JP2013249437A - 水及び水に不溶な有機溶媒の混合溶媒を用いた重合体の製造方法及び該製造方法にて製造された重合体 - Google Patents
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Abstract
【課題】単離精製しなくても、重合体中の金属及びハロゲンを低減することが可能な重合体の製造方法を提供する。
【解決手段】
重合性モノマー、重合溶媒、重合触媒として金属錯体、及び開始剤としてハロゲン化合物を用いた重合体の製造方法であって、前記重合溶媒が水及び水に不溶な有機溶媒の混合溶媒である重合体の製造方法。
【選択図】なし
【解決手段】
重合性モノマー、重合溶媒、重合触媒として金属錯体、及び開始剤としてハロゲン化合物を用いた重合体の製造方法であって、前記重合溶媒が水及び水に不溶な有機溶媒の混合溶媒である重合体の製造方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、水及び水に不溶な有機溶媒の混合溶媒を用いた重合体の製造方法及び該製造方法にて製造された重合体に関する。
重合体の製造方法には、ラジカル重合による方法や、リビング重合による方法がある(例えば、特許文献1参照。)。ラジカル重合による方法は、開始剤である多官能環状過酸化物の合成が困難である反面、単離精製が不要であるという利点がある。一方、リビング重合による方法は、開始剤の合成が容易であること、及び精密な構造制御が可能であること等の利点があるものの、単離精製が必要である。重合体の単離精製には、再沈殿法が用いられることが多く、大量の溶媒を用いることから精製コストが高くなる等の問題がある。
リビング重合による方法としては、リビングラジカル重合により末端に官能基を有する重合体を製造する方法が知られている(例えば、特許文献2、3参照。)。この方法では、ハロゲン及び銅イオンが重合体に含まれる問題があった。
具体的には、重合体であるアクリルゴムは電子材料、特に配線板のソルダーレジスト等に利用されることが多い。しかし、アクリルゴム中にハロゲンや銅イオンが存在すると、イオンマイグレーションによる電極間のショートを引き起こすという問題が生じる可能性が高くなる。
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、本発明の目的は、単離精製しなくても、重合体中の金属及びハロゲンを低減することが可能な重合体の製造方法及び該製造方法にて製造された重合体を提供することにある。
本発明は、以下の通りである。
(1)重合性モノマー、重合溶媒、重合触媒として金属錯体、及び開始剤としてハロゲン化合物を用いた重合体の製造方法であって、前記重合溶媒が水及び水に不溶な有機溶媒の混合溶媒である重合体の製造方法。
(1)重合性モノマー、重合溶媒、重合触媒として金属錯体、及び開始剤としてハロゲン化合物を用いた重合体の製造方法であって、前記重合溶媒が水及び水に不溶な有機溶媒の混合溶媒である重合体の製造方法。
(2)前記有機溶媒がトルエンである(1)に記載の重合体の製造方法。
(3)前記金属錯体の金属が銅である(1)又は(2)に記載の重合体の製造方法。
(4)前記金属錯体の配位子として、1分子中に2個以上のN原子を有する化合物を用いる(1)から(3)のいずれかに記載の重合体の製造方法。
(5)前記ハロゲン化合物として、1分子中に1個以上のハロゲン原子を有する化合物を用いる(1)から(4)のいずれかに記載の重合体の製造方法。
(6)(1)から(5)のいずれかに記載の重合体の製造方法により製造される重合体。
(7)重量平均分子量が3万以上であり側鎖を2本以上有する(6)に記載の重合体。
本発明によれば、単離精製しなくても、重合体中の金属及びハロゲンを低減することが可能な重合体の製造方法及び該製造方法にて製造された重合体を提供できる。
<重合体の製造方法>
本発明の重合体の製造方法は、重合性モノマー、重合溶媒、重合触媒として金属錯体、及び開始剤としてハロゲン化合物を用いた重合体の製造方法であって、前記重合溶媒が水及び水に不溶な有機溶媒の混合溶媒であるものである。
以下に、まず、本発明の重合体の製造方法において用いられる各成分について説明する。
本発明の重合体の製造方法は、重合性モノマー、重合溶媒、重合触媒として金属錯体、及び開始剤としてハロゲン化合物を用いた重合体の製造方法であって、前記重合溶媒が水及び水に不溶な有機溶媒の混合溶媒であるものである。
以下に、まず、本発明の重合体の製造方法において用いられる各成分について説明する。
[モノマー種]
本発明の重合体の製造方法において用いられるモノマー種は、特に限定されず、種々のものを用いることができる。例えば、以下のモノマーを挙げることができる。なお、以下の構造式はアクリル系のものを示すが、メタクリル系のものも使用可能である。すなわち、(1)〜(7)式の構造において、CH2=CH−を、CH2=C(CH3)−に置き換えたものも使用可能である。
