JP2015224331A - シアノ基含有単量体、シアノ基含有重合体、およびそれらの製造方法 - Google Patents

シアノ基含有単量体、シアノ基含有重合体、およびそれらの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
良好な環化重合性を有するシアノ基含有単量体であって、重合体の原料として用いた場合、加工性を損なうことなく重合体に優れた耐熱性や耐溶剤性を付与することが可能なシアノ基含有単量体を提供することを目的とする。
【解決手段】
下記一般式(1)で表される単量体。
【化1】
Figure 2015224331

(R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、シアノ基含有単量体およびそれを用いた重合体に関する。より詳しくは、良好な環化重合性を有するシアノ基含有単量体であって、重合体の原料として用いた場合、加工性を損なうことなく重合体に優れた耐熱性や耐溶剤性を付与することが可能なシアノ基含有単量体、およびそれを用いて得られる主鎖に環状構造を有する重合体に関する。
アクリロニトリルは安価で重合性が高く、その重合体は耐薬品性、耐油性などに優れ、汎用高分子材料、特にアクリル繊維やABS樹脂の原料として大量に使用されているシアノ基含有単量体であるが、透明性と耐熱性に劣る。
アクリロニトリルの特性を活かしたまま透明性と耐熱性を改良するシアノ基含有単量体として、特許文献1には、下記一般式で表されるアクリロニトリルエーテルダイマーが提案されている。
Figure 2015224331
このアクリロニトリルエーテルダイマーを重合させると主鎖に剛直な六員環構造(テトラヒドロピラン環単位)を持つ、耐熱性、透明性、耐薬品性、耐油性に優れた環化重合体となることが開示されている。
一方、環化重合性の単量体として下記一般式で表されるα−アリルオキシメチルアクリル酸系単量体がある。
Figure 2015224331
(Rは、水素原子又は炭素数1〜30の有機基を表す。)
この単量体は、環化重合して主鎖に下記の五員環構造(テトラヒドロフラン環単位)を含む重合体となることが開示されている(例えば、非特許文献1、非特許文献2)。
Figure 2015224331
(Rは、水素原子又は炭素数1〜30の有機基を表す。)
特許文献2には、上記環構造を主鎖に含む重合体は、耐熱性、密着性、硬化性、色材分散性等に優れ、種々の用途に適用できることが開示されている。
特開平8−59590号公報 国際公開第2010/074289号公報
Robert D.Thompson、William L.Jarrett、Lon J.Mathias、Macromolecules、1992年、第25巻、p.6455−6459 Michio Urushisaki、Toshiyuki Kodaira、Takeji Furuta、Yutaka Yamada、Shoji Oshitani、Macromolecules、1999年、第32巻、p.322−327
上記特許文献1に開示されているアクリロニトリルエーテルダイマーを90%以上含む単量体組成物の重合体は、優れた耐熱性(熱分解開始温度)および耐溶剤性を示すもののガラス転移温度が250℃を超えており、加工性に難があった。例えば、加熱による可塑化現象を利用して加工する用途にアクリロニトリルエーテルダイマーの重合体を使用する場合、アクリロニトリルエーテルダイマーの共重合量を多くすると加工困難なガラス転移温度となり、加工し易い重合体とするには、アクリロニトリルエーテルダイマーの共重合量をかなり減らす必要があったり、アクリロニトリルエーテルダイマーと共重合する単量体の種類が限られたりした。
また、上記特許文献2に開示されているα−アリルオキシメチルアクリル酸系単量体から得られる重合体は比較的良好な耐熱性を示すが、厳格な耐熱分解性が要求される用途においては十分でない場合があった。また、有機溶媒への溶解性が高く、耐溶剤性が要求される用途においては十分でない場合があった。
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、重合体の原料として用いた場合、加工性を損なうことなく重合体に優れた耐熱性や耐溶剤性を付与することが可能な単量体を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成する為に種々検討を行ない、本発明に想到した。すなわち、本発明は、下記一般式(1)で表される単量体である。
Figure 2015224331
(R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
また、本発明は、上記一般式(1)で表される単量体を含む組成物であって、下記構造式(2)で表される化合物の含有量が、該一般式(1)で表される化合物に対し0〜10質量%である、単量体組成物でもある。
Figure 2015224331
本発明の別の局面からは、重合体が提供される。すなわち本発明の重合体は、下記一般式(3)および/または一般式(4)で表される構造単位を含む重合体である。
Figure 2015224331
(R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
本発明の単量体を重合体(単独重合体あるいは共重合体)の原料として用いた場合、加工性を損なうことなく重合体に良好な耐熱性や耐溶剤性を付与することが可能となる。よって、本発明の単量体は、エンジニアリングプラスチック、光学材料、レジスト材料、生体適合材料等の様々な分野で好適に使用可能な重合体の原料として、好適に使用することができる。
実施例1で得られたα−アリルオキシメチルアクリロニトリルのH−NMRスペクトルである。 実施例2で得られた重合体粉末のH−NMRスペクトルである。 実施例2で得られた重合体粉末の13C−NMRスペクトルである。 比較例2で得られた重合体粉末の13C−NMRスペクトルである。
以下、本発明を詳細に説明する。
<単量体>
本発明は、下記一般式(1)で表される単量体(以下、「本発明の単量体」とも言う)である。
Figure 2015224331
(R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
本発明の単量体は、重合体(単独重合体あるいは共重合体)の原料として用いた場合、重合体の主鎖にシアノ置換基を有する環状エーテル構造を導入して耐熱分解性および耐溶剤性を良好にしつつ、重合体のガラス転移温度(以下、「Tg」と表すこともある)を加工性に優れた適度な範囲とすることが可能となる。
本発明の単量体は、環化しながら重合することにより下記一般式(3)または一般式(4)で表される構造単位を、環化せずに重合することにより下記一般式(5)で表される構造単位を生じうる。
Figure 2015224331
(R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
単独重合体は上記一般式(3)〜(5)のうち少なくとも1つを含むが、耐熱性および耐溶剤性の観点からは環化重合により生じる一般式(3)または一般式(4)の構造単位を含むことが好ましく、さらに適度なTgとする観点から一般式(3)の構造単位を含むことが好ましい。
ところで、二つの二重結合の2,6−位のどちらか一方にのみ置換基を有する1,6−ジエンの環化重合においては、5員環が形成されることが知られている(例えば、「T.Kodaira、Q.Q.Liu、M.Satomiya、M.Urushisaki、H.Utsumi、Polymer、1999年、第40巻、p.6947−6954」、「小平俊之、李賢眞、未来材料、2005年、第5巻、P.22−28」)。
本発明の単量体においても、Rが水素原子である場合には5員環である一般式(3)の構造単位を生じることが後述するように確認されている。したがって、本発明の単量体においてはRが水素原子であることが好ましく、また重合性がより向上する観点からはRが水素原子であることが好ましい。すなわち、本発明の単量体はR、Rのどちらも水素原子(α−アリルオキシメチルアクリロニトリル)であることが最も好ましい。
<単量体組成物>
本発明は、上記一般式(1)で表される単量体を含む組成物(以下、「本発明の単量体組成物」ともいう)であって、下記構造式(2)で表される化合物、すなわちアクリロニトリルエーテルダイマーの含有量が、該一般式(1)で表される化合物に対し0〜10質量%である、単量体組成物でもある。
Figure 2015224331
アクリロニトリルエーテルダイマーの含有量がそのような範囲であれば、重合体中のアクリロニトリルエーテルダイマー由来の構造単位を十分に低減でき、加工性に優れた重合体とすることができる。アクリロニトリルエーテルダイマーの含有量は0〜10質量%であればよいが、0〜5質量%であることが好ましく、0〜3質量%がより好ましく、0〜1質量%がさらに好ましい。
