JP2016504446A - 部分フッ素化化合物 - Google Patents

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Abstract

(a)I(CF2)xCH2CF2I、(b)ICF2CH2(CF2)xCH2CF2I、(c)I(CF2)yCH=CF2、(d)CF2=CH(CF2)yCH2CF2I、及び(e)CF2=CH(CF2)yCH=CF2[式中、xが、3〜11から選択される奇数であり、yが、2よりも大きい整数である。]からなる群から選択される部分フッ素化化合物を含む組成物が、このような化合物を作製及び重合する方法と共に本明細書に記載される。【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明
[技術分野]
部分フッ素化化合物が、その製造方法と共に記載される。これらの部分フッ素化化合物は、フルオロポリマーの調製において使用することができる。
[概要]
ポリマー合成における使用のための代替の部分フッ素化化合物を見出すことが所望されている。一実施形態では、より速く反応し、及び/又はポリマーへのより高い組み込みを提供する、ポリマー合成のための部分フッ素化化合物を提供することも要求されている。従来法より効率的及び/又はより安価であり得るフルオロヨード化合物を製造する方法を特定することもまた望ましいであろう。
一態様では、
(a)I(CFCHCFI、
(b)ICFCH(CFCHCFI、
(c)I(CFCH=CF
(d)CF=CH(CFCHCFI、及び
(e)CF=CH(CFCH=CF
(式中、xが、3〜11から選択される奇数であり、yが、2よりも大きい整数である)からなる群から選択される部分フッ素化化合物を含む組成物が提供される。
別の態様では、以下の反応物の重合反応生成物を含む、ポリマー組成物が提供される。(a)I(CFCHCFI、ICFCH(CFCHCFI、I(CFCH=CF、CF=CH(CFCHCFI、及びCF=CH(CFCH=CFの部分フッ素化化合物から選択される第1の化合物であって、xが、3〜11から選択される奇数であり、yが、2よりも大きい整数である、第1の化合物、並びに(b)フッ素化オレフィンモノマーを含む第2の化合物。
一態様では、(a)部分フッ素化化合物及びI(CFCH=CF(式中、yが、2よりも大きい整数である)を含む、第1のフッ素化オレフィンモノマー、第2のフッ素化オレフィンモノマー、並びに、反応開始剤を提供すること、並びに(b)反応開始剤の存在下で、第1及び第2のフッ素化オレフィンモノマーを重合して、ポリマーを形成すること、を含む、ポリマーを製造する方法が提供される。
別の態様では、(a)部分フッ素化化合物及びCF=CH(CFCH=CF(式中、yが、2よりも大きい整数である)を含む、第1のフッ素化オレフィンモノマー、第2のフッ素化オレフィンモノマー、並びに、反応開始剤を提供すること、並びに(b)反応開始剤の存在下で、第1及び第2のフッ素化オレフィンモノマーを重合して、ポリマーを形成すること、を含む、ポリマーを製造する方法が提供される。
更に別の態様では、式I(CFIで表される分子を1,1−ジフルオロエチレンと反応させて、I(CFCHCFI(式中、xが、3〜11から選択される奇数である)を形成することを含む、部分フッ素化化合物を製造する方法が提供される。
また別の態様では、式I(CFIで表される分子を1,1−ジフルオロエチレンと反応させて、ICF−CH(CFCHCFI(式中、yが、2よりも大きい整数である)を形成することを含む、部分フッ素化化合物を製造する方法が提供される。
更に別の態様では、I(CFCHCFI(式I)、ICFCH(CFCHCFI(式II)、I(CFCH=CF(式III)、CF=CH(CFCHCFI(式IV)、及びCF=CH(CFCH=CF(式V)(式中、xが、3〜11から選択される奇数であり、yが、2よりも大きい整数である)の部分フッ素化化合物から選択される第1の化合物、及び(b)フッ素化オレフィンモノマーを含む第2の化合物、を重合することにより得られるポリマーが提供される。
上記の概要は、各実施形態を説明することを目的とするものではない。本発明の1つ以上の実施形態の詳細を以下の説明文においても記載する。他の特徴、目的、及び利点は、説明文及び「特許請求の範囲」から明らかとなるであろう。
本明細書で使用するとき、用語
「a」、「an」、及び「the」は互換可能に使用され、1又はそれよりも多くを意味する。
「及び/又は」は、記載される事例の一方又は両方が起こり得ることを示すために使用され、例えば、A及び/又はBは、(A及びB)と(A又はB)とを含む。
用語「ポリマー」は、相互共重合したモノマー単位からなる高分子を指す。ポリマーは、多数(例えば、何百以上)の相互共重合モノマー単位を含み、例えば、10,000グラム/モルを超える高分子量を有する。
本明細書においては更に、端点による範囲の記載には、その範囲内に含まれる全ての数値が含まれる(例えば、1〜10には、1.4、1.9、2.33、5.75、9.98などが含まれる)。
本明細書においては更に、「少なくとも1」の記載には、1以上の全ての数値が含まれる(例えば、少なくとも2、少なくとも3、少なくとも4、少なくとも6、少なくとも8、少なくとも10、少なくとも25、少なくとも50、少なくとも100など)。
α,ω−ジヨードペルフルオロアルカンは、他のフッ素化化合物及びポリマーの調製で重要な構築ブロックである。フルオロポリマーでは、α,ω−ジヨードパーフルオロアルカンは、連鎖移動剤として使用され、ポリマーの分子量を制御する助けとなる。典型的に、これらのα,ω−ジヨードパーフルオロアルカンは、テトラフルオロエチレンのヨウ素でのテロメル化反応から製造され、偶数のCF単位をもたらす。例えば、J.Org.Chem.,v.42,no.11,p.1985〜1990(1977)を参照のこと。更に、ヨード化合物は、重合してポリマーになることができ、フルオロポリマー中のヨウ化物の存在は、架橋に有用である。
奇数のCF単位を有するフッ素化二ヨウ化物は、困難であり、調製に費用がかかるものであった。奇数のCF単位を有するフッ素化二ヨウ化物は、ICFIをテトラフルオロエチレンと反応させることにより製造されているが、しかしながら、テトラフルオロエチレンは、取り扱いが困難である場合があり、ICFIは、容易に入手可能でない。近年、出願人は、奇数のCF単位を有する完全フッ素化二ヨウ化物の調製を発見した。米国特許出願第61/715,413号(2012年10月18日出願)で開示されるように、エチレンは、完全フッ素化ジヨード化合物に挿入されて、とりわけ、奇数の部分フッ素化ジヨード化合物を形成し、これは、ポリマー合成で使用することができる。
米国特許出願第61/715,413号(2012年10月18日出願)で開示されるものと同様の反応スキームを用いて、出願人は、フッ化ビニリデンの完全フッ素化ジヨード化合物への挿入が、ポリマー合成の性能が改善した部分フッ素化化合物をもたらすことができることを発見した。
以前に、フッ化ビニリデンは、フルオロカーボン一ヨウ化物と反応して、米国特許第2,975,220号で説明される低分子量ポリマーを与えており、これは、潤滑剤及び作動液として使用することができる。米国特許第6,150,565号は、CFの、フッ化ビニリデンを含むオレフィンとの反応を説明した。米国特許第6,610,790号は、パーフルオロヨードアルカンの、フッ化ビニリデンとの反応を説明し、これは次いで、更に反応されて部分フッ素化アルケン(例えば、CCHCFCH=CF)を形成する。
本開示では、VDFの完全フッ素化ジヨード化合物への挿入が、新しい小分子をもたらすことができること、及びこれは、フルオロポリマー合成で使用することができることが発見された。このような化合物は、連鎖移動剤、硬化部位モノマー、又は更には重合中のモノマーとして使用することができる。一実施形態では、本開示の硬化部位モノマーは、それらのエチレン挿入対応物と比較して、フルオロオレフィンコモノマーとより適合性である場合があり、速い反応速度及びより高い組み込みを可能にすることが発見されている。
本開示は、ヨウ素、炭素−炭素二重結合、又はこれらの組み合わせを含む、部分フッ素化化合物の調製を対象とする。
