JP2013537524A - 調整剤分子 - Google Patents

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Abstract

本発明は、一置換型ホスフィン酸、及びラジカル重合における調整剤としてのその使用に関する。このような調整剤は、低溶解度の塩の形成を招くことがなく、これに加えて、本発明による調整剤で生成されたポリマーは、サイズ分布が狭い、均一な重合度によって特徴づけられる。加えて本発明は、このような一置換型ホスフィン酸の製造方法に関する。

Description

本発明は、フリーラジカル重合によるポリマー製造の分野に関する。
ホスフィン酸及びその塩を分子量調整剤として使用し得ることが知られてはいるが、これらの使用には欠点がある。例えばこれらを使用すると、いくつかの望ましくない副生成物、場合によっては毒性の副生成物が生成され、例えば高温においてホスフィンが生成される。また、付加反応が完了まで進まないことがあり、かつこれに加えて、重合度が著しく不均質なポリマーがもたらされることがある。
実際には、硫黄含有の無機及び有機化合物、例えばメルカプタン、メルカプトエタノール、チオグリコール、メルカプトプロピオン酸、チオカルバメート、及びシステインが、分子量調整剤として使用される。
硫黄含有物質は、重合中の取り扱いが難しいという理由、また不快臭、特に高温時の不快臭が、生成プロセス、及びこれらの化合物を用いて製造された製品の利用特性を損なうという理由から、不都合である。
加えて、現在まで従来技術において使用されている低分子量の調整剤、例えばホスフェート又はスルフェートは、反応中に調整剤から形成される塩が、制限された溶解度しか有しておらず、したがって高濃縮された溶液から析出するという欠点を有している。
したがって本発明の目的は、上述の欠点を有さず、かつフリーラジカル重合に際して使用できる分子量調整剤を提供することであった。
驚くべきことに、請求項1に記載の式(I)の一置換型ホスフィン酸がこの課題を解決することが見いだされた。本発明による一置換型ホスフィン酸をフリーラジカル重合の際の調整剤として使用すると、低溶解度の塩が形成されることがなく、またこれに加えて、本発明による調整剤で生成されたポリマーは、サイズ分布が狭い均一な重合度を有する。
加えて、本発明による一置換型ホスフィン酸を高い収率で生成するための、コスト的に有利で、かつ技術的にシンプルな方法が見いだされた。
本発明の更なる態様は、更なる独立請求項の対象となる。本発明の特に好ましい実施態様は、従属請求項の対象である。
本発明は、下記の式(I)の一置換型ホスフィン酸に関する:
Figure 2013537524
Xは、H、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、二価又は三価金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウム基、又は分子量≦200g/molの有機ラジカルであり、特に、Xは、Na又はKである。
ここで、Yは、下記の式(II)〜(VI)のうちの1つを表し:
Figure 2013537524
Wは、下記の式(VII)〜(X)のうちの1つを表す:
Figure 2013537524
は、H、アルキル基、好ましくはC原子数1〜20のアルキル基、アルキルアリール、好ましくはC原子数7〜20のアルキルアリール基、又は下記の式(XI)であり:
Figure 2013537524
置換基Aは独立に、C〜C−アルキレン基を表し、下付符号qの値は、2〜300、特に2〜50、特に好ましくは3〜10であり、下付符号nの値は、2〜4、特に2であり、かつ下付符号rの値は0〜1であり、
、R及びRは独立に、H、CH、COOH、又はCH−COOHであり、当業者には明らかなように、この関連においてCOOH又はCH−COOHは、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、二価又は三価金属イオン、アンモニウムイオンとそれらの塩、例えばCOONa又はCH−COONaを包含するものと理解され、
は、−CH−CH−、又は−CH−CH(CH)−であり、かつ
は、O又はNである。
[AO]は、好ましくは下記の式(XV)を表す:
Figure 2013537524
下付符号x、y、zの値は、それぞれ独立に、0〜300であり、かつその和x+y+zは2〜300である。加えて、式(XV)において、EO=エチレンオキシ、PO=プロピレンオキシ、BuO=ブチレンオキシ又はイソブチレンオキシである。個別の構造単位EO−、PO−、及びBuOの配列は、交互、確率的、ブロック状、又はランダムであってよい。
好ましくは、下付符号xは2〜50、特に好ましくは3〜15であり、和y+x=0である。
「分子量」又は「モル重量」は、本発明の意味において、重量平均分子量Mwとして定義される。
本明細書中の「ポリマー」という用語は、多重反応(重合、重付加、重縮合)によって生成されるマクロ分子群であって、一方では化学的に均一ではあるが、他方では重合度、分子量、及び鎖長の面で異なるマクロ分子群を含包する。この用語はまた、多重反応から生じたこのようなマクロ分子群の誘導体、したがって所定のマクロ分子上の官能基の付加又は置換のような反応によって得られる化合物であって化学的に均一であるか否かを問わない化合物を含む。
本明細書中のX、W、Y、Y’、P、M等の太字は、より良い読解及び識別のために意図されたに過ぎない。
Xが有機アンモニウム基である場合、これは好ましくは脂肪族アミン又はヒドロキシ脂肪族アミン、特にモノ−、ジ−、又はトリアルキルアミン、例えばメチル、エチル−、又はジエチルアミン、又はモノ−、ジ−又はトリ−(ヒドロキシアルキル)−アミン、例えばエタノールアミン、ジ−、又はトリエタノールアミン、トリス−(ヒドロキシメチル)メチルアミン、又はN−(ヒドロキシエチル)−N,N−ジ−エチルアミンである。
Xが分子量≦200g/molの有機ラジカルである場合、これは好ましくは、分子量≦200g/molの、C−C20−アルキル基、又はアルキレンオキシド含有ラジカルである。
好ましくは、下記の式(I)の化合物は、下記のいずれかの化合物である:
Figure 2013537524
下記を有する化合物:
X=H又はNa
式(VII)であるW
式(III)であるY
=H又はCH
=R=R=H
(下付符号は、x=14〜15、かつy=z=0)、又は
下記を有する化合物:
X=H又はNa
式(VII)であるW
式(III)であるY
=H又はCH
=R=R=H
(下付符号は、x=13〜14、かつy=0及びz=1)、又は
下記を有する化合物:
X=H又はNa
式(VIII)であるW
式(III)であるY
=H又はCH
=R=R=H
(下付符号は、x=2〜8、かつy=z=0)、又は
下記を有する化合物:
X=H又はNa
式(VIII)であるW
式(III)であるY
=H又はCH
=R=R=H
(下付符号は、x=3〜10、かつy=z=0)、又は
下記を有する化合物:
X=H又はNa
式(VIII)であるW
式(III)であるY
=H又はCH
=R=R=H
(下付符号は、x=9〜11、かつy=z=0)、又は
下記を有する化合物:
X=H又はNa
式(VIII)であるW
式(III)であるY
=H又はCH
=R=R=H
(下付符号の和はx+y=20及びz=0)、又は
下記を有する化合物:
X=H又はNa
式(IX)であるW
式(III)であるY
=H又はCH
=H、R=H又はCH、R=COOH又はCOONa
(下付符号の和はx=2〜8、かつy=z=0)。
特に好ましくは、下記の式(I)の化合物は、下記からなる群より選択された化合物である:
Figure 2013537524
好ましくは分子量400〜600g/molの、ナトリウム[ポリ(オキシエチレン)]−ホスフィネート、好ましくは分子量400〜600g/molの、ナトリウム−2−[ポリ(オキシエチレン)−1,4−ジオキシブチレン]エチルホスフィネート、好ましくは分子量250〜500g/molの、ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:2〜8EO)、好ましくは分子量300〜550g/molの、ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:3〜10EO)、好ましくは分子量500〜600g/molの、ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:約10EO)、好ましくは分子量1100〜1200g/molの、ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:約24EO)、好ましくは分子量1500〜2200g/molの、ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:約20EO及び約20PO)。
更なる態様において、本発明は、下記の式(XII)のホスフィン酸と、下記の式(XIII)の化合物とを反応させることによって、一置換型ホスフィン酸を製造する方法である:
