JP3134877B2 - フッ素化炭化水素基含有ポリオキシアルキレン重合体の製造方法 - Google Patents

フッ素化炭化水素基含有ポリオキシアルキレン重合体の製造方法

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、フッ素化炭化水素基含有ポリオキシアルキ
レン重合体の製造方法に関するものである。
[従来の技術] フッ素化炭化水素基を分子内に含有するポリオキシア
ルキレン化合物は、そのフッ素化炭化水素基の特異な性
能・機能を利用して、界面活性剤組成物の成分として有
効であることがこれまでに見出されている。また、界面
活性剤以外の用途への応用も期待される。フッ素化炭化
水素基を分子内に含有するポリオキシアルキレン化合物
の製造方法は、これまでにも特公昭57−26560号公報、
日本化学会誌、1974,(9)p1731−1735等で知られてい
る通り、三フッ化ホウ素等の酸触媒又は水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウムなどの塩基性触媒を利用したアルキ
レンオキサイドの重合により行なわれている。しかしな
がら、酸触媒を使用する場合、ポリグリコールの副生を
伴い高分子量重合体を得にくいことが知られており、ま
た、アルカリ金属水酸化物を使用する場合、特に疎水性
の高いフッ素化炭化水素基を分子内に含有する化合物を
開始剤として使用する場合、触媒の水酸イオン及び触媒
を水溶液で使用する場合は共存する水などがアルキレン
オキサイド重合反応の開始剤となるため、ポリグリコー
ル化合物の副生が無視できない。この場合あらかじめ水
を脱水しておく方法も考えられるが、実際にはフッ素化
炭化水素基の高い疎水性のため触媒水溶液が均一に混合
せず、脱水操作を行なった時点でアルカリ金属水酸化物
が析出してしまう。また、日本化学会誌1974,(9),p1
731〜1735に報告されているように部分フッ素化アルカ
ノールのように塩基触媒に不安定な場合もある。ところ
で、アルカリ金属水酸化物を触媒としてアルキレンオキ
サイドを重合する場合においても特にプロピレンオキサ
イドの重合では、重合体の分子量が大きくなるに従い、
塩基触媒によるプロピレンオキサイドのアリルアルコー
ルへの異性化が起こり、副生成物が多くなってくること
が知られており、実質的にアルキレンオキサイドの重合
に使用する開始剤1官能基当たり、分子量約2千〜2千
五百が実用的には限界である。従ってこれまでの技術で
は、フッ素化炭化水素基を分子内に含有する活性水素基
含有化合物を開始剤としてアルキレンオキサイドを開環
重合させる反応において、副生成物を低くおさえること
及び高分子量体を合成することは著しく困難であった。
[発明の解決しようとする課題] 本発明はフッ素化炭化水素基を分子内に含有する活性
水素基含有化合物を開始剤としてアルキレンオキサイド
を開環重合し、副生成物を低くおさえかつ高分子量体の
アルキレンオキサイド重合体をも製造できる製造方法を
提供するものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、フッ素化炭化水素基を含有する活性水素基
含有化合物を開始剤としてアルキレンオキサイドを開環
重合させてポリオキシアルキレン重合体を製造する方法
において、触媒として複金属シアン化物錯体を用いる、
フッ素化炭化水素基含有ポリオキシアルキレン重合体の
製造方法を提供するものである。
本発明における複金属シアン化物錯体触媒とは、例え
ば特公昭59−15336号公報記載のシアン化コバルト亜鉛
−グライム等、米国特許第3278457号、第3278458号、第
3278459号公報に記載されている、2種以上の金属を含
むシアンイオンを一部又は全部の配位子にもつ錯体のこ
とであり、アルキレンオキサイドの開環重合反応を触媒
する能力のあるものをいう。
本発明においてアルキレンオキサイドの開環重合に使
用できるフッ素化炭化水素基を含有する活性水素基含有