本発明の重合体の製造方法において用いられるモノマー種は、特に限定されず、種々のものを用いることができる。例えば、以下のモノマーを挙げることができる。なお、以下の構造式はアクリル系のものを示すが、メタクリル系のものも使用可能である。すなわち、(1)〜(7)式の構造において、CH2=CH−を、CH2=C(CH3)−に置き換えたものも使用可能である。
上記(1)式中のRは、炭素数1〜20の脂肪族基、又は炭素数6〜20の芳香族基を表すが、脂肪族基としては、具体的には、炭素数1〜20のアルキル基、アルコキシアルキル基を表し、直鎖状でも分岐状でもよく、中でも、炭素数1〜10の直鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数2〜8の直鎖状のアルキル基がより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロへキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ステアリル基、2−メトキシエチル基、2−エトキシエチル基、2−プロポキシエチル基、2−ブトキシエチル基、3−メトキシプロピル基、3−メトキシブチル基、4−メトキシブチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
一方、芳香族基としては、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基を表し、中でも、炭素数6〜10のアリール基、炭素数7〜11のアラルキル基が好ましい。具体的には、フェニル基、トルイル基、ベンジル基等が挙げられる。
一方、芳香族基としては、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基を表し、中でも、炭素数6〜10のアリール基、炭素数7〜11のアラルキル基が好ましい。具体的には、フェニル基、トルイル基、ベンジル基等が挙げられる。
上記(3)式中のRは、H又は炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基又はハロゲン原子を表すが、中でも、H又は炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基又はハロゲン原子が好ましく、H又は炭素数1〜2の脂肪族炭化水素基又はハロゲン原子がより好ましい。例えば、炭素数1〜5のアルキル基、塩素、臭素を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。
上記(4)式中のR1、R2は、H又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表すが、R1、R2が表す脂肪族炭化水素基としては、中でも、H又は炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基が好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルキル基を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられる。また、R1、R2が表すアルキル基はアミノ基で置換されていてもよい。
上記(5)式中のR1は、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表すが、R1が表す炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基としては、中でも、炭素数1〜2の脂肪族炭化水素基が好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルキレン基を表し、より具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、等が挙げられる。
また、R2、R3はH又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表すが、R2、R3が表す脂肪族炭化水素基としては、中でも炭素数1〜2の脂肪族炭化水素基が好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルキル基を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられる。炭素数6〜10の芳香族炭化水素基としては、具体的には、フェニル基、トルイル基、ベンジル基等が挙げられる。
また、R2、R3はH又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表すが、R2、R3が表す脂肪族炭化水素基としては、中でも炭素数1〜2の脂肪族炭化水素基が好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルキル基を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられる。炭素数6〜10の芳香族炭化水素基としては、具体的には、フェニル基、トルイル基、ベンジル基等が挙げられる。
