JP4278911B2 - 重合性ゲル化剤とそれを用いて得られるゲル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は新規な重合性ゲル化剤に関し、詳しくは、液状有機物質と混合し、重合させることによって、その液状有機物質を耐熱性にすぐれるオルガノゲルにすることができる重合性ゲル化剤に関する。更に、本発明は、このようにして得られるオルガノゲルに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、水をゲル化させるゲル化剤としては、例えば、寒天、ゼラチン等、従来より種々のものが知られており、また、種々の用途において実用化されている。しかし、液状有機物質をゲル化させるゲル化剤については、従来、食用油を固化させるための12−ヒドロキシステアリン酸からなるゲル化剤が実用化されている以外は、殆ど知られておらず、しかも、従来、知られているそのようなゲル化剤は、低分子量有機化合物からなり、水素結合やファン・デル・ワールス力のような弱い結合によって形成されるマトリックス中に液状有機物質を保持して、オルガノゲルを形成するものであるので、そのようなゲルは、加熱されたとき、再び、流動化して容易にゲル性を失う。
【0003】
しかし、今後、オルガノゲルは、化学センサにおける機能性物質の支持体や生体触媒固定化ゲル等への応用が期待されており、耐熱性にすぐれたオルガノゲルを形成するゲル化剤の開発が強く要望されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような要望に応えるためになされたものであって、液状有機物質と混合し、重合させることによって、その液状有機物質を耐熱性にすぐれるゲルにすることができる重合性ゲル化剤を提供することを目的とする。更に、本発明は、そのような重合性ゲル化剤を用いて得られるゲルとそのようなゲルの製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、一般式(I)
【0006】
【化4】
【0007】
(式中、Rは2価の有機基を示し、R1 は水素原子又はメチル基を示す。)
で表される二官能性(メタ)アクリレートからなる重合性ゲル化剤が提供される。
【0008】
更に、本発明によれば、上記重合性ゲル化剤を重合させてなる架橋ポリマーからなるマトリックス中に液状有機物質が保持されてなるゲルが提供される。
【0009】
また、本発明によれば、上記重合性ゲル化剤を液状有機物質と混合し、重合させることを特徴とするゲルの製造方法が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明による重合性ゲル化剤は、一般式(I)
【0011】
【化5】
【0012】
(式中、Rは2価の有機基を示し、R1 は水素原子又はメチル基を示す。)
で表される(メタ)アクリレートからなる。
【0013】
本発明において、(メタ)アクリレートは、アクリレート又はメタクリレートを意味するものとし、また、(メタ)アクリロイルは、アクリロイル又はメタクリロイルを意味するものとする。
【0014】
このような重合性ゲル化剤は、一般式(IV)
【0015】
【化6】
【0016】
(式中、Rは上記と同じである。)
で表されるジアミンを反応溶剤中、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネートと反応させることによって得ることができる。従って、本発明による重合性ゲル化剤及び上記ジアミンにおいて、2価の有機基Rは、その製造のための原料として用いたジアミンの残基(即ち、ジアミンから2つのアミノ基を除いた基)である。
【0017】
従って、本発明によれば、上記2価の有機基又はジアミン残基は、特に限定されるものではないが、好ましい具体例として、例えば、
(a)アルキレン基、
(b)一般式(II)
【0018】
【化7】
【0019】
(式中、R2 はアルキル基を示し、R3 及びR4 はそれぞれ独立にアルキレン基を示す。)
で表される2価基、
(c)キシリレン基、又は
(d)一般式(III)
【0020】
【化8】
【0021】
で表される2価基等を挙げることができる。
【0022】
このような有機基のうち、上記アルキレン基(a)は、好ましくは、炭素原子数2〜40の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基であり、例えば、エチレン基、プロピレン基、ヘキサメチレン基、ドデカメチレン基等を挙げることができる。上記一般式(II)で表される2価基において、アルキル基R2 は炭素原子数1〜10の範囲にあることが好ましく、また、アルキレン基R3 とR4 も炭素原子数1〜10の範囲にあることが好ましい。従って、上記一般式(II)で表される2価基の好ましい具体例として、例えば、R1 がメチル基であり、R2 とR3 がそれぞれトリメチレン基であるものを挙げることができる。
【0023】
キシリレン基としては、o−、m−又はp−キシリレン基を挙げることができるが、特に、m−キシリレン基が好ましい。また、一般式(III)で表される2価基としては、例えば、
【0024】
【化9】
【0025】
を挙げることができるが、なかでも、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンから導かれるジアミン残基が好ましい。
【0026】
本発明によるゲルは、上述したような重合性ゲル化剤を重合させてなるポリマーからなるマトリックス中に液状有機物質が保持されてなり、このようなゲルは、本発明によれば、上述したような重合性ゲル化剤を液状有機物質と混合し、重合性ゲル化剤を重合させることによって得ることができる。