化合物としては、部分フッ素化又は完全フッ素化された
アルキル基又はアリール基を含有する化合物であり、分
子内にエーテル基、エステル基、アミド基、カルバメー
ト基、ウレア基、カーボネート基等を含んでいてもよ
い。該活性水素基としては、アルキレンオキサイドの開
環反応の開始点となるものがあげられるが、具体的に
は、水酸基、カルボキシル基、1級又は2級アミノ基、
メルカプト基があげられる。部分フッ素化又は完全フッ
素化されたアルキル基又はアリール基としては、直鎖
状、分枝状の炭素数1から炭素数20の炭素を含む基があ
げられる。具体的には式1〜式5で示される化合物や次
の化合物が挙げられる。
CF3(CF2(CH2nXH ・・・・(1) (式中m,nは0から19の整数、Xは0,CO2,S,NH又はNRた
だしRはC1〜C20のアルキル基) HX(CH2(CF2(CH2nXH ・・・(3) (式中、l,m,nは0から20の整数) CF3(CF2mCH2CH2−CH(CH2OH) ・・・(4) (式中,mは0から14の整数) 4,4′(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフェノ
ール、テトラフルオロヒドロキノン、ペンタフルオロフ
ェノール、ペンタフルオロチオフェノール、ペンタフル
オロ安息香酸、ペンタフルオロベンジルアルコール、ペ
ンタフルオロアニリン、ヘキサフルオロ−2−プロパノ
ール。
又は、これらを原料として、他の活性水素を含有する
化合物とエステル基、アミド基、カルバメート基、ウレ
ア基、カーボネート基等で結合させたものをアルキレン
オキサイド重合の開始剤として使用することもできる。
そのような化合物としては、例えば水酸基含有フッ素化
炭化水素化合物とポリイソシアネートをイソシアネート
基過剰で反応させた後さらに水酸基が過剰な条件でポリ
ヒドロキシ化合物と反応させて得られる水酸基含有化合
物や、水酸基含有フッ素化炭化水素化合物とポリカルボ
ン酸化合物又は酸無水物とを反応させて得られるカルボ
キシル基含有化合物や、フッ素化アルカンカルボン酸及
び/又はそのエステル化合物とポリヒドロキシ化合物と
を水酸基が過剰な条件で縮合させた水酸基含有エステル
化合物や、フッ素化アルカンカルボン酸及び/又はその
エステル化合物とアルカノールアミン化合物とを水酸基
が過剰な条件で縮合させた水酸基含有アミド化合物など
があげられる。
本発明における開環重合反応に使用できるアルキレン
オキサイドは、複金属シアン化物錯体触媒により重合で
きるもとがすべてあげられるが、好ましくはエチレンオ
キサイド、プロピレンオキサイド、1−ブテンオキサイ
ド、2−ブテンオキサイド、イソブテンオキサイド、1
−ヘキセンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、フ
ェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテ
ル、スチレンオキサイドなどをあげることができる。
実際の重合反応は、開始剤と複金属シアン化物錯体と
アルキレンオキサイドの混合物を窒素雰囲気下で、重合
反応温度条件に加熱すれば良い。この時、アルキレンオ
キサイドは一括して添加しても、又反応の進行を確認し
ながら少しずつ添加しても良い。又、複数のアルキレン
オキサイドを重合する場合、その添加方法により、ブロ
ック共重合体やランダム共重合体も自由に製造できる。
すなわち、複数のアルキレンオキサイドの混合物を添加
すればランダム共重合体が、又、複数のアルキレンオキ
サイドを、1種類づつ、各々の重合反応が終了した後、
別のアルキレンオキサイドを加えるようにすればブロッ
ク共重合体が製造できる。重合反応温度は、20℃〜180
℃でよいが、好ましくは60℃から130℃が良い。本重合
反応は溶媒を使用しても、使用しなくても可能である
が、溶媒を使用したほうが良い結果が得られる。本発明
で使用できる溶媒としては、エーテル系、炭化水素系、
ハロゲン化炭化水素系、ケトン系、アミド系、エステル
