JP2004035753A - 重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】モノマー追加時間を長く設定した場合、主にモノマー追加終了後の重合の進行が不安定になり、リビング性が低下して重合が停止する状態がおこる。従って、工業的に安定に重合体を作成する為には、重合反応後半途中で、重合触媒を随時追加しなければならない等の問題があった。
【解決手段】ビニル系モノマーをセミバッチ方式により重合させることを特徴とし、且つ重合反応槽への該ビニル系モノマーの供給を0.5時間以上2.5時間以下の範囲内で完了させる。
【選択図】
【解決手段】ビニル系モノマーをセミバッチ方式により重合させることを特徴とし、且つ重合反応槽への該ビニル系モノマーの供給を0.5時間以上2.5時間以下の範囲内で完了させる。
【選択図】
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジカル重合性オレフィン単量体の重合体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年リビングラジカル重合法が開発され、様々なグループで積極的に研究がなされている。その例としては、たとえばジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)、1994年、116巻、7943頁に示されるようなコバルトポルフィリン錯体を用いるもの、マクロモレキュールズ(Macromolecules)、1994年、27巻、7228頁に示されるようなニトロキシド化合物などのラジカル捕捉剤を用いるもの、有機ハロゲン化物等を開始剤とし遷移金属錯体を触媒とする「原子移動ラジカル重合」(Atom Transfer Radical Polymerization:ATRP)などがあげられる。
【0003】
「リビングラジカル重合法」の中でも、有機ハロゲン化物あるいはハロゲン化スルホニル化合物等を開始剤、遷移金属錯体を触媒としてビニル系モノマーを重合する「原子移動ラジカル重合法」は、上記の「リビングラジカル重合法」の特徴に加えて、官能基変換反応に比較的有利なハロゲン等を末端に有し、開始剤や触媒の設計の自由度が大きいことから、特定の官能基を有するビニル系重合体の製造方法としてはさらに好ましい。この原子移動ラジカル重合法としては例えばMatyjaszewskiら、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)1995年、117巻、5614頁、マクロモレキュールズ(Macromolecules)1995年、28巻、7901頁,サイエンス(Science)1996年、272巻、866頁、WO96/30421号公報,WO97/18247号公報あるいはSawamotoら、マクロモレキュールズ(Macromolecules)1995年、28巻、1721頁などが挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
リビング重合では、重合活性点の失活が起こらない限り重合体はモノマー添加によって重合鎖が生長し、高分子量で均一組成の重合体を得ることができるという特徴があるが、重合温度が高くなると活性点の失活が生じて一部の重合体が生長を停止したり、連鎖移動などの副反応が生じて重合体組成の均一性が損なわれる。
【0005】
リビング重合の方法としては、従来の攪拌槽にモノマーを一括で仕込むバッチ方式、モノマーの逐次追加によるセミバッチ方式の重合方法があるが、工業的に除熱を安定化させ、安全に重合体を作成する為には、モノマー逐次追加によるセミバッチ方式の重合方法が好ましい。通常、モノマー逐次追加によるセミバッチ方式の重合においては、初期充填モノマーの量を0〜50重量%、追加モノマーの量を100〜50重量%程度に分割使用するが、重合反応系中に追加仕込みモノマーを加える時間を3時間以上と長く設定した場合、主にモノマー追加終了後の重合の進行が不安定になり、リビング性が低下して重合が停止することが多い。すなわち、追加仕込みモノマーを加える時間を長くすると、単に反応時間が長くなって生産効率が下がるというのではなく、再度重合を開始させ、さらに所定の反応速度を得るための作業が必要になる。従って、追加仕込みモノマーを加える時間を長くすると、工業的に安定に重合体を作成する為に、重合反応後半途中で重合触媒を随時追加する作業が必要になることが多い(所定の反応速度を得るために、都度、触媒添加量を検討する必要がある)。重合触媒は最終的には重合体中の不純物となり、これを除去する必要があるが、重合触媒量を多くすると、その除去工程が煩雑になり、作業時間も長くなるという問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記現状に鑑み、モノマー追加終了後も安定的にリビング性を保ちながらラジカル重合性オレフィン単量体の重合を進行させることにより、リビングラジカル重合により得られるオレフィン重合体を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
すなわち本発明は、初期仕込みモノマーを重合反応器に仕込んでから重合を開始した後、追加仕込みモノマーを0.5時間以上2.5時間以下の時間をかけて重合反応器に仕込むことを特徴とする、有機ハロゲン化物又はハロゲン化スルホニル化合物を開始剤、遷移金属錯体を触媒とするビニル系モノマーの原子移動ラジカル重合方法に関する。
【0008】
本発明において、追加仕込みモノマーの追加方式は、連続方式も分割方式でもよく、あるいは分割方式と連続方式を組み合わせた方式でも良い。
本発明においては、通常、アミン系化合物を添加することにより重合を開始する。本発明においては、通常、初期仕込みモノマー量はビニル系モノマー全量に対して50重量%以下であるが、10重量%以上30重量%以下であることが好ましい。
【0009】
また、本発明において遷移金属錯体は、通常、周期律表第7族、8族、9族、10族及び11族の元素からなる群より選択される元素を中心金属とする金属錯体であるが、銅、ニッケル、ルテニウム及び鉄からなる群より選択される金属の錯体であることが好ましく、銅錯体であることがより好ましい。本発明の遷移金属錯体を形成する配位子は、通常、アミン系化合物であるが、ポリアミン系化合物であることが好ましく、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン及びヘキサメチルトリエチレンテトラアミンからなる郡より選択される化合物であることがより好ましい。
【0010】
また本発明において、ビニル系モノマーは、通常、(メタ)アクリル酸系モノマーであるが、アクリル酸系モノマーであることが好ましく、アクリル酸エステルであることがより好ましい。
【0011】
なお、本発明における「初期仕込みモノマー」とは、重合反応器に最初に仕込むビニル系モノマーをいい、本発明では「初期仕込みモノマー」を仕込んだ後に原子移動ラジカル重合を開始する。本発明における「追加仕込みモノマー」とは、「初期仕込みモノマー」の重合を開始した後に、重合反応器に新たに仕込むビニル系モノマーをいう。本発明では、「初期仕込みモノマー」の重合に続いて「追加仕込みモノマー」の重合をおこなう。
【0012】
【発明の実施の形態】
《単量体》
本発明の重合法に用いるラジカル重合性単量体としては特に制約はなく、各種のものを用いることができる。例示するならば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸−n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸−tert−ブチル、(メタ)アクリル酸−n−ペンチル、(メタ)アクリル酸−n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸−n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸−n−オクチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トルイル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸−2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸−3−メトキシブチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(メタ)アクリル酸のエチレンオキサイド付加物、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル−2−パーフルオロブチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロメチル、(メタ)アクリル酸ジパーフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロメチル−2−パーフルオロエチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロデシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキサデシルエチル等の(メタ)アクリル酸系モノマー;スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、クロルスチレン、スチレンスルホン酸及び塩等のスチレン系モノマー;パーフルオロエチレン、パーフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン等のフッ素含有ビニルモノマー;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のケイ素含有ビニル系モノマー;無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;フマル酸、フマル酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;マレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、プロピルマレイミド、ブチルマレイミド、ヘキシルマレイミド、オクチルマレイミド、ドデシルマレイミド、ステアリルマレイミド、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド系モノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル基含有ビニル系モノマー;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド基含有ビニル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニルなどのビニルエステル類;エチレン、プロピレンなどのアルケン類;ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、塩化アリル、アリルアルコールなどが挙げられ、これらは単独で用いても良いし、複数を共重合させても構わない。これらの内では、生成物の物性等から、スチレン系モノマー及び(メタ)アクリル酸系モノマーが好ましく、さらに、本発明の官能基導入反応の反応性の高さやガラス転移点の低さなどからアクリル酸エステル系モノマーがより好ましい。
《原子移動ラジカル重合》
本発明で用いられる原子移動ラジカル重合法について説明する。
【0013】
この原子移動ラジカル重合では、有機ハロゲン化物、特に、反応性の高い炭素−ハロゲン結合を有する有機ハロゲン化物(例えば、α位にハロゲンを有するエステル化合物や、ベンジル位にハロゲンを有する化合物)、あるいはハロゲン化スルホニル化合物が開始剤として用いられる。触媒としては、周期律表第7族、8族、9族、10族、または11族元素を中心金属とする金属錯体が用いられる。金属種としては特に1価の銅、2価のルテニウム、2価の鉄が好適である。具体的に例示するならば、塩化第一銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅、シアン化第一銅、酸化第一銅、酢酸第一銅、過塩素酸第一銅等である。銅化合物を用いる場合、触媒活性を高めるために2,2’−ビピリジル、およびその誘導体、1,10−フェナントロリン、およびその誘導体、トリブチルアミン等のアルキルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン等のポリアミン、等の配位子が添加される。また、二価の塩化ルテニウムのトリストリフェニルホスフィン錯体(RuCl2(PPh3)3)も触媒として好適である。この触媒を使用するときは、その活性を高めるためにトリアルコキシアルミニウム等のアルミニウム化合物が添加される。さらに、二価の塩化鉄のトリストリフェニルホスフィン錯体(FeCl2(PPh3)3)も触媒として好適である。
【0014】
この重合法においては有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物が開始剤として用いられる。具体的に例示するならば、
C6H5−CH2X、
C6H5−C(H)(X)CH3、
C6H5−C(X)(CH3)2、
R7−C(H)(X)−CO2R8、
R7−C(CH3)(X)−CO2R8、
R7−C(H)(X)−C(O)R8、
R7−C(CH3)(X)−C(O)R8、
R7−C6H4−SO2X、
(上記の各式において、C6H5はフェニル基、R7、R8は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、またはアラルキル基であり、同じであっても良いし異なっていても良い。Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
等が挙げられる。
【0015】
また、重合を開始するもの以外に官能基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物を用いると、容易に末端に官能基が導入された重合体が得られる。このような官能基としては、アルケニル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基、アミド基、シリル基等が挙げられる。
【0016】
アルケニル基を有する有機ハロゲン化物としては特に制限はないが、例えば、一般式6に示す構造を有するものが例示される。
R9R10C(X)−R11−R12−C(R13)=CH2 (6)
(式中、R9、R10は水素、または炭素数1〜20の1価のアルキル基、アリール基、またはアラルキル基、または他端において相互に連結したもの、R11は、−C(O)O−(エステル基)、−C(O)−(ケト基)、またはo−,m−,p−フェニレン基、R12は直接結合、または炭素数1〜20の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいても良い、R13は水素、またはメチル基、Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
これらの化合物は、ハロゲンが結合している炭素がカルボニル基あるいはフェニル基等と結合しており、炭素−ハロゲン結合が活性化されて重合が開始する。
【0017】
置換基R9、R10の具体例としては、水素、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。R9とR10は他端において連結して環状骨格を形成していてもよく、そのような場合、−R9−R10−は例えば、−CH2CH2−、−CH2CH2CH2−、−CH2CH2CH2CH2−、−CH2CH2CH2CH2CH2−、等が例示される。
【0018】
一般式6で示される、アルケニル基を有する有機ハロゲン化物の具体例としては、
XCH2C(O)O(CH2)nCH=CH2、
H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nCH=CH2、
(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nCH=CH2、
CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nCH=CH2、
【0019】
【化1】
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)
XCH2C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、
H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、
(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、
CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、
【0020】
【化2】
