TW202112894A - 含有氟聚醚基之聚合物及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係藉由對於末端具有羰基之含有氟聚醚基之聚合物作用具有β氫之有機金屬試藥,具體而言於末端具有脂肪族不飽和雙鍵(烯烴部位)且具有β氫之有機金屬試藥,而可製造以下述通式(1)表示,且較佳為以聚苯乙烯換算之數平均分子量為1,000~50,000之同時具有官能基易轉換末端烯烴部位與反應性高的2級羥基之含有氟聚醚基之聚合物,
Description
本發明有關含有氟聚醚基之聚合物(於分子內具有1價或2價氟氧伸烷基之聚合物殘基的化合物),詳言之,有關可形成撥水撥油性、耐磨耗性優異之被膜的含有氟聚醚基之聚合物及該聚合物之製造方法。
近幾年來,以行動電話之顯示器為代表,已加速畫面之觸控面板化。然而,觸控面板為畫面露出之狀態,與手指或臉頰等直接接觸之機會多,容易附著皮脂等之污物將成為問題。因此,為了使外觀或視認性良好,而對於顯示器表面不易附著指紋之技術或容易擦掉污物之技術的要求逐年提高,而期望開發可對應於該等要求之材料。尤其觸控面板顯示器表面由於容易附著指紋污物,故期望設置撥水撥油層。然而,以往之撥水撥油層雖撥水撥油性高,污物擦拭性優異,但有使用中防污性能劣化之問題點。
一般,含有氟聚醚基之化合物由於其表面自由能非常小,故具有撥水撥油性、耐藥品性、潤滑性、脫模性、防污性等。利用其性質,於工業上被廣泛利用於紙・纖維等之撥水撥油防污劑、磁性記錄媒體之滑劑、精密機器之防油劑、脫模劑、化妝料、保護膜等。然而,該性質同時意指對於其他基材之非黏著性、非密著性,即使可塗佈於基材表面,使該被膜密著仍有困難。
另一方面,作為使玻璃或布等之基材表面與有機化合物結合者,已充分知悉有矽烷偶合劑,已被廣泛利用作為各種基材表面之塗佈劑。矽烷偶合劑1分子中具有有機官能基與反應性矽烷基(一般為烷氧基矽烷基等之水解性矽烷基)。水解性矽烷基藉由空氣中之水等引起自我縮合反應而形成被膜。該被膜藉由水解性矽烷基與玻璃或金屬等之表面化學・物理性結合而成為具有耐久性之強固被膜。
因此揭示藉由使用於含有氟聚醚基之化合物導入有水解性矽烷基之含有氟聚醚基之聚合物,而容易密著於基材表面、且於基材表面形成具有撥水撥油性、耐藥品性、潤滑性、脫模性、防污性等之被膜的組成物(專利文獻1:日本專利第6451279號公報)。
專利文獻1中,作為含有氟聚醚基之聚合物的中間物係使用例如下述之3級醇。
該中間物係同時具有反應性烯烴部位與羥基之聚合物,但由於羥基為3級,故缺乏反應性,無法有效利用羥基。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利第6451279號公報
[發明欲解決之課題]
本發明係鑒於上述情況而完成者,目的在於提供同時具有對各種官能基之變換容易之末端烯烴部位 (-CH=CH2
)與反應性高的2級羥基(鍵結於2級碳原子之羥基)之含有氟聚醚基之聚合物及其製造方法。
[用以解決課題之手段]
本發明人等為解決上述目的而積極檢討之結果,發現藉由對於末端具有羰基之含有氟聚醚基之聚合物作用具有β氫之有機金屬試藥,具體而言於末端具有脂肪族不飽和雙鍵(末端烯烴部位或外部烯烴部位)且具有β氫之有機金屬試藥,而可製造以下述通式(1)表示,且較佳為以聚苯乙烯換算之數平均分子量為1,000~50,000之同時具有官能基易轉換烯烴部位與反應性高的2級羥基之含有氟聚醚基之聚合物,因而完成本發明。
(式中,Rf為1價或2價之含有氟聚醚基之聚合物殘基,X獨立為2價有機基,α為1或2)。
