JP7616207B2 - 含フッ素エーテル化合物及びその製造方法、化合物及びその製造方法、含フッ素エーテル組成物、コーティング液、並びに物品及びその製造方法 - Google Patents

含フッ素エーテル化合物及びその製造方法、化合物及びその製造方法、含フッ素エーテル組成物、コーティング液、並びに物品及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、含フッ素エーテル化合物及びその製造方法、当該含フッ素エーテル化合物等の製造に適した新規化合物及びその製造方法、含フッ素エーテル組成物、コーティング液、並びに物品及びその製造方法に関する。
ペルフルオロポリエーテル鎖と加水分解性シリル基とを有する含フッ素エーテル化合物は、高い潤滑性、撥水撥油性等を示す表面層を基材の表面に形成できるため、表面処理剤に好適に用いられる。含フッ素エーテル化合物を含む表面処理剤は、表面層が指で繰り返し摩擦されても撥水撥油性が低下しにくい性能(耐摩擦性)及び拭き取りによって表面層に付着した指紋を容易に除去できる性能(指紋汚れ除去性)が長期間維持されることが求められる用途、例えば、タッチパネルの指で触れる面を構成する部材、メガネレンズ、ウェアラブル端末のディスプレイの表面処理剤として用いられる。
耐摩擦性及び指紋汚れ除去性に優れる表面層を基材の表面に形成できる含フッ素エーテル化合物としては、ペルフルオロポリエーテル鎖と加水分解性シリル基とを有する含フッ素エーテル化合物が提案されている(特許文献1~2)。
特開2015-196723号公報 特開2016-204656号公報
上記表面処理剤は、例えば、スマートフォン、タブレット端末等のディスプレイ面だけでなく、様々な材質の表面処理に適用可能なものが求められている。表面処理剤の耐久性のより一層の向上が求められている。
本発明は、耐久性に優れた表面層を形成できる含フッ素エーテル化合物、含フッ素エーテル組成物及びコーティング液、及び耐久性に優れた表面層を有する物品の提供を目的とする。
本発明は、下記[1]~[15]の構成を有する含フッ素エーテル化合物及びその製造方法、化合物及びその製造方法、含フッ素組成物、コーティング液、並びに物品及びその製造方法を提供する。
[1] 下式(A1)又は式(A2)で表される含フッ素エーテル化合物。
O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A1)
(T-)-R-L-R-O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A2)
ただし、
は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-であって、Lが複数ある場合、当該Lは同一であっても異なっていてもよく、
は、1+n価の連結基であって、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
Tは、密着性基であって、複数あるTは同一であっても異なっていてもよく、
mは、0~210の整数であり、
nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよい。
[2] Rの炭素数が1~6である、[1]に記載の含フッ素エーテル化合物。
[3] Rの炭素数が1~10である、[1]又は[2]に記載の含フッ素エーテル化合物。
[4] -Q(-T)が、-Q[(-R-T)(-R3-a]である、[1]~[3]のいずれかに記載の含フッ素エーテル化合物。
ただし、
は、炭素原子またはケイ素原子であり、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であり、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R-Q[(-R-T)(-R3-b]であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R-Q[(-R-T)(-R3-c]であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、水素原子、フッ素原子、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
aは0~3の整数であり、
bは0~3の整数であって、bが複数ある場合、当該bは同一であっても異なっていてもよく、
cは0~3の整数であって、cが複数ある場合、当該cは同一であっても異なっていてもよく、
aとbとcの合計がnである。
[5] Rの炭素数が2~7である、[4]に記載の含フッ素エーテル化合物。
[6] Tが、臭素原子、ヨウ素原子、水酸基、アミノ基、カルボキシ基、アルデヒド基、エポキシ基、チオール基、リン酸基、ホスホン酸基、不飽和炭化水素基、アリール基、及び-Si(R213-d(L21より選択される1種以上である、[1]~[5]のいずれかに記載の含フッ素エーテル化合物。
ただし、
21は、アルキル基であり、
21は、加水分解性基又は水酸基であり、複数あるL21は同一であっても異なっていてもよく、
dは、2又は3である。
[7] 下式(B1)又は式(B2)で表される化合物。
O-(Rf1O)-R-L-R-Q11(-CH=CH 式(B1)
(CH=CH-)11-R-L-R-O-(Rf1O)-R-L-R-Q11(-CH=CH 式(B2)
ただし、
は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-であって、Lが複数ある場合、当該Lは同一であっても異なっていてもよく、
11は、1+n価の連結基であって、Q11が複数ある場合、当該Q11は同一であっても異なっていてもよく、
mは、0~210の整数であり、
nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよい。
[8] -Q11(-CH=CHが、-Q[(-R-CH=CH(-R3-a]である、[7]に記載の化合物。
ただし、
は、炭素原子またはケイ素原子であり、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であり、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R-Q[(-R-CH=CH(-R3-b]であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R-Q[(-R-CH=CH(-R3-c]であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、水素原子、フッ素原子、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
aは0~3の整数であり、
bは0~3の整数であって、bが複数ある場合、当該bは同一であっても異なっていてもよく、
cは0~3の整数であって、cが複数ある場合、当該cは同一であっても異なっていてもよく、
aとbとcの合計がnである。
[9] 下式(C1)又は式(C2)で表される化合物と、下式(D1)で表される化合物とを反応させる工程を有する、下式(B11)又は式(B12)で表される化合物の製造方法。
O-(Rf1O)-R-C(=O)-OR11 式(C1)
11O-C(=O)-R-O-(Rf1O)-R-C(=O)-OR11 式(C2)
(CH=CH-)11-R-MgX 式(D1)
O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B11)
(CH=CH-)11-R-L11-R-O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B12)
ただし、
は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
11は、-CH(OH)-、-C(=O)-、-CH=CH-、又は-CH-であって、L11が複数ある場合、当該L11は同一であっても異なっていてもよく、
11は、1+n価の連結基であって、Q11が複数ある場合、当該Q11は同一であっても異なっていてもよく、
Xは、ハロゲン原子であり、
mは、0~210の整数であり、
nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよい。
[10] 下式(B11)又は式(B12)で表される化合物に、密着性基Tを導入する工程を有する、下式(A11)又は式(A12)で表される含フッ素エーテル化合物の製造方法。
O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B11)
(CH=CH-)11-R-L11-R-O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B12)
O-(Rf1O)-R-L11-R-Q(-T) 式(A11)
(T-)-R-L11-R-O-(Rf1O)-R-L11-R-Q(-T) 式(A12)
ただし、
は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
11は、-CH(OH)-、-C(=O)-、-CH=CH-、又は-CH-であって、L11が複数ある場合、当該L11は同一であっても異なっていてもよく、
は、1+n価の連結基であって、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
11は、1+n価の連結基であって、Q11が複数ある場合、当該Q11は同一であっても異なっていてもよく、
mは、0~210の整数であり、
nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよい。
[11] 下式(A1)で表される含フッ素エーテル化合物と、下式(A2)で表される含フッ素エーテル化合物とを含有する、含フッ素エーテル組成物。
O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A1)
(T-)-R-L-R-O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A2)
ただし、
は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-であって、Lが複数ある場合、当該Lは同一であっても異なっていてもよく、
は、1+n価の連結基であって、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
Tは、密着性基であって、複数あるTは同一であっても異なっていてもよく、
mは、0~210の整数であり、
nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよい。
[12] [1]~[6]のいずれかに記載の含フッ素エーテル化合物の1種以上と、他の含フッ素エーテル化合物とを含有する、含フッ素エーテル組成物。
[13] [1]~[6]のいずれかに記載の含フッ素エーテル化合物、若しくは[11]又は[12]に記載の含フッ素エーテル組成物と、
液状媒体とを含有する、コーティング液。
[14] [1]~[6]のいずれかに記載の含フッ素エーテル化合物、若しくは[11]又は[12]に記載の含フッ素エーテル組成物から形成された表面層を基材の表面に有する、物品。
[15] [1]~[6]のいずれかに記載の含フッ素エーテル化合物、[11]又は[12]に記載の含フッ素エーテル組成物、若しくは[13]に記載のコーティング液を用いて、ドライコーティング法又はウェットコーティング法により、表面層を形成する、物品の製造方法。
本発明により、耐久性に優れた表面層を形成できる含フッ素エーテル化合物、含フッ素エーテル組成物及びコーティング液、耐久性に優れた表面層を有する物品、ならびに含フッ素エーテル化合物の原料として有用な化合物が提供される。
本明細書において、式(A1)で表される化合物を化合物(A1)と記す。他の式で表される化合物等もこれらに準ずる。
