JP2017149793A - Polymer material whose form is capable of form control by photic stimulation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光刺激の有無によって流動状態と非流動状態を制御可能な高分子、及び当該高分子の流動性を制御する方法に関する。 The present invention relates to a polymer capable of controlling a flow state and a non-flow state by the presence or absence of light stimulation, and a method for controlling the fluidity of the polymer.
光造形や接着剤において、外部刺激によって流動性が変化する材料として、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などが用いられている。しかしながら、これらの材料では、硬化処理のために専用の装置が必要であり、また一度加工すると再加工が困難であり材料のリサイクル性に乏しいという課題があった。 In optical modeling and adhesives, thermosetting resins and photocurable resins are used as materials whose fluidity changes due to external stimuli. However, these materials have a problem that a dedicated device is required for the curing treatment, and that once processed, it is difficult to reprocess and the material is not recyclable.
これに対し、溶媒を含まず、室温において外部刺激によって固体と液体の間で可逆的に流動性を切り替えられる物質は、環境にやさしいだけでなく再利用可能な樹脂や接着剤への応用が期待される。こうした試みの一つとして、光刺激によって流動化・非流動化が可能な化合物が報告されており、接着剤等への応用が検討されてきた(例えば、特許文献1や非特許文献1)。しかしながら、特許文献1における流動状態の変化は、規則的に並んだ分子の結晶性を光刺激によって低下させることで流動状態を獲得したに過ぎず、材料としての強度及び接着性の高さを期待できるものではなく、また分子構造の設計の幅も限られていた。また、特許文献1の化合物では、アゾベンゼンの光異性化反応を用いているため、流動性の制御のために照射する光の波長範囲を変える必要がある。 In contrast, substances that do not contain solvents and can be reversibly switched between solid and liquid at room temperature by external stimuli are expected to be applied not only to the environment but also to reusable resins and adhesives. Is done. As one of such attempts, a compound that can be fluidized and non-fluidized by light stimulation has been reported, and its application to adhesives and the like has been studied (for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). However, the change in the flow state in Patent Document 1 is merely obtained by reducing the crystallinity of regularly arranged molecules by light stimulation, and expects high strength and adhesion as a material. It was not possible and the range of molecular structure design was limited. In addition, since the compound of Patent Document 1 uses a photoisomerization reaction of azobenzene, it is necessary to change the wavelength range of light to be irradiated in order to control fluidity.
一方、接着剤の態様としては、一般に、反応型、溶剤型、水性型、ホットメルト型、及び感圧型などのタイプが知られているが、これらのなかでも、ホットメルト型の接着剤は、金属材料の接着に対するものとして最も広く用いられている。かかるホットメルト型接着剤は、接着剤を加熱溶融させることにより流動状態で材料に塗布し、その後冷却することで接着剤を固化し、材料同士を接着させることができる。当該ホットメルト型接着剤による接着方法は、有機溶媒を含まないため安全性が高く、溶融状態で材料に塗布できるため多彩な塗布パターンを用いることができるという長所を有する。しかしながら、接着剤を高温で溶融させて用いることから、加熱が望ましくない環境での接着や耐熱性の低い材料同士の接着には適さない等の課題があった。 On the other hand, as an aspect of the adhesive, generally, there are known types such as a reaction type, a solvent type, an aqueous type, a hot melt type, and a pressure sensitive type. Among these, the hot melt type adhesive is Most widely used for bonding metal materials. Such a hot melt adhesive can be applied to a material in a fluidized state by heating and melting the adhesive, and then cooled to solidify the adhesive and bond the materials together. The bonding method using the hot-melt adhesive has advantages that it is safe because it does not contain an organic solvent, and can be applied to a material in a molten state, so that various coating patterns can be used. However, since the adhesive is melted at a high temperature and used, there are problems such as being unsuitable for bonding in an environment where heating is not desirable or bonding between materials having low heat resistance.
そこで、本発明は、光刺激によって流動状態と非流動状態を制御可能な新規な高分子、より詳細には、光刺激によって液体状態と固体状態を可逆的に繰り返すことが可能な特性を有する高分子を開発すること、及びかかる高分子の流動性を光刺激によって制御する方法を提供することを課題とするものである。 Therefore, the present invention is a novel polymer that can control the flow state and the non-flow state by light stimulation. More specifically, the present invention has a characteristic that can reversibly repeat a liquid state and a solid state by light stimulation. It is an object of the present invention to develop a molecule and to provide a method for controlling the fluidity of such a polymer by light stimulation.