因此,本發明提供下述含有氟聚醚基之聚合物(於分子內具有1價或2價氟氧伸烷基之聚合物殘基的化合物)及其製造方法。
[1]
一種含有氟聚醚基之聚合物,其係以下述通式(1)表示,
(式中,Rf為1價或2價之含有氟聚醚基之聚合物殘基,X獨立為2價有機基,α為1或2)。
[2]
如[1]之含有氟聚醚基之聚合物,其中前述式(1)之α為1,Rf為以下述通式(2)表示之基,
(式中,A為氟原子、氫原子或末端為-CF3
基、末端為-CF2
H基或末端為-CH2
F基之1價含氟基,RfH
為含有1個以上氫原子之氟氧伸烷基,d於每單位分別獨立為1~3之整數,p、q、r、s、t、u、v分別為0~200之整數,p+q+r+s+ t+u+v=3~200,該等各單位可為直鏈狀,亦可為分支狀,且附有p、q、r、s、t、u、v之括弧內所示之各重複單位可無規鍵結)。
[3]
如[1]之含有氟聚醚基之聚合物,其中前述式(1)之α為2,Rf為以下述通式(3)表示之基,
(式中,RfH
為含有1個以上氫原子之氟氧伸烷基,d於每單位分別獨立為1~3之整數,p、q、r、s、t、u、v分別為0~200之整數,p+q+r+s+t+u+v=3~200,該等各單位可為直鏈狀,亦可為分支狀,且附有p、q、r、s、t、u、v之括弧內所示之各重複單位可無規鍵結)。
[4]
如[1]至[3]中任一項之含有氟聚醚基之聚合物,其中前述式(1)中,X為碳數2~12之伸烷基,或碳數8~16之含伸芳基的伸烷基。
[5]
如[1]至[4]中任一項之含有氟聚醚基之聚合物,其中以聚苯乙烯換算之數平均分子量為1,000~50,000。
[6]
一種如[1]至[5]中任一項之含有氟聚醚基之聚合物之製造方法,其特徵係使以下述通式(4)表示之含有氟聚醚基之聚合物與具有β氫之有機金屬試藥反應,
(式中,Rf為1價或2價之含有氟聚醚基之聚合物殘基,Y為可脫離之1價基,α為1或2)。
[7]
如[6]之含有氟聚醚基之聚合物之製造方法,其中具有β氫之有機金屬試藥為格林納(Grignard)試藥。
[8]
如[7]之含有氟聚醚基之聚合物之製造方法,其中格林納試藥係選自下述式之化合物,。
[發明效果]
本發明之含有氟聚醚基之聚合物,於分子中分別具有對各種官能基之變換容易且末端烯烴部位(-CH= CH2
)與反應性高的2級羥基(鍵結於2級碳原子之羥基)之反應性不同之2種部位,而可進行各種末端基改性。且較佳末端烯烴部位與鍵結於該2級羥基之2級碳原子之連結基設為可含有伸芳基(尤其是伸苯基)之伸烷基,而可獲得耐藥品性、耐候性等各種耐久性更優異之含有氟聚醚基之聚合物。
本發明之含有氟聚醚基之聚合物係以下述通式(1)表示,且較佳為以聚苯乙烯換算之數平均分子量為1,000~50,000之含有氟聚醚基之聚合物。
(式中,Rf為1價或2價之含有氟聚醚基之聚合物殘基,X獨立為2價有機基,α為1或2)。
本發明之含有氟聚醚基之聚合物之特徵為藉由對含有1價氟聚醚基或2價氟聚醚基之聚合物殘基(亦即含有1價或2價氟聚醚基之聚合物殘基)連結官能基容易轉換之末端烯烴部位(-CH=CH2
)與反應性高的2級羥基(鍵結於2級碳原子之羥基),而可改性為各種末端基。
上述式(1)中,Rf為1價或2價之含有氟聚醚基之聚合物殘基,α為1之情況(亦即Rf1
為1價之含有氟氧伸烷基之聚合物殘基之情況),較佳為以下述通式(2)表示之1價之氟聚醚基,α為2之情況(亦即Rf1
為2價之含有氟氧伸烷基之聚合物殘基之情況),較佳為以下述通式(3)表示之2價之氟聚醚基。
(式中,A為氟原子、氫原子或末端為-CF3
