JPWO2011152498A1 - 撥水撥油剤および撥水撥油剤組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、物品の表面に十分な撥水撥油性を付与でき、かつ環境負荷が低い撥水撥油剤および撥水撥油剤組成物を提供することを目的とする。炭素数6以下のポリフルオロアルキル部分を有する含フッ素アルコールまたはアミンとポリイソシアネート化合物を反応させた反応生成物を含有するものであり、物品に処理することで環境負荷が小さく、かつ十分な撥水撥油性を付与するものである。本発明の撥水撥油剤組成物を用いて上記物品を処理すると、高品位な撥水撥油性を物品に付与できる。

Description

本発明は、撥水撥油剤および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および防汚性を付与する方法としては、ポリフルオロアルキル基を有する種々の含フッ素化合物、特に含フッ素ウレタン化合物や含フッ素ポリマーを媒体に溶解させた溶液、または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。
特許文献1または2には、ポリフルオロアルキル基を有する含フッ素ウレタン化合物として、ポリイソシアネートとポリフルオロアルキル基の炭素数が8以上の含フッ素アルコール(その他のアルコールも含む。)との反応生成物である含フッ素ウレタン化合物が用いられてきた。
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を有する化合物は、環境、または生体中で分解し、分解生成物が蓄積するおそれがある点、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以下のポリフルオロアルキル基を有する撥水撥油剤組成物が要求されている。
特許文献3には、環境負荷を低減するため、炭素数4のパーフルオロアルキル基とスルホニル基を有する含フッ素アルコールとポリイソシアネートとの反応生成物である含フッ素ウレタン化合物が記載されている。しかし、上記反応生成物からなる撥水撥油剤組成物を用いて処理された物品は、撥水撥油性能が十分ではなかった。
特許文献4には、炭素数が4以下のパーフルオロアルキル基とその末端に水酸基を有する含フッ素アクリルオリゴマーとポリイソシアネートを反応させたウレタン化合物が記載されている。ウレタン化合物を製造するには、重合によりイソシアネートと反応し得る官能基を末端に有するオリゴマーを得る工程と、オリゴマーをイソシアネートと反応させる工程の2段階が必要であり、製造工程が複雑になる。
特開昭58−189284号公報 特開昭62−181385号公報 国際公開第2006/013791号 国際公開第2007/002894号
本発明は、物品の表面に十分な撥水撥油性を付与でき、かつ環境負荷が低い撥水撥油剤、および撥水撥油剤組成物を提供することを目的とする。
本発明は、以下の撥水撥油剤、および撥水撥油剤組成物を提供する。
[1]下記含フッ素化合物(a)とポリイソシアネート化合物(b)との反応生成物からなる撥水撥油剤。
含フッ素化合物(a):R−X−Ph−Y−Z
は炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基を、Xは単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、(CHO(CH(mおよびnは互いに独立して0〜4の整数)、または(CHOCO(pは1〜4の整数)を、Phはフェニレン基を、Yは単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、または(CHO(CH(qは0〜4の整数、rは1〜4の整数)を、ZはOHまたはNHR(Rは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基)をそれぞれ表す。
[2]前記反応生成物が、イソシアネート基を有しない[1]に記載の撥水撥油剤。
[3]前記含フッ素化合物(a)のRが炭素数4〜6のパーフルオロアルキル基である、[1]または[2]に記載の撥水撥油剤。
[4]前記含フッ素化合物(a)が下式(a1)または(a2)で表される含フッ素化合物である、[1]〜[3]に記載の撥水撥油剤。
Figure 2011152498
Figure 2011152498
[5]前記ポリイソシアネート化合物(b)が、ヘキサメチレンジイソシアネートまたはその変性体である、[1]〜[4]のいずれかに記載の撥水撥油剤。
[6][1]〜[5]のいずれかに記載の撥水撥油剤と溶媒を含有する撥水撥油剤組成物。
本発明の撥水撥油剤は、炭素数8以上のパーフルオロアルキル基を含まないことから、パーフルオロオクタン酸(PFOA)の発生がなく安全で環境負荷が低く、かつ物品の表面に充分な撥水撥油性を付与できる。
本発明の撥水撥油剤組成物は、物品の表面に充分な撥水撥油性を付与でき、かつ環境負荷が低い。
本発明の撥水撥油剤は、含フッ素化合物(a)、ポリイソシアネート化合物(b)、および必要に応じて化合物(c)の反応生成物からなる。
<含フッ素化合物(a)>
本発明における含フッ素化合物(a)は、下式(I)で表されるフェニレン基を有する含フッ素アルコールまたは含フッ素アミンであり、それらの2種以上を使用することもできる。
