JP7701199B2 - Fluorine-containing surface modifier composition - Google Patents
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Description
本発明は、含フッ素表面改質剤組成物に関する。 The present invention relates to a fluorine-containing surface modifier composition.
含フッ素化合物は、炭素-フッ素結合の性質に基づき、耐熱性、耐薬品性、撥水撥油性、低摩擦性、剥離性等の特徴的な機能を示す。これらの性質を利用して、含フッ素化合物は、例えば撥水撥油剤、防汚剤、離型剤、防湿コーティング剤等、種々の基材に機能を付与する表面改質剤として用いられている。 Fluorine-containing compounds exhibit characteristic functions such as heat resistance, chemical resistance, water and oil repellency, low friction, and peelability due to the properties of the carbon-fluorine bond. Taking advantage of these properties, fluorine-containing compounds are used as surface modifiers that impart functionality to various substrates, such as water and oil repellents, antifouling agents, release agents, and moisture-proof coating agents.
これまで、含フッ素表面改質剤の原料としては、フルオロアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルを重合単位として含む含フッ素重合体が用いられてきた。特に、炭素数が8以上のパーフルオロアルキル基を有する含フッ素(メタ)アクリル酸エステルを重合単位として含む含フッ素重合体は、動的撥水性に優れ、表面に付着した水滴等を効果的に滑落させられることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。しかし、炭素数が8以上のパーフルオロアルキル基を有する化合物は、生体蓄積性等、環境及び生体に対して悪影響を与える可能性が問題視されている。
このため、生体蓄積性が低いとされる炭素数6以下の短鎖パーフルオロアルキル基を有する含フッ素(メタ)アクリル酸エステルを重合単位として含む含フッ素重合体による代替が検討されてきた。しかし、短鎖パーフルオロアルキル基を有する含フッ素重合体からなる表面改質剤は、炭素数8以上のパーフルオロアルキル基を有する含フッ素重合体と比較して撥水撥油性等の機能が低下することが知られている。
Up to now, fluorine-containing polymers containing (meth)acrylic acid esters having fluoroalkyl groups as polymerization units have been used as raw materials for fluorine-containing surface modifiers. In particular, it is known that fluorine-containing polymers containing fluorine-containing (meth)acrylic acid esters having perfluoroalkyl groups with 8 or more carbon atoms as polymerization units have excellent dynamic water repellency and can effectively slide off water droplets attached to the surface (see, for example, Non-Patent Document 1). However, compounds having perfluoroalkyl groups with 8 or more carbon atoms are problematic in terms of the possibility of adverse effects on the environment and living organisms, such as bioaccumulation.
For this reason, replacement with fluorine-containing polymers containing, as polymerization units, fluorine-containing (meth)acrylic esters having short-chain perfluoroalkyl groups with 6 or less carbon atoms, which are considered to have low bioaccumulation, has been studied. However, it is known that surface modifiers made of fluorine-containing polymers having short-chain perfluoroalkyl groups have reduced functions such as water and oil repellency, compared with fluorine-containing polymers having perfluoroalkyl groups with 8 or more carbon atoms.
特許文献1には側鎖に不飽和結合を有する含フッ素(メタ)アクリレート重合体を含む表面改質剤が開示されている。しかし、溶媒として非フッ素系有機溶媒を用いているため、引火性や樹脂基材への侵食性を有するなどの課題があり、さらなる改善が求められていた。 Patent Document 1 discloses a surface modifier containing a fluorine-containing (meth)acrylate polymer having an unsaturated bond in the side chain. However, because a non-fluorine-based organic solvent is used as the solvent, there are problems such as flammability and corrosion to resin substrates, and further improvements are required.
本発明の目的は、生体蓄積性が低いとされる炭素数が6以下のパーフルオロアルキル基から構成される含フッ素重合体を用いて、撥水撥油性に優れ、引火性及び樹脂への浸食性が低い含フッ素表面改質剤組成物を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a fluorine-containing surface modifier composition that has excellent water and oil repellency, low flammability, and low corrosion resistance to resins, by using a fluorine-containing polymer composed of perfluoroalkyl groups having 6 or less carbon atoms, which are considered to have low bioaccumulation.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、側鎖に不飽和結合を有する含フッ素(メタ)アクリル酸エステルに基づく構成単位からなる含フッ素重合体と、引火性及び樹脂への浸食性が低いフッ素系溶媒を含む組成物が、優れた撥水撥油性を示すことを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive research conducted by the present inventors to solve the above problems, they discovered that a composition containing a fluorine-containing polymer consisting of structural units based on a fluorine-containing (meth)acrylic acid ester having an unsaturated bond in the side chain and a fluorine-based solvent that is less flammable and less corrosive to resins exhibits excellent water and oil repellency, and thus completed the present invention.
すなわち本発明は、以下に係る。
[1] 下記一般式(1)で示される残基単位を有する含フッ素重合体と、フッ素系溶媒とを含むことを特徴とする、含フッ素表面改質剤組成物。
[2] 含フッ素重合体は、下記一般式(2)で示される含フッ素(メタ)アクリル酸エステルが重合されてなることを特徴とする、[1]に記載の含フッ素表面改質剤組成物。
なお、本発明に係る含フッ素表面改質剤組成物は、含フッ素(メタ)アクリル酸エステルが重合されてなる含フッ素重合体とフッ素系溶媒とを含むが、含フッ素重合体をその構造から規定するよりも原料となるモノマーを規定した上で重合されるとすることで把握しやすく実際的である。以下の[3]においても同様である。
[3] 含フッ素重合体が、単量体A及び単量体Aと共重合する単量体Bから構成されており、単量体Aと単量体Bとの重量比(A)/(B)が1:99~99.9:0.1の重量比で共重合されてなる、[1]に記載の含フッ素表面改質剤組成物。
[4] 単量体Bが、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸のエステル類、スチレン類、脂肪酸ビニルエステル類、ハロゲン化ビニル、ハロゲン化ビニリデン類、脂肪酸アリルエステル類及びアクリルアミド類からなる群より選ばれる一種以上である、[3]に記載の含フッ素表面改質剤組成物。
[5] フッ素系溶媒が、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン及びクロロフルオロカーボンからなる群より選ばれる少なくとも一つである、[1]~[4]のいずれかに記載の含フッ素表面改質剤組成物。
[6] 含フッ素重合体とフッ素系溶媒の総量、すなわち合計重量に対して、含フッ素重合体を0.01重量%~50重量%含む、[1]~[5]のいずれかに記載の含フッ素表面改質剤組成物。
That is, the present invention relates to the following.
[1] A fluorine-containing surface modifier composition comprising a fluorine-containing polymer having a residue unit represented by the following general formula (1) and a fluorine-containing solvent:
[2] The fluorine-containing surface modifier composition according to [1], characterized in that the fluorine-containing polymer is obtained by polymerizing a fluorine-containing (meth)acrylic acid ester represented by the following general formula (2):
The fluorine-containing surface modifier composition according to the present invention contains a fluorine-containing polymer obtained by polymerizing a fluorine-containing (meth)acrylic ester and a fluorine-based solvent, but it is easier to understand and more practical to define the fluorine-containing polymer by polymerizing the monomers that are raw materials rather than by defining the fluorine-containing polymer from its structure. The same applies to the following [3].