【0027】
上記液状有機物質とは、室温(25℃)で液体である有機物質をいい、例えば、テトラヒドロフラン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、ピリジン、N−メチル−2−ピロリドン、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、メタノール、エタノール等のような所謂溶媒類、ケロシン、ガソリン、重油等の液体燃料、オリーブ油、コーン油、ヒマシ油等の油類、潤滑油等を挙げることができるが、しかし、これらに限定されるものではない。
【0028】
本発明による重合性ゲル化剤は、液状有機物質100重量部に対して、通常、0.1〜20重量部、好ましくは、0.2〜10重量部の範囲で用いられる。重合性ゲル化剤は、単独で用いてもよく、また、2種以上を併用してもよい。
【0029】
本発明による重合性ゲル化剤を用いて、液状有機物質をゲル化するには、液状有機物質をゲル化剤と混合し、溶液とし、更に、これにラジカル重合開始剤を加えた後、加熱して、重合性ゲル化剤を重合させて、架橋ポリマーを形成させればよい。このようなゲルの製造において、ゲル化剤は、一部が液状有機物質に溶解せず、懸濁していてもよい。
【0030】
上記ラジカル重合開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等の過酸化物系開始剤や、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系開始剤のような従来より知られている開始剤が適宜に用いられる。このような重合開始剤は、重合性ゲル化剤100重量部に対して、筒、0.01〜10重量部、好ましくは、0.1〜3重量部の範囲で用いられる。
【0031】
しかし、本発明によれば、重合性ゲル化剤を重合させる手段は、特に、限定されるものではなく、液状有機物質とゲル化剤との混合物に、必要に応じて、ベンゾフェノン、エチルアントラキノン等の光重合開始剤(増感剤)を加え、溶液とした後、これに紫外線を照射することによって、ゲルを形成させることができる。また、電子線のような活性放射線を照射することによっても、重合性ゲル化剤を重合させて、ゲルを形成させることができる。更に、必要に応じて、電子線やX線の照射によっても、ゲルを形成させることができる。
【0032】
このようにして得られるゲルは、塊状、板状、多孔質体や不織布等に含浸した状態で、又は必要に応じて、これを破砕して、粉末や粒子とすることもできるので、そのような形状のものとして、種々の用途に供することができる。
【0033】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【0034】
参考例1
エチレンジアミン25.2gをトルエン700mLに溶解させ、加熱して、水分をトルエンとの共沸物として除去した。得られた溶液を室温まで冷却した後、これに攪拌下、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート4.8gを10分間かけて滴下し、その後、室温で2時間攪拌して、反応を行った。析出した反応生成物を濾取し、これをメタノールとトルエンとの混合溶剤から晶析させて、次式(1)で表される二官能性メタクリレートを得た。
【0035】
質量分析による分子量(ESI法):(M+H)+ =371
プロトンNMRスペクトル(400MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0036】
【化10】
【0037】
【表1】
【0038】
13C−NMRスペクトル(100MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0039】
【化11】
【0040】
【表2】
【0041】
参考例2
ヘキサメチレンジアミン30.3gをトルエン1Lに溶解させ、加熱して、水分をトルエンとの共沸物として除去した。得られた溶液を室温まで冷却した後、これに攪拌下、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート84.9gを10分間かけて滴下し、その後、室温で2時間攪拌して、反応を行った。析出した反応生成物を濾取し、これをメタノールとトルエンとの混合溶剤から晶析させて、次式(2)で表される二官能性メタクリレートを得た。
【0042】
質量分析による分子量(ESI法):(M+H)+ =427
プロトンNMRスペクトル(400MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0043】
【化12】
【0044】
【表3】
【0045】
13C−NMRスペクトル(100MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0046】
【化13】
【0047】
【表4】
【0048】
参考例3
メチルイミノビス(プロピルアミン)34.3gをトルエン200mLに溶解させ、加熱して、水分をトルエンとの共沸物として除去した。得られた溶液を室温まで冷却した後、これに攪拌下、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート15.7gを10分間かけて滴下し、その後、室温で2時間攪拌して、反応を行った。析出した反応生成物を濾取し、これをメタノールとトルエンとの混合溶剤から晶析させて、次式(3)で表される二官能性メタクリレートを得た。
【0049】
質量分析による分子量(ESI法):(M+H)+ =456
プロトンNMRスペクトル(400MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0050】