本明細書における以下の用語の意味は、以下の通りである。
「反応性シリル基」とは、加水分解性シリル基及びシラノール基(Si-OH)の総称である。反応性シリル基は、例えば式(A1)又は式(A2)中のT、すなわち-Si(R)3-c(L)である。
「加水分解性シリル基」とは、加水分解反応してシラノール基を形成し得る基を意味する。
「表面層」とは、基材の表面に形成される層を意味する。
含フッ素エーテル化合物が、ポリフルオロポリエーテル鎖の鎖長が異なる複数の含フッ素エーテル化合物の混合物である場合、ポリフルオロポリエーテル鎖の「分子量」は、H-NMR及び19F-NMRによってオキシフルオロアルキレン単位の数(平均値)を求めて算出される数平均分子量である。
含フッ素エーテル化合物が、ポリフルオロポリエーテル鎖の鎖長が単一の含フッ素エーテル化合物である場合、ポリフルオロポリエーテル鎖の「分子量」は、H-NMR及び19F-NMRによってRの構造を決定して算出される分子量である。
数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
[含フッ素エーテル化合物]
本発明の含フッ素エーテル化合物(以下、「本化合物」とも記す。)は、下式(A1)又は式(A2)で表される含フッ素エーテル化合物である。
O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A1)
(T-)-R-L-R-O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A2)
ただし、
は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-であって、Lが複数ある場合、当該Lは同一であっても異なっていてもよく、
は、1+n価の連結基であって、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
Tは、密着性基であって、複数あるTは同一であっても異なっていてもよく、
mは、0~210の整数であり、
nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよい。
上記本化合物は、ポリフルオロポリエーテル鎖[R-O-(Rf1O)-R]又は[O-(Rf1O)-R]と、密着性基[T]と、前記ポリフルオロポリエーテル鎖と前記密着性基とを連結する特定の連結基[-L-R-Q]とを有する。
化合物(A1)は、「1価のポリフルオロポリエーテル鎖-連結基-密着性基」の構造を有する化合物であり、化合物(A2)は、「密着性基-連結基-2価のポリフルオロポリエーテル鎖-連結基-密着性基」の構造を有する化合物である。
本化合物は、ポリフルオロポリエーテル鎖を有する。ポリフルオロポリエーテル鎖を有する本化合物は、表面層の指紋汚れ除去性に優れる。また、本化合物は、少なくとも片側の末端に2個以上の密着性基を有する。末端に2個以上の密着性基を有する本化合物は、基材と強固に化学結合するため、表面層の耐摩擦性に優れる。更に本化合物は、前記連結基において、ポリフルオロポリエーテル鎖と、分岐構造を有するQとの間にL、即ち、-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-を有する。本発明者らは、当該置換基Lを有することにより、本化合物の基材表面に対する耐久性に優れることを見出して、本発明を完成させた。当該置換基により耐久性が向上する作用については未解明な部分もあるが、本化合物を基材表面に塗布した際に、当該L同士の相互作用により表面層上に本化合物が整列配置されやすくなり、その結果耐久性が向上するものと推測される。また、Lと密着性基Tとの間にQを介することで、組み合わせによって生じ得るLとTとの分子内反応が抑制され、密着性基Tが基材に対する密着性に十分に寄与するものと推測される。
このように、本化合物により形成された表面層は、耐摩擦性、耐薬品性、耐光性などの耐久性に優れ、特に耐摩擦性に優れているという特徴を有する。
は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であることにより、表面層の耐摩擦性及び指紋汚れ除去性がさらに優れる。Rのフルオロアルキル基の炭素数は、表面層の耐摩擦性及び指紋汚れ除去性がさらに優れる点から、1~6が好ましく、1~4がより好ましく、1~3が特に好ましい。
のフルオロアルキル基としては、表面層の耐摩擦性及び指紋汚れ除去性がさらに優れる点から、ペルフルオロアルキル基が好ましい。Rがペルフルオロアルキル基である化合物1Aは、末端がCF-となる。末端がCF-である化合物1Aによれば、低表面エネルギーの表面層を形成できるため、表面層の耐摩擦性及び指紋汚れ除去性がさらに優れる。
のフルオロアルキル基としては、例えば、CF-、CFCF-、CFCFCF-、CFCFCFCF-、CFCFCFCFCF-、CFCFCFCFCFCF-、CFCF(CF)-が挙げられる。
(Rf1O)としては、表面層の耐摩擦性及び指紋汚れ除去性がさらに優れる点から、下式(Rf1-1)で表される構造が好ましい。
(Rf11O)m1(Rf12O)m2(Rf13O)m3(Rf14O)m4(Rf15O)m5(Rf16O)m6 式(Rf1-1)
ただし、
f11は、炭素数1のフルオロアルキレン基であり、
f12は、炭素数2のフルオロアルキレン基であり、
f13は、炭素数3のフルオロアルキレン基であり、
f14は、炭素数4のフルオロアルキレン基であり、
f15は、炭素数5のフルオロアルキレン基であり、
f16は、炭素数6のフルオロアルキレン基であり、
m1、m2、m3、m4、m5、m6は、それぞれ独立に0又は1以上の整数を表し、m1+m2+m3+m4+m5+m6は1~210の整数であり、Rf11~Rf16が複数ある場合、当該複数あるRf11~Rf16は同一であっても異なっていてもよい。
なお、式(Rf1-1)における(Rf11O)~(Rf16O)の結合順序は任意である。式(R-1)のm1~m6は、それぞれ、(Rf11O)~(Rf16O)の個数を表すものであり、配置を表すものではない。例えば、(Rf15O)m5は、(Rf15O)の数がm5個であることを表し、(Rf5O)m5のブロック配置構造を表すものではない。同様に、(Rf11O)~(Rf16O)の記載順は、それぞれの単位の結合順序を表すものではない。
また、炭素数3~6のフルオロアルキレン基は、直鎖フルオロアルキレン基であってもよく、分岐、又は環構造を有するフルオロアルキレン基であってもよい。
f11の具体例としては、CHF、CFが挙げられる。Rf12の具体例としては、CFCF、CFCHF、CFCHなどが挙げられる。Rf13の具体例としては、CFCFCF、CFCFCHF、CFCHFCF、CFCFCH、CFCHCF、CF(CF)CFなどが挙げられる。Rf14の具体例としては、CFCFCFCF、CFCFCFCH、CHFCFCFCF、CFCHCFCF、CF(CF)CFCF、ペルフルオロシクロブタン-1,2-ジイル基などが挙げられる。Rf15の具体例としては、CFCFCFCFCF、CFCFCFCFCH、CHFCFCFCFCF、CFCFCHCFCFなどが挙げられる。Rf16の具体例としては、CFCFCFCFCFCF、CFCFCFCFCFCH、CFCFCFCFCFCHFなどが挙げられる。
は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基である。Rは、表面層の耐摩擦性及び指紋汚れ除去性がさらに優れる点からフルオロアルキレン基が好ましい。Rのアルキレン基は、直鎖フルオロアルキレン基が好ましい。またRのアルキレン基の炭素数は1~6が好ましい。
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基である。Rが単結合の場合、L-R-QはL-Qと表すこともできる。Rは、本化合物の合成の観点から単結合又はアルキレン基が好ましい。Rのアルキレン基は、直鎖フルオロアルキレン基が好ましい。またRのアルキレン基の炭素数は1~10が好ましく、1~6がより好ましい。
中でも、Lが、-CH(OH)-、-C(=O)-の場合、本化合物の合成の観点から、Rは単結合又は炭素数が1~10のアルキレン基が好ましく、単結合又は炭素数が1~6のアルキレン基がより好ましい。また、Lが、-CH=CH-の場合、本化合物の合成の観点から、Rは単結合又は炭素数が1~9のアルキレン基が好ましく、単結合又は1~5のアルキレン基がより好ましい。
は、-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-であり、本化合物を用いた表面層の耐久性が向上する。
は、1+n価の連結基であり、ポリフルオロポリエーテル鎖にn個の密着性基を連結する。Qは分岐点を有する基であり、当該分岐点としては、第3級炭素原子、第4級炭素原子、ケイ素原子、環構造が挙げられる。
分岐点を構成する環構造としては、本化合物を製造やすい点、表面層の耐摩擦性、耐薬品性、耐光性などの耐久性の点から、3~8員環の脂肪族環、6~8員環の芳香族環、3~8員環のヘテロ環、及びこれらの環のうちの2つ以上からなる縮合環などが挙げられ、表面層の耐摩擦性、耐薬品性、耐光性などの耐久性の点から、3~8員環の脂肪族環、6~8員環の芳香族環、及びこれらの縮合環より選択される環構造が好ましい。分岐点を構成する環構造としては、下式に示す環構造などが挙げられる。下記環構造は、フッ素原子により置換されていてもよい。また環構造は、置換基として、ハロゲン原子を有していてもよいアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリル基等を有してもよい。
Figure 0007616207000001
本化合物においてQを構成する分岐点は、本化合物の合成容易性の点、及び表面層の耐久性の点から、第3級炭素原子、第4級炭素原子、又はケイ素原子が好ましい。中でも、合成容易性及び表面層の耐久性の点から、-Q(-T)が、-Q[(-R-T)(-R3-a]で表される構造であることが好ましい。
ただし、
は、炭素原子またはケイ素原子であり、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であり、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R-Q[(-R-T)(-R3-b]であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、単結合、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R-Q[(-R-T)(-R3-c]であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
は、水素原子、フッ素原子、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
aは0~3の整数であり、
bは0~3の整数であって、bが複数ある場合、当該bは同一であっても異なっていてもよく、
cは0~3の整数であって、cが複数ある場合、当該cは同一であっても異なっていてもよく、
aとbとcの合計がnである。
上記Qは分岐点となる炭素原子又はケイ素原子を表す。
が単結合の場合、密着性基TはQに直接結合し、Q-Tとも表すことができる。Rは合成容易性の点から、炭素数2~10のフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基が好ましい。
、R及びRにおけるアルキル基としては、炭素数1~6のフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基が挙げられる。
におけるアルキレン基としては、炭素数2~10のフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基が好ましい。
におけるアルキル基としては、炭素数1~6のフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基が挙げられる。
