WO2010052916A1 - 官能基を有する重合体の製造方法及びそれにより得られるスターポリマー - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing a polymer having a functional group by an anionic polymerization method and a star polymer obtained thereby. Since the polymer obtained by the production method of the present invention has a hydroxyl group or a protected hydroxyl group at the polymer terminal and / or inside, various functionalizations are possible based on the hydroxyl group or various polymer intermediates (prepolymers). ) And can be suitably used as a paint, an adhesive, or a raw material thereof.
- a method for introducing a functional group into a polymer As a method for introducing a functional group into a polymer, a method of introducing a functional group into a monomer is generally used, but since it is difficult to accurately define the number of functional groups and the introduction position, a precise polymer It was unsuitable for the design. On the other hand, attempts have been made to introduce a functional group into the polymerization initiator, but since a polymer obtained by radical polymerization using a radical polymerization initiator having a functional group undergoes a chain transfer or radical reaction due to radical coupling, There has been a problem that the number of functional groups of the polymer tends to be uneven.
- a production method using an adduct of an organic alkali metal compound such as alkyl lithium and a 1,1-diphenylethylene derivative having a functional group as a polymerization initiator for example, see Patent Documents 1 to 3
- a production method by reaction of an anion living polymer such as polystyryl lithium and a 1,1-diphenylethylene derivative having a functional group for example, see Patent Document 4
- the 1,1-diphenylethylene derivative does not exhibit homopolymerization and gives a 1: 1 addition reaction product quantitatively with the anionic species.
- a 1-diphenylalkyl group can be introduced quantitatively (for example, see Non-Patent Document 1).
- An object of the present invention is to provide a method for producing a polymer in which the number of functional groups and the introduction position are precisely defined by living anion polymerization using a material that is relatively easy to industrially use.
- the present invention [1] A method for producing a polymer, comprising reacting an organic alkali metal compound with cinnamyl alcohol of the following formula [I] or a derivative thereof, and living anion polymerization using the reaction product as a polymerization initiator, [Wherein, R 1 represents an alkyl group or an alkoxy group, m represents an integer of 0 to 5, and when m is 2 or more, R 1 may be the same or different from each other.
- R 5 represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, a trialkylsilyl group, or a substituent represented by the following general formula [II].
- R 3 is a hydrogen atom or a C1-6 alkyl group
- R 4 is an alkyl group which may be substituted with an alkoxy group, a cycloalkyl group which may be substituted with an alkoxy group, or an alkyl group.
- R 5 represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, a trialkylsilyl group, or a substituent represented by the following general formula [II].
- R 3 is a hydrogen atom or a C1-6 alkyl group
- R 4 is an alkyl group which may be substituted with an alkoxy group, a cycloalkyl group which may be substituted with an alkoxy group, or an alkyl group.
- step (iii) Using the reaction product obtained in step (ii) as a polymerization initiator, and further comprising a step of living anion polymerization of a monomer capable of anion polymerization, the production of the polymer as described in [2] above Method and [4] Following the step (ii), (Iii ') It relates to the method for producing a polymer as described in [3] above, which comprises a step of adding an inactivating agent to stop anionic polymerization.
- the present invention also provides: [5] A star polymer obtained by reacting a core agent with a polymer obtained by reacting a compound represented by the following formula [I] at the start of living anion polymerization, and [Wherein, R 1 represents an alkyl group or an alkoxy group, m represents an integer of 0 to 5, and when m is 2 or more, R 1 may be the same or different from each other. R 5 represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, a trialkylsilyl group, or a substituent represented by the following general formula [II].
- R 3 is a hydrogen atom or a C1-6 alkyl group
- R 4 is an alkyl group which may be substituted with an alkoxy group, a cycloalkyl group which may be substituted with an alkoxy group, or an alkyl group.
- the polymer obtained by the production method of the present invention has a cinnamyl alcohol derivative residue represented by the following formula [III] at the terminal and / or inside of the polymer.
- R 1 is not particularly limited as long as it does not inhibit the anionic polymerization of the starting cinnamyl alcohol derivative, and represents an alkyl group or an alkoxy group.
- the alkyl group for R 1 is more preferably a C1-6 alkyl group, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an i-butyl group, a t-butyl group, and an amyl group. Group, isoamyl group, hexyl group and the like.
- the alkoxy group for R 1 is more preferably a C1-6 alkoxy group, and a methyloxy group, an ethyloxy group, a propyloxy group, an i-propyloxy group, a butyloxy group, a sec-butyloxy group, a tert-butyloxy group, Examples thereof include an amyloxy group, an isoamyloxy group, a tert-amyloxy group, and a hexyloxy group.
- m represents an integer of 0 to 5, and when m is 2 or more, R 1 may be the same as or different from each other.
- R 2 represents an alkali metal atom, a trialkylsilyl group or a substituent represented by the following formula [II].
- R 3 is a hydrogen atom or a C1-6 alkyl group
- R 4 is an alkyl group which may be substituted with an alkoxy group, a cycloalkyl group which may be substituted with an alkoxy group, or an alkyl group. Represents an optionally substituted phenyl group or an optionally substituted phenyl group.
- Examples of the alkali metal atom of R 2 include a sodium atom, a lithium atom, a potassium atom, a rubidium atom, and a cesium atom.
- the trialkylsilyl group for R 2 is more preferably a trialkylsilyl group having an alkyl group with a carbon number of 1 to 6, and examples thereof include a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, and a dimethyl-tert-butylsilyl group.
- R 3 is a hydrogen atom or a C1-6 alkyl group, and examples of the C1-6 alkyl group include the same groups as those described for the alkyl group of R 1 .
- R 4 may be an alkyl group that may be substituted with an alkoxy group, a cycloalkyl group that may be substituted with an alkoxy group, a phenyl group that may be substituted with an alkyl group, or a substituent that is substituted with an alkoxy group.
- Examples of the alkyl group and the cycloalkyl group in the “phenyl group which may be substituted with an alkoxy group and a cycloalkyl group which may be substituted with an alkoxy group” include a C1-6 alkyl group, C1
- the cycloalkyl group is preferably a cycloalkyl group having 6 to 6 cycloalkyl groups, and the C1-6 alkyl groups are the same as those exemplified as the alkyl group for R 1 .
- Examples of the C1-6 cycloalkyl group include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group.
- alkoxy group may be substituted with an alkoxy group, and the alkoxy group is preferably a C1-6 alkoxy group.
- the C1-6 alkoxy group include the same groups as those exemplified as the alkoxy group for R 1 .
- the alkyl group and alkoxy group of the “phenyl group optionally substituted with an alkyl group or the phenyl group optionally substituted with an alkoxy group” are a C1-6 alkyl group and a C1-6 alkoxy group, respectively. Specifically, the same as those mentioned as the alkyl group and alkoxy group for R 1 can be mentioned.
- the cinnamyl alcohol derivative residue of the formula [III] is present at the terminal and / or inside of the polymer chain, and * and ** in the formula [III] represent the bonding position.
- the polymerization initiator is not particularly limited as long as it is a nucleophile and has a function of initiating polymerization of an anionic polymerizable monomer, for example, but a living anionic polymerization initiator is preferable.
- Alkali metals, organic alkali metal compounds and the like can be used. Examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, cesium and the like. Examples of the organic alkali metal compound include alkylated products, allylated products, and arylated products of the above alkali metals, and alkyllithium is particularly preferable.
- anionic polymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.
- ** is a polymerization end position and bonded to a hydrogen atom
- * and * * Is bonded to the monomer residue of the polymer.
