JP3217460B2 - ポリマーの製造法 - Google Patents

ポリマーの製造法

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JP3217460B2 JP17316392A JP17316392A JP3217460B2 JP 3217460 B2 JP3217460 B2 JP 3217460B2 JP 17316392 A JP17316392 A JP 17316392A JP 17316392 A JP17316392 A JP 17316392A JP 3217460 B2 JP3217460 B2 JP 3217460B2
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08G67/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing oxygen or oxygen and carbon, not provided for in groups C08G2/00 - C08G65/00
    • C08G67/02Copolymers of carbon monoxide and aliphatic unsaturated compounds

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は一酸化炭素と1種以上のα−オレ
フィンとのポリマーの製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一方で一酸化炭素に由来する単位と他方
でオレフィンに由来する単位とが実質的に交互に配置し
て存在する一酸化炭素とエテン及び/又はプロペン並び
に任意に加えられ得る1種以上の他のオレフィンとの線
状ポリマーは、原料モノマーを第VIII族金属と一般式: R1 2 P−R−PR3 4 (式中、R1 〜R4 は同一又は異なる一価の芳香族又は
脂肪族炭化水素基を示し、Rは2個の燐原子を互に連結
している橋中に、少なくとも2個の炭素原子を含有する
二価の有機橋かけ基を示す)で表わされる燐の2座配位
子とを含有する触媒組成物と接触させることによって製
造し得る。これらの触媒組成物を使用すると、数平均値
(Mn)として計算して10,000より大きい平均分子量を
有する線状交互ポリマーが得られる。いくつかの用途に
おいてはかなり低い平均分子量を有する上記のようなポ
リマーが必要である。これらのポリマーはそのまま使用
することもできるし、又は化学的に変形させて他の有用
なポリマーを製造する原料物質として供給することもで
きる。ポリマー中に官能基として存在するカルボニル基
は化学的な反応によって少なくともその1部を種々の他
の官能基に変えることができる。この化学的な変性はポ
リマーの性質を変え、元のポリマーが不適当であるか又
は余り適さない用途に対して望ましいものとなる。低分
子量のポリマーに適用し得る化学反応としては、例えば
接触水素化反応によるポリアルコールへの転化、第1級
アミン又はアンモニアとの反応によるポリピロールへの
転化、アンモニア又は硫化水素それぞれの存在下での接
触水素化によるポリアミン又はポリチオールへの転化、
フェノールとの縮合によるポリフェノールへの転化及び
アルコールとの反応によるポリケタールへの転化があげ
られる。
【0003】本発明者等は、平均分子量の低い上記ポリ
マーの研究を行ってきた。当初、通常行われている方法
で製造し、10,000より大きい平均分子量を有する物質か
ら低分子量の画分を分離する分別による方法を試みた。
この分離方法は、非常に時間がかかる上に、所望の低分
子量物質は非常に低収率でのみ生成するにすぎない。非
常に高温で重合を行うと、触媒組成物の安定性に非常に
好ましくない影響を与えるために、この方法は興味のな
いものとして除外した。
【0004】
【手段及び作用効果】本発明者らはこの問題について研
究を続け、水素の存在下で重合を行い所望の目的を達成
するのはいかに大変かが研究で分った。2座配位子とし
てテトラアリールビスホスフィンを含有する触媒組成物
を使用して得られた当初の結果は、失望するものであっ
た。この方法は平均分子量をいくらか減少させることは
できたが、得られたポリマーはまだ10,000よりかなり高
