JP2012031305A - 高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】下記化合物(A)、(B)、(C)を含む多成分系触媒の存在下、特定の環状オレフィン官能性シロキサン、又はこのシロキサンと特定の環状オレフィン化合物とを付加重合して、環状オレフィン官能性シロキサンに由来する構造単位の割合が付加重合体中10〜100モル%であり、数平均分子量(Mn)が100,000〜2,000,000である高気体透過性環状オレフィン付加重合体を得る高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
〔化合物(A)〕
0価のパラジウム化合物。
〔化合物(B)〕
イオン性ホウ素化合物。
〔化合物(C)〕
炭素数3〜6のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基から選ばれる置換基を有するホスフィン化合物。
【効果】本発明によれば、気体透過性に優れ、高い熱安定性、膜強度、優れた有機溶媒への溶解性を有する重合体を容易に製造できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、環状オレフィン付加重合体に関し、詳細には、特定のオルガノシロキサンをペンダントとして有する高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法に関する。
近年、快適な生活・作業空間を提供するエアーコンディショナー(以下、エアコンと略称)は、オフィスビル、住宅はもちろん、自動車・鉄道・船舶・航空などの運搬輸送機にも必要不可欠な設備となっている。通常、エアコンを使用する環境は、エネルギー効率を高めるため密閉性が高い。従って、このような密閉空間で人間が作業を続けると、酸素が不足し、作業能率が低下する。特に、運搬輸送機の場合は、眠気を催すなど安全上の問題も発生し得る。窓の開放により、酸素濃度の低下を防ぐことが可能であるが、エネルギーのロスにつながると共に、花粉、黄砂、粉塵などの侵入を許し、構築された快適な環境が損なわれる。このような状況から、酸素を選択的に通過させる酸素富化膜を使用したエアコン等も開発されているが、未だ満足すべき性能は得られていない。
酸素透過性に優れた材料として、オルガノポリシロキサンが知られている。しかしながら、オルガノポリシロキサン自体は機械的強度が低く、実用性に問題がある。これを改善すべく、ポリカーボネートとの共重合体(特許文献1:特公平4−001652号公報)、ポリシロキサン−芳香族ポリアミド系ブロック共重合体(特許文献2:特開平5−285216号公報)等が提案されている。しかし、合成が極めて煩雑なのに加え、加水分解性があるなど長期安定性に欠けるという問題点を有する。
また、有機ケイ素基を置換基として有する各種ポリマー、例えば、ケイ素含有スチレン誘導体(特許文献3:特開平4−88004号公報)、ケイ素含有スチルベン誘導体(特許文献4:特開平8−198881号公報)、ケイ素含有セルロース(特許文献5:特開2001−79375号公報)などが提案されているが、酸素透過性、熱安定性及び機械的強度を満足するものは未だ得られていない。
特許文献6(特開2007−291150号公報)には、オルガノシロキサンをペンダントとする環状オレフィン化合物の開環重合体及びその水素化物が提案されている。しかしながら、耐熱性や膜強度に問題がある場合が多く、更には、解重合性があるなど長期安定性に欠けるという問題点も有する。
環状オレフィン化合物の付加重合に関しては、これまで数多くの提案がある(特許文献7〜22:特開平4−63807号公報、特開平8−198919号公報、特表平9−508649号公報、特許第3476466号公報、特開平7−196736号公報、国際公開第97/20871号パンフレット、国際公開第98/20394号パンフレット、特許第3801018号公報、国際公開第02/062859号パンフレット、特開2003−252881号公報、独国特許出願公開第4128932号明細書、特開2007−77252号公報、特開2007−70337号公報、特許第4075789号公報、国際公開第07/069518号パンフレット、特開2008−202003号公報)。しかしながら、環状オレフィン官能性シロキサンを付加重合反応の単量体として用いることに関しては記載されておらず、当然ながら実際それを繰り返し単位として構造中に含む付加重合体の報告例はない。
また、特許文献7〜22では、環状オレフィン付加重合体に関して、その熱的・力学的・光学的・電気的性質に着目した光学・電子部品用途への展開については詳細に記載されているが、上記したような気体透過性に着目した用途に関しては報告されていない。
最近になり、特許文献23(特開2009−173824号公報)、特許文献24(特開2009−249610号公報)において、環状オレフィン官能性シロキサンを繰り返し単位として構造中に含む付加重合体が報告された。しかしながら、ここに示された重合体は、優れた溶解性を示すが、実用に耐えるに充分な機械的強度と気体透過性を併せ持つにいたっていない。特に、特許文献24に示された重合体では、気体透過性に付与するオルガノシロキサンペンダント量が増えると、機械的強度が著しく低下する。これは、環状オレフィン官能性シロキサンを付加重合反応の単量体として使用した場合、機械的強度を発現するに足る十分な分子量の重合体が得られないからであり、特許文献23及び特許文献24で示された製造方法に問題があることを示している。
特公平4−001652号公報 特開平5−285216号公報 特開平4−88004号公報 特開平8−198881号公報 特開2001−79375号公報 特開2007−291150号公報 特開平4−63807号公報 特開平8−198919号公報 特表平9−508649号公報 特許第3476466号公報 特開平7−196736号公報 国際公開第97/20871号パンフレット 国際公開第98/20394号パンフレット 特許第3801018号公報 国際公開第02/062859号パンフレット 特開2003−252881号公報 独国特許出願公開第4128932号明細書 特開2007−77252号公報 特開2007−70337号公報 特許第4075789号公報 国際公開第07/069518号パンフレット 特開2008−202003号公報 特開2009−173824号公報 特開2009−249610号公報 特許第3534127号公報 国際公開第00/20472号パンフレット 米国特許第6455650号明細書 特開平5−262821号公報
Macromol.Symp.89,433−442(1995)
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、工業的生産が容易であり、優れた気体透過性を有し、且つ、高い熱安定性と機械的強度、更には優れた溶解性を併せ持つ高気体透過性環状オレフィン付加重合体を得るための優れた製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、下記化合物(A)、(B)、(C)を含む多成分系触媒を用いて、下記式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサン、又はこの式(1)の環状オレフィン官能性シロキサンと、下記式(2)で表される環状オレフィン化合物とを付加重合することにより得られ、下記式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンに由来する構造単位の割合が、付加重合体中10〜100モル%であり、テトラヒドロフラン(以下、THFと略す)を溶媒とするGPCで測定されるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)が100,000〜2,000,000である特定構造の環状オレフィン付加重合体が、優れた酸素透過性、耐熱性、機械的強度、溶解性を併せ持つ材料になることを見出し、本発明を完成するに至った。
従って、本発明は、下記に示す高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法を提供する。
請求項1:
下記化合物(A)、(B)、(C)を含む多成分系触媒の存在下、下記式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサン、又はこの式(1)の環状オレフィン官能性シロキサンと、下記式(2)で表される環状オレフィン化合物とを付加重合して、下記式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンに由来する構造単位の割合が、付加重合体中10〜100モル%であり、テトラヒドロフランを溶媒とするGPCで測定されるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)が100,000〜2,000,000である高気体透過性環状オレフィン付加重合体を得ることを特徴とする高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
〔化合物(A)〕
0価のパラジウム化合物。
〔化合物(B)〕
イオン性ホウ素化合物。
〔化合物(C)〕
炭素数3〜6のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基から選ばれる置換基を有するホスフィン化合物。
Figure 2012031305

(式(1)中のR1は互いに同一又は異種の脂肪族不飽和結合を有さない一価の有機基であり、sは0〜2の整数であり、jは0又は1を示す。)
Figure 2012031305