−X−Ph−Y−Z ・・・(I)
ただし、Rは炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基であり、Xは単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、(CHO(CH(mおよびnは互いに独立して0〜4の整数)、または(CHOCO(pは1〜4の整数)であり、Phはフェニレン基であり、Yは単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、または(CHO(CH(qは0〜4の整数、rは1〜4の整数)であり、ZはOHまたはNHR(Rは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基)である。
ポリフルオロアルキル基は水素原子の過半数がフッ素原子に置換されたアルキル基である。Rは、炭素に結合する水素原子がすべてフッ素原子に変換されたパーフルオロアルキル基が好ましく、さらに炭素数4〜6の直鎖状パーフルオロアルキル基が好ましい。
上記式(I)においてXは、単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、(CHO(CH(mおよびnは互いに独立して0〜4の整数)、または(CHOCO(pは1〜4の整数)を示す。
上記式(I)においてPhは、フェニレン基を示す。フェニレン基であれば、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基および1,4−フェニレン基のいずれであってもよく、フェニレン基の水素原子が置換基で置換されていてもよい。置換基としては特に限定されないが、合成上の観点から反応性の低いものが好ましく、アルキル基、アルコキシ基、アシル基、シアノ基、ニトロ基等が例示できる。本発明においては、Phが1,4−フェニレン基であることが原材料の入手性の点で好ましい。
上記式(I)においてYは、単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、または(CHO(CH(qは0〜4の整数、rは1〜4の整数)を示す。
上記式(I)においてZは、OHまたはNHR(Rは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基)を示す。
本発明においては、上記式(I)で表される含フッ素化合物(a)のうちでも、特に、下式(a1)または(a2)で表される化合物が物品表面へ撥水撥油性を付与できることから好ましい。
Figure 2011152498
Figure 2011152498
本発明の撥水撥油剤は、含フッ素化合物(a)が含フッ素アルコールであれば、ポリイソシアネート化合物(b)と反応することで含フッ素ウレタン化合物となり、含フッ素アミンであれば、ポリイソシアネート化合物(b)と反応することで含フッ素ウレア化合物となる。
本発明における含フッ素化合物(a)の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、下記の製造方法によって製造することができる。
一般式:XOCOPhZ(式中、Xは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を、Zは水酸基またはアミノ基を表す。)で表される化合物を出発物質として用いて、以下の反応式に示すようにR基を有する化合物を反応させて化合物(a1)または(a2)を得る。
OCOPhZ + C13OH → C13OCOPhZ
上記反応においては、触媒として、4−トルエンスルホン酸1水和物、硫酸等の酸、または炭酸カリウム、トリエチルアミン等の塩基を用いることが好ましい。反応は、無溶媒、もしくは溶媒中で行われ、なかでも、トルエン、2−ブタノン等を用いることができる。
触媒および溶媒の割合は、上記出発物質とC13OHの合計量100質量部に対し、触媒を0.01〜10質量部、溶媒を0〜5000質量部が好ましい。
反応条件として好ましくは、反応容器:ガラス製、SUS製等、温度:50〜150℃、圧力:−0.1〜1MPa、雰囲気:窒素、アルゴン等によるガス置換、時間:1〜100時間等の条件が挙げられる。さらに必要に応じて反応副生成物を留去しながら反応を行うことが好ましい。
さらに、上記反応によって得られた反応粗液から化合物(a1)または(a2)を精製してもよい。精製する方法としては、例えば、反応粗液から過剰の原料成分を留去し、これにメタノール、クロロホルム等を加え、化合物(a1)または(a2)を再結晶する方法、反応粗液から過剰の原料成分を留去し、ジクロロペンタフルオロプロパン、クロロホルム、酢酸エチル等を加え、十分な量の蒸留水で数回洗浄した後、溶媒を留去する方法等が挙げられる。
<ポリイソシアネート化合物(b)>
本発明におけるポリイソシアネート化合物(b)とは、イソシアネート基を2つ以上有する化合物である。ポリイソシアネート化合物(b)としては、イソシアネート基を2以上有する脂肪族系、脂環族系、芳香族系等のポリイソシアネート、該ポリイソシアネートの2種類以上の混合物、これらを変性して得られる変性ポリイソシアネート等が挙げられる。