いMnを有するものであった。しかしながら研究の結
果、驚くべきことには2座配位子としてテトラアルキル
ビスホスフィンを含有する触媒組成物を用いて重合を実
施する場合には、水素の存在が、生成するポリマーの平
均分子量を極めて強力に低下させる作用があるという知
見を得た。この方法では、2500より小さいMnを有する
ポリマーを高収率で得ることができた。
【0005】本発明は一酸化炭素とエテン及び/又はプ
ロペン、並びに更に任意に加えられ得る1種以上の他の
α−オレフィンとのポリマーを製造する方法に関し、該
ポリマーはモノマーを水素の存在下、第VIII族金属と一
般式: R5 6 P−R−PR7 8 (式中、R5 ,R6 ,R7 及びR8 は同一又は異なる一
価の脂肪族炭化水素基を示し、Rは2個の燐原子を互に
連結している橋中に少なくとも2個の炭素原子を含有す
る二価の有機橋かけ基を示す)で表わされる燐の2座配
位子とを含有する触媒組成物と接触させることによって
生成する。本発明は更にこのようにして得たポリマー及
び少なくとも1部のこれらのポリマーからなる成形品に
関する。
【0006】ポリマーの平均分子量を更に低下させるに
は、更に一般式: CH2 =C(R3 )−C(=O)X (式中、R3 は水素又はアルキル基を示し、Xは水酸
基、アルコキシ基又は任意にアルキル置換されていてよ
いアミノ基を示す)で表わされる化合物の存在下で重合
を行う。
【0007】水素及び上記の型の化合物の存在下で重合
を実施することによって1000より小さいMnを有するポ
リマーを高収率で製造し得る。この目的に非常に適した
化合物はメチルアクリレートである。
【0008】一般式CH2 =C(R3 )−C(=O)X
を有する化合物の有用な効果は、テトラアルキルビスホ
スフィンを含有する触媒組成物を用い更に水素の存在下
で重合を行う場合にのみ得られる。
【0009】水素は存在しないがテトラアルキルビスホ
スフィンを含有する触媒組成物を用いるか、又は水素は
存在するがテトラアリールビスホスフィンを含有する触
媒組成物を用いて重合を実施する場合には、上記化合物
の存在は重合を抑制する作用を有し、その結果重合は殆
ど起らないという知見を得た。
【0010】一酸化炭素と、エテン及び1分子中に少な
くとも3個の炭素原子を有する1種以上のα−オレフィ
ン(本明細書中、略してC3+α−オレフィンとして示
す)とのポリマーを、第VIII族金属と一般式R1 2
−R−PR3 4 で表わされる燐の2座配位子とを含有
する触媒組成物を用いて製造する場合には、一酸化炭素
に由来する単位の一部が実質的に3−アルキル−2,5
−フランジイル基として存在する2,5−フランジイル
基中に生成するポリマーを得る。更にC3+α−オレフィ
ンを製造ポリマーが多く含むほど、任意に3−アルキル
置換されていてよい2,5−フランジイル基として存在
する一酸化炭素に由来する単位をより高いパーセントで
含有する。上記の触媒組成物を一酸化炭素と1種以上の
3+α−オレフィン(すなわちエテンを用いずに)との
ポリマーの製造に使用する場合には、10%より多量の一
酸化炭素に由来する単位が3−アルキル−2,5−フラ
ンジイル基中に存在するポリマーが得られる。これらの
ポリマーに用いるいくつかの場合には、約50%ほどの一
酸化炭素に由来する単位が上記のように結合して存在し
得る。任意に3−アルキル置換されていてよいフランジ
イル基中の一酸化炭素に由来する単位が、かなりのパー
セントで存在することは2つの理由で好ましくない。第
1にポリマーの安定性に悪影響を及ぼす。第2の欠点は
その中に存在するカルボニル基によって、ポリマーが化
学的に変性する可能性があることである。任意に3−ア
ルキル置換されていてよい2,5−フランジイル基中の
一酸化炭素に由来する単位のパーセントが高い程カルボ
ニル基として存在するこれらの単位のパーセントは低
い。このことはポリマーの化学的変性の可能性を制限す
るものである。本発明者らの研究によれば、一酸化炭素
とプロペン及び任意に加えられ得る1種以上の他のα−
オレフィンとのポリマーを製造する際、重合を本発明に
従って水素と、テトラアルキルビスホスフィンを含有す
る触媒組成物と、更にモノマーとして使用した実質的に
1種以上のC3+α−オレフィンからなる液体希釈剤との
存在下で実施する場合には、平均分子量の低いポリマー
