JPH0222245A - フッ素とは異なるハロゲンを含有し、酸末端基を有するペルフルオロポリエーテル - Google Patents

フッ素とは異なるハロゲンを含有し、酸末端基を有するペルフルオロポリエーテル

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JPH0222245A JP1113551A JP11355189A JPH0222245A JP H0222245 A JPH0222245 A JP H0222245A JP 1113551 A JP1113551 A JP 1113551A JP 11355189 A JP11355189 A JP 11355189A JP H0222245 A JPH0222245 A JP H0222245A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一端にアシルハロゲン化物あるいはカルボキ
シル基またはその誘導体(酸、エステル)のような官能
性の酸基を有し、他端にフッ素とは異なるハロゲンを含
有するペルフルオロアルキル基を有することを特徴とす
る、ペルフルオロポリエーテルに関する。
本発明の製品は、ペルフルオロプロペンおよび/または
テトラフルオロエチレンと、フッ素とは異なるハロゲン
原子を少なくとも1個含有する少量の完全にフルオロハ
ロゲン化されたエチレンとを原料とする光酸化方法によ
って製造される。光酸化生成物は次に熱処理あるいは光
化学処理を受けて、その中に含まれている過酸化物基が
除去される。
ペルフルオロオレフィン、特にC 3 F 6および/
またはC2F4を光酸化する方法は、本出願人による先
の特許から公知である(ドイツ特許節1。
189、337号、第1,104,482号、米国特許
節3,683,027号および第3,715、378号
)。03F6を光酸化する公知の方法とそれに引続いて
行なう過酸化物基の熱分解とによって、中性(ペルフル
オロアルキル)と酸の末端基を伴ったペルフルオロポリ
エーテル構造を有する生成物の混合物を得ることができ
るが、この場合酸の末端基は少量であって、ペルフルオ
ロエーテル鎖の30%を越えない量で存在する。
このことはまた光酸化の間に、フルオロギ酸工成され、
それらは引続いて行なわれる過酸化物基を分解するため
の熱処理の間に、ケトン末端基−CF  COCF3(
酸官能を有しない)を生ずるという事実によるものであ
る。
もし手に入れるべき製品が、酸末端基を有するものであ
るならば、−塩基酸製品の含有量か大きい両分の形でそ
れらを分離することは非常に困難であって、特にあまり
低くない分子量の製品に対しては実際上不可能である。
ともかく、そのような方法は非常に費用のか\るもので
あるので、工業的な見地からはほとんど関心がないもの
である。
本出願人は、下記に規定した型の完全にハロゲン化され
たエチレンを使用することによって、酸末端基を有する
ペルフルオロポリエーテルを、90重量%に等しいある
いはそれ以上の非常に高い収率で、製造できることを思
いがけず見出した。
本発明による光酸化方法においては、簡単のためにX−
CF−CF2(こ\にX−C lまたはB「とする)と
して示したハロゲン化エチレンは選択的に反応して化学
種 Rf−0−CF2−CFXO が生じ、それは定量的に変化してRf −0−CF  
−COF+X0を生じ、さらに化学種X0はオレフィン
(b)CF2瑚CF−Y (こ\にY−FSCF)と反
応して化学種XCF20FYを生じ、新しい連鎖を開始
する。
それ故に、フルオロハロゲン化エチレンXCF−CF2
は連鎖移動剤(それによって分子量の調整をすることが
できる)として作用して、一方はBrまたはC1を含み
、他方は酸である2つの安定な末端基を生成する。
本発明の製品は、下記に報告する一般式によって規定さ
れるような構造を有することを特徴とする。
原料のペルフルオロオレフィンがC3F 6である場合
には、本発明の方法によって得られる製品は以下の一般
式を有する。
こ\にXはFまたはCF3であり、R−F、CI。
Br、またはlであり、R′はRと同じであるかまたは
異なるものであって、F、CI、Br。
Rは上記に規定したものと同じであって特にCIまたは
Fであるか、あるいはYは対応するカルボキシル基−C
OOHあるいは、1ないし10個の炭素原子を含有する
脂肪アルコールエステルのような塩およびエステルであ
り、 TはCIまたはBrまたは■の1個または2個の原子を
含有するペルフルオロアルキル基であり、 F 3 Alog CF2CF (CF3)であることができ、
こ\にAlogはCIまたはBrまたは■であり、nは
1ないし15であって、m/nは0.01ないし0. 
