JPWO2015019581A1 - 架橋剤及びフッ素含有芳香族化合物 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、架橋フルオロエラストマーの耐熱性と耐蒸気性を、さらに改善し得る新規な架橋剤が求められていた。
また、非特許文献1には、燃料電池分離膜として1,2,2−トリフルオロスチレン(パーフルオロビニルベンゼン)が記載されている。
また、本発明は、架橋剤として使用できる新規なフッ素含有芳香族化合物を提供することをその目的の一つとする。
また、本発明によれば、架橋剤として使用できる新規なフッ素含有芳香族化合物を提供することができる。
フッ化アルキル基は、アルキル基が一部又は全部フッ素化されていてよい。好ましくはパーフルオロアルキル基である。
アリール基の置換基は、フッ素原子、直鎖又は分枝のアルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基等であり、これらの基は一部又は全部がフッ素化されていてもよい。直鎖又は分枝のアルキル基の炭素数は好ましくは1〜15(より好ましくは炭素数1〜6)である。シクロアルキル基の炭素数は好ましくは3〜8(より好ましくは炭素数3〜6)である。アリール基の炭素数は好ましくは6〜18(より好ましくは炭素数6〜12)である。
上記式(1)中、lは0,1又は2である。好ましくは0である。
直鎖又は分枝のアルキレン基の炭素数は好ましくは1〜15(より好ましくは炭素数1〜6)である。シクロアルキレン基の炭素数は好ましくは3〜8(より好ましくは炭素数3〜6)である。アリーレン基の炭素数は好ましくは炭素数が6〜18(より好ましくは炭素数6〜12)である。
上記式(4)中、nが1である場合、Aと−CR1=CR2R3は、オルト位、メタ位又はパラ位のいずれであってもよいが、パラ位であることが好ましく、Aと2つの−CR1=CR2R3が、ともにパラ位であることがより好ましい。
上記式(5)中、оは1又は0であり、0であることが好ましい。
上記式(5)中、qはそれぞれ、1,2,3,4である。
上記式において、qが共に1のとき、2つの−CR1=CR2R3は互いに最も離れた位置にあると効率的に架橋でき好ましい。
アルキル基は直鎖でも分枝でもよく、炭素数は好ましくは1〜15(より好ましくは炭素数1〜6)である。シクロアルキル基の炭素数は好ましくは3〜8(より好ましくは炭素数3〜6)である。アリール基の炭素数は好ましくは6〜18(より好ましくは炭素数6〜12)である。アリール基の置換基は前述したR1と同じである。
例えば、以下のモノマー由来の繰返し単位を例示できる。1又は2以上のモノマー由来の繰返し単位を含むことができる。
CF2=CH2(ビニリデンフロライド)、
CF2=CF2(テトラフルオロエチレン)、
CF2=CFCF3(ヘキサフルオロプロピレン)、
CH2=CH2、
CH2=CHCH3
コモノマーとして以下を例示できる。
・ CF2=CFOR2f (パー)フルオロアルキルビニルエーテル類(PAVE)
(式中、R2fは炭素数1〜6の(パー)フルオロアルキル、例えばトリフルオロメチルまたはペンタフルオロプロピルである)
・ CF2=CFOXo (パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテル類
(式中、Xoは1以上のエーテル基を含む炭素数1〜12の(パー)フルオロオキシアルキル、例えばパーフルオロ−2−プロポキシプロピルである)
・ CFX2=CX2OCF2OR’’f (I−B)
(式中、R’’fは、炭素数2〜6直鎖又は分枝(パー)フルオロアルキル、炭素数5,6の環状(パー)フルオロアルキル、又は酸素原子1〜3個を含む炭素数2〜6の直鎖又は分枝(パー)フルオロオキシアルキルであり、X2はF又はHである)
CFX2=CX2OCF2OCF2CF2Y (II−B)
(式中、Y=F、OCF3;X2は上記で定義したとおりである)
CF2=CFOCF2OCF2CF3 (MOVE1)
CF2=CFOCF2OCF2CF2OCF3 (MOVE2)
テトラフルオロエチレン(TFE) 50〜85モル%、PAVE 15〜50モル%;
TFE 50〜85モル%、MOVE 15〜50モル%。
架橋補助剤としては、酸化亜鉛、活性アルミナ、酸化マグネシウム、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩、アミン等が挙げられる。架橋補助剤を含むことにより、架橋効率、耐熱性を向上できる。架橋補助剤は、フルオロエラストマー100gに対して、通常0.1〜10g添加する。
一段階加熱の場合は、架橋条件は、100〜250℃で10分〜5時間加熱するのが好ましい。
