JP2022050308A - 含フッ素重合体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】1,2-ジフルオロエチレンに由来する構造を有する新規な重合体及びその製造方法を提供する。【解決手段】下記一般式(1)で表される構造単位を一部又は全部として有し、ガラス転移温度が100℃以上であることを特徴とする含フッ素重合体。JPEG2022050308000030.jpg3987【選択図】 なし

Description

本開示は、含フッ素重合体及びその製造方法に関する。
含フッ素重合体は極めて多くの分野において使用されている重合体である。このような重合体を製造するための単量体としては、テトラフルオロエチレン、ビニリデンフルオライド、ヘキサフロロプロピレン等が周知である。
1,2-ジフルオロエチレンは、その製造方法が特許文献1に開示されている。更に、非特許文献1に、当該化合物及びこれを使用した重合体が開示されている。
国際公開2019/216239号
Poly(vinylene fluoride)、 Synthesis and Properties W.S. Durrell et. al. Journal of Polymer Scienece: Part A Vol.3,P2975-2982 (1965)
本開示は、1,2-ジフルオロエチレンに由来する構造を有する新規な重合体及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
本開示は、下記一般式(1)で表される構造単位を一部又は全部として有し、ガラス転移温度が100℃以上であることを特徴とする含フッ素重合体である。
Figure 2022050308000001
上記含フッ素重合体は、重量平均分子量が、5000~5000000であることが好ましい。
本開示は、下記一般式(1)で表される構造単位、
Figure 2022050308000002
及び、下記一般式(2)で表される構造単位
Figure 2022050308000003
(Rは、水素、フッ素、一部若しくは全部がフッ素化された炭素数5以下の炭化水素基、又は、OR基(R基は、一部若しくは全部がフッ素化された炭素数5以下の炭化水素基。R,R,Rは、それぞれ独立し水素又はフッ素である)を有することを特徴とする含フッ素重合体でもある。
上記一般式(2)で表される構造単位は、下記一般式(3)~(8)で表される構造単位からなる群より選択される少なくとも1の構造単位であることが好ましい。
Figure 2022050308000004
上記含フッ素重合体は、重量平均分子量が、5000~5000000であることが好ましい。
本開示は、下記一般式(1)で表される構造単位を一部又は全部として有し、非晶性であることを特徴とする含フッ素重合体でもある。
Figure 2022050308000005
上記非晶性の含フッ素重合体は、一般式(1)で表される構造単位及びヘキサフルオロプロピレンに由来する構造単位を有し、ガラス転移温度が35℃以上であることが好ましい。
上記非晶性の含フッ素重合体は、一般式(1)で表される構造単位の割合が70~92mol%であることが好ましい。
上記非晶性の含フッ素重合体は、一般式(1)で表される構造単位、並びに、1225,1234,1243及び1252(いずれも、アシュレイ番号で、異性体を含む)からなる群から選択される少なくとも1の不飽和化合物に由来する構造単位を有し、
ガラス転移温度が35℃以上であることが好ましい。
上記非晶性の含フッ素重合体は、一般式(1)で表される構造単位が0.1~92mol%であることが好ましい。
上記非晶性の含フッ素重合体は、一般式(1)で表される構造単位、及び、下記一般式(20)
Figure 2022050308000006
(R~RはH,Fから選択されRfは炭素数1~6の含フッ素アルキル基)
で表される構造単位を有し、ガラス転移温度が35℃以上であることが好ましい。
上記一般式(20)で表される構造単位は、下記一般式(7)~(9)で表される構造単位のうち、少なくとも1であることが好ましい。
Figure 2022050308000007
上記非晶性の含フッ素重合体は、一般式(1)で表される構造単位の割合が70~92mol%であることが好ましい。本開示は、上述したいずれかの重合体を汎用溶媒に溶解させたものであることを特徴とする樹脂溶液でもある。
本開示は、下記一般式(10)で表される単量体を一部又は全部とする単量体組成物を重合させる工程を有することを特徴とする上述した含フッ素重合体の製造方法でもある。
Figure 2022050308000008
本開示の重合体は、特定の構成単位を有するものであり、ホモ重合体とすることも、共重合体とすることもできる。その他のフッ素系単量体とも幅広い重合比で容易に共重合することから、種々の物性を有する重合体を得ることができる。本開示の第一の重合体は、新規な重合体であり、高いガラス転移温度を有し、汎用有機溶媒への溶解性を有するという利点を有するものである。本開示の第二の重合体は、新規な重合体であり、1,2-ジフルオロエチレンとその他の単量体とを任意の割合で共重合させた共重合体である。このような重合体は、その重合比によって種々の物性を変化させることができる。例えば、耐薬品性に優れる樹脂や、汎用有機溶媒への溶解性を有する重合体等を得ることができる。本開示の第三の重合体は、新規な重合体であり、非晶性であり、汎用有機溶媒への溶解性を有するという利点を有するものである。
以下、本開示を詳細に説明する。本開示は、下記一般式(1)で表される構造を有するホモポリマー又は共重合体である。
Figure 2022050308000009
上記一般式(1)で表される構造は、下記一般式(10)
Figure 2022050308000010
で表される構造を有する化合物を単量体として使用した重合によって得られる構造である。一般式(10)で表される化合物は、公知化合物であるが、従来は、主に冷媒としての使用について検討されており、重合単量体としての検討はほとんど行われていない。
上記一般式(1)で表される構造単位を有する重合体は、100℃以上という高Tgの樹脂とすることができ、このような性質を利用して、ポリビニリデンフルオライドのような低Tgの重合体とは異なる用途に使用することが期待できる。
更に、その他の単量体と一般的な方法で共重合体を得ることができる。さらに、その共重合割合も容易に変化させることができる。このような手法によって、樹脂の各種物性を調整するための共重合成分として使用することもできる。例えば、テトラフルオロエチレンと共重合させる場合、任意の割合で共重合成分としての1,2-ジフルオロエチレンを共重合成分として導入することができる。これによって、樹脂の融点・結晶化度等の性質を適宜調整することができる。
なお、本開示の共重合体は、一般には汎用溶媒への溶解性に優れるものであるが、共重合体の組成によっては、汎用溶媒には溶解しない樹脂となる場合もある。例えば、テトラフルオロエチレン、ビニリデンフルオライド等に低い共重合割合で1,2-ジフルオロエチレンを共重合させた場合がこれに該当する。このような重合体は、汎用溶媒に溶解するという効果は奏さないものの、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等が本来有する耐薬品性等の効果を損なうことなく、樹脂の性質を調整することができるという効果を奏するものである。
更に、本開示の重合体は、アセトン等の汎用の有機溶媒に溶解させることができる。一般的な公知のフッ素含有重合体は、汎用の有機溶媒に溶解させることができない。しかし、本開示の重合体は、汎用の有機溶媒に溶解させることができるものとすることができるため、コスト等の観点から、汎用の有機溶媒を使用する必要があるような用途においても使用することができる。
更に、本開示の重合体は、共重合体とした場合に非晶性の重合体とすることができる。このような非晶性の含フッ素重合体は、透明性、塗装性、接着性等において優れた性能を有するため、このような性能が必要とされる用途において、特に好適に使用することができる。
なお、上述した非特許文献1においては、上記一般式(10)で表される単量体又はこれを含有する単量体組成物を原料として使用した重合反応によって重合体を得ることが開示されている。しかし、当該非特許文献1中においては、重合体のガラス転移温度が50℃程度である旨の記載が存在する。一方、本開示者らは、純度が高い単量体を製造し、これを重合することによって、上記一般式(1)で表される構造を有する化合物のホモ重合体は、ガラス転移温度が100℃以上であることを見出すに至った。非特許文献1の重合体は、ガラス転移温度が50℃程度である旨の記載がなされていることから、本開示の重合体と同一のものが得られていないことは明らかであり、本開示の重合体とは明確に相違する。
非特許文献1では、純度が高い単量体を得ることができない。したがって、本開示と同様の重合体を得ることができない。本発明者らの検討によると、非特許文献1における合成方法によって一般式(10)で表される化合物を合成すると、フッ化ビニリデン等の各種不純物が発生する。更に、非特許文献1においては、前駆体の純度が90%であることから、このような前駆体中の不純物に由来する成分も発生する。非特許文献1においては、ドライアイストラップ(-78℃)で不純物を除去する旨の記載が存在する。しかし、このような方法では、高沸点化合物は除去することができない。上述したように、非特許文献1においては、重合体のガラス転移温度が50℃程度である旨の記載が存在していることも考慮すれば、非特許文献1においては、高純度のモノマーを得ることができておらず、したがって、ガラス転移温度が100℃以上であるような重合体は開示されていない。
