FR2564847A1 - Copolymere de fluoromethacrylate avec du styrene ou son derive et procede de preparation - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN COPOLYMERE DE FLUOROMETHACRYLATE AVEC DU STYRENE. SELON L'INVENTION, UN A-TRIFLUOROMETHYLACRYLATE QUI NE SUBIT PAS D'HOMOPOLYMERISATION RADICALAIRE, EST FACILEMENT ET EFFICACEMENT COPOLYMERISE AVEC DU STYRENE OU SES DERIVES EN UTILISANT UN INITIATEUR COURANT DE POLYMERISATION RADICALAIRE; LA COMPOSITION DU COPOLYMERE RESULTANT NE VARIE PAS FORTEMENT AVEC LES PROPORTIONS DES MONOMERES SOUMIS A UNE COPOLYMERISATION ET ELLE EST USUELLEMENT PROCHE D'UN COPOLYMERE ALTERNE; LE DESSIN JOINT MONTRE LA RELATION ENTRE LE RAPPORT MOLAIRE D'UN MONOMERE D'A-TRIFLUOROMETHYLACRYLATE ET D'UN MONOMERE DE STYRENE SOUMIS A UNE COPOLYMERISATION DANS LE PROCEDE SELON L'INVENTION ET LA COMPOSITION DU COPOLYMERE OBTENU. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA PRODUCTION D'HUILES TEXTILES, DE FLUOROCAOUTCHOUCS, DE MATIERES PLASTIQUES OPTIQUES, DE MATERIAUX DE VERNIS PHOTOSENSIBLE ET DE MATERIAUX DENTAIRES.
Description
La présente invention se rapporte à un nouveau copolymère d'un
méthacrylate contenant du fluor avec du styrène ou son dérivé ainsi qu'à un procédé pour sa préparation. Des polymères fonctionnels d'esters méthacryliques ou acryliques contenant du fluor présentent un intérêt croissant. On peut s'attendre à ce que de tels polymères aient de larges domaines d'application comme, par exemple, l'huile textile utilisant la propriété hydrofuge et oléofuge attribuée au fluor, des fluorocaoutchoucs utilisant la propriété de résistance chimique, des matières plastiques
optiques utilisant la caractéristique de faible réfracti-
vité, des matériaux de vernis photosensible et des matériaux dentaires. En fait, des articles considérables ont déjà
été développés au stade des applications pratiques.
Jusqu'à maintenant, les polymères ci-dessus mentionnés sont pour la plupart d'un groupe de méthacrylates contenant du fluor représenté par la formule générale (A): "R
(A) CH2= C
COOR' o R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et R'
est un groupe alcoyle partiellement fluoré.
En effet, on utilise des méthacrylates ayant des atomes de fluor dans le groupe ester. Par exemple, des
copolymères d'un méthacrylate contenant un groupe perfluoro-
alcoyle dans le groupe ester avec un monomère aliphatique sont largement utilisés comme agents hydrofuges et oléofuges
pour le traitement du textile.
On peut s'attendre à ce qu'un autre groupe de méthacrylates contenant du fluor, représenté par la
formule générale (B), c'est-à-dire les a -trifluoro-
méthylacrylates, produisent des polymères fonctionnels
ayant des caractéristiques uniques.
/CF3
(B) CH2= -C
-COOR dans laquelle R représente un groupe alcoyle ou un
groupe alcoyle contenant du fluor.
Cependant, des monomères de formule générale (B) ne peuvent être librement polymérisés. Comme cela est rapporté, par exemple, dans Macromolecules, 15, 915 (1982), ces polymères peuvent être polymérisés par polymérisation anionique en utilisant de la pyridine ou du n-butyl- lithium comme initiateur, mais ne peuvent être polymérisés en homopolymères par polymérisation radicalaire en utilisant
iO un initiateur courant tel que le peroxyde de benzoyle.
