JP2010533759A - フッ素を含有する芳香族水素化ポリマー - Google Patents

フッ素を含有する芳香族水素化ポリマー Download PDF

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Abstract

式(I):
(T−CFO−Rf−CF−T
(式中、
nは1〜10の整数であり、
は水素化ポリマーの主鎖の芳香族基あるいは縮合芳香族基であり、
はTに等しくてもよいか、あるいは官能基−COOHまたは−COFであってもよく、
Rfは(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖である)
で表される、ポリマー構造中に無秩序に分配された配列を形成する芳香族環に結合されたパーフルオロポリエーテル(PFPE)鎖を含む芳香族水素化ポリマーであって、
出発芳香族水素化ポリマーが、環が少なくとも3個の原子によって形成されている環式モノマーの重縮合、段階的重付加または重付加によって得られる芳香族水素化ポリマー。

Description

本発明は、熱安定性・非加水分解性の結合を介して結合されたパーフルオロポリエーテル鎖で部分的に置換された芳香族環を含有する水素化ポリマーおよびこうしたポリマーを調製する方法に関する。
より詳しくは、本発明は、良好な撥油性および撥水性と組み合わせて、高温および酸化媒体に対しても改善された安定性、約100℃までの温度でさえも特に加水分解に対する改善された耐薬品性を有する、パーフルオロポリエーテル鎖を含む熱加工性または熱硬化性の芳香族水素化ポリマーに関する。
水素化ポリマー中の芳香族環の存在が、機械的特性、例えば、引張強度、硬度、高温で特性を維持する、例えば、寸法安定性および熱−酸化安定性も維持するなどの特定の特性を改善することを可能にすることが先行技術において知られている。例えば、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリアミドおよびポリエステルなどの工業用ポリマーは、この範疇に属する。
工業用熱可塑性ポリマーは、例えば、機械的パーツの部品、膜、発電所部品、車両または航空機のための構造部品として種々のセクターにおいて、および一般に自動車産業および輸送産業、電気電子産業および化学産業において多数の用途を見出している。一般に、工業用ポリマーは、しばしば250℃より高い、300℃より遙かに高い高温に対する非常に高い安定性が要求される用途において用いられる。
ポリマー材料に撥水/撥油性を付与するか、または非フッ素化ポリマー材料の表面特性を改善するためのフッ素化製品の使用も当該技術分野において知られている。これらのフッ素化材料は、
−非反応性混合を介して水素化ポリマーに導入されるフッ素化分子またはフッ素化ポリマーに基づく添加剤、
−ポリマー構造に化学的に結合されたフッ素化セグメントを非フッ素化水素化ポリマーに導入するために、重縮合反応または重付加反応を介してポリマー材料を調製するための試薬として用いられる反応性フッ素化分子または反応性フッ素化ポリマー
であってもよい。
熱可塑性樹脂の場合、混合において用いられるフッ素化製品の中で、一官能性(パー)フルオロアルキル、例えば、アミド、ジアミド、トリアジンおよび置換ウレア(例えば、(特許文献1)参照)または油状、グリース状またはガム状のパーフルオロポリエーテル系フッ素化化合物(例えば、(特許文献2)および(例えば、(特許文献3)参照されたい。)について言及することができる。しかし、非フッ素化(水素化)ポリマー材料と混合しようとするフッ素化製品の使用は有利ではない。フッ素化添加剤を導入する手順が特殊な装置を必要とする複雑な工程であるからである。ポリマー中の添加剤の良好な分布を得るために高い混合効率を有する二軸スクリュー押出機を用いる必要性を記載している(特許文献4)において示された説明を参照されたい。更なる欠点は、これらのフッ素化製品が水素化ポリマーに化学的に結合されず、加えて、一般に水素化ポリマーと不十分に相溶性であるか、または全く非相溶性であることである。この理由のために、フッ素化製品は製品の使用中に経時的に放出される場合があり、外部環境へのフッ素化製品の移行を引き起こし、従って、それは経時的な性能品質の耐久性を確実なものにしない。これは、ポリマーの使用が、例えば、生物医療用途において生理的流体との接触を含む時に特に危険である。
重縮合反応または重付加反応を介して芳香族水素化ポリマーと反応できるパーフルオロポリエーテルポリマーは、反応性フッ素化分子または反応性フッ素化ポリマーの第2の範疇に属する。得られるポリマーは、例えば、パーフルオロポリエーテル鎖を含有するポリエステルなどの芳香族ポリマーである。例えば、出願人の名義の(特許文献5)および刊行物(非特許文献1)を参照されたい。
フッ素化セグメントを含有する芳香族水素化ポリマーの他の例は、パーフルオロポリエーテル(PFPE)鎖を含有する熱可塑性ポリウレタンまたは熱硬化性ポリウレタンである。例えば、記事(非特許文献2)、(非特許文献3)および出願人の名義の(特許文献6)を参照されたい。
PFPE鎖を含有する芳香族水素化ポリマーの他の例は、ゴム弾性ポリアミドおよびポリイミドである。例えば、出願人の名義の(特許文献7)および(特許文献8)ならびに記事(非特許文献4)、(非特許文献5)を参照されたい。
上述した第2の範疇のPFPEを含有する芳香族水素化ポリマーは、第1の範疇のフッ素化分子またはフッ素化ポリマーと混合された水素化ポリマーを基準にして、性能品質、例えば、撥油および撥水性の経時的な維持を確実なものにする利点を有する。PFPEフッ素化鎖がポリマー構造に化学的に結合されるからである。しかし、第2の範疇のPFPEを含有する芳香族水素化ポリマーは、非常に多い合成段階において得られる欠点を有する。実際、適切な水素化試薬との後続の重合反応のために好適な官能基を有するPFPEマクロマーが合成される必要がある。加えて、これらのポリマーは別の欠点も有する。これらのポリマーが特に厳しい使用条件、一般に高温にさらされる時、これらのポリマーは、これらのポリマーが比較的劣った耐熱性を示す不都合な分解反応を被る。これは、表面特性と全体特性の両方に不利益な影響を及ぼす。加えて、これらのポリマーは比較的劣った耐加水分解性を示す。特に、フッ素化部分と水素化部分との間の結合がエステルタイプ、ウレタンタイプ、アミドタイプ、カーボネートタイプまたはアクリレートタイプである時、特に高温且つ水分の存在下での使用中に、ポリマーは、ポリマーまたは製品の特性の著しい低下を伴った不都合な分解現象を被る。
高温に対する安定性の欠如は、パーフルオロポリエーテル鎖を含有する水素化ポリマーの合成または最終製品の調製が一般に高温で行われるので特に不利である。実際、芳香族環を含有する水素化ポリマーは、非常に高い、常に200℃より高い、250℃より遙かに高い、特定の場合に300℃より高いガラス転移温度(Tg)および/または融点(Tm)を有する。例えば、ポリフェニルスルホンは、軟化せずに500℃でポリマーが分解するような高いTgを有する。PEKの場合、融点は340℃である。従って、これらの水素化ポリマーへのフッ素化鎖、特にPFPE構造の鎖の導入は、通常は不可能である。フッ素化分子またはフッ素化ポリマーの混合または反応のために必要とされる高い加工温度のゆえである。低温での混合または反応によって水素化ポリマーに反応性フッ素化製品を導入することが可能であったとしても、従って分解を回避したとしても、最終ポリマー/製品は、しかしながら、場合により、酸化媒体、例えば空気または加水分解媒体(水分)の存在下で高い作業温度で使用中に分解反応を被ることも注意されるべきである。
(特許文献9)には、ポリオレフィン系ポリマー上へのグラフト反応のために当該技術分野で知られている反応メカニズムによる、フッ素化ペルオキシドと、末端オレフィン二重結合を有するモノマーから得られるポリマーとのグラフト反応が記載されている。ポリプロピレン上へのグラフト反応は実施例において報告されている。これらのポリオレフィンのグラフトが、鎖の第三級炭素上で、または残留オレフィン二重結合上で、もしくはポリオレフィン系ポリマー鎖のベータ開裂反応によって形成された二重結合および炭素ラジカル上でさえも起きることが注意されるべきである。例えば、(非特許文献6)および(非特許文献7)において示された説明を参照されたい。
従って、以下の特性の組み合わせを有する芳香族水素化ポリマーが必要とされていると思われる。
−酸化媒体中でさえ改善された耐熱性
−高温、例えば100℃まででさえ改善された耐加水分解性
−フッ素化鎖を含有する分解生成物の無放出
−良好な機械的特性
出願人は、上記の技術問題を解決することが可能であることを驚くべきことに且つ意外にも見出した。
米国特許第3,899,563号明細書 米国特許第5,143,963号明細書 米国特許第5,286,773号明細書 米国特許第6,683,128号明細書 米国特許第5,109,103号明細書 米国特許第5,332,798号明細書 米国特許第3,876,617号明細書 米国特許第5,508,380号明細書 米国特許第5,326,823号明細書
