説明

含フッ素表面処理剤及び該表面処理剤で処理された物品

【課題】汚れが付き難い、目立ち難い、及び、拭き取り易いという3つの要求のバランスが取れた表面を与える表面処理剤を提供することを目的とする。
【解決手段】下記式(1)で示されるパーフルオロポリエーテル残基含有ポリオルガノシロキサン及びそれを含む表面処理剤である。



[式(1)中、Rfは2価のパーフルオロポリエーテル残基、QはRf基とZとを連結する2価の基、Zはシロキサン結合を3個以上有する3〜11価のポリオルガノシロキサン残基、Rは炭素数8〜40の1価の有機基、nは1〜8の整数、Aは下記式(2)に示した基であり、kは1〜9の整数、但し、n+k=(Zの価数−1)である。



(式(2)中、R’は炭素数1〜4のアルキル基、又はフェニル基、Xは加水分解性基であり、aは2又は3、bは2〜10の整数である。)]

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、含フッ素表面処理剤組成物に関し、詳細には、パーフルオロエーテル残基と所定の官能基を備えるオルガノシロキサンを含むことで、表面に付着した油や皮脂の汚れを目立ちにくくし且つそれらの汚れを拭取り易くする表面処理剤に関する。また、該処理剤で表面処理された反射防止フィルター、ハードコートフイルム、タッチパネル基材、偏光板、ガラス、樹脂フイルム等に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、パーフルオロオキシアルキレン基(以下「パーフルオロエーテル残基」という)含有化合物は、その表面自由エネルギーが非常に小さいために、撥水撥油性、離型性、防汚性などを有する。その性質を利用して、工業的には紙・繊維などの、撥水撥油防汚剤、ディスプレー表面の撥水撥油防汚剤、精密機器の防油剤等に、幅広く利用されている。
【0003】
パーフルオロエーテル残基を基材に密着させるために、シランを利用することが知られている。例えば、フルオロアミノシラン化合物(特許文献1)、下記式(7)で示されるシランカップリング剤を防汚層に用いた反射防止フィルム(特許文献2)が開示されている。しかし、該シランカップリング剤は、1分子中の加水分解性基の量が十分とは言えず、硬化までに時間を要することや、基材への密着性が劣るなどの問題があった。


(但し、Rfは炭素数1〜16の直鎖状又は分岐状パーフルオロアルキル基、Rは炭素数1〜10のアルキル基、oは1〜50の整数、pは0〜6の整数、qは0〜3の整数、rは0〜3の整数であり、但し、0<p+q≦6である。)
【0004】
上記問題に対して、末端に加水分解性基を2個以上有するパーフルオロポリエーテル残基含有シランカップリング剤が知られている(特許文献3)。該処理剤は、基材との密着性に優れ、撥水撥油表面で、滑り性が良好で汚れを拭き取り易い表面を与える。
【0005】
上記各処理剤は、「汚れにくくする」及び「汚れを落とし易くする」という要求に対し、前者は撥水撥油性もしくは表面の表面エネルギーを低下させることにより、後者は表面滑り性を向上させることにより、夫々、応えてきた。しかし、最近になって、これらの処理剤で表面処理された反射防止膜、保護フイルム、各種フィルター等の表面では、指紋、汗等の付着物が白く浮き出て見え、未処理の場合に比べてこれらの汚染が目立ち易いという問題点が指摘され始めた。
【0006】
汚染を目立ち難くするため、炭化水素基を有する表面処理剤を用いて、表面に炭化水素基を露出させることによって、油脂汚れを拡げて目立たなくすることが知られている(特許文献4)。しかし、表面が親油性になってしまうために油汚れが却って付き易く、除去するのも困難である。
【特許文献1】特開平11−29585号公報
【特許文献2】特開2001−188102号公報
【特許文献3】特開2007−197425号公報
【特許文献4】特開2002−367229号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで、本発明は、汚れが付き難い、汚れが目立ち難い、及び、汚れが拭き取り易い、という3つの要求のバランスが取れた表面を与える表面処理剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
即ち、本発明は、下記式(1)で示されるパーフルオロポリエーテル残基含有ポリオルガノシロキサン及びそれを含む表面処理剤である。


[式(1)中、Rfは2価のパーフルオロポリエーテル残基、QはRf基とZとを連結する2価の基、Zはシロキサン結合を3個以上有する3〜11価のポリオルガノシロキサン残基、Rは炭素数8〜40の1価の有機基、nは1〜8の整数、Aは下記式(2)に示した基であり、kは1〜9の整数、但し、n+k=(Zの価数−1)である。

