JP3096417B2 - ブロック共重合体およびその製造方法 - Google Patents

ブロック共重合体およびその製造方法

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昭 柳ケ瀬
仁 位下
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亨 時光
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブロック共重合体
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ポリ
オレフィンは、分子中に極性基がないため、接着性、印
刷性、および他のポリマーとの相溶性に劣るという欠点
があった。これらの欠点を改善するためにオレフィンと
極性モノマーとの共重合が試みられている。また、ポリ
メタクリル酸メチルにオレフィンを共重合することによ
り、耐衝撃性の向上、柔軟性の向上、吸水率の低下、表
面疎水化等の機能を付与することができる。
【0003】これら共重合体の製造方法として、例えば
特開昭59−43003号公報においては、チタン系触
媒を用いる共重合体の合成方法が、そして特開昭64−
14217号公報においては、ニッケル触媒を用いる共
重合体の合成法が開示されている。しかしながら、これ
らの方法においては、共に補助触媒として多量のルイス
酸、あるいはアルミオキサンを使用する必要があるとい
う問題点があった。
【0004】また、特開平1−201302号公報、特
開平1−201304号公報、および特開昭63−43
914号公報ではポリオレフィン末端を変性させた後、
(メタ)アクリル酸エステルを共重合させる方法を開示
しているが、変性末端の導入率が低く(メタ)アクリル
酸エステルのホモポリマーが副生するという問題点があ
る。
【0005】また、特開平3−255116号公報、お
よび特開平4−53813号公報においては、単官能の
3価希土類化合物を用いてエチレン−(メタ)アクリル
酸エステルの共重合体を合成する方法を開示している
が、前者は、メタクリル酸メチル(MMA)含量の高い
共重合体は得られず、また後者は、エチレンの重合段階
の連鎖移動反応のためMw/Mnが2以上と広く、エチ
レンの重合体が副生してくる。また、さらにこれらの方
法では、(メタ)アクリル酸エステルの成長末端にエチ
レンが作用しないため、エチレン−(メタ)アクリル酸
エステルの2元ブロック共重合体のみしか製造できなか
った。
【0006】一方、最近エチレンの単独重合体またはエ
チレンと他の単量体との共重合体の製造用の重合開始剤
として2官能性の希土類錯体が提案されている。Wil
liam J Evans et.al.(J.Am.
Chem.Soc.,1990,112,2314−2
324)は、2官能性の希土類錯体を開始剤としてエチ
レンを重合している。また、Bruce M.Nova
k and LisaS.Boffa(ACS Pol
ymer Preprint,35(2),1994.
およびBoffa,MACRO AKRON ’94,
117.)は、2官能性の希土類錯体を開始剤としてポ
リメタクリル酸メチルブロック−ポリアクリル酸エチル
ブロック−ポリメタクリル酸メチルブロックの3元ブロ
ック共重合体を合成している。さらに、安田等(Pol
ymer Preprints,Japan Vol
43,No.6(1994))は、2価サマリウム錯体
を開始剤としてエチレンの重合を行っている。しかし、
これらの文献は、いずれも本発明のA−B−A型ブロッ
ク共重合体を示唆していない。
【0007】一般に2価サマリウム錯体は、「P.L.
Watoson and T.Herskorvitz
ACS symposium series No.