上記(7)式中のR1は、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基を表すが、中でも、炭素数2〜4の脂肪族炭化水素基が好ましい。例えば、炭素数1〜5のアルキレン基を表し、より具体的には、メチレン基、エチレン基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ペンタンジイル基、等が挙げられる。
また、R2、R3、R4は炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜5のアルコキシ基を表すが、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基としては、中でも、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数2〜3の脂肪族炭化水素基がより好ましい。例えば、炭素数1〜5のアルキル基を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。炭素数1〜5のアルコキシ基としては、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等を表す。
また、R2、R3、R4は炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜5のアルコキシ基を表すが、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基としては、中でも、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数2〜3の脂肪族炭化水素基がより好ましい。例えば、炭素数1〜5のアルキル基を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。炭素数1〜5のアルコキシ基としては、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等を表す。
上記(1)〜(7)式で表されるモノマーの中でも、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリロニトリルが好ましい。
なお、「(メタ)アクリル酸」の表記は、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を示す。
なお、「(メタ)アクリル酸」の表記は、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を示す。
また、本発明の製造方法において用いられるモノマー種としては、架橋性官能基を有するモノマーも好適に用いることができる。その例を以下に示すが、本発明は以下のものに限定されることはない。
上記(8)、(9)式中、R1は、炭素数1〜5の2価の脂肪族炭化水素基を示し、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基等が挙げられ、中でも、メチレン基が好ましい。
また、上記の(8)〜(10)式はアクリレート系の例示であるが、メタクリレート系のものも使用可能である。すなわち、(8)〜(10)式において、CH2=CH−を、CH2=C(CH3)−に置き換えたものも使用可能である。
また、上記の(8)〜(10)式はアクリレート系の例示であるが、メタクリレート系のものも使用可能である。すなわち、(8)〜(10)式において、CH2=CH−を、CH2=C(CH3)−に置き換えたものも使用可能である。
[開始剤]
本発明の製造方法において用いられる開始剤はハロゲン化合物であり、一般には、1分子中にハロゲン原子を含む化合物が挙げられ、好ましくは、ハロゲン原子がBr又はClである化合物であり、より好ましくは、ハロゲン原子がBrである化合物であり、さらに好ましくは、臭素化アルキルである。なお、開始剤の官能数が重合体の重合鎖の数となるため、合成しようとする重合体の重合鎖の数を考慮した開始剤を選択することが好ましい。
以下に、本発明において好適に用いられる開始剤の具体例を官能数別に示すが、本発明は以下のものに限定されることはない。
本発明の製造方法において用いられる開始剤はハロゲン化合物であり、一般には、1分子中にハロゲン原子を含む化合物が挙げられ、好ましくは、ハロゲン原子がBr又はClである化合物であり、より好ましくは、ハロゲン原子がBrである化合物であり、さらに好ましくは、臭素化アルキルである。なお、開始剤の官能数が重合体の重合鎖の数となるため、合成しようとする重合体の重合鎖の数を考慮した開始剤を選択することが好ましい。
