JP4810813B2 - 架橋重合体およびその製造方法 - Google Patents

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本発明は、環状カーボナート構造を有する環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位を開環架橋して得られる架橋重合体およびその製造方法に関するものである。
一般に、単量体を重合させたとき或いは架橋性樹脂を架橋させたときには、得られる重合体または架橋体の体積が当該単量体または架橋性樹脂の体積より小さくなること、すなわち体積収縮が生じることが知られている。具体的な例を示すと、例えばアクリロニトリルでは31%、酢酸ビニルでは21%、スチレンでは15%、メチルメタクリレートでは21%、エチレンオキサイドでは23%、プロピレンオキサイドでは17%、エポキシ樹脂では12%の体積収縮が生じる。そして、単量体の重合時または架橋性樹脂の架橋時に体積収縮が生じると、得られる重合体または架橋体には、体積収縮による歪みが発生するため、得られる製品にクラックや反りなどが生じ、或いは、接着強度の低下、成型精度の低下、その他の物性低下が生じる原因となる。
一方、最近において、環状カーボナート構造を有する化合物は、これを開環重合または開環架橋したときに体積膨張が生じるものであることが見出され、このような環状カーボナート構造を有する化合物を用いた種々の重合体または架橋重合体が提案されている(例えば特許文献1乃至特許文献4参照。)。
特開平9−278874号公報 特開平10−273527号公報 特開平10−152551号公報 特開平11−116565号公報
本発明の目的は、架橋反応による体積収縮がないまたは小さい新規な架橋重合体およびその製造方法を提供することにある。
本発明の架橋重合体は、下記化学式(1)で表される構造単位を繰り返し単位として有する環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位が開環架橋されてなることを特徴とする。
Figure 0004810813
本発明の架橋重合体の製造方法は、上記の環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位を開環架橋反応させる工程を有することを特徴とする。
本発明の架橋重合体の製造方法においては、開環架橋の開始剤として、CH3 OTfまたはSc(OTf)3 からなるカチオン系開始剤を用いることが好ましい。
上記の環状オレフィン系開環重合体は、下記化学式(3)で表される環状オレフィン化合物を含む単量体を、開環重合触媒として下記化学式(5)で表されるルテニウム触媒を用いて開環重合することによって得ることができる。
Figure 0004810813
Figure 0004810813
本発明の架橋重合体は、特定の環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位が開環架橋されてなるため、架橋反応による体積収縮がないまたは小さいものである。
本発明の架橋重合体の製造方法によれば、上記の環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位を開環架橋するため、架橋反応による体積収縮がないまたは小さい架橋重合体を確実に製造することができる。
本発明に用いられる環状オレフィン系開環重合体は、環状カーボナート部位を有する繰り返し単位により形成されているため、それ自体が重合による体積収縮のないまたは小さいものである。そして、この環状オレフィン系開環重合体によれば、環状カーボナート部位を開環架橋することにより、架橋反応による体積収縮がないまたは小さい架橋重合体を得ることができる。
〔環状オレフィン系開環重合体〕
本発明において用いられる環状オレフィン系開環重合体は、上記化学式(1)で表される構造単位(以下、「特定の構造単位(1)」という。)を繰り返し単位として有するものである。この特定の構造単位(1)は、環状カーボナート部位を有するものである。
本発明において用いられる環状オレフィン系開環重合体においては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって測定される、ポリスチレン換算数平均分子量(以下、単に「数平均分子量」という。)Mnが1.0×103 〜1.0×106 であることが好ましく、分子量分布(Mw/Mn)が1〜10であることが好ましい。
本発明において用いられる環状オレフィン系開環重合体は、上記化学式(3)で表される環状オレフィン化合物(以下、「特定の環状オレフィン化合物(1)」という。)を含む単量体をメタセシス開環重合することによって得られる。
この単量体の開環重合を行うための開環重合触媒としては、上記化学式(5)で表されるルテニウム触媒(以下、「特定のルテニウム触媒」という。)、特定のルテニウム触媒のP(CPy)3 がPCy3 で置換された触媒、WCl6 とアルキルアルミニウムとから形成される触媒、MoCl6 とアルキルアルミニウムとから形成される触媒などを用いることができ、これらの中では、特定のルテニウム触媒が好ましい。
重合触媒の使用割合は、目的とする環状オレフィン系開環重合体の分子量、その他の重合条件を考慮して適宜選択されるが、用いられる単量体の総量に対して0.001〜1モル%であることが好ましい。この割合が過小である場合には、重合反応が十分に進行せず、或いは、目的とする開環重合体を得るために長い時間を要するため、好ましくない。一方、この割合が過大である場合には、得られる開環重合体は分子量が低いものとなりやすいため、好ましくない。