a、b、cは各々独立に0~3の整数であり、aとbとcの合計がnである。b及びcが複数ある場合、複数あるb及びcと、aとの総計がnとなる。nは、2~20の整数であり、2~10が好ましい。
Tは、表面層形成時において基材面側に配置されて基材との密着性を示す基である。Tは基材表面等と化学結合を形成するものであってもよく、基材表面に化学吸着又は物理吸着するものであってもよい。耐久性の点からは、Tは基材表面と化学結合するものが好ましい。
密着性基Tとしては、臭素原子、ヨウ素原子、水酸基、アミノ基、カルボキシ基、アルデヒド基、エポキシ基、チオール基、リン酸基、ホスホン酸基、不飽和炭化水素基、アリール基、-Si(R213-d(L21などが挙げられ、適用する基材の材質に応じて適宜選択することが好ましい。
密着性基Tにおけるアミノ基としては、-NR (R、Rは各々独立に水素原子又はアルキル基)が挙げられ、表面層の耐久性の点から、中でも-NHが好ましい。
密着性基Tにおけるリン酸基としては、-OP(=O)(OR10 (R10は水素原子又はアルキル基であって複数あるR10は同一であっても異なっていてもよい)が挙げられ、表面層の耐久性の点から、中でも-OP(=O)(OH)が好ましい。
密着性基Tにおけるホスホン酸基としては、-P(=O)(OR10 (R10は上記と同様である)が挙げられ、表面層の耐久性の点から、中でも-P(=O)(OH)が好ましい。
密着性基Tにおける不飽和炭化水素基としては、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基などが挙げられる。
密着性基Tにおけるアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基などが挙げられる。
また、密着性基Tにおける-Si(R213-d(L21は反応性シリル基を表す。
反応性シリル基は、加水分解性基及び水酸基のいずれか一方又は両方がケイ素原子に結合した基である。
加水分解性基は、加水分解反応によって水酸基となる基である。すなわち、加水分解性シリル基は、加水分解反応によってシラノール基(Si-OH)となる。シラノール基は、さらに分子間で脱水縮合反応してSi-O-Si結合を形成する。また、シラノール基は、基材の表面の水酸基(基材-OH)と脱水縮合反応して、化学結合(基材-O-Si)を形成する。
加水分解性基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、アシル基、イソシアナート基が挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数1~6のアルコキシ基が好ましい。
ハロゲン原子としては、塩素原子が好ましい。
加水分解性基としては、本化合物を製造しやすい点から、アルコキシ基又はハロゲン原子が好ましい。加水分解性基としては、塗布時のアウトガスが少なく、本化合物の保存安定性に優れる点から、炭素数1~4のアルコキシ基が好ましく、本化合物の長期の保存安定性が必要な場合にはエトキシ基が特に好ましく、コーティング後の反応時間を短時間とする場合にはメトキシ基が特に好ましい。
21のアルキル基の炭素数は、本化合物を製造しやすい点から、1~6が好ましく、1~3がより好ましく、1~2が特に好ましい。
dは、表面層と基材との密着性がより強固になる点から、2又は3が好ましく、3がより好ましい。
密着性基Tと、基材と材質との好適な組み合わせを「密着性基T-基材」の形式で例示する。
臭素原子-窒化シリコン、水素終端化窒化シリコン、
ヨウ素原子-水素終端化ダイヤモンド、
水酸基-水素終端化シリコン、ハロゲン化シリコン、酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、
アミノ基-酸化インジウムスズ(ITO)、マイカ、
カルボキシ基-Al、酸化銀(AgO)、酸化銅(CuO)、ジルコニウム修飾酸化アルミニウム(Zr/Al)、アミン末端酸化物(NH2-terminated oxide)、酸化スズ(SnO2)、
アルデヒド基、エポキシ基-水素終端化シリコン、ハロゲン化シリコン、
チオール基-金(Au)、
リン酸基、ホスホン酸基-酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化チタン(TiO)、Al、酸化タンタル(Ta)、Zr/Al
不飽和炭化水素基-水素終端化ダイヤモンド、水素終端化シリコン、ハロゲン化シリコン、窒化シリコン、水素終端化窒化シリコン、ポリイミド(PI)、アクリル、
アリール基-Al、DLC、
反応性シリル基-ガラス、Au、マイカ、SiO、酸化スズ(SnO)、酸化ゲルマニウム(GeO)、ZrO、TiO、Al、ITO、ステンレス(SUS)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)。
ただしこれらの組み合わせに限定されるものではなく、本化合物は種々の基材と組み合わせて用いることができる。
本化合物としては、例えば、下式の化合物が挙げられる。下式の化合物は、工業的に製造しやすく、取扱いやすく、表面層の撥水撥油性、耐摩擦性、指紋汚れ除去性、潤滑性、耐薬品性、耐光性及び耐薬品性がさらに優れる。また、本化合物は、耐久性の点から、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)が1.2以下であることが好ましい。
Figure 0007616207000002
n1~n5は、式(A1)又は式(A2)におけるmが0~210となるように調整される。
[下式(B1)又は式(B2)で表される化合物]
下記化合物(B1)及び化合物(B2)は、前記本化合物において密着性基Tが不飽和炭化水素基に該当する化合物であり、また、前記化合物(A1)及び化合物(A2)を合成するために有用な化合物である。
O-(Rf1O)-R-L-R-Q11(-CH=CH 式(B1)
(CH=CH-)11-R-L-R-O-(Rf1O)-R-L-R-Q11(-CH=CH 式(B2)
ただし、
、Rf1、R、R、L、m及びnは前記式(A1)及び式(A2)におけるものと同様であり、好ましい態様も同様である。
式(B1)及び式(B2)中の(-CH=CH)を密着性基Tとする場合には、Q11は、前記式(A1)及び式(A2)におけるQと同様である。また、化合物(B1)又は化合物(B2)に他の密着性基Tを導入する場合には、Q11(-CH=CH)は、反応後にQとなる1+n価の連結基である。
化合物(B1)及び化合物(B2)においては、-Q11(-CH=CHが、-Q[(-R23-CH=CH(-R243-a]であることが好ましい。
ただし、
、a、b、及びcは、前記化合物(A1)及び化合物(A2)におけるものと同様であり、好ましい態様も同様であり、
23は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であり、R23が複数ある場合、当該R23は同一であっても異なっていてもよく、
24は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R25-Q[(-R23-CH=CH(-R263-b]であって、R24が複数ある場合、当該R24は同一であっても異なっていてもよく、
25は、単結合、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であって、R25が複数ある場合、当該R25は同一であっても異なっていてもよく、
26は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R25-Q[(-R23-CH=CH(-R273-c]であって、R26が複数ある場合、当該R26は同一であっても異なっていてもよく、
27は、水素原子、フッ素原子、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基であって、R27が複数ある場合、当該R27は同一であっても異なっていてもよい。
23-CH=CHは、密着性基導入後に前記化合物(A1)及び化合物(A2)におけるRとなる基である。
また、R24、R25、R26、及びR27は密着性基導入後に、前記化合物(A1)及び化合物(A2)におけるR、R、R、及びRとなる基である。
化合物(B1)及び化合物(B2)としては、例えば、下式の化合物が挙げられる。
Figure 0007616207000003
n6~n10は、式(B1)又は式(B2)におけるmが0~210となるように調整される。
(化合物(B1)、化合物(B2)等の製造方法)
前記化合物(B1)及び化合物(B2)を含む化合物(B11)及び化合物(B12)の製造方法として、下式(C1)又は式(C2)で表される化合物と、下式(D1)で表される化合物とを反応させる工程を有する化合物の製造方法が挙げられる。
O-(Rf1O)-R-C(=O)-OR11 式(C1)
11O-C(=O)-R-O-(Rf1O)-R-C(=O)-OR11 式(C2)
(CH=CH-)11-R-MgX 式(D1)
O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B11)
(CH=CH-)11-R-L11-R-O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B12)
ただし、
、Rf1、R、R、Q11、m、nは、前述のとおりであり、好ましい態様も同様である。
11は、脱離基であり、アルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。R11が複数ある場合、当該R11は同一であっても異なっていてもよい。
11は、-CH(OH)-、-C(=O)-、-CH=CH-、又は-CH-であって、L11が複数ある場合、当該L11は同一であっても異なっていてもよく、
Xは、ハロゲン原子であり、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子が好ましい。
なお、化合物(B11)及び化合物(B12)は、化合物(B1)及び化合物(B2)のLに対応する部分(L11)が-CH-であってもよい点が異なるのみである。
例えば、化合物(C1)又は(C2)のエステルに対し、2当量の化合物(D1)を反応させて酸処理することにより、L11が-CH(OH)-、又は、-C(=O)-の化合物(B11)又は(B12)が得られる。上記反応においては、反応時間を長くするにつれて、L11が-CH(OH)-の化合物が優位に生成される。
前記L11が-CH(OH)-の化合物(B11)又は(B12)を酸化することでL11が-C(=O)-の化合物(B11)又は(B12)が得られる。当該酸化反応における酸化剤としては、デス・マーチン試薬など、公知の酸化剤を用いることができる。
一方、前記L11が-C(=O)-の化合物(B11)又は(B12)を還元することで、L11が-CH(OH)-の化合物(B11)又は(B12)が得られる。当該還元反応における還元剤としては、水素化アルミニウムリチウムなど、公知の還元剤を用いることができる。
前記L11が-CH(OH)-の化合物(B11)又は(B12)を、トリフェニルホスフィンなどを用いて脱水することで、L11が-CH=CH-の化合物(B11)又は(B12)が得られる。
また、前記L11が-CH(OH)-の化合物(B11)又は(B12)を、ヒドリドやラジカルにより脱OHすることで、L11が-CH-の化合物(B11)又は(B12)が得られる。
化合物(C1)及び化合物(C2)は、例えば、国際公開第2013/121984号などを参照して合成することができる。
化合物(D1)は、例えば、下記化合物(D2)と金属マグネシウムを反応させる方法により製造できる。
((CH=CH-)11-R-X 式(D2)
ただし、式中のR、Q11、X及びnは化合物(D1)と同様である。
化合物(D2)の好適な具体例として、下記のものなどが挙げられる。
Figure 0007616207000004