(式(2)中のA1〜A4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリーロキシ基及びハロゲン化炭化水素基から選ばれる置換基、又はオキセタニル基及びアルコキシカルボニル基から選ばれる極性を有する置換基である。また、A1とA2又はA1とA3とが、それぞれが結合する炭素原子と共に脂環構造、芳香環構造、カルボンイミド基又は酸無水物基を形成してもよい。iは0又は1を示す。)
請求項2:
化合物(A)が0価のパラジウム1個にジベンジリデンアセトン2個が配位した錯体であるビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム又は0価のパラジウム2個にジベンジリデンアセトン3個が配位した錯体であるトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムであり、化合物(B)がトリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート又はリチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−エチルエーテルコンプレックスであり、化合物(C)がトリシクロヘキシルホスフィンである請求項1記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
請求項3:
式(1)中のR1がメチル基である請求項1又は2記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
請求項4:
式(2)中のA1〜A4がいずれも水素原子であり、iが0である請求項1〜3のいずれか1項記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
請求項5:
不活性ガス雰囲気下、0〜150℃で1〜72時間付加重合する請求項1〜4のいずれか1項記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
請求項6:
化合物(A)の使用量が、式(1)及び式(2)で示される単量体の合計1モルに対して0価のパラジウム量として100万分の1〜100分の1モルであり、
化合物(B)の使用量が、化合物(A)1モルに対して1.0〜2.0モルであり、
化合物(C)の使用量が、化合物(A)1モルに対して0.25〜2.0モルである
請求項1〜5のいずれか1項記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
請求項7:
溶媒中で反応を行うと共に、溶媒量Sと上記式(1)及び式(2)の化合物からなる環状オレフィン単量体の合計量Mとの質量比S/Mが0.1〜30の範囲である請求項1〜6のいずれか1項記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
本発明によれば、気体透過性、特に酸素透過性に優れると同時に、高い熱安定性(耐熱性)、膜強度(機械的強度)、優れた有機溶媒への溶解性を併せ持つ重合体を特定の多成分系触媒を用い、環状オレフィンのビニル付加重合により容易に製造することができる。
実施例1〜5で得られた重合体における反応温度と収率の関係を示すグラフである。 実施例1〜5で得られた重合体における反応温度と分子量の関係を示すグラフである。 実施例1〜5で得られた重合体における反応温度と分子量分布の関係を示すグラフである。 実施例6,7及び比較例1〜4で得られた重合体における反応温度と分子量の関係を示すグラフである。 実施例8〜13で得られた重合体における反応温度と分子量の関係を示すグラフである。 実施例7で得られたポリマーP(7)の1H−NMRチャートである。 実施例10で得られたポリマーP(14)の1H−NMRチャートである。
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体は、下記化合物(A)、(B)、(C)を含む多成分系触媒を用いて、後述する式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサン、又はこの式(1)の環状オレフィン官能性シロキサンと、後述する式(2)で表される環状オレフィン化合物とを付加重合することで得られる。
〔化合物(A)〕
0価のパラジウム化合物。
〔化合物(B)〕
イオン性ホウ素化合物。
〔化合物(C)〕
炭素数3〜6のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基から選ばれる置換基を有するホスフィン化合物。
従来の環状オレフィン化合物の付加重合触媒としては、周期律表第8族元素、第9族元素及び第10族元素より選択された、例えば、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)及び白金(Pt)などを中心金属とする遷移金属錯体が挙げられる。しかしながら、優れた物性を併せ持つ本発明の環状オレフィン付加重合体を得るためには、式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンへの反応性が高いこと、更に、得られる重合体が高分子量体であることが必須であり、この点から、パラジウムを中心金属とし特定の配位子を有する化合物(A)、イオン性ホウ素化合物(B)、ホスフィン化合物(C)を併せて使用する必要がある。
更に、パラジウムを中心金属とする化合物(A)は、0価のパラジウム化合物である必要がある。後述するが、本発明の環状オレフィン付加重合体は、0価のパラジウム化合物を用いることで、優れた重合活性と分子量調節機能のもと製造されることを特徴とする。
これまでに報告された環状オレフィン付加重合用パラジウム化合物(特許文献7〜24参照)はいずれも2価であり、0価のものを用いた環状オレフィン付加重合については報告されていない。特許文献25には、0価のパラジウム化合物が一部例示はされているが、例示のみであり実施に関しては記載されていない。また、特許文献26には、実施例289にビス(トリシクロヘキシルホスフィン)パラジウムでの重合が一例のみ報告されている。しかしながら、得られたとする重合体の収率はおろか分子量も記載されていない。これらの事実は、後述するような0価のパラジウム化合物(A)、イオン性ホウ素化合物(B)、ホスフィン化合物(C)からなる多成分系触媒の優れた性能が、既存の発明においては見出されていなかったことを示すものである。
〔化合物(A)〕
化合物(A)は、周期律表第10族元素であるパラジウムを中心金属とし、特に0価のパラジウム化合物である。この具体例としては、0価のパラジウム1個にジベンジリデンアセトン(あるいは、1,5−ジフェニル−1,4−ペンタジエン−3−オン、またabaと略記することもある)2個が配位した錯体であるビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム、0価のパラジウム2個にジベンジリデンアセトン3個が配位した錯体であるトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、0価のパラジウム1個にエチレンが1個、トリシクロヘキシルホスフィンが2個配位した錯体である(エテン)ビス(トリシクロヘキシルホスフィン)パラジウム、0価のパラジウム1個に一酸化炭素が1個、トリフェニルホスフィンが3個配位した錯体であるカルボニルトリス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、0価のパラジウム1個に、t−ブチルイソシアニドが2個配位した錯体であるビス(t−ブチルイソシアニド)パラジウムなどが挙げられる。これらのなかで、取り扱い性の面や、入手し易い点及び錯体の安定性を考慮すると、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムが好ましい。
〔化合物(B)〕
化合物(B)は、イオン性ホウ素化合物である。この具体例としては、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルベニウムテトラキス[3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、あるいはリチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−エチルエーテルコンプレックスなどが挙げられる。これらのなかで、有機溶媒への溶解性、入手し易い点を考慮するとトリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、リチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−エチルエーテルコンプレックスが好ましい。
〔化合物(C)〕
化合物(C)は、炭素数3〜6のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基から選ばれる置換基を有するホスフィン化合物である。この具体例としては、トリイソプロピルホスフィン、トリt−ブチルホスフィン、トリシクロペンチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジt−ブチルフェニルホスフィンなどが挙げられる。これらのなかで、触媒の活性と安定性の両立の面から、トリシクロヘキシルホスフィンが好ましい。
本発明では、化合物(A)としてビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウムあるいはトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、化合物(B)としてトリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートあるいはリチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−エチルエーテルコンプレックス、化合物(C)としてトリシクロヘキシルホスフィンを用いて、高気体透過性環状オレフィン付加重合体を製造することが好ましい態様の一つである。