[3] The fluorine-containing surface modifier composition according to [1], wherein the fluorine-containing polymer is composed of a monomer A and a monomer B which is copolymerizable with the monomer A, and the monomer A and the monomer B are copolymerized in a weight ratio (A)/(B) of 1:99 to 99.9:0.1.
[4] The fluorine-containing surface modifier composition according to [3], wherein the monomer B is at least one selected from the group consisting of (meth)acrylic acid, esters of (meth)acrylic acid, styrenes, fatty acid vinyl esters, vinyl halides, vinylidene halides, fatty acid allyl esters and acrylamides.
[5] The fluorine-containing surface modifier composition according to any one of [1] to [4], wherein the fluorine-based solvent is at least one selected from the group consisting of hydrofluoroethers, hydrofluorocarbons, perfluorocarbons, hydrochlorofluorocarbons and chlorofluorocarbons.
[6] The fluorine-containing surface modifier composition according to any one of [1] to [5], which contains 0.01% by weight to 50% by weight of the fluorine-containing polymer based on the total amount of the fluorine-containing polymer and the fluorine-based solvent, i.e., the total weight.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の一般式(1)で示される残基単位を有する含フッ素重合体において、Rf1は炭素数1~6のパーフルオロアルキル基である。中でも、直鎖の炭素数1~6のパーフルオロアルキル基が好ましく、直鎖の炭素数4~6のパーフルオロアルキル基がさらに好ましく、直鎖の炭素数6のパーフルオロアルキル基が特に好ましい。
本発明の一般式(1)で示される残基単位を有する含フッ素重合体において、Rf2は炭素数1~6のパーフルオロアルキレン基である。中でも、直鎖の炭素数1~6のパーフルオロアルキレン基が好ましく、直鎖の炭素数4~6のパーフルオロアルキレン基がさらに好ましく、直鎖の炭素数6のパーフルオロアルキレン基が特に好ましい。
一般式(1)における、Rf1-CH=CH-Rf2-の部分の具体的構造としては、C2F5-CH=CH-C4F8-、C2F5-CH=CH-C6F12-、C4F9-CH=CH-C4F8-、C4F9-CH=CH-C6F12、C6F13-CH=CH-C4F8-、C6F13-CH=CH-C6F12-などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
The present invention will be described in detail below.
In the fluorine-containing polymer of the present invention having a residue unit represented by general formula (1), Rf 1 is a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Among them, a linear perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferred, a linear perfluoroalkyl group having 4 to 6 carbon atoms is more preferred, and a linear perfluoroalkyl group having 6 carbon atoms is particularly preferred.
In the fluorine-containing polymer of the present invention having a residue unit represented by general formula (1), Rf2 is a perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms. Among them, a linear perfluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms is preferred, a linear perfluoroalkylene group having 4 to 6 carbon atoms is more preferred, and a linear perfluoroalkylene group having 6 carbon atoms is particularly preferred.
Specific examples of the Rf 1 -CH=CH-Rf 2 - portion in general formula (1) include, but are not limited to, C 2 F 5 -CH=CH-C 4 F 8 -, C 2 F 5 -CH=CH-C 6 F 12 -, C 4 F 9 -CH=CH-C 4 F 8 -, C 4 F 9 -CH=CH-C 6 F 12 , C 6 F 13 -CH=CH-C 4 F 8 - , and C 6 F 13 -CH=CH-C 6 F 12 -.
本発明の一般式(1)で示される残基単位を有する含フッ素重合体において、nは1~4の整数である。中でも、nは2~3が好ましく、2が特に好ましい。
本発明の一般式(1)で示される残基単位を有する含フッ素重合体において、Rは水素原子またはメチル基である。
In the fluoropolymer of the present invention having a residue unit represented by formula (1), n is an integer of from 1 to 4. Of these, n is preferably from 2 to 3, and particularly preferably 2.
In the fluorine-containing polymer of the present invention having a residue unit represented by formula (1), R is a hydrogen atom or a methyl group.
本発明の好ましい態様の一つとして、含フッ素重合体は、一般式(2)で示される含フッ素(メタ)アクリル酸エステル(以下、含フッ素(メタ)アクリル酸エステルを用いて、他のモノマーと共重合させるときに、「単量体A」と称することがある。)を重合させて得られる。ここで、一般式(2)で示される含フッ素(メタ)アクリル酸エステル単独で重合させるときは、単独重合ということがある。本態様において、重合方法は特に限定されないが、例えば溶媒を用いた溶液重合を行うことができる。 In one preferred embodiment of the present invention, the fluorine-containing polymer is obtained by polymerizing a fluorine-containing (meth)acrylic ester represented by general formula (2) (hereinafter, when the fluorine-containing (meth)acrylic ester is used to copolymerize with another monomer, this may be referred to as "monomer A"). Here, when the fluorine-containing (meth)acrylic ester represented by general formula (2) is polymerized alone, this may be referred to as homopolymerization. In this embodiment, the polymerization method is not particularly limited, but for example, solution polymerization using a solvent may be performed.
本態様において、溶液重合に用いられる溶媒は特に限定されないが、具体的にはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素系溶媒、n-ヘキサン、n-ヘプタン、ミネラルスピリット、シクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式炭化水素系溶媒、塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、メチレンジクロライド、クロロホルム、四塩化炭素、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、オルトジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシブチルアセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系又はエステルエーテル系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ-n-ブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、tert-ブタノール、2-エチルヘキシルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール系溶媒、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、N-メチル-2-ピロリドン等の複素環式化合物系溶媒、トリフルオロメチルベンゼン、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、1,1,1,2,2-ペンタフルオロ-3,3-ジクロロプロパン、1,1,2,2,3-ペンタフルオロ-1,3-ジクロロプロパン、ペンタフルオロブタン、デカフルオロペンタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロシクロヘキサン、パーフルオロデカリン、ヘキサフルオロベンゼン、ハイドロフルオロエーテル等のフッ素系溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。
本態様において、溶液重合に用いる溶媒の使用量は特に限定されないが、重合反応に具する単量体Aに対し、好ましくは1重量倍量~200重量倍量、さらに好ましくは2重量倍量~100重量倍量である。
In this embodiment, the solvent used in the solution polymerization is not particularly limited, and specific examples thereof include aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, and tetralin; aliphatic or alicyclic hydrocarbon solvents such as n-hexane, n-heptane, mineral spirits, and cyclohexane; halogen-based solvents such as methyl chloride, methyl bromide, methyl iodide, methylene dichloride, chloroform, carbon tetrachloride, trichloroethylene, perchloroethylene, and orthodichlorobenzene; ester-based or ester ether-based solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, methoxybutyl acetate, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, and propylene glycol monomethyl ether acetate; ether-based solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and propylene glycol monomethyl ether; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, di- Examples of the solvent include ketone-based solvents such as n-butyl ketone and cyclohexanone; alcohol-based solvents such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol, 2-ethylhexyl alcohol and benzyl alcohol; amide-based solvents such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; sulfoxide-based solvents such as dimethyl sulfoxide; heterocyclic compound-based solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone; trifluoromethylbenzene, 1,3-bis(trifluoromethyl)benzene, 1,4-bis(trifluoromethyl)benzene, 1,1,1,2,2-pentafluoro-3,3-dichloropropane, 1,1,2,2,3-pentafluoro-1,3-dichloropropane, pentafluorobutane, decafluoropentane, perfluorohexane, perfluorocyclohexane, perfluorodecalin, hexafluorobenzene, and fluorine-based solvents such as hydrofluoroethers. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
In this embodiment, the amount of the solvent used in the solution polymerization is not particularly limited, but is preferably 1 to 200 times by weight, more preferably 2 to 100 times by weight, based on the amount of the monomer A used in the polymerization reaction.
