JP3264442B1 - 新規な位置規則的コポリマー及びその製造方法 - Google Patents
新規な位置規則的コポリマー及びその製造方法Info
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Abstract
の製造方法を開示する。前記ポリマーは、線状炭化水素
ポリマー主鎖を有し、酸素及び/または窒素原子含有
基、例えばヒドロキシル、カルボン酸またはエステル、
カルボニルアセテート、アミド、ニトリル等を有するビ
シナル官能基が該ポリマー主鎖から位置規則的にぶら下
がっている。
Description
(すなわち、ペンダント官能基中に酸素及び/または窒
素原子を有するポリマー)及びその製造方法に関する。
具体的には、本発明は、ポリマー主鎖からぶら下がって
いる官能基の実質的にすべてがビシナル(すなわち、頭
−頭)配置する位置規則的ポリマーに関する。前記ポリ
マーは、ビシナル対の官能基が環炭素原子からぶら下が
っているC7−12シクロアルケンを開環メタセシス重
合することにより製造される。得られたポリマーをその
後水素化して、頭−頭ペンダント官能基がポリマー鎖に
沿って規則的に分布している実質的に直鎖状のアルキレ
ンポリマーを得ることができる。前記ポリマーは、高い
ガスバリア性及び/または引張特性を示し、該ポリマー
をフイルム及び他の物品を形成するのに有用とする他の
特性を有する。
リマー生成物を得るための工業的に重要な方法である。
この方法は、連鎖生長反応を開始するために開始剤(例
えば、過酸化物)を必要とする。この方法により、各種
のホモポリマー及びコポリマーが製造された。しかしな
がら、前記コポリマーを構成するモノマー単位は通常ポ
リマー主鎖に沿ってランダムに分布しており、ポリマー
は副反応のためにかなりの短鎖及び長鎖分岐を有する。
官能基を含有するホモポリマーを製造する場合でも、か
なりの官能基はポリマー鎖に対して頭−尾配置される。
ビニルポリマーの逐次マーの頭−尾配向は−CH2−C
HX−CH2−CHX−(式中、Xは官能基を表す)と
して簡潔に表され得、頭−頭配向は−CH2−CHX−
CHX−CH2−として表される。通常、フリーラジカ
ル重合により製造したポリマー中には官能基含有モノマ
ー単位の頭−頭配置が少量しか見られないことがある。
触媒またはメタロセン触媒を用いて実施された。しかし
ながら、この方法による重合は、通常ポリエチレン、ポ
リプロピレン等を製造するのに適したオレフィンのよう
な非官能化モノマーに限られている。
20年間にわたり初期には遷移金属錯体を用いて研究さ
れてきた。これらの研究は、制御された分子量及び構造
を有するポリマーを与えるべく歪んだ環状オレフィンに
ついて実施された。例えば、シクロブテンをROMPに
かけてポリ(ブタジエン)すなわちポリブテナマーを得
た。この重合がシクロブテン環の高い歪エネルギー(2
9.4kcal/モル)により進行することは文献に記
載されている。Makromol.Chem.,56,
224(1962)で、Dall’Astaらはシクロ
ブテンをTiCl4/Et3Alを用いてROMPして
高シス構造を有するポリブタジエンを得たことを最初に
報告した。他の2成分ROMP触媒系はシクロブテン及
びその誘導体を重合するために使用されている。更に、
Ph(MeO)C=W(CO)5、PhC=WCO5及
びRuCl3のような1成分触媒も同様の重合において
有用であった。
も、リビング重合は見られなかった。重合反応は、停止
ステップ及び連鎖移動反応の実質的な非存在下で反応が
進行し得るときにリビングと考えられる。ポリマー連鎖
開始速度が連鎖生長反応よりも速く起こるときには、リ
ビング系は制御可能な分子量及び狭い多分散性を有する
ポリマーを形成する。リビング重合系は、ブロックコポ
リマーを合成することもできる(Noshayら,Bl
ock Copolymers,ニューヨークに所在の
Academic Press(1977)発行参
照)。
に注目されている。特定のポリマーにより達成され得る
特性を最適にするために官能基の種類及び量並びにポリ
マー主鎖上の官能基の位置を微調整することは非常に興
味深い。従来、官能化アルキレンポリマーはビニルモノ
マーのフリーラジカルまたはアニオン重合により製造さ
れてきた。しかしながら、前記した官能化ビニル不飽和
モノマーの重合方法では、モノマー単位の配置が圧倒的
に頭−尾で、高度に分岐しており、共重合を実施した場
合にはモノマー単位が通常ポリマーの主鎖に沿ってラン
ダムに分布しているポリマーが製造された。メタロセン
触媒または一般的なチーグラー・ナッタ触媒のような遷
移金属触媒の多種類の官能基に対する求電子性のため
に、極性官能基を有するポリオレフィンの合成は殆ど成
功しなかった。
オレフィンのROMPが実施された。3−メチルシクロ
ブテン及び3,3−ジメチルシクロブテン、及びノルボ
ルネンを開環し、重合させた。酸またはアルコール官能
基で置換されているシクロブテンのROMPは間接的に
のみ実施された。例えば、ベンジル保護されたメチレン
エーテルまたはエステルペンダント基を有する高度に歪
んだ3,4−二置換シクロブテンをROMPにかけた後
保護基を重合後除去すると、ポリアリルアルコールホモ
ポリマー生成物が製造された。
74(1992)及びJACS,115,9858(1
993)、Schwabら,JACS,118.100
(1996)、Schrockら,JACS,112,
3875(1990)、Foxら,Inorg.Che
m.,31,2287(1992)、及びGrubbs
ら,米国特許第5,312,940号明細書に記載され
ているような他のメタセシス開始剤の開発に伴って、官
能基を含む或る環状オレフィン化合物のメタセシス重合
