JPH0564963B2 - - Google Patents
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Landscapes
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
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Description
[技術分野]
本発明方法は新規な含フツ素高分子物質、その
製造方法及びそのラングミユアーブロジエツト膜
に関するものである。
[従来技術]
長鎖のペルフルオロアルキル基で装飾した高分
子化合物は撥水撥油性、防塵性、耐食性などに優
れた性質を示し、表面改質材用として基板保護に
用いられている。また、酸素透過膜の素材として
も優れており、ペルフルオロアルキル基の酸素親
和性により、酸素透過の選択性の向上が成されて
いる。
しかし、ペルフルオロアルキル基を導入した高
分子化合物はペルフルオロアルキル基の持つ撥水
撥油性により溶媒に溶け難く、膜素材としては扱
いにくい。つまり、表面改質材、基板保護材とし
て重要である超薄膜とすることが難しい。また、
撥水撥油性、酸素親和性などの機能基であるペル
フルオロアルキル基を高分子表面に配列制御する
ことは、表面改質材や酸素分離膜としての機能の
性能を高める上で重要であるが、表面への配列を
制御することは容易はことではない。
本発明者は、ポリアリルアミンまたはポリビニ
ルアミンをアミド結合または尿素結合によりペル
フルオロアルキル基で修飾し、これらの高分子を
用いてラングミユアーブロジエツト手法で分子配
列を制御した超薄膜を作成した[昭和62年特許願
第1350号、昭和63年特許願第32188号、昭和63年
特許願第32189号]。しかし、溶液中で徐々にアミ
ド結合の加水分解を生じる、あるいは溶解度が低
く扱いにくいなどの問題点も有り、さらに新たな
超薄膜材料の開発が望まれている。
[目的]
本発明者は、ペルフルオロアルキル基の疎水性
を利用した超薄膜の作成方法について鋭意研究を
重ね、ポリアリルアミンのアミノ基をチオ尿素結
合によりo−、m−、またはp−(ペルフルオロ
アルキル)フエニル基で修飾して得られる高分子
化合物は、超薄膜材料として好適なものであるこ
とを見出し、本発明を完成するに至つた。
[構成]
本発明によれば、一般式
(式中、Rfは炭素数6〜15のペルフルオロアル
キル基を示し、ベンゼン環へのRf基を結合位置
はo−、m−、またはp−位であり、mは10〜
1500の数を示し、nは0<n<0.6mを満たす数
である。)で表わされる含フツ素高分子化合物が
提供される。
本発明による前記含フツ素高分子化合物は、下
記一般式()で表わされるポリアリルアミン
と、一般式()で表わされるo−、m−、また
はp−(ペルフルオロアルキル)フエニルイソチ
オシアナートとを次式によつて反応させることに
より製造される。
(式中、Rf、mおよびnは前記と同じ意味を持
つ。)
前記反応で用いたポリアリルアミンは、ポリア
リルアミン塩酸塩(平均分子量約9000)を、塩基
により中和して得た。
前記ポリアリルアミンの修飾反応は、反応溶媒
としてアルコール類とベンゼンの混合溶媒を用
い、反応温度として5℃〜50℃、好ましくは15℃
〜30℃で実施することができる。この反応を好ま
しく行なうには、ポリアリルアミンのアルコール
類とベンゼンの混合溶媒中にo−、m−、または
p−(ペルフルオロアルキル)フエニルイソチオ
シアナートを加える。加える(ペルフルオロアル
キル)フエニルイソチオシアナートの量を変える
ことにより、任意の割合でポリアリルアミンにチ
オ尿素結合でo−、m−、またはp−(ペルフル
オロアルキル)フエニル基を修飾できる。数分か
ら数時間の撹拌後、反応溶液を濃縮、水洗して、
得られた高分子化合物を乾燥する。得られた含フ
ツ素高分子は赤外吸収スペクトルにより前記一般
式()で表わされる含フツ素ポリアリルアミン
であることが同定された。
本発明の一般式()で示した含フツ素ポリア
リルアミンは有機溶剤に溶け、この希薄溶液を水
面上に展開することで容易に単分子膜を形成し、
ラングミスアーブロジエツト膜を作成できる。水
面上にこの含フツ素高分子を展開した時の表面圧
−表面積曲線(F−A曲線)の測定から、o−、
m−、p−各異性体のいずれの場合にもポリアリ
ルアミンへの修飾率の減少により(ペルフルオロ
アルキル)フエニル基一つの占める面積が大きく
なつた超薄膜が作成できることが分かる。また、
同じ修飾率で比較した場合、o−、m−、p−の
順に(ペルフルオロアルキル)フエニル基一つの
占める面積が小さくなり、特にp−異性体のポリ
アリルアミン中のアミノ基への修飾率40%のもの
ではペルフルオロアルキル基の断面積である28Å
2の半分以下の値を示すことが明らかとなつた。
このことからこの薄膜は、修飾率ばかりでなくベ
ンゼン環の異性体によつても(ペルフルオロアル
キル)フエニル基の配列状態が変化し、p−異性
体の修飾率40%のものではペルフルオロアルキ
ル)フエニル基が重なつた配列を持つた超薄膜で
あることが分かつた。
また、F−A曲線の立ち上がりから、このラン
グミユアーブロジエツト膜が安定な膜であること
が分かる。
この超薄膜をガラス基板上に1層又は、多層を
すくいとり、この膜の膜厚及びn−アルカンに対
する臨界表面張力γcdyn/cmを求めた結果、γc値
は1層と5層ではほぼ同じ値を示し、またo−、
m−、p−各異性体のいずれの場合にもポリアリ
ルアミンへの修飾率が高くなるほど小さい値を示
