JP3207026B2 - ジアクリル環状リン酸エステル単量体及びその製造方法 - Google Patents

ジアクリル環状リン酸エステル単量体及びその製造方法

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F30/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal
    • C08F30/02Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing phosphorus

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規なジアクリル環状
リン酸エステル単量体及びその製造方法に関する。
【0002】本発明に云う新規なジアクリル環状リン酸
エステル単量体とは、トルエン溶剤をはじめとする油性
溶媒に少なくとも分散ないし溶解する性質を有するジア
クリル環状リン酸エステル単量体であり、共重合によっ
て高分子化合物にゴム弾性を付与するという特性を有す
る。
【0003】多価アクリルエステル単量体は、極めて光
重合反応性に富む。多価アクリルエステル単量体は、ポ
リマー形成時、及び多物質との重合その他ポリマー形成
において、優れた反応力を示す。
【0004】ジアクリル環状リン酸エステル単量体は、
ジアクリルという分子構造上の特性のために、上記の例
にもれず、反応力に富む。しかも油溶性物質であるため
多物質との相溶性もよく変性剤としての使用が容易であ
り、感光性樹脂およびその関連分野において、幅広い用
途及び有用性をもつ。
【0005】多価アクリルエステル単量体を用いた感光
性樹脂は、硬くて脆いという欠点があるが、ジアクリル
環状構造を持つリン酸エステル単量体の添加によりこの
欠点を補うことが可能となる。また、感光性樹脂に対し
接着性の改善、金属に対する防錆性の付与に積極的変性
効果を発揮する。
【0006】
【従来の技術】分子構造中にリン酸基とアミン基が介在
しながらも環状構造を有しないジアクリルリン酸エステ
ル単量体は、公知例、周知例共に存在する。しかしなが
ら、分子構造中にリン酸基とアミン基が介在し且つ環状
構造を有するジアクリルリン酸エステル単量体の従来例
は見い出せない。
【0007】従来知られているアシッドホスホエチルメ
タクリレート等の酸性リン酸エステル単量体を各種ビニ
ル単量体と共重合させこれを活用した特許出願は、現在
に至るまで特許公開広報中に既に数百件を数えている。
【0008】このように、他方面に活用される最近の新
しい単量体の製法技術には次のようなものがある。
【0009】本発明に類似の発明として、本発明の範囲
外のアクリル系酸性リン酸エステル単量体(アシッドホ
スホエチルアクリルエステル類)に本発明と異なる無水
の状態及び重合禁止剤の存在下でアミン類(アミノエチ
ルメタクリレート類)を反応させる製法は特開昭57ー
197250に明記されている。一般的な単量体の製法
技術を応用した例としては、特開昭58ー21688に
示されるように、MEHQ等重合禁止剤の存在下でアク
リル基の重合副反応を防止しながら、溶剤中での反応及
び溶剤抽出精製を行う製法があげられる。
【0010】
【解決すべき課題】しかし公開済特許出願例中、溶液重
合に酸性リン酸エステルを活用した例では、リン酸基の
有する強い会合性により、酸性リン酸エステルの使用量
を増大させると、共重合樹脂が溶液中においてゲル化し
てしまうため、使用単量体中における酸性リン酸エステ
ル単量体の使用重量比率を数パーセント以下に抑えてお
かなければならない場合が多い。
【0011】具体的な例としては、イソプロパノール、
メタノール、ブチルセロソルブ、酢酸エチル等の極性溶
剤中でのアクリル系酸性リン酸エステル単量体の全使用
単量体に対する使用比率は、主として重量比で5%前後
から1%前後の例が多い。公知例をあげると、特開昭5
3ー77292、特開昭57ー53571、特開昭53
ー77293、特開昭53ー19348、特開昭53ー
18638、特開昭54ー36338、特開昭57ー1
90060、特開昭58ー47071、特開昭58ー4
7070、特開昭48ー79835等があり、発明者の
以前の発明の特公昭49ー14330、特公昭48ー4
4675もこれに属する。
【0012】上記溶液重合の溶剤が、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン等の非極性溶剤の例では、特開昭56ー1
