JP2841396B2 - 含フツ素共重合体の製造方法 - Google Patents

含フツ素共重合体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、二分子環化重合による含フッ素共重合体の
製造方法に関するものである。
[従来の技術] 従来、ある種のジオレフィンとモノオレフィンの共重
合により、溶媒可溶な共重合体が得られることが報告さ
れている(Encyclopedia of Polymer Science Technolo
gy ,588)。この場合、ジオレフィンとモノオレフィ
ンが分子間で環を形成しながら重合していくために、架
橋反応が起こらず、得られる共重合体は溶媒に可溶なも
のとなる。しかし、これまでに含フッ素モノオレフィン
またはジオレフィンを用いた二分子環化重合の例は報告
されていない。
一方、1,5−または1,6−ジエンは、ある種の条件下で
は分子内で環を形成しながら重合し、溶媒可溶な重合体
を生成することが知られており(Encyclopedia of Poly
mer Science Technology ,568)、含フッ素ジエンも
高圧下では環化重合して溶媒可溶な重合体が得られるこ
とが報告されている(L.A.Waal,Fluoro Polymer Wiley
−Science,4,High Presure Polymerization,P.127)。
また、特開昭63−238111号公報には、CF2=CFCF2 nO
CF2 mCF=CF2(ただし、nは0〜5、mは0〜5で
あり、n+mは1〜6)のごとき構造を有するパーフル
オロジオレフィンが温和な条件においても環化重合し、
特定の含フッ素溶媒に可溶な重合体を与えることが記載
されている。しかし、これらの場合は、ジオレフィンが
一分子で環を形成する環化重合であり、ジオレフィンと
モノオレフィンとの二分子からの環化重合は報告されて
いない。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、従来知られていなかったジオレフィン化合
物とモノオレフィン化合物との二分子環化重合による含
フッ素共重合体の製造方法を新規に提供することを目的
とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明者は、含フッ素モノマーの場合、特定構造のジ
オレフィン化合物を用いることにより、モノオレフィン
化合物との二分子環化重合を円滑有利に進行せしめるこ
とができ、溶媒可溶の含フッ素共重合体をも得ることが
可能であるという新規知見を得るに至った。
かくして本発明は、上記知見に基いて完成されたもの
であり、分子内に炭素−炭素二重結合を二つ有しかつそ
の二つの二重結合が一つの原子をはさむ構造を有する二
官能単量体と、分子内に炭素−炭素二重結合を一つ有す
る一官能単量体とを、二分子環化重合せしめることによ
り、主鎖に環状構造を有しかつフッ素含有量が20重量%
以上である共重合体を生成せしめる含フッ素共重合体の
製造方法であって、前記二官能単量体および一官能単量
体の一方が含フッ素単量体であり、他方が非フッ素単量
体であることを特徴とする含フッ素共重合体の製造方法
を新規に提供するものである。
本発明の二官能単量体としては、二つの炭素−炭素二
重結合の間にひとつの原子をはさむ構造であることが必
要である。すなわち、 [R1〜R6は原子あるいはアルキル基、Xは原子あるいは
原子団]の構造を有するジオレフィン化合物などが例示
され得る。Xが無い場合、すなわちジオレフィン化合物
の構造を持つ化合物などの場合は、二つの二重結合が共
役してしまい、モノオレフィン化合物との二分子環化重
合は起こらない。また、Xが二つ以上の原子がつながっ
た基であると、ジオレフィン化合物は単独で環化重合し
てしまい、モノオレフィン化合物との二分子環化重合性
が低下する。好ましくは1,4−ジオレフィン化合物など
が採用される。上記ジオレフィン化合物の構造式中、X
としては 等が例示可能であるが、重合性ならびに含フッ素モノオ
レフィン化合物との共重合性の点から、ジビニルエーテ
ル(Xが−O−である)、ジメチルジビニルシラン(X
が−Si(CH3−である)等が好ましくは採用され
る。
また、二官能単量体はフッ素を含むものであってもよ
い。含フッ素ジオレフィン化合物としては、パーフルオ
ロジビニルエーテル(CF2=CF−O−CF=CF2)、パーフ
ルオロ−1,4−ペンタジエン(CF2=CF−CF2−CF=C
F2)、あるいはこれらのフッ素が一部水素またはフッ素
以外のハロゲン原子で置換されたものなどが例示可能で
ある。
もちろん、二官能単量体としては、複数の構造のもの
を併用することもできる。
一方、分子内に炭素−炭素二重結合を一つ有する一官
能単量体としては、含フッ素モノオレフィン化合物など
が例示され、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、トリフ
ルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、テトラ
