JP3392411B1 - アルキレンカーボネートを含む共重合体及びその製造方法 - Google Patents
アルキレンカーボネートを含む共重合体及びその製造方法Info
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Abstract
法に関し、アルキレンカーボネートを含む共重合体は下
記の化学式1または下記の化学式2で示され、この化合
物はラクチドまたはデルタ-ヴァレロラクトンと、二酸
化炭素及びアルキレンオキシドの触媒存在下での三元共
重合工程で製造される。 【化14】 【化15】 (前記化学式で、-O-A-はエチレンオキシド、プロピ
レンオキシド、1-ブテンオキシド、2−ブテンオキシ
ド、1,1-ジメチルエチレンオキシド、シクロペンテ
ンオキシド、シクロヘキセンオキシド、1-フェニルエ
チレンオキシド、1-ビニルエチレンオキシド及び1-ト
リフルオロメチルエチレンオキシドからなる群より選択
されるアルキレンオキシドの開環構造を示し、xとyは
それぞれ2,000以下の整数であり、nは整数で、x
及びyとはn=(z-x-y)の関係を有し、ここでzは
20,000以下の整数である。)
Description
ートを含む共重合体及びその製造方法に関し、さらに詳
しくは二酸化炭素を利用したアルキレンカーボネートを
含む共重合体及び優れた生物分解特性を有するアルキレ
ンカーボネートを含む共重合体の製造方法に関する。
て自然環境の破壊が日毎に増加しており、また、全ての
分野の産業が大きく発展することによって化石燃料の消
費が急速に増加し大気汚染源の放出量が大きく増加して
いる。特に、大気汚染源の中で温室効果をもたらすガス
の放出量が大きく増加しているため全世界の気候変化に
大きな問題を起こしている。二酸化炭素はこのような温
室効果の主な原因として注目されている。近年、国連の
気候変動枠組条約を中心に世界各国の二酸化炭素放出量
を制限する提案が求められている。これに二酸化炭素放
出量の減少させる新たな解決策として、二酸化炭素を高
分子素材に活用する原料とするものがある。これは人類
と地球環境の保護に大きな貢献をすることができる。
素材は、我々の日常生活の利便性と多様な現代産業の発
展に大きく寄与しているが、その使用量が日毎に増加す
ることによって使用後に捨てられる高分子廃棄物による
環境汚染が大きく増加している。したがって、自然環境
の保護するために加水分解や微生物による生分解が可能
な高分子素材の開発研究に対する関心が高まっている。
である二酸化炭素を利用したアルキレンカーボネートを
含む共重合体の製造方法を提供することにある。
を有するアルキレンカーボネートを含む共重合体を提供
することにある。
タ-ヴァレロラクトンまたは下記の化学式3で示された
ラクチドと、二酸化炭素及びアルキレンオキシドの触媒
存在下での三元共重合工程を含むアルキレンカーボネー
トを含む共重合体の製造方法を提供する。この製造方法
において、ラクチドを使用する場合には、下記の化学式
1のポリ(アルキレンカーボネート-ラクチド)が製造
され、デルタ-ヴァレロラクトンを使用する場合には、
下記の化学式2のポリ(アルキレンカーボネート-デル
タ-ヴァレロラクトン)が製造される。
レンオキシド、1-ブテンオキシド、2-ブテンオキシ
ド、1,1-ジメチルエチレンオキシド、シクロペンテ
ンオキシド、シクロヘキセンオキシド、1-フェニルエ
チレンオキシド、1-ビニルエチレンオキシド及び1-ト
リフルオロメチルエチレンオキシドからなる群より選択
されるアルキレンオキシドの開環構造を示し、xとyは
それぞれ2,000以下の整数であり、nは整数で、x
及びyとはn=(z-x-y)の関係を有し、ここでzは
20,000以下の整数である。)
化学式1で示されるポリ(アルキレンカーボネート-ラ
クチド)共重合体または前記化学式2で示されるポリ
(アルキレンカーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)
共重合体を提供する。
主な原因として注目されている二酸化炭素を利用し、生
分解が可能な高分子素材であるアルキレンカーボネート
を含む共重合体を製造する方法に関する。本発明の共重
合体は、好ましくはポリ(アルキレンカーボネート-ラ
クチド)またはポリ(アルキレンカーボネート-デルタ-
ヴァレロラクトン)である。
クトンまたは下記の化学式3のラクチドと、アルキレン
オキシド及び二酸化炭素を触媒存在下で三元共重合反応
させる方法である。
下記の化学式4の化合物であって、エチレンオキシド、
プロピレンオキシド、1-ブテンオキシド、2-ブテンオ
キシド、1,1-ジメチルエチレンオキシド、シクロペ
ンテンオキシド、シクロヘキセンオキシド、1-フェニ
ルエチレンオキシド、1-ビニルエチレンオキシド及び
1-トリフルオロメチルエチレンオキシドからなる群よ
り選択される。
アルキレンオキシド(-O-A-リング)及びラクチドの
三元共重合の経路を反応式1に示す。
タ-ヴァレロラクトンを“第1モノマー”という。
と、まず、アルキレンオキシドと第1モノマーを99.
