JP2008195929A - 新規な含フッ素ポリマーおよび含フッ素ポリマーの製造方法 - Google Patents

新規な含フッ素ポリマーおよび含フッ素ポリマーの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】副生物の生成を少なくし、高分子量かつ溶媒易溶性のポリマーを簡便に得ることができ、かつフッ素含有率や主鎖の構造を広い範囲で調整可能な含フッ素ポリマーの製造方法を提供する。
【解決手段】酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物と、−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物を付加重合させる含フッ素ポリマーの製造方法、及び一般式(i)で表される繰り返し単位を有する含フッ素ポリマー。
Figure 2008195929

式中、Rfはペルフルオロアルキレン基を示し、RfおよびRfはそれぞれ独立にフッ素原子、ペルフルオロアルキル基、またはペルフルオロアルコキシ基を示し、Rf、Rf、Rfはそれぞれ結合して環を形成してもよく、Xは酸素原子または硫黄原子を示し、Lは2価の有機基を示す。
【選択図】なし

Description

本発明は、含フッ素ポリマーの製造方法および新規な含フッ素ポリマーに関する。
含フッ素ポリマーは、耐候性、耐熱性、薬品耐性、低屈折率性、低誘電率性、撥水・撥油性、潤滑性等、様々な特性が期待できる。これらの特性はフッ素原子に由来しており、一般にポリマー中のフッ素含有量が多くなるほど上記特性の向上が期待できる。しかしながら、脂肪族系含フッ素ポリマーにおいては、フッ素含有量が多くなるに従って一般の有機溶剤に対する溶解性が低下して取扱い性が悪化したり、また、分子間力が低下して他の基材との密着性が悪化する等、弊害も多くなる。そこで、フッ素含有率や主鎖の構造を任意に調整して所望の特性を獲得すべく、より汎用性の高いフッ素ポリマーの製造方法の開発が望まれている。
フッ素含有率調整可能な脂肪族系含フッ素ポリマーの製造方法としては、例えば、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペルフルオロビニルエーテル等の含フッ素オレフィンとビニルエーテルとの交互共重合や含フッ素アクリレートの単独重合が考えられる。しかし、これらの場合、主鎖の構造による物性調整は難しい。一方、アルカリ存在下、含フッ素末端ジエンと含フッ素ジオールとの付加反応により含フッ素エーテル系ポリマーを合成する例が知られている(例えば、特許文献1参照)。この手法では含フッ素ジエンや含フッ素ジオールさえ入手できれば、原理的にはフッ素含有率や主鎖の構造を比較的広い範囲で調整可能と考えられるが、任意の含フッ素末端ジエンを合成することは必ずしも容易ではない。また、副生物の生成を少なくし、高分子量かつ溶媒易溶性の重付加ポリマーを得るためには、素反応の付加反応が定量的に進行する必要があるが、塩基性条件下におけるペルフルオロ末端オレフィンとアルコールとの付加反応は、フッ化水素(HF)の脱離を伴うため、必ずしもきれいな反応ではない(例えば、非特許文献1参照)。したがって、副生物の生成を少なくし、含フッ素末端ジエンと含フッ素ジオールとの付加反応により高分子量かつ溶媒易溶性のポリマーを簡便に得ることができ、さらにフッ素含有率や主鎖の構造を広い範囲で調整するためには、含フッ素末端オレフィンの構造や反応条件のさらなる改良が必要である。
米国特許3,391,118号明細書 Journal of Fluorine Chemistry,26,457−465(1984)
本発明の目的は、副生物の生成を少なくし、高分子量でかつ溶媒易溶性のポリマーを効率よく得ることができ、かつフッ素含有率や主鎖の構造を広い範囲で調整可能な含フッ素ポリマーの製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、新規な含フッ素ポリマーを提供することにある。
本発明者は、前記目的を達成すべく鋭意検討した結果、以下の方法により本発明を完成するに至った。すなわち、本出願によれば、以下の発明が提供される。
(1)酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物と、−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物を付加重合させることを特徴とする含フッ素ポリマーの製造方法。
(2)酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物が下記一般式(I)で表される化合物であることを特徴とする、(1)項記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
Figure 2008195929
式中、Rfはペルフルオロアルキレン基を示し、RfおよびRfはそれぞれ独立にフッ素原子、ペルフルオロアルキル基、またはペルフルオロアルコキシ基を示し、Rf,Rf,Rfはそれぞれ結合して環を形成してもよい。
(3)一般式(I)で表される化合物が下記一般式(II)で表される化合物であることを特徴とする、(2)項記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
Figure 2008195929
式中、Rfは4価のペルフルオロ連結基を示す。
(4)一般式(II)で表される化合物が下記化合物(III)であることを特徴とする、(3)項記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
Figure 2008195929
(5)−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物が下記一般式(IV)、(V)または(VI)で表される化合物であることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれか1項に記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
Figure 2008195929
式中、Rfはn価のペルフルオロアルキレン基を示し、Arはn価のアリーレン基を示し、nは2〜6の整数を示し、Rは2価のアルキレン基、アリーレン基またはアラルキレン基を示す。
(6)下記一般式(i)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする含フッ素ポリマー。
