WO2017010531A1 - 含フッ素重合体 - Google Patents
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- C07D215/12—Heterocyclic compounds containing quinoline or hydrogenated quinoline ring systems having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen atoms or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
Definitions
- the present invention relates to a fluoropolymer and a method for producing the same.
- Fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE) have high chemical stability, high heat resistance, non-adhesiveness, low viscosity due to the small size of the fluorine element and its electronegativity. It has unique properties such as coefficient of friction and water / oil repellency.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- a copolymer of PFA, tetrafluoroethylene (TFE) and ethylene which are copolymers of tetrafluoroethylene (TFE) and perfluoro (alkyl vinyl ether) (PAVE).
- Copolymers such as polymers such as ETFE have been developed.
- the required properties include, for example, properties such as affinity for water and organic solvents, cross-linking reactivity, and the like, which are properties opposite to the water and oil repellency inherently possessed by the fluoropolymer.
- Non-Patent Document 1 describes a fluorine-containing copolymer used as a main raw material for weather-resistant paints. Specifically, in order to use a fluorine-containing polymer having high weather resistance as a paint, a hard coat material, etc., in order to have solubility in a solvent and crosslinking reactivity, hydrocarbon monomers such as vinyl ethers and vinyl esters are used. Copolymerized.
- Patent Document 1 a radically polymerizable monomer is reacted in the presence of a sulfur compound with a fluorine-containing polymer having an iodine atom or a bromine atom at one or both ends and / or side chain ends of the main chain.
- a method for producing a fluorine-containing block copolymer is described.
- a polymer having higher thermal stability and higher chemical stability in combination with imparting desired characteristics to the fluoropolymer by introducing a monomer having the desired characteristics into the fluoropolymer can suppress long-term deterioration even when used in harsh environments and enables long-term use, so its technical significance is high, and there is room for further improvement in the above prior art .
- the present inventors have conducted intensive research in view of the above-mentioned problems, and the fluoropolymer has a desired characteristic and high heat resistance by including a block having a specific structure at the end of the main chain in the molecule. It has been found that it exhibits high durability such as mechanical stability and high chemical stability.
- the present invention has been completed based on the above findings. That is, the present invention relates to the following fluoropolymers.
- Item 1 Formula (A):
- R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different for each expression and each represents a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom or an organic group.
- ring B is the same or different for each expression and represents an aromatic ring group which may have one or more substituents.
- Item 2. Formula (1):
- (A) is as defined above, (B 1 ), (b 2 ) and (b 3 ) are the same or different and each represents (b), n represents an integer of 1 or more, m 1 , m 2 and m 3 are the same or different and each represents an integer of 0 or more, At least one of m 1 and m 2 represents an integer of 2 or more.
- Item 2 The fluorine-containing polymer according to Item 1, represented by: Item 3.
- Item 3 The fluorine-containing polymer according to Item 2, wherein m3 is 0 in the formula (1).
- any of Items 1 to 3, wherein the ring B is a monocyclic aryl group which may have one or more substituents or a polycyclic aryl group which may have one or more substituents
- the fluorine-containing polymer according to claim 1. Item 5.
- Item 5. The fluorine-containing polymer according to any one of Items 1 to 4, wherein the ethylene monomer (A) is a perfluoroalkene.
- Ring B is an aromatic ring group optionally having one or more substituents having at least one heteroatom selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, and a sulfur atom as a ring-constituting atom.
- Item 6. The fluorine-containing polymer according to any one of Items 1 to 5.
- Item 7. The fluorine-containing polymer according to any one of Items 1 to 6, wherein the ring B is an aromatic ring group having one nitrogen atom as a ring constituent atom and optionally having one or more substituents.
- Ring B is an ester group, carboxyl group, cyano group, alkoxy group, phenyl group, hydroxyl group, -SiR (R is an alkyl group optionally having one or more substituents, one or more substituents
- An aromatic ring having at least one group selected from the group consisting of an optionally substituted alkoxy group, an optionally substituted phenyl group or a hydroxyl group, and a halogen element Item 8.
- a fluoropolymer having desired properties and high durability such as high thermal stability and high chemical stability is obtained.
- the “ ⁇ -position” is represented by C * in the structure represented by R—CO—C * R 2 —CO—R or R—CO—C * R 2 —COH—R 2. Means the position.
- substitution means replacement of a hydrogen atom or a fluorine atom in a molecule with another atom or group.
- substituted means another atom or group that replaces one or more hydrogen atoms or fluorine atoms in the molecule.
- hydrocarbon group means “alkyl group”, “alkenyl group”, “alkynyl group”, “cycloalkyl group”, “cycloalkenyl group”, “cycloalkadienyl”.
- Group "and” aryl group ".
- fluoro organic group means an organic group having at least one fluorine atom
- perfluoro organic group means that all hydrogen atoms bonded to carbon atoms are substituted with fluorine atoms.
- the perfluoro organic group may have a partial structure selected from the group consisting of ether oxygen and —SO 2 —.
- perfluoro organic groups include perfluoroalkyl groups (eg, -CF 3 , -C 2 F 5 ), perfluoro (poly) ether groups (eg, C 3 F 7 -O-CF 3 ), and -CF 2 CF 2 SO 2 F.
- the carbon number of the perfluoro organic group can be, for example, 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, or 1 to 4.
- fluoro organic group includes “perfluoro organic group”.
- acyl group includes “acryloyl group”, “alkanoyl group”, and “aroyl group”.
- aromatic ring group includes “aryl group” and “heteroaryl group”.
- heterocyclic group includes “non-aromatic heterocyclic group” and “heteroaryl group”.
- examples of the “alkyl group” include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, and hexyl. And a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
- alkenyl group examples include vinyl, 1-propen-1-yl, 2-propen-1-yl, isopropenyl, 2-buten-1-yl, 4 And straight-chain or branched alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, such as -penten-1-yl and 5-hexen-1-yl.
- alkynyl group examples include ethynyl, 1-propyn-1-yl, 2-propyn-1-yl, 4-pentyn-1-yl, and 5-hexyne. Examples thereof include linear or branched alkynyl groups having 2 to 10 carbon atoms such as -1-yl.
- examples of the “cycloalkyl group” include cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, and cycloalkyl groups having 3 to 10 carbon atoms such as cyclohexyl and cycloheptyl.
- examples of the “cycloalkenyl group” include cycloalkenyl groups having 3 to 10 carbon atoms such as cyclopropenyl, cyclobutenyl, cyclopentenyl, cyclohexenyl, cycloheptenyl and the like.
- examples of the “cycloalkadienyl group” include cyclobutadienyl, cyclopentadienyl, cyclohexadienyl, cycloheptadienyl, cyclooctadienyl, and cyclononadi.
- examples thereof include cycloalkadienyl groups having 4 to 10 carbon atoms, such as enyl and cyclodecadienyl.
- alkoxy group examples include straight-chain or methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, sec-butoxy, pentyloxy, hexyloxy and the like. Examples include branched alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms.
- alkanoyl group is a group represented by the formula: R—CO— (wherein R represents an alkyl group).
- aryl group may be monocyclic, bicyclic, tricyclic, or tetracyclic.
- aryl group may be an aryl group having 6 to 18 carbon atoms.
- examples of the “aryl group” include phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 2-biphenyl, 3-biphenyl, 4-biphenyl, and 2-anthryl.
- examples of the “aralkyl group” include benzyl, phenethyl, diphenylmethyl, 1-naphthylmethyl, 2-naphthylmethyl, 2,2-diphenylethyl, 3-phenylpropyl, 4 -Phenylbutyl, 5-phenylpentyl, 2-biphenylylmethyl, 3-biphenylylmethyl, and 4-biphenylylmethyl.
- the “aroyl group” is a group represented by the formula: R—CO— (wherein R represents an aryl group).
- non-aromatic heterocyclic group may be monocyclic, bicyclic, tricyclic, or tetracyclic.
- non-aromatic heterocyclic group includes, for example, 1 to 4 ring atoms selected from an oxygen atom, a sulfur atom, and a nitrogen atom in addition to a carbon atom. It is a non-aromatic heterocyclic group containing a hetero atom.
- non-aromatic heterocyclic group can be saturated or unsaturated.
- non-aromatic heterocyclic group examples include tetrahydrofuryl, oxazolidinyl, imidazolinyl (eg, 1-imidazolinyl, 2-imidazolinyl, 4-imidazolinyl), aziridinyl (eg, 1-aziridinyl, 2-aziridinyl), azetidinyl (eg, 1-azetidinyl, 2-azetidinyl), pyrrolidinyl (eg, 1-pyrrolidinyl, 2-pyrrolidinyl, 3-pyrrolidinyl), piperidinyl (eg, 1-piperidinyl, 2-piperidinyl) , 3-piperidinyl), azepanyl (eg, 1-azepanyl, 2-azepanyl, 3-azepanyl, 4-azepanyl), azocanyl (eg, 1-azocanyl, 2-azepanyl, 2-azepany
- a “heteroaryl group” means, for example, a monocyclic, bicyclic, or tricyclic, or tetracyclic, or pentacyclic, 5- to 18-membered heterocycle. It can be an aryl group.
- heteroaryl group refers to, for example, 1 to 4 heteroatoms selected from an oxygen atom, a sulfur atom, and a nitrogen atom in addition to a carbon atom as a ring-constituting atom. It is a heteroaryl group to be contained.
- the “heteroaryl group” may have 3 to 17 carbon atoms, for example.
- heteroaryl group includes “monocyclic heteroaryl group” and “aromatic fused heterocyclic group”.
- examples of the “monocyclic heteroaryl group” include pyrrolyl (eg, 1-pyrrolyl, 2-pyrrolyl, 3-pyrrolyl), furyl (eg, 2-furyl, 3 -Furyl), thienyl (eg, 2-thienyl, 3-thienyl), pyrazolyl (eg, 1-pyrazolyl, 3-pyrazolyl, 4-pyrazolyl), imidazolyl (eg, 1-imidazolyl, 2-imidazolyl, 4-imidazolyl) , Isoxazolyl (eg, 3-isoxazolyl, 4-isoxazolyl, 5-isoxazolyl), oxazolyl (eg, 2-oxazolyl, 4-oxazolyl, 5-oxazolyl), isothiazolyl (eg, 3-isothiazolyl, 4-isothiazolyl, 5-isothiazolyl) ), Thiazolyl (eg, 3-isothiazo
- examples of the “aromatic fused heterocyclic group” include isoindolyl (eg, 1-isoindolyl, 2-isoindolyl, 3-isoindolyl, 4-isoindolyl, 5-isoindolyl, 6-isoindolyl, Isoindolyl, 7-isoindolyl), indolyl (eg, 1-indolyl, 2-indolyl, 3-indolyl, 4-indolyl, 5-indolyl, 6-indolyl, 7-indolyl), benzo [b] furanyl (eg, 2-indolyl) Benzo [b] furanyl, 3-benzo [b] furanyl, 4-benzo [b] furanyl, 5-benzo [b] furanyl, 6-benzo [b] furanyl, 7-benzo [b] furanyl), benzo [c ] Furanyl (eg, 2-ind
- thioalkoxy group for example, methylthio, ethylthio, propylthio, isopropylthio, butylthio, isobutylthio, sec-butylthio, pentylthio, hexylthio, etc.
- thioalkoxy group for example, methylthio, ethylthio, propylthio, isopropylthio, butylthio, isobutylthio, sec-butylthio, pentylthio, hexylthio, etc.
- examples thereof include a branched thioalkoxy group having 1 to 10 carbon atoms.
- Fluoropolymer of the present invention is Formula (A):
- R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different for each expression and each represents a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom or an organic group.
- ring B is the same or different for each expression and represents an aromatic ring group which may have one or more substituents.
- a fluorine-containing polymer comprising a block B composed of the continuous monomer units (b) at at least one of both ends of the main chain and the end of the side chain.
- the fluoropolymer of the present invention is Formula (1):
- (A) is as defined above, (B 1 ), (b 2 ) and (b 3 ) are the same or different and each represents (b) n represents an integer of 1 or more, m1, m2 and m3 are the same or different and each represents an integer of 0 or more, At least one of m1, m2 and m3 represents an integer of 2 or more.
- each of the structures represented by (b 1 ) m 1 , (b 2 ) m 2 , (b 3 ) m 3 and ((a)-(b 3 ) m 3 ) n is a block. Is preferred.
- the fluoropolymer represented by the formula (1) is a fluoropolymer having a graft chain.
- the monomer unit (a) and the monomer unit (b) mean a monomer unit that can be formed from the monomer (A) and the monomer (B), respectively. It is not limited to what is formed from a body (A) and a monomer (B).
- the fluoropolymer of the present invention is a block copolymer comprising a block A composed of a plurality of continuous monomer units (a) and a block B composed of a plurality of continuous monomer units (b).
- the present specification further discloses a random copolymer containing the monomer unit (a) and the monomer unit (b).
- the random copolymer containing the monomer unit (a) and the monomer unit (b) is prepared by a known production method using the monomer (A) and the monomer (B). Can be manufactured.
- block A and the block B may be blocks in which the same monomer unit (a) and monomer unit (b) are continuous, respectively, or monomer units (a) that are not the same.
- the monomer unit (b) may be a continuous block.
- the content of the monomer unit (a) with respect to 100 mol% of all monomer units is 1 to 99 mol%, preferably 30 to 99 mol%, particularly preferably. Is from 50 to 99 mol%.
- the content of the monomer unit (b) is from 1 to 99 mol%, preferably from 1 to 70 mol%, based on 100 mol% of all monomer units. Particularly preferred is 1 to 50 mol%.
- the fluorine-containing polymer of the present invention may contain a constitutional unit other than the monomer unit (a) and the monomer unit (b) in the molecule. You may contain 10 mol% or less with respect to 100 mol% of units. From the viewpoint of efficiently imparting the structural uniformity of the fluoropolymer and the desired properties associated therewith, it is preferably 3 mol% or less, the monomer unit (a) and the monomer More preferably, it consists only of unit (b).
- m1, m2 and m3 are the same or different and represent an integer of 0 or more, not particularly limited.
- M1, m2 and m3 are the same or different and are preferably 5 or more and 10,000 or less, and particularly preferably 15 or more and 4000 or less.
- n represents an integer of 0 or more, not particularly limited. Further, n is preferably 2 or more and 20000 or less, and particularly preferably 10 or more and 10,000 or less.
- Examples of the fluoropolymer of the present invention represented by the above formula (1) include the following formula (2):
- m1 and m2 are integers of 0 or more, one of which is 2 or more, n1 to n4 are integers of 0 or more, and their sum is 2 or more, a 1 represents -CH 2 CF 2- a 2 represents -CF 2 CF 2- a 3 represents -CF 2 C (CF 3 )- a 4 represents -CF 2 CF (OCF 3 )-
- the structural units (b 1 ) and (b 2 ) in the formula ( 2 ) are the same or different, and the following formula (B-1):
- ring B is the same or different for each expression, and each consists of a phenyl group, a naphthyl group, a quinolyl group, an isoquinolyl group, an indole group, or a pyridyl group, each of which may have one or more substituents.
- the fluorine-containing polymer represented by the formula (2) is represented by the formula (2-1):
- n1 and n4 are the same or different and represent an integer of 1 or more
- m1 and m2 are the same or different and represent an integer of 0 or more
- Either m1 or m2 represents an integer of 2 or more.
- the fluoropolymer of the present invention may have a graft chain.
- the formula (1-1) the formula (1-1):
- n1, n2 and n5 are the same or different and represent an integer of 1 or more, m1 and m2 are the same or different and represent an integer of 0 or more, At least one of m1 and m2 represents an integer of 2 or more, m3 represents an integer of 2 or more.
- formula (1-2) a structure represented by formula (1-2):
- R f represents a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms
- n1, n6 and n7 are the same or different and represent an integer of 1 or more
- m1 and m2 are the same or different and represent an integer of 0 or more
- At least one of m1 and m2 represents an integer of 2 or more
- m3 represents an integer of 2 or more.
- a fluorine-containing polymer having a structure represented by:
- the graft chain when at least one of R 1 to R 4 in the formula (A) or at least one group of R 1 to R 4 is a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom,
- the starting point may be an atom bonded with a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom.
- the chlorine atom, bromine atom or iodine atom may remain bonded to at least a part of the atoms that can serve as the starting point.
