WO2025205035A1 - 化合物の製造方法及び化合物 - Google Patents
化合物の製造方法及び化合物Info
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Definitions
- This disclosure relates to a method for producing a compound and the compound.
- PFPE compound When a compound having a PFPE chain (hereinafter also referred to as "PFPE compound”) is used in applications such as polymer electrolytes, the PFPE compound may be required to have the type and amount of functional groups appropriate for the application. However, with a PFPE compound having functional groups at both ends, it is difficult to freely control the amount of functional groups. Furthermore, when a PFPE compound is used in an elastomer, properties that cannot be achieved by linking end groups as in conventional technology may be required, and with a PFPE compound having functional groups only at the ends, it is difficult to freely control the amount of functional groups as crosslinking groups.
- T 11 and T 12 are each independently —R 11 —COOH or —R 11 —COOR 12 , where R 11 is each independently a perfluoroalkylene group, and R 12 is each independently an alkyl group; Rf1 is ( R13O ) n1 , each R13 is independently a perfluoroalkylene group, and n1 is an integer of 1 or more;
- L1 is a divalent linking group;
- Z 1 is a functional group represented by —SO 2 F, —CN, —CH 2 OH, or —COOR 22 , and R 22 is an al
- a raw material composition containing a compound (1) having a perfluoroalkyleneoxy unit and a terminal carboxy group or alkyloxycarbonyl group, and a compound (2) having a perfluorovinyl group and a specific functional group is used, and this raw material composition is irradiated with ultraviolet light under a flow of inert gas. Therefore, a PFPE compound having a specific functional group in the side chain, not at the terminal, can be obtained, and the amount of the specific functional group introduced into the PFPE compound can be easily controlled by adjusting the amount of compound (2) contained in the raw material composition. Furthermore, since the molecular weight can be freely controlled, it is possible to adjust the flowability, solubility, mechanical properties, etc. as needed.
- T 11 -O-Rf 1 -T 12 ...Formula (1)
- T 11 and T 12 are each independently —R 11 —COOH or —R 11 —COOR 12 , where R 11 is each independently a perfluoroalkylene group, and R 12 is each independently an alkyl group; Rf 1 is (R 13 O) n1 , each R 13 is independently a perfluoroalkylene group, and n1 is an integer of 1 or greater.
- the number of carbon atoms in R 13 is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 4, and even more preferably 1 or 2, from the viewpoints of excellent flowability and solubility, and, depending on the application of the PFPE compound, excellent transparency.
- R 13 may be a linear perfluoroalkylene group, a branched perfluoroalkylene group, or a perfluoroalkylene group having a ring structure. From the viewpoint of excellent fluidity, R 13 is preferably a linear perfluoroalkylene group or a branched perfluoroalkylene group, and more preferably a linear perfluoroalkylene group.
- n1 R 13 When n1 is 2 or more, the n1 R 13 may be the same as or different from each other. That is, Rf 1 may contain two or more types of (R 13 O). "Containing two or more types of (R 13 O)” means that there are two or more types of (R 13 O) with different carbon numbers, and there are two or more types of (R 13 O) with the same carbon number but different in the presence or absence of side chains or the type of side chain (for example, the number of side chains, the number of carbon atoms of the side chain , etc.).
- R 13 examples include -CF 2 -, -CF 2 CF 2 -, -CF (CF 3 ) -, -CF 2 CF 2 CF 2 -, -CF (CF 3 ) CF 2 -, -CF 2 CF 2 CF 2 -, -CF (CF 3 ) CF 2 -, -CF 2 CF 2 CF 2 -, -CF (CF 3 )CF 2 -, -CF 2 CF 2 CF 2 -, -CF (CF 3 )CF 2 -, -CF 2 CF 2 CF 2 -, -CF (CF 3 )CF 2 CF 2 CF 2 -, -CF 2 CF (CF 3 )CF 2 CF 2 -, -CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 Examples include CF 2 CF 2 -, -CF(CF 3 )CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 -, -CF 2 CF(CF 3 )CF 2
- -cycloC 4 F 6 - means a perfluorocyclobutanediyl group.
- perfluorocyclobutanediyl groups include perfluorocyclobutane-1,2-diyl and perfluorocyclobutane-1,3-diyl groups.
- -cycloC 5 F 8 - means a perfluorocyclopentanediyl group.
- Examples of perfluorocyclopentanediyl groups include perfluorocyclopentane-1,2-diyl and perfluorocyclopentane-1,3-diyl groups.
- -cycloC 6 F 10 - means a perfluorocyclohexanediyl group.
- perfluorocyclohexanediyl groups include perfluorocyclohexane-1,2-diyl, perfluorocyclohexane-1,3-diyl and perfluorocyclohexane-1,4-diyl groups.
- n1 is an integer of 1 or more representing the number of repeating units of (R 13 O), and is preferably 1 to 1,000, more preferably 10 to 500, and even more preferably 30 to 300, from the viewpoint of controlling the molecular weight of the resulting PFPE compound and the content of unit (2) derived from compound (2).
- Rf1 is preferably represented by the following formula (3-1). - [(R f11 O) n11 (R f12 O) n12 (R f13 O) n13 (R f14 O) n14 (R f15 O) n15 (R f16 O) n16 ] -...(3-1) wherein Rf11 is a perfluoroalkylene group having 1 carbon atom, Rf12 is a perfluoroalkylene group having 2 carbon atoms, Rf13 is a perfluoroalkylene group having 3 carbon atoms, Rf14 is a perfluoroalkylene group having 4 carbon atoms, Rf15 is a perfluoroalkylene group having 5 carbon atoms, and Rf16 is a perfluoroalkylene group having 6 carbon atoms.
- the bonding order of (R f11 O) to (R f16 O) in formula (3-1) is arbitrary.
- n11 to n16 in formula (3-1) represent the number of (R f11 O) to (R f16 O), respectively, and do not represent the arrangement.
- (R f15 O) n15 represents that the number of (R f15 O)s is n15, and does not represent a block arrangement structure of (R f15 O) n15 .
- the order of (R f11 O) to (R f16 O) does not represent the bonding order of the respective units.
- the bonding order of (R f11 O), (R f12 O), (R f13 O), and (R f14 O) is arbitrary.
- a structure in which (R f11 O) and (R f12 O) are alternately arranged may be provided, or (R f11 O) and (R f12 O) may be arranged in blocks, or (R f11 O), (R f12 O), (R f13 O), and (R f14 O) may be arranged randomly.
- formulas (3-12) to (3-15) may be arranged randomly.
- R 11 examples include the same perfluoroalkylene group represented by R 13 described above.
- R 11 may be the same as at least one of the n1 R 13s , or may be different from any of the n1 R 13s , and is preferably the same as at least one of the n1 R 13s .
- Two R 11 present in one molecule may be the same as or different from each other.
- the number of carbon atoms in R 11 is preferably 1 to 3, more preferably 1 or 2, and even more preferably 1, from the viewpoint of availability.
- Two R 11 groups present in one molecule may be the same or different.
- the alkyl group represented by R 12 is preferably a methyl group or an ethyl group, more preferably a methyl group, from the viewpoint of suppressing inhibition of the reaction by decomposition products.
- T 11 and T 12 are —R 11 —COOR 12
- the two R 12 present in one molecule may be the same or different.
- T 11 and T 12 are each independently —R 11 —COOH or —R 11 —COOR 12 , with —R 11 —COOH being preferred from the viewpoint of easiness of reaction and less influence of side reactions.
- the number average molecular weight of compound (1) used in the production method of this embodiment is preferably 100 to 100,000, more preferably 500 to 50,000, and even more preferably 1,000 to 10,000, from the viewpoint of controlling the molecular weight of the resulting PFPE compound and the content of unit (2) derived from compound (2).
- the number average molecular weight of a compound is a value determined by the following method. p-Bistrifluoromethylbenzene is added as an internal standard substance to the compound to be measured, and the number average molecular weight is determined by carrying out 19 F-NMR measurement and 1 H-NMR measurement.
- the number average molecular weight of compound (1) is calculated from the total amount of terminal groups (carboxy groups, alkyloxycarbonyl groups) determined by 1 H-NMR measurement and the total number of F's determined by 19 F-NMR measurement.
- the amount of peaks derived from specific functional groups is measured from the 19F -NMR spectrum to determine the content of the specific functional groups relative to the total number of Fs in the PFPE compound, and then the number-average molecular weight of the PFPE compound is calculated from the total amount of terminal groups (carboxy groups, alkyloxycarbonyl groups) determined by 1H -NMR measurement and the total number of Fs and the content of the specific functional groups determined by 19F -NMR measurement.
- the raw material composition used in the manufacturing method of this embodiment may contain only one type of compound (1), or may contain two or more types.
- Compound (1) used in the production method of this embodiment may be a compound obtained by pre-polymerizing compound (4).
- the polymerization is carried out by photopolymerizing compound (4) under an inert gas flow (for example, by irradiating it with ultraviolet light having a wavelength of 150 to 300 nm).
- T 41 -O-Rf 4 -T 42 ...Formula (4)
- T 41 and T 42 are each independently —R 41 —COOH or —R 41 —COOR 42 , each R 41 is independently a perfluoroalkylene group, and each R 42 is independently an alkyl group; Rf 4 is (R 43 O) n4 , where each R 43 is independently a perfluoroalkylene group, and n4 is an integer of 1 to 115.
- the number of carbon atoms in R 43 is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 4, and even more preferably 1 or 2, from the viewpoint of excellent solubility.
- R 43 may be a linear perfluoroalkylene group, a branched perfluoroalkylene group, or a perfluoroalkylene group having a ring structure.
- R 43 is preferably a linear perfluoroalkylene group or a branched perfluoroalkylene group, and more preferably a linear perfluoroalkylene group.
- n4 is 2 or more, the n4 R 43 may be the same as or different from each other.
- the structure represented by formula (4) may contain two or more types of (R 43 O).
