JP6741170B2 - 含フッ素エーテル化合物の製造方法、物品の製造方法 - Google Patents
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Description
上記含フッ素エーテル化合物の製造方法としては、ヒドロシリル化触媒としての白金錯体の存在下、ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖およびω−アルケニル基を有する化合物とアセトキシシラン等とを反応させる方法が知られている(特許文献1)。
本発明者らが、特許文献1に記載の製造方法により得られた含フッ素エーテル化合物を用いて基材の表面に表面層を形成したところ、ドライコーティングおよびウェットコーティングのいずれかの製造条件で表面層の耐摩擦性が不充分になる場合があることを知見した。
[1] ヒドロシリル化触媒の存在下、ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖およびω−アルケニル基を有する化合物と、ケイ素原子に結合した水素原子ならびにケイ素原子に結合した加水分解性基およびケイ素原子に結合した水酸基の少なくとも一方を有する化合物とを反応させて、ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖ならびにケイ素原子に結合した加水分解性基およびケイ素原子に結合した水酸基の少なくとも一方を有する含フッ素エーテル化合物を含む混合物を得た後、前記混合物と細孔径が0.2〜100nmの吸着材とを接触させることを特徴とする含フッ素エーテル化合物の製造方法。
[2] 前記吸着材の細孔径が、0.5〜50nmである、[1]に記載の製造方法。
[3] 前記吸着材が、合成吸着材、ゼオライト、活性炭またはアルミナである、[1]または[2]に記載の製造方法。
[4] 前記ヒドロシリル化触媒が、第8族〜第10族遷移金属触媒である、[1]〜[3]のいずれかに記載の製造方法。
[A1−O−Z1−(RfO)m−]jZ2[−CH=CH2]q (1)
ただし、A1は、ペルフルオロアルキル基または−Q[−CH=CH2]kであり、A1が−Q[−CH=CH2]kである場合jは1であり、
Qは(k+1)価の連結基であり、kは1〜10の整数であり、
Z1は、単結合、1個以上の水素原子がフッ素原子に置換された炭素数1〜20のオキシフルオロアルキレン基(ただし、オキシペルフルオロアルキレン基を除く。上記オキシフルオロアルキレン基中の酸素原子は、(RfO)mに結合する。)、または、1個以上の水素原子がフッ素原子に置換された炭素数1〜20のポリ(オキシフルオロアルキレン)基((RfO)mに結合するオキシフルオロアルキレン基中の酸素原子は、(RfO)mに結合する。(RfO)mに結合するオキシフルオロアルキレン基は、1個以上の水素原子を含む。ポリ(オキシフルオロアルキレン)基には、全ての水素原子がフッ素原子に置換されたオキシペルフルオロアルキレン基と、1個以上の水素原子を含むオキシフルオロアルキレン基との両方が含まれていてもよい。)であり、
Rfはペルフルオロアルキレン基であり、mは、2〜200の整数であり、(RfO)mにおいて炭素数の異なる2種以上のRfOが存在する場合、各RfOの結合順序は限定されず、
Z2は(j+q)価の連結基であり、j、qはそれぞれ1以上の整数である。
H−SiRnL3−n (3)
ただし、Rは1価の炭化水素基であり、Lは加水分解性基または水酸基であり、nは0〜2の整数であり、nが0または1である場合1分子中に存在する複数のLは互いに同じであっても異なっていてもよく、nが2である場合1分子中に存在する2つのRは互いに同じであっても異なっていてもよい。
[7] 前記nが0または1であり、複数のLがいずれも加水分解性基である、[6]に記載の製造方法。
[8] 前記吸着材の使用量が、前記ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖およびω−アルケニル基を有する化合物の全質量に対して、0.1〜30質量%である、[1]〜[7]のいずれかに記載の製造方法。
[9] 前記混合物と前記吸着材とを液状媒体中で接触させる、[1]〜[8]のいずれかに記載の製造方法。
[10] 前記[1]〜[9]のいずれかに記載の製造方法によって得られた含フッ素エーテル化合物を用いて、基材の表面に表面層を形成することを特徴とする物品の製造方法。
本明細書において、「アルキレン基がA基を有していてもよい」「A基を有していてもよいアルキレン基」という場合、アルキレン基は、アルキレン基中の炭素原子−炭素原子間にA基を有していてもよいし、アルキレン基−A基−のように末端にA基を有していてもよい。
本発明における用語の意味は以下の通りである。
「エーテル性酸素原子」とは、炭素原子−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。
「2価のオルガノポリシロキサン残基」とは、下式で表される基である。下式におけるRaは、アルキル基(好ましくは炭素数1〜10)、または、フェニル基である。また、g1は、1以上の整数であり、1〜9の整数が好ましく、1〜4の整数が特に好ましい。
「ジアルキルシリレン基」は、−Si(Rc)2−(ただし、Rcはアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)である。)で表される基である。
「表面層」とは、基材の表面に形成される層を意味する。
含フッ素エーテル化合物の「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および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。
本明細書において、ヒドロシリル化触媒の存在下、化合物Aと化合物Bとを反応させて、化合物Cを得る工程を「合成工程」という。また、混合物と特定吸着材とを接触させる工程を「接触工程」という。