した。o−異性体では約21〜17dyn/cmを示し、
m−異性体では約19〜15dyn/cmを示し、p−異
性体では約18〜15dyn/cmを示した。これらのγc
値はポリテトラフルオロエチレンのγc値
18.5dyn/cmに近く、これらの膜が表面エネルギ
ーの低い優れた膜であるといえる。
[効果]
すなわち、本発明によれポリアリルアミンにチ
オ尿素結合でo−、m−、またはp−(ペルフル
オロアルキル)フエニル基を導入試薬であるo
−、m−、またはp−(ペルフルオロアルキル)
フエニルイソチオシアナートの量を任意に変える
ことにより種々の割合で修飾できる。得られた含
フツ素高分子化合物は可溶性であり、ラングミユ
アーブロジエツト法により超薄膜化することがで
き、従来にない超薄膜表面改質物質として用いる
ことができる。また、この超薄膜は1つの(ペル
フルオロアルキル)フエニル基の占める面積を
(ペルフルオロアルキル)フエニル基のポリアリ
ルアミンへの修飾率、及びベンゼン環の位置異性
体を変えることにより制御できる。
また、これらの膜の表面は機能基であるペルフ
ルオロアルキル基が存在し、含フツ素基特有の優
れた低表面エネルギー性を示す。さらに、(ペル
フルオロアルキル)フエニル基のポリアリルアミ
ンへの修飾率、及びベンゼン環の位置異性を変え
ることによりこの膜の表面状態を制御することが
でき、ポリテトラフルオロエチレンと比較して表
面エネルギーのやや高い状態から、より低い状態
まで変化させることができる。
従来、ベンゼン環を有する含フツ素基をチオ尿
素結合でポリアリルアミンに修飾し、ラングミユ
アーブロジエツト法により、分子内や分子間で配
列制御した機能性の高分子超薄膜を作成した例は
ない。
なお、本明細書でいうラングミユアーブロジエ
ツト膜とは、従来よく知られているラングミユア
ーブロジエツト法により得られる単分子膜及び累
積膜を意味する。
[実施例]
次に本発明を実施例により、更に詳細に説明す
る。
実施例 1
メタノール9mlに金属ナトリウム116mgを加え、
水素の発生がなくなつてからポリアリルアミン塩
素塩(平均分子量、約9000)469.6mgを加え、蓋
をして撹拌する。析出した塩化ナトリウムを濾過
して取り除き、メタノール11mlとベンゼン5mlを
加える。この溶液に、p−(ペルフルオロオクチ
ル)フエニルイソチオシアナート139.3mgをメタ
ノール4mlとベンゼン1mlの混合溶媒に溶かして
1度に加える。この反応液は均一でそのままラン
グミユアーブロジエツト膜製作の高分子溶液の原
液として使用できる。この溶液を減圧下で溶媒除
去し、さらに水洗して乾燥するポリアリルアミン
中のアミノ基のうち5%にチオ尿素結合でp−
(ペルフルオロオクチル)フエニル基が修飾され
た高分子が得られた。得られた高分子は赤外線吸
収スペクトルにより、炭酸−フツ素結合:1300〜
1100cm-1の強い吸収が認められたことにより確認
された。
同様の方法で、o−、m−、またはp−(ペル
フルオロオクチル)フエニルイソチオシアナート
を用い、ポリアリルアミンのアミノ基に対して、
5、10、20、30、40%のモル比で反応を行ない、
それぞれ修飾率5、10、20、30、40%の高分子化
合物を得た。但し、修飾率30%以上の高分子化合
物は反応溶媒に溶けにくく、反応中に一部が析出
した。
実施例 2
ラングミユアーブロジエツト膜の作製
実施例1で合成した含フツ素高分子をそれぞれ
の異性体(o−、m−、p−)及び(ペルフルオ
ロアルキル)フエニル基の修飾率(M%)に対応
して(o−、m−、p−)PAPHF(M)と略す。
ラングミユアーブロジエツト法において、o
−、m−、及びp−PAPHF5、10、20、30、40
のトリフルオロエタノール・ベンゼン希薄混合溶
液(p−PAPHF5、10、20の場合はメタノー
ル・ベンゼン希薄混合溶液)をそれぞれ調製し、
これらの溶液を17℃の水面上にそれぞれ展開した
ときの表面圧−表面積の関係(F−A曲線)を測
定した結果を第1図に示す。この結果により、膜
中のフルオロアルキル基1分子の占める面積、つ
まり極限面積はo−PAPHF5、10、20、30、40
の順にそれぞれ87、87、63、57、45Å2、m−
PAPHF5、10、20、30、40の順にそれぞれ88、
74、54、48、33Å2、p−PAPHF5、10、20、
30、40の順にそれぞれ71、57、32、31、11Å2の
値を示した。
この水面上の超薄膜をガラス基板上に表面圧
20mN・m-1で単分子膜、及び累積膜として移し
とつた。これらは透明な膜であつた。
実施例 3
臨界表面張力γcの設定
実施例2でガラス基板上に移しとつた単分子
膜、及び累積膜について、n−アルカンとの接触
角を設定し、Zismanプロツトから求めた臨界表
面張力γc値を最小二乗法で計算した。これらの
結果は第1表に示した。
実施例 4
膜厚の測定
実施例2で得たラングミユアーブロジエツト膜
の19層累積膜(o−PAPHF20、30については7
層累積膜、o−PAPHF10、p−PAHF10につい
ては12層累積膜)を用い、タリステツプで膜厚を
測定した。つまり、薄膜を一部剥し、膜と基板と
の段差をタリステツプにより測定した。得られた
膜厚を累積層の数で割り、1層の膜厚とした。こ
れらの結果は第1表に示した。
