JPH08503012A - フッ素化共重合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フッ素化共重合体の製造方法を開示する。該製造方法は、単量体を重合して重合体を形成してから、過フッ素化アルキルクロロシランを該重合体に加えることによって重合を停止させることから成る。過フッ素化アルキルクロロシランは該重合体と反応して、フッ素化末端部分を有する共重合体を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 フッ素化共重合体の製造方法 関連出願 本出願は、Joseph M．DeSimone et al．によって1992年10月30日付けで出願さ れ、係属中の米国特許出願第969,876号「フッ素化共重合体の製造方法」の部分 継続出願である。 発明の分野 本発明は、フッ素化共重合体、特にフッ素化末端部分を有するフッ素化共重合 体の製造方法に係るものである。 発明の背景 フルオロ重合体は、その特有な性質のため、非常に興味深く、かつ有用な材料 であることが証明されている。これらの性質として、小さな表面エネルギー、小 さな摩擦係数、小さな誘電率、耐溶媒性、および耐化学薬品性等が挙げられる。 例えば、フルオロ重合体は、コンピュータディスクドライブの潤滑剤、保護用コ ーティング剤、航空機燃料密閉剤等に広く使用されている。しかし、上記の特性 のため、フルオロ重合体は、本質的に合成と処理が難しく、かつ高価である。 Von Au et al．のドイツ特許第3,248,535号は、フルオロアルキル基を含むジ オルガノポリシロキサンの製造方法と、この重合体の利用法を明らかにしている 。特に、同特許は、フルオロアルコキシアルキル基とフルオロアルキル基を含む シロキサンを潤滑剤や泡消し剤として用いる方法を報告している。フルオロアル コキシアルキル基とフルオロアルキル基を水酸化ナトリウムに添加すると、OH末 端を有するシロキサンが生成する。次にこのシロキサンをジメチルシロキサンと ポ リジクロロホスファゼン（poly(dichlorophosphazene)）と共に加熱すると、透 明なオイルが得られる。 Saho et al．によるEPO第353,709号は、アミノ末端およびフルオロアルキル末 端基またはペンタフルオロフェニル末端基を持つシロキサンの調製法を報告して いる。これらは、樹脂の汚れ防止剤と防水剤として有用である。この特許におい ては、白金触媒存在下に、ジメチル水酸化シランC₆F₁₃CH₂CH₂Si（Me）₂OHを、ヘ キサメチルシクロトリシロキサン、ブチルリチウム、Me₂SiHCl、N-（トリメチル シイル）アリルアミン（N-(trimethylsiyl)allylamine）と反応させている。 発明の概要 本発明は、フッ素化重合体、特にフッ素化末端部分を有するフッ素化共重合体 の製造方法を示すものである。本発明の方法において、単量体を重合させ重合体 を形成する。本発明のフッ素化共重合体を生成するには、反応停止剤、望ましく は過フッ素化アルキルクロロシランを重合体に加えて重合反応を停止させる。反 応停止剤は重合体と反応し、フッ素化末端部分を有する共重合体を形成する。 重合は、アニオン触媒の存在下にアニオン重合が行われるのが望ましい。アニ オン重合法を用いて重合できる種々の単量体ならどれでも利用できる。例えば、 ビニル、ジエン、シロキサン単量体等を利用できる。 本発明に従って、フッ素を含む重合体を調製し、フルオロ重合体による望まし い特性を得ることができる。例えば、汚れに強い特性を得るために表面張力を変 え、表面エネルギーの小さい表面を得るための組成に本発明のフッ素化共重合体 を利用することができる。 発明の詳細な説明 本発明において、フッ素化末端成分または部分を持つ共重合体を合成すること によって、フッ素化重合体が得られる。本発明の方法は、単量体を重合して、重 合体を形成し、次に、下記に更に詳細に示されているフッ素化停止剤を重合体に 加えることによって重合反応を停止させる工程を含む。 単量体は、リビングアニオン重合法を用いて重合するのが望ましい。本技術に 精通する者にとって明らかなように、アニオン重合は、ルイス塩基のようなアニ オン開始剤の使用を必要とする鎖反応経路を含む。本技術に準ずる開始剤の例と して、ブチルナトリウム、ブチルリチウム等の有機アルカリが挙げられるが、こ れらに限定されない。望ましい開始剤はsec-ブチルリチウムである。重合開始剤 は、従来重合に使用されてきた量を使用する。