本開示では、フッ化ビニリデン置換パーフルオロジヨード化合物の製造プロセスが開示され、ここで、完全フッ素化ジヨード化合物は、フッ化ビニリデン(CH=CF)と反応して、部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物を形成する。部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物は次いで、脱ヨウ化水素されて、部分フッ素化ヨードアルケン化合物(すなわち、分子の1つの側に末端ヨウ素原子、及び分子の反対側に末端炭素−炭素二重結合を含む化合物)、及び部分フッ素化ジアルケン化合物(すなわち、分子の反対両側に2つの末端炭素−炭素二重結合を含む化合物)を形成することができる。
以下に、本開示の例示的な反応が示され、ここで、完全フッ素化ジヨード化合物出発物質は、式I(CFI(式中、aが、2よりも大きく、20以下の整数である(例えば、aは、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、又は20である))の完全フッ素化α,ω−ジヨードアルカンである。以下の反応スキームは、完全フッ素化α,ω−ジヨードアルカンで出発し、生ずる直鎖状アルカン及び直鎖状アルケン化合物を例示するが、方法I〜IIIで説明する化学反応は、他の完全フッ素化ジヨード化合物が使用される場合に同様に適用することができることに留意されたい。
方法I:
Figure 2016504446
方法II:
Figure 2016504446
方法III:
Figure 2016504446

上記に記載した反応スキームを、以下に、より詳細に説明する。
方法I
方法Iでは、完全フッ素化ジヨード化合物は、フッ化ビニリデン、VDFと反応して、部分フッ素化アルファ,オメガ−ジヨード化合物を形成する。
一実施形態では、完全フッ素化ジヨード化合物は、式ICFCFI(式中、Rが、二価の完全フッ素化連結基である)のα,ω−ジヨード完全フッ素化化合物である。α,ω−ジヨード完全フッ素化化合物は、市販で入手、又は本分野で既知の技術を用いて製造することができる。一実施形態では、パーフルオロジスルホニルフッ化物は、還元され、次いでヨウ素と反応して、例えば、米国特許出願第61/715,413号(2012年10月18日出願)で開示されるような完全フッ素化ジヨード化合物を形成することができ、当該出願は、参照により本明細書に援用される。別の実施形態では、α,ω−ジヨードパーフルオロアルカンは、例えば、米国特許出願第61/715,059号(2012年10月17日出願)で開示されるように、ヘキサフルオロプロピレンオキシドをヨウ素と反応させることにより製造することができ、当該出願は、参照により本明細書に援用される。あるいは、α,ω−ジヨードパーフルオロアルカンは、TFEテロメル化反応などのα,ω−ジヨードパーフルオロアルカンの既知の製造プロセスを含むプロセスにより製造することができる。しかしながら、テロメル化反応プロセスは、いくつかの場合に望ましいことがある奇数の炭素鎖長の形成を好まない場合がある。
一実施形態では、完全フッ素化ジヨード化合物は、環状基、並びに/又は分枝鎖状及び/若しくは懸垂ヘテロ原子を含む。典型的には、完全フッ素化連結基(R)は、少なくとも1、2、3、4、5、7、又は更には9個の炭素原子を含む。一実施形態では、完全フッ素化連結基は、直鎖状である。別の実施形態では、完全フッ素化連結基は、1〜5個の炭素原子、及び十分に大きい場合、環状基を有する分枝鎖状の基を含有することができる。代替の実施形態では、完全フッ素化連結基は、窒素、硫黄、又は酸素などの懸垂ヘテロ原子を含む。
例示的な完全フッ素化ジヨード化合物としては、式I(CFI(式中、aが、少なくとも3〜多くとも20の整数であり(すなわち、aは、3、4、5、6、7などであり)、例えば、I(CFI、I(CFI、I(CFI、I(CFI、I(CFI、及びI(CFIが挙げられる)のα,ω−ジヨードパーフルオロアルカンが挙げられる。
方法Iの反応では、フッ化ビニリデン(VDF、CF=CH)は、完全フッ素化ジヨード化合物に挿入される。VDFの挿入を達成するために、ラジカル形成化合物、光(例えば、紫外線照射)、及び/又は熱のいずれかが使用される。
例示的なラジカル形成化合物は、過酸化物又はアゾ化合物を含む。過酸化物は、例えば、有機過酸化物、例えば、ジアシル過酸化物、パーオキシエステル、ジアルキル過酸化物、及び過酸化水素を含む。アゾ化合物は、例えば、アゾイソブチロニトリル及びアゾ−2−シアノ吉草酸を含む。他のラジカル形成化合物は、金属又は、文献中で周知のリガンドを伴う金属複合体などの、電子供与体である。不飽和炭素−炭素結合を有する完全フッ素化ヨウ化物のこのような添加のための例示的な電子供与体は、Cu、Zn、Mg、Pd(0)、Fe、Ni、Pt(P(C、Ir(CO)H(P(C、Pb(C、及びRhCl(P(Cである。
一実施形態では、反応は、少なくとも10、25、50、100、又は更には125℃、多くとも140、150、200、又は更には220℃の温度で行うことができる。
一実施形態では、VDFとの反応は、ストレートで行われる。別の実施形態では、VDFとの反応は、溶媒の存在下で行われる。典型的な溶媒は、不活性溶媒、例えば、フッ素化溶媒、例えば、3M Co.(St.Paul,MN.)からの商品名「3M FLUORINERT ELECTRONIC LIQUID」及び「3M NOVEC ENGINEERED FLUID」として入手可能なものを含む。
一実施形態では、完全フッ素化ジヨード化合物対VDFの割合は、1:2.5〜2.5:1である。上記の方法Iの例示的な反応で示されるように、VDFの完全フッ素化ジヨード化合物への挿入を行う場合、1:1付加物(例えば、式I)又は1:2付加物(すなわち、1当量の完全フッ素化ジヨード化合物対2当量のVDF、例えば、式II)が形成され得る。VDF対完全フッ素化ジヨード化合物の割合は、特定の付加物を好むように調節してよい。例えば、1:1付加物の形成を有利にするためには、完全フッ素化ジヨード化合物対VDFの割合は、1:0.8〜1:1.1である。1:2付加物の形成を有利にするためには、完全フッ素化ジヨード化合物対VDFの割合は、1:1.8〜1:2.5である。加えて、反応条件(温度、反応時間、圧力、及び/又は撹拌スピードを含む)は、特定の付加物を好むように制御及び最適化してよい。
得られたVDF置換パーフルオロ二ヨウ化物(すなわち、部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物)は、既知の方法により、単離及び精製することができる。
得られた部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物の炭素数は、完全フッ素化ジヨード化合物出発物質中に存在する炭素数と、VDFからの2個の炭素とを足したものと同一である。それゆえ、上記に開示される方法Iは、開始出発物質の炭素長によって、奇数及び偶数の部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物の両方を生成するために使用してよい。例えば、α,ω−ジヨードパーフルオロアルカンが、3つのCF基を含む場合、得られる部分フッ素化α,ω−ジヨードアルカンは、4つのCF基及び1つのCH基を有するであろう。同様に、α,ω−ジヨードパーフルオロアルカンが、4つのCF基を含む場合、得られる部分フッ素化α,ω−ジヨードアルカンは、5つのCF基及び1つのCH基を有するであろう。更に、完全フッ素化ジヨード化合物が、−CFCF(CF)CF−の基を含む場合、得られる部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物は、−CFCF(CF)CF−の基及びCHCF基も含むであろう。
一実施形態では、方法Iのプロセスにより製造される部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物は、I(CFCHCFI、ICFCH(CFCHCFI(式中、xが、3、5、7、9、又は1から選択される奇数である)、及びこれらの式の組み合わせを含む。