(式(2)中、R’は炭素数1〜4のアルキル基、又はフェニル基、Xは加水分解性基であり、aは2又は3、bは2〜10の整数である。)]
【発明の効果】
【0009】
本発明のポリオルガノシロキサンは、所定の炭素数を有する親油基を、分子の末端付近に備えるので、皮脂等が付着しても目立ち難く、且つ、汚れ拭取り性に優れた硬化皮膜を与えることができ、種々のコーティング用途に使用し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明のパーフルオロポリエーテル残基含有ポリオルガノシロキサンは、下記式(1)で示される。


式(1)中、Rfは2価のパーフルオロポリエーテル残基、QはRf基とZとを連結する2価の基、Zはシロキサン結合を3個以上有する3〜11価のポリオルガノシロキサン残基、Rは炭素数8〜40の1価の有機基、nは1〜8の整数、Aは式(2)に示した基であり、kは1〜9の整数、但し、n+k=(Zの価数−1)である。

式(2)中、R’は炭素数1〜4のアルキル基、又はフェニル基、Xは加水分解性基であり、aは2又は3、bは2〜10の整数である。
【0011】
Rは、炭素数8〜40、好ましくは10〜20のアルキル基で、例えばオクチル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基などが挙げられる。これらの中でもテトラデシル基、ヘキサデシル基が特に好適である。炭素数が、前記下限値未満では、汚れを目立たなくする効果が十分ではなく、前記上限値を超えては、汚れを拭き取るのが困難になる。nは1〜10、好ましくは1〜5、より好ましくは2〜4の整数である。nが前記下限値未満では、汚れを目立たなくする効果が十分ではなく、前記上限値を超えると基Aの量が相対的に少なくなるため、基材への密着性が低下する。
【0012】
式(2)中、Xは加水分解性基、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などの炭素数1〜10のアルコキシ基、メトキシメトキシ基、メトキシエトキシ基などの炭素数2〜10のオキシアルコキシ基、アセトキシ基などの炭素数1〜10のアシロキシ基、イソプロペノキシ基などの炭素数2〜10のアルケニルオキシ基、クロル基、ブロモ基、ヨード基などのハロゲン基などが挙げられる。中でもメトキシ基、エトキシ基、イソプロペノキシ基、クロル基が好適である。
【0013】
R’は、炭素数1〜4のアルキル基、又はフェニル基で、具体的にはメチル基、エチル基、フェニル基などであり、中でもメチル基が好適である。aは2又は3であり、反応性、基材に対する密着性の観点から、3が好ましい。bは2以上であり、基材への密着性と表面特性との両立から2〜5が好ましい。
【0014】
Aの数kは、両末端でそれぞれ異なっていてもよい。また、好ましくは、長鎖アルキル基数nとの比、n/kが、1/5〜5、より好ましくは1/3〜3である。これにより、基材への密着性と汚れの目立ち難さの双方の特性を達成することができる。
【0015】
Rfは、2価のパーフルオロエーテル基であり、分岐を有していてよい。該パーフルオロエーテル基としては、−C2cO−で表される繰返し単位(ここで、cは繰返し単位毎に異なっていてよい、1〜6、好ましくは1〜4の整数である)からなる、式−(C2cO)−で示される基(ここで、dは1〜100、好ましくは2〜80、より好ましくは10〜50の整数である。)を例示することができる。
【0016】
−C2cO−で表される繰り返し単位としては、例えば下記の単位等が挙げられ、これら、2種以上の組み合わせであってもよい。
−CFO−
−CFCFO−
−CFCFCFO−
−CF(CF)CFO−
−CFCFCCCFO−
−CFCFCFCFCFCFO−
−C(CFO−
【0017】
好ましくは、Rfは、下記一般式(3)、(4)、(5)で示される基から選ばれる。


(式中、Yはそれぞれ独立にF又はCF基、eは1〜3の整数、gは2〜6の整数、f、iはそれぞれ0〜100の整数でf+iは2〜100、hは0〜6の整数であり、各繰り返し単位の配列はランダムであってよい。)


(式中、jは1〜100の整数、eは1〜3の整数である。)


(式中、YはF又はCF基、eは1〜3の整数、k、lはそれぞれ0〜100の整数でk+lは2〜100、hは0〜6の整数であり、各繰り返し単位の配列はランダムであってよい。)
【0018】
下記式(6)で表される基も好ましい。


