JP2009173852A - アリルアルコール共重合体及びその製造方法 - Google Patents

アリルアルコール共重合体及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】各種樹脂との相溶性、接着性、電気絶縁性、低吸水性、熱安定性、界面活性効果に優れたアリルアルコールの共重合体を提供する。
【解決手段】式(1)
Figure 2009173852

で示される構造と式(2)
Figure 2009173852

(式中、Rは炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基を示し、分岐していても、環状構造を含んでいてもよい。)
で示される構造をモノマーユニットとして含む共重合体。
【選択図】なし

Description

本発明は、アリルアルコール共重合体及びその製造方法に関する。
構造中に極性基を有するオレフィン重合体は各種極性樹脂との相溶性や接着性に優れることや、着色しやすいことから、工業的に広く利用されている。このような極性基を有するオレフィン重合体の製造方法は種々報告されているが、グラフト重合による極性基含有モノマーの導入がその大半を占める。
例えば、特開2005−113038号公報(特許文献1)において、高級α−オレフィン重合体に分解剤と極性化合物を作用させて極性基を導入した極性基含有高級オレフィン重合体が開示されている。しかし、グラフト重合を利用する方法では、生成したポリマーの酸化による劣化や極性基の分散性が懸念され、製品品質の上では満足できる方法とは言い難かった。
そこで、この問題を解決するために極性基含有モノマーと他オレフィン系モノマーとの共重合によって製造する例が報告されている。しかし、この方法での例は少なく、例えば、特開昭64−54009号公報(特許文献2)や特開2003−165809号公報(特許文献3)が知られている。これらはアニオン重合を利用する系であり、触媒活性発現のためには極性基含有モノマーを予め等モル以上の有機金属化合物で処理しておく必要があるなど、製造コストの面で不利な点があった。
一方、米国特許第5444141号公報(特許文献4)には、アリルアルコールと芳香族ビニルモノマーのラジカル共重合により共重合体を製造する例が開示されている。この方法では、ポリマーの生産性が向上し、製造コストは下げられたものの、実施例で開示されているのはアリルアルコールとスチレンの共重合のみであり、他の重合性モノマーでは実施されていなかった。このため、極性基を有する重合体をスチレン以外の炭素−炭素二重結合を有する重合性モノマーを用いて、効率的に製造する方法が望まれていた。
特開2005−113038号公報 特開昭64−54009号公報 特開2003−165809号公報 米国特許第5444141号公報
本発明は、アリルアルコールの共重合体及びその共重合体を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、アリルアルコールとラジカル重合能を有する脂肪族系オレフィン化合物や不飽和カルボン酸あるいは不飽和カルボン酸エステルをラジカル重合開始剤の存在下に共重合させる、あるいはアリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーとの共重合体を水素化することより、極性基を有する重合体が効率的かつ安価に製造できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は以下の[1]〜[11]に関する。
[1] 式(1)
Figure 2009173852
及び式(2)
Figure 2009173852
(式中、Rは炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基を表わし、分岐していても、環状構造を含んでいてもよい。)
で示される構造をモノマーユニットとして含むアリルアルコール共重合体。
[2] 式(1)及び式(2)で示される構造のみをモノマーユニットとする前記1に記載のアリルアルコール共重合体。
[3] 式(1)で示される構造、式(2)で示される構造、及び不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸エステルに由来する構造をモノマーユニットとする前記1に記載のアリルアルコール共重合体。
[4] 式(2)中のRで表わされる炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基が、炭素数2〜10の直鎖状脂肪族炭化水素基である前記1〜3のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
[5] 式(2)中のRで表わされる炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基が、炭素数6〜10の脂環式炭化水素基である前記1〜3のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
[6] 式(1)で示されるモノマーユニットを3〜50mol%含有する前記1〜3のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
[7] 不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸エステルに由来するモノマーユニットを0.1〜5mol%含有する前記3に記載のアリルアルコール共重合体。
[8] 水酸基価が10〜300mgKOH/gである前記1〜7のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
[9] 数平均分子量(Mn)が500〜8000である前記1〜8のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
[10] 少なくとも、アリルアルコールと式(2)のモノマーユニットに相当するオレフィン化合物をラジカル重合開始剤の存在下に共重合することを特徴とする前記1〜9のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体の製造方法。
[11] アリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーとの共重合体を水素化することを特徴とする前記5に記載のアリルアルコール共重合体の製造方法。