下記合成例でもあるように、上記一般式(10)で表される単量体を主成分とする重合体は、フッ化ビニリデンが3.5%含まれているだけでTgが86℃まで下がる。先行文献法で作製されたモノマーは前駆体の純度が90%以上のものを使用してもVDFや1122といった副生成物が35%以上生成する。したがって、重合体1とするためには、純度が高いモノマーを使用することが好ましい。更に、重合体2においても、このような純度が高いモノマーを使用して製造することによって、組成を安定したものとすることができ、所定の物性を有する重合体を安定して得られる点で好ましい。
更に、本開示の含フッ素重合体が、以下の重合体2、重合体3である場合は、上記一般式(10)で表される単量体が純度の低いものであると、共重合成分が樹脂中に導入されにくいことがある。すなわち、仕込み量以下の低い割合でしか、単量体が重合体中に含まれなくなる場合がある。これに対して、純度が高い単量体を使用すると、容易に共重合成分を樹脂中に導入できる点で好ましい。
本開示の含フッ素重合体は、非晶性のものとすることもできるのは、上述した通りである。この場合、共重合成分を所定の割合で重合体中に導入することが求められる。このような目的を達するためにも、原料として、純度が高いモノマーを使用することが好ましい。
上記点を踏まえ、本開示においては、以下の重合体1~3のいずれの場合も、単量体として純度が99.5質量%以上(より好ましくは、99.8質量%以上、最も好ましくは、99.9質量%以上)である一般式(10)で表される化合物を原料として使用して、得られたものであることが好ましい。
本開示の重合体は、上記一般式(1)で表される構造単位を有するものであり、更に具体的には、以下の3つの重合体である。
(重合体1) 上記一般式(1)で表される構造単位を有し、ガラス転移温度が100℃以上である。
(重合体2) 上記一般式(1)で表される構造単位、及び、下記一般式(2)で表される構造単位を有する。
(重合体3) 上記一般式(1)で表される構造単位を有し、非晶性である。
なお、上記の3つの重合体の複数の条件を満たす重合体も存在するが、このようなものも、本開示に包含される。
例えば、非晶性である重合体1や非晶性である重合体2、ガラス転移温度が100℃以上である重合体2といったものも、本開示の対象である。以下、これらについてそれぞれ詳述する。
(重合体1)
本開示の重合体1は、上記一般式(1)で表される構造を有し、ガラス転移温度が100℃以上である重合体である。すなわち、上記一般式(1)で表される構造のみからなるポリマーであるか、上記一般式(1)で表される構造単位を有する共重合体のうち、ガラス転移温度が100℃以上であるものを意味する。
なお、本明細書において、ガラス転移温度は、実施例に示した条件におけるDSCによって測定した値である。
上記ガラス転移温度の上限は特に限定されるものではないが、200℃以下であることがより好ましく、150℃以下であることが更に好ましい。
本開示の重合体1は、上述した一般式(10)で表される単量体の重合又は一般式(10)で表される単量体を必須成分とする単量体組成物の重合によって得ることができる。
なお、上述した一般式(10)で表される単量体は、トランス体(E体)とシス体(Z体)とが存在する。
Figure 2022050308000011
よって、トランス体のみを原料として使用した場合、シス体のみを原料として使用した場合、これらの混合物を原料として使用した場合とで、その立体配置に相違を生じる。本開示の重合体1は、ガラス転移温度が100℃以上であれば、これらのいずれであってもよい。また、これらの任意の割合の混合物であってもよい。
本開示の重合体1は、上記一般式(1)で表される構造のみからなる重合体であってもよいし、その他の単量体を併用した共重合体であってもよい。なお、使用する共重合成分の種類及びその使用量は、ガラス転移温度に影響を与えるものであるから、その使用については、ガラス転移温度を考慮し、決定する必要がある。
なお、上記一般式(1)で表される構造単位のみからなる重合体1は、原料モノマーにおけるシス体、トランス体の存在割合によって若干の差を有するが、100~150℃の範囲内のものとなる。
本開示の重合体1は、ホモポリマーであってもよいし、ガラス転移温度が100℃以上となる範囲で、共重合成分を使用するものであってもよい。なお、ホモポリマーとする場合は、上述した一般式(1)で表される構造単位を99.5モル%以上の割合で含有するものであることが好ましい。上記構造単位は、99.8モル%以上であることが更に好ましく、99.9モル%以上であることが最も好ましい。
本開示の重合体1は、ガラス転移温度が100℃以上となる範囲内であれば、共重合成分に由来する構造単位を有す共重合体であってもよい。本開示の重合体1において、併用することができる共重合成分としては、特に限定されず、例えば、上記他の単量体としては、テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(エ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)、クロロトリフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロイソブテン、フッ化ビニル、エチレン、プロピレン及びアルキルビニルエーテルからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
本開示の重合体1は、その共重合成分の使用量を特に限定されるものではないが、99モル%以下であることがより好ましく、98モル%以下であることが更に好ましく、95モル%以下であることが最も好ましい。
本開示の重合体1は、重合体中のF/H比が50%(モル比)以上であることが好ましい。上記F/H比が50%未満であると、熱分解温度が低くなり、樹脂をフィルムやチューブなどに成形する際にガスが発生してしまい、成形しにくくなる可能性がある。また、熱分解することで樹脂が着色してしまうという点で好ましくないものである。上記F/H比の下限は、50%以上であることがより好ましく、55%以上であることが更に好ましい。上記F/H比の上限は、95%(モル比)であることがより好ましく、90%であることが更に好ましく、80%であることが最も好ましい。
本開示の重合体1は、重量平均分子量が、5000~5000000であることが好ましい。上記範囲内とすることで、耐熱分解性と成形加工という点で好ましいものである。上記上限は、3000000であることがより好ましく、2000000であることが更に好ましい。上記下限は、8000であることがより好ましく、10000であることが更に好ましい。本開示の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)によって測定した値である。
本開示の重合体1は、汎用溶媒に溶解させることができるという利点を有する。公知のフッ素系重合体は、汎用溶媒への溶解が困難であり、樹脂溶液として使用する場合は、溶解能が特に優れた特殊な溶媒への溶解を行うことが必要であった。このため、高価な溶媒を使用することによるコスト上昇等の問題を生じる場合がある。本開示の重合体1は、汎用溶媒への良好な溶解能を有することから、コストという観点からみて、特に好ましいものとなる。本開示の重合体1を溶解することができる汎用溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。
本開示の重合体1を汎用溶媒に溶解させた樹脂溶液とする場合、樹脂濃度を1.0~10.0質量%とすることが好ましい。上記樹脂濃度の下限は、2.0質量%であることがより好ましく、2.5質量%であることが更に好ましい。上記樹脂濃度の上限は、9.0質量%であることがより好ましく、8.0質量%であることが更に好ましい。
(重合体2)
上記重合体2は、上記一般式(1)で表される構成単位に加え、下記一般式(2)で表される構造単位を有するものである。
Figure 2022050308000012
(Rは、水素、フッ素、一部若しくは全部がフッ素化された炭素数5以下の炭化水素基、又は、OR基(R基は、一部若しくは全部がフッ素化された炭素数5以下の炭化水素基。R,R,Rは、それぞれ独立し水素又はフッ素である)を有する)
上記一般式(2)で表される構造単位としては、水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されていてもよいエチレン性単量体に由来する構造、水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されていてもよいプロピレン性単量体に由来する構造単位、水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されていてもよいブテン性単量体に由来する構造単位、水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されていてもよいペンテン性単量体に由来する構造単位等を挙げることができる。本開示の含フッ素重合体は、2種以上の共重合構造単位を併用するものであってもよい。
水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されていてもよいエチレン性単量体に由来する構造としては、具体的には、エチレン、ビニリデンフルオライド、テトラフロロエチレン、フッ化ビニル、1,1,2-トリフルオロエチレン等を挙げることができる。
水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されたプロピレン性単量体に由来する構造単位としては、1270,1261,1252,1243,1234,1225などがあげられる。水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されていてもよいブテン性単量体に由来する構造単位としては、1390,1381,1372,1363,1354,1345,1336,1327,1318などがあげられる。水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されていてもよいペンテン性単量体としては、R600,R600a,ノナハイドロフルオロペンテン,1492,1483,1474,1465,1456,1447,1438,1429,パーフルオロペンテンなどがあげられる。なお、これらはすべてアシュレイ番号である。
