JPWO2016117524A1 - トリアジン環含有ポリマーの精製方法 - Google Patents

トリアジン環含有ポリマーの精製方法 Download PDF

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Abstract

有機溶媒中、ハロゲン化シアヌルとジアミノアリール化合物とを反応させて得られたトリアジン環含有ポリマー含有溶液にアルキルアミン及びピリジンから選ばれる塩基性有機化合物を添加した後、該溶液を貧溶媒中へ滴下する再沈殿処理工程を含み、前記塩基性有機化合物の添加量が、生成する塩化水素の全量(理論量)に対して、モル比で、0.1〜1.6である、トリアジン環含有ポリマーの精製方法を提供する。

Description

本発明は、トリアジン環含有ポリマーの精製方法に関する。
トリアジン環含有ポリマーは、シアヌル酸クロリド等とジアミン類との重合により合成され、高屈折率、高耐熱性、高透明性を示すことが報告されている(特許文献1、2)。重合反応後に末端を封止した場合、その時に発生するハロゲン化水素は中和等によって除去されるが、その際にヒュームが発生したり、不溶性の塩が生じたりして操作性が低下することがあった。
国際公開第2012/057104号 国際公開第2012/060268号
本発明は、前記問題に鑑みなされたもので、トリアジン環含有ポリマーを、高い操作性にて精製する方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、重合反応後末端を封止したポリマー溶液にアルキルアミン及びピリジンから選ばれる塩基性有機化合物を加えることによって、スラリーやヒュームの発生を抑制することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、下記トリアジン環含有ポリマーの製造方法を提供する。
1.有機溶媒中、ハロゲン化シアヌルとジアミノアリール化合物とを反応させて得られたトリアジン環含有ポリマー含有溶液にアルキルアミン及びピリジンから選ばれる塩基性有機化合物を添加した後、該溶液を貧溶媒中へ滴下する再沈殿処理工程を含み、前記塩基性有機化合物の添加量が、生成する塩化水素の全量(理論量)に対して、モル比で、0.1〜1.6であることを特徴とするトリアジン環含有ポリマーの精製方法。
2.前記塩基性有機化合物がアルキルアミンである1のトリアジン環含有ポリマーの精製方法。
3.前記アルキルアミンが直鎖状モノアルキルアミンである1又は2のトリアジン環含有ポリマーの精製方法。
4.前記直鎖状モノアルキルアミンがn−プロピルアミンである3のトリアジン環含有ポリマーの精製方法。
5.ハロゲン化シアヌルとジアミノアリール化合物とを有機溶媒中で反応させる工程、得られたポリマー含有溶液にアルキルアミン及びピリジンから選ばれる塩基性有機化合物を添加した後、該溶液を貧溶媒中へ滴下して生成物を再沈殿させる工程を含むトリアジン環含有ポリマーの製造方法。
本発明の精製方法では、重合反応後、ポリマー溶液にアルキルアミンを添加する。すなわち、反応後のポリマー溶液は、副生する塩化水素等のハロゲン化水素によって酸性状態であるが、アルキルアミンを添加することによって精製するアルキルアミン塩酸塩が重合反応に用いる溶媒に溶解するため、スラリーが形成されることがなく、操作性が向上する。また、ヒュームの発生を抑制することもできるため、やはり操作性が向上する。
本発明のトリアジン環含有ポリマーの精製方法は、有機溶媒中、ハロゲン化シアヌルとジアミノアリール化合物とを反応させて得られたトリアジン環含有ポリマー含有溶液にアルキルアミン及びピリジンから選ばれる塩基性有機化合物を添加した後、該溶液を貧溶媒中へ滴下する再沈殿処理工程を含むものである。