本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、光刺激によって共有結合が切断され、光刺激の非付与時には当該結合が再形成する光応答性を有する官能基によって架橋した高分子を用いることにより、光刺激の有無によって可逆的に分子形状を変えることで当該架橋高分子の流動状態を制御できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that a covalent bond is cleaved by a light stimulus and is crosslinked by a functional group having a photoresponsive property that the bond re-forms when no light stimulus is applied. By using molecules, it was found that the flow state of the crosslinked polymer can be controlled by reversibly changing the molecular shape depending on the presence or absence of light stimulation, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、一態様において、
(1)前駆体高分子が架橋してなる架橋高分子であって、前記前駆体高分子は、骨格高分子の少なくとも1つの末端にロフィン基を導入した高分子であり;前記架橋高分子は、前記前駆体高分子における前記ロフィン基が共有結合によって分子間で架橋した構造を有しており;前記架橋高分子は、光刺激によって前記架橋が開裂し、可逆的に固体状態から液体状態に変化し得ることを特徴とする、該架橋高分子;
(2)前記光刺激が、紫外線の照射である、上記(1)に記載の架橋高分子;
(3)前記光刺激を停止することによって再び固体状態に戻ることを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の架橋高分子;
(4)前記骨格高分子は、ポリアクリレート又はポリシロキサンである、上記(1)〜(3)のいずれか1に記載の架橋高分子;
(5)前記骨格高分子が、四分岐構造を有するポリアクリレート又は四分岐構造を有するポリシロキサンである、上記(4)に記載の架橋高分子;
(6)前記四分岐構造を有するポリアクリレートの全ての末端にロフィン基を有する、上記(5)に記載の架橋高分子;
(7)前記骨格高分子は、1,000〜100,000の範囲の分子量を有する上記(1)〜(6)のいずれか1に記載の架橋高分子;
(8)前記骨格高分子は、−130℃〜30℃の範囲のガラス転移温度を有する、上記(1)〜(7)のいずれか1に記載の架橋高分子;及び
(9)前記前駆体高分子が以下の構造を有する四分岐型ポリアクリレート
又は、以下の構造を有する四分岐型ポリシロキサン
である、上記(1)に記載の架橋高分子
を提供するものである。
That is, the present invention in one aspect,
(1) A crosslinked polymer obtained by crosslinking a precursor polymer, wherein the precursor polymer is a polymer in which a lophine group is introduced into at least one end of a skeleton polymer; The lophine group in the precursor polymer has a structure in which molecules are cross-linked by a covalent bond; the cross-linked polymer can be reversibly changed from a solid state to a liquid state by cleavage of the cross-link by light stimulation. The crosslinked polymer characterized by the above;
(2) The crosslinked polymer according to (1), wherein the light stimulation is irradiation with ultraviolet rays;
(3) The crosslinked polymer according to (1) or (2) above, wherein the crosslinked polymer returns to a solid state again by stopping the light stimulation;
(4) The crosslinked polymer according to any one of (1) to (3), wherein the skeleton polymer is polyacrylate or polysiloxane;
(5) The crosslinked polymer according to (4), wherein the skeleton polymer is a polyacrylate having a four-branched structure or a polysiloxane having a four-branched structure;
(6) The crosslinked polymer according to (5) above, which has a lophine group at all terminals of the polyacrylate having the four-branched structure;
(7) The crosslinked polymer according to any one of (1) to (6), wherein the skeleton polymer has a molecular weight in a range of 1,000 to 100,000;
(8) The cross-linked polymer according to any one of (1) to (7), wherein the skeleton polymer has a glass transition temperature in a range of −130 ° C. to 30 ° C .; and (9) the precursor high Four-branched polyacrylate whose molecule has the following structure
Or a four-branched polysiloxane having the following structure:
The crosslinked polymer as described in (1) above is provided.
また、別の態様において、本発明は、上記架橋高分子の前駆体である高分子化合物をも対象とする。すなわち、本発明は、
(10) 骨格高分子の少なくとも1つの末端にロフィン基を有する化合物であって、常温で液体状態である、該化合物;
(11)前記骨格高分子が、ポリアクリレート又はポリシロキサンである、上記(10)に記載の化合物;
(12)前記骨格高分子が、四分岐構造を有するポリアクリレート又は四分岐構造を有するポリシロキサンである、上記(11)に記載の化合物;
(13)前記四分岐構造を有するポリアクリレートの全ての末端にロフィン基を有する、上記(12)に記載の化合物。
(14)前記骨格高分子は、1,000〜100,000の範囲の分子量を有する、上記(10)〜(13)のいずれか1に記載の化合物;
(15)前記骨格高分子は、−130℃〜30℃の範囲のガラス転移温度を有する、上記(10)〜(14)のいずれか1に記載の化合物;
(16)以下の構造を有する四分岐型ポリアクリレート
又は、以下の構造を有する四分岐型ポリシロキサン
である、上記(10)に記載の化合物;
を提供するものであり、及び
(17)上記(10)〜(16)のいずれか1に記載の化合物が、前記ロフィン基において分子間又は分子内で架橋してなる、架橋高分子
を提供するものである。
In another embodiment, the present invention is also directed to a polymer compound that is a precursor of the crosslinked polymer. That is, the present invention
(10) A compound having a lophine group at at least one end of the skeleton polymer, which is in a liquid state at room temperature;
(11) The compound according to (10), wherein the skeleton polymer is polyacrylate or polysiloxane;
(12) The compound according to (11), wherein the skeleton polymer is a polyacrylate having a four-branched structure or a polysiloxane having a four-branched structure;
(13) The compound according to (12) above, which has a lophine group at all terminals of the polyacrylate having the four-branched structure.
(14) The compound according to any one of (10) to (13), wherein the skeleton polymer has a molecular weight in the range of 1,000 to 100,000.
(15) The compound according to any one of (10) to (14), wherein the skeleton polymer has a glass transition temperature in the range of -130 ° C to 30 ° C;
(16) Four-branched polyacrylate having the following structure
Or a four-branched polysiloxane having the following structure:
The compound according to (10), which is
And (17) a crosslinked polymer, wherein the compound according to any one of the above (10) to (16) is crosslinked between the molecules or within the molecule at the lophine group. Is.