水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されたプロピレン性単量体に由来する構造単位としては、アシュレイ番号で1216(ヘキサフロロプロピレン)、1225、1234,1243,1252が特に好ましい。このような構造単位としては、下記一般式(11)~(16)で表されるものを好適に挙げることができる。
Figure 2022050308000013
(式中、Rf~Rfは、1~3のフッ素を有するフルオロメチル基を表す)
上記一般式で表される構造を与える化合物として、具体的には、2,3,3,3‐テトラフルオロプロペン(HFO-1234yf)、(Z又はE-)1,3,3,3‐テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze)、(Z又はE-)1,2,3,3,3‐ペンタフルオロプロペン(HFO-1225ye)、(Z又はE-)1,1,3,3,3‐ペンタフルオロプロペン(HFO-1225zc)及び(Z又はE-)3,3,3‐トリフルオロプロペン(HFO-1243zf)等を挙げることができる。
一般式(2)で表される構造単位は、
Figure 2022050308000014
(R~RはH,Fから選択されRfは炭素数1~6の含フッ素アルキル基)
であってもよい。
上記一般式(20)で表される構造単位は、フッ素化ビニルエーテル化合物に由来する構造単位である。上記フッ素化ビニルエーテル化合物としては特に限定されず、パーフルオロメチルビニルエーテル(下記一般式(7))、パーフルオロエチルビニルエーテル(下記一般式(8))、パーフルオロプロピルビニルエーテル(下記一般式(9))等を挙げることができる。
Figure 2022050308000015
本開示の重合体(B)において、上述した一般式(2)で表される構造単位のうち、特に好適に使用することができるものは、下記一般式(3)~(8)で表される構造単位である。
Figure 2022050308000016
上記一般式(3)で表される構造は、テトラフルオロエチレンに由来する構造単位であり、一般式(4)で表される構造は、ビニリデンフルオライドに由来する構造単位である。更に、一般式(5)で表される構造は、パーフルオロビニルメチルエーテルに由来する構造単位であり、一般式(5)で表される構造は、CH=CFCFに由来する構造単位である。一般式(6)で表される構造は、ヘキサフルオロプロピレンに由来する構造単位である。一般式(7)で表される構造は、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)に由来する構造単位である。一般式(8)であらわあれる構造は、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)に由来する構造単位である。
これらは、フッ素含有単量体として公知の化合物である。本開示の重合体2は、これらを重合体としたポリテトラフルオロエチレンやポリビニリデンフルオライドといった、汎用的なフッ素樹脂に対して、共重合成分として一般式(1)で表される構造を使用した重合体、又は、一般式(1)で表される構造を主たる骨格とする重合体に対して、上記一般式(2)で表される構造単位によって変性したものである。
これらの重合体2は、ガラス転移温度は特に限定されるものではなく、100℃未満のものであってもよい。上記重合体2のガラス転移温度は、好ましくは、-20~99.9℃である。
本開示の重合体2は、上記一般式(1)で表される構造単位及び/又は上記一般式(2)で表される構造単位を、1~99モル%の割合で含有することが好ましい。当該範囲内のものとすることで、結晶化度を任意に調整できるという点で好ましい。上記下限は、2モル%であることがより好ましく、5モル%であることが更に好ましい。上記上限は、98モル%であることがより好ましく、95モル%であることが更に好ましい。
本開示の重合体2は、更に、上記一般式(2)で表される構造単位以外の共重合成分に由来する構造単位を有するものであってもよい。当該共重合成分としては特に限定されずクロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロイソブテン等を挙げることができる。
上記一般式(2)で表される構造単位以外の共重合成分の使用量を特に限定されるものではないが、99モル%以下であることがより好ましく、98モル%以下であることが更に好ましく、95モル%以下であることが最も好ましい。
本開示の重合体2は、重合体中のF/H比が50%(モル比)以上であることが好ましい。上記F/H比が50%未満であると、熱分解温度が低くなり、樹脂をフィルムやチューブなどに成形する際にガスが発生してしまい、成形しにくくなる可能性がある。また、熱分解することで樹脂が着色してしまうという点で好ましくないものである。上記F/H比の下限は、50%以上であることがより好ましく、55%以上であることが更に好ましい。上記F/H比の上限は、95%(モル比)であることがより好ましく、90%であることが更に好ましく、80%であることが最も好ましい。
本開示の重合体2は、重量平均分子量が、5000~5000000であることが好ましい。上記範囲内とすることで、耐熱分解性と成型加工性という点で好ましいものである。上記上限は、3000000であることがより好ましく、2000000であることが更に好ましい。上記下限は、8000であることがより好ましく、10000であることが更に好ましい。
本開示の重合体2は、汎用溶媒に溶解させることができるものとすることができる。上述したように、一般式(1)で表される構造単位を有する重合体は、汎用溶媒への溶解能を有するものである。したがって、重合体2においても、一般式(1)で表される構造単位を高い割合で含有するものとした場合には、汎用溶媒に溶解させることができる。当該汎用溶媒としては特に限定されず、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン等を挙げることができる。
本開示の重合体2を汎用溶媒に溶解させた樹脂溶液とする場合、樹脂濃度を1.0~10.0質量%とすることが好ましい。上記樹脂濃度の下限は、2.0質量%であることがより好ましく、2.5質量%であることが更に好ましい。上記樹脂濃度の上限は、9.0質量%であることがより好ましく、8.0質量%であることが更に好ましい。
(重合体3)
上述した一般式(1)で表される構造を有する重合体は、その組成を調製することで、非晶性である重合体とすることもできる。
本開示において、「非晶性」であるとは、実施例において記載した測定方法によるX線結晶回折によって算出される結晶化度が0.5%以下であることを意味する。なお、ここでの測定条件は、以下の実施例で記載した通りの条件である。上記結晶化度は、0%であることがより好ましい。
本開示の非晶性含フッ素重合体は、ガラス転移温度が35℃以上であることが好ましい。ガラス転移温度は、40℃以上であることがより好ましく、50℃以上であることが更に好ましい。
本開示の非晶性含フッ素重合体は、上記一般式(1)で表される化学構造及び、共重合体成分に由来する構造を有するものであり、併用する共重合体成分に由来する構造の種類、その配合量等によって結晶化度を低下させることができる。
なお、重合体3が重合体1及び/又は重合体2の性質を兼ね備えたものであってもよいことは、上述した通りである。以下に、非晶性含フッ素重合体の具体的な組成を以下に例示する。なお、重合体3は、上述した要件を満たすものであればよく、以下に示す重合体(A)~重合体(C)に限定されるものではない。
(一般式(1)で表される構造単位及びヘキサフルオロプロピレンに由来する構造単位を有し、ガラス転移温度が35℃以上である非晶性含フッ素重合体)
共重合体成分としてヘキサフルオロプロピレンを使用した非晶性含フッ素重合体とすることができる。この場合、ガラス転移温度を35℃以上とするものである。以下、このような重合体を重合体(A)と記す。
重合体(A)は、非晶性の含フッ素重合体としての優れた性能を有するものである。また、以下に詳述する各種用途においては、ガラス転移温度が35℃以上であることが要求され、このような用途に対応できる点で優れた性能を有するものである。
重合体(A)は、一般式(1)で表される構造単位を重合体全量に対して、86~90mol%の割合で含有することが好ましい。上記下限は、87mol%であることがより好ましい。
重合体(A)はヘキサフルオロプロピレンに由来する構造単位を重合体全体に対して、8.0~30.0mol%の割合で有することが好ましい。上記下限は、10.0mol%であることが好ましく、上記上限は、20.0mol%であることが好ましい。
重合体(A)は、更に、発明の効果を損なわない範囲で、一般式(1)で表される構造単位、ヘキサフルオロプロピレンに由来する構造単位以外のその他の構造単位(A)を有する重合体であってもよい。上記その他の構造単位(A)は、重合体全量に対して、90モル%以下の割合であることが好ましく、上記その他の構造単位(A)を含有せず、一般式(1)で表される構造単位及びヘキサフルオロプロピレンに由来する構造単位のみからなる重合体であっても差し支えない。
上記その他の構造単位(A)としては特に限定されず、共重合可能な任意の不飽和重合性単量体を使用することができる。例えば、上記一般式(2)で表される化合物のうちヘキサフルオロプロピレン以外の化合物、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン及びアルキルビニルエーテル等に由来する構造を例示することができる。