ここで、化合物Bは、1つのケイ素原子に、水素原子と、水酸基および加水分解性基の少なくとも一方と、が結合した化合物であってもよい。このような化合物Bの具体例としては、H−Si(OH)(R1)2、H−Si(OH)2(R1)、H−Si(OH)3、H−Si(L1)(R1)2、H−Si(L1)2(R1)、H−Si(L1)3、H−Si(OH)(L1)(R1)、H−Si(OH)(L1)2、H−Si(OH)2(L1)が挙げられる。式中、R1は1価の炭化水素基を表し、L1は加水分解性基を表す。
すなわち、化合物Cの加水分解反応によって生じたシラノール基同士の脱水縮合反応が、ヒドロシリル化触媒によって促進される場合がある。そうすると、化合物Cの加水分解によって生じるシラノール基が基材の表面処理を実施する前に消費されているので、化合物Cと基材との反応点が減少して、表面層と基材との密着性が低下すると推測される。これにより、表面層の耐摩擦性が低下したと推測される。
ここで、本発明者らは、ヒドロシリル化触媒(特に、白金触媒)が、系中においてナノオーダーサイズで存在している場合が多いことを知見している。
この知見に基づいて、細孔径を上記所定値以上に設定したことで、ヒドロシリル化触媒を特定吸着材の細孔内で捕捉できると考えられる。また、細孔径を上記所定値以下に設定したことで、特定吸着材の比表面積が大きくなって、多量のヒドロシリル化触媒を捕捉できると考えられる。このように、細孔径が所定値範囲内の特定吸着材を用いることによって、ヒドロシリル化触媒を系中から充分に除去できたため、ドライコーティングおよびウェットコーティングのいずれの製造条件でも耐摩擦性に優れる表面層が形成できたと推測される。
(化合物A)
化合物Aが有するポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖としては、表面層の撥水撥油性がより優れる点から、(RfO)m(ただし、Rfはペルフルオロアルキレン基であり、mは2〜200の整数であり、炭素数の異なる2種以上のRfOからなるものであってもよい。)が好ましい。
(RfO)mの定義は、後段で詳述する。
化合物Aはω−アルケニル基を複数有していてもよい。化合物A中のω−アルケニル基の数は、1〜10が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜3が特に好ましい。
ω−アルケニル基としては、アリル基、ビニル基、3−ブテニル基が挙げられる。
[A1−O−Z1−(RfO)m−]jZ2[−CH=CH2]q (1)
A1は、ペルフルオロアルキル基または−Q[−CH=CH2]kである。
ペルフルオロアルキル基中の炭素数は、表面層の耐摩擦性がより優れる点から、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜6がさらに好ましく、1〜3が特に好ましい。
ペルフルオロアルキル基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。
ただし、A1が−Q[−CH=CH2]kである場合、jは1である。
ペルフルオロアルキル基としては、表面層の撥水撥油性がより優れる点から、CF3−、CF3CF2−およびCF3CF2CF2−が好ましい。
Qとしては、たとえば、エーテル性酸素原子または2価のオルガノポリシロキサン残基を有していてもよいアルキレン基、炭素原子、窒素原子、ケイ素原子、2〜8価のオルガノポリシロキサン残基、ならびに、後述する式(2−1)、式(2−2)および式(2−1−1)〜(2−1−6)から−CH=CH2を除いた基が挙げられる。
ペルフルオロアルキレン基の炭素数は、表面層の撥水撥油性がより優れる点から、1〜6が好ましい。
ペルフルオロアルキレン基は、分岐鎖状であってもよいが、表面層の撥水撥油性により優れる点から、直鎖状が好ましい。
なお、複数のRfは、同一であっても異なっていてもよい。つまり、(RfO)mは、炭素数の異なる2種以上のRfOから構成されていてもよい。
(RfO)mとしては、表面層の撥水撥油性がより優れる点から、{(CF2O)m11(CF2CF2O)m12(CF2CF2CF2O)m13(CF2CF2CF2CF2O)m14}、(CF2CF2O)m16、(CF2CF2CF2O)m17、(CF2CF2O−CF2CF2CF2CF2O)m15(CF2CF2O)、(CF2O−CF2CF2CF2CF2CF2O)m18(CF2O)および(CF2CF2O−CF2CF2CF2CF2CF2CF2O)m19(CF2CF2O)が好ましく、{(CF2O)m11(CF2CF2O)m12(CF2CF2CF2O)m13(CF2CF2CF2CF2O)m14}、(CF2CF2O−CF2CF2CF2CF2O)m15(CF2CF2O)、(CF2O−CF2CF2CF2CF2CF2O)m18(CF2O)および(CF2CF2O−CF2CF2CF2CF2CF2CF2O)m19(CF2CF2O)が特に好ましい。
ただし、m11およびm12は、それぞれ1以上の整数であり、m13およびm14は、それぞれ0または1以上の整数であり、m11+m12+m13+m14は2〜200の整数であり、m11個のCF2O、m12個のCF2CF2O、m13個のCF2CF2CF2O、m14個のCF2CF2CF2CF2Oの結合順序は限定されない。m16およびm17は、それぞれ2〜200の整数であり、m15、m18およびm19は、1〜99の整数である。
Z2としては、たとえば、エーテル性酸素原子または2価のオルガノポリシロキサン残基を有していてもよいアルキレン基、炭素原子、窒素原子、ケイ素原子、2〜8価のオルガノポリシロキサン残基、ならびに、後述する式(2−1)、式(2−2)および式(2−1−1)〜(2−1−6)から−CH=CH2を除いた基が挙げられる。
jは、1以上の整数であり、表面層の撥水撥油性がより優れる点から、1〜5の整数が好ましく、化合物を製造しやすい点から、1が特に好ましい。
qは、1以上の整数であり、表面層の撥水撥油性がより優れる点から、2〜4の整数が好ましく、2または3がより好ましく、3が特に好ましい。
A1−O−Z1−(RfO)m−Z3 (1−1)