本態様において、例えば重合開始剤を用いることにより、重合反応を進行させることができる。重合開始剤は特に限定されないが、例えば2,2'-アゾビスイソブチロニトリル、2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、1,1'-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2'-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2-(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル等のアゾ化合物、過酸化ベンゾイル、ジ-t-ブチルパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシピバレート、ラウリルパーオキシド等の過酸化物、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩等が挙げられる。これらの重合開始剤は単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。
本態様において、重合開始剤の使用量は特に限定されないが、重合反応に具する単量体Aに対し、好ましくは0.001重量%~50重量%、さらに好ましくは0.005重量%~20重量%、特に好ましくは0.01重量%~10重量%である。
In this embodiment, the polymerization reaction can be progressed by using, for example, a polymerization initiator. The polymerization initiator is not particularly limited, but examples thereof include azo compounds such as 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 1,1'-azobis(1-cyclohexanecarbonitrile), 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), and 2-(carbamoylazo)isobutyronitrile; peroxides such as benzoyl peroxide, di-t-butyl peroxide, diisopropyl peroxydicarbonate, t-butyl peroxypivalate, and lauryl peroxide; and persulfates such as potassium persulfate and ammonium persulfate. These polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.
In this embodiment, the amount of the polymerization initiator used is not particularly limited, but is preferably 0.001% by weight to 50% by weight, more preferably 0.005% by weight to 20% by weight, and particularly preferably 0.01% by weight to 10% by weight, based on the amount of the monomer A used in the polymerization reaction.
本態様において、重合反応は常圧、加圧密閉下、又は減圧下で行われ、装置及び操作の簡便さから常圧下で行うのが好ましい。また、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。重合反応の温度は、好ましくは40℃~150℃、さらに好ましくは40℃~100℃である。重合反応時間は、1時間~48時間の範囲が好ましく、1時間~24時間の範囲がさらに好ましい。これらの反応温度及び反応時間の条件は、単量体Aの種類及び使用量、重合開始剤の種類及び使用量に応じて適宜調整することでよい。 In this embodiment, the polymerization reaction is carried out at normal pressure, under pressurized sealed conditions, or under reduced pressure, and is preferably carried out at normal pressure for the sake of simplicity of the apparatus and operation. It is also preferable to carry out the reaction in an inert gas atmosphere such as nitrogen. The polymerization reaction temperature is preferably 40°C to 150°C, more preferably 40°C to 100°C. The polymerization reaction time is preferably in the range of 1 hour to 48 hours, more preferably in the range of 1 hour to 24 hours. These reaction temperature and reaction time conditions may be appropriately adjusted depending on the type and amount of monomer A used, and the type and amount of polymerization initiator used.
本態様において、重合反応の終了後、得られた含フッ素重合体を任意の方法で回収し、必要に応じて精製等の後処理を行う。反応溶液から重合体を回収する方法としては、濃縮、再沈殿等公知の方法が利用できる。 In this embodiment, after the polymerization reaction is completed, the obtained fluoropolymer is recovered by any method and, if necessary, subjected to post-treatment such as purification. As a method for recovering the polymer from the reaction solution, known methods such as concentration and reprecipitation can be used.
本態様において、得られた含フッ素ポリマーの重量平均分子量(以下、Mwと略記)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算で好ましくは1,000~1,000,000、さらに好ましくは10,000~500,000である。 In this embodiment, the weight average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mw) of the obtained fluoropolymer is preferably 1,000 to 1,000,000, more preferably 10,000 to 500,000, calculated as polystyrene by gel permeation chromatography (GPC).
本発明の好ましい態様の一つとして、上記した含フッ素重合体の原料となる単量体Aとは別に、単量体Aと共重合する、あるいは共重合しうる単量体Bを用い、共重合させて含フッ素重合体を得、この含フッ素重合体とフッ素系溶媒とを、少なくとも含む含フッ素表面改質剤組成物が挙げられる。
ここで単量体Aと共重合する、あるいは共重合しうる単量体Bとは、、含フッ素重合体が形成できるものであればよい。また共重合された含フッ素重合体の構成は、単量体Aと単量体Bに由来する残基単位を有する。
また、単量体Bは、単量体Aと共重合する、あるいは共重合しうるものであれば特に制限はない。さらに単量体Bとしては特定の一種としてよいが、単量体A以外に2種以上の単量体としてもよい。
本発明において、一般式(2)で示される含フッ素(メタ)アクリル酸エステルである単量体Aは一般式(2)で示される化合物構造として種々適用可能であるが、その中で、単量体Aと共重合する、あるいは共重合しうる単量体Bとの組み合わせは、適宜検討のうえ採用できる。さらに、その他の共重合条件についても、適宜検討のうえ採用できる。
As one preferred embodiment of the present invention, a fluorine-containing surface modifier composition can be mentioned which comprises at least a fluorine-containing polymer obtained by copolymerizing a monomer B which is copolymerizable or copolymerizable with the monomer A separately from the monomer A which is a raw material for the above-mentioned fluorine-containing polymer, and the obtained fluorine-containing polymer and a fluorine-based solvent.
Here, the monomer B which is copolymerizable or copolymerizable with the monomer A may be any monomer capable of forming a fluorine-containing polymer. The copolymerized fluorine-containing polymer has a structure having residue units derived from the monomer A and the monomer B.
Furthermore, there is no particular limitation on the monomer B as long as it is copolymerizable or copolymerizable with the monomer A. Furthermore, the monomer B may be a specific type, but it may also be two or more types of monomers other than the monomer A.
In the present invention, the monomer A which is a fluorine-containing (meth)acrylic acid ester represented by the general formula (2) can be applied in various ways as the compound structure represented by the general formula (2), and among them, a combination with a monomer B which copolymerizes or can copolymerize with the monomer A can be adopted after appropriate consideration. Furthermore, other copolymerization conditions can also be adopted after appropriate consideration.
その上で、含フッ素重合体が、単量体A及び単量体Aと共重合する単量体Bから構成されているところ、単量体Aと単量体Bとの重合反応時の配合比率としては、単量体Aと単量体Bとの重量比(A)/(B)が1:99~99.9:0.1の重量比となるようにすることが好ましく、10:90~99.9:0.1の重量比がさらに好ましい。 In addition, the fluorine-containing polymer is composed of monomer A and monomer B which copolymerizes with monomer A. The mixing ratio of monomer A to monomer B during the polymerization reaction is preferably such that the weight ratio (A)/(B) of monomer A to monomer B is 1:99 to 99.9:0.1, and more preferably 10:90 to 99.9:0.1.