上記重合体である重合体(A)は、ガラス転移温度が35℃以上のものである。このようなガラス転移温度を有するものとすることで、以下で詳述する各種の用途での使用に適した物性を有するものとなる点で好ましい。
(一般式(1)で表される構造単位、並びに、1225,1234,1243及び1252からなる群から選択される少なくとも不飽和化合物に由来する構造単位の共重合物を有し、ガラス転移温度が35℃以上である非晶性含フッ素重合体)
このような非晶性含フッ素重合体を重合体(B)と記す。
重合体(B)における「1225、1234,1243,1252」は、アシュレー番号によってあらわされた構造を意味し、具体的には下記一般式(11)~(16)のいずれかで表される構造を有する単量体単位からなる群より選択される少なくとも1つの共重合単位であることが好ましい。
Figure 2022050308000017
(式中、Rf~Rfは、1~3のフッ素を有するフルオロメチル基を表す)
上記一般式で表される構造を与える化合物として、具体的には、2,3,3,3‐テトラフルオロプロペン(HFO-1234yf)、(Z又はE-)1,3,3,3‐テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze)、(Z又はE-)1,2,3,3,3‐ペンタフルオロプロペン(HFO-1225ye)、(Z又はE-)1,1,3,3,3‐ペンタフルオロプロペン(HFO-1225zc)及び(Z又はE-)3,3,3‐トリフルオロプロペン(HFO-1243zf)等を挙げることができる。
重合体(B)は、一般式(1)で表される構造単位を重合体全量に対して、0.1~90mol%の割合で含有することが好ましい。
重合体(B)は1225,1234,1243及び1252からなる群から選択される少なくとも不飽和化合物に由来する構造単位を重合体全体に対して、8.0~99.9mol%の割合で有することが好ましい。上記下限は、10.0mol%であることが好ましい。
重合体(B)は、更に、発明の効果を損なわない範囲で、一般式(1)で表される構造単位、「1225、1234,1243,1252」に由来する構造単位以外のその他の構造単位(B)を有する重合体であってもよい。上記その他の構造単位(B)は、重合体全量に対して、90モル%以下の割合であることが好ましく、上記その他の構造単位(A)を含有せず、一般式(1)で表される構造単位及び「1225、1234,1243,1252」に由来する構造単位のみからなる重合体であっても差し支えない。
上記その他の構造単位(B)としては特に限定されず、共重合可能な任意の不飽和重合性単量体を使用することができる。例えば、上記一般式(2)で表される化合物のうちヘキサフルオロプロピレン以外の化合物、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン及びアルキルビニルエーテル等に由来する構造を例示することができる。
上記重合体である重合体(B)は、ガラス転移温度が35℃以上のものである。このようなガラス転移温度を有するものとすることで、以下で詳述する各種の用途での使用に適した物性を有するものとなる点で好ましい。
(一般式(1)で表される構造単位、及び、上記一般式(20)で表される構造単位を有し、ガラス転移温度が35℃以上である非晶性含フッ素重合体)
このような非晶性含フッ素重合体を重合体(C)と記す。
一般式(20)で表される構造単位は、
Figure 2022050308000018
(R~RはH,Fから選択されRfは炭素数1~6の含フッ素アルキル基)
である。
上記一般式(20)で表される構造単位は、フッ素化ビニルエーテル化合物に由来する構造単位である。上記フッ素化ビニルエーテル化合物としては特に限定されず、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等を挙げることができる。
このような上記フッ素化ビニルエーテル化合物構造単位としては特に限定されるものではないが、例えば、下記一般式(7)~(9)で表される構造単位のうち、少なくとも1であることが好ましい。
Figure 2022050308000019
重合体(C)は、一般式(1)で表される構造単位を重合体全量に対して、75~90mol%の割合で含有することが好ましい。
重合体(C)は上記一般式(20)で表される構造単位を重合体全体に対して、8.0~30.0mol%の割合で有することが好ましい。上記下限は、10.0mol%であることが好ましく、上記上限は、25.0mol%であることが好ましい。
重合体(C)は、更に、発明の効果を損なわない範囲で、一般式(1)で表される構造単位、一般式(20)で表される構造単位以外のその他の構造単位(C)を有する重合体であってもよい。上記その他の構造単位(C)は、重合体全量に対して、90モル%以下の割合であることが好ましく、上記その他の構造単位(A)を含有せず、一般式(1)で表される構造単位及び一般式(20)で表される構造単位のみからなる重合体であっても差し支えない。
上記その他の構造単位(C)としては特に限定されず、共重合可能な任意の不飽和重合性単量体を使用することができる。例えば、上記一般式(2)で表される化合物のうち一般式(20)で表される化合物以外の化合物、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン及びアルキルビニルエーテル等を例示することができる。
上記重合体(C)は、ガラス転移温度が35℃以上のものである。このようなガラス転移温度を有するものとすることで、以下で詳述する各種の用途での使用に適した物性を有するものとなる点で好ましい。
本開示の重合体3は、重合体中のF/H比が50%(モル比)以上であることが好ましい。上記F/H比が50%未満であると、熱分解温度が低くなり、樹脂をフィルムやチューブなどに成形する際にガスが発生してしまい、成形しにくくなる可能性がある。また、熱分解することで樹脂が着色してしまうという点で好ましくないものである。上記F/H比の下限は、50%以上であることがより好ましく、55%以上であることが更に好ましい。上記F/H比の上限は、95%(モル比)であることがより好ましく、90%であることが更に好ましく、80%であることが最も好ましい。
本開示の重合体3は、重量平均分子量が、5000~5000000であることが好ましい。上記範囲内とすることで、耐熱分解性と成型加工性という点で好ましいものである。上記上限は、3000000であることがより好ましく、2000000であることが更に好ましい。上記下限は、8000であることがより好ましく、10000であることが更に好ましい。
本開示の重合体3は、汎用溶媒に溶解させることができるものとすることができる。上述したように、一般式(1)で表される構造単位を有する重合体は、汎用溶媒への溶解能を有するものである。したがって、重合体3においても、一般式(1)で表される構造単位を高い割合で含有するものとした場合には、汎用溶媒に溶解させることができる。当該汎用溶媒としては特に限定されず、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン等を挙げることができる。
本開示の重合体3を汎用溶媒に溶解させた樹脂溶液とする場合、樹脂濃度を1.0~10.0質量%とすることが好ましい。上記樹脂濃度の下限は、2.0質量%であることがより好ましく、2.5質量%であることが更に好ましい。上記樹脂濃度の上限は、9.0質量%であることがより好ましく、8.0質量%であることが更に好ましい。
(重合方法)
本開示の重合体1~3は、下記一般式(10)
Figure 2022050308000020
で表される単量体を一部又は全部とする単量体組成物を重合させる工程によって得ることができる。上記一般式(10)で表される化合物は公知化合物であり、例えば、特許文献1に記載した方法によって製造することができる。
上記一般式(10)で表される化合物は、純度が99.5質量%以上であるものを使用して重合を行うことが好ましい。純度が99.8質量%以上がより好ましく、純度が99.9質量%以上がさらに好ましい。純度が99.9質量%以上である一般式(10)で表される化合物は、その製造方法を特に限定されるものではなく、例えば、分取ガスクロマトグラフィ、多段階式の精留によって行う方法等を挙げることができる。
上記重合体1においては、このように高純度である単量体を使用することによって、100℃以上という高いガラス転移温度を有する重合体が得られ、このような重合体は新規なものであることは上述した通りである。
上記重合体2及び3も、同様に純度が99.9質量%以上の単量体(10)を原料として使用することで得られたものであることが好ましい。このような単量体を使用することで、意図しない構成単位を含むことによって、所定の樹脂が得られないこと、安定して均一な物性を有する樹脂が得られなくなる等の問題を防ぐことができる。
更に、不純物を多く含有する一般式(10)で表される単量体を使用すると、共重合成分が共重合体に取り込まれにくくなり、これによって所望の樹脂が得られなくなるという問題もある。具体的には、例えば、ヘキサフロロプロピレンとの共重合を行う場合、非特許文献1においては、ほとんどヘキサフロロプロピレン単位は重合体中に取り込まれないとされている。しかし、本発明者らが行った実験によると、純度が高い単量体を原料として使用すると、ヘキサフロロプロピレンと一般式(10)で表される単量体の共重合体を得ることができる。
このように、純度が高い単量体を使用することで、純度が低い単量体を使用した場合と比較して共重合の傾向が相違することが明らかとなった。これによって、非特許文献1とは相違する新たな組成の重合体を得ることができる。
上記重合体1~3の製造方法は特に限定されるものではなく、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等の任意の一般的な重合方法によって行うことができる。これらの重合において使用する溶媒、乳化剤、開始剤なども特に限定されず、一般的な公知のものを使用することができる。