本発明によればアリルアルコールとオレフィンの共重合体、あるいはアリルアルコールとオレフィンと不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸エステルの共重合体を効率よく製造することができる。本発明により得られるアリルアルコール共重合体は極性基を有している点で、各種樹脂との相溶性、及び接着性に優れる。また、疎水性基を有している点で、電気絶縁性、低吸水性、熱安定性、界面活性効果に優れている。それ故、例えば樹脂改質剤、塗料成分、インキ成分、接着剤成分、プライマー成分、高性能ワックス、相溶化剤、界面活性剤、ウレタン原料、ポリエステル原料として有用である。
以下、本発明についてより詳細に説明する。
[アリルアルコール共重合体]
本発明のアリルアルコール共重合体は、下記式(1)
Figure 2009173852
で示される構造と下記式(2)
Figure 2009173852
(式中、Rは炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基を表わし、分岐していても、環状構造を含んでいてもよい。)
で示される構造をモノマーユニットとして含む共重合体である。必要に応じて第三のモノマーユニットを含んでいてもよい。
式(2)におけるRは炭素数2〜20の、直鎖状あるいは分岐していても、環状構造を含んでいてもよい脂肪族炭化水素基を表わす。
直鎖状の脂肪族炭化水素基の例としては、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ぺンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基、n−ヘキサデシル基、n−オクタデシル基、n−エイコシル基などが挙げられる。
分岐を有する脂肪族炭化水素基の例としては、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ネオペンチル基、イソヘキシル基、イソオクチル基、イソデシル基などが挙げられる。
環状構造を含む脂環式炭化水素基の例としては、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、デカヒドロナフタレニル基、シクロヘキセニル基などが挙げられる。
これらの中でもRとしては、炭素数2〜10の直鎖状の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜10の脂環式炭化水素基が各種樹脂への相溶性向上の面で好ましい。各種樹脂への相溶性向上の観点からは、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ぺンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、シクロヘキシル基が特に好ましい。
本発明の共重合体は式(1)で示される構造と式(2)で示される構造を含む共重合体であれば他に制限はない。必要に応じて、第三のモノマーユニットとして不飽和カルボン酸もしくは不飽和カルボン酸エステルを共重合して得られる構造を導入してもよい。第三のモノマーユニットは2種以上であってもよい。
不飽和カルボン酸の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。
不飽和カルボン酸エステルは前記不飽和カルボン酸のモノエステル、ジエステルである。それらの例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸(n−プロピル)、アクリル酸(n−ブチル)、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸(n−プロピル)、メタクリル酸(n−ブチル)、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジ(n−プロピル)、マレイン酸ジ(n−ブチル)、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジ(n−プロピル)、フマル酸ジ(n−ブチル)、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸ジ(n−プロピル)、イタコン酸ジ(n−ブチル)などが挙げられる。
これらの中でも不飽和カルボン酸としては、共重合体製造時の生産性向上の観点からは、無水マレイン酸、イタコン酸が好ましい。
また、不飽和カルボン酸エステルとしては、共重合体製造時の生産性向上の観点からは、マレイン酸エステル、イタコン酸エステルが好ましく、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジ(n−ブチル)、イタコン酸ジメチルが特に好ましい。
本発明のアリルアルコール共重合体において、式(1)で示されるモノマーユニットと式(2)で示されるモノマーユニットの共重合様式は重合条件により、ランダム、ブロック、交互のいずれをもとり得るが、各樹脂への相溶性向上の観点からは、ランダムであることが望ましい。第三のモノマーユニットを含む場合も同様である。
本発明のアリルアルコール共重合体において、式(1)で示されるモノマーユニットと式(2)で示されるモノマーユニット及び不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸エステルに由来するモノマーユニットの共重合様式は重合条件により、ランダム、ブロックのいずれをもとり得るが、各樹脂への相溶性向上の観点からは、ランダムであることが望ましい。
本発明のアリルアルコール共重合体における、各モノマーユニットの組成は重合時の式(1)で示されるモノマーユニットに相当するアリルアルコールと式(2)で示されるモノマーユニットに相当するオレフィン化合物及び不飽和カルボン酸もしくは不飽和カルボン酸エステルの仕込み比や重合条件により制御できる。
本発明のアリルアルコール共重合体の各種樹脂への相溶性と接着性を両立させる観点から式(1)で示されるモノマーユニットは全モノマーユニットに対して3〜50mol%であることが好ましい。さらに、4〜40mol%がより好ましく、10〜30mol%が最も好ましい。式(1)で示されるモノマーユニットが3mol%未満のとき接着性が著しく低下し、50mol%を超えると極性の低い樹脂との相溶性が悪化する。
また、不飽和カルボン酸ユニットもしくは不飽和カルボン酸エステルユニットを含む場合、各種樹脂への相溶性を両立させる観点からそれらのモノマーユニットは全モノマーユニットに対して0.1〜5.0mol%であることが好ましい。さらに、0.5〜4.0mol%がより好ましく、2.0〜3.0mol%が最も好ましい。不飽和カルボン酸ユニットもしくは不飽和カルボン酸エステルユニットが0.1mol%未満のとき極性の高い樹脂との相溶性が悪化し、5mol%を超えると極性の低い樹脂との相溶性が悪化する。
