JPWO2019045093A1 - 新規な高分子開始剤およびその製造方法、並びにブロック共重合体の製造方法 - Google Patents

新規な高分子開始剤およびその製造方法、並びにブロック共重合体の製造方法 Download PDF

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Abstract

ラジカル重合によるブロック共重合体の製造に適用可能な脂肪族ポリカーボネートが提供される。当該脂肪族ポリカーボネートは、式(1):[化1](式中、R1、R2、R3、及びR4は同一又は異なって、水素原子、置換基で置換されていてもよい炭素数1から15のアルキル基、又は置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示し、A及びBは同一又は異なって、リビングラジカル重合の開始基となる置換基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、又はカルボキシ基を示し、但しA及びBの少なくとも一方は、リビングラジカル重合の開始基となる置換基を示し、mは10から2500の整数を示す。)で表される脂肪族ポリカーボネートである。

Description

本発明は、新規な高分子開始剤、及び、その製造方法、並びにそれを利用したブロック共重合体の製造方法等に関する。
ブロック共重合体は、2種類以上のポリマーが直接結合している高分子であり、その特殊な構造に由来する様々な機能を有するため、種々の用途への利用が盛んに研究されている。例えば、特許文献1には、ブロック共重合体をポリマーブレンドの相溶化材として利用する例が、特許文献2には、ブロック共重合体の自己組織化を利用したリソグラフィー技術が、それぞれ開示されている。
ブロック共重合体を製造する方法としては、リビング重合法、マクロイニシエーター法(高分子開始剤法)、あるいはそれらを組み合わせた方法等が一般的に用いられている。ブロック共重合体製造におけるリビング重合法は、第1のモノマーを重合させ、得られたポリマーを単離することなく、第2のモノマーを重合させることによりブロック共重合体を製造する方法である。このため、同じ重合機構で重合するモノマー同士でないと適用が困難であるという制限はあるが、各セグメントの分子量、組成比を精密に設計することが可能であり、様々な高機能樹脂の製造に適用されている。マクロイニシエーター法は第1のモノマーからポリマー(以下、プレポリマーともいう)を予め製造し、そのポリマーの末端基から第2のモノマーの重合をさせることにより製造する方法である。このため、第2のモノマーの重合機構に合わせた、適切な末端官能基を有するプレポリマーを用意する必要があるが、重合機構の異なるポリマー同士のブロック共重合体を製造することができる。両方の手法を組み合わせた場合、操作が煩雑になるという課題はあるが、様々なブロック共重合体を、精密に設計して製造することができる。
二酸化炭素とエポキシドとを重合させて脂肪族ポリカーボネートを製造する場合、その重合は配位アニオン重合で進行すること、そして当該配位アニオン重合はリビング重合で進行すること、が知られている。リビング重合を利用して脂肪族ポリカーボネートブロック共重合体を製造する方法の例として、特許文献3に、二酸化炭素とエポキシドとの共重合を行い、続いて、エポキシドと環状酸無水物とを共重合させるポリカーボネート−ポリエステルブロック共重合体の製造方法が、また、特許文献4に、二酸化炭素とエポキシドとの共重合を行い、続いてラクトンの開環重合を行うポリカーボネート−ポリラクトンブロック共重合体の製造方法が、それぞれ開示されている。また、マクロイニシエーター法を利用してブロック共重合体を製造する方法の例として、特許文献5に、末端にヒドロキシ基を有するポリエチレングリコール、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリメタクリル酸メチル等を予め用意して、末端ヒドロキシ基を開始剤として二酸化炭素とエポキシドとの共重合を行う、ブロック共重合体の製造方法が開示されている。
特開平9−124779号公報 特開2015−82011号公報 特開2008−280399号公報 特表2016−518502号公報 特表2013−523988号公報
これまで開発されてきた脂肪族ポリカーボネートのブロック共重合体の製造方法は、重合様式がアニオン重合に限定されていたことから、側鎖に活性水素を有する置換基(例えば、カルボキシ基やヒドロキシ基)をもつポリマーとのブロック共重合体は製造できず、製造可能なブロック共重合体の構造に大きな制限があった。
本発明は、前記課題を鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、モノマーの適用範囲の広い、ラジカル重合によるブロック共重合体の製造に適用可能な脂肪族ポリカーボネートを提供することにある。
本発明者らは、ある特定の構造を有する脂肪族ポリカーボネートをプレポリマーとして用いると、ラジカル重合によるブロック共重合体の製造に供することが可能であることを見出し、さらに検討を重ねて本発明を完成するに至った。
本発明は、例えば以下の項に記載の主題を包含する。
項1.
脂肪族ポリカーボネートを含むリビングラジカル重合開始剤。
項2.
脂肪族ポリカーボネートが、
式(1):
Figure 2019045093
(式中、R、R、R、及びRは同一又は異なって、水素原子、置換基で置換されていてもよい炭素数1から15のアルキル基、又は置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示し、A及びBは同一又は異なって、リビングラジカル重合の開始基となる置換基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、又はカルボキシ基を示し、但しA及びBの少なくとも一方は、リビングラジカル重合の開始基となる置換基を示し、mは10から2500の整数を示す。)
で表される、項1に記載のリビングラジカル重合開始剤。
項3.
前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基が、ハロゲン含有基、ジチオエステル基、ジチオカーボネート基、ジチオカルバメート基、トリチオカーボネート基、アミノオキシ基、又は有機テルル基である、項1又は2に記載のリビングラジカル重合開始剤。
項4.
前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基が、式(2):
Figure 2019045093
(式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、Xは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示す。)
で表される基、式(3):
Figure 2019045093
(式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、Yは炭素数1から10のアルキル基、炭素数6から20のアリール基、炭素数1から10のアルコキシ基、炭素数1から10のアルキルアミノ基、又は炭素数1から10のチオアルコキシ基を示す。)
で表される基、式(4):
Figure 2019045093
(式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R及びR10は同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、
及びR10は、これらが結合する窒素原子と共に、互いに結合して、置換基で置換されていてもよい環員数4から10の脂肪族窒素ヘテロ環を形成してもよい。)
で表される基、あるいは式(5):
Figure 2019045093
(式中、R11は炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R12は置換基で置換されていてもよい炭素数1から10のアルキル基、又は置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示す。)
で表される基である、項1から3のいずれかに記載のリビングラジカル重合開始剤。
項5.
前記脂肪族ポリカーボネートが、数平均分子量が1000以上10万以下の脂肪族ポリカーボネートである、項1から4のいずれかに記載のリビングラジカル重合開始剤。
項6.
項1から5のいずれかに記載のリビングラジカル重合開始剤を用いて重合反応を行う工程を含む、ブロック共重合体の製造方法。
項7.