重合後の処理も任意の一般的な方法によって行うことができ、必要に応じて、得られた重合体を汎用溶媒に溶解して、樹脂溶液とすることができる。
本開示の含フッ素樹脂は、光学材料、建材、半導体関連材料、ディスプレイ関連材料、自動車材料、船舶材料、航空機材料、発電関連材料、積層体、コート剤、生活レジャー用品等の分野において好適に使用することができる。
上記光学材料としては、例えば、光学部品、眼鏡レンズ、光学レンズ、光学セル、DVD用ディスク、フォトダイオード、反射防止材料、マイクロレンズアレイ等が挙げられる。
上記建材としては、例えば、例えばショーウインドウ、ショーケースや、膜構造建築物(運動施設、園芸施設、アトリウム等)の膜材、屋根材、天井材、外壁材、内壁材、被覆材等があげられる。また、膜構造建築物の膜材だけではなく、例えば、屋外使用板材として、防音壁、防風フェンス、越波柵、車庫天蓋、ショッピングモール、歩行路壁、ガラス飛散防止フィルム、耐熱・耐水シート、テント倉庫のテント材、日よけ用膜材、明かり取り用の部分屋根材、ガラスに替わる窓材、ガラス代替等の開口部材、炎仕切り用膜材、カーテン、外壁補強、防水膜、防煙膜、不燃透明仕切り、道路補強、インテリア(照明、壁面、ブランド等)、エクステリア(テント、看板等)、規模温室、膜材(屋根材、天井材、外壁材、内壁材等)を挙げることができる。
上記電子材料としては、プリント配線基板、セラミック配線基板などの配線基板、電子材料(プリント基板、配線基板、絶縁膜、離型膜等)、フィルムコンデンサー、電子・電気部品、家電外装、精密機械部品等を挙げることができる。
上記半導体関連材料としては、半導体素子の保護膜(たとえば、層間絶縁膜、バッファーコート膜、パッシベーション膜、α線遮蔽膜、素子封止材、高密度実装基板用層間絶縁膜、高周波素子用防湿膜(たとえば、RF回路素子、GaAs素子、InP素子等の防湿膜。)、ペリクル膜、フォトリソグラフィー、バイオチップ等を挙げることができる。
上記ディスプレイ関連材料としては、ディスプレイ、タッチパネル、各種ディスプレイ(たとえば、PDP、LCD、FED、有機EL、プロジェクションTV。)等の表面保護膜、エレクトロウェッティング用の表面、画像形成物品等を挙げることができる。上記自動車材料としては、幌、制振材、ボディ等を挙げることができる。
上記発電関連材料としては、太陽電池、固体高分子形燃料電池用の電解質材料の中間体、静電誘導型変換素子(例えば、振動型発電機、アクチュエータ、センサ等)、発電装置、マイクロフォン等の静電誘導型変換素子に用いられるエレクトレット、太陽電池モジュールの表面材料、太陽熱発電用のミラー保護材、ソーラー温水器の表面材等、光起電力技術等を挙げることができる。上記積層体としては、ポリイミド等の熱可塑性樹脂と積層したフィルムを挙げることができる。
コート剤としては、撥水コート、離型剤、低反射コート、防汚コート、非粘着コート、防水・防湿コート、絶縁膜、耐薬品コート、エッチング保護膜、低屈折率膜、撥インクコート、ガスバリア膜、パターン化された機能膜、ディスプレイ用カラーフィルターの表面保護膜、太陽電池カバーガラス用防汚・反射防止膜、潮解性結晶やリン酸系ガラスの防湿・反射防止コート、位相シフトマスク、フォトマスクの表面保護・防汚コート、液浸リソグラフィ用フォトレジストの撥液コート、コンタクトリソマスクの離型コート、ナノインプリントモールドの離型コート、半導体素子や集積回路のパッシベーション膜、回路基板やLED等発光素子の銀電極のガスバリア膜、液晶表示素子の液晶配向膜、磁気記録媒体の潤滑コート、ゲート絶縁膜、エレクトロウェッティング原理を用いたデバイス、エレクトレット膜、MEMSプロセスの耐薬品コーティング、医療器具の防汚コート、マイクロフルイディクス技術を利用したデバイスの耐薬・防汚・耐バイオ・撥液コート、光学フィルター多層膜コートの低屈折材料、親水撥水パターニングの撥水性材料、パターン化された光学素子等を挙げることができる。
上記生活レジャー用品としては、釣りざお、ラケット、ゴルフクラブ、映写幕等を挙げることができる。
以下、本開示を実施例に基づいて具体的に説明する。以下の実施例においては特に言及しない場合は、「部」「%」はそれぞれ「質量部」「質量%」を表す。
(一般式(10)で表される単量体)
以下の各実施例において使用する際の1,2-ジフルオロエチレンE体は、純度99.9質量%以上のものであった。なお、純度は、GC/MSによって不純物のピークが現れないことを確認し、99.9質量%とした。なお、特許文献1の実施例に従って製造を行い、分取ガスクロマトグラフィによって分離を行うことで、高純度の単量体を得た。
(重合方法)
以下の各合成例に沿った重合方法によってポリマーを重合した。
得られた重合体について、以下の評価基準に基づいて評価を行った。
(アセトン溶解性)
各合成例から得られた樹脂1gに9gのアセトンを加えてスターラーを用いて撹拌した。1時間後に残存物が無いことを確認した場合、溶解したとみなした。
(組成分析)
共重合体組成は、溶液NMR法、もしくは溶融NMR法により測定した。
<溶液NMR法>
測定装置:バリアン社製 VNMRS400共鳴周波数:376.04(Sfrq)パルス幅:30°<溶融NMR法>測定装置:ブルカージャパン社製 AVANCE300 共鳴周波数:282.40[MHz] パルス幅:45°
(分子量)数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)〕 GPC法により測定した結果に基づき、標準ポリスチレンを基準として分子量を計算した。ポリマーの種類に応じて、下記方法にて測定した。GPC装置:TOSOH HLC-8020 カラム:Shodex GPC806M 2本、GPC801,802 各1本
展開溶媒:テトラヒドロフラン〔THF〕
試料濃度:0.1質量%
測定温度:40℃
GPC装置:TOSOH AS-8010、CO-8020およびSIMADZURID-10Aカラム:GMHHR-H 3本展開溶媒:ジメチルホルムアミド〔DMF〕試料濃度:0.05質量%
測定温度:40℃
(示差走査熱量測定(DSC)) 示差走査熱量計(メトラー・トレド社製、DSC822e)を用い、試料10mgを10℃/分で昇温することによりDSC曲線を得て、DSC曲線の二次転移前後のベースラインの延長線と、DSC曲線の変曲点における接線との交点を示す温度をガラス転移温度とした。
(結晶化度)
共重合体の粉体を150℃で圧縮成形し、厚み0.2mmのシート状の成形品を得た。
得られたシート状の成形品を全自動多目的X線回折装置(SmartLab:リガク株式会社製)を用いて、以下の条件で測定した。・測定角度:10~30°(光源:Cu/Kα、波長:1.5418Å)
また、半値幅が2以上の17.0~18.5°のピークトップを非晶部、それ以外のピークトップを結晶部とし、各々のピークを波形分離した後、各々のピーク面積を下記式(1)にて結晶化度を算出した。
結晶化度(%):結晶部/(結晶部+非晶部)×100 (1)
ポリマー合成例1
内容積1.8リットルのオートクレーブに、脱イオン水1,330g、メチルセルロース0.67gを導入した後、オートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に1,2-ジフルオロエチレンE体を250g、メタノール1ml、およびジノルマルプロピルパーオキシジカーボネート2gと共に、1.5時間かけて45℃まで昇温した後、45℃で3時間維持した後、ジノルマルプロピルパーオキシジカーボネートを更に4gを導入した。その後、45℃を4時間維持した。この間の最高到達圧力は2.7MPaGであった。その後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を198g得た。
融点は196.3℃であった。
ポリマー合成例2内容積0.5リットルのオートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、HFE-347pc-fを150g、1,2-ジフルオロエチレンE体を23g、テトラフルオロエチレンを4g導入した後、オートクレーブを28℃に加温した。次に、2.0gのジ-(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-ドデカフルオロヘプタノイル)パーオキシドを8質量%含むパーフルオロヘキサン溶液(DHP-H)をオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は0.5MPaGであった。重合圧力を保持するため、1,2-ジフルオロエチレンE体/テトラフルオロエチレン=85/15molの混合ガスを流し、オートクレーブ内の温度を28℃に5時間15分維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を12.2g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とテトラフルオロエチレンをモル比で85.5/14.5の割合で含んでいた。融点は210.0℃であった。
ポリマー合成例3
内容積1.8リットルのオートクレーブに、脱イオン水915g、メチルセルロース0.46gを導入した後、オートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、パーフルオロオクタシクロブタン458g、1,2-ジフルオロエチレンE体を38g、トリフルオロエチレンを38g導入した後、オートクレーブを34℃に加温した。次に、ジノルマルプロピルパーオキシカーボネート3.0gとメタノール1mlをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は1.1MPaGであった。オートクレーブ内の温度を35℃に5時間維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を9.6g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とトリフルオロエチレンをモル比で64.4/35.6の割合で含んでいた。