本発明の単量体組成物は、例えば上記本発明の単量体を90質量%以上、100質量%以下含むが、95質量%以上、100質量%以下含むことが好ましく、97質量%以上、100質量%以下含むことがより好ましく、99質量%以上、100質量%以下含むことがさらに好ましい。本発明の単量体組成物は、本発明の単量体を1種含んでいても、2種以上含んでいても良い。
本発明の単量体組成物は、保存安定性(重合防止、経時的な着色の抑制等)を向上させる観点から、酸化防止剤を含んでいてもよい。酸化防止剤は、ラジカル連鎖防止性を有する1次酸化防止剤と過酸化物分解性を有する2次酸化防止剤とに分類することができる。
1次酸化防止剤としては、例えば、ヒドロキノン類、ベンゾキノン類、フェノール類、芳香族アミン類、フェノチアジン類、ジチオカルバミン酸金属塩類、ニトロソ化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。2次酸化防止剤としては、例えば、ホスフィン、ホスファイトなどのリン系化合物、チオエーテルやメルカプトベンズイミダゾール、チオウレアなどのイオウ系化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。1次酸化防止剤は、それ単独で用いるか、または2次酸化防止剤と併用することが好ましく、本発明の単量体を効果的に安定化させる観点から、1次酸化防止剤と2次酸化防止剤とを併用することがより好ましい。これらの1次酸化防止剤および2次酸化防止剤は2種以上を併用しても良い。
酸化防止剤のなかでは、本発明の単量体組成物を着色させないようにする観点から窒素原子を有しない酸化防止剤が好ましい。また、効果的に安定化させる観点から、例えば、フェノール類、ホスフィン、(チオ)ホスファイト、チオエーテルなどが好ましい。
フェノール類とはフェノール及び置換フェノールを指す。置換フェノールとしては例えば、モノエーテル化ヒドロキノン類、ヒンダードフェノール類およびその多量化物(二量化物を含む)または多量化物の誘導体、セミヒンダードフェノール類およびその多量化物(二量化物を含む)または多量化物の誘導体などが好ましく挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのフェノール類は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
モノエーテル化ヒドロキノン類としては、例えば、ヒドロキノンモノメチルエーテル、ヒドロキノンモノn−ブチルエーテル、ヒドロキノンモノベンジルエーテル、ヒドロキノンモノシクロヘキシルエーテル、4−メトキシ−1−ナフトールなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのモノエーテル化ヒドロキノン類は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
ヒンダードフェノール類としては、例えば、2,6−ビス(tert−ブチル)−4−メチルフェノール、オクタデシル−3−(3,5−ジtert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、イソオクチル−3−(3,5−ジtert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジtert−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、3,5−ジtert−ブチル−4−ヒドロキシベンジルフォスフォネート−ジエチルエステルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。ヒンダードフェノール類の多量化物または多量化物の誘導体としては、例えば、ペンタエリスリチル・テトラキス[3−(3,5−ジtert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジtert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジtert−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジtert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、トリス−(3,5−ジtert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレート、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジtert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。ヒンダードフェノール類およびその多量化物(二量化物を含む)または多量化物の誘導体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
セミヒンダードフェノール類としては、例えば、6−tert−ブチル−o−クレゾール、6−tert−ブチル−2,4−キシレノール、2,4,8,10−テトラ−tert−ブチル−6−[3−(3−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)プロポキシ]ジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン、2,4−ジメチル−6−(1−メチルペンタデシル)フェノール、2,4−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール、2,4−ビス(ドデシルチオメチル)−o−クレゾール、2−tert−ブチルフェノール、2,4−ジtert−ブチルフェノール、2−tert−アミルフェノール、2,4−ジtert−アミルフェノールなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。セミヒンダードフェノールの多量化物または多量化物の誘導体としては、例えば、メチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート]、トリエチレングリコールビス[β−(3−tert−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、4,4’−チオビス(2−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、ビス(3−メチル−4−ハイドロキシ−5−tertブチルベンジル)スルフィド、テレフタロイル−ジ(2,6−ジメチル−4−tert−ブチル−3−ハイドロキシベンジルスルフィド、3,9−ビス[2−〔3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオン酸〕−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、4,4’−ブチリデンビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、4,4’−チオビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ブタン、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2’−チオビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2−[1−(2−ヒドロキシ−3,5−ジtert−ペンチルフェニル)エチル]−4,6−ジtert−ペンチルフェニルアクリレート、2−tert−ブチル−6−(3−tert−ブチル−2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−4−メチルフェニルアクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。セミヒンダードフェノール類およびその多量化物(二量化物を含む)または多量化物の誘導体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
ホスフィンとしては、例えば、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリス(2−エチルヘキシル)ホスフィン、トリフェニルホスフィンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのホスフィンは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
