JP2000026509A - 二酸化炭素中でのフルオロポリマ―の製造方法 - Google Patents
二酸化炭素中でのフルオロポリマ―の製造方法Info
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Abstract
用に効果的なアゾ開始剤の提供。 【解決手段】 アゾ開始剤としてジアルキル(2,2’
−アゾビスイソイソブチレート)を用いる。
Description
重合方法の技術分野に属する。本方法に適するフルオロ
モノマーは、フッ化ビニリデンおよびテトラフルオロエ
チレンを含む。
F2)の重合は周知である。例えば、使用可能な水溶性
開始剤の中の過硫酸塩およびジコハク酸過酸化物(disu
ccinic acid peroxide)および使用可能なモノマー可溶
性開始剤の中のジアルキルペルオキシジカーボネートを
記載している、Kirk−Othmerの「Encyc
lopedia of Chemical Techn
ology」第4版、第11巻、694ページ(199
4)を参照のこと。VF2の重合は過酸化ベンゾイルお
よび過硫酸アンモニウムのような開始剤を用いる米国特
許第2435537号においてFordおよびHanf
ordによって、初めて開示された。続いて、Haup
tscheinは米国特許第3193539号におい
て、アゾ開始剤を例示しているが、アゾビスイソブチロ
ニトリル(AIBN)を用いるものでは非常に低収率で
あり、Isersonは米国特許第3245971号に
おいてAIBNは効果がないことを発見した。
フッ素化モノマーの重合は、例えば、特公昭45−00
3390(Fukuiら、1970)および特公平06
−345824(Ezakiら、1994)、特公昭4
6−015511(Ukihashi、1971)およ
び米国特許第5496901号(DeSimone)お
よび米国特許第5618894号(DeSimoneお
よびRomack)に開示されている。これらの文献
は、電離放射線および各種ラジカル開始剤の使用を含む
種々の重合開始手段を開示している。第5496901
号特許は、数種のアゾ化合物を含む使用可能な開始剤の
広範なリストを開示しており、アゾビスイソブチロニト
リル(AIBN)が好ましいと述べている。
に示すように、二酸化炭素中でVF2などのフルオロオ
レフィンの重合を試みる場合、重合の開始に一般的に用
いられるアゾ化合物では、全くでないとしても、あまり
良く働かないことがわかった。注目すべきことに、AI
BNでは少量のポリマーしか得られない。
ために望ましい。PolymerEngineerin
g and Science、19巻、597ページ
(1979)、においてSheppardおよびKam
athが論じているように、アゾ開始剤はラジカル誘導
分解を受けず、それらの分解率は環境により影響を受け
ない。従って、二酸化炭素中でのVF2などのフルオロ
オレフィンの重合用に効果的なアゾ開始剤を得ることが
望ましい。
少なくとも1つのフッ素化モノマーをアゾ開始剤を用い
て流動媒体中で重合させ、前記流動媒体は二酸化炭素を
含み、前記開始剤はジアルキル(2,2’−アゾビスイ
ソブチレート)であるフルオロポリマーの製造方法を含
むことを特徴とする。
ルオロオレフィンであることを特徴とする。
ルオロオレフィンと少なくとも1つの共重合性フッ素化
コモノマーとのコポリマーであることを特徴とする。
前記フルオロオレフィンを除く炭素数2〜8のフルオロ
オレフィンおよび炭素数3〜8のフッ素化ビニルエーテ
ルから選択されることを特徴とする。
フィンがフッ化ビニリデンまたはテトラフルオロエチレ
ンであることを特徴とする。
テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、
ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)、ペルフルオロ
(エチルビニルエーテル)、およびペルフルオロ(プロ
ピルビニルエーテル)のうちの少なくとも1つであるこ
とを特徴とする。
ラストマー性であることを特徴とする。
可塑性であることを特徴とする。
モポリマーであることを特徴とする。
が液体または超臨界であることを特徴とする。
的に二酸化炭素からなることを特徴とする。
独立にメチル、エチル、プロピル、n−ブチル、イソブ