- the structure is preferably a block in which monomer units in parentheses to which m1, m2 and m3 are attached are continuous.
- the partial structures denoted by n1, n2, n3, n4, n5, n6, and n7, respectively are monomer units in parentheses denoted by n1, n2, n3, n4, n5, n6, and n7, respectively. You may combine at random.
- Ethylene monomer (A) The ethylene monomer (A) that gives the monomer unit (a) of the fluoropolymer of the present invention has the following formula (A):
- R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different for each expression and each represents a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom or an organic group.
- R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each a fluorine atom, a chlorine atom, a trifluoromethyl group or a trifluoromethyl ether group. It is preferable that any two, three or all of them are fluorine atoms.
- fluorine atoms When any three of them are fluorine atoms, the remaining one is a fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, perfluoroalkyl group, -OR f group (R f is a C 1-5 carbon atom) Fluoroalkyl group) and the like are preferable.
- the organic group is not particularly limited, and may be an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms that may have one or more substituents, or 1 to carbon atoms that may have one or more substituents.
- 10 alkoxy groups, a fluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may have one or more substituents, the monomer unit (a), the monomer unit (b), block A, block B and a polymer containing the monomer units (a) and (b) are preferred.
- the one or more substituents are not particularly limited, and are fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, hydroxyl group, carboxyl group, acyl group, alkoxy group, alkanoyl group, carbonyl group, thioalkoxy group, ester.
- the terminal Is preferably a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a perfluoroalkyl group, an —OR f group (R f is a perfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms) or the like.
- TFE t
- Monomer (A) further includes monomers such as (1) fluoroolefin, (2) sulfonic acid-containing trifluorovir monomer, (3) ⁇ -fluoroolefin, and (4) cyano group-containing trifluorovinyl monomer. It may be.
- each R independently represents a halogen atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms
- X 3 represents a halogen atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms
- b is an integer from 0 to 8
- c is 0 or 1
- d e and f are each independently an integer of 0 to 6 (where d + e + f> 0).
- CF 2 CF-OCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 -SO 2 H
- CF 2 CF-OCF 2
- CH 2 CF-CF 2 CF 2 CF 2 H
- CH 2 CF-CF 2 OCF (CF 3 ) CF 2 OCF (CF 3 ) -CO 2 Me
- CH 2 CF-CF 2 OCF ( CF 3) CF 2 OCF (CF 3) -CH 2 OH , and the like.
- CF 2 CF-O- (CF 2 CF (CF 3 ) O) m (CF 2 ) n -CN (A-5)
- m is an integer of 0 to 5
- n is an integer of 1 to 3.
- CF 2 CF—OCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 CN and the like can be mentioned.
- TFE tetrafluoroethylene
- CFE chlorotrifluoroethylene
- HFP hexafluoropropylene
- Fluorine-containing ethylene monomers such as perfluoro (alkyl vinyl ether) (PAVE) are preferred, and tetrafluoroethylene (TFE) is particularly preferred.
- R 1 to R 4 in the formula (A) is a chlorine atom, bromine atom or iodine
- An atom is preferred, and the graft chain can be extended starting from an atom to which the chlorine atom, bromine atom or iodine atom is bonded.
- a chlorine atom and an iodine atom are preferred, and an iodine atom is more preferred.
- iodotrifluoroethylene which easily forms a graft chain
- CX 2 CX-R f -CH 2 RI (A-6) [Where: X represents a hydrogen atom, a fluorine atom or CH 3 ; R f represents a fluoroalkylene group, a fluoropolyoxyalkylene group or a perfluoropolyoxyalkylene group, R represents a hydrogen atom or CH 3 .
- CF 2 CFO (CF 2 CF (CF 3 )) m -O- (CF 2 ) n -Br (A-7) [Where m is an integer from 0 to 5, and n is an integer from 1 to 3. ] The monomer etc. which are represented by these are mentioned.
- the monomer (A) a non-fluorinated monomer may be contained.
- non-fluorine monomers include ethylene, vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl esters, vinyl lactones, vinyl amides, vinyl lactams, vinyl ethers, and the like.
- the monomer (A) may be only a fluorinated monomer. preferable.
- Fluorine-containing ethylene monomer (B) The fluorine-containing ethylene monomer (B) that gives the monomer unit (b) of the fluorine-containing polymer of the present invention has the following formula (B):
- ring B is as defined above. ] It is represented by
- the ring B is not particularly limited as long as it is an aromatic ring group which may have one or more substituents.
- each of the rings B may be an aryl group or hetero ring which may have one or more substituents.
- a phenyl group, a quinolyl group, an isoquinolyl group, a naphthyl group, an indole group, a pyridyl group, a chromenyl group, and a pyrrolyl group each of which may have one or more substituents , Furyl group, thienyl group, imidazole group, benzimidazole group, pyrazolyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, pyrazyl group, anthracene ring, phenanthrene ring, pyrene ring, triphenylene ring, pentacene ring, chrysene ring, tetracene ring, picene ring, Examples include a pentaphen ring and a perylene ring. Of these, a phenyl group, a quinolyl group, a naphthyl group and the like, each of which may have one or more
- the “one or more substituents” in the ring B are not particularly limited, and examples thereof include a halogen atom, a hydroxyl group, a carboxyl group, an optionally substituted hydrocarbon group, and a substituent. May have an aryl group, a perfluoro organic group, an acyl group, an alkoxy group, an alkanoyl group, a carbonyl group, a thioalkoxy group, an ester group, a cyano group, a silyl group, a siloxy group, a nitro group, and a substituent.
- Examples thereof include a good amino group, an amide group optionally having a substituent, a sulfo group, a sulfonate group, a phosphate group, and a phosphate group.
- it can select suitably according to the characteristic to give to a fluoropolymer.
- hydrophilicity a hydroxyl group, a carboxyl group and the like are preferable.
- lipophilicity affinity with an organic solvent
- a hydrocarbon group, an alkoxy group, and an aryl group are preferable.
- a cyano group, a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, an alkyl group or an alkoxy group having a nucleophilic functional group for example, hydroxyl group, amino group, etc.
- a nucleophilic functional group for example, hydroxyl group, amino group, etc.
- An alkyl group or an alkoxy group having a group for example, an epoxy group, an isocyanate group, an ester group, etc. is preferable.
- the ring B can be an aromatic ring group having 2 or 3 or more substituents. Those substituents may be the same or different.
- hydrophilicity or lipophilicity can be selected in accordance with the properties such as hydrophilicity or lipophilicity to be imparted to the material to which the fluorine-containing copolymer is applied.
- An aromatic ring group having two or more groups to be expressed can be mentioned.
- hydrophilicity when it is desired to impart hydrophilicity, it can be an aromatic ring group having two or more groups that exhibit hydrophilicity (for example, a hydroxy group, an amino group, a carboxyl group, etc.), and when it is desired to impart lipophilicity.
- the ring B can be an aromatic ring group having a radical polymerizable group.
- the substituent may be a trifluorovinyl group or another kind of radically polymerizable group.
- Another type of radical polymerizable group is not particularly limited, and examples thereof include an organic group having an unsaturated bond, and more specifically, a vinyl group, an allyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group, a vinyloxy group, and the like.
- these radical polymerizable groups may or may not react completely. These can be controlled by the production conditions and the type of radical polymerizable group selected.
- the fluorine-containing polymer of the present invention can be a star polymer or a three-dimensional network polymer.
- an unreacted radical polymerizable group remains, it can be reacted positively in another process depending on the purpose, for example, a crosslinking (curing) reaction in a molding process, a coating process, etc. Is possible.
- the monomer (B) of the present invention is not particularly limited as long as it is a compound in which a trifluorovinyl group is bonded to an aromatic ring.
- trifluorostyrene TMSt
- 4-trifluorovinyl alkylbenzoate 4 -Trifluorovinylbenzoic acid
- 4-hydroxytrifluorovinylbenzene 4-alkoxytrifluorovinylbenzene
- 4-cyanotrifluorovinylbenzene 4-perfluoroalkyltrifluorovinylbenzene
- 4-fluorotrifluorovinylbenzene 4 -Chlorotrifluorovinylbenzene
- 4-bromotrifluorovinylbenzene 4-iodotrifluorovinylbenzene
- 4-aminotrifluorovinylbenzene 4-acetamidotrifluorovinylbenzene
- positional isomers of the compounds listed above may be used.
- 3-trifluorovinylbenzoic acid may be used instead of 4-trifluorovinylbenzoic acid
- trifluorovinyl-2-quinoline may be used.
- trifluorovinyl-4-quinoline may be used.
- the fluoropolymer of the present invention can be produced, for example, by the method described below or a method analogous thereto.
- the fluoropolymer of the present invention comprises a group having a halogen atom or a thiocarbonyl group at at least one of both ends of the main chain containing the repeating monomer unit (a) and the terminal of the side chain, (1) One-electron reducing agent, known radical initiator, transition in polymer Za containing a repeating monomer unit (a) having a tellurium atom to which a group is bonded, with pH adjusted as necessary It can be produced by reacting the monomer (B) in the presence of one or more selected from the group consisting of a metal catalyst and an organic catalyst and / or (2) under light irradiation.
- halogen atom an iodine atom, a bromine atom, a chlorine atom or the like is used, preferably an iodine atom or a bromine atom is used, and an iodine atom is particularly preferably used.
- Z 1 and Z 2 are not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group, an aryl group, and an alkylene glycol group, and these may be substituted.
- Ar is preferably a phenyl group which may have a substituent, and more preferably a phenyl group.
- the functional group in the tellurium atom having a functional group is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group and an aryl group.
- a methyl group, a butyl group, a phenyl group, and the like are preferable, and a methyl group and a butyl group are more preferable.
- Y 1 represents a monovalent or divalent metal ion (eg, Na) or an ammonium ion, n is an integer of 0-2.
- a divalent iron salt and an amine compound e.g., polyamine.
- polymerization initiators examples include Azo initiators such as 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile).
- metal species of the transition metal catalyst Cu, Ru, Fe, Ni, Ti, Co, Mn and the like are usually used, and Cu, Ru and Fe are preferable.
- the above transition metal catalyst is preferably used in the presence of a ligand.
- a low molecular compound having 2 to 6 nitrogen atoms is usually used, and one having 2 to 4 is preferable.
- 2,2-bipyridyl (bipyridine) N, N ′, N ′, N ′′, N ′′ -pentamethyldiethylenetriamine, tris (2-pyridylmethyl) amine, tris [2- (Dimethylamino) ethyl] amine or the like is used.
- organic catalyst quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salts, polycyclic compounds [eg, perylene] and the like are usually used.
- quaternary ammonium salts quaternary phosphonium salts, polycyclic compounds [eg, perylene] and the like are usually used.
- tetraalkylammonium iodide, tetraalkylphosphonium iodide and tributylmethylammonium iodide are preferably used, and tetrabutylammonium iodide and tributylmethylammonium iodide are particularly preferably used.
- a temperature at which the reaction proceeds appropriately may be appropriately selected, and the temperature can be, for example, 0 to 120 ° C.
- reaction time of the reaction a time sufficient for the reaction to proceed appropriately may be set as appropriate.
- the time can be, for example, 0.5 to 50 hours.
- the reaction may be performed in the presence of an inert gas (eg, helium gas, nitrogen gas, argon gas).
- an inert gas eg, helium gas, nitrogen gas, argon gas.
- the fluoropolymer of the present invention thus obtained can be purified by a conventional method such as reprecipitation and centrifugation using water, hexane or the like, if desired.
- the fluoropolymer in which the monomer unit (a) is a monomer unit derived from tetrafluoroethylene is tetrafluoroethylene as the ethylene monomer (A)
- the manufacturing method is, for example, In the presence of a polymerization initiator and in a solvent, a first polymerization reaction for polymerizing tetrafluoroethylene is reacted to obtain an active polytetrafluoroethylene polymerization intermediate, and active polytetrafluoro obtained in step A
- the fluorine-containing ethylene monomer (B) is polymerized in the presence of an ethylene polymerization intermediate to obtain a fluorine-containing polymer in which the monomer unit (a) is a monomer unit derived from tetrafluoroethylene.
- Stage B Can be a manufacturing method.
- reaction conditions of stage A and the reaction conditions of stage B may be appropriately set according to, for example, the desired degree of polymerization of tetrafluoroethylene and the desired fluorine-containing ethylene monomer (B).
- the following conditions can be employed.
- the reaction of Step A can be suitably carried out in a pressure resistant reactor under pressure within a range of 0.1 MPaG to 2.0 MPaG with tetrafluoroethylene.
- the polymerization initiator include azobisisobutyronitrile, azobisisovaleronitrile, benzoyl peroxide, di-t-butyl peroxide, lauryl peroxide, cumene hydroperoxide, t-butyl peroxypivalate. And diisopropyl peroxydicarbonate.
- the polymerization initiator can be suitably used in an amount of 0.001 g to 5 g with respect to 100 g of tetrafluoroethylene, for example.
- solvent examples include pentane, hexane, heptane, octane, isooctane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, petroleum ether, commercially available petroleum solvents (eg, EXXSOL D40 and ISOPER E [both trade names, ExxonMobil ), Tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, t-butyl acetate, isopropyl alcohol, propylene glycol methyl ether acetate, p-chlorobenzotrifluoride, 1,1,2,2-tetrachloroethane, 1,1,1-trichloroethane, trichloroethylene, perchloroethylene, tetrachlorodi
- the solvent can be one type or a combination of two or more types.
- the solvent can be suitably used, for example, in an amount of 100 g to 500 kg with respect to 100 g of tetrafluoroethylene.
- the reaction temperature of step A can preferably be in the range of ⁇ 50 to 150 ° C.
- the reaction time for stage A can preferably be in the range of 0.1 to 48 hours.
- the reaction of Step A can be suitably carried out with stirring. Stage A provides an active polytetrafluoroethylene polymerized intermediate.
- Stage B is carried out after the reaction of stage A, i.e. in the presence of an active polytetrafluoroethylene polymerization intermediate.
- tetrafluoroethylene remaining in the gas phase portion in the reaction vessel may be removed.
- the fluorine-containing ethylene monomer (B) can be suitably used in an amount of 0.01 g to 100 g with respect to 100 g of tetrafluoroethylene.
- the reaction temperature of stage B can preferably be in the range of ⁇ 50 to 100 ° C.
- the reaction time for stage B can suitably be in the range of 0.1 to 48 hours.
- the reaction of step B can be suitably carried out with stirring.
- the fluoropolymer of the present invention thus obtained can be purified by a conventional method such as chloroform washing, if desired.
- the fluoropolymer of the present invention can be obtained by performing the step B using a separately prepared polytetrafluoroethylene powder (generally, the active terminal remains as is generally known) without performing the step A. Can be obtained.
- the said solvent may be used, superposition
- Production Example 1 (Production of VdF / HFP copolymer elastomer having —CH 2 I at both ends of the main chain )
- Pure water (1500 g) and 20 wt% aqueous solution of ammonium perfluorooctanoate (22 g) were supplied to the 3 L autoclave.
- the inside of the system was replaced with an inert gas and the pressure was reduced.
- the internal temperature was set to 80 ° C.
- HFP was supplied until the internal pressure reached 0.73 MPa
- VdF was supplied until the internal pressure reached 1.5 MPa.
- VdF / HFP copolymer having —CH 2 I at both ends of the main chain was isolated and purified.
- the number average molecular weight in terms of polystyrene as measured by GPC was 19,400.
- Sodium dithionite (46.7 mg) and sodium hydrogen carbonate (8.40 mg) were added, and the inside of the system was sufficiently deaerated and replaced with an inert gas.
- 4-trifluorovinylbenzoic acid (483 mg) was added, and the mixture was heated with stirring at 50 ° C. for 8 hours. Purification was performed by reprecipitation and centrifugation using water and hexane.
- a TFE / PMVE copolymer (168 g) having —CF 2 I at one end of the main chain was isolated and purified from the obtained emulsion (1290 g).
- the average molecular weight was 75000 from Mooney viscosity measurement.
- the raw material polymer (tetrafluoroethylene and perfluoromethyl vinyl ether copolymer, 3.16 g) synthesized in Production Example 2 and a fluorinated solvent (ClCF 2 -CFCl-C 2 F 5 , 25.0 mL) are placed in a reaction vessel, and the raw material is added. Stir until the polymer is dissolved.
