JP4231777B2 - 樹枝状熱可塑性エラストマー及びこれを用いた製品 - Google Patents
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Description
a)少なくとも1つのイニマーとルイス酸ハロゲン化物共同開始剤との存在下、約-20℃〜約-100℃の間の温度にてイソオレフィンを重合させ、樹枝状エラストマー枝分かれ高分子を製造する工程、ここで、イニマーは、イソオレフィンのカチオン重合において(共)重合するための少なくとも1つの基及びイソオレフィンのカチオン重合を開始させるための少なくとも1つの基を含むものであり、その後、
b)ブロッキング効率を改善するための有効な電子対ドナーを有する化合物を加え、ポリビニリデンプラスチックブロックを生成させるのに適したモノビニリデンアレーンを加える工程、及び
c)選定された期間が経過した後、前記重合反応を停止させる有効な求核性化合物を加えることで前記重合反応を停止させる工程、ここで、前記選定された期間は、前記樹枝状枝分かれブロック共重合体の少なくとも個々の単位を確実に製造させるのに十分に長い期間である、
を含む方法を提供する。
a)多官能モノマー及びルイス酸ハロゲン化物共同開始剤の存在下、約-20℃〜約-100℃の間の温度にてイソオレフィンを重合させ、エラストマー状の樹枝状枝分かれポリイソオレフィン高分子を製造する工程、ここで、多官能モノマーは次式
で表され、その後、
b)ブロッキング効率を改善するための有効な電子対ドナーを有する化合物を加え、ポリビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックの生成に適切なモノビニリデンアレーンを加える工程、及び
c)選定された期間が経過した後、前記重合反応を停止させる有効な求核性化合物を加えることで前記重合反応を停止させる工程、ここで、前記選定された期間は、前記樹枝状枝分かれブロック共重合体の少なくとも個々の単位を確実に製造させるのに十分に長い期間である、
を含む方法を提供する。
で表され、J.Song, J.Bodis and J.E.Puskas: Direct Functionalization of Polyisobutylene by Living Initiation with α−Methylstyrene Epoxide. J.Polym.Sci., Polym. Chem. 40(8), 1005-1015(2002) において記述されているように、それぞれの枝分かれ点は、ポリスチレンエラストマーブロックに組み込まれた水酸基を有している。非常に有利なことに、これによりゴム状セグメントの親水性が増大し、このことは生物医学的な用途において、非常に重要であり、有益である。
で表される。イソブチレン及び2-メチル-1-ブテンが好ましく、イソブチレンが特に好ましい。
使用したイニマーは表1にまとめてある。表1にまとめた樹枝状ポリイソブチレンは、イニマーとして4-(2-メトキシ)イソプロピルスチレンを用いて製造した。Mbraun Labmaster 130グローブボックス中で窒素雰囲気下、オーバーヘッドスターラーの付いた三口フラスコをメチルシクロヘキサンと塩化メチルの混合物で満たし、FTS Flexi Cool Immersion Coolerを用いて-80℃の温度に冷却した。それからこの溶液に、0.196g(1.024mmol)の2,6-ジ-tert-ブチルピリジン、0.08g(0.968mmol)のN,N-ジメチルアセトアミド、及び5g(0.048mol)のスチレンを加えた。この溶液に、100mlのメチルシクロヘキサン中で一晩かけて溶解した10gのPIB 1を加えたところ、メチルシクロヘキサンと塩化メチルの60/40(w/w)の混合物200ml中のPIB 1の2.5重量%溶液が得られた。反応混合物を徹底的に撹拌し、2.02g(0.011mol)の四塩化チタンを加えることにより重合を開始した。約50分間撹拌した後、予め冷却したメタノールを加えて反応を停止させた。サイズ排除クロマトグラフィーによる分析により、ポリイソブチレン−ポリスチレンのブロック共重合体に加えて、かなりの量のホモポリスチレンが存在することが明らかになり、全生成物をメチルエチルケトンで3回洗浄し、それから乾燥する必要が生じた。1H NMR分光学分析により、ブロック共重合体におけるポリスチレンの量は9.4重量%であることが明らかになった。多角レーザー光散乱と組み合わせたサイズ排除クロマトグラフィーによる計測によれば、ブロック共重合体PIB 1-PStyのMnは、595,400 g/molであり、Mw/Mnは1.3であった。