本発明のアリルアルコール共重合体の水酸基価は各種樹脂への相溶性と接着性を両立させる観点から10〜300mgKOH/gであることが好ましい。さらには50〜250mgKOH/gであることがより好ましく、100〜200mgKOH/gが最も好ましい。共重合体の水酸基価が10mgKOH/g未満のとき接着性が低下し、300mgKOH/gを超えると極性の低い樹脂との相溶性が悪化する。なお、水酸基価はJIS K0070に記載の方法に準じて測定した値である。
本発明の共重合体のゲルパーミエイションクロマトグラフ(GPC)法により測定したポリスチレン換算数平均分子量(Mn)に特に制限はない。各種樹脂への相溶性を考慮するとMn=500〜8000であることが好ましい。さらには500〜5000であることがより好ましく、650〜3000が最も好ましい。ポリスチレン換算数平均分子量(Mn)が500未満のとき固体状樹脂との相溶性が悪くなり、8000を超えると液体状樹脂との相溶性が悪くなる。
[製造方法]
次に、本発明のアリルアルコール共重合体の製造方法について説明する。本発明のアリルアルコール共重合体は以下に示すA法及びB法の2通りの方法で製造することができる。
A法:式(1)で示されるモノマーユニットに相当するアリルアルコールと式(2)で示されるモノマーユニットに相当するオレフィン化合物及び必要に応じて不飽和カルボン酸もしくは不飽和カルボン酸エステルをラジカル重合開始剤の存在下に共重合する。
B法:アリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーの共重合体を水素化する。
A法:アリルアルコールと式(2)で示されるモノマーユニットに相当するオレフィン化合物及び不飽和カルボン酸もしくは不飽和カルボン酸エステルとのラジカル共重合
本発明の共重合体の製造方法において用いられる式(2)で示されるモノマーユニットに相当するオレフィン化合物はラジカル重合可能なものであれば特に制限はない。共重合体の詳細な説明部分で記述した構造をオレフィン化合物の形で表現すると、例えば、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−エイコセン、1−トリコセン等の直鎖状末端オレフィン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ヘプテン、3−メチル−1−ノネン、3−メチル−1−ウンデセン等の分岐を有する末端オレフィン、シクロヘキシルエチレン、3−シクロヘキシル−1−プロペン、4−シクロヘキシル−1−ブテン、デカヒドロナフタレニルエチレン、4−ビニル−1−シクロヘキセン等の環状構造を含む末端オレフィンなどが挙げられる。2−デセンのように2位に不飽和結合のあるオレフィンは生長ラジカルが共鳴安定化するため重合が困難となる。
これらの中でも、各種樹脂への相溶性向上の観点からは、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、及びシクロヘキシルエチレンが特に好ましい。
この共重合反応において、アリルアルコールと式(2)で示されるモノマーユニットに相当するオレフィン化合物及び不飽和カルボン酸もしくは不飽和カルボン酸エステルの使用量は、通常は式(2)で示されるモノマーユニットに相当するオレフィン化合物1モルに対してアリルアルコールを0.05〜2.0モル用いるのが好ましく、0.10〜1.0モルが特に好ましい。アリルアルコールが0.05モル未満の場合は得られる共重合体の水酸基価が低くなりすぎて相溶性が悪化し、また、2.0モルを超えると共重合体の分子量が低下する傾向にある。
不飽和カルボン酸もしくは不飽和カルボン酸エステルの使用量は、通常は式(2)で示されるモノマーユニットに相当するオレフィン化合物1モルに対して0.005〜0.2モル用いるのが好ましく、0.01〜0.1モルが特に好ましい。不飽和カルボン酸もしくは不飽和カルボン酸エステルが0.005モル未満の場合は得られる共重合体の収量が低下し、また、0.2モルを超えると共重合体中に高分子量の固形物が生成して白濁することがある。なお、各モノマーの反応性が異なるため、一般的に仕込みモノマーの量比と生成したポリマー中のモノマーユニット量比は一致しない。
この共重合反応は無溶媒で行っても良いし、基質と反応せず、かつ連鎖移動定数の小さい溶媒を使用しても良い。該溶媒としては、トルエン、ベンゼン、t−ブチルベンゼン等の炭化水素系溶媒、アセトン等のケトン系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼン等のハロゲン系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は、単独もしくは2種類以上を併用することもできる。
この共重合反応はラジカル重合開始剤を用いて実施することができる。熱、紫外線、電子線、放射線等によってラジカルを生成するものであれば、いずれのラジカル重合開始剤も使用できるが、反応温度における半減期が1時間以上のものが好ましい。
熱ラジカル重合開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、4,4’−アゾビス(4−シアノペンタン酸)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)等のアゾ系化合物;メチルエチルケトンパーオキシド、メチルイソブチルケトンパーオキシド、シクロヘキサノンパーオキシド等のケトンパーオキシド類;ベンゾイルパーオキシド、デカノイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等のジアシルパーオキシド類;ジクミルパーオキシド、t−ブチルクミルパーオキシド、ジ−t−ブチルパーオキシド等のジアルキルパーオキシド類;1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキサン、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン等のパーオキシケタール類;t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート、ジ−t−ブチルパーオキシアゼレート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−t−ブチルパーオキシトリメチルアジペート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート等のアルキルパーオキシエステル類;ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロプルカーボネート等のパーオキシカーボネート類;過酸化水素等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。また、これらの熱ラジカル重合開始剤は2種以上併用しても良い。
