JP2012077284A - ノルボルネン系モノマー重合用触媒及びノルボルネン系重合体の製造方法 - Google Patents

ノルボルネン系モノマー重合用触媒及びノルボルネン系重合体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】透明性、耐熱性、低吸水性、電気絶縁特性に優れたノルボルネン系モノマーの高分子量付加(共)重合体を効率的に製造できる高活性の触媒系及びその(共)重合体の製造方法の提供。
【解決手段】一般式(1)で示される遷移金属錯体(A)を含有するノルボルネン系モノマーの重合用触媒、及びそれを用いる、カルボキシル基含有ノルボルネン系共重合体ポリマーの製造方法。
Figure 2012077284

【選択図】なし

Description

本発明は、ノルボルネン系モノマーの重合用触媒、その触媒を用いた極性基を有するノルボルネン系モノマーの(共)重合体の製造方法、及びその触媒で使用する新規な遷移金属錯体に関する。
従来、ノルボルネン系重合体を代表とする環状オレフィン系付加重合体は耐熱性及び透明性に優れる有機材料として、光学フィルム等の分野で工業的に利用されている。このような環状オレフィン系付加重合体はTi、Zr、Cr、Co、Ni、Pd等の遷移金属化合物を含む触媒を用いて環状オレフィン系モノマーを付加重合することにより製造できることが種々報告されている。
例えば、欧州特許出願公開第0445755号明細書(特許文献1)では、5〜10族元素の遷移金属化合物を主触媒とし、メチルアルミノキサン(MAO)を助触媒として用いることにより数平均分子量が100万を超えるノルボルネンの単独付加重合体が製造できることが報告されている。しかし、この触媒系では、重合の難易度がより高い、極性基を有するノルボルネン系モノマーの重合は実施されておらず、極性基の影響による触媒失活が懸念された。
一方、米国特許第3330815号明細書(特許文献2)には、ジクロロビス(ベンゾニトリル)パラジウムやアリルパラジウムクロライドダイマーのみを触媒として用いて、極性基を有するノルボルネン系モノマーの単独付加重合体及びノルボルネンとの共重合体を製造する方法が報告されている。しかし、この特許には、数平均分子量が1万を超えた重合体を製造した例が無く、かつ触媒の重合活性も低く、工業的に有用な製造法とは言い難いものであった。
さらに、極性基を有するノルボルネン系モノマーの単独付加重合及びノルボルネンとの共重合を改善する方法が特許第3678754号明細書(特許文献3)や特開2008−31304号公報(特許文献4)に開示されている。これらの方法では、触媒としてアリルパラジウムクロライドダイマーとテトラフルオロホウ酸銀やヘキサフルオロリン酸銀を組み合わせたものを使用することにより重合活性と重合体の分子量がいずれも向上しているものの、実施例で開示されている共重合体の数平均分子量は20万未満であり、機械物性が実用的な値となる数平均分子量が20万以上の共重合体は製造できていなかった。なお、特許文献4の表1では数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)が入れ替わって記載されている。これはMw/Mnが2.5前後であることからも明かであり、表1を正しく解釈すると、数平均分子量が20万以上の共重合体は存在していなかったことが明白である。
これらの方法に対し、シクロペンタジエニル配位子を有する第8〜10族遷移金属化合物を主触媒とし、これに主触媒と反応してカチオン性遷移金属化合物を生成できる助触媒を組み合わせることにより極性基を有するノルボルネンとノルボルネンとの付加共重合を効率良く実施でき、高分子量の共重合体が得られることが国際公開第06/064814号パンフレット(特許文献5)に開示されている。しかし、この公報に開示されている極性基を有するノルボルネン化合物はノルボルネン骨格に直接エステル基が導入された構造を有しており、その炭素−炭素二重結合部と極性基との間の距離が近いために、触媒である遷移金属錯体に容易に配位し、触媒活性の低下を招いていた。従って、ノルボルネンの単独付加重合では高活性で高分子量の重合体を製造可能であるが、極性基を有するノルボルネン系モノマーを使用した場合には高分子量の共重合体が得られるものの触媒活性は低かった。
こうした遷移金属錯体への配位による触媒活性の低下を防ぐ方法の一つとして、重合性炭素−炭素二重結合と極性基(エステル基)との間の距離を遠ざけることが考えられる。例えばJ.Organomet.Chem.,2009,694,p.297〜303(非特許文献1)には、ノルボルネン骨格とエステル基の間にメチレン鎖を1つ導入したノルボルネン化合物を、N−ヘテロサイクリックカルベン錯体を使用して数平均分子量が10万以上の単独重合体を製造する例が記載されている。しかし、その重合活性は非常に低く、また数平均分子量が20万を超える重合体は得られていない。
これらの先行技術文献の記載から、極性基を有するノルボルネン系モノマーの単独付加重合または付加共重合において数平均分子量が20万以上の重合体を得ることができ、高活性で、活性の低下が小さい触媒系は知られていなかったことがわかる。
このように極性基を有するノルボルネン系付加(共)重合体の製造方法において、高活性で、実用的な機械物性を有する(共)重合体を得ることのできる触媒の例は無く、そのような触媒の開発が望まれていた。
欧州特許出願公開第0445755号明細書 米国特許第3330815号明細書 特許第3678754号明細書 特開2008−31304号公報 国際公開第06/064814号パンフレット
J.Organomet.Chem.,694,297(2009)
本発明は、極性基を有するノルボルネン系モノマーの高分子量付加(共)重合体を製造可能な高活性の触媒系及び当該共重合体の効率的な製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、π−アリル(η3−アリル)配位子と2座のサリチルアルジミン配位子を有する遷移金属錯体を主触媒とする触媒系と、重合性炭素−炭素二重結合と極性基(エステル基)との間の距離を遠ざけるためにノルボルネン骨格とエステル基の間にメチレン鎖を1つ導入したノルボルネン化合物とを組み合わせることにより、極性基を有するノルボルネン系モノマーの高分子量付加共重合体を効率的に製造できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の[1]〜[6]のノルボルネン系モノマーの重合用触媒、[7]〜[10]のノルボルネン系共重合体の製造方法、[11]のノルボルネン系共重合体、及び[12]〜[15]のパラジウム錯体に関する。
[1] 一般式(1)
Figure 2012077284
(式中、Mは1991年版周期表第8族元素、第9族元素、及び第10族元素より選択される1つの遷移金属を表し、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アリーロキシ基、炭素数1〜20の炭化水素基を有するシリル基、炭素数1〜20の炭化水素基を有するシロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜10の炭化水素基を有するアミド基または炭素数1〜10のアルキル基を有するジアルキルアミノ基を表し、R1、R2、R3、R4は互いに結合して環構造を形成していてもよく、R5は水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R6は炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R7、R8、R9、R10、R11はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R7、R8、R9、R10、R11は互いに結合して環構造を形成していてもよい)
で示される遷移金属錯体(A)を含有することを特徴とするノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
[2] 一般式(1)中のMがパラジウム(Pd)またはニッケル(Ni)であり、R5が水素原子であり、R6が置換基を有していてもよいフェニル基であり、R7、R8、R9、R10、R11がいずれも水素原子である前項[1]に記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
[3] 一般式(1)中のMがパラジウムであり、R1が水素原子またはメチル基であり、R2、R4がいずれも水素原子であり、R3が水素原子またはフッ素原子であり、R6がフェニル基または2,6−ジイソプロピルフェニル基である前項[2]に記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
[4] 遷移金属錯体(A)と反応してカチオン性遷移金属化合物を生成できるイオン性化合物である助触媒(B)、及びホスフィン系配位子(C)を含有する前項[1]〜[3]のいずれかに記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
[5] 助触媒(B)が、トリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートまたは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)ボレートである前項[4]に記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
[6] ホスフィン系配位子(C)がトリシクロヘキシルホスフィン、トリ−t−ブチルホスフィン、またはトリイソプロピルホスフィンである前項[4]に記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
[7] 前項[1]〜[6]のいずれかに記載の重合用触媒の存在下に、ノルボルネン系モノマーを単独重合または共重合することを特徴とするノルボルネン系(共)重合体の製造方法。
[8] 前項[1]〜[6]のいずれかに記載の重合用触媒の存在下に、ノルボルネン系モノマーと他のビニルモノマーを共重合することを特徴とするノルボルネン系(共)重合体の製造方法。
[9] 前項[1]〜[6]のいずれかに記載の重合用触媒の存在下に、一般式(2)
Figure 2012077284
及び一般式(3)
Figure 2012077284
(式中、R12は炭素数1〜10のアルキル基を表し、R13、R14、及びR15はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。)
で示されるモノマーユニットに対応するノルボルネン系モノマーを重合することを特徴とする、一般式(2)及び一般式(3)で示されるモノマーユニットを含むノルボルネン系共重合体の製造方法。
[10] 一般式(2)及び一般式(3)で示されるモノマーユニットのみからなる前項[9]に記載のノルボルネン系共重合体の製造方法。
[11] 前項[9]に記載の一般式(2)で示されるモノマーユニットのみからなり、数平均分子量(Mn)が200,000〜1,000,000であるノルボルネン系重合体。
[12] (π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム。
[13] (π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノラト}パラジウム。
[14] (π−アリル)[2−(N−フェニルイミノメチル)フェノラト]パラジウム。
[15] (π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノラト}パラジウム。
[16] モノマーを溶解し、当該モノマーの重合体を溶解しない溶媒を用いる沈殿重合によるノルボルネン系(共)重合体の製造方法であって、前記沈殿重合の溶媒が脂肪族カルボン酸エステルを含むことを特徴とするノルボルネン系(共)重合体の製造方法。
[17] 前記ノルボルネン系(共)重合体が一般式(2)
Figure 2012077284
及び一般式(3)
Figure 2012077284
(式中、R12は炭素数1〜10のアルキル基を表し、R13、R14、及びR15はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。)
で示されるモノマーユニットを含む前項[16]に記載のノルボルネン系共重合体の製造方法。
[18] 一般式(2)及び一般式(3)で示されるモノマーユニットのみからなる前項[17]に記載のノルボルネン系共重合体の製造方法。
[19] 沈殿重合の溶媒が脂肪族カルボン酸エステルを60容量%以上含む前項[16]〜[18]のいずれかに記載のノルボルネン系共重合体の製造方法。
[20] 前記脂肪族カルボン酸エステルが炭素数1〜5の脂肪族カルボン酸とアルコールとのエステルである前項[16]〜[19]のいずれかに記載のノルボルネン系共重合体の製造方法。
[21] 前記脂肪族カルボン酸エステルが炭素数1〜5のアルコールとのエステルである前項[16]〜[20]のいずれかに記載のノルボルネン系共重合体の製造方法。
[22] 前記脂肪族カルボン酸エステルが、酢酸エチル、酢酸(n−プロピル)、酢酸イソプロピル、酢酸(n−ブチル)の少なくとも一種である前項[16]〜[19]のいずれかに記載のノルボルネン系共重合体の製造方法。
[23] 前記沈殿重合の溶媒がトルエンと60容量%以上の酢酸エチルを含む前項[16]〜[18]のいずれかに記載のノルボルネン系共重合体の製造方法。
本発明によればノルボルネンと極性基を有するノルボルネン系モノマーとの高分子量付加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ノルボルネン系共重合体は優れた透明性、耐熱性、低吸水性、電気絶縁特性等を有し、光学用途、医療用途、電材用途、包装材料用途、構造材料用途等の多くの用途で利用できる。
具体的には、レンズや偏光フィルム等の光学用成形品、フィルム、キャリアテープ、フィルムコンデンサー、フレキシブルプリント基板等の電気絶縁材料、プレススルーパッケージ、輸液バッグ、薬液バイアル等の医療用容器、ラップやトレイ等の食品包装成形品、電気器具等のケーシング、インナーパネル等の自動車内装部品、カーポートやグレージング等の建材等に利用可能である。
実施例1〜4で得られた錯体の1H−NMRスペクトルである。 実施例1〜4で得られた錯体の13C−NMRスペクトルである。 実施例5で得られた共重合体の1H−NMRスペクトルである。 実施例5で得られた共重合体のIRスペクトルである。 実施例5で得られた共重合体と比較例1で得られた共重合体のゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)のチャートである。 実施例34で得られた単独重合体の1H−NMRスペクトルである。 実施例34で得られた単独重合体のIRスペクトルである。 実施例34で得られた単独重合体と比較例3で得られた単独重合体のゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)のチャートである。
以下、本発明についてより詳細に説明する。
[ノルボルネン系モノマーの重合用触媒]
本発明のノルボルネン系モノマーの重合用触媒は、遷移金属錯体(A)を必須成分とし、遷移金属錯体(A)と反応してカチオン性遷移金属化合物を生成できるイオン性化合物である助触媒(B)(以下、「助触媒(B)」と略すことがある。)及びホスフィン系配位子(C)を任意成分として含有することを特徴とする。
遷移金属錯体(A)
本発明の遷移金属錯体(A)は、π−アリル配位子を有する1991年版周期表第8族元素、第9族元素、及び第10族の遷移金属と、2座配位子であるサリチルアルジミンとからなることを特徴とする。