融点は205.6℃であった。
ポリマー合成例4
内容積1.8リットルのオートクレーブに、脱イオン水915g、メチルセルロース0.46gを導入した後、オートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、パーフルオロオクタシクロブタン458g、1,2-ジフルオロエチレンE体を17g、フッ化ビニリデンを66g導入した後、オートクレーブを35℃に加温した。次に、ジノルマルプロピルパーオキシカーボネート3.0gとメタノール1mlをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は1.5MPaGであった。重合圧力を保持するため、1,2-ジフルオロエチレンE体/フッ化ビニリデン=43/57molの混合ガスを流し、オートクレーブ内の温度を35℃に18時間維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を39g得た。
得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とフッ化ビニリデンをモル比で42.9/57.1の割合で含んでいた。融点は168.6℃であった。
ポリマー合成例5
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのジクロロペンタフルオロプロパン(R-225)、0.52gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、6.0gのビニリデンフルオライド(VdF)、1.3gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で12.4時間振とうした。生成物を乾燥することで1.20gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とVdFをモル比で42.9/57.1の割合で含んでいた。
融点は163.6℃であった。
ポリマー合成例6
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、3.0gのVdF、9.1gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で11.8時間振とうした。生成物を乾燥することで1.81gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とVdFをモル比で96.5/3.5の割合で含んでいた。
融点は205.9℃であった。
ポリマー合成例7
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、20.9gの2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234yf)、3.8gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で13.2時間振とうした。生成物を乾燥することで1.23gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とHFO-1234yfをモル比で16.3/83.7の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例8
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、8.0gのHFO-1234yf、12.5gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で13.2時間振とうした。生成物を乾燥することで0.93gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とHFO-1234yfをモル比で46.4/53.6の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例9 内容積0.5リットルのオートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、HFE-347pc-fを150g、1,2-ジフルオロエチレンE体を23g、テトラフルオロエチレンを4g導入した後、オートクレーブを28℃に加温した。次に、1.8gのDHP-Hをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は0.5MPaGであった。重合圧力を保持するため、1,2-ジフルオロエチレンE体/テトラフルオロエチレン=68/32molの混合ガスを流し、オートクレーブ内の温度を28℃に4時間維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を10.8g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とテトラフルオロエチレンをモル比で67.8/32.2の割合で含んでいた。融点は217.2℃であった。
ポリマー合成例10
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、15.0gのトリフルオロメチルトリフルオロビニルエーテル(PMVE)、1.3gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で13.2時間振とうした。生成物を乾燥することで0.41gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂はE体とPMVEをモル比で29.8/70.2の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例11
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.42gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、6.0gのPMVE、10.2gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で13.2時間振とうした。生成物を乾燥することで3.0gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂はE体とPMVEをモル比で95.3/4.5の割合で含んでいた。
融点は173.3℃であった。
ポリマー合成例12
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、12.7gのヘキサフルオロプロピレン(HFP)、1.3gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で13.0時間振とうした。生成物を乾燥することで0.13gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とHFPをモル比で84.1/15.9の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例13
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、3.0gのHFP、5.2gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で13.0時間振とうした。生成物を乾燥することで2.41gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とHFPをモル比で99.2/0.8の割合で含んでいた。
融点は188.5℃であった。
ポリマー合成例14
0.5Lのステンレス製オートクレーブに純水250ml、t-ブチルアルコールを30g、ポリアクリル酸を0.025g入れ、窒素置換し、1,2-ジフルオロエチレンE体で微加圧とし、1000rpmで攪拌しながら80℃に温調して、1,2-ジフルオロエチレンE体で2.000MPaまで圧入した。これに過硫酸アンモニウム0.077gを純水3mlに溶解したものを窒素で圧入した。圧力が1.99MPaまで降下したところで1,2-ジフルオロエチレンE体を2.01MPaまで導入すること繰り返した。2時間16分後、1,2-ジフルオロエチレンE体を20g仕込んだところでオートクレーブ内のガスを放出し、冷却して305gの分散液を回収した。
分散液の固形分含有量は6.6質量%(ポリマー量20.1g)であった。この分散液を乾燥することで19gのフッ素樹脂を得た。融点は191.7℃であった。
ポリマー合成例15
内容積1.8リットルのオートクレーブに、脱イオン水600g、メチルセルロース0.3gを導入した後、オートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、ヘキサフルオロプロピレン450g、1,2-ジフルオロエチレンE体を100g導入した後、オートクレーブを35℃に加温した。次に、ジノルマルプロピルパーオキシカーボネート6.0gをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は1.5MPaGであった。オートクレーブ内の温度を35℃に7時間維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を17g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とHFPをモル比で90.3/9.7の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例16
