JP6884366B2 - Fluorine-containing silsesquioxane, method for producing fluorine-containing silsesquioxane, and polymer - Google Patents
Fluorine-containing silsesquioxane, method for producing fluorine-containing silsesquioxane, and polymer Download PDFInfo
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Description
本発明は、フッ素含有シルセスキオキサン、該フッ素含有シルセスキオキサンの製造方法、及びフッ素含有シルセスキオキサンからなる構成単位を含む重合体に関する。 The present invention relates to a fluorine-containing silsesquioxane, a method for producing the fluorine-containing silsesquioxane, and a polymer containing a structural unit composed of the fluorine-containing silsesquioxane.
フルオロアルキル化合物は化学的に安定で、耐熱性、耐薬品性、耐候性、耐酸性に優れ、また分子間凝集力が小さく、表面自由エネルギーが低いために、優れた撥水性、撥油性、非粘着性、防汚性を得ることができる。他方、有機と無機のハイブリッド材料のナノビルディングブロックとして、かご型シルセスキオキサン(POSS)が着目されている。中でも、フッ素を含有するかご型オクタシルセスキオキサン化合物(T8)は、剛直でかさ高いキューブ状の無機骨格に高密度に多数の含フッ素基が導入された構造であるため、短いパーフルオロアルキル鎖であっても分子運動性が抑えられ、フルオロアルキル化合物の上記の性質がより強調される材料が得られる。含フッ素かご型シルセスキオキサン化合物にさらに重合性官能基を導入する応用展開が行われている。 Fluoroalkyl compounds are chemically stable, have excellent heat resistance, chemical resistance, weather resistance, and acid resistance, and have excellent intermolecular cohesive force and low surface free energy, resulting in excellent water repellency, oil repellency, and non-acidity. Adhesiveness and antifouling property can be obtained. On the other hand, cage-type silsesquioxane (POSS) is attracting attention as a nanobuilding block made of a hybrid material of organic and inorganic materials. Among them, the fluorine-containing cage-type octacil sesquioxane compound (T 8 ) has a structure in which a large number of fluorine-containing groups are introduced at high density into a rigid and bulky cube-shaped inorganic skeleton, and thus is short perfluoroalkyl. A material can be obtained in which the molecular motility is suppressed even in the case of a chain, and the above-mentioned properties of the fluoroalkyl compound are further emphasized. Applications are being developed to further introduce polymerizable functional groups into fluorine-containing cage-type silsesquioxane compounds.
しかしながら、含フッ素かご型シルセスキオキサン化合物に重合性官能基を導入する場合は、一つの含フッ素かご型シルセスキオキサン化合物に対し1官能基(特許文献1〜3)もしくは3官能基(特許文献4,5)に限られていた。
However, when a polymerizable functional group is introduced into a fluorine-containing cage-type silsesquioxane compound, a monofunctional group (Patent Documents 1 to 3) or a trifunctional group (Patent Documents 1 to 3) is used for one fluorine-containing cage-type silsesquioxane compound. It was limited to
1官能基の場合、含フッ素かご型シルセスキオキサン化合物の結晶性の高さから、これを高分子化させた場合に高密度に含フッ素かご型シルセスキオキサン化合物を含むアモルファスな光学的透明材料を得ることが困難である。 In the case of a monofunctional group, due to the high crystallinity of the fluorine-containing cage-type silsesquioxane compound, amorphous optical containing the fluorine-containing cage-type silsesquioxane compound at a high density when polymerized. It is difficult to obtain a transparent material.
また、3官能基の場合、重合により網目状のネットワークポリマーが形成されるため、分子レベルでの重合体構造の完全な制御が困難である。また、かかる重合体は熱硬化性樹脂であり、有機溶媒に不溶で回収不可能である。 Further, in the case of a trifunctional group, it is difficult to completely control the polymer structure at the molecular level because a network-like network polymer is formed by polymerization. Further, such a polymer is a thermosetting resin, which is insoluble in an organic solvent and cannot be recovered.
物性・機能のさらなる向上を目指すために、重合体の分子構造のより微細な制御が必要とされている。 Finer control of the molecular structure of the polymer is required in order to further improve the physical properties and functions.
本発明の一つの目的は、フッ素含有シルセスキオキサン重合体の構造の制御が容易なフッ素含有シルセスキオキサン、該フッ素含有シルセスキオキサンの製造方法、及び該フッ素含有シルセスキオキサンを構成単位として含む重合体を提供することにある。 One object of the present invention is to obtain a fluorine-containing silsesquioxane in which the structure of a fluorine-containing silsesquioxane polymer can be easily controlled, a method for producing the fluorine-containing silsesquioxane, and the fluorine-containing silsesquioxane. It is an object of the present invention to provide a polymer containing as a constituent unit.
本発明の別の目的は、有機溶媒に可溶な二官能性の含フッ素かご型シルセスキオキサン重合体を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a bifunctional fluorine-containing cage-type silsesquioxane polymer that is soluble in an organic solvent.
本発明者らは、上記の目的を達成すべく、機能性新素材である二官能性のフッ素含有シルセスキオキサン単量体の開発に成功した。かかる単量体を重合させて得られるポリマーは分子構造が明確であり、有機溶媒に可溶とすることもできる。 The present inventors have succeeded in developing a bifunctional fluorine-containing silsesquioxane monomer, which is a new functional material, in order to achieve the above object. The polymer obtained by polymerizing such a monomer has a clear molecular structure and can be soluble in an organic solvent.
本発明によれば、以下の態様が提供される。
[1]式(I)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサン。
According to the present invention, the following aspects are provided.
[1] Fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (I).
(式中、Rfはそれぞれ独立に、フッ化アルキルを示し、
X及びYは、同一又は異なって、水素、水酸基、アルケニル、またはハロゲン、アルコキシ、フェノキシ、ポリアルキレンオキシ、−COOH、アセチル、2−オキサプロパン−1,3−ジオイル、アルコキシカルボニル、アルケニルオキシカルボニル、オキシラニル、3,4−エポキシシクロヘキシル、オキセタニル、オキセタニレン、−NH−、−NH2、−CN、−NCO、アルケニル、アルキニル、シクロアルケニル、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、ウレタンアクリロイル、ウレタンメタクリロイル、−SH、アルキレンを介した前記水素から前記−SHまでのいずれかの基、又は重合性官能基を示す。)
[2]式(II)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンを含有する溶液に、塩基を添加し、式(III)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンを生成すること、及び
(In the formula, Rf independently represents alkyl fluoride,
X and Y are the same or different, hydrogen, hydroxyl group, alkenyl, or halogen, alkoxy, phenoxy, polyalkyleneoxy, -COOH, acetyl, 2-oxapropane-1,3-dioil, alkoxycarbonyl, alkenyloxycarbonyl, Oxylanyl, 3,4-epoxycyclohexyl, oxetanyl, oxetanylene, -NH-, -NH 2 , -CN, -NCO, alkoxy, alkynyl, cycloalkoxy, acryloyloxy, methacryloyloxy, urethane acryloyl, urethane methacryloyl, -SH, alkylene It shows any group from the hydrogen to the −SH or a polymerizable functional group via. )
[2] A base is added to a solution containing a fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (II) to produce a fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (III), and
前記式(III)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンに重合性官能基を有する反応性シランを反応させて、式(I)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンを生成すること
を含む式(I)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンの製造方法。
A formula (III) comprising reacting the fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (III) with a reactive silane having a polymerizable functional group to produce the fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (I). A method for producing a fluorine-containing silsesquioxane represented by I).
