JP2006016571A - Fluorine-containing compound, fluorine-containing cyclic polymer and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、新規な含フッ素化合物、官能基を有する改良された含フッ素環化ポリマー、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a novel fluorine-containing compound, an improved fluorine-containing cyclized polymer having a functional group, and a method for producing the same.
官能基を有する含フッ素ポリマーとして、フッ素系イオン交換膜や硬化性フッ素樹脂塗料などに使用されている官能基含有含フッ素ポリマーが知られているが、これらはすべて基本骨格が直鎖状ポリマーであり、テトラフルオロエチレンに代表されるフルオロオレフィンと官能基を有するモノマーとの共重合より得られる。 As the fluorine-containing polymer having a functional group, functional group-containing fluorine-containing polymers used for fluorine-based ion exchange membranes and curable fluorine resin coatings are known, but these are all linear polymers having a basic skeleton. And obtained by copolymerization of a fluoroolefin typified by tetrafluoroethylene and a monomer having a functional group.
また、官能基を含有しかつ主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有するポリマーも知られており、主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有するポリマーに官能基を導入する方法としては、重合で得られたポリマーの末端基を利用する方法、ポリマーを高温処理してポリマーの側鎖、または末端を酸化分解せしめて官能基を形成する方法、官能基を有するモノマーを共重合させ、必要に応じて加水分解などの処理を加えることによって導入する方法などが知られている(特許文献1〜3参照)。 Polymers containing a functional group and having a fluorinated alicyclic structure in the main chain are also known. As a method for introducing a functional group into a polymer having a fluorinated alicyclic structure in the main chain, polymerization may be used. A method using terminal groups of the obtained polymer, a method in which a polymer is treated at a high temperature to oxidatively decompose the side chain or terminal of the polymer to form a functional group, a monomer having a functional group is copolymerized, and if necessary In other words, a method of introducing by adding a treatment such as hydrolysis is known (see Patent Documents 1 to 3).
主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有するポリマーに官能基を導入する方法としては前述した方法があるが、ポリマーの末端基を処理することにより官能基を導入する方法では官能基濃度が低く、充分な官能基の特性が得られないという欠点がある。また官能基を有するモノマーを共重合させて導入する方法では、官能基濃度を高くするとガラス転移温度(Tg)の低下による機械特性の低下などの問題が生じる。 As a method for introducing a functional group into a polymer having a fluorinated aliphatic ring structure in the main chain, there is the method described above, but in the method of introducing a functional group by treating the terminal group of the polymer, the functional group concentration is low, There is a disadvantage that sufficient functional group characteristics cannot be obtained. Further, in the method of introducing a monomer having a functional group by copolymerization, if the functional group concentration is increased, problems such as a decrease in mechanical properties due to a decrease in glass transition temperature (Tg) occur.
本発明が解決しようとする課題は、官能基の濃度が高く充分な官能基の特性を得ることができ、かつ、Tgの低下をもたらさない含フッ素化合物、含フッ素ポリマー及びその製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a fluorine-containing compound, a fluorine-containing polymer, and a method for producing the same, which can obtain a sufficient functional group property with a high functional group concentration and do not cause a decrease in Tg. That is.
前述の課題を解決するために、本発明は、含フッ素脂肪族環に直接結合した官能基や官能基含有側鎖基を有する含フッ素ポリマーに関する下記の発明を提供する。
本発明は、下記式(1)で表される含フッ素ジエンを提供する。
CF2=CFCH2−CHQ−R2・・・(1)
ただし、式(1)中Qは(CH2)nC(CF3)2OR1(nは0または1であり、R1は水素、炭素数20以下のアルキル基、炭素数15以下のアルコキシカルボニル基またはCH2R3(R3は炭素数15以下のアルコキシカルボニル基)であり、R1を構成するアルキル基、アルコキシカルボニル基およびR3は、その水素原子の一部または全てがフッ素原子に置換されていてもよく、エーテル性酸素原子を有しても良い。R2は環状不飽和炭化水素基または少なくとも1つの水素原子が環状不飽和炭化水素に置換されたアルキル基を表す。R2において、環状不飽和炭化水素基中の炭素原子の一部はヘテロ原子やカルボニル基に置換されていてもよく、また環状不飽和炭化水素基中の水素原子の一部はフッ素原子、アルキル基、フルオロアルキル基に置換されていてもよい。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the following inventions relating to a fluorine-containing polymer having a functional group or a functional group-containing side chain group directly bonded to a fluorine-containing aliphatic ring.
The present invention provides a fluorinated diene represented by the following formula (1).
CF 2 = CFCH 2 -CHQ-R 2 ··· (1)
However, in formula (1), Q is (CH 2 ) n C (CF 3 ) 2 OR 1 (n is 0 or 1, R 1 is hydrogen, an alkyl group having 20 or less carbon atoms, or an alkoxy group having 15 or less carbon atoms. A carbonyl group or CH 2 R 3 (R 3 is an alkoxycarbonyl group having 15 or less carbon atoms), and an alkyl group, an alkoxycarbonyl group and R 3 constituting R 1 are fluorine atoms, part or all of the hydrogen atoms of which are R 2 represents a cyclic unsaturated hydrocarbon group or an alkyl group in which at least one hydrogen atom is substituted with a cyclic unsaturated hydrocarbon, and may have an etheric oxygen atom. 2 , some of the carbon atoms in the cyclic unsaturated hydrocarbon group may be substituted with hetero atoms or carbonyl groups, and some of the hydrogen atoms in the cyclic unsaturated hydrocarbon group may be fluorine atoms or alkyl groups. , Fluo It may be substituted by an alkyl group.
また、本発明は、上記式(1)で表される含フッ素ジエンが環化重合してなるモノマー単位を有する含フッ素ポリマーを提供する。 The present invention also provides a fluorine-containing polymer having a monomer unit formed by cyclopolymerization of the fluorine-containing diene represented by the above formula (1).
