JP2017036450A - フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンのポリマー - Google Patents
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Abstract
【課題】改善された絶縁破壊電圧または絶縁耐力を有し、基材に対して良好な接着強度特性を示し、かつ卓越した熱安定性値、圧電特性、強誘電特性、集電特性および誘電特性を維持するフルオロポリマー材料の提供。
【解決手段】フッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位と、トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10〜50モル%の繰り返した単位と、式(I)で表され少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]を0.01〜10モル%と、を含むフルオロポリマー。
(R1〜R3は各々独立にH又はC1〜C3炭化水素基;−ROHはH又は1個以上のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分)
【選択図】なし
【解決手段】フッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位と、トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10〜50モル%の繰り返した単位と、式(I)で表され少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]を0.01〜10モル%と、を含むフルオロポリマー。
(R1〜R3は各々独立にH又はC1〜C3炭化水素基;−ROHはH又は1個以上のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分)
【選択図】なし
Description
本出願は、2010年12月22日に出願された欧州特許出願第10196549.9号明細書に対する優先権を主張し、この出願の全内容は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、フッ化ビニリデンコポリマーおよびその組成物、前記コポリマーの製造方法、ならびに電気および電子デバイスにおける前記コポリマーの使用に関する。
トリフルオロエチレンモノマーに由来する繰り返し単位を含むフッ化ビニリデンコポリマーは、それらの加工の容易さ、化学的不活性ならびに魅力的な強誘電特性、圧電特性、集電特性および誘電特性のために、エレクトロニクス包装市場で広範に使用されてきた。
周知のように、圧電性という用語は、電気的エネルギーを機械的エネルギーと交換する材料の能力およびその逆の能力を意味し、この電気機械的応答は、変形または圧力の振動の間の寸法変化と本質的に関係していると考えられる。直接の圧電効果(応力がかけられるときの電気の発生)を示す材料は、逆の圧電効果(電場がかけられるときの応力および/または歪みの発生)も示すという点において、圧電効果は可逆的である。
強誘電性は、材料の特性であって、それにより材料が、その方向を外部電場の印加によって等価状態間で交換し得る自発的電気分極を示す特性である。
集電性は、加熱または冷却後に電位を発生させる、ある種の材料の能力である。実際に、温度におけるこの変化の結果として、正および負の電荷は、移動によって反対端に移行し(すなわち、その物質は分極した状態になり)、したがって、電位が確立される。
フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとのコポリマーにおける圧電性、集電性、強誘電性は、水素およびフッ素原子が、単位セル当たり最大の双極子モーメント与えるように配列されている特定の結晶晶癖、いわゆるベータ相に関係すると一般に理解されている。
フッ化ビニリデンおよびトリフルオロエチレンに由来する繰り返し単位を含むコポリマーは、典型的には、押出、射出成形、圧縮成形および溶媒キャスティングなどの周知の加工方法によって、半結晶性で、本質的に非配向および非延伸の熱可塑性フィルムまたはシートまたは管状構造製品に造形または成形され得る半結晶性コポリマーとして提供される。
例えば、(特許文献1)(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)2009年12月10日には、フッ化ビニリデンおよびトリフルオロエチレンに由来する繰り返し単位を含むポリマーであって、式−CF2Hおよび/または−CF2CH3の末端基を、フッ化ビニリデンの繰り返し単位1kg当たり少なくとも60ミリモルの量で含み、改善された可撓性および変形性を示す一方、電気および電子デバイスにおける使用に適している卓越した圧電特性、強誘電特性、集電特性および誘電特性を維持するポリマーが開示されている。
また、(特許文献2)(ダイキン工業株式会社)1992年2月11日には、フッ化ビニリデンに由来する60モル%〜79モル%の繰り返し単位、トリフルオロエチレンに由来する18モル%〜22モル%の繰り返し単位およびクロロトリフルオロエチレンに由来する3モル%〜22モル%の繰り返し単位を含むコポリマーの誘電体としての使用が開示されている。
しかし、従来技術のフッ化ビニリデンコポリマーは、非常に要求の厳しい高出力電子機器およびマイクロ電子機器用途に必要な性能基準を満たす重要な電気要件を満足させない。
高出力電子回路、特に小型の形態の高出力電子回路の適当な動作を確保するために、よく機能する絶縁性双極子ポリマー材料によって、適当な分離が、隣接する導体間で確保されなければならない。高電圧アーク放電および漏洩電流は、特に高周波数で動作する場合、高電圧回路において遭遇される典型的な問題を示す。
これらの作用に対抗するために、薄い膜およびシートに有利に造形され得る誘電性ポリマー材料が開発される必要があり、これは、絶縁破壊電圧または絶縁耐力について高い値を示す。
知られているように、絶縁体の絶縁破壊電圧または絶縁耐力は、絶縁体の一部を電気的に伝導性にならしめる最小電圧を規定する。固体絶縁材料では、これは通常、突発電流により永久的な分子的または物理的変化を作り出すことによって材料内に弱体化経路を生成する。
さらに、従来技術のフッ化ビニリデンコポリマーは、電子機器用途で有利に用いられるには、基材、特に金属基剤に対して接着強度不足の欠点をもつ。
したがって、依然として当技術分野において、このような拮抗要件を満たし、かつ絶縁破壊電圧または絶縁耐力について改善された値をもっており、一方基材、特に金属基材に対して良好なまたは高められた接着強度特性を示し、かつ卓越した熱安定性値ならびに圧電特性、強誘電特性、集電特性および誘電特性を維持する、フッ化ビニリデンコポリマー材料に対する必要性がある。
したがって、本発明の目的は、
− フッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位;
− トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10モル%〜50モル%の繰り返した単位;および
− 以下の式(I):
(式中:
− R1、R2およびR3は、互いに等しいかまたは異なり、水素原子およびC1〜C3炭化水素基から独立して選択され;
− ROHは、水素原子、または少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分を表す)
を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]に由来する0.01モル%〜10モル%の繰り返し単位
を含むフルオロポリマー[ポリマー(F)]である。
− フッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位;
− トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10モル%〜50モル%の繰り返した単位;および
− 以下の式(I):
− R1、R2およびR3は、互いに等しいかまたは異なり、水素原子およびC1〜C3炭化水素基から独立して選択され;
− ROHは、水素原子、または少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分を表す)
を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]に由来する0.01モル%〜10モル%の繰り返し単位
を含むフルオロポリマー[ポリマー(F)]である。
本出願人は、驚くべきことに、本発明のポリマー(F)が、有利には絶縁破壊電圧に対して改善された値をもつ一方、非常に良好な熱安定特性および基材、特に銅およびアルミニウムなどの金属基材に対する接着強度も示し、ならびに高出力電子機器およびマイクロ電子機器用途に首尾よく用いられる従来技術のポリマーの通常の圧電特性、強誘電特性、集電特性および誘電特性を保持することを見出した。
本発明のポリマー(F)は、トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する好ましくは15モル%〜48モル%、より好ましくは16モル%〜45モル%、さらにより好ましくは17モル%〜40モル%の繰り返し単位を含む。
(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]は、好ましくは以下の式(II):
(式中:
− R’1およびR’2は、互いに等しいかまたは異なり、水素原子およびC1〜C3炭化水素基から独立して選択され、
好ましくはR’1およびR’2は、水素原子であり、
− R’3は、水素原子であり、
− R’OHは、水素原子、および少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分を表す)
に従う。
− R’1およびR’2は、互いに等しいかまたは異なり、水素原子およびC1〜C3炭化水素基から独立して選択され、
好ましくはR’1およびR’2は、水素原子であり、
− R’3は、水素原子であり、
− R’OHは、水素原子、および少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分を表す)
に従う。
