JPH0718083A - ペルフルオロポリオキシアルキレン配列を含み、熱可塑性エラストマー特性を有するフッ素化重合体 - Google Patents
ペルフルオロポリオキシアルキレン配列を含み、熱可塑性エラストマー特性を有するフッ素化重合体Info
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Abstract
み、熱可塑性エラストマー特性を有し、低温における高
い柔軟性および高温における優れた機械的特性を有する
フッ素化重合体を提供する。 【構成】 官能価が2である1種以上の縮合モノマーに
由来する有機基により互いに結合された、式 −CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 − (I) (式中、mおよびnは、m/n比が0.2〜5になる様
な数である。)のペルフルオロポリオキシアルキレン配
列を高分子中に含む、熱可塑性エラストマー特性を有す
るフッ素化重合体であって、官能価が1.96以下であ
る式(I)に対応するペルフルオロポリオキシアルキレン
の重縮合により得られる対応する重合体の平均分子量よ
り少なくとも50%高い平均分子量を有することを特徴
とする重合体。
Description
レン配列を含み、熱可塑性エラストマー特性を有し、低
温における高い柔軟性および高温における優れた機械的
特性を有するフッ素化重合体に関する。その様な物質
は、封止剤として、あるいは熱的変動が大きく、化学的
反応性が非常に強い物質が存在する過酷な作業条件下で
使用するガスケットや取付け部品(パイプ、カップリン
グ、等)の製造に使用することができる。米国特許第
3,810,874号により、非フッ素化モノマー単位
により互いに結合した、式 −CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 − (I) (式中、m/n=0.2〜5) のペルフルオロポリオキシアルキレン配列を含む、ポリ
ウレタン、ポリシロキサン、ポリエステル、ポリカーボ
ネート、ポリエステル−ポリ尿素、ポリアミド、ポリイ
ミドの様なフッ素化重合体が公知である。その様な重合
体は、ポリイソシアネート、多酸、ホスゲン、無水物、
ハロゲン化ジアシルの様な重縮合反応で使用される一般
的な有機試薬と重縮合反応し得る好適な反応性基(例え
ば−OH、NH2 、−CN、等)により両端が官能化さ
れた式(I) に対応するペルフルオロポリオキシアルキレ
ンから出発することにより得られる。
ルとホルムアルデヒドの重縮合により得られる、ポリア
セタール構造を有する他のフッ素化重合体が、本出願者
の名前による伊国特許出願第1990/MI92A号に
記載されている。ここに参考として含める、上記の米国
特許第3,810,874号に記載されている様に、官
能化されたペルフルオロポリオキシアルキレンは、−C
OF末端基を有する、対応するペルフルオロポリオキシ
アルキレンから出発することにより製造される。例え
ば、式 HO−CH2 −CF2 O−(CF2 CF2 O)m − (CF2 O)n −CF2 −CH2 −OH (II) のジオールは、リチウムおよびアルミニウム水素化物に
より、式 FCO−CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 −COF (III) のフッ化ジアシルを還元することにより製造される。式
(II)のジオールの水酸基は、この分野で良く知られてい
る反応により、スルホン酸、アミノおよびニトリル基の
様な他の官能基に変換することができる。例えば、式(I
I)のジオールから、CF3 SO2 Fとの反応により、式 CF3 SO2 OCH2 CF2 O(CF2 CF2 O)m − (CF2 O)n −CF2 CH2 OSO2 CF3 (IV) のスルホン酸エステルを得ることができる。さらに、式
(IV)のスルホン酸エステルは、無水液体アンモニアとの
反応により、式 H2 N−CH2 −CF2 O−(CF2 CF2 O)m − (CF2 O)n CF2 −CH2 −NH2 (V) の対応するジアミンの製造に使用することができる。
フルオロポリオキシアルキレン、したがってそこから誘
導される他のすべての官能化されたペルフルオロポリオ