La même référence rapporte qu'une copolymérisation radica-
laire de 1' "-trifluorométhylacrylate de méthyle avec du méthacrylate de méthyle est possible mais nécessite un temps très lent de réaction pour obtenir, avec un bon
rendement, un copolymère contenant une quantité relative-
ment importante du fluoroacrylate.
La présente invention a pour objet un nouveau copolymère d'un < trifluorométhylacrylate avec un autre monomère, lequel copolymère peut efficacement être préparé
par polymérisation radicalaire.
La présente invention a pour autre objet un procédé de préparation d'un copolymère comprenant un
"-trifluorométhylacrylate par polymérisation radicalaire.
L'invention concerne un copolymère d'un premier monomère représenté par la formule générale (1) avec un second monomère représenté par la formule générale (2): /CF3
(1) CH2=C
COOR dans laquelle R représente un groupe alcoyle ou un groupe alcoyle contenant du fluor;
(2) CH2=CH
U C6H4X
dans laquelle X représente un atome d'hydrogène, un groupe alcoyle, un groupe alcoyle contenant du fluor, un atome d'halogène, un groupe vinyle, un groupe hydroxyle, un groupe formyle, un groupe isocyano, un groupe carbonyle,
un groupe carbamoyle ou un groupe amino.
(Note: la formule générale (1) est identique à la formule
générale B montrée précédemment).
Lorsque R dans la formule générale (1) est un alcoyle contenant du fluor, il est préférable que R soit représenté par la formule générale (3): f
(3) (CH2) CH
n dans laquelle n est un nombre entier de 0 à 5, Rf est un groupe polyfluoroalcoyle ayant 1 à 20 atomes de carbone et R' est un atome d'hydrogène, un groupe alcoyle ayant
1 à 7 atomes de carbone ou bien Rf ci-dessus défini.
Des exemples préférés du second monomère de formule générale (2) sont le styrène, le divinylbenzène
et le méthylstyrène ou le vinyltoluène.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de préparation d'un copolymère contenant du fluor, le procédé comprenant l'étape de copolymériser un premier monomère représenté par la formule générale (1) ci-dessus définie et un second monomère représenté par la formule générale (2) ci-dessus définie en présence d'un initiateur
de polymérisation radicalaire.
La présente invention est basée sur la découverte que les "trifluorométhylacrylates subissent facilement une copolymérisation radicalaire avec du styrène ou ses dérivés. Par ailleurs, on a pu confirmer qu'un copolymère souhaité se formait à un bon rendement en un temps assez court adapté à la pratique industrielle, et que la quantité du premier monomère contenant du fluor dans le copolymère n'est pas très loin de 50 moles% et se trouve usuellement dans la plage de 30 à 60 moleso. En d'autres termes, des copolymères selon l'invention sont proches
d'un copolymère alterné équimolaire.
Le copolymérisation selon l'invention peut être
accomplie en utilisant un initiateur connu de polymérisa-
tion radicalaire à la manière d'une polymérisation en solution, d'une polymérisation en émulsion, d'une polyméri- sation en suspension ou d'une polymérisation en vrac. Le poids moléculaire du copolymère n'est pas particulièrement limité. Il est possible d'obtenir une grande variéré de copolymères allant des copolymères de faible poids moléculaire sous la forme d'une huile ou d'une graisse aux copolymères de poids moléculaire élevé sous la forme
d'un caoutchouc ou d'une matière plastique.
Les copolymères contenant du fluor selon l'inven-
tion auront de larges applications en tant que polymères fonctionnels et seront utiles, par exemple, comme hydrofuge et oléofuge-, matériau de vernis photosensible, matériau de revêtement de fibres optiques, et huile et graisse dans
des buts spéciaux.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel: - la figure unique est un graphique montrant la
relation entre le rapport molaire d'un monomère d' 0 -
trifluorométhylacrylate au monomère de styrène soumis à une copolymérisation par un procédé selon l'invention ainsi que la composition du copolymère obtenu, l'axe des
abscisses indiquant les monomères dans le mélange d'alimen-
tation, l'axe des ordonnées la quantité d' OC-trifluoro-
méthylacrylate dans le polymère.