紫外線、電子線、及び放射線によるラジカル重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパノン−1、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン等のアセトフェノン誘導体;ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4−トリメチルシリルベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチル−ジフェニルスルフィド等のベンゾフェノン誘導体;ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾイン誘導体;メチルフェニルグリオキシレート、ベンゾインジメチルケタール、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイドなどを例示することができるが、これらに限定されるわけではない。また、これらの紫外線、電子線、及び放射線ラジカル重合開始剤は2種以上併用してもよい。
これらの重合開始剤の使用量は、反応温度や各モノマーの組成比によって異なるため一概に限定することはできないが、ラジカル重合性のモノマー総量100質量部に対して0.1〜15質量部が好ましく、1〜10質量部が特に好ましい。ラジカル重合開始剤の添加量が0.1質量部未満の場合は重合反応が進行しにくく、15質量部を超えて添加することは共重合体の分子量が低くなりすぎたりすることがある。また、経済上も好ましくない。
反応温度(重合温度)は重合開始剤の種類に応じて適宜選択すればよく、段階的に温度を変えて反応(重合)させてもよい。紫外線等による重合であれば、室温でも可能である。熱重合の場合は開始剤の分解温度に対応して適宜決めることが望ましく、一般的には50〜180℃の範囲が好ましく、70〜170℃が特に好ましい。50℃未満では極端に反応が遅くなり、180℃を超えると、ラジカル開始剤の分解が速くなりすぎ、かつ連鎖移動も速くなるので共重合体の分子量が低下する傾向にある。
反応終了後、生成物であるアリルアルコール共重合体は、公知の操作、処理方法(例えば、中和、溶媒抽出、水洗、分液、溶媒留去、再沈殿など)により後処理されて単離される。
B法:アリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーの共重合体の水素化
B法ではまず、アリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーとの共重合体を得、この共重合体の芳香族環を水素化(水添反応)する。アリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーとの共重合体は米国特許第5444141号公報(特許文献4)に記載の方法で製造したもの(アリルアルコール/スチレン共重合体)や市販のものを使用することができる。
芳香族ラジカル重合性モノマーとしてはスチレン、ビニルトルエン等を挙げることができる。
水素化反応は、アリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーとの共重合体と水素ガスとを触媒の存在下で接触させることにより行うことができる。
水素化反応に使用可能な触媒としては、触媒成分として周期律表の第6属から第12属から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有する触媒が挙げられる。具体的には、スポンジNi、Ni−ケイソウ土、Ni−アルミナ、Ni−シリカ、Ni−シリカアルミナ、Ni−ゼオライト、Ni−チタニア、Ni−マグネシア、Ni−クロミア、Ni−Cu、Ni−Cu−Co、スポンジCo、Co−ケイソウ土、Co−アルミナ、Co−シリカ、Co−シリカアルミナ、Co−ゼオライト、Co−チタニア、Co−マグネシア、スポンジRu、Ru−カーボン、Ru−アルミナ、Ru−シリカ、Ru−シリカアルミナ、Ru−ゼオライト、Rh−カーボン、Rh−アルミナ、Rh−シリカ、Rh−シリカアルミナ、Rh−ゼオライト、Pt−カーボン、Pt−アルミナ、Pt−シリカ、Pt−シリカアルミナ、Pt−ゼオライト、Pd−カーボン、Pd−アルミナ、Pd−シリカ、Pd−シリカアルミナ、Pd−ゼオライトなどの組み合わせから選ばれる触媒が挙げられる。これらの中でも触媒成分として、特に金属成分としてRh、RuあるいはPdを含有する触媒が好ましく、とりわけRh−カーボン、Ru−カーボン、Ru−アルミナ、Pd−カーボン、及びPd−アルミナ触媒が好ましい。
触媒の調製法は、特に限定されず、通常の触媒調製法を用いることができる。例を挙げると、触媒となる金属の塩の溶液を単体に含浸させたものを還元剤により還元処理して触媒を調製する方法;触媒となる金属の塩の溶液を単体に含浸させた後、アルカリ溶液等と接触させることにより担体上に沈殿した金属水酸化物または酸化物を焼成する方法;触媒となる金属の塩の溶液を単体に含浸させた後、アルカリ溶液等と接触させることにより担体上に沈殿した金属水酸化物または酸化物を焼成した後、還元剤により還元処理して触媒を調製する方法;金属とAlの合金を調製し、さらにアルカリ処理しAlを溶出させる方法等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
水素化反応は反応熱除去や粘度上昇による水素の拡散効率低下の目的で、溶媒を使用し、液相で反応させることが好ましい。反応に用いられる溶媒は、反応に妨げのない範囲でいかなる溶媒も使用可能である。具体的には、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素溶媒;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル溶媒;2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のエーテルアルコール溶媒;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、シクロヘキサノール等のアルコール溶媒;水等から選ばれる1種あるいは2種以上の混合溶媒を使用できる。
