DE2343164C2 - Fluoralkoxyphosphazen-homopolymere - Google Patents
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Description
O
CH2
I)
(n = Zahl von etwa 50 bis 50 000; Rf = linearer oder
verzweigter Perfluoralkylrest mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen
in jeder R(CHiO-Gruppe, wobei sämtliche Kohlenstoffatome in der RrGruppe voll fluo- Ji
riert sind).
2. Polymere nach Anspruch 1, worin Rf die
Gruppe C3F7 ist.
3. Polymere nach Anspruch 1, worin Rf die
Gruppe C1F,, ist. to
4. Polymere nach Anspruch 1, worin Rf die
Gruppe CF3CF(CF3)CF2 ist.
5. Polymere nach Anspruch 1, worin R, die Gruppe C7F,, ist.
6. Polymere nach Anspruch 1, worin R, die π
Gruppe CnFi1 ist.
7. Verwendung von Polymeren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von lösungsmittelbcständigen
Folien und Überzügen.
Oie Erfindung betrifft Fluoralkoxyphosphazenhoniopolymerc
der Formel η
Rr
CH;
= n4~
ο
CH,
R,
worin ti eine /alii son etwa 50 his 50 (K)O und R1 einen
I'ertluoralkylresl. der sowohl linear als auch verzweigt
sein kann, wobei 4 his 12 Kohlenstoll'atonie in
jeder R,C'll:()-Ciruppe sind und sämtliche KohlenstolTatome
in der R1-GrUPPe vollständig fluoriert sind,
bedeuten.
Diese Polymeren werden aus Poly-fdichlorphosphazen) und einem Fluoralkoxidsalz hergestellt. Die
Polymeren sind Kunststoffe mit außergewöhnlicher Lösungsmittelbeständigkeit und chemischer Beständigkeit und zeigen auch eine hervorragende Stabilität
gegenüber Chemikalien und Wasser.
Diese Kombination der Eigenschaften macht sie besonders wertvoll für Folien, Filme, Überzüge und
Strukturanwendungen, wo eine hohe Beständigkeit gegen U.ngebungsbedingungen gewünscht wird.
Fluorhaltige Phosphornitrilhalogenide werden gemäß der GB-PS 12 75 610 zur Herstellung von PoIyphosphazenen verwendet.
Die Herstellung von [(CF3CH2O)2PN]„-Polymeren
ist in der US-Patentschrift 33 70 020 und in Inorg. Chem., Band 5, Seite 1719 (1966) angegeben. Ein
[(C2F5CH2O)2PN1„-Polymeres ist auch in der US-Patentschrift 33 70 020 angegeben.
Diese Polymeren enthalten weniger als 4 Kohlen stoffatome in den substituierenden Gruppen und zeigen
stark unterschiedliche Lösungsmittelbcständigkeit gegenüber den hier angegebenen Polymeren. Die bekannten
((CF3CH2O)2PN)n- und [(C2F5CH2O)2PN]n-Polymeren
sind in Aceton und dem CCIjFCF2CI/
Aceton-Azeotrop löslich. Das [(CF3CH2O)2PN]n-PoIymere
ist in zahlreichen üblichen Lösungsmitteln wie Tetrahydrofuran, Äthylacetat und Mcthyläthylketon
löslich. Beide Polymere werden in Äthanol stark gequollen, sind jedoch in CFjCFiCFiOCHFCF, unlöslich.
In markantem Kontrast zu den beobachteten Löslichkeiten
dieser bekannten Polymeren wurde unerwarteterweise festgestellt, daß die Polymeren gemäß der
Erfindung in den üblichen organischen Lösungsmitteln und in Aceton oder dem CCIiFCFiCl/Aceton-Azeotrop
unlöslich sind und daß sie durch Äthanol unangegriffen bleiben, jedoch in CF3CF2Cf2UCHFCF.,
löslich sind. Ihre Löslichkeit in diesem letzteren Lösungsmittel nimmt ab, wenn die Länge der R1-Gruppc
ansteigt. Deshalb zeigen die Polymeren gemäß der Erfindung eine weit größere Lösungsmittelbcständigkeit
als die bisher beschriebenen Poly-(fluoralkoxyphosphazen)-homopolymeren.
Diese Eigenschaften machen sie äußerst wertvoll als Überzüge, die gegenüber Lösungsmitteln und Chemikalien
beständig sind.
Die Polymeren gemäß der Erfindung werden nach an sich bekannten Verfahren hergestellt, wie sie in den
US-Patentschriften 33 70 020 und 35 15 688 angegeben sind.
