JP5678660B2 - 共重合体、その製造方法および撥水撥油剤組成物 - Google Patents

共重合体、その製造方法および撥水撥油剤組成物 Download PDF

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Description

本発明は、共重合体、その製造方法、および該共重合体を含む撥水撥油剤組成物に関する。
物品(繊維製品等。)の表面に撥水撥油性を付与する方法としては、炭素数が8以上のポリフルオロアルキル基(以下、ポリフルオロアルキル基をR基と記す。)を有する単量体に基づく構成単位を有する共重合体を媒体に分散させたエマルションからなる撥水撥油剤組成物を用いて物品を処理する方法が知られている。
しかし、最近、EPA(米国環境保護庁)によって、炭素数が8以上のパーフルオロアルキル基(以下、パーフルオロアルキル基をR基と記す。)を有する化合物は、環境、生体中で分解し、分解生成物が蓄積する点、すなわち環境負荷が高い点が指摘されている。そのため、炭素数が6以下のR基を有する単量体に基づく構成単位を有し、炭素数が8以上のR基を有する単量体に基づく構成単位をできるだけ減らした撥水撥油剤組成物用の共重合体が要求されている。
該共重合体を含む撥水撥油剤組成物としては、たとえば、下記の撥水撥油剤組成物が提案されている。
下記単量体(a)に基づく構成単位および下記単量体(b)に基づく構成単位から実質的になる共重合体を必須とする撥水撥油剤組成物(特許文献1)。
単量体(a):炭素数が6以下のR基を有する単量体等。
単量体(b):炭素数が15以上のアルキル基を有する(メタ)アクリレート等。
しかし、該撥水撥油剤組成物で処理された物品は、高所から落下してきた水(降雨)に対する撥水性(以下、動的撥水性と記す。)および洗濯後に強制的に加熱せずに乾燥した後の撥水性(以下、風乾後撥水性と記す。)が不充分である。
国際公開第02/083809号パンフレット
本発明は、物品の表面に動的撥水性を付与できるとともに、撥水性および撥油性が非常に優れ、かつ環境負荷が低い共重合体、その製造方法および撥水撥油剤組成物を提供する。
本発明の共重合体は、下記単量体(a)に基づく構成単位と下記単量体(b)に基づく構成単位とを有し、前記単量体(a)に基づく構成単位の含有割合と前記単量体(b)に基づく構成単位の含有割合との合計が、全構成単位(100質量%)の85質量%以上であり、前記単量体(a)に基づく構成単位の含有割合と前記単量体(b)に基づく構成単位の含有割合とのモル比((a)/(b))が、0.12〜3であることを特徴とする。
単量体(a):下式(1)で表される化合物。
(Z−Y)X ・・・(1)。
ただし、Zは、炭素数がのパーフルオロアルキル基であり、Yは、炭素数1〜4のアルキレン基であり、nは、1であり、Xは、下式(3−3)で表される基である。
−OC(O)CR=CH ・・・(3−3)。
ただし、Rは、水素原子またはメチル基である。
単量体(b):ハロゲン化オレフィン。
前記単量体(b)は塩化ビニルまたは塩化ビニリデンであることが好ましい。
本発明の共重合体は、下記単量体(c)に基づく構成単位をさらに有することが好ましい。
単量体(c):ポリフルオロアルキル基を有さず、架橋しうる官能基を有する単量体。
本発明の共重合体は、下記単量体(d1)に基づく構成単位を有さないことが好ましい。
単量体(d1):炭素数が18以上のアルキル基を有する(メタ)アクリレート。
本発明の共重合体は、全単量体(100質量%)のうち、前記単量体(a)に基づく構成単位が50〜98.5質量%、前記単量体(b)に基づく構成単位が1〜40質量%であることが好ましい。
本発明の共重合体の製造方法は、界面活性剤および重合開始剤の存在下、媒体中にて前記単量体(a)と前記単量体(b)とを含む単量体混合物を重合する共重合体の製造方法であって、前記単量体(a)の含有割合と前記単量体(b)の含有割合との合計が、前記単量体混合物(100質量%)の85質量%以上であり、単量体混合物における、前記単量体(a)の含有割合と前記単量体(b)の含有割合とのモル比((a)/(b))が、0.12〜3であることを特徴とする。
前記単量体混合物は、前記単量体(c)をさらに含むことが好ましい。
前記単量体混合物は、前記単量体(d1)を含まないことが好ましい。
本発明の撥水撥油剤組成物は、本発明の共重合体と媒体とを含むものである。
本発明の共重合体は、物品の表面に動的撥水性を付与できるとともに、撥水性および撥油性が非常に優れ、かつ環境負荷が低い。
本発明の共重合体の製造方法によれば、物品の表面に動的撥水性を付与できるとともに、撥水性および撥油性が非常に優れ、かつ環境負荷が低い共重合体を製造できる。
本発明の撥水撥油剤組成物は、物品の表面に動的撥水性を付与できるとともに、撥水性および撥油性が非常に優れ、かつ環境負荷が低い。
本明細書においては、式(1)で表される化合物を化合物(1)と記す。他の式で表される化合物も同様に記す。また、本明細書においては、式(2)で表される基を基(2)と記す。他の式で表される基も同様に記す。また、本明細書における(メタ)アクリレートは、アクリレートまたはメタクリレートを意味する。また、本明細書における単量体は、重合性不飽和基を有する化合物を意味する。また、本明細書におけるR基は、アルキル基の水素原子の一部またはすべてがフッ素原子に置換された基であり、R基は、アルキル基の水素原子のすべてがフッ素原子に置換された基である。
<共重合体>
本発明の共重合体は、単量体(a)に基づく構成単位と、単量体(b)に基づく構成単位とを必須構成単位として有し、必要に応じて、単量体(c)に基づく構成単位、単量体(d)に基づく構成単位を有する。
(単量体(a))
単量体(a)は、化合物(1)である。
(Z−Y)X ・・・(1)。
Zは、炭素数が1〜6のR基(ただし、該R基はエーテル性の酸素原子を含んでいてもよい。)、または基(2)である。
2i+1O(CFXCFO)CFX− ・・・(2)。
ただし、iは、1〜6の整数であり、jは、0〜10の整数であり、XおよびXは、それぞれ独立にフッ素原子またはトリフルオロメチル基である。
基としては、R基が好ましい。R基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよく、直鎖状が好ましい。
Zとしては、下記の基が挙げられる。
F(CF−、
F(CF−、
F(CF−、
(CFCF(CF−、
2k+1O[CF(CF)CFO]−CF(CF)−等。
ただし、kは、1〜6の整数であり、hは0〜10の整数である。
Yは、2価有機基または単結合である。なお、式(1)において、ZとYの境界は、Zの炭素数が最も少なくなるように定める。
2価有機基としては、アルキレン基が好ましい。アルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。アルキレン基は、−O−、−NH−、−CO−、−S−、−SO−、−CD=CD−(ただし、D、Dは、それぞれ独立に水素原子またはメチル基である。)等を有していてもよい。
Yとしては、下記の基が挙げられる。
−CH−、
−CHCH
−(CH−、
−CHCHCH(CH)−、
−CH=CH−CH−、
−S−CHCH−、
−CHCH−S−CHCH−、
−CHCH−SO−CHCH−等。
nは、1または2である。
Xは、nが1の場合は、基(3−1)〜基(3−5)のいずれかであり、nが2の場合は、基(4−1)〜基(4−4)のいずれかである。
−CR=CH ・・・(3−1)、
−C(O)OCR=CH ・・・(3−2)、
−OC(O)CR=CH ・・・(3−3)、
−OCH−φ−CR=CH ・・・(3−4)、
−OCH=CH ・・・(3−5)。
ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、φはフェニレン基である。
−CH[−(CHCR=CH]− ・・・(4−1)、
−CH[−(CHC(O)OCR=CH]− ・・・(4−2)、
−CH[−(CHOC(O)CR=CH]− ・・・(4−3)、
−OC(O)CH=CHC(O)O− ・・・(4−4)。
ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、mは0〜4の整数である。
化合物(1)としては、他の単量体との重合性、共重合体の皮膜の柔軟性、物品に対する共重合体の接着性、媒体に対する溶解性、乳化重合の容易性等の点から、炭素数が4〜6のR基を有する(メタ)アクリレートが好ましい。
化合物(1)としては、Zが炭素数4〜6のR基であり、Yが炭素数1〜4のアルキレン基であり、nが1であり、Xが基(3−3)である化合物が好ましい。
(単量体(b))
単量体(b)は、ハロゲン化オレフィンである。単量体(b)に基づく構成単位を有することにより、本発明の共重合体からなる皮膜の強度が向上し、また、本発明の共重合体からなる皮膜と基材との接着性が向上する。
