WO2009093565A1 - 末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法 - Google Patents

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WO2009093565A1
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vdf
vinylidene fluoride
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terminal
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Yuzo Komatsu
Haruhiko Mohri
Hirokazu Aoyama
Takanori Fukushima
Takuzo Aida
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Daikin Industries, Ltd.
The University Of Tokyo
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a terminal-treated vinylidene fluoride elastomer containing a group having a specific structure at one or both ends of a main chain.
  • Fluoropolymers are widely used in the automobile industry, semiconductor industry, chemical industry and the like because they exhibit excellent chemical resistance, solvent resistance and heat resistance.
  • fluorine-containing polymers in which a crosslinkable functional group is introduced at the end of the fluorine-containing polymer have been developed, and a method for easily and efficiently introducing a crosslinkable functional group is desired. ing.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-307026 discloses a functional fluorine-containing polymer material having a sulfonic acid group at the graft chain end in a fluorine-based polymer.
  • a resin containing 5 mol% of trifluorobromoethylene in polytetrafluoroethylene is used, and the amount of sulfonic acid groups introduced is about 0.5 meq / g. Therefore, since the reactivity is poor and a large number of functional end groups cannot be introduced, there is a disadvantage that conversion of Rf-X to sulfonic acid in the proposed method is not always easy.
  • Prog. Polymn. Sci. 1989, 14, 251-296. And JP-T-2002-514242 describe a polymerization method including starting with a persulfate such as ammonium persulfate or potassium persulfate. Thermally initiated free radical polymerization using reducing agents such as sodium sulfite and sodium hydrogen sulfite and persulfates is described to produce polymers having both carboxylic acid and sulfonic acid end groups. . According to this method, a polymer having the same functional group as a terminal group cannot be obtained, and therefore, the reactivity of the terminal group is different, making it difficult to use as a polymer intermediate.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a terminal-treated vinylidene fluoride elastomer containing a group having a sulfinic acid, a sulfinic acid derivative, a sulfonic acid, or a sulfonic acid derivative at one or both ends of the main chain.
  • the formula (1) at one end or both ends of the main chain, the formula (1): -CR 1 R 2 -CR 3 R 4 -X 1 (1) (Wherein R 1 to R 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a fluorine atom, and X 1 is a bromine atom or an iodine atom)
  • a sulfur compound represented by formula (3) is reacted at one or both ends of the main chain, -CR 1 R 2 -CR 3 R 4 -SO 2 M (m-1) + (3) (Wherein R 1 to R 4 are the same as those in formula (1), M is M 1 or a hydrogen atom, and m is the valence of M 1 )
  • the formula (3a) at one or both ends of the main chain —CR 1 R 2 —CR 3 R 4 —SO 2 H (3a) (Wherein R 1 to R 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a fluorine atom)
  • a fluorinating agent, a chlorinating agent or a brominating agent is reacted with a vinylidene fluoride elastomer having a terminal group represented by formula (4) at one or both ends of the main chain: -CR 1 R 2 -CR 3 R 4 -SO 2 X 2 (4)
  • R 1 to R 4 are the same as those in the above formula (3a), and X 2 is a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom
  • the formula (4) at one end or both ends of the main chain, the formula (4): -CR 1 R 2 -CR 3 R 4 -SO 2 X 2 (4) (Wherein R 1 to R 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a fluorine atom, and X 2 is a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom)
  • R 1 to R 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a fluorine atom, and X 2 is a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom
  • a vinylidene fluoride elastomer having a terminal group represented by formula (5) is reacted with water or an alkaline aqueous solution at one or both ends of the main chain.
  • the number average molecular weight is preferably 500 to 1,000,000.
  • the structure excluding both terminal groups of the vinylidene fluoride elastomer has the formula (6): (Wherein l is an integer from 7 to 15000, m is an integer from 1 to 4900, and n is an integer from 0 to 6500) It is preferable that it is shown by.
  • the vinylidene fluoride elastomer having a terminal group represented by the formula (1) at one or both ends of the main chain is preferably a vinylidene fluoride elastomer obtained by iodine transfer polymerization.
  • the formula (1) -CR 1 R 2 -CR 3 R 4 -X 1 (1)
  • R 1 to R 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a fluorine atom, and X 1 is a bromine atom or an iodine atom
  • the sulfur compound represented by formula (3) is reacted at one or both ends of the main chain, which is characterized by reacting with a sulfur compound represented by -CR 1 R 2 -CR 3 R 4 -SO 2 M (m-1) + (3) (Wherein R 1 to R 4 are the same as those in formula (1), M
  • VdF elastomer used in the production method of the first invention of the present invention is not particularly limited as long as it is a VdF elastomer having the above formula (1) at one or both ends of the main chain. Any elastomer containing vinylidene (VdF) units may be used.
  • the VdF elastomer one represented by the formula (8) is preferable.
  • the structural unit A 1 is a structural unit derived from VdF (a 1 )
  • the structural unit A 2 is a structural unit derived from the fluorine-containing ethylenic monomer (a 2 )
  • the structural unit B 1 is a single unit.
  • the structural unit A 1 45 ⁇ 85 mol%, preferably those containing structural units A 2 55 ⁇ 15 mol%, and more preferably a structural unit A 1 50 ⁇ 80 mol%, and the structural unit A 2 is 50 to 20 mol%.
  • the structural unit B 1 is preferably 0 to 10 mol% with respect to the total amount of the structural unit A 1 and the structural unit A 2 .
  • the fluorine-containing ethylenic monomer (a 2 ) one type or two or more types of monomers can be used.
  • TFE chlorotrifluoroethylene
  • CFE chlorotrifluoroethylene
  • HFP hexafluoropropylene
  • Fluorine-containing monomers such as trifluoropropylene, tetrafluoropropylene, pentafluoropropylene, trifluorobutene, tetrafluoroisobutene, perfluoro (alkyl vinyl ether) (PAVE), and vinyl fluoride can be mentioned.
  • TFE, HFP, and PAVE are preferable.
  • the monomer (b 1 ) may be any monomer as long as it can be copolymerized with the monomer (a 1 ) and the monomer (a 2 ).
  • ethylene, propylene, alkyl vinyl ether, etc. can give.
  • VdF-based elastomers examples include VdF-based fluororubber, TFE / propylene / VdF-based fluororubber, ethylene / HFP / VdF-based fluororubber, etc., each alone or without impairing the effects of the present invention. Any combination can be used within the range.
  • VdF elastomers include VdF fluoropolymers such as VdF-HFP rubber, VdF-HFP-TFE rubber, VdF-CTFE rubber, VdF-CTFE-TFE rubber, and the like. It is done.
  • VdF-HFP rubber and the VdF-HFP-TFE rubber include the formula (6): (Wherein l is an integer from 7 to 15000, m is an integer from 1 to 4900, n is preferably an integer from 0 to 6500, l is an integer from 8 to 12000, m is an integer from 1 to 4900, and n is from 0 to 6500 is an integer of 6500).
  • the radical polymerization initiator used for the production of the VdF elastomer may be the same as that conventionally used for the polymerization of the VdF elastomer.
  • These initiators include organic and inorganic peroxides and azo compounds.
  • Typical initiators include persulfates, carbonate peroxides, peroxide esters and the like, and a preferred initiator is ammonium persulfate (APS).
  • a wide range of emulsifiers can be used as the emulsion polymerization. From the viewpoint of suppressing the chain transfer reaction to the emulsifier molecule that occurs during the polymerization, the carboxylic acid having a fluorocarbon chain or a fluoropolyether chain is used. Salts are desirable.
  • the amount of the emulsifier used is preferably about 0.05 to 2% by weight of the added water, particularly preferably 0.2 to 1.5% by weight.
  • the monomer mixed gas used in the present invention has explosive properties as described in GHKalb et al., Advances in hem Chemistry Series., 129, 13 (1973). Therefore, it is necessary to devise the polymerization apparatus so as not to generate a spark or the like as an ignition source.
  • the polymerization pressure can be varied within a wide range. Generally, it is in the range of 0.5 to 7 MPa. The higher the polymerization pressure, the higher the polymerization rate. Therefore, from the viewpoint of improving productivity, the polymerization pressure is preferably 0.8 MPa or more.
  • the number average molecular weight of the VdF elastomer tends to make it difficult to form a three-dimensional network structure by cross-linking, and the structural unit of the monomer at the terminal of the VdF elastomer is not constant, thereby improving chemical stability.
  • Is preferably 500 or more, more preferably 1000 or more, and even more preferably 5000 or more.
  • the number average molecular weight of the VdF elastomer is preferably 1000000 or less, more preferably 300000 or less, from the viewpoint of good solubility in a solvent.
  • terminal group represented by the formula (1) examples include —CF 2 CH 2 I, —CF 2 CH 2 Br, —CH 2 CF 2 I, —CH 2 CF 2 Br, —CF 2 CF 2 I, -CF 2 CF 2 Br and the like.
  • a known iodine transfer polymerization method is particularly preferable because the molecular weight distribution of the obtained polymer is narrow and the molecular weight can be easily controlled. Further, according to the iodine transfer polymerization method, an iodine atom can be easily introduced into the terminal.
  • the monomer constituting the VdF-based elastomer in the presence of an iodine compound and / or a bromine compound, preferably a diiodine compound and / or a dibromine compound, substantially in the absence of oxygen, the monomer constituting the VdF-based elastomer and, if necessary, examples thereof include a method of performing emulsion polymerization or solution polymerization in an aqueous medium in the presence of a radical initiator while stirring a monomer that gives a crosslinking site under pressure.
  • iodine compound or bromine compound to be used include, for example, formula (7): R 7 I x Br y (7) (Wherein x and y are each an integer of 0 to 2 and satisfy 1 ⁇ x + y ⁇ 2, and R 7 is a saturated or unsaturated fluorohydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms or chlorofluoro A hydrocarbon group or a hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms which may contain an oxygen atom).
  • An iodine atom or a bromine atom is introduced into the terminal of the VdF elastomer obtained using such an iodine compound or bromine compound (for example, JP-A-53-125491 and JP-A-63-30409). reference).
  • the amount of the iodine compound or bromine compound represented by formula (7) may be in the range of 0.0001 to 15% by weight based on the total weight of the obtained VdF elastomer.