- the reaction mixture was degassed and the inside of the vessel was purged with nitrogen, and then Azo initiator [2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile)] (8.00 mg), trifluorostyrene (2.00 g) and toluene (2.0 mL) was added. Further, the inside of the container was sufficiently purged with nitrogen.
- the mixture was heated and stirred at 50 ° C. for 8 hours. After reprecipitation using water and hexane for purification, the trifluorostyrene homopolymer was removed by washing thoroughly with chloroform and acetone to obtain the target block polymer. By 1 H NMR measurement, a broad peak was observed in the aromatic region, and the presence of a skeleton formed by polymerization of trifluorostyrene was confirmed. From the results of elemental analysis, it was found that the polymer contained 67.7 wt% of fluorine element and 10 mol% of skeleton derived from trifluorostyrene.
- the raw material polymer (tetrafluoroethylene and perfluoromethyl vinyl ether copolymer, 1.48 g) synthesized in Production Example 2 and a fluorine-containing solvent (ClCF 2 -CFCl-C 2 F 5 , 12.0 mL) are placed in a reaction vessel, and the polymer Stir until dissolved.
- the reaction mixture was degassed, and the inside of the vessel was purged with nitrogen.
- Azo initiator [2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile)] (5.50 mg)
- styrene (1.00 g)
- toluene 1.0 mL
- the mixture was heated and stirred at 50 ° C. for 8 hours. After reprecipitation using water and hexane for purification, the trifluorostyrene homopolymer was removed by washing thoroughly with chloroform and acetone to obtain the target block polymer. By 1 H NMR measurement, a broad peak was observed in the aromatic region, and the presence of a skeleton formed by polymerization of trifluorostyrene was confirmed. From the results of elemental analysis, it was found that 60.3 wt% of fluorine element was contained, and that the polymer was a polymer containing 19 mol% of a styrene-derived skeleton.
- Example 8 Heat resistance test of polymer
- TG / DTA measurement was performed on the block polymers synthesized in Production Examples 1 and 2, Examples 1 and 7, and Comparative Examples 1 and 2, respectively, and a polytrifluorostyrene block was included in the main chain; and The thermal stability was evaluated for each case containing a polystyrene block.
- the results of the TG / DTA measurement (decomposition start temperature) are shown in Tables 1 and 2 below. From the results shown in these tables, it was confirmed that a polymer having high heat resistance was obtained by utilizing a trifluorostyrene skeleton in which the main chain generated after polymerization becomes a perfluoroalkyl skeleton.
- Example 9 Evaluation of lipophilicity of polymer
- the contact angle measurement with respect to hexanedecane was performed on the polymers synthesized in Production Example 2 and Example 7 by the sample preparation method and the measurement method described later, respectively, and when the polytrifluorostyrene block was introduced into the main chain. Each case was evaluated for lipophilicity.
- the contact angle measurement results (lipophilicity) are shown in Table 3 below. From the results shown in this table, it is confirmed that when a polytrifluorostyrene skeleton is introduced into the main chain after polymerization, it has a similar degree of heat resistance but higher lipophilicity than when it is not. It was done.
- Sample preparation method A polymer solution was prepared by dissolving the polymer to be tested in ClCF 2 —CFCl—C 2 F 5 so as to have a concentration of 0.1 wt%. The polymer solution was dropped on a cover glass and air-dried in a fume hood, and then air-dried at 100 ° C. for 2 hours to prepare a polymer film. Measurement method: The contact angle after hexadecane (2 ⁇ L) was dropped onto the polymer film obtained by the sample preparation method and allowed to stand for 21 hours was measured.
- Example 10 Blocking with unsubstituted trifluorostyrene [Fluorine-containing unit is PTFE]
- PTFE Fluorine-containing unit
- To the pressure-resistant reaction vessel 5 mL each of 1,3-bis (trifluoromethyl) benzene / HFE7300 mixed solvent was added. After sealing the container, the inside of the container was sufficiently replaced with an inert gas, and then a small amount of TFE was added to bring it into a slightly pressurized state. After raising the temperature to 70 ° C., TFE was added under pressure until TFE 0.7 MPaG was reached. Subsequently, tert-butyl peroxypivalate (0.14 g) was added and stirred with heating for 30 minutes.
- Example 11 (grafting with unsubstituted trifluorostyrene)
- the raw material polymer 250 mg
- dimethyl sulfoxide (1.50 mL)
- ClCF 2 -CFCl—C 2 F 5 (1.50 mL)
- trifluorostyrene (3.00 g) prepared in Production Example 3 were added to the reaction vessel.
- the inside of the reaction vessel was sufficiently purged with nitrogen.
- sodium dithionite 49.6 mg was added, and the mixture was stirred with heating at 50 ° C. for 19 hours.
- the resulting reaction mixture was purified by washing operations using various media to obtain the desired graft polymer (535 mg).
- the obtained graft polymer was dispersed in deuterated chloroform, and 1H NMR and 19F NMR measurements were performed. A broad peak was observed in the aromatic region (8.4-5.0 ppm) on the 1H NMR chart, and a structure derived from the starting polymer was confirmed on the 19F NMR chart. From these, it was confirmed that trifluorostyrene was graft-polymerized. According to solid 19F NMR measurement, the ratio of the polytrifluorostyrene skeleton in the obtained polymer was 60 mol%.
- Example 12 (grafting with unsubstituted trifluorostyrene)
- the raw material polymer produced in Production Example 3 250 mg
- dimethyl sulfoxide (0.150 mL)
- ClCF 2 -CFCl—C 2 F 5 (2.85 mL)
- 15-crown-5-ether 67 mg
- Trifluorostyrene 3.00 g
- sodium dithionite 49.6 mg
- the resulting reaction mixture was purified by washing operations using various media to obtain the desired graft polymer (464 mg).
- the obtained graft polymer was dispersed in deuterated chloroform, and 1H NMR and 19F NMR measurements were performed. A broad peak was observed in the aromatic region on the 1H NMR chart, and a structure derived from the starting polymer was confirmed on the 19F NMR chart. From these, it was confirmed that trifluorostyrene was graft-polymerized. Further, the results of elemental analysis revealed that 2.5% by weight of iodine element was contained, and in the graft polymer, 3.9 mol% of units having iodine atoms in the side chain remained. Solid 19F NMR measurement showed that the ratio of the polytrifluorostyrene skeleton in the obtained polymer was 46 mol%. Solid 19F NMR: ⁇ F ⁇ 79, ⁇ 108, ⁇ 119, ⁇ 171 ppm
- Example 13 Heat resistance test of polymer
- TG / DTA measurement was performed on each of the block polymers synthesized in Production Example 3 and Example 12, and the thermal stability was evaluated for the case where a polytrifluorostyrene block was included in the graft chain.
- the results of the TG / DTA measurement (0.1% and 1% weight loss temperature) are shown in Table 4 below. From this result, by using a trifluorostyrene skeleton in which the main chain skeleton in the graft chain generated after polymerization becomes a perfluoroalkyl skeleton, a polymer having the same heat resistance as the perfluoropolymer used as a raw material can be obtained. It was confirmed that
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Abstract
本発明は、所望の特性を持つモノマーを含フッ素重合体に導入することにより、所望の特性を含フッ素重合体に付与することと併せて、より高い熱的安定性及びより高い化学的安定性を有する重合体を提供することを課題とする。 前記課題は、特定の構造を有する1種以上のエチレン系単量体(A)に由来する単量体単位(a)及び特定の構造を有する1種以上の含フッ素エチレン系単量体(B)に由来する単量体単位(b)を含む含フッ素重合体であって、その主鎖の両末端及び側鎖の末端の少なくともいずれか1つの末端に、連続した前記単量体単位(b)からなるブロックBを有する含フッ素重合体 によって解決される。
Description
本発明は、含フッ素重合体及びその製造方法に関する。
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に代表される含フッ素重合体は、フッ素元素の小ささ及びその電気陰性度の大きさに起因して、高い化学的安定性、高い耐熱性、非粘着性、低摩擦係数、及び撥水撥油性等のユニークな性質を有する。
また、含フッ素重合体にさらに優れた性質を付加するため、テトラフルオロエチレン(TFE)及びパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)の共重合体であるPFA、テトラフルオロエチレン(TFE)及びエチレンの共重合体であるETFE等の共重合体が開発されてきた。
さらに、含フッ素重合体に要求される性能は近年多様化しており、特に、本来、含フッ素重合体が持たない性質を有する含フッ素重合体が求められている。その求められる性質とは、例えば、本来含フッ素重合体が持つ撥水撥油性とは逆の性質である、水や有機溶媒に対する親和性、架橋反応性等の性質が挙げられる。
上記の性質を付加する方法としては、含フッ素重合体に付与したい特性を発現する骨格、官能基等を有する炭化水素系のビニルモノマーをフルオロオレフィン類と共重合する方法が広く知られている。
非特許文献1では、耐候性塗料の主原料として用いられる含フッ素共重合体が記載されている。具体的には、高い耐候性を有する含フッ素重合体を塗料、ハードコート材等として用いるために溶剤に対する溶解性及び架橋反応性をすべく、ビニルエーテル類、ビニルエステル類等の炭化水素系モノマーを共重合している。
また、特許文献1には、主鎖の片末端もしくは両末端および/または側鎖末端にヨウ素原子または臭素原子を有する含フッ素重合体に、硫黄化合物の存在下にラジカル重合性単量体を反応させることを特徴とする含フッ素ブロック共重合体の製造方法が記載されている。
Chem. Rev. 2014, 114, 927-980
所望の特性を持つモノマーを含フッ素重合体に導入することにより、所望の特性を含フッ素重合体に付与することと併せて、より高い熱的安定性及びより高い化学的安定性を有する重合体は、過酷な環境下における使用によっても経時的な劣化を抑え、長期的な使用を可能とすることができるため、その技術的意義は高く、上記の先行技術においてはさらなる改善の余地があった。
本発明者らは、上記の課題に鑑みて鋭意研究を行い、含フッ素重合体が、特定の構造を有するブロックを分子内の主鎖末端に含むことにより、所望の特性を有するとともに、高い熱的安定性、高い化学的安定性等の高い耐久性を示すことを見出した。本発明は、上記の知見に基づいてさらなる検討を行い、完成させたものである。すなわち、本発明は、以下の含フッ素重合体に関する。