212 p459−479」に記載されているように、
エチレンを作用させると下記式(III) に従って重合が進
行することが知られている。すなわち、生成ポリマーの
両末端がリビング末端であるならば他種モノマーの添加
によりA−B−A型のブロック共重合体の合成が可能で
ある。
【0008】
【化3】
【0009】本発明者等は、この考え方を利用してエチ
レンと(メタ)アクリル酸エステルのA−B−A型のブ
ロック共重合体の合成を特開平6−306112号公報
で提案したが、得られた共重合体の(Mw/Mn)は4
〜6であって分子量分布は広く、2元ブロック共重合体
やメタクリル酸メチルのホモポリマー等の副生ポリマー
が多量に生成するという問題があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、このよう
な状況に鑑み鋭意検討を進めた結果、特定の開始剤を用
いることにより、分子量分布の狭い(メタ)アクリル酸
エステル−オレフィン−(メタ)アクリル酸エステルの
ブロック共重合体が得られる事を見いだし、本発明を完
成した。
【0011】すなわち、本発明は、(メタ)アクリル酸
エステルの重合体ブロックAと、オレフィンの重合体ブ
ロックBとからなるA−B−A型の共重合体であって、
そのMw(重量平均分子量)/Mn(数平均分子量)が
1.0〜2.5であることを特徴とするブロック共重合
体、および該ブロック共重合体を、下記の一般式(I)
または(II)で示される有機希土類化合物を重合開始剤
としてオレフィンを重合させた後、(メタ)アクリル酸
エステルを重合させて得る製造方法にある。
【0012】
【化4】
【0013】
【化5】
【0014】
【発明の実施の形態】本発明のブロック共重合体におけ
る(メタ)アクリル酸エステルの重合体ブロックA(以
下、単に重合体ブロックAという。)を構成するのに用
いられる(メタ)アクリル酸エステルは特に限定はされ
ないが、具体的には、アクリル酸メチル、アクリル酸エ
チル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソプロピ
ル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、ア
クリル酸t−ブチル、アクリル酸イソアミル、アクリル
酸ラウリル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニ
ル、アクリル酸ビニル、アクリル酸グリシジル、アクリ
ル酸2−エチルヘキシル等のアクリル酸エステル;メタ
クリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n
−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸
n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t
−ブチル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸ラウ
リル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、
メタクリル酸ビニル、メタクリル酸グリシジル、メタク
リル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸2−メトキシ
エチル、メタクリル酸ジエチレングリコールモノメチル
エーテル等が挙げられる。好ましくはメタクリル酸メチ
ル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸t−ブチル、メ
タクリル酸ラウリル、アクリル酸n−ブチル、アクリル
酸メチルである。なお、これらのモノマーは単独で、ま
たは2種以上を混合して用いてもよい。
【0015】また、本発明のオレフィンの重合体ブロッ
クB(以下、単に重合体ブロックBという。)を構成す
るのに用いられるオレフィンとしては、例えばエチレ
ン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテ
ン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン等を挙げ
ることができる。好ましくは、エチレン、プロピレン、
1−ヘキセンである。
【0016】本発明の製造方法によって合成できるブロ
ック共重合体は、上記の重合体ブロックAと上記の重合
体ブロックBとでA−B−A型の配列にて構成される
が、重合体ブロックAを2種以上の(メタ)アクリル酸
エステルを使用し、例えばA′−A−B−A−A′、お
よびA″−A′−A−B−A−A′−A″型の3元以上
のブロック共重合体とすることもできる。また、重合体
ブロックAは2種類以上の(メタ)アクリル酸エステル
のランダム共重合体とすることもできる。
【0017】本発明のブロック共重合体のMw/Mnは
1.0〜2.5であれば特に限定されないが、より好ま
しくは1.0〜2.0である。
【0018】また、本発明のブロック共重合体の分子量
は、特に限定されないが数平均分子量(Mn)で重合体
ブロックAが1,000〜1,000,000、重合体