  • chain transfer agent alkali or alkaline earth metal iodine compounds and / or bromine compounds described in JP-A-3-52907 can be used.
  • chain transfer agents containing iodine and / or bromine chain transfer agents known in the prior art such as ethyl acetate and diethyl malonate can also be used.
  • the sulfur compound used in the sulfination reaction in the first invention the formula (2): (M 1 ) n H 2-n S 2 O 4 (2) (Wherein M 1 is a monovalent to divalent metal ion or ammonium ion, and n is an integer of 0 to 2) Of these, dithionite is preferred.
  • Examples of the monovalent to divalent metal ions of M 1 include alkali metal ions such as Li + , Na + and K + , alkaline earth metal ions such as Mg 2+ and Ca 2+ , Zn 2+ and NH 4 +. Etc.
  • Specific compounds represented by the formula (2) include Na 2 S 2 O 4 , K 2 S 2 O 4 , Li 2 S 2 O 4 , NaHS 2 O 4 , KHS 2 O 4 , LiHS 2 O 4 and the like.
  • Monovalent metal salts of: divalent metal salts such as ZnS 2 O 4 , MgS 2 O 4 and CaS 2 O 4 ; ammonium such as (NH 4 ) 2 S 2 O 4 and (NH 4 ) HS 2 O 4 Examples include salt.
  • the compounding amount of the sulfur compound is 1 equivalent or more with respect to one terminal group of the VdF elastomer in consideration of the inhibition of reactivity due to the steric hindrance or adjacent group effect of the elastomer and the decrease in diffusion of the sulfur compound. Preferably, 5 equivalents or more are more preferable. Moreover, the compounding amount of the sulfur compound is such that a large amount of low molecular weight sulfur compound derived from the used sulfur compound does not remain in the obtained VdF elastomer reaction product. 500 equivalents or less is preferable, 100 equivalents or less is more preferable, and 30 equivalents or less is more preferable.
  • the reaction temperature may be ⁇ 50 ° C. or higher, more preferably ⁇ 20 ° C. or higher.
  • the de-SO 2 side reaction of the terminal group obtained at higher temperatures proceeds, it is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower.
  • reaction time in a sulfination reaction suitably with the kind of terminal group, and reaction temperature.
  • the reaction in the shortest possible time is desirable because the de-SO 2 conversion of the end group, which is a side reaction, progresses over a long period of time. Specifically, it is preferably performed in the range of 0.5 to 24 hours.
  • dimethyl sulfoxide DMSO
  • sulfolane dimethyl sulfone
  • dimethyl sulfate diethyl sulfate
  • acetonitrile acetone
  • 2-methyl-2-propanol ethyl acetate
  • 4-methylpentan-2-one acetone 2-butanone
  • nitromethane dichloropentafluoropropane (HCFC-225), 1,1-dichlorofluoroethane (HCFC-141b), 1,1,2-trichlorotrifluoroethane (CFC-113), tetrachlorohexafluoro Butane, dichlorooctafluorobutane, pentachloropentafluorohexane, dibromotetrafluoroethane, perfluorohexane, hexafluoro-2-propanol, trifluoroethanol, 2,
  • an additive may be further blended for the purpose of suppressing the side reaction deSO 2 .
  • Additives include chlorotrimethylsilane, bromotrimethylsilane, benzylchlorodimethylsilane, t-butyldimethylchlorosilane, t-butyldiphenylchlorosilane, chlorodimethylphenylsilane, di-t-butyldichlorosilane, dichlorodimethylsilane, diphenylmethylchlorosilane Methyltrichlorosilane, tetrachlorosilane, trichlorosilane, trichlorovinylsilane, triisopropylchlorosilane, triethylchlorosilane, triphenylchlorosilane, trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate, and the like. These additives can also be expected to
  • M of —SO 2 M in formula (3) is M 1 (monovalent to divalent metal ion or ammonium ion), it can be easily brought into contact with water by —SO 2 H (formula (3a)) Is converted to
  • a high yield (70%) is obtained by a polymer reaction using a VdF elastomer having a terminal represented by the formula (1) at one or both ends of the main chain as a starting material.
  • a VdF elastomer having one end or both ends of the main chain of the VdF elastomer can be sulfinated and having the end group represented by the formula (3) at one end or both ends of the main chain is produced. Can do.
  • the second invention in the present invention is represented by the formula (3a) at one end or both ends of the main chain: —CR 1 R 2 —CR 3 R 4 —SO 2 H (3a) (Wherein R 1 to R 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a fluorine atom)
  • a fluorinating agent, a chlorinating agent, or a brominating agent (hereinafter sometimes referred to as “halogenating agent”) is reacted with the VdF elastomer having a terminal group represented by (hereinafter referred to as “halogenation reaction”).
  • the formula (4) -CR 1 R 2 -CR 3 R 4 -SO 2 X 2 (4) (Wherein R 1 to R 4 are the same as those in the above formula (3a), and X 2 is a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom)
  • R 1 to R 4 are the same as those in the above formula (3a)
  • X 2 is a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom
  • the sulfinic acid end group represented by the formula (3a) can be easily obtained, for example, by allowing water to act on a VdF elastomer having the end group represented by the formula (3) at one or both ends of the main chain.
  • halogenating agent used in the halogenation reaction examples include fluorinating agents such as F 2 and IF 5 ; chlorinating agents such as Cl 2 , ICl, CuCl 2 , FeCl 3 , N-chlorosuccinimide, and SO 2 Cl 2 ; Br 2 , BroCl, IBr, CuBr 2 , FeBr 3 , N-bromosuccinimide, SO 2 Br 2 and the like.
  • fluorinating agents such as F 2 and IF 5
  • chlorinating agents such as Cl 2 , ICl, CuCl 2 , FeCl 3 , N-chlorosuccinimide, and SO 2 Cl 2
  • Br 2 BroCl, IBr, CuBr 2 , FeBr 3 , N-bromosuccinimide, SO 2 Br 2 and the like.
  • Cl 2 , Br 2 , CuCl 2 , FeCl 3 , and SO 2 Cl 2 are preferable.
  • the blending amount of the halogenating agent is 1 equivalent or more with respect to one end group of the VdF elastomer from the viewpoint that the reactivity due to the steric hindrance or adjacent group effect of the elastomer does not occur and the diffusion of the halogenating agent does not decrease. Is preferably 5 equivalents or more. Since the halogenating agent having a boiling point can be easily removed by evaporation under normal pressure or reduced pressure, the compounding amount can be used in a large excess.
  • the halogenating agent is a metal halide
  • a removal step of the metal compound such as filtration under anhydrous conditions is required, so the compounding amount is 500 equivalents with respect to one terminal group of the VdF elastomer. Or less, more preferably 100 equivalents or less, and even more preferably 30 equivalents or less.
  • the reaction temperature in the halogenation reaction may be appropriately selected depending on the type of halogenating agent and the type of terminal group.
  • the reaction temperature is preferably ⁇ 30 ° C. to 150 ° C.
  • the reaction time in the halogenation reaction is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the type of halogenating agent and the type of terminal group.
  • Any solvent can be used as a solvent in the halogenation reaction as long as it is stable with respect to the halogenating agent, and may be appropriately selected depending on the type of elastomer.
  • acetonitrile, acetic acid, trifluoroacetic acid formic acid, oxalic acid, dichloromethane, carbon tetrachloride, benzonitrile, nitromethane, nitrobenzenedichloropentafluoropropane (HCFC-225), 1,1-dichlorofluoroethane ( HCFC-141b), 1,1,2-trichlorotrifluoroethane (CFC-113), tetrachlorohexafluorobutane, dichlorooctafluorobutane, pentachloropentafluorohexane, dibromotetrafluoroethane, perfluorohexane, perfluorodecalin Perfluoro (2-but
  • terminal group represented by the formula (4) examples include —CF 2 CH 2 SO 2 Cl, —CF 2 CH 2 SO 2 Br, —CH 2 CF 2 SO 2 Cl, —CH 2 CF 2 SO 2 Br, —CF 2 CF 2 SO 2 Cl, and —CF 2 CF 2 SO 2 Br are preferred.
  • the formula (4) at one end or both ends of the main chain, the formula (4): -CR 1 R 2 -CR 3 R 4 -SO 2 X 2 (4) (Wherein R 1 to R 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a fluorine atom, and X 2 is a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom)
  • R 1 to R 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a fluorine atom, and X 2 is a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom
  • the VdF elastomer having a terminal group represented by the formula (5) is reacted with water or an alkaline aqueous solution (hereinafter sometimes referred to as “hydrolysis reaction”).
  • a VdF elastomer having an end group represented by formula (4) at one or both ends of the main chain can be produced by the second invention.
  • M 2 is a hydrogen atom, an alkali metal ion or an ammonium ion.
  • alkali metal ion or ammonium ion include Na + , K + , Li + , N (R 10 ) 4 + , wherein R 10 is Among them, Na + , Li + , K + , NH 4 + , (C 4 H 9 ) 4 N + , (CH 3 ) 4 N + and (C 2 H 5 ) 4 N + are preferred.
  • the hydrolysis reaction can be performed in the presence of water only when X 2 in formula (4) is a chlorine atom or a bromine atom.
  • An acid such as hydrochloric acid may be used as a catalyst.
  • the hydrolysis reaction can also be performed using an alkaline aqueous solution (also called a so-called neutralization reaction).
  • This method can be applied to any case where X 2 in the formula (4) is a chlorine atom, a bromine atom or a fluorine atom, but is particularly effective when it is a fluorine atom.
  • alkaline compound examples include NaOH, LiOH, KOH, NR 10 4 OH (R 10 may be the same or different, and are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms), NaHCO 3 , LiHCO 3 , KHCO 3 , Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , K 2 CO 3 and the like can be mentioned, but since they are available at a low price, NaOH, LiOH, KOH, NH 4 OH, (C 4 H 9) 4 NOH, (CH 3) 4 NOH, (C 2 H 5) 4 NOH, NaHCO 3, LiHCO 3, KHCO 3, Na 2 CO 3, Li 2 CO 3, K 2 CO 3 are preferred.