本発明のノルボルネン系モノマーの重合用触媒成分である遷移金属錯体(A)は一般式(1)
Figure 2012077284
で示される遷移金属錯体である。
一般式(1)におけるMは1991年版周期表第8族元素、第9族元素、及び第10族元素より選択される1つの遷移金属を表す。具体例としては、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)等を挙げることができる。これらのうち、錯体の安定性、合成のしやすさの観点から好ましい元素は、コバルト、ニッケル、パラジウム及び白金であり、ニッケルまたはパラジウムを用いることがより好ましい。
一般式(1)におけるR1、R2、R3、R4はそれぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アリーロキシ基、炭素数1〜20の炭化水素基を有するシリル基、炭素数1〜20の炭化水素基を有するシロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜10の炭化水素基を有するアミド基または炭素数1〜10のアルキル基を有するジアルキルアミノ基を表し、R1、R2、R3、R4は互いに結合して環構造を形成していてもよい。
置換基を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基の具体例としては、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、t−ブチル基、イソブチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、2−メトキシエチル基等の炭素数1〜20の直鎖または分枝鎖を有するアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、3−メトキシシクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基等の炭素数3〜20のシクロアルキル基;フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、4−フルオロフェニル基等の炭素数6〜20のアリール基、アルキルアリール基またはアラルキル基が挙げられる。ハロゲン原子としては塩素原子、フッ素原子が挙げられる。アルコキシ基としては炭素数1〜20のアルコキシ基が好ましく、具体的にはメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、sec−ブトキシ基等が挙げられる。アリーロキシ基としてはフェノキシ基、ベンジロキシ基等が挙げられる。炭素数1〜20の炭化水素基を有するシリル基としてはトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、t−ブチルジフェニルシリル基等が、炭素数1〜20の炭化水素基を有するシロキシ基としてはトリメチルシロキシ基、トリエチルシロキシ基等が挙げられる。この他、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜10の炭化水素基を有するアミド基、炭素数1〜10のアルキル基を有するジアルキルアミノ基等が挙げられる。これらのうち、錯体の合成のしやすさの観点から、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン原子が好ましく、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、フッ素原子がより好ましい。
一般式(1)におけるR5は水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す。具体例としては、水素原子;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、t−ブチル基、イソブチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基等の炭素数1〜20の直鎖または分枝鎖を有するアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基等の炭素数3〜20のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基等の炭素数6〜20のアリール基、アルキルアリール基、アラルキル基等が挙げられ、これらのうち、錯体の合成のしやすさの観点から、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
一般式(1)におけるR6は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。具体例としては、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、t−ブチル基、イソブチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基等の炭素数1〜20の直鎖または分枝鎖を有するアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基等の炭素数3〜20のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、2,6−ジイソプロピルフェニル基、ベンジル基等の炭素数6〜20のアリール基、アルキルアリール基またはアラルキル基等が挙げられ、これらのうち、錯体の合成のしやすさ、及び錯体の安定性の観点から、炭素数6〜20のアリール基、アルキルアリール基が好ましく、フェニル基、2,6−ジイソプロピルフェニル基が特に好ましい。
一般式(1)におけるR7、R8、R9、R10、R11はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R7、R8、R9、R10、R11は互いに結合して環構造を形成していてもよい。具体例としては、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;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、t−ブチル基、イソブチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基等の炭素数1〜20の直鎖または分枝鎖を有するアルキル基;エテニル基、2−プロペニル基等の炭素数2〜20の直鎖または分枝鎖を有するアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等の炭素数6〜20のアリール基、アルキルアリール基またはアラルキル基等が挙げられ、これらのうち、錯体の合成のしやすさの観点から、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基が好ましく、水素原子またはメチル基が特に好ましい。
以下に、一般式(1)で示される遷移金属錯体(A)の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。なお、以下の具体例において「M」は一般式(1)における「M」と同義である。また、Meはメチル基、Etはエチル基、t−Buはt−ブチル基、Phはフェニル基を表す。
Figure 2012077284
Figure 2012077284
Figure 2012077284
Figure 2012077284
Figure 2012077284
Figure 2012077284
Figure 2012077284
これらの中でも、本発明においては、(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム、(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノラト}パラジウム、(π−アリル)[2−(N−フェニルイミノメチル)フェノラト]パラジウム、(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノラト}パラジウムが好ましい。
本発明の遷移金属錯体(A)は、前駆体である(π−アリル)パラジウム(II)化合物とサリチルアルジミン化合物
Figure 2012077284
(式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6は一般式(1)と同じ意味を示す。)の配位子交換反応により製造することができる。具体的な製造方法として、例えばJ.Organomet.Chem.,1974,81,227−246に記載の方法を例示することができる。
(π−アリル)パラジウム(II)化合物としてはサリチルアルジミン化合物と配位子交換可能な配位子を有する化合物であれば特に制限はされない。例えば、ジ(π−アリル)ジ(μ−クロロ)ジパラジウムや(π−アリル)(アセチルアセトナート)パラジウムが好ましい。
以下に、遷移金属錯体(A)を製造する際に用いるサリチルアルジミン化合物の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2012077284
Figure 2012077284
このようなサリチルアルジミン化合物は市販されているものをそのまま使用することができる。また、Organometallics,1998,17,p.3149〜3151またはOrganometallics,1998,17,p.3460〜3465に記載の方法で製造したものを使用することもできる。
前記配位子交換反応は前駆体である(π−アリル)パラジウム(II)化合物を溶媒に溶解したものに、サリチルアルジミン化合物もしくは必要に応じてそれに塩基を加えたものを添加し、所定の温度で所定の時間撹拌を行うことで実施することができる。
配位子交換反応の際に使用する溶媒としては、各基質と反応しないものであれば特に制限はないが、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;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化炭化水素;ニトロメタン、ニトロベンゼン、アセトニトリル等の含窒素系炭化水素;ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類が挙げられる。これらの溶媒は混合して使用してもよい。また、使用する溶媒は脱水処理を施し、脱気処理したものが好ましい。
溶媒の使用量は、反応を著しく遅延しなければ、特に制限はないが、前駆体である(π−アリル)パラジウム(II)化合物の溶解性等に応じて適宜定めることができる。通常、前駆体である(π−アリル)パラジウム(II)化合物1gに対して、1〜100gの溶媒を用いる。
反応温度は特に制限されないが、一般には、−100〜150℃、好ましくは−50〜120℃である。温度が−100℃より低いと反応速度が遅くなり、温度が150℃より高いと生成した錯体の分解が起こることがある。上記範囲内で反応温度を選択することにより、反応速度を調整することができる。
反応時間も特に制限はなく、例えば1分間〜50時間である。また、反応は窒素ガスやアルゴンガスのような不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。
反応終了後は、通常の分離・精製操作を行うことにより、目的の遷移金属錯体(A)を単離することができる。具体的には、反応で生成した塩を遠心分離やろ過で除去した後、再結晶することにより目的の遷移金属錯体(A)を単離する。
反応で得られた生成物が目的の遷移金属錯体(A)であることの確認はNMRスペクトル、元素分析、マススペクトル、X線結晶解析等により行うことができる。
以上のようにして得られる遷移金属錯体(A)は、ノルボルネン系モノマーの重合用触媒成分として有用である。
本発明のノルボルネン系モノマーの重合用触媒は、遷移金属錯体(A)の少なくとも1種を含有するものであればよいが、遷移金属錯体(A)と反応してカチオン性遷移金属化合物を生成できるイオン性化合物である助触媒(B)、及びホスフィン系配位子(C)をさらに含有するものが、より高い触媒活性を発現できる点で好ましい。
助触媒(B)
本発明で用いられる遷移金属錯体(A)と反応してカチオン性遷移金属化合物を生成できるイオン性化合物である助触媒(B)としては、非配位性アニオンとカチオンとを組み合わせたイオン性化合物が挙げられる。
非配位性アニオンとしては、1991年版周期表第13族元素の4級アニオンが挙げられる。具体的には、テトラ(フェニル)ボレート、テトラ(フルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ジフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(トリフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロメチルフェニル)ボレート、テトラキス[3,5−ジ(トリフルオルメチル)フェニル]ボレート、テトラ(トリイル)ボレート、テトラ(キシリル)ボレート、トリフェニル(ペンタフルオロフェニル)ボレート、[トリス(ペンタフルオロフェニル)フェニル]ボレート、トリデカハイドライド−7,8−ジカルバウンデカボレート等が挙げられる。
前記カチオンとしては、カルボニウムカチオン、オキソニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、シクロヘプチルトリエニルカチオン、遷移金属を有するフェロセニウムカチオン等が挙げられる。
カルボニウムカチオンの具体例としては、トリフェニルカルボニウムカチオン、トリ置換フェニルカルボニウムカチオン等の3置換カルボニウムカチオンが挙げられる。トリ置換フェニルカルボニウムカチオンの具体例としては、トリ(メチルフェニル)カルボニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)カルボニウムカチオンが挙げられる。
オキソニウムカチオンの具体例としては、ヒドロキソニウムカチオン、メチルオキソニウムカチオン等のアルキルオキソニウムカチオン、ジメチルオキソニウムカチオン等のジアルキルオキソニウムカチオン、トリメチルオキソニウムカチオン、トリエチルオキソニウムカチオン等のトリアルキルオキソニウムカチオン等が挙げられる。
アンモニウムカチオンの具体例としては、トリメチルアンモニウムカチオン、トリエチルアンモニウムカチオン、トリプロピルアンモニウムカチオン、トリブチルアンモニウムカチオン、トリ(n−ブチル)アンモニウムカチオン等のトリアルキルアンモニウムカチオン、N,N−ジエチルアニリニウムカチオン、N,N−2,4,6−ペンタメチルアニリニウムカチオン等のN,N−ジアルキルアニリニウムカチオン、ジ(イソプロピル)アンモニウムカチオン、ジシクロヘキシルアンモニウムカチオン等のジアルキルアンモニウムカチオンが挙げられる。
ホスホニウムカチオンの具体例としては、トリフェニルホスホニウムカチオン、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムカチオン等のトリアリールホスホニウムカチオンが挙げられる。
フェロセニウムカチオンの具体例としては、フェロセニウムカチオン、1,1−ジメチルフェロセニウムカチオン、1,1−ジエチルフェロセニウムカチオン等のジアルキルフェロセニウムカチオン等が挙げられる。