また、本発明は、上記式(1)で表される含フッ素ジエンを環化重合することを特徴とする含フッ素ポリマーの製造方法を提供する。 The present invention also provides a method for producing a fluorine-containing polymer, which comprises cyclopolymerizing the fluorine-containing diene represented by the above formula (1).
本発明によれば、主鎖に脂肪族環構造を有し、側鎖に官能基を有する含フッ素ポリマーを製造できる。本発明で得られる含フッ素ポリマーは主鎖に環構造を有し、高い化学安定性や耐熱性を備えている。しかも環側鎖に官能基が導入されているため、従来の含フッ素ポリマーでは達成困難であった、Tgの低下をおこさずに、充分な官能基特性の発現が可能である。本発明の含フッ素ポリマーは、例えばイオン交換樹脂、イオン交換膜、燃料電池、各種電池材料、フォトレジスト、光ファイバー、電子用部材、透明フィルム材、濃ビ用フィルム、接着剤、繊維材、耐候性塗料などに利用可能である。 According to the present invention, a fluoropolymer having an aliphatic ring structure in the main chain and a functional group in the side chain can be produced. The fluorine-containing polymer obtained by the present invention has a ring structure in the main chain, and has high chemical stability and heat resistance. In addition, since a functional group is introduced into the ring side chain, sufficient functional group characteristics can be expressed without lowering Tg, which has been difficult to achieve with conventional fluoropolymers. The fluorine-containing polymer of the present invention includes, for example, ion exchange resins, ion exchange membranes, fuel cells, various battery materials, photoresists, optical fibers, electronic members, transparent film materials, thick film films, adhesives, fiber materials, and weather resistance. It can be used for paints.
本発明によって環側鎖に官能基を有する含フッ素環化ポリマーを製造することが可能になった。
すなわち、本発明により、下記式(1)で表される含フッ素ジエン(以下、単に本発明の含フッ素ジエンという場合もある。)が環化重合してなるモノマー単位を有する含フッ素ポリマーを得ることができる。
The present invention makes it possible to produce a fluorinated cyclized polymer having a functional group in the ring side chain.
That is, according to the present invention, a fluorine-containing polymer having a monomer unit obtained by cyclopolymerization of a fluorine-containing diene represented by the following formula (1) (hereinafter sometimes simply referred to as the fluorine-containing diene of the present invention) is obtained. be able to.
CF2=CFCH2−CHQ−R2・・・(1)
ただし、式(1)中Qは(CH2)nC(CF3)2OR1(nは0または1であり、R1は水素、炭素数20以下のアルキル基、炭素数15以下のアルコキシカルボニル基またはCH2R3(R3は炭素数15以下のアルコキシカルボニル基)であり、R1を構成するアルキル基、アルコキシカルボニル基およびR3は、その水素原子の一部または全てがフッ素原子に置換されていてもよく、エーテル性酸素原子を有しても良い。R2は環状不飽和炭化水素基または少なくとも1つの水素原子が環状不飽和炭化水素に置換されたアルキル基を表す。R2において、環状不飽和炭化水素基中の炭素原子の一部はヘテロ原子やカルボニル基に置換されていてもよく、また環状不飽和炭化水素基中の水素原子の一部はフッ素原子、アルキル基、フルオロアルキル基に置換されていてもよい。
CF 2 = CFCH 2 -CHQ-R 2 ··· (1)
However, in formula (1), Q is (CH 2 ) n C (CF 3 ) 2 OR 1 (n is 0 or 1, R 1 is hydrogen, an alkyl group having 20 or less carbon atoms, or an alkoxy group having 15 or less carbon atoms. A carbonyl group or CH 2 R 3 (R 3 is an alkoxycarbonyl group having 15 or less carbon atoms), and an alkyl group, an alkoxycarbonyl group and R 3 constituting R 1 are fluorine atoms, part or all of the hydrogen atoms of which are R 2 represents a cyclic unsaturated hydrocarbon group or an alkyl group in which at least one hydrogen atom is substituted with a cyclic unsaturated hydrocarbon, and may have an etheric oxygen atom. 2 , some of the carbon atoms in the cyclic unsaturated hydrocarbon group may be substituted with hetero atoms or carbonyl groups, and some of the hydrogen atoms in the cyclic unsaturated hydrocarbon group may be fluorine atoms or alkyl groups. , Fluo It may be substituted by an alkyl group.
