JP5051491B2 - 環状分子減量ポリロタキサンの製造方法 - Google Patents
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Description
かかる物理ゲルは、高分子間に働く物理的引力相互作用によってネットワークを構成しているため、温度や溶媒に対する安定性が低い。
しかし、化学ゲルでは、架橋点が固定されているため、架橋反応において形成される不均一な構造が永久に保持され、機械強度が著しく低いという欠点があった。
このポリロタキサンは、環状分子(回転子:rotator)の開口部を直鎖状分子(軸:axis)で串刺し状に貫通して環状分子を直鎖状分子で包接し、且つ環状分子が脱離しないように直鎖状分子の両末端に封鎖基を配置して成るもので、かかるポリロタキサンを複数架橋して成り、環動ゲルに適用可能な架橋ポリロタキサンが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
このため、ポリロタキサンの適用範囲が狭くなりがちであり、特に耐久性が必要される塗料や接着剤等への適用が困難であるという問題があった。
上記環状分子の包接量が、該直鎖状分子が環状分子を包接する最大量である最大包接量を1とすると、0.06〜0.17であり、
上記直鎖状分子の分子量が1,000〜5,000であり、
上記直鎖状分子がポリエチレングリコールであり、
上記環状分子がシクロデキストリンである
環状分子減量ポリロタキサンを製造するに当たり、
(1)環状分子と直鎖状分子とを混合し、環状分子の開口部を直鎖状分子で串刺し状に貫通して直鎖状分子に環状分子を包接させる工程と、
(2)包接された環状分子の数を減らし、得られた擬ポリロタキサンの両末端を封鎖基で封鎖する工程と、
を行う環状分子減量ポリロタキサンの製造方法であって、
上記工程(2)において包接された環状分子の数を減らすに際して、ジメチルホルムアミドとジメチルスルホキシドとを体積比でジメチルホルムアミド:ジメチルスルホキシド=75:25〜80:20の割合で混合した溶媒に溶解させることを特徴とする。
また、環状分子の開口部を串刺し状に貫通することによって当該環状分子を包接しており、更に、その両末端に配置された封鎖基が包接した環状分子の脱離を防止している。
これにより、1分子のポリロタキサン中の全ての環状分子が有する水酸基の総量が減少し、疎水性に近づくので、種々の溶剤に溶解するようになる。
0.06未満では滑環効果が発現しにくく、0.17を超えると、環状分子が有する水酸基が多過ぎ、溶剤への溶解性が低下する。
かかる反応基は、用いる架橋剤の種類に応じて適宜変更することができるが、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、チオール基及びアルデヒド基などを例示できる。
また、反応基としては、後述する封鎖基を形成する(ブロック化反応)際に、この封鎖基と反応しない基が好ましい。
かかる環状分子としては、特にα−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリンが良好であり、被包接性の観点からはα−シクロデキストリンが好ましい。
更に導入された疎水性の修飾基が官能基を有していることにより、他のポリマーとの反応性を向上させることが可能になる。
また、環状分子は実質的に環状であれば十分であり、「C」字状のように完全な閉環ではないものも含まれる。
また、環状分子の大きさにも影響を受けるが、その長さも環状分子が滑環効果を発揮できる限り特に限定されない。
かかる反応基としては、採用する封鎖基の種類などに応じて適宜変更することができるが、水酸基、アミノ基、カルボキシル基及びチオール基などを例示できる。
かかる溶剤可溶性の発現は、従来は水系溶剤や有機系溶剤に難溶性ないしは不溶性であったポリロタキサンに対し、有機溶剤という反応場、典型的には架橋場を提供するものである。即ち、本発明におけるポリロタキサンは、有機溶剤の存在下で他のポリマーとの架橋や修飾基による修飾が容易に行える反応性の向上したものである。
分子量が1,000未満では、シクロデキストリン等の環状分子の最大包接量が小さ過ぎて滑環効果が低下し易く、20,000を超えると、溶剤への溶解性が低下し易い。
なお、ポリロタキサンを単独で用いる場合には、1,000〜3,000であることが好ましく、ポリロタキサン以外の樹脂と混合して用いる場合には、1,000〜2,000であることが好ましい。
かかる基としては、「嵩高さ」を有する基又は「イオン性」を有する基などを挙げることができる。またここで、「基」とは、分子基及び高分子基を含む種々の基を意味する。
また、「イオン性」を有する基のイオン性と、環状分子の有するイオン性とが相互に影響を及ぼし合い、例えば反発し合うことにより、環状分子が直鎖状分子に串刺しにされた状態を保持することができる。
上述の如き、環状分子減量ポリロタキサンは、(1)環状分子と直鎖状分子とを混合し、環状分子の開口部を直鎖状分子で串刺し状に貫通して直鎖状分子に環状分子を包接させる工程と、(2)包接された環状分子の数を減らすと同時に、得られた擬ポリロタキサンの両末端(直鎖状分子の両末端)を封鎖基で封鎖して、環状分子が串刺し状態から脱離しないように調製する工程と、で処理することにより得られる。