助触媒(B)の好ましい例は、トリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルボニウムテトラ(フルオロフェニル)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、トリチルテトラキス[3,5−ジ(トリフルオルメチル)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[3,5−ジ(トリフルオルメチル)フェニル]ボレート、1,1’−ジメチルフェロセニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等である。
ホスフィン系配位子(C)
本発明で用いられるホスフィン系配位子(C)とは、水素原子、アルキル基もしくはアリール基から独立して選ばれる3つの置換基が結合した3価のリン化合物である。具体的にはトリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリ−t−ブチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、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等のトリシクロアルキルホスフィン類、ならびにトリフェニルホスフィン等のトリアリールホスフィン類を挙げることができる。これらの中では触媒活性向上の観点から、トリシクロヘキシルホスフィン、トリ−t−ブチルホスフィン、トリイソプロピルホスフィンが好ましい。
本発明では、遷移金属錯体(A)として、一般式(1)において、R1、R2、R3、R4が水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、R5が水素原子であり、R6がアルキル置換フェニル基であり、R7、R8、R9、R10、R11がいずれも水素原子である錯体を用い、助触媒(B)として、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{[Ph(Me)2NH][B(C654]}またはトリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート{[Ph3C][B(C654]}を用い、さらにホスフィン系配位子(C)として、トリイソプロピルホスフィンまたはトリ−t−ブチルホスフィンを用いる場合が、高活性にノルボルネン系重合体を製造することができる触媒としての好ましい態様の1つである。
また、遷移金属錯体(A)として、一般式(1)において、R1、R3がメチル基またはフッ素原子であり、R2、R4、及びR5が水素原子であり、R6がフェニル基または2,6−ジイソプロピルフェニル基であり、R7、R8、R9、R10、及びR11がいずれも水素原子である錯体を用い、助触媒(B)として、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{[Ph(Me)2NH][B(C654]}を用い、さらにホスフィン系配位子(C)として、トリイソプロピルホスフィンを用いる場合が、高活性にノルボルネン系重合体を製造することができる触媒としての最も好ましい態様である。
本発明の触媒における遷移金属錯体(A)と助触媒(B)との使用割合は、各種の条件により異なるため一義的には定められないが、通常は(A)/(B)(モル比)で1/0.1〜1/100であり、好ましくは1/0.5〜1/50、さらに好ましくは1/1〜1/10である。
本発明の触媒における遷移金属錯体(A)とホスフィン系配位子(C)との使用割合は、各種の条件により異なるため一義的には定められないが、通常は(A)/(C)(モル比)で1/0.1〜1/2であり、好ましくは1/0.5〜1/1.8、さらに好ましくは1/1〜1/1.5である。
各触媒成分を接触させる温度も特に制限されないが、一般には、−100〜150℃、好ましくは−50〜120℃である。温度が−100℃より低いと各成分間の反応が遅くなり、温度が150℃より高いと各成分の分解を招き、触媒の活性が低下する。上記範囲内で接触温度を選択することにより、重合に使用した際に重合速度や生成ポリマーの分子量等を調整することができる。
各触媒成分の混合は溶媒存在下に行っても良い。使用可能な溶媒としては特に限定はされないが、各触媒成分との反応性が無く、工業的スケールでの製造がされていて、入手が容易なものが好ましい。具体的には、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;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化炭化水素;ニトロメタン、ニトロベンゼン、アセトニトリル等の含窒素系炭化水素;ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類等を使用することができる。これらの中でも、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素が好ましい。また、これらの溶媒は混合して使用してもよい。
[ノルボルネン系重合体の製造方法]
本発明のノルボルネン系重合体の製造方法は、本発明の重合用触媒の存在下に、ノルボルネン系モノマーを付加重合することを特徴とする。
本発明の製造方法は、(i)ノルボルネン系モノマー1種類のみを付加重合することにより、ノルボルネン系モノマーの単独付加重合体を得る方法、(ii)ノルボルネン系モノマー2種類以上を付加共重合することにより、ノルボルネン系モノマーの付加共重合体を得る方法、(iii)ノルボルネン系モノマー1種類以上とノルボルネン系モノマーと共重合可能な他のビニルモノマー1種類以上とを付加共重合することにより、ノルボルネン系モノマーの付加共重合体を得る方法のいずれかである。
ノルボルネン系モノマー
本発明に用いられるノルボルネン系モノマーは、ノルボルネン環構造を有する化合物(以下、単に「ノルボルネン類」ということがある。)であれば、特に制限はされない。極性あるいは非極性の置換基を有していてもよく、ノルボルネン環以外の環構造を有していても良い。
ノルボルネン類としては、一般式(4)で示されるものが好ましい。
Figure 2012077284
式中、R16〜R19は、それぞれ独立して、水素原子;ハロゲン原子;窒素原子、酸素原子、硫黄原子、ハロゲン原子もしくはケイ素原子を含む官能基;ハロゲン原子もしくは前記官能基を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基を表す。また、R16〜R19は、互いに結合して環を形成していてもよい。nは0または1である。
一般式(4)で示されるノルボルネン類は、nが0であるビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類及びnが1であるテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン類に分類することができる。本発明の製造方法ではいずれも使用することができる。
一般式(4)におけるR16〜R19としては、具体的には、水素原子;塩素原子、臭素原子、フッ素原子等のハロゲン原子;水酸基、アルコキシ基、アリールオキシ基、カルボニル基、ヒドロキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、及びアリールオキシカルボニル基等の酸素原子を含む官能基;アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アミノカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、アリールアミノカルボニル基、及びシアノ基等の窒素原子を含む官能基;メルカプト基、アルコキシチオ基、及びアリールオキシチオ基等の硫黄原子を含む官能基;シリル基、アルキルシリル基、アリールシリル基、アルコキシシリル基、及びアリールオキシシリル基等のケイ素原子を含む官能基を挙げることができる。また、これらの官能基を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基、アルケニル基、及びアリール基等の炭化水素基も挙げられる。さらに、R16〜R19は、互いに結合して環を形成してもよく、このような例としては、酸無水物構造、カーボネート構造、ジチオカーボネート構造等を例示することができる。
本発明に用いられるノルボルネン類の具体例としては、2−ノルボルネン、5−メチル−2−ノルボルネン、5−エチル−2−ノルボルネン、5−n−ブチル−2−ノルボルネン、5−n−ヘキシル−2−ノルボルネン、5−n−デシル−2−ノルボルネン、5−シクロヘキシル−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネン、5−フェニル−2−ノルボルネン、5−ベンジル−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、ジヒドロジシクロペンタジエン、テトラシクロ[9.2.1.02,10.03,8]テトラデカ−3,5,7,12−テトラエン、テトラシクロ[10.2.1.02,11.04,9]ペンタデカ−4,6,8,13−テトラエン等の無置換または炭化水素基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類;
テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン、9−メチルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン、9−エチルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン、9−エチルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン、9−n−ブチルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン、9−シクロヘキシルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン、9−エチリデンテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン、9−ビニルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン、9−フェニルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン等の無置換または炭化水素基を有するテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−4−エン類;
5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸エチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸n−ブチル、2−メチル−5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、2−メチル−5−ノルボルネン−2−カルボン酸エチル、2−メチル−5−ノルボルネン−2−カルボン酸n−ブチル、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸メチル、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸エチル等のアルコキシカルボニル基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類;テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4−カルボン酸メチル、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4−カルボン酸エチル、4−メチルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4−カルボン酸メチル、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4,5−ジカルボン酸メチル、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4,5−ジカルボン酸エチル等のアルコキシカルボニル基を有するテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン類;
5−ノルボルネン−2−カルボン酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸等のヒドロキシカルボニル基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類;テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4−カルボン酸、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4,5−ジカルボン酸等のヒドロキシカルボニル基を有するテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン類;
2−ヒドロキシ−5−ノルボルネン、2−ヒドロキシメチル−5−ノルボルネン、2,2−ジ(ヒドロキシメチル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(ヒドロキシメチル)−5−ノルボルネン等のヒドロキシル基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類;テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4−オール、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4−メタノール、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4,5−ジメタノール等のヒドロキシル基を有するテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン類;
2−アセトキシ−5−ノルボルネン、2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン、2,2−ジ(アセトキシメチル)−5−ノルボルネン、2,3−ジ(アセトキシメチル)−5−ノルボルネン等のアセトキシル基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類;4−アセトキシテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン、4−アセトキシメチルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン、4,5−ジ(アセトキシメチル)テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン等のアセトキシル基を有するテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン類;
5−ノルボルネン−2−カルボニトリル、5−ノルボルネン−2−カルボキサミド等の窒素原子を含む官能基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類;テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4−カルボニトリル、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4−カルボキサミド等の窒素原子を含む官能基を有するテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン類;