式(1)において、環状不飽和炭化水素基とは、環を構成する炭素原子のうち隣り合う炭素−炭素結合の少なくとも一つが不飽和結合である炭化水素基であり、単環式不飽和炭化水素、複環式不飽和炭化水素、一部水素添加した縮合多環式炭化水素、不飽和結合を有する橋かけ環式炭化水素、不飽和結合を有するスピロ炭化水素などが挙げられる。環を構成する炭素の数は4から6であることが好ましく、該炭素原子の一部がヘテロ原子やカルボニル基に置換されていても構わない。ヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子などが挙げられ、なかでも酸素原子が好ましい。不飽和結合は一つまたは二つであることが好ましく、特に一つの不飽和結合を有する環状不飽和炭化水素が好ましい。該環状不飽和炭化水素中の水素原子の一部はフッ素原子、アルキル基、フルオロアルキル基に置換されていてもよい。アルキル基としては、炭素数1から3のアルキル基が好ましく、特にメチル基が好ましい。フルオロアルキル基としても炭素数1から3が好ましく、トリフルオロメチル基が特に好ましい。具体的には、以下に示すようなシクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環基、4−シクロヘキシルシクロヘキセニル基等の複環基、ヒドロナフテニル基等の縮合環基、ノルボルネニル基等の複式環基、スピロ[3.4]オクテニル基等のスピロ環基等が含まれる。また、メチルシクロペンテニル基、トリフルオロメチルシクロペンテニル基、メチルシクロヘキセニル基、トリフルオロメチルヘキセニル基、ジヒドロフリル基、ジヒドロピラニル基、シクロヘキセノニル基、シクロペンテノニル基等も挙げられる。好ましくは、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基またはジヒドロフリル基である。 In the formula (1), the cyclic unsaturated hydrocarbon group is a hydrocarbon group in which at least one of adjacent carbon-carbon bonds among the carbon atoms constituting the ring is an unsaturated bond, and is a monocyclic unsaturated carbon group. Examples thereof include hydrogen, a polycyclic unsaturated hydrocarbon, a condensed polycyclic hydrocarbon partially hydrogenated, a bridged cyclic hydrocarbon having an unsaturated bond, and a spiro hydrocarbon having an unsaturated bond. The number of carbon atoms constituting the ring is preferably 4 to 6, and a part of the carbon atoms may be substituted with a hetero atom or a carbonyl group. Examples of the hetero atom include an oxygen atom, a sulfur atom, and a nitrogen atom, and among them, an oxygen atom is preferable. The number of unsaturated bonds is preferably one or two, and cyclic unsaturated hydrocarbons having one unsaturated bond are particularly preferable. A part of hydrogen atoms in the cyclic unsaturated hydrocarbon may be substituted with a fluorine atom, an alkyl group, or a fluoroalkyl group. As the alkyl group, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is preferable, and a methyl group is particularly preferable. The fluoroalkyl group also preferably has 1 to 3 carbon atoms, and particularly preferably a trifluoromethyl group. Specifically, a monocyclic group such as a cyclobutenyl group, a cyclopentenyl group, and a cyclohexenyl group as shown below, a multicyclic group such as a 4-cyclohexylcyclohexenyl group, a condensed ring group such as a hydronaphthenyl group, and a norbornenyl group Spiro ring groups such as a polycyclic group and a spiro [3.4] octenyl group are included. Moreover, a methylcyclopentenyl group, a trifluoromethylcyclopentenyl group, a methylcyclohexenyl group, a trifluoromethylhexenyl group, a dihydrofuryl group, a dihydropyranyl group, a cyclohexenonyl group, a cyclopentenonyl group, and the like can be given. Preferably, it is a cyclopentenyl group, a cyclohexenyl group, or a dihydrofuryl group.
少なくとも一つの水素原子が環状不飽和炭化水素に置換されたアルキル基を構成するアルキル基としては、一つの水素原子のみが環状不飽和炭化水素基に置換されていることが好ましい。また、該アルキル基としては、炭素数が1〜4のアルキル基が好ましく、特にメチル基が好ましい。水素原子の一つが環状不飽和炭化水素基に置換されたメチル基が最も好ましく、具体的にはシクロペンテニルメチル基、シクロヘキセニルメチル基など、上記具体例の環状不飽和炭化水素基が置換されたメチル基が挙げられる。炭素数1から4のアルキル基がメチル基でない場合は、そのアルキル基の1位の水素原子の一つが環状不飽和炭化水素に置換された炭素数2から4のアルキル基が好ましい。
R2が環状不飽和炭化水素基である場合、式(2)で示すように、不飽和結合を形成する炭素原子に隣接する炭素原子が式(1)の残りの部分と結合していることが好ましい。また、R2が少なくとも一つの水素原子が環状不飽和炭化水素基に置換されたアルキル基である場合は、式(3)で示すようにアルキル基がメチル基であり、かつ不飽和結合を形成する炭素原子がメチル基の炭素原子に結合していることが好ましい。
When R 2 is a cyclic unsaturated hydrocarbon group, the carbon atom adjacent to the carbon atom forming the unsaturated bond is bonded to the remaining part of formula (1) as shown in formula (2). Is preferred. When R 2 is an alkyl group in which at least one hydrogen atom is substituted with a cyclic unsaturated hydrocarbon group, the alkyl group is a methyl group and forms an unsaturated bond as shown in formula (3). The carbon atom to be bonded is preferably bonded to the carbon atom of the methyl group.
本発明の含フッ素ジエンの具体例としては、下記式で表されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
上記式中において、R1は水素原子、炭素数20以下のアルキル基、炭素数15以下のアルコキシカルボニル基またはCH2R3(R3は炭素数15以下のアルコキシカルボニル基)であり、前記アルキル基は炭素数15以下であることが好ましく、前記アルコキシカルボニル基は炭素数12以下であることが好ましい。R1を構成するアルキル基、アルコキシカルボニル基およびR3は、その水素原子の一部または全てがフッ素原子に置換されていてもよく、エーテル性酸素原子を有しても良い。具体例としてはメチル基、トリフルオロメチル基、−(t−C4H9)、−CH2OCH3、−CH2O−C2H5、−CH2OCH2CF3、−C(O)O(t−C4H9)、−CH2C(O)O(t−C4H9)、2−テトラヒドロピラニル基、−C(O)O(AdM)、−CH2C(O)O(AdM)、および下記に示すものが挙げられる。(ただし、AdMは2−メチルアダマンチル−2−イル基を表し、結合位置を明確にするため−OR1の形で表す。) In the above formula, R 1 is a hydrogen atom, an alkyl group having 20 or less carbon atoms, an alkoxycarbonyl group having 15 or less carbon atoms, or CH 2 R 3 (R 3 is an alkoxycarbonyl group having 15 or less carbon atoms), and the alkyl The group preferably has 15 or less carbon atoms, and the alkoxycarbonyl group preferably has 12 or less carbon atoms. The alkyl group, alkoxycarbonyl group, and R 3 constituting R 1 may have some or all of the hydrogen atoms substituted with fluorine atoms, or may have an etheric oxygen atom. Specific examples methyl group, a trifluoromethyl group, - (t-C 4 H 9), - CH 2 OCH 3, -CH 2 O-C 2 H 5, -CH 2 OCH 2 CF 3, -C (O ) O (t-C 4 H 9), - CH 2 C (O) O (t-C 4 H 9), 2- tetrahydropyranyl group, -C (O) O (adM ), - CH 2 C ( O) O (AdM) and those shown below. (However, AdM represents a 2-methyladamantyl-2-yl group, and is represented in the form of -OR 1 in order to clarify the bonding position.)