イソシアネート基を2以上有する脂肪族系、脂環族系、芳香族系等のポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(通称:クルードMDIまたはポリメリックMDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)等が挙げられる。
変性ポリイソシアネートとしては、前記ポリイソシアネートのプレポリマー型変性体、ヌレート変性体、ビウレット変性体、ウレタン変性体、ウレア変性体、カルボジイミド変性体等が挙げられる。
本発明におけるポリイソシアネート化合物(b)としては、なかでも、得られる撥水撥油剤の溶解性の点から、ヘキサメチレンジイソシアネートまたはその変性体が好ましい。
ポリイソシアネート化合物(b)におけるイソシアネート基含有量は、5〜40質量%が好ましく、10〜30質量%がより好ましく、15〜30質量%が最も好ましい。
<化合物(c)>
本発明における反応生成物には、含フッ素化合物(a)以外にも、イソシアネート基と反応性のある活性水素基を有する化合物(c)とポリイソシアネート化合物(b)との反応生成物を含有していてもよく、ポリイソシアネート化合物(b)と、含フッ素化合物(a)およびイソシアネート基と反応性のある活性水素基を有する化合物(c)との反応生成物を含有していてもよい。
活性水素基としては、例えば、水酸基、アミノ基、メルカプト基等が挙げられる。また、イソシアネート基をブロック化しうるブロック化剤であってもよい。さらには、水であってもよい。イソシアネート基と水を反応させると加水分解によりアミノ基が生成するが、生成したアミノ基はさらに別のイソシアネートと反応してウレア結合を形成し、分子中に架橋構造を導入することができる。
本発明における反応生成物は、化合物(c)がポリイソシアネート化合物(b)のイソシアネート基に対して好ましくは0〜50%反応したものであり、より好ましくは0〜30%反応したものである。かかる範囲を適当に調整して化合物(c)との反応生成物を含有せしめることにより、実質的に本発明の撥水撥油剤の効果(環境に対する負荷が低く撥水撥油性に優れる)を損なわずに、他の特性を付与することができる。化合物(c)として、2種以上を用いてもよい。
本発明における化合物(c)は、活性水素基を1個有する化合物として、ポリフルオロアルキル基を有するアルコール、直鎖または分岐のアルキルアルコール、水酸基以外の官能基を有するアルコール、アルコール変性シリコーン、ポリオキシアルキレン鎖を有するアルコール等が挙げられる。さらに、活性水素基を複数個有する化合物(多価アルコール)やブロック化剤であってもよい。化合物(c)としては、なかでも、撥水撥油剤の溶媒への溶解性を向上させることが可能であることから活性水素基を1個有する化合物が好ましい。
化合物(c)として、具体的には、1価のアルコールとして、CFCHOH、CCHOH、COH、CCHOH、HCCHOH、C13CHOH、COH、C13OH、COH、C13OH、CSCOH、C13SCOH、CSOOH、C13SOOH、CSCOH、C13SCOH、CSOOH、C13SOOH、CSON(CH)COH、C13SON(CH)COH、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−1−ブタノール、tert−ブタノール、1−ヘキサノール、2−エチルヘキサノール、1−オクタノール、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール、エチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコールモノアセテート、トリエチレングリコールモノアセテート、ポリエチレングリコールモノアセテート、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プロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、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モノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコールモノエチルエーテル、ヒドロキシアセトン、4−ヒドロキシ−2−ブタノン、片末端アルコール変性シリコーンが挙げられる。
活性水素基としてアミノ基を1個有する化合物には、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、セチルアミン、ステアリルアミン、ベヘニルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミンが挙げられる。
多価のアルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、単糖類、二糖類、オリゴ糖類等を挙げることができる。
アミノ基を含有する化合物としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。
ブロック化剤としては、3,5−ジメチルピラゾール、アセトキシム、メチルエチルケトオキシム、ベンゾフェノンオキシム、チオフェノール、ヒドロキシルアミン、1級アミノメルカプタン、2級アミノメルカプタン等が挙げられる。特に好ましくは、メチルエチルケトオキシムまたは3,5−ジメチルピラゾールである。
