JP6023804B2 - シラン側鎖を有するビニルアルコールポリマー - Google Patents
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Description
P−(R)n(I)
(式中、
Pは、ビニルアルコールのホモポリマーまたはビニルアルコールと少なくとも1種の他のモノマーのコポリマーである直鎖または分枝鎖のポリマー主鎖を表し、前記ホモポリマーまたはコポリマーは、1つ以上の反応性カップリング基を含み、
Rは、該反応性カップリング基(単数または複数)を介して該ポリマー主鎖に結合したアミノシランおよび/またはアミノシラノール含有側鎖を表し、
nは、該ポリマー主鎖の約1〜約25mol%の量で存在する側鎖の数を表し、
ただし、Pが、ビニルアルコールのホモポリマーを表す場合、Rは、3−アミノプロピルトリエトキシシランから誘導される側鎖ではない)
のビニルアルコールの官能化ホモポリマーまたはコポリマーが提供される。
R1、R2およびR3は、独立して、H、C1-9アルキル、アリール、C1-9アルコキシまたはアリールオキシを表し、ただし、R1、R2またはR3のうち少なくとも1つはC1-9アルコキシもしくはアリールオキシ基を表し、
xは、0〜9、好ましくは0〜2の範囲にあり、
yは、1〜9、好ましくは2〜6の範囲である)
の化合物から誘導される。
(a)3−アミノプロピルトリメトキシシラン(APMES)
(g)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン(APMS)
a.酢酸ビニルの直鎖もしくは分枝鎖のホモポリマーまたは酢酸ビニルと少なくとも1種の他のモノマーのコポリマーを調製するステップと、
b.ステップ(a)の酢酸ビニルのホモポリマーまたはコポリマーを加水分解し、ビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーを得るステップと、
c.ステップ(b)のビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーと適切な反応性カップリング剤を反応させ、1つ以上の反応性カップリング基を含むビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーを得るステップと、
d.ステップ(c)の1つ以上の反応性カップリング基を含む、得られたビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーと適切なアミノシランおよび/またはアミノシラノールを反応させるステップと、
e.場合により、このようにして形成されたコポリマーを単離するステップと
を含む、方法が提供される。
c.ビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーと適切な反応性カップリング剤を反応させ、1つ以上の反応性カップリング基を含むビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーを得るステップと、
d.ステップ(c)の1つ以上の反応性カップリング基を含む、得られたビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーと適切なアミノシランおよび/またはアミノシラノールを反応させるステップと、
e.場合により、このようにして形成されたコポリマーを単離するステップと
を含む。
2T−Si(T2)−OH → T−Si(T2)−O−Si(T2)−T+H2O
(式中、Tは、任意の適切な官能基、例えばアルキル、H、OHまたはアルコキシである)
に従って、Si−O−Siネットワークを形成するために架橋されてもよいことは知られている。
R1、R2およびR3は、式(II)に関して前記で定義した通りであり、
xは2〜9の範囲であり、好ましくはxは2であり、
yは3〜9の範囲であり、好ましくはyは3である)
のある種のアミノシランを用いて官能化された場合のビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーは、加熱により容易に架橋され、酸触媒を添加せずに耐性被覆剤を形成することが見出されている。
材料
Mowiol(商標)4−98(M4−98(商標))およびExceval(商標)AQ−4104(AQ−4104(商標))をKuraray社から入手し、供給された状態で使用した。Gohsenol(商標)GH−17R(GH−17R(商標))はNippon Gohsei社によって供給され、供給された状態で使用した。PVOH等級の粘度は、典型的には、MPasで表され、Brookfield粘度計を用いて、20℃に維持された4%溶液の関連値を記録することによって測定される。M4−98(商標)は、粘度が4.0〜5.0MPasであり、加水分解度が98.0〜98.8%であるポリ(ビニルアルコール)である。AQ−4104(商標)は、粘度が3.8〜4.5MPasであり、加水分解度が98.0〜99.0%である、ビニルアルコール(85〜90mol%)とエチレン(10〜15mol%)のコポリマーである。GH−17R(商標)は、粘度が27〜33MPasであり、加水分解度が86.5〜89.0%であるポリ(ビニルアルコール)である。