系の溶媒があげられるが、特にエーテル系、ケトン系の
溶媒が好ましい。具体的には、テトラヒドロフラン、ジ
エチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ジエチレン
グリコールジメチルエーテル、メチルテトラヒドロフラ
ン、ジオキサン、1,2−ジメトキシプロパン、アセト
ン、メチルエチルケトン等があげられる。溶媒は、反応
終了後反応混合物から留去することにより回収できる。
本発明においては、複金属シアン化物錯体触媒が、活
性水素基に配位しやすいため、従来のアルカリ金属水酸
化物を触媒として用いるアルキレンオキサイドの開環重
合では困難な、高い疎水性を持つフッ素化炭化水素基を
含有する開始剤を使用する場合でも、容易にアルキレン
オキサイドの重合が行なえると考えられる。又、複金属
シアン化物錯体触媒のアルキレンオキサイドの開環反応
に対する高い触媒活性及びアルカリ金属水酸化物のよう
に強い塩基性を持たないことによってアルキレンオキサ
イドのアルケニルアルコールへの異性化が非常に少ない
ことのために、従来では製造できなかった高分子量の重
合体が得られるものと考えられる。
[実施例] 実施例1 1,1,1−トリフルオロエタノール5gをテトラヒドロフ
ラン30gに溶解し、オートクレーブに仕込んだ。ヘキサ
シアノコバルト亜鉛グライム錯体20mgを添加し、プロピ
レンオキサイド25gを加えた。オートクレーブを窒素で
置換し、100℃に加熱したところ発熱反応により内温が1
40℃まで上昇した。その後さらに30分間100℃に加熱し
てから室温に冷却し、溶媒を減圧下留去したところ、油
状物29.95gを得た。生成物はGPC分析により単一ピーク
を示し、水酸基価は94.5mgKOH/gであった。
実施例2 トリデカフルオロオクタノール(C6F13C2H4OH)15.0g
をテトラヒドロフラン50gに溶解し、オートクレーブに
仕込んだ。ヘキサシアノコバルト亜鉛グライム錯体30mg
を添加し、プロピレンオキサイド25gを加えた。以下実
施例1に従い、100℃で反応させ、油状の生成物40.0gを
得た。生成物はGPC分析により単一ピークを示し、水酸
基価は58.2mgKOH/gであった。
実施例3 トリデカフルオロオクタノール(C6F13C2H4OH)30.0g
をテトラヒドロフラン100gに溶解し、オートクレーブに
仕込んだ。ヘキサシアノコバルト亜鉛グライム錯体50mg
を添加し、オートクレーブを窒素置換し、窒素1kg/cm2
に加圧した。オートクレーブを100℃に加熱し、プロピ
レンオキサイド30gとエチレンオキサイド70gの混合物を
内温が110℃を越えないように少しずつ導入し、反応さ
せた。アルキレンオキサイド導入完了後同温度に1時間
置いた後、減圧下溶媒を留去したところ、油状生成物12
9.5gを得た。生成物はGPC分析により単一ピークを示
し、水酸基価は58.2mgKOH/gであった。
実施例4 3,3,4,4,5,5,6,6−オクタフルオロ−1,8−オクタンジ
オール5gを1,2−ジメトキシエタン40gに溶解し、オート
クレーブ中、ヘキサシアノコバルト亜鉛グライム錯体25
mgを加え、窒素置換した。オートクレーブを100℃に加
熱し、プロピレンオキサイド200gを内温が120℃を越え
ないように少しずつ導入し、反応させた。プロピレンオ
キサイド導入完了後同温度に1時間置いた後、減圧下溶
媒を留去したところ、油状生成物203.5gを得た。生成物
はGPC分析により単一ピークを示し、水酸基価は9.8mgKO
H/gであった。
実施例5 ペンタデカフルオロデカンジオール(CF3(CF26CH2
CH(OH)CH2OH)20gをテトラヒドロフラン60gに溶解
し、オートクレーブ中、ヘキサシアノコバルト亜鉛グラ
イム錯体100mgを加え、窒素置換した。オートクレーブ
を100℃に加熱し、プロピレンオキサイド340gを内温が1
20℃を越えないように少しずつ導入し反応させた。プロ
ピレンオキサイド導入後、同温度で30分間置いた後、さ