より好ましい態様は以下の通りである。
i.化合物(A)が0価のパラジウム1個にジベンジリデンアセトン2個が配位した錯体であるビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム、化合物(B)がトリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、化合物(C)がトリシクロヘキシルホスフィンである。
ii.化合物(A)が0価のパラジウム1個にジベンジリデンアセトン2個が配位した錯体であるビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム、化合物(B)がリチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−エチルエーテルコンプレックス、化合物(C)がトリシクロヘキシルホスフィンである。
iii.化合物(A)が0価のパラジウム2個にジベンジリデンアセトン3個が配位した錯体であるトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、化合物(B)がトリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、化合物(C)がトリシクロヘキシルホスフィンである。
iv.化合物(A)が0価のパラジウム2個にジベンジリデンアセトン3個が配位した錯体であるトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、化合物(B)がリチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−エチルエーテルコンプレックス、化合物(C)がトリシクロヘキシルホスフィンである。
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体は、下記式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサン、又はこの式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンと、下記式(2)で表される環状オレフィン化合物とを、上述した化合物(A)、(B)、(C)からなる多成分系触媒を用いて付加重合することにより製造される。
Figure 2012031305

(式(1)中のR1は互いに同一又は異種の脂肪族不飽和結合を有さない一価の有機基であり、sは0〜2の整数であり、jは0又は1を示す。)
Figure 2012031305

(式(2)中のA1〜A4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリーロキシ基及びハロゲン化炭化水素基から選ばれる置換基、又はオキセタニル基及びアルコキシカルボニル基から選ばれる極性を有する置換基である。また、A1とA2又はA1とA3とが、それぞれが結合する炭素原子と共に脂環構造、芳香環構造、カルボンイミド基又は酸無水物基を形成してもよい。iは0又は1を示す。)
上記式(1)中、R1は、互いに同一又は異種の脂肪族不飽和結合を有さない一価の有機基であり、好ましくは炭素数1〜10の非置換又は置換の一価炭化水素基であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、ブチル基、ペンチル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基等のアラルキル基などや、これらの基の水素原子の1個又は2個以上がフッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子で置換された基などが挙げられる。
式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンとしては、以下の化合物が例示できるが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。ここで、Meはメチル基、Phはフェニル基を表す(以下、同様)。
Figure 2012031305
式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンは、一種単独で用いても二種以上を組み合わせて用いてもよい。
式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンは、例えば式(1)において、R1がメチル基、j=0、s=0の場合、下記に示す方法により製造することができる。
第1の方法として、下記反応式に示す通り、末端オレフィンを有するシロキサンとジシクロペンタジエンとのDiels−Alder反応により合成することができる。
Figure 2012031305
第2の方法として、ノルボルナジエンと、相当するSiH基含有官能性シロキサンを白金触媒存在下で付加反応させて合成することができる。
Figure 2012031305
一方、上記式(2)中、A1〜A4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子、炭素数1〜10のメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリーロキシ基、3,3,3−トリフロロプロピル基、2−(パーフロロブチル)エチル基、2−(パーフロロオクチル)エチル基、p−クロロフェニル基等のハロゲン化炭化水素基から選ばれる基、又はオキセタニル基、メトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基等の好ましくはアルコキシ基の炭素数が1〜10、特に1〜6のアルコキシカルボニル基から選ばれる極性を有する置換基である。また、A1とA2又はA1とA3とが、それぞれが結合する炭素原子と共に脂環構造、芳香環構造、カルボンイミド基又は酸無水物基を形成してもよい。
この場合、式(2)中の脂環構造としては炭素数4〜10のものが挙げられ、芳香環構造としては、炭素数6〜12のものが挙げられる。これらの構造を例示すると下記の通りである。
Figure 2012031305
なお、これらがノルボルネン環と結合した状態を例示すると下記の通りである。式(2)において、i=0の場合を示す。
Figure 2012031305
式(2)で表される環状オレフィン化合物としては、以下の化合物が例示できるが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−エチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−プロピル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ブチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ペンチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヘキシル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−オクチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−デシル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−フェニル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ビニル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−アリル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−イソプロピリデン−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−シクロヘキシル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−フロロ−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−クロロ−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−カルボン酸メチル、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−カルボン酸エチル、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−カルボン酸ブチル、2−メチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−カルボン酸メチル、2−メチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−カルボン酸エチル、2−メチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−カルボン酸プロピル、2−メチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−カルボン酸トリフロロエチル、2−メチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エニル酢酸エチル、アクリル酸2−メチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エニル、メタクリル酸2−メチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エニル、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸ジメチル、トリシクロ[4.3.0.12,5]デカ−3−エン、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−3−エンなどを例示することができる。これらは、一種単独で用いても二種以上を組み合わせて用いてもよい。