Figure 2008195929
式中、Rfはペルフルオロアルキレン基を示し、RfおよびRfはそれぞれ独立にフッ素原子、ペルフルオロアルキル基、またはペルフルオロアルコキシ基を示し、Rf、Rf、Rfはそれぞれ結合して環を形成してもよく、Xは酸素原子または硫黄原子を示し、Lは2価の有機基を示す。
(7)一般式(i)で表される繰り返し単位が下記一般式(ii)で表される繰り返し単位であることを特徴とする、(6)項に記載の含フッ素ポリマー。
Figure 2008195929
式中、Rfは4価のペルフルオロ連結基を示し、Xは酸素原子または硫黄原子を示し、Lは2価の有機基を示す。
(8)一般式(ii)で表される繰り返し単位が下記一般式(iii)で表される繰り返し単位であることを特徴とする、(7)項に記載の含フッ素ポリマー。
Figure 2008195929
式中、Xは酸素原子または硫黄原子を示し、Lは2価の有機基を示す。
(9)Lが下記一般式(iv)または(v)で表される2価の有機基であり、かつXが酸素原子であることを特徴とする、(6)〜(8)のいずれか1項に記載の含フッ素ポリマー。
Figure 2008195929
式中、Rf’は2価のペルフルオロアルキレン基を示し、Ar’は2価のアリーレン基を示す。
(10)Lが下記一般式(vi)で表される2価の有機基であり、かつXが硫黄原子であることを特徴とする、(6)〜(8)のいずれか1項に記載の含フッ素ポリマー。
Figure 2008195929
式中、Rは2価のアルキレン基、アリーレン基またはアラルキレン基を示す。
本発明によれば、副生物の生成を少なくし、付加重合により高分子量かつ溶媒易溶性の含フッ素ポリマーを効率よく簡便に得ることができる。また、フッ素含有率や主鎖の構造を広い範囲で調整可能であり、用途に応じて、所定の耐候性、耐熱性、薬品耐性、低屈折率性、低誘電率性、撥水・撥油性、潤滑性等、フッ素特有の諸性能を有するポリマーを容易に製造することができる。
本発明の含フッ素ポリマーの製造は、酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物と、−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物を付加重合させることにより達成することができる。
酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物の好ましい態様は下記一般式(I)で表されるものである。
Figure 2008195929
式中、Rfはペルフルオロアルキレン基を示し、RfおよびRfはそれぞれ独立にフッ素原子、ペルフルオロアルキル基、またはペルフルオロアルコキシ基を示し、Rf,Rf,Rfはそれぞれ結合して環を形成してもよい。
Rfで表されるペルフルオロアルキレン基は、好ましくは炭素数1〜30のペルフルオロアルキレン基であり、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、また、ペルフルオロアルキレン基中にエーテル結合を有していてもよい。さらに好ましい炭素数としては1〜20であり、より好ましくは2〜10である。
RfおよびRfで示されるペルフルオロアルキル基は、好ましくは炭素数1〜30のペルフルオロアルキル基であり、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、また、ペルフルオロアルキル基中にエーテル結合を有していてもよい。さらに好ましい炭素数としては1〜20であり、より好ましくは1〜10である。
RfおよびRfで示されるペルフルオロアルコキシ基は、好ましくは炭素数1〜30のペルフルオロアルコキシ基であり、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、また、ペルフルオロアルコキシ基中にエーテル結合を有していてもよい。さらに好ましい炭素数としては1〜20であり、より好ましくは1〜10である。
一般式(I)において、好ましくはRfおよびRfがともにフッ素原子またはペルフルオロアルコキシ基であり、RfおよびRfがともにペルフルオロアルコキシ基の場合、下記一般式(II)で表される化合物がより好ましい。
Figure 2008195929
式中、Rfは4価のペルフルオロ連結基を示す。Rfで示される4価のペルフルオロ連結基は、好ましくは炭素数1〜30のペルフルオロアルキレン基であり、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、また、ペルフルオロ連結基中にエーテル結合を有していてもよい。さらに好ましい炭素数としては4〜20であり、より好ましくは5〜10である。
以下に一般式(I)または一般式(II)で表される化合物の具体的例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
Figure 2008195929
Figure 2008195929
Figure 2008195929
Figure 2008195929
本発明の含フッ素ポリマーの製造方法で用いられる−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物は、好ましくは分子内に2つ以上の水酸基を有するポリオール類または分子内に2つ以上のメルカプト基を有するポリチオール類であり、より好ましくは下記一般式(IV)、(V)または(VI)で表されるものである。
Figure 2008195929
式中、Rfはn価のペルフルオロアルキレン基を示し、Arはn価のアリーレン基を示し、nは2〜6の整数を示し、Rは2価のアルキレン基、アリーレン基またはアラルキレン基を示す。
Rfで示されるn価のペルフルオロアルキレン基は、好ましくは炭素数1〜30のペルフルオロアルキレン基であり、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、また、ペルフルオロアルキレン基中にエーテル結合を有していてもよい。好ましい炭素数としては1〜20であり、より好ましくは2〜10である。
Arで示されるn価のアリーレン基は、好ましくは炭素数6〜30の置換または無置換のアリーレン基である。さらに好ましい炭素数としては6〜20であり、より好ましくは6〜10である。
