JP6086920B2 - (パー)フルオロポリエーテル混合物の二官能性含有量を豊富化する方法 - Google Patents
(パー)フルオロポリエーテル混合物の二官能性含有量を豊富化する方法 Download PDFInfo
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Description
(a)第1の平均官能基数(F1)を有する、非官能性、一官能性および二官能性(パー)フルオロポリエーテルの混合物[混合物(M)]を吸着固定相上に吸着する工程と;
(b)混合物(M)を超臨界流体で脱着して、官能基数(F1)より低い第2の平均官能基数(F2)を有する(パー)フルオロポリエーテル混合物(M’)を回収する工程と;
(c)残留混合物を、極性溶媒との混合物中の超臨界流体で脱着して、官能基数(F1)より高い第3の平均官能基数(F3)を有する(パー)フルオロポリエーテル混合物[混合物(M”)]を回収する工程と
を含む、好ましくはそれらかなる方法に関する。
− 「二官能性種の含有量」、「二官能性(パー)フルオロポリエーテルの含有量」、「二官能性含有量」という表現は、等価である;
− 「一官能性および二官能性(パー)フルオロポリエーテル」という表現は、2つの鎖末端を有する完全または部分フッ素化ポリアルキレンオキシ鎖を有し、一方または両方の鎖末端が官能基を有するフルオロポリマーを意味する;
− 「平均官能基数」という表現は、PFPE混合物中1ポリマー分子当たりの平均の官能基数を意味する;
− 「PFPE」という頭字語は、上に定義されたとおりの部分または完全フッ素化フルオロポリエーテルを意味する;
− [PFPE混合物を精製する」という表現は、「二官能性種の含有量を増加または豊富化させること」(すなわち、二官能性PFPEの含有量もしくは二官能性含有量もしくは平均官能基数を増加もしくは豊富化すること」を意味し;同様に、「精製」という語は、二官能性種の含有量(すなわち、二官能性(パー)フルオロポリエーテルの含有量または二官能性含有量または平均官能基数)が増加するまたは豊富化される方法を意味する。
X1−O−Rf−Y (I)
[式中、
Rfは(パー)フルオロポリオキシアルキレンであって、500から10,000の範囲の数平均分子量を有し、かつ−CF2O−、−CF2CF2O−、−CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−、−CF2CF(CF3)O−、−CF(CF3)CF2O−および−CR4R5CF2CF2O−(ここで、R4およびR5は、等しいかまたは互いに異なり、H、Clおよび完全または部分フッ素化アルキル(以下、(パー)フルオロアルキル)、好ましくはC1〜C4(パー)フルオロアルキルから選択される)から選択される繰返し単位を含み、前記繰返し単位は、鎖に沿って統計的に分布している、(パー)フルオロポリオキシアルキレンであり、;
X1は、−CFXCH2O(CH2CH2O)sH、−CFXC(O)Rh、−CFXC(O)ORh、−CFXC(O)NRh IRh II、−CFXCH2O(CH2CH2O)sP(O)(ORh I)(ORh II)(式中、sは、0から20の範囲であり、Xは、FまたはCF3であり、Rh、Rh IおよびRh IIは、H、およびC1〜C10直鎖または分岐アルキル基から独立して選択される)から選択され;
Yは、X1と同じであるか、または−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、−CF2H、−CF2CF2Hから選択される]
に従う。
−(C3F6O)a(CFXO)b−(Ia)
(式中、−C3F6O−は、式−CF(CF3)CF2O−および式−CF2CF(CF3)O−の繰返し単位を表すことができ、Xは、上に定義されたとおりであり、aは、1以上の整数であり、bは、0または1以上の整数である)
の鎖である。
−(CF2CF2O)c(CF2O)d[CF2(CF2)zO]h− (Ib)
(式中、cは、1以上の整数であり、dおよびhは、0または1以上の整数であり、c、dおよびhは、鎖Rfの数平均分子量が上記の範囲であり、かつdが1以上の整数である場合、c/d比は、0.1から10の範囲であり、h/(c+d)比は、0から0.05の範囲であるように選択され、zは、2または3である)
の鎖である。
材料および方法
出発PFPE混合物
出発PFPE混合物の組成に関する詳細は、以下に各実施例の始めにおいて示される。
