JP2003531221A - 二酸化炭素とアルキレンオキシドとのモノカルボン酸連鎖停止されたポリマー - Google Patents

二酸化炭素とアルキレンオキシドとのモノカルボン酸連鎖停止されたポリマー

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carbon dioxide
carbon atoms
monocarboxylic acid
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キム,キ−スー
ダシェフスキー,ソフィア
ピーターソン,クラウド,ビー.
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Akzo Nobel NV
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    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G64/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbonic ester link in the main chain of the macromolecule
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Abstract

(57)【要約】 アルキレンオキシド(例えば、エチレンオキシド)、二酸化炭素、及びモノカルボン酸連鎖停止剤、例えば、脂肪アルキル基を含むものの反応により形成される、界面活性剤として有用であるところのポリマー組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【従来の技術】
先行技術は、二酸化炭素とアルキレンオキシドとの反応により形成される種々
のポリマー系を開示している。
【0002】 H.C.Stevensの米国特許第3,248,415号明細書に、高分子量ポリカーボ
ネートが二酸化炭素と1,2−エポキシドから形成され得ることが教示されてい
る。これらのポリカーボネートは、第1欄第42〜46行目に教示されているよ
うにヒドロキシル基により連鎖停止されている。
【0003】 より最近においては、R.F.Harrisの米国特許第4,745,162号明細書は
、酸末端部分を持つポリ(アルキレンカーボネート)ポリオールである界面活性
剤の合成を開示している。これらの化合物は、アルコール連鎖停止された物質種
であり、かつ一般式
【化2】 のものである。ここで、Rはアルキル、例えば脂肪アルキルであり、かつmは約
1〜約40の範囲であり得、nは約0〜200の範囲であり得、そしてkは約0
〜約8の範囲であり得る。部分lは、ジオール又はポリオールからの置換されて
いない又は置換された残基である。酸官能性ポリ(アルキレンカーボネート)ポ
リオールは、アルコール連鎖停止された物質種と二酸との反応により得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、アルキレンオキシド、二酸化炭素、及びモノカルボン酸連鎖停止剤
の反応により形成されるポリマー組成物に関する。
【0005】
【課題を解決するための手段】 本発明は、二酸化炭素、アルキレンオキシド(好ましくはエチレンオキシド)
、及びモノカルボン酸連鎖停止剤の反応に依存し、好ましい実施態様において、
【化3】 (ここで、Rはアルキル、好ましくは約8〜約18個の炭素原子を含む脂肪アル
キルであり、各々のR’は独立して、2〜4個、好ましくは2又は3個の炭素原
子を含むアルキレン基であり、各々のm及びnは1〜約30の範囲であり、かつ
xは約1〜約30の範囲である) の目的生成物を与える。これらの組成物は、約500〜約4,000の範囲にあ
るところの分子量を有する。これらの組成物におけるカーボネート(「m」)対
エーテル結合(「n」)の全体の比は、約5:95〜約60:40の範囲であり
、及び脂肪酸対ヒドロキシの末端基比は、約15:85〜約40:60の範囲で
ある。m及びnの値は各々の単位xについて変化し得ることに留意すべきである
。別途示されなければ、本明細書において与えられたm及びnの値は、全てのm
及びn個の基の数平均値である。
【発明の実施の形態】
【0006】 本発明の生成物は、当業者に公知の二酸化炭素/アルキレンオキシドポリマー
組成物を製造するために一般的な技術を使用して形成され得る。広い種類の触媒
が、本発明の組成物の製造に使用され得る。周知の触媒の中で、有用であること
が見出されたものは亜鉛塩、例えばグルタル酸亜鉛である。反応のための触媒と
して次の追加の物質;即ち、アルカリカーボネート、例えば、ナトリウム、カリ
ウム及び/又はカルシウムカーボネート;アルカリヒドロキシド、例えば、ナト
リウム、カリウム及び/又はカルシウムヒドロキシド;又は第三級アミン、例え
ば、一つ又はそれ以上のn−アルキルモルホリンを使用することがまた可能であ
る。アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属のスズ酸塩、例えば、スズ酸ナト
リウムトリハイドレート及びスズ酸カリウムトリハイドレートを使用することが
また可能である。触媒は、反応において使用されるアルキレンオキシドの約0.