[Technical Field] The method of the present invention relates to a novel fluorine-containing polymeric substance, a method for producing the same, and a Langmuir Blossom film thereof. [Prior Art] Polymer compounds decorated with long-chain perfluoroalkyl groups exhibit excellent properties such as water and oil repellency, dustproofness, and corrosion resistance, and are used as surface-modifying materials to protect substrates. It is also excellent as a material for oxygen permeable membranes, and the oxygen permeability of the perfluoroalkyl group improves the selectivity of oxygen permeation. However, polymer compounds into which perfluoroalkyl groups have been introduced are difficult to dissolve in solvents due to the water and oil repellency of the perfluoroalkyl groups, making them difficult to use as membrane materials. In other words, it is difficult to form ultra-thin films, which are important as surface modification materials and substrate protection materials. Also,
Controlling the arrangement of perfluoroalkyl groups, which are functional groups such as water and oil repellency and oxygen affinity, on the surface of polymers is important for improving the performance of the polymer as a surface modification material and oxygen separation membrane. Controlling the arrangement on a surface is not easy. The present inventor modified polyallylamine or polyvinylamine with a perfluoroalkyl group through an amide bond or a urea bond, and used these polymers to create an ultra-thin film with controlled molecular arrangement using the Langmuir-Blodget method [Showa Patent Application No. 1350 of 1962, Patent Application No. 32188 of 1988, Patent Application No. 32189 of 1988]. However, there are problems such as gradual hydrolysis of amide bonds in solution or low solubility and difficulty in handling, and there is a desire for the development of new ultra-thin film materials. [Purpose] The present inventor has conducted extensive research on a method for creating an ultra-thin film that utilizes the hydrophobicity of perfluoroalkyl groups, and has developed an o-, m-, or p-(perfluoroalkyl ) It was discovered that a polymer compound obtained by modification with a phenyl group is suitable as an ultra-thin film material, and the present invention was completed. [Configuration] According to the present invention, the general formula (In the formula, Rf represents a perfluoroalkyl group having 6 to 15 carbon atoms, and the bonding position of the Rf group to the benzene ring is o-, m-, or p-position, and m is 10-15.
