説明

ポリフルオロエーテルをベースにするホスフェート

式(I)又は(II):
【化1】


(式中、
fは、任意に1〜3個の酸素原子によって中断されている炭素数1〜7の直鎖又は分岐鎖パーフルオロアルキルであり、
rおよびqはそれぞれ独立して1〜3の整数であり、
jは0又は1、又はこれらの混合であり、
xは約1〜約2であり、
Zは−O−、−S−、又は−NR−であり、
Rは、水素、又は炭素数1〜4のアルキル基であり、
Xは水素、又はMであり、
Mはアンモニウムイオン、アルカリ金属イオン、又はアルカノールアンモニウムイオンである)
の1つ以上の化合物を含む組成物、および、基材に表面特性を付与することにおけるその使用を開示する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリフッ素化された鎖の中にエーテル結合を含有するポリフッ素化化合物の分野、特に、フルオロホスフェート、並びに、基材に様々な表面特性を付与するための、界面活性剤、およびコーティング組成物の添加剤としての、又は処理剤としてのそれらの使用に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリフッ素化組成物は、様々な表面処理材料の調製に使用される。これらのポリフッ素化組成物は、典型的には、ヒドロキシル基、カルボン酸基、およびハロゲン化物基などの更に反応し得る非フッ素化官能基に直接又は間接的に結合した過フッ素化炭素鎖で構成されている。過フッ素化化合物またはポリマーから製造される様々な組成物は、基材に表面効果を付与する界面活性剤又は処理剤として有用であることが知られている。表面効果としては、水分、汚れ、および染みをはじく性質などが挙げられ、これらは、繊維基材および硬質表面などの他の基材に特に有用である。このような界面活性剤および処理剤の多くは、フッ素化ポリマー又はコポリマーである。
【0003】
基材に表面効果を付与する処理剤として有用なほとんどの市販のフッ素化ポリマーは、所望の特性を付与するため、パーフルオロアルキル鎖の炭素数が主に8以上である。Hondaらは、Macromolecules, 2005,38, 5699−5705で、炭素数が8より大きいパーフルオロアルキル鎖ではパーフルオロアルキル基(Rf基と示される)の配向は平行な配置に維持されるが、炭素数6未満のこのような鎖では再配向が起こることを教示している。この再配向は、接触角などの表面特性を低下させる。従って、より鎖短のパーフルオロアルキルを含有するポリマーは、従来、処理される基材に表面特性を付与することについて商業的に成功しなかった。
【0004】
欧州特許第1238004号明細書(Longoriaら)は、石、メーソンリー、および他の硬質表面に耐汚染性(stain resistance)を付与するのに使用されるフルオロアルキルホスフェートとフルオロアクリレートポリマーの混合物を開示している。
【0005】
特定の表面効果を改善し、且つフッ素有効性を増加させること、即ち、同レベルの性能を達成するのに必要な高価なフッ素化組成物がより少量で済むように、又は、同レベルのフッ素を使用してより良好な性能が達成されるように、処理剤の有効性又は性能を向上させることが望ましい。パーフルオロアルキル基の鎖長を減少させ、それによって、存在するフッ素の量を減少させると共に、依然として同じ又はより優れた表面効果を達成することが望ましい。
【0006】
基材用のフッ素化処理剤のはじく性質および耐汚染性を著しく改善すると共に、より低レベルのフッ素を使用する組成物が必要とされている。耐ブロッキング性および長いオープンタイム延長(open time extension)を付与するため、塗料、ステイン、又は透明塗料などのコーティング中の添加剤として有用な組成物も必要とされている。本発明は、このような組成物を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、式(I)又は(II):
【0008】
【化1】

【0009】
(式中、
fは、任意に1〜3個の酸素原子によって中断されている炭素数1〜7の直鎖又は分岐鎖パーフルオロアルキルであり、
rおよびqはそれぞれ独立して1〜3の整数であり、
jは0又は1、又はこれらの混合であり、
xは約1〜約2であり、
Zは−O−、−S−、又は−NR−であり、
Rは、水素、又は炭素数1〜4のアルキル基であり、
Xは水素、又はMであり、
Mはアンモニウムイオン、アルカリ金属イオン、又はアルカノールアンモニウムイオンである)
の1つ以上の化合物を含む組成物を含む。
【0010】
本発明は、更に、基材を前述の式(I)又は(II)又はこれらの混合物と接触させることを含む、基材に撥水性、撥油性、および耐汚染性(stain resistance)を付与する方法を含む。
【0011】
本発明は、更に、コーティング組成物が堆積される基材に撥油性、耐ブロッキング性、およびオープンタイム延長を付与する方法であって、基材に堆積する前に、コーティング組成物に前述の式(I)又は(II)又はこれらの混合物の組成物を添加することを含む方法である。
【0012】
本発明は、更に、前述の式(I)若しくは(II)若しくはこれらの混合物の組成物が塗布された基材、又は、前述の式(I)若しくは(II)若しくはこれらの混合物を含有するコーティング組成物を含む。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、商標は大文字で示す。
【0014】
本発明は、Rfで示されるポリフッ素化された鎖の中にエーテル結合を含有する前述の式(I)および(II)の組成物を含む。組成物は、紙、タイル、石、および他の硬質表面基材に表面保護特性を付与するのに有用である。組成物は、また、コーティングされる基材に表面改質特性を付与するための、界面活性剤として、およびコーティング組成物の添加剤として有用である。
【0015】
簡潔にするために、本発明では一般に上記組成物をフルオロアルキルホスフェートと称するが、当業者は本発明を、対応するフルオロアルキルホスファイト又はフルオロアルキルホスフィネートなどの、フルオロアルコールおよびフルオロチオールの他のリン誘導体に容易に適用できることを認識すべきである。本発明は、このようなフルオロアルキルホスファイトおよびフルオロアルキルホスフィネートを含む。同様に、本発明の塩は、一般に、アミン塩などのフルオロアルキルホスフェート塩を指すが、当業者は本発明を対応するアンモニウム塩又はアルカリ金属塩に容易に適用できることを認識すべきであり、それらは本発明に含まれる。
【0016】
本発明は、前述の式(I)又は(II)の化合物又はこれらの混合物を含む組成物を含む。
【0017】
本発明の組成物では、Rfは、好ましくは、炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜4、より好ましくは炭素数1〜3の直鎖パーフルオロアルキル基である。rおよびqが1であり、Xがアンモニウムである式(I)の組成物が好ましい。
【0018】
本発明の組成物を製造するための出発物質として使用されるフルオロアルコールは、次の一連の反応で得ることができる。
【0019】
【化2】