アリーレン基の置換基としては、例えば以下の置換基が挙げられる。ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、炭素数20以下のアルキル基(例えば、メチル、エチル)、炭素数30以下のアリール基(例えば、フェニル、ナフチル)、シアノ基、カルボキシル基、炭素数20以下のアルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル)、炭素数30以下のアリールオキシカルボニル基(例えば、フェノキシカルボニル)、カルバモイル基(例えば、カルバモイル、N−フェニルカルバモイル、N,N−ジメチルカルバモイル)、炭素数20以下のアルキルカルボニル基(例えば、アセチル)、炭素数30以下のアリールカルボニル基(例えば、ベンゾイル)、ニトロ基、アミノ基(例えば、アミノ、ジメチルアミノ、アニリノ)、炭素数20以下のアシルアミノ基(例えば、アセトアミド、エトキシカルボニルアミノ)、スルホンアミド基(例えば、メタンスルホンアミド)、イミド基(例えば、スクシンイミド、フタルイミド)、イミノ基(例えば、ベンジリデンアミノ)、
ヒドロキシ基、炭素数20以下のアルコキシ基(例えば、メトキシ)、炭素数30以下のアリールオキシ基(例えば、フェノキシ)、炭素数20以下のアシルオキシ基(例えば、アセトキシ)、炭素数20以下のアルキルスルホニルオキシ基(例えばメタンスルホニルオキシ)、炭素数30以下のアリールスルホニルオキシ基(例えばベンゼンスルホニルオキシ)、スルホ基、スルファモイル基(例えばスルファモイル、N−フェニルスルファモイル)、炭素数20以下のアルキルチオ基(例えばメチルチオ)、炭素数30以下のアリールチオ基(例えばフェニルチオ)、炭素数20以下のアルキルスルホニル基(例えばメタンスルホニル)、炭素数30以下のアリールスルホニル基(例えばベンゼンスルホニル)、ヘテロ環基等。これらの置換基は更に置換されていても良く、置換基が複数ある場合は、同じでも異なっても良い。また置換基同士で結合して環を形成しても良い。
nは好ましくは2または3であり、より好ましくは2である。
で表される2価のアルキレン基、アリーレン基またはアラルキレン基中にエーテル結合、チオエーテル結合またはスルホニル基等の2価の連結基を含んでいてもよい。
で表される2価のアルキレン基は、好ましくは炭素数1〜30の置換または無置換のアルキレン基であり、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。好ましい炭素数としては1〜20であり、より好ましくは1〜10である。
で示される2価のアリーレン基は、好ましくは炭素数6〜30の置換または無置換のアリーレン基である。さらに好ましい炭素数としては6〜20であり、より好ましくは6〜10である。
で表される2価のアラルキレン基は、好ましくは炭素数7〜30の置換または無置換のアラルキレン基であり、好ましい炭素数としては7〜20であり、より好ましくは7〜10である。
で表される2価のアルキレン基、アリーレン基またはアラルキレン基の置換基としては、Arで表されるアリーレン基の置換基の例と同様のものが挙げられる。
以下に−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物の具体的例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
Figure 2008195929
Figure 2008195929
Figure 2008195929
Figure 2008195929
Figure 2008195929
Figure 2008195929
Figure 2008195929
本発明の含フッ素ポリマーの製造方法により、副生物の生成を少なくし、高分子量でかつ溶媒易溶性の含フッ素ポリマーを効率よく製造することができる。
本発明の含フッ素ポリマーは、繰り返し単位として下記一般式(i)で表されるものを有するものであり、好ましくは下記一般式(ii)で表される繰り返し単位を有するものであり、下記一般式(iii)で表される繰り返し単位を有するものがより好ましい。
本発明の含フッ素ポリマーは、好ましくは、上記の酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物と、−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を表す)で表される基を2つ以上有する化合物を付加重合させる方法(上記(1)項に記載の方法、好ましくは上記(2)〜(4)項のいずれか1項に記載の方法)により得られるものである。
Figure 2008195929
式中、Rf、Rf、RfおよびRfは上記のものと同義であり、その具体例は上記の一般式(I)および(II)で表される化合物の具体的例として示された化合物のRf、Rf、RfおよびRfに相当する部分の基と同様である。Xは酸素原子または硫黄原子を示す。
Lは2価の連結基を示す。一般式(i)、(ii)または(iii)において、Xが酸素原子の場合、Lは一般式(iv)または(v)で表される2価の有機基であることが好ましい。
Figure 2008195929
式中、Rf’は2価のペルフルオロアルキレン基を示し、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、また、ペルフルオロアルキレン基中にエーテル結合を有していてもよい。好ましい炭素数は1〜30であり、さらに好ましい炭素数としては1〜20であり、より好ましくは2〜10である。
Ar’は2価の置換または無置換のアリーレン基であり、好ましい炭素数としては6〜30であり、さらに好ましい炭素数としては6〜20であり、より好ましい炭素数としては6〜10である。
Rf’およびAr’の具体例は上記の一般式(IV)または(V)で表される化合物の具体的例として示された化合物のRfまたはArに相当する部分の基と同様である。
一般式(i)、(ii)または(iii)において、Xが硫黄原子の場合は、Lは一般式(vi)で表される2価の有機基であることが好ましい。
Figure 2008195929
式中、Rは一般式(VI)のものと同義である。
本発明の含フッ素ポリマーにおける一般式(i)で表される繰り返し単位の割合に特に制限はなく、そのポリマーの分子量は適宜に設定できるが、含フッ素ポリマー中における一般式(i)で表される繰り返し単位が2以上であることが好ましく、5〜1,000であることがより好ましい。
本発明の含フッ素ポリマーの分子量に特に制限はないが、数平均分子量が500〜1,000,000であることが好ましく、5,000〜100,000であることがより好ましい。