M.Leviら、J.Polym.Sci.パートA:Polym.Chem.36、939−947、1998年 C.Tonelliら、J.Appl.Polym.Sci.59、311−327(1996年) C.Tonelliら、J.Appl.Polym.Sci.87、2279−2294(2003年) E.Strepparolaら、Ind.Eng.Chem.Prod.Res.Dev.23、No4、600−605、1984年 G.Caporiccioら、Makromol.Chem.184、935−947、1983年 「Radical reaction on polypropylene in the solid state」、Progress in Polymer Science,Vol.27、発行2002年9月7日、1195−1282頁 「Improving the properties of polymer blends by reactive compounding」、Douwe Jurjen van der Wal、第8章、161−187頁、Dissertation of University of Groningen
本発明の1つの目的は、式(I):
(T−CFO−Rf−CF−T (I)
(式中、
nは、1〜10、好ましくは1〜5の整数、より好ましくは1、2および3の間で選択され、
は以下の意味:
−任意に置換されていてもよい芳香族基
−任意に置換されていてもよい数個の縮合芳香族基
を有し、
は水素化ポリマーの主鎖の芳香族環であり、
はTに等しくてもよく、あるいは官能基−COOHまたは−COFであってもよく、
Rfは(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖である)
で表される、ポリマー構造中に無秩序に分配されている配列を形成する芳香族環に結合されたパーフルオロポリエーテル(PFPE)鎖を含む芳香族水素化ポリマーであって、
出発芳香族水素化ポリマーが、環が少なくとも3個の原子から形成されている環式モノマーの重縮合、段階的重付加、重付加によって得られる芳香族水素化ポリマーである。
重縮合によって得られるポリマーの中で、言及され得る例には、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド、ポリカーボネート、ポリフェニルスルフィド、ポリオキシフェニレン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリアリールアミドが挙げられる。
段階的重付加によって得られるポリマーの中で、ポリウレタンについて言及してもよい。
環が少なくとも3個の原子から形成されている環式モノマーの重付加よって得られるポリマーの中で、エポキシドモノマーまたはオキセタンモノマーから得られるポリエーテル、チオエポキシドから得られるポリスルフィドおよびそれぞれラクトンまたはラクタムから得られるポリエーテルまたはポリアミドについて言及してもよい。
芳香族水素化ポリマーは熱可塑性または熱硬化性であってもよい。熱可塑性ポリマーの場合、式(I)のフッ素化配列は、水素化ポリマーの加工のために熱可塑性ポリマーの技術を用いることができるように、用いられる水素化ポリマーの熱可塑性の性質を維持するものでなければならない。
一般に、パーフルオロポリエーテルのペルオキシド基と水素化ポリマーの芳香族環との間の1以下、好ましくは0.5未満のモル比を用いて作用させることにより、最終ポリマーは、出発芳香族水素化ポリマーの熱可塑性の性質を維持する。詳しくは、より高いモル比を用いる場合、架橋ポリマーを得る場合があり、こうしたポリマーは、熱加工技術を介してはもはや加工可能ではない。当業者は、出発芳香族水素化ポリマーの熱可塑性の特性を維持する最終ポリマーを得るために水素化ポリマーと反応され得るペルオキシドの最大量を決定することができる。
一般に、熱可塑性ポリマーにおいて、nは、1〜3、好ましくは1〜2の範囲である。
詳しくは、上記配列が多すぎる場合、架橋ポリマーが得られ、こうしたポリマーは、熱可塑性ポリマーの典型的な技術によっても、もはや加工可能ではない。
熱硬化性ポリマーの場合、一旦熱硬化性ポリマーが得られると、熱硬化性ポリマーをもはや熱加工することも熱成形することもできないので、配列は、10より多くさえある大量においても存在する場合がある。
本発明のポリマーは、nが種々の値も取り得る式(I)の配列を含有してもよい。
特に、n=1およびT=芳香族である時、以下の配列を得る。
Pol.Ar−PFPE−Pol.Ar
式中、Pol.Arは芳香族基を含有する水素化ポリマーのポリマー鎖を表し、Polは、その芳香族基が同じポリマー鎖または異なるポリマー鎖に属してもよいことを表す。そして、式中、2つのPol.Ar基は、同じポリマー鎖(主鎖)上にあるか、あるいは2つのAr基は、2つの異なるポリマー鎖上にある(カテナリー間PFPE)。
n=1およびT=COOHまたはCOFである時、以下の配列が得られる。
Pol.Ar−PFPE−COOHまたはPol.Ar−PFPE−COF
n=2およびT=芳香族である時、以下の配列が得られる。
Pol.Ar−PFPE−Pol.Ar−PFPE−Pol.Ar
式中、3つのPol.Ar基は、同じポリマー鎖上にあってもよく(カテナリー内PFPE)、もしくは2つまたは3つの異なるポリマー鎖上にあってもよい(カテナリー間PFPE)。
n=2およびT=COOHまたはCOFである時、以下の配列が得られる。
Pol.Ar−PFPE−Pol.Ar−PFPE−COOH、またはPol.Ar−PFPE−Pol.Ar−PFPE−COF
式中、Pol.Ar基は、同じポリマー鎖または2つの異なるポリマー鎖に属してもよい。
鎖Rfは、一般に500〜10,000の間、好ましくは800〜5,000の間の数平均分子量を有する。
好ましくは、Rfは、構造(CFXO)、(CFCFO)、(CFCFCFCFO)、(CRCRCFCFO)、(CO)(これらの式中、(CO)は、式−(CFCF(CF)O)−または−(CF(CF)CFO)−、あるいは−(CFCFCFO)−の単位を表し、X=F、CFであり;同じかまたは異なってもよいRおよびRは、H、Cl、および炭素原子数1〜4のパーフルオロアルキルから選択される)を有する、鎖中に無秩序に分配された1個以上の反復単位によって構成された(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖である。
好ましいパーフルオロポリエーテル鎖Rfは以下の構造から選択される。
(A)−(CFCF(CF)O)(CFXO)−、または−CFCF(CF)O)(CFXO)−CF(R’’f)CF−O−(CFCF(CF)O)(CFXO)
(式中、R’’fは、炭素原子数1〜4のフルオロアルケニル基であり、Xは上述の通りであり、aおよびbは、数平均分子量が上記の範囲内であるような整数であり、a/bは10〜100の間である)
(B)−(CFCFO)(CFO)(CF(CFO)
(式中、c、dおよびhは、数平均分子量が上記の範囲内であるような整数であり、c/dは0.1〜10の間であり、h/(c+d)は0〜0.05の間であり、zは2または3であり、hも場合によりゼロに等しい)
(C)−(CO)(CFCFO)(CFXO)
(式中、Xは上述の通りであり、e、fおよびgは、数平均分子量が上記の範囲内であるような整数であり、e/(f+g)は0.1〜10の間であり、f/gは2〜10の間である)
(D)−(CF(CFO)
(式中、sは、上記の分子量を与えるような整数であり、zは上述の意味を有する)
(E)−(CRCFCFO)j’−、または−(CRCFCFO)p’−R’’f−O(CRCFCFO)q’
(式中、RおよびRは同じかまたは異なり、H、ClおよびC原子数1〜4のパーフルオロアルキルから選択され、R’’fはC原子数1〜4のフルオロアルケニル基であり、j’、p’およびq’は、上記の分子量を有するような整数である)
(F)−(CF(CF)CFO)j’’
(式中、j’’は、上記の分子量を有するような整数である)
特に好ましい構造は(A)および(B)である。
好ましい一実施形態において、本発明のポリマーは、残留オレフィン二重結合を含まないことによって、第三級炭素原子を含まないことによって、ならびに第三級炭素原子および末端オレフィン二重結合を含まないモノマーから誘導されるという事実によって特徴付けられる。
上述した特徴は、H NMR分析によって出発芳香族水素化ポリマーにおいて明らかにされ得る。
本発明のポリマーにおいて、芳香族環は、−C−C−結合を介してパーフルオロポリエーテルに直接結合されている。実施例において得られたNMR分析を参照されたい。
出願人は、本発明のポリマーが、フッ素を含有する先行技術のポリマーと比較して、酸化環境においてさえ、出発芳香族水素化ポリマーに応じて300℃までさえある非常に高い温度においてさえ改善された熱安定性を示し、且つ約100℃の温度においてさえ特に加水分解に対する改善された耐薬品性を示すことを驚くべきことに且つ意外にも見出した。
加えて、本発明のポリマーは、芳香族水素化ポリマーの全体特性、例えば機械的特性を同時に不変に維持しつつ、芳香族水素化ポリマーを基準にして(接触角によって測定される)撥水/撥油性などの改善された表面特性を有する。加えて、本発明のポリマーは、フッ素化化合物の放出の現象を全く示さない(実施例を参照されたい)。これは、本発明のポリマーが経時的に同じ特性を維持するための必須の要件である。