2−クロロ−5−ノルボルネン、2−フルオロ−5−ノルボルネン等のハロゲン原子を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類;4−クロロテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン、4−フルオロテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン等のハロゲン原子を有するテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン類;
2−トリメチルシロキシ−5−ノルボルネン、2−トリメトキシシリル−5−ノルボルネン、2−トリス(トリメトキシシリロキシ)シリル−5−ノルボルネン等のケイ素原子を含む官能基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類;4−トリメチルシロキシテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン、4−トリメトキシシリルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン、4−トリス(トリメトキシシリロキシ)シリルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン等のケイ素原子を含む官能基を有するテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン類;
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、5−ノルボルネン−2,3−カーボネート、5−ノルボルネン−2,3−ジチオカーボネート等の酸無水物構造、カーボネート構造、ジチオカーボネート構造を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン類;テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4,5−ジカルボン酸無水物、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4,5−カーボネート、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン−4,5−ジチオカーボネート等の酸無水物構造、カーボネート構造、ジチオカーボネート構造を有するテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−エン類等を挙げることができる。
これらのノルボルネン類はそれぞれ単独で用いることもできるし、2種以上組み合わせて用いることもできる。
本発明の製造方法においては、これらのノルボルネン類の中でも、下記一般式(2)
Figure 2012077284
及び一般式(3)
Figure 2012077284
(式中、R12は炭素数1〜10のアルキル基を表し、R13、R14、及びR15はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。)
で示されるモノマーユニットに相当するノルボルネン類を用いることが好ましい。
一般式(2)におけるR12が表す炭素数1〜10のアルキル基は直鎖状でも分岐していてもよい。
直鎖状のアルキル基の例としては、メチル基、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−デシル基等が挙げられる。
分岐を有するアルキル基の例としては、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、イソデシル基等が挙げられる。
これらの中でもR12としては、炭素数1〜3の直鎖状のアルキル基が経済性の面で好ましい。モノマー製造コストの観点からは、メチル基が特に好ましい。
一般式(2)におけるR13及び式(3)におけるR14及びR15は、それぞれ独立して水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表し、炭素数3〜10のアルキル基は分岐していてもよい。これらのアルキル基としては前述のR12のアルキル基と同様のものが挙げられる。これらの中でもR13、R14及びR15としては、モノマー製造コストの観点から、水素原子が好ましい。
なお、R13が水素原子である場合、一般式(2)で示されるモノマーユニットの基本になるノルボルネン類は、R12が炭素数1のアルキル基のとき、2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン、R12が炭素数2のアルキル基のとき、2−[(エチルカルボニルオキシ)メチル]−5−ノルボルネン、R12が炭素数3の直鎖状のアルキル基のとき、2−[(プロピルカルボニルオキシ)メチル]−5−ノルボルネンとなる。
14及びR15が水素原子である場合、式(3)で示されるモノマーユニットの基本になるノルボルネン類はノルボルネンとなる。
本発明の製造方法において、遷移金属錯体(A)、助触媒(B)及びホスフィン系配位子(C)を用いたノルボルネン系単量体の重合は塊状重合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合、沈殿重合等で行うことができる。溶媒を用いる重合を行う場合には、触媒活性に悪影響を与えない溶媒を使用する必要がある。使用可能な溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;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化炭化水素;ニトロメタン、ニトロベンゼン、アセトニトリル等の含窒素系炭化水素;ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル等のエステル類;δ−バレロラクトン、γ−ブチロラクトン等のラクトン類及び水が挙げられる。これらの溶媒は混合して使用してもよい。また、水を使用する際はアニオン型、カチオン形、非イオン型の界面活性剤等を用いて反応液を乳化状態にすることもできる。
沈殿重合は溶液重合の一種であり、溶媒としてモノマーは溶解するが、ポリマーが溶解しないものを使用する。沈殿重合では重合と共にポリマーが析出してくるので、再沈殿精製のために大量に使用する貧溶媒(メタノール等)が不要となり、製造コストの面で有利となる。本発明の(共)重合体ではトルエンと酢酸エチルとの混合溶媒等が沈殿重合に適する。
本発明の一般式(2)及び一般式(3)で示されるモノマーユニットを含む(共)重合体を沈殿重合で製造する場合、モノマーは溶解するが、生成したポリマーは溶解しない重合溶媒としては脂肪族カルボン酸エステルが好ましい。沈殿重合用の溶媒は、脂肪族カルボン酸エステルを含んでいれば他に制限はなく、2種以上の脂肪族カルボン酸エステルからなる混合溶媒でもよい。また、生成したポリマーが溶解しない範囲で当該ポリマーの良溶媒(トルエンなど)や貧溶媒を含有してもよい。良溶媒としては触媒を溶解するものを用いてもよい。さらに、脂肪族カルボン酸エステル以外の、モノマーは溶解するが、生成したポリマーは溶解しない溶媒、例えばn−ヘキサンなどを併用してもよい。ただし、脂肪族カルボン酸エステルの割合が少なくなると、生成したポリマーが完全には沈殿しなかったり、粉状に沈殿しないなどハンドリングが悪化することがある。
脂肪族カルボン酸エステルとしては、炭素数1〜5の脂肪族カルボン酸とアルコールとのエステルが好ましく、炭素数1〜5の脂肪族カルボン酸と炭素数1〜5のアルコールとの脂肪族カルボン酸アルキルエステルがより好ましく、酢酸エチル、酢酸(n−プロピル)、酢酸イソプロピル、酢酸(n−ブチル)がさらに好ましい。
2種以上の脂肪族カルボン酸エステルからなる混合溶媒としては、酢酸エチル、酢酸(n−プロピル)、酢酸イソプロピル、酢酸(n−ブチル)から任意に選ばれる2種の混合溶媒が好ましく、酢酸エチルと酢酸(n−プロピル)の混合溶媒がより好ましい。また、脂肪族カルボン酸エステルとその他の溶媒との混合溶媒としては、炭素数1〜5の脂肪族カルボン酸の炭素数1〜5のアルキルエステルと芳香族炭化水素との混合溶媒が好ましく、酢酸エチルとトルエン、酢酸(n−プロピル)とトルエンの混合溶媒がより好ましい。
本発明の(共)重合体の製造方法において、沈殿重合を実施する際に2種以上の脂肪族カルボン酸エステルからなる混合溶媒を使用する場合、それぞれの混合割合に特に制限はなく、どのような割合で混合したものも使用することができる。
また、脂肪族カルボン酸エステルとその他の溶媒との混合溶媒を使用する場合、脂肪族カルボン酸エステルの割合が60容量%以上であることが好ましく、80容量%以上がより好ましい。脂肪族カルボン酸エステルの割合が60容量%未満であると、生成した(共)重合体が沈殿しにくくなり、ポリマーの回収率が低下することがある。なお、脂肪族カルボン酸エステルの割合は、触媒などの溶解用に用いた溶媒など溶媒成分すべての合計量中の割合を意味する。
本発明の(共)重合体の製造方法において沈殿重合を実施する場合、溶媒として、一般的な沈殿重合でよく利用される脂肪族炭化水素、例えばヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンを使用すると、ポリマーは生成と同時に析出するが、析出したポリマーが反応器壁に付着し、さらに凝集し、最後には塊状物が生成して撹拌が継続できなくなるため、沈殿重合用溶媒としては使用可能ではあるが、脂肪族カルボン酸エステルを使用する場合よりハンドリング性がやや劣る。また、溶液重合でポリマーを沈殿させるためによく利用されるメタノール、エタノールのようなアルコール化合物やアセトン、メチルエチルケトン(MEK)のようなケトン化合物を使用すると、重合触媒の活性を著しく低減させてしまう。
本発明の(共)重合体の製造方法において沈殿重合を実施する場合、重合反応効率、ポリマー回収等の点から、生成するポリマーが溶解せず、析出したポリマー表面のベタつきが無く、触媒を被毒しない溶媒を選択することが重要であり、そのような溶媒として脂肪族カルボン酸エステルまたは脂肪族カルボン酸エステルを含む溶媒が適している。
ポリマーの溶解性には当該ポリマーの分子構造が影響するが、モノマーの構成、量比があまり変わらなければ、重合触媒の種類などの影響は小さい。従って、本発明の重合触媒に限らず、他の重合触媒を用いて一般式(2)及び一般式(3)で示されるモノマーユニットを含む(共)重合体を沈殿重合で製造する場合にも、前記溶媒系を適用することができる。環状オレフィン化合物を重合することができるニッケル(Ni)化合物またはパラジウム(Pd)化合物を含む触媒は、脂肪族カルボン酸エステルにより被毒されて活性を発現しないものを除けば、すべて使用することができる。
重合を行う際には、主触媒(A)、助触媒(B)及びホスフィン系配位子(C)を混合するが、その混合順序は、主触媒(A)が助触媒(B)と接触する前にホスフィン系配位子(C)と混合されるようになっていれば、その他は特に限定されない。予め主触媒(A)成分とホスフィン系配位子(C)を混合し、さらに助触媒(B)を混合して反応組成物を得、重合させる単量体を含む溶液にこれを添加してもよい。また、重合させる単量体と主触媒(A)及びホスフィン系配位子(C)を含む溶液に、助触媒(B)を添加してもよく、重合させる単量体と助触媒(B)の混合溶液中に主触媒(A)及びホスフィン系配位子(C)の混合物を添加してもよい。
本発明では、予め主触媒(A)とホスフィン系配位子(C)とを混合し、1分間以上、好ましくは30分〜1時間程度接触させた後に、助触媒(B)と混合して反応系に添加するか、もしくは主触媒(A)とホスフィン系配位子(C)との混合物を助触媒(B)を含む反応系に添加することが好ましい。このような操作を行うことにより、より高い重合活性を発現することが可能になる。
重合温度も特に制限されないが、一般には、−100〜150℃、好ましくは−50〜120℃である。温度が−100℃より低いと重合速度が遅くなり、温度が150℃より高いと触媒の活性が低下することがある。上記範囲内で重合温度を選択することにより、重合速度や分子量等を調整することができる。
重合時間も特に制限はなく、例えば1分間〜100時間である。また、反応は窒素ガスのような不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。
重合反応終了後、生成物であるノルボルネン系重合体は、必要に応じて公知の操作、処理方法(例えば、再沈殿等)により後処理を行い、ろ過分別後、乾燥を行うことにより単離される。
本発明の製造方法で製造される一般式(2)及び一般式(3)で示されるモノマーユニットから構成されるノルボルネン系共重合体において、一般式(2)で示されるモノマーユニットの含有量は10〜70モル%であることが好ましい。一般式(2)で示されるモノマーユニットが10モル%未満であると共重合体の疎水性が高くなり、有機溶媒に対する溶解性は低下するが、吸水性が低くなる傾向がある。一方、70モル%を超えると共重合体が親水性となり、有機溶媒に対する溶解性が向上するが、吸水性が高くなる傾向がある。従って、一般式(2)で示されるモノマーユニットの含有量を調整することにより、共重合体の溶媒への溶解性と吸水性を制御することが可能である。
本発明の製造方法で製造される一般式(2)及び一般式(3)で示されるモノマーユニットから構成されるノルボルネン系共重合体をフィルム、シート等へ成形する際に必要となる溶媒への適度な溶解性と低吸水性を両立させる観点からは、一般式(2)で示されるモノマーユニットの含有量は10〜80モル%が好ましく、15〜70モル%がより好ましく、20〜60モル%がさらに好ましい。なお、一般式(2)で示されるモノマーユニットの含有量は粉末状もしくはフィルム状の共重合体を適当な重水素化溶媒に溶解させ、1H−NMRを測定し、その積分値より算出することができる。
本発明の製造方法で製造されるノルボルネン系(共)重合体は、基本的にはノルボルネン類のみで構成される。ただし、この場合であっても本発明のノルボルネン系(共)重合体の性質をほとんど変化させないような微少量、例えば1モル%以下の第3のモノマーユニットの存在を除外するものではない。また、本発明の製造方法で製造されるノルボルネン系(共)重合体は物性改良のため、本発明の効果を損なわない範囲で第3のモノマーを共重合させていてもよい。
第3のモノマーには特に制限はないが、エチレン性炭素−炭素二重結合を有するモノマーが好ましく、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン及び1−ヘキセン等のα−オレフィン類;スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル化合物類;1,3−ブタジエン、イソプレン等の鎖状共役ジエン類;エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル等のビニルエーテル類;メチルアクリレート、エチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等のアクリレート類;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート等のメタクリレート類;等を挙げることができる。なかでも、エチレン、プロピレン、1−ヘキセンのようなα−オレフィン類やスチレンのような芳香族ビニル化合物類が特に好ましい。