これらの中でも、水素の溶解度、アリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーの共重合体の溶解度を考慮すると、エーテル系溶媒、及びハロゲン化炭化水素溶媒が好ましく、特に、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、及びクロロホルムが好ましい。
水素化反応における水素の圧力は常圧あるいは加圧下のいずれでも可能であるが、反応を効率的に進めるために加圧下の反応が好ましい。通常はゲージ圧で0〜30MPaG、好ましくはゲージ圧で1〜20MPaG、より好ましくは2〜15MPaGの範囲で行われる。
水素化反応は触媒の反応効率を落とさない範囲において、いかなる温度でも実施可能であるが、通常は0〜300℃、好ましくは50〜250℃、より好ましくは70〜220℃の間で行われる。高温では副反応が進行し易くなり、低温では実質上有用な反応速度が得られない。
水素化反応の反応形態はプロセスに応じて懸濁床バッチ反応、固定床流通反応、流動床流通反応など、通常の液相水素化分解反応、あるいは液相水素添加反応に用いられる何れの反応形態も取ることが可能である。触媒の使用量は、これら反応形態によって異なるため特に制限はない。懸濁床バッチプロセスでは基質であるアリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーの共重合体100質量部に対して通常0.01〜100質量部、好ましくは0.1〜50質量部、より好ましくは0.5〜20質量部の範囲で使用される。
触媒量が少ないと実質上十分な反応速度が得られず、また、触媒量が多い場合は副反応の増大や触媒コストの増大の問題がある。
水素化反応終了後、生成物であるアリルアルコール共重合体は、公知の操作、処理方法(例えば、ろ過、溶媒抽出、水洗、分液、溶媒留去、再沈殿など)により後処理されて単離される。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの記載により何らの限定を受けるものではない。
実施例及び比較例で合成した物質の諸物性は、以下の通りに測定した。
1.FT−IR
使用機種:Spectrum GX(パーキンエルマー社製)、
測定方法:KBr板を用いて、液膜法で測定した。
2.1H−NMR,13C−NMR
使用機種:JEOL EX−400(400MHz,日本電子社製)、
測定方法:試料を重水素化クロロホルムまたは重水素化メタノールに溶解し、内部標準物質にテトラメチルシランを使用して測定した。
3.ゲルパーミエイションクロマトグラフ(GPC)
使用機種
カラム:Shodex GPC K−G+K−802+K−802.5+K−801(昭和電工社製)、
検出器:Shodex SE−61(昭和電工社製)、
測定条件
溶媒:クロロホルムまたはテトラヒドロフラン、
測定温度:40℃、
流速:1.0ml/分、
試料濃度:1.0mg/ml、
注入量:1.0μl、
検量線:Universal Calibration curve、
解析プログラム:SIC 480II (システム インスツルメンツ社製)。
4.水酸基価
JIS K0070に記載の方法に準じて測定した。
実施例1:アリルアルコールと1−デセンの共重合
温度計、撹拌子、及び冷却管を備えた二口フラスコを予め窒素置換しておき、それにアリルアルコール(昭和電工社製,2.0g,0.0344mol)と1−デセン(和光純薬社製,16.15g,0.115mol)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬社製,0.908g,0.0055mol)を加えた。このフラスコをオイルバスに浸し、90℃まで昇温した後、3時間撹拌した。フラスコを70℃まで冷却し、減圧下、70℃で未反応のアリルアルコールと1−デセンを留去した。その後、フラスコを室温まで冷却し、内容物をメタノール20mlに溶解し、それを200mlの水に加え、室温で30分撹拌した。撹拌を止め、10分静置した後、ろ過して開始剤残渣を除いた。ついで減圧下に80℃で水、メタノール及び低沸点物をろ液から留去して高粘性油状物2.56gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトル測定の結果をそれぞれ図1〜3に示す。また、この共重合体の数平均分子量はMn=1320、水酸基価は125mgKOH/g、水酸基価から算出したアリルアルコールモノマーユニットは26.4mol%であった。さらに、ヘキサン、ヘプタン、クロロホルム、メタノール、及びアセトンへの溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例2:アリルアルコールとスチレンの共重合体の水素化
120mlのステンレス製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)にアリルアルコールとスチレンの共重合体(Aldrich社製,Mn=1200,水酸基価:255mgKOH/g,6.0g,アリルアルコールモノマーユニット:40mol%)と1,4−ジオキサン(和光純薬社製,55.0ml)、粉末状5%Rh−カーボン(和光純薬社製,0.7g)を加え、フランジ部を取り付けた後、系内を窒素で3回置換し、さらに水素ガスで置換を行い、最終的に4.5MPaG(ゲージ圧)の水素圧をかけた。次いで内容を400rpmで撹拌しながら温度を上げ、200℃で7時間反応させた。この間、反応圧力は一定となるように水素を導入した。
内容物を室温まで冷却後、脱圧、窒素置換を行った後、反応器を開けて内容物を取り出し、ろ過により触媒を除去した。得られたろ液より、1,4−ジオキサンを減圧下に留去し、白色固体5.9gを得た。
得られた白色固体の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトル測定の結果をそれぞれ図4〜6に示す。また、この共重合体の数平均分子量はMn=1220、水酸基価は242mgKOH/g、アリルアルコールモノマーユニットは40mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例3:アリルアルコールと1−デセンの共重合