- the polymer obtained by the production method of the present invention has at least one cinnamyl alcohol derivative residue represented by the formula [III] in one molecule of the polymer.
- the number of formula [III] cinnamyl alcohol derivative residues in one molecule of the polymer can be selected depending on the purpose and is not particularly limited as long as it is 1 to ⁇ (total number of repeating units of the polymer) / 2 ⁇ . 1 to 100 is preferable.
- the number average molecular weight of the polymer of the present invention can be selected depending on the purpose and is not particularly limited, but is preferably 1,000 to 1,000,000, and more preferably 1,500 to 300,000.
- the polymer obtained by the production method of the present invention is a polymer having a cinnamyl alcohol derivative residue represented by the formula [III] at the terminal and / or inside of the polymer chain.
- the polymer is not particularly limited as long as it is a polymer of a monomer having a polymerizable unsaturated bond.
- Preferred examples of the monomer that gives the polymer of the present invention include styrene derivatives, butadiene derivatives, and (meth) acrylic acid ester derivatives.
- Specific examples of the styrene derivative include styrene, ⁇ -alkylstyrene, and nucleus-substituted styrene.
- the nucleus substituent includes an anionic species having a polymerization initiating ability and an anionic species having no ability to initiate polymerization.
- inactive groups specifically, alkyl groups, alkoxyalkyl groups, alkoxy groups, alkoxyalkoxy groups, t-butoxycarbonyl groups, t-butoxycarbonylmethyl groups, tetrahydropyranyl groups, etc. Can be illustrated.
- styrene derivatives include ⁇ -methylstyrene, ⁇ -methyl-p-methylstyrene, p-methylstyrene, m-methylstyrene, o-methylstyrene, p-ethylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, 2 , 5-dimethylstyrene, p-isopropylstyrene, 2,4,6-triisopropylstyrene, pt-butoxystyrene, pt-butoxy- ⁇ -methylstyrene, mt-butoxystyrene, etc. Can do.
- the butadiene derivative examples include 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethylbutadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene and the like.
- the (meth) acrylic acid ester derivative is preferably an ester alcohol residue having 1 to 20 carbon atoms from the viewpoint of reactivity. Specifically, methyl ester, ethyl ester, isopropyl ester, n-butyl ester, etc. Can be illustrated.
- Monomers may be used alone or in combination of two or more. When two or more monomers are used, they may be random polymers or block polymers. For example, combinations of monomers include styrene and methyl methacrylate, methyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate, n-butyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate, and the like.
- the method for producing a polymer of the present invention is characterized in that the compound represented by the formula [I] is reacted at the time of living anion polymerization.
- R 1 represents an alkyl group or an alkoxy group
- m represents an integer of 0 to 5, and when m is 2 or more, R 1 may be the same or different from each other.
- R 5 represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, a trialkylsilyl group, or a substituent represented by the following general formula [II].
- R 3 is a hydrogen atom or a C1-6 alkyl group
- R 4 is an alkyl group which may be substituted with an alkoxy group, a cycloalkyl group which may be substituted with an alkoxy group, or an alkyl group. Represents an optionally substituted phenyl group or an optionally substituted phenyl group.
- R 1 in formula [I], R 3 and R 4 in formula [II] are the same as those described in detail in formula [III].
- R 5 in formula [I] an alkali metal atom, a trialkylsilyl group, or a substituent represented by the following general formula [II] (Wherein R 3 is a hydrogen atom or a C1-6 alkyl group, R 4 is an alkyl group which may be substituted with an alkoxy group, a cycloalkyl group which may be substituted with an alkoxy group, or an alkyl group. And a phenyl group which may be substituted with an alkoxy group may be the same as those described in detail for R 2 of the formula [III].
- Any group of R 5 other than a hydrogen atom is a hydroxyl-protecting group, and can be deprotected after production of a polymer to form a hydroxyl group. Examples of the production method using the method include the following cases.
- the cinnamyl alcohol derivative residue represented by the formula [III] is present at the polymerization initiation terminal of the polymer chain.
- a polymer can be produced by reacting an organic alkali metal compound with cinnamyl alcohol represented by the formula [I] or a derivative thereof, and performing living anion polymerization using the reaction product as a polymerization initiator. .
- An addition reaction between the organic alkali metal compound and cinnamyl alcohol represented by the formula [I] or a derivative thereof is performed.
- the cinnamyl alcohol represented by the formula [I] or a derivative thereof and the organic alkali metal compound are specifically as described above.
- R 5 in formula [I] is a hydrogen atom
- an alkali metal compound and an alcoholic hydroxyl group of the cinnamyl alcohol derivative are reacted to form a metal alkoxide. Then, the addition reaction is performed.
- the reaction conditions for producing an adduct by reacting cinnamyl alcohol represented by the formula [I] or a derivative thereof and the organic alkali metal compound but in the formula [I]
- the cinnamyl alcohol represented or its derivative is generally used in a proportion of equimolar or more with respect to the organic alkali metal compound.
- the cinnamyl alcohol represented by the formula [I] or the derivative thereof is converted into an organic alkali metal. It is preferably used in an excess amount relative to the compound.
- the upper limit of the amount used is not particularly limited, but cinnamyl alcohol represented by formula [I] or a derivative thereof does not have homopolymerization, and an excess amount of cinnamyl alcohol represented by formula [I] Alternatively, since the derivative thereof remains in the polymerization system, the amount of cinnamyl alcohol represented by the formula [I] or a derivative thereof is preferably 0.1 to 10 times the mol of the organic alkali metal compound. More preferably, it is about 0.5 to 5 moles.
- an organic metal such as dibutylmagnesium or diethylzinc is used in combination to deactivate the excess organic alkali metal.
- the reaction between cinnamyl alcohol represented by the formula [I] or a derivative thereof and the organic alkali metal compound is preferably performed in an organic solvent.
- organic solvent for example, ether type compounds, such as diethyl ether, tetrahydrofuran (THF), a dioxane, a trioxane, are mentioned as an ether group containing solvent.
- these solvent can be used individually by 1 type or as a 2 or more types of mixed solvent.
- Any polar solvent that does not participate in the polymerization reaction and is compatible with the polymer can be used in combination with an ether group-containing solvent without any particular limitation.
- tertiary amines such as tetramethylethylenediamine and hexamethylphosphoric triamide.
- aromatic such as benzene, toluene, xylene or alicyclic hydrocarbon compound such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, etc.
- ether It can be used by combining with a group-containing solvent.
- Specific examples include a combination of hexane and THF, a combination of toluene and THF, and the like.
- the addition reaction temperature is usually selected in the range of ⁇ 100 to 50 ° C., preferably ⁇ 80 to 40 ° C.
- the reaction time depends on the reaction temperature and cannot be generally defined, but is usually about 1 minute to 24 hours, preferably 10 minutes to 5 hours.
- the same monomers as mentioned in the description of the formula [III] can be mentioned.
- the polymerization conditions for living anionic polymerization the polymerization conditions employed in normal anionic polymerization can be used, but the polymerization initiator and the active terminal anion at the end of the polymer chain are not deactivated. It is preferable to carry out under the condition that oxygen, carbon dioxide, water or the like is not mixed.
- the living anion polymerization is carried out in the presence of a polymerization initiator in the presence of a polymerization initiator in a degassed / dehydrated solvent under a high vacuum or a nitrogen atmosphere containing almost no water.
- a copolymer having a carbanion at the end of any monomer composition can be obtained by polymerizing a combination of two or more monomers capable of anion polymerization.