上記反応は、通常、溶媒中で行われる。溶媒は、前記化合物(C1)、化合物(C2)及び化合物(D1)溶解し得る溶媒の中から適宜選択して用いることができる。溶媒は、1種単独で又は2種以上を組み合わせた混合溶媒であってもよい。
例えば、化合物(C1)又は化合物(C2)が比較的フッ素原子含有量(化合物分子の分子量に占めるフッ素原子の割合)の低い化合物である場合には、溶媒としては反応に不活性な溶媒であれば特に限定されない。反応に不活性な溶媒としては、中でも、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒が好ましく、テトラヒドロフランがより好ましい。
また、化合物(C1)又は化合物(C2)が比較的フッ素原子含有量の高い化合物である場合には、前記エーテル系溶媒と、フッ素系溶媒とを組み合わせた混合溶媒が好ましい。
フッ素系溶媒としては、例えば、ハイドロフルオロカーボン類(1H,4H-ペルフルオロブタン、1H-ペルフルオロヘキサン、1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン、1,1,2,2,3,3,4-ヘプタフルオロシクロペンタン、2H,3H-ペルフルオロペンタン等)、ハイドロクロロフルオロカーボン類(3,3-ジクロロ-1,1,1,2,2-ペンタフルオロプロパン、1,3-ジクロロ-1,1,2,2,3-ペンタフルオロプロパン(HCFC-225cb)等)、ハイドロフルオロエーテル類(CFCHOCFCFH(AE3000)、(ペルフルオロブトキシ)メタン、(ペルフルオロブトキシ)エタン等)、ハイドロクロロフルオロオレフィン類((Z)-1-クロロ-2,3,3,4,4,5,5-ヘプタフルオロ-1-ペンテン(HCFO-1437dycc(Z)体)、(E)-1-クロロ-2,3,3,4,4,5,5-ヘプタフルオロ-1-ペンテン(HCFO-1437dycc(E)体)、(Z)-1-クロロ-2,3,3-トリフルオロ-1-プロペン(HCFO-1233yd(Z)体)、(E)-1-クロロ-2,3,3-トリフルオロ-1-プロペン(HCFO-1233yd(E)体)等)、含フッ素芳香族化合物類(ペルフルオロベンゼン、m-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン(SR-ソルベント)、p-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等)等が挙げられる。
(化合物(A11)及び化合物(A12)の製造方法)
前記化合物(A1)及び化合物(A2)を含む化合物(A11)及び化合物(A12)の製造方法として、前記化合物(B11)又は化合物(B12)に、密着性基Tを導入する工程を有する化合物の製造方法が挙げられる。
O-(Rf1O)-R-L11-R-Q(-T) 式(A11)
(T-)-R-L11-R-O-(Rf1O)-R-L11-R-Q(-T) 式(A12)
ただし、
、Rf1、R、R、L11、Q、Q11、m、及びnは前述のとおりであり、好ましい態様も同様である。
以下、各密着性基Tを導入する方法について一例をあげて説明するが、以下の方法に限定されるものではない。
例えば、前記化合物(B11)又は化合物(B12)が有する二重結合に、下記化合物(E1)を作用させて、ヒドロシリル化反応させることにより、密着性基Tが-Si(R213-d(L21の化合物(A11)又は化合物(A12)が得られる。
HSi(R213-d(L21 式(E1)
ただし、R21、L21、及びdは前述のとおりであり、好ましい態様も同様である。
前記化合物(B11)又は化合物(B12)が有する二重結合に、メタクロロ過安息香酸、過酢酸、過硫酸水素カリウムなどの過酸を作用させてエポキシ化することにより、密着性基Tがエポキシ基の化合物(A11)又は化合物(A12)が得られる。
前記化合物(B11)又は化合物(B12)が有する二重結合をオゾン酸化してオゾニドとした後、例えば過酸化水素などにより酸化処理することで、密着性基Tがカルボキシ基の化合物(A11)又は化合物(A12)が得られる。
また、前記オゾニドに、例えば亜鉛、ジメチルスルフィド、チオウレアなどの還元剤で還元処理することで、密着性基Tがアルデヒド基の化合物(A11)又は化合物(A12)が得られる。
前記化合物(B11)又は化合物(B12)が有する二重結合に有機ボラン((R22B;ただしR22は水素原子又は有機基)を付加してヒドロホウ素化物としたのち、塩基性下で臭素(Br)又はヨウ素(I)を反応させることで、密着性基Tが臭素原子又はヨウ素原子の化合物(A11)又は化合物(A12)が得られる。更に、密着性基Tが臭素原子又はヨウ素原子の化合物(A11)又は化合物(A12)に亜リン酸エステルを作用させたのち、塩酸などを用いて加水分解を行うことで密着性基Tがホスホン酸の化合物(A11)又は化合物(A12)が得られる。
前記ヒドロホウ素化物に塩基性下で過酸化水素を反応させると密着性基Tがヒドロキシ基の化合物(A11)又は化合物(A12)が得られる。更に、密着性基Tがヒドロキシ基の化合物(A11)又は化合物(A12)に、塩化ホスホリルなど活性化されたリン酸を作用させることで、密着性基Tがリン酸の化合物(A11)又は化合物(A12)が得られる。
また前記密着性基Tがアルデヒド基の化合物(A11)又は化合物(A12)に、アミンを反応させてイミン又はイミニウムイオンとした後、ヒドリド還元することで、密着性基Tがアミノ基の化合物(A11)又は化合物(A12)が得られる。
本発明の含フッ素化合物含有組成物(含フッ素エーテル組成物、以下、「本組成物」とも記す。)は、化合物(A1)と化合物(A2)を含有するものであってもよく、化合物(A1)及び化合物(A2)より選択される1種以上と、他の含フッ素エーテル化合物とを含有するものであってもよい。なお、本組成物は、後述する液状媒体を含まない。
他の含フッ素エーテル化合物としては、例えば、本化合物の製造工程で副生する含フッ素エーテル化合物(以下、「副生含フッ素エーテル化合物」とも記す。)、本化合物と同様の用途に用いられる公知の含フッ素エーテル化合物、含フッ素オイルが挙げられる。他の含フッ素化合物としては、本化合物の特性を低下させるおそれが少ない化合物が好ましい。
含フッ素オイルとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)が挙げられる。
副生含フッ素化合物としては、本化合物の合成時における未反応の含フッ素化合物等が挙げられる。本組成物が副生含フッ素化合物を含む場合、該副生含フッ素化合物を除去、もしくは該副生含フッ素化合物量を低減させるための精製工程を簡略化することができる。
公知の含フッ素化合物としては、例えば、下記の文献に記載のものが挙げられる。
日本特開平11-029585号公報に記載のパーフルオロポリエーテル変性アミノシラン、
日本特許第2874715号公報に記載のケイ素含有有機含フッ素ポリマー、
日本特開2000-144097号公報に記載の有機ケイ素化合物、
日本特開2000-327772号公報に記載のパーフルオロポリエーテル変性アミノシラン、
日本特表2002-506887号公報に記載のフッ素化シロキサン、
日本特表2008-534696号公報に記載の有機シリコーン化合物、
日本特許第4138936号公報に記載のフッ素化変性水素含有重合体、
米国特許出願公開第2010/0129672号明細書、国際公開第2014/126064号、日本特開2014-070163号公報に記載の化合物、
国際公開第2011/060047号、国際公開第2011/059430号に記載のオルガノシリコン化合物、
国際公開第2012/064649号に記載の含フッ素オルガノシラン化合物、
日本特開2012-72272号公報に記載のフルオロオキシアルキレン基含有ポリマー、
国際公開第2013/042732号、国際公開第2013/121984号、国際公開第2013/121985号、国際公開第2013/121986号、国際公開第2014/163004号、日本特開2014-080473号公報、国際公開第2015/087902号、国際公開第2017/038830号、国際公開第2017/038832号、国際公開第2017/187775号に記載の含フッ素エーテル化合物、
日本特開2014-218639号公報、国際公開第2017/022437号、国際公開第2018/079743号、国際公開第2018/143433号に記載のパーフルオロ(ポリ)エーテル含有シラン化合物、
日本特開2015-199906号公報、日本特開2016-204656号公報、日本特開2016-210854号公報、日本特開2016-222859号公報に記載のフルオロポリエーテル基含有ポリマー変性シラン、
国際公開第2018/216630号、国際公開第2019/039226号、国際公開第2019/039341号、国際公開第2019/039186号、国際公開第2019/044479号、日本特開2019-44158号公報、国際公開2019/163282に記載の含フッ素エーテル化合物。
また、含フッ素化合物の市販品としては、信越化学工業社製のKY-100シリーズ(KY-178、KY-185、KY-195等)、AGC社製のAfluid(登録商標)S550、ダイキン工業社製のオプツール(登録商標)DSX、オプツール(登録商標)AES、オプツール(登録商標)UF503、オプツール(登録商標)UD509等が挙げられる。
本組成物中の本化合物の割合は、100質量%未満であり、60質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上が更に好ましい。
本組成物が他の含フッ素化合物を含む場合、本組成物中の本化合物及び他の含フッ素化合物の合計に対する他の含フッ素化合物の割合は、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい。
本組成物中の本化合物及び他の含フッ素化合物の合計の割合は、80質量%以上が好ましく、85質量%以上がより好ましい。
本化合物及び他の含フッ素化合物の含有量が前記範囲内であれば、表面層の撥水撥油性、耐摩擦性、指紋汚れ除去性、潤滑性、外観に優れる。
[コーティング液]
本発明のコーティング液(以下、本コーティング液ともいう。)は、本化合物又は本組成物と液状媒体とを含む。本コーティング液は、液状であればよく、溶液であってもよく、分散液であってもよい。
本コーティング液は、本化合物又は本組成物を含んでいればよく、本化合物の製造工程で生成した副生物等の不純物を含んでもよい。
本化合物又は本組成物の濃度は、本コーティング液中、0.001~40質量%が好ましく、0.01~20質量%が好ましく、0.1~10質量%がより好ましい。
液状媒体としては、有機溶媒が好ましい。有機溶媒は、フッ素系有機溶媒であってもよく、非フッ素系有機溶媒であってもよく、両溶媒を含んでもよい。
フッ素系有機溶媒としては、フッ素化アルカン、フッ素化芳香族化合物、フルオロアルキルエーテル、フッ素化アルキルアミン、フルオロアルコール等が挙げられる。
フッ素化アルカンとしては、炭素数4~8の化合物が好ましい。市販品としては、たとえばC13H(AGC社製、アサヒクリン(登録商標)AC-2000)、C13(AGC社製、アサヒクリン(登録商標)AC-6000)、CCHFCHFCF(ケマーズ社製、バートレル(登録商標)XF)等が挙げられる。
フッ素化芳香族化合物としては、たとえばヘキサフルオロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン、ペルフルオロトルエン、ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等が挙げられる。
フルオロアルキルエーテルとしては、炭素数4~12の化合物が好ましい。市販品としては、たとえばCFCHOCFCFH(AGC社製、アサヒクリン(登録商標)AE-3000)、COCH(3M社製、ノベック(登録商標)7100)、COC(3M社製、ノベック(登録商標)7200)、CCF(OCH)C(3M社製、ノベック(登録商標)7300)等が挙げられる。