5であり、 CF3     X は連鎖に沿ってランダムに分布している。
C2F 4を原料ペルフルオロオレフィンとして使用す
ると、次の一般式 %式% を有する製品が得られる。こNにT’ −Alog(I
I) CF  CF  −5AIogCF  −1Alog 
CF2CF (AIOg ) −で、R’ 、R,Al
og 、Yは式(1)に関して上記に規定したと同じで
あり、pは1ないし20でs / pは0.5ないし2
である。
もしC2F2+C3F6の混合物を使用するならば、生
成する製品は次の構造 を有する。こ\にYSX、RおよびR′は式(I)で上
記に規定したと同じであり、 T′はTあるいはT′と同じであり、0とqとはOを含
めた整数であって、o+q=1ないし20、z10+q
−0,01ないし0.05である。
式Iで口〉15、式■でp〉20、式■でo十q〉20
に対しては、式Iまたは■または■の製品の外に、鎖式
に相当する製品ではあるが、その末端基は共にベルアル
オロハロゲンアルキルであるか共にアシルハロゲン化物
(即ち酸基Y)である製品も得られる。式■または■ま
たは■の製品を少なくとも50重量%含有するそのよう
な混合物においては、末端基比T/Yは常に約1であっ
て、換言すれば、約1の官能性(酸基Yに関して)示す
これらの混合物は、上記式11■および■の製品に対し
て示した応用分野で使用することができる。
本発明による化合物を製造する方法は、ペルフルオロオ
レフィン(C3F6および/またはC2F4)を、CI
またはBrまたは■の少なくとも1個の原子を含有する
完全にハロゲン化されたエチレンが少量存在する下で(
50モル%まで、実用上の関心が高い場合には2096
まで)、02ガスによって、さらに紫外線照射(波長2
,000ないし6,0OOA)lこよって、1夜体反応
混合物を溶媒の存在下若しくは不存在下、20℃ないし
一100℃、好適には一50℃ないし一60℃の温度に
保って光酸化することから成る。最初はクロロフルオロ
炭化水素溶媒または他の不活性溶媒および03F6より
成る液体反応混合物を、上記の温度に保つ。ペルハロゲ
ン化エチレンは、反応混合物中に02気流と同時に導入
される。完全にハロゲン化されたエチレンは、フッ素と
は異なるハロゲン原子を好適には1ないし2個含有する
。ペルハロゲン化エチレンとしては、特にCF2−CF
Cl5CFC1−CFCI、CF−CCI   CPC
I−CCI2、CF22   2ゝ −CFBrを使用することができる。
光酸化生成物は、180°〜220℃の温度での熱処理
、または紫外線照射を使用する光化学処理を十分な時間
行なって、ペルフルオロポリエーテル鎖の中に存在する
過酸化物基を分解する。
光酸化生成物に熱処理または光化学処理を直接C0OH
に変えて、揮発性の少ない生成物にしてから実施するこ
とができる。
本発明の方法によって、特にC3F6から出発して、あ
まり分子量が大きくなくて、大抵の実際上の用途に適し
た、上記の式Iに相当するペルフルオロポリエーテルを
得ることができる。
用途に関しては、先ず第1に塩にしたモノカルボン酸(
アンモニウム塩あるいはアルカリ金属塩)の形でのフッ
素化した界面活性剤として使用され、あるいは欧州特許
出願EP第215492号に記載されているように、記
念建造物あるいは一般石材を大気中の作用物質から保護
するのに使用される。
原料ペルフルオロオレフィンとして02F4を使用する
と、大きくはない分子量あるいはとにかく調整された分
子量を有する光酸化生成物を得ることができるが、その
生成物はペルハロゲン化エチレンがない場合の分子量よ
りも遥かに低い分子量であって、多くの考えられる用途
に適しているものであるので、特定の処理(切断)を行
なって高い分子量を小さくする必要のない生成物である
利用できる分析方法、例えばN、 M、 R,、質量分
光測定およびハロゲン(フッ素以外)の定量によっては
、光酸化で使用されたペルハロゲン化エチレンから誘導
されるオキシアルキレン単位が連鎖中に存在することは
示されない。比較的高分子量、例えば2.000を越え
る分子量を有するペルフルオロポリエーテル製品の合成
の場合だけに、フッ素とは異なるハロゲン原子を1個ま
たはそれ以上含有する上記のオキシアルキレン単位が、
一般には全体の3%以下の無視できる瓜で、連鎖に沿っ
て配置されていることが想定される。しかしながら、上
記した分析方法によっては、連鎖中に該単位がほとんど
ないことを正確に決定することができない。
以下の実施例は、本発明を説明するだけのために示した