(メタ)アクリルモンマー(MA)の非限定的な例には、特にアクリル酸、メタクリル酸、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチルヘキシル(メタ)アクリレートが含まれる。
モノマー(MA)は、より好ましくは以下:
−式:
のヒドロキシエチルアクリレート(HEA)、
− 式
のいずれかの2−ヒドロキシプロピルアクリレート(HPA)、
− 式:
のアクリル酸(AA)
− およびそれらの混合物
から選択される。
−式:
− 式
− 式:
− およびそれらの混合物
から選択される。
モノマー(MA)は、さらにより好ましくはアクリル酸(AA)またはヒドロキシエチルアクリレート(HEA)である。
本発明のポリマー(F)は、1種以上の他のフッ素化コモノマー[コモノマー(F)]に由来する繰り返し単位をさらに含んでもよい。
「フッ素化コモノマー[コモノマー(F)]」という用語は、少なくとも1個のフッ素原子を含むエチレン性不飽和コモノマーを意味することが本明細書によって意図される。
コモノマー(F)は、塩素、臭素およびヨウ素原子などの1個以上の他のハロゲン原子をさらに含んでもよい。
好適なコモノマー(F)の非限定的な例には、特に以下:
(i)C2〜C8パーフルオロオレフィン、例えば、テトラフルオロエチレン(TFE)およびヘキサフルオロプロピレン(HFP);
(ii)式CH2=CH−Rf0(式中、Rf0は、C2〜C6パーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルエチレン;
(iii)クロロ−および/またはブロモ−および/またはヨードC2〜C6フルオロオレフィン、例えば、クロロトリフルオロエチレン(CTFE);
(iv)式CF2=CFORf1(式中、Rf1は、C1〜C6パーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルビニルエーテル、例えば、パーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)およびパーフルオロプロピルビニルエーテル(PPVE);
(v)式CF2=CFOX0(式中、X0は、1個以上のエーテル基を有する、C1〜C12オキシアルキル基またはC1〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基、例えば、パーフルオロ−2−プロポキシ−プロピル基である)の(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテル;
(vi)式CF2=CFOCF2ORf2(式中、Rf2は、C1〜C6(パー)フルオロアルキル基、例えば、−CF3、−C2F5、−C3F7、または1個以上のエーテル基を有するC1〜C6(パー)フルオロオキシアルキル基、例えば、−C2F5−O−CF3である)の(パー)フルオロアルキルビニルエーテル;
(vii)式CF2=CFOY0(式中、Y0は、C1〜C12アルキル基または(パー)フルオロアルキル基、1個以上のエーテル基を有するC1〜C12オキシアルキル基およびC1〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基から選択され、Y0は、その酸、酸ハロゲン化物または塩の形態でカルボン酸またはスルホン酸基を含む)の官能性(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテル;
(viii)フルオロジオキソール、特にパーフルオロジオキソールが含まれる。
(i)C2〜C8パーフルオロオレフィン、例えば、テトラフルオロエチレン(TFE)およびヘキサフルオロプロピレン(HFP);
(ii)式CH2=CH−Rf0(式中、Rf0は、C2〜C6パーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルエチレン;
(iii)クロロ−および/またはブロモ−および/またはヨードC2〜C6フルオロオレフィン、例えば、クロロトリフルオロエチレン(CTFE);
(iv)式CF2=CFORf1(式中、Rf1は、C1〜C6パーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルビニルエーテル、例えば、パーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)およびパーフルオロプロピルビニルエーテル(PPVE);
(v)式CF2=CFOX0(式中、X0は、1個以上のエーテル基を有する、C1〜C12オキシアルキル基またはC1〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基、例えば、パーフルオロ−2−プロポキシ−プロピル基である)の(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテル;
(vi)式CF2=CFOCF2ORf2(式中、Rf2は、C1〜C6(パー)フルオロアルキル基、例えば、−CF3、−C2F5、−C3F7、または1個以上のエーテル基を有するC1〜C6(パー)フルオロオキシアルキル基、例えば、−C2F5−O−CF3である)の(パー)フルオロアルキルビニルエーテル;
(vii)式CF2=CFOY0(式中、Y0は、C1〜C12アルキル基または(パー)フルオロアルキル基、1個以上のエーテル基を有するC1〜C12オキシアルキル基およびC1〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基から選択され、Y0は、その酸、酸ハロゲン化物または塩の形態でカルボン酸またはスルホン酸基を含む)の官能性(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテル;
(viii)フルオロジオキソール、特にパーフルオロジオキソールが含まれる。
コモノマー(F)は、好ましくは水素原子を含まない。
最も好ましいフッ素化コモノマー(F)は、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、パーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)、テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)である。
フッ素化コモノマー(F)が存在する場合、本発明のポリマー(F)は、前記フッ素化コモノマー(F)に由来する通常は2モル%〜20モル%、好ましくは3モル%〜18モル%、より好ましくは4モル%〜15モル%の繰り返し単位を含む。
本発明のポリマー(F)は、典型的には半結晶性である。
「半結晶性」という用語は、ASTM D3418−08に従って測定して10〜90J/g、好ましくは30〜60J/g、より好ましくは35〜55J/gの融解熱を有するポリマーを意味することが本明細書によって意図される。
本発明のポリマー(F)のメルトフローインデックス(MFI)は、最終部品(例えば、フィルムまたはシート)を得るために選択される加工技術に関連して当業者によって選択される。
それにもかかわらず、一般に、ポリマー(F)は、有利には最大で500g/10分、好ましくは最大で200g/10分、より好ましくは最大で50g/10分のASTM D1238(230℃、5Kg)に従って測定されるMFIを有すると理解される。
ポリマー(F)骨格は、通常は以下のスキーム:
に示されるとおりにラジカル重合の間に鎖内連鎖移動(バックバイティング)によって生じる、式−CF2Hおよび/または−CF2CH3を有する末端基で停止させた短鎖分岐によって通常は割り込まれる。
本発明の第1の好ましい実施形態によれば、ポリマー(F)は、式−CH2Hおよび/または−CF2CH3の末端基を、フッ化ビニリデン(VDF)繰り返し単位1Kg当たり30ミリモル未満、好ましくはVDF繰り返し単位1Kg当たり20ミリモル未満の量で含む[ポリマー(F−1)]。
本発明のこの第1の好ましい実施形態のポリマー(F−1)は、上に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する好ましくは少なくとも0.02モル%、より好ましくは少なくとも0.04モル%の繰り返し単位を含む。
本発明のこの第1の好ましい実施形態のポリマー(F−1)は、上に記載されたとおりの式(1)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する好ましくは最大で8モル%、より好ましくは最大で5モル%の繰り返し単位を含む。
本発明の第2の好ましい実施形態によれば、ポリマー(F)は、式−CF2Hおよび/または−CF2CH3の末端基を、フッ化ビニリデン(VDF)繰り返し単位1Kg当たり少なくとも30ミリモルの量で含む[ポリマー(F−2)]。
式−CF2Hおよび/または−CF2CH3の末端基を、VDF繰り返し単位1Kg当たり有利には少なくとも40ミリモル、好ましくはVDF繰り返し単位1Kg当たり少なくとも50ミリモルの量で含む、本発明のこの第2の好ましい実施形態によるポリマー(F−2)によって、非常に良好な結果が得られた。
この第2の好ましい実施形態のポリマー(F−2)は、上に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する好ましくは0.01モル%〜1モル%、より好ましくは0.02モル%〜0.8モル%、さらにより好ましくは0.04モル%〜0.6モル%の繰り返し単位を含む。
本発明のこの第2の好ましい実施形態の第1の変形によれば、ポリマー(F−2)は、
−フッ化ビニリデン(VDF)に由来する40モル%〜85モル%、好ましくは45モル%〜83モル%の繰り返し単位、
−トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10モル%〜50モル%、好ましくは15モル%〜48モル%の繰り返した単位、および
−上に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する0.01モル%〜1モル%、好ましくは0.02モル%〜0.8モル%の繰り返し単位
からなる。
−フッ化ビニリデン(VDF)に由来する40モル%〜85モル%、好ましくは45モル%〜83モル%の繰り返し単位、
−トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10モル%〜50モル%、好ましくは15モル%〜48モル%の繰り返した単位、および