キシアルキレンは、実際、二官能性物質が、一方の末端
部分が官能基であり、他方の末端部分が1または2個の
炭素原子を有するペルフルオロアルキル基である単官能
性物質と、または少量の両末端部分がペルフルオロアル
キル型である非官能化物質と混合されたペルフルオロポ
リオキシアルキレンである。このことは、良く知られて
いる様に、例えば英国特許第1,217,871号およ
び米国特許第3,715,378号に記載されている様
にテトラフルオロエチレンを紫外線放射の下で光酸化
し、続いて例えば米国特許第3,847,978号に記
載されている様に過酸化物ブリッジを還元することから
なる、その様な物質の製造方法の避けられない結果であ
る。その様な製法からは、末端基として、少量の−CF
2 H基の他に−CF3 、−CF2 CF3 、−COF、−
CF2 COFを有する、ペルフルオロオキシアルキレン
単位−CF2 CF2 O−および−CF2 O−の連鎖が得
られる。ペルフルオロポリオキシアルキレン構造を有す
る物質の混合物は、2個の官能性末端基(−COFおよ
び/または−CF2 COF)を有する高分子が94〜9
8モル%を超えず、混合物の平均官能価が1.88〜
1.96に相当する様に得られる。上記の先行技術によ
り、官能価が1.96を超えないペルフルオロポリオキ
シアルキレンから出発する重縮合により得られるフッ素
化重合体は、一般的に−120〜−100℃の低いガラ
ス転位温度(Tg )を示し、したがって少なくとも潜在
的に、低温で良好な弾性を示すが、室温およびとりわけ
高温における機械的特性が不十分である。このことは、
その様な物質の定格温度を大きく制限する。
な反応性基により官能化され、官能価が少なくとも1.
97、好ましくは少なくとも1.99である、式(I) に
対応する好適なペルフルオロポリオキシアルキレン縮合
モノマーと重縮合させることにより、ペルフルオロポリ
オキシアルキレン配列を含み、熱可塑性エラストマーの
特性を有し、低温における高い柔軟性および高温におけ
る優れた機械的特性を有する重合体が得られることを見
出した。その様な重合体は平均分子量が、官能価が1.
96を超えない、式(I) に対応するペルフルオロポリオ
キシアルキレンから出発して得た対応する重合体の平均
分子量より少なくとも50%、好ましくは少なくとも1
00%高いのが特徴である。そこで本発明の目的は、官
能価が2である1種以上の縮合モノマーに由来する有機
基により互いに結合された、式 −CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 − (I) (式中、mおよびnは、m/n比が0.2〜5になる様
な数である。)のペルフルオロポリオキシアルキレン配
列を高分子中に含む、熱可塑性エラストマー特性を有す
るフッ素化重合体であって、官能価が1.96以下であ
る式(I)に対応するペルフルオロポリオキシアルキレン
の重縮合により得られる対応する重合体の平均分子量よ
り少なくとも50%、好ましくは少なくとも100%高
い平均分子量を有することを特徴とするフッ素化重合体
である。
ン単位は、一般的に数平均分子量が500〜10,00
0、好ましくは1,000〜4,000である。本発明
の目的であるフッ素化重合体は、官能価が2である1種
以上の縮合モノマーと、式 Z−CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 −Z (VI) (式中、mおよびnは上に定義した通りであり、Zは該
縮合モノマーと重縮合反応し得る反応性基である。)
の、官能価が少なくとも1.97、好ましくは少なくと
も1.99であるペルフルオロポリオキシアルキレンと
の反応により得られる。官能価が少なくとも1.97に
等しい式(VI)のペルフルオロポリオキシアルキレンと
は、二官能性ペルフルオロポリオキシアルキレンおよび
対応する単官能性および/または中性物質の、二官能性
物質の含有量が98.5モル%を超える混合物を意味す
る。その様な官能価のペルフルオロポリオキシアルキレ
ンは、合成工程から直接得られる様な、ヒドロキシルお
よび/またはアミノ官能価が1.96以下であるペルフ
ルオロポリオキシアルキレン混合物の、カラムクロマト
グラフィーを使用する濃縮または分離工程により得るこ