The number is 1500, and n is a number satisfying 0<n<0.6m. ) is provided. The fluorine-containing polymer compound according to the present invention comprises polyallylamine represented by the following general formula (), and o-, m-, or p-(perfluoroalkyl) phenylisothiocyanate represented by the general formula (). It is produced by reacting according to the following formula. (In the formula, Rf, m and n have the same meanings as above.) The polyallylamine used in the above reaction was obtained by neutralizing polyallylamine hydrochloride (average molecular weight about 9000) with a base. In the modification reaction of polyallylamine, a mixed solvent of alcohol and benzene is used as a reaction solvent, and the reaction temperature is 5°C to 50°C, preferably 15°C.
Can be carried out at ~30°C. To carry out this reaction preferably, o-, m-, or p-(perfluoroalkyl) phenyl isothiocyanate is added to a mixed solvent of polyallylamine alcohol and benzene. By varying the amount of (perfluoroalkyl)phenyl isothiocyanate added, polyallylamine can be modified with o-, m-, or p-(perfluoroalkyl)phenyl groups with thiourea bonds in any proportion. After stirring for several minutes to several hours, the reaction solution was concentrated, washed with water,
The obtained polymer compound is dried. The obtained fluorine-containing polymer was identified by infrared absorption spectrum to be a fluorine-containing polyallylamine represented by the above general formula (). The fluorine-containing polyallylamine represented by the general formula () of the present invention dissolves in an organic solvent, and easily forms a monomolecular film by spreading this dilute solution on the water surface.
Langmis arrogant film can be created. From the measurement of the surface pressure-surface area curve (FA curve) when this fluorine-containing polymer was spread on the water surface, o-,
It can be seen that in both the m- and p-isomers, an ultra-thin film in which the area occupied by one (perfluoroalkyl)phenyl group becomes larger can be created by reducing the modification rate of polyallylamine. Also,
When compared at the same modification rate, the area occupied by one (perfluoroalkyl) phenyl group decreases in the order of o-, m-, and p-, and in particular, the modification rate of the amino group in polyallylamine of the p-isomer is 40%. The cross-sectional area of the perfluoroalkyl group is 28 Å.
It became clear that the value was less than half of 2 .
From this, the arrangement state of the (perfluoroalkyl)phenyl group in this thin film changes not only depending on the modification rate but also the isomer of the benzene ring, and in the case of a modification rate of 40% of the p-isomer, the perfluoroalkyl)phenyl group changes depending on the benzene ring isomer. It turned out to be an ultra-thin film with an arrangement of overlapping groups. Furthermore, from the rise of the F-A curve, it can be seen that this Langmuir-Blodget film is a stable film. One layer or multiple layers of this ultra-thin film were scooped out onto a glass substrate, and the film thickness and critical surface tension γcdyn/cm for n-alkanes were determined. As a result, the γc value was almost the same for 1 layer and 5 layers. , and also o-,
In both cases of m- and p-isomers, the higher the degree of modification to polyallylamine, the smaller the value. The o-isomer shows approximately 21-17 dyn/cm,
The m-isomer showed about 19-15 dyn/cm, and the p-isomer showed about 18-15 dyn/cm. These γc
The value is the γc value of polytetrafluoroethylene
It can be said that these films are excellent films with low surface energy, which is close to 18.5 dyn/cm. [Effect] That is, the present invention is a reagent for introducing o-, m-, or p-(perfluoroalkyl) phenyl groups into polyallylamine through a thiourea bond.