本発明の製造方法で製造されるノルボルネン系共重合体において、各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、共重合体の物性向上の観点からは、ランダムであることが望ましい。
本発明の製造方法で製造されるノルボルネン系(共)重合体のゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)法により測定したポリスチレン換算数平均分子量(Mn)は50,000〜2,000,000である。さらには100,000〜1,500,000がより好ましい。ポリスチレン換算数平均分子量が50,000未満であると機械強度が不十分である。ポリスチレン換算数平均分子量が2,000,000を超えると、キャストフィルムを成形する際に溶媒への溶解度が低下するばかりでなく、溶液粘度が高くなり、成形加工性が低下する。また、分子量分布Mw/Mn(重量平均分子量/数平均分子量)は、1.00〜4.00が好ましく、1.30〜3.50がより好ましく、1.50〜3.30がさらに好ましい。分子量分布が広いとキャストフィルム成形時の溶液が均一になりにくいため、良好なフィルムが作製しにくくなる。
本発明の製造方法で製造されるノルボルネン系(共)重合体の中でも、一般式(2)
Figure 2012077284
(式中の記号は前述と同じ意味を表す。)
で示されるモノマーユニットのみからなる重合体も好ましい。その数平均分子量(Mn)は、200,000〜1,000,000であり、数平均分子量が200,000未満であると耐薬品性が低下し、1,000,000を超えるとキャストフィルムを成形する際に溶媒への溶解度が低下するばかりでなく、溶液粘度が高くなり、成形加工性が低下することがある。
本発明の製造方法で製造されるノルボルネン系(共)重合体の23℃における飽和吸水率は、通常、0.001〜1質量%、好ましくは0.005〜0.7質量%、さらに好ましくは0.01〜0.5質量%である。飽和吸水率がこの範囲内であると、各種光学特性、例えば透明性、位相差、位相差の均一性、及び寸法精度が、高温多湿のような条件下でも維持され、他材料との密着性や接着性に優れるため使用途中で剥離等が発生せず、また、酸化防止剤等の添加物との相溶性も良好であるため、添加の自由度が大きくなる。なお、上記飽和吸水率はJIS K7209に準拠し、23℃水中で24時間浸漬して増加質量を測定することにより求められる値である。
本発明の製造方法で製造されるノルボルネン系(共)重合体のガラス転移温度(Tg)は、共重合体の場合、その構成モノマー単位の種類、組成比、添加剤等の有無により異なるが、通常、80〜350℃、好ましくは100〜320℃、さらに好ましくは120〜300℃である。Tgが上記範囲よりも低いと、熱変形温度が低くなり、耐熱性に問題が生じるおそれがあり、また、得られる光学フィルムの温度による光学特性の変化が大きくなることがある。また、Tgが上記範囲よりも高いと、延伸加工時にTg近辺まで加熱する場合に樹脂が熱劣化する可能性が高くなる。
本発明の製造方法で製造されるノルボルネン系(共)重合体は溶液流延法(溶液キャスト法)により成膜してフィルムに加工することができる。使用する溶媒としてはトルエン、テトラヒドロフラン(THF)、ジクロロメタン、クロロホルム等を用いることができる。
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。
各実施例及び比較例において、触媒活性は以下の式
Figure 2012077284
により算出した。ただし、比較例6では式中の「パラジウムのモル数」を「ニッケルのモル数」とした。
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、ポリスチレンを標準物質として用いたゲルパーミエイションクロマトグラフ(GPC)により求めた。また、共重合体中のノルボルネンと5−アセトキシメチル−2−ノルボルネンの組成比は、1H−NMRにより得られたピーク[δ:3.5−4.5ppm,5−アセトキシメチル−2−ノルボルネン(「ANB」と略す。)の「−COOCH2−」ユニット]と[δ:0.5−3.0ppm,ノルボルネン(「NB」と略す。)及び5−アセトキシメチル−2−ノルボルネンの「CH3COO−」、「−CH2−」及び「−CH=」ユニット]の積分比から求め、ANB含有率は以下の式
Figure 2012077284
より算出した。
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。
1.1H−NMR,13C−NMR
使用機種:JEOL EX−400(400MHz,日本電子社製)、
測定方法:重水素化クロロホルムに溶解し、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。
2.FT−IR
使用機種
システム:Spectrum GX(パーキンエルマー社製)、
ATR:MIRacleTM(Pike Technologies社製)。
測定方法
1回反射ATR法により測定した。
3.ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)
使用機種
カラム:Shodex GPC K−G+KF−806L×2(昭和電工社製)、
検出器:Shodex SE−61(昭和電工社製)。
測定条件
溶媒: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)。
また、シクロペンタジエニル(π−アリル)パラジウムは、Shawらの合成法(Shaw.B.L.,Proc.Chem.Soc.,1960,247)に従って合成した。
合成例1:2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの合成
10Lのステンレス製オートクレーブにジシクロペンタジエン(東京化成工業社製,759.80g,5.747mol)、酢酸アリル(東京化成工業社製,1457.86g,14.561mol)及びヒドロキノン(和光純薬工業社製,2.25g,0.0204mol)を加えた。系内を窒素置換した後、500rpmで撹拌しながら、このオートクレーブを190℃まで昇温し、5時間反応させた。反応終了後、オートクレーブを室温まで冷却し、内容物を蒸留装置に移し、減圧下に蒸留を行い、0.07kPa、48℃の留分として、無色透明液状物1306.70gを得た。
得られた液状物の1H−NMRを測定し、目的の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンであることを確認した。また、得られた2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンのエキソ異性体とエンド異性体のモル比率はエキソ/エンド=18/82であった。
合成例2:2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノールの合成
一口フラスコに、サリチルアルデヒド(東京化成工業社製,2.00g,16.4mmol)、2,6−ジイソプロピルアニリン(東京化成工業社製,3.12g,17.6mmol)、エタノール(和光純薬工業社製,20ml)、ギ酸(和光純薬工業社製,305mg,6.63mmol)を加え、撹拌しながら、室温で一日反応を行った。析出物をろ別し、メタノールから再結晶を行って黄色結晶1.79gを得た。得られた結晶の1H−NMR及び13C−NMRを測定し、2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノールであることを確認した。
合成例3:2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノールの合成
一口フラスコに、5−フルオロサリチルアルデヒド(東京化成工業社製,2.01g,14.3mmol)、2,6−ジイソプロピルアニリン(東京化成工業社製,2.82g,15.9mmol)、エタノール(和光純薬工業社製,20ml)、ギ酸(和光純薬工業社製,305mg,6.63mmol)を加え、撹拌しながら、室温で一日反応を行った。析出物をろ別し、メタノールから再結晶を行って黄色結晶2.10gを得た。得られた結晶の1H−NMR及び13C−NMRを測定し、2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノールであることを確認した。
合成例4:2−(N−フェニルイミノメチル)フェノールの合成
一口フラスコに、サリチルアルデヒド(東京化成工業社製,2.00g,16.4mmol)、アニリン(和光純薬工業社製,1.70g,18.4mmol)、エタノール(和光純薬工業社製,20ml)、ギ酸(和光純薬工業社製,305mg,6.63mmol)を加え、撹拌しながら、室温で一日反応を行った。析出物をろ別し、n−ヘキサンから再結晶を行って黄色結晶1.36gを得た。得られた結晶の1H−NMR及び13C−NMRを測定し、2−(N−フェニルイミノメチル)フェノールであることを確認した。
合成例5:2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノールの合成
一口フラスコに、6−メチルサリチルアルデヒド(Aldrich社製,881mg,6.47mmol)、2,6−ジイソプロピルアニリン(東京化成工業社製,1.15g,6.49mmol)、エタノール(和光純薬工業社製,10ml)、ギ酸(和光純薬工業社製,159mg,3.45mmol)を加え、撹拌しながら、室温で一日反応を行った。析出物をろ別し、エタノールから再結晶を行って黄色結晶1.31gを得た。得られた結晶の1H−NMR及び13C−NMRを測定し、2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノールであることを確認した。
実施例1:(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1]の合成
Figure 2012077284
三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、これに合成例2で調製した2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノール(506mg,1.80mmol)を仕込み、脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業社製,20ml)を加えて溶解した。これを、ドライアイス−エタノール浴に漬けて−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウムの1.6mol/lヘキサン溶液(和光純薬工業社製,1.14ml,1.82mmol)を5分かけてゆっくりと滴下し、滴下終了後、徐々に室温に戻した。
別途用意した三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、これにアリルパラジウムクロリドダイマー(和光純薬工業社製,305mg,0.834mmol)を仕込み、脱水ジクロロメタン(和光純薬工業社製,20ml)を加えて溶解した。
この溶液を氷浴に漬けて0℃に冷却し、これに先に調製したテトラヒドロフラン/ヘキサン混合溶液を5分間かけてゆっくりと滴下し、0℃で2時間反応を行った。その後、減圧下に溶媒を完全に留去し、あらためて脱水トルエン(和光純薬工業社製,20ml)を加えて撹拌した後、窒素下に遠心分離を行って、不要な塩を取り除き、上澄みのトルエン溶液を回収した。この溶液より減圧下に濃縮し、再結晶を行って、黄色結晶356mgを得た。得られた結晶の1H−NMR、13C−NMR及びIRスペクトル測定を行い、(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1]であることを確認した。1H−NMRスペクトルを図1、13C−NMRスペクトルを図2に示す。
実施例2:(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノラト}パラジウム[錯体A−2]の合成
Figure 2012077284
三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、これに合成例3で調製した2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノール(503mg,1.68mmol)を仕込み、脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業社製,10ml)を加えて溶解した。これを、ドライアイス−エタノール浴に漬けて−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウムの1.6mol/lヘキサン溶液(和光純薬工業社製,1.10ml、1.76mmol)を5分かけてゆっくりと滴下し、滴下終了後、−78℃で15分間撹拌した後、徐々に室温に戻した。
別途用意した三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、これにアリルパラジウムクロリドダイマー(和光純薬工業社製,301mg,0.823mmol)を仕込み、脱水ジクロロメタン(和光純薬工業社製,10ml)を加えて溶解した。
この溶液をドライアイス−エタノール浴に漬けて−78℃に冷却し、これに先に調製したテトラヒドロフラン/ヘキサン混合溶液を5分間かけてゆっくりと滴下し、その後、90分かけて徐々に0℃まで温度を上げた。その後、減圧下に溶媒を完全に留去し、あらためて脱水トルエン(和光純薬工業社製,20ml)を加えて撹拌した後、窒素下に遠心分離を行って、不要な塩を取り除き、上澄みのトルエン溶液を回収した。この溶液より減圧下に濃縮し、再結晶を行って、黄色結晶297mgを得た。得られた結晶の1H−NMR、及び13C−NMR測定を行い、(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノラト}パラジウム[錯体A−2]であることを確認した。1H−NMRスペクトルを図1、13C−NMRスペクトルを図2に示す。
実施例3:(π−アリル)[2−(N−フェニルイミノメチル)フェノラト]パラジウム[錯体A−3]の合成
Figure 2012077284
三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、これに合成例4で調製した2−(N−フェニルイミノメチル)フェノール(329mg,1.67mmol)を仕込み、脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業社製、10ml)を加えて溶解した。これを、ドライアイス−エタノール浴に漬けて−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウムの1.6mol/lヘキサン溶液(和光純薬工業社製,1.10ml,1.76mmol)を5分かけてゆっくりと滴下し、滴下終了後、−78℃で30分間撹拌した後、徐々に室温に戻した。
別途用意した三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、これにアリルパラジウムクロリドダイマー(和光純薬工業社製,303mg,0.827mmol)を仕込み、脱水ジクロロメタン(和光純薬工業社製,10ml)を加えて溶解した。