例えば、１００重量部の単量体に 対し、約0.0001〜10重量部、望ましくは0.0001〜５重量部の開始剤が使用される 。 アニオン重合反応は、単量体に対する開始剤アニオンの求核付加反応を含む。 重合される単量体は、リビングアニオン法により重合可能な本技術分野において 知られている単量体のいずれでもよい。このような単量体には、スチレンのよう なビニル単量体、メチルメタクリレート等のアルキルメタクリレート、アクリロ ニトリル、2-ビニルピリジン、イソプレンやブタジエン等の1,3-ジエン（ジオレ フィン）等のオレフィンが含まれる。その他の単量体の例として、ヘキサメチル シクロトリシロキサン等のシロキサンとエチレンオキサイド等のその他の環状化 合物が挙げられる。 本発明のフッ素化共重合体を生成するには、フッ素成分を含む停止剤を重合生 成物に加えてアニオン重合を停止させる。停止剤は、過フッ素化アルキルクロロ シランが望ましい。本技術に精通する者にとって明らかなように、シランは一般 に、典型的には化学式Si_nH_2n+2で示されるシリコンと水素の化合物として表され 、アルカンまたは飽和炭化水素と類似している。「クロロシラン」の語は、ここ では、少なくとも１つの水素が塩素原子で置換されている化合物を意味する。本 発明によって使用される過フッ素化アルキルクロロシランにおいて、シランは、 また、フッ素化されたC1〜C40のアルキル基によって１つの水素が置換されてい る。C1〜C40のフッ素化されたアルキル基には、直鎖もしくは分岐のC1〜C30の過 フッ素化 アルキル基が含まれる。ここに使用されている「過フッ素化（perfluorinated） 」の語は、有機官能基の全てのもしくは実質的に全ての水素原子がフッ素原子に よって置換されていることを意味する。更に、シランの残りの水素の少なくとも １つまたは両方がアルキル基、望ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イ ソプロピル基、ブチル基またはイソブチル基等の低級アルキル基によって、また フェニル基、トリル基、キシリル基等のC6〜C8のアリール基によって、またメト キシ基やエトキシ基等のアルコキシ基によって、またハロゲンによって、またシ ロキシル基によって、またジメチルシロキシ基やトリメチルシロキシ基等のアル キルシロキシ基、およびその他によって置換されているのが望ましい。 このような過フッ素化アルキルクロロシランは市販されている。過フッ素化ア ルキルクロロシランは、以下のN. Brace,J.Org.Chem. 1984,49,2366によって明 らかにされた還元反応と、それに続くJ. Bommelaer, Journal of Fluorine Chem istry 1991，55，79およびA. Haas, Journal of Fluorine Chemistry 1981，17 ，531によって報告されたヒドロシリル化によって調製することもできる。本発 明において、停止剤は、式 （式中、Ｒ¹とＲ²は独立して、水素原子、直鎖もしくは分岐のC1〜C4の低級ア ルキル基またはC6〜C8のアリール基（aryl）であり、Ｒ³は直鎖もしくは分岐のC 1〜C10または存在せず、ＹはC1〜C30のパーフルオロアルキル基（perfluoroalky l）である。）で示される過フッ素化アルキルクロロシランが望ましい。 望ましい一実施態様において、Ｒ¹とＲ²はいずれもメチル基であり、Ｒ³はエ チル 基、Ｙはパーフルオロヘキシル基（perfluorohexyl）である。本発明に従って使 用されるクロロシランの一例は、パーフルオロヘキシルエチルジメチルクロロシ ランである。 発明者等は、本発明の説明によって制限されることは望まないが、重合体のカ ルバニオンによるフッ素化アルキルクロロシランの求核置換を介して、過フッ素 化アルキルクロロシランがアニオン重合を終結させるものと考えられる。それに よって、アニオン重合生成物からなる少なくとも１つの断片と少なくとももう１ つのフッ素化末端部分を有する共重合体が形成される。従って、本発明は、フッ 素化重合体の調製に一般に付随する問題と費用を伴わずに、望ましいフッ素含有 部分を有する共重合体の調製方法を提供するものである。 更に、本発明の共重合体は、上記のようにポリビニル、ポリジエン、またはポ リシロキサン等のアニオン重合生成物を約99.99〜50重量％含み、フッ素化され た断片を約0.001〜50重量％含む。共重合体のフッ素断片によって示される表面 エネルギーのため、フッ素は共重合体の表面に分離される。