ハロゲン化オレフィンとしては、塩素化オレフィンまたはフッ素化オレフィンが好ましく、具体的には、塩化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデンが挙げられる。基材との相互作用を考慮した場合、塩化ビニルまたは塩化ビニリデンが特に好ましい。特に、単量体(a)と塩化ビニリデンを組合せた場合は、造膜性が向上し、低温で加工しても基材に充分な撥水撥油性を付与することができるため好ましい。このときの低温での加工とは、160℃以下で基材を乾燥させ、基材上に皮膜を形成する工程をいう。
(単量体(c))
単量体(c)は、R基を有さず、架橋しうる官能基を有する単量体である。
共重合体が単量体(c)に基づく構成単位を有することにより、耐久性がさらに向上する。
架橋しうる官能基としては、共有結合、イオン結合または水素結合のうち少なくとも1つ以上の結合を有する官能基、または、該結合の相互作用により架橋構造を形成できる官能基が好ましい。
該官能基としては、イソシアネート基、ブロックドイソシアネート基、アルコキシシリル基、アミノ基、アルコキシメチルアミド基、シラノール基、アンモニウム基、アミド基、エポキシ基、水酸基、オキサゾリン基、カルボキシル基、アルケニル基、スルホン酸基等が好ましく、水酸基、ブロックドイソシアネート基、アミノ基、またはエポキシ基が特に好ましい。
単量体(c)としては、(メタ)アクリレート類、アクリルアミド類、ビニルエーテル類、またはビニルエステル類が好ましい。
単量体(c)としては、下記の化合物が挙げられる。
2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、3−イソシアナトプロピル(メタ)アクリレート、4−イソシアナトブチル(メタ)アクリレート、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体、3−イソシアナトプロピル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、3−イソシアナトプロピル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体。
3−イソシアナトプロピル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、3−イソシアナトプロピル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、3−イソシアナトプロピル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体、4−イソシアナトブチル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、4−イソシアナトブチル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、4−イソシアナトブチル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、4−イソシアナトブチル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、4−イソシアナトブチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体。
メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシビニルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルモルホリン、(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリルアミドエチルトリメチルアンモニウムクロライド、(メタ)アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド。
t−ブチル(メタ)アクリルアミドスルホン酸、(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、グリシジル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ポリオキシアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイルオキシヘキサヒドロフタル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドフォスフェート、アリル(メタ)アクリレート、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−(2−ビニルオキサゾリン)ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのポリカプロラクトンエステル。
トリ(メタ)アリルイソシアヌレート(T(M)AIC、日本化成社製)、トリアリルシアヌレート(TAC、日本化成社製)、フェニルグリシジルエチルアクリレートトリレンジイソシアナート(AT−600、共栄社化学社製)、3−(メチルエチルケトオキシム)イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシル(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)シアナート(テックコートHE−6P、京絹化成社製)。ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのポリカプロラクトンエステル(プラクセルFA、FMシリーズ ダイセル化学工業社製)。
単量体(c)としてはN−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、またはヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのポリカプロラクトンエステル(ダイセル化学工業社製、プラクセルFA、FMシリーズ)が好ましい。
(単量体(d))
単量体(d)は、単量体(a)、単量体(b)および単量体(c)を除く単量体である。
単量体(d)としては、下記の化合物が挙げられる。
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)メタクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシルメタクリレート、シクロドデシルアクリレート、3−エトキシプロピルアクリレート、メトキシ−ブチルアクリレート、2−エチルブチルアクリレート、1、3−ジメチルブチルアクリレート、2−メチルペンチルアクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート。
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ブテン、イソプレン、ブタジエン、エチレン、プロピレン、ビニルエチレン、ペンテン、エチル−2−プロピレン、ブチルエチレン、シクロヘキシルプロピルエチレン、デシルエチレン、ドデシルエチレン、ヘキセン、イソヘキシルエチレン、ネオペンチルエチレン、(1,2−ジエトキシカルボニル)エチレン、(1,2−ジプロポキシカルボニル)エチレン、メトキシエチレン、エトキシエチレン、ブトキシエチレン、2−メトキシプロピレン、ペンチルオキシエチレン、シクロペンタノイルオキシエチレン、シクロペンチルアセトキシエチレン、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ヘキシルスチレン、オクチルスチレン、ノニルスチレン。
N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、ビニルアルキルエーテル、ハロゲン化アルキルビニルエーテル、ビニルアルキルケトン、アジリジニルエチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシルポリオキシアルキレン(メタ)アクリレート、ポリオキシアルキレンジ(メタ)アクリレート。
クロトン酸アルキルエステル、マレイン酸アルキルエステル、フマル酸アルキルエステル、シトラコン酸アルキルエステル、メサコン酸アルキルエステル、酢酸アリル、N−ビニルカルバゾール、マレイミド、N−メチルマレイミド、側鎖にシリコーンを有する(メタ)アクリレート、ウレタン結合を有する(メタ)アクリレート、末端が炭素数1〜4のアルキル基であるポリオキシアルキレン鎖を有する(メタ)アクリレート、アルキレンジ(メタ)アクリレート等。