- "Containing two or more types of (R 43 O)” means that there are two or more types of (R 43 O) with different carbon numbers, and there are two or more types of (R 43 O) with the same carbon number but different in the presence or absence of side chains or the type of side chain (for example, the number of side chains, the number of carbon atoms of the side chain, etc.).
- Specific examples of R 43 include the same as the specific examples of R 13 described above.
- the compound (2) used in the production method of this embodiment is a compound represented by the following formula (2).
- F 2 C CF-O-L 1 -Z 1 ...Formula (2)
- L1 is a divalent linking group
- Z 1 is a functional group represented by —SO 2 F, —CN, —CH 2 OH, or —COOR 22
- R 22 is an alkyl group.
- the wavelength of the ultraviolet light irradiated onto the raw material composition is 150 to 300 nm, and from the viewpoint of obtaining a high molecular weight PFPE compound, the wavelength is preferably 180 to 280 nm, and more preferably 200 to 260 nm.
- the light source of ultraviolet light is not particularly limited, and examples thereof include high-pressure mercury lamps, low-pressure mercury lamps, metal halide lamps, excimer lamps (Ar 2 , Kr 2 , Xe 2 , KrCl, KrF, ArF, F 2 , etc.), flash lamps, electrodeless lamps, LED lamps, etc.
- the light source of ultraviolet light can be appropriately selected depending on the wavelength of the ultraviolet light to be irradiated.
- examples include a metal halide lamp when the ultraviolet light wavelength is 250 to 300 nm, a low-pressure mercury lamp when the wavelength is 185 nm or 254 nm, an F 2 excimer laser when the wavelength is 157 nm, a Xe 2 excimer lamp when the wavelength is 172 nm, an ArF excimer laser when the wavelength is 193 nm, a KrCl excimer lamp when the wavelength is 222 nm, and a KrF excimer laser when the wavelength is 248 nm.
- the inert gas is passed through the reactor by introducing the inert gas into the reactor.
- the inert gas may be introduced (for example, by bubbling) into the raw material composition (i.e., the liquid phase) in the reactor, or may be introduced into the gas phase in contact with the raw material composition.
- inert gases include nitrogen gas, helium gas, neon gas, and argon gas. Nitrogen gas or helium gas is preferred, and nitrogen gas is preferred from the viewpoint of keeping costs low.
- the flow rate of the inert gas is preferably 0.1 L/min or more, more preferably 0.5 L/min or more, and even more preferably 1 L/min or more.
- the upper limit of the flow rate of the inert gas is not particularly limited, and may be, for example, 10 L/min.
- the flow rate of the inert gas is preferably 0.1 to 10 L/min, more preferably 0.5 to 10 L/min, and even more preferably 1 to 10 L/min.
- the stirring means is not particularly limited, and examples include a stirrer, stirring blades, and mixer.
- the raw material composition may be irradiated with ultraviolet rays by irradiating a raw material composition that does not contain a solvent with ultraviolet rays, or by irradiating a mixture of the raw material composition and a fluorine-containing solvent with ultraviolet rays.
- a fluorine-containing solvent it is preferable to add a fluorine-containing solvent to lower the viscosity and then irradiate with ultraviolet rays, in order to suppress the generation of carbonyl fluoride groups.
- ultraviolet irradiation may be initiated without adding a fluorine-containing solvent to the raw material composition, and once the viscosity of the raw material composition has increased, a fluorine-containing solvent may be added to lower the viscosity and further ultraviolet irradiation may be performed.
- the fluorine-containing solvent is preferably one that dissolves a high-molecular-weight PFPE compound and has low activity against the generated —R 11 radical.
- the boiling point of the fluorine-containing solvent is preferably higher than the temperature of the raw material composition during ultraviolet irradiation (i.e., the reaction temperature).
- fluorine-containing solvents include perfluorodecalin, perfluorotributylamine, Fomblin Y series (manufactured by Solvay), Galden (manufactured by Solvay), fluoroalkanes such as 1H-perfluorodecane, and the like.
- the temperature of the raw material composition during irradiation with ultraviolet rays is preferably 0 to 100° C., more preferably 50 to 100° C., and even more preferably 50 to 70° C.
- the temperature of the raw material composition during irradiation with ultraviolet rays may also be referred to as the "reaction temperature.”
- the reaction temperature is equal to or higher than the lower limit, the photopolymerization of compound (1) and compound (2) proceeds easily.
- the reaction temperature is equal to or lower than the upper limit, the -R 11 radical is added to the perfluorovinyl group of compound (2) and -L 1 -Z 1 of compound (2) is eliminated, which reduces the likelihood of the generation of a carbonyl fluoride group.
- a compound according to one embodiment of the present disclosure is a PFPE compound including a unit (1) derived from a compound (1) represented by the following formula (1) and a unit (2) derived from a compound (2) represented by the following formula (2): T 11 -O-Rf 1 -T 12 ...Formula (1)
- F 2 C CF-O-L 1 -Z 1 ...Formula (2)
- T 11 and T 12 are each independently —R 11 —COOH or —R 11 —COOR 12 , where R 11 is each independently a perfluoroalkylene group, and R 12 is each independently an alkyl group;
- Rf1 is ( R13O ) n1 , each R13 is independently a perfluoroalkylene group, and n1 is an integer of 1 or more;
- L1 is a divalent linking group;
- Z 1 is a functional group represented by —SO 2 F, —CN, —CH 2 OH, or —COOR 22 , and R 22 is an alkyl
- the PFPE compound according to this embodiment can be obtained, for example, by the aforementioned manufacturing method.
- a PFPE compound can be obtained that has a PFPE chain in the main chain, specific functional groups in the side chains, and a controlled content of the specific functional groups.
- the unit (1) is a unit having a structure in which the functional groups --COOH or --COOR 12 at both ends of the compound (1) have been eliminated, and is represented by, for example, the following formula (1-1):
- the unit (2) is a unit having a structure in which the carbon-carbon double bond of the perfluorovinyl group of the compound (2) is cleaved, and is represented, for example, by the following formula (2-1).
- the PFPE compound according to this embodiment contains, for example, a unit represented by the following formula (1-1) and a unit represented by the following formula (1-2).
- R 11 has the same meaning as R 11 of —R 11 —COOH or —R 11 —COOR 12 represented by T 11 and T 12 in formula (1)
- Rf 1 has the same meaning as Rf 1 in formula (1 )
- * represents a bonding site between adjacent units.
- L 1 has the same meaning as L 1 in formula (2)
- Z 1 has the same meaning as Z 1 in formula (2)
- * represents a bond between adjacent units.
- the PFPE compound according to this embodiment may contain at least the unit (1) and the unit (2), and the terminal group of the PFPE compound is not particularly limited.
- the PFPE compound obtained by polymerization of a raw material composition consisting of compound (1) and compound (2) contains, for example, at least unit (1) and unit (2) and contains, as an end group, at least one selected from the group consisting of T11 and T12 in formula (1).
- the PFPE compound obtained by polymerization of a raw material composition consisting of compound (1), compound (2), and compound (1A) contains, for example, at least unit (1) and unit (2), and contains, as an end group, at least one selected from the group consisting of T 11 and T 12 in formula (1) and —R 11 —F.
- the PFPE compound according to this embodiment preferably contains, as an end group, at least one selected from the group consisting of —R 11 —COOH, —R 11 —COOR 12 , and —R 11 —F, and more preferably contains at least one selected from the group consisting of —R 11 —COOH and —R 11 —F.
- the PFPE compound according to this embodiment contains, as a specific functional group, at least one selected from the group consisting of -SO 2 F, -CN, -CH 2 OH, and -COOR 22 , preferably at least one selected from the group consisting of -SO 2 F, -CN , and -CH 2 OH, and more preferably at least one selected from the group consisting of SO 2 F and -CN.
- the number average molecular weight of the PFPE compound according to this embodiment is, for example, 3,000 to 300,000. From the viewpoint of excellent thermal stability, the number average molecular weight of the PFPE compound according to this embodiment is preferably 5,000 or more, more preferably 10,000 or more, and when mechanical properties are important, it is even more preferably 30,000 or more, particularly preferably 50,000 or more, and extremely preferably 100,000 or more.
- the method for measuring the number average molecular weight is as described above.
- the content (mass %) of the unit (2) in one molecule of the PFPE compound according to this embodiment is preferably 0.1 to 90 mass %, more preferably 1 to 90 mass %, based on the total mass of the PFPE compound, depending on the intended use.
- the content (mass %) of the unit (2) in one molecule of the PFPE compound is preferably 0.1 to 10 mass %.
- the content of unit (2) contained in one molecule of the compound can be determined by 19 F-NMR analysis.
- the content of the specific functional group is preferably 0.001 to 3 mmol/g relative to the entire PFPE compound depending on the intended use, more preferably 0.5 to 3 mmol/g, and even more preferably 1 to 2.5 mmol/g for polymer electrolyte applications.
- the content of a specific functional group relative to the entire compound can be determined by 19 F-NMR analysis.
- the unit (1) contained in the PFPE compound is a unit derived from a compound (1) in which at least one of T 11 and T 12 in formula (1) is —R 11 —COOR 12
- the content of the specific functional group is a value that does not include the content of —COOR 12 that may be contained at the terminal of the main chain of the PFPE compound.
- Example 1 A raw material composition, which was a mixture of 7 g of compound (11) and 7 g of compound (21), was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 254 nm at an irradiation intensity of 15 mW/ cm2 for 38 hours (using a low-pressure mercury lamp (manufactured by Sen Special Light Sources Co., Ltd.)) while stirring under a nitrogen gas flow of 2.0 L/min at 60°C, to obtain PFPE compound (A1).
- Compound (11) Fomblin ZDIAC4000 manufactured by Solvay. The average value of n11 is 20, and the average value of n12 is 20. The number average molecular weight is 3,800.
- Examples 2-3 PFPE compounds (A2) to (A3) were obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of compound (11) added, the amount of compound (21) added, and the ultraviolet irradiation time were changed as shown in Table 1.