本発明の含フッ素ジエンは、入手が容易であること、およびTgが高く機械的特性に優れるポリマーを与えることから、下記式(4)または(5)で表されるものが好ましい。
上記式(4)または(5)において、Qは式(1)について上記した通りである。
The fluorine-containing diene of the present invention is preferably represented by the following formula (4) or (5) because it is easily available and gives a polymer having a high Tg and excellent mechanical properties.
In the above formula (4) or (5), Q is as described above for the formula (1).
本発明の含フッ素ポリマーは、上記した本発明の含フッ素ジエンを環化重合してなるモノマー単位を有する。
このモノマー単位の構造を、R2が環状不飽和炭化水素基であって式(2)で表される構造を有する場合、およびR2が少なくとも一つの水素原子が環状不飽和炭化水素基に置換されたアルキル基であって式(3)で表される構造を有する場合を例にとって説明する。前者(式(2))の場合、分光学的分析の結果等から、本発明の含フッ素ポリマーは、下記モノマー単位(a),(b)または(c)のうち、少なくとも1つを繰り返し単位とする構造を有していると考えられる。なお、この環化重合体の主鎖とは重合性不飽和結合を構成する4個の炭素原子から構成される炭素連鎖をいう。
The structure of this monomer unit is such that when R 2 is a cyclic unsaturated hydrocarbon group and has the structure represented by formula (2), and R 2 is substituted with at least one hydrogen atom by a cyclic unsaturated hydrocarbon group A case where the alkyl group is a group having a structure represented by the formula (3) will be described as an example. In the case of the former (formula (2)), from the result of spectroscopic analysis, etc., the fluoropolymer of the present invention has at least one of the following monomer units (a), (b) or (c) as a repeating unit. It is thought that it has the structure. The main chain of the cyclized polymer refers to a carbon chain composed of four carbon atoms that form a polymerizable unsaturated bond.
また、後者(式(3))の場合、分光学的分析の結果等から、本発明の含フッ素ポリマーは、下記モノマー単位(d),(e)または(f)のうち、少なくとも1つを繰り返し単位とする構造を有していると考えられる。なお、この環化重合体の主鎖とは重合性不飽和結合を構成する4個の炭素原子から構成される炭素連鎖をいう。
上記モノマー単位(a)〜(f)において、Qは式(1)について前記した通りである。 In the monomer units (a) to (f), Q is as described above for the formula (1).
本発明の含フッ素ポリマーにおいて、R1が水酸基である場合のように、OR1が酸性基である場合、該酸性基は、アルコール類やカルボン酸またはこれらの活性誘導体などのブロック化剤と反応させて、ブロック化されていてもよい。ここで活性誘導体としては、アルキルハライド、酸塩化物、酸無水物、クロル炭酸エステル類、ジアルキルジカーボネート(ジ−tert−ブチルジカーボネートなど)、3,4−ジヒドロ−2H−ピランなどが挙げられる。 In the fluorine-containing polymer of the present invention, when OR 1 is an acidic group, such as when R 1 is a hydroxyl group, the acidic group reacts with a blocking agent such as alcohols, carboxylic acids, or active derivatives thereof. And may be blocked. Here, examples of the active derivative include alkyl halides, acid chlorides, acid anhydrides, chlorocarbonates, dialkyl dicarbonates (such as di-tert-butyl dicarbonate), and 3,4-dihydro-2H-pyran. .
ブロック化酸性基としてのR1の具体例としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基、2−メトキシエトキシメチル基、COO(t−C4H9)、CH(CH3)OC2H5、2−テトラヒドロピラニル基の他、以下に示す基などが挙げられる。
また、下記のような炭素数20以上の巨大なブロック化酸性基も導入可能である。
ブロック化剤として有用な試薬の具体例は、A. J. PearsonおよびW. R. Roush編、Handbook of Reagents for Organic Sybthesis: Activating Agents and Protecting Groups, John Wiley & Sons (1999)に記載されている。 Specific examples of reagents useful as blocking agents are described in A. J. Pearson and W. R. Roush, edited by Handbook of Reagents for Organic Sybthesis: Activating Agents and Protecting Groups, John Wiley & Sons (1999).
本発明の含フッ素ポリマーにおいて、酸性基であるOR1のブロック化率(酸性基OR1の総数に対するブロック化されたOR1の割合)は10〜100モル%が好ましく、特に10〜50モル%が好ましい。 In the fluorine-containing polymer of the present invention, (the ratio of OR 1 which is blocked to the total number of acidic groups OR 1) block Karitsu of OR 1 is an acidic group is preferably 10 to 100 mol%, in particular 10 to 50 mol% Is preferred.
本発明の含フッ素ポリマーは、上記式(1)で表される含フッ素ジエンが環化重合してなるモノマー単位のうち、少なくとも1つを繰り返し単位として含むことが必須であるが、その特性を損なわない範囲でそれら以外のラジカル重合性モノマーに由来するモノマー単位を含んでもよい。この場合、他のモノマー単位の割合は50モル%以下が好ましく、特に30モル%以下が好ましい。 The fluorine-containing polymer of the present invention must contain at least one repeating unit among monomer units formed by cyclopolymerization of the fluorine-containing diene represented by the above formula (1). A monomer unit derived from a radically polymerizable monomer other than those may be included as long as it is not impaired. In this case, the proportion of other monomer units is preferably 50 mol% or less, particularly preferably 30 mol% or less.