Figure 2013537524
Figure 2013537524
ここで、Y’は、下記の式(III’)〜(VI’)の化合物を表し:
Figure 2013537524
W、R〜R、X及びrは、フリーラジカル開始剤におけるW、R〜R、X及びrのラジカル及び下付符号としてそれぞれ前述したラジカル及び下付符号である。
好ましくは、反応はフリーラジカル付加反応である。
好ましくは、下記の式(XIII)の化合物は、式(III’)であるY’、式(VII)であるW、及びR=CH(R、R、及びRはそれぞれ独立にHを表す)を有する化合物である:
Figure 2013537524
特に好ましくは、これは、メチル−ポリ(オキシエチレン)ビニルエーテル、メチル−ポリ(オキシプロピレン)ビニルエーテル、又はメチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)ビニルエーテルである。
特に好ましいのは、分子量が約500g/molの、ポリ(オキシエチレン)−ビニルエーテル(アルコキシル化度:13〜14EO)、分子量が約500g/molのポリ(オキシエチレン)−1−オキシテトラメチルエチレン−ビニルエーテル(アルコキシル化度:8〜9EO)である。
好ましくは、下記の式(XIII)の化合物は、式(III’)であるY’、式(VIII)であるW、及びR=CH(R及びRは、それぞれ独立にHを表し、かつRは、H又はCH)を有する化合物である:
Figure 2013537524
特に、これは好ましくは、メチル−ポリ(オキシエチレン)アリルエーテル、メチル−ポリ(オキシプロピレン)アリルエーテル、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)アリルエーテル、メチル−ポリ(オキシエチレン)メタリルエーテル、メチル−ポリ(オキシプロピレン)メタリルエーテル、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)メタリルエーテル、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)メチルブテンエーテルである。
特に好ましいのは、分子量が約250g/molの、ポリ(オキシエチレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:2〜8EO)、分子量が約350g/molの、ポリ(オキシエチレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:3〜10EO)、分子量が約500g/molの、ポリ(オキシエチレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:10EO)、分子量が約1100g/molの、ポリ(オキシエチレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:24EO)、分子量が約2100g/molの、ポリ(オキシアルキレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:20EO及び20PO)である。
好ましくは、下記の式(XIII)の化合物は、式(III’)であるY’、式(IX)であるW、及びR=CH(R及びRは、それぞれ独立にHを表し、かつRは、H又はCHであり、かつRはO)を有する化合物である:
Figure 2013537524
特に好ましくは、これは、メチル−ポリ(オキシエチレン)アクリレート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)アクリレート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)アクリレート、メチル−ポリ(オキシエチレン)メタクリレート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)メタクリレート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)メタクリレートである。
好ましくは、下記の式(XIII)の化合物は、式(III’)であるY’、式(IX)であるW、及びR=CH(R及びRは、それぞれ独立に、H、CH、CH−COOH又はこれらの塩を表し、かつRは、H又はCHであり、かつRはO)を含む化合物である:
Figure 2013537524
特に好ましくは、これは、メチル−ポリ(オキシエチレン)クロトネート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)クロトネート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)クロトネート、メチル−ポリ(オキシエチレン)マレエート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)マレエート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)マレエート、メチル−ポリ(オキシエチレン)フマレート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)フマレート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)フマレート、メチル−ポリ(オキシエチレン)イタコネート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)イタコネート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)イタコネート、メチル−ポリ(オキシエチレン)シトラコネート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)シトラコネート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)シトラコネート、メチル−ポリ(オキシエチレン)アコニテート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)アコニテート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)アコニテートである。
好ましくは、下記の式(XIII)の化合物は、式(III’)であるY’、式(X)であるW、及びR=CH(RはCH−COOHであり、R及びRはHであり、かつRはO)を有する化合物である:
Figure 2013537524
特に好ましくは、これは、メチル−ポリ(オキシエチレン)ペント−2−エン二酸エステルである。
好ましくは、下記の式(XIII)の化合物は、式(III’)であるY’、式(IX)であるW、及びR=CH(R及びRは独立に、H、CH、又はCH−COOHを表し、RはH又はCHであり、かつRはN)を有する化合物である:
Figure 2013537524
特に好ましくは、これはN−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]マレイン酸ヘミアミド、N−[メチル−ポリ(オキシプロピレン)]マレイン酸ヘミアミド、又はN−[メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)]マレイン酸ヘミアミドである。
好ましくは、下記の式(XIII)の化合物は、式(V’)であるY’、式(VII)であるW、及びR=CH(Rは、−CH−CH−又は−CH−CH(CH)−CHであり、RはNであり、かつ下付符号r=0)を有する化合物である:
Figure 2013537524
特に好ましくは、これはN−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]マレイミド、N−[メチル−ポリ(オキシプロピレン)]マレイミド、又はN−[メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)]マレイミドである。
好ましくは、式(XII)のホスフィン酸は、ホスフィン酸のアルカリ又はアルカリ土類塩、又はアンモニウム塩であり、ここでは、1つ又は2つ以上の水素原子が有機基によって置換されていてよい。
このような置換型アンモニウム化合物は、ホスフィン酸を、アミン又はC−ヒドロキシル化脂肪族アミン、特に、モノ−、ジ−、又はトリ−低級アルキルアミン、例えばメチルエーテル−、エチル−又はジエチルアミン、モノ−、ジ−、又はトリ−(ヒドロキシ低級アルキル−アミン、例えばエタノールアミン、ジ−、又はトリ−エタノールアミン、トリス−(ヒドロキシメチルエーテル)メチルエーテルアミン、又はN−(ヒドロキシ低級アルキル)−N,N−ジ−低級アルキルアミンで中和することによって生成することができる。
特に好ましくは、式(XII)のホスフィン酸は、ホスフィン酸ナトリウム一水和物である。
