 — and the compound (1) wherein B 1 is A 2 —O— is preferred.
- the surface treatment agent may contain a compound (hereinafter, also referred to as “impurity”) inevitably mixed in the production of the compound. This surface treating agent may contain components other than the present compound and impurities.
- Examples of other components include a perfluoropolyether compound having no phosphate group (hereinafter, also referred to as “fluorinated ether compound”) and a catalyst.
- fluorinated ether compound examples include a compound by-produced in the production process of the compound (1) and a known (particularly commercially available) compound used for the same application as the compound (1).
- the fluorine-containing ether compound the following compound (7) and compound (8) are preferable.
- Compound (7) is a fluorine-containing ether compound represented by the following formula (7).
- R F5 and R F6 are each independently a C 1-6 perfluoroalkyl group, p is an integer from 1 to 6, n15 is an integer of 1 to 200, and when n15 is 2 or more, (C p F 2p O) q may be composed of two or more types of C p F 2p O different in p. ]
- R F1 applies to the examples of R F5 and R F6 , including preferred examples.
- Exemplary (C p F 2p O) n15 are preferred examples including, are applied described for (C m F 2m O) n1 .
- (C p F 2 O) n15 is preferably the same as (C m F 2m O) n1 in formula (1) from the viewpoint that a compound by-produced in the production process of compound (1) can be effectively used. .
- the compound (1) is a compound having [(CF 2 O) n4 (CF 2 CF 2 O) n5 ]
- the compound (7) is also [(CF 2 O) n4 (CF 2 CF 2 O).
- Particularly preferred is a compound having n5 ].
- Compound (7) may be a commercially available product.
- Commercially available products include FOBLIN M, FOMBLIN Y, FOMBLIN Z (above, Solvay Solexis), Krytox (DuPont), Demnam (Daikin Industries).
- Compound (8) is a fluorine-containing ether compound represented by the following formula (8).
- D 3 and D 4 are each independently CF 3 — or CF 3 —O—
- Q 3 and Q 4 are each independently a fluoroalkylene group having 1 to 20 carbon atoms containing one or more hydrogen atoms, one or more hydrogen atoms, and a carbon number having an etheric oxygen atom between carbon-carbon atoms.
- Q 1 is applied to the illustrations of Q 3 and Q 4 including preferable examples.
- Q 3 and Q 4 are groups represented by formula (6-1), formula (6-2), or formula (6-3)
- Q F2 is bonded to D 3
- Q F2 is bonded to D 4.
- D 3 is CF 3 —O—
- Q F2 is not a single bond.
- D 4 is CF 3 —O—
- Q F2 is not a single bond.
- Exemplary (C q F 2q O) n16 are preferred examples including, are applied described for (C m F 2m O) n1 .
- (C q F 2q O) n16 is a compound (C m in formula (1)) that can effectively use a compound (for example, compound (3a-2-2)) by-produced in the production process of compound (1).
- F 2m O) It is preferably the same as n1 .
- the compound (8) include compounds represented by the following formula.
- the types of the two QF2 groups in the formula may be the same or different.
- Examples of the catalyst include acid catalysts and basic catalysts that promote the hydrolysis and condensation reaction of the hydroxyl group of the phosphoric acid group of the present compound.
- Examples of the acid catalyst include hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, sulfuric acid, phosphoric acid, sulfonic acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and the like.
- Examples of the basic catalyst include sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia and the like.
- the present compound in the present surface treating agent includes a compound (1) wherein B 1 is R F1 —O— or D 1 —Q 1 —O—CH 2 — and a compound (1) wherein B 1 is A 2 —O—. And the content of the compound (1) in which B 1 is A 2 —O— is such that the compound in which B 1 is R F1 —O— or D 1 —Q 1 —O—CH 2 — ( 10 to 60 parts by mass is preferable and 20 to 50 parts by mass is particularly preferable with respect to 100 parts by mass in total of 1).
- the content of the compound (1) in which B 1 is A 2 —O— is equal to or higher than the lower limit of the above range, excellent friction resistance can be imparted to the substrate surface, and if it is below the upper limit of the above range. For example, excellent water and oil repellency, fingerprint stain removability and lubricity can be imparted to the substrate surface.
- the content of the fluorinated ether compound in the surface treatment agent is preferably 30% by mass or less, and particularly preferably 20% by mass or less.
- the catalyst content in the surface treatment agent is preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less.
- the content of components other than the fluorine-containing ether compound and the catalyst in the surface treatment agent is preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less.
- the coating liquid in the present invention includes the present surface treatment agent and a liquid medium.
- the present coating liquid is not particularly limited as long as it is liquid, and may be a solution or a dispersion.
- the solid content concentration in the present coating liquid is preferably 0.001 to 10% by mass, particularly preferably 0.01 to 1% by mass.
- the solid content concentration of the coating liquid is a value calculated from the mass of the surface treatment agent before heating and the mass after heating for 4 hours in a convection dryer at 120 ° C.
- the concentration of the present compound in the present coating solution is preferably 0.001 to 10% by mass, particularly preferably 0.1 to 1% by mass.
- liquid medium an organic solvent is preferable.
- the organic solvent may be a fluorinated organic solvent, a non-fluorinated organic solvent, or a combination of both solvents.
- the amount of the liquid medium is preferably 90 to 99.999% by mass, and particularly preferably 99 to 99.9% by mass in the present coating liquid.
- fluorinated organic solvent examples include fluorinated alkanes, fluorinated aromatic compounds, fluoroalkyl ethers, fluorinated alkylamines, fluoroalcohols, and the like. From the solubility point of this compound, fluorinated alkanes, fluorinated aromatic compounds , Fluoroalkyl ethers are preferred, and fluoroalkyl ethers are particularly preferred.
- Examples of the fluorinated alkane include compounds having 4 to 8 carbon atoms.
- Examples of commercially available products include C 6 F 13 H (AC-2000: product name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), C 6 F 13 C 2 H 5 (AC-6000: product name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), C 2 F 5 CHFCHFCF 3 (Bertrel: product name, manufactured by DuPont).
- Examples of the fluorinated aromatic compound include hexafluorobenzene, trifluoromethylbenzene, perfluorotoluene, and bis (trifluoromethyl) benzene.
- Examples of the fluoroalkyl ether include compounds having 4 to 12 carbon atoms.
- Examples of commercially available products include CF 3 CH 2 OCF 2 CF 2 H (AE-3000: product name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), C 4 F 9 OCH 3 (Novec-7100: product name, manufactured by 3M Company), C 4 F 9 OC 2 H 5 (Novec-7200: product name, manufactured by 3M), C 6 F 13 OCH 3 (Novec-7300: product name, manufactured by 3M), and the like.
- Examples of the fluorinated alkylamine include perfluorotripropylamine and perfluorotributylamine.
- Examples of the fluoroalcohol include 2,2,3,3-tetrafluoropropanol, 2,2,2-trifluoroethanol, hexafluoroisopropanol and the like.
- Non-fluorine organic solvents include compounds consisting only of hydrogen and carbon atoms, compounds consisting only of hydrogen, carbon and oxygen atoms, hydrocarbon organic solvents, alcohol organic solvents, ketone organic solvents, ethers Of these, organic solvents and ester organic solvents are preferred, and ketone organic solvents are particularly preferred from the viewpoint of solubility of the present compound.
- hydrocarbon organic solvent hexane, heptane, cyclohexane and the like are preferable.
- alcohol organic solvent methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol and the like are preferable.
- ketone organic solvent acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and the like are preferable.
- ether organic solvent diethyl ether, tetrahydrofuran, tetraethylene glycol dimethyl ether and the like are preferable.
- ester organic solvent ethyl acetate, butyl acetate and the like are preferable.
- the liquid medium is at least selected from the group consisting of fluorinated alkanes, fluorinated aromatic compounds, fluoroalkyl ethers, compounds consisting only of hydrogen atoms and carbon atoms, and compounds consisting only of hydrogen atoms, carbon atoms and oxygen atoms.
- One organic solvent is preferred.
- at least one fluorine-based organic solvent selected from the group consisting of fluorinated alkanes, fluorinated aromatic compounds and fluoroalkyl ethers is preferred. From the viewpoint of improving the solubility of the present compound, the amount of these solvents is preferably 90% by mass or more in the entire liquid medium.
- Examples of the base material include inorganic materials, organic materials, and composite materials thereof.
- Examples of the inorganic material include glass, single crystal material, metal, stone, and composite materials thereof, and glass, single crystal material, and composite materials thereof are preferable.
- As the glass soda lime glass, alkali aluminosilicate glass, borosilicate glass, alkali-free glass, crystal glass, quartz glass are preferable, chemically strengthened soda lime glass, chemically strengthened alkali aluminosilicate glass, and chemically strengthened. Borosilicate glass is particularly preferred.
- As the single crystal material zinc oxide, titanium oxide, diamond, sapphire and the like are preferable, and sapphire is particularly preferable.
- Sapphire is an ⁇ -type alumina (hexagonal) single crystal material having a corundum structure.
- the crystal orientation plane of sapphire includes the following and may be any. Since it has high strength, the crystal orientation plane of sapphire is preferably a-plane. Note that amorphous alumina, transparent alumina, other sapphire-like materials, polycrystalline compounds, and the like may be combined to give the sapphire substrate itself a desired height and light transmittance. Examples of the method for producing sapphire include the Verneuil method, the Czochralski method, and the EPG (Edge-defined film-fed Growth) method.
- the organic material examples include a resin.
- a resin an acrylic resin and a polycarbonate resin are preferable.
- the material for the substrate is preferably sapphire. If the substrate is a sapphire substrate, the surface treatment agent can impart more excellent water / oil repellency, fingerprint stain removability, friction resistance and lubricity to the surface of the sapphire substrate. Therefore, the surface treatment agent is preferably a surface treatment agent for a sapphire substrate.
- the substrate is preferably a light-transmitting substrate (hereinafter also referred to as “transparent substrate”). “Light transmittance” means that the normal incidence visible light transmittance according to JIS R1306 is 25% or more, and preferably 50% or more.
- the thickness of the surface layer is preferably 1 to 100 nm, particularly preferably 1 to 50 nm.
- the thickness of the surface layer is not less than the lower limit of the above range, excellent water / oil repellency and fingerprint stain removability are excellent. If it is below the upper limit of the said range, cost can be reduced and the light transmittance of the sapphire base material which has a surface layer becomes high.