【0020】
上記式(V)の出発パーフルオロアルキルエーテルアイオダイドは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,481,028号明細書の実施例8に記載の手順で製造することができ、それは、パーフルオロ−n−プロピルビニルエーテルから式(V)の化合物を調製することを開示している。
【0021】
上記第2の反応では、パーフルオロアルキルエーテルアイオダイド(V)を過剰のエチレンと高温高圧で反応させる。エチレンの付加を熱的に実施することができるが、好適な触媒を使用することが好ましい。好ましくは、触媒は、ベンゾイルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、プロピオニルパーオキサイド、又はアセチルパーオキサイドなどの過酸化物触媒である。より好ましくは、過酸化物触媒はベンゾイルパーオキサイドである。反応物の温度は限定されないが、110℃〜130℃の範囲の温度が好ましい。反応時間は、触媒と反応条件で変わり得るが、通常は24時間で十分である。生成物は未反応の出発物質を最終生成物から分離する任意の手段で精製されるが、蒸留が好ましい。パーフルオロアルキルエーテルアイオダイド1モル当たり約2.7molのエチレン、110℃の温度および自己圧(autogenous pressure)、24時間の反応時間を使用し、蒸留により生成物を精製して、理論の80%までの十分な収量が得られた。
【0022】
国際公開第95/11877号パンフレット(Elf Atochem S.A.)に開示されている手順に従って、パーフルオロアルキルエーテルエチレンアイオダイド(VI)をオレウムで処理し、加水分解して、対応するアルコール(VII)を得る。或いは、パーフルオロアルキルエーテルエチルアイオダイドをN−メチルホルムアミドで処理した後、エチルアルコール/酸で加水分解してもよい。約130℃〜160℃の温度が好ましい。テロマーエチレンアイオダイド(VI)のより高級な同族体(q=2,3)は、過剰なエチレンを用いて高圧で得ることができる。
【0023】
J.Fluorine Chemistry, 104,2 173−183(2000)に記載の手順に従って、テロマーエチレンアイオダイド(VI)を様々な試薬で処理し、対応するチオールを得る。一例は、テロマーエチレンアイオダイド(VI)をチオ酢酸ナトリウムと反応させた後、加水分解することである。また、従来の方法で、テロマーエチレンアイオダイド(VI)を処理し、対応するチオエタノール又はチオエチルアミンを得てもよい。
【0024】
本発明の化合物を生成するのに有用な具体的なフルオロエーテルアルコールとしては、表1Aに記載されているものが挙げられ、本発明の化合物を生成するのに有用な具体的なフルオロエーテルチオールとしては、表1Bのものが挙げられる。表1Aおよび1Bの具体的なアルコールおよびチオールのリストに記載されているC37基、C49基、およびC613基は、特に他の記載がない限り、直鎖パーフルオロアルキル基を指す。
【0025】
【表1】