例示しうる他のモノマーとして、エチレン、プロピレン、イソブチレン等のα−オレフィン類、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン等の含フッ素オレフィン類、パーフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソールなどの含フッ素環状モノマー類、パーフルオロ(ブテニルビニルエーテル)などの環化重合しうるパーフルオロジエン類やハイドロフルオロジエン類、アクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等のアクリルエステル類、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、アダマンチル酸ビニル等のビニルエステル類、エチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等のビニルエーテル類、シクロヘキセン、ノルボルネン、ノルボルナジエン等の環状オレフィン類等、無水マレイン酸、塩化ビニルなどに由来するモノマー単位が挙げられる。
また、補助的に、ブロック化された酸性基を有するモノマーも使用可能である。アクリル酸テトラヒドロピラニル等の(メタ)アクリル酸エステル類、tert−ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類、CH2=CHCH2C(CF3)2OCO2−t−C4H9、CH2=CHCH2C(CF3)2OCH(CH3)OC2H5等が挙げられる。
Examples of other monomers that can be exemplified include α-olefins such as ethylene, propylene, and isobutylene, fluorine-containing olefins such as tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene, and perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole). Fluorinated cyclic monomers, perfluorodienes and hydrofluorodienes that can undergo cyclopolymerization such as perfluoro (butenyl vinyl ether), acrylic esters such as methyl acrylate and ethyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl benzoate, Monomers derived from vinyl esters such as vinyl adamantylate, vinyl ethers such as ethyl vinyl ether and cyclohexyl vinyl ether, cyclic olefins such as cyclohexene, norbornene and norbornadiene, maleic anhydride, vinyl chloride, etc. Unit, and the like.
In addition, a monomer having a blocked acidic group can also be used. (Meth) acrylic acid esters such as tetrahydropyranyl acrylate, vinyl ethers such as tert-butyl vinyl ether, CH 2 ═CHCH 2 C (CF 3 ) 2 OCO 2 —tC 4 H 9 , CH 2 ═CHCH 2 C (CF 3) 2 OCH ( CH 3) OC 2 H 5 and the like.
なかでも以下のようなハイドロフルオロジエン類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類が好ましい。
CF2=CFCF2−C(CF3)(OH)−CH2CH=CH2
CF2=CFCF2−C(CF3)(OCH2OCH3)−CH2CH=CH2
CF2=CFCH2−CH(CH2C(CF3)2OH)−CH2CH=CH2
CF2=CFCH2−CH(CH2C(CF3)2OCH2OCH3)−CH2CH=CH2
CF2=CFCH2−CH(C(CF3)2OH)−CH2CH=CH2
CF2=CFCH2−CH(C(CF3)2OCH2OCH3)−CH2CH=CH2
CH2=CHC(O)OR
CH2=C(CH3)C(O)OR
CH2=CFC(O)OR
CH2=C(CF3)C(O)OR
Of these, the following hydrofluorodienes, acrylic esters and methacrylic esters are preferred.
CF 2 = CFCF 2 -C (CF 3) (OH) -CH 2 CH = CH 2
CF 2 = CFCF 2 -C (CF 3) (OCH 2 OCH 3) -CH 2 CH = CH 2
CF 2 = CFCH 2 -CH (CH 2 C (CF 3) 2 OH) -CH 2 CH = CH 2
CF 2 = CFCH 2 -CH (CH 2 C (CF 3) 2 OCH 2 OCH 3) -CH 2 CH = CH 2
CF 2 = CFCH 2 -CH (C (CF 3) 2 OH) -CH 2 CH = CH 2
CF 2 = CFCH 2 -CH (C (CF 3) 2 OCH 2 OCH 3) -CH 2 CH = CH 2
CH 2 = CHC (O) OR
CH 2 = C (CH 3 ) C (O) OR
CH 2 = CFC (O) OR
CH 2 = C (CF 3 ) C (O) OR
なお、上式中、OR基の具体例としては以下の基が挙げられる。
OC(CH3)3、OCH(CF3)2
OC (CH 3 ) 3 , OCH (CF 3 ) 2
本発明の含フッ素ポリマーの分子量は、用途に応じて適宜選択される。例えば、フォトレジスト材料として使用する場合、有機溶媒に均一に溶解することができ、かつ基材に均一に塗布できることが必要であるため、通常はポリスチレン換算数平均分子量は1,000〜10万が適当であり、好ましくは2,000〜2万である。数平均分子量が1,000未満であると、得られるレジストパターンが不良になったり、現像後の残膜率の低下、パターン熱処理時の形状安定性が低下したりする不具合を生じやすい。また数平均分子量が10万を超えると組成物の塗布性が不良となったり、現像性が低下したりする場合がある。 The molecular weight of the fluoropolymer of the present invention is appropriately selected according to the application. For example, when used as a photoresist material, since it is necessary to be able to be uniformly dissolved in an organic solvent and to be uniformly applied to a substrate, the number average molecular weight in terms of polystyrene is usually 1,000 to 100,000. Appropriate, preferably 2,000 to 20,000. If the number average molecular weight is less than 1,000, the resulting resist pattern tends to be defective, the remaining film ratio after development is lowered, and the shape stability during pattern heat treatment is liable to occur. On the other hand, if the number average molecular weight exceeds 100,000, the coating property of the composition may be poor or the developability may be deteriorated.