本発明のポリマーは、高温であり且つ場合により水の存在下でもあるような、使用条件が特に厳しい用途において用いてもよい。
パーフルオロポリエーテルフッ素化化合物と混合された水素化ポリマーと比較した場合、もしくは重縮合または重付加によって得られたパーフルオロポリエーテル鎖を含有するポリマーと比較した場合、本発明のポリマーは、より高い熱安定性および加水分解安定性と組み合わされた、フッ素化ポリマーに特有の良好な表面特性を示す点で顕著な利点を有する。
出願人は、単一反応工程を含む単純なプロセスを介して本発明のポリマーを得ることができることを驚くべきことに且つ意外にも見出した。
本発明の更なる目的は、フッ素化ペルオキシドのペルオキシド基と水素化ポリマーの芳香族環との間の1以下、好ましくは0.5未満のモル比を用いて作用させることによる、任意に置換された芳香族基を含有する水素化ポリマーと、炭素ラジカルを発生させ且つペルオキシド100グラム当たりの活性酸素のグラムとして定義される酸化力(OP)が4%未満、好ましくは3%未満であるフッ素化ペルオキシドとの反応を含む式(I)の配列を含有する芳香族水素化ポリマーを調製する方法であって、この方法において出発芳香族水素化ポリマーは、環が少なくとも3個の原子から形成されている環式モノマーの重縮合、段階的重付加または重付加によって得られる。
出発芳香族水素化ポリマーは非オレフィンポリマーであり、且つ末端オレフィン二重結合および第三級炭素原子を含まないモノマーから誘導される。
炭素ラジカルを発生させるフッ素化ペルオキシドとして、アルカノイルペルオキシド、例えば、パーフルオロオクタノイルペルオキシド、パーフルオロノナノイルペルオキシド、またはパーフルオロブタノイルペルオキシドが挙げられる。アルカノイルペルオキシド基を末端とするパーフルオロポリエーテル、または、ポリマー鎖中かもしくはポリマー鎖上で側鎖のいずれかで前記基を有するパーフルオロポリエーテルも用いてよい。
パーフルオロポリエーテルペルオキシド100グラム当たりの活性酸素のグラムとして定義される酸化力(OP)を有し、アルキルペルオキシドの範疇に属するパーフルオロポリエーテルペルオキシドも炭素ラジカル発生剤として用いてよいことが意外にも見出された。ペルオキシドの後者の範疇がアルカノイルペルオキシド基を含有しないことが観察される。ペルオキシドのこの後者の範疇は、本発明において好ましい範疇である。
本発明の方法は、パーフルオロポリエーテルペルオキシドに関して詳しく記載される。
パーフルオロポリエーテルのペルオキシド基と水素化ポリマーの芳香族環との間のモル比は約0.0001であってもよい。
パーフルオロポリエーテルペルオキシドは、反応条件下で不活性である溶媒に溶解させてもよい。
一般に、ポリマーを基準にして用いられるパーフルオロポリエーテルペルオキシドの量は、0.1重量%〜50重量%の間、好ましくは0.5重量%〜10重量%の間、より好ましくは1重量%〜5重量%の間である。
本発明の方法において用いられるパーフルオロポリエーテルペルオキシドは、構造(CFXO)、(CFCFO)、(CFCFCFO)、(CFCFCFCFO)、(CRCFCFO)、(CO)(これらの式中、X=F、CF;同じかまたは異なってもよいRおよびRは、H、Clおよび炭素原子数1〜4のパーフルオロアルキルから選択され、(CO)は、式−(CFCF(CF)O)−または−(CF(CF)CFO)−、あるいは(CFCFCFO)であってもよい)を有する、鎖中に無秩序に分配された1個以上の反復単位を含有する。
好ましくは、ペルオキシドは、構造A−O−(CFXO)(CFCFO)(CO)(CFCFCFCFO)(O)−B (III)
(式中、
同じかまたは異なってもよいAおよびBは、−CFCOF、−CFCFCOF、−CFCFCFCOF、−CFC(O)CF、−COF、−CF、−CFCF、−Cから選択され、フッ素原子を塩素原子または水素原子で任意に置き替えることが可能であり、指数a、b、c、dおよびhは、ペルオキシド(III)の数平均分子量が300〜150,000の間であるようにゼロを含めた整数であり、指数hは、上述のように、0.02%〜4%の間、好ましくは0.2%〜4.0%の間、より好ましくは0.5%〜3%の間のペルオキシドブリッジ−O−O−の含有率、すなわち酸化力(OP)を与えるような非ゼロの整数である)
を有する。
好ましくは、パーフルオロポリエーテルペルオキシドは、以下の範疇から選択される。
(1)Xo−O(CFCFO)(CFO)(O)−Xo’
(式中、
同じかまたは異なってもよいXoおよびXo’は、−CFCl、−CFCFCl、−CF、−CFCF、−CFCOF、−COFであり、
r、sおよびtは、数平均分子量が上述したとおりの、好ましくは500〜100,000の間となる整数であり、r/sは0.1〜10の間であり、sは非ゼロであり、tは、OPが上述の範囲内となる整数である)(これらのパーフルオロポリエーテルペルオキシドは、米国特許第3,715,378号明細書、米国特許第4,451,646号明細書、米国特許第5,258,110号明細書および米国特許第5,744,651号明細書ならびに特許出願EP第1,702,940号明細書およびEP第1,702,939号明細書の教示に従いテトラフルオロエチレンのオキシ重合によって調製してもよい)
(2)X1−O(CFCFO)(CFO)(CF(CF)O)(CFCF(CF)O)(O)−X1’
(式中、
X1およびX1’は同じかまたは異なり、−CFCl、−CFCFCl、−CFCF、−CF、−C、−CF(CF)COF、−COF、−CFCOF、−CFC(O)CFであり、
r、s、t、uおよびvは、前記数平均分子量が上述したとおりの、好ましくは700〜80,000となる、ゼロを含めた整数であり、tは、OPが上述の範囲内となる数である)(これらのパーフルオロポリエーテルペルオキシドは、米国特許第5,000,830号明細書の教示に従いテトラフルオロエチレンおよびパーフルオロプロピレンのオキシ重合によって調製してもよい)
(3)X2−O(CFCFO)(CFO)(CF(CFCFO)(O)−X2’
(式中、
同じかまたは異なってもよいX2およびX2’は、−CFCOF、−COF−であり、
w=1または2であり、
r、s、tおよびkは、前記数平均分子量が700〜100,000の間、好ましくは700〜80,000の間となる整数であり、r/sは0.2〜10の間であり、k/(r+s)は0.05未満であり、tは、OPが上で定義したとおりとなる整数である)
これらのパーフルオロポリエーテルペルオキシドは、米国特許出願第2005/192,413号明細書の教示に従い調製してもよい。
本発明の方法において用いられる温度は、一般に20℃〜300℃の間であり、任意にUVの存在下であってもよい。温度が150℃未満である場合、反応は、好ましくはUV線の存在下で行われる。反応が純粋に熱で行われる場合、好ましい温度範囲は、150〜300℃、より好ましくは180℃〜250℃の間である。
反応は、反応温度に応じて一般に10分〜10時間の間の時間内で完了する。
反応は、塊状で行ってもよく、または溶媒が反応条件下で不活性であるかぎり好適な溶媒の存在下で行ってもよい。挙げることができる溶媒には、CFC、FC、HCFC、好ましくはHFC;H−Galden(登録商標)およびHFE(登録商標)などの、水素原子を任意に含有していてもよい(パー)フルオロポリエーテルが挙げられる。
芳香族水素化ポリマーにフッ素化配列を挿入するための1つの手段は、粉末状またはペレット状の水素化ポリマーをペルオキシドで処理することであり、ペルオキシドは溶媒に溶解されていることが好ましい。その後、溶媒を除去してもよく、混合物を反応温度にする及び/または光活性化を開始する。終わりに、溶媒が存在するなら、溶媒を任意に除去することによりポリマーを回収してもよい。
芳香族水素化ポリマーにフッ素化配列を挿入するための別の手段は、水素化ポリマーの製品をペルオキシドで、好ましくは溶媒に溶解させたペルオキシドで処理することである。
芳香族水素化ポリマーにフッ素化配列を挿入するための別の手段は、溶融形態の水素化ポリマーをペルオキシドで処理することである。
本発明の方法における圧力は、一般に大気圧〜20気圧の間である。
PFPE(パーフルオロポリエーテル)ペルオキシドは、例えば、米国特許第3,442,942号明細書、米国特許第3,650,928号明細書、米国特許第3,665,041号明細書に記載された通り、酸素の存在下で、テトラフルオロエチレンおよび/またはヘキサフルオロプロペン(これらは一緒に混合してもよい)の光支援重合によって調製してもよい。
芳香族水素化ポリマーは熱加工性または熱硬化性であってもよい。熱加工性材料の例は、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニルスルフィド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリケトン、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタンおよびポリアリールアミドである。
ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニルスルフィド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリケトン、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタンおよびポリアリールアミドが特に好ましい。
熱硬化性ポリマーの例は、エポキシポリマー、ポリウレタン、ポリエステルなどである。
すべての場合に、選択された手順および出発水素化ポリマーの化学構造とは無関係に、本方法はペルオキシドの完全な転化を含む。
本発明の方法は、単純であるとともに芳香族環を含有するすべてのポリマーに一般に適用可能である方式で、単一工程においてフッ素化配列を芳香族水素化ポリマーに導入することを可能にする利点を有する。本発明の方法において用いられるパーフルオロポリエーテルペルオキシドが、高い収率で工業プロセスを介して得られることも観察される。
本方法は非常に融通性である利点を有する。詳しくは、記載したように、溶融形態の水素化ポリマー上に、あるいは、溶媒または溶媒混合物に溶解させた水素化ポリマー上に、粉末状および/またはペレット状のその固体ポリマー上のみでなく、最終製品上にも、PFPE化合物を導入してもよい。加えて、本方法は、芳香族環を含有するあらゆる水素化ポリマーに適用可能である。従って、本発明の方法は工業規模でさえ非常に容易に実施し得る。
式(II)のペルオキシド化合物と水素化ポリマーの芳香族基との間の反応が、−C−C−結合を介して結合されたRf−CF−芳香族の結合を導くことが驚くべきことに且つ意外にも見出された。実施例におけるNMR分析を参照されたい。その分析において、エーテル結合の形成は、本方法の条件下で観察されていない。
これは、式(II)のペルオキシドがパーフルオロオキシアルキル(アルコキシラジカル)タイプの酸素ラジカルの発生剤であることが知られているので驚くべきことであり、意外である。酸素ラジカル発生剤である本発明のPFPEペルオキシドは、意外にも本発明の方法において炭素ラジカル発生剤に似た挙動をする。
記載したように、本発明の方法をによって得られるPFPE鎖に結合された芳香族環を含有する水素化ポリマーは、酸化媒体中でさえも上で示した特性、例えば、改善された耐熱性、例えば100℃までの高温でさえも改善された耐加水分解性、フッ素化鎖を含有する分解生成物の無放出、良好な表面特性、例えば、撥水/撥油性、およびそれらの長期にわたる実質的な維持ならびに良好な機械的特性などの組み合わせを示す。
本発明のポリマーが長期に実質的に変わらないままである撥水/撥油性の特性も示すことが後で見出された。
本発明のポリマーは、一般に自動車産業および輸送産業、電気電子産業および化学産業における高い性能品質を有する製品、例えば機械的パーツのための部品、膜、発電所のための部品、車両または航空機のための構造部品を作るために用いてもよい。
本発明のポリマーは、フッ素化配列(I)のTがCOOHまたはCOFである場合には、官能化芳香族水素化ポリマーを得るために、記載したように、官能基Tを種々の他の官能基に転化することによって、後で変換してもよい。これらの変換は当技術分野で公知の手法、例えば、アミド化反応、還元反応、求核性置換反応または縮合反応に従い行われる。例えば、米国特許第6,127,498号明細書を参照されたい。
式(I)において、T=COOHまたは−COFである場合、これらの基を他の官能基に変換してもよい。ここで、Tは−A(Tに変換されて式:
(T−CFO−Rf−CF−A(T (II)
(式中、
nおよびTは上述の通りであり、
Aは、パーフルオロポリエーテル鎖と官能基Tとの間の二価の基であり、
q=0または1であり、
pは、1〜4の間、好ましくは1〜2の間の整数であり、
は、−COFまたは−COOH以外の反応性官能基であって、当技術分野において知られている技術により−COFまたは−COOHから得られ、Tは、任意にヘテロ原子、例えば、酸素、硫黄または窒素を含有していてもよく、前記官能基は、場合により、例えば、COOR(式中、R=任意に置換されていてもよいC〜C20アルキルまたはアリール)、COOM(式中、M=アルカリ金属カチオンまたはアルカリ土類金属カチオン)、あるいは−NH(R(式中、同じかまたは異なってもよいR、RおよびRは、H、C〜C20アルキルから選択される)、CONHR(式中、R=任意に置換されていてもよいC〜C20アルキルまたはアリール)、CONR(式中、同じかまたは異なってもよいRおよびRはC〜C20アルキルである)、ニトリル、−CHOH、−ROH(式中、R=1個以上の酸素原子を任意に含有していてもよいC〜C20アルキレン残基)であり、Tは、場合により、アリル基、エポキシド基およびアルコキシシラン基も含有していてもよい。)
の配列を与える。
好ましくは、Aは、タイプ−(CHm’−(式中、m’は1〜20の整数である)の線状脂肪族タイプの基であるか、あるいは(アルキレン)脂環式基または(アルキレン)芳香族基であり、Aは環中にまたはアルキレン鎖中にヘテロ原子を任意に含有してもよく、特にタイプCHCHO、CHCH(CH)O、(CHO、(CHOの反復単位を有する線状または分岐状のポリアルキレンオキシ鎖であってもよい。連結ブリッジAは、アミド、エステル、エーテルまたはCOOタイプの基、もしくはスルフィドまたはイミンタイプの基を含有してもよい。脂環式化合物中の炭素原子の数は3〜20であり、芳香族基に関しては5〜20である。基Aは、示したタイプの化学種であってもよい。フッ素化鎖のパーフルオロメチレン基へのAの結合のための基は、例えば、−C−、−O−、−CONR−(式中、Rは、H、15個未満の炭素原子を含有する、アルキル、脂環式基または芳香族基である)、−CO−、−COS−、−CO−、ヘテロ原子、あるいはトリアジン基、又は2個以上の同じかまたは異なるヘテロ原子を含有する5原子または6原子の芳香族ヘテロ環であってもよい。
特に、Tは、例えば、−OH、−SH、−SR’、−NR’、−COOH、−SiR’3−d、−CN、−NCO、CH=CH
Figure 2010533759
−COR’、−OSOCF、−OCOCl、−OCN、−N(R’)CN、−(O)COC(O)−、−I、−CHO、−CO、−CH(OCH、−SOCl、−C(OCH)=NH、−C(NH)=NH、−CH(OH)CHOH、−CH(COOH)、−CH(COOR’)、−CH(CHOH)、−CH(CHNH、−CH(CN)、−CH(CHOCHCH=CHであってもよい。式中、R’は、アルキル基、脂環式基または芳香族基であり、R’はフッ素を任意に含有してもよく、QはOR’基であり、dは0〜3の間の整数である。
式(II)の化合物は、例えば、表1に示したような既知の反応を介して、ポリ(パーフルオロアルキレンオキシド)の例えば、酸、エステルまたはハロゲン化アシルから調製される。
Figure 2010533759
Figure 2010533759
Figure 2010533759
Figure 2010533759
Figure 2010533759
Figure 2010533759
Figure 2010533759
式(II)の配列を含有するポリマーは、一般に自動車産業および輸送産業、電気電子産業および化学産業における高い性能品質を有する製品、例えば機械的パーツのための部品、膜、発電所のための部品、車両または航空機のための構造部品を製造するために用いてもよい。
本発明を例示する多くの非限定的な実施例をここに示す。
空気中の熱安定性の試験(熱−酸化)
評価されるべき粉末状または薄膜状(0.1mm)の前もって選択されたポリマー約5gの既知アリコートをガラスオートクレーブに入れ、温度を300℃(別段に指示がない限り)で24時間にわたり維持することによりポリマーの熱安定性を評価する。試験の終わりに、オートクレーブを冷却し、低沸点副生物を抜き出すことにより任意に減圧する。生成物のアリコートを秤量し、CFC113で抽出して、一切のフッ素化分解副生物を溶解させる。残りの生成物を好適な溶媒に溶解させ、19F NMRおよびH NMRによって分析して、残りの生成物中の起こり得る構造変化を決定する。分解があれば、ポリマー鎖に結合された最初のフッ素化生成物を基準にして、分解されたフッ素化生成物の全%(モルによる)として分解を表わす。
加水分解安定性の試験
評価されるべき粉末状または薄膜状(0.1mm)の前もって選択されたポリマー約5gの既知アリコートを5gの水と一緒にガラスオートクレーブに入れ、温度を80℃(別段に指示がない限り)で240時間にわたり維持することにより、ポリマーの加水分解安定性を評価する。試験の終わりに、オートクレーブを冷却し、低沸点副生物を抜き出すことにより任意に減圧する。好適な溶媒に溶解させた生成物を19F NMRおよびH NMRによって分析して加水分解の%を決定し、水相をCFC−113のアリコートにより数回抽出して、水相に溶解/分散された一切のフッ素化加水分解生成物を抽出する。最初のフッ素化生成物を基準にして、加水分解されたフッ素化生成物(ポリマー中、および水相中に存在する両方)の全%(モル)として加水分解度を表わす。別段に示していない限り、そのままのpHで、すなわち、塩基性触媒も酸性触媒も全く添加せずに加水分解試験を行う。
水およびヘキサデカンに対する静的接触角の試験