【0026】
【表2】

【0027】
本発明の式(I)および(II)の組成物は、Longoriaらにより米国特許第6,271,289号明細書に、並びに、BraceおよびMackenzieにより米国特許第3,083,224号明細書に記載されている方法に従って調製され、これらの文献はそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。典型的には、五酸化リン(P25)又はオキシ塩化リン(POCl3)をフルオロアルコール又はフルオロチオールと反応させてモノ−およびビス(パーフルオロアルキル)リン酸の混合物を得る。アンモニウム、水酸化ナトリウム、又はアミンなどの一般的な塩基を使用して中和すると、対応するリン酸塩が得られる。過剰のフルオロアルコール又はフルオロチオールをP25と反応させた後、中和すると、モノ(パーフルオロアルキル)ホスフェートとビス(パーフルオロアルキル)ホスフェートの混合物が得られる。米国特許第4,145,382号明細書のHayashiおよびKawakamiの方法を使用すると、ビス(パーフルオロアルキル)ホスフェート対モノ(パーフルオロアルキル)ホスフェートの比が大きくなる。同様の方法でホスファイト組成物とホスフィネート組成物が調製される。
【0028】
次いで、得られる組成物を水、水と溶媒との混合物で希釈するか、又は、更に、基材に最終的に塗布するための溶媒(以下、「塗布溶媒」)として好適な単純なアルコールおよびケトンを含む群から選択される溶媒中に分散若しくは溶解させる。或いは、界面活性剤を用いて従来の方法で製造された水性分散体は、蒸発による溶媒の除去および当業者に既知の乳化又は均質化手順の使用により調製される。溶媒を含まないこのような乳濁液は、可燃性および揮発性有機化合物(VOC)を最小限にするのに好ましい場合がある。基材に塗布される最終製品は、分散体(水をベースにする場合)、又は溶液(水以外の溶媒が使用される場合)である。
【0029】
最大の収量、生産性又は製品品質を得るために、前述の手順のいずれか又は全てに多くの変更を使用して、反応条件を最適化してもよいことが当業者には明らかである。
【0030】
本発明は、塩基、好ましくはジアルカノールアミン塩基などのアミンで中和されたアニオン性フルオロアルキルホスフェート(又は、ホスファイト又はホスホナイト)水溶液の混合物を含む水性フッ素化混合物を含む。組成物はpH約5〜約10、好ましくは約6〜約9、より好ましくは約6〜約8に中和される。
【0031】
フルオロアルコール又はフルオロチオール、酸、および塩基の様々なモル比をフォーマット(a:1:b)で識別することができる:従って、(2:1:1)塩は、例えば、ビス(フルオロアルキル)ホスフェートアミン塩であり、(1:1:2)塩は、例えば、フルオロアルキルエチルホスフェートビス(アミン塩)であり、(1:1:1)塩は、例えば、フルオロアルキルエチルホスフェートアミン塩である。好ましくは、(2:1:1)塩は、ビス(フルオロアルキルエチル)ホスフェートジエタノールアミン塩であり、(1:1:2)塩は、フルオロアルキルエチルホスフェートビス(ジエタノールアミン塩)であり、(1:1:1)塩は、フルオロアルキルエチルホスフェートジエタノールアミン塩である。フルオロアルキルホスフェートの塩は、水に対する溶解度が高いため、対応する酸より好ましい。
【0032】
フルオロアルキルホスフェートの塩は、水に対する溶解度が高いため、米国特許第3,083,224号明細書に概述されている対応する酸より好ましい。
【0033】
本発明は、更に、基材を、前述の式(I)又は(II)の組成物又はこれらの混合物と接触させることを含む、基材に撥水性、撥油性、および耐汚染性を付与する方法を含む。本発明の組成物は、典型的には、以下に限定されないが、刷毛、スプレー、ローラー、ドクターブレード、ワイプ、浸漬、ディップ法、発泡、液体注入、キャスティングなどを含む従来の手段で基材を組成物と接触させることによって塗付される。任意に、2つ以上の塗布を特に多孔質表面に使用することができる。
【0034】
本発明の組成物は、石、タイル、および他の硬質表面に使用されるとき、固形分を基準にして組成物を約0.1重量%〜約20重量%、好ましくは約1.0重量%〜約10重量%、最も好ましくは約2.0重量%〜約5.0重量%有する塗布溶液が得られるように、典型的には水で希釈される。基材に塗布される時の塗布量は、半多孔質基材(例えば、石灰石)では一平方メートル当たり塗布溶液約100g(g/m2)であり、多孔質基材(例えば、サルティヨ)では約200g/m2である。好ましくは、塗布の結果、固形分約0.1g/m2〜約2.0g/m2が表面に塗布される。
【0035】
本発明の組成物は、紙の表面処理剤として使用されるとき、典型的には水で希釈され、固形分を基準にして組成物を約0.01重量%〜約20重量%、好ましくは約0.1重量%〜約10重量%、最も好ましくは約0.5重量%〜約5重量%有する塗布溶液が得られる。紙に塗布される時の塗布量は、塗布溶液約10g/m2〜約200g/m2、好ましくは約10g/m2〜約200g/m2である。好ましくは、塗布の結果、固形分約0.1g/m2〜約5.0g/m2が紙に塗布される。
【0036】
また、本発明の組成物は基材の製造中に添加剤として使用される。それらは製造中の任意の好適な時点で添加される。例えば、紙の場合、それらはサイズプレスで製紙用パルプに添加される。添加される量は、乾燥紙繊維上の乾燥フルオロケミカル固形分を基準にして約0.3重量%〜約0.5重量%である。
【0037】
本発明の組成物はそれ自体で、又は他の1種類以上の仕上剤若しくは表面処理剤と組み合わせて、基材に塗布されるか又は基材と接触させられる。本発明の組成物は、任意に、追加の表面効果を達成するための処理剤若しくは仕上剤などの追加の成分、又は一般にこのような処理剤若しくは仕上剤と一緒に使用される添加剤を更に含む。このような追加の成分は、染みをはじく性質、染み除去性、汚れをはじく性質(soil repellency)、汚れ除去性、撥水性、撥油性、臭気抑制、抗微生物、日焼け防止および類似の効果などの表面効果を付与する化合物又は組成物を含む。このような処理剤又は仕上剤の1つ以上を本発明の組成物とブレンドし、基材に塗布することができる。
【0038】
一般にこのような処理剤又は仕上剤と一緒に使用される他の添加剤(界面活性剤、pH調整剤、レベリング剤、湿潤剤、および当業者に既知の他の添加剤など)が存在してもよい。このような仕上剤又は処理剤の例としては、加工助剤、発泡剤、潤滑剤、および防汚剤(anti−stains)などが挙げられる。組成物は、製造施設、小売業者のところで、又は、取り付けおよび使用の前に、又は消費者のところで塗布される。
【0039】
本発明は、更に、基材に堆積する前に前述の式(I)又は(II)の1つ以上の化合物又はこれらの混合物を含む組成物をコーティング組成物に添加することを含む、コーティング組成物が堆積される基材に耐ブロッキング性、オープンタイム延長(open time extension)、および撥油性を付与する方法を含む。化合物は、コーティング組成物の添加剤として使用され、組成物に添加され、混合される。本明細書で「コーティングベース」の用語で称される好適なコーティング組成物としては、通常の塗料、ステイン、および透明塗料が挙げられ、通常はアルキドコーティング、タイプIウレタンコーティング、不飽和ポリエステルコーティング、又は水分散コーティングの液体配合物である。このようなコーティング組成物は、基材表面に耐久性皮膜を作り出すために基材に塗付される。
【0040】
「アルキドコーティング」の用語は、本明細書で使用される時、アルキド樹脂をベースにする従来の液体コーティング、典型的には塗料、透明塗料、又はステインを意味する。アルキド樹脂は、不飽和脂肪酸残基を含有する複雑な分岐および架橋ポリエステルである。従来のアルキドコーティングは、バインダ又は皮膜形成成分として硬化性又は乾性アルキド樹脂を使用する。アルキド樹脂コーティングは、乾性油から誘導された不飽和脂肪酸残基を含有する。これらの樹脂は、酸素又は空気の存在下で自発的に重合し、固い保護膜を形成する。重合は、「乾燥」又は「硬化」と称され、大気中の酸素による油の脂肪酸成分中の不飽和炭素−炭素結合の自動酸化の結果として起こる。配合アルキドコーティングの薄い液層として表面に塗付されるとき、形成する硬化皮膜は比較的硬質で、非溶融性であり、非酸化アルキド樹脂又は乾性油の溶媒又は希釈剤の役割をする多くの有機溶媒に実質的に不溶性である。このような乾性油は、油をベースにするコーティングの原料として使用され、文献に記載されている。
【0041】
「ウレタンコーティング」の用語は、以下で使用される時、タイプIウレタン樹脂をベースにする従来の液体コーティング、典型的には塗料、透明塗料、又はステインを意味する。ウレタンコーティングは、典型的にはポリイソシアネート(通常はトルエンジイソシアネート)と乾性油の酸の多価アルコールエステルとの反応生成物を含有する。ウレタンコーティングは、ASTM D−1により5つのカテゴリーに分類される。タイプIウレタンコーティングは、前述のSurface Coatings Vol.Iに記載の予備反応した自動酸化性バインダを含有する。これらはウラルキド、ウレタン変性アルキド、油変性ウレタン、ウレタン油、又はウレタンアルキドとしても知られ、ポリウレタンコーティングの最大のカテゴリーであり、これらには塗料、透明塗料、又はステインが含まれる。バインダ中の不飽和乾性油残基の空気酸化および重合によって、硬化したコーティングが形成される。