また、単量体の開環重合は、通常、適宜の重合溶媒中で行われる。かかる重合溶媒としては、用いられる単量体を溶解することができ、かつ、重合反応を阻害しないものであれば種々のものを用いることができ、その具体例としては、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、トルエンなどが挙げられる。また、重合溶媒中における単量体の濃度は、例えば0.01〜10Mである。
また、単量体の開環重合における他の条件としては、重合温度が例えば−20〜100℃、重合時間が例えば0.1〜100時間である。
本発明において用いられる環状オレフィン系開環重合体は、特定の構造単位(1)以外の構造単位(以下、「他の構造単位」という。)を繰り返し単位として有していてもよい。
他の構造単位を得るための単量体としては、特定の環状オレフィン化合物(1)以外の環状オレフィン化合物(以下、「他の環状オレフィン化合物」という。)を用いることができ、その具体例としては、ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、エチリデンノルボルネン、フェニルノルボルネン、8−メチル−8−メトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5 .17,10]−3−ドデセンなどが挙げられる。
環状オレフィン系開環重合体における他の構造単位の割合は、単量体換算で全構造単位の80%以下であることが好ましい。
このようにして得られる環状オレフィン系開環重合体は、環状カーボナート部位を有する繰り返し単位により形成されているため、それ自体が重合による体積収縮のないまたは小さいものである。そして、この環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位を開環架橋することにより、架橋反応による体積収縮がないまたは小さい架橋重合体を得ることができる。
〔架橋重合体〕
本発明の架橋重合体は、上記の環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位を開環架橋反応させることによって得られるものであって、例えば下記化学式(6)で表される構造単位を有するものである。
Figure 0004810813
環状オレフィン系開環重合体の開環架橋反応を行うための開始剤としては、CH3 OTf、Sc(OTf)3 、BF3 ・Et2 O、TfOH、リン酸エステルなどのカチオン系開始剤、熱潜在性触媒などを用いることができ、これらの中では、CH3 OTf、Sc(OTf)3 などのカチオン系開始剤が好ましい。
開始剤の使用割合は、用いられる環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位の総量に対して0.01〜10モル%であることが好ましい。
また、環状オレフィン系開環重合体の開環架橋反応は、通常、適宜の反応溶媒中で行われる。かかる重合溶媒としては、用いられる環状オレフィン系開環重合体を溶解することができ、かつ、開環架橋反応を阻害しないものであれば種々のものを用いることができ、その具体例としては、ニトロメタン、ニトロベンゼンなどが挙げられる。反応溶媒中における環状オレフィン系開環重合体の濃度は、当該環状オレフィン系開環重合体を形成する単量体換算で、例えば0.01〜10Mである。
このようにして得られる架橋重合体は、上記の環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位が開環架橋されてなるため、架橋反応による体積収縮がないまたは小さいものである。
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
また、以下の実施例において、各種の分析および測定は、下記の装置を使用した。
(1)IR分析:日本分光(株)製 FT/IR−470Plus
(2)乾式密度計:島津製作所(株)製 Micromeritics Gas Pycnometer Accupyc
(3)熱重量分析:SEIKO TG/DTA6200
〈開環重合体製造例1〉
ジクロロメタン中に、特定の環状オレフィン化合物(1)を濃度が1Mとなるよう溶解すると共に、特定のルテニウム触媒を特定の環状オレフィン化合物(1)の総量に対して1モル%となる割合で添加し、25℃、24時間の条件で特定の環状オレフィン化合物(1)の開環重合を行った。
得られた生成物についてIR分析を行ったところ、特定の構造単位(1)からなる環状オレフィン系開環重合体であると同定された。IR分析のチャートを図1に示す。収率は98%であった。得られた環状オレフィン系開環重合体を「開環重合体(1a)」とする。
また、乾式密度計によって開環重合体(1a)の密度を測定し、当該開環重合体(1a)の密度および特定の環状オレフィン化合物(1)の密度から、開環重合による体積変化率を算出した。また、開環重合体(1a)について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量の測定および熱重量分析法による10%重量減少温度の測定(窒素ガス雰囲気)を行った。以上、結果を表1に示す。
〈開環重合体製造例2〉
特定のルテニウム触媒の使用割合を1モル%から5モル%に変更したこと以外は開環重合体製造例1と同様にして特定の環状オレフィン化合物(1)の開環重合を行った。
得られた生成物についてIR分析を行ったところ、特定の構造単位(1)からなる環状オレフィン系開環重合体であると同定された。収率は91%であった。得られた環状オレフィン系開環重合体を「開環重合体(2a)」とする。