本発明の共重合体は、動的撥水性および撥水性の耐久性の点から、単量体(d)のうち下記単量体(d1)に基づく構成単位が15質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、単量体(d1)に基づく構成単位を有さないことが特に好ましい。
単量体(d1):炭素数が18以上のアルキル基を有する(メタ)アクリレート。
単量体(d1)としては、ステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
単量体(a)に基づく構成単位の割合は、動的撥水性および風乾後撥水性の点から、全単量体(100質量%)のうち、50〜99質量%が好ましく、50〜98.5質量%がより好ましく、60〜94質量%が特に好ましい。
単量体(b)に基づく構成単位の割合は、動的撥水性および風乾後撥水性の点から、全単量体(100質量%)のうち、1〜50質量%が好ましく、1〜40質量%がより好ましく、5〜30質量%が特に好ましい。
単量体(a)に基づく構成単位の含有割合と単量体(b)に基づく構成単位の含有割合との合計は、全構成単位(100質量%)の85質量%以上であり、90質量%以上が好ましく、95〜100質量%が特に好ましい。該合計を85質量%以上とすることにより、動的撥水性および風乾後撥水性の両方を兼ね備えることができる。
また、単量体(a)に基づく構成単位の含有割合と単量体(b)に基づく構成単位の含有割合とのモル比((a)/(b))は、0.12〜3が好ましく、0.2〜2.5がより好ましく、0.3〜2が特に好ましい。(a)/(b)が0.12〜3である場合は、基材との密着性が充分であり、かつ撥水撥油性が高く、優れた耐久性を発現する。
単量体(c)に基づく構成単位の割合は、全単量体(100質量%)のうち、0〜10質量%が好ましく、耐久性の点から、0.5〜10質量%がより好ましく、1〜10質量%が特に好ましい。
単量体(d)に基づく構成単位の割合は、全単量体(100質量%)のうち、0〜15質量%が好ましく、0〜5質量%がより好ましい。
本発明における単量体に基づく構成単位の割合は、NMR分析および元素分析から求める。なお、NMR分析および元素分析から求められない場合は、共重合体の製造時の単量体の仕込み量に基づいて算出してもよい。
(共重合体の製造方法)
本発明の共重合体は、下記の方法で製造される。
界面活性剤および重合開始剤の存在下、媒体中にて単量体(a)および単量体(b)を含み、必要に応じて単量体(c)、単量体(d)を含む単量体混合物を重合して、共重合体の溶液、分散液またはエマルションを得る方法。
重合法としては、分散重合法、乳化重合法、懸濁重合法等が挙げられ、乳化重合法が好ましい。また、一括重合であってもよく、多段重合であってもよい。
本発明の共重合体の製造方法としては、界面活性剤および重合開始剤の存在下、単量体(a)および単量体(b)を含み、必要に応じて単量体(c)、単量体(d)を含む単量体混合物を乳化重合して共重合体のエマルションを得る方法が好ましい。
共重合体の収率が向上する点から、乳化重合の前に、単量体、界面活性剤および水系媒体からなる混合物を前乳化することが好ましい。たとえば、単量体、界面活性剤および水系媒体からなる混合物を、ホモミキサーまたは高圧乳化機で混合分散する。
媒体としては、後述の媒体が挙げられる。
界面活性剤としては、後述の界面活性剤が挙げられる。
界面活性剤の添加量は、単量体混合物の100質量部に対して、1〜10質量部が好ましい。
重合開始剤としては、熱重合開始剤、光重合開始剤、放射線重合開始剤、ラジカル重合開始剤、イオン性重合開始剤等が挙げられ、水溶性または油溶性のラジカル重合開始剤が好ましい。
ラジカル重合開始剤としては、アゾ系重合開始剤、過酸化物系重合開始剤、レドックス系開始剤等の汎用の開始剤が、重合温度に応じて用いられる。ラジカル重合開始剤としては、アゾ系化合物が特に好ましく、水系媒体中で重合を行う場合、アゾ系化合物の塩がより好ましい。重合温度は20〜150℃が好ましい。
重合開始剤の添加量は、単量体混合物の100質量部に対して、0.1〜5質量部が好ましく、0.1〜3質量部がより好ましい。
単量体混合物の重合の際には、分子量調整剤を用いてもよい。分子量調節剤としては、芳香族系化合物、メルカプトアルコール類またはメルカプタン類が好ましく、アルキルメルカプタン類が特に好ましい。分子量調整剤としては、メルカプトエタノール、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、ステアリルメルカプタン、α−メチルスチレンダイマ(CH=C(Ph)CHC(CHPh、Phはフェニル基である。)等が挙げられる。
分子量調節剤の添加量は、単量体混合物の100質量部に対して、0.01〜5質量部が好ましく、0.1〜3質量部がより好ましい。
また、ジエチレングリコールビス(3−メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)、2,4,6−トリメルカプトトリアジン、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン等の多官能メルカプト化合物の存在下で、単量体混合物を重合してもよい。
単量体(a)の割合は、動的撥水性および風乾後撥水性の点から、単量体混合物(100質量%)のうち、50〜99質量%が好ましく、50〜98.5質量%がより好ましく、60〜94質量%が特に好ましい。
単量体(b)の割合は、動的撥水性および風乾後撥水性の点から、単量体混合物(100質量%)のうち、1〜50質量%が好ましく、1〜40質量%がより好ましく、5〜30質量%が特に好ましい。
単量体(a)の含有割合と単量体(b)の含有割合との合計は、単量体混合物(100質量%)の85質量%以上であり、90質量%以上が好ましく、95〜100質量%が特に好ましい。該合計を85質量%以上とすることにより、動的撥水性および風乾後撥水性の両方を兼ね備えることができる。
また、単量体(a)の含有割合と単量体(b)の含有割合とのモル比((a)/(b))は、0.12〜3が好ましく、0.2〜2.5がより好ましく、0.3〜2が特に好ましい。(a)/(b)が0.12〜3である場合は、基材との密着性が充分であり、かつ撥水撥油性が高く、優れた耐久性を発現する。
単量体(c)の割合は、単量体混合物(100質量%)のうち、0〜10質量%が好ましく、耐久性の点から、0.5〜10質量%がより好ましく、1〜10質量%が特に好ましい。
単量体(d)の割合は、単量体混合物(100質量%)のうち、0〜15質量%が好ましく、0〜5質量%がより好ましい。
本発明の共重合体の質量平均分子量(Mw)は、1000〜100万が好ましく、3000〜100万が特に好ましい。
共重合体の質量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィ(GPC)で測定される、ポリスチレン換算の分子量である。
以上説明した本発明の共重合体にあっては、単量体(a)に基づく構成単位と単量体(b)に基づく構成単位とを有し、単量体(a)に基づく構成単位の含有割合と単量体(b)に基づく構成単位との含有割合の合計が全構成単位(100質量%)の85質量%以上であるため、物品の表面に充分な動的撥水性および風乾後撥水性を付与できる。また、炭素数が8以上のR基を有する単量体に基づく構成単位を有さないため、環境負荷が低い。
<撥水撥油剤組成物>
本発明の撥水撥油剤組成物は、本発明の共重合体と媒体とを必須成分として含み、必要に応じて、界面活性剤、添加剤を含む。
(媒体)
媒体としては、水、アルコール、グリコール、グリコールエーテル、ハロゲン化合物、炭化水素、ケトン、エステル、エーテル、窒素化合物、硫黄化合物、無機溶剤、有機酸等が挙げられ、溶解性、取扱いの容易さの点から、水、アルコール、グリコール、グリコールエーテルおよびグリコールエステルからなる群から選ばれた1種以上の媒体が好ましい。
アルコールとしては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチルプロパノール、1,1−ジメチルエタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、1,1−ジメチルプロパノール、3−メチル−2−ブタノール、1,2−ジメチルプロパノール、1−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、2−エチル−1−ブタノール、1−へプタノール、2−へプタノール、3−へプタノール等が挙げられる。
グリコール、グリコールエーテルとしては、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、プロピレングリコール、グリコールエーテルとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコール、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ポリプロピレングリコール、ヘキシレングリコール等が挙げられる。