一実施形態では、上記に説明されるプロセスにより製造される例示的な部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物は、I(CFCHCFI、I(CFCHCFI、I(CFCHCFI、ICFCH(CFCHCFI、ICFCH(CFCHCFI、ICFCH(CFCHCFI、及びこれらの組み合わせを含む。
一実施形態では、本開示の部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物は、ポリマー合成の連鎖移動剤として使用することができ、又は以下に説明されるように、他のフッ素化化合物を生成するために使用することができる。
本開示では、方法IからのVDF置換完全フッ素化二ヨウ化化合物は、非プロトン性有機溶液中で塩基又は塩基様化合物で更に処理されて、脱フッ化水素され得る。
方法II
方法IIでは、部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物は、脱ヨウ化水素されて、部分フッ素化ヨードアルケン化合物(すなわち、分子の1つの側に末端ヨウ素原子、及び分子の反対側に末端炭素−炭素二重結合を含む化合物)を形成する。このような部分フッ素化ヨードアルケン化合物は、硬化部位モノマーとして使用してよい。
方法IIでは、部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物は、方法Iからの1:1付加物であり、これは次いで、脱ヨウ化水素を受け、分子からHIを除去し、末端炭素−炭素二重結合を形成する。
一般的に、VDF置換パーフルオロジヨージドに対して少なくとも1モル当量の塩基又は塩基様化合物を、部分フッ素化ヨードアルケン化合物の形成を有利にするために使用するべきである。
塩基及び塩基様化合物は、本分野で既知のもの、例えば、メトキシド、KOH、NaOH、アルキルアミン、ジメチルホルムアミド中のLiClなどを含む。
一実施形態では、反応は、少なくとも10、20、23、25、30、又は更には35℃、多くとも70、80、90、100、150、200、又は更には220℃の温度で行うことができる。
一実施形態では、反応は、溶媒の存在下で行われる。典型的な溶媒は、例えば、非プロトン性有機溶媒、例えば、ブチルニトリル及びジメチルホルムアミドを含む。
得られた部分フッ素化末端ヨードアルケン化合物は、既知の方法により単離及び精製することができる。
一実施形態では、方法IIのプロセスにより製造される部分フッ素化ヨードアルケン化合物は、式(III)の化合物:I(CFCH=CF(式中、aが、2よりも大きく、20以下の整数である)を含む。一実施形態では、式IIIは、I(CFCH=CF(式中、aが、3〜11から選択される奇数(言い換えれば、3、5、7、9、又は11)である)である。
例示的な部分フッ素化ヨードアルケン化合物は、I(CFCH=CF(式中、yが、2よりも大きく、20以下の整数であり、例えば、I(CFCH=CF、I(CFCH=CF、I(CFCH=CF、I(CFCH=CF、及びこれらの組み合わせである)を含む。
一実施形態では、本開示の部分フッ素化末端ヨードアルケン化合物は、ポリマー合成で硬化部位モノマーとして使用することができる。
方法III
方法IIIでは、部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物は、脱ヨウ化水素されて、部分フッ素化ヨードアルケン化合物(すなわち、分子の1つの側に末端ヨウ素原子、及び分子の反対側に末端炭素−炭素二重結合を含む、化合物)、部分フッ素化ジアルケン化合物(すなわち、分子の反対両側に2つの末端炭素−炭素二重結合を含む化合物)、又はこれらの組み合わせを形成する。部分フッ素化ヨードアルケン化合物は、硬化部位モノマーとして使用することができ、一方、部分フッ素化ジアルケン化合物は、モノマーとして使用することができる。
方法IIIでは、部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物は、方法Iからの1:2付加物であり、これは次いで、脱ヨウ化水素を受け、分子からHIを除去し、末端炭素−炭素二重結合を形成する。方法IIIでは、これは、部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物の1つ又は両方の末端に起こり得る。
脱ヨウ化水素は、方法IIで上記に説明される、塩基又は塩基様化合物及び反応条件を用いて起こり得る。
上記方法IIIの例示的な反応で示されるように、脱ヨウ化水素を行う場合、部分フッ素化α,ω−ジヨード化合物(例えば、式II)の1つ又は両方の末端のいずれかを、脱ヨウ化水素し、例えば、式IV及びVに従う化合物をもたらすことができる。更に、塩基及び塩基様化合物対α,ω−ジヨード部分フッ素化化合物の割合は、特定の生成物を好むように調節することができる。例えば、式IVの形成を有利にするためには、1当量の塩基及び塩基様化合物に対するα,ω−ジヨード部分フッ素化化合物の割合は、1:0.8〜1:1.1である。式Vの形成を有利にするためには、その当量の塩基及び塩基様化合物に対するα,ω−ジヨード部分フッ素化化合物の割合は、1:1.8〜1:2.5である。
得られた部分フッ素化化合物は、既知の方法により単離及び精製することができる。
一実施形態では、方法IIIのプロセスにより製造された部分フッ素化ヨードアルケン化合物は、式(IV)の化合物:CF=CH(CFCHCFI(式中、aが、2よりも大きく、20以下の整数(例えば、3、4、6、8など)である)を含む。一実施形態では、式IVは、ICFCH(CFCH=CF(式中、aが、3〜11から選択される奇数(言い換えれば、3、5、7、9、又は11)である)である。
例示的な部分フッ素化ヨードアルケン化合物は、CF=CH(CFCHCFI(式中、xが、3〜11から選択される奇数(言い換えれば、3、5、7、9、又は11)である)を含む。例示的な部分フッ素化ヨードアルケン化合物は、ICFCH(CFCH=CF2、I CFCH(CFCH=CF、ICFCH(CFCH=CF2、ICFCH(CFCH=CF、及びこれらの組み合わせを含む。
別の実施形態では、部分フッ素化ジアルケン化合物は、方法IIIのプロセスにより製造され、例えば、式(V)の化合物:CF=CH(CFCH=CF(式中、aが、2よりも大きく、20以下の整数である)が挙げられる。一実施形態では、式Vは、CF=CH(CFCH=CF(式中、aが、3〜11から選択される奇数(言い換えれば、3、5、7、9、又は11)である)である。
例示的な部分フッ素化二アルケン化合物は、CF=CH(CFCH=CFを含み、yは、2よりも大きく20以下の整数である。例示的な部分フッ素化ジアルケン化合物は、CF=CH(CFCH=CF2、CF=CH(CFCH=CF、CF=CH(CFCH=CF2、CF=CH(CFCH=CF、及びこれらの組み合わせを含む。
一実施形態では、本開示の部分フッ素化末端ヨードアルケン化合物は、ポリマー合成で硬化部位モノマーとして使用することができ、本開示の部分フッ素化ジアルケン化合物は、ポリマー合成でモノマーとして使用することができる。
ポリマー合成
一実施形態では、本明細書で開示される化合物(例えば、式I、II、III、IV、及びVの化合物)は、フルオロポリマー重合で、個々に又は追加のフッ素化オレフィンと共に、のいずれかで、使用することができる。
フルオロポリマーの調製では、式I、II、III、IV、及び/又は式Vの化合物は、1つ以上のフッ素化オレフィンモノマー(複数可)と重合し、フルオロポリマー(言い換えれば、ポリマー主鎖に沿ってフッ素原子を含むポリマー)を形成することができる。
フッ素化オレフィンモノマーは、炭素−炭素二重結合を有し、少なくとも1個のフッ素原子を含むモノマーであり、それらの部分フッ素化化合物以外のそれらのモノマーは、本明細書で合成される。換言すれば、それらは、本明細書で開示される式III、IV、及びVに入るモノマーとは異なるモノマーである。フッ素化オレフィンモノマーは、完全フッ素化(又は完全にフッ素化)又は部分フッ素化(少なくとも1個の水素原子及び1個のフッ素原子を含む)され得る。
