JPH07501096A - 新規な熱可塑性フルオル共重合体及びその製造に使用されるフルオル単量体 - Google Patents
新規な熱可塑性フルオル共重合体及びその製造に使用されるフルオル単量体Info
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Classifications
-
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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】
新規な熱可塑性フルオル共重合体及びその製造に使用されるフルオル単量体
技術分野
本発明は、バーフルオル(シクロアルキル−ビニルエーテル)及び随時他の単量
体を共単量体として用いるフルオルエチレンに基づく、改良された耐温性及び加
熱時の寸法安定性を有するフルオル重合体に関する。
更に本発明は、本発明によるフルオル重合体に有利な熱的性質を付与するバーフ
ルオル(シクロアルキル−ビニルエーテル)に関する。
背景の技術
フルオル重合体は、特別な性質例えば低表面張か、高耐薬品、油又は溶媒性、或
いは高耐(熱)劣化性が必要とされる技術に用いられる。
フルオル重合体の分野において、最も多量に製造される梼脂のポリテトラフルオ
ルエチレン(PTFE)は、上述した性質を有利な程度で兼ね備えているけれど
、良く知られているように熱可塑的に加工することができない。この熱可塑的加
工に関する改良は、軟化点(部分的結晶系における融点)以上で重合体の粘度を
低下させ、斯くして溶融物流動性を改善する共単量体を導入することによって得
られる。ヘキサフルオルプロペン及びパー弗素化非環式アルキル−ビニルエーテ
ル(米国特許第3.180.895号)はそのような共単量体の例であるが、そ
のような共単量体の導入は多くの場合に共重合体の軟化点を低下させ、斯くして
熱可塑的加工性が菫6体の温度安定性を犠牲にして得られる。
他の弗素含有単独重書1体例えばポリ弗化ビニル又はポリクロルトリフルオルエ
チレンは、熱可塑的に加工しつるが、その低弗素含量のために()ばしば最も高
弗素化された(共)重合体によって達成される上述した程度の性質を達成しない
。
本発明の目的は、向上した耐温度性及び加熱時の寸法安定性を有する、共単量体
の1つとしての弗素含有エチレンに基づく新規な熱可塑的に加工しうるフルオル
共重合体を提供することである。
今回、向上した耐温度性及び加熱時の寸法安定性を有する熱可塑性重合体は、弗
素含有エチレンを下式I
[式中、n=Q、1又は2
mに3.4又は5]
に相当するバーフルオル(シクロアルキル−ビニルエーテル)と共重合させるこ
とによって製造しうることが発見された。他の単量体も、本発明による共重合に
よってフルオル重合体の性質を改善するために使用することができる。これらの
他の共単量体は、特に少くとも1つの弗素原子を有する直鎖又は分岐鎖C3〜c
8アルケン又は弗素を含まないエチレンもしくはプロピレンを含む。
斯くして本発明は、
a)弗素原子数1〜4の少くとも1種のエチレン99.5〜50モル%及び
b)式Iに相当する炉くとも1種のバーフルオル(シクロアルキル−ビニルエー
テル)0.5〜50モル%及びC)エチレン、プロピレン、及び少くとも1つの
弗素原子を含有する直鎖又は分岐鎖C3〜C,アルケンから選択される少くとも
1種の他の共単量体0〜40モル%
の共重合によって得られる熱可塑性フルオル共重合体に関する。
本発明によるフルオル共重合体におけるフルオルエチレンとノ(−フルオル(シ
クロアルキル−ビニルエーテル)とのモル比は好ましくは1〜50、最も好まし
くは2〜20である。
少くとも1つの弗素原子を含むエチレン(成分a))は、テトラフルオルエチレ
ン、トリフルオルエチレン、弗化ビニリデン、モノフルオルエチレン又はクロル
