JP2019509377A - フッ素化ポリマーの製造方法及びそれらから得られるポリマー - Google Patents
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Abstract
本明細書では、フッ素化ポリマーの製造方法及びそれらから得られるポリマーが開示される。方法は、a)(ペル)フルオロポリエーテル(PFPE)アルコール、フルオロアルキレンジオール、及びこれらの混合物から選択されるアルコールである第1の試薬[試薬(R1)];b)PFPEのスルホン酸エステル、フルオロアルキレンジオールのスルホン酸ジエステル、又はこれらの混合物である第2の試薬[試薬(R2)];並びに、任意選択的な、c)一官能性(ペル)フルオロアルキルアルコール又はそのスルホン酸エステルである第3の試薬を、有機塩基又は無機塩基の存在下で反応させることを想定している。少なくとも試薬(R1)がPFPEアルコール(A)であるか、少なくとも試薬(R2)がPFPEスルホン酸エステル(B)であり、アルコールの全体の当量はスルホン酸エステルの全体の当量と同じである。方法は、少なくともPFPEセグメントを含み高分子量を有する非官能性ポリマーを簡便な方法で得ることを可能にする。【選択図】なし
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2016年2月23日出願の欧州特許出願公開第16156856.3号に基づく優先権を主張する。この出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、2016年2月23日出願の欧州特許出願公開第16156856.3号に基づく優先権を主張する。この出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、フッ素化ポリマーの製造方法及びそれらから得られるポリマーに関する。具体的には、1種以上の(ペル)フルオロポリエーテルセグメントと、任意選択的な1種以上の(ペル)フルオロアルキルセグメントとを含む非官能性フッ素化ポリマーを得るための方法に関する。
(ペル)フルオロポリエーテル(PFPE)は、少なくとも1つのカテナリーエーテル結合及び少なくとも1つのフルオロカーボン部分を有する繰り返し単位を含む完全に又は部分的にフッ素化されているポリオキシアルキレン鎖(PFPE鎖)を含む、フッ素化ポリマーである。PFPEは非官能性(又は中性)及び官能性であってもよく;前者はその末端が(ペル)ハロアルキル基を有するPFPE鎖を含む一方で、後者は少なくとも1つの末端が官能基を含むPFPE鎖を含む。最も広範に知られているPFPEは、ヘキサフルオロプロピレンオキシド(HFPO)又は2,2,3,3−テトラフルオロオキセタンの単独重合、並びにテトラフルオロエチレン(TFE)及び/又はヘキサフルオロプロピレン(HFP)の光酸化によって得ることができる。
PFPEは、標準的な温度及び圧力条件下並びに比較的高い又は低い温度でオイルの形態であり、これらの安定性、不活性さ、低揮発性、並びに卓越したレオロジー的及び摩擦学的特性のため、これらは、様々な用途において、主には苛酷な条件に達する(例えば高温や摩擦など)潤滑剤用途において有用である。中性のPFPEは典型的には基油として使用される一方で、官能性PFPEは典型的にはポリマー配合物中の添加剤として使用される。
中性のPFPEの合成における主たる問題の1つは、高分子量のPFPEを得ることの困難性にある。典型的には、従来の方法では、400〜5,000の範囲の数平均分子量(Mn)を有する中性のPFPEを得ることができる。3,500〜5,000の範囲の(Mn)を有するPFPEは、通常はより低い(Mn)を有するPFPEを含む混合物から単離される。
官能性PFPEの中で、PFPEアルコール、特に末端が1つ又は2つの−CH2OH基であるものは、他のPFPEの製造のための貴重な中間体として使用することができる。実際、ヒドロキシ基は、求核試薬として反応することができ、あるいは求核置換を受ける脱離基に変換することができる。そのような脱離基の1つは、例えば次の論文の中に開示されているようなスルホン酸エステル基である:TONELLI,Claudio,et al.Linear perfluoropolyethers difunctional oligomers:chemistry,properties and applications.Journal of Fluorine Chemistry.1999,vol.95,p.51−70;及びTONELLI,Claudio,et al.Perfluoropolyether functional oligomers:unusual reactivity in organic chemistry.Journal of Fluorine Chemistry.December 2002,vol.118,no.1−2,p.107−121。
SCICCHITANO,Massimo,et al.Synthesis and characterization of low−viscosity fluoropolyether−based segmented oligomers.Die Angewandte Makromoleculare Chemie.1995,vol.231,p.47−60には、特に、Fomblin(登録商標)ZDOL TX PFPEをトシルクロリドと反応させて対応するスルホン酸ジエステルを得ることが開示されている。
SCICCHITANO,Massimo,et al.Cyclic acetals of fluorinated polyether alcohols.Journal of Fluorine Chemistry.1999,vol.95,p.97−103には、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEとジハロメタンとを反応させてジハロゲン化誘導体を得ることが開示されており、これは、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEと反応してPFPEセグメントと式−CH2OCH2OCH2−の水素化セグメントを含む誘導体を提供し得る。しかしながら、このようなセグメントは安定でなく、酸性条件下で加水分解を受ける。
米国特許第6096694号明細書(富士電機株式会社)01/08/2000は、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEをトリフルオロメタンスルホン酸無水物と反応させてFomblin(登録商標)ZDOL PFPEトリフラートを得て、これをその後ピリミジルピペラジン又はジエチルアミンと反応させることで、ポリマー鎖の少なくとも一端に少なくとも1つの第三級アミノ基を有する対応するPFPEを得ることを教示している。そのようなPFPEは、磁気記録媒体のカーボン保護層の上面に配される潤滑層を製造するために使用される。
国際公開第2009/043928号パンフレット(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)09/04/2009は、PFPEアルコールを活性化された保護されているトリオールと反応させることを含む、PFPEポリオール誘導体の製造方法に関する。活性化された保護されているトリオールは、2つの保護されているヒドロキシル官能基を有するトリオールをハロゲン化スルホニルと反応させることにより得られる、そのスルホン酸モノエステルであってもよい。
国際公開第2010/115855A1号パンフレット(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)14/10/2010は、少なくとも1つのトリアゾール基を含むPFPE官能性誘導体の製造方法であって、スルホニルハライドであってもよい活性化剤とPFPEアルコールとを反応させることを含む方法に関する。
欧州特許出願公開第0501533A号明細書(ダイキン工業株式会社)02/09/1992には、A−B型又はA−B−A型のブロックコポリマーが開示されており、これは、ブロックAと少なくとも一端のヨウ素原子とを含むヨウ化化合物及びラジカル発生源の存在下で、少なくとも1種のフッ素含有オレフィンを重合することによって合成することができる。そのため、そのようなコポリマーは、任意選択的に他の原子又は原子団で置換されていてもよい少なくとも1つのヨウ素原子を含む。オイルのような良好な潤滑性を有するブロックAと、増粘剤として機能するブロックBとが併存するため、コポリマーは、良好な潤滑性及び保護特性を有し、グリースとしての使用に好適であるとされている。
(ペル)フルオロポリオキシアルキレンセグメントと完全水素化セグメントの両方を含むポリマーも公知であり、PFPEがより性能が優れている用途及び/又は費用がかかり過ぎる用途(例えば潤滑の分野)でPFPEの代わりに使用することができる。
例えば、欧州特許第2089443B号明細書(SOLVAY SOLEXISS.P.A.)19/08/2009には、(ペル)フルオロポリエーテルブロック及び1種以上の単独重合可能なオレフィンに由来するブロックを含む非官能性ブロックコポリマーが開示されている。このようなブロックコポリマーは、ラジカル経路によるペルオキシPFPEと1種以上の単独重合可能なオレフィンとの反応、熱処理、及び中和を含むプロセスによって製造することができる。
国際公開第2010/057691A号パンフレット(SOLVAY SOLEXIS SPA)27/05/2010には、とりわけ、−O−Rh−O−セグメント(式中、Rhは炭化水素を主体とする鎖である)によって一緒に連結された複数の(ペル)フルオロポリエーテル(PFPE)セグメントを含む二官能性ヒドロフルオロアルコールが開示されている。例えば、実施例3には、式:HOCH2CH2CH2CH2−OCF2−Rf−CF2O−CH2CH2CH2CH2O−(CF2−Rf−CF2O−CH2CH2CH2CH2O)nH
を有する化合物が開示されている一方で、実施例8には、式:HOCH2CH2CH2−OCF2−Rf−CF2O−CH2CH2CH2O(CF2−Rf−CF2O−CH2CH2CH2O)nH(式中、RfはPFPE鎖である)の化合物が開示されている。
を有する化合物が開示されている一方で、実施例8には、式:HOCH2CH2CH2−OCF2−Rf−CF2O−CH2CH2CH2O(CF2−Rf−CF2O−CH2CH2CH2O)nH(式中、RfはPFPE鎖である)の化合物が開示されている。
このような化合物は、二官能性アルキル化剤化合物とPFPEのカルボニル誘導体とのフッ素化物アニオンの供給源の存在下での反応、及びそれに続く得られた生成物の加水分解によって得られる。
国際公開第2016/083280A1号パンフレット(SOLVAY SPECIALTY POLYMERS ITALY,S.P.A.)02/06/2016には、一官能性、二官能性、及び非官能性のフッ素化ポリマー及びその誘導体の混合物が開示されている。そのような混合物は、PFPEジオールとPFPEスルホン酸エステルの全体の平均官能価が1.98未満であることを条件として、PFPEジオールを、異なる平均官能価を有するPFPEスルホン酸エステルと反応させることにより得られる。混合物の中に含まれる非官能性ポリマーは、水素化(ポリ)エーテルセグメント(ただし水素化(ポリ)エーテルセグメントは式−CH2OCH2OCH2−のセグメントではない)によって一緒に連結された複数の(ペル)フルオロポリエーテルセグメントを含む。これらの非官能性ポリマーは、様々な量で、典型的には混合物の重量に対して約1〜約25重量%の範囲で、混合物の中に存在していてもよく、前記量は、PFPEジオールとPFPEエステルの全体の平均官能価に依存する。この出願は、非官能性PFPEの量を増加させるためにハロゲン化一官能性アルキルアルコールとの混合物を反応させることも開示している。しかし、非官能性PFPEは、分取又は高真空蒸留によってのみ混合物から単離することができる。更に、この特許出願には、PFPEジオールを(ペル)フルオロアルキレンジオールのスルホン酸ジエステルと反応させることにより得られる混合物、又はPFPEジオールのスルホン酸ジエステルと(ペル)フルオロアルキレンジオールとを反応させることにより得られる混合物の開示又は示唆がなされていない。そのため、少なくとも1種のPFPEセグメントと、水素化セグメントとを含む、幅広い分子量、特には高い分子量を有する高純度の非官能性フッ素化ポリマーの製造方法であって、工業スケールで簡単に実行可能な製造方法が依然として必要とされている。
出願人は、少なくとも1種のPFPEセグメントを含む非官能性フッ素化ポリマー[「ポリマー(P)」]が、有機塩基又は無機塩基の存在下で:
a)1.2〜2の範囲の平均官能価(FA)を有するPFPEアルコール[「PFPEアルコール(A)」]、フルオロアルキレンジオール[アルコール(Aa)]、及びこれらの混合物から選択されるアルコールである第1の試薬[試薬(R1)];
b)1.2〜2の範囲の平均官能価(FB)を有するPFPEアルコールのスルホン酸エステル[以降「PFPEスルホン酸エステル(B)」]、フルオロアルキレンジオールのスルホン酸ジエステル[スルホン酸エステル(Bb)]、及びこれらの混合物から選択されるスルホン酸エステルである第2の試薬[試薬(R2)];並びに
c)一官能性ハロゲン化アルコール[アルコール(C)]又はそのスルホン酸エステル[スルホン酸エステル(Cc)]である第3の試薬[試薬(R3)]であって、(FA)及び/又は(FB)が1.98未満の場合には任意選択的である試薬(R3);
を反応させることを含む方法[方法(M)]であって、
(i)少なくとも試薬(R1)がPFPEアルコール(A)であるか、少なくとも試薬(R2)がPFPEスルホン酸エステル(B)であり;
(ii)アルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じである;
ことを特徴とする、方法(M)によって簡便に製造できることを見出した。
分取又は高真空蒸留を必要とせずに高収率かつ高純度でポリマー(P)が得られることから、方法(M)は特に有利である。
a)1.2〜2の範囲の平均官能価(FA)を有するPFPEアルコール[「PFPEアルコール(A)」]、フルオロアルキレンジオール[アルコール(Aa)]、及びこれらの混合物から選択されるアルコールである第1の試薬[試薬(R1)];
b)1.2〜2の範囲の平均官能価(FB)を有するPFPEアルコールのスルホン酸エステル[以降「PFPEスルホン酸エステル(B)」]、フルオロアルキレンジオールのスルホン酸ジエステル[スルホン酸エステル(Bb)]、及びこれらの混合物から選択されるスルホン酸エステルである第2の試薬[試薬(R2)];並びに
c)一官能性ハロゲン化アルコール[アルコール(C)]又はそのスルホン酸エステル[スルホン酸エステル(Cc)]である第3の試薬[試薬(R3)]であって、(FA)及び/又は(FB)が1.98未満の場合には任意選択的である試薬(R3);
を反応させることを含む方法[方法(M)]であって、
(i)少なくとも試薬(R1)がPFPEアルコール(A)であるか、少なくとも試薬(R2)がPFPEスルホン酸エステル(B)であり;
(ii)アルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じである;
ことを特徴とする、方法(M)によって簡便に製造できることを見出した。
分取又は高真空蒸留を必要とせずに高収率かつ高純度でポリマー(P)が得られることから、方法(M)は特に有利である。
更に、方法(M)によって、選択した試薬によって異なる構造を有するポリマー(P)を、有利には以降で詳しく説明するように高分子量のポリマー(P)を、得ることが可能である。
定義、記号、及び略語
本出願の目的のためには:
− 用語「(ペル)フルオロポリエーテル」は、完全に又は部分的にフッ素化されたポリエーテルを意味し、
− 頭字語「PFPE」は、「(ペル)フルオロポリエーテル」を表し;
− 用語「(ポリ)エーテル」は、エーテル又はポリエーテルを表し;
− 用語「(ペル)ハロアルキル」は、1つ以上の水素原子がハロゲン原子で置き換えられている直鎖又は分岐のアルキル基を表し;