Supercritical Fluid Technologies,Inc.から入手可能なSFT−150超臨界流体抽出器(SFE)を用いた;この抽出器は、300mlの分留容器および加熱可能なレストリクターバルブを備える。抽出器は、標準ステンレススチール製フィルタを取り除き、超臨界CO2を容器の上部から下部に流れさせるガス管を挿入して、カスタマイズし;レストリクターバルブに接続したガス出口を、装置の上部に設けた。Nova Chimicaから入手可能なシリカゲルLC60Å35〜70μmは、ガラス繊維製コンテナ内の容器中に入れた。工程c)で共溶媒として用いられるメタノールは、やはりSFTから入手可能な、共溶媒添加モジュールを通して供給した。
すべて上に定義されたとおりの式(Ib)の鎖Rfを有する、以下の実施例のPFPE混合物の分子量、組成、および官能基数は、Z軸勾配を有する自動切換可能プローブを備えた、19F核について282.176MHzで作動するVarian Mercury300分光計を用いて19F−NMR分光法により得た。
Mn=(2・M)/(F+I)
(式中、
M=66・[A(I)+A(II)+A(III)]+116・[A(IV)+A(V)−A(XVIII)/2+166・A(IX)+216・A(VIII)/2+77・[A(XIV)+A(XV)]/1.5+93.5・[A(XVI)+A(XVII)]+143.5・[A(XVIII)+89・[A(X)+A(XI)]+131・[A(XIX)+A(XX)]+103・[A(XXI)+A(XXII)]+59・[A(XXIII)+A(XXIV)]+109・[A(XXV)]であり、
F=A(X)+A(XI)+A(XIX)+A(XX)+A(XXI)+A(XXII)であり、
I=A(XIV)/1.5+A(XV)/1.5+A(XVI)+A(XVII)+A(XVIII)+A(XXIII)+A(XXIV)+A(XXV)であり、
ここで、A(I)は、以下の表2で報告する「iesimo」割り当てに相当するシグナルの積分強度を表す。
EW=M/F
(式中、MおよびFは、上に報告した意味を有する)。
二官能性種%=[(F−I)/(F+I)]・100
平均ヒドロキシル官能基数は、以下のとおりに計算した:
f=2・F/(F+I)
(式中、FおよびIは、上に定義したとおりである)。
C2F4O/CF2O=[A(IV)+A(V)−A(XVIII)]/2・[A(I)+A(II)+A(III)]
(式中、A(i)は、上に定義したとおりである)。
実施例1−PFPEジオール混合物の精製
この実施例は、平均官能基数が1.958であるような比で、Rfが、上記式(Ib)(式中、c/d=1であり、h=0であり;c、dは、PFPEジオールの数平均分子量が1049であるように選択される)に従い;X1が、−CF2CH2OHであり、Yが、−CF2CH2OHであるか、または−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、−CF2Hおよび−CF2CF2Hから選択される非官能性末端基である、式(I)のPFPEジオール混合物(Fomblin(登録商標)Z DOL PFPEとして市販されている)で行った。
39.0gのシリカゲル(SiO2)および19.5gの上記特定PFPEジオール混合物(SiO2/PFPEジオール混合物の重量比2/1)を上に示した超臨界流体抽出器の分留容器中に導入した。容器を100℃に加熱し、15MPaでCO2を供給することによって加圧し、固定相上への完全な吸着までこれらの条件下で維持した(8時間)。
吸着されたPFPE混合物が入っている分留容器を80℃に冷却し、圧力を20MPaに増加した。加熱(80℃)レストリクターバルブを開き、1Nl/分のCO2流量で操作することによって、8.1gのPFPEジオール(Mn=1224、f=1.882)を3320分で回収した(混合物1、以下の表3参照)。
混合物1の回収後、圧力を60MPaに増加し、一方で温度を80℃に維持し、脱着をscCO2中5重量%メタノールによって400分で行った。CO2とメタノールの両方の蒸発後、混合物2(11.42g、Mn=994、f=1.994)を回収した。表3に方法パラメータおよび結果をまとめる。
15.1gのPFPEジオール混合物および29.6gのSiO2ゲルを用いて、上記実施例1に記載した手順を繰り返したが、違いは、scCO2のみによる第1の脱着工程は、流量4Nl/分で、一段で約60MPaに圧力を増加させることによって行ったが、一方でscCO2中5重量%メタノールによる第2の脱着工程は、60℃に温度を低下させ、圧力を60Mpaに維持することによって行ったことであった。
