JP6377633B2 - 親水性フルオロポリマー - Google Patents

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Description

本出願は、2012年12月21日出願の欧州特許出願第12199205.1号に対する優先権を主張するものであり、この出願の全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。
本発明は、グラフト化フルオロポリマーに、それらの製造方法におよび多孔質膜を製造するための前記グラフト化フルオロポリマーの使用に関する。
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、その良好な熱安定性、耐化学薬品性、優れた加工性ならびに気孔率およびモルフォロジの制御の利便性のために精密濾過および限外濾過膜の製造に広く使用されている。しかし、水精製へのこれらの膜の応用は、汚れが膜の表面および細孔上で起こる、PVDFの疎水特質のために制限されている。
溶解無機もしくは有機化合物、コロイド、細菌および懸濁固形分などの、水中の様々な成分は、膜汚れをもたらし得る。生物付着は、個々の細菌細胞または微生物フロックよりもむしろ、蓄積細胞外物質に主に起因する。可溶性微生物産物および細胞外ポリマー物質などの、これらの細胞外物質は主として、多糖類、タンパク質および天然有機物質からなる。
最近、化学的にまたは物理的に改質されたPVDFから製造される親水性の精密濾過および限界濾過膜が幅広く研究され、報告されている。表面コーティングおよび表面グラフト化などの、幾つかのアプローチが、膜に親水特性を与えるために開発されている。
例えば、国際公開第2012/175416号パンフレット(SOLVAY SPECIALTY POLYMERS ITALY S.P.A.) 2012年12月27日は、多孔質膜の製造方法であって、前記方法が、少なくとも1つのフルオロポリマーを含む組成物を提供する工程を含み、前記フルオロポリマーが少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー、および少なくとも1つのポリ(アルキレンオキシド)に由来する繰り返し単位を含む方法を開示している。このポリ(アルキレンオキシド)は、100000〜5000000に典型的には含まれる数平均分子量を有する。
また、米国特許出願公開第2007/0219322号明細書(MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY)2007年9月20日は、ポリマー、特にポリ(塩化ビニル)、PVDFおよび塩素化ポリプロピレンなどの疎水性ポリマー上へ親水性鎖をグラフトすることによる制御フリーラジカルプロセスによるグラフトコポリマーの製造方法を開示している。この親水性鎖は、ポリ(エチレンオキシド)を含むことができる。水濾過用の膜は、それによって提供されるグラフトコポリマーから製造することができる。
それにもかかわらず、膜上への直接コーティングまたは表面グラフト化は、幾つかの欠点を有する。例えば、膜の表面上に物理的に吸収されているコーテッド表面層は容易に洗い流され得るし、膜の表面グラフト化は、透過性の低下をもたらす膜細孔サイズおよび分布の変化を伴う可能性が高い。
グラフト化フルオロポリマー[ポリマー(Fg)]の製造方法が本発明の目的であり、前記方法は、
(A)ヒドロキシル基およびカルボン酸基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を含む少なくとも1つのフルオロポリマー[ポリマー(F)]、
(B)式(I):
−(CH−O)−(CHCHRO)−(CH−O)x’−R(I)
(式中、RおよびRの少なくとも1つは、ヒドロキシル基とは異なる酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む反応基であり、もしあれば、残りは、zが0または1である、−[O]−CHアルキル基であり、Rは、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、nは、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
の少なくとも1つのポリオキシアルキレン(POA)を、
(C)任意選択的に、少なくとも1つの触媒の存在下で、かつ
(D)任意選択的に、少なくとも1つの有機溶媒(S)の存在下で
反応させる工程を含む。
本発明の方法によって得られる少なくとも1つのグラフト化フルオロポリマー[ポリマー(Fg)]を含むフルオロポリマー組成物[組成物(F)]もまた本発明の目的であり、前記ポリマー(Fg)は、
− 少なくとも1つのフッ素化骨格と、
− 1つもしくは2つの官能基によってポリマー(Fg)の1つもしくは2つのフッ素化骨格に連結された少なくとも1つのペンダント側鎖であって、前記ペンダント側鎖が、式:
−[X]−(CHO)−(CHCHRO)n’−(CHO)x’−[X’]y’
(式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む橋架け基であり、Rは、水素またはC〜Cアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、互いに等しいかもしくは異なる、yおよびy’は独立して、0または1であり、n’は、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
を有するペンダント側鎖と
を含む。
本出願人は意外にも、本発明のグラフト化フルオロポリマーが、水精製用の防汚膜などの多孔質膜を製造するために好適に使用されるための傑出した親水特性に恵まれていることを見いだした。
従ってまた、多孔質膜の製造方法が本発明の目的であり、前記方法は、以下の工程:
(1)上で定義されたような少なくとも1つのポリマー(Fg)を含む組成物(F)を提供する工程と、
(2)前記組成物(F)を加工し、それによってフルオロポリマーフィルムを提供する工程と、
(3)工程(2)で提供されたフルオロポリマーフィルムを加工し、それによって多孔質膜を提供する工程と
を含む、好ましくはそれらからなる。
本発明の組成物(F)は典型的には、
(i)上で定義されたような少なくとも1つのポリマー(Fg)と、
(iii)任意選択的に、残りの量の上で定義されたような少なくとも1つのポリマー(F)と、
(iv)任意選択的に、残りの量の上で定義されたような式(I)の少なくとも1つのポリオキシアルキレン(POA)と
を含む。
用語「フルオロポリマー」とは、ここでは、少なくとも1つのフッ素化コモノマーに由来する繰り返し単位を含むポリマーを意味することを意図する。
用語「フッ素化モノマー」とは、ここでは、少なくとも1個のフッ素原子を含むエチレン系不飽和モノマーを意味することを意図する。
ポリマー(F)は典型的には、少なくとも1つのフッ素化モノマーにならびにヒドロキシル基およびカルボン酸基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を含む少なくとも1つの含水素モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位を含む。
用語「含水素モノマー」とは、ここでは、少なくとも1個の水素原子を含み、フッ素原子を含まないエチレン系不飽和モノマーを意味することを意図する。
用語「少なくとも1つのフッ素化モノマー」は、ポリマー(F)が1つもしくは2つ以上のフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位を含んでいてもよいことを意味すると理解される。本文の残りにおいて、表現「フッ素化モノマー」は、本発明の目的のためには、複数形および単数形の両方で、すなわち、それらが、上で定義されたような1つもしくは2つ以上のフッ素化モノマーの両方を意味すると理解される。
用語「少なくとも1つのモノマー(H)」は、ポリマー(F)が、上で定義されたような1つもしくは2つ以上のモノマー(H)に由来する繰り返し単位を含んでいてもよいことを意味すると理解される。本文の残りにおいて、表現「モノマー(H)」は、本発明の目的のためには、複数形および単数形の両方で、すなわち、それらが、上で定義されたような1つもしくは2つ以上のモノマー(H)の両方を意味すると理解される。
本発明の目的のためには、ポリマー(F)は典型的には、少なくとも1つのフッ素化骨格とヒドロキシル基およびカルボン酸基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基とを含むことが理解される。