が得られるばかりでなく、更に該重合の際のフランの生
成を非常に効果的に減少させるという知見を得た。
【0011】本発明方法は水素の存在下で実施するもの
である。重合は1〜50バール、特に2〜40バールの水素
分圧で実施するのが好ましい。
【0012】本発明において第VIII族金属は、鉄族金属
の鉄、コバルト及びニッケルと同様、ルテニウム、ロジ
ウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及びプラチ
ナの貴金属でもあると理解されたい。本発明による触媒
組成物において、第VIII族金属はパラジウム、ニッケル
及びコバルトから選択するのが好ましい。パラジウムは
第VIII族金属として特に好ましい。触媒組成物に第VIII
族金属を配合するにはカルボン酸塩の形態、特に酢酸塩
の形態で行うのが好ましい。
【0013】触媒組成物で適切に使用される一般式R5
6 P−R−PR7 8 で表わされる燐の2座配位子に
おいて基R5 ,R6 ,R7 及びR8 はそれぞれ6個以下
の炭素原子を含有するものが好ましい。R5 ,R6 ,R
7 及びR8 が互いに同じである燐の2座配位子も好まし
い。適切な基R5 ,R6 ,R7 及びR8 には例えばメチ
ル、エチル、n−プロピル及びn−ブチル基がある。燐
の2座配位子における橋かけ基Rにおいては橋の中に3
個の原子を有し、その少なくとも2個が炭素原子である
橋かけ基が好ましい。適切な橋かけ基Rには例えば、−
CH2 −CH2 −CH2 −基、−CH2 −C(CH3
2 −CH2 −基及び−CH2 −Si(CH2 2 −CH
2 基である。非常に適切な燐の2座配位子としてあげら
れるものには、1,3−ビス(ジn−ブチルホスフィ
ノ)プロパンである。触媒組成物中燐の2座配位子は、
第VIII族金属の1g原子に対して 0.5〜2mol 、特に0.
75〜1.5 モルの量で使用するのが好ましい。
【0014】本発明におけるポリマーの製造に使用され
る触媒組成物は、第VIII族金属及び燐の2座配位子に加
えて、pKaが4より小さい酸のアニオン、特にpKa
が2より小さい酸のアニオンも含有することが好まし
い。pKaが2より小さい酸には例えば過塩素酸のよう
な鉱酸、p−トルエンスルホン酸及びトリフルオロメタ
ンスルホン酸のようなスルホン酸、並びにトリフルオロ
酢酸のようなハロカルボン酸がある。トリフルオロメタ
ンスルホン酸のようなスルホン酸が好ましい。触媒組成
物にpKaが4より小さい酸のアニオンを配合するには
酸の形態で及び/又は塩の形態で行い得る。過塩素酸ニ
ッケルのようなニッケル塩が塩として非常に適切であ
る。陰イオンは触媒組成物中第VIII族金属の1g原子に
対して1〜100mol、特に2〜50mol の量で存在するのが
好ましい。
【0015】第VIII族金属、燐の2座配位子及び任意に
用いられ得るpKaが4より小さい酸のアニオンに加え
て、本発明によるポリマー製造の使用に適する触媒組成
物は好ましくは有機の酸化剤も含有する。適切な有機酸
化剤には例えば1,2−及び1,4−キノン、亜硝酸ブ
チルのような脂肪族亜硝酸エステル、ニトロベンゼン及
び2,4−ジニロトルエンのような芳香族ニトロ化合物
がある。1,4−キノン、特に1,4−ベンゾキノン及
び1,4−ナフトキノンが好ましい。有機の酸化剤は触
媒組成物中に好ましくは第VIII族金属1g原子に対して
5〜5000mol 、特に10〜1000mol の量で存在する。
【0016】本発明方法を一酸化炭素と、エテン及び/
又はプロペン並びに1種以上の他のα−オレフィンとの
ポリマーの製造に適用する場合には、後者のα−オレフ
ィンは、好ましくは1分子中に10個より少ない炭素原子
を含有するものである。本発明方法は一酸化炭素とエテ
ン及び/又はプロペンとのポリマーの製造において特に
重要である。
【0017】本発明によりポリマーを製造するには液体
希釈剤の存在下で実施するのが好ましい。希釈剤として
は極性液体を使用するのが好ましい。これらの液体は、
プロトン性でも非プロトン性でもよい。適切なプロトン
性液体には例えばメタノールがある。適切な非プロトン
性液体には例えばアセトン及びテトラヒドロフランがあ
る。所望により重合は気体相でも実施し得る。一酸化炭
素とプロペン及び任意に加えられ得る1種以上の他のα