(式中、Rfはそれぞれ独立に、フッ化アルキルを示し、
X及びYは、同一又は異なって、水素、水酸基、アルケニル、またはハロゲン、アルコキシ、フェノキシ、ポリアルキレンオキシ、−COOH、アセチル、2−オキサプロパン−1,3−ジオイル、アルコキシカルボニル、アルケニルオキシカルボニル、オキシラニル、3,4−エポキシシクロヘキシル、オキセタニル、オキセタニレン、−NH−、−NH2、−CN、−NCO、アルケニル、アルキニル、シクロアルケニル、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、ウレタンアクリロイル、ウレタンメタクリロイル、−SH又はアルキレンを介した前記水素から前記−SHまでのいずれかの基、又は重合性官能基を示す。)
[3]式(IV)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンからなる構成単位を含む重合体。
(In the formula, Rf independently represents alkyl fluoride,
X and Y are the same or different, hydrogen, hydroxyl group, alkenyl, or halogen, alkoxy, phenoxy, polyalkyleneoxy, -COOH, acetyl, 2-oxapropane-1,3-dioil, alkoxycarbonyl, alkenyloxycarbonyl, Oxylanyl, 3,4-epoxycyclohexyl, oxetanyl, oxetanylene, -NH-, -NH 2 , -CN, -NCO, alkoxy, alkynyl, cycloalkoxy, acryloyloxy, methacryloyloxy, urethane acryloyl, urethane methacryloyl, -SH or alkylene It shows any group from the hydrogen to the −SH or a polymerizable functional group via. )
[3] A polymer containing a structural unit composed of fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (IV).
(式中、Rfはそれぞれ独立に、フッ化アルキルを示し、
Zは、−W1SiR1R2−O−(SiR3R4−O)m−SiW2− 又は −R5−S−R6−S−R7− であり、
式中、W1、W2は同一又は異なってアルキレン、R1及びR2は同一又は異なってアルキル又はアリール、R3及びR4は同一又は異なってアルキル又はアリールを示す、mは0以上の整数であり、R5及びR7は同一又は異なってアルキレン、R6はアルキレン又はアリールを示す。)
[4]対角の位置関係にある2つのSiに結合された重合性官能基を介してフッ素含有シルセスキオキサン単量体が重合されてなるフッ素含有シルセスキオキサン重合体を含む光学的透明材料。
(In the formula, Rf independently represents alkyl fluoride,
Z is, -W 1 SiR 1 R 2 -O- (SiR 3 R 4 -O) m -SiW 2 - or -R 5 -S-R 6 -S- R 7 - and is,
In the formula, W 1 and W 2 are the same or different alkylene, R 1 and R 2 are the same or different alkyl or aryl, R 3 and R 4 are the same or different alkyl or aryl, m is 0 or more. It is an integer, R 5 and R 7 represent the same or different alkylene, and R 6 represents alkylene or aryl. )
[4] Optical containing a fluorine-containing silsesquioxane polymer obtained by polymerizing a fluorine-containing silsesquioxane monomer via a polymerizable functional group bonded to two Sis having a diagonal positional relationship. Transparent material.
本発明による二官能性のフッ素含有シルセスキオキサン単量体によれば、分子構造が明確に制御されたフッ素含有シルセスキオキサン重合体を製造することができる。 According to the bifunctional fluorine-containing silsesquioxane monomer according to the present invention, a fluorine-containing silsesquioxane polymer having a clearly controlled molecular structure can be produced.
本発明のフッ素含有シルセスキオキサンは下記式(I)で表わされる。かご型オクタシルセスキオキサン(T8)の6つのSiにRf基が結合し、残り2つのSiにX,Yの官能基が結合している。X,Yが結合している2つのSiはかご型オクタシルセスキオキサンの対角の位置関係にある。 The fluorine-containing silsesquioxane of the present invention is represented by the following formula (I). The Rf group is bonded to the six Sis of the squirrel-cage octasilsesquioxane (T 8 ), and the X and Y functional groups are bonded to the remaining two Sis. The two Sis to which X and Y are bonded are in a diagonal positional relationship with the squirrel-cage octacil sesquioxane.
式中、Rfはそれぞれ独立に、フッ化アルキルを示す。 In the formula, each Rf independently represents an alkyl fluoride.
X及びYは、同一又は異なって、水素、水酸基、アルケニル、またはハロゲン、アルコキシ、フェノキシ、ポリアルキレンオキシ、−COOH、アセチル、2−オキサプロパン−1,3−ジオイル、アルコキシカルボニル、アルケニルオキシカルボニル、オキシラニル、3,4−エポキシシクロヘキシル、オキセタニル、オキセタニレン、−NH−、−NH2、−CN、−NCO、アルケニル、アルキニル、シクロアルケニル、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、ウレタンアクリロイル、ウレタンメタクリロイル、−SH、アルキレンを介した前記水素から前記−SHまでのいずれかの基、又は重合性官能基を示す。 X and Y are the same or different, hydrogen, hydroxyl group, alkenyl, or halogen, alkoxy, phenoxy, polyalkyleneoxy, -COOH, acetyl, 2-oxapropane-1,3-dioil, alkoxycarbonyl, alkenyloxycarbonyl, Oxylanyl, 3,4-epoxycyclohexyl, oxetanyl, oxetanylene, -NH-, -NH 2 , -CN, -NCO, alkoxy, alkynyl, cycloalkoxy, acryloyloxy, methacryloyloxy, urethane acryloyl, urethane methacryloyl, -SH, alkylene It shows any group from the hydrogen to the −SH or a polymerizable functional group via.
X及びYがアルケニル、アルコキシ、ポリアルキレンオキシ、アルコキシカルボニル、アルケニルオキシカルボニル、アルコキシカルボニル、アルケニルオキシカルボニル、アルケニル、アルキニル、シクロアルケニルの場合、炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい(シクロアルケニルの場合は3以上)。ハロゲンは塩素、臭素、ヨウ素であることが好ましい。−アルキレンを介して上記水素から上記−SHまでのいずれかの基がつく場合、Siに結合するアルキレンは特に限定されないが、炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい。 When X and Y are alkenyl, alkoxy, polyalkyleneoxy, alkoxycarbonyl, alkenyloxycarbonyl, alkoxycarbonyl, alkenyloxycarbonyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkenyl, the number of carbon atoms is preferably 1 to 10, preferably 1 to 6. Is more preferable (3 or more in the case of cycloalkoxy). The halogen is preferably chlorine, bromine or iodine. When any of the groups from hydrogen to −SH is attached via −alkylene, the alkylene bonded to Si is not particularly limited, but the number of carbon atoms is preferably 1 to 10, and is preferably 1 to 6. Is more preferable.