基、末端為-CF2
H基或末端為-CH2
F基之1價含氟基,RfH
為含有1個以上氫原子之氟氧伸烷基,d於每單位分別獨立為1~3之整數,p、q、r、s、t、u、v分別為0~200之整數,p+q+r+s+ t+u+v=3~200,該等各單位可為直鏈狀,亦可為分支狀。且附有p、q、r、s、t、u、v之括弧內所示之各重複單位可無規鍵結)。
上述式(2)中,A為氟原子、氫原子或末端為-CF3
基、末端為-CF2
H基或末端為-CH2
F基之1價含氟基,較佳為氟原子、-CF3
基、-CF2
CF3
基、-CF2
CF2
CF3
基。
上述式(2)、(3)中,RfH
為含有1個以上氫原子之氟氧伸烷基,可例示例如CF2
O單位、C2
F4
O單位、C3
F6
O單位、C4
F8
O單位、C5
F10
O單位、C6
F12
O單位等各氟氧伸烷基重複單位之1種或2種以上之組合中,各個重複單位中之氟原子之1個或2個經氫原子取代者等。
上述式(2)、(3)中,d於每單位分別獨立為1~3之整數,較佳為1。
且,p、q、r、s、t、u、v分別為0~200之整數,較佳p為5~100之整數,q為5~100之整數,r為0~100之整數,s為0~100之整數,t為0~100之整數,u為0~100之整數,v為0~ 100之整數,p+q+r+s+t+u+v=3~200,較佳為10~105,更佳p+q為10~105,特別是15~65之整數,r=s=t=u=v=0。p+q+ r+s+t+u+v若小於上述上限值,則密著性或硬化性良好,若大於上述下限值,則可充分發揮氟聚醚基之特徵故而較佳。
上述式(2)、(3)中,各單位可為直鏈狀,亦可為分支狀。且附有p、q、r、s、t、u、v之括弧內所示之各重複單位可無規鍵結。
作為以式(2)表示之1價氟聚醚基,具體可例示以下者。
(式中,p’、q’、r’、s’分別為1~200之整數,v’為1~100之整數,w’為1~99之整數,各自之p’、q’、r’、s’、v’之合計為3~200。且附有p’、q’、r’、s’之括弧內所示之各重複單位可無規鍵結。又(C2
F4
OC4
F8
O)表示(C2
F4
O)單位與(C4
F8
O)單位交替重複之構造)。
作為以式(3)表示之2價氟聚醚基,具體可例示以下者。
(式中,p’、q’、r’、s’分別為1~200之整數,各自之p’、q’、r’、s’之合計為3~200。r1
、r2
為1~198之整數,r1
+r2
之合計為2~199。且附有p’、q’、r’、s’之括弧內所示之各重複單位可無規鍵結)。
上述式(1)中,X為末端烯烴部位(-CH=CH2
)與鍵結至2級羥基之2級碳原子之連結基,獨立為2價有機基,較佳為碳數2~20之2價烴基,更佳為碳數2~12,又更佳2~6之伸烷基,或碳數8~16之含伸芳基(較佳為伸苯基,特別是對伸苯基)之伸烷基(即碳數8~16之伸烷基・伸芳基),更佳為伸乙基、伸丙基(三亞甲基)。
上述式(1)表示之含有氟聚醚基之聚合物的數平均分子量較佳為1,000~50,000,更佳為1,500~ 10,000,又更佳為2,500~8,000之範圍。數平均分子量未達1,000時,有無法充分發揮全氟伸烷基醚構造之特徵的撥水撥油性、防污性等之情況,超過50,000時,末端官能基之濃度變得過小,有與基材之反應性或密著性降低之情況。又,本發明中所稱之數平均分子量係指以下述條件測定之凝膠滲透層析儀(GPC)之以聚苯乙烯為標準物質之數平均分子量。
[測定條件]
展開溶劑:氫氯氟碳(HCFC)-225
流量:1mL/min.