この実施例は、出発混合物の平均官能基数が1.852であるような比で、Rfが、式(Ib)(c/d=1.83であり、h=0であり;cおよびdは、PFPEアミドの数平均分子量が1521であるように選択される)を有し;X1が、−CF2C(O)NHCH2CH2CH2CH3であり、Yが、−CF2C(O)NHCH2CH2CH2CH3、または(−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、−CF2Hおよび−CF2CF2Hから選択される)非官能性末端基である、上記式(I)に従うPFPEアミド混合物によって行った。この混合物は、市販のFluorolink(登録商標)L 10/H PFPEとn−ブチルアミンとの反応によって公知の方法に従って調製した。
29.8gのシリカゲル(SiO2)および14.9gの上記特定PFPEアミド混合物を、上に示した超臨界流体抽出器の容器中に、SiO2/PFPEアミド混合物の重量比2/1で導入した。容器を100℃に加熱し、15MPaでscCO2を供給することによって加圧し、固定相上への完全な吸着までこれらの条件下で維持した(4時間)。
吸着されたPFPEアミド混合物が入っている分留容器を60℃に冷却し、圧力を60MPaに増加させた。加熱(80℃)レストリクターバルブを開き、2Nl/分のCO2流量で操作することによって、8.7gのPFPEアミド(Mn=1449、f=1.747)を2815分で回収した(混合物1、以下の表4−2参照)。
混合物1の回収後、同じ圧力および温度の値を維持して、脱着を、4Nl/分の流量でscCO2中5重量%メタノールによって行った。scCO2およびメタノールの蒸発後、混合物2(6.2g、Mn=1577、f=1.985)を回収した。
この実施例において、平均官能基数が1.874であるような比で、Rfが、式(Ib)(式中、c/d=1.86であり、h=0であり;cおよびdは、PFPEエステルの数分子量が1457であるように選択される)に従い;X1が、−CF2C(O)OCH2CH3であり、Yが、−CF2C(O)OCH2CH3、または(−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、−CF2Hおよび−CF2CF2Hから選択される)非官能性末端基である、式(I)のPFPEエステル混合物(Fluorolink(登録商標)L 10/Hとして市販されている)を、出発PFPE混合物として用いる。
45.0gのシリカゲル(SiO2)および7.5gのPFPEエステル混合物を、SiO2/PFPEエステル混合物の重量比6/1で、上に示した超臨界流体抽出器の分留容器に導入する。容器を100℃に加熱し、150バールでCO2を供給することによって加圧し、固定相上への吸着の完了までこれらの条件下で維持する。
分留容器を60℃に冷却し、圧力を20MPaに増加させる。加熱(80℃)レストリクターバルブを開き、2Nl/分の流量で操作することによって、4.0gのPFPEエステル混合物(Mn=1756、f=1.646)を980分で回収する(混合物1、以下の表5参照)。
混合物1の回収後、圧力を60MPaに増加させるが、一方で温度は60に維持し;脱着は、scCO2中5重量%メタノールによって行う。scCO2およびメタノールの蒸発後、混合物2(3.5g、Mn=1214、f≧1.985)。
以下の比較例のすべては、上記実施例1〜実施例2で用いたのと同じPFPEジオール混合物で行った。
21.5gのPFPEジオール混合物を、43.0gのSiO2ゲル(SiO2ゲル/PFPEジオール混合物の重量比2/1)を用いて、実施例1に従って処理したが、違いは、scCO2中5重量%メタノールによる脱着工程を省いたことである。
15.0gのSiO2ゲル(SiO2ゲル/PFPEジオール混合物重量比2/1)を用いて、7.7gのPFPEジオール混合物を実施例2に従って処理したが、その違いは、scCO2中5重量%メタノールを用いた脱着工程を省いたことである。
6.0gのSiO2ゲルおよび3.0のPFPEジオール混合物(重量比2/1)を、上に示した超臨界流体抽出器の容器中に導入した。容器を100℃に加熱し、次いで、15MPaでscCO2中5%メタノールを供給することによって加圧し、これらの条件を13時間維持した。溶出液のサンプリングおよび19F−NMR分析は、実際に、出発混合物は固定相上に吸着されず;事実、PFPEジオール混合物(以下の表8中混合物1)のみが、出発混合物と同じ重量、Mnおよび官能基数を有して、回収されたことを実証した。
Claims (12)
- 非官能性、一官能性および二官能性(パー)フルオロポリエーテルの混合物中の二官能性種の含有量を増加させる方法であって、以下の工程:
(a)第1の平均官能基数(F1)を有する、非官能性、一官能性および二官能性(パー)フルオロポリエーテルの混合物[混合物(M)]を吸着固定相上に吸着する工程と;
(b)工程(a)で吸着固定相上に吸着した混合物(M)を超臨界流体で脱着して、官能基数(F1)より低い第2の平均官能基数(F2)を有する(パー)フルオロポリエーテル混合物(M’)を回収する工程と;