X及びYは好ましくは、1)アルキレンを介した水素、アルキレンを介した水酸基、アルキレンを介したアルケニル、アルキレンを介したハロゲン、アルキレンを介した−NH−、アルキレンを介した−NH2、アルキレンを介した−SH、又は重合性官能基;2)アルキレンを介したアルコキシ、アルキレンを介したフェノキシ、アルキレンを介したアセチル、アルキレンを介したアクリロイルオキシ、又はアルキレンを介したメタクリロイルオキシ;若しくは3)水素、水酸基、アルケニル、またはハロゲン、アルコキシ、フェノキシ、ポリアルキレンオキシ、−COOH、アセチル、2−オキサプロパン−1,3−ジオイル、アルコキシカルボニル、アルケニルオキシカルボニル、オキシラニル、3,4−エポキシシクロヘキシル、オキセタニル、オキセタニレン、−NH−、−NH2、−CN、−NCO、アルケニル、アルキニル、シクロアルケニル、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、ウレタンアクリロイル、ウレタンメタクリロイル、−SH;アルキレンを介したポリアルキレンオキシ、アルキレンを介した2−オキサプロパン−1,3−ジオイル、アルキレンを介したアルコキシカルボニル、アルキレンを介したアルケニルオキシカルボニル、アルキレンを介したオキシラニル、アルキレンを介した3,4−エポキシシクロヘキシル、アルキレンを介したオキセタニル、アルキレンを介したオキセタニレン、アルキレンを介した−CN、アルキレンを介した−NCO、アルキレンを介したアルケニル、アルキレンを介したアルキニル、アルキレンを介したシクロアルケニル、アルキレンを介したウレタンアクリロイル、又はアルキレンを介したウレタンメタクリロイルである。 X and Y are preferably 1) hydrogen via alkylene, hydroxyl group via alkylene, alkoxy via alkylene, halogen via alkylene, -NH via alkylene, -NH 2 via alkylene, alkylene. -SH or polymerizable functional group via alkylene; 2) alkoxy via alkylene, phenoxy via alkylene, acetyl via alkylene, acryloyloxy via alkylene, or methacryloyloxy via alkylene; or 3) Hydrogen, hydroxyl group, alkenyl, or halogen, alkoxy, phenoxy, polyalkyleneoxy, -COOH, acetyl, 2-oxapropane-1,3-dioil, alkoxycarbonyl, alkoxycarbonyl, oxylanyl, 3,4-epoxycyclohexyl, oxetanyl , Oxetanilen, -NH-, -NH 2 , -CN, -NCO, Alkoxy, Alkinyl, Cycloalkoxy, Acryloyloxy, Methacryloyloxy, Urethaneacryloyl, Urethanemethacryloyl, -SH; Polyalkyleneoxy via alkylene, via alkylene 2-oxapropane-1,3-dioil, alkoxycarbonyl via alkylene, alkenyloxycarbonyl via alkylene, oxylanyl via alkylene, 3,4-epoxycyclohexyl via alkylene, oxetanyl via alkylene, Oxetanirene via alkylene, -CN via alkylene, -NCO via alkylene, alkoxy via alkylene, alkoxyl via alkylene, cycloalkoxy via alkylene, urethane acryloyl via alkylene, or via alkylene. Urethane methacryloyl.
重合性官能基には、メタクリロイル、アクリロイル、アリル、スチリル、α−メチルスチリル、ビニル、ビニルエーテル、ビニルエステル、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−ビニルアミド 、マレイン酸エステル、フマル酸エステル、N−置換マレイミド等が含まれる。 The polymerizable functional groups include methacryloyl, acryloyl, allyl, styryl, α-methylstyryl, vinyl, vinyl ether, vinyl ester, acrylamide, methacrylamide, N-vinylamide, maleic acid ester, fumaric acid ester, N-substituted maleimide and the like. included.
Rfの炭素数は、溶媒への溶解性を考慮すると、1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい。また、Rfは直鎖であってもよいし、分岐鎖であってもよい。Rfのアルキルとしては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル等が挙げられる。Rfのフッ素の数は1個、2個、3個、4個、5個、又はそれより多くてもよい。直鎖のRfの例として、−CH2CH2CF3、−CH2CH2CF2CF3、−CH2CH2CF2CF2CF3 、−CH2CH2CF2CF2CF2CF3、−CH2CH2CF2CF2CF2CF2 CF3、−CH2CH2CF2CF2CF2CF2CF2CF3、分岐鎖のRfの例として−CH2CH2CF(CF3)2、−CH2CH(CF3)CF2CF3、−CH(CF3) CH2CF2CF3、−CH2C(CF3)2CF3、−C(CF3)2CH2CF3−CH2CH2CF2CF(CF3)2、−CH2CH2CF(CF3)CF2CF3、−CH2CH2C(CF3)2CF3等が挙げられる。
好ましくは、Rfはパーフルオロアルキル(Rfの炭素に結合する官能基がすべてフッ素)である。−CF3、−CF2CF3、−CF2CF2CF3、−CF(CF3) 2、−CF2CF2CF2CF3、− CF2CF(CF3)2、−C(CF3)3、−(CF2)4CF3、−(CF2)2CF(CF3)2、−CF2C(CF3)3、−CF(CF3)CF2CF2CF3、−(CF2)5CF3、−(CF2)3CF(CF3)2、−(CF2)4CF(CF3)2、−(CF2)7CF3、−(CF2)5CF(CF3)2、−(CF2 )6CF(CF3)2、−(CF2)9CF3等が挙げられる。
The carbon number of Rf is preferably 1 to 10 and more preferably 1 to 6 in consideration of solubility in a solvent. Further, Rf may be a straight chain or a branched chain. Examples of the alkyl of Rf include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, cyclopentyl, cyclohexyl, heptyl and the like. The number of fluorines in Rf may be 1, 2, 3, 4, 5, or more. As an example of linear Rf, −CH 2 CH 2 CF 3 , −CH 2 CH 2 CF 2 CF 3 , −CH 2 CH 2 CF 2 CF 2 CF 3 , −CH 2 CH 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 , -CH 2 CH 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 , -CH 2 CH 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 , -CH 2 CH 2 CF as an example of branch chain Rf ( CF 3 ) 2 , -CH 2 CH (CF 3 ) CF 2 CF 3 , -CH (CF 3 ) CH 2 CF 2 CF 3 , -CH 2 C (CF 3 ) 2 CF 3 , -C (CF 3 ) 2 CH 2 CF 3 −CH 2 CH 2 CF 2 CF (CF 3 ) 2 , −CH 2 CH 2 CF (CF 3 ) CF 2 CF 3 , −CH 2 CH 2 C (CF 3 ) 2 CF 3 etc. ..
Preferably, Rf is a perfluoroalkyl (all functional groups attached to the carbon of Rf are fluorine). -CF 3 , -CF 2 CF 3 , -CF 2 CF 2 CF 3 , -CF (CF 3 ) 2 , -CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 , -CF 2 CF (CF 3 ) 2 , -C (CF 3) 3 ) 3 , − (CF 2 ) 4 CF 3 , − (CF 2 ) 2 CF (CF 3 ) 2 , − CF 2 C (CF 3 ) 3, −CF (CF 3 ) CF 2 CF 2 CF 3 , − (CF 2 ) 5 CF 3 , − (CF 2 ) 3 CF (CF 3) 2 , − (CF 2 ) 4 CF (CF 3 ) 2 , − (CF 2 ) 7 CF 3 , − (CF 2 ) 5 CF ( CF 3 ) 2 , − (CF 2 ) 6 CF (CF 3 ) 2 , − (CF 2 ) 9 CF 3 and the like.