また、更なる態様において、本発明は、上記架橋高分子を用いた高分子材料の流動性を可逆的に制御する方法を提供するものである。すなわち、本発明は、
(18)高分子材料の流動性を可逆的に制御する方法であって、 骨格高分子の少なくとも1つの末端にロフィン基を導入した、液体状態の前駆体高分子を分子間で架橋させることによって、固体状態の架橋高分子を得る工程、ここで、前記架橋高分子は、前記前駆体高分子における前記ロフィン基が共有結合によって分子間で架橋した構造を有する;及び固体状態の前記架橋高分子に光刺激を付与することにより、前記架橋を開裂させ、前記架橋高分子を固体状態から液体状態とする工程を含むことを特徴とする、該方法;
(19)前記光刺激が、紫外線の照射である、上記(18)に記載の方法;
(20)前記光刺激を停止することによって再び固体状態に戻す工程をさらに含む、上記(18)又は(19)に記載の方法;
(21)前記架橋が、塩基の存在下で行われる、上記(18)〜(20)のいずれか1に記載の方法;
(22)前記固体状態の架橋高分子を得る工程が、分子内でロフィン基が架橋している前駆体高分子に光刺激を付与し当該分子内の架橋を開裂させた後、当該前駆体高分子を分子間で架橋させることによって固体状態の架橋高分子を得る工程である、上記(18)〜(21)のいずれか1に記載の方法;
(23)前記骨格高分子は、ポリアクリレート又はポリシロキサンである、上記(18)〜(22)のいずれか1に記載の方法;
(24)前記骨格高分子が、四分岐構造を有するポリアクリレート又は四分岐構造を有するポリシロキサンである、上記(11)に記載の化合物である、上記(23)に記載の方法;
(25)前記四分岐構造を有するポリアクリレートの全ての末端にロフィン基を有する、上記(24)に記載の方法;
(26)前記骨格高分子は、1,000〜100,000の範囲の分子量を有する、上記(18)〜(25)のいずれか1に記載の方法;
(27)前記骨格高分子は、−130℃〜30℃の範囲のガラス転移温度を有する、上記(18)〜(26)のいずれか1に記載の方法;及び
(28)前記前駆体高分子が以下の構造を有する四分岐型ポリアクリレート
又は、以下の構造を有する四分岐型ポリシロキサン
である、上記(18)に記載の方法
を提供するものである。
In a further aspect, the present invention provides a method for reversibly controlling the fluidity of a polymer material using the crosslinked polymer. That is, the present invention
(18) A method for reversibly controlling the fluidity of a polymer material, wherein a liquid precursor polymer having a lophine group introduced into at least one end of a skeleton polymer is crosslinked between molecules. Obtaining a cross-linked polymer in a solid state, wherein the cross-linked polymer has a structure in which the lophine group in the precursor polymer is cross-linked between molecules by a covalent bond; The method comprising the step of cleaving the cross-linking by imparting a stimulus and changing the cross-linked polymer from a solid state to a liquid state;
(19) The method according to (18) above, wherein the light stimulation is irradiation with ultraviolet rays;
(20) The method according to (18) or (19), further comprising a step of returning the solid state again by stopping the light stimulation;
(21) The method according to any one of (18) to (20), wherein the crosslinking is performed in the presence of a base;
(22) The step of obtaining the solid state cross-linked polymer gives photo-stimulation to the precursor polymer in which the lophine group is cross-linked in the molecule and cleaves the cross-link in the molecule; The method according to any one of (18) to (21) above, which is a step of obtaining a solid-state crosslinked polymer by crosslinking between molecules;
(23) The method according to any one of (18) to (22), wherein the skeleton polymer is polyacrylate or polysiloxane;
(24) The method according to (23) above, wherein the skeleton polymer is a compound according to (11) above, which is a polyacrylate having a four-branched structure or a polysiloxane having a four-branched structure;
(25) The method according to (24) above, wherein the polyacrylate having a four-branched structure has a lophine group at all terminals thereof;
(26) The method according to any one of (18) to (25), wherein the backbone polymer has a molecular weight in the range of 1,000 to 100,000.
(27) The method according to any one of (18) to (26), wherein the skeleton polymer has a glass transition temperature in the range of -130 ° C to 30 ° C; and (28) the precursor polymer is Four-branched polyacrylate having the following structure
Or a four-branched polysiloxane having the following structure:
The method described in (18) above is provided.
本発明はまた、別の態様において、上記の架橋高分子を含む接着剤及びこれを用いる接着方法を提供するものである。すなわち、本発明は、
(29)上記(1)〜(9)のいずれか1に記載の架橋高分子を含む接着剤;
(30)ホットメルト型接着剤である、上記(29)に記載の接着剤;
(31)上記(1)〜(9)のいずれか1に記載の架橋高分子を表面に有する材料;
(32)上記(18)〜(28)のいずれか1に記載の方法を用いて2つ以上の材料の接着及び脱着を行うことを含む、材料の接着方法;及び
(33)上記(1)〜(9)のいずれか1に記載の架橋高分子を含む3Dプリンター用樹脂材料。
にも関する。
In another aspect, the present invention also provides an adhesive containing the above crosslinked polymer and an adhesion method using the same. That is, the present invention
(29) An adhesive comprising the crosslinked polymer according to any one of (1) to (9) above;
(30) The adhesive according to (29), which is a hot-melt adhesive;
(31) A material having on its surface the crosslinked polymer according to any one of (1) to (9) above;
(32) A method for adhering two or more materials using the method according to any one of (18) to (28) above, and (33) the above (1) The resin material for 3D printers containing the crosslinked polymer of any one of-(9).