  • the concentration of the alkaline aqueous solution may be appropriately selected depending on the strength of the basicity. However, since the use of a high concentration alkaline aqueous solution causes dehydrofluorination of the VdF chain of the VdF elastomer, it is carried out at a concentration of 4M or less. Is preferred.
  • the reaction temperature in the hydrolysis reaction, the type of X 2, kinds of the alkaline aqueous solution may be properly selected depending on the concentration.
  • the reaction is preferably performed in a temperature range of 150 ° C. from the freezing point of the solvent.
  • the reaction time in the hydrolysis reaction is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on whether or not an acid catalyst is used, the type and concentration of an alkaline aqueous solution, the type of terminal group, the reaction temperature, and the like.
  • Solvents in the hydrolysis reaction include tetrahydrofuran, t-butyl methyl ether, diethyl ether, dioxane, dimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene.
  • Glycol dimethyl ether methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, cyclohexanol, ethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol Monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl Ether, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether acetate, 4-methylpentan-2-one, acetone, 2-butanone, 2-pentanone, 2-hexanone, 2 -Heptanone, cyclohexanone, methylaminoketone, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone
  • the end-treated VdF elastomer obtained by the first to third inventions of the present invention can improve adhesiveness with other materials and filler dispersibility. Further, by converting the terminal sulfonic acid derivative in the VdF-based elastomer into a reactive substituent, it can be further converted into a liquid rubber, a thermoplastic elastomer, a block copolymer, or the like.
  • Production Example 1 (Production of VdF elastomer having —CF 2 CH 2 I at the end) Pure water (1500 g) and 20 wt% aqueous solution of ammonium perfluorooctanoate (22 g) were supplied to the 3.0 L autoclave. The inside of the system was replaced with nitrogen gas, and the pressure was reduced. Then, the internal temperature was set to 80 ° C., HFP was supplied to an internal pressure of 0.73 MPa, and VdF was supplied to 1.5 MPa.
  • the emulsion was coagulated with an aqueous aluminum sulfate solution and then washed with warm water to obtain a VdF elastomer having —CH 2 CF 2 I at the end.
  • the number average molecular weight of the molecular weight in terms of polystyrene as measured by GPC was 19700. Further, in the analysis of 1 H-NMR with a heavy acetone solvent, a signal derived from the terminal structure —CF 2 C H 2 I was observed at 3.95 to 3.82 ppm.
  • Example 1 (Production of VdF-based elastomer having —SO 2 H at its end)
  • reaction solution was poured into water, and ethyl acetate was added for liquid separation (aqueous phase pH 5).
  • the organic layer was separated and washed with saturated aqueous NaCl (50 mL). After drying with MgSO 4 , the solvent was distilled off under reduced pressure.
  • the number average molecular weight of the obtained VdF elastomer was 19700. Further, in the analysis of 1 H-NMR with a heavy acetone solvent, a signal derived from the terminal structure —CF 2 C H 2 SO 2 H was observed at 3.47 to 3.60 ppm. The conversion rate of the main chain end determined from the height of the main signal was about 90%. In the analysis of 13 C-NMR, is not observed signal terminal structure -CF 2 C H 2 I of -3.2Ppm, is a signal derived from the end structure of -CF 2 C H 2 SO 2 H in 59.8ppm Observed.
  • Example 2 (Production of VdF elastomer having —SO 2 H at the end)
  • a signal derived from the terminal structure —CF 2 C H 2 SO 2 H was observed at 3.47 to 3.60 ppm, and the terminal structure —CF 2 C H 3 A signal of 1.80 ppm derived from was observed.
  • About 70% of the main chain ends were obtained with —CF 2 CH 2 SO 2 H, and 25% of the main chain ends were —CF 2 CH 3 .
  • Example 3 (Production of VdF-based elastomer having —SO 2 Cl at the end) Acetonitrile (10 mL) and then acetic acid (100 ⁇ L) were placed in a 50 mL flask containing a VdF / HFP copolymer (0.94 g, 48 ⁇ mol) having —CF 2 CH 2 SO 2 H at the end synthesized in Example 1. Then, CuCl 2 (175 mg, 1.30 mmol) was added and reacted at room temperature for 6 hours under argon.
  • reaction solution was filtered through celite, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a VdF / HFP copolymer (0.92 g) having —CF 2 CH 2 SO 2 Cl at the end.
  • Example 4 (Production of VdF elastomer having —SO 3 H at the end)
  • reaction solution was poured into water, and ethyl acetate was added for liquid separation.
  • the organic layer was separated and washed with saturated aqueous NaCl (50 mL). After drying with MgSO 4 , the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a VdF / HFP copolymer having —CF 2 CH 2 SO 2 H at the end.
  • 13 C-NMR a signal derived from the end structure of -CF 2 C H 2 SO 2 H of 59.8ppm was not observed, the end structure -CF 2 C H 2 SO 3 H to 50.2ppm Signal was observed.
  • VdF / HFP copolymer reaction solution having —CF 2 CH 2 SO 2 Cl at the end was collected, ethanol (1.0 mL) was added, and sulfonic acid ethyl ester was analyzed by 1 H-NMR. The terminal structure was quantified. Signals derived from ethyl ester were observed at 4.42 to 4.48 ppm and 1.36 to 1.41 ppm. The conversion rate at the end of the main chain was 92%. The number average molecular weight of the obtained VdF elastomer was 19,800.
  • Example 5 (Production of VdF elastomer having —SO 3 H at the end)
  • reaction solution was poured into water, and ethyl acetate was added for liquid separation.
  • organic layer was separated and washed with saturated aqueous NaCl (50 mL). After drying with MgSO 4 , the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a VdF / HFP copolymer having —CF 2 CH 2 SO 2 H at about 80% of the ends of the main chain.
  • reaction solution was poured into water, and ethyl acetate was added for liquid separation.
  • organic layer was separated and washed with saturated aqueous NaCl (50 mL). After drying with MgSO 4 , the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a VdF oligomer having —CH 2 CF 2 SO 2 H at about 90% of the ends of the main chain.
  • VdF oligomer (0.80 g, 0.67 mmol) was charged with acetonitrile (10 mL) and then acetic acid (100 ⁇ L), and then CuCl 2 (175 mg, 1.30 mmol) was added under argon. The mixture was reacted at room temperature for 6 hours to obtain a VdF / HFP copolymer having —CH 2 CF 2 SO 2 Cl at the terminal.
  • Example 7 (Production of VdF-based elastomer having —SO 3 Na at the end) The procedure up to the synthesis of the VdF / HFP copolymer having —CF 2 CH 2 SO 2 Cl at the end of Example 4 was carried out in the same manner.
  • the reaction mixture was poured into 0.5N—Na 2 CO 3 aqueous solution (50 mL) and stirred at room temperature for 1 hour.
  • the precipitated VdF elastomer was dissolved in acetone and reprecipitated from water. After collecting the elastomer, it was again dissolved in acetone and reprecipitated from hexane. It was dried at 60 ° C. under reduced pressure to obtain a VdF / HFP copolymer (0.94 g) having —CF 2 CH 2 SO 3 Na at about 90% of the ends of the main chain.
  • the signal derived from the terminal structure —CF 2 C H 2 SO 3 H could not overlap with the peak derived from the main chain —C H 2 — of the VdF elastomer, but the terminal structure No signal derived from -CF 2 CH 2 SO 3 H was detected.
  • 13 C-NMR a signal derived from the end structure of -CF 2 C H 2 SO 3 Na in 50.7ppm was observed.
  • the number average molecular weight of the obtained VdF elastomer was 19,900.
  • Example 8 (Production of VdF elastomer having —SO 2 Cl at the end using sulfuryl chloride) Acetonitrile (10 mL) was put into a 50 mL flask containing a VdF / HFP copolymer (0.90 g, 46 ⁇ mol) having —CF 2 CH 2 SO 2 H at the terminal synthesized in Example 1, and then sulfuryl chloride (100 ⁇ L) was added. , 1.23 mmol) and allowed to react at room temperature under argon for 6 hours.
  • Example 9 (Production of VdF-based elastomer having —SO 3 H at the end using sulfuryl chloride)
  • reaction solution was poured into water, and ethyl acetate was added for liquid separation.
  • the organic layer was separated and washed with saturated aqueous NaCl (50 mL). After drying with MgSO 4 , the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a VdF / HFP copolymer having —CF 2 CH 2 SO 2 H at the end.
  • VdF / HFP copolymer reaction solution having —CF 2 CH 2 SO 2 Cl at the end was collected, ethanol (1.0 mL) was added, and sulfonic acid ethyl ester was analyzed by 1 H-NMR. The terminal structure was quantified. Signals derived from ethyl ester were observed at 4.42 to 4.48 ppm and 1.36 to 1.41 ppm. The conversion rate at the end of the main chain was 61%. The number average molecular weight of the obtained VdF elastomer was 19,800.
  • Example 10 (Production of VdF-based elastomer having —SO 3 H at the end using bromine)
  • reaction solution was poured into water, and ethyl acetate was added for liquid separation.
  • the organic layer was separated and washed with saturated aqueous NaCl (50 mL). After drying with MgSO 4 , the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a VdF / HFP copolymer having —CF 2 CH 2 SO 2 H at the end.
  • the signal derived from the terminal structure —CF 2 C H 2 SO 3 H could not overlap with the peak derived from the main chain —C H 2 — of the VdF elastomer, but the terminal structure A signal derived from —CF 2 CH 2 SO 3 H was observed at 9.73 ppm.
  • the number average molecular weight of the obtained VdF elastomer was 19,800.
  • Example 11 (Production of VdF-based elastomer having —SO 3 H at the end)
  • reaction solution was poured into water, and ethyl acetate was added for liquid separation.
  • the organic layer was separated and washed with saturated aqueous NaCl (50 mL). After drying with MgSO 4 , the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a VdF / HFP copolymer having —CF 2 CH 2 SO 2 H at the end.
  • reaction solution was concentrated under reduced pressure, poured into 1N-HCl (50 mL), and ethyl acetate was added for liquid separation. The organic layer was separated and washed with saturated aqueous NaCl (50 mL). After drying with MgSO 4 , the solvent was distilled off under reduced pressure, dissolved in acetone, and reprecipitated from hexane. After collecting the elastomer, it was dried at 60 ° C. under reduced pressure to obtain a VdF / HFP copolymer (0.81 g) having —CF 2 CH 2 SO 3 H at about 80% of the ends of the main chain.