DKAAは、暗褐色の液体としてSigma Aldrich社によって供給される。ケトエステルグラフト化法において使用する前に、褐色の不純物を有するポリマーの汚染を防ぐために、選択的沈殿によってDKAAから不純物を除去した。
PVOH−KE1
M4−98(商標)(60.0g)およびDMSO(540.0g)を1Lフランジフラスコに充填した。フラスコにPTFEアンカースターラーシャフトを備えたオーバーヘッドスターラーを取り付け、窒素のブランケット下に配置した。油浴を用いて、フラスコを135〜145℃の外部温度に加熱し、M4−98(商標)を完全に溶解した。次に、フラスコの内部温度を120℃に調整した。
PVOH−KE1について記載したように、全く同じ方法でポリマーを調製した。ただし、DKAAの充填レベルを14.5g、0.102molというよりはむしろ30.0g、0.211molとした。
PVOH−KE1について記載したように、全く同じ方法でポリマーを調製した。ただし、DKAAの充填レベルを14.5g、0.102molというよりはむしろ41.6g、0.293molとした。
M4−98(50.0g)およびDMSO(450.0g)を1Lフランジフラスコに充填した。フラスコにPTFEアンカースターラーシャフトを備えたオーバーヘッドスターラーを取り付け、一定に窒素を流した。油浴を用いて、フラスコを135〜145℃の外部温度に加熱し、M4−98を完全に溶解した。次に、フラスコの内部温度を120℃に調整した。
AQ−4104(55.0g)およびDMSO(495.0g)を1Lフランジフラスコに充填した。フラスコにPTFEアンカースターラーシャフトを備えたオーバーヘッドスターラーを取り付け、一定に窒素を流した。油浴を用いて、フラスコを135〜145℃の外部温度に加熱し、AQ−4104を完全に溶解した。次に、フラスコの内部温度を120℃に調整した。
PVOH−KE5について記載したように、全く同じ方法でポリマーを調製した。ただし、AQ−4104の充填レベルを55.0gというよりはむしろ60.0gとし、DMSOの充填レベルを495.0gというよりはむしろ540.0gとし、DKAAの充填レベルを3.55g、0.025molというよりはむしろ16.5g、0.116molとした。
PVOH−KE6について記載したように、全く同じ方法でポリマーを調製した。ただし、DKAAの充填レベルを16.5g、0.116molというよりはむしろ8.30g、0.058molとした。
PVOH−KE6について記載したように、全く同じ方法でポリマーを調製した。ただし、DKAAの充填レベルを16.5g、0.116molというよりはむしろ26.40g、0.186molとした。
M4−98(商標)(5.0g、0.1134mol)を撹拌しながら100℃にてDMSO(45.0g)に溶解させた。次に、フラスコを60℃の内部温度に冷却した。DK(2.39g、0.0284mol)を1時間かけて滴下した。周囲温度に冷却される前に、反応物を45分間放置した。
GH−17R(商標)(50g)を秤量し、フランジ反応器フラスコに添加し、これに、DMSO(105g)、続いてt−BAA(20g)を添加した。最後に、酢酸(2.5g)を添加した。フラスコにオーバーヘッドスターラーおよび凝縮器を装備させ、内容物を窒素ブランケット下に配置した。次に、反応混合物を撹拌し、130℃に3時間維持した油浴を用いて加熱した。この後、反応混合物を周囲温度まで冷却させた。続いて、これを、2つの同サイズのアリコートでアセトン(1L)に添加することによって、アセトン中に沈殿させ、第1のアリコート液から形成された沈殿物を添加前に真空濾過によって濾過し、その後、第2のアリコートを濾過した。得られた白色の繊維状生成物は、一晩真空下で50℃にて乾燥させた。
単に、アミノシランを水に撹拌しながら添加し、混合物を最低24時間放置することによって、APTESの保存溶液を作製した。次に、この溶液を以下の例示的な配合物に使用した。
%w/w
1. 脱イオン水 56.59
2. 25%w/w APTES(水溶液) 8.55
3. PVOH−KE6 7.86
4. エタノール 27.00
100.0
・混合容器に1と2を添加し、撹拌して、pH11の均一な溶液を作製する。塊の形成を防止するために、十分に撹拌しながら3を添加する。
・2〜5分後、混合物がゲル化し始め、この時点で撹拌機をオフにする。