この溶液をドライアイス−エタノール浴に漬けて−78℃に冷却し、これに先に調製したテトラヒドロフラン/ヘキサン混合溶液を5分間かけてゆっくりと滴下し、その後、0℃まで温度を上げて30分間撹拌した。その後、減圧下に溶媒を完全に留去し、あらためて脱水トルエン(和光純薬工業社製,20ml)を加えて撹拌した後、窒素下に遠心分離を行って、不要な塩を取り除き、上澄みのトルエン溶液を回収した。この溶液より減圧下に濃縮し、再結晶を行って、黄色結晶87mgを得た。得られた結晶の1H−NMR、及び13C−NMR測定を行い、(π−アリル)[2−(N−フェニルイミノメチル)フェノラト]パラジウム[錯体A−3]であることを確認した。1H−NMRスペクトルを図1、13C−NMRスペクトルを図2に示す。
実施例4:(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノラト}パラジウム[錯体A−4]の合成
Figure 2012077284
三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、これに合成例5で調製した2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノール(495mg,1.67mmol)を仕込み、脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業社製,10ml)を加えて溶解した。これを、ドライアイス−エタノール浴に漬けて−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウムの1.6mol/lヘキサン溶液(和光純薬工業社製,1.10ml,1.76mmol)を5分かけてゆっくりと滴下し、滴下終了後、−78℃で20分間撹拌した後、徐々に−10℃まで温度を上げた。
別途用意した三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、これにアリルパラジウムクロリドダイマー(和光純薬工業社製,303mg,0.827mmol)を仕込み、脱水ジクロロメタン(和光純薬工業社製,10ml)を加えて溶解した。
この溶液をドライアイス−エタノール浴に漬けて−78℃に冷却し、これに先に調製したテトラヒドロフラン/ヘキサン混合溶液を5分間かけてゆっくりと滴下し、その後、−78℃で2時間撹拌して反応させた。その後、減圧下に溶媒を完全に留去し、あらためて脱水トルエン(和光純薬工業社製,20ml)を加えて撹拌した後、窒素下に遠心分離を行って、不要な塩を取り除き、上澄みのトルエン溶液を回収した。この溶液より減圧下に濃縮し、再結晶を行って、黄色結晶197mgを得た。得られた結晶の1H−NMR、及び13C−NMR測定を行い、(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノラト}パラジウム[錯体A−4]であることを確認した。1H−NMRスペクトルを図1、13C−NMRスペクトルを図2に示す。
実施例5:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合
三方コックとメカニカルスターラーを装備した三口フラスコを窒素置換し、それにノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(16.62g,0.100mol)を加え、トルエン75mlで溶解し、さらに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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製,8.0mg,0.010mmol)をジクロロメタン1mlで溶解した溶液を加えた後、70℃まで昇温した。そこへ実施例1で合成し、別容器中で調製した(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1](4.3mg,0.010mmol)とトリイソプロピルホスフィン[P(i−C373](ストレム社製,1.6mg,0.010mmol)をトルエン3.5mlに溶解した触媒溶液を添加し、70℃で30分重合反応を行った。その後、その反応溶液に別途調製したノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)をトルエン5.4mlで溶解した溶液を加え、さらに70℃で30分重合反応を行った。反応終了後、少量の塩酸を添加したメタノール8mlを反応液に加え、反応を停止した後、トルエンで希釈し、さらに多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、ろ別洗浄後、減圧下に90℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー10.52gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は1052g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=916,000、分子量分布はMw/Mn=2.12であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は20.4mol%であった。1H−NMRスペクトルを図3、IRスペクトルを図4、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)のチャートを図5に示す。
実施例6〜7:
重合温度を表1に示す通り80℃、90℃とした他は、実施例5と同様にして重合を行った。
実施例8〜10:
助触媒(B)及びホスフィン系配位子(C)を表1に示すものに替えた他は、実施例6と同様にして重合を行った。
実施例11:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合
三方コックとメカニカルスターラーを装備した三口フラスコを窒素置換し、それにノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(16.62g,0.100mol)を加え、トルエン75mlで溶解し、さらに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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製、8.0mg,0.010mmol)をジクロロメタン1mlで溶解した溶液を加えた後、80℃まで昇温した。そこへ実施例1で合成し、別容器中で調製した(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1](4.3mg,0.010mmol)とトリイソプロピルホスフィン[P(i−C373](ストレム社製,1.6mg,0.010mmol)をトルエン3.5mlに溶解した触媒溶液を添加し、重合を開始した。この後、別途調製したノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)をトルエン5.4mlで溶解した溶液を30分おきに5回、5−アセトキシメチル−2−ノルボルネン(5.00g,0.030mol)を1時間おきに2回、反応溶液に加えながら、80℃でトータル3時間重合反応を行った。反応終了後、少量の塩酸を添加したメタノール8mlを反応液に加え、反応を停止した後、トルエンで希釈し、さらに多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、ろ別洗浄後、減圧下に90℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー33.90gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は3390g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=283,400、分子量分布はMw/Mn=3.12であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は19.3mol%であった。
実施例12〜14:
重合温度、金属錯体(A)、助触媒(B)及びホスフィン系配位子(C)の仕込量を表1に記載の通りに替えた他は実施例11と同様にして重合を行った。
実施例15:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合
三方コックとメカニカルスターラーを装備した三口フラスコを窒素置換し、それにノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(16.62g,0.100mol)を加え、トルエン75mlで溶解し、さらに、実施例1で合成した(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1](4.3mg,0.010mmol)をトルエン1.0mlに溶解した溶液と、トリイソプロピルホスフィン[P(i−C373](ストレム社製,1.6mg,0.010mmol)をトルエン1.0mlに溶解した溶液を加えた後、80℃まで昇温した。そこへ、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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製、8.0mg,0.010mmol)をジクロロメタン1mlで溶解した溶液を加えて重合を開始し、80℃で30分重合反応を行った。その後、その反応溶液に別途調製したノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)をトルエン5.4mlで溶解した溶液を加え、さらに80℃で30分重合反応を行った。反応終了後、少量の塩酸を添加したメタノール8mlを反応液に加え、反応を停止した後、トルエンで希釈し、さらに多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、ろ別洗浄後、減圧下に90℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー4.30gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は430g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=355,000、分子量分布はMw/Mn=2.84であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は17.9mol%であった。
実施例16:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合
三方コックとメカニカルスターラーを装備した三口フラスコを窒素置換し、それにノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(16.62g,0.100mol)を加え、トルエン75mlで溶解し、さらに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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製、8.0mg,0.010mmol)をジクロロメタン1mlで溶解した溶液を加えた後、60℃まで昇温した。そこへ実施例2で合成し、別容器中で調製した(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノラト}パラジウム[錯体A−2](4.5mg,0.010mmol)とトリイソプロピルホスフィン[P(i−C373](ストレム社製,1.6mg,0.010mmol)をトルエン3.5mlに溶解した触媒溶液を添加し、60℃で30分重合反応を行った。その後、その反応溶液に別途調製したノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)をトルエン5.4mlで溶解した溶液を加え、さらに60℃で30分重合反応を行った。反応終了後、少量の塩酸を添加したメタノール8mlを反応液に加え、反応を停止した後、トルエンで希釈し、さらに多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、ろ別洗浄後、減圧下に90℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー13.58gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は1358g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=817,000、分子量分布はMw/Mn=2.07であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は31.2mol%であった。
実施例17〜23:
重合温度、助触媒(B)、モノマーの仕込量を表1に記載の通りに替えた他は実施例16と同様にして重合を行った。
実施例24:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合
(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1](4.3mg,0.010mmol)の代わりに実施例3で合成した(π−アリル)[2−(N−フェニルイミノメチル)フェノラト]パラジウム[錯体A−3](3.4mg,0.010mmol)を用い、重合温度を80℃とした以外は実施例5と同様の方法で重合反応と後処理を行い、白色粉末状のポリマー17.62gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は1762g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=460,000、分子量分布はMw/Mn=2.28であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は27.6mol%であった。
実施例25〜29:
モノマー仕込量、重合温度、反応時間を表1に記載の通りに替えた他は実施例24と同様にして重合を行った。
実施例30:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合
(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1](4.3mg,0.010mmol)の代わりに実施例4で合成した(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノラト}パラジウム[錯体A−4](4.4mg,0.010mmol)を用いること以外は実施例21と同様の方法で重合反応と後処理を行い、白色粉末状のポリマー19.02gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は1902g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=720,000、分子量分布はMw/Mn=2.20であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は25.4mol%であった。
実施例31〜33:
重合温度、反応時間を表1に記載の通りに替えた他は実施例30と同様にして重合を行った。
実施例34:2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの単独付加重合