式(1):
Figure 2019045093
(式中、R、R、R、Rは同一又は異なって、水素原子、炭素数1から15のアルキル基又は炭素数6から20のアリール基を示し、A及びBは同一又は異なって、リビングラジカル重合の開始基となる置換基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、又はカルボキシ基を示し、但しA及びBの少なくとも一方は、リビングラジカル重合の開始基となる置換基を示し、mは10から2500の整数を示す。)
で表される、脂肪族ポリカーボネート。
項8.
前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基が、ハロゲン含有基、ジチオエステル基、ジチオカーボネート基、ジチオカルバメート基、トリチオカーボネート基、アミノオキシ基、又は有機テルル基である、項7に記載の脂肪族ポリカーボネート。
項9.
前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基が、式(2):
Figure 2019045093
(式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、Xは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示す。)
で表される基、式(3):
Figure 2019045093
(式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、Yは炭素数1から10のアルキル基、炭素数6から20のアリール基、炭素数1から10のアルコキシ基、炭素数1から10のアルキルアミノ基、又は炭素数1から10のチオアルコキシ基を示す。)
で表される基、式(4):
Figure 2019045093
(式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R及びR10は同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、
及びR10は、これらが結合する窒素原子と共に、互いに結合して、置換基で置換されていてもよい環員数4から10の脂肪族窒素ヘテロ環を形成してもよい。)
で表される基、あるいは式(5):
Figure 2019045093
(式中、R11は炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R12は置換基で置換されていてもよい炭素数1から10のアルキル基、又は置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示す。)
で表される基である、項7又は8に記載の脂肪族ポリカーボネート。
項10.
数平均分子量が1000以上10万以下である、項7から9のいずれかに記載の脂肪族ポリカーボネート。
本発明に係る脂肪族ポリカーボネートはリビングラジカル重合の高分子開始剤として利用できる。従って、従来は製造が困難であったブロック共重合体の製造を可能にする。
実施例において得られたブロック共重合体(実施例2a)と、その原料である脂肪族ポリカーボネート(実施例1a)とを、HPLCにより測定した際のクロマトグラム(GPC曲線)を示す。
以下、本発明の各実施形態について、さらに詳細に説明する。
本発明に包含される脂肪族ポリカーボネート(以降、本明細書内では「本発明の脂肪族ポリカーボネート」と称する場合がある)は、式(1):
Figure 2019045093
(式中、R、R、R、及びRは同一又は異なって、水素原子、置換基で置換されていてもよい炭素数1から15のアルキル基、又は置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示し、A及びBの少なくとも一方は、リビングラジカル重合の開始基となる置換基を示し、mは10から2500の整数を示す。)
で示される。本発明の脂肪族ポリカーボネートは、末端基A及びBの少なくとも一方にリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有しており、その置換基を起点にリビングラジカル重合を行うことで、ブロック共重合体を製造することが出来る。なお、A又はBがリビングラジカル重合の開始基となる置換基ではない場合、A又はBは、例えばヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、又はカルボキシ基を示す。中でも、ヒドロキシ基が好ましい。ここでのアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等が挙げられる。また、アシルオキシ基としては、例えばアセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等が挙げられる。
本明細書において、炭素数1から15のアルキル基は、炭素数1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、又は15の、直鎖又は分岐鎖状のアルキル基である。炭素数は、好ましくは1から10であり、より好ましくは1から8であり、さらに好ましくは1から6であり、よりさらに好ましくは1から4である。また、本明細書において、炭素数1から10のアルキル基は、炭素数1から10(1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10)の、直鎖又は分岐鎖状のアルキル基である。炭素数は、好ましくは1から9であり、より好ましくは1から8であり、さらに好ましくは1から6であり、よりさらに好ましくは1から4である。アルキル基としては、具体的には、例えば、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基等が挙げられる。
、R、R、及びRで示されるアルキル基は置換基で置換されていてもよい。本明細書において、アルキル基における置換基としては、例えば、アルコキシ基、アシルオキシ基、シリル基、スルファニル基、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、ホルミル基、アリール基等が挙げられる。また、本明細書において、置換されていてもよいアルキル基は、1又は2以上の置換基で置換されていてもよい。ここでのアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等が挙げられる。また、アシルオキシ基としては、例えばアセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等が挙げられる。また、シリル基としては、例えばトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリメトキシシリル基、ジメトキシメチルシリル基、メトキシジメチルシリル基等が挙げられる。また、アリール基としては、例えばフェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、ナフチル基、インデニル基等が挙げられる。
なお、本明細書において、炭素数1から10のアルキレン基は、炭素数1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10の、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基である。炭素数は、好ましくは1から9であり、より好ましくは1から8であり、さらに好ましくは1から6であり、よりさらに好ましくは1から4である。アルキレン基としては、具体的には、例えば、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基、sec−ブチレン基、tert−ブチレン基、n−ペンチレン基、n−ヘキシレン基、n−ヘプチレン基、n−オクチレン基、n−ノニレン基、n−デシレン基等が挙げられる。
本明細書において、炭素数6から20(6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、又は20)のアリール基は、好ましくは6から14のアリール基である。前記アリール基としては、具体的には、例えば、フェニル基、インデニル基、ナフチル基、テトラヒドロナフチル基等が挙げられる。
、R、R、及びRで示されるアリール基は置換基で置換されていてもよい。よって、R、R、R、及びRで示されるアリール基には、例えばo−トリル基、m−トリル基、p−トリル基等も含まれる。より詳細には、本明細書において、アリール基における置換基としては、例えば、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アシルオキシ基、シリル基、スルファニル基、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、ホルミル基等が挙げられる。また、本明細書において、置換されていてもよいアリール基は、1又は2以上の置換基で置換されていてもよい。ここでのアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。また、アリール基としては、例えばフェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、ナフチル基、インデニル基等が挙げられる。また、アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等が挙げられる。また、アシルオキシ基としては、例えばアセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等が挙げられる。また、シリル基としては、例えばトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリメトキシシリル基、ジメトキシメチルシリル基、メトキシジメチルシリル基等が挙げられる。
