JP4295687B2 - 複合体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
前記ケイ素含有重合体は、以下の構造単位(A1)、構造単位(A2)、構造単位(A3)、構造単位(B1)、構造単位(B2)および構造単位(B3)から選ばれる少なくとも1つの構造単位を、前記ケイ素含有重合体の全構造単位に対して30モル%以上含み、前記ケイ素含有重合体の数平均分子量が8,000以上であることを特徴とする。
なお、構造単位(A1)〜(A3)および(B1)〜(B3)は、それぞれ、上記化学式(A1)〜(A3)および(B1)〜(B3)で表される少なくとも1種の構造単位である。
なお、単量体(E)は、上記化学式(E)で表される少なくとも1種の化合物である。
本発明の複合体は、化合物(I)の加水分解縮合物とケイ素含有重合体とを含む複合体である。
[式中、Mはケイ素を示す。Rはアルキル基(炭素数は好ましくは6以下)を示す。Xはハロゲン原子を示す。mはケイ素の原子価に等しい。nは、0以上m以下の整数である。]
以下、複合体の製造方法について説明する。本発明の製造方法によれば、上述した複合体を製造できる。本発明の製造方法で製造された複合体は、本発明の複合体の別の側面を構成する。
濃度が0.25重量%となるようにケイ素含有重合体をテトラヒドロフランに溶解し、GPC(Gel Permeation Chromatography)測定用サンプルとした。GPCの測定は、株式会社島津製作所製のクロマトパックCR−4A(本体)、RID−6A(屈折率検出器)、CIO−6A(カラムオーブン)を用いて行った。カラムは、HSG−4OH(株式会社島津製作所)を用いた。溶離液にはテトラヒドロフランを用い、1.0mL/分の流量で溶離液を流した。カラムオーブンは40℃に設定した。分子量を求めるための検量線は、ポリメチルメタクリレートスタンダード(創和株式会社製のポリメチルメタクリレート標準試料)を用いて作成した。即ち、分子量が既知であるポリメチルメタクリレートをテトラヒドロフランに、濃度が0.5重量%となるように溶解し、GPC測定を行い、溶出時間と分子量との関係を示す検量線を作成した。ケイ素含有重合体のGPCの溶出曲線(溶出時間−溶出量)と検量線とから、ケイ素含有重合体の数平均分子量および重量平均分子量を求めた。さらに分子量分布、即ち、「重量平均分子量/数平均分子量」の値を計算した。
実施例および比較例の複合体からなるおよそ4mm(縦)×4mm(横)×20mm(高さ)の大きさの角柱を作製し、株式会社島津製作所製のオートグラフを用いて3点曲げ強さの測定を行なった。測定は支点間距離を10mmとして、静的な荷重をクロスヘッドスピード1mm/分の速度で負荷を与えることで行なった。破壊または亀裂が生じた時の静的荷重に対する抵抗値と、使用した角柱の断面積とから曲げ強さを算出し、6個の試験体の平均値を曲げ強さの値とした。なお、角柱の断面積は、角柱の縦と横の寸法をノギスで測定して求めた。
実施例および比較例の複合体を砕き、JEOL社製のJNM−DX270を用いてCP−MAS法でケイ素の固体NMRのスペクトルを得た。−150〜30ppmの範囲において重合体に含まれるケイ素の吸収スペクトルを観察することによって、ケイ素含有重合体を構成する構造単位の少なくとも一部が縮合および/または加水分解縮合していることを確認した。
実施例で用いる2−トリエトキシシリル−1,3−ブタジエンを以下の方法で合成した。
以下の方法でケイ素含有重合体を作製した。まず、減圧下で加熱してシュレンク管を乾燥させた。このシュレンク管に、金属カリウム0.2gとナフタレン0.2gとを入れ、高純度アルゴン雰囲気下、10mlのテトラヒドロフランを添加し、室温で10時間程度攪拌した。このカリウムナフタレン溶液を重合開始剤として用いた。
実施例1と同様の方法で得られたケイ素含有重合体1gを、乾燥シクロヘキサン100mlに溶解した。これに、1.5gのパラジウムカーボン(10%担持)を添加し、オートクレーブ中、水素圧80atm、100〜110℃で90時間保持した。反応終了後、残存する触媒を濾過によって除き、溶媒を留去した。このようにして水素添加されたケイ素含有重合体を得た。該重合体の1H−NMRを測定したところ、水素添加前のケイ素含有重合体における主鎖の二重結合炭素に結合したプロトンのピーク強度が大幅に減少していた。該水素添加ケイ素含有重合体に含まれる構造単位は、99%の構造単位(B1)および1%の構造単位(A1)であることが確認された。
水素添加の量を変化させたことを除き、実施例2と同じ方法で水素添加ケイ素含有重合体を得た。すなわち、実施例3では、水素添加の際、0.5gのパラジウムカーボン(10%担持)を添加し、オートクレーブ中、水素圧80atm、100〜110℃で44時間保持した。これ以外は、実施例2と同じ条件で水素添加ケイ素含有重合体を作製した。得られた重合体の1H−NMRを測定したところ、水素添加前のケイ素含有重合体と比較して、主鎖の二重結合炭素に結合したプロトンのピーク強度に減少が見られた。該水素添加ケイ素含有重合体に含まれる構造単位は、52%の構造単位(B1)および48%の構造単位(A1)であることが確認された。