トリフルオルエチレンであってよい。テトラフルオルエチレン及び弗化ビニリデ
ンは好適である。
式Iのパーフルオル(シクロアルキルビニルエーテル)の中で、n=0のものは
好適である。バーフルオル(シクロベンチルービニルエーテル)、即ちn=0及
びm=4の式Iの化合物は本発明に対して特に好適である。
本発明によるパーフルオル(ビニル−シクロアルキル)エーテルは、2−シクロ
アルコキシプロパンカルポン酸フルオリド(米国特許第3゜274.239号か
ら製造される)から得られる。それらはそのアルカリ金属塩に転化し、次いで米
国特許第3,274,239号に記述されているように170〜250°Cで脱
カルボキシル化することによって得ることができる。しかしながら、この方法を
行うならばかなりの量の1゜L L、2−テ1ラフルオルエチルシクロアルキル
エーテルが副生物として生成し、これを除去するのが困難であるため、収率がか
なり損われる。そのような副生物が残存すると、共重合反応が深刻なほど妨害さ
れ、不満足な機械的及び熱的性質を有するフルオル共重合体が得られる。パーフ
ルオル(シクロアルキル−ビニルエーテル)を、フルオルエチレンとの共重合に
適当な形で製造することの上述した難点は、従来それがフルオル重合体に使用さ
れていなかったためであると見なさねばなるまい。
今回2−シクロアルコキシプロパンカルポン酸フルオリドは、ヨーロッパ特許第
260,773号に開示されているものと同様の方法を用いることにより、フル
オル共重合体の製造に適当なパーフルオル(ビニル−シクロアルキル)エーテル
の形に転化しうることが発見された。
本発明によれば、共重合に使用しうる式(1)のバーフルオル(シクロアルキル
−ビニルエーテル)は、式IIの対応する2−シクロアルコキシプロパンカルポ
ン酸フルオリドから、塩形成剤を含む適当な溶媒中、触媒量のN、 N−ジメチ
ルホルムアミドの存在下に110〜140℃の温度まで徐々に加熱し、60〜9
0℃の凝縮温度に相当する留出物を100〜120℃の温度で留出させ、そして
この留出物を常圧で再蒸留することにより製造される。
用いる溶媒は好ましくはジグライム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)
である。使用される塩形成剤は好ましくは無水炭酸カリウムである。塩形成剤は
、バーフルオル−2−シクロアルコキシプロパンカルポン酸フルオリドに基づい
て好ましくは1.1〜1.3モル過剰量で使用される。ジメチルホルムアミドは
好ましくは溶媒に基づいて1〜5重量%の量で使用される。反応は絶対的に無水
の条件下に操作することが必要である。
本発明による共重合体を製造するには、弗素含有単量体の共重合に対して公知の
ラジカル重合が使用しうる。共重合は溶液、懸濁液又は乳化液中で行うことがで
きる(適当な反応媒体及び一般的な反応条件の例を含む米国特許第2,968.
649号、第3,051,677号、第3゜053.818号、第3,331,
823号及び第3,335,106号を参照)。特別な反応媒体に適当な基本的
に良く知られた化合物は、ラジカル共重合を開始させるのに使用される。即ち溶
液又は懸濁重合に使用される化合物は、弗素化されていてもよい有機の油溶性パ
ーオキサイド、例えばベンゾイルパーオキサイド、トリフルオルアセチルパーオ
キサイド又は有機の可溶性アゾ化合物例えばアゾビスイソブチロニトリルであっ
てよい。本発明による共重合体の製造に好適な方法である乳化重合に使用される
開始剤は、一般にナトリウム又はアンモニウム塩の形の水溶性無機過酸化物例え
ば過硫酸塩、過ホウ酸塩、過炭酸塩などである。
重合に対して比較的低温を用いるならば、重合温度に及び開始剤の分解定数に依
存して、更に分解促進剤、一般に還元剤を使用しなければならない。次のものは
この目的に使用しうる:硫黄化合物例えば硫酸ナトリウム、ピロ亜硫酸ナトリウ
ム又はロンガリット(Ronga I 1t)C(ホルマミジンスルフィン酸ナ
