JP2020045427A - Production method of polymer and production method of surface-modified substrate - Google Patents

Production method of polymer and production method of surface-modified substrate Download PDF

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Abstract

To provide a production method of a polymer which uses an easily obtainable material and can provide a high molecular weight (meth)acrylic polymer which has hitherto been difficult to obtain, while under relatively mild conditions without requiring rigorous management of polymerization conditions.SOLUTION: Provided is a method for producing a polymer, comprising a step of polymerizing a (meth)acrylic monomer in the coexistence of an initiator compound having an initiator group represented by a general formula (1) or (2) and a halogenated quaternary ammonium salt, etc., under a pressure condition of 100 to 1,000 MPa and a temperature condition of 60°C or higher to form a (meth)acrylic polymer of a number average molecular weight of 100,000 to 10,000,000. In the formulas, X represents a chlorine atom, etc.; Y represents O or NH; Rto Rrepresent alkyl groups, etc.; and "*" represents a bond position.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、高分子量のポリマー((メタ)アクリル酸系ポリマー)の製造方法、及び表面改質基材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a high molecular weight polymer ((meth) acrylic acid-based polymer) and a method for producing a surface-modified base material.

近年、1990年代に発展したリビングラジカル重合の技術を利用して基板上に高密度にグラフトされる、いわゆる「濃厚ポリマーブラシ」が研究されている。この濃厚ポリマーブラシでは、高分子鎖が1〜4nm間隔の高密度で基板上にグラフトされる。このような濃厚ポリマーブラシにより基材表面を改質し、低摩擦性、タンパク質吸着抑制、サイズ排除特性、親水性、撥水性等などの特徴を付与することができる(例えば、特許文献1及び2、非特許文献1〜3)。   In recent years, a so-called "dense polymer brush", which is grafted onto a substrate at a high density by using a living radical polymerization technique developed in the 1990s, has been studied. In this concentrated polymer brush, the polymer chains are grafted on the substrate at a high density at intervals of 1 to 4 nm. The surface of the base material can be modified with such a concentrated polymer brush to impart characteristics such as low friction, protein adsorption suppression, size exclusion, hydrophilicity, and water repellency (for example, Patent Documents 1 and 2). , Non-Patent Documents 1 to 3).

特開2008−133434号公報JP 2008-133434 A 特開2010−261001号公報JP 2010-261001 A

Adv.Polym.Sci.,2006,197,1−45Adv. Polym. Sci. , 2006, 197, 1-45. J.Am.Chem.Soc.,2005,127,15843−15847J. Am. Chem. Soc. , 2005, 127, 15843-15847 Polym.Chem.,2012,3,148−153Polym. Chem. , 2012, 3, 148-153

従来の濃厚ポリマーブラシのほとんどは、原子移動ラジカル重合法により製造されている。原子移動ラジカル重合法はリビングラジカル重合法の一種であり、ハロゲン等の開始基を基板上に導入し、銅やルテニウムなどの金属錯体を触媒とする酸化還元反応を利用する重合法である。しかし、原子移動ラジカル重合法では、用いた銅などの重金属の除去に手間がかかる。また、重金属の使用により、環境に負荷がかかるといった懸念もある。さらに、原子移動ラジカル重合法は、モノマーや材料の精製が必要であるとともに、酸素濃度などの重合条件を厳密に管理する必要があるなど、やや煩雑な方法であった。   Most of the conventional concentrated polymer brushes are manufactured by an atom transfer radical polymerization method. The atom transfer radical polymerization method is a kind of living radical polymerization method, in which an initiator such as halogen is introduced onto a substrate, and a redox reaction using a metal complex such as copper or ruthenium as a catalyst is a polymerization method. However, in the atom transfer radical polymerization method, it takes time to remove heavy metals such as copper used. In addition, there is a concern that the use of heavy metals imposes a burden on the environment. Furthermore, the atom transfer radical polymerization method is a rather complicated method, for example, it is necessary to purify monomers and materials and it is necessary to strictly control polymerization conditions such as oxygen concentration.

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、容易に入手可能な材料を使用し、かつ、重合条件の厳密な管理を要さずに比較的温和な条件でありながらも、従来困難であった高分子量の(メタ)アクリル酸系ポリマーを得ることが可能なポリマーの製造方法を提供することにある。また、本発明の課題とするところは、容易に入手可能な材料を使用し、かつ、重合条件の厳密な管理を要さずに比較的温和な条件でありながらも、従来困難であった高分子量の(メタ)アクリル酸系ポリマーからなる十分な厚さのポリマー層が形成された表面改質基材の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and it is an object of the present invention to use readily available materials and to require strict control of polymerization conditions. It is an object of the present invention to provide a method for producing a polymer capable of obtaining a high-molecular-weight (meth) acrylic acid-based polymer, which has been conventionally difficult even under relatively mild conditions. Further, an object of the present invention is to use easily available materials, and to use a relatively mild condition without requiring strict control of polymerization conditions. An object of the present invention is to provide a method for producing a surface-modified base material on which a polymer layer of a sufficient thickness made of a (meth) acrylic acid-based polymer having a molecular weight is formed.

すなわち、本発明によれば、以下に示すポリマーの製造方法が提供される。
[1]100〜1,000MPaの圧力条件下、60℃以上の温度条件下、開始化合物及び塩の共存下で(メタ)アクリル酸系モノマーを重合し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定されるポリスチレン換算の数平均分子量が100,000〜10,000,000である(メタ)アクリル酸系ポリマーを形成する工程を有し、前記開始化合物が、下記一般式(1)又は(2)で表される開始基を有し、前記塩が、ハロゲン化第4級アンモニウム塩、ハロゲン化第4級ホスホニウム塩、及びハロゲン化アルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも一種であるポリマーの製造方法。
That is, according to the present invention, a method for producing a polymer described below is provided.
[1] Polystyrene which is obtained by polymerizing a (meth) acrylic acid-based monomer in the presence of a starting compound and a salt under a pressure condition of 100 to 1,000 MPa and a temperature condition of 60 ° C. or more, and measuring by gel permeation chromatography A step of forming a (meth) acrylic acid-based polymer having a converted number average molecular weight of 100,000 to 10,000,000, wherein the starting compound is represented by the following general formula (1) or (2) A polymer having an initiating group, wherein the salt is at least one selected from the group consisting of quaternary ammonium halide salts, quaternary phosphonium halide salts, and alkali metal halide salts.

Figure 2020045427
(前記一般式(1)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、R1は、水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、R2は、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(In the general formula (1), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or Represents an amide group, R 2 represents an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or an amide group, and “*” represents a bonding position)

Figure 2020045427
(前記一般式(2)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Yは、O又はNHを示し、R3は、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、R4は、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(In the general formula (2), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, Y represents O or NH, and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group. R 4 represents an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, and “*” represents a bonding position)

[2]アルコール系溶剤、グリコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、スルホキシド系溶剤、尿素系溶剤、及びイオン液体からなる群より選択される少なくとも一種の有機溶剤中、前記有機溶剤の沸点以下の温度条件下で前記(メタ)アクリル酸系モノマーを重合する前記[1]に記載のポリマーの製造方法。
[3]前記塩が、ヨウ化第4級アンモニウム塩、ヨウ化第4級ホスホニウム塩、及びヨウ化アルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも一種である前記[1]又は[2]に記載のポリマーの製造方法。
[4]分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.8以下である前記(メタ)アクリル酸系ポリマーを得る前記[1]〜[3]のいずれかに記載のポリマーの製造方法。
[2] In at least one organic solvent selected from the group consisting of alcohol solvents, glycol solvents, amide solvents, ether solvents, sulfoxide solvents, urea solvents, and ionic liquids, the boiling point of the organic solvent or lower The method for producing a polymer according to [1], wherein the (meth) acrylic acid-based monomer is polymerized under the following temperature conditions.
[3] The above-mentioned [1] or [2], wherein the salt is at least one selected from the group consisting of quaternary ammonium iodide, quaternary phosphonium iodide, and alkali metal iodide. A method for producing a polymer.
[4] The method for producing a polymer according to any one of [1] to [3], wherein the (meth) acrylic acid-based polymer having a molecular weight distribution (weight average molecular weight / number average molecular weight) of 1.8 or less is obtained.

また、本発明によれば、以下に示す表面改質基材の製造方法が提供される。
[5]下記一般式(1)又は(2)で表される開始基、及びアルコキシシリル基を有する処理剤で基材を表面処理して処理基材を得る工程と、100〜1,000MPaの圧力条件下、60℃以上の温度条件下、前記処理基材及び塩の共存下で(メタ)アクリル酸系モノマーを重合し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定されるポリスチレン換算の数平均分子量が100,000〜10,000,000である(メタ)アクリル酸系ポリマーを形成し、前記処理基材の表面に前記(メタ)アクリル酸系ポリマーを含む、厚さ100nm以上のポリマー層を配置する工程と、を有する表面改質基材の製造方法。
Further, according to the present invention, there is provided the following method for producing a surface-modified base material.
[5] a step of subjecting the substrate to a surface treatment with a treating agent having a starting group represented by the following general formula (1) or (2) and an alkoxysilyl group to obtain a treated substrate; A (meth) acrylic acid-based monomer is polymerized under pressure and at a temperature of 60 ° C. or more in the coexistence of the treated substrate and the salt, and the number average molecular weight in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography is 100. Forming a (meth) acrylic acid-based polymer of 2,000 to 10,000,000, and arranging a polymer layer having a thickness of 100 nm or more containing the (meth) acrylic acid-based polymer on the surface of the treated substrate. And a method for producing a surface-modified substrate.