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)n−CH=CH2、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−CH=CH2、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−CH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−O−(CH2)mCH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)n−CH=CH2、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−CH=CH2、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−CH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
アルケニル基を有する有機ハロゲン化物としてはさらに一般式7で示される化合物が挙げられる。
H2C=C(R13)−R12−C(R9)(X)−R14−R10 (7)
(式中、R9、R10、R12、R13、Xは上記に同じ、R14は、直接結合、−C(O)O−(エステル基)、−C(O)−(ケト基)、または、o−,m−,p−フェニレン基を表す)
R12は直接結合、または炭素数1〜20の2価の有機基(1個以上のエーテル結合を含んでいても良い)であるが、直接結合である場合は、ハロゲンの結合している炭素にビニル基が結合しており、ハロゲン化アリル化物である。この場合は、隣接ビニル基によって炭素−ハロゲン結合が活性化されているので、R14としてC(O)O基やフェニレン基等を有する必要は必ずしもなく、直接結合であってもよい。R12が直接結合でない場合は、炭素−ハロゲン結合を活性化するために、R14としてはC(O)O基、C(O)基、フェニレン基が好ましい。
【0021】
一般式7の化合物を具体的に例示するならば、
CH2=CHCH2X、CH2=C(CH3)CH2X、
CH2=CHC(H)(X)CH3、CH2=C(CH3)C(H)(X)CH3、
CH2=CHC(X)(CH3)2、CH2=CHC(H)(X)C2H5、
CH2=CHC(H)(X)CH(CH3)2、
CH2=CHC(H)(X)C6H5、CH2=CHC(H)(X)CH2C6H5、
CH2=CHCH2C(H)(X)−CO2R、
CH2=CH(CH2)2C(H)(X)−CO2R、
CH2=CH(CH2)3C(H)(X)−CO2R、
CH2=CH(CH2)8C(H)(X)−CO2R、
CH2=CHCH2C(H)(X)−C6H5、
CH2=CH(CH2)2C(H)(X)−C6H5、
CH2=CH(CH2)3C(H)(X)−C6H5、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、Rは炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基)
等を挙げることができる。
【0022】
アルケニル基を有するハロゲン化スルホニル化合物の具体例を挙げるならば、o−,m−,p−CH2=CH−(CH2)n−C6H4−SO2X、
o−,m−,p−CH2=CH−(CH2)n−O−C6H4−SO2X、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)等である。
【0023】
アルケニル基を持つ開始剤の場合、その開始剤のオレフィンも重合末端と反応する可能性があるため、重合条件および添加するオレフィン化合物との反応条件には注意が必要である。具体的な例としては、重合の早い段階でオレフィン化合物を添加することがあげられる。
【0024】
架橋性シリル基を有する有機ハロゲン化物としては特に制限はないが、例えば一般式8に示す構造を有するものが例示される。
R9R10C(X)−R11−R12−C(H)(R13)CH2−[Si(R15)2−b(Y)bO]m−Si(R16)3−a(Y)a (8)
(式中、R9、R10、R11、R12、R13、は上記に同じ。R15、R16は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R15またはR16が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。)
上記Yで示される加水分解性基としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、具体的には、水素、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、酸アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基、アルケニルオキシ基等が挙げられ、加水分解性がマイルドで取り扱いやすいという点から、アルコキシ基が特に好ましい。
【0025】
一般式8の化合物を具体的に例示するならば、
XCH2C(O)O(CH2)nSi(OCH3)3、
CH3C(H)(X)C(O)O(CH2)nSi(OCH3)3、
(CH3)2C(X)C(O)O(CH2)nSi(OCH3)3、
XCH2C(O)O(CH2)nSi(CH3)(OCH3)2、
CH3C(H)(X)C(O)O(CH2)nSi(CH3)(OCH3)2、
(CH3)2C(X)C(O)O(CH2)nSi(CH3)(OCH3)2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、ヨウ素、nは0〜20の整数、)
XCH2C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、
H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、
(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、
CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、
XCH2C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(CH3)(OCH3)2、
H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)m−Si(CH3)(OCH3)2、
(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)m−Si(CH3)(OCH3)2、
CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)m−Si(CH3)(OCH3)2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、ヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)2Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)2Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)2Si(OCH3)3、
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)3−Si(OCH3)3、
o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)2−O−(CH2)3−Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
等が挙げられる。
【0026】
架橋性シリル基を有する有機ハロゲン化物としてはさらに、一般式9で示される構造を有するものが例示される。
(R16)3−a(Y)aSi−[OSi(R15)2−b(Y)b]m−CH2−C(H)(R13)−R12−C(R9)(X)−R14−R10 (9)
(式中、R9、R10、R12、R13、R14、R15、R16、a、b、m、X、Yは上記に同じ)
このような化合物を具体的に例示するならば、
(CH3O)3SiCH2CH2C(H)(X)C6H5、
(CH3O)2(CH3)SiCH2CH2C(H)(X)C6H5、
(CH3O)3Si(CH2)2C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)2C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)3Si(CH2)3C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)3C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)3Si(CH2)4C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)4C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)3Si(CH2)9C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)9C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)3Si(CH2)3C(H)(X)−C6H5、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)3C(H)(X)−C6H5、
(CH3O)3Si(CH2)4C(H)(X)−C6H5、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)4C(H)(X)−C6H5、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、R17は炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基)
等が挙げられる。
【0027】
ヒドロキシル基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物としては特に制限はないが、下記のようなものが例示される。
HO−(CH2)n−OC(O)C(H)(R18)(X)
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、R17は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、nは1〜20の整数)
アミノ基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物としては特に制限はないが、下記のようなものが例示される。
H2N−(CH2)n−OC(O)C(H)(R17)(X)
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、R17は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、nは1〜20の整数)
エポキシ基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物としては特に制限はないが、下記のようなものが例示される。
【0028】
【化3】
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、R17は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、nは1〜20の整数)
本発明によりオレフィン末端構造を1分子内に2個以上有する重合体を得るためには、2つ以上の開始点を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物が開始剤として用いられる。具体的に例示するならば、
【0029】
【化4】
【0030】
【化5】
等があげられる。
《重合条件》
この重合において用いられる重合性オレフィン単量体としては特に制約はなく、既に述べた各種のものを用いることができる。また、ここに示されている重合系はリビング重合であるため、重合性単量体の逐次添加によりブロック共重合体を製造することも可能である。
【0031】
重合は無溶剤または各種の溶剤中で行うことができる。これらは特に限定されないが、例示するならば、ベンゼン、トルエン等の炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール系溶媒;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒等が挙げられ、単独又は2種以上を混合して用いることができる。また、エマルジョン系もしくは超臨界流体CO2を媒体とする系においても重合を行うことができる。これらの中では、触媒安定性向上の効果などから、ニトリル系溶媒が好ましく、アセトニトリルがより好ましい。
また、重合は室温〜200℃の範囲で行うことができ、好ましくは50〜150℃である。
重合の雰囲気は、特に限定されないが、酸素不存在雰囲気が好ましい。ラジカルは酸素による影響を受けるし、また、酸素存在下では、触媒が酸化され活性を失う可能性がある。
重合混合物はよく攪拌されることが好ましい。特に、触媒金属錯体あるいは配位子を添加する際には、速やかに均一に拡散させるためにも、十分な攪拌が好ましい。
重合の方法としては、バッチ重合、モノマーを追加していくセミバッチ重合、連続重合等に適用できる。セミバッチ重合の追加方式は、連続方式、分割方式、連続方式と分割方式の組み合わせのいずれかを適用できる。
セミバッチ重合の場合、初期仕込みモノマーの量はモノマー全量に対して50重量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは10重量%以上30重量%以下である。
セミバッチ方式におけるモノマー追加時間は、全ビニル系モノマーのうち90重量%以上を供給するのに要する時間が0.5時間以上2.5時間以下の範囲内であることが好ましく、全ビニル系モノマーの供給を0.5時間以上2.5時間以下の範囲内で完了させることが特に好ましい。供給時間が長くなった場合は、反応速度が低下し、生産性が低下するとともに、触媒活性を向上させる操作が必要となる場合が多い。
【0032】
重合の最中または終点において、重合性の低いアルケニル基を有する化合物(I)を添加すると、末端にほぼ1つずつ付加し、その結果として、そのアルケニル化合物の有する官能基が重合体の末端に導入される。末端にアルケニル基を導入するためには重合性の低いアルケニル基を2つ持つ化合物を過剰量添加することが好ましい。重合の終点とは、単量体の好ましくは80%以上が反応した時点、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、特別に好ましくは99%以上が反応した時点である。
【0033】
重合の終点においては、引き続いて化合物(I)を添加することができ、一旦未反応モノマーや重合溶媒を蒸発留去してから化合物(I)を添加することもできる。
【0034】
また、化合物(I)を添加するときに、誘電率が化合物(I)よりも高い化合物(II)を併用添加することにより、末端に確実に官能基を導入することができる。
《化合物(I)》
重合性の低いアルケニル基を持つ化合物としては一般式1に示される化合物から選ばれる。
一般式1:
【0035】
【化6】
{上の式中、R3は、水酸基、アミノ基、エポキシ基、カルボン酸基、エステル基、エーテル基、アミド基、シリル基、あるいは一般式2:
【0036】
【化7】
(R4は水素原子あるいはメチル基を表す)
で表される基、あるいは重合性のオレフィンを含まない炭素数1〜20の有機基であり、R1は炭素数1〜20のアルキル基あるいは一般式3:
【0037】
【化8】
(上の式中、R5は酸素原子、窒素原子あるいは炭素数1〜20の有機基、 R6は水素原子あるいはメチル基であり同じでも異なっていてもよい)
の構造を持つ基であり、且つ、R2は水素原子あるいはメチル基である}
その内、アルケニル基を導入するために用いられる重合性の低いアルケニル基を2つ持つ化合物としては一般式4に示される化合物から選ばれる。
【0038】
【化9】
{上の式中、R1は炭素数1〜20のアルキル基あるいは一般式3:
【0039】
【化10】
(上の式中、R5は酸素原子、窒素原子あるいは炭素数1〜20の有機基、 R6は水素原子あるいはメチル基であり同じでも異なっていてもよい)
の構造を持つ基であり、且つ、R2、R4は水素原子あるいはメチル基である}
一般式4で表される化合物のR2、R4については水素原子あるいはメチル基であるが、水素原子が好ましい。R1が炭素数1〜20のアルキル基である場合、その構造に制約はないが、一般式5に示す化合物が例示される。
【0040】
【化11】
式5中、nは1〜20の整数であるが、原料入手の容易さから、nは2、4、6であることが好ましい。
【0041】
一般式1において、R1の具体例としては、
−(CH2)n− (nは1〜20の整数)、