- the thickness of the surface layer is obtained by, for example, obtaining an interference pattern of reflected X-rays by an X-ray reflectivity method using an X-ray diffractometer ATX-G for thin film analysis (manufactured by RIGAKU) and vibrating the interference pattern. It can be calculated from the period.
- the manufacturing method of the base material which has a surface layer has the process of processing a base-material surface using this surface treating agent or coating liquid of this invention.
- Examples of the treatment method include a dry coating method and a wet coating method.
- the manufacturing method of the base material which has a surface layer by the dry-coating method includes the process of dry-coating the surface treating agent of this invention on the base-material surface.
- Examples of dry coating methods include vacuum deposition, CVD, and sputtering. From the viewpoint of suppressing the decomposition of the present compound and the simple point of the apparatus, the vacuum deposition method is preferred.
- the vacuum deposition method can be subdivided into resistance heating method, electron beam heating method, high frequency induction heating method, reactive deposition, molecular beam epitaxy method, hot wall deposition method, ion plating method, cluster ion beam method, etc. Any method can be applied.
- the resistance heating method can be suitably used from the viewpoint of suppressing the decomposition of the present compound and the simplicity of the apparatus.
- the vacuum deposition apparatus is not particularly limited, and a known apparatus can be used.
- the film forming conditions when using the vacuum vapor deposition method vary depending on the type of vacuum vapor deposition method to be applied, but in the case of the resistance heating method, the degree of vacuum before vapor deposition is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa or less, preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa.
- the heating temperature of the vapor deposition source is preferably 30 to 400 ° C, particularly preferably 50 to 300 ° C. When the heating temperature is equal to or higher than the lower limit of the above range, the film formation rate is excellent. If it is below the upper limit of the above range, water and oil repellency, friction resistance, and fingerprint stain removability can be imparted to the substrate surface without causing decomposition of the present compound.
- the temperature of the substrate is preferably in the range of room temperature (20 to 25 ° C.) to 200 ° C. If the temperature of a base material is 200 degrees C or less, it will be excellent in the film-forming speed
- the upper limit of the temperature of the substrate is more preferably 150 ° C. or less, and particularly preferably 100 ° C. or less.
- the manufacturing method of the base material which has a surface layer by the wet coating method includes the process of apply
- the method further includes a step of removing the liquid medium.
- Application methods include spin coating, wipe coating, spray coating, squeegee coating, dip coating, die coating, ink jet, flow coating, roll coating, casting, Langmuir-Blodgett or gravure coating.
- the method is preferred.
- Examples of the method for removing the liquid medium include heating, vacuum, heating, and vacuum.
- the drying temperature is preferably from 10 to 300 ° C, particularly preferably from 20 to 200 ° C.
- an operation for promoting the reaction between the present compound and the base material may be performed as necessary in order to improve the friction resistance of the base material surface.
- the operation include heating and humidification.
- the base material on which the surface layer is formed in the atmosphere having moisture can be heated to promote a reaction such as a reaction between a hydroxyl group present on the surface of the base material and a hydroxyl group possessed by a phosphate group.
- compounds in the surface layer that are not chemically bonded to other compounds or the substrate may be removed as necessary.
- Specific examples of the method include a method of pouring a solvent over the surface layer and a method of wiping with a cloth soaked with a solvent.
- % is “% by mass” unless otherwise specified.
- Examples 1 to 7 are examples, and example 8 is a comparative example.
- a non-woven fabric made of cellulose (Bencot M-3: product name, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) is used with a load of 1 kg, using a reciprocating traverse tester (manufactured by KT Corporation) according to JIS L 0849. After reciprocating 000 times, the water contact angle and n-hexadecane contact angle were measured. The smaller the decrease in water repellency (water contact angle) and oil repellency (n-hexadecane contact angle) when the number of frictions is increased, the smaller the decrease in performance due to friction, and the better the friction resistance.
- ⁇ Dynamic friction coefficient> The dynamic friction coefficient for the artificial skin (PBZ13001, manufactured by Idemitsu Techno Fine Co., Ltd.) of the base material having the surface layer was measured using a load-variable friction and wear test system HHS2000 (manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.) with a contact area of 3 cm ⁇ 3 cm and a load of 100 g. Measured under conditions. The smaller the dynamic friction coefficient, the better the lubricity.
- Example 1 Production of compound (1a-1-1)] (Example 1-1) Into a 300 mL three-necked round bottom flask, 14.1 g of sodium borohydride powder was introduced and a mixture of Asahiklin TM AK-225 (48 mol% of HCFC-225ca and 52 mol% of HCFC-225cb) Product name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., hereinafter also referred to as “AK-225”). Stir while cooling in an ice bath, and slowly add from a dropping funnel a mixture of 100 g of compound (12a), 15.8 g of methanol, and 22 g of AK-225 under a nitrogen atmosphere so that the internal temperature does not exceed 10 ° C.
- Example 1-2 To a 50 mL eggplant flask connected to a reflux condenser, 5.01 g of the compound (11a) obtained in Example 1-1 and 5.06 g of methanol were introduced, and 0.54 g of potassium hydroxide pellets were added. After stirring overnight at 25 ° C. under a nitrogen atmosphere, an aqueous hydrochloric acid solution was added to treat excess potassium hydroxide, and water and AK-225 were added to carry out a liquid separation treatment. After washing with water three times, the organic phase was recovered and concentrated with an evaporator to obtain 5.14 g of a methanol adduct.
- Example 1-3 To a 200 mL eggplant flask connected with a reflux condenser, 100 g of the compound (10a-1) obtained in Example 1-2 was added, and 28.6 g of acetyl chloride was added over 20 minutes while stirring at room temperature in a nitrogen atmosphere. It was dripped. After stirring at 50 ° C. for 4.5 hours, disappearance of the raw materials was confirmed by 1 H-NMR. The reaction solution was concentrated with an evaporator. The concentrated solution was diluted with AK-225, treated with 20 g of silica gel, and solids were removed by filtration.
- Example 1-4 An autoclave (made of nickel, internal volume 1 L) was prepared, and a cooler maintained at 25 ° C., a NaF pellet packed bed, and a cooler maintained at 0 ° C. were installed in series at the gas outlet of the autoclave. In addition, a liquid return line for returning the liquid aggregated from the cooler maintained at 0 ° C. to the autoclave was installed. 750 g of R-419 (CF 2 ClCFClCF 2 OCF 2 CF 2 Cl) was added to the autoclave and stirred while maintaining at 25 ° C. After blowing nitrogen gas into the autoclave at 25 ° C.
- fluorine gas diluted to 20% by volume with nitrogen gas (hereinafter also referred to as 20% fluorine gas) was added at 25 ° C. and a flow rate of 5.3 L / hour for 1 hour. Infused.
- 20% fluorine gas diluted to 20% by volume with nitrogen gas
- a solution of 70 g of the compound (9a-1) obtained in Example 1-3 in 136 g of R-419 was injected into the autoclave over 7.4 hours. did.
- the internal pressure of the autoclave was increased to 0.15 MPa (gauge pressure) while blowing 20% fluorine gas at the same flow rate.
- the content of the autoclave was concentrated with an evaporator, and in the following formula (7a-1), 82.3 g (yield 97%) of the compound (7a-1) having an average number of units (n6) of 8.2.
- Example 1-5 A 500 mL tetrafluoroethylene-perfluoro (alkoxy vinyl ether) copolymer (PFA) round bottom eggplant flask was charged with 82.3 g of the compound (7a-1) obtained in Example 1-4 and 250 mL of AK-225. . Under a nitrogen atmosphere, 3.9 g of methanol was slowly dropped from the dropping funnel. Stir for 12 hours. The reaction mixture was concentrated with an evaporator to obtain 77.7 g (yield 100%) of compound (6a-1) having an average value of unit number (n6) of 8.2 in the following formula (6a-1). It was.
- PFA tetrafluoroethylene-perfluoro (alkoxy vinyl ether) copolymer
- Example 1-6 In a 100 mL round bottom eggplant flask, 33.5 g of the compound (6a-1) obtained in Example 1-5 and 0.59 g of H 2 NCH 2 CH 2 OH were added and stirred at room temperature for 9 hours. The reaction product was concentrated by an evaporator to obtain 33.8 g (yield 100%) of compound (5a-1) having an average value of unit number (n6) of 8.2 in the following formula (5a-1). It was. CF 3 —O — [(CF 2 CF 2 O—CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 O) n6 —CF 2 CF 2 O] —CF 2 CF 2 CF 2 —C ( ⁇ O) HN—CH 2 CH 2 OH (5a-1)
- Example 1--7 In a 100 mL round bottom eggplant flask were charged 33.8 g of the compound (5a-1) obtained in Example 1-6 and 1.51 g of phosphorus oxychloride, and the mixture was stirred at room temperature for 9 hours. 2.0 g of water was added to the resulting solution and stirred at room temperature for 30 minutes. The reaction product was concentrated by an evaporator, and 34.6 g (yield 100%) of compound (1a-1-1) having an average value of unit number (n6) of 8.2 in the following formula (1a-1) Got. The number average molecular weight of the compound (1a-1-1) is 3,600.
- Example 2 Production of compound (1a-2-1)] (Example 2-1) To a 500 mL three-necked round bottom flask, 1.04 g of potassium hydroxide was introduced, and 83 g of tert-butanol and 125 g of 1,3-bis (trifluoromethyl) benzene were added. Potassium hydroxide was dissolved by stirring at room temperature, and 250 g of compound (4a-2) (FLUOROLINK D10 / H: product name, manufactured by Solvay Solexis) was added thereto and stirred for 1 hour.
- 4a-2) FLUOROLINK D10 / H: product name, manufactured by Solvay Solexis
- Example 2-2 To a 50 mL two-necked round bottom flask were added 391 mg of cesium carbonate, 1.50 g of compound (3a-2), and 106 mg of ethylene carbonate, and the mixture was heated and stirred at 160 ° C. for 36 hours. To the resulting solution was added 15 g of AK-225 and 10 g of dilute hydrochloric acid. The organic layer and the aqueous layer were separated, and the organic layer was washed 3 times with 30 mL of ion-exchanged water, then dehydrated with sodium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain 1.07 g of compound (2a-2). (Yield 70%) was obtained.