ハロゲン化合物としては、ハロゲン化炭化水素、ハロゲン化エーテル等が挙げられる。
ハロゲン化炭化水素としては、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロブロモカーボン等が挙げられる。
ハロゲン化エーテルとしては、ハイドロフルオロエーテル等が挙げられる。
ハイドロフルオロエーテルとしては、分離型ハイドロフルオロエーテル、非分離型ハイドロフルオロエーテル等が挙げられる。分離型ハイドロフルオロエーテルとは、エーテル性酸素原子を介してR基またはパーフルオロアルキレン基、および、アルキル基またはアルキレン基が結合している化合物である。非分離型ハイドロフルオロエーテルとは、部分的にフッ素化されたアルキル基またはアルキレン基を含むハイドロフルオロエーテルである。
炭化水素としては、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素等が挙げられる。
脂肪族炭化水素としては、ペンタン、2−メチルブタン、3−メチルペンタン、ヘキサン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、ヘプタン、オクタン、2,2,4−トリメチルペンタン、2,2,3−トリメチルヘキサン、デカン、ウンデカン、ドデカン、2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、トリデカン、テトラデカン、ヘキサデカン等が挙げられる。
脂環式炭化水素としては、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等が挙げられる。
芳香族炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。
ケトンとしては、アセトン、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。
エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ペンチル等が挙げられる。
エーテルとしては、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
窒素化合物としては、ピリジン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
硫黄化合物としては、ジメチルスルホキシド、スルホラン等が挙げられる。
無機溶剤としては、液体二酸化炭素が挙げられる。
有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、りんご酸、乳酸等が挙げられる。
媒体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。媒体を2種以上混合して用いる場合、水と混合して用いることが好ましい。混合した媒体を用いることにより、共重合体の溶解性、分散性の制御がしやすく、加工時における物品に対する浸透性、濡れ性、溶媒乾燥速度等の制御がしやすい。
(界面活性剤)
界面活性剤としては、炭化水素系界面活性剤またはフッ素系界面活性剤が挙げられ、それぞれ、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、または両性界面活性剤が挙げられる。
界面活性剤としては、分散安定性の点から、ノニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤または両性界面活性剤との併用、または、アニオン性界面活性剤の単独が好ましく、ノニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤との併用が好ましい。
ノニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤との質量比(ノニオン性界面活性剤/カチオン性界面活性剤)は、97/3〜40/60が好ましい。
ノニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤との特定の組み合わせにおいては、共重合体(100質量%)に対する合計量を、5質量%以下にできるため、物品の撥水性への悪影響を低減できる。
ノニオン性界面活性剤としては、界面活性剤s〜sからなる群から選ばれる1種以上が好ましい。
界面活性剤s
界面活性剤sは、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンモノアルケニルエーテル、ポリオキシアルキレンモノアルカポリエニルエーテル、またはポリオキシアルキレンモノポリフルオロアルキルエーテルである。
界面活性剤sとしては、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンモノアルケニルエーテル、またはポリオキシアルキレンモノポリフルオロアルキルエーテルが好ましい。界面活性剤sは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アルキル基、アルケニル基、アルカポリエニル基またはポリフルオロアルキル基(以下、アルキル基、アルケニル基、アルカポリエニル基およびポリフルオロアルキル基をまとめてR基と記す。)としては、炭素数が4〜26の基が好ましい。R基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。分岐状のR基としては、2級アルキル基、2級アルケニル基または2級アルカポリエニル基が好ましい。R基は、水素原子の一部または全てがフッ素原子で置換されていてもよい。
基の具体例としては、オクチル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、ステアリル基(オクタデシル基)、ベヘニル基(ドコシル基)、オレイル基(9−オクタデセニル基)、ヘプタデシルフルオロオクチル基、トリデシルフルオロヘキシル基、1H,1H,2H,2H−トリデシルフルオロオクチル基、1H,1H,2H,2H−ノナフルオロヘキシル基等が挙げられる。
ポリオキシアルキレン(以下、POAと記す。)鎖としては、ポリオキシエチレン(以下、POEと記す。)鎖および/またはポリオキシプロピレン(以下、POPと記す。)鎖が2個以上連なった鎖が好ましい。POA鎖は、1種のPOA鎖からなる鎖であってもよく、2種以上のPOA鎖からなる鎖であってもよい。2種以上のPOA鎖からなる場合、各POA鎖はブロック状に連結されることが好ましい。
界面活性剤sとしては、化合物(s11)がより好ましい。
10O[CHCH(CH)O]−(CHCHO)H ・・・(s11)。
ただし、R10は、炭素数が8以上のアルキル基または炭素数が8以上のアルケニル基であり、rは、5〜50の整数であり、sは、0〜20の整数である。R10は、水素原子の一部がフッ素原子に置換されていてもよい。
rが5以上であれば、水に可溶となり、水系媒体中に均一に溶解するため、撥水撥油剤組成物の物品への浸透性が良好となる。rが50以下であれば、親水性が抑えられ、撥水性が良好となる。
sが20以下であれば、水に可溶となり、水系媒体中に均一に溶解するため、撥水撥油剤組成物の物品への浸透性が良好となる。
rおよびsが2以上である場合、POE鎖とPOP鎖とはブロック状に連結される。
10としては、直鎖状または分岐状のものが好ましい。
rは、10〜30の整数が好ましい。
sは、0〜10の整数が好ましい。
化合物(s11)としては、下記の化合物が挙げられる。ただし、POE鎖とPOP鎖とはブロック状に連結される。
1837O[CHCH(CH)O]−(CHCHO)30H、
1835O−(CHCHO)30H、
1633O[CHCH(CH)O]−(CHCHO)20H、
1225O[CHCH(CH)O]−(CHCHO)15H、
(C17)(C13)CHO−(CHCHO)15H、
1021O[CHCH(CH)O]−(CHCHO)15H、
13CHCHO−(CHCHO)15H、
13CHCHO[CHCH(CH)O]−(CHCHO)15H、
CHCHO[CHCH(CH)O]−(CHCHO)15H。
界面活性剤s
界面活性剤sは、分子中に1個以上の炭素−炭素三重結合および1個以上の水酸基を有する化合物からなるノニオン性界面活性剤である。
界面活性剤sとしては、分子中に1個の炭素−炭素三重結合、および1個または2個の水酸基を有する化合物からなるノニオン性界面活性剤が好ましい。
界面活性剤sは、分子中にPOA鎖を有してもよい。POA鎖としては、POE鎖、POP鎖、POE鎖とPOP鎖とがランダム状に連結された鎖、またはPOE鎖とPOP鎖とがブロック状に連結された鎖が挙げられる。