  • the signal derived from the terminal structure —CF 2 C H 2 SO 3 H could not overlap with the peak derived from the main chain —C H 2 — of the VdF elastomer, but the terminal structure A signal derived from —CF 2 CH 2 SO 3 H was observed at 9.67 ppm. Also from the analysis of 13 C-NMR, a signal derived from the end structure of -CF 2 C H 2 SO 2 H of 59.8ppm was not observed, the end structure -CF 2 C H 2 SO 3 H to 50.2ppm Signal was observed.
  • one or both ends of the main chain can be converted to sulfinic acid ends with high yield.
  • the obtained sulfinic acid terminal can be converted into a sulfonyl halide or a sulfonic acid in a high yield by a polymer reaction.
  • the vinylidene fluoride elastomer having a specific group obtained by the production method of the present invention can be expected to improve adhesiveness and filler dispersibility.
  • the vinylidene fluoride-based elastomer having a specific group obtained by the production method of the present invention can be converted into a liquid rubber, a thermoplastic elastomer, a block copolymer and the like, and is useful as a polymer intermediate.

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Abstract

 本発明は、主鎖の片末端または両末端にスルフィン酸、スルフィン酸誘導体、スルホン酸、スルホン酸誘導体を有する基を含むフッ化ビニリデン系エラストマーに変換する製造方法であって、主鎖の片末端または両末端に式:-CR1R2-CR3R4-X1(式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子であり、X1は臭素原子またはヨウ素原子である)で示される末端基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーに、式:(M1)nH2-nS2O4(式中、M1は1価~2価の金属イオンまたはアンモニウムイオンであり、nは0~2の整数である)で示される硫黄化合物を反応させることを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式:-CR1R2-CR3R4-SO2H(式中、R1~R4は前記と同じである)で示される主鎖の片末端または両末端基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法を提供する。

Description

末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法
 本発明は、主鎖の片末端または両末端に特定の構造を有する基を含む末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法に関する。
 含フッ素ポリマーは、優れた耐薬品性、耐溶剤性および耐熱性を示すことから、自動車工業、半導体工業、化学工業などにおいて広く使用されている。
 しかし、技術の進歩に伴い要求される特性はさらに厳しくなり、航空宇宙分野や半導体製造装置分野、化学プラント分野、自動車工業などの様々な分野において、より優れた耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性、加工性が求められている。
 これらの種々の特性を強化するために、含フッ素ポリマーの末端に架橋性官能基などが導入された含フッ素ポリマーが開発されており、架橋性官能基を簡単に効率良く導入する方法が望まれている。
 例えば、特開2005-307026号公報には、フッ素系高分子における、グラフト鎖末端にスルホン酸基を有する機能性含フッ素高分子材料が開示されている。その含フッ素高分子材料では、ポリテトラフルオロエチレン中にトリフルオロブロモエチレンを5モル%含む樹脂を用いており、スルホン酸基の導入量が0.5meq/g程度となっている。そのため、反応性が悪く、官能性末端基を多く導入できないことから、提案されている方法におけるRf-Xのスルホン酸への転換は必ずしも容易ではないという欠点を有している。
 また、Prog.Polymn.Sci.,1989,14,251-296.と特表2002-514242号公報には、過硫酸アンモニウムまたは過硫酸カリウムなどの過硫酸塩により開始することを含む重合法について記載されている。亜硫酸ナトリウムおよび亜硫酸水素ナトリウムなどの還元剤と過硫酸塩を用いて熱的に開始される遊離基重合では、カルボン酸末端基とスルホン酸末端基を同時に有するポリマーが生成されると記載されている。この方法による場合、末端基として同一の官能基を有するポリマーは得られず、したがって、末端基の反応性が異なるため、ポリマー中間体としての利用が困難になっている。
 さらに、低分子化合物においても、スルフィン酸基を導入することについて、特表平11-509244号公報およびTetrahedron Lett.,1998,39,8487-8490.に記載されている。これらの反応は塩基性物質の存在下、加熱条件で行われている。しかしこの条件下では、フッ化ビニリデンポリマー鎖からのフッ素原子の脱離が起こるため、フッ化ビニリデン系ポリマーの高分子反応には適用することができない。
 本発明は、主鎖の片末端または両末端にスルフィン酸、スルフィン酸誘導体、スルホン酸、スルホン酸誘導体を有する基を含む末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーを製造する方法を提供することを目的とする。
 本発明における第1の発明は、主鎖の片末端または両末端に式(1):
-CR12-CR34-X1    (1)
(式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子であり、X1は臭素原子またはヨウ素原子である)
で示される末端基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーに、式(2): 
(M1n2-n24       (2)
(式中、M1は1価~2価の金属イオンまたはアンモニウムイオンであり、nは0~2の整数である)
で示される硫黄化合物を反応させることを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式(3):
-CR12-CR34-SO2(m-1)+    (3)
(式中、R1~R4は前記式(1)と同じであり、MはM1または水素原子であり、mはM1の価数である)
で示される末端基を有する末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法に関する。
 本発明における第2の発明は、主鎖の片末端または両末端に式(3a):
-CR12-CR34-SO2H   (3a)
(式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子である)
で示される末端基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーに、フッ素化剤、塩素化剤または臭素化剤を反応させることを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式(4):
-CR12-CR34-SO22    (4)
(式中、R1~R4は前記式(3a)と同じであり、X2はフッ素原子、塩素原子または臭素原子である)
で示される末端基を有する末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法に関する。
 本発明における第3の発明は、主鎖の片末端または両末端に式(4):
-CR12-CR34-SO22  (4)
(式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子であり、X2はフッ素原子、塩素原子または臭素原子である)
で示される末端基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーに、水またはアルカリ性水溶液を反応させることを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式(5):
-CR12-CR34-SO32    (5)
(式中、R1~R4は前記式(4)と同じであり、M2はH、アルカリ金属イオンまたはアンモニウムイオンである)
で示される末端基を有する末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法に関する。
 数平均分子量が500~1000000であることが好ましい。
 フッ化ビニリデン系エラストマーの両末端基を除く構造が、式(6):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式中、lは7~15000の整数、mは1~4900の整数、nは0~6500の整数である)
で示されることが好ましい。
 式(1)で示される末端基を主鎖の片末端または両末端に有するフッ化ビニリデン系エラストマーが、ヨウ素移動重合で得られたフッ化ビニリデン系エラストマーであることが好ましい。
 本発明における第1の発明は、主鎖の片末端または両末端に式(1):
-CR12-CR34-X1    (1)
(式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子であり、X1は臭素原子またはヨウ素原子である)
で示される末端基を有するフッ化ビニリデン(以下、VdFともいう)系エラストマーに、式(2): 
(M1n2-n24       (2)
(式中、M1は1価~2価の金属イオンまたはアンモニウムイオンであり、nは0~2の整数である)
で示される硫黄化合物を反応させる(以下、「スルフィン化反応」ということもある)ことを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式(3):
-CR12-CR34-SO2(m-1)+    (3)
(式中、R1~R4は前記式(1)と同じであり、MはM1または水素原子であり、mはM1の価数である)
で示される末端基を有する末端処理されたVdF系エラストマーの製造方法に関する。
 本発明の第1の発明の製造方法で用いるVdF系エラストマーとしては、主鎖の片末端または両末端に前記式(1)を有するVdF系エラストマーであれば特に限定されるものではなく、フッ化ビニリデン(VdF)単位を含むエラストマーであればよい。
 VdF系エラストマーとしては、式(8)で示されるものが好ましい。
-(A1)-(A2)-(B1)-              (8)
(式中、構造単位A1はVdF(a1)由来の構造単位であり、構造単位A2は含フッ素エチレン性単量体(a2)由来の構造単位であり、構造単位B1は単量体(a1)および単量体(a2)と共重合可能な単量体(b1)由来の繰り返し単位である)