なお、本明細書において、炭素数6から20(6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、又は20)のアリーレン基は、好ましくは6から14のアリーレン基である。前記アリーレン基としては、具体的には、例えば、フェニレン基(特にp−フェニレン基)、インデニレン基、ナフチレン基(特に2,6−ナフチレン基)、テトラヒドロナフチレン基等が挙げられる。
特に制限はされないが、R、R、R、及びRは、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1から4のアルキル基であることが好ましい。中でも、R、R、及びRは水素原子であり、Rは炭素数1から4のアルキル基(特にメチル基)であることがより好ましい。
リビングラジカル重合の開始基となる置換基としては、特に制限されないが、例えば、ハロゲン含有基、ジチオエステル基、ジチオカーボネート基、ジチオカルバメート基、トリチオカーボネート基、アルコキシアミン基、及び有機テルル基等が挙げられる。
リビングラジカル重合の開始基となる置換基としては、より具体的には、例えば、式(2):
Figure 2019045093
(式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、Xは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示す。)
で表される基、式(3):
Figure 2019045093
(式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、Yは炭素数1から10のアルキル基、炭素数6から20のアリール基、炭素数1から10のアルコキシ基、炭素数1から10のアルキルアミノ基、又は炭素数1から10のチオアルコキシ基を示す。)
で表される基、式(4):
Figure 2019045093
(式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R及びR10は同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、
及びR10は、これらが結合する窒素原子と共に、互いに結合して、置換基で置換されていてもよい環員数4から10の脂肪族窒素ヘテロ環を形成してもよい。)
で表される基、あるいは式(5):
Figure 2019045093
(式中、R11は炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R12は置換基で置換されていてもよい炭素数1から10のアルキル基、又は置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示す。)
で表される基が好ましい。
本明細書において、炭素数1から15のエステル基は、炭素数1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14又は15の直鎖または分岐状のエステル基である。炭素数は好ましくは2から13であり、より好ましくは2から11であり、さらに好ましくは2から10である。当該エステル基としては、具体的には、−OCO−、−OCOCH−、−OCOCHCH−、−OCOC−、−OCOCH−、−OCOCHCH−、−OCOCHCH(CH)−、−CHCOOCH−、−CHOCOCH−などが好ましく例示できる。
本明細書において、炭素数1から10のアルコキシ基は、炭素数1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10の直鎖又は分岐鎖状のアルコキシ基である。炭素数は、好ましくは1から9であり、より好ましくは1から8であり、さらに好ましくは1から6であり、よりさらに好ましくは1から4である。当該アルコキシ基としては、具体的には、−OCH、−OCHCH、−OCHCHCH、−OCH(CH)CH、−OCHCHCHCH、−OCHCH(CH)CH、−OCH(CH)CHCH、−OCHCHCHCHCH、−OCHCHCH(CH)CH、−OCHCH(CH)CHCH、−OCH(CH)CHCHCHなどが好ましく例示できる。
本明細書において、炭素数1から10のアルキルアミノ基は、炭素数1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10の直鎖又は分岐鎖状のアルキルアミノ基である。炭素数は、好ましくは1から9であり、より好ましくは1から8であり、さらに好ましくは1から6であり、よりさらに好ましくは1から4である。当該アルキルアミノ基としては、具体的には、−NHCH、−NHCHCH、−NHCHCHCH、−NHCH(CH、−NHCHCHCHCH、−NHCHCH(CH)CH、−NHCH(CH)CHCH、−NHCHCHCHCHCH、−NHCHCHCH(CH、−NHCHCH(CH)CHCH、−NHCH(CH)CHCHCH、−N(CH、−N(CHCHなどが好ましく例示できる。
本明細書において、炭素数1から10のチオアルコキシ基は、炭素数1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10の直鎖又は分岐鎖状のチオアルコキシ基である。炭素数は、好ましくは1から9であり、より好ましくは1から8であり、さらに好ましくは1から6であり、よりさらに好ましくは1から4である。当該チオアルコキシ基としては、具体的には、−SCH、−SCHCH、−SCHCHCH、−SCHCHCHCH、−SCHCH(CH、−SCH(CH)CHCH、−SCHCHCHCHCH、−SCHCHCH(CH、−SCHCH(CH)CHCH、−SCH(CH)CHCHCHなどが好ましく例示できる。
及びR10は、これらが結合する窒素原子と共に、互いに結合して、環員数4から10(4、5、6、7、8、9、又は10)の脂肪族窒素ヘテロ環を形成してもよい。当該脂肪族窒素ヘテロ環における窒素原子は、R及びR10が結合する窒素原子に由来する。また、当該脂肪族窒素ヘテロ環は、飽和又は不飽和であってもよい。また、当該脂肪族窒素ヘテロ環は、置換基で置換されていてもよい。ここでの置換基としては、例えば、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アシルオキシ基、シリル基、スルファニル基、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、ホルミル基等が挙げられる。また、脂肪族窒素ヘテロ環は、1又は2以上の置換基で置換されていてもよい。ここでのアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。また、アリール基としては、例えばフェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、ナフチル基、インデニル基等が挙げられる。また、アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等が挙げられる。また、アシルオキシ基としては、例えばアセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等が挙げられる。また、シリル基としては、例えばトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリメトキシシリル基、ジメトキシメチルシリル基、メトキシジメチルシリル基等が挙げられる。
mは10から2500であり、10から1000が好ましく、20から500がより好ましく、30から250がさらに好ましく、50から100がよりさらに好ましい。また、mは好ましくは自然数(正の整数)である。
本発明の脂肪族ポリカーボネートの製造方法としては、例えばエポキシドと二酸化炭素とを重合反応させる工程を含む方法が挙げられる。当該重合反応は、金属触媒の存在下で行われることが好ましい。また、当該重合反応において、前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する触媒(助触媒を含む)又は開始剤(連鎖移動剤を含む)を使用すれば、一方の末端にリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する脂肪族ポリカーボネートを得ることができる。またさらに、当該重合反応後に、さらにリビングラジカル重合の開始基となる置換基を導入する工程を含めてもよい。当該工程を含めると、両末端にリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する脂肪族ポリカーボネートを得ることができる。