項1.式(A):
項1.式(A):
[式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれその発現ごとに同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子又は有機基を表す。]
で表される1種以上のエチレン系単量体(A)に由来する単量体単位(a)及び
式(B):
で表される1種以上のエチレン系単量体(A)に由来する単量体単位(a)及び
式(B):
[式中、環Bは、その発現ごとに同一又は異なって、1個以上の置換基を有していてもよい芳香環基を表す。]
で表される1種以上の含フッ素エチレン系単量体(B)に由来する単量体単位(b)
を含む含フッ素重合体であって、
その主鎖の両末端及び側鎖の末端の少なくともいずれか1つの末端に、連続した前記単量体単位(b)からなるブロックBを有する含フッ素重合体。
項2.式(1):
で表される1種以上の含フッ素エチレン系単量体(B)に由来する単量体単位(b)
を含む含フッ素重合体であって、
その主鎖の両末端及び側鎖の末端の少なくともいずれか1つの末端に、連続した前記単量体単位(b)からなるブロックBを有する含フッ素重合体。
項2.式(1):
[式中、
(a)は前記と同意義を表し、
(b1)、(b2)及び(b3)はそれぞれ同一又は異なって、前記(b)を表し、
nは1以上の整数を表し、
m1、m2及びm3はそれぞれ同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のうち少なくとも一個は2以上の整数を表す。]
で表される、項1に記載の含フッ素重合体。
項3.前記式(1)中、m3が0である、項2に記載の含フッ素重合体。
項4.環Bが、1個以上の置換基を有していてもよい単環式アリール基又は1個以上の置換基を有していてもよい多環式アリール基である、項1~3のいずれかに記載の含フッ素重合体。
項5.エチレン系単量体(A)が、パーフルオロアルケンである、項1~4のいずれかに記載の含フッ素重合体。
項6.環Bが、酸素原子、窒素原子、及び硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を環構成原子として有する、1個以上の置換基を有していてもよい芳香環基である、項1~5のいずれかに記載の含フッ素重合体。
項7.環Bが、1個の窒素原子を環構成原子として有する、1個以上の置換基を有していてもよい芳香環基である、項1~6のいずれかに記載の含フッ素重合体。
項8.環Bが、置換基としてエステル基、カルボキシル基、シアノ基、アルコキシ基、フェニル基、ヒドロキシル基、-SiR(Rは、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、1個以上の置換基を有していてもよいアルコキシ基、1個以上の置換基を有していてもよいフェニル基又はヒドロキシル基)及びハロゲン元素からなる群より選択される少なくとも一種の基を有する芳香環基である、項1~7のいずれかに記載の含フッ素重合体。
(a)は前記と同意義を表し、
(b1)、(b2)及び(b3)はそれぞれ同一又は異なって、前記(b)を表し、
nは1以上の整数を表し、
m1、m2及びm3はそれぞれ同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のうち少なくとも一個は2以上の整数を表す。]
で表される、項1に記載の含フッ素重合体。
項3.前記式(1)中、m3が0である、項2に記載の含フッ素重合体。
項4.環Bが、1個以上の置換基を有していてもよい単環式アリール基又は1個以上の置換基を有していてもよい多環式アリール基である、項1~3のいずれかに記載の含フッ素重合体。
項5.エチレン系単量体(A)が、パーフルオロアルケンである、項1~4のいずれかに記載の含フッ素重合体。
項6.環Bが、酸素原子、窒素原子、及び硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を環構成原子として有する、1個以上の置換基を有していてもよい芳香環基である、項1~5のいずれかに記載の含フッ素重合体。
項7.環Bが、1個の窒素原子を環構成原子として有する、1個以上の置換基を有していてもよい芳香環基である、項1~6のいずれかに記載の含フッ素重合体。
項8.環Bが、置換基としてエステル基、カルボキシル基、シアノ基、アルコキシ基、フェニル基、ヒドロキシル基、-SiR(Rは、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、1個以上の置換基を有していてもよいアルコキシ基、1個以上の置換基を有していてもよいフェニル基又はヒドロキシル基)及びハロゲン元素からなる群より選択される少なくとも一種の基を有する芳香環基である、項1~7のいずれかに記載の含フッ素重合体。
本発明によれば、特定の構造を有するブロックを分子内に含むことにより、所望の特性を有するとともに、高い熱的安定性、高い化学的安定性等の高い耐久性を示す含フッ素重合体が提供される。
以下に、本発明で用いられる用語を説明する。
本明細書中、「α位」とは、R-CO-C*R2-CO-R又は、R-CO-C*R2-COH-R2で表される構造における、C*で示した位置を意味する。
本明細書中、「置換」とは、分子中の水素原子又はフッ素原子を別の原子又は基で置き換えることを意味する。
本明細書中、「置換基」とは、分子中の1個以上の水素原子又はフッ素原子と置き換わる別の原子又は基を意味する。
本明細書中、特に断りのない限り、「炭化水素基」は、「アルキル基」、「アルケニル基」、「アルキニル基」、「シクロアルキル基」、「シクロアルケニル基」、「シクロアルカジエニル基」、及び「アリール基」を包含する。
本明細書中、「フルオロ有機基」とは、少なくとも1個のフッ素原子を有する有機基を意味し、「パーフルオロ有機基」とは、炭素原子に結合する水素原子が全てフッ素原子に置換された有機基を意味する。前記パーフルオロ有機基は、エーテル酸素、及び-SO2-からなる群より選択される部分構造を有していてもよい。当該パーフルオロ有機基の例としては、パーフルオロアルキル基(例、-CF3、-C2F5)、パーフルオロ(ポリ)エーテル基(例、C3F7-O-CF3)、及び-CF2CF2SO2Fが挙げられる。
パーフルオロ有機基の炭素数は、例えば、1~10、1~8、1~6、又は1~4であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「フルオロ有機基」は、「パーフルオロ有機基」を包含する。
本明細書中、特に断りのない限り、「アシル基」は、「アクリロイル基」、「アルカノイル基」、及び「アロイル基」を包含する。
本明細書中、特に断りのない限り、「芳香環基」は、「アリール基」、及び「ヘテロアリール基」を包含する。
本明細書中、特に断りのない限り、「複素環基」は、「非芳香族複素環基」、及び「ヘテロアリール基」を包含する。
本明細書中、特に断りのない限り、「アルキル基」としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、及びヘキシル等の、直鎖状又は分枝鎖状の、炭素数1~10のアルキル基が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アルケニル基」としては、例えば、ビニル、1-プロペン-1-イル、2-プロペン-1-イル、イソプロペニル、2-ブテン-1-イル、4-ペンテン-1-イル、及び5-へキセン-1-イル等の、直鎖状又は分枝鎖状の、炭素数2~10のアルケニル基が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アルキニル基」としては、例えば、エチニル、1-プロピン-1-イル、2-プロピン-1-イル、4-ペンチン-1-イル、5-へキシン-1-イル等の、直鎖状又は分枝鎖状の、炭素数2~10のアルキニル基が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「シクロアルキル基」としては、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、及びシクロヘキシル、シクロヘプチル等の炭素数3~10のシクロアルキル基が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「シクロアルケニル基」としては、例えば、シクロプロペニル、シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル、シクロヘプテニル等の、炭素数3~10のシクロアルケニル基が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「シクロアルカジエニル基」としては、例えば、シクロブタジエニル、シクロペンタジエニル、シクロヘキサジエニル、シクロヘプタジエニル、シクロオクタジエニル、シクロノナジエニル、シクロデカジエニル等の、炭素数4~10のシクロアルカジエニル基が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アルコキシ基」としては、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、sec-ブトキシ、ペンチルオキシ、及びヘキシルオキシ等の、直鎖状又は分枝鎖状の、炭素数1~10のアルコキシ基が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アルカノイル基」は、式:R-CO-(当該式中、Rはアルキル基を表す。)で表される基である。
本明細書中、特に断りのない限り、「アリール基」は、単環性、2環性、3環性、又は4環性であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アリール基」は、炭素数6~18のアリール基であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アリール基」としては、例えば、フェニル、1-ナフチル、2-ナフチル、2-ビフェニル、3-ビフェニル、4-ビフェニル、及び2-アンスリルが挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アラルキル基」としては、例えば、ベンジル、フェネチル、ジフェニルメチル、1-ナフチルメチル、2-ナフチルメチル、2,2-ジフェニルエチル、3-フェニルプロピル、4-フェニルブチル、5-フェニルペンチル、2-ビフェニリルメチル、3-ビフェニリルメチル、及び4-ビフェニリルメチルが挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アロイル基」は、式:R-CO-(当該式中、Rはアリール基を表す。)で表される基である。
本明細書中、特に断りのない限り、「非芳香族複素環基」は、単環性、2環性、3環性、又は4環性であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「非芳香族複素環基」は、例えば、環構成原子として、炭素原子に加えて酸素原子、硫黄原子、及び窒素原子から選ばれる1~4個のヘテロ原子を含有する非芳香族複素環基である。
本明細書中、特に断りのない限り、「非芳香族複素環基」は、飽和、又は不飽和であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「非芳香族複素環基」としては、例えば、テトラヒドロフリル、オキサゾリジニル、イミダゾリニル(例、1-イミダゾリニル、2-イミダゾリニル、4-イミダゾリニル)、アジリジニル(例、1-アジリジニル、2-アジリジニル)、アゼチジニル(例、1-アゼチジニル、2-アゼチジニル)、ピロリジニル(例、1-ピロリジニル、2-ピロリジニル、3-ピロリジニル)、ピペリジニル(例、1-ピペリジニル、2-ピペリジニル、3-ピペリジニル)、アゼパニル(例、1-アゼパニル、2-アゼパニル、3-アゼパニル、4-アゼパニル)、アゾカニル(例、1-アゾカニル、2-アゾカニル、3-アゾカニル、4-アゾカニル)、ピペラジニル(例、1,4-ピペラジン-1-イル、1,4-ピペラジン-2-イル)、ジアゼピニル(例、1,4-ジアゼピン-1-イル、1,4-ジアゼピン-2-イル、1,4-ジアゼピン-5-イル、1,4-ジアゼピン-6-イル)、ジアゾカニル(例、1,4-ジアゾカン-1-イル、1,4-ジアゾカン-2-イル、1,4-ジアゾカン-5-イル、1,4-ジアゾカン-6-イル、1,5-ジアゾカン-1-イル、1,5-ジアゾカン-2-イル、1,5-ジアゾカン-3-イル)、テトラヒドロピラニル(例、テトラヒドロピラン-4-イル)、モルホリニル(例、4-モルホリニル)、チオモルホリニル(例、4-チオモルホリニル)、2-オキサゾリジニル、ジヒドロフリル、ジヒドロピラニル、及びジヒドロキノリル等が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「ヘテロアリール基」は、例えば、単環性、2環性、又は3環性、又は4環性、又は5環性の、5~18員のヘテロアリール基であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「ヘテロアリール基」は、例えば、環構成原子として、炭素原子に加えて酸素原子、硫黄原子、及び窒素原子から選ばれる1~4個のヘテロ原子を含有するヘテロアリール基である。当該「ヘテロアリール基」の炭素数は、例えば、3~17であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「ヘテロアリール基」は、「単環性ヘテロアリール基」、及び「芳香族縮合複素環基」を包含する。
本明細書中、特に断りのない限り、「単環性ヘテロアリール基」としては、例えば、ピロリル(例、1-ピロリル、2-ピロリル、3-ピロリル)、フリル(例、2-フリル、3-フリル)、チエニル(例、2-チエニル、3-チエニル)、ピラゾリル(例、1-ピラゾリル、3-ピラゾリル、4-ピラゾリル)、イミダゾリル(例、1-イミダゾリル、2-イミダゾリル、4-イミダゾリル)、イソオキサゾリル(例、3-イソオキサゾリル、4-イソオキサゾリル、5-イソオキサゾリル)、オキサゾリル(例、2-オキサゾリル、4-オキサゾリル、5-オキサゾリル)、イソチアゾリル(例、3-イソチアゾリル、4-イソチアゾリル、5-イソチアゾリル)、チアゾリル(例、2-チアゾリル、4-チアゾリル、5-チアゾリル)、トリアゾリル(例、1,2,3-トリアゾール-4-イル、1,2,4-トリアゾール-3-イル)、オキサジアゾリル(例、1,2,4-オキサジアゾール-3-イル、1,2,4-オキサジアゾール-5-イル)、チアジアゾリル(例、1,2,4-チアジアゾール-3-イル、1,2,4-チアジアゾール-5-イル)、テトラゾリル、ピリジル(例、2-ピリジル、3-ピリジル、4-ピリジル)、ピリダジニル(例、3-ピリダジニル、4-ピリダジニル)、ピリミジニル(例、2-ピリミジニル、4-ピリミジニル、5-ピリミジニル)、ピラジニル等が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「芳香族縮合複素環基」としては、例えば、イソインドリル(例、1-イソインドリル、2-イソインドリル、3-イソインドリル、4-イソインドリル、5-イソインドリル、6-イソインドリル、7-イソインドリル)、インドリル(例、1-インドリル、2-インドリル、3-インドリル、4-インドリル、5-インドリル、6-インドリル、7-インドリル)、ベンゾ[b]フラニル(例、2-ベンゾ[b]フラニル、3-ベンゾ[b]フラニル、4-ベンゾ[b]フラニル、5-ベンゾ[b]フラニル、6-ベンゾ[b]フラニル、7-ベンゾ[b]フラニル)、ベンゾ[c]フラニル(例、1-ベンゾ[c]フラニル、4-ベンゾ[c]フラニル、5-ベンゾ[c]フラニル)、ベンゾ[b]チエニル、(例、2-ベンゾ[b]チエニル、3-ベンゾ[b]チエニル、4-ベンゾ[b]チエニル、5-ベンゾ[b]チエニル、6-ベンゾ[b]チエニル、7-ベンゾ[b]チエニル)、ベンゾ[c]チエニル(例、1-ベンゾ[c]チエニル、4-ベンゾ[c]チエニル、5-ベンゾ[c]チエニル)、インダゾリル(例、1-インダゾリル、2-インダゾリル、3-インダゾリル、4-インダゾリル、5-インダゾリル、6-インダゾリル、7-インダゾリル)、ベンゾイミダゾリル(例、1-ベンゾイミダゾリル、2-ベンゾイミダゾリル、4-ベンゾイミダゾリル、5-ベンゾイミダゾリル)、1,2-ベンゾイソオキサゾリル(例、1,2-ベンゾイソオキサゾール-3-イル、1,2-ベンゾイソオキサゾール-4-イル、1,2-ベンゾイソオキサゾール-5-イル、1,2-ベンゾイソオキサゾール-6-イル、1,2-ベンゾイソオキサゾール-7-イル)、ベンゾオキサゾリル(例、2-ベンゾオキサゾリル、4-ベンゾオキサゾリル、5-ベンゾオキサゾリル、6-ベンゾオキサゾリル、7-ベンゾオキサゾリル)、1,2-ベンゾイソチアゾリル(例、1,2-ベンゾイソチアゾール-3-イル、1,2-ベンゾイソチアゾール-4-イル、1,2-ベンゾイソチアゾール-5-イル、1,2-ベンゾイソチアゾール-6-イル、1,2-ベンゾイソチアゾール-7-イル)、ベンゾチアゾリル(例、2-ベンゾチアゾリル、4-ベンゾチアゾリル、5-ベンゾチアゾリル、6-ベンゾチアゾリル、7-ベンゾチアゾリル)、イソキノリル(例、1-イソキノリル、3-イソキノリル、4-イソキノリル、5-イソキノリル)、キノリル(例、2-キノリル、3-キノリル、4-キノリル、5-キノリル、8-キノリル)、シンノリニル(例、3-シンノリニル、4-シンノリニル、5-シンノリニル、6-シンノリニル、7-シンノリニル、8-シンノリニル)、フタラジニル(例、1-フタラジニル、4-フタラジニル、5-フタラジニル、6-フタラジニル、7-フタラジニル、8-フタラジニル)、キナゾリニル(例、2-キナゾリニル、4-キナゾリニル、5-キナゾリニル、6-キナゾリニル、7-キナゾリニル、8-キナゾリニル)、キノキサリニル(例、2-キノキサリニル、3-キノキサリニル、5-キノキサリニル、6-キノキサリニル、7-キノキサリニル、8-キノキサリニル)、ピラゾロ[1,5-a]ピリジル(例、ピラゾロ[1,5-a]ピリジン-2-イル、ピラゾロ[1,5-a]ピリジン-3-イル、ピラゾロ[1,5-a]ピリジン-4-イル、ピラゾロ[1,5-a]ピリジン-5-イル、ピラゾロ[1,5-a]ピリジン-6-イル、ピラゾロ[1,5-a]ピリジン-7-イル)、イミダゾ[1,2-a]ピリジル(例、イミダゾ[1,2-a]ピリジン-2-イル、イミダゾ[1,2-a]ピリジン-3-イル、イミダゾ[1,2-a]ピリジン-5-イル、イミダゾ[1,2-a]ピリジン-6-イル、イミダゾ[1,2-a]ピリジン-7-イル、イミダゾ[1,2-a]ピリジン-8-イル)等が挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「チオアルコキシ基」としては、例えば、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、イソプピルチオ、ブチルチオ、イソブチルチオ、sec-ブチルチオ、ペンチルチオ、及びヘキシルチオ等の、直鎖状又は分枝鎖状の、炭素数1~10のチオアルコキシ基が挙げられる。
以下に、本発明の含フッ素重合体を説明する。
含フッ素重合体
本発明の含フッ素重合体は、
式(A):
本発明の含フッ素重合体は、
式(A):
[式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれその発現ごとに同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子又は有機基を表す。]
で表される1種以上のエチレン系単量体(A)(以下、本明細書において「単量体(A)」ということがある。)に由来する単量体単位(a)及び
式(B):
で表される1種以上のエチレン系単量体(A)(以下、本明細書において「単量体(A)」ということがある。)に由来する単量体単位(a)及び
式(B):