5〜約15重量%で使用され得る。
【0007】 本発明において使用するための適切なアルキレンオキシド試薬は、エチレンオ
キシド、プロピレンオキシド及び1,2−ブチレンオキシドにようなエポキシド
を含む。所望なら、アルキレンオキシドの混合物が使用されることができ、及び
/又はアルキレンオキシドの組成がプロセスの間に変化し得る。もし、二以上の
アルキレンオキシドが使用されるなら、各々のR’の値は、プロセス条件に依存
して変化し得る。好ましくは、ただ一つのタイプのアルキレンオキシドが使用さ
れる。
【0008】 適切な単官能性カルボン酸連鎖停止剤は、C2〜C20のアルキルカルボン酸を含
む。C8〜C18のアルキルカルボン酸、例えば、ラウリン酸、ステアリン酸及び
オレイン酸が好ましく使用される。しかし、他のカルボン酸がまた使用され得る
。本発明に従う方法において使用される酸は、例えば、天然源から得られ得るよ
うな混合物の形態であり得る。
【0009】 反応を実行することに使用するための好ましい溶媒は、塩化メチレンであるが
、他の溶媒が、重合反応のために使用され得る。所望なら、溶媒は使用されなく
てよい。
【0010】 反応の実行において、アルキレンオキシド、連鎖停止剤、触媒、(使用される
なら)溶媒及び二酸化炭素が、高められた圧力に耐えるために設計された反応容
器に仕込まれる。反応容器が密閉されて、温度が、約60〜約150℃、好まし
くは約110〜約130℃の範囲内の温度に上げられる。圧力は、約7〜約60
barg、好ましくは約10〜25bargに二酸化炭素との反応の間、維持さ
れる。
【0011】 本発明の組成物は、界面活性剤として有用である。
【0012】 好ましくは、連鎖停止剤は疎水性基(例えば、脂肪アルキル)を有するのに対
して、オリゴマー構造の残りは、二酸化炭素試薬からの部分の存在の故に親水性
(及び潜在的に生分解性)である。
【0013】 本発明は、続く実施例により説明される。
【0014】
【実施例】
【実施例1】 この実施例は、本発明に従う生成物を作るための重合反応において使用する触
媒の調製を説明する。
【0015】 200ミリリットルのメタノール中の50gのグルタル酸の溶液が、175ミ
リリットルのメタノール中の25gの酸化亜鉛の攪拌されたスラリーにゆっくり
と加えられた。酸添加が完了した後、攪拌が続けられ、そして該混合物は60℃
に加熱され、そして4時間保持された。固体がろ過により取除かれ、250ミリ
リットルのメタノールで二度洗浄され、そして60℃で12時間真空下に乾燥さ
れた。
【0016】
【実施例2】 この実施例は、実施例1において作られた触媒を使用して本発明に従う生成物
を作るための重合反応を説明する。
【0017】 重合は、攪拌機、熱電対、ガス入口及びベントを備えた1リットルオートクレ
ーブ中で実施された。通常の重合手順は下記のようであった。即ち、まず、10
.2gのグルタル酸亜鉛及び連鎖停止剤、ラウリン酸(2.5g)がオートクレ
ーブに仕込まれ、オートクレーブが閉じられ、そして閉じられたオートクレーブ
は、95℃で4時間少流量の窒素でパージされた。次に、該系に、300ミリリ
ットルの溶媒の塩化メチレン、100gのエチレンオキシドが仕込まれ、そして
7.1barのCO2で加圧された。オートクレーブは次いで、120℃の所望
反応温度に加熱された。オートクレーブは次いで、18.5〜32.1barの
圧力まで更にCO2で加圧され、そしてCO2ガスフィードは、該圧力が維持され
るために止められなかった。
【0018】 反応の最後に、反応器は室温に冷却され、そして圧力が開放された。オートク
レーブを開放する前にエチレンオキシドを蒸留除去するために、スクラバーへの
ベント配管が開放されて、それは次いで再び60℃に加熱された。次の実施例の
表1は、使用された反応条件を示している。
【0019】
【実施例3】 この実施例は、使用された回収及び精製手順を説明する。