本発明の含フッ素ポリマーの末端基に特に制限はない。末端基の例としては通常の末端基が挙げられ、フッ素原子、−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、=CF基、アシル基、アミド基、カルボキシル基等であることが好ましい。
本発明において、一般式(I)で表される化合物の合成法は特に限定されないが、例えば液相フッ素化反応を鍵反応とする以下に示す一連の工程により合成することができる。各工程における詳細な反応条件等については、例えば、特表平4−500520号公報、国際公開特許00/56694号パンフレット、国際公開特許02/004397号パンフレット、特表2003−518051号公報やこれらの文献に引用されている文献等を参照して決定することができる。
Figure 2008195929
−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物については、多くの市販品を利用することができる。また、例えば、一般式(IV)で表される含フッ素アルコール類については、液相フッ素化反応によって得られるエステル誘導体(例えば上記反応スキームの6の化合物)をLiAlHやNaBH等の試薬を用いてヒドリド還元することによっても合成することができる。
本発明の含フッ素ポリマーは、好ましくは、適宜選択した組み合わせの、酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物と、−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物を付加重合させることにより得ることができる。付加重合反応は無触媒で行ってもよいが、反応促進に有効な触媒を用いるのが好ましい。反応促進に有効な触媒としては塩基触媒および金属触媒が挙げられる。
好ましい塩基触媒としては、水酸化アルカリ金属(例えば水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム)、水酸化アルカリ土類金属(例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム)、炭酸アルカリ金属(例えば炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム)、炭酸アルカリ土類金属(例えば、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム)、炭酸水素アルカリ金属(例えば炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素セシウム)、炭酸水素アルカリ土類金属(例えば、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素ストロンチウム、炭酸水素バリウム)等の無機塩基およびピリジン、ピコリン、ルチジン、コリジン、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等の有機塩基が挙げられる。より好ましい塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等を挙げることができる。
用いる塩基の当量数としては、反応させる−XHに対して0.1当量〜10当量が好ましく、より好ましくは0.5当量〜5当量である。
好ましい金属触媒としては、例えばAngew.Chem.Int.Ed.2005,44,1128や特開2006−199625号公報に記載されているような第10族遷移金属触媒/配位子を挙げることができる。用いる遷移金属の当量数としては、反応させる−XHに対して0.005当量〜1当量が好ましく、より好ましくは0.01当量〜0.1当量である。
酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物と−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物の付加重合は溶媒中で行ってよいし、無溶媒で行ってもよい。好ましい溶媒としては、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、ジグライム、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド等の一般的な有機溶媒、
AK−225(登録商標、旭ガラス社製)、2,2,2−トリフルオロエチルメチルエーテル、2,2,2−トリフルオロエチルジフルオロメチルエーテル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル−1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチルメチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチルエチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロエチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、ヘキサフルオロイソプロピルメチルエーテル、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トリフルオロメチルプロピルメチルエーテル、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルメチルエーテル、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルエチルエーテル、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルジフルオロメチルエーテル、フルオロベンゼン、1,2−ジフルオロベンゼン、1,3−ジフルオロベンゼン、1,4−ジフルオロベンゼン、2,4−ジフルオロトルエン、2,6−ジフルオロトルエン、3,4−ジフルオロトルエン、1,2,3−トリフルオロベンゼン、1,2,4−トリフルオロベンゼン、1,3,5−トリフルオロベンゼン、2,3,4−トリフルオロトルエン、1,2,3,4−テトラフルオロベンゼン、1,2,3,5−テトラフルオロベンゼン、1,2,4,5−テトラフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、α,α,α−トリフルオロメチルベンゼン、1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等の含フッ素溶媒、
