説明

含フッ素ウレタン化合物およびその用途

【課題】高い撥水撥油性を与える新規な含フッ素化合物を提供する。
【解決手段】一般式:
I[-NHC(=O)O-((Rf-A1-)XO)-R1]m[-NHC(=O)O-((ClCH2-)XO)b-R2]n (1)[式中、Iはポリイソシアネート化合物からイソシアネート基を除いた基であり、Rfは炭素数3〜21パーフルオロアルキル基であり、X1およびX2は3価の炭素数2〜5の直鎖状または分岐状の脂肪族基であり、A1は直接結合または炭素数1〜21の2価の有機基であり、R1およびRは水素原子または炭素数1〜10のアルキル基である。]で示される含フッ素ウレタン化合物。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な含フッ素ウレタン化合物、それを含む組成物および処理剤に関する。本発明の含フッ素ウレタン化合物は、種々の基材、例えば繊維製品を処理する(特に、表面処理する)のに適している。
【0002】
【従来の技術】
従来、種々の含フッ素化合物が提案されている。含フッ素化合物には、耐熱性、耐酸化性、耐候性などの特性に優れているという利点がある。含フッ素化合物の自由エネルギーが低い、すなわち、付着し難いという特性を利用して、含フッ素化合物は、例えば、撥水撥油剤および防汚剤として使用されている。
【0003】
撥水撥油剤として使用できる含フッ素化合物が、例えば、特公昭63−60021号公報、特公平2−60702号公報、特公平2−60702号公報、特公昭63−45665号公報に開示されている。含フッ素化合物の例は、例えば、USP5414111、USP5565564、EP−A−383365、特表平7−505190号公報(WO93/17165)、WO97/25308、USP3547894、特表2001−525010(WO98/51727)、特表2001−525871号公報(WO98/51723)、特表2001−525872号公報(WO98/51726)、特表2001−525874号公報(WO98/51724)、特表2002−504938号公報(WO98/51725)にも開示されている。
これら含フッ素化合物は、充分な撥水撥油性を与えるものではなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高い撥水撥油性を与える新規な含フッ素化合物を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の新規な含フッ素化合物は、一般式:
I[-NHC(=O)O-((Rf-A1-)XO)-R1]m[-NHC(=O)O-((ClCH2-)XO)b-R2]n (1)
[式中、Iはポリイソシアネート化合物からイソシアネート基を除いた基であり、
Rfは炭素数3〜21パーフルオロアルキル基であり、
1およびX2は3価の炭素数2〜5の直鎖状または分岐状の脂肪族基であり、
1は直接結合または炭素数1〜21の2価の有機基であり、
1およびRは水素原子または炭素数1〜10のアルキル基であり、
aおよびbは1〜20の数であり、
mは1〜15の数であり、
nは0〜14の数であり、
mとnの合計は2〜15の数である。]
で示される含フッ素ウレタン化合物である。
【0006】
式(1)において、Iはポリイソシアナート化合物からイソシアナート基を除いた基である。ポリイソシアナート化合物は、少なくとも2個のイソシアナート基を有する化合物である。ポリイソシアナート化合物は、脂肪族系ポリイソシアナート、芳香族系ポリイソシアナート、これらポリイソシアナートの誘導体であってよい。
脂肪族系ポリイソシアナート、特に脂肪族系ジイソシアナートの例は、ヘキサメチレンジイソシアナート、イソホロンジイソシアナート、キシリレンジイソシアナート、水素化キシリレンジイソシアナート、水素化ジシクロヘキシルメタンジイソシアナートである。芳香族系ポリイソシアナート、特に芳香族系ジイソシアナートの例は、トリレンジイソシアナート、ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、トリジンジイソシアナート、ナフタレンジイソシアナートである。
【0007】
ポリイソシアナート化合物は、ジイソシアナート、ポリメリックMDI(ジフェニルメタンジイソシアナート)、変性イソシアナート(特に、ジイソシアナートの3量体、または多価アルコールとジイソシアナートのアダクト体)であることが好ましい。
変性イソシアナートの例は、ウレタン変性ジイソシアナート、アロファネート変性ジイソシアナート、ビウレット変性ジイソシアナート、イソシアヌレート変性ジイソシアナート、カルボジイミド変性ジイソシアナート、ウレトニミン変性ジイソシアナート、アシル尿素ジイソシアナートである。
【0008】
Rfは炭素数2〜21パーフルオロアルキル基である。Rfの炭素数は、例えば3〜12、特に4〜8であってよい。
【0009】
1は直接結合または炭素数1〜21の2価の有機基である。A1基の例は、式:
−(CH2)
−CONR11−R12
−CH2C(OH)HCH2
−CH2C(OCOR13)HCH−または
−O−Ar−CH2
[式中、R11は水素または炭素数1〜10のアルキル基であり、
1は炭素数1〜10のアルキレン基であり、
1は水素またはメチル基であり、
Arは置換基を有することもあるアリーレン基(炭素数例えば6〜20)であり、
pは1〜10の整数である。]
である。A1は、特に、炭素数1〜5のアルキレン基であってよい。
【0010】
1およびXは3価の炭素数2〜5の直鎖状または分岐状の脂肪族基であるXおよびX2の例は、>CHCH2−(−CH2CH<)、>CHCH2CH2−(−CH2CH2CH<)、
【化1】