二段階加熱の場合は、通常、一次架橋として、金型に原料を入れプレス加工しながら架橋する。1次架橋は、例えば、150〜200℃で5〜60分加熱する。その後、金型から外して、2次架橋する。2次架橋は、例えば、150〜300℃で1〜100時間加熱する。架橋は電気炉等を用いておこなうことができる。2次架橋で熱履歴を与えることにより、使用中の変形等を防ぐことができる。
不活性ガスとして、窒素、ヘリウム、アルゴン等を用いることができ、窒素が好ましい。不活性ガス雰囲気下において、酸素濃度は、好ましくは、10ppm以下、より好ましくは、5ppm以下である。
実施例1
架橋剤(a)(CF2=CF−Ph−CF=CF2)の合成
ドライアイスコンデンサーとセプタムを取り付けた500ml二口フラスコをAr置換し、脱水テトラヒドロフラン(THF)30mlに塩化亜鉛(ZnCl2)を2.18g(16mmol)溶解させたTHF溶液を加えた。このZnCl2/THF溶液を15℃まで冷却し、CF3CH2F 2ml(24mmol)を加えた。さらに10℃に冷却し、Lithium Diisopropylamide(ca. 20% in Tetrahydrofuran/Ethylbenzene/Heptane, ca. 1.5mol/L)22ml(33mmol)をシリンジを用いて加えた(針をCF3CH2F/ZnCl2/THF溶液に浸し、徐々に添加した)。
15℃で1時間攪拌し、1,4−Diiodobenzene 1.430g(4.3mmol)とTetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)175.3mg(0.152mmol)を加え、室温で24時間攪拌させた。その後、溶液が5〜10ml程度になるまで濃縮し、ペンタン・ヘキサン・ジエチルエーテル等を用いてデカンテーションにより目的の化合物を抽出した。抽出液を濃縮し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン)により単離し、目的の化合物(CF2=CF−Ph−CF=CF2)を透明液体で得た(Phはパラ−フェニレン基である)(0.19g、0.8mmol)。
19FNMR(CDCl3):−98.5(dd,J=72.8,34.0Hz,2F),−113.5(dd,J=114.4,70.4Hz,2F),−178.2(dd,J=116.8,36.4Hz,2F)
1HNMR(CDCl3):7.5(s,4H)
架橋剤(h)(CF2=CF−Ph−Ph−CF=CF2)の合成
ドライアイスコンデンサーとセプタムを取り付けた500ml二口フラスコをAr置換し、脱水テトラヒドロフラン(THF)100mlに塩化亜鉛(ZnCl2)を6.814g(50mmol)溶解させたTHF溶液を加えた。このZnCl2/THF溶液を15℃まで冷却し、CF3CH2F 6ml(72mmol)を加えた。さらに10℃に冷却し、Lithium Diisopropylamide(ca. 20% in Tetrahydrofuran/Ethylbenzene/Heptane, ca. 1.5mol/L)66.7ml(100mmol)をシリンジを用いて加えた(針をCF3CH2F/ZnCl2/THF溶液に浸し、溶かし込むようにして添加した)。
15℃で1時間攪拌し、4,4’−Diiodobiphenyl 5.684g(14mmol)とTetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)566.2mg(0.49mmol)を加え、室温で24時間攪拌させた。その後、溶液が20ml程度になるまで濃縮し、ペンタン・ヘキサン・ジエチルエーテルを用いてデカンテーションにより目的の化合物を抽出した。抽出液を濃縮し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン)により高純度で分取し、ヘキサン・ペンタンを用いて再結晶により目的の化合物(CF2=CF−Ph−Ph−CF=CF2)を白色固体で得た(1.76g、5.6mmol)。
19FNMR(CDCl3):−99.5(dd,J=75.2,33.6Hz,2F),−114.3(dd,J=114.0,72.8Hz,2F),−177.6(dd,J=116.8,34.0Hz,2F)
1HNMR(CDCl3):7.6(d,J=8.4Hz,4H),7.7(d,J=8.8Hz,4H)
架橋剤(c)(CF2=CF−Ph−C(CF3)2−Ph−CF=CF2)の合成
(1)I−Ph−C(CF3)2−Ph−Iの合成