前記有機溶媒としては、前記重合反応に汎用されるものであれば特に限定されず、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルスルホキシド;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピペリドン、N,N−ジメチルエチレン尿素、N,N,N',N'−テトラメチルマロン酸アミド、N−メチルカプロラクタム、N−アセチルピロリジン、N,N−ジエチルアセトアミド、N−エチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルプロピオン酸アミド、N,N−ジメチルイソブチルアミド、N−メチルホルムアミド、N,N'−ジメチルプロピレン尿素等のアミド系溶媒、及びこれらの混合溶媒が挙げられる。これらのうち、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、及びこれらの混合溶媒が好ましく、特に、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンが好適である。
前記トリアジン環含有ポリマーは、その末端が末端封止剤によって封止されていてもよい。前記末端封止剤としては、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド、アセチルクロライド、プロピオン酸クロライド、メタンスルホン酸クロライド、クロロギ酸ベンジル、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水マレイン酸、二炭酸ジ−t−ブチル等が挙げられる。
前記塩基性有機化合物としては、アルキルアミンが好ましい。前記アルキルアミンとしては、特に限定されないが、直鎖状アルキルアミンが好ましく、直鎖状モノアルキルアミンがより好ましい。その具体例としては、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、n−ブチルアミン等が挙げられるが、特にn−プロピルアミンが好ましい。
前記塩基性有機化合物の添加量は、沈殿物のろ過性を高めるという観点から、生成する塩化水素の全量(理論量)に対して、モル比で、好ましくは0.1〜1.6、より好ましくは0.5〜1.6、より一層好ましくは0.8〜1.2、更に好ましくは1.0となる量である。
再沈殿処理工程に用いられる貧溶媒としては、目的のポリマーが沈殿するものであれば特に限定されず、例えば、水、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、アセトニトリル、メタノール等が挙げられるが、本発明では、特に、水を主体(50質量%超)とする水系溶媒が好ましく、水単独溶媒が好適である。なお、貧溶媒中には、必要に応じてアンモニア水等の塩基を添加してもよい。
前記貧溶媒の加熱温度は、特に限定されないが、沈殿物の凝集性やろ過性等の精製時の操作性、残留ハロゲンの低減化効果、及び精製後のポリマーの着色の低減等を考慮すると、35〜80℃程度が好ましく、40〜75℃がより好ましく、50〜70℃が最適である。
再沈殿処理工程における貧溶媒の使用量は、通常、重合に用いたハロゲン化シアヌルに対して10〜200質量倍とすることができるが、前述のとおり、本発明の精製方法はろ過性が良好であるため、常温の場合よりも貧溶媒の使用量を少なくして容積効率を高めることができる。前記加熱温度範囲において、容積効率および沈殿物のろ過性等を考慮すると、貧溶媒の使用量は、10〜100質量倍が好ましく、15〜70質量倍がより好ましく、30〜60質量倍が更に好ましく、30〜40質量倍が最適である。
再沈殿処理工程において、ポリマー溶液を貧溶媒中へ加える速度は特に限定されないが、再沈殿時のポリマーの凝集性や残留ハロゲンの低減効果等を考慮すると、0.1〜24mL/分が好ましく、0.5〜12mL/分がより好ましい。
再沈殿処理後、精製したポリマーは、ろ過等の公知の方法によって回収すればよい。
本発明の精製方法は、任意のトリアジン環含有ポリマーに適用し得る。前記トリアジン環含有ポリマーとしては、特開2012−092261号公報、国際公開第2010/128661号、国際公開第2012/057104号、国際公開第2012/060268号等に記載のものが挙げられる。