(式中、m=0〜50、n=1〜50及びm+n=2〜60の整数である。)
【0019】
上記化学構造式中の繰り返し単位の合計は2〜80、より好ましくは10〜50の範囲である。
【0020】
式(1)において、QはRf基とZ基との連結基であり、好ましくは、アミド、エーテル、エステル、又はビニル結合を含む、炭素数3〜12の有機基である。Qの例として、下記ものが挙げられる。


上記各基において、左側がRfに、右側がZに結合される。
【0021】
式(1)において、Zは酸素原子、窒素原子、ケイ素原子及び硫黄原子から選ばれる1種または2種以上を含有しても良い、シロキサン結合を少なくとも3個以上有する、少なくとも3価のポリオルガノシロキサン残基である。Zの例として、下記のものがあげられる。




【0022】
本発明のポリオルガノシロキサンの調製方法の一例を示す。先ず、下記式で示される、Rfの両側に不飽和基を有する化合物を、

Q’RfQ’

Zを誘導するためのオルガノハイドロジェンポリシロキサンであって、Q、A及びRを結合させたい箇所にSiH結合を備える物と付加反応させる。ここで、Q’は例えば下記の基である。

【0023】
次いで、式(2)の構造を誘導するための下記式で表される不飽和基を有する化合物と、

(R’、X、a、bについては上述のとおりである。)
Rの末端が不飽和結合になっている化合物、例えば、1−デセンを上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンの残りのSiH結合と付加反応させる。付加反応は、定法に従い、付加反応触媒、例えば白金化合物、の存在下で行うことができる。
【0024】
本発明は、上記パーフルオロポリエーテル残基含有ポリオルガノシロキサン及び/又はその部分加水分解縮合物を主成分とする表面処理剤組成物を提供する。該組成物には、必要に応じて、加水分解縮合触媒、例えば、有機チタン化合物(テトラn−ブチルチタネートなど)、有機錫化合物(ジブチル錫ジメトキシド、ジラウリン酸ジブチル錫など)、有機酸(酢酸、メタンスルホン酸、カルボン酸など)、無機酸(塩酸、硫酸など)を添加してもよく、それらの水素がフッ素で置換されていると、溶解性の点でなお好ましい。これらの中では、特に酢酸、テトラn−ブチルチタネート、パーフロロカルボン酸などが望ましい。添加量は触媒量であり、通常ポリオルガノシロキサン及び/又はその部分加水分解縮合物100重量部に対して0.01〜5重量部、特に0.1〜1重量部である。
【0025】
該組成物は、適当な溶剤を含んでよい。このような溶媒としては、フッ素変性脂肪族炭化水素系溶剤(パーフルオロヘプタン、パーフルオロオクタンなど)、フッ素変性芳香族炭化水素系溶剤(m−キシレンヘキサフロライド、ベンゾトリフロライドなど)、フッ素変性エーテル系溶剤(メチルパーフルオロブチルエーテル、パーフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)など)、フッ素変性アルキルアミン系溶剤(パーフルオロトリブチルアミン、パーフルオロトリペンチルアミンなど)、炭化水素系溶剤(石油ベンジン、ミネラルスピリッツ、トルエン、キシレンなど)、ケトン系溶剤(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)を例示することができる。これらの中では、溶解性、濡れ性などの点で、フッ素変性された溶剤が望ましく、特には、m−キシレンヘキサフロライド、パーフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)、パーフルオロトリブチルアミンなどである。
【0026】
上記溶剤の2種以上を混合してもよい。溶剤の量は、式(1)のポリオルガノシロキサン及び/又はその部分加水分解縮合物の濃度が0.01〜50重量%、特に0.05〜20重量%となるような量であることが好ましい。
【0027】
該表面処理剤組成物を用いた表面処理方法としては、刷毛塗り、ディッピング、スプレー、スピンコート、蒸着などによって、通常0.1nm〜5μm、特に1〜100nm程度の厚みで、基材上に施与した後、例えば刷毛塗りやディッピングの場合は、室温から120℃の範囲で硬化させる。該硬化を促進するために、好ましくは、加湿下で行う。
【0028】
基材は、特に制限されないが、基材としては、紙、布、金属及びその酸化物、ガラス、プラスチック、陶磁器、セラミックなど各種材質のものを用いることができる。例えば、撥水撥油処理は、紙、布、金属、ガラス、プラスチック、セラミックなどに、離型処理は、粘着テープ、樹脂成形用金型、ロール用などに、防汚加工処理は、紙、布、金属、ガラス、プラスチック、セラミックなどに、夫々行なうことができる。
【0029】
本発明の表面処理剤組成物は、例えば、眼鏡レンズ、反射防止フィルターなど光学部材の指紋、皮脂付着防止コーティング;浴槽、洗面台のようなサニタリー製品の撥水、防汚コーティング;自動車、電車、航空機などの窓ガラス、ヘッドランプカバー等の防汚コーティング;外壁用建材の撥水、防汚コーティング;台所用建材の油汚れ防止用コーティング;電話ボックスの撥水、防汚及び貼り紙防止コーティング;美術品などの撥水性、指紋付着防止付与のコーティング;コンパクトディスク、DVDなどの指紋付着防止コーティング;その他、塗料添加剤、樹脂改質剤、無機質充填剤の流動性、分散性を改質、テープ、フイルムなどの潤滑性の向上などに応用できる。
【実施例】
【0030】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【0031】
実施例1
反応容器に、下記式