好ましいフリーラジカル開始剤は、ペルオキシ酸及び/又はその塩、特にペルオキソ二硫酸のアンモニウム又はアルカリ金属塩である。特に好ましくは、ペルオキソ二硫酸ナトリウムがフリーラジカル開始剤として使用される。
この方法は好ましくは、下記の工程を含む:
(a)式(XII)のホスフィン酸を、溶媒中で、式(XIII)の化合物及びフリーラジカル開始剤とフリーラジカル付加反応させ;
(b)随意に、反応混合物から、特に蒸留によって、溶媒を除去し、かつ随意に、反応混合物から反応生成物を精製すること。
好ましくは、式(XIII)の化合物と式(XII)のホスフィン酸とのモル比は、1:1〜1:10、好ましくは1:2〜1:6、特に好ましくは1:2〜1:3である。このことは、一置換型ホスフィン酸の収率がより高くなることから有利である。
好ましくは、この方法は、水である溶媒、又はエタノール、メタノール、及びイソプロパノールからなる群より選択された溶媒の水溶液を使用する。好ましくは溶媒は水である。
水は、経済上及び環境上の理由から好ましく、また水の使用は、製造技術面で安全であり、また、大抵の塩をその中に容易に溶解させることができる。
また、工程(a)を反応温度50℃〜100℃、好ましくは60℃〜80℃で行うことが、有利である。
式(XIII)の化合物が、式(III’)であるY’、及び式(VII)又は(VIII)であるWを含む化合物であるならば、工程(a)をpH4〜8、好ましくはpH6〜8で実施することが有利である。
エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、イソブタノール、n−ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、及びエチレングリコールジメチルエーテルからなる群より選択された抽出剤を用いて、工程(b)の精製を行うことも有利である。好ましくは、抽出剤はイソプロパノールである。
好ましい実施態様の場合、工程(a)において、ホスフィン酸ナトリウムの水溶液を最初に用意し、そして次いで、好ましくは60〜300分以内に、式(III’)であるY’及び式(VII)又は(VIII)であるWを有する式(XIII)の化合物の水溶液を、フリーラジカル開始剤と一緒に、液滴状で添加する。工程(a)の反応中の温度は、好ましくは60〜80℃である。
好ましくは、ホスフィン酸ナトリウムと式(XIII)の化合物とのモル比は、1:1〜1:10、特に好ましくは1:2〜1:6である。
好ましくは、フリーラジカル開始剤と式(XIII)の化合物とのモル比は、0.005:1〜0.2:1、特に好ましくは0.01:1〜0.05:1である。
工程(b)において、反応溶液を乾燥するまで蒸発させることによって溶媒を除去することが有利である。また、反応混合物中の反応生成物を精製することも有利である。この目的に関して、反応生成物が可溶性である抽出剤中で、残留物を30〜60分間にわたって攪拌する。ろ過後、無機塩がろ過ケーキとして残る。次いで、蒸発によってろ液から粗反応生成物を得る。
過剰のホスフィネートは、再循環によってろ過ケーキから回収し、再使用のために利用可能である。
付加的な好ましい実施態様は、下記反応を伴う方法である:
ホスフィン酸ナトリウムとメチル−ポリ(オキシエチレン)アクリレート(アルコキシル化度:3〜8EO)との反応、又はホスフィン酸ナトリウムとメチル−ポリ(オキシエチレン)マレエート(アルコキシル化度:11EO)との反応、又はホスフィン酸ナトリウムとN−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]マレイン酸ヘミアミド(アルコキシル化度:13EO)との反応、又はホスフィン酸ナトリウムとN−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]マレイミド(アルコキシル化度:13EO)との反応。
本発明の更なる態様は、前述のような式(I)の一置換型ホスフィン酸、及び前述のような、式(XII)のホスフィン酸と式(XIII)の化合物とを反応させることによって生成された一置換型ホスフィン酸を、フリーラジカル重合時の分子量調整剤として使用することに関する。
本明細書において、「分子量調整剤」という用語は、フリーラジカル重合時に用いられる高い移動定数を備えた化合物を示すために使用される。分子量調整剤は、連鎖停止反応を加速し、それによって結果として得られるポリマーの重合度を、反応速度全体に影響を及ぼすことなしに低減させる。
更なる態様において、本発明は、式(I)の一置換型ホスフィン酸、又は前述のように式(XII)のホスフィン酸と式(XIII)の化合物とを反応させることによって生成された一置換型ホスフィン酸を使用して、モノマーMをフリーラジカル重合することによって、ポリマーPを製造する方法に関する。
前述の一置換型ホスフィン酸に加えて、付加的な従来な分子量調整剤、例えば有機チオールを使用することも可能である。本発明による分子量調整剤は、他の反応成分と同時に添加することができるが、異なる時点で添加することもできる。分子量調整剤の添加は、好ましくは重合反応経過中に連続的に行われるか、又は予め反応器内に入れておくことによって行われる。
好ましくは、モノマーMは、下記からなる群より選択される:
・モノエチレン系不飽和型(C−C)−モノ及びジカルボン酸、
・(C−C20)−アルキル(メタ−)アクリレート、(C−C20)−アルキル(メタ−)アクリルアミド、(C−C20)−アルキル(メタ−)アクリロニトリル、及びポリ(オキシアルキレン)(メタ−)アクリレート、
・C原子数2〜20のカルボン酸のビニルエステル、C原子数20までのビニル芳香族化合物、
・C原子数1〜12のアルコールのビニルエーテル及びアリルエーテル、メチル−ポリ(オキシアルキレン)−アリルエーテル、又はメチル−ポリ(オキシアルキレン)ビニルエーテル、
・C原子数2〜10であり、かつ1又は2のオレフィン二重結合を有する脂肪族炭化水素、環状及び開鎖状N−ビニルアミド、及び
・これらのモノマーの混合物。
好ましいモノエチレン系不飽和型(C−C)−モノ及びジカルボン酸は、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、並びにこれらのC−C20−アルキルエステル及びメチル−ポリ(オキシアルキレン)エステル、これらのアミド、これらのニトリル、及びこれらの無水物である。
例としては次のものを挙げることができる:メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、メチル−ポリ(オキシエチレン)アクリレート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)アクリレート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)アクリレート、メチル−ポリ(オキシエチレン)メタクリレート、メチル−ポリ(オキシプロピレン)メタクリレート、メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)メタクリレート、無水マレイン酸、無水イタコン酸、モノメチルマレエート、ジメチルマレエート、モノエチルマレエート、ジエチルマレエート、モノ−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]マレエート、モノ−[メチル−ポリ(オキシプロピレン)]マレエート、モノ−[メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)]マレエート、ジ−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]マレエート、ジ−[メチル−ポリ(オキシプロピレン)]マレエート、ジ−[メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)]マレエート、アルキレングリコールアクリレート及びメタクリレート、アルキレングリコールマレエート及びイタコネート、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、及びジアルキルアミノアルキルアクリルアミド及び−メタクリルアミド。
(C−C20)−アルキル(メタ−)アクリレート、(C−C20)−アルキル(メタ−)アクリルアミド、(C−C20)−アルキル(メタ−)アクリロニトリル、及びポリ(オキシアルキレン)(メタ−)アクリレートとしては、下記のものが好ましい:
(C−C10)−ヒドロキシアルキルアクリレート及び−メタクリレート、例えばヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシイソブチルメタクリレート。
好ましいビニルモノマーは例えば、ビニルアセテート、ビニルプロピオネート、ビニルラウレート、ビニルステアレート、バーサティック・アシッド(Versatic acid)ビニルエステル、及びN−ビニルピロリドンである。
好ましいビニル芳香族化合物は、o−及びp−メチルスチレン、ビニルトルエン、及び特に好ましくはスチレンである。