らに1−ブテンオキサイド90gを内温が120℃を越えない
ように少しずつ導入し反応させた。1−ブテンオキサイ
ド導入終了後、同温度で更に1時間加熱した。減圧下溶
媒を留去して油状生成物448gを得た。生成物はGPC分析
により単一ピークを示し、水酸基価は11.7mgKOH/gであ
った。
実施例6 ペンタフルオロアニリン(C6F5NH2)5gをテトラヒド
ロフラン50gに溶解し、オートクレーブに仕込んだ。ヘ
キサシアノコバルト亜鉛グライム錯体50mgを添加し、オ
ートクレーブを窒素置換した。オートクレーブを100℃
に加熱し、プロピレンオキサイド340gを内温が120℃を
越えないように少しずつ導入し反応させた。プロピレン
オキサイド導入後、同温度に1時間置いた後、減圧下溶
媒を留去したところ油状生成物104.5gを得た。生成物は
GPC分析により単一ピークを示し、水酸基価は30.5mgKOH
/gであった。
実施例7 ペンタフルオロチオフェノール(C6F5SH)5gをテトラ
ヒドロフラン50gに溶解し、オートクレーブに仕込ん
だ。ヘキサシアノコバルト亜鉛グライム錯体50mgを添加
し、オートクレーブを窒素置換した。オートクレーブを
100℃に加熱し、プロピレンオキサイド50gを内温が120
℃を越えないように少しずつ導入し反応させた。プロピ
レンオキサイド導入後、同温度に1時間置いた後、減圧
下溶媒を留去したところ油状生成物54.2gを得た。生成
物はGPC分析により単一ピークを示し、水酸基価は26.3m
gKOH/gであった。
実施例8 トリデカフルオロオクタン酸(C6F13CH2CO2H)15.0g
をテトラヒドロフラン50gに溶解し、オートクレーブに
仕込んだ。ヘキサシアノコバルト亜鉛グライム錯体50mg
を添加し、オートクレーブを窒素置換した。オートクレ
ーブを100℃に加熱し、プロピレンオキサイド50gを内温
が120℃を越えないように少しずつ導入し反応させた。
導入完了後、同温度に1時間置いた後、減圧下溶媒を留
去したところ油状生成物64.8gを得た。生成物はGPC分析
により単一ピークを示し、水酸基価は35.0mgKOH/gであ
った。
実施例9 N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)プロピル]ト
リデカフルオロヘプタンアミド(CF3(CF25CONHC(CH
2OH)2CH2CH3)5gをテトラヒドロフラン30gに溶解し、
オートクレーブに仕込んだ。ヘキサシアノコバルト亜鉛
グライム錯体0.1gを添加し、プロピレンオキサイド30g
を加えオートクレーブを窒素置換した。以下実施例1同
様の操作により生成物34.8gを得た。生成物のGPC分析は
単一ピークを示し、水酸基価は35.8mgKOH/gであった。
[発明の効果] 本発明で得られるフッ素化炭化水素基を含有するポリ
オキシアルキレン重合体は、界面活性剤の成分及び/又
はその原料や、樹脂の表面特性や耐水性の改良剤、ポリ
ウレタン工業のポリオール成分等として有用であると考
えられる。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フッ素化炭化水素基を含有する活性水素基
    含有化合物を開始剤としてアルキレンオキサイドを開環
    重合させてポリオキシアルキレン重合体を製造する方法
    において、触媒として複金属シアン化物錯体を用いる、
    フッ素化炭化水素基含有ポリオキシアルキレン重合体の
    製造方法。
  2. 【請求項2】該活性水素基が、水酸基、カルボキシル
    基、1級アミノ基、2級アミノ基またはメルカプト基で
    ある、請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】該重合体の製造を溶媒の存在下で行なう、
    請求項1または2記載の製造方法。
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