 一般式(8)で示されるVdF系エラストマーの中でも、構造単位A1を45~85モル%、構造単位A2を55~15モル%含むものが好ましく、より好ましくは構造単位A1を50~80モル%、構造単位A2を50~20モル%である。構造単位B1は、構造単位A1と構造単位A2の合計量に対して、0~10モル%であることが好ましい。
 含フッ素エチレン性単量体(a2)としては、1種または2種以上の単量体が利用でき、例えばTFE、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、トリフルオロプロピレン、テトラフルオロプロピレン、ペンタフルオロプロピレン、トリフルオロブテン、テトラフルオロイソブテン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)、フッ化ビニルなどの含フッ素単量体があげられるが、これらのなかでも、TFE、HFP、PAVEが好ましい。
 単量体(b1)としては、単量体(a1)および単量体(a2)と共重合可能なものであれば、いかなるものでもよいが、例えばエチレン、プロピレン、アルキルビニルエーテルなどがあげられる。
 このようなVdF系エラストマーとしては、VdF系フッ素ゴム、TFE/プロピレン/VdF系フッ素ゴム、エチレン/HFP/VdF系フッ素ゴムなどがあげられ、これらをそれぞれ単独で、または本発明の効果を損なわない範囲で任意に組み合わせて用いることができる。
 なかでも好適なVdF系エラストマーとしては、具体的には、VdF-HFP系ゴム、VdF-HFP-TFE系ゴム、VdF-CTFE系ゴム、VdF-CTFE-TFE系ゴムなどのVdF系フッ素ゴムがあげられる。前記VdF-HFP系ゴム、VdF-HFP-TFE系ゴムの具体例としては、式(6):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(式中、lは7~15000の整数、mは1~4900の整数、nは0~6500の整数が好ましく、lは8~12000の整数、mは1~4900の整数、nは0~6500の整数である)で示される構造があげられる。
 VdF系エラストマーの製造に使用するラジカル重合開始剤は、従来からVdF系エラストマーの重合に使用されているものと同じものであってよい。これらの開始剤には有機および無機の過酸化物ならびにアゾ化合物がある。典型的な開始剤として過硫酸塩類、過酸化カーボネート類、過酸化エステル類などがあり、好ましい開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)があげられる。
 乳化重合に使用される乳化剤としては、広範囲なものが使用可能であるが、重合中におこる乳化剤分子への連鎖移動反応を抑制する観点から、フルオロカーボン鎖、またはフルオロポリエーテル鎖を有するカルボン酸の塩類が望ましい。乳化剤の使用量は、添加された水の約0.05~2重量%が好ましく、とくに0.2~1.5重量%が好ましい。
 本発明で使用するモノマー混合ガスは、カルブ(G.H.Kalb)ら、アドヴァンシーズ・イン・ケミストリー・シリーズ(Advances in Chemistry Series.),129,13(1973)に記載されるように、爆発性を有するので、重合装置には着火源となるスパークなどが発生しないように工夫する必要がある。
 重合圧力は、広い範囲で変化させることができる。一般には、0.5~7MPaの範囲である。重合圧力は、高い程重合速度が大きくなるため、生産性の向上の観点から、0.8MPa以上であることが好ましい。
 VdF系エラストマーの数平均分子量は、架橋による3次元網目構造の形成が困難となる傾向があり、また、VdF系エラストマーの末端にあるモノマーの構造単位が一定にならず、それにより化学的安定性が変化することから、500以上が好ましく、1000以上がより好ましく、5000以上がさらに好ましい。また、VdF系エラストマーの数平均分子量は、溶剤に対する溶解性が良好であるという点から、1000000以下が好ましく、300000以下がさらに好ましい。
 式(1)で示される末端基の具体例としては、-CF2CH2I、-CF2CH2Br、-CH2CF2I、-CH2CF2Br、-CF2CF2I、-CF2CF2Brなどがあげられる。
 式(1)で示される末端基を有するVdF系エラストマーの製造方法としては、得られる重合体の分子量分布が狭く、分子量の制御が容易である点から、公知のヨウ素移動重合法が特に好ましい。また、ヨウ素移動重合法によれば、末端にヨウ素原子を容易に導入することができる。
 例えば、実質的に無酸素下で、ヨウ素化合物および/または臭素化合物、好ましくはジヨウ素化合物および/またはジ臭素化合物の存在下に、前記のVdF系エラストマーを構成する単量体と、要すれば架橋部位を与える単量体を加圧下で撹拌しながらラジカル開始剤の存在下、水媒体中での乳化重合あるいは溶液重合を行う方法があげられる。
 使用するヨウ素化合物または臭素化合物の代表例としては、例えば、式(7):
7xBry                       (7)
(式中、xおよびyはそれぞれ0~2の整数であり、かつ1≦x+y≦2を満たすものであり、R7は炭素数1~8の飽和もしくは不飽和のフルオロ炭化水素基またはクロロフルオロ炭化水素基、または炭素数1~3の炭化水素基であり、酸素原子を含んでいてもよい)で示される化合物などをあげることができる。このようなヨウ素化合物または臭素化合物を用いて得られるVdF系エラストマーの末端には、ヨウ素原子または臭素原子が導入される(例えば、特開昭53-125491号公報および特開昭63-304009号公報参照)。
 式(7)で表されるヨウ素化合物または臭素化合物の添加量としては、得られるVdF系エラストマーの全重量の0.0001~15重量%の範囲であればよい。
 また、連鎖移動剤として、特開平3-52907号公報に記載のアルカリまたはアルカリ土類金属のヨウ素化合物および/または臭素化合物を使用できる。ヨウ素および/または臭素を含む連鎖移動剤と共に、酢酸エチル、マロン酸ジエチルのような従来技術で公知の連鎖移動剤も使用できる。
 第1の発明におけるスルフィン化反応で用いる硫黄化合物としては、式(2): 
(M1n2-n24       (2)
(式中、M1は1価~2価の金属イオンまたはアンモニウムイオンであり、nは0~2の整数である)
で示される亜二チオン酸塩が好ましくあげられる。
 M1の1価~2価の金属イオンとしては、Li+、Na+、K+などのアルカリ金属イオン、Mg2+、Ca2+などのアルカリ土類金属イオン、Zn2+、NH4 +などがあげられる。
 式(2)で示される具体的な化合物としては、Na224、K224、Li224、NaHS24、KHS24、LiHS24などの1価の金属塩;ZnS24、MgS24、CaS24などの2価の金属塩;(NH4224、(NH4)HS24などのアンモニウム塩などあげられる。
 硫黄化合物の配合量は、エラストマーの立体障害や隣接基効果などによる反応性の阻害や、硫黄化合物の拡散の低下を考慮して、VdF系エラストマーの1つの末端基に対して、1当量以上が好ましく、5当量以上がより好ましい。また、硫黄化合物の配合量は、得られるVdF系エラストマー反応生成物中に、使用した硫黄化合物に由来する低分子量の硫黄化合物を多量に残存させないために、VdF系エラストマーの1つの末端基に対して、500当量以下が好ましく、100当量以下がより好ましく、30当量以下がさらに好ましい。
 スルフィン化反応は低温においても反応の進行が遅くならないので、反応温度としては-50℃以上であればよく、-20℃以上がより好ましい。また、高温になると得られる末端基の脱SO2化副反応が進行するので、150℃以下が好ましく、100℃以下がさらに好ましい。
 スルフィン化反応における反応時間は、末端基の種類、反応温度によって適宜選定すればよい。長時間を掛けると副反応である末端基の脱SO2化が進行するため、できるだけ短い時間での反応が望ましい。具体的には0.5~24時間の範囲で行うのが好ましい。
 スルフィン化反応における溶媒としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホラン、ジメチルスルホン、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、アセトニトリル、アセトン、2-メチル-2-プロパノール、酢酸エチル、4-メチルペンタン-2-オン、アセトン、2-ブタノン、ニトロメタン、ジクロロペンタフルオロプロパン(HCFC-225)、1,1-ジクロロフルオロエタン(HCFC-141b)、1,1,2-トリクロロトリフルオロエタン(CFC-113)、テトラクロロヘキサフルオロブタン、ジクロロオクタフルオロブタン、ペンタクロロペンタフルオロヘキサン、ジブロモテトラフルオロエタン、パーフルオロヘキサン、ヘキサフルオロ-2-プロパノール、トリフルオロエタノール、2,2,3,3-テトラフルオロプロパノールなどがあげられる。また、これらの有機溶媒と水との混合溶媒であってもよい。
 スルフィン化反応において、さらに、副反応の脱SO2化を抑える目的で添加剤を配合してもよい。添加剤としては、クロロトリメチルシラン、ブロモトリメチルシラン、ベンジルクロロジメチルシラン、t-ブチルジメチルクロロシラン、t-ブチルジフェニルクロロシラン、クロロジメチルフェニルシラン、ジ-t-ブチルジクロロシラン、ジクロロジメチルシラン、ジフェニルメチルクロロシラン、メチルトリクロロシラン、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、トリクロロビニルシラン、トリイソプロピルクロロシラン、トリエチルクロロシラン、トリフェニルクロロシラン、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルシリルなどがあげられる。これらの添加剤には、さらにpH制御、活性末端の保護などの効果も期待できる。
 また、式(3)の-SO2MのMがM1(1価~2価の金属イオンまたはアンモニウムイオン)の場合、水と接触することにより容易に-SO2H(式(3a))に変換される。
 第1の発明の製造方法によれば、主鎖の片末端または両末端に前記式(1)で示される末端を有するVdF系エラストマーを出発物質として、高分子反応により、高収率(70%以上)でVdF系エラストマーの主鎖の片末端または両末端をスルフィン化することができ、式(3)で示される末端基を主鎖の片末端または両末端に有するVdF系エラストマーを製造することができる。
 また、本発明における第2の発明は、主鎖の片末端または両末端に式(3a):
-CR12-CR34-SO2H   (3a)
(式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子である)
で示される末端基を有するVdF系エラストマーに、フッ素化剤、塩素化剤または臭素化剤(以下、これらを合わせて「ハロゲン化剤」ということもある)を反応させる(以下、「ハロゲン化反応」ということもある)ことを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式(4):
-CR12-CR34-SO22    (4)
(式中、R1~R4は前記式(3a)と同じであり、X2はフッ素原子、塩素原子または臭素原子である)
で示される末端基を有する末端処理されたVdF系エラストマーの製造方法に関する。
 式(3a)で示されるスルフィン酸末端基は、例えば、式(3)で示される末端基を主鎖の片末端または両末端に有するVdF系エラストマーに水を作用させることにより容易に得られる。
 ハロゲン化反応に用いるハロゲン化剤としては、F2、IF5などのフッ素化剤;Cl2、ICl、CuCl2、FeCl3、N-クロロコハク酸イミド、SO2Cl2などの塩素化剤;Br2、BrCl、IBr、CuBr2、FeBr3、N-ブロモコハク酸イミド、SO2Br2などの臭素化剤があげられるが、これらの中で、反応性、取り扱いの容易さ、コスト面などの点から、Cl2、Br2、CuCl2、FeCl3、SO2Cl2が好ましい。
 ハロゲン化剤の配合量は、エラストマーの立体障害や隣接基効果などによる反応性、ハロゲン化剤の拡散の低下が生じないという点から、VdF系エラストマーの1つの末端基に対して、1当量以上が好ましく、5当量以上がさらに好ましい。沸点を有するハロゲン化剤は、常圧または減圧下で蒸発させることにより、容易に除去できるので、配合量を大過剰用いることも可能である。一方、ハロゲン化剤が金属ハロゲン化物である場合、無水条件下でのろ過などの金属化合物の除去工程が必要となることから、配合量はVdF系エラストマーの1つの末端基に対して、500当量以下が好ましく、100当量以下がより好ましく、30当量以下がさらに好ましい。