実施例1と同様の方法で本実施例を行った。-80℃の温度に保たれたメチルシクロヘキサンと塩化メチルの混合物に、0.051g(0.267mmol)の2,6-ジ-tert-ブチルピリジン、0.12g(1.377mmol)のN,N-ジメチルアセトアミド、及び2.5g(0.024mol)のスチレンを加えた。この溶液に、50mlのメチルシクロヘキサンに一晩かけて溶解した5gのPIB 2を加えたところ、メチルシクロヘキサンと塩化メチルの60/40(w/w)の混合物100ml中のPIB 2の2.5重量%溶液が得られた。反応混合物を徹底的に撹拌し、3.8g(0.020mol)の四塩化チタンを加えて重合を開始させた。約60分間撹拌した後、予め冷却したメタノールを加えて反応を停止させた。サイズ排除クロマトグラフィーによる分析により、ブロック共重合体以外には、ほとんどポリスチレンが存在しないことが明らかになった。1H NMR分光学分析により、ブロック共重合体に存在するポリスチレンの量は、16.4重量%であることが示された。多角レーザー光散乱と組み合わせたサイズ排除クロマトグラフィーによる計測によれば、ブロック共重合体PIB 2-PStyのMnは543,400 g/molであり、Mw/Mnは2.6であった。
高度に枝分かれしたブロック共重合体であるPIB 1-PSty及びPIB 2-PStyの物理的特徴付けは、試料(厚さ〜8mm)を210℃で3分間、電気的に加熱した水圧プレスで10MPaの圧力で圧縮成型して行った。圧力を加えるのに先立ち、試料を5分間予め加熱した。結果は表2に示してある。
実施例1と同様の方法で本実施例を行った。5gのPIB 2を128mlのメチルシクロヘキサンに溶解し、溶液を-80℃に冷却した。それからこの溶液に、50mlの塩化メチル、0.196g(1.02mmol)の2,6-ジ-tert-ブチルピリジン、0.084g(0.968mmol)のN,N-ジメチルアセトアミド、及び6.06g(0.032mol)の四塩化チタンを加えた。それから5g(0.048mol)のスチレンを加えて重合を開始し、16時間重合を進行させ、この時点でメタノールを加えて重合を停止させた。その結果得られたブロック共重合体のPIB 2-PSty 3をメチルエチルケトンで抽出し、乾燥した。ブロック共重合体の1H NMR分光分析により、34重量%のポリスチレンが含まれることが示された。多角レーザー光散乱と組み合わせたサイズ排除クロマトグラフィーによる計測によると、最終生成物のMnは585,405 g/molであり、Mw/Mnは2.7であった。
実施例1と同様の方法でこの反応を行った。5gの量のPIB 2を167mlのメチルシクロヘキサンに溶解し、溶液を-80℃に冷却した。それからこの溶液に、101mlの塩化メチル、0.15g(0.8mmol)のジ-tert-ブチルピリジン、0.07g(0.806mmol)のN,N-ジメチルアセトアミド、及び31.2g(0.300mol)のスチレンを加えた。9.11g(0.048mol)の四塩化チタンを加えて重合を開始させた。反応を8時間進行させ、それからメタノールを加えて停止させた。その結果得られたブロック共重合体のPIB 2-PSty 4をメチルエチルケトンで抽出し、乾燥した。ブロック共重合体の1H NMR分光分析により、ブロック共重合体には31重量%のスチレンが含まれることが示された。最終生成物のMnは560,000 g/molであり、Mw/Mnは2.3であった。実施例3及び4で得られた生成物は、出発物質であるPIB 2のようなエラストマー状ではなかったが、架橋したゴムのように伸びる非常に強固で強靭な材料であり、応力から開放されるとその形状を復元した。表2にまとめた物理特性からこのことは明らかである。
実施例1と同様の方法でこの反応を行った。5gの量のPIB 2を167mlのメチルシクロヘキサンに溶解し、溶液を-80℃に冷却した。それからこの溶液に、101mlの塩化メチル、0.290g(1.514mmol)のジ-tert-ブチルピリジン、0.131g(1.506mmol)のN,N-ジメチルアセトアミド、及び31.2g(0.300mol)のスチレンを加えた。9.11g(0.048mol)の四塩化チタンを加えて重合を開始させた。反応を8時間進行させ、それからメタノールを加えて停止した。その結果得られたブロック共重合体のPIB 2-PSty 5 をメチルエチルケトンで抽出し、乾燥した。ブロック共重合体の1H NMR分光分析により、ブロック共重合体に27重量%のスチレンが含まれることが示された。最終生成物のMnは530,000 g/molであり、Mw/Mnは2.3であった。
この参考例は、エポキシによる開始によりPIB鎖に水酸基が導入されることを実証するためのものである。2.1 mol/Lのイソブチレン(IB)モノマー、0.019 mol/Lの2-メチル-2-フェニル-オキシランあるいはα-メチルスチレンエポキシド(MSE)開始剤、0.007 mol/Lの2,6-ジ-(tert-ブチル)-ピリジンのプロトントラップ、及びメチルシクロヘキサン/塩化メチルの60/40(体積比)の溶媒混合物を含む100mlの全反応容積で、グローブボックス中の乾燥した窒素下にある反応容器を満たし、-60℃に冷却した。0.064 mol/Lの予め冷却したTiCl4を加えて反応を開始させた。10分後に予め冷却したメタノールを加えて反応を停止させた。2.4gの高分子を回収した。高分子の分子量はMn=4346 g/molであり、Mw/Mn=1.07であった。校正曲線を作るために、2-フェニルプロパノールを用いたFTIRにより水酸基の官能性を決定した。官能性Fn=1.1と見出された。水酸基は25で記述したようにトリメチルクロロシランと反応させ、官能性は1H NMRにより決定した。Fn=1.03と見出された。