・熱源をオンにし、内部温度を約90℃にし、加熱しながら放置する。およそ15〜30分の期間後、ゲルが崩壊し始めるため、液体が観察される。
・この時点で撹拌機を再始動し(最初はゆっくり)、実施可能であれば、ゲルの最終的な崩壊の加速を助けるために、撹拌しながら(スパチュラなどを用いて実験室規模で達成される)ゲルを崩壊させる。
・ゲルが完全に崩壊するまで撹拌および加熱を維持する。
・完全に溶解したとき、内部温度を約70℃に下げる。
・次に、撹拌しながらゆっくり4を添加する。
・10分間撹拌した状態にし、次に、周囲温度に冷却する。
基本配合方法は二酸化炭素ガスを含むように修飾されている。ゲル化プロセスを防止または調節するために、CO2ガスを添加し、インサイチュで炭酸を生成させた。プロセスの粘度を調節する目的で二酸化炭素が添加されたことを除いて、基本方法Aの場合と本質的に同様のままである。
・混合容器に1および2を添加し、撹拌して、均質な溶液を作製する。次に、CO2を焼結ガラスを介して1L/分にて溶液に通じて泡立て、その結果、pH11からpH7にpHを低下させた。ガスの通過は、pH7を維持することを目的として、配合物の製造中に継続させた。
・次に、凝集を防止するために十分に撹拌しながら、アセトアセチル化ポリマー(3)を配合物に添加する。ポリマーを溶解させるために撹拌を継続するが、ポリマーを完全に溶解させるために、温度を上昇させることが必要となる。加熱のプロセス中に、溶液からの二酸化炭素の損失は、少なくともある程度のゲル化を生じさせているようである。得られた塊を高温での移動を保持できるならば、粘度が低下するまで混合物を撹拌することは可能であるということが本発明者らの見解である。次に、Aに記載したのと類似した方法で、エタノール(4)を添加する。
一連のビニルアルコールのケトエステル官能化ホモポリマーおよびコポリマーは、以下のように、DKAAと種々のビニルアルコールホモポリマーおよびコポリマーの反応によって調製された。
Claims (28)
- 式(I)
P−(R)n(I)
(式中、
Pは、ビニルアルコールのホモポリマーまたはビニルアルコールと少なくとも1種の他のモノマーのコポリマーである直鎖または分枝鎖のポリマー主鎖を表し、前記ホモポリマーまたはコポリマーは、1つ以上の反応性カップリング基を含み、
Rは、該反応性カップリング基(単数または複数)を介して該ポリマー主鎖に結合した式(II)の化合物から誘導されるアミノシランおよび/またはアミノシラノール含有側鎖を表し、
R 1 、R 2 およびR 3 は、独立して、H、C 1-9 アルキル、アリール、C 1-9 アルコキシまたはアリールオキシを表し、ただし、R 1 、R 2 またはR 3 のうち少なくとも1つはC 1-9 アルコキシもしくはアリールオキシ基を表し、
xは、2〜9の範囲にあり、
yは、1〜9、または2〜6の範囲である)
nは、該ポリマー主鎖の1〜25mol%の量で存在する側鎖の数を表す)
のビニルアルコールの官能化ホモポリマーまたはコポリマー。 - xが2である、請求項1に記載のポリマー。
- Pが、ポリ(ビニルアルコール)を表す、請求項1または2に記載のポリマー。
- Pが、i)ビニルアルコールとエチレンまたはプロピレンとのコポリマー、またはii)ビニルアルコールとアクリルモノマーまたはメタクリルモノマーとのコポリマーを表す、請求項1または2に記載のポリマー。
- エチレンまたはプロピレンが、コポリマー主鎖の1〜50mol%、2〜40mol%、または5〜20mol%の量で存在する、請求項4に記載のポリマー。
- アクリルモノマーが、アクリル酸、アクリロニトリルおよびアクリルアミドからなる群から選択される、請求項4に記載のポリマー。
- メタクリルモノマーが、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシル、メタクリル酸エチルおよびメタクリル酸n−ブチルからなる群から選択される、請求項4に記載のポリマー。
- Pが、ビニルアルコールとメタクリル酸アセトアセトキシエチルのコポリマーを表す、
請求項1に記載のコポリマー。 - 反応性カップリング基が、ケトンまたはケトエステル含有官能基を含む、請求項1に記載のポリマー。
- 反応性カップリング基が、アセトアセチル化剤から誘導されたケトエステル含有官能基を含む、請求項9に記載のポリマー。
- アセトアセチル化剤が、ジケテン、ジケテンアセトン付加物またはアセト酢酸tert−ブチルである、請求項10に記載のポリマー。
- ケトエステル含有官能基が、部分−O(CO)CH−C(CH3)=Oを含む、請求項10または11に記載のポリマー。
- ケトンまたはケトエステル含有官能基が、ポリマー主鎖の1〜25mol%、2〜15mol%、または3〜8mol%の量で存在する、請求項9から12のいずれか一項に記載のポリマー。
- yが3である、請求項1から13のいずれか一項に記載のポリマー。