ブロックBが1,000〜1,000,000の範囲で
あることが好ましい。より好ましくは重合体ブロックB
が10,000〜1,000,000の範囲である。ま
た、ブロック共重合体の全体の数平均分子量(Mn)は
3,000〜3,000,000の範囲が好ましく、よ
り好ましくは12,000〜2,000,000の範囲
である。
【0019】本発明のブロック共重合体は、上記一般式
(I)または(II)で表わされる有機希土類錯体を開始
剤として以下の方法により得ることができる。まず第一
段階として、不活性雰囲気下の溶剤中でオレフィンを導
入し、オレフィンの重合を行う。次いで、(メタ)アク
リル酸エステルを添加して第二段階の重合を行うことに
より得ることができる。なお、(メタ)アクリル酸エス
テルを2種類以上を用い、重合体ブロックAを(メタ)
アクリル酸エステルブロックとする場合には、まず1種
類の(メタ)アクリル酸エステルを重合させた後、他種
類の(メタ)アクリル酸エステルを加えて重合させる。
また、重合体ブロックAを(メタ)アクリル酸エステル
のランダム共重合体とするには、各モノマーを混合した
後、添加して重合することにより得ることができる。
【0020】重合に使用するオレフィンおよび(メタ)
アクリル酸エステルは、カルシウムハイドライド、モレ
キュラシーブ等で乾燥し、モノマーが液体や固体の場合
には、重合直前に蒸留したものを使用することが好まし
い。
【0021】本発明で使用される有機希土類化合物は、
上記の一般式(I)または(II)で示されるものであ
り、式(I)の具体例としては、 [(C5 Me52 Sm(μ−η3 −CH2 CHCHC
2 −)]2 , [(C5 Me52 Sm(μ−η3 −CH2 CHCH
−)]2 , [(C5 Me52 Yb(μ−η3 −CH2 CHCHC
2 −)]2 , [(C5 Me52 Yb(μ−η3 −CH2 CHCH
−)]2 , [(C5 Me52 Eu(μ−η3 −CH2 CHCHC
2 −)]2 , [(C5 Me52 Eu(μ−η3 −CH2 CHCH
−)]2 等が挙げられる。
【0022】また式(II)の具体例としては、 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−t
−Bu−1,2−C532 ]Sm(thf)2 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−t
−Bu−1,2−C532 ]Yb(thf)2 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−t
−Bu−1,2−C532 ]Er(thf)2 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−T
MS−1,2−C532 ]Sm(thf)2 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−T
MS−1,2−C532 ]Yb(thf)2 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−T
MS−1,2−C532 ]Er(thf)2 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−t
−Bu−1,2−C532 ]Sm(thf)3 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−t
−Bu−1,2−C532 ]Yb(thf)3 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−t
−Bu−1,2−C532 ]Er(thf)3 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−T
MS−1,2−C532 ]Sm(thf)3 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−T
MS−1,2−C532 ]Yb(thf)3 [(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−T
MS−1,2−C532 ]Er(thf)3 等が挙げられる。
【0023】上記の一般式(II)におけるR1 ,R2
1 ,Z2 ,D,nは、有機希土類化合物[(Me2
i)(Me2 SiOSiMe2 )(4−t−Bu−1,
2−C532 ]Sm(thf)2 では、R1 ,R2
はt−Bu(ターシャリーブチル基)であり、Z1 はM
2 Si(ジメチルシリル基)、Z2 はMe2 SiOS
iMe2 (1,1,3,3−テトラメチルシロキサン
基)、Dはthf(テトラヒドロフラン)、およびnは
2の整数をそれぞれ示す。また、TMSはトリメチルシ
リル基を示す。
【0024】有機希土類化合物の使用量は、(メタ)ア
クリル酸エステルのモノマー1モルに対して0.001
〜100ミリモル、好ましくは0.01〜10ミリモル
である。
【0025】重合において用いられる不活性気体として
は、特に限定されないがアルゴン、ヘリウム、窒素等が