例示的な完全フッ素化オレフィンモノマーとしては、ヘキサフルオロプロペン(HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)、トリフルオロクロロエチレン(CTFE)、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)(PMVE)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)、パーフルオロ(メトキシプロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(エトキシメチルビニルエーテル)、CF=CFOCFCFCFOCF、CF=CFOCFOCFCFCF、CF=CFOCFOCFCF、CF=CFOCFOCF、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
例示的な部分フッ素化オレフィンモノマーとしては、フッ化ビニル(VF)、フッ化ビニリデン(VDF)、ペンタフルオロプロピレン(例えば、2−ヒドロペンタフルオロプロピレン)、トリフルオロエチレン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
フッ素化オレフィンモノマーに加えて、非フッ素化オレフィンモノマーを添加してもよい。例示的な非フッ素化オレフィンモノマーとしては、プロピレン、エチレン、イソブチレン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。一般的に、これらの追加のモノマーは、フルオロポリマーの25モルパーセント未満、好ましくは10モルパーセント未満、及び更には3モルパーセント未満で使用されるであろう。
本明細書に記載のフルオロポリマーは、フッ素化オレフィンモノマー及び任意選択で追加のモノマーの存在下で、本開示の部分フッ素化化合物を重合することにより得ることができる。水性乳化重合を含む、既知の重合技術を使用することができる。
水性乳化重合プロセスで使用するための反応槽は、典型的には、重合反応中に内部圧力に耐えることができる加圧可能な槽である。典型的には、反応槽は、反応器内容物の完全な混合を生み出す機械的撹拌器、及び熱交換システムを含む。フルオロモノマー(類)のいずれの量が反応槽に装填されてもよい。バッチ式、又は連続的若しくは半連続的な様式において、モノマーが装填されてもよい。モノマーがケトルに添加される独立した速度は、特定のモノマーの経時的な消費速度に依存する。好ましくは、モノマーの添加速度は、モノマーのポリマーへの変換である、モノマーの消費速度に等しい。
一実施形態では、以下の一般式に対応するフッ素化界面活性剤を使用することができ、
Y−R−Z−M
式中、Yは、水素、Cl、又はFを表し、Rは、4〜10個の炭素原子を有する直鎖状又は分枝鎖状完全フッ素化アルキレンを表し、Zは、COO又はSO を表し、Mは、アルカリ金属イオン又はアンモニウムイオンを表す。このようなフッ素化界面活性剤としては、フッ素化アルカン酸及びフッ素化アルカンスルホン酸、並びにこれらの塩、例えば、パーフルオロオクタン酸及びパーフルオロオクタンスルホン酸のアンモニウム塩が挙げられる。本明細書で記載されるポリマーの調製に使用するためにまた想到されるのは、次の一般式のフッ素化界面活性剤であり、
[R−O−L−COO
式中、Lは、直鎖状部分若しくは完全フッ素化アルキレン基又は脂肪族炭化水素基を表し、Rは、直鎖状部分若しくは完全フッ素化脂肪族基、又は1つ以上の酸素原子が割り込んだ直鎖状部分若しくは完全フッ素化基を表し、X は、価数iを有する陽イオンを表し、iは、1、2、及び3である。特定の実施例は、米国特許公開第2007/0015937号で説明され、当該公報は、参照により本明細書に援用される。
本明細書に記載されるポリマーの調製に使用するためにまた想到されるのは、米国特許第6,429,258号に記載されるような、フッ素化ポリエーテル界面活性剤である。
一実施形態では、重合は、乳化剤を実質的に含まない。このような乳化剤としては、フッ素化乳化剤、例えば、フッ素化アルカン酸及びその塩、フッ素化アルカンスルホン酸及びその塩、フルオロエトキシアルカン酸及びその塩、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。本明細書で使用される、乳化剤を実質的に含まないことは、分散体の総重量に対して0.05重量%、0.01重量%、若しくは更には0.001重量%未満の乳化剤しか存在しないこと、又は更には得られた分散体中で乳化剤が検出されないことを意味する。
連鎖移動剤がまた反応ケトルに装填されてもよい。一般的に、連鎖移動剤は、重合に添加され、伸長中のポリマー鎖の分子量を制御する。有用な連鎖移動剤は、C〜C炭化水素、例えば、エタン、アルコール、エーテル、脂肪族カルボン酸エステル及びマロン酸エステルを含むエステル、ケトン、並びにハロカーボンを含む。特に有用な連鎖移動剤は、ジアルキルエーテル、例えば、ジメチルエーテル及びメチルターシャリーブチルエーテルである。重合中に連続的又は半連続的な方式で、連鎖移動剤の添加がまた行われてもよい。例示的な連鎖移動剤としては、(i)C1〜C10 α,ω−ジヨードパーフルオロアルカン、(ii)I(CFCHCHI(式中、zが、2〜10の偶数である)、(iii)CH、(iv)I(CFCHI(式中、zが、2〜10の偶数である)、及び(v)これらの組み合わせが挙げられる。例示的な連鎖移動剤は、1,3−ジヨードパーフルオロプロパン、1,4−ジヨードパーフルオロブタン、1,6−ジヨードパーフルオロヘキサン、及び1,8−ジヨードパーフルオロオクタンを含む。
硬化部位モノマーも、反応ケトルに添加することができ、これは重合中にポリマーに組み込まれ、その後次にポリマー鎖を架橋する部位として使用される。このような硬化部位モノマーは、ニトリル含有基、臭素、及び/又はヨウ素を含むことができる。このような硬化部位モノマーは、本分野で知られ、例えば、ブロモジフルオロエチレン、ブロモトリフルオロエチレン、ヨードトリフルオロエチレン、1−ブロモ−2,2−ジフルオロエチレン、及び4−ブロモ−3,3,4,4−テトラフルオロブテン、CF=CFO(CFCN、CF=CFOCFCF(CF)OCFCFCN、CF=CFOCFCF(CF)OCFCF(CF)CN、CF=CFOCFCFCFOCF(CF)CN、CF=CFOCFCF(CF)OCFCFCN、並びにこれらの組み合わせを挙げることができる。
重合中に式III及び/又はIVの硬化部位モノマーを用いる場合、式I及び/若しくはIIの連鎖移動剤、並びに/又は(i)C1〜C10 α,ω−ジヨードパーフルオロアルカン、(ii)I(CFCHCHI(式中、zが、2〜10の偶数である)、(iii)CH、(iv)I(CFCHI(式中、zが、2〜10の偶数である)、及び(v)これらの組み合わせから選択される連鎖移動剤を使用することができる。
重合は、モノマーの初期装填後、反応開始剤又は反応開始剤系を水相に添加することにより、通常開始される。例えば、過酸化物は、フリーラジカル反応開始剤として使用され得る。過酸化物反応開始剤の具体例には、過酸化水素、ジアシル過酸化物、例えば、ジアセチル過酸化物、ジプロピオニル過酸化物、ジブチリル過酸化物、ジベンゾイル過酸化物、ベンゾイルアセチル過酸化物、ジグルタル酸過酸化物、及びジラウリル過酸化物、並びに更なる水溶性過酸及びそれらの水溶性塩、例えば、アンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩が挙げられる。過酸の例としては、過酢酸が挙げられる。過酸のエステルも同様に使用することができ、及びそれらの例には、ターシャリーブチルパーオキシアセテート、及びターシャリーブチルパーオキシピバレートが挙げられる。使用され得る反応開始剤の更なる部類は、水溶性アゾ化合物である。反応開始剤として使用するために好適なレドックス系には、例えば、パーオキソジサルフェートと亜硫酸水素塩若しくはジサルファイトとの組み合わせ、チオ硫酸とパーオキソジサルフェートとの組み合わせ、又はパーオキソ二硫酸塩とヒドラジンとの組み合わせが挙げられる。使用することができる更なる反応開始剤は、過硫酸塩、過マンガン酸又はマンガン酸あるいは2種以上のマンガン酸のアンモニウム塩、アルカリ塩、又はアルカリ土類塩である。用いられる反応開始剤の量は、重合混合物の全重量に基づいて、典型的には0.03〜2重量%、好ましくは0.05〜1重量%である。反応開始剤の全量が、重合の開始時に添加されてもよいし、又は反応開始剤は、重合中に連続的な方式で70〜80%変換するまで重合に添加することができる。また、反応開始剤の一部を開始時に添加し、残りを重合中に1回の又は別々の追加分として添加することができる。また、例えば、鉄、銅、及び銀の水溶性塩のような促進剤が添加されてもよい。