フッ素化アルキルアミンとしては、たとえばペルフルオロトリプロピルアミン、ペルフルオロトリブチルアミン等が挙げられる。
フルオロアルコールとしては、たとえば2,2,3,3-テトラフルオロプロパノール、2,2,2-トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール等が挙げられる。
非フッ素系有機溶媒としては、水素原子及び炭素原子のみからなる化合物と、水素原子、炭素原子及び酸素原子のみからなる化合物が好ましく、炭化水素系有機溶媒、アルコール系有機溶媒、ケトン系有機溶媒、エーテル系有機溶媒、エステル系有機溶媒が挙げられる。
本コーティング液は、液状媒体を75~99.999質量%含むことが好ましく、85~99.99質量%含むことが好ましく。90~99.9質量%含むことが特に好ましい。
本コーティング液は、本化合物又は本組成物と液状媒体の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、それら以外の他の成分を含んでいてもよい。
他の成分としては、たとえば、加水分解性シリル基の加水分解と縮合反応を促進する酸触媒や塩基性触媒等の公知の添加剤が挙げられる。
本コーティング液における、他の成分の含有量は、10質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましい。
本コーティング液の本化合物と他の成分の合計又は本組成物と他の成分の合計の濃度(以下、固形分濃度ともいう。)は、0.001~40質量%が好ましく、0.01~20質量%が好ましく、0.01~10質量%がより好ましく、0.01~1質量%がより好ましい。コーティング液の固形分濃度は、加熱前のコーティング液の質量と、120℃の対流式乾燥機にて4時間加熱した後の質量とから算出する値である。
[物品]
本発明の物品(以下、「本物品」とも記す。)は、本化合物又は本組成物から形成された表面層を基材の表面に有する。表面層は、基材の表面の一部に形成されてもよく、基材のすべての表面に形成されてもよい。表面層は、基材の表面に膜状に拡がってもよく、ドット状に点在してもよい。
表面層は、本化合物を、本化合物の加水分解性シリル基の一部又は全部が加水分解反応し、かつシラノール基が脱水縮合反応した状態で含む。
表面層の厚さは、1~100nmが好ましく、1~50nmが特に好ましい。表面層の厚さが1nm以上であれば、表面処理による効果が充分に得られやすい。表面層の厚さが100nm以下であれば、利用効率が高い。表面層の厚さは、薄膜解析用X線回折計(RIGAKU社製、ATX-G)を用いて、X線反射率法によって反射X線の干渉パターンを得て、干渉パターンの振動周期から算出できる。
基材としては、撥水撥油性の付与が求められている基材が挙げられる。例えば、他の物品(例えばスタイラス)や人の手指を接触させて使用することがある基材、操作時に人の手指で持つことがある基材、他の物品(例えば載置台)の上に置くことがある基材が挙げられる。
基材の材料としては、金属、樹脂、ガラス、サファイア、セラミック、石、これらの複合材料が挙げられる。ガラスは化学強化されていてもよい。基材の表面にはSiO膜等の下地膜が形成されていてもよい。より具体的には、前記密着性基Tにおいて挙げられた基材を参照できる。
基材としては、タッチパネル用基材、ディスプレイ用基材、メガネレンズが好適であり、タッチパネル用基材が特に好適である。タッチパネル用基材の材料としては、ガラス又は透明樹脂が好ましい。
また、基材としては、携帯電話(例えばスマートフォン)、携帯情報端末(例えばタブレット端末)、ゲーム機、リモコン等の機器における外装部分(表示部を除く)に使用する、ガラス又は樹脂フィルムも好ましい。
[物品の製造方法]
本物品は、例えば、下記の方法で製造できる。
・本化合物又は本組成物を用いたドライコーティング法によって基材の表面を処理して、本化合物又は本組成物から形成された表面層を基材の表面に形成する方法。
・ウェットコーティング法によって本コーティング液を基材の表面に塗布し、乾燥させて、本化合物又は本組成物から形成された表面層を基材の表面に形成する方法。
ドライコーティング法としては、真空蒸着、CVD、スパッタリング等の手法が挙げられる。ドライコーティング法としては、化合物A1又は化合物A2の分解を抑える点、及び装置の簡便さの点から、真空蒸着法が好ましい。真空蒸着時には、鉄、鋼等の金属多孔体に本化合物又は本組成物を含浸させたペレット状物質を用いてもよい。本コーティング液を鉄、鋼等の金属多孔体に含浸させ、液状媒体を乾燥させて、化合物A1もしくは化合物A2又は本組成物が含浸したペレット状物質を用いてもよい。
ウェットコーティング法としては、例えば、スピンコート法、ワイプコート法、スプレーコート法、スキージーコート法、ディップコート法、ダイコート法、インクジェット法、フローコート法、ロールコート法、キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法、グラビアコート法が挙げられる。
表面層の耐摩擦性を向上させるために、必要に応じて、本化合物と基材との反応を促進するための操作を行ってもよい。該操作としては、加熱、加湿、光照射等が挙げられる。
たとえば、水分を有する大気中で表面層が形成された基材を加熱して、加水分解性基の加水分解反応、基材の表面の水酸基等とシラノール基との反応、シラノール基の縮合反応によるシロキサン結合の生成、等の反応を促進できる。
表面処理後、表面層中の化合物であって他の化合物や基材と化学結合していない化合物は、必要に応じて除去してもよい。具体的な方法としては、たとえば、表面層に溶媒をかけ流す方法、溶媒をしみ込ませた布でふき取る方法等が挙げられる。
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。以下において「%」は特に断りのない限り「質量%」である。なお、例1~4、7~9、11~14及び17~19が実施例であり、例5~6、10、15~16及び20が比較例である。
[合成例1:化合物(1)の合成]
DiethylDiallylmalonate(60.0g)、塩化リチウム(23.7g)、水(6.45g)、ジメチルスルホキシド(263g)を加え、160℃で撹拌した。室温まで冷却した後、水を加え、酢酸エチルで抽出した。ヘキサンを有機層に加え、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過後、溶媒を留去することで、下記化合物(1)を39.5g得た。
Figure 0007616207000005
[合成例2:化合物(2)の合成]
THF(260mL)、ジイソプロピルアミン(41.6mL)を加えた後、溶液を-78℃まで冷却した。n-ブチルリチウムヘキサン溶液(2.76M,96.6mL)を加え、0℃まで昇温した。撹拌した後、-78℃まで冷却し、リチウムジイソプロピルアミド(LDA)のTHF溶液を調製した。上記化合物(1)(39.5g)をTHF溶液に加え、撹拌した後、臭化アリル(24.1mL)を加えた。0℃に昇温し、1M塩酸を加え、THFを減圧留去した。ジクロロメタンで抽出した後、硫酸ナトリウムを加えた。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、化合物(2)を45.0g得た。
Figure 0007616207000006
[合成例3:化合物(3)の合成]
上記化合物(2)(45.0g)をTHFに溶解させ、0℃に冷却した。水素化リチウムアルミニウムのTHF溶液(104mL,260mmol)を加え、撹拌した。水、15%水酸化ナトリウム水溶液を加え、室温で撹拌した後、ジクロロメタンで希釈した。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、下記化合物(3)を31.3g得た。
Figure 0007616207000007
<化合物(3)の別の合成方法>
[合成例3-1:化合物(2a)の合成]
THF(260mL)、ジイソプロピルアミン(41.6mL,294mmol)を加えた後、溶液を-78℃まで冷却した。n-ブチルリチウムヘキサン溶液(2.76M,96.6mL,267mmol)を加え、0℃まで昇温し、リチウムジイソプロピルアミド(LDA)のTHF溶液を調製した。
tert-Butyl Acetate(9.29g)にTHF(50mL)を加え、-78℃に冷却したのち、LDAのTHF溶液(130mL)を加えた。臭化アリル(10.9g)を加え、0℃に昇温した。30分後、-78℃に冷却したのち、LDA(130mL)と臭化アリル(10.9g)を加え、0℃に昇温した。再び、-78℃に冷却したのち、LDA(130mL)と臭化アリル(10.9g)を加え、0℃に昇温した。30分撹拌した後、1M塩酸(100mL)を加え、THFを減圧留去した。ジクロロメタンで抽出した後、硫酸ナトリウムを加えた。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、下記化合物(2a)を9.45g得た。
Figure 0007616207000008
[合成例3-2:化合物(3)の合成]
上記化合物(2a)(9.45g)をTHF(100mL)に溶解させ、0℃に冷却した。水素化リチウムアルミニウムのTHF溶液(40mL,100mmol)を加え、50℃で撹拌した。1M塩酸(100mL)を0℃で加えた後、ジクロロメタンで抽出した。溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、前記化合物(2-3)を5.99g得た。
[合成例4:化合物(4)の合成]
アセトニトリル(380mL)、前記化合物(3)(31.3g)、トリフェニルホスフィン(64.3g)、四塩化炭素(33.9g)を加え、90℃で撹拌した。濃縮後、酢酸エチル/ヘキサンを加え撹拌した。ろ過、濃縮後、蒸留(70℃,3hPa)によって、下記化合物(4)を28.2g得た。
Figure 0007616207000009
[合成例5:化合物(5)の合成]
マグネシウム(2.36g)にTHF(35mL)、ヨウ素(0.180g)を加えて、室温で撹拌した。前記化合物(4)(14.0g)のTHF(35mL)溶液を加え、2時間加熱還流することで、下記化合物(5)の溶液(0.80M)を調製した。
Figure 0007616207000010
[合成例6:化合物(1-1)の合成]
国際公開第2013/121984号の実施例6に記載の方法に従い、下記化合物(1-1)を得た。
CF-O-(CFCFO-CFCFCFCFO)x1(CFCFO)-CFCFCF-C(O)OCH ・・・式(1-1)
単位数x1の平均値:14
[合成例7:化合物(1-2)の合成]
前記化合物(1-1)(10.0g)、1,3-ビストリフルオロメチルベンゼン(31mL)を加えた後、前記化合物(5)溶液(11.0mL)を加えた。60℃で20時間撹拌した後、1M塩酸を加えた。AE3000で抽出したのち、硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、下記化合物(1-2)を1.15g得た。
Figure 0007616207000011
単位数x1の平均値:14
化合物(1-2)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):5.92~5.74(m,3H),5.13~4.97(m,6H),4.40(s,1H),2.24~2.02(m,6H),1.90(d,J=7.7Hz,1H),1.77(d,J=15.2Hz,1H),1.61(dd,J=15.3,10.1Hz,1H). 19F-NMR(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-55.24,-82.81,-87.63~-88.38(m),-89.99~-90.36(m),-117.61~-117.84(m),-118.35~-118.58(m),-123.13~-123.30(m),-124.49~-124.66(m),-125.24,-127.57~-127.77(m).
