JP2000026540A - 含フッ素透明性材料、それに用いる側鎖に結晶化しうるフルオロアルキル基を有する非晶質含フッ素重合体およびその製法 - Google Patents
含フッ素透明性材料、それに用いる側鎖に結晶化しうるフルオロアルキル基を有する非晶質含フッ素重合体およびその製法Info
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Abstract
も拘らず非晶質の含フッ素重合体を透明性材料として提
供する。 【解決手段】 非晶質の主鎖構造と結晶化しうるフルオ
ロアルキル基またはフルオロアルキレン基を有する側鎖
構造とからなる含フッ素重合体であって、側鎖に由来す
る結晶性が発現した含フッ素重合体を非晶化して得られ
る非晶質重合体からなる含フッ素透明性材料。
Description
有用な非晶質の含フッ素透明性材料、新規な非晶質含フ
ッ素重合体およびその製法に関する。
性、低伝送損失性により光学材料としての利用が期待さ
れている。側鎖フルオロアルキル基を有するアクリル系
樹脂もそのひとつである。また、より一層の低屈折率化
を達成するには、フッ素含有率をあげればよく、側鎖に
長いパーフルオロアルキレン単位を付与することが好ま
しい。しかしながら、ある程度の炭素数を有する直鎖状
のフルオロアルキル鎖は結晶化しやすい。たとえば、炭
素数8個以上の直鎖フルオロアルキル基を側鎖に有する
α−置換アクリル酸エステル由来の繰り返し単位を含む
重合体は、その長いフルオロアルキル側鎖が結晶性を有
することが確認されている(Polym.Prepr,
Jpn.,40,10,3898(1991)参照)。
この側鎖フルオロアルキル基、たとえばパーフルオロア
ルキル基の結晶性については、DSC分析においてある
程度の長さの直鎖状フルオロアルキル基を含有する重合
体でないと融点が観察されないこと、X線回折において
テトラフルオロエチレン連鎖結晶の結晶面積間隔4.9
Åに起因する回折パターンピークが見られることなどか
ら裏付けられている。これまでに知られている結晶性フ
ルオロアルキル側鎖含有ポリマーの例として、前記のα
−置換アクリル酸エステル重合体がある。このタイプの
重合体は側鎖の結晶性が高く、結晶化度を下げるために
融解してから急冷するという行程を踏んでも(たとえ
ば、融解したサンプルを液体窒素につける、といった極
度の急冷処理をしても)結晶性が維持されており、非晶
質重合体を得ることができなかった。このため、高フッ
素含有量の低屈折率重合体を得たとしても物質内に残存
する結晶により屈折率に不均一性が生じ、光学材料とし
ては適さなかった。
テル重合体は一般的なラジカル重合により合成されたも
のであり、立体規則性の異なる重合体についての知見は
含まれていない。α−置換アクリル酸エステル類は一般
的なラジカル重合によりポリマーを合成すると、50〜
60%程度のシンジオタクチシチーを示す。
ジオタクチシチー(アイソタクチシチー6%)を有し、
約72℃の融点を有していることを報告した(第39回
高分子研究発表会予稿集,p17(1993))。ま
た、立体特異性アニオン重合により得られたシンジオタ
クチシチー65%(アイソタクチシチー6%)のポリマ
ーは約88℃の融点を有している。さらに、立体特異性
アニオン重合により得られた95%のアイソタクチシチ
ーを有するポリマーは融点約37℃である。このよう
に、いずれの重合法によっても結晶性フルオロアルキル
側鎖が結晶化し、融点を示した。
我々は
タクチシチーを有する重合体を得たが、DSC測定によ
ればこの重合体はそのままでは融点を有している。すな
わち、結晶を内部に有しており、光学材料として利用す
るには不都合であった。我々は再度結晶化しうるフルオ
ロアルキル基を側鎖に有するα−置換アクリル酸エステ