Lorsque R est un alcoyle, la formule générale (1)
représente des esters de l'acide O<-trifluorométhyl-
acrylique et des alcools aliphatiques. Des exemples typiques sont 1' " trifluorométhylacrylate de méthyle,
1' <-trifluorométhylacrylate d'éthyle, 1' 0<-trifluoro-
méthylacrylate de n-propyle, 1' 0-trifluorométhylacrylate d'isopropyle, 1' "-trifluorométhylacrylate de butyle tertiaire, 1' 0 trifluorométhylacrylate d'isobutyle, 1' < -trifluorométhylacrylate de 2éthylhexyle, 1' o<-trifluorométhylacrylate d'hydroxyéthyle et
1' O(-trifluorométhylacrylate de glycidyle..
Des exemples typiques des acrylates représentés par les formules générales (1) et (3), c'est-à-dire des esters de l'acide "- trifluorométhylacrylique et des fluoroalcools sont 1' 0 - trifluorométhylacrylate de 2,2,2-trifluoroéthyle, 1' "- trifluorométhylacrylate de lH,lH-heptafluorobutyle, l'< - trifluorométhylacrylate de lH,lH,7H-dodécafluoroheptyle, 1' 0<- trifluorométhylacrylate
de lH,lH-pentadécafluorooctyle, 1' O<-trifluorométhyl-
acrylate d'hexafluoroisopropyle et l' c< -trifluorométhyl-
acrylate d'heptafluoroisopropyle.
L'autre monomère représenté par la formule générale (2) peut être choisi parmi le styrène, des styrènes substitués ayant un groupe alcoyle comme le méthyle ou l'éthyle, un groupe alcoyle fluoré, un halogène tel que du fluor, du chlore ou du brome, un groupe vinyle, un groupe hydroxyle, un groupe isocyano, un groupe formyle, un groupe carbonyle, un groupe carbamoyle ou un groupe
amino directement attaché au noyau benzène.
Une pureté extrêmement élevée n'est pas demandée aux monomères pour une utilisation dans l'invention. Tant que les monomères sont exempts d'impuretés pouvant gêner les réactions courantes de polymérisation radicalaire, un niveau de pureté de 98% par chromatographie gazeuse est suffisant. Dans le mélange d'alimentation, il est usuellement
approprié que le rapport molaire du monomère d' O< -
trifluorométhylacrylate au monomère de styrène soit compris entre 95:5 et 5:95 et de préférence entre 80:20 et 20:80. En général, le procédé selon l'invention a pour résultat une copolymérisation des deux sortes de monomères à un rapport molaire qui n'est pas loin de 1:1 tant que le rapport de mélange des monomères dans l'alimentation
est dans la large plage ci-dessus notée.
Dans l'invention, soit un initiateur de polyméri-
sation radicalaire soluble dans 1' huile ou un initiateur radicalaire soluble dans l'eau peut être utilisé et dans chaque cas l'initiateur peut être choisi parmi de
nombreuses sortes d'initiateurs connus.
Des exemples d'initiateurs de polymérisation radicalaire solubles dans l'huile sont des peroxydes organiques comme le peroxydicarbonate de diisopropyle, le peroxypivalate de butyle tertiaire, le peroxydicarbonate de di-2-éthylhexyle, le peroxyde de benzoyle,le peroxyde de lauroyle, le peroxyde de propionyle, le peroxyde de trichloroacétyle, le peroxyde de perfluorobutryle, et le peroxyde de perfluorooctanoyle, des composés azo comme l'azobisisobutyronitrile et l'azobis-2,4-diméthylvalérone tolyle et des composés organiques de bore comme l'oxyde
ou le peroxyde de triéthylbore.