化合物(c)は、上記1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<反応生成物の製造方法>
本発明における反応生成物は、含フッ素化合物(a)とポリイソシアネート化合物(b)を反応させることによって得られる。含フッ素化合物(a)以外の化合物(c)も反応させる場合、ポリイソシアネート化合物(b)に、含フッ素化合物(a)と化合物(c)を順次反応させる、または含フッ素化合物(a)と化合物(c)の混合物を反応させる製造方法である。反応の際には、適宜触媒および反応溶媒を用いることができる。
本発明における反応生成物には、含フッ素化合物(a)のZがアミノ基(NH)の場合、反応条件によっては生成物であるウレタン結合やウレア結合の水素原子ともさらに反応させた反応生成物を含んでもよい。
本発明において、含フッ素化合物(a)およびポリイソシアネート化合物(b)の割合は、含フッ素化合物(a)の活性水素基(水酸基、アミノ基、メルカプト基等)と、ポリイソシアネート化合物(b)中のイソシアネート基のモル数が、1:1となるように調整することが好ましい。化合物(c)も反応させる場合は、含フッ素化合物(a)と化合物(c)の活性水素基の合計と、ポリイソシアネート化合物(b)中のイソシアネート基のモル数が、1:1となるように調整することが好ましい。
含フッ素化合物(a)および化合物(c)とポリイソシアネート化合物(b)の反応生成物は、未反応の含フッ素化合物(a)、化合物(c)を含有していてもよく、ポリイソシアネート化合物(b)のイソシアネート基の一部が未反応であっても良いが、好ましくは含フッ素化合物(a)および化合物(c)はそれらの総量にたいして80%以上がイソシアネート基と反応していることが好ましく、ポリイソシアネート化合物(b)のイソシアネート基はその80%以上が反応していることが好ましい。
イソシアネート基を有しない反応生成物を製造する場合、上記のように活性水素基とイソシアネート基の割合を調整して反応生成物を製造することはもちろん、製造した反応生成物のイソシアネート基を検出し、反応生成物が有するイソシアネート基を好ましくは5%以下、より好ましくは、実質上ゼロにされる。反応生成物中にイソシアネート基が存在した場合は化合物(c)などを添加してさらにイソシアネート基が検出されなくなるまで反応させる方法を使用して目的とする反応生成物を製造することができる。
反応生成物の製造において、触媒として、3級アミン(トリエチルアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン等。)、カルボン酸金属塩(酢酸カリウム、2−エチルヘキサン酸カリウム等。)、有機金属化合物(ジブチルすずジラウレート等。)等を用いることができる。特に、トリエチルアミン、またはジブチルすずジラウレートが好ましい。触媒の量は、原料混合物(含フッ素化合物(a)、ポリイソシアネート化合物(b)、化合物(c)の合計)100質量部に対して0.001〜5質量部がよい。
反応溶媒としては、イソシアネート基と反応しうる活性水素基を有さなければ特に限定されず、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、硫黄等が用いられる。
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、塩素化炭化水素等が挙げられる。ハイドロクロロフルオロカーボンとしては、CHCClF、CHClCFCF、CHClFCFCClF等が挙げられる。ハイドロフルオロカーボンとしては、CFCHFCHFCFCF、CF(CFCHF、CFCFCFCHCHCH、CF(CFCHCH、1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタン等が挙げられる。
ハロゲン化エーテルとしては、ハイドロフルオロアルキルエーテル、ハイドロフルオロ(アルキルアルケニルエーテル)、ハイドロフルオロ環状エーテル等が挙げられる。ハイドロフルオロアルキルエーテルとしては、分離型ハイドロフルオロアルキルエーテル、非分離型ハイドロフルオロアルキル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の一方にR基、他方にアルキル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アルキルエーテルとは、エーテル性酸素原子の両側に部分的にフッ素化されたアルキル基が結合している化合物である。
分離型ハイドロフルオロアルキルエーテルとしては、CFCFCFCFOCH、(CFCFCFOCH、CFCFCFCFOCHCH、(CFCFCFOCHCH、CFCFCF(OCH)CF(CF、CFCFCF(OCHCH)CF(CF、COCF(CF)CFOCHが挙げられる。非分離型ハイドロフルオロアルキルエーテルとしては、CHFCFOCHCF、CFCFCHOCFCHF等が挙げられる。塩素化炭化水素としては、塩化メチレン、クロロホルム、1,1,1−トリクロロエタン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等が挙げられる。
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(以下、MIBKと記す。)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等が挙げられる。