本発明の精製方法は、これらのうち、末端が前述した末端封止剤によって封止され、かつ親水性基を有するトリアジン環含有ポリマーの精製に好適であり、特に、下記式(1)又は(2)で表される繰り返し単位を含むトリアジン環含有ポリマーの精製に好適である。
Figure 2016117524
式中、R1〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜3の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素数1〜10、好ましくは炭素数1〜3の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシ基、又は親水性基を表すが、R1〜R9のうち少なくとも1つは親水性基である。特に、R6〜R9の少なくとも1つが親水性基であることが好ましく、R8が親水性基であることがより好ましい。
前記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、1−メチル−n−ブチル基、2−メチル−n−ブチル基、3−メチル−n−ブチル基、1,1−ジメチル−n−プロピル基、1,2−ジメチル−n−プロピル基、2,2−ジメチル−n−プロピル基、1−エチル−n−プロピル基、n−ヘキシル基、1−メチル−n−ペンチル基、2−メチル−n−ペンチル基、3−メチル−n−ペンチル基、4−メチル−n−ペンチル基、1,1−ジメチル−n−ブチル基、1,2−ジメチル−n−ブチル基、1,3−ジメチル−n−ブチル基、2,2−ジメチル−n−ブチル基、2,3−ジメチル−n−ブチル基、3,3−ジメチル−n−ブチル基、1−エチル−n−ブチル基、2−エチル−n−ブチル基、1,1,2−トリメチル−n−プロピル基、1,2,2−トリメチル−n−プロピル基、1−エチル−1−メチル−n−プロピル基、1−エチル−2−メチル−n−プロピル基等が挙げられる。
前記アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペントキシ基、1−メチル−n−ブトキシ基、2−メチル−n−ブトキシ基、3−メチル−n−ブトキシ基、1,1−ジメチル−n−プロポキシ基、1,2−ジメチル−n−プロポキシ基、2,2−ジメチル−n−プロポキシ基、1−エチル−n−プロポキシ基、n−ヘキシルオキシ基、1−メチル−n−ペンチルオキシ基、2−メチル−n−ペンチルオキシ基、3−メチル−n−ペンチルオキシ基、4−メチル−n−ペンチルオキシ基、1,1−ジメチル−n−ブトキシ基、1,2−ジメチル−n−ブトキシ基、1,3−ジメチル−n−ブトキシ基、2,2−ジメチル−n−ブトキシ基、2,3−ジメチル−n−ブトキシ基、3,3−ジメチル−n−ブトキシ基、1−エチル−n−ブトキシ基、2−エチル−n−ブトキシ基、1,1,2−トリメチル−n−プロポキシ基、1,2,2−トリメチル−n−プロポキシ基、1−エチル−1−メチル−n−プロポキシ基、1−エチル−2−メチル−n−プロポキシ基等が挙げられる。
前記親水性基としては、カルボキシル基、スルホン基、リン酸基、ヒドロキシ基、アミノ基等が挙げられる。これらのうち、カルボキシル基、ヒドロキシ基が好ましく、カルボキシル基がより好ましい。
前記トリアジン環含有ポリマーの重量平均分子量は、特に限定されないが、500〜100,000が好ましく、より耐熱性を向上させるとともに、収縮率を低くするという点から、1,000以上が好ましく、より溶解性を高め、得られた溶液の粘度を低下させるという点から、10,000以下が好ましい。なお、本発明において重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)分析による標準ポリスチレン換算で得られる平均分子量である。
なお、前記トリアジン環含有ポリマーは、式(1)又は(2)で表される繰り返し単位を含むものであれば、親水性基を含まない繰り返し単位を含んでもよい。この場合、式(1)又は(2)で表される繰り返し単位は、全繰り返し単位中1〜90モル%であることが好ましく、5〜50モル%であることがより好ましい。