かかる溶剤としては、特に限定されるものではないが、イソプロピルアルコールやブチルアルコールなどのアルコール類、酢酸エチルや酢酸ブチルなどのエステル類、メチルエチルケトンやメチルイソブチルケトンなどのケトン類、ジエチルエーテルやジオキサンなどのエーテル類、トルエンやキシレンなどの炭化水素溶剤などを挙げることができ、環状分子減量ポリロタキサンは、これらの2種以上を混合した溶媒についても良好な溶解性を示す。
架橋ポリロタキサンは、上述した環状分子減量ポリロタキサンをポリマーと架橋して成るものであり、このポリマーは環状分子減量ポリロタキサンの環状分子を介して環状分子減量ポリロタキサンと結合している。
なお、光架橋基としては、ケイ皮酸、クマリン、カルコン、アントラセン、スチリルピリジン、スチリルピリジニウム塩及びスチリルキノリン塩などを例示できる。
更に、かかるポリマーは、ホモポリマーでもコポリマーでもよい。コポリマーの場合、2種以上のモノマーから構成されるものでもよく、ブロックコポリマー、交互コポリマー、ランダムコポリマー又はグラフトコポリマーのいずれであってもよい。
誘導体としては、上述した水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、ビニル基、チオール基又は光架橋基及びこれらの組合せに係る基を有するものが好ましい。
架橋剤としては、分子量が2000未満、好ましくは1000未満、更に好ましくは600未満、いっそう好ましくは400未満のものを用いることができる。
同図において、この環状分子減量ポリロタキサン5は、直鎖状分子6と、環状分子7と、直鎖状分子6の両末端に配置された封鎖基8を有し、直鎖状分子6は環状分子7の開口部を貫通して環状分子7を包接している。
同図において、この架橋ポリロタキサン1は、ポリマー3と上記環状分子減量ポリロタキサン5を有する。そして、このポリロタキサン5は、環状分子7を介して架橋点9によってポリマー3及びポリマー3’と結合している。
即ち、図2(B)に示すように、環状分子7は滑車効果によって直鎖状分子6に沿って移動可能であるため、上記応力をその内部で吸収可能である。
また、この架橋ポリロタキサンの前駆体である環状分子減量ポリロタキサンは、上述の如く有機溶剤への溶解性が改善されており、有機溶剤中での架橋などが容易である。
即ち、架橋ポリロタキサンは、その適用範囲が拡大されており、例えば、有機溶剤に可溶な塗膜ポリマーを用いる塗料や接着剤、特に耐洗車性、耐引っ掻き性、耐チッピング性、耐衝撃性及び耐候性の要求される自動車用の塗料、樹脂基材及び接着剤、並びに家電用の塗料や樹脂基材等についても適用可能であり、これらの用途においても優れた滑車効果を発現できるものである。
従って、以下に説明する架橋ポリロタキサンの製造方法によれば、上記ポリマーの物性と環状分子減量ポリロタキサン自体の物性を併有する材料が得られるのみならず、ポリマー種を選択することにより、所望の機械的強度などを有する材料、特にゲル状物などを得ることができる。
なお、架橋ポリロタキサンは、架橋対象のポリマーが疎水性であり、その分子量が余り大きくない場合、例えば分子量が数千程度までなら有機溶剤に溶解する。
この架橋ポリロタキサンは、まず上述の如く環状分子減量ポリロタキサンを製造し、(a)得られた環状分子減量ポリロタキサンをポリマーと混合し、(b)ポリマーの少なくとも一部を物理的及び/又は化学的に架橋し、(c)ポリマーの少なくとも一部とポリロタキサンとを環状分子を介して結合させる、ことにより製造できる。
なお、直鎖状分子ポリロタキサンは、有機溶剤に可溶であるため、(a)工程〜(c)工程を有機溶剤中で円滑に行うことができる。
なお、(b)工程においては、化学架橋することが好ましく、これは上述如き架橋剤によって行うことができる。また、(b)工程と(c)工程をほぼ同時に実施してもよい。
例えば、(ア)ポリマーがエポキシ基のような活性な置換基を有している場合は、加熱又はアミンや酸無水物のような活性水素の存在下で架橋反応を起こせばよい。また、光酸発生剤、光塩基発生剤の存在下で光照射を行うことでも架橋反応を起こすことができる。
(イ)ポリマーがビニル基のような不飽和二重結合を有している場合は、熱又は光ラジカル発生剤の存在下で加熱又は光照射を行うことにより架橋反応を起こせる。
(ウ)ポリマーが上述の光架橋基を有している場合は、加熱又は光照射によって架橋反応を起こせる。
(エ)ポリマーが水酸基、アミノ基、カルボキシル基などを有している場合は、多置換イソシアネート類やカルボジイミド類、トリアジン類、シラン類の存在により架橋官能を起こすことができる。
(オ)ポリマーが各種の基を有していない場合は、電子線照射によって架橋反応を生じさせることができる。
この結合工程の条件は、ポリマーが有する基、環状分子が有する基などに影響を受けるが、上述の架橋条件を適用することができる。
(1)PEGのTEMPO酸化によるPEG−カルボン酸の調製
PEG(分子量 1000)10g、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル)100mg、臭化ナトリウム1gを水100mlに溶解させた。