- Example 2-3 A 50 mL round bottom eggplant flask was charged with 1.0 g of the compound (2a-2) obtained in Example 2-2 and 65.9 mg of phosphorus oxychloride and stirred at room temperature for 9 hours. 2.0 g of water was added to the resulting solution and stirred at room temperature for 30 minutes. The reaction product was concentrated by an evaporator to obtain 1.0 g (yield 100%) of compound (1a-2-1). The number average molecular weight of the compound (1a-2-1) is 2,400.
- Example 3 Production of compound (1a-3)] (Example 3-1) According to the method described in Example 1 of JP2011-116947A, a mixture of the compounds (3a-3), (3a-3-2) and (4a-3) was obtained.
- HOCH 2 CF 2 O [(CF 2 O) n7-1 (CF 2 CF 2 O) n8 ] CF 2 CH 2 OH (4a-3).
- Example 3-2 200 g of the mixture obtained in Example (3-1) was diluted with 200 g of AC-2000, developed by silica gel column chromatography (developing solvent: AC-2000 and AE-3000), and fractionated. As a result, 90 g (yield 45%) of the compound (3a-3) was obtained.
- Example 3-3 To a 50 mL two-necked round bottom flask, 1.0 g of cesium carbonate, 10 g of the compound (3a-3), and 162 mg of ethylene carbonate were added, and the mixture was heated and stirred at 160 ° C. for 36 hours. To the resulting solution was added 50 g of AK-225 and 10 g of dilute hydrochloric acid. The organic layer and the aqueous layer were separated, and the organic layer was washed 3 times with 30 mL of ion-exchanged water, then dehydrated with sodium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure to give 6.58 g of compound (2a-3). (Yield 65%) was obtained.
- Example 3-4 A 50 mL round bottom eggplant flask was charged with 1.0 g of the compound (2a-3) obtained in Example 3-3 and 30 mg of phosphorus oxychloride, and stirred at room temperature for 9 hours. 2.0 g of water was added to the resulting solution and stirred at room temperature for 30 minutes. The reaction product was concentrated by an evaporator to obtain 1.0 g (yield 100%) of compound (1a-3).
- the number average molecular weight of the compound (1a-3) is 5,600.
- Examples 4 to 8 Production and evaluation of substrate having surface layer
- Examples 4-7) ⁇ Preparation of coating liquid and wet coating method>
- the compound obtained in Examples 1 to 3 and C 4 F 9 OC 2 H 5 (Novec-7200: product name, manufactured by 3M) as a liquid medium are mixed to form a coating having a solid content concentration of 0.05%.
- a liquid was prepared.
- the substrate was dipped in the coating solution (dip coating method), allowed to stand for 30 minutes, and then lifted.
- the substrate was dried at 200 ° C. for 30 minutes and washed with AK-225, which is a fluorine-containing solvent, to obtain a substrate having a surface layer.
- the film thickness of the surface layer was 10 nm.
- artificial sapphire crystal orientation plane c plane, manufactured by Shinko
- chemically strengthened glass alkali aluminosilicate glass, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.
- Example 8 ⁇ Preparation of coating liquid and wet coating method> Non-patent literature Phys. Chem. C, 2007, 111, 3956-3962, a compound (1a-4) represented by the following formula (1a-4), and C 4 F 9 OC 2 H 5 (Novec-7200: product name) as a liquid medium 3M) to prepare a coating solution having a solid content concentration of 0.05%.
- the substrate was dipped in the coating solution (dip coating method), allowed to stand for 30 minutes, and then lifted.
- the substrate was dried at 200 ° C. for 30 minutes and washed with AK-225 to obtain a substrate having a surface layer.
- the film thickness of the surface layer was 10 nm.
- Example 4 to 7 using this compound were excellent in water and oil repellency, fingerprint stain removability and lubricity.
- Example 4 to 7 even when the friction was repeated 1,000 times against the base material having the surface layer, the water and oil repellency was hardly reduced or small, and excellent friction resistance was obtained.
- Example 8 using the compound (1a-4) having no perfluoropolyether group was inferior in water / oil repellency, fingerprint stain removability and lubricity.
- Example 8 when the friction was repeated 1,000 times against the substrate having the surface layer the water and oil repellency was greatly lowered and the friction resistance was inferior.
- Example 6 using the compound (1a-1-1) is different from Example 6 using the compound (1a-3) in water / oil repellency and friction resistance. Improved.
- Example 5 using the compound (1a-2-1) the friction resistance and lubricity were further improved compared to Example 6 using the compound (1a-3).
- the substrate having a surface layer formed by using the surface treatment agent includes an electronic material and an optical material (for example, an endoscope lens, a mobile communication device, a fingerprint reader, an automatic money transfer machine, goggles, a camera, an infrared imaging system) , Lenses, touch panels, windows, etc.), building materials (for example, flooring materials, wall materials, etc.).
- an optical material for example, an endoscope lens, a mobile communication device, a fingerprint reader, an automatic money transfer machine, goggles, a camera, an infrared imaging system
- Lenses, touch panels, windows, etc. building materials
- the substrate is a transparent substrate
- the substrate having a surface layer is preferably used for an electronic material and an optical material, and particularly preferably used for a member constituting a touch panel.
- the touch panel is an input device of an input / display device (touch panel device) that combines a display device and a device that inputs contact position information by contact with a finger or the like.
- the touch panel includes a transparent base material and a transparent conductive film, an electrode, a wiring, an IC, and the like depending on the input detection method.
- a touch panel having excellent fingerprint stain removability and lubricity can be obtained.