−上に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する0.01モル%〜1モル%、好ましくは0.02モル%〜0.8モル%の繰り返し単位
からなる。
本発明のこの第2の好ましい実施形態の第2の変形によれば、ポリマー(F−2)は、
−フッ化ビニリデン(VDF)に由来する40モル%〜85モル%、好ましくは45モル%〜80モル%の繰り返し単位、
−トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10モル%〜50モル%、好ましくは15モル%〜48モル%の繰り返し単位、
−クロロトリフルオロエチレン(CTFE)に由来する2モル%〜20モル%、好ましくは4モル%〜15モル%の繰り返し単位、および
−上に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する0.01モル%〜1モル%、好ましくは0.02モル%〜0.8モル%の繰り返し単位
からなる。
−フッ化ビニリデン(VDF)に由来する40モル%〜85モル%、好ましくは45モル%〜80モル%の繰り返し単位、
−トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10モル%〜50モル%、好ましくは15モル%〜48モル%の繰り返し単位、
−クロロトリフルオロエチレン(CTFE)に由来する2モル%〜20モル%、好ましくは4モル%〜15モル%の繰り返し単位、および
−上に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する0.01モル%〜1モル%、好ましくは0.02モル%〜0.8モル%の繰り返し単位
からなる。
本発明のポリマー(F)は、好ましくは本発明の第2の好ましい実施形態によるポリマー(F−2)から選択される。
本発明の別の目的は、上に記載されたとおりのポリマー(F)の製造方法である。
ポリマー(F)は、水性懸濁重合法によってか、または水性エマルション重合法によってのいずれかで製造され得る。
ポリマー(F)は、好ましくは、フッ化ビニリデン(VDF)、トリフルオロエチレン(TrFE)、上に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)および場合によって、上に記載されたとおりの1種以上の他のフッ素化コモノマー(F)を、
−水、
−少なくとも1種のフッ素化界面活性剤[界面活性剤(FS)]、および
−少なくとも1種の非官能性パーフルオロポリエーテル(PFPE)油
を含む重合媒体中少なくとも1種のラジカル開始剤の存在下で重合させる工程を含む、水性エマルション重合法によって製造される。
−水、
−少なくとも1種のフッ素化界面活性剤[界面活性剤(FS)]、および
−少なくとも1種の非官能性パーフルオロポリエーテル(PFPE)油
を含む重合媒体中少なくとも1種のラジカル開始剤の存在下で重合させる工程を含む、水性エマルション重合法によって製造される。
本発明の水性エマルション重合法は、有利には、フッ素化界面活性剤分子[界面活性剤(FS)]の界面薄膜によって安定化された、室温で、動力学的に安定で光学的に透明な等張性水性組成物中に均一に分散されたナノサイズの液滴をもたらす。
本出願人は、本発明の水性エマルション重合法が、それが限られた全体圧力で適切な重合速度の達成を可能にするので、本発明のポリマー(F−2)の製造に特に適することを見出した。
重合圧力は、典型的には10〜45バール、好ましくは15〜40バール、より好ましくは20〜35バールの範囲である。
当業者は、とりわけ、用いられるラジカル開始剤を考慮して重合温度を選択する。重合温度は、一般に80℃〜140℃、好ましくは95℃〜130℃の範囲より選択される。
ラジカル開始剤の選択は、特に限定されないが、本発明による方法に適したものが、重合法を開始および/または促進することができる化合物から選択される。
無機ラジカル開始剤が用いられてもよく、それらには、限定されるものではないが、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムおよび過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩が含まれてもよい。
また、有機ラジカル開始剤が用いられてもよく、それらには、限定されるものではないが、以下:アセチルシクロヘキサンスルホニルパーオキシド;ジアセチルパーオキシジカーボネート;ジアルキルパーオキシジカーボネート、例えば、ジエチルパーオキシジカーボネート、ジシクロヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート;tert−ブチルパーネオデカノエート;2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4ジメチルバレロニトリル;tert−ブチルパーピバレート;ジオクタノイルパーオキシド;ジラウロイル−パーオキシド;2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル);tert−ブチルアゾ−2−シアノブタン;ジベンゾイルパーオキシド;tert−ブチル−パー−2エチルヘキサノエート;tert−ブチルパーマレエート;2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル);ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン;tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート;tert−ブチルパーアセテート;2,2’−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ブタン;ジクミルパーオキシド;ジ−tert−アミルパーオキシド;ジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP);p−メタンヒドロパーオキシド;ピナンヒドロパーオキシド;クメンヒドロパーオキシド;およびtert−ブチルヒドロパーオキシドが含まれる。
他の好適なラジカル開始剤には、特にハロゲン化ラジカル開始剤、例えば、クロロカーボンベースおよびフルオロカーボンベースのアシルパーオキシド、例えば、トリクロロアセチルパーオキシド、ビス(パーフルオロ−2−プロポキシプロピオニル)パーオキシド、[CF3CF2CF2OCF(CF3)COO]2、パーフルオロプロピオニルパーオキシド、(CF3CF2CF2COO)2、(CF3CF2COO)2、{(CF3CF2CF2)−[CF(CF3)CF2O]m−CF(CF3)−COO}2(ここで、m=0〜8である)、[ClCF2(CF2)nCOO]2、および[HCF2(CF2)nCOO]2(ここで、n=0〜8である);パーフルオロアルキルアゾ化合物、例えば、パーフルオロアゾイソプロパン、[(CF3)2CFN=]2、R○N=NR○(ここで、R○は、1〜8個の炭素原子を有する直鎖または分岐のパーフルオロカーボン基である);安定またはヒンダードパーフルオロアルカンラジカル、例えば、ヘキサフルオロプロピレントリマーラジカル、[(CF3)2CF]2(CF2CF2)C●ラジカルならびにパーフルオロアルカンが含まれる。
レドックス対を形成する少なくとも2種の成分を含むレドックス系、例えば、ジメチルアニリン−ベンゾイルパーオキシド、ジエチルアニリン−ベンゾイルパーオキシドおよびジフェニルアミン−ベンゾイルパーオキシドも、重合プロセスを開始させるためにラジカル開始剤として用いられ得る。
上に定義されたとおりの有機ラジカル開始剤が、好ましい。それらのうちで、50℃よりも高い自己加速分解温度(SADT)を有する過酸化物、例えば、ジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)、ジテルブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、テルブチル(2−エチル−ヘキシル)パーオキシカーボネート、テルブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエートなどが特に好ましい。
本発明の方法のある実施形態によれば、上に定義されたとおりの1種以上の有機ラジカル開始剤と、上に定義されたとおりの1種以上の無機ラジカル開始剤、好ましくは過硫酸アンモニウムとの混合物が、有利には重合プロセスを促進させるために用いられる。
ラジカル開始剤は、上に定義されたとおりの重合媒体の重量で、有利には0.001重量%〜20重量%の範囲の量で、本発明の工程の重合媒体に添加される。
重合は、通常は連鎖移動剤の存在下で行われる。連鎖移動剤は、一般にフッ素化モノマーの重合で知られたもの、例えば、ケトン、エステル、エーテルまたは3〜10個の炭素原子を有する脂肪族アルコール、例えば、アセトン、酢酸エチル、ジエチルエーテル、メチル−ter−ブチルエーテル、イソプロピルアルコール;1〜6個の炭素原子を有し、場合によって水素を含むクロロ(フルオロ)カーボン(例えば、クロロホルム、トリクロロフルオロメタン);ビス(アルキル)カーボネート(ここで、アルキルは、1〜5個の炭素原子を有する)(例えば、ビス(エチル)カーボネート、ビス(イソブチル)カーボネート)から選択される。連鎖移動剤は、開始時に、重合中に連続的にまたは個別的な量で(段階的に)重合媒体に供給されてもよく、連続的または段階的供給が好ましい。
上に詳述されたとおりのエマルション重合法は、当技術分野で記載されてきた(例えば、米国特許第4990283号明細書(AUSIMONT SPA(IT))1991年2月5日、米国特許第5498680号明細書(AUSIMONT SPA)1996年3月12日および米国特許第6103843号明細書(AUSIMONT SPA)2000年8月15日を参照)。
「非官能性パーフルオロポリエーテル(PFPE)油」によって、非官能性末端基を含むパーフルオロポリエーテル(PFPE)油が意味されることが、本明細書によって意図される。
パーフルオロポリエーテル(PFPE)油の非官能性末端基は、フッ素または水素原子と異なる1個以上のハロゲン原子を場合によって含む、1から3個の炭素原子を有するフルオロ(ハロ)アルキル類、例えば、CF3−、C2F5−、C3F6−、ClCF2CF(CF3)−、CF3CFClCF2−、ClCF2CF2−、ClCF2−から一般に選択される。
