JP4883764B2 - N−メタクリロイルアゼチジン系重合体ならびにその重合体の製造方法 - Google Patents
N−メタクリロイルアゼチジン系重合体ならびにその重合体の製造方法 Download PDFInfo
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Description
すなわち、本発明は、以下(1)〜(5)のN−メタクリロイルアゼチジン系重合体ならびにその重合体の製造方法を提供する。
(5)反応温度−50℃〜30℃においてアニオン重合を行う(4)のN−メタクリロイルアゼチジン系重合体の製造方法。
本発明のN−メタクリロイルアゼチジン系重合体は一般式(II)で表されるN−メタクリロイルアゼチジン系化合物単量体を付加重合することにより製造される。
特公平4−65059号公報の「N−置換アクリルアミドまたはメタクリルアミド類の製造方法」及びそれに引用されている引例では、N−メタクリロイルアゼチジン系化合物単量体は、下記一般式(III)で表されるメタクリル酸ハライド
を、下記一般式で表されるアゼチジン系化合物(IV)
と、トリアルキルアミン類等を反応助剤として用い、反応させることによって製造できることを示している。
本発明のN−メタクリロイルアゼチジン系化合物の具体的な例としては、N−メタクリロイルアゼチジン、N−メタクリロイル−2−メチルアゼチジン、N−メタクリロイル−3−エチルアゼチジン、N−メタクリロイル−2,4−ジエチルアゼチジン、N−メタクリロイル−2−メチル−2−エチルアゼチジン、N−メタクリロイル−3,3−ジメチルアゼチジン、N−メタクリロイル−3,3−ジエチルアゼチジンなどが挙げられる。
付加重合工程において採用可能な重合方法としては、必ずしも特定の重合方法に限られるものではなく、例えば、通常のラジカル重合法、SFRP(stable free radical polymerization)法、RAFT(Reversible Addition−Fragmentation Transfer)重合法、ATRP(atom transfer radical polymerization)法、GTP(group transfer polymerization)法、アニオン重合法等が挙げられる。中でも、得られる重合体の分子量分布が狭く、また、単量体の重合転化率が高い等の点から、アニオン重合法が好ましい。
重合反応を停止させた後、反応混合物から目的のN−メタクリロイルアゼチジン系重合体を分離取得する方法としては、特に限定されず、公知の方法に準じた任意の方法を採用することができる。例えば、反応混合物を重合体の非溶媒に注いで重合体を沈殿させ取得する方法、反応混合物から溶媒を留去して重合体を取得する方法等が採用可能である。
本発明のN−メタクリロイルアゼチジン系重合体は水に対する溶解性が極めて高く、曇点を有さない。従って、特に水系の接着剤や塗料、シーリング剤などの硬化(架橋)システムなど幅広い用途に利用可能である。
なお、各実施例における物性値の測定法は以下の通りである。
また、(a)及び(b)において、核磁気共鳴装置(NMR)は次の仕様のものを用いた。
装置:BRUKER GPX300(300MHz)
重溶媒:重ジメチルスルホキシド(DMSO−d6)(1H:2.49ppm、13C:39.7ppm)
単量体(N−メタクリロイルアゼチジン)及びその重合体の化学構造を確認するために各試料の1H−NMRと13C−NMRを測定した。
(b)数平均分子量(Mn)
重合開始剤の末端官能基部分と1H‐NMR測定から得られる重合体の繰返し構造単位に含まれる官能基部分との面積比から算出した。
なお、この1H‐NMR測定により算出される数平均分子量(Mn)の実測値(実測分子量)とは別に、重合開始剤の末端官能基部分と単量体/重合開始剤モル比から算出される分子量の計算値(設計分子量)を求め、分子量が設計通りに得られているかを確認した。
(c)分子量分布(Mw/Mn)
下記のゲル浸透クロマトグラフ(GPC装置)において、移動相としてN,N‐ジメチルホルムアミド(DMF、臭化リチウム0.01モル/L添加品)を用い、カラム温度40℃、送液速度1.0mL/分で測定し、標準ポリスチレン(Mn=36900、9610)を用いて換算した。
装置:TOSOH HLC‐8120(DMF溶媒)、カラム:TSK‐GEL GMHxl ×2+G2000HXL (装置及びカラムは共に東ソー(株)製である)
(d)重合体の水溶性
得られたポリ(N−メタクリロイルアゼチジン)に脱イオン水を加えて1.0質量%の水溶液を調製し、紫外・可視分光光度計(JASCO社製、UNIDEC−660)を用いて水溶液の波長500nmにおける透過率を計測し、透過率が50%となる温度を曇点とした。測定用セルは溶液長が10mmのポリメタクリル酸メチル(PMMA)製セルを用い、これを紫外・可視分光光度計の恒温角形セルホルダーに取り付け、恒温槽の昇温温度を0.3℃/分として、0〜90℃における測定を行った。曇点が観測されなければ、ポリ(N−メタクリロイルアゼチジン)は水溶性であると判断される。
(1)単量体(N−メタクリロイルアゼチジン)の合成