- the lubricity is excellent, the touch feeling of the touch panel is excellent and the operability is improved.
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Abstract
Description
[1]ペルフルオロポリエーテル基含有ホスフェート化合物を含む、基材用の表面処理剤。
[2]前記ペルフルオロポリエーテル基含有ホスフェート化合物が下式(1)で表される化合物である、[1]の表面処理剤。
B1-(CmF2mO)n1-A1 ・・・(1)
[式中、
A1は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
B1は、RF1-O-、D1-Q1-O-CH2-またはA2-O-であり、
ここで、RF1は、炭素数1~6のペルフルオロアルキル基であり、
D1は、CF3-またはCF3-O-であり、
Q1は、水素原子を1個以上含む炭素数1~20のフルオロアルキレン基、水素原子を1個以上含み、炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のフルオロアルキレン基、炭素数1~20のアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のアルキレン基であり、
A2は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
mは1~6の整数であり、
n1は1~200の整数であり、n1が2以上の場合、(CmF2mO)n1は、mの異なる2種以上のCmF2mOからなるものであってもよい。]
(CrF2rO)n2(CsF2sO)n3 ・・・(2-1)
[式中、
rは1~3の整数であり、
sは3~6の整数であり、
ただし、rおよびsは同時に3であることはなく、
n2は1以上の整数であり、
n3は1以上の整数であり、
ただし、n2+n3は2~200の整数であり、
(CrF2rO)および(CsF2sO)の結合順序は限定されない。]
[4]前記(CmF2mO)n1が、下式(2-2)で表される基である、[2]の表面処理剤。
(CF2O)n7(CF2CF2O)n8 ・・・(2-2)
[式中、
n7は1以上の整数であり、
n8は1以上の整数であり、
ただし、n7+n8は、2~200の整数であり、
(CF2O)および(CF2CF2O)の結合順序は限定されない。]
-QF1(CX2)w1-E1-Y1-O-P(=O)(OH)2 ・・・(3)
[式中、
QF1は、炭素数1~20のペルフルオロアルキレン基であり、
CX2は、CH2またはCHFであり、
w1は0または1であり、
E1は、単結合、-C(=O)NH-(ただし、Y1はNに結合する。)、-OC(=O)NH-(ただし、Y1はNに結合する。)、-O-、-C(=O)O-(ただし、Y1はOに結合する。)、-OC(=O)O-、-NHC(=O)NH-または-NHC(=O)O-(ただし、Y1はOに結合する)であり、
Y1は、アルキレン基、ポリ(オキシアルキレン)-アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、またはアルキレン基の水素原子の一部が水酸基に置換された基であり、ただし、w1が0の場合、E1が-O-、-OC(=O)NH-または-OC(=O)O-ではなく、w1が1であり、CX2がCH2であり、E1が単結合であるとき、Y1は、アルキレン基ではない。]
[6]前記Q1が、下式(4-1)、下式(4-2)または下式(4-3)で表される基である、[2]~[5]のいずれかの表面処理剤。
-QF2-O-CHFCF2- ・・・(4-1)
-QF2-CHFCF2- ・・・(4-2)
-QF2-CzH2z- ・・・(4-3)
[式中、
QF2は、単結合、炭素数1~15のペルフルオロアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~15のペルフルオロアルキレン基であり、
QF2は、前記D1に結合し、
zは1~4の整数であり、
ただし、前記D1がCF3-O-であるとき、式(4-1)および式(4-2)において、QF2は、単結合ではない。]
[8]表面処理剤が、前記B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である前記式(1)で表される化合物を含む、[2]~[7]のいずれかの表面処理剤。
[9]表面処理剤が、前記B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である前記式(1)で表される化合物と前記B1がA2-O-である前記式(1)で表される化合物とを含む、[2]~[7]のいずれかの表面処理剤。
[10]前記B1がA2-O-である前記式(1)で表される化合物の含有量が、B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である前記式(1)で表される化合物の合計100質量部に対して、10~60質量部である、[9]の表面処理剤。
[12]前記[1]~[11]のいずれかの表面処理剤と液状媒体とを含む、コーティング剤。
[13]前記[1]~[11]のいずれかの表面処理剤または前記[12]のコーティング剤から形成される表面層を有する基材。
[14]下式(1)で表される化合物。
B1-(CmF2mO)n1-A1 ・・・(1)
[式中、
A1は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
B1は、RF1-O-、D1-Q1-O-CH2-またはA2-O-であり、
ここで、RF1は、炭素数1~6のペルフルオロアルキル基であり、
D1は、CF3-またはCF3-O-であり、
Q1は、水素原子を1個以上含む炭素数1~20のフルオロアルキレン基、水素原子を1個以上含み、炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のフルオロアルキレン基、炭素数1~20のアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のアルキレン基であり、
A2は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
mは1~6の整数であり、
n1は1~200の整数であり、n1が2以上の場合、(CmF2mO)n1は、mの異なる2種以上の(CmF2mO)からなるものであってもよい。]
本明細書において、式(1)で表される化合物を化合物(1)とも記す。他の式で表される化合物も同様に記す。
以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
「エーテル性酸素原子」とは、炭素-炭素原子間においてエーテル結合(-O-)を形成する酸素原子を意味する。
「ペルフルオロアルキル基」とは、アルキル基の水素原子の全てがフッ素原子で置換された基を意味する。
「フルオロアルキレン基」とは、アルキレン基の水素原子の一部または全てがフッ素原子で置換された基を意味し、「ペルフルオロアルキレン基」とは、アルキレン基の水素原子の全てがフッ素原子で置換された基を意味する。なお、「フルオロアルキレン基」は、「ペルフルオロアルキレン基」を包含する。
「ペルフルオロポリエーテル基」は、2個以上のオキシペルフルオロアルキレン単位からなる基を意味する。ここで、オキシペルフルオロアルキレンの化学式は、その酸素原子をペルフルオロアルキレン基の右側に配置したものを表す。
「リン酸基」は、-O-P(=O)(OH)2を意味する。
「有機基」は、炭素原子を1個以上有する基を意味する。
「ペルフルオロポリエーテル基含有ホスフェート化合物」は、ペルフルオロポリエーテル基およびリン酸基を有する化合物を意味する。
「表面層」は、本発明の表面処理剤で、基材を表面処理することによって、基材表面に形成される層を意味する。「表面層」は、基材表面に、優れた撥水撥油性、指紋汚れ除去性、耐摩擦性および潤滑性を付与するために存在する。
本発明の表面処理剤(以下、「本表面処理剤」ともいう。)は、ペルフルオロポリエーテル基含有ホスフェート化合物(以下、「本化合物」ともいう。)を含む。本表面処理剤に、本化合物の単一化合物が含まれていてもよく、本化合物の2種以上が含まれていてもよい。
本化合物としては、具体的には、式(1)で表される化合物が好ましい。
B1-(CmF2mO)n1-A1 ・・・(1)
[式中、
A1は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
B1は、RF1-O-、D1-Q1-O-CH2-またはA2-O-であり、
ここで、RF1は、炭素数1~6のペルフルオロアルキル基であり、
D1は、CF3-またはCF3-O-であり、
Q1は、水素原子を1個以上含む炭素数1~20のフルオロアルキレン基、水素原子を1個以上含み、炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のフルオロアルキレン基、炭素数1~20のアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のアルキレン基であり、
A2は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
mは1~6の整数であり、
n1は1~200の整数であり、n1が2以上の場合、(CmF2mO)n1は、mの異なる2種以上の(CmF2mO)からなるものであってもよい。]
(CmF2mO)n1は、ペルフルオロポリエーテル基である。そのため、化合物(1)を用いることにより、基材表面に優れた撥水撥油性、指紋汚れ除去性および潤滑性を付与できる。
(CmF2mO)n1は、基材表面により優れた撥水撥油性および耐摩擦性を付与できる点から、下式(2-1)で表される基が好ましい。
(CrF2rO)n2(CsF2sO)n3 ・・・(2-1)
[式中、
rは1~3の整数であり、
sは3~6の整数であり、
ただし、rおよびsは同時に3であることはなく、
n2は1以上の整数であり、
n3は1以上の整数であり、
ただし、n2+n3は2~200の整数であり、
(CrF2rO)および(CsF2sO)の結合順序は限定されない。]
n3は、基材表面により優れた撥水撥油性を付与できる点から、3以上の整数が好ましく、5以上の整数が特に好ましい。n3は、本表面処理剤に他の成分を配合した場合に、優れた相溶性を発揮できる点から、20以下の整数が好ましく、10以下の整数が特に好ましい。
n2+n3は、化合物(1)の単位分子量当たりに存在するリン酸基の数が少なくなりすぎないようにして、基材表面により優れた耐摩擦性を付与できる点から、また、本表面処理剤に他の成分を配合した場合に、優れた相溶性を発揮できる点から、2~100の整数が好ましく、2~40の整数がより好ましく、2~20の整数が特に好ましい。
[式中、
n4は1以上の整数であり、
n5は1以上の整数であり、
ただし、n4+n5は2~200の整数であり、
(C2F4O)および(C4F8O)は交互に配置されている。]
[式中、n6は、1~99の整数である。]
n6は、1~20の整数が好ましく、1~10の整数が特に好ましい。
(CmF2mO)n1は、基材表面により優れた潤滑性を付与できる点から、下式(2-2)で表される基が好ましい。
(CF2O)n7(CF2CF2O)n8 ・・・(2-2)
[式中、
n7は1以上の整数であり、
n8は1以上の整数であり、
ただし、n7+n8は、2~200の整数であり、
(CF2O)および(CF2CF2O)の結合順序は限定されない。]
n8は、基材表面により優れた撥水撥油性、指紋汚れ除去性および潤滑性を付与できる点から、2以上の整数が好ましい。化合物(1)の単位分子量当たりのリン酸基の数が少なくなりすぎないようにして、基材表面により優れた耐摩擦性を付与できる点から、また、本表面処理剤に他の成分を配合した場合に、優れた相溶性を発揮できる点から、n8は、50以下の整数が好ましく、40以下の整数がより好ましく、30以下の整数が特に好ましい。
n7+n8は、2~100の整数が好ましく、2~80の整数がより好ましく、2~60の整数が特に好ましい。
また、n7とn8との比率は、基材表面により優れた潤滑性を付与できる点から、n7がn8の0倍超3倍以下が好ましく、1~2倍が特に好ましい。
A1は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基である。A1がリン酸基を有するため、化合物(1)を用いることにより、基材表面に優れた撥水撥油性、指紋汚れ除去性、耐摩擦性を付与できる。
-QF1(CX2)w1-E1-Y1-O-P(=O)(OH)2 ・・・(3)
[式中、
QF1は、炭素数1~20のペルフルオロアルキレン基であり、
CX2は、CH2またはCHFであり、
w1は0または1であり、
E1は、単結合、-C(=O)NH-(ただし、Y1はNに結合する。)、-OC(=O)NH-(ただし、Y1はNに結合する。)、-O-、-C(=O)O-(ただし、Y1はOに結合する。)、-OC(=O)O-、-NHC(=O)NH-または-NHC(=O)O-(ただし、Y1はOに結合する)であり、
Y1は、アルキレン基、ポリ(オキシアルキレン)-アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、またはアルキレン基の水素原子の一部が水酸基に置換された基であり、ただし、w1が0の場合、E1が-O-、-OC(=O)NH-または-OC(=O)O-ではなく、w1が1であり、CX2がCH2であり、E1が単結合であるとき、Y1は、アルキレン基ではない。]
-CF2-、-CF2CF2-、-CF2CF2CF2-、-CF(CF3)-。
-CH2CH2-、