挙げることができる好ましいビニルエーテルは例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ビニルイソブチルエーテル、及びドデシルビニルエーテルである。
特に好ましいビニルモノマーは、メチル−ポリアルキレングリコールのビニルエーテル、例えばメチル−ポリ(オキシエチレン)ビニルエーテル(アルコキシル化度:2〜24EO)、メチル−ポリ(オキシプロピレン)ビニルエーテル(アルコキシル化度:2〜20EO)、及び可変のEO:PO比を有するメチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)ビニルエーテルである。
しかしながら、開鎖状N−ビニルアミド化合物、例えばN−ビニル−ホルムアミド、N−ビニル−N−メチル−ホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、及びN−ビニル−N−メチル−アセトアミドを使用してもよい。
更なる好ましいモノマーは例えば、(C−C10)−アルキルアリルエーテルであり、特に好ましくはポリ(オキシアルキレン)アリルエーテル、及びメチル−ポリ(オキシアルキレン)アリルエーテルである。これらは異なるアルコキシル度を有していてよい。例としては次のものを挙げることができる:ポリ(オキシエチレン)アリルエーテル、ポリ(オキシプロピレン)アリルエーテル、可変のEO:PO比を有するポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)アリルエーテル、メチル−ポリ(オキシエチレン)アリルエーテル、メチル−ポリ(オキシプロピレン)アリルエーテル、及び可変のEO:PO比を有するメチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)アリルエーテル。
C原子数2〜8であり、かつ1又は2のオレフィン二重結合を有する脂肪族炭化水素の例は、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、及びイソプレンである。
加えて、その重合がフリーラジカル開始メカニズムにしたがって進行する、全ての他のエチレン系不飽和型モノマーも可能である。
好ましくは、フリーラジカル重合はエマルジョン中、バルク中、又は溶液中で、好ましくは溶液中で、特に好ましくは水中で行われる。フリーラジカル重合は当業者に知られている形で、典型的には攪拌器、いくつかの流入容器及びライン、還流凝縮器、加熱及び冷却装置を備えた重合反応器であって、不活性ガス雰囲気下で、かつ大気圧を上回る又は下回る圧力で用いるのに適した重合反応器内で行うことができる。
化合物(I)のWの[AO]における式(XV)の[(EO)−(PO)−(BuO)]中で種々のオキシアルキル基を選択することによって、系内の分子量調整剤の溶液挙動を系統的に制御するのを可能にする。
有機溶媒中で又はエマルジョン重合として実施される重合反応では、好ましくは、過剰の疎水性基、例えばPO又はBuO基を単独で又は組み合わせて有する調整剤が使用される。この場合、EOは、小さい割合、特に一置換型ホスフィン酸の分子量を基準として≦30wt%、好ましくは≦20wt%、特に好ましくは≦10wt%の比率である。
化合物(I)のWの[AO]において≧50wt%のEO基を導入すること、特にEO基のみを導入することにより、分子量調整剤は親水性溶解挙動を達成し、それによってこれらの分子量調整剤は水性媒体中の溶液重合のために好ましく使用される。
また、フリーラジカル重合が少なくとも1種の有機溶媒の存在において実施され、一置換型ホスフィン酸が、一置換型ホスフィン酸の分子量を基準として、≧70wt%、好ましくは≧80wt%の比率のオキシプロピル基(PO)又はオキシブチル基(BO)を有し、かつ有機溶媒の比率が、溶媒の総重量を基準として、5〜90wt%、好ましくは5〜50wt%であると有利である。
このことは、結果として、溶媒中における一置換型ホスフィン酸の溶解性が改善され、そして一置換型ホスフィン酸がほとんど析出せず、又は特に好ましくは全く析出しないという点で有利である。これは生成プロセスにとって有利である。
本明細書中の「有機溶媒」という用語は、CD Roempp Chemie Lexikon, 9th Edition, Version 1.0, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1995において有機溶媒(organic solvents)として挙げられた化合物に適用される。
さらに、フリーラジカル重合が水の存在において行われ、一置換型ホスフィン酸が、一置換型ホスフィン酸の分子量を基準として、≧50wt%、好ましくは≧70wt%、特に好ましくは≧80wt%の比率のエチレン基(EO)を有し、かつ水の比率が、溶媒の総重量を基準として、50〜100wt%であると有利である。
このことは、結果として、水中における一置換型ホスフィン酸の溶解性が改善され、かつ一置換型ホスフィン酸がほとんど析出せず、又は特に好ましくは全く析出しないという点で有利である。これは生成プロセスにとって有利なことである。
またフリーラジカル重合が、下記からなる群より選択されるフリーラジカル開始剤を有していると有利である:
ペルオキソジフルフェート、例えばナトリウム−、カリウム−、又はアンモニウム−ペルオキソジスルフェート;
2,2’−アゾビス−イソブチロニトリル;及び
ヒドロペルオキシド、例えば過酸化水素、t−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシドに基づくレドックス系(単独で使用されるか又はレドックス開始剤、例えば重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、イソアスコルビン酸、及びナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートと一緒に使用される)。
本明細書中の「フリーラジカル開始剤」という用語は、CD Roempp Chemie Lexikon, 9th Edition, Version 1.0, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1995においてフリーラジカル重合に適した開始剤(initiator)として挙げられている化合物を示す。
好ましくは、フリーラジカル開始剤は、モノマーMの総重量を基準として、0.05〜20wt%、好ましくは0.01〜10wt%、特に好ましくは0.1〜2wt%の比率で使用される。
反応を水中で実施する場合、好ましくは水に易溶性の開始剤が使用される。特に好ましいのは、ペルオキソジフルフェート、例えばナトリウム−、カリウム−、又はアンモニウム−ペルオキソジスルフェート、さらに2,2’−アゾビス−イソブチロニトリル、又はヒドロペルオキシド、例えば過酸化水素、t−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシドに基づくレドックス系(単独で使用されるか又はレドックス開始剤、例えば重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、イソアスコルビン酸、及びナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートと組み合わせて使用される)である。
フリーラジカル開始剤は、フリーラジカル重合の間に種々の形式で反応器に添加することができる。これは、重合容器に全部を一度に添加することができ、又は重合中に消費されるのに伴って連続的又は段階的に添加することもできる。特に、これは重合温度、及び開始剤系の化学特性に依存する。好ましくは、通常は開始剤の僅かな部分を最初に使用し、かつ、これが消費されるに伴って、残りを重合混合物に添加する。最初にフリーラジカル開始剤の40〜50wt%を、比較的長い時間にわたって連続的に添加し、次いでフリーラジカル開始剤の50〜60wt%を、比較的短い時間にわたって重合反応器に添加するようにして、重合反応を実施することがしばしば望ましい。
重合温度は分解定数に依存し、通常は50〜120℃、好ましくは60〜80℃、特に好ましくは80〜100℃である。
有利には、フリーラジカル重合時に使用されるモノマーMに対する一置換型ホスフィン酸又はその塩のモル%比は、フリーラジカル重合時に使用される一置換型ホスフィン酸及びモノマーMの総モル量を基準として、0.1〜20であり、好ましくは1〜5である。
好ましくは、フリーラジカル開始剤は、使用されるモノマーMの総重量を基準として、0.001〜10wt%、好ましくは0.05〜5wt%、特に好ましくは0.1〜2wt%の比で使用される。
分子量調整剤の総量のうちの僅かな部分、すなわち約5〜10wt%を、フリーラジカル開始剤総量のうちの僅かな重量の部分、すなわち約5〜10wt%と一緒に反応器内に予め入れ、次いで反応成分を同時に別々の入口を通して添加することも可能である。すなわち分子量調整剤の添加は、モノマー添加と並行して行われる。これらの量は、好ましくは分子量調整剤のほとんどが、モノマーも添加されるのと同じ時間中に添加されるように選択される。