- another type of monomer is successively polymerized to form a block copolymer having an arbitrary monomer composition and structure and having a carbanion at the end (diblock copolymer).
- the ratio of the polymerization initiator, which is a reaction product of cinnamyl alcohol represented by the formula [I] or a derivative thereof, and an organic alkali metal compound, with respect to 1 mol of the monomer is the above reaction.
- the active terminal anion equivalent weight of the product is usually in the range of 0.00005 to 0.3 mol, preferably 0.0001 to 0.2 mol.
- the concentration of the monomer with respect to the polymerization solvent is not particularly limited, but is usually in the range of 1 to 40% by weight, and particularly preferably in the range of 2 to 15% by weight.
- the polymerization temperature is not particularly limited as long as it does not cause side reactions such as transfer reaction and termination reaction, and the monomer is consumed and the polymerization is completed, but it is carried out in a temperature range of ⁇ 70 ° C. or higher and the boiling point of the polymerization solvent or lower. It is preferable.
- the polymerization time varies depending on the polymerization initiator, monomer, solvent, reaction temperature, etc. used, but is usually in the range of 10 minutes to 10 hours.
- the polymerization reaction can be carried out by either batch or continuous methods.
- An anion is present at the growing end of the polymer obtained by living anion polymerization, and when the terminal is the end point of the polymer, a proton donor or a killing agent such as an alkylsilyl halide is contacted.
- proton donors that are killing agents include alcohols such as methanol, ethanol, and phenol
- alkylsilyl halides include trimethylsilyl chloride.
- a killing agent may be added to the reaction system, or the polymer may be taken out from the reaction system, concentrated as necessary, and added to the killing agent solution to precipitate the polymer. .
- acid treatment can be performed as necessary, and -OR 5 in formula [I] can be deprotected to form a hydroxyl group.
- Known methods and conditions can be used for the acid treatment.
- strong acid such as sulfonic acid compounds such as concentrated hydrochloric acid, hydrogen chloride gas, sulfuric acid, and methanesulfonic acid can be used as the acid. It can also be used as an anionic killing agent at the end of polymerization.
- the polymer can be obtained by reacting the compound of formula [I] during the polymerization. Specifically, (i) a step of living anion polymerization of a monomer capable of anion polymerization in the presence of an anionic polymerization initiator; (Ii) adding cinnamyl alcohol of the formula [I] or a derivative thereof to the reaction system and adding it to the growth end; It can manufacture by the method which has this.
- step (i) examples include those similar to the above-described production method, and the reaction conditions are also the same.
- step (i) the monomer is polymerized and has an active carbanion at its growing end.
- Cinnamyl alcohol of the formula [I] or a derivative thereof can be added to the reaction system and added to the growth end (step (ii)).
- R 5 in formula [I] is a hydrogen atom
- an alkali metal compound and an alcoholic hydroxyl group of cinnamyl alcohol or a derivative thereof are reacted to form a metal alkoxide and Then, the addition reaction is performed.
- a typical scheme is shown below.
- R represents a group other than a hydrogen atom in R 5 of formula [I].
- the anion-polymerizable monomer can be further subjected to living anion polymerization to extend the polymer chain, or a deactivator can be added to terminate the polymer chain. Furthermore, when extending
- a typical scheme for further extending the polymer chain following step (ii) is as follows. (In the scheme, R represents a group other than a hydrogen atom in R 5 of formula [I].)
- a typical scheme when the terminal of the polymer obtained in the step (ii) is the terminal of the polymer chain is as follows. (In the scheme, R represents a group other than a hydrogen atom in R 5 of formula [I].)
- a typical scheme for producing a polymer having a structure represented by the formula [III] at the start and end of the polymer is as follows.
- R represents a group other than a hydrogen atom in R 5 of formula [I].
- a typical scheme for producing a polymer having the structure of the formula [III] at the start end, inside and end of the polymer is as follows.
- R represents a group other than a hydrogen atom in R 5 of formula [I].
- a polymer having a plurality of structures of the formula [III] can be produced inside the polymer.
- an organic metal can be used in combination.
- the organic metal is, for example, organic magnesium, organic zinc, or organic aluminum.
- the alkyl group has 1 to 20 carbon atoms, or 6 to 6 carbon atoms.
- Examples thereof include metal compounds having 20 aryl groups as substituents.
- Specific examples of the substituent include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, s-butyl, t-butyl, isobutyl, amyl, hexyl, benzyl, phenyl
- Examples thereof include a group and a naphthyl group.
- organic metal having magnesium, aluminum, or zinc as a metal species include di-n-butylmagnesium, di-t-butylmagnesium, di-s-butylmagnesium, n-butyl-s-butylmagnesium, n-butyl-ethylmagnesium, di-n-amylmagnesium, dibenzylmagnesium, diphenylmagnesium, diethylzinc, di-n-butylzinc, trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, tri-n-hexylaluminum, etc. It can be illustrated.
- the organic metals exemplified above can be used singly or in combination of two or more.
- the activity of the anion produced by the reaction of the compound containing the functional group represented by the formula [I] or [II] and the anionic polymerization initiator remains present, Deactivate excess anion polymerization initiator, stabilize anion at the end of polymerization, control polymerization, and activities such as moisture that may enter the system from the outside For example, removing a polymerization inhibitor having hydrogen.
- the amount of the organic metal used can be arbitrarily used within a range that does not affect the polymerization. Specifically, the molar ratio with respect to the anionic polymerization initiator is preferably 10: 1 or more and 1:20 or less, more preferably.
- an additive comprising an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, a carboxylic acid, an amine, an alkali metal salt of an alcohol or a thiol, or the like, if necessary, at the start of polymerization, or It can be added during the polymerization.
- Specific additives include mineral salts and halides such as sodium, potassium, barium and magnesium sulfates, nitrates and borates, alkali metal salts of aliphatic alcohols, alkali metals of aliphatic and aromatic thiols.
- the salt examples include lithium, barium chloride, bromide, iodide, lithium borate, magnesium nitrate, sodium chloride, potassium chloride, lithium methoxide, lithium t-butoxide, and the like.
- the production of the polymer of the present invention can be confirmed by known conditions and methods.
- the number average molecular weight can be confirmed by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a standard, and the residual monomer after the reaction.
- GPC gel permeation chromatography
- GC gas chromatography
- the polymer obtained by the production method of the present invention has a hydroxyl group at the terminal and / or inside, the polymer of the present invention can be further polymerized using the reactivity of the hydroxyl group as a raw material.
- a polyester resin can be obtained by a reaction with a polyurethane resin, a carboxylic acid, a carboxylic acid halide, an acid anhydride or the like by a reaction with an isocyanate group-containing compound.
- the polymer of the present invention can be reacted with a polyfunctional acid halide, polyfunctional isocyanate, or the like to obtain a star polymer.
- a method for obtaining a star polymer from the polymer of the present invention for example, there is a method in which a core agent is reacted with a polymer obtained by reacting the compound represented by the formula [I] with the starting terminal of living anion polymerization. is there.
- the core agent used for the production of the star polymer includes propylene glycol di (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6 -Hexanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, ethylene oxide modified bisphenol A di (meth) acrylate, tricyclodecane dimethanol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, penta Polyfunctional (meth) acrylic esters such as erythritol tetra (meth) acrylate, 4,4′-dimethoxycarbonylphenyl ether, 1,1,2,2-tetrakis (4-ethoxycarboni) Phenyl) or aromatic carboxylic acid ester compound having at least two aromatic rings in the molecule, such as
- a polyureta resin or a polyester resin can be synthesized by using a polymer having two hydroxyl groups as a raw material and reacting with an isocyanate compound or a carboxyl compound.