[例1:含フッ素エーテル化合物(1-3)の合成]
AC2000(1.8g)、上記化合物(1-2)(0.300g)、白金/1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量3%,12.9mg)、アニリン(2.6mg)、トリメトキシシラン(45.5mg)を加え、40℃で撹拌した後、溶媒を減圧留去することで、下記含フッ素エーテル化合物(1-3)を0.291g得た。
Figure 0007616207000012
単位数x1の平均値:14
含フッ素エーテル化合物(1-3)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):4.82~4.65(m,1H),3.70~3.51(m,27H),2.02~1.13(m,15H),0.85~0.59(m,6H).
19F-NMR(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-55.27,-82.85,-88.07,-90.19,-117.56,-122.25~-122.86(m),-125.26.
[合成例8:化合物(2-1)の合成]
前記合成例7で得られた化合物(1-2)(0.350g)、1,3-ビストリフルオロメチルベンゼン(3mL)、デス・マーチン試薬(0.350g)を加え、35℃で2時間撹拌した。メタノールを加えた後、AC6000で抽出した。溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、下記化合物(2-1)を0.280g得た。
Figure 0007616207000013
単位数x1の平均値:14
化合物(2-1)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):5.99~5.80(m,3H),5.22~5.11(m,6H),2.81(s,2H),2.32(d,J=7.6Hz,6H).
19F-NMR(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-54.74,-81.50~-81.67(m),-82.19,-87.15~-87.71(m),-89.56,-118.50,-124.35,-124.59.
[例2:含フッ素エーテル化合物(2-2)の合成]
AC6000(2.0g)、上記化合物(2-1)(0.280g)、白金/1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量3%,6.7mg)、アニリン(2.0mg)、トリメトキシシラン(37.0mg)を加え、40℃で撹拌した後、溶媒を減圧留去することで、下記含フッ素エーテル化合物(2-2)を0.286g得た。
Figure 0007616207000014
単位数x1の平均値:14
含フッ素エーテル化合物(2-2)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):3.58(s,27H),2.70(s,2H),1.56~1.41(m,12H),0.61(t,J=7.5Hz,6H).
19F-NMR(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-55.12,-81.96,-82.61,-87.51~-87.97(m),-89.98,-119.04,-124.72,-125.03.
[合成例9:化合物(3-1)の合成]
1,3-ビストリフルオロメチルベンゼン(7.5mL)、前記合成例7で得られた化合物(1-2)(0.750g)、トリフェニルホスフィン(0.406g)、四塩化炭素(0.310g)を加え、100℃で2時間撹拌した。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、下記化合物(3-1)を0.524g得た。
Figure 0007616207000015
単位数x1の平均値:14
化合物(3-1)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):6.34(dt,J=16.3,2.1Hz,1H),5.68(ddt,J=17.7,10.4,7.4Hz,3H),5.59~5.44(m,1H),5.07~4.97(m,6H),2.13(d,J=7.3Hz,6H).
19F-NMR(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-55.31,-81.79~-82.03(m),-82.92,-87.75~-88.40(m),-90.24(q,J=8.2,7.8Hz),-110.96(q,J=9.9Hz),-125.35,-126.26.
[例3:含フッ素エーテル化合物(3-2)の合成]
AC2000(3.1g)、前記化合物(3-1)(0.524g)、白金/1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量3%,17.3mg)、アニリン(7.0mg)、トリメトキシシラン(69.1mg)を加え、40℃で撹拌した後、溶媒を減圧留去することで、下記含フッ素エーテル化合物(3-2)を0.514g得た。
Figure 0007616207000016
単位数x1の平均値:14
含フッ素エーテル化合物(3-2)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):6.34(dd,J=16.3,2.0Hz,1H),5.61(dt,J=16.3,11.7Hz,1H),3.59(s,27H),1.57~1.30(m,12H),0.66(t,J=7.5Hz,6H).
19F-NMR(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-55.27,-81.64~-81.91(m),-82.85,-87.66~-88.31(m),-90.18(q,J=8.7Hz),-110.50(q,J=10.2Hz),-125.26,-125.96.
[合成例10:化合物(4-1)の合成]
Fluorolink D4000(SOLVAY製、15.0g)、1,3-ビストリフルオロメチルベンゼン(50ml)、アセトニトリル(30ml)を加えた後、次亜塩素酸ナトリウム溶液(30ml)、TEMPO(1g)、KBr(1g)の順に加えた。60℃で5時間撹拌した後、希硫酸を加えた。AE3000で抽出したのち、溶媒を留去することで、下記化合物(4-1)を15.0g得た。
Figure 0007616207000017
p:22, q:25
[合成例11:化合物(4-2)の合成]
上記化合物(4-1)(15.0g)、1,3-ビストリフルオロメチルベンゼン(50ml)、メタノール(50ml)を加えた後、濃硫酸1gを加えた。加熱還流した後、濃縮した。濃縮物をフラッシュカラムクロマトグラフィーを用いて精製することで、下記化合物(4-2)を14.5g得た。
Figure 0007616207000018
p:22, q:25
化合物(4-2)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):3.84(s,6H).
[合成例12:化合物(4-3)の合成]
前記化合物(4-2)(6.27g)、1,3-ビストリフルオロメチルベンゼン(44mL)を加えた後、前記化合物(5)溶液(11.0mL)を加えた。60℃で1時間撹拌した後、1M塩酸を加えた。AE3000で抽出したのち、硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、下記化合物(4-3)を2.95g得た。
Figure 0007616207000019
p:22, q:25
化合物(4-3)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):5.82~5.69(m,6H),5.13~5.03(m,12H),2.64(s,4H),2.19(d,J=7.6Hz,12H).
[合成例13:化合物(4-4)の合成]
前記化合物(4-3)(2.95g)をAE3000(20mL)に溶解させ、0℃に冷却した。水素化リチウムアルミニウムのTHF溶液(1.7mL,4.3mmol)を加え、撹拌した。1M塩酸を加え、AE3000で抽出したのち、硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、下記化合物(4-4)を0.216g得た。
Figure 0007616207000020
p:22, q:25
化合物(4-4)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):5.90~5.75(m,6H),5.13~5.01(m,12H),4.27~4.07(m,2H),2.34~1.60(m,16H).
[例4:含フッ素エーテル化合物(4-5)の合成]
AC2000(1.4g)、前記化合物(4-4)(0.216g)、白金/1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量3%,13.6mg)、アニリン(12.4mg)、トリメトキシシラン(92.7mg)を加え、40℃で撹拌した後、溶媒を減圧留去することで、下記含フッ素エーテル化合物(4-5)を0.211g得た。
Figure 0007616207000021
p:22, q:25
化合物(4-4)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):4.67~4.44(m,2H),3.72~3.54(m,54H),2.06~1.35(m,30H),0.78~0.57(m,12H).
[合成例14:前記化合物(2-1)の別の合成例]
前記化合物(1-1)(10.0g)、1,3-ビストリフルオロメチルベンゼン(31mL)を加えた後、前記化合物(5)の溶液(11.0mL)を加えた。60℃で3時間撹拌した後、1M塩酸を加えた。AE3000で抽出したのち、硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過後、溶媒を留去し、ヘキサンで洗浄した後、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、前記化合物(2-1)を7.28g得た。
[合成例15:前記化合物(1-2)の別の合成例]
前記化合物(2-1)(7.15g)をAE3000(36mL)に溶解させ、0℃に冷却した。水素化リチウムアルミニウムのTHF溶液(1.7mL)を加え、撹拌した。水、15%水酸化ナトリウム水溶液を加え、室温で撹拌した。AE3000で抽出したのち、硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、前記化合物(1-2)を5.27g得た。
[合成例16:化合物(5-1)の合成]
前記化合物(1-1)(10.0g)、1,3-ビストリフルオロメチルベンゼン(31mL)を加えた後、アリルマグネシウムブロミド(10.0mL,0.7M,7.0mmol)を加えた。室温で20時間撹拌した後、1M塩酸を加えた。AE3000で抽出したのち、硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、下記化合物(5-1)を5.57g得た。
Figure 0007616207000022
単位数x1の平均値:14
化合物(5-1)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):6.03~5.87(m,2H),5.40~5.21(m,4H),2.71~2.50(m,4H),2.39(s,1H).
19F-NMRf(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-54.87(t,J=9.2Hz),-82.17(p,J=7.9Hz),-86.90~-87.67(m),-89.57(q,J=9.1Hz),-115.83~-116.17(m),-121.47(q,J=6.5Hz),-124.52f.
[例5:化合物(5-2)の合成]
AC2000(1.8g)、上記化合物(5-1)(0.320g)、白金/1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量3%,13.5mg)、アニリン(2.8mg)、トリメトキシシラン(45.5mg)を加え、40℃で撹拌した後、溶媒を減圧留去することで、下記化合物(5-2)を0.313g得た。
Figure 0007616207000023
単位数x1の平均値:14
化合物(5-2)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):3.68~3.56(m,18H),2.27~1.11(m,9H),0.87~0.60(m,4H).
19F-NMR(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-54.84(t,J=9.1Hz),-82.15(dd,J=18.3,9.3Hz),-86.20,-87.09~-87.59(m),-89.55(q,J=9.4Hz),-114.46~-116.39(m),-120.82~-120.99(m),-124.50.