窒素雰囲気下で500mLの二口ナスフラスコに薄黄色の粉体であるアゼチジン塩酸塩 15.5g(166ミリモル)に塩化メチレン 50mLとトリエチルアミン 33.6g(332ミリモル)を加え、これを1時間撹拌し、アゼチジン塩酸塩の白色懸濁液を得た。続いて、この懸濁液にメタクリル酸クロリド 15.6g(160ミリモル)の塩化メチレン溶液 30mLを氷浴中で約15分かけて滴下し、さらに塩化メチレン70mLを加えて、室温で4時間撹拌して橙色の反応液を得た。ガスクロマトグラフィーで反応の完結を確認した後、新たに生成したトリエチルアミン塩酸塩を吸引ろ過で取り除いた。得られた橙色の反応溶液を2N塩酸、飽和炭酸水素ナトリム水溶液および飽和食塩水でそれぞれ2回、3回および2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧蒸留(沸点80−81℃/4mmHg)を繰り返すことで、無色透明な液体であるN−メタクリロイルアゼチジン 9.13g(73.0ミリモル、収率46%)を得た。ガスクロマトグラフィーにより、単一成分であることを確認した後、元素分析(計算値:炭素=67.17%、水素=8.86%、窒素=11.19%、酸素=12.78%、実測値:炭素=66.54%、水素=8.95%、窒素=10.78%、酸素=13.73%)を行い、得られた化合物がN−メタクリロイルアゼチジンC7H11NOであることを確認した。
得られたN−メタクリロイルアゼチジンの留分を高真空ラインで水素化カルシウム存在下から蒸留した後、テトラヒドロフランで希釈してブレークシールを備えたアンプル中に溶封した。ここで得られた最後の蒸留の成分について、1H−NMRおよび13C−NMR測定ならびに元素分析を行った。図1に1H−NMRの測定結果、図2に13C−NMRの測定結果を示す。1H−NMRスペクトルのシグナルに付されたa、b、c等は、該スペクトルに記された構造式のa、b、c等が付された水素原子に帰属されるものであり、また13C−NMRのシグナルに付されたa、b、c等は、該スペクトルに記された構造式のa、b、c等が付された炭素原子に帰属されるものである。これら1H−NMR及び13C−NMR測定結果、ならびに元素分析から、該留分は目的とするN−メタクリロイルアゼチジンであることが確認された。また、ガスクロマトグラフィーにより、該留分は単一成分であることが確認された。
上記(2)で得られた精製N−メタクリロイルアゼチジンの重合は、ブレークシール法によるアニオン重合により10-6mmHgの高真空下、−40℃で24時間行った。重合開始剤にはジフェニルメチルリチウムを用い、溶媒にはテトラヒドロフランを用いた。また、重合添加剤として塩化リチウムを添加した。所定時間アニオン重合を行った後、ガラス製重合容器を開封し、イソプロパノールを少量添加して重合を停止した。さらに得られた重合溶液を−78℃に冷却した多量のn−ヘキサン中に注ぎ込み、重合体を沈殿させた。この沈殿させた重合体をろ別し、乾燥させた後、収量を測定した。また、乾燥させた重合体をテトラヒドロフランに再溶解し、多量のn−ヘキサン中に注ぎ込み、再沈殿精製を行った。最後にベンゼンに溶解してから凍結乾燥を行い、数平均分子量と分子量分布の測定、1H−NMR及び13C−NMR測定、ならびに元素分析を行った。重合条件及び重合結果、数平均分子量(Mn)、分子量分布(Mw/Mn)の測定結果を第1表に示す。また、図3に精製した重合体の1H−NMRおよび図4に13C−NMRの各測定結果を示す。1H−NMRスペクトルのシグナルに付されたa、b、c等は、それぞれ該スペクトルに記された構造式のa、b、c等が付された水素原子に帰属されるものであり、また、13C−NMRスペクトルのシグナルに付されたa、b、c等は、それぞれ該スペクトルに記された構造式の添字a、b、c等が付された炭素原子に帰属されるものである。
これら1H−NMRおよび13C−NMRの測定結果、ならびに元素分析から得られた重合体はメタクリロイル基のみで重合したポリ(N−メタクリロイルアゼチジン)であることが確認された。
実施例1の(3)単量体の重合において、重合温度を0℃、重合時間を24時間、重合開始剤としてジフェニルメチルカリウム、添加剤としてジエチル亜鉛を用いた以外は実施例1と同一の重合条件でアニオン重合を行った。重合条件および重合結果を第1表に示す。
この結果から、極性溶媒中でのアニオン重合としては、0℃という比較的温和な重合条件においても、分子量が制御され、かつ分子量分布が狭い重合体が定量的に得られることが確認された。
窒素置換した50mLナスフラスコに精製した単量体と重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル、溶媒として水酸化カルシウム存在下から蒸留したトルエン20mLを仕込み、液体窒素による凍結と脱気を2回繰り返した後、油浴中で70℃、72時間、ラジカル重合を行った。所定時間重合を行った後、液体窒素で冷却して重合を停止した。
ラジカル重合では、ヘキサンに不溶で粘稠な液体が収率40%(重合体収率換算)で得られた。この粘稠な液体に少量のテトラヒドロフランを加えて生成物を溶解した後、多量のヘキサンを加えて、ガラス棒で撹拌してモノマーを抽出してからヘキサンを取り除く操作を5回繰り返してモノマーを完全に除去した。重合条件および重合結果を第1表に示す。
この重合体はメタクリロイル基のみで重合した低重合体であった。
Claims (4)
- 付加重合の重合機構がアニオン重合である請求項2に記載のN−メタクリロイルアゼチジン系単独重合体の製造方法。
- 反応温度−50℃〜30℃においてアニオン重合を行う請求項3に記載のN−メタクリロイルアゼチジン系単独重合体の製造方法。
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