本発明者らは、上記の式(I)のフッ素含有シルセスキオキサンを、1つのSiに官能基Xが結合している1官能基性のフッ素含有シルセスキオキサンの当該Siの対角の位置関係にあるSiのSi−O結合を切断してフッ素含有シルセスキオキサンのかご型構造の一角を開口する工程(第1工程。以後、コーナーオープニング反応と称する)、及び、第1工程で開口したフッ素含有シルセスキオキサンに反応性シランを反応させて、重合性官能基を有する形でSiを付加してフッ素含有シルセスキオキサンのかご型構造の上記一角を閉鎖する工程(第2工程、以後、コーナーキャッピング反応と称する)により製造することに成功した。1官能基性のフッ素含有シルセスキオキサンは、公知のものを用いてもよいし、官能基を有しないフッ素含有シルセスキオキサンに公知技術により1官能基を付加することにより調製してもよい。 The present inventors use the fluorine-containing silsesquioxane of the above formula (I) as a diagonal of the Si of a monofunctional fluorine-containing silsesquioxane in which a functional group X is bonded to one Si. A step of cleaving the Si—O bond of Si in the positional relationship of (1st step, hereinafter referred to as a corner opening reaction) and a 1st step of opening a corner of the cage-shaped structure of fluorine-containing silsesquioxane. A step of reacting a reactive silane with the fluorine-containing silsesquioxane opened in 1 and adding Si in a form having a polymerizable functional group to close the above-mentioned corner of the cage-shaped structure of the fluorine-containing silsesquioxane (No. 1). It was successfully manufactured by two steps, hereinafter referred to as a corner capping reaction). As the monofunctional fluorine-containing silsesquioxane, a known one may be used, or a monofunctional fluorine-containing silsesquioxane may be prepared by adding a monofunctional group to the fluorine-containing silsesquioxane having no functional group by a known technique. Good.
本発明の式(I)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンの製造方法は、
式(II)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンを含有する溶液に、塩基を添加し、式(III)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンを生成すること(第1工程)、及び
The method for producing a fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (I) of the present invention is:
A base is added to a solution containing a fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (II) to produce a fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (III) (first step), and
上記式(III)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンに重合性官能基を有する反応性シランを反応させて、下記式(I)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンを生成すること(第2工程)
を含む。
Reacting a fluorine-containing silsesquioxane represented by the above formula (III) with a reactive silane having a polymerizable functional group to produce a fluorine-containing silsesquioxane represented by the following formula (I) (second). Process)
including.
式中、Rfはそれぞれ独立に、フッ化アルキルを示し、
X及びYは、同一又は異なって、水素、水酸基、アルケニル、またはハロゲン、アルコキシ、フェノキシ、ポリアルキレンオキシ、−COOH、アセチル、2−オキサプロパン−1,3−ジオイル、アルコキシカルボニル、アルケニルオキシカルボニル、オキシラニル、3,4−エポキシシクロヘキシル、オキセタニル、オキセタニレン、−NH−、−NH2、−CN、−NCO、アルケニル、アルキニル、シクロアルケニル、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、ウレタンアクリロイル、ウレタンメタクリロイル、−SH、アルキレンを介した前記水素から前記−SHまでのいずれかの基、又は重合性官能基を示す。
In the formula, Rf independently represents alkyl fluoride,
X and Y are the same or different, hydrogen, hydroxyl group, alkenyl, or halogen, alkoxy, phenoxy, polyalkyleneoxy, -COOH, acetyl, 2-oxapropane-1,3-dioil, alkoxycarbonyl, alkenyloxycarbonyl, Oxylanyl, 3,4-epoxycyclohexyl, oxetanyl, oxetanylene, -NH-, -NH 2 , -CN, -NCO, alkoxy, alkynyl, cycloalkoxy, acryloyloxy, methacryloyloxy, urethane acryloyl, urethane methacryloyl, -SH, alkylene It shows any group from the hydrogen to the −SH or a polymerizable functional group via.
Rf,X、Yの説明は式(I)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンに関して上述した通りである。 The explanation of Rf, X, and Y is as described above for the fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (I).
第1工程において、フッ素含有シルセスキオキサンを有機溶媒に溶解させて、フッ素含有シルセスキオキサンを含有する溶液を作製する。有機溶媒としては、例えば、アセトン、クロロホルム、HCHC225、イソプロピルアルコール、ペンタン、ヘキサン、ヘプ タン、オクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、石油エーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、1,1,2,2−テトラクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、テトラクロロジフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン等が挙げられる。 In the first step, the fluorine-containing silsesquioxane is dissolved in an organic solvent to prepare a solution containing the fluorine-containing silsesquioxane. Examples of the organic solvent include acetone, chloroform, HCHC225, isopropyl alcohol, pentane, hexane, heptane, octane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, petroleum ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and the like. Examples thereof include ethyl acetate, butyl acetate, 1,1,2,2-tetrachloroethane, 1,1,1-trichloroethane, trichlorethylene, perchloroethylene, tetrachlorodifluoroethane, trichlorotrifluoroethane and the like.
また、コーナーオープニング反応を促進するために、フッ素含有シルセスキオキサンを含有する溶液に塩基を加えて反応させる。そのような塩基としてはテトラアルキルアンモニウムが好ましく、特にはテトラメチルアンモニウム及びテトラエチルアンモニウムが挙げられる。反応後、ろ過して塩を除去し、有機溶媒を減圧蒸留等の公知の手段より除去し、式(III)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンを得る。 Further, in order to promote the corner opening reaction, a base is added to a solution containing fluorine-containing silsesquioxane to cause the reaction. Tetraalkylammonium is preferable as such a base, and tetramethylammonium and tetraethylammonium are particularly mentioned. After the reaction, the salt is removed by filtration, and the organic solvent is removed by a known means such as vacuum distillation to obtain a fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (III).
第2工程における、重合性官能基を有する反応性シランは、重合性官能基および反応性基を有する。重合性官能基の例は、メタクリロイル、アクリロイル、アリル、スチリル、α−メチルスチリル、ビニル、ビニルエーテル、ビニルエステル、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−ビニルアミド 、マレイン酸エステル、フマル酸エステル、N−置換マレイミド等が含まれる。反応性基の例は、トリクロロシリル基およびトリアルコキシシリル基(アルコキシ基の炭素数は1〜5である。)である。 The reactive silane having a polymerizable functional group in the second step has a polymerizable functional group and a reactive group. Examples of polymerizable functional groups include methacryloyl, acryloyl, allyl, styryl, α-methylstyryl, vinyl, vinyl ether, vinyl ester, acrylamide, methacrylamide, N-vinylamide, maleic acid ester, fumaric acid ester, N-substituted maleimide and the like. Is included. Examples of reactive groups are a trichlorosilyl group and a trialkoxysilyl group (alkoxy groups have 1 to 5 carbon atoms).