圧縮成形によって得られた厚さ1mmのサンプルに対し、25℃でサーモスタットにより維持された環境内で液滴計(Kruss Drop Shape Analysis System DSA 10)を用いて測定を実施する。既知の表面張力の液体をサンプルの表面上に置く。滴の輪郭を撮影し、その後、最良適合曲線を計算し、それから接触角を決定する。報告値は、同じ条件下で得られた少なくとも3つの異なるサンプルについて行った10〜15の測定の平均に基づいている。接触角が大きければ大きいほど、撥水性または撥油性は大きい。90°より大きい角度は、撥水撥油性(非親和性)を有するための最低条件である。
放出試験
5gのポリマー材料を1/9(w/w)ジメチルホルムアミド(DMF)/THF混合物50mlに溶解させて僅かに乳光の溶液を得て、それに、溶液が透明になるまでCFC−113を添加する。沈殿のところに至るまで更なるCFC−113を添加する。沈殿物を濾過によって混合物から分離し、有機相を水で洗浄してDMFを除去する。その後、得られた相を硫酸ナトリウムで処理し、CFC−113およびTHFの部分蒸留によって濃縮する。濃縮された溶液を19F NMRによって分析して、抽出された一切のフッ素化生成物を明らかにする。
調製例
実施例1
引張強度160MPa、弾性率16GPa、HDT/A(ISO75)>260℃の機械的特性を有するポリフェニレンスルフィドを用いる。粉末状の47.5gのポリフェニレンスルフィド(Aldrich、10,000に等しい分子量(Mn)、Tg=150℃)、構造CFO(CO)(CFO)(O)27−COF(式中、c/d=1、MW40,000、一鎖当たりのペルオキシド基の平均数は27に等しい)を有するペルオキシドの3重量%でのCFC−113中の溶液50gを、メカニカルスターラーが装着された250mlガラス反応器に不活性雰囲気(窒素)下で入れる。混合物を室温で攪拌する。30℃にて減圧(20mmHg残圧)下でCFC−113溶媒を蒸発させた後、温度を300℃に上げ、溶融塊を30分にわたり攪拌しつつこの温度においた。反応塊を室温に冷却し、固体状の生成物約45gを回収し、それは、暖かい好適な芳香族溶媒(重水素化ジクロロベンゼン)に溶解させた時、ペルオキシド基の完全な転化および−CF−芳香族基を介して芳香族環に結合されたPFPEセグメントの存在を、H NMR分析および19F NMR分析で示す。19F NMR分析は、CFが芳香族環に直接結合されている基−OCF−の存在も、−66/−68ppmでのシグナルによって明らかにしている。NMRと比較された分析は、芳香族環が、唯一のフッ素化置換基として、上記の配列を介して結合された置換基を有することを支持している。CF−O−Ar配列の典型的なシグナルは存在しない。フッ素元素分析は、水素化ポリマー構造中に存在する2.9w/w%のPFPE生成物に対応する1.8w/w%のフッ素に等しい値を示している。この値は、最初のPFPEペルオキシドの約95%がポリマーマトリックスと反応したことを明らかにしている。得られたポリマーの機械的特性は、出発ポリマーの機械的特性に実質的に似ている。
実施例2
粉末状の47.5gのポリフェニレンスルフィド(Aldrich、Tm=285℃、粘度=310℃で275ポイズ)、および構造CFO(CO)(CFO)(O)27−COF(式中、c/d=1、および40,000の数平均分子量および27に等しい一の鎖当たりのペルオキシド基の平均数を有する)を有するペルオキシドの3重量%でのCFC−113中の溶液50gを、メカニカルスターラーが装着された250mlガラス反応器に不活性雰囲気(窒素)下で入れる。混合物を室温で2時間にわたり攪拌する。実施例1のように30℃にて減圧下でCFC−113溶媒を蒸発させた後、温度を220℃に上げ、混合物をこの温度で3時間にわたり攪拌したままにする。
反応塊を室温に冷却し、粉末の生成物約43gを回収する。暖かい好適な芳香族溶媒(重水素化ジクロロベンゼン)に溶解させた生成物は、H NMR分析および19F NMR分析において、ペルオキシド基の完全な転化と、−CF−芳香族結合を介して芳香族環に結合されたPFPEセグメントの存在とを示している。19F NMR分析は、−66/−68ppmでのシグナルによって、CFが芳香族環に直接結合されている基−OCF−の存在も明らかにしている。比較のNMR分析は、芳香族環が、唯一のフッ素化置換基として、上記の配列を介して結合された置換基を有することを支持している。CF−O−Ar配列に特有のシグナルは存在しない。フッ素元素分析は、水素化ポリマー構造中に存在する2.8w/w%のPFPE生成物に対応する1.7w/w%に等しい値を示している。この値は、最初のPFPEペルオキシドの約90%がポリマーマトリックスと反応したことを明らかにしている。
例3(比較例)
実施例1の47.5gのポリフェニレンスルフィド(PPS)と、ヘキサメチレンジアミンとROOC−CF(OCFCF(OCFOCF−COOR(式中、m/n=1、m、nは、数平均分子量が2,000である数であり、R=Cである)の重縮合によって得られた、米国特許第4,278,776号明細書に記載されているフッ素化ポリアミドと同様のフッ素化ポリアミドを3%を含有するCFC−113の溶液50gとを前述の装置に入れる。
混合物を室温で攪拌したままにする。30℃にて減圧(20mmHg)下で溶媒を蒸発させた後、温度を200℃に上げ、溶融塊を1時間にわたり攪拌したままにする。
反応塊を室温に冷却し、固体状の生成物約47gを回収し、フッ素元素分析は、ポリマー構造中に存在する2.9w/w%のPFPE生成物に対応する1.8w/w%のフッ素に等しい値を示している。
実施例4
J.Appl.Polym.Sci.73,1191−1195(1999年)にJ.Yuらによって記載された通りに調製した非晶質の70/30ポリ(エチレンテレフタレート−co−エチレンイソフタレート)ポリエステル(テレフタレート/イソフタレート重量比)80gを、メカニカルスターラーが装着された250mlガラス反応器に不活性雰囲気(窒素)下で入れる。
40gのポリマーを以下の試験のための基準ブランクとして採取する。
次に、構造
CFO(CO)(CFO)(O)27−COF
(式中、c/d=1であり、PM40,000、一鎖当たりのペルオキシド基の平均数は27に等しい)を有するPFPEペルオキシドの3重量%でのCFC−113中の溶液45gを反応器に入れる。
混合物を室温で2時間にわたり攪拌する。30℃にて減圧(20mmHg残圧)下でCFC−113溶媒を蒸発させた後、温度を120℃に上げ、混合物をこの温度で2時間にわたり攪拌したままにする。水素化ポリマー溶融物および均質粘性塊を得る。均質粘性塊を3時間にわたり220℃の温度に保つ。反応塊を室温に冷却し、透明固体状の生成物約43gを回収する。
トリフルオロ酢酸に溶解させた上述した生成物は、ペルオキシド基の完全な転化をH NMR分析および19F NMR分析で明らかにしており、−CF−芳香族結合を介して芳香族環に結合されたPFPE鎖の存在を示している。
19F NMR分析は、−66/−68ppmでのシグナルによって、CFが芳香族環に直接結合されている−OCF−基の存在も明らかにしている。比較のNMR分析は、芳香族環が、上記の配列を介して結合された置換基を唯一のフッ素化置換基として保持することを支持している。CF−O−Ar配列に特有のシグナルは存在しない。
フッ素元素分析は、この変性ポリマー構造中に存在する3.1w/w%のPFPE生成物に対応する1.9w/w%に等しい値を示している。
この値は、最初のPFPEペルオキシドの約93%がポリマーマトリックスと反応したことを明らかにしている。
例5(比較例)
本出願人の名義の米国特許第5,109,103号明細書に記載された実施例に従い、ジメチルテレフタレート48.5g(0.25モル)、ジメチルイソフタレート20.8g(0.11モル)、エチレングリコール50g(0.81モル)および、構造
OH(CHCHO)CHOCFO(CFCFO)(CFO)CFOCH(OCHCHOH
(式中、p=2、m/n=2であり、MW=1,600である)を有するFluorolink E10H(PFPEジオール)3gを反応させることにより、パーフルオロポリエーテルセグメントを含有する非晶質ポリエステルを調製する。
80gのポリマー材料を得る。そのNMR分析は、エステル結合を介してポリマー構造に結合されたPFPE鎖の存在を支持している(PFPE鎖は、ポリオキシエチレンセグメントによってカルボニル基から分離されている)
フッ素元素分析は、この変性ポリマー構造中に存在する3.8w/w%のPFPE生成物に対応する2.1w/w%に等しい値を示している。
この値は、最初のPFPEペルオキシドの約93%がポリマーマトリックスと反応したことを明らかにしている。
実施例6
先行技術の既知の教示に従い、ジメチルテレフタレート48.5g(0.25モル)、1,4−ブタンジオール36g(0.4モル)、およびポリオキシテトラメチレングリコール100g(MW1,000、0.1モル)を反応させることにより芳香族ポリエステルを調製する。
約200℃のTm、16MPaの引張強度、800%の破断点伸び、および30MPaの弾性率を有するこうして得られたポリマーを粉砕し、微細粉末40gを実施例1に記載した装置に入れる。次に、構造
CFO(CO)(CFO)(O)27−COF