- Example 4 While stirring 10 g of compound (11) at 90°C under a nitrogen gas flow rate of 2.0 L/min, the compound was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 254 nm at an irradiation intensity of 15 mW/cm for 12 hours (using a low-pressure mercury lamp (manufactured by Sen Special Light Sources Co., Ltd.)), to obtain compound (12) having a number average molecular weight of 18,000.
- PFPE compound (A4) was obtained in the same manner as in Example 1, except that 7 g of compound (12) and 4.5 g of compound (22) were used as the raw material composition and the ultraviolet irradiation time was changed as shown in Table 1.
- Compound (22): CF2 CF-O- CF2CF ( CF3 ) OCF2CF2 - CN...(22)
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Abstract
ペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物の製造方法であって、式(1)で表される化合物と式(2)で表される化合物とを含有する原料組成物に対し、不活性ガスの流通下で波長150~300nmの紫外線の照射を行う、化合物の製造方法。式(1)中T11及びT12は-R11-COOH又は-R11-COOR12、R11はペルフルオロアルキレン基、R12はアルキル基、Rf1は(R13O)n1、R13はペルフルオロアルキレン基、n1は1以上の整数、式(2)中、L1は2価の連結基、Z1は-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基、R22はアルキル基。 T11-O-Rf1-T12 …式(1) F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
Description
本開示は、化合物の製造方法及び化合物に関する。
ペルフルオロポリエーテル鎖(以下、「PFPE鎖」とも記す。)を有する化合物は、優れた耐熱性、電気絶縁性、及び耐酸化性を有し、ガラス転移温度が低いため、工業的に様々な用途に用いられる。
PFPE鎖を有する化合物は、例えば、ポリマー電解質、架橋ゴム、ガス・液分離膜、光素子封止材、弾性接着剤、マイクロ流路デバイス等への適用が望まれている。
PFPE鎖を有する化合物としては、例えば特許文献1に、両末端に官能基を有するPFPE鎖を有する化合物が開示されている。
PFPE鎖を有する化合物は、例えば、ポリマー電解質、架橋ゴム、ガス・液分離膜、光素子封止材、弾性接着剤、マイクロ流路デバイス等への適用が望まれている。
PFPE鎖を有する化合物としては、例えば特許文献1に、両末端に官能基を有するPFPE鎖を有する化合物が開示されている。
PFPE鎖を有する化合物(以下、「PFPE化合物」とも記す。)をポリマー電解質等の用途に適用する場合、PFPE化合物は、用途に応じた種類及び量の官能基を有することが求められる場合がある。しかしながら、両末端に官能基を有するPFPE化合物では、官能基量を自在に制御することは困難である。また、PFPE化合物をエラストマーに適用する場合も従来技術のような末端基の連結では達成できない特性を求められる場合があり、末端のみに官能基を有するPFPE化合物では架橋基としての官能基量を自在に制御することは困難である。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本開示の一実施形態は、官能基量を自在に制御可能なペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物の製造方法及び前記製造方法により得られる化合物の提供を目的とする。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本開示の一実施形態は、官能基量を自在に制御可能なペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物の製造方法及び前記製造方法により得られる化合物の提供を目的とする。
本開示は、以下の態様を含む。
<1>
ペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物の製造方法であって、
下記式(1)で表される化合物(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)と、を含有する原料組成物に対し、不活性ガスの流通下で波長150~300nmの紫外線の照射を行うことで、前記化合物(1)と前記化合物(2)とを共重合させる、化合物の製造方法。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
<2>
前記化合物(2)の含有量は、前記原料組成物全体に対し、1~90質量%である、<1>に記載の化合物の製造方法。
<3>
前記紫外線の照射時における前記原料組成物の温度は、0~100℃である、<1>又は<2>に記載の化合物の製造方法。
<4>
ペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物であって、
下記式(1)で表される化合物(1)に由来する単位(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)に由来する単位(2)と、含む化合物。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
<5>
1分子中に含まれる前記単位(2)の含有量は、1~90質量%である、<4>に記載の化合物。
<6>
数平均分子量が5,000以上である、<4>又は<5>に記載の化合物。
<7>
前記式(2)中のZ1で表される官能基の含有量は、前記化合物全体に対し、0.001~3mmol/gである、<4>~<6>のいずれか1つに記載の化合物。
<1>
ペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物の製造方法であって、
下記式(1)で表される化合物(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)と、を含有する原料組成物に対し、不活性ガスの流通下で波長150~300nmの紫外線の照射を行うことで、前記化合物(1)と前記化合物(2)とを共重合させる、化合物の製造方法。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
<2>
前記化合物(2)の含有量は、前記原料組成物全体に対し、1~90質量%である、<1>に記載の化合物の製造方法。
<3>
前記紫外線の照射時における前記原料組成物の温度は、0~100℃である、<1>又は<2>に記載の化合物の製造方法。
<4>
ペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物であって、
下記式(1)で表される化合物(1)に由来する単位(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)に由来する単位(2)と、含む化合物。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
<5>
1分子中に含まれる前記単位(2)の含有量は、1~90質量%である、<4>に記載の化合物。
<6>
数平均分子量が5,000以上である、<4>又は<5>に記載の化合物。
<7>
前記式(2)中のZ1で表される官能基の含有量は、前記化合物全体に対し、0.001~3mmol/gである、<4>~<6>のいずれか1つに記載の化合物。
本開示の一実施形態によれば、官能基量を自在に制御可能なペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物の製造方法及び前記製造方法により得られる化合物が提供される。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、式(X)で表される化合物を化合物(X)又は化合物Xと記載することがある。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、式(X)で表される化合物を化合物(X)又は化合物Xと記載することがある。
本開示における用語の意味は以下の通りである。
ペルフルオロアルキル基とは、アルキル基の水素原子が全てフッ素原子で置換された基を意味する。
ペルフルオロアルキレン基とは、アルキレン基の水素原子が全てフッ素原子で置換された基を意味する。
ペルフルオロポリエーテル鎖(PFPE鎖)とは、ペルフルオロアルキレンオキシ単位が2以上である構造を意味する。
原料組成物とは、共重合により得られる化合物(共重合体)を構成する単位となる成分からなり、前記化合物を構成しない成分(溶媒等)は含まない。
ペルフルオロアルキル基とは、アルキル基の水素原子が全てフッ素原子で置換された基を意味する。
ペルフルオロアルキレン基とは、アルキレン基の水素原子が全てフッ素原子で置換された基を意味する。
ペルフルオロポリエーテル鎖(PFPE鎖)とは、ペルフルオロアルキレンオキシ単位が2以上である構造を意味する。
原料組成物とは、共重合により得られる化合物(共重合体)を構成する単位となる成分からなり、前記化合物を構成しない成分(溶媒等)は含まない。
[化合物の製造方法]
本開示の一実施形態に係る化合物の製造方法は、下記式(1)で表される化合物(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)と、を含有する原料組成物に対し、不活性ガスの流通下で波長150~300nmの紫外線の照射を行うことで、前記化合物(1)と前記化合物(2)とを共重合させる、PFPE化合物の製造方法である。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
以下、-SO2F、-CN、-CH2OH、及び-COOR22からなる群より選択される少なくとも一種を「特定官能基」ともいう。
本開示の一実施形態に係る化合物の製造方法は、下記式(1)で表される化合物(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)と、を含有する原料組成物に対し、不活性ガスの流通下で波長150~300nmの紫外線の照射を行うことで、前記化合物(1)と前記化合物(2)とを共重合させる、PFPE化合物の製造方法である。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
以下、-SO2F、-CN、-CH2OH、及び-COOR22からなる群より選択される少なくとも一種を「特定官能基」ともいう。