− 特段の指示がない限り、用語「ハロゲン」には、フッ素、塩素、臭素、又はヨウ素が含まれ、「ハロゲン化」は、1つ以上のフッ素、塩素、臭素、及び/又はヨウ素原子を含むことを意味し;
− 表現「水素化(ポリ)エーテルセグメント」は、C、H及びO原子のみを含む(ポリ)エーテルセグメントを意味し;
− 例えば方法(M)、ポリマー(P)などのような式又は式の部分を特定する記号又は数字の前後の括弧「(…)」の使用は、その記号、数字、又は文字を文章の残りからよりはっきり識別する目的を有しているにすぎず、そのため前記括弧は省略することもでき;
− 表現「非官能性」又は「中性」のポリマーは、末端が(ペル)ハロアルキル基であるポリマーを意味し;
− 表現「上で定義されたとおりに」は、その記述の前の部分でのその表現によって言及された全ての総括的及び具体的又は好ましい定義又は実施形態を含むことが意図されており;
− 「アリール基」は、1つのベンゼン環から、又は2つ以上の隣接環炭素原子を共有することによって一緒に縮合した複数のベンゼン環からなる1つのコアから、及び1つの末端からなる一価の炭化水素基である。アリール基の非限定的な例は、フェニル、ナフチル、アントリル、フェナントリル、テトラセニル、トリフェニリル、ピレニル、及びペリレニル基である。アリール基の末端は、アリール基のベンゼン環に含まれる炭素原子の自由電子であり、前記炭素原子に結合していた水素原子は除去されている。アリール基の末端は、別の化学基と結合を形成することができる。
本出願の目的のためには:
− 用語「(ペル)フルオロポリエーテル」は、完全に又は部分的にフッ素化されたポリエーテルを意味し、
− 頭字語「PFPE」は、「(ペル)フルオロポリエーテル」を表し;
− 用語「(ポリ)エーテル」は、エーテル又はポリエーテルを表し;
− 用語「(ペル)ハロアルキル」は、1つ以上の水素原子がハロゲン原子で置き換えられている直鎖又は分岐のアルキル基を表し;
− 特段の指示がない限り、用語「ハロゲン」には、フッ素、塩素、臭素、又はヨウ素が含まれ、「ハロゲン化」は、1つ以上のフッ素、塩素、臭素、及び/又はヨウ素原子を含むことを意味し;
− 表現「水素化(ポリ)エーテルセグメント」は、C、H及びO原子のみを含む(ポリ)エーテルセグメントを意味し;
− 例えば方法(M)、ポリマー(P)などのような式又は式の部分を特定する記号又は数字の前後の括弧「(…)」の使用は、その記号、数字、又は文字を文章の残りからよりはっきり識別する目的を有しているにすぎず、そのため前記括弧は省略することもでき;
− 表現「非官能性」又は「中性」のポリマーは、末端が(ペル)ハロアルキル基であるポリマーを意味し;
− 表現「上で定義されたとおりに」は、その記述の前の部分でのその表現によって言及された全ての総括的及び具体的又は好ましい定義又は実施形態を含むことが意図されており;
− 「アリール基」は、1つのベンゼン環から、又は2つ以上の隣接環炭素原子を共有することによって一緒に縮合した複数のベンゼン環からなる1つのコアから、及び1つの末端からなる一価の炭化水素基である。アリール基の非限定的な例は、フェニル、ナフチル、アントリル、フェナントリル、テトラセニル、トリフェニリル、ピレニル、及びペリレニル基である。アリール基の末端は、アリール基のベンゼン環に含まれる炭素原子の自由電子であり、前記炭素原子に結合していた水素原子は除去されている。アリール基の末端は、別の化学基と結合を形成することができる。
PFPEアルコール(A)
本出願の目的のためには、PFPEアルコール(A)は、2つの末端を有する完全に又は部分的にフッ素化されているポリオキシアルキレン鎖[鎖(Rf)]を含むアルコールであって、少なくとも一端が、部分的にフッ素化されており任意選択的に1つ以上のエーテル性酸素原子を含んでいてもよい1つのヒドロキシ基を含む炭化水素基を有しており、他方の末端が、本明細書の上で定義した1つのヒドロキシ基を含む炭化水素基又は(ペル)ハロアルキル基を含む、アルコールである。明確にするために明記すると、両端が本明細書の上で定義した1つのヒドロキシ基を含む炭化水素基を有する場合、基は互いに同じであっても異なっていてもよい。
本出願の目的のためには、PFPEアルコール(A)は、2つの末端を有する完全に又は部分的にフッ素化されているポリオキシアルキレン鎖[鎖(Rf)]を含むアルコールであって、少なくとも一端が、部分的にフッ素化されており任意選択的に1つ以上のエーテル性酸素原子を含んでいてもよい1つのヒドロキシ基を含む炭化水素基を有しており、他方の末端が、本明細書の上で定義した1つのヒドロキシ基を含む炭化水素基又は(ペル)ハロアルキル基を含む、アルコールである。明確にするために明記すると、両端が本明細書の上で定義した1つのヒドロキシ基を含む炭化水素基を有する場合、基は互いに同じであっても異なっていてもよい。
典型的には、PFPEアルコール(A)は、一官能性及び二官能性のアルコールと、任意選択的な0.04%未満のモル量の非官能性PFPEとの混合物として入手可能であり、前記混合物は平均官能価(F)によって定義される。
PFPEアルコール(A)の平均官能価(FA)はアルコール1分子当たりのヒドロキシ基の平均の数であり、方法(M)を行うために適切なPFPEアルコール(A)は、1.2〜2の範囲の官能価(FA)を有する。平均官能価(FA)は、例えば欧州特許出願公開第1810987A号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)25/07/2007に開示されているような当該技術分野で公知の方法に従って計算することができる。
典型的には、鎖(Rf)は、400〜5,000の範囲の数平均分子量を有し、かつ
(i)−CFXO−(式中、XはF又はCF3である)、
(ii)−CFXCFXO−(式中、Xは各存在で等しいか異なり、F又はCF3であるが、Xの少なくとも1つは、−Fであることを条件とする)、
(iii)−CF2CF2CW2O−(式中、Wのそれぞれは互いに同じ又は異なり、F、Cl、Hである)、
(iv)−CF2CF2CF2CF2O−、
(v)−(CF2)j−CFZ*−O−(式中、jは、0〜3の整数であり、Z*は一般式−ORf*Tの基であり、Rf*は0〜10の数の繰り返し単位を含むフルオロポリオキシアルケン鎖であり、前記繰り返し単位は、以下:−CFXO−、−CF2CFXO−、−CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−(Xのそれぞれのそれぞれは、独立して、F又はCF3である)の中から選択され、TはC1〜C3ペルフルオロアルキル基である)、
から選択される繰り返し単位(R°)を含む。
(i)−CFXO−(式中、XはF又はCF3である)、
(ii)−CFXCFXO−(式中、Xは各存在で等しいか異なり、F又はCF3であるが、Xの少なくとも1つは、−Fであることを条件とする)、
(iii)−CF2CF2CW2O−(式中、Wのそれぞれは互いに同じ又は異なり、F、Cl、Hである)、
(iv)−CF2CF2CF2CF2O−、
(v)−(CF2)j−CFZ*−O−(式中、jは、0〜3の整数であり、Z*は一般式−ORf*Tの基であり、Rf*は0〜10の数の繰り返し単位を含むフルオロポリオキシアルケン鎖であり、前記繰り返し単位は、以下:−CFXO−、−CF2CFXO−、−CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−(Xのそれぞれのそれぞれは、独立して、F又はCF3である)の中から選択され、TはC1〜C3ペルフルオロアルキル基である)、
から選択される繰り返し単位(R°)を含む。
好ましくは、鎖(Rf)は、以下の式:
(Rf−I)
−(CFX1O)g1(CFX2CFX3O)g2(CF2CF2CF2O)g3(CF2CF2CF2CF2O)g4−
(式中:
− X1は、−F及び−CF3から独立して選択され;
− X2、X3は、互いに及び各存在で等しいか異なり、独立して−F、−CF3であるが、Xの少なくとも1つは−Fであることを条件とし;
− g1、g2、g3、及びg4は、互いに同じ又は異なり、独立して、g1+g2+g3+g4が2〜300、好ましくは2〜100の範囲であるような0以上の整数であり;g1、g2、g3及びg4の少なくとも2つがゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は、鎖に沿って概して統計的に分布している)
を満たす。
(Rf−I)
−(CFX1O)g1(CFX2CFX3O)g2(CF2CF2CF2O)g3(CF2CF2CF2CF2O)g4−
(式中:
− X1は、−F及び−CF3から独立して選択され;
− X2、X3は、互いに及び各存在で等しいか異なり、独立して−F、−CF3であるが、Xの少なくとも1つは−Fであることを条件とし;
− g1、g2、g3、及びg4は、互いに同じ又は異なり、独立して、g1+g2+g3+g4が2〜300、好ましくは2〜100の範囲であるような0以上の整数であり;g1、g2、g3及びg4の少なくとも2つがゼロと異なる場合、異なる繰り返し単位は、鎖に沿って概して統計的に分布している)
を満たす。
より好ましくは、鎖(Rf)は、式:
(Rf−IIA) −(CF2CF2O)a1(CF2O)a2−
(式中:
− a1及びa2は、独立して、数平均分子量が400〜5,000であるような0以上の整数であり;a1及びa2は両方とも、好ましくはゼロとは異なり、比a1/a2は、好ましくは0.1〜10に含まれる);
(Rf−IIB) −(CF2CF2O)b1(CF2O)b2(CF(CF3)O)b3(CF2CF(CF3)O)b4−
(式中:
b1、b2、b3、b4は、独立して、数平均分子量が400〜10,000、好ましくは400〜5,000であるような0以上の整数であり;好ましくは、b1は0であり、b2、b3、b4は0より大きく、ここで、比b4/(b2+b3)は、1以上である);
(Rf−IIC) −(CF2CF2O)c1(CF2O)c2(CF2(CF2)cwCF2O)c3−
(式中:
cw=1又は2であり;
c1、c2、及びc3は、独立して、数平均分子量が400〜10,000、好ましくは400〜5,000であるように選択される0以上の整数であり;好ましくは、c1、c2及びc3は、全て0より大きく、比c3/(c1+c2)は、概して0.2より小さい);
(Rf−IID) −(CF2CF(CF3)O)d−
(式中:
dは、数平均分子量が400〜5,000であるような0より大きい整数である);
(Rf−IIE) −(CF2CF2C(Hal)2O)e1−(CF2CF2CH2O)e2−(CF2CF2CH(Hal)O)e3−
(式中:
− Halは、各存在で等しいか異なり、フッ素原子及び塩素原子から選択されるハロゲン、好ましくはフッ素原子であり、
− e1、e2、及びe3は、互いに同じ又は異なり、独立して(e1+e2+e3)の和が2〜300に含まれるような0以上の整数である)
の鎖から選択される。
(Rf−IIA) −(CF2CF2O)a1(CF2O)a2−
(式中:
− a1及びa2は、独立して、数平均分子量が400〜5,000であるような0以上の整数であり;a1及びa2は両方とも、好ましくはゼロとは異なり、比a1/a2は、好ましくは0.1〜10に含まれる);
(Rf−IIB) −(CF2CF2O)b1(CF2O)b2(CF(CF3)O)b3(CF2CF(CF3)O)b4−
(式中:
b1、b2、b3、b4は、独立して、数平均分子量が400〜10,000、好ましくは400〜5,000であるような0以上の整数であり;好ましくは、b1は0であり、b2、b3、b4は0より大きく、ここで、比b4/(b2+b3)は、1以上である);
(Rf−IIC) −(CF2CF2O)c1(CF2O)c2(CF2(CF2)cwCF2O)c3−
(式中:
cw=1又は2であり;
c1、c2、及びc3は、独立して、数平均分子量が400〜10,000、好ましくは400〜5,000であるように選択される0以上の整数であり;好ましくは、c1、c2及びc3は、全て0より大きく、比c3/(c1+c2)は、概して0.2より小さい);
(Rf−IID) −(CF2CF(CF3)O)d−
(式中:
dは、数平均分子量が400〜5,000であるような0より大きい整数である);
(Rf−IIE) −(CF2CF2C(Hal)2O)e1−(CF2CF2CH2O)e2−(CF2CF2CH(Hal)O)e3−
(式中:
− Halは、各存在で等しいか異なり、フッ素原子及び塩素原子から選択されるハロゲン、好ましくはフッ素原子であり、
− e1、e2、及びe3は、互いに同じ又は異なり、独立して(e1+e2+e3)の和が2〜300に含まれるような0以上の整数である)
の鎖から選択される。
更により好ましくは、鎖(Rf)は、以下の式(Rf−III):
(Rf−III) −(CF2CF2O)a1(CF2O)a2−
(式中:
− a1及びa2は、数平均分子量が400〜4,000であるような0より大きい整数であり、比a2/a1は、概して0.2〜5に含まれる)
を満たす。
(Rf−III) −(CF2CF2O)a1(CF2O)a2−
(式中:
− a1及びa2は、数平均分子量が400〜4,000であるような0より大きい整数であり、比a2/a1は、概して0.2〜5に含まれる)
を満たす。
典型的には、PFPEアルコール(A)は、以下の式(A−1):
(A−1) Z−O−Rf−Z’
(式中、(Rf)は、上で定義されたとおりのフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、Z及びZ’は、互いに同じ又は異なり、1つのヒドロキシ基を有する炭化水素基(前記炭化水素基は、部分的にフッ素化されており、かつ1つ以上のエーテル性酸素原子を任意選択的に有していてもよい)、又は典型的には−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3及び−CF2H、−CF2CF2Hから選択されるC1〜C3ハロアルキル基を表す)
を満たす。
(A−1) Z−O−Rf−Z’
(式中、(Rf)は、上で定義されたとおりのフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、Z及びZ’は、互いに同じ又は異なり、1つのヒドロキシ基を有する炭化水素基(前記炭化水素基は、部分的にフッ素化されており、かつ1つ以上のエーテル性酸素原子を任意選択的に有していてもよい)、又は典型的には−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3及び−CF2H、−CF2CF2Hから選択されるC1〜C3ハロアルキル基を表す)
を満たす。
好ましい基Z及びZ’は、式:
(Z−1) −CFX°CH2(OCH2CHY)nOH
(式中:
− X°はF−又はCF3−であり、好ましくはFであり、
− Yは水素又はメチルであり、
− nは0又は1以上の整数であり、好ましくは1〜10の範囲の整数である)
を満たす。
(Z−1) −CFX°CH2(OCH2CHY)nOH
(式中:
− X°はF−又はCF3−であり、好ましくはFであり、
− Yは水素又はメチルであり、
− nは0又は1以上の整数であり、好ましくは1〜10の範囲の整数である)
を満たす。
好ましいPFPEアルコール(A−1)は、(Rf)が上で定義されたとおりの式(Rf−III)を満たし、X°がF−であり、YがHであり、nが0であるか1〜10の範囲の整数であるものであり;最も好ましくはnが0又は1のものである。
nが0である好ましいPFPEアルコール(A−1)は、例えば欧州特許出願公開第1614703A号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)11/01/2006に開示されているものなどの公知の方法に従って得ることができる。
nが1以上である好ましいPFPEアルコール(A−1)は、nが0であるPFPEアルコール(A−1)から、塩基の存在下でエチレンオキシド又はプロピレンオキシドと反応させることにより得ることができる。特に、nが1〜10の範囲である式(Z−1)を満たす基Z及びZ’を含むPFPEアルコール(A−1)は、国際公開第2014/090649A号パンフレット(SOLVAY SPECIALTY POLYMERS ITALY)19/06/2014に開示されている方法を用いて簡便に製造することができる。