フルオロエチレン、ヘキサフルオロプロプレン、パーフ
ルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロアクリル
酸エステル等が例示可能であるが、エトラフルオロエチ
レン、クロロトリフルオロエチレン等のパーハロモノオ
レフィンが好ましい。また、フッ素を含有しない(すな
わち非フッ素)モノオレフィンなども、使用する二官能
単量体と共重合可能なものであれば、何ら制限されない
が、エチレン、プロピレン等のモノオレフィン類、アク
リル酸またはメタクリル酸のアルキルエステル、アルキ
ルビニルエーテル類等が例示可能である。
本発明においては、上記二官能単量体と一官能単量体
とが二分子環化重合せしめられるが、これら二種類の単
量体の一方が含フッ素単量体であり、他方が非フッ素単
量体であることが必要である。而して、本発明の含フッ
素共重合体は、フッ素原子含有量が20重量%以上である
ことが必要である。20%未満では、一般に含フッ素樹脂
の有する撥水性、耐紫外線性、低屈折率性といった性質
が十分に満足し得るものでなくなる。また、本発明によ
って得られる含フッ素共重合耐は、水素原子を含んでい
る場合に窒素、ヘリウム等の不活性ガスで希釈されたフ
ッ素ガスによりフッ素化することによって、さらにフッ
素含量を高め、最終的にはパーフルオロポリマーにする
こともできる。この場合にも、フッ素含有量が20%未満
では、フッ素系の溶媒に溶解しないとか、あるいはフッ
素ガスにより炭素−炭素結合が切断し易いといった問題
が生じる。
本発明においては、二官能単量体と一官能単量体との
共重合割合は二分子環化重合が進行する限り特に限定さ
れないが、二官能単量体/一官能単量体のモル比で通常
は1/0.8〜1/4、好ましくは1/1〜1/2.5程度の範囲から選
定される。
上記特定の二官能単量体と一官能単量体は、比較的温
和な条件下で二分子環化重合し、主鎖に環状構造を有す
る共重合体を与える。而して、重合方法としては、ラジ
カル的に進行するものであれば手段は何ら制限されない
が、例えば有機、無機ラジカル開始剤、光、電離性放射
線あるいは熱による重合などが挙げられる。ラジカル開
始剤としては、2,2′−アゾビス(N,N′−ジメチルイソ
ブチルアミジン)ジハイドロクロライド、2,2′−アゾ
ビス(2−アミジノプロパン)ジハイドロクロライド、
2,2′−アゾビス(N,N′−ジメチレンイソブチルアミジ
ン)、4,4′−アゾビス(4−シアノペンタノイックア
シッド)、2,2′−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−
ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プ
ロピオンアミド}、2,2′−アゾビス{2−メチル−N
−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)エチル]プロピオ
ンアミド}、2,2′−アゾビス[2−メチル−N−(2
−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2′−ア
ゾビス(イソブチルアミド)ジハイドレート、2,2′−
アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリ
ル)、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリ
ル)、(1−フェニルエチル)アゾジフェニルメタン、
2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル2,2′−
アゾビスイソブチレート、2,2′−アゾビス(2−メチ
ルブチロニトリル)、1,1′−アゾビス(1−シクロヘ
キサンカルボニトリル)、2−(カルバモイルアゾ)−
イソブチロニトリル、2,2′−アゾビス(2,4,4−トリメ
チルペンタン)、2−フェニルアゾ−2,4−ジメチル−
4−メトキシバレロニトリル、2,2′−アゾビス(2−
メチルプロパン)の如きアゾ化合物、ステアロイルパー
オキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、
ベンゾイルパーオキシド、2,4−ジクロロベンゾイルパ
ーオキシド、アセチルパーオキシド、t−ブチルハイド
ロパーオキシド、クメンハイドロパーオキシド、ジ−イ
ソプロピルベンゼンハイドロパーオキシド、パラ−メン
タンハイドロパーオキシド、2,5−ジメチルヘキサン−
2,5−ジハイドロパーオキシド、メチルエチルケトンパ
ーオキシド、シクロヘキサノンパーオキシド、ジ−t−
ブチルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、t−ブチ
ルクミルパーオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−
ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ
(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、オクタノイル
パーオキシド、デカノイルパーオキシド、ラウロイルパ
ーオキシド、t−ブチルパーベンゾエート、t−ブチル
パーアセテート、t−ブチルパーピバレート、t−ブチ
ルパーイソブチレート、t−ブチルパーオキシイソプロ
ピルカーボネート、ジ−t−ブチルジパーフタレート、
t−ブチルパーラウレート、2,5−ジメチル−2,5−ジ
(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、ジ−パーフルオロ
ブタノイックパーオキシド、ジ−パーフルオロ−3−オ
キサ−2−メチルヘキサノイックパーオキシド、ジ−パ
ーフルオロノナノイックパーオキシドの如き有機パーオ
キシド、K2S2O8、(NH42S2O8の如き無機パーオキシド
などが例示される。光としては、可視光、紫外線などが
例示され、光増感剤を併用することもできる。電離性放
射線としては60CO、192Ir、170Tm、137Csなどの放射性
同位元素からのγ線、β線、α線などや、電子線加速器
による電子線などが例示される。
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
マーを溶解する弗化炭化水素、塩化炭化水素、弗塩化炭
化水素、アルコール、ハイドロカーボン、その他の有機
溶媒中で行なう溶液重合、水性媒体中で適当な有機溶剤
の存在下或いは非存在下に行なう懸濁重合、水性媒体に
乳化剤を添加して行なう乳化重合などが例示される。重
合を行な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、所要加熱源、重合熱の除去等の諸
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行なうことがで
き、室温〜100℃程度ならば実用的にも好適な温度設定
を行なうことができる。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、更
には常圧〜50気圧程度でも好適な重合を実施できる。
[作用] 本発明の場合、共重合反応は、下記のごとく二分子が
関与する環化共重合により進行しているものと考えられ
る。すなわち、二官能単量体にジビニルエーテル、一官
能単量体にテトラフルオロエチレンを用いた場合で例示
すると、次の通りと考えられる。
詳細な構造は必ずしも明確ではないが、生成共重合体
に二重結合の残存が認められないこと、また生成含フッ
素共重合体が溶媒に可溶であることおよびモノマー組成
比から、主に上記構造を有する共重合体であるものと考
えられる。重合体の1Hおよび19F NMRスペクトルは非常
に複雑なピークを示し、多くの立体的な環境が考えられ
る環構造を有していることが推測できる。
なお、かかる説明は本発明の理解の助けとするもので
あり、本発明を何ら限定するものでないことは勿論であ
る。
[実施例] 次に、本発明の実施例について更に具体的に説明する
が、かかる説明によって本発明が何ら限定されるもので
ないことは勿論である。
実施例1 内容積100mlのステンレス製耐圧反応容器中に、ジビ
ニルエーテル4.5g、メチルエチルケトン18g、2−メチ
ル−2−プロパノール18g、アゾビスイソブチロニトリ
ル(AIBN)0.05gを仕込み、液体窒素で凍結固化脱気を
行なった後、クロロトリフルオロエチレン15gを反応器
中に導入し、65℃で7時間反応を行なった。反応圧は、
4.5kg/cm2から2.5kg/cm2まで変化した。
反応液を取り出し、濃縮を行なった後に、メタノール
中に滴下し、析出した白色固体を40℃で真空乾燥し、含
フッ素共重合体4.0gを得た。共重合体のフッ素含量は40
%であった。共重合体は、テトラヒドロフラン、アセト
ン等の有機溶媒に可溶であったが、NMRスペクトル、IR
スペクトルから、二重結合の残存は認められなかった。
また、テトラヒドロフラン中30℃で測定される固有粘度
は0.14dl/gであった。
実施例2 実施例1と同様に、テトラフルオロエチレン5g、ジビ
ニルエーテル1.8g、メチルエチルケトン7g、2−メチル
−2−プロパノール7g、AIBN 0.02gを反応器中に仕込
み、65℃で10時間反応を行なった後に反応液を回収し、
エタノール中に滴下し、析出した固体を真空乾燥して含
フッ素共重合体1.0gを得た。共重合体のフッ素含有量は
43%であった。実施例1と同様に二重結合の残存は認め
られず、かつ共重合体はアセトン、テトラヒドロフラン
等の溶媒に可溶であった。また、テトラヒドロフラン中
30℃で測定される固有粘度は0.12dl/gであった。
実施例3 内容積100mlの耐圧反応容器中に、ジメチルジビニル
シラン(信越化学社製、LS−975)7.2g、メチルエチル
ケトン10g、2−メチル−2−プロパノール25g、アゾビ
スイソブチロニトリル0.1gを仕込み、凍結脱器後、クロ
ロトリフルオロエチレン15gを導入し、65℃で6時間反
応を行なった。
反応液を濃縮した後、メタノールを添加し、析出した
白色固体を真空乾燥することにより含フッ素共重合体0.