ものであって、本発明を限定するものと考えるべきでは
ない。
内側で同軸の石英の鞘とガスを導入するための浸漬管、
内部温度を検出する熱雷対をいれた鞘、および−80℃
の温度に保たれた還流冷却器を備えた円筒形のガラス反
応器(容積−500m1、光路−1cm)の中に、−6
0℃の温度でC3F a800gを導入した。0227
1/hとC2F3C】 31/hとより成るガス混合物
を、浸漬管を通じて反応器中に泡立たせて導入した。
反応器の外側に置かれた冷凍浴によって、試験の間中、
第1表に示したようなそれぞれの試験に対して予め定め
た値に、反応液体相の温度を維持した。
石英の鞘の中に紫外線灯HANAU  TQ150(2
0,00ないし3000人の波長の47Wの紫外放射を
発する)を入れた後、ランプにスイッチを入れ、照射と
反応ガスの供給とを5時間続けた。
5時間照射した後、ランプのスイッチを切り、脱ガスを
行ない、室温で蒸発することによって未反応のC3F 
6を反応器から回収した。油状の重合体残留物が得られ
た。この残留物にヨウ素滴定を行なって活性(ペルオキ
シ)酸素含有量を計算し、またNMR19F分析を行な
って、残留物は次の型のポリエーテル鎖 から構成されていることが分った。こ\における生成物
の粘度は、オストワルドーフェンスヶ粘度計によって測
定した。
赤外分析によって、基 に典型的である吸収帯が明らかにされた。
反応条件と油状生成物の特徴とは、第1表に報告しであ
る。
CF   CF3 で初めの2つの末端基の型が著しく優勢であり、 で第2の型が末端基Y′の5%以下の量で存在する。
m/n比は非常に低い(<0. 05)。
各実施例に対して第1表に示しである20℃に(*)ペ
ルオキシ酸素の重量% 質量分析によって、NMR分析で明らかにされた末端基
が存在することと、連鎖中に単位−〇PCI−CF20
−が存在しないこととの両方が確認された。NMR分析
によって、実施例2の生成物は比m/nが0.01に等
しくまた分子量が960であることが示された。
塩素分析によってCI含有量4,2重量%が示された。
上記した式中に示したように、生成物は鎖当り塩素原子
を1個だけ含んでいると仮定すると、840という分子
量が計算される。
実施例5 加水分解と熱処理 実施例2で得た生成物を、H20飽和の窒素気流で処理
して優勢な末端基 (末端2!Y′に関して〉95%)を加水分解して、−
CF2COOHにし、さらに末端基 加水分解生成物を次に210℃に加熱して熱処理し、過
酸化物基を除去した。熱処理は加水分解後に行なって、
揮発性の大きな生成物が高温で処理されるのを避けるよ
うにした。ペルオキシのない生成物313.5gが得ら
れた(収率−95%)。
実施例6 生成物の蒸留 実施例5で得られた生成物71gに常圧蒸留を行なって
、分子量分布に関する情報を得た。結果は第2表に報告
する通りであって、留出物の50%は400ないし70
0の分子量を有していることが示される。
第2表 (く5%の量で存在)を−〇〇FCOOH。
 F 3 ラフでflll+定したその分子量は400であり、ま
た塩素8.1%を含有するので、生成物が分子当り塩素
1原子だけを含有すると仮定すると、440に等しい分
子量が計算される。酸滴定によれば410の等量が示さ
れるが、NMR分析では400に等しい分子量が計算で
きる。
実施例7 中性生成物の評価 a) 実施例5によって得られた生成物184.2gの
第1の部分を、水120m1とCaO15gとで処理し
、撹拌しながら6時間反応させた。反応生成物を次に常
圧、頂部温度90−95℃で蒸留した。
留出物からペルフルオロエーテル油7.4gを分離した
が、それに対してはNMR19Fスペクトルに基づいて
、1100の分子量が計算された。
赤外分析によって、該油はカルボニル基を含有しないこ
とが確認された。C1含有量は7.7重量%であること
が定量され、分子当り塩素原子2個が存在すると仮定す
ると、920の分子量に相当する。
b) 実施例2で得られたような生成物21.2gの部
分をメタノール]、 OOml中に溶解し、予めNaO
Hで活性化してH2Oで水洗した強塩基イオン交換樹脂
(アンバーライトIRA400)100ml(約50g
)を充填したカラム(φ−100mm、h−1,000
mm>の中を流下させた。
樹脂は酸を固定するので、溶離液を蒸発すると中性生成
物0. 78g (原料生成物の3.7重量%に等しい
)が採取された。
実施例8 酸の生成と特性測定 実施例7a)の試験から得られた塩を!HCIで処理し
、70℃の温度に加熱した。撹拌しながらこの温度に5