46ミリモルの2−トリエトキシシリル−1,3−ブタジエン(単量体(E))と10mlのテトラヒドロフランに、単量体(E)と2,2’−アゾビスイソブチロニトリルとのモル比が100:1になるように2,2’−アゾビスイソブチロニトリルを添加し、80℃で10時間加熱した。このようにして、ケイ素含有重合体を得た。得られたケイ素含有重合体の1H−NMRを測定したところ、構造単位(A1)に由来したピーク;エトキシシリル基のメチルプロトンに対応するピーク(1.2ppm)、主鎖のメチレンプロトンに対応するピーク(2.3ppm)、エトキシシリル基のメチレンプロトンに対応するピーク(3.8ppm)、主鎖の二重結合炭素に結合したプロトンに対応するピーク(6.2ppm)、が観察された。この結果から、該ケイ素含有重合体はほぼ構造単位(A1)からなることが確認された。
単量体として、2−トリエトキシシリル−1,3−ブタジエン(単量体(E))27.6ミリモルと、メタクリル酸メチル18.4ミリモルとの混合物を用いてケイ素含有重合体(数平均分子量:43,000、重量平均分子量:69,000、分子量分布:1.6)を得たことを除き、実施例1と同様の方法で、複合体からなる塊状体を得た。該塊状体の3点曲げ強さは250MPaであり、良好な結果が得られた。
2000ミリモルのトリメトキシビニルシランを、窒素雰囲気下、還流管を付けたフラスコに加えた。トリメトキシビニルシランは、窒素ガスによってバブリングした。このバブリングは、重合反応を停止するまで続けた。バブリングを開始してから30分後に、130℃に調整された油浴にフラスコを浸漬し、続いて即座に100ミリモルのジクミルパーオキサイド(重合開始剤)を加えて重合を開始した。油浴にフラスコを浸漬してから5分後には、混合物の温度が130℃に達した。重合開始剤を添加してから5時間、混合物を攪拌しながら且つ油浴中において重合反応を続けた。その後、油浴からフラスコを取り出し、フラスコ内の温度を室温まで下げた。フラスコ内の反応生成物に単量体が残存していないことを、ガスクロマトグラフィーによって確認した。このようにして得られた重合体の一部をテトラヒドロフランに溶解し、GPCによって分子量の測定を行なった。その結果、得られたケイ素含有重合体は、数平均分子量が3200、重量平均分子量が6100、分子量分布が1.9であった。このようにして得られた重合体をエタノールに溶解し、固形分濃度が10重量%であるケイ素含有重合体溶液を得た。
Claims (18)
- 化合物(I)の加水分解縮合物とケイ素含有重合体とを含む複合体であって、
前記加水分解縮合物と前記ケイ素含有重合体との重量比が10:90〜60:40の範囲であり、
前記化合物(I)は、ハロゲン原子およびアルコキシ基から選ばれる少なくとも1つの原子団が結合したケイ素を含む少なくとも1種類の化合物であり、
前記ケイ素含有重合体は、以下の構造単位(A1)、構造単位(A2)、構造単位(A3)、構造単位(B1)、構造単位(B2)および構造単位(B3)から選ばれる少なくとも1つの構造単位を、前記ケイ素含有重合体の全構造単位に対して30モル%以上含み、
前記ケイ素含有重合体の数平均分子量が8,000以上であることを特徴とする複合体。
[式中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子および水酸基から選ばれる1つの原子団であり、R1、R2およびR3から選ばれる少なくとも1つの原子団(G)は、アルコキシ基、ハロゲン原子または水酸基である。]
[式中、R4、R5およびR6は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子および水酸基から選ばれる1つの原子団であり、R4、R5およびR6から選ばれる少なくとも1つの原子団(G)は、アルコキシ基、ハロゲン原子または水酸基である。]
[式中、R7、R8およびR9は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子および水酸基から選ばれる1つの原子団であり、R7、R8およびR9から選ばれる少なくとも1つの原子団(G)は、アルコキシ基、ハロゲン原子または水酸基である。]
[式中、R10、R11およびR12は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子および水酸基から選ばれる1つの原子団であり、R10、R11およびR12から選ばれる少なくとも1つの原子団(G)は、アルコキシ基、ハロゲン原子または水酸基である。]
[式中、R13、R14およびR15は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子および水酸基から選ばれる1つの原子団であり、R13、R14およびR15から選ばれる少なくとも1つの原子団(G)は、アルコキシ基、ハロゲン原子または水酸基である。]