Also related.
光刺激によって流動状態を制御可能な従来の物質は、分子の結晶状態の差異を流動状態の変化に利用したものであるため分子設計の幅が著しく限定される。これに対し、本発明は、光刺激による切断・再形成可能な共有結合の可逆的な切断(架橋・解架橋)が可能な官能基を導入することによって、固体−液体間の流動状態の変化を制御できる。そのため、かかる官能基を任意の骨格構造に導入することができるため、従来の材料に比べて応用可能な範囲が格段に広く、種々の用途に応じて所望の材料を提供することができる。また、本発明では、光刺激のオン−オフ操作だけで共有結合の切断・再形成が可能であるため、分子内の光異性化反応を用いる従来技術のように流動性の制御に際し照射する光の波長範囲を変化させる必要もない。 The conventional substance capable of controlling the flow state by light stimulation uses the difference in the crystalline state of the molecule for the change of the flow state, and therefore the range of molecular design is remarkably limited. In contrast, the present invention introduces a functional group capable of reversible cleavage (crosslinking / decrosslinking) of a covalent bond that can be cleaved / reformed by light stimulation, thereby changing the flow state between solid and liquid. Can be controlled. Therefore, since such a functional group can be introduced into an arbitrary skeleton structure, the applicable range is much wider than that of conventional materials, and a desired material can be provided according to various uses. In the present invention, since the covalent bond can be cleaved and reformed only by the on / off operation of the light stimulus, the light emitted for controlling the fluidity as in the conventional technique using the intramolecular photoisomerization reaction. There is no need to change the wavelength range.
また、本発明は、加熱等を行うことなく光刺激のみによって固体から液体に流動状態を変化させることができるため、既存のホットメルト型接着剤の簡便性を損なうことなく、加熱が望ましくない環境での接着や耐熱性の低い材料同士の接着に適用できるという効果を奏するものである。さらに、本発明の架橋高分子を3Dプリンター用樹脂材料として用いる場合には、いったん成形された後であっても、光刺激を付与することで再度微調整が可能となる。 In addition, the present invention can change the flow state from a solid to a liquid only by light stimulation without performing heating or the like, so that heating is not desired without impairing the convenience of existing hot melt adhesives. This is advantageous in that it can be applied to bonding between materials with low heat resistance. Furthermore, when the crosslinked polymer of the present invention is used as a resin material for a 3D printer, fine adjustment can be made again by applying a light stimulus even after being molded once.
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The scope of the present invention is not limited to these descriptions, and other than the following examples, the scope of the present invention can be appropriately changed and implemented without departing from the spirit of the present invention.
1.架橋高分子
本発明の架橋高分子は、骨格高分子の少なくとも1つの末端にロフィン基を導入した前駆体高分子が、当該ロフィン基が共有結合によって分子間で架橋した構造を有する。ここで、前駆体高分子は、常温において流動性を有する、すなわち液体状態の化合物であり、これが分子間で架橋することによって非流動性を有する固体の架橋高分子が得られる。
1. Crosslinked polymer The crosslinked polymer of the present invention has a structure in which a precursor polymer in which a lophine group is introduced into at least one end of a skeleton polymer is crosslinked between the molecules by a covalent bond. Here, the precursor polymer is a fluid compound at room temperature, that is, a liquid state compound, and a solid crosslinked polymer having non-fluidity is obtained by crosslinking between molecules.
そして、当該架橋高分子に光刺激を付与することによって、前記ロフィン基における架橋(共有結合)が開裂し、固体状態から再び液体状態に変化し得ることを特徴とする。さらに、当該光刺激を停止し室温で放置することによって、自発的に再度架橋が形成されて、固体状態の架橋高分子に戻ることができる。かかる反応を利用して、架橋高分子の流動性を光刺激によって可逆的に制御することができるものである。 And by giving a light stimulus to the cross-linked polymer, the cross-linking (covalent bond) in the lophine group can be cleaved and changed from the solid state to the liquid state again. Furthermore, by stopping the light stimulation and allowing to stand at room temperature, the cross-linking is spontaneously formed again, and the cross-linked polymer can be returned to the solid state. By utilizing such a reaction, the fluidity of the crosslinked polymer can be reversibly controlled by light stimulation.
本発明で用いられる光刺激は、好ましくは、紫外線の照射である。紫外線の波長範囲は、10〜400nmであり、好ましくは、200〜400nm、より好ましくは315〜400nmであることができる。また、光刺激の付与は、10〜60℃の温度条件下で行うことが好ましい。 The light stimulus used in the present invention is preferably ultraviolet irradiation. The wavelength range of the ultraviolet light is 10 to 400 nm, preferably 200 to 400 nm, more preferably 315 to 400 nm. Moreover, it is preferable to give light stimulation on the temperature conditions of 10-60 degreeC.