【化2】

>CHCH2CH2CH2−(−CH2CH2CH2CH<)、
>CHCH2CH2CH2CH2−(−CH2CH2CH2CH2CH<)である。
【0011】
1およびRは水素原子または炭素数1〜10のアルキル基である。アルキル基であるR1およびRの例は、メチル、エチル、プロピルである。
【0012】
本発明の含フッ素ウレタン化合物(1)の具体例は、以下のとおりである。
【化3】

【0013】
【化4】

【0014】
【化5】

【0015】
【化6】

[式中、nは1〜20の数である。]
【0016】
本発明の含フッ素ウレタン化合物(1)は、例えば、ポリイソシアナート化合物を、
式:
HO-((Rf-A1-)X1O)a-R1 (i)
で示される含フッ素アルコールを、場合により存在する、式:
HO-((ClCH2-)XO)b-R2 (ii)
で示される含塩素アルコールと、反応させることによって得ることができる。
[式中、Rf、A1、X1、X、R1、R2、aおよびbは上記と同意義である。]
【0017】
この反応において、ポリイソシアナート化合物のイソシアナート基1モルに対して、含フッ素アルコール(i)と含塩素アルコール(ii)との合計モル数を0.5〜2.0、特に0.8〜1.5モルとすることが好ましい。含塩素アルコール(iii)は、用いても用いなくてもどちらでもよい成分である。この反応は、溶媒の存在下、0〜150℃の温度で、0.1〜10時間行うことが好ましい。溶媒は、イソシアネートに対して不活性である有機溶媒である。溶媒の例は、炭化水素、ケトン、ハロゲン化炭化水素(例えば、含塩素炭化水素)である。溶媒の量は、反応体100重量部に対して、20〜500重量部、例えば100〜300重量部であってよい。
【0018】
反応の際には、触媒を用いることが好ましい。触媒の例は、アミン(例えば、モノアミン、ジアミン、トリアミン、アルコールアミン、エーテルアミン)、有機金属(例えば、有機酸の金属塩(例示すれば、ジ−n−ブチルスズジラウレート))である。触媒の量は、反応体100重量部に対して、0.001〜0.5重量部、例えば0.01〜0.3重量部であってよい。
【0019】
含フッ素アルコール(i)は、例えば、式:
【化7】

[式中、Rf、A1およびX1は上記と同意義である。]
で示される含フッ素環状エーテル化合物を重合することによって得ることができる。
含フッ素環状エーテル化合物は、例えば、オキシラン化合物またはオキセタン化合物である。
【0020】
含塩素アルコール(ii)は、例えば、式:
【化8】