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されない。なお、実施例で用いた各測定装置は以下のとおりである。
1H−NMR]
装置:Bruker社製、AVANCE III 600
測定溶媒:DMSO−d6
基準物質:テトラメチルシラン(TMS)(δ0.0ppm)
13C−NMR]
装置:Bruker社製、AVANCE III 600
測定溶媒:DMSO−d6
基準物質:テトラメチルシラン(TMS)(δ0.0ppm)
[GPC]
装置:東ソー(株)製、HLC-8320GPC
カラム:東ソー(株)製、TSKgelα-3000、TSKgelα-2000、TSKgel guardcolumn α
カラム温度:60℃
溶媒:1質量%LiCl/NMP溶液
検出器:UV(271nm)
検量線:標準ポリスチレン
[実施例]
下記スキームに従って、トリアジン環含有ポリマーを合成した。
Figure 2016117524
[実施例1]
窒素雰囲気下、N,N−ジメチルアセトアミド40.56gをアセトン/ドライアイス浴で0℃以下に冷却し、2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン(8.00g、0.0434mol)を加えて溶解した。その後、2,6−キシリジン(5.26g、0.0434mol)を−6〜−4℃にて30分かけて滴下後、30分攪拌し、15℃まで昇温後1時間攪拌した。これを3℃に冷却後、3,5−ジアミノ安息香酸(6.60g、0.0434mol)とm−フェニレンジアミン(2.35g、0.0217mol)をN−メチル−2−ピロリドン60.80gに室温にてあらかじめ溶解させた溶液を30分かけて滴下し、83℃まで1時間かけて昇温後、2時間攪拌して重合した。その後、28℃に冷却し、アクリル酸クロライド(3.14g、0.0347mol)を5分かけて滴下し、25〜26℃で30分攪拌した。更に、n−プロピルアミン(9.74g、0.165mol)を5分かけて滴下し、25℃にて30分攪拌し、ポリマー含有溶液を得た。
ポリマー含有溶液を56℃に加熱したイオン交換水608.0gに30分かけて滴下し、再沈殿させた。56℃にて30分攪拌後、テトラヒドロフラン52.00gを加え、56℃にて30分攪拌した。室温まで冷却し、沈殿物を桐山ロート(95φ)及びろ紙(5B)を用いて減圧下で吸引ろ過した(ろ過時間1分10秒)。これをイオン交換水80.00gで4回ケーキ洗浄し、粗精製物30.37gを得た。
粗精製物をテトラヒドロフラン76.00gに溶解し、10質量%酢酸アンモニウム水溶液32.00g、イオン交換水41.63gを加え、55℃に昇温後、55〜60℃にて30分攪拌した。これを静置することで分液し、有機層を取り出した。
有機層を30℃に加熱したイオン交換水608.0gに30分かけて滴下し、再沈殿させた。30〜33℃にて30分攪拌後、テトラヒドロフラン48.00gを加え、30〜31℃にて30分攪拌した。沈殿物を桐山ロート(95φ)及びろ紙(5A)を用いて減圧下で吸引ろ過し(ろ過時間1分)、これをイオン交換水80.00gでケーキ洗浄し、減圧乾燥機で120℃、19時間乾燥し、トリアジン環含有ポリマー14.52gを得た。
トリアジン環含有ポリマーの構造は、1H−NMR、13C−NMRによって確認した。各繰り返し単位の組成比は、a:b=0.33:0.67であった。また、GPC測定の結果、トリアジン環含有ポリマーの重量平均分子量は1,500、分散度は1.6であった。
[実施例2]
窒素雰囲気下、N,N−ジメチルアセトアミド40.57gをアセトン/ドライアイス浴で0℃以下に冷却し、2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン(8.00g、0.0434mol)を加えて溶解した。その後、2,6−キシリジン(5.26g、0.0434mol)を−8〜−5℃にて30分かけて滴下後、30分攪拌し、15℃まで昇温後1時間攪拌した。これを5℃に冷却後、3,5−ジアミノ安息香酸(6.60g、0.0434mol)とm−フェニレンジアミン(2.35g、0.0217mol)をN−メチル−2−ピロリドン60.81gに室温にてあらかじめ溶解させた溶液を30分かけて滴下し、83℃まで1時間かけて昇温後、2時間攪拌して重合した。その後、27℃に冷却し、アクリル酸クロライド(5.88g、0.0650mol)を4分かけて滴下し、24〜25℃で30分攪拌した。更に、ピリジン(15.43g、0.195mol)を6分かけて滴下し、26〜28℃にて30分攪拌し、ポリマー含有溶液を得た。