用いられ、好ましくはアルゴンである。
【0026】また重合において用いられる溶剤として
は、トルエン、キシレン、ベンゼン、ヘキサン、テトラ
リン等の炭化水素、クロロホルム、塩化メチレン、四塩
化炭素、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハ
ロゲン化炭化水素、テトラヒドロフラン、エーテル等が
挙げられる。好ましくはトルエン、キシレンである。こ
れらの溶剤は、完全に脱水したものを用いることが好ま
しく、その使用量は、(メタ)アクリル酸エステル1モ
ルに対して1〜50,000mlの範囲である。
【0027】重合温度は、溶剤の融点から沸点の間であ
れば限定されないが、−78℃から80℃の範囲が好ま
しい。さらに好ましくは−40℃〜40℃の範囲であ
る。
【0028】本発明の方法においては、重合開始剤濃
度、オレフィンモノマー濃度を決定すると、反応温度、
重合時間を調整することにより、重合体ブロックB部分
の重合度を自由に調整することができ、また、(メタ)
アクリル酸エステルモノマーの濃度、重合時間を調整す
ることにより、重合体ブロックA部分の重合度を自由に
調整することができる。
【0029】実施例において用いた原料は次のようにし
て精製した。
【0030】(1)(メタ)アクリル酸エステルの精製 市販品をカルシウムハイドライドで脱水、蒸留した後、
モレキュラシーブで微量の水分を取り除き、使用直前に
減圧蒸留して用いた。
【0031】(2)エチレンの精製 使用直前にモレキュラシーブを通し、脱水したものを用
いた。
【0032】(3)トルエンの精製 市販品をNa/K合金により脱水し、使用直前に蒸留し
たものを用いた。
【0033】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、実施例における物性は以下の方法により測定
した。
【0034】(1)MnおよびMw/Mn 高温GPC(ゲルパーミネーションクロマトグラフィ
ー)を用いて測定した(溶媒;トリクロロベンゼン,温
度;135℃,スタンダード;ポリスチレン)。
【0035】(2)ブロック共重合体の組成比1 H NMRにより算出した(溶媒;p−キシレン−d
10,測定温度;120℃)。
【0036】[実施例1] (1)開始剤[(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe
2 )(4−t−Bu−1,2−C532 ]Sm(t
hf)3 の合成 アルゴン気流下において調製したSmI2 (11.5ミ
リモル)のテトラヒドロフラン(THF)溶液120m
lに、配位子のカリウム塩[(Me2 Si)(Me2
iOSiMe2 )(4−t−Bu−1,2−C53
2 ]K2 (11.8ミリモル)のTHF溶液60mlを
滴下し、12時間還流した。次いで、溶媒不溶部を除去
した後、溶媒を減圧留去して乾固させ、残渣にトルエン
70mlを加えた。これを12時間撹拌した後、不溶部
を除去し上澄み液を得た。次いで、トルエンを減圧留去
して乾固させ、50mlのTHFに溶解させた。この溶
液を減圧下で1/2量に濃縮し、−20℃に冷却したと
ころ黒赤紫色の錯体[(Me2 Si)(Me2 SiOS
iMe2 )(4−t−Bu−1,2−C532]S
m(thf)3 が収率約45%で得られた。この錯体
は、 1H NMR(C66 ,25℃,PPM)におい
て以下の吸収スペクトルを示した。 δ−4.99(s,18H),−2.54(s,3
H),−1.09(s,6H),3.19(bs,12
H),6.30(s,2H),10.51(bs,12
H),10.75(s,3H),11.26(s,6
H),41.26(s,2H)
【0037】(2)共重合体の合成 アルゴン置換した100mlフラスコ内で、上記合成の
(Me2 Si)(Me2 SiOSiMe2 )(4−t−
Bu−1,2−C532 Sm(thf)3錯体0.
02ミリモルをトルエン15mlに溶解した後、アルゴ
ンガスを冷却脱気によりエチレンガスに置換した。5分
間、室温においてエチレンの重合を行った後、未反応の
エチレンガスを冷却脱気してアルゴンを導入した。生成
したポリエチレンを含む溶液5mlをシリンジでサンプ
リングした。残りの反応溶液10mlにメタクリル酸メ
チルを0.5ml加え、室温で2時間反応させた。
【0038】次いで、その反応液を大量のメタノール中
に入れてポリマーを析出させ、濾過し、メタノールで洗
浄した後、真空乾燥させて粉末状のポリマーを得た。引
続きこのポリマーをアセトンによるソックスレー抽出を
行って洗浄した後、乾燥させて粉末状のメタクリル酸メ
チル(MMA)重合体−エチレン重合体−メタクリル酸
メチル(MMA)重合体からなる3元ブロック共重合体
107mgを得た。ソックスレー抽出前後の重量変化は
見られなかった。
【0039】表1にその得られた3元ブロック共重合体
のGPCによる分子量(Mn)、分子量分布(Mw/M
n)の測定結果、および 1H NMRにより算出した共
重合体の組成比を示す。なお、ブロック共重合体の 1
NMRのデーターは以下の通りである。1 H NMR(p−キシレン−d10,120℃,PP
M):δ−1.1〜1.3(−Me;PMMA),1.