27671、特開昭52ー25829、特開昭53ー2
6874、特開昭49ー118499で使用例のアクリ
ル系酸性リン酸エステル単量体の全使用単量体に対する
使用比率は、主として重量比で0.1%前後からせいぜ
い0.5%前後である。
【0013】このように少ない使用比率に留まっている
原因は、上記公知例におけるアクリル系酸性リン酸エス
テル単量体が、ベンゼン、トルエン、キシレン等の非極
性溶剤に溶解しない特性のためである。トルエンは今般
溶剤系塗料に非常によく使用されているが、アクリル系
酸性リン酸エステル単量体の使用比率を上げ、目的とす
る変性効果を増大させるためには、少なくともトルエン
に対しては分散ないし溶解しなければならない、という
課題があった。
【0014】トルエンに分散ないし溶解するアクリル系
酸性リン酸エステル単量体をつくるために、本発明に最
も類似した反応例のある特開昭57ー197250に沿
って多種類のアクリル系酸性リン酸エステル単量体のア
ミン基を有するアクリル系単量体塩の反応を実験した結
果、ある種のものは、トルエンに分散も溶解もしないア
クリル系酸性リン酸エステル単量体の‘アミン基を有す
るアクリル系単量体’塩が発生し、ある種のものは上記
の酸塩基反応中アクリル基の重合副反応物が発生してし
まう。このため、特開昭57ー197250に沿った反
応は前記の課題を解決する手段とはなり得なかった。
【0015】これを解決するための一策として、一般的
な単量体の製法技術を応用した例である特開昭58ー2
1688に沿って、MEHQ等重合禁止剤の多量使用下
でアクリル系酸性リン酸エステル単量体とアミン基を有
するアクリル系単量体類との酸塩基反応を試みたが、ア
クリル基の重合副反応は防止し得なかった。
【0016】本発明はこのような課題にかんがみ、多価
アクリルエステル単量体を用いた感光性樹脂に対する反
応性に富み、これにゴム弾性を付与し、トルエン等油性
溶剤に分散ないし溶解するジアクリル環状リン酸エステ
ル単量体を提供するとともに、重合副反応をおさえ、酸
塩基反応を選択進行させることによる該物質の製造方法
を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記の特開
昭57ー197250に沿って多種類のアクリル系酸性
リン酸エステル単量体の‘アミン基を有するアクリル系
単量体’塩の反応を実験した結果、上記課題を解決する
手段とはなり得なかったものの、反応系において液相に
ある少量の水の存在の下にアクリル系酸性リン酸エステ
ル単量体‘アミン基を有するアクリル系単量体’塩の油
溶性重合物が発生していることを発見し、また相当量の
水の存在の下に緩慢に酸塩基反応を進めることによって
アクリル基の重合を禁止し得ることも発見した。
【0018】この2件の発見を活用し、一般式
【化4】 (式中のR1はHまたはCH3基、nは3以上8以下の整
数)で表されるアクリル系酸性リン酸エステル単量体
に、水の存在の下にアミン基を有するアクリル系単量体
類を反応させ、ジアクリル環状リン酸エステル単量体の
生成に至らしめる一連の反応過程をジアクリル環状リン
酸エステル単量体の製造方法とし、前記課題を解決する
ための手段とする。
【0019】上記水の存在態様は、液相にある水を全反
応系に介在させるものであり、反応系における重合反応
を抑止すべく反応液を撹拌する。これが酸性物質である
アクリル系酸性リン酸エステル単量体と塩基性物質であ
るアミン基を有するアクリル系単量体類の酸塩基反応を
緩慢に選択進行させる。
【0020】本発明に用いるアクリル系酸性リン酸エス
テル単量体とは、次の一般式
【化5】 (式中のR1はHまたはCH3基、nは3以上8以下の整
数)で表される範囲のものである。
【0021】上記一般式の中で、本発明に用いるアクリ
ル系酸性リン酸エステル単量体の内、代表的数例を具体
的に明示すると、アシッドホスホオキシトリオキシプロ
ピレングリコールモノメタクリレート、アシッドホスホ
オキシトリオキシプロピレングリコールモノアクリレー
ト、アシッドホスホオキシテトラオキシプロピレングリ
コールモノメタクリレート、アシッドホスホオキシテト
ラオキシプロピレングリコールモノアクリレート、アシ
ッドホスホオキシペンタオキシプロピレングリコールモ
ノメタクリレート、アシッドホスホオキシペンタオキシ
プロピレングリコールモノアクリレート、アシッドホス
ホオキシヘキサオキシプロピレングリコールモノメタク