重合性官能基を有する反応性シランは、例えば、一般式:A11−A21−Si(A31)3 [式中、A11は重合性官能基であり、A21は直接結合または炭素数1〜20(例えば、1〜10)のアルキル基であり、A31はハロゲン原子(例えば、塩素原子および臭素原子)またはアルコキシ基(アルコキシ基の炭素数は1〜6である。)である。] で示される化合物である。 The reactive silane having a polymerizable functional group is, for example, a general formula: A 11 −A 21 −Si (A 31 ) 3 [in the formula, A 11 is a polymerizable functional group, and A 21 is a direct bond or the number of carbon atoms. It is an alkyl group of 1 to 20 (for example, 1 to 10), and A 31 is a halogen atom (for example, a chlorine atom and a bromine atom) or an alkoxy group (the alkoxy group has 1 to 6 carbon atoms). ] Is a compound indicated by.
上記の製造方法によれば、対角の位置関係にある2つのSiに官能基が結合された2官能性のフッ素含有シルセスキオキサンを製造することができる。 According to the above production method, a bifunctional fluorine-containing silsesquioxane in which a functional group is bonded to two Sis having a diagonal positional relationship can be produced.
本発明の重合体は、下記の式(IV)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンからなる構成単位を含む。下記の式(IV)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンからなる構成単位は、本発明の式(I)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサン単量体から誘導することができ、該単量体を白金触媒等の触媒下で重合することにより重合体を製造することができる。 The polymer of the present invention contains a structural unit composed of a fluorine-containing silsesquioxane represented by the following formula (IV). The structural unit composed of the fluorine-containing silsesquioxane represented by the following formula (IV) can be derived from the fluorine-containing silsesquioxane monomer represented by the formula (I) of the present invention, and the single amount thereof. A polymer can be produced by polymerizing the body under a catalyst such as a platinum catalyst.
(式中、Rfはそれぞれ独立に、フッ化アルキルを示し、
Zは、−W1SiR1R2−O−(SiR3R4−O)m−SiW2− 又は −R5−S−R6−S−R7− であり、
式中、W1、W2は同一又は異なってアルキレン、R1及びR2は同一又は異なってアルキル又はアリール、R3及びR4は同一又は異なってアルキル又はアリールを示す、mは0以上の整数であり、R5及びR7は同一又は異なってアルキレン、R6はアルキレン又はアリールを示す。)
W1及びW2はメチレン、エチレン、プロピレン、n−ブチレン、イソブチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ドデシレン等であってよい。W1及びW2の炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい。
(In the formula, Rf independently represents alkyl fluoride,
Z is, -W 1 SiR 1 R 2 -O- (SiR 3 R 4 -O) m -SiW 2 - or -R 5 -S-R 6 -S- R 7 - and is,
In the formula, W 1 and W 2 are the same or different alkylene, R 1 and R 2 are the same or different alkyl or aryl, R 3 and R 4 are the same or different alkyl or aryl, m is 0 or more. It is an integer, R 5 and R 7 represent the same or different alkylene, and R 6 represents alkylene or aryl. )
W 1 and W 2 may be methylene, ethylene, propylene, n-butylene, isobutylene, hexylene, heptene, octylene, dodecylene and the like. The carbon number of W 1 and W 2 is preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 6.
R1及びR2がアルキルの場合、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘクチル、オクチル、デシル、ドデシル等が挙げられ、R1及びR2の炭素数が1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい。R1及びR2がアリールの場合、アリールはフェニル、ビフェニル、アントリル、ピレニル、フルオレニル、ナフチル等が挙げられる。R1及びR2はアルキル又はアリールの場合に、さらにメチル基等の置換基を有していてもよい。 When R 1 and R 2 are alkyl, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, hexyl, octyl, decyl, dodecyl and the like can be mentioned, and R 1 and R 2 have 1 to 10 carbon atoms. It is preferably 1 to 6, and more preferably 1 to 6. When R 1 and R 2 are aryl, aryl includes phenyl, biphenyl, anthryl, pyrenyl, fluorenyl, naphthyl and the like. In the case of alkyl or aryl, R 1 and R 2 may further have a substituent such as a methyl group.
R3及びR4がアルキルの場合、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘクチル、オクチル、デシル、ドデシル等が挙げられ、R3及びR4の炭素数が1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい。R3及びR4がアリールの場合、アリールはフェニル、ビフェニル、アントリル、ピレニル、フルオレニル、ナフチル等が挙げられる。R3及びR42はアルキル又はアリールの場合に、さらにメチル基等の置換基を有していてもよい。 When R 3 and R 4 are alkyl, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, hexyl, octyl, decyl, dodecyl and the like can be mentioned, and R 3 and R 4 have 1 to 10 carbon atoms. It is preferably 1 to 6, and more preferably 1 to 6. When R 3 and R 4 are aryl, aryl includes phenyl, biphenyl, anthryl, pyrenyl, fluorenyl, naphthyl and the like. In the case of alkyl or aryl, R 3 and R 42 may further have a substituent such as a methyl group.
mの数は特に限定されないが、0以上20以下であることが好ましく、mは0以上10以下であることがより好ましい。 The number of m is not particularly limited, but is preferably 0 or more and 20 or less, and more preferably 0 or more and 10 or less.
R5及びR7はメチレン、エチレン、プロピレン、n−ブチレン、イソブチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ドデシレン等であってよい。R5及びR7の炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい。 R 5 and R 7 may be methylene, ethylene, propylene, n-butylene, isobutylene, hexylene, heptene, octylene, dodecylene and the like. The carbon number of R 5 and R 7 is preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 6.
R6がアルキルの場合、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘクチル、オクチル、デシル、ドデシル等が挙げられ、R6の炭素数が1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい。R3及びR4がアリールの場合、アリールはフェニル、ビフェニル、アントリル、ピレニル、フルオレニル、ナフチル等が挙げられる。R6はアルキル又はアリールの場合に、さらにメチル基等の置換基を有していてもよい。 When R 6 is alkyl, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, hexyl, octyl, decyl, dodecyl and the like can be mentioned, and R 6 preferably has 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6. More preferably. When R 3 and R 4 are aryl, aryl includes phenyl, biphenyl, anthryl, pyrenyl, fluorenyl, naphthyl and the like. In the case of alkyl or aryl, R 6 may further have a substituent such as a methyl group.
得られた重合体の重量平均分子量は特に限定されないが、約500〜約1,000,000であることが好ましく、約1,000〜100,000であることがより好ましい。重量平均分子量はGPC分析により求めることができる。 The weight average molecular weight of the obtained polymer is not particularly limited, but is preferably about 500 to about 1,000,000, and more preferably about 1,000 to 100,000. The weight average molecular weight can be determined by GPC analysis.