内容積1.8リットルのオートクレーブに、脱イオン水915g、メチルセルロース0.458gを導入した後、オートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、パーフルオロオクタシクロブタン458g、HFO-1234yf7.5g、1,2-ジフルオロエチレンE体を80g導入した後、オートクレーブを35℃に加温した。次に、ジノルマルプロピルパーオキシカーボネート3.0gをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は1.18MPaGであった。重合圧力を保持するため、1,2-ジフルオロエチレンE体/HFO-1234yf=85/15molの混合ガスを流し、オートクレーブ内の温度を35℃に16時間維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を78g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とHFO-1234yfをモル比で84.3/15.7の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例17
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、8.9gのPMVE、3.3gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で10.5時間振とうした。生成物を乾燥することで0.33gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とPMVEをモル比で74.9/25.1の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例18
内容積1.8リットルのオートクレーブに、脱イオン水600g、メチルセルロース0.3gを導入した後、オートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、パーフルオロオクタシクロブタン150g、ヘキサフルオロプロピレン100g、1,2-ジフルオロエチレンE体を64g導入した後、オートクレーブを35℃に加温した。次に、ジノルマルプロピルパーオキシカーボネート1.5gをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は1.16MPaGであった。オートクレーブ内の温度を35℃に7時間維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を17g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とHFPをモル比で94.9/5.1の割合で含んでいた。
融点は151.2℃であった。
ポリマー合成例19
内容積1.8リットルのオートクレーブに、脱イオン水915g、メチルセルロース0.458gを導入した後、オートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、パーフルオロオクタシクロブタン458g、HFO-1234yf2g、1,2-ジフルオロエチレンE体を64g導入した後、オートクレーブを35℃に加温した。次に、ジノルマルプロピルパーオキシカーボネート3.0gをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は0.96MPaGであった。オートクレーブ内の温度を35℃に6時間維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を2.7g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とHFO-1234yfをモル比で96.9/3.1の割合で含んでいた。
融点は170.7℃であった。
ポリマー合成例20
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、9.7gのPMVE、2.6gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で5.5時間振とうした。生成物を乾燥することで0.53gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とPMVEをモル比で73.1/26.9の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例21
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、11.6gのPMVE、1.9gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で5.5時間振とうした。生成物を乾燥することで0.69gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とPMVEをモル比で60.3/39.7の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例22
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのR-225、0.43gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、93.5gのPMVE、5.4gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で5.5時間振とうした。生成物を乾燥することで0.65gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とPMVEをモル比で88.5/11.5の割合で含んでいた。
融点はなかった。
ポリマー合成例23 内容積0.5リットルのオートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、1,1,2,2-テトラフルオロエチル-2,2,2-トリフルオロエチルエーテル(HFE-347pc-f)を150g、1,2-ジフルオロエチレンE体を9.4g、テトラフルオロエチレンを15g導入した後、オートクレーブを28℃に加温した。次に、1.5gのDHP-Hをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は0.5MPaGであった。重合圧力を保持するため、1,2-ジフルオロエチレンE体/テトラフルオロエチレン=54/46molの混合ガスを流し、オートクレーブ内の温度を28℃に2時間45分維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を10.7g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とテトラフルオロエチレンをモル比で53.9/46.1の割合で含んでいた。融点は232.8℃であった。
ポリマー合成例24 内容積0.5リットルのオートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、HFE-347pc-fを150g、1,2-ジフルオロエチレンE体を6.8g、テトラフルオロエチレンを20g導入した後、オートクレーブを28℃に加温した。次に、1.5gのDHP-Hをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は0.5MPaGであった。重合圧力を保持するため、1,2-ジフルオロエチレンE体/テトラフルオロエチレン=42/58molの混合ガスを流し、オートクレーブ内の温度を28℃に1時間50分維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を13.1g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とテトラフルオロエチレンをモル比で42.4/57.6の割合で含んでいた。融点は246.5℃であった。
ポリマー合成例25
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのHFE-347pc-f、0.86gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、4.9gのVdF、8.3gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で2時間30分振とうした。生成物を乾燥することで2.0gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とVdFをモル比で92.4/7.6の割合で含んでいた。
融点は203.5℃であった。
ポリマー合成例26
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのHFE-347pc-f、0.86gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、5.1gのVdF、7.8gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で1時間54分振とうした。生成物を乾燥することで1.2gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とVdFをモル比で85.7/14.3の割合で含んでいた。
融点は201.4℃であった。
ポリマー合成例27