-, m-, or p- (perfluoroalkyl)
Modifications can be made in various proportions by arbitrarily varying the amount of phenyl isothiocyanate. The obtained fluorine-containing polymer compound is soluble and can be formed into an ultra-thin film by the Langmuir-Blodget method, and can be used as an unprecedented ultra-thin film surface-modifying substance. Furthermore, the area occupied by one (perfluoroalkyl)phenyl group in this ultra-thin film can be controlled by changing the modification rate of the (perfluoroalkyl)phenyl group to polyallylamine and the positional isomer of the benzene ring. Furthermore, the surface of these films contains perfluoroalkyl groups, which are functional groups, and exhibits the excellent low surface energy property characteristic of fluorine-containing groups. Furthermore, the surface state of this film can be controlled by changing the degree of modification of the (perfluoroalkyl)phenyl group to polyallylamine and the positional isomerism of the benzene ring. It can be changed from a high state to a lower state. Conventionally, there has been an example in which a fluorine-containing group having a benzene ring was modified with a thiourea bond to polyallylamine, and a functional ultra-thin polymer film with sequence control within and between molecules was created using the Langmuir-Blodget method. do not have. In this specification, the term "Langmeur Blossom film" refers to a monomolecular film or a cumulative film obtained by the conventionally well-known Langmuir Blossom film. [Example] Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Example 1 Add 116 mg of metallic sodium to 9 ml of methanol,
After no hydrogen is generated, add 469.6 mg of polyallylamine chlorine salt (average molecular weight, approximately 9000), cover and stir. The precipitated sodium chloride is removed by filtration, and 11 ml of methanol and 5 ml of benzene are added. To this solution, 139.3 mg of p-(perfluorooctyl) phenyl isothiocyanate was dissolved in a mixed solvent of 4 ml of methanol and 1 ml of benzene and added at once. This reaction solution is homogeneous and can be used as it is as a stock solution of a polymer solution for producing a Langmuir Blossom film. The solvent is removed from this solution under reduced pressure, and 5% of the amino groups in the polyallylamine are washed with water and dried.
A polymer modified with (perfluorooctyl)phenyl groups was obtained. The obtained polymer was determined by infrared absorption spectrum to have a carbonate-fluorine bond: 1300~
This was confirmed by the observation of strong absorption at 1100 cm -1 . In a similar manner, using o-, m-, or p-(perfluorooctyl) phenyl isothiocyanate, for the amino group of polyallylamine,
The reaction was carried out at a molar ratio of 5, 10, 20, 30, 40%,
Polymer compounds with modification rates of 5, 10, 20, 30, and 40% were obtained, respectively. However, polymer compounds with a modification rate of 30% or more were difficult to dissolve in the reaction solvent, and some of them precipitated during the reaction. Example 2 Preparation of Langmuir Blossom film The fluorine-containing polymer synthesized in Example 1 was modified with each isomer (o-, m-, p-) and (perfluoroalkyl) phenyl group modification rate (M%). ) is abbreviated as (o-, m-, p-)PAPHF(M). In the Langmeur Blosget method, o
-, m-, and p-PAPHF5, 10, 20, 30, 40
Prepare a dilute mixed solution of trifluoroethanol and benzene (a dilute mixed solution of methanol and benzene in the case of p-PAPHF5, 10, and 20), respectively.
FIG. 1 shows the results of measuring the relationship between surface pressure and surface area (FA curve) when these solutions were spread on a water surface at 17°C. Based on this result, the area occupied by one molecule of fluoroalkyl group in the membrane, that is, the ultimate area is o-PAPHF5, 10, 20, 30, 40
87, 87, 63, 57, 45 Å 2 , m-
88 each in the order of PAPHF5, 10, 20, 30, 40,
74, 54, 48, 33Å 2 , p-PAPHF5, 10, 20,
The values of 30 and 40 were 71, 57, 32, 31, and 11 Å2 , respectively. This ultra-thin film on the water surface is placed on a glass substrate under surface pressure.