(式中、c/d=1、MW=40,000、一鎖当たりのペルオキシド基の平均数は27に等しい)を有するPFPEペルオキシドの3重量%でのCFC−113中の溶液40gを添加する。
混合物を室温で攪拌する。30℃にて減圧(20mmHg残圧)下でCFC−113溶媒を蒸発させた後、温度を180℃に上げ、混合物をこの温度で3時間にわたり攪拌したままにする。
反応塊を室温に冷却し、固体状の生成物約40gを回収する。暖かい好適な芳香族溶媒(キシレン)に溶解させたこの固体は、ペルオキシド基の完全な転化および−CF−芳香族結合を介して芳香族環に結合されたPFPEセグメントの存在をH NMR分析および19F NMR分析で示している。
19F NMR分析は、−66/−68ppmでのシグナルによって、CFが芳香族環に直接結合されている−OCF−基の存在も明らかにしている。比較のNMR分析は、芳香族環が、上記の配列を介して結合された置換基を唯一のフッ素化置換基として有することを支持している。CF−O−Ar配列に特有のシグナルは存在しない。
フッ素元素分析は、変性ポリマー構造中に存在する2.9w/w%のPFPE生成物に対応する1.8w/w%のフッ素に等しい値を示している。この値は、最初のPFPEペルオキシドの約95%が水素化ポリマーマトリックスと反応したことを明らかにしている。得られたポリマーに関する引張強度、破断点伸びおよび弾性率値は、出発ポリマーに関するそれらに実質的に似ている。
実施例7
Preparative Methods of Polymer Chemistry,pp.84−85においてW.R.SorensonおよびT.W.Campbellによって報告された通りに調製された400℃を上回る融点(Tm)を有する結晶性ポリエチレンテレフタルアミド40gを、メカニカルスターラーが装着された250mlガラス反応器に不活性雰囲気(窒素)下で入れ、その後、微細粉末が得られるまで粉砕する。
構造
CFO(CO)(CFO)(O)27−COF
(式中、c/d=1、MW=40,000、一鎖当たりのペルオキシド基の平均数は27に等しい)を有するPFPEペルオキシドの3重量%でのCFC−113中の溶液45gを反応器に入れる。
混合物を室温で2時間にわたり攪拌する。30℃にて減圧(20mmHg残圧)下でCFC−113溶媒を蒸発させた後、温度を220℃に上げ、混合物をこの温度で3時間にわたり攪拌したままにする。反応塊を室温に冷却し、粉末状の生成物約38gを回収する。
硫酸に溶解させた前述の生成物は、H NMR分析および19F NMR分析において、ペルオキシド基の完全な転化を明らかにし、−CF−芳香族結合を介して芳香族環に結合されたPFPE鎖の存在を示している。
19F NMR分析は、−66/−68ppmでのシグナルによって、CFが芳香族環に直接結合されている基−OCF−の存在も明らかにしている。比較のNMR分析は、芳香族環が、上記の配列を介して結合された置換基を唯一のフッ素化置換基として有することを支持している。CF−O−Ar配列に特有のシグナルは存在しない。
フッ素元素分析は、変性ポリマー構造中に存在する3.2w/w%のPFPE生成物に対応する2w/w%に等しい値を示している。
この値は、最初のPFPEペルオキシドの約94%がポリマーマトリックスと反応したことを明らかにしている。
実施例8
Preparative Methods of Polymer Chemistry,pp.85−86においてW.R.SorensonおよびT.W.Campbellによって報告された通りに調製された220℃の融点(Tm)を有する結晶性ポリ(N、N’−ポリエチレンテレフタルアミド)40gを、メカニカルスターラーが装着された250mlガラス反応器に不活性雰囲気(窒素)下で入れる。
構造
CFO(CO)(CFO)(O)27−COF
(式中、c/d=1、MW=40,000、一鎖当たりのペルオキシド基の平均数は27に等しい)を有するPFPEペルオキシドの3重量%でのCFC−113中の溶液45gを反応器に入れる。
混合物を室温で2時間にわたり攪拌する。30℃にて減圧下でCFC−113溶媒を蒸発させた後、温度を250℃に上げ、溶融塊をこの温度で3時間にわたり攪拌したままにする。
反応塊を室温に冷却し、透明固体状の生成物約40gを回収する。重水素化アセトンに溶解させた上述した生成物は、ペルオキシド基の完全な転化をH NMR分析および19F NMR分析で明らかにし、−CF−芳香族結合を介して芳香族環に結合されたPFPE鎖の存在を示している。
19F NMR分析は、−66/−68ppmでのシグナルによって、CFが芳香族環に直接結合されている−OCF−基の存在も明らかにしている。比較のNMR分析は、芳香族環が、上記の配列を介して結合された置換基を唯一のフッ素化置換基として有していることを支持している。CF−O−Ar配列に特有のシグナルは存在しない。
フッ素元素分析は、この変性ポリマー構造中に存在する3.0w/w%のPFPE生成物に対応する1.9w/w%に等しい値を示している。
この値は、最初のPFPEペルオキシドの約90%がポリマーマトリックスと反応したことを明らかにしている。
例9(比較例)
米国特許第5,109,103号明細書に記載された実施例に従い、ジメチルテレフタレート48.5g(0.25モル)、1,4−ブタンジオール36g(0.4モル)、ポリオキシテトラメチレングリコール100g(MW1,000、0.1モル)、および1,500の数平均分子量を有する構造
CHOC(O)CFO(CFCFO)(CFO)CFC(O)OCH
を有するPFPEジエステル8g(0.005モル)を反応させることにより、パーフルオロポリエーテルセグメントを含有するポリエステルを調製する。
NMR分析は、第一級エステル結合を介してポリマー構造に結合されたPFPE鎖の存在を支持している(PFPE鎖はカルボニル基に直接結合されている)。
19F NMR分析は、−66/−68ppmでのシグナルによって、CFが芳香族環に直接結合されている−OCF−基の存在も明らかにしている。比較のNMR分析は、芳香族環が、上記の配列を介して結合された置換基を唯一のフッ素化置換基として有していることを支持している。CF−O−Ar配列に特有のシグナルは存在しない。
フッ素元素分析は、この変性ポリマー構造中に存在する4.4w/w%のPFPE生成物に対応する2.6w/w%に等しい値を示している。
例10(比較例)
本出願人の名義の米国特許第5,109,103号明細書に記載された実施例に従い、ジメチルテレフタレート48.5g(0.25モル)、1,4−ブタンジオール36g(0.4モル)、ポリオキシテトラメチレングリコール(分子量は1,000に等しい)100g(0.1モル)、およびm/n=2で1,500の数平均分子量を有する構造
HOCHCFO(CFCFO)(CFO)CFCHOH
を有するPFPEジオール8g(0.005モル)を反応させることにより、パーフルオロポリエーテルセグメントを含有するポリエステルを調製する。
NMR分析は、第一級エステル結合を介してポリマー構造に結合されたPFPE鎖の存在を支持している(PFPE鎖はOCHセグメントによってカルボニル基から分離されている)。
フッ素元素分析は、ポリマー構造中に存在する約4.5w/w%のPFPE生成物に対応する2.5w/w%に等しい値を示している。
実施例11
先行技術の既知の教示に従い、ジメチルテレフタレート97g(0.5モル)、エチレングリコール49.6g(0.8モル)、および1,000の分子量を有するポリオキシテトラメチレングリコール(PTMEG)200g(0.2モル)を反応させることによりポリエステルを調製する。そのようにして得られたポリマーは約200℃のTmを有する。
ポリマーを粉砕し、40gの微細粉末を実施例1に記載した装置に入れる。
構造
CFO(CO)(CFO)(O)27−COF
(式中、c/d=1、MW=40,000、一鎖当たりのペルオキシド基の平均数は27に等しい)を有するPFPEペルオキシドの3重量%でのCFC−113中の溶液40gを続いて添加する。
混合物を室温で攪拌したままにする。30℃にて減圧(20mmHg残圧)下でCFC−113溶媒を蒸発させた後、温度を180℃に上げ、混合物をこの温度で3時間にわたり攪拌したままにする。
反応塊を室温に冷却し、固体状の生成物約40gを回収する。暖かい好適な芳香族溶媒(キシレン)に溶解させたこの生成物は、ペルオキシド基の完全な転化および−CF−芳香族結合を介して芳香族環に結合されたPFPEセグメントの存在をH NMR分析および19F NMR分析で示している。
19F NMR分析は、−66/−68ppmでのシグナルによって、CFが芳香族環に直接結合されている−OCF−基の存在も明らかにしている。比較のNMR分析は、芳香族環が、上記の配列を介して結合された置換基を唯一のフッ素化置換基として有することを支持している。CF−O−Ar配列に特有のシグナルは存在しない。
フッ素元素分析は、変性ポリマー構造中に存在する約2.9w/w%のPFPE生成物に対応するフッ素1.8w/w%に等しい値を示している。
例12(比較例)
本出願人の名義の米国特許第5,109,103号明細書に記載された実施例に従い、ジメチルテレフタレート48.5g(0.25モル)、エチレングリコール30g(0.48モル)、ポリオキシテトラメチレングリコール100g(MW1,000、0.1モル)、およびm/n=2で1,500の数平均分子量を有する構造