Figure 2020045427
(前記一般式(1)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、R1は、水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、R2は、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(In the general formula (1), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or Represents an amide group, R 2 represents an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or an amide group, and “*” represents a bonding position)

Figure 2020045427
(前記一般式(2)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Yは、O又はNHを示し、R3は、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、R4は、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(In the general formula (2), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, Y represents O or NH, and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group. R 4 represents an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, and “*” represents a bonding position)

本発明によれば、容易に入手可能な材料を使用し、かつ、重合条件の厳密な管理を要さずに比較的温和な条件でありながらも、従来困難であった高分子量の(メタ)アクリル酸系ポリマーを得ることが可能なポリマーの製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、容易に入手可能な材料を使用し、かつ、重合条件の厳密な管理を要さずに比較的温和な条件でありながらも、従来困難であった高分子量の(メタ)アクリル酸系ポリマーからなる十分な厚さのポリマー層が形成された表面改質基材の製造方法を提供することができる。すなわち、本発明のポリマーの製造方法を利用することで、その表面に様々な性質が付与された部品や部材等の基材を製造することができる。   According to the present invention, it is possible to use a readily available material, and to use a relatively high-molecular-weight (meta) polymer which is relatively mild without requiring strict control of polymerization conditions. A method for producing a polymer capable of obtaining an acrylic acid-based polymer can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to use a readily available material, and to use a relatively high-molecular-weight ( It is possible to provide a method for producing a surface-modified base material on which a polymer layer made of a (meth) acrylic acid-based polymer having a sufficient thickness is formed. That is, by using the method for producing a polymer of the present invention, a substrate such as a part or a member having various properties imparted to its surface can be produced.

<ポリマーの製造方法>
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明のポリマーの製造方法は、100〜1,000MPaの圧力条件下、60℃以上の温度条件下、開始化合物及び塩の共存下で(メタ)アクリル酸系モノマーを重合し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定されるポリスチレン換算の数平均分子量が100,000〜10,000,000である(メタ)アクリル酸系ポリマーを形成する工程(重合工程)を有する。
<Production method of polymer>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments. The method for producing a polymer of the present invention comprises polymerizing a (meth) acrylic acid-based monomer in the presence of a starting compound and a salt under a pressure condition of 100 to 1,000 MPa and a temperature condition of 60 ° C. or more, and the gel permeation chromatography A step (polymerization step) of forming a (meth) acrylic acid-based polymer having a number average molecular weight in terms of polystyrene of 100,000 to 10,000,000 as measured by chromatography.

(重合工程)
重合工程では、100〜1,000MPa、好ましくは200〜800MPa、さらに好ましくは300〜600MPaの圧力条件下で重合する。具体的には、(メタ)アクリル酸系モノマーを入れた重合容器の全体に、水などの媒体を介して均一に圧力を付与しながら重合する。圧力を付与した状態でラジカル重合することで、停止反応を抑制し、より高分子量の(メタ)アクリル酸系ポリマーを形成することができる。圧力が100MPa未満であると、目的とする高分子量のポリマーを得ることができない。一方、1,000MPa超の圧力に耐えうる容器や装置を用意するのは困難であり、実用的ではない。
(Polymerization step)
In the polymerization step, the polymerization is performed under a pressure of 100 to 1,000 MPa, preferably 200 to 800 MPa, and more preferably 300 to 600 MPa. Specifically, the polymerization is performed while uniformly applying pressure to the entire polymerization vessel containing the (meth) acrylic acid-based monomer via a medium such as water. By performing radical polymerization in a state where pressure is applied, a termination reaction can be suppressed, and a higher molecular weight (meth) acrylic acid-based polymer can be formed. If the pressure is less than 100 MPa, it is not possible to obtain a desired high molecular weight polymer. On the other hand, it is difficult to prepare a container or a device capable of withstanding a pressure of more than 1,000 MPa, which is not practical.

重合容器としては、密閉可能であるとともに、高圧に耐えうる容器を用いることが好ましい。また、容器の内部に圧力が伝達される必要があるため、プラスチック製の軟質部分や伸縮部分などの、圧力で変形する部分を有する容器を用いることが好ましい。具体的には、ポリエチレン製の瓶、ペットボトル、レトルトパウチ、ブリスター容器など様々な容器を用いることができる。また、重合時の温度で変形しにくい、耐熱性を有する素材からなる容器が好ましい。さらに、重合用の溶剤等で侵されにくい、耐薬品性や耐溶剤性などの特性を有する素材からなる容器が好ましい。重合容器を構成する素材としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エンジニアプラスチック等を挙げることができる。また、重合時には、可能な限り、重合容器内に気体が入りこまないようにすることが好ましい。例えば、重合容器の容量の90%以上に重合溶液を仕込むことが好ましい。   As the polymerization container, it is preferable to use a container that can be hermetically sealed and can withstand high pressure. Further, since pressure needs to be transmitted to the inside of the container, it is preferable to use a container having a portion that is deformed by pressure, such as a plastic soft portion or an elastic portion. Specifically, various containers such as a polyethylene bottle, a plastic bottle, a retort pouch, and a blister container can be used. Further, a container made of a heat-resistant material that is not easily deformed at the temperature during polymerization is preferable. Further, a container made of a material which is hardly attacked by a polymerization solvent or the like and has properties such as chemical resistance and solvent resistance is preferable. Examples of the material constituting the polymerization container include polyolefin-based resins, fluorine-based resins, polyester-based resins, polyamide-based resins, and engineering plastics. At the time of polymerization, it is preferable to prevent gas from entering the polymerization vessel as much as possible. For example, it is preferable to charge the polymerization solution to 90% or more of the capacity of the polymerization vessel.

重合工程では、60℃以上、好ましくは70℃以上の温度条件下で重合する。なお、好ましくは200℃以下、さらに好ましくは120℃以下の温度条件下で重合する。
重合工程では、特定の開始基中のハロゲンがラジカルとして脱離するとともに、脱離した箇所(炭素ラジカル)から重合が進行する。このため、ハロゲンのラジカルが脱離する際の塩との反応を進行させるのに所定の温度条件とする必要がある。
In the polymerization step, the polymerization is carried out at a temperature of 60 ° C. or higher, preferably 70 ° C. or higher. The polymerization is preferably carried out at a temperature of 200 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or lower.
In the polymerization step, the halogen in the specific starting group is eliminated as a radical, and the polymerization proceeds from the eliminated site (carbon radical). For this reason, it is necessary to set a predetermined temperature condition in order for the reaction with the salt to proceed when the halogen radical is eliminated.

(開始化合物)
開始化合物は、下記一般式(1)又は(2)で表される開始基を有する化合物である。開始化合物の開始基から重合が開始する。具体的には、一般式(1)又は(2)中のXがラジカルとして脱離するとともに、生成した炭素ラジカルにしてモノマーが挿入されて重合する。これにより、開始基を末端とするポリマーが形成される。
(Starting compound)
The starting compound is a compound having a starting group represented by the following general formula (1) or (2). Polymerization starts from the starting group of the starting compound. Specifically, X in the general formula (1) or (2) is eliminated as a radical, and a monomer is inserted into the generated carbon radical to polymerize. This forms a polymer terminated by an initiator.

Figure 2020045427
(前記一般式(1)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、R1は、水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、R2は、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(In the general formula (1), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or Represents an amide group, R 2 represents an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or an amide group, and “*” represents a bonding position)

一般式(1)中、Xが結合している炭素原子は第3級炭素原子又は第4級炭素原子である。R1及びR2の少なくとも1つはアルキル基以外の基であることが好ましい。すなわち、R1及びR2の少なくとも1つがアルキル基以外の電子供与性基であると、Xが脱離しやすくなる。なかでも、Xが第4級炭素原子に結合していると、ラジカルを発生させるのにより好ましい。 In the general formula (1), the carbon atom to which X is bonded is a tertiary carbon atom or a quaternary carbon atom. Preferably, at least one of R 1 and R 2 is a group other than an alkyl group. That is, when at least one of R 1 and R 2 is an electron-donating group other than an alkyl group, X is easily eliminated. Above all, it is more preferable that X is bonded to a quaternary carbon atom to generate a radical.

Figure 2020045427
(前記一般式(2)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Yは、O又はNHを示し、R3は、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、R4は、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(In the general formula (2), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, Y represents O or NH, and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group. R 4 represents an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, and “*” represents a bonding position)

一般式(2)中、Xが結合している炭素原子は第3級炭素原子又は第4級炭素原子である。エステル基又はアミド基が電子供与性基であるので、R3及びR4のいずれもがアルキル基であってもよい。また、Xが第4級炭素原子に結合していると、ラジカルを発生させるのにより好ましい。 In the general formula (2), the carbon atom to which X is bonded is a tertiary carbon atom or a quaternary carbon atom. Since the ester group or the amide group is an electron donating group, both R 3 and R 4 may be alkyl groups. Further, it is more preferable that X is bonded to a quaternary carbon atom to generate a radical.