式(1−1)中、A1、Z1、Rfおよびmの定義は、式(1)中の各基の定義と同義である。
−Rf7−Qa−X(−Qb−CH=CH2)h(−R7)i (2−1)
−Rf7−Q71−[CH2C(R71)(−Q72−CH=CH2)]y−R72 (2−2)
ペルフルオロアルキレン基の炭素数は、1〜30が好ましく、1〜6が特に好ましい。 ペルフルオロアルキレン基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。
Rf7としては、化合物を製造しやすい点から、−CF2CF2CF2CF2−および−CF2CF2CF2CF2CF2−が好ましい。
2価の連結基としては、たとえば、2価の炭化水素基(2価の飽和炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基、アルケニレン基、アルキニレン基であってもよい。2価の飽和炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状または環状であってもよく、たとえば、アルキレン基が挙げられる。炭素数は1〜20が好ましい。また、2価の芳香族炭化水素基は、炭素数5〜20が好ましく、たとえば、フェニレン基が挙げられる。それ以外にも、炭素数2〜20のアルケニレン基、炭素数2〜20のアルキニレン基であってもよい。)、2価の複素環基、−O−、−S−、−SO2−、−N(Rd)−、−C(O)−、−Si(Ra)2−および、これらを2種以上組み合わせた基が挙げられる。ここで、Raは、アルキル基(好ましくは炭素数1〜10)、または、フェニル基である。Rdは、水素原子またはアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)である。
なお、上記これらを2種以上組み合わせた基としては、たとえば、−OC(O)−、−C(O)N(Rd)−、アルキレン基−O−アルキレン基、アルキレン基−OC(O)−アルキレン基、アルキレン基−Si(Ra)2−フェニレン基−Si(Ra)2が挙げられる。
なお、上記アルキレン基は、−O−、シルフェニレン骨格基、2価のオルガノポリシロキサン残基またはジアルキルシリレン基を有していてもよい。アルキレン基は、−O−、シルフェニレン骨格基、2価のオルガノポリシロキサン残基およびジアルキルシリレン基からなる群から選択される基を複数有していてもよい。
Xで表されるアルキレン基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜10が特に好ましい。
2〜8価のオルガノポリシロキサン残基としては、2価のオルガノポリシロキサン残基、および、後述する(w+1)価のオルガノポリシロキサン残基が挙げられる。
2価の連結基の定義は、上述したQaで説明した定義と同義である。
アルキル基の炭素数は、1〜5が好ましく、1〜3がより好ましく、1が特に好ましい。
Xが窒素原子の場合、hは1〜2の整数であり、iは0〜1の整数であり、h+i=2を満たし、
Xが炭素原子またはケイ素原子の場合、hは1〜3の整数であり、iは0〜2の整数であり、h+i=3を満たし、
Xが2〜8価のオルガノポリシロキサン残基の場合、hは1〜7の整数であり、iは0〜6の整数であり、h+i=1〜7を満たす。
(−Qb−CH=CH2)が2個以上ある場合は、2個以上の(−Qb−CH=CH2)は、同一であっても異なっていてもよい。R7が2個以上ある場合は、2個以上の(−R7)は、同一であっても異なっていてもよい。
アルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
アルキル基としては、メチル基が好ましい。
2個以上の[CH2C(R71)(−Q72−CH=CH2)]は、同一であっても異なっていてもよい。
−Rf7−(X1)p−Q1−CH=CH2 (2−1−1)
−Rf7−(X2)r1−Q21−N[−(Q22)r2−CH=CH2]2 (2−1−2)
−Rf7−Q31−G(R3)[−(Q32)c−CH=CH2]2 (2−1−3)
−Rf7−[C(O)N(Rd)]s−Q41−(O)t−C[−(O)u1−(Q42)u2−CH=CH2]3 (2−1−4)
−Rf7−Q51−Si[−(Q52)e−CH=CH2]3 (2−1−5)
−Rf7−[C(O)N(Rd)]v1−Q61−Z3[−(Q62)v2−CH=CH2]w (2−1−6)
なお、式(2−1−1)〜(2−1−6)中のRf7の定義は、上述した通りである。
Rdの定義は、上述した通りである。
pは、0または1である。
なお、アルキレン基が−O−を有する場合、炭素原子−炭素原子間に−O−を有することが好ましい。また、アルキレン基が、シルフェニレン骨格基、2価のオルガノポリシロキサン残基またはジアルキルシリレン基を有する場合、炭素原子−炭素原子間または(X1)pと結合する側とは反対側の末端にこれらの基を有することが好ましい。
Q1で表されるアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6が特に好ましい。
Rdの定義は、上述した通りである。
Q21で表されるアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6が特に好ましい。
Q21で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子、−C(O)−、−C(O)O−、−OC(O)−もしくは−NH−を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
Q21としては、化合物を製造しやすい点から、−CH2−、−CH2CH2−、−CH2CH2CH2−、−CH2OCH2CH2−、−CH2NHCH2CH2−および−CH2CH2OC(O)CH2CH2−が好ましい(ただし、右側がNに結合する。)。
r2は、0または1である。
なお、アルキレン基が2価のオルガノポリシロキサン残基を有する場合、炭素原子−炭素原子間またはNと結合する側とは反対側の末端にこの基を有することが好ましい。