ペルフルオロアルカン化合物[FC−72(商品名、住友スリーエム社製)等]、ペルフルオロエーテル化合物[FC−75、FC−77(共に商品名、住友スリーエム社製)等]、ペルフルオロポリエーテル化合物[商品名:クライトックス(Krytox(登録商標)、DuPont社製)、フォブリン(Fomblin(登録商標)、AUSIMONT社製)、ガルデン(Galden(登録商標)、AUSIMONT社製)、デムナム{ダイキン工業社製}等]、クロロフルオロカーボン化合物(CFC−11,CFC−113等)、クロロフルオロポリエーテル化合物、ペルフルオロトリアルキルアミン化合物、不活性流体(商品名:フロリナート、Fluorinert(登録商標)、住友スリーエム社製)等のペルフルオロ溶媒、水およびこれらの混合溶媒を挙げることができる。
溶媒量はモノマーに対して質量比で0.1倍〜100倍用いるのが好ましく、より好ましくは1倍〜50倍、さらに好ましくは2倍〜20倍である。
反応は2相系で行ってもよく、その場合、2相間を繰り返し行き来することのできる相間移動触媒を用いることが好ましい。水および有機系溶媒との2相系に用いることのできる相間移動触媒としては、例えばベンジルトリブチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムブロミド等の4級アンモニウム塩やテトラブチルホスホニウムブロミド、ヘキサデシルトリブチルホスホニウムブロミド等の4級ホスホニウム塩を挙げることができる。
2種類のモノマーの当量比(付加反応に関与するオレフィン数/−XH基数)は、目的により種々調整することができるが、できるだけ高分子量のポリマーを得るためには、当量比をできる限り1に近づけるのが好ましい。本発明においては、−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物に対する酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物の当量比が0.5〜2.0であることが好ましく、0.8〜1.2であることがより好ましい。できるだけポリマーの分子量を大きくする場合には、0.99〜1.01であることが好ましい。
反応温度は−20℃〜150℃が好ましく、より好ましくは0℃〜100℃であり、さらに好ましくは20℃〜80℃である。
反応時間は用いる触媒、基質、溶媒の種類や量、反応温度、攪拌効率等に依存するが、これらを制御して、10分〜96時間で行うのが好ましく、より好ましくは30分〜48時間、さらに好ましくは1時間〜24時間である。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
参考例
[原料合成]
以下のスキームにしたがってペルフルオロジエン(III)および含フッ素ジオール(IV−24)を合成した。
Figure 2008195929
化合物Bの合成
ヒドロキシアセトン(A,7.4g)およびピリジン(8.1ml)の酢酸エチル(100ml)溶液に室温(25℃)にてウンデカフルオロ(2−メチル−3−オキサヘキサン酸)フルオリド(10g)を滴下した。室温にて2時間攪拌後、反応液を希塩酸水に注加した。分液後、有機層を水および飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。濃縮残留物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン)にて精製することにより化合物B(10.2g,収率88%)を得た。
H NMR(CDCl) δ 2.22(s,3H),4.85(d,J=16.2Hz,1H),4.96(d,J=16.2Hz,1H)
19F NMR(CDCl) δ −80.3(1F),−81.8(3F),−82.5(3F),−86.7(1F),−130.2(2F),−132.8(1F)
化合物Cの合成
化合物B(9.9g)、ペンタエリスリトール(1.74g)、p−トルエンスルホン酸一水和物(0.25g)およびトルエン(50ml)を脱水しながら4時間還流した。反応液を炭酸水素ナトリウム水溶液、水および飽和食塩水で洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥した。濃縮残留物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン)にて精製することにより化合物C(5.9g,収率53%)を得た。
H NMR(CDCl) δ 1.41(s,3H),3.64〜3.85(m,4H),4.31(d,J=11.1Hz,1H),4.48(d,J=11.1Hz,1H)
19F NMR(CDCl) δ −80.2(1F),−81.7(3F),−82.5(3F),−86.8(1F),−130.1(2F),−132.3(1F)
化合物Dの合成
原料供給口、フッ素供給口、へリウムガス供給口およびドライアイスで冷却した還流装置を経由してフッ素トラップに接続されている排気口を備えた300mlテフロン(登録商標)製容器に、ペルフルオロ化合物(商品名:FC−72、住友スリーエム社製)溶液180mlを入れて、内温20℃にてヘリウムガスを流速50ml/minで30分間吹き込んだ。引き続き20%F/Nガスを100ml/minで30分間吹き込んだ後、フッ素流量はそのままで、化合物C(4.25g)のFC−72(13.5ml)溶液およびヘキサフルオロベンゼン(1g)のFC−72(5ml)溶液をそれぞれ6.2ml/hの速度で添加した。さらに、20%F/Nガスを100ml/minで30分およびヘリウムガスを200ml/minで30分間吹き込んだ。FC−72を常圧にて濃縮後、さらに減圧にて濃縮することにより、化合物D(5.1g,粗収率88%)をほぼ単一生成物として得た。
19F NMR(CDCl) δ −60.6〜−64.4(m,8F),−76.7(s,6F),−79.8〜−80.0(m,1F),−80.3〜−80.6(m,1F),82.0(m,6F),82.1(s,6F),−83.4〜−83.8(m,4F),−86.7(bs,1F),−86.9(bs,1F),−130.2(s,4F),−132.0(s,1F),−132.1(s,1F)
化合物Eの合成