式(2)で表される環状オレフィン化合物は、得られる重合体の耐熱性や酸化劣化性の面からその構造中に不飽和結合を含まない方が好ましく、5−ビニル−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンなどの不飽和結合を含む化合物を用いて付加重合をする場合、重合体の側鎖の炭素−炭素二重結合を水素化あるいはヒドロシリル化することが、耐熱性や酸化劣化性を改良できる点で好ましい。
また、式(2)で表される環状オレフィン化合物において、エステル基などの極性基を含んでいると、得られる重合体の被着体への接着性や有機溶媒への溶解性を高める反面、気体透過性能が低下する傾向があるので、目的に応じ、適宜選択することが好ましい。
上記式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンと、上記式(2)で表される環状オレフィン化合物との仕込み比率は、得られる本発明の環状オレフィン付加重合体の気体透過特性を考慮し、得られた重合体中の式(1)由来の構造単位が合計で10〜100モル%、好ましくは20〜100モル%となるように使用することが望ましい。
上記多成分系触媒を構成する化合物(A)、(B)、(C)は、以下の範囲の使用量で用いられる。
化合物(A)は、式(1)及び(2)で示される単量体の合計1モルに対して0価のパラジウム量として100万分の1〜100分の1モルが好ましく、より好ましくは10万分の1〜1,000分の1モルである。化合物(A)の使用量が多すぎると目的とする分子量の重合体が得られない場合があり、少なすぎると重合活性が低下する場合がある。
また、化合物(B)は、化合物(A)1モルに対して1.0〜2.0モルが好ましく、より好ましくは1.0〜1.5モルである。化合物(B)の使用量が多すぎると重合体中に残存し、着色する場合があり、少なすぎると重合活性が低下する場合がある。
化合物(C)は、化合物(A)1モルに対して、0.25〜2.0モルが好ましく、より好ましくは0.5〜1.5モルである。化合物(C)の使用量が多すぎると重合活性が低下する場合があり、少なすぎると触媒の安定性が低下する場合がある。
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体は、上記化合物(A)、(B)、(C)からなる多成分系触媒を用い、シクロヘキサン、シクロペンタンなどの脂環式炭化水素溶媒、ヘキサン、オクタンなどの脂肪族炭化水素溶媒、トルエン、ベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水素溶媒、ジクロロメタン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素溶媒、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサンなどの環状ポリシロキサン溶媒などから選ばれる一種又は二種以上の溶媒中で重合を行うことにより製造することができる。
溶媒の使用量は、溶媒(S)と上記環状オレフィン単量体(上記式(1)、(2)で表される化合物の合計量)(M)の質量比(S/M)が0.1〜30の範囲、特に1〜20の範囲とすることが好ましい。溶媒の使用量が、上記質量比より少ないと溶液粘度が高く、取り扱い性が困難になる場合があり、上記質量比より多いと重合活性の点で劣る場合がある。
上記化合物(A)、(B)、(C)からなる多成分系触媒を上記環状オレフィン単量体と接触混合させる場合、(操作手順1)化合物(B)、(C)、環状オレフィン単量体及び上記溶媒からなる溶液に、化合物(A)を上記溶媒に溶解した溶液を投入混合してもよく、(操作手順2)化合物(B)、環状オレフィン単量体及び溶媒からなる溶液に、化合物(A)、(C)を上記溶媒に溶解した溶液を投入混合してもよく、(操作手順3)環状オレフィン単量体及び溶媒からなる溶液に、化合物(A)、(B)、(C)を上記溶媒に溶解した溶液を投入混合してもよい。このなかでも、触媒活性種の効率的な発生の点から、操作手順3がより好ましい。
本発明の環状オレフィン付加重合体の製造において反応温度は重要である。上記化合物(A)、(B)、(C)からなる多成分系触媒を用いた場合、その反応温度により本発明の環状オレフィン付加重合体の分子量を調節できるからである。
これまで、パラジウム化合物を触媒とし環状オレフィン付加重合体の分子量を調節する方法としては、
1)触媒を増やして低分子量化する方法(非特許文献1)
2)α−オレフィン化合物を分子量調節剤として添加する方法(特許文献10)
3)シクロペンテンを分子量調節剤として添加する方法(特許文献27)
4)エチレンを分子量調節剤として添加する方法(特許文献20)
5)水素を分子量調節剤として添加する方法(特許文献28)
などが知られている。
しかしながら、上記1)の方法は、触媒量が多く、コストや重合体からの触媒除去の点から工業的には問題がある。上記2)及び3)の方法は、α−オレフィンやシクロペンテンが重合体の末端に挿入し、その後のβ−水素脱離により分子量を調節する機構であるが、一般にパラジウム系触媒では効果が小さく、多くの量を添加する必要がある。上記4)及び5)の方法は、エチレンや水素といった取扱いが難しい気体を導入しなければならず、また導入圧によっては重合活性が低下するなど、工業的には問題が多い。また、重合温度により分子量を調節することは、一般的な方法として記載されてはいるが、これまでのパラジウム系触媒では効果が小さく、またその効果を明瞭に示した報告はなされていない。即ち、上記化合物(A)、(B)、(C)からなる多成分系触媒を用い、その反応温度により本発明の環状オレフィン付加重合体の分子量を調節できることを見出したことは、驚くべきことであり非常に興味深い。
重合方法としては、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、上述した操作手順により反応容器中に仕込み、0〜150℃、特に20〜100℃の範囲の温度で1〜72時間、特に2〜48時間重合することが好ましい。但し、反応温度が低すぎると重合活性の点で劣る場合があり、高すぎるとゲル化を引き起こしたり、分子量の調節が困難になる場合がある。
また、上記化合物(A)、(B)、(C)からなる多成分系触媒を用いた場合、特に分子量調節剤を添加する必要はないが、併せて用いることで分子量調節効果を高めてもよい。分子量調節剤としては、水素、エチレン,ブテン,1−ヘキセン,1−オクテンなどのα−オレフィン、シクロペンテン,シクロオクテンなどのシクロアルケン、スチレン,3−メチルスチレン,ジビニルベンゼンなどの芳香族ビニル化合物、トリス(トリメチルメトキシ)ビニルシラン,ジビニルジヒドロシラン,ビニルシクロテトラシロキサンなどのビニルケイ素化合物が挙げられる。
上述した溶媒と単量体の比率、重合温度、重合時間などは一概に限定することが難しい。上記特定構造の重合体を得るべく、目的に応じて使い分ける必要がある。
重合の停止は、水、アルコール、ケトン、有機酸などから選ばれた化合物によって行われる。重合体溶液に、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸などの酸の水とアルコール混合物を添加することで、触媒残渣を重合体溶液から分離・除去することができる。また、触媒残渣の除去には、活性炭、珪藻土、アルミナ、シリカなどを用いての吸着除去や、フィルターなどによる濾過分離除去などが適用できる。
重合体は、重合体溶液をメタノール、エタノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類中に入れて、凝固し、60〜150℃で6〜48時間減圧乾燥することにより得ることができる。この工程で、重合体溶液中に残存する触媒残渣や未反応モノマーも除去される。また、本発明において用いられる、シロキサンを含有する未反応モノマーは、上記アルコール類やケトン類にオクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサンなどの環状ポリシロキサンを混合した溶媒を用いることで、容易に除去することができる。
このようにして得られる本発明の環状オレフィン付加重合体は、上記式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンを単量体として付加重合することにより形成される、下記式(3)で示される繰り返し単位を含む。
Figure 2012031305

(式(3)中のR1、s及びjは式(1)と同じである。)
また、本発明の環状オレフィン付加重合体は、式(2)で表される環状オレフィン化合物を用いた場合、式(2)で表される環状オレフィン化合物を単量体として付加重合することにより形成される、下記式(4)で示される繰り返し単位を含む。
Figure 2012031305

(式(4)中のA1〜A4及びiは式(2)と同じである。)
ここで、式(4)で示される繰り返し単位は、例えばiが0、A1〜A4がいずれも水素原子の場合、2,3付加構造単位を示すものであるが、上記式(2)で表される環状オレフィン化合物を単量体として付加重合することによる2,7付加構造単位となっているものが含まれていてもよい。また、この構造単位については、式(3)で示される繰り返し単位においても、同様である。