従って、本発明に従 えば、共重合体を調製するために使用するフッ素成分の重量パーセントが低いに もかかわらず、共重合体の表面のフッ素濃度が高いため、望ましい特性を有する 共重合体を調製することができる。 本発明に従って得られるフッ素化共重合体は、以下の式で示される。 （式中、Ｒはポリビニル、ポリジエンまたはポリシロキサンであり、Ｒ¹とＲ²は 独立して水素原子、直鎖もしくは分岐のC1〜C4の低級アルキル基またはC6〜C8の アリ ール基であり、Ｒ³は直鎖もしくは分岐のC1〜C10であるかまたは存在せす、Ｙは C1〜C30のパーフルオロアルキル基である。） 該共重合体の分子量Mnは、約500から1,000,000である。 本発明の別の面において、本発明の共重合体は第二の重合体と混合され、それ によって第二の重合体の表面特性が変わり、望ましい特性を有する重合体組成が 提供される。このような混合物質は、例えば、コーティング、包装材、パイプ等 に利用できる。第二の重合体は、フッ素化共重合体と同じ単量体から成る単独重 合体でも、共重合体と異なるが共重合体との適合性が十分高い（すなわち、共重 合体との混和性が十分高く、共重合体との混合物質を形成する。）単量体単位を 含む重合体でも、どちらでも良い。 例えば、本発明の方法に従って、ポリスチレン成分と過フッ素化末端部分を有 する共重合体、すなわち、Ｒがポリスチレンである式（II）のフッ素化共重合体 を調製できる。次に、この共重合体をポリスチレン等の単独重合体あるいはフッ 素化共重合体と混和するポリフェニレンオキシド等の別の重合体と混合する。別 の混合物質の一例は、Ｒがメチルメタクリレートである式（II）の共重合体を、 ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等と混和す ることによって形成される。このような混合物質は、フッ素化共重合体を約１〜 50重量％含むのが望ましく、約５〜15重量％含むのがより望ましい。混合物質は 、P.S.Tucker et al.，Macromolecules 1988，21,2794-2800、L.C.Dickinson，e t al.Macromolecules 1987，20,1757-1760、S.D. Smith et al.，Polymer Prepri nts，1987，Vol．28，No.2，150-152、T.Hashimoto，et al.，Macromolecules 1 991，24，5704-5712、S．Hosoda，et al.，Polymer Journal 1991，Vol．23，No ．4,277-284、D.Siqueira,et al.，Polymer 1991，Vol．32，No．6, 990-998等 の本技術分野において知られている混合方法を用いて調製できるが、それらに限 定されない。 アニオン重合と停止反応において、１つ以上の溶媒とその混合物を使用できる 。溶媒の例として、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン、トルエン等が挙げら れるが、それらに限定されない。重合および停止反応は、約-100〜150℃の温度 で実施され、典型的には約-78〜100℃で実施される。 以下の具体例は、本発明を更に説明するために提示するものである。実施例に おいて、Mnは数平均分子量を意味し、Mwは重量平均分子量を意味し、MWDは分子 量分布（Mw/Mn）を意味する。THFはテトラヒドロフランを、GPCはゲルパーミエ ーションクロマトグラフィー、mlはミリリットル、psiは平方インチ当たりのポ ンド数、Ｍはモルを意味し、温度はセルシウス温度で表されている。これらの実 施例は本発明を説明するものであり、本発明を限定するものと見なすべきてはな い。 実施例１ 実験モデルの調製 シクロヘキサン（Phillips Petroleum）を濃硫酸上で約２週間撹拌し、デカン テーションし、ナトリウム金属からのアルゴン雰囲気下に蒸留した。テトラヒド ロフラン（“THF”）（Fisher，認定グレード）は、アルゴン雰囲気下でパープ ルナトリウム／ベンゾフェノンケチルから蒸留した。スチレンは、凍結融解を３ 回繰り返した後、ジブチルマグネシウムから真空蒸留した。クロロシラン、パー フルオロヘキシルエチルジメチルクロロシラン（Petrarch）は、入手したそのま まの状態で使用した。 実施例２ ポリスチレン-b-Si-エチル-PTFEの合成 全てのガラス器具を十分に洗浄し、乾燥した。