トリウム)或いは有機還元剤例えばアスコルビン酸、金属塩例えば鉄(I I)
又はコバルl−(I I)塩、有機金属化合物など。
共重合の反応温側佳−15〜+120’C1好ましくは20〜90’Cである。
連鎖移動剤例えばメタノール、イソプロパツール、イソペンテン、酢酸エチル、
ジエチルマロネート、又は四塩化炭素は、必要ならば製造される重合体の分子量
を調節するために使用しつる。
共重合を昇圧下に行うということは本発明の方法の更なる特徴である。
この圧力は少くとも5バールであるべきであるが、100バールを越える必要は
ない。
5〜65バールは本発明の方法に好適な範囲である。
本発明による共重合体は、回分式で製造しうるが、半連続式又は連続式で好適に
製造される。
103〜10’g1モルの分子量を有する線状共重合体が得られる。
今や以下の実施例の助けを借りて本発明を更に詳細に記述しよう。
実施例1
a)バーフルオル−2−シクロペントキシ−プロパンカルポン酸フルオリドの製
造
焼成した弗化カリウム150g (2,59モル)をジグライム500m1に懸
濁させ、オクタフルオルシクロペンタノン456g (2,0モル)を約5℃で
撹拌しながら1時間以内に縮合によって導入した。僅かな発熱反応が静まった時
、反応混合物を再び約5℃まで冷却し、ヘキサフルオルプロペンオキシドを、ド
ライアイス凝縮器において僅かしか還流が起こらないように迅速に導入した。ヘ
キサフルオルプロペンオキシド330g (1,99モル)を導入(約60g/
時)した時、5℃で1時間及び室温で終夜譚拌を続けた。
次いで生成物を減員(20ミリバールまで)下に(沸点60℃までで)留出させ
、2相の留出物を冷受器に集めた。上相はジグライムを約90%含有し、また下
相(生成物を約80%含有)は更に精製することなしに次の反応段階へ送り得た
。
粗生成物(下相)を特性づけ且つ収率を決定するために、これを短いカラムを通
して常圧下に再蒸留した。
b)パーフルオルシクロペンチルエーテルへの転化粉末の無水炭酸カリウム17
5g (1,26モル)及びジメチルホルムアミド3mlを無水ジグライム20
0m1中に入れ、ノ(−フルオル−2−シクロペントキシ−プロパンカルボン酸
フルオリド394g(1゜0モル)を室温下に1時間で滴下した。反応混合物は
僅かに(約35°Cまで)発熱した。すべての反応物を一緒に添加した時、反応
混合物を60℃、80℃及び110℃までゆつ(りと加熱した(それぞれの場合
約1時間、軽く還流、及び80℃からCO2の遊離、並びに110°Cで蒸留ブ
リッジを通して留出物が出始める)。底部温度を最高130℃まで上昇させた。
留出物の流出温度は65〜85°Cで変動した。粗生成物(280g)を40c
mのカラムを通して、常圧下に再蒸留した。
主留分、沸点+o+s : 80〜82°C収量:255g(理論量の78%)
(GC)MS :m/e=328 (親ピーク)”F−NMR:δ=−35,0
ppm (2d、IF、J、−、=83及び65Hz、CF=C−0シス)ニ
ー42.1ppm(4m、IF、JF−r=111.83及び6Hz、CF=C
−0トランス);
−51,1ppm(凝4重線(ハイオーダーAA’ BB’−系)、4F、”J
″=258Hz。
20F2);
−52,5ppm(凝4重線(ハイオーダーAA’ BB’−系)、4FS “
J” =258Hz。
2CF2);
−56,5ppm (4m、IF、Jr−r=111.65及び6Hz、=CF
O)及び−58,8ppm (m、IF、0CF)(標準物質CF3COOHに
対して)。
1.1.1,2−テトラフルオルエチル−バーフルオルシクロペンチルビニルエ
ーテルの割合はGCによると2%以下であった。本実施例に従って製造したパー
フルオル(シクロペンチルビニルエーテル)を重合の実施例3.4.5及び6で
使用した。
対照実施例1b