上述のように、本発明で用いられる前駆体高分子の主鎖を構成する骨格高分子は、常温で流動性の液体状態であるものが用いられる。かかる骨格高分子としては、当該技術分野において公知のものを用いることができ、例えば、ポリアクリレート系ポリマー、ポリメタクリレート系ポリマー、ポリスチレン系ポリマー、ポリエチレン系ポリマー、ポリアミド系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリウレタン系ポリマー又はポリシロキサン系ポリマーなどを用いることができる。好ましくは、ポリアクリレート又はポリシロキサンである。より好ましくは、ポリ(アルキルアクレート)、又はポリジメチルシロキサン(PDMS)である。また、かかる骨格高分子としては、直鎖状のものだけでなく、分岐構造を有する高分子を用いることができ、好ましくは、四分岐構造を有するポリアクリレートまたは四分岐構造を有するポリシロキサンを用いることができる。 As described above, as the skeleton polymer constituting the main chain of the precursor polymer used in the present invention, those in a fluid liquid state at normal temperature are used. As such a skeleton polymer, those known in the art can be used, for example, polyacrylate polymer, polymethacrylate polymer, polystyrene polymer, polyethylene polymer, polyamide polymer, polyester polymer, polyurethane polymer. A polymer or a polysiloxane-based polymer can be used. Preferably, it is polyacrylate or polysiloxane. More preferred is poly (alkyl acrylate) or polydimethylsiloxane (PDMS). As the skeleton polymer, not only a linear polymer but also a polymer having a branched structure can be used. Preferably, a polyacrylate having a four-branched structure or a polysiloxane having a four-branched structure is used. be able to.
また、当該骨格高分子は、常温で流動性の液体状態であるという観点から、好ましくは1,000〜500,000の範囲、より好ましくは3,000〜100,000の範囲の分子量(数平均分子量)を有する。同様に、好ましくは、−130℃〜30℃の範囲、より好ましくは、−130〜0℃のガラス転移温度(Tg)を有する。 Further, the skeleton polymer is preferably in the range of 1,000 to 500,000, more preferably in the range of 3,000 to 100,000 (number average) from the viewpoint of being in a fluid liquid state at normal temperature. Molecular weight). Similarly, it preferably has a glass transition temperature (Tg) in the range of -130 ° C to 30 ° C, more preferably -130 to 0 ° C.
本発明で用いられる前駆体高分子は、上記の骨格高分子の少なくとも1つの末端にロフィン基が導入されている。当該ロフィン基は、2,4,5−トリフェニルイミダゾール基であり、以下の構造を有する。
当該ロフィン基における各フェニル基は、それぞれ独立に置換されていてもよく、例えば、ハロゲン原子、それぞれ置換されていてもよいアルキル基、アルケニル基、アリール基、スルホ基、カルボキシル基、エステル基、アミド基よりなる群から選択される1〜5の同一又は異なる置換基で置換されていてもよい。本明細書中において、「アルキル」は直鎖状、分枝鎖状、環状、又はそれらの組み合わせからなる脂肪族炭化水素基のいずれであってもよい。アルキル基の炭素数は特に限定されないが、例えば、炭素数1〜20個(C1〜20)、炭素数3〜15個(C3〜15)、炭素数5〜10個(C5〜10)である。本明細書中において、「アリール」は単環式又は縮合多環式の芳香族炭化水素基のいずれであってもよく、環構成原子としてヘテロ原子(例えば、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子など)を1個以上含む芳香族複素環であってもよい。この場合、これを「ヘテロアリール」または「ヘテロ芳香族」と呼ぶ場合もある。アリールが単環及び縮合環のいずれである場合も、全ての可能な位置で結合しうる。 Each phenyl group in the lophine group may be independently substituted, for example, a halogen atom, an optionally substituted alkyl group, alkenyl group, aryl group, sulfo group, carboxyl group, ester group, amide It may be substituted with 1 to 5 identical or different substituents selected from the group consisting of groups. In the present specification, “alkyl” may be any of an aliphatic hydrocarbon group composed of linear, branched, cyclic, or a combination thereof. The number of carbon atoms of the alkyl group is not particularly limited, for example, 1-20 carbon atoms (C 1-20), several 3 to 15 carbon atoms (C 3-15), 5 to 10 carbon atoms (C 5 to 10 ). In the present specification, “aryl” may be either a monocyclic or condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group, and a hetero atom (for example, an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom) as a ring constituent atom Etc.) may be an aromatic heterocyclic ring. In this case, it may be referred to as “heteroaryl” or “heteroaromatic”. When aryl is either a single ring or a fused ring, it can be attached at all possible positions.
当該ロフィン基は、上記骨格高分子の少なくとも1つの末端に導入されるが、2以上であることが好ましい。例えば、四分岐構造を有するポリアクリレートの場合には、4つの分岐鎖のそれぞれの末端にロフィン基を導入することができる。かかるロフィン基の数は、架橋高分子における所望の物性等に応じて変更することができる。 The lophine group is introduced into at least one terminal of the skeleton polymer, and preferably 2 or more. For example, in the case of a polyacrylate having a four-branched structure, a lophine group can be introduced at each end of four branched chains. The number of such lophine groups can be changed according to the desired physical properties of the crosslinked polymer.