アルコール(Aa)
本出願の目的のためには、アルコール(Aa)は、フルオロアルキレンジオール、すなわち2つのヒドロキシ基を有する直鎖又は分岐の完全に又は部分的にフッ素化されているアルキレン鎖を含む二官能性アルコールである。
本出願の目的のためには、アルコール(Aa)は、フルオロアルキレンジオール、すなわち2つのヒドロキシ基を有する直鎖又は分岐の完全に又は部分的にフッ素化されているアルキレン鎖を含む二官能性アルコールである。
典型的には、アルコール(Aa)は、2つのヒドロキシメチル(−CH2OH)又は2つのヒドロキシエチル(−CH2CH2OH)基を含む。
好ましくは、アルコール(Aa)は、以下の式(Aa−1):
(Aa−1) HO−(CH2)n*−(Rf1a)−(CH2)n*−OH
(式中:
− (Rf1a)は直鎖又は分岐の完全に又は部分的にフッ素化されているアルキレン鎖であり、
− n*は1又は2である)
を満たす。
好ましくは、鎖(Rf1a)は直鎖又は分岐のC2〜C20の完全に又は部分的にフッ素化されているアルキレン鎖である。より好ましくは、鎖(Rf1a)は、完全フッ素化されている、すなわちペルフルオロ化されている鎖であり、直鎖のペルフルオロアルキレン鎖である。
(Aa−1) HO−(CH2)n*−(Rf1a)−(CH2)n*−OH
(式中:
− (Rf1a)は直鎖又は分岐の完全に又は部分的にフッ素化されているアルキレン鎖であり、
− n*は1又は2である)
を満たす。
好ましくは、鎖(Rf1a)は直鎖又は分岐のC2〜C20の完全に又は部分的にフッ素化されているアルキレン鎖である。より好ましくは、鎖(Rf1a)は、完全フッ素化されている、すなわちペルフルオロ化されている鎖であり、直鎖のペルフルオロアルキレン鎖である。
アルコール(Aa−1)の好都合な例は:
− 式:HO−CH2(CF2)6CH2−OH
の8H,8H−ドデカフルオロ−1,8−オクタンジオール、
及び
− 式:HO−CH2(CF2)8CH2−OH
の1H,1H,10H,10H−ヘキサデカフルオロ−1,10−デカンジオールである。
− 式:HO−CH2(CF2)6CH2−OH
の8H,8H−ドデカフルオロ−1,8−オクタンジオール、
及び
− 式:HO−CH2(CF2)8CH2−OH
の1H,1H,10H,10H−ヘキサデカフルオロ−1,10−デカンジオールである。
PFPEスルホン酸エステル(B)
本出願の目的のためには、PFPEスルホン酸エステル(B)は、上で定義したPFPEアルコール(A)のスルホン酸エステルである。
本出願の目的のためには、PFPEスルホン酸エステル(B)は、上で定義したPFPEアルコール(A)のスルホン酸エステルである。
典型的には、スルホン酸エステルは、(ハロ)アルキルスルホン酸エステル、フルオロアルキルスルホン酸エステル、又はアリールスルホン酸エステル(好ましくはフェニルスルホン酸エステル)であり、アリール部位は、任意選択的には1つ以上の(ハロ)アルキル置換基(好ましくは(フルオロ)アルキル置換基)及び/又は1つ以上のニトロ基を有していてもよい。
好ましいスルホン酸エステルは、トリフルオロメタンスルホン酸エステル(トリフラート)、ノナフルオロブタンスルホン酸エステル(ノナフラート)、及びp−トルエンスルホン酸エステル(トシラート)である。
典型的には、PFPEスルホン酸エステル(B)は、以下の式(B−1):
(B−1) E−O−Rf−E’
(式中、(Rf)は、上で定義されたとおりのフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、E及びE’は、互いに同じ又は異なり、1つのスルホン酸エステル基を有する炭化水素基(前記炭化水素基は、部分的にフッ素化されており、1つ以上のエーテル性酸素原子を任意選択的に有していてもよい)、又は典型的には、−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3及び−CF2H、−CF2CF2Hから選択されるC1〜C3ハロアルキル基を表す)
を満たす。
(B−1) E−O−Rf−E’
(式中、(Rf)は、上で定義されたとおりのフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、E及びE’は、互いに同じ又は異なり、1つのスルホン酸エステル基を有する炭化水素基(前記炭化水素基は、部分的にフッ素化されており、1つ以上のエーテル性酸素原子を任意選択的に有していてもよい)、又は典型的には、−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3及び−CF2H、−CF2CF2Hから選択されるC1〜C3ハロアルキル基を表す)
を満たす。
好ましい基E及びE’は、下の式(E−1):
(E−1) −CFX°CH2(OCH2CHY)nE*
(式中:
− X°はF−又はCF3−であり、好ましくはFであり、
− Yは水素又はメチルであり、好ましくはメチルであり、
− nは0又は1以上の整数であり、好ましくは1〜10の整数であり、
− E*は、メシラート、ノナフラート、又はトシラート基から選択される)
を満たす。最も好ましくは、nは0又は1である。
(E−1) −CFX°CH2(OCH2CHY)nE*
(式中:
− X°はF−又はCF3−であり、好ましくはFであり、
− Yは水素又はメチルであり、好ましくはメチルであり、
− nは0又は1以上の整数であり、好ましくは1〜10の整数であり、
− E*は、メシラート、ノナフラート、又はトシラート基から選択される)
を満たす。最も好ましくは、nは0又は1である。
好ましい式(B−1)のPFPEスルホン酸エステルは、(Rf)が式(Rf−III)を満たし、基E及びE’が式(E−1)(式中のX°はF−であり、YはHであり、nは0であるか1〜10の範囲の整数であり、最も好ましくはnは0又は1である)を満たすものである。
PFPEスルホン酸エステル(B)は、当該技術分野で公知の方法に従ってPFPEアルコール(A)から得ることができ、例えば、ペルフルオロアルカンスルホン酸エステル末端基を含むPFPEスルホン酸エステル(B)は、TONELLI,Claudio,et al. Linear perfluoropolyethers difunctional oligomers:chemistry,properties and applications.Journal of Fluorine Chemistry.1999,vol.95,p.51−70の教示に従って合成することができる。
方法(M)を行うために好適なPFPEスルホン酸エステル(B)は、1.2〜2の範囲の官能価(FB)を有していてもよく、(FB)はエステル1分子当たりのスルホン酸エステル基の平均の数である。平均官能価(FB)は、例えば欧州特許出願公開第1810987A号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)25/07/2007に開示されている方法を適切に修正したものなどの当該技術分野で公知の方法に従って計算することができる。典型的には、(FB)は、前駆体であるPFPEアルコール(A)の官能価と同じである。
方法(M)において、PFPEアルコール(A)が試薬(R1)として使用され、PFPEスルホン酸エステル(B)が試薬(R2)として使用される場合、PFPEエステル(B)の前駆体として使用されるPFPEアルコール(A)は、試薬として使用されるPFPEアルコール(A)と同じであっても異なっていてもよく;その違いは鎖(Rf)の構造、分子量、基Z及びZ’、並びに官能価のうちの1つ以上であってもよい。
ある好ましい実施形態においては、PFPEスルホン酸エステル(B)のための出発物質として使用されるPFPEアルコール(A)は、方法(M)において試薬(R1)として使用されるPFPEアルコール(A)と同じである。
別の好ましい実施形態においては、PFPEスルホン酸エステル(B)のための出発物質として使用されるPFPEアルコール(A)は、方法(M)において試薬として使用されるアルコールであるPFPEアルコール(A)とその平均官能価のみが異なる。
スルホン酸エステル(Bb)
本出願の目的のためには、スルホン酸エステル(Bb)は、上で定義したアルコール(Aa)のスルホン酸エステルである。
本出願の目的のためには、スルホン酸エステル(Bb)は、上で定義したアルコール(Aa)のスルホン酸エステルである。
典型的には、スルホン酸エステルは(ハロ)アルキルスルホン酸エステル(好ましくはフルオロアルキルスルホン酸エステル)又はアリールスルホン酸エステル(好ましくはフェニルスルホン酸エステル)であり、アリール部位は、任意選択的には1つ以上の(ハロ)アルキル置換基(好ましくは(フルオロ)アルキル置換基)及び/又は1つ以上のニトロ基を有していてもよい。典型的には、スルホン酸エステル(Bb)は2つのスルホニルメチル基を含む。
スルホン酸エステル(Bb)は、典型的には以下の式(Bb−1)のエステルである:
(Bb−1) R−SO2O−(CH2)n*−(Rf1a)−(CH2)n*−OSO2R
(式中:
− (Rf1a)及びn*は上で定義したとおりであり;
− Rは:(ハロ)アルキル(好ましくはフルオロアルキル)、アリール(好ましくはフェニル)から選択され、アリール又はフェニル部位は1つ以上の(ハロ)アルキル置換基(好ましくは(フルオロ)アルキル置換基)及び/又は1つ以上のニトロ基を任意選択的に有していてもよい)。
(Bb−1) R−SO2O−(CH2)n*−(Rf1a)−(CH2)n*−OSO2R
(式中:
− (Rf1a)及びn*は上で定義したとおりであり;
− Rは:(ハロ)アルキル(好ましくはフルオロアルキル)、アリール(好ましくはフェニル)から選択され、アリール又はフェニル部位は1つ以上の(ハロ)アルキル置換基(好ましくは(フルオロ)アルキル置換基)及び/又は1つ以上のニトロ基を任意選択的に有していてもよい)。
有利には、Rは、トリフルオロメチル、ノナフルオロブタンスルホニル、及びp−トルエンスルホニルから選択される。
スルホン酸エステル(Bb)は、上で定義した対応するアルコール(Aa)から、当該技術分野で公知の方法に従って合成することができる。
スルホン酸エステル(Bb−1)の好ましい例は、
− 式:HO−CH2(CF2)6CH2−OH
の8H,8H−ドデカフルオロ−1,8−オクタンジオール、
及び
− 式:HO−CH2(CF2)8CH2−OH
の1H,1H,10H,10H−ヘキサデカフルオロ−1,10−デカンジオール、
から得られるものである。
− 式:HO−CH2(CF2)6CH2−OH
の8H,8H−ドデカフルオロ−1,8−オクタンジオール、
及び
− 式:HO−CH2(CF2)8CH2−OH
の1H,1H,10H,10H−ヘキサデカフルオロ−1,10−デカンジオール、
から得られるものである。
一官能性ハロゲン化アルコール(C)
本出願の目的のためには、表現「一官能性ハロゲン化アルコール(C)」は、直鎖又は分岐の、完全に又は部分的にハロゲン化されている、好ましくはフッ素化されている、1つのヒドロキシ基を含むアルキル鎖を意味し、前記鎖は任意選択的に1つ以上のエーテル性酸素原子を含んでいてもよい。
本出願の目的のためには、表現「一官能性ハロゲン化アルコール(C)」は、直鎖又は分岐の、完全に又は部分的にハロゲン化されている、好ましくはフッ素化されている、1つのヒドロキシ基を含むアルキル鎖を意味し、前記鎖は任意選択的に1つ以上のエーテル性酸素原子を含んでいてもよい。
好ましくは、アルコール(C)は、以下の式(C−1)を満たす:
(C−1) Rf2−OH
(式中、(Rf2)は直鎖又は分岐の完全に又は部分的にハロゲン化(好ましくはフッ素化)されているアルキル鎖であり、好ましくは直鎖のC2〜C20の完全に又は部分的にハロゲン化(好ましくはフッ素化)されているアルキル鎖であり、前記鎖は任意選択的に1つ以上のエーテル性酸素原子を含んでいてもよい)。
(C−1) Rf2−OH
(式中、(Rf2)は直鎖又は分岐の完全に又は部分的にハロゲン化(好ましくはフッ素化)されているアルキル鎖であり、好ましくは直鎖のC2〜C20の完全に又は部分的にハロゲン化(好ましくはフッ素化)されているアルキル鎖であり、前記鎖は任意選択的に1つ以上のエーテル性酸素原子を含んでいてもよい)。
好ましいアルコール(C−1)は:
− CF3(CF2)a’CH2OH(a’=0〜3);
− (CF3)2CHOH;
− CF3OCF2CF2CH2OH;及び
− (CF3)C−OH;
から選択される。
− CF3(CF2)a’CH2OH(a’=0〜3);
− (CF3)2CHOH;
− CF3OCF2CF2CH2OH;及び
− (CF3)C−OH;
から選択される。
アルコール(C−1)の更なる例は:
− (Rf)が、上に定義した式(Rf−III)を満たし;
− ZとZ’のうちの1つが−CFX°CH2OHであり、他方がC1〜C3ハロアルキル基である;
式(A−1)の一官能性PFPEアルコールである。
− (Rf)が、上に定義した式(Rf−III)を満たし;
− ZとZ’のうちの1つが−CFX°CH2OHであり、他方がC1〜C3ハロアルキル基である;
式(A−1)の一官能性PFPEアルコールである。
好都合なアルコール(C−1)の例はトリフルオロエタノールである。
スルホン酸エステル(Cc)
本出願の目的のためには、表現「スルホン酸エステル(Cc)」は、上で定義した一官能性ハロゲン化アルコール(C)のスルホン酸エステルを意味する。
本出願の目的のためには、表現「スルホン酸エステル(Cc)」は、上で定義した一官能性ハロゲン化アルコール(C)のスルホン酸エステルを意味する。
典型的には、スルホン酸エステルは(ハロ)アルキルスルホン酸エステル(好ましくはフルオロアルキルスルホン酸エステル)又はアリールスルホン酸エステル(好ましくはフェニルスルホン酸エステル)であり、アリール部位は、任意選択的には1つ以上の(ハロ)アルキル置換基(好ましくは(フルオロ)アルキル置換基)及び/又は1つ以上のニトロ基を有する。
典型的には、スルホン酸エステル(Cc)は、以下の式(Cc−1)を満たす:
(Cc−1) Rf2−OSO2R
(式中、(Rf2)及びRは上で定義したとおりである)。
(Cc−1) Rf2−OSO2R
(式中、(Rf2)及びRは上で定義したとおりである)。
好ましいスルホン酸エステル(Cc−1)は:
− CF3(CF2)a’CH2OSO2R(a’=0〜3);
− (CF3)2CHOSO2R;
− CF3OCF2CF2CH2OR;及び
− (CF3)C−OSO2R
(式中、Rは上で定義したとおりである)
から選択されるものである。
− CF3(CF2)a’CH2OSO2R(a’=0〜3);
− (CF3)2CHOSO2R;
− CF3OCF2CF2CH2OR;及び
− (CF3)C−OSO2R
(式中、Rは上で定義したとおりである)
から選択されるものである。
アルコール(C−1)の追加的な例は:
− (Rf)が上で定義した式(Rf−III)を満たし;
− ZとZ’のうちの1つが−CFXCH2OHであり、他方がC1〜C3ハロアルキル基である;
式(A−1)の一官能性PFPEアルコールのスルホン酸エステルである。
− (Rf)が上で定義した式(Rf−III)を満たし;
− ZとZ’のうちの1つが−CFXCH2OHであり、他方がC1〜C3ハロアルキル基である;
式(A−1)の一官能性PFPEアルコールのスルホン酸エステルである。
スルホン酸エステル(Cc)は、当該技術分野で公知の方法による対応するアルコール(C)のスルホニル化反応によって得ることができる。
スルホン酸エステル(Cc)の好都合な例は、アルコール(C)のトリフラート、ノナフラート、及びトシラートエステルである。
スルホン酸エステル(Cc)の1つの好都合な例は、CF3CH2OSO2(CF2)3CF3である。
方法(M)の詳細な説明
上述したように、本発明の方法は、有機塩基又は無機塩基の存在下で、
a)1.2〜2の範囲の平均官能価(FA)を有するPFPEアルコール[「PFPEアルコール(A)」]、フルオロアルキレンジオール[アルコール(Aa)]、及びこれらの混合物から選択されるアルコールである第1の試薬[試薬(R1)];
b)1.2〜2の範囲の平均官能価(FB)を有するPFPEアルコールのスルホン酸エステル[以降「PFPEスルホン酸エステル(B)」]、フルオロアルキレンジオールのスルホン酸ジエステル[スルホン酸エステル(Bb)]、及びこれらの混合物から選択されるスルホン酸エステルである第2の試薬[試薬(R2)];並びに