[式中、R16、R17およびR18は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子および水酸基から選ばれる1つの原子団であり、R16、R17およびR18から選ばれる少なくとも1つの原子団(G)は、アルコキシ基、ハロゲン原子または水酸基である。] - 前記ケイ素含有重合体の全構造単位に占める前記少なくとも1つの構造単位の割合が、50モル%以上である請求項1に記載の複合体。
- 前記ケイ素含有重合体は、以下の単量体(C)に由来する構造単位、および、以下の単量体(D)に由来する構造単位から選ばれる少なくとも1つの構造単位をさらに含む請求項1または2に記載の複合体。
[式中、R19、R20およびR21はそれぞれ独立にアルキル基である。]
[式中、R22は水素原子またはアルキル基であり、R23はカルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基またはシアノ基である。] - 前記ケイ素含有重合体に含まれる、前記原子団(G)を有する置換シリル基の少なくとも一部が縮合および/または加水分解縮合している請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合体。
- 前記ケイ素含有重合体の数平均分子量が10,000以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合体。
- 前記ケイ素含有重合体は、重量平均分子量/数平均分子量の比が1〜5の範囲にある請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合体。
- 前記化合物(I)は、以下の式で表される化合物である請求項1〜6のいずれか1項に記載の複合体。
M(OR) m-n X n
[式中、Mはケイ素を示す。Rはアルキル基を示す。Xはハロゲン原子を示す。mはケイ素の原子価に等しい。nは、0以上m以下の整数である。] - 請求項1に記載の複合体の製造方法であって、
第1のケイ素含有重合体および第2のケイ素含有重合体から選ばれる少なくとも1種のケイ素含有重合体を得る第1工程と、
化合物(I)、前記化合物(I)の加水分解物、および前記化合物(I)の加水分解縮合物から選ばれる少なくとも1つと、前記少なくとも1種のケイ素含有重合体と、溶媒とを含む混合物を調製する第2工程とを含み、
前記化合物(I)は、ハロゲン原子およびアルコキシ基から選ばれる少なくとも1つの原子団が結合したケイ素を含む少なくとも1種類の化合物であり、
前記第1のケイ素含有重合体は、以下の単量体(E)を含む単量体を重合して得られる重合体であり、
前記第2のケイ素含有重合体は、前記第1のケイ素含有重合体の不飽和結合の少なくとも一部を水素添加して得られる重合体である、複合体の製造方法。
[式中、R24、R25およびR26は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子および水酸基から選ばれる1つの原子団であり、R24、R25およびR26から選ばれる少なくとも1つの原子団(G)は、アルコキシ基、ハロゲン原子または水酸基である。] - 前記第1工程は、前記単量体を重合して前記第1のケイ素含有重合体を得る工程を含む請求項8に記載の、複合体の製造方法。
- 前記単量体に占める前記単量体(E)の割合が、50モル%以上である請求項8または9に記載の、複合体の製造方法。
- 前記第1工程は、前記単量体を重合して前記第1のケイ素含有重合体を得る工程と、前記第1のケイ素含有重合体の不飽和結合の少なくとも一部を水素添加して前記第2のケイ素含有重合体を得る工程とを含む請求項8〜10のいずれか1項に記載の、複合体の製造方法。
- 前記混合物から前記溶媒を除去する工程をさらに含む請求項8〜11のいずれか1項に記載の、複合体の製造方法。
- 前記第1工程は、前記単量体をアニオン重合することによって前記第1のケイ素含有重合体を得る工程を含む請求項8〜12のいずれか1項に記載の、複合体の製造方法。
- 前記単量体は、以下の単量体(C)および以下の単量体(D)から選ばれる少なくとも1つの単量体をさらに含む請求項8〜13のいずれか1項に記載の、複合体の製造方法。
[式中、R19、R20およびR21はそれぞれ独立にアルキル基である。]
[式中、R22は水素原子またはアルキル基であり、R23はカルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シクロアルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基またはシアノ基である。] - 前記化合物(I)は、以下の式で表される化合物である請求項8〜14のいずれか1項に記載の、複合体の製造方法。
M(OR) m-n X n
[式中、Mはケイ素を示す。Rはアルキル基を示す。Xはハロゲン原子を示す。mはケイ素の原子価に等しい。nは、0以上m以下の整数である。] - 請求項8〜15のいずれか1項に記載の製造方法で製造された複合体。
- 請求項1〜7および請求項16のいずれか1項に記載の複合体からなる塊状体。
- 前記複合体の3点曲げ強さが100MPa以上である請求項17に記載の塊状体。
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