Eine Alkoxidlösung wird aus einem Alkalimetall und einem Fluoralkohol in einem organischen Lösungsmittel
wie Tetrahydrofuran, Dioxan oder den Methyläthern von Polyäthylenglykolen bei Temperaturen
zwischen Raumtemperatur bis zur Rückflußtemperatur hergestellt. Poly-fdichlorphosphazen) wird in einem
geeigneten Lösungsmittel wie Benzol, Toluol oder einem chlorierten Benzol oder in einem geeigneten
Lösungsmittelgemisch gelöst. Die Lösung wird zu mindestens zwei Äquivalenten des Alkalisalzes eines
1,1-Dihydroperfluoralkohols der Formel R1CH2OH bei
Temperaturen von unterhalb Raumtemperatur bis zur Rücknußtemperatur zugegeben, so daß eine praktisch
vollständige Substituierung des Chlors :n dem PoIy-(dichlorphosphazen)
erreicht wird.
Die Reaktionstemperaturen während der Substituieruni;
sind 20 bis 2000C und Reaktionszeilen von
weniger als 1 Stunde bis zu 100 Stunden werden allgemein angewandt.
Das erhaltene Homopolymere wird frei von anorganischen Salzen gewaschen und durch Auflösung oder
Quellung in CF3CF2CF2OCHFCf3 gereinigt, worauf es
erschöpfend mit Wasser behandelt wird.
Die Polymeren gemäß der Erfindung können zur Bildung
von Folien, Filmen, Überzügen und dergleichen nach bekannten Überzugs-, Aufsprühungs- oder Formungsverfahren
verwendet werden.
Die Polymeren sind unlöslich im CCi2FCF2CI/
Aceton und Azeotrop und Cf3CF2CF2OCHFCF3 und
sämtlichen üblichen Lösungsmitteln wie Wasser, Aceton, Alkohol, Benzol, Hexan, Chloroform, Äthylacetat
und Tetrahydrofuran.
Sie bleiben beim Eintauchen in kalte konzentrierte Schwefelsäure, kaltes 40%iges wäßriges Kaliumhydrojiid
und in siedendes Wasser unangegriffen.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung.
Beispiel 1
Herstellung von Kn-C3F7CH2O)2PN]n
Eine Lösung des [C!2PN]„-Polymeren (20,9 g,
0,188 Mol) in 450 ml Benzol wurde im Verlauf von 0,5 Stunden zu einer Lösung von Natriumheptafluorbutoxid
am Rückfluß zugegeben. Die Alkoxidlösung wurde bei Raumtemperatur unter Stickstoffatmosphäre
aus 55 ml (86,4 g, 0,432 Mol) 2,2,3,3,4,4,4-n-Heptafiuorbutanol, 400 ml trockenem Tetrahydrofuran und 9,1 g
Natrium (0,396 Mol) hergestellt. Das Reaktionsgemisch wurde 16 Stunden am Rückfluß erhitzt, abgekühlt
und filtriert.
Das unlösliche Material wurde mit Tetrahydrofuran und dann mit Wasser gewaschen, bis die Waschflüssigkeiten
frei von Chloridionen waren. Das Polymere wurde in 800 ml Cf1CF2CF2OCHFCF., gelöst, mit
Wasser gewaschen und in 1,61 Benzol/Accton ausgefällt
(1V/1V).
Das weiße Pulver (41,6 g) hatte eine Eigenviskosiiät
von 3,3 dl/g in CF3CF2CF2OCHFCf3. Daraus ergibt
sich ein Molekulargewicht von etwa 10103 000 und
ein Polymerisationsgrad η von 25 573.
Berechnet für [(n-C3F7CH2O)2PN]„:
C 21,7; H 0,9; N 3,2; F 60,1; Cl 0,0. Gefunden:
C21.6; H 1,0; N 3,4; F59,9; Cl 0,015.
> Das Polymere war in F(CCF3FCF2O)2CHFCf3
und CC12FCF2C1/Aceton und Azeotrop, Aceton,
Äthanol und Acetonitril unlöslich, jedoch in CF3CF2Cf2OCHFCF3 löslich. Glatte, flexible, starke
Folien wurden durch Gießen hergestellt. Diese Folien
■ blieben durch kalte konzentrierte Schwefelsäure, kaltes
wäßriges Kaliumhydroxid und siedendes Wasser unangegriffen.