重合反応の開始中、密閉した反応ケトル及びその内容物は、都合良く反応温度まで予熱される。重合温度は、20℃から、30℃から、又は更には40℃からであってもよく、及び更には最大100℃、最大110℃、又は更には最大150℃であってもよい。重合圧力は、例えば、4〜30バール(0.4〜3MPa)、具体的には8〜20バール(0.8〜2MPa)の範囲であってよい。水性乳化重合系は更に、緩衝剤及び錯体形成剤のような助剤を含んでもよい。
重合の終わりに得られ得るポリマー固体の量は、典型的には少なくとも10重量%、又は更には少なくとも20重量%、及び最大40重量%、及び更には最大45重量%であり、並びに結果として生じるフルオロポリマーの平均粒度は、典型的には50nm〜500nmである。
重合後、ポリマー分散体は、本分野で知られるように固化及び洗浄され、ポリマーゴムを形成することができる。
一実施形態では、本開示のポリマーは、ポリマーゴムの総重量と比較して、少なくとも0.05、0.1、0.2、又は更には0.4重量%のヨウ素を含む。一実施形態では、本開示のポリマーゴムは、ポリマーゴムの総重量と比較して、多くとも0.5、0.75、1、又は更には1.5重量%のヨウ素を含む。
本開示のポリマーゴムは、部分フッ素化ポリマーである。本明細書で開示されるように、部分フッ素化ポリマーは、ポリマー主鎖上に、少なくとも1個の水素及び少なくとも1個のフッ素原子を含む。
例示的なフルオロポリマーとしては、TFE/プロピレンコポリマー、TFE/プロピレン/VDFコポリマー、VDF/HFPコポリマー、TFE/VDF/HFPコポリマー、TFE/PMVEコポリマー、TFE/CF=CFOCコポリマー、TFE/CF=CFOCF/CF=CFOCコポリマー、TFE/CF=C(OCコポリマー、TFE/エチルビニルエーテル(EVE)コポリマー、TFE/ブチルビニルエーテル(BVE)コポリマー、TFE/EVE/BVEコポリマー、VDF/CF=CFOCコポリマー、エチレン/HFPコポリマー、TFE/HFPコポリマー、CTFE/VDFコポリマー、TFE/VDFコポリマー、TFE/VDF/PMVE/エチレンコポリマー、及びTFE/VDF/CF=CFO(CFOCFコポリマーが挙げられる。
硬化
本開示の一実施形態では、本開示のフルオロポリマーは、有機過酸化物を含む過酸化物硬化剤で硬化することができる。多くの場合、パーオキシ酸素に結合した第三級炭素原子を有するターシャリーブチル過酸化物を使用することが好ましい。
例示的な過酸化物としては、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジクミル過酸化物、ジ(2−t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ジアルキル過酸化物、ビス(ジアルキル過酸化物)、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ターシャリーブチルパーオキシ)3−ヘキシン、ジベンゾイル過酸化物、2,4−ジクロロベンゾイル過酸化物、ターシャリーブチルパーベンゾエート、α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシ−ジイソプロピルベンゼン)、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキシルカーボネート、t−アミルパーオキシ2−エチルヘキシルカーボネート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジ[1,3−ジメチル−3−(t−ブチルパーオキシ)ブチル]カーボネート、パーオキシ炭酸、O,O’−1,3−プロパンジイルOO,O’O’−ビス(1,1−ジメチルエチル)エステル、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
使用される過酸化物硬化剤の量は、通常、フルオロポリマー100部当たり、少なくとも0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1、1.2、又は更には1.5、多くとも2、2.25、2.5、2.75、3、3.5、4、4.5、5、又は更には5.5重量部となる。
過酸化物硬化系では、多くの場合、架橋助剤を含むことが望ましい。当業者は、所望の物理的性質に基づいて従来の架橋助剤を選択することができる。代表的な架橋助剤として、トリ(メチル)アリルイソシアヌレート(TMAIC)、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリ(メチル)アリルシアヌレート、ポリ−トリアリルイソシアヌレート(ポリ−TAIC)、トリアリルシアヌレート(TAC)、キシリレン−ビス(ジアリルイソシアヌレート)(XBD)、N,N’−m−フェニレンビスマレイミド、ジアリルフタレート、トリス(ジアリルアミン)−s−トリアジン、亜リン酸トリアリル、1,2−ポリブタジエン、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、及びこれらの組み合わせが挙げられる。別の有用な架橋助剤は、式CH=CH−Rf1−CH=CH(式中、Rf1が、1〜8個の炭素原子からなるパーフルオロアルキレンであり得る)で表すことができる。このような架橋助剤は、最終硬化エラストマーの機械的強度を向上させる。それらは、一般的に、フルオロポリマー100部当たり、少なくとも0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、4.5、5、5.5、又は更には6、多くとも4、4.5、5、5.5、6、7、8、9、10、10.5、又は更には11重量部の量で使用される。
また、フルオロポリマー組成物は、エラストマー組成物の調製に通常用いられるタイプの広く様々な添加剤、例えば、顔料、充填剤(例えば、カーボンブラック)、細孔形成剤、及び当該技術分野において既知のものを含有してもよい。
金属酸化物は、従来、過酸化物硬化に用いられる。代表的な金属酸化物として、Ca(OH)、CaO、MgO、ZnO、及びPbOが挙げられる。一実施形態では、硬化可能なフルオロポリマーは、本質的に金属酸化物を含まない(すなわち、組成物は、フルオロエラストマー100部当たり1、0.5、0.25、0.1部未満、又は更には0.05部未満しか含まない)。一実施形態では、硬化可能なフルオロポリマーは、金属酸化物を含む。例えば、フルオロポリマー100部当たり少なくとも1.5、2、4、5、又は更には6部の金属酸化物。
本硬化プロセスでは、フルオロポリマーゴムを、必要量の過酸化物、架橋助剤、及び他の構成要素と共に、従来の手段、例えば、2本ロールミルで、高温にて化合する。次いで、フルオロポリマーゴムを加工し、(例えば、ホース又はホースライニングの形状に)成形、又は(例えば、Oリングの形状に)成型する。次に、成形物品を加熱して、ゴム組成物を硬化させ、硬化エラストマー物品を形成することができる。
硬化フルオロポリマーは、とりわけ、自動車、化学加工処理、半導体、航空宇宙産業、及び石油産業適用などの、高温及び/又は腐食性材料に曝露される系の、封止、ガスケット、及び成型部品として特に有用である。フルオロポリマーは、封止適用で使用することができるので、このポリマーが、圧縮下で良好なふるまいをすることが重要である。圧縮封止は、容易に圧縮され、かつ接合表面上で押し戻す合力を発達させるエラストマーの能力に基づく。ある材料が、この合力を広域な環境条件にわたり時間に応じて維持する能力は、長期安定性にとって重要である。熱膨張、応力緩和、及び熱エージングの結果、初期封止力は、時間と共に減衰するであろう。保持された封止力を測定することにより、様々な条件下、特に200℃、225℃、250℃、及び更には275℃などの高温条件下におけるエラストマー材の封止力保持性を評価することができる。