アニオン重合は、マグネチック スターラーとゴム製隔膜を備えた500mlのワンネック丸底フラスコ内で6〜8psig のアルゴン雰囲気下に実施された。フラスコ内に、約100mLの無水シクロヘキサ ンに溶解された5.50mL（5.0g）のスチレンを入れた。シクロヘキサンに溶解され たsec- ブチルリチウムの1.38M溶液3.63mLを加えることにより、重合反応を開始させた 。得られた橙色の溶液を約２時間撹拌し、その後、約２mLの無水テトラヒドロフ ランを溶液に加えた。重合反応を停止するために、3.31mLのパーフルオロヘキシ ルエチルジメチルクロロシラン（20％過剰）をシリンジで加え、約30分間撹拌し た。この間、塩化リチウムの沈殿により溶液は混濁した。10倍量のメタノール中 で重合体を沈澱させ、メタノールと水で数回洗浄した。次に重合体を40℃で12時 間減圧乾燥した。 分子量は、テトラヒドロフランの中で500、10³、10⁴、10⁵オングストロームの 孔のUltrastyragel社のカラムを用いるWaters社の150-CVゲルパーミエーション クロマトグラフィーを使用し、ポリスチレン標準物質（昭和電工）を用いて決定 した。元素分析は、Galbraith Laboratories社（ノックスビル、テネシー州）に よって行われた。 停止の成功は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより、表１に示す ように分子量がポリスチレンアリコートと反応が終了したポリスチレンの間に移 動したことによって証明された。次に、重合体に占めるフッ素の重量パーセント を元素分析によって決定した。表２に示すように、重量パーセントの計算値と非 常に一致していた。 実施例３ ポリイソプレン-b-Si-エチル-PTFE合成 上記の方法に従って、ポリイソプレン-b-Si-エチル-PTFEを調製した。すなわ ち、シクロヘキサン中でイソプレンを重合させ、続いてTHFに溶解されたパーフ ルオロヘキシルエチルジメチルクロロシラン（20％過剰）を加え反応を停止した 。得られた共重合体についてGPCと元素分析を実施した。結果を、下記の表３お よび４にそれぞれ示す。 実施例４ ポリブタジエン-b-Si-エチル−PTFEの合成 -10℃でトルエンを溶媒として重合反応を実施した以外は、実施例３および４ に示す方法と同じ方法でポリブタジエン-b-Si-エチル-PTFEを調製した。得られ た共重合体に関するGPCおよび元素分析の結果を、下記の表５および６にそれぞ れ示す。 実施例５ ポリジメチルシロキサン-b-Si-エチル-PTFEの合成 シクロヘキサンとテトラヒドロフラン（THF）を重合反応の溶媒として使用し 、ヘキサメチルシクロトリシロキサン単量体について、上記の手順と同様にして 重合反応を実施した。得られた共重合体の元素分析結果を表７に示す。 実施例６ ポリスチレン-b-Si-エチル-PTFEとポリ（2,6-ジメチル フェニレンオキシド）混合物質の調製 ポリスチレン-b-Si-エチル-PTFE（PS-Si-PTFE）とポリ（2,6-ジメチルフェニ レンオキシド）（PPO）の重量比50％混合物質を調製するために、PPO（クリーム 色の粉末）0.4980グラムとPS-Si-PTFE（白色粉末）0.4992グラムをクロロホルム （Mallinckrodt，HPLCグレード）に溶解し、１時間撹拌した。透明な淡黄色の溶 液をメタノール溶液600mL中で沈殿させ、12時間減圧乾燥した。次に溶液を濾過 すると、クリーム色の粉末として混合物質が回収された。XPSにより混合の成功 が確認された。 明細書において、本発明の典型的な望ましい実施例が明らかにされた。具体的 な用語は使用されているが、それらは一般的な説明のために使用されているに過 ぎず、以下の請求項に明らかにされている範囲を限定するためのものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者 ハント，マイケル・オー，ジュニア アメリカ合衆国、27516 ノース・キャロ ライナ、チャペル・ヒル、ローレル・リッ ジ・アパートメント 89シー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 単量体を重合させて重合体を形成する工程と、過フッ素化アルキルクロロ シランが該重合体と反応し、フッ素化末端部分を有する共重合体を形成する条件 下で、該重合体に過フッ素化アルキルクロロシランを加えて該重合を停止させる 工程とを含む、フッ素化部分を有する共重合体の製造方法。 ２． 上記重合がアニオン重合である請求項１記載の方法。 ３． 上記重合が開始剤の存在下に実施される請求項１記載の方法。 ４． 上記単量体が、不飽和のエチレン部分をもつ単量体、ジエンの単量体、お よびシロキサンの単量体から成る群より選択される請求項１記載の方法。 ５． 上記単量体が、不飽和のエチレン部分をもつ単量体である請求項４記載の 方法。 ６． 上記単量体が、スチレン単量体、アルキルメタクリレート単量体、アクリ ロニトリル単量体、2-ビニルピリジン単量体から選択される不飽和のエチレン部 分をもつ単量体である請求項５記載の方法。 ７． 上記単量体がジエン単量体である請求項４記載の方法。 ８． 上記単量体が、イソプレン単量体およびブタジエン単量体から成る群より 選択されるジエン単量体である請求項７記載の方法。 ９． 上記単量体がシロキサン単量体である請求項４記載の方法。 10． 上記単量体がヘキサメチルシクロトリシロキサンである請求項９記載の方 法。 11． 上記過フッ素化アルキルクロロシランが式 （式中、Ｒ¹とＲ²は独立して、水素原子、直鎖もしくは分岐のC1〜C4のアルキル 基、またはC6〜C8のアリール基であり、Ｒ³は直鎖もしくは分岐のC1〜C10のアル キレン基または直接結合を表し、ＹはC1〜C30のパーフルオロアルキル基である 。）で示される請求項１記載の方法。 12． Ｒ¹とＲ²はいずれもメチル基であり、Ｒ³はエチル基、Ｙはパーフルオロ ヘキシル基である請求項11記載の方法。 13． 上記共重合体が式 （式中、Ｒはポリビニル、ポリジエン、ポリシロキサンから成る群より選択され 、Ｒ¹とＲ²は独立して、水素原子、直鎖もしくは分岐のC1〜C4のアルキル基また はC6〜C8のアリール基であり、Ｒ³は直鎖もしくは分岐のC1〜C10のアルキレン基 または直接結合を表し、ＹはC1〜C30のパーフルオロアルキル基である。） で示される請求項１記載の方法。 14． Ｒはポリスチレン、ポリメチルメタクリレートポリアクリロニトリル、ポ リ（2-ビニルピリジン）、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリジメチルシロ キサンから成る群より選択され、Ｒ¹とＲ²はそれぞれメチル基であり、Ｒ³はエ チル基、Ｙはパーフルオロヘキシル基である請求項13記載の方法。 15． ビニル、ジエン、およびシロキサン単量体から成る群より選択される単量 体を有機溶媒中でアニオン重合させて重合体を形成し、 パーフルオロヘキシルエチルジメチルクロロシランを上記溶媒に添加すること によって上記重合反応を停止させることから成る製造方法であって、 上記パーフルオロヘキシルエチルジメチルクロロシランは、上記単量体と反応 して、過フッ素化末端部分をもつ共重合体を形成し、それによって、 式 （式中、Ｒはポリビニルまたはポリジエンであり、Ｒ¹とＲ²はメチル基であり、 Ｒ³はエチレン基であり、Ｙはパーフルオロアルキル基である。） で示されるフッ素化共重合体を形成することからなる、過フッ素化部分を有する 共重合体の製造方法。 16．式 （式中、Ｒはポリビニルおよびポリジエンから成る群より選択され、Ｒ¹とＲ²は 独立して水素原子、直鎖もしくは分岐のC1〜C4のアルキル基、またはC6〜C8のア リール基を表し、Ｒ³は直鎖もしくは分岐のC1〜C10のアルキレン基または直接結 合を表し、ＹはC1〜C30のパーフルオロアルキル基である。） で示される化合物から成るフッ素化末端部分を有する共重合体。 17． 上記ポリビニルがポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリ ロニトリル、およびポリ（2-ビニルピリジン）から成る群より選択される請求項 16記載の共重合体。 18． 上記ポリジエンがポリイソプレンまたはポリブタジエンである請求項16記 載の共重合体。 19． Ｒ¹とＲ²はいずれもメチル基であり、Ｒ³はエチレン基であり、Ｙはパー フルオロヘキシル基である請求項16記載の共重合体。 20． 上記共重合体との混和性が十分高く、上記共重合体と重合体混合物質を形 成する第二の重合体を更に含む請求項16記載の共重合体。 21． 単量体を重合させて重合体を形成する工程と、過フッ素化アルキルクロロ シランが該重合体と反応し、フッ素化末端部分を有する共重合体を形成する条件 下に、該重合体に過フッ素化アルキルクロロシランを加えて該重合を停止させる 工程と、フッ素化部分を有する該共重合体に対して混和性を有する第二の重合体 を添加する工程とから成る、フッ素化部分を有する共重合体と他の重合体の混合 物質の製造方法。