が実施された。しかしながら、前記重合はリビング重合
でなく、よって得られるポリマー生成物は非線状で高分
散性であった。更に、前記モノマーは、ポリマー鎖内に
環状部分を与えるノルボルネン誘導体のような高度に歪
んだ化合物、またはポリマー鎖に沿ってランダムに位置
する官能基を有するポリマーを与えるモノ官能性非環式
オレフィンであった。
制御された方法で均一に分布している線状ポリオレフィ
ンポリマーを提供することが非常に望ましい。前記ポリ
マーから均一構造及び非常に望ましい性質を有するポリ
マーフィルム及び物品を製造し得ると考えられる。
し、その官能基がポリマー主鎖に対して位置規則的であ
る官能化ポリマーを製造し得ることが判明した。本発明
のポリマーでは、(ポリマー主鎖の隣接炭素原子からぶ
ら下がっている)官能基が相互に頭−頭で配向してお
り、ポリマー主鎖炭素原子に対して実質的に均一な順序
で存在している。この新規な官能化位置規則的ポリマー
は、改良された包装フィルム製品を製造するのに適して
いる。
炭素原子から直接ぶら下がっているビシナル官能基を有
する特定の環状モノオレフィン化合物を開環メタセシス
重合することにより製造され得る。
て1個のエチレン不飽和基を有するC7−12シクロ炭
化水素から選択され得る。シクロ炭化水素は、例えばシ
クロヘプテン、シクロオクテン、シクロノネン、シクロ
デセン、シクロウンデセン、シクロドデセン等から選択
され得る。好ましいシクロ炭化水素は、環を構成する炭
素原子を偶数個有するものである。用語「C7−12」
は環状オレフィンの環構造を形成する炭素原子の数を指
す。
る不飽和シクロ炭化水素は、環の炭素原子からぶら下が
っているビシナル官能基を有していなければならない。
環のエチレン基に隣接している少なくとも1個の炭素は
官能基を有していてはならない。すなわち、エチレン炭
素を1及び2とナンバリングするとき、隣の炭素原子、
好ましくは環を規定する最高数の炭素原子は水素原子以
外のペンダント基を含むべきではない。シクロ炭化水素
は、ビシナル官能基に加えて、上記したようなエチレン
基に隣接している環の少なくとも1個の炭素原子を除く
他の炭素原子からぶら下がっている炭化水素または官能
基を含み得る。
有用であることが判明している環状オレフィンは、式:
ン基に対してα位にある少なくとも1個の炭素原子に水
素原子のみがぶら下がっており、X及びYは共にシクロ
アルケンのビシナル炭素原子からぶら下がっている官能
基を表し、X及びYはそれぞれ独立してヒドロキシル、
カルボン酸、カルボン酸のC1−5アルキルエステル、
アセテート、アミド、ニトリルまたはカルボニル基から
選択される。好ましくは、X及びYは同一の官能基を表
す。a+bは2〜7の値であるという条件で、“a”は
0〜6の値、“b”は0〜6の値である。“a”及び
“b”の環炭素原子の各々は未置換(水素原子のみを含
む)であっても、C1−5(好ましくは、C1−2)ア
ルキル基または上記したような官能基で置換されていて
もよい。
(ここで、X及びYはそれぞれ−OH基を表す)に基づ
いて以下詳細に説明する。前記ポリマーは、ビニルアル
コールとアルキレン(例えば、エチレン、n−プロピレ
ン等)のコポリマーと見做され得る。例えば、5,6−
ジヒドロキシシクロオクテンをROMPとすると、エチ
レンとビニルアルコールのコポリマーと見做され得るポ
リマーが得られることが判明した。エチレン/ビニルア
ルコール(EVOH)コポリマーは市販されている。し
かしながら、現在、前記ポリマーは、エチレンと酢酸ビ
ニルをフリーラジカル共重合後アセテート基をヒドロキ
シル基に加水分解して製造されている。従来のEVOH
コポリマーでは、各モノマー単位がポリマー鎖に沿って
ランダムに分布しており、ヒドロキシル基(残留アセテ
ート基は無視する)は通常隣接モノマー単位の部分で頭
−尾構成をとり、ポリマーはかなりの分枝鎖構造を含
む。対照的に、本発明により提供されるヒドロキシ含有
ポリマー(a=2,b=1,X=Y=OH)は、モノマ
ー単位のエチレン及びビニルアルコール対をポリマー鎖
に沿ってエチレン−ビニルアルコール/ビニルアルコー
ル−エチレンの順列配置で有するという独特の特徴を有
するエチレン/ビニルアルコールコポリマーのアナログ
と見做され得る。更に、隣接ビニルアルコール単位は頭
−頭配置でのみ存在する。
する方法で製造され得る。本発明では、出発物質として
式:
同一の官能基を表し、a+bは2〜7の条件でaは0〜
6の数値であり、bは0〜6の数値である) で表されるビシナル二置換C7−12シクロアルケン
(ここで、C7−12は環炭素原子の数を指す)を使用
し得る。a及び/またはbの環炭素原子の各々は、未置
換であっても、更に上記したように置換されていてもよ
い。X及びY基は、X及び/またはY基がカルボニル基
である場合を除いて環炭素原子を等分する面と同一側ま
たは反対側上に立体的に存在し得る。X及び/またはY
基がカルボニル基である場合には、前記基は環の面内に
ある。換言すると、X及びYは相互にシスまたはトラン
ス配置に存在し得る。
官能性シクロアルケン(I)は、公知の方法で製造され
得る。例えば、トランス−5−シクロオクテン−1,2
−ジオールは、その教示内容が援用により本明細書に含
まれるとするフランス国特許第1,294,313号明
細書に教示されるように1,5−シクロオクタジエンの
モノエポキシドを水溶液中、高温で過塩素酸と反応させ
ることにより製造され得る。ビシナルジヒドロキシル官
能化シクロアルケンの他の製造方法は、シクロアルカジ
エンモノエポキシドを酢酸及び酢酸カリウムと反応させ
てまずヒドロキシ/アセテート化合物を形成し、その後
鹸化するか、シクロアルカジエンを過酸化物及びギ酸に
より酸化し、その後塩基加水分解するか[Yates