Q22で表される2価のオルガノポリシロキサン残基を有していてもよいアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6が特に好ましい。
Q22で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子または−NH−を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
2個の[−(Q22)r2−CH=CH2]は、同一であっても異なっていてもよい。
Q31で表されるアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
Q31で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
R3は、水酸基またはアルキル基である。R3で表されるアルキル基の炭素数は、1〜4が好ましい。
cは、0または1である。
G(R3)としては、化合物を製造しやすい点から、C(OH)およびSi(R3a)(ただし、R3aはアルキル基である。アルキル基の炭素数は1〜10が好ましく、メチル基が特に好ましい。)が好ましい。
なお、アルキレン基が2価のオルガノポリシロキサン残基を有する場合、炭素原子−炭素原子間またはGと結合する側とは反対側の末端にこの基を有することが好ましい。
Q32で表される2価のオルガノポリシロキサン残基を有していてもよいアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6が特に好ましい。
Q32で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
Q32としては、化合物を製造しやすい点から、−CH2−および−CH2CH2CH2CH2CH2CH2−が好ましい。
2個の[−(Q32)c−CH=CH2]は、同一であっても異なっていてもよい。
sは、0または1である。
Q41は、単結合、アルキレン基、または、炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基である。
Q41で表されるアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
Q41で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
tは、0または1(ただし、Q41が単結合の場合は0である。)である。
−Q41−(O)t−としては、化合物を製造しやすい点から、sが0の場合は、単結合、−CH2O−、−CH2OCH2−、−CH2OCH2CH2O−、−CH2OCH2CH2OCH2−および−CH2OCH2CH2CH2CH2OCH2−が好ましく(ただし、左側がRf7に結合する。)、sが1の場合は、単結合、−CH2−および−CH2CH2−が好ましい。
なお、アルキレン基が−O−を有する場合、炭素原子−炭素原子間に−O−を有することが好ましい。また、アルキレン基が−C(O)N(Rd)−、ジアルキルシリレン基または2価のオルガノポリシロキサン残基を有する場合、炭素原子−炭素原子間または(O)u1と結合する側の末端にこれらの基を有することが好ましい。また、アルキレン基がシルフェニレン骨格基を有する場合、炭素原子−炭素原子間または(O)u1と結合する側とは反対側の末端にこれらの基を有することが好ましい。
Q42で表されるアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6が特に好ましい。
u2は、0または1である。
−(O)u1−(Q42)u2−としては、化合物を製造しやすい点から、単結合、−CH2−、−CH2OCH2−、−CH2OCH2CH2CH2−、−OCH2−、−OSi(CH3)2CH2−、−OSi(CH3)2OSi(CH3)2CH2−および−CH2CH2CH2Si(CH3)2PhSi(CH3)2−が好ましい(ただし、右側が−CH=CH2に結合する。)
3個の[−(O)u1−(Q42)u2−CH=CH2]は、同一であっても異なっていてもよい。
Q51で表されるアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6が特に好ましい。
Q51で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
Q51としては、化合物を製造しやすい点から、−CH2OCH2CH2CH2−、−CH2OCH2CH2OCH2CH2CH2−、−CH2CH2−および−CH2CH2CH2−が好ましい(ただし、右側がSiに結合する。)。
Q52は、2価のオルガノポリシロキサン残基を有していてもよいアルキレン基、または、炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基である。
なお、アルキレン基が2価のオルガノポリシロキサン残基を有する場合、炭素原子−炭素原子間またはSiと結合する側とは反対側の末端にこの基を有することが好ましい。
Q52で表されるアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6が特に好ましい。
Q52で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
Q52としては、化合物を製造しやすい点から、−CH2−および−CH2CH2OCH2−が好ましい(ただし、右側が−CH=CH2に結合する。)。
3個の[−(Q52)e−CH=CH2]は、同一であっても異なっていてもよい。
v1は、0または1である。
Q61で表されるアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
Q61で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