開始化合物としては、市販されている化合物を用いることもできるし、合成した化合物を用いることもできる。開始化合物は、例えば、ヨウ素と、アゾビスイソブチロニトリルやアゾビスイソ酪酸ジメチルのようなアゾ系ラジカル重合開始剤とを反応させることで得ることができる。   As the starting compound, a commercially available compound can be used, or a synthesized compound can be used. The initiator compound can be obtained, for example, by reacting iodine with an azo radical polymerization initiator such as azobisisobutyronitrile or dimethyl azobisisobutyrate.

(塩)
塩は、ハロゲン化第4級アンモニウム塩、ハロゲン化第4級ホスホニウム塩、及びハロゲン化アルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも一種である。開始基中のX(ハロゲン)がラジカルとして脱離するとともに、Xの脱離とともに生成した炭素ラジカルにモノマーが挿入されて重合が進行する。その際、特定の塩を共存させることで、ハロゲンラジカルの引き抜き又はハロゲン交換が生じ、生成した炭素ラジカルからモノマーの重合が進行してポリマーが形成される。
(salt)
The salt is at least one selected from the group consisting of quaternary ammonium halide salts, quaternary phosphonium halide salts, and alkali metal halide salts. X (halogen) in the starting group is eliminated as a radical, and a monomer is inserted into a carbon radical generated with the elimination of X, whereby polymerization proceeds. At this time, the coexistence of a specific salt causes the extraction of halogen radicals or the exchange of halogens, and the polymerization of the monomer proceeds from the generated carbon radicals to form a polymer.

ハロゲン化第4級アンモニウム塩としては、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラオクチルアンモニウム、塩化ノニルピリジニウム、塩化コリンなどを挙げることができる。ハロゲン化第4級ホスホニウム塩としては、塩化テトラフェニルホスホニウム、臭化メチルトリブチルホスホニウム、ヨウ化テトラブチルホスホニウムなどを挙げることができる。ハロゲン化アルカリ金属塩としては、臭化リチウム、ヨウ化カリウムなどを挙げることができる。   Examples of the quaternary ammonium halide salt include benzyltrimethylammonium chloride, tetrabutylammonium bromide, tetrabutylammonium iodide, tetraoctylammonium iodide, nonylpyridinium chloride, choline chloride and the like. Examples of the halogenated quaternary phosphonium salt include tetraphenylphosphonium chloride, methyltributylphosphonium bromide, tetrabutylphosphonium iodide and the like. Examples of the alkali metal halide include lithium bromide and potassium iodide.

塩としては、ヨウ化物塩を用いることが好ましい。ヨウ化物塩を用いることで、リビングラジカル重合が進行し、分子量分布がより狭いポリマーを得ることができる。また、ヨウ化第4級アンモニウム塩、ヨウ化第4級ホスホニウム塩、及びヨウ化アルカリ金属塩などの重合溶液に溶解しうる塩を用いることが好ましく、ヨウ化第4級アンモニウム塩を用いることがさらに好ましい。ヨウ化第4級アンモニウム塩としては、ヨウ化ベンジルテトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラオクチルアンモニウム、ヨウ化ドデシルトリメチルアンモニウム、ヨウ化オクタデシルトリメチルアンモニウム、ヨウ化トリオクダデシルメチルアンモニウムなどを挙げることができる。   As the salt, it is preferable to use an iodide salt. By using an iodide salt, living radical polymerization proceeds, and a polymer having a narrower molecular weight distribution can be obtained. Further, it is preferable to use a salt that can be dissolved in a polymerization solution such as a quaternary ammonium iodide salt, a quaternary phosphonium iodide salt, and an alkali metal iodide salt, and it is preferable to use a quaternary ammonium iodide salt. More preferred. Examples of the quaternary ammonium iodide include benzyltetrabutylammonium iodide, tetrabutylammonium iodide, tetraoctylammonium iodide, dodecyltrimethylammonium iodide, octadecyltrimethylammonium iodide, trioctadecylmethylammonium iodide, and the like. Can be mentioned.

活性度を高めるとともに、より濃厚で高分子量のポリマーを得る観点から、開始基に対する塩の量は当モル以上とすることが好ましく、10倍モル以上とすることがさらに好ましく、100倍モル以上としてもよい。   From the viewpoint of increasing the activity and obtaining a polymer having a higher concentration and a higher molecular weight, the amount of the salt with respect to the starting group is preferably at least equimolar, more preferably at least 10 moles, and more preferably at least 100 moles. Is also good.

((メタ)アクリル酸系モノマー)
(メタ)アクリル酸系モノマーとしては、従来公知の(メタ)アクリル酸系モノマーを用いることができる。本明細書における「(メタ)アクリル酸系モノマー」には、(メタ)アクリル酸エステルの他、(メタ)アクリル酸が包含される。
((Meth) acrylic acid monomer)
As the (meth) acrylic acid-based monomer, a conventionally known (meth) acrylic acid-based monomer can be used. The “(meth) acrylic acid-based monomer” in this specification includes (meth) acrylic acid in addition to (meth) acrylic acid ester.

(メタ)アクリル酸系モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロデシル(メタ)アクリレート、トリシクロデシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート等のアルキル、シクロアルキル(メタ)アクリレート系モノマー;   Examples of the (meth) acrylic acid-based monomer include (meth) acrylic acid; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, and tert-butyl (meth). Acrylate, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, octadecyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, trimethylcyclohexyl (meth) acrylate, cyclodecyl (meth) ) Acrylic, tricyclodecyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate and other alkyl and cycloalkyl (meth) acrylate monomers ;

2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2,3−ジヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート系モノマー;   Hydroxyalkyl (meth) acrylate monomers such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, and 2,3-dihydroxypropyl (meth) acrylate;

メトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、3−エチルオキセタニル(メタ)アクリレート、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−メタノール(メタ)アクリレート、グルコシルオキシエチル(メタ)アクリレート等のオキシアルキル(メタ)アクリレート系モノマー;   Methoxyethoxyethyl (meth) acrylate, polyethylene glycol (meth) acrylate, polyethylene glycol monomethyl ether (meth) acrylate, polypropylene glycol monomethyl ether (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, 3-ethyloxetanyl (meth) acrylate, 2, Oxyalkyl (meth) acrylate monomers such as 2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-methanol (meth) acrylate and glucosyloxyethyl (meth) acrylate;

N,N’−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、塩化ベンジルジメチルアンモニウムエチル(メタ)アクリレート、塩化トリメチルエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアンモニウムエチル(メタ)アクリレートのビストリフルオロメタンアミド塩、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン等のアミノ、アンモニウムアルキル(メタ)アクリレート系モノマー;   N, N'-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, t-butylaminoethyl (meth) acrylate, benzyldimethylammoniumethyl (meth) acrylate, trimethylethylchloride (meth) acrylate, dimethylammonium Amino, ammonium alkyl (meth) acrylate monomers such as bistrifluoromethaneamide salt of ethyl (meth) acrylate and 2- (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine;

2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2−ペルフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、2−ペルフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート等のフッ素原子含有(メタ)アクリレート系モノマー;ポリジメチルシロキサンの末端(メタ)アクリレートなどのケイ素ポリマー系マクロモノマー;リン酸エチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイロキシプロピルトリメトキシシリル、(メタ)アクリロイロキシエチルイソシアネートなどの高反応性モノマー;などを挙げることができる。   Fluorine atom-containing (meth) acrylate monomers such as 2,2,2-trifluoroethyl (meth) acrylate, 2-perfluorobutylethyl (meth) acrylate, and 2-perfluorooctylethyl (meth) acrylate; terminals of polydimethylsiloxane Silicon polymer-based macromonomers such as (meth) acrylate; highly reactive monomers such as ethyl (meth) acrylate, (meth) acryloyloxypropyltrimethoxysilyl, and (meth) acryloyloxyethyl isocyanate; Can be.

本発明のポリマーの製造方法では、カルボキシ基や高反応性基を有する(メタ)アクリル酸系モノマーであっても、カルボキシ基や高反応性基を保護することなく、そのまま用いることができる。従来の原子移動ラジカル重合法では、ポリアミンの金属錯体を触媒として使用する。しかし、カルボキシ基を有するモノマーをはじめとする酸成分などが共存すると、触媒である金属錯体が壊れてしまうため、重合反応が進行しなくなる。これに対して、本発明のポリマーの製造方法では、カルボキシ基やリン酸基などの官能基を保護しなくとも、重合反応が進行する。   In the method for producing a polymer of the present invention, a (meth) acrylic acid-based monomer having a carboxy group or a highly reactive group can be used as it is without protecting the carboxy group or the highly reactive group. In the conventional atom transfer radical polymerization method, a metal complex of a polyamine is used as a catalyst. However, when an acid component such as a monomer having a carboxy group coexists, the metal complex serving as a catalyst is broken, so that the polymerization reaction does not proceed. On the other hand, in the method for producing a polymer of the present invention, a polymerization reaction proceeds without protecting a functional group such as a carboxy group or a phosphate group.