本発明の式(IV)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンからなる構成単位を含む重合体は、一種類の本発明の2官能性のフッ素含有シルセスキオキサン単量体のみからなる重量体とすることができるし、異なる重合性官能基を有する本発明のフッ素含有シルセスキオキサン単量体同士の共重合体とすることもできるし、本発明のフッ素含有シルセスキオキサン単量体と、フッ素を含有しないシルセスキオキサン単量体の共重合体とすることもできるし、本発明のフッ素含有シルセスキオキサン単量体と、他の一般的な単量体との共重合体とすることもできる。異なる重合性官能基を有するフッ素含有シルセスキオキサン同士の共重合体の場合、いずれのフッ素含有シルセスキオキサンも本発明の2官能性のフッ素含有シルセスキオキサンであってもよいし、2官能性のフッ素含有シルセスキオキサン単量体と、1官能性のフッ素含有シルセスキオキサン単量体との共重合体であってもよいし、2官能性のフッ素含有シルセスキオキサン単量体と、3官能性のフッ素含有シルセスキオキサン単量体との共重合体であってもよい。さらには、本発明の式(IV)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンからなる構成単位を含む重合体は、フッ素含有シルセスキオキサンからなる構成単位を含む重合体と重合可能な、公知の重合性官能基から誘導された構成単位をさらに含んでもよい。 The polymer containing the structural unit composed of the fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (IV) of the present invention is a heavy body composed of only one kind of bifunctional fluorine-containing silsesquioxane monomer of the present invention. It can also be a copolymer of the fluorine-containing silsesquioxane monomers of the present invention having different polymerizable functional groups, or the fluorine-containing silsesquioxane monomers of the present invention. And a copolymer of a fluorine-free silsesquioxane monomer, or the common weight of the fluorine-containing silsesquioxane monomer of the present invention and another general monomer. It can also be combined. In the case of a copolymer of fluorine-containing silsesquioxane having different polymerizable functional groups, any fluorine-containing silsesquioxane may be the bifunctional fluorine-containing silsesquioxane of the present invention. It may be a copolymer of a bifunctional fluorine-containing silsesquioxane monomer and a monofunctional fluorine-containing silsesquioxane monomer, or a bifunctional fluorine-containing silsesquioxane. It may be a copolymer of a monomer and a trifunctional fluorine-containing silsesquioxane monomer. Furthermore, a known polymer containing a structural unit composed of fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (IV) of the present invention can be polymerized with a polymer containing a structural unit composed of fluorine-containing silsesquioxane. It may further contain structural units derived from polymerizable functional groups.
本発明によれば、2官能性のフッ素含有シルセスキオキサン単量体を用いて重合体を形成するため、重合体の分子構造の制御が容易である。 According to the present invention, since the polymer is formed by using the bifunctional fluorine-containing silsesquioxane monomer, it is easy to control the molecular structure of the polymer.
本発明はまた、対角の位置関係にある2つのSiに結合された重合性官能基を介してフッ素含有シルセスキオキサン単量体が重合されてなるフッ素含有シルセスキオキサン重合体を含む光学的透明材料を含む。そのような重合性官能基としては、X及びYに関して説明した重合性官能基又はZが挙げられる。 The present invention also includes a fluorine-containing silsesquioxane polymer obtained by polymerizing a fluorine-containing silsesquioxane monomer via a polymerizable functional group bonded to two Sis having a diagonal positional relationship. Includes optically transparent material. Examples of such polymerizable functional groups include the polymerizable functional groups described with respect to X and Y or Z.
フッ素含有シルセスキオキサン重合体には、上述の一種類の本発明の2官能性のフッ素含有シルセスキオキサン単量体のみからなる重量体、異なる重合性官能基を有する本発明のフッ素含有シルセスキオキサン単量体同士の共重合体、本発明のフッ素含有シルセスキオキサン単量体と、フッ素を含有しないシルセスキオキサン単量体の共重合体、本発明のフッ素含有シルセスキオキサン単量体と、他の一般的な単量体との共重合体が含まれる。 The fluorine-containing silsesquioxane polymer is a heavy body composed of only one of the above-mentioned bifunctional fluorine-containing silsesquioxane monomers of the present invention, and contains fluorine of the present invention having different polymerizable functional groups. A copolymer of silsesquioxane monomers, a copolymer of the fluorine-containing silsesquioxane monomer of the present invention and a fluorine-free silsesquioxane monomer, and a fluorine-containing silsesqui of the present invention. It contains a copolymer of an oxane monomer and another common monomer.
上述の重合体を、真空下又は減圧下で一定時間、一定温度で加熱処理することにより、光学的透明材料であるフッ素含有シルセスキオキサンガラスが得られる。加熱処理の時間は限定されないが例えば1時間〜1週間程度である。加熱処理の温度は限定されないが例えば100〜200℃である。 Fluorine-containing silsesquioxane glass, which is an optically transparent material, can be obtained by heat-treating the above-mentioned polymer under vacuum or reduced pressure for a certain period of time at a certain temperature. The heat treatment time is not limited, but is, for example, about 1 hour to 1 week. The temperature of the heat treatment is not limited, but is, for example, 100 to 200 ° C.
本発明の光学的透明材料の屈折率は限定されないが、好ましくは1.2〜1.5であり、より好ましくは1.25〜1.35である。本発明の光学的透明材料は低屈折率を達成することができる。 The refractive index of the optically transparent material of the present invention is not limited, but is preferably 1.2 to 1.5, and more preferably 1.25 to 1.35. The optically transparent material of the present invention can achieve a low refractive index.
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
実施例1 アリルヘプタ(3,3,3-トリフルオロプロピル)(POSS7F1A)(化合物2)の製造
窒素雰囲気下において、Chem. Lett.,2014, 43, 1532を参考に合成したPOSS7F3Na(化合物1) (4.0 g, 3.52 mmol)とアリルトリクロロシラン(0.76 ml, 5.28 mmol)をTHF (60 ml)に溶解させ、氷浴につけた後トリエチルアミン(0.49 ml, 3.52 mmol)を加えて、氷浴で1時間、室温で3時間攪拌させた。反応後、濾過して塩を取り除いた後減圧下で溶媒を留去し、MeOHで洗浄して化合物2を収率52%で得た。化合物2について1H- NMR、29Si-NMRの測定を行った(図1,図4)。
1H NMR (Acetone-D6, 400 MHz): 5.87-5.80 (m, 1H, Si-CH2-CH-CH2), 5.06-4.94 (m, 2H, Si-CH2-CH-CH2), 2.34-2.29 (m, 14H, Si-CH2-CH2-CF3), 1.79-1.77 (w, 2H, Si-CH2-CH-CH2), 1.03-0.99 (m, 14H, Si-CH2-CH2-CF3) ppm.
29Si NMR (Acetone-D6, 79 MHz): -70.18 (-CH2-SiO1.5), -67.51, -67.48 and -67.33 (CF3-CH2-CH2-SiO1.5) ppm.
Example 1 Production of allyl hepta (3,3,3-trifluoropropyl) (POSS7F1A) (Compound 2) POSS7F3Na (Compound 1) synthesized with reference to Chem. Lett., 2014, 43, 1532 under a nitrogen atmosphere. 4.0 g, 3.52 mmol) and allyltrichlorosilane (0.76 ml, 5.28 mmol) are dissolved in THF (60 ml), soaked in an ice bath, then triethylamine (0.49 ml, 3.52 mmol) is added, and the mixture is placed in an ice bath for 1 hour. The mixture was stirred at room temperature for 3 hours. After the reaction, the salt was removed by filtration, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the mixture was washed with MeOH to obtain
1 1 H NMR (Acetone-D6, 400 MHz): 5.87-5.80 (m, 1H, Si-CH 2 -CH-CH 2 ), 5.06-4.94 (m, 2H, Si-CH 2 -CH-CH 2 ), 2.34-2.29 (m, 14H, Si-CH 2 -CH 2 -CF 3 ), 1.79-1.77 (w, 2H, Si-CH 2 -CH-CH 2 ), 1.03-0.99 (m, 14H, Si-CH 2 -CH 2 -CF 3 ) ppm.