ルのアイソタクチック重合体を調製し、鋭意研究を重ね
た結果、アイソタクチック重合体の場合、融解後徐冷す
ると融点が観察されるが、適当な冷却処理を施すことに
より非晶質の重合体が得られることを見出した。これに
より、側鎖に結晶化しうるフルオロアルキル基を含有し
ているにも拘らず非晶質の重合体を得ることができ、低
屈折率で屈折率の不均一性がなく、さらに伝送損失の少
ない透明な光学材料を提供できることを見出した。
性の主鎖構造と結晶化しうるフルオロアルキル基または
フルオロアルキレン基を有する側鎖構造とからなる含フ
ッ素重合体であって、側鎖に由来する結晶性が発現した
含フッ素重合体を非晶化して得られる非晶質重合体から
なる含フッ素透明性材料に関する。
(I):
たはメチル基、Y1は水素原子またはハロゲン原子、a
は1〜6の整数、bは7以上の整数、ただし8≦a+b
≦25である)で示される単量体単位50〜100モル
%、および単量体(I)と共重合可能なα−置換オレフ
ィン単位0〜50モル%からなる非晶質含フッ素重合体
は新規な重合体である。
質含フッ素重合体は、前記の主鎖構造と側鎖構造からな
り側鎖構造に由来する結晶性が発現した含フッ素重合体
(重合体として結晶を含んでいる)を溶融後1℃/分以
上の速度で冷却することにより得ることができる。
C測定(昇温温度10℃/分)において現われた融解ピ
ーク(ΔH)の大きさが2.0J/g以下、好ましくは
1.0J/g以下であることをいう。
料重合体は主鎖構造が非晶性で側鎖構造に結晶化しうる
フルオロアルキル基またはフルオロアルキレン基を有
し、かつ側鎖に由来する結晶性(以下、「側鎖結晶性」
ともいう)が発現した側鎖結晶性含フッ素重合体であ
る。
レン基は一般に結晶性が高く、特にパーフルオロメチレ
ン基が多い場合、たとえば式(III):
子、mおよびnはそれぞれm≧0およびn≧7であり、
m+n≧8を満たす整数である)で示される側鎖である
場合、重合方法によらず、この側鎖結晶性が発現する。
たはフルオロアルキレン基の含有量が少ない場合、側鎖
結晶性が発現しないことがある。その含有量は側鎖の構
造にもよるが、通常、結晶化しうるフルオロアルキル基
またはフルオロアルキレン基を有する単量体単位が50
モル%以上、好ましくは70モル%以上存在していれば
側鎖結晶性が発現する。
ルオロアルキレン基を有する単量体としては、たとえば
結晶化しうるフルオロアルキル基を含有するα−置換オ
レフィン、特にフルオロアルキル−α−置換アクリル酸
エステルが好ましく使用できる。具体例は後述する。
かかる側鎖結晶性含フッ素重合体を非晶化することによ
り得られる。非晶化の方法は、側鎖結晶性含フッ素重合
体を一旦溶融したのち1℃/分以上、好ましくは2℃/
分以上、さらに好ましくは10℃/分以上の速度で冷却
する方法が簡便であり、好ましい。冷却速度が遅すぎる
と側鎖結晶性が維持されるが、2℃/分以上であればほ
ぼ完全に融解ピークが消失し、非晶質となる。
体の立体規則性が非晶化に影響を与えることもある。特
にアイソタクチシチーが少ないと非晶化が上手く進行し
ないことがある。したがって側鎖結晶性含フッ素重合体
のアイソタクチシチーは25%以上、さらに50%以上
とするのが好ましく、特に60%以上とすればほぼ完全
に非晶化が実現できる。アイソタクチシチーが25%未
満となるとシンジオタクチシチーの方が優位となり、非
晶化の程度が低くなる。
ッ素重合体の製造は、立体特異的アニオン重合法により
行なうことができる。具体的製法は後述する新規な非晶
質含フッ素重合体に関する説明において述べる。
は、フッ素含有量が多いにもかかわらず非晶質であるの
で、低屈折率かつ光伝送損失の小さい透明性材料であ
り、たとえば光ファイバー材料、レンズ材料、プリズム