-CH2CH(CH3)-、
-CH2CH2CH2-、
-CH2CH2CH2CH2-、
-(CH2CH2O)p1-CH2CH2-、
-(CH2CH(CH3)O)q1-CH2CH(CH3)-。
A1としては、化合物(1)の製造が容易な点から、下式(3-1)または下式(3-2)で表される基が特に好ましい。ここで、QF1およびY1は、前記の好ましい例が適用される。
-QF1-C(=O)NH-Y1-O-P(=O)(OH)2 ・・・(3-1)
-QF1-CX2-O-Y1-O-P(=O)(OH)2 ・・・(3-2)
B1は、RF1-O-、D1-Q1-O-CH2-またはA2-O-である。
ペルフルオロポリエーテル基の一方の末端のみに、1個以上のリン酸基を有する有機基が結合している本化合物は、B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である化合物(1)であり、ペルフルオロポリエーテル基の両方の末端に、それぞれ、1個以上のリン酸基を有する有機基が結合している本化合物は、B1がA2-O-である化合物(1)である。
一方、B1がA2-O-である場合、化合物(1)の両方の末端に基材と反応できるリン酸基の数が多くなり、基材表面により優れた耐摩擦性を付与できる。
RF1は、炭素数1~6のペルフルオロアルキル基である。ペルフルオロアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。RF1の具体例としては、CF3-、CF3CF2-、CF3(CF2)2-、CF3(CF2)3-、CF3(CF2)4-、CF3(CF2)5-、CF3CF(CF3)-等が挙げられる。RF1としては、基材表面により優れた撥水撥油性および指紋汚れ除去性を付与できる点から、炭素数1~4の直鎖状ペルフルオロアルキル基(CF3-、CF3CF2-、CF3(CF2)2-、CF3(CF2)3-)が好ましい。
Q1は、水素原子を1個以上含む炭素数1~20のフルオロアルキレン基、水素原子を1個以上含み、炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のフルオロアルキレン基、炭素数1~20のアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のアルキレン基である。Q1における水素原子の数は、1以上であり、2以上が好ましく、3以上が特に好ましい。
-QF2-O-CHFCF2- ・・・(4-1)
-QF2-CHFCF2- ・・・(4-2)
-QF2-CzH2z- ・・・(4-3)
[式中、
QF2は、単結合、炭素数1~15のペルフルオロアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~15のペルフルオロアルキレン基であり、
QF2は前記D1に結合し、
zは1~4の整数であり、
ただし、前記D1が、CF3-O-であるとき、式(4-1)および式(4-2)において、QF2は、単結合ではない。]
CF3-O-CHFCF2-、
CF3-CF2-O-CHFCF2-、
CF3-CF2CF2-O-CHFCF2-、
CF3-CF2CF2CF2-O-CHFCF2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2CF2-O-CHFCF2-、
CF3-O-CF2CF2-O-CHFCF2-、
CF3-CF2OCF2CF2-O-CHFCF2-、
CF3-O-CF2CF2OCF2CF2-O-CHFCF2-、
CF3-CF2OCF2CF2OCF2CF2-O-CHFCF2-、
CF3-CF2CF2OCF(CF3)CF2-O-CHFCF2-、
CF3-CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CF2-O-CHFCF2-。
CF3-CHFCF2-、
CF3-CF2-CHFCF2-、
CF3-CF2CF2-CHFCF2-、
CF3-CF2CF2CF2-CHFCF2-。
CF3-CH2-、
CF3-CF2-CH2-、
CF3-CF2CF2-CH2-、
CF3-CF2CF2CF2-CH2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2-CH2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2CF2-CH2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2CF2CF2-CH2-、
CF3-CH2CH2-、
CF3-CF2-CH2CH2-、
CF3-CF2CF2-CH2CH2-、
CF3-CF2CF2CF2-CH2CH2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2-CH2CH2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2CF2-CH2CH2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2CF2CF2-CH2CH2-、
CF3-CH2CH2CH2-、
CF3-CF2-CH2CH2CH2-、
CF3-CF2CF2-CH2CH2CH2-、
CF3-CF2CF2CF2-CH2CH2CH2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2-CH2CH2CH2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2CF2-CH2CH2CH2-、
CF3-CF2CF2CF2CF2CF2CF2-CH2CH2CH2-、
CF3-O-CF2-CH2-、
CF3-CF2OCF2-CH2-、
CF3-O-CF2CF2OCF2-CH2-、
CF3-CF2OCF2CF2OCF2-CH2-、
CF3-O-CF2CF2OCF2CF2OCF2-CH2-、
CF3-CF2OCF2CF2OCF2CF2OCF2-CH2-。
A2は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基である。A2の例示は、好ましい例も含め、A1に関する記載が適用される。
B1が、RF1-O-である好ましい化合物(1)としては、下記の化合物(1a-1)が挙げられる。また、B1が、D1-Q1-O-CH2-である好ましい化合物(1)としては、下記の化合物(1a-2)が挙げられる。
RF2-O-[(C2F4O)n9(C4F8O)n10]-A3 ・・・(1a-1)
[式中、
n9は1以上の整数であり、
n10は1以上の整数であり、
ただし、n9+n10は2~200の整数であり、
(C2F4O)と(C4F8O)とは、交互に配置されており、
RF2は、炭素数1~6のペルフルオロアルキル基であり、
A3は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基である。]
n10は、好ましい例も含め、n3に関する記載が適用される。
CF3-O-[(CF2CF2O-CF2CF2CF2CF2O)n11-CF2CF2O]-CF2CF2CF2-C(=O)NH-CH2CH2-O-P(=O)(OH)2 ・・・(1a-1-1)
[式中、n11は、1~99の整数である。]
n11は、好ましい例も含め、n6に関する記載が適用される。
D2-Q2-O-CH2-(CvF2vO)n12-A4 ・・・(1a-2)
[式中、
D2は、CF3-またはCF3-O-であり、
Q2は、水素原子を1個以上含む炭素数1~20のフルオロアルキレン基、水素原子を1個以上含み、炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のフルオロアルキレン基、炭素数1~20のアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のアルキレン基であり、
vは1~6の整数であり、
n12は1~200の整数であり、n12が2以上の場合、(CvF2vO)n12は、vの異なる2種以上の(CvF2vO)からなるものであってもよく、
A4は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基である。]
CF3-CF2CF2OCHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n13-1(CF2CF2O)n14]CF2CH2-O-(CH2CH2O)p3-CH2CH2-O-P(=O)(OH)2 ・・・(1a-2-1)
[式中、
n13は1以上の整数であり、
n14は1以上の整数であり、
ただし、n13+n14は2~200の整数であり、
(CF2O)および(CF2CF2O)の結合順序は限定されず、
p3は0または1~20の整数である。]
p3は、好ましい例も含め、p2に関する記載が適用される。
本化合物の数平均分子量は、NMR分析法を用い、下記の方法で算出される。
1H-NMRまたは19F-NMRによって、末端基を基準にしてオキシペルフルオロアルキレン基の数(平均値)を求めることによって算出される。末端基は、例えば式(1)中のB1またはA1である。
化合物(1)の製造方法を、式(1a-1-2)および式(1a-2-2)で表される化合物を例に説明する。
RF1-O-[(CF2CF2O-CF2CF2CF2CF2O)n6-CF2CF2O]-CF2CF2CF2-C(=O)NH-Y1-O-P(=O)(OH)2 ・・・(1a-1-2)
CF2=CFO-CF2CF2CF2C(=O)OCH3 ・・・(12a)
CF2=CFO-CF2CF2CF2CH2OH ・・・(11a)
Rf1-O-(CF2CFHO-CF2CF2CF2CH2O)n6+1-H ・・・(10a)
化合物(11a)の合成およびその重付加反応による化合物(10a)の合成は、米国特許第5134211号明細書に記載の公知の方法にしたがって実施できる。
Rf1-O-(CF2CFHO-CF2CF2CF2CH2O)n6+1-C(=O)R1 ・・・(9a)
RF1-O-[(CF2CF2O-CF2CF2CF2CF2O)n6-CF2CF2O]-CF2CF2CF2CF2O-C(=O)RF4 ・・・(7a)
RF1-O-[(CF2CF2O-CF2CF2CF2CF2O)n6-CF2CF2O]-CF2CF2CF2C(=O)OR2 ・・・(6a)
RF1-O-[(CF2CF2O-CF2CF2CF2CF2O)n6-CF2CF2O]-CF2CF2CF2-C(=O)NH-Y1-OH ・・・(5a)
D1-QF2-O-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n4-1(CF2CF2O)n5]-CF2CH2-O-(CH2CH2O)p2-CH2CH2-O-P(=O)(OH)2 ・・・(1a-2-2)
[ただし、p2は0または1~20の整数である。p2は、0または1~10の整数が好ましく、0または1~3の整数が特に好ましい。]
HOCH2-CF2O[(CF2O)n4-1(CF2CF2O)n5]-CF2CH2OH ・・・(4a-2)
D1-QF2-O-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n4-1(CF2CF2O)n5]-CF2CH2OH ・・・(3a-2)
D1-QF2-O-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n4-1(CF2CF2O)n5]-CF2CH2-O-CF2CHF-O-QF2-D1 ・・・(3a-2-2)
D1-QF2-O-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n4-1(CF2CF2O)n5]-CF2CH2-O-(CH2CH2O)p2-CH2CH2-OH ・・・(2a-2)
D1-QF2-O-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n4-1(CF2CF2O)n5]-CF2CH2-O-(CH2CH2O)p2-CH2CH2-O-P(=O)(OH)2 ・・・(1a-2-2)
本表面処理剤は、本化合物を含む。本表面処理剤は、本化合物のみからなっていてもよい。ここで、本化合物は、B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である化合物(1)、および、B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である化合物(1)とB1がA2-O-である化合物(1)との混合物が好ましい。本表面処理剤には、本化合物の製造上、不可避的に混入する化合物(以下、「不純物」ともいう。)が含まれていてもよい。本表面処理剤は、本化合物と不純物以外の他の成分を含んでいてもよい。
他の成分としては、例えば、リン酸基を有さないペルフルオロポリエーテル化合物(以下、「含フッ素エーテル化合物」ともいう。)および触媒等が挙げられる。
含フッ素エーテル化合物としては、化合物(1)の製造過程で副生する化合物および化合物(1)と同様の用途に使用される公知の(特に市販の)化合物等が挙げられる。含フッ素エーテル化合物としては、下記化合物(7)および化合物(8)が好ましい。
化合物(7)は、下式(7)で表される含フッ素エーテル化合物である。
RF5-O-(CpF2pO)n15-RF6 ・・・(7)
[式中、
RF5およびRF6は、それぞれ独立に、炭素数1~6のペルフルオロアルキル基であり、
pは1~6の整数であり、
n15は1~200の整数であり、n15が2以上の場合、(CpF2pO)qは、pの異なる2種以上のCpF2pOからなるものであってもよい。]