Q61としては、化合物を製造しやすい点から、−CH2OCH2CH2CH2−、−CH2OCH2CH2OCH2CH2CH2−、−CH2CH2−および−CH2CH2CH2−が好ましい(ただし、右側がZ3に結合する。)。
wは、2〜7の整数である。
(w+1)価のオルガノポリシロキサン残基としては、下記の基が挙げられる。ただし、下式におけるRaは、上述の通りである。
Q62は、2価のオルガノポリシロキサン残基を有していてもよいアルキレン基、または、炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基である。
なお、アルキレン基が2価のオルガノポリシロキサン残基を有する場合、炭素原子−炭素原子間またはZ3と結合する側とは反対側の末端にこの基を有することが好ましい。
Q62で表されるアルキレン基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6が特に好ましい。
Q62で表される炭素数2以上のアルキレン基の炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する基の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6が特に好ましい。
Q62としては、化合物を製造しやすい点から、−CH2−が好ましい。
w個の[−(Q62)v2−CH=CH2]は、同一であっても異なっていてもよい。
化合物B中におけるケイ素原子に結合した水素原子の数は、1〜3が好ましく、1が特に好ましい。
H−SiRnL3−n (3)
Lの加水分解性基は、加水分解反応により水酸基となる基である。ケイ素原子に結合した水酸基は、さらにケイ素原子に結合した水酸基間で反応してSi−O−Si結合を形成する。また、ケイ素原子に結合した水酸基は、基材の表面の水酸基(基材−OH)と脱水縮合反応して、化学結合(基材−O−Si)を形成できる。
Lとしては、工業的な製造が容易な点から、炭素数1〜4のアルコキシ基およびハロゲン原子が好ましい。Lとしては、塗布時のアウトガスが少なく、化合物3の保存安定性がより優れる点から、炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、化合物3の長期の保存安定性が必要な場合にはエトキシ基が特に好ましく、塗布後の反応時間を短時間とする場合にはメトキシ基が特に好ましい。
nは、0または1が好ましく、0が特に好ましい。Lが複数存在することによって、表面層の基材への密着性がより強固になる。
nが0または1である場合、1分子中に存在する複数のLは互いに同じであっても異なっていてもよい。原料の入手容易性や製造容易性の点からは、互いに同じであることが好ましい。nが2である場合、1分子中に存在する2つのRは互いに同じであっても異なっていてもよい。
化合物Cは、化合物の保存安定性がより優れる点から、ケイ素原子に結合した加水分解性基を有することが好ましい。
化合物Cの数平均分子量は、500〜20,000が好ましく、800〜10,000がより好ましく、1,000〜8,000が特に好ましい。数平均分子量が該範囲内であれば、表面層の耐摩擦性に優れる。
[A2−O−Z1−(RfO)m−]jZ2[−C2H4−SiRnL3−n]q (4)
式(4)中、A2は、ペルフルオロアルキル基または−Q[−C2H4−SiRnL3−n]kである。
ただし、A2が−Q[−C2H4−SiRnL3−n]kである場合、jは1である。
他の各基の定義は、上述した通りである。
A2−O−Z1−(RfO)m−Z4 (4−1)
式(4−1)中、A2、Z1、Rf、および、mの定義は、上述した通りである。
−Rf7−Qa−X(−Qb−C2H4−SiRnL3−n)h(−R7)i (5−1)
−Rf7−Q71−[CH2C(R71)(−Q72−C2H4−SiRnL3−n)]y−R72 (5−2)
なお、式(5−1)および(5−2)中の各基の定義は、上述した通りである。
−Rf7−(X1)p−Q1−C2H4−SiRnL3−n (5−1−1)
−Rf7−(X2)r1−Q21−N[−(Q22)r2−C2H4−SiRnL3−n]2 (5−1−2)
−Rf7−Q31−G(R3)[−(Q32)c−C2H4−SiRnL3−n]2 (5−1−3)
−Rf7−[C(O)N(Rd)]s−Q41−(O)t−C[−(O)u1−(Q42)u2−C2H4−SiRnL3−n]3 (5−1−4)
−Rf7−Q51−Si[−(Q52)e−C2H4−SiRnL3−n]3 (5−1−5)
−Rf7−[C(O)N(Rd)]v1−Q61−Z3[−(Q62)v2−C2H4−SiRnL3−n]w (5−1−6)
なお、式(5−1−1)〜(5−1−6)中の各基の定義は、上述した通りである。
ヒドロシリル化触媒としては、遷移金属触媒が好ましく、第8族〜第10族遷移金属触媒がより好ましく、白金(Pt)触媒、ルテニウム(Ru)触媒、ロジウム(Rh)触媒および鉄(Fe)触媒がさらに好ましく、ヒドロシリル化反応がより進行する点から、Pt触媒およびFe触媒が特に好ましく、特定吸着材によって除去しやすい点から、Pt触媒が最も好ましい。なお、第8族〜第10族とは、IUPAC無機化学命名法改訂版(1989年)による族番号である。
Pt触媒の具体例としては、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンのPt錯体、ジビニルテトラメチルジシロキサンのPt錯体、テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンのPt錯体、塩化白金酸、酸化白金が挙げられる。
Fe触媒の具体例としては、国際公開第2016/027819号に記載のヒドロシリル化鉄触媒が挙げられる。
ヒドロシリル化触媒の使用量としては、化合物Aおよび化合物Bの合計量に対して、0.00001〜0.1質量%が好ましく、0.001〜0.02質量%が特に好ましい。
合成工程においては、上述した成分以外の成分を用いてもよい。
たとえば、合成工程においては、液状媒体を用いてもよい。つまり、液状媒体の存在下にて、化合物Aと化合物Bとの反応を実施してもよい。
