JPH0264114A - 含フッ素基を修飾した高分子化合物とその製造方法及び超薄膜 - Google Patents

含フッ素基を修飾した高分子化合物とその製造方法及び超薄膜

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JPH0264114A
JPH0264114A JP21602888A JP21602888A JPH0264114A JP H0264114 A JPH0264114 A JP H0264114A JP 21602888 A JP21602888 A JP 21602888A JP 21602888 A JP21602888 A JP 21602888A JP H0264114 A JPH0264114 A JP H0264114A
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perfluoroalkyl
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fluorine
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Akira Sekiya
章 関屋
Masanori Tamura
正則 田村
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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】 [技術分野] 本発明は新規な含フツ素高分子物質、その製造方法及び
そのラングミュア−プロジェット膜に関するものである
[従来技術] 長鎖のペルフルオロアルキル基で修飾した高分子化合物
は撥水撥油性、防塵性、耐食性などに優れた性質を示し
1表面改質材用として基板保護に用いられている。また
、酸素透過膜の素材としても優れており、ペルフルオロ
アルキル基の酸素親和性により、酸素透過の選択性の向
上が成されている。
しかし、ペルフルオロアルキル基を導入した高分子化合
物はペルフルオロアルキル基の持っ撥水撥油性により溶
媒に溶は難く、膜素材としては扱いにくい、つまり、表
面改質材、基板保護材として重要である超薄膜とするこ
とが難しい、また。
撥水撥油性、酸素親和性などの機能基であるペルフルオ
ロアルキル基を高分子表面に配列制御することは、表面
改質材や酸素分離膜としての機能の性能を高める上で重
要であるが、表面への配列を制御することは容易なこと
ではない。
本発明者は、ポリアリルアミンまたはポリビニルアミン
をアミド結合または尿素結合によりペルフルオロアルキ
ル基で修飾し、これらの高分子を用いてラングミュア−
プロジェット手法で分子配列を制御した超薄膜を作成し
た[昭和62年特許願第1350号、昭和63年特許順
第32188号、昭和63年特許願第32189号コ、
シかし。
溶液中で徐々にアミド結合の加水分解を生じる、あるい
は溶解度が低く扱いにくいなどの問題点も有り、さらに
新たな超薄膜材料の開発が望まれている。
[目的] 本発明者は、ペルフルオロアルキル基の疎水性を利用し
た超薄膜の作成方法について鋭意研究を重ね、ポリアリ
ルアミンの7ミノ基をチオ尿素結合によりo−、m+、
またはp−(ペルフルオロアルキル)フェニル基で修飾
して得られる高分子化合物は、超薄膜材料として好適な
ものであることを見出し、本発明を完成するに至った。
[構成] 本発明によれば、一般式 (式中、Rfは炭素数6〜15のペルフルオロアルキル
基を示し、ベンゼン環へのRf基の結合位置はo−、m
+、またはp−位であり1mは10〜1500の数を示
し、nはO<n<0.6mを満たす数である。)で表わ
される含フツ素高分子化合物が提供される。
本発明による前記含フツ素高分子化合物は、下記一般式
(n)で表わされるポリアリルアミンと、一般式(m)
で表わされるo−、m−、またはp−(ペルフルオロア
ルキル)フェニルイソチオシアナートとを次式によって
反応させることにより製造される。
一般式(1) (式中、Rf、mおよびnは前記と同じ意味を持つ、) 前記反応で用いたポリアリルアミンは、ポリアリルアミ
ン塩酸塩(平均分子量約9000)を、塩基により中和
して得た。
前記ポリアリルアミンの修飾反応は1反応溶媒としてア
ルコール類とベンゼンの混合溶媒を用い、反応温度とし
て5℃〜50℃、好ましくは15℃〜30℃で実施する
ことができる。この反応を好ましく行なうには、ポリア
リルアミンのアルコール類とベンゼンの混合溶媒中にo
+、m+、またはp−(ペルフルオロアルキル)フェニ
ルイソチオシアナートを加える。加える(ペルフルオロ
アルキル)フェニルイソチオシアナートの量を変えるこ
とにより、任意の割合でポリアリルアミンにチオ尿素結
合でo−、m−、またはp−(ペルフルオロアルキル)