29 Si NMR (Acetone-D6, 79 MHz): -70.18 (-CH 2 -SiO 1.5 ), -67.51, -67.48 and -67.33 (CF 3 -CH 2 -CH 2 -SiO 1.5 ) ppm.
実施例2 アリルヘキサ(3,3,3-トリフルオロプロピル)(POSS6F1A)(化合物3)の製造
化合物2 (0.50 g, 0.44 mmol)を酢酸エチル(7.8 mL)中に溶解させ、化合物1と等モル量の25%テトラメチルアンモニウム(TMAOH)水溶液(0.19 ml, 0.44 mmol)を加えたのち室温で4時間撹拌させた。撹拌終了後、1M-HCl を滴下してpH 試験紙によって中性となったことが確認できるまで加えた。その後、少量の硫酸マグネシウムを加えた。硫酸マグネシウムをろ過で取り除いた後、減圧下で溶媒を留去した。得られた固体にメタノールを加えて不溶成分としてろ過で取り除き、ろ液を減圧下で溶媒を留去後、析出した粘性の固体を減圧下で乾燥した。化合物2の対角が加水分解されたものが主成分と考えられる生成物(化合物3)を0.30g 得た。収率は66%であった。化合物3について1H-、 29Si-NMRの測定を行った(図2,図4)。29Si-NMR測定よりSi-OHに相当するシグナルが-59 ppmに観測された。
1H-NMR (Acetone-d6, 400 MHz): δ5.88-5.83 (m, 1H, Si-CH2-CH-CH2), 5.05-4.97 (m, 2H, Si-CH2-CH-CH2), 2.32-2.31 (m, 12H, Si-CH2-CH2-CF3), 1.81-1.78 (w, 2H, Si-CH2-CH-CH2), 1.02-1.01(m, 12H, Si-CH2-CH2-CF3) ppm.
29Si NMR (Acetone-d6, 79 MHz): -71.55, -67.25 and -59.23 ppm.
Example 2 Production of allylhexa (3,3,3-trifluoropropyl) (POSS6F1A) (Compound 3) Compound 2 (0.50 g, 0.44 mmol) is dissolved in ethyl acetate (7.8 mL) and equimolar to compound 1. A 25% aqueous solution of tetramethylammonium (TMAOH) (0.19 ml, 0.44 mmol) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. After the stirring was completed, 1M-HCl was added dropwise until it could be confirmed by pH test paper that it was neutral. Then a small amount of magnesium sulfate was added. After removing magnesium sulfate by filtration, the solvent was distilled off under reduced pressure. Methanol was added to the obtained solid and removed by filtration as an insoluble component, the filtrate was evaporated under reduced pressure, the solvent was distilled off, and the precipitated viscous solid was dried under reduced pressure. 0.30 g of a product (Compound 3) in which the diagonal of
1 H-NMR (Acetone-d6, 400 MHz): δ5.88-5.83 (m, 1H, Si-CH 2 -CH-CH 2 ), 5.05-4.97 (m, 2H, Si-CH 2 -CH-CH) 2 ), 2.32-2.31 (m, 12H, Si-CH 2 -CH 2 -CF 3 ), 1.81-1.78 (w, 2H, Si-CH 2 -CH-CH 2 ), 1.02-1.01 (m, 12H, Si-CH 2 -CH 2 -CF 3 ) ppm.
29 Si NMR (Acetone-d6, 79 MHz): -71.55, -67.25 and -59.23 ppm.
実施例3.ビスアリルヘキサ(3,3,3-トリフルオロプロピル) (POSS6F2A)の合成
窒素雰囲気下において、化合物3 (0.30 g, 0.29 mmol)とアリルトリクロロシラン(0.05 ml, 0.35 mmol))をTHF (5 ml)に溶解させ、氷浴につけた後トリエチルアミン(0.04 ml, 0.29 mmol)を加えて、氷浴で1時間、室温で3時間攪拌させた。反応後、濾過して塩を取り除いた後減圧下で溶媒を留去し、MeOHで洗浄して生成物(化合物4)を0.16 g 得た。収率は52%であった。化合物4について1H-NMR, 29Si-NMR測定および高分解能質量分析測定によって確認した(図3,4,5)。29Si-NMR 測定において2本のシグナルが観測されたことから対角二頂点に重合性官能基が修飾された化合物4 の構造であることが支持された(図4)。
1H NMR (Acetone-d6, 400 MHz): 5.85-5.83 (m, 2H, Si-CH2-CH-CH2), 4.97-4.95 (m, 4H, Si-CH2-CH-CH2), 2.34-2.28 (m, 12H, Si-CH2-CH2-CF3), 1.79-1.63 (w, 4H, Si-CH2-CH-CH2), 1.03-1.01 (m, 12H, Si-CH2-CH2-CF3) ppm.
29Si NMR (Acetone-d6, 79 MHz): -69.75 and -98.93 ppm.
HR-FAB-MS (m/z): calcd for C28H60O12Si8 [M+Ag]+, 1186.8959; obs,1186.9088.
Example 3. Synthesis of bisallylhexa (3,3,3-trifluoropropyl) (POSS6F2A) Under a nitrogen atmosphere, compound 3 (0.30 g, 0.29 mmol) and allyltrichlorosilane (0.05 ml, 0.35 mmol)) were added in THF (5 ml). ), Soaked in an ice bath, triethylamine (0.04 ml, 0.29 mmol) was added, and the mixture was stirred in an ice bath for 1 hour and at room temperature for 3 hours. After the reaction, the salt was removed by filtration, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the mixture was washed with MeOH to obtain 0.16 g of the product (Compound 4). The yield was 52%. Compound 4 was confirmed by 1 H-NMR, 29 Si-NMR measurement and high-resolution mass spectrometric measurement (Figs. 3, 4, and 5). 29 Two signals were observed in the Si-NMR measurement, which supported the structure of
1 1 H NMR (Acetone-d6, 400 MHz): 5.85-5.83 (m, 2H, Si-CH 2 -CH-CH 2 ), 4.97-4.95 (m, 4H, Si-CH 2 -CH-CH 2 ), 2.34-2.28 (m, 12H, Si-CH 2 -CH 2 -CF 3 ), 1.79-1.63 (w, 4H, Si-CH 2 -CH-CH 2 ), 1.03-1.01 (m, 12H, Si-CH) 2 -CH 2 -CF 3 ) ppm.
29 Si NMR (Acetone-d6, 79 MHz): -69.75 and -98.93 ppm.
HR-FAB-MS (m / z): calcd for C 28 H 60 O 12 Si 8 [M + Ag] + , 1186.8959; obs, 1186.9088.