 ハロゲン化反応における反応温度は、ハロゲン化剤の種類、末端基の種類によって適宜選定すればよい。好ましくは、ポリマー鎖や末端基の熱分解反応を抑制するため、分解温度以下で、可能な限り低温で実施するのが好ましい。例えば、反応温度は-30℃~150℃とすることが好ましい。
 ハロゲン化反応における反応時間は、特に限定されず、ハロゲン化剤の種類、末端基の種類によって適宜選定すればよい。
 ハロゲン化反応における溶媒としては、ハロゲン化剤に対して安定な溶媒であれば、いずれも利用可能であり、エラストマーの種類によって適宜選定すればよい。具体的には、例えば、アセトニトリル、酢酸、トリフルオロ酢酸、蟻酸、シュウ酸、ジクロロメタン、四塩化炭素、ベンゾニトリル、ニトロメタン、ニトロベンゼンジクロロペンタフルオロプロパン(HCFC-225)、1,1-ジクロロフルオロエタン(HCFC-141b)、1,1,2-トリクロロトリフルオロエタン(CFC-113)、テトラクロロヘキサフルオロブタン、ジクロロオクタフルオロブタン、ペンタクロロペンタフルオロヘキサン、ジブロモテトラフルオロエタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロデカリン、パーフルオロ(2-ブチルテトラヒドロフラン)、パーフルオロトリブチルアミン、ヘキサフルオロ-2-プロパノール、トリフルオロエタノール、2,2,3,3-テトラフルオロプロパノールなどがあげられる。また、これらの溶媒の混合溶媒であってもよい。
 前記式(4)で示される末端基としては、具体的には-CF2CH2SO2Cl、-CF2CH2SO2Br、-CH2CF2SO2Cl、-CH2CF2SO2Br、-CF2CF2SO2Cl、-CF2CF2SO2Brが好ましい。
 本発明における第3の発明は、主鎖の片末端または両末端に式(4):
-CR12-CR34-SO22  (4)
(式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子であり、X2はフッ素原子、塩素原子または臭素原子である)
で示される末端基を有するVdF系エラストマーに、水またはアルカリ性水溶液を反応させる(以下、「加水分解反応」ということもある)ことを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式(5):
-CR12-CR34-SO32   (5)
(式中、R1~R4は前記式(4)と同じであり、M2はH、アルカリ金属イオンまたはアンモニウムイオンである)
で示される末端基を有する末端処理されたVdF系エラストマーの製造方法に関する。
 式(4)で示される末端基を主鎖の片末端または両末端に有するVdF系エラストマーは、第2の発明で製造できる。
 M2は、水素原子、アルカリ金属イオンまたはアンモニウムイオンであり、アルカリ金属イオンまたはアンモニウムイオンとしては、Na+、K+、Li+、N(R104 +、(式中、R10は、水素原子または炭素数が1~10のアルキル基である)があげられるが、これらの中で、Na+、Li+、K+、NH4 +、(C494+、(CH34+、(C254+が好ましい。
 加水分解反応は、式(4)中のX2が塩素原子または臭素原子である場合は、水の存在のみで反応させることができる。なお、塩酸などの酸を触媒として用いてもよい。さらに第2の発明において、水の共存下でハロゲン化反応を行うことにより、式(4)で示される末端基を主鎖の片末端または両末端に有するVdF系エラストマーを単離することなく、ハロゲン化反応から加水分解反応を連続して行い、式(5)で示される末端基(M2=H)を主鎖の片末端または両末端に有するVdF系エラストマーを製造することも可能である。
 また、加水分解反応をアルカリ性水溶液を用いて行うこともできる(いわゆる中和反応ともいえる)。この方法は、式(4)中のX2が塩素原子、臭素原子またはフッ素原子である場合のいずれについても適用できるが、フッ素原子である場合には特に有効である。
 アルカリ性化合物としては、具体的には、NaOH、LiOH、KOH、NR10 4OH(R10は同じであっても異なっていてもよく、水素原子または炭素数1~10のアルキル基である)、NaHCO3、LiHCO3、KHCO3、Na2CO3、Li2CO3、K2CO3などがあげられるが、安価に入手可能ということから、NaOH、LiOH、KOH、NH4OH、(C494NOH、(CH34NOH、(C254NOH、NaHCO3、LiHCO3、KHCO3、Na2CO3、Li2CO3、K2CO3が好ましい。
 アルカリ性水溶液の配合量は、アルカリ性化合物の塩基性の強さによって適宜選択すればよく、例えば、VdF系エラストマーの1つの末端基に対して1当量以上を用いることが好ましい。
 また、アルカリ性水溶液の濃度は、塩基性の強さによって適宜選択すればよいが、高濃度のアルカリ性水溶液の使用はVdF系エラストマーのVdF鎖の脱フッ酸を引き起こすので、4M以下の濃度で実施するのが好ましい。
 加水分解反応における反応温度としては、X2の種類、アルカリ性水溶液の種類、濃度によって適宜選定すればよい。ポリマー鎖や末端基の分解反応を抑制するため、分解温度以下で、可能な限り低温で実施するのが好ましい。具体的には、反応は溶媒の凝固点から150℃の温度範囲で行うことが好ましい。
 加水分解反応における反応時間は、特に限定されず、酸触媒の使用の有無、アルカリ性水溶液の種類、濃度、末端基の種類、反応温度などによって適宜選定すればよい。
 加水分解反応における溶媒としては、テトラヒドロフラン、t-ブチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジオキサン、ジメトキシメタン、1,2-ジメトキシエタン、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、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、2-メチル-2-プロパノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、4-メチルペンタン-2-オン、アセトン、2-ブタノン、2-ペンタノン、2-ヘキサノン、2-ヘプタノン、シクロヘキサノン、メチルアミノケトン、アセトニトリル、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ジクロロメタン、1,2-ジクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタン、四塩化炭素、ジクロロペンタフルオロプロパン(CFC-225)、1,1-ジクロロフルオロエタン(HCFC-141b)、1,1,2-トリクロロトリフルオロエタン(CFC-113)、テトラクロロヘキサフルオロブタン、ジクロロオクタフルオロブタン、ペンタクロロペンタフルオロヘキサン、ジブロモテトラフルオロエタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロデカリン、パーフルオロ(2-ブチルテトラヒドロフラン)、パーフルオロトリブチルアミン、ヘキサフルオロ-2-プロパノール、トリフルオロエタノール、2,2,3,3-テトラフルオロプロパノールがあげられる。また、アルカリ水溶液と二層でも反応させることができる。
 本発明の第1~3の発明により得られる末端処理を行ったVdF系エラストマーは、他材との接着性やフィラーの分散性を向上することができる。また、VdF系エラストマーにおける末端のスルホン酸誘導体を反応性置換基に変換することにより、さらに、液状ゴム、熱可塑性エラストマー、ブロック共重合体などへの転換が可能である。
 つぎに実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
 本発明で使用した各種の分析、測定は以下の方法で行った。
(1)NMR:JEOL社製(NM-Excalibur 500)
1H-NMR測定条件:500MHz(テトラメチルシラン=0ppm)
19F-NMR測定条件:500MHz(トリクロロフルオロメタン=0ppm)
13C-NMR:125MHz(テトラメチルシラン=0ppm)
(2)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC):
数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、東ソー(株)製のGPC HLC-8020を用い、Shodex社製のカラム(GPC KF-801を1本、GPC KF-802を1本、GPC KF-806Mを2本直列に接続)を使用し、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を流速1ml/分で流して測定したデータよりポリスチレン換算して算出する。なお、このGPC測定でのポリスチレン換算の分子量の測定誤差は約±300である。
製造例1(末端に-CF2CH2Iを有するVdF系エラストマーの製造)
 3.0Lオートクレーブに、純水(1500g)、20重量%のパーフルオロオクタン酸アンモニウム水溶液(22g)を供給した。系内を窒素ガスで置換し、減圧状態にした後、内温を80℃にし、HFPを内圧が0.73MPaまで、さらにVdFを1.5MPaまで供給した。その後、攪拌下、1,4-ジヨードオクタフルオロブタン(12.6g,27.8mmol)、水(8g)に溶解させた過硫酸アンモニウム(APS)(40mg)を加え、重合を開始させた。重合圧力を1.5MPaとし、VdF/HFP混合モノマー(VdF/HFP=78/22,417g)を連続的に供給した。途中、重合開始後2時間後にAPS(66mg)4時間後にAPS(80mg)、7時間後にAPS(96mg)を水(8g)に溶解させた水溶液を系内に仕込んだ。反応時間は10時間であった。得られた乳濁液の重量は1900g、エラストマー濃度が20重量%であった。
 この乳濁液を硫酸アルミニウム水溶液で凝析した後、温水により洗浄し、末端に-CH2CF2Iを有するVdF系エラストマーを得た。得られたVdF系エラストマーの共重合組成比は19F-NMRで測定によりVdF/HFP=78/22(モル%)であった。GPC測定でのポリスチレン換算の分子量は、数平均分子量が19700であった。また、重アセトン溶媒での1H-NMRの分析において、3.95~3.82ppmに末端構造-CF2 2 Iに由来するシグナルが観察された。また13C-NMRの分析において、-3.2ppmに末端構造-CF2 2Iに由来するシグナルが観測された。これらの分析から、VdF系エラストマーの主鎖末端の約90%が-CF2CH2Iであった。
実施例1(末端に-SO2Hを有するVdF系エラストマーの製造)
 製造例1の末端に-CF2CH2Iを有するVdF/HFP共重合体(Mn=19700,1.00g,51μmol)を20mLフラスコに入れ、ジメチルスルホキシド(10mL)を加え、6時間撹拌して溶解させた。その後、反応系にクロロトリメチルシラン(25μL,195μmol)を添加し、次いで、Na224(226mg,1.30mmol)を加え、アルゴン下、室温で1時間撹拌した。反応液を水にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた(水相pH5)。有機層を分離し、飽和NaCl水(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。
 得られたVdF系エラストマーの数平均分子量は、19700であった。また、重アセトン溶媒での1H-NMRの分析において、3.47~3.60ppmに末端構造-CF2 2 SO2Hに由来するシグナルが観察された。主シグナルの高さから求めた主鎖末端の変換率は、約90%であった。また13C-NMRの分析において、-3.2ppmの末端構造-CF2 2Iのシグナルが観測されず、59.8ppmに末端構造-CF2 2SO2Hに由来するシグナルが観測された。