【0042】
「不飽和ポリエステルコーティング」の用語は、以下で使用される時、モノマー中に溶解し、必要に応じて開始剤と触媒を含有する不飽和ポリエステル樹脂をベースにする従来の液体コーティング、典型的には塗料、透明塗料又はゲルコート配合物を意味する。不飽和ポリエステル樹脂は、不飽和プレポリマーとして、1,2−プロピレングリコール又は1,3−ブチレングリコールなどのグリコールと、酸無水物の形態のマレイン酸(又は、マレイン酸と、飽和酸、例えば、フタル酸)などの不飽和酸との重縮合から得られる生成物を含有する。不飽和プレポリマーは、鎖中に不飽和を含有する直鎖ポリマーである。これは、例えば、スチレンなどの好適なモノマー中に溶解し、最終樹脂を生成する。フリーラジカル機構による直鎖ポリマーとモノマーとの共重合により皮膜が形成される。熱により、又は、より一般的には、別々に包装され使用前に添加されるベンゾイルパーオキサイドなどの過酸化物の添加によりフリーラジカルを発生させることができる。このようなコーティング組成物は、「ゲルコート」仕上剤と称されることが多い。硬化が室温で起こり得るように、過酸化物のフリーラジカルへの分解はある一定の金属イオン、通常はコバルトによって触媒される。塗布する前に、過酸化物とコバルト化合物の溶液を混合物に別々に添加し、十分攪拌する。フリーラジカル機構によって硬化する不飽和ポリエステル樹脂も、例えば、紫外線を使用する照射硬化に適している。熱が発生しないこの硬化形態は、木材又は板の皮膜に特に適している。例えば、電子線硬化などの他の放射線源も使用される。
【0043】
「水分散コーティング」の用語は、本明細書で使用される時、水相中に分散した皮膜形成材料の乳濁液、ラテックス、又は懸濁液などの、水を必須分散成分として構成される基材の装飾又は保護を目的としたコーティングを意味する。「水分散コーティング」は、多数の配合物を表す一般的な分類であり、前述の分類の要素並びに他の分類の要素を含む。水分散コーティングは、一般に、他の一般的なコーティング成分を含有する。水分散コーティングの例としては、ラテックス塗料などの顔料コーティング、ウッドシーラー、ステイン、および仕上剤などの非顔料コーティング、メーソンリーおよびセメント用のコーティング、並びに水をベースにするアスファルト乳剤が挙げられるが、これらに限定されない。水分散コーティングは、任意に、界面活性剤、保護コロイドおよび増粘剤、顔料および体質顔料、防腐剤、殺真菌剤、凍解安定剤、消泡剤、pH調整剤、融合助剤(coalescing aids)、および他の成分を含有する。ラテックス塗料では、皮膜形成材は、アクリレート、アクリル、ビニル−アクリル、ビニル、又はこれらの混合物のラテックスポリマーである。このような水分散コーティング組成物は、C.R.Martensによって「Emulsion and Water−Soluble Paints and Coatings」(Reinhold Publishing Corporation, New York, NY, 1965)に記載されている。
【0044】
「乾燥コーティング」の用語は、本明細書で使用される時、コーティング組成物が乾燥、固化又は硬化した後に得られる最終的な装飾および/又は保護皮膜を意味する。このような最終皮膜は、例えば、硬化、融合(coalescing)、重合、相互侵入、放射線硬化、紫外線硬化、又は蒸発によって得ることができるが、これらに限定されない。最終皮膜は、また、ドライコーティングにおけるように乾燥した最終的な状態で塗布することもできる。
【0045】
ブロッキングは、コーティングされた2つの表面が押し合わせられたときの、又は長時間互いに接触して配置されたときの望ましくない付着である。ブロッキングが起こったとき、表面を分離させると、その結果、一方の又は両方の表面のコーティングが破壊する可能性がある。従って、耐ブロッキング性の改善は、例えば、窓枠におけるように、コーティングされた2つの表面が接触していなければならない多くの場合に有利である。
【0046】
「オープンタイム延長(open time extension)」の用語は、本明細書では、液体コーティング組成物の層を隣接する液体コーティング組成物層に、塗り継ぎむら(lap mark)、刷毛目、又は他の塗布跡を示すことなく溶け込ませることができる時間を意味するのに使用される。それはウエットエッジタイム(wet−edge time)とも称される。低沸点の揮発性有機化学物質(VOC)を含有するラテックス塗料は、高沸点のVOC溶媒を含まないため、所望されるより短いオープンタイムを有する。オープンタイム延長がないと、重なった刷毛目又は他の跡などの表面欠損が生じる。コーティングされた表面の外観が重要であるときは、オープンタイム延長が長い方が有利であるが、その理由は、1つのコーティング層とそれに隣接するコーティング層が重なった領域に、重なり跡、刷毛目、又は他の塗布跡を残すことなくコーティングを塗布することができるからである。
【0047】
本発明の組成物は、添加剤として使用されるとき、室温又は周囲温度で入れて完全に攪拌することにより、コーティングベース又は他の組成物に有効に導入される。振盪機を使用すること又は熱若しくは他の方法の提供することなどの、より入念な混合を使用することができる。このような方法は必要ではなく、最終組成物を実質的に改善しない。
【0048】
本発明の組成物は、コーティングベースの添加剤として使用されるとき、一般に固形分を基準にして(塗料中の添加剤の固形分を基準にした重量で)約0.001重量%〜約5重量%で添加される。好ましくは約0.01重量%〜約1重量%、より好ましくは0.1重量%〜約0.5重量%が使用される。
【0049】
本発明は、また、本発明の組成物で処理された基材も含む。好適な基材としては、繊維基材または硬質表面基材が挙げられる。繊維基材としては、木材、紙、および皮革が挙げられる。硬質表面基材としては、ガラス、石、メーソンリー、コンクリート、非施釉タイル、レンガ、多孔質粘土、および表面多孔性を有する他の様々な基材などの多孔質および非多孔質の鉱物表面が挙げられる。このような基材の特定の例としては、非施釉コンクリート、レンガ、タイル、石、花こう岩、石灰石、大理石、グラウト、モルタル、彫像用材、モニュメント、木材、テラゾーなどの複合材料、および、石膏ボードで製造されたものを含む壁および天井パネルが挙げられる。これらは、建築物、道路、駐車場(parking ramps)、ドライブウェイ、フローリング、暖炉、暖炉炉床、カウンタートップの建造、並びに、内装および外装用途における他の装飾的用途に使用される。
【0050】
本発明の組成物は、処理される基材に撥水性、撥油性、および耐汚染性の1つ以上を付与するのに有用である。本発明の組成物は、また本発明の組成物が添加されたコーティング組成物でコーティングされる基材に撥油性、耐ブロッキング性、およびオープンタイム延長を付与するのにも有用である。これらの特性は、従来のパーフルオロカーボン表面処理剤と比較して低いフッ素濃度を使用して得られ、処理された表面の保護において改善された「フッ素効果」を付与する。本発明の組成物は、従来のフルオロケミカル表面保護剤のフッ素濃度の約二分の一から三分の一のフッ素濃度で有効である。また、本発明の組成物は、炭素原子の数が7以下である、より短いフルオロアルキル基の使用が可能であるが、従来の市販の表面処理製品は、フルオロアルキル基の炭素数が8未満である場合、典型的には撥油性と撥水性性能が不良である。
【0051】
試験方法
以下の試験方法が、本明細書中、実施例において使用された。
【0052】
試験方法1−紙での撥油性
AATCCキット試験手順(AATCC Kit Test Procedure)(118−1977)を使用して紙サンプルの撥油性を試験した。各試験片を清浄な平面に試験面を上にして、試験される領域に触れないように注意して配置した。約1インチ(2.5cm)の高さから、中間のキット番号の試験瓶からの試験溶液を1滴、試験領域に滴下した。液滴がついた時、ストップウォッチをスタートさせた。正確に15秒後、過剰な流体を清浄なコットン紙の布切れで除去し、濡れた領域を直ぐに検査した。小さい領域でも液滴の下で浸透により試験片の顕著な暗色化が起こっていれば不合格とした。必要に応じて手順を繰り返し、他のキット番号の瓶からの液滴が非接触領域に滴下されたことを確認した。結果は、不合格になることなく15秒間試料の表面に存在した番号の最も大きい溶液であるキット評価(Kit Rating)として報告した。従って、より高い数値は優れた性能を示す。5つの試験片の平均キット評価を最も近い0.5の数値にまるめて(to the nearest 0.5 number)報告した。
【0053】
【表3】