液状媒体としては、化合物A、化合物Bおよび化合物Cを溶解しうる有機溶媒が好ましい。有機溶媒の具体例としては、フッ素系有機溶媒および非フッ素系有機溶媒が挙げられる。
有機溶媒は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
有機溶媒の含水率は、100ppm以下が好ましく、20ppm以下がより好ましい。
フッ素化アルカンは、炭素数4〜8の化合物が好ましく、たとえば、C6F13H(AC−2000:製品名、AGC社製)、C6F13C2H5(AC−6000:製品名、AGC社製)、C2F5CHFCHFCF3(バートレル:製品名、デュポン社製)が挙げられる。
フッ素化芳香族化合物の具体例としては、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、1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンが挙げられる。
フルオロアルキルエーテルは、炭素数4〜12の化合物が好ましく、たとえば、CF3CH2OCF2CF2H(AE−3000:製品名、AGC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)、C2F5CF(OCH3)C3F7(ノベック−7300:製品名、3M社製)が挙げられる。
フッ素化アルキルアミンの具体例としては、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が挙げられる。
フルオロアルコールの具体例としては、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が挙げられる。
炭化水素系有機溶媒としては、ヘキサン、へプタン、シクロヘキサン等が好ましい。
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。
ヒドロシリル化触媒と化合物Aと化合物Bとの混合方法は、一括して各成分を混合してもよいし、分割して各成分を混合してもよい。なお、成分の混合順も特に限定されない。 化合物Aと化合物Bの混合比としては、化合物の構造によって最適な比が選択されるが、化合物A中のω−アルケニル基のモル数に対する、化合物B中のケイ素原子に結合した水素原子のモル数の比(水素原子/ω−アルケニル基)が1.0〜3.0であることが好ましい。
化合物Aと化合物Bとを反応させる際の反応温度としては、0〜100℃が好ましく、50〜80℃が特に好ましい。反応時間としては、30〜600分間が好ましく、60〜300分間が特に好ましい。
(特定吸着材)
特定吸着材の細孔径は、0.2〜100nmであり、表面層の耐摩擦性がより優れる点から、0.3〜70nmが好ましく、0.3〜50nmがより好ましく、0.5〜50nmが特に好ましい。
特定吸着材の細孔径は、たとえば、ガス吸着法を測定原理とする細孔分布測定装置(たとえば、アサップ2020:製品名、島津製作所製)によって測定できる。なお、特定吸着材が市販品であって、細孔径のカタログ値がある場合には、カタログ値を採用することもできる。
吸着材は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
合成吸着材は市販品であってもよく、たとえば、ピュロライト社製のPuroSorb PAD300(細孔径28nm)、PAD350(細孔径35nm)、PAD400(細孔径40nm)、PAD500(細孔径50nm)、PAD550(細孔径60nm)、PAD600(細孔径63nm)、PAD610(細孔径70nm)、PAD700(細孔径70nm)、PAD900(100nm)が挙げられる。
ゼオライトは市販品であってもよく、たとえば、Acros社製のモレキュラーシーブ3A(細孔径0.3nm)、東ソー社製のHSZ−900(細孔径0.65nm)、HSZ−800(細孔径0.58nm)、HSZ−700(細孔径0.48nm)、HSZ−600(細孔径0.7nm)、HSZ−500(細孔径0.8nm)、HSZ−300(細孔径0.9nm)が挙げられる。
アルミナは市販品であってもよく、たとえば、日本軽金属社製のC20(細孔径8.5nm)、C40(細孔径18nm)、C50(細孔径13nm)が挙げられる。
吸着材の含水率は、吸着材全質量中における水の質量割合であり、乾燥減量法等によって測定できる。
なお、上記吸着材は、本製造方法の使用時に上記含水率の範囲を満たしていればよく、保管時等の使用前においては吸着材の含水率は上記範囲外(たとえば、2〜3質量%)であってもよい。
吸着材を使用する際には、たとえば、含水率が上記範囲超(1.0質量%超)の吸着材に対して脱水処理を施して、所定の含水率の吸着材とした後、本製造方法に適用してもよい。
上記脱水処理の方法としては、たとえば、吸着材に対して水含有量が少ないガス(たとえば、露点が0℃以下の窒素)を吹き付ける方法、吸着材を加熱する方法、減圧吸引する方法等が挙げられる。
混合物と特定吸着材とを接触させる方法としては、混合物と特定吸着材とを混合する方法や、特定吸着材が充填されたフィルタに混合物を流通させる方法が挙げられる。
混合物と特定吸着材とを接触させる際には、混合物と特定吸着材とを直接接触させてもよいし、混合物を液状媒体に溶解または分散させた溶液を調製し、得られた溶液と特定吸着材とを接触させてもよい。
使用される液状媒体は混合物中の化合物Cを溶解または分散できる液状媒体であればよく、上述の化合物Cを溶解しうる有機溶媒が好ましく、フッ素系有機溶媒が特に好ましい。フッ素系有機溶媒の具体例は上述した通りである。
接触時間としては、本発明の効果がより優れる点で、0.1〜180分間が好ましく、1〜60分間が特に好ましい。
接触時の温度としては、本発明の効果がより優れる点で、0〜40℃が好ましく、10〜30℃が特に好ましい。
本製造方法によって得られた化合物Cを用いて、基材の表面に表面層を形成できる。