材料、光導波路、反射防止材料などの光学材料として有
用である。成形方法としてはたとえば押出成形、射出成
形、圧縮成形、溶融紡糸などにより各種成形品を作製す
る方法、または溶剤などを用いて塗料形態の組成物と
し、スピンコート、ディップコート、スプレーコート、
静電塗装などを行ない被膜とする方法などがあげられる
が、前記の非晶性を損わない限り、各種の成形法が採用
されうる。
用な新規な非晶質含フッ素重合体に関する。本発明の新
規な非晶質含フッ素重合体は、式(I):
じ)で示される単量体単位の1種または2種以上50〜
100モル%、および該単量体(I)と共重合可能なα
−置換オレフィン(II)単位0〜50モル%からなる。
理由からアイソタクチシチーが25%以上、さらに50
%以上、特に60%以上であるのが好ましい。
(I)とα−置換オレフィン(II)とを立体特異的に重
合して得られる側鎖結晶性含フッ素重合体に非晶化処理
を行なうことによって製造できる。非晶化処理は前述し
た方法で行なうことができる。
ッ素重合体は、単量体(I)と要すればα−置換オレフ
ィン(II)とを含フッ素溶媒を含む重合溶媒中でアニオ
ン性重合開始剤の存在下に重合することによって得られ
る。
は、単量体((I)や(II))および得られる重合体が
充分に溶解し、かつ低い重合温度においても凝結しない
ものが好ましく、含フッ素溶媒単独またはこれと非フッ
素系溶剤との混合溶媒が用いられる。
ないかまたは目的とするアイソタクチシチーが得られな
いことがある。
ビストリフルオロベンゼン(m−XHF)、C4H9OC
H3、HCFC−141b、HCFC−134aなどが
あげられ、それに混合する非フッ素系溶剤としては、ト
ルエンなどの芳香族類、ジエチルエーテル、THFなど
のエーテル類などが好ましい。
属、アルカリ土類金属を対カチオンとする公知のアニオ
ン性重合開始剤が好適に使用できる。具体例としては、
たとえばt−C4H9Liなどのアルキルリチウム類、t
−C4H9MgBrなどのグリニャール試薬類などが好ま
しくあげられる。
ムなど)や金属塩(LiClなど)などの添加剤を加え
てもよい。また重合開始剤に、ジフェニルエチレンのよ
うな共鳴系が大きく単独重合性が小さい不飽和化合物を
付加して修飾してもよい。重合温度は0℃以下、好まし
くは−80〜−40℃の範囲で重合溶媒が凍結しない温
度が採用される。
連続仕込み法でもよく、特に2種以上の単量体を共重合
する場合、いずれか1種以上の単量体を分割または連続
して仕込み重合することにより、均質な組成の重合体が
得られる。
量は、数平均分子量で2,000〜1,000,00
0、好ましくは10,000〜500,000であり、
側鎖に由来する結晶融点は20〜200℃の範囲にあ
る。なお、分子量は非晶質含フッ素重合体も同じであ
る。
とえば
換オレフィン(II)としては、式(IIa):
たはメチル基、R3は炭素数1〜20のハロゲン原子で
置換されていてもよい炭化水素基である。ただし前記単
量体(I)は除く)で示されるα−置換アクリル酸エス
テルが好ましく使用できる。
非晶質含フッ素重合体としては、前記の重合体のほか、
前記非晶質含フッ素重合体をセグメントとして含む含フ
ッ素多元セグメント化重合体も使用できる。
は、たとえば(A)前記式(I)で示される単量体50
〜100モル%および前記α−置換オレフィン(II)0
〜50モル%からなる非晶質含フッ素重合体セグメント
10〜99重量%と、(B)式(IV):
たはメチル基、Y2は水素原子またはハロゲン原子、c
は1〜6の整数、dは1〜6の整数である)で示される
単量体0〜100モル%および前記式(IIa)で示され
るα−置換アクリル酸エステル0〜100モル%からな
る重合体セグメント1〜90重量% からなる含フッ素多元セグメント化重合体があげられ