[式中、Xは上記と同意義である。]
で示される含塩素環状エーテル化合物を重合することによって得られる。含塩素環状エーテル化合物の例は、エピクロルヒドリンである。
【0021】
本発明の含フッ素ウレタン化合物は、組成物の中に含まれていてよい。組成物は、溶液またはエマルションの形態であってよい。溶液型の組成物は、含フッ素ウレタン化合物および溶媒を含んでなる。溶液型組成物における溶媒(特に、有機溶媒)の例は、炭化水素、ケトン、ハロゲン化炭化水素(例えば、含塩素炭化水素)である。エマルション型の組成物は、含フッ素ウレタン化合物、乳化剤および水を含んでなる。エマルション型の組成物は、さらに、有機溶媒、特に、含フッ素ウレタン化合物を溶解する有機溶媒を含んでよい。乳化剤は、ノニオン性、イオン性(例えば、カチオン性、アニオン性、両性)のいずれであってもよい。
【0022】
組成物において、含フッ素ウレタン化合物の量は、0.1〜70重量%、例えば5〜30重量%であってよい。エマルション型の組成物において、含フッ素ウレタン化合物100重量部に対して、乳化剤の量は、0.1〜30重量部、例えば2〜10重量部、水の量は、30〜99.9重量部、例えば70〜95重量部、有機溶媒の量は、10〜200重量部、例えば50〜100重量部であってよい。
【0023】
本発明の含フッ素ウレタン化合物は、種々の物品の表面を処理する表面処理剤として使用でき、物品の表面を改質し、例えば、撥水撥油性を与える。
本発明の含フッ素ウレタン化合物は優れた撥水撥油性を有し、しかも分子安定性に富み、高い耐久性を有する。そのため、含フッ素ウレタン化合物を用いて処理を行った場合、処理物は長期にわたり優れた性質を維持できる。
【0024】
処理を行うに当たっては表面処理剤の形態に応じた任意方法が採られる。例えば水性乳濁液や溶剤溶液型の表面処理剤を用いた場合は浸漬塗布等の方法により被処理物の少なくとも表面に処理液を付着させ、乾燥する方法がとられる。乳濁液型のものでは、乾燥後、処理剤微粒子の連続化及び被処理剤への溶着、浸透等の目的の為にキュアリングを行うことが望ましい。これによって、大きな撥水撥油効果を期待できる。溶剤型のものでは乾燥によって被処理物上に被膜が形成されるためにキュアリングや洗浄を行わなくとも充分に大きな撥水撥油性を期待できる利点がある。必要ならばさらにキュアリングを行ってもよい。乾燥温度は任意に選ばれるが乳濁液型の場合常温でもよく、50〜120℃の熱風で乾燥させるのが効率的である。また、溶剤型の場合は50〜150℃程度の温度で乾燥させることが適当である。
【0025】
本発明の表面処理剤で処理される被処理物としては、種々の物が挙げられる。被処理物の例は、繊維製品、ガラス、紙、木、皮革、毛皮、石綿、レンガ、セメント、金属および酸化物、窯業製品、プラスチック、塗面およびプラスターなどである。
【0026】
本発明において、処理される物品は、繊維製品、例えばカーペットであることが好ましい。繊維製品としては種々の例を挙げることができる。例えば、綿、麻、羊毛、絹などの動植物性天然繊維、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレンなどの合成繊維、レーヨン、アセテートなどの半合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維、アスベスト繊維などの無機繊維、あるいはこれらの混合繊維が挙げられる。
【0027】
繊維製品は、繊維、糸、布等の形態のいずれであってもよい。本発明の方法に従ってカーペットを処理する場合に、繊維または糸を処理した後にカーペットを形成してもよいし、あるいは形成されたカーペットを処理してもよい。表面処理剤は、含フッ素ウレタン化合物を0.02〜30重量%、好ましくは0.02〜10重量%に希釈した状態で含有することが可能である。
【0028】
【実施例】
以下、本発明を具体的に説明する。
合成例1
含フッ素アルコール(1)の合成
メタノール1.19g(37.36mmol)、3フッ化ホウ素・ジエチルエーテル錯体 0.50g(3.5mmol)をスターラー、温度計、窒素導入管、冷却管および滴下ロートを装着した200ml四ツ口フラスコに入れ、内温を70℃とし撹拌した。
その後、窒素気流下、滴下ロートにて
【化9】