120mlのステンレス製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)にアリルアルコール(昭和電工社製,2.00g,0.0344mol)と1−デセン(和光純薬社製,48.3g,0.344mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,2.52g,0.0099mol)を加え、フランジ部を取り付けた後、系内を窒素で3回置換した。次いで内容物を400rpmで撹拌しながら温度を上げ、130℃で5時間反応させた。
内容物を室温まで冷却後、脱圧を行った後、反応器を開けて内容物を取り出し、減圧下に100℃で未反応のアリルアルコール、1−デセン及び開始剤残渣を除去して高粘性油状物10.44gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。この共重合体の数平均分子量はMn=810、水酸基価は54mgKOH/g、アリルアルコールモノマーユニットは12.5mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例4:アリルアルコールと1−デセンの共重合
120mlのステンレス製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)にアリルアルコール(昭和電工社製,4.00g,0.0688mol)と1−デセン(和光純薬社製,48.3g,0.344mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,2.62g,0.0103mol)を加え、フランジ部を取り付けた後、系内を窒素で3回置換した。次いで内容物を400rpmで撹拌しながら温度を上げ、130℃で5時間反応させた。
内容物を室温まで冷却後、脱圧を行った後、反応器を開けて内容物を取り出し、減圧下に100℃で未反応のアリルアルコール、1−デセン及び開始剤残渣を除去して高粘性油状物9.02gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。また、この共重合体の数平均分子量はMn=780、水酸基価は89mgKOH/g、アリルアルコールモノマーユニットは19.6mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例5:アリルアルコールと1−デセンの共重合
120mlのステンレス製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)にアリルアルコール(昭和電工社製,6.00g,0.1032mol)と1−デセン(和光純薬社製,48.3g,0.344mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,2.72g,0.0107mol)を加え、フランジ部を取り付けた後、系内を窒素で3回置換した。次いで内容物を400rpmで撹拌しながら温度を上げ、130℃で5時間反応させた。
内容物を室温まで冷却後、脱圧を行った後、反応器を開けて内容物を取り出し、減圧下に100℃で未反応のアリルアルコール、1−デセン及び開始剤残渣を除去して高粘性油状物8.83gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。また、この共重合体の数平均分子量はMn=730、水酸基価は127mgKOH/g、アリルアルコールモノマーユニットは26.7mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例6:アリルアルコールと1−デセンの共重合
120mlのステンレス製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)にアリルアルコール(昭和電工社製,6.50g,0.1120mol)と1−デセン(和光純薬社製,39.3g,0.280mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,2.29g,0.0090mol)を加え、フランジ部を取り付けた後、系内を窒素で3回置換した。次いで内容物を400rpmで撹拌しながら温度を上げ、130℃で5時間反応させた。
内容物を室温まで冷却後、脱圧を行った後、反応器を開けて内容物を取り出し、減圧下に100℃で未反応のアリルアルコール、1−デセン及び開始剤残渣を除去して高粘性油状物7.30gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。また、この共重合体の数平均分子量はMn=670、水酸基価は184mgKOH/g、アリルアルコールモノマーユニットは36.2mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例7:アリルアルコールと1−デセンの共重合
120mlのステンレス製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)にアリルアルコール(昭和電工社製,8.00g,0.1377mol)と1−デセン(和光純薬社製,39.3g,0.280mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,2.33g,0.0092mol)を加え、フランジ部を取り付けた後、系内を窒素で3回置換した。次いで内容物を400rpmで撹拌しながら温度を上げ、130℃で5時間反応させた。
内容物を室温まで冷却後、脱圧を行った後、反応器を開けて内容物を取り出し、減圧下に100℃で未反応のアリルアルコール、1−デセン及び開始剤残渣を除去して高粘性油状物7.28gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトル測定の結果をそれぞれ図7〜9に示す。また、この共重合体の数平均分子量はMn=630、水酸基価は221mgKOH/g、アリルアルコールモノマーユニットは41.7mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例8:アリルアルコール、1−デセンとマレイン酸ジブチルの共重合