−CH(CH3)−、 −CH(CH2CH3)−、−C(CH3)2−、 −C(CH3)(CH2CH3)−、−C(CH2CH3)2−、 −CH2CH(CH3)−、
−(CH2)n−O−CH2− (nは1〜19の整数)、
−CH(CH3)−O−CH2−、−CH(CH2CH3)−O−CH2−、 −C(CH3)2−O−CH2−、−C(CH3)(CH2CH3)−O−CH2−、−C(CH2CH3)2−O−CH2−、
−(CH2)n−O−(CH2)m−
(m、nは1〜19の整数、ただし2≦m+n≦20)、
−(CH2)n−C(O)O−(CH2)m−
(m、nは1〜19の整数、ただし2≦m+n≦20)、
−(CH2)n−OC(O)−(CH2)m−C(O)O−(CH2)l−、
(lは0〜18の整数、m,nは1〜17の整数、ただし2≦l+m+n≦18)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−(CH2)m−、
(mは0〜13の整数、nは1〜14の整数、ただし1≦m+n≦14)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−(CH2)m−、
(mは0〜13の整数、nは1〜14の整数、ただし1≦m+n≦14)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−CH(CH3)−、
(nは1〜12の整数)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−CH(CH3)2−、
(nは1〜11の整数)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−C(O)O−(CH2)m−、
(m,nは1〜12の整数、ただし2≦m+n≦13)、
−(CH2)n−OC(O)−o−,m−,p−C6H4−C(O)O−(CH2)m−、
(m,nは1〜11の整数、ただし2≦m+n≦12)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−OC(O)−(CH2)m−、
(m,nは1〜12の整数、ただし2≦m+n≦13)、
−(CH2)n−C(O)O−o−,m−,p−C6H4−(CH2)m−、
(m,nは1〜11の整数、ただし2≦m+n≦12)、
等が挙げられる。
一般式1において、R3としては、以下のような基が例示される。
【0042】
【化12】
(式中、R18、R19は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R18またはR19が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。R20は炭素数1〜20の炭化水素基である。)
R20としては、具体的には以下のような基が例示される。
−(CH2)n−CH3、
−CH(CH3)−(CH2)n−CH3、
−CH(CH2CH3)−(CH2)n−CH3、
−CH(CH2CH3)2、
−C(CH3)2−(CH2)n−CH3、
−C(CH3)(CH2CH3)−(CH2)n−CH3、
−C6H5、
−C6H5(CH3)、
−C6H4(CH3)2、
−(CH2)n−C6H5、
−(CH2)n−C6H4(CH3)、
−(CH2)n−C6H3(CH3)2、
(nは0以上の整数で、各基の合計炭素数は20以下)
シリル基としては、限定はされないが、上記式においてm=0のものが好ましい。
【0043】
アミノ基、水酸基あるいはカルボン酸基を持つ化合物を重合末端に反応させる場合には、そのまま反応させても構わないが、それらの基が、重合末端あるいは触媒に影響を与える場合があるので、その場合には保護基をつけた化合物を用いても構わない。保護基としては、アセチル基、シリル基、アルコキシ基などが挙げられる。
【0044】
これらの官能基を導入するために用いられる化合物を添加する量は、特に限定されない。これらの化合物のアルケニル基の反応性はあまり高くないため、反応速度を高めるためには添加量を増やすことが好ましく、一方、コストを低減するためには添加量は成長末端に対して等量に近い方が好ましく、状況により適正化する必要がある。
【0045】
また、末端にアルケニル基を導入するために重合性の低いアルケニル基を2つ以上持つ化合物を添加する場合の、その添加量は、重合成長末端に対して過剰量であることが好ましい。等量あるいは末端より少量の場合、2つのオレフィンの両方ともが反応し、重合末端どうしをカップリングしてしまう可能性がある。2つのオレフィンの反応性が等しい化合物の場合、カップリングの起こる確率は、添加量に応じて統計的に決まってくる。よって、重合性の低いアルケニル基を2つ以上持つ化合物の添加量は、好ましくは重合成長末端の1.5倍以上、さらに好ましくは3倍以上、特に好ましくは5倍以上である。
《化合物(II)》
重合性の低いアルケニル基を有する化合物(I)を添加するとき、化合物(I)の種類によっては、反応系の極性が低下して、触媒活性が不十分になる場合がある。この場合、化合物(I)より極性の高い化合物(II)を添加することで極性を向上させることができる。化合物(II)としては特に限定されないが、例示するならば、ベンゼン、トルエン等の炭化水素系化合物;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系化合物;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系化合物;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系化合物;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール系化合物;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系化合物;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系化合物、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系化合物等が挙げられる。これらは単独又は2種以上を混合して用いることができ、また重合に使用した溶媒と同じであっても良いし、異なっていても良いが、反応後の回収を考慮すると、同じであるほうが好ましい。化合物(II)の誘電率は、化合物(I)より3以上高いことが好ましく、5以上高いことがより好ましく、10以上高いことがさらに好ましい。化合物(II)の誘電率は高いほうが、より極性改善の効果が見込める。なおここで誘電率は20℃での値である。またこれらの内では、触媒安定性向上の効果等から、ニトリル系化合物が好ましく、アセトニトリルがより好ましい。化合物(II)の使用量は、反応設定時のビニル系単量体100重量部に対して1〜1000重量部であることが好ましく、5〜500重量部であることがより好ましく、10〜100重量部であることがさらに好ましい。あるいは、化合物(II)の使用量は、化合物(I)100重量部に対して1〜10000重量部であることが好ましく、10〜1000重量部であることがより好ましい。化合物(II)の使用量が少ないと極性向上の効果が発揮されないことがあり、また多いと、重合後、重合体からの回収が困難になる恐れがある。
《末端構造》
重合の最中または終点において、重合性の低いアルケニル基を有する化合物(I)を添加すると、末端にほぼ1つずつ付加し、その結果として、そのアルケニル化合物の有する官能基が重合体の末端に導入される。このときの末端構造は一般式10で示される。この末端構造を有するラジカル重合性単量体の重合体は、ヘテロ原子を介することなく、直接、炭素−炭素結合のみにより、末端基が重合体の末端一つにつきほぼ一つ結合していることが特徴である。
【0046】
【化13】
{上の式中、R3は、水酸基、アミノ基、エポキシ基、カルボン酸基、エステル基、エーテル基、アミド基、シリル基、あるいは一般式2:
【0047】
【化14】
(R4は水素原子あるいはメチル基を表す)
で表される基、あるいは重合性のオレフィンを含まない炭素数1〜20の有機基であり、R1は炭素数1〜20のアルキル基、あるいは一般式3:
【0048】
【化15】
(上の式中、R5は酸素原子、窒素原子あるいは炭素数1〜20の有機基、R6は水素原子あるいはメチル基であり同じでも異なっていてもよい)
の構造を持つ基であり、且つ、R2は水素原子あるいはメチル基であり、Xはハロゲン基、ニトロキシド基、スルフィド基あるいはコバルトポルフィリン錯体である}
一般式10において、R1の具体例としては、
−(CH2)n− (nは1〜20の整数)、
−CH(CH3)−、 −CH(CH2CH3)−、−C(CH3)2−、 −C(CH3)(CH2CH3)−、−C(CH2CH3)2−、 −CH2CH(CH3)−、
−(CH2)n−O−CH2− (nは1〜19の整数)、
−CH(CH3)−O−CH2−、−CH(CH2CH3)−O−CH2−、 −C(CH3)2−O−CH2−、−C(CH3)(CH2CH3)−O−CH2−、−C(CH2CH3)2−O−CH2−、
−(CH2)n−O−(CH2)m−
(m、nは1〜19の整数、ただし2≦m+n≦20)、
−(CH2)n−C(O)O−(CH2)m−
(m、nは1〜19の整数、ただし2≦m+n≦20)、
−(CH2)n−OC(O)−(CH2)m−C(O)O−(CH2)l−、
(lは0〜18の整数、m,nは1〜17の整数、ただし2≦l+m+n≦18)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−(CH2)m−、
(mは0〜13の整数、nは1〜14の整数、ただし1≦m+n≦14)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−(CH2)m−、
(mは0〜13の整数、nは1〜14の整数、ただし1≦m+n≦14)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−CH(CH3)−、
(nは1〜12の整数)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−CH(CH3)2−、
(nは1〜11の整数)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−C(O)O−(CH2)m−、
(m,nは1〜12の整数、ただし2≦m+n≦13)、
−(CH2)n−OC(O)−o−,m−,p−C6H4−C(O)O−(CH2)m−、
(m,nは1〜11の整数、ただし2≦m+n≦12)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−OC(O)−(CH2)m−、
(m,nは1〜12の整数、ただし2≦m+n≦13)、
−(CH2)n−C(O)O−o−,m−,p−C6H4−(CH2)m−、
(m,nは1〜11の整数、ただし2≦m+n≦12)、
等が挙げられる。
R3としては、以下のような基が例示される。
【0049】
【化16】
式中、R18、R19は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R18またはR19が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。
【0050】
R20は炭素数1〜20の炭化水素基であり、具体的には以下のような基が例示される。
−(CH2)n−CH3、
−CH(CH3)−(CH2)n−CH3、
−CH(CH2CH3)−(CH2)n−CH3、
−CH(CH2CH3)2、
−C(CH3)2−(CH2)n−CH3、
−C(CH3)(CH2CH3)−(CH2)n−CH3、
−C6H5、
−C6H5(CH3)、
−C6H4(CH3)2、
−(CH2)n−C6H5、
−(CH2)n−C6H4(CH3)、
−(CH2)n−C6H3(CH3)2、
(nは0以上の整数で、各基の合計炭素数は20以下)
一般式10において、R2については水素原子あるいはメチル基であるが、水素原子が好ましい。Xについては、ハロゲン基、ニトロキシド基、スルフィド基あるいはコバルトポルフィリン錯体であるが、製造の容易さからハロゲン基が、そして特にブロモ基が好ましい。
【0051】
アルケニル基が末端に導入されている場合において、R1が炭素数1〜20のアルキル基である場合、その構造に制約はないが、以下のものが例示される。
【0052】
【化17】
式中、nは1〜20の整数であるが、原料入手の容易さから、nは2、4、6であることが好ましい。
【0053】
重合体1分子中に含まれる、一般式10で表される末端基の数には特に制約はないが、硬化性組成物などに用いられる場合には、0.5〜5個含まれることが好ましく、1〜3個含まれることがより好ましく、1.5〜2.5個含まれることがさらに好ましい。
【0054】
本発明で得られる重合体は、分子量分布、すなわち、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した重量平均分子量と数平均分子量の比が好ましくは1.8以下であり、さらに好ましくは1.6以下であり、最も好ましくは1.3以下である。
【0055】
本発明で得られる重合体の数平均分子量は500〜100000の範囲が好ましく、3000〜50000がさらに好ましい。分子量が500以下であると、(メタ)アクリル系重合体の本来の特性が発現されにくく、また、100000以上であると、ハンドリングが困難になる。
【0056】
本発明において製造された重合体は、その導入された官能基をそのまま利用するか、あるいは更なる変換反応を行って別の官能基にして利用される。具体的には、架橋性シリル基を持つヒドロシリル化合物によるヒドロシリル化反応により、アルケニル基を架橋性シリル基に変換することができる。末端にアルケニル基を有するビニル系重合体としては、既に説明した方法により得られるものをすべて好適に用いることができる。
【0057】
ヒドロシラン化合物としては特に制限はないが、代表的なものを示すと、一般式12
H−[Si(R21)2−b(Y)bO]m・Si(R22)3−a(Y)a (12)
(式中、R21、R22は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R20またはR22が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする)
で表される化合物が例示される。
【0058】
上記Yで示される加水分解性基としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、具体的には、水素、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、酸アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基、アルケニルオキシ基等が挙げられ、加水分解性がマイルドで取り扱いやすいという点から、アルコキシ基が特に好ましい。該加水分解性基や水酸基は1個のケイ素原子に1〜3個の範囲で結合することができ、a+mb、すなわち、加水分解性基の総和は、1〜5の範囲が好ましい。加水分解性基や水酸基が反応性ケイ素基中に2個以上結合するときは、それらは同一であっても、異なっていてもよい。架橋性ケイ素化合物を構成するケイ素原子は、1個でもよく、2個以上であってもよいが、シロキサン結合により連結されたケイ素原子の場合には20個程度まであってもよい。
【0059】
一般式12におけるR21、R22の具体例としては、例えば、メチル基やエチル基などのアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基などのアリール基、ベンジル基などのアラルキル基、R’がメチル基やフェニル基等である(R’)3SiO−で示されるトリオルガノシリル基等が挙げられる。
【0060】
これらヒドロシラン化合物の中でも、特に一般式13
H−Si(R22)3−a(Y)a (13)
(式中、R20、Y、aは前記と同じ。)で表される架橋性基を有するヒドロシラン化合物が、入手容易な点から好ましい。一般式12または13で示される架橋性基を有するヒドロシラン化合物の具体例としては、
HSiCl3、 HSi(CH3)Cl2、 HSi(CH3)2Cl、HSi(OCH3)3、 HSi(CH3)(OCH3)2、 HSi(CH3)2OCH3、HSi(OC2H5)3、 HSi(CH3)(OC2H5)2、
HSi(CH3)2OC2H5、 HSi(OC3H7)3、
HSi(C2H5)(OCH3)2、 HSi(C2H5)2OCH3、
HSi(C6H5)(OCH3)2、 HSi(C6H5)2(OCH3)、
HSi(CH3)(OC(O)CH3)2、
HSi(CH3)2O−[Si(CH3)2O]2・Si(CH3)(OCH3)2、
HSi(CH3)[O−N=C(CH3)2]2
(ただし、上記化学式中、C6H5はフェニル基を示す)
等が挙げられる。
【0061】
このような架橋性シリル基を有するヒドロシラン化合物を、末端にアルケニル基を有するビニル系重合体に付加させる際には、ヒドロシリル化触媒が使用される。このようなヒドロシリル化触媒としては、有機過酸化物やアゾ化合物等のラジカル開始剤、および遷移金属触媒が挙げられる。