99:0.01〜0.01:99.99のモル比率で混合
し、この混合物に触媒を添加する。この工程は窒素雰囲
気下で実施することが適当であり、また、重合反応がよ
く起こるように加圧反応器で実施するのが一般的であ
る。
マーの総量を基準に0.1〜20.0重量%添加し、前
記触媒としては、グルタル酸亜鉛、好ましくは触媒活性
が非常に優れた真空乾燥させたグルタル酸亜鉛を使用す
る。
は、次のような方法で製造される。酸化亜鉛または水酸
化亜鉛とグルタル酸を同じ当量使用し、溶媒としてトル
エンを使用して55℃で2時間、次に還流条件で4時間
強く撹拌しながら反応させグルタル酸亜鉛を製造する。
反応が終わった後、固体生成物のグルタル酸亜鉛をアセ
トンで洗いながらろ過し、50〜150℃の真空乾燥-
オーブンで一日以上乾燥する。
1000psiの圧力で注入した後、0〜100℃の温
度で20〜80時間三元共重合反応させる。二酸化炭素
注入圧力が50psiより低ければ反応器内の二酸化炭
素の濃度が低くて高分子合成での反応収率が低いという
問題がある。また、二酸化炭素注入圧力が1000ps
iより高ければ、高圧による事故の危険があるだけでな
く、このような高圧に十分に耐えられる特殊に製作され
た高圧反応器が必要である。前記反応温度が0℃より低
ければ反応時間が長くかかりすぎ、100℃より高けれ
ば高分子以外の副産物が生成されるため好ましくない。
加圧反応器を使用する場合には、加圧反応器をふたで覆
って重合反応がよく起こるようにした後、二酸化炭素を
注入する。この時、第1モノマーとしてラクチドを使用
する場合、ラクチドの融点が116〜119℃であるの
で、100℃以下では固体状で、ラクチド固体の投入量
が50モル比率を超える場合には重合反応時に反応物の
混合が円滑になるように1,4-ジオキサン、トルエ
ン、ベンゼン、メチレンクロライドまたはシクロヘキサ
ンの有機溶媒を用いるのが好ましい。デルタ-ヴァレロ
ラクトンの場合には100℃以下で液状であるので、そ
の投入量に関係なく反応物の混合になんの問題もないの
で上記の有機溶媒を使用しなくても良いが、必要に応じ
てはこれら有機溶媒を用いることができる。
キレンカーボネート-ラクチド)共重合体または下記の
化学式2のポリ(アルキレンカーボネート-デルタ-ヴァ
レロラクトン)が生成される。
レンオキシド、1-ブテンオキシド、2-ブテンオキシ
ド、1,1-ジメチルエチレンオキシド、シクロペンテ
ンオキシド、シクロヘキセンオキシド、1-フェニルエ
チレンオキシド、1-ビニルエチレンオキシド及び1-ト
リフルオロメチルエチレンオキシドからなる群より選択
されるアルキレンオキシドの開環構造を示し、xとyは
それぞれ2,000以下の整数であり、nは整数で、x
及びyとはn=(z-x-y)の関係を有し、ここでzは
20,000以下の整数である。)
二塩化炭素などの有機溶媒で希釈した後、希塩酸溶液で
洗浄する。次に、洗浄された共重合体を再び蒸溜水で洗
い、メタノールで沈殿して生成された共重合体を分離す
る。得られた共重合体を常温の真空乾燥-オーブンで乾
燥する。さらに、必要に応じては生成した共重合体に残
存する触媒を除去する工程をさらに実施することもでき
る。
合、前記方法で製造されたポリ(アルキレンカーボネー
ト-ラクチド)共重合体は分子量が1000〜2,00
0,000であり、好ましくは分子量が1000〜2,
000,000のポリ(プロピレンカーボネート-ラク
チド)共重合体、分子量が1000〜2,000,00
0のポリ(エチレンカーボネート-ラクチド)共重合体
または分子量が1000〜2,000,000のポリ
(シクロヘキセンカーボネート-ラクチド)共重合体で
ある。また、第1モノマーとしてデルタ-ヴァレロラク
トンを使用した場合、前記方法で製造されたポリ(アル
キレンカーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)共重合
体は重量平均分子量が1000〜2,000,000で
あり、好ましくは重量平均分子量が1000〜2,00
0,000のポリ(プロピレンカーボネート-デルタ-ヴ
ァレロラクトン)共重合体、重量平均分子量が1000
〜2,000,000のポリ(エチレンカーボネート-
デルタ-ヴァレロラクトン)共重合体または重量平均分
子量が1000〜2,000,000のポリ(シクロヘ
キセンカーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)共重合
体である。
気候温暖化の主な原因である二酸化炭素を主原料として
用い、比較的に値段が安い原料であるアルキレンオキシ
ドと生物分解性の向上が期待できるラクチドまたはデル
タ-ヴァレロラクトンを使用してポリ(アルキレンカー