CHOC(O)CFO(CFCFO)(CFO)CFC(O)OCH
を有するPFPEジエステル8g(0.005モル)を反応させることにより、パーフルオロポリエーテルセグメントを含有するポリエステルを調製する。
NMR分析は、第一級エステル結合を介してポリマー構造に結合されたPFPE鎖の存在を支持している(PFPE鎖はカルボニル基に直接結合されている)。
フッ素元素分析は、変性ポリマー構造中に存在する4.3w/w%のPFPE生成物に対応する2.4w/w%に等しい値を示している。
例13(比較例)
400℃より高い融点を有する実施例7のポリエチレンテレフタルアミド粉末50g、およびヘキサメチレンジアミンとROOC−CF(OCFCF(OCFOCFCOOR(式中、m/n=1であり、mおよびnは、数平均分子量が2,000となる数であり、R=Cである)の重縮合によって得られた、米国特許第4,278,776号明細書に記載されたパーフルオロポリエーテルポリアミドの3%でのCFC−113の溶液50gを前述の装置に入れる。
混合物を室温で攪拌したままにする。30℃にて減圧(20mmHg)下で溶媒を蒸発させた後、温度を200℃に上げ、粉末を1時間にわたり攪拌したままにする。
反応塊を室温に冷却し、固体状の生成物約48gを回収する。フッ素元素分析は、変性ポリマー構造中に存在する約2.9w/w%のPFPE生成物に対応するフッ素1.8w/w%に等しい値を示している。
加水分解試験
実施例14
上述の方法に従い、本発明の多くのポリマー材料を別段に指示がない限りそのままのpHの条件下で加水分解試験に供する。これらの加水分解試験の結果を以下の表の中にまとめる。表において、第1の欄は、加水分解試験を行なったポリマーに関する参照実施例の番号を示している。
Figure 2010533759
熱安定性試験
実施例15
上述の方法に従い、本発明の多くのポリマー材料を熱安定性試験に供する。
これらの熱安定性試験の結果を以下の表の中にまとめる。表において、第1の欄は、加水分解試験を行なったポリマーに関する参照実施例の番号を示している。
Figure 2010533759
接触角試験
実施例16
前述の方法に従い、本発明の多くのポリマー材料を接触角試験に供する。
この試験の結果を以下の表の中にまとめる。表において、第1の欄は、接触角試験を行なったポリマーに関する参照実施例の番号を示している。
Figure 2010533759
放出試験
例17(比較例)
先行技術の教示に従い、水素化ポリマーを以下の手順に従いフッ素化添加剤で変性する。
実施例7のポリ(N,N’−ジエチレンテレフタルアミド)(Tm=220℃)50gおよびSolvay Solexisによって販売されているFluorolink(登録商標)PA100E(パーフルオロポリエーテル鎖を含有するポリアミド)1.5gを前述の装置に入れる。混合物を250℃に至るまで窒素下で徐々に加熱し、約15分にわたり攪拌したままにする。その後、材料を室温に冷却する。固体状の生成物46gを回収し、それは、フッ素元素分析すると、水素化ポリマー構造中に存在する2.9w/w%のフッ素化ポリアミドに対応する1.7w/w%に等しい値を与える。
実施例18
実施例8および例17(比較例)において合成されたPFPE含有するポリマー材料を以下の手順に従い抽出試験に供する。
5gのポリマー材料を1/9(w/w)ジメチルホルムアミド(DMF)/THF混合物50mlに溶解させる。室温で僅かに乳光である溶液を得る。CFC−113を前記溶液に添加する。溶液の初期曇り度を観察する。CFC−113の更なる添加は、ポリマーの漸次の沈殿につながる。約200mlのフッ素化溶媒を添加した時に沈殿は完了する。この沈殿物を濾過によって混合物から分離し、有機相を水で洗浄してDMFを除去する。次に、得られた有機相を硫酸ナトリウムで処理し、CFC−113およびTHFの部分蒸留によって濃縮する。濃縮された溶液を19F NMRによって分析して、ありえるあらゆる抽出フッ素化生成物を明らかにする。上に記載した抽出プロセスに供された実施例7のポリマーは、有機抽出溶媒中でフッ素化生成物の存在を全く示さない。
例15(比較例)のポリマーは、有機抽出溶媒中の30mgのフッ素化生成物(Fluorolink PA100)の存在を示し、これは最初に添加された量の21%に等しい。

Claims (22)

  1. 式(I):
    (T−CFO−Rf−CF−T (I)
    (式中、
    nは、1〜10、好ましくは1〜5の整数であり、より好ましくは1、2および3の中から選択され、
    は以下の意味:
    −任意に置換されていてもよい芳香族基
    −任意に置換されていてもよい数個の縮合芳香族基
    を有し、
    は水素化ポリマーの主鎖の芳香族環であり、
    はTに等しくてもよく、あるいは官能基−COOHまたは−COFであってもよく、
    Rfは(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖である)
    で表される、ポリマー構造中に無秩序に分配されている配列を形成する、芳香族環に結合されたパーフルオロポリエーテル(PFPE)鎖を含む芳香族水素化ポリマーであって、
    出発芳香族水素化ポリマーが、前記環が少なくとも3個の原子から形成されている環式モノマーの重縮合、段階的重付加、重付加によって得られる芳香族水素化ポリマー。
  2. 前記Rf鎖が500〜10,000の間、好ましくは800〜5,000の間の数平均分子量を有する請求項1に記載のポリマー。
  3. Rfが、以下の構造(CFXO)、(CO)、(CFCFCFO)、(CFCFCFCFO)、(CRCFCFO)、(CO)(これらの式中、(CO)は、式−(CFCF(CF)O)−、または−(CF(CF)CFO)−の単位を表し、X=F、CFであり;同じかまたは異なってもよいRおよびRは、H、Cl、および炭素原子数1〜4のパーフルオロアルキルから選択される)を有する、鎖中に無秩序に分配された1個以上の反復単位によって構成された(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖である請求項1または2に記載のポリマー。
  4. 前記(パー)フルオロポリエーテル鎖Rfが、以下の構造:
    (A)−(CFCF(CF)O)(CFXO)−、または−CFCF(CF)O)(CFXO)−CF(R’’f)CF−O−(CFCF(CF)O)(CFXO)
    (式中、R’’fは、炭素原子数1〜4のフルオロアルケニル基であり、Xは上で定義した通りであり、aおよびbは、数平均分子量が上記の範囲内となる整数であり、a/bは10〜100の間である)
    (B)−(CFCFO)(CFO)(CF(CFO)
    (式中、c、dおよびhは、数平均分子量が上記の範囲内となる整数であり、c/dは0.1〜10の間であり、h/(c+d)は0〜0.05の間であり、zは2または3であり、hも場合によりゼロに等しい)
    (C)−(CO)(CFCFO)(CFXO)
    (式中、Xは上で定義した通りであり、e、fおよびgは、数平均分子量が上記の範囲内となる整数であり、e/(f+g)は0.1〜10の間であり、f/gは2〜10の間である)
    (D)−(CF(CFO)
    (式中、sは上で定義した分子量を与える整数であり、zは上で定義した意味を有する)
    (E)−(CRCFCFO)j’−、または−(CRCFCFO)p’−R’’f−O(CRCFCFO)q’
    (式中、RおよびRは同じかまたは異なり、H、Cl、およびC原子数1〜4のパーフルオロアルキルから選択され、R’’fはC原子数1〜4のフルオロアルケニル基であり、j’、p’およびq’は、上記の分子量を有することとなる整数である)
    (F)−(CF(CF)CFO)J’’
    (式中、j’’は、上記の分子量を有することとなる整数である)
    から選択される請求項3に記載のポリマー。
  5. 重縮合によって得られるポリマーが、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド、ポリカーボネート、ポリフェニルスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールアミドから選択され、段階的重付加によって得られるポリマーがポリウレタンから選択され、環が少なくとも3個の原子から形成されている環式モノマーの重付加によって得られるポリマーが、エポキシドモノマーまたはオキセタンモノマーから得られるポリエーテル、チオエポキシドから得られるポリスルフィド、およびそれぞれラクトンまたはラクタムから得られるポリエーテルまたはポリアミドから選択される請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリマー。
  6. 前記ポリマーが、残留オレフィン二重結合を含まず、第三級炭素原子を含まず、且つ第三級炭素原子および末端オレフィン二重結合を含まないモノマーから誘導される請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリマー。