る。これらのセグメントはブロック共重合またはグラフ
ト共重合の形態をとることができる。
であって、かつ重合体セグメント(B)に由来するガラ
ス転移温度が非晶質含フッ素重合体セグメント(A)に
由来するガラス転移温度より5℃以上高いことが好まし
く、透明性を維持し、かつセグメント(B)の高いガラ
ス転移温度により含フッ素多元セグメント化重合体全体
の機械特性、特に高温での機械特性を改善することがで
きる。
ブロック共重合法またはグラフト共重合法により製造で
きる。
が、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではな
い。
のジエチルエーテル溶液と1,3−ビストリフルオロベ
ンゼン(m−XHF)40mlをガラスアンプルに入
れ、乾燥チッ素気流下に−40℃に保った。これに
加えて重合を開始し、24時間後に少量の塩酸のメタノ
ール溶液を加えて重合を停止し、反応液を大量のメタノ
ール中に投入して重合体を沈殿させた。得られた沈殿を
濾取、洗浄後、真空乾燥して側鎖結晶性含フッ素重合体
7.6gを得た(収率95%)。
にて10分間溶融し、10℃/分の速度で20℃まで冷
却して本発明の非晶質含フッ素重合体を得た。
子量、分子量分布、立体規則性、熱的特性(結晶融点、
融解ピークの大きさ(ΔH)、ガラス移転温度)、結晶
性、光透過率を以下の方法で調べた。結果を表1に示
す。
MR(Varian Unity INOVA500)
にてC6F6/C6D6=19/1(テトラメチルシラン含
有)中70℃で測定した。開始剤末端由来のt−C4H9
基由来の1.3ppm付近のシグナル強度および側鎖に
存在するCH2に起因する1.9ppmおよび2.5p
pm付近のシグナル強度から重合体中の単量体単位と末
端基の比率を計算して求めた。
CFC−225を溶媒とし、カラムにはPLゲル5μm
ミニミックスD(4.6×250mm)を用い、室温に
て測定した。クロマトグラムは、標準PMMAのサンプ
ルを用いて較正した。
体規則性の求め方についてはNishioka(J.P
olym.Sci.,45,232(1960))やB
ovey(J.Polym.Sci.,44,173
(1960))らによって確立されており、ここでもそ
の方法を用いた。すなわち、1H−NMRにおいて1p
pm付近に現れるα−メチル基のプロトンに基づく3本
の吸収を利用し、低磁場から順にアイソ、ヘテロ、シン
ジオとして三連子タクチシチー分率を求めた(mm:ア
イソタクチックトリアド、mr:ヘテロタクチックトリ
アド、rr:シンジオタクチックトリアド)。
C220)にて融点、ガラス移転温度、ΔHの値などを
測定した。一旦融解したサンプルを冷却して昇温時の変
化について観察した。冷却速度は0.3℃/分冷却を徐
冷、10℃/分冷却を急冷とし、比較例1のみ徐冷サン
プルについて測定し、その他のサンプルは急冷サンプル
について測定した。昇温速度は10℃/分の一定条件で
測定した。
(株)製RAD−rA型を用いて、40kV、50mA
で単色CuK α線により反射法にて測定した。測定さ
れた結晶面間隔を表1に示す。
で200℃にて溶融後、0.3℃/分および10℃/分
で冷却して薄膜サンプルを調製した(膜厚100μ
m)。これらのサンプルを光波長190〜2500nm
の領域で可視・紫外線吸収スペクトルにて観察し、透過
率を測定した。波長650nm、780nm、1500
nmにおける透過率を表1に示す。
始剤としてt−BuLi2.66mg(0.0415ミ
リモル)のヘプタン溶液および重合溶媒としてm−XH
Fとトルエンの6/4の混合溶媒を用いたほかは実施例
1と同様にして重合して側鎖結晶性の含フッ素重合体
0.73gを得た(収率73%)。この重合体を実施例
1と同様の条件で溶融・急冷して本発明の非晶質含フッ