チル、sec−ブチル、およびn−アミルから選択され
ることを特徴とする。
各々がメチルであることを特徴とする。
ゾ開始剤を用い、少なくとも1つのフッ素化モノマーを
重合させることを含むフルオロポリマーを作製する手段
を提供し、前記流動媒体は二酸化炭素を含み、前記開始
剤はジアルキル(2,2’−アゾビスイソブチレート)
である。ジメチル(2,2’−アゾビスイソブチレー
ト)が好ましい開始剤である。
合に特に効果的であり、テトラフルオロエチレンの改善
された重合法を提供する。
レート)が、二酸化炭素(CO2)を含む媒体中におけ
る、フッ化ビニリデン(VF2)の重合の開始に効果的
であり、高収率で高分子量ポリマーを生産することが発
見されている。さらに、この化合物は、アゾ化合物の中
でもテトラフルオロエチレン(TFE)の重合の開始に
おいて特に効果的である。
する以外は、CO2を含む媒体中におけるフッ素化モノ
マー重合用の他の方法と概ね同様である。下記の実施例
は回分法で実施されるが、当業者は他の重合法も使用で
きることを認識するであろう。すなわち、成分が重合の
間に添加される半回分重合法、生成物が断続的に回収さ
れ、成分が連続的または断続的に添加される半連続重合
法、および生成物が連続的に回収される連続重合法など
が含まれる。いかなる実施可能温度および圧力も、本発
明の方法において用いることができる。一般に、温度は
40℃〜125℃の範囲で、好ましくは60℃〜90℃
であり、圧力は900〜10000psig(6.3〜
69.1MPa)の範囲で、好ましくは1500〜60
00psig(10.4〜41.5MPa)である。
ルキル(2,2’−アゾビスイソブチレート)である。
好ましくは、前記アルキル基は、メチル、エチル、プロ
ピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、およ
びn−アミルから独立に選択される。より好ましくは、
アルキル基は同じである。好ましいアルキル基はメチル
およびエチルを含む。メチルは特に好ましいアルキル基
である。エチルはもう1つの特に好ましいアルキル基で
ある。通常、使用される開始剤の量は、生産されるポリ
マー1gあたり、0.001〜25mgの範囲、より一
般的には生産されるポリマー1gあたり、0.005〜
10mgの範囲である。
製造に有用である。本明細書において用いられる「フル
オロポリマー」とは、少なくとも1つのフッ素化モノマ
ーの熱可塑性およびエラストマー性ポリマーの広範な範
囲を包含することを意図する。これらのフルオロポリマ
ーは、フルオロモノマーのホモポリマーであっても、2
種以上のフルオロモノマーのコポリマーであっても、ま
たは少なくとも1つのフルオロモノマーと少なくとも1
つのフッ素非含有モノマーとのコポリマーであってもよ
い。一般的に、このようなフルオロポリマーは少なくと
も35重量%のフッ素を含む。
は、遊離基重合することができるビニル基を含む化合物
を意味するものとして用いられ、重合をうけるビニル基
に結合する少なくとも1つのフッ素原子、フルオロアル
キル基、またはフルオロアルコキシ基を含む。好ましい
フルオロモノマーは、フルオロオレフィンである。本発
明の方法はVF2およびTFEの重合に特に有益であ
り、有用なフルオロモノマーは、フッ化ビニル;トリフ
ルオロエチレン;クロロトリフルオロエチレン(CTF
E);1,2−ジフルオロエチレン;テトラフルオロエ
チレン(TFE);ヘキサフルオロプロピレン(HF
P);ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)(PMV
E)、ペルフルオロ(エチルビニルエーテル)(PEV
E)およびペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)
(PPVE)などのペルフルオロ(アルキルビニルエー
テル);ペルフルオロ(1,3−ジオキソール);ペル
フルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)
(PDD);CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2
CF2X(XはSO2F、CO2H、CH2OH、CH2O
CNまたはCH2OPO3H)、CF2=CFOCF2CF