【0054】
試験方法2−建築用ラテックス塗料の耐ブロッキング性
本明細書に記載の試験方法は、これによって明確に参照により組み込まれるASTM D4946−89、建築用塗料の耐ブロッキング性の標準試験方法(Standard Test Method for Blocking Resistance of Architectural Paints)の変更である。
【0055】
試験される塗料の向かい合わせでの耐ブロッキング性をこの試験で評価した。ブロッキングは、この試験の目的では、塗装された2つの表面が押し合わせられたときの又は長時間互いに接触して配置されたときの望ましくない付着と定義される。
【0056】
試験される塗料を、アプリケータブレードを使用してポリエステル試験パネル上に流延した。塗装されたパネルは全て、油脂、油、指紋、塵埃などから保護され、耐ブロッキング性の結果に影響を及ぼす表面汚染を回避した。典型的には、結果は塗料を流延した24時間後に評価される。所望の時間、前述のASTM方法に規定されているように空調された室内でパネルを調整した後、塗装された試験パネルから6つの正方形(3.8cm×3.8cm)を切り取った。試験される各塗料について、切り取った部分(3対)を塗料面が向かい合うようにして配置した。試験される各塗料について、切り取った部分(3対)を塗料面が向かい合うようにして配置する。向かい合わせにした試験片を50℃のオーブン内の大理石のトレイに載せた。直径の小さい方が試験片と接触するようにして8番の栓を上に載せた後、1000gの重りを栓の上に載せた。この結果、試験片に1.8psi(12.4×103Pa)の圧力がかかった。試験される各試験片について、1つの重りと栓を使用した。ちょうど30分後に栓と重りを試験片から取り除き、オーブンから取り出し、耐ブロッキング性を決定する前に30分間空調された室内で冷却した。
【0057】
冷却後、ゆっくりとした一定の力で剥離することにより、試験片を分離した。耐ブロッキング性を、この方法の実施者によって決定される主観的タック評価(塗装された試験片の分離時に出る音)又は封着(塗装された2つの表面の完全な接着)に対応する0〜10で評価した。タックの程度が実際に聞こえるように試験片を耳の近くに置いた。評価システムを表1に記載する。試験片の外観と接着する塗料表面の分率から封着の程度を評価した。塗料が試験パネル支持体から剥離するのは封着を示す。数字が大きいほど耐ブロッキング性が良好であることを示す。
【0058】
【表4】