ボネート-ラクチド)共重合体またはポリ(アルキレン
カーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)を製造する方
法である。したがって、本発明は二酸化炭素の固定化を
利用して高分子新素材を製造することによって、二酸化
炭素の再活性による二酸化炭素の放出量を減縮し二酸化
炭素による大気汚染及び気候変化現象を抑制するのに寄
与することができる。また、本発明の方法で製造された
ポリ(アルキレンカーボネート-ラクチド)またはポリ
(アルキレンカーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)
共重合体は優れた加水分解及び生物分解特性を有するの
で、環境汚染を招かない一般的な高分子素材としてはも
ちろん、医療用高分子素材としても用いることができ
る。
するが、本発明が下記の実施例に限定されるわけではな
い。
1gを真空状態で100℃で一日乾燥させた。窒素雰囲
気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させた
グルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオキ
シド94.4ml(1.349mol)とラクチド2
1.6g(0.150mol)を入れた。前記加圧反応
器をふたで覆って、この加圧反応器に二酸化炭素を40
0psiの圧力になるように注入した後、60℃に維持
しながら40時間反応させた。反応終了後、二酸化炭素
を除去し、反応混合物に二塩化炭素を加えて希釈した。
触媒を除去するために希釈された反応混合物を希塩酸溶
液で洗い、再び蒸溜水で洗った。触媒除去後、得られた
反応混合物から二塩化炭素を蒸発させ、メタノールで沈
殿させて生成物を得た。生成物の重量を測定して収率を
求め、核磁気共鳴スペクトル(NMR)を使用して共重
合体生成物の化学組成を分析した。反応の結果、51.
0gの生成物を得て、この時、合成したポリ(プロピレ
ンカーボネート-ラクチド)共重合体の化学組成は75
%プロピレンカーボネートと25%ラクチドであった。
1gを真空状態の100℃で一日間乾燥させた。窒素雰
囲気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させ
たグルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオ
キシド74.4ml(1.063mol)とラクチド3
8.3g(0.266mol)を入れた。前記加圧反応
器をふたで覆って、二酸化炭素を400psiの圧力に
なるように注入した後、60℃に維持しながら40時間
反応させた。反応終了後、二酸化炭素を除去し、反応混
合物に二塩化炭素を加えて希釈した。触媒を除去するた
めに、希釈された反応混合物を希塩酸溶液で洗い、再び
蒸溜水で洗った。触媒除去後、得られた反応混合物から
二塩化炭素を蒸発させ、メタノールで沈殿させて生成物
を得た。真空オーブンで溶媒を除去した後、生成物の重
量を測定して収率を求め、核磁気共鳴スペクトル(NM
R)を使用して共重合体生成物の化学組成を分析した。
反応の結果、57.0gの生成物を得て、この時、合成
したポリ(プロピレンカーボネート-ラクチド)共重合
体の化学組成は75%プロピレンカーボネートと25%
ラクチドであった。
1gを真空状態の100℃で一日間乾燥させた。窒素雰
囲気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させ
たグルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオ
キシド58.4ml(0.835mol)とラクチド5
1.5g(0.357mol)を入れた。前記加圧反応
器をふたで覆って、この加圧反応器に二酸化炭素を40
0psiの圧力になるように注入した後、60℃に維持
しながら40時間反応させた。反応終了後、二酸化炭素
を除去し、反応混合物に二塩化炭素を加えて希釈した。
触媒を除去するために希釈された反応混合物を希塩酸溶
液で洗い、再び蒸溜水で洗った。触媒除去後、得られた
反応混合物から二塩化炭素を蒸発させ、メタノールで沈
殿させて生成物を得た。真空オーブンで溶媒を除去した
後、生成物の重量を測定して収率を求め、核磁気共鳴ス
ペクトル(NMR)を使用して共重合体生成物の化学組
成を確認した。反応の結果、68.7gの生成物を得
て、この時、合成したポリ(プロピレンカーボネート-
ラクチド)共重合体の化学組成は54%プロピレンカー
ボネートと46%ラクチドであった。
1gを真空状態の100℃で一日間乾燥させた。窒素雰