本発明の含フッ素ポリマーは、本発明の含フッ素ジエンを重合開始源の下で環化重合させることにより得られる。本明細書において、環化重合と言った場合、1種類の本発明の含フッ素ジエンを環化重合させて単独重合体を得ること以外に、2種以上の含フッ素ジエンを環化重合させ、かつ共重合させて共重合体を得ること、および本発明の含フッ素ジエンを環化重合させつつ、上記した他のモノマーと共重合させて他のモノマー単位を繰り返し単位として有する共重合体を得ることを含む。 The fluorine-containing polymer of the present invention can be obtained by cyclopolymerizing the fluorine-containing diene of the present invention under a polymerization initiation source. In this specification, when it says cyclopolymerization, in addition to cyclopolymerizing one kind of fluorine-containing diene of the present invention to obtain a homopolymer, two or more fluorine-containing dienes are cyclopolymerized, In addition, a copolymer is obtained by copolymerization, and a copolymer having another monomer unit as a repeating unit is obtained by copolymerization with the above-mentioned other monomer while cyclopolymerizing the fluorinated diene of the present invention. Including that.
重合開始源としては、重合反応をラジカル的に進行させるものであればなんら限定されないが、例えばラジカル発生剤、光、電離放射線などが挙げられる。特にラジカル発生剤が好ましく、過酸化物、アゾ化合物、過硫酸塩などが例示される。なかでも以下に示す過酸化物が好ましい。
C6H5−C(O)O−OC(O)−C6H5
C6F5−C(O)O−OC(O)−C6F5
C3F7−C(O)O−OC(O)−C3F7
(CH3)3C−C(O)O−OC(O)−C(CH3)3
(CH3)2CH−C(O)O−OC(O)−CH(CH3)2
(CH3)3C−C6H10−C(O)O−OC(O)−C6H10−C(CH3)3
(CH3)3C−O−C(O)O−OC(O)−O−C(CH3)3
(CH3)2CH−O−C(O)O−OC(O)−O−CH(CH3)2
(CH3)3C−C6H10−O−C(O)O−OC(O)−O−C6H10−C(CH3)3
但し、−C6H5はフェニル基、−C6F5はヘプタフルオロフェニル基、−C6H10はシクロへキシレン基を表す。
The polymerization initiation source is not particularly limited as long as the polymerization reaction proceeds radically, and examples thereof include a radical generator, light, and ionizing radiation. In particular, radical generators are preferable, and peroxides, azo compounds, persulfates and the like are exemplified. Of these, the following peroxides are preferred.
C 6 H 5 -C (O) O-OC (O) -C 6 H 5
C 6 F 5 -C (O) O-OC (O) -C 6 F 5
C 3 F 7 -C (O) O-OC (O) -C 3 F 7
(CH 3 ) 3 C—C (O) O—OC (O) —C (CH 3 ) 3
(CH 3) 2 CH-C (O) O-OC (O) -CH (CH 3) 2
(CH 3) 3 C-C 6 H 10 -C (O) O-OC (O) -C 6 H 10 -C (CH 3) 3
(CH 3 ) 3 C—O—C (O) O—OC (O) —O—C (CH 3 ) 3
(CH 3 ) 2 CH—O—C (O) O—OC (O) —O—CH (CH 3 ) 2
(CH 3 ) 3 C—C 6 H 10 —O—C (O) O—OC (O) —O—C 6 H 10 —C (CH 3 ) 3
However, -C 6 H 5 represents a phenyl group, -C 6 F 5 is heptafluoro phenyl group, -C 6 H 10 is cyclohexylene.
重合の方法もまた特に限定されるものではなく、モノマーをそのまま重合に供するいわゆるバルク重合、モノマーを溶解するフッ化炭化水素、塩化炭化水素、フッ化塩化炭化水素、アルコール、炭化水素、その他の有機溶剤中で行う溶液重合、水性媒体中で適当な有機溶剤存在下あるいは非存在下に行う懸濁重合、水性媒体に乳化剤を添加して行う乳化重合などが例示される。 The polymerization method is not particularly limited, so-called bulk polymerization in which the monomer is directly subjected to polymerization, fluorinated hydrocarbon, chlorinated hydrocarbon, fluorinated chlorinated hydrocarbon, alcohol, hydrocarbon, and other organic materials that dissolve the monomer. Examples include solution polymerization performed in a solvent, suspension polymerization performed in the presence or absence of a suitable organic solvent in an aqueous medium, and emulsion polymerization performed by adding an emulsifier to an aqueous medium.
重合の際に溶媒とする有機溶剤は1種類とは限らず、複数種類の有機溶剤による混合溶媒としても良い。具体的には、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、t−ブタノール等の炭化水素系アルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等の炭化水素系ケトン類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチルt−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等の炭化水素系エーテル類、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等の環状脂肪族炭化水素系エーテル類、アセトニトリル等のニトリル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸t−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の炭化水素系エステル類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等の塩化炭化水素類、R−113、R−113a、R−141b、R−225ca、R−225cb等のフッ化塩化炭化水素類、1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−トリデカフロロヘキサン、1,1,1,2,2,3,3,4,4−ノナフロロヘキサンなどのフッ化炭化水素類、メチル2,2,3,3−テトラフロロエチルエーテル等のフッ化炭化水素系エーテル類、2,2,2−トリフロロエタノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフロロイソプロパノール、2,2,3,3−テトラフロロプロパノール、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフロロペンタノール等のフッ化炭化水素系アルコール類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The organic solvent used as a solvent in the polymerization is not limited to one type, and may be a mixed solvent of a plurality of types of organic solvents. Specifically, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, and heptane, hydrocarbon alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and t-butanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, and the like. Hydrocarbon ketones, hydrocarbon ethers such as dimethyl ether, diethyl ether, methyl ethyl ether, methyl t-butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, and cyclic aliphatic hydrocarbons such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane Ethers, nitriles such as acetonitrile, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, t-butyl acetate, methyl propionate, propionic acid Hydrocarbon esters such as chill, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride, R-113, R-113a, R-141b, R-225ca , Fluorochlorinated hydrocarbons such as R-225cb, 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-tridecafluorohexane, 1,1,1, Fluorinated hydrocarbons such as 2,2,3,3,4,4-nonafluorohexane, fluorinated hydrocarbon ethers such as methyl 2,2,3,3-tetrafluoroethyl ether, 2,2, 2-trifluoroethanol, 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, 2,2,3,3-tetrafluoropropanol, 2,2,3,3,4,4,5,5- Fluorohydrocarbons such as octafluoropentanol Alcohols such including but not limited to.