エーテルとしては、メチルtert−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、シクロペンチルメチルエーテルなどのアルキルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル等が挙げられる。
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(DMF)、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。
反応溶媒としては、特に、溶解性の観点から、クロロホルム、メチルエチルケトン、MIBK、シクロヘキサノン、DMFが好ましい。反応溶媒は、上記1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
反応生成物の製造方法において、反応溶媒中の原料混合物濃度は、5〜100質量%が好ましく、10〜90質量%がより好ましく、20〜80質量%が特に好ましい。反応は無水条件で行われることが副反応を抑制するために好ましい。
反応温度としては、0〜200℃、好ましくは20〜80℃が採用される。反応時間は1〜200時間が好ましい。
反応の終了は、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)測定により、イソシアネート基に由来する2280cm−1付近のピークの消失により確認することができる。例えば、反応溶液の1滴をKBr窓材にたらしてはさみ、透過型FT−IR測定を行うことで確認することができる。あるいは、反応溶液の一部を取り、真空乾燥により溶媒を除去して反応生成物の固体を得、反射型FT−IR測定を行うことによっても反応の終了を確認することができる。本発明の撥水撥油剤としては、イソシアネート基を有しない(すなわち、この測定によりイソシアネート基が検出されない)反応生成物であることが好ましい。
<撥水撥油剤組成物>
本発明の撥水撥油剤組成物は、前記撥水撥油剤と溶媒と、必要に応じて界面活性剤および添加剤を含む組成物である。本発明の撥水撥油剤組成物の形態としては、撥水撥油剤が溶媒中に溶解している、または微粒子として分散している形態であることが好ましい。
本発明の撥水撥油剤組成物は、下記(i)、(ii)、(iii)または(iv)の方法で製造される。
(i)上記反応溶媒を使用した製法により撥水撥油剤の溶液を得た後、他の溶媒、必要に応じて添加剤を加える方法。
(ii)上記反応溶媒を使用した製法により撥水撥油剤の溶液を得た後、撥水撥油剤を分離し、撥水撥油剤に溶媒、必要に応じて添加剤を加える方法。
(iii)上記反応溶媒を使用した製法により撥水撥油剤の溶液を得た後、他の溶媒、界面活性剤、必要に応じて添加剤を加え、必要に応じて脱溶媒する方法。
(iv)上記反応溶媒を使用した製法により撥水撥油剤の溶液を得た後、撥水撥油剤を分離し、撥水撥油剤に溶媒、界面活性剤、必要に応じて添加剤を加え、必要に応じて脱溶媒する方法。
本発明における溶媒としては、具体的に、前述した反応溶媒の他に、水、アルコール、グリコール、グリコールエーテル等が挙げられる。撥水撥油剤組成物が溶液の場合には、特に、溶解性、取り扱いの容易さからハロゲン化合物、ケトン、エステルが好ましい。撥水撥油剤組成物が分散液の場合には、特に、溶解性、取り扱いの容易さから水、アルコール、グリコール、グリコールエーテルからなる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。
反応溶媒中における撥水撥油剤の固形分濃度は、上記撥水撥油剤組成物の好ましい製造方法によれば、溶液(100質量%)中に5〜100質量%が好ましく、10〜90質量%がより好ましく、20〜80質量%が特に好ましい。
なお、前記固形分濃度は、撥水撥油剤の他、界面活性剤(乳化剤)も含む濃度である。ここで、固形分濃度とは、加熱前の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。
上述の本発明の反応生成物の製造方法により得られた撥水撥油剤を含有する反応溶液を本発明の撥水撥油剤組成物として用いるには、撥水撥油剤を撥水撥油剤組成物として好ましい固形分濃度0.05〜10質量%、より好ましくは0.1〜5質量%となるように、適宜希釈成分等を加え、調整すればよい。
本発明の撥水撥油剤組成物の形態が分散液の場合、撥水撥油剤または撥水撥油剤を含む溶液、界面活性剤および任意成分を秤量し、適当量の溶媒とともに、ホモミキサー、高圧乳化機等で均一に攪拌して分散液とする等の通常の方法が用いられる。
分散液型の撥水撥油剤組成物中の撥水撥油剤の平均粒子径は、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、界面活性剤等を多量に用いる必要がなく、撥水性が良好であり、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。分散液の平均粒子径は、動的光散乱装置、電子顕微鏡等により測定でき、上記平均粒子径は動的光散乱装置で測定した値である。
なお、撥水撥油剤を上述した好ましい範囲の粒子径で分散させるためには、界面活性剤の種類および量、ホモミキサーの回転数、高圧乳化時の圧力等の条件を調節すればよい。