とができる。その様な濃縮または分離工程は、ここに参
考として含める、本出願者の名前による伊国特許出願第
2774/MI91Aに記載されている。
frene LS、すなわち1,1,2−トリクロロ−1,2,
2−トリフルオロエタン)を使用し、固定相として、ペ
ルフルオロポリオキシアルキレンのヒドロキシルおよび
/またはアミノ末端基と結合または極性相互作用する、
または水素結合を形成することができる部位および/ま
たは活性基を有する化合物(例えばアルミナまたはシリ
カゲル)を含むカラムを通し、官能化されたペルフルオ
ロポリオキシアルキレンを溶出させる方法である。その
様な固定相は、フッ素化された非極性溶剤および極性溶
剤(例えばケトンまたはアルコール)からなり、シリカ
に対して少なくとも0.2のエルオトローピック(eluot
ropic)強度εを有する混合物で予め処理する。中性およ
び単官能性成分が二官能性成分から分離され、後者がカ
ラム中に残る、最初の溶出が完了した後、官能価が約2
であるペルフルオロポリオキシアルキレンを、前に使用
したフッ素化された非極性溶剤/極性溶剤の、体積比9
/1〜1/1の混合物で溶出させる。次いで固定相を非
極性フッ素化溶剤で洗浄することにより回復させる。本
発明の目的に好適な物質を得るには、カラムを1回通過
させるだけで通常は十分である。必要であれば、さらに
カラムを通過させることにより、その様にして得た物質
の官能性を増加させることができる。
て本発明のフッ素化重合体を与えることができる、Z反
応性基の例を示す。その様な重縮合反応は、類似の非フ
ッ素化重合体に関して文献中に広く記載されている公知
の技術により行う。また、表1には、この分野で良く知
られている方法による(例えばSandler およびKaro“有
機官能基の製造”Academic Press, Inc., New York, N.
Y.-1986 参照)、官能化されたペルフルオロポリオキシ
アルキレンの可能な合成方法も示す。その様な物質を製
造するための基本的な物質は、前述の様に、式 FCO−CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 −COF (III) のフッ化ジアシルであり、これは表1中Aとして示す。
実施例は説明のためにのみ記載するのであって、本発明
の範囲を制限するものではない。実施例1 機械的攪拌装置および滴下漏斗を備えた100mlの三つ
口フラスコに、窒素雰囲気中で無水酢酸エチル100ml
および4,4' −メチレンフェニレンジイソシアネート
(MDI)17.68g(0.14当量)を入れた。反
応器を80℃に加熱し、官能価f=1.95の対応する
物質から出発し、伊国特許出願第2774/MI91A
に記載されているクロマトグラフィーによる濃縮方法に
より得た、m/n=1、数平均分子量Mn =2825、
数平均当量En =1414、官能価f=1.995を有
する、式 H(OCH2 CH2 )1.5 OCH2 −CF2 O−(CF
2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 −CH2 O
(CH2 CH2 O)1.5 H のヒドロキシ末端を有するペルフルオロポリオキシアル
キレン100g(0.07当量)を2時間かけて滴下し
て加えた。さらに30分間攪拌しながら常に80℃で反
応させた。次いで、溶剤を蒸留し、反応混合物を70℃
に冷却し、十分に脱気した。次いでブタンジオール(B
DO)3.03g(0.067当量)を加えた。反応混
合物を45秒間強く攪拌した。そうして得られた樹脂を
金型中に注ぎ込み、220℃で1.5分間、次いで13
0℃で7時間保持し、重合を完了させた。重合体を金型
から取り外し、室温で1週間保持してから機械的試験を
行ったが、その結果を表2に示す。
=1497およびf=1.868である、ヒドロキシ末
端を有するペルフルオロポリオキシアルキレン100g
(0.067当量)、MDI 16.7g(0.134
当量)、BDO2.86g(0.060当量)を使用
し、同じ条件下で実施例1を繰り返した。実施例1に記
載する様にして得た重合体試料に対する機械的試験の結
果を表2に示す。
=1440およびf=1.953である、ヒドロキシ末
端を有するペルフルオロポリオキシアルキレン108.