また、乾式密度計によって開環重合体(2a)の密度を測定し、当該開環重合体(2a)の密度および特定の環状オレフィン化合物(1)の密度から、開環重合による体積変化率を算出した。また、開環重合体(2a)について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量測定および熱重量分析法による10%重量減少温度測定を行った。以上、結果を表1に示す。
〈開環重合体製造例3〉
ジクロロメタン中における特定の環状オレフィン化合物(1)の濃度を1Mから0.5Mに変更したこと以外は開環重合体製造例1と同様にして特定の環状オレフィン化合物(1)の開環重合を行った。
得られた生成物についてIR分析を行ったところ、特定の構造単位(1)からなる環状オレフィン系開環重合体であると同定された。収率は89%であった。得られた環状オレフィン系開環重合体を「開環重合体(3a)」とする。
乾式密度計によって開環重合体(3a)の密度を測定し、当該開環重合体(3a)の密度および特定の環状オレフィン化合物(1)の密度から、開環重合による体積変化率を算出した。
また、開環重合体(3a)について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量の測定および熱重量分析法による10%重量減少温度の測定(窒素ガス雰囲気)を行った。以上、結果を表1に示す。
〈実施例1〉
ニトロメタン中に、開環重合体製造例1で得られた開環重合体(1a)を、単量体換算で濃度が1Mとなるよう溶解すると共に、ScOTf3 を開環重合体(1a)における環状カーボナート部位の総量に対して1モル%となる割合で添加し、60℃、24時間の条件で開環重合体(1a)の開環架橋反応を行った。
得られた生成物についてIR分析を行ったところ、開環重合体(1a)の架橋重合体であると同定された。IR分析のチャートを図2に示す。収率は47%であった。この架橋重合体を「架橋重合体(1b)」とする。
また、乾式密度計によって架橋重合体(1b)の密度を測定し、当該架橋重合体(1b)の密度および開環重合体(1a)の密度から、開環架橋反応による体積変化率を算出した。また、架橋重合体(1b)について、熱重量分析法による10%重量減少温度の測定(窒素ガス雰囲気)を行った。以上、結果を表2に示す。
〈実施例2〉
開環重合体製造例1で得られた開環重合体(1a)の代わりに開環重合体製造例2で得られた開環重合体(2a)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして開環重合体(2a)の開環架橋反応を行った。
得られた生成物についてIR分析を行ったところ、開環重合体(2a)の架橋重合体であると同定された。収率は30%であった。この架橋重合体を「架橋重合体(2b)」とする。
また、乾式密度計によって架橋重合体(2b)の密度を測定し、当該架橋重合体(2b)の密度および開環重合体(2a)の密度から、開環架橋反応による体積変化率を算出した。また、架橋重合体(2b)について、熱重量分析法による10%重量減少温度の測定(窒素ガス雰囲気)を行った。以上、結果を表2に示す。
〈実施例3〉
開環重合体製造例1で得られた開環重合体(1a)の代わりに開環重合体製造例3で得られた開環重合体(3a)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして開環重合体(3a)の開環架橋反応を行った。
得られた生成物についてIR分析を行ったところ、開環重合体(3a)の架橋重合体であると同定された。収率は63%であった。この架橋重合体を「架橋重合体(3b)」とする。
また、乾式密度計によって架橋重合体(3b)の密度を測定し、当該架橋重合体(3b)の密度および開環重合体(3a)の密度から、開環架橋反応による体積変化率を算出した。また、架橋重合体(3b)について、熱重量分析法による10%重量減少温度の測定(窒素ガス雰囲気)を行った。以上、結果を表2に示す。
Figure 0004810813
Figure 0004810813
表1の結果から明らかなように、開環重合体製造例1〜3に係る環状オレフィン系開環重合体は、いずれも重合による体積収縮がなく、熱劣化の少なくて熱安定性に優れたものであることが確認された。
また、表2の結果から明らかなように、実施例1〜3に係る架橋重合体は、いずれも開環架橋反応による体積収縮がなくまたは小さく、熱劣化が少なくて熱安定性に優れたものであることが確認された。
本発明の環状オレフィン系開環重合体の架橋重合体は、重合または架橋による体積収縮がないまたは少なく、また、熱安定性に優れたものであるため、注型材料、封止材料、接着材料などの工業材料として有用である。
開環重合体製造例1で得られた環状オレフィン系開環重合体のIR分析のチャートである。 実施例1で得られた架橋重合体のIR分析のチャートである。

Claims (3)

  1. 下記化学式(1)で表される構造単位を繰り返し単位として有する環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位が開環架橋されてなることを特徴とする架橋重合体。
    Figure 0004810813
  2. 請求項1に記載の環状オレフィン系開環重合体における環状カーボナート部位を開環架橋反応させる工程を有することを特徴とする架橋重合体の製造方法。
  3. 開環架橋の開始剤として、CH3 OTfまたはSc(OTf)3 からなるカチオン系開始剤を用いることを特徴とする請求項2に記載の架橋重合体の製造方法。
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