三方コックとメカニカルスターラーを装備した三口フラスコを窒素置換し、それに合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(16.62g,0.100mol)を加え、さらに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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製、8.0mg,0.010mmol)をジクロロメタン1mlで溶解した溶液を加えた後、80℃まで昇温した。そこへ実施例1で合成し、別容器中で調製した(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1](4.3mg,0.010mmol)とトリイソプロピルホスフィン[P(i−C373](ストレム社製,1.6mg,0.010mmol)をトルエン3.5mlに溶解した触媒溶液を添加し、80℃で60分重合反応を行った。反応終了後、少量の塩酸を添加したメタノール8mlを反応液に加え、反応を停止した後、トルエンで希釈し、さらに多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、ろ別洗浄後、減圧下に90℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー6.59gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は659g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=208,000、分子量分布はMw/Mn=2.05であった。1H−NMRスペクトルを図6、IRスペクトルを図7、GPCのチャートを図8に示す。
実施例35〜39:
金属錯体(A)の種類、重合温度を表1に記載の通りに替えた他は実施例34と同様にして重合を行った。
実施例40:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(沈殿重合)
三方コックとメカニカルスターラーを装備した三口フラスコを窒素置換し、それにノルボルネン(9.42g,0.100mol)をトルエン5.4mlに溶解した溶液と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(16.62g,0.100mol)を加え、酢酸エチル(70ml)で溶解し、80℃まで昇温した。そこへ実施例1で合成し、別容器中で調製した(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1](4.3mg,0.010mmol)とトリイソプロピルホスフィン[P(i−C373](ストレム社製,1.6mg,0.010mmol)と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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製、8.0mg,0.010mmol)をトルエン3.5mlに溶解した触媒溶液を添加し、80℃で1時間重合反応を行った。重合中、ポリマーは白色粉末として析出した。反応終了後、少量の塩酸を添加したメタノール8mlを反応液に加えて反応を停止し、析出したポリマーをろ別洗浄後、減圧下に90℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー12.41gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は1241g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=287,000、分子量分布はMw/Mn=2.18であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は20.1mol%であった。
実施例41:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(沈殿重合)
重合温度と反応時間を表1に記載の通りに替えた他は実施例40と同様にして重合を行った。
実施例42:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(沈殿重合)
重合溶媒を酢酸エチルから酢酸n−プロピルに替えた他は実施例40と同様にして重合を行った。
実施例43:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(沈殿重合)
三方コックと滴下漏斗とメカニカルスターラーを装備した三口フラスコを窒素置換し、それにノルボルネン(6.31g,0.067mol)をトルエン7.3mlに溶解した溶液と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(22.11g,0.133mol)を加え、酢酸エチル(80ml)で溶解し、80℃まで昇温した。別途、滴下漏斗にノルボルネン(16.29g,0.173mol)をトルエン19.0mlに溶解した溶液と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(14.46g,0.087mol)及び酢酸エチル(80ml)を加えた。その後、フラスコへ実施例1で合成し、別容器中で調製した(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1](4.3mg,0.010mmol)とトリイソプロピルホスフィン[P(i−C373](ストレム社製,1.6mg,0.010mmol)と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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製、8.0mg,0.010mmol)をトルエン2.5mlに溶解した触媒溶液を添加し、重合を開始した。重合中、ポリマーは白色粉末として析出した。重合開始から30分経過した時点から、滴下漏斗に仕込んだ混合液の滴下を開始し、80℃で重合反応を行いながら、80分かけて滴下を完了させた。滴下終了後、さらに80℃で10分反応を行い、重合開始から2時間後に少量の塩酸を添加したメタノール8mlを反応液に加えて反応を停止し、析出したポリマーをろ別洗浄後、減圧下に90℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー36.10gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は3610g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=420,800、分子量分布はMw/Mn=2.77であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は39.0mol%であった。
実施例44:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(沈殿重合)
滴下漏斗に仕込んだ、ノルボルネン(27.12g,0.288mol)をトルエン31.0mlに溶解した溶液と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(23.94g,0.144mol)及び酢酸エチル(135ml)の混合液を、重合開始後30分経過時から140分かけて滴下したこと及び滴下終了後、さらに80℃で10分反応を行い、反応時間を3時間にしたこと以外は実施例43と同様にして重合を行い白色粉末状のポリマー54.00gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は5400g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=402,800、分子量分布はMw/Mn=3.22であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は34.1mol%であった。
実施例45:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(沈殿重合)
滴下漏斗に仕込んだ、ノルボルネン(38.04g,0.404mol)をトルエン44.0mlに溶解した溶液と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(33.58g,0.202mol)及び酢酸エチル(190ml)の混合液を、重合開始後30分経過時から200分かけて滴下したこと及び滴下終了後、さらに80℃で10分反応を行い、反応時間を4時間にしたこと以外は実施例43と同様にして重合を行い白色粉末状のポリマー68.10gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は6810g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=332,300、分子量分布はMw/Mn=3.33であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は38.9mol%であった。
実施例46:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(n−ヘキサン溶媒での重合)
三方コックとメカニカルスターラーを装備した三口フラスコを窒素置換し、それにノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)と合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(16.62g,0.100mol)を加え、n−ヘキサン100mlで溶解し、さらに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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製,8.0mg,0.010mmol)をジクロロメタン1mlで溶解した溶液を加えた後、90℃まで昇温した。そこへ実施例1で合成し、別容器中で調製した(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム[錯体A−1](4.3mg,0.010mmol)とトリイソプロピルホスフィン[P(i−C373](ストレム社製,1.6mg,0.010mmol)をトルエン3.5mlに溶解した触媒溶液を添加し、90℃で30分重合反応を行った。重合開始直後からポリマーは白色固体として析出したが、固体表面のベタつきのため、フラスコ壁に固着した。この後、反応溶液に別途調製したノルボルネン(東京化成工業社製,4.71g,0.050mol)をトルエン5.4mlで溶解した溶液を加え、さらに90℃で30分重合反応を行った。この時点でポリマーはベトつきのある塊状となり、撹拌翼に絡みついた。反応終了後、少量の塩酸を添加したメタノール8mlを反応液に加え、反応を停止した後、トルエンを加えてポリマーを溶解し、その溶液を多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、ろ別洗浄後、減圧下に90℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー12.10gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は1210g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=214,000、分子量分布はMw/Mn=2.46であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は24.3mol%であった。
比較例1:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(特許文献4の方法による重合)
三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、それに合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(14.13g,0.085mol)を加え、トルエン50mlで溶解した。さらに、アリルパラジウムクロライドダイマー[[(C35)PdCl]2](和光純薬工業社製,9mg,0.025mmol)をトルエン1mlに溶解した溶液、トリシクロヘキシルホスフィン[P(C6113](ストレム社製,14mg,0.050mmol)をトルエン1mlに溶解した溶液、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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製,60mg,0.075mmol)をジクロロメタン1mlに溶解した溶液をそれぞれ順番に加えた後、フラスコをオイルバスに浸し、撹拌しながら90℃まで昇温した。これに別途調製したノルボルネン(東京化成工業社製,8.00g,0.085mol)をトルエン10mlに溶解した溶液を添加することで反応を開始し、90℃で2時間重合反応を行った。反応終了後、反応液を多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、ろ別洗浄後、減圧下に60℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー19.4gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は388g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=58,000、分子量分布はMw/Mn=2.06であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は37.3mol%であった。
比較例2:ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(特許文献4の方法による重合)
触媒系としてアリルパラジウムクロライドダイマー[[(C35)PdCl]2](4.5mg,0.0125mmol)、トリシクロヘキシルホスフィン[P(C6113](7mg,0.025mmol)、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[(C65)(CH32NH][B(C654](30mg,0.0375mmol)を用い、反応を60℃で行うこと以外は比較例1と同様の方法で重合反応を行い、白色粉末状のポリマー4.3gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は172g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=105,400、分子量分布はMw/Mn=1.98であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は18.2mol%であった。
比較例3:2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの単独付加重合(特許文献4の方法による重合)