ら,Canadian Journal of Che
mistry,50,1548(1972)]、シクロ
アルカジエンモノエポキシドを有機酸(例えば、ギ酸)
と反応させてヒドロキシ/アセテート化合物を形成後鹸
化するか[McIntosh,Canadian Jo
urnal of Chemistry,50,215
2(1972)]、またはエーテル/ピリジン溶液中で
シクロアルカジエンを四酸化オスミウムと低温で反応さ
せた後水/アルコール中で亜硫酸ナトリウムと還流する
こと[Leitich,Tetrahedron Le
tters,No.38,3589(1978)]を含
む。
esら,Canadian J.of Chem.,5
0,1548(1972)に記載の方法に従ってビシナ
ルジオールから製造され得る。
ン及びビシナルケトン/アセテートシクロアルケンは、
ヒドロキシ/アセテートをアセトン中、低温(例えば、
0〜10℃)においてクロム酸で酸化してケトン/アセ
テートを形成することにより形成される。ケトン/アセ
テートシクロアルケンは蒸留により回収され得る。前記
ケトン/アセテートは、メタノール中、僅かに高温(例
えば、40℃)で水酸化ナトリウムを用いて加水分解す
ることによりビシナルヒドロキシ/ケトンシクロアルケ
ンに変換され得る。
るモノエポキシシクロアルケンは、Venturell
o,J.Org.Chem.,48,3831(198
3)及びJ.Org.Chem..53,1553(1
988)に記載されているようにシクロアルカジエンを
過酸化物及び触媒としてタングステン酸ナトリウムを用
いて接触酸化することにより得ることができる。エポキ
シシクロアルカジエンの他の製造方法は、Grubb
s,Macromolecules,28,6311
(1995)、Camps,J.Org.Chem.,
47,5402(1982)、Imuta,J.Or
g.Chem.,44,1351(1979)、Mur
ray,Org.Syn.,74,91(1996)、
及びPayne,Tetrahedron,18,76
3(1962)に記載されている。
により本明細書に含まれるとする。
十分に定義されているROMP触媒を用いて開環メタセ
シス重合にかけられる。本発明で有用であることが判明
している触媒は、Shrockら,JACS,112,
3875(1990)、米国特許第4,681,956
号明細書、同第5,312,940号明細書及び同第
5,342,909号明細書に記載されている。好まし
い触媒は、米国特許第5,312,940号明細書に記
載されている。上記した参考文献の各々の教示内容は援
用により本明細書に含まれるとする。
ることが判明しているROMP触媒の1つは、一般式: M(NR1)(OR2)2(CHR3)
II(a) (式中、Mはモリブデンまたはタングステンであり、式
II(a)のR1及びR2は独立してアルキル、アリー
ル、アルアルキル、またはそのハロゲン置換誘導体もし
くはケイ素含有アナログから選択される)で表され得
る。アリール基の例は、フェニル、2,6−ジイソプロ
ピルフェニル及び2,4,6−トリメチルフェニルであ
る。アルアルキルの例は、ベンジル及びトリフェニルメ
チルである。式II(a)中のR1の例は、2,6−ジ
イソプロピルフェニル、2,4,6−トリメチルフェニ
ル、2,6−ジ−t−ブチルフェニル、ペンタフルオロ
フェニル、t−ブチル、トリメチルシリル、トリフェニ
ルメチル、トリフェニルシリル、トリ−t−ブチルシリ
ル及びペルフルオロ−2−メチル−2−ペンチル等であ
る。式II(a)中のR2の例は、t−ブチル、トリフ
ルオロ−t−ブチル[(CF3)(CH3)2C]、ペ
ルフルオロ−t−ブチル、ペルフルオロ−2−メチル−
2−ペンチル、2,6−ジイソプロピルフェニル、ペン
タフルオロフェニル、トリメチルシリル、トリフェニル
シリル、トリ−t−ブチルシリル、及びヘキサフルオロ
−t−ブチル[(CF3)2(CH3)C]等である。
式II(a)中のR3は、C1−20アルキル、C
6−20アリール、C7−20アルアルキル、またはM
=CHR3錯体とメタセシスされるオレフィンとの初期
反応により生ずる置換基から選択される。R3は、好ま
しくはt−ブチルまたはフェニルであるが、式IIaの
化合物のM=CHR3部分が接触反応に密接に関与する
ので、CHR3リガンドはメタセシスされるオレフィン
の他のアルキリデン断片で置換されると認められる。
等のような官能基上にプロトンを有するモノマーIと一
緒に使用すべきでない。前記触媒は、エステル、アセテ
ート、カルボニル等の基が存在する場合には使用してよ
い。
ましくはRuまたはOsであり、最も好ましくはRuで
あり、R及びR1は独立して水素、或いは任意にC
1−5アルキル、ハロゲン、C1−5アルコキシ、また
は未置換であるかまたはハロゲン、C1−5アルキルも
しくはC1−5アルコキシで置換されたフェニル基で置
換されていてもよい、C2−20アルケニル、C
2−20アルキル、C1−20アルキル、アリール、C
1−20カルボキシレート、C1−20アルコキシ、C
2−20アルケニルオキシ、C2−20アルキニルオキ
ニシ、アリールオキシ、C2−20アルコキシカルボニ
ル、C1−20アルキルチオ、C1−20アルキルスル
ホニルまたはC1−20アルキルスルフィニルから選択
され、好ましくはR及びR1は独立して水素、或いは任
意にC1−5アルキル、ハロゲン、C1−5アルコキ
シ、または未置換であるかまたはハロゲン、C1−5ア
ルキルもしくはC1−5アルコキシで置換されたフェニ
ル基で置換されていてもよい、ビニル、C1−10アル
キル、アリール、C1−10カルボキシレート、C
1−10アルコキシカルボニル、C1−10アルコキシ
またはアリールオキシから選択され、X及びX1は独立