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。
界面活性剤の合計量は、撥水撥油剤(100質量部)に対して1〜20質量部が好ましく、1〜15質量部より好ましい。
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。
添加剤の量は、撥水撥油剤(100質量部)に対して0〜50質量%が好ましく、0〜20質量%がより好ましい。
本発明の撥水撥油剤組成物は、必要に応じて、本発明の撥水撥油剤以外の、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、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、シリコーン系化合物等が挙げられる。
本発明の撥水撥油剤組成物で処理可能な物品は特に限定されるものではなく、種々の例をあげることができる。例えば、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、ガラス等に使用することができる。好ましい用途として合成皮革、カーペット、カーテン、壁紙、車輌の内装品等が挙げられる。
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は、アルコールとして炭素数6以下のポリフルオロアルキル部分を有する含フッ素化合物とポリイソシアネート化合物を反応させた反応生成物を含有するものであり、物品に処理することで環境負荷が小さく、かつ十分な撥水撥油性を付与するものである。本発明の撥水撥油剤組成物を用いて上記物品を処理すると、高品位な撥水撥油性を物品に付与できる。
本発明を実施例、比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
[化合物(a1)の合成]
撹拌機を備えた反応器(内容積500mL、ガラス製)に、窒素雰囲気下、4−ヒドロキシ安息香酸(135.0g)、4−トルエンスルホン酸1水和物(9.30g)、およびC13CHCHOH(533.8g)を投入して撹拌した。つづいて反応器の内温が140℃になるように加熱し、反応器を減圧(0〜−0.05MPa)にして水を留去しながら6時間撹拌した。さらに反応器の内温を110℃に下げ、さらに減圧にして過剰のC13CHCHOHを留去した。
得られた白色固体を酢酸エチル900mLに溶解して分液ロートに移し、イオン交換水(1200mL)で2回洗浄し、酢酸エチル層の溶媒を留去することにより、460.8gの下記化合物(a1)(白色固体)を得た。収率は98%であった。
Figure 2011152498
得られた化合物(a1)のH−NMRの測定結果を以下に示す。なお、各測定値は、測定値に続く()内に示す基に由来する測定値を意味するが、この基に[]で囲まれた部分がある場合は、測定値は[]で囲まれた部分に由来する測定値を意味するものである。以下,実施例で示すNMRの測定結果については、全て同様である。
H−NMR(溶媒:CDCOCD)δ(ppm):2.81(2H、m、−CHCF−)、4.62(2H、t、−COO[CH]CH−)、6.94(2H、d、Ph)、7.91(2H、d、Ph)、9.21(1H、s、−OH)。
[化合物(a2)の合成]
撹拌機を備えた反応器(内容積500mL、ガラス製)に、窒素雰囲気下、4−アミノ安息香酸エチル(100.0g)、炭酸カリウム(8.37g)、およびC13CHCHOH(440.8g)を投入して撹拌した。つづいて反応器の内温が120℃になるように加熱し、反応器を減圧(0〜−0.05MPa)にしてエタノールを留去しながら12時間撹拌した。さらに減圧にして過剰のC13CHCHOHを留去した。
得られた白色固体をメタノール1Lから再結晶することにより、205.0gの下記化合物(a2)(白色固体)を得た。収率は70%であった。
Figure 2011152498
得られた化合物(a2)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(溶媒:CDCOCD)δ(ppm):2.77(2H、m、−CHCF−)、4.57(2H、t、−COO[CH]CH−)、5.47(2H、s、−NH)、6.69(2H、d、Ph)、7.76(2H、d、Ph)。
<FT−IR測定>
反応溶液の1滴をKBr窓材にたらしてはさみ、透過型FT−IR測定を行った。イソシアネート基に由来する2280cm−1付近のピークが完全に消失するか、またはピークがほぼ消失し、さらに24時間反応を続けてもピークに変化が見られなくなった時点で反応を終了した。
H−NMR測定>
反応後の溶液のH−NMR測定を行うことにより、含フッ素化合物(a1)(実施例1〜4)、含フッ素化合物(a2)(実施例5〜6)およびC13OH(比較例1〜2)の反応転化率を算出した。すなわち、原料の化学シフトに対して、イソシアネートと反応した後の化学シフトは主に低磁場側に現れるため、それらのシグナルの積分強度比から転化率を求めた。
例えば、実施例1において、化合物(a1)の芳香環由来の化学シフト(CDCl中)および積分強度相対値は、6.9ppm(積分強度相対値:2)および7.9ppm(2)であり、イソシアネートと反応し、ウレタン結合を形成した反応性生物由来の化学シフトおよび積分強度相対値は、7.2ppm(98)および8.0ppm(98)であり、転化率は98%と求められる。