Claims (48)
- 次式
で表されるイソオレフィン単位を含むポリイソオレフィンと、
芳香環上で C 1 〜 C 4 のアルキル基もしくはアルコキシ基、または塩素もしくは臭素原子により置換されていてもよい C 8 〜 C 12 のモノビニリデンアレーンからなる群から選ばれるモノビニリデンアレーン単位を含むポリモノビニリデンアレーンと、
からなる、熱可塑性エラストマー特性を有する樹枝状枝分かれブロック共重合体であって、
5 〜 60 の枝分かれ頻度を有する高度に枝分かれしたエラストマーポリイソオレフィン高分子ブロックを含み、
前記樹枝状ポリイソオレフィン高分子ブロックの数平均分子量が、 10,000 〜 2,500,000 であり、
前記樹枝状ポリイソオレフィン高分子ブロックの枝がポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックで終結しており、
前記ポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックの全重量%が、 5 〜 50 重量%である、
前記樹枝状枝分かれブロック共重合体。 - 前記ポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックが、スチレンプラスチック末端ブロックである請求項1に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- イソオレフィンがイソブチレン及び2-メチル-1-ブテンからなる群から選ばれる請求項1または2に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- イソオレフィンがイソブチレンである請求項3に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- モノビニリデンアレーンが、スチレン、p-メチルスチレン、p-ジ-tert-ブチルスチレン、p-メトキシスチレン、p-クロロスチレン、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項1に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- モノビニリデンアレーンがスチレンである請求項5に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- 樹枝状ポリイソオレフィン高分子ブロックが、 8 〜 35の枝分かれ頻度を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- 樹枝状ポリイソオレフィン高分子ブロックの数平均分子量が、 15,000 〜 2,000,000である請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- 樹枝状ポリイソオレフィン高分子ブロックの分子量分布(MWD)が、1<MWD≦20の範囲である請求項1〜8のいずれか1項に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- 高度に枝分かれしたポリイソオレフィンブロックの分子量分布が、 1.2 〜 2.8である請求項9に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- ポリイソオレフィンがポリイソブチレンであり、ポリモノビニリデンアレーンがポリスチレンである、請求項1に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- 前記樹枝状ポリイソブチレン高分子ブロックが、 8 〜 35の枝分かれ頻度を有する請求項11に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- 樹枝状ポリイソブチレンの分子量分布が、 1.1 〜 20である請求項11に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体。
- 樹枝状枝分かれブロック共重合体が第一の樹枝状枝分かれブロック共重合体であり、互いに連結された少なくとも2つの樹枝状枝分かれブロック共重合体を含む請求項1に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体であって、前記した少なくとも2つの樹枝状枝分かれブロック共重合体のうちの1つにある前記ポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックの少なくとも1つが、前記した少なくとも2つの樹枝状枝分かれブロック共重合体のうちの他のものにある1つのポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックに化学的に結合しているブロック共重合体。