開始基と、(メタ)アクリル酸系モノマーとの量比を設定することで、得られるポリマーの分子量をある程度制御することができる。例えば、開始化合物1モルに対して、分子量100のモノマーを5,000モル用いて重合する場合を想定すると、「1×100×5,000=500,000」の理論分子量のポリマーが形成される。すなわち、[開始化合物1モル×モノマー分子量×モノマーに対する開始化合物のモル比]の式から、得られるモノマーの分子量を算出することができる。   The molecular weight of the resulting polymer can be controlled to some extent by setting the ratio of the initiator to the (meth) acrylic acid-based monomer. For example, assuming that polymerization is performed using 5,000 moles of a monomer having a molecular weight of 100 with respect to 1 mole of the starting compound, a polymer having a theoretical molecular weight of “1 × 100 × 5,000 = 500,000” is formed. . That is, the molecular weight of the obtained monomer can be calculated from the formula [1 mol of starting compound × molecular weight of monomer × molar ratio of starting compound to monomer].

(有機溶剤)
重合工程では、有機溶剤中で(メタ)アクリル酸系モノマーを重合することが好ましい。なかでも、形成されるポリマーを溶解しうる有機溶剤中で重合することで、ポリマーが固化せず、取り扱いやすくすることができる。なお、工業的及び生産的な安全性の観点から、有機溶剤の沸点以下の温度条件下で(メタ)アクリル酸系モノマーを重合することが好ましい。
(Organic solvent)
In the polymerization step, it is preferable to polymerize the (meth) acrylic acid-based monomer in an organic solvent. Above all, by polymerizing in a solvent capable of dissolving the formed polymer, the polymer does not solidify and can be easily handled. From the viewpoint of industrial and productive safety, it is preferable to polymerize the (meth) acrylic acid-based monomer under a temperature condition equal to or lower than the boiling point of the organic solvent.

有機溶剤としては、重合用の溶剤として従来公知のものを用いることができる。なかでも、アルコール系溶剤、グリコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、スルホキシド系溶剤、尿素系溶剤、及びイオン液体からなる群より選択される少なくとも一種の有機溶剤を用いることが好ましい。これらの有機溶剤は極性が高いため、前述の塩を溶解させることができる。さらに、極性の高いこれらの有機溶剤を用いることで、ハロゲン交換の速度をより速くすることができるために好ましい。   As the organic solvent, a conventionally known solvent for polymerization can be used. Among them, it is preferable to use at least one organic solvent selected from the group consisting of alcohol solvents, glycol solvents, amide solvents, ether solvents, sulfoxide solvents, urea solvents, and ionic liquids. Since these organic solvents have high polarity, the above-mentioned salts can be dissolved. Furthermore, it is preferable to use these organic solvents having a high polarity since the halogen exchange rate can be further increased.

アルコール系溶剤としては、イソプロパノール、ブタノール、ヘキサノールなどを挙げることができる。グリコール系溶剤としては、エチレングリコール、ブロピレングリコール、ポリ(n=2以上)エチレングリコールモノメチルエーテル、ポリ(n=2以上)エチレングリコールモノブチルエーテル、ポリ(n=2以上)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プロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどを挙げることができる。アミド系溶剤としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、2−ピロリドン、N−メチルピロリドン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドなどを挙げることができる。   Examples of the alcohol solvent include isopropanol, butanol, hexanol and the like. Examples of glycol solvents include ethylene glycol, propylene glycol, poly (n = 2 or more) ethylene glycol monomethyl ether, poly (n = 2 or more) ethylene glycol monobutyl ether, poly (n = 2 or more) propylene glycol monomethyl ether, propylene Examples thereof include glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, and propylene glycol monomethyl ether acetate. Examples of the amide solvent include dimethylformamide, dimethylacetamide, 2-pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide, and 3-butoxy-N, N-dimethylpropanamide. .

エーテル系溶剤としては、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などを挙げることができる。スルホキシド系溶剤としては、スルホラン、ジメチルスルホキシドなどを挙げることができる。尿素系溶剤としては、テトラメチル尿素、ジメチルイミダゾリジノンなどを挙げることができる。イオン液体としては、エチル(3−メトキシプロピル)ジメチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、N,N−ジエチル−N−メチル−N−2−メトキシエチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドなどを挙げることができる。これらの有機溶剤のなかでも、揮発しにくい有機溶剤を用いることが、重合時に膨張しにくいために好ましく、沸点が150℃以上の有機溶剤を用いることが好ましい。   Examples of the ether solvent include diethylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol diethyl ether. Examples of the sulfoxide-based solvent include sulfolane and dimethyl sulfoxide. Examples of the urea-based solvent include tetramethylurea and dimethylimidazolidinone. Examples of the ionic liquid include ethyl (3-methoxypropyl) dimethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, and N, N-diethyl-N-methyl-N-2- Methoxyethyl ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide and the like can be mentioned. Among these organic solvents, it is preferable to use an organic solvent that is difficult to volatilize because it is difficult to expand during polymerization, and it is preferable to use an organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher.

((メタ)アクリル酸系ポリマー)
本発明のポリマーの製造方法によって製造される(メタ)アクリル酸系ポリマーの、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、100,000〜10,000,000であり、好ましくは300,000〜8,000,000、さらに好ましくは500,000〜5,000,000である。すなわち、本発明のポリマーの製造方法によれば、通常の溶液重合等では製造することが困難な高分子量の(メタ)アクリル酸系ポリマーを簡便に製造することができる。これは、高圧条件下で重合することで、停止反応が抑制されるとともに、成長反応が促進されるためであると考えられる。なお、Mnが100,000未満の(メタ)アクリル酸系ポリマーについては、他の重合方法(溶液重合法、バルク重合法、乳化重合法等)で製造することができる。一方、Mnが10,000,000を超える(メタ)アクリル酸系ポリマーを製造することは実質的に困難である。
((Meth) acrylic acid polymer)
The (meth) acrylic acid-based polymer produced by the method for producing a polymer of the present invention has a number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) of 100,000 to 10,000. 000, preferably 300,000 to 8,000,000, and more preferably 500,000 to 5,000,000. That is, according to the method for producing a polymer of the present invention, it is possible to easily produce a high molecular weight (meth) acrylic acid-based polymer which is difficult to produce by ordinary solution polymerization or the like. It is considered that this is because the termination reaction is suppressed and the growth reaction is promoted by polymerization under high pressure conditions. The (meth) acrylic acid-based polymer having Mn of less than 100,000 can be produced by another polymerization method (solution polymerization method, bulk polymerization method, emulsion polymerization method, etc.). On the other hand, it is substantially difficult to produce a (meth) acrylic acid-based polymer having Mn of more than 10,000,000.

また、本発明のポリマーの製造方法によって製造される(メタ)アクリル酸系ポリマーの分子量分布(重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)=PDI)は、好ましくは1.8以下であり、さらに好ましくは1.4以下である。   The molecular weight distribution (weight average molecular weight (Mw) / number average molecular weight (Mn) = PDI) of the (meth) acrylic acid-based polymer produced by the method for producing a polymer of the present invention is preferably 1.8 or less. , More preferably 1.4 or less.

本発明のポリマーの製造方法によって製造される(メタ)アクリル酸系ポリマーは高分子量であることから、例えば、耐久性に優れたコーティング層を形成するためのコーティング剤や、各種成形物の成形原料として有用である。   Since the (meth) acrylic acid-based polymer produced by the method for producing a polymer of the present invention has a high molecular weight, for example, a coating agent for forming a coating layer having excellent durability, and a molding raw material for various molded articles Useful as

<表面改質基材の製造方法>
本発明の表面改質基材の製造方法は、下記一般式(1)又は(2)で表される開始基、及びアルコキシシリル基を有する処理剤で基材を表面処理して処理基材を得る工程(前処理工程)と、100〜1,000MPaの圧力条件下、60℃以上の温度条件下、処理基材及び塩の共存下で(メタ)アクリル酸系モノマーを重合し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定されるポリスチレン換算の数平均分子量が100,000〜10,000,000である(メタ)アクリル酸系ポリマーを形成し、処理基材の表面に(メタ)アクリル酸系ポリマーを含む、厚さ100nm以上のポリマー層を配置する工程(重合工程)と、を有する。すなわち、本発明の表面改質基材の製造方法は、前述のポリマーの製造方法を利用して基材の表面を改質し、基材の表面に所定の厚さのポリマー層を形成して表面改質基材を得る方法である。
<Production method of surface modified base material>
The method for producing a surface-modified base material of the present invention comprises subjecting the base material to a surface treatment with a treatment agent having an initiator group represented by the following general formula (1) or (2) and an alkoxysilyl group. The step of obtaining (pretreatment step) and polymerizing the (meth) acrylic acid-based monomer in the presence of a treatment substrate and a salt under a pressure condition of 100 to 1,000 MPa and a temperature condition of 60 ° C. or more, and gel permeation A (meth) acrylic acid-based polymer having a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 100,000 to 10,000,000 as measured by chromatography is formed, and the surface of the treated substrate contains the (meth) acrylic acid-based polymer. And disposing a polymer layer having a thickness of 100 nm or more (polymerization step). That is, the method for producing a surface-modified substrate of the present invention comprises modifying the surface of the substrate using the above-described method for producing a polymer, and forming a polymer layer having a predetermined thickness on the surface of the substrate. This is a method for obtaining a surface-modified base material.