Beispiele 2 bis 5
Es wurde entsprechend dem allgemeinen Verfahren nach Beispiel 1 gearbeitet. Reaktionstemperaturen
von 20 bis 2000C wurden angewandt. Das Heptafluorbutanol
wurde durch entsprechende Fluoralkohole ersetzt. Es wurden die in den Beispielen 2 bis 5
aufgeführten Poly-(fluoralkoxyphospha/en)-polymeren hergestellt.
Bei den Beispielen 3 bis 5 wurden Dioxan oder Dioder Triäthylenglykoläther als Lösungsmittel für das
Alkoxidsalz und Dioxan/Chlorbenzol (1V/1V) für das [CI2PN]„-Polymerc verwendet.
Die erhaltenen Polymeren waren unlöslich in Aceton, Tetrahydrofuran, Benzol, Äthanol und dem
vorstehend angegebenen Azeotrop und in F(CCF3FCF2O)2CHFCf,. Die Polymeren wurden
in CF3CF2CF2OCHFCf weniger löslich, je mehr
der Kohlenstoffgehalt der Fluoralkoxygruppe erhöht wurde.
Beispiel Poly-(fluoralkoxyphosphazen)-homopolymercs
Analyse (%)· C |
H | F | Cl | Ui] (dl/g) CF,CF,CFjOCHFC bei 300C |
22,0 (22,1) |
0,7 (0,7) |
62,7 (63,0) |
0,07 | 2,1 |
21,8 (22,1) |
0,8 (0,7) |
62,9 (63,0) |
0,10 | 1,7 |
22,7 (22,8) |
0,5 (0,5) |
67,5 (67,7) |
0,09 | 1,1 |
22,9 (23,2) |
0,5 (0,4) |
70,0 (70,3) |
0,12 | 0,8 |
2 [(C4F9CH2O)2PN]n
3 [(CF3CF(CF3)CF2CH2O)2PN]n
4 [(C7F15CH2O)2PNL
5 ((C11F23CH2O)2PN]n
Die Viskositätswerte entsprechen Polymerisationsgraden η zwischen 50 und 5000.
*) Theorelische Werte in Klammern angegeben.
Vergleichsversuche A und B Herstellung von
Entsprechend dem Verfahren nach Beispiel 1, jedoch unter Ersatz von Heptafluorbutanol durch 2,2,2-Trifluoräthanol
(0.432 Mol) wurde das |(CF,CH;O)2PN]„-Homopolymere
hergestellt.
Dieses Polymere hatte eine Eigenviskosität von 1,5 dl/g in Aceton von 28°C, woraus sich ein Molekulargewicht
von 2 218000 und ein Polymerisationsgrad η von 9 125 ergibt.
Fs war in Aceton. Tetrahydrofuran und dem vorstehenden
Azeotrop löslich.
Herstellung von [(C2FXH2O)2PN],
Entsprechend dem Verfahren nach Beispiel 1. iedoch
unter Verwendung von 2,2,3,3,3-Pentafluorpropanol (0,432 Mol) wurde das [(C2F5CH2O)2PN]„-Homopolymere
hergestellt.
Dieses Polymere hatte eine Eigenviskosität von 0,30 dl/g in dem Azeotrop bei 28°C und enthielt weniger
als 0,1 % Chlor. Daraus ergibt sich ein Molekulargewicht von 100400 und ein Polymerisationsgrad von
293.
In markantem Gegensatz zum Homopolymeren nach Beispiel 1 war dieses Homopolymere teilweise in
Aceton löslich und war vollständig im vorstehenden Azeotrop oder F(CCF3FCF2O)2CHFCf3 löslich.
Die Vergleiche Λ und 3 sind beispielhaft für Polymere entsprechend der US-Patentschrift 33 70 020. Das
[(C3F7CH2O)IPN]„-Polymere wurde in letzter Zeit
beschrieben (H. R. Allcock und G. Y. Moore, Macromolecular, Band 5, 231 (1972)). Jedoch ist auch dieses
Polymere im Gegensatz zum Polymeren gemäß der Erfindung im vorsiehenden Azeotrop löslich.
Hingegen sind die Polymeren gemäß der Erfindung durch ein signifikant größeres Ausmaß von Lösungsmittelbeständigkeit
ausgezeichnet und zeigen deshalb eine größere Anwendbarkeit als die löslichen Vergleichsverbindungen.
Claims (1)
1. Fluoralkoxyphcr-phazen-homopolymere der allgemeinen Formel
Rr
CH2
i
-P=N-
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