前記の通り、PFPE化合物は、用途に応じた種類及び量の官能基を有することが求められる場合がある。例えばPFPE化合物をポリマー電解質の材料として用いる場合、得られるポリマー電解質の伝導度を高くする目的で、-SO2F等の官能基量が多いPFPE化合物が望まれることがある。また、PFPE化合物を架橋ゴムの材料として用いる場合、得られる架橋ゴムの架橋密度を高く(又は低く)する目的で、-CN等の官能基量が多い(又は少ない)PFPE化合物が望まれることがある。
一方で、両末端に官能基を有する従来のPTFE化合物では、官能基量を自在に制御することは困難であった。
一方で、両末端に官能基を有する従来のPTFE化合物では、官能基量を自在に制御することは困難であった。
これに対し、本実施形態では、ペルフルオロアルキレンオキシ単位を有し、末端がカルボキシ基又はアルキルオキシカルボニル基である化合物(1)と、ペルフルオロビニル基と特定官能基とを有する化合物(2)と、を含有する原料組成物を用いる。そして、この原料組成物に対し、不活性ガスの流通下で紫外線の照射を行う。
そのため、末端ではなく側鎖に特定官能基を有するPFPE化合物が得られ、原料組成物に含有される化合物(2)の量を調整することでPFPE化合物に導入する特定官能基の量を容易に制御できる。更に分子量も自由に制御可能なため、必要に応じて流動性、溶解性、機械的特性等を調節可能である。
そのため、末端ではなく側鎖に特定官能基を有するPFPE化合物が得られ、原料組成物に含有される化合物(2)の量を調整することでPFPE化合物に導入する特定官能基の量を容易に制御できる。更に分子量も自由に制御可能なため、必要に応じて流動性、溶解性、機械的特性等を調節可能である。
ここで、前記原料組成物の光重合では、まず、化合物(1)の末端における-COOH又は-COOR12の脱離によって-R11ラジカルが生成する。そして、生成した-R11ラジカルが、他の-R11ラジカル又は化合物(2)のペルフルオロビニル基に結合することで重合が進むと考えられる。
本実施形態における化合物(1)のうち、式(1)のT11及びT12の少なくとも一方が-R11-COOHである化合物を用いた場合、不活性ガスを流通せずに紫外線を照射すると、脱離したCOOHラジカルから生成したヒドロキシラジカルの作用により、化合物(1)の末端がフッ化カルボニル基に変換されやすくなる。末端の官能基がフッ化カルボニル基に変換されるとCOOH基に比べて紫外線による分解速度が極端に遅くなるため目的の反応が進行しなくなる。
一方、本実施形態では、化合物(1)及び化合物(2)を用いて不活性ガスの流通下で紫外線の照射を行っているため、ヒドロキシラジカルが生成しても反応系から除去されてフッ化カルボニル基が生成されにくく、化合物(1)末端にラジカルが発生し-R11ラジカルを生成しやすくなる。そのため、原料組成物に含有される化合物(2)の量の調整によりPFPE化合物に導入する特定官能基の量を容易に制御できると推測される。
一方、本実施形態では、化合物(1)及び化合物(2)を用いて不活性ガスの流通下で紫外線の照射を行っているため、ヒドロキシラジカルが生成しても反応系から除去されてフッ化カルボニル基が生成されにくく、化合物(1)末端にラジカルが発生し-R11ラジカルを生成しやすくなる。そのため、原料組成物に含有される化合物(2)の量の調整によりPFPE化合物に導入する特定官能基の量を容易に制御できると推測される。
また、本実施形態における化合物(1)のうち、式(1)のT11及びT12の少なくとも一方が-R11-COOR12である化合物を用いた場合においても、不活性ガスを流通せずに紫外線を照射すると重合が進みにくくなる。重合が進みにくくなる理由は定かではないが、脱離したアルキルオキシカルボニル基が更に分解することで生成したアルキルラジカルが、前述の-R11ラジカルに付加することで重合が停止するためと推測される。
一方、本実施形態では、不活性ガスの流通下で紫外線の照射を行っているため、アルキルラジカルが生成しても反応系から除去されて重合の停止が起こりにくくなる。そのため、原料組成物に含有される化合物(2)の量の調整によりPFPE化合物に導入する特定官能基の量が制御されたPFPE化合物が得られると推測される。
一方、本実施形態では、不活性ガスの流通下で紫外線の照射を行っているため、アルキルラジカルが生成しても反応系から除去されて重合の停止が起こりにくくなる。そのため、原料組成物に含有される化合物(2)の量の調整によりPFPE化合物に導入する特定官能基の量が制御されたPFPE化合物が得られると推測される。
<原料組成物>
(化合物(1))
本実施形態の製造方法において用いる化合物(1)は、下記式(1)で表される化合物である。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数である。
(化合物(1))
本実施形態の製造方法において用いる化合物(1)は、下記式(1)で表される化合物である。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数である。
R13の炭素数は、流動性及び溶解性、並びにPFPE化合物の用途によっては透明性に優れる観点から、1~6が好ましく、1~4がより好ましく、1~2が更に好ましい。
R13は、炭素数が3以上である場合、直鎖状ペルフルオロアルキレン基であってもよく、分岐鎖状ペルフルオロアルキレン基であってもよく、環構造を有するペルフルオロアルキレン基であってもよい。R13は、流動性に優れる観点から、直鎖状ペルフルオロアルキレン基又は分岐鎖状ペルフルオロアルキレン基が好ましく、直鎖状ペルフルオロアルキレン基がより好ましい。
n1が2以上である場合、n1個のR13は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。つまり、Rf1は、2種以上の(R13O)を含んでいてもよい。2種以上の(R13O)を含むとは、炭素数の異なる2種以上の(R13O)が存在すること、及び、炭素数が同一であっても側鎖の有無や側鎖の種類(例えば、側鎖の数、側鎖の炭素数等)が異なる2種以上の(R13O)が存在することをいう。
R13は、炭素数が3以上である場合、直鎖状ペルフルオロアルキレン基であってもよく、分岐鎖状ペルフルオロアルキレン基であってもよく、環構造を有するペルフルオロアルキレン基であってもよい。R13は、流動性に優れる観点から、直鎖状ペルフルオロアルキレン基又は分岐鎖状ペルフルオロアルキレン基が好ましく、直鎖状ペルフルオロアルキレン基がより好ましい。
n1が2以上である場合、n1個のR13は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。つまり、Rf1は、2種以上の(R13O)を含んでいてもよい。2種以上の(R13O)を含むとは、炭素数の異なる2種以上の(R13O)が存在すること、及び、炭素数が同一であっても側鎖の有無や側鎖の種類(例えば、側鎖の数、側鎖の炭素数等)が異なる2種以上の(R13O)が存在することをいう。
R13の具体例としては、-CF2-、-CF2CF2-、-CF(CF3)-、-CF2CF2CF2-、-CF(CF3)CF2-、-CF2CF2CF2CF2-、-CF(CF3)CF2CF2-、-CF2CF(CF3)CF2-、-CF2CF2CF2CF2CF2-、-CF(CF3)CF2CF2CF2-、-CF2CF(CF3)CF2CF2-、-CF2CF2CF2CF2CF2CF2-、-CF(CF3)CF2CF2CF2CF2-、-CF2CF(CF3)CF2CF2CF2-、-CF2CF2CF(CF3)CF2CF2-、-cycloC4F6-、-cycloC5F8-、及び-cycloC6F10-、これらの組み合わせが挙げられる。
ここで、-cycloC4F6-は、ペルフルオロシクロブタンジイル基を意味する。ペルフルオロシクロブタンジイル基としては、ペルフルオロシクロブタン-1,2-ジイル基、及びペルフルオロシクロブタン-1,3-ジイル基が挙げられる。-cycloC5F8-は、ペルフルオロシクロペンタンジイル基を意味する。ペルフルオロシクロペンタンジイル基としては、ペルフルオロシクロペンタン-1,2-ジイル基、及びペルフルオロシクロペンタン-1,3-ジイル基が挙げられる。-cycloC6F10-は、ペルフルオロシクロヘキサンジイル基を意味する。ペルフルオロシクロヘキサンジイル基としては、ペルフルオロシクロヘキサン-1,2-ジイル基、ペルフルオロシクロヘキサン-1,3-ジイル基、及びペルフルオロシクロヘキサン-1,4-ジイル基が挙げられる。
n1は、(R13O)の繰り返し数を表す1以上の整数であり、得られるPFPE化合物における分子量と化合物(2)に由来する単位(2)の含有量とを制御する観点から、1~1,000が好ましく、10~500がより好ましく、30~300が更に好ましい。
Rf1は、下記式(3-1)で表されることが好ましい。
-[(Rf11O)n11(Rf12O)n12(Rf13O)n13(Rf14O)n14(Rf15O)n15(Rf16O)n16]- …(3-1)
ただし、Rf11は、炭素数1のペルフルオロアルキレン基であり、Rf12は、炭素数2のペルフルオロアルキレン基であり、Rf13は、炭素数3のペルフルオロアルキレン基であり、Rf14は、炭素数4のペルフルオロアルキレン基であり、Rf15は、炭素数5のペルフルオロアルキレン基であり、Rf16は、炭素数6のペルフルオロアルキレン基である。
n11、n12、n13、n14、n15、及びn16は、それぞれ独立に0又は1以上の整数を表し、n11+n12+n13+n14+n15+n16=n1である。
-[(Rf11O)n11(Rf12O)n12(Rf13O)n13(Rf14O)n14(Rf15O)n15(Rf16O)n16]- …(3-1)
ただし、Rf11は、炭素数1のペルフルオロアルキレン基であり、Rf12は、炭素数2のペルフルオロアルキレン基であり、Rf13は、炭素数3のペルフルオロアルキレン基であり、Rf14は、炭素数4のペルフルオロアルキレン基であり、Rf15は、炭素数5のペルフルオロアルキレン基であり、Rf16は、炭素数6のペルフルオロアルキレン基である。
n11、n12、n13、n14、n15、及びn16は、それぞれ独立に0又は1以上の整数を表し、n11+n12+n13+n14+n15+n16=n1である。
なお、式(3-1)における(Rf11O)~(Rf16O)の結合順序は任意である。式(3-1)のn11~n16は、それぞれ、(Rf11O)~(Rf16O)の個数を表すものであり、配置を表すものではない。例えば、(Rf15O)n15は、(Rf15O)の数がn15個であることを表し、(Rf15O)n15のブロック配置構造を表すものではない。同様に、(Rf11O)~(Rf16O)の記載順は、それぞれの単位の結合順序を表すものではない。
中でも、-(R13O)n1-は、下記式(3-11)~(3-15)で表される構造からなる群より選択される少なくとも1つを含むことが好ましく、式(3-11)で表される構造を含むことがより好ましい。
-(Rf11O)n11-(Rf12O)n12- …(3-11)
-(Rf12O)n12-(Rf14O)n14- …(3-12)
-(Rf13O)n13-(Rf15O)n15- …(3-13)
-(Rf11O)n11-(Rf12O)n12-(Rf13O)n13- …(3-14)
-(Rf12O)n12-(Rf13O)n13- …(3-15)
ただし、式(3-11)~式(3-15)の各符号は、前記式(3-1)と同様である。
-(Rf11O)n11-(Rf12O)n12- …(3-11)
-(Rf12O)n12-(Rf14O)n14- …(3-12)
-(Rf13O)n13-(Rf15O)n15- …(3-13)
-(Rf11O)n11-(Rf12O)n12-(Rf13O)n13- …(3-14)
-(Rf12O)n12-(Rf13O)n13- …(3-15)
ただし、式(3-11)~式(3-15)の各符号は、前記式(3-1)と同様である。