更なる好ましい実施態様の場合、分子量調整剤の添加は、モノマー流入が開始される前に分子量調整剤の添加が行われる作業方法によって実施される。
フリーラジカル重合によって生成されたポリマーPの分子量が500〜200,000g/mol、好ましくは2,000〜50,000g/molであると有利である。
本発明の更なる態様は、下記の式(XIV)のポリマーに関する:
Figure 2013537524
X、Y、W、及びRは上記のラジカルを表し;かつ
は、重合された状態で、上記の少なくとも1つのモノマーMを含有するポリマーを表し、Rの分子量は500〜200,000g/mol、好ましくは2,000〜50,000g/molである。
好ましくは、Rは、Rの分子量を基準として、≧80wt%、特に≧90wt%、特に好ましくは≧95wt%のモノマーMからなる。
重合された状態のモノマーMは、フリーラジカル重合反応後にポリマーの形態で存在するモノマーMとして定義される。
《測定方法の説明》
Perkin−ElmerのFT−IR 1600装置(ZnSe結晶を有する水平ATR測定ユニット)で、赤外スペクトルを測定した。試料は膜として、希釈せずに適用した。吸収帯は波数(cm−1)で報告する(測定範囲:4000〜650cm−1)。
300.13MHzのBruker Model DPX−300分光計でH−NMRスペクトルを測定した。化学シフトδをppmで報告する。カップリング・パターン(t,m)は、たとえ擬似カップリング・パターンにすぎない場合であっても報告した。
溶媒としてCDClを使用して、300.13MHzのBruker Model DPX−300分光計で、31H−NMRスペクトルを測定した。
Mettler Toledo Model RM 180回転粘度計(測定システム11、シリンダ1、密度1.1、インターバル100、回転速度100rpm)で、粘度を測定した。
ELS及びPDA検出器、及び溶媒系Aとしての水及び溶媒系Bとしてのアセトニトリル中の0.15%HCOOHを有するBEH 300 C18、2.1 × 100mm、1.7μmのカラムを使用して、Waters CoroporationのACQUITY UPLC(登録商標)によって、クロマトグラフィ測定を行った。
《式(I)の化合物の生成》
〈例1〉
ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:3〜10EO、Mw=400〜600g/mol)
機械的攪拌器、温度計、及び滴下漏斗を備えたガラス反応器内に、300gの水中に溶解された106g(1mol)の次亜リン酸ナトリウム一水和物を入れ、70℃まで加熱した。次いでこの溶液に、70〜72℃で90分間にわたって、70g(約0.2mol)のポリ(オキシエチレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:3〜10EO)、及び1gのペルオキソ二硫酸ナトリウムの水100g中の溶液を液滴状で添加した。
次いで、ガス・クロマトグラムにおいて更なるアリルメチルエーテルを検出できなくなるまで、反応をさらに30分間にわたって70℃で続けた。次に、反応溶液を乾燥するまで蒸発させた。残留物を350gのイソプロパノール中に取り込み、かつこのスラリーを室温で30分間にわたって攪拌し、次いでガラスろ過漏斗上でろ過した。
主として過剰の次亜リン酸ナトリウムからなるろ過ケーキを50mLのイソプロパノールで洗浄し、次いで50gの無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。乾燥済のろ液を、襞付きフィルタを通してろ過し、そして乾燥するまで蒸発させた。結果として70gの粗生成物が得られた。更なる精製のために、高吸湿性の粗生成物を高真空下で2時間にわたって乾燥させ、次いで100gのイソプロパノール中に溶解し、そして10μmフィルタを通してろ過した。ろ液を乾燥するまで蒸発させ、そして無色の残留物を高真空下で一晩乾燥させた。68.5g(78.2%)の無色で蝋状の、クロマトグラフィ(UPLC)的に純粋な生成物を得た。
Figure 2013537524
〈例2〉
ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:2〜8EO、Mw=250〜400g/mol)
機械的攪拌器、温度計、及び滴下漏斗を備えた2リットル・ガラス反応器内に、600gの水中に溶解された212g(2mol)の次亜リン酸ナトリウム一水和物を入れ、70℃まで加熱した。次いでこの溶液に、70〜72℃で90分間にわたって、100g(約0.4mol)のポリ(オキシエチレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:2〜8EO)、及び2g(0.008mol)のペルオキソ二硫酸ナトリウムの水100g中の溶液を液滴状で添加した。
次いで、液体クロマトグラフィによって更なるアリルメチルエーテルを検出できなくなるまで、攪拌をさらに30分間にわたって70℃で続けた。次いで、反応溶液をロータリーエバポレーターにおいて乾燥するまで蒸発させた。残留物を600gのイソプロパノール中に取り込み、そしてこのスラリーを室温で30分間にわたって攪拌し、次いでろ過漏斗上でろ過した。
主として過剰の次亜リン酸ナトリウムからなるろ過ケーキを80mLのイソプロパノールで洗浄し、次いでろ液を75gの無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。
乾燥済のろ液を、襞付きフィルタを通してろ過し、そして乾燥するまで蒸発させた。112.4gの粗生成物が得られた。
更なる精製のために、高吸湿性の粗生成物を高真空下で2時間にわたって乾燥させ、次いで150gのイソプロパノール中に溶解し、そして10μmフィルタを通してろ過した。ろ液を乾燥するまで蒸発させ、そして無色の残留物を高真空下で一晩乾燥させた。109.1g(81.2%)の無色で蝋状の、クロマトグラフィ(UPLC)的に純粋な生成物を得た。
〈例3〉
ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:約10EO、Mw=500〜600g/mol)
機械的攪拌器、温度計、及び滴下漏斗を備えたガラス反応器内に、300gの水中に溶解された106g(1mol)の次亜リン酸ナトリウム一水和物を入れ、70℃まで加熱した。
次いでこの溶液に、75〜76℃で120分間にわたって、100g(約0.2mol)のメチル−ポリ(オキシエチレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:約10EO)、及び1.2gのペルオキソ二硫酸ナトリウムの水100g中の溶液を液滴状で添加した。次いで、液体クロマトグラフィによってポリ(オキシエチレン)−アリルメチルエーテルスルフェートをもはや検出できなくなるまで、反応をさらに45分間にわたって75℃で続けた。次いで、反応溶液を乾燥するまで蒸発させた。残留物を400gのイソプロパノール中に取り込み、そしてこのスラリーを室温で30分間にわたって攪拌し、次いでろ過漏斗上でろ過した。
主として過剰の次亜リン酸ナトリウムからなるろ過ケーキを75mLのイソプロパノールで洗浄し、次いでろ液を80gの無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。乾燥済のろ液を、襞付きフィルタを通してろ過し、そして乾燥するまで蒸発させた。92gの粗生成物が得られた。更なる精製のために、高吸湿性の粗生成物を高真空下で2時間にわたって乾燥させ、次いで150gのイソプロパノール中に溶解し、そして10μmフィルタを通してろ過した。
ろ液を乾燥するまで蒸発させ、そして無色の残留物を高真空下で一晩乾燥させた。88.5g(75.3%)の無色で蝋状の、クロマトグラフィ(UPLC)的に純粋な生成物を得た。
〈例4〉
ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:約24EO、Mw=1100〜1200g/mol)
機械的攪拌器、温度計、及び滴下漏斗を備えたガラス反応器内に、300gの水中に溶解された106g(1mol)の次亜リン酸ナトリウム一水和物を入れ、75℃まで加熱した。次いでこの溶液に、75〜76℃で160分間にわたって、220g(約0.2mol)のポリ(オキシエチレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:約24EO)、及び1.2gのペルオキソ二硫酸ナトリウムの水230g中の溶液を液滴状で添加した。液体クロマトグラフィによって更なるアリルエーテルを検出できなくなるまで、反応をさらに45分間にわたって75℃で続け、次いで反応溶液をロータリーエバポレーターにおいて乾燥するまで蒸発させた。残留物を800gのイソプロパノール中に取り込み、そしてこのスラリーを室温で30分間にわたって攪拌し、次いで、ろ過漏斗上でろ過した。主として過剰の次亜リン酸ナトリウムからなるろ過ケーキを300mLのイソプロパノールで洗浄し、次いでろ液を120gの無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。乾燥済のろ液を、襞付きフィルタを通してろ過し、そして乾燥するまで蒸発させた。195gの粗生成物が得られた。