Figure 2020045427
(前記一般式(1)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、R1は、水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、R2は、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(In the general formula (1), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or Represents an amide group, R 2 represents an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or an amide group, and “*” represents a bonding position)

Figure 2020045427
(前記一般式(2)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Yは、O又はNHを示し、R3は、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、R4は、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(In the general formula (2), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, Y represents O or NH, and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group. R 4 represents an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, and “*” represents a bonding position)

(基材)
基材としては、シリコン基板;ガラス基板;金属、セラミックス、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ITO膜、プラスチック板、プラスチックフィルムなどの板状及びフィルム状の基材;ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状の基材などを挙げることができる。また、顔料、シリカ、磁性粉などのフィラー状の基材を用いることもできる。
(Base material)
Substrates include silicon substrates; glass substrates; plate-like and film-like substrates such as metals, ceramics, alumina, silicon carbide, boron nitride, ITO films, plastic plates, and plastic films; fibers such as glass fibers and carbon fibers Substrate and the like. Further, a filler-like base material such as a pigment, silica, and magnetic powder can be used.

(処理剤)
前処理工程では、一般式(1)又は(2)で表される開始基と、アルコキシシリル基とを有する処理剤で基材を表面処理する。これにより、所定の開始基が基材の表面に結合した処理基材を得ることができる。アルコキシシリル基としては、メトキシジメチルシリル基、エトキシジメチルシリル基、ジメトキシメチルシリル基、ジエトキシメチルシリル基、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、クロロメトキシメチルシリル基などを挙げることができる。そして、所定の開始基及びアルコキシシリル基を有する処理剤の具体例としては、下記式(3)〜(7)で表される化合物を挙げることができる。
(Processing agent)
In the pretreatment step, the base material is surface-treated with a treating agent having a starting group represented by the general formula (1) or (2) and an alkoxysilyl group. Thus, a treated base material having a predetermined starting group bonded to the surface of the base material can be obtained. Examples of the alkoxysilyl group include a methoxydimethylsilyl group, an ethoxydimethylsilyl group, a dimethoxymethylsilyl group, a diethoxymethylsilyl group, a trimethoxysilyl group, a triethoxysilyl group, and a chloromethoxymethylsilyl group. Further, specific examples of the treating agent having a predetermined starting group and an alkoxysilyl group include compounds represented by the following formulas (3) to (7).

Figure 2020045427
Figure 2020045427

また、下記式(8)で表されるモノマーと、(メタ)アクリロシロキシプロピルトリメチルシリルや(メタ)アクリロイロキシプロピルトリエトキシシリルなどのアルコキシシリル基を有するモノマーと、を含むモノマー成分を重合して得られるポリマー(ポリマータイプの処理剤)を、処理剤として用いることもできる。さらに、処理剤として用いられるこのようなポリマーは、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド等の構造を有するポリマーであってもよく、ランダム構造、ブロック構造、グラフト構造、星形構造、粒子などの構造を有するポリマーであってもよい。   Further, a monomer component containing a monomer represented by the following formula (8) and a monomer having an alkoxysilyl group such as (meth) acryloyloxypropyltrimethylsilyl and (meth) acryloyloxypropyltriethoxysilyl is polymerized. A polymer (polymer type treating agent) obtained by the above method can also be used as a treating agent. Further, such a polymer used as a treating agent may be a polymer having a structure such as polyester, polyurethane, or polyamide, or a polymer having a structure such as a random structure, a block structure, a graft structure, a star structure, or a particle. It may be.

Figure 2020045427
Figure 2020045427

処理剤で表面処理する前に、基材を事前処理しておいてもよい。事前処理としては、シランカップリング処理、シリカ処理、アルミナ処理、シリカアルミナ処理、ジルコニア処理、UV照射、プラズマ照射、電子線照射、放射線照射、オゾン酸化などの表面の洗浄、活性化、及び官能基付与などの処理を挙げることができる。   Before the surface treatment with the treating agent, the substrate may be pretreated. Pre-treatment includes silane coupling treatment, silica treatment, alumina treatment, silica-alumina treatment, zirconia treatment, UV irradiation, plasma irradiation, electron beam irradiation, radiation irradiation, surface cleaning such as ozone oxidation, activation, and functional groups. Processing such as giving can be given.

処理剤はアルコキシシリル基を有する化合物である。このため、乾式処理方法や湿式処理方法などの従来公知のシランカップリング処理方法によって、処理剤で基材を表面処理することができる。乾式処理方法は、そのまま又は低沸点溶媒等に溶解させた処理剤を噴霧等して基材の表面に付与した後、乾燥する方法である。湿式処理方法は、基材を処理剤の溶液に浸漬させた後、乾燥する方法である。また、前述のポリマータイプの処理剤の場合は、ディピング、コーター、スピンコートなどの手法により膜厚の厚い層を形成して、基材を平坦化することもできる。   The treating agent is a compound having an alkoxysilyl group. Therefore, the surface of the base material can be treated with a treating agent by a conventionally known silane coupling treatment method such as a dry treatment method or a wet treatment method. The dry treatment method is a method in which a treatment agent dissolved as is or dissolved in a low boiling point solvent or the like is applied to the surface of a substrate by spraying or the like, and then dried. The wet processing method is a method in which a substrate is immersed in a solution of a processing agent and then dried. In the case of the above-mentioned polymer type treating agent, a base material can be flattened by forming a thick layer by a technique such as dipping, coater, or spin coating.

(重合工程)
重合工程では、前述のポリマーの製造方法における重合工程と同様にして(メタ)アクリル酸系モノマーを重合する。すなわち、100〜1,000MPaの圧力条件下、60℃以上の温度条件下、処理基材及び塩の共存下で(メタ)アクリル酸系モノマーを重合する。これにより、(メタ)アクリル酸系ポリマーを形成し、処理基材の表面にポリマー層が配置された表面改質基材を得ることができる。
(Polymerization step)
In the polymerization step, the (meth) acrylic acid-based monomer is polymerized in the same manner as in the polymerization step in the above-described polymer production method. That is, the (meth) acrylic acid-based monomer is polymerized under a pressure condition of 100 to 1,000 MPa and a temperature condition of 60 ° C. or more in the presence of a treatment substrate and a salt. Thereby, a (meth) acrylic acid-based polymer is formed, and a surface-modified base material having a polymer layer disposed on the surface of the treated base material can be obtained.

重合時の圧力条件及び温度条件は、好適な条件等も含めて、前述のポリマーの製造方法における圧力条件及び温度条件と同様である。また、使用するモノマー及び重合時に共存させる塩についても、好適なものも含めて、前述のポリマーの製造方法で用いるモノマー及び塩と同様である。   The pressure conditions and temperature conditions at the time of polymerization are the same as the pressure conditions and temperature conditions in the above-mentioned polymer production method, including suitable conditions. The monomers used and salts coexisting during polymerization are also the same as the monomers and salts used in the above-described polymer production method, including suitable ones.

前述の通り、所定の圧力及び温度条件下で重合するので高分子量の(メタ)アクリル酸系ポリマーが形成される。このため、厚さ100nm以上、好ましくは200nm以上、さらに好ましくは500nm以上のポリマー層を形成することができる。また、ポリマー層は、一般的なポリマーのコーティング層と異なり、基材表面に結合した開始基からグラフトしたポリマーにより形成されている。このため、本発明の製造方法により製造される表面改質基材を構成するポリマー層は、一般的なポリマーのコーティング層と異なる特性を発揮することが期待される。さらに、基材表面から垂直方向に濃密に伸長したポリマーによってポリマー層が形成されているため、例えば、低摩擦性、タンパク質吸着抑制、サイズ排除特性、親水性、撥水性等などの特性をより顕著に発揮することが期待される。   As described above, since polymerization is performed under predetermined pressure and temperature conditions, a high-molecular-weight (meth) acrylic acid-based polymer is formed. Therefore, a polymer layer having a thickness of 100 nm or more, preferably 200 nm or more, more preferably 500 nm or more can be formed. Also, unlike a general polymer coating layer, the polymer layer is formed of a polymer grafted from an initiator group bonded to the substrate surface. For this reason, it is expected that the polymer layer constituting the surface-modified base material produced by the production method of the present invention will exhibit properties different from those of a general polymer coating layer. Furthermore, since the polymer layer is formed by a polymer that is densely extended in the vertical direction from the substrate surface, characteristics such as low friction, protein adsorption suppression, size exclusion, hydrophilicity, and water repellency are more remarkable. It is expected to be used in

開始基の反応性が均一であることから、開始基を有する所定の開始化合物を用いて製造した前述のポリマーの分子量と、開始基を有する所定の処理剤を用いて形成したポリマー層を構成するポリマーの分子量は、実質的に同一であると考えられる。このため、本発明の表面改質基材の製造方法の重合工程で生成したポリマーの分子量をGPC等で測定することで、基材の表面に形成されたポリマー層を構成するポリマーの分子量を確認することができる。   Since the reactivity of the starting group is uniform, the molecular weight of the above-mentioned polymer produced using the predetermined starting compound having the starting group and the polymer layer formed using the predetermined treating agent having the starting group are formed. The molecular weights of the polymers are considered to be substantially the same. For this reason, the molecular weight of the polymer constituting the polymer layer formed on the surface of the base material was confirmed by measuring the molecular weight of the polymer generated in the polymerization step of the method for producing the surface-modified base material of the present invention by GPC or the like. can do.