2SO2F;F(CF2)nCH2OCF=CF2(nは1、
2、3、4または5)、R1CH2OCF=CF2(R1は
水素またはF(CF2)m−であり、mは1、2または3
である);およびR3OCF=CH2(R3はF(CF2)
z−であり、zは1、2、3または4である);ペルフ
ルオロブチルエチレン(PFBE);3,3,3−トリ
フルオロプロペンおよび2−トリフルオロメチル−3,
3,3−トリフルオロ−1−プロペンを含むがこれらに
限定されない。3,3,3−トリフルオロプロペン、2
−トリフルオロメチル−3,3,3−トリフルオロ−1
−プロペン、PFBE、フッ化ビニル、VF2、HF
P、PMVE、PEVE、PPVE、CTFE、および
PDDが好ましいフルオロモノマーである。
フルオロモノマーはホモポリマーを形成するよう単独で
重合させることができ、または1つ以上の他のフルオロ
モノマーもしくはフルオロモノマーでない他のモノマー
とコポリマーを形成するよう重合させることができる。
コポリマーを形成する場合、選択されるモノマーは共重
合できなければならない。コポリマーにおいて、他のモ
ノマーは好ましくはフッ素化モノマーであり、より好ま
しくは炭素数2〜8を有するフルオロオレフィンである
か、または炭素数3〜8を有するフッ素化ビニルエーテ
ルである。特に好ましいコモノマーはテトラフルオロエ
チレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペルフルオロ(メ
チルビニルエーテル)、ペルフルオロ(エチルビニルエ
ーテル)およびペルフルオロ(プロピルビニルエーテ
ル)である。フルオロモノマーとのある組み合わせで共
重合するフッ素非含有モノマーには、プロピレンおよび
エチレンが含まれる。有用なホモポリマーであるフルオ
ロポリマーの例としては、ポリフッ化ビニリデン(PV
F2)およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)
が含まれる。ホモポリマーPTFEとして分類されるも
のとして、変性ポリマーがPTFEの非溶融二次加工可
能な特性を保持するような、少量のTFE以外のフルオ
ロモノマーを含む変性PTFEポリマーがある。有用な
コポリマーの例としては、TFEとHFPおよび/また
はPPVEまたはPEVEなどのペルフッ素化ビニルエ
ーテルとのコポリマー、TFEとPMVEとのコポリマ
ー、TFEとPDDとのコポリマー、およびTFEまた
はCTFEとエチレンとのコポリマーが含まれる。さら
なる例としては、VF2とHFP、またはHFPおよび
TFEとのコポリマーが含まれる。上記で含意したよう
に、コポリマーは名称を挙げた以外のさらなるモノマー
を含むことができる。例えば、PFBE、HFP、PP
VEまたは2−トリフルオロメチル−3,3,3−トリ
フルオロ−1−プロペンなどの嵩高い側鎖基を導入する
付加的モノマーを含み、およびエラストマー性ポリマー
が硬化部位モノマーおよび/または連鎖移動剤(CT
A)から由来する低濃度の硬化部位部分を頻繁に含む場
合、TFE/エチレンコポリマーは、最も有用である。
ーチューブ(shaker tube)にガス成分を装填する際の
通常の操作は、低圧ガスから開始し、高圧ガス気体に移
行する、ソース圧(source pressure)により決定され
る順序でガスを装填することである。CO2用のシリン
ダーの圧は通常低いので、初めにCO2を装填するのが
一般的である。TFEを用いる場合、通常重量で50/
50の割合でCO2との混合物として装填し、規定され
たCO2装填量に達するまで追加のCO2を別に装填す
る。
成物を測定し、ポリフッ化ビニリデンの構造を確認する
のにも用いる。PTFEの構造を確認するために、フー
リエ変換赤外分光法(FTIR)を用いる。
1に従い、示差走査熱分析(DSC)により測定する。
特記しない限り、融解温度(melting temperature)
(Tm)および融解熱(heat of fusion)(ΔHf)は、
融解温度をピーク温度として、2回目の加熱における融
解吸熱(melting endotherm)に由来する。
(MFR)を、ASTM規格D−2116−91aに記
載されているように耐蝕性アロイの使用によって修正さ
れたプラストメーターを用い、全てのVF2ポリマーに