9g(0.075当量)、MDI 18.88g(0.
15当量)、BDO 3.22g(0.072当量)を
使用し、同じ条件下で実施例1を繰り返した。実施例1
に記載する様にして得た重合体試料に対する機械的試験
の結果を表2に示す。実施例1〜3の生成物に関して得
られたデータを比較することにより、加熱時の機械的特
性に著しい改良が認められた(例えば、135℃で少な
くとも50%の引張強度増加が観察された)。室温で
は、ポリウレタンは強い分子相互作用を生じ、これが低
分子量でも機械的特性を改良する効果を有するので、そ
の差はあまり明確ではない。しかし、その様な効果は低
温においてのみ重要であり、温度が増加した場合は、相
互作用は弱まり、高分子間の物理的な「絡み合い」現象
が支配する。 表2 実施例1 実施例2 実施例3 (f=1.995) (f=1.868) (f=1.953) 硬度 ショアA 80 84 83 (ASTM D−2240) 機械的耐性 (ASTM D−412) *23℃で モジュラス20% 15 13.1 15.2 モジュラス100% 6.6 5.4 6.5 モジュラス200% 9.1 6.7 8.4 引張強度 (MPa) 17.9 8.7 16.5 破断点伸び(%) 492 492 577 *100℃で モジュラス20% 6.3 5.0 6.0 モジュラス100% 2.9 1.76 2.3 モジュラス200% 3.5 2.25 3.2 引張強度 (MPa) 7.3 2.9 6.9 破断点伸び(%) 490 395 527 *135℃で モジュラス20% 3.95 1.95 3.1 モジュラス100% 1.3 0.62 1.1 モジュラス200% 1.9 0.72 1.5 引張強度 (MPa) 4.6 0.87 3.1 破断点伸び(%) 456 375 476
り付けた、100mlの二つ口フラスコに、数平均分子量
Mn =1160およびf=1.995である、ヒドロキ
シ末端を有するペルフルオロポリオキシアルキレン15
g、ジメチルテレフタレート(DMT)2.75g、触
媒としてチタンイソプロピレートTi(i−PrO)4
5μl を入れた。f=1.995であるヒドロキシ末
端を有するペルフルオロポリオキシアルキレンは、実施
例1で使用したのと同じ構造を有し、f=1.95であ
る物質から出発し、同じ方法により得た。次いで、この
反応系に存在する微量の酸素および湿分を排除するため
に、この系を排気およびそれに続く窒素流の数回のサイ
クルにかけた。次いで温度を150℃に上げ、2時間維
持した。反応中に形成されたメタノールの蒸留が終了し
た後、反応器を圧力15mmHgに排気し、150℃にさら
に1時間保持した。次いで、粘性の物質が得られるま
で、温度を180℃に上げて1時間、続いて220℃で
1時間(圧力=0.1mmHg)維持した。室温に冷却した
後、反応器から重合体を取り出した。この重合体はゴム
状の粘着性の固体であった。体積比9/1のDelifrene
LS/トリフルオロエタノール(Delifrene LS=1,1,
2−トリクロロトリフルオロエタン)に溶解した重合体
に対して、固有粘度測定を行った(方法ASTM D2
857−70)。結果を表3に示す。動的粘度測定は、
温度30℃で、平行板構造を有するレオゴニオメーター
Rheometrics RMS800を使用し、振動周波数νを10-2〜
10+2 rad/sで変化させることにより、重合体溶融物に
対して直接、動的に行った。試料粘度は、ν>10-1ra
d/sに対しては周波数に依存し、より低い値に対して
は、挙動はニュートン的であり、動的粘度ηd は約15
0,000ポアズであることが分かった。表3には、重
合体の弾性成分の測定である貯蔵弾性率G' (ν=10
rad/sにおける)の値も示す。
およびf=1.95である、ヒドロキシ末端を有するペ
ルフルオロポリオキシアルキレン15gを使用し、同じ
条件下で実施例4を繰り返した。得られた重合体は粘性
の液体であった。この重合体に対して、実施例4に記載
する方法にしたがって動的粘度測定を行った。結果を表
3に示す。動的粘度測定の際、試料は、試験した周波数
の全域でニュートン的挙動を示し、ηd の値は約1,0
00ポアズであった。実施例4および5の、ニュートン
的挙動(例えばν=10-1 rad/s)の領域におけるηd