本発明の脂肪族ポリカーボネートを製造するために用いられるエポキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1−ブテンオキシド、2−ブテンオキシド、イソブチレンオキシド、1−ペンテンオキシド、2−ペンテンオキシド、1−ヘキセンオキシド、1−オクテンオキシド、1−ドデセンオキシド、シクロペンテンオキシド、シクロヘキセンオキシド、スチレンオキシド、ビニルシクロヘキサンオキシド、3−フェニルプロピレンオキシド、3−ナフチルプロピレンオキシド、3−フェノキシプロピレンオキシド、3−ナフトキシプロピレンオキシド等が挙げられる。なかでも、高い反応性を有する観点から、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1−ブテンオキシド、シクロヘキセンオキシドが好ましく、エチレンオキシド、プロピレンオキシドがさらに好ましい。
A及びBで示されるリビングラジカル重合の開始基となる置換基の導入方法としては、例えば、触媒(助触媒を含む)にリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する構造を導入する方法、連鎖移動剤としてリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する構造を含む連鎖移動剤を使用する方法、脂肪族ポリカーボネートを製造した後に、その末端にリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する構造を導入する方法、等が挙げられる。これらの導入方法は単独で行ってもよく、複数の導入方法を組み合わせて行ってもよい。
金属触媒としては、例えば、亜鉛系触媒、マグネシウム系触媒、アルミニウム系触媒、クロム系触媒、コバルト系触媒、ニッケル系触媒等が挙げられる。これらの中では、エポキシドと二酸化炭素との重合反応において、高い重合活性を有することから、亜鉛系触媒及びコバルト系触媒が好ましく、ブロック共重合の設計しやすさの観点から、コバルト系触媒がより好ましい。
亜鉛系触媒としては、例えば、酢酸亜鉛、ジエチル亜鉛、ジブチル亜鉛等の有機亜鉛触媒;一級アミン、2価のフェノール(ベンゼンジオール)、芳香族ジカルボン酸、芳香族ヒドロキシ酸、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族モノカルボン酸等の化合物と亜鉛化合物とを反応させることにより得られる有機亜鉛触媒等が挙げられる。これらの有機亜鉛触媒の中でも、より高い重合活性を有することから、亜鉛化合物と脂肪族ジカルボン酸と脂肪族モノカルボン酸とを反応させて得られる有機亜鉛触媒が好ましく、酸化亜鉛とグルタル酸と酢酸とを反応させて得られる有機亜鉛触媒がより好ましい。
前記コバルト系触媒としては、例えば、式(6):
Figure 2019045093
(式中、R13及びR14は、同一又は異なって、水素原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族基、又は置換もしくは非置換の芳香族複素環基であるか、又は2個のR13もしくは2個のR14が互いに結合して置換もしくは非置換の飽和もしくは不飽和の脂肪族環を形成してもよく;R15、R16及びR17は、同一又は異なって、水素原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換のアルケニル基、置換もしくは非置換の芳香族基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアシル基、置換もしくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換もしくは非置換の芳香族オキシカルボニル基、置換もしくは非置換のアラルキルオキシカルボニル基であるか、又は隣り合う炭素原子上のR16とR17とが互いに結合して置換もしくは非置換の脂肪族環又は置換もしくは非置換の芳香環を形成してもよく、Zは、前記リビング重合の開始基となる官能基を有する脂肪族カルボキシラート、芳香族カルボキシラート、アルコキシド、及び芳香族オキシドからなる群より選択されるアニオン性配位子である)
で示されるコバルト錯体を用いることができる。
式(6)で示されるコバルト錯体のなかでも、式(7):
Figure 2019045093
(式中、R13及びR14は、同一又は異なって、水素原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族基、又は置換もしくは非置換の芳香族複素環基であるか、又は2個のR13もしくは2個のR14が互いに結合して置換もしくは非置換の飽和もしくは不飽和の脂肪族環を形成してもよく;複数のR18は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1から6のアルキル基、炭素数1から6のアルコキシ基、置換もしくは非置換の芳香族基、又はハロゲン原子であり、Zは、前記リビング重合の開始基となる官能基を有する脂肪族カルボキシラート、芳香族カルボキシラート、アルコキシド、及び芳香族オキシドからなる群より選択されるアニオン性配位子である)
で示されるコバルト錯体が好ましい。
式(7)で示されるコバルト錯体の中で、好適な具体例として、次の式(7−1)から(7−5)で示されるコバルト錯体が挙げられる。
Figure 2019045093
前記重合反応に用いられる金属触媒の使用量は、重合反応の進行を促進する観点から、エポキシド100質量部に対して、好ましくは0.001質量部以上、より好ましくは0.01質量部以上であり、使用量に見合う効果を得る観点から、好ましくは20質量部以下、より好ましくは10質量部以下である。
前記重合反応は、必要に応じて、金属触媒に加えて、助触媒の存在下で行ってもよい。助触媒も前記触媒と同様、リビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する構造を導入したものを用いることが好ましい。
助触媒としては、カチオンがビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム(PPN)カチオン、4級アンモニウムカチオン、4級ホスホニウムカチオン、ピリジニウムカチオン等であり、アニオンがリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する構造を導入した構造である、有機オニウム塩が好ましい。カチオンが(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム(PPN)カチオンであるものがより好ましく、例えば、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム2−ブロモ−2−プロピオナート、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム1−クロロプロピオナート、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム1−ブロモプロピオナート、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウムクロロアセテート、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウムクロリド、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウムジチオベンゾエート、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム2−(チオベンゾイルチオ)アセテート、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム1−ピロールカルボジチオエート、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウムドデシルトリチオカーボネート、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム3−[(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニル)オキシ]プロピオネート、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム2−フェニルテラニルプロピオネート等が挙げられる。
助触媒の使用量は、金属触媒1モルに対して、好ましくは0.1から10モル、より好ましくは0.3から5モル、さらに好ましくは0.5から1.5モルである。0.1モルより少なくても、10モルより多くても、重合反応において副反応が起こりやすくなる。