(但し、Rfは以下の基である。p/q=0.9 p+qの平均が約23、以下p+q≒23と表す。)


で示される両末端にα−不飽和結合を有するパーフルオロポリエーテル500gと、m−キシレンヘキサフロライド700g、塩化白金酸/ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液0.442g(Pt単体とし1.1x10−7モルを含有)を入れて、90℃に加熱撹拌した。そこへ、テトラメチルシクロテトラシロキサン400gを入れて、90℃で3時間熟成し、H−NMRで不飽和基が消失したのを確認した。次いで、反応物を減圧蒸留に付して、無色透明の液体515gを得た。
【0032】
反応容器に、上で得た液体100g(0.02mol)と、m−キシレンヘキサフロライド100g、塩化白金酸/ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液0.0550g(Pt単体として4.4x10−6モルを含有)を入れて90℃に加熱撹拌した。そこへ、ビニルトリメトキシシラン9.8g(0.06mol)及び1−デセン9.2g(0.06mol)を入れて、90℃で3時間熟成した。応物を減圧蒸留に付して、無色透明の液体(「化合物1」とする)105.4gを得た。
【0033】
化合物1のH−NMRチャートを図1に、ケミカルシフトのデータを下に示す。


【0034】
以上の結果から、得られた化合物の主成分の構造式は下記であることが分った。


(式中Rfは上述のとおりである。)
【0035】
実施例2〜7
実施例1で用いた1−デセンの代わりに、下表のオレフィンをそれぞれ用いて、実施例1と同様にして、化合物2〜7を得た。


【0036】
実施例8〜14
実施例1で用いたパーフルオロポリエーテルに代えて、分子鎖の長さが倍のパーフルオロポリエーテル(p/q=0.9 p+q≒45)及び、下表のオレフィンをそれぞれ用いて、実施例1と同様にして、化合物8〜14を得た。


【0037】
表面処理剤組成物の調製
合成された化合物1〜14を、夫々、エチルパーフロロブチルエーテル(HFE−7200、住友3M社製)に溶解させて、0.3wt%溶液を調製した。得られた各表面処理剤組成物中に、スライドガラスを10秒間浸漬後150mm/minの速度で引き上げ、25℃、湿度40%の雰囲気下で24時間放置し、硬化皮膜を形成させた。この試料片を用いて、後述する方法により評価を行った。結果を表1に示す。
【0038】
比較例1〜7
実施例で用いた化合物1〜14のパーフルオロ変性シランに代えて、下記化合物15〜20を用いた他は実施例と同様の方法で試料片を作成して評価した。化合物21については、特許文献4、段落0052記載の方法で、ハードコートされたDVDディスクに代えて、スライドガラスを用いて、処理した。
【0039】
化合物15