してアニオン性リガンドから選択され、好ましくはX及
びX1は独立してハロゲン、水素、或いは任意にC
1−5アルキル、ハロゲン、C1−5アルコキシ、また
は未置換であるかまたはハロゲン、C1−5アルキルも
しくはC1−5アルコキシで置換されたフェニル基で置
換されていてもよい、C1−20アルキル、アリール、
C1−20アルコキシド、アリールオキシド、C
3−20アルキルジケトネート、アリールジケトネー
ト、C1−20カルボキシレート、アリール、C
1−20アルキルスルホニルまたはC1−20アルキル
スルフィニルから選択され、L及びL1は独立して中性
の電子供与基から選択され、好ましくはL及びL1は独
立してホスフィン、スルホン化ホスフィン、ホスフィッ
ト、ホスフィナイト、ホスホナイト、アルシン、スチル
ベン、エーテル、アミン、アミド、スルホキシド、カル
ボニル、ニトロシル、ピリジンまたはチオエーテルから
選択され、任意にX、X1、L及びL1の2または3個
は一緒に結合して、キレート化多座配位子を形成し得
る)で表されるものである。
ン(I)のROMPは、ニートで、または芳香族炭化水
素(例えば、トルエン、テトラヒドロフラン、ジアルキ
ルエーテル、環状エーテル等)及びそのハロゲン化誘導
体(例えば、ハロゲン化芳香族)、ハロゲン化アルカン
等のような炭化水素溶媒中の(I)の溶液を用意するこ
とにより実施され得る。好ましい溶媒は、塩素化アルカ
ン(例えば、ジクロロメタン等)、塩素化芳香族(例え
ば、モノクロロベンゼン)等である。(I)対触媒(I
I)のモル比は約200〜5,000でなければなら
ず、好ましくは約400〜3000である。ROMP反
応は約10〜75℃、好ましくは約20〜50℃の温度
で実施され得る。最も好ましい温度は特定の出発物質、
ROMP触媒及び使用する溶媒に依存し、簡単な実験で
決定され得、通常35〜50℃の範囲である。ROMP
反応を実施するための時間は数分〜数時間の範囲、例え
ば最高約48時間であり得る。反応時間は通常2〜30
時間、好ましくは10〜20時間である。製造されるポ
リマー生成物の分子量は、(a)ポリマーI対触媒II
の比を変更することにより及び/または(b)連鎖移動
剤として作用する適当な非環式オレフィンを少量導入す
ることにより調整され得る。前記連鎖移動剤は、使用す
る重合反応媒体またはモノマーに可溶性でなければなら
ず、例えばシス−3−ブテン−1−オール、シス−3−
ヘキセン−1−オール等であり得る。使用する場合、連
鎖移動剤(CTA)はモノマーI対CTAのモル比が約
50〜2000、好ましくは約200〜1000で存在
しなければならない。
(I)をROMPすると、一般式:
独立して水素、C1−5アルキルまたはX基を表す)の
反復単位を有するポリマーが得られる。シクロアルケン
(I)のROMP方法により、ビナシル官能基X及びY
を有するポリマーIIIが得られる。前記ポリマー鎖は
実質的に線状であり、前記鎖は更にX官能基から炭素原
子1個以上離れてエチレン不飽和を含む。前記ポリマー
において、基X及びYは使用した環状モノマーと同一ま
たは反対の立体配置を有し得る。同様に、ポリマー生成
物IIIは二重結合を有し、通常シスとトランスの幾何
異性体(すなわち、アルケニル水素原子は最近のアルケ
ニル水素原子隣接原子に対してシス及びトランスであり
得る)の混合物を生ずる。更に、上記構造IIIは製造
されたポリマーの反復単位であり、よってX及びY基の
実質的なランダム度及び適切ならばポリマー鎖に沿って
アルキレン単位を持たない。
導入してポリマーを溶液から沈殿させることにより回収
され得る。前記非溶媒としては、アルカン(例えば、ペ
ンタン、ヘキサン、ヘプタン等)、ケトン(例えば、ア
セトン、メチルエチルケトン等)等が例示される。使用
すべき特定の非溶媒は、当業者により容易に決定され得
る。ポリマー生成物IIIは、重合反応混合物を過剰の
非溶媒液体に導入することにより容易に回収され得る。
ジオールのROMPを実施するための好ましい条件及び
触媒は、 触媒:化合物II(b)(式中、X=X1=Cl、L=
L1=トリシクロアルキルホスフィン(例えば、トリシ
クロヘキシルホスフィン)、R=フェニルまたは1,1
−ジフェニルエテニル、R1=水素); 溶媒:塩素化アルカン(例えば、ジクロロメタン); 温度範囲:40〜50℃; 時間:6〜24時間 である。
素化または任意に(例えば、p−トルエンスルホニルヒ
ドラジド等のような水素化用化学物質を用いて)化学的
水素化して、実質的に完全に飽和のポリマーIVを得る
ことができる。ポリマーIV反復単位の構造は、式:
制御することにより部分水素化を実施することができ
る。前記方法には、ポリマーのオレフィン基対化学水素
化用化学物質のモル比、水素化時間等をコントロールす
ることが含まれ得る。接触水素化を使用する場合、飽和
度は時間及び/または使用する水素圧によりコントロー
ルされ得る。よって、得られるポリマーIVは、グラフ
ト化、他の官能基の導入または他の所望の理由のための
部位を与えるために残留エチレン不飽和を有し得る。
えばウィルキンソン触媒及び水素を使用して、または他
の一般的な水素化触媒(例えば、ラネーニッケル、パラ
ジウム/炭素、白金/カーボネート、ルテニウムアルキ
リデン錯体等)を使用して実施され得る。通常、ポリマ
ーを、ROMP重合に関して上記したような溶媒または
溶媒混合物中に溶解し、少なくとも約300psi、好
ましくは約600〜5000psiの水素圧にかける。
水素化は通常8時間以内に完了するが、より短いもしく
はより長い時間であってもよい。水素化は通常2〜8時
間、好ましくは3〜7時間実施される。
する場合、得られるポリマーIIIを含有する溶液は水
素化ステップを実施するために直接使用され得る。よっ