(チオ)ホスファイトとしては、例えば、ジエチルハイドロゲンホスファイト、ビス(2−エチルヘキシル)ハイドロゲンホスファイト、ジラウリルハイドロゲンホスファイト、ジオレイルハイドロゲンホスファイト、ジフェニルハイドロゲンホスファイト、トリエチルホスファイト、トリブチルホスファイト、トリス(2−エチルヘキシル)ホスファイト、トリイソデシルホスファイト、トリラウリルホスファイト、トリス(トリデシルホスファイト)、トリオレイルホスファイト、トリステアリルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、ジフェニルメチルホスファイト、2−エチルヘキシルジフェニルホスファイト、イソデシルジフェニルホスファイト、トリデシルジフェニルホスファイト、ビス(2,4−ジtert−ブチル−6−メチルフェニル)エチルホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリクレジルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジtert−ブチルフェニル)ホスファイト、ビス(イソデシル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(トリデシル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(ステアリル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,4−ジtert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,6−ジtert−ブチル−6−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、4,4−ブチリデンビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェニルジイソトリデシル)ホスファイト、テトラフェニルジプロピレングリコールジホスファイト、テトラフェニルテトラ(トリデシル)ペンタエリスリトールテトラホスファイト、テトラ(C12〜C15アルキル)−4,4’−イソプロピリデンジフェニルホスファイト、テトラ(トリデシル)−1,1,3−トリス(2−メチル−5−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)ブタンジホスファイト、2,4,8,10−テトラ−tert−ブチル−6−[3−(3−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)プロポキシ]ジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン、2,2−メチレンビス(4,6−tert−ブチルフェニル)−2−エチルヘキシルホスファイト、トリラウリルトリチオホスファイトなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのホスファイトは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
チオエーテルとしては、例えば、3−ラウリルチオプロピオン酸、3−ラウリルチオプロピオン酸メチル、(3−オクチルチオプロピオン酸)ペンタエリスリトールテトラエステル、(3−デシルチオプロピオン酸)ペンタエリスリトールテトラエステル、(3−ラウリルチオプロピオン酸)ペンタエリスリトールテトラエステル、(3−オレイルチオプロピオン酸)ペンタエリスリトールテトラエステル、(3−ステアリルチオプロピオン酸)ペンタエリスリトールテトラエステル、(3−ラウリルチオプロピオン酸)−4,4'−チオジ(3−メチル−5−tert−ブチル−4−フェノール)エステル、ジオクチルチオジプロピオネート、ジデシルチオジプロピオネート、ジラウリルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ラウリルステアリルチオジプロピオネート、ジステアリル−β,β’−チオジブチレート、ジメチルスルフィド、メチルドデシルスルフィド、ジラウリルスルフィド、ジステアリルスルフィド、2,4−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール、2,4−ビス(ドデシルチオメチル)−o−クレゾールなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのチオエーテルは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
1次酸化防止剤のなかでは、本発明の単量体を効果的に安定化させる観点から、セミヒンダードフェノールおよびその多量化物または多量化物の誘導体が好ましく、セミヒンダードフェノールがより好ましい。また、1次酸化防止剤と2次酸化防止剤とを併用する場合、1次酸化防止のなかでは、本発明の単量体を効果的に安定化させる観点から、セミヒンダードフェノールおよびその多量化物または多量化物の誘導体が好ましく、セミヒンダードフェノールがより好ましく、2次酸化防止剤のなかでは、(チオ)ホスファイトおよびチオエーテルが好ましい。
本発明の単量体100質量部あたりの酸化防止剤の量は、重合性を確保しつつ安定性を向上させ、着色を防止する観点から、好ましくは0.005〜2質量部、より好ましくは0.01〜1質量部、さらに好ましくは0.02〜0.5質量部である。
<単量体および単量体組成物の製造方法>
上記の本発明の単量体、あるいは本発明の単量体組成物の製造方法としては例えば、
(A)α−ハロメチルアクリロニトリルとアルコールを用いウィリアムソンエーテル合成により製造する方法
Figure 2015224331
(R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
(B)α−ヒドロキシメチルアクリロニトリルおよび/またはアクリロニトリルエーテルダイマーとアルコールとを反応させる方法
Figure 2015224331
(R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
が挙げられる。
腐食性のあるハロゲン化合物を用いずに製造でき、且つ好ましくない成分であるアクリロニトリルエーテルダイマーを低減し易い点で、(B)α−ヒドロキシメチルアクリロニトリルおよび/またはアクリロニトリルエーテルダイマーとアルコールとを反応させる方法が好ましく、以下にはこの製造方法(以下、本発明の製造方法とも言う)について詳述するが、この製造方法以外の方法で得られた本発明の単量体あるいは単量体組成物を排除するものではない。
本発明の製造方法は、α−ヒドロキシメチルアクリロニトリル(下記一般式(6)で表される化合物)および/またはアクリロニトリルエーテルダイマー(下記一般式(2)で表される化合物)と、下記一般式(7)で表される不飽和アルコールとを反応させることを特徴とする。
Figure 2015224331
(R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
この方法においては、α−ヒドロキシメチルアクリロニトリルとアルコールが縮合すれば目的物とともに水が発生し、アクリロニトリルエーテルダイマーとアルコールが縮合すれば目的物とともにα−ヒドロキシメチルアクリロニトリルが発生する。したがって、反応を進行させることでアクリロニトリルエーテルダイマーの低減が可能である。
上記反応はアミン系触媒の存在下で行うことが好ましい。好適な反応温度は使用する触媒の種類や量、反応圧力、反応装置等によるが、20〜150℃が好ましく、35〜135℃がより好ましく、50〜120℃がさらに好ましい。また、反応で発生する水を例えば共沸脱水などの脱水操作により除去すると反応が進行しやすくなり好ましい。
上記アミン系触媒としては、副反応を抑制できる点で3級アミンが好ましく、具体的には例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリn−ブチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジメチルn−ブチルアミン等のモノアミン化合物;テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチルプロピレンジアミン、テトラメチルブチレンジアミン等のジアミン化合物;1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、DBU(商品名、サンアプロ社製)、DBN(商品名、サンアプロ社製)等の環状構造含有アミン化合物;ダイヤイオンWA−10(商品名、三菱化学社製)、ダウエックスMWA−1(商品名、ダウ・ケミカル社製)、アンバーライトIRA−68(商品名、ローム・アンド・ハース社製)等の弱塩基性イオン交換樹脂等が好適なものとして挙げられる。これら触媒は、トリメチルアミン等の沸点が低いものは水や不活性な有機溶媒の溶液として用いてもよく、また一種類のみを用いてもよく、更に二種類以上を適宜混合してもよい。中でも、モノアミン化合物及び/又は環状構造含有アミン化合物が好ましい。より好ましくは、トリメチルアミン及び/又は1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンである。