時間保った。反応が完了してから、ペルフルオロポリエ
ーテル酸161g (87,3%)に等しい)を分離し
、構造解析を行なって次の結果を得た。
NMR分析で測定した分子量は860であって、その分
子構造は上記した一般式(実施例1〜4)と一致してい
て y t はその95%が−CF2COOHである。
塩素含有量は3.7重−%であって、生成物が分子当り
1個のCI原子を含むべきものと仮定すると、960の
分子量に相当する。
酸滴定は950の当量を示した。
内側で同軸の直径20龍の石英の鞘、ガスを導入するた
めの浸漬管、および−80℃の温度に保った還流冷却器
を備えた円筒形のガラス反応器(直径−80關、容積−
約500 cc)の中に、A−12(CF2O12)5
00ccを導入した。
浸漬管を通して、酸素、TFEおよびCTFEより成る
ガス混合物を反応器の中に泡立たせて導入した。反応器
の外側においた冷凍浴によって、反応液相の温度を試験
の間中、第3表に示した操作温度に保った。石英の鞘の
中に紫外線灯HANAUTQ150型(,2000ない
し3000人の波長範囲を有する47Wの紫外線放射を
放出する)を導入してから、ランプにスイッチを入れ、
照射と試薬の供給とを5時間続けた。
反応器から出てくるガスは、アルカリ洗浄を行なってか
ら排出した。5時間照射後ランプのスイッチを切り、室
温で蒸発して反応器から溶媒を除去した。かくして油状
の重合体残留物が得られた。
残留物にヨウ素滴定を行なって活性酸素含Hmを計算し
、またNMR19F分析を行なって、残留物が次の型 T’−0(CF2CF20)。(CF20) 、、(0
) VY’のポリエーテル鎖より構成されていることが
明らかにされた。ニーに T′−wC1CF2CF2−1CICF2y’ −−C
F2COF、  −COF比m/nは合成条件(温度)
によって決まり、0.5ないし2の範囲がある。
生成物の20℃における粘度はオストワルドフェンスケ
粘度計によって測定した。反応条件と生成した油の特徴
とは、第3表に示しである。
(V) 実施例20 加水分解、熱処理およびエステル化実施例
19で得た生成物を熱処理(220℃までの温度、3時
間、20%の重量減を伴なう)して、ペルオキシ酸素を
除去する。この処理の後では、試料の粘度は56であっ
た。かくして得られた生成物の一部を湿った空気で処理
し、存在する末端基−CF2COFを100%完全に加
水分解した。この処理を行なった後NMR19F分析を
行なうと、生成物は上記の式■に一致したペルフルオロ
ポリエーテル鎖から構成されていて、y s−Q、Y’
 −−CF  C0OH,T’ −−CF2C1および
−CF2CFCI、比Y’ /T’は0.9、比m/n
は1.4で、分子量は5,000であることが分った。
生成物の熱処理した部分を、メタノールでエステル化し
た。生成したエステル化生成物は、Y’ −−COOC
Rであるが、19pと1HとのNMR分析を行なって、
上記に報告したデータを確認した。
実施例1に記載したような光化学反応器に同量の03F
6を入れ、浸漬管を通してTFEとCTFEとより成る
ガス混合物を反応器の中に泡立たせて導入した後に、光
合成を行なった。
試験の終りにランプのスイッチを切り、反応器を脱気し
、室温で蒸発して未反応のC3F6を反応混合物から回
収した。
油状の重合体残留物が得られた。この残留物にヨウ素滴
定を行なって活性酸素含有量を計算し、また19FNM
R分析を行なって次の型のポリエーテル鎖より成ること
を明らかにした。
CF   CF3 ClCF20F2−であって初めの2つの型が著しく優
勢であり、 またY−−CF2COF、−COF で第1の型のものが著しく優勢である。
これらの実施例においては、比m/nは0.5ないし3
であり、また比p / m + nは0.01ないし0
.05であった。
第4表は反応条件ならびに生成した浦の特徴を示してい
る。
2時間の反応後、ランプのスイッチを切り、反応器を脱
気し、室温で蒸発することによって反応器から未反応の
03F6を回収した。取出された生成物(51g)は、
ヨウ素滴定で活性酸素含有量が0.34であることが示
された。NMR”’F分析によって、次の型のポリエー
テル鎖、第4表 より成ることが分った。こ\に Y−−OCFCIc0F、 −〇COFで第1の型のも
のが著しく優勢であり、実施例1に記載したと同様な光
化学反応器の中で、−60℃の温度での光合成を行なっ
たが、反応器には浸漬管を通して、02/c2F2c1
2の比(容積)が3に等しいガス混合物(271/h)