(CpF2pO)n15の例示は、好ましい例も含め、(CmF2mO)n1に関する記載が適用される。(CpF2O)n15は、化合物(1)の製造過程で副生する化合物を有効に利用できる点から、式(1)における(CmF2mO)n1と同じであることが好ましい。例えば、化合物(1)が[(CF2O)n4(CF2CF2O)n5]を有する化合物である場合は、化合物(7)も[(CF2O)n4(CF2CF2O)n5]を有する化合物であることが特に好ましい。
化合物(8)は、下式(8)で表される含フッ素エーテル化合物である。
D3-Q3-O-CH2-(CqF2qO)n16-CtF2t-CH2-O-Q4-D4 ・・・(8)
[式中、
D3およびD4は、それぞれ独立に、CF3-またはCF3-O-であり、
Q3およびQ4は、それぞれ独立に、水素原子を1個以上含む炭素数1~20のフルオロアルキレン基、水素原子を1個以上含み、炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のフルオロアルキレン基、炭素数1~20のアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のアルキレン基であり、
tは1~5の整数であり、
qは1~6の整数であり、
n16は1~200の整数であり、n16が2以上の場合、(CqF2qO)n16は、qの異なる2種以上の(CqF2qO)からなるものであってもよい。]
D3-QF2-O-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n4-1(CF2CF2O)n5]-CF2CH2-O-CF2CHF-O-QF2-D4、
D3-QF2-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n4-1(CF2CF2O)n5]-CF2CH2-O-CF2CHF-QF2-D4、
D3-QF2-CzH2z-O-CH2-CF2O[(CF2O)n4-1(CF2CF2O)n5]-CF2CH2-O-CzH2z-QF2-D4。
触媒としては、本化合物のリン酸基が有する水酸基の加水分解と縮合反応を促進する酸触媒や塩基性触媒が挙げられる。酸触媒としては、塩酸、硝酸、酢酸、硫酸、リン酸、スルホン酸、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸等が挙げられる。塩基性触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等が挙げられる。
本表面処理剤における本化合物が、B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である化合物(1)とB1がA2-O-である化合物(1)との混合物である場合、B1がA2-O-である化合物(1)の含有量は、B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である化合物(1)の合計100質量部に対して、10~60質量部が好ましく、20~50質量部が特に好ましい。B1がA2-O-である化合物(1)の含有量が、上記範囲の下限値以上であれば、基材表面に優れた耐摩擦性を付与でき、上記範囲の上限値以下であれば、基材表面に優れた撥水撥油性、指紋汚れ除去性および潤滑性を付与できる。
本表面処理剤における、含フッ素エーテル化合物の含有量は、30質量%以下が好ましく、20質量%以下が特に好ましい。
本表面処理剤における、触媒の含有量は、10質量%以下が好ましく、1質量%以下が特に好ましい。
本表面処理剤における、含フッ素エーテル化合物および触媒以外の他の成分の含有量は、10質量%以下が好ましく、1質量%以下が特に好ましい。
本発明におけるコーティング液(以下、「本コーティング液」ともいう。)は、本表面処理剤と液状媒体とを含む。本コーティング液は、液状であれば特に限定されず、溶液であってもよく、分散液であってもよい。
本コーティング液における本化合物の濃度は、0.001~10質量%が好ましく、0.1~1質量%が特に好ましい。
液状媒体としては、有機溶媒が好ましい。有機溶媒は、フッ素系有機溶媒であっても、非フッ素系有機溶媒であってもよく、両方の溶媒を併用してもよい。液状媒体の量は、本コーティング液中、90~99.999質量%が好ましく、99~99.9質量%が特に好ましい。
フッ素化芳香族化合物としては、例えばヘキサフルオロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン、ペルフルオロトルエン、ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等が挙げられる。
フルオロアルキルエーテルとしては、炭素数4~12の化合物が挙げられる。市販品としては、例えばCF3CH2OCF2CF2H(AE-3000:製品名、旭硝子社製)、C4F9OCH3(ノベック-7100:製品名、3M社製)、C4F9OC2H5(ノベック-7200:製品名、3M社製)、C6F13OCH3(ノベック-7300:製品名、3M社製)等が挙げられる。
フッ素化アルキルアミンとしては、例えばペルフルオロトリプロピルアミン、ペルフルオロトリブチルアミン等が挙げられる。フルオロアルコールとしては、例えば2,2,3,3-テトラフルオロプロパノール、2,2,2-トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール等が挙げられる。
アルコール系有機溶媒としては、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール等が好ましい。
ケトン系有機溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が好ましい。
エーテル系有機溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等が好ましい。
エステル系有機溶媒としては、酢酸エチル、酢酸ブチル等が好ましい。
本化合物の溶解性向上の点から、これらの溶媒の量は、液状媒体全体中、90質量%以上であることが好ましい。
基材の材料としては、無機材料、有機材料、およびこれらの複合材料が挙げられる。
無機材料として、ガラス、単結晶材料、金属、石、およびこれらの複合材料等が挙げられ、ガラス、単結晶材料、およびこれらの複合材料が好ましい。
ガラスとしては、ソーダライムガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、クリスタルガラス、石英ガラスが好ましく、化学強化したソーダライムガラス、化学強化したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス、および化学強化したホウ珪酸ガラスが特に好ましい。
単結晶材料としては、酸化亜鉛、酸化チタン、ダイヤモンド、サファイア等が好ましく、サファイアが特に好ましい。サファイアは、コランダム構造を有する、α型アルミナ(六方晶)単結晶材料である。サファイアの結晶方位面は以下が挙げられ、いずれであってもよい。
基材の材料は、サファイアが好ましい。基材がサファイア基材であれば、本表面処理剤は、サファイア基材表面に、より優れた撥水撥油性、指紋汚れ除去性、耐摩擦性および潤滑性を付与できる。よって、本表面処理剤は、サファイア基材用の表面処理剤が好ましい。
基材は、光透過性を有する基材(以下、「透明基材」ともいう。)が好ましい。「光透過性」とは、JIS R1306に準じた垂直入射型可視光透過率が25%以上であることを意味し、50%以上であることが好ましい。
表面層の厚さは、1~100nmが好ましく、1~50nmが特に好ましい。表面層の厚さが前記範囲の下限値以上であれば、優れた撥水撥油性、指紋汚れ除去性に優れる。前記範囲の上限値以下であれば、コストを低減でき、かつ表面層を有するサファイア基材の光透過率が高くなる。
なお、表面層の厚さは、例えば薄膜解析用X線回折計ATX-G(RIGAKU社製)を用いて、X線反射率法によって反射X線の干渉パターンを得て、該干渉パターンの振動周期から算出できる。
表面層を有する基材の製造方法は、本発明の本表面処理剤またはコーティング液を用いて、基材表面を処理する工程を有する。処理の方法としては、ドライコーティング法またはウェットコーティング法が挙げられる。
ドライコーティング法による表面層を有する基材の製造方法は、本発明の表面処理剤を基材表面にドライコーティングする工程を含む。
ウェットコーティング法による表面層を有する基材の製造方法は、本発明の表面処理剤またはコーティング液を基材表面に塗布する工程を含む。コーティング液を使用する場合には、液状媒体を除去する工程をさらに含む。
塗布方法としては、スピンコート法、ワイプコート法、スプレーコート法、スキージーコート法、ディップコート法、ダイコート法、インクジェット法、フローコート法、ロールコート法、キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法またはグラビアコート法が好ましい。
液状媒体を除去する方法としては、加熱、真空、加熱および真空が挙げられる。乾燥温度は10~300℃が好ましく、20~200℃が特に好ましい。
基材に表面層を形成した後に、基材表面の耐摩擦性を向上させるために、必要に応じて、本化合物と基材との反応を促進するための操作を行ってもよい。該操作としては、加熱、加湿等が挙げられる。例えば、水分を有する大気中で表面層が形成された基材を加熱して、基材表面に存在する水酸基等とリン酸基が有する水酸基との反応等の反応を促進することができる。表面処理後、表面層中の化合物であって他の化合物や基材と化学結合していない化合物は、必要に応じて除去してもよい。具体的な方法としては、例えば、表面層に溶媒をかけ流す方法や、溶媒をしみ込ませた布でふき取る方法が挙げられる。
(水接触角およびn-ヘキサデカン接触角の測定方法)
基材の表面層の表面に置いた、約2μLの蒸留水またはn-ヘキサデカンの接触角を、接触角測定装置DM-500(協和界面科学社製)を用いて測定した。基材の表面層の表面における異なる5箇所で測定を行い、その平均値を算出した。接触角の算出には2θ法を用いた。
表面層を有する基材について、JIS L 0849に準拠して往復式トラバース試験機(ケイエヌテー社製)を用い、セルロース製不織布(ベンコットM-3:製品名、旭化成社製)を荷重1kgで1,000回往復させた後、水接触角およびn-ヘキサデカン接触角を測定した。
摩擦回数を増大させたときの撥水性(水接触角)および撥油性(n-ヘキサデカン接触角)の低下が小さいほど摩擦による性能の低下が小さく、耐摩擦性に優れる。
人工指紋液(オレイン酸とスクアレンとからなる液)を、シリコンゴム栓の平坦面に付着させた後、余分な油分を不織布(ベンコットM-3:製品名、旭化成社製)にて拭き取ることによって、指紋のスタンプを準備した。該指紋スタンプを、表面層を有する基材の表面層上に乗せ、1kgの荷重にて10秒間押しつける方法で、指紋を基材の表面層の全面に付着させた。次に、表面層に付着した指紋を、ティッシュペーパを取り付けた、往復式トラバース試験機(ケイエヌテー社製)を用い、荷重500gにて拭き取った。拭き取り一往復毎にヘーズの値を測定し、10往復拭き取るまでの間に、ヘーズが0.5以下に達したら合格、0.5以下に達しなかったら不合格とした。
表面層を有する基材の人工皮膚(PBZ13001、出光テクノファイン社製)に対する動摩擦係数を、荷重変動型摩擦摩耗試験システムHHS2000(新東科学社製)を用い、接触面積3cm×3cm、荷重100gの条件で測定した。
動摩擦係数が小さいほど潤滑性に優れる。
(例1-1)
300mLの3つ口丸底フラスコに、水素化ホウ素ナトリウム粉末の14.1gを取り入れ、アサヒクリン(商標名)AK-225(HCFC-225caの48モル%と、HCFC-225cbの52モル%の混合物の製品名、旭硝子社製。以下、「AK-225」ともいう。)の350gを加えた。氷浴で冷却しながら撹拌し、窒素雰囲気下、内温が10℃を超えないように化合物(12a)の100g、メタノールの15.8g、AK-225の22gを混合した溶液を滴下漏斗からゆっくり滴下した。全量滴下した後、さらにメタノールの10gとAK-225の10gを混合した溶液を滴下した。その後、氷浴を取り外し、室温までゆっくり昇温しながら撹拌を続けた。室温で12時間撹拌後、再び氷浴で冷却し、液性が酸性になるまで塩酸水溶液を滴下した。反応終了後、水で1回、飽和食塩水で1回洗浄し、有機相を回収した。回収した有機相を硫酸マグネシウムで乾燥した後、固形分をフィルタによりろ過し、エバポレータで濃縮した。回収した濃縮液を減圧蒸留し、化合物(11a)の80.6g(収率88%)を得た。
CF2=CFO-CF2CF2CF2C(=O)OCH3 ・・・(12a)
CF2=CFO-CF2CF2CF2CH2OH ・・・(11a)
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重クロロホルム、基準:TMS) δ(ppm):2.2(1H)、4.1(2H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:重クロロホルム、基準:CFCl3) δ(ppm):-85.6(2F)、-114.0(1F)、-122.2(1F)、-123.3(2F)、-127.4(2F)、-135.2(1F)。