【0062】
ラジカル開始剤としては特に制限はなく各種のものを用いることができる。例示するならば、ジ−t−ブチルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)−3−ヘキシン、ジクミルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、α,α’−ビス(t−ブチルペルオキシ)イソプロピルベンゼンのようなジアルキルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、p−クロロベンゾイルペルオキシド、m−クロロベンゾイルペルオキシド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシドのようなジアシルペルオキシド、過安息香酸−t−ブチルのような過酸エステル、過ジ炭酸ジイソプロピル、過ジ炭酸ジ−2−エチルヘキシルのようなペルオキシジカ−ボネ−ト、1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンのようなペルオキシケタ−ル等が挙げられる。
【0063】
また、遷移金属触媒としては、例えば、白金単体、アルミナ、シリカ、カ−ボンブラック等の担体に白金固体を分散させたもの、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコ−ル、アルデヒド、ケトン等との錯体、白金−オレフィン錯体、白金(0)−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体が挙げられる。白金化合物以外の触媒の例としては、RhCl(PPh3)3,RhCl3,RuCl3,IrCl3,FeCl3,AlCl3,PdCl2・H2O,NiCl2,TiCl4等が挙げられる。これらの触媒は単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもかまわない。触媒量としては特に制限はないが、(A)成分のアルケニル基1molに対し、10−1〜10−8molの範囲で用いるのが良く、好ましくは10−3〜10−6 molの範囲で用いるのがよい。10−8molより少ないと硬化が十分に進行しない。またヒドロシリル化触媒は高価であるので10−1mol以上用いないのが好ましい。
【0064】
アリルアルコールあるいはメタリルアルコールを重合末端に反応させた場合には、ハロゲン基などの活性基とヒドロキシル基が隣り合わせた炭素原子上にある末端が生成する。この末端は、環化させてエポキシ基に変換することができる。この環化反応を行う方法は特に限定されないが、アルカリ性化合物を反応させるのが好ましい。アルカリ性化合物としては、特に限定されないが、KOH、NaOH、Ca(OH)2や、アンモニア、各種アミン類などが挙げられる。
【0065】
末端の水酸基は、アリルクロライドやアリルブロマイドとのアルカリ性化合物を用いた縮合反応によりアルケニル基に変換される。また、エピクロロヒドリンを用いた同様の反応によりエポキシ基に変換される。
【0066】
また、末端の水酸基あるいはアミノ基は、水酸基あるいはアミノ基と反応する官能基と架橋性シリル基を併せ持つ化合物との反応により、架橋性シリル基にも変換できる。水酸基あるいはアミノ基と反応する官能基としては、例えばハロゲン、カルボン酸ハライド、カルボン酸、イソシアネート基等が挙げられるが、化合物の入手容易性や、水酸基と反応させる際の反応条件がマイルドで、架橋性シリル基の分解が起こりにくい点で、イソシアネート基が好ましい。
【0067】
このような、架橋性シリル基を有するイソシアネート系化合物としては特に制限はなく、公知のものを使用することができる。具体例を示すならば、
(CH3O)3Si−(CH2)n−NCO、
(CH3O)2(CH3)Si−(CH2)n−NCO、
(C2H5O)3Si−(CH2)n−NCO、
(C2H5O)2(CH3)Si−(CH2)n−NCO、
(i−C3H7O)3Si−(CH2)n−NCO、
(i−C3H7O)2(CH3)Si−(CH2)n−NCO、
(CH3O)3Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(CH3O)2(CH3)Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(C2H5O)3Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(C2H5O)2(CH3)Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(i−C3H7O)3Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(i−C3H7O)2(CH3)Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(上記式中、n、mは1〜20の整数)
等が挙げられる。
【0068】
末端に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体と、架橋性シリル基を有するイソシアネート化合物の反応は、無溶媒、または各種の溶媒中で行うことができ、反応温度は、0℃〜100℃、好ましくは、20℃〜50℃である。この際、水酸基とイソシアネート基の反応を促進するために既に例示したスズ系触媒、3級アミン系触媒を使用することができる。
【0069】
【実施例】
以下実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
(実施例1)
250Lの重合槽を真空脱揮した後、窒素で圧戻しを行い、アセトニトリル (3955g)、臭化第一銅(1108g)を投入し、窒素圧戻しを行い、窒素加圧と圧抜きを3回繰り返した。 その後、250L重合槽のジャケットを加熱昇温し、160rpmで攪拌を開始した。内温が70度に到達して15分後、初期モノマー(ブチルアクリレート 6600g、エチルアクリレート9486g、2−メトキシエチルアクリレート7774g)を仕込み、更に、ジエチル2,5−ジブロモアジペート3090gを予め溶解させておいたアセトニトリル5000gを仕込んだ。その後、内温を70℃に回復した後、22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加して重合を開始した。、その5分後、更に22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。その10分後、44.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し10分間攪拌混合した。その後、2時間かけて追加モノマー(ブチルアクリレート 26400g、エチルアクリレート 37944g、2−メトキシエチルアクリレート 31095g)を、内温を85℃〜90℃に保ちながら追加した。モノマー追加終了後65分で、ガスクロマトグラフィーにより重合度が95%以上になったことを確認した後、反応系を0.67KPaで60分以上脱揮して、溶剤回収を行った後に、1,7−オクタジエンを28373g追加した。アセトニトリルを9955g追加した後に、ペンタメチルジエチレントリアミンを446g追加し、6時間加熱攪拌混合した後、0.67KPaで60分以上脱揮し、未反応オクタジエン及びアセトニトリルを脱揮した。混合物を活性アルミナで処理した。生成した重合体のGPC測定(ポリスチレン換算)結果は、1,7−オクタジエンの添加直前で、数平均分子量17000、分子量分布Mw/Mn=1.10で、最終生成物は、数平均分子量18000、分子量分布Mw/Mn=1.12、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は1.94個、アルケニル基の導入されていない末端の個数は0個であった。
(実施例2)
250Lの重合槽を真空脱揮した後、窒素で圧戻しを行い、アセトニトリル (3955g)、臭化第一銅(1007.3g)を投入し、窒素圧戻しを行い、窒素加圧と圧抜きを3回繰り返した。その後、250L重合槽のジャケットを加熱昇温し、160rpmで攪拌を開始した。内温が70℃に到達して15分後、初期モノマー(ブチルアクリレート 24000g)を仕込み、更に、ジエチル2,5−ジブロモアジペート2106.8gを予め溶解させておいたアセトニトリル 5000gを仕込んだ。その後、内温を70度に回復した後、20.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し、その5分後、更に20.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。その10分後、40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し10分間攪拌混合した。その後、2時間かけて追加モノマー(ブチルアクリレート 96000g)を、内温を85℃〜90℃に保ちながら追加した。モノマー追加終了後60分で、ガスクロマトグラフィーにより重合度が95%以上になったことを確認した後、反応系を0.67KPaで60分以上脱揮して、溶剤回収を行った後に、1,7−オクタジエンを28373g追加した。アセトニトリルを10550g追加した後に、ペンタメチルジエチレントリアミンを406gを追加し、6時間加熱攪拌混合した後、0.67KPaで60分以上脱揮し、未反応オクタジエン及びアセトニトリルを脱揮した。混合物を活性アルミナで処理した。生成した重合体のGPC測定(ポリスチレン換算)結果は、1,7−オクタジエンの添加直前で、数平均分子量39000、 分子量分布Mw/Mn=1.10で、最終生成物は、数平均分子量40000、分子量分布Mw/Mn=1.12、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は2.36個、アルケニル基の導入されていない末端の個数は0個であった。
(比較例1)
250Lの重合槽を真空脱揮した後、窒素で圧戻しを行い、アセトニトリル (3955g)、臭化第一銅(1108g)を投入し、窒素圧戻しを行い、窒素加圧と圧抜きを3回繰り返した。 その後、250L重合槽のジャケットを加熱昇温し、160rpmで攪拌を開始した。内温が70℃に到達して15分後、初期モノマー(ブチルアクリレート 6600g、エチルアクリレート94856g、2−メトキシエチルアクリレート7774g)を仕込み、更に、ジエチル2,5−ジブロモアジペート3090gを予め溶解させておいたアセトニトリル5000gを仕込んだ。その後、内温を70度に回復した後、22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し、その5分後、更に22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。その10分後、44.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し10分間攪拌混合した。その後、3時間かけて追加モノマー(ブチルアクリレート 26400g、エチルアクリレート37944g 2−メトキシエチルアクリレート 31095g)を、内温を85℃〜90℃に保ちながら追加した。モノマー追加開始後30分で、22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し、更に30分後、22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。モノマー追加終了120分後、重合度83.8%であり、一旦重合の進行が殆ど停止したので、40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。更に、モノマー追加終了180分後、重合度91.6%であり、一旦重合の進行が殆ど停止したので、更に40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。モノマー追加終了後210分で、ガスクロマトグラフィーにより重合度が95%以上になったことを確認した後、反応系を0.67KPaで60分以上脱揮して溶剤回収を行った後に、1,7−オクタジエンを28373g追加した。アセトニトリルを9955g追加した後に、ペンタメチルジエチレントリアミンを446.2g追加し、6時間加熱攪拌混合した後、0.67KPaで60分以上脱揮し、未反応オクタジエン及びアセトニトリルを脱揮した。混合物を活性アルミナで処理した。生成した重合体のGPC測定(ポリスチレン換算)結果は、1,7−オクタジエンの添加直前で、数平均分子量17000、分子量分布Mw/Mn=1.10で、最終生成物は、数平均分子量18000、分子量分布Mw/Mn=1.12、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は1.60個、アルケニル基の導入されていない末端の個数は0個であった。
(比較例2)
250Lの重合槽を真空脱揮した後、窒素で圧戻しを行い、アセトニトリル (3955g)、臭化第一銅(1007.3g)を投入し、窒素圧戻しを行い、窒素加圧と圧抜きを3回繰り返した。その後、250L重合槽のジャケットを加熱昇温し、160rpmで攪拌を開始した。内温が70℃に到達して15分後、初期モノマー(ブチルアクリレート 24000g)を仕込み、更に、ジエチル2,5−ジブロモアジペート2106.8gを予め溶解させておいたアセトニトリル 5000gを仕込んだ。その後、内温を70度に回復した後、20.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し、その5分後、更に20.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。その10分後、40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し10分間攪拌混合した。その後、3時間かけて追加モノマー(ブチルアクリレート 96000g)を、内温を85℃〜90℃に保ちながら追加した。モノマー追加終了30分後、重合度80.1%であり、一旦重合の進行が殆ど停止したので、40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。更に、モノマー追加終了60分後、重合度89.4%であり、一旦重合の進行が殆ど停止したので、更に40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。モノマー追加終了後165分で、ガスクロマトグラフィーにより重合度が95%以上になったことを確認した後、6時間加熱攪拌混合した後、0.67KPaで60分以上脱揮し、未反応オクタジエン及びアセトニトリルを脱揮した。混合物を活性アルミナで処理した。生成した重合体のGPC測定(ポリスチレン換算)結果は、1,7−オクタジエンの添加直前で、数平均分子量39000、 分子量分布Mw/Mn=1.10で、最終生成物は、数平均分子量40000、分子量分布Mw/Mn=1.12、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は1.85個、アルケニル基の導入されていない末端の個数は0個であった。
【0070】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、重合時間、ひいてはモノマー追加時間を2.5時間以下、と短くする事により、ラジカルリビング重合における副反応を抑制する事ができ、また、重合後半におけるラジカルリビング性の低下を押さえる事ができる。モノマー追加時間を3時間程度以上まで長くすると、重合後半におけるラジカルリビング性が低下、ストップする場合が頻繁に生じ、随時、重合触媒であるペンタメチルジエチレントリアミンを追加しなければならない。
【0071】
本発明は、モノマー追加時間を2.5時間以下と短くする事により、ラジカルリビング重合における副反応、カップリング反応を抑制する事ができ、また、重合後半におけるラジカルリビング性の低下を押さえ、重合の進行をスムーズにさせる効果がある。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジカル重合性オレフィン単量体の重合体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年リビングラジカル重合法が開発され、様々なグループで積極的に研究がなされている。その例としては、たとえばジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)、1994年、116巻、7943頁に示されるようなコバルトポルフィリン錯体を用いるもの、マクロモレキュールズ(Macromolecules)、1994年、27巻、7228頁に示されるようなニトロキシド化合物などのラジカル捕捉剤を用いるもの、有機ハロゲン化物等を開始剤とし遷移金属錯体を触媒とする「原子移動ラジカル重合」(Atom Transfer Radical Polymerization:ATRP)などがあげられる。
【0003】