ポリマー層の厚さL、ポリマー鎖の数平均分子量Mn、及びポリマー鎖の密度dから、単位面積当たりのポリマー鎖の本数(ポリマー形成密度、単位:本/nm2)を算出することができる。本発明の製造方法によって製造される表面改質基材を構成するポリマー層におけるポリマー形成密度は、好ましくは0.05本/nm2以上であり、さらに好ましくは0.1〜0.7本/nm2である。ポリマー形成密度が高いほど、例えば、高弾性、超低摩擦、及びサイズ排除効果等の特性がより有効に発揮される。 From the thickness L of the polymer layer, the number average molecular weight Mn of the polymer chains, and the density d of the polymer chains, the number of polymer chains per unit area (polymer formation density, unit: nm / nm 2 ) can be calculated. The polymer formation density in the polymer layer constituting the surface-modified base material produced by the production method of the present invention is preferably at least 0.05 / nm 2 , more preferably 0.1 to 0.7 / nm 2. nm 2 . The higher the polymer formation density, the more effectively the properties such as high elasticity, ultra-low friction, and size exclusion effect are exhibited.

ポリマー形成密度σは、下記式(X)で表される。なお、下記式(X)中、NAはアボガドロ数を表す。
σ=dLNAMn ・・・(X)
The polymer formation density σ is represented by the following formula (X). In the following formula (X), N A represents Avogadro's number.
σ = dLN A Mn ··· (X )

ポリマー層の厚さLは、例えば、エリプソメータ、電子顕微鏡、又は原子間力顕微鏡などを使用して測定することができる。ポリマー鎖の密度dは、従来公知の文献に記載された密度を参照する他、例えば、JIS K 7112:1999に準拠した方法により測定することができる。   The thickness L of the polymer layer can be measured using, for example, an ellipsometer, an electron microscope, an atomic force microscope, or the like. The density d of the polymer chain can be measured by, for example, a method according to JIS K 7112: 1999, in addition to the density described in a conventionally known document.

本発明の製造方法によれば、基材の表面特性を顕著に改質した表面改質基材を簡便に製造することができる。このため、本発明の製造方法は、医療用部材、電子材料、ディスプレイ材料、半導体材料、機械部品、摺動部材、電池材料などの様々な分野で用いられる各種の基材を製造する方法として有用である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the manufacturing method of this invention, the surface-modified base material which remarkably improved the surface characteristic of the base material can be manufactured easily. Therefore, the production method of the present invention is useful as a method for producing various base materials used in various fields such as medical members, electronic materials, display materials, semiconductor materials, mechanical parts, sliding members, and battery materials. It is.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In the Examples and Comparative Examples, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.

<ポリマーの製造>
(実施例1)
ガラス製のサンプル瓶に、2−シアノ−2−アイオドプロパン(CP−I)0.002部、テトラブチルアンモニウムアイオダイド(TBAI)0.7388部、メタクリル酸メチル(MMA)20.0部、及び3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド(MDPA)20.0部を入れた。内容物を撹拌し、TBAIを溶解させて均一化した。窒素ガスを吹き込んだ後、樹脂製のサンプル瓶に内容物を移して密栓した。蓋の部分にフィルムを巻き付けて密封したサンプル瓶をアルミラミネート袋に入れ、空気を抜いてシールした。
<Production of polymer>
(Example 1)
In a glass sample bottle, 0.002 parts of 2-cyano-2-iodopropane (CP-I), 0.7388 parts of tetrabutylammonium iodide (TBAI), 20.0 parts of methyl methacrylate (MMA), And 20.0 parts of 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide (MDPA). The contents were stirred and the TBAI was dissolved and homogenized. After blowing nitrogen gas, the contents were transferred to a resin sample bottle and sealed. The sample bottle sealed by winding a film around the lid was placed in an aluminum laminate bag, and air was released to seal.

加圧媒体として水を入れた高圧装置(商品名「PV−400シリーズ」、シンコーポレーション社製)内にアルミラミネート袋を入れ、80℃に加温するとともに、400MPaに加圧して4時間重合した。サンプル瓶中の高粘性のポリマー溶液の一部をサンプリングし、THFを展開溶媒とするGPCにて測定したポリマーのポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は785,000であり、PDI(Mw/Mn)は1.56であった。ガスクロマトグラフィー(GC)にて測定したMMAの残量から算出した重合率は64.3%であった。   The aluminum laminate bag was placed in a high-pressure device (product name “PV-400 series”, manufactured by Shin Corporation) containing water as a pressurizing medium, heated to 80 ° C., pressurized to 400 MPa, and polymerized for 4 hours. . A part of the highly viscous polymer solution in the sample bottle was sampled, and the number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene of the polymer measured by GPC using THF as a developing solvent was 785,000, and PDI (Mw / Mn ) Was 1.56. The polymerization rate calculated from the residual amount of MMA measured by gas chromatography (GC) was 64.3%.

(比較例1)
加圧しなかったこと以外は前述の実施例1と同様に重合して、若干粘性のあるポリマー溶液を得た。得られたポリマーのMnは39,000であり、PDIは1.12であった。また、重合率は15.0%であった。
(Comparative Example 1)
Polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that no pressure was applied, to obtain a slightly viscous polymer solution. Mn of the obtained polymer was 39,000 and PDI was 1.12. Further, the polymerization rate was 15.0%.

(実施例2)
CP−Iに代えてブロモイソ酪酸エチル(EBIB)0.002部を用いるとともに、TBAIに代えてテトラブチルアンモニウムブロマイド(TBAB)0.645部を用いたこと以外は、前述の実施例1と同様に重合してポリマー溶液を得た。得られたポリマーのMnは1,230,000であり、PDIは3.25であった。また、重合率は71.2%であった。ヨウ化物塩に代えて臭化物塩を用いることで、分子量分布は広いが、より高分子量のポリマーを高収率で得ることができる。
(Example 2)
Example 1 was repeated except that 0.002 part of ethyl bromoisobutyrate (EBIB) was used instead of CP-I and 0.645 part of tetrabutylammonium bromide (TBAB) was used instead of TBAI. Polymerization resulted in a polymer solution. Mn of the obtained polymer was 1,230,000, and PDI was 3.25. The conversion was 71.2%. By using a bromide salt instead of an iodide salt, a polymer having a higher molecular weight distribution but a higher molecular weight can be obtained in a high yield.

(実施例3)
EBIB0.001部、テトラオクチルアンモニウムアイオダイド(TOAI)0.593部、MMA20部、及びMDPA10部を用いたこと以外は、前述の実施例1と同様に重合して、ほとんど流動性のないポリマー溶液を得た。得られたポリマーのMnは2,420,000であり、PDIは1.78であった。また、重合率は65.0%であった。臭化物を開始化合物として用いるとともに、ヨウ化物塩を用いることで、ある程度分子量分布が狭く、より高分子量のポリマーを得ることができる。
(Example 3)
Except that 0.001 part of EBIB, 0.593 part of tetraoctyl ammonium iodide (TOAI), 20 parts of MMA and 10 parts of MDPA were used, polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 described above, and a polymer solution having almost no fluidity was used. I got Mn of the obtained polymer was 2,420,000, and PDI was 1.78. Further, the polymerization rate was 65.0%. By using bromide as the starting compound and using an iodide salt, it is possible to obtain a polymer having a narrower molecular weight distribution and a higher molecular weight.

(実施例4)
MMAに代えてメタクリル酸ベンジル(BzMA)35.2部を用い、TOAIに代えてTBAI0.369部を用い、かつ、重合時間を6時間としたこと以外は、前述の実施例3と同様に重合してポリマー溶液を得た。得られたポリマーのMnは3,530,000であり、PDIは1.49であった。また、重合率は71.1%であった。
(Example 4)
Polymerization was conducted in the same manner as in Example 3 except that 35.2 parts of benzyl methacrylate (BzMA) was used instead of MMA, 0.369 parts of TBAI was used instead of TOAI, and the polymerization time was 6 hours. Thus, a polymer solution was obtained. Mn of the obtained polymer was 3,530,000, and PDI was 1.49. The conversion was 71.1%.

(実施例5)
BzMAに代えてメタクリル酸ラウリル(LMA)25.4部を用いるとともに、MDPAに代えて3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド(BDPA)25.4部を用いたこと以外は、前述の実施例4と同様に重合してポリマー溶液を得た。得られたポリマーのMnは450,000であり、PDIは1.23であった。また、重合率は51.2%であった。
(Example 5)
The above procedure was followed except that 25.4 parts of lauryl methacrylate (LMA) was used in place of BzMA and 25.4 parts of 3-butoxy-N, N-dimethylpropanamide (BDPA) was used in place of MDPA. Polymerization was carried out in the same manner as in Example 4 to obtain a polymer solution. The Mn of the obtained polymer was 450,000 and the PDI was 1.23. The conversion was 51.2%.

(実施例6)
MMAに代えてアクリル酸ブチル(BA)25.6部を用い、MDPAに代えてBDPA25.6部を用い、かつ、重合温度を130℃としたこと以外は、前述の実施例3と同様に重合して、比較的粘性のあるポリマー溶液を得た。得られたポリマーのMnは1,030,000であり、PDIは1.89であった。また、重合率は30.0%であった。
(Example 6)
Polymerization was carried out in the same manner as in Example 3 except that 25.6 parts of butyl acrylate (BA) was used instead of MMA, 25.6 parts of BDPA was used instead of MDPA, and the polymerization temperature was 130 ° C. Thus, a relatively viscous polymer solution was obtained. Mn of the obtained polymer was 1,030,000 and PDI was 1.89. The conversion was 30.0%.