1000mlナスフラスコにSodium Nitrite 2.48g(36mmol)と蒸留水を350ml加え、0℃まで冷却した。この溶液に6M HCl 15mlを1.5ml/minのスピードで加えた。さらに、2,2−Bis(4−aminophenyl)hexafluoropropane 5.01g(15mmol)をN,N−Dimethylformamide 30mlに溶かした溶液を、2.5〜3ml/minのスピードで加え、0〜3℃の状態で30分攪拌した。その後Potassium Iodide 12.45g(75mmol)を蒸留水30mlに溶かした溶液を0〜3℃の状態でゆっくり滴下し、沈殿物が生成してきたらN,N−Dimethylformamideを適時加えた(最終的に250ml程度)。1時間0℃〜3℃の状態で攪拌したのち、室温にて12時間攪拌した。
反応後の溶液をエーテル500mlで抽出し、チオ硫酸ナトリウム水溶液100mlで数回洗浄し、さらに蒸留水で洗浄しN,N−Dimethylformamideを除去した。その後、溶液が5〜10ml程度になるまで濃縮し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン)により精製し、目的の化合物を白色針状結晶で20%の収率で得た。(1.6g、3mmol)
19FNMR(CDCl3):−64.361(s,6F)
1HNMR(CDCl3):7.1(d,J=8.4Hz,4H),7.7(d,J=8.8Hz,4H)
ドライアイスコンデンサーとセプタムを取り付けた500ml二口フラスコをAr置換し、脱水テトラフドロフラン(THF)30mlに塩化亜鉛(ZnCl2)を2.18g(16mmol)溶解させたTHF溶液を加えた。このZnCl2/THF溶液を15℃まで冷却し、CF3CH2F 2ml(24mmol)を加えた。さらに10℃に冷却し、Lithium Diisopropylamide (ca. 20% in Tetrahydrofuran/Ethylbenzene/Heptane, ca. 1.5mol/L)22ml(33mmol)をシリンジを用いて加えた(針をCF3CH2F/ZnCl2/THF溶液に浸し、徐々に添加した)。
15℃で1時間攪拌し、I−Ph−C(CF3)2−Ph−I 2.391g(4.3mmol)とTetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)175.3mg(0.152mmol)を加え、室温で24h攪拌させた。その後、溶液が5〜10ml程度になるまで濃縮し、ペンタン・ヘキサン・ジエチルエーテル等を用いてデカンテーションにより目的の化合物を抽出した。抽出液を濃縮し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン)により単離し、目的の化合物を粘性透明液体の状態で20%の収率で得た。(0.4g、0.86mmol)
19FNMR(CDCl3):−64.2(s,6F),−98.1(dd,J=70.4,36.4Hz,2F),−113.2(dd,J=116.8,70.0Hz,2F),−178.8(dd,J=114.4,34.0Hz,2F)
1HNMR(CDCl3):7.5(dd,J=18,8.8Hz,8H)
架橋剤(d)(CF2=CF−Ph−(CF2)6−Ph−CF=CF2)の合成
4−Iodoaniline 2mmol、Cu粉末4mmol、ドデカフルオロ−1,6−ジヨードヘキサン1mmolをDMSO(ジメチルスルホキシド)に溶かし、窒素雰囲気、還流条件下、160℃で3時間加熱した。反応後の溶液をエーテルで抽出し、さらに蒸留水で洗浄した。その後、溶液が5〜10ml程度になるまで濃縮し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン)により精製した。
1000mlナスフラスコにSodium Nitrite 36mmolと蒸留水を350ml加え、0℃まで冷却した。この溶液に6M HCl 15mlを1.5ml/minのスピードで加えた。さらに、NH2−Ph−(CF2)6−Ph−NH2 15mmolをN,N−Dimethylformamide 30mlに溶かした溶液を、2.5〜3ml/minのスピードで加え、0〜3℃の状態で30分攪拌した。その後Potassium Iodide 75mmolを蒸留水30mlに溶かした溶液を0〜3℃の状態でゆっくり滴下し、沈殿物が生成してきたらN,N−Dimethylformamideを適時加えた(最終的に250ml程度)。1時間0℃〜3℃の状態で攪拌したのち、室温にて12時間攪拌した。
反応後の溶液をエーテル500mlで抽出し、チオ硫酸ナトリウム水溶液100mlで数回洗浄し、さらに蒸留水で洗浄しN,N−Dimethylformamideを除去した。その後、溶液が5〜10ml程度になるまで濃縮し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン)により精製した。