ポリマー含有溶液を58℃に加熱したイオン交換水608.0gに30分かけて滴下し、再沈殿させた。59℃にて30分攪拌後、テトラヒドロフラン52.00gを加え、59〜60℃にて30分攪拌した。室温まで冷却し、沈殿物を桐山ロート(95φ)及びろ紙(5B)を用いて減圧下で吸引ろ過した。これをイオン交換水80.00gで4回ケーキ洗浄し、粗精製物35.43gを得た。
粗精製物をテトラヒドロフラン76.04gに溶解し、10質量%酢酸アンモニウム水溶液32.04g、イオン交換水36.58gを加え、57℃に昇温後、57〜60℃にて30分攪拌した。これを静置することで分液し、有機層を取り出した。
有機層を30℃に加熱したイオン交換水608.1gに30分かけて滴下し、再沈殿させた。31〜33℃にて30分攪拌後、テトラヒドロフラン32.04gを加え、29〜33℃にて30分攪拌した。沈殿物を桐山ロート(95φ)及びろ紙(5A)を用いて減圧下で吸引ろ過し、これをイオン交換水80.00gでケーキ洗浄し、減圧乾燥機で120℃、19時間乾燥し、トリアジン環含有ポリマー16.12gを得た。
トリアジン環含有ポリマーの構造は、1H−NMR、13C−NMRによって確認した。各繰り返し単位の組成比は、a:b=0.38:0.62であった。また、GPC測定の結果、トリアジン環含有ポリマーの重量平均分子量は1,600、分散度は1.5であった。
[実施例3]
下記スキームに従って、トリアジン環含有ポリマーを合成した。
Figure 2016117524
窒素雰囲気下、N−メチル−2−ピロリドン184.6gに溶解した3,5−ジアミノ安息香酸(6.60g、0.0434mol)、m−フェニレンジアミン(2.35g、0.0217mol)、2,6−キシリジン(2.63g、0.0217mol)をアセトン/ドライアイス浴で0℃以下に冷却し、2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン(20.00g、0.109mol)を10分割して1時間30分かけて加えた。この反応溶液を、あらかじめN−メチル−2−ピロリドン99.42gを加えて76℃に加熱してある槽へ1時間かけて滴下し、75〜76℃で2時間攪拌して重合した。
その後、アニリン(25.26g、0.271mol)を17分かけて滴下し、75℃で2時間攪拌して反応を停止した。23℃まで冷却してn−プロピルアミン(19.25g、0.326mol)を5分かけて滴下後、23〜27℃にて45分攪拌し、ポリマー含有溶液358.2gを得た。
ポリマー含有溶液143.3gを65℃に加熱したイオン交換水608.1gに30分かけて滴下し、再沈殿させた。65〜66℃にて30分攪拌後、テトラヒドロフラン23.99gを加え、66〜67℃にて30分攪拌した。室温まで冷却し、沈殿物を桐山ロート(95φ)及びろ紙(5B)を用いて減圧下で吸引ろ過した。これをイオン交換水80.00gで4回ケーキ洗浄し、粗精製物45.44gを得た。
粗精製物をテトラヒドロフラン76.02gに溶解し、10質量%酢酸アンモニウム水溶液32.03g、イオン交換水26.60gを加え、59℃に昇温後、59℃にて30分攪拌した。これを静置することで分液し、有機層を取り出した。
有機層を28〜30℃に加熱したイオン交換水360.0gに30分かけて滴下し、再沈殿させた。30〜31℃にて30分攪拌後、テトラヒドロフラン15.97gを加え、31℃にて30分攪拌した。沈殿物を桐山ロート(95φ)及びろ紙(5A)を用いて減圧下で吸引ろ過し、これをイオン交換水80.00gでケーキ洗浄し、減圧乾燥機で90℃、62時間乾燥し、トリアジン環含有ポリマー12.84gを得た。