−オレフィンとのポリマーの製造の際にフランの生成を
最小にしようとする場合、重合は実質的にモノマーとし
て使用する1種以上のC3+α−オレフィンからなる液体
希釈剤の存在下で実施するのが良い。ポリマーの製造は
バッチ式でも連続式でも実施し得る。
【0018】ポリマーの製造に使用される触媒組成物の
量は広範囲に変え得る。重合しようとするオレフィン性
不飽和化合物の1モルに対する触媒組成物の量は、第VI
II族金属を10-7〜10-3、特に10-6〜10-4g原子含有する
ものを使用するのが好ましい。
【0019】ポリマーの製造は、温度20〜150 ℃及び圧
力2〜150 バール、特に温度30〜130 ℃及び圧力5〜10
0 バールで実施するのが好ましい。オレフィン性不飽和
化合物対一酸化炭素のモル比は10:1〜1:10及び特に
5:1〜1:5が好ましい。
【0020】
【実施例】本発明を次の実施例で更に説明する。
【0021】実施例1 一酸化炭素/エテンコポリマーを次にようにして製造し
た。容量250ml の撹拌オートクレーブ中に、 テトラヒドロフラン 40ml 酢酸パラジウム 0.1mmol トリフルオロメタンスルホン酸 0.3mmol 1,3−ビス(ジn−ブチルホスフィノ)プロパン 0.2mmol からなる触媒溶液を導入した。
【0022】25バールの一酸化炭素、25バールの水素及
び20バールのエテンを連続的に圧入した後、オートクレ
ープの内容物を80℃にした。5時間後、反応混合物を室
温に冷却し、圧力をゆるめて重合を終了した。ポリマー
を濾過し、メタノールで洗浄し乾燥した。Mnが1400の
コポリマー10.5gを得た。
【0023】実施例2 更に30mlのメチルアクリレートをオートクレーブに導入
する以外は実施例1と同様の方法で、一酸化炭素/エテ
ンのコポリマー製造した。Mn350 を有するコポリマー
7.5gを得た。
【0024】実施例3 オートクレーブに水素を圧入しないということ以外は実
施例2を実質的に繰返した。僅少量のポリマー物質が得
られただけであった。
【0025】実施例4 触媒溶液が1,3−ビス(ジn−ブチルホスフィノ)プ
ロパンの代りに1,3−ビス(ジフェニルホスフイノ)
プロパン0.2mmol を含むということ以外は実施例2を実
質的に繰返した。僅少量のポリマー物質が得られただけ
であった。
【0026】実施例5 触媒溶液が1,3−ビス(ジn−ブチルホスフィノ)プ
ロパンの代りに1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)
プロパン0.2mmol を含むということ以外は実施例1と実
質的に同様の方法で一酸化炭素/エテンコポリマーを製
造した。Mn>20,000を有するコポリマー7gを得た。
【0027】実施例6 一酸化炭素/プロペンコポリマーを次の様にして製造し
た。空気を窒素でパージして除いた容量300ml の撹拌オ
ートクレーブに、 メタノール 120ml 酢酸パラジウム 0.10mmol 1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン 0.11mmol p−トルエンスルホン酸 0.2mmol からなる触媒溶液を導入した。
【0028】プロペン26gを添加後、オートクレーブの
内容物を60℃にし、次に一酸化炭素を圧力が40バールに
達する迄圧入した。重合の間、圧力を一酸化炭素の圧入
によって一定に保持した。1時間後反応混合物を室温に
冷却し、圧力をゆるめて重合を終了した。反応混合物を
蒸発させることによってポリマーを単離した。コポリマ
ー 6.9gを得た。フラン化度は24%であった。
【0029】実施例7 一酸化炭素/プロペンコポリマーを次にようにして製造
した。窒素をパージして空気を除去した容量100ml の撹
拌オートクレーブに、 メタノール 40ml 酢酸パラジウム 0.05mmol 1,4−ビス(ジn−ブチルホスフィノ)ブタン 0.055mmol p−トルエンスルホン酸 0.1mmol からなる触媒溶液を導入した。
【0030】プロペン12.1gを添加後、オートクレーブ
内容物を80℃にし、次に圧力が40バールに達するまで一
酸化炭素を圧入した。重合の間一酸化炭素を圧入するこ
とによって圧力を一定に保持した。1時間後反応混合物
を室温に冷却し、圧力をゆるめることによって重合を終