還流冷却器を接続した50mLのナスフラスコに、例1-1で得た化合物(11a)の5.01g、メタノールの5.06gを取り入れ、水酸化カリウムのペレットの0.54gを加えた。窒素雰囲気下、25℃で終夜撹拌した後、塩酸水溶液を加えて、過剰の水酸化カリウムを処理し、水とAK-225とを加えて分液処理を行った。3回の水洗後、有機相を回収し、エバポレータで濃縮することで、メタノール付加体の5.14gを得た。再び、還流冷却器を接続した50mLナスフラスコに、メタノール付加体の1.0g、水酸化カリウムのペレットの0.13gを加え、100℃に加熱しながら、化合物(11a)の10.86gを滴下した。100℃を保ったまま、さらに9時間撹拌した後、塩酸水溶液を加えて、過剰の水酸化カリウムを処理し、水とAK-225とを加えて分液処理を行った。3回の水洗後、有機相を回収し、エバポレータで濃縮することによって、高粘度のオリゴマーの11gを得た。再び、AK-225で2倍に希釈し、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(展開溶媒:AK-225)に展開して分取した。各フラクションについて、単位数(n+1)の平均値を19F-NMRの積分値から求めた。下式(10a-1)中、(n6+1)の平均値が7~10のフラクションを合わせた化合物(10a-1)の4.76gを得た。
CH3-O-(CF2CFHO-CF2CF2CF2CH2O)n6+1-H ・・・(10a-1)
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重クロロホルム、基準:TMS) δ(ppm):3.7(3H)、4.0(2H)、4.4(18.4H)、6.0~6.2(9.2H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:重クロロホルム、基準:CFCl3) δ(ppm):-84.7~-87.0(18.4F)、-89.4~-91.6(18.4F)、-121.5(16.4F)、-123.4(2F)、-128.0(18.4F)、-145.3(9.2F)。
単位数(n6+1)の平均値:9.2。
還流冷却器を接続した200mLのナスフラスコに、例1-2で得た化合物(10a-1)の100gを加え、窒素雰囲気下、室温で撹拌しながら塩化アセチルの28.6gを20分かけて滴下した。50℃で4.5時間撹拌した後、1H-NMRで原料の消失を確認した。反応溶液をエバポレータで濃縮した。濃縮後の溶液をAK-225で希釈し、シリカゲルの20gで処理した後、ろ過で固形物を除去した。エバポレータで再度濃縮することで、下式(9a-1)中、単位数(n6+1)の平均値が9.2である、化合物(9a-1)の98.1g(収率97%)を得た。
CH3-O-(CF2CFHO-CF2CF2CF2CH2O)n6+1-C(=O)CH3 ・・・(9a-1)
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重クロロホルム+R-113(CCl2FCClF2)、基準:TMS) δ(ppm):2.0(3H)、3.6(3H)、4.4~4.9(18.4H)、6.0~6.2(9.2H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:重クロロホルム+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-85.5~-86.7(18.4F)、-91.5~-93.9(18.4F)、-121.7~-122.8(18.4F)、-128.4~-129.6(18.4F)、-145.9(9.2F)。
単位数(n6+1)の平均値:9.2。
オートクレーブ(ニッケル製、内容積1L)を用意し、オートクレーブのガス出口に、25℃に保持した冷却器、NaFペレット充填層、および0℃に保持した冷却器を直列に設置した。また、0℃に保持した冷却器から凝集した液をオートクレーブに戻す、液体返送ラインを設置した。
オートクレーブにR-419(CF2ClCFClCF2OCF2CF2Cl)の750gを投入し、25℃に保持しながら撹拌した。オートクレーブに窒素ガスを25℃で1時間吹き込んだ後、窒素ガスで20体積%に希釈したフッ素ガス(以下、20%フッ素ガスとも記す。)を、25℃、流速5.3L/時間で1時間吹き込んだ。次いで、20%フッ素ガスを同じ流速で吹き込みながら、オートクレーブに、例1-3で得た化合物(9a-1)の70gをR-419の136gに溶解した溶液を、7.4時間かけて注入した。
次いで、20%フッ素ガスを同じ流速で吹き込みながら、オートクレーブの内圧を0.15MPa(ゲージ圧)まで加圧した。オートクレーブ内に、R-419中に0.0056g/mLのベンゼンを含むベンゼン溶液の4mLを、25℃から40℃にまで加熱しながら注入し、オートクレーブのベンゼン溶液注入口を閉めた。20分撹拌した後、再びベンゼン溶液の4mLを、40℃を保持しながら注入し、注入口を閉めた。同様の操作をさらに4回繰り返した。ベンゼンの注入総量は0.1gであった。
さらに、20%フッ素ガスを同じ流速で吹き込みながら、1時間撹拌を続けた。次いで、オートクレーブ内の圧力を大気圧にして、窒素ガスを1時間吹き込んだ。オートクレーブの内容物をエバポレータで濃縮し、下式(7a-1)中、単位数(n6)の平均値が8.2である、化合物(7a-1)の82.3g(収率97%)を得た。
CF3-O-[(CF2CF2O-CF2CF2CF2CF2O)n6-CF2CF2O]-CF2CF2CF2CF2O-C(=O)CF3 ・・・(7a-1)
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:重クロロホルム+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-57.3(3F)、-77.5(3F)、-85.0(34.8F)、-88.5(2F)、-90.5(34.8F)、-92.5(2F)、-127.5(36.8)。
単位数(n6)の平均値:8.2。
500mLのテトラフルオロエチレン-ペルフルオロ(アルコキシビニルエーテル)共重合体(PFA)製丸底ナスフラスコに、例1-4で得た化合物(7a-1)の82.3gおよびAK-225の250mLを入れた。窒素雰囲気下、メタノールの3.9gを滴下漏斗からゆっくり滴下した。12時間撹拌した。反応混合物をエバポレータで濃縮し、下式(6a-1)中、単位数(n6)の平均値が8.2である、化合物(6a-1)の77.7g(収率100%)を得た。
CF3-O-[(CF2CF2O-CF2CF2CF2CF2O)n6-CF2CF2O]-CF2CF2CF2-C(=O)OCH3 ・・・(6a-1)
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重クロロホルム+R-113、基準:TMS) δ(ppm):3.8(3H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:重クロロホルム+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-57.3(3F)、-84.9(34.8F)、-90.5(34.8F)、-92.5(2F)、-120.2(2F)、-127.3(32.8F)、128.2(2F)。
単位数(n6)の平均値:8.2。
100mLの丸底ナスフラスコに例1-5で得た化合物(6a-1)の33.5gおよびH2NCH2CH2OHの0.59gを入れ、室温にて9時間撹拌した。反応物をエバポレータで濃縮し、下式(5a-1)中、単位数(n6)の平均値が8.2である、化合物(5a-1)の33.8g(収率100%)を得た。
CF3-O-[(CF2CF2O-CF2CF2CF2CF2O)n6-CF2CF2O]-CF2CF2CF2-C(=O)HN-CH2CH2OH ・・・(5a-1)
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重クロロホルム+R-113、基準:TMS) δ(ppm):2.7(2H)、3.5(2H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:重クロロホルム+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-57.3(3F)、-84.9(34.8F)、-90.5(34.8F)、-92.5(2F)、-120.2(2F)、-127.3(32.8F)、128.2(2F)。
単位数(n6)の平均値:8.2。
100mLの丸底ナスフラスコに例1-6で得た化合物(5a-1)の33.8gおよびオキシ塩化リンの1.51gを入れ、室温にて9時間撹拌した。得られた溶液に水の2.0gを加えて、室温にて30分間撹拌した。反応物をエバポレータで濃縮し、下式(1a-1)中、単位数(n6)の平均値が8.2である、化合物(1a-1-1)の34.6g(収率100%)を得た。化合物(1a-1-1)の数平均分子量は、3,600である。
CF3-O-[(CF2CF2O-CF2CF2CF2CF2O)n6-CF2CF2O]-CF2CF2CF2-C(=O)HN-CH2CH2-O-P(=O)(OH)2 ・・・(1a-1)
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重クロロホルム+R-113、基準:TMS) δ(ppm):2.8(2H)、3.4(2H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:重クロロホルム+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-57.3(3F)、-84.9(34.8F)、-90.5(34.8F)、-92.5(2F)、-120.2(2F)、-127.3(32.8F)、128.2(2F)。
単位数(n6)の平均値:8.2。
(例2-1)
500mLの3つ口丸底フラスコに、水酸化カリウムの1.04gを取り入れ、tert-ブタノールの83gと1,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンの125gを加えた。室温で攪拌して水酸化カリウムを溶解させ、これに化合物(4a-2)(FLUOROLINK D10/H:製品名、ソルベイ・ソレクシス社製)の250gを加えて1時間攪拌した。室温のまま、ペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)(CF3CF2CF2-O-CF=CF2)の38.2gを加え、さらに24時間攪拌した。塩酸を加えて中和し、さらに水を加えて分液処理を行った。3回の水洗後、有機相を回収し、エバポレータで濃縮することによって、反応粗液の288.0gを得た。再び、AC-2000の144gで希釈し、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(展開溶媒:AC-2000およびAE-3000)に展開して分取した。これにより、化合物(3a-2)の136.2g(収率47%)を得た。
CF3CF2CF2-O-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n7-1(CF2CF2O)n8]CF2CH2OH ・・・(3a-2)。
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重アセトン+R-113、基準:TMS) δ(ppm):3.9(2H)、4.6(2H)、5.1(1H)、6.3(1H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:溶媒:重アセトン+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-52.3~-54.2(11.2F)、-77.7~-88.2(9F)、-89.4~-91.1(38.4F)、-130.5(2F)、-145.2(1F)。
単位数(n7)の平均値:6.6。
単位数(n8)の平均値:9.6。
50mLの2つ口丸底フラスコに、炭酸セシウムの391mg、化合物(3a-2)の1.50g、エチレンカーボネートの106mgを加え、160℃で36時間加熱撹拌した。得られた溶液にAK-225の15gおよび希塩酸の10gを加えた。有機層と水層を分離し、有機層をイオン交換水の30mLで3回洗浄した後、硫酸ナトリウムで脱水し、減圧下で溶媒を留去することで化合物(2a-2)の1.07g(収率70%)を得た。
CF3CF2CF2-O-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n7-1(CF2CF2O)n8]CF2CH2O-CH2CH2OH ・・・(2a-2)。
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重アセトン+R-113、基準:TMS) δ(ppm):3.69(4H)、4.04(2H)、4.64(2H)、6.40~6.83(1H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:溶媒:重アセトン+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-52.3~-54.2(11.2F)、-77.7~-88.2(9F)、-89.4~-91.1(38.4F)、-130.5(2F)、-145.2(1F)。
単位数(n7)の平均値:6.6。
単位数(n8)の平均値:9.6。
50mLの丸底ナスフラスコに例2-2で得た化合物(2a-2)の1.0gおよびオキシ塩化リンの65.9mgを入れ、室温にて9時間撹拌した。得られた溶液に水の2.0gを加えて、室温にて30分間撹拌した。反応物をエバポレータで濃縮することで、化合物(1a-2-1)の1.0g(収率100%)を得た。化合物(1a-2-1)の数平均分子量は、2,400である。