本発明の方法で用いられる非官能性PFPE油は、通常は、互いに等しいかまたは異なり、一般式−(CJJ’)j−CKK’−O−(式中、JおよびJ’は、互いに等しいかまたは異なり、独立してフッ素原子またはC1〜C6(パー)フルオロ(オキシ)アルキル基を表し、KおよびK’は、互いに等しいかまたは異なり、独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子またはC1〜C6(パー)フルオロ(オキシ)アルキル基を表し、jは、0から3の間に含まれる整数である)を有する繰り返し単位であって、概して(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖[鎖(Rf)]に沿って統計的に分布している繰り返し単位を含む、(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖[鎖(Rf)]を含む。
本発明の方法で用いられる非官能性PFPEは、有利には400〜3000、好ましくは600〜1500の間に含まれる数平均分子量を有する。
非官能性PFPE油は、好ましくは以下:
(1)T1−O−[CF(CF3)CF2O]b1’(CFYO)b2’−T1’
(式中:
−T1およびT1’は、互いに等しいかまたは異なり、−CF3、−C2F5および−C3F7基から独立して選択され;
−Yは、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、フッ素原子および−CF3基から選択され;
−b1’およびb2’は、互いに等しいかまたは異なり、b1’/b2’比が20〜1000の間に含まれ、かつ(b1’+b2’)の合計が5〜250の間に含まれるように、独立して≧0の整数であり;b1’およびb2’が両方ともゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は概してパーフルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って統計的に分布している)。
(前記生成物は、カナダ特許第786877号明細書(MONTEDISON S.P.A.)1968年6月4日に記載されたとおりのC3F6の光酸化、およびその後の、英国特許第1226566号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)1971年3月31日に記載されたとおりの末端基の変換によって得ることができる)。
(2)T1−O−[CF(CF3)CF2O]c1’(C2F4O)c2’(CFYO)c3’−T1’
(式中:
−T1およびT1’は、互いに等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
−Yは、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
− c1’、c2’およびc3’は、互いに等しいかまたは異なり、(c1’+c2’+c3’)の合計が5〜250の間に含まれるように、独立して≧0の整数であり;c1’、c2’およびc3’の少なくとも2つがゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は概してパーフルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って統計的に分布している)。
(前記生成物は、米国特許第3665041号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)1972年5月23日に記載されたとおりに、C3F6とC2F4との混合物の光酸化、およびその後のフッ素による処理によって製造され得る)。
(3)T1−O−(C2F4O)d1’(CF2O)d2’−T1’
(式中:
−T1およびT1’は、互いに等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
−d1’およびd2’は、互いに等しいかまたは異なり、d1’/d2’比が0.1〜5の間に含まれ、かつ(d1’+d2’)の合計が5〜250の間に含まれるように、独立して≧0の整数であり;d1’およびd2’が両方ともゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は概してパーフルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って統計的に分布している)。
(前記生成物は、米国特許第3715378号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)1973年2月6日に報告されたとおりにC2F4の光酸化、およびその後の、米国特許第3665041号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)1972年5月23日に記載されたとおりにフッ素による処理によって製造され得る)。
(4)T2−O−[CF(CF3)CF2O]e’−T2’
(式中:
−T2およびT2’は、互いに等しいかまたは異なり、−C2F5および−C3F7基から独立して選択され;
−e’は、5〜250の間に含まれる整数である)。
(前記生成物は、米国特許第3242218号明細書(E.I.DU PONT DE NEMOURS AND CO.)1966年3月22日に記載されたとおりにイオン性ヘキサフルオロプロピレンエポキシドのオリゴマー化、およびその後のフッ素による処理によって調製され得る)。
(5)T2−O−(CF2CF2O)f’−T2’
(式中:
−T2およびT2’は、互いに等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
−f’は、5〜250の間に含まれる整数である)。
(前記生成物は、米国特許第4523039号明細書(THE UNIVERSITY OF TEXAS)1985年6月11日に報告されたとおりに、ポリエチレンオキシドを、例えば、元素フッ素でフッ素化し、場合によってそのように得られたフッ素化ポリエチレンオキシドを熱的に断片化する工程を含む方法によって得ることができる)。
(6)T1−O−(CF2CF2C(Hal’)2O)g1’−(CF2CF2CH2O)g2’−(CF2CF2CH(Hal’)O)g3’−T1’
(式中:
− T1およびT1’は、互いに等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
− Hal’は、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、フッ素および塩素原子、好ましくはフッ素原子から選択されるハロゲンであり;
− g1’、g2’、およびg3’は、互いに等しいかまたは異なり、(g1’+g2’+g3’)の合計が、5〜250の間に含まれるように、独立して≧0の整数であり;g1’、g2’およびg3’の少なくとも2つがゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は概して(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って統計的に分布している)。
(前記生成物は、欧州特許第148482B号明細書(ダイキン工業株式会社)1992年3月25日に詳述されたとおりに、重合開始剤の存在下で2,2,3,3−テトラフルオロオキセタンを開環重合して、式:−CH2CF2CF2O−の繰り返し単位を含むポリエーテルを得、場合によって、前記ポリエーテルをフッ素化および/または塩素化することによって調製され得る)。
(7)R1 f−{C(CF3)2−O−[C(R2 f)2]j1’C(R2 f)2−O}j2’−R1 f
(式中:
− R1 fは、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、C1〜C6パーフルオロアルキル基であり;
− R2 fは、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、フッ素原子およびC1〜C6パーフルオロアルキル基から選択され;
− j1’は、1または2に等しく;
− J2’は、5〜250の間に含まれる整数である)。
(前記生成物は、特許出願である国際公開第87/00538号パンフレット(LAGOW ET AL.)1987年1月29日に詳述されたとおりに、ヘキサフルオロアセトンと、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、エポキシ−ブタンおよび/またはトリメチレンオキシド(オキセタン)またはそれらの置換誘導体から選択される酸素含有環状コモノマーとの共重合、ならびにその後の、得られたコポリマーの過フッ化によって生成され得る)から選択される。
(1)T1−O−[CF(CF3)CF2O]b1’(CFYO)b2’−T1’
(式中:
−T1およびT1’は、互いに等しいかまたは異なり、−CF3、−C2F5および−C3F7基から独立して選択され;
−Yは、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、フッ素原子および−CF3基から選択され;
−b1’およびb2’は、互いに等しいかまたは異なり、b1’/b2’比が20〜1000の間に含まれ、かつ(b1’+b2’)の合計が5〜250の間に含まれるように、独立して≧0の整数であり;b1’およびb2’が両方ともゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は概してパーフルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って統計的に分布している)。
(前記生成物は、カナダ特許第786877号明細書(MONTEDISON S.P.A.)1968年6月4日に記載されたとおりのC3F6の光酸化、およびその後の、英国特許第1226566号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)1971年3月31日に記載されたとおりの末端基の変換によって得ることができる)。