て、ポリマーIIIを重合媒体から分離するステップを
省略し得る。更に、ポリマーIII溶液中に存在し得る
ROMP触媒は水素化反応を助け得るとも考えられる。
めの別の方法では、未置換炭素としてエチレン不飽和に
隣接する環炭素原子の少なくとも1個(好ましくは両
方)を有するモノエポキシC7−12シクロアルケン
を、ビシナル二官能性モノマーIについて上記したよう
にROMPにかける。中間体のポリマー生成物は、非溶
媒で沈殿させた後上記した合成ルートに従ってエポキシ
基を所望のビシナル官能基に更に変換することにより単
離される。得られたポリマーIIIを上記したように更
に水素化して、ポリマーIVを得ることができる。
製造するための別の方法では、まず線状の不飽和炭化水
素ポリマー鎖に沿って実質的に均一に分布するエチレン
不飽和単位をエポキシ化する。従来のポリブタジエン、
イソプレン等のような不飽和基を有する従来のポリマー
は、ペンダント1,2−または3,4−二重結合が存在
するために線状ポリマーではない。しかしながら、エチ
レン単位がポリマー主鎖内に均一に分布している線状不
飽和炭化水素ポリマーは、シクロアルケン(例えば、C
7−12シクロアルケン)をROMPして製造され得
る。得られたポリマーは線状であり、鎖に沿って均一に
分布してエチレン不飽和単位を含む。次いで、これらの
エチレン単位は、過酸化物及びタングステン酸塩触媒を
用いる接触酸化のような一般的な方法によりエポキシ化
され得る。次いで、エポキシ基を上記した合成方法を用
いて所望のビシナル官能基に変換すると、ポリマー生成
物IVが形成され得る。
ーIII及びIVが製造される以外に、X及びY官能基
を有するモノマーIのROMP及びコモノマーIaのR
OMPによりコポリマーを製造することができる。コモ
ノマーI(a)は、式:
る対を与える条件でX1及びY1はモノマーIについて
上記したX及びYと同義であるか、または(一方または
両方が)水素から選択され得、R1はモノマーIのRと
同義であり、a+bが0または2〜7の条件でa及びb
はそれぞれ0〜6の整数である)で表されるシクロアル
ケンから選択され得る。本発明の線状コポリマーを得る
ためのモノマーI及びIaのROMPによる共重合は、
約50:50〜約100:0、好ましくは60:40〜
100:1対Iaのモル比で実施され得る。本発明のモ
ノマーのROMPは実質的にリビング重合であるので、
モノマーI及びモノマーIaを順次重合反応媒体に導入
して、最初に上に定義した単位IIIのブロック及び単
位III(ここで、X及びYは直ぐ上に定義した通りで
ある)のブロックを形成することができる。こうして、
線状であり、少なくとも(モノマーIに由来する)ポリ
マー鎖の部分に沿って頭−頭配置で均一に離れているビ
シナル官能単位及び(モノマーIaに由来する)同一ポ
リマー鎖の部分に沿って均一に位置する第2組のビシナ
ル官能単位を多分有する第2のポリマー鎖セグメントを
有する、位置規則的ブロックポリマー生成物が製造され
る。前記コポリマーは、ホモポリマーについて上記した
ように水素化され得る。
のフリーラジカル重合法により製造した対応コポリマー
と比較し、本発明により製造されるポリマーが優れた伸
び性、高い強靱性、低い融点及び低い密度を有すること
が判明した。本発明のポリマーは、包装用フィルム、コ
ーティング等を製造する際に有用である。例えば、本発
明により製造された位置規則的なビシナルヒドロキシ官
能性ポリマーは、同等のヒドロキシ含有量を有する同等
の従来のフリーラジカル製造したコポリマーに比して優
れた強靱性及び伸び、低いガス透過性を有することが判
明した。また、本発明のポリマーは、高い耐破壊性、強
靱性及び印刷付着性を有するフィルムまたはコーティン
グを提供し得る。
ぎず、本発明を限定するものではない。特記しない限
り、部及びパーセンテージはすべて重量基準である。
環メタセシス重合(ROMP) 攪拌機、アルゴン入口及び隔壁を備えた300ml容量
の3首樹脂製重合がまに、5−シクロオクテン−トラン
ス−1,2−ジオール(40g,0.28mol)を装
入した。前記モノマーを真空下で2時間脱ガスした。反
応容器の内容物をアルゴンの不活性雰囲気下に維持し
た。ジクロロメタン(30ml)にアルゴン流を激しく
30分間散布し、該ジクロロメタンを前記樹脂製重合が
まにカニューレを介して移した。モノマー/溶媒溶液を
激しく撹拌した。隔壁を備えた別のガラス製容器におい
て、ルテニウム触媒フェニルメチレンビス(トリシクロ
ヘキシルホスフィン)ジクロリド(0.31g,0.2
7mmol)をアルゴンをパージしたジクロロメタン
(10ml)中に乾燥ボックス条件下で溶解した。触媒
溶液を反応容器にシリンジで添加した。反応混合物を油
浴を用いて40℃に加熱し、ゆっくりしたアルゴン流
下、激しく撹拌しながら24時間維持した。その後、樹
脂製重合がまを油浴から外し、反応混合物を室温に冷却
した。エチルビニルエーテル(0.75g,10.5m
mol)を反応混合物に添加し、1時間撹拌した。次い
で、ポリマー溶液を、テトラヒドロフラン(40m
l)、メタノール(40ml)及び2,6−ジ−ter
t−ブチル−4−メチルフェノール(0.4g)の混合
物に溶解した。ポリマーが完全に溶解して均質溶液が製
造されたら、(氷浴で冷却した)冷アセトンに沈殿させ
た。ポリマーをテトラヒドロフラン(20ml)、メタ
ノール(20ml)及び2,6−ジ−tert−ブチル
−4−メチルフェノール(0.4g)の混合物に再溶解
し、冷アセトンに再沈殿させた。前記手順を繰返した。
ポリマーを回収し、真空オーブンにおいて60℃で一晩
乾燥した。硬い固体の黄色ポリマー(ポリマー1−U)
13.4gを得た。このポリマーの分子量を、Wate
rs 410RI検出器を備えたWaters All