ポリマー(F)は、好ましくは少なくとも0.01モル%、より好ましくは少なくとも0.05モル%、さらにより好ましくは少なくとも0.1モル%の上で定義されたような少なくとも1つのモノマー(H)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)は、好ましくは最大でも20モル%、より好ましくは最大でも15モル%、さらにより好ましくは最大でも10モル%、最も好ましくは最大でも3モル%の上で定義されたような少なくとも1つのモノマー(H)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)中のモノマー(H)繰り返し単位の平均モル百分率の測定は、任意の好適な方法によって行うことができる。酸−塩基滴定法(例えば、アクリル酸含有量の測定によく適している)を、NMR法(側鎖に脂肪族水素原子を含むモノマー(H)の定量化に好適である)を、ポリマー(F)製造中に供給された全モノマー(H)および未反応の残存モノマー(H)に基づく重量バランスをとりわけ挙げることができる。
モノマー(H)は好ましくは、式(II):
Figure 0006377633
(式中:
− 互いに等しいかもしくは異なる、R、RおよびRは独立して、水素原子およびC〜C炭化水素基から選択され、
− R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C〜C炭化水素基である)
の(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]である。
ポリマー(F)が、少なくとも1つのフッ素化モノマーにおよび上で定義されたような式(II)の少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]に由来する繰り返し単位を含む場合には、前記ポリマー(F)は典型的には、少なくとも1つのフッ素化骨格と少なくとも1つの式−C(O)−O−R(式中、R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C〜C炭化水素基である)の官能基とを含む。
モノマー(MA)は好ましくは、本明細書で下の式(II−A):
Figure 0006377633
(式中:
− R’、R’およびR’は水素原子であり、
− R’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C〜C炭化水素基である)
に従う。
好適なモノマー(MA)の非限定的な例としては、とりわけ、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)アクリレートが挙げられる。
モノマー(MA)はさらにより好ましくは、以下のもの:
− 式:
Figure 0006377633
のヒドロキシエチルアクリレート(HEA)、
− 式:
Figure 0006377633
のいずれかの2−ヒドロキシプロピルアクリレート(HPA)、
− 式:
Figure 0006377633
のアクリル酸(AA)、
− 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。
好適なフッ化モノマーの非限定的な例としては、とりわけ、以下のもの:
− テトラフルオロエチレン、およびヘキサフルオロプロペンなどの、C〜Cパーフルオロオレフィン;
− フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、1,2−ジフルオロエチレンおよびトリフルオロエチレンなどの、C〜C含水素フルオロオレフィン;
− 式CH=CH−Rf0(式中、Rf0は、C〜Cパーフルオロアルキルである)に従うパーフルオロアルキルエチレン;
− クロロトリフルオロエチレンのような、クロロ−および/またはブロモ−および/またはヨード−C〜Cフルオロオレフィン;
− 式CF=CFORf1(式中、Rf1は、C〜Cのフルオロ−またはパーフルオロアルキル、例えばCF、C、Cである)に従う(パー)フルオロアルキルビニルエーテル;
− CF=CFOX(パー)フルオロ−オキシアルキルビニルエーテル(式中、Xは、C〜C12アルキル、またはC〜C12オキシアルキル、またはパーフルオロ−2−プロポキシ−プロピルのような、1つもしくは複数のエーテル基を有するC〜C12(パー)フルオロオキシアルキルである);
− 式CF=CFOCFORf2(式中、Rf2は、C〜Cフルオロ−もしくはパーフルオロアルキル基、例えばCF、C、Cまたは−C−O−CFのような、1つもしくは複数のエーテル基を有するC〜C(パー)フルオロオキシアルキル基である)に従う(パー)フルオロアルキルビニルエーテル;
− 式CF=CFOY(式中、Yは、C〜C12アルキルもしくは(パー)フルオロアルキル、またはC〜C12オキシアルキル、または1つもしくは複数のエーテル基を有するC〜C12(パー)フルオロオキシアルキルであり、Yは、その酸、酸ハライドもしくは塩の形態での、カルボン酸もしくはスルホン酸を含む)に従う官能性(パー)フルオロ−オキシアルキルビニルエーテル;
− フルオロジオキソール、特にパーフルオロジオキソール
が挙げられる。
ポリマー(F)は好ましくは、
− フッ化ビニリデン(VDF)に、上で定義されたような式(II)の少なくとも1つのモノマー(MA)におよび、任意選択的に、VDFとは異なる1つもしくは複数のフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位を含むフルオロポリマー[ポリマー(F)]と、
− エチレン、プロピレンおよびイソブチレンから選択される少なくとも1つの含水素モノマーに、テトラフルオロエチレン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)およびそれらの混合物から選択されるフッ素化モノマーに、ならびに上で定義されたような式(II)の少なくとも1つのモノマー(MA)に由来する繰り返し単位を含むフルオロポリマー[ポリマー(F)]と
からなる群から選択される。
ポリマー(F)は好ましくは、
(a’)少なくとも60モル%、好ましくは少なくとも75モル%、より好ましくは少なくとも85モル%のフッ化ビニリデン(VDF)と;
(b’)任意選択的に、0.1モル%〜15モル%、好ましくは0.1モル%〜12モル%、より好ましくは0.1モル%〜10モル%のフッ化ビニル(VF)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ヘキサフルオロプロペン(HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)、トリフルオロエチレン(TrFE)、パーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)およびそれらの混合物から選択されるフッ素化モノマーと;
(c’)0.01モル%〜20モル%、好ましくは0.05モル%〜18モル%、より好ましくは0.1モル%〜10モル%の上で定義されたような式(II)の少なくとも1つモノマー(MA)と
を含む。
ポリマー(F)は、水性懸濁重合によってまたは水性乳化重合法によって製造することができる。ポリマー(F)は好ましくは、国際公開第2008/129041号パンフレット(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.) 2008年10月30日に記載されているような水性懸濁重合法によって製造される。
ポリマー(F)は典型的には、30:70〜70:30の範囲の含水素モノマーとフッ素化モノマーとの間のモル比を有する。上で定義されたようなポリマー(F)において、含水素モノマーは好ましくは、任意選択的に他の含水素コモノマーと組み合わせて、エチレンである。
ポリマー(F)は好ましくは、
(a)35モル%〜65モル%、好ましくは45モル%〜55モル%、より好ましくは48モル%〜52モル%のエチレン(E);
(b)65モル%〜35モル%、好ましくは55モル%〜45モル%、より好ましくは52モル%〜48モル%のクロロトリフルオロエチレン(CTFE)、テトラフルオロエチレン(TFE)およびそれらの混合物から選択される少なくとも1つのフッ素化モノマー;
(c)0.01モル%〜20モル%、好ましくは0.05モル%〜18モル%、より好ましくは0.1モル%〜10モル%の上で定義されたような式(II)の少なくとも1つのモノマー(MA)
を含む。
フッ素化モノマーがクロロトリフルオロエチレン(CTFE)であり、含水素モノマーがエチレン(E)であるポリマー(F)は、本明細書では以下、ECTFEコポリマーと特定され;フッ素化モノマーがテトラフルオロエチレン(TFE)であり、含水素モノマーがエチレン(E)であるポリマー(F)は、本明細書では以下、ETFEコポリマーと特定されるであろう。
ポリマー(F)の中で、ECTFEポリマーが好ましい。
ポリマー(F)は、水性懸濁重合によってまたは水性乳化重合法によって製造することができる。
ポリマー(F)はより好ましくは、ポリマー(F)から選択される。