ドライアイスコンデンサーとセプタムを取り付けた500ml二口フラスコをAr置換し、脱水テトラフドロフラン(THF)30mlに塩化亜鉛(ZnCl2)を16mmol溶解させたTHF溶液を加えた。このZnCl2/THF溶液を15℃まで冷却し、CF3CH2F 24mmolを加えた。さらに10℃に冷却し、Lithium Diisopropylamide (ca. 20% in Tetrahydrofuran/Ethylbenzene/Heptane, ca. 1.5mol/L)33mmolをシリンジを用いて加えた(針をCF3CH2F/ZnCl2/THF溶液に浸し、徐々に添加した)。
15℃で1時間攪拌し、I−Ph−(CF2)6−Ph−I 4.3mmolとTetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) 0.152mmolを加え、室温で24h攪拌した。その後、溶液が5〜10ml程度になるまで濃縮し、ペンタン・ヘキサン・ジエチルエーテル等を用いてデカンテーションにより目的の化合物を抽出した。抽出液を濃縮し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン)により単離した。
融点:93℃
架橋剤(f)(CFCF3=CF−Ph−Ph−CF=CFCF3)の合成
セプタムを取り付けた500ml二口フラスコをAr置換し、4,4’−Diiodobiphenyl 12.18g(30mmol)と脱水テトラヒドロフラン(THF)を350ml加え、−80℃で攪拌した。この懸濁液にn−Butyllithium(約15%ヘキサン溶液,約1.6mol/L) 42ml(70mmol)を、ゆっくりと滴下し、−50℃で30分攪拌することでLi−Ph−Ph−Liを調製した。
次に、ドライアイスコンデンサーとセプタムを取り付けた500ml二口フラスコをAr置換し、THF300mlを加えた。この溶液を−80℃まで冷却し、1,1,1,2,3,3−Hexafluoropropylene 11ml(90mmol)をバブリングしながら加えた。さらに先ほど調製したLi−Ph−Ph−Liをシリンジを用いて加え(針をHexafluoropropylene/THF溶液に浸し、溶かし込むようにして添加した)、−80℃で1h攪拌した。その後2時間かけて徐々に室温まで温度を上げ、一晩攪拌させた。
一晩攪拌させた溶液を20ml程度になるまで濃縮し、ヘキサンを用いてデカンテーションにより目的の化合物を抽出した。抽出液を濃縮し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、n−ヘキサン)により高純度で分取し、得られた結晶をヘキサンに溶かし、濃縮・再結晶(ペンタンで数回洗浄)することで目的の化合物(CFCF3=CF−Ph−Ph−CF=CFCF3)を白色結晶で30%の収率で得た。(4g、12mmol)
19FNMR(CDCl3):−67.3(dd,J=23.2,10.4Hz,6F),−147.2(q,J=46.8,23.2Hz,1F),−147.2(q,J=46.8,23.6Hz,1F),−168.7(q,J=23.2,12.8Hz,1F),−169.0(q,J=23.6,10.4Hz,1F)
1HNMR(CDCl3):7.78(dd,J=26,8.4Hz,8H)
融点:138℃
実施例6
PFR94(ソルベイ社製)(フルオロエラストマー)、パーヘキサ25B−40実施例6では(日油社製)(2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン)(開始剤)(フルオロエラストマー100gに対して、4)g(5.5mmol)、ZnO(堺化学工業社製)(架橋補助剤)(フルオロエラストマー100gに対して、3g)、活性アルミナKC−501(住友化学社製)(架橋補助剤)(フルオロエラストマー100gに対して、3g)、及び実施例1で製造した架橋剤(a)(フルオロエラストマー100gに対して、4.2mmоl)をオープンロールで混練した後、型に入れて170℃の温度で15分間熱処理して、プレス成形しながら1次架橋した。次いで、型から外して、大気中で、290℃で16時間熱処理(8時間かけて昇温した後)して、架橋フルオロエラストマーの成形体を得た。成形体の形状は円盤状(直径40mm、厚さ2mm)とOリング(線径3.53mm、内径24.99mm)とした。
PFR94(ソルベイ社製)(フルオロエラストマー)、パーヘキサ25B(日油社製)(開始剤)(フルオロエラストマー100gに対して、1g(3.4mmol))、及び実施例2で製造した架橋剤(h)(フルオロエラストマー100gに対して、11.1mmоl)をオープンロールで混練した。その後、実施例6と同様の方法で成形体を得た。