上記アミン系触媒の使用量としては、触媒の種類や反応温度などによるが、α−ヒドロキシメチルアクリロニトリルとアクリロニトリルエーテルダイマーの合計100モル%に対して0.01〜50モル%であることが好ましく、0.5〜20モル%がより好ましい。
本発明の単量体組成物は、アクリロニトリルエーテルダイマーの含有量が本発明の単量体に対し0〜10質量%であり、上記反応を十分に進行させることにより得ることができるが、蒸留、カラムクロマトグラフィなどの分離操作や、1級アミンや2級アミンの添加による分解反応により、アクリロニトリルエーテルダイマーの含有量を低減してもよい。特に、経済性、およびアクリロニトリルエーテルダイマー以外の不純物を低減できる点で、蒸留操作が好ましい。着色を低減する観点からは、蒸留を行う前に水で洗浄し、反応に用いたアミン系触媒を低減しておくことが好ましい。蒸留により分離したアクリロニトリルエーテルダイマーを含む留分や蒸留ボトムは、本発明の単量体の製造原料として再利用することができる。
<本発明の重合体>
本発明は、下記一般式(3)および/または一般式(4)で表される構造単位を含む重合体(以下、「本発明の重合体」とも言う)でもある。
Figure 2015224331
(R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
本発明の単量体は、前述したように環化せずに重合することにより下記一般式(5)で表される構造単位を生じうる。
Figure 2015224331
したがって本発明の重合体は、上記一般式(3)、一般式(4)、一般式(5)で表される構造単位を含みうるが、耐熱性および耐溶剤性の観点から上記一般式(3)および一般式(4)の構造単位の合計量が全単量体に由来する構造単位(上記一般式(3)、(4)、(5)であらわされる構造単位と、後述するその他の単量体に由来する構造単位)に対して、5〜100質量%であることが好ましく、より好ましくは10〜100質量%、さらに好ましくは20〜100質量%、特に好ましくは30〜100質量%である。
本発明の重合体は、上記一般式(5)の構造単位を、全単量体に由来する構造単位に対して、0〜30質量%含むことが好ましく、0〜20質量%含むことがより好ましい。
本発明の重合体は、加熱による可塑化現象を利用して加工する用途に用いる場合、加工性の観点から重合体のTgとしては、190℃以下であることが好ましく、より好ましくは180℃以下、さらに好ましくは170℃以下である。また、加工後の耐熱変形性の観点からは重合体のTgとしては、90℃以上であることが好ましく、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは110℃以上である。なお、加工後の耐熱変形性を要求されない用途、例えば粘着剤用途においては、本発明の単量体と共重合可能な低Tgの単量体を共重合して、重合体のTgをもっと低温に設定しても良い。
本発明の重合体は、用途や目的に応じて、上記一般式(3)、一般式(4)、一般式(5)で表される構造単位以外の構造単位を含んでいてもよく、そのような構造単位としては例えば、後述する本発明の単量体と共重合可能な単量体(「その他の単量体」とも言う)に由来する構造単位(「その他の単量体に由来する構造単位」とも言う)が挙げられる。
本発明の重合体における、上記その他の単量体に由来する構造単位の含有量は、全単量体に由来する構造単位に対し、0〜95質量%であることが好ましく、0〜90質量%であることが好ましく、0〜80質量%であることが好ましく、0〜70質量%であることが好ましい。なお、その他の単量体に由来する構造単位とは、その他の単量体が重合して形成される構造単位であり、例えばその他の単量体がアクリル酸メチル、CH=CH(COOCH)である場合、−CH−CH(COOCH)−と表すことができる。
本発明の重合体における、上記アクリロニトリルエーテルダイマーに由来する構造単位の含有量は、全単量体に由来する構造単位に対し、0〜10質量%であることが好ましく、0〜5質量%であることがより好ましく、0〜3質量%であることがより好ましく、0〜1質量%であることがさらに好ましい。上記範囲とすることにより、本発明の重合体のTgを適切な範囲に設定しやすくなる傾向にある。
本発明の重合体は、上記本発明の単量体、もしくは本発明の単量体組成物を含む単量体成分を重合する工程を含む製造方法により製造することができるが、重合機構としては、上記一般式(3)および一般式(4)の割合を多くできる観点からラジカル重合機構が好ましい。すなわち、本発明の重合体は、本発明の単量体、もしくは本発明の単量体組成物を含む単量体成分をラジカル重合する工程を含む製造方法により製造することが好ましい。
以下は、本発明の重合体を得る方法としてラジカル重合機構に基づく方法について詳述するが、他の重合機構(例えばアニオン重合機構、配位重合機構など)に基づく方法を排除するものではない。
上記本発明の単量体、もしくは本発明の単量体組成物を含む単量体成分は、本発明の単量体と共重合可能な単量体、例えば本発明の単量体とラジカル重合機構で共重合可能な他のラジカル重合性化合物を含んでいても良く、その種類、量は、必要とされる諸性能、用途や使用目的に応じて適宜選択、調整すればよい。
他のラジカル重合性化合物としては、ラジカル重合性基を同一分子内に1個有する化合物である単官能型単量体と、ラジカル重合性基を同一分子内に2個以上有する化合物である多官能型単量体とに分類できる。
上記の単官能型単量体としては例えば、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミド、シアン化ビニル、不飽和カルボン酸類、芳香族ビニル、N置換マレイミド、N−ビニル化合物、1,3−共役ジエン類、ビニルエステルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単官能型単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸sec−ブチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチル、(メタ)アクリル酸n−アミル、(メタ)アクリル酸sec−アミル、(メタ)アクリル酸tert−アミル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸カプリル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ミリスチル、(メタ)アクリル酸ペンタデシル、(メタ)アクリル酸セチル、(メタ)アクリル酸ヘプタデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸ノナデシル、(メタ)アクリル酸エイコシル、(メタ)アクリル酸ベヘニル、(メタ)アクリル酸2−デシルテトラデシル、(メタ)アクリル酸セリル、(メタ)アクリル酸メリシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸β−メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸β−エチルグリシジル、(メタ)アクリル酸(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸メチル、α−ヒドロキシメチルアクリル酸エチルなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
(メタ)アクリルアミドとしては、例えば、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、アクリロイルモルホリンなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
シアン化ビニルとしては、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