CF3CF2CF2-O-CHFCF2-O-CH2-CF2O[(CF2O)n7-1(CF2CF2O)n8]CF2CH2-O-CH2CH2-O-P(=O)(OH)2 ・・・(1a-2-1)
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重アセトン+R-113、基準:TMS) δ(ppm):3.69(2H)、4.04(2H)、4.32(2H)、4.64(2H)、6.40~6.83(1H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:溶媒:重アセトン+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-52.3~-54.2(11.2F)、-77.7~-88.2(9F)、-89.4~-91.1(38.4F)、-130.5(2F)、-145.2(1F)。
(例3-1)
特開2011-116947号公報の実施例1に記載の方法に従って、化合物(3a-3)、(3a-3-2)、(4a-3)の混合物を得た。
CF3-O-[(CF2O)n7-1(CF2CF2O)n8]CF3 ・・・(3a-3-2)。
CF3-O-[(CF2O)n7-1(CF2CF2O)n8]CF2CH2OH ・・・(3a-3)。
HOCH2CF2O[(CF2O)n7-1(CF2CF2O)n8]CF2CH2OH ・・・(4a-3)。
単位数(n7)の平均値:24。
単位数(n8)の平均値:21。
例(3-1)で得た混合物の200gをAC-2000の200gで希釈し、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(展開溶媒:AC-2000およびAE-3000)に展開して分取した。これにより、化合物(3a-3)の90g(収率45%)を得た。
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重アセトン+R-113、基準:TMS) δ(ppm):3.9(2H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:溶媒:重アセトン+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-52.3~-54.2(46F)、-54.3~-56.2(3F)-78.8~-81.8(2F)、-89.4~-91.1(84F)。
50mLの2つ口丸底フラスコに、炭酸セシウムの1.0g、化合物(3a-3)の10g、エチレンカーボネートの162mgを加え、160℃で36時間加熱撹拌した。得られた溶液にAK-225の50gおよび希塩酸の10gを加えた。有機層と水層を分離し、有機層をイオン交換水の30mLで3回洗浄した後、硫酸ナトリウムで脱水し、減圧下で溶媒を留去することで化合物(2a-3)の6.58g(収率65%)を得た。
CF3-O-[(CF2O)n7-1(CF2CF2O)n8]CF2CH2-O-CH2CH2OH ・・・(2a-3)。
単位数(n7)の平均値:24。
単位数(n8)の平均値:21。
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重アセトン+R-113、基準:TMS) δ(ppm):3.69(2H)、4.04(2H)、4.64(2H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:溶媒:重アセトン+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-52.3~-54.2(46F)、-54.3~-56.2(3F)-78.8~-81.8(2F)、-89.4~-91.1(84F)。
50mLの丸底ナスフラスコに例3-3で得た化合物(2a-3)の1.0gおよびオキシ塩化リンの30mgを入れ、室温にて9時間撹拌した。得られた溶液に水の2.0gを加えて、室温にて30分間撹拌した。反応物をエバポレータで濃縮することで、化合物(1a-3)の1.0g(収率100%)を得た。化合物(1a-3)の数平均分子量は、5,600である。
CF3-O-[(CF2O)n7-1(CF2CF2O)n8]CF2CH2-O-CH2CH2-O-P(=O)(OH)2 ・・・(1a-3)
単位数(n7)の平均値:24。
単位数(n8)の平均値:21。
1H-NMR(300.4MHz、溶媒:重アセトン+R-113、基準:TMS) δ(ppm):3.69(2H)、3.84(2H)、4.64(2H)。
19F-NMR(282.7MHz、溶媒:溶媒:重アセトン+R-113、基準:CFCl3) δ(ppm):-52.3~-54.2(46F)、-54.3~-56.2(3F)-78.8~-81.8(2F)、-89.4~-91.1(84F)。
(例4~7)
<コーティング液の調製およびウェットコーティング法>
例1~3で得られた化合物と、液状媒体としてのC4F9OC2H5(ノベック-7200:製品名、3M社製)とを混合して、固形分濃度0.05%のコーティング液を調製した。基材を該コーティング液にディッピングし(ディップコート法)、30分間放置後、基材を引き上げた。基材を200℃で30分間乾燥させ、含フッ素溶剤であるAK-225にて洗浄することにより、表面層を有する基材を得た。表面層の膜厚は10nmであった。基材としては人工サファイア(結晶方位面c面、信光社製)または化学強化ガラス(アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、旭硝子社製)を用いた。
表面層の水接触角、n-ヘキサデカン接触角、耐摩擦性、指紋汚れ除去性および動摩擦係数の評価結果を表1に示す。
<コーティング液の調製およびウェットコーティング法>
非特許文献J.Phys.Chem.C,2007,111,3956-3962に記載の下式(1a-4)で表される化合物(1a-4)と、液状媒体としてのC4F9OC2H5(ノベック-7200:製品名、3M社製)とを混合して、固形分濃度0.05%のコーティング液を調製した。基材を該コーティング液にディッピングし(ディップコート法)、30分間放置後、基材を引き上げた。基材を200℃で30分間乾燥させ、AK-225にて洗浄することにより、表面層を有する基材を得た。表面層の膜厚は10nmであった。基材としては人工サファイア(結晶方位面c面、信光社製)を用いた。
表面層の水接触角、n-ヘキサデカン接触角、耐摩擦性、指紋汚れ除去性および動摩擦係数の評価結果を表1に示す。
CF3(CF2)7CH2CH2P(=O)(OH)2 ・・・(1a-4)
さらに、例4~6の比較によれば、化合物(1a-3)を用いた例6に対して、化合物(1a-1-1)を用いた例4は、撥水撥油性および耐摩擦性がより向上した。また、化合物(1a-3)を用いた例6に対して、化合物(1a-2-1)を用いた例5は、耐摩擦性および潤滑性がより向上した。
なお、2014年9月17日に出願された日本特許出願2014-188789号の明細書、特許請求の範囲および要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (14)
- ペルフルオロポリエーテル基含有ホスフェート化合物を含む、基材用の表面処理剤。
- 前記ペルフルオロポリエーテル基含有ホスフェート化合物が下式(1)で表される化合物である、請求項1に記載の表面処理剤。
B1-(CmF2mO)n1-A1 ・・・(1)
[式中、
A1は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
B1は、RF1-O-、D1-Q1-O-CH2-またはA2-O-であり、
ここで、RF1は、炭素数1~6のペルフルオロアルキル基であり、
D1は、CF3-またはCF3-O-であり、
Q1は、水素原子を1個以上含む炭素数1~20のフルオロアルキレン基、水素原子を1個以上含み、炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のフルオロアルキレン基、炭素数1~20のアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のアルキレン基であり、
A2は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
mは1~6の整数であり、
n1は1~200の整数であり、n1が2以上の場合、(CmF2mO)n1は、mの異なる2種以上の(CmF2mO)からなるものであってもよい。] - 前記(CmF2mO)n1が、下式(2-1)で表される基である、請求項2に記載の表面処理剤。
(CrF2rO)n2(CsF2sO)n3 ・・・(2-1)
[式中、
rは1~3の整数であり、
sは3~6の整数であり、
ただし、rおよびsは同時に3であることはなく、
n2は1以上の整数であり、
n3は1以上の整数であり、
ただし、n2+n3は2~200の整数であり、
(CrF2rO)および(CsF2sO)の結合順序は限定されない。] - 前記(CmF2mO)n1が、下式(2-2)で表される基である、請求項2に記載の表面処理剤。
(CF2O)n7(CF2CF2O)n8 ・・・(2-2)
[式中、
n7は1以上の整数であり、
n8は1以上の整数であり、
ただし、n7+n8は、2~200の整数であり、
(CF2O)および(CF2CF2O)の結合順序は限定されない。] - 前記A1が、下式(3)で表される基である、請求項2~4のいずれか1項に記載の表面処理剤。
-QF1(CX2)w1-E1-Y1-O-P(=O)(OH)2 ・・・(3)
[式中、
QF1は、炭素数1~20のペルフルオロアルキレン基であり、
CX2は、CH2またはCHFであり、
w1は0または1であり、
E1は、単結合、-C(=O)NH-(ただし、Y1はNに結合する。)、-OC(=O)NH-(ただし、Y1はNに結合する。)、-O-、-C(=O)O-(ただし、Y1はOに結合する。)、-OC(=O)O-、-NHC(=O)NH-または-NHC(=O)O-(ただし、Y1はOに結合する)であり、
Y1は、アルキレン基、ポリ(オキシアルキレン)-アルキレン基、シクロアルキレン基、アリーレン基、またはアルキレン基の水素原子の一部が水酸基に置換された基であり、ただし、w1が0の場合、E1が-O-、-OC(=O)NH-または-OC(=O)O-ではなく、w1が1であり、CX2がCH2であり、E1が単結合であるとき、Y1は、アルキレン基ではない。] - 前記Q1が、下式(4-1)、下式(4-2)または下式(4-3)で表される基である、請求項2~5のいずれか1項に記載の表面処理剤。
-QF2-O-CHFCF2- ・・・(4-1)
-QF2-CHFCF2- ・・・(4-2)
-QF2-CzH2z- ・・・(4-3)
[式中、
QF2は、単結合、炭素数1~15のペルフルオロアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~15のペルフルオロアルキレン基であり、
QF2は、前記D1に結合し、
zは1~4の整数であり、
ただし、前記D1が、CF3-O-であるとき、式(4-1)および式(4-2)において、QF2は、単結合ではない。] - 前記式(1)で表される化合物の数平均分子量(Mn)が2,000~10,000である、請求項2~6のいずれか1項に記載の表面処理剤。
- 表面処理剤が、前記B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である前記式(1)で表される化合物を含む、請求項2~7のいずれか1項に記載の表面処理剤。
- 表面処理剤が、前記B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である前記式(1)で表される化合物と前記B1がA2-O-である前記式(1)で表される化合物とを含む、請求項2~8のいずれか1項に記載の表面処理剤。
- 前記B1がA2-O-である前記式(1)で表される化合物の含有量が、B1がRF1-O-またはD1-Q1-O-CH2-である前記式(1)で表される化合物の合計100質量部に対して、10~60質量部である、請求項9に記載の表面処理剤。
- 前記基材がサファイア基材である、請求項1~10のいずれか1項に記載の表面処理剤。
- 請求項1~11のいずれか1項に記載の表面処理剤と液状媒体とを含む、コーティング剤。
- 請求項1~11のいずれか1項に記載の表面処理剤または請求項12に記載のコーティング剤から形成される表面層を有する基材。
- 下式(1)で表される化合物。
B1-(CmF2mO)n1-A1 ・・・(1)
[式中、
A1は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
B1は、RF1-O-、D1-Q1-O-CH2-またはA2-O-であり、
ここで、RF1は、炭素数1~6のペルフルオロアルキル基であり、
D1は、CF3-またはCF3-O-であり、
Q1は、水素原子を1個以上含む炭素数1~20のフルオロアルキレン基、水素原子を1個以上含み、炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のフルオロアルキレン基、炭素数1~20のアルキレン基、または炭素-炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数2~20のアルキレン基であり、
A2は、末端に1個以上のリン酸基を有する一価の有機基であり、
mは1~6の整数であり、
n1は1~200の整数であり、n1が2以上の場合、(CmF2mO)n1は、mの異なる2種以上の(CmF2mO)からなるものであってもよい。]
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