(以下、「含フッ素エポキシ化合物」と呼ぶ)
95.2g(200mmol)を45分かけて滴下し、滴下終了後、さらに70℃で3時間反応させた。ガスクロマトグラフィーにより残存した含フッ素エポキシ化合物は組成中0.52%であった。反応終了後、反応混合液を分液ロートに移した後、HCFC225 100g、純水 100g、10%炭酸水素ナトリウム水溶液を加え中和後、有機溶媒層を回収した。更に純水 70gを加えて、上記と同様の操作を再度行い、有機溶媒層を回収した。次に、無水硫酸マグネシウム15gを加えて終夜乾燥した後、ろ過、溶媒除去を行い、濃縮残渣として白色ワックス状の反応生成物(含フッ素アルコール(1)):
HO[CHCH(CH17)O]nCH
を得た。(収量79g、収率82%)得られた生成物の構造は1H NMRおよび19F NMRによって確認した。平均重合度(n数)は4.85であった。
【0029】
製造例1
フッ素含有ウレタン(1)の調製
イソシアヌレート変性ヘキサメチレンジイソシアナート:
【化10】

(住化バイエルウレタン株式会社製スミジュールN-3300、イソシアナート含量は21.8%) 1.66g(8.62mmol)、メチルイソブチルケトン(MIBK)40g、触媒としてジブチル錫ジラウレート0.06gをスターラー、温度計、窒素導入管、冷却管および滴下ロートを装着した200ml四ツ口フラスコに入れ、内温を90℃にして撹拌した。
その後、メチルイソブチルケトン(MIBK)35gに溶解させた合成例1で調製した含フッ素アルコール(1) (n=4.85) 20g(8.54mol)を滴下ロートに入れて、窒素気流下30分かけて滴下した。
【0030】
滴下終了後、さらに95℃で2時間反応させた。IRで原料のイソシアネート由来のピークが消失していることを確認した。反応終了後、ローターリーエバポレーターで溶媒除去を行い、濃縮残渣として白色結晶状の反応生成物(フッ素含有ウレタン(1)):
【化11】

[nの平均は4.85である。]
を得た。(収量20.2g、収率93%)得られた生成物の構造は1H NMRおよび19F NMRによって確認した。
【0031】
製造例2
フッ素含有ウレタン(2)の調製
ビュレット変性ヘキサメチレンジイソシアナート:OCN(CH2)6N[CONH(CH2)6NCO]2(住化バイエルウレタン株式会社製スミジュールN-3200、イソシアナート含量は23%) 1.55g(8.49 mmol)、メチルイソブチルケトン(MIBK)40g、触媒としてジブチル錫ジラウレート0.06gをスターラー、温度計、窒素導入管、冷却管および滴下ロートを装着した200ml四ツ口フラスコに入れ、内温を90℃にして撹拌した。
その後、メチルイソブチルケトン(MIBK)35gに溶解させた合成例1で調製した含フッ素アルコール(1)19.97g(8.53mol)を滴下ロートに入れて、窒素気流下30分かけて滴下した。
【0032】
滴下終了後、さらに90℃で2時間反応させた。IRで原料のイソシアネート由来のピークが消失していることを確認した。反応終了後、ローターリーエバポレーターで溶媒除去を行い、濃縮残渣として白色結晶状の反応生成物(フッ素含有ウレタン(2)):
【化12】