前記重合反応には、連鎖移動剤の存在下で行ってもよい。連鎖移動剤としては、例えば、前記、リビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する構造を持つアルコール及びカルボン酸等が挙げられる。アルコールとしては、2−クロロエタノール、2−ブロモエタノール、2−(チオベンゾイルチオ)プロパノール、4−シアノ−4−(フェニルチオカルボニルチオ)ペンタノール、1−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、N,N−ジ−tert−ブチルヒドロキシアミン、1−ヒドロキシ−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−ヒドロキシ−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン等が挙げられる。また、カルボン酸としては、例えばクロロ酢酸、ブロモ酢酸、2−クロロプロピオン酸、2−ブロモプロピオン酸、2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸、2−(チオベンゾイルチオ)酢酸、2−(チオベンゾイルチオ)プロピオン酸、4−シアノ−4−(フェニルチオカルボニルチオ)ペンタン酸、4−シアノ−4−[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタン酸、2−(ドデシルチオカルボノチオイルチオ)−2−メチルプロピオン酸、3−[(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニル)オキシ]プロピオン酸、α−[[(2,2,6−6−テトラメチル−1−ピペリジニル)オキシ]メチル]安息香酸、2−メチルテラニル酢酸、2−フェニルテラニルプロピオン酸等が挙げられる。
連鎖移動剤の量としては、金属触媒1モルに対して、好ましくは5から1000モル、より好ましくは10から500モル、さらに好ましくは15から100モルである。連鎖移動剤の量が5モルより少ないと連鎖移動剤としての効果が小さく、1000モルより多いと、重合反応を阻害する恐れが生じる。
前記重合反応には、必要に応じて溶媒を用いてもよい。溶媒としては、特に限定されず、種々の有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、クロルベンゼン、ブロモベンゼン等のハロゲン化炭化水素系溶媒;ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、アニソール等のエーテル系溶媒;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル等のエステル系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒等が挙げられる。
溶媒の使用量は、反応を円滑に進行させる観点から、例えばエポキシド100質量部に対して、100から10000質量部が好ましい。
エポキシドと二酸化炭素とを重合反応させる方法としては、特に限定されないが、例えば、オートクレーブに、エポキシド、金属触媒、及び必要により助触媒、反応溶媒等を仕込み、混合した後、二酸化炭素を圧入して、反応させる方法が挙げられる。
前記重合反応において用いられる二酸化炭素の使用量は、エポキシド1モルに対して、好ましくは1から10モル、より好ましくは1から5モル、さらに好ましくは1から3モルである。
前記重合反応において用いられる二酸化炭素の使用圧力は、特に限定されないが、反応を円滑に進行させる観点から、好ましくは0.1MPa以上、より好ましくは0.2MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、使用圧力に見合う効果を得る観点から、好ましくは20MPa以下、より好ましくは10MPa以下、さらに好ましくは5MPa以下である。
前記重合反応における重合反応温度は、特に限定されない。反応時間短縮の観点から、好ましくは0℃以上、より好ましくは10℃以上、さらに好ましくは20℃以上であり、副反応を抑制し、収率を向上させる観点から、好ましくは100℃以下、より好ましくは90℃以下、さらに好ましくは80℃以下である。
重合反応時間は、重合反応条件により異なるために一概には決定できないが、1から40時間程度であることが好ましい。
上記の通り、重合反応後に末端基を修飾してもよい。この場合、ポリマー鎖末端の遊離基(例えばヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、又はカルボキシ基)に対して、前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する構造を持つ修飾剤を用いることで、前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する構造を末端基に導入することが出来る。A及びBで示されるリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する構造をもつ修飾剤としては、クロロ酢酸無水物、ブロモ酢酸無水物、2−クロロプロピオン酸クロリド、2−ブロモプロピオン酸ブロミド、2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸無水物、2−(チオベンゾイルチオ)酢酸無水物、2−(チオベンゾイルチオ)プロピオン酸無水物、4−シアノ−4−(フェニルチオカルボニルチオ)ペンタン酸無水物、4−シアノ−4−[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタン酸無水物、3−[(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニル)オキシ]プロピオン酸無水物、α−[[(2,2,6−6−テトラメチル−1−ピペリジニル)オキシ]メチル]安息香酸クロリド、2−メチルテラニル酢酸無水物、2−フェニルテラニルプロピオン酸無水物等が挙げられる。前記重合と末端基の修飾を併用することで、前記式(1)中のA、Bの両方にリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有する脂肪族ポリカーボネートを得ることが出来る。
本発明の脂肪族ポリカーボネートの数平均分子量は、好ましくは1000から100000である。当該数平均分子量は、続いて行うビングラジカル重合により得られるブロック共重合体のハンドリング性の観点から、好ましくは3000以上、より好ましくは5000以上であり、続いて行うビングラジカル重合反応の反応性の低下を避ける観点から、好ましくは50000以下、より好ましくは20000以下、さらに好ましくは10000以下である。
本発明の脂肪族ポリカーボネートは、前記の如く、高分子鎖の末端基の少なくとも一方にリビングラジカル重合の開始基となる置換基を有している。そのため、高分子開始剤としてリビングラジカル重合に供することにより、所望のブロック共重合体を製造することができる。
利用できるリビングラジカル重合の手法としては、前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基の種類によって異なり、例えば、開始基がハロゲン含有基の場合、原子移動ラジカル重合が利用できる。開始基がジチオエステル基、ジチオカーボネート基、ジチオカルバメート基、トリチオカーボネート基の場合、可逆的付加開裂連鎖移動重合が利用できる。開始基がアルコキシアミン基の場合は、ニトロキシド媒介ラジカル重合が利用できる。開始基が有機テルル基の場合、有機テルル媒介ラジカル重合が利用できる。本発明の脂肪族ポリカーボネートを高分子開始剤として、必要に応じて触媒又は開始剤の存在下、モノマーを有機溶媒中で反応させることにより、ブロック共重合体を製造することができる。
原子移動ラジカル重合を利用する場合、触媒としては、例えば第7族、8族、9族、10族、又は11族などの遷移金属化合物と有機配位子とから形成される金属錯体、リン、窒素、炭素、酸素、ゲルマニウム、スズ、及びアンチモンから選ばれる少なくとも1種の中心元素と、該中心元素に結合したハロゲン原子と、を含む化合物からなる触媒、有機アミン化合物、及びハロゲン化物イオンとのイオン結合を有する非金属化合物であって、該非金属化合物中の非金属原子がカチオンの状態であり、ハロゲン化物イオンとイオン結合を形成している触媒、等が挙げられる。
第7族、8族、9族、10族、又は11族などの遷移金属化合物としては、塩化第一銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅、シアン化第一銅、酸化第一銅、塩化第一鉄、臭化第一鉄、ヨウ化第一鉄、二塩化鉄、二臭化鉄、二ヨウ化鉄、二塩化ルテニウム、二臭化ルテニウム、二ヨウ化ルテニウム等が挙げられる。
有機配位子の例としては、2,2’−ビピリジル、1,10−フェナントロリン、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、トリス(ジメチルアミノエチル)アミン、トリス(2−ピリジルメチル)アミン、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等が挙げられる。
ゲルマニウム、スズ、又はアンチモンから選択される中心元素とする触媒としては、ゲルマニウム、スズ、又はアンチモンから選択される少なくとも1つの中心元素と、該中心元素に結合した少なくとも1つのハロゲン原子を含む化合物が挙げられ、ヨウ化ゲルマニウム(II)、ヨウ化ゲルマニウム(IV)、ヨウ化スズ(II)、ヨウ化スズ(IV)等が挙げられる。
窒素又はリンを中心元素とする触媒としては、窒素又はリンから選択される少なくとも1つの中心元素と、該中心元素に結合した少なくとも1つのハロゲン原子とを含む化合物が挙げられ、ハロゲン化リン、ハロゲン化ホスフィン、ハロゲン化窒素、ハロゲン化亜リン酸、ハロゲン化アミンあるいはハロゲン化イミド誘導体等が挙げられる。