囲気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させ
たグルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオ
キシド45.5ml(0.694mol)とラクチド6
2.3g(0.432mol)を入れた。前記加圧反応
器をふたで覆って、この加圧反応器に二酸化炭素を40
0psiの圧力になるように注入した後、60℃に維持
しながら40時間反応させた。反応終了後、二酸化炭素
を除去し、反応混合物に二塩化炭素を加えて希釈した。
触媒を除去するために反応混合物を希塩酸で洗い、再び
蒸溜水で洗った。触媒除去後、反応混合物から二塩化炭
素を蒸発させ、生成物の重量を測定して収率を求め、核
磁気共鳴スペクトル(NMR)を使用して共重合体生成
物の化学組成を分析した。反応の結果、88.2gの生
成物を得て、この時、合成したポリ(プロピレンカーボ
ネート-ラクチド)共重合体の化学組成は46%プロピ
レンカーボネートと54%ラクチドであった。
1gを真空状態の100℃で一日間乾燥させた。窒素雰
囲気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させ
たグルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオ
キシド32.5ml(0.464mol)とラクチド7
3.0g(0.506mol)、そして溶媒として精製
されたジオキサン100mlを入れた。前記加圧反応器
をふたで覆って、この加圧反応器に二酸化炭素を400
psiの圧力になるように注入した後、60℃に維持し
ながら40時間反応させた。反応終了後、二酸化炭素を
除去し、反応混合物に二塩化炭素を加えて希釈した。触
媒を除去するために反応混合物を希塩酸で洗い、再び蒸
溜水で洗った。触媒除去後、反応混合物から二塩化炭素
とジオキサンを蒸発させ、生成物の重量を測定して収率
を求め、核磁気共鳴スペクトル(NMR)を使用して共
重合体生成物の化学組成を分析した。反応の結果、2
7.8gの生成物を得て、この時、合成したポリ(プロ
ピレンカーボネート-ラクチド)共重合体の化学組成は
75%プロピレンカーボネートと25%ラクチドであっ
た。
1gを真空状態の100℃で一日間乾燥させた。窒素雰
囲気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させ
たグルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオ
キシド100ml(1.43mol)を入れた。前記加
圧反応器をふたで覆って、この加圧反応器に二酸化炭素
を400psiの圧力になるように注入した後、60℃
に維持しながら40時間反応させた。反応終了後、二酸
化炭素を除去し、反応混合物に二塩化炭素を加えて希釈
した。次に、残存触媒を除去するために、希釈された反
応混合物を希塩酸溶液で洗い、再び蒸溜水で洗った。触
媒除去後、得られた反応混合物から二塩化炭素を蒸発さ
せた後、メタノールで沈殿させて生成物を得た。真空オ
ーブンで前記生成物から溶媒を除去した後、生成物の重
量を測定して収率を求め、核磁気共鳴スペクトル(NM
R)を使用して生成物ポリ(プロピレンカーボネート)
の化学組成を確認した。反応の結果、50.3gの生成
物が得られた。高分子生成物はポリ(プロピレンカーボ
ネート)であることが確認された。
1gを真空状態の100℃で一日間乾燥させた。窒素雰
囲気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させ
たグルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにジオキサン溶
媒100ml(0.649mol)とラクチド100g
(0.693mol)を入れた。前記加圧反応器をふた
で覆って、この加圧反応器に二酸化炭素を400psi
の圧力になるように注入した後、60℃に維持しながら
40時間反応させた。反応終了後、二酸化炭素を除去
し、メタノールで沈殿をさせて生成物を得ようとした
が、高分子生成物が得られなかった。つまり、二酸化炭
素とラクチドとは重合反応をしないことが確認された。
て製造された合成物の収率と合成結果を表1に示す。
法ではポリ(プロピレンカーボネート-ラクチド)共重
合体が生成されたが、比較例1の方法では共重合体では
ないポリ(プロピレンカーボネート)が生成され、比較
例2の方法では重合体が全く生成されなかった。
(プロピレンカーボネート-ラクチド)共重合体の相対
分子量を知るために粘度系を使用して固有粘度を測定
し、その結果を下表2に示す。