【化14】
【0051】
【表5】
【0052】
13C−NMRスペクトル(100MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0053】
【化15】
【0054】
【表6】
【0055】
参考例4
m−キシリレンジアミン17.1gをトルエン1Lに溶解させ、加熱して、水分をトルエンとの共沸物として除去した。得られた溶液を室温まで冷却した後、これに攪拌下、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート40.8gを10分間かけて滴下し、その後、室温で3時間攪拌して、反応を行った。析出した反応生成物を濾取し、これをメタノールとトルエンとの混合溶剤から晶析させて、次式(4)で表される二官能性メタクリレートを得た。
【0056】
質量分析による分子量(ESI法):(M+H)+ =447
プロトンNMRスペクトル(400MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0057】
【化16】
【0058】
【表7】
【0059】
13C−NMRスペクトル(100MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0060】
【化17】
【0061】
【表8】
【0062】
参考例5
1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン9.0gをトルエン1Lに溶解させ、加熱して、水分をトルエンとの共沸物として除去した。得られた溶液を室温まで冷却した後、これに攪拌下、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート25.8gを30分間かけて滴下し、その後、室温で3時間攪拌して、反応を行った。析出した反応生成物を濾取し、これをメタノールとトルエンとの混合溶剤から晶析させて、次式(5)で表される二官能性メタクリレートを得た。
【0063】
質量分析による分子量(ESI法):(M+H)+ =453
プロトンNMRスペクトル(400MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0064】
【化18】
【0065】
【表9】
【0066】
13C−NMRスペクトル(100MHz、溶媒 重酢酸、δ(ppm)):
【0067】
【化19】
【0068】
【表10】
【0069】
参考例6
1,12−ドデカンジアミン10.5gをトルエン500mLに溶解させ、加熱して、水分をトルエンとの共沸物として除去した。得られた溶液を室温まで冷却した後、これに攪拌下、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート17.1gを10分間かけて滴下し、その後、室温で3時間攪拌して、反応を行った。析出した反応生成物を濾取し、これをメタノールとトルエンとの混合溶剤から晶析させて、次式(6)で表される二官能性メタクリレートを得た。
【0070】
質量分析による分子量(ESI法):(M+H)+ =511
プロトンNMRスペクトル(400MHz、溶媒 重ジメチルスルホキシド、δ(ppm)):
【0071】
【化20】
【0072】
【表11】
【0073】
13C−NMRスペクトル(100MHz、溶媒 重ジメチルスルホキシド、δ(ppm)):
【0074】
【化21】
【0075】
【表12】
【0076】
参考例7
1,2−プロパンジアミン14.9gをトルエン500mLに溶解させ、加熱して、水分をトルエンとの共沸物として除去した。得られた溶液を室温まで冷却した後、これに攪拌下、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート65.4gを10分間かけて滴下し、その後、室温で3時間攪拌して、反応を行った。析出した反応生成物を濾取し、これをメタノールとトルエンとの混合溶剤から晶析させて、次式(7)で表される二官能性メタクリレートを得た。
【0077】
質量分析による分子量(ESI法):(M+H)+ =385
プロトンNMRスペクトル(400MHz、溶媒 重ジメチルスルホキシド、δ(ppm)):
【0078】
【化22】
【0079】
【表13】
【0080】
13C−NMRスペクトル(100MHz、溶媒 重ジメチルスルホキシド、δ(ppm)):
【0081】
【化23】
【0082】
【表14】
【0083】
実施例1〜7
参考例1〜7で得られた二官能性メタクリレート5.0gをそれぞれγ−ブチロラクトン95.0gに加え、80℃に加熱しながら、15分間攪拌した。これに更に過酸化ベンゾイル0.05gを加え、室温で1時間攪拌した後、窒素雰囲気下に80℃に1時間加熱して、ゲルを得た。このゲルを密閉容器に入れて、150℃で1時間加熱したが、ゲルはそのままであった。
【0084】
比較例1
12−ヒドロキシステアリン酸5.0gをγ−ブチロラクトン95.0gに加え、80℃に加熱しながら、15分間攪拌した後、室温に冷却して、白色のゲルを得た。このようにして得られたゲルを密閉容器に入れて、150℃に加熱したところ、5分後に溶液に戻った。
【0085】
比較例2
市販のゲル化剤であるトリベンジリデンソルビトールをγ−ブチロラクトン95.0gに加え、80℃に加熱しながら、15分間攪拌した後、室温に冷却すると、白色のゲルを得た。このようにして得られたゲルを密閉容器に入れて、150℃に加熱したところ、5分後に溶液に戻った。
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