市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素濃度5%)5mlを添加し、室温で10分間攪拌した。余った次亜塩素酸ナトリウムを分解させるためにエタノールを最大5mlまでの範囲で添加して反応を終了させた。
(1)で調製したPEG−カルボン酸3g及びα−CD(シクロデキストリン)12gをそれぞれ別々に用意した70℃の温水50mlに溶解させた後混合し、よく振り混ぜた後、冷蔵庫(4℃)中で一晩静置した。
クリーム状に析出した包接錯体を凍結乾燥し回収した。
室温でDMF(ジメチルホルムアミド)10mlにBOP試薬(ベンゾトリアゾール−1−イル−オキシ−トリス(ジメチルアミノ)ホスホニウム・ヘキサフルオロフォスフェート)3g、HOBt1g、アダマンタンアミン1.4g、ジイソプロピルエチルアミン1.25mlをこの順番に溶解させた。
この溶液をDMF/DMSO(ジメチルスルホキシド)混合溶媒(75/25)20mlに分散させた(2)で得られた包接錯体14gに加え、すみやかによく振り混ぜた。
このDMF/メタノール混合溶液による洗浄を2回繰り返した後、さらにメタノール100mlを用いた洗浄を同様の遠心分離により2回繰り返した。
このDMSOに溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを2回繰り返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。
また、1H−NMR、GPC(ゲル浸透クロマトグラフ法)で同定し、所望のポリロタキサンであることを確認した。
(1)PEGのTEMPO酸化によるPEG−カルボン酸の調製
PEG(分子量 1000)10g、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル)100mg、臭化ナトリウム1gを水100mlに溶解させた。
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(1)で調製したPEG−カルボン酸3g及びα−CD12gをそれぞれ別々に用意した70℃の温水50mlに溶解させた後混合し、よく振り混ぜた後冷蔵庫(4℃)中で一晩静置した。
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室温でDMF10mlにBOP試薬3g、HOBt1g、アダマンタンアミン1.4g、ジイソプロピルエチルアミン1.25mlをこの順番に溶解させた。
この溶液をDMF/DMSO混合溶媒(80/20)20mlに分散させた(2)で得られた包接錯体14gに加え、すみやかによく振り混ぜた。
このDMF/メタノール混合溶液による洗浄を2回繰り返した後、更にメタノール100mlを用いた洗浄を同様の遠心分離により2回繰り返した。
このDMSOに溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを2回繰り返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。
また、1H−NMR、GPC(ゲル浸透クロマトグラフ法)で同定し、所望のポリロタキサンであることを確認した。
(1)PEGのTEMPO酸化によるPEG−カルボン酸の調製
PEG(分子量 5万)10g、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル)100mg、臭化ナトリウム1gを水100mlに溶解させた。
市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素濃度5%)5mlを添加し、室温で10分間攪拌した。余った次亜塩素酸ナトリウムを分解させるためにエタノールを最大5mlまでの範囲で添加して反応を終了させた。
(1)で調製したPEG−カルボン酸3g及びα−CD12gをそれぞれ別々に用意した70℃の温水50mlに溶解させた後混合し、よく振り混ぜた後冷蔵庫(4℃)中で一晩静置した。
クリーム状に析出した包接錯体を凍結乾燥し回収した。
室温でDMF10mlにBOP試薬3g、HOBt1g、アダマンタンアミン1.4g、ジイソプロピルエチルアミン1.25mlをこの順番に溶解させた。
この溶液をDMF/DMSO混合溶媒(75/25)20mlに分散させた(2)で得られた包接錯体14gに加え、すみやかによく振り混ぜた。
このDMF/メタノール混合溶液による洗浄を2回繰り返した後、さらにメタノール100mlを用いた洗浄を同様の遠心分離により2回繰り返した。
このDMSOに溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを2回繰り返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。
また、1H−NMR、GPC(ゲル浸透クロマトグラフ法)で同定し、所望のポリロタキサンであることを確認した。
(1)PEGのTEMPO酸化によるPEG−カルボン酸の調製