架橋剤(a)に代えて、フッ化ジエン(1,6−ジビニルパーフルオロヘキサン)(CH2=CH−(CF2)6−CH=CH2)(東ソー・エフテック社製)(フルオロエラストマー100gに対して、4.2mmоl)を用いた以外、実施例6と同様にして、架橋フルオロエラストマーを製造し、成形体を得た。
架橋剤(h)に代えて、フッ化ジエン(1,6−ジビニルパーフルオロヘキサン)(CH2=CH−(CF2)6−CH=CH2)(東ソー・エフテック社製)(フルオロエラストマー100gに対して、4.2mmоl)を用いた以外、実施例7と同様にして、架橋フルオロエラストマーを製造し、成形体を得た。
架橋剤(a)に代えて、TAIC(日本化成社製)(フルオロエラストマー100gに対して、4.2mmоl)を用いた以外、実施例6と同様にして、架橋フルオロエラストマーを製造し、成形体を得た。
実施例6と比較例1,3で得られた円盤状成形体から、直径13mmの円盤を打ち抜き、この円盤について、以下の方法で乾熱320℃耐熱試験を行った。結果を表1に示す。
実施例6,7と比較例1,2で得られた円盤状成形体から、直径13mmの円盤を打ち抜き、この円盤について、温度を330℃、時間を22時間及び44時間とした以外、評価例1と同様にして耐熱試験を行った。結果を表2に示す。ここで表中の「−」は、22時間の評価で、成形体サンプルが溶解し、形状を保持できなくなったため試験を行わなかったことを意味する。
実施例6,7と比較例1,2で得られた円盤状成形体から、直径13mmの円盤を打ち抜き、この円盤について、以下の方法で耐蒸気性の評価を行った。結果を表3に示す。
まず、成形体について、耐蒸気試験(300℃)前の重量膨潤率を測定した。
各成形体を、パーフルオロカーボン溶液(フロリナートFC―3283(住友スリーエム社製))に、室温(21〜25℃)で、72時間浸漬させ、浸漬前後の重量膨潤率を、以下の式により、計算にて求めた。
続いて、各成形体について、耐蒸気試験(300℃)を行った。
各成形体を、300℃の飽和水蒸気に22時間晒した。
上記耐蒸気試験(300℃)後の成形体を、(1)と同様に、パーフルオロカーボン溶液に、室温(21〜25℃)で、72時間浸漬し、耐蒸気試験(300℃)後の重量膨潤率を測定した。
表4に示す成分を表4に示す量で用いてオープンロールで混練した他は、実施例6と同様の方法で成形体を得た。実施例8では、Oリング(線径3.53mm、内径24.99mm)を得た。実施例9〜11では、円盤(直径5mm、厚さ1mm)と、短冊(長さ20mm、幅10mm、厚さ1mm)を得た。
表4中、パーブチルPはα,α’−ジ(t−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン(日油社製)であり、パークミルDはジクミルパーオキサイド(日油社製)である。
表中の値は、開始剤はフルオロエラストマー100gに対する量(mmol)であり、架橋剤はフルオロエラストマー100gに対する量(mmоl)である。
実施例8は得られたOリングを10mm長さにカットした円弧状体、実施例9〜11は得られた円盤について、評価例2と同様にして耐熱試験を行った。結果を表5に示す。
実施例8は得られたOリング、実施例9〜11は得られた短冊について、評価例3と同様にして耐蒸気性の評価を行った。結果を表6に示す。
この明細書に記載の文献及び本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
Claims (19)
- R1,R2,R3のアリール基が、フェニル又はナフチルである請求項1〜5のいずれか記載の架橋剤。
- R1,R2,R3が、フッ素である請求項1〜6のいずれか記載の架橋剤。
- フルオロエラストマー、開始剤、及び請求項1〜7のいずれか記載の架橋剤を含む組成物。
- 前記フルオロエラストマーが、パーフルオロエラストマー又は一部フッ素化エラストマーである請求項8記載の組成物。
- 前記架橋剤が、前記フルオロエラストマー100gに対して、0.5〜30mmol含まれる請求項8又は9記載の組成物。
- 前記開始剤が、前記フルオロエラストマー100gに対して、0.3〜35mmol含まれる請求項8〜10のいずれか記載の組成物。
- 請求項8〜11のいずれか記載の組成物を架橋して得られた架橋フルオロエラストマー。
- 請求項12記載の架橋フルオロエラストマーから得られる成形体。
- シール材である請求項13記載の成形体。
- 下記式(4)で表わされる化合物。
- 300℃の飽和水蒸気に22時間晒した前後の、パーフルオロカーボン溶液に21〜25℃で72時間浸漬し、取り出した後の重量膨潤率の変化率が、70%以下である、架橋フルオロエラストマー。
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