値を比較し、良く知られている関係式η=k・Mv 3.4
(式中、Mvは粘度計による平均分子量である)を適用
することにより、比率Mv (実施例4)/Mv (実施例
5)=4.36が得られる。したがって、本発明の重合
体の分子量は、先行技術の対応する重合体の分子量より
4倍大きい。 表3 実施例4 実施例5 (f=1.995) (f=1.950) 固有粘度[η] 0.40 0.14 (dl/g) 動的粘度ηd ν=10-1 150,000 1,000 (ポアズ) 貯蔵弾性率 (G' ) 300,000 180 (dyne/cm2 )
を96%H2 SO41.1mlに室温で溶解させ、透明な
溶液を得た。その溶液に、m/n=1、Mn=200
0、f=1.995およびTg =−113℃を有する、
式 HOCH2 −CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF
2 O)n −CF2 −CH2 OH のヒドロキシ末端を有するペルフルオロポリオキシアル
キレン10gを攪拌しながら加えた。その様な物質は、
f=1.94の対応する物質から出発し、伊国特許出願
第2774/MI91Aに記載されているクロマトグラ
フィーによる濃縮方法により得た。この混合物を、その
粘度が許す限り攪拌し続けた。24時間後、混合物を1
リットルのDelifrene LSに溶解させ、NH3 のDelifren
e LS溶液(2 mol/l)20mlを加えて硫酸を中和し
た。沈殿した硫酸アンモニウムを濾過し、一定重量にな
るまで溶剤を蒸発させた。その様にして得られた重合体
に対して、 1H−NMRおよび13C−NMR分析によ
り、 −[(−CF2 O−(CF2 O)a −(CF2 CF
2 O)b −CF2 −CH2 OCH2 OCH2 ]n − (式中、b/a=1およびn=14である) の構造が決定された。表4に、ゲル浸透クロマトグラフ
ィー(GPC)により得られた数および重量平均分子量
の値Mn およびMw を示す。その様な測定には、溶剤と
して、体積比8/2のDelifrene LS/アセトン共沸混合
物(沸点=39℃)を使用し、Ultrastyragel-Waters
(106 −105 −104 −103 オングストローム)の4本の
セットを使用した。検量曲線は、標準として異なった分
子量を有するペルフルオロポリオキシアルキレンの狭い
画分を使用し、実験的に求めた。表4および5に、実施
例1に記載の方法により測定した固有および動的粘度の
値、ならびに示差走査熱量測定法(DSC)(熱量計Me
ttler TA2000、加熱プログラム−170〜+200℃、
冷却プログラム+100〜−170℃および走査速度1
0℃/分)により得たTg 値を示す。動的粘度測定か
ら、全試験領域(10-3〜10+2 rad/sec、粘度変化
3.5・106 〜104 ポアズ)で試料は振動周波数に
強く依存することを確認した。非ニュートン的挙動は、
試料の分子量が非常に高いためである。
およびf=1.95である、ヒドロキシ末端を有するペ
ルフルオロポリオキシアルキレン15gを使用し、同じ
条件下で実施例6を繰り返した。得られた重合体に関連
するデータを表4に示す。動的粘度ηd は約2.6・1
02 ポアズで、10-2〜10+2 rad/secの周波数領域で
一定であった。実施例6および7で得た重合体に対して
異なった周波数で測定した、G' (貯蔵弾性率)、G''
(損失弾性率)および誘電正接tan δ=G''/G' の値
を表5に示す。得られたデータを比較することにより、
本発明の重合体(実施例6)において、散逸性成分(G
''により測定)および弾性成分(G' により測定)は等
しく、その際、tan δ値は約1であり、全周波数領域に
対して大体一定を保っている。この結果は比較重合体
(実施例7)では得られず、そこでは散逸成分が、弾性
成分に対して支配的であり、周波数の増加と共に著しく
増加する。このことは、本発明の重合体が良好な弾性を
有するのに対し、比較重合体は上述の用途には適してい