上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)は典型的には、フッ素原子を含まない。
上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)は典型的には、
− 式(I−A):
−(CH−O)−(CHCHRO)−(CH−O)x’−CH(I−A)
(式中、Rは、ヒドロキシル基とは異なる酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む反応基であり、Rは、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、nは、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
の一官能性POAと、
− 式(I−B):
−(CH−O)−(CHCHRO)−(CH−O)x’−R(I−B)
(式中、RおよびRは両方とも、ヒドロキシル基とは異なる酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む反応基であり、Rは、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、nは、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
の二官能性POAと
からなる群から選択される。
上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)は好ましくは、式(I’):
−(CH−O)−(CHCHO)−(CH−O)x’−R(I’)
(式中、RおよびRの少なくとも1つは、ヒドロキシル基とは異なる酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む反応基であり、もしあれば、残りは、zが0または1である、−[O]−CHアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、nは、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
に従うポリオキシエチレン(POE)である。
非常に良好な結果は、上で定義されたような式(I−A)(式中、nは、5〜200に含まれる整数である)に従うポリオキシエチレン(POE)で得られた。
上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)の反応基の選択は、それがヒドロキシル基とは異なり、かつ、それが、適切な条件下で、1つもしくは複数の官能基によって上で定義されたような式(I)のPOAと上に定義されたようなポリマー(F)との重縮合および/または付加を可能にするという条件で、特に制限されない。
上で定義されたような式(I)のPOAの反応基は典型的には、エステル基、エーテル基およびウレタン基からなる群から選択される1つもしくは複数の官能基によって上で定義されたような式(I)のPOAと上で定義されたようなポリマー(F)との重縮合および/または付加を可能にする。
上で定義されたような式(I)のPOAの反応基は好ましくは、式−[O]−SOR(式中、Rは、1つもしくは複数の芳香環を任意選択的に含むC〜Cフッ素化または含水素基であり、zは、0または1である)のスルホン酸エステル基、カルボン酸基、エポキシド官能基およびイソシアネート官能基から選択される少なくとも1つの官能基を含む。
上で定義されたような式(I)のPOAの反応基は好ましくは、
− 式−[O]−SOR(式中、Rは、1つもしくは複数の芳香環を任意選択的に含むC〜Cフッ素化または含水素基であり、zは、0または1である)、好ましくは−[O]−SOまたは−[O]−SO−C−CHのスルホン酸エステル基、
− カルボン酸基、
− エポキシド官能基、ならびに
− 式:
Figure 0006377633
(式中、Eは、1つもしくは複数の芳香族もしくは脂環式基および/または1つもしくは複数の官能基を任意選択的に含む、線状もしくは分岐の、二価の炭化水素基であり、zは、0または1である)
の少なくとも1つのイソシアネート官能基を含む炭化水素基
からなる群から選択される。
二価の炭化水素基Eは、以下のもの:
Figure 0006377633
およびそれらの混合物
[式中:
− nは、1〜12の整数であり、好ましくは6に等しく;
− Jは、次のもの:単結合;メチレン基(−CH−);酸素原子(−O−);−C(CH−基;−C(CF−基;−SO−基;−C(O)−基;1つもしくは複数の官能基を含んでもよい炭化水素基から選択される二価の橋架け基であり;
− 出現ごとに等しいかもしくは異なる、R、R、R、Rのそれぞれは独立して、ハロゲン原子(例えば、Cl、Br、F)、C〜C炭化水素基(例えば、メチル、エチル)、とりわけ−OR、−NRH’H’’、−C(O)−RH’’’(ここで、互いに等しいかもしくは異なる、R、RH’ 、RH’’、RH’’’は出現ごとに独立して、水素原子またはC〜C炭化水素基である)のような置換基であり;
− n、n、nは独立して、0〜4の整数であり;
− nは、0〜10の整数である]
から選択されてもよい。
好適な二価の炭化水素基Eの非限定的な例としては、とりわけ、ポリ(エチレンアジペート)−トリレン2,4−ジイソシアネート、ポリ(プロピレングリコール)−トリレン2,4−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、シクロヘキシル−1,4−ジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(フェニルイソシアネート)もしくはその異性体、トルエン2,4−ジイソシアネートもしくはその異性体、キシリレンジイソシアネート、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート由来のものが挙げられる。
式(I−A)の好適なポリオキシエチレン(POE)の非限定的な例としては、とりわけ、以下のもの:
(a)500g/モル〜2500g/モルに含まれる平均分子量を有する、RSOO−(CHCHO)−CH(式中、Rは、1つもしくは複数の芳香環を任意選択的に含むC〜Cフッ素化もしくは含水素基、好ましくは−OSOまたは−OSO−C−CHであり、nは典型的には、10〜60に含まれる);
(b)500g/モル〜5000g/モルの、好ましくは564g/モル、764g/モル、2014g/モルまたは5000g/モルの平均分子量を有する、CHO−(CHCHO)−CHCOOH(式中、nは典型的には10〜120に含まれる);
(c)500g/モル〜3000g/モルに含まれる、好ましくは616g/モルまたは2100g/モルの平均分子量を有する、
Figure 0006377633
(式中、nは典型的には、10〜70に含まれる);
(d)400g/モル〜5000g/モルに含まれる、好ましくは526g/モルの平均分子量を有する、
Figure 0006377633
(式中、nは典型的には、5〜120に含まれる);
(e)600g/モル〜4700g/モルに含まれる、好ましくは2451g/モルの平均分子量を有する、
Figure 0006377633
(式中、nは典型的には、10〜110に含まれる)
が挙げられる。
用語「フッ素化骨格」とは、ここでは、1つもしくは複数のフッ素化モノマーにおよび1つもしくは複数の含水素モノマーに由来する繰り返し単位を含むフルオロポリマーであって、前記繰り返し単位が骨格鎖に沿ってランダムに分布しているフルオロポリマーを意味することを意図する。
ポリマー(Fg)のフッ素化骨格は好ましくは、
(A)フルオロポリマー[ポリマー(F)]に由来する繰り返し単位を含むフッ素化骨格であって、前記フッ素化骨格が、フッ化ビニリデン(VDF)に、少なくとも1つの含水素モノマーにおよび、任意選択的に、VDFとは異なる1つもしくは複数のフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位を含み、前記繰り返し単位がフッ素化骨格に沿ってランダムに分布しているフッ素化骨格と、
(B)フルオロポリマー[ポリマー(F)]に由来する繰り返し単位を含むフッ素化骨格であって、前記フッ素化骨格が、エチレン、プロピレンおよびイソブチレンから選択される少なくとも1つの含水素モノマーに、テトラフルオロエチレン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)およびそれらの混合物から選択されるフッ素化モノマーに、ならびに少なくとも1つの含水素モノマーに由来する繰り返し単位を含み、前記繰り返し単位がフッ素化骨格に沿ってランダムに分布しているフッ素化骨格と
からなる群から選択される。