実施例4.重合体の合成
化合物4 (0.20 g, 0.24 mmol)と1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン (0.043 ml, 0.24 mmol)をTHF(0.83 ml)に溶解させ、Pt(dvs) (0.1 M in xylene, 0.01 ml, 1.0×10-3 mmol)を加え50 °Cで24時間撹拌させることで重合を行った(スキーム4)。得られた重合溶液を分取GPCを用いて低分子量成分を除くことで重合体5a(m=0)を得た。重合体5aのGPC測定を行ったところ、ポリスチレン換算で数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)がそれぞれ7.7×103および1.45 に相当するポリマーであることが分かった (図6)。なお、重合体5aをガラス基板にドロップキャストし、ガラス状の透明材料とした例を図7に示す。
Example 4. Polymer Synthesis Compound 4 (0.20 g, 0.24 mmol) and 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (0.043 ml, 0.24 mmol) were dissolved in THF (0.83 ml) and Pt (dvs) (0.1 M). Polymerization was carried out by adding in xylene, 0.01 ml, 1.0 × 10-3 mmol) and stirring at 50 ° C. for 24 hours (Scheme 4). A
化合物4 (0.13 g, 0.12 mmol)とポリジメチルシロキサン(Mn〜580) (0.076 ml, 0.12 mmol)をTHF(1.2 ml)に溶解させ、Pt(dvs) (0.1 M in xylene, 0.012 ml, 1.2×10-3 mmol)を加え50 °Cで12時間撹拌させることで重合を行った(スキーム4)。溶媒を減圧下で留去することで得られた重合体5b(m=6)にTHF を加え、その可溶成分のGPC測定を行ったところ、ポリスチレン換算で数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)がそれぞれ3.3×103および2.68 に相当するポリマーであることが分かった(図6)。さらにTHFを加えた重合体5bを室温で1週間撹拌し続けたところ、ほぼすべて溶解した。そのTHF溶液のGPC測定を行ったところ、数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)がそれぞれ1.6×104および1.92に相当するポリマーであることが分かった(図6)。
Compound 4 (0.13 g, 0.12 mmol) and polydimethylsiloxane (Mn to 580) (0.076 ml, 0.12 mmol) were dissolved in THF (1.2 ml) and Pt (dvs) (0.1 M in xylene, 0.012 ml, 1.2 ×). 10-3 mmol) was added and the mixture was stirred at 50 ° C. for 12 hours for polymerization (Scheme 4). THF was added to the
実施例5.フッ素含有シルセスキオキサン重合体の透過率測定
重合体5aおよび 5bのTHF溶液(10 mg/mL)をガラス基板にスピンコートし、ガラス基板のみをバックグラウンドとし、紫外可視分光光度計にて透過率を測定した(図8)。その結果、透過率は波長依存的であることがわかった。
実施例6.フッ素含有シルセスキオキサン重合体の屈折率測定
重合体5aおよび 5bのTHF溶液をシリコン基板にスピンコートして、サンプルを作製し、分光エリプソメーターにて膜厚と屈折率を測定した(表1)。
Example 5. Measurement of transmittance of fluorine-containing silsesquioxane polymer A THF solution (10 mg / mL) of
Example 6. Refractive index measurement of fluorine-containing silsesquioxane polymer A sample was prepared by spin-coating a THF solution of
以上、本発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値等を用いてもよい。 For example, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and if necessary, different configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. May be used.
また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。 In addition, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. of the above-described embodiments can be combined with each other as long as they do not deviate from the gist of the present invention.
本発明による二官能性ヘキサトリフルオロプロピルT8単量体の重合により得られるフッ素含有シルセスキオキサン重合体は、分子構造が明確である。フッ素含有シルセスキオキサン重合体の分子構造を制御された様式で変更可能であることから、目的に応じたフッ素含有シルセスキオキサン重合体を得ることができる。このため、例えば耐熱性に優れた低屈折率な紫外及び/又は可視光透過性の光学的透明材料(ガラス代替材)の用途が想定される。また、低屈折率を有するシルセスキオキサン透明材料、撥水性材料(特に高水蒸気バリア性材料)、撥油性材料、防汚剤、低誘電率層間絶縁膜等の電子材料、ポリマー光ファイバーのクラッド材等の光通信材料、反射防止膜等の光学部材等の用途も想定される。 The fluorine-containing silsesquioxane polymer obtained by polymerizing the bifunctional hexatrifluoropropyl T8 monomer according to the present invention has a clear molecular structure. Since the molecular structure of the fluorine-containing silsesquioxane polymer can be changed in a controlled manner, it is possible to obtain a fluorine-containing silsesquioxane polymer according to the purpose. Therefore, for example, it is expected that an optically transparent material (glass substitute) having excellent heat resistance and low refractive index and / or visible light transmission will be used. In addition, silsesquioxane transparent materials having a low refractive index, water-repellent materials (particularly high water vapor barrier materials), oil-repellent materials, antifouling agents, electronic materials such as low dielectric constant interlayer insulating films, and clad materials for polymer optical fibers. It is also expected to be used for optical communication materials such as, and optical members such as antireflection films.
Claims (4)
Zは、−W1SiR1R2−O−(SiR3R4−O)m−SiW2− 又は −R5−S−R6−S−R7− であり、
式中、W1、W2は同一又は異なってアルキレン、R1及びR2は同一又は異なってアルキル又はアリール、R3及びR4は同一又は異なってアルキル又はアリールを示す、mは0以上の整数であり、R5及びR7は同一又は異なってアルキレン、R6はアルキレン又はアリールを示す。)
A polymer having a refractive index in the range of 1.2 to 1.35, which comprises a structural unit composed of fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (IV).
Z is, -W 1 SiR 1 R 2 -O- (SiR 3 R 4 -O) m -SiW 2 - or -R 5 -S-R 6 -S- R 7 - and is,
In the formula, W 1 and W 2 are the same or different alkylene, R 1 and R 2 are the same or different alkyl or aryl, R 3 and R 4 are the same or different alkyl or aryl, m is 0 or more. It is an integer, R 5 and R 7 represent the same or different alkylene, and R 6 represents alkylene or aryl. )
X及びYは、同一又は異なって、水素、アルケニル、アルキレンを介したアルケニル、アルキレンを介したハロゲン、アリル、又はビニルを示す。) For the manufacture of a polymer according to claim 1, as a monomer of the polymer, the use of fluorine-containing silsesquioxane represented by formula (I).
X and Y represent the same or different hydrogen, alkenyl, alkylene-mediated alkenyl, alkylene-mediated halogen, allyl, or vinyl . )
を含む
請求項1に記載の重合体の単量体である式(I)で表わされるフッ素含有シルセスキオキサンの製造方法。
X及びYは、同一又は異なって、水素、アルケニル、アルキレンを介したアルケニル、アルキレンを介したハロゲン、アリル、又はビニルを示す。) A base is added to a solution containing a fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (II) to produce a fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (III), and
A method for producing a fluorine-containing silsesquioxane represented by the formula (I), which is a monomer of the polymer according to claim 1.
X and Y represent the same or different hydrogen, alkenyl, alkylene-mediated alkenyl, alkylene-mediated halogen, allyl, or vinyl . )
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