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体中の式(3)で表される構造単位の割合は、通常10〜100モル%、好ましくは20〜100モル%である。式(3)で表される構造単位の割合が、10モル%未満では気体透過性が不十分になる。また特に、気体透過性、有機溶媒への溶解性、機械的強度の点から、環状オレフィン化合物中、式(1)由来の構造単位が20〜100モル%であり、式(2)由来の構造単位が0〜20モル%の割合で含まれることが好ましい。
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体中の式(3)及び式(4)で表される構造単位は、ランダムに存在してもよく、またブロック状に偏在してもよい。
本発明の環状オレフィン付加重合体の分子量は、優れた物性の発現に関与する重要な因子である。THFを溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定されるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)が100,000〜2,000,000であり、好ましくは150,000〜1,500,000であり、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(分散度:Mw/Mn)が、1.0〜6.0が好ましく、より好ましくは1.0〜5.5の範囲である。数平均分子量が100,000未満では、薄膜、フィルム及びシートとした際、脆く割れ易くなり、実使用に耐える膜強度が得られない。一方、数平均分子量が2,000,000を超えると、成形加工性及び溶媒類への溶解性が低下したり、溶液粘度が高くなり、取り扱い性が困難となる。また、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が、6.0を超えると、割れや脆さの点で劣るものとなる場合がある。本発明においては、上記化合物(A)、(B)、(C)からなる多成分系触媒を用いた場合、数平均分子量(Mn)が100,000〜2,000,000で、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が、1.0〜6.0の範囲である分子量分布の狭い環状オレフィン付加重合体が容易に得られる。このため、コーティング被膜、フィルムあるいはシートなどの薄膜にしたとき、割れや脆さの点で優れたものとなる。
本発明の環状オレフィン付加重合体のガラス転移温度は、TMA(Thermal Mechanical Analysis)を用いて測定される。こうして評価される本発明の環状オレフィン付加重合体のガラス転移温度は、200〜400℃であることが好ましく、より好ましくは220〜380℃である。ガラス転移温度が200℃未満の場合、本発明の環状オレフィン付加重合体を含む成形体の加工時あるいは使用時に、熱変形などの問題が生じる可能性がある。また、ガラス転移温度が400℃を超える場合、熱加工を行う際に、加工温度が高すぎて、本発明の環状オレフィン付加重合体を含む成形体が熱劣化する可能性がある。
本発明の環状オレフィン付加重合体は、核磁気共鳴スペクトル(1H−NMR,29Si−NMR)を用いて、その構造を確認することができる。例えば、1H−NMR(重クロロホルム中)においては、7.8〜6.5ppmの−O−Si(C65)−O−の−C65による吸収、0.6〜3.0ppmの脂環式炭化水素に由来する吸収、0.0〜0.6ppmの−Si−CH2−、−Si−CH3、−O−Si−CH3の吸収、−0.1〜0.0ppmの−O−Si(CH3)−O−の吸収、また29Si−NMR(重ベンゼン中)においては、下記式(5)に記載のM単位(R3:メチル基、10.0〜5.0ppm)に由来する吸収、D単位(R3:メチル基、−15.0〜−25.0ppm、R3:フェニル基、−45.0〜−50.0ppm)に由来する吸収、T単位(R3:アルキル基、−65.0〜−70.0)に由来する吸収とその積分比から構造を確認できる。
Figure 2012031305

(式(5)中のR3は、式(1)中のR1と同じである。)
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体は、薄膜、シートあるいはフィルム形状として用いることが好ましい。薄膜、シートあるいはフィルム厚さとしては、特に制限されないが、通常10nm〜3mmの範囲で目的に応じて調整される。薄膜、シートあるいはフィルム形状とする方法は、特に限定されることなく、任意の方法で成形することができるが、熱履歴による重合体の劣化を抑制できる点で、本発明の重合体を溶媒に溶解させて支持体に塗工し、しかる後に溶媒を乾燥させる溶液流延法(キャスト法)や、本発明の重合体溶液を水面に滴下後、支持体等で掬い取る水面展開薄膜法、本発明の重合体を溶媒に溶解させて支持体に塗工し、しかる後に貧溶媒中に浸漬する乾湿式相転換法により成形するのが好ましい。
溶液流延法、水面展開薄膜法、乾湿式相転換法に用いられる溶媒は、本発明の付加重合体を溶解させる溶媒である必要がある。本発明にかかる付加重合体の多くは、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、デカン、イソドデカン等の脂肪族炭化水素溶媒、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素溶媒、ヘキサメチルジシロキサン、メチルトリス(トリメチルシロキシ)シラン、デカメチルシクロペンタシロキサン等のポリシロキサン溶媒に溶解し、これらの溶媒を一種単独あるいは二種以上の混合溶媒として使用することができる。本発明の環状オレフィン付加重合体は、上記いずれの溶媒にも優れた溶解性を示すが、膜厚や塗工条件によっては、乾燥時に残留溶媒が除去できない場合がある。このため、比較的沸点の低い、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン等を主成分とした溶媒が好ましい。
上記方法により成形された本発明の環状オレフィン付加重合体キャストフィルムの酸素透過係数は、差圧法を用いて測定される。こうして評価される本発明の環状オレフィン付加重合体キャストフィルムの酸素透過係数は、40Barrer(1Barrer=10-10cm3(STP)・cm/cm2・s・cmHg)以上であることが好ましく、より好ましくは50Barrer(1Barrer=10-10cm3(STP)・cm/cm2・s・cmHg)以上である。酸素透過係数が40Barrer(1Barrer=10-10cm3(STP)・cm/cm2・s・cmHg)未満の場合、十分な酸素輸送性能が得られない場合がある。
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体は、上記式(1)の単量体由来の構造単位である上記式(3)で表される構造単位を高い割合で含有するため、イソドデカン溶媒やメチルトリス(トリメチルシロキシ)シラン、デカメチルシクロペンタシロキサン等のポリシロキサン溶媒に高い溶解性を示す。これらの溶媒は、人体への影響や環境への負荷が低く、安全性の高い溶媒として知られている。このため、既存の環状オレフィン付加重合体(参考:特許文献7〜22)では困難な場合が多い医療・食品・化粧品分野への応用も可能である。これらの分野への用途では、イソドデカン溶媒やシロキサン溶媒への溶解性が10質量%以上、より好ましくは30質量%以上であることが好ましい。10質量%未満の場合、塗工後の被膜が薄く、割れや脆さの点で劣る場合がある。
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体を含む溶液には、公知の酸化防止剤を配合して、酸化安定性を向上させることができる。
酸化防止剤としては、
2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、
4,4’−チオビス−(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、
1,1’−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、
2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、
ペンタエリスリチル−テトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)]プロピオネートなどのフェノール系あるいはヒドロキノン系、
トリス(4−メトキシ−3,5−ジフェニル)ホスファイト、
トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、
トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、
ビス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイトなどのリン系、更にはチオエーテル系、ラクトン系化合物などが挙げられる。これらの化合物の中でも、その分解温度(5%の質量減少温度)が250℃以上のものが好ましい。また、これら酸化防止剤の配合量は、本発明の環状オレフィン付加重合体100質量部に対し、0.05〜5.0質量部の範囲である。
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、下記例中、Meはメチル基、Phはフェニル基、Cyはシクロヘキシル基をそれぞれ表す。
重合体の分子量、分子量分布、単量体の組成比、溶解性、ガラス転移温度、破壊強度、破壊伸び及び酸素透過係数は下記の方法で評価した。