c)一官能性ハロゲン化アルコール[アルコール(C)]又はそのスルホン酸エステル[スルホン酸エステル(Cc)]である第3の試薬[試薬(R3)]であって、(FA)及び/又は(FB)が1.98未満の場合には任意選択的である試薬(R3);
を反応させることを含み、
(i)少なくとも試薬(R1)がPFPEアルコール(A)であるか、少なくとも試薬(R2)がPFPEスルホン酸エステル(B)であり;
(iia)試薬(R3)が使用されない場合にはアルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じであり;
(iib)試薬(R3)が使用される場合にはアルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じであるか、この条件を満たすために必要とされる量に対して試薬(R3)が過剰量で使用されてもよい;
ことを特徴とする。
上述したように、本発明の方法は、有機塩基又は無機塩基の存在下で、
a)1.2〜2の範囲の平均官能価(FA)を有するPFPEアルコール[「PFPEアルコール(A)」]、フルオロアルキレンジオール[アルコール(Aa)]、及びこれらの混合物から選択されるアルコールである第1の試薬[試薬(R1)];
b)1.2〜2の範囲の平均官能価(FB)を有するPFPEアルコールのスルホン酸エステル[以降「PFPEスルホン酸エステル(B)」]、フルオロアルキレンジオールのスルホン酸ジエステル[スルホン酸エステル(Bb)]、及びこれらの混合物から選択されるスルホン酸エステルである第2の試薬[試薬(R2)];並びに
c)一官能性ハロゲン化アルコール[アルコール(C)]又はそのスルホン酸エステル[スルホン酸エステル(Cc)]である第3の試薬[試薬(R3)]であって、(FA)及び/又は(FB)が1.98未満の場合には任意選択的である試薬(R3);
を反応させることを含み、
(i)少なくとも試薬(R1)がPFPEアルコール(A)であるか、少なくとも試薬(R2)がPFPEスルホン酸エステル(B)であり;
(iia)試薬(R3)が使用されない場合にはアルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じであり;
(iib)試薬(R3)が使用される場合にはアルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じであるか、この条件を満たすために必要とされる量に対して試薬(R3)が過剰量で使用されてもよい;
ことを特徴とする。
明確にするために明記すると、表現「少なくとも試薬(R1)がPFPEアルコール(A)であるか、少なくとも試薬(R2)がPFPEスルホン酸エステル(B)である」は:
− 試薬(R1)がアルコール(Aa)である場合には、試薬(R2)はPFPEスルホン酸エステル(B)であるか、PFPEスルホン酸エステル(B)とスルホン酸エステル(Bb)との混合物であり;
− 試薬(R2)がエステル(Bb)である場合には、試薬(R1)はPFPEアルコール(A)であるか、PFPEアルコール(A)とアルコール(Aa)との混合物である;
ことを意味する。
− 試薬(R1)がアルコール(Aa)である場合には、試薬(R2)はPFPEスルホン酸エステル(B)であるか、PFPEスルホン酸エステル(B)とスルホン酸エステル(Bb)との混合物であり;
− 試薬(R2)がエステル(Bb)である場合には、試薬(R1)はPFPEアルコール(A)であるか、PFPEアルコール(A)とアルコール(Aa)との混合物である;
ことを意味する。
表現「アルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じである」は、アルコールの全体の当量とスルホン酸エステルの全体の当量との間の比率が実質的に1に等しいことを意味する。典型的には、この比率は0.99〜1.01の範囲である。当業者であれば、官能価及び試薬の量を選択することによってこの条件を満たすことができるであろう。疑義を回避するために明記すると、試薬(R3)が使用されない場合のアルコール及びスルホン酸エステルに関しての表現「全体の当量」は、エーテル結合を形成するための(R1)中のアルコール基と(R2)中のエステル基との間の反応に関してのものである。試薬(R3)が使用される場合のアルコール及びスルホン酸エステルに関しての表現「全体の当量」は、以下で更に詳しく説明するように、反応が1工程で行われるかそれ以上の工程(すなわち2工程)で行われるかに関わらず、エーテル結合を形成するための(R1)中のアルコール基と、(R2)中のエステル基と、(R3)中の任意のアルコール及び/又はエステル基との間の反応に関してのものである。例えば、PFPEアルコール(A)が試薬(R1)として使用され、PFPEスルホン酸エステル(B)が試薬(R2)として使用され、PFPEアルコール(A)の当量がPFPEスルホン酸エステル(B)の当量よりも大きい場合には、PFPEアルコール(A)と、PFPEスルホン酸エステル(B)と、スルホン酸エステル(Cc)との間の反応が1工程で行われるかそれ以上の工程で行われるかに関わらず、スルホン酸エステル(Cc)は、次の条件:
スルホン酸エステル(Cc)の当量≧PFPEアルコール(A)の当量−PFPEスルホン酸エステル(B)の当量
を満たす量で試薬(R3)として使用されるであろう。
スルホン酸エステル(Cc)の当量≧PFPEアルコール(A)の当量−PFPEスルホン酸エステル(B)の当量
を満たす量で試薬(R3)として使用されるであろう。
ある都合の良い実施形態においては、試薬(R1)はPFPEアルコール(A)であり、試薬(R2)はPFPEスルホン酸エステル(B)である。
別の都合の良い実施形態においては、(R1)はPFPEアルコール(A)であり、試薬(R2)はスルホン酸エステル(Bb)である。
更に別の都合の良い実施形態においては、試薬(R1)はアルコール(Aa)であり、試薬(R2)はPFPEスルホン酸エステル(B)である。
(FA)及び/又は(FB)が1.98未満である場合には、アルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)[試薬(R3)]は任意選択的である(すなわち(FA)と(FB)の両方が1.98以上である場合にはこれは必須である)ものの、ポリマー鎖の成長及びその結果としての分子量をより制御し、速度論的反応を促進するためには、常に試薬(R3)を使用することが好ましい。アルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)の量は、アルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じであるという条件を満たすために必要な量と同じかそれより多い量であってもよい。特に、方法(M)が下で説明するように2工程で行われる場合、アルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)は、過剰量で、典型的には条件を満たすために必要とされるよりも10%過剰な量で、使用されてもよい。実際に、そのような多い量を使用することで、得られるポリマーの中にフリーのヒドロキシ又はスルホニル末端基が残らないことが保証される。全ての過剰なアルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)は、当該技術分野で公知の精製技術によって除去することができる。
好ましくは、方法(M)の目的のためには、(FA)又は(FB)のうちの少なくとも1つは、1.80より大きく、好ましくは1.95より大きく、より好ましくは1.98より大きい。好ましくは、PFPEアルコール(A)とPFPEスルホン酸エステル(B)の両方が使用される場合、(FA)と(FB)の両方が1.80より大きく、好ましくは1.95より大きく、より好ましくは1.98より大きい。実際、平均官能価が大きいほど、ポリマー(P)の数平均分子量(Mn)が狭い。
好ましい実施形態(M−1)
ある好ましい実施形態[以降「方法(M−1)]においては、試薬(R1)はPFPEアルコール(A)であり、試薬(R2)はPFPEスルホン酸エステル(B)であり、試薬(R3)はアルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)である。PFPEアルコール(A)の当量はPFPEスルホン酸エステル(B)のものよりも大きくても小さくてもよく;前者の場合はスルホン酸エステル(Cc)が使用される一方で、後者の場合はアルコール(C)が使用されるであろう。前者の場合、得られるポリマー(P)は、複数のPFPEセグメントを含み、その中の最も外側のフッ素化セグメントはPFPEアルコール(A)由来であり、前記最も外側のセグメントはスルホン酸エステル(Cc)由来の非官能性末端を有することになる。後者の場合、得られるポリマー(P)は、複数のPFPEセグメントを含み、その中の最も外側のフッ素化セグメントはPFPEスルホン酸エステル(B)由来であり、前記最も外側のセグメントはアルコール(C)由来の非官能性末端を有することになる。PFPEスルホン酸エステル(B)が同じPFPEアルコール(A)から合成される場合には、最も外側のセグメントと残りのセグメントは区別できないことは理解されるであろう。
ある好ましい実施形態[以降「方法(M−1)]においては、試薬(R1)はPFPEアルコール(A)であり、試薬(R2)はPFPEスルホン酸エステル(B)であり、試薬(R3)はアルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)である。PFPEアルコール(A)の当量はPFPEスルホン酸エステル(B)のものよりも大きくても小さくてもよく;前者の場合はスルホン酸エステル(Cc)が使用される一方で、後者の場合はアルコール(C)が使用されるであろう。前者の場合、得られるポリマー(P)は、複数のPFPEセグメントを含み、その中の最も外側のフッ素化セグメントはPFPEアルコール(A)由来であり、前記最も外側のセグメントはスルホン酸エステル(Cc)由来の非官能性末端を有することになる。後者の場合、得られるポリマー(P)は、複数のPFPEセグメントを含み、その中の最も外側のフッ素化セグメントはPFPEスルホン酸エステル(B)由来であり、前記最も外側のセグメントはアルコール(C)由来の非官能性末端を有することになる。PFPEスルホン酸エステル(B)が同じPFPEアルコール(A)から合成される場合には、最も外側のセグメントと残りのセグメントは区別できないことは理解されるであろう。
通常、PFPEアルコール(A)/PFPEスルホン酸エステル(B)又はPFPEスルホン酸エステル(B)/PFPEアルコール(A)の比率が高いほど、得られるポリマーの長さが短く、したがって平均分子量が小さい。
好ましい実施形態(M−2)
別の好ましい実施形態[以降「方法(M−2)]においては、試薬(R1)はPFPEアルコール(A)であり、試薬(R2)はスルホン酸エステル(Bb)であり、試薬(R3)はアルコール(C)であるかスルホン酸エステル(Cc)である。PFPEアルコール(A)の当量はスルホン酸エステル(Bb)のものよりも大きくても小さくてもよく;前者の場合、得られるポリマー(P)はPFPEアルコール(A)由来である最も外側のフッ素化セグメントを含み、前記最も外側のセグメントはスルホン酸エステル(Cc)由来の非官能性末端を有する一方で、後者の場合、得られるポリマー(P)はスルホン酸エステル(Bb)由来である最も外側のフッ素化セグメントを含み、前記最も外側のセグメントはアルコール(C)由来の非官能性末端を有することになる。
別の好ましい実施形態[以降「方法(M−2)]においては、試薬(R1)はPFPEアルコール(A)であり、試薬(R2)はスルホン酸エステル(Bb)であり、試薬(R3)はアルコール(C)であるかスルホン酸エステル(Cc)である。PFPEアルコール(A)の当量はスルホン酸エステル(Bb)のものよりも大きくても小さくてもよく;前者の場合、得られるポリマー(P)はPFPEアルコール(A)由来である最も外側のフッ素化セグメントを含み、前記最も外側のセグメントはスルホン酸エステル(Cc)由来の非官能性末端を有する一方で、後者の場合、得られるポリマー(P)はスルホン酸エステル(Bb)由来である最も外側のフッ素化セグメントを含み、前記最も外側のセグメントはアルコール(C)由来の非官能性末端を有することになる。
好ましい実施形態(M−3)
別の好ましい実施形態[以降「方法(M−3)]においては、試薬(R1)はアルコール(Aa)であり、試薬(R2)はPFPEスルホン酸エステル(B)であり、試薬(R3)はアルコール(C)であるかスルホン酸エステル(Cc)である。アルコール(Aa)の当量はPFPEスルホン酸エステル(B)のものよりも大きくても小さくてもよく;前者の場合、得られるポリマー(P)はアルコール(Aa)由来である最も外側のフッ素化セグメントを含み、前記最も外側のセグメントはスルホン酸エステル(Cc)由来の非官能性末端を有する一方で、後者の場合、得られるポリマー(P)はPFPEスルホン酸エステル(B)由来である最も外側のフッ素化セグメントを含み、前記最も外側のセグメントはアルコール(C)由来の非官能性末端を有することになる。
別の好ましい実施形態[以降「方法(M−3)]においては、試薬(R1)はアルコール(Aa)であり、試薬(R2)はPFPEスルホン酸エステル(B)であり、試薬(R3)はアルコール(C)であるかスルホン酸エステル(Cc)である。アルコール(Aa)の当量はPFPEスルホン酸エステル(B)のものよりも大きくても小さくてもよく;前者の場合、得られるポリマー(P)はアルコール(Aa)由来である最も外側のフッ素化セグメントを含み、前記最も外側のセグメントはスルホン酸エステル(Cc)由来の非官能性末端を有する一方で、後者の場合、得られるポリマー(P)はPFPEスルホン酸エステル(B)由来である最も外側のフッ素化セグメントを含み、前記最も外側のセグメントはアルコール(C)由来の非官能性末端を有することになる。
アルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)の使用を想定している好ましい実施形態(M−1)〜(M−3)は、1つ以上の工程で行うことができる。
方法が1工程で行われる場合、全ての選択した試薬a)〜c)を一緒に混合して反応させることで、上で定義したとおりのポリマー(P)が得られる。
方法が2工程で行われる場合、すなわちPFPEアルコール(A)及び/又はアルコール(Aa)及びPFPEスルホン酸エステル(B)及び/又はエステル(Bb)を最初に混合して一緒に反応させることで少なくとも1つのヒドロキシ末端基又は少なくとも1つのスルホニル末端基を含む中間体官能性ポリマー[「ポリマー(Pi)」]を得る場合、これはポリマー(P)を得るために引き続きアルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)と反応させられる。方法(M)が2工程で行われる場合、前記2工程は、ワンポットで、すなわち中間体官能性ポリマー(Pi)を単離せずに行われる。
典型的には、方法(M)は、塩の形態のPFPEアルコール(A)及び/又はアルコール(Aa)[塩形態のアルコール(A)又は(Aa)]を得るために、PFPEアルコール(A)及び/又はアルコール(Aa)を、無機塩基又は有機塩基と反応させることにより行われる。典型的には、この反応は溶媒の非存在下で行われ、塩基は、PFPEアルコール(A)及び/又はアルコール(Aa)に対して1〜1.5の範囲の当量で使用される。無機塩基又は有機塩基は、その対応するプロトン化形態がPFPEアルコール(A)及び/又は(Aa)よりも弱い酸であるものの中から当業者が選択するであろう。このような塩基の例は、水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムのような水酸化物、トリエチルアミン(TEA)のような第三級アミン、及びカリウムtert−ブチラートのような第三級アルコールのアルコラートである。