[合成例17:化合物(6-1)の合成]
上記化合物(5-1)(0.990g)、水酸化カリウム(0.079g)、テトラブチルアンモニウムヨージド(0.009g)、アリルブロミド(1.21g)を加えたのち、80℃で20時間撹拌した。1M塩酸を加え、AE3000で抽出したのち、硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過後、溶媒を留去し、シリカゲルを用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーを行うことで、下記化合物(6-1)を0.351g得た。
Figure 0007616207000024
単位数x1の平均値:14
化合物(6-1)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):5.95~5.78(m,3H),5.33~5.03(m,6H),4.17(d,J=5.0Hz,2H),2.82~2.42(m,4H).
19F-NMR(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-54.88(t,J=9.2Hz),-82.19,-87.00~-87.83(m),-89.59(q,J=9.5Hz),-109.82~-111.37(m),-121.70~-122.53(m),-124.55.
[例6:化合物(6-2)の合成]
AC2000(1.8g)、上記化合物(6-1)(0.351g)、白金/1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量3%,14.5mg)、アニリン(3.1mg)、トリメトキシシラン(45.5mg)を加え、40℃で撹拌した後、溶媒を減圧留去することで、下記化合物(6-2)を0.333g得た。
Figure 0007616207000025
単位数x1の平均値:14
化合物(6-2)のNMRスペクトル;
H-NMR(400MHz,Chloroform-d) δ(ppm):3.78~3.31(m,29H),2.07~1.21(m,10H),0.90~0.55(m,6H).
19F-NMR(376MHz,Chloroform-d) δ(ppm):-54.97(t,J=9.1Hz),-82.22,-87.14~-87.99(m),-89.64(q,J=9.5Hz),-109.89~-111.67(m),-121.87~-122.73(m),-124.75.
[例7:含フッ素エーテル組成物の調製]
前記化合物(1-2)と、前記化合物(1-3)とを80:20(質量比)の比率で混合し、例7の含フッ素エーテル組成物を得た。
[例8:含フッ素エーテル組成物の調製]
前記化合物(2-1)と、前記化合物(2-2)とを75:25(質量比)の比率で混合し、例8の含フッ素エーテル組成物を得た。
[例9:含フッ素エーテル組成物の調製]
前記化合物(2-1)と、前記化合物(2-2)とを85:15(質量比)の比率で混合し、例9の含フッ素エーテル組成物を得た。
[例10:含フッ素エーテル組成物の調製]
前記化合物(6-1)と、前記化合物(6-2)とを80:20(質量比)の比率で混合し、例10の含フッ素エーテル組成物を得た。
[例11~16:物品の製造及び評価]
例1~6で得た各化合物及び例7~例10で得た組成物を用いて基材を表面処理し、例11~20の物品を得た。表面処理方法として、各例について下記のドライコーティング法及びウェットコーティング法をそれぞれ用いた。基材としては化学強化ガラスを用いた。得られた物品について、下記の方法で評価した。結果を表1及び表2に示す。
(ドライコーティング法)
ドライコーティングは、真空蒸着装置(ULVAC社製、VTR350M)を用いて行った(真空蒸着法)。各化合物の0.5gを真空蒸着装置内のモリブデン製ボートに充填し、真空蒸着装置内を1×10-3Pa以下に排気した。化合物を配置したボートを昇温速度10℃/分以下の速度で加熱し、水晶発振式膜厚計による蒸着速度が1nm/秒を超えた時点でシャッターを開けて基材の表面への製膜を開始させた。膜厚が約50nmとなった時点でシャッターを閉じて基材の表面への製膜を終了させた。化合物が堆積された基材を、200℃で30分間加熱処理し、ジクロロペンタフルオロプロパン(AGC社製、AK-225)にて洗浄して、基材の表面に表面層を有する物品を得た。
(ウェットコーティング法)
各化合物と、媒体としてのCOC(3M社製、ノベック(登録商標)7200)とを混合して、固形分濃度0.05%のコーティング液を調製した。コーティング液に基材をディッピングし、30分間放置後、基材を引き上げた(ディップコート法)。塗膜を200℃で30分間乾燥させ、AK-225にて洗浄して、基材の表面に表面層を有する物品を得た。
(評価方法)
<接触角の測定方法>
表面層の表面に置いた約2μLの蒸留水又はn-ヘキサデカンの接触角を、接触角測定装置(協和界面科学社製、DM-500)を用いて測定した。表面層の表面における異なる5箇所で測定し、その平均値を算出した。接触角の算出には2θ法を用いた。
<初期接触角>
表面層について、初期水接触角及び初期n-ヘキサデカン接触角を前記測定方法で測定した。評価基準は下記のとおりである。
初期水接触角:
◎(優) :115度以上。
〇(良) :105度以上115度未満。
×(不可):105度未満。
<耐摩擦性(スチールウール)>
表面層について、JIS L0849:2013(ISO 105-X12:2001)に準拠して往復式トラバース試験機(ケイエヌテー社製)を用い、スチールウールボンスター(♯0000)を圧力:98.07kPa、速度:320cm/分で1万回往復させた後、前記方法により水接触角を測定した。摩擦後の撥水性(水接触角)の低下が小さいほど摩擦による性能の低下が小さく、耐摩擦性に優れる。評価基準は下記のとおりである。
◎(優) :1万回往復後の水接触角の変化が5度以下。
〇(良) :1万回往復後の水接触角の変化が5度超8度以下。
△(可) :1万回往復後の水接触角の変化が8度超10度以下。
×(不可):1万回往復後の水接触角の変化が10度超。
<耐光性>
表面層に対して、卓上型キセノンアークランプ式促進耐光性試験機(製品名:SUNTEST XLS+、東洋精機社製)を用いて、ブラックパネル温度:63℃にて、光線(650W/m、300~700nm)を500時間照射した後、前記方法により水接触角を測定した。評価基準は下記のとおりである。
◎(優) :促進耐光性試験後の水接触角の変化が5度以下である。
○(良) :促進耐光性試験後の水接触角の変化が5度超10度以下である。
×(不可):促進耐光性試験後の水接触角の変化が10度超である。
Figure 0007616207000026
Figure 0007616207000027
表1に示される通り、例5及び例6の化合物を用いた例15及び例16の物品であっても初期接触角や耐光性は良好であったが、特に摩擦試験後における水接触角の低下が確認された。一方、ポリフルオロポリエーテル鎖と分岐構造との間に-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-を有する、例1~例4の含フッ素エーテル化合物を用いた表面層を有する例11~例14の物品は、摩擦試験後及び耐光試験後においても水接触角の低下が抑制されており、優れた耐久性を有することが示された。
また、表2に示される通り、例1~例4の含フッ素エーテル化合物を含む例17~19の含フッ素エーテル組成物を用いた表面層を有する物品は摩擦試験後及び耐光試験後においても水接触角の低下が抑制されており、優れた耐久性を有することが示された。更に、例11と例17の比較によれば、加水分解性シリル基を有する含フッ素エーテル化合物(1-3)と、不飽和炭化水素基を有する含フッ素エーテル化合物(1-2)とを組み合わせて用いることにより、耐摩擦性が更に向上することが示された。
この出願は、2020年3月9日に出願された日本出願特願2020-39975を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (14)

  1. 下式(A1)又は式(A2)で表される含フッ素エーテル化合物。
    O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A1)
    (T-)-R-L-R-O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A2)
    ただし、
    は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
    f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
    は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-であって、Lが複数ある場合、当該Lは同一であっても異なっていてもよく、
    は、1+n価の連結基であって、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
    Tは、臭素原子、ヨウ素原子、水酸基、アミノ基、カルボキシ基、アルデヒド基、エポキシ基、チオール基、リン酸基、ホスホン酸基、不飽和炭化水素基、アリール基、及び-Si(R 21 3-d (L 21 より選択される1種以上であり、
    21 は、アルキル基であり、
    21 は、加水分解性基又は水酸基であり、複数あるL 21 は同一であっても異なっていてもよく、
    dは、2又は3であり、
    nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよく、
    (R f1 O) は、下式(R f1 -1)で表される構造である。
    (R f11 O) m1 (R f12 O) m2 (R f13 O) m3 (R f14 O) m4 (R f15 O) m5 (R f16 O) m6 式(R f1 -1)
    ただし、
    f11 は、炭素数1のフルオロアルキレン基であり、
    f12 は、炭素数2のフルオロアルキレン基であり、
    f13 は、炭素数3のフルオロアルキレン基であり、
    f14 は、炭素数4のフルオロアルキレン基であり、
    f15 は、炭素数5のフルオロアルキレン基であり、
    f16 は、炭素数6のフルオロアルキレン基であり、
    m1、m2、m3、m4、m5、m6は、それぞれ独立に0又は1以上の整数を表し、m1+m2+m3+m4+m5+m6は1~210の整数であり、R f11 ~R f16 が複数ある場合、当該複数あるR f11 ~R f16 は同一であっても異なっていてもよい。
  2. の炭素数が1~6である、請求項1に記載の含フッ素エーテル化合物。
  3. の炭素数が1~10である、請求項1又は2に記載の含フッ素エーテル化合物。
  4. -Q(-T)が、-Q[(-R-T)(-R3-a]である、請求項1~3のいずれか一項に記載の含フッ素エーテル化合物。
    ただし、
    は、炭素原子またはケイ素原子であり、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
    は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であり、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R-Q[(-R-T)(-R3-b]であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、単結合、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R-Q[(-R-T)(-R3-c]であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、水素原子、フッ素原子、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    aは0~3の整数であり、
    bは0~3の整数であって、bが複数ある場合、当該bは同一であっても異なっていてもよく、
    cは0~3の整数であって、cが複数ある場合、当該cは同一であっても異なっていてもよく、
    aとbとcの合計がnである。
  5. の炭素数が2~7である、請求項4に記載の含フッ素エーテル化合物。
  6. 下式(B1)又は式(B2)で表される化合物。
    O-(Rf1O)-R-L-R-Q11(-CH=CH 式(B1)
    (CH=CH-)11-R-L-R-O-(Rf1O)-R-L-R-Q11(-CH=CH 式(B2)
    ただし、
    は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
    f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