みれば、実施例1〜5の方法で製造された共重合体は約
250,000〜550,000の重量平均分子量を有
し、約109000〜220000の数平均分子量を有
することが分かる。
(プロピレンカーボネート-ラクチド)共重合体の熱的
安定性を熱重量分析法(Thermal Gravimetric Analysi
s)と示差走査熱量計(Differential Scanning Calorim
etry)によって測定した。熱重量分析法をによって合成
された高分子が1%の重量減少を示す温度を測定し、示
差走査熱量計を通じては10℃/分の加熱速度でガラス
転移温度(glass transition temperature)を測定し
た。測定結果を下表3に示す。
分子は28〜41℃のガラス転移温度を有し生物分解特
性を有するので、医薬用素材、接着剤などとして多様に
活用が可能である。また、熱分解温度が248℃以下で
あるのでセラミック製造用バインダーなどとして活用が
可能であり、熱分解温度が相対的に低いので非常に環境
親和的な高分子素材であることが分かる。
ンカーボネート-ラクチド)共重合体の生分解性を知る
ために酵素による分解実験を行った。実施例4で合成さ
れた共重合体を1×1cm大きさのフィルム形態に作っ
た後、0.2Mの緩衝溶液(pH=7)の中でノーベル
エステラーゼ(Novel esterase)酵素(シグマ社のESL0
01)と共に37℃の温度で共重合体の重量減少を調べ
た。測定結果を下表4に示す。
製造されたポリ(プロピレンカーボネート-ラクチド)
共重合体は24日が過ぎるとほとんどすべて分解される
ことが分かる。したがって、実施例4の方法で製造され
た共重合体を用いると高分子廃棄物による環境汚染を減
少させることができる。
因である二酸化炭素を使用して生分解性ポリ(アルキレ
ンカーボネート-ラクチド)共重合体を製造することが
できる。また、本発明のポリ(アルキレンカーボネート
-ラクチド)は優れた生物分解特性を示す共重合体であ
って、汎用高分子素材としてはもちろん、医療用高分子
素材としての応用と活用が期待される。
1gを真空状態下100℃で一日乾燥させた。窒素雰囲
気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させた
グルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオキ
シド63.8ml(0.912mol)、デルタ-ヴァ
レロラクトン36.2ml(0.365mol)を入れ
た。前記加圧反応器をふたで覆って、この加圧反応器に
二酸化炭素を400psiの圧力になるように注入した
後、60℃に維持しながら40時間反応させた。反応終
了後、二酸化炭素を除去し、反応混合物に二塩化炭素を
加えて希釈した。触媒を除去するために希釈された反応
混合物を希塩酸溶液で洗い、再び蒸溜水で洗った。触媒
除去後、得られた反応混合物から二塩化炭素を蒸発さ
せ、メタノールで沈殿させて生成物を得た。生成物の重
量を測定して収率を求め、核磁気共鳴スペクトル(NM
R)を使用して共重合体生成物のポリプロピレンカーボ
ネートとポリデルタ-ヴァレロラクトンの量を計算し
た。反応結果、75.2gの生成物を得て、この時、合
成したポリ(プロピレンカーボネート-デルタ-ヴァレロ
ラクトン)共重合体の化学組成は66.8%プロピレン
カーボネートと33.2%ヴァレロラクトンであった。
1gを真空状態の100℃で一日乾燥させた。窒素雰囲
気下のとグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させ
たグルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオ
キシド53.1ml(0.759mol)、デルタ-ヴ
ァレロラクトン46.9ml(0.520mol)を入
れた。前記加圧反応器をふたで覆って、この加圧反応器
に二酸化炭素を400psiの圧力になるように注入し
た後、60℃に維持しながら40時間反応させた。反応
終了後、二酸化炭素を除去し、反応混合物に二塩化炭素
を加えて希釈した。触媒を除去するために希釈された反
応混合物を希塩酸溶液で洗い、再び蒸溜水で洗った。触
媒除去後、得られた反応混合物から二塩化炭素を蒸発さ
せ、メタノールで沈殿させて生成物を得た。生成物の重
量を測定して収率を求め、核磁気共鳴スペクトル(NM
R)を使用して共重合体生成物のポリプロピレンカーボ
ネートとポリデルタ-ヴァレロラクトンの量を計算し
た。合成した高分子重合体の分子量は反応の結果、6
7.1gの生成物を得て、この時、合成したポリ(プロ
ピレンカーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)共重合
