利用報告書 / User's Reports | ARIM Japan公式ホームページ

【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.16】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24YG0129

利用課題名 / Title

パーフルオロアルキル基を有する芳香族ポリケトンの開発

利用した実施機関 / Support Institute

山形大学 / Yamagata Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

高性能高分子・耐熱性高分子・複合材料,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology,高強度・生分解性プラスチック/ High-strength, biodegradable plastic

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

今田遥基

所属名 / Affiliation

山形大学大学院有機材料システム研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

YG-008：力学試験機

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

耐熱性と溶剤可溶性を併せ持つ高性能高分子である「芳香族ポリケトン」の側鎖もしくは高分子鎖末端にパーフルオロアルキル鎖を導入することにより、撥水・撥油性をさらに付与した、複合材料を開発することを目的とする。本研究により開発された高性能材料（フィルム）は、耐熱性・溶剤可溶性および撥液性を有することから、溶液キャスト法やスピンコート法などのウエットプロセスによりガラス基板や金属基板への塗膜が可能であり、その塗膜は湿気条件や高温条件下でも使用できる。
以下に実施内容について述べる。まず、パーフルオロアルキル鎖を有するモノマーを用いる求核芳香族置換重合により、側鎖にパーフルオロアルキル基を有する芳香族ポリケトンを得た。次に、パーフルオロアルキル基を含まない芳香族ポリケトン（プレポリマー）を求核芳香族置換重合により合成した後、複数の高分子反応を経ることで芳香族ポリケトン鎖末端にのみ局所的にパーフルオロアルキル鎖を有する複合材料を得た。それぞれ合成した含フッ素ポリケトンの構造解析・耐熱性・溶剤可溶性・撥液性および機械的特性の評価を行った。機械的特性を評価するにあたり、「力学試験機」を使用させていただいた。

実験 / Experimental

①側鎖にパーフルオロアルキル基としてC₄F₉基を有する芳香族ポリケトンを重縮合により合成した。②芳香族ポリケトンの分子鎖末端にパーフルオロアルキル基としてC₄F₉基を局所的に有する芳香族ポリケトンを重縮合と複数段階の高分子反応（鈴木宮浦カップリング反応を含む）を経て合成した。得られた含フッ素ポリケトンの構造解析（1H-NMR, 13C-NMR,IR)・耐熱性(DSC,TGA)・溶剤可溶性・撥液性(静的接触角測定）および機械的特性（力学試験機：YG-008）の評価を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

①繰り返し単位当たり２つのC₄F₉基を有する芳香族ポリケトンは、C₄F₉側鎖の分子運動性が高いために、その導入によりガラス転移温度(Tg)の大幅な低下を招いた。その一方で、汎用有機溶媒に可溶であり、また、優れた撥液特性を示した。機械的特性評価より、引張強度と破断点伸びがパーフルオロアルキル基導入前より低下した（27.1 to 4.0MPa,7.5 to 0.6%)。これは、パーフルオロアルキル基の導入により、ポリケトン主鎖間の分子間相互作用が弱まったためと考えられる。
②これに対し、末端にのみC₄F₉基を複数導入した芳香族ポリケトンは、分子全体ではフッ素含有量を低下させることができ、その結果、ガラス転移温度(Tg)の低下はわずかであり、汎用有機溶媒に可溶であり、さらに、PTFEに匹敵あるいは上回る撥液特性を示した。これは、含フッ素成分がフィルム表面に局在化して存在しているためと考えられる。一方、機械的特性については、引張強度は側鎖にC₄F₉基を導入した芳香族ポリケトンより高く、フッ素成分を含まないポリケトンと同等、もしくはそれを上回るものであった（11.0-65.0 MPa)。破断点伸びについては、側鎖にC₄F₉基を導入した芳香族ポリケトンよりは値が向上したものの、フッ素成分を含まないポリケトンよりは低い値であった（1.8-6.3％）。末端にのみC₄F₉基を導入したことで、ポリケトン主鎖間の分子間相互作用がほとんど弱まることがなかったためと考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１　ポリケトン1-6の分子構造および応力-ひずみ曲線

表１　ポリケトン1-6のフッ素含有量と引張強さおよび破断点伸び

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

参考文献・今田遥基,前山勝也, "パーフルオロアルキル基を側鎖に有する芳香族ポリケトンの開発", 2020高分子学会東北支部研究発表会(オンライン）,令和2年11月12日・今田遥基,前山勝也, "Synthesis and Characterization of Water/Oil repellent and Heat-resistantAromatic Poly(ether ketone)s Bearing Multi-perfluoroalkyl Groups at the Both Ends",日本化学会東北支部80周年記念国際会議（仙台）, 令和5年9月8日

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Haruki Konta, Synthesis of organosoluble aromatic poly(ether ketone)s with short perfluoroalkyl groups in the side chains, Polymer Bulletin, 81, 12555-12573(2024).
DOI: https://doi.org/10.1007/s00289-024-05294-x

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

今田遥基,前山勝也, "両末端に多数のパーフルオロアルキル基を導入した撥水撥油性・耐熱性・溶剤可溶性芳香族ポリエーテルケトンの開発", 第７３回高分子学会年次大会（仙台）,令和6年6月5日
Haruki Konta, Katsuya Maeyama, ”Synthesis of Water/Oil Repellent and Heat-Resistant Aromatic Poly(ether ketone)s bearing 3,5-(C4F9)2C6H3 groups at the Both Ends”, Polymer Journal, submitted. （投稿中）

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件