トリアジン環含有ポリマーの構造は、1H−NMR、13C−NMRによって確認した。各繰り返し単位の組成比は、a:b=0.37:0.63であった。また、GPC測定の結果、トリアジン環含有ポリマーの重量平均分子量は1,100、分散度は1.2であった。
[実施例4]
下記スキームに従って、トリアジン環含有ポリマーを合成した。
Figure 2016117524
窒素雰囲気下、N,N−ジメチルアセトアミド170.0gに溶解したm−フェニレンジアミン(12.95g、0.120mol)をアセトン/ドライアイス浴で−5℃以下に冷却し、2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン(20.00g、0.109mol)を10分割して1時間30分かけて加えた。30分攪拌した後、この反応溶液を、あらかじめN,N−ジメチルアセトアミド130.2gを加えて85〜86℃に加熱してある槽へ1時間かけて滴下し、85℃で2時間攪拌して重合した。
その後、4−アミノベンゾトリフルオリド(21.00g、0.130mol)を3分かけて滴下し、85℃で3時間攪拌して反応を停止した。32℃まで冷却してn−プロピルアミン(19.41g、0.328mol)を13分かけて滴下後、32〜40℃にて10分攪拌し、ポリマー含有溶液381.8gを得た。
イオン交換水608.0g、メタノール30.00gに酢酸アンモニウム1.00gを溶解させた溶液を50℃に加熱した。その溶液にポリマー含有溶液38.18gを30分かけて滴下し、再沈殿させた。50℃にて30分攪拌後、室温まで冷却し、沈殿物を桐山ロート(40φ)及びろ紙(No.424、ADVANTEC社製)を用いて減圧下で吸引ろ過した。これをイオン交換水20.00gで4回ケーキ洗浄し、粗精製物8.19gを得た。
粗精製物をテトラヒドロフラン23.00gに溶解し、10質量%アンモニア水4.00g、イオン交換水1.81g、酢酸アンモニウム0.801gを加え、24〜25℃で30分攪拌後、60℃に昇温した。これを静置することで分液し、有機層を取り出した。
有機層をイオン交換水60.00g、メタノール26.00gの混合溶液に25分かけて滴下し、21℃にて再沈殿させた。21℃にて30分攪拌後、沈殿物を桐山ロート(40φ)及びろ紙(No.424、ADVANTEC社製)を用いて減圧下で吸引ろ過し、これをイオン交換水20.00gで4回ケーキ洗浄し、減圧乾燥機で120℃、17時間乾燥し、トリアジン環含有ポリマー3.17gを得た。
トリアジン環含有ポリマーの構造は、1H−NMR、13C−NMRによって確認した。また、GPC測定の結果、トリアジン環含有ポリマーの重量平均分子量は10,400、分散度は3.0であった。

Claims (5)

  1. 有機溶媒中、ハロゲン化シアヌルとジアミノアリール化合物とを反応させて得られたトリアジン環含有ポリマー含有溶液にアルキルアミン及びピリジンから選ばれる塩基性有機化合物を添加した後、該溶液を貧溶媒中へ滴下する再沈殿処理工程を含み、前記塩基性有機化合物の添加量が、生成する塩化水素の全量(理論量)に対して、モル比で、0.1〜1.6であることを特徴とするトリアジン環含有ポリマーの精製方法。
  2. 前記塩基性有機化合物がアルキルアミンである請求項1記載のトリアジン環含有ポリマーの精製方法。
  3. 前記アルキルアミンが直鎖状モノアルキルアミンである請求項1又は2記載のトリアジン環含有ポリマーの精製方法。
  4. 前記直鎖状モノアルキルアミンがn−プロピルアミンである請求項3記載のトリアジン環含有ポリマーの精製方法。
  5. ハロゲン化シアヌルとジアミノアリール化合物とを有機溶媒中で反応させる工程、得られたポリマー含有溶液にアルキルアミン及びピリジンから選ばれる塩基性有機化合物を添加した後、該溶液を貧溶媒中へ滴下して生成物を再沈殿させる工程を含むトリアジン環含有ポリマーの製造方法。
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