但し、Rfは以下の基である。


(p/q=0.9 p+q≒45)
【0040】
化合物16


但し、Rfは以下の基である。


(p/q=0.9 p+q≒23)
【0041】
化合物17


但し、Rfは以下の基である。


(p/q=0.9 p+q≒45)
【0042】
化合物18

【0043】
化合物19

【0044】
化合物20



但し、Rfは以下の基である。


(p/q=0.9 p+q≒45)
【0045】
化合物21:オクタデシルトリクロロシラン
【0046】
比較例8
表面処理をしないスライドガラスを用いて実施例と同様に下記方法で評価した。
【0047】
[撥水撥油性の評価方法]
接触角計(協和界面科学社製DropMaster)を用いて、硬化皮膜の水接触角及びオレイン酸に対する接触角を測定した。
【0048】
[評価A:汚れの目立ちにくさの評価]
額の皮脂を指に付着させ、各表面処理剤組成物で処理した基材の処理面上を、指で円弧を描くようにして皮脂を付着させた後、目視により汚れが目立っているか下記基準により評価した。
○ 汚れが目立たない。
△ 汚れが目立つが気にならない。
× 汚れが目立つ。
【0049】
[評価B:皮脂汚れ拭取り性の評価]
ティッシュペーパーを用い、上記皮脂汚れを拭き取り、拭き取り後の表面を目視により観察して、下記基準により評価した。
○ 汚れが完全に拭取れた。
△ 汚れが目立たなくなるが、光を斜めから入射させた場合に、汚れが視認できる。
× 汚れが目立つ、または、汚れは目立たないが、明らかに付着したままである。
【0050】
[評価C:マジックインキ拭取り性の評価]
処理面上に、マジックインキ(黒色、ゼブラ社製 ハイマッキー)で、線を描き、乾燥後、それをティッシュペーパーで拭き取り、拭き取り後の表面を目視により観察して、下記基準により評価した。
○ マジックの痕跡が残らない。
△ 拭取り後にマジックの跡が薄く残る。
× マジックの跡が目立つ。
【0051】
【表1】

【0052】
実施例は、比較例と比較して、同等の汚れの拭き取り易さを維持しつつ、皮脂が付着した際の汚れが目立ち難かった。
【産業上の利用可能性】
【0053】
本発明に示すパーフルオロポリエーテル残基含有ポリオルガノシロキサンは、汚れが付着しても目立ちにくい表面を与え、携帯電話、PDA、携帯音楽プレーヤー、カーナビ、テレビ、液晶モニター等、汚れにより視認性の低下が問題となっている装置の表面処理用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】化合物1のNMRチャートである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(1)で示されるパーフルオロポリエーテル残基含有ポリオルガノシロキサン。


[式(1)中、Rfは2価のパーフルオロポリエーテル残基、QはRfとZとを連結する2価の基、Zはシロキサン結合を3個以上有する3〜11価のポリオルガノシロキサン残基、Rは炭素数8〜40の1価の有機基、nは1〜8の整数、Aは下記式(2)に示した基であり、kは1〜9の整数、但し、n+k=(Zの価数−1)である。

(式(2)中、R’は炭素数1〜4のアルキル基、又はフェニル基、Xは加水分解性基であり、aは2又は3、bは2〜10の整数である。)]
【請求項2】
Rがテトラデシル基又はヘキサデシル基であり、nが1〜3である、請求項1記載のポリオルガノシロキサン。
【請求項3】
式(1)において、Rfが下記式で示される基であることを特徴とする請求項1または2記載のポリオルガノシロキサン。
−(C2cO)
(式中、cは1〜6の整数、dは1〜100の整数である。)
【請求項4】
Rfが、下記一般式(3)、(4)、又は(5)で示される基である、請求項3記載のポリオルガノシロキサン。


(式中、Yはそれぞれ独立にF又はCF基、eは1〜3の整数、gは2〜6の整数、f、iはそれぞれ0〜100の整数でf+iは2〜100、hは0〜6の整数であり、各繰り返し単位の配列はランダムであってよい。)


(式中、jは1〜100の整数、eは1〜3の整数である。)


(式中、YはF又はCF基、eは1〜3の整数、k、lはそれぞれ0〜100の整数でk+lは2〜100、hは0〜6の整数であり、各繰り返し単位の配列はランダムであってよい。)
【請求項5】
式(1)において、Rfが下記式(6)で示されることを特徴とする請求項3に記載のポリオルガノシロキサン。

(式中、m=0〜50、n=1〜50及びm+n=2〜60の整数である。)
【請求項6】
式(1)において、Qが、アミド、エーテル、エステル、ビニル結合を含む基であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリオルガノシロキサン。
【請求項7】
式(1)において、Zが下記いずれかの式で表される基である、請求項1〜6のいずれか1項記載のポリオルガノシロキサン。

【請求項8】
Xがメトキシ基またはエトキシ基であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のポリオルガノシロキサン。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれか1項記載のポリオルガノシロキサン及び/又はその部分加水分解縮合物を含む表面処理剤組成物。
【請求項10】
請求項1〜8のいずれか1項記載のポリオルガノシロキサン及び/又はその部分加水分解縮合物から得られた硬化被膜を表面に有する物品。

【図1】
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【公開番号】特開2010−47516(P2010−47516A)
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−213133(P2008−213133)
【出願日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【出願人】(000002060)信越化学工業株式会社 (3,361)
【Fターム(参考)】