- the (meth) acrylic acid halide, the (meth) acrylic anhydride, and the (meth) acrylic acid ester compound which has an isocyanate group are made to react, and the polymer which has a (meth) acrylic acid ester is compoundable.
- a star polymer can be obtained by reacting a polyfunctional acid halide or polyfunctional isocyanate using a polymer having one hydroxyl group as a raw material.
- the terminal by using a star polymer having a hydroxyl group at the terminal as a raw material, by reacting a (meth) acrylic acid halide or a (meth) acrylic acid ester compound having an isocyanate group, the terminal ( A polyfunctional star polymer containing a (meth) acrylic acid ester can be synthesized. Furthermore, by reacting an acid anhydride or the like, a star polymer containing a carboxylic acid at the terminal can be synthesized and used as an epoxy curing agent or the like. Furthermore, a curable composition can be manufactured using polyfunctional isocyanate. Resins and star polymers made from these polymers of the present invention can be produced by known reaction methods and conditions.
- the polymer of the present invention, or the resin and star polymer having the polymer of the present invention, and further a composition containing these are paints, adhesives, pressure-sensitive adhesives, sealing materials, foams, thermoplastic elastomers, film materials, It is suitably used as a functional material such as various molding materials, resin modifiers, coating agents, vibration damping materials, semiconductor sealants, water-stopping agents, artificial marble and the like, and as raw materials thereof.
- Example 1 THF (20.8 g) and toluene (82.8 g) were added to a 200 mL four-necked flask sufficiently purged with nitrogen, and an n-butyllithium hexane solution (1.44 g; 1.44 g; 3 mmol), then 1-ethoxyethylcinnamyl ether (0.41 g; 2 mmol) was added and stirred for 15 minutes, and dibutyl magnesium hexane solution (1.00 g; 1 mmol) was added.
- styrene (10.73 g; 103 mmol) was added to THF (9.3 g), and a solution dehydrated with a dibutylmagnesium hexane solution (0.47 g; 1 mmol) was added dropwise over 13 minutes, followed by stirring for 15 minutes. Methanol (1.0 g) was added and killed. This solution was analyzed by gas chromatography, but no styrene monomer was observed. Then, concentrated hydrochloric acid (2.48 g; 24 mmol) was added, stirred at 50 ° C. for 2 hours, and triethylamine (1.72 g; 17 mmol) was added.
- Example 2 THF (83.0 g) and lithium chloride (0.34 g: 8. mmol) were added to a 200 mL four-necked flask that had been sufficiently purged with nitrogen, and an n-butyllithium hexane solution (1) was stirred at room temperature while stirring with a stirrer. .14 g; 3 mmol) was added and stirred for 50 minutes.
- Example 3 Into a 500 mL four-necked flask thoroughly purged with nitrogen, THF (103.3 g), toluene (64.1 g) and lithium chloride (1.81 g: 43 mmol) were placed, and the mixture was stirred at ⁇ 50 ° C. while stirring with a stirrer. -Butyllithium hexane solution (13.16 g; 21 mmol) was added and stirred for 8 minutes, 1-ethoxyethylcinnamyl ether (4.28 g: 21 mmol) was added and stirred for 5 minutes.
- methyl methacrylate (31.03 g; 310 mmol) was added to THF (31.6 g), and a solution dehydrated with diethylzinc hexane solution (1.11 g; 2 mmol) was added dropwise over 11 minutes. Then, methanol (1.62 g) was added and killed to return to room temperature. This solution was analyzed by gas chromatography, but no methyl methacrylate monomer was observed. The polymerization solution was concentrated, dropped into 1.5 L of methanol, stirred for 1 hour, decanted, added with 1 L of pure water, stirred for 15 minutes, filtered, and dried under reduced pressure at 40 ° C. This polymer had a number average molecular weight of 6400 and a molecular weight distribution of 1.08.
- Example 4 THF (31.9 g) and toluene (121.3 g) were added to a 300 mL five-necked flask that had been sufficiently purged with nitrogen, and an n-butyllithium hexane solution (1.71 g) was added at ⁇ 40 ° C. while stirring with a stirrer. 4 mmol) was added and stirred for 5 minutes.
- styrene: ST 5.21 g; 50 mmol
- THF 7.0 g
- Example 5 Into a 200 mL four-necked flask sufficiently purged with nitrogen, cinnamyl alcohol (0.81 g; 6 mmol), THF (87.4 g) and lithium chloride (0.51 g: 12 mmol) were placed, and while stirring with a stirrer ⁇ An n-butyllithium hexane solution (5.47 g; 13 mmol) was added at 40 ° C., and the mixture was stirred for 20 minutes, and then a diethylzinc hexane solution (5.50 g; 8 mmol) was added.
- methyl methacrylate (10.11 g; 101 mmol) was added to THF (11.4 g) at ⁇ 50 ° C., and a solution dehydrated with diethylzinc hexane solution (0.38 g; 0.5 mmol) was added dropwise over 8 minutes. The mixture was stirred for 20 minutes after completion of the dropwise addition, and methanol (1.4 g) was added to kill it, and the temperature was returned to room temperature. This solution was analyzed by gas chromatography, but no methyl methacrylate monomer was observed.
- Acetic acid 0.5 g was added to the obtained polymer solution, concentrated, dropped into pure water (600 mL), the polymer was precipitated, stirred and filtered for 1 hour, and then dried at 40 ° C. under reduced pressure.
- Cinnamyl alcohol (0.81 g; 6 mmol), toluene (26.3 g) and THF (57.1 g) were placed in a 200 mL four-necked flask that had been sufficiently purged with nitrogen, and stirred at -40 ° C. while stirring with a stirrer.
- n-Butyllithium hexane solution (4.63 g; 11 mmol) was added, stirred for 20 minutes, and dibutylmagnesium hexane solution (1.38 g; 2 mmol) was added.
- styrene (10.68 g; 103 mmol) was added to THF (13.3 g), and a solution dehydrated with dibutylmagnesium hexane solution (0.38 g; 0.5 mmol) was added dropwise over 6 minutes. Stir for minutes, add methanol (1.8 g), kill, and return to room temperature. This solution was analyzed by gas chromatography, but no styrene monomer was observed. The obtained polymerization solution was concentrated, acetic acid (0.5 g) was added, and the mixture was stirred and dropped into methanol (600 mL) to precipitate a polymer. After stirring and filtering for 1 hour, it was dried at 40 ° C. under reduced pressure. This polymer had a number average molecular weight of 4600 and a molecular weight distribution of 1.32.
- Example 7 THF (206.1 g) and lithium chloride (0.87 g: 21 mmol) were placed in a 500 mL four-necked flask sufficiently purged with nitrogen, and stirred with a stirrer at room temperature with an n-butyllithium hexane hexane solution (1. 79 g; 4 mmol) was added and stirred for 60 minutes.
- ethylene glycol dimethacrylate (3.02 g; 15 mmol) was added to THF (7.2 g), and a solution dehydrated with diethylzinc hexane solution (1.16 g; 2 mmol) was added dropwise over 2 minutes. The mixture was stirred for 60 minutes, methanol (1.74 g) was added and killed, and the temperature was returned to room temperature. When this solution was analyzed by gas chromatography, methyl methacrylate monomer and ethylene glycol dimethacrylate monomer were not observed. Then, concentrated hydrochloric acid (4.93 g; 49 mmol) was added, stirred at 50 ° C.