It was transferred as a monomolecular film and a cumulative film at 20 mN·m -1 . These were transparent films. Example 3 Setting the critical surface tension γc For the monomolecular film and the cumulative film transferred onto the glass substrate in Example 2, the contact angle with n-alkane was set, and the critical surface tension γc value was determined from the Zisman plot. was calculated using the least squares method. These results are shown in Table 1. Example 4 Measurement of film thickness A 19-layer cumulative film of the Langmuir-Blodget film obtained in Example 2 (7 for o-PAPHF20 and 30)
The film thickness was measured using a Taly step using a stacked layer film (12 layer stacked film for o-PAPHF10 and p-PAHF10). That is, a portion of the thin film was peeled off and the level difference between the film and the substrate was measured using a Talystep. The obtained film thickness was divided by the number of cumulative layers to obtain the film thickness of one layer. These results are shown in Table 1.
【表】【table】
第1図は、本発明による含フツ素高分子ラング
ミユアーブロジエツト膜のF−A曲線を示す。
FIG. 1 shows the F-A curve of the fluorine-containing polymer Langmeur Blossom film according to the present invention.
Claims (1)
キル基を示し、ベンゼン環へのRf基の結合位置
はo−、m−、またはp−位であり、mは10〜
1500の数を示し、nは0<n<0.6mを満たす数
である。)で表わされる含フツ素高分子化合物。 2 一般式 (式中、Rfは炭素数6〜15のペルフルオロアル
キル基を示し、ベンゼン環へのRf基の結合位置
はo−、m−、またはp−位であり、mは10〜
1500の数を示し、nは0<n<0.6mを満たす数
である。)で表わされる含フツ素高分子化合物を
製造する方法において、 一般式 (式中、mは前記と同じ意味を持つ。)で表わさ
れるポリアリルアミンと、 一般式 (式中、Rfは前記と同じ意味を持つ。)で表わさ
れるo−、m−、またはp−(ペルフルオロアル
キル)フエニルイソチオシアナートとを反応させ
ることを特徴とする方法。 3 一般式 (式中、Rfは炭素数6〜15のペルフルオロアル
キル基を示し、ベンゼン環へのRf基を結合位置
はo−、m−、またはp−位であり、mは10〜
1500の数を示し、nは0<n<0.6mを満たす数
である。)で表わされる含フツ素高分子化合物を
用いたラングミユアーブロジエツト膜。[Claims] 1. General formula (In the formula, Rf represents a perfluoroalkyl group having 6 to 15 carbon atoms, the bonding position of the Rf group to the benzene ring is o-, m-, or p-position, and m is 10 to
The number is 1500, and n is a number satisfying 0<n<0.6m. ) A fluorine-containing polymer compound represented by 2 General formula (In the formula, Rf represents a perfluoroalkyl group having 6 to 15 carbon atoms, the bonding position of the Rf group to the benzene ring is o-, m-, or p-position, and m is 10 to
The number is 1500, and n is a number satisfying 0<n<0.6m. ) In the method for producing a fluorine-containing polymer compound represented by the general formula (In the formula, m has the same meaning as above.) A polyallylamine represented by the general formula (wherein Rf has the same meaning as above). 3 General formula (In the formula, Rf represents a perfluoroalkyl group having 6 to 15 carbon atoms, and the bonding position of the Rf group to the benzene ring is o-, m-, or p-position, and m is 10-15.
The number is 1500, and n is a number satisfying 0<n<0.6m. Langmuir Blossom film using a fluorine-containing polymer compound represented by ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21602888A JPH0264114A (en) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | Polymer compound containing modified fluorine-containing group, production thereof and ultrathin membrane |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0264114A JPH0264114A (en) | 1990-03-05 |
JPH0564963B2 true JPH0564963B2 (en) | 1993-09-16 |
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JP (1) | JPH0264114A (en) |
-
1988
- 1988-08-30 JP JP21602888A patent/JPH0264114A/en active Granted
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