1)実施例中で得られたポリマーの重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分子量分布(Mw/Mn)は、THFを溶媒とするGPCによりポリスチレンを標準物質として用いて求めた。
2)共重合体中のノルボルネン誘導体/ノルボルネンの組成比は、1H−NMRにより得られたピークの積分比から求めた。
3)有機溶媒への溶解性は、溶媒として、イソドデカン、メチルトリス(トリメチルシロキシ)シラン(以下、M3T)、デカメチルシクロペンタシロキサン(以下、D5)を用い、10質量%溶液になるように調製して評価した。
4)ガラス転移温度は、TMA装置を用い、膜厚100μm、幅3mm、長さ20mmの試料をプローブに固定し、室温から10℃/minで昇温して測定した。
5)破壊強度及び破壊伸びは、膜厚100μmのフィルムを2号ダンベル形状に打ち抜き、それを試験機のプローブに固定して、50mm/minの速度で引っ張り測定した。
6)酸素透過係数は、膜厚50μm、直径4cmの円形状試料を用い、差圧法にて測定した。
[実施例1]
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム[Pd(C1714O)2]0.0115g(2.0×10-5mol)、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート{[Ph3C][B(C654]}0.0184g(2.0×10-5mol)、トリシクロヘキシルホスフィン(PCy3)0.0056g(2.0×10-5mol)をそれぞれトルエン10mlに溶解させ、2.00×10-6mol/ml溶液を調製した。次に、アルゴン置換したガラス製容器中で、下記式(6)で表される単量体A5.210g(13.4×10-3mol)と、下記式(7)で表される単量体B(ノルボルネン)0.527g(5.6×10-3mol)をトルエン5mlに溶解した。そこへ調製した2.00×10-6mol/ml触媒溶液を各1mlずつ添加し、室温(21℃)で20時間重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、0.63g(収率11%)のポリマーP(1)が得られた。
得られたポリマーP(1)のGPC測定による分子量はMn=805,000、分子量分布Mw/Mn=1.67であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=40/60(mol/mol)であることを確認した。
Figure 2012031305
[実施例2]
反応温度を30℃にする以外は実施例1と同様にして重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、3.84g(収率67%)のポリマーP(2)が得られた。
得られたポリマーP(2)のGPC測定による分子量はMn=744,000、分子量分布Mw/Mn=1.35であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=60/40(mol/mol)であることを確認した。
[実施例3]
反応温度を40℃にする以外は実施例1と同様にして重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、3.61g(収率63%)のポリマーP(3)が得られた。
得られたポリマーP(3)のGPC測定による分子量はMn=699,000、分子量分布Mw/Mn=1.54であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=52/48(mol/mol)であることを確認した。
[実施例4]
反応温度を50℃にする以外は実施例1と同様にして重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、4.36g(収率76%)のポリマーP(4)が得られた。
得られたポリマーP(4)のGPC測定による分子量はMn=522,000、分子量分布Mw/Mn=1.76であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=65/35(mol/mol)であることを確認した。
[実施例5]
反応温度を70℃にする以外は実施例1と同様にして重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、4.41g(収率77%)のポリマーP(5)が得られた。
得られたポリマーP(5)のGPC測定による分子量はMn=285,000、分子量分布Mw/Mn=2.51であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=60/40(mol/mol)であることを確認した。
実施例1〜5の結果を表1に示す。また、図1〜3に実施例1〜5で得られた重合体の収率、分子量、分子量分布と反応温度との関係を示す。
Figure 2012031305
[実施例6]
窒素置換したガラス製容器にて、下記式(8)で表される単量体C12.6g(0.04mol)をトルエン25mlに溶解した。そこへ別途調製した触媒溶液(ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム[Pd(C1714O)2]0.0115g(2.0×10-5mol)、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート{[Ph3C][B(C654]}0.0184g(2.0×10-5mol)、トリシクロヘキシルホスフィン(PCy3)0.0056g(2.0×10-5mol)をトルエン15mlに溶解したもの)を添加し、30℃で2時間重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、6.30g(収率50%)のポリマーP(6)が得られた。
得られたポリマーP(6)のGPC測定による分子量はMn=935,000、分子量分布Mw/Mn=1.77であった。
Figure 2012031305
[実施例7]
反応温度を60℃、反応時間を1時間にする以外は実施例6と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、6.05g(収率48%)のポリマーP(7)が得られた。
得られたポリマーP(7)のGPC測定による分子量はMn=405,000、分子量分布Mw/Mn=1.42であった。
[比較例1]
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウムに変えて2価のパラジウム錯体であるシクロペンタジエニル(アリル)パラジウム[C55PdC35]を2.0×10-5mol用いる以外は実施例6と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、6.55g(収率52%)のポリマーP(8)が得られた。
得られたポリマーP(8)のGPC測定による分子量はMn=632,000、分子量分布Mw/Mn=1.40であった。
[比較例2]
反応温度を60℃、反応時間を1時間にする以外は比較例1と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、6.67g(収率53%)のポリマーP(9)が得られた。
得られたポリマーP(9)のGPC測定による分子量はMn=641,000、分子量分布Mw/Mn=1.41であった。
[比較例3]
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウムに変えて2価のパラジウム錯体であるビス(アセチルアセトナート)パラジウム[Pd(C5722]を2.0×10-5mol用いる以外は実施例6と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、6.30g(収率50%)のポリマーP(10)が得られた。
得られたポリマーP(10)のGPC測定による分子量はMn=1,350,000、分子量分布Mw/Mn=1.50であった。
[比較例4]
反応温度を60℃、反応時間を1時間にする以外は比較例3と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、5.80g(収率46%)のポリマーP(11)が得られた。
得られたポリマーP(11)のGPC測定による分子量はMn=1,450,000、分子量分布Mw/Mn=1.57であった。
実施例6,7及び比較例1〜4の結果を表2に示す。また、図4に実施例6,7及び比較例1〜4で得られた重合体の分子量と反応温度との関係を示す。図6に実施例7で得られたポリマーP(7)の1H−NMRチャートを示す。
Figure 2012031305
[実施例8]
窒素置換したガラス製容器にて、上記式(6)で表される単量体A202.4g(0.52mol)と、上記式(7)で表される単量体B(ノルボルネン)26.4g(0.28mol)をトルエン450mlに溶解した。そこへ別途調製した触媒溶液(ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム[Pd(C1714O)2]0.0115g(2.0×10-5mol)、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート{[Ph3C][B(C654]}0.0184g(2.0×10-5mol)、トリシクロヘキシルホスフィン(PCy3)0.0056g(2.0×10-5mol)をトルエン15mlに溶解したもの)を添加し、40℃で10時間重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、153.3g(収率67%)のポリマーP(12)が得られた。