米国特許第3.274,239号の方法に類似の転化法パーフルオルー2−シク
ロベントキシブロバンカルポン酸フルオリド394g (1,0モル)をジオキ
サン300m1に溶解し、水100m1中水酸化ナトリウム40.5gを用いて
フェノールフタレンに対してアルカリ性にした。次いで溶媒を水流ポンプで除去
し、残存した塩を乾燥した。この乾燥した塩を油ポンプの真空(0,3ミリバー
ル)下に熱(170〜250°C)で分解し、反応ガスを一78℃まで冷却した
捕集器中に凝縮させた。
こ蟻粗生成物(295g)は55%のGC純度(45%は1. 1. 1゜2−
ナトラフルオルエチルートリフルオルビニルエーテル)を有し、蒸留では90%
以上まで純度を高めることができなかった。
この最大純度の生成物を用いて重合実験を行ったが、対照実施例6が示すように
変色した生成物が非常に低収量で得られた。
実施例2
パーフルオルシクロブチルビニルエーテルの製造パーフルオル−2−シクロブト
キシ−プロパンカルボン酸フルオリド(実施例1a)と同様にしてパーフルオル
シクロブタノン及びヘキサフルオルプロペンオキシドから製造、パーフルオルシ
クロブタノンはJ。
ケムーソク(Chem、Soc、) 、7370 (1965)に従って1−メ
トキシペンタフルオルシクロブチル−1−エン及び元素状弗素から、続いてその
メチルシクロブチルエーテルの加水分解により製造)69g(0,2モル)を、
実施例1b)と同様にしてK I COsと反応させた。
収量:バーフルオルブチルビニルエーテル4エ沸点N。:59〜60°C
1、1, 1. 2−テトラフルオルエチル−パーフルオルシクロブチルエーテ
ルの量:〈3%(GC/MSによる)実施例3
弗化ビニリデン/パーフルオル(シクロペンチルビニルエーテル)共重合体の製
造
脱イオン水250m1を0.7 1のオートクレーブ中に導入した。
バーフルオルオクタン酸3、9g及びバーオキシジ硫酸カリウム30gを引き続
き溶解した。得られた溶液を水酸化ナトリウムでpH約10加圧及び続く常圧へ
の窒素放出を3回繰返した。
パーフルオル(シクロブチルビニルエーテル)36g及び弗化ビニリデン64g
をオートクレーブ中に導入し、反応混合物を50℃まで加熱した。この温度での
反応時間1時間後、アスコルビン酸1g、硫酸鉄(III)5mg及び水酸化ナ
トリウム1.5gを含む水溶液50m1を、10時間にわたり均一な速度でポン
プにより導入しはじめた。この期間中反応圧は42バールから13バールまで低
下した。次いでオートクレーブの内容物を冷却し、未反応のガス混合物を放出さ
せた。このようにして得た反応混合物を4%水性硫酸マグネシウム溶液300m
1中に注いで完全に凝固させた。生成物を水洗し、次いで乾燥させた。白色の粉
末81gを得た。これは弗化ビニリデンとパーフルオル(シクロペンチルビニル
エーテル)の単位からなる共重合体として同定できた。この共重合体はジメチル
ホルムアミド及びジメチルアセトアミドに可溶であった。限界粘度は鉤 2d
l/g (DMF、25℃)であった。共重合体中の弗化ビニリデンとパーフル
オル(シクロペンチルビニルエーテル)のモル比を宜9F核磁気共鳴分光法で決
定したが、これは91:9であることがわかった。
トリフルオル酢酸を基準にし、ジメチルホルムアミド−d7中において次の化学
シフトを得た。
a・ −14;j−16;−17;−46 ppmb: −42ppm
C,−43pi)m
d: −52ppm
e、e’ : −30;−35;−53;−59ppmf、f’ : −32;
−38;−49;−55ppm対照実施例3
弗化ビニリデン/パーフルオル(n−プロピルビニルエーテル)共重合体の製造
パーフルオル(n−プロピルビニルエーテル)32g及び弗化ビニリデン68g
を、実施例3に記述した方法と同様にして共重合させた。弗化ビニリデン及びパ
ーフルオル(n−プロピルビニルエーテル)の単位からなる共重合体72gを単