2gを得た。共重合体のフッ素含量は20%であった。この
共重合体は、実施例1,2と同様にアセトン、テトラヒド
ロフラン等の溶媒に可溶で、二重結合の残存は認められ
なかった。
実施例4 パーフルオロジビニルエーテル(CF2=CF−O−CF=C
F2)3.0g、トリクロロトリフルオロエタン30g、t−ブ
チル−パーオキシイソブチレート0.03gを内容積100mlの
耐圧反応容器中に仕込み、液体窒素にて凍結脱気を行な
った後、エチレン1.0gを導入して65℃で20時間反応を行
なった。
得られた反応液をアセトンで希釈し、メタノール中に
滴下沈析した。析出した沈澱を真空乾燥して含フッ素共
重合体2.0gを得た。共重合体はフッ素含有量25%であ
り、アセトン、テトラヒドロフラン、クロロホルム等の
有機溶媒に可溶であった。
実施例5 パーフルオロ−1,4−ペンタジエン5.0g、エチルビニ
ルエーテル3.4g、酢酸エチル30g、ジイソプロピルパー
オキシジカーボネート0.01gを内容積100mlのステンレス
製反応容器に入れ、窒素ガスで置換した後、40℃で24時
間反応を行なった。
反応液を取り出し、メタノール中に滴下沈析を行な
い、析出した白色沈澱を真空乾燥して含フッ素共重合体
3.0gを得た。共重合体のフッ素含有量は43%であった。
また、共重合体は酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジ
メチルホルムアミド等の有機溶媒に可溶であった。
[発明の効果] 本発明は、比較的安価で容易に入手または合成できる
ジオレフィン化合物およびモノオレフィン化合物を原料
として、フッ素含有量の高い、主鎖に環状構造を有する
含フッ素共重合体を与えるという効果を有する。特に、
得られた共重合体をフッ素化することにより、主鎖に環
状構造を有するパーフルオロポリマーを得ることができ
るという効果も認められる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C08F 236/20 C08F 236/20 (56)参考文献 特開 昭63−48314(JP,A) 特公 昭52−25437(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 214/18 - 214/28 C08F 216/02 - 216/08 C08F 218/02 - 218/12 C08F 226/02 - 226/04 C08F 230/08 C08F 236/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】分子内に炭素−炭素二重結合を二つ有しか
    つその二つの二重結合が一つの原子をはさむ構造を有す
    る二官能単量体と、分子内に炭素−炭素二重結合を一つ
    有する一官能単量体とを、二分子環化重合せしめること
    により、主鎖に環状構造を有しかつフッ素含有量が20重
    量%以上である共重合体を生成せしめる含フッ素共重合
    体の製造方法であって、前記二官能単量体および一官能
    単量体の一方が含フッ素単量体であり、他方が非フッ素
    単量体であることを特徴とする含フッ素共重合体の製造
    方法。
  2. 【請求項2】一官能単量体が含フッ素パーハロモノオレ
    フィン化合物であり二官能単量体がジビニルエーテルま
    たはジメチルビニルシランである請求項1に記載の製造
    方法。
  3. 【請求項3】一官能単量体が非フッ素モノオレフィン化
    合物であり二官能単量体が含フッ素ジオレフィン化合物
    である請求項1に記載の製造方法。
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