(2)T1−O−[CF(CF3)CF2O]c1’(C2F4O)c2’(CFYO)c3’−T1’
(式中:
−T1およびT1’は、互いに等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
−Yは、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
− c1’、c2’およびc3’は、互いに等しいかまたは異なり、(c1’+c2’+c3’)の合計が5〜250の間に含まれるように、独立して≧0の整数であり;c1’、c2’およびc3’の少なくとも2つがゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は概してパーフルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って統計的に分布している)。
(前記生成物は、米国特許第3665041号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)1972年5月23日に記載されたとおりに、C3F6とC2F4との混合物の光酸化、およびその後のフッ素による処理によって製造され得る)。
(3)T1−O−(C2F4O)d1’(CF2O)d2’−T1’
(式中:
−T1およびT1’は、互いに等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
−d1’およびd2’は、互いに等しいかまたは異なり、d1’/d2’比が0.1〜5の間に含まれ、かつ(d1’+d2’)の合計が5〜250の間に含まれるように、独立して≧0の整数であり;d1’およびd2’が両方ともゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は概してパーフルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って統計的に分布している)。
(前記生成物は、米国特許第3715378号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)1973年2月6日に報告されたとおりにC2F4の光酸化、およびその後の、米国特許第3665041号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)1972年5月23日に記載されたとおりにフッ素による処理によって製造され得る)。
(4)T2−O−[CF(CF3)CF2O]e’−T2’
(式中:
−T2およびT2’は、互いに等しいかまたは異なり、−C2F5および−C3F7基から独立して選択され;
−e’は、5〜250の間に含まれる整数である)。
(前記生成物は、米国特許第3242218号明細書(E.I.DU PONT DE NEMOURS AND CO.)1966年3月22日に記載されたとおりにイオン性ヘキサフルオロプロピレンエポキシドのオリゴマー化、およびその後のフッ素による処理によって調製され得る)。
(5)T2−O−(CF2CF2O)f’−T2’
(式中:
−T2およびT2’は、互いに等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
−f’は、5〜250の間に含まれる整数である)。
(前記生成物は、米国特許第4523039号明細書(THE UNIVERSITY OF TEXAS)1985年6月11日に報告されたとおりに、ポリエチレンオキシドを、例えば、元素フッ素でフッ素化し、場合によってそのように得られたフッ素化ポリエチレンオキシドを熱的に断片化する工程を含む方法によって得ることができる)。
(6)T1−O−(CF2CF2C(Hal’)2O)g1’−(CF2CF2CH2O)g2’−(CF2CF2CH(Hal’)O)g3’−T1’
(式中:
− T1およびT1’は、互いに等しいかまたは異なり、上に定義されたものと同じ意味を有し;
− Hal’は、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、フッ素および塩素原子、好ましくはフッ素原子から選択されるハロゲンであり;
− g1’、g2’、およびg3’は、互いに等しいかまたは異なり、(g1’+g2’+g3’)の合計が、5〜250の間に含まれるように、独立して≧0の整数であり;g1’、g2’およびg3’の少なくとも2つがゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は概して(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って統計的に分布している)。
(前記生成物は、欧州特許第148482B号明細書(ダイキン工業株式会社)1992年3月25日に詳述されたとおりに、重合開始剤の存在下で2,2,3,3−テトラフルオロオキセタンを開環重合して、式:−CH2CF2CF2O−の繰り返し単位を含むポリエーテルを得、場合によって、前記ポリエーテルをフッ素化および/または塩素化することによって調製され得る)。
(7)R1 f−{C(CF3)2−O−[C(R2 f)2]j1’C(R2 f)2−O}j2’−R1 f
(式中:
− R1 fは、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、C1〜C6パーフルオロアルキル基であり;
− R2 fは、それぞれの出現において等しいかまたは異なり、フッ素原子およびC1〜C6パーフルオロアルキル基から選択され;
− j1’は、1または2に等しく;
− J2’は、5〜250の間に含まれる整数である)。
(前記生成物は、特許出願である国際公開第87/00538号パンフレット(LAGOW ET AL.)1987年1月29日に詳述されたとおりに、ヘキサフルオロアセトンと、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、エポキシ−ブタンおよび/またはトリメチレンオキシド(オキセタン)またはそれらの置換誘導体から選択される酸素含有環状コモノマーとの共重合、ならびにその後の、得られたコポリマーの過フッ化によって生成され得る)から選択される。
非官能性PFPE油は、より好ましくは以下:
(1’)GALDEN(登録商標)およびFOMBLIN(登録商標)という商標名の下でSolvay Solexis S.p.A.から市販されている非官能性PFPE油、前記PFPE油は、一般に以下の式:
CF3−[(OCF2CF2)m−(OCF2)n]−OCF3
m+n=40〜180;m/n=0.5〜2
CF3−[(OCF(CF3)CF2)p−(OCF2)q]−OCF3
p+q=8〜45;p/q=20〜1000
のいずれかに従う少なくとも1種のPFPE油を含む。
(2’)DEMNUM(登録商標)という商標名の下でDaikinから市販されている非官能性PFPE油、前記PFPEは、一般にここで以下の式:
F−(CF2CF2CF2O)n−(CF2CF2CH2O)j−CF2CF3
j=0または>0の整数;n+j=10〜150
に従う少なくとも1種のPFPEを含む。
(3’)KRYTOX(登録商標)という商標名の下でDu Pont de Nemoursから市販されている非官能性PFPE油、前記PFPEは、一般に以下の式:
F−(CF(CF3)CF2O)n−CF2CF3
n=10〜60
に従うヘキサフルオロプロピレンエポキシドの少なくとも1種の低分子量のフッ素末端封止ホモポリマーを含む。
(1’)GALDEN(登録商標)およびFOMBLIN(登録商標)という商標名の下でSolvay Solexis S.p.A.から市販されている非官能性PFPE油、前記PFPE油は、一般に以下の式:
CF3−[(OCF2CF2)m−(OCF2)n]−OCF3
m+n=40〜180;m/n=0.5〜2
CF3−[(OCF(CF3)CF2)p−(OCF2)q]−OCF3
p+q=8〜45;p/q=20〜1000
のいずれかに従う少なくとも1種のPFPE油を含む。
(2’)DEMNUM(登録商標)という商標名の下でDaikinから市販されている非官能性PFPE油、前記PFPEは、一般にここで以下の式:
F−(CF2CF2CF2O)n−(CF2CF2CH2O)j−CF2CF3
j=0または>0の整数;n+j=10〜150
に従う少なくとも1種のPFPEを含む。
(3’)KRYTOX(登録商標)という商標名の下でDu Pont de Nemoursから市販されている非官能性PFPE油、前記PFPEは、一般に以下の式:
F−(CF(CF3)CF2O)n−CF2CF3
n=10〜60
に従うヘキサフルオロプロピレンエポキシドの少なくとも1種の低分子量のフッ素末端封止ホモポリマーを含む。
非官能性PFPE油は、さらにより好ましくは上記の式(1’)を有するものから選択される。
界面活性剤(FS)は、通常、以下の式(III):
Rf§(X−)k(M+)k(III)
(式中:
−Rf§は、1個以上のカテナリーまたは非カテナリー酸素原子を場合によって含むC5〜C16(パー)フルオロアルキル鎖、および(パー)フルオロポリオキシアルキル鎖から選択され;
−X−は、−COO−、−PO3 −および−SO3 −基から選択され;
−M+は、NH4 +およびアルカリ金属イオンから選択され、
−kは、1または2である)
に従う。
Rf§(X−)k(M+)k(III)
(式中:
−Rf§は、1個以上のカテナリーまたは非カテナリー酸素原子を場合によって含むC5〜C16(パー)フルオロアルキル鎖、および(パー)フルオロポリオキシアルキル鎖から選択され;
−X−は、−COO−、−PO3 −および−SO3 −基から選択され;
−M+は、NH4 +およびアルカリ金属イオンから選択され、
−kは、1または2である)
に従う。
本発明の方法に適した界面活性剤(FS)の非限定的な例には、特に以下:
(a)CF3(CF2)n0COOM’(式中、noは、4〜10、好ましくは5〜7の範囲の整数であり、好ましくはn0は、6に等しく、M’は、NH4、Na、LiまたはK、好ましくはNH4を表す);
(b)T−(C3F6O)n1(CFXO)m1CF2COOM’’[式中、Tは、塩素原子、または式CxF2x+1−x’Clx’O(式中、xは、1〜3の範囲の整数であり、x’は、0または1である)の(パー)フルオロアルコキシド基を表し、n1は、1〜6の範囲の整数であり、m1は、0〜6の範囲の整数であり、M’’は、NH4、Na、LiまたはKを表し、Xは、Fまたは−CF3を表す];