本発明の方法におけるポリマー(F)が、少なくとも1つのフッ素化モノマーにおよび上で定義されたような式(II)の少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]に由来する繰り返し単位を含む場合には、本発明の方法によって得られるポリマー(Fg)は典型的には、
− 少なくとも1つのフッ素化骨格と、
− 1つもしくは2つの−C(O)−O−官能基(エステル官能基)によってポリマー(Fg)の1つもしくは2つのフッ素化骨格に連結された少なくとも1つのペンダント側鎖であって、前記ペンダント側鎖が、式:
−[X]−(CHO)−(CHCHO)n’−(CHO)x’−[X’]y’
(式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む橋架け基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、互いに等しいかもしくは異なる、yおよびy’は独立して、0または1であり、n’は、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
を有するペンダント側鎖と
を含む。
ポリマー(Fg)のペンダント側鎖は典型的には、フッ素原子を含まない。
ポリマー(Fg)のペンダント側鎖は好ましくは、1つもしくは2つのエステル官能基によって前記ポリマー(Fg)の1つもしくは2つのフッ素化骨格に連結されており、前記ペンダント側鎖は、式:
−[X]−(CHO)−(CHCHO)n’−(CHO)x’−[X’]y’
(式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む橋架け基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、互いに等しいかもしくは異なる、yおよびy’は独立して、0または1であり、n’は、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
を有する。
ポリマー(Fg)のペンダント側鎖はより好ましくは、1つもしくは2つのエステル官能基によって前記ポリマー(Fg)の1つもしくは2つのフッ素化骨格に連結されており、前記ペンダント側鎖は、式:
(1)−CHCH−OC(O)−(CHO)−(CHCHO)n’
(2)−CHCHO−(CHCHO)n’
(3)−CHCHO−(CHO)−(CHCHO)n’
(4)−CHCHO−CH−CH(OH)−(CHO)−(CHCHO)n’
(5)−CH−CH(OH)−(CHO)−(CHCHO)n’
(6)−CHCHO−OC(O)NH−E−NHC(O)O−(CHCHO)n’
のいずれかを有し、ここで、式(1)〜(6)中、n’は、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数であり、式(6)中、Eは、1つもしくは複数の芳香族もしくは脂環式基および/または1つもしくは複数の官能基を任意選択的に含む、線状もしくは分岐の、二価の炭化水素基である。
ポリマー(Fg)は、
− 少なくとも1つのフッ素化骨格であって、
(A)フルオロポリマー[ポリマー(F)]に由来する繰り返し単位を含むフッ素化骨格であって、前記フッ素化骨格が、フッ化ビニリデン(VDF)に、少なくとも1つの含水素モノマーにおよび、任意選択的に、VDFとは異なる1つもしくは複数のフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位を含み、前記繰り返し単位がフッ素化骨格に沿ってランダムに分布しているフッ素化骨格と、
(B)フルオロポリマー[ポリマー(F)]に由来する繰り返し単位を含むフッ素化骨格であって、前記フッ素化骨格が、エチレン、プロピレンおよびイソブチレンから選択される少なくとも1つの含水素モノマーに、テトラフルオロエチレン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)およびそれらの混合物から選択されるフッ素化モノマーに、ならびに少なくとも1つの含水素モノマーに由来する繰り返し単位を含み、前記繰り返し単位がフッ素化骨格に沿ってランダムに分布しているフッ素化骨格と
からなる群から選択される少なくとも1つのフッ素化骨格と、
− 1つもしくは2つのエステル官能基によってポリマー(Fg)の1つもしくは2つのフッ素化骨格に連結された少なくとも1つのペンダント側鎖であって、前記ペンダント側鎖が、式:
(1)−CHCH−OC(O)−(CHO)−(CHCHO)n’
(2)−CHCHO−(CHCHO)n’
(3)−CHCHO−(CHO)−(CHCHO)n’
(4)−CHCHO−CH−CH(OH)−(CHO)−(CHCHO)n’
(5)−CH−CH(OH)−(CHO)−(CHCHO)n’
(6)−CHCHO−OC(O)NH−E−NHC(O)O−(CHCHO)n’
のいずれかを有し、式(1)〜(6)中、Eは、1つもしくは複数の芳香族もしくは脂環式基および/または1つもしくは複数の官能基を任意選択的に含む、線状もしくは分岐の、二価の炭化水素基であり、n’は、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数であるペンダント側鎖と
を好ましくは含む、より好ましくはそれらからなる。
本出願人は、これが本発明の範囲を限定することなく、ポリオキシアルキレンが本発明の方法の下で分解し、その結果それによって提供されるグラフト化フルオロポリマーがそれらに由来する式−CHCHRO−のオキシアルキレン繰り返し単位を含むペンダント側鎖を含むと考える。
ポリマー(Fg)の総重量に対する、本発明のグラフト化フルオロポリマー[ポリマー(Fg)]中の上で定義されたような式−CHCHROのオキシアルキレン繰り返し単位の平均重量百分率の測定は、任意の好適な方法によって行うことができる。とりわけ、標準法に従った、NMR技術、特にH−NMR技術を挙げることができる。
本発明の方法は、式(III):
Z−O−(CHCHRA’O)n’−(CH−O)−H(III)
(式中、Zは、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、RA’は、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、wは、0または1であり、n’は、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
の少なくとも1つのポリオキシアルキレン(POA)の存在下でさらに実施されてもよい。
上で定義されたような式(III)のポリオキシアルキレン(POA)は典型的には、
− 式(III−A):
Z−O−(CHCHRA’O)n’−(CH−O)−H(III−A)
(式中、Zは、C〜Cアルキル基、好ましくは−CHアルキル基であり、RA’は、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、wは、0または1であり、n’は、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
の一官能性POAと、
− 式(III−B):
HO−(CHCHRA’O)n’−(CH−O)−H(III−B)
(式中、RA’は、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、wは、0または1であり、n’は、2〜1000、好ましくは5〜200に含まれる整数である)
の二官能性POAと
からなる群から選択される。
上で定義されたような式(III)のポリオキシアルキレン(POA)は好ましくは、上で定義されたような式(III−A)の一官能性POAである。
上で定義されたような式(III)の少なくとも1つのポリオキシアルキレン(POA)が本発明の方法において存在する場合には、式(I)のポリオキシアルキレン(POA)対式(III)のポリオキシアルキレン(POA)の重量比は典型的には、10:90〜90:10に含まれる。
本発明のポリマー(Fg)の製造方法の第1実施形態によれば、本方法は、1つもしくは複数の有機溶媒(S)の存在下に液相で実施される。本方法は、20℃〜250℃に典型的には含まれる温度で実施される。20℃〜150℃、好ましくは20℃〜80℃の温度が好ましいであろう。
好適な有機溶媒(S)の非限定例としては、とりわけ、以下のもの:
− 脂肪族、脂環式もしくは芳香族エーテルオキシド、より具体的には、ジエチルオキシド、ジプロピルオキシド、ジイソプロピルオキシド、ジブチルオキシド、メチル第三ブチルエーテル、ジペンチルオキシド、ジイソペンチルオキシド、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル ベンジルオキシド;ジオキサン、テトラヒドロフラン、
− エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルなどのグリコールエーテル、
− エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどのグリコールエーテルエステル、
− メチルアルコール、エチルアルコール、ジアセトンアルコールなどのアルコール、
− アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン、ならびに
− イソプロピルアセテート、n−ブチルアセテート、メチルアセトアセテート、ジメチルフタレート、g−ブチロラクトンなどの線状もしくは環状エステル;
− N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドおよびN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの線状もしくは環状アミド
が挙げられる。
本発明のポリマー(Fg)の製造方法の第2実施形態によれば、本方法は、ポリマー(F)の融点に応じて、100℃〜300℃、好ましくは150℃〜250℃に典型的には含まれる温度で、溶融相で実施される。本方法は典型的には、有機溶媒(S)の添加なしで実施される。
押出機、溶融ニーダーまたは他の装置などの溶融配合機をこの目的のために有利に用いることができる。
本発明の方法は典型的には、上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)対上で定義されたようなポリマー(F)の当量比が1.0〜10.0、好ましくは1.0〜4.0、より好ましくは1.0〜3.0、さらにより好ましくは1.0〜2.0に含まれる状態で実施される。
本発明の方法においては、上で定義されたようなポリマー(F)のヒドロキシル基またはカルボン酸基は、上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)の反応基と重縮合および/または付加反応によって反応し、それによって上で定義されたような式−CHCHRO−のオキシアルキレン繰り返し単位を含む本発明のグラフト化フルオロポリマー[ポリマー(Fg)]を提供すると理解される。
上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)対上で定義されたようなポリマー(F)の当量比は有利には、1.0に等しいかまたはそれよりも高い。
非常に良好な結果は、1.0〜2.0の上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)対上で定義されたようなポリマー(F)の当量比で得られた。
これは当業者によって認められるように、重縮合反応が、上で定義されたようなポリマー(F)のヒドロキシル基またはカルボン酸基と上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)の反応基との間で起こる場合には、前記重縮合反応は一般に、式(I)のポリオキシアルキレン(POA)の種類に応じて、とりわけ水またはアルコールであり得る、低分子量副生物を生成する。
上で定義されたような式(I)のポリオキシアルキレン(POA)の反応基と反応させられるポリマー(F)のフッ素化骨格の平均モル百分率は典型的には、10モル%〜99モル%に含まれる。
本発明の方法の第1実施形態によれば、本方法は、
(A)少なくとも1個のヒドロキシル基を含む少なくとも1つのポリマー(F)、
(B)上で定義されたような式(I−A)[式中、Rは、式式−OSOR(ここで、Rは、1つもしくは複数の芳香環を任意選択的に含むC〜Cフッ素化または含水素基である)のスルホン酸エステル基、カルボン酸基、エポキシド官能基およびイソシアネート官能基から選択される少なくとも1つの官能基を含む反応基である]の少なくとも1つの単官能性ポリオキシアルキレン(POA)を、
(C)任意選択的に、少なくとも1つの触媒の存在下で、かつ
(D)任意選択的に、少なくとも1つの有機溶媒(S)の存在下で
反応させる工程を含む。
本発明のこの第1実施形態は好ましくは、少なくとも1つの有機溶媒(S)の存在下に液相で実施される。
本発明の方法のこの第1実施形態の第1変形によれば、少なくとも1個のヒドロキシル基を含む少なくとも1つのポリマー(F)は、少なくとも1つの有機溶媒(S)および少なくとも1つの触媒の存在下で、式−OSOR(式中、Rは、1つもしくは複数の芳香環を任意選択的に含むC〜Cフッ素化または含水素基である)、好ましくは−OSOまたは−OSO−C−CHの少なくとも1つのスルホン酸エステル基を含む反応基Rを含む式(I−A)の少なくとも1つのPOAと接触させられる。
触媒は典型的には、有機および無機塩基から選択される。触媒は好ましくは、脂肪族第三級アミン、より好ましくはEtNである。
本発明の方法の第1実施形態の第2変形によれば、少なくとも1個のヒドロキシル基を含む少なくとも1つのポリマー(F)は、少なくとも1つの有機溶媒(S)および少なくとも1つの触媒の存在下で、少なくとも1個のカルボン酸基を含む反応基Rを含む式(I−A)の少なくとも1つのPOAと接触させられる。
触媒は典型的には、有機および無機酸から、好ましくはHSOなどの無機酸から選択される。
本発明の方法の第1実施形態の第3変形によれば、少なくとも1個のヒドロキシル基を含む少なくとも1つのポリマー(F)は、少なくとも1つの有機溶媒(S)および少なくとも1つの触媒の存在下で、少なくとも1個のイソシアネート官能基を含む反応基Rを含む式(I−A)の少なくとも1つのPOAと接触させられる。
触媒は典型的には、第三級アミン、好ましくは1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、または第一スズt−ブチルラウレートなどの有機および無機塩基から選択される。
本発明の方法の第2実施形態によれば、本方法は、
(A)少なくとも1個のカルボン酸基を含む少なくとも1つのポリマー(F)、
(B)上で定義されたような式(I)(式中、RおよびRの少なくとも1つは、少なくとも1個のエポキシド官能基を含む反応基であり、もしあれば、残りは、zが0または1である、−[O]−CHアルキル基である)の少なくとも1つのポリオキシアルキレン(POA)を、
(C)任意選択的に、少なくとも1つの触媒の存在下で、かつ
(D)任意選択的に、少なくとも1つの有機溶媒(S)の存在下で
反応させる工程を含む。
本発明のこの第2実施形態は好ましくは、溶融相で実施される。
さらに、本発明の別の目的は、本発明の少なくとも1つのポリマー(Fg)を含む組成物(F)で作られたフルオロポリマーフィルムである。
組成物(F)は有利には、本発明の方法によって得られる。
用語「フィルム」とは、ここでは、フィルムの総容積に対して5容積%未満の気孔率を有する緻密フィルムを意味することを意図する。
本発明のフィルムは典型的には、当該技術分野において一般に知られる技術を用いて製造される。
組成物(F)が、1つもしくは複数の有機溶媒(S)の存在下に、液相で処理される場合には、組成物(F)は典型的には、基材上へのフルオロポリマーフィルムをコートし、乾燥させることによって処理される。
組成物(F)は通常、キャスティング、ドクターブレードコーティング、メータリングロッド(つまりMeyer棒)コーティング、スロットダイコーティング、ナイフオーバーロールコーティング、つまり「ギャップ」コーティングなどによって処理される。
基材の選択は特に制限されず、フィルムは単一アセンブリとして直接製造することができるか、または別の支持材表面上へコートすることによって製造することができ、表面から前記フィルムを取り外し、個別に扱うことができると理解される。
そのようにして得られたフルオロポリマーフィルムは次に、硬化によって後処理されてもよい。
乾燥は、調整された雰囲気下で、例えば、不活性ガス下で、典型的にはとりわけ湿気を除いて(0.001%v/v未満の水蒸気含有量)行うことができるし、または真空下で行うことができる。
乾燥は、室温(約25℃)でまたは25℃を超える温度で行うことができ、この後者の条件が一般には好ましい。乾燥温度は、フルオロポリマーフィルムからの1つもしくは複数の有機溶媒(S)の蒸発による除去を達成するように選択されるであろう。
硬化は、もしあれば、100℃〜250℃、好ましくは120℃〜200℃に典型的には含まれる温度で実施される。
乾燥条件下でおよび、任意選択的に、硬化条件下で、式(I)のポリオキシアルキレン(POA)の種類に応じて、とりわけ水またはアルコールであり得る、重縮合反応によって生成した低分子量副生物、ならびに1つもしくは複数の有機溶媒(S)は、フィルムから少なくとも部分的に除去され、熱と副生物除去との複合作用によって、追加の重縮合を場合によりさらに促進することが理解される。
組成物(F)が、有機溶媒(S)の添加なしに、溶融相で処理される場合には、組成物(F)は典型的には、溶融加工技術によって処理される。