フッ化ナトリウム(10g)のメタノール(200ml)分散液に上記で得られた粗化合物D(5.1g)を滴下し、室温にて3時間攪拌した。不溶物をろ過により除去した後、濾液を約30mlになるまで濃縮し、酢酸エチル/炭酸水素ナトリウム溶液で抽出した。有機層を水および飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。濃縮残留物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン)にて精製することにより化合物E(1.8g,収率78%)を得た。
H NMR(CDCl) δ 3.99(s,3H)
19F NMR(CDCl) δ −62.5〜−63.8(m,4F),−69.9〜−71.3(m,4F),−81.2(s,3F),−81.4(s,3F)
含フッ素ジオール(IV−26)の合成
化合物E(0.28g)のジエチルエーテル(10ml)溶液にリチウムアルミニウムヒドリド(0.038g)を5℃にて添加した。室温にて4時間攪拌後、反応液に希塩酸水をゆっくり加えた。酢酸エチルで抽出後、有機層を水および飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。濃縮残留物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン)にて精製することにより化合物(IV−26)(0.2g,収率80%)を得た。
H NMR(CDCl) δ 2.20(bs,1H),4.21(bs,2H)
19F NMR(CDCl) δ −56.2〜−58.6(m,4F),−66.0〜−67.3(m,4F),80.9〜81.0(m,6F)
ペルフルオロジエン(III)の合成
化合物E(16.2g)のメタノール(200ml)/水(40ml)溶液に室温にて8N水酸化カリウム水溶液を10ml滴下した。反応液を室温にて2時間攪拌した後、減圧にて溶媒を留去した。濃縮残留物に水30mlを加え、さらに濃塩酸水をpH試験紙で酸性を示すまで滴下した。析出した白色結晶をろ過後、水(30ml)に分散し、1N水酸化カリウム水溶液を滴下し、pH=8に調整した。反応液を減圧にて濃縮し、残留物を100℃にて真空ポンプで十分に乾燥することにより化合物F(16.5g,93%)を得た。化合物F(2g)を減圧下(4mmHg)280℃にて熱分解し、揮発成分を−78℃のトラップで捕集した。得られた液体を減圧蒸留することにより化合物(III)(0.98g,収率74%,GC(ガスクロマトグラフィー)純度95%)を得た。不純物を解析したところ下記プロトン体(III’)であることが判明した。エーテル中、リチウムヘキサメチルジシラジドで処理することにより、GC純度が99%以上の化合物(III)を得た。
19F NMR(CDCl) δ −70.7(s,8F),−111.2(s,4F)、b.p.55℃(20mmHg)
Figure 2008195929
実施例1 ペルフルオロジエン(III)と含フッ素ジオール(IV−26)との重合
ペルフルオロジエン(III)(1.12g、GC純度95%)、含フッ素ジオール(IV−26)(1.34g)、テトラブチルアンモニウムブロミド(0.18g)、アセトニトリル(1ml)、α,α,α−トリフルオロメチルベンゼン(10ml)および水酸化カリウム(0.32g)の水(10ml)溶液を50℃にて41時間攪拌した。室温まで冷却後、分液した。有機層を水および飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて濃縮した。濃縮残留物(2.1g)をアセトン(2ml)に溶解し、クロロホルム(300ml)で再沈、乾燥することにより0.5gの白色結晶を得た。得られた結晶を重アセトンに溶解し、HNMRおよび19F−NMRを測定した結果、下記繰り返し単位を有する線状のポリマーであること、および脱HFによる不飽和結合は存在しないことを確認した。
Figure 2008195929
H NMR(CDCOCD) δ a:4.90(bs)、b:6.44(bs) a/b≒2/1
19F NMR(CDCOCD) δ c:−57.62〜−58.94(m)、d:−67.27〜−68.90(m)、e:−71.81〜−73.35(m)、f:−81.50(s)、g:−81.74(s)、h:−88.67(s) c/d/e/(f+g)/h≒2/4/2/3/2
GPC測定の結果、このポリマーの数平均分子量は11,500、重量平均分子量は15,800(いずれもスチレン換算)であった。また、10%質量減少温度は380℃であり、良好な熱安定性を示した。
実施例2 ペルフルオロジエン(III)と含フッ素ジオール(IV−2)との重合
ペルフルオロジエン(III)(0.80g、GC純度95%)、含フッ素ジオール(IV−24)(0.32g)、炭酸カリウム(0.61g)をアセトニトリル(10ml)中、室温にて64時間攪拌した。反応液を酢酸エチル(30ml)/水(30ml)に注加し、分液した。有機層を水および飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて濃縮した。濃縮残留物を乾燥することにより1.10gの非晶質ポリマーを得た。得られたポリマーを重アセトンに溶解し、HNMRおよび19F−NMRを測定した結果、下記繰り返し単位を有する線状のポリマーであること、および脱HFによる不飽和結合は存在しないことを確認した。
Figure 2008195929
H NMR(CDCOCD) δ a:4.73(t,J=13.5Hz)、b:6.41(bs) a/b≒2/1
19F NMR(CDCOCD) δ c:−67.90〜−68.88(m)、d:−71.63〜−73.30(m)、e:−88.72(s)、f:−88.82(s)、g:−122.70(t,J=13.5Hz) c/d/(e+g)/f≒1/1/1/1
GPC測定の結果、このポリマーの数平均分子量は15,000、重量平均分子量は37,200(いずれもスチレン換算)であった。また、屈折率は1.36と低かった。
実施例3 ペルフルオロジエン(III)と含フッ素ジオール(IV−2)との重合
ペルフルオロジエン(III)(8.10g、GC純度>99%)、含フッ素ジオール(IV−24)(3.31g)、炭酸カリウム(6.05g)をアセトニトリル(100ml)中、室温にて72時間攪拌した。反応液を酢酸エチル(500ml)/水(500ml)に注加し、分液した。有機層を水および飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて濃縮した。濃縮残留物(11.40g)をアセトンに溶解し、クロロホルムから再沈殿することにより、非晶質ポリマー(7.85g)を得た。得られたポリマーを重アセトンに溶解し、HNMRおよび19F−NMRを測定した結果、実施例2と同じ繰り返し単位を有する線状のポリマーであること、および脱HFによる不飽和結合は存在しないことを確認した。