素重合体を得、各物性を調べた。結果を表1に示す。
と同じ重合条件で重合し、側鎖結晶性含フッ素重合体
0.46gを得(収率46%)、さらに実施例1と同様
の条件で溶融・急冷して本発明の非晶質含フッ素重合体
を得て、各物性を調べた。結果を表1に示す。
10分間溶融したのち0.3℃/分の速度で20℃まで
冷却した。得られた重合体につき、実施例1と同様にし
て熱的特性、結晶性および光透過率を調べた。結果を表
1に示す。
開始剤としてアゾイソブチロニトリル(AIBN)を1
7mg(0.104ミリモル)、重合溶媒としてm−X
HFを25ml用い、重合温度を60℃としたほかは実
施例1と同様にして24時間重合し、側鎖結晶性の含フ
ッ素重合体4.65gを得た(収率93%)。この重合
体を実施例1と同じ条件で溶融・急冷して含フッ素重合
体を得、実施例1と同様にして各物性を調べた。結果を
表1に示す。
質含フッ素重合体は同じ単量体単位を含む側鎖結晶性の
含フッ素重合体に比して光透過性が広い範囲で高く、透
明性材料として優れている。
Claims (21)
- 【請求項1】 非晶性の主鎖構造と結晶化しうるフルオ
ロアルキル基またはフルオロアルキレン基を有する側鎖
構造とからなる含フッ素重合体であって、側鎖に由来す
る結晶性が発現した含フッ素重合体を非晶化して得られ
る非晶質重合体からなる含フッ素透明性材料。 - 【請求項2】 非晶質重合体のDSC測定における融解
ピーク(ΔH)の大きさが2.0J/g以下であること
を特徴とする請求項1記載の含フッ素透明性材料。 - 【請求項3】 非晶性の主鎖構造と結晶化しうるフルオ
ロアルキル基またはフルオロアルキレン基を有する側鎖
構造とからなる含フッ素重合体が、結晶化しうるフルオ
ロアルキル基またはフルオロアルキレン基を有する単量
体単位を重合体の単量体単位全体に対し、50モル%以
上含有することを特徴とする請求項1または2記載の含
フッ素透明性材料。 - 【請求項4】 結晶化しうるフルオロアルキル基が式
(III): 【化1】 (式中、Yは水素原子またはハロゲン原子、mおよびn
はそれぞれm≧0およびn≧7、m+n≧8を満たす整
数である)で示される請求項1〜3のいずれかに記載の
含フッ素透明性材料。 - 【請求項5】 非晶性の主鎖構造と結晶化しうるフルオ
ロアルキル基またはフルオロアルキレン基を有する側鎖
構造とからなる含フッ素重合体が、結晶化しうるフルオ
ロアルキル基を含有するα−置換オレフィンを必須の単
量体単位として含有する重合体であることを特徴とする
請求項1〜4のいずれかに記載の含フッ素透明性材料。 - 【請求項6】 結晶化しうるフルオロアルキル基を含有
するα−置換オレフィンがフルオロアルキル−α−置換
アクリル酸エステルである請求項5記載の含フッ素透明
性材料。 - 【請求項7】 非晶質重合体が25%以上のアイソタク
チシチーを有することを特徴とする請求項1〜6のいず
れかに記載の含フッ素透明性材料。 - 【請求項8】 式(I): 【化2】 (式中、R1は水素原子、ハロゲン原子またはメチル
基、Y1は水素原子またはハロゲン原子、aは0〜6の
整数、bは7以上の整数、ただし8≦a+b≦25であ
る)で示される単量体単位の1種または2種以上50〜
100モル%、および(I)と共重合可能なα−置換オ
レフィン(II)単位0〜50モル%よりなる非晶質含フ
ッ素重合体からなる含フッ素透明性材料。 - 【請求項9】 式(I)で示される単量体と共重合可能
なα−置換オレフィンが式(IIa): 【化3】 (式中、R2は水素原子、ハロゲン原子またはメチル
基、R3は炭素数1〜20のハロゲン原子で置換されて
いてもよい炭化水素基である。ただし、単量体(I)と
は異なる)で示される請求項8記載の含フッ素透明性材