塩の形態のPFPEアルコール(A)及び/又は塩の形態のアルコール(Aa)は、その後PFPEスルホン酸エステル(B)及び/又はスルホン酸エステル(Bb)と反応して反応混合物(M)を提供する。典型的には、反応は、溶媒及びPFPEスルホン酸エステル(B)及び/又はスルホン酸エステル(Bb)を塩の形態のPFPEアルコール(A)及び/又は塩の形態のアルコール(Aa)に添加し、典型的には80℃〜130℃の範囲である温度で加熱することによって行われる。溶媒は、典型的には、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグリム)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(テトラグリム)、ヘキサフルオロキシレン(HFX)、及びヘキサフルオロベンゼンから選択される非プロトン性溶媒であり;好ましい実施形態によれば、溶媒はヘキサフルオロキシレン(HFX)である。反応は、試料を採取し、前記試料を19F−NMRにより分析することによって追跡される。必要に応じて、適切な反応速度を維持するために追加量の塩基が添加される。反応の終わりに、反応混合物は室温まで冷却され、過剰のPFPEアルコール(A)及び/又はアルコール(Aa)は、反応残渣を得るために真空蒸留又は分子蒸留によって取り除かれてもよい。塩の形態のPFPEアルコール(A)及び/又はアルコール(Aa)の当量がPFPEエステル(B)及び/又はエステル(Bb)の当量よりも小さい場合、反応残渣は一官能性(ペル)フルオロアルキルアルコール(C)と反応させられ;PFPEアルコール(A)及び/又はアルコール(Aa)の当量がPFPEエステル(B)又はエステル(Bb)の当量よりも大きい場合、反応残渣はスルホン酸エステル(Cc)と反応させられる。
方法(M)が1工程で行われる場合には、一官能性(ペル)フルオロアルキルアルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)は、PFPEスルホン酸エステル(B)又はエステル(Bb)と共にPFPEアルコール(A)に添加される。
ポリマー(P)
本発明の方法を用いて得られるポリマー(P)は、複数のフッ素化セグメントを含み、この中の少なくとも1つのフッ素化セグメントはPFPEアルコール(A)又はPFPEスルホン酸エステル(B)由来であり、前記ポリマー(P)は非官能性末端を有する2つの最も外側のフッ素化セグメントを有する。
本発明の方法を用いて得られるポリマー(P)は、複数のフッ素化セグメントを含み、この中の少なくとも1つのフッ素化セグメントはPFPEアルコール(A)又はPFPEスルホン酸エステル(B)由来であり、前記ポリマー(P)は非官能性末端を有する2つの最も外側のフッ素化セグメントを有する。
具体的には、好ましい方法(M−1)〜(M−3)を用いて得られるポリマー(P)は:
− 水素化(ポリ)エーテルセグメント[セグメント(SH)]によって連結している複数のフッ素化セグメント[セグメント(SF)](ただしセグメントセグメント(SH)は式−CH2OCH2OCH2−のセグメントではない);
− 上で定義したアルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)由来の非官能性末端基[基(TN)];
を含み、
少なくとも1つのセグメント(SF)がPFPEセグメントであり、他方のセグメント(SF)がPFPEセグメント及び/又はペルフルオロアルキレンセグメントである、非官能性ブロックコポリマーである。
− 水素化(ポリ)エーテルセグメント[セグメント(SH)]によって連結している複数のフッ素化セグメント[セグメント(SF)](ただしセグメントセグメント(SH)は式−CH2OCH2OCH2−のセグメントではない);
− 上で定義したアルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)由来の非官能性末端基[基(TN)];
を含み、
少なくとも1つのセグメント(SF)がPFPEセグメントであり、他方のセグメント(SF)がPFPEセグメント及び/又はペルフルオロアルキレンセグメントである、非官能性ブロックコポリマーである。
ポリマー(P)は、次の一般式(P):
(P) TN(SF1)−(S’H)−(SF2)−[(S”H)−(SF1)−(S’H)−(SF2)]p[(S”H)−(SF1)]q−TN
(式中:
− (SF1)及び(SF2)は、互いに同じ又は異なり、(ペル)フルオロポリエーテルセグメント又は(ペル)フルオロアルキレンセグメントであるが、(SF1)と(SF2)のうちの少なくとも1つは(ペル)フルオロポリエーテルセグメントであることを条件とする;
− (S’H)及び(S”H)は、互いに同じ又は異なり、水素化(ポリ)エーテルセグメントであり;
− TNは、互いに同じ又は異なり:
典型的には−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、及び−CF2H、−CF2CF2Hから選択されるC1〜C3ハロアルキル基、並びに
式Rf2−O−Rh°の非官能性基(Rf2は上で定義したとおりであり、Rh°は少なくとも1つの炭素原子を含む直鎖は分岐の二価のアルキレンセグメントであり、Rh°が1つより多い炭素原子を含む場合には、これには1つ以上のエーテル性酸素原子が挟まれていてもよい)から選択され;
− pは0又は正の数であり、
− qは0又は1であるが、
p及びqの両方が0でないことを条件とする)
を満たす。
(P) TN(SF1)−(S’H)−(SF2)−[(S”H)−(SF1)−(S’H)−(SF2)]p[(S”H)−(SF1)]q−TN
(式中:
− (SF1)及び(SF2)は、互いに同じ又は異なり、(ペル)フルオロポリエーテルセグメント又は(ペル)フルオロアルキレンセグメントであるが、(SF1)と(SF2)のうちの少なくとも1つは(ペル)フルオロポリエーテルセグメントであることを条件とする;
− (S’H)及び(S”H)は、互いに同じ又は異なり、水素化(ポリ)エーテルセグメントであり;
− TNは、互いに同じ又は異なり:
典型的には−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、及び−CF2H、−CF2CF2Hから選択されるC1〜C3ハロアルキル基、並びに
式Rf2−O−Rh°の非官能性基(Rf2は上で定義したとおりであり、Rh°は少なくとも1つの炭素原子を含む直鎖は分岐の二価のアルキレンセグメントであり、Rh°が1つより多い炭素原子を含む場合には、これには1つ以上のエーテル性酸素原子が挟まれていてもよい)から選択され;
− pは0又は正の数であり、
− qは0又は1であるが、
p及びqの両方が0でないことを条件とする)
を満たす。
好ましいポリマー(P)は、pが正の数でありqが1以上のものである。より好ましくは、pは正の数であり、qは1であり、p+qは3以上である。
ポリマー(P)において、少なくとも1種のPFPEセグメント(SH)はPFPEアルコール(A)又はPFPEスルホン酸エステル(B)由来である一方で、ペルフルオロアルキルセグメントはアルコール(Aa)及び/又はスルホン酸エステル(Bb)由来である。セグメント(SF)は、上で定義した鎖(Rf)と、PFPEアルコール(A)のZ及びZ’基の中かPFPEスルホン酸エステル(B)のE及びE’基の中に含まれている任意の部分的に又は完全にフッ素化されている炭化水素部位とによって形成される。例えば、式HOCH2CF2−O−Rf−CF2CH2OHのPFPEアルコール(A)又は対応するPFPEスルホン酸エステル(B)が使用される場合、少なくとも1つのセグメント(SF)は、式:−CF2−O−Rf−CF2−のうちの1つであろう。
ポリマー(P)において、セグメント(SH)は、PFPEアルコール(A)の末端基Z及びZ’の中に存在する完全に水素化されている(ポリオキシ)アルキレン部位によって、又は、PFPEスルホン酸エステル(B)の末端基E及びE’の中に存在する完全にフッ素化されている(ポリオキシ)アルキレン部位への、若しくはスルホン酸エステル(Bb)中のスルホン酸基を有する完全に水素化されているアルキレン部位への、エーテル結合により連結されているアルコール(Aa)中の完全に水素化されているアルキレン部位によって、形成される。例えば、式HOCH2CF2−O−Rf−CF2CH2OHのPFPEアルコール(A)又は対応するPFPEスルホン酸エステル(B)は、上で定義した式(Aa−1)又は(Bb−1)のアルコール(n*=1であり、セグメントSH)は式−CH2OCH2−を満たす)と反応する。
セグメント(S’H)及び(S”H)は、(SH−I)が式−CH2OCH2OCH2−のセグメントではないことを条件として、下の式(SH−I)で表すことができる:
(SH−I) −Rh−O−Rh ’−
(式中、(Rh)及び(Rh’)は、互いに同じ又は異なり、直鎖又は分岐の二価のアルキレンセグメントから選択され、それぞれ少なくとも1つの炭素原子を含み;(Rh)及び(Rh’)が1つ以上の炭素原子を含む場合には、これらには任意選択的に1つ以上のエーテル性酸素原子が挟まれていてもよい)。
(SH−I) −Rh−O−Rh ’−
(式中、(Rh)及び(Rh’)は、互いに同じ又は異なり、直鎖又は分岐の二価のアルキレンセグメントから選択され、それぞれ少なくとも1つの炭素原子を含み;(Rh)及び(Rh’)が1つ以上の炭素原子を含む場合には、これらには任意選択的に1つ以上のエーテル性酸素原子が挟まれていてもよい)。
そのため、ポリマー(P)は、次の一般式(P−a)で表すことができる:
(P−a)
TN−(SF1)−(Rh)O(Rh’)−(SF2)−[(Rh’)O(Rh)−(SF1)−(Rh)O(Rh’)−(SF2)]p−[(Rh’)O(Rh)−(S’F1)]q−TN
(式中、(SF1)、(SF2)、(Rh)、(Rh’)TN、p、及びqは、上で定義したとおりである)。
(P−a)
TN−(SF1)−(Rh)O(Rh’)−(SF2)−[(Rh’)O(Rh)−(SF1)−(Rh)O(Rh’)−(SF2)]p−[(Rh’)O(Rh)−(S’F1)]q−TN
(式中、(SF1)、(SF2)、(Rh)、(Rh’)TN、p、及びqは、上で定義したとおりである)。
疑義を回避するために明記すると、式(P−a)において、−(Rh)O(Rh)−セグメントは、式−CH2OCH2OCH2−のセグメントではない。
好ましい方法(M−1)〜(M−3)で得られるTNが式Rf2−O−Rh°の非官能性基であるポリマー(P)においては、末端基TNの中に存在するRh°基は、前記Rh°基が結合している(SF1)セグメント又は(SF2)セグメントの基(Rh)又は(Rh’)と同じであることは当業者に理解されるであろう。
上で定義した好ましい実施形態(M−1)においては、(SF1)と(SF2)の両方がPFPEセグメントであって前記PFPEセグメントが互いに同じ又は異なるポリマー(P−a)[以降「ポリマー(P−a1)」]が得られる一方で、上で定義した方法(M−2)及び(M−3)においては、(SF1)及び(SF2)のうちの1つがPFPEセグメントであり、他方が(ペル)フルオロアルキレンセグメントであるポリマー(P−a)[以降「ポリマー(P−a2)]が得られる。方法(M−1)において、PFPEアルコール(A)及び対応するPFPEスルホン酸エステル(B)が使用される場合、(SF1)及び(SF2)は同じ構造及び分子量を有しており、セグメント(SH)が互いに同じであることは理解されるであろう。ポリマー(P−a2)は、本発明の好ましい態様を表す。
好ましくは、セグメント(SF1)及び/又は(SF2)中の(ペル)フルオロポリオキシアルキレン鎖(Rf)は、上で定義した式(Rf−I)を満たし、より好ましくは上で定義した式(Rf−IIA)〜(Rf−IIE)を満たし、更に好ましくは上で定義した式(Rf−III)を満たす。
好ましいPFPEセグメント(SF1)及び(SF2)は、式−CF2ORfCF2−及び式−CF2OR’fCF2−(式中、(Rf)及び(R’f)は、互いに同じ又は異なり、上で定義されたとおりの式(Rf−III)を満たす)を満たすものである。
好ましい(ペル)フルオロアルキレンセグメント(SF1)及び(SF2)は、上で定義したとおりの完全にフッ素化されている直鎖のアルキレン鎖(Rf1a)である。
基(Rh)は、好ましくは以下の式(Rh−I)を満たす:
(Rh−I) −CH2(OCH2CHY)n−
(式中、nは0又は1以上の整数、好ましくは1〜10の範囲の整数であり、Yは水素又はメチル、好ましくは水素である)。好ましい実施形態においては、nは0又は1である。
(Rh−I) −CH2(OCH2CHY)n−
(式中、nは0又は1以上の整数、好ましくは1〜10の範囲の整数であり、Yは水素又はメチル、好ましくは水素である)。好ましい実施形態においては、nは0又は1である。
基(Rh ’)は、好ましくは以下の式(Rh’−I)を満たす:
(Rh’−I) −(CHY’CH2O)n’(CH2)−
(式中、Y’は水素又はメチル、好ましくは水素であり、n’は0又は1以上の整数、好ましくは1〜10の範囲の整数である)。好ましい実施形態においては、n’は0又は1である。
(Rh’−I) −(CHY’CH2O)n’(CH2)−
(式中、Y’は水素又はメチル、好ましくは水素であり、n’は0又は1以上の整数、好ましくは1〜10の範囲の整数である)。好ましい実施形態においては、n’は0又は1である。
好ましい実施形態によれば、基(Rh−I)及び基(Rh’−I)において、nはn’と同じであり、YはY’と同じである。
したがって、セグメント(SH)は、好ましくは以下の式(SH−1)を満たす:
(SH−1) −CH2(OCH2CHY)nO(CHY’CH2O)n’CH2−
(式中、n、n’、Y、及びY’は、互いに同じ又は異なり、上で定義されたとおりである)。好ましい実施形態によれば、nはn’と同じであり、YはY’と同じである。別の好ましい実施形態によれば、n又はn’のいずれかが0以外である場合、Y及びY’は水素である。また別の好ましい実施形態によれば、n及びn’は0である。
(SH−1) −CH2(OCH2CHY)nO(CHY’CH2O)n’CH2−
(式中、n、n’、Y、及びY’は、互いに同じ又は異なり、上で定義されたとおりである)。好ましい実施形態によれば、nはn’と同じであり、YはY’と同じである。別の好ましい実施形態によれば、n又はn’のいずれかが0以外である場合、Y及びY’は水素である。また別の好ましい実施形態によれば、n及びn’は0である。
好ましいセグメント(SH−I)は、以下の式(SH−1A)又は(SH−1B):
(SH−1A) −CH2OCH2−;
(SH−1B) −CH2OCH2CH2OCH2−;
を満たすものである。
(SH−1A) −CH2OCH2−;
(SH−1B) −CH2OCH2CH2OCH2−;
を満たすものである。
上で述べたように、本発明の方法(M)は、典型的には5,000超、好ましくは10,000超、より好ましくは15,000超、更に好ましくは20,000超の数平均分子量(Mn)を有する、少なくとも1種のPFPEセグメントを含む中性のフッ素化ポリマー(P)を簡便に得ることを可能にする。そのようなポリマー(P)は、過酷な条件(すなわち高温、酸化、及び化学薬品)に対する高い安定性を備えており、15,000より大きい(Mn)を有するポリマー(P)は、潤滑油として特に有用である。
本発明は、非限定的な実施例によって以下の実験項の中でより詳しく開示される。
参照により本明細書に組み込まれる特許、特許出願、及び刊行物のいずれかの開示が用語を不明瞭にさせ得る程度まで本出願の記載と矛盾する場合は、本記載が優先するものとする。
実験項
原料及び方法
原料
式:ZO(CF2CF2O)a1(CF2O)a2Z’
(式中、Z及びZ’は互いに同じ又は異なり、下の表1に報告されている基から選択される)を満たすPFPEアルコール(A)を使用した:
原料及び方法
原料
式:ZO(CF2CF2O)a1(CF2O)a2Z’
(式中、Z及びZ’は互いに同じ又は異なり、下の表1に報告されている基から選択される)を満たすPFPEアルコール(A)を使用した:
そのようなPFPEアルコールは、Solvay Specialty Polymers Italy S.p.A.から入手可能であり、また公知の方法に従って合成することができる。
8H,8H−ドデカフルオロ−1,8−オクタンジオールはAldrich(登録商標)から購入した。