リレート、アシッドホスホオキシヘキサオキシプロピレ
ングリコールモノアクリレート、アシッドホスホオキシ
ヘプタオキシプロピレングリコールモノメタクリレー
ト、アシッドホスホオキシヘプタオキシプロピレングリ
コールモノアクリレート、アシッドホスホオキシオクタ
オキシプロピレングリコールモノメタクリレート、アシ
ッドホスホオキシオクタオキシプロピレングリコールモ
ノアクリレート等のアクリル系酸性リン酸エステル単量
体である。
【0022】本発明に用いるアミン基を有するアクリル
系単量体類の具体的数例を示すと、アミノエチルメタク
リレート、アミノエチルアクリレート、ジメチルアミノ
エチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレ
ート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジエチル
アミノエチルアクリレート等のアミン基を有するアクリ
ル系単量体である。
【0023】
【作用】本発明の発明者等は、リン酸基の作用機構につ
いて「リン酸基含有高分子ゲルの構造と性質」と題して
第35回高分子研究発表会(神戸 1989)に報告し
ている。その研究報告内容は、「共重合における全使用
単量体に対してアシッドホスホエチルメタクリレートが
6モル%までの少量では、アシッドホスホエチルメタク
リレートと2ーヒドロキシエチルメタクリレートとの共
重合体は、殆ど架橋構造は示さない。ところが6モル%
以上の高濃度については、濃度に比例して架橋密度が上
昇する」現象の発見であった。
【0024】本発明者等は、上記架橋現象を検証する手
段としてのトルエン溶解の可否に着目し、各種実験を重
ねた結果、ホモポリマーでも分子構造上ゲル化構造、即
ち架橋構造をとらないトルエン可溶性アクリル系リン酸
エステル単量体が生成可能であることを見いだした。
【0025】たとえば、平均分子量440のアシッドホ
スホオキシポリオキシプロピレングリコールモノメタク
リレート(前記一般式で表されるアクリル系酸性リン酸
エステル単量体においてn=5前後。以下ホスマーPP
と略称)は粘性のある液状物質である。酸性物質である
平均分子量約1モルの該ホスマーPPに、反応温度60
〜80℃のもとで、塩基性物質の例えばアミン基を有す
るアクリル系単量体ジメチルアミノエチルメタクリレー
ト1モルを、重量にして全反応組成物の1〜15%内外
の水の存在の下に作用させると、ホスマーPPジメチル
アミノエチルメタクリレートハーフ塩が生成される。
【0026】このようにして得られたジアクリル環状リ
ン酸エステル単量体である該ジメチルアミノエチルメタ
クリレートハーフ塩に脱水処理工程を加えた生成物は、
トルエンに溶解ないし分散する。これは偶然発見された
アミン類の特殊な作用効果である。該ホスマーPPジメ
チルアミノエチルメタクリレートハーフ塩のホモポリマ
ーもトルエン可溶性であり、分子構造上も架橋構造をと
らない。
【0027】またいうまでもなく、上記製造方法に使用
されるアミン基を有するアクリル系単量体類は上記ジメ
チルアミノエチルメタクリレートに限られるものではな
い。なお、上記単量体における分子構造上環状構造の有
無の検証は、重合反応による重合物の形態によって決定
される。即ち該重合物が溶剤に溶解すれば、環状連結糸
状重合体の証明となるため、分子構造上環状構造を有す
るものと決定される。これに反して架橋構造を有する重
合体は、おしなべて溶剤不溶であり、在来の多価アクリ
ルエステルと同様、環状構造を有しないものと決定され
る。
【0028】本発明にかかるジアクリル環状リン酸エス
テル単量体の糸状重合体は、環状連結構造を有する下記
の一般式で表される。
【0029】
【化6】 (nは3以上8以下の整数。R1はHまたはCH3基、R
2はHまたはCH3基、R3はHまたはCH3基またはC2
5基)但し上記高分子状態を示す一般式において、上
述のようにn=1のとき、あたかも架橋構造を示す物性
を示し、n=2のとき2は不完全な環状構造を有する様
な物性を示し、またn=10以上のときは不完全な環状
構造を有する様な傾向を示すことが実験上明らかになっ
ている。
【0030】例えば前記アクリル系酸性リン酸エステル
単量体一般式において、n=1の例として、アシッドホ
スホプロピルメタクリレートの例について、上記と全く
同様に反応を進めた結果、反応は順調に進むが、生成さ
れる‘アミン基を有するアクリル系単量体’ハーフ塩、
即ちアシッドホスホプロピルメタクリレート‘アミン基