得られたポリマーP(12)のGPC測定による分子量はMn=815,000、分子量分布Mw/Mn=2.04であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=65/35(mol/mol)であることを確認した。
[実施例9]
反応温度を50℃にすること以外は実施例8と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、151.0g(収率66%)のポリマーP(13)が得られた。
得られたポリマーP(13)のGPC測定による分子量はMn=601,000、分子量分布Mw/Mn=2.41であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=64/36(mol/mol)であることを確認した。
[実施例10]
反応温度を60℃にすること以外は実施例8と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、155.6g(収率68%)のポリマーP(14)が得られた。
得られたポリマーP(14)のGPC測定による分子量はMn=351,000、分子量分布Mw/Mn=3.86であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=63/37(mol/mol)であることを確認した。
[実施例11]
反応温度を80℃にすること以外は実施例8と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、157.9g(収率69%)のポリマーP(15)が得られた。
得られたポリマーP(15)のGPC測定による分子量はMn=225,000、分子量分布Mw/Mn=3.78であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=64/36(mol/mol)であることを確認した。
[実施例12]
反応温度を95℃にすること以外は実施例8と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、152.9g(収率67%)のポリマーP(16)が得られた。
得られたポリマーP(16)のGPC測定による分子量はMn=162,000、分子量分布Mw/Mn=4.11であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=65/35(mol/mol)であることを確認した。
[実施例13]
窒素置換したガラス製容器にて、上記式(6)で表される単量体A404.8g(1.04mol)と、上記式(7)で表される単量体B(ノルボルネン)52.8g(0.56mol)をトルエン900mlに溶解した。そこへ別途調製した触媒溶液(ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム[Pd(C1714O)2]0.0115g(2.0×10-5mol)、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート{[Ph3C][B(C654]}0.0184g(2.0×10-5mol)、トリシクロヘキシルホスフィン(PCy3)0.0056g(2.0×10-5mol)をトルエン15mlに溶解したもの)を添加し、55℃で10時間重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、311.2g(収率68%)のポリマーP(17)が得られた。
得られたポリマーP(17)のGPC測定による分子量はMn=564,000、分子量分布Mw/Mn=2.43であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=63/37(mol/mol)であることを確認した。
[比較例5]
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウムに変えて2価のパラジウム錯体であるシクロペンタジエニル(アリル)パラジウム[C55PdC35]を2.0×10-5mol用いる以外は実施例10と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、153.3g(収率67%)のポリマーP(18)が得られた。
得られたポリマーP(18)のGPC測定による分子量はMn=569,000、分子量分布Mw/Mn=3.05であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=65/35(mol/mol)であることを確認した。
[比較例6]
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウムに変えて2価のパラジウム錯体であるビス(アセチルアセトナート)パラジウム[Pd(C5722]を2.0×10-5mol用いる以外は実施例10と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、157.9g(収率69%)のポリマーP(19)が得られた。
得られたポリマーP(19)のGPC測定による分子量はMn=765,000、分子量分布Mw/Mn=2.81であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=65/35(mol/mol)であることを確認した。
実施例8〜13及び比較例5,6の結果を表3に示す。図5に実施例8〜13で得られた反応温度と分子量の関係を示す。
Figure 2012031305
[実施例14]
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム[Pd(C1714O)2]0.0115g(2.0×10-5mol)、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート{[Ph3C][B(C654]}0.0184g(2.0×10-5mol)、トリシクロヘキシルホスフィン(PCy3)0.0056g(2.0×10-5mol)をトルエン15mlに溶解したものを密閉し、1週間放置した。
次に、窒素置換したガラス製容器にて、上記式(8)で表される単量体C12.6g(0.04mol)をトルエン25mlに溶解した。ここに、1週間放置した上記触媒溶液を添加し、60℃で1時間重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥し、6.05g(収率48%)のポリマーP(20)が得られた。
得られたポリマーP(20)のGPC測定による分子量はMn=485,000、分子量分布Mw/Mn=1.51であった。
実施例14の結果を実施例7と共に表4に示す。
Figure 2012031305
[比較例7]
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウムに変えて2価のパラジウム錯体であるビス(アセチルアセトナート)パラジウム[Pd(C5722]2.0×10-5molを用い、また、分子量調節剤として1−オクテン0.67g(6mmol)を添加する以外は実施例10と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、157.9g(収率69%)のポリマーP(21)が得られた。
得られたポリマーP(21)のGPC測定による分子量はMn=379,000、分子量分布Mw/Mn=3.69であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=65/35(mol/mol)であることを確認した。
比較例7の結果を実施例8,10及び比較例6と共に表5に示す。
Figure 2012031305
以上の結果から、次のことがわかる。
1)本発明の環状オレフィン付加重合体の製造にあたり、上記化合物(A)、(B)、(
C)を含む多成分系触媒を用いると、その反応温度によって、該重合体の分子量を調
節することができる。
2)上記化合物(A)、(B)、(C)を含む多成分系触媒が反応温度によって該重合体
の分子量を調節できるという性能は、用いる環状オレフィン官能性シロキサン単量体
の構造やその仕込み比を変化させても維持される。一方、2価のパラジウム錯体を用
いた場合は、このような性能が見られない。
3)上記化合物(A)、(B)、(C)を含む多成分系触媒は、既存の2価のパラジウム
錯体に匹敵する高い重合活性を有する。
4)上記化合物(A)、(B)、(C)を含む多成分系触媒は保存安定性が高い。
5)2価のパラジウム錯体を用いた場合は分子量を調節するために分子量調節剤を多量に
入れる必要がある。一方、0価のパラジウム錯体を用いた場合、分子量調節剤は必要
としない。
即ち、本発明の環状オレフィン付加重合体の製造にあたり、上記化合物(A)、(B)、(C)からなる特定構造の多成分系触媒を用いることに関して、高い優位性が確認できる。
[実施例15]
イオン性ホウ素化合物としてトリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートに変えてリチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−エチルエーテルコンプレックスを2.0×10-5mol用いる以外は実施例8と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、148.7g(収率65%)のポリマーP(22)が得られた。
得られたポリマーP(22)のGPC測定による分子量はMn=396,000、分子量分布Mw/Mn=3.31であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=57/43(mol/mol)であることを確認した。