更なる精製のために、高吸湿性の粗生成物を高真空下で2時間にわたって乾燥させ、次いで200gのイソプロパノール中に溶解し、そして10μmフィルタを通してろ過した。ろ液を乾燥するまで蒸発させ、そして無色の残留物を高真空下で一晩乾燥させた。171g(72%)の無色で蝋状の、クロマトグラフィ(UPLC)的に純粋な生成物を得た。
〈例5〉
ナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:約20EO及び20PO、Mw=1500〜2200g/mol)
機械的攪拌器、温度計、及び滴下漏斗を備えたガラス反応器内に、300gの水中に溶解された106g(1mol)の次亜リン酸ナトリウム一水和物を入れ、75℃まで加熱した。次いでこの溶液に、75〜76℃で160分間にわたって、420g(約0.2mol)のポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)−アリルメチルエーテル(アルコキシル化度:約20EO及び20PO)、及び1.2gのペルオキソ二硫酸ナトリウムの、水/エタノール(1:1)800g中の溶液を液滴状で添加した。次いで、液体クロマトグラフィによって更なるアリルメチルエーテルを検出できなくなるまで、反応をさらに60分間にわたって75℃で続けた。次いで、反応溶液をロータリーエバポレーターにおいて乾燥するまで蒸発させた。残留物を900gのイソプロパノール中に取り込み、そしてこのスラリーを室温で30分間にわたって攪拌し、次いで、ろ過漏斗上でろ過した。主として過剰の次亜リン酸ナトリウムからなるろ過ケーキを300mLのイソプロパノールで洗浄し、合体させたろ液を120gの無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。乾燥済のろ液を、襞付きフィルタを通してろ過し、そして乾燥するまで蒸発させた。386gの粗生成物が得られた。
更なる精製のために、吸湿性の粗生成物を高真空下で2時間にわたって乾燥させ、次いで500gのイソプロパノール中に溶解し、そして10μmフィルタを通してろ過した。ろ液を乾燥するまで蒸発させ、そして無色の残留物を高真空下で一晩乾燥させた。355g(81%)の淡黄色で蝋状の、クロマトグラフィ(UPLC)的に純粋な生成物を得た。
〈例6〉
ナトリウム[ポリ(オキシエチレン)]ホスフィネート(アルコキシル化度:13〜14EO、Mw=500〜700g/mol)
機械的攪拌器、温度計、及び滴下漏斗を備えたガラス反応器内に、600gの水中に溶解された212g(2mol)の次亜リン酸ナトリウム一水和物を入れ、70℃まで加熱した。次いでこの溶液に、70〜72℃で90分間にわたって、分子量が約500g/molの200g(約0.4mol)のポリ(オキシエチレン)−ビニルエーテル、及び2.3g(0.01mol)のペルオキソ二硫酸ナトリウムの水100g中の溶液を液滴状で添加した。次いで、液体クロマトグラフィによってビニルエーテルをもはや検出できなくなるまで、反応をさらに30分間にわたって70℃で続け、次いで反応溶液をロータリーエバポレーターにおいて乾燥するまで蒸発させた。
残留物を600gのイソプロパノール中に取り込み、そしてこのスラリーを室温で30分間にわたって攪拌し、次いで、ろ過漏斗上でろ過した。主として過剰の次亜リン酸ナトリウムからなるろ過ケーキを80mLのイソプロパノールで洗浄し、次いで、合体させたろ液を75gの無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。乾燥済のろ液を、襞付きフィルタを通してろ過し、そして乾燥するまで蒸発させた。191.4gの粗生成物が得られた。
更なる精製のために、高吸湿性の粗生成物を高真空下で2時間にわたって乾燥させ、次いで150gのイソプロパノール中に溶解し、そして10μmフィルタを通してろ過した。ろ液を乾燥するまで蒸発させ、そして無色の残留物を高真空下で一晩乾燥させた。167.1g(71%)の無色で蝋状の、クロマトグラフィ(UPLC)的に純粋な生成物を得た。
〈例7〉
ナトリウム−2−[ポリ(オキシエチレン)−1,4−ジオキシブチレン]エチルホスフィネート(Mw=500〜700g/mol)
機械的攪拌器、温度計、及び滴下漏斗を備えたガラス反応器内に、600gの水中に溶解された212g(2mol)の次亜リン酸ナトリウム一水和物を入れ、70℃まで加熱した。次いでこの溶液に、70〜72℃で90分間にわたって、分子量が約500g/molの200g(約0.4mol)のポリ(オキシエチレン)−1,4−ジオキシブチレンビニルエーテル、及び2g(0.008mol)のペルオキソ二硫酸ナトリウムの水100g中の溶液を液滴状で添加した。
液体クロマトグラフィによってビニルエーテルをもはや検出できなくなるまで、反応をさらに30分間にわたって70℃で続け、次いで反応溶液をロータリーエバポレーターにおいて乾燥するまで蒸発させた。残留物を600gのイソプロパノール中に取り込み、そしてこのスラリーを室温で30分間にわたって攪拌し、次いで、ろ過漏斗上でろ過した。主として過剰の次亜リン酸ナトリウムからなるろ過ケーキを80mLのイソプロパノールで洗浄し、次いで合体させたろ液を、75gの無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。乾燥済のろ液を、襞付きフィルタを通してろ過し、そして乾燥するまで蒸発させた。189.4gの粗生成物が得られた。
更なる精製のために、高吸湿性の粗生成物を高真空下で2時間にわたって乾燥させ、次いで150gのイソプロパノール中に溶解し、そして10μmフィルタを通してろ過した。ろ液を乾燥するまで蒸発させ、そして無色の残留物を高真空下で一晩乾燥させた。174g(74%)の無色で蝋状の、クロマトグラフィ(UPLC)的に純粋な生成物を得た。
〈例8〉
ジ−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]マレエート(アルコキシル化度:約22EO、Mw=1200〜1300g/mol)にホスフィン酸ナトリウムを添加することによる付加生成物の生成
機械的攪拌器、温度計、及び滴下漏斗を備えたガラス反応器内に、300gの水中に溶解された43.2g(0.4mol)の次亜リン酸ナトリウム一水和物を入れ、65℃まで加熱した。次いでこの溶液に、70分間にわたって、228g(0.2mol)のジ−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]マレエート(アルコキシル化度:約22EO)、及び2.0g(0.009mol)のペルオキソ二硫酸ナトリウムの水150g中の溶液を液滴状で添加し、温度を73℃にまで上昇させた。次いで液体クロマトグラフィによって微量のマレイン酸エステルだけしか検出できなくなるまで、反応をさらに30分間にわたって70℃で続け、次いで反応溶液をロータリーエバポレーターにおいて乾燥するまで蒸発させた。残留物を500gのイソプロパノール中に取り込み、そしてこのスラリーを室温で30分間にわたって攪拌し、次いで、ろ過漏斗上でろ過した。主として過剰の次亜リン酸ナトリウムからなるろ過ケーキを、80mLのイソプロパノールで洗浄し、そして合体させたろ液を70gの無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。乾燥済のろ液を、襞付きフィルタを通してろ過し、そして乾燥するまで蒸発させた。230.6gの粗生成物が得られた。
更なる精製のために、高吸湿性の粗生成物を高真空下で2時間にわたって乾燥させ、次いで150gのイソプロパノール中に溶解し、そして10μmフィルタを通してろ過した。ろ液を乾燥するまで蒸発させ、そして無色の残留物を高真空下で一晩乾燥させた。189.1g(77%)の無色で蝋状の吸湿性生成物を得た。この生成物は約1.5%の非反応性マレイン酸エステルをまだ含有した。これはUPLCによって検出することができた。
《フリーラジカル重合によるポリマーの生成(例9〜12)》
粘度と分子量との関係は、Staudinger−Mark−Houwink等式によって記述されている。この等式はあらゆるタイプの溶解しているマクロ分子に適用可能である。この等式は、ポリマー溶液の粘度が、溶解しているポリマーの平均分子量に比例することを示している。
これに基づいて、等しい濃度の同じモノマーから形成されたポリマーの溶液は、粘度を測定することによって直接に比較することができる。この比較によって、ポリマーの重合度に関して、ひいては使用された調整剤の活性に関して、定性的に言明することが可能になる。
下記の例において、本発明による調整剤を用いてポリマー溶液を生成し、そして極めて弱い分子量調整剤である亜リン酸ナトリウムを使用して同じポリマー溶液を生成し、これらを粘度に基づいて比較した。粘度比較は、本発明による分子量調整剤の驚くべき活性を明示する。
〈例9〉