本発明で用いられる前駆体高分子の非限定的な具体例としては、末端にロフィン基を有する以下の四分岐型ポリアクリレートを挙げることができる。
式中、Rは、カルボン酸エステル基であり、好ましくは、−COOMe、−COOEt、−COOBu、−COOHexであり、より好ましくは−COOBuである。nは、2〜200の整数であり、好ましくは、2〜20である。なお、式中4つの分岐鎖はいずれも同じ構造を有しているが、上述のように、必ずしも全ての分岐鎖の末端にロフィン基を有する必要はない。また、分岐鎖の長さ、すなわちnの値も各分岐鎖において必ずしも同一である必要はなく、異なるものとすることもできる。 In the formula, R is a carboxylate group, preferably —COOMe, —COOEt, —COOBu, —COOHex, more preferably —COOBu. n is an integer of 2 to 200, preferably 2 to 20. In addition, although all four branched chains have the same structure in the formula, as described above, it is not always necessary to have a lophine group at the end of every branched chain. Further, the length of the branched chain, that is, the value of n is not necessarily the same in each branched chain, and may be different.
かかる四分岐型ポリアクリレートを前駆体高分子として用い、ロフィン基において分子間で架橋した架橋分子は以下の構造を有する。
また、本発明で用いられる前駆体高分子の更なる非限定的な具体例としては、末端にロフィン基を有する以下の四分岐型ポリシロキサンを挙げることができる。
式中、Rは、水素又はアルキル基であり、好ましくはメチルである。nは、2〜200の整数であり、好ましくは、2〜20である。なお、式中4つの分岐鎖はいずれも同じ構造を有しているが、上述のように、必ずしも全ての分岐鎖の末端にロフィン基を有する必要はない。また、分岐鎖の長さ、すなわちnの値も各分岐鎖において必ずしも同一である必要はなく、異なるものとすることもできる。 In the formula, R is hydrogen or an alkyl group, preferably methyl. n is an integer of 2 to 200, preferably 2 to 20. In addition, although all four branched chains have the same structure in the formula, as described above, it is not always necessary to have a lophine group at the end of every branched chain. Further, the length of the branched chain, that is, the value of n is not necessarily the same in each branched chain, and may be different.
2.流動性の制御方法
本発明は、別の実施態様において、上述の前駆体高分子と架橋高分子における光刺激による架橋形成及び開裂の反応を利用した、高分子材料の流動性を可逆的に制御する方法にも関する。
2. In another embodiment, the present invention reversibly controls the fluidity of a polymer material by utilizing photo-stimulated crosslinking formation and cleavage reaction between the precursor polymer and the crosslinked polymer. Also related to the method.
より詳細には、本発明の方法は、
<工程1>骨格高分子の少なくとも1つの末端にロフィン基を導入した、液体状態の前駆体高分子を分子間で架橋させることによって、固体状態の架橋高分子を得る工程、及び
<工程2>固体状態の前記架橋高分子に光刺激を付与することにより、前記架橋を開裂させ、前記架橋高分子を固体状態から液体状態とする工程
を含むことを特徴とする。
More particularly, the method of the present invention comprises:
<Step 1> A step of obtaining a solid state cross-linked polymer by cross-linking a liquid state precursor polymer having a lophine group introduced into at least one terminal of the skeleton polymer, and <Step 2> solid It includes a step of cleaving the cross-linking by applying a light stimulus to the cross-linked polymer in a state to change the cross-linked polymer from a solid state to a liquid state.
上記工程1において、架橋高分子は、上述のとおり前駆体高分子における末端のロフィン基が共有結合によって分子間で架橋した構造を有する。前駆体高分子は、常温において流動性を有する液体状態の化合物であり、これが分子間で架橋することによって非流動性を有する固体の架橋高分子が得られる。その後、工程2において、光刺激によって前記ロフィン基における架橋(共有結合)が開裂し、固体状態から再び液体状態に変化させることができる。 In the step 1, the crosslinked polymer has a structure in which the terminal lophine groups in the precursor polymer are crosslinked between the molecules by covalent bonds as described above. The precursor polymer is a compound in a liquid state having fluidity at room temperature, and a solid crosslinked polymer having non-fluidity is obtained by crosslinking between molecules. Thereafter, in step 2, the bridge (covalent bond) in the lophine group is cleaved by light stimulation, and the solid state can be changed to the liquid state again.
工程1における架橋反応は、当該技術分野において通常の条件において進行させることができるが、好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等の塩基、およびフェリシアン化カリウム等の酸化剤の存在下で行われる。 The crosslinking reaction in step 1 can be allowed to proceed under ordinary conditions in the art, but preferably in the presence of a base such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and an oxidizing agent such as potassium ferricyanide. Done.
工程2における光刺激については、好ましくは、紫外線の照射であり、その詳細は上述のとおりである。 About the light stimulation in the process 2, Preferably, it is irradiation of an ultraviolet-ray, The detail is as above-mentioned.
また、本発明の方法は、
<工程3>前記光刺激を停止することによって再び固体状態に戻す工程
を更に含むことができる。
The method of the present invention also includes
<Step 3> A step of returning to the solid state again by stopping the light stimulation can be further included.