フェニル基を修飾できる。数分から数時間の攪拌後、反
応溶液を濃縮、水洗して。
得られた高分子化合物を乾燥する。得られた含フツ素高
分子は赤外吸収スペクトルにより前記一般式(1)で表
わされる含フツ素ポリアリルアミンであることが同定さ
れた。
本発明の一般式(1)で示した含フツ素ポリアリルアミ
ンは有機溶剤に溶け、この希薄溶液を水面上に展開する
ことで容易に単分子膜を形成し、ラングミュアーブ°ロ
ジェット膜を作成できる。水面上にこの含フツ素高分子
を展開した時の表面圧−表面積曲線(F−A曲線)の測
定から、o−、m、p−各異性体のいずれの場合にもポ
リアリルアミンへの修飾率の減少により(ペルフルオロ
アルキル)フェニル基−つの占める面積が大きくなった
超薄膜が作成できることが分かる。また、同じ修飾率で
比較した場合、Or m  + P−の順に(ペルフル
オロアルキル)フェニル基−つの占める面積が小さくな
り、特にp−異性体のポリアリルアミン中のアミノ基へ
の修飾率40%のものではペルフルオロアルキル基の断
面積である28人2の半分以下の値を示すことが明らか
となった。
このことからこの薄膜は、修飾率ばかりでなくベンゼン
環の異性体によっても(ペルフルオロアルキル)フェニ
ル基の配列状態が変化し、p−異性体の修飾率40%の
ものではペルフルオロアルキル)フェニル基が重なった
配列を持った超薄膜であることが分かった。
また、F−A曲線の立ち上がりから、このラングミュア
−プロジェット膜が安定な膜であることが分かる。
この超薄膜をガラス基板上に1層又は、多層をすくいと
り、この膜の膜厚及びn−アルカンに対する臨界表面張
力γcdyn/cmを求めた結果、γC値は1層と5N
ではほぼ同じ値を示し、またo−、m+、p−各異性体
のいずれの場合にもポリアリルアミンへの修飾率が高く
なるほど小さい値を示した。〇−異性体では約21〜1
7d’I n / c mを示し、m−異性体では約1
9〜15d y n / c mを示し、p−異性体で
は約18〜15 d y n / c mを示した。こ
れらのγC値はポリテトラフルオロエチレンのγC値1
8.5dyn/ c mに近く、これらの膜が表面エネ
ルギーの低い優れた膜であるといえる。
、m+、またはp−(ペルフルオロアルキル)フェニル
イソチオシアナートの量を任意に変えることにより種々
の割合で修飾できる。得られた含フツ素高分子化合物は
可溶性であり、ラングミュア−プロジェット法により超
薄膜化することができ、従来にない超薄膜表面改質物質
として用いることができる。また、この超薄膜は1つの
(ペルフルオロアルキル)フェニル基の占める面積を(
ペルフルオロアルキル)フェニル基のポリアリルアミン
への修飾率、及びベンゼン環の位置異性を変えることに
より制御できる。
また、これら膜の表面は機能基であるペルフルオロアル
キル基が存在し、含フツ素基特有の優れた低表面エネル
ギー性を示す、さらに、(ペルフルオロアルキル)フェ
ニル基のポリアリルアミンへの修飾率、及びベンゼン環
の位置異性を変えることによりこの膜の表面状態を制御
することができ、ポリテトラフルオロエチレンと比較し
て表面エネルギーのやや高い状態から、より低い状態ま
で変化させることができる。
従来、ベンゼン環を有する含フッ素基をチオ尿素結合で
ポリアリルアミンに修飾し、ラングミュア−プロジェッ
ト法により、分子内や分子間で配列制御した機能性の高
分子超薄膜を作成した例はない。
なお、本明細書でいうラングミュア−プロジェット膜と
は、従来よく知られているラングミュア−プロジェット
法により得られる単分子膜及び累積膜を意味する。
[実施例コ 次に本発明を実施例により、更に詳細に説明する。
実施例1 メタノール9mQに金属ナトリウム116mgを加え、
水素の発生がなくなってからポリアリルアミン塩酸塩(
平均分子量、約9000)469゜6mgを加え、蓋を
して攪拌する。析出した塩化ナトリウムを濾過して取り
除き、メタノール11mQとべ°ンゼン5mQを加える
。この溶液に、p−(ペルフルオロオクチル)フェニル
インチオシアナート139.3mgをメタノール4mQ
とベンゼン1m12の混合溶媒に溶かして1度に加える
この反応液は均一でそのままラングミュア−プロジェッ
ト膜製作の高分子溶液の原液として使用できる。この溶
液を減圧下で溶媒除去し、さらに水洗して乾燥するとポ
リアリルアミン中のアミノ基のうち5%にチオ尿素結合
でp−(ペルフルオロオクチル)フェニル基が修飾され
た高分子が得られた。得られた高分子は赤外吸収スペク
トルにより、炭素−フッ素結合: 1300〜1lOO
an−1の強い吸収が認められたことにより確認された
同様の方法で、o−、m+、またはp−(ペルフルオロ
オクチル)フェニルイソチオシアナートを用い、ポリア
リルアミンのアミノ基に対して、5.10.2o、30
.40%のモル比テ反応を行ない、それぞれ修飾率5.