了した。反応混合物を蒸発させることによってポリマー
を単離した。コポリマー 1.0gを得た。フラン化度は25
%であった。
【0031】実施例8 一酸化炭素/プロペンコポリマーを次の様にして製造し
た。容量300ml の撹拌オートクレーブにプロペン200ml
を導入した。オートクレーブ内容物を80℃にした後、圧
力が50バールに達するまで一酸化炭素を、また次の圧力
が55バールに達するまで水素を圧入した。次にオートク
レーブに、 アセトン 4ml 酢酸パラジウム 0.02mmol 過塩素酸ニッケル 0.1mmol 1,3−ビス(ジn−ブチルホスフィノ)プロパン 0.024mmol からなる触媒溶液を導入した。
【0032】重合の間、一酸化炭素を圧入することによ
って圧力を一定に保持した。12時間後、反応混合物を室
温に冷却し、圧力をゆるめることによって重合を終了し
た。反応混合物を蒸発させることによってポリマーを単
離した。Mn 910のコポリマー 3.7gを得た。フラン化
度は1%より小さかった。
【0033】実施例9 次のこと以外は、実施例8と実質的に同様の方法で一酸
化炭素/プロペンコポリマーを製造した。
【0034】(a)一酸化炭素を、圧力が50バールの代
りに55バールに達するまで、また次に水素を圧力が55バ
ールの代りに58バールに達するまで圧入し、(b)触媒
溶液が更にn−ペンタン7mlを含有し、(c)反応時間
を12時間の代りに16時間にした。
【0035】Mn1260のコポリマー13.4gを得た。フラ
ン化度は1%より小さかった。
【0036】実施例10 次のこと以外は、実施例8における一酸化炭素/プロペ
ンコポリマーと実質的に同様の方法で一酸化炭素/エテ
ン/プロペンターポリマーを製造した。
【0037】(a)反応温度を80℃の代りに75℃にし、
(b)1:1一酸化炭素/エテン混合物を一酸化炭素の
圧力が50バールの代りに55バールになるまで、次に水素
を圧力が55バールの代りに59バールになるまでオートク
レーブに圧入し、(c)触媒溶液が更にn−ペンタン7
mlを含有し、(d)反応時間を12時間の代りに18時間に
した。
【0038】Mn1350を有するターポリマー10.5gを得
た。フラン化度は1%より小さかった。
【0039】実施例1〜10のうち、実施例1,2及び8
〜10は本発明によるものである。これらの実施例に従っ
て水素の存在下、燐の2座配位子としてテトラアルキル
ビスホスフィンを含有する触媒組成物を使用するとMn
<2500の一酸化炭素とエテン及び/又はプロペンのポリ
マーが生成した。実施例3〜7は本発明の範囲外のもの
であり、比較の特許出願に係る発明に含まれるものであ
る。実施例3及び4は、水素は存在しないが、テトラア
ルキルビスホスフィンを含有する触媒を用いるか、又は
水素は存在するが、テトラアリールビスホスフィンを含
有する触媒組成物を用いて重合を実施する場合には、メ
チルアクリレートがポリマー生成の抑制作用をすること
を示すものである。実施例5はテトラアリールビスホス
フィンを含有する触媒組成物を用いて重合を実施する場
合には重合を水素の存在下で行うにもかかわらず非常に
高い平均分子量を有するポリマーが得られることを示し
ている。実施例6及び7は、希釈剤としてのメタノール
中で重合を実施する場合には、テトラアルキルビスホス
フィンを含有する触媒組成物を使用する場合も、またテ
トラアリールビスホスフィンを含有する触媒組成物を使
用する場合も共にフラン化度が高いことを示している。
本発明におけるフラン化度はポリマー中に存在する一酸
化炭素に由来する単位の合計数のパーセントに対する任
意に3−アルキル−置換されていてよい2,5−フラン
ジイル基中に存在する一酸化炭素に由来する単位の数と
して理解される。そのフラン化度はNMR分析によって
測定した。
【0040】本発明による重合をメチルアクリレートの
存在下で実施する場合ポリマーの平均分子量を低下させ
る作用があることは実施例1及び2の結果を比較するこ
とによって明らかである。実施例8〜10の結果は本発明
による重合を希釈剤としての液体プロペン中で実施する
場合にはフラン化度が低くなることを示している。
【0041】実施例1,2及び5〜10で生成したポリマ
ーは、一方では一酸化炭素に由来する単位と他方オレフ
ィンに由来する単位とが交互に配置されている直鎖状を