界面活性剤sとしては、化合物(s21)〜(s24)が好ましい。
HO−C(R11)(R12)−C≡C−C(R13)(R14)−OH ・・・(s21)、
HO−(AO)−C(R11)(R12)−C≡C−C(R13)(R14)−(OA−OH ・・・(s22)、
HO−C(R15)(R16)−C≡C−H ・・・(s23)、
HO−(AO)−C(R15)(R16)−C≡C−H ・・・(s24)。
〜Aは、それぞれアルキレン基である。
uおよびvは、それぞれ0以上の整数であり、(u+v)は、1以上の整数である。
wは、1以上の整数である。
u、v、wが、それぞれ2以上である場合、A〜Aは、それぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
POA鎖としては、POE鎖、POP鎖、またはPOE鎖とPOP鎖とを含む鎖が好ましい。POA鎖の繰り返し単位の数は、1〜50が好ましい。
11〜R16は、それぞれ水素原子またはアルキル基である。
アルキル基としては、炭素数が1〜12のアルキル基が好ましく、炭素数が1〜4のアルキル基がより好ましい。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソブチル基等が挙げられる。
化合物(s22)としては、化合物(s25)が好ましい。
Figure 0005678660
ただし、xおよびyは、それぞれ0〜100の整数である。
化合物(s25)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
化合物(s25)としては、xおよびyが0である化合物、xとyとの和が平均1〜4である化合物、またはxとyとの和が平均10〜30である化合物が好ましい。
界面活性剤s
界面活性剤sは、POE鎖と、炭素数が3以上のオキシアルキレンが2個以上連続して連なったPOA鎖とが連結し、かつ両末端が水酸基である化合物からなるノニオン性界面活性剤である。
該POA鎖としては、ポリオキシテトラメチレン(以下、POTと記す。)および/またはPOP鎖が好ましい。
界面活性剤sとしては、化合物(s31)または化合物(s32)が好ましい。
HO(CHCHO)g1(CO)(CHCHO)g2H ・・・(s31)、
HO(CHCHO)g1(CHCHCHCHO)(CHCHO)g2H ・・・(s32)。
g1は、0〜200の整数である。
tは、2〜100の整数である。
g2は、0〜200の整数である。
g1が0の場合、g2は、2以上の整数である。g2が0の場合、g1は、2以上の整数である。
−CO−は、−CH(CH)CHO−であってもよく、−CHCH(CH)O−であってもよく、−CH(CH)CHO−と−CHCH(CH)O−とが混在したものであってもよい。
POA鎖は、ブロック状である。
界面活性剤sとしては、下記の化合物が挙げられる。
HO−(CHCHO)15−(CO)35−(CHCHO)15H、
HO−(CHCHO)−(CO)35−(CHCHO)H、
HO−(CHCHO)45−(CO)17−(CHCHO)45H、
HO−(CHCHO)34−(CHCHCHCHO)28−(CHCHO)34H。
界面活性剤s
界面活性剤sは、分子中にアミンオキシド部分を有するノニオン性界面活性剤である。
界面活性剤sとしては、化合物(s41)が好ましい。
(R17)(R18)(R19)N(→O) ・・・(s41)。
17〜R19は、それぞれ1価炭化水素基である。
本発明においては、アミンオキシド(N→O)を有する界面活性剤をノニオン性界面活性剤として扱う。
化合物(s41)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
化合物(s41)としては、共重合体の分散安定性の点から、化合物(s42)が好ましい。
(R20)(CHN(→O) ・・・(s42)。
20は、炭素数が6〜22のアルキル基、炭素数が6〜22のアルケニル基、炭素数が6〜22のアルキル基が結合したフェニル基、炭素数が6〜22のアルケニル基が結合したフェニル基、または炭素数が6〜13のフルオロアルキル基である。R20としては、炭素数が8〜22のアルキル基、または炭素数が8〜22のアルケニル基、または炭素数が4〜9のポリフルオロアルキル基が好ましい。
化合物(s42)としては、下記の化合物が挙げられる。
[H(CH12](CHN(→O)、
[H(CH14](CHN(→O)、
[H(CH16](CHN(→O)、
[H(CH18](CHN(→O)、
[F(CF(CH](CHN(→O)、
[F(CF(CH](CHN(→O)。
界面活性剤s
界面活性剤sは、ポリオキシエチレンモノ(置換フェニル)エーテルの縮合物またはポリオキシエチレンモノ(置換フェニル)エーテルからなるノニオン性界面活性剤である。
置換フェニル基としては、1価炭化水素基で置換されたフェニル基が好ましく、アルキル基、アルケニル基またはスチリル基で置換されたフェニル基がより好ましい。
界面活性剤sとしては、ポリオキシエチレンモノ(アルキルフェニル)エーテルの縮合物、ポリオキシエチレンモノ(アルケニルフェニル)エーテルの縮合物、ポリオキシエチレンモノ(アルキルフェニル)エーテル、ポリオキシエチレンモノ(アルケニルフェニル)エーテル、またはポリオキシエチレンモノ[(アルキル)(スチリル)フェニル〕エーテルが好ましい。
ポリオキシエチレンモノ(置換フェニル)エーテルの縮合物またはポリオキシエチレンモノ(置換フェニル)エーテルとしては、ポリオキシエチレンモノ(ノニルフェニル)エーテルのホルムアルデヒド縮合物、ポリオキシエチレンモノ(ノニルフェニル)エーテル、ポリオキシエチレンモノ(オクチルフェニル)エーテル、ポリオキシエチレンモノ(オレイルフェニル)エーテル、ポリオキシエチレンモノ[(ノニル)(スチリル)フェニル]エーテル、ポリオキシエチレンモノ[(オレイル)(スチリル)フェニル]エーテル等が挙げられる。
界面活性剤s
界面活性剤sは、ポリオールの脂肪酸エステルからなるノニオン性界面活性剤である。
ポリオールとは、グリセリン、ソルビタン、ソルビット、ポリグリセリン、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレングリセリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンエーテル、ポリオキシエチレンソルビットエーテルを表わす。
界面活性剤sとしては、ステアリン酸とポリエチレングリコールとの1:1(モル比)エステル、ソルビットとポリエチレングリコールとのエーテルとオレイン酸とのl:4(モル比)エステル、ポリオキシエチレングリコールとソルビタンとのエーテルとステアリン酸との1:1(モル比)エステル、ポリエチレングリコールとソルビタンとのエーテルとオレイン酸との1:1(モル比)エステル、ドデカン酸とソルビタンとの1:1(モル比)エステル、オレイン酸とデカグリセリンとの1:1または2:1(モル比)エステル、ステアリン酸とデカグリセリンとの1:1または2:1(モル比)エステルが挙げられる。
界面活性剤s
界面活性剤がカチオン性界面活性剤を含む場合、該カチオン性界面活性剤としては、界面活性剤sが好ましい。
界面活性剤sは、置換アンモニウム塩形のカチオン性界面活性剤である。
界面活性剤sとしては、窒素原子に結合する水素原子の1個以上が、アルキル基、アルケニル基または末端が水酸基であるPOA鎖で置換されたアンモニウム塩が好ましく、化合物(s71)がより好ましい。
[(R21]・X ・・・(s71)。
21は、水素原子、炭素数が1〜22のアルキル基、炭素数が2〜22のアルケニル基、炭素数が1〜9のフルオロアルキル基、または末端が水酸基であるPOA鎖である。
4つのR21は、同一であってもよく、異なっていてもよいが、4つのR21は同時に水素原子ではない。
21としては、炭素数が6〜22の長鎖アルキル基、炭素数が6〜22の長鎖アルケニル基、または炭素数が1〜9のフルオロアルキル基が好ましい。
21が長鎖アルキル基以外のアルキル基の場合、R21としては、メチル基またはエチル基が好ましい。
21が、末端が水酸基であるPOA鎖の場合、POA鎖としては、POE鎖が好ましい。
は、対イオンである。
としては、塩素イオン、エチル硫酸イオン、または酢酸イオンが好ましい。
化合物(s71)としては、モノステアリルトリメチルアンモニウムクロリド、モノステアリルジメチルモノエチルアンモニウムエチル硫酸塩、モノ(ステアリル)モノメチルジ(ポリエチレングリコール)アンモニウムクロリド、モノフルオロヘキシルトリメチルアンモニウムクロリド、ジ(牛脂アルキル)ジメチルアンモニウムクロリド、ジメチルモノココナッツアミン酢酸塩等が挙げられる。
界面活性剤s
界面活性剤が両性界面活性剤を含む場合、該両性界面活性剤としては、界面活性剤sが好ましい。