料。 - 【請求項10】 式(I): 【化4】 (式中、R1は水素原子、ハロゲン原子またはメチル
基、Y1は水素原子またはハロゲン原子、aは0〜6の
整数、bは7以上の整数、ただし8≦a+b≦5であ
る)で示される単量体単位の1種または2種以上50〜
100モル%、および(I)と共重合可能なα−置換オ
レフィン(II)単位0〜50モル%からなる非晶質含フ
ッ素重合体。 - 【請求項11】 式(I)で示される単量体と共重合可
能なα−置換オレフィンが式(IIa): 【化5】 (式中、R2は水素原子、ハロゲン原子またはメチル
基、R3は炭素数1〜20のハロゲン原子で置換されて
いてもよい炭化水素基である。ただし、単量体(I)と
は異なる)で示される請求項10記載の非晶質含フッ素
重合体。 - 【請求項12】 DSC測定において融解ピーク(Δ
H)の大きさが2.0J/g以下であることを特徴とす
る請求項10または11記載の非晶質含フッ素重合体。 - 【請求項13】 アイソタクチシチーが25%以上であ
ることを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載
の非晶質含フッ素重合体。 - 【請求項14】 請求項1〜9のいずれかに記載の含フ
ッ素透明性材料または請求項10〜13のいずれかに記
載の非晶質含フッ素重合体を含む含フッ素光学材料。 - 【請求項15】 非晶性の主鎖構造と結晶化しうるフル
オロアルキル基またはフルオロアルキレン基を有する側
鎖構造からなるアイソタクチシチーが25%以上の含フ
ッ素重合体であって、その側鎖が結晶化した含フッ素重
合体を加熱融解した後、1℃/分以上の速度で冷却し非
晶化することを特徴とする非晶質含フッ素重合体の製
法。 - 【請求項16】 非晶質含フッ素重合体のDSC測定に
おける融解ピーク(ΔH)の大きさが2.0J/g以下
である請求項15記載の製法。 - 【請求項17】 非晶質含フッ素重合が、結晶化しうる
フルオロアルキル基またはフルオロアルキレン基を有す
る単量体単位を50モル%以上含む請求項15または1
6記載の製法。 - 【請求項18】 結晶化しうるフルオロアルキル基が式
(III): 【化6】 (式中、Yは水素原子またはハロゲン原子、mおよびn
はそれぞれm≧0およびn≧7、m+n≧8の整数であ
る)である請求項15〜17のいずれかに記載の製法。 - 【請求項19】 側鎖構造が結晶化しうるフルオロアル
キル基またはフルオロアルキレン基を含有するα−置換
オレフィンに由来する請求項15〜18のいずれかに記
載の製法。 - 【請求項20】 結晶化しうるフルオロアルキル基を含
有するα−置換オレフィンがフルオロアルキル−α−置
換アクリル酸エステルである請求項19記載の製法。 - 【請求項21】 非晶質含フッ素重合体が請求項10記
載の非晶質含フッ素重合体である請求項15または16
に記載の製法。
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WO2002093249A1 (fr) * | 2001-05-17 | 2002-11-21 | Daikin Industries, Ltd. | Materiau optique non lineaire contenant un polymere fluore |
WO2007126045A1 (ja) | 2006-04-28 | 2007-11-08 | Omron Corporation | パーフルオロアダマンタン構造を含有する光導波路 |
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1998
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