1H,1H,10H,10H−ヘキサデカフルオロ−1,10−デカンジオールは、ヨウ素の存在下でのC2F4テロメリゼーション、望みの分子量を有するテロマーの分取、エチレンの挿入、及び加水分解、の工程を経由する公知の方法によって合成した。
トリフルオロエタノールノナフラートは、酸受容体としての過剰のトリエチルアミンの存在下でトリフルオロエタノールをペルフルオロブタンスルホニルフルオリドと反応させることにより、公知の方法に従って合成した。反応は、0℃〜50℃の範囲の温度でヘキサフルオロキシレン(HFX)の中で行った。反応混合物は、中性になるまでわずかにアルカリ性の水で繰り返し洗浄し、その後に蒸留水で洗浄した。
相分離の後、底部の有機層をNaSO4上で乾燥させ、真空で蒸留することでトリフルオロエタノールノナフラートを単離した(純度>95%、収率>90%)。
方法
1H−NMR分析は、内部標準としてテトラメチルシラン(TMS)を用いて、Varian Mercury 300MHz分光計上で行なった。
1H−NMR分析は、内部標準としてテトラメチルシラン(TMS)を用いて、Varian Mercury 300MHz分光計上で行なった。
19F−NMR分析は、内部標準としてCFCl3を用いて、Varian Mercury 300MHz分光計上で行った。
Fomblin(登録商標)ZDOLノナフラートの形成は、19F−NMR分析により確認した。Fomblin(登録商標)ZDOLノナフラートの典型的な診断19F−NMRシグナルは−110ppm(C3F7−CF2−SO2)で共鳴する一方で、ノナフラートの加水分解から得られるいずれのペルフルオロブタンスルホナートの診断シグナルも−114ppmで共鳴する。−OCF2CH2−O−SO2−部分におけるCF2基のシグナルは、−78及び−80ppmで共鳴する一方で、出発Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(これは−81及び−83ppmで共鳴する)の−OCF2CH2OH部分におけるCF2のシグナルは、変換が完了すると消失する。
ポリマー(P)への変換の評価は、典型的な19F−NMR診断シグナル、すなわち:
− メチロール末端基に連結されているCF2前末端基(これは−81ppm及び−83ppmで共鳴する);
− 内部−CH2OCH2−配列に連結されているCF2前末端基(これは、−81ppm及び−79ppmで共鳴する);
によって確認した。
− メチロール末端基に連結されているCF2前末端基(これは−81ppm及び−83ppmで共鳴する);
− 内部−CH2OCH2−配列に連結されているCF2前末端基(これは、−81ppm及び−79ppmで共鳴する);
によって確認した。
数平均分子量(Mn)は19FMRにより決定し;多分散度は(Mn)と、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により決定される重量平均分子量(Mw)とから決定した。GPCは、溶媒としてDelifrene−LS/アセトン共沸混合物(8/2体積/体積)を使用して、Ultrastyragel(登録商標)セットのカラム(105−104−103−5x102Å)備えたWaters5900装置を用いて30℃で行った。
ポリマー(P)に対する熱的安定性及び化学的安定性の試験は、周囲温度及び閉鎖系での等温条件下でおこなった。ポリマー試料に対して一定の時間間隔で1H−NMR及び19F−NMR分析を行った;これにより分解率、速度式、及びt1/2(すなわち特定の温度で生成物が50%分解するために必要とする時間)を決定することができた。
実施例1〜6は、アルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)の使用を含む、2工程(実施例において工程1及び2と言及)で行われる方法(M)を示す一方で、実施例7はアルコール(C)を使用せずに行われる方法(M)を示す。
実施例1−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)から出発する本発明のポリマー(P)の合成
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートの合成
ガラス製反応器にトリエチルアミン(TEA)(4.95g、49ミリ当量)及びペルフルオロ−1−ブタンスルホニルフルオリド(12.3g、40.8ミリ当量)を投入し、得られた混合物を機械式攪拌下で保った。乾燥氷浴を使用して、反応塊の内部温度を−5/+5℃に下げた。Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)(76g、19ミリモル、38ミリ当量)を激しい攪拌下で滴下した。その後、この反応混合物を機械式攪拌下で室温まで加温した。反応は19F−NMRにより追跡した。室温で2時間後、試料を19F−NMR分析のために採取した(変換率70%)。反応の完了まで、内部温度を70℃に上昇させた。完全な変換の後、反応混合物を室温に冷却し、エタノール(洗浄1回当たり20g)で2回洗浄した。有機下部相が形成し;この相を分離し、溶媒を真空下70℃でストリッピングした。Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラート(Mn=4,560 Ew=2.280)を、95%を超える純度及び90%を超える収率で単離した。
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートの合成
ガラス製反応器にトリエチルアミン(TEA)(4.95g、49ミリ当量)及びペルフルオロ−1−ブタンスルホニルフルオリド(12.3g、40.8ミリ当量)を投入し、得られた混合物を機械式攪拌下で保った。乾燥氷浴を使用して、反応塊の内部温度を−5/+5℃に下げた。Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)(76g、19ミリモル、38ミリ当量)を激しい攪拌下で滴下した。その後、この反応混合物を機械式攪拌下で室温まで加温した。反応は19F−NMRにより追跡した。室温で2時間後、試料を19F−NMR分析のために採取した(変換率70%)。反応の完了まで、内部温度を70℃に上昇させた。完全な変換の後、反応混合物を室温に冷却し、エタノール(洗浄1回当たり20g)で2回洗浄した。有機下部相が形成し;この相を分離し、溶媒を真空下70℃でストリッピングした。Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラート(Mn=4,560 Ew=2.280)を、95%を超える純度及び90%を超える収率で単離した。
工程1−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)と工程1のFomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラートとの反応(モル比1.1:1)
ガラス製反応器に、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)(80g、20ミリモル、40ミリ当量)を入れた。氷浴を使用して、得られた混合物の内部温度を10℃に下げた。無水カリウムtert−ブトキシド(2.4g、21ミリ当量)を、機械式攪拌下でテーリングしたチューブを使用して添加した。その後、この混合物を機械式攪拌下で室温まで加温し、その後、40℃で3時間、次いで、真空下80℃でさらに3時間加熱して、反応の過程で形成されたtert−ブタノールを除去した。
ガラス製反応器に、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)(80g、20ミリモル、40ミリ当量)を入れた。氷浴を使用して、得られた混合物の内部温度を10℃に下げた。無水カリウムtert−ブトキシド(2.4g、21ミリ当量)を、機械式攪拌下でテーリングしたチューブを使用して添加した。その後、この混合物を機械式攪拌下で室温まで加温し、その後、40℃で3時間、次いで、真空下80℃でさらに3時間加熱して、反応の過程で形成されたtert−ブタノールを除去した。
次いで、ヘキサフルオロキシレン(HFX;40ml;形成されたFomblin(登録商標)ZDOL PFPEカリウム塩に対して44重量/重量%)を添加し、工程1aで合成されたFomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラート(82g、18ミリモル、36ミリ当量)を激しい攪拌下にて4時間で滴下した。得られた混合物を120℃で20時間加熱した。反応の進行は、19F−NMRにより追跡した。妥当な反応速度を維持するために、典型的には5時間の反応時間ごとに最初の量に対して10モル%のカリウムtert−ブトキシドの1回の添加が必要であった。完全な変換の後、生成物をHFX/エタノールで希釈し、HClの10重量/重量%水溶液で洗浄した。底部の有機層を分離し、50℃で塩基性の水で再度洗浄し、分離した。最後に中性の水を使用した。完全な相分離は、遠心分離(3500rpm、20分)により行い、いずれの残存溶媒も真空下70℃で蒸留した。
得られた透明生成物を、0.2μmのPTFE+ガラスプレフィルターで濾過した。試料を採取し、複数種の揮発性不純物を除去するために170℃で真空蒸留を行い、その後1H−NMR、19F−NMR、及びGPCによる分析を行った。分析から、次の生成物が得られたことが確認された:
HORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOH
(式中、
p°=2であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるがa1/a2=2である)。
Mn=28,500
Ew=14,250
ノナフラートに対する全体の収率は95%であった。
HORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOH
(式中、
p°=2であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるがa1/a2=2である)。
Mn=28,500
Ew=14,250
ノナフラートに対する全体の収率は95%であった。
工程2−トリフルオロエタノールのノナフラートとの反応による工程1の生成物の反応
実施例1の工程1で得られた生成物50g(1.76ミリモル、3.53ミリ当量)を、0.6g(5.3ミリモル)のter−ButOKの存在下で、1.91g(5ミリモル)のトリフルオロエタノールノナフラートと反応させた。反応は120℃で5時間後に完結した。
実施例1の工程1で得られた生成物50g(1.76ミリモル、3.53ミリ当量)を、0.6g(5.3ミリモル)のter−ButOKの存在下で、1.91g(5ミリモル)のトリフルオロエタノールノナフラートと反応させた。反応は120℃で5時間後に完結した。
最終生成物を単離し、19F及び1H−NMRで分析したところ、次の構造が確認された:
CF3CH2O−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’−ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、
p°=2であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である)。
Mn=28,500
Ew=14,250
多分散度=1.9
CF3CH2O−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’−ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、
p°=2であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である)。
Mn=28,500
Ew=14,250
多分散度=1.9
実施例2−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)から出発する本発明のポリマー(P)の合成
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートの合成
実施例1の工程1aに示した手順に従って、90gのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラート(Mn 2,600、Ew 1,300)を合成した。
純度>95%;収率>90%。
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートの合成
実施例1の工程1aに示した手順に従って、90gのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラート(Mn 2,600、Ew 1,300)を合成した。
純度>95%;収率>90%。
工程1−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEと工程1aのFomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラートとの反応(モル比1.06:1)
ガラス製反応器に70g(70ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)を入れ、実施例1の工程1に記載の手順に従って、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)/Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートの間のモル比=1.06で工程1aの85.8g(66ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートと反応させた。
ガラス製反応器に70g(70ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)を入れ、実施例1の工程1に記載の手順に従って、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)/Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートの間のモル比=1.06で工程1aの85.8g(66ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートと反応させた。
分析から、次の生成物が得られたことが確認された:
HORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOH
(式中:
p°=3であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である)。
Mn=18,300
EW 9,150。
ノナフラートに対する全体の収率は>95%であった。
HORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOH
(式中:
p°=3であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である)。
Mn=18,300
EW 9,150。
ノナフラートに対する全体の収率は>95%であった。
工程2−トリフルオロエタノールのノナフラートとの反応による工程1の生成物の反応
工程1の生成物を、1.2g(11ミリモル)のter−ButOKの存在下で、3.5g(9ミリモル)のトリフルオロエタノールノナフラートと反応させた。反応は120℃で5時間後に完結した。
工程1の生成物を、1.2g(11ミリモル)のter−ButOKの存在下で、3.5g(9ミリモル)のトリフルオロエタノールノナフラートと反応させた。反応は120℃で5時間後に完結した。
最終生成物を単離し、19F及び1H−NMRで分析したところ、次の構造が確認された:
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、p°=3であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である)。