- R1、R2およびR3のうち少なくとも2つが、独立して、C1-9アルコキシを表し、またはメトキシ、エトキシ、プロポキシおよびブトキシからなる群から選択される、請求項1から14のいずれか一項に記載のポリマー。
- 側鎖Rが、以下の化合物:
3−[2−(2−アミノエチルアミノエチルアミノ)プロピル]トリメトキシシラン、3−[2−(2−アミノエチルアミノエチルアミノ)プロピル]トリエトキシシランおよび/または3−[2−(2−アミノエチルアミノエチルアミノ)プロピル]トリプロポキシシランの1種以上から誘導される、請求項1から13のいずれか一項に記載のポリマー。 - 側鎖Rが、ポリマー主鎖の2〜15mol%の量、または3〜8mol%の量で存在する、請求項1から16のいずれか一項に記載のポリマー。
- 請求項1に記載のビニルアルコールの官能化ホモポリマーまたはコポリマーを調製するための方法であって、
a.酢酸ビニルの直鎖もしくは分枝鎖のホモポリマーまたは酢酸ビニルと少なくとも1種の他のモノマーのコポリマーを調製するステップと、
b.ステップ(a)の酢酸ビニルのホモポリマーまたはコポリマーを加水分解し、ビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーを得るステップと、
c.ステップ(b)のビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーと適切な反応性カップリング剤を反応させ、1つ以上の反応性カップリング基を含むビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーを得るステップと、
d.ステップ(c)の1つ以上の反応性カップリング基を含む、得られたビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーと請求項1で定義された適切なアミノシランおよび/またはアミノシラノールを反応させるステップと、
を含む、方法。 - ステップ(d)が、1つ以上の反応性カップリング基を含むビニルアルコールのホモポリマーまたはコポリマーをアミノシランおよび/またはアミノシラノールの溶液に添加することによって行われる、請求項18に記載の方法。
- ステップ(d)後に得られた反応混合物が酸および/または二酸化炭素で処理される、請求項18または19に記載の方法。
- ポリマーが、蒸発によって単離される、請求項18から20のいずれか一項に記載の
方法。 - 式(I)
P−(R) n (I)
(式中、
Pは、ビニルアルコールとエチレンまたはプロピレンとのコポリマー、または
ビニルアルコールとアクリルモノマーまたはメタクリルモノマーとのコポリマーを表し、
Pは、1つ以上の反応性カップリング基を含み、
Rは、該反応性カップリング基(単数または複数)を介して該ポリマー主鎖に結合した式(II)の化合物から誘導されるアミノシランおよび/またはアミノシラノール含有側鎖を表し、
R 1 、R 2 およびR 3 は、独立して、H、C 1-9 アルキル、アリール、C 1-9 アルコキシまたはアリールオキシを表し、ただし、R 1 、R 2 またはR 3 のうち少なくとも1つはC 1-9 アルコキシもしくはアリールオキシ基を表し、
xは、0〜1の範囲であり、
yは、1〜9、または2〜6の範囲である)
nは、該ポリマー主鎖の1〜25mol%の量で存在する側鎖の数を表す)
のビニルアルコールの官能化コポリマー。 - 請求項1ないし17のいずれか一項に記載のポリマーである第1ポリマーと、
請求項1ないし17のいずれか一項に記載のポリマーである第2ポリマーと、を含み、
第1ポリマーの少なくとも一つの側鎖Rが第2ポリマーの少なくとも一つの側鎖Rと架橋されることで、−Si−O−Si−結合を有する、
架橋ポリマー。 - 架橋ポリマー被覆材を調製するための方法であって、
請求項1ないし17のいずれか一項に記載のポリマーを加熱するステップを含み、
ここで、yは3〜9の範囲であり、またはyは3であり、
酸触媒の不存在下で行われる、方法。 - ポリマーが、80〜120℃の温度に、または100℃に加熱される、
請求項24に記載の方法。 - 請求項1から17のいずれか一項に記載のビニルアルコールの官能化ホモポリマーまたはコポリマーと水または水とC1-4アルコールの混合物とを含む組成物。
- インク、被覆剤、封止剤または接着剤における請求項1から17のいずれか一項に記載のビニルアルコールの官能化ホモポリマーまたはコポリマーの使用。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のビニルアルコールの官能化ホモポリマーまたはコポリマーを含むインク、被覆剤、封止剤または接着剤。
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