式(3-11)において、(Rf11O)と(Rf12O)と(Rf13O)と(Rf14O)との結合順序は各々任意である。例えば(Rf11O)と(Rf12O)が交互に配置される構造を有してもよく、(Rf11O)と(Rf12O)とが各々ブロックに配置されてもよく、また(Rf11O)と(Rf12O)と(Rf13O)と(Rf14O)とがランダムに配置されてもよい。式(3-12)~式(3-15)においても同様である。
R11で表されるペルフルオロアルキレン基としては、前述のR13で表されるペルフルオロアルキレン基と同様のものが挙げられる。R11は、n1個のR13のうち少なくとも1つと同じであってもよく、n1個のR13のいずれとも異なっていてもよく、n1個のR13のうち少なくとも1つと同じであることが好ましい。1分子中に存在する2つのR11は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
R11の炭素数は、入手性の観点から、1~3が好ましく、1~2がより好ましく、1が更に好ましい。
1分子中に存在する2つのR11は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
R11の炭素数は、入手性の観点から、1~3が好ましく、1~2がより好ましく、1が更に好ましい。
1分子中に存在する2つのR11は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
R12で表されるアルキル基は、分解生成物による反応の阻害を抑制する観点から、メチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
T11及びT12のいずれもが-R11-COOR12である場合、1分子中に存在する2つのR12は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
T11及びT12のいずれもが-R11-COOR12である場合、1分子中に存在する2つのR12は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
式(1)中のT11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、反応の進みやすさおよび副反応の影響が少ない観点から-R11-COOHが好ましい。
本実施形態の製造方法において用いる化合物(1)における数平均分子量は、得られるPFPE化合物における分子量と化合物(2)に由来する単位(2)の含有量とを制御する観点から、100~100,000が好ましく、500~50,000がより好ましく、1,000~10,000が更に好ましい。
本開示において、化合物の数平均分子量は、以下の方法により求められる値である。
測定対象の化合物に、内部標準物質としてp-ビストリフルオロメチルベンゼンを添加し、19F-NMR測定及び1H-NMR測定を行うことにより、数平均分子量を求める。
例えば、測定対象の化合物が化合物(1)である場合、1H-NMR測定により求めた末端基(カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基)の合計量と19F-NMR測定により求めた全F数とから、化合物(1)の数平均分子量を算出する。
また、測定対象の化合物が後述するPFPE化合物である場合、19F-NMRスペクトルから特定官能基に由来するピークの量を測定して、PFPE化合物中の全F数に対する特定官能基の含有量を測定した後、1H-NMR測定により求めた末端基(カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基)の合計量と19F-NMR測定により求めた全F数及び特定官能基の含有量とから、PFPE化合物の数平均分子量を算出する。
測定対象の化合物に、内部標準物質としてp-ビストリフルオロメチルベンゼンを添加し、19F-NMR測定及び1H-NMR測定を行うことにより、数平均分子量を求める。
例えば、測定対象の化合物が化合物(1)である場合、1H-NMR測定により求めた末端基(カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基)の合計量と19F-NMR測定により求めた全F数とから、化合物(1)の数平均分子量を算出する。
また、測定対象の化合物が後述するPFPE化合物である場合、19F-NMRスペクトルから特定官能基に由来するピークの量を測定して、PFPE化合物中の全F数に対する特定官能基の含有量を測定した後、1H-NMR測定により求めた末端基(カルボキシ基、アルキルオキシカルボニル基)の合計量と19F-NMR測定により求めた全F数及び特定官能基の含有量とから、PFPE化合物の数平均分子量を算出する。
本実施形態の製造方法において用いる原料組成物は、化合物(1)を、1種のみ含有してもよく、2種以上含有してもよい。
本実施形態の製造方法において用いる化合物(1)は、「化合物(4)を予め重合して得られた化合物」であってもよい。重合は、化合物(4)を不活性ガス流通下で光重合(例えば波長150~300nmの紫外線を照射)させて行う。
T41-O-Rf4-T42 …式(4)
式(4)中、
T41及びT42は、それぞれ独立に、-R41-COOH又は-R41-COOR42であり、R41は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R42は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf4は、(R43O)n4であり、R43は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n4は、1~115の整数である。
T41-O-Rf4-T42 …式(4)
式(4)中、
T41及びT42は、それぞれ独立に、-R41-COOH又は-R41-COOR42であり、R41は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R42は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf4は、(R43O)n4であり、R43は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n4は、1~115の整数である。
R43の炭素数は、溶解性に優れる観点から、1~6が好ましく、1~4がより好ましく、1~2が更に好ましい。
R43は、炭素数が3以上である場合、直鎖状ペルフルオロアルキレン基であってもよく、分岐鎖状ペルフルオロアルキレン基であってもよく、環構造を有するペルフルオロアルキレン基であってもよい。R43は、入手性の観点から、直鎖状ペルフルオロアルキレン基又は分岐鎖状ペルフルオロアルキレン基が好ましく、直鎖状ペルフルオロアルキレン基がより好ましい。
n4が2以上である場合、n4個のR43は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。つまり、n4が2以上である場合、式(4)で表される構造は、2種以上の(R43O)を含んでいてもよい。2種以上の(R43O)を含むとは、炭素数の異なる2種以上の(R43O)が存在すること、及び、炭素数が同一であっても側鎖の有無や側鎖の種類(例えば、側鎖の数、側鎖の炭素数等)が異なる2種以上の(R43O)が存在することをいう。
R43の具体例としては、前述のR13の具体例と同様のものが挙げられる。
R43は、炭素数が3以上である場合、直鎖状ペルフルオロアルキレン基であってもよく、分岐鎖状ペルフルオロアルキレン基であってもよく、環構造を有するペルフルオロアルキレン基であってもよい。R43は、入手性の観点から、直鎖状ペルフルオロアルキレン基又は分岐鎖状ペルフルオロアルキレン基が好ましく、直鎖状ペルフルオロアルキレン基がより好ましい。
n4が2以上である場合、n4個のR43は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。つまり、n4が2以上である場合、式(4)で表される構造は、2種以上の(R43O)を含んでいてもよい。2種以上の(R43O)を含むとは、炭素数の異なる2種以上の(R43O)が存在すること、及び、炭素数が同一であっても側鎖の有無や側鎖の種類(例えば、側鎖の数、側鎖の炭素数等)が異なる2種以上の(R43O)が存在することをいう。
R43の具体例としては、前述のR13の具体例と同様のものが挙げられる。
n4は、1~115の整数であり、溶解性に優れる観点及び化合物(1)の合成しやすさの観点から、10~100が好ましく、20~90がより好ましく、30~70が更に好ましい。
R41で表されるペルフルオロアルキレン基としては、前述のR13で表されるペルフルオロアルキレン基と同様のものが挙げられる。1分子中に存在する2つのR41は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
R42で表されるアルキル基はメチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。T41及びT42のいずれもが-R41-COOR42である場合、1分子中に存在する2つのR42は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
R42で表されるアルキル基はメチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。T41及びT42のいずれもが-R41-COOR42である場合、1分子中に存在する2つのR42は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
化合物(4)の数平均分子量としては、例えば300~5,000が挙げられる。
「化合物(4)を不活性ガス流通下で光重合させて得られた化合物」の数平均分子量としては、例えば5,000~100,000が挙げられる。
化合物(4)の光重合における操作及び条件(紫外線の波長、紫外線の光源、紫外線の照射強度、不活性ガスの種類、不活性ガスの流通量、温度、圧力等)は、後述する原料組成物の光重合における操作及び条件と同様である。
「化合物(4)を不活性ガス流通下で光重合させて得られた化合物」を原料組成物に含有される化合物(1)として用いることで、化合物(4)をそのまま化合物(1)として用いた場合に比べて、例えば、高分子量体が必要なエラストマー製造を目的とした場合に、高分子量のPFPE化合物が得られやすくなる。
「化合物(4)を不活性ガス流通下で光重合させて得られた化合物」の数平均分子量としては、例えば5,000~100,000が挙げられる。
化合物(4)の光重合における操作及び条件(紫外線の波長、紫外線の光源、紫外線の照射強度、不活性ガスの種類、不活性ガスの流通量、温度、圧力等)は、後述する原料組成物の光重合における操作及び条件と同様である。
「化合物(4)を不活性ガス流通下で光重合させて得られた化合物」を原料組成物に含有される化合物(1)として用いることで、化合物(4)をそのまま化合物(1)として用いた場合に比べて、例えば、高分子量体が必要なエラストマー製造を目的とした場合に、高分子量のPFPE化合物が得られやすくなる。
(化合物(2))
本実施形態の製造方法において用いる化合物(2)は、下記式(2)で表される化合物である。
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
本実施形態の製造方法において用いる化合物(2)は、下記式(2)で表される化合物である。
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
R22で表されるアルキル基としては、前述のR12で表されるアルキル基と同様のものが挙げられる。