- Example 8 THF (408.8 g) and lithium chloride (3.43 g: 81 mmol) were placed in a 1 L five-necked flask that had been sufficiently purged with nitrogen, and stirred at a room temperature with a stirrer at room temperature. 14 g; 5 mmol) was added and stirred for 60 minutes. Subsequently, the mixture was cooled to ⁇ 50 ° C., s-butyllithium hexane solution (25.83 g; 40 mmol) was added, and after stirring for 9 minutes, 1-ethoxyethylcinnamyl ether (9.14 g: 44 mmol) was added for 2 minutes. Stir.
- n-butyl methacrylate (61.66 g; 434 mmol) was added to THF (61.0 g), and a solution dehydrated with diethylzinc hexane solution (1.21 g; 2 mmol) was added dropwise over 15 minutes. Stir for minutes. Thereafter, ethylene glycol dimethacrylate (7.89 g; 40 mmol) was added to THF (10.9 g), and a solution dehydrated with diethyl zinc hexane solution (0.76 g; 1 mmol) was added dropwise over 4 minutes. Stir for minutes, add methanol (2.36 g), kill, and return to room temperature.
- Example 9 THF (151.9 g) and lithium chloride (0.76 g: 18 mmol) were placed in a 300 mL four-necked flask sufficiently purged with nitrogen, and the n-BuLi solution (1.52 g; 4 mmol) was stirred at room temperature while stirring with a stirrer. ) And stirred for 15 minutes.
- cinnamyl alcohol (2.71 g; 19 mmol) was added, cooled to ⁇ 40 ° C., n-butyllithium hexane solution (8.65 g; 21 mmol) was added, and then s-BuLi hexane solution (6.88 g; 11 mmol) was added and stirred for 30 minutes.
- methyl methacrylate (30.26 g; 302 mmol) was added to THF (31.4 g), and a solution dehydrated with diethylzinc hexane solution (1.18 g; 2 mmol) was added dropwise over 13 minutes. The mixture was stirred for 5 minutes after the dropping.
- ethylene glycol dimethacrylate (4.13 g; 21 mmol) was added to THF (6.3 g), and a solution dehydrated with diethylzinc hexane solution (0.81 g; 1 mmol) was added dropwise over 3 minutes. Stir for minutes, add acetic acid (2.1 g), kill and return to room temperature. When this solution was analyzed by gas chromatography, methyl methacrylate monomer and ethylene glycol dimethacrylate monomer were not observed. The obtained polymerization solution was concentrated, dropped into methanol (2 L), and a polymer was precipitated. After stirring and filtering for 1 hour, it was dried under reduced pressure at 40 ° C. This polymer had a number average molecular weight of 64,000 and a molecular weight distribution of 1.25.
- Example 10 Toluene (123.4 g) and THF (32.0 g) were placed in a 300 mL four-necked flask thoroughly purged with nitrogen and stirred with a stirrer at ⁇ 40 ° C. at 3- (t-butyldimethylsilyloxy)- 1-Propyllithium cyclohexane solution (18.40 g; 20.62 mmol) was added and stirred for 1 minute.
- Triethylamine / hydrochloride was filtered, concentrated and dried, dissolved in ethyl acetate, dropped into methanol (1.5 L) to precipitate a polymer, stirred for 1 hour, filtered, and dried at 40 ° C. under reduced pressure. .
- This polymer had a number average molecular weight of 4800 and a molecular weight distribution of 1.19.
- Example 11 The polymer (54.9 g) synthesized in Example 8 was placed in a 500 mL eggplant flask and dissolved in dimethylformamide (DMF) (276.2 g). Thereafter, methacrylic acid chloride (4.26 g; 41 mmol) was added, and triethylamine (4.48 g; 44 mmol) was slowly added at room temperature with stirring. After stirring for 4 hours, the solution was allowed to stand overnight, and the solution was filtered and concentrated. Acetic acid (5.28 g) and ethyl acetate (250 g) were added, and the mixture was separated twice with pure water (200 g). The ethyl acetate layer was concentrated and dropped into methanol (2 L) with stirring. The solution was decanted, pure water (1.5 L) was added, stirred for 1 hour, filtered, and dried under reduced pressure at 40 ° C. NMR measurement of this polymer confirmed the introduction of a methacryloyl group.
- DMF dimethylformamide
- the production method of the present invention it is possible to easily produce a polymer in which the number of functional groups and the introduction position are precisely defined.
- the polymer obtained by the production method of the present invention can be functionalized by utilizing its functional group, and can be used as a prepolymer and can be used as various prepolymers. is there. For example, application to paints, adhesives, resist materials, etc. is easy.