(c)F−(CF2CF2)n2−CH2−CH2−RO3M’’’(式中、Rは、リンまたは硫黄原子であり、好ましくはRは、硫黄原子であり、M’’’は、NH4、Na、LiまたはKを表し、n2は、2〜5の範囲の整数であり、好ましくはn2は、3に等しい);
(d)A−Rbf−B二官能性フッ素化界面活性剤[ここで、AおよびBは、互いに等しいかまたは異なり、式−(O)pCFX’’−COOM*(式中、M*は、NH4、Na、LiまたはKを表し、好ましくはM*は、NH4を表し、X’’は、Fまたは−CF3であり、pは、0または1に等しい整数である)を有し、Rbfは、A−Rbf−Bの数平均分子量が、300〜1800の範囲にあるように二価の(パー)フルオロアルキルまたは(パー)フルオロポリエーテル鎖である];および
(e)それらの混合物
が含まれる。
(a)CF3(CF2)n0COOM’(式中、noは、4〜10、好ましくは5〜7の範囲の整数であり、好ましくはn0は、6に等しく、M’は、NH4、Na、LiまたはK、好ましくはNH4を表す);
(b)T−(C3F6O)n1(CFXO)m1CF2COOM’’[式中、Tは、塩素原子、または式CxF2x+1−x’Clx’O(式中、xは、1〜3の範囲の整数であり、x’は、0または1である)の(パー)フルオロアルコキシド基を表し、n1は、1〜6の範囲の整数であり、m1は、0〜6の範囲の整数であり、M’’は、NH4、Na、LiまたはKを表し、Xは、Fまたは−CF3を表す];
(c)F−(CF2CF2)n2−CH2−CH2−RO3M’’’(式中、Rは、リンまたは硫黄原子であり、好ましくはRは、硫黄原子であり、M’’’は、NH4、Na、LiまたはKを表し、n2は、2〜5の範囲の整数であり、好ましくはn2は、3に等しい);
(d)A−Rbf−B二官能性フッ素化界面活性剤[ここで、AおよびBは、互いに等しいかまたは異なり、式−(O)pCFX’’−COOM*(式中、M*は、NH4、Na、LiまたはKを表し、好ましくはM*は、NH4を表し、X’’は、Fまたは−CF3であり、pは、0または1に等しい整数である)を有し、Rbfは、A−Rbf−Bの数平均分子量が、300〜1800の範囲にあるように二価の(パー)フルオロアルキルまたは(パー)フルオロポリエーテル鎖である];および
(e)それらの混合物
が含まれる。
本発明の方法における使用に適した好ましい界面活性剤(FS)は、上記の式(b)に従う。
本発明の重合法は、典型的には上に定義されたとおりのポリマー(F)および上に定義されたとおりの少なくとも1種のフッ素化界面活性剤[界面活性剤(FS)]を含む水性ラテックスをもたらす。
重合法から直接得られるラテックス中の上に定義されたとおりのポリマー(F)の量は、典型的には10重量%〜40重量%、好ましくは20重量%〜30重量%の範囲である。
上に定義されたとおりのポリマー(F)は、ISO13321に従って測定して、典型的には50〜200nm、好ましくは60〜150nm、より好ましくは80〜125nmの範囲の平均サイズを有する粒子の形態下でラテックス中に分散している。
上に定義されたとおりのポリマー(F)および上に定義されたとおりの少なくとも1種の界面活性剤(FS)を含む組成物は、固体形態のポリマーが望ましい場合、凝固によってラテックスから単離され得る。
本出願人は、上に定義されたとおりのポリマー(F)および上に定義されたとおりの少なくとも1種の界面活性剤(FS)を含む組成物(ここで、前記界面活性剤(FS)が、有利には50ppm未満、好ましくは30ppm未満、より好ましくは10ppm未満の量で存在する)が、上に定義されたとおりのラテックスの凝固から得られる組成物を熱処理することによって首尾よく得ることができることを見出した。
熱処理は、通常は適切な加熱装置、一般的には電気オーブンまたは対流式オーブンで行われる。熱処理は、通常は最大300℃まで、好ましくは最大200℃まで、より好ましくは最大100℃までの温度で行われる。熱処理は、典型的には1〜60時間、好ましくは10〜50時間かけて行われる。
本発明のさらなる目的は、電気および電子機器における強誘電材料、圧電材料、集電材料または誘電材料としての本発明のポリマー(F)の使用である。
電子機器の非限定的な例には、とりわけ、変換器、センサー、アクチュエータ、強誘電性メモリ、電気機器で作動するキャパシタが含まれる。
電気機器の非限定的な例には、とりわけ、リチウムイオン電池が含まれる。
本発明のポリマー(F)は、一般にフィルムおよびシートなどの二次元部品の形態下で前記機器に含まれる。
本発明のポリマー(F)のフィルムまたはシートは、例えば、押出、射出成形、圧縮成形および溶媒キャスティングのような標準的な技術によって製造され得る。
本出願人は、有利には最大で100μm、好ましくは最大で60μm、より好ましくは最大で40μmの厚さを有する、本発明のポリマー(F)のフィルムおよびシートが、前記電気および電子機器において首尾よく使用され得ることを見出した。
このように得られた二次元物品は、特に、例えば、アニーリング、延伸、二配向などのような、強誘電性、圧電性、誘電性または集電性挙動を高めるために、後加工処理にさらにかけてもよい。
二次元物品は、とりわけ、高電圧およびデータ取得コンピュータ制御システムによってリアルタイムで、保磁力場で測定される分極、残留分極および最大変位電流を調整するために分極サイクルによって得られる高いポーリング電場にかけることができる。この方法の実施形態は、ISNER−BROM,P.,et al.Intrinsic piezoelectric characterization of PVDF copolymers:determination of elastic constants.Ferroelectrics.1995,vol.171,p.271−279、BAUER,F.,et al.Very high pressure behaviour of precisely−poled PVDF.Ferroelectrics.1995,vol.171,p.95−102、米国特許第4611260号明細書(DEUTSCH FRANZ FORSCH INST)1986年9月9日および米国特許第4684337号明細書(DEUTSCH FRANZ FORSCH INST)1987年8月4日に記載されており、それらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。
参照により本明細書に組み込まれるいずれかの特許、特許出願、および刊行物の開示が、本出願の記載と、それが用語を不明瞭にさせ得る程度に矛盾する場合は、本記載が優先するものとする。
本発明は、これから以下の実施例を参照してより詳細に説明されるが、その目的は、単に例証的なものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
ポリマー鎖末端の決定
ポリマー鎖末端は、PIANCA,M.,et al.End groups in fluoropolymers.Journal of Fluorine Chemistry.1999,vol.95,p.71−84に記載された方法に従って決定した。関連する鎖末端の濃度は、ポリマー1kg当たりミリモル数としてと、VDF1kg当たりミリモル数としての両方で表す。
ポリマー鎖末端は、PIANCA,M.,et al.End groups in fluoropolymers.Journal of Fluorine Chemistry.1999,vol.95,p.71−84に記載された方法に従って決定した。関連する鎖末端の濃度は、ポリマー1kg当たりミリモル数としてと、VDF1kg当たりミリモル数としての両方で表す。
全平均モノマー(MA)含有量の決定
フルオロポリマー中の全平均モノマー(MA)含有量は、酸−塩基滴定によって決定した。
1.0gのフルオロポリマーの試料を、70℃の温度でアセトンに溶解させた。次いで、5mlの水を、ポリマーの凝固をさけるために激しい撹拌下で滴下した。次いで、約−170mVの中性転移で、酸性度の完全な中和まで0.01Nの濃度を有するNaOH水溶液による滴定を行った。
フルオロポリマー中の全平均モノマー(MA)含有量は、酸−塩基滴定によって決定した。
1.0gのフルオロポリマーの試料を、70℃の温度でアセトンに溶解させた。次いで、5mlの水を、ポリマーの凝固をさけるために激しい撹拌下で滴下した。次いで、約−170mVの中性転移で、酸性度の完全な中和まで0.01Nの濃度を有するNaOH水溶液による滴定を行った。
示差走査熱量測定(DSC)分析
DSC分析は、ASTM D3418標準法に従って行った。Tm2は、第2の加熱サイクルで測定される溶融温度を表す。Txxは、中間の冷却サイクルの間に測定される結晶化温度を表す。TCurie2は、第2の加熱サイクルで測定されるキュリー温度を表す。
DSC分析は、ASTM D3418標準法に従って行った。Tm2は、第2の加熱サイクルで測定される溶融温度を表す。Txxは、中間の冷却サイクルの間に測定される結晶化温度を表す。TCurie2は、第2の加熱サイクルで測定されるキュリー温度を表す。
熱安定性の決定
熱安定性値は、動的モードで、空気下、ISO11358標準法に従って熱重量分析(TGA)から測定した。フルオロポリマーの、それぞれ0.25重量および0.50重量%の重量損失を得るために必要な温度を記録した。これらの温度が高ければ高いほど、フルオロポリマーの熱安定性は高くなる。
熱安定性値は、動的モードで、空気下、ISO11358標準法に従って熱重量分析(TGA)から測定した。フルオロポリマーの、それぞれ0.25重量および0.50重量%の重量損失を得るために必要な温度を記録した。これらの温度が高ければ高いほど、フルオロポリマーの熱安定性は高くなる。
絶縁破壊電圧の決定
絶縁破壊電圧値は、10μmの厚さを有する誘電性フルオロポリマーフィルムの試験片でASTM D149−97a標準法に従って測定した。絶縁破壊電圧値が高ければ高いほど、電流が絶縁性誘電性フルオロポリマーフィルムを通って流れ始める電圧が高くなる。
絶縁破壊電圧値は、10μmの厚さを有する誘電性フルオロポリマーフィルムの試験片でASTM D149−97a標準法に従って測定した。絶縁破壊電圧値が高ければ高いほど、電流が絶縁性誘電性フルオロポリマーフィルムを通って流れ始める電圧が高くなる。
接着強度の決定