原料組成物に含有される化合物(1)のT11及びT12の少なくとも一方が-R11-COOR12であり、かつ、化合物(2)のZ1が-COOR22である場合、反応を制御しやすくする観点から、R22で表されるアルキル基の炭素数がR12で表されるアルキル基の炭素数よりも大きいことが好ましく、R12がメチル基でありR12がエチル基であることがより好ましい。
式(2)中のZ1で表される官能基は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22であり、入手性及び更に別の官能基への転換可能性の観点から、-SO2F、-CN、又は-CH2OHが好ましく、SO2F又は-CNがより好ましい。
原料組成物に含有される化合物(1)のT11及びT12の少なくとも一方が-R11-COOR12であり、かつ、化合物(2)のZ1が-COOR22である場合、反応を制御しやすくする観点から、R22で表されるアルキル基の炭素数がR12で表されるアルキル基の炭素数よりも大きいことが好ましく、R12がメチル基でありR12がエチル基であることがより好ましい。
式(2)中のZ1で表される官能基は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22であり、入手性及び更に別の官能基への転換可能性の観点から、-SO2F、-CN、又は-CH2OHが好ましく、SO2F又は-CNがより好ましい。
L1で表される2価の連結基としては、例えば、アルキレン基、ペルフルオロアルキレン基、-O-、及びこれらを2種以上組み合わせた基が挙げられる。
L1で表される2価の連結基は、ペルフルオロアルキレン基を含むことが好ましく、ペルフルオロアルキレン基、又は、炭素-炭素原子間に-O-を有するペルフルオロアルキレン基がより好ましい。
L1で表される2価の連結基の合計炭素数としては、例えば1~10が挙げられ、揮発しにくく、かつ、反応性が高い観点から、3~8が好ましく、3~5がより好ましい。
L1で表される2価の連結基の合計炭素数としては、例えば1~10が挙げられ、揮発しにくく、かつ、反応性が高い観点から、3~8が好ましく、3~5がより好ましい。
本実施形態の製造方法において用いる化合物(2)における分子量は、揮発しにくく、かつ、反応性が高い観点から、250~1,000が好ましく、300~500がより好ましい。
本実施形態の製造方法において用いる原料組成物は、化合物(2)を、1種のみ含有してもよく、2種以上含有してもよい。
化合物(2)の含有量(質量%)は、目的の用途に応じた機能が発揮できる必要量の観点から、原料組成物全体に対し、1~90質量%が好ましく、5~80質量%がより好ましく10~70質量%が更に好ましい。
化合物(2)の含有量(質量%)は、目的の用途に応じた機能が発揮できる必要量の観点から、原料組成物全体に対し、1~90質量%が好ましく、5~80質量%がより好ましく10~70質量%が更に好ましい。
(その他の化合物)
本実施形態の製造方法において用いる原料組成物は、少なくとも化合物(1)と化合物(2)とを含有し、必要に応じて又は不可避的に、化合物(1)及び化合物(2)と共重合するその他の化合物を含んでもよい。
その他の化合物としては、式(1)において、T11又はT12を-R11-Fに置き換えた構造を有する化合物(1A)が挙げられる。-R11-FにおけるR11は、式(1)中のT11及びT12に含まれるR11と同義である。
つまり、本実施形態の製造方法において用いる原料組成物は、化合物(1)と化合物(2)と化合物(1A)とを含有してもよい。原料組成物全体に対する化合物(1)と化合物(2)と化合物(1A)との合計含有率は、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上が更に好ましい。
本実施形態の製造方法において用いる原料組成物は、少なくとも化合物(1)と化合物(2)とを含有し、必要に応じて又は不可避的に、化合物(1)及び化合物(2)と共重合するその他の化合物を含んでもよい。
その他の化合物としては、式(1)において、T11又はT12を-R11-Fに置き換えた構造を有する化合物(1A)が挙げられる。-R11-FにおけるR11は、式(1)中のT11及びT12に含まれるR11と同義である。
つまり、本実施形態の製造方法において用いる原料組成物は、化合物(1)と化合物(2)と化合物(1A)とを含有してもよい。原料組成物全体に対する化合物(1)と化合物(2)と化合物(1A)との合計含有率は、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上が更に好ましい。
<紫外線の照射>
原料組成物に照射する紫外線の波長は、150~300nmであり、高分子量のPFPE化合物を得る観点から、180~280nmが好ましく、200~260nmがより好ましい。
紫外線の光源は、特に限定されず、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプ(Ar2、Kr2、Xe2、KrCl、KrF、ArF、F2等)、フラッシュランプ、無電極ランプ、LEDランプ等が挙げられる。紫外線の光源は、照射する紫外線の波長に応じて適宜選定できる。具体的には、紫外線の波長が250~300nmの場合にはメタルハライドランプ、185nm及び254nmの場合には低圧水銀ランプ、157nmの場合にはF2エキシマレーザー、172nmの場合にはXe2エキシマランプ、193nmの場合にはArFエキシマレーザー、222nmの場合にはKrClエキシマランプ、248nmの場合にはKrFエキシマレーザーが挙げられる。
原料組成物に照射する紫外線の波長は、150~300nmであり、高分子量のPFPE化合物を得る観点から、180~280nmが好ましく、200~260nmがより好ましい。
紫外線の光源は、特に限定されず、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプ(Ar2、Kr2、Xe2、KrCl、KrF、ArF、F2等)、フラッシュランプ、無電極ランプ、LEDランプ等が挙げられる。紫外線の光源は、照射する紫外線の波長に応じて適宜選定できる。具体的には、紫外線の波長が250~300nmの場合にはメタルハライドランプ、185nm及び254nmの場合には低圧水銀ランプ、157nmの場合にはF2エキシマレーザー、172nmの場合にはXe2エキシマランプ、193nmの場合にはArFエキシマレーザー、222nmの場合にはKrClエキシマランプ、248nmの場合にはKrFエキシマレーザーが挙げられる。
紫外線の照射強度は、例えば1~100mW/cm2が挙げられ、高分子量のPFPE化合物を得る観点から、5~30mW/cm2が好ましく、10~20mW/cm2がより好ましい。紫外線の照射強度は、紫外線積算光量計により測定される。
紫外線の照射時間は、目的とするPFPE化合物の分子量等によって異なり、例えば1~100時間が挙げられ、エネルギーコストとPFPE化合物の高分子量とを両立する観点から、5~50時間が好ましく、10~20時間がより好ましい。
紫外線の照射量は、目的とするPFPE化合物の分子量等によって異なり、例えば1~2,000J/cm2が挙げられ、エネルギーコストとPFPE化合物の高分子量とを両立する観点から、10~1,000J/cm2が好ましく、20~500J/cm2がより好ましい。
紫外線の照射時間は、目的とするPFPE化合物の分子量等によって異なり、例えば1~100時間が挙げられ、エネルギーコストとPFPE化合物の高分子量とを両立する観点から、5~50時間が好ましく、10~20時間がより好ましい。
紫外線の照射量は、目的とするPFPE化合物の分子量等によって異なり、例えば1~2,000J/cm2が挙げられ、エネルギーコストとPFPE化合物の高分子量とを両立する観点から、10~1,000J/cm2が好ましく、20~500J/cm2がより好ましい。
紫外線の照射は、不活性ガスの流通下で行う。
例えば架橋ゴム用途等、用途によっては高分子量でありかつ官能基量が多いPFPE化合物が望まれることがある。本実施形態では、化合物(1)及び化合物(2)を用いて不活性ガスの流通下で紫外線の照射を行っているため、前述の通りフッ化カルボニル基が生成されにくい。そのため、光重合が進みやすく高分子量が得られやすいとともに、化合物(2)の量の調整によりPFPE化合物に導入する特定官能基の量を容易に制御できることで、高分子量でありかつ官能基量が多いPFPE化合物を得ることも可能となる。
例えば架橋ゴム用途等、用途によっては高分子量でありかつ官能基量が多いPFPE化合物が望まれることがある。本実施形態では、化合物(1)及び化合物(2)を用いて不活性ガスの流通下で紫外線の照射を行っているため、前述の通りフッ化カルボニル基が生成されにくい。そのため、光重合が進みやすく高分子量が得られやすいとともに、化合物(2)の量の調整によりPFPE化合物に導入する特定官能基の量を容易に制御できることで、高分子量でありかつ官能基量が多いPFPE化合物を得ることも可能となる。
不活性ガスの流通は、反応器に不活性ガスを導入することで行う。原料組成物が液体である場合は、不活性ガスを、反応器内の原料組成物中(つまり液相)に導入(例えばバブリング)してもよく、原料組成物に接する気相中に導入してもよい。
不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス等が挙げられ、窒素ガス又はヘリウムガスが好ましく、コストを低く抑える観点から窒素ガスが好ましい。
不活性ガスの流通量は、フッ化カルボニル基の生成を抑制する観点から、0.1L/分以上が好ましく、0.5L/分以上がより好ましく、1L/分以上が更に好ましい。不活性ガスの流通量の上限は、特に限定されず、例えば10L/分が挙げられる。
不活性ガスの流通量は、0.1~10L/分が好ましく、0.5~10L/分がより好ましく、1~10L/分が更に好ましい。
不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス等が挙げられ、窒素ガス又はヘリウムガスが好ましく、コストを低く抑える観点から窒素ガスが好ましい。
不活性ガスの流通量は、フッ化カルボニル基の生成を抑制する観点から、0.1L/分以上が好ましく、0.5L/分以上がより好ましく、1L/分以上が更に好ましい。不活性ガスの流通量の上限は、特に限定されず、例えば10L/分が挙げられる。
不活性ガスの流通量は、0.1~10L/分が好ましく、0.5~10L/分がより好ましく、1~10L/分が更に好ましい。
紫外線の照射は、フッ化カルボニル基の生成を抑制する観点から、原料組成物を撹拌しながら行うことが好ましい。撹拌手段は、特に限定されず、撹拌子、撹拌翼、ミキサー等が挙げられる。
原料組成物に対する紫外線の照射は、溶媒を含まない原料組成物に紫外線を照射することで行ってもよく、原料組成物と含フッ素溶媒との混合物に紫外線を照射することで行ってもよい。特に、原料組成物の粘度が高い場合は、フッ化カルボニル基の生成を抑制する観点から、含フッ素溶媒の添加により粘度を下げて紫外線の照射を行うことが好ましい。また、原料組成物に含フッ素溶媒を添加せずに紫外線の照射を開始したのちに、原料組成物の粘度が上昇した時点で含フッ素溶媒を添加し、粘度を下げて更に紫外線の照射を行ってもよい。
含フッ素溶媒は、高分子量のPFPE化合物を溶解し、生成した-R11ラジカルに対する活性が低いものが好ましい。また、不活性ガスを流通させるため、含フッ素溶媒の沸点は、紫外線の照射時における原料組成物の温度(つまり反応温度)よりも高いことが好ましい。
含フッ素溶媒の具体例としては、ペルフルオロデカリン、ペルフルオロトリブチルアミン、Fomblin Yシリーズ(Solvay社製)、ガルデン(Solvay社製)1H-ペルフルオロデカンなどのフルオロアルカン等が挙げられる。