以下に、本発明において好適に用いられる開始剤の具体例を官能数別に示すが、本発明は以下のものに限定されることはない。
なお、7官能以上の化合物は、1分子中に7個以上のOH基を有する化合物に、所定の酸ハロゲン化物を反応させることにより得ることができる。ここで、所定の酸ハロゲン化物としては、2−ブロモプロピオン酸クロライド、2−ブロモプロピオン酸ブロマイド、2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸クロライド、2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸ブロマイドが挙げられる。但し、ここに挙げた例は一例であり、これらに制限されるものではない。
本発明の製造方法において、多官能開始剤の使用量としては、モノマーに対して、モル比で100:1〜2000:1であることが好ましい。
[配位子]
本発明の製造方法において用いられる配位子は、アミン化合物であり、1分子中に2個以上のN原子を有するアミン化合物を用いることが好ましい。そのようなアミン化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。
本発明の製造方法において用いられる配位子は、アミン化合物であり、1分子中に2個以上のN原子を有するアミン化合物を用いることが好ましい。そのようなアミン化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。
R1で表される炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基が挙げられる。また、R2、R3で表される炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられる。
本発明の製造方法において、配位子の使用量としては、用いる金属に対し、モル比で0.5:1〜2:1であることが好ましい。
[触媒]
本発明の製造方法において用いられる触媒は、周期律表第7族〜第11族元素の遷移金属であり、具体的には、マンガン、テクネチウム、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金が挙げられ、中でも、銅、ルテニウム、ニッケル、鉄が好ましく、銅がより好ましい。特に、銅を使用すると、触媒活性が高く、高重合率、高分子量化を達成しやすい。
本発明の製造方法において用いられる触媒は、周期律表第7族〜第11族元素の遷移金属であり、具体的には、マンガン、テクネチウム、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金が挙げられ、中でも、銅、ルテニウム、ニッケル、鉄が好ましく、銅がより好ましい。特に、銅を使用すると、触媒活性が高く、高重合率、高分子量化を達成しやすい。
本発明の製造方法において、触媒の使用量としては、開始剤に対し、モル比で1:0.5〜1:10であることが好ましい。
[溶媒]
本発明の製造方法において使用し得る重合溶媒は、水と水に不溶な有機溶媒からなる混合溶媒であり、具体的には、水とベンゼン、トルエン、シクロヘキサノン等の疎水性有機溶媒との混合溶媒が挙げられる。但し、ここに挙げた例は一例であり、これらに制限されるものではない。また、水と有機溶媒の混合比は、水に対し、質量比で1:0.8〜1:1.2であることが好ましい。
本発明の製造方法において使用し得る重合溶媒は、水と水に不溶な有機溶媒からなる混合溶媒であり、具体的には、水とベンゼン、トルエン、シクロヘキサノン等の疎水性有機溶媒との混合溶媒が挙げられる。但し、ここに挙げた例は一例であり、これらに制限されるものではない。また、水と有機溶媒の混合比は、水に対し、質量比で1:0.8〜1:1.2であることが好ましい。
[その他の成分]
本発明の重合体の製造方法において用いられる他の成分としては、触媒活性を上げるためルイス酸(例えば、アルミニウムアルコキシド等)、又は無機塩(例えば、炭酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム等)、又は還元剤(例えば、2−エチルヘキサン酸すず等)を添加することも可能である。
本発明の重合体の製造方法において用いられる他の成分としては、触媒活性を上げるためルイス酸(例えば、アルミニウムアルコキシド等)、又は無機塩(例えば、炭酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム等)、又は還元剤(例えば、2−エチルヘキサン酸すず等)を添加することも可能である。
[原子移動ラジカル重合法]