Q−パネルアルミニウム試験の試験片上へのキャスティングによって塗布されたフルオロポリマーフィルムの接着強度特性を、ASTM D3359−09標準法に従って測定した。等級数は、0Bから5Bの尺度で変動する。等級数が高ければ高いほど、基材へのフルオロポリマーの接着強度は高くなる。
Q−パネルアルミニウム試験の試験片上へのキャスティングによって塗布されたフルオロポリマーフィルムの接着強度特性を、ASTM D3359−09標準法に従って測定した。等級数は、0Bから5Bの尺度で変動する。等級数が高ければ高いほど、基材へのフルオロポリマーの接着強度は高くなる。
実施例1
VDF−TrFE−AAポリマーの製造
バッフルおよび570rpmで作動する撹拌機を備えたAISI316スチール製垂直オートクレーブ中に、3.5リットルの脱塩水を導入した。温度が120℃の設定点に達したとき、米国特許第7122608号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)2006年10月17日の実施例1に記載されたとおりに得た32.5gのマイクロエマルションを、7.35絶対バールのVDFと一緒に反応器に導入した。次いで、VDF−TrFE(75/25モル%)のガス状混合物を、30絶対バールの圧力に達するまで供給した。重合の開始前に、気相は、GC分析により、以下の組成(モル%):82.5%VDF、17.5%TrFEを有することが示された。したがって、30mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)および4mlの(アクリル酸(AA)の2.5容量%水溶液)を、反応を開始させるために供給した。重合圧力は、上述のモノマー混合物を連続的に供給することによって維持した。混合物の目標量の2%を供給した後、温度を105℃に低下させ、得られたポリマー29gごとに、4mlの(アクリル酸(AA)の2.5容量%の水溶液)を供給し;288gのモノマー混合物を供給後に供給を中断、圧力を15絶対バールに低下させ、105℃の温度を維持した。次いで、反応器を排気し、室温に冷却させ、ラテックスを排出し、凍結によって凝固させた。得られたフルオロポリマーを、脱塩水で洗浄し、100℃で36時間乾燥させた。
このようにして回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して3ppmであることがわかった。
得られたフルオロポリマーは、70500の数平均分子量(Mn)、142.3℃のTm2、111.0℃のキュリー温度(TCurie2)および123.1℃のTxxを有することがわかった。
VDF−TrFE−AAポリマーの製造
バッフルおよび570rpmで作動する撹拌機を備えたAISI316スチール製垂直オートクレーブ中に、3.5リットルの脱塩水を導入した。温度が120℃の設定点に達したとき、米国特許第7122608号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)2006年10月17日の実施例1に記載されたとおりに得た32.5gのマイクロエマルションを、7.35絶対バールのVDFと一緒に反応器に導入した。次いで、VDF−TrFE(75/25モル%)のガス状混合物を、30絶対バールの圧力に達するまで供給した。重合の開始前に、気相は、GC分析により、以下の組成(モル%):82.5%VDF、17.5%TrFEを有することが示された。したがって、30mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)および4mlの(アクリル酸(AA)の2.5容量%水溶液)を、反応を開始させるために供給した。重合圧力は、上述のモノマー混合物を連続的に供給することによって維持した。混合物の目標量の2%を供給した後、温度を105℃に低下させ、得られたポリマー29gごとに、4mlの(アクリル酸(AA)の2.5容量%の水溶液)を供給し;288gのモノマー混合物を供給後に供給を中断、圧力を15絶対バールに低下させ、105℃の温度を維持した。次いで、反応器を排気し、室温に冷却させ、ラテックスを排出し、凍結によって凝固させた。得られたフルオロポリマーを、脱塩水で洗浄し、100℃で36時間乾燥させた。
このようにして回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して3ppmであることがわかった。
得られたフルオロポリマーは、70500の数平均分子量(Mn)、142.3℃のTm2、111.0℃のキュリー温度(TCurie2)および123.1℃のTxxを有することがわかった。
実施例2
VDF−TrFE−AAポリマーの製造
−25mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)を供給し;
−温度を120℃で一定に保持した
以外は、実施例1に詳述したものと同じ手順に従った。気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成(モル%):82.5%VDF、17.5%TrFEを有することが示された。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して2.5ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、183000の数平均分子量(Mn)、138.5℃のTm2および113℃のキュリー温度(TCurie2)を有することがわかった。
VDF−TrFE−AAポリマーの製造
−25mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)を供給し;
−温度を120℃で一定に保持した
以外は、実施例1に詳述したものと同じ手順に従った。気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成(モル%):82.5%VDF、17.5%TrFEを有することが示された。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して2.5ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、183000の数平均分子量(Mn)、138.5℃のTm2および113℃のキュリー温度(TCurie2)を有することがわかった。
実施例3
VDF−TrFE−AAポリマーの製造
−40mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)を供給し;
−生成したポリマー58グラムごとに、4mlの(過硫酸アンモニウムの1重量%溶液)を供給した
以外は、実施例1に詳述したものと同じ手順に従った。気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成(モル%):82.5%VDF、17.5%TrFEを有することが示された。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して4.2ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、79800の数平均分子量(Mn)、142.2℃のTm2、111.6℃のキュリー温度(TCurie2)および120.8℃のTxxを有することがわかった。
VDF−TrFE−AAポリマーの製造
−40mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)を供給し;
−生成したポリマー58グラムごとに、4mlの(過硫酸アンモニウムの1重量%溶液)を供給した
以外は、実施例1に詳述したものと同じ手順に従った。気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成(モル%):82.5%VDF、17.5%TrFEを有することが示された。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して4.2ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、79800の数平均分子量(Mn)、142.2℃のTm2、111.6℃のキュリー温度(TCurie2)および120.8℃のTxxを有することがわかった。
実施例4
VDF−TrFE−CTFE−AAポリマーの製造
−7.35絶対バールのVDFの代わりに、5.9絶対バールのVDFおよび0.45絶対バールのCTFEを供給し;
−米国特許第7122608号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)2006年10月17日の実施例1に記載されたとおりに得た35mlのマイクロエマルションを供給した
以外は、実施例1に上述したものと同じ手順に従った。
気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成物(モル%):81.6%VDF、11.9%TrFE、6.5%CTFEを有することが示された。
次いで、22mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)および2mlの(アクリル酸(AA)の1容量%水溶液)を供給した。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して0.5ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、94330の数平均分子量(Mn)、123.4℃のTm2および26.9℃のキュリー温度(TCurie2)を有することがわかった。
VDF−TrFE−CTFE−AAポリマーの製造
−7.35絶対バールのVDFの代わりに、5.9絶対バールのVDFおよび0.45絶対バールのCTFEを供給し;
−米国特許第7122608号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)2006年10月17日の実施例1に記載されたとおりに得た35mlのマイクロエマルションを供給した
以外は、実施例1に上述したものと同じ手順に従った。
気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成物(モル%):81.6%VDF、11.9%TrFE、6.5%CTFEを有することが示された。