重合を行う温度や圧力も特に限定されるものではないが、モノマーの沸点、所用加熱源、重合熱の除去などの諸因子を考慮して適宜設定することが望ましい。例えば、0℃〜200℃の間で好適な温度の設定をおこなうことができ、室温〜100℃程度ならば実用的にも好適な温度設定をおこなうことができる。また重合圧力としては減圧下でも加圧下でも良く、実用的には常圧〜100気圧程度、さらには常圧〜10気圧程度でも好適な重合を実施できる。 The temperature and pressure at which the polymerization is carried out are not particularly limited, but are preferably set appropriately in consideration of various factors such as the boiling point of the monomer, the required heating source and the removal of the polymerization heat. For example, a suitable temperature can be set between 0 ° C. and 200 ° C., and a practically suitable temperature can be set if it is about room temperature to 100 ° C. The polymerization pressure may be reduced or increased. Practically, suitable polymerization can be carried out at atmospheric pressure to about 100 atm, and even at atmospheric pressure to about 10 atm.
上記したように、本発明の含フッ素ポリマーにおいて、酸性基であるOR1基はブロック化されていてもよい。このような酸性基であるOR1基がブロック化された含フッ素ポリマーを得るには、OR1基がブロック化されていない含フッ素ジエンを環化重合させて、含フッ素ポリマーを製造した後、その含フッ素ポリマー中のOR1基をブロック化剤でブロック化してもよく、または予めブロック化剤を用いてOR1基がブロック化された含フッ素ジエンを環化重合させて、OR1基がブロック化された含フッ素ポリマーを得てもよい。 As described above, in the fluorine-containing polymer of the present invention, the OR 1 group that is an acidic group may be blocked. In order to obtain a fluorine-containing polymer in which the OR 1 group which is an acidic group is blocked, a fluorine-containing diene in which the OR 1 group is not blocked is cyclopolymerized to produce a fluorine-containing polymer. The OR 1 group in the fluorine-containing polymer may be blocked with a blocking agent, or the fluorine-containing diene in which the OR 1 group is blocked with a blocking agent in advance is subjected to cyclopolymerization so that the OR 1 group is A blocked fluorine-containing polymer may be obtained.
次に、本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。下記例に用いられた略称は以下のとおりである。
THF;テトラヒドロフラン、BPO;ベンゾイルパーオキシド、PFBPO;パーフルオロベンゾイルパーオキシド、PFB;パーフルオロブチリルパーオキシド、PSt;ポリスチレン、R225;ジクロロペンタフルオロプロパン(溶媒)。
Next, although the Example of this invention is described concretely, this invention is not limited to these. Abbreviations used in the following examples are as follows.
THF; tetrahydrofuran, BPO; benzoyl peroxide, PFBPO; perfluorobenzoyl peroxide, PFB; perfluorobutyryl peroxide, PSt; polystyrene, R225; dichloropentafluoropropane (solvent).
(実施例1)
1,1,2,6,6,6,−ヘキサフルオロ−4−(2−シクロペンテニル−1−イル)−5−トリフルオロメチル−5−ヒドロキシヘキセン(6)の合成
5Lのガラス反応器に上記で合成したCF2ClCFClCH2CHI(C(CF3) 2OH)の344gと脱水THFの1.7Lを入れ、−70℃に冷却した。そこに1−ブロモ−2−シクロペンテンとマグネシウムから調製した2-シクロペンテニルマグネシウムブロミドの2M THF溶液1.8Lを窒素雰囲気下で約5.5時間かけて滴下した。
0℃まで昇温し、16時間攪拌した後、飽和塩化アンモニウム水溶液1.6Lを添加して室温まで昇温した。反応液を分液し、有機層をエバポレーターで濃縮し、次いで減圧蒸留して240gの化合物X(1,2−ジクロロ−1,1,2,6,6,6−ヘキサフルオロ−4−(2−シクロペンテニル−1−イル)−5−トリフルオロメチル−5−ヒドロキシヘキサン)を得た。
Synthesis of 1,1,2,6,6,6, -hexafluoro-4- (2-cyclopentenyl-1-yl) -5-trifluoromethyl-5-hydroxyhexene (6)
In a 5 L glass reactor, 344 g of CF 2 ClCFClCH 2 CHI (C (CF 3 ) 2 OH) synthesized above and 1.7 L of dehydrated THF were placed and cooled to −70 ° C. Thereto, 1.8 L of a 2M THF solution of 2-cyclopentenylmagnesium bromide prepared from 1-bromo-2-cyclopentene and magnesium was added dropwise over about 5.5 hours under a nitrogen atmosphere.
After heating up to 0 degreeC and stirring for 16 hours, 1.6 L of saturated ammonium chloride aqueous solution was added and it heated up to room temperature. The reaction solution was separated, the organic layer was concentrated with an evaporator, and then distilled under reduced pressure to give 240 g of compound X (1,2-dichloro-1,1,2,6,6,6-hexafluoro-4- (2 -Cyclopentenyl-1-yl) -5-trifluoromethyl-5-hydroxyhexane).