組成物(F)は通常、100℃〜300℃、好ましくは100℃〜250℃に一般に含まれる温度でのダイを通しての押出によって処理されてストランドを生成し、ストランドはペレットを提供するために通常カットされる。
二軸スクリュー押出機が、本組成物(F)の溶融配合を成し遂げるための好ましい装置である。
フィルムは次に、そのようにして得られたペレットを、従来のフィルム押出技術によって加工することによって製造することができる。
そのようにして得られたフルオロポリマーフィルムは次に、硬化によって後処理されてもよい。
硬化は、100℃〜250℃、好ましくは120℃〜200℃に典型的には含まれる温度で実施される。
溶融加工条件下でおよび、任意選択的に、硬化条件下で、式(I)のポリオキシアルキレン(POA)の種類に応じて、とりわけ水またはアルコールであり得る、重縮合反応によって生成した低分子量副生物は、フルオロポリマーフィルムから少なくとも部分的に除去され、熱と副生物除去との複合作用によって、追加の重縮合を場合によりさらに促進することが理解される。
さらに、本発明の別の目的は、本発明の少なくとも1つのポリマー(Fg)を含む組成物(F)で作られた多孔質膜である。
組成物(F)は有利には、本発明の方法によって得られる。
用語「多孔質膜」とは、ここでは、膜の総容積に対して5容積%〜90容積%、好ましくは10容積%〜85容積%に含まれる気孔率を有する膜を意味することを意図する。
本発明の多孔質膜は典型的には、照射、フィルム膨張、テンプレート浸出、溶液沈澱およびエレクトロスピニング技術の少なくとも1つによって製造される。
本発明の多孔質膜は好ましくは、溶液沈澱技術によって製造される。
溶液沈澱技術によれば、本発明の機能性フルオロポリマーまたはその組成物を含む溶液は、2相、すなわち、膜のマトリックスを形成する固体のポリマーに富む相と膜細孔を形成する液体のポリマーに乏しい相とへ沈澱させられる。この溶液からのポリマー沈澱は、冷却、溶媒蒸発、非溶媒への浸漬による沈澱、気相からの非溶媒の吸収などの、幾つかの方法で達成することができる。
本発明の多孔質膜は典型的には、1μm〜1000μmに含まれる厚さを有する。
本発明の膜は、フラットシート膜の形態下にあり得るし、または中空繊維膜を生成するための薄いチューブもしくは繊維の形態下に製造され得る。フラットシート膜は、高フラックスが必要とされるときに一般に好ましい。中空繊維膜は、高い表面積のコンパクトなモジュールが必要とされるときに特に好ましい。
本発明のポリマー(Fg)およびその組成物(F)を使用して得ることができる多孔質膜の非限定的な例としては、とりわけ、精密濾過および限外濾過膜、特に、水濾過での使用のための多孔質中空繊維膜などの、様々な分離プロセスにおいて化学処理工業で使用することができる濾過膜が挙げられる。
そのようにして得られた多孔質膜はまた、生物医学用途に、例えば、血液透析用に、薬剤の制御放出用に、腎臓、肺および膵臓などの、人工臓器用に使用することができる。
参照により本明細書に援用されるいずれかの特許、特許出願、および刊行物の開示が、用語を不明確にし得るほどに本出願の記載と矛盾する場合には、本明細書が優先するものとする。
本発明は、その目的が例示的であるにすぎず、本発明の範囲を限定しない以下の実施例に関してより詳細に今記載される。
原材料
ポリマー(F−A):9259g/当量の当量を有するVDF−HEAコポリマー(HEA:0.7モル%)
ポリマー(F−B):7184g/当量の当量を有するVDF−AAコポリマー(AA:0.9モル%)
POE−1:526g/モルの平均分子量を有する
Figure 0006377633
POE−2a:616g/モルの平均分子量を有する
Figure 0006377633
POE−2b:2100g/モルの平均分子量を有する
Figure 0006377633
POE−3a:2000g/モルの平均分子量を有するHO−(CHCHO)−CH
POE−3b:550g/モルの平均分子量を有するHO−(CHCHO)−CH
POE−4:2282g/モルの平均分子量を有するCSOO−(CHCHO)−CH
POE−5:2451g/モルの平均分子量を有する
Figure 0006377633
グラフト化フルオロポリマー中のオキシアルキレン繰り返し単位の重量百分率の測定
グラフト化フルオロポリマー中のオキシアルキレン繰り返し単位の重量百分率の測定は、H−NMR技術を用いて実施した。約20mgのポリマーを0.7mlのヘキサデュウテロジメチルスルホキシドに溶解させた。H−NMRスペクトルは、ポリマーのフッ素化骨格の−CH−部分(約2.5および3ppmでの)に近い約3.5〜3.6ppmに−CHCHRO−繰り返し単位に関係するシグナルを明らかにした。グラフト化フルオロポリマーの総重量に対するオキシアルキレン繰り返し単位の平均重量百分率は、次式によって求めた:
ここで、
%w/w=(I×MW)(オキシアルキレン単位)/[(I×MW)(オキシアルキレン単位)+(I×MW)(ポリマー骨格単位)]×100
− Iは、繰り返し単位の積分の、1個の水素に標準化された、強度であり;
− MWは、繰り返し単位の分子量である。
気孔率の測定
膜の気孔率は、膜の総容積による細孔の容量の割合である。気孔率は、とりわけSMOLDERS,K.ら Terminology for Membrane Distillation. Desalination. 1989、vol.72、p.249−262に記載されている手順に従って湿潤流体としてイソプロピルアルコールを使用して測定した。
水透過性の測定
水透過性は、1バールの大気圧をかけるデッドエンドのステンレス鋼装置で測定した。膜の表面積は、約11cmであった。水透過性値は、ポリマーの親水特性の尺度である。水透過性値が増加するにつれて、ポリマーの親水特性は増加する。
接触角の測定
水に対する接触角は、ASTM D 5725−99に従って、Dataphysics OCA−20装置を用いることによって25℃で評価した。測定値は、2μLの容積を有する滴を使用してフラットな(緻密な)表面および多孔質膜上で取った。水に対する接触角値は、ポリマーの親水特性の尺度である。材料は、その表面上での水滴の接触角が90°超である場合に疎水性であると考えられる。水に対する接触角が低下するにつれて、ポリマーの親水特性は増加する。
実施例1−グラフト化フルオロポリマー(1)の製造
60gのポリマー(F−A)および4gのPOE−1を30分間ロールミル中で混合し、次にBrabender 50 EHTミキサーに供給した。試験条件は次のものであった:温度=240℃、混合時間=7分、回転速度=40ppm。
実施例2−グラフト化フルオロポリマー(2)の製造
実施例1の下で詳述されたのと同じ手順に従ったが、220℃の温度および20分の混合時間をセットした。式−CHCHO−のオキシエチレン繰り返し単位の重量は、グラフト化フルオロポリマーの総重量に対して、1.4重量%であった。
実施例3−グラフト化フルオロポリマー(3)の製造
55gのポリマー(F−A)および10gのPOE−2aを30分間ロールミル中で混合し、次にBrabender 50 EHTミキサーに供給した。試験条件は次のものであった:温度=230℃、混合時間=20分、回転速度=40ppm。
実施例4a)−POE−4の製造
還流冷却器、滴下漏斗、温度計および磁気攪拌機を備えた乾燥した3つ口丸底フラスコ中で、5.00g(2.5ミリ当量)のPOE−3aを不活性雰囲気下に40mlのジクロロメタンに溶解させた。混合物を40℃に加熱し、10mlのジクロロメタン中の0.38g(3.75ミリ当量)のEtN、2.27g(7.5ミリ当量)のCSOFの混合物を、15分の間に滴下し、反応混合物を5時間1000rpmおよび60℃で攪拌した。粗反応混合物を先ず、1,1,2−トリクロロトリフルオロエタンで3回洗浄し、次にその溶媒ならびに未反応EtNおよびCSOFを取り除いた。POE−4を、85モル%の収率ならびに、19F−NMRおよびH−NMR技術によって測定されるように、99モル%の純度で固体として回収した。
実施例4b)−グラフト化フルオロポリマー(4)の製造
5gのポリマー(F−A)を、60℃で30mlのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させた。この均一溶液を先ず室温まで冷却し、次に14当量のPOE−4および14当量の無水EtNを添加した。反応混合物を60℃で10時間攪拌した。そのようにして得られた均一な反応混合物を80℃に加熱し、10時間攪拌した。グラフト化フルオロポリマーを、600mlの蒸留水でNMPからそれを沈澱させることによって単離し、追加の600mlの蒸留水で、Buchner濾過漏斗上で洗浄した。機能性フルオロポリマーを次に、5時間60℃および10mmHgの残圧でのオーブン中で乾燥させた。
実施例5a)−POE−5の製造