 また、末端構造-CF2CH2SO2Hが主鎖の末端にどのように(片末端か両末端か)結合しているかを客観的な数値割合で示すことは困難であるが、主鎖末端の50%を超えると両末端に末端構造-CF2CH2SO2Hが結合しているVdF系エラストマーが存在することは明らかである。なお、50%以下であっても両末端に末端構造-CF2CH2SO2Hが結合しているVdF系エラストマーが存在する場合もある。
実施例2(末端に-SO2Hを有するVdF系エラストマーの製造)
 実施例1で、クロロトリメチルシランを添加せず、製造例1のVdF/HFP共重合体(Mn=19700,1.00g,51μmol)、Na224(226mg,1.30mmol)、ジメチルスルホキシド(10mL)を用い反応を行った。重アセトン溶媒での1H-NMRの分析において、3.47~3.60ppmに末端構造-CF2 2 SO2Hに由来するシグナルが観察され、また、末端構造-CF2 3 に由来する1.80ppmのシグナルが観察された。主鎖末端の約70%が-CF2CH2SO2Hで得られ、主鎖末端の25%が-CF2CH3であった。
参考例1(H(CF26CH2I→H(CF26CH2SO2H)
 Na224(260mg,3.0mmol)を20mLフラスコに入れアルゴン置換した。水(5.0mL)を入れ、その後、H(CF26CH2I(442mg,1.0mmol)をアセトニトリル(5.0mL)を用い滴下した。70℃で10時間撹拌した後、反応物に3N-HClを加え分液し、エーテルで抽出し、飽和NaHCO3水溶液を用い水層に抽出した後、再び、塩酸で酸性にして、エーテル層に抽出し精製した。溶媒留去後、減圧下乾燥し、H(CF26CH2SO2H(359mg,0.94mmol)を得た。
 19F-NMR(CD3COCD3):δ-108.8(2F),-120.6(2F),-121.9(2F),-122.2(2F),-128.5(2F),-137.3(2F)ppm
 1H-NMR(CD3COCD3):δ3.66(2H,t),6.79(1H,tt),9.15(1H,br)ppm
 また13C-NMRの分析において、末端構造-CF2 2SO2Hに由来する60.0ppmのシグナルが観測された。
実施例3(末端に-SO2Clを有するVdF系エラストマーの製造)
 実施例1で合成した末端に-CF2CH2SO2Hを有するVdF/HFP共重合体(0.94g,48μmol)が入った50mLフラスコにアセトニトリル(10mL)、次いで酢酸(100μL)を入れた後、CuCl2(175mg,1.30mmol)を添加して、アルゴン下、室温で6時間反応させた。
 反応液をセライトを通して濾過した後、減圧下で溶媒を留去して、末端に-CF2CH2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体(0.92g)を得た。
 重アセトン溶媒での1H-NMRの分析において、5.25~5.38ppmに末端構造-CF2 2 SO2Clに由来するシグナルが観察された。また、末端構造-CF2CH2SO3 に由来するシグナルが、10.3ppmに観測された。主鎖末端の65%が-CF2CH2SO2Clで得られ、約30%が空気中や後処理工程で用いた溶媒、反応系内に存在する微量の水分により-CF2CH2SO3Hに加水分解された形で得られた。
実施例4(末端に-SO3Hを有するVdF系エラストマーの製造)
 製造例1で合成した末端に-CF2CH2Iを有するVdF/HFP共重合体(Mn=19700,1.00g,51μmol)を20mLフラスコに入れ、ジメチルスルホキシド(10mL)を加え、6時間撹拌して溶解させた。その後、反応系にクロロトリメチルシラン(25μL,195μmol)を添加し、次いで、Na224(226mg,1.3mmol)を加え、アルゴン下、室温で1時間撹拌した。反応液を水にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去して、末端に-CF2CH2SO2Hを有するVdF/HFP共重合体を得た。
 合成したVdF/HFP共重合体(0.90g)が入った50mLフラスコにアセトニトリル(10mL)、次いで酢酸(100μL)を入れた後、CuCl2(175mg,1.30mmol)を添加して、アルゴン下、室温で6時間反応させ、末端に-CF2CH2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体とした。
 その後、反応系に直接、水(5.0mL)を加え、さらに室温で8時間撹拌した。その後、減圧下で反応液を濃縮し、1N-HCl(50mL)にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去、アセトンに溶解させ、ヘキサンから再沈させた。エラストマーを採取した後、減圧下60℃で乾燥して、末端に-CF2CH2SO3Hを有するVdF/HFP共重合体(0.81g)を得た。
 1H-NMRの分析において、末端構造-CF2 2 SO3Hに由来するシグナルは、VdF系エラストマーの主鎖-CH2-に由来するピークと重なり同定できなかったが、末端構造-CF2CH2SO3 に由来するシグナルは、9.67ppmに観測された。また13C-NMRの分析において、59.8ppmの末端構造-CF2 2SO2Hに由来するシグナルは観測されず、50.2ppmに末端構造-CF2 2SO3Hに由来するシグナルが観測された。
 末端に-CF2CH2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体反応液の一部を採取し、エタノール(1.0mL)を加え、スルホン酸エチルエステルとして、1H-NMRの分析において、末端構造を定量した。エチルエステル由来のシグナルが4.42~4.48ppmと1.36~1.41ppmに観測された。主鎖末端の変換率は、92%であった。得られたVdF系エラストマーの数平均分子量は、19800であった。
実施例5(末端に-SO3Hを有するVdF系エラストマーの製造)
 末端に-CF2CH2Iを有するVdF/HFP共重合体(Mn=103000,1.00g,9.7μmol)を20mLフラスコに入れ、ジメチルスルホキシド(10mL)を加え、6時間撹拌して溶解させた。その後、反応系にクロロトリメチルシラン(25μL,195μmol)を添加し、次いで、Na224(226mg,1.3mmol)を加え、アルゴン下、室温で1時間撹拌した。反応液を水にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去して、主鎖末端の約80%に-CF2CH2SO2Hを有するVdF/HFP共重合体を得た。
 合成したVdF/HFP共重合体(0.72g,7.0μmol)が入った50mLフラスコにアセトニトリル(10mL)、次いで酢酸(100μL)を入れた後、CuCl2(175mg,1.30mmol)を添加して、アルゴン下、室温で6時間反応させ、末端に-CF2CH2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体とした。
 その後、反応系に直接、水(5.0mL)を加え、さらに室温で8時間撹拌した。その後、減圧下で反応液を濃縮し、1N-HCl(50mL)にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去、アセトンに溶解させ、ヘキサンから再沈させた。エラストマーを採取した後、減圧下60℃で乾燥して、主鎖末端の約60%に-CF2CH2SO3Hを有するVdF/HFP共重合体(0.70g)を得た。
 1H-NMRの分析において、末端構造-CF2 2 SO3Hに由来するシグナルは、VdF系エラストマーの主鎖-C 2 -に由来するピークと重なり同定できなかったが、末端構造-CF2CH2SO3 に由来するシグナルは、9.88ppmに観測された。また13C-NMRの分析において、50.3ppmに末端構造-CF2 2SO3Hに由来するシグナルが観測された。
実施例6(末端に-SO3Hを有するVdF系エラストマーの製造)
 末端に-CH2CF2Iを有するVdF/HFP共重合体(CH2CF2I末端81モル%含有,Mn=1500,1.00g,0.68mmol)を20mLフラスコに入れ、ジメチルスルホキシド(10mL)を加え、1時間撹拌して溶解させた。その後、反応系にクロロトリメチルシラン(300μL,2.4mmol)を添加し、次いで、Na224(1.74g,10mmol)を加え、アルゴン下、室温で1時間撹拌した。反応液を水にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去して、主鎖末端の約90%に-CH2CF2SO2Hを有するVdFオリゴマーを得た。
 合成したVdFオリゴマー(0.80g,0.67mmol)が入った50mLフラスコにアセトニトリル(10mL)、次いで酢酸(100μL)を入れた後、CuCl2(175mg,1.30mmol)を添加して、アルゴン下、室温で6時間反応させ、末端に-CH2CF2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体とした。
 その後、反応系に直接、水(5.0mL)を加え、さらに室温で8時間撹拌した。その後、減圧下で反応液を濃縮し、1N-HCl(50mL)にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去、アセトンに溶解させ、ヘキサンから再沈させた。エラストマーを採取した後、減圧下60℃で乾燥して、主鎖末端の約90%に-CH2CF2SO3Hを有するVdF/HFP共重合体(0.95g)を得た。
 19F-NMRの分析において、-47.5ppmに末端構造-CH2 2 SO3Hに由来するシグナルが観測され、末端構造-C 2 Iの-37.8ppmと異なることを確認した。VdF系エラストマーの数平均分子量は、1400であった。
参考例2(H(CF26CH2SO2H→H(CF26CH2SO3H)
 H(CF26CH2SO2H(1.00g,2.63mmol)を 100mLフラスコに入れ、空気下、酢酸(20mL)に溶解させた。反応系を氷浴に漬け、水(1.0mL)を加えた後、臭素(1.1g,6.84mmol)を添加し、室温で12時間撹拌した。反応後、系内を減圧にし、溶媒および臭素を除去した後、反応物を真空下、60℃で12時間乾燥させ、H(CF26CH2SO3H(1.04g,2.63mmol)を得た。
 19F-NMR(CD3COCD3):δ-113.3(2F),-120.7(2F),-122.3(4F),-128.6(2F),-137.4(2F)ppm
 1H-NMR(CD3COCD3):δ3.58(2H,t),6.83(1H,t)ppm
 また13C-NMRの分析において、50.2ppmに末端構造-CF2 2SO3Hに由来するシグナルが観測された。
実施例7(末端に-SO3Naを有するVdF系エラストマーの製造)
 実施例4の末端に-CF2CH2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体の合成までを同様にして行った。すなわち、製造例1で合成した末端に-CF2CH2Iを有するVdF/HFP共重合体(Mn=19700,1.00g,51μmol)、クロロトリメチルシラン(25μL,195μmol)、Na224(226mg,1.3mmol)をジメチルスルホキシド(10mL)中で反応させた後、CuCl2(175mg,1.30mmol)とアセトニトリル(10mL)/酢酸(100μL)中で反応させ、末端に-CF2CH2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体を合成した。
 反応液を、0.5N-Na2CO3水溶液(50mL)にあけ、室温で1時間撹拌した。析出したVdF系エラストマーをアセトンに溶解し、水から再沈させた。エラストマーを採取した後、再度、アセトンに溶解し、ヘキサンから再沈させた。減圧下60℃で乾燥して、主鎖末端の約90%に-CF2CH2SO3Naを有するVdF/HFP共重合体(0.94g)を得た。
 1H-NMRの分析において、末端構造-CF2 2 SO3Hに由来するシグナルは、VdF系エラストマーの主鎖-C 2 -に由来するピークと重なり同定できなかったが、末端構造-CF2CH2SO3 に由来するシグナルも検出されなかった。また13C-NMRの分析において、50.7ppmに末端構造-CF2 2SO3Naに由来するシグナルが観測された。得られたVdF系エラストマーの数平均分子量は、19900であった。
実施例8(塩化スルフリルを使用した末端に-SO2Clを有するVdF系エラストマーの製造)