【0020】 塩化メチレン含有ポリマー及びオリゴマーは、次のようにして処理された。即
ち、まず、塩化メチレンが、必要なら、約300ミリリットルまで再び加えられ
た。触媒が、分液漏斗を使用して3.7重量%のHClでの2回の洗浄により取
除かれた。これは、2回の更なる水洗浄、0.1MのNaOHによる2回の洗浄
、そして最後に2回の水洗浄を使用して洗浄された。該洗浄に続いて、ポリマー
が、二つの部分、即ち、メタノール可溶分及びメタノール不溶分に分割された。
これは、攪拌下においてメタノールに塩化メチレン溶液をゆっくりと加えること
により行われた。メタノール不溶分が取除かれ、そして真空乾燥機中で乾燥され
た。この実施例において、メタノール可溶分が唯一の所望の生成物であり、そし
て溶媒の蒸発により単離された。重合条件及びメタノール可溶生成物の特性デー
タは、次の表1に掲げられている。
【0021】
【表1】 表1:重合条件及びメタノール可溶生成物特性
【0022】 注:全操作は、10.2gのグルタル酸亜鉛触媒を使用した。 MW及びm:n比は、NMRにより測定された。 構造は、カーボネート(m)とエーテル(n)結合の比である。 LAは、ラウリン酸である。 LA/OHは、NMRにより測定された末端基の比である。
【0023】
【実施例4】 この実施例は、前の実施例において形成されたメタノール可溶生成物の表面特
性を説明する。
【0024】 Fisher Autotensionmat 表面張力分析計が表面張力を測定した。資料の表面張
力と一緒に臨界ミセル濃度(CMC)が、表2に与えられている。低CMC及び
低表面張力を有する生成物は、それらが良好な表面特性を有することを示してい
る。
【0025】
【表2】 表2:CO2オリゴマーの表面特性
【0026】
【実施例5】 実施例2及び3の通常の重合及び生成物回収手順が、この実施例において使用
される。
【0027】 この実施例において、全ての重合は、60〜95℃のより低い温度で行われ、
そしてメタノール可溶生成物並びにメタノール不溶高重合体が得られた。表3及
び4は、重合条件及び生成物特性を示している。
【0028】
【表3】 表3:重合条件及びメタノール可溶生成物特性
【0029】 注:操作4:比は、触媒/連鎖停止剤=10g/1gである。 MWは、NMRにより測定された。 構造は、カーボネート(m)とエーテル(n)結合の比である。
【0030】
【表4】 表4:CO2オリゴマーの表面特性
【0031】 注:Π=γ溶媒−γ溶液、水のために、72mN/mのγ溶媒が使用された。γ溶液 のために、CMCより高い濃度を持つ値の平均が使用された。
【0032】
【実施例6】 次の表は、OECD(Ecotoxicology and Environmental Safety 24, 第319〜3
27頁(1992年))の試験指針に従うClosed Bottle Testsにより
試験されたアルキルカーボネートオリゴマーの生分解の夫々のパーセンテージを
示している。
【0033】
【表5】
【0034】 試料は、次の構造式
【化4】 (ここで、R=CH3(CH210C(O)O−;m=1〜5;n=1〜25;及
びx=1〜30である) を有していた。
【0035】 結果は、試験されたアルキレンカーボネートオリゴマーの全てが生分解性であ
ることを示している。
【0036】
【比較例6】 この実施例は、本発明と、R.F.Harrisの米国特許第4,745,162号明細
書の実施例No.1及び2に含まれるある開示との間の比較を提供することを与
える。
【0037】 エチレンカーボネート(33.2g、0.38モル)、n−ドデシルアルコー
ル(5.96g、0.037モル)及びスズ酸ナトリウムトリハイドレート触媒
(0.38g)が、攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた三つ首フラスコに加