[実施例1]
撹拌機を備えた100mLのガラス製反応器に、デスモジュールN−3200(住化バイエルウレタン社製、HDIビウレット変性体、イソシアネート基含有量:22.7質量%)の2.77g、化合物(a1)の7.23g、触媒としてトリエチルアミンの0.076g、およびMIBKの40.0gを入れ、室温下48時間撹拌し、反応生成物である含フッ素ウレタン化合物を含有する反応溶液を得た。反応終了後の反応溶液のFT−IRでイソシアネート基のピークが消失していた。また、H−NMRによる化合物(a1)の転化率は98%であった。
[比較例1]
撹拌機を備えた100mLのガラス製反応器に、デスモジュールN−3200の3.37g、C13OHの6.63g、触媒としてジブチルすずジラウレートの0.0013g、およびMIBKの40.0gを入れ、80℃に加温して3時間撹拌し、反応生成物である含フッ素ウレタン化合物を含有する反応溶液を得た。反応終了後の反応溶液のFT−IRでイソシアネート基のピークが消失していた。また、H−NMRによるC13OHの転化率は99%であった。
[実施例2]
撹拌機を備えた100mLのガラス製反応器に、デュラネートTHA−100(旭化成ケミカルズ社製、HDIヌレート変性体、イソシアネート基含有量:21.2質量%)の2.90g、化合物(a1)の7.10g、触媒としてトリエチルアミンの0.074g、およびMIBKの40.0gを入れ、室温下48時間撹拌し、反応生成物である含フッ素ウレタン化合物を含有する反応溶液を得た。反応終了後の反応溶液のFT−IRでイソシアネート基のピークがほぼ消失していた。また、H−NMRによる化合物(a1)の転化率は95%であった。
[比較例2]
撹拌機を備えた100mLのガラス製反応器に、デュラネートTHA−100の3.52g、C13OHの6.48g、触媒としてジブチルすずジラウレートの0.0012g、およびMIBKの40.0gを入れ、80℃に加温して3時間撹拌し、反応生成物である含フッ素ウレタン化合物を含有する反応溶液を得た。反応終了後の反応溶液のFT−IRでイソシアネート基のピークが消失していた。また、H−NMRによるC13OHの転化率は99%であった。
[実施例3]
撹拌機を備えた100mLのガラス製反応器に、コスモネートM−200(三井化学ポリウレタン社製、ポリメリックMDI、イソシアネート基含有量:31.5質量%)の2.16g、化合物(a1)の7.84g、触媒としてトリエチルアミンの0.082g、およびMIBKの40.0gを入れ、室温下100時間撹拌し、反応生成物である含フッ素ウレタン化合物を含有する反応溶液を得た。反応終了後の反応溶液のFT−IRでイソシアネート基のピークがほぼ消失していた。また、H−NMRによる化合物(a1)の転化率は90%であった。
[実施例4]
撹拌機を備えた100mLのガラス製反応器に、TDI(東京化成工業社製、イソシアネート基含有量:48.3質量%)の1.52g、化合物(a1)の8.48g、触媒としてトリエチルアミンの0.089g、およびMIBKの40.0gを入れ、室温下100時間撹拌し、反応生成物である含フッ素ウレタン化合物を含有する反応溶液を得た。反応終了後の反応溶液のFT−IRでイソシアネート基のピークがほぼ消失していた。また、H−NMRによる化合物(a1)の転化率は92%であった。
[実施例5]
撹拌機を備えた100mLのガラス製反応器に、TDIの1.53g、化合物(a2)の8.47g、およびMIBKの40.0gを入れ、80℃に加温して100時間撹拌し、反応生成物である含フッ素ウレア化合物を含有する反応溶液を得た。反応終了後の反応溶液のFT−IRでイソシアネート基のピークがほぼ消失していた。また、H−NMRによる化合物(a2)の転化率は88%であった。
[実施例6]
撹拌機を備えた100mLのガラス製反応器に、MDI(東京化成工業社製、イソシアネート基含有量:33.6質量%)の2.06g、化合物(a2)の7.94g、およびMIBKの40.0gを入れ、80℃に加温して100時間撹拌し、反応生成物である含フッ素ウレア化合物を含有する反応溶液を得た。反応終了後の反応溶液のFT−IRでイソシアネート基のピークがほぼ消失していた。また、H−NMRによる化合物(a2)の転化率は85%であった。
<評価1(接触角)>
上記実施例1〜6、比較例1〜2で得られた反応溶液のそれぞれについて、下記の方法にて試験板を作製して、撥水撥油性を評価した。
[試験板の作製]
得られた反応溶液を固形分濃度が1.0質量%となるようにアセトン(実施例1〜4および比較例1〜2)またはDMF(実施例5〜6)にて希釈し、処理液とした。次いで、以下に示す方法に従って前記各処理液を用いて、ガラス板上に皮膜を形成させ、該皮膜の撥水撥油性評価を行った。評価結果を表1に示す。
Figure 2011152498
[接触角測定]
洗浄済みのガラス板を基材として用い、その上に上記で得られた処理液をスピンコート法にて、1000rpmの条件で10秒間塗布した。この後、120℃にて60分間加熱処理して皮膜を形成し、試験板を得た。上記処理液すべてについて、これを用いて皮膜形成させた試験板を作製し、得られた各試験板を用いて、該皮膜上の水およびn−ヘキサデカンの接触角を測定することにより、上記実施例、比較例で作製した撥水撥油剤を含む処理液から得られる皮膜の撥水撥油性を評価した。なお、接触角の測定は、協和界面科学社製CA−Xを用いて行った。