【0059】
試験方法3−表面張力測定
Kruess Tensiometer, K11 Version 2.501を使用し、装置に付帯された使用説明書に従って表面張力を測定する。Wilhelmyプレート法を使用する。既知の周長の垂直板を天秤に取り付け、濡れによる力を測定する。各希釈について10個の複製を試験し、次の機械設定を使用する:
方法:プレート法SFT
間隔:1.0s
湿潤長さ:40.2mm
読み限界:10
最小標準偏差:2ダイン/cm
重力加速度:9.80665m/s2
【0060】
試験方法4−接触角測定
A.W.AdamsonによってThe Physical Chemistry of Surfaces, Fifth Edition, Wiley & Sons, New York, NY, 1990に記載されている液滴法で接触角を測定する。接触角を測定するための装置および手順についての更なる情報は、R.H.Dettreらによって「Wettability」, Ed.by J.C.Berg, Mercel Dekker, New York, NY, 1993に記載されている。
【0061】
液滴法では、Rame−Hart光学ベンチ(Rame−Hart Inc., 43 Bloomfield Ave. Mountain Lakes, NJから入手可能)を使用して基材を水平位置に保持する。接触角は、同製造業者製の伸縮型のゴニオメータを用いて所定の温度で測定する。試験液を1滴、ポリエステルスクラブ試験パネル(Leneta P−121ダルブラック又は同等物、Leneta Company, Mahwah, NY)につけて、液滴と表面の接触点で正接を正確に測定する。液体の液滴のサイズを大きくすることによって前進角を測定し、液体の液滴のサイズを小さくすることによって後退角を測定する。データは、典型的には前進および後退接触面として表される。
【0062】
水と有機液体の接触角の関係、並びに表面の清浄性および汚れの保持性は前述のA.W.Adamsonによって記載されている。一般に、ヘキサデカン接触角が大きいほど、表面は汚れ(dirt)や汚れ(soil)をはじく性質が大きく、表面を容易に清浄化できることを示す。
【0063】
添加剤として本発明の組成物を含有する乾燥コーティング組成物の水およびヘキサデカンの前進角を、Leneta Company, Mahwah, NJから入手可能なLenataパネル上に流延したコーティング上で測定した。
【0064】
試験方法5−オープンタイム延長
オープンタイムは、塗布される液体コーティング組成物の層を隣接する液体コーティング組成物層に、塗り継ぎむら、刷毛目又は他の塗布跡を示すことなく溶け込ませることができる時間である。それはウエットエッジタイム(wet−edge time)とも称される。低VOCラテックス塗料は、高沸点のVOC溶媒を含まないため、所望されるより短いオープンタイムを有する。十分なオープンタイムがないと、その結果、重なった刷毛目又は他の跡が生じる。オープンタイム試験は、本明細書に記載のサムプレス法(thumb press method)と称される十分に受け入れられている業界の慣例によって実施される。対照試料と試験される試料の活性成分0.1%を有する試料のダブルストリップドローダウンパネルを使用した。試験されるコーティング組成物と対照は同じコーティング組成物であるが、対照は試験される添加剤を含有しておらず、試験される試料は添加剤として本発明の組成物を含有する。パネルは、7cmのドクターブレードを用いて20〜25℃、相対湿度40〜60%で作製される。次いで、各試料に並行して1〜2分の間隔で同じ圧力でダブルサムプレスを行う。終点は、親指に塗料残留物が観察されない時点である。ドローダウンを行った時点から終点までの時間をオープンタイムとして記録する。対照と、本発明の組成物を添加剤として含有するサンプルとのパーセント差をオープンタイム延長パーセントとして記録する。本発明の組成物を半光沢ラテックス塗料および艶消仕上塗料中で試験した。
【0065】
試験方法6−撥水性および撥油性の決定
この試験方法は、石灰石、コンクリート、花こう岩およびサルティヨsaltillo)を含む硬質表面基材上での撥水性を試験する手順を記載する。サンプルの石灰石(Euro Beige)と花こう岩(White cashmere)の12インチ四方(30.5cm2)の正方形のタイルを4インチ(10.2cm)×12インチ(30.5cm)の試料に切断した。切断後、試料を洗浄して塵埃や汚れを取り除き、完全に、典型的には少なくとも24時間乾燥させた。本発明の組成物と脱イオン水を混合し、混合しつつ、フッ素0.8重量%のフッ素濃度にすることによって浸透溶液を調製した。1/2インチ(1.3cm)の塗料刷毛を使用して溶液を各基材表面の試料に塗布した。次いで、表面を15分間乾燥させた。必要に応じて、処理液中に浸漬した布で表面を拭き、余剰を取り除いた。処理した基材を一晩乾燥させた後、脱イオン水3滴とキャノーラ油3滴を各基材につけて、5分間放置した。視覚的接触角測定を使用して撥水性と撥油性を決定した。次の評価チャートを使用し、以下に示すように0〜5のスケールを使用して接触角を決定した:
撥水撥油性評価5(優れている):接触角100〜120°
撥水撥油性評価4(非常に良好):接触角75〜90°
撥水撥油性評価3(良好):接触角45〜75°
撥水撥油性評価2(可):接触角25〜45°
撥水撥油性評価1(不良):接触角10〜25°
撥水撥油性評価0(浸透):接触角<10°
【0066】
数字が大きいほど、撥水撥油性が大きいことを示し、2〜5の評価が許容可能である。データを水玉形成(water beading)および油玉形成(oil beading)として表に報告する。
【0067】
試験方法7−耐汚染性の決定
この方法を使用して石灰石基材、コンクリート基材、およびSaltillo基材上での耐汚染性を決定した。石灰石(Euro Beige)試料の12インチ四方(30.5cm2)の正方形のタイルを、4インチ(10.2cm)×12インチ(30.5cm)の試料に切断した。切断後、試料を洗浄して埃塵や汚れを取り除き、完全に、典型的には少なくとも24時間乾燥させた。本発明の組成物と脱イオン水を混合し、フッ素0.8重量%の濃度にすることによって浸透溶液を調製した。1/2インチ(1.3cm)の塗料刷毛を使用して溶液を各基材表面の試料に塗布した。次いで、表面を15分間乾燥させた。必要に応じて、処理液中に浸漬した布で表面を拭き、余剰を取り除いた。処理した基材を一晩乾燥させた後、次の食物の染み:1)熱いベーコンの油脂、2)コーラ、3)ブラックコーヒー、4)グレープジュース、5)イタリアンサラダドレッシング、6)ケチャップ、7)レモンジュース、8)マスタード、9)キャノーラ油、および10)モーター油を基材の表面に間隔を空けてつけた。24時間後、食物の染みを基材表面から吸取紙で吸い取った又は軽く擦り取った。基材の表面を水および1%の石鹸溶液で洗浄し、硬い剛毛ブラシを使用して表面を10サイクル前後に擦った。次いで、基材を水で洗浄し、評価する前に24時間乾燥させた。
【0068】
清浄にした後にタイル表面に残存する染みを次のように0〜4のスケールにより視覚的に評価した:0=染みなし;1=非常に薄い染み;2=薄い染み;3=中程度の染み;および4=濃い染み。各基材タイプについての評価を各染みについて合計し、各タイプについて複合評価を得た。1つの基材についての最大合計スコアは、10個の染み×最大スコア4=40である。スコアが低いほど防汚性(stain protection)が良好であり、20以下のスコアが許容可能であり、ゼロは染みが存在しない最良の防汚性を示す。
【実施例】
【0069】
実施例1
37OCF2CF2I(100g、0.24mol)およびベンゾイルパーオキサイド(3g)を窒素下で容器に仕込んだ。次いで、−50℃で真空/窒素置換を3回連続して行い、エチレン(18g、0.64mol)を導入した。容器を110℃で24時間加熱した。オートクレーブを0℃に冷却し、脱ガス後に開放した。次いで、生成物を瓶に捕集した。生成物を蒸留し、C37OCF2CF2CH2CH2I、80g(収率80%)を得た。沸点は25mmHgの圧力(3325Pa)で56〜60℃であった。
【0070】
37OCF2CF2CH2CH2I(300g、0.68mol)とN−メチル−ホルムアミド(300mL)の混合物を150℃に26時間加熱した。次いで反応を100℃に冷却し、その後、水を添加して粗エステルを分離した。エチルアルコール(77mL)およびp−トルエンスルホン酸(2.59g)を粗エステルに添加し、反応を70℃で15分間攪拌した。次いで、蟻酸エチルおよびエチルアルコールを留去して粗生成物を得た。粗生成物をエーテルに溶解させ、亜硫酸ナトリウム水溶液、水、および食塩水で順番に洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。次いで、生成物を蒸留し、C37OCF2CF2CH2CH2OH、199g(収率85%)を得た。沸点は40mmHg(5320Pa)で71〜73℃である。
【0071】
五酸化リン(2.87g)(0.02mol)をC37OCF2CF2CH2CH2OH20g(0.06mol)に85℃で添加し、反応を100℃に加熱した。16時間後、イソプロピルアルコール34mLを反応混合物に85℃で添加し、30分間攪拌した後、DI水43mLを添加した。1.5時間後、ジエタノールアミン5.93mL(0.06mol)を添加し、反応を65℃で2時間攪拌し、生成する式(I)(式中、j、qおよびrはそれぞれ1であり、Rfはn−C37である)のポリフルオロポリエーテルをベースにするホスフェートのジエタノールアミン塩を得た。
【0072】
試験方法1を使用して撥油性を試験するため、得られた生成物を紙サンプル(漂白された白色の50番の紙)に塗布した。結果を表3に記載する。フッ素0.8重量%のフッ素濃度を含有する浸透溶液を調製し、試験方法6および7に記載のように石灰石基材とコンクリート基材に塗布した。試験方法6および7に従って、基材サンプルと未処理の対照の撥水性、撥油性および耐汚染性を試験した。試験結果を表4および5に示す。
試験方法3に従ってこの実施例の生成物の表面張力も試験した。得られたデータを表9に記載する。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料、高光沢ラテックス塗料、および艶消ラテックス塗料に0.3重量%の量で添加した。試験方法4を使用して接触角を測定し、得られたデータを表11および12に記載した。試験方法2に従って耐ブロッキング性を測定し、結果を表10に記載した。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aおよび13Bに記載した。
【0073】
実施例2
25OCF2CF2I(116g、0.32mol)およびベンゾイルパーオキサイド(4g)を窒素下で容器に仕込んだ。次いで、−50℃で真空/窒素置換を3回連続して行い、エチレン(24g、0.86mol)を導入した。容器を110℃で24時間加熱した。オートクレーブを0℃に冷却し、脱ガス後に開放した。次いで、生成物を瓶に捕集した。6回分を合わせて、生成物を蒸留し、C25OCF2CF2CH2CH2I、470g(収率64%)を得た。沸点は25mmHgの圧力(3325Pa)で75〜77℃であった。
【0074】
フラスコにC25OCF2CF2CH2CH2I、130g、メチルピロリジノン643mL、および脱イオン(DI)水48mLを仕込んだ。反応混合物を132℃に20時間加熱した。DI水を添加して、下層を分離した。下層をエーテルに溶解させ、飽和亜硫酸ナトリウムで洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。回転蒸発後、蒸留によりC25OCF2CF2CH2CH2OH、48g(収率52%)を得た。沸点は60mmHgの圧力(7980Pa)で70〜72℃であった。
【0075】
五酸化リン(1.70g)(0.012mol)をC25OCF2CF2CH2CH2OH10g(0.036mol)に85℃で添加し、反応を100℃に加熱した。16時間後、イソプロピルアルコール20mLを反応混合物に85℃で添加し、30分間攪拌した後、DI水25.5mLを添加した。1.5時間後、ジエタノールアミン3.86gを添加し、反応を65℃で2時間攪拌し、生成する式(I)(式中、j、qおよびrはそれぞれ1であり、RfはC25である)のポリフルオロポリエーテルをベースにするホスフェートのジエタノールアミン塩を得た。
【0076】
試験方法1を使用して撥油性を試験するため、得られた生成物を紙サンプル(漂白された白色の50番の紙)に塗布した。結果を表3に記載する。フッ素0.8重量%のフッ素濃度を含有する浸透溶液を調製し、試験方法6および7に記載のように石灰石基材とコンクリート基材に塗布した。試験方法6および7に従って、基材サンプルと未処理の対照の撥水性、撥油性および耐汚染性を試験した。試験結果を表4および5に示す。
試験方法3に従ってこの実施例の生成物の表面張力も試験した。得られたデータを表9に記載する。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料、高光沢ラテックス塗料、および艶消ラテックス塗料に0.3重量%の量で添加した。試験方法4を使用して接触角を測定した。得られたデータを表11および12に記載する。試験方法2に従って耐ブロッキング性を測定し、結果を表10に記載した。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aに記載した。
【0077】
実施例3
CF3OCF2CF2I(285g、0.91mol)およびベンゾイルパーオキサイド(12g)を窒素下で容器に仕込んだ。次いで、−50℃で真空/窒素置換を3回連続して行い、その後、エチレン(69g、2.46mol)を導入した。容器を110℃で24時間加熱した。オートクレーブを0℃に冷却し、脱ガス後に開放した。次いで、生成物を瓶に捕集した。2回分を合わせて、生成物を蒸留し、CF3OCF2CF2CH2CH2I、292g(収率50%)を得た。生成物の沸点は60mmHgの圧力(7980Pa)で56〜60℃であった。
【0078】
CF3OCF2CF2CH2CH2I(92g、0.27mol)とN−メチル−ホルムアミド(119mL)の混合物を150℃に26時間加熱した。次いで、反応を100℃に冷却し、その後、水を添加して粗エステルを分離した。エチルアルコール(30mL)およびp−トルエンスルホン酸(1.03g)を粗エステルに添加し、反応を70℃で15分間攪拌した。次いで、蟻酸エチルおよびエチルアルコールを留去して粗生成物を得た。粗生成物をエーテルに溶解させ、亜硫酸ナトリウム水溶液、水、および食塩水で順番に洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。次いで、生成物を蒸留し、CF3OCF2CF2CH2CH2OH、44g(収率71%)を得た。
【0079】
五酸化リン(2.06g)(0.0145mol)をCF3OCF2CF2CH2CH2OH10g(0.0435mol)に85℃で添加し、反応を100℃に加熱した。16時間後、イソプロピルアルコール34mLを反応混合物に85℃で添加し、30分間攪拌した後、DI水31mLを添加した。1.5時間後、DEA4.67g(0.044mol)を添加し、反応を65℃で2時間攪拌し、生成する式(I)(式中、j、qおよびrはそれぞれ1であり、RfはCF3である)のポリフルオロポリエーテルをベースにするホスフェートのジエタノールアミン塩を得た。
【0080】
試験方法1を使用して撥油性を試験するため、得られた生成物を紙サンプル(漂白された白色の50番の紙)に塗布した。結果を表3に記載する。フッ素0.8重量%のフッ素濃度を含有する浸透溶液を調製し、試験方法6および7に記載のように石灰石基材とコンクリート基材に塗布した。試験方法6および7に従って、基材サンプルと未処理の対照の撥水性、撥油性および耐汚染性を試験した。試験結果を表4および5に示す。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料、高光沢ラテックス塗料、および艶消ラテックス塗料に0.3重量%の量で添加した。試験方法4を使用して接触角を測定した。得られたデータを表11および12に記載する。試験方法2に従って耐ブロッキング性を測定し、結果を表10に記載した。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aに記載した。
【0081】
比較例A
平均分子量471の、式F(CF2aCH2CH2OH(式中、aは6〜14の範囲であり、主に6、8、および10である)のパーフルオロアルキルエチルアルコール混合物から調製されたフルオロケミカルを同等量使用したこと以外、実施例1の手順を使用した。典型的な混合物は次の通りであった:a=6が27%〜37%、a=8が28%〜32%、a=10が14%〜20%、a=12が8%〜13%、およびa=14が3%〜6%。この化合物は、本件特許出願人, Wilmington, DEから市販されている。実施例1におけるように、得られた生成物を紙サンプルに塗布し、試験方法1を使用して撥油性を試験した。得られたデータを表3に記載する。
【0082】
【表5】