温度計、撹拌子、及び冷却管を備えた二口フラスコを予め窒素置換しておき、それにアリルアルコール(昭和電工社製,5.81g,0.100mol)と1−デセン(和光純薬社製,56.10g,0.400mol)とマレイン酸ジブチル(和光純薬社製,2.28g,0.010mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,3.19g,0.0125mol)を加えた。このフラスコをオイルバスに浸し、130℃まで昇温した後、5時間反応させた。フラスコを70℃まで冷却し、減圧下、70℃で未反応のアリルアルコールと1−デセンとマレイン酸ジブチルを留去した。その後、減圧下、100℃まで昇温し、開始剤残渣を除去して高粘性油状物6.61gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトル測定の結果をそれぞれ図10〜12に示す。また、この共重合体の数平均分子量はMn=900、水酸基価は112mgKOH/g、水酸基価から算出したアリルアルコールモノマーユニットは23.3mol%、水酸基価と1H−NMRの積分値から算出したマレイン酸ジブチルモノマーユニットは2.7mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例9:アリルアルコール、1−デセンとイタコン酸ジメチルの共重合
温度計、撹拌子、及び冷却管を備えた二口フラスコを予め窒素置換しておき、それにアリルアルコール(昭和電工社製,5.81g,0.100mol)と1−デセン(和光純薬社製,56.10g,0.400mol)とイタコン酸ジメチル(和光純薬社製,1.58g,0.010mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,3.17g,0.0124mol)を加えた。このフラスコをオイルバスに浸し、130℃まで昇温した後、5時間反応させた。フラスコを70℃まで冷却し、減圧下、70℃で未反応のアリルアルコールと1−デセンとイタコン酸ジメチルを留去した。その後、減圧下、100℃まで昇温し、開始剤残渣を除去して高粘性油状物8.60gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトル測定の結果をそれぞれ図13〜15に示す。また、この共重合体の数平均分子量はMn=780、水酸基価は110mgKOH/g、水酸基価から算出したアリルアルコールモノマーユニットは22.7mol%、水酸基価と1H−NMRの積分値から算出したイタコン酸ジメチルモノマーユニットは2.5mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例10:アリルアルコールと1−オクテンの共重合
120mlのステンレス製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)にアリルアルコール(昭和電工社製,6.00g,0.1032mol)と1−オクテン(和光純薬社製,46.35g,0.410mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,2.62g,0.0103mol)を加え、フランジ部を取り付けた後、系内を窒素で3回置換した。次いで内容物を400rpmで撹拌しながら温度を上げ、130℃で5時間反応させた。
内容物を室温まで冷却後、脱圧を行った後、反応器を開けて内容物を取り出し、減圧下に100℃で未反応のアリルアルコール、1−オクテン及び開始剤残渣を除去して高粘性油状物6.98gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトル測定の結果をそれぞれ図16〜18に示す。また、この共重合体の数平均分子量はMn=670、水酸基価は158mgKOH/g、アリルアルコールモノマーユニットは27.4mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例11:アリルアルコールと1−ノネンの共重合
120mlのステンレス製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)にアリルアルコール(昭和電工社製,6.00g,0.1032mol)と1−ノネン(和光純薬社製,52.15g,0.410mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,2.91g,0.0114mol)を加え、フランジ部を取り付けた後、系内を窒素で3回置換した。次いで内容物を400rpmで撹拌しながら温度を上げ、130℃で5時間反応させた。
内容物を室温まで冷却後、脱圧を行った後、反応器を開けて内容物を取り出し、減圧下に100℃で未反応のアリルアルコール、1−ノネン及び開始剤残渣を除去して高粘性油状物8.71gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトル測定の結果をそれぞれ図19〜21に示す。また、この共重合体の数平均分子量はMn=690、水酸基価は132mgKOH/g、アリルアルコールモノマーユニットは25.6mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
実施例12:アリルアルコールと1−デセンの共重合
120mlのステンレス製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)にアリルアルコール(昭和電工社製,16.3g,0.280mol)と1−デセン(和光純薬社製,39.3g,0.280mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,2.78g,0.0109mol)を加え、フランジ部を取り付けた後、系内を窒素で3回置換した。次いで内容物を400rpmで撹拌しながら温度を上げ、130℃で5時間反応させた。
内容物を室温まで冷却後、脱圧を行った後、反応器を開けて内容物を取り出し、減圧下に100℃で未反応のアリルアルコール、1−デセン及び開始剤残渣を除去して高粘性油状物5.52gを得た。
得られた油状物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。この共重合体の数平均分子量はMn=480、水酸基価は403mgKOH/g、アリルアルコールモノマーユニットは63.3mol%であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に示す。
比較例1:アリルアルコールとスチレンの共重合
温度計、滴下漏斗、撹拌子、及び冷却管を備えた二口フラスコを予め窒素置換しておき、それにアリルアルコール(昭和電工社製,15.0g,0.258mol)を加えた。このフラスコをオイルバスに浸し、160℃まで昇温した後、別途調製しておいたスチレン(和光純薬社製,3.3g,0.032mol)とジ−t−ブチルパーオキシド(キシダ化学社製,0.35g,0.0024mol)を混合した液を滴下漏斗より、3時間かけて滴下した。滴下終了後、1時間撹拌し、フラスコを60℃まで冷却し、減圧下、60℃で未反応のアリルアルコールとスチレンを留去した。その後、フラスコを室温まで冷却し、内容物をメタノール10mlに溶解し、それを150mlのヘキサンに加え、室温で30分撹拌した。撹拌を止め、10分静置した後、分離により生じた高粘性油状物を回収し、その後、減圧下に80℃で低沸点物を除去して白色固体物3.35gを得た。