MW=18,500
EW=9,250
多分散度=2.0
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートに対する全体の収率は>95%であった。
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、p°=3であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である)。
MW=18,500
EW=9,250
多分散度=2.0
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートに対する全体の収率は>95%であった。
実施例3−C6ドデカフルオロアルキレン配列を含む本発明のポリマー(P)の合成
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートの合成
上の実施例1、工程1aの手順に従って、500gのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートを合成した。
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートの合成
上の実施例1、工程1aの手順に従って、500gのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートを合成した。
工程1−1H,1H,8H,8H−ドデカフルオロ−1,8−オクタンジオールと、工程1aのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートとの反応(モル比1.10:1)
ガラス製反応器に、1H,1h,8H,8H−ドデカフルオロ−1,8−オクタンジオール(36.2g、100ミリモル、200ミリ当量)及び80mlのヘキサフルオロキシレンを入れた。氷浴を使用して、得られた混合物の内部温度を10℃に下げた。300mlのtert−ブタノールの中に溶解している無水カリウムtert−ブトキシド(24.1g、210ミリ当量)を、機械式攪拌下でテーリングしたチューブを介して添加した。その後、この混合物を機械式攪拌下で室温まで加温し、その後、40℃で3時間、次いで、真空下80℃でさらに3時間加熱して、反応混合物中に存在するtert−ブタノールの80%を除去した。
ガラス製反応器に、1H,1h,8H,8H−ドデカフルオロ−1,8−オクタンジオール(36.2g、100ミリモル、200ミリ当量)及び80mlのヘキサフルオロキシレンを入れた。氷浴を使用して、得られた混合物の内部温度を10℃に下げた。300mlのtert−ブタノールの中に溶解している無水カリウムtert−ブトキシド(24.1g、210ミリ当量)を、機械式攪拌下でテーリングしたチューブを介して添加した。その後、この混合物を機械式攪拌下で室温まで加温し、その後、40℃で3時間、次いで、真空下80℃でさらに3時間加熱して、反応混合物中に存在するtert−ブタノールの80%を除去した。
工程1aで合成したFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラート(416g、91ミリモル、182ミリ当量)を、激しく撹拌しながら4時間かけて滴下した。得られた混合物を120℃で20時間加熱した。反応の進行は、19F−NMRにより追跡した。妥当な反応速度を維持するために、典型的には5時間の反応時間ごとに最初の量に対して10モル%のカリウムtert−ブトキシドの1回の添加が必要であった。
工程2−トリフルオロエタノールノナフラートとの反応
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートが完全に変換された後、反応混合物にトリフルオロエタノールノナフラート(11.6g、30ミリ当量)を添加した。残りの−OH基が完全に変換された後、ポリマー(P)を単離した。
19F及び1H−NMR分析から、次の構造が確認された:
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、p°=2.6であり、
SF1=(CF2)6であり、
SF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2であり、
RhORh’=CH2OCH2である)。
Mn=9,200
EW=4,600
多分散度=2.05
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートが完全に変換された後、反応混合物にトリフルオロエタノールノナフラート(11.6g、30ミリ当量)を添加した。残りの−OH基が完全に変換された後、ポリマー(P)を単離した。
19F及び1H−NMR分析から、次の構造が確認された:
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、p°=2.6であり、
SF1=(CF2)6であり、
SF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2であり、
RhORh’=CH2OCH2である)。
Mn=9,200
EW=4,600
多分散度=2.05
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートに対する全体の収率は>95%であった。
実施例4−C8ヘキサデカフルオロアルキレン配列を含む本発明のポリマー(P)の合成
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートの合成
この工程は、上の実施例1に記載のとおりに行った。
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートの合成
この工程は、上の実施例1に記載のとおりに行った。
工程1−1H,1H,10H,10H−ヘキサデカフルオロ−1,10−デカンジオールと、工程1aのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートとの反応(モル比1.10:1)
ガラス製反応器に、1H,1H,10H,10H−ヘキサデカフルオロ−1,10−デカンジオール(30g、65ミリモル、130ミリ当量)及び80mlのヘキサフルオロキシレンを入れた。氷浴を使用して、得られた混合物の内部温度を10℃に下げた。200mlのtert−ブタノールの中に溶解している無水カリウムtert−ブトキシド(15.5g、135ミリ当量)を、機械式攪拌下でテーリングしたチューブを介して添加した。その後、この混合物を機械式攪拌下で室温まで加温し、その後、40℃で3時間、次いで、真空下80℃でさらに3時間加熱して、反応混合物中に存在するtert−ブタノールの80%を除去した。
ガラス製反応器に、1H,1H,10H,10H−ヘキサデカフルオロ−1,10−デカンジオール(30g、65ミリモル、130ミリ当量)及び80mlのヘキサフルオロキシレンを入れた。氷浴を使用して、得られた混合物の内部温度を10℃に下げた。200mlのtert−ブタノールの中に溶解している無水カリウムtert−ブトキシド(15.5g、135ミリ当量)を、機械式攪拌下でテーリングしたチューブを介して添加した。その後、この混合物を機械式攪拌下で室温まで加温し、その後、40℃で3時間、次いで、真空下80℃でさらに3時間加熱して、反応混合物中に存在するtert−ブタノールの80%を除去した。
その後、ヘキサフルオロキシレン(HFX;40ml;形成された1H,1H,10H,10H−ヘキサデカフルオロ−1,10−デカンジオールカリウム塩に対して44重量/重量%)を添加し、工程1aで合成したFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラート(269g、59ミリモル、118ミリ当量)を、激しく撹拌しながら4時間かけて滴下した。得られた混合物を120℃で20時間加熱した。反応の進行は、19F−NMRにより追跡した。妥当な反応速度を維持するために、典型的には5時間の反応時間ごとに最初の量に対して10モル%のカリウムtert−ブトキシドの1回の添加が必要であった。
工程2−トリフルオロエタノールノナフラートとの反応
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートが完全に変換された後、反応混合物にトリフルオロエタノールノナフラート(11.6g、30ミリ当量)を添加した。残りの−OH基が完全に変換された後、公知の方法に従ってポリマー(P)を単離した。19F及び1H−NMR分析から、次の構造が確認された:
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、p°=2.6であり、
SF1=(CF2)8であり、
SF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるがa1/a2=2であり、
RhORh’=CH2OCH2である)。
Mn=9,700
EW=4,350
多分散度=2.05
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEに対する全体の収率は95%超であった。
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートが完全に変換された後、反応混合物にトリフルオロエタノールノナフラート(11.6g、30ミリ当量)を添加した。残りの−OH基が完全に変換された後、公知の方法に従ってポリマー(P)を単離した。19F及び1H−NMR分析から、次の構造が確認された:
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、p°=2.6であり、
SF1=(CF2)8であり、
SF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるがa1/a2=2であり、
RhORh’=CH2OCH2である)。
Mn=9,700
EW=4,350
多分散度=2.05
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEに対する全体の収率は95%超であった。
実施例5−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)及びFomblin(登録商標)ZDOL TX PFPE(3)から出発する本発明のポリマー(P)の合成
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートの合成
100g(44ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートを、実施例1の工程1aに記載の手順に従って、純度>95%、収率>90%で合成した。
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートの合成
100g(44ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートを、実施例1の工程1aに記載の手順に従って、純度>95%、収率>90%で合成した。
工程1−Fomblin(登録商標)ZDOL TX PFPE(3)と工程1aのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラートとの反応(モル比1.1:1)
Fomblin(登録商標)ZDOL TX PFPE(3)80g(38ミリ当量)を使用し、Fomblin(登録商標)ZDOL TX PFPE(3)とFomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラートとの間のモル比が1.1である点のみ変えて、実施例1の工程1に記載の反応と同じ反応を行った。
Fomblin(登録商標)ZDOL TX PFPE(3)80g(38ミリ当量)を使用し、Fomblin(登録商標)ZDOL TX PFPE(3)とFomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラートとの間のモル比が1.1である点のみ変えて、実施例1の工程1に記載の反応と同じ反応を行った。
工程2−トリフルオロエタノールノナフラートとの反応
変換が完了した後、工程1からの反応混合物を、0.9g(8ミリモル)のter−ButOKの存在下で、3.9g(10ミリモル)のトリフルオロエタノールノナフラートと反応させた。反応は120℃で5時間後に完結した。
変換が完了した後、工程1からの反応混合物を、0.9g(8ミリモル)のter−ButOKの存在下で、3.9g(10ミリモル)のトリフルオロエタノールノナフラートと反応させた。反応は120℃で5時間後に完結した。
最終生成物を単離し、19F及び1H−NMRで分析したところ、次の構造が確認された:
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中:
p°=2.2であり、
RhORh’=CH2OCH2CH2OCH2であり、
SF1=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2であり(Fomblin(登録商標)ZDOL TX PFPE(3)より)、
SF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である(Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラート))。
Mn=30,100
EW 15,050
多分散度=1.9
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中:
p°=2.2であり、
RhORh’=CH2OCH2CH2OCH2であり、
SF1=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2であり(Fomblin(登録商標)ZDOL TX PFPE(3)より)、
SF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である(Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(2)ノナフラート))。
Mn=30,100
EW 15,050
多分散度=1.9
実施例6−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)からの本発明のポリマー(P)の合成
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートの合成
100gのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラート(Mn 2,600、Ew 1,300、77ミリ当量)を、実施例1の工程1aに開示の手順と同じ手順に従って合成した。
純度>95%;収率>90%。
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートの合成
100gのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラート(Mn 2,600、Ew 1,300、77ミリ当量)を、実施例1の工程1aに開示の手順と同じ手順に従って合成した。
純度>95%;収率>90%。
工程1−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEと、工程1aのFomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラートとの反応(Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)/Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラート=0.9)