次いで、22mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)および2mlの(アクリル酸(AA)の1容量%水溶液)を供給した。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して0.5ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、94330の数平均分子量(Mn)、123.4℃のTm2および26.9℃のキュリー温度(TCurie2)を有することがわかった。
比較例1
VDF−TrFEポリマーの製造
−27mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)を供給し;
−米国特許第7122608号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)2006年10月17日の実施例1に記載されたとおりに得た35mlのマイクロエマルションを供給し;
−アクリル酸溶液を供給しなかった
以外は、実施例1に詳述したものと同じ手順に従った。
気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成(モル%):82.5%VDF、17.5%TrFEを有することがわかった。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して94ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、128000の数平均分子量(Mn)、144.5℃のTm2、109.6℃のキュリー温度(Tcurie2)および123.7℃のTxxを有することがわかった。
VDF−TrFEポリマーの製造
−27mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)を供給し;
−米国特許第7122608号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)2006年10月17日の実施例1に記載されたとおりに得た35mlのマイクロエマルションを供給し;
−アクリル酸溶液を供給しなかった
以外は、実施例1に詳述したものと同じ手順に従った。
気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成(モル%):82.5%VDF、17.5%TrFEを有することがわかった。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して94ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、128000の数平均分子量(Mn)、144.5℃のTm2、109.6℃のキュリー温度(Tcurie2)および123.7℃のTxxを有することがわかった。
比較例2
VDF−TrFE−CTFEポリマーの製造
−18mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)を供給し;
−6.1絶対バールのVDFおよび0.4絶対バールのCTFEを供給し;
−アクリル酸溶液を供給しなかった
以外は、実施例3に詳述したものと同じ手順に従った。
気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成(モル%):79%VDF、14.8%TrFE、6.2%CTFEを有することが示された。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して102ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、134200の数平均分子量(Mn)、126.9℃のTm2および30.6℃のキュリー温度(Tcurie2)を有することがわかった。
VDF−TrFE−CTFEポリマーの製造
−18mlのジ−tert−ブチルパーオキシド(DTBP)を供給し;
−6.1絶対バールのVDFおよび0.4絶対バールのCTFEを供給し;
−アクリル酸溶液を供給しなかった
以外は、実施例3に詳述したものと同じ手順に従った。
気相は、重合の開始前に、GC分析により、以下の組成(モル%):79%VDF、14.8%TrFE、6.2%CTFEを有することが示された。実施例1に詳述したとおりに回収したフルオロポリマー中の残留界面活性剤は、GC分析により測定して102ppmであることがわかった。得られたフルオロポリマーは、134200の数平均分子量(Mn)、126.9℃のTm2および30.6℃のキュリー温度(Tcurie2)を有することがわかった。
以上に詳述したとおりに得たポリマーの関連特性は、以下の表1にまとめる:
以下の表2に報告したデータにより、本発明の実施例1〜実施例4によって得られたフルオロポリマーは、比較例1および比較例2によって得られたフルオロポリマーと比較して、高められた絶縁破壊電圧値を示すことが示されたが、後者は、少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する繰り返し単位を含まない。
また、本発明の実施例1〜実施例4によって得られたフルオロポリマーの熱安定性値は、比較例1および比較例2によって得られたフルオロポリマーと比較して、より高い温度が、有利には、それぞれ0.25重量%および0.50重量%の重量損失に達するために必要とされるので、かなり改善されることがわかった。
さらに、接着強度値により、本発明の実施例1〜実施例4によって得られたフルオロポリマーは、比較例1および比較例2によって得られるフルオロポリマーと比較して、アルミニウム基材などの金属基材の表面に非常によく接着することがわかることが示された。
したがって、本発明の実施例1〜実施例4によって得られたフルオロポリマーは、高出力電子機器およびマクロ電子機器用途に首尾よく用いられるために重要な要件を満たすことがわかった。
Claims (11)
- −フッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位;
−トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10モル%〜50モル%の繰り返し単位;および
−以下の式(I):
−R1、R2およびR3は、互いに等しいかまたは異なり、水素原子およびC1〜C3炭化水素基から独立して選択され;
−ROHは、水素原子、または少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分を表す)
を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]に由来する0.01モル%〜10モル%の繰り返し単位
を含むフルオロポリマー[ポリマー(F)]であって、
前記ポリマー(F)は、式−CF2Hおよび/または−CF2CH3の末端基を含む、フルオロポリマー[ポリマー(F)]。 - 前記(メタ)アクリルモノマー(MA)が、アクリル酸(AA)またはヒドロキシエチルアクリレート(HEA)である、請求項1に記載のフルオロポリマー。
- 1種以上の他のフッ素化コモノマー[コモノマー(F)]に由来する繰り返し単位をさらに含む、請求項1または2に記載のフルオロポリマー。
- 式−CF2Hおよび/または−CF2CH3の末端基を、VDF繰り返し単位1Kg当たり30ミリモル未満、好ましくはVDF繰り返し単位1Kg当たり20ミリモル未満の量で含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のフルオロポリマー。
- 式−CF2Hおよび/または−CF2CH3の末端基を、VDF繰り返し単位1Kg当たり少なくとも30ミリモルの量で含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のフルオロポリマー。
- −フッ化ビニリデン(VDF)に由来する40モル%〜85モル%、好ましくは45モル%〜83モル%の繰り返し単位、
−トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10モル%〜50モル%、好ましくは15モル%〜48モル%の繰り返し単位、および
−請求項1に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する0.01モル%〜1モル%、好ましくは0.02モル%〜0.8モル%の繰り返し単位
からなる、請求項5に記載のフルオロポリマー。 - −フッ化ビニリデン(VDF)に由来する40モル%〜85モル%、好ましくは45モル%〜80モル%の繰り返し単位、
−トリフルオロエチレン(TrFE)に由来する10モル%〜50モル%、好ましくは15モル%〜48モル%の繰り返し単位、
−クロロトリフルオロエチレン(CTFE)に由来する2モル%〜20モル%、好ましくは4モル%〜15モル%の繰り返し単位、および
−請求項1に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する0.01モル%〜1モル%、好ましくは0.02モル%〜0.8モル%の繰り返し単位
からなる、請求項5に記載のフルオロポリマー。 - フッ化ビニリデン(VDF)、トリフルオロエチレン(TrFE)、請求項1に記載されたとおりの式(I)を有する少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)および場合によって、1種以上の他のフッ素化コモノマー(F)を、
−水、
−少なくとも1種のフッ素化界面活性[界面活性剤(FS)]、および
−少なくとも1種の非官能性パーフルオロポリエーテル(PFPE)油
を含む重合媒体中少なくとも1種のラジカル開始剤の存在下で重合させる工程を含む、請求項1に記載のフルオロポリマーの製造方法。 - 1種以上の有機ラジカル開始剤と、1種以上の無機ラジカル開始剤、好ましくは過硫酸アンモニウムとの混合物が用いられる、請求項8に記載の方法。
- 電気および電子機器における強誘電材料、圧電材料、集電材料または誘電材料としての請求項1に記載のフルオロポリマーの使用。
- 前記フルオロポリマーが、最大で100μm、好ましくは最大で60μm、より好ましくは最大で40μmの厚さを有するフィルムおよびシートの形態下にある、請求項10に記載の使用。
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