(c)残留混合物を、極性溶媒との混合物中の前記超臨界流体で脱着して、官能基数(F1)より高い第3の平均官能基数(F3)を有する(パー)フルオロポリエーテル混合物[混合物(M”)]を回収する工程と
を含む、方法。 - 混合物(M)が、式:
X1−O−Rf−Y (I)
[式中、
Rfは、(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖であって、500から10,000の範囲の数平均分子量を有し、かつ−CF2O−、−CF2CF2O−、−CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−、−CF2CF(CF3)O−、−CF(CF3)CF2O−および−CR4R5CF2CF2O−(ここで、R4およびR5は、等しいかまたは互いに異なり、H、Clおよび完全または部分フッ素化アルキル(以降、(パー)フルオロアルキル)、好ましくはC1〜C4(パー)フルオロアルキルから選択される)から選択される繰返し単位を含み、前記繰返し単位は、鎖に沿って統計的に分布している、(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖であり;
X1は、−CFXCH2O(CH2CH2O)sH、−CFXC(O)Rh、−CFXC(O)ORh、−CFXC(O)NRh IRh II、−CFXCH2O(CH2CH2O)sP(O)(ORh I)(ORh II)(ここで、sは、0から20の範囲であり、Xは、FまたはCF3であり、Rh、Rh IおよびRh IIは、H、およびC1〜C10直鎖または分岐アルキル基から独立して選択される)から選択され;
Yは、X1と同じであるか、または−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、−CF2H、−CF2CF2Hから選択される]
に従う、請求項1に記載の方法。 - 混合物(M)において、鎖Rfが、
− 鎖Rfの数平均分子量が上に定義された範囲であるように、かつbが0以外の場合、a/b比が、10から100の範囲であるように選択された、式:
−(C3F6O)a(CFXO)b− (Ia)
(式中、−C3F6O−は、式−CF(CF3)CF2O−および式−CF2CF(CF3)O−の繰返し単位を表すことができ、Xは、上に定義されたとおりであり、aは、1以上の整数であり、bは、0または1以上の整数である)
の鎖;および
− 式:
−(CF2CF2O)c(CF2O)d[CF2(CF2)zO]h− (Ib)
(式中、cは、1以上の整数であり、dおよびhは、0または1以上の整数であり、c、dおよびhは、鎖Rfの数平均分子量が上記の範囲であり、かつdが1以上の整数である場合、c/d比が、0.1から10の範囲であり、h/(c+d)比が、0から0.05の範囲であるように選択され、zは、2または3である)
の鎖
から選択される、請求項2に記載の方法。 - 混合物(M)において、鎖Rfが、式−(CF2CF2O)c(CF2O)d[CF2(CF2)zO]h−(Ib)の鎖であり、X1が、−CFXCH2O(CH2CH2O)sH、−CFXC(O)ORh、−CFXC(O)NRh IRh II(ここで、s、X、Rh、Rh I、Rh IIおよびYは、請求項2に定義されたとおりである)から選択される、請求項3に記載の方法。
- 官能基数(F3)が、少なくとも1.985である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記吸着固定相が、シリカゲル、ケイ酸アルミニウムおよびケイ酸マグネシウム、活性アルミナ、金属酸化物、金属水酸化物および硫酸バリウムから選択される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記吸着固定相が、シリカゲルである、請求項6に記載の方法。
- 前記超臨界流体が、二酸化炭素、アセトンおよび炭化水素から選択される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記超臨界流体が、二酸化炭素である、請求項8に記載の方法。
- 前記極性溶媒が、アルコールである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記極性溶媒が、メタノール、エタノール、プロパノールおよびトリフルオロエタノールから選択される、請求項10に記載の方法。
- 前記極性溶媒が、メタノールである、請求項11に記載の方法。
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