ガラス製反応器に62g(62ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)を入れ、実施例1の工程1に記載の手順に従って、工程1aの90g(69ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートと、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)/Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートの間のモル比0.9で反応させた。
ガラス製反応器に62g(62ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)を入れ、実施例1の工程1に記載の手順に従って、工程1aの90g(69ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートと、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)/Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)ノナフラートの間のモル比0.9で反応させた。
工程2−トリフルオロエタノールとの反応
変換が完了した後、反応混合物に、1.2g(11ミリモル)のter−ButOKの存在下で、1.5g(15ミリモル)のトリフルオロエタノールを添加した。反応は120℃で5時間後に完結した。
変換が完了した後、反応混合物に、1.2g(11ミリモル)のter−ButOKの存在下で、1.5g(15ミリモル)のトリフルオロエタノールを添加した。反応は120℃で5時間後に完結した。
最終生成物を単離し、19F及び1H−NMRで分析したところ、次の生成物が得られたことが確認された:
分析から、次の生成物が得られたことが確認された:
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、
p°=3であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である)。
Mn=18,100
EW=9,200
多分散度=1.8
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)に対する全体の収率は95%超であった。
CF3CH2ORh−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−RhOCH2CF3
(式中、
p°=3であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2である)。
Mn=18,100
EW=9,200
多分散度=1.8
Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)に対する全体の収率は95%超であった。
実施例7−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(4)ノナフラート及びFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)からのポリマー(P)の合成
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(4)ノナフラートの合成
100gのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(4)ノナフラート(Mn 2,500、Ew 1,390、72ミリ当量)を、実施例1の工程1aに開示の手順と同じ手順に従って合成した。
純度>95%;収率>90%。
工程1a−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(4)ノナフラートの合成
100gのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(4)ノナフラート(Mn 2,500、Ew 1,390、72ミリ当量)を、実施例1の工程1aに開示の手順と同じ手順に従って合成した。
純度>95%;収率>90%。
工程1−Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)と工程1aのFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(4)ノナフラートとの反応(モル比1:1)
ガラス製の反応器に、62g(62ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)を入れ、実施例1の工程1に記載の手順に従って、工程1aの86.2g(62ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(4)ノナフラートと、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)/Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラート=1のモル比で反応させた。
ガラス製の反応器に、62g(62ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)を入れ、実施例1の工程1に記載の手順に従って、工程1aの86.2g(62ミリ当量)のFomblin(登録商標)ZDOL PFPE(4)ノナフラートと、Fomblin(登録商標)ZDOL PFPE(1)/Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラート=1のモル比で反応させた。
最終生成物を単離し、19F及び1H−NMRで分析したところ、次の生成物が得られたことが確認された:
TN−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−TN
(式中:
p°=2であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2であり、
TNは、式CF3−、−CF2Cl、及びCF2Hの中性末端基である)。
Mn=14,000
EW=7,000
多分散度=1.85
)/Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラートに対する全体の収率は>95%であった。
TN−SF1−(RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1)p°−RhORh’−SF2−Rh’ORh−SF1−TN
(式中:
p°=2であり、
RhORh’=CH2OCH2であり、
SF1及びSF2=CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2であるが、a1/a2=2であり、
TNは、式CF3−、−CF2Cl、及びCF2Hの中性末端基である)。
Mn=14,000
EW=7,000
多分散度=1.85
)/Fomblin(登録商標)ZDOL PFPEノナフラートに対する全体の収率は>95%であった。
熱−酸化安定性の評価
実施例1で得られたポリマーの温度及び酸化に対する安定性を評価し、分解についての速度式を得た。温度の関数としての半減期が下の表に報告されている:
実施例1で得られたポリマーの温度及び酸化に対する安定性を評価し、分解についての速度式を得た。温度の関数としての半減期が下の表に報告されている:
熱−化学的安定性試験
実施例1で得られた生成物ポリマーを熱−化学条件下で評価し、分解についての速度式を得た。温度の関数としての半減期が下の表に報告されている:
実施例1で得られた生成物ポリマーを熱−化学条件下で評価し、分解についての速度式を得た。温度の関数としての半減期が下の表に報告されている:
Claims (15)
- 有機塩基又は無機塩基の存在下で:
a)1.2〜2の範囲の平均官能価(FA)を有する(ペル)フルオロポリエーテルアルコール[(PFPE)アルコール][PFPEアルコール(A)]、フルオロアルキレンジオール[アルコール(Aa)]、及びこれらの混合物から選択されるアルコールである第1の試薬[試薬(R1)];
b)1.2〜2の範囲の平均官能価(FB)を有するPFPEアルコールのスルホン酸エステル[PFPEスルホン酸エステル(B)]、フルオロアルキレンジオールのスルホン酸ジエステル[スルホン酸エステル(Bb)]、及びこれらの混合物から選択されるスルホン酸エステルである第2の試薬[試薬(R2)];並びに
c)一官能性(ペル)ハロアルキルアルコール[アルコール(C)]又はそのスルホン酸エステル[スルホン酸エステル(Cc)]である第3の試薬[試薬(R3)]であって、(FA)及び/又は(FB)が1.98未満の場合には任意選択的である試薬(R3);
を反応させることを含む、フッ素化ポリマー[ポリマー(P)]の製造方法であって、
(i)少なくとも試薬(R1)がPFPEアルコール(A)であるか、少なくとも試薬(R2)がPFPEスルホン酸エステル(B)であり;
(iia)試薬(R3)が使用されない場合にはアルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じであり;
(iib)試薬(R3)が使用される場合にはアルコールの全体の当量がスルホン酸エステルの全体の当量と同じであるか、この条件を満たすために必要とされる量に対して過剰量で試薬(R3)を使用してもよい;
ことを特徴とする、方法。 - 試薬(R1)がPFPEアルコール(A)であり、試薬(R2)がPFPEスルホン酸エステル(B)である、請求項1に記載の方法。
- 試薬(R1)がPFPEアルコール(A)であり、試薬(R2)がスルホン酸エステル(Bb)である、請求項1に記載の方法。
- 試薬(R1)がアルコール(Aa)であり、試薬(R2)がPFPEスルホン酸エステル(B)である、請求項1に記載の方法。
- (FA)又は(FB)の少なくとも1つが1.80より大きい、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- PFPEアルコール(A)が、以下の式(A−1):
(A−1) Z−O−Rf−Z’
(式中、(Rf)はフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、Z及びZ’は、互いに同じ又は異なり、1つのヒドロキシ基を含む炭化水素基(前記炭化水素基は、部分的にフッ素化されており、かつ1つ以上のエーテル性酸素原子を任意選択的に含んでいてもよい)、又は典型的には−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、及び−CF2H、−CF2CF2Hから選択されるC1〜C3ハロアルキル基を表す)
を満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 - 基Z及びZ’が、式:
(Z−1) −CFX°CH2(OCH2CHY)nOH
(式中:
− X°はF−又はCF3−であり、
− Yは水素又はメチルであり、
− nは0又は1以上の整数である)
を満たす、請求項6に記載の方法。 - PFPEスルホン酸エステル(B)が、式(B−1):
(B−1) E−O−Rf−E’
(式中、(Rf)はフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、E及びE’は、互いに同じ又は異なり、1つのスルホン酸エステル基を有する炭化水素基(前記炭化水素基は、部分的にフッ素化されており、1つ以上のエーテル性酸素原子を任意選択的に含んでいてもよい)、又は典型的には−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、及び−CF2H、−CF2CF2Hから選択されるC1〜C3ハロアルキル基を表す)
を満たす、請求項1、2、及び4のいずれか1項に記載の方法。 - 基E及びE’が、式(E−1):
(E−1) −CFX°CH2(OCH2CHY)nE*
(式中:
− X°はF−又はCF3−であり、
− Yは水素又はメチルであり、
− nは0又は1以上の整数であり、
− E*は、メシラート、ノナフラート、又はトシラート基から選択される)
を満たす、請求項8に記載の方法。 - 鎖Rfが、以下の式(Rf−III):
(Rf−III) −(CF2CF2O)a1(CF2O)a2−
(式中:
− a1及びa2は、数平均分子量が400〜4,000であるような0より大きい整数であり、比a2/a1は、概して0.2〜5に含まれる)
を満たす、請求項8又は9に記載の方法。 - アルコール(Aa)が、以下の式(Aa−1):
(Aa−1) HO−(CH2)n*−(Rf1a)−(CH2)n*−OH
(式中:
− (Rf1a)は直鎖又は分岐の完全に又は部分的にフッ素化されているアルキレン鎖であり、
− n*は1又は2である)
を満たす、請求項1に記載の方法。 - スルホン酸エステル(Bb)が、以下の式(Bb−1):
(Bb−1) R−SO2O−(CH2)n*−(Rf1a)−(CH2)n*−OSO2R
(式中:
− (Rf1a)は、直鎖又は分岐の完全に又は部分的にフッ素化されているアルキレン鎖であり;
− n*は1又は2であり;
− Rは、(ハロ)アルキル及びアリールから選択され、前記アリール部位は1つ以上の(ハロ)アルキル置換基及び/又は1つ以上のニトロ基を任意選択的に有していてもよい)
を満たす、請求項1に記載の方法。 - それぞれ以下の式(C−1)及び(Cc−1):
(C−1) Rf2−OH
(Cc−1) Rf2−OSO2R
(式中:
− (Rf2)は、直鎖又は分岐の完全に又は部分的にハロゲン化されているアルキル鎖であり、前記鎖は1つ以上のエーテル性酸素原子を任意選択的に含んでいてもよく、
− Rは、(ハロ)アルキル及びアリールから選択され、前記アリール部位は1つ以上の(ハロ)アルキル置換基及び/又は1つ以上のニトロ基を任意選択的に有していてもよい)
を満たすアルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)である試薬(R3)が使用される、請求項1に記載の方法。 - 試薬(R3)が使用され:
− 全ての試薬が一緒に混合されて反応することでポリマー(P)を提供するか、
− PFPEアルコール(A)及び/又はアルコール(Aa)及びPFPEエステル(Bb)及び/又はエステル(Bb)が最初に一緒に反応して少なくとも1つのヒドロキシ末端基又は少なくとも1つのスルホニル末端基を含む中間体官能性ポリマー[ポリマー(Pi)]を提供し、これが単離されずにアルコール(C)又はスルホン酸エステル(Cc)と反応する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。 - 式(P−a):
(P−a)
TN−(SF1)−(Rh)O(Rh’)−(SF2)−[(Rh’)O(Rh)−(SF1)−(Rh)O(Rh’)−(SF2)]p−[(Rh’)O(Rh)−(S’1F)]q−TN
(式中:
− (SF1)又は(SF2)のうちの1つが(ペル)フルオロポリエーテルセグメントであり、他方が(ペル)フルオロアルキレンセグメントであり;
− (Rh)及び(Rh’)は、互いに同じ又は異なり、直鎖又は分岐の二価アルキレンセグメントから選択され、それぞれ少なくとも1つの炭素原子を含み;(Rh)及び(Rh’)が1つより多い炭素原子を含む場合、これらには任意選択的に1つ以上のエーテル性酸素原子が挟まれていてもよく;
− TNは、互いに同じ又は異なり、
典型的には−CF3、−CF2Cl、−CF2CF2Cl、−C3F6Cl、−CF2Br、−CF2CF3、及び−CF2H、−CF2CF2Hから選択されるC1〜C3ハロアルキル基、並びに
式Rf2−O−Rh°の非官能性基(Rf2は上で定義したとおりであり、Rh°は少なくとも1つの炭素原子を含む直鎖は分岐の二価のアルキレンセグメントであり、Rh°が1つより多い炭素原子を含む場合には、これらには1つ以上のエーテル性酸素原子が挟まれていてもよい)から選択され;
− pは0又は正の数であり、
− qは0又は1であるが、
p及びqの両方が0でないことを条件とする)
を満たすポリマー。
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