分子量調整剤として例1のナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピルホスフィネート(アルコキシル化度:3〜10EO)を使用した、メタクリル酸とメチル−ポリ(オキシエチレン)−メタクリレート(アルコキシル化度:約22EO)とからのコポリマーの生成
投入物1:
775g(約0.5mol)のメチル−ポリ(オキシエチレン)メタクリレート(水中で70%)
129g(1.5mol)のメタクリル酸
100gの水
投入物2:
10gのペルオキソ二硫酸ナトリウム
100gの水
投入物3:
114g(約0.2mol)のナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]プロピルホスフィネート(水中で70%)
50gの水
温度計、冷却可能な攪拌器シールを有するホースシューミキサー、40cm球形凝縮器、及び自動計量装置を有する冷却可能な投入物用流入チューブを備えた3リットルの4首丸底フラスコ内に、450gの水を入れ、そして80℃まで加熱した。次いで、投入物2の10%及び投入物3の10%をフラスコ内に入れた。次いで投入物1を3時間にわたって液滴状で添加し、そして投入物2及び3を攪拌しながら190分間にわたって同時に添加し、温度を95℃に保持した。投入物を添加した後、過酸化物がもはや検出できなくなるまで、さらに30分間にわたって95℃で反応を続け、次いで、混合物を冷却した。固形分が39.6%であり粘度が362mPa・sである透明無色のポリマー溶液が得られた。
〈例10(比較例1)〉
本発明の分子量調整剤の代わりに等モル量の亜リン酸ナトリウムを使用するという相違点を伴って、例9と同様にコポリマーを生成した。
固形分が39.8%であり粘度が811mPa・sである透明無色のポリマー溶液が得られた。
〈例11〉
分子量調整剤として例1のナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)]プロピルホスフィネートを使用した、ポリエチレングリコールモノビニルエーテルと、アクリル酸と、ヒドロキシプロピルアクリレートとからのコポリマーの生成
出発混合物:
300gの水
200g(0.05mol)のポリエチレングリコール−モノビニルエーテル(モノマー1)
11.4g(約0.02mol)のナトリウム−3−[メチル−ポリ(オキシエチレン)−オキシ−]プロピル−ホスフィネート
2gのNaOH(50%)
1gのFeSO・7HO(10%)
投入物1:
50gの水
7.2g(0.1mol)のアクリル酸
23.4g(0.18mol)のヒドロキシプロピルアクリレート
添加物A:
1.2gのRongalit (Na−ホルムアルデヒドスルホキシレート)
10gの水
添加物B:
2.2gの過酸化水素(35%)
10gの水。
温度計、冷却可能な攪拌器シールを有するホースシューミキサー、40cm球形凝縮器、及び、自動計量装置を有する冷却可能な投入物用流入チューブを備えている2リットルの4首丸底フラスコ内で、モノマー1と調整剤とを含有する出発材料を、ビニルエーテルが完全に溶解されるまで攪拌した。次いで29gの投入物1を出発材料に添加し、十分に混合した。次いで添加物Aを投入物1に添加して混合した。次いで、攪拌した出発材料中に添加物Bを入れ、同時に、添加物Aを含有する投入物1を出発材料に6.5分間で液滴状で添加した。この過程中、温度は21.3℃から30.1℃に上昇し、そして13分後に最大温度31.7℃に達した。ここで、過酸化物がもはや検出できなくなるまで、さらに15分間にわたって攪拌を続けた。固形分37.9%の透明ポリマー溶液が得られた。ポリマー溶液を固形分10%まで希釈した後、粘度23mPa・sが測定された。
〈例12(比較例2)〉
本発明による分子量調整剤の代わりに等モル量の亜リン酸ナトリウムを使用するという相違点を伴う、例11と同様なコポリマーの生成
透明な高粘度のポリマー溶液が得られた。ポリマー溶液を固形分10%に希釈した後、粘度114mPa・sが測定された。
〈例13(比較例3)〉
分子量調整剤を使用しないという相違点を伴う、例11と同様なコポリマーの生成
粘度は重合経過中に大幅に増大した。反応終了後、ヒドロゲルが得られた。これはもはや希釈することができなかった。
驚くべきことに、下記の式(I)の一置換型ホスフィン酸がこの課題を解決することが見いだされた。本発明による一置換型ホスフィン酸をフリーラジカル重合の際の調整剤として使用すると、低溶解度の塩が形成されることがなく、またこれに加えて、本発明による調整剤で生成されたポリマーは、サイズ分布が狭い均一な重合度を有する。
Figure 2013537524
(ここで、Xは、H 、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、二価又は三価金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウム基、又は分子量≦200g/molの有機ラジカル、特にNa 又はK であり;
Yは、下記の式(II)〜(VI)のうちの1つを表し:
Figure 2013537524
Wは、下記の式(VII)〜(X)のうちの1つを表し:
Figure 2013537524
は、H、アルキル基、好ましくはC原子数1〜20のアルキル基、アルキルアリール基、好ましくはC原子数7〜20のアルキルアリール基、又は下記の式(XI)の化合物であり:
Figure 2013537524
置換基Aは独立に、C 〜C −アルキレン基を表し、下付符号qの値は、2〜300、特に2〜50、特に好ましくは3〜10であり、下付符号nは、2〜4、好ましくは2の値を表し、かつ下付符号rは、0〜1の値を表し;
、R 及びR は独立に、H、CH 、COOH、又はCH −COOHであり、
は、−CH −CH −又は−CH −CH(CH )であり、かつ
は、O又はN)。
〈例13(比較例3)〉
分子量調整剤を使用しないという相違点を伴う、例11と同様なコポリマーの生成
粘度は重合経過中に大幅に増大した。反応終了後、ヒドロゲルが得られた。これはもはや希釈することができなかった。
なお、本発明の実施形態としては、下記の実施形態を挙げることができる:
〈1〉下記の式(I)の一置換型ホスフィン酸:
Figure 2013537524
(ここで、Xは、H 、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、二価又は三価金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウム基、又は分子量≦200g/molの有機ラジカル、特にNa 又はK であり;
Yは、下記の式(II)〜(VI)のうちの1つを表し:
Figure 2013537524
Wは、下記の式(VII)〜(X)のうちの1つを表し:
Figure 2013537524
は、H、アルキル基、好ましくはC原子数1〜20のアルキル基、アルキルアリール基、好ましくはC原子数7〜20のアルキルアリール基、又は下記の式(XI)の化合物であり:
Figure 2013537524
置換基Aは独立に、C 〜C −アルキレン基を表し、下付符号qの値は、2〜300、特に2〜50、特に好ましくは3〜10であり、下付符号nは、2〜4、好ましくは2の値を表し、かつ下付符号rは、0〜1の値を表し;
、R 及びR は独立に、H、CH 、COOH、又はCH −COOHであり、
は、−CH −CH −又は−CH −CH(CH )であり、かつ
は、O又はN)。
〈2〉フリーラジカル開始剤の存在下で、下記の式(XII)のホスフィン酸と、下記の式(XIII)の化合物とを反応させることによって、一置換型ホスフィン酸を製造する方法:
Figure 2013537524
Figure 2013537524
(ここで、Y’は、下記の式(III’)〜(VI’)の化合物を表し:
Figure 2013537524
W、R 〜R 、X及びrは、上記〈1〉項でそれぞれ記載のラジカル及び下付符号)。
〈3〉式(XII)のホスフィン酸は、ホスフィン酸ナトリウム一水和物であることを特徴とする、上記〈2〉項に記載の方法。
〈4〉下記工程を含むことを特徴とする、上記〈2〉又は〈3〉項に記載の方法:
(a)式(XII)のホスフィン酸を、溶媒中の式(XIII)の化合物及びフリーラジカル開始剤とフリーラジカル付加反応させ;
(b)随意に、反応混合物から特に蒸留によって前記溶媒を除去し、かつ随意に、前記反応混合物から反応生成物を精製すること。
〈5〉式(XIII)の化合物と式(XII)のホスフィン酸とのモル比が1:1〜1:10、好ましくは1:2〜1:6であることを特徴とする、上記〈2〉〜〈4〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈6〉水である溶媒、又はエタノール、メタノール、及びイソプロパノールからなる群より選択された溶媒の水溶液を用い;好ましくは前記溶媒が水である、上記〈2〉〜〈5〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈7〉フリーラジカル重合時の分子量調整剤としての、上記〈1〉項に記載の式(I)の一置換型ホスフィン酸の使用。