得られた固体物の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトルを測定し、目的の共重合体であることを確認した。また、この共重合体の数平均分子量はMn=1450、水酸基価は112mgKOH/g、水酸基価から算出したアリルアルコールモノマーユニットは19.0mol%であった。であった。さらに各種溶媒への溶解性の評価結果を表2に-示す。
比較例2:アリルアルコールと2−デセンの共重合
温度計、撹拌子、及び冷却管を備えた二口フラスコを予め窒素置換しておき、それにアリルアルコール(昭和電工社製,0.40g,0.0069mol)とcis−2−デセン(東京化成工業社製,4.83g,0.0344mol)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)(和光純薬社製,0.26g,0.0010mol)を加えた。このフラスコをオイルバスに浸し、130℃まで昇温し、5時間反応させた。フラスコを70℃まで冷却し、減圧下、70℃で未反応のアリルアルコールとcis−2−デセンを除去した後、更に、100℃まで昇温し、開始剤残渣を除去したところ、残分は存在せず、重合物は生成しなかった。
Figure 2009173852
Figure 2009173852
本発明の製造方法により得られるアリルアルコール共重合体は極性基を有している点で、各種樹脂との相溶性、及び接着性に優れ、また、疎水性基を有している点で、電気絶縁性、低吸水性、熱安定性、界面活性効果に優れているため、例えば樹脂改質剤、塗料成分、インキ成分、接着剤成分、プライマー成分、高性能ワックス、相溶化剤、界面活性剤、ウレタン原料、ポリエステル原料として有用である。
実施例1で得られた共重合体の1H−NMRスペクトルである。 実施例1で得られた共重合体の13C−NMRスペクトルである。 実施例1で得られた共重合体のIRスペクトルである。 実施例2で得られた共重合体の1H−NMRスペクトルである。 実施例2で得られた共重合体の13C−NMRスペクトルである。 実施例2で得られた共重合体のIRスペクトルである。 実施例7で得られた共重合体の1H−NMRスペクトルである。 実施例7で得られた共重合体の13C−NMRスペクトルである。 実施例7で得られた共重合体のIRスペクトルである。 実施例8で得られた共重合体の1H−NMRスペクトルである。 実施例8で得られた共重合体の13C−NMRスペクトルである。 実施例8で得られた共重合体のIRスペクトルである。 実施例9で得られた共重合体の1H−NMRスペクトルである。 実施例9で得られた共重合体の13C−NMRスペクトルである。 実施例9で得られた共重合体のIRスペクトルである。 実施例10で得られた共重合体の1H−NMRスペクトルである。 実施例10で得られた共重合体の13C−NMRスペクトルである。 実施例10で得られた共重合体のIRスペクトルである。 実施例11で得られた共重合体の1H−NMRスペクトルである。 実施例11で得られた共重合体の13C−NMRスペクトルである。 実施例11で得られた共重合体のIRスペクトルである。

Claims (11)

  1. 式(1)
    Figure 2009173852
    及び式(2)
    Figure 2009173852
    (式中、Rは炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基を表わし、分岐していても、環状構造を含んでいてもよい。)
    で示される構造をモノマーユニットとして含むアリルアルコール共重合体。
  2. 式(1)及び式(2)で示される構造のみをモノマーユニットとする請求項1に記載のアリルアルコール共重合体。
  3. 式(1)で示される構造、式(2)で示される構造、及び不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸エステルに由来する構造をモノマーユニットとする請求項1に記載のアリルアルコール共重合体。
  4. 式(2)中のRで表わされる炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基が、炭素数2〜10の直鎖状脂肪族炭化水素基である請求項1〜3のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
  5. 式(2)中のRで表わされる炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基が、炭素数6〜10の脂環式炭化水素基である請求項1〜3のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
  6. 式(1)で示されるモノマーユニットを3〜50mol%含有する請求項1〜3のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
  7. 不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸エステルに由来するモノマーユニットを0.1〜5mol%含有する請求項3に記載のアリルアルコール共重合体。
  8. 水酸基価が10〜300mgKOH/gである請求項1〜7のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
  9. 数平均分子量(Mn)が500〜8000である請求項1〜8のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体。
  10. 少なくとも、アリルアルコールと式(2)のモノマーユニットに相当するオレフィン化合物をラジカル重合開始剤の存在下に共重合することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のアリルアルコール共重合体の製造方法。
  11. アリルアルコールと芳香族ラジカル重合性モノマーとの共重合体を水素化することを特徴とする請求項5に記載のアリルアルコール共重合体の製造方法。
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