本開示の代表的実施形態としては、以下が挙げられる。
実施形態1:以下のものからなる群から選択される部分フッ素化化合物を含む、組成物。
(a)I(CFCHCFI、
(b)ICFCH(CFCHCFI、
(c)I(CFCH=CF
(d)CF=CH(CFCHCFI、及び
(e)CF=CH(CFCH=CF
[式中、xが、3〜11から選択される奇数であり、yが、2よりも大きい整数である]からなる群から選択される部分フッ素化化合物、を含む、組成物。
実施形態2.以下の反応物:
(a)実施形態1の部分フッ素化化合物から選択される第1の化合物、及び
(b)フッ素化オレフィンモノマーを含む第2の化合物
の重合反応生成物を含む、ポリマー組成物。
実施形態3.第2の化合物が、ヘキサフルオロプロピレン、トリフルオロエチレン、フルオロエチレン、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(メトキシプロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(エトキシメチルビニルエーテル)、クロロトリフルオロエチレン、及びこれらの組み合わせから選択される、実施形態2に記載のポリマー組成物。
実施形態4.反応物が、(c)連鎖移動剤を更に含み、連鎖移動剤が、C1〜C10 α,ω−ジヨードパーフルオロアルカン、I(CFCHCHI(式中、zが、2よりも大きい整数である)、CH、I(CFCHCFI(式中、zが、2よりも大きい整数である)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態2又は3のいずれか1つに記載のポリマー組成物。
実施形態5.連鎖移動剤が、1,3−ジヨードパーフルオロプロパン又は1,4−ジヨードパーフルオロブタンである、実施形態4に記載のポリマー組成物。
実施形態6.x又はyのうちの少なくとも1つが、3である、実施形態2〜5のいずれか1つに記載のポリマー組成物。
実施形態7.反応物が、(d)非フッ素化オレフィンモノマーを更に含む、実施形態2〜6のいずれか1つに記載のポリマー組成物。
実施形態8.ポリマー組成物が、0.05〜1重量%のヨウ素を含む、実施形態2〜7のいずれか1つに記載のポリマー組成物。
実施形態9.硬化された、実施形態2〜8のいずれか1つに記載のポリマー組成物を含む、物品。
実施形態10.ポリマーを製造する方法であって、
(c)部分フッ素化化合物及びI(CFCH=CF(式中、yが、実施形態1に記載の2よりも大きい整数である)を含む第1のフッ素化オレフィンモノマー、第2のフッ素化オレフィンモノマー、並びに、反応開始剤を提供することと、
(d)反応開始剤の存在下で、第1及び第2のフッ素化オレフィンモノマーを重合して、ポリマーを形成することと、を含む、方法。
実施形態11.ポリマーを製造する方法であって、
(a)部分フッ素化化合物及びCF=CH(CFCH=CF(式中、yが、実施形態1に記載の2よりも大きい整数である)を含む第1のフッ素化オレフィンモノマー、第2のフッ素化オレフィンモノマー、並びに、反応開始剤を提供することと、
(b)反応開始剤の存在下で、第1及び第2のフッ素化オレフィンモノマーを重合して、ポリマーを形成することと、を含む、方法。
実施形態12.連鎖移動剤の存在下での重合を更に含む、実施形態10〜11のいずれか1つに記載の方法。
実施形態13.連鎖移動剤が、1,3−ジヨードパーフルオロプロパン又は1,4−ジヨードパーフルオロブタンである、実施形態12に記載の方法。
実施形態14.第2のフッ素化オレフィンモノマーが、ヘキサフルオロプロピレン、トリフルオロエチレン、フルオロエチレン、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(メトキシプロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(エトキシメチルビニルエーテル)、クロロトリフルオロエチレン、及びこれらの組み合わせから選択される、実施形態10〜13のいずれか1つに記載の方法。
実施形態15.第1及び第2のフッ素化オレフィンモノマーが、乳化重合で重合する、実施形態10〜14のいずれか1つに記載の方法。
実施形態16.重合ステップが、実質的に乳化剤を含まず、乳化剤が、フッ素化アルカン酸及びその塩、フッ素化アルカンスルホン酸及びその塩、フルオロエトキシアルカン酸及びその塩、並びにこれらの組み合わせから選択される、実施形態10〜15のいずれか1つに記載の方法。
実施形態17.部分フッ素化化合物を製造する方法であって、式I(CFIで表される分子を1,1−ジフルオロエチレンと反応させて、I(CFCHCFI(式中、xが、3〜11から選択される奇数である)を形成すること含む、方法。
実施形態18.I(CFCHCFIを脱ヨウ化水素して、式I(CFCH=CF(式中、xが、3〜11から選択される奇数である)の部分フッ素化ヨードアルケン化合物を形成することを更に含む、実施形態17に記載の方法。
実施形態19.部分フッ素化化合物を製造する方法であって、式I(CFIで表される分子を1,1−ジフルオロエチレンと反応させて、ICF−CH(CFCHCFI(式中、yが、2よりも大きい整数である)を形成すること含む、方法。
実施形態20.ICF−CH(CFCHCFIを脱ヨウ化水素して、(i)式CF=CH(CFCHCFIの部分フッ素化ジエン化合物、(ii)式CF=CH(CFCH=CF(式中、yが、2よりも大きい整数である)の部分フッ素化ジエン化合物、及び(iii)これらの組み合わせを形成することを更に含む、実施形態19に記載の方法。
本開示の利点及び実施形態を以下の実施例によって更に例示するが、これら実施例において列挙される特定の材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に制限するものと解釈されるべきではない。これらの実施例では、比率、割合、及び比は全て、特に断らない限り重量に基づいたものである。
全ての材料は、特に断らない又は明らかでない限り、例えば、Sigma−Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI)又は当業者に知られる業者から市販されているものである。
以下の略語は、以下の実施例で使用される。g=グラム、min=分、mol=モル、hr=時間、mL=ミリリットル、wt=重量。
Figure 2016504446
H/19F−NMR特性評価
Varian VNMRS 400 FT−NMR分光計(Varian Inc.,Palo Alto,CA)を、5mm逆検出勾配プローブで約22〜23℃の温度で操作して用いて、1D及び2D FT−NMRスペクトルを得て、組成分析に使用した。
硬化レオロジー
硬化レオロジー試験は、未硬化の化合試料を使用して、レオメータ(Alpha Technology,A Dynisco Company(Akron,OH)のAlpha Technology RPA 2000のMoving Die Rheometer(MDR)モード)を用いて、ASTM D5289−95に従い、177℃、予熱なし、経過時間12分、及び0.5度arcで実施した。最小トルク(ML)、及び平坦域又は最大トルク(MH)が得られない場合は特定の期間中に到達する最も高いトルクの両方を測定した。トルクがMLを2単位超えて増加する時間(ts2)、トルクがML+0.5(MH−ML)に等しい値に達する時間(t’50)、及びトルクがML+0.9(MH−ML)に達する時間(t’90)、並びにMH及びMLにおけるタンデルタ(δ)もまた測定した。結果を表1に報告する。
物理的特性
ムーニー粘度又はコンパウンドムーニー粘度は、ASTM D1646−06 TYPE Aに従って、MV 2000装置(Alpha Technologies(Ohio,USA)から入手可能)で、大型ローター(ML 1+10)を用いて121℃にて測定した。結果はムーニー単位で報告されている。
実施例1:HFPOからの1,3−ジヨードヘキサフルオロプロパンの調製