(実施例7)
東洋高圧社製の高圧加圧処理装置(商品名「まるごとエキス」)を使用し、100MPaに加圧したこと以外は、前述の実施例3と同様に重合して、高粘性のポリマー溶液を得た。得られたポリマーのMnは278,000であり、PDIは1.92であった。また、重合率は45.5%であった。
(Example 7)
A high-viscosity polymer solution was obtained by polymerizing in the same manner as in Example 3 except that the pressure was increased to 100 MPa using a high-pressure processing device (trade name: Marugoto Extract) manufactured by Toyo Kogyo Co., Ltd. Was. Mn of the obtained polymer was 278,000 and PDI was 1.92. Further, the polymerization rate was 45.5%.

(実施例8)
MDPAに代えてN,N−ジエチル−N−メチル−N−2−メトキシエチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)を用いるとともに、重合時間を2時間としたこと以外は、前述の実施例3と同様に重合してポリマー溶液を得た。得られたポリマーのMnは2,600,000であり、PDIは1.58であった。また、重合率は35.0%であった。
(Example 8)
N, N-Diethyl-N-methyl-N-2-methoxyethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) was used in place of MDPA, and the polymerization time was 2 hours, except that the polymerization time was 2 hours. Polymerization resulted in a polymer solution. Mn of the obtained polymer was 2,600,000, and PDI was 1.58. Further, the polymerization rate was 35.0%.

(実施例9)
MDPAに代えて酢酸ブチルを用いたこと以外は、前述の実施例2と同様に重合してポリマー溶液を得た。得られたポリマーのMnは120,000であり、PDIは1.23であった。また、重合率は7.5%であった。
(Example 9)
Polymerization was performed in the same manner as in Example 2 except that butyl acetate was used instead of MDPA to obtain a polymer solution. The Mn of the obtained polymer was 120,000 and the PDI was 1.23. Further, the polymerization rate was 7.5%.

<表面改質基材の製造(1)>
(実施例10)
1cm×1cmサイズのシリコン基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄した後、チップクリーナー(バイオフォースナノサイエンス社製)を使用してUVオゾン照射し、シリコン基板の表面に水酸基を形成させて活性化した。エタノール100部、28%アンモニア水溶液10部、及び2−ブロモ−2−メチルプロピオニルオキシプロピルトリメトキシシラン(BPM)1部を入れた容器に活性化したシリコン基板を12時間浸漬させた。取り出したシリコン基板を、乾燥機を使用し、80℃で10分間乾燥させた。
<Production of surface-modified base material (1)>
(Example 10)
After a 1 cm × 1 cm silicon substrate was ultrasonically cleaned with isopropyl alcohol, the substrate was irradiated with UV ozone using a chip cleaner (manufactured by Bioforce Nanoscience) to form hydroxyl groups on the surface of the silicon substrate and activated. The activated silicon substrate was immersed in a container containing 100 parts of ethanol, 10 parts of a 28% aqueous ammonia solution, and 1 part of 2-bromo-2-methylpropionyloxypropyltrimethoxysilane (BPM) for 12 hours. The removed silicon substrate was dried at 80 ° C. for 10 minutes using a dryer.

MMA20部、TOAI0.593部、EBAI0.001部、及びMDPA20部を入れた蓋つきのプラスチック容器に上記のシリコン基板を入れた。蓋をしたプラスチック容器を高圧装置に入れ、80℃に加温するとともに、400MPaに加圧して6時間重合し、シリコン基板の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。プラスチック容器内に生成した高粘性のポリマー溶液中のポリマーのMnは720,000であり、PDIは1.86であった。生成したポリマーは、フリーの開始基から形成したポリマーである。そして、シリコン基板の表面にはフリーの開始基が存在するため、シリコン基板の表面に形成されたポリマー層も同様のポリマーで構成されている。エリプソメトリー(商品名「EC−400」、ジェー・エー・ウーラム社製)を使用して測定したポリマー層の膜厚は380nmであった。   The silicon substrate was placed in a plastic container with a lid containing 20 parts of MMA, 0.593 parts of TOAI, 0.001 part of EBAI, and 20 parts of MDPA. The covered plastic container was placed in a high-pressure device, heated to 80 ° C., and pressurized to 400 MPa to polymerize for 6 hours to obtain a surface-modified base material having a polymer layer formed on the surface of a silicon substrate. The Mn of the polymer in the highly viscous polymer solution formed in the plastic container was 720,000, and the PDI was 1.86. The resulting polymer is a polymer formed from free initiator groups. Since a free initiation group exists on the surface of the silicon substrate, the polymer layer formed on the surface of the silicon substrate is also made of the same polymer. The film thickness of the polymer layer measured using ellipsometry (trade name “EC-400”, manufactured by JA Woollam) was 380 nm.

(実施例11)
BPMに代えて2−アイオド−2−メチルプロピオニルオキシヘキシルトリエトキシシラン(HIE)1部を用いたこと以外は前述の実施例10と同様にして、シリコン基板の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは860,000であり、PDIは1.33であった。また、形成されたポリマー層の膜厚は490nmであった。
(Example 11)
A surface having a polymer layer formed on the surface of a silicon substrate in the same manner as in Example 10 except that 1 part of 2-iodo-2-methylpropionyloxyhexyltriethoxysilane (HIE) was used instead of BPM. A modified substrate was obtained. The Mn of the resulting polymer was 860,000 and the PDI was 1.33. The thickness of the formed polymer layer was 490 nm.

(実施例12)
神戸製鉄所社製の高圧処理装置(商品名「ドクターシェフ」)を使用し、80℃に加温するとともに、600MPaに加圧して4時間重合したこと以外は、前述の実施例11と同様にして、シリコン基板の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは1,300,000であり、PDIは1.66であった。また、形成されたポリマー層の膜厚は680nmであった。
(Example 12)
Using a high-pressure processing device (trade name “Dr. Chef”) manufactured by Kobe Steel, heated to 80 ° C., pressurized to 600 MPa, and polymerized for 4 hours in the same manner as in Example 11 described above. Thus, a surface-modified base material having a polymer layer formed on the surface of a silicon substrate was obtained. The Mn of the resulting polymer was 1,300,000 and the PDI was 1.66. The thickness of the formed polymer layer was 680 nm.

<開始化合物の合成>
(合成例1)
撹拌機、還流コンデンサー、温度計、及び窒素導入管を取り付けた反応装置にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMAc)100部を入れて80℃に加温し、窒素ガスを吹き込んだ。別容器に、2−(2−ブロモイソブチリルオキシ)エチルメタクリラート(BBEM)50部、メタクリロイロキシプロピルトリエトキシシリル(MOPS)50部、及びアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1.5部を入れ、撹拌して均一なモノマー混合液を調製した。反応装置中にモノマー混合液の半量を添加した後、残りを2時間かけて滴下し、次いで、8時間重合してポリマー液を得た。ポリマー液の一部をサンプリングして測定した固形分は49.2%であり、ほとんどのモノマーが重合したことを確認した。ポリマー液中のポリマーのMnは18,900であり、PDIは3.11であった。得られたポリマー液にPGMAcを添加して希釈し、固形分15%である開始基ポリマー1溶液を得た。開始基ポリマー1溶液中の開始基ポリマー1は、所定の開始基及びアルコキシシリル基を有する、ポリマータイプの処理剤である。
<Synthesis of starting compound>
(Synthesis example 1)
100 parts of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMAc) was charged into a reactor equipped with a stirrer, a reflux condenser, a thermometer, and a nitrogen inlet tube, heated to 80 ° C., and blown with nitrogen gas. In a separate container, 50 parts of 2- (2-bromoisobutyryloxy) ethyl methacrylate (BBEM), 50 parts of methacryloyloxypropyltriethoxysilyl (MOPS), and 1.5 parts of azobisisobutyronitrile (AIBN) 1.5 And stirred to prepare a uniform monomer mixture. After half of the monomer mixture was added to the reactor, the remainder was added dropwise over 2 hours, and then polymerized for 8 hours to obtain a polymer solution. The solid content measured by sampling a part of the polymer liquid was 49.2%, and it was confirmed that most of the monomers were polymerized. The Mn of the polymer in the polymer liquid was 18,900, and the PDI was 3.11. PGMAc was added to and diluted with the obtained polymer solution to obtain a starting polymer 1 solution having a solid content of 15%. The starting group polymer 1 in the starting group polymer 1 solution is a polymer type treating agent having a predetermined starting group and an alkoxysilyl group.

<表面改質基材の製造(2)>
(実施例13)
3cm×3cmサイズのガラス基板を用意し、前述の実施例10と同様に活性化させた。合成例1で調製した開始基ポリマー1溶液をガラス基板に2,000回転で30秒間スピンコートした後、90℃で90秒間、180℃で30分間焼き付けて硬化させ、塗膜を形成した。エリプソメトリーで測定した塗膜の膜厚は1.80μmであった。そして、塗膜を形成した上記のガラス基板を用いたこと以外は、前述の実施例10と同様にして、ガラス基板の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは790,000であり、PDIは1.72であった。また、開始基ポリマー1溶液で形成した塗膜を含むポリマー層の膜厚は、2.15μmであった。すなわち、塗膜上に形成されたポリマー層の膜厚は350nmであった。
<Production of surface-modified base material (2)>
(Example 13)
A glass substrate having a size of 3 cm × 3 cm was prepared and activated in the same manner as in Example 10 described above. The solution of the starting group polymer 1 prepared in Synthesis Example 1 was spin-coated on a glass substrate at 2,000 rotations for 30 seconds, and baked at 90 ° C. for 90 seconds and at 180 ° C. for 30 minutes to be cured to form a coating film. The thickness of the coating film measured by ellipsometry was 1.80 μm. Then, a surface-modified base material having a polymer layer formed on the surface of a glass substrate was obtained in the same manner as in Example 10 except that the above-mentioned glass substrate on which a coating film was formed was used. The Mn of the resulting polymer was 790,000 and the PDI was 1.72. The thickness of the polymer layer including the coating film formed with the starting base polymer 1 solution was 2.15 μm. That is, the thickness of the polymer layer formed on the coating film was 350 nm.