Des exemples d'initiateurs de polymérisation radicalaire solubles dans l'eau sont le peroxyde d'hydrogène, le persulfate de potassium, le persulfate d'ammonium et le perfluorooctanate d'ammonium, et des combinaisons de tels composés initiateurs avec certains
sels de métaux comme des initiateurs du type rédox.
Dans le mélange d'alimentation, la proportion de l'initiateur de polymérisation radicalaire ou monomère n'est pas particulièrement limitée et ne doit pas être changée par rapport aux valeurs courantes dans les réactions
connues de polymérisation radicalaire.
Le solvant du système réactionnel peut être choisi pratiquement librement. Dans le cas d'un solvant organique, on utilise usuellement un hydrocarbure ou un composé contenant du fluor. Dans le cas o l'on utilise de l'eau, il est usuel d'ajouter un agent de suspension ou un agent émuisionnant pour aider et stabiliser la dispersion des réactifs. La réaction de copolymérisation radicalaire
selon l'invention peut être effectuée à diverses tempéra-
tures comprises entre -30 et 100 C, mais usuellement il est approprié d'effectuer la réaction à une température
comprise entre environ 0 C et environ 70 C.
L'invention sera mieux illustrée par les exemples
non limitatifs qui suivent.
EXEMPLE 1
Dans un autoclave de 200 mL pourvu d'un agitateur électromagnétique, on a mélangé 16,8 g d' 0 -trifluorométhylacrylate d'éthyle (i<-TFMEA), 10,4 g
de styrène, 100 mL de benzène et 0,16 g d'azobisiso-
butyronitrile et on a soumis à une réaction de polymérisa-
tion à 60 C pendant 24 heures sous agitation continue.
On a versé la solution résultante dans un grand volume de méthanol pour précipiter un polymère formé par la réaction. Le polymère a été lavé avec du méthanol et séché sous vide. En pesant après séchage, le rendement du polymère s'est révélé être de 45% en se basant sur
les monomères.
Certainement, ce polymère était un copolymère d' o<-TFMEA avec du styrène. Par analyse élémentaire, on a trouvé que la teneur en C dans ce copolymère était de 64,75%. Ce résultat analytique indique que dans le copolymère le rapport molaire d' o<-TFMEA au styrène était de 44:56. Ce copolymère a été soumis à une analyse
thermique en utilisant un calorimètre à balayage différen-
tiel et une thermobalance pour trouver que la perte à
300 C était de 5%.
EXEMPLES 2 à 6
Dans ces exemples le procédé de copolymérisation de l'exemple 1 a été accompli généralement de manière analogue en faisant varier le rapport molaire d' " -TFMEA au styrène sur la gamme de 10:90 à 90:10 comme le montre le tableau qui suit, o St indique le styrène. Dans chaque exemple, le solvant se composait de 100 mL de
benzène et l'initiateur de 0,16 g d'azobisisobutyronitrile.
La réaction de polymérisation a été effectuée dans un tube en verre sous agitation à 60 C pendant 1 heure. La récupération et le lavage du copolymère formé étaient tels que décrits à l'exemple 1. Les résultats sont également montrés au tableau. Les rendements étaient très faibles car la durée de la réaction était très courte. La figure montre la relation entre le rappor't molaire d' OC-TFMEA au styrène dans le mélange de départ et la composition du copolymère obtenu en se basant sur les résultats des exemples 2-6 et les exemples de
O10 comparaison 1 et 2 ci-dessous décrits.
EXEMPLE DE COMPARAISON 1
Comme le montre le tableau, seul le styrène a été polymérisé par le même procédé qu'aux exemples 2-6
EXEMPLE DE COMPARAISON 2
Comme le montre le tableau, seul c< -TFMEA a été soumis à une polymérisation par le même procédé
qu'aux exemples 2-6.