[式中、環Bは、その発現ごとに同一又は異なって、1個以上の置換基を有していてもよい芳香環基を表す。]
で表される1種以上の含フッ素エチレン系単量体(B)(以下、本明細書において「単量体(B)」ということがある。)に由来する単量体単位(b)を含む含フッ素重合体であって、その主鎖の両末端及び側鎖の末端の少なくともいずれか1つの末端に、連続した前記単量体単位(b)からなるブロックBを有する。
で表される1種以上の含フッ素エチレン系単量体(B)(以下、本明細書において「単量体(B)」ということがある。)に由来する単量体単位(b)を含む含フッ素重合体であって、その主鎖の両末端及び側鎖の末端の少なくともいずれか1つの末端に、連続した前記単量体単位(b)からなるブロックBを有する。
また、本発明の含フッ素重合体は、
式(1):
式(1):
[式中、
(a)は前記と同意義を表し、
(b1)、(b2)及び(b3)はそれぞれ同一又は異なって、(b)を表し、
nは1以上の整数を表し、
m1、m2及びm3はそれぞれ同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1、m2及びm3のうち少なくとも一個は2以上の整数を表す。]
で表される含フッ素重合体であることが好ましい。
(a)は前記と同意義を表し、
(b1)、(b2)及び(b3)はそれぞれ同一又は異なって、(b)を表し、
nは1以上の整数を表し、
m1、m2及びm3はそれぞれ同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1、m2及びm3のうち少なくとも一個は2以上の整数を表す。]
で表される含フッ素重合体であることが好ましい。
前記式(1)において、(b1)m1、(b2)m2、(b3)m3及び((a)-(b3)m3)nでそれぞれ表される構造は、それぞれブロックであることが好ましい。
m3が2以上の整数である場合は、前記式(1)で表される含フッ素重合体は、グラフト鎖を有する含フッ素重合体となる。
なお、単量体単位(a)及び単量体単位(b)は、それぞれ単量体(A)及び単量体(B)から形成され得る単量体単位を意味し、それぞれ実際に単量体(A)及び単量体(B)から形成されるものに限定されない。
本発明の含フッ素重合体は連続した複数の前記単量体単位(a)からなるブロックA及び連続した複数の前記単量体単位(b)からなるブロックBを含むブロック共重合体であることが好ましいが、これに限定されるものではない。本明細書はさらに、前記単量体単位(a)及び前記単量体単位(b)を含むランダム共重合体も開示する。前記単量体単位(a)及び前記単量体単位(b)を含むランダム共重合体は、前記単量体(A)及び前記単量体(B)等を用いて、公知の製造方法によって製造することができる。
また、前記ブロックA及び前記ブロックBは、それぞれ同一の単量体単位(a)及び単量体単位(b)が連続したブロックであってもよいし、それぞれ同一でない単量体単位(a)及び単量体単位(b)が連続したブロックであってもよい。
本発明の含フッ素重合体は、全単量体単位100モル%に対する単量体単位(a)の含有量が1~99モル%であり、好ましくは、30~99モル%であり、特に好ましくは50~99モル%である。
また、本発明の含フッ素重合体は、全単量体単位100モル%に対する単量体単位(b)の含有量が1~99モル%であり、好ましくは、1~70モル%であり、特に好ましくは1~50モル%である。
本発明の含フッ素重合体は、分子内において、前記単量体単位(a)及び前記単量体単位(b)以外の構成単位を含んでいてもよく、その割合としては、全単量体単位100モル%に対して、10モル%以下含んでいてもよい。含フッ素重合体の構造的な均一性及びこれに伴う所望の特性を効率的に付与する観点からは、3モル%以下であることが好ましく、前記単量体単位(a)及び前記単量体単位(b)のみからなることがより好ましい。
前記式(1)において、m1、m2及びm3はそれぞれ同一又は異なって、特に限定されない0以上の整数を表す。また、m1、m2及びm3はそれぞれ同一又は異なって、5以上10000以下であることが好ましく、15以上4000以下であることが特に好ましい。
式(1)において、nは特に限定されない0以上の整数を表す。また、nは、2以上20000以下であることが好ましく、10以上10000以下であることが特に好ましい。
前記式(1)で表される、本発明の含フッ素重合体としては、例えば、以下の式(2):
で表される構造が挙げられ、式中、
m1及びm2は0以上の整数であって、いずれか一個は2以上であり、
n1~n4は、0以上の整数であって、それらの合計は2以上であり、
a1は、-CH2CF2-を表し、
a2は、-CF2CF2-を表し、
a3は、-CF2C(CF3)- を表し、
a4は、-CF2CF(OCF3)- を表し、
前記式(2)における構成単位(b1)及び(b2)は、それぞれ同一又は異なって、以下の式(B-1):
m1及びm2は0以上の整数であって、いずれか一個は2以上であり、
n1~n4は、0以上の整数であって、それらの合計は2以上であり、
a1は、-CH2CF2-を表し、
a2は、-CF2CF2-を表し、
a3は、-CF2C(CF3)- を表し、
a4は、-CF2CF(OCF3)- を表し、
前記式(2)における構成単位(b1)及び(b2)は、それぞれ同一又は異なって、以下の式(B-1):
[式中、環Bは、その発現ごとに同一又は異なって、それぞれ1個以上の置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基、キノリル基、イソキノリル基、インドール基、ピリジル基からなる群より選択される1個の基を表す。]で表される構成単位を表す。
前記式(B-1)における、部分構造式:
で表される基としては、例えば、式(B-2):
で表される基、式(B-3):
で表される基、式(B-4):
で表される基、式(B-5):
で表される基、式(B-6):
で表される基、式(B-7):
で表される基等が挙げられる。
前記式(2)で表される含フッ素重合体としては、より具体的には、式(2-1):
[式中、
n1及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-2):
n1及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-2):
[式中、
n2及びn4は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-3):
n2及びn4は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-3):
[式中、
n2は、2以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-4):
n2は、2以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-4):
[式中、
n2及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-5):
n2及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-5):
[式中、
n2及びn4は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-6):
n2及びn4は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-6):
[式中、
n1及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-7):
n1及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-7):
[式中、
n1及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-8):
n1及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-8):
[式中、
n1及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-9):
n1及びn3は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造、式(2-9):
[式中、
n1及びn4は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造等が挙げられる。
n1及びn4は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のいずれかは2以上の整数を表す。]
で表される構造等が挙げられる。
また、本発明の含フッ素重合体は、グラフト鎖を有する場合がある。グラフト鎖を有する本発明の含フッ素重合体としては、式(1-1):
[式中、
n1、n2及びn5は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のうち少なくとも一個は2以上の整数を表し、
m3は、2以上の整数を表す。]
で表される構造、及び式(1-2):
n1、n2及びn5は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のうち少なくとも一個は2以上の整数を表し、
m3は、2以上の整数を表す。]
で表される構造、及び式(1-2):
[式中、
Rfは、炭素数1~3のパーフルオロアルキル基を表し、
n1、n6及びn7は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のうち少なくとも一個は2以上の整数を表し、
m3は、2以上の整数を表す。]
で表される構造の含フッ素重合体等が挙げられる。
Rfは、炭素数1~3のパーフルオロアルキル基を表し、
n1、n6及びn7は同一又は異なって、1以上の整数を表し、
m1及びm2は同一又は異なって、0以上の整数を表し、
m1及びm2のうち少なくとも一個は2以上の整数を表し、
m3は、2以上の整数を表す。]
で表される構造の含フッ素重合体等が挙げられる。
グラフト鎖は、前記式(A)のR1~R4の少なくともいずれか、又は、R1~R4の少なくともいずれかの基の末端が塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子である場合に、該塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が結合した原子を開始点として伸長され得る。本発明の含フッ素重合体は、前記開始点となり得る原子の少なくとも一部に該塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が結合したままである場合がある。
なお、上記の含フッ素重合体の具体例を表す式(2-1)~(2-9)、式(1-1)及び(1-2)において、それぞれm1、m2及びm3を付した部分構造は、それぞれm1、m2及びm3が付された括弧内の単量体単位が連続したブロックであることが好ましい。また、それぞれn1、n2、n3、n4、n5、n6及びn7を付した部分構造は、それぞれn1、n2、n3、n4、n5、n6及びn7が付された括弧内の単量体単位が互いにランダムに結合していてもよい。
エチレン系単量体(A)
本発明の含フッ素重合体の単量体単位(a)を与えるエチレン系単量体(A)は、以下の式(A):
本発明の含フッ素重合体の単量体単位(a)を与えるエチレン系単量体(A)は、以下の式(A):
[式中、
R1、R2、R3及びR4は前記と同意義を表す。]
で表される。
R1、R2、R3及びR4は前記と同意義を表す。]
で表される。
前記式(A)において、R1、R2、R3及びR4は、それぞれその発現ごとに同一又は異なって、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子又は有機基を表す。含フッ素重合体の耐熱性及び化学的安定性の向上のために、R1、R2、R3及びR4は、それぞれフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメチルエーテル基であることが好ましく、いずれか2個、3個又はすべてがフッ素原子であることがより好ましい。いずれか3個がフッ素原子である場合の残りの1個としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基、-ORf基(Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基)等が好ましい。
前記有機基としては、特に限定されず、1個以上の置換基を有していてもよい炭素数1~10のアルキル基、1個以上の置換基を有していてもよい炭素数1~10のアルコキシ基、1個以上の置換基を有していてもよい炭素数1~10のフルオロアルキル基、前記単量体単位(a)、前記単量体単位(b)、ブロックA、ブロックB、並びに、前記単量体単位(a)及び(b)を含む重合体等が好ましい。
前記1個以上の置換基としては、特に限定されず、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アシル基、アルコキシ基、アルカノイル基、カルボニル基、チオアルコキシ基、エステル基、シアノ基、シリル基、シロキシ基、ニトロ基、アミノ基、アミド基、スルホ基、スルホン酸エステル基、スルホンアミド基、リン酸基、リン酸エステル基、ブロックA、ブロックB、パーフルオロアルキル基、-ORf基(Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基)等が好ましい。
前記有機基が前記単量体(a)、前記単量体単位(b)、ブロックA、ブロックB、前記単量体単位(a)及び(b)を含む重合体である場合は、その末端が水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、パーフルオロアルキル基、-ORf基(Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基)等であることが好ましい。
R1、R2、R3及びR4のいずれか2個がフッ素原子である単量体(A)としては、例えば、以下の式(A-1):
[式中、R3及びR4は前記と同意義を表す。]
で表される化合物が好ましい。
で表される化合物が好ましい。
また、R1、R2、R3及びR4のいずれか3個がフッ素原子である単量体(A)としては、より具体的には以下の式(A-2):
[式中、R4は前記と同意義を表す。]
で表される化合物等が好ましい。
で表される化合物等が好ましい。
単量体(A)として、より具体的には、例えば、テトラフルオロエチレン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、トリフルオロエチレン(TrFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、3,3,3-トリフルオロプロピレン、2,3,3,3-テトラフルオロプロピレン、1,3,3,3-テトラフルオロプロピレン、1,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピレン、トリフルオロブテン、ヘキサ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)、フッ化ビニル等の含フッ素エチレン系単量体;フッ化ビニリデン(VdF)、CH2=CHF(VF)、CH2=CFCF3等のフルオロオレフィン系単量体;パーフルオロメチルビニルエーテル等のフルオロビニルエーテル系単量体等からなる群より選択される少なくとも1種の単量体であることが好ましい。
単量体(A)は、さらに、(1)フルオロオレフィン、(2)スルホン酸含有トリフルオロビルモノマー、(3)α-フルオロオレフィン、(4)シアノ基含有トリフルオロビニルモノマー等の単量体であってもよい。
(1)フルオロオレフィンとしては、例えば、式(A-3):
CH2=CH-Rf (A-3)
[式中Rfはパーフルオロアルキル基を表す。]
で表される化合物が挙げられ、より具体的には例えば、CH2=CH-C6F13、CH2=CH-C4F9、CH2=CH-C2F5、CH2=CH-C8F17等が挙げられる。
CH2=CH-Rf (A-3)
[式中Rfはパーフルオロアルキル基を表す。]
で表される化合物が挙げられ、より具体的には例えば、CH2=CH-C6F13、CH2=CH-C4F9、CH2=CH-C2F5、CH2=CH-C8F17等が挙げられる。
(2)スルホン酸含有トリフルオロビルモノマーとしては、例えば、式(A-4):
CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF2X3))b-Oc-(CFR)d-(CFR)e-(CF2)f-SO3H (A-4)
[式中、Rはそれぞれ独立して、ハロゲン原子又は炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基を表し、
X3はハロゲン原子又は炭素数1~3のパーフルオロアルキル基を表し、
bは0~8の整数であり、cは0又は1であり、
d、e及びfはそれぞれ独立して0~6の整数(但し、d+e+f>0)である。]
で表される化合物が挙げられ、より具体的には例えば、CF2=CF-OCF2CF(CF3)OCF2CF2-SO2H、CF2=CF-OCF2CF2SO3H等が挙げられる。
CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF2X3))b-Oc-(CFR)d-(CFR)e-(CF2)f-SO3H (A-4)
[式中、Rはそれぞれ独立して、ハロゲン原子又は炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基を表し、
X3はハロゲン原子又は炭素数1~3のパーフルオロアルキル基を表し、
bは0~8の整数であり、cは0又は1であり、
d、e及びfはそれぞれ独立して0~6の整数(但し、d+e+f>0)である。]
で表される化合物が挙げられ、より具体的には例えば、CF2=CF-OCF2CF(CF3)OCF2CF2-SO2H、CF2=CF-OCF2CF2SO3H等が挙げられる。
(3)α-フルオロオレフィンとしては、例えば、CH2=CF-CF2CF2CF2H、CH2=CF-CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)-CO2Me、CH2=CF-CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)-CH2OH等が挙げられる。
(4)シアノ基含有トリフルオロビニルモノマーとしては、例えば、式(A-5):
CF2=CF-O-(CF2CF(CF3)O)m(CF2)n-CN (A-5)
[式中、mは0~5の整数であり、nは1~3の整数である。]
で表される化合物が挙げられ、より具体的には例えば、CF2=CF-OCF2CF(CF3)OCF2CF2CN等が挙げられる。
CF2=CF-O-(CF2CF(CF3)O)m(CF2)n-CN (A-5)
[式中、mは0~5の整数であり、nは1~3の整数である。]
で表される化合物が挙げられ、より具体的には例えば、CF2=CF-OCF2CF(CF3)OCF2CF2CN等が挙げられる。
上記の単量体の中でも、本発明の含フッ素重合体の熱的安定性及び化学的安定性の観点から、テトラフルオロエチレン(TFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)等の含フッ素エチレン系単量体が好ましく、テトラフルオロエチレン(TFE)が特に好ましい。