不飽和カルボン酸類としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、けい皮酸、ビニル安息香酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸などが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
芳香族ビニルとしては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、メトキシスチレン、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジンなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
N置換マレイミドとしては、例えば、メチルマレイミド、エチルマレイミド、イソプロピルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド、フェニルマレイミド、ベンジルマレイミド、ナフチルマレイミドなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
N−ビニル化合物としては、例えば、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルイミダゾール、N−ビニルモルフォリン、N−ビニルアセトアミドなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
1,3−共役ジエン類としては、例えば、ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、2,3−ジメチルブタジエン、4,5−ジエチル−1,3−オクタジエン、3−ブチル−1,3−オクタジエン、クロロプレン、2,3−ジクロロブタジエンなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
ビニルエステルとしては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニルなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
上記の多官能型単量体を共重合成分として用いれば、重合体の構造を星型や分岐状構造にすることができる。そのような多官能型単量体としては例えば、多官能(メタ)アクリル酸エステル、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル、アリル基含有(メタ)アクリル酸エステル、多官能(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレート、多官能ウレタン(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリル系化合物;多官能マレイミド系化合物;多官能ビニルエーテル;多官能アリル系化合物;多官能芳香族ビニルなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
多官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸2−ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸4−ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸4−ビニロキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシエトキシエトキシ)エチルなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
アリル基含有(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸アリルなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
多官能(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレートとしては、例えば、トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレートなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
多官能ウレタン(メタ)アクリレートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートなどの多官能イソシアネートと(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピルなどの水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルとの反応で得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
多官能マレイミド系化合物としては、例えば、4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミド、m−フェニレンビスマレイミド、ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド、3,3’−ジメチル−5,5’−ジエチル−4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミド、4−メチル−1,3−フェニレンビスマレイミド、1,6−ビスマレイミド−(2,2,4−トリメチル)ヘキサンなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
多官能ビニルエーテルとしては、例えば、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ブチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジビニルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテルなどが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
多官能アリル系化合物としては、例えば、エチレングリコールジアリルエーテル、ジエチレングリコールジアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、プロピレングリコールジアリルエーテル、ブチレングリコールジアリルエーテル、ヘキサンジオールジアリルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジアリルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、グリセリントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタアリルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテルなどの多官能アリルエーテル;トリアリルイソシアヌレートなどの多官能アリル基含有イソシアヌレート;フタル酸ジアリル、ジフェン酸ジアリルなどの多官能アリルエステル;ビスアリルナジイミド化合物など;ビスアリルナジイミド化合物などが挙げられるが、かかる例示のみに限定されるものではない。
多官能芳香族ビニルとしては、例えば、ジビニルベンゼンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
上記単量体成分に含まれる本発明の単量体の含有割合(全単量体(本発明の単量体と、上記その他の単量体)の使用量に対する本発明の単量体の使用量)は、本発明の重合体の形態、必要とされる諸性能、使用目的に応じて適宜設定すればよいが、重合体の耐熱性および耐溶剤性の観点から5〜100質量%であることが好ましく、より好ましくは10〜100質量%、さらに好ましくは20〜100質量%、特に好ましくは30〜100質量%である。
上記単量体成分の重合方法としては、バルク重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合など、公知の重合方法を用いることができ、目的、用途に応じて適宜選択すればよい。
分子量の制御方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、重合開始剤・重合触媒の量や種類、重合温度、連鎖移動剤の種類や量の調整などにより制御できる。