GPC測定の結果、このポリマーの数平均分子量は34,500、重量平均分子量は87,700(いずれもスチレン換算)であった。得られたポリマーの0.5質量%メチルエチルケトン溶液40μlを2.5cm×2.5cmのガラス板にスピンコート(2000rpm×20s)したところ撥水性を示した(接触角(水)94°)。また、10%質量減少温度は420℃であり、良好な熱安定性を示した。
実施例4 ペルフルオロジエン(I−4)と含フッ素ジオール(IV−2)との重合
ペルフルオロジエン(I−4)(0.79g、GC純度95%)、含フッ素ジオール(IV−2)(0.32g)、炭酸カリウム(0.61g)をアセトニトリル(10ml)中、室温にて48時間攪拌した。反応液を酢酸エチル(30ml)/水(30ml)に注加し、分液した。有機層を水および飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて濃縮した。濃縮残留物を乾燥することにより1.08gの油状ポリマーを得た。得られたポリマーを重アセトンに溶解し、HNMRおよび19F−NMRを測定した結果、下記繰り返し単位を有する線状のポリマーであること、および脱HFによる不飽和結合は存在しないことを確認した。
Figure 2008195929
GPC測定の結果、このポリマーの数平均分子量はポリスチレン換算で14,800であった。
実施例5 ペルフルオロジエン(III)と含フッ素ジオール(IV−9)との重合
ペルフルオロジエン(III)(1.0g、GC純度>99%)、含フッ素ジオール(IV−9)(1.4g)、炭酸カリウム(0.76g)をメチルエチルケトン(12.5ml)中、室温にて66時間攪拌した。反応液を酢酸エチル(100ml)/水(100ml)に注加し、分液した。有機層を水および飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて濃縮した。濃縮残留物をアセトン(10ml)に溶解し、クロロホルムから再沈殿することにより1.69gの非晶質ポリマーを得た。得られたポリマーを重アセトンに溶解し、HNMRおよび19F−NMRを測定した結果、下記繰り返し単位を有する線状のポリマーであること、および脱HFによる不飽和結合は存在しないことを確認した。
Figure 2008195929
H NMR(CDCOCD) δ a:4.90(t,J=13.1Hz)、b:6.42(bs) a/b≒2/1
19F NMR(CDCOCD) δ c:−67.90〜−69.02(m)、d:−71.84〜−73.35(m)、e:−88.57(s)、f:−120.42(s)、g:−122.39(bs)、h:−123.61(s) c/d/e/f/g/h≒1/1/1/1/3/1
NMRより、平均繰り返し単位数は約60であった。得られたポリマーの0.5質量%メチルエチルケトン溶液40μlを2.5cm×2.5cmのガラス板にスピンコート(2000rpm×20s)したところ撥水性を示した[接触角(水)99°]。
実施例6 ペルフルオロジエン(III)と含フッ素ビスフェノール(V−6)との重合
ペルフルオロジエン(III)(1.0g、GC純度>99%)、含フッ素ビスフェノール(V−6)(0.84g)、炭酸カリウム(1.1g)をメチルエチルケトン(12.5ml)中、室温にて50時間攪拌した。反応液を酢酸エチル(100ml)/水(100ml)に注加し、分液した。有機層を水および飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて濃縮した。濃縮残留物をアセトン(10ml)に溶解し、クロロホルムから再沈殿することにより0.91gの非晶質ポリマーを得た。得られたポリマーを重アセトンに溶解し、HNMRおよび19F−NMRを測定した結果、下記繰り返し単位を有する線状のポリマーであること、および脱HFによる不飽和結合は存在しないことを確認した。
Figure 2008195929
H NMR(CDCOCD) δ a:6.60(bs)、b:7.49(d,J=8.25Hz)、c:7.59(d,J=8.25Hz) a/b/c≒1/2/2
19F NMR(CDCOCD) δ d:−64.55(s)、e:−67.72〜−68.68(m)、f:−71.55〜−73.13(m)、g:−85.21(bs)、h:−85.26(bs) d/e/f/(g+h)≒3/2/2/2
GPC測定の結果、このポリマーの数平均分子量は22,900、重量平均分子量は52,800(いずれもスチレン換算)であった。得られたポリマーの0.5質量%メチルエチルケトン溶液40μlを2.5cm×2.5cmのガラス板にスピンコート(2000rpm×20s)したところ撥水性を示した[接触角(水)96°]。
実施例7 ペルフルオロジエン(III)とジチオール(VI−4)との重合
ペルフルオロジエン(III)(0.83g、GC純度>99%)、2,3−ブタンジチオール(VI−4)(0.24g)、炭酸カリウム(0.63g)をメチルエチルケトン(10ml)中、室温にて50時間攪拌した。反応液を酢酸エチル(80ml)/水(80ml)に注加し、分液した。有機層を水および飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて濃縮した。濃縮残留物をアセトン(5ml)に溶解し、水から再沈殿することにより0.40gの非晶質ポリマーを得た。得られたポリマーを重アセトンに溶解し、HNMRおよび19F−NMRを測定した結果、下記繰り返し単位を有するポリマーであることを確認した。
Figure 2008195929
H NMR(CDCOCD) δ a:1.38(d,J=6.90Hz)、b:3.81(q,J=6.90Hz)、c:6.26(bs) a/b/c≒3/1/1
19F NMR(CDCOCD) δ d:−67.48〜−68.39(m)、e:−70.03〜−73.32(m)、f:−87.51〜−89.00(m) d/e/f≒1/1/1
GPC測定の結果、このポリマーの数平均分子量は12,600、重量平均分子量は20,500(いずれもスチレン換算)であった。得られたポリマーの0.5質量%メチルエチルケトン溶液40μlを2.5cm×2.5cmのガラス板にスピンコート(2000rpm×20s)したところ撥水性を示した[接触角(水)92°]。