- 樹枝状ポリイソオレフィン高分子ブロックを含み、かつ前記樹枝状ポリイソオレフィン高分子ブロックの枝がポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックで終結している、ポリイソオレフィン及びポリモノビニリデンアレーンからなる熱可塑性エラストマー特性を有する樹枝状枝分かれブロック共重合体の製造方法であって、
a)少なくとも1種のイニマーとルイス酸ハロゲン化物共同開始剤との存在下、 -20 ℃〜 -100 ℃の温度にてイソオレフィンを重合させ、5 〜 60 の枝分かれ頻度を有する高度に枝分かれしたエラストマー高分子を製造する工程、ここで、イニマーは、イソオレフィンのカチオン重合において重合するためのビニル基と、イソオレフィンのカチオン重合を開始させるための3級エーテル、3級塩化物、3級メトキシ基、3級エステル及びオキシラン環からなる群から選ばれる開始剤基とを含むものであり、イソオレフィンは、次式
で表され、その後、
b)ブロッキング効率を改善するための電子対ドナーを有する化合物を加え、ポリビニリデンプラスチックブロックを生成させるためのモノビニリデンアレーンを加える工程、、ここで、電子対ドナーを有する化合物は、酢酸エチル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド及びジメチルスルホキシド、並びに単独重合を減らすためのプロトントラップとして機能する部分を含む 2,6- ジ -tert- ブチルピリジン、 4- メチル -2,6- ジ -tert- ブチルピリジン、ジイソプロピルエチルアミン、ピリジン及び 2,6- ジメチルピリジンからなる群から選ばれ、モノビニリデンアレーンは、芳香環上で C 1 〜 C 4 のアルキル基もしくはアルコキシ基、または塩素もしくは臭素原子により置換されていてもよい C 8 〜 C 12 のモノビニリデンアレーンからなる群から選ばれ、及び
c)選定された期間が経過した後、前記重合反応を停止させる求核性化合物を加えることで前記重合反応を停止させる工程、ここで、前記選定された期間は、前記樹枝状ポリイソオレフィン高分子ブロックの枝がポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックで終結している前記樹枝状枝分かれブロック共重合体の少なくとも個々の単位を確実に製造させるのに十分に長い期間であり、求核性化合物は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、及び水からなる群から選ばれる、
を含む方法。 - 前記選定された期間が、複数の樹枝状枝分かれブロック共重合体が互いに結合するように十分に長い期間であり、ここで、1つの樹枝状枝分かれブロック共重合体にある前記ポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックの少なくとも1つが、別の樹枝状枝分かれブロック共重合体にある1つのポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックに化学的に結合される、請求項15に記載の方法。
- 重合して、高度に枝分かれしたポリイソオレフィンの枝に末端ブロックを形成するポリビニリデンブロックを形成する前記モノビニリデンアレーンが、スチレン、p-メチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-クロロスチレン、インデン、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項15または16に記載の方法。
- イソオレフィンが、イソブチレン及び2-メチル-1-ブテンからなる群から選ばれる請求項15〜17のいずれか1項に記載の方法。
- イソオレフィンが、イソブチレンである請求項18に記載の方法。
- 前記した少なくとも1種のイニマーが、4-(2-ヒドロキシイソプロピル)スチレン;4-(2-メトキシイソプロピル)スチレン;4-(2-クロロイソプロピル)スチレン;4-(2-アセトキシイソプロピル)スチレン;2,3,5,6-テトラメチル-4-(2-ヒドロキシイソプロピル)スチレン;3-(2-メトキシイソプロピル)スチレン;4-(エポキシイソプロピル)スチレン;4,4,6-トリメチル-6-ヒドロキシ-1-ヘプテン;4,4,6-トリメチル-6-クロロ-1-ヘプテン;4,4,6-トリメチル-6,7-エポキシ-1-ヘプテン;4,4,6,6,8-ペンタメチル-8-ヒドロキシ-1-ノネン;4,4,6,6,8-ペンタメチル-8-クロロ-1-ノネン;4,4,6,6,8-ペンタメチル-8,9-エポキシ-1-ノネン;3,3,5-トリメチル-5-ヒドロキシ-1-ヘキセン;3,3,5-トリメチル-5-クロロ-1-ヘキセン;3,3,5-トリメチル-5,6-エポキシ-1-ヘキセン;3,3,5,5,7-ペンタメチル-7-ヒドロキシ-1-オクテン;3,3,5,5,7-ペンタメチル-7-クロロ-1-オクテン;3,3,5,5,7-ペンタメチル-7,8-エポキシ-1-オクテンからなる群から選ばれる請求項15〜19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記した少なくとも1種のイニマーが、4-(2-ヒドロキシ-イソプロピル)スチレン及び4-(2-メトキシ-イソプロピル)スチレンからなる群から選ばれる請求項20に記載の方法。