を有するアクリル系単量体’ハーフ塩はトルエン不溶性
であり、それぞれのホモポリマーもトルエン不溶性であ
った。
【0031】
【実施例】以下実施例及びトルエン溶解の可否による検
証結果を表を参照しつつ詳述する。 次の表ー1に示す
部数は反応重量比率または混合重量比率を示す。
【0032】
【表ー1】表ー1中に示す部数のアクリル系酸性リン酸
エステル単量体と水を撹拌機及び温度調節器付きフラス
コ中に入れ、撹拌を続ける。そして、表ー1に示された
アミン基を有するアクリル系単量体の部数を撹拌中のア
クリル系酸性リン酸エステル単量体と水の混合液に滴下
すると、反応液は発熱反応を起こす。この発熱した反応
液を温度調節器により60℃になるように調節し、アミ
ン基を有するアクリル系単量体の滴下は5分間かけて行
う。滴下終了後反応液の温度を80℃にあげて、引き続
き1時間撹拌し続ける。このようにして生成した‘アミ
ン基を有するアクリル系単量体類’ハーフ塩自体は、本
発明のジアクリル環状リン酸エステル単量体の実施例の
数例である。
【0033】但し、これらの物質は含水物質であって、
この水分がトルエン検証を妨害する。検証時の必要上こ
れらの物質から妨害要因である水分を除去しておく必要
がある。このような水分の除去のために、全反応液に7
0℃内外の乾燥空気を通し、全反応液の含水量が2重量
%以下になったところで乾燥を終了する。
【0034】なお参考例についても、実施例と全く同様
に上記反応を行って酸性リン酸エステル単量体の‘アミ
ン基を有するアクリル系単量体類’ハーフ塩を得る。検
証のための脱水の手順も同様である。
【0035】このような手順で合成された、実施例と参
考例の単量体を 等量のトルエンに溶解して、トルエンに対する溶解性
を見る。
【0036】試験管内で熱重合したホモポリマーの物
性を観察する。
【0037】製品単量体約75%溶剤25%の溶液を
試験管内で熱重合させ、粘度上昇等で重合物の発生を確
認後トルエンを加え、トルエンに対する溶解性を見る。
これらの試験結果は表ー2に示されるとおりである。
【0038】
【表ー2】 上記試験結果表により本発明の範囲に限定してジアクリ
ル環状リン酸エステル単量体が完成され、この本発明単
量体の重合物は分子構造上ゲル化構造をとらず、環状連
結高分子構造を有することが実証された。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のジアクリ
ル環状リン酸エステル単量体の製造方法によれば、化学
工業上、特に感光性樹脂関連分野に幅広い有用可能性を
有し、トルエン等油性溶剤に可溶であるという特性を有
する新規なジアクリル環状リン酸エステル単量体が、酸
塩基反応中アクリル基の重合副反応物が生ずることなく
製造される。
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳田 祥三 兵庫県川西市鴬台2丁目10番13号 (56)参考文献 特開 昭63−199711(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07F 9/09 CA(STN) CAOLD(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 【化1】 (nは3以上8以下の整数。R1はHまたはCH3基、R
    2はHまたはCH3基、R3はHまたはCH3基またはC2
    5基)で表される会合アクリル基と、酸塩基結合によ
    り形成される環状構造を有することを特徴とするジアク
    リル環状リン酸エステル単量体。
  2. 【請求項2】一般式 【化2】 (式中のR1はHまたはCH3基、nは3以上8以下の整
    数)で表されるアクリル系酸性リン酸エステル単量体
    に、水の存在の下に、一般式 【化3】 (式中のR2はHまたはCH3基、R3はHまたはCH3
    またはC25基)で表されるアミン基を有するアクリル
    系単量体を反応させることを特徴とする請求項1記載の
    ジアクリル環状リン酸エステル単量体の製造方法。
  3. 【請求項3】液相にある水を全反応系に介在させ、反応
    液を撹拌しながら緩慢に酸塩基反応を選択進行させるこ
    とを特徴とする請求項1記載のジアクリル環状リン酸エ
    ステル単量体の製造方法。
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