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Abstract
Description
本願は、2008年11月7日に出願された日本国特許出願2008-286791号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一方、重合開始剤に官能基を導入する試みもなされているが、官能基を有するラジカル重合開始剤を用いたラジカル重合で得られるポリマーは、連鎖移動やラジカルカップリングによる停止反応が起こるため、重合体の官能基の数等が不均一となりやすいという問題があった。
この点、リビングラジカル重合に使用される開始系では、これらのことが起こりにくいため、官能基の数や導入位置を正確に規定することができるが、ブロックポリマー、特に多元系のブロックポリマーを合成するとき等は、一成分のポリマーを重合する毎にポリマーを取り出し精製する必要があるためかなりの手間がかかり、コスト高となる問題があった。
前記1,1-ジフェニルエチレン誘導体は、単独重合性を示さず、アニオン種と定量的に1:1の付加反応生成物を与えることから、重合体鎖の生長開始末端や生長停止末端に1,1-ジフェニルアルキル基を定量的に導入することができる利点を有している(例えば、非特許文献1参照)。
また、本発明において使用するシンナミルアルコールを共重合成分とすることができる共重合体が特許文献5に記載されているが、当該文献においてはカチオン重合により製造しているため、リビングアニオン重合とは異なりシンナミルアルコールは単独重合性があり、ポリマー鎖の生長開始末端や生長停止末端にシンナミルアルコールを定量的に導入することが困難である。
すなわち、本発明は、
〔1〕有機アルカリ金属化合物と下記式[I]のシンナミルアルコール又はその誘導体を反応させ、その反応物を重合開始剤としてリビングアニオン重合することを特徴とする重合体の製造法、
[式中、R1はアルキル基又はアルコキシ基を表し、mは0~5の整数を表し、mが2以上のときR1は互いに同一でも異なっていてもよい。R5は水素原子、アルカリ金属原子、トリアルキルシリル基又は下記一般式[II]で表される置換基を表す。
(式中、R3は水素原子又はC1~6アルキル基、R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表す。)]
〔2〕(i)アニオン重合開始剤の存在下、アニオン重合可能な単量体をリビングアニオン重合する工程、及び
(ii)下記式[I]のシンナミルアルコール又はその誘導体を反応系に添加して生長末端に付加させる工程
を有することを特徴とする、重合体の製造方法、
[式中、R1はアルキル基又はアルコキシ基を表し、mは0~5の整数を表し、mが2以上のときR1は互いに同一でも異なっていてもよい。R5は水素原子、アルカリ金属原子、トリアルキルシリル基又は下記一般式[II]で表される置換基を表す。
(式中、R3は水素原子又はC1~6アルキル基、R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表す。)]
〔3〕前記工程(ii)に続いて、
(iii)工程(ii)で得られた反応物を重合開始剤として、さらにアニオン重合可能なモノマーをリビングアニオン重合する工程
を有することを特徴とする、上記〔2〕に記載の重合体の製造方法、及び、
〔4〕前記工程(ii)に続いて、
(iii’)失活剤を加えて、アニオン重合を停止させる工程
を有することを特徴とする、上記〔3〕に記載の重合体の製造方法に関する。
また、本発明は、
〔5〕次式[I]で表される化合物をリビングアニオン重合の開始時に反応させて得られた重合体にコア剤を反応させて得られたスターポリマー、及び、
[式中、R1はアルキル基又はアルコキシ基を表し、mは0~5の整数を表し、mが2以上のときR1は互いに同一でも異なっていてもよい。R5は水素原子、アルカリ金属原子、トリアルキルシリル基又は下記一般式[II]で表される置換基を表す。
(式中、R3は水素原子又はC1~6アルキル基、R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表す。)]
〔6〕上記〔5〕記載のスターポリマーを酸で処理し、水酸基を生成させたスターポリマーに関する。
R1のアルキル基としては、C1~6アルキル基であることがより好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基等が挙げられる。
R1のアルコキシ基としては、C1~6アルコキシ基であることがより好ましく、メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基、i-プロピルオキシ基、ブチルオキシ基、sec-ブチルオキシ基、tert-ブチルオキシ基、アミルオキシ基、イソアミルオキシ基、tert-アミルオキシ基、ヘキシルオキシ基等が挙げられる。
mは0~5の整数を表し、mが2以上のときR1は互いに同一でも異なっていてもよい。
(式中、R3は水素原子又はC1~6アルキル基、R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表す。)
R2のトリアルキルシリル基としては、アルキル基の炭素数がC1~6であるトリアルキルシリル基がより好ましく、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル-tert-ブチルシリル基等が挙げられる。
R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基であって、「アルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基」のアルキル基及びシクロアルキル基としては、C1~6アルキル基、C1~6シクロアルキル基であることが好ましく、C1~6アルキル基としてはR1のアルキル基として挙げたのと同様のものが挙げられる。C1~6シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。これらの基はアルコキシ基で置換されていてもよく、アルコキシ基としてはC1~6アルコキシ基であることが好ましい。C1~6アルコキシ基としてはR1のアルコキシ基として挙げたのと同様のものが挙げられる。
「アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基」のアルキル基及びアルコキシ基としては夫々、C1~6アルキル基、C1~6アルコキシ基であることが好ましく、具体的には、R1のアルキル基及びアルコキシ基として挙げたのと同様のものが挙げられる。
アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム等が挙げられる。
有機アルカリ金属化合物としては、上記アルカリ金属のアルキル化物、アリル化物、アリール化物等が挙げられ、特にアルキルリチウムが好ましい。具体的には、エチルリチウム、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、t-ブチルリチウム、エチルナトリウム、リチウムビフェニル、リチウムナフタレン、リチウムトリフェニル、ナトリウムナフタレン、カリウムナフタレン、α-メチルスチレンナトリウムジアニオン、1,1-ジフェニルヘキシルリチウム、1,1-ジフェニル-3-メチルペンチルリチウム、1,4-ジリチオ-2-ブテン、1,6-ジリチオヘキサン、ポリスチリルリチウム、クミルカリウム、クミルセシウム等を使用できる。これらのアニオン重合開始剤は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の重合体の数平均分子量は、目的によって選択することができ、特に制限されないが、1、000~1,000,000が好ましく、1,500~300,000であることがより好ましい。
スチレン誘導体として具体的には、スチレン、α-アルキルスチレン、核置換スチレン等を例示することができ、核置換基としては、重合開始能力があるアニオン種、及び重合開始能力がないアニオン種に対して不活性な基であれば特に制限されず、具体的には、アルキル基、アルコキシアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルコキシ基、t-ブトキシカルボニル基、t-ブトキシカルボニルメチル基、テトラヒドロピラニル基等を例示することができる。さらにスチレン誘導体の具体例として、α-メチルスチレン、α-メチル-p-メチルスチレン、p-メチルスチレン、m-メチルスチレン、o-メチルスチレン、p-エチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、2,5-ジメチルスチレン、p-イソプロピルスチレン、2,4,6-トリイソプロピルスチレン、p-t-ブトキシスチレン、p-t-ブトキシ-α-メチルスチレン、m-t-ブトキシスチレン等を例示することができる。
ブタジエン誘導体として具体的には、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチルブタジエン、2-エチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン等を例示することができる。