4(−CH2 −,PE),2.1(−CH2 −;PMM
A),3.5(−OMe;PMMA)
【0040】[実施例2]実施例1において、エチレン
の重合時間を2分とした以外は実施例1と同様にしてM
MA重合体−エチレン重合体−MMA重合体からなる3
元ブロック共重合体を得た。結果を表1に示す。
【0041】[実施例3]実施例1において、エチレン
の重合時間を10分とした以外は実施例1と同様にして
MMA重合体−エチレン重合体−MMA重合体からなる
3元ブロック共重合体を得た。結果を表1に示す。
【0042】[実施例4] (1)開始剤[(C5 Me52 Sm(μ−η3 −CH
2 CHCHCH2 −)]2 の合成 アルゴン置換した100mlフラスコ中に(C5 Me
52 Sm(thf)2錯体7.14ミリモルを入れ、
60℃、10〜5Torrの圧力下で6時間撹拌した。
錯体の色が赤紫から深緑色に変化した後、ヘキサン50
mlを加えた。次いで、この溶液を真空脱気し、1,3
−ブタジエンガスを導入した。室温で5時間撹拌し、生
成したオレンジ色沈澱物を遠心分離により得た。この沈
澱物をトルエンに完全に溶解した後、その溶液を1/2
量に濃縮し−20℃に冷却したところ赤オレンジ色の
[(C5 Me52 Sm(μ−η3 −CH2 CHCHC
2 −)]2 錯体が収率55.3%で得られた。
【0043】(2)共重合体の合成 アルゴン置換した100mlフラスコ中で、上記合成の
[(C5 Me52 Sm(μ−η3 −CH2 CHCHC
2 −)]2 錯体0.09ミリモルをトルエン20ml
に溶解した後、アルゴンガスを冷却脱気によりエチレン
ガスに置換した。20分間室温においてエチレンの重合
を行った後、未反応のエチレンガスを冷却脱気してアル
ゴンを導入した。生成したポリエチレンを含む溶液10
mlをシリンジでサンプリングした。残りの反応溶液1
0mlにメタクリル酸メチル0.5mlをシリンジで加
え室温で30分撹拌し、反応させた。
【0044】次いで、その反応液を多量のメタノール中
に入れてポリマーを析出させた後、濾過し、メタノール
で洗浄した後、真空乾燥させて粉末状のMMA重合体−
エチレン重合体−MMA重合体からなる3元ブロック共
重合体を得た。結果を表1に示す。
【0045】[実施例5]実施例4において、エチレン
の重合時間を30分間とする以外は実施例4と同様にし
てMMA重合体−エチレン重合体−MMA重合体からな
る3元ブロック共重合体を得た。結果を表1に示す。
【0046】
【表1】
【0047】
【発明の効果】本発明によれば、従来法では得ることが
できなかった分子量分布の狭いA−B−A型ブロック共
重合体を容易に製造することができる。また、本発明の
A−B−A型ブロック共重合体は、接着性、印刷性、お
よび他のポリマーとの相溶性に優れており、塗料、接着
剤等の用途に極めて有用である。また、ポリメタクリル
酸エステルに耐衝撃性の向上、柔軟性の向上、吸水率の
低下、表面の疎水化等の機能を付与することが可能であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 位下 仁 富山県富山市海岸通3番地 三菱レイヨ ン株式会社富山事業所内 (72)発明者 刀禰 誠司 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイ ヨン株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 時光 亨 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイ ヨン株式会社中央技術研究所内 (56)参考文献 特開 平3−255116(JP,A) 特開 平7−76613(JP,A) 特開 平7−292047(JP,A) 特開 平6−306112(JP,A) 国際公開95/21873(WO,A1) Macromolecules,Vo l.27,p6993−6995(1994),Bru ce M.Novak et al," Bimetallic Samariu m(▲III▼)Initiators for the Living Po lymerization of Me thacrylates and La ctons.A New Route into Telechelic,Tr iblock,and ”Link−F unctionalized”Poly mers" 希土類,No.24,p210−211,1994 年(5月16日 日本希土類学会発行), 井原栄治,「有機希土類金属錯体を用い るオレフィン重合触媒の開発」 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 297/00 - 297/08 C08F 4/00 - 4/82 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (メタ)アクリル酸エステルの重合体ブ
    ロックAと、オレフィンの重合体ブロックBとからなる
    A−B−A型の共重合体であって、そのMw(重量平均
    分子量)/Mn(数平均分子量)が1.0〜2.5であ
    ることを特徴とするブロック共重合体。
  2. 【請求項2】 下記の一般式(I)で示される2官能希
    土類化合物を重合開始剤としてオレフィンを重合させた
    後、(メタ)アクリル酸エステルを重合させることを特
    徴とする請求項1記載のブロック共重合体の製造方法。 【化1】
  3. 【請求項3】 下記の一般式(II)で示される有機希土
    類化合物を重合開始剤としてオレフィンを重合させた
    後、(メタ)アクリル酸エステルを重合させることを特
    徴とする請求項1記載のブロック共重合体の製造方法。 【化2】
JP07349538A 1994-12-22 1995-12-22 ブロック共重合体およびその製造方法 Expired - Fee Related JP3096417B2 (ja)

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希土類,No.24,p210−211,1994年(5月16日 日本希土類学会発行),井原栄治,「有機希土類金属錯体を用いるオレフィン重合触媒の開発」

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