また、本発明の含フッ素重合体がグラフト鎖を有する場合は、単量体(A)としては、前記式(A)中のR1~R4の少なくともいずれかが塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子である場合が好ましく、該塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が結合した原子を開始点としてグラフト鎖が伸長され得る。前記グラフト鎖の開始点である原子に結合する塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子のうち、塩素原子及びヨウ素原子が好ましく、ヨウ素原子がより好ましい。上記の単量体の中でもグラフト鎖を形成しやすいヨードトリフルオロエチレンが特に好ましい。これは、sp2混成炭素原子に結合したフッ素原子に対してより置換されやすいヨウ素原子を含むことで、グラフト鎖の形成が容易となるとともに、該ヨウ素原子以外の置換基がすべてフッ素原子であることから、含フッ素重合体としての主鎖がフッ素原子をより多く含むこととなり、熱的安定性及び化学的安定性をより高く保つことができるためである。
さらに、単量体(A)としては、以下の式(A-6):
CX2=CX-Rf-CH2RI (A-6)
[式中、
Xは水素原子、フッ素原子又はCH3を表し、
Rfはフルオロアルキレン基、フルオロポリオキシアルキレン基又はパーフルオロポリオキシアルキレン基を表し、
Rは水素原子又はCH3を表す。]
で表されるヨウ素含有単量体、下記式(A-7):
CF2=CFO(CF2CF(CF3))m-O-(CF2)n-Br (A-7)
[式中、
mは0~5の整数であり、nは1~3の整数である。]
で表される単量体等が挙げられる。
CX2=CX-Rf-CH2RI (A-6)
[式中、
Xは水素原子、フッ素原子又はCH3を表し、
Rfはフルオロアルキレン基、フルオロポリオキシアルキレン基又はパーフルオロポリオキシアルキレン基を表し、
Rは水素原子又はCH3を表す。]
で表されるヨウ素含有単量体、下記式(A-7):
CF2=CFO(CF2CF(CF3))m-O-(CF2)n-Br (A-7)
[式中、
mは0~5の整数であり、nは1~3の整数である。]
で表される単量体等が挙げられる。
これらの単量体は、それぞれ単独で、又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。
単量体(A)としては、非フッ素系の単量体が含まれていてもよい。そうした非フッ素系単量体としては、例えば、エチレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ビニルエステル類、ビニルラクトン類、ビニルアミド類、ビニルラクタム類、ビニルエーテル類等が挙げられる。なお、本発明において得られる含フッ素重合体の熱的安定性及び化学的安定性をより高く保つためには、単量体(A)としては、含フッ素系の単量体のみであることが好ましい。
含フッ素エチレン系単量体(B)
本発明の含フッ素重合体の単量体単位(b)を与える含フッ素エチレン系単量体(B)は、以下の式(B):
本発明の含フッ素重合体の単量体単位(b)を与える含フッ素エチレン系単量体(B)は、以下の式(B):
[式中、環Bは、前記と同意義を表す。]
で表される。
で表される。
前記環Bとしては、1個以上の置換基を有していてもよい芳香環基であれば特に限定されず、例えば、それぞれ1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、ヘテロアリール基等が挙げられ、より具体的には、それぞれ1個以上の置換基を有していてもよいフェニル基、キノリル基、イソキノリル基、ナフチル基、インドール基、ピリジル基、クロメニル基、ピロリル基、フリル基、チエニル基、イミダゾール基、ベンゾイミダゾール基、ピラゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、ピラジル基、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、トリフェニレン環、ペンタセン環、クリセン環、テトラセン環、ピセン環、ペンタフェン環、ペリレン環等が挙げられる。これらのうち、それぞれ1個以上の置換基を有していてもよいフェニル基、キノリル基、ナフチル基等が好ましい。
前記環Bにおける「1個以上の置換基」としては、特に限定されず、例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよいアリール基、パーフルオロ有機基、アシル基、アルコキシ基、アルカノイル基、カルボニル基、チオアルコキシ基、エステル基、シアノ基、シリル基、シロキシ基、ニトロ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアミド基、スルホ基、スルホン酸エステル基、リン酸基、リン酸エステル基等が挙げられる。この中でも、含フッ素重合体に付与したい特性に合わせて適宜選択することができる。親水性を付与する観点からはヒドロキシル基、カルボキシル基等が好ましい。また、親油性(有機溶剤に対する親和性)を付与する観点からは、炭化水素基、アルコキシ基、アリール基が好ましい。さらに架橋性を付与する場合、シアノ基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、求核性官能基(例えば、ヒドロキシル基、アミノ基等)を有するアルキル基またはアルコキシ基、求核的な反応を受ける基(例えば、エポキシ基、イソシアナート基、エステル基等)を有するアルキル基又はアルコキシ基等が好ましい。
前記環Bは、2個又は3個以上の置換基を有する芳香環基であることができる。それらの置換基は同一のものであってもよく、互いに異なるものであってもよい。2個又は3個以上の置換基を有する芳香環基の好適な例として、含フッ素共重合体を適用する材料に付与したい親水性又は親油性等の性質に合わせて、親水性又は親油性を発現させる基を2個以上持つ芳香環基が挙げられる。すなわち、親水性を付与したい場合には、親水性を発現させる基(例えば、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシル基等)を2個以上有する芳香環基とすることができ、親油性を付与したい場合には、親油性を発現させる基(例えば、アルキル基、アルコキシ基等)を2個以上有する芳香環基とすることができる。かかる芳香環基とすることで、含フッ素共重合体を適用する材料に効率的に親水性又は親油性等を付与することができる。
前記環Bとしては、ラジカル重合性基を有する芳香環基であることができる。その置換基はトリフルオロビニル基であってもよく、別種のラジカル重合性基であってもよい。別種のラジカル重合性基としては特に限定されず、不飽和結合を有する有機基等が挙げられ、より具体的には、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクロイル基、ビニロキシ基等が挙げられる。また、本発明が提供する含フッ素重合体を製造する工程において、これらのラジカル重合性基は完全に、又は一部反応してもよく、反応しなくともよい。これらは製造条件及び選択するラジカル重合性基の種類によって制御できる。製造工程においてラジカル重合性基が良好な効率で反応した場合、本発明の含フッ素重合体は、星形重合体や三次元網目構造状の重合体となり得る。また、未反応のラジカル重合性基が残存する場合、目的に応じて、別の工程で積極的に反応させることが可能であり、例えば、成形工程、塗装工程等において架橋(硬化)反応させることが可能である。
本発明の単量体(B)としては、芳香環にトリフルオロビニル基が結合した化合物であれば特に限定されないが、例えば、トリフルオロスチレン(TFSt)、4-トリフルオロビニル安息香酸アルキル、4-トリフルオロビニル安息香酸、4-ヒドロキシトリフルオロビニルベンゼン、4-アルコキシトリフルオロビニルベンゼン、4-シアノトリフルオロビニルベンゼン、4-パーフルオロアルキルトリフルオロビニルベンゼン、4-フルオロトリフルオロビニルベンゼン、4-クロロトリフルオロビニルベンゼン、4-ブロモトリフルオロビニルベンゼン、4-ヨードトリフルオロビニルベンゼン、4-アミノトリフルオロビニルベンゼン、4-アセトアミドトリフルオロビニルベンゼン、4-トリフルオロビニルベンゼンスルホンアミド、4-トリフルオロビニルベンゼンスルホン酸、4-トリフルオロビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム、4-トリフルオロビニルベンゼンスルホン酸カリウム、4-トリフルオロビニルフェニルリン酸、4-トリフルオロビニルフェニルリン酸ジメチル、2-(4-トリフルオロビニル-フェノキシメチル)-オキシラン、1-(2-イソシアナートエトキシ)-4-トリフルオロビニルベンゼン、1,4-ビス(トリフルオロビニル)ベンゼン、1-トリフルオロビニル-4-ビニルベンゼン、トリフルオロビニル-2-キノリン、トリフルオロビニル-2-ピリジン、トリフルオロビニル-2-ピロール、トリフルオロビニル-2-イソキノリン、トリフルオロビニル-2-フラン、トリフルオロビニル-2-チオフェン、トリフルオロビニル-2-イミダゾール、トリフルオロビニル-2-ベンゾイミダゾール、トリフルオロビニル-3-ピラゾリン、トリフルオロビニル-2-オキサゾリン、トリフルオロビニル-2-チアゾリン、トリフルオロビニル-2-ピラジン、1,5-ビス(トリフルオロビニル)ナフタレン、1-トリフルオロビニル-5-ビニルナフタレン、1-フルオロ-5-トリフルオロビニルナフタレン、1-クロロ-5-トリフルオロビニルナフタレン、1-ブロモ-5-トリフルオロビニルナフタレン、1-ヨード-5-トリフルオロビニルナフタレン、4-トリフルオロビニル安息香酸、1-アルキルカルボキシ-5-トリフルオロビニルナフタレン、1-カルボキシ-5-トリフルオロビニルナフタレン、1-アルコキシ-5-トリフルオロビニルナフタレン、1-パーフルオロアルキル-5-トリフルオロビニルナフタレントリフルオロビニル-2-キノリン、1-ブロモ-5-トリフルオロビニルナフタレン、1-メチルカルボキシ-5-トリフルオロビニルナフタレン、9-トリフルオロビニルアントラセン、9-トリフルオロビニルフェナントレン、1-トリフルオロビニルピレン、2-トリフルオロビニルトリフェニレン、トリフルオロビニルフェナントレン、トリフルオロビニルペンタセン、トリフルオロビニルクリセン、トリフルオロビニルテトラセン、トリフルオロビニルピセン、トリフルオロビニルペンタフェン、トリフルオロビニルペリレン等が挙げられ、TFSt、4-トリフルオロビニル安息香酸エチル、4-ヒドロキシトリフルオロビニルベンゼン、4-メトキシトリフルオロビニルベンゼン、4-ターシャリーブトキシトリフルオロビニルベンゼン、4-シアノトリフルオロビニルベンゼン、4-トリフルオロメチルトリフルオロビニルベンゼン、4-パーフルオロヘキシルトリフルオロビニルベンゼン、4-フルオロトリフルオロビニルベンゼン、4-ブロモトリフルオロビニルベンゼン、トリフルオロビニル-2-キノリン、トリフルオロビニル-2-イミダゾール、トリフルオロビニル-2-ベンゾイミダゾール、トリフルオロビニル-2-チオフェン、1-ブロモ-5-トリフルオロビニルナフタレン、4-トリフルオロビニル安息香酸、1-メチルカルボキシ-5-トリフルオロビニルナフタレン等が好ましい。また、上記に列記した化合物の位置異性体を用いても良く、例えば、4-トリフルオロビニル安息香酸の代わりに3-トリフルオロビニル安息香酸を用いてもよく、トリフルオロビニル-2-キノリンに代えてトリフルオロビニル-4-キノリンを用いてもよい。
含フッ素重合体の製造方法
本発明の含フッ素重合体は、例えば、以下に説明する方法又はこれに準じる方法によって製造できる。
本発明の含フッ素重合体は、例えば、以下に説明する方法又はこれに準じる方法によって製造できる。
製造方法1
本発明の含フッ素重合体は、前記単量体単位(a)の繰り返しを含む主鎖の両末端及び側鎖の末端の少なくともいずれか1つの末端にハロゲン原子、チオカルボニル基を有する基、官能基が結合したテルル原子を有する単量体単位(a)の繰り返しを含む重合体Zaに、必要に応じてpHを調整した状態で、(1)一電子還元剤、公知のラジカル開始剤、遷移金属触媒、及び有機触媒からなる群より選択される1種以上の存在下、並びに/又は(2)光照射下に、前記単量体(B)を反応させることによって製造することができる。
本発明の含フッ素重合体は、前記単量体単位(a)の繰り返しを含む主鎖の両末端及び側鎖の末端の少なくともいずれか1つの末端にハロゲン原子、チオカルボニル基を有する基、官能基が結合したテルル原子を有する単量体単位(a)の繰り返しを含む重合体Zaに、必要に応じてpHを調整した状態で、(1)一電子還元剤、公知のラジカル開始剤、遷移金属触媒、及び有機触媒からなる群より選択される1種以上の存在下、並びに/又は(2)光照射下に、前記単量体(B)を反応させることによって製造することができる。
ハロゲン原子としては、ヨウ素原子、臭素原子、塩素原子等が用いられ、好ましくはヨウ素原子及び臭素原子が用いられ、特に好ましくはヨウ素原子が用いられる。
チオカルボニル基を有する基としては、下記に限定されるものではないが、例えばジチオベンゾアート骨格(-S-C(Ar)=S)、トリチオカルボナート骨格(-S-C(-S-Z1)=S)、ジチオカルバマート(-S-C(-NZ1Z2)=S)、キサンタート骨格(-S-C(-OZ1)=S)等が挙げられる。上記式中、Z1及びZ2は特に限定されるものではないが、アルキル基、アリール基、アルキレングリコール基等が挙げられ、これらは置換されていてもよい。また、上述の基と重合体の主鎖との間にエステル基等のスペーサー骨格を有していてもよい。Arは、置換基を有していてよいフェニル基が好ましく、より好ましくはフェニル基である。
官能基を有するテルル原子における官能基としては、特に限定されず、アルキル基、アリール基等が挙げられ、メチル基、ブチル基、フェニル基等が好ましく、メチル基及びブチル基がより好ましい。
一電子還元剤としては、例えば、式(3):
(Y1)nH2-nS2O4 (3)
[式中、
Y1は1価もしくは2価の金属イオン(例:Na)又はアンモニウムイオンを表し、
nは0~2の整数である。]
で表される硫黄化合物、二価の鉄塩、及びアミン化合物[例:ポリアミン]が挙げられる。
(Y1)nH2-nS2O4 (3)
[式中、
Y1は1価もしくは2価の金属イオン(例:Na)又はアンモニウムイオンを表し、
nは0~2の整数である。]
で表される硫黄化合物、二価の鉄塩、及びアミン化合物[例:ポリアミン]が挙げられる。
公知の重合開始剤としては、例えば、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)等のAzo開始剤が挙げられる。
遷移金属触媒の金属種としては、通常、Cu、Ru、Fe、Ni、Ti、Co、Mn等が用いられ、Cu、Ru及びFeが好ましい。
上記の遷移金属触媒は、好ましくは配位子を共存させて使用することが好ましい。用いる遷移金属触媒に対して十分に配位する能力があれば特に限定されないが、通常、窒素原子を2~6個持つ低分子化合物が用いられ、2~4個持つものが好ましい。例えば、アルキル基で置換されていてよい2,2-ビピリジル(ビピリジン)、N,N’,N’,N”,N”-ペンタメチルジエチレントリアミン、トリス(2-ピリジルメチル)アミン、トリス[2-(ジメチルアミノ)エチル]アミン等が用いられる。
有機触媒としては、通常、4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩、及び多環式化合物[例:ペリレン]等が用いられる。その中でも好ましくは、テトラアルキルアンモニウムヨージド、テトラアルキルホスホニウムヨージド及びトリブチルメチルアンモニウムヨージドが用いられ、特に好ましくはテトラブチルアンモニウムヨージド及びトリブチルメチルアンモニウムヨージドが用いられる。
当該反応の反応温度としては、当該反応が適当に進行する温度を適宜選択すればよいが、当該温度は、例えば、0~120℃であることができる。
当該反応の反応時間としては、当該反応が適当に進行するために十分な時間を適宜設定すればよいが、当該時間は、例えば、0.5~50時間であることができる。
当該反応は、不活性ガス(例:ヘリウムガス、窒素ガス、アルゴンガス)の存在下で実施されてもよい。
このようにして得られた本発明の含フッ素重合体は、所望により、水、及びヘキサン等を用いた再沈殿及び遠心分離等の慣用の方法で精製することができる。
製造方法2
本発明の含フッ素重合体のうち、単量体単位(a)がテトラフルオロエチレンに由来する単量体単位である含フッ素重合体は、エチレン系単量体(A)としてのテトラフルオロエチレン、及び含フッ素エチレン系単量体(B)を重合させることを含む製造方法により、製造できる。
本発明の含フッ素重合体のうち、単量体単位(a)がテトラフルオロエチレンに由来する単量体単位である含フッ素重合体は、エチレン系単量体(A)としてのテトラフルオロエチレン、及び含フッ素エチレン系単量体(B)を重合させることを含む製造方法により、製造できる。
当該製造方法は、例えば、
重合開始剤の存在下、及び溶媒中で、テトラフルオロエチレンを重合させる第1重合反応を反応させて活性ポリテトラフルオロエチレン重合中間体を得る段階A、及び
段階Aで得られた活性ポリテトラフルオロエチレン重合中間体の存在下で、含フッ素エチレン系単量体(B)を重合させて、単量体単位(a)がテトラフルオロエチレンに由来する単量体単位である含フッ素重合体を得る段階B
を含む製造方法であることができる。
重合開始剤の存在下、及び溶媒中で、テトラフルオロエチレンを重合させる第1重合反応を反応させて活性ポリテトラフルオロエチレン重合中間体を得る段階A、及び
段階Aで得られた活性ポリテトラフルオロエチレン重合中間体の存在下で、含フッ素エチレン系単量体(B)を重合させて、単量体単位(a)がテトラフルオロエチレンに由来する単量体単位である含フッ素重合体を得る段階B
を含む製造方法であることができる。
段階Aの反応条件、及び段階Bの反応条件は、例えば、所望するテトラフルオロエチレンの重合度、及び所望する含フッ素エチレン系単量体(B)に応じて、適宜設定すればよいが、例えば、下記の条件を採用することができる。
段階Aの反応は、耐圧反応性容器内で、テトラフルオロエチレンによる0.1MPaG~2.0MPaGの範囲内の加圧下で、好適に実施できる。
前記重合開始剤の例は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソヴァレロニトリル、ベンゾイルパーオキシド、ジ-t-ブチルパーオキシド、ラウリルパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、t-ブチルパーオキシピバレート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネートを包含する。
前記重合開始剤は、例えば、テトラフルオロエチレンの100gに対し、0.001g~5gの量で好適に用いることができる。
前記溶媒の例は、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、石油エーテル、市販の石油系溶剤(例:EXXSOL D40、及びISOPER E[いずれも、商品名、エクソンモービル社])、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸t-ブチル、イソプロピルアルコール、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、p-クロロベンゾトリフルオライド、1,1,2,2-テトラクロロエタン、1,1,1-トリクロロエタン、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、テトラクロロジフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、1,3-bis(トリフルオロメチル) ベンゼン、HFE7000、HFE7100、HFE7200、HFE7300、パーフルオロヘキサン及びAK-225などのCFC溶媒を包含する。
当該溶媒は、1種、又は2種以上の組み合わせであることができる。
前記溶媒は、例えば、テトラフルオロエチレンの100gに対し、100g~500kgの量で好適に用いることができる。
段階Aの反応温度は、好適に-50~150℃の範囲内であることができる。
段階Aの反応時間は、好適に0.1~48時間の範囲内であることができる。
段階Aの反応は、好適に、撹拌しながら実施できる。
段階Aにより、活性ポリテトラフルオロエチレン重合中間体が得られる。