えられ、そして得られた反応混合物が、窒素雰囲気下に維持されつつ、それは、
21時間160℃に加熱された。反応後、触媒は、3時間に亘って、アセトン(
100ミリリットル)及び4gのCELATOM FW-60ろ過剤と生成物を攪拌し、次い
で、ろ過及び溶媒除去により取除かれた。生成物の収量は、20.7gであった
【0038】 NMR分析は、生成物が次の特性、即ち、カーボネート:エーテル結合の比−
36:64;ドデシル末端基:OH末端基の比−42:58;分子量−600g
/モル;及び表面張力−36.2mN/m;及びCMC−0.016g/100
ミリリットルを有していることを示した。
【0039】 これまでの実施例は、本発明の単にある実施態様を説明することを意図してお
り、かつその理由のために、限定の意味に解釈されることを意図していない。要
求される保護の範囲は、特許請求の範囲に示されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダシェフスキー,ソフィア アメリカ合衆国, ニュージャージー州 07410, フェアー ローン, セブンテ ィーンス ストリート 2−15 (72)発明者 ピーターソン,クラウド,ビー. アメリカ合衆国, ニューヨーク州 10940, ミドルタウン, リッジウッド アベニュー 111 Fターム(参考) 4H006 AA01 AB68 BN10 BP10 KA03 KA19 KA51 KA54 KC12 4J029 AA09 AB01 AB02 AC01 AC03 AE18 FB02 GA41 HA05 HC07 JB252 JB262

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルキレンオキシド、二酸化炭素、及びモノカルボン酸連鎖停
    止剤の反応により形成されるポリマー組成物。
  2. 【請求項2】 該連鎖停止剤が脂肪アルキル基を含むところの請求項1記載の
    組成物。
  3. 【請求項3】 アルキレンオキシドがエチレンオキシドであるところの請求項
    1又は2記載の組成物。
  4. 【請求項4】 アルキレンオキシドがエチレンオキシドであり、かつ連鎖停止
    剤が、アルキル基中に約8個〜約18個の炭素原子を含むモノカルボン酸である
    ところの請求項1〜3のいずれか一つに記載の組成物。
  5. 【請求項5】 下記構造 【化1】 (ここで、Rは、約8個〜約18個の炭素原子を含む脂肪アルキルであり、各々
    のR’は独立して、2〜4個の炭素原子を含むアルキレンであり、m及びnは、
    1〜約30であり、xは約1〜約30であり、かつm対nの比は、約5:95〜
    約60:40である) のポリマー組成物。
  6. 【請求項6】 R’基の50%を超、好ましくは実質的に全てのR’基が、2
    個の炭素原子を含むところの請求項5記載の組成物。
  7. 【請求項7】 R’基の50%を超、好ましくは実質的に全てのR’基が、3
    個の炭素原子を含むところの請求項5記載の組成物。
  8. 【請求項8】 Rが、約8個〜約18個の炭素原子を含む脂肪アルキルであり
    、かつm対nの比が、約5:95〜約60:40の範囲にあるところの請求項6
    記載の組成物。
  9. 【請求項9】 Rが、約8個〜約18個の炭素原子を含む脂肪アルキルであり
    、かつm対nの比が、約5:95〜約60:40の範囲にあるところの請求項7
    記載の組成物。
JP2001576396A 1998-08-20 1999-08-09 二酸化炭素とアルキレンオキシドとのモノカルボン酸連鎖停止されたポリマー Pending JP2003531221A (ja)

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