ないことを示している。 表4 実施例6 実施例7 (f=1.995) (f=1.950) Mn 150,000 29,000 Mw >500,000 100,000 [η](dl/g) 1.05 0.20 Tg (℃) −117.0 −117.5 表5 実施例 周波数 G' G'' tan δ (rad/sec) (dyne/cm2 ) (dyne/cm2 ) 102 150,000 130,000 0.86 101 120,000 110,000 0.92 6 100 100,000 90,000 0.90 10-1 13,000 12,500 0.96 10-2 10,200 10,000 0.98 102 1,800 25,000 13.88 101 18 2,500 138.8 7 100 0.18 250 1388 10-1 n.d. 25 n.d. 10-2 n.d. 2.5 n.d. n.d.: 測定不可
Claims (11)
- 【請求項1】官能価が2である1種以上の縮合モノマー
に由来する有機基により互いに結合された、式 −CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 − (I) (式中、mおよびnは、m/n比が0.2〜5になる様
な数である。)のペルフルオロポリオキシアルキレン配
列を高分子中に含む、熱可塑性エラストマー特性を有す
るフッ素化重合体であって、官能価が1.96以下であ
る式(I)に対応するペルフルオロポリオキシアルキレン
の重縮合により得られる対応する重合体の平均分子量よ
り少なくとも50%高い平均分子量を有することを特徴
とする重合体。 - 【請求項2】官能価が1.96以下である式(I) に対応
するペルフルオロポリオキシアルキレンの重縮合により
得られる、対応する重合体の平均分子量より少なくとも
100%高い平均分子量を有することを特徴とする、請
求項1に記載の重合体。 - 【請求項3】ペルフルオロポリオキシアルキレン単位の
数平均分子量が500〜10,000であることを特徴
とする、請求項1または2に記載の重合体。 - 【請求項4】ペルフルオロポリオキシアルキレン単位の
数平均分子量が1,000〜4,000であることを特
徴とする、請求項3に記載の重合体。 - 【請求項5】官能価が2である1種以上の縮合モノマー
と、式 Z−CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 −Z (VI) (式中、mおよびnは上記定義通りであり、Zは前記縮
合モノマーと重縮合反応し得る反応性基である。)の、
官能価が少なくとも1.97であるペルフルオロポリオ
キシアルキレンとの反応により得られることを特徴とす
る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の重合体。 - 【請求項6】式(VI)のペルフルオロポリオキシアルキレ
ンの官能価が少なくとも1.99であることを特徴とす
る、請求項5に記載の重合体。 - 【請求項7】ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテ
ル、ポリアミン、ポリ尿素、ポリアミド、ポリイミド、
ポリトリアジン、ポリスルフィド、ポリシロキサンから
選択されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか
1項に記載の重合体。 - 【請求項8】請求項1〜7のいずれか1項に記載の重合
体の製造方法であって、官能価が2である1種以上の縮
合モノマーを、式 Z−CF2 O−(CF2 CF2 O)m −(CF2 O)n −CF2 −Z (VI) (式中、mおよびnは上記定義通りであり、Zは前記縮
合モノマーと重縮合反応し得る反応性基である。)の、
官能価が少なくとも1.97であるペルフルオロポリオ
キシアルキレンと反応させることを特徴とする方法。 - 【請求項9】式(VI)のペルフルオロポリオキシアルキレ
ンの官能価が少なくとも1.99であることを特徴とす
る、請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】請求項1〜7のいずれか1項に記載の重
合体の、封止剤としての使用。 - 【請求項11】請求項1〜7のいずれか1項に記載の重
合体の、ガスケットおよび取付け部品の製造のための使
用。
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