  7. フッ素化ペルオキシドのペルオキシド基と水素化ポリマーの芳香族環との間の1以下のモル比を用いて作用させることによる、任意に置換されていてもよい芳香族基を含有する水素化ポリマーと、炭素ラジカルを発生させ、そしてペルオキシド100グラム当たりの活性酸素のグラムとして定義される酸化力(OP)が4%未満であるフッ素化ペルオキシドとの反応を含む請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリマーを調製する方法であって、出発芳香族水素化ポリマーが、環が少なくとも3個の原子から形成されている環式モノマーの重縮合、段階的重付加または重付加によって得られる方法。
  8. 前記モル比が0.5未満である請求項7に記載の方法。
  9. 前記フッ素化ペルオキシドが、以下の構造(CFXO)、(CFCFO)、(CFCFCFCFO)、(CRCFCFO)、(CO)(これらの式中、X=F、CFであり;同じかまたは異なってもよいRおよびRは、H、Cl、および炭素原子数1〜4のパーフルオロアルキルから選択され、(CO)は、式−(CFCF(CF)O)−、または−(CF(CF)CFO)−、あるいは(CFCFCFO)の単位を表す)を有する、鎖中に無秩序に分配された1個以上の反復単位を含有するパーフルオロポリエーテルペルオキシドである請求項7または8に記載の方法。
  10. 前記パーフルオロポリエーテルペルオキシドが、以下の構造:
    A−O−(CFXO)(CFCFO)(CO)(CFCFCFCFO)(O)−B (III)
    (式中、
    同じかまたは異なってもよいAおよびBは、−CFCOF、−CF(CF)COF、−CFCFCOF、−CFCFCFCOF、−CFC(O)CF、−COF、−CF、−CFCF、−C、−Cから選択され、フッ素原子を塩素原子または水素原子で任意に置き替えてもよく、指数a、b、c、dおよびhは、前記ペルオキシド(III)の数平均分子量が300〜150,000の間であるように、ゼロを含めた整数であり、前記指数hは、0.02%〜4%の間、好ましくは0.2%〜4.0%の間、より好ましくは0.5%〜3%の間のペルオキシドブリッジ−O−O−の含有率、すなわち上で定義した酸化力(OP)を与える非ゼロの整数である)
    を有する請求項7〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記パーフルオロポリエーテルペルオキシドが、以下の範疇:
    (1)Xo−O(CFCFO)(CFO)(O)−Xo’
    (式中、
    同じかまたは異なってもよいXoおよびXo’は、−CFCl、−CFCFCl、−CF、−CFCF、−CFCOF、−COFであり、
    r、sおよびtは、数平均分子量が上で定義したとおりであり、好ましくは500〜100,000の間となる整数であり、r/sは0.1〜10の間であり、sは非ゼロであり、tは、OPが上で定義した範囲内となる整数である)
    (2)X1−O(CFCFO)(CFO)(CF(CF)O)(CFCF(CF)O)(O)−X1’
    (式中、
    X1およびX1’は同じかまたは異なり、−CFCl、−CFCFCl、−CFCF、−CF、−C、−CF(CF)COF、−COF、−CFCOF、−CFC(O)CFであり、
    r、s、t、uおよびvは、数平均分子量が上で定義したとおりであり、好ましくは700〜80,000の間となる、ゼロを含めた整数であり、tは、OPが上で定義した範囲内となる数である)
    (3)X2−O(CFCFO)(CFO)(CF(CFCFO)(O)−X2’
    (式中、
    同じかまたは異なってもよいX2およびX2’は、−CFCOF、−COFであり、
    w=1または2であり、
    r、s、tおよびkは、数平均分子量が700〜100,000の間、好ましくは700〜80,000の間となる整数であり、r/sは0.2〜10の間であり、k/(r+s)は0.05未満であり、tは、OPが上で定義したものとなる整数である)
    から選択される請求項10に記載の方法。
  12. 温度が20℃〜300℃の間であって、任意選択でUVの存在下であってもよく、ここで、前記温度が150℃未満である場合は、前記反応がUV線の存在下で行われる請求項7〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 好ましくは、CFC、FC、HCFC、より好ましくはHFC;水素原子を任意に含有してもよい(パー)フルオロポリエーテル、例えば、H−Galden(登録商標)およびHFE(登録商標)から選択された、前記反応の条件下で不活性である溶媒の存在下で行われる請求項7〜12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記芳香族水素化ポリマーが、粉末状またはペレット状、溶融形態、または製品形態である請求項7〜13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 重縮合によって得られるポリマーが、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド、ポリカーボネート、ポリフェニルスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールアミドから選択され、段階的重付加によって得られるポリマーがポリウレタンから選択され、環が少なくとも3個の原子から形成されている環式モノマーの重付加によって得られるポリマーが、エポキシドモノマーまたはオキセタンモノマーから得られるポリエーテル、チオエポキシドから得られるポリスルフィド、およびそれぞれラクトンまたはラクタムから得られるポリエーテルまたはポリアミドから選択される請求項7〜14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記芳香族水素化ポリマーが、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニルスルフィド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリケトン、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアリールアミド、エポキシポリマー、ポリウレタン、およびポリエステルから選択される請求項7〜14のいずれか一項に記載の方法。
  17. 圧力が大気圧と20気圧との間である請求項7〜16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 自動車産業および輸送産業、電気電子産業および化学産業における製品、好ましくは機械パーツのための部品、膜、発電所のための部品、車両または航空機のための構造部品を製造するための請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリマーの使用。
  19. 請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリマーから得られる製造品。
  20. フッ素化配列(I)のTがCOOHまたはCOFである場合、T=−COOHまたは−COFを他の官能基−Aq−(Tへ変換して、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリマーから得られる式(II):
    (T−CFO−Rf−CF−A(T (II)
    (ここで、式(II)中、
    nおよびTは上で定義した通りであり、
    Aは、パーフルオロポリエーテル鎖Rfと官能基Tとの間の二価基であり、
    q=0または1であり、
    pは、1〜4の間、好ましくは1〜2の間の整数であり、
    は、ヘテロ原子、例えば、酸素、硫黄または窒素を任意に含有してもよい、−COFまたは−COOH以外の反応性官能基であり、Tは、好ましくは、COOR(式中、R=任意に置換されていてもよいC〜C20アルキルまたはアリール)、COOM(式中、M=アルカリ金属カチオンまたはアルカリ土類金属カチオン)、あるいは−NH(R(式中、同じかまたは異なってもよいR、RおよびRは、H、C〜C20アルキルから選択される)、CONHR(式中、R=任意に置換されていてもよいC〜C20アルキルまたはアリール)、CONR(式中、同じかまたは異なってもよいRおよびRはC〜C20アルキルである)、ニトリル、−CHOH、−ROH(式中、R=1個以上の酸素原子を任意に含有していてもよいC〜C20アルキレン残基)から選択され、Tは、場合によりアリル基、エポキシド基およびアルコキシシラン基を含有してもよい)
    で表される、ポリマー構造中に無秩序に分配された配列を含む官能化芳香族水素化ポリマー。
  21. 式(II)のポリマーを調製する方法であって、アミド化反応、還元反応、求核性置換反応、または縮合反応を介して、TがCOOHまたはCOFである式(I)の配列を含む前記芳香族水素化ポリマーを変換する工程を含む方法。
  22. 請求項20および21に記載のポリマーから得られる製品。
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