体の化学組成は29.6%プロピレンカーボネートと7
0.4%ヴァレロラクトンであった。
1gを真空状態で100℃で一日乾燥させた。窒素雰囲
気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させた
グルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオキ
シド43.0ml(0.614mol)、デルタ-ヴァ
レロラクトン57.0ml(0.632mol)を入れ
た。前記加圧反応器をふたで覆って、この加圧反応器に
二酸化炭素を400psiの圧力になるように注入した
後、60℃に維持しながら40時間反応させた。反応終
了後、二酸化炭素を除去し、反応混合物に二塩化炭素を
加えて希釈した。触媒を除去するために希釈された反応
混合物を希塩酸溶液で洗い、再び蒸溜水で洗った。触媒
除去後、得られた反応混合物から二塩化炭素を蒸発さ
せ、メタノールで沈殿させて生成物を得た。生成物の重
量を測定して収率を求め、核磁気共鳴スペクトル(NM
R)を使用して共重合体生成物のポリプロピレンカーボ
ネートとポリデルタ-ヴァレロラクトンの量を計算し
た。反応の結果、39.9gの生成物を得て、この時合
成したポリ(プロピレンカーボネート-デルタ-ヴァレロ
ラクトン)共重合体の化学組成は55.4%プロピレン
カーボネートと44.6%ヴァレロラクトンであった。
1gを真空状態の100℃で一日乾燥させた。窒素雰囲
気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させた
グルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオキ
シド33.5ml(0.479mol)、デルタ-ヴァ
レロラクトン66.5ml(0.737mol)を入れ
た。前記加圧反応器をふたで覆って、この加圧反応器に
二酸化炭素を400psiの圧力になるように注入した
後、60℃に維持しながら40時間反応させた。反応終
了後、二酸化炭素を除去し、反応混合物に二塩化炭素を
加えて希釈した。触媒を除去するために希釈された反応
混合物を希塩酸溶液で洗い、再び蒸溜水で洗った。触媒
除去後、得られた反応混合物から二塩化炭素を蒸発さ
せ、メタノールで沈殿させて生成物を得た。生成物の重
量を測定して収率を求め、核磁気共鳴スペクトル(NM
R)を使用して共重合体生成物のポリプロピレンカーボ
ネートとポリデルタ-ヴァレロラクトンの量を計算し
た。反応の結果、32.5gの生成物を得て、この時合
成したポリ(プロピレンカーボネート-デルタ-ヴァレロ
ラクトン)共重合体の化学組成は20.3%プロピレン
カーボネートと79.7%ヴァレロラクトンであった。
1gを真空状態の100℃で一日乾燥させた。窒素雰囲
気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させた
グルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオキ
シド24.4ml(0.349mol)、デルタ-ヴァ
レロラクトン75.6ml(0.838mol)を入れ
た。前記加圧反応器をふたで覆って、この加圧反応器に
二酸化炭素を400psiの圧力になるように注入した
後、60℃に維持しながら40時間反応させた。反応終
了後、二酸化炭素を除去し、反応混合物に二塩化炭素を
加えて希釈した。触媒を除去するために希釈された反応
混合物を希塩酸溶液で洗い、再び蒸溜水で洗った。触媒
除去後、得られた反応混合物から二塩化炭素を蒸発さ
せ、メタノールで沈殿させて生成物を得た。生成物の重
量を測定して収率を求め、核磁気共鳴スペクトル(NM
R)を使用して共重合体生成物のポリプロピレンカーボ
ネートとポリデルタ-ヴァレロラクトンの量を計算し
た。反応の結果、21.8gの生成物を得て、この時合
成したポリ(プロピレンカーボネート-デルタ-ヴァレロ
ラクトン)共重合体の化学組成は28.3%プロピレン
カーボネートと71.7%ヴァレロラクトンであった。
1gを真空状態の100℃で一日乾燥させた。窒素雰囲
気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させた
グルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにプロピレンオキ
シド100ml(1.430mol)を入れた。前記加
圧反応器をふたで覆って、この加圧反応器に二酸化炭素
を400psiの圧力になるように注入した後、60℃
に維持しながら40時間反応させた。反応終了後、二酸
化炭素を除去し、反応混合物に二塩化炭素を加えて希釈