〈8〉フリーラジカル重合時の分子量調整剤としての、上記〈2〉〜〈6〉項のいずれか一項に記載の方法によって製造された一置換型ホスフィン酸の使用。
〈9〉上記〈1〉項に記載の式(I)の一置換型ホスフィン酸、又は上記〈2〉〜〈6〉項のいずれか一項に記載の方法によって製造された一置換型ホスフィン酸を使用して、モノマーMのフリーラジカル重合によってポリマーPを製造する方法。
〈10〉前記モノマーMが、下記からなる群より選択されることを特徴とする、上記〈9〉項に記載の方法:
・モノエチレン系不飽和型(C −C )−モノ及びジカルボン酸、
・(C −C 20 )−アルキル(メタ−)アクリレート、(C −C 20 )−アルキル(メタ−)アクリルアミド、(C −C 20 )−アルキル(メタ−)アクリロニトリル、及びポリ(オキシアルキレン)(メタ−)アクリレート、
・C原子数20までのカルボン酸のビニルエステル、C原子数20までのビニル芳香族化合物、
・C原子数1〜12のアルコールのビニルエーテル及びアリルエーテル、メチル−ポリ(オキシアルキレン)−アリルエーテル、又はメチル−ポリ(オキシアルキレン)ビニルエーテル、
・C原子数2〜10であり1又は2のオレフィン二重結合を有する脂肪族炭化水素、環状及び開鎖状N−ビニルアミド、及び
・これらのモノマーの混合物。
〈11〉前記フリーラジカル重合を水中で行うことを特徴とする、上記〈9〉又は〈10〉項に記載の方法。
〈12〉前記フリーラジカル重合を、少なくとも1種の有機溶媒の存在下において実施し、前記一置換型ホスフィン酸が、前記一置換型ホスフィン酸の分子量を基準として、70wt%以上の比率のオキシプロピレン(PO)又はオキシブチレン基(BO)を有し、かつ前記有機溶媒の比率が、前記溶媒の総重量を基準として、5〜90wt%であることを特徴とする、上記〈9〉又は〈10〉項に記載の方法。
〈13〉前記フリーラジカル重合を水の存在下において実施し、前記一置換型ホスフィン酸が、前記一置換型ホスフィン酸の分子量を基準として、50wt%以上の比率のエチレン基(EO)を有し、かつ水の比率が、前記溶媒の総重量を基準として、50〜100wt%であることを特徴とする、上記〈9〉又は〈10〉項に記載の方法。
〈14〉前記フリーラジカル重合によって製造されたポリマーPの分子量が、500〜200,000g/mol、好ましくは2,000〜50,000g/molであることを特徴とする、上記〈9〉又は〈13〉項に記載の方法。
〈15〉下記の式(XIV)のポリマー:
Figure 2013537524
(ここで、X、Y、W、R は、上記〈1〉項に記載のラジカルを表し、かつR は、重合された状態の上記〈10〉項に記載の少なくとも1つのモノマーMを含有するポリマーを表し、かつR の分子量は、500〜200,000g/mol、好ましくは2,000〜50,000g/mol)。

Claims (15)

  1. 下記の式(I)の一置換型ホスフィン酸:
    Figure 2013537524
    (ここで、Xは、H、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、二価又は三価金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウム基、又は分子量≦200g/molの有機ラジカル、特にNa又はKであり;
    Yは、下記の式(II)〜(VI)のうちの1つを表し:
    Figure 2013537524
    Wは、下記の式(VII)〜(X)のうちの1つを表し:
    Figure 2013537524
    は、H、アルキル基、好ましくはC原子数1〜20のアルキル基、アルキルアリール基、好ましくはC原子数7〜20のアルキルアリール基、又は下記の式(XI)の化合物であり:
    Figure 2013537524
    置換基Aは独立に、C〜C−アルキレン基を表し、下付符号qの値は、2〜300、特に2〜50、特に好ましくは3〜10であり、下付符号nは、2〜4、好ましくは2の値を表し、かつ下付符号rは、0〜1の値を表し;
    、R及びRは独立に、H、CH、COOH、又はCH−COOHであり、
    は、−CH−CH−又は−CH−CH(CH)であり、かつ
    は、O又はN)。
  2. 下記の式(XII)のホスフィン酸と、下記の式(XIII)の化合物とを反応させることによって、一置換型ホスフィン酸を製造する方法:
    Figure 2013537524
    Figure 2013537524
    (ここで、Y’は、下記の式(III’)〜(VI’)の化合物を表し:
    Figure 2013537524
    W、R〜R、X及びrは、フリーラジカル開始剤に関して請求項1でそれぞれ記載のラジカル及び下付符号)。
  3. 式(XII)のホスフィン酸は、ホスフィン酸ナトリウム一水和物であることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
  4. 下記工程を含むことを特徴とする、請求項2又は3に記載の方法:
    (a)式(XII)のホスフィン酸を、溶媒中の式(XIII)の化合物及びフリーラジカル開始剤とフリーラジカル付加反応させ;
    (b)随意に、反応混合物から特に蒸留によって前記溶媒を除去し、かつ随意に、前記反応混合物から反応生成物を精製すること。
  5. 式(XIII)の化合物と式(XII)のホスフィン酸とのモル比が1:1〜1:10、好ましくは1:2〜1:6であることを特徴とする、請求項2〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 水である溶媒、又はエタノール、メタノール、及びイソプロパノールからなる群より選択された溶媒の水溶液を用い;好ましくは前記溶媒が水である、請求項2〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. フリーラジカル重合時の分子量調整剤としての、請求項1に記載の式(I)の一置換型ホスフィン酸の使用。
  8. フリーラジカル重合時の分子量調整剤としての、請求項2〜6のいずれか一項に記載の方法によって製造された一置換型ホスフィン酸の使用。
  9. 請求項1に記載の式(I)の一置換型ホスフィン酸、又は請求項2〜6のいずれか一項に記載の方法によって製造された一置換型ホスフィン酸を使用して、モノマーMのフリーラジカル重合によってポリマーPを製造する方法。
  10. 前記モノマーMが、下記からなる群より選択されることを特徴とする、請求項9に記載の方法:
    ・モノエチレン系不飽和型(C−C)−モノ及びジカルボン酸、
    ・(C−C20)−アルキル(メタ−)アクリレート、(C−C20)−アルキル(メタ−)アクリルアミド、(C−C20)−アルキル(メタ−)アクリロニトリル、及びポリ(オキシアルキレン)(メタ−)アクリレート、
    ・C原子数20までのカルボン酸のビニルエステル、C原子数20までのビニル芳香族化合物、
    ・C原子数1〜12のアルコールのビニルエーテル及びアリルエーテル、メチル−ポリ(オキシアルキレン)−アリルエーテル、又はメチル−ポリ(オキシアルキレン)ビニルエーテル、
    ・C原子数2〜10であり1又は2のオレフィン二重結合を有する脂肪族炭化水素、環状及び開鎖状N−ビニルアミド、及び
    ・これらのモノマーの混合物。
  11. 前記フリーラジカル重合を水中で行うことを特徴とする、請求項9又は10に記載の方法。
  12. 前記フリーラジカル重合を、少なくとも1種の有機溶媒の存在下において実施し、前記一置換型ホスフィン酸が、前記一置換型ホスフィン酸の分子量を基準として、70wt%以上の比率のオキシプロピレン(PO)又はオキシブチレン基(BO)を有し、かつ前記有機溶媒の比率が、前記溶媒の総重量を基準として、5〜90wt%であることを特徴とする、請求項9又は10に記載の方法。
  13. 前記フリーラジカル重合を水の存在下において実施し、前記一置換型ホスフィン酸が、前記一置換型ホスフィン酸の分子量を基準として、50wt%以上の比率のエチレン基(EO)を有し、かつ水の比率が、前記溶媒の総重量を基準として、50〜100wt%であることを特徴とする、請求項9又は10に記載の方法。
  14. 前記フリーラジカル重合によって製造されたポリマーPの分子量が、500〜200,000g/mol、好ましくは2,000〜50,000g/molであることを特徴とする、請求項9又は13に記載の方法。
  15. 下記の式(XIV)のポリマー:
    Figure 2013537524
    (ここで、X、Y、W、Rは、請求項1に記載のラジカルを表し、かつRは、重合された状態の請求項10に記載の少なくとも1つのモノマーMを含有するポリマーを表し、かつRの分子量は、500〜200,000g/mol、好ましくは2,000〜50,000g/mol)。
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