工程3では、光刺激を停止し室温で放置することによって、自発的に再度架橋が形成されて、固体状態の架橋高分子に戻ることができる。これら工程2と工程3を繰り返すことによって、架橋高分子の流動性を可逆的に制御することが可能となる。 In step 3, by stopping the light stimulation and allowing to stand at room temperature, the cross-linking is spontaneously formed again, and the cross-linked polymer can be returned to the solid state. By repeating these steps 2 and 3, the fluidity of the crosslinked polymer can be reversibly controlled.
また、工程1における別の実施態様として、分子内でロフィン基が架橋している前駆体高分子に光刺激を付与し当該分子内の架橋を開裂させた後、当該前駆体高分子を分子間で架橋させることによって固体状態の架橋高分子を得る工程とすることもできる。 Further, as another embodiment in Step 1, the precursor polymer in which the lophine group is crosslinked in the molecule is subjected to photo stimulation to cleave the crosslinking in the molecule, and then the precursor polymer is crosslinked between the molecules. It can also be set as the process of obtaining the crosslinked polymer of a solid state by making it.
すなわち、複数の末端にロフィン基を有する前駆体高分子を低濃度条件下で架橋させると分子内架橋構造を有する化合物が生成するが、当該化合物は常温で流動性を有する液体であるため、これを上述の前駆体高分子(単量体)の代わりに用いることができる。かかる分子内架橋構造の化合物は、本発明の架橋高分子を非流動状態で提供したい場合に好ましい。非限定的な例として、前駆体高分子が四分岐型ポリアクリレートの場合には、前記分子内架橋構造の化合物から(分子間で架橋した)架橋高分子への反応は以下のとおりである。
3.用途
本発明の架橋高分子は、光刺激によって固体−液体の流動状態を制御することができるという特性を有するため、接着剤や3Dプリンター用樹脂材料として好適である。したがって、本発明は、上記架橋高分子を含む接着剤又は3Dプリンター用樹脂材料も対象とする。接着剤としては、ホットメルト型接着剤が好ましい。本発明の架橋高分子を含む接着剤は、加熱が望ましくない環境での接着や耐熱性の低い材料同士の接着に適用できるという利点を有する。
3. Applications The crosslinked polymer of the present invention has a characteristic that the flow state of solid-liquid can be controlled by light stimulation, and is therefore suitable as an adhesive or a resin material for 3D printers. Therefore, the present invention is also directed to an adhesive or a resin material for a 3D printer containing the crosslinked polymer. As the adhesive, a hot melt adhesive is preferable. The adhesive containing the crosslinked polymer of the present invention has an advantage that it can be applied to adhesion in an environment where heating is not desirable or adhesion between materials having low heat resistance.
また、上述の工程1〜3を含む方法を用いて、2つ以上の材料の接着及び脱着を行うことを含む、材料の接着方法も本発明の対象である。かかる接着剤として用いる際、固体状態の接着剤としての提供が好ましい場合には、分子間で架橋した架橋高分子をそのまま提供することができる。この場合、使用時には、光照射を行い、いったん液体状態としたうえ所望の材料に塗布し、その後、固化させることで複数の材料を接着することができる。輸送中の接着剤の流出を避けたり、手に持って扱う簡便性が好ましい場合には、かかる態様が好適である。 Moreover, the adhesion | attachment method of material including performing adhesion | attachment and desorption of two or more materials using the method including the above-mentioned processes 1-3 is also the object of this invention. When used as such an adhesive, if it is preferable to provide a solid state adhesive, a crosslinked polymer crosslinked between molecules can be provided as it is. In this case, at the time of use, a plurality of materials can be bonded by irradiating with light, once in a liquid state, applying to a desired material, and then solidifying. Such an embodiment is preferable when the adhesive is not easily spilled during transportation or when it is easy to handle by hand.
一方、液体状態での提供が好ましい場合には、上記の前駆体高分子が分子内で架橋した化合物の形態で提供し、当該分子内架橋化合物を所望の材料に塗布し、固化させることで複数の材料を接着することもできる。狭い場所に流し込む必要がある場合や、型に流し込む用途の場合には、かかる態様が好適である。 On the other hand, when provision in a liquid state is preferable, the precursor polymer is provided in the form of a compound crosslinked in the molecule, and the intramolecular crosslinked compound is applied to a desired material and solidified to form a plurality of molecules. The material can also be glued. Such a mode is suitable for a case where it is necessary to pour into a narrow place or a case where it is poured into a mold.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these.
1.前駆体高分子の合成
末端にロフィン基を有する四分岐型ポリアクリレートを以下に示すとおり合成した。
1. Synthesis of Precursor Polymer A four-branched polyacrylate having a lophine group at the end was synthesized as shown below.
工程a:末端臭素型ポリ(ブチルアクリレート)(化合物1)
重合に用いるモノマー量を変化させ、分子量が異なる末端臭素型ポリ(ブチルアクリレート)同様に合成した。
The amount of monomers used for the polymerization was changed and synthesized in the same manner as terminal brominated poly (butyl acrylate) having different molecular weights.
工程b:末端アジド型ポリ(ブチルアクリレート)(化合物2)
工程aで得た化合物1に、アジ化ナトリウムをエンドキャッピング剤として作用させ、化合物2を得た。
To compound 1 obtained in step a, sodium azide was allowed to act as an end capping agent to obtain compound 2.