有機アミン化合物としては、トリエチルアミン、トリブチルアミン、1,1,2,2−テトラキス(ジメチルアミノ)エチレン、1,4,8,11−テトラメチル−1,4,8,11−テトラアザシクロテトラデカン、エチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチルジアミノメタン、トリス(2−アミノエチル)アミン、トリス(2−メチルアミノエチル)アミン等が挙げられる。
ハロゲン化物イオンとのイオン結合を有する非金属化合物であって、該非金属化合物中の非金属原子がカチオンの状態であり、ハロゲン化物イオンとイオン結合を形成している触媒としては、テトラブチルアンモニウムヨージド、テトラブチルアンモニウムトリヨージド、テトラブチルアンモニウムブロモジヨージド等のアンモニウム塩、1−メチル−3−メチル−イミダゾリウムヨージド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド等のイミダゾリウム塩、2−クロロ−1−メチルピリジニウムヨージド等のピリジニウム塩、メチルトリブチルホスホニウムヨージド、テトラフェニルホスホニウムヨージド等のホスホニウム塩、トリブチルスルホニウムヨージド等のスルホニウム塩、ジフェニルヨードニウムヨージド等のヨードニウム塩等を挙げることができる。
可逆的付加開裂連鎖移動重合を利用する場合、開始剤としては、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸)ジメチル、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩等のアゾ化合物、ベンゾイルパーオキシド、ジ−tert−ブチルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、tert−ブチルヒドロパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、ペルオキソ二硫酸カリウム等の過酸化物が挙げられる。
ニトロキシド媒介ラジカル重合を利用する場合、有機テルル媒介ラジカル重合を利用する場合は触媒、及び開始剤は使用しなくても良い。
ラジカル重合に用いられるモノマーとしては、ラジカル反応性不飽和結合を持つものであれば、特に限定はされず、例えば、スチレン、α―メチルスチレン等のスチレン系モノマー、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸tert−ブチル、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、アクリロニトリル、2−シアノアクリル酸エチル等のアクリル系モノマー、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル等のメタクリル系モノマー、塩化ビニル、フッ化ビニル、酢酸ビニル、ビニルスルホン酸、エチルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカルバゾール、フマル酸ジメチル等のビニル系モノマー、1−ヘキセン、リモネン、ノルボルネン、1,3−ブタジエン、イソプレン等のオレフィン系モノマー、マレイミド化合物、無水マレイン酸、ビニレンカーボネート等のビニレン系モノマー、フッ化ビニリデン、塩化ビニリデン等のビニリデン系モノマー等が挙げられる。
当該モノマーの使用量としては、製造するブロック共重合体の設計によるが、例えば、高分子開始剤(本発明の脂肪族ポリカーボネート)1モルに対して、10モルから5000モルであり、50モルから2000モルが好ましく、100モルから1500モルがより好ましい。この範囲内であれば、脂肪族ポリカーボネートの物性と第2ポリマーの物性の両方の性能を好ましく発揮することが出来る。
ラジカル重合に用いられる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ペンタン、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、アニソール等のエーテル系溶媒;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル等のエステル系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒等が挙げられる。また反応温度において液状のモノマーを使用する場合は、溶媒を用いなくても良い。
溶媒の使用量としては、高分子開始剤1モルに対して、例えば0モルから10000モルであり、10モルから5000モルが好ましく、30モルから2000モルがさらに好ましく、100モルから1000モルが特に好ましい。溶媒量がこの範囲内であれば、リビングラジカル重合反応を十分な反応速度で行うことが出来る。
反応温度としては、利用するリビングラジカル重合の手法にもよるが、例えば0℃から200℃であり、30℃から150℃が好ましく、50℃から120℃がさらに好ましい。
リビングラジカル重合後、得られるポリマーの末端にはリビングラジカル重合の開始基となる置換基が存在している。そのため、さらに別のモノマーをリビングラジカル重合させることもできる。
また、リビングラジカル重合を行った後に後処理を行うことで、末端基を別の置換基へ変換することが出来る。
後処理としては、行うリビングラジカル重合の手法にもよるが、加熱、光照射による分解、加水分解、加水素分解、フリーラジカルとのカップリング反応、チオール化合物による還元等が挙げられる。
以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。
本実施例における脂肪族ポリカーボネート等の物性等は、以下の方法により測定した。〔脂肪族ポリカーボネートおよびブロック共重合体の数平均分子量(Mn)〕
脂肪族ポリカーボネート濃度又はブロック共重合体濃度が0.5質量%のクロロホルム溶液を調製し、高速液体クロマトグラフ(HPLC)を用いて測定した。測定後、同一条件で測定した数平均分子量が既知のポリスチレンと比較することにより、数平均分子量を算出した。また、測定条件は、以下の通りである。
カラム:GPCカラム(昭和電工株式会社の商品名、Shodex K−804L)
カラム温度:40℃
溶出液:クロロホルム
流速:1.0mL/min
[コバルト錯体触媒の製造]
製造例1a
撹拌機及びガス導入管を備えた50mLフラスコに,(R,R)−N,N′−ビス(3,5−ジ−tert−ブチルサリチリデン)−1,2−シクロヘキサンジアミノコバルト(II)(Aldrich社より購入)91mg(0.15mmol)、2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸25 mg(0.15 mmol)、及びジクロロメタン10mLを仕込み、空気を導入しながら18時間攪拌し反応させた。揮発成分を減圧留去した後、減圧乾燥させ、コバルト錯体(式7−1)を褐色固体として得た(収量115mg,収率99.8%)。
H−NMR(DMSO−d)δ=7.81(s,2H),7.47(d,2H),7.44(d,2H),3.60(m,2H),3.07(m,2H),2.00(m,2H),1.94(s,6H),1.90(m,2H),1.74(s,18H),1.59(m,2H),1.30(s,18H)ppm.
製造例1b
用いるカルボン酸を2−クロロプロピオン酸にした以外は,実施例1aと同様の操作を行い、コバルト錯体(式7−2)を得た(107mg,収率99.9%)。
H−NMR(DMSO−d)δ=7.81(s,2H),7.47(d,2H),7.44(d,2H),4.46(t,1H),3.60(m,2H),3.07(m,2H),1.90(m,2H),2.00(m,2H),1.74(s,18H),1.70(d,3H),1.59(m,2H),1.30(s,18H)ppm.
製造例1c
用いるカルボン酸を2−ブロモプロピオン酸にした以外は,実施例1aと同様の操作を行い、コバルト錯体(式7−3)を得た(113 mg,収率99.7%)。
H−NMR(DMSO−d)δ=7.81(s,2H),7.47(d,2H),1.81(d,3H),7.44(d,2H),4.84(q,1H),3.60(m,2H),3.07(m,2H),2.00(m,2H),1.90(m,2H),1.72(s,18H),1.59(m,2H),1.30(s,18H)ppm.
製造例1d
用いるカルボン酸をクロロ酢酸にした以外は,実施例1aと同様の操作を行い、コバルト錯体(式7−4)を得た(104mg,収率99.8%)。
H−NMR(DMSO−d)δ=7.81(s,2H),7.47(d,2H),7.44(d,2H),4.14(s,2H),3.60(m,2H),3.07(m,2H),2.00(m,2H),1.90(m,2H),1.74(s,18H),1.59(m,2H),1.30(s,18H)ppm.
製造例1e
用いるカルボン酸を2−(チオベンゾイルチオ)酢酸にした以外は,実施例1aと同様の操作を行い、コバルト錯体(式7−5)を得た(103mg,収率99.5%)。H−NMR(DMSO−d)δ=8.00(m,2H),7.81(s,2H),7.52(m,1H),7.47(d,2H),7.44(d,2H),7.39(m,2H),4.28(s,2H),3.60(m,2H),3.07(m,2H),2.00(m,2H),1.90(m,2H),1.74(s,18H),1.59(m,2H),1.31(s,18H)ppm.