より具体的には、上記化合物Cまたは化合物Cと液状媒体とを含む組成物(以下、「組成物」ともいう。)を用いることにより、ドライコーティングおよびウェットコーティングのいずれの製造条件でも、基材の表面に耐摩擦性に優れる表面層を形成できる。つまり、基材と、基材の表面に配置された上記化合物Cまたは組成物から形成されてなる表面層と、を有する物品を製造できる。
なお、組成物中の化合物Cの含有量は、組成物の全質量に対して、0.01〜50.00質量%が好ましく、1.0〜30.00質量が特に好ましい。
組成物中の液状媒体の含有量は、組成物の全質量に対して、50.00〜99.99質量%が好ましく、70.00〜99.00質量%が特に好ましい。
基材としては、タッチパネル用基材およびディスプレイ基材が好ましく、タッチパネル用基材がより好ましい。タッチパネル用基材は、透光性を有するのが好ましい。「透光性を有する」とは、JIS R3106:1998(ISO 9050:1990)に準じた垂直入射型可視光透過率が25%以上であるのを意味する。タッチパネル用基材の材料としては、ガラスまたは透明樹脂が好ましい。
・化合物Cまたは組成物を用いたドライコーティング法によって基材の表面を処理して、上記物品を得る方法。
・ウェットコーティング法によって組成物を基材の表面に塗布し、乾燥させて、上記物品を得る方法。
ウェットコーティング法の具体例としては、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、グラビアコート法が挙げられる。
表面層の膜厚は、1〜100nmが好ましく、1〜50nmが特に好ましい。表面層の膜厚は、薄膜解析用X線回折計(ATX−G:製品名、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、この干渉パターンの振動周期から算出できる。
(吸着材の含水率)
試料を減圧雰囲気(約1kPa)にてオーブンにより加熱乾燥(70℃、24時間)し、加熱乾燥前後の質量を測定して算出した。
(接触角の測定方法)
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:製品名、協和界面科学社製)を用いて測定した。表面層の表面における異なる5箇所で測定し、その平均値を算出した。接触角の算出には2θ法を用いた。
表面層について、水およびn−ヘキサデカンの初期接触角を上記測定方法で測定した。評価基準は以下の通りである。
<<水の初期接触角>>
◎(優) :115度以上
○(良) :110度以上115度未満
△(可) :100度以上110度未満
×(不可):100度未満
<<n−ヘキサデカンの初期接触角>>
◎(優) :66度以上
○(良) :65度以上66度未満
△(可) :63度以上65度未満
×(不可):63度未満
表面層について、JIS L0849:2013(ISO 105−X12:2001)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、スチールウールボンスター(#0000)を圧力:98.07kPa、速度:320cm/分で15,000回往復させた後、水の接触角を測定した。摩擦後における水の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。
◎(優) :1万回往復後の水接触角度の変化が5度以下
○(良) :1万回往復後の水接触角度の変化が5度超10度以下
△(可) :1万回往復後の水接触角度の変化が10度超20度以下
×(不可):1万回往復後の水接触角度の変化が20度超
国際公開第2017/022437号の合成例3に記載の方法に従って、化合物(C−1)を合成した。具体的には、ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖およびω−アルケニル基を有する化合物(以下のパーフルオロポリエーテル基含有アリルオキシ体(B−1)と、ケイ素原子に結合した加水分解性基を有する化合物であるトリクロロシランとを、ヒドロシリル化触媒である1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンのPt錯体存在下で反応させ、次いで得られた化合物の塩素原子をメトキシ基に置換させて化合物(C−1)を含む混合物を得た。
まず、例1と同様にして得られた化合物(C−1)を含む混合物の2gを、AC−6000(AGC社製)(含水率:10ppm)に溶解させて、化合物(C−1)を含む混合物の含有量が1質量%の接触用溶液を調製した。
また、吸着材としてA型ゼオライト(モレキュラーシーブス3A:製品名、Acros社製、細孔径0.3nm、含水率0.5質量%)を準備した。
次に、30gのA型ゼオライトが充填されたカラム(直径30mm)に、A型ゼオライトと接触用溶液とが接触するように接触用溶液を通過させた後(接触工程)、接触用溶液を回収した。回収した接触用溶液中のAC−6000を留去して、化合物(C−1)の1.6gを得た。
吸着材として、モルデナイト型ゼオライト(HSZ−600:製品名、東ソー社製、細孔径0.7nm、含水率0.4質量%)、活性炭(活性炭素:製品名、Acros社製、細孔径2nm、含水率0.7質量%)、θ−アルミナ(C40:製品名、日本軽金属社製、細孔径18nm、含水率0.5質量%)、合成吸着材1(PuroSorb PAD500:製品名、ピュロライト社製、細孔径60nm、含水率0.1質量%)、合成吸着材2(PuroSorb PAD910:製品名、ピュロライト社製、細孔径110nm、含水率0.2質量%)をそれぞれ用いた以外は、例2と同様の方法にて、化合物(C−1)をそれぞれ得た。
各例により得られた化合物(C−1)を用いて、以下のドライコーティング法またはウェットコーティング法にて基材の表面処理を行い、基材(化学強化ガラス)の表面に表面層が形成されてなる評価サンプルを得た。
得られた評価サンプルを用いて、上記の評価試験を実施し、結果を表1に示す。