また(メタ)アクリル酸エステル誘導体は、エステルアルコール残基の炭素数が1~20のものが反応性の観点より好ましく、具体的には、メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル、n-ブチルエステル等を例示することができる。
本発明の重合体の製造法は、式[I]で表される化合物をリビングアニオン重合時に反応させることを特徴とする。
[式中、R1はアルキル基又はアルコキシ基を表し、mは0~5の整数を表し、mが2以上のときR1は互いに同一でも異なっていてもよい。R5は水素原子、アルカリ金属原子、トリアルキルシリル基又は下記一般式[II]で表される置換基を表す。
(式中、R3は水素原子又はC1~6アルキル基、R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表す。)]
(式中、R3は水素原子又はC1~6アルキル基、R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表す。)としては、式[III]のR2で詳述したものと同様である。水素原子以外のR5の基はいずれも水酸基の保護基であり、重合体を製造した後に脱保護して水酸基とすることができる。
当該方法を使用する製造法には、以下の場合が挙げられる。
式[III]で表されるシンナミルアルコール誘導体残基が重合体鎖の重合開始末端に存在している場合、有機アルカリ金属化合物と式[I]で表されるシンナミルアルコール又はその誘導体とを反応させ、その反応物を重合開始剤としてリビングアニオン重合することより重合体を製造することができる。
なお、式[I]中のR5が水素原子であるシンナミルアルコール又はその誘導体を用いる場合には、まず、アルカリ金属化合物とシンナミルアルコール誘導体のアルコール性水酸基を反応させ、金属アルコキシドとしたうえで、前記付加反応をおこなう。
その使用量の上限については特に制限はないが、式[I]で表されるシンナミルアルコール又はその誘導体は単独重合性を有さず、過剰量の式[I]で表されるシンナミルアルコール又はその誘導体は重合系内に残存することになるため、式[I]で表されるシンナミルアルコール又はその誘導体の使用量は、有機アルカリ金属化合物に対し、0.1~10倍モルが好ましく、0.5~5倍モル程度にすることがより好ましい。但し、シンナミルアルコール誘導体の使用量が有機アルカリ金属に対し1倍モル以下である場合には、ジブチルマグネシウム、ジエチル亜鉛等の有機金属を併用し、過剰の有機アルカリ金属を不活性化して使用する。
また重合反応に関与せず、かつ重合体と相溶性のある極性溶媒であれば、特に制限なく、エーテル基含有溶媒と併用して用いることができる。具体的にはテトラメチルエチレンジアミン、ヘキサメチルホスホリックトリアミド等の第3級アミンを例示することができる。
さらに、極性の低い脂肪族、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族又はペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素化合物であっても、重合体と比較的相溶性があれば、エーテル基含有溶媒と組み合わせることにより使用することができ、具体的には、へキサンとTHFの組み合わせ、トルエンとTHFの組み合わせ等を例示できる。
リビングアニオン重合の重合条件としては、通常のアニオン重合で採用される重合条件を用いることが可能であるが、重合開始剤及び重合体鎖末端の活性末端アニオンを失活させないため、重合系内に酸素、二酸化炭素又は水等が混入しない条件で行うことが好ましい。例えば、高真空下又は水分をほとんど含まない窒素雰囲気下で、脱気・脱水した溶媒中において、重合開始剤の存在下、前記のモノマーを加えてリビングアニオン重合させる。モノマーの全量を一度に加えず、徐々に添加しながら重合させてもよい。
前記のアニオン重合可能なモノマーを2種類以上組み合わせて重合させることにより、任意のモノマー組成の、カルボアニオンを末端に有する共重合体を得ることができる。また、1種類のモノマーの重合が終了した後、引き続き他の種類のモノマーを順次重合させることにより、任意のモノマー組成及び構造を有する、カルボアニオンを末端に有するブロック共重合体(ジブロック共重合体、トリブロック共重合体又はマルチブロック共重合体)を得ることができる。
重合時間は、使用する重合開始剤、モノマー、溶媒、反応温度等により異なるが、通常10分~10時間の範囲である。重合反応は、バッチ式又は連続式のどちらの方法でも行うことができる。
重合体鎖の生長末端又は内部に式[III]で表されるシンナミルアルコール誘導体残基を有する重合体は、重合途中で式[I]の化合物を反応させて得ることができ、具体的には、(i)アニオン重合開始剤の存在下、アニオン重合可能なモノマーをリビングアニオン重合する工程;
(ii)式[I]のシンナミルアルコール又はその誘導体を反応系に添加して生長末端に付加させる工程;
を有する方法により製造することができる。
なお、式[I]中のR5が水素原子であるシンナミルアルコール又はその誘導体を用いる場合には、まず、アルカリ金属化合物とシンナミルアルコール又はその誘導体のアルコール性水酸基を反応させ、金属アルコキシドとしたうえで、前記付加反応をおこなう。
典型的なスキームを次に示す。
さらに、重合体鎖の重合開始末端に式[III]の構造が存在する場合の製造方法と、重合体鎖の成長末端又は内部に存在する場合の製造方法の工程とを組み合わせることで、重合体の開始末端及び終端に式[III]で表される構造を有する重合体を製造することもでき、重合体の開始末端、内部及び終端に式[III]の構造を有する重合体を製造することもできる。
置換基として具体的には、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、s-ブチル基、t-ブチル基、イソブチル基、アミル基、ヘキシル基、ベンジル基、フェニル基、ナフチル基等を例示することができる。
マグネシウム、アルミニウム、又は亜鉛を金属種とする有機金属として、具体的には、ジ-n-ブチルマグネシウム、ジ-t-ブチルマグネシウム、ジ-s-ブチルマグネシウム、n-ブチル-s-ブチルマグネシウム、n-ブチル-エチルマグネシウム、ジ-n-アミルマグネシウム、ジベンジルマグネシウム、ジフェニルマグネシウム、ジエチル亜鉛、ジ-n-ブチル亜鉛、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ-n-へキシルアルミニウム等を例示することができる。
以上例示した有機金属は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
有機金属の使用量は、重合に影響しない範囲内で任意に使用できるが、具体的にはアニオン重合開始剤に対してモル比で10:1以上1:20以下であるのが好ましく、更に好ましくは2:1以上1:10以下であり、その中でも1:1以上1:5以下が望ましい。10:1より小さい場合には、重合体製造の際に分子量や分子量分布が制御された重合体を安定的に再現性よく製造できない場合があり、20:1より大きい場合には、重合反応に、成長速度が著しく低下する場合がある。
例示したこれらの添加剤は、1種単独、又は2種以上用いることができる。
本発明の製造方法で得られる重合体は末端及び/又は内部に水酸基を有するため、この水酸基の反応性を利用して、本発明の重合体を原料としてさらにポリマー化することができる。例えば、イソシアネート基含有化合物との反応でポリウレタン樹脂、カルボン酸、カルボン酸ハライド、酸無水物等との反応でポリエステル樹脂を得ることができる。
本発明の重合体からスターポリマーを得る方法としては、例えば、式[I]で表される化合物をリビングアニオン重合の開始末端に反応させて得られた重合体に、コア剤を反応させる方法がある。
さらに、酸無水物等を反応させることで末端にカルボン酸を含有するスターポリマーが合成でき、エポキシの硬化剤等に用いることができる。更に、多官能イソシアネートを用いて硬化性組成物を製造することができる。
これら本発明の重合体を原料とした樹脂及びスターポリマーは、公知の反応方法・条件で製造することができる。
窒素置換を十分行なった200mL四口フラスコにTHF(20.8g)とトルエン(82.8g)を加え、スターラーで攪拌している中に-40℃でn-ブチルリチウムヘキサン溶液(1.44g;3mmol)を加え、次いで1-エトキシエチルシンナミルエーテル(0.41g;2mmol)を加え15分間攪拌し、ジブチルマグネシウムヘキサン溶液(1.00g;1mmol)を加えた。続いて、THF(9.3g)にスチレン(10.73g;103mmol)を加え、ジブチルマグネシウムヘキサン溶液(0.47g;1mmol)で脱水した溶液を13分かけて滴下し、滴下終了後15分攪拌し、メタノール(1.0g)を加えキリングした。この溶液をガスクロで分析したが、スチレンモノマーは観測されなかった。
その後、濃塩酸(2.48g;24mmol)を加え、50℃で2時間攪拌し、トリエチルアミン(1.72g;17mmol)を加えた。純水(50g)で3回分液精製後、濃縮し、メタノール(600ml)に落して重合体を析出させ、1時間攪拌濾過後、40℃で減圧乾燥させた。この重合体は、数平均分子量=16900、分子量分布は1.26であった。
窒素置換を十分行なった200mL四口フラスコにTHF(83.0g)と塩化リチウム(0.34g:8.mmol)を加え、スターラーで攪拌している中に室温でn-ブチルリチウムヘキサン溶液(1.14g;3mmol)を加え、50分間攪拌した。続いて、-50℃に冷却し、n-ブチルリチウムヘキサン溶液(1.73g;4mmol)を加え、次いで1-エトキシエチルシンナミルエーテル(0.95g;5mmol)を加え、15分間攪拌し、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(0.76g;1mmol)を添加した。その後、THF(12.3g)にメチルメタクリレート(10.58g;106mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(0.65g;1mmol)で脱水した溶液を8分かけて滴下し、滴下終了後15分攪拌し、メタノール(1.0g)を加えキリングし、室温に戻した。この溶液をガスクロで分析したが、メチルメタクリレートモノマーは観測されなかった。