含フッ素溶媒の具体例としては、ペルフルオロデカリン、ペルフルオロトリブチルアミン、Fomblin Yシリーズ(Solvay社製)、ガルデン(Solvay社製)1H-ペルフルオロデカンなどのフルオロアルカン等が挙げられる。
紫外線の照射時における原料組成物の温度は、0~100℃が好ましく、50~100℃がより好ましく、50~70℃が更に好ましい。以下、紫外線の照射時における原料組成物の温度を「反応温度」ともいう。
反応温度が前記下限値以上であることにより、化合物(1)と化合物(2)との光重合が進みやすくなる。また、反応温度が前記上限値以下であることにより、-R11ラジカルが化合物(2)のペルフルオロビニル基に付加し化合物(2)の-L1-Z1が脱離することによるフッ化カルボニル基の生成が起こりにくくなる。そのため、副反応を抑えることで官能基量の制御もしやすくなる。
紫外線の照射時における反応器内の圧力としては、例えば、通常はイナートガス流通下で行うため微加圧となるが、溶媒使用時にはその揮発を抑制するためにゲージ圧で0.1MPa以下の加圧でもよい。また、減圧状態でもカルボニルフロリドの発生を抑制する点で好ましい。
紫外線の照射による原料組成物の光重合は、バッチ方式であってもよく、連続方式であってもよい。
反応温度が前記下限値以上であることにより、化合物(1)と化合物(2)との光重合が進みやすくなる。また、反応温度が前記上限値以下であることにより、-R11ラジカルが化合物(2)のペルフルオロビニル基に付加し化合物(2)の-L1-Z1が脱離することによるフッ化カルボニル基の生成が起こりにくくなる。そのため、副反応を抑えることで官能基量の制御もしやすくなる。
紫外線の照射時における反応器内の圧力としては、例えば、通常はイナートガス流通下で行うため微加圧となるが、溶媒使用時にはその揮発を抑制するためにゲージ圧で0.1MPa以下の加圧でもよい。また、減圧状態でもカルボニルフロリドの発生を抑制する点で好ましい。
紫外線の照射による原料組成物の光重合は、バッチ方式であってもよく、連続方式であってもよい。
[化合物]
本開示の一実施形態に係る化合物は、下記式(1)で表される化合物(1)に由来する単位(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)に由来する単位(2)と、含む、PFPE化合物である。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
本開示の一実施形態に係る化合物は、下記式(1)で表される化合物(1)に由来する単位(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)に由来する単位(2)と、含む、PFPE化合物である。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。
本実施形態に係るPFPE化合物は、例えば、前述の製造方法により得られる。前述の製造方法を適用することで、主鎖にPFPE鎖を有し、側鎖に特定官能基を有し、かつ、特定官能基の含有量が制御されたPFPE化合物が得られる。
単位(1)は、化合物(1)の両末端の官能基である-COOH又は-COOR12が脱離した構造の単位であり、例えば下記式(1-1)で表される。
単位(2)は、化合物(2)のペルフルオロビニル基の炭素-炭素二重結合が開裂した構造の単位であり、例えば下記式(2-1)で表される。
本実施形態に係るPFPE化合物は、例えば、下記式(1-1)で表される単位と下記式(1-2)で表される単位とを含む。
*-R11-O-Rf1-R11-* …式(1-1)
式(1-1)中、R11は、式(1)中のT11及びT12で表される-R11-COOH又は-R11-COOR12のR11と同義であり、Rf1は、式(1)中のRf1と同義であり、*は、隣り合う単位との結合部である。
単位(2)は、化合物(2)のペルフルオロビニル基の炭素-炭素二重結合が開裂した構造の単位であり、例えば下記式(2-1)で表される。
本実施形態に係るPFPE化合物は、例えば、下記式(1-1)で表される単位と下記式(1-2)で表される単位とを含む。
*-R11-O-Rf1-R11-* …式(1-1)
式(1-1)中、R11は、式(1)中のT11及びT12で表される-R11-COOH又は-R11-COOR12のR11と同義であり、Rf1は、式(1)中のRf1と同義であり、*は、隣り合う単位との結合部である。
式(2-1)中、L1は、式(2)中のL1と同義であり、Z1は、式(2)中のZ1と同義であり、*は、隣り合う単位との結合部である。
本実施形態に係るPFPE化合物は、少なくとも単位(1)と単位(2)とを含むものであればよく、PFPE化合物の末端基は特に限定されるものではない。
化合物(1)と化合物(2)とからなる原料組成物の重合により得られるPFPE化合物は、例えば、少なくとも単位(1)と単位(2)とを含み、末端基として式(1)中のT11及びT12からなる群より選択される少なくとも一種を含む。
化合物(1)と化合物(2)と化合物(1A)とからなる原料組成物の重合により得られるPFPE化合物は、例えば、少なくとも単位(1)と単位(2)とを含み、末端基として式(1)中のT11及びT12並びに-R11-Fからなる群より選択される少なくとも一種を含む。
化合物(1)と化合物(2)とからなる原料組成物の重合により得られるPFPE化合物は、例えば、少なくとも単位(1)と単位(2)とを含み、末端基として式(1)中のT11及びT12からなる群より選択される少なくとも一種を含む。
化合物(1)と化合物(2)と化合物(1A)とからなる原料組成物の重合により得られるPFPE化合物は、例えば、少なくとも単位(1)と単位(2)とを含み、末端基として式(1)中のT11及びT12並びに-R11-Fからなる群より選択される少なくとも一種を含む。
本実施形態に係るPFPE化合物は、末端基として、-R11-COOH、-R11-COOR12、及び-R11-Fからなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましく、-R11-COOH及び-R11-Fからなる群より選択される少なくとも一種を含むことがより好ましい。
本実施形態に係るPFPE化合物は、特定官能基として、-SO2F、-CN、-CH2OH、及び-COOR22からなる群より選択される少なくとも一種を含み、-SO2F、-CN、及び-CH2OHからなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましく、SO2F及び-CNからなる群より選択される少なくとも一種を含むことがより好ましい。
本実施形態に係るPFPE化合物は、特定官能基として、-SO2F、-CN、-CH2OH、及び-COOR22からなる群より選択される少なくとも一種を含み、-SO2F、-CN、及び-CH2OHからなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましく、SO2F及び-CNからなる群より選択される少なくとも一種を含むことがより好ましい。
本実施形態に係るPFPE化合物の数平均分子量は、例えば3,000~300,000が挙げられる。
本実施形態に係るPFPE化合物の数平均分子量は、熱安定性に優れる観点から、5,000以上が好ましく、10,000以上がより好ましく、更に機械的特性が重要な場合には30,000以上が更に好ましく50,000以上が特に好ましく、100,000以上が極めて好ましい。
数平均分子量の測定方法は、前述の通りである。
本実施形態に係るPFPE化合物の数平均分子量は、熱安定性に優れる観点から、5,000以上が好ましく、10,000以上がより好ましく、更に機械的特性が重要な場合には30,000以上が更に好ましく50,000以上が特に好ましく、100,000以上が極めて好ましい。
数平均分子量の測定方法は、前述の通りである。
本実施形態に係るPFPE化合物の1分子中に含まれる前記単位(2)の含有量(質量%)は、用途目的に応じて、PFPE化合物全体に対し、0.1~90質量%が好ましく、1~90質量%がより好ましく、ポリマー電解質用途においては10~90質量%がより好ましく、30~70質量%が更に好ましい。エラストマーの架橋部位として適用する場合には、PFPE化合物の1分子中に含まれる前記単位(2)の含有量(質量%)は0.1~10質量%が良い。
化合物の1分子中に含まれる単位(2)の含有量は、19F-NMRでの分析により求められる。
化合物の1分子中に含まれる単位(2)の含有量は、19F-NMRでの分析により求められる。
特定官能基の含有量は、用途目的に応じて、PFPE化合物全体に対し、0.001~3mmol/gが好ましく、ポリマー電解質用途においては0.5~3mmol/gがより好ましく、1~2.5mmol/gが更に好ましい。
化合物全体に対する特定官能基の含有量は、19F-NMRでの分析により求められる。
なお、PFPE化合物に含まれる単位(1)が、式(1)中のT11及びT12の少なくとも一方が-R11-COOR12である化合物(1)に由来する単位である場合、前記特定官能基の含有量は、PFPE化合物の主鎖の末端に含まれうる-COOR12の含有量を含まない値である。
化合物全体に対する特定官能基の含有量は、19F-NMRでの分析により求められる。
なお、PFPE化合物に含まれる単位(1)が、式(1)中のT11及びT12の少なくとも一方が-R11-COOR12である化合物(1)に由来する単位である場合、前記特定官能基の含有量は、PFPE化合物の主鎖の末端に含まれうる-COOR12の含有量を含まない値である。
以下、例を挙げて本開示を詳細に説明する。ただし、本開示はこれらの例に限定されない。なお、例1~7は実施例である。
[例1]
窒素ガスの2.0L/分流通下、60℃で、化合物(11)の7gと化合物(21)の7gとの混合物である原料組成物を撹拌しながら、波長254nmの紫外線を照射強度15mW/cm2で38時間照射し(低圧水銀ランプ(セン特殊光源社製)を使用)、PFPE化合物(A1)を得た。
化合物(11):Solvay社製 Fomblin ZDIAC4000。n11の平均値は20、n12の平均値は20。数平均分子量は3,800。
HOCOCF2-O-(CF2O)n11(CF2CF2O)n12-CF2COOH
…(11)
化合物(21):
CF2=CF-O-CF2CF(CF3)OCF2CF2-SO2F …(21)
窒素ガスの2.0L/分流通下、60℃で、化合物(11)の7gと化合物(21)の7gとの混合物である原料組成物を撹拌しながら、波長254nmの紫外線を照射強度15mW/cm2で38時間照射し(低圧水銀ランプ(セン特殊光源社製)を使用)、PFPE化合物(A1)を得た。
化合物(11):Solvay社製 Fomblin ZDIAC4000。n11の平均値は20、n12の平均値は20。数平均分子量は3,800。
HOCOCF2-O-(CF2O)n11(CF2CF2O)n12-CF2COOH
…(11)
化合物(21):
CF2=CF-O-CF2CF(CF3)OCF2CF2-SO2F …(21)
(参考例1)
非特許文献(Journal of Fluorine Chemistry, 125 (2004) 243)に開示されている方法に従って、例1で得たPFPE化合物(A1)の特定官能基である-SO2Fを、-SO2N-(Li+)SO2CF3に変換した。
官能基の変換により得た化合物の導電性が良好であることから、PFPE化合物(A1)がポリマー電解質の材料として有用であることが確認された。
非特許文献(Journal of Fluorine Chemistry, 125 (2004) 243)に開示されている方法に従って、例1で得たPFPE化合物(A1)の特定官能基である-SO2Fを、-SO2N-(Li+)SO2CF3に変換した。