本発明の重合体の製造方法としては、原子移動ラジカル重合法を用いることが好ましい。原子移動ラジカル重合法は、開始剤としてハロゲン化合物等を、触媒として遷移金属を用い、アクリル系等のモノマーを重合するリビングラジカル重合法であり、構造制御が可能で、官能基変換反応に比較的有利なハロゲンを末端に有し、開始剤や触媒の設計の自由度が大きいことから、特定の官能基を有する重合体の製造方法として有用である。この原子移動ラジカル重合法としては、例えば、マクロモレキュールズ(Macromolecules)1995年、28巻、1721頁、7901頁、Matyjaszewskiら、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)1995年、117巻、5614頁、サイエンス(Science)1996年、272巻、866頁、国際公開第96/30421号パンフレット、国際公開第97/18247号パンフレット、国際公開第98/01480号パンフレット、国際公開第98/40415号パンフレット、特開平9−208616号公報、特開平8−41117号公報等に記載されている。
本発明の重合体の製造方法としては、原子移動ラジカル重合法を用いることが好ましい。原子移動ラジカル重合法は、開始剤としてハロゲン化合物等を、触媒として遷移金属を用い、アクリル系等のモノマーを重合するリビングラジカル重合法であり、構造制御が可能で、官能基変換反応に比較的有利なハロゲンを末端に有し、開始剤や触媒の設計の自由度が大きいことから、特定の官能基を有する重合体の製造方法として有用である。この原子移動ラジカル重合法としては、例えば、マクロモレキュールズ(Macromolecules)1995年、28巻、1721頁、7901頁、Matyjaszewskiら、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)1995年、117巻、5614頁、サイエンス(Science)1996年、272巻、866頁、国際公開第96/30421号パンフレット、国際公開第97/18247号パンフレット、国際公開第98/01480号パンフレット、国際公開第98/40415号パンフレット、特開平9−208616号公報、特開平8−41117号公報等に記載されている。
次に、本発明の重合体の製造方法における、重合体の合成の手順について説明する。
まず、合成のために用意した容器内に触媒を秤取して、各モノマー種と、配位子と、溶媒とを加える。次いで、窒素によりバブリングし、脱酸素を図る。容器内を窒素雰囲気下に保った状態で、別途調製した開始剤溶液を加え、重合を進行させる。このときの温度は10〜100 ℃程度である。10〜24h反応させた後に、静置分離し重合体を得る。
まず、合成のために用意した容器内に触媒を秤取して、各モノマー種と、配位子と、溶媒とを加える。次いで、窒素によりバブリングし、脱酸素を図る。容器内を窒素雰囲気下に保った状態で、別途調製した開始剤溶液を加え、重合を進行させる。このときの温度は10〜100 ℃程度である。10〜24h反応させた後に、静置分離し重合体を得る。
本発明の重合体の製造方法において、上記重合においては、酸素の除去が重要である。また、重合反応を円滑に進行させるため、モノマー、金属、配位子、開始剤の純度を上げることが重要である。
[重合体]
本発明の重合体は、上述の本発明の構造制御が可能な重合体の製造方法により製造される。構造制御可能な樹脂としては、側鎖を3本以上有する重合体(星型重合体)が挙げられ、同程度の分子量の直鎖状の重合体と比較して、流動性が高く、低粘度であるという特徴がある。これは、直鎖状の重合体は分子量が大きくなると分子鎖が長くなり、隣接する分子同士で絡み合いが生じるが、星型重合体は中心から重合鎖が放射状に伸びる構造のため、直鎖状の重合体ほど重合鎖部分が長くならず、絡み合いの発生が少ないからと推察される。従って、高分子量でかつ低粘度の重合体を用いる場合には星型重合体が有用である。
本発明の重合体は、上述の本発明の構造制御が可能な重合体の製造方法により製造される。構造制御可能な樹脂としては、側鎖を3本以上有する重合体(星型重合体)が挙げられ、同程度の分子量の直鎖状の重合体と比較して、流動性が高く、低粘度であるという特徴がある。これは、直鎖状の重合体は分子量が大きくなると分子鎖が長くなり、隣接する分子同士で絡み合いが生じるが、星型重合体は中心から重合鎖が放射状に伸びる構造のため、直鎖状の重合体ほど重合鎖部分が長くならず、絡み合いの発生が少ないからと推察される。従って、高分子量でかつ低粘度の重合体を用いる場合には星型重合体が有用である。
本発明の重合体の重量平均分子量は、強靭性を向上させるという観点から、3万以上であることが好ましく、8万以上であることがより好ましく、15万以上であることがさらに好ましく、通常は100万が上限である。
なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い
た標準ポリスチレン換算法により算出した。
なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い
た標準ポリスチレン換算法により算出した。
[用途]