300mLのHastelloy B−2オートクレーブ(Superpressure Division of Newport Scientific Inc.(Jessup,MD)から市販される)に、24.5gのヨウ素及び2.5gのニッケル触媒を装填した。オートクレーブに窒素を装填し、3回排気した。オートクレーブをドライアイスで冷却し、58gのHFPOを装填した。オートクレーブをロッカに入れ、そこで170℃まで12時間加熱した。オートクレーブを室温まで冷却させ、その後、生成した気体を通気し、36gの色の濃い液体を得た。粗混合物を、19F及びH NMR(核磁気共鳴)により分析し、以下の結果を得た。I−CF−I(0.0036絶対重量%)、I−(CF−I(<0.00005%)、I−(CF−I(92.2%)、I−(CF−I(0.41%)、I−(CF−I(5.4%)、I−(CF−I(0.27%)、及び少量の様々な他のモノヨード及びジヨード化合物、部分フッ素化化合物、酸フッ化物、カルボン酸、アルケンなど。
実施例2:FSOSOFからの1,4−ジヨードオクタフルオロブタンの調製
パーフルオロブタンジスルホニルフッ化物、FSOSOF、186g(0.5モル)を、メカニカルスターラー、コンデンサ、滴下ロート、及び熱電対で装備した3リットル3頚丸底フラスコ中で、600g 2−プロパノール中の76g(2.0モル)水素化ホウ素ナトリウムへの添加により還元した。添加速度は3時間にわたり、反応温度を40℃未満に維持しながら行った。添加後、反応を75℃まで1時間加熱した。反応を25℃まで冷却し、298gの33%硫酸を添加し、続いてろ過してHOSOCSOH溶液を得た。3リットル3頚丸底フラスコに、ヨウ素300g(1.19モル)、過硫酸ナトリウム282g(1.19モル)、500g蒸留水、及び500gの2−プロパノールを装填し、撹拌し、55℃まで加熱した。HOSOCSOH溶液を1時間にわたり添加した。添加後、反応を75℃まで加熱し、1時間保持した。生成物及び溶媒の蒸留を、ポット混合物を108℃まで加熱することにより、レシーバ中に回収した。生成物と溶媒との混合物を亜硫酸ナトリウム(70gの10%水溶液)で処理し、薄黄色溶液を得た。追加の水を添加して、低級位相を形成するフッ素化学物質を得、このフッ素化学生成物を100gの蒸留水で2回洗浄した。減圧蒸留により、1,4−ジヨードオクタフルオロブタン、I−C−I、147g(0.33モル)を得、これは、85℃/100torr(85℃/13kPa)の沸点を有し、F及びHNMRにより66%収率であることが確認された。
実施例3:CF=CH−C−Iの調製
600mlのParr(商標)反応器を排気し、1,3−ジヨードヘキサフルオロプロパン、I−C−I、250g(0.62モル)(実施例1から製造される)、及びt−ブチル−2−エチルヘキサノエート過酸化物12g(0.06モル)を装填し、撹拌した。反応器を75℃まで加熱し、1,1−ジフルオロエチレン、30g(0.47モル)を40psi(平方インチ当たりのポンド)(0.28MPa(メガパスカル))で4時間にわたり添加し、20時間反応させた。反応器を25℃まで冷却し、269gの生成混合物を反応器から排出させた。減圧蒸留により、ICFCHI、126g(0.27モル)を得、これは125℃/90torr(125℃/12kPa)減圧で沸騰する。より高い煮沸分留は、主にICFCHCHCFI、46g(0.09モル)を含有した。トリブチルアミン、95g(0.51モル)を装填し、2時間にわたり添加される126g(0.27モル)ICFCHIと反応させた。反応温度は45℃に達し、25℃まで冷却した後、250gの20% HSOを添加した。90℃/90torr(90℃/12kPa)減圧での減圧蒸留により、水、並びに約91%のCF=CH(CFI、4.1%のCF=CH(CFCH=CF、1.0%のCFCH(CFI、1.0%のCF=CH(CFCHCFH、及び0.3%のI(CFIを含有する混合物を蒸留して取り出した。1−ヨード1,1,2,2,3,3,5,5−オクタフルオロペンテン、ICCH=CF、64g(0.19モル)は、94℃の沸点を有し、1,1−ジフルオロエチレンに基づいて40%収率で単離された。内部CFClの19FNMR化学シフト(−)ppm高磁場,ICF2(a)CF2(b)CF2(c)CH=CF2(d,e),a:−58.1,t/t;b:−115.5,m;c:−106.9,m;d:−71.2,d/t;e:−72.7,d/t;内部TMSの1HNMR(+)ppm低磁場,−CH(f)=CF2,f:4.67,d/t。
実施例4 CF=CH−C−Iの調製
600mlのParr(商標)反応器を排気し、1,4−ジヨードオクタフルオロブタン、I−C−I、398g(0.88モル)(実施例2から製造される)、及びt−ブチル−2−エチルヘキサノエート過酸化物38g(0.18モル)を装填し、撹拌した。反応器を72℃まで加熱し、1,1−ジフルオロエチレン、30g(0.47モル)を40psi(0.28MPa)で6時間にわたり添加し、20時間反応させた。反応器を25℃まで冷却し、439gの生成混合物を反応器から排出させた。減圧蒸留により、ICFCHI、159g(0.31モル)を得、これは105℃/17torr(105℃/2.3kPa)減圧で沸騰する。追加の減圧蒸留により、ICFCHCHCFI、87g(0.16モル)を得、これは150℃/1torr(150℃/0.1kPa)減圧で沸騰する。トリブチルアミン、83g(0.44モル)を装填し、2時間にわたり添加される117g(0.23モル)のICFCHIと反応させた。反応温度は38℃に達し、25℃まで冷却した後、250gの20% HSOを添加した。90℃/90torr(90℃/12kPa)減圧での減圧蒸留により、水、並びに約94.1%のCF=CH(CFI、1.7%のCF=CH(CFCH=CF、0.8%のCFCH(CFI、0.6%のCFCH=(CFI、及び0.4%のI(CFIを含有する混合物を蒸留して取り出した。1−ヨード−1,1,2,2,3,3,4,4,6,6−デカフルオロヘキセン、ICCH=CF、56g(0.14モル)は、126℃の沸点を有し、1,1−ジフルオロエチレンに基づいて30%収率で単離された。内部CFClの19FNMR化学シフト(−)ppm高磁場,ICF2(a)CF2(b)CF2(c)CF2(d)CH=CF2(e,f),a:−58.8,t/t;b:−113.0,m;c:−123.3;d:−108.6;e:−71.0,d/m;f:−72.2,d/m;内部TMSの1HNMR(+)ppm低磁場,−CH(g)=CF2,g:5.85,d/q。
実施例5 CF=CH−C−Iの調製
600mlのParr(商標)反応器を排気し、1,4−ジヨードオクタフルオロブタン、I−C−I、375g(0.83モル)(実施例2から製造される)を装填し、撹拌した。反応器を206℃まで加熱し、1,1−ジフルオロエチレン、52g(0.81モル)を98psi(0.68MPa)で11時間にわたり添加し、1時間反応させた。反応器を25℃まで冷却し、410gの生成混合物を反応器から排出させた。減圧蒸留により、ICFCHI、152g(0.29モル)を得、これは105℃/17torr(105℃/2.3kPa)減圧で沸騰する。トリブチルアミン98g(0.52モル)を装填し、1時間にわたり添加される145g(0.28モル)のICFCHIと反応させた。反応温度は53℃に達し、25℃まで冷却した後、150gの33% HSOを添加した。混合物を撹拌し、位相分割した。底部生成物相に、100gの蒸留水を添加した。90℃/90torr(90℃/12kPa)減圧での減圧蒸留により、水、及び1−ヨード−1,1,2,2,3,3,4,4,6,6−デカフルオロヘキセン、ICCH=CF、76g(0.19モル)を蒸留して取り出し、これは1,1−ジフルオロエチレンに基づいて24%収率であった。
実施例6 CF=CH−C−CH=CFの調製