官能基の変換により得た化合物の導電性が良好であることから、PFPE化合物(A1)がポリマー電解質の材料として有用であることが確認された。
[例2~3]
化合物(11)の添加量、化合物(21)の添加量、及び紫外線の照射時間を表1に示すように変更した以外は、例1と同様にして、PFPE化合物(A2)~(A3)を得た。
化合物(11)の添加量、化合物(21)の添加量、及び紫外線の照射時間を表1に示すように変更した以外は、例1と同様にして、PFPE化合物(A2)~(A3)を得た。
[例4]
窒素ガスの2.0L/分流通下、90℃で、化合物(11)の10gを撹拌しながら、波長254nmの紫外線を照射強度15mW/cm2で12時間照射し(低圧水銀ランプ(セン特殊光源社製)を使用)、数平均分子量が18,000である化合物(12)を得た。
原料組成物として化合物(12)の7g及び化合物(22)の4.5gを用い、紫外線の照射時間を表1に示すように変更した以外は、例1と同様にして、PFPE化合物(A4)を得た。
化合物(22):
CF2=CF-O-CF2CF(CF3)OCF2CF2-CN …(22)
窒素ガスの2.0L/分流通下、90℃で、化合物(11)の10gを撹拌しながら、波長254nmの紫外線を照射強度15mW/cm2で12時間照射し(低圧水銀ランプ(セン特殊光源社製)を使用)、数平均分子量が18,000である化合物(12)を得た。
原料組成物として化合物(12)の7g及び化合物(22)の4.5gを用い、紫外線の照射時間を表1に示すように変更した以外は、例1と同様にして、PFPE化合物(A4)を得た。
化合物(22):
CF2=CF-O-CF2CF(CF3)OCF2CF2-CN …(22)
(参考例2)
例4で得たPFPE化合物(A4)と2,2-Bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)hexafluoropropane(BAOP)とを混練して150℃、1時間加熱して架橋膜を作製した。
強度及び伸縮性のある架橋膜が得られたことから、PFPE化合物(A4)が架橋ゴムの材料として有用であることが確認された。
例4で得たPFPE化合物(A4)と2,2-Bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)hexafluoropropane(BAOP)とを混練して150℃、1時間加熱して架橋膜を作製した。
強度及び伸縮性のある架橋膜が得られたことから、PFPE化合物(A4)が架橋ゴムの材料として有用であることが確認された。
[例5]
紫外線の照射時間を12時間から17時間に変更した以外は、例4における化合物(12)の調製と同様にして、数平均分子量が54,000である化合物(13)を得た。
紫外線の照射時間を12時間から17時間に変更した以外は、例4における化合物(12)の調製と同様にして、数平均分子量が54,000である化合物(13)を得た。
原料組成物として化合物(13)の10g及び化合物(22)の1gを用い、紫外線の照射時間を表1に示すように変更した以外は、例1と同様にして、PFPE化合物(A5)を得た。
[例6]
紫外線の照射時間を12時間から7時間に変更した以外は、例4における化合物(12)の調製と同様にして、数平均分子量が11,000である化合物(14)を得た。
原料組成物として化合物(14)の10g及び化合物(23)の0.15gを用い、紫外線の照射時間を表1に示すように変更した以外は、例1と同様にして、PFPE化合物(A6)を得た。
化合物(23):
CF2=CF-O-CF2CF2CF2-COOCH3 …(23)
紫外線の照射時間を12時間から7時間に変更した以外は、例4における化合物(12)の調製と同様にして、数平均分子量が11,000である化合物(14)を得た。
原料組成物として化合物(14)の10g及び化合物(23)の0.15gを用い、紫外線の照射時間を表1に示すように変更した以外は、例1と同様にして、PFPE化合物(A6)を得た。
化合物(23):
CF2=CF-O-CF2CF2CF2-COOCH3 …(23)
(参考例3)
例6で得たPFPE化合物(A6)をガラス板に載せて90℃、30分加熱してフィルム状に展開したのち、5時間紫外線を照射して架橋フィルムを作製した。
強度及び伸縮性のある架橋膜が得られたことから、PFPE化合物(A6)が架橋ゴムの材料として有用であることが確認された。
例6で得たPFPE化合物(A6)をガラス板に載せて90℃、30分加熱してフィルム状に展開したのち、5時間紫外線を照射して架橋フィルムを作製した。
強度及び伸縮性のある架橋膜が得られたことから、PFPE化合物(A6)が架橋ゴムの材料として有用であることが確認された。
[例7]
原料組成物として化合物(11)の6g及び化合物(24)の4gを用い、紫外線の照射時間及び反応温度を表1に示すように変更した以外は、例1と同様にして、PFPE化合物(A7)を得た。
化合物(24):
CF2=CF-O-CF2CF2CF2-CH2OH …(24)
Li塩を溶解可能であることから、PFPE化合物(A7)がポリマー電解質用材料として有用であることが確認された。
原料組成物として化合物(11)の6g及び化合物(24)の4gを用い、紫外線の照射時間及び反応温度を表1に示すように変更した以外は、例1と同様にして、PFPE化合物(A7)を得た。
化合物(24):
CF2=CF-O-CF2CF2CF2-CH2OH …(24)
Li塩を溶解可能であることから、PFPE化合物(A7)がポリマー電解質用材料として有用であることが確認された。
<測定>
測定対象の化合物に、内部標準物質としてp-ビストリフルオロメチルベンゼンを添加し、19F-NMR測定及び1H-NMR測定を行うことにより、数平均分子量を求めた。
具体的には、19F-NMRスペクトルから特定官能基に由来するピークの量を測定して、測定対象の化合物であるPFPE化合物中の全F数に対する特定官能基の含有量を測定した後、1H-NMR測定により求めた末端基(カルボキシ基)の合計量と19F-NMR測定により求めた全F数及び特定官能基の含有量とから、得られたPFPE化合物の数平均分子量を算出した。結果を表1に示す。
測定対象の化合物に、内部標準物質としてp-ビストリフルオロメチルベンゼンを添加し、19F-NMR測定及び1H-NMR測定を行うことにより、数平均分子量を求めた。
具体的には、19F-NMRスペクトルから特定官能基に由来するピークの量を測定して、測定対象の化合物であるPFPE化合物中の全F数に対する特定官能基の含有量を測定した後、1H-NMR測定により求めた末端基(カルボキシ基)の合計量と19F-NMR測定により求めた全F数及び特定官能基の含有量とから、得られたPFPE化合物の数平均分子量を算出した。結果を表1に示す。
原料組成物全体に対する化合物(2)の含有量(表中の「化合物(2)含有量」)を表1に示す。
19F-NMRでの分析により、PFPE化合物全体に対する特定官能基の含有量(表中の「特定量」)を求めた。結果を表1に示す。
収量を併せて表1に示す。
19F-NMRでの分析により、PFPE化合物全体に対する特定官能基の含有量(表中の「特定量」)を求めた。結果を表1に示す。
収量を併せて表1に示す。
表1に示すように、化合物(1)及び化合物(2)を用いて不活性ガスの流通下で紫外線の照射を行うことで、官能基量が自在に制御されたPFPE化合物が得られることがわかる。
本開示の化合物の製造方法により得られる化合物は、ポリマー電解質、架橋ゴム、ガス・液分離膜、光素子封止材、コンタクトレンズ、弾性接着剤、マイクロ流路デバイス等の材料として有用である。
2024年3月26日に出願された日本国特許出願第2024-050201号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。また、本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (8)
- ペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物の製造方法であって、
下記式(1)で表される化合物(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)と、を含有する原料組成物に対し、不活性ガスの流通下で波長150~300nmの紫外線の照射を行うことで、前記化合物(1)と前記化合物(2)とを共重合させる、化合物の製造方法。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。 - 前記化合物(2)の含有量は、前記原料組成物全体に対し、1~90質量%である、請求項1に記載の化合物の製造方法。
- 前記紫外線の照射時における前記原料組成物の温度は、0~100℃である、請求項1又は2に記載の化合物の製造方法。
- ペルフルオロポリエーテル鎖を有する化合物であって、
下記式(1)で表される化合物(1)に由来する単位(1)と、下記式(2)で表される化合物(2)に由来する単位(2)と、含む化合物。
T11-O-Rf1-T12 …式(1)
F2C=CF-O-L1-Z1 …式(2)
式(1)中、
T11及びT12は、それぞれ独立に、-R11-COOH又は-R11-COOR12であり、R11は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、R12は、それぞれ独立に、アルキル基であり、
Rf1は、(R13O)n1であり、R13は、それぞれ独立に、ペルフルオロアルキレン基であり、n1は、1以上の整数であり、
式(2)中、
L1は、2価の連結基であり、
Z1は、-SO2F、-CN、-CH2OH、又は-COOR22で表される官能基であり、R22は、アルキル基である。 - 1分子中に含まれる前記単位(2)の含有量は、1~90質量%である、請求項4に記載の化合物。
- 数平均分子量が5,000以上である、請求項4に記載の化合物。
- 数平均分子量が5,000以上である、請求項5に記載の化合物。
- 前記式(2)中のZ1で表される官能基の含有量は、前記化合物全体に対し、0.001~3mmol/gである、請求項4~7のいずれか一項に記載の化合物。
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52156788A (en) * | 1976-06-23 | 1977-12-27 | Tokuyama Soda Co Ltd | Production of cation exchanger |
| JPS6210135A (ja) * | 1985-07-05 | 1987-01-19 | Shin Etsu Chem Co Ltd | パ−フルオロポリエ−テルの製造方法 |
| JPS6485218A (en) * | 1987-06-02 | 1989-03-30 | Daikin Ind Ltd | Fluorinated polyether and its production |
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-
2025
- 2025-03-13 WO PCT/JP2025/009745 patent/WO2025205035A1/ja active Pending
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| JP2021073336A (ja) * | 2017-01-27 | 2021-05-13 | 国立大学法人大阪大学 | 成形用材料およびそれを用いた樹脂成形体の製造方法 |
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