還流冷却器、滴下漏斗、温度計および磁気攪拌機を備えた乾燥した3つ口丸底フラスコ中で、5.00g(2.5ミリ当量)のPOE−3aを不活性雰囲気下に40mlの無水メチルエチルケトン(MEK)に溶解させた。混合物を50℃に加熱し、触媒量(POE−3aに対して0.1モル%)の第一スズt−ブチルラウレート触媒をそれに添加した。2.78g(12.5ミリ当量)のイソホロンジイソシアネートを15分の間に滴下し、反応混合物を2時間1000rpmおよび60℃で攪拌した。粗反応混合物をその溶媒から取り除き、1,1,2−トリクロロトリフルオロエタンで3回洗浄した。POE−5を、75モル%の収率およびH−NMRによって測定されるように、96モル%の純度で微細な白色粉末として回収した。
実施例5b)−グラフト化フルオロポリマー(5)の製造
2.0グラムのポリマー(F−A)を、80℃で16mlのMEKに溶解させ、還流冷却器、滴下漏斗、温度計および磁気攪拌機を備えた前もって乾燥させた3つ口丸底フラスコに入れた。1.20gのPOE−5(0.49ミリモル)および、10mlのMEKに前もって溶解させた触媒量(POE−5に対して0.1モル%)の第一スズt−ブチルラウレート触媒を15分の間に滴下した。無色透明の均一溶液が得られ、それを10時間75℃および800rpmで攪拌した。粗混合物を次に、MEKおよび未反応POE−5を排除するために500mlの生ぬるい(30℃)蒸留水で洗浄した。結果として生じたポリマーを、8時間50℃および0.02残留ミリバールでの加熱オーブン中で乾燥させ、こうして2.5gのフィラメント状の白色ポリマー固体を得た。転化率は、内部標準として−CH−および−CH伸縮バンドを用いる残存−NCO伸縮バンドに関するFT−IR定量的計算に基づいて、100モル%であった。
実施例6−グラフト化フルオロポリマー(6)の製造
60gのポリマー(F−B)および4gのPOE−2bを30分間ロールミル中で混合し、次にBrabender 50 EHTミキサーに供給した。試験条件は次のものであった:温度=230℃、混合時間=20分、回転速度=40ppm。
実施例7−グラフト化フルオロポリマー(7)の製造
60gのポリマー(F−B)、2gのPOE−1および6gのPOE−3bを30分間ロールミル中で混合し、次にBrabender 50 EHTミキサーに供給した。試験条件は次のものであった:温度=230℃、混合時間=20分、回転速度=40ppm。式−CHCHO−のオキシエチレン繰り返し単位の重量は、グラフト化フルオロポリマーの総重量に対して、1.45重量%であった。
比較例1
実施例3の下で詳述されたのと同じ手順に従ったが、90°の水に対する接触角を有する60gのポリマー(F−A)のみを使用した。
比較例2
60gのポリマー(F−A)および4gのPOE−1を30分間ロールミル中で混合した。そのようにして得られたブレンドをBrabender 50 EHTミキサーに供給した。
比較例3
実施例3の下で詳述されたのと同じ手順に従ったが、90°の水に対する接触角を有する60gのポリマー(F−B)のみを使用した。
多孔質膜の製造
フラットシート膜を、次の通り位相反転法を用いて製造した:ドープ溶液を、室温で1日間フルオロポリマー組成物(18重量%)をNMP(82重量%)に溶解させることによって調製した。膜キャスティングの前に、溶液を30分間超音波処理して気泡を排除した。適切な量のドープをガラス板上にキャストし(ゲート開度=250mm)、直ちに浴中に浸漬して相分離を誘発した。この凝固浴は、実施例1〜5ならびに比較例1および2については脱イオン水からなった。凝固浴は、実施例6および7ならびに比較例3については脱イオン水とイソプロパノールとの重量で70:30の混合物からなった。凝固浴を25℃に保った。膜が完全に固化したとき、それらを取り出し、残った溶媒を除去するために数回脱イオン水中でリンスした。
洗浄手順
フルオロポリマー組成物を未反応化学種(および分析測定を邪魔し得る残留する微量溶媒)からきれいにするために、以下の手順を採用した:
1.10重量%濃度のNMP中の溶液の調製。
2.前記溶液のキャスティング(ゲート厚さ=200ミクロン)および相分離を誘発するための純水中への即時浸漬。
3.一晩、頻繁にリフレッシュした別の脱イオン水浴中へのフラットシート膜の移動および貯蔵。
4.D=47mmアイテムの切断および透過性ホルダーにてそれらのそれぞれ上に0.5リットル容積の純水を流すこと。
5.脱イオン水浴中でのもう一晩のこれらアイテムの貯蔵および数時間35℃での真空オーブン中での逐次乾燥。
実施例1〜7によって製造されたグラフト化フルオロポリマーについては、この手順(ポイント1〜5)を3回繰り返してポリマーマトリックス中の遊離ポリオキシアルキレンの段階的除去を確実にした。各工程の後に、試料をFT−IRおよびH−NMR技術によって分析した。
実施例1〜7によって製造されたグラフト化フルオロポリマーの洗浄フィルムのFT−IR分光分析は、1730〜1740cm−1にエステルバンドを示した。
実施例1〜7によって製造されたグラフト化フルオロポリマー中の式−CHCHRO−のオキシアルキレン繰り返し単位の量を、上で詳述されたようなH−NMR技術によって測定した。式−CHCHRO−のオキシアルキレン繰り返し単位の重量を、グラフト化フルオロポリマーの総重量に対して測定した。
本明細書で下の表1に示されるように、実施例1、3および6によって製造されたグラフト化フルオロポリマーから得られた膜の水透過性値は、ポリマー(F)それ自体またはこれらのポリマー(F)とポリオキシエチレンなどのポリオキシアルキレンとのブレンドを使用して得られた膜のそれらよりも著しく高い。また、実施例4b)によって製造されたグラフト化フルオロポリマーの水に対する接触角値は、ポリマー(F)それ自体のそれよりも著しく低い。
Figure 0006377633

Claims (16)

  1. グラフト化フルオロポリマー[ポリマー(Fg)]の製造方法であって、前記方法が、
    (A)ヒドロキシル基およびカルボン酸基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を含む少なくとも1つのフルオロポリマー[ポリマー(F)]、
    (B)式(I):
    −(CH−O)−(CHCHRO)−(CH−O)x’−R(I)
    (式中、RおよびRの少なくとも1つは、ヒドロキシル基とは異なる酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む反応基であり、もしあれば、残りは、zが0または1である、−[O]−CHアルキル基であり、Rは、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、nは、2〜1000に含まれる整数である)
    の少なくとも1つのポリオキシアルキレン(POA)を、
    (C)任意選択的に、少なくとも1つの触媒の存在下で、かつ
    (D)任意選択的に、少なくとも1つの有機溶媒(S)の存在下で
    反応させる工程を含む方法。
  2. 前記ポリマー(F)が、少なくとも1つのフッ素化モノマーにならびにヒドロキシル基およびカルボン酸基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を含む少なくとも1つの含水素モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記モノマー(H)が、式(II):
    Figure 0006377633

    (式中:
    − 互いに等しいかもしくは異なる、R、RおよびRは独立して、水素原子およびC〜C炭化水素基から選択され、
    − R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C〜C炭化水素基である)
    の(メタ)アクリルモノマー[モノマー(MA)]である、請求項2に記載の方法。
  4. 前記モノマー(H)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2または3に記載の方法。
  5. 前記ポリマー(F)が、
    − フッ化ビニリデン(VDF)に、式(II)の少なくとも1つのモノマー(MA)におよび、任意選択的に、VDFとは異なる1つもしくは複数のフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位を含むフルオロポリマー[ポリマー(F)]、および
    − エチレン、プロピレンおよびイソブチレンから選択される少なくとも1つの含水素モノマーに、テトラフルオロエチレン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)およびそれらの混合物から選択されるフッ素化モノマーに、ならびに式(II)の少なくとも1つのモノマー(MA)に由来する繰り返し単位を含むフルオロポリマー[ポリマー(F
    からなる群から選択される、請求項3または4に記載の方法。
  6. 前記ポリマー(F)が、