本発明の重合体の用途としては、特に限定されないが、ダイボンドフィルム、異方導電性フィルム、配線板用強靭性付与剤、レジスト用強靭性付与剤、ソルダーレジスト等が挙げられる。但し、ここに挙げた例は一例であり、これらに制限されるものではない。
本発明の重合体の用途としては、特に限定されないが、ダイボンドフィルム、異方導電性フィルム、配線板用強靭性付与剤、レジスト用強靭性付与剤、ソルダーレジスト等が挙げられる。但し、ここに挙げた例は一例であり、これらに制限されるものではない。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定
されるものではない。
されるものではない。
[実施例1]
(アクリルゴム(3官能開始剤使用)の合成)
三方コック、二方コックを100mL三口フラスコに装着し、CuBr2 0.187g(1.3mmol)を秤取した。アクリル酸ブチル(BA)17.0g(130mmol)、ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)0.23g(1.3mmol)、トルエン23.5g、純水25.5g を加えた。10℃以下となったウォーターバスに反応容器を設置し、反応系内をN2フロー(400mL/min×60min)により脱酸素した後、反応系内を65℃まで昇温した。65℃まで昇温後、別途調製した3官能開始剤0.0690gをトルエン2.0gに溶解した溶液の全量を容器内に加え10h反応を進行させた。終了後、系内の温度を室温にし、有機相を減圧乾燥することで白色の生成物(収率95.0%)を得た。
合成した星型アクリルゴムの重量平均分子量は、160000であった。また、重合体中の臭素イオン、銅イオンの濃度は、それぞれ2.60ppm、130ppmであった。粘度は2600mP・sであった。
(アクリルゴム(3官能開始剤使用)の合成)
三方コック、二方コックを100mL三口フラスコに装着し、CuBr2 0.187g(1.3mmol)を秤取した。アクリル酸ブチル(BA)17.0g(130mmol)、ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)0.23g(1.3mmol)、トルエン23.5g、純水25.5g を加えた。10℃以下となったウォーターバスに反応容器を設置し、反応系内をN2フロー(400mL/min×60min)により脱酸素した後、反応系内を65℃まで昇温した。65℃まで昇温後、別途調製した3官能開始剤0.0690gをトルエン2.0gに溶解した溶液の全量を容器内に加え10h反応を進行させた。終了後、系内の温度を室温にし、有機相を減圧乾燥することで白色の生成物(収率95.0%)を得た。
合成した星型アクリルゴムの重量平均分子量は、160000であった。また、重合体中の臭素イオン、銅イオンの濃度は、それぞれ2.60ppm、130ppmであった。粘度は2600mP・sであった。
(3官能開始剤の合成)
三方コック、セプタムラバを備えた100mL二口ナスフラスコにフロログルシノール1.00g(7.93mmol)を秤取した。N2雰囲気にした後、脱水テトラヒドロフラン(以下、THFと称す)40.0mLを加えた。さらに、トリエチルアミン3.9mL(27.8mmol)を加え、0℃に冷却した。次いで、2−ブロモプロピオン酸クロリド2.8mL(27.8mmol)をゆっくりと滴下した後、室温に戻し2h反応を進行させた。反応追跡はTLC(薄層クロマトグラフィー)を用いて行い、原料のスポットが消失したとき、反応終了とみなした。反応終了後、ろ過し溶液中の塩酸塩を取り除き、溶媒をエバポレータにて留去した。残渣をMeOHにより再結晶することで白色固体の生成物2.4g(収率57%)を得た。構造は1H、13C−NMRより確認した。
三方コック、セプタムラバを備えた100mL二口ナスフラスコにフロログルシノール1.00g(7.93mmol)を秤取した。N2雰囲気にした後、脱水テトラヒドロフラン(以下、THFと称す)40.0mLを加えた。さらに、トリエチルアミン3.9mL(27.8mmol)を加え、0℃に冷却した。次いで、2−ブロモプロピオン酸クロリド2.8mL(27.8mmol)をゆっくりと滴下した後、室温に戻し2h反応を進行させた。反応追跡はTLC(薄層クロマトグラフィー)を用いて行い、原料のスポットが消失したとき、反応終了とみなした。反応終了後、ろ過し溶液中の塩酸塩を取り除き、溶媒をエバポレータにて留去した。残渣をMeOHにより再結晶することで白色固体の生成物2.4g(収率57%)を得た。構造は1H、13C−NMRより確認した。
[実施例2]
(アクリルゴム(1官能開始剤使用)の合成)