檢測器:蒸發光散射檢測器
管柱:TOSOH公司製TSKgel Multipore HXL-M 7.8mmφ×30cm使用2根
管柱溫度:35℃
試料注入量:20μL(濃度0.3質量%之HCFC-225溶液)
作為上述式(1)表示之含有氟聚醚基之聚合物,具體可例示下述者。
(式中,p’、q’、r’、v’、w’、r1
、r2
與上述相同,各自之p’、q’、v’之合計為3~200,r1
+r2
之合計為2~199。且附有p’、q’之括弧內所示之各重複單位可無規鍵結。又(C2
F4
OC4
F8
O)表示(C2
F4
O)單位與(C4
F8
O)單位交替重複之構造)。
作為上述式(1)表示之含有氟聚醚基之聚合物之製造方法,較佳為使以下述通式(4)表示之於末端具有羰基之含有氟聚醚基之聚合物與具有β氫之有機金屬試藥反應之方法,
(式中,Rf、α與上述相同,Y為可脫離之1價基)。
上述式(4)中,Y為可脫離之1價基,可舉例為例如氫原子、鹵原子、羥基、烷氧基、胺基、烷胺基、硫醇基、烷硫基、醯基等。
作為上述式(4)表示之含有氟聚醚基之聚合物,具體可例示下述者。
(式中,p’、q’、r’、v’、w’、r1
、r2
與上述相同,各自之p’、q’、v’之合計為3~200,r1
+r2
之合計為2~199。且附有p’、q’之括弧內所示之各重複單位可無規鍵結。又(C2
F4
OC4
F8
O)表示(C2
F4
O)單位與(C4
F8
O)單位交替重複之構造)。
作為具有β氫之有機金屬試藥具體為於末端具有脂肪族不飽和雙鍵(烯烴部位)且具有β氫(亦即鍵結至金屬原子之β位的碳原子之氫原子)之有機金屬試藥,舉例為例如有機鋰試藥、格林納試藥、有機鋅試藥、有機硼試藥、有機錫試藥等,尤其基於容易處理之觀點,較佳使用格林納試藥、有機鋅試藥,更佳使用於末端具有脂肪族不飽和雙鍵且具有β氫之格林納試藥。
具有β氫之有機金屬試藥的使用量,相對於上述式(4)表示之含有氟聚醚基之聚合物的反應性末端基(可脫離之1價基)1當量,較佳使用2~5當量,更佳2.5~3.5當量,又更佳約3當量。
上述式(1)表示之含有氟聚醚基之聚合物之製造方法,在不損及本發明目的之範圍內,亦可添加上述試藥以外之試藥。
又上述式(1)表示之含有氟聚醚基之聚合物之製造方法中,可使用溶劑。此時所用之溶劑並未特別限定,但基於反應化合物為氟化合物之觀點,較佳使用氟系溶劑。作為氟系溶劑,舉例為1,3-雙三氟甲基苯、三氟甲基苯、由AGC公司銷售之全氟系溶劑(ASAHI CLEAN AC2000、ASAHI CLEAN AC6000)、由3M公司銷售之HFE系溶劑(NOVEC 7100:C4
F9
OCH3
,NOVEC7200:C4
F9
OC2
H5
,NOVEC7300:C2
F5
-CF(OCH3
)-CF(CF3
)2
等)、同樣由3M公司銷售之全氟系溶劑(PF5080、PF5070、PF5060等)等。氟系溶劑可單獨使用亦可混合使用。
且,作為溶劑,亦可使用上述氟系溶劑以外之有機溶劑。作為有機溶劑可使用四氫呋喃(THF)、單乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二噁烷等之醚系溶劑。有機溶劑可單獨使用亦可混合氟系溶劑使用。
溶劑之使用量,相對於上述式(4)表示之含有氟聚醚基之聚合物100質量份,可使用10~600質量份,較佳為50~400質量份,更佳為200~350質量份。
作為上述式(1)表示之含有氟聚醚基之聚合物之製造方法,係例如將下述通式(4)表示之含有氟聚醚基之聚合物,
(式中,Rf、α及Y與上述相同)
與作為親核劑(具有β氫之有機金屬試藥)之格林納試藥、作為溶劑之例如ASAHI CLEAN AC6000(AGC公司製)、THF混合,於0~80℃,較佳45~70℃,更佳約50℃,熟成1~12小時,較佳5~7小時。
接著,停止反應,藉由分液操作分離為水層與氟溶劑層。所得氟溶劑層進而以有機溶劑洗淨,藉由餾除溶劑,獲得上述式(1)表示之含有氟聚醚基之聚合物。
本發明之上述式(1)表示之含有氟聚醚基之聚合物具有反應性不同之2種構造,亦即官能基轉換容易之烯烴部位與反應性高的2級羥基,可藉由選擇反應條件而導入各種官能基。
此處,作為可導入之官能基,舉例為水解性矽烷基(例如烷氧基矽烷基等)、烷基、苯基、乙烯基、烯丙基、醯基、羧基、酯基、醯胺基、羥基、胺基、硫醇基、聚醚基、矽烷基、矽氧烷基、硫酯基、磷酸酯基、磷酸基等。