本態様において、単量体Bは単量体Aと共重合する、あるいは共重合しうる単量体であれば特に限定されないが、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸のエステル類、スチレン類、脂肪酸ビニルエステル類、ハロゲン化ビニル、ハロゲン化ビニリデン類、脂肪酸アリルエステル類及びアクリルアミド類からなる群より選ばれる一種以上であることが好ましい。具体的には、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸のメチル、エチル、ブチル、イソブチル、t-ブチル、プロピル、2-エチルヘキシル、ヘキシル、デシル、ラウリル、ステアリル、イソボルニル、ベヘニル、β-ヒドロキシエチル、グリシジル、フェニル、ベンジル、4-シアノフェニル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、メトキシポリエチレングリコール、メトキシポリプロピレングリコールエステル類、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、フッ化ビニル、塩化ビニル、臭化ビニル、フッ化ビニリデン、塩化ビニリデン、ヘプタン酸アリル、カプリル酸アリル、カプロン酸アリル、N-メチルアクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミド等が挙げられる。これらの単量体は単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。 In this embodiment, monomer B is not particularly limited as long as it is a monomer that copolymerizes or can be copolymerized with monomer A, but it is preferably one or more selected from the group consisting of (meth)acrylic acid, esters of (meth)acrylic acid, styrenes, fatty acid vinyl esters, vinyl halides, vinylidene halides, fatty acid allyl esters, and acrylamides. Specific examples include (meth)acrylic acid, methyl, ethyl, butyl, isobutyl, t-butyl, propyl, 2-ethylhexyl, hexyl, decyl, lauryl, stearyl, isobornyl, behenyl, β-hydroxyethyl, glycidyl, phenyl, benzyl, 4-cyanophenyl, polyethylene glycol, polypropylene glycol, methoxypolyethylene glycol, methoxypolypropylene glycol esters, styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, vinyl fluoride, vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene fluoride, vinylidene chloride, allyl heptanoate, allyl caprylate, allyl caproate, N-methylacrylamide, N-methylol acrylamide, and N-methylol methacrylamide. These monomers may be used alone or in a mixture of two or more.
本態様において、重合方法は特に限定されないが、例えば溶媒を用いた溶液重合を行うことができる。 In this embodiment, the polymerization method is not particularly limited, but for example, solution polymerization using a solvent can be performed.
本態様において、溶液重合に用いられる溶媒は特に限定されないが、具体的にはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素系溶媒、n-ヘキサン、n-ヘプタン、ミネラルスピリット、シクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式炭化水素系溶媒、塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、メチレンジクロライド、クロロホルム、四塩化炭素、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、オルトジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシブチルアセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系又はエステルエーテル系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ-n-ブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、tert-ブタノール、2-エチルヘキシルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール系溶媒、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、N-メチル-2-ピロリドン等の複素環式化合物系溶媒、トリフルオロメチルベンゼン、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、1,1,1,2,2-ペンタフルオロ-3,3-ジクロロプロパン、1,1,2,2,3-ペンタフルオロ-1,3-ジクロロプロパン、ペンタフルオロブタン、デカフルオロペンタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロシクロヘキサン、パーフルオロデカリン、ヘキサフルオロベンゼン、ハイドロフルオロエーテル等のフッ素系溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。
本態様において、溶液重合に用いる溶媒の使用量は特に限定されないが、重合反応に具する単量体A及び単量体Bの総量に対し、好ましくは1重量倍量~200重量倍量、さらに好ましくは2重量倍量~100重量倍量である。
In this embodiment, the solvent used in the solution polymerization is not particularly limited, and specific examples thereof include aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, and tetralin; aliphatic or alicyclic hydrocarbon solvents such as n-hexane, n-heptane, mineral spirits, and cyclohexane; halogen-based solvents such as methyl chloride, methyl bromide, methyl iodide, methylene dichloride, chloroform, carbon tetrachloride, trichloroethylene, perchloroethylene, and orthodichlorobenzene; ester-based or ester ether-based solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, methoxybutyl acetate, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, and propylene glycol monomethyl ether acetate; ether-based solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and propylene glycol monomethyl ether; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, di- Examples of the solvent include ketone-based solvents such as n-butyl ketone and cyclohexanone; alcohol-based solvents such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol, 2-ethylhexyl alcohol and benzyl alcohol; amide-based solvents such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; sulfoxide-based solvents such as dimethyl sulfoxide; heterocyclic compound-based solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone; trifluoromethylbenzene, 1,3-bis(trifluoromethyl)benzene, 1,4-bis(trifluoromethyl)benzene, 1,1,1,2,2-pentafluoro-3,3-dichloropropane, 1,1,2,2,3-pentafluoro-1,3-dichloropropane, pentafluorobutane, decafluoropentane, perfluorohexane, perfluorocyclohexane, perfluorodecalin, hexafluorobenzene, and fluorine-based solvents such as hydrofluoroethers. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
In this embodiment, the amount of the solvent used in the solution polymerization is not particularly limited, but is preferably 1 to 200 times by weight, more preferably 2 to 100 times by weight, based on the total amount of the monomer A and the monomer B used in the polymerization reaction.
本態様において、例えば重合開始剤を用いることにより、重合反応を進行させることができる。重合開始剤は特に限定されないが、例えば2,2'-アゾビスイソブチロニトリル、2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、1,1'-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2'-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2-(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル等のアゾ化合物、過酸化ベンゾイル、ジ-t-ブチルパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシピバレート、ラウリルパーオキシド等の過酸化物、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩等が挙げられる。これらの重合開始剤は単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。
本態様において、重合開始剤の使用量は特に限定されないが、重合反応に具する単量体A及び単量体Bの総量に対し、好ましくは0.001重量%~50重量%、さらに好ましくは0.005重量%~20重量%、特に好ましくは0.01重量%~10重量%である。
In this embodiment, the polymerization reaction can be progressed by using, for example, a polymerization initiator. The polymerization initiator is not particularly limited, but examples thereof include azo compounds such as 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 1,1'-azobis(1-cyclohexanecarbonitrile), 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), and 2-(carbamoylazo)isobutyronitrile; peroxides such as benzoyl peroxide, di-t-butyl peroxide, diisopropyl peroxydicarbonate, t-butyl peroxypivalate, and lauryl peroxide; and persulfates such as potassium persulfate and ammonium persulfate. These polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.
In this embodiment, the amount of the polymerization initiator used is not particularly limited, but is preferably 0.001% by weight to 50% by weight, more preferably 0.005% by weight to 20% by weight, and particularly preferably 0.01% by weight to 10% by weight, based on the total amount of the monomer A and the monomer B used in the polymerization reaction.
本態様において、重合反応は常圧、加圧密閉下、又は減圧下で行われ、装置及び操作の簡便さから常圧下で行うのが好ましい。また、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。重合反応の温度は、好ましくは40℃~150℃、さらに好ましくは40℃~100℃である。重合反応時間は、1時間~48時間の範囲が好ましく、1時間~24時間の範囲がさらに好ましい。これらの反応温度及び反応時間の条件は、単量体Aの種類及び使用量、重合開始剤の種類及び使用量に応じて適宜調整することでよい。 In this embodiment, the polymerization reaction is carried out at normal pressure, under pressurized sealed conditions, or under reduced pressure, and is preferably carried out at normal pressure for the sake of simplicity of the apparatus and operation. It is also preferable to carry out the reaction in an inert gas atmosphere such as nitrogen. The polymerization reaction temperature is preferably 40°C to 150°C, more preferably 40°C to 100°C. The polymerization reaction time is preferably in the range of 1 hour to 48 hours, more preferably in the range of 1 hour to 24 hours. These reaction temperature and reaction time conditions may be appropriately adjusted depending on the type and amount of monomer A used, and the type and amount of polymerization initiator used.