三方コック、二方コックを100mL三口フラスコに装着し、CuBr2 0.187g(1.30mmol)を秤取した。アクリル酸ブチル(BA)17.0g(130mmol)ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)0.23g(1.3mmol)、トルエン23.5g、純水25.5gを加えた。10 ℃以下となったウォーターバスに反応容器を設置し、反応系内をN2フロー(400mL/min×60min)により脱酸素した後、反応系内を65℃まで昇温した。65℃まで昇温後、別途調製した1官能開始剤(メチルブロモプロピオネート)0.31gをトルエン2.0gに溶解した溶液の全量を加え10h反応を進行させた。終了後、系内の温度を室温まで戻し、有機相を減圧乾燥することで白色の生成物(収率81.0%)を得た。
合成した直鎖アクリルゴムの重量平均分子量は、190000であった。また、粘度は12000 mP・sであった。重合体中の臭素イオン濃度、銅イオン濃度はそれぞれ、14.0ppm、150ppmであった。
(アクリルゴム(1官能開始剤使用)の合成)
三方コック、二方コックを100mL三口フラスコに装着し、CuBr2 0.187g(1.30mmol)を秤取した。アクリル酸ブチル(BA)17.0g(130mmol)ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)0.23g(1.3mmol)、トルエン23.5g、純水25.5gを加えた。10 ℃以下となったウォーターバスに反応容器を設置し、反応系内をN2フロー(400mL/min×60min)により脱酸素した後、反応系内を65℃まで昇温した。65℃まで昇温後、別途調製した1官能開始剤(メチルブロモプロピオネート)0.31gをトルエン2.0gに溶解した溶液の全量を加え10h反応を進行させた。終了後、系内の温度を室温まで戻し、有機相を減圧乾燥することで白色の生成物(収率81.0%)を得た。
合成した直鎖アクリルゴムの重量平均分子量は、190000であった。また、粘度は12000 mP・sであった。重合体中の臭素イオン濃度、銅イオン濃度はそれぞれ、14.0ppm、150ppmであった。
[比較例1]
(アクリルゴム(3官能開始剤使用)の合成)
三方コックを備えた300mL三口フラスコに銅粉末(Cu(0))を0.0457g(1.44mmol)秤取した。アクリル酸ブチル(BA)29.85g(232.89mmol)、アクリル酸エチル(EA)22.23g(222.03mmol)、メタクリル酸グリシジル(GMA)2.31g(16.25mmol)、アクリロニトリル22.74g(428.57mmol)、脱水ジメチルスルホキシド(DMSO)97.18g、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミンを0.1037g(0.45mmol)加えた。溶液をN2バブリング(400mL/min×60min)し脱酸素した後、別途調製した3官能開始剤を0.2389g(0.45mmol)加えさらにN2バブリング(400mL/min×15min)した。容器を密閉系とし、設定温度30℃のウォーターバスに設置し16h反応を進行させた。反応終了後、アセトンで溶液の粘度を低下させ、吸引ろ過した。ろ液を、テフロン(登録商標)減圧攪拌装置を備えた500mL三口フラスコに移した。150min−1で攪拌しながら1hかけ純水を滴下した後、30分間攪拌した。攪拌後に減圧蒸留を行い、アセトンおよび未反応モノマーを除去した。フラスコ内に残った水溶液をスポイトで除去した後、残った重合体を水で2回、メタノールで1回洗浄し、再びアセトンで溶解した。溶解後、再び1hかけ純水を滴下し、30分間攪拌した。攪拌後に減圧蒸留を行い、フラスコ内に残った水溶液をスポイトで除去した後、残った重合体を水とメタノールで1回ずつ洗浄した。洗浄後、重合体をシクロヘキサノンで溶解させ、減圧蒸留によって低沸点溶媒を除去し、アクリルゴム溶液とした。合成した星型アクリルゴムの重量平均分子量は200000であった。また、重合体中の臭素イオン濃度、銅イオン濃度はそれぞれ、770ppm、350ppmであった。
(アクリルゴム(3官能開始剤使用)の合成)
三方コックを備えた300mL三口フラスコに銅粉末(Cu(0))を0.0457g(1.44mmol)秤取した。アクリル酸ブチル(BA)29.85g(232.89mmol)、アクリル酸エチル(EA)22.23g(222.03mmol)、メタクリル酸グリシジル(GMA)2.31g(16.25mmol)、アクリロニトリル22.74g(428.57mmol)、脱水ジメチルスルホキシド(DMSO)97.18g、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミンを0.1037g(0.45mmol)加えた。溶液をN2バブリング(400mL/min×60min)し脱酸素した後、別途調製した3官能開始剤を0.2389g(0.45mmol)加えさらにN2バブリング(400mL/min×15min)した。容器を密閉系とし、設定温度30℃のウォーターバスに設置し16h反応を進行させた。反応終了後、アセトンで溶液の粘度を低下させ、吸引ろ過した。ろ液を、テフロン(登録商標)減圧攪拌装置を備えた500mL三口フラスコに移した。