を泡立たせて導入した。
CF      CF CICF2CPCI− であって、初めの2つの型が著しく優勢である。
比m/nは約0.015であった。オストワルドーフェ
ンスケ粘度計によって20℃でl1l11定した生成物
の粘度は、3. 3cstであった。
C3F6800gを装入した、実施例1に記載したと同
様な光化学反応器の中で、−64℃の温度での光合成を
行なったが、この場合酸素とBrC2F3とは容積で2
.4/1の比であり、全流速は21/hであって、反応
液中に別々に泡立たせて導入した。ガス試薬は予めヘリ
ウム(181/h)で希釈した。5時間後ランプのスイ
ッチを切り、室温で蒸発して未反応のC3F6を回収し
た。油状生成物43.1gを得た。ヨウ素滴定によって
活性酸素含有量は0.43%であることが明らかになっ
た。
生成物は6.95cstの粘度であり、またNMR19
F分析によってポリエーテルは次の型のペルフルオロエ
ーテル構造 CF      CF で初めの2つの型が著しく優勢であり、Y−−CF2C
0F、−COF であって第1の型が著しく優勢であり、800の分子量
と0.05のm/n比とを有する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、▲数式、化学式、表等があります▼、−CF_2C
    F_2O−、−CF_2O−、▲数式、化学式、表等が
    あります▼から選ばれたペルフルオロオキシア ルキレン単位が、ランダムに分布した配列より成り、さ
    らに酸末端基を有し、他の末端基はフッ素以外のハロゲ
    ン原子を1または2個含有するペルフルオロアルキルで
    ある、下記一般式で表わされるペルフルオロポリエーテ
    ル。 ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) (式中、XはFまたはCF_3であり、R=F、Cl、
    Br、またはIで、Rと同一あるいは異なるR′もまた
    F、Cl、Br、またはIであり、Yは▲数式、化学式
    、表等があります▼ であって、ここにRは上記に規定したと同じであるか、
    あるいはYは相当するカルボキシル基−COOHまたは
    その塩およびエステルであり、TはCl、Br、または
    Iの原子を1または2個含有するペルハロアルキル基、
    特に AlogCF_2−、▲数式、化学式、表等があります
    ▼、AlogCF_2CF(CF_3)−、であること
    ができて、ここにAlogはCl、Br、またはIであ
    り、nは1ないし15であって、n/nは0.01ない
    し0.5である)。 T′−O(CF_2CF_2O)_p(CF_2O)_
    sCRR′Y(II)(式中、T′−AlogCF_2C
    F_2−、AlogCF_2−、AlogCF_2CF
    (Alog)−で、R、R′、Alog、Yは式( I
    )に関して上記に規定したと同一であり、Pは1ないし
    20、s/pは0.5ないし2の範囲にある)。 ▲数式、化学式、表等があります▼(III) (式中、Y、X、RおよびR′は、式( I )に関して
    上記で規定したと同じであり、T″はTまたはT′に等
    しく、oとqとは0を含めた整数であって、0+q=1
    〜20、z/o+qは0.01ないし0.05である)
    。 2、フッ素とは異なるハロゲン原子を少なくとも1個含
    有するペルハロゲン化エチレンの存在の下で、C_3F
    _6および/またはC_2F_4を、−20℃ないし−
    100℃の温度で、酸素ガスを使用して、該液体反応混
    合物を紫外線照射しながら光酸化し、それに続いて過酸
    化物基を 180°〜220℃で熱処理することによって、あるい
    は紫外線照射で光化学処理することによって除去するこ
    とより成る、請求項1のペルフルオロポリエーテルの製
    造方法。 3、請求項1の式 I 、II、またはIIIのペルフルオロポ
    リエーテル少なくとも50重量%と、両末端基が型Tま
    たはT′あるいは型Yのものであること以外は上記の式
    に相当するペルフルオロポリエーテルとの混合物であっ
    て、型T、T′、T″の末端基総数と、型Yの末端基数
    との間の比が約1に等しいことを特徴とするペルフルオ
    ロポリエーテル混合物。
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