Monomères Rende- Composition ment du polymère du (moles%) O<-TFMEA St c<TFMEA/St poly- _ _ _ _ (rapport mère () (g> () molaire) (,' e TFMEA St polos) T Ex. de comparaison 1 0 20,8 0/100 1,9 0 100 Ex. 2 3,6 18,8 10/90 2,3 37 63 Ex. 3 10,0 14,6 30/70 3,0 43 57 Ex. 4 16,6 10,4 50/50 8,8 46 54 Ex. 5 23,6 6,2 70/30 4,3 48 52 Ex. 6 30,2 2,1 90/10 4,0 50 50 Ex. de
comparaison 2 33,6 0 100/0 0 - -
Comme on peut le voir sur le tableau et sur la figure, le rapport d' < TFMEA au styrène dans les copolymères ne varie pas fortement avec le rapport de mélange des monomères de départ et devient d'environ 1:1 en moles. On peut déduire de ce fait que les copolymères obtenus aux exemples 1-6 sont proches d'un copolymère alterné. Les valeurs de rendement du tableau indiquent que l'allure de copolymérisation d' " - TFMEA avec le styrène est supérieure à l'allure d'homopolymérisation du styrène. L'exemple de comparaison 2 a mis en évidence que l'c'-TFMEA ne subit pas d'homopolymérisation par
polymérisation radicalaire.
EXEMPLE 7
Dans l'autoclave utilisé à l'exemple 1, on a mélangé 16,8 g d' c< -TFMEA, 10,4 g de styrène, 150 mL d'eau et 0,10 g de perfluorooctanate d'ammonium et on a soumis à une réaction de polymérisation à 60 C pendant
24 heures sous une agitation continue. Le produit réac-
tionnel avait la forme d'une bouillie. Le composant solide de la bouillie a été séparé par filtration, lavé avec du méthanol et séché pour obtenir un polymère sous la forme
de particules fines. Le rendement du polymère était de 78%.
Ce polymère était un copolymère d' o<-TFMEA avec du styrène, que l'on a trouvé se composer de 48 moles% d' 0< -TFMEA et de 52 molesD de styrène par analyse élémentaire.
EXEMPLE 8
Dans l'autoclave utilisé à l'exemple 1, on a
mélangé 29,0 g d' " -trifluorométhylacrylate d'hexafluoro-
isopropyle, 10,4 g de styrène, 120 m e de benzène et 0,16 g d'azobisisobutyronitrile, et on a soumis à une réaction de polymérisation à 60 C pendant 24 heures sous agitation continue. La solution résultante a été versée dans un grand volume de méthanol pour précipiter un polymère formé par la réaction. Le polymère a été lavé avec du méthanol et séché. Le rendement du polymère était
de 42%.
la
Ce polymère était un copolymère d' c -trifluoro-
méthylacrylate d'hexafluoroisopropyle avec du styrène,
que l'on a trouvé se composer de 50 moles% de l'c'-trifluoro-
méthylacrylate et de 50 moles% du styrène par analyse élémentaire.
EXEMPLE 9
A la place de 1' " -trifluorométhylacrylate de
l'exemple 8, on a utilisé 22,2 g d' 0 -trifluorométhyl-
acrylate de 2,2,2-trifluoroéthyle. Autrement, le procédé de polymérisation et de raffinage de l'exemple a été accompli de manière identique. Le rendement du copolymère
résultant était de 49%.
Par analyse élémentaire, ce copolymère s'est
révélé se composer de 46 moles% d' O,-trifluorométhyl-
acrylate de 2,2,2-trifluoroéthyle et de 54 moles% de styrène.
EXEMPLE 10
A la place du styrène de l'exemple 9, on a utilisé 10,7 g de pméthylstyrène. Par ailleurs, les procédésde polymérisation et de raffinage de l'exemple 9 ont été répétés de manière identique. Le rendement d'un
copolymère résultant était de 53,%.