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのHFE-347pc-f、0.86gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、5.8gのVdF、7.2gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で2時間35分振とうした。生成物を乾燥することで2.0gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とVdFをモル比で75.5/24.5の割合で含んでいた。
融点は195.2℃であった。
ポリマー合成例28
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのHFE-347pc-f、0.86gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、12.2gのVdF、4.0gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で2時間30分振とうした。生成物を乾燥することで2.4gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とVdFをモル比で53.3/46.7の割合で含んでいた。
融点は182.5℃であった。
ポリマー合成例29
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのHFE-347pc-f、0.86gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、12.5gのVdF、1.1gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で2時間35分振とうした。生成物を乾燥することで2.2gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とVdFをモル比で29.2/70.8の割合で含んでいた。
融点は163.6℃であった。
ポリマー合成例30
100mlのステンレス(SUS)製オートクレーブに、40gのHFE-347pc-f、0.86gのDHP-Hを仕込み、これをドライアイス温度に冷却し、窒素置換した後、12.7gのVdF、0.6gの1,2-ジフルオロエチレンE体を仕込み、振とう機を用いて25℃で1時間53分振とうした。生成物を乾燥することで3.4gのフッ素樹脂を得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とVdFをモル比で15.7/84.3の割合で含んでいた。
融点は161.8℃であった。
ポリマー合成例31内容積0.5リットルのオートクレーブ内を十分に真空窒素置換した。その後、オートクレーブ内を真空脱気し、真空状態となったオートクレーブ内に、HFE-347pc-fを150g、1,2-ジフルオロエチレンE体を2.1g、テトラフルオロエチレンを26g導入した後、オートクレーブを28℃に加温した。次に、1.0gのDHP-Hをオートクレーブ内に投入して重合を開始した。開始時の重合圧力は0.60MPaGであった。重合圧力を保持するため、1,2-ジフルオロエチレンE体/テトラフルオロエチレン=18/82molの混合ガスを流し、オートクレーブ内の温度を28℃に45分維持した後、放圧して大気圧に戻し、反応生成物を水洗、乾燥してフッ素樹脂の粉末を11.3g得た。得られた樹脂は1,2-ジフルオロエチレンE体とテトラフルオロエチレンをモル比で19.0/81.0の割合で含んでいた。融点は288.8℃であった。
Figure 2022050308000021
表1の結果から、上記一般式(1)で表される構造単位を有する合成例1~29の重合体は、アセトン溶解性を有するものであることが明らかである。また、合成例30もDMF溶解性を有するものであることが明らかである。更に、純度が高い単量体を使用することで、高Tgである樹脂を得ることができる(合成例1)点でも好ましいものである。
更に、所定の割合で共重合成分を使用することで非晶性の樹脂になることが明らかとなった。更に、ガラス転移温度が35℃以上である非晶性の樹脂を好適に得ることもできる。
また、合成例31のように、TFEとの共重合体で、1,2-ジフルオロエチレンの共重合比が少ない場合は、汎用溶媒への溶解性は得られないが、このような重合体は耐薬品性に優れる。このため、耐薬品性が要求されるような用途において好適に使用することができる。
本開示のフッ素重合体は、フッ素樹脂が使用されるような各種用途において使用することができる。特に、汎用溶剤の使用が好ましいような用途において好適に使用できる。
Figure 2022050308000040
(Rは、水素、又は、OR基(R基は、一部若しくは全部がフッ素化された炭素数5以下の炭化水素基。R,R,Rは、それぞれ独立し水素又はフッ素である)を有することを特徴
とする含フッ素重合体でもある。
本開示は、下記一般式(1)で表される構造単位、
Figure 2022050308000041
及び、下記一般式(4)、(6)~(8)で表される構造単位からなる群より選択される少なくとも1の構造単位を有することを特徴とする含フッ素重合体でもある。
Figure 2022050308000042
本開示は、一般式(1)で表される構造単位及びテトラフルオロエチレンに由来する構造単位のみからなり、アセトンに樹脂溶解度1質量%以上で溶解させることができることを特徴とする含フッ素重合体でもある。
本開示は、一般式(1)で表される構造単位、並びに、1225, 1234,1243及び1252(いずれも、アシュレイ番号で、異性体を含む)からな る群から選択される少なくとも1の不飽和化合物に由来する構造単位を有し、 非晶性であり、ガラス転移温度が35℃以上でもある。 上記非晶性の含フッ素重合体は、一般式(1)で表される構造単位が0.1~92mol %であることが好ましい。
本開示は、一般式(1)で表される構造単位、及び、下記一般式(20)
Figure 2022050308000043
(R1~RはH,Fから選択されRfは炭素数1~6の含フッ素アルキル基) で表される構造単位を有し、非晶質であり、ガラス転移温度が35℃以上である含フッ素重合体でもある。 上記一般式(20)で表される構造単位は、下記一般式(7)~(9)で表される構造単位のうち、少なくとも1であることが好ましい。

Claims (15)

  1. 下記一般式(1)で表される構造単位を一部又は全部として有し、ガラス転移温度が100℃以上であることを特徴とする含フッ素重合体。
    Figure 2022050308000022
  2. 重量平均分子量が、5000~5000000である請求項1記載の含フッ素重合体。
  3. 下記一般式(1)で表される構造単位、
    Figure 2022050308000023
    及び、下記一般式(2)で表される構造単位
    Figure 2022050308000024
    (Rは、水素、フッ素、一部若しくは全部がフッ素化された炭素数5以下の炭化水素基、又は、OR基(R基は、一部若しくは全部がフッ素化された炭素数5以下の炭化水素基。R,R,Rは、それぞれ独立し水素又はフッ素である)を有することを特徴とする含フッ素重合体。
  4. 上記一般式(2)で表される構造単位は、下記一般式(3)~(8)で表される構造単位からなる群より選択される少なくとも1の構造単位であることを特徴とする請求項3記載の含フッ素重合体。
    Figure 2022050308000025
  5. 重量平均分子量が、5000~5000000である請求項3又は4記載の含フッ素重合体。
  6. 下記一般式(1)で表される構造単位を一部又は全部として有し、非晶性であることを特徴とする含フッ素重合体。
    Figure 2022050308000026
  7. 一般式(1)で表される構造単位及びヘキサフルオロプロピレンに由来する構造単位を有し、ガラス転移温度が35℃以上である請求項6記載の含フッ素重合体。
  8. 一般式(1)で表される構造単位の割合が70~92mol%である請求項6又は7記載の含フッ素重合体。
  9. 一般式(1)で表される構造単位、並びに、1225,1234,1243及び1252(いずれも、アシュレイ番号)からなる群から選択される少なくとも不飽和化合物に由来する構造単位を有し、
    ガラス転移温度が35℃以上である請求項6記載の含フッ素重合体。
  10. 一般式(1)で表される構造単位が0.1~92mol%である請求項9記載の含フッ素重合体。
  11. 一般式(1)で表される構造単位、及び、下記一般式(20)
    Figure 2022050308000027
    (R~RはH,Fから選択されRfは炭素数1~6の含フッ素アルキル基)
    で表される構造単位を有し、ガラス転移温度が35℃以上である請求項6記載の含フッ素重合体。
  12. 一般式(20)で表される構造単位は、下記一般式(7)~(9)で表される構造単位のうち少なくとも1である請求項11記載の含フッ素重合体。
    Figure 2022050308000028
    である請求項11記載の含フッ素重合体。
  13. 一般式(1)で表される構造単位の割合が70~92mol%である請求項11又は12に記載の含フッ素重合体。
  14. 請求項1~13のいずれかの重合体を汎用溶媒に溶解させたものであることを特徴とする樹脂溶液。
  15. 下記一般式(10)
    Figure 2022050308000029
    で表される単量体を一部又は全部とする単量体組成物を重合させる工程を有することを特徴とする請求項1~13のいずれかに記載の含フッ素重合体の製造方法。
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