本發明之含有氟聚醚基之聚合物例如可使用作為表面處理劑,可適當地使用於基材或零件等例如汽車導航、行動電話、智慧型手機、數位相機、數位攝錄影機、PDA、可攜式影音播放器、車用音響、遊戲機、眼鏡鏡片、相機透鏡、透鏡濾光片、太陽眼鏡、胃鏡等之醫療用機器、影印機、PC、液晶顯示器、有機EL顯示器、電漿顯示器、觸控面板顯示器、保護膜、抗反射膜等之光學零件等之表面處理用途。
[實施例]
以下顯示實施例具體說明本發明,但本發明不限定於下述實施例。又,下述例中,數平均分子量係利用凝膠滲透層析儀(GPC)之聚苯乙烯換算值。
[實施例1]
於反應容器中,放入溴化3-丁烯鎂150ml(0.5M THF溶液:7.5×10-2
mol)並攪拌。接著,於反應容器內滴加下述式(A)表示之化合物100g (2.5×10-2
mol),
ASAHI CLEAN AC6000 200g、PF5060 100g之混合液後,於50℃加熱6小時。加熱結束後,冷卻至室溫,滴加鹽酸水溶液。藉由分液操作,回收下層的氟化合物層後,以丙酮洗淨。洗淨後之下層的氟化合物層再次回收,減壓下餾除殘存溶劑,獲得下述式(B)表示之含有氟聚醚基之聚合物95g(數平均分子量:約3,900)。
[實施例2]
於反應容器中,放入溴化3-丁烯鎂10.2ml(0.5M THF溶液:5.1×10-3
mol)並攪拌。接著,於反應容器內滴加下述式(C)表示之化合物10g(1.7×10-3
mol),
ASAHI CLEAN AC6000 20g、PF5060 10g之混合液後,於50℃加熱6小時。加熱結束後,冷卻至室溫,滴加鹽酸水溶液。藉由分液操作,回收下層的氟化合物層後,以丙酮洗淨。洗淨後之下層的氟化合物層再次回收,減壓下餾除殘存溶劑,獲得下述式(D)表示之含有氟聚醚基之聚合物9g(數平均分子量:約5,700)。
[實施例3]
於反應容器中,放入溴化3-丁烯鎂28.8ml(0.5M THF溶液:1.4×10-2
mol)並攪拌。接著,於反應容器內滴加下述式(E)表示之化合物10g(2.4×10-3
mol),
ASAHI CLEAN AC6000 20g、PF5060 10g之混合液後,於50℃加熱6小時。加熱結束後,冷卻至室溫,滴加鹽酸水溶液。藉由分液操作,回收下層的氟化合物層後,以丙酮洗淨。洗淨後之下層的氟化合物層再次回收,減壓下餾除殘存溶劑,獲得下述式(F)表示之含有氟聚醚基之聚合物9.4g(數平均分子量:約4,200)。
[實施例4]
於反應容器中,放入溴化3-丁烯鎂14.4ml(0.5M THF溶液:7.2×10-3
mol)並攪拌。接著,於反應容器內滴加下述式(G)表示之化合物10g(2.4×10-3
mol),
ASAHI CLEAN AC6000 20g、PF5060 10g之混合液後,於50℃加熱6小時。加熱結束後,冷卻至室溫,滴加鹽酸水溶液。藉由分液操作,回收下層的氟化合物層後,以丙酮洗淨。洗淨後之下層的氟化合物層再次回收,減壓下餾除殘存溶劑,獲得下述式(H)表示之含有氟聚醚基之聚合物8.9g(數平均分子量:約4,100)。
[實施例5]
於反應容器中,放入溴化5-己烯鎂14.4ml(0.5M THF溶液:7.2×10-3
mol)並攪拌。接著,於反應容器內滴加下述式(I)表示之化合物10g(2.4×10-3
mol),
ASAHI CLEAN AC6000 20g、PF5060 10g之混合液後,於50℃加熱6小時。加熱結束後,冷卻至室溫,滴加鹽酸水溶液。藉由分液操作,回收下層的氟化合物層後,以丙酮洗淨。洗淨後之下層的氟化合物層再次回收,減壓下餾除殘存溶劑,獲得下述式(J)表示之含有氟聚醚基之聚合物8.2g(數平均分子量:約4,200)。
如此,可於含有氟聚醚基之聚合物分別導入官能基轉換容易之末端烯烴部位與反應性高的2級羥基。本聚合物具有反應性不同之2種構造,而可藉由選擇反應條件導入各種官能基。
又,本發明不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示,凡具有與本發明之申請專利範圍記載之技術思想實質上相同構成,並發揮同樣作用效果者,均包含於本發明之技術範圍內。
Claims (8)
- 如請求項1至3中任一項之含有氟聚醚基之聚合物,其中前述式(1)中,X為碳數2~12之伸烷基,或碳數8~16之含伸芳基的伸烷基。
- 如請求項1至4中任一項之含有氟聚醚基之聚合物,其中以聚苯乙烯換算之數平均分子量為1,000~ 50,000。
- 如請求項6之含有氟聚醚基之聚合物之製造方法,其中具有β氫之有機金屬試藥為格林納(Grignard)試藥。
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