基材に対するドライコーティングは、真空蒸着装置(VTR−350M:製品名、ULVAC社製)を用いて行った。具体的には、まず、各例により得られた化合物(C−1)の0.5gを真空蒸着装置内のモリブデン性ボートに充填し、真空蒸着装置内を1×10−3Pa以下に排気した。化合物(C−1)を配置したボートを昇温速度10℃/分以下の速度で加熱し、水晶発振式膜厚計による蒸着速度が1nm/秒を超えた時点でシャッターを開けて基材の表面への成膜を開始した。膜厚が約50nmとなった時点でシャッターを閉じて基材表面への成膜を終了した。化合物(C−1)が堆積した基材を、200℃で30分間加熱処理した後、ジクロロペンタフルオロプロパン(アサヒクリン(登録商標)AK−225:製品名、AGC社製)にて洗浄して、基材の表面に表面層を有する評価サンプル(物品)を得た。
各例で得た化合物(C−1)と、ノベック−7200とを混合して、化合物(C−1)の濃度が0.05質量%であるウェットコーティング用の組成物を得た。
各組成物に基材をディッピングし、30分間放置後、基材を引き上げた(ディップコート法)。塗膜を200℃で30分間乾燥させ、AK−225にて洗浄することによって、基材の表面に表面層を有する評価サンプル(物品)を得た。
一方、吸着材と接触させていない含フッ素エーテル化合物、または、細孔径が0.2〜100nmの範囲外の吸着材と接触させた含フッ素エーテル化合物を用いると、ドライコーティングおよびウェットコーティングのいずれかの製造条件で得られる表面層の耐摩擦性が劣ることが確認された(例1および7)。
なお2017年10月31日に出願された日本特許出願2017−210693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 (10)
- ヒドロシリル化触媒の存在下、ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖およびω−アルケニル基を有する化合物と、ケイ素原子に結合した水素原子ならびにケイ素原子に結合した加水分解性基およびケイ素原子に結合した水酸基の少なくとも一方を有する化合物とを反応させて、ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖ならびにケイ素原子に結合した加水分解性基およびケイ素原子に結合した水酸基の少なくとも一方を有する含フッ素エーテル化合物を含む混合物を得た後、前記混合物をフッ素系有機溶媒に溶解または分散させた溶液を調製し、前記溶液と細孔径が0.2〜100nmの吸着材とを接触させることを特徴とする含フッ素エーテル化合物の製造方法。
- 前記溶液を、前記吸着材が充填されたカラムを通過させ接触させる、請求項1に記載の含フッ素エーテル化合物の製造方法。
- 前記吸着材の細孔径が、0.5〜50nmである、請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記吸着材が、合成吸着材、ゼオライト、活性炭またはアルミナである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記ヒドロシリル化触媒が、第8族〜第10族遷移金属触媒である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖およびω−アルケニル基を有する化合物が、下記式(1)で表される化合物である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
[A1−O−Z1−(RfO)m−]jZ2[−CH=CH2]q (1)
ただし、A1は、ペルフルオロアルキル基または−Q[−CH=CH2]kであり、A1が−Q[−CH=CH2]kである場合jは1であり、
Qは(k+1)価の連結基であり、kは1〜10の整数であり、
Z1は、単結合、1個以上の水素原子がフッ素原子に置換された炭素数1〜20のオキシフルオロアルキレン基(ただし、オキシペルフルオロアルキレン基を除く。上記オキシフルオロアルキレン基中の酸素原子は、(RfO)mに結合する。)、または、1個以上の水素原子がフッ素原子に置換された炭素数1〜20のポリ(オキシフルオロアルキレン)基((RfO)mに結合するオキシフルオロアルキレン基中の酸素原子は、(RfO)mに結合する。(RfO)mに結合するオキシフルオロアルキレン基は、1個以上の水素原子を含む。ポリ(オキシフルオロアルキレン)基には、全ての水素原子がフッ素原子に置換されたオキシペルフルオロアルキレン基と、1個以上の水素原子を含むオキシフルオロアルキレン基との両方が含まれていてもよい。)であり、
Rfはペルフルオロアルキレン基であり、mは、2〜200の整数であり、(RfO)mにおいて炭素数の異なる2種以上のRfOが存在する場合、各RfOの結合順序は限定されず、
Z2は(j+q)価の連結基であり、j、qはそれぞれ1以上の整数である。 - 前記ケイ素原子に結合した水素原子ならびにケイ素原子に結合した加水分解性基およびケイ素原子に結合した水酸基の少なくとも一方を有する化合物が、下記式(3)で表される化合物である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。
H−SiRnL3−n (3)
ただし、Rは1価の炭化水素基であり、Lは加水分解性基または水酸基であり、nは0〜2の整数であり、nが0または1である場合1分子中に存在する複数のLは互いに同じであっても異なっていてもよく、nが2である場合1分子中に存在する2つのRは互いに同じであっても異なっていてもよい。 - 前記nが0または1であり、複数のLがいずれも加水分解性基である、請求項7に記載の製造方法。
- 前記吸着材の使用量が、前記ポリ(オキシペルフルオロアルキレン)鎖およびω−アルケニル基を有する化合物の全質量に対して、0.1〜30質量%である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の製造方法によって得られた含フッ素エーテル化合物を用いて、基材の表面に表面層を形成することを特徴とする物品の製造方法。
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