上記単量体成分をラジカル重合機構により重合する場合、ラジカル重合開始剤を併用するのが工業的に有利で好ましい。ラジカル重合開始剤としては、加熱により重合開始ラジカルを発生する熱ラジカル重合開始剤と、活性エネルギー線の照射により重合開始ラジカルを発生する光ラジカル重合開始剤とがあり、従来公知のものを1種または2種以上使用できる。また、必要に応じて従来公知の熱ラジカル重合促進剤、光増感剤、光ラジカル重合促進剤等を1種または2種以上添加することも好ましい。
上記熱ラジカル重合開始剤としては、具体的には、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、アセチルアセテートパーオキサイド、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、p−メンタンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、t−ヘキシルハイドロパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、イソブチリルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、スクシン酸パーオキサイド、m−トルオイルベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシエチルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−3−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ−s−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、α,α’−ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3,−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシピバレート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシマレート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシ−m−トルイルベンゾエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ビス(t−ブチルパーオキシ)イソフタレート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(m−トルイルパーオキシ)ヘキサン、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、t−ブチルトリメチルシリルパーオキサイド、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等の過酸化物系開始剤;2−フェニルアゾ−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、1−[(1−シアノ−1−メチルエチル)アゾ]ホルムアミド、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス(2−メチル−N−フェニルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[N−(4−クロロフェニル)−2−メチルプロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[N−(4−ヒドロフェニル)−2−メチルプロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(フェニルメチル)プロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−プロペニル)プロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[N−(2−ヒドロキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(4,5,6,7−テトラヒドロ−1H−1,3−ジアゼピン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(5−ヒドロキシ−3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)エチル]プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミド)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロパン)、ジメチル−2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4’−アゾビス(4−シアノペンタン酸)、2,2’−アゾビス[2−(ヒドロキシメチル)プロピオニトリル]等のアゾ系開始剤が挙げられる。
上記熱ラジカル重合開始剤とともに使用できる熱ラジカル重合促進剤としては、コバルト、銅、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ジルコニウム、クロム、バナジウム、カルシウム、カリウム等の金属石鹸;1級、2級、3級のアミン化合物;4級アンモニウム塩;チオ尿素化合物;ケトン化合物等が挙げられ、具体的には、例えば、オクチル酸コバルト、ナフテン酸コバルト、オクチル酸銅、ナフテン酸銅、オクチル酸マンガン、ナフテン酸マンガン、ジメチルアニリン、トリエタノールアミン、トリエチルベンジルアンモニウムクロライド、ジ(2−ヒドロキシエチル)p−トルイジン、エチレンチオ尿素、アセチルアセトン、アセト酢酸メチル等が挙げられる。
上記光ラジカル重合開始剤としては、具体的には、例えば、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシー2−フェニルアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−〔4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル〕−2−ヒドロキシー2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−1−{4−〔4−(2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオニル)ベンジル〕フェニル}−2−メチルプロパン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2−(ジメチルアミノ)−2−〔(4−メチルフェニル)メチル〕−1−〔4−(4−モルホリニル)フェニル〕−1−ブタノン等のアルキルフェノン系化合物;ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、2−カルボキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物;ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテ等のベンゾイン系化合物;チオキサントン、2−エチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物;2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−メトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−エトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4−エトキシカルボキニルナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等のハロメチル化トリアジン系化合物;2−トリクロロメチル−5−(2’−ベンゾフリル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−〔β−(2’−ベンゾフリル)ビニル〕−1,3,4−オキサジアゾール、4−オキサジアゾール、2−トリクロロメチル−5−フリル−1,3,4−オキサジアゾール等のハロメチル化オキサジアゾール系化合物;2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’ −テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’ −テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール等のビイミダゾール系化合物;1,2−オクタンジオン,1−〔4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)〕、エタノン,1−〔9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル〕−,1−(O−アセチルオキシム)等のオキシムエステル系化合物;ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム等のチタノセン系化合物;p−ジメチルアミノ安息香酸、p−ジエチルアミノ安息香酸等の安息香酸エステル系化合物;9−フェニルアクリジン等のアクリジン系化合物;等を挙げることができる。