iance Systems #4ゲル透過クロマトグ
ラフを用いるGPCにより50℃で測定した。フェノー
ルゲル5カラム(2×線及び1×100Å)を使用し
た。溶離剤は1−メチル−2−ピロリジノン/50mM
臭化リチウムであった。検量のためにポリスチレン標
準を使用した。数平均分子量(Mn)、重量平均分子量
(Mw)及び多分散性(PDI)を測定した。本実施例
で製造した特定ポリマー(ポリマー1−U)のMn、M
w及びPDIはそれぞれ9,500、27,800及び
2.9であった。
への水素化 ガラスライナーを有する600ml容量のパール反応器
を水素化反応のために使用した。ポリマー1−U(1
2.0g,二重結合の0.0844mol)をテトラヒ
ドロフラン(60ml)及びメタノール(60ml)の
混合物に溶解した。(エタノール中でトリフェニルホス
フィン及びロジウム(III)クロリドから調製した)
ウィルキンソン触媒[トリス(トリフェニルホスフィ
ン)ロジウム(I)クロリド](0.52g,0.56
mmol)をポリマー溶液に添加した。反応器のヘッド
プレートアセンブリを反応器本体に固定し、反応器の入
口及びガス抜き弁を閉じた。反応器を加熱マントルに置
き、空気攪拌機に接続した。熱電対を反応器に取り付け
た。水素化を約54℃、600psiの水素圧下で6時
間実施した。反応が完了したら、反応器からゆっくりと
ガス抜きし、反応混合物を粗いガラス濾過器を通して濾
過した。固体ポリマーをアセトンで洗浄し、アセトンに
再懸濁し、一晩撹拌した。次いで、ポリマー分散液を濾
過し、アセトンで2回洗浄した、最終ポリマー(ポリマ
ー1−S)を真空下、60℃で一晩乾燥した。得られた
ポリマーは淡黄褐色の微粉末であり、50モルパーセン
トのビニルアルコール単位を頭−頭配置で有する実質的
に線状の位置規則的エチレン/ビニルアルコールコポリ
マーと見做され得る。このポリマーの分子量は、下表I
Iに記載するようにMn=23,900、Mw=47,
000及びPDI=2であった。ポリマーのメルトフロ
ーインデックスは、CSI MFI−2メルトフローイ
ンデクサーを用いてASTM D1238に従って19
0℃、2.16kg質量で測定し、この値も下表IIに
記載する。メルトフローインデックスの測定のためにポ
リマーを1重量%のUltranox 2714A(G
E)で安定化した。ポリマー1−Sは、10g/10分
を越えるメルトフローインデックスを有していた。前記
ポリマーは、45℃のガラス転移温度(Tg)、及び示
差走査熱量計(DSC)で測定して148℃の融点を有
していた。
来の分枝鎖エチレン−ビニルアルコールランダムコポリ
マーの機械的特性の比較 上記実施例2で製造したポリマー(ヒドロキシ含量は5
0モルパーセントのビニルアルコール単位を有するエチ
レン/ビニルアルコールコポリマーと同等)を、56モ
ルパーセントのビニルアルコール単位を主に頭−尾配置
で有する市販のエチレン/ビニルアルコールコポリマー
と比較した。市販のコポリマーは、エチレンとビニルア
セテートを共重合後アセテート基をヒドロキシル基に変
換して製造されている。全ての試験を一般的方法により
実施し、両方のポリマーサンプルを試験するために同一
条件を使用した。下表Iに、56モルパーセントのビニ
ルアルコールを有する従来の分枝鎖ポリマー(EVA
L,EVALCA Co.の製品)と実施例2のポリマ
ーの特性を示す。
モジュラス)、強靱性及び伸び性を有し、低い融点を有
することが分かる。これらの性質は、本発明のポリマー
2が高い強靱性を有するフィルム製品としてより容易に
押出され得ることを示す。
環メタセシス重合(ROMP) 攪拌機、アルゴン入口及び隔壁を備えた300ml容量
の3首樹脂製重合がまに、5−シクロオクテン−トラン
ス−1,2−ジオール(50g,0.35mol)を装
入した。前記モノマーを真空下で1時間脱気した。反応
容器の内容物をアルゴンの不活性雰囲気下に維持した。
ジクロロメタン(40ml)にアルゴン流を激しく15
分間散布し、前記樹脂製重合がまにカニューレを介して
移した。モノマー/溶媒溶液を激しく撹拌した。アルゴ
ンを充填したドライボックスにおいて、ルテニウム触媒
フェニルメチレンビス(トリシクロヘキシルホスフィ
ン)ジクロリド(0.72g,0.879mmol)を
秤量して隔壁を設けたガラスバイアルに入れ、ジクロロ
メタン(10ml)中に溶解した。深紫色の触媒溶液を
反応容器にシリンジで添加した。反応混合物を加熱し、
アルゴン雰囲気下で激しく撹拌しながら40℃で24時
間維持した。その後、樹脂製重合がまを熱から外し、反
応混合物を室温に冷却した。エチルビニルエーテル
(2.92g,3.9ml,40.4mmol)を反応
混合物に添加し、1.5時間撹拌した。次いで、反応混
合物にメタノール(100ml)、ジクロロメタン(5
0ml)及び2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチ
ルフェノール(0.5g)の混合物を添加して、ポリマ
ーを溶解した。その後、均質な溶液を冷アセトン(12
00ml)及びブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)
(0.5g)の溶液に注入して、ポリマーを沈殿させ
た。前記ポリマーをジクロロメタン(100ml)、メ
タノール(100ml)及びBHT(0.5g)の混合
物に再溶解した。2,4−ペンタンジオン(0.25m
l)を添加し、溶液を15分間撹拌した。ポリマーを前
記したように冷アセトンに再沈殿させた。溶解及び再沈
殿を2回以上繰返した。ポリマーを濾過により回収し、
真空オーブンにおいて60℃で一晩乾燥して、硬い固体
の黄色のポリマー鎖中にエチレン不飽和を有するポリマ