【0083】
表3のデータは、上記実施例1〜3が紙基材に塗布されたとき優れた撥油性を付与したことを実証している。撥油性は比較例Aに匹敵したが、実施例1〜3は、より低濃度のフッ素含有量でこの性能を発現した。
【0084】
【表6】

【0085】
【表7】

【0086】
表4および5のデータは、様々な食物の染みについて、実施例1〜3の本発明の組成物で処理された石灰石およびコンクリートでは、未処理の対照と比較して耐汚染性が改善されたことを示す。また、撥水性および撥油性も実証され、油玉形成(Oil Beading)および水玉形成(Water Beading)として表に記載されている。
【0087】
実施例4
五酸化リン(1.87g、0.013mol)を、実施例1のように調製されたC37OCF2CF2CH2CH2OH10g(0.03mol)に85℃で添加し、反応を100℃に加熱した。14時間後、イソプロピルアルコール10mLを反応混合物に65℃で添加し、50℃で1時間攪拌した後、DI水12.6mLを添加した。5分後、アンモニア(30%水溶液)2mL(0.029mol)を添加し、反応を32℃で1時間攪拌し、生成する式(I)(式中、j、qおよびrはそれぞれ1であり、RfはC37である)のポリフルオロポリエーテルホスフェートのアンモニウム塩を得た。最終生成物の31P NMRは、ビス(フルオロアルキル)ホスフェート(x=2)46.6mol%、フルオロアルキルホスフェート(x=1)34.6mol%、および、ホスフェートを含む他の幾つかの成分を少量、示した。
【0088】
フッ素0.8重量%のフッ素濃度を含有する浸透溶液を調製し、試験方法6および7に記載のように石灰石基材、サルティヨ基材および花こう岩基材に塗布した。試験方法6を使用して基材サンプルと未処理の対照の撥水性および撥油性を、試験方法7に従って耐汚染を試験した。試験結果を表6、7および8に示す。また、試験方法3に従ってこの実施例の生成物の表面張力も試験した。得られたデータを表9に記載する。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料、高光沢ラテックス塗料、および艶消ラテックス塗料に0.3重量%の量で添加した。試験方法4を使用して接触角を測定し、得られたデータを表11および12に記載した。試験方法2に従って耐ブロッキング性を測定し、結果を表10に記載した。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aおよび13Bに記載した。
【0089】
実施例5
五酸化リン(1.11g、0.008mol)を、実施例2のように調製されたC25OCF2CF2CH2CH2OH5g(0.018mol)に85℃で添加し、反応を100℃に加熱した。14時間後、イソプロピルアルコール6mLを反応混合物に65℃で添加し、50℃で1時間攪拌した後、DI水7.6mLを添加した。5分後、アンモニア(30%水溶液)1.2mL(0.017mol)を添加し、反応を32℃で1時間攪拌し、生成する式(I)(式中、j、qおよびrはそれぞれ1であり、RfはC25である)のポリフルオロポリエーテルホスフェートのアンモニウム塩を得た。最終生成物の31P NMRは、ビス(フルオロアルキル)ホスフェート(x=2)47.5mol%、フルオロアルキルホスフェート(x=1)30.1mol%、および、ホスフェートを含む他の幾つかの成分を少量、示した。
【0090】
試験方法6および7に記載のように、フッ素0.8重量%のフッ素濃度を含有する浸透溶液を調製し、石灰石基材、サルティヨ基材および花こう岩基材に塗布した。試験方法6を使用して基材サンプルと未処理の対照の撥水性および撥油性を、試験方法7に従って耐汚染性を試験した。試験結果を表6、7および8に示す。また、試験方法3に従ってこの実施例の生成物の表面張力も試験した。得られたデータを表9に記載する。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料、高光沢ラテックス塗料、および艶消ラテックス塗料に0.3重量%の量で添加した。試験方法4を使用して接触角を測定し、得られたデータを表11および12に記載した。試験方法2に従って耐ブロッキング性を測定し、結果を表10に記載した。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aに記載した。
【0091】
実施例6
五酸化リン(1.34g)(0.0095mol)を、実施例3のように調製されたCF3OCF2CF2CH2CH2OH5g(0.022mol)に85℃で添加し、反応を100℃に加熱した。14時間後、イソプロピルアルコール7.1mLを反応混合物に65℃で添加し、50℃で1時間攪拌した後、DI水9mLを添加した。5分後、アンモニア(30%水溶液)1.4mL(0.021mol)を添加し、反応を32℃で1時間攪拌し、生成する式(I)(式中、j、qおよびrはそれぞれ1であり、RfはCF3である)のポリフルオロポリエーテルホスフェートのアンモニウム塩を得た。最終生成物の31P NMRは、ビス(フルオロアルキル)ホスフェート(x=2)45.5mol%、フルオロアルキルホスフェート(x=1)30.5mol%、および、ホスフェートを含む他の幾つかの成分を少量、示した。
【0092】
試験方法6および7に記載のように、フッ素0.8重量%のフッ素濃度を含有する浸透溶液を調製し、石灰石基材、サルティヨ基材および花こう岩基材に塗布した。試験方法6を使用して基材サンプルと未処理の対照の撥水性および撥油性を、試験方法7に従って耐汚染性を試験した。試験結果を表6、7および8に示す。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料、高光沢ラテックス塗料、および艶消ラテックス塗料に0.3重量%の量で添加した。試験方法4を使用して接触角を測定し、得られたデータを表11および12に記載した。試験方法2に従って耐ブロッキング性を測定し、結果を表10に記載した。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aに記載した。
【0093】
【表8】