界面活性剤sは、アラニン類、イミダゾリニウムベタイン類、アミドベタイン類または酢酸ベタインである。
疎水基としては、炭素数が6〜22の長鎖アルキル基、炭素数が6〜22の長鎖アルケニル基、または炭素数が1〜9のフルオロアルキル基が好ましい。
界面活性剤sとしては、ドデシルベタイン、ステアリルベタイン、ドデシルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ドデシルジメチルアミノ酢酸ベタイン、脂肪酸アミドプロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン等が挙げられる。
界面活性剤s
界面活性剤として、界面活性剤sを用いてもよい。
界面活性剤sは、親水性単量体と炭化水素系疎水性単量体および/またはフッ素系疎水性単量体との、ブロック共重合体、ランダム共重合体、または親水性共重合体の疎水性変性物からなる高分子界面活性剤である。
界面活性剤sとしては、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレートと長鎖アルキルアクリレートとのブロックまたはランダム共重合体、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレートとフルオロ(メタ)アクリレートとのブロックまたはランダム共重合体、酢酸ビニルと長鎖アルキルビニルエーテルとのブロックまたはランダム共重合体、酢酸ビニルと長鎖アルキルビニルエステルとのブロックまたはランダム共重合体、スチレンと無水マレイン酸との重合物、ポリビニルアルコールとステアリン酸との縮合物、ポリビニルアルコールとステアリルメルカプタンとの縮合物、ポリアリルアミンとステアリン酸との縮合物、ポリエチレンイミンとステアリルアルコールとの縮合物、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等が挙げられる。
界面活性剤sの市販品としては、クラレ社のMPポリマー(商品番号:MP−103、MP−203)、エルフアトケム社のSMAレジン、信越化学社のメトローズ、日本触媒社のエポミンRP、セイミケミカル社のサーフロン(商品番号:S−381、S−393)等が挙げられる。
界面活性剤sとしては、媒体が有機溶剤の場合または有機溶剤の混合比率が多い場合、界面活性剤s91が好ましい。
界面活性剤s91:親油性単量体とフッ素系単量体とのブロック共重合体またはランダム共重合体(そのポリフルオロアルキル変性体)からなる高分子界面活性剤。
界面活性剤s91としては、アルキルアクリレートとフルオロ(メタ)アクリレートとの共重合体、アルキルビニルエーテルとフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体等が挙げられる。
界面活性剤s91の市販品としては、セイミケミカル社のサーフロン(商品番号:S−383、SC−100シリーズ)が挙げられる。
界面活性剤の組み合わせとしては、撥水撥油剤組成物の撥水性、耐久性に優れる点、得られた乳化液の安定性の点から、界面活性剤sと界面活性剤sと界面活性剤sとの組み合わせ、または界面活性剤sと界面活性剤sと界面活性剤sとの組み合わせ、または界面活性剤sと界面活性剤sと界面活性剤sと界面活性剤sとの組み合わせが好ましく、界面活性剤sが化合物(s71)である上記の組み合わせがより好ましい。
界面活性剤の合計量は、共重合体(100質量部)に対して1〜10質量部が好ましく、1〜7質量部より好ましい。
(添加剤)
本発明の撥水撥油剤組成物は、必要に応じて各種の添加剤を含有していてもよい。
添加剤としては、浸透剤、消泡剤、吸水剤、帯電防止剤、制電性重合体、防皺剤、風合い調整剤、造膜助剤、水溶性高分子(ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール等。)、熱硬化剤(メラミン樹脂、ウレタン樹脂、トリアジン環含有化合物、イソシアネート系化合物等。)、エポキシ硬化剤(イソフタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバチン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジド、1,6−ヘキサメチレンビス(N,N−ジメチルセミカルバジド)、1,1,1’,1,’−テトラメチル−4,4’−(メチレン−ジ−パラ−フェニレン)ジセミカルバジド、スピログリコール等。)、熱硬化触媒、架橋触媒、合成樹脂、繊維安定剤、無機微粒子等が挙げられる。
本発明の撥水撥油剤組成物は、耐久性が向上する点から、熱硬化剤および熱硬化触媒を含むことが好ましい。
また、本発明の撥水撥油剤組成物は、必要に応じて、本発明の共重合体以外の、撥水性および/または撥油性を発現できる共重合体(たとえば、単量体(c)に基づく構成単位を多く含む共重合体、市販の撥水剤、市販の撥油剤、市販の撥水撥油剤等。)、フッ素原子を有さない撥水性化合物等を含んでいてもよい。フッ素原子を有さない撥水性化合物としては、パラフィン系化合物、脂肪族アマイド系化合物、アルキルエチレン尿素化合物、シリコン系化合物等が挙げられる。
(撥水撥油剤組成物の製造方法)
本発明の撥水撥油剤組成物は、下記(i)または(ii)の方法で製造される。
(i)界面活性剤、重合開始剤の存在下、媒体中にて単量体(a)および単量体(b)を含み、必要に応じて単量体(c)、単量体(d)を含む単量体混合物を重合して共重合体の溶液、分散液またはエマルションを得た後、必要に応じて、他の媒体、他の界面活性剤、添加剤を加える方法。
(ii)界面活性剤、重合開始剤の存在下、媒体中にて単量体(a)および単量体(b)を含み、必要に応じて単量体(c)、単量体(d)を含む単量体混合物を重合して共重合体の溶液、分散液またはエマルションを得た後、共重合体を分離し、共重合体に媒体、界面活性剤、必要に応じて添加剤を加える方法。
単量体混合物の重合は、上述の共重合体の製造方法における重合と同様に行えばよい。
本発明の撥水撥油剤組成物は、共重合体が媒体中に粒子として分散していることが好ましい。共重合体の平均粒子径は、10〜1000nmが好ましく、10〜300nmがより好ましく、10〜250nmが特に好ましい。平均粒子径が該範囲であれば、界面活性剤、分散剤等を多量に用いる必要がなく、撥水撥油性が良好であり、染色された布帛類を処理した場合に色落ちが発生せず、媒体中で分散粒子が安定に存在できて沈降することがない。共重合体の平均粒子径は、動的光散乱装置、電子顕微鏡等により測定できる。
エマルションの固形分濃度は、共重合体の製造直後は、エマルション(100質量%)中、20〜40質量%が好ましい。なお、該固形分濃度は、共重合体の他、乳化剤も含む濃度である。エマルションにおける共重合体の含有割合は、共重合体の製造直後は、18〜40質量%が好ましい。
本発明の撥水撥油剤組成物の固形分濃度は、物品の処理時は、撥水撥油剤組成物(100質量%)中、0.2〜5質量%が好ましい。
エマルションまたは撥水撥油剤組成物の固形分濃度は、加熱前のエマルションまたは撥水撥油剤組成物の質量と、120℃の対流式乾燥機にて4時間乾燥した後の質量とから計算される。
以上説明した本発明の撥水撥油剤組成物にあっては、本発明の共重合体を含むため、物品の表面に充分な動的撥水性および風乾後撥水性を付与できる。また、該共重合体が炭素数が8以上のR基を有する単量体に基づく構成単位を有さないため、環境負荷が低い。
また、本発明の撥水剤組成物にあっては、環境への影響が指摘されている、パーフルオロオクタン酸(PFOA)やパーフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)およびその前駆体、類縁体の含有量(固形分濃度20%とした場合の含有量)を特願2007−333564に記載の方法によるLC−MS/MSの分析値として検出限界以下にすることができる。
本発明の撥水撥油剤組成物は、単独で用いてもよく、他の撥水撥油剤組成物と混合して用いてもよい。たとえば、親水成分量が多いため撥水性能を有さないフッ素系のSR(Soil Release)剤と併用することにより、洗濯耐久性のある撥水撥油SR加工が可能となる。
<物品>
本発明の撥水撥油剤組成物は、物品の撥水撥油処理に用いられる。
本発明の撥水撥油剤組成物で処理される物品としては、繊維(天然繊維、合成繊維、混紡繊維等。)、各種繊維製品、不織布、樹脂、紙、皮革、金属、石、コンクリート、石膏、ガラス等が挙げられる。
処理方法としては、たとえば、公知の塗工方法によって物品に撥水撥油剤組成物を塗布または含浸した後、乾燥する方法が挙げられる。
さらに、帯電防止加工、柔軟加工、抗菌加工、消臭加工、防水加工等を行ってもよい。
防水加工としては、防水膜を付与する加工が挙げられる。防水膜としては、ウレタン樹脂やアクリル樹脂から得られる多孔質膜、ウレタン樹脂やアクリル樹脂から得られる無孔質膜、ポリテトラフルオロエチレン膜、またはこれらを組み合わせた透湿防水膜が挙げられる。