ー(ポリマー2−Uと呼ぶ)22.6gを得た。このポ
リマーの分子量を下表IIに示す。
1,2−ジオールの開環メタセシス重合(ROMP) 攪拌機、アルゴン入口及び隔壁を備えた250ml容量
の3首樹脂製重合がまに、5−シクロオクテン−トラン
ス−1,2−ジオール(50g,0.35mol)を装
入した。前記モノマーを真空下で1時間脱ガスした。反
応容器の内容物をアルゴンの不活性雰囲気下に維持し
た。蒸留したシス−3−ヘキセン−1−オール(0.1
3g,1.35mmol,0.16ml)をシリンジを
用いて添加した。ジクロロメタン(40ml)にアルゴ
ン流を激しく15分間散布した後、該ジクロロメタンを
前記樹脂製重合がまにカニューレを介して移した。モノ
マー/溶媒溶液を激しく撹拌した。アルゴンを充填した
ドライボックスにおいて、ルテニウム触媒フェニルメチ
レンビス(トリシクロヘキシルホスフィン)ジクロリド
(0.11g,0.141mmol)を秤量して隔壁を
設けたガラスバイアルに入れ、ジクロロメタン(10m
l)中に溶解した。触媒溶液を反応容器にシリンジで注
入した。反応混合物を、アルゴン雰囲気下で激しく撹拌
しながら40℃で24時間加熱、維持した。その後、反
応混合物を室温に冷却した。エチルビニルエーテル
(2.92g,3.9ml,40.4mmol)をメタ
ノール(50ml)及び2,6−ジ−tert−ブチル
−4−メチルフェノール(0.5g)と共に反応混合物
に添加した。2時間後、均質ポリマー溶液を、冷アセト
ン(500ml)及びブチル化ヒドロキシトルエン(B
HT)(0.5g)を含有する非溶媒中に2回沈殿させ
た。ポリマーを、ジクロロメタン(50ml)、メタノ
ール(50ml)及びBHT(0.5g)の混合物に再
溶解した。2,4−ペンタンジオン(0.25ml)を
添加し、溶液を15分間撹拌した。ポリマーを上記した
ように冷アセトンを用いて再沈殿させた。この手順を2
回以上繰返した。前記ポリマーを濾過により回収し、真
空オーブンにおいて60℃で一晩乾燥して、硬い固体の
無色ポリマー(ポリマー3−Uと呼ぶ)18.9gを得
た。このポリマーの分子量を下表IIに示す。
ス−1,2−ジオール)の水素化 水素化のために600mlのパール反応器を使用し、反
応容器として反応器の本体の内側に設けたガラスライナ
ーを使用した。ポリマー2−U(20g,オレフィンの
0.14mol)を、テトラヒドロフラン(82m
l)、メタノール(82ml)、ジクロロメタン(20
ml)及びBHT(0.2g)の混合物に溶解した。
(エタノール中、トリフェニルホスフィン及びロジウム
(III)クロリドから製造した)ウィルキンソン触媒
[トリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(I)ク
ロリド](0.869g,0.939mmol)をポリ
マー溶液に添加した。反応器のヘッドプレートアセンブ
リを反応器の本体に固定し、反応器の入口及びガス抜き
弁を閉めた。反応器を加熱マントルに置き、空気攪拌機
に接続した。熱電対を反応器に取り付けた。水素化を約
600psiの水素圧下、60℃で6時間実施した。反
応が完了したら、反応器からゆっくりガス抜きし、反応
混合物をアセトン(600ml)及びBHT(0.2
g)と混合した。固体ポリマーを濾過により回収し、ア
セトンで濯いだ。ポリマー粉末をアセトン(600m
l)及びBHT(0.2g)に再懸濁し、一晩撹拌し
た。次いで、ポリマー分散液を濾過し、アセトンで濯い
だ。最終ポリマーを濾過により回収し、真空オーブンに
おいて60℃で乾燥した。得られたポリマー(ポリマー
2−Sと呼ぶ)は淡黄褐色の微粉末であった。水素化後
のポリマーの収率は90重量%以上であった。ポリマー
2−Sの分子量を下表II及びIIIに示す。
ス−1,2−ジオール)の水素化 実施例5で製造したポリマー3−U(17g,オレフィ
ンの0.1195mol)を、メタノール(70m
l)、THF(70ml)、ジクロロメタン(17m
l)及びBHT(0.17g)の混合物に溶解した。ウ
ィルキンソン触媒(0.739g,0.739mmo
l)をポリマー溶液に添加した。水素化を実施例6に記
載の手順に従って約600psの水素圧下、約60℃で
6時間実施した。水素化後のポリマーを実施例6と同様
にして後処理した。白色のポリマー粉末(ポリマー3−
Sと呼ぶ)を得た。分子量データ及びメルトフロー特性
については表II及びIIIを参照されたい。
ル)の直接水素化 別のROMP反応を実施例5に記載のように繰返した。
ROMP反応終了後、エチルビニルエーテル(3.9m
l,2.92g,40.4mmol)をメタノール(1
00ml)、テトラヒドロフラン(100ml)及び
2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール
(0.5g)の混合物と一緒に反応混合物に添加した。
ポリマーの溶液中での水素化を、ウィルキンソン触媒
(2.17g,2.34mmol)を用いて実施例6の
手順に従って実施した。白色のポリマー粉末生成物(ポ
リマー4−Sと呼ぶ)(25.4g)を得た。このポリ
マーの分子量データ及びメルトフロー特性については表
II及びIIIを参照されたい。
RI検出器を備えたWaters Alliance
System #4ゲル透過クロマトグラフィーを使用
した。フェノールゲル5カラム(2×線及び1×100
Å)を使用した。溶離液は1−メチル−2−ピロリジノ
ン/50mM 臭化リチウムであり、GPCを50℃で
実施した。検量のためにポリスチレン標準を使用した。
I−2メルトフローインデクサーを用いてASTM D
1238に従って190℃、2.16kgで測定した。
Claims (18)
- 【請求項1】 式: 【化1】 (式中、X及びYはそれぞれ独立して官能基を表し、各