本態様において、重合反応の終了後、得られた含フッ素重合体を任意の方法で回収し、必要に応じて精製等の後処理を行う。反応溶液から重合体を回収する方法としては、濃縮、再沈殿等公知の方法が利用できる。 In this embodiment, after the polymerization reaction is completed, the obtained fluoropolymer is recovered by any method and, if necessary, subjected to post-treatment such as purification. As a method for recovering the polymer from the reaction solution, known methods such as concentration and reprecipitation can be used.
本態様において、得られた含フッ素ポリマーの重量平均分子量(以下、Mwと略記)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算で好ましくは1,000~1,000,000、さらに好ましくは5,000~500,000である。 In this embodiment, the weight average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mw) of the obtained fluoropolymer is preferably 1,000 to 1,000,000, more preferably 5,000 to 500,000, calculated as polystyrene by gel permeation chromatography (GPC).
本発明の含フッ素重合体は、フッ素系溶媒に溶解し、含フッ素重合体及びフッ素系溶媒を含む含フッ素表面改質剤組成物として用いることができる。溶液状の組成物とすることにより、塗布、浸漬等により基材を処理可能な形態とすることができる。
本発明の表面改質剤組成物の用途は、特に限定されないが、例えばコーティング剤、撥水撥油剤、防錆剤、防汚剤、耐水化剤、剥離剤、離型剤、オイルバリア剤、フラックス這い上がり防止剤等として用いることができる。
The fluorine-containing polymer of the present invention can be dissolved in a fluorine-based solvent and used as a fluorine-containing surface modifier composition containing the fluorine-containing polymer and the fluorine-based solvent. By preparing the composition in a solution form, it can be made into a form that can be used to treat a substrate by coating, immersion, etc.
The uses of the surface modifier composition of the present invention are not particularly limited, but it can be used, for example, as a coating agent, a water and oil repellent, a rust inhibitor, an antifouling agent, a water resistance agent, a stripping agent, a mold release agent, an oil barrier agent, an agent for preventing flux creeping up, and the like.
本発明の含フッ素表面改質剤組成物において、フッ素系溶媒は、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、クロロフルオロカーボンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む。具体的には例えば、メチルノナフルオロブチルエーテル(HFE7100)、エチルノナフルオロブチルエーテル(HFE7200)、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロ-3-メトキシ-2-(トリフルオロメチル)ペンタン(HFE7300)、ペンタフルオロブタン、デカフルオロペンタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロシクロヘキサン、パーフルオロデカリン、ヘキサフルオロベンゼン、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、1,1,1,2,2-ペンタフルオロ-3,3-ジクロロプロパン、1,1,2,2,3-ペンタフルオロ-1,3-ジクロロプロパン、2,2,3,3-テトラクロロヘキサフルオロブタン等が挙げられる。中でも、メチルノナフルオロブチルエーテル(HFE7100)、エチルノナフルオロブチルエーテル(HFE7200)、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロ-3-メトキシ-2-(トリフルオロメチル)ペンタン(HFE7300)、デカフルオロペンタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロシクロヘキサン、パーフルオロデカリン等が、引火点が無く取り扱い容易である観点から好ましい。これらの溶媒は単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。これらの溶媒については、使用する目的に応じて適宜選択して用いることでよい。フッ素系溶媒を用いることにより、含フッ素重合体を均一に溶解でき、引火性及び樹脂への浸食性が低い組成物とすることができる点で有用である。
本発明の表面改質剤組成物において、含フッ素重合体とフッ素系溶媒の総量に対して、含フッ素重合体を0.01~50重量%含むことが好ましく、0.05重量%~20重量%含むことがさらに好ましい。
In the fluorine-containing surface modifier composition of the present invention, the fluorine-based solvent contains at least one selected from the group consisting of hydrofluoroethers, hydrofluorocarbons, perfluorocarbons, hydrochlorofluorocarbons and chlorofluorocarbons. Specific examples include methyl nonafluorobutyl ether (HFE7100), ethyl nonafluorobutyl ether (HFE7200), 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoro-3-methoxy-2-(trifluoromethyl)pentane (HFE7300), pentafluorobutane, decafluoropentane, perfluorohexane, perfluorocyclohexane, perfluorodecalin, hexafluorobenzene, 1,3-bis(trifluoromethyl)benzene, 1,4-bis(trifluoromethyl)benzene, 1,1,1,2,2-pentafluoro-3,3-dichloropropane, 1,1,2,2,3-pentafluoro-1,3-dichloropropane, and 2,2,3,3-tetrachlorohexafluorobutane. Among them, methyl nonafluorobutyl ether (HFE7100), ethyl nonafluorobutyl ether (HFE7200), 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoro-3-methoxy-2-(trifluoromethyl)pentane (HFE7300), decafluoropentane, perfluorohexane, perfluorocyclohexane, perfluorodecalin, and the like are preferred from the viewpoint of having no flash point and being easy to handle. These solvents may be used alone or in combination of two or more. These solvents may be appropriately selected and used depending on the purpose of use. The use of a fluorine-based solvent is useful in that it can dissolve the fluorine-containing polymer uniformly and can provide a composition with low flammability and low erosion to resins.
The surface modifier composition of the present invention preferably contains 0.01 to 50% by weight, more preferably 0.05 to 20% by weight, of the fluorine-containing polymer based on the total amount of the fluorine-containing polymer and the fluorine-based solvent.
本発明の表面改質剤組成物は、得られた含フッ素重合体と上記フッ素系溶媒を混合することにより調製してもよく、フッ素系溶媒を用いた溶液重合により得られた含フッ素重合体溶液をそのまま表面改質剤として用いてもよく、フッ素系溶媒を用いた溶液重合により得られた含フッ素重合体溶液をさらに溶媒で希釈することにより調製してもよい。 The surface modifier composition of the present invention may be prepared by mixing the obtained fluorine-containing polymer with the above-mentioned fluorine-based solvent, or the fluorine-containing polymer solution obtained by solution polymerization using a fluorine-based solvent may be used as it is as a surface modifier, or the fluorine-containing polymer solution obtained by solution polymerization using a fluorine-based solvent may be further diluted with a solvent to prepare the surface modifier composition.
本発明の表面改質剤組成物により処理される基材としては、特に限定されないが、金属、プラスチック、セラミックス等が挙げられる。特に、プリント基板等の電子部品を処理する場合に、本発明の表面改質剤組成物は浸食性が低いため有用である。 Substrates to be treated with the surface modifier composition of the present invention include, but are not limited to, metals, plastics, ceramics, etc. In particular, the surface modifier composition of the present invention is useful when treating electronic components such as printed circuit boards, because it has low erosive properties.
本発明の表面改質剤組成物による基材の処理は、刷毛塗り、ワイプやウエス等による塗布、浸漬、霧吹き等による噴射、スプレーガンによる噴射、エアゾール噴射等、通常用いられる任意の方法により行うことができる。 The treatment of a substrate with the surface modifier composition of the present invention can be carried out by any commonly used method, such as brushing, applying with a wipe or rag, dipping, spraying with a mister, spraying with a spray gun, or aerosol spraying.