表中*を付した接触角の値は測定中に皮膜上の液滴が濡れ広がったために正確な値ではなく、また、液滴が濡れ広がったことは撥水性が不十分と言い換えることができる。
これらの結果から本発明の撥水撥油剤を含有する処理液(撥水剤組成物)は、本発明の撥水撥油剤の構成成分のいずれかを含まない比較例の撥水撥油剤を含有する処理液(撥水撥油剤組成物)に比べ、高い撥水撥油性を有する皮膜が作製可能なことがわかる。また、本発明の撥水撥油剤を含有する処理液(撥水撥油剤組成物)を用いれば、物品に十分な撥水撥油性を付与することが可能であり、環境負荷も低い。
<評価2>
上記実施例1〜6、比較例1〜2で得られた反応溶液のそれぞれについて、下記の方法にて試験布を作製して、撥水性および撥油性を評価した。
[試験布の作製]
得られた反応溶液を固形分濃度が0.6g/Lとなるようにアセトン(実施例1〜4および比較例1〜2)またはDMF(実施例5〜6)にて希釈し、試験液とした。これらの試験液にポリエステル布を浸漬し、ウェットピックアップが100質量%となるように絞った。これを、常温で24時間乾燥し、さらに170℃で60秒間乾燥したものを試験布とした。
[撥水性の評価]
試験布の撥水性の評価はJIS−L1092のスプレー試験により行い、表2に示す撥水性等級で表した。撥水性等級に+(−)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。評価結果を表1に示す。
Figure 2011152498
[撥油性の評価]
AATCC−TM118−1966の試験法に従い、表3に示す試験溶液を、上記で作製した各試験布A上の2ヶ所にそれぞれ数滴(径約4mm)置き、30秒後の浸漬状態により表3に示す撥油性等級(ナンバ)で表した。なお、撥油性等級に+(−)を記したものは、それぞれの評価がわずかに良い(悪い)ことを示す。評価結果を表1に示す。
Figure 2011152498
これらの結果から本発明の撥水撥油剤を含有する撥水撥油剤組成物を用いて物品を処理すれば、本発明の撥水撥油剤の構成成分のいずれかを含まない比較例の撥水撥油剤を含有する撥水撥油剤組成物に比べ、高い撥水撥油性を付与可能なことがわかる。
本発明の撥水撥油剤または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、カーペット、カーテン、壁紙、車輌の内装品、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、ポリエステル等と混合して成形、繊維化することにより撥水撥油性を付与する用途にも有用である。
なお、2010年6月4日に出願された日本特許出願2010−129012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 (8)

  1. 下記含フッ素化合物(a)とポリイソシアネート化合物(b)との反応生成物とを含有することを特徴とする撥水撥油剤。
    含フッ素化合物(a):R−X−Ph−Y−Z
    は炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基を、Xは単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、(CHO(CH(mおよびnは互いに独立して0〜4の整数)、または(CHOCO(pは1〜4の整数)を、Phはフェニレン基を、Yは単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、または(CHO(CH(qは0〜4の整数、rは1〜4の整数)を、ZはOHまたはNHR(Rは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基)をそれぞれ表す。
  2. 前記反応生成物が、イソシアネート基を有しない請求項1に記載の撥水撥油剤。
  3. 前記含フッ素化合物(a)のRが炭素数4〜6のパーフルオロアルキル基である、請求項1または2に記載の撥水撥油剤。
  4. 前記含フッ素化合物(a)が下式(a1)または(a2)で表される含フッ素化合物である、請求項1〜3のいずれかに記載の撥水撥油剤。
    Figure 2011152498
    Figure 2011152498
  5. 前記ポリイソシアネート化合物(b)が、ヘキサメチレンジイソシアネートまたはその変性体である、請求項1〜4のいずれかに記載の撥水撥油剤。
  6. さらに、ポリイソシアネート(b)とイソシアネート基と反応性のある活性水素基を有する化合物(c)との反応生成物、またはポリイソシアネート(b)と、含フッ素化合物(a)およびイソシアネート基と反応性のある活性水素基を有する化合物(c)との反応生成物を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の撥水撥油剤。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の撥水撥油剤と溶媒を含有する撥水撥油剤組成物。
  8. 固形分濃度が、0.05〜10質量%である請求項7に記載の撥水撥油剤組成物。
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