していることをNMR分析によって確認した。実施例10
により生成したポリマーはエテン及びプロペンに由来す
る単位が互にランダムに配置して存在していた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−258634(JP,A) 特開 平4−227928(JP,A) 特開 平4−216824(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 67/00 - 67/02

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一酸化炭素と、エテン及び/又はプロペ
    ン、並びに任意に加えられ得る1種以上の他のα−オレ
    フィンとのポリマーを製造する方法であって、モノマー
    を水素の存在下、第VIII族金属と一般式: R5 6 P−R−PR7 8 (式中、R5 ,R6 ,R7 及びR8 は同一又は異なる一
    価の脂肪族炭化水素基を示し、Rは2個の燐原子を互に
    連結している橋中に少なくとも2個の炭素原子を含有す
    る二価の有機橋かけ基を示す)で表わされる燐の2座配
    位子とを含有する触媒組成物と接触させることを特徴と
    するポリマーの製造法。
  2. 【請求項2】 接触を2〜40バールの水素分圧で実施す
    ることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 接触を一般式: CH2 =C(R3 )−C(=O)X (式中、R3 は水素又はアルキル基を示し、Xは水酸
    基、アルコキシ基又は任意にアルキル置換されていてよ
    いアミノ基を示す)で表わされる化合物の存在下で実施
    することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 接触をメチルアクリレートの存在下で実
    施することを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 第VIII族金属を酢酸塩のようなカルボン
    酸の塩の形態で触媒組成物に配合する請求項1〜4の1
    項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 燐の2座配位子における基R5 ,R6
    7 及びR8 が、それぞれ6個以下の炭素原子を含有す
    ることを特徴とする請求項1〜5の1項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 燐の2座配位子における橋かけ基Rが橋
    中に3個の原子を含有し、その少なくとも2つが炭素原
    子であることを特徴とする請求項1〜6の1項に記載の
    方法。
  8. 【請求項8】 触媒組成物が燐の2座配位子として1,
    3−ビス(ジn−ブチルホスフィノ)プロパンを含有す
    ることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 触媒組成物が更にpKaが4より小さい
    か又は2より小さい酸の陰イオンを含有する請求項1〜
    8の1項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 触媒組成物が更に1,4−ベンゾキノ
    ン又は1,4−ナフトキノンのような1,4−キノンを
    含有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項
    に記載の方法。
  11. 【請求項11】 一酸化炭素と、エテン及び/又はプロ
    ペン並びに1種以上の他のα−オレフィンとのポリマー
    の製造法に適用する場合に、後者のα−オレフィンが10
    個より少ない炭素原子を含有することを特徴とする請求
    項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 【請求項12】 請求項1〜11の1項に記載の方法によ
    って製造されることを特徴とするポリマー。
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