本発明の撥水撥油剤組成物を用いて物品を処理すると、高品位な撥水撥油性を物品に付与できる。また、基材表面への接着性に優れ、低温でのキュアリングでも撥水撥油性を付与できる。また、摩擦や洗濯による性能の低下が少なく、加工初期の性能を安定して維持できる。また、紙へ処理した場合は、低温の乾燥条件でも、優れたサイズ性、撥水撥油性を紙に付与できる。樹脂、ガラスまたは金属表面などに処理した場合には、物品への密着性が良好で造膜性に優れた撥水撥油性皮膜を形成できる。
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
例1〜11、20〜22は実施例であり、例12〜19は比較例である。
<共重合体の物性>
下記の回収方法Aにて回収された共重合体について、分子量の測定および共重合体組成の分析を行った。
(共重合体回収方法A)
エマルションの6gを、固形分が40質量%程度となるように濃縮し、濃縮液を得た。濃縮液に、テトラヒドロフラン(以下、THFと記す。)の約10gを滴下し、濃縮液中の固体を溶解させ、THF溶液を得た。溶解しにくい場合には、超音波をかけた。60gのメタノールに、THF溶液を滴下し、撹拌して固体を析出させた。得られた固体を減圧濾過にて回収した。35℃で一晩真空乾燥して共重合体を得た。
(共重合体組成)
回収した共重合体の共重合体組成の分析には、19F−NMR、13C−NMR、熱分解GC/MS、および自動試料燃焼装置−イオンクロマトを用いた。
19F−NMR分析から単量体(a)に基づく構成単位における鎖長の長さに関する情報が得られる。また、13C−NMRから炭化水素系単量体に基づく構成単位に関する情報が得られる。なお、単量体(d1)に基づく構成単位のピークは、10−35ppm付近に観測される。塩化ビニルに基づく構成単位のピークは、45ppmおよび56ppm付近に観測される。塩化ビニリデンに基づく構成単位のピークは80−90ppm付近に観測される。単量体(a)に基づく構成単位のピークは、105−120ppm付近に観測される。
GC/MS分析から、共重合体に含まれる単量体に基づく構成単位の詳細構造を知ることができる。
自動燃焼装置−イオンクロマト分析では共重合体中のF量およびCl量を定量した。F量から単量体(a)に基づく構成単位の割合を算出できる。また、Cl量から単量体(b)に基づく構成単位の割合を算出できる。
各分析の条件は、下記のとおりである。
(NMR)
装置:日本電子社製、ECP400、
試料:5質量%の共重合体のCDCl溶液、
19F−NMRの外部標準:1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン、
測定温度:室温。
(自動燃焼装置―イオンクロマト(AQF−IC法))
(自動試料燃焼装置)
装置:ダイアインスツルメンツ社製、自動試料燃焼装置AQF−100、
燃焼条件:固体試料用モード、
試料量:2〜20mg。
(イオンクロマトグラフ)
装置:Dionex社製、
カラム:IonpacAG12A+IonpacAS12A、
溶離液:2.7mM−NaCO/0.3mM−NaHCO
流速:1.3mL/分、
サプレッサ:ASRS、
検出器:電導度検出器、
注入量:5μL。
(分子量)
回収した共重合体の分子量の測定は、GPC測定方法AまたはGPC測定方法Bにより行った。
(GPC測定方法A)
回収した共重合体を、0.5質量%のTHF溶液とし、0.45μmのフィルタに通し、分析サンプルとした。該サンプルについて、質量平均分子量(Mw)を測定した。測定条件は下記のとおりである。
装置:東ソー社製、HLC−8220GPC、
カラム:TSKgel superHZ4000、superHZ3000、superHZ2500、superHZ2000の4種類を直列でつなげたもの、
測定温度:40℃、
注入量:40μL、
流出速度:0.35mL/分、
溶離液:THF、
標準試料:Polymer laboratories社製、EasiCal PS−2。
(GPC測定方法B)
回収した共重合体を、フッ素系溶媒(旭硝子社製、AK−225)/THF=6/4(体積比)の混合溶媒に溶解させ、1質量%の溶液とし、0.2μmのフィルタに通し、分析サンプルとした。該サンプルについて、数平均分子量(Mn)および質量平均分子量(Mw)を測定した。測定条件は下記のとおりである。
装置:東ソー社製、HLC−8220GPC、
カラム:Polymer laboratories社製、MIXED−Cおよび100Aを直列でつなげたもの、
測定温度:37℃、
注入量:50μL、
流出速度:1mL/分、
標準試料:Polymer laboratories社製、EasiCal PM−2、
溶離液:フッ素系溶媒(旭硝子社製、AK−225)/THF=6/4(体積比)の混合溶媒。
<試験布の評価>
(撥油性)
試験布について、AATCC−TM118−1966の試験方法にしたがって撥油性(OR)を評価した。撥油性は、表1に示す等級で表した。等級に+(−)を記したものは、それぞれの性質がわずかに良い(悪い)ことを示す。
Figure 0005678660
(洗濯耐久性)
試験布について、JIS L0217別表103の水洗い法にしたがって、洗濯を20回繰り返した。洗濯後、室温25℃、湿度60%の部屋で一晩風乾させた後、前記撥油性を評価した。
(撥水性)
試験布について、JIS L1092−1992のスプレー試験にしたがって撥水性(WR)を評価した。撥水性は、1〜5の5段階の等級で表した。点数が大きいほど撥水性が良好であることを示す。3等級以上であるものを撥水性が発現しているものとみなす。等級に+(−)を記したものは、当該等級の標準的なものと比べてそれぞれの性質がわずかに良い(悪い)ことを示す。
(洗濯耐久性)
試験布について、JIS L0217別表103の水洗い法にしたがって、洗濯を20回または50回繰り返した。洗濯後、室温25℃、湿度60%の部屋で一晩風乾させた後、前記撥水性を評価した。
(動的撥水性)
試験布について、JIS L1092(C)法に記載の方法(ブンデスマン試験)にしたがって、降雨量を100cc/分、降雨水温を20℃、降雨時間10分とする条件で降雨させ、撥水性を評価した。撥水性は、1〜5の10段階の等級で表した。点数が大きいほど撥水性が良好であることを示す。3等級以上であるものを撥水性が発現しているものとみなす。等級に+(−)を記したものは、それぞれの性質がわずかに良い(悪い)ことを示す。
(洗濯耐久性)
試験布について、JIS L0217別表103の水洗い法にしたがって、洗濯を5回繰り返した。洗濯後、室温25℃、湿度50%の部屋で一晩風乾させた後、前記動的撥水性を評価した。
(略号)
CmFA:
F(CFCHCHOC(O)CH=CH(mが6〜16の混合物であり、mが8以上のものが99質量%以上であり、mの平均値は9である。
単量体(a):
C6FMA:C13OC(O)C(CH)=CH
単量体(b):
VCM:塩化ビニル、
VdCl:塩化ビニリデン。
単量体(c):
D−BI:2−イソシアネートエチルメタクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体(下式(5))、
NMAM:N−メチロールアクリルアミド、
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート、
NBM:N−ブトキシメチルアクリルアミド、
4HBA:4−ヒドロキシブチルアクリレート。
Figure 0005678660
単量体(d):
DOM:ジオクチルマレエート。
単量体(d1):
STA:ステアリルアクリレート、
BeA:ベヘニルアクリレート。
分子量調整剤:
nDOSH:n−ドデシルメルカプタン。
界面活性剤s
PEO−20:ポリオキシエチレンオレイルエーテル(花王社製、エマルゲンE430、エチレンオキシド約26モル付加物。)の10質量%水溶液、
SFY465:2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールエチレンオキシド付加物(日信化学工業社製、サーフィノール465、エチレンオキシド付加モル数10。)の10質量%水溶液、
BL−21:ポリオキシエチレン(21)ラウリルエーテル(日光ケミカル社製)。
界面活性剤s
TMAC:トリメチルアンモニウムクロリド(ライオン社製、アーカード18−63)の10質量%水溶液、
AM301:ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン水溶液(日光ケミカル社製)。
界面活性剤s
P204:エチレンオキシドプロピレンオキシド重合物(日本油脂社製、プロノン204、エチレンオキシドの割合は40質量%。)の10質量%水溶液。
重合開始剤:
VA061A:2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン](和光純薬社製、VA−061)の酢酸塩の10質量%水溶液、
V50:2,2-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)2塩酸塩(和光純薬社製)。
媒体:
DPG:ジプロピレングリコール、
水:イオン交換水。
〔例1〕
ガラス製ビーカーに、C6FMAの248.3g、HEMAの2.8g、nDOSHの2.8g、PEO−20の69.0g、TMACの13.8g、P204の13.8g、DPGの82.8g、水の328.3gを入れ、55℃で30分間加温した後、ホモミキサー(日本精機製作所社製、バイオミキサー)を用いて混合して混合液を得た。
得られた混合液を、50℃に保ちながら高圧乳化機(APVラニエ社製、ミニラボ)を用いて、40MPaで処理して乳化液を得た。得られた乳化液をガラス製反応器に入れ、30℃以下に冷却した。VdClの24.8g、VA061Aの13.8gを加えて、気相を窒素置換した後、撹拌しながら65℃で15時間重合反応を行い、共重合体のエマルションを得た。
単量体混合物中の各単量体の割合を表3に示す。また、共重合体の回収方法、共重合体組成、共重合体の分子量を表4に示す。表中のAAは、100−[単量体(a)に基づく構成単位の割合(算出値)+単量体(b)に基づく構成単位の割合(算出値)]で示す値である。共重合体組成の分析値は、仕込み量からの算出値とおおむね一致しており、共重合体中に、単量体の仕込み量に相当する構成単位が含まれていることを示唆している。
〔例2〜10、13〜15、18、20〜22〕
各原料の仕込み量を表2に示す量に変更した以外は、例1と同様にして共重合体のエマルションを得た。
単量体混合物中の各単量体の割合を表3に示す。また、一部の例については、共重合体の分子量の測定および共重合体組成の分析を行った。共重合体の回収方法、共重合体組成、共重合体の分子量を表4に示す。共重合体組成の分析値は、仕込み量からの算出値とおおむね一致しており、共重合体中に、単量体の仕込み量に相当する構成単位が含まれていることを示唆している。
〔例11〕
ガラス製ビーカーに、C6FMAの240.0g、D−BIの8.3g、HEMAの2.8g、nDOSHの2.8g、PEO−20の69.0g、TMACの13.8g、P204の13.8g、DPGの82.8g、水の328.3gを入れ、60℃で30分間加温した後、ホモミキサー(日本精機製作所社製、バイオミキサー)を用いて混合して混合液を得た。
得られた混合液を、60℃に保ちながら高圧乳化機(APVラニエ社製、ミニラボ)を用いて、40MPaで処理して乳化液を得た。得られた乳化液をステンレス製反応容器に入れ、40℃以下となるまで冷却した。VA061Aの13.8gを加えて、気相を窒素置換した後、VCMの24.8gを導入し、撹拌しながら60℃で15時間重合反応を行い、共重合体のエマルションを得た。
単量体混合物中の各単量体の割合を表3に示す。
〔例12、16、17、19〕
各原料の仕込み量を表2に示す量に変更した以外は、例1と同様にして共重合体のエマルションを得た。
単量体混合物中の各単量体の割合を表3に示す。また、一部の例については、共重合体の分子量の測定を行った。共重合体の分子量を表4に示す。
Figure 0005678660
Figure 0005678660
Figure 0005678660
<試験布の評価>
例1〜22の共重合体のエマルションを蒸留水で希釈し、固形分濃度を1.0質量%に調整した後、熱硬化剤であるトリメチロールメラミン樹脂(DIC社製、ベッカミンM−3)および熱硬化触媒である有機アミン塩触媒(DIC社製、アクセラレーターACX)を、それぞれの濃度が0.3質量%となるように添加し、さらに、併用助剤であるブロックドイソシアネート(明成化学工業社製、メーカネートTP−10)を、濃度が0.6質量%となるように添加し、撥水撥油剤組成物を得た。
撥水撥油剤組成物に、染色済みナイロン布を浸漬し、ウェットピックアップが42質量%となるように絞った。これを下記の加熱条件Aまたは加熱条件Bで乾燥したものを試験布とした。該試験布について、撥水性(風乾後撥水性)、撥油性、動的撥水性を評価した。結果を表5に示す。
加熱条件A:110℃で90秒間乾燥した後、170℃で60秒間乾燥した。
加熱条件B:140℃で90秒間乾燥した。
本発明の実施例は、動的撥水性を付与できるとともに、撥水性および撥油性に優れた効果を有していることがわかる。
Figure 0005678660
本発明の共重合体および撥水撥油剤組成物は、繊維製品(衣料物品(スポーツウェア、コート、ブルゾン、作業用衣料、ユニフォーム等。)、かばん、産業資材等。)、不織布、皮革製品、石材、コンクリート系建築材料、等の撥水撥油剤として有用である。また、濾過材料用コーティング剤、表面保護剤として有用である。さらに、ポリプロピレン、ナイロン等と混合して成形、繊維化することにより撥水性を付与する用途にも有用である。
なお、2008年6月4日に出願された日本特許出願2008−147120号の明細書、特許請求の範囲、及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 (11)

  1. 下記単量体(a)に基づく構成単位と下記単量体(b)に基づく構成単位とを有し、
    前記単量体(a)に基づく構成単位の含有割合と前記単量体(b)に基づく構成単位の含有割合との合計が、全構成単位(100質量%)の85質量%以上であり、前記単量体(a)に基づく構成単位の含有割合と前記単量体(b)に基づく構成単位の含有割合とのモル比((a)/(b))が、0.12〜3である、共重合体。
    単量体(a):下式(1)で表される化合物。
    (Z−Y)X ・・・(1)。
    ただし、Zは、炭素数がのパーフルオロアルキル基であり、Yは、炭素数1〜4のアルキレン基であり、nは、1であり、Xは、下式(3−3)で表される基である。
    −OC(O)CR=CH ・・・(3−3)。
    ただし、Rは、水素原子またはメチル基である。
    単量体(b):ハロゲン化オレフィン。
  2. 前記単量体(b)が塩化ビニルまたは塩化ビニリデンである、請求項1に記載の共重合体。
  3. 下記単量体(c)に基づく構成単位をさらに有する、請求項1または2に記載の共重合体。
    単量体(c):ポリフルオロアルキル基を有さず、架橋しうる官能基を有する単量体。
  4. 下記単量体(d1)に基づく構成単位を有さない、請求項1〜3のいずれかに記載の共重合体。
    単量体(d1):炭素数が18以上のアルキル基を有する(メタ)アクリレート。
  5. 全単量体(100質量%)のうち、前記単量体(a)に基づく構成単位が50〜98.5質量%、前記単量体(b)に基づく構成単位が1〜40質量%である請求項1〜4のいずれかに記載の共重合体。
  6. 界面活性剤および重合開始剤の存在下、媒体中にて下記単量体(a)と下記単量体(b)とを含む単量体混合物を重合する共重合体の製造方法であって、
    前記単量体(a)の含有割合と前記単量体(b)の含有割合との合計が、前記単量体混合物(100質量%)の85質量%以上であり、単量体混合物における、前記単量体(a)の含有割合と前記単量体(b)の含有割合とのモル比((a)/(b))が、0.12〜3である、共重合体の製造方法。
    単量体(a):下式(1)で表される化合物。
    (Z−Y)X ・・・(1)。
    ただし、Zは、炭素数がのパーフルオロアルキル基であり、Yは、炭素数1〜4のアルキレン基であり、nは、1であり、Xは、下式(3−3)で表される基である。
    −OC(O)CR=CH ・・・(3−3)。
    ただし、Rは、水素原子またはメチル基である。
    単量体(b):ハロゲン化オレフィン。
  7. 前記単量体混合物が、下記単量体(c)をさらに含む、請求項6に記載の共重合体の製造方法。
    単量体(c):ポリフルオロアルキル基を有さず、架橋しうる官能基を有する単量体。
  8. 前記単量体混合物が、下記単量体(d1)を含まない、請求項6または7に記載の共重合体の製造方法。
    単量体(d1):炭素数が18以上のアルキル基を有する(メタ)アクリレート。
  9. 全単量体(100質量%)のうち、前記単量体(a)に基づく構成単位が50〜98.5質量%、前記単量体(b)に基づく構成単位が1〜40質量%である請求項6〜8のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
  10. 請求項1〜5のいずれかに記載の共重合体と媒体とを含む、撥水撥油剤組成物。
  11. ノニオン性界面活性剤およびカチオン性界面活性剤を含む、請求項10に記載の撥水撥油剤組成物。
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