対し232℃の温度、およびPTFEに対し372℃の
温度で負荷5kgを用いて、ASTM法 D−1238
−94aに従い、測定する。メルトフローは、下記のい
くつかの実施例において0であり、高分子量であること
が示唆された。このことは、PTFE微粉を除く、PT
FEに期待され、かつ望ましいものであるが、このよう
な高分子量は他のポリマーの慣用の溶融加工では相容れ
ないものである。分子量は、開始剤の濃度を調整した
り、連鎖移動剤の使用などにより、溶融流れ可能なポリ
マー用に商業的に望ましい範囲の溶融粘度(例えば、5
0Pa・sから1×105Pa・s、好ましくは、50
0Pa・sから5×104Pa・s)を達成するよう調
整できることを当業者は認識するであろう。
充分に洗浄し、およそ0℃にまで冷却する。全ての酸素
を除去するために容器に窒素を流し、0.09gの2,
2’−アゾビス(2,4−ジメチルペンタンニトリル)
(VAZO(登録商標)52、DuPont)をすばや
く容器に加える。次いで、容器を密封し、排気し、−4
0℃以下にまで冷却する。高圧封止バルブを装備した挿
入口を通して、次いで100gのフッ化ビニリデン(V
F2)および225gのCO2(純度99.99%、O2
9ppm未満、Colemanグレード、M−G I
ndustries)を加え、封止バルブを閉じる。撹
拌させながら、内容物の温度が55℃に上昇するまで容
器を加熱し、このときの自生圧力(autogenous pressur
e)は約4100psig(28.4MPa)である。
10時間後、容器を冷却し、圧力を解放し容器を開け
る。ポリマーは生産されない。
2’−アゾビス(2−メチルプロパンニトリル)(Du
PontのVAZO(登録商標)64、アゾビスイソブ
チロニトリルまたはAIBNとも呼ぶ)を用い、温度は
68℃、および結果として生じる自生圧力が約5100
psig(35.3MPa)であることを除き、本質的
に比較例Aの方法を繰り返す。開始剤の量および温度
は、比較例Aで生産されたのと同じ数の遊離基が10時
間で生産されるよう設定する。10時間後、自生圧力は
約5000psig(34.6MPa)に減少し、容器
を冷却し、圧力を解放し、容器を開ける。白色のポリマ
ーが2.6gだけ回収された。ポリマーは、4.3モル
%の頭−頭結合単位を有するポリフッ化ビニリデンであ
ることが室温でのアセトン中19F NMRにより確認さ
れ、およびポリマーはTm=169℃およびΔHf=62
J/gを有する。
チル(2,2’−アゾビスイソイソブチレート)(和光
純薬工業のV−601)を用い、温度は69.5℃、お
よび結果として生じる自生圧力がおよそ5000psi
g(34.6MPa)であることを除き、本質的に比較
例Aの方法を繰り返す。開始剤の量および温度は、比較
例AおよびBで生産されたのと同じ数の遊離基が10時
間で生産されるよう設定する。10時間後、自生圧力は
約4400psig(30.4MPa)に減少し、容器
を冷却し、圧力を解放し、容器を開ける。白色の粉末と
して回収されたポリマーの量は、22.8gであり、他
のアゾ開始剤に対比してジアルキル(2,2’−アゾビ
スイソイソブチレート)の有効性が示された。ポリマー
は、4.6モル%の頭−頭結合単位を有するポリフッ化
ビニリデンであることが100℃でのDMAC中19F
NMRにより確認される。Tmは169℃、ΔHfは58
J/g、およびMFRは0g/10分である。メルトフ
ロー装置から除去されたプラグは、緩く溶融(loosely
fused)し、オフホワイト色である。
2’−アゾビス(N,N’−ジメチレンイソブチルアミ
ジン)二塩酸塩(和光純薬のVA−044)を用い、C
O2の量は275g、VF2の代りにTFE50gを用
い、温度は55℃で、実施時間は4時間であることを除
き、本質的に比較例Aの方法を繰り返す。結果として生
じる自生圧力は、約3250psig(22.5MP
a)であり、実施期間を通じほぼ一定である。生成物は
0.04gだけ回収され、熱重量分析により、低分子量
PTFEであることが示唆される。
度は68℃で、自生圧力は4600psig(31.8
MPa)、および実施時間は10時間であることを除
き、本質的に比較例Cの方法を繰り返す。実施の終了時
には、圧力は4000psig(27.7MPa)であ
る。白色粉末として回収されたポリマーの量は、33.