本発明の含フッ素表面改質剤組成物を用いることにより、基材表面に優れた撥水撥油性等を付与できる。さらに、該組成物は生体蓄積性が低いとされる炭素数が6以下のパーフルオロアルキル基から構成され、引火性及び樹脂への浸食性が低い。 By using the fluorine-containing surface modifier composition of the present invention, it is possible to impart excellent water and oil repellency to the surface of a substrate. Furthermore, the composition is composed of perfluoroalkyl groups having 6 or less carbon atoms, which are considered to have low bioaccumulation, and has low flammability and corrosion resistance to resins.
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
なお、分析に当たっては下記機器を使用した。
<NMR>
装置:ブルカー製AVANCE II 400
内部標準:テトラメチルシラン、トリフルオロメチルベンゼン
溶媒:アセトン-d6
<GPC>
装置:東ソー製 HLC-8320GPC
カラム:TSKgel G4000H/G3000H/G2500H/G2000H
溶離液:ヘキサフルオロイソプロパノールまたはテトラヒドロフラン
流量:0.3mL/minまたは1mL/min
<DSC>
装置:TA Instruments製 DSC Q2000
走査速度:10℃/min
Examples of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to these examples.
The following instruments were used for the analysis:
<NMR>
Apparatus: Bruker AVANCE II 400
Internal standard: tetramethylsilane, trifluoromethylbenzene Solvent: acetone-d6
<GPC>
Apparatus: Tosoh HLC-8320GPC
Column: TSKgel G4000H/G3000H/G2500H/G2000H
Eluent: hexafluoroisopropanol or tetrahydrofuran Flow rate: 0.3 mL/min or 1 mL/min
<DSC>
Apparatus: TA Instruments DSC Q2000
Scanning speed: 10° C./min
<接触角の測定>
測定対象試料(以降に示す重合体)について、純水及びジヨードメタンの静的接触角、並びに拡張/収縮法による純水の動的接触角を測定した。
具体的に、測定対象試料である重合体の所定量を、フッ素系溶媒に溶解させた後、孔径0.45μmのシリンジフィルターでろ過し、て所定濃度の重合体溶液を調製した。この重合体溶液を直径2インチのシリコンウェハー上にスピンコーティングにより製膜した。
スピンコーティングには、アクティブ製マニュアル・スピンコーターACT-300AIIを用い、接触角測定には、協和界面科学製接触角計DMs-401を用いた。
<Contact angle measurement>
For the measurement sample (polymer shown below), the static contact angles of pure water and diiodomethane, and the dynamic contact angle of pure water by the expansion/contraction method were measured.
Specifically, a predetermined amount of a polymer sample to be measured was dissolved in a fluorine-based solvent, and then filtered through a syringe filter with a pore size of 0.45 μm to prepare a polymer solution of a predetermined concentration. This polymer solution was formed into a film on a silicon wafer with a diameter of 2 inches by spin coating.
For the spin coating, a manual spin coater ACT-300AII manufactured by Active was used, and for the contact angle measurement, a contact angle meter DMs-401 manufactured by Kyowa Interface Science was used.
ここで、静的接触角について、ぬれ性の数値化などの測定のために測定する。液滴を固体表面に接触させて着滴したとき,試料面とのなす角度を接触角θとする。本発明では、解析はθ/2法を使用した。静的接触角が大きい方が撥水撥油性に優れる。
また動的接触角について、液除去性の数値化などのために測定する。ぬれ拡がるとき(拡張)の接触角を(動的)前進角、収縮するときの接触角を(動的)後退角とする。本発明では、拡張/収縮法を使用し、解析は真円フィッティング法を使用した。動的接触角測定で得られる前進接触角と後退接触角の差である接触角ヒステリシスが小さい方が動的撥水性に優れる。
Here, the static contact angle is measured to measure wettability and the like. When a droplet is brought into contact with a solid surface and lands on it, the angle it makes with the sample surface is defined as the contact angle θ. In the present invention, the θ/2 method is used for analysis. The larger the static contact angle, the better the water and oil repellency.
The dynamic contact angle is also measured to quantify the liquid removability. The contact angle when the surface spreads (expands) is called the (dynamic) advancing angle, and the contact angle when the surface contracts is called the (dynamic) receding angle. In the present invention, the expansion/contraction method is used, and the analysis is performed using the perfect circle fitting method. The smaller the contact angle hysteresis, which is the difference between the advancing contact angle and the receding contact angle obtained by dynamic contact angle measurement, the better the dynamic water repellency.
実施例1
重合体1の合成
反応終了後、2層に分離した反応液の上澄みをデカンテーションした後、メチルノナフルオロブチルエーテル5g(3M製)を加えた。得られた溶液をヘキサン20gに滴下してポリマーを沈殿させ、上澄み液をデカンテーションした後、真空乾燥して、4.00gの重合体1を無色固体として得た。収率は80%(重量換算、以下同じ)であった。得られた目的物のGPCによるPMMA換算で測定される数平均分子量Mnは8,100、分散度Mw/Mnは1.8であった。DSC測定を行ったところ、ガラス転移温度は27.0℃であった。
Example 1
Synthesis of Polymer 1
After the reaction was completed, the supernatant of the reaction solution separated into two layers was decanted, and then 5 g of methyl nonafluorobutyl ether (manufactured by 3M) was added. The obtained solution was dropped into 20 g of hexane to precipitate the polymer, and the supernatant was decanted and then vacuum dried to obtain 4.00 g of polymer 1 as a colorless solid. The yield was 80% (weight conversion, the same applies below). The number average molecular weight Mn of the obtained target product measured in PMMA conversion by GPC was 8,100, and the dispersity Mw/Mn was 1.8. When DSC measurement was performed, the glass transition temperature was 27.0°C.
実施例2
重合体2の合成
Synthesis of Polymer 2
比較例1
重合体3の合成
実施例1において、化合物(3)に替えて、メタクリル酸3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロ-n-オクチル(東京化成工業製)5.00gを用いた以外、同様の操作で3.50gの重合体2を無色固体として得た。収率は70%であった。得られた目的物のGPCによるPMMA換算で測定される数平均分子量Mnは6,400、分散度Mw/Mnは1.5であった。DSC測定を行ったところ、ガラス転移温度は24.8℃であった。
Comparative Example 1
Synthesis of Polymer 3 In Example 1, 3.50 g of Polymer 2 was obtained as a colorless solid by the same procedure as in Example 1, except that 5.00 g of 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluoro-n-octyl methacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of compound (3). The yield was 70%. The number average molecular weight Mn of the obtained target product measured in terms of PMMA by GPC was 6,400, and the polydispersity Mw/Mn was 1.5. When DSC measurement was performed, the glass transition temperature was 24.8°C.
比較例2
重合体4の合成
実施例1において、化合物(3)に替えて、アクリル酸3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロ-n-オクチル(東京化成工業製)5.00gを用いた以外、同様の操作で4.00gの重合体2を無色粘稠物として得た。収率は80%であった。得られた目的物のGPCによるポリスチレン換算で測定される数平均分子量Mnは5,500、分散度Mw/Mnは1.4であった。DSC測定を行ったところ、ガラス転移温度は-16.1℃であった。
Comparative Example 2
Synthesis of Polymer 4 In Example 1, 4.00 g of Polymer 2 was obtained as a colorless viscous product by the same procedure as in Example 1, except that 5.00 g of 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluoro-n-octyl acrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of compound (3). The yield was 80%. The number average molecular weight Mn of the obtained target product measured in terms of polystyrene by GPC was 5,500, and the polydispersity Mw/Mn was 1.4. When DSC measurement was performed, the glass transition temperature was −16.1° C.