上記光ラジカル開始剤とともに、光増感剤や光ラジカル重合促進剤を使用することにより、感度や硬化性を向上できる。このような光増感剤や光ラジカル重合促進剤としては、例えば、キサンテン色素、クマリン色素、3−ケトクマリン系化合物、ピロメテン色素などの色素系化合物;4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸2−エチルヘキシルなどのジアルキルアミノベンゼン系化合物;2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾールなどのメルカプタン系水素供与体等が挙げられる。
上記ラジカル重合開始剤の添加量総量としては、目的、用途に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、重合性、分解物の悪影響、経済性のバランスの点から、単量体成分全体に対して0.01〜30質量%、好ましくは0.05〜20質量%、さらに好ましくは0.1〜15質量%である。
上記熱ラジカル重合促進剤、光増感剤、光ラジカル重合促進剤の添加量総量としては、目的、用途に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、重合性、分解物の悪影響、経済性のバランスの点から、単量体成分全体に対して0.001〜20質量%、好ましくは0.05〜10質量%、さらに好ましくは0.01〜10質量%である。
上記単量体成分をラジカル重合機構により重合する場合、必要に応じて、公知の連鎖移動剤を使用してもよく、ラジカル重合開始剤と併用するのがより好ましい。このような連鎖移動剤としては、具体的には、例えば、メルカプト酢酸、3−メルカプトプロピオン酸等のメルカプトカルボン酸類;メルカプト酢酸メチル、3−メルカプトプロピオン酸メチル、3−メルカプトプロピオン酸2−エチルヘキシル、3−メルカプトプロピオン酸n−オクチル、3−メルカプトプロピオン酸メトキシブチル、3−メルカプトプロピオン酸ステアリル、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトプロピオネート)等のメルカプトカルボン酸エステル類;エチルメルカプタン、t−ブチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、1,2−ジメルカプトエタン等のアルキルメルカプタン類;2−メルカプトエタノール、4−メルカプト−1−ブタノール等のメルカプトアルコール類;ベンゼンチオール、m−トルエンチオール、p−トルエンチオール、2−ナフタレンチオール等の芳香族メルカプタン類;トリス〔(3−メルカプトプロピオニロキシ)−エチル〕イソシアヌレート等のメルカプトイソシアヌレート類;2−ヒドロキシエチルジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド等のジスルフィド類;ベンジルジエチルジチオカルバメート等のジチオカルバメート類;α−メチルスチレンダイマー等の単量体ダイマー類;四臭化炭素等のハロゲン化アルキル類などが挙げられる。これらの中では、入手性、架橋防止能、重合速度低下の度合いが小さいなどの点で、メルカプトカルボン酸類、メルカプトカルボン酸エステル類、アルキルメルカプタン類、メルカプトアルコール類、芳香族メルカプタン類;メルカプトイソシアヌレート類などのメルカプト基を有する化合物が好ましい。これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
上記ラジカル重合機構における連鎖移動剤の使用量は、使用する単量体の種類や量、重合温度、重合濃度等の重合条件、目標とする重合体の分子量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、重量平均分子量が数千〜数万の重合体を得るには、単量体成分全体に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜15質量%がより好ましい。
上記単量体成分を重合する際の重合温度としては、重合機構、使用する単量体の種類や量、重合開始剤・重合触媒の種類や量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。
上記単量体成分は、バルク重合法で重合してもよいが、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法により重合する場合、重合に使用する溶媒としては、重合反応に不活性なものであれば特に限定されるものではなく、重合機構、使用する単量体の種類や量、重合開始剤・重合触媒の種類や量等の重合条件に応じて適宜設定すればよい。
このような溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、s−ブタノール等のモノアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類;テトラヒドロフラン,ジオキサン等の環状エーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、3−メトキシブタノール等のグリコールモノエーテル類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル等のグリコールエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート等のグリコールモノエーテルのエステル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等のアルキルエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、水等が挙げられるが、かかる例示に限定されるものではない。これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りがない限り、「部」は「質量部」を意味し、「%」は「質量%」を意味する。
[実施例1]
温度計、ガス吹込み管、および撹拌装置を取り付けたガラス製フラスコ(200ml)にパラホルムアルデヒド25gとアクリロニトリル50g(1.2当量)、触媒の3級アミンとしてトリエチレンジアミン4.4g(0.05当量)、溶媒として1, 4−ジオキサン105g、重合禁止剤としてヒドロキノンモノメチルエーテル0.05g、4−ヒドロキシ−2, 2, 6, 6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル0.05gを仕込んで撹拌した。上記の反応溶液中に空気を吹き込むと共に、反応容器内の温度を70℃に保ちながら14時間反応を行った。次に反応容器内の温度を20℃に保ち、滴下ロートを用いてトリエチレンジアミン4.4g(0.05当量)とアリルアルコール68g(1.5当量)を投入した。次に反応容器内の温度を70℃に保ちながら18時間反応を行い完了させた。反応終了後、反応溶液を、分液ロートを用いて水で2回洗浄し、洗浄後の液をガラス製フラスコに移し、水、1, 4−ジオキサン及びアリルアルコールを留出させた後、系内の温度を68℃にするとともに、2mmHgに減圧し、留出温度45℃で反応生成物であるα−アリルオキシメチルアクリロニトリル(AMAN)を6.1g得た。ガスクロマトグラフィで分析したところ、アクリロニトリルエーテルダイマー(ANED)の含有量は0%であった。
また、得られたAMANのH−NMRスペクトルをNMR装置(600MHz)により測定した。重溶媒としては重ジメチルスルホキシド(d−DMSO)を用いた。結果を図1に示す。
[合成例1]
特開平8−59590に従い、ANEDとアクリロニトリル誘導体(下記構造式)の混合物を得た。
Figure 2015224331
さらにカラムクロマトグラフィにより精製し、ANEDの純度を95%に高めた。
(単独重合体のガラス転移温度と耐溶剤性)
[実施例2]
冷却管、温度計、ガス導入管を付した反応容器に、溶媒としてジメチルホルムアミド(DMF)4.0gを、単量体として実施例1で得たAMAN1.0gを仕込み、ガス導入管から窒素をバブリングした。バブリング開始30分後にアゾ系ラジカル開始剤((株)日本ファインケム製、商品名:ABN−E)0.005gを投入してから、反応容器を90℃のオイルバスに浸し昇温を開始した。昇温開始90分後に、反応容器をオイルバスからはずし重合を終了した。