「リビングラジカル重合法」の中でも、有機ハロゲン化物あるいはハロゲン化スルホニル化合物等を開始剤、遷移金属錯体を触媒としてビニル系モノマーを重合する「原子移動ラジカル重合法」は、上記の「リビングラジカル重合法」の特徴に加えて、官能基変換反応に比較的有利なハロゲン等を末端に有し、開始剤や触媒の設計の自由度が大きいことから、特定の官能基を有するビニル系重合体の製造方法としてはさらに好ましい。この原子移動ラジカル重合法としては例えばMatyjaszewskiら、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)1995年、117巻、5614頁、マクロモレキュールズ(Macromolecules)1995年、28巻、7901頁,サイエンス(Science)1996年、272巻、866頁、WO96/30421号公報,WO97/18247号公報あるいはSawamotoら、マクロモレキュールズ(Macromolecules)1995年、28巻、1721頁などが挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
リビング重合では、重合活性点の失活が起こらない限り重合体はモノマー添加によって重合鎖が生長し、高分子量で均一組成の重合体を得ることができるという特徴があるが、重合温度が高くなると活性点の失活が生じて一部の重合体が生長を停止したり、連鎖移動などの副反応が生じて重合体組成の均一性が損なわれる。
【0005】
リビング重合の方法としては、従来の攪拌槽にモノマーを一括で仕込むバッチ方式、モノマーの逐次追加によるセミバッチ方式の重合方法があるが、工業的に除熱を安定化させ、安全に重合体を作成する為には、モノマー逐次追加によるセミバッチ方式の重合方法が好ましい。通常、モノマー逐次追加によるセミバッチ方式の重合においては、初期充填モノマーの量を0〜50重量%、追加モノマーの量を100〜50重量%程度に分割使用するが、重合反応系中に追加仕込みモノマーを加える時間を3時間以上と長く設定した場合、主にモノマー追加終了後の重合の進行が不安定になり、リビング性が低下して重合が停止することが多い。すなわち、追加仕込みモノマーを加える時間を長くすると、単に反応時間が長くなって生産効率が下がるというのではなく、再度重合を開始させ、さらに所定の反応速度を得るための作業が必要になる。従って、追加仕込みモノマーを加える時間を長くすると、工業的に安定に重合体を作成する為に、重合反応後半途中で重合触媒を随時追加する作業が必要になることが多い(所定の反応速度を得るために、都度、触媒添加量を検討する必要がある)。重合触媒は最終的には重合体中の不純物となり、これを除去する必要があるが、重合触媒量を多くすると、その除去工程が煩雑になり、作業時間も長くなるという問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記現状に鑑み、モノマー追加終了後も安定的にリビング性を保ちながらラジカル重合性オレフィン単量体の重合を進行させることにより、リビングラジカル重合により得られるオレフィン重合体を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
すなわち本発明は、初期仕込みモノマーを重合反応器に仕込んでから重合を開始した後、追加仕込みモノマーを0.5時間以上2.5時間以下の時間をかけて重合反応器に仕込むことを特徴とする、有機ハロゲン化物又はハロゲン化スルホニル化合物を開始剤、遷移金属錯体を触媒とするビニル系モノマーの原子移動ラジカル重合方法に関する。
【0008】
本発明において、追加仕込みモノマーの追加方式は、連続方式も分割方式でもよく、あるいは分割方式と連続方式を組み合わせた方式でも良い。
本発明においては、通常、アミン系化合物を添加することにより重合を開始する。本発明においては、通常、初期仕込みモノマー量はビニル系モノマー全量に対して50重量%以下であるが、10重量%以上30重量%以下であることが好ましい。
【0009】
また、本発明において遷移金属錯体は、通常、周期律表第7族、8族、9族、10族及び11族の元素からなる群より選択される元素を中心金属とする金属錯体であるが、銅、ニッケル、ルテニウム及び鉄からなる群より選択される金属の錯体であることが好ましく、銅錯体であることがより好ましい。本発明の遷移金属錯体を形成する配位子は、通常、アミン系化合物であるが、ポリアミン系化合物であることが好ましく、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン及びヘキサメチルトリエチレンテトラアミンからなる郡より選択される化合物であることがより好ましい。
【0010】
また本発明において、ビニル系モノマーは、通常、(メタ)アクリル酸系モノマーであるが、アクリル酸系モノマーであることが好ましく、アクリル酸エステルであることがより好ましい。
【0011】
なお、本発明における「初期仕込みモノマー」とは、重合反応器に最初に仕込むビニル系モノマーをいい、本発明では「初期仕込みモノマー」を仕込んだ後に原子移動ラジカル重合を開始する。本発明における「追加仕込みモノマー」とは、「初期仕込みモノマー」の重合を開始した後に、重合反応器に新たに仕込むビニル系モノマーをいう。本発明では、「初期仕込みモノマー」の重合に続いて「追加仕込みモノマー」の重合をおこなう。
【0012】
【発明の実施の形態】
《単量体》
本発明の重合法に用いるラジカル重合性単量体としては特に制約はなく、各種のものを用いることができる。例示するならば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸−n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸−tert−ブチル、(メタ)アクリル酸−n−ペンチル、(メタ)アクリル酸−n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸−n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸−n−オクチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トルイル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸−2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸−3−メトキシブチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(メタ)アクリル酸のエチレンオキサイド付加物、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル−2−パーフルオロブチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロメチル、(メタ)アクリル酸ジパーフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロメチル−2−パーフルオロエチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロデシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキサデシルエチル等の(メタ)アクリル酸系モノマー;スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、クロルスチレン、スチレンスルホン酸及び塩等のスチレン系モノマー;パーフルオロエチレン、パーフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン等のフッ素含有ビニルモノマー;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のケイ素含有ビニル系モノマー;無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;フマル酸、フマル酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;マレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、プロピルマレイミド、ブチルマレイミド、ヘキシルマレイミド、オクチルマレイミド、ドデシルマレイミド、ステアリルマレイミド、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド系モノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル基含有ビニル系モノマー;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド基含有ビニル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニルなどのビニルエステル類;エチレン、プロピレンなどのアルケン類;ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、塩化アリル、アリルアルコールなどが挙げられ、これらは単独で用いても良いし、複数を共重合させても構わない。これらの内では、生成物の物性等から、スチレン系モノマー及び(メタ)アクリル酸系モノマーが好ましく、さらに、本発明の官能基導入反応の反応性の高さやガラス転移点の低さなどからアクリル酸エステル系モノマーがより好ましい。
《原子移動ラジカル重合》
本発明で用いられる原子移動ラジカル重合法について説明する。
【0013】
この原子移動ラジカル重合では、有機ハロゲン化物、特に、反応性の高い炭素−ハロゲン結合を有する有機ハロゲン化物(例えば、α位にハロゲンを有するエステル化合物や、ベンジル位にハロゲンを有する化合物)、あるいはハロゲン化スルホニル化合物が開始剤として用いられる。触媒としては、周期律表第7族、8族、9族、10族、または11族元素を中心金属とする金属錯体が用いられる。金属種としては特に1価の銅、2価のルテニウム、2価の鉄が好適である。具体的に例示するならば、塩化第一銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅、シアン化第一銅、酸化第一銅、酢酸第一銅、過塩素酸第一銅等である。銅化合物を用いる場合、触媒活性を高めるために2,2’−ビピリジル、およびその誘導体、1,10−フェナントロリン、およびその誘導体、トリブチルアミン等のアルキルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン等のポリアミン、等の配位子が添加される。また、二価の塩化ルテニウムのトリストリフェニルホスフィン錯体(RuCl2(PPh3)3)も触媒として好適である。この触媒を使用するときは、その活性を高めるためにトリアルコキシアルミニウム等のアルミニウム化合物が添加される。さらに、二価の塩化鉄のトリストリフェニルホスフィン錯体(FeCl2(PPh3)3)も触媒として好適である。
【0014】
この重合法においては有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物が開始剤として用いられる。具体的に例示するならば、
C6H5−CH2X、
C6H5−C(H)(X)CH3、
C6H5−C(X)(CH3)2、
R7−C(H)(X)−CO2R8、
R7−C(CH3)(X)−CO2R8、
R7−C(H)(X)−C(O)R8、
R7−C(CH3)(X)−C(O)R8、
R7−C6H4−SO2X、
(上記の各式において、C6H5はフェニル基、R7、R8は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、またはアラルキル基であり、同じであっても良いし異なっていても良い。Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
等が挙げられる。
【0015】
また、重合を開始するもの以外に官能基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物を用いると、容易に末端に官能基が導入された重合体が得られる。このような官能基としては、アルケニル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基、アミド基、シリル基等が挙げられる。
【0016】
アルケニル基を有する有機ハロゲン化物としては特に制限はないが、例えば、一般式6に示す構造を有するものが例示される。
R9R10C(X)−R11−R12−C(R13)=CH2 (6)
(式中、R9、R10は水素、または炭素数1〜20の1価のアルキル基、アリール基、またはアラルキル基、または他端において相互に連結したもの、R11は、−C(O)O−(エステル基)、−C(O)−(ケト基)、またはo−,m−,p−フェニレン基、R12は直接結合、または炭素数1〜20の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいても良い、R13は水素、またはメチル基、Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
これらの化合物は、ハロゲンが結合している炭素がカルボニル基あるいはフェニル基等と結合しており、炭素−ハロゲン結合が活性化されて重合が開始する。
【0017】
置換基R9、R10の具体例としては、水素、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。R9とR10は他端において連結して環状骨格を形成していてもよく、そのような場合、−R9−R10−は例えば、−CH2CH2−、−CH2CH2CH2−、−CH2CH2CH2CH2−、−CH2CH2CH2CH2CH2−、等が例示される。
【0018】
一般式6で示される、アルケニル基を有する有機ハロゲン化物の具体例としては、
XCH2C(O)O(CH2)nCH=CH2、
H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nCH=CH2、
(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nCH=CH2、
CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nCH=CH2、
【0019】
【化1】
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)
XCH2C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、
H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、
(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、
CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、
【0020】
【化2】
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)n−CH=CH2、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−CH=CH2、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−CH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−O−(CH2)mCH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)n−CH=CH2、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−CH=CH2、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−CH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
アルケニル基を有する有機ハロゲン化物としてはさらに一般式7で示される化合物が挙げられる。
H2C=C(R13)−R12−C(R9)(X)−R14−R10 (7)
(式中、R9、R10、R12、R13、Xは上記に同じ、R14は、直接結合、−C(O)O−(エステル基)、−C(O)−(ケト基)、または、o−,m−,p−フェニレン基を表す)
R12は直接結合、または炭素数1〜20の2価の有機基(1個以上のエーテル結合を含んでいても良い)であるが、直接結合である場合は、ハロゲンの結合している炭素にビニル基が結合しており、ハロゲン化アリル化物である。この場合は、隣接ビニル基によって炭素−ハロゲン結合が活性化されているので、R14としてC(O)O基やフェニレン基等を有する必要は必ずしもなく、直接結合であってもよい。R12が直接結合でない場合は、炭素−ハロゲン結合を活性化するために、R14としてはC(O)O基、C(O)基、フェニレン基が好ましい。