【0094】
【表9】

【0095】
【表10】

【0096】
表6、7および8のデータは、様々な食物の染みに関して、石灰石基材、サルティヨ基材および花こう岩基材では、本発明の実施例4、5および6により、未処理の対照と比較して全体的な耐汚染性が著しく改善されたことを実証している。油をベースにする染みと水をベースにする染みの両方に対する耐性が様々な基材について実証され、従って、硬質多孔質表面保護シーラーとしての有効性が実証された。データはまた、実施例4、5および6により撥水性と撥油性が著しく改善されたことも実証している。
【0097】
実施例7
五酸化リン(0.95g)(0.0067mol)を、実施例1のように調製されたC37OCF2CF2CH2CH2OH5g(0.015mol)に85℃で添加し、反応を105℃に加熱した。14時間後、エチレングリコール(EG)12.5gを反応混合物に95℃で添加し、25分間攪拌した後、Sigma Aldrich, St.Louis, MOから入手可能なTERGITOL15−S−9(1.16g)を86℃で添加した。10分後、アンモニア(30%水溶液)0.95mL(0.0153mol)を添加し、反応を70℃で10分間攪拌した。最後に水30mLを添加し、反応を70℃で1時間攪拌し、アンモニア(30%水溶液)1.3mLを注入し、pHを9.8に調整し、生成する式(I)(式中、j、qおよびrはそれぞれ1であり、RfはC37である)のポリフルオロポリエーテルホスフェートのアンモニウム塩を得た。
【0098】
試験方法3に従ってこの実施例の生成物の表面張力を試験した。得られたデータを表9に記載する。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料、高光沢ラテックス塗料、および艶消ラテックス塗料に0.3重量%の量で添加した。試験方法4を使用して接触角を測定し、得られたデータを表11および12に記載した。試験方法2に従って耐ブロッキング性を測定し、結果を表10に記載した。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aに記載した。
【0099】
実施例8
五酸化リン(1.15g)(0.0081mol)を、実施例2のように調製されたC25OCF2CF2CH2CH2OH5g(0.018mol)に85℃で添加し、反応を105℃に加熱した。14時間後、エチレングリコール15gを反応混合物に95℃で添加し、25分間攪拌した後、Sigma Aldrich, St.Louis, MOから入手可能なTERGITOL 15−S−9(1.37g)を86℃で添加した。10分後、アンモニア(30%水溶液)1.14mL(0.018mol)を添加し、反応を70℃で10分間攪拌した。最後に水36mLを添加し、反応を70℃で1時間攪拌し、アンモニア(30%水溶液)1.6mLを注入してpHを9.8に調整し、生成する式(I)(式中、j、qおよびrはそれぞれ1であり、RfはC25である)のポリフルオロポリエーテルホスフェートのアンモニウム塩を得た。
【0100】
試験方法3に従ってこの実施例の生成物の表面張力を試験した。得られたデータを表9に記載する。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料、高光沢ラテックス塗料、および艶消ラテックス塗料に0.3重量%の量で添加した。試験方法4を使用して接触角を測定し、得られたデータを表11および12に記載した。試験方法2に従って耐ブロッキング性を測定し、結果を表10に記載した。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aに記載した。
【0101】
実施例9
五酸化リン(1.41g)(0.001mol)を、実施例3のように調製されたCF3OCF2CF2CH2CH2OH5g(0.022mol)に85℃で添加し、反応を105℃に加熱した。14時間後、エチレングリコール18.32gを反応混合物に95℃で添加し、25分間攪拌した後、Sigma Aldrich, St.Louis, MOから入手可能なTERGITOL 15−S−9(1.16g)を86℃で添加した。10分後、アンモニア(30%水溶液)1.4mL(0.022mol)を添加し、反応を70℃で10分間攪拌した。最後に水43mLを添加し、反応を70℃で1時間攪拌し、アンモニア(30%水溶液)3.0mLを注入してpHを9.8に調整し、生成する式(I)(式中、j、qおよびrはそれぞれ1であり、RfはCF3である)のポリフルオロポリエーテルホスフェートのアンモニウム塩を得た。
【0102】
この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および高光沢ラテックス塗料に0.3重量%の量で添加した。試験方法4を使用して接触角を測定し、得られたデータを表11および12に記載した。試験方法2に従って耐ブロッキング性を測定し、結果を表10に記載した。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aに記載した。
【0103】
比較例B
フルオロケミカルとして、式F(CF2aCH2CH2OH(式中、aは6〜14の範囲であり、主に6、8、および10である)のパーフルオロアルキルエチルアルコール混合物を使用したこと以外、実施例4の手順を使用した。典型的な混合物は次の通りであった:a=6が27%〜37%、a=8が28%〜32%、a=10が14%〜20%、a=12が8%〜13%、およびa=14が3%〜6%。この生成物を半光沢ラテックス塗料および高光沢ラテックス塗料に0.03重量%の量で添加し、試験方法2を使用して耐ブロッキング性を測定した。結果を表10に記載する。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aに記載した。
【0104】
比較例C
フルオロケミカルとして、式F(CF2aCH2CH2OH(式中、aは6〜14の範囲であり、主に6、8、および10である)のパーフルオロアルキルエチルアルコール混合物を使用したこと以外、実施例7の手順を使用した。典型的な混合物は次の通りであった:a=6が27%〜37%、a=8が28%〜32%、a=10が14%〜20%、a=12が8%〜13%、およびa=14が3%〜6%。この生成物を半光沢ラテックス塗料および高光沢ラテックス塗料に0.03重量%の量で添加し、試験方法2を使用して耐ブロッキング性を測定した。結果を表10に記載する。この実施例の生成物を半光沢ラテックス塗料および艶消ラテックス塗料に0.1重量%の量で添加した。試験方法5を使用してオープンタイム延長を測定し、得られたデータを表13Aに記載した。
【0105】
【表11】

【0106】
脱イオン水の通常の表面張力は、72ダイン/cmである(表9に0.000%として示されている)。各実施例を規定の割合で添加したとき、各水溶液の表面張力は著しく低下した。濃度が高いほど性能が優れていた。これらの試験の結果によれば、試験した本発明の全ての実施形態で、優れた表面張力低下が見られた。
【0107】
【表12】

【0108】
表10のデータは、比較例BおよびCと比較して、本発明の実施例から優れた耐ブロッキング性が得られたことを実証している。
【0109】
【表13】

【0110】
【表14】

【0111】
表11および12のデータは、対照と比較して、本発明の全ての実施例でヘキサデカン接触角が高く優れていることを示す。前進ヘキサデカン接触角の増加は、撥油性の改善と関連する。
【0112】
【表15】

【0113】
【表16】

【0114】
表13Aおよび13Bのデータは、従来の塗料に本発明の実施例を添加することにより、本発明の実施例が添加されていない同じ塗料と比較して、オープンタイム延長が増加したことを実証している。実施例1〜9は、比較例BおよびCより優れていた。また、実施例1〜9は、比較例BおよびCと比較して低濃度のフッ素を含有したが、優れたオープンタイム延長を付与し、従ってフッ素効率が増加したことを実証している。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
式(I)又は(II):
【化1】

{式中、
fは、1〜3個の酸素原子によって、任意選択的に中断されている炭素数1〜7の直鎖又は分岐鎖パーフルオロアルキルであり、
rおよびqはそれぞれ独立して1〜3の整数であり、
jは0又は1、又はこれらの混合であり、
xは約1〜約2であり、
Zは−O−、−S−、又は−NR−であり、
Rは、水素、又は炭素数1〜4のアルキル基であり、
Xは水素、又はMであり、
Mはアンモニウムイオン、アルカリ金属イオン、又はアルカノールアンモニウムイオンである}
の1つ以上の化合物を含む組成物。
【請求項2】
fが炭素数1〜3の直鎖パーフルオロアルキル基であり;r、qおよびjがそれぞれ1であり;Mがアンモニウムイオン又はアルカノールアンモニウムイオンである、請求項1に記載の組成物。
【請求項3】
約15〜約80mol%の式(I)のモノ(フルオロアルキル)ホスフェート(式中、xは1である)、および約20〜約85mol%の式(I)のビス(フルオロアルキル)ホスフェート(式中、xは2である)を含む、請求項1に記載の組成物。
【請求項4】
A)染みをはじく性質、染み除去性、汚れをはじく性質、汚れ除去性、撥水性、撥油性、および抗微生物からなる群から選択される少なくとも1つの表面効果を付与する薬剤、
B)界面活性剤、pH調整剤、レベリング剤、湿潤剤、又は
C)これらの混合物、
を更に含む、請求項1に記載の組成物。
【請求項5】
基材に請求項1に記載の組成物を接触させることを含む、基材に撥水性、撥油性および耐汚染性を付与する方法。
【請求項6】
コーティング組成物が堆積される基材に耐ブロッキング性、オープンタイム延長、および撥油性を付与する方法であって、前記基材に堆積する前に、前記コーティング組成物に請求項1に記載の組成物を添加することを含む、方法。
【請求項7】
前記コーティング組成物が、アルキドコーティング、タイプIウレタンコーティング、不飽和ポリエステルコーティング、または水分散コーティングである、請求項6に記載の方法。
【請求項8】
fの炭素数が4〜6であり、r、qおよびjがそれぞれ1であり、Mがアンモニウム又はアルカノールアンモニウムイオンである、請求項5又は6に記載の方法。
【請求項9】
請求項5又は6に記載の方法に従って処理された基材。
【請求項10】
請求項1に記載の組成物が塗布された基材。

【公表番号】特表2010−509396(P2010−509396A)
【公表日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−537142(P2009−537142)
【出願日】平成19年9月21日(2007.9.21)
【国際出願番号】PCT/US2007/020528
【国際公開番号】WO2008/060353
【国際公開日】平成20年5月22日(2008.5.22)
【出願人】(390023674)イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】E.I.DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
【Fターム(参考)】