PEG(分子量 5万)10g、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル)100mg、臭化ナトリウム1gを水100mlに溶解させた。
市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素濃度5%)5mlを添加し、室温で10分間攪拌した。余った次亜塩素酸ナトリウムを分解させるためにエタノールを最大5mlまでの範囲で添加して反応を終了させた。
(1)で調製したPEG−カルボン酸3g及びα−CD12gをそれぞれ別々に用意した70℃の温水50mlに溶解させた後混合し、よく振り混ぜた後冷蔵庫(4℃)中で一晩静置した。
クリーム状に析出した包接錯体を凍結乾燥し回収した。
室温でDMF10mlにBOP試薬3g、HOBt1g、アダマンタンアミン1.4g、ジイソプロピルエチルアミン1.25mlをこの順番に溶解させた。
この溶液をDMF/DMSO混合溶媒(80/20)20mlに分散させた(2)で得られた包接錯体14gに加え、すみやかによく振り混ぜた。
このDMF/メタノール混合溶液による洗浄を2回繰り返した後、更にメタノール100mlを用いた洗浄を同様の遠心分離により2回繰り返した。
このDMSOに溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを2回繰り返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。
また、1H−NMR、GPC(ゲル浸透クロマトグラフ法)で同定し、所望のポリロタキサンであることを確認した。
(1)PEGのTEMPO酸化によるPEG−カルボン酸の調製
PEG(分子量 1000)10g、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル)100mg、臭化ナトリウム1gを水100mlに溶解させた。
市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素濃度5%)5mlを添加し、室温で10分間攪拌した。余った次亜塩素酸ナトリウムを分解させるためにエタノールを最大5mlまでの範囲で添加して、反応を終了させた。
(1)で調製したPEG−カルボン酸3g及びα−CD12gをそれぞれ別個に用意した70℃の温水50mlに溶解させた後混合し、よく振り混ぜた後、冷蔵庫(4℃)中で一晩静置した。
クリーム状に析出した包接錯体を凍結乾燥し回収した。
室温でDMF10mlにBOP試薬3g、HOBt1g、アダマンタンアミン1.4g、ジイソプロピルエチルアミン1.25mlをこの順番に溶解させた。
この溶液をDMF/DMSO混合溶媒(65/35)20mlに分散させた(2)で得られた包接錯体14gに加え、すみやかによく振り混ぜた。
このDMSOに溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを2回繰返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。
また、1H−NMR、GPC(ゲル浸透クロマトグラフ法)で同定し、所望のポリロタキサンであることを確認した。
(1)PEGのTEMPO酸化によるPEG−カルボン酸の調製
PEG(分子量 1000)10g、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル)100mg、臭化ナトリウム1gを水100mlに溶解させた。
市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素濃度5%)5mlを添加し、室温で10分間攪拌した。余った次亜塩素酸ナトリウムを分解させるためにエタノールを最大5mlまでの範囲で添加して、反応を終了させた。
(1)で調製したPEG−カルボン酸3g及びα−CD12gをそれぞれ別個に用意した70℃の温水50mlに溶解させた後混合し、よく振り混ぜた後、冷蔵庫(4℃)中で一晩静置した。
クリーム状に析出した包接錯体を凍結乾燥し回収した。
室温でDMF10mlにBOP試薬3g、HOBt1g、アダマンタンアミン1.4g、ジイソプロピルエチルアミン1.25mlをこの順番に溶解させた。
この溶液をDMF/DMSO混合溶媒(85/15)20mlに分散させた(2)で得られた包接錯体14gに加え、速やかによく振り混ぜた。
このDMF/メタノール混合溶液による洗浄を2回繰返した後、更にメタノール100mlを用いた洗浄を同様の遠心分離により2回繰返した。
このDMSOに溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを2回繰返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。
また、1H−NMR、GPC(ゲル浸透クロマトグラフ法)で同定し、所望のポリロタキサンであることを確認した。
(1)PEGのTEMPO酸化によるPEG−カルボン酸の調製
PEG(分子量 5万)10g、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル)100mg、臭化ナトリウム1gを水100mlに溶解させた。