した。触媒を除去するために希釈された反応混合物を希
塩酸溶液で洗い、再び蒸溜水で洗った。触媒除去後、得
られた反応混合物から二塩化炭素を蒸発させ、メタノー
ルで沈殿させて生成物を得た。生成物の重量を測定して
収率を求め、核磁気共鳴スペクトル(NMR)を使用し
て共重合体生成物のポリプロピレンカーボネートの化学
構造を確認した。反応の結果、50.3gの生成物が得
られ、高分子生成物はポリ(プロピレンカーボネート)
であることが確認された。
1gを真空状態の100℃で一日乾燥させた。窒素雰囲
気下のグローブボックスで加圧反応器に前記乾燥させた
グルタル酸亜鉛触媒1gを入れ、ここにジオキサン溶媒
100mlとデルタ-ヴァレロラクトン100gを入れ
た。前記加圧反応器をふたで覆って、この加圧反応器に
二酸化炭素を400psiの圧力になるように注入した
後、60℃に維持しながら40時間反応させた。反応終
了後、二酸化炭素を除去し、メタノールで沈殿させて生
成物を得ようとしたが、高分子生成物が得られなかっ
た。つまり、二酸化炭素とデルタ-ヴァレロラクトンは
重合反応をしないことが確認された。
法の合成物の収率と合成結果を下表5に示す。
方法ではポリ(プロピレンカーボネート-デルタ-ヴァレ
ロラクトン)共重合体が生成されたが、比較例3の方法
では共重合体ではないポリ(プロピレンカーボネート)
が生成され、比較例4の方法では重合体が全く生成され
なかった。
製造されたポリ(プロピレンカーボネート-デルタ-ヴァ
レロラクトン)共重合体の分子量及び分子量分布をゲル
透過クロマトグラフィを利用して測定し、その結果を下
表6に示す。
方法で製造されたポリ(プロピレンカーボネート-デル
タ-ヴァレロラクトン)共重合体の数平均分子量は約1
4000〜72000であり、重量平均分子量は約70
000〜280000の範囲であった。
方法で製造されたポリ(プロピレンカーボネート-デル
タ-ヴァレロラクトン)共重合体の熱的安定性を熱重量
分析法と示差走査熱量計によって測定した。熱重量分析
法を通じて合成された高分子が1%の重量減少を示す温
度を測定し、示差走査熱量計を通じては10℃/分の加
熱速度でガラス転移温度を測定した。その結果を下表7
に示す。
高分子は21〜41℃のガラス転移温度を有し生物分解
特性を有するので医薬用素材、接着剤などとして多様に
活用が可能である。また、熱分解温度が266℃以下で
あるのでセラミック製造用バインダーなどとして活用が
可能であり、熱分解温度が相対的に低いことによって非
常に環境親和的な高分子素材であることが分かる。
ンカーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)共重合体の
生分解性を知るために酵素による分解実験をした。実施
例6で合成された共重合体を1×1cm大きさのフィル
ム形態に作った後、0.2Mの緩衝溶液(pH=7)の
中でシュウドモナス(PS)リパーゼ酵素と共に37℃
の温度で共重合体の重量減少を調べた。その結果を下表
8に示す。
れたポリ(プロピレンカーボネート-デルタ-ヴァレロラ
クトン)共重合体は酵素による分解性が優れていること
が分かり、経時的に生分解性が増加することが分かる。
原因である二酸化炭素を使用して生分解性ポリ(アルキ
レンカーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)共重合体
を製造することができる。また、本発明のポリ(アルキ
レンカーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)は優れた
加水分解及び生物分解特性を示す共重合体であって、汎
用高分子素材としてはもちろん、医療用高分子素材への
応用と活用が期待される。
Claims (15)
- 【請求項1】デルタ-ヴァレロラクトンまたは下記の化
学式3のラクチドと、二酸化炭素及びアルキレンオキシ
ドの触媒存在下での三元共重合工程を含むアルキレンカ
ーボネートを含む共重合体の製造方法。 【化1】 - 【請求項2】前記アルキレンカーボネートを含む共重合
体が、下記の化学式1のポリ(アルキレンカーボネート
-ラクチド)共重合体である、請求項1に記載のアルキ
レンカーボネートを含む共重合体の製造方法。 【化2】 (前記化学式1で、-O-A-はエチレンオキシド、プロ
ピレンオキシド、1-ブテンオキシド、2−ブテンオキ
シド、1,1-ジメチルエチレンオキシド、シクロペン
テンオキシド、シクロヘキセンオキシド、1-フェニル
エチレンオキシド、1-ビニルエチレンオキシド及び1-
トリフルオロメチルエチレンオキシドからなる群より選
択されるアルキレンオキシドの開環構造(opened alkyl