前記重合開始剤の例は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソヴァレロニトリル、ベンゾイルパーオキシド、ジ-t-ブチルパーオキシド、ラウリルパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、t-ブチルパーオキシピバレート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネートを包含する。
前記重合開始剤は、例えば、テトラフルオロエチレンの100gに対し、0.001g~5gの量で好適に用いることができる。
前記溶媒の例は、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、石油エーテル、市販の石油系溶剤(例:EXXSOL D40、及びISOPER E[いずれも、商品名、エクソンモービル社])、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸t-ブチル、イソプロピルアルコール、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、p-クロロベンゾトリフルオライド、1,1,2,2-テトラクロロエタン、1,1,1-トリクロロエタン、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、テトラクロロジフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、1,3-bis(トリフルオロメチル) ベンゼン、HFE7000、HFE7100、HFE7200、HFE7300、パーフルオロヘキサン及びAK-225などのCFC溶媒を包含する。
当該溶媒は、1種、又は2種以上の組み合わせであることができる。
前記溶媒は、例えば、テトラフルオロエチレンの100gに対し、100g~500kgの量で好適に用いることができる。
段階Aの反応温度は、好適に-50~150℃の範囲内であることができる。
段階Aの反応時間は、好適に0.1~48時間の範囲内であることができる。
段階Aの反応は、好適に、撹拌しながら実施できる。
段階Aにより、活性ポリテトラフルオロエチレン重合中間体が得られる。
段階Bは、段階Aの反応の後、すなわち活性ポリテトラフルオロエチレン重合中間体の存在下で実施される。
段階Bの実施において、所望により、前記反応容器内の気相部分に残ったテトラフルオロエチレンを除去してもよい。
段階Bにおいては、含フッ素エチレン系単量体(B)を、テトラフルオロエチレンの100gに対し、含フッ素エチレン系単量体(B)を0.01g~100gの量で好適に用いることができる。
段階Bの反応温度は、好適に-50~100℃の範囲内であることができる。
段階Bの反応時間は、好適に0.1~48時間の範囲内であることができる。
段階Bの反応は、好適に、撹拌しながら実施できる。
段階Bの実施において、所望により、前記反応容器内の気相部分に残ったテトラフルオロエチレンを除去してもよい。
段階Bにおいては、含フッ素エチレン系単量体(B)を、テトラフルオロエチレンの100gに対し、含フッ素エチレン系単量体(B)を0.01g~100gの量で好適に用いることができる。
段階Bの反応温度は、好適に-50~100℃の範囲内であることができる。
段階Bの反応時間は、好適に0.1~48時間の範囲内であることができる。
段階Bの反応は、好適に、撹拌しながら実施できる。
このようにして得られた本発明の含フッ素重合体は、所望により、クロロホルム洗浄等の慣用の方法で精製することができる。
なお、段階Aを行わず、別途調製したポリテトラフルオロエチレン粉末(通常、一般に知られている様に、活性末端が残っている)を用いて段階Bを行っても本発明の含フッ素重合体を得ることができる。この場合は、上記溶媒を用いてもよいが、無溶媒中で好適に重合が進行する。
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例になんら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。
測定方法
(1)NMR:
1H-NMR測定条件:400 MHz(テトラメチルシラン=0 ppm)
19F-NMR測定条件:376 MHz(トリクロロフルオロメタン=0 ppm)
(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1 ml/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。
(1)NMR:
1H-NMR測定条件:400 MHz(テトラメチルシラン=0 ppm)
19F-NMR測定条件:376 MHz(トリクロロフルオロメタン=0 ppm)
(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1 ml/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(主鎖両末端に-CH
2
Iを有するVdF/HFP共重合体エラストマーの製造)
3Lオートクレーブに、純水(1500 g)、20重量%のパーフルオロオクタン酸アンモニウム水溶液(22 g)を供給した。系内を不活性ガスで置換し、減圧状態にした後、内温を80℃にし、内圧が0.73 MPaになるまでHFPを供給し、さらに内圧が1.5 MPaになるまでVdFを供給した。その後、撹拌下、1,4-ジヨードオクタフルオロブタン(12.6 g、27.8 mmol)、水(8 g)に溶解させた過硫酸アンモニウム(APS)40 mgを加え、重合を開始させた。VdF/HFP混合モノマー(VdF/HFP=78/22(モル%),417 g)を連続的に供給した。途中、重合開始2時間後にAPS 66 mg、4時間後にAPS 80 mg、7時間後にAPS 96 mgを水8 g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1900 g、ポリマー濃度が20重量%であった。
3Lオートクレーブに、純水(1500 g)、20重量%のパーフルオロオクタン酸アンモニウム水溶液(22 g)を供給した。系内を不活性ガスで置換し、減圧状態にした後、内温を80℃にし、内圧が0.73 MPaになるまでHFPを供給し、さらに内圧が1.5 MPaになるまでVdFを供給した。その後、撹拌下、1,4-ジヨードオクタフルオロブタン(12.6 g、27.8 mmol)、水(8 g)に溶解させた過硫酸アンモニウム(APS)40 mgを加え、重合を開始させた。VdF/HFP混合モノマー(VdF/HFP=78/22(モル%),417 g)を連続的に供給した。途中、重合開始2時間後にAPS 66 mg、4時間後にAPS 80 mg、7時間後にAPS 96 mgを水8 g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1900 g、ポリマー濃度が20重量%であった。
この乳濁液から主鎖両末端に-CH2Iを有するVdF/HFP共重合体を単離精製した。得られたVdF/HFP共重合体の共重合組成比は19F-NMRの測定によりVdF/HFP=78/22(モル%)であった。また、GPC測定でのポリスチレン換算の数平均分子量は、19400であった。
実施例1(無置換トリフルオロスチレンとのブロック化)
製造例1で合成した原料ポリマー(フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、Mn=4.2×104、Mw/Mn=1.6、3.08g)及びDMSO(35.0 mL)を反応容器に入れ、原料ポリマーが溶解するまで撹拌した。亜ジチオン酸ナトリウム(268 mg)及び炭酸水素ナトリウム(47.9 mg)を加え、系内を十分に脱気し不活性ガスで置換した。不活性ガス雰囲気下を保ちながら、トリフルオロスチレン(6.00 g)を加え、50℃で8時間加熱攪拌した後、精製した。
GPC測定を行ったところ、単峰性のピークが観測されたことから、原料ポリマーの末端から重合が進行し、目的のブロックポリマーが得られたことが示唆された。また分子量は、Mn=5.8×104、Mw/Mn=1.5であり、トリフルオロスチレン由来の骨格が28重量%含まれたポリマーであることが分かった。また、1H NMR測定及び19F NMR測定からも、原料ポリマーのヨウ素末端由来のピーク(-CF2CH2-I:δF =-108 ppm、-CF2CH2-I:δH =4.0-3.8 ppm)が消失していることが確認され、原料ポリマーの末端から重合が進行していることが示唆された。さらに、1H NMR測定チャートからは、芳香族領域(7.8-6.8 ppm)にブロードなピークが観測され、トリフルオロスチレンモノマーが重合していることが確認された。これらのことから、目的のブロックポリマーが得られたことを確認できた。
比較例1(スチレン(炭化水素骨格)とのブロック化)
製造例1で合成した原料ポリマー(フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、Mn=4.2×104、Mw/Mn=1.6、90.0 mg)及びDMSO(5.0 mL)を反応容器に入れ、原料ポリマーが溶解するまで撹拌した。亜ジチオン酸ナトリウム(9.50 mg)を加え、系内を十分に脱気し不活性ガスで置換した。不活性ガス雰囲気下を保ちながら、スチレン(100 mg)を加え、50℃で8時間加熱攪拌した。水及びヘキサンを用いて再沈殿及び遠心分離を行い精製した。
GPC測定を行ったところ単峰性のピークが観測され、原料ポリマーの末端から重合が進行し、目的のブロックポリマーが得られたことが示唆された。また分子量は、Mn=5.5×104、Mw/Mn=1.4であり、スチレン由来の骨格が24重量%含まれたポリマーであることが分かった。1H NMR測定及び19F NMR測定から、原料ポリマーのヨウ素末端由来のピーク(-CF2CH2-I:δF =-108 ppm、-CF2CH2-I:δH =4.0-3.8 ppm)が消失していることを確認し、原料ポリマーの末端から重合が進行していることが示唆された。さらに、1H NMR測定チャートからは、芳香族領域(7.3-6.3 ppm)にブロードなピークが観測され、スチレンモノマーが重合していることが確認された。これらのことから、目的のブロックポリマーが得られたことを確認できた。
実施例2(4-トリフルオロビニル安息香酸エチルとのブロック化)
製造例1で合成した原料ポリマー(フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、Mn=2.0×104、Mw/Mn=1.4、95.0 mg)及びDMSO(1.5 mL)を反応容器に入れ、原料ポリマーが溶解するまで撹拌した。亜ジチオン酸ナトリウム(18.5 mg)及び炭酸水素ナトリウム(47.9 mg)を加え、系内を十分に脱気し不活性ガスで置換した。不活性ガス雰囲気下を保ちながら、4-トリフルオロビニル安息香酸エチル(800 mg)を加え、50℃で8時間、遮光下で加熱攪拌した。水及びヘキサンを用いて再沈殿及び遠心分離を行い精製した。
GPC測定を行ったところ単峰性のピークが観測され、原料ポリマーの末端から重合が進行し、目的のブロックポリマーが得られたことが示唆された。また分子量は、Mn=2.5×104、Mw/Mn=1.4であった。また、1H NMR測定及び19F NMR測定から、原料ポリマーのヨウ素末端由来のピーク(-CF2CH2-I:δF =-108 ppm、-CF2CH2-I:δH =4.0-3.8 ppm)が消失していることが確認され、原料ポリマーの末端から重合が進行していることが示唆された。さらに、1H NMR測定チャートからは、芳香族領域(7.8-6.8 ppm)にブロードなピークが観測され、4-トリフルオロビニル安息香酸エチルが重合していることが確認された。これらのことから、目的のブロックポリマーが得られたことを確認できた。
実施例3(4-トリフルオロビニル安息香酸とのブロック化)
製造例1で合成した原料ポリマー(フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、Mn=4.2×104、Mw/Mn=1.6、538 mg)及びDMSO(15.0 mL)を反応容器に入れ、原料ポリマーが溶解するまで撹拌した。亜ジチオン酸ナトリウム(46.7 mg)及び炭酸水素ナトリウム(8.40 mg)を加え、系内を十分に脱気し不活性ガスで置換した。不活性ガス雰囲気下を保ちながら、4-トリフルオロビニル安息香酸(483 mg)を加え、50℃で8時間加熱攪拌した。水及びヘキサンを用いて再沈殿、遠心分離を行い精製した。
GPC測定を行ったところ単峰性のピークが観測され、原料ポリマーの末端から重合が進行し、目的のブロックポリマーが得られたことが示唆された。また分子量は、Mn=5.8×104、Mw/Mn=1.5であった。また、1H NMR測定及び19F NMR測定から、原料ポリマーのヨウ素末端由来のピーク(-CF2CH2-I:δF =-108 ppm、-CF2CH2-I:δH =4.0-3.8 ppm)が消失していることが確認され、原料ポリマーの末端から重合が進行していることが示唆された。さらに、1H NMR測定チャートからは、芳香族領域(7.8-6.8 ppm)にブロードなピークが観測され、4-トリフルオロビニル安息香酸が重合していることが確認された。これらのことから、目的のブロックポリマーが得られたことを確認できた。また、元素分析の結果から、フッ素元素が57.9 wt%含まれており、4-トリフルオロビニル安息香酸由来の骨格が10モル%含まれたポリマーであることが分かった。
実施例4(1-メチルカルボキシ-5-トリフルオロビニルナフタレンとのブロック化)
製造例1で合成した原料ポリマー(フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、Mn=2.0×104、Mw/Mn=1.4、59.0 mg)及びDMSO(1.5 mL)を反応容器に入れ、原料ポリマーが溶解するまで撹拌した。亜ジチオン酸ナトリウム(11.6 mg)及び炭酸水素ナトリウム(4.66 mg)を加え、系内を十分に脱気し不活性ガスで置換した。不活性ガス雰囲気下を保ちながら、1-メチルカルボキシ-5-トリフルオロビニルナフタレン(39.0 mg)を加え、80℃で8時間加熱攪拌した。水及びヘキサンを用いて再沈殿及び遠心分離を行い精製した。
GPC測定を行ったところ単峰性のピークが観測され、原料ポリマーの末端から重合が進行し、目的のブロックポリマーが得られたことが示唆された。また分子量は、Mn=2.8×104、Mw/Mn=1.5であった。また、1H NMR測定及び19F NMR測定から、原料ポリマーのヨウ素末端由来のピーク(-CF2CH2-I:δF =-108 ppm、-CF2CH2-I:δH =4.0-3.8 ppm)が消失していることが確認され、原料ポリマーの末端から重合が進行していることが示唆された。さらに、1H NMR測定チャートからは、芳香族領域(7.8-6.8 ppm)にブロードなピークが観測され、1-メチルカルボキシ-5-トリフルオロビニルナフタレンが重合していることが確認された。これらのことから、目的のブロックポリマーが得られたことを確認できた。
実施例5(1-ブロモ-5-トリフルオロビニルナフタレンとのブロック化)
製造例1で合成した原料ポリマー(フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、Mn=2.0×104、Mw/Mn=1.4、50.0 mg)及びDMSO(1.5 mL)を反応容器に入れ、原料ポリマーが溶解するまで撹拌した。亜ジチオン酸ナトリウム(10.0 mg)及び炭酸水素ナトリウム(5.83 mg)を加え、系内を十分に脱気し不活性ガスで置換した。不活性ガス雰囲気下を保ちながら、1-ブロモ-5-トリフルオロビニルナフタレン(51.0 mg)を加え、50℃で8時間加熱攪拌した。水及びヘキサンを用いて再沈殿及び遠心分離を行い精製した。
GPC測定を行ったところ単峰性のピークが観測され、原料ポリマーの末端から重合が進行し、目的のブロックポリマーが得られたことが示唆された。また分子量は、Mn=2.7×104、Mw/Mn=1.5であった。また、1H NMR測定及び19F NMR測定から、原料ポリマーのヨウ素末端由来のピーク(-CF2CH2-I:δF =-108 ppm、-CF2CH2-I:δH =4.0-3.8 ppm)が消失していることが確認され、原料ポリマーの末端から重合が進行していることが示唆された。さらに、1H NMR測定チャートからは、芳香族領域(7.8-6.8 ppm)にブロードなピークが観測され、1-ブロモ-5-トリフルオロビニルナフタレンが重合していることが確認された。これらのことから、目的のブロックポリマーが得られたことを確認できた。
実施例6(トリフルオロビニル-2-キノリンとのブロック化)
製造例1で合成した原料ポリマー(フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、Mn=2.0×104、Mw/Mn=1.4、67.0 mg)及びDMSO(1.5 mL)を反応容器に入れ、原料ポリマーが溶解するまで撹拌した。亜ジチオン酸ナトリウム(12.9 mg)及び炭酸水素ナトリウム(7.44 mg)を加え、系内を十分に脱気し不活性ガスで置換した。不活性ガス雰囲気下を保ちながら、トリフルオロビニル-2-キノリン(31.0 mg)を加え、50℃で8時間加熱攪拌した。水及びヘキサンを用いて再沈殿及び遠心分離を行い精製した。
GPC測定を行ったところ単峰性のピークが観測され、原料ポリマーの末端から重合が進行し、目的のブロックポリマーが得られたことが示唆された。また分子量は、Mn=2.8×104、Mw/Mn=1.5であった。また、1H NMR測定及び19F NMR測定から、原料ポリマーのヨウ素末端由来のピーク(-CF2CH2-I:δF =-108 ppm、-CF2CH2-I:δH =4.0-3.8 ppm)が消失していることが確認され、原料ポリマーの末端から重合が進行していることが示唆された。さらに、1H NMR測定チャートからは、芳香族領域(7.8-6.8 ppm)にブロードなピークが観測され、トリフルオロビニル-2-キノリンが重合していることが確認された。これらのことから、目的のブロックポリマーが得られたことを確認できた。
製造例2(主鎖片末端に-CF
2
Iを有するTFE/パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体エラストマーの製造)
6Lオートクレーブに、純水(3000 g)、パーフルオロオクタン酸アンモニウム(30 g)、炭酸アンモニウム(0.276 g)を供給した。系内を不活性ガスで置換し、減圧状態にした後、内圧が0.55 MPaG(50℃下)になるまでパーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)を供給した。続いて、CF4を0.63MPaGとなるまで、さらにTFEを0.83MPaGとなるまで供給した。その後、水(5 g)に溶解させた過硫酸アンモニウム(APS)1.975 gを加え、重合を開始させた。TFEとPMVEを重量比1:1の比で連続供給することで、重合圧力を一定に保って重合を行った。TFEとPMVEを合計30 g添加した時点で、2-ヨードヘプタフルオロプロパン(5.40 g)を添加した。反応開始から12時間後、水(2 g)に溶解させた過硫酸アンモニウム(APS)0.411 gを追加添加した。反応開始から19時間後、重合を終了した。得られた乳濁液(1290 g)から主鎖片末端に-CF2Iを有するTFE/PMVE共重合体(168 g)を単離精製した。得られたTFE/PMVE共重合体の共重合組成比は19F-NMRの測定によりTFE/PMVE=62.5/37.5(モル%)であった。また、ムーニー粘度測定より平均分子量は75000であった。