工程c:末端ロフィン型ポリ(ブチルアクリレート)(化合物3)
工程bで得た化合物2とロフィン誘導体とのヒュスゲン環化付加反応により末端にロフィン基を導入した化合物3を得た。
Compound 3 in which a lophine group was introduced at the terminal was obtained by Huisgen cycloaddition reaction between compound 2 obtained in step b and the lophine derivative.
2.架橋高分子の合成
工程cで得た化合物3を分子間で架橋させ、架橋高分子(化合物4)を得た。
3.接着及び剥離試験
架橋高分子(化合物4)10mgを2枚のスライドガラスの間に挟み、紫外線(365 nm)を1分間照射した。紫外線照射により架橋高分子は液状に変化したが、5分間静置したところ、2枚のスライドガラスは固化した架橋高分子を介して良好に接着していることを確認した。
さらに、当該スライドガラスの接着部分に紫外線を1分間照射したところ、架橋高分子が再び液状となり、2枚のスライドガラスは剥離した。
3. Adhesion and Peeling Test 10 mg of a crosslinked polymer (Compound 4) was sandwiched between two glass slides and irradiated with ultraviolet rays (365 nm) for 1 minute. Although the cross-linked polymer was changed to a liquid state by ultraviolet irradiation, it was confirmed that the two glass slides were well bonded through the solidified cross-linked polymer when allowed to stand for 5 minutes.
Furthermore, when the ultraviolet-ray was irradiated for 1 minute to the adhesion part of the said slide glass, the bridge | crosslinking polymer became liquid again, and two slide glasses peeled.
4.前駆体高分子(PDMS)合成
また、末端にロフィン基を有する四分岐型ポリシロキサンを以下に示すとおり合成した。
4). Precursor Polymer (PDMS) Synthesis In addition, a 4-branched polysiloxane having a lophine group at the end was synthesized as shown below.
工程a:末端水素型ポリ(ジメチルシロキサン)(化合物5)
工程b:末端アルデヒド型ポリ(ジメチルシロキサン)(化合物6)
工程aで得た化合物5に、4−アリルオキシベンズアルデヒドを作用させ、化合物6を得た。
4-Allyloxybenzaldehyde was allowed to act on compound 5 obtained in step a to obtain compound 6.
工程c:末端ロフィン型ポリ(ジメチルシロキサン)(化合物7)
工程bで得た化合物6とベンジルとの反応により末端にロフィン基を導入した化合物8を得た。
Compound 8 in which a lophine group was introduced at the terminal was obtained by reaction of compound 6 obtained in step b with benzyl.
5.架橋高分子の合成
工程cで得た化合物8を分子間で架橋させ、架橋高分子(化合物9)を得た。
Claims (33)
前記前駆体高分子は、骨格高分子の少なくとも1つの末端にロフィン基を導入した高分子であり;
前記架橋高分子は、前記前駆体高分子における前記ロフィン基が共有結合によって分子間で架橋した構造を有しており;
前記架橋高分子は、光刺激によって前記架橋が開裂し、可逆的に固体状態から液体状態に変化し得ることを特徴とする、該架橋高分子。 A crosslinked polymer obtained by crosslinking a precursor polymer,
The precursor polymer is a polymer in which a lophine group is introduced into at least one end of a skeleton polymer;
The crosslinked polymer has a structure in which the lophine group in the precursor polymer is crosslinked between molecules by a covalent bond;
The crosslinked polymer may be reversibly changed from a solid state to a liquid state by cleavage of the crosslinking by light stimulation.
又は、以下の構造を有する四分岐型ポリシロキサン
である、請求項1に記載の架橋高分子。 Four-branch polyacrylate in which the precursor polymer has the following structure
Or a four-branched polysiloxane having the following structure:
The crosslinked polymer according to claim 1, wherein
又は、以下の構造を有する四分岐型ポリシロキサン
である、請求項10に記載の化合物。 Four-branched polyacrylate having the following structure
Or a four-branched polysiloxane having the following structure:
The compound according to claim 10, wherein
骨格高分子の少なくとも1つの末端にロフィン基を導入した、液体状態の前駆体高分子を分子間で架橋させることによって、固体状態の架橋高分子を得る工程、ここで、前記架橋高分子は、前記前駆体高分子における前記ロフィン基が共有結合によって分子間で架橋した構造を有する;及び
固体状態の前記架橋高分子に光刺激を付与することにより、前記架橋を開裂させ、前記架橋高分子を固体状態から液体状態とする工程
を含むことを特徴とする、該方法。 A method for reversibly controlling the fluidity of a polymer material,
A step of obtaining a solid state cross-linked polymer by cross-linking a liquid state precursor polymer having a lophine group introduced into at least one end of the skeleton polymer between molecules, wherein the cross-linked polymer is The lophine group in the precursor polymer has a structure in which molecules are cross-linked by a covalent bond; and the cross-linked polymer is cleaved by applying a light stimulus to the cross-linked polymer in a solid state The method comprising the step of bringing into a liquid state.
又は、以下の構造を有する四分岐型ポリシロキサン
である、請求項18に記載の方法。 Four-branch polyacrylate in which the precursor polymer has the following structure
Or a four-branched polysiloxane having the following structure:
The method of claim 18, wherein
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