テトラヒドロフランで希釈した重合液をメタノールに滴下し重合体を沈殿させ、濾過・メタノール洗浄後、乾燥してAMANの単独重合体の粉末を得た。得られた粉末をd−DMSOに溶かし、H−NMRスペクトルおよび13C−NMRスペクトルをNMR装置(600MHz)により測定した。結果を図2(H−NMRスペクトル)および図3(13C−NMRスペクトル)に示す。
H−NMRスペクトルおいては、4ppm付近に環状エーテルの酸素に隣接するメチレン基特有の複雑な多重線を確認した。また、非環化構造単位に由来する微量のアリル基も5〜6ppm付近に確認した。
13C−NMRスペクトルにおいては、α−アリルオキシメチルアクリル酸メチルの単独重合体(図4)と同様に、立体構造としてtrans構造およびcis構造を取っていることが示唆された。
さらに得られたAMAN単独重合体の粉末を用い、以下のようにしてTgの測定および耐溶剤性の評価を行った。結果を表1に示す。
<Tg>
JIS K 7121にしたがい、中間点ガラス転移温度を測定した。
・測定装置:示差走査熱量計(DSC−6200、セイコーインスツルメンツ(株)製)
・雰囲気:窒素フロー30mL/分
・昇温条件:昇温速度10℃/分、走査温度上限250℃
<耐溶剤性>
2.0gのテトラヒドロフランまたはキシレンに0.1gの重合体粉末を入れ、50℃で12時間加熱した。加熱後の状態を目視し、次の基準で判定した。
○:テトラヒドロフランでもキシレンでも粉末が残っている。
△:テトラヒドロフラン、キシレンのどちらか一方で粉末が残っている。
×:いずれの溶媒においても粉末が残らず溶解している。
[比較例1]
単量体として合成例1で得たANED1.0gを用い、溶媒としてDMF9.0gを用いたこと以外は、実施例2と同様にして重合体粉末を得て、Tg測定および耐溶剤性の評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例2]
単量体としてα−アリルオキシメチルアクリル酸メチル(MeAMA)1.0gを用いたこと以外は、実施例2と同様にして重合体粉末を得て、Tg測定および耐溶剤性の評価を行った。結果を表1に示す。
また、得られた重合体粉末の13C−NMRスペクトルを実施例2と同様にして測定した。結果を図4に示す。
Figure 2015224331
(耐熱分解性)
[実施例3]
実施例2で得た重合体粉末を用い、5%重量減少温度を以下のようにして測定した。結果を表2に示す。
測定装置:差動型示差熱天秤(ThermoPlus2 TG−8120、ダイナミックTG、(株)リガク製)
雰囲気:窒素フロー200mL/分
昇温条件:昇温速度10℃/分、階段状等温制御法(150℃から500℃までの範囲内における質量減少速度値0.005%/秒以下に制御)
[実施例4]
単量体としてAMAN0.6gおよびメタクリル酸メチル(MMA)0.4g用いたこと以外は、実施例2と同様にして重合体粉末を得て、Tgを測定した。さらに、5%重量減少温度を実施例3と同様に測定した。結果を表2に示す。
[実施例5]
単量体としてAMAN0.3gおよびMMA0.7g用いたこと以外は、実施例2と同様にして重合体粉末を得て、Tgを測定した。さらに、5%重量減少温度を実施例3と同様に測定した。結果を表2に示す。
[比較例3]
比較例2で得た重合体粉末を用い、5%重量減少温度を実施例3と同様に測定した。結果を表2に示す。
[比較例4]
単量体としてMeAMA0.6gおよびMMA0.4g用いたこと以外は、実施例2と同様にして重合体粉末を得て、Tgを測定した。さらに、5%重量減少温度を実施例3と同様に測定した。結果を表2に示す。
[比較例5]
単量体としてMeAMA0.3gおよびMMA0.7g用いたこと以外は、実施例2と同様にして重合体粉末を得て、Tgを測定した。さらに、5%重量減少温度を実施例3と同様に測定した。結果を表2に示す。
[比較例6]
単量体としてMMA1.0g用いたこと以外は、実施例2と同様にして重合体粉末を得て、Tgを測定した。さらに、5%重量減少温度を実施例3と同様に測定した。結果を表2に示す。
Figure 2015224331
(UV硬化塗膜の耐溶剤性)
[実施例6]
AMAN1.0g、光ラジカル開始剤(BASFジャパン(株)製、商品名:イルガキュア184D)0.03gを混合・溶解したものを、バーコーターNo.10を用いてポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗工した。
ベルトコンベア式UV照射装置を用い、以下のUV照射条件で硬化させ、透明なUV硬化塗膜を得た。
得られたUV硬化塗膜について、以下のようにして耐溶剤性を評価した。結果を表3に示す。
(UV照射条件)
・UV照射装置:フュージョン・ユーブイ・システムズ・ジャパン(株)製、商品名:ライトハンマー6
・ベルトコンベア装置:フュージョン・ユーブイ・システムズ・ジャパン(株)製、商品名:モデルLC−6B
・光源:Hバルブ
・波長365nmにおける照度:200mW/cm2
・照射時間:20秒間
(耐溶剤性の評価)
UV硬化塗膜の表面を、テトラヒドロフランを含浸させたガーゼで10往復こすった。1分間静置してから、表面を目視で観察した。
[実施例7]
AMAN1.0gの代わりに、AMAN0.9gとトリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)0.1gを用いたこと以外は、実施例6と同様にして、透明なUV硬化塗膜を得た。
得られたUV硬化塗膜について、実施例6と同様にして耐溶剤性を評価した。結果を表3に示す。
[比較例7]
AMAN1.0gの代わりに、MeAMA1.0gを用いたこと以外は、実施例6と同様にして、透明なUV硬化塗膜を得た。
得られたUV硬化塗膜について、実施例6と同様にして耐溶剤性を評価した。結果を表3に示す。
[比較例8]
AMAN1.0gの代わりに、MeAMA0.9gとTMPTA0.1gを用いたこと以外は、実施例6と同様にして、透明なUV硬化塗膜を得た。
得られたUV硬化塗膜について、実施例6と同様にして耐溶剤性を評価した。結果を表3に示す。
Figure 2015224331
表1に示すように、本発明の単量体の単独重合体は適度なTgと優れた耐溶剤性を示すことがわかる。また、表2に示すように、本発明の単量体の単独重合体および共重合体は、適度なTgと優れた耐熱分解性を示すことがわかる。さらに表3に示すように、本発明の単量体の単独重合および共重合による硬化塗膜は非結晶性で透明性に優れ、且つ耐溶剤性に優れることがわかる。
本発明の単量体を重合体原料として用いた場合、加工性を損なうことなく重合体に良好な耐熱性や耐溶剤性を付与することが可能となる。よって、本発明の単量体は、エンジニアリングプラスチック、光学材料、レジスト材料、生体適合材料等の様々な分野で好適に使用可能な重合体の原料として、好適に使用することができる。
Figure 2015224331
Figure 2015224331

Claims (5)

  1. 下記一般式(1)で表される単量体。
    Figure 2015224331
    (R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
  2. 請求項1に記載の単量体を含む組成物であって、下記構造式(2)で表される化合物の含有量が、請求項1に記載の単量体に対し0〜10質量%である、単量体組成物。
    Figure 2015224331
  3. 下記一般式(3)または一般式(4)で表される構造単位を含む重合体。
    Figure 2015224331
    Figure 2015224331
    (R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
  4. 下記構造式(2)で表される化合物および/または下記構造式(5)で表される化合物と、下記一般式(6)で表される化合物とを反応させることを特徴とする、請求項1に記載の単量体、または請求項2に記載の単量体組成物の製造方法。
    Figure 2015224331
    Figure 2015224331
    Figure 2015224331
    (R、Rは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。)
  5. 請求項1に記載の単量体、もしくは請求項2に記載の単量体組成物を含む単量体成分を重合する工程を含む、請求項3に記載の重合体の製造方法。
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