[nの平均は4.85である。]
を得た。(収量19.63g、収率91%)得られた生成物の構造は1H NMRおよび19F NMRによって確認した。
【0033】
撥水性試験
撥剤処理済カーペットを温度21℃、湿度65%の恒温恒湿機に4時間以上保管する。試験液(イソプロピルアルコール(IPA)、水、及びその混合液、表1に示す)も温度21℃で保存したものを使用する。試験は温度21℃、湿度65%の恒温恒湿室で行う。試験液をカーペット上にマイクロピペッターで5滴(50μl)静かに滴下し、10秒間放置後、液滴がカーペット上に4滴または5滴残っていれば、その試験液をパスしたものとする。撥水性は、パスした試験液のイソプロピルアルコール(IPA)含量(体積%)の最大なものをその点数とし、撥水性不良なものから良好なレベルまでFail、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、及び10の12段階で評価する。
【0034】
【表1】

【0035】
撥油性試験
撥剤処理済カーペットを温度21℃、湿度65%の恒温恒湿機に4時間以上保管する。試験液(表2に示す)も温度21℃で保存したものを使用する。試験は温度21℃、湿度65%の恒温恒湿室で行う。試験液をカーペット上にマイクロピペッターで5滴(50μl)静かに滴下し、30秒間放置後、液滴がカーペット上に4滴または5滴残っていれば、その試験液をパスしたものとする。撥油性は、パスした試験液の最高点数とし、撥油性不良なものから良好なレベルまでFail、1、2、3、4、5、6、7、及び8の9段階で評価する。
【0036】
【表2】

【0037】
防汚性試験
AATCC Test Method 123-1989 に準じて行った。
防汚性の評価は、変退色用グレースケールを用いて防汚性試験前のカーペット試料と比較し、変退色の著しいものから全く変退色のないレベルまで1、1-2、2、2-3、3、3-4、4、4-5及び5の9段階で評価する。
【0038】
実施例1
製造例1で合成した含フッ素ウレタン化合物(1)5gとメチルイソブチルケトン(MIBK)5gを混合し、75℃〜80℃で10分間加温した。別容器に純水14.4g、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(ノニオン性乳化剤)0.5g及びα-オレフィンスルホン酸ナトリウム(アニオン性乳化剤)0.1gを混合し、75℃〜80℃で10分間加温した。この二つの液を混合し、超音波乳化機で乳化した。
この乳化液2.5gに水 97.5gを加えて全量100gとし、処理液とした。この処理液をカーペット(20cm×20cm、ナイロン6、カットパイル(密度32oz/yd2))にWPU(wet pick up、カーペット100gに対して20gの液がのっている場合にWPUは20%である)量が20%となるようスプレー処理した。次に熱キュアを120℃で10分間行った。次に撥水性試験、撥油性試験、防汚性試験を実施した。結果を表3に示す。
【0039】
実施例2
実施例1に準じて、製造例2で合成した含フッ素ウレタン化合物(2)を乳化した。この乳化液2.5gに水 97.5gを加えて全量100gとし、処理液とした。この処理液を実施例1に準じてカーペットに撥剤を処理した。
次に撥水性試験、撥油性試験、防汚性試験を実施した。結果を表3に示す。
【0040】
比較例1
DuPont製の含フッ素ウレタン化合物液5gに水 95gを加えて全量100gとし、処理液とした。この処理液を実施例1に準じてカーペットに撥剤を処理した。
次に撥水性試験、撥油性試験、防汚性試験を実施した。結果を表3に示す。
【0041】
【表3】