[脂肪族ポリカーボネートの合成]
実施例1a
Figure 2019045093
50mL容のオートクレーブに,製造例1aで得られたコバルト錯体11mg(0.014mmol)、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウムクロリド(PPNCl)8.2mg(0.014mmol)、及び連鎖移動剤として2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸36mg(0.22mmol)を仕込み、オートクレーブ内をアルゴン雰囲気に置換した。プロピレンオキシド1.6g(28mmol)を仕込み、オートクレーブ内の圧力が1.5MPaとなるまで二酸化炭素を充填し、その後、25℃で5時間攪拌した。反応終了後、オートクレーブを脱圧し、内容物に塩酸酸性メタノール1.0gを加えて反応を停止させた。ジクロロメタン5gを加えて内容物を溶解させ、この溶液をメタノール100g中に滴下して固体を析出させた。得られた固体をろ過し、減圧乾燥させて脂肪族ポリカーボネート1.81gを得た(収率63%)。得られた脂肪族ポリカーボネートのMnは5600(m=55)、Mw/Mnは1.1であり、その構造はH−NMRを用いて同定した。
H−NMR(CDCl)δ=5.05−4.95(m,1H),4.32−4.09(m,2H),1.93(s,6H),1.35−1.32(m,3H)ppm.
実施例1b
用いる錯体及び連鎖移動剤を、それぞれ、製造例1bの錯体及び2−クロロプロピオン酸にした以外は、実施例1aと同様の操作を行い、脂肪族ポリカーボネート1.27gを得た(収率44.4%)。得られた脂肪族ポリカーボネートのMnは5300(m=52)、Mw/Mnは1.1であり、その構造はH−NMRにより同定した。
H−NMR(CDCl)δ=5.06−4.96(m,1H),4.44(q,1H),4.32−4.09(m,2H),1.70(d,3H),1.35−1.32(m,1H)ppm.
実施例1c
用いる錯体と連鎖移動剤を、それぞれ、製造例1cの錯体及び2−ブロモプロピオン酸にした以外は、実施例1aと同様の操作を行い、脂肪族ポリカーボネート0.46gを得た(16%)。得られた脂肪族ポリカーボネートのMnは3000(m=29)、Mw/Mnは1.1であり、その構造はH−NMRにより同定した。
H−NMR(CDCl)δ=5.06−4.96(m,1H),4.86(q,1H),4.32−4.09(m,2H),1.83(d,3H),1.35−1.32(m,3H)ppm.
実施例1d
用いる錯体と連鎖移動剤を、それぞれ製造例1dの錯体及び2−クロロ酢酸にした以外は、実施例1aと同様の操作を行い、脂肪族ポリカーボネート1.40gを得た(収率49.0%)。得られた脂肪族ポリカーボネートのMnは5800(m=57)、Mw/Mnは1.1であり、その構造はH−NMRにより同定した。
H−NMR(CDCl)δ=5.06−4.96(m,1H),4.32−4.09(m,2H),1.35−1.32(m,3H).
実施例1e
Figure 2019045093
50mL容のオートクレーブに,製造例1eで得られたコバルト錯体11mg(0.014mmol)、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム2−(チオベンゾイルチオ)アセテート10mg(0.014mmol)、及び連鎖移動剤として2−(チオベンゾイルチオ)酢酸物89mg(0.42mmol)を仕込み、オートクレーブ内をアルゴン雰囲気に置換した。プロピレンオキシド3.3g(56mmol)を仕込み、オートクレーブ内の圧力が1.5MPaとなるまで二酸化炭素を充填し、その後、25℃で30時間攪拌した。反応終了後、オートクレーブを脱圧し、内容物をジクロロメタン20gに溶かし、50mLナス型フラスコに移した。揮発分を減圧留去し、ジクロロメタン10g加えて内容物を溶解させ、そこに2−(チオベンゾイルチオ)酢酸無水物0.15g(0.35mmol)を加えて、40℃で2時間反応させた。反応溶液をメタノール200g中に滴下して固体を析出させた。得られた固体をろ過し、減圧乾燥させて脂肪族ポリカーボネート3.0gを得た(収率53%)。得られた脂肪族ポリカーボネートのMnは9100(m=89)、Mw/Mnは1.1であり、その構造はH−NMRにより同定した。
H−NMR(CDCl)δ=8.03(m,2H),7.52(m,1H),7.39(m,2H),5.06−4.96(m,1H),4.32−4.09(m,2H),1.35−1.32(m,3H)ppm.
〔ブロック共重合体の合成〕
実施例2a
Figure 2019045093
磁気攪拌子を入れた30mL容のシュレンク管に、実施例1aで得られた脂肪族ポリカーボネート0.14g(末端官能基0.025mmol)、臭化第一銅2.6mg(0.0089mmol)、及びトリス(2−ピリジルメチル)アミン(TPMA)1.3mg(0.0089mmol)を仕込み、容器内をアルゴン雰囲気に置換した。アニソール0.10g及びメタクリル酸メチル(MMA)2.0g(20mmol)を仕込み、凍結脱気を行った。その後、反応容器内を再びアルゴンで置換し、70℃で3時間攪拌した。内容物に空気を吹き込み、反応を停止させた後、15gのジクロロメタンを加え、内容物を溶解させた。有機層を1N塩酸10mLで2回、イオン交換水10mLで1回洗浄し、有機層を減圧下で濃縮し、残留物をメタノール100g中に滴下して固体を析出させた。得られた固体をろ過で回収し、減圧乾燥させ、無色のポリプロピレンカーボネート−ポリメタクリル酸メチルブロック共重合体0.45gを得た(収率15%)。得られたブロック共重合体のMnは21000、Mw/Mnは1.1であり、その構造はH−NMRにより同定した。
H−NMR(CDCl)δ=5.05−4.96(m,1H),4.31−4.09(m,2H),3.60(br,3H),1.99−1.77(m,2H), 1.35−1.32(m,3H),1.02−0.83(m,3H)ppm.
得られたブロック共重合体(実施例2a)と、その原料である脂肪族ポリカーボネート(実施例1a)とを、上記条件のHPLCにより測定した際のクロマトグラム(GPC曲線)を図1に示す。
実施例2b
Figure 2019045093
MMAのかわりにスチレン2.6g(25mmol)を用いた以外は,実施例2aと同様の操作を行い、ポリプロピレンカーボネート−ポリスチレンブロック共重合体1.0gを得た(収率33%)。得られたブロック共重合体のMnは29000、Mw/Mnは1.1であり、その構造はH−NMRにより同定した。
H−NMR(CDCl)δ=7.15−6.30(m,5H),5.05−4.96(m,1H),4.31−4.09(m,2H),2.10−1.40,(br,3H),1.35−1.32(m,3H)ppm.