【0021】
一般式7の化合物を具体的に例示するならば、
CH2=CHCH2X、CH2=C(CH3)CH2X、
CH2=CHC(H)(X)CH3、CH2=C(CH3)C(H)(X)CH3、
CH2=CHC(X)(CH3)2、CH2=CHC(H)(X)C2H5、
CH2=CHC(H)(X)CH(CH3)2、
CH2=CHC(H)(X)C6H5、CH2=CHC(H)(X)CH2C6H5、
CH2=CHCH2C(H)(X)−CO2R、
CH2=CH(CH2)2C(H)(X)−CO2R、
CH2=CH(CH2)3C(H)(X)−CO2R、
CH2=CH(CH2)8C(H)(X)−CO2R、
CH2=CHCH2C(H)(X)−C6H5、
CH2=CH(CH2)2C(H)(X)−C6H5、
CH2=CH(CH2)3C(H)(X)−C6H5、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、Rは炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基)
等を挙げることができる。
【0022】
アルケニル基を有するハロゲン化スルホニル化合物の具体例を挙げるならば、o−,m−,p−CH2=CH−(CH2)n−C6H4−SO2X、
o−,m−,p−CH2=CH−(CH2)n−O−C6H4−SO2X、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)等である。
【0023】
アルケニル基を持つ開始剤の場合、その開始剤のオレフィンも重合末端と反応する可能性があるため、重合条件および添加するオレフィン化合物との反応条件には注意が必要である。具体的な例としては、重合の早い段階でオレフィン化合物を添加することがあげられる。
【0024】
架橋性シリル基を有する有機ハロゲン化物としては特に制限はないが、例えば一般式8に示す構造を有するものが例示される。
R9R10C(X)−R11−R12−C(H)(R13)CH2−[Si(R15)2−b(Y)bO]m−Si(R16)3−a(Y)a (8)
(式中、R9、R10、R11、R12、R13、は上記に同じ。R15、R16は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R15またはR16が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。)
上記Yで示される加水分解性基としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、具体的には、水素、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、酸アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基、アルケニルオキシ基等が挙げられ、加水分解性がマイルドで取り扱いやすいという点から、アルコキシ基が特に好ましい。
【0025】
一般式8の化合物を具体的に例示するならば、
XCH2C(O)O(CH2)nSi(OCH3)3、
CH3C(H)(X)C(O)O(CH2)nSi(OCH3)3、
(CH3)2C(X)C(O)O(CH2)nSi(OCH3)3、
XCH2C(O)O(CH2)nSi(CH3)(OCH3)2、
CH3C(H)(X)C(O)O(CH2)nSi(CH3)(OCH3)2、
(CH3)2C(X)C(O)O(CH2)nSi(CH3)(OCH3)2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、ヨウ素、nは0〜20の整数、)
XCH2C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、
H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、
(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、
CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、
XCH2C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(CH3)(OCH3)2、
H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)m−Si(CH3)(OCH3)2、
(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)m−Si(CH3)(OCH3)2、
CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)m−Si(CH3)(OCH3)2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、ヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)2Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)2Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)2Si(OCH3)3、
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)3−Si(OCH3)3、
o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)2−O−(CH2)3−Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
等が挙げられる。
【0026】
架橋性シリル基を有する有機ハロゲン化物としてはさらに、一般式9で示される構造を有するものが例示される。
(R16)3−a(Y)aSi−[OSi(R15)2−b(Y)b]m−CH2−C(H)(R13)−R12−C(R9)(X)−R14−R10 (9)
(式中、R9、R10、R12、R13、R14、R15、R16、a、b、m、X、Yは上記に同じ)
このような化合物を具体的に例示するならば、
(CH3O)3SiCH2CH2C(H)(X)C6H5、
(CH3O)2(CH3)SiCH2CH2C(H)(X)C6H5、
(CH3O)3Si(CH2)2C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)2C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)3Si(CH2)3C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)3C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)3Si(CH2)4C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)4C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)3Si(CH2)9C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)9C(H)(X)−CO2R17、
(CH3O)3Si(CH2)3C(H)(X)−C6H5、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)3C(H)(X)−C6H5、
(CH3O)3Si(CH2)4C(H)(X)−C6H5、
(CH3O)2(CH3)Si(CH2)4C(H)(X)−C6H5、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、R17は炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基)
等が挙げられる。
【0027】
ヒドロキシル基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物としては特に制限はないが、下記のようなものが例示される。
HO−(CH2)n−OC(O)C(H)(R18)(X)
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、R17は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、nは1〜20の整数)
アミノ基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物としては特に制限はないが、下記のようなものが例示される。
H2N−(CH2)n−OC(O)C(H)(R17)(X)
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、R17は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、nは1〜20の整数)
エポキシ基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物としては特に制限はないが、下記のようなものが例示される。
【0028】
【化3】
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、R17は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、nは1〜20の整数)
本発明によりオレフィン末端構造を1分子内に2個以上有する重合体を得るためには、2つ以上の開始点を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物が開始剤として用いられる。具体的に例示するならば、
【0029】
【化4】
【0030】
【化5】
等があげられる。
《重合条件》
この重合において用いられる重合性オレフィン単量体としては特に制約はなく、既に述べた各種のものを用いることができる。また、ここに示されている重合系はリビング重合であるため、重合性単量体の逐次添加によりブロック共重合体を製造することも可能である。
【0031】
重合は無溶剤または各種の溶剤中で行うことができる。これらは特に限定されないが、例示するならば、ベンゼン、トルエン等の炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール系溶媒;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒等が挙げられ、単独又は2種以上を混合して用いることができる。また、エマルジョン系もしくは超臨界流体CO2を媒体とする系においても重合を行うことができる。これらの中では、触媒安定性向上の効果などから、ニトリル系溶媒が好ましく、アセトニトリルがより好ましい。
また、重合は室温〜200℃の範囲で行うことができ、好ましくは50〜150℃である。
重合の雰囲気は、特に限定されないが、酸素不存在雰囲気が好ましい。ラジカルは酸素による影響を受けるし、また、酸素存在下では、触媒が酸化され活性を失う可能性がある。
重合混合物はよく攪拌されることが好ましい。特に、触媒金属錯体あるいは配位子を添加する際には、速やかに均一に拡散させるためにも、十分な攪拌が好ましい。
重合の方法としては、バッチ重合、モノマーを追加していくセミバッチ重合、連続重合等に適用できる。セミバッチ重合の追加方式は、連続方式、分割方式、連続方式と分割方式の組み合わせのいずれかを適用できる。
セミバッチ重合の場合、初期仕込みモノマーの量はモノマー全量に対して50重量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは10重量%以上30重量%以下である。
セミバッチ方式におけるモノマー追加時間は、全ビニル系モノマーのうち90重量%以上を供給するのに要する時間が0.5時間以上2.5時間以下の範囲内であることが好ましく、全ビニル系モノマーの供給を0.5時間以上2.5時間以下の範囲内で完了させることが特に好ましい。供給時間が長くなった場合は、反応速度が低下し、生産性が低下するとともに、触媒活性を向上させる操作が必要となる場合が多い。
【0032】
重合の最中または終点において、重合性の低いアルケニル基を有する化合物(I)を添加すると、末端にほぼ1つずつ付加し、その結果として、そのアルケニル化合物の有する官能基が重合体の末端に導入される。末端にアルケニル基を導入するためには重合性の低いアルケニル基を2つ持つ化合物を過剰量添加することが好ましい。重合の終点とは、単量体の好ましくは80%以上が反応した時点、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、特別に好ましくは99%以上が反応した時点である。
【0033】
重合の終点においては、引き続いて化合物(I)を添加することができ、一旦未反応モノマーや重合溶媒を蒸発留去してから化合物(I)を添加することもできる。
【0034】
また、化合物(I)を添加するときに、誘電率が化合物(I)よりも高い化合物(II)を併用添加することにより、末端に確実に官能基を導入することができる。
《化合物(I)》
重合性の低いアルケニル基を持つ化合物としては一般式1に示される化合物から選ばれる。
一般式1:
【0035】
【化6】
{上の式中、R3は、水酸基、アミノ基、エポキシ基、カルボン酸基、エステル基、エーテル基、アミド基、シリル基、あるいは一般式2:
【0036】
【化7】
(R4は水素原子あるいはメチル基を表す)
で表される基、あるいは重合性のオレフィンを含まない炭素数1〜20の有機基であり、R1は炭素数1〜20のアルキル基あるいは一般式3:
【0037】
【化8】
(上の式中、R5は酸素原子、窒素原子あるいは炭素数1〜20の有機基、 R6は水素原子あるいはメチル基であり同じでも異なっていてもよい)
の構造を持つ基であり、且つ、R2は水素原子あるいはメチル基である}
その内、アルケニル基を導入するために用いられる重合性の低いアルケニル基を2つ持つ化合物としては一般式4に示される化合物から選ばれる。
【0038】
【化9】
{上の式中、R1は炭素数1〜20のアルキル基あるいは一般式3:
【0039】
【化10】
(上の式中、R5は酸素原子、窒素原子あるいは炭素数1〜20の有機基、 R6は水素原子あるいはメチル基であり同じでも異なっていてもよい)
の構造を持つ基であり、且つ、R2、R4は水素原子あるいはメチル基である}
一般式4で表される化合物のR2、R4については水素原子あるいはメチル基であるが、水素原子が好ましい。R1が炭素数1〜20のアルキル基である場合、その構造に制約はないが、一般式5に示す化合物が例示される。
【0040】
【化11】
式5中、nは1〜20の整数であるが、原料入手の容易さから、nは2、4、6であることが好ましい。
【0041】
一般式1において、R1の具体例としては、
−(CH2)n− (nは1〜20の整数)、
−CH(CH3)−、 −CH(CH2CH3)−、−C(CH3)2−、 −C(CH3)(CH2CH3)−、−C(CH2CH3)2−、 −CH2CH(CH3)−、
−(CH2)n−O−CH2− (nは1〜19の整数)、
−CH(CH3)−O−CH2−、−CH(CH2CH3)−O−CH2−、 −C(CH3)2−O−CH2−、−C(CH3)(CH2CH3)−O−CH2−、−C(CH2CH3)2−O−CH2−、
−(CH2)n−O−(CH2)m−
(m、nは1〜19の整数、ただし2≦m+n≦20)、
−(CH2)n−C(O)O−(CH2)m−
(m、nは1〜19の整数、ただし2≦m+n≦20)、
−(CH2)n−OC(O)−(CH2)m−C(O)O−(CH2)l−、
(lは0〜18の整数、m,nは1〜17の整数、ただし2≦l+m+n≦18)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−(CH2)m−、
(mは0〜13の整数、nは1〜14の整数、ただし1≦m+n≦14)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−(CH2)m−、
(mは0〜13の整数、nは1〜14の整数、ただし1≦m+n≦14)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−CH(CH3)−、
(nは1〜12の整数)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−CH(CH3)2−、
(nは1〜11の整数)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−C(O)O−(CH2)m−、
(m,nは1〜12の整数、ただし2≦m+n≦13)、
−(CH2)n−OC(O)−o−,m−,p−C6H4−C(O)O−(CH2)m−、
(m,nは1〜11の整数、ただし2≦m+n≦12)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−OC(O)−(CH2)m−、