(実施例14)
炭化ケイ素製の基材(直径2cm、厚さ1.0mmの円盤状)を用意し、前述の実施例10と同様にして活性化させた。エタノール100部、28%アンモニア水溶液1部、及びテトラエトキシシラン10部を含む溶液に基材を24時間浸漬した。取り出した基材をエタノールで洗浄した後、150℃で10分間乾燥させた。このように用意した基材を用いたとともに、重合時間を8時間としたこと以外は、前述の実施例10と同様にして、炭化ケイ素製の基材の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは1,480,000であり、PDIは1.88であった。また、形成されたポリマー層の膜厚は710nmであった。
(Example 14)
A substrate made of silicon carbide (a disc having a diameter of 2 cm and a thickness of 1.0 mm) was prepared and activated in the same manner as in Example 10 described above. The substrate was immersed in a solution containing 100 parts of ethanol, 1 part of a 28% aqueous ammonia solution, and 10 parts of tetraethoxysilane for 24 hours. The substrate thus taken out was washed with ethanol and dried at 150 ° C. for 10 minutes. A surface modification in which a polymer layer was formed on the surface of a silicon carbide substrate was performed in the same manner as in Example 10 except that the thus prepared substrate was used and the polymerization time was changed to 8 hours. A quality substrate was obtained. The Mn of the resulting polymer was 1,480,000 and the PDI was 1.88. The thickness of the formed polymer layer was 710 nm.

(実施例15)
1.5cm×1.5cmサイズのSUS402製の金属板を合成例1で調製した開始基ポリマー1溶液を3%に希釈した溶液にディッピングした後、90℃で30秒間、180℃で20分間、焼き付けて硬化させ、塗膜を形成した。形成された塗膜の膜厚は2.6μmであった。そして、塗膜を形成した上記の金属板を用いたこと、MMAに代えてLMAを用いたこと、及びMDPAに代えてBDPAを用いたこと以外は、前述の実施例10と同様にして、金属板の表面にポリマー層が形成された表面改質基材を得た。生成したポリマーのMnは1,340,000であり、PDIは1.55であった。また、形成されたポリマー層の膜厚は686nmであった。
(Example 15)
A metal plate made of SUS402 having a size of 1.5 cm × 1.5 cm was dipped in a 3% -diluted solution of the starting polymer 1 solution prepared in Synthesis Example 1 and then at 90 ° C. for 30 seconds and at 180 ° C. for 20 minutes. It was baked and cured to form a coating film. The film thickness of the formed coating film was 2.6 μm. Then, in the same manner as in Example 10 described above, except that the above-described metal plate on which the coating film was formed was used, LMA was used instead of MMA, and BDPA was used instead of MDPA. A surface-modified base material having a polymer layer formed on the surface of the plate was obtained. The Mn of the resulting polymer was 1,340,000 and the PDI was 1.55. The thickness of the formed polymer layer was 686 nm.

本発明のポリマーの製造方法は、例えば、塗料、インク、コーティング剤などの塗膜、フィルム、建材、自動車用部材、電池部材、医療用材料、ディスプレイ材料、電子機器部品などに用いる高分子量のポリマーを製造する方法として有用である。また、本発明の表面改質基材の製造方法は、様々な産業材料に用いられる、新たな性能が付与された基材を製造する方法として有用である。   The method for producing the polymer of the present invention includes, for example, coatings such as paints, inks, and coating agents, films, building materials, automobile members, battery members, medical materials, display materials, and high-molecular-weight polymers used for electronic device parts and the like. It is useful as a method for producing Further, the method for producing a surface-modified base material of the present invention is useful as a method for producing a base material provided with new performance, which is used for various industrial materials.

Claims (5)

100〜1,000MPaの圧力条件下、60℃以上の温度条件下、開始化合物及び塩の共存下で(メタ)アクリル酸系モノマーを重合し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定されるポリスチレン換算の数平均分子量が100,000〜10,000,000である(メタ)アクリル酸系ポリマーを形成する工程を有し、
前記開始化合物が、下記一般式(1)又は(2)で表される開始基を有し、
前記塩が、ハロゲン化第4級アンモニウム塩、ハロゲン化第4級ホスホニウム塩、及びハロゲン化アルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも一種であるポリマーの製造方法。
Figure 2020045427
(前記一般式(1)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、R1は、水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、R2は、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(前記一般式(2)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Yは、O又はNHを示し、R3は、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、R4は、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、「*」は結合位置を示す)
A polystyrene-equivalent number determined by polymerizing a (meth) acrylic acid-based monomer in the presence of a starting compound and a salt under a pressure condition of 100 to 1,000 MPa and a temperature condition of 60 ° C. or higher and gel permeation chromatography Forming a (meth) acrylic acid-based polymer having an average molecular weight of 100,000 to 10,000,000,
The starting compound has a starting group represented by the following general formula (1) or (2),
A method for producing a polymer, wherein the salt is at least one selected from the group consisting of quaternary ammonium halide salts, quaternary phosphonium halide salts, and alkali metal halide salts.
Figure 2020045427
(In the general formula (1), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or Represents an amide group, R 2 represents an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or an amide group, and “*” represents a bonding position)
Figure 2020045427
(In the general formula (2), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, Y represents O or NH, and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group. R 4 represents an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, and “*” represents a bonding position)
アルコール系溶剤、グリコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、スルホキシド系溶剤、尿素系溶剤、及びイオン液体からなる群より選択される少なくとも一種の有機溶剤中、前記有機溶剤の沸点以下の温度条件下で前記(メタ)アクリル酸系モノマーを重合する請求項1に記載のポリマーの製造方法。   In at least one organic solvent selected from the group consisting of alcohol solvents, glycol solvents, amide solvents, ether solvents, sulfoxide solvents, urea solvents, and ionic liquids, at a temperature below the boiling point of the organic solvent. The method for producing a polymer according to claim 1, wherein the (meth) acrylic acid-based monomer is polymerized below. 前記塩が、ヨウ化第4級アンモニウム塩、ヨウ化第4級ホスホニウム塩、及びヨウ化アルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも一種である請求項1又は2に記載のポリマーの製造方法。   3. The method according to claim 1, wherein the salt is at least one selected from the group consisting of quaternary ammonium iodide, quaternary phosphonium iodide, and alkali metal iodide. 4. 分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.8以下である前記(メタ)アクリル酸系ポリマーを得る請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリマーの製造方法。   The method for producing a polymer according to any one of claims 1 to 3, wherein the (meth) acrylic acid-based polymer having a molecular weight distribution (weight average molecular weight / number average molecular weight) of 1.8 or less is obtained. 下記一般式(1)又は(2)で表される開始基、及びアルコキシシリル基を有する処理剤で基材を表面処理して処理基材を得る工程と、
100〜1,000MPaの圧力条件下、60℃以上の温度条件下、前記処理基材及び塩の共存下で(メタ)アクリル酸系モノマーを重合し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定されるポリスチレン換算の数平均分子量が100,000〜10,000,000である(メタ)アクリル酸系ポリマーを形成し、前記処理基材の表面に前記(メタ)アクリル酸系ポリマーを含む、厚さ100nm以上のポリマー層を配置する工程と、
を有する表面改質基材の製造方法。
Figure 2020045427
(前記一般式(1)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、R1は、水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、R2は、アルキル基、アリール基、シアノ基、アシル基、カルボキシ基、エステル基、又はアミド基を示し、「*」は結合位置を示す)
Figure 2020045427
(前記一般式(2)中、Xは、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示し、Yは、O又はNHを示し、R3は、水素原子、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、R4は、アルキル基、アリール基、又はアシル基を示し、「*」は結合位置を示す)
A step of obtaining a treated substrate by surface-treating the substrate with a treating agent having a starting group represented by the following general formula (1) or (2) and an alkoxysilyl group;
The poly (meth) acrylate is obtained by polymerizing a (meth) acrylic acid-based monomer in the presence of the treated substrate and the salt under a pressure condition of 100 to 1,000 MPa and a temperature condition of 60 ° C. or more, and measured by gel permeation chromatography. A (meth) acrylic acid-based polymer having a number average molecular weight of 100,000 to 10,000,000 and containing the (meth) acrylic acid-based polymer on the surface of the treated substrate, having a thickness of 100 nm or more. Placing a polymer layer;
A method for producing a surface-modified substrate having:
Figure 2020045427
(In the general formula (1), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, and R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or Represents an amide group, R 2 represents an alkyl group, an aryl group, a cyano group, an acyl group, a carboxy group, an ester group, or an amide group, and “*” represents a bonding position)
Figure 2020045427
(In the general formula (2), X represents a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom, Y represents O or NH, and R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group. R 4 represents an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, and “*” represents a bonding position)
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