市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素濃度5%)5mlを添加し、室温で10分間攪拌した。余った次亜塩素酸ナトリウムを分解させるためにエタノールを最大5mlまでの範囲で添加して、反応を終了させた。
(1)で調製したPEG−カルボン酸3g及びα−CD12gをそれぞれ別個に用意した70℃の温水50mlに溶解させた後混合し、よく振り混ぜた後、冷蔵庫(4℃)中で一晩静置した。
クリーム状に析出した包接錯体を凍結乾燥し回収した。
室温でDMF10mlにBOP試薬3g、HOBt1g、アダマンタンアミン1.4g、ジイソプロピルエチルアミン1.25mlをこの順番に溶解させた。
この溶液をDMF/DMSO混合溶媒(65/35)20mlに分散させた(2)で得られた包接錯体14gに加え、すみやかによく振り混ぜた。
このDMSOに溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを2回繰返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。
また、1H−NMR、GPC(ゲル浸透クロマトグラフ法)で同定し、所望のポリロタキサンであることを確認した。
(1)PEGのTEMPO酸化によるPEG−カルボン酸の調製
PEG(分子量 5万)10g、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル)100mg、臭化ナトリウム1gを水100mlに溶解させた。
市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液(有効塩素濃度5%)5mlを添加し、室温で10分間攪拌した。余った次亜塩素酸ナトリウムを分解させるためにエタノールを最大5mlまでの範囲で添加して、反応を終了させた。
(1)で調製したPEG−カルボン酸3g及びα−CD12gをそれぞれ別個に用意した70℃の温水50mlに溶解させた後混合し、よく振り混ぜた後、冷蔵庫(4℃)中で一晩静置した。
クリーム状に析出した包接錯体を凍結乾燥し回収した。
室温でDMF10mlにBOP試薬3g、HOBt1g、アダマンタンアミン1.4g、ジイソプロピルエチルアミン1.25mlをこの順番に溶解させた。
この溶液をDMF/DMSO混合溶媒(85/15)20mlに分散させた(2)で得られた包接錯体14gに加え、速やかによく振り混ぜた。
このDMF/メタノール混合溶液による洗浄を2回繰返した後、更にメタノール100mlを用いた洗浄を同様の遠心分離により2回繰返した。
このDMSOに溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを2回繰返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。
また、1H−NMR、GPC(ゲル浸透クロマトグラフ法)で同定し、所望のポリロタキサンであることを確認した。
各例のポリロタキサンの各種溶剤への溶解性を下記の条件下で調査した。得られた結果を表1に示す。
50℃に加温した有機溶剤(トルエン、酢酸ブチル)に、ポリロタキサンを徐々に添加し、溶解性を確認した。
透明、且つ固形分なしであれば「○」とし、透明だが、固形物ありであれば「×」とした。
よって、実施例1のポリロタキサンは、各種有機溶剤を必要とする塗料、接着剤及び油脂などへ適用可能なものである。
3、3’ ポリマー
5 環状分子減量ポリロタキサン
6 直鎖状分子
7 環状分子
8 封鎖基
9 架橋点
Claims (2)
- 環状分子と、この環状分子を串刺し状に包接する直鎖状分子と、この直鎖状分子の両末端に配置され上記環状分子の脱離を防止する封鎖基とを有するポリロタキサンにおいて、
上記環状分子の包接量が、該直鎖状分子が環状分子を包接する最大量である最大包接量を1とすると、0.06〜0.17であり、
上記直鎖状分子の分子量が1,000〜5,000であり、
上記直鎖状分子がポリエチレングリコールであり、
上記環状分子がシクロデキストリンである
環状分子減量ポリロタキサンを製造するに当たり、
(1)環状分子と直鎖状分子とを混合し、環状分子の開口部を直鎖状分子で串刺し状に貫通して直鎖状分子に環状分子を包接させる工程と、
(2)包接された環状分子の数を減らし、得られた擬ポリロタキサンの両末端を封鎖基で封鎖する工程と、
を行う環状分子減量ポリロタキサンの製造方法であって、
上記工程(2)において包接された環状分子の数を減らすに際して、ジメチルホルムアミドとジメチルスルホキシドとを体積比でジメチルホルムアミド:ジメチルスルホキシド=75:25〜80:20の割合で混合した溶媒に溶解させることを特徴とする環状分子減量ポリロタキサンの製造方法。 - 上記環状分子が、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンから成る群より選ばれた少なくとも1種のシクロデキストリンであることを特徴とする請求項1に記載の環状分子減量ポリロタキサンの製造方法。
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