トリブチルアミン、83g(0.44モル)を装填し、1時間にわたり添加される87g(0.16モル)のICFCHCHCFI(実施例4から製造される)と反応させた。反応温度は48℃に達し、25℃まで冷却した後、250gの20% HSOを添加した。90℃/90torr(90℃/12kPa)減圧での減圧蒸留により、水、並びに約60.9%のCF=CH(CFCH=CF、20.2%のCF=CH(CFI、8.2%のCFCF(CFI、及び0.05%のI(CFIを含有する混合物を蒸留して取り出した。1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,8,8−ドデカフルオロオクトジエン、CF=CH−CCH=CF、25g(0.08モル)は、92℃の沸点を有し、単離された。内部CFCl3の19FNMR化学シフト(−)ppm高磁場,CF2(a,b)=CHCF2(c)CF2(d)CF2(d)CF2(c)CH=CF2(a,b),a:−71.4,d/m;b:−72.6,d/m;c:−108.6,m;d:−124.0,m;内部TMSの1HNMR(+)ppm低磁場,−CH(g)=CF2,g:4.64,d/t。
実施例7 フルオロエラストマーの調製
4リットルの反応器に、2,250グラムの水、2グラムの過硫酸アンモニウム(APS,(NH4)2S2O8)、及び8グラムのリン酸水素二カリウムの50%水溶液(K2HPO4)、3.5グラムのHFE−7500、並びに上記実施例3で製造された、約91%のCF=CH(CFI、4.1%のCF=CH(CFCH=CF、1.0%のCFCH(CFI、1.0%のCF=CH(CFCHCFH、及び0.3%のI(CFIを含有する混合物を含む、3.5グラムの単離生成物を装填した。反応器を排気し、減圧を解除し、25psi(0.17MPa)になるまで窒素を加圧した。この減圧及び加圧を3回繰り返した。酸素を除去した後、反応器を80℃まで加熱し、減圧を解除し、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)で40psi(0.28MPa)まで加圧した。次に、反応器に、テトラフルオロエチレン(TFE)、フッ化ビニリデン(VDF)、及び上記に説明されるヘキサフルオロプロピレン(HFP)を装填し、反応器の圧力を200psi(1.38MPa)にした。TFE、VDF、及びHFPの事前に入れた全量は、それぞれ、25.8グラム、78.9グラム、及び243.6グラムであった。反応器を650rpmで撹拌した。重合反応でモノマーが消費されて反応器の圧力が低下するのに伴い、TFE、VDF、及びHFPを反応器に連続して供給して、圧力を200psi(1.38MPa)に維持した。HFP/VDF及びTFE/VDFの割合は、それぞれ、重量で0.61及び0.23であった。4.5時間後に、モノマーの供給を停止させ、反応器を冷却した。得られた分散体は、固形物含有率31.2重量%及びpH 3.3を有した。分散体粒径は240nmであり、分散体の総量は3,873グラムであった。
固化のために、上記に説明されるように製造した942gの分散体を、2,320mLの1.25重量% MgCl水溶液に添加した。固化物をチーズクロスを通して濾過することによって、かつゆっくりと絞って余分な水を除去することによってクラムを回収した。クラムを固化用容器へ戻し、脱イオン水にて全3回濯いだ。最後のすすぎ及び濾過の後で、クラムを130℃の炉内で16時間にわたって乾燥させた。得られたフルオロエラストマー未加工ゴムは、121℃にて53のムーニー粘度を有した。FT−IR分析によると、フルオロエラストマーは、16.0重量%のTFEの共重合化単位、48.9重量%のVDFの共重合化単位、及び33.2重量%のHFPの共重合化単位を含有していた。フッ素含有率は67.8重量%であった。
フルオロエラストマー化合物を、15cm(6”)2本ロールミルを用いて、上記からの100部のフルオロエラストマー未加工ゴムを、30部のN990カーボンブラック、2部の2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)−ヘキサン、及び3部のTAICと化合することにより調製した。
試料の硬化レオロジーを、Alpha Technology RPA 2000のMDR(Moving Die Rheometer)モード、及びASTM D 5289−95に記載された手順を使用して、未硬化、化合混合物を試験することにより調べた。フルオロエラストマー化合物は良好な硬化特性を示し、90%硬化時間(t’90)は0.1.6分であり、デルタトルク(MH−ML)は8.1ポンド−インチ(9.2dNm)であった。試験結果を表1に要約する。
Figure 2016504446
本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく本発明に予測可能な改変及び変更を行い得ることは当業者には明らかであろう。本発明は、説明を目的として本出願に記載される実施形態に限定されるべきではない。参照により本明細書に援用したいずれかの文書内での本明細書と本開示との間の不一致及び矛盾が存在する限りにおいては、本明細書が優先する。

Claims (10)

  1. (f)I(CFCHCFI、
    (g)ICFCH(CFCHCFI、
    (h)I(CFCH=CF
    (i)CF=CH(CFCHCFI、及び
    (j)CF=CH(CFCH=CF
    [式中、xが、3〜11から選択される奇数であり、yが、2よりも大きい整数である]からなる群から選択される部分フッ素化化合物、を含む、組成物。
  2. 以下の反応物、
    (a)請求項1に記載の部分フッ素化化合物から選択される第1の化合物、及び
    (b)フッ素化オレフィンモノマーを含む第2の化合物、
    の重合反応生成物を含む、ポリマー組成物。
  3. 第2の化合物が、ヘキサフルオロプロピレン、トリフルオロエチレン、フルオロエチレン、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(メトキシプロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(エトキシメチルビニルエーテル)、クロロトリフルオロエチレン、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項2に記載のポリマー組成物。
  4. 前記反応物が、(c)連鎖移動剤を更に含み、
    前記連鎖移動剤が、C1〜C10 α,ω−ジヨードパーフルオロアルカン、I(CFCHCHI[式中、zが、2よりも大きい整数である。]、CH、I(CFCHCFI[式中、zが、2よりも大きい整数である。]、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項2又は3に記載のポリマー組成物。
  5. x又はyのうちの少なくとも1つが、3である、請求項2〜4のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
  6. 硬化された、請求項2〜5のいずれか一項に記載のポリマー組成物を含む、物品。
  7. ポリマーを製造する方法であって、
    (a)部分フッ素化化合物及びI(CFCH=CF[式中、yが、請求項1に記載の2よりも大きい整数である。]を含む第1のフッ素化オレフィンモノマー、第2のフッ素化オレフィンモノマー、並びに、反応開始剤を提供することと、
    (b)前記反応開始剤の存在下で、前記第1及び第2のフッ素化オレフィンモノマーを重合して、ポリマーを形成することと、を含む、方法。
  8. ポリマーを製造する方法であって、
    (a)部分フッ素化化合物及びCF=CH(CFCH=CF[式中、yが、請求項1に記載の2よりも大きい整数である。]を含む第1のフッ素化オレフィンモノマー、第2のフッ素化オレフィンモノマー、並びに、反応開始剤を提供することと、
    (b)前記反応開始剤の存在下で、前記第1及び第2のフッ素化オレフィンモノマーを重合して、ポリマーを形成することと、を含む、方法。
  9. 部分フッ素化化合物を製造する方法であって、
    式I(CFIで表される分子を1,1−ジフルオロエチレンと反応させて、I(CFCHCFI[式中、xが、3〜11から選択される奇数である。]を形成することを含む、方法。
  10. 部分フッ素化化合物を製造する方法であって、
    式I(CFIで表される分子を1,1−ジフルオロエチレンと反応させて、ICF−CH(CFCHCFI[式中、yが、2よりも大きい整数である。]を形成することを含む、方法。
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