10.20.30.40%の高分子化合物を得た。但し
、修飾率30%以上の高分子化合物は反応溶媒に溶けに
くく、反応中に二部が析出した。
実施例2 ラングミュア−プロジェット膜の作製 実施例1で合成した含フツ素高分子をそれぞれの異性体
(o +、 m +、 p−)及び(ペルフルオロアル
キル)フェニル基の修飾率(M%)に対応して(o+、
m−y P  )PAPHF (M) と略す。
ラングミュア−プロジェット法において、0−m+、及
びp−PAPHF5.10.20.30゜40のトリフ
ルオロエタノール・ベンゼン希薄混合溶液(p−PAP
HF5.10.20の場合はメタノール・ベンゼン希薄
混合溶液)をそれぞれ調製し、これらの溶液を17℃の
水面上にそれぞれ展開したときの表面圧−表面積の関係
(F−A曲線)を測定した結果を第1図に示す。この結
果により、膜中のフルオロアルキル基1分子の占める面
積、つまり極限面積はo−PAPHF5.10.20.
30.40(7)順ニソれぞれ87.87.4.48.
33人2、p−PAPHF5.10゜4ム。、30.4
0(7)□。おゎぞゎ。□、5゜、32.31.11人
2の値を示した。
この水面上の超薄膜をガラス基板上に表面圧20mN−
m−1で単分子膜、及び累積膜として移しとった。これ
らは透明な膜であった。
実施例3 臨界表面張力 γCの測定 実施例2でガラス基板上に移しとった単分子膜、及び累
積膜について、n−アルカンとの接触角を測定し、Zi
smanプロットから求めた臨界表面張力γC値を最小
二乗法で計算した。これらの結果は第1表に示した。
実施例4 膜厚の測定 実施例2で得たラングミュア−プロジェット膜の19層
累積膜(o−PAPHF20,30につイテは7層累積
膜、o−PAPHFIO,P−PAPHFIOについて
は12層累積膜)を用い、タリステ°ツブで膜厚を測定
した。つまり、薄膜を一部剥し、膜と基板との段差をタ
リステップにより測定した。得られた膜厚を累積層の数
で割り、IMの膜厚とした。これらの結果は第1表に示
した。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による含フツ素高分子ラングミュア−
プロジェット膜のF−A曲線を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、Rfは炭素数6〜15のペルフルオロアルキル
    基を示し、ベンゼン環へのRf基の結合位置はo−、m
    −、またはp−位であり、mは10〜1500の数を示
    し、nは0<n<0.6mを満たす数である。)で表わ
    される含フッ素高分子化合物。
  2. (2)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、Rfは炭素数6〜15のペルフルオロアルキル
    基を示し、ベンゼン環へのRf基の結合位置はo−、m
    −、またはp−位であり、mは10〜1500の数を示
    し、nは0<n<0.6mを満たす数である。)で表わ
    される含フッ素高分子化合物を製造する方法において、 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、mは前記と同じ意味を持つ。)で表わされるポ
    リアリルアミンと、 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、Rfは前記と同じ意味を持つ。)で表わされる
    o−、m−、またはp−(ペルフルオロアルキル)フェ
    ニルイソチオシアナートとを反応させることを特徴とす
    る方法。
  3. (3)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、Rfは炭素数6〜15のペルフルオロアルキル
    基を示し、ベンゼン環へのRf基の結合位置はo−、m
    −、またはp−位であり、mは10〜1500の数を示
    し、nは0<n<0.6mを満たす数である。)で表わ
    される含フッ素高分子化合物を用いたラングミュアーブ
    ロジェット膜。
JP21602888A 1988-08-30 1988-08-30 含フッ素基を修飾した高分子化合物とその製造方法及び超薄膜 Granted JPH0264114A (ja)

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