Rは独立して水素、C1−5アルキルまたはX基を表
し、a+bが2〜7の条件でa及びbはそれぞれ独立し
て0〜6の整数であり、nは少なくとも10の値であ
る) で表される位置規則的ビシナル官能化ポリマーを含むこ
とを特徴とするポリマー生成物。 - 【請求項2】 式: 【化2】 (式中、X及びYはそれぞれ独立して官能基を表し、各
Rは独立して水素、C1−5アルキルまたはX基を表
し、a+bが2〜7の条件でa及びbはそれぞれ独立し
て0〜6の整数であり、nは少なくとも10の値であ
る) で表される位置規則的ビシナル官能化ポリマーを含むこ
とを特徴とするポリマー生成物。 - 【請求項3】 各Rが水素を表すことを特徴とする請求
の範囲第1項又は第2項に記載のポリマー生成物。 - 【請求項4】 少なくとも1個のRがメチルを表すこと
を特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載のポリ
マー生成物。 - 【請求項5】 官能基がヒドロキシル、カルボン酸、カ
ルボン酸エステル、アセテート、カルボニル、アミドま
たはニトニル基から選択されることを特徴とする請求の
範囲第1項〜第4項のいずれかに記載のポリマー生成
物。 - 【請求項6】 X及びYがそれぞれヒドロキシル基であ
ることを特徴とする請求の範囲第5項に記載のポリマー
生成物。 - 【請求項7】 X及びYがカルボン酸またはエステル基
から選択されることを特徴とする請求の範囲第5項に記
載のポリマー生成物。 - 【請求項8】 各Rが水素であり、aが2であり、bが
1であることを特徴とする請求の範囲第5項に記載のポ
リマー生成物。 - 【請求項9】 位置規則的ビシナル官能化ポリマーが更
に式: 【化3】 (式中、X1及びY1はそれぞれ独立してヒドロキシ
ル、カルボン酸、カルボン酸エステル、アセテート、カ
ルボニル、アミドまたはニトリルから選択される官能基
を表し、各R1は独立して水素、C1−5アルキルまた
はX1を表し、a+bが0または2〜7の条件でa及び
bはそれぞれ0〜6の整数を表し、mは少なくとも約5
の値である) で表される単位を含むことを特徴とする請求の範囲第1
項に記載のポリマー生成物。 - 【請求項10】 位置規則的ビシナル官能化ポリマーが
更に式: 【化4】 (式中、X1及びY1はそれぞれ独立してヒドロキシ
ル、カルボン酸、カルボン酸エステル、アセテート、カ
ルボニル、アミドまたはニトリルから選択される官能
基、または水素を表し、各R1は独立して水素、C
1−5アルキルまたはX1を表し、a+bが0または2
〜7の条件でa及びbはそれぞれ0〜6の整数を表し、
mは少なくとも約5の値である) で表される単位を含むことを特徴とする請求の範囲第2
項に記載のポリマー生成物。 - 【請求項11】 官能基がポリマー主鎖のビシナル炭素
原子からぶら下がっており、ポリマー主鎖に沿って規則
的な順列配置で存在している位置規則的ポリマーの製造
方法であって、一般式: 【化5】 (式中、X及びYはそれぞれ独立して官能基から選択さ
れ、a+bが2〜7の条件でa及びbはそれぞれ独立し
て0〜6の整数であり、各Rは独立して水素、C1−5
アルキルまたはXである) を有するビシナル官能化C7−12シクロアルケンをR
OMP触媒と接触させることにより前記ビシナル官能化
C7−12シクロアルケンを重合して、交互にビシナル
官能基及びエチレン不飽和基を有する線状第1ポリマー
を製造し、製造された位置規則的ポリマーを分離するこ
とを含むことを特徴とする前記方法。 - 【請求項12】 官能基がポリマー主鎖のビシナル炭素
原子からぶら下がっており、ポリマー主鎖に沿って規則
的な順列配置で存在している位置規則的ポリマーの製造
方法であって、一般式: 【化6】 (式中、X及びYはそれぞれ独立して官能基から選択さ
れ、a+bが2〜7の条件でa及びbはそれぞれ独立し
て0〜6の整数であり、各Rは独立して水素、C1−5
アルキルまたはXである) を有するビシナル官能化C7−12シクロアルケンをR
OMP触媒と接触させることにより前記ビシナル官能化
C7−12シクロアルケンを重合して、交互にビシナル
官能基及びエチレン不飽和基を有する線状第1ポリマー
を製造し、前記第1ポリマーを水素化して、該ポリマー
中のエチレン不飽和基の少なくとも一部を還元すること
を含むことを特徴とする前記方法。 - 【請求項13】 各Rが水素を表すことを特徴とする請
求の範囲第11項又は第12項に記載の方法。 - 【請求項14】 少なくとも1個のRがメチルを表すこ
とを特徴とする請求の範囲第11項又は第12項に記載
の方法。 - 【請求項15】 官能基がヒドロキシル、カルボン酸、
カルボン酸エステル、アセテート、カルボニル、アミド
またはニトニル基から選択されることを特徴とする請求
の範囲第11項又は第12項に記載の方法。 - 【請求項16】 X及びYがそれぞれヒドロキシル基で
あることを特徴とする請求の範囲第11項又は第12項
に記載の方法。 - 【請求項17】 更に、一般式: 【化7】 (式中、X1とY1の対がX及びYの対とは異なる条件
でX1及びY1はそれぞれ独立して官能基または水素か
ら選択され、a+bが0または2〜7の条件でa及びb
はそれぞれ0〜6の整数であり、各R1は独立して水
素、C1−5アルキルまたはXである) を有する第2シクロアルケンと接触させることにより重
合を実施することを特徴とする請求の範囲第11項また
は第12項に記載の方法。 - 【請求項18】 ビシナル官能化C7−12シクロアル
ケンと第2シクロアルケンをROMP触媒と順次接触さ
せることを特徴とする請求の範囲第17項に記載の方
法。
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