【0042】
実施例3
製造例1で合成した含フッ素ウレタン化合物(1)5gとメチルイソブチルケトン(MIBK) 5gを混合し、75℃〜80℃で10分間加温した。別容器に純水14.4g、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(ノニオン性乳化剤)0.5g及びα-オレフィンスルホン酸ナトリウム(アニオン性乳化剤)0.1gを混合し、75℃〜80℃で10分間加温した。この二つの液を混合し、超音波乳化機で乳化した。
この乳化液1gとステインブロック剤(フェノール/ホルムアルデヒド縮合体とポリメタクリル酸の重量比50:50の混合物)(以下「SB剤」と呼ぶ)5gに水を加えて全量が1000gになるように希釈した。これのpHが1.5となるように10%スルファミン酸水溶液を加えて処理液を得た。この処理液に、水洗してWPU 約25%(WPU:wet pick up、カーペット100gに対して25gの液がのっている場合にWPUは25%である)に絞ったカーペット(20cm×20cm、ナイロン6、カットパイル、密度32oz/yd2)を30秒間浸漬し、WPU(wet pick up)量が300%となるように絞った。処理したカーペット上のフッ素濃度は300ppmとなった。次にカーペットのパイル面を上に向けた状態で常圧スチーマー処理(温度100〜107℃)を90秒間行った。次に10Lの水でリンスした後、遠心脱水を行いWPU量約25%にした。最後に熱キュアを110℃で10分間行った。
次に撥水性試験、撥油性試験、防汚性試験を実施した。結果を表4に示す。
【0043】
実施例4
実施例3に準じて製造例2で合成した含フッ素ウレタン化合物(2)を乳化した。
この乳化液1gとSB剤5gに水を加えて全量が1000gになるように希釈した。これのpHが1.5となるように10%スルファミン酸水溶液を加えて処理液を得た。
実施例3に準じてカーペットに撥剤を処理した。
次に撥水性試験、撥油性試験、防汚性試験を実施した。結果を表4に示す。
【0044】
比較例2
DuPont製の含フッ素ウレタン化合物液2gとステインブロック剤A 5gに水を加えて全量が1000gになるように希釈した。これのpHが1.5となるように10%スルファミン酸水溶液を加えて処理液を得た。
実施例3に準じてカーペットに撥剤を処理した。
次に撥水性試験、撥油性試験、防汚性試験を実施した。結果を表4に示す。
【0045】
【表4】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
一般式:
I[-NHC(=O)O-((Rf-A1-)XO)-R1]m[-NHC(=O)O-((ClCH2-)XO)b-R2]n (1)
[式中、Iはポリイソシアネート化合物からイソシアネート基を除いた基であり、
Rfは炭素数3〜21パーフルオロアルキル基であり、
1およびX2は3価の炭素数2〜5の直鎖状または分岐状の脂肪族基であり、
1は直接結合または炭素数1〜21の2価の有機基であり、
1およびRは水素原子または炭素数1〜10のアルキル基であり、
aおよびbは1〜20の数であり、
mは1〜15の数であり、
nは0〜14の数であり、
mとnの合計は2〜15の数である。]
で示される含フッ素ウレタン化合物。
【請求項2】
I基を構成するポリイソシアナート化合物が、脂肪族系ポリイソシアナート、芳香族系ポリイソシアナート、これらポリイソシアナートの誘導体である請求項1に記載の含フッ素ウレタン化合物。
【請求項3】
I基を構成するポリイソシアナート化合物が、ジイソシアナート、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアナート、変性イソシアナートである請求項1に記載の含フッ素ウレタン化合物。
【請求項4】
1基が、式:
−(CH2)
−CONR11−R12
−CH2C(OH)HCH2
−CH2C(OCOR13)HCH−または
−O−Ar−CH2
[式中、R11は水素または炭素数1〜10のアルキル基であり、
1は炭素数1〜10のアルキレン基であり、
1は水素またはメチル基であり、
Arは置換基を有することもあるアリーレン基(炭素数例えば6〜20)であり、
pは1〜10の整数である。]
である請求項1に記載の化合物。
【請求項5】
請求項1に記載の含フッ素ウレタン化合物、乳化剤および水を含んでなる組成物。
【請求項6】
請求項5に記載の組成物を含んでなる処理剤。
【請求項7】
請求項6に記載の処理剤で繊維製品を処理する方法。

【公開番号】特開2006−188431(P2006−188431A)
【公開日】平成18年7月20日(2006.7.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2003−23591(P2003−23591)
【出願日】平成15年1月31日(2003.1.31)
【出願人】(000002853)ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Fターム(参考)】