- 前記ルイス酸ハロゲン化物共同開始剤が、三塩化ホウ素、三塩化アルミニウム、及び四塩化チタンからなる群から選ばれる請求項15〜21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ルイス酸ハロゲン化物共同開始剤が、四塩化チタンである請求項35に記載の方法。
- 前記した少なくとも1種のイニマーが、式A-R1-B(式中、R1は脂肪族及び芳香族基であってよく、Aはカチオン性条件下で重合し得るビニル基であり、Bはオキシラン環であり、その結果、ポリイソオレフィンエラストマーブロックの各枝分かれ点が、それに結合した水酸基を含む)で表される化合物である、請求項15に記載の方法。
- イソオレフィンを、1種以上の不活性な有機溶媒の存在下で重合させる請求項15に記載の方法。
- 1種以上の不活性な有機溶媒が、非極性有機溶媒と極性有機溶媒の混合物である請求項25に記載の方法。
- 前記非極性有機溶媒が、ヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロペンタン、及びシクロヘキサンからなる群から選ばれる請求項26に記載の方法。
- 前記極性有機溶媒が、塩化n-ブチル、塩化エチル、塩化メチル、及び塩化メチレンからなる群から選ばれる請求項26に記載の方法。
- 1種以上の不活性な有機溶媒が、メチルシクロヘキサンと塩化メチルの混合物である請求項26に記載の方法。
- 前記した非極性有機溶媒と極性有機溶媒の混合物において、重量基準での非極性溶媒と極性溶媒の比率が、 80:20〜 40:60 である請求項26に記載の方法。
- 重量基準での非極性溶媒と極性溶媒の比率が、 60:40である請求項30に記載の方法。
- モル基準での共同開始剤とモノビニリデンアレーンの比率が、 1:1〜 1:30 である請求項31に記載の方法。
- モル基準での共同開始剤とモノビニリデンアレーンの比率が、 1:10〜 1:20である請求項32に記載の方法。
- 前記選定された期間が、複数の樹枝状枝分かれブロック共重合体が互いに結合するように十分に長い期間であり、ここで、1つの樹枝状枝分かれブロック共重合体にある前記ポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックの少なくとも1つが、別の樹枝状枝分かれブロック共重合体にある1つのポリモノビニリデンアレーンプラスチック末端ブロックに化学的に結合される、請求項34に記載の方法。
- 前記ルイス酸ハロゲン化物共同開始剤が、三塩化ホウ素、三塩化アルミニウム、及び四塩化チタンからなる群から選ばれる請求項34または35に記載の方法。
- 前記ルイス酸ハロゲン化物共同開始剤が、四塩化チタンである請求項34または35に記載の方法。
- イソオレフィンが、イソブチレン及び2-メチル-1-ブテンからなる群から選ばれる請求項34に記載の方法。
- イソオレフィンがイソブチレンである請求項38に記載の方法。
- イソオレフィンを、1種以上の不活性な有機溶媒の存在下で重合させる請求項34、35、38または39に記載の方法。
- 1種以上の不活性な有機溶媒が、非極性有機溶媒と極性有機溶媒の混合物である請求項40に記載の方法。
- 前記非極性有機溶媒が、メチルシクロヘキサン及びシクロヘキサンからなる群から選ばれる請求項41に記載の方法。
- 前記極性有機溶媒が、塩化エチル、塩化メチル、及び塩化メチレンからなる群から選ばれる請求項41に記載の方法。
- 1種以上の不活性な有機溶媒が、メチルシクロヘキサンと塩化メチルの混合物である請求項40に記載の方法。
- 前記非極性有機溶媒と極性有機溶媒の混合物において、重量基準での非極性溶媒と極性溶媒の比率が、 80:20〜 40:60である請求項41に記載の方法。
- 重量基準での非極性溶媒と極性溶媒の比率が、 60:40である請求項45に記載の方法。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の樹枝状枝分かれブロック共重合体から形成された移植可能な人工器官またはインプラントを含む非生物分解性の製品。
- 前記製品が、in vivo移植のための管腔内(endoluminal)装置または血管装置として構築されている請求項47に記載の製品。
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