    (a’)少なくとも60モル%のフッ化ビニリデン(VDF);
    (b’)任意選択的に、0.1モル%〜15モル%の、フッ化ビニル(VF)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ヘキサフルオロプロペン(HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)、トリフルオロエチレン(TrFE)、パーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)およびそれらの混合物から選択されるフッ素化モノマー;および
    (c’)0.01モル%〜20モル%の式(II)の少なくとも1つのモノマー(MA)
    を含むポリマー(F)である、請求項〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 式(I)の前記ポリオキシアルキレン(POA)が、
    − 式(I−A):
    −(CH−O)−(CHCHRO)−(CH−O)x’−CH(I−A)
    (式中、Rは、ヒドロキシル基とは異なる酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む反応基であり、Rは、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、nは、2〜1000に含まれる整数である)
    の一官能性POA、および
    − 式(I−B):
    −(CH−O)−(CHCHRO)−(CH−O)x’−R(I−B)
    (式中、RおよびRは両方とも、ヒドロキシル基とは異なる酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む反応基であり、Rは、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、nは、2〜1000に含まれる整数である)
    の二官能性POA
    からなる群から選択される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 式(I)の前記ポリオキシアルキレン(POA)が、式(I’):
    −(CH−O)−(CHCHO)−(CH−O)x’−R(I’)
    (式中、RおよびRの少なくとも1つは、ヒドロキシル基とは異なる酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む反応基であり、もしあれば、残りは、zが0または1である、−[O]−CHアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、nは、2〜1000に含まれる整数である)
    に従うポリオキシエチレン(POE)である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 式(I)の前記POAの少なくとも1つの反応基が、
    − 式−[O]−SOR(式中、Rは、1つもしくは複数の芳香環を任意選択的に含むC〜Cフッ素化または含水素基であり、zは、0または1である)のスルホン酸エステル基、
    − カルボン酸基、
    − エポキシド官能基、および
    − 式:
    Figure 0006377633

    (式中、Eは、1つもしくは複数の芳香族もしくは脂環式基および/または1つもしくは複数の官能基を任意選択的に含む、線状もしくは分岐の、二価の炭化水素基であり、zは、0または1である)
    の少なくとも1つのイソシアネート官能基を含む炭化水素基
    からなる群から選択される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 式(I)の前記ポリオキシアルキレン(POA)対前記ポリマー(F)の当量比が、1.0〜10.0に含まれる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法であって、前記方法がさらに、式(III):
    Z−O−(CHCHRA’O)n’−(CH−O)−H(III)
    (式中、Zは、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、RA’は、水素原子またはC〜Cアルキル基であり、wは、0または1であり、n’は、2〜1000に含まれる整数である)
    の少なくとも1つのポリオキシアルキレン(POA)の存在下で実施される方法。
  12. 前記方法が、1つもしくは複数の有機溶媒(S)の存在下に液相で実施される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記方法が、溶融相で実施される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
  14. 少なくとも1つのグラフト化フルオロポリマー[ポリマー(Fg)]を含むフルオロポリマー組成物[組成物(F)]であって、前記ポリマー(Fg)が、
    − 少なくとも1つのフッ素化骨格であって、
    (A)フルオロポリマー[ポリマー(F)]に由来する繰り返し単位を含むフッ素化骨格であって、前記フッ素化骨格が、フッ化ビニリデン(VDF)に、少なくとも1つの含水素モノマーにおよび、任意選択的に、VDFとは異なる1つもしくは複数のフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位を含み、前記繰り返し単位が前記フッ素化骨格に沿ってランダムに分布しているフッ素化骨格、および
    (B)フルオロポリマー[ポリマー(F)]に由来する繰り返し単位を含むフッ素化骨格であって、前記フッ素化骨格が、エチレン、プロピレンおよびイソブチレンから選択される少なくとも1つの含水素モノマーに、テトラフルオロエチレン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)およびそれらの混合物から選択されるフッ素化モノマーに、ならびに少なくとも1つの含水素モノマーに由来する繰り返し単位を含み、前記繰り返し単位が前記フッ素化骨格に沿ってランダムに分布しているフッ素化骨格
    からなる群から選択される少なくとも1つのフッ素化骨格、および、
    − 1つもしくは2つの官能基によって前記ポリマー(Fg)の1つもしくは2つのフッ素化骨格に連結された少なくとも1つのペンダント側鎖であって、前記ペンダント側鎖が、式:
    −[X]−(CHO)−(CHCHRO)n’−(CHO)x’−[X’]y’
    (式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、酸素および窒素から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む橋架け基であり、Rは、水素またはC〜Cアルキル基であり、互いに等しいかもしくは異なる、xおよびx’は独立して、0または1であり、互いに等しいかもしくは異なる、yおよびy’は独立して、0または1であり、n’は、2〜1000に含まれる整数である)
    を有するペンダント側鎖
    を含む組成物。
  15. 前記ポリマー(Fg)の少なくとも1つのペンダント側鎖が、1つもしくは2つのエステル官能基によって前記ポリマー(Fg)の1つもしくは2つのフッ素化骨格に連結されている、請求項14に記載のフルオロポリマー組成物であって、前記ペンダント側鎖が、式:
    (1)−CHCH−OC(O)−(CHO)−(CHCHO)n’
    (2)−CHCHO−(CHCHO)n’
    (3)−CHCHO−(CHO)−(CHCHO)n’
    (4)−CHCHO−CH−CH(OH)−(CHO)−(CHCHO)n’
    (5)−CH−CH(OH)−(CHO)−(CHCHO)n’
    (6)−CHCHO−OC(O)NH−E−NHC(O)O−(CHCHO)n’
    のいずれかを有し、式(1)〜(6)中、n’は、2〜1000に含まれる整数であり、式(6)中、Eは、1つもしくは複数の芳香族もしくは脂環式基および/または1つもしくは複数の官能基を任意選択的に含む、線状もしくは分岐の、二価の炭化水素基である組成物。
  16. 多孔質膜の製造方法であって、前記方法が、以下の工程:
    (1)請求項14または15に記載のフルオロポリマー組成物[組成物(F)]を提供する工程、
    (2)前記組成物(F)を加工し、それによってフルオロポリマーフィルムを提供する工程、および
    (3)工程(2)で提供されるフルオロポリマーフィルムを加工し、それによって多孔質膜を提供する工程
    を含む方法。
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