その後、濃塩酸(2.51g;25mmol)を加え、50℃で2時間攪拌し、トリエチルアミン(1.42g;14mmol)を加えた。トリエチルアミン/塩酸塩を濾過後、濃縮し、蒸留水(600g)に落して重合体を析出させ、1時間攪拌濾過後、40℃で減圧乾燥させた。この重合体は、数平均分子量=9500、分子量分布は1.07であった。
窒素置換を十分行なった500mL四口フラスコにTHF(103.3g)とトルエン(64.1g)及び塩化リチウム(1.81g:43mmol)を入れ、スターラーで攪拌している中に-50℃でs-ブチルリチウムヘキサンヘキサン溶液(13.16g;21mmol)を加え、8分間攪拌し、1-エトキシエチルシンナミルエーテル(4.28g:21mmol)を加え、5分間攪拌した。その後、THF(31.6g)にメチルメタクリレート(31.03g;310mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(1.11g;2mmol)で脱水した溶液を11分かけて滴下し、滴下終了後30分攪拌し、メタノール(1.62g)を加えキリングし、室温に戻した。この溶液をガスクロで分析したが、メチルメタクリレートモノマーは観測されなかった。
重合液を濃縮し、メタノール1.5Lに落し、1時間攪拌後、デカンテーションし、純水1Lを加え、15分間攪拌後濾過し、40℃で減圧乾燥させた。この重合体は、数平均分子量=6400、分子量分布は1.08であった。
窒素置換を十分行なった300mL五口フラスコにTHF(31.9g)とトルエン(121.3g)を加え、スターラーで攪拌している中に、-40℃でn-ブチルリチウムヘキサン溶液(1.71g;4mmol)を加え、5分攪拌した。次いで、THF(7.0g)にスチレン:ST(5.21g;50mmol)を加え、ジブチルマグネシウムヘキサン溶液(0.42g;1mmol)で脱水した溶液を10分かけて滴下し、滴下終了後5分攪拌した。その後、THF(3.6g)に1-エトキシエチルシンナミルエーテル(0.94g;5mmol)を加え、ジブチルマグネシウムヘキサン溶液(0.55g;1mmol)で脱水した溶液を加え、15分攪拌した。続いて、THF(11.5g)にメチルメタクリレート(5.36g;54mmol)と塩化リチウム(0.23g:5mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(1.00g;1mmol)で脱水した溶液を5分かけて滴下し、滴下終了後30分攪拌し、メタノール(0.7g)を加えキリングし、室温に戻した。この溶液をガスクロで分析したが、スチレンモノマー及びメチルメタクリレートモノマーは観測されなかった。
その後、濃縮し、メタノール(600ml)に落して重合体を析出させ、1時間攪拌濾過後、40℃で減圧乾燥させた。この重合体は数平均分子量=4000、分子量分布は1.11であった。
窒素置換を十分行なった200mL四口フラスコにシンナミルアルコール(0.81g;6mmol)とTHF(87.4g)及び塩化リチウム(0.51g:12mmol)を入れ、スターラーで攪拌している中に-40℃でn-ブチルリチウムヘキサン溶液(5.47g;13mmol)を加え、20分間攪拌し、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(5.50g;8mmol)を加えた。続いて、-50℃でTHF(11.4g)にメチルメタクリレート(10.11g;101mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(0.38g;0.5mmol)で脱水した溶液を8分かけて滴下し、滴下終了後20分攪拌し、メタノール(1.4g)を加えキリングし、室温に戻した。この溶液をガスクロで分析したが、メチルメタクリレートモノマーは観測されなかった。
得られた重合液に酢酸(0.5g)を加え濃縮し、純水(600mL)に落して重合体を析出させ、1時間攪拌濾過後、40℃で減圧乾燥させた。この重合体は、数平均分子量=19000、分子量分布は1.25であった。
窒素置換を十分行なった200mL四口フラスコにシンナミルアルコール(0.81g;6mmol)、トルエン(26.3g)及びTHF(57.1g)を入れ、スターラーで攪拌している中に-40℃でn-ブチルリチウムヘキサン溶液(4.63g;11mmol)を加え、20分間攪拌し、ジブチルマグネシウムヘキサン溶液(1.38g;2mmol)を加えた。続いて、THF(13.3g)にスチレン(10.68g;103mmol)を加え、ジブチルマグネシウムヘキサン溶液(0.38g;0.5mmol)で脱水した溶液を6分かけて滴下し、滴下終了後20分攪拌し、メタノール(1.8g)を加えキリングし、室温に戻した。この溶液をガスクロで分析したが、スチレンモノマーは観測されなかった。
得られた重合液を濃縮し、酢酸(0.5g)を加え攪拌し、メタノール(600mL)に落して重合体を析出させ、1時間攪拌濾過後、40℃で減圧乾燥させた。この重合体は、数平均分子量=4600、分子量分布は1.32であった。
窒素置換を十分行なった500mL四口フラスコにTHF(206.1g)と塩化リチウム(0.87g:21mmol)を入れ、スターラーで攪拌している中に室温でn-ブチルリチウムヘキサンヘキサン溶液(1.79g;4mmol)を加え、60分間攪拌した。続いて、-50℃に冷却し、s-ブチルリチウムヘキサンヘキサン溶液(9.54g;15mmol)を加え、9分間攪拌し、1-エトキシエチルシンナミルエーテル(3.26g:16mmol)を加え、5分間攪拌した。その後、THF(31.0g)にメチルメタクリレート(30.47g;304mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(1.36g;2mmol)で脱水した溶液を16分かけて滴下し、滴下終了後5分攪拌した。続いて、THF(7.2g)にエチレングリコールジメタクリレート(3.02g;15mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(1.16g;2mmol)で脱水した溶液を2分かけて滴下し、滴下終了後60分攪拌し、メタノール(1.74g)を加えキリングし、室温に戻した。この溶液をガスクロで分析したが、メチルメタクリレートモノマー及びエチレングリコールジメタクリレートモノマーは観測されなかった。
その後、濃塩酸(4.93g;49mmol)を加え、50℃で2時間攪拌し、トリエチルアミン(2.26g;22mmol)を加えた。トリエチルアミン/塩酸塩を濾過後、メタノール(2L)に落して重合体を析出させ、1時間攪拌濾過後、40℃で減圧乾燥させた。この重合体は、数平均分子量=64000、分子量分布は1.13であった。
窒素置換を十分行なった1L五口フラスコにTHF(408.8g)と塩化リチウム(3.43g:81mmol)を入れ、スターラーで攪拌している中に室温でn-ブチルリチウムヘキサンヘキサン溶液(2.14g;5mmol)を加え、60分間攪拌した。続いて、-50℃に冷却し、s-ブチルリチウムヘキサンヘキサン溶液(25.83g;40mmol)を加え、9分間攪拌後、1-エトキシエチルシンナミルエーテル(9.14g:44mmol)を加え2分間攪拌した。その後、THF(61.0g)にn-ブチルメタクリレート(61.66g;434mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(1.21g;2mmol)で脱水した溶液を15分かけて滴下し、滴下終了後5分攪拌した。その後、THF(10.9g)にエチレングリコールジメタクリレート(7.89g;40mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(0.76g;1mmol)で脱水した溶液を4分かけて滴下し、滴下終了後60分攪拌し、メタノール(2.36g)を加えキリングし、室温に戻した。この溶液をガスクロで分析したが、n-ブチルメタクリレートモノマー及びエチレングリコールジメタクリレートモノマーは観測されなかった。
その後、濃塩酸(9.21g;91mmol)を加え、50℃で2時間攪拌し、トリエチルアミン(4.99g;49mmol)を加え、攪拌後酢酸(0.62g;10mmol)を加えた。トリエチルアミン/塩酸塩を濾過後、濃縮し、メタノール(2L)に落して重合体を析出させ、10分間攪拌後、デカンテーションし、メタノール(2L)を加え、1時間攪拌後、デカンテーションし、純水(2L)を加え、30分間攪拌濾過後、40℃で減圧乾燥させた。この重合体は、数平均分子量=27000、分子量分布は1.24であった。
窒素置換を十分行なった300mL四口フラスコにTHF(151.9g)と塩化リチウム(0.76g:18mmol)を入れ、スターラーで攪拌している中に室温でn-BuLi溶液(1.52g;4mmol)を加え、15分間攪拌した。続いて、シンナミルアルコール(2.71g;19mmol)を加え、-40℃に冷却しn-ブチルリチウムヘキサン溶液(8.65g;21mmol)を加えた後、s-BuLiヘキサン溶液(6.88g;11mmol)を加え、30分間攪拌した。その後、-50℃に冷却し、THF(31.4g)にメチルメタクリレート(30.26