実施例2c
Figure 2019045093
磁気攪拌子を入れた30mL容のシュレンク管に、実施例1eで得られた脂肪族ポリカーボネート0.45g(末端官能基0.050mmol)、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)4.1mg(0.025mmol)を仕込み、容器内をアルゴン雰囲気に置換した。アクリル酸tert−ブチル(tBA)6.4g(50mmol)を仕込み、凍結脱気を行った。その後、反応容器内を再びアルゴンで置換し、80℃で10時間攪拌した。反応後、15gのジクロロメタンを加え、内容物を溶解させた。有機層を1N塩酸10mLで2回、イオン交換水10mLで1回洗浄し、有機層を減圧下で濃縮し、残留物をメタノール100g中に滴下して固体を析出させた。得られた固体をろ過で回収し、減圧乾燥させ、無色のポリアクリル酸tert−ブチル−ポリプロピレンカーボネート−ポリアクリル酸tert−ブチルトリブロック共重合体2.60gを得た(収率33%)。得られた当該ブロック共重合体のMnは50000、Mw/Mnは1.3であり、その構造はH−NMRにより同定した。
H−NMR(CDCl)δ=5.05−4.96(m,1H),4.31−4.09(m,2H),3.65(br,3H),2.26(m,1H)1.85−1.57(m,2H),1.46(s,9H),1.35−1.32(m,3H)ppm.
以上の実施例で得られた脂肪族ポリカーボネート及びブロック共重合体の情報を表1にまとめた。
Figure 2019045093
実施例1aから1eで得られた脂肪族ポリカーボネートのH−NMR分析から、末端基にリビング重合の開始基となる置換基が存在していることがわかった。また、図1において、GPC曲線がピークの形状を維持しながら高分子量領域にシフトしていることから、実施例2aでは、実施例1aで合成した脂肪族ポリカーボネートを高分子開始剤として、MMAのリビングラジカル重合が進行し、ブロック共重合体が合成できていることが分かった。
さらに、実施例2a及び2bでは原子移動ラジカル重合法を利用して、また実施例2cでは可逆的付加開裂連鎖移動重合法を利用して、それぞれブロック共重合体が合成されており、これらのことから、適用できるリビングラジカル重合の手法は、特定の手法に限定されないことが分かった。
本発明の脂肪族ポリカーボネートは、リビングラジカル重合の高分子開始剤として利用することができるため、例えば分散剤、相容化剤、界面活性剤、自己組織化リソグラフィー等、様々な分野に利用可能なブロック共重合体を製造することができる。

Claims (10)

  1. 脂肪族ポリカーボネートを含むリビングラジカル重合開始剤。
  2. 脂肪族ポリカーボネートが、
    式(1):
    Figure 2019045093
    (式中、R、R、R、及びRは同一又は異なって、水素原子、置換基で置換されていてもよい炭素数1から15のアルキル基、又は置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示し、A及びBは同一又は異なって、リビングラジカル重合の開始基となる置換基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、又はカルボキシ基を示し、但しA及びBの少なくとも一方は、リビングラジカル重合の開始基となる置換基を示し、mは10から2500の整数を示す。)
    で表される、請求項1に記載のリビングラジカル重合開始剤。
  3. 前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基が、ハロゲン含有基、ジチオエステル基、ジチオカーボネート基、ジチオカルバメート基、トリチオカーボネート基、アミノオキシ基、又は有機テルル基である、請求項1又は2に記載のリビングラジカル重合開始剤。
  4. 前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基が、式(2):
    Figure 2019045093
    (式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、Xは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示す。)
    で表される基、式(3):
    Figure 2019045093
    (式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、Yは炭素数1から10のアルキル基、炭素数6から20のアリール基、炭素数1から10のアルコキシ基、炭素数1から10のアルキルアミノ基、又は炭素数1から10のチオアルコキシ基を示す。)
    で表される基、式(4):
    Figure 2019045093
    (式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R及びR10は同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、
    及びR10は、これらが結合する窒素原子と共に、互いに結合して、置換基で置換されていてもよい環員数4から10の脂肪族窒素ヘテロ環を形成してもよい。)
    で表される基、あるいは式(5):
    Figure 2019045093
    (式中、R11は炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R12は置換基で置換されていてもよい炭素数1から10のアルキル基、又は置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示す。)
    で表される基である、請求項1から3のいずれかに記載のリビングラジカル重合開始剤。
  5. 前記脂肪族ポリカーボネートが、数平均分子量が1000以上10万以下の脂肪族ポリカーボネートである、請求項1から4のいずれかに記載のリビングラジカル重合開始剤。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載のリビングラジカル重合開始剤を用いて重合反応を行う工程を含む、ブロック共重合体の製造方法。
  7. 式(1):
    Figure 2019045093
    (式中、R、R、R、Rは同一又は異なって、水素原子、炭素数1から15のアルキル基又は炭素数6から20のアリール基を示し、A及びBは同一又は異なって、リビングラジカル重合の開始基となる置換基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルオキシ基、又はカルボキシ基を示し、但しA及びBの少なくとも一方は、リビングラジカル重合の開始基となる置換基を示し、mは10から2500の整数を示す。)
    で表される、脂肪族ポリカーボネート。
  8. 前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基が、ハロゲン含有基、ジチオエステル基、ジチオカーボネート基、ジチオカルバメート基、トリチオカーボネート基、アミノオキシ基、又は有機テルル基である、請求項7に記載の脂肪族ポリカーボネート。
  9. 前記リビングラジカル重合の開始基となる置換基が、式(2):
    Figure 2019045093
    (式中、R及びRは同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、Xは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を示す。)
    で表される基、式(3):
    Figure 2019045093
    (式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、Yは炭素数1から10のアルキル基、炭素数6から20のアリール基、炭素数1から10のアルコキシ基、炭素数1から10のアルキルアミノ基、又は炭素数1から10のチオアルコキシ基を示す。)
    で表される基、式(4):
    Figure 2019045093
    (式中、Rは炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R及びR10は同一又は異なって、水素原子、炭素数1から10のアルキル基、又は炭素数6から20のアリール基を示し、
    及びR10は、これらが結合する窒素原子と共に、互いに結合して、置換基で置換されていてもよい環員数4から10の脂肪族窒素ヘテロ環を形成してもよい。)
    で表される基、あるいは式(5):
    Figure 2019045093
    (式中、R11は炭素数1から10のアルキレン基、炭素数6から20のアリーレン基、又は炭素数1から15のエステル基を示し、R12は置換基で置換されていてもよい炭素数1から10のアルキル基、又は置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示す。)
    で表される基である、請求項7又は8に記載の脂肪族ポリカーボネート。
  10. 数平均分子量が1000以上10万以下である、請求項7から9のいずれかに記載の脂肪族ポリカーボネート。
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