6Lオートクレーブに、純水(3000 g)、パーフルオロオクタン酸アンモニウム(30 g)、炭酸アンモニウム(0.276 g)を供給した。系内を不活性ガスで置換し、減圧状態にした後、内圧が0.55 MPaG(50℃下)になるまでパーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)を供給した。続いて、CF4を0.63MPaGとなるまで、さらにTFEを0.83MPaGとなるまで供給した。その後、水(5 g)に溶解させた過硫酸アンモニウム(APS)1.975 gを加え、重合を開始させた。TFEとPMVEを重量比1:1の比で連続供給することで、重合圧力を一定に保って重合を行った。TFEとPMVEを合計30 g添加した時点で、2-ヨードヘプタフルオロプロパン(5.40 g)を添加した。反応開始から12時間後、水(2 g)に溶解させた過硫酸アンモニウム(APS)0.411 gを追加添加した。反応開始から19時間後、重合を終了した。得られた乳濁液(1290 g)から主鎖片末端に-CF2Iを有するTFE/PMVE共重合体(168 g)を単離精製した。得られたTFE/PMVE共重合体の共重合組成比は19F-NMRの測定によりTFE/PMVE=62.5/37.5(モル%)であった。また、ムーニー粘度測定より平均分子量は75000であった。
実施例7(無置換トリフルオロスチレンとのブロック化)
製造例2で合成した原料ポリマー(テトラフルオロエチレンとパーフルオロメチルビニルエーテルの共重合体、3.16 g)及び含フッ素溶媒(ClCF2-CFCl-C2F5、25.0 mL)を反応容器に入れ、原料ポリマーが溶解するまで撹拌した。反応混合物の脱気を行い、容器内を窒素置換した後、Azo開始剤[2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)](8.00 mg)、トリフルオロスチレン(2.00 g)及びトルエン(2.0 mL)を加えた。さらに容器内を十分に窒素置換した。50℃で8時間加熱攪拌した。水及びヘキサンを用いて再沈殿を行い精製した後、クロロホルム及びアセトンを用いて十分に洗浄することにより、トリフルオロスチレンホモポリマーを除去して、目的のブロックポリマーを得た。1H NMR測定により、芳香族領域にブロードなピークを観測し、トリフルオロスチレンが重合して生じる骨格の存在を確認した。また、元素分析の結果から、フッ素元素が67.7 wt%含まれており、トリフルオロスチレン由来の骨格が10モル%含まれたポリマーであることが分かった。
比較例2(スチレン(炭化水素骨格)とのブロック化)
製造例2で合成した原料ポリマー(テトラフルオロエチレンとパーフルオロメチルビニルエーテルの共重合体、1.48 g)、含フッ素溶媒(ClCF2-CFCl-C2F5、12.0 mL)を反応容器に入れ、ポリマーが溶解するまで撹拌した。反応混合物の脱気を行い、容器内を窒素置換した後、Azo開始剤[2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)](5.50 mg)、スチレン(1.00 g)及びトルエン(1.0 mL)を加えた。さらに容器内を十分に窒素置換した。50℃で8時間加熱攪拌した。水及びヘキサンを用いて再沈殿を行い精製した後、クロロホルム及びアセトンで十分に洗浄することにより、トリフルオロスチレンホモポリマーを除去して、目的のブロックポリマーを得た。1H NMR測定により、芳香族領域にブロードなピークを観測し、トリフルオロスチレンが重合して生じる骨格の存在を確認した。また、元素分析の結果から、フッ素元素が60.3 wt%含まれており、当該ポリマーは、スチレン由来の骨格を19モル%含有するポリマーであることが分かった。
実施例8(ポリマーの耐熱性試験)
製造例1、及び2、実施例1、及び7、並びに比較例1、及び2で、それぞれ合成したブロックポリマーについてTG/DTA測定を行い、主鎖中にポリトリフルオロスチレンブロックを含む場合、及びポリスチレンブロックを含む場合について、それぞれ熱的安定性を評価した。当該TG/DTA測定の結果(分解開始温度)を下記表1、及び表2に示す。これらの表に示した結果から、重合後に生じる主鎖がパーフルオロアルキル骨格となるトリフルオロスチレン骨格を活用することで、高い耐熱性を有するポリマーが得られていること、が確認された。
製造例1、及び2、実施例1、及び7、並びに比較例1、及び2で、それぞれ合成したブロックポリマーについてTG/DTA測定を行い、主鎖中にポリトリフルオロスチレンブロックを含む場合、及びポリスチレンブロックを含む場合について、それぞれ熱的安定性を評価した。当該TG/DTA測定の結果(分解開始温度)を下記表1、及び表2に示す。これらの表に示した結果から、重合後に生じる主鎖がパーフルオロアルキル骨格となるトリフルオロスチレン骨格を活用することで、高い耐熱性を有するポリマーが得られていること、が確認された。
実施例9(ポリマーの親油性評価)
後記の試料調製方法、及び測定方法により、製造例2及び実施例7でそれぞれ合成したポリマーについてヘキサンデカンに対する接触角測定を行い、主鎖中にポリトリフルオロスチレンブロックが導入された場合とそうでない場合について、それぞれ親油性を評価した。当該接触角測定の結果(親油性)を後記表3に示す。この表に示した結果から、重合後の主鎖にポリトリフルオロスチレン骨格が導入されている場合、そうでない場合に比べて、同程度の耐熱性を持ちながらもより親油性が高いことが確認された。
・試料調製方法:供試するポリマーを、0.1wt%の濃度となる様に、ClCF2-CFCl-C2F5に溶解させてポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をカバーガラス上に滴下し、及びドラフト内で風乾した後、100℃で2時間送風乾燥させることで、ポリマーの膜を調製した。
・測定方法:前記試料調製方法で得られたポリマーの膜に、ヘキサデカン(2μL)を滴下して21時間静置した後の接触角を測定した。
後記の試料調製方法、及び測定方法により、製造例2及び実施例7でそれぞれ合成したポリマーについてヘキサンデカンに対する接触角測定を行い、主鎖中にポリトリフルオロスチレンブロックが導入された場合とそうでない場合について、それぞれ親油性を評価した。当該接触角測定の結果(親油性)を後記表3に示す。この表に示した結果から、重合後の主鎖にポリトリフルオロスチレン骨格が導入されている場合、そうでない場合に比べて、同程度の耐熱性を持ちながらもより親油性が高いことが確認された。
・試料調製方法:供試するポリマーを、0.1wt%の濃度となる様に、ClCF2-CFCl-C2F5に溶解させてポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をカバーガラス上に滴下し、及びドラフト内で風乾した後、100℃で2時間送風乾燥させることで、ポリマーの膜を調製した。
・測定方法:前記試料調製方法で得られたポリマーの膜に、ヘキサデカン(2μL)を滴下して21時間静置した後の接触角を測定した。
実施例10(無置換トリフルオロスチレンとのブロック化)[含フッ素ユニットはPTFE]
耐圧性反応容器に、1,3-bis(トリフルオロメチル) ベンゼン / HFE7300混合溶媒をそれぞれ5 mL加えた。容器を密閉した後、容器内を十分に不活性ガスで置換した後、TFE を少量加えて微加圧状態にした。70℃まで昇温した後、TFE 0.7MPaGになるまでTFEを加圧添加した。続いて tert-ブチルパーオキシピバレート(0.14g)を添加して30分間加熱攪拌した。容器内の圧力値が低下していることを確認した上で、気相部分に存在するTFEを除去してトリフルオロスチレン(4.0g)を添加し、12時間加熱攪拌を継続した。得られた反応混合物を、再沈殿、及びクロロホルム洗浄により、トリフルオロスチレンの単独重合体を除去した。
得られた精製ポリマーについてIR測定を行ったところ、ポリテトラフルオロエチレンユニットに由来するピーク(1207, 1151 cm-1)、及びポリトリフルオロスチレンユニットに由来するピーク(1453, 1061, 966 cm-1)がそれぞれ観測され、目的のブロックポリマーが主成分であるポリマー組成物が得られていることを確認した。
固体19F-NMR:δF -60, -75, -87, -110~113, -115, ‐119, ‐125~137ppm
固体19F-NMR:δF -60, -75, -87, -110~113, -115, ‐119, ‐125~137ppm
製造例3(側鎖にヨウ素基を有するフッ素樹脂の合成)
耐圧性反応容器にClCF2-CFCl-C2F5(20.9g)、CF2=CF-OC2F4CH2I(3.38g)及びAIBN(65.7mg)を加えて密閉して十分に窒素置換した後、テトラフルオロエチレンを0.52MPaG加圧した。60℃で24時間、さらに70℃で16時間加熱攪拌した。得られた反応混合物を、再沈殿、及び溶剤洗浄により精製し、側鎖にヨウ素基を有する目的のフッ素樹脂(1.03g)を得た。
固体19F NMR測定により、得られたフッ素樹脂中のCF2=CF-OC2F4CH2I由来骨格は9.3モル%であることが分かった。
固体19F-NMR:δF -57, -80, -107, -112, -119, -135ppm
固体19F NMR測定により、得られたフッ素樹脂中のCF2=CF-OC2F4CH2I由来骨格は9.3モル%であることが分かった。
固体19F-NMR:δF -57, -80, -107, -112, -119, -135ppm
実施例11(無置換トリフルオロスチレンとのグラフト化)
反応容器中に製造例3で製造した原料ポリマー(250mg)、ジメチルスルホキシド(1.50mL)、ClCF2-CFCl-C2F5(1.50mL)及びトリフルオロスチレン(3.00g)を加えて、反応容器内を十分に窒素置換した。この状態で亜ジチオン酸ナトリウム(49.6mg)を加え、50℃で19時間加熱攪拌した。得られた反応混合物を、各種媒体を用いた洗浄操作によって精製し、目的のグラフト重合体(535mg)を得た。
得られたグラフト重合体を重クロロホルム中に分散させて1H NMRおよび19F NMR測定を行った。1H NMRチャート上では芳香族領域(8.4-5.0 ppm)にブロードなピークが観測され、及び19F NMRチャート上で原料ポリマー由来の構造が確認された。これらにより、トリフルオロスチレンがグラフト重合していることが確認された。
固体19F NMR測定により、得られた重合体中のポリトリフルオロスチレン骨格の割合は60mоl%であった。
19F NMR(CDCl3):
δF -53,-55,-81,-82,-85,-90,-92,-94~-118(br),-122,-126,-131,-160~-188(br)ppm
固体19F NMR:δF -78,-107,-119,-171ppm
得られたグラフト重合体を重クロロホルム中に分散させて1H NMRおよび19F NMR測定を行った。1H NMRチャート上では芳香族領域(8.4-5.0 ppm)にブロードなピークが観測され、及び19F NMRチャート上で原料ポリマー由来の構造が確認された。これらにより、トリフルオロスチレンがグラフト重合していることが確認された。
固体19F NMR測定により、得られた重合体中のポリトリフルオロスチレン骨格の割合は60mоl%であった。
19F NMR(CDCl3):
δF -53,-55,-81,-82,-85,-90,-92,-94~-118(br),-122,-126,-131,-160~-188(br)ppm
固体19F NMR:δF -78,-107,-119,-171ppm
実施例12(無置換トリフルオロスチレンとのグラフト化)
反応容器中に製造例3で製造した原料ポリマー(250mg)、ジメチルスルホキシド(0.150mL)、ClCF2-CFCl-C2F5(2.85mL)、15-クラウン-5-エーテル(67mg)及びトリフルオロスチレン(3.00g)を加えて、反応容器内を十分に窒素置換した。この状態で亜ジチオン酸ナトリウム(49.6mg)を加え、50℃で19時間加熱攪拌した。得られた反応混合物を、各種媒体を用いた洗浄操作によって精製し、目的のグラフト重合体(464mg)を得た。
得られたグラフト重合体を重クロロホルム中に分散させて1H NMRおよび19F NMR測定を行った。1H NMRチャート上では芳香族領域にブロードなピークが観測され、及び19F NMRチャート上では原料ポリマー由来の構造が確認された。これらにより、トリフルオロスチレンがグラフト重合していることが確認された。また、元素分析の結果からヨウ素元素が2.5wt%含まれており、当該グラフト重合体において、側鎖にヨウ素原子を持つユニットが3.9mol%残っていることが分かった。
固体19F NMR測定により、得られた重合体中のポリトリフルオロスチレン骨格の割合は46mоl%であることが分かった。
固体19F NMR:δF -79,-108,-119,-171ppm
反応容器中に製造例3で製造した原料ポリマー(250mg)、ジメチルスルホキシド(0.150mL)、ClCF2-CFCl-C2F5(2.85mL)、15-クラウン-5-エーテル(67mg)及びトリフルオロスチレン(3.00g)を加えて、反応容器内を十分に窒素置換した。この状態で亜ジチオン酸ナトリウム(49.6mg)を加え、50℃で19時間加熱攪拌した。得られた反応混合物を、各種媒体を用いた洗浄操作によって精製し、目的のグラフト重合体(464mg)を得た。
得られたグラフト重合体を重クロロホルム中に分散させて1H NMRおよび19F NMR測定を行った。1H NMRチャート上では芳香族領域にブロードなピークが観測され、及び19F NMRチャート上では原料ポリマー由来の構造が確認された。これらにより、トリフルオロスチレンがグラフト重合していることが確認された。また、元素分析の結果からヨウ素元素が2.5wt%含まれており、当該グラフト重合体において、側鎖にヨウ素原子を持つユニットが3.9mol%残っていることが分かった。
固体19F NMR測定により、得られた重合体中のポリトリフルオロスチレン骨格の割合は46mоl%であることが分かった。
固体19F NMR:δF -79,-108,-119,-171ppm
実施例13(ポリマーの耐熱性試験)
製造例3及び実施例12で、それぞれ合成したブロックポリマーについてTG/DTA測定を行い、グラフト鎖中にポリトリフルオロスチレンブロックを含む場合について、熱的安定性を評価した。当該TG/DTA測定の結果(0.1%及び1%重量減少温度)を下記表4に示す。この結果から、重合後に生じるグラフト鎖中の主鎖骨格がパーフルオロアルキル骨格となるトリフルオロスチレン骨格を活用することで、原料として用いたパーフルオロポリマーと同程度の耐熱性を有するポリマーが得られていること、が確認された。
製造例3及び実施例12で、それぞれ合成したブロックポリマーについてTG/DTA測定を行い、グラフト鎖中にポリトリフルオロスチレンブロックを含む場合について、熱的安定性を評価した。当該TG/DTA測定の結果(0.1%及び1%重量減少温度)を下記表4に示す。この結果から、重合後に生じるグラフト鎖中の主鎖骨格がパーフルオロアルキル骨格となるトリフルオロスチレン骨格を活用することで、原料として用いたパーフルオロポリマーと同程度の耐熱性を有するポリマーが得られていること、が確認された。
Claims (8)
- 前記式(1)中、m3が0である、請求項2に記載の含フッ素重合体。
- 環Bが、1個以上の置換基を有していてもよい単環式アリール基又は1個以上の置換基を有していてもよい多環式アリール基である、請求項1~3のいずれかに記載の含フッ素重合体。
- エチレン系単量体(A)が、パーフルオロアルケンである、請求項1~4のいずれかに記載の含フッ素重合体。
- 環Bが、酸素原子、窒素原子、及び硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を環構成原子として有する、1個以上の置換基を有していてもよい芳香環基である、請求項1~5のいずれかに記載の含フッ素重合体。
- 環Bが、1個の窒素原子を環構成原子として有する、1個以上の置換基を有していてもよい芳香環基である、請求項1~6のいずれかに記載の含フッ素重合体。
- 環Bが、置換基としてエステル基、カルボキシル基、シアノ基、アルコキシ基、フェニル基、ヒドロキシル基、-SiR(Rは、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、1個以上の置換基を有していてもよいアルコキシ基、1個以上の置換基を有していてもよいフェニル基又はヒドロキシル基)及びハロゲン元素からなる群より選択される少なくとも一種の基を有する芳香環基である、請求項1~7のいずれかに記載の含フッ素重合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017528717A JP6781434B2 (ja) | 2015-07-13 | 2016-07-13 | 含フッ素重合体 |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| JP2015139439 | 2015-07-13 | ||
| JP2015-139439 | 2015-07-13 |
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|---|---|
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ID=57757509
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2016/070748 Ceased WO2017010531A1 (ja) | 2015-07-13 | 2016-07-13 | 含フッ素重合体 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000502625A (ja) * | 1996-01-05 | 2000-03-07 | バラード パワー システムズ インコーポレイティド | α,β,β―トリフルオロスチレンをベースとする複合膜および置換α,β,β―トリフルオロスチレンをベースとする複合膜 |
| JP2004529472A (ja) * | 2001-05-15 | 2004-09-24 | バラード パワー システムズ インコーポレイティド | 改善されたイオン伝導性を有するイオン交換物質 |
| JP2007536391A (ja) * | 2004-05-07 | 2007-12-13 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | ベースポリマーにグラフトされた安定なトリフルオロスチレン含有化合物 |
-
2016
- 2016-07-13 WO PCT/JP2016/070748 patent/WO2017010531A1/ja not_active Ceased
- 2016-07-13 JP JP2017528717A patent/JP6781434B2/ja active Active
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2004529472A (ja) * | 2001-05-15 | 2004-09-24 | バラード パワー システムズ インコーポレイティド | 改善されたイオン伝導性を有するイオン交換物質 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SHAO, Z. ET AL.: "Poly (tetrafluorostyrenephosphonic acid)- Polysulfone Block Copolymers and Membranes", JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART A: POLYMER CHEMISTRY, vol. 51, no. 21, 2013, pages 4657 - 4666, XP055345364, ISSN: 1099-0518 * |
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| JP6781434B2 (ja) | 2020-11-04 |
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