[実施例16]
0価のパラジウム錯体としてビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウムに変えてトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム[Pd2(C1714O)3]を2.0×10-5mol用い、反応温度を50℃、反応時間を20時間にする以外は実施例8と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、146.5g(収率64%)のポリマーP(23)が得られた。
得られたポリマーP(23)のGPC測定による分子量はMn=372,000、分子量分布Mw/Mn=1.95であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=63/37(mol/mol)であることを確認した。
[実施例17]
反応温度を30℃にする以外は実施例16と同様に重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥し、141.9g(収率62%)のポリマーP(24)が得られた。
得られたポリマーP(24)のGPC測定による分子量はMn=797,000、分子量分布Mw/Mn=1.41であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=51/49(mol/mol)であることを確認した。
[比較例8]
窒素置換したガラス製容器にて、上記式(6)で表される単量体A55.2g(0.142mol)、上記式(7)で表される単量体B(ノルボルネン)3.3g(0.035mol)をトルエン240mlに溶解した。そこへ別途調製した触媒溶液(ビス(アセチルアセテート)ニッケル[Ni(acac)2]23mg(89μmol)、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボロン[B(C653]228mg(445μmol)をトルエン15mlに溶解したもの)を添加し、60℃で24時間重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で12時間減圧乾燥したところ、21.6g(収率37%)のポリマーP(25)が得られた。
得られたポリマーP(25)のGPC測定による分子量はMn=46,000、分子量分布Mw/Mn=2.05であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=73/27(mol/mol)であることを確認した。
[比較例9]
窒素置換したガラス製容器にて、上記式(6)で表される単量体A7.0g(0.018mol)、上記式(7)で表される単量体B(ノルボルネン)14.9g(0.159mol)をトルエン140mlに溶解した。そこへ別途調製した触媒溶液(ビス(アセチルアセテート)ニッケル[Ni(acac)2]23mg(89μmol)、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボロン[B(C653]228mg(445μmol)をトルエン15mlに溶解したもの)を添加し、25℃で2時間重合反応を行った。
反応終了後、多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、濾別洗浄後、120℃で6時間減圧乾燥したところ、16.2g(収率74%)のポリマーP(26)が得られた。
得られたポリマーP(26)のGPC測定による分子量はMn=253,000、分子量分布Mw/Mn=2.25であった。1H−NMRスペクトルにより、重合体中の単量体A由来の構造体及び単量体B由来の構造体の組成比はA/B=8/92(mol/mol)であることを確認した。
表6に実施例7,10のP(7),P(14)及び比較例8,9のP(25),P(26)の溶解性を示す。
Figure 2012031305
得られたポリマーP(7),P(14),P(25),P(26)をトルエンに溶解し、10質量%のポリマー溶液を調製した。この溶液を用いて溶液流延法にて成膜後、60℃で24時間乾燥させてポリマーフィルムF(7),F(14),F(25),F(26)をそれぞれ作製した。作製したポリマーフィルムの各種評価結果を表7に示す。
Figure 2012031305
以上の結果から、本発明のオルガノシロキサンをペンダントとして有する環状オレフィン付加重合体が、優れた溶解性、成膜性、気体透過性、耐熱性、機械的強度を併せ持ち、更に、特定構造の多成分系触媒を用いることで容易に製造できることがわかる。
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体は、成膜性に優れ、優れた気体透過性、耐熱性、機械的強度を有する。本発明の重合体は、エアコンや燃料電池用の酸素富化膜、コンタクトレンズ等への応用が期待される。更に、本発明の重合体は、優れた有機溶媒及びポリシロキサン溶媒への溶解性も有する。よって、医薬品・食品・化粧品用途の被膜剤等への応用も期待できる。
本発明の高気体透過性環状オレフィン付加重合体は、優れた重合活性、選択性、分子量調節機能を有する特定構造の多成分系触媒を用いることで容易に製造することができる。

Claims (7)

  1. 下記化合物(A)、(B)、(C)を含む多成分系触媒の存在下、下記式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサン、又はこの式(1)の環状オレフィン官能性シロキサンと、下記式(2)で表される環状オレフィン化合物とを付加重合して、下記式(1)で表される環状オレフィン官能性シロキサンに由来する構造単位の割合が、付加重合体中10〜100モル%であり、テトラヒドロフランを溶媒とするGPCで測定されるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)が100,000〜2,000,000である高気体透過性環状オレフィン付加重合体を得ることを特徴とする高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
    〔化合物(A)〕
    0価のパラジウム化合物。
    〔化合物(B)〕
    イオン性ホウ素化合物。
    〔化合物(C)〕
    炭素数3〜6のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基から選ばれる置換基を有するホスフィン化合物。
    Figure 2012031305

    (式(1)中のR1は互いに同一又は異種の脂肪族不飽和結合を有さない一価の有機基であり、sは0〜2の整数であり、jは0又は1を示す。)
    Figure 2012031305

    (式(2)中のA1〜A4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリーロキシ基及びハロゲン化炭化水素基から選ばれる置換基、又はオキセタニル基及びアルコキシカルボニル基から選ばれる極性を有する置換基である。また、A1とA2又はA1とA3とが、それぞれが結合する炭素原子と共に脂環構造、芳香環構造、カルボンイミド基又は酸無水物基を形成してもよい。iは0又は1を示す。)
  2. 化合物(A)が0価のパラジウム1個にジベンジリデンアセトン2個が配位した錯体であるビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム又は0価のパラジウム2個にジベンジリデンアセトン3個が配位した錯体であるトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムであり、化合物(B)がトリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート又はリチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−エチルエーテルコンプレックスであり、化合物(C)がトリシクロヘキシルホスフィンである請求項1記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
  3. 式(1)中のR1がメチル基である請求項1又は2記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
  4. 式(2)中のA1〜A4がいずれも水素原子であり、iが0である請求項1〜3のいずれか1項記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
  5. 不活性ガス雰囲気下、0〜150℃で1〜72時間付加重合する請求項1〜4のいずれか1項記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
  6. 化合物(A)の使用量が、式(1)及び式(2)で示される単量体の合計1モルに対して0価のパラジウム量として100万分の1〜100分の1モルであり、
    化合物(B)の使用量が、化合物(A)1モルに対して1.0〜2.0モルであり、
    化合物(C)の使用量が、化合物(A)1モルに対して0.25〜2.0モルである
    請求項1〜5のいずれか1項記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
  7. 溶媒中で反応を行うと共に、溶媒量Sと上記式(1)及び式(2)の化合物からなる環状オレフィン単量体の合計量Mとの質量比S/Mが0.1〜30の範囲である請求項1〜6のいずれか1項記載の高気体透過性環状オレフィン付加重合体の製造方法。
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