離した。この共重合体はジメチルホルムアミド及びジメチルアセトアミドに溶解
した。この限界粘度は0.81d1/g (DMF、25°C)であった。化学
組成は19F核磁気共鳴分光法により決定した、弗化ビニリデンとパーフルオル
(n−プロピルビニルエーテル)のモル比は91:9であった。
実施例4
脱イオン水110m1を0.31のオートクレーブ中に導入した。
これにパーフルオルオクタン酸ナトリウム1.8gを溶解した。この溶液を水酸
化ナトリウムでpH約10に調節した。密閉したオートクレーブを、窒素での加
圧及び続く常圧までの脱気を3回繰返した。パーフルオル(シクロペンチルビニ
ルエーテル)9g及び弗化ビニリデン21gをオートクレーブ中に導入し、反応
混合物を撹拌しながら80℃まで加熱した。この温度1に達した時、パーオキシ
ジ硫酸アンモニウム0.7gを含有する水溶液20gをオートクレーブ中に圧入
した。反応圧が38バールから15バールに低下する全反応時間7時間後に、オ
ートクレーブの内容物を冷却し、未反応のガス混合物を放出させた。このように
して得た乳化液を、4%水性硫酸マグネシウム溶液130m1中に注ぎ、完全に
凝固させた。生成物を水洗し、次いで乾燥させた。弗化ビニリデン及びパーフル
オル(シクロペンチルビニルエーテル)の単位からなる共重合体(白色の粉末)
19gを得た。この共重合体はジメチルホルムアミド及びジメチルアセトアミド
に可溶であった。限界粘度は0.2dl/g(DMF、25°C)であった。化
学組成はI@F核磁気共鳴分光法で決定した。弗化ビニリデンとパーフルオル(
シクロペンチルビニルエーテル)のモル比は92ニアであった。
対照実施例4
パーフルオル(n−プロピルビニルエーテル)9.5g及び弗化ビニリデン20
.5gを、実施例4に記述したものと同様の方法により共重合させた。弗化ビニ
リデン及びパーフルオル(n−プロピルビニルエーテル)の単位からなる共重合
体19gを単離した。この共重合体はジメチルホルムアミド及びジメチルアセト
アミドに可溶であった。限界粘度は0.7d l/g (DMF、25°C)で
あった。化学組成はIQF核磁気共鳴分光法で決定した。弗化ビニリデンとパー
フルオル(n−プロピルビニルエーテル)のモル比は92・8であった。
DSC及び熱重量(TGA)分析を、上述の実施例に従って製造した共重合体に
つL%TQ行った。
測定:TGA二jll!ll定装置TGS−2型[パーキン−エルマー(Per
kin−Elmer);窒素下20に7分の速度で室温から分解温度まで加熱。
DSC−測定装置DSC−2型(パーキン−エルマー);ヘリウム下20に7分
の速度で一50°Cから+200℃まで2回加熱(測定値は2回目の加熱から得
た)。
脱イオン水130m1を0,31のオートクレーブ中に導入した。
これにパーフルオルオクタンスルホン酸リチウム0.5gを溶解した。
この溶液を水酸化リチウムでpH約10に調節した。密閉したオートクレーブを
、窒素での10バールまでの加圧及び続く常圧までの脱気を3回繰返した。パー
フルオル(シクロペンチルビニルエーテル)9.3g及びクロルトリフルオルエ
チレン30gをオートクレーブ中に導入し、反応混合物を撹拌しながら90℃ま
で加熱した。この温度に達した時、バーオキシジ硫酸カリウム0.8gを含有す
る水溶液20gをオートクレーブ中に圧入した↓り反応圧が19バールから15
.5ノく−ルに低下する全反応時間1.5時間後に、オートクレーブの内容物を
冷却し、未反応のガス混合物を放出させた。このようにして得た反応混合物を、
4%水性硫酸マグネシウム溶液130m1中に注ぎ、完全に凝固させた。生成物
を水洗し、次いで乾燥させた。クロルトリフルオルエチレン及びノく−フルオル
(シクロペンチルビニルエーテル)の単位からなる共重合体7.5gを得た。こ
の共重合体はジメチルホルムアミド又はジメチルアセトアミドに不溶であった。
塩素及び弗素含量を分析することによって次の共重合体組成を決定した:
クロルトリフルオルエチレン/パーフルオル(シクロペンチルビニルエーテル)
=9515(モル比)。
実施例6
実施例5に記述した方法と同様にして、パーフルオル(シクロペンチルビニルエ
ーテル)8.9g及びクロルトリフルオルエチレン60gを70℃で2時間共重
合した。これはクロルトリフルオルエチレン及びパーフルオル(シクロペンチル
ビニルエーテル)の単位からなる共重合体として同定できた。
塩素及び弗素含量を分析により次の共重合体組成を決定した:クロルトリフルオ
ルエチレン/パーフルオル(シクロペンチルビニルエーテル)=98/2(モル
比)。
実施例6に対する対照実施例
対照実施例1bに従って製造し、この方法の変法により純度55%でしか得られ
なかったパーフルオル(シクロペンチルビニルエーテル)15g及びクロノ4リ
フルオルエチレン60gを、実施例6に記述したものと同様の方法社従って70
℃で6時間共重合させた。ベージュ色の凝固物0.2gに加えて、オーク色の粉
末を、共重合体中に結合したクロルトリフルオルエチレン及びパーフルオル(シ
クロペンチルビニルエーテル)の単位のほかに多量の同定されない不純物を含有
する乳化液から単離した。
実施例6 対照実施例6
収率 2時間で43% 6時間で22%外観 白色の粉末 オーク色の粉末子ベ
ージュ色の凝固物国際調査報告 PCT/EP 92102557フロントペー
ジの続き
(72)発明者 ネゲレ、ミヒヤエル
ドイツ連邦共和国デー5000ケルン80・ボルフスカウル6
(72)発明者 アイゼレ、ウルリヒ
ドイツ連邦共和国デー5090レーフエルクーゼン・アルフレートークビンーシ
ュトラーセ13
(72)発明者 マルホルト、アルブレヒトドイツ連邦共和国デー5090レー
フエルクーゼン・カールードウイスベルクーシュトラーセ329
Claims (4)
- 1.a)弗素原子数1〜4の少くとも1種のエチレン99.5〜50モル%及び b)式I ▲数式、化学式、表等があります▼(I)[式中、n=0、1又は2、及び m=3、4及び5] に相当する少くとも1種のパーフルオル(シクロアルキルービニルエーテル)0 .5〜50モル%及び c)エチレン、プロピレン、及び少くとも1つの弗素原子を含む直鎖又は分岐鎖 C3〜C8アルケンから選択される少くとも1種の他の共単量体0〜40モル% の共重合で製造される熱可塑性フルオル重合体。
- 2.下式II ▲数式、化学式、表等があります▼(II)に相当する2−シクロアルコキシプ ロパンカルボン酸フルオリドから、これを、塩形成剤を含有する適当な溶媒中触 媒量のN、N−ジメチルホルムアミドの存在下に110〜140℃の温度までゆ っくり加熱し、100〜120℃から始めた温度において60〜90℃の凝縮温 度に相当する留出物を取り出し、そしてこの留出物を常圧で再蒸留することによ り製造される下式I ▲数式、化学式、表等があります▼(I)式中、n=0、1又は2及び m=3、4、5及び6] に相当するパーフルオル(シクロアルキルービニルエーテル)。
- 3.1,1,1,2ーテトラフルオルエチルシクロアルキルエーテルを4重量% 以下で含有することを特徴とする請求の範囲2のパーフルオル(シクロアルキル ビニルエーテル)。
- 4.式Iのパーフルオルシクロアルキルビニルエーテルを、式II▲数式、化学 式、表等があります▼((II)に相当する2−シクロアルコキシープロパンカ ルボン酸フルオルドから、これを、塩形成剤を含有する適当な溶媒中触媒量のN 、N−ジメチルホルムアミドの存在下に110〜140℃の温度までゆっくり加 熱し、100〜120℃から始めた温度において60〜90℃の凝縮温度に相当 する留出物を取り出し、そしてこの留出物を常圧で再蒸留することにより製造す る請求の範囲1の熱可塑性フルオル重合体の製造法。
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