 実施例1で合成した末端に-CF2CH2SO2Hを有するVdF/HFP共重合体(0.90g,46μmol)が入った50mLフラスコにアセトニトリル(10mL)を入れた後、塩化スルフリル(100μL,1.23mmol)を添加して、アルゴン下、室温で6時間反応させた。
 反応液を減圧下で溶媒を留去して、末端に-CF2CH2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体(0.90g)を得た。
 重アセトン溶媒での1H-NMRの分析において、5.25~5.38ppmに末端構造-CF2 2 SO2Clに由来するシグナルが観察された。また、末端構造-CF2CH2SO3 に由来するシグナルが、10.3ppmに観測された。主鎖末端の70%が-CF2CH2SO2Clで得られ、約10%が空気中や後処理工程で用いた溶媒、反応系内に存在する微量の水分により-CF2CH2SO3Hに加水分解された形で得られた。
実施例9(塩化スルフリルを使用した末端に-SO3Hを有するVdF系エラストマーの製造)
 製造例1で合成した末端に-CF2CH2Iを有するVdF/HFP共重合体(Mn=19700,1.00g,51μmol)を20mLフラスコに入れ、ジメチルスルホキシド(10mL)を加え、6時間撹拌して溶解させた。その後、反応系にクロロトリメチルシラン(25μL,195μmol)を添加し、次いで、Na224(226mg,1.3mmol)を加え、アルゴン下、室温で1時間撹拌した。反応液を水にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去して、末端に-CF2CH2SO2Hを有するVdF/HFP共重合体を得た。
 前項で合成したVdF/HFP共重合体(0.90g)が入った50mLフラスコにアセトニトリル(10mL)を入れた後、塩化スルフリル(100μL,1.23mmol)を添加して、アルゴン下、室温で6時間反応させ、末端に-CF2CH2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体とした。
 その後、反応系に直接、水(5.0mL)を加え、さらに室温で8時間撹拌した。その後、減圧下で反応液を濃縮し、1N-HCl(50mL)にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去、アセトンに溶解させ、ヘキサンから再沈させた。エラストマーを採取した後、減圧下60℃で乾燥して、末端に-CF2CH2SO3Hを有するVdF/HFP共重合体(0.73g)を得た。
 1H-NMRの分析において、末端構造-CF2 2 SO3Hに由来するシグナルは、VdF系エラストマーの主鎖-C 2 -に由来するピークと重なり同定できなかったが、末端構造-CF2CH2SO3 に由来するシグナルは、9.65ppmに観測された。また13C-NMRの分析において、59.8ppmの末端構造-CF2 2SO2Hのシグナルが観測されず、50.1ppmに末端構造-CF2 2SO3Hに由来するシグナルが観測された。
 末端に-CF2CH2SO2Clを有するVdF/HFP共重合体反応液の一部を採取し、エタノール(1.0mL)を加え、スルホン酸エチルエステルとして、1H-NMRの分析において、末端構造を定量した。エチルエステル由来のシグナルが4.42~4.48ppmと1.36~1.41ppmに観測された。主鎖末端の変換率は、61%であった。得られたVdF系エラストマーの数平均分子量は、19800であった。
実施例10(臭素を使用した末端に-SO3Hを有するVdF系エラストマーの製造)
 製造例1で合成した末端に-CF2CH2Iを有するVdF/HFP共重合体(Mn=19700,1.00g,51μmol)を20mLフラスコに入れ、ジメチルスルホキシド(10mL)を加え、6時間撹拌して溶解させた。その後、反応系にクロロトリメチルシラン(25μL,195μmol)を添加し、次いで、Na224(226mg,1.3mmol)を加え、アルゴン下、室温で1時間撹拌した。反応液を水にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去して、末端に-CF2CH2SO2Hを有するVdF/HFP共重合体を得た。
 前項で合成したVdF/HFP共重合体(0.90g)が入った50mLフラスコにアセトニトリル(10mL)を入れた後、臭素(400mg,2.50mmol)を添加して、アルゴン下、室温で6時間反応させ、末端に-CF2CH2SO2Brを有するVdF/HFP共重合体とした。
 その後、反応系に直接、水(5.0mL)を加え、さらに室温で8時間撹拌した。その後、減圧下で反応液を濃縮し、1N-HCl(50mL)にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去、アセトンに溶解させ、ヘキサンから再沈させた。エラストマーを採取した後、減圧下60℃で乾燥して、主鎖末端の約80%に-CF2CH2SO3Hを有するVdF/HFP共重合体(0.89g)を得た。
 1H-NMRの分析において、末端構造-CF2 2 SO3Hに由来するシグナルは、VdF系エラストマーの主鎖-C 2 -に由来するピークと重なり同定できなかったが、末端構造-CF2CH2SO3 に由来するシグナルは、9.73ppmに観測された。得られたVdF系エラストマーの数平均分子量は、19800であった。
実施例11(末端に-SO3Hを有するVdF系エラストマーの製造)
 製造例1で合成した末端に-CF2CH2Iを有するVdF/HFP共重合体(Mn=19700,1.00g,51μmol)を20mLフラスコに入れ、ジメチルスルホキシド(10mL)を加え、6時間撹拌して溶解させた。その後、反応系にクロロトリメチルシラン(25μL,195μmol)を添加し、次いで、Na224(226mg,1.3mmol)を加え、アルゴン下、室温で1時間撹拌した。反応液を水にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去して、末端に-CF2CH2SO2Hを有するVdF/HFP共重合体を得た。
 合成した末端に-CF2CH2SO2Hを有するVdF/HFP共重合体(0.90g)が入った50mLフラスコにアセトニトリル(10mL)と水(1mL)を入れた後、臭素(400mg,2.50mmol)を添加し、アルゴン下、室温で6時間反応させ、末端に-CF2CH2SO3Hを有するVdF/HFP共重合体に変換した。
 その後、減圧下で反応液を濃縮し、1N-HCl(50mL)にあけ、酢酸エチルを加えて分液させた。有機層を分離し、飽和NaCl水溶液(50mL)で洗浄した。MgSO4で乾燥後、減圧下で溶媒を留去、アセトンに溶解させ、ヘキサンから再沈させた。エラストマーを採取した後、減圧下60℃で乾燥して、主鎖末端の約80%に-CF2CH2SO3Hを有するVdF/HFP共重合体(0.81g)を得た。
 1H-NMRの分析において、末端構造-CF2 2 SO3Hに由来するシグナルは、VdF系エラストマーの主鎖-C 2 -に由来するピークと重なり同定できなかったが、末端構造-CF2CH2SO3 に由来するシグナルは、9.67ppmに観測された。また13C-NMRの分析において、59.8ppmの末端構造-CF2 2SO2Hに由来するシグナルは観測されず、50.2ppmに末端構造-CF2 2SO3Hに由来するシグナルが観測された。
 本発明の製造方法によれば、主鎖の片末端または両末端を高収率でスルフィン酸末端に変換することができる。また、得られたスルフィン酸末端をさらに高分子反応によって、ハロゲン化スルホニルやスルホン酸に高収率で変換することができる。
 また、本発明の製造方法により得られる特定の基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーは、接着性やフィラー分散性の向上が期待できる。
 さらに、本発明の製造方法により得られる特定の基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーは、液状ゴム、熱可塑性エラストマー、ブロック共重合体などへの転換が可能となり、ポリマー中間体として有用である。

Claims (6)

  1.  主鎖の片末端または両末端に式(1):
    -CR12-CR34-X1    (1)
    (式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子であり、X1は臭素原子またはヨウ素原子である)
    で示される末端基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーに、式(2): 
    (M1n2-n24       (2)
    (式中、M1は1価~2価の金属イオンまたはアンモニウムイオンであり、nは0~2の整数である)
    で示される硫黄化合物を反応させることを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式(3):
    -CR12-CR34-SO2(m-1)+    (3)
    (式中、R1~R4は前記式(1)と同じであり、MはM1または水素原子であり、mはM1の価数である)
    で示される末端基を有する末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法。
  2.  主鎖の片末端または両末端に式(3a):
    -CR12-CR34-SO2H   (3a)
    (式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子である)
    で示される末端基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーに、フッ素化剤、塩素化剤または臭素化剤を反応させることを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式(4):
    -CR12-CR34-SO22    (4)
    (式中、R1~R4は前記式(3a)と同じであり、X2はフッ素原子、塩素原子または臭素原子である)
    で示される末端基を有する末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法。
  3.  主鎖の片末端または両末端に式(4):
    -CR12-CR34-SO22  (4)
    (式中、R1~R4は同じであっても異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子であり、X2はフッ素原子、塩素原子または臭素原子である)
    で示される末端基を有するフッ化ビニリデン系エラストマーに、水またはアルカリ性水溶液を反応させることを特徴とする、主鎖の片末端または両末端に式(5):
    -CR12-CR34-SO32    (5)
    (式中、R1~R4は前記式(4)と同じであり、M2はH、アルカリ金属イオンまたはアンモニウムイオンである)
    で示される末端基を有する末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法。
  4.  数平均分子量が500~1000000である請求の範囲第1項~第3項のいずれかに記載の末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法。
  5.  フッ化ビニリデン系エラストマーの両末端基を除く構造が、式(6):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、lは7~15000の整数、mは1~4900の整数、nは0~6500の整数である)
    で示される請求の範囲第1項~第4項のいずれかに記載の末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法。
  6.  式(1)で示される末端基を主鎖の片末端または両末端に有するフッ化ビニリデン系エラストマーが、ヨウ素移動重合で得られたフッ化ビニリデン系エラストマーである請求の範囲第1項記載の末端処理されたフッ化ビニリデン系エラストマーの製造方法。
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