三方コックを装備した二口フラスコを窒素置換し、それに合成例1で調製した2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(14.13g,0.085mol)を加え、トルエン67mlで溶解した。さらに、アリルパラジウムクロライドダイマー[[(C35)PdCl]2](和光純薬工業社製,4.5mg,0.0125mmol)をトルエン1mlに溶解した溶液、トリシクロヘキシルホスフィン[P(C6113](ストレム社製,7mg,0.025mmol)をトルエン1mlに溶解した溶液、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[(C65)(CH32NH][B(C654](ストレム社製,30mg,0.0375mmol)をジクロロメタン1mlに溶解した溶液をそれぞれ順番に加えた後、フラスコをオイルバスに浸し、撹拌しながら90℃まで昇温し、2時間重合反応を行った。反応終了後、反応液を多量のメタノール中に注いでポリマーを析出させ、ろ別洗浄後、減圧下に60℃で5時間乾燥して白色粉末状のポリマー0.35gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は14g−ポリマー/mmol−Pdであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=26,000、分子量分布はMw/Mn=1.86であった。
比較例4:2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの単独付加重合(非特許文献1に記載の方法)
非特許文献1には、以下のような方法が記載されている。すなわち、一般的な反応条件として、「窒素雰囲気下で[(1,2,3−η)−1,1−ジフェニル−2−メチル−2−プロペニル]クロロ[1,3−ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−イミダゾリデン]パラジウム(1.6mg,0.0022mmol)及びリチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート・ジエチルエーテル錯体Li[B(C654・2.5(C252O](3.0mg,0.0034mmol)をクロロベンゼン(3ml)に溶解した溶液を、室温で8時間反応させた。その後、この反応液をシリンジフィルターでろ過し、ろ液を別途調製した5−アセトキシメチル−2−ノルボルネン(1.0g,6.6mmol)のクロロベンゼン(1ml)溶液に添加した。その後、所定の温度で20時間反応し、メタノール(50ml)からの再沈殿によって得られた粉末をメタノール(20ml)で3回洗浄し、さらに真空乾燥を行った。」と記載されている。非特許文献1には、個々の製造方法それぞれの詳しい記載はされていないが、表3に「反応時間を1時間とし、[(1,2,3,−η)−1,1−ジフェニル−2−メチル−2−プロペニル]クロロ[1,3−ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−イミダゾリデン]パラジウムを5−アセトキシメチル−2−ノルボルネンの2000分の1のモル比で仕込み、リチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート・ジエチルエーテル錯体Li[B(C654・2.5(C252O]をパラジウム錯体の1.5倍のモル比で仕込み、溶媒をクロロベンゼンとし、反応温度を50℃とした場合に、ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性が123g−ポリマー/mmol−Pdで、数平均分子量(Mn)が65,000のポリマーが得られた」ことが記載されている。
比較例5:2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの単独付加重合(非特許文献1に記載の方法)
非特許文献1の表3には、「反応時間を4時間とし、[(1,2,3−η)−1,1−ジフェニル−2−メチル−2−プロペニル]クロロ[1,3−ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−イミダゾリデン]パラジウムを5−アセトキシメチル−2−ノルボルネンの2000分の1のモル比で仕込み、リチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート・ジエチルエーテル錯体Li[B(C654・2.5(C252O]をパラジウム錯体の1.5倍のモル比で仕込み、溶媒をクロロベンゼンとし、反応温度を50℃とした場合に、ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性が60g−ポリマー/mmol−Pdで、数平均分子量(Mn)が126,000のポリマーが得られた」ことも記載されている。
比較例6:Ni触媒を用いたノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンの付加共重合(沈殿重合)
三方コックとメカニカルスターラーを装備した300ml三口フラスコを窒素置換し、それに、窒素下でノルボルネン(東京化成工業社製、9.6g、0.102mol)をトルエン11.1mlで溶解した溶液と2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン(17.1g、0.103mol)及び酢酸エチル(昭和電工社製)60mlを加えた。一方、窒素下で20mLガラスアンプルに、ビス(アセチルアセトナト)ニッケル(10.3mg、40μmol)、トリス(ペンタフルオロフフェニル)ボロン[B(C653](61.0mg、120μmol)及びトリメチルアルミニウム(アルドリッチ社製、2.0M トルエン溶液、0.10ml、200μmol)を仕込み、脱水トルエン4mlで溶解させ、直ちに全量を三口フラスコに添加し重合を開始した。重合中、ポリマーは白色粉末として析出した。重合は室温で30分行い、少量の塩酸を添加したメタノール8mlを反応液に加えて反応を停止した。析出したポリマーをろ別洗浄後、減圧下90℃で5時間乾燥して、白色粉末状のポリマー8.9gを得た。ポリマー収量と仕込み触媒量より算出される触媒活性は223g−ポリマー/mmol−Niであった。
得られたポリマーはTHFやクロロホルムなどの一般的な有機溶剤に容易に溶解し、数平均分子量はMn=687,000、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの分子量分布はMw/Mn=1.99であった。また、1H−NMRの積分値から算出したポリマー中の2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーユニットの組成は26.0mol%であった。
実施例1〜46及び比較例1〜6について触媒種類、重合条件等を表1に、重合結果を表2に示す。表1中の各記号の意味は以下の通りである。
金属錯体(A):
A−1:(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム、
A−2:(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノラト}パラジウム、
A−3:(π−アリル)[2−(N−フェニルイミノメチル)]フェノラト}パラジウム、
A−4:(π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノラト}パラジウム、
A−5:アリルパラジウムクロライドダイマー、
A−6:[(1,2,3−η)−1,1−ジフェニル−2−メチル−2−プロペニル]クロロ[1,3−ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−イミダゾリデン]パラジウム、
S−1:ビス(アセチルアセトナト)ニッケル。
助触媒(B):
B−1: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、
B−2:トリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、
B−3:リチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、
B−4:トリス(ペンタフルオロフェニル)ボロン、
B−5:トリメチルアルミニウム。
ホスフィン系配位子(C):
C−1:トリイソプロピルホスフィン、
C−2:トリシクロヘキシルホスフィン、
C−3:トリ−t−ブチルホスフィン。
モノマー:
NB:ノルボルネン、
ANB:2−アセトキシメチル−5−ノルボルネン。
なお、実施例5〜46、比較例1〜3及び6で得られたポリマーはいずれもTHFやクロロホルム等の一般溶剤に容易に溶解した。
Figure 2012077284

Figure 2012077284
ノルボルネンと2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンとの共重合に関して、特許文献4の方法では分子量Mnが200,000を超える共重合体を製造できておらず、工業的に実用化が見込める触媒活性も認められなかった(比較例1〜2)。比較例6のニッケル(Ni)触媒系では分子量の高い共重合体が得られたが、触媒活性の面では十分とはいえない。本発明の製造方法によれば、機械的性質に優れた分子量Mnが200,000を超えるノルボルネン系共重合体が工業的に実用化され得る触媒活性で得られた(実施例1〜33、40〜46)。
一方、2−アセトキシメチル−5−ノルボルネンモノマーの単独重合に関して、非特許文献1の方法では分子量Mnが200,000を超える単独重合体は製造できておらず、しかも分子量Mnが200,000に達していない単独重合体ですら工業的に実用化可能な触媒活性は認められなかった(比較例3)。本発明のノルボルネン系単独重合体の製造方法によれば、分子量Mnが100,000を超える重合体が工業的に実用化され得る触媒活性で得られた(実施例34〜39)。
本発明の製造方法により得られるノルボルネン系(共)重合体は優れた透明性、耐熱性、低吸水性、電気絶縁特性等を有することにより、レンズや偏光フィルム等の光学用成形品、フィルム、キャリアテープ、フィルムコンデンサー、フレキシブルプリント基板等の電気絶縁材料、プレススルーパッケージ、輸液バッグ、薬液バイアル等の医療用容器、ラップやトレイ等の食品包装成形品、電気器具等のケーシング、インナーパネル等の自動車内装部品、カーポートやグレージング等の建材等に利用可能である。

Claims (15)

  1. 一般式(1)
    Figure 2012077284
    (式中、Mは1991年版周期表第8族元素、第9族元素、及び第10族元素より選択される1つの遷移金属を表し、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アリーロキシ基、炭素数1〜20の炭化水素基を有するシリル基、炭素数1〜20の炭化水素基を有するシロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜10の炭化水素基を有するアミド基または炭素数1〜10のアルキル基を有するジアルキルアミノ基を表し、R1、R2、R3、R4は互いに結合して環構造を形成していてもよく、R5は水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R6は炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R7、R8、R9、R10、R11はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R7、R8、R9、R10、R11は互いに結合して環構造を形成していてもよい)
    で示される遷移金属錯体(A)を含有することを特徴とするノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
  2. 一般式(1)中のMがパラジウム(Pd)またはニッケル(Ni)であり、R5が水素原子であり、R6が置換基を有していてもよいフェニル基であり、R7、R8、R9、R10、R11がいずれも水素原子である請求項1に記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
  3. 一般式(1)中のMがパラジウムであり、R1が水素原子またはメチル基であり、R2、R4がいずれも水素原子であり、R3が水素原子またはフッ素原子であり、R6がフェニル基または2,6−ジイソプロピルフェニル基である請求項2に記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
  4. 遷移金属錯体(A)と反応してカチオン性遷移金属化合物を生成できるイオン性化合物である助触媒(B)、及びホスフィン系配位子(C)を含有する請求項1〜3のいずれかに記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
  5. 助触媒(B)が、トリチルテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートまたは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)ボレートである請求項4に記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
  6. ホスフィン系配位子(C)がトリシクロヘキシルホスフィン、トリ−t−ブチルホスフィン、またはトリイソプロピルホスフィンである請求項4に記載のノルボルネン系モノマーの重合用触媒。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の重合用触媒の存在下に、ノルボルネン系モノマーを単独重合または共重合することを特徴とするノルボルネン系(共)重合体の製造方法。
  8. 請求項1〜6のいずれかに記載の重合用触媒の存在下に、ノルボルネン系モノマーと他のビニルモノマーを共重合することを特徴とするノルボルネン系(共)重合体の製造方法。
  9. 請求項1〜6のいずれかに記載の重合用触媒の存在下に、一般式(2)
    Figure 2012077284
    及び一般式(3)
    Figure 2012077284
    (式中、R12は炭素数1〜10のアルキル基を表し、R13、R14、及びR15はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜10のアルキル基を表す。)
    で示されるモノマーユニットに対応するノルボルネン系モノマーを重合することを特徴とする、一般式(2)及び一般式(3)で示されるモノマーユニットを含むノルボルネン系共重合体の製造方法。
  10. 一般式(2)及び一般式(3)で示されるモノマーユニットのみからなる請求項9に記載のノルボルネン系共重合体の製造方法。
  11. 請求項9に記載の一般式(2)で示されるモノマーユニットのみからなり、数平均分子量(Mn)が200,000〜1,000,000であるノルボルネン系重合体。
  12. (π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]フェノラト}パラジウム。
  13. (π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−4−フルオロフェノラト}パラジウム。
  14. (π−アリル)[2−(N−フェニルイミノメチル)フェノラト]パラジウム。
  15. (π−アリル){2−[N−(2,6−ジイソプロピルフェニル)イミノメチル]−6−メチルフェノラト}パラジウム。
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