NMRスペクトル
19F−NMR(376.2MHz、溶媒:CDCl3、基準:CFCl3)
δ(ppm):
−73.6(m,6F),−104.1(m,1F),−123.1(m,1F),−175.4(m,1F)。
NMR spectrum
19 F-NMR (376.2 MHz, solvent: CDCl 3 , standard: CFCl 3 )
δ (ppm):
-73.6 (m, 6F), -104.1 (m, 1F), -123.1 (m, 1F), -175.4 (m, 1F).
(実施例2)
1,1,2,6,6,6,−ヘキサフルオロ−4−(2−シクロヘキセニル−1−イル)−5−トリフルオロメチル−5−ヒドロキシヘキセン(7)の合成
Synthesis of 1,1,2,6,6,6-hexafluoro-4- (2-cyclohexenyl-1-yl) -5-trifluoromethyl-5-hydroxyhexene (7)
(実施例3)
1,1,2,6,6,6,−ヘキサフルオロ−4−(1−シクロペンテニルメチル)−5−トリフルオロメチル−5−ヒドロキシヘキセン(8)
1,1,2,6,6,6, -hexafluoro-4- (1-cyclopentenylmethyl) -5-trifluoromethyl-5-hydroxyhexene (8)
(実施例4)
1,1,2,6,6,6,−ヘキサフルオロ−4−(2−シクロペンテニル−4−オキソ−1−イル)−5−トリフルオロメチル−5−ヒドロキシヘキセン(9)
1,1,2,6,6,6, -hexafluoro-4- (2-cyclopentenyl-4-oxo-1-yl) -5-trifluoromethyl-5-hydroxyhexene (9)
(実施例5)
1,1,2,6,6,6,−ヘキサフルオロ−4−(2−シクロペンテニル−4−トリフルオロメチル−1−イル)−5−トリフルオロメチル−5−ヒドロキシヘキセン(10)
1,1,2,6,6,6, -hexafluoro-4- (2-cyclopentenyl-4-trifluoromethyl-1-yl) -5-trifluoromethyl-5-hydroxyhexene (10)
(実施例6)
実施例1で得た含フッ素ジエン化合物(6)の4g、および酢酸エチルの2.2gを内容積30mLのガラス製耐圧反応器に仕込んだ。次に、重合開始剤としてPFBの3wt%R225溶液6.23gを添加した。系内を凍結脱気した後、封管し、恒温振とう槽内(20℃)で41時間重合させた。重合後、反応溶液をヘキサン中に滴下して、ポリマーを再沈させた後、90℃で21時間真空乾燥を実施した。その結果、下記式で表される主鎖に含フッ素環構造を有する非結晶性ポリマー1.33gを得た。THFを溶媒として用いてGPCにより測定したPSt換算分子量は、数平均分子量(Mn)10600、重量平均分子量(Mw)21300、Mw/Mn=2.01であり、室温で白色粉末状のポリマーであった。得られたポリマーはアセトン、THF、メタノール、R225には可溶であった。
4 g of the fluorine-containing diene compound (6) obtained in Example 1 and 2.2 g of ethyl acetate were charged into a glass pressure-resistant reactor having an internal volume of 30 mL. Next, 6.23 g of a 3 wt% R225 solution of PFB was added as a polymerization initiator. After the system was frozen and degassed, it was sealed and polymerized in a constant temperature shaking tank (20 ° C.) for 41 hours. After the polymerization, the reaction solution was dropped into hexane to reprecipitate the polymer, followed by vacuum drying at 90 ° C. for 21 hours. As a result, 1.33 g of an amorphous polymer having a fluorine-containing ring structure in the main chain represented by the following formula was obtained. The PSt equivalent molecular weight measured by GPC using THF as a solvent is a number average molecular weight (Mn) 10600, a weight average molecular weight (Mw) 21300, and Mw / Mn = 2.01. It was. The obtained polymer was soluble in acetone, THF, methanol, and R225.
Claims (3)
CF2=CFCH2−CHQ−R2・・・(1)
(ただし、式(1)中Qは(CH2)nC(CF3)2OR1(nは0または1であり、R1は水素、炭素数20以下のアルキル基、炭素数15以下のアルコキシカルボニル基またはCH2R3(R3は炭素数15以下のアルコキシカルボニル基)であり、R1を構成するアルキル基、アルコキシカルボニル基およびR3は、その水素原子の一部または全てがフッ素原子に置換されていてもよく、エーテル性酸素原子を有しても良い。R2は環状不飽和炭化水素基または少なくとも1つの水素原子が環状不飽和炭化水素に置換されたアルキル基を表す。R2において、環状不飽和炭化水素基中の炭素原子の一部はヘテロ原子やカルボニル基に置換されていてもよく、また環状不飽和炭化水素基中の水素原子の一部はフッ素原子、アルキル基、フルオロアルキル基に置換されていてもよい。) A fluorine-containing diene represented by the formula (1).
CF 2 = CFCH 2 -CHQ-R 2 ··· (1)
(In the formula (1), Q is (CH 2 ) n C (CF 3 ) 2 OR 1 (n is 0 or 1, R 1 is hydrogen, an alkyl group having 20 or less carbon atoms, or 15 or less carbon atoms) An alkoxycarbonyl group or CH 2 R 3 (R 3 is an alkoxycarbonyl group having 15 or less carbon atoms), and an alkyl group, an alkoxycarbonyl group, and R 3 constituting R 1 are fluorine atoms in which some or all of the hydrogen atoms are fluorine. R 2 represents a cyclic unsaturated hydrocarbon group or an alkyl group in which at least one hydrogen atom is substituted with a cyclic unsaturated hydrocarbon. In R 2 , some of the carbon atoms in the cyclic unsaturated hydrocarbon group may be substituted with hetero atoms or carbonyl groups, and some of the hydrogen atoms in the cyclic unsaturated hydrocarbon group may be fluorine atoms, alkyls Group, full Roarukiru may be substituted in the group.)
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