実施例8 ペルフルオロジエン(I−4)と含フッ素ジオール(IV−9)との重合
ペルフルオロジエン(I−4)(0.39g、GC純度95%)、含フッ素ジオール(IV−9)(0.56g)、炭酸カリウム(0.41g)をメチルエチルケトン(6ml)中、室温にて24時間攪拌した。反応液を酢酸エチル(50ml)/水(50ml)に注加し、分液した。有機層を水および飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧にて濃縮した。濃縮残留物を乾燥することにより0.93gの非晶質ポリマーを得た。得られたポリマーを重アセトンに溶解し、HNMRおよび19F−NMRを測定した結果、下記繰り返し単位を有する線状のポリマーであること、および脱HFによる不飽和結合は存在しないことを確認した。
Figure 2008195929
H NMR(CDCOCD) δ a:4.87(t,J=12.8Hz)、b:6.85(d,J=52.2Hz) a/b≒2/1
19F NMR(CDCOCD) δ c:−84.89〜−86.15(m)、d:−89.93〜−92.21(m)、e:−120.51(s)、f:−122.44(s)、g:−122.61(s)、h:−123.61、i:−124.03、j:−126.64、k:−146.60(d,J=52.2Hz) c/d/e/(f+g)/(h+i)/j/k≒2/2/2/3/2/2/1
GPC測定の結果、このポリマーの数平均分子量は25,800、重量平均分子量は53,100(いずれもスチレン換算)であった。得られたポリマーの0.5質量%メチルエチルケトン溶液40μlを2.5cm×2.5cmのガラス板にスピンコート(2000rpm×20s)したところ撥水性を示した[接触角(水)93°]。
以上のように、末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物と、−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物との付加重合により、副生物の生成を少なくし、高分子量かつ溶媒易溶性の含フッ素ポリマーを簡便に得ることができる。また、本法によれば、フッ素含有率や主鎖の構造を広い範囲で調整可能であり、耐候性、耐熱性、薬品耐性、低屈折率性、低誘電率性、撥水・撥油性、潤滑性等、フッ素特有の諸性能を容易に調整することができる。

Claims (10)

  1. 酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物と、−XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物を付加重合させることを特徴とする含フッ素ポリマーの製造方法。
  2. 酸素原子と直接連結した末端含フッ素ビニル基を分子中に2つ以上有する含フッ素化合物が下記一般式(I)で表される化合物であることを特徴とする、請求項1記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
    Figure 2008195929
    式中、Rfはペルフルオロアルキレン基を示し、RfおよびRfはそれぞれ独立にフッ素原子、ペルフルオロアルキル基、またはペルフルオロアルコキシ基を示し、Rf、Rf、Rfはそれぞれ結合して環を形成してもよい。
  3. 一般式(I)で表される化合物が下記一般式(II)で表される化合物であることを特徴とする、請求項2記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
    Figure 2008195929
    式中、Rfは4価のペルフルオロ連結基を示す。
  4. 一般式(II)で表される化合物が下記化合物(III)であることを特徴とする、請求項3記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
    Figure 2008195929
  5. −XH(Xは酸素原子または硫黄原子を示す)で表される基を2つ以上有する化合物が下記一般式(IV)、(V)または(VI)で表される化合物であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
    Figure 2008195929
    式中、Rfはn価のペルフルオロアルキレン基を示し、Arはn価のアリーレン基を示し、nは2〜6の整数を示し、Rは2価のアルキレン基、アリーレン基またはアラルキレン基を示す。
  6. 下記一般式(i)で表される繰り返し単位を有することを特徴とする含フッ素ポリマー。
    Figure 2008195929
    式中、Rfはペルフルオロアルキレン基を示し、RfおよびRfはそれぞれ独立にフッ素原子、ペルフルオロアルキル基、またはペルフルオロアルコキシ基を示し、Rf、Rf、Rfはそれぞれ結合して環を形成してもよく、Xは酸素原子または硫黄原子を示し、Lは2価の有機基を示す。
  7. 一般式(i)で表される繰り返し単位が下記一般式(ii)で表される繰り返し単位であることを特徴とする、請求項6に記載の含フッ素ポリマー。
    Figure 2008195929
    式中、Rfは4価のペルフルオロ連結基を示し、Xは酸素原子または硫黄原子を示し、Lは2価の有機基を示す。
  8. 一般式(ii)で表される繰り返し単位が下記一般式(iii)で表される繰り返し単位であることを特徴とする、請求項7に記載の含フッ素ポリマー。
    Figure 2008195929
    式中、Xは酸素原子または硫黄原子を示し、Lは2価の有機基を示す。
  9. Lが下記一般式(iv)または(v)で表される2価の有機基であり、かつXが酸素原子であることを特徴とする、請求項6〜8のいずれか1項に記載の含フッ素ポリマー。
    Figure 2008195929
    式中、Rf’は2価のペルフルオロアルキレン基を示し、Ar’は2価のアリーレン基を示す。
  10. Lが下記一般式(vi)で表される2価の有機基であり、かつXが硫黄原子であることを特徴とする、請求項6〜8のいずれか1項に記載の含フッ素ポリマー。
    Figure 2008195929
    式中、Rは2価のアルキレン基、アリーレン基またはアラルキレン基を示す。
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