Par analyse élémentaire, ce copolymère s'est
révélé se composer de 47 moles% d' C< -trifluorométhyl-
acrylate de 2,2,2-trifluoroéthyle etde53 moles% de p-méthylstyrène.
EXEMPLE 11
A la place du styrène de l'exemple 9, on a utilisé 11,8 g de divinylbenzène. Par ailleurs, les procédés de polymérisation et de raffinage de l'exemple 9 ont été répétés de manière identique. Le rendement du copolymère
résultant sous la forme de particules fines était de 68%.
Par analyse élémentaire, ce copolymère s'est
révélé se composer de 66 moles% d' o< -trifluorométhyl-
acrylate de 2,2,2-trifluoroéthyle et de 35 moles% de divinylbenzène.
Claims (10)
1.- Copolymère caractérisé en ce qu'il est formé d'un premier monomère représenté par la formule générale (1) avec un second monomère représenté par la formule générale (2): CF3
(1) CH2=C
COOR dans laquelle R représente un groupe alcoyle ou un groupe alcoyle contenant du fluor;
(2) CH2=CH
I
C6H4X
dans laquelle X représente un atome d'hydrogène, un groupe alcoyle, un groupe alcoyle contenant du fluor, un atome d'halogène, un groupe vinyle, un groupe hydroxyle, un groupe formyle, un groupe isocyano, un groupe carbonyle,
un groupe carbamoyle ou un groupe amino.
2.- Copolymère selon la revendication 1, caractérisé en ce que R dans la formule générale (1) est un alcoyle contenant du fluor représenté par la formule générale (3): / -Rf (3) (CH2)nCH R' dans laquelle n est un nombre entier de O à 5, Rf est un groupe polyfluoroalcoyle ayant 1 à 20 atomes de carbone et R' est un atome d'hydrogène, un groupe alcoyle ayant
1 à 7 atomes de carbone ou bien ledit Rf.
3.- Copolymère selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier monomère est choisi dans le groupe consistant en c0 trifluorométhylacrylate de méthyle, < -trifluorométhylacrylate d'éthyle,
c<-trifluorométhylacrylate de n-propyle, o< -trifluoro-
méthylacrylate d'isopropyle, o< -trifluorométhylacrylate de butyle tertiaire, C<-trifluorométhylacrylate d'isobutyle,
G<-trifluorométhylacrylate de 2-éthylhexyle, c<-trifluoro-
méthylacrylate d'hydroxyéthyle, o<-trifluorométhylacrylate
de glycidyle, K-trifluorométhylacrylate de 2,2,2-trifluoro-
éthyle, c -trifluorométhylacrylate de lH,lH-heptafluoro-
butyle, 0<-trifluorométhylacrylate de lH,lH,7H-dodécafluoro-
heptyle, o< -trifluorométhylacrylate de lH,1H-pentadéca-
fluorooctyle, 0 -trifluorométhylacrylate d'hexafluoroiso-
propyle et o< -trifluorométhylacrylate d'heptafluoro-
isopropyle.
4.- Copolymère selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second monomère est choisi dans le groupe consistant en styrène, divinylbenzène et méthylstyrène.
5.- Copolymère selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport molaire du premier monomère au second monomère dans le copolymère est compris
entre 3:7 et 6:4.
6.- Procédé de préparation d'un copolymère contenant du fluor, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de copolymériser un premier et un second monomère selon
l'une quelconque des revendications 1 à 4.
7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier monomère et le second monomère sont soumis à une copolymérisation à une
proportion comprise entre 95:5 et 5:95 en moles.
8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la proportion précitée est comprise
entre 80:20 et 20:80.
9.- Procédé selon-la revendication 6, caractérisé en ce que les premier et second monomères sont copolymérisés à une température comprise entre 300C
et 100 C.
10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la température précitée est comprise entre 0 et 70 C.
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