    は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-であって、Lが複数ある場合、当該Lは同一であっても異なっていてもよく、
    11は、1+n価の連結基であって、Q11が複数ある場合、当該Q11は同一であっても異なっていてもよく、
    nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよく、
    (R f1 O) は、下式(R f1 -1)で表される構造である。
    (R f11 O) m1 (R f12 O) m2 (R f13 O) m3 (R f14 O) m4 (R f15 O) m5 (R f16 O) m6 式(R f1 -1)
    ただし、
    f11 は、炭素数1のフルオロアルキレン基であり、
    f12 は、炭素数2のフルオロアルキレン基であり、
    f13 は、炭素数3のフルオロアルキレン基であり、
    f14 は、炭素数4のフルオロアルキレン基であり、
    f15 は、炭素数5のフルオロアルキレン基であり、
    f16 は、炭素数6のフルオロアルキレン基であり、
    m1、m2、m3、m4、m5、m6は、それぞれ独立に0又は1以上の整数を表し、m1+m2+m3+m4+m5+m6は1~210の整数であり、R f11 ~R f16 が複数ある場合、当該複数あるR f11 ~R f16 は同一であっても異なっていてもよい。
  7. -Q11(-CH=CHが、-Q[(-R23-CH=CH(-R243-a]である、請求項に記載の化合物。
    ただし、
    は、炭素原子またはケイ素原子であり、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
    23は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であり、R23が複数ある場合、当該R23は同一であっても異なっていてもよく、
    24は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R25-Q[(-R23-CH=CH(-R263-b]であって、R24が複数ある場合、当該R24は同一であっても異なっていてもよく、
    25は、単結合、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキレン基であって、R25が複数ある場合、当該R25は同一であっても異なっていてもよく、
    26は、水素原子、フッ素原子、フッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基、又は、-R25-Q[(-R23-CH=CH(-R273-c]であって、R26が複数ある場合、当該R26は同一であっても異なっていてもよく、
    27は、水素原子、フッ素原子、又はフッ素原子を有してもよく炭素原子間にエーテル結合を有していてもよいアルキル基であって、R27が複数ある場合、当該R27は同一であっても異なっていてもよく、
    aは0~3の整数であり、
    bは0~3の整数であって、bが複数ある場合、当該bは同一であっても異なっていてもよく、
    cは0~3の整数であって、cが複数ある場合、当該cは同一であっても異なっていてもよく、
    aとbとcの合計がnである。
  8. 下式(C1)又は式(C2)で表される化合物と、下式(D1)で表される化合物とを反応させる工程を有する、下式(B11)又は式(B12)で表される化合物の製造方法。
    O-(Rf1O)-R-C(=O)-OR11 式(C1)
    11O-C(=O)-R-O-(Rf1O)-R-C(=O)-OR11 式(C2)
    (CH=CH-)11-R-MgX 式(D1)
    O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B11)
    (CH=CH-)11-R-L11-R-O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B12)
    ただし、
    は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
    f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
    は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    11は、アルキル基であって、R11が複数ある場合、当該R11は同一であっても異なっていてもよく、
    11は、-CH(OH)-、-C(=O)-、-CH=CH-、又は-CH-であって、L11が複数ある場合、当該L11は同一であっても異なっていてもよく、
    11は、1+n価の連結基であって、Q11が複数ある場合、当該Q11は同一であっても異なっていてもよく、
    Xは、ハロゲン原子であり、
    nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよく、
    (R f1 O) は、下式(R f1 -1)で表される構造である。
    (R f11 O) m1 (R f12 O) m2 (R f13 O) m3 (R f14 O) m4 (R f15 O) m5 (R f16 O) m6 式(R f1 -1)
    ただし、
    f11 は、炭素数1のフルオロアルキレン基であり、
    f12 は、炭素数2のフルオロアルキレン基であり、
    f13 は、炭素数3のフルオロアルキレン基であり、
    f14 は、炭素数4のフルオロアルキレン基であり、
    f15 は、炭素数5のフルオロアルキレン基であり、
    f16 は、炭素数6のフルオロアルキレン基であり、
    m1、m2、m3、m4、m5、m6は、それぞれ独立に0又は1以上の整数を表し、m1+m2+m3+m4+m5+m6は1~210の整数であり、R f11 ~R f16 が複数ある場合、当該複数あるR f11 ~R f16 は同一であっても異なっていてもよい。
  9. 下式(B11)又は式(B12)で表される化合物に、密着性基Tを導入する工程を有する、下式(A11)又は式(A12)で表される含フッ素エーテル化合物の製造方法。
    O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B11)
    (CH=CH-)11-R-L11-R-O-(Rf1O)-R-L11-R-Q11(-CH=CH 式(B12)
    O-(Rf1O)-R-L11-R-Q(-T) 式(A11)
    (T-)-R-L11-R-O-(Rf1O)-R-L11-R-Q(-T) 式(A12)
    ただし、
    は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
    f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
    は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    11は、-CH(OH)-、-C(=O)-、-CH=CH-、又は-CH-であって、L11が複数ある場合、当該L11は同一であっても異なっていてもよく、
    は、1+n価の連結基であって、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
    11は、1+n価の連結基であって、Q11が複数ある場合、当該Q11は同一であっても異なっていてもよく、
    Tは、臭素原子、ヨウ素原子、水酸基、アミノ基、カルボキシ基、アルデヒド基、エポキシ基、チオール基、リン酸基、ホスホン酸基、不飽和炭化水素基、アリール基、及び-Si(R 21 3-d (L 21 より選択される1種以上であり、
    21 は、アルキル基であり、
    21 は、加水分解性基又は水酸基であり、複数あるL 21 は同一であっても異なっていてもよく、
    dは、2又は3であり、
    nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよく、
    (R f1 O) は、下式(R f1 -1)で表される構造である。
    (R f11 O) m1 (R f12 O) m2 (R f13 O) m3 (R f14 O) m4 (R f15 O) m5 (R f16 O) m6 式(R f1 -1)
    ただし、
    f11 は、炭素数1のフルオロアルキレン基であり、
    f12 は、炭素数2のフルオロアルキレン基であり、
    f13 は、炭素数3のフルオロアルキレン基であり、
    f14 は、炭素数4のフルオロアルキレン基であり、
    f15 は、炭素数5のフルオロアルキレン基であり、
    f16 は、炭素数6のフルオロアルキレン基であり、
    m1、m2、m3、m4、m5、m6は、それぞれ独立に0又は1以上の整数を表し、m1+m2+m3+m4+m5+m6は1~210の整数であり、R f11 ~R f16 が複数ある場合、当該複数あるR f11 ~R f16 は同一であっても異なっていてもよい。
  10. 下式(A1)で表される含フッ素エーテル化合物と、下式(A2)で表される含フッ素エーテル化合物とを含有する、含フッ素エーテル組成物。
    O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A1)
    (T-)-R-L-R-O-(Rf1O)-R-L-R-Q(-T) 式(A2)
    ただし、
    は、炭素数1~20のフルオロアルキル基であり、
    f1は、炭素数1~6のフルオロアルキレン基であって、Rf1が複数ある場合、当該Rf1は同一であっても異なっていてもよく、
    は、フッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、単結合、又はフッ素原子を有していてもよいアルキレン基であって、Rが複数ある場合、当該Rは同一であっても異なっていてもよく、
    は、-CH(OH)-、-C(=O)-、又は-CH=CH-であって、Lが複数ある場合、当該Lは同一であっても異なっていてもよく、
    は、1+n価の連結基であって、Qが複数ある場合、当該Qは同一であっても異なっていてもよく、
    Tは、臭素原子、ヨウ素原子、水酸基、アミノ基、カルボキシ基、アルデヒド基、エポキシ基、チオール基、リン酸基、ホスホン酸基、不飽和炭化水素基、アリール基、及び-Si(R 21 3-d (L 21 より選択される1種以上であり、
    21 は、アルキル基であり、
    21 は、加水分解性基又は水酸基であり、複数あるL 21 は同一であっても異なっていてもよく、
    dは、2又は3であり、
    nは、2~20の整数であって、nが複数ある場合、当該nは同一であっても異なっていてもよく、
    (R f1 O) は、下式(R f1 -1)で表される構造である。
    (R f11 O) m1 (R f12 O) m2 (R f13 O) m3 (R f14 O) m4 (R f15 O) m5 (R f16 O) m6 式(R f1 -1)
    ただし、
    f11 は、炭素数1のフルオロアルキレン基であり、
    f12 は、炭素数2のフルオロアルキレン基であり、
    f13 は、炭素数3のフルオロアルキレン基であり、
    f14 は、炭素数4のフルオロアルキレン基であり、
    f15 は、炭素数5のフルオロアルキレン基であり、
    f16 は、炭素数6のフルオロアルキレン基であり、
    m1、m2、m3、m4、m5、m6は、それぞれ独立に0又は1以上の整数を表し、m1+m2+m3+m4+m5+m6は1~210の整数であり、R f11 ~R f16 が複数ある場合、当該複数あるR f11 ~R f16 は同一であっても異なっていてもよい。
  11. 請求項1~のいずれか一項に記載の含フッ素エーテル化合物の1種以上と、他の含フッ素エーテル化合物とを含有する、含フッ素エーテル組成物。
  12. 請求項1~のいずれか一項に記載の含フッ素エーテル化合物、若しくは請求項10に記載の含フッ素エーテル組成物と、
    液状媒体とを含有する、コーティング液。
  13. 請求項1~のいずれか一項に記載の含フッ素エーテル化合物、若しくは請求項10に記載の含フッ素エーテル組成物から形成された表面層を基材の表面に有する、物品。
  14. 請求項1~のいずれか一項に記載の含フッ素エーテル化合物、請求項10に記載の含フッ素エーテル組成物、若しくは請求項12に記載のコーティング液を用いて、ドライコーティング法又はウェットコーティング法により、表面層を形成する、物品の製造方法。
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