150min−1で攪拌しながら1hかけ純水を滴下した後、30分間攪拌した。攪拌後に減圧蒸留を行い、アセトンおよび未反応モノマーを除去した。フラスコ内に残った水溶液をスポイトで除去した後、残った重合体を水で2回、メタノールで1回洗浄し、再びアセトンで溶解した。溶解後、再び1hかけ純水を滴下し、30分間攪拌した。攪拌後に減圧蒸留を行い、フラスコ内に残った水溶液をスポイトで除去した後、残った重合体を水とメタノールで1回ずつ洗浄した。洗浄後、重合体をシクロヘキサノンで溶解させ、減圧蒸留によって低沸点溶媒を除去し、アクリルゴム溶液とした。合成した星型アクリルゴムの重量平均分子量は200000であった。また、重合体中の臭素イオン濃度、銅イオン濃度はそれぞれ、770ppm、350ppmであった。
[測定方法]
以下に、各実施例、比較例において測定した分子量等の各パラメータの測定方法について説明する。
1.重量平均分子量(Mw)の測定
試料濃度1.0質量%のTHF溶液を調製し、東ソー株式会社製GPC装置で測定し、ポリスチレン換算を用いて重量平均分子量を決定した。
2.粘度の測定
試料濃度45質量%のシクロヘキサン溶液を調製し、E型粘度計(東京計器株式会社製)により25℃, 5min−1で3分後の値を測定値とした。
3.臭素イオン濃度の測定
減圧乾燥した重合体1.00gと純水10.0gを耐圧容器に秤量し、120℃×24hで加熱後、容器内の溶液を陰イオンクロマトグラフ(日本ダイオネクス株式会社製、商品名:IC20)を用いて測定した。
4.銅イオン濃度の測定
重合体を含む溶液から純水により銅イオンを抽出し、抽出溶液を分光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、商品名:U−3310)を用いて測定し、検量線により濃度を推定した。
以下に、各実施例、比較例において測定した分子量等の各パラメータの測定方法について説明する。
1.重量平均分子量(Mw)の測定
試料濃度1.0質量%のTHF溶液を調製し、東ソー株式会社製GPC装置で測定し、ポリスチレン換算を用いて重量平均分子量を決定した。
2.粘度の測定
試料濃度45質量%のシクロヘキサン溶液を調製し、E型粘度計(東京計器株式会社製)により25℃, 5min−1で3分後の値を測定値とした。
3.臭素イオン濃度の測定
減圧乾燥した重合体1.00gと純水10.0gを耐圧容器に秤量し、120℃×24hで加熱後、容器内の溶液を陰イオンクロマトグラフ(日本ダイオネクス株式会社製、商品名:IC20)を用いて測定した。
4.銅イオン濃度の測定
重合体を含む溶液から純水により銅イオンを抽出し、抽出溶液を分光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、商品名:U−3310)を用いて測定し、検量線により濃度を推定した。
以上の実施例及び比較例の測定結果を表1に示す。
表1より、実施例1及び実施例2と比較例1のハロゲン及び銅イオン濃度を比べると、本発明の重合体の製造方法により、単離精製しなくても、ハロゲン及び銅イオン共に濃度を大きく低減できたことが確認できた。
また、実施例1と実施例2の粘度を比較すると、実施例1は、実施例2と同程度の分子量ではあるが、粘度が明らかに小さいことから、混合溶媒を用いた原子移動ラジカル重合法においても、3本鎖の重合体が合成可能であることを示している。
また、実施例1と実施例2の粘度を比較すると、実施例1は、実施例2と同程度の分子量ではあるが、粘度が明らかに小さいことから、混合溶媒を用いた原子移動ラジカル重合法においても、3本鎖の重合体が合成可能であることを示している。
Claims (7)
- 重合性モノマー、重合溶媒、重合触媒として金属錯体、及び開始剤としてハロゲン化合物を用いた重合体の製造方法であって、前記重合溶媒が水及び水に不溶な有機溶媒の混合溶媒である重合体の製造方法。
- 有機溶媒がトルエンである請求項1に記載の重合体の製造方法。
- 金属錯体の金属が銅である請求項1又は2に記載の重合体の製造方法。
- 金属錯体の配位子として1分子中に2個以上のN原子を有する化合物を用いる請求項1から3のいずれか1項に記載の重合体の製造方法。
- ハロゲン化合物として、1分子中に1個以上のハロゲン原子を有する化合物を用いる請求項1から4のいずれか1項に記載の重合体の製造方法。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載の重合体の製造方法により製造されてなる重合体。
- 重量平均分子量が3万以上であり側鎖を2本以上有する請求項6に記載の重合体。
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-
2012
- 2012-06-04 JP JP2012126989A patent/JP2013249437A/ja active Pending
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