ene oxide structure)を示し、 xとyとはそれぞれ2,000以下の整数であり、nは
整数で、x及びyとはn=(z-x-y)の関係を有し、
ここで、zは20,000以下の整数である。) - 【請求項3】前記アルキレンカーボネートを含む共重合
体が下記の化学式2のポリ(アルキレンカーボネート-
デルタ-ヴァレロラクトン)共重合体である、請求項1
に記載のアルキレンカーボネートを含む共重合体の製造
方法。 【化3】 (前記化学式で、 -O-A-はエチレンオキシド、プロピレンオキシド、1-
ブテンオキシド、2−ブテンオキシド、1,1-ジメチ
ルエチレンオキシド、シクロペンテンオキシド、シクロ
ヘキセンオキシド、1-フェニルエチレンオキシド、1-
ビニルエチレンオキシド及び1-トリフルオロメチルエ
チレンオキシドからなる群より選択されるアルキレンオ
キシドの開環構造を示し、 xとyはそれぞれ2,000以下の整数であり、nは整
数で、x及びyとはn=(z-x-y)の関係を有し、こ
こでzは20,000以下の整数である。) - 【請求項4】前記触媒はグルタル酸亜鉛であることを特
徴とする、請求項1に記載のアルキレンカーボネートを
含む共重合体の製造方法。 - 【請求項5】前記三元共重合工程で有機溶媒をさらに使
用することを特徴とする、請求項1に記載のアルキレン
カーボネートを含む共重合体の製造方法。 - 【請求項6】前記有機溶媒は1,4-ジオキサン、トル
エン、ベンゼン、メチレンクロライド及びシクロヘキサ
ンからなる群より選択される、請求項5に記載のアルキ
レンカーボネートを含む共重合体の製造方法。 - 【請求項7】下記の化学式1または下記の化学式2で示
されるアルキレンカーボネートを含む共重合体。 【化4】 【化5】 (前記化学式で、-O-A-はエチレンオキシド、プロピ
レンオキシド、2−ブテンオキシド、1-ブテンオキシ
ド、1,1-ジメチルエチレンオキシド、シクロペンテ
ンオキシド、シクロヘキセンオキシド、1-フェニルエ
チレンオキシド、1-ビニルエチレンオキシド及び1-ト
リフルオロメチルエチレンオキシドからなる群より選択
されるアルキレンオキシドの開環構造を示し、 xとyはそれぞれ2,000以下の整数であり、nは整
数で、x及びyとはn=(z-x-y)の関係を有し、こ
こでzは20,000以下の整数である。) - 【請求項8】前記アルキレンカーボネートを含む共重合
体は分子量が1000〜2,000,000である脂肪
族ポリ(アルキレンカーボネート-ラクチド)共重合体
である、請求項7に記載のアルキレンカーボネートを含
む共重合体の共重合体。 - 【請求項9】前記ポリ(アルキレンカーボネート-ラク
チド)は分子量が1000〜2000,000のポリ
(プロピレンカーボネート-ラクチド)共重合体であ
る、請求項8に記載のアルキレンカーボネートを含む共
重合体の共重合体。 - 【請求項10】前記ポリ(アルキレンカーボネート-ラ
クチド)は分子量が1000〜2,000,000のポ
リ(エチレンカーボネート-ラクチド)共重合体であ
る、請求項8に記載のアルキレンカーボネートを含む共
重合体の共重合体。 - 【請求項11】前記ポリ(アルキレンカーボネート-ラ
クチド)は分子量が1000〜2,000,000のポ
リ(シクロヘキセンカーボネート-ラクチド)共重合体
である、請求項8に記載のアルキレンカーボネートを含
む共重合体の共重合体。 - 【請求項12】前記アルキレンカーボネートを含む共重
合体は1000〜2,000,000の分子量を有する
ポリ(アルキレンカーボネート-デルタ-ヴァレロラクト
ン)共重合体である、請求項7に記載のアルキレンカー
ボネートを含む共重合体の共重合体。 - 【請求項13】前記ポリ(アルキレンカーボネート-デ
ルタ-ヴァレロラクトン)共重合体は1000〜2,0
00,000の分子量を有するポリ(プロピレンカーボ
ネート-デルタ-ヴァレロラクトン)共重合体である、請
求項12に記載のアルキレンカーボネートを含む共重合
体の共重合体。 - 【請求項14】前記ポリ(アルキレンカーボネート-デ
ルタ-ヴァレロラクトン)共重合体は1000〜2,0
00,000の分子量を有するポリ(エチレンカーボネ
ート-デルタ-ヴァレロラクトン)共重合体である、請求
項12に記載のアルキレンカーボネートを含む共重合体
の共重合体。 - 【請求項15】前記ポリ(アルキレンカーボネート-デ
ルタ-ヴァレロラクトン)共重合体は1000〜2,0
00,000の分子量を有するポリ(シクロヘキセンカ
ーボネート-デルタ-ヴァレロラクトン)共重合体であ
る、請求項12に記載のアルキレンカーボネートを含む
共重合体の共重合体。
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