(m,nは1〜12の整数、ただし2≦m+n≦13)、
−(CH2)n−C(O)O−o−,m−,p−C6H4−(CH2)m−、
(m,nは1〜11の整数、ただし2≦m+n≦12)、
等が挙げられる。
一般式1において、R3としては、以下のような基が例示される。
【0042】
【化12】
(式中、R18、R19は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R18またはR19が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。R20は炭素数1〜20の炭化水素基である。)
R20としては、具体的には以下のような基が例示される。
−(CH2)n−CH3、
−CH(CH3)−(CH2)n−CH3、
−CH(CH2CH3)−(CH2)n−CH3、
−CH(CH2CH3)2、
−C(CH3)2−(CH2)n−CH3、
−C(CH3)(CH2CH3)−(CH2)n−CH3、
−C6H5、
−C6H5(CH3)、
−C6H4(CH3)2、
−(CH2)n−C6H5、
−(CH2)n−C6H4(CH3)、
−(CH2)n−C6H3(CH3)2、
(nは0以上の整数で、各基の合計炭素数は20以下)
シリル基としては、限定はされないが、上記式においてm=0のものが好ましい。
【0043】
アミノ基、水酸基あるいはカルボン酸基を持つ化合物を重合末端に反応させる場合には、そのまま反応させても構わないが、それらの基が、重合末端あるいは触媒に影響を与える場合があるので、その場合には保護基をつけた化合物を用いても構わない。保護基としては、アセチル基、シリル基、アルコキシ基などが挙げられる。
【0044】
これらの官能基を導入するために用いられる化合物を添加する量は、特に限定されない。これらの化合物のアルケニル基の反応性はあまり高くないため、反応速度を高めるためには添加量を増やすことが好ましく、一方、コストを低減するためには添加量は成長末端に対して等量に近い方が好ましく、状況により適正化する必要がある。
【0045】
また、末端にアルケニル基を導入するために重合性の低いアルケニル基を2つ以上持つ化合物を添加する場合の、その添加量は、重合成長末端に対して過剰量であることが好ましい。等量あるいは末端より少量の場合、2つのオレフィンの両方ともが反応し、重合末端どうしをカップリングしてしまう可能性がある。2つのオレフィンの反応性が等しい化合物の場合、カップリングの起こる確率は、添加量に応じて統計的に決まってくる。よって、重合性の低いアルケニル基を2つ以上持つ化合物の添加量は、好ましくは重合成長末端の1.5倍以上、さらに好ましくは3倍以上、特に好ましくは5倍以上である。
《化合物(II)》
重合性の低いアルケニル基を有する化合物(I)を添加するとき、化合物(I)の種類によっては、反応系の極性が低下して、触媒活性が不十分になる場合がある。この場合、化合物(I)より極性の高い化合物(II)を添加することで極性を向上させることができる。化合物(II)としては特に限定されないが、例示するならば、ベンゼン、トルエン等の炭化水素系化合物;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系化合物;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系化合物;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系化合物;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール系化合物;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系化合物;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系化合物、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系化合物等が挙げられる。これらは単独又は2種以上を混合して用いることができ、また重合に使用した溶媒と同じであっても良いし、異なっていても良いが、反応後の回収を考慮すると、同じであるほうが好ましい。化合物(II)の誘電率は、化合物(I)より3以上高いことが好ましく、5以上高いことがより好ましく、10以上高いことがさらに好ましい。化合物(II)の誘電率は高いほうが、より極性改善の効果が見込める。なおここで誘電率は20℃での値である。またこれらの内では、触媒安定性向上の効果等から、ニトリル系化合物が好ましく、アセトニトリルがより好ましい。化合物(II)の使用量は、反応設定時のビニル系単量体100重量部に対して1〜1000重量部であることが好ましく、5〜500重量部であることがより好ましく、10〜100重量部であることがさらに好ましい。あるいは、化合物(II)の使用量は、化合物(I)100重量部に対して1〜10000重量部であることが好ましく、10〜1000重量部であることがより好ましい。化合物(II)の使用量が少ないと極性向上の効果が発揮されないことがあり、また多いと、重合後、重合体からの回収が困難になる恐れがある。
《末端構造》
重合の最中または終点において、重合性の低いアルケニル基を有する化合物(I)を添加すると、末端にほぼ1つずつ付加し、その結果として、そのアルケニル化合物の有する官能基が重合体の末端に導入される。このときの末端構造は一般式10で示される。この末端構造を有するラジカル重合性単量体の重合体は、ヘテロ原子を介することなく、直接、炭素−炭素結合のみにより、末端基が重合体の末端一つにつきほぼ一つ結合していることが特徴である。
【0046】
【化13】
{上の式中、R3は、水酸基、アミノ基、エポキシ基、カルボン酸基、エステル基、エーテル基、アミド基、シリル基、あるいは一般式2:
【0047】
【化14】
(R4は水素原子あるいはメチル基を表す)
で表される基、あるいは重合性のオレフィンを含まない炭素数1〜20の有機基であり、R1は炭素数1〜20のアルキル基、あるいは一般式3:
【0048】
【化15】
(上の式中、R5は酸素原子、窒素原子あるいは炭素数1〜20の有機基、R6は水素原子あるいはメチル基であり同じでも異なっていてもよい)
の構造を持つ基であり、且つ、R2は水素原子あるいはメチル基であり、Xはハロゲン基、ニトロキシド基、スルフィド基あるいはコバルトポルフィリン錯体である}
一般式10において、R1の具体例としては、
−(CH2)n− (nは1〜20の整数)、
−CH(CH3)−、 −CH(CH2CH3)−、−C(CH3)2−、 −C(CH3)(CH2CH3)−、−C(CH2CH3)2−、 −CH2CH(CH3)−、
−(CH2)n−O−CH2− (nは1〜19の整数)、
−CH(CH3)−O−CH2−、−CH(CH2CH3)−O−CH2−、 −C(CH3)2−O−CH2−、−C(CH3)(CH2CH3)−O−CH2−、−C(CH2CH3)2−O−CH2−、
−(CH2)n−O−(CH2)m−
(m、nは1〜19の整数、ただし2≦m+n≦20)、
−(CH2)n−C(O)O−(CH2)m−
(m、nは1〜19の整数、ただし2≦m+n≦20)、
−(CH2)n−OC(O)−(CH2)m−C(O)O−(CH2)l−、
(lは0〜18の整数、m,nは1〜17の整数、ただし2≦l+m+n≦18)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−(CH2)m−、
(mは0〜13の整数、nは1〜14の整数、ただし1≦m+n≦14)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−(CH2)m−、
(mは0〜13の整数、nは1〜14の整数、ただし1≦m+n≦14)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−CH(CH3)−、
(nは1〜12の整数)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−O−CH(CH3)2−、
(nは1〜11の整数)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−C(O)O−(CH2)m−、
(m,nは1〜12の整数、ただし2≦m+n≦13)、
−(CH2)n−OC(O)−o−,m−,p−C6H4−C(O)O−(CH2)m−、
(m,nは1〜11の整数、ただし2≦m+n≦12)、
−(CH2)n−o−,m−,p−C6H4−OC(O)−(CH2)m−、
(m,nは1〜12の整数、ただし2≦m+n≦13)、
−(CH2)n−C(O)O−o−,m−,p−C6H4−(CH2)m−、
(m,nは1〜11の整数、ただし2≦m+n≦12)、
等が挙げられる。
R3としては、以下のような基が例示される。
【0049】
【化16】
式中、R18、R19は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R18またはR19が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。
【0050】
R20は炭素数1〜20の炭化水素基であり、具体的には以下のような基が例示される。
−(CH2)n−CH3、
−CH(CH3)−(CH2)n−CH3、
−CH(CH2CH3)−(CH2)n−CH3、
−CH(CH2CH3)2、
−C(CH3)2−(CH2)n−CH3、
−C(CH3)(CH2CH3)−(CH2)n−CH3、
−C6H5、
−C6H5(CH3)、
−C6H4(CH3)2、
−(CH2)n−C6H5、
−(CH2)n−C6H4(CH3)、
−(CH2)n−C6H3(CH3)2、
(nは0以上の整数で、各基の合計炭素数は20以下)
一般式10において、R2については水素原子あるいはメチル基であるが、水素原子が好ましい。Xについては、ハロゲン基、ニトロキシド基、スルフィド基あるいはコバルトポルフィリン錯体であるが、製造の容易さからハロゲン基が、そして特にブロモ基が好ましい。
【0051】
アルケニル基が末端に導入されている場合において、R1が炭素数1〜20のアルキル基である場合、その構造に制約はないが、以下のものが例示される。
【0052】
【化17】
式中、nは1〜20の整数であるが、原料入手の容易さから、nは2、4、6であることが好ましい。
【0053】
重合体1分子中に含まれる、一般式10で表される末端基の数には特に制約はないが、硬化性組成物などに用いられる場合には、0.5〜5個含まれることが好ましく、1〜3個含まれることがより好ましく、1.5〜2.5個含まれることがさらに好ましい。
【0054】
本発明で得られる重合体は、分子量分布、すなわち、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した重量平均分子量と数平均分子量の比が好ましくは1.8以下であり、さらに好ましくは1.6以下であり、最も好ましくは1.3以下である。
【0055】
本発明で得られる重合体の数平均分子量は500〜100000の範囲が好ましく、3000〜50000がさらに好ましい。分子量が500以下であると、(メタ)アクリル系重合体の本来の特性が発現されにくく、また、100000以上であると、ハンドリングが困難になる。
【0056】
本発明において製造された重合体は、その導入された官能基をそのまま利用するか、あるいは更なる変換反応を行って別の官能基にして利用される。具体的には、架橋性シリル基を持つヒドロシリル化合物によるヒドロシリル化反応により、アルケニル基を架橋性シリル基に変換することができる。末端にアルケニル基を有するビニル系重合体としては、既に説明した方法により得られるものをすべて好適に用いることができる。
【0057】
ヒドロシラン化合物としては特に制限はないが、代表的なものを示すと、一般式12
H−[Si(R21)2−b(Y)bO]m・Si(R22)3−a(Y)a (12)
(式中、R21、R22は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または(R’)3SiO−(R’は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR’は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R20またはR22が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする)
で表される化合物が例示される。
【0058】
上記Yで示される加水分解性基としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、具体的には、水素、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、酸アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基、アルケニルオキシ基等が挙げられ、加水分解性がマイルドで取り扱いやすいという点から、アルコキシ基が特に好ましい。該加水分解性基や水酸基は1個のケイ素原子に1〜3個の範囲で結合することができ、a+mb、すなわち、加水分解性基の総和は、1〜5の範囲が好ましい。加水分解性基や水酸基が反応性ケイ素基中に2個以上結合するときは、それらは同一であっても、異なっていてもよい。架橋性ケイ素化合物を構成するケイ素原子は、1個でもよく、2個以上であってもよいが、シロキサン結合により連結されたケイ素原子の場合には20個程度まであってもよい。
【0059】
一般式12におけるR21、R22の具体例としては、例えば、メチル基やエチル基などのアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基などのアリール基、ベンジル基などのアラルキル基、R’がメチル基やフェニル基等である(R’)3SiO−で示されるトリオルガノシリル基等が挙げられる。
【0060】
これらヒドロシラン化合物の中でも、特に一般式13
H−Si(R22)3−a(Y)a (13)
(式中、R20、Y、aは前記と同じ。)で表される架橋性基を有するヒドロシラン化合物が、入手容易な点から好ましい。一般式12または13で示される架橋性基を有するヒドロシラン化合物の具体例としては、
HSiCl3、 HSi(CH3)Cl2、 HSi(CH3)2Cl、HSi(OCH3)3、 HSi(CH3)(OCH3)2、 HSi(CH3)2OCH3、HSi(OC2H5)3、 HSi(CH3)(OC2H5)2、
HSi(CH3)2OC2H5、 HSi(OC3H7)3、
HSi(C2H5)(OCH3)2、 HSi(C2H5)2OCH3、
HSi(C6H5)(OCH3)2、 HSi(C6H5)2(OCH3)、
HSi(CH3)(OC(O)CH3)2、
HSi(CH3)2O−[Si(CH3)2O]2・Si(CH3)(OCH3)2、
HSi(CH3)[O−N=C(CH3)2]2
(ただし、上記化学式中、C6H5はフェニル基を示す)
等が挙げられる。
【0061】
このような架橋性シリル基を有するヒドロシラン化合物を、末端にアルケニル基を有するビニル系重合体に付加させる際には、ヒドロシリル化触媒が使用される。このようなヒドロシリル化触媒としては、有機過酸化物やアゾ化合物等のラジカル開始剤、および遷移金属触媒が挙げられる。
【0062】
ラジカル開始剤としては特に制限はなく各種のものを用いることができる。例示するならば、ジ−t−ブチルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)−3−ヘキシン、ジクミルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、α,α’−ビス(t−ブチルペルオキシ)イソプロピルベンゼンのようなジアルキルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、p−クロロベンゾイルペルオキシド、m−クロロベンゾイルペルオキシド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシドのようなジアシルペルオキシド、過安息香酸−t−ブチルのような過酸エステル、過ジ炭酸ジイソプロピル、過ジ炭酸ジ−2−エチルヘキシルのようなペルオキシジカ−ボネ−ト、1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンのようなペルオキシケタ−ル等が挙げられる。
【0063】
また、遷移金属触媒としては、例えば、白金単体、アルミナ、シリカ、カ−ボンブラック等の担体に白金固体を分散させたもの、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコ−ル、アルデヒド、ケトン等との錯体、白金−オレフィン錯体、白金(0)−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体が挙げられる。白金化合物以外の触媒の例としては、RhCl(PPh3)3,RhCl3,RuCl3,IrCl3,FeCl3,AlCl3,PdCl2・H2O,NiCl2,TiCl4等が挙げられる。これらの触媒は単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもかまわない。触媒量としては特に制限はないが、(A)成分のアルケニル基1molに対し、10−1〜10−8molの範囲で用いるのが良く、好ましくは10−3〜10−6 molの範囲で用いるのがよい。10−8molより少ないと硬化が十分に進行しない。またヒドロシリル化触媒は高価であるので10−1mol以上用いないのが好ましい。