1gである。Tmは330℃、ΔHfは72J/gであ
る。ポリマーはPTFEであることがFTIRにより確
認される。MFRは0g/10分である。
度は吸熱反応のために160℃まで上昇した後、68℃
に戻ることを除き、本質的に比較例Dの方法を繰り返
す。実施の終了時には、圧力は3000psig(2
0.8MPa)である。白色粉末として回収されたポリ
マー(Tm=331℃およびΔHf=71J/g)の量
は、45.2g(収率90.4%)であり、TFEの重
合においてジアルキル(2,2’−アゾビスイソイソブ
チレート)の有効性が示された。ポリマーはPTFEで
あることがFTIRにより確認され、MFRは0g/1
0分であり、高分子量であることが示唆される。メルト
フロー装置から除去されたプラグは、溶融し、白色であ
る。
混合物を用い、反応時間は5時間(但し、実施例4では
反応時間は1.5時間)であることを除き、本質的に実
施例1の方法を繰り返す。モノマー装填量、部分結晶ポ
リマーの収率、および生成物コポリマーの融解温度(T
m)を表1に示す。結果はジアルキル(2,2’−アゾ
ビスイソイソブチレート)がVF2/TFEコポリマー
の重合の開始に有効であることを示している。MFRは
232℃で測定される。実施例5および6では、MFR
装置における樹脂プラグは、緩く溶融し、非常に高分子
量であることをさらに示し、白色である。実施例3およ
び4では、MFR装置における樹脂プラグは、溶融し、
オフホワイト色である。
ロピレン(HFP)モノマーの混合物を用い、CO2装
填量は表2に示す様に変化させることを除き、本質的に
実施例1の方法を繰り返す。モノマー装填量、試験圧力
(p)、およびポリマー収率をも表2に示す。結果はジ
アルキル(2,2’−アゾビスイソイソブチレート)が
VF2/HFPコポリマーの重合の開始に有効であるこ
とを示している。
除き、本質的に実施例1の方法を繰り返す。実施の終了
時には、圧力は3100psig(21.5MPa)で
ある。白色の粉末として回収されたポリマーの量は、6
1.7gであり、フッ化ビニルの重合におけるジアルキ
ル(2,2’−アゾビスイソイソブチレート)の有効性
が示された。生成物は、2.1モル%の3級フッ素(通
常の分枝)(tertiary fluorine(normal branchin
g))および12.3mol%の直鎖頭−頭結合単位を
有するポリフッ化ビニルであることがNMRにより確認
される。Tmは186℃、ΔHfは43J/gである。分
子量の相対測度は150℃で操作するレオメーターを用
いるジメチルアセトアミド中の40重量%ポリマー混合
物での細管レオメトリーにより得られる。粘度は23.
4sec-1から3516sec-1の範囲の剪断速度で測
定される。これらのデータの対数プロットは1次最小二
乗方程式に適合し、これを100sec-1での粘度を計
算するのに用いる。こうして得られる溶融粘度は266
Pa・sである。
オロオレフィンの重合用にアゾ開始剤としてジアルキル
(2,2’−アゾビスイソイソブチレート)を用いると
表1および表2に示すように、収率が格段に向上した。
Claims (13)
- 【請求項1】 少なくとも1つのフッ素化モノマーをア
ゾ開始剤を用いて流動媒体中で重合させ、前記流動媒体
は二酸化炭素を含み、前記開始剤はジアルキル(2,
2’−アゾビスイソブチレート)であることを特徴とす
るフルオロポリマーの製造方法。 - 【請求項2】 前記モノマーはフルオロオレフィンであ
ることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記ポリマーはフルオロオレフィンと少
なくとも1つの共重合性フッ素化コモノマーとのコポリ
マーであることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記コモノマーは前記フルオロオレフィ
ンを除く炭素数2〜8のフルオロオレフィンおよび炭素
数3〜8のフッ素化ビニルエーテルから選択されること
を特徴とする請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 前記フルオロオレフィンはフッ化ビニリ
デンまたはテトラフルオロエチレンであることを特徴と
する請求項2に記載の方法。 - 【請求項6】 前記コモノマーはテトラフルオロエチレ
ン、ヘキサフルオロプロピレン、ペルフルオロ(メチル
ビニルエーテル)、ペルフルオロ(エチルビニルエーテ
ル)、およびペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)
のうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項
4に記載の方法。 - 【請求項7】 前記ポリマーはエラストマー性であるこ
とを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 【請求項8】 前記ポリマーは熱可塑性であることを特
徴とする請求項3に記載の方法。 - 【請求項9】 前記ポリマーはホモポリマーであること
を特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 前記二酸化炭素は液体または超臨界で
あることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項11】 前記媒体は本質的に二酸化炭素からな
ることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】 前記アルキルは独立にメチル、エチ
ル、プロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチ
ル、およびn−アミルから選択されることを特徴とする
請求項1に記載の方法。 - 【請求項13】 前記アルキルの各々はメチルであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/093,320 US6103844A (en) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | Polymerization of fluoromonomers in carbon dioxide |
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