実施例3
実施例1で得られた重合体1の20mgを、デカフルオロペンタン(三井・ケマーズフロロプロダクツ製)1.98gに溶解させた後、孔径0.45μmのシリンジフィルターでろ過して1.0重量%の重合体溶液とし、表面改質剤組成物を調製した。この組成物を直径2インチのシリコンウェハー上にスピンコーティング(slope5秒間、次いで2,000rpm10秒間、さらにslope5秒間)により製膜した。得られた薄膜について、前記した方法により、純水及びジヨードメタンの静的接触角(液滴量2μL)、並びに拡張/収縮法による純水の動的接触角を測定した。
Example 3
20 mg of the polymer 1 obtained in Example 1 was dissolved in 1.98 g of decafluoropentane (manufactured by Mitsui Chemours Fluoroproducts), and then filtered through a syringe filter with a pore size of 0.45 μm to obtain a 1.0 wt % polymer solution, to prepare a surface modifier composition. This composition was formed into a film on a silicon wafer with a diameter of 2 inches by spin coating (slope 5 seconds, then 2,000 rpm for 10 seconds, and then slope for another 5 seconds). For the obtained thin film, the static contact angles (droplet volume 2 μL) of pure water and diiodomethane, and the dynamic contact angle of pure water by the expansion/contraction method were measured by the above-mentioned method.
実施例4
実施例3において、重合体1に替えて重合体2を用いて、同様の測定を行った。
Example 4
The same measurement as in Example 3 was carried out using Polymer 2 instead of Polymer 1.
比較例3
実施例3において、重合体1に替えて重合体3を用いて、同様の測定を行った。
Comparative Example 3
The same measurement as in Example 3 was carried out using Polymer 3 instead of Polymer 1.
比較例4
実施例3において、重合体1に替えて重合体4を用いて、同様の測定を行った。
Comparative Example 4
The same measurement as in Example 3 was carried out using Polymer 4 instead of Polymer 1.
以上、得られた結果を表1に示す。 The results obtained above are shown in Table 1.
表1の結果から、実施例3,4で示される本発明の含フッ素重合体及びフッ素系溶媒を含む表面改質剤により形成される薄膜は、比較例3,4で示される従来の炭素数6以下のパーフルオロアルキル基を有する含フッ素重合体を含む表面改質剤により形成される薄膜と比較すると以下のことが分かる。
純水に対する静的接触角の測定結果から、実施例3,4の結果は比較例3,4に比べ高いことから撥水性に優れ、ジヨードメタンに対する静的接触角の測定から、実施例3,4の結果は比較例3,4に比べ高いことから撥油性にも優れることが分かる。
純水に対する動的接触角の測定結果から、前進接触角について実施例3,4の結果は比較例3,4と概ね同程度であるものの、後退接触角について実施例3,4の結果は比較例3,4に比べ高く、さらに接触角ヒステリシスが小さいことから水滴除去性に優れることが分かる。
From the results in Table 1, the thin films formed by the surface modifier containing the fluorine-containing polymer of the present invention and a fluorine-based solvent shown in Examples 3 and 4 can be seen to have the following characteristics when compared with the thin films formed by the surface modifier containing a conventional fluorine-containing polymer having a perfluoroalkyl group having 6 or less carbon atoms shown in Comparative Examples 3 and 4.
From the measurement results of the static contact angle with pure water, it can be seen that the results of Examples 3 and 4 are higher than those of Comparative Examples 3 and 4, and therefore have excellent water repellency, and from the measurement of the static contact angle with diiodomethane, it can be seen that the results of Examples 3 and 4 are higher than those of Comparative Examples 3 and 4, and therefore have excellent oil repellency.
From the results of measuring the dynamic contact angle with pure water, the results of Examples 3 and 4 for the advancing contact angle were roughly the same as those of Comparative Examples 3 and 4, but the results of Examples 3 and 4 for the receding contact angle were higher than those of Comparative Examples 3 and 4, and furthermore, the contact angle hysteresis was small, indicating that the results are excellent in terms of water droplet removal properties.
実施例5
重合体5の合成
10mLの試験管に化合物(3)0.80g(東ソー・ファインケム製)、メタクリル酸2-エチルヘキシル0.20g(富士フイルム和光純薬製)、2-ブタノン4.00g(富士フイルム和光純薬製)、t-ブチルパーオキシオクトエート10.0mg(日油製)を仕込み、窒素置換した後、75℃で12時間撹拌した。
反応終了後、2層に分離した反応液の上澄みをデカンテーションした後、真空乾燥して、0.62gの重合体5を無色固体として得た。収率は62%であった。得られた目的物のGPCによるポリスチレン換算で測定される数平均分子量Mnは16,000、分散度Mw/Mnは1.3であった。1H NMRで測定した共重合比は、共重合体中メタクリル酸2-エチルヘキシルからなる残基単位が21%(重量換算、以下同じ)であった。
Example 5
Synthesis of Polymer 5 In a 10 mL test tube, 0.80 g of compound (3) (manufactured by Tosoh Finechem Co., Ltd.), 0.20 g of 2-ethylhexyl methacrylate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 4.00 g of 2-butanone (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 10.0 mg of t-butyl peroxyoctoate (manufactured by NOF Corp.) were placed, purged with nitrogen, and then stirred at 75° C. for 12 hours.
After the reaction was completed, the supernatant of the reaction solution separated into two layers was decanted and then vacuum dried to obtain 0.62 g of polymer 5 as a colorless solid. The yield was 62%. The number average molecular weight Mn of the obtained target product measured in terms of polystyrene by GPC was 16,000, and the polydispersity Mw/Mn was 1.3. The copolymerization ratio measured by 1 H NMR was 21% (weight conversion, the same applies below) of the residue unit consisting of 2-ethylhexyl methacrylate in the copolymer.
実施例6
重合体6の合成
実施例5において、メタクリル酸2-エチルヘキシルに替えて、メタクリル酸ドデシル(東京化成工業製)0.20gを用いた以外、同様の操作で0.69gの重合体6を無色固体として得た。収率は69%であった。得られた目的物のGPCによるポリスチレン換算で測定される数平均分子量Mnは11,000、分散度Mw/Mnは1.5であった。1H NMRで測定した共重合比は、共重合体中メタクリル酸ドデシルからなる残基単位が24%であった。
Example 6
Synthesis of Polymer 6 In Example 5, 0.69 g of Polymer 6 was obtained as a colorless solid by the same procedure except that 0.20 g of dodecyl methacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of 2-ethylhexyl methacrylate. The yield was 69%. The number average molecular weight Mn of the obtained target product measured in terms of polystyrene by GPC was 11,000, and the polydispersity Mw/Mn was 1.5. The copolymerization ratio measured by 1 H NMR was 24% of the residue unit consisting of dodecyl methacrylate in the copolymer.
比較例5
重合体7の合成
実施例5において、化合物(3)に替えて、メタクリル酸3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロ-n-オクチル(東京化成工業製)0.80gを用いた以外、同様の操作で0.76gの重合体7を無色固体として得た。収率は76%であった。得られた目的物のGPCによるポリスチレン換算で測定される数平均分子量Mnは11,000、分散度Mw/Mnは1.8であった。1H NMRで測定した共重合比は、共重合体中メタクリル酸2-エチルヘキシルからなる残基単位が18%であった。
Comparative Example 5
Synthesis of Polymer 7 In Example 5, 0.76 g of polymer 7 was obtained as a colorless solid by the same procedure except that 0.80 g of 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluoro-n-octyl methacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of compound (3). The yield was 76%. The number average molecular weight Mn of the obtained target product measured in terms of polystyrene by GPC was 11,000, and the polydispersity Mw/Mn was 1.8. The copolymerization ratio measured by 1 H NMR was 18% of the residue unit consisting of 2-ethylhexyl methacrylate in the copolymer.
比較例6
重合体8の合成
実施例6において、化合物(3)に替えて、メタクリル酸3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロ-n-オクチル(東京化成工業製)0.80gを用いた以外、同様の操作で0.77gの重合体8を無色固体として得た。収率は77%であった。得られた目的物のGPCによるポリスチレン換算で測定される数平均分子量Mnは16,000、分散度Mw/Mnは1.6であった。1H NMRで測定した共重合比は、共重合体中メタクリル酸ドデシルからなる残基単位が19%であった。
Comparative Example 6
Synthesis of Polymer 8 In Example 6, 0.77 g of polymer 8 was obtained as a colorless solid by the same procedure except that 0.80 g of 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluoro-n-octyl methacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of compound (3). The yield was 77%. The number average molecular weight Mn of the obtained target product measured in terms of polystyrene by GPC was 16,000, and the polydispersity Mw/Mn was 1.6. The copolymerization ratio measured by 1 H NMR was 19% of the residue unit consisting of dodecyl methacrylate in the copolymer.
実施例7
実施例5で得られた重合体5の20mgを、エチルノナフルオロブチルエーテル(3M製)1.98gに溶解させた後、孔径0.45μmのシリンジフィルターでろ過して1.0重量%の重合体溶液とし、表面改質剤組成物を調製した。この組成物を直径2インチのシリコンウェハー上にスピンコーティング(slope5秒間、次いで2,000rpm10秒間、さらにslope5秒間)により製膜した。得られた薄膜について、前記した方法により、純水及びジヨードメタンの静的接触角(液滴量2μL)を測定した。
実施例8
実施例7において、重合体5に替えて重合体6を用いて、同様の測定を行った。
Example 7
20 mg of the polymer 5 obtained in Example 5 was dissolved in 1.98 g of ethyl nonafluorobutyl ether (manufactured by 3M), and then filtered through a syringe filter with a pore size of 0.45 μm to obtain a 1.0 wt % polymer solution, to prepare a surface modifier composition. This composition was formed into a film on a silicon wafer with a diameter of 2 inches by spin coating (slope 5 seconds, then 2,000 rpm for 10 seconds, and then slope for another 5 seconds). The static contact angles (droplet volume 2 μL) of pure water and diiodomethane of the obtained thin film were measured by the above-mentioned method.
Example 8
The same measurement as in Example 7 was carried out using Polymer 6 instead of Polymer 5.
比較例7
実施例7において、重合体5に替えて重合体7を用いて、同様の測定を行った。
Comparative Example 7
The same measurement as in Example 7 was carried out except that Polymer 7 was used in place of Polymer 5.
比較例8
実施例7において、重合体5に替えて重合体8を用いて、同様の測定を行った。
The same measurement as in Example 7 was carried out using Polymer 8 instead of Polymer 5.
表2の結果から、実施例7、8で示される本発明の含フッ素重合体及びフッ素系溶媒を含む表面改質剤により形成される薄膜は、比較例7、8で示される従来の炭素数6以下のパーフルオロアルキル基を有する含フッ素重合体を含む表面改質剤により形成される薄膜と比較すると以下のことが分かる。
実施例7と比較例7を比較すると、単量体Bとして両者が同じメタクリル酸2-エチルヘキシルから構成されている。この場合、純水に対する静的接触角の測定結果について、実施例7の結果は比較例7に比べ高いことから撥水性に優れ、ジヨードメタンに対する静的接触角の測定結果では両者同程度であった。このことから、単量体Aが化合物(3)から構成される重合体5の方が撥水性に優れており、本発明の組成物が撥水性に優れることが分かる。
実施例8と比較例8を比較すると、単量体Bとして両者が同じメタクリル酸ドデシルから構成されている。この場合、純水に対する静的接触角の測定結果について、実施例8の結果は比較例8に比べ高いことから撥水性に優れ、ジヨードメタンに対する静的接触角の測定結果では両者同程度であった。このことから、単量体Aが化合物(3)から構成される重合体6の方が撥水性に優れており、本発明の組成物が撥水性に優れることが分かる。
From the results in Table 2, the thin films formed by the surface modifier containing the fluorine-containing polymer of the present invention and a fluorine-based solvent shown in Examples 7 and 8 can be seen to have the following characteristics when compared with the thin films formed by the surface modifier containing a conventional fluorine-containing polymer having a perfluoroalkyl group having 6 or less carbon atoms shown in Comparative Examples 7 and 8.
Comparing Example 7 and Comparative Example 7, both are composed of the same 2-ethylhexyl methacrylate as monomer B. In this case, the static contact angle of Example 7 is higher than that of Comparative Example 7 in terms of pure water, and is therefore excellent in water repellency, whereas the static contact angle of diiodomethane is comparable between the two. This shows that polymer 5, in which monomer A is composed of compound (3), is more water repellent, and the composition of the present invention is therefore excellent in water repellency.
Comparing Example 8 and Comparative Example 8, both are composed of the same dodecyl methacrylate as monomer B. In this case, the static contact angle of Example 8 is higher than that of Comparative Example 8, indicating excellent water repellency, while the static contact angle of diiodomethane is comparable. This shows that polymer 6, in which monomer A is composed of compound (3), is more water repellent, and the composition of the present invention is therefore excellent in water repellency.
以上の結果から、本発明の含フッ素重合体及びフッ素系溶媒を含む表面改質剤により形成される薄膜は、従来の炭素数6以下のパーフルオロアルキル基を有する含フッ素重合体を含む表面改質剤により形成される薄膜と比較して優れた撥水撥油性を示すことがわかる。 These results show that the thin film formed by the surface modifier containing the fluorine-containing polymer of the present invention and a fluorine-based solvent exhibits superior water and oil repellency compared to the thin film formed by the surface modifier containing the conventional fluorine-containing polymer having a perfluoroalkyl group having 6 or less carbon atoms.
本発明の含フッ素重合体とフッ素系溶媒を含む組成物を用いることにより、撥水撥油性に優れ、引火性及び樹脂への浸食性が低い含フッ素表面改質剤組成物が提供でき、産業上有用である。 By using a composition containing the fluorine-containing polymer of the present invention and a fluorine-based solvent, a fluorine-containing surface modifier composition that has excellent water and oil repellency, low flammability, and low corrosion resistance to resins can be provided, which is industrially useful.
Claims (5)
The fluorine-containing surface modifier composition according to any one of claims 1 to 4, which contains the fluorine-containing polymer in an amount of 0.01% by weight to 50% by weight based on the total amount of the fluorine-containing polymer and the fluorine-based solvent.
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