【0064】
アリルアルコールあるいはメタリルアルコールを重合末端に反応させた場合には、ハロゲン基などの活性基とヒドロキシル基が隣り合わせた炭素原子上にある末端が生成する。この末端は、環化させてエポキシ基に変換することができる。この環化反応を行う方法は特に限定されないが、アルカリ性化合物を反応させるのが好ましい。アルカリ性化合物としては、特に限定されないが、KOH、NaOH、Ca(OH)2や、アンモニア、各種アミン類などが挙げられる。
【0065】
末端の水酸基は、アリルクロライドやアリルブロマイドとのアルカリ性化合物を用いた縮合反応によりアルケニル基に変換される。また、エピクロロヒドリンを用いた同様の反応によりエポキシ基に変換される。
【0066】
また、末端の水酸基あるいはアミノ基は、水酸基あるいはアミノ基と反応する官能基と架橋性シリル基を併せ持つ化合物との反応により、架橋性シリル基にも変換できる。水酸基あるいはアミノ基と反応する官能基としては、例えばハロゲン、カルボン酸ハライド、カルボン酸、イソシアネート基等が挙げられるが、化合物の入手容易性や、水酸基と反応させる際の反応条件がマイルドで、架橋性シリル基の分解が起こりにくい点で、イソシアネート基が好ましい。
【0067】
このような、架橋性シリル基を有するイソシアネート系化合物としては特に制限はなく、公知のものを使用することができる。具体例を示すならば、
(CH3O)3Si−(CH2)n−NCO、
(CH3O)2(CH3)Si−(CH2)n−NCO、
(C2H5O)3Si−(CH2)n−NCO、
(C2H5O)2(CH3)Si−(CH2)n−NCO、
(i−C3H7O)3Si−(CH2)n−NCO、
(i−C3H7O)2(CH3)Si−(CH2)n−NCO、
(CH3O)3Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(CH3O)2(CH3)Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(C2H5O)3Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(C2H5O)2(CH3)Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(i−C3H7O)3Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(i−C3H7O)2(CH3)Si−(CH2)n−NH−(CH2)m−NCO、
(上記式中、n、mは1〜20の整数)
等が挙げられる。
【0068】
末端に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体と、架橋性シリル基を有するイソシアネート化合物の反応は、無溶媒、または各種の溶媒中で行うことができ、反応温度は、0℃〜100℃、好ましくは、20℃〜50℃である。この際、水酸基とイソシアネート基の反応を促進するために既に例示したスズ系触媒、3級アミン系触媒を使用することができる。
【0069】
【実施例】
以下実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
(実施例1)
250Lの重合槽を真空脱揮した後、窒素で圧戻しを行い、アセトニトリル (3955g)、臭化第一銅(1108g)を投入し、窒素圧戻しを行い、窒素加圧と圧抜きを3回繰り返した。 その後、250L重合槽のジャケットを加熱昇温し、160rpmで攪拌を開始した。内温が70度に到達して15分後、初期モノマー(ブチルアクリレート 6600g、エチルアクリレート9486g、2−メトキシエチルアクリレート7774g)を仕込み、更に、ジエチル2,5−ジブロモアジペート3090gを予め溶解させておいたアセトニトリル5000gを仕込んだ。その後、内温を70℃に回復した後、22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加して重合を開始した。、その5分後、更に22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。その10分後、44.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し10分間攪拌混合した。その後、2時間かけて追加モノマー(ブチルアクリレート 26400g、エチルアクリレート 37944g、2−メトキシエチルアクリレート 31095g)を、内温を85℃〜90℃に保ちながら追加した。モノマー追加終了後65分で、ガスクロマトグラフィーにより重合度が95%以上になったことを確認した後、反応系を0.67KPaで60分以上脱揮して、溶剤回収を行った後に、1,7−オクタジエンを28373g追加した。アセトニトリルを9955g追加した後に、ペンタメチルジエチレントリアミンを446g追加し、6時間加熱攪拌混合した後、0.67KPaで60分以上脱揮し、未反応オクタジエン及びアセトニトリルを脱揮した。混合物を活性アルミナで処理した。生成した重合体のGPC測定(ポリスチレン換算)結果は、1,7−オクタジエンの添加直前で、数平均分子量17000、分子量分布Mw/Mn=1.10で、最終生成物は、数平均分子量18000、分子量分布Mw/Mn=1.12、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は1.94個、アルケニル基の導入されていない末端の個数は0個であった。
(実施例2)
250Lの重合槽を真空脱揮した後、窒素で圧戻しを行い、アセトニトリル (3955g)、臭化第一銅(1007.3g)を投入し、窒素圧戻しを行い、窒素加圧と圧抜きを3回繰り返した。その後、250L重合槽のジャケットを加熱昇温し、160rpmで攪拌を開始した。内温が70℃に到達して15分後、初期モノマー(ブチルアクリレート 24000g)を仕込み、更に、ジエチル2,5−ジブロモアジペート2106.8gを予め溶解させておいたアセトニトリル 5000gを仕込んだ。その後、内温を70度に回復した後、20.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し、その5分後、更に20.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。その10分後、40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し10分間攪拌混合した。その後、2時間かけて追加モノマー(ブチルアクリレート 96000g)を、内温を85℃〜90℃に保ちながら追加した。モノマー追加終了後60分で、ガスクロマトグラフィーにより重合度が95%以上になったことを確認した後、反応系を0.67KPaで60分以上脱揮して、溶剤回収を行った後に、1,7−オクタジエンを28373g追加した。アセトニトリルを10550g追加した後に、ペンタメチルジエチレントリアミンを406gを追加し、6時間加熱攪拌混合した後、0.67KPaで60分以上脱揮し、未反応オクタジエン及びアセトニトリルを脱揮した。混合物を活性アルミナで処理した。生成した重合体のGPC測定(ポリスチレン換算)結果は、1,7−オクタジエンの添加直前で、数平均分子量39000、 分子量分布Mw/Mn=1.10で、最終生成物は、数平均分子量40000、分子量分布Mw/Mn=1.12、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は2.36個、アルケニル基の導入されていない末端の個数は0個であった。
(比較例1)
250Lの重合槽を真空脱揮した後、窒素で圧戻しを行い、アセトニトリル (3955g)、臭化第一銅(1108g)を投入し、窒素圧戻しを行い、窒素加圧と圧抜きを3回繰り返した。 その後、250L重合槽のジャケットを加熱昇温し、160rpmで攪拌を開始した。内温が70℃に到達して15分後、初期モノマー(ブチルアクリレート 6600g、エチルアクリレート94856g、2−メトキシエチルアクリレート7774g)を仕込み、更に、ジエチル2,5−ジブロモアジペート3090gを予め溶解させておいたアセトニトリル5000gを仕込んだ。その後、内温を70度に回復した後、22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し、その5分後、更に22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。その10分後、44.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し10分間攪拌混合した。その後、3時間かけて追加モノマー(ブチルアクリレート 26400g、エチルアクリレート37944g 2−メトキシエチルアクリレート 31095g)を、内温を85℃〜90℃に保ちながら追加した。モノマー追加開始後30分で、22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し、更に30分後、22.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。モノマー追加終了120分後、重合度83.8%であり、一旦重合の進行が殆ど停止したので、40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。更に、モノマー追加終了180分後、重合度91.6%であり、一旦重合の進行が殆ど停止したので、更に40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。モノマー追加終了後210分で、ガスクロマトグラフィーにより重合度が95%以上になったことを確認した後、反応系を0.67KPaで60分以上脱揮して溶剤回収を行った後に、1,7−オクタジエンを28373g追加した。アセトニトリルを9955g追加した後に、ペンタメチルジエチレントリアミンを446.2g追加し、6時間加熱攪拌混合した後、0.67KPaで60分以上脱揮し、未反応オクタジエン及びアセトニトリルを脱揮した。混合物を活性アルミナで処理した。生成した重合体のGPC測定(ポリスチレン換算)結果は、1,7−オクタジエンの添加直前で、数平均分子量17000、分子量分布Mw/Mn=1.10で、最終生成物は、数平均分子量18000、分子量分布Mw/Mn=1.12、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は1.60個、アルケニル基の導入されていない末端の個数は0個であった。
(比較例2)
250Lの重合槽を真空脱揮した後、窒素で圧戻しを行い、アセトニトリル (3955g)、臭化第一銅(1007.3g)を投入し、窒素圧戻しを行い、窒素加圧と圧抜きを3回繰り返した。その後、250L重合槽のジャケットを加熱昇温し、160rpmで攪拌を開始した。内温が70℃に到達して15分後、初期モノマー(ブチルアクリレート 24000g)を仕込み、更に、ジエチル2,5−ジブロモアジペート2106.8gを予め溶解させておいたアセトニトリル 5000gを仕込んだ。その後、内温を70度に回復した後、20.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し、その5分後、更に20.3gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。その10分後、40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加し10分間攪拌混合した。その後、3時間かけて追加モノマー(ブチルアクリレート 96000g)を、内温を85℃〜90℃に保ちながら追加した。モノマー追加終了30分後、重合度80.1%であり、一旦重合の進行が殆ど停止したので、40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。更に、モノマー追加終了60分後、重合度89.4%であり、一旦重合の進行が殆ど停止したので、更に40.6gのペンタメチルジエチレントリアミンを追加した。モノマー追加終了後165分で、ガスクロマトグラフィーにより重合度が95%以上になったことを確認した後、6時間加熱攪拌混合した後、0.67KPaで60分以上脱揮し、未反応オクタジエン及びアセトニトリルを脱揮した。混合物を活性アルミナで処理した。生成した重合体のGPC測定(ポリスチレン換算)結果は、1,7−オクタジエンの添加直前で、数平均分子量39000、 分子量分布Mw/Mn=1.10で、最終生成物は、数平均分子量40000、分子量分布Mw/Mn=1.12、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は1.85個、アルケニル基の導入されていない末端の個数は0個であった。
【0070】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、重合時間、ひいてはモノマー追加時間を2.5時間以下、と短くする事により、ラジカルリビング重合における副反応を抑制する事ができ、また、重合後半におけるラジカルリビング性の低下を押さえる事ができる。モノマー追加時間を3時間程度以上まで長くすると、重合後半におけるラジカルリビング性が低下、ストップする場合が頻繁に生じ、随時、重合触媒であるペンタメチルジエチレントリアミンを追加しなければならない。
【0071】
本発明は、モノマー追加時間を2.5時間以下と短くする事により、ラジカルリビング重合における副反応、カップリング反応を抑制する事ができ、また、重合後半におけるラジカルリビング性の低下を押さえ、重合の進行をスムーズにさせる効果がある。
Claims (17)
- 初期仕込みモノマーを重合反応器に仕込んでから重合を開始した後、追加仕込みモノマーを0.5時間以上2.5時間以下の時間をかけて重合反応器に仕込むことを特徴とする、有機ハロゲン化物又はハロゲン化スルホニル化合物を開始剤、遷移金属錯体を触媒とするビニル系モノマーの原子移動ラジカル重合方法。
- 追加仕込みモノマーを連続方式で供給することを特徴とする請求項1記載の重合方法。
- 追加仕込みモノマーを分割方式で供給することを特徴とする請求項1記載の重合方法。
- 追加仕込みモノマーを分割方式と連続方式を組み合わせて供給することを特徴とする請求項1記載の重合方法。
- アミン系化合物を添加することにより重合を開始することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の重合方法。
- 初期仕込みモノマー量がビニル系モノマー全量に対して50重量%以下であることを特徴とする請求項5記載の重合方法。
- 初期仕込みモノマー量がビニル系モノマー全量に対して10重量%以上30重量%以下であることを特徴とする請求項5記載の重合方法。
- 遷移金属錯体が、周期律表第7族、8族、9族、10族及び11族の元素からなる群より選択される元素を中心金属とする金属錯体であることを特徴とする請求項1〜7いずれか1項に記載の重合方法。
- 遷移金属錯体が、銅、ニッケル、ルテニウム及び鉄からなる群より選択される金属の錯体であることを特徴とする請求項8記載の重合方法。
- 遷移金属錯体が銅錯体であることを特徴とする請求項9記載の重合方法。
- 遷移金属錯体を形成する配位子がアミン系化合物であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の重合方法。
- 遷移金属錯体を形成する配位子がポリアミン系化合物であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の重合方法。
- 遷移金属錯体を形成する配位子がテトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン及びヘキサメチルトリエチレンテトラアミンからなる郡より選択される化合物であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の重合方法。
- 初期仕込みモノマー及び追加仕込みモノマーが、ビニル系モノマーであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の重合方法。
- ビニル系モノマーが、(メタ)アクリル酸系モノマーであることを特徴とする請求項14記載の重合方法。
- ビニル系モノマーが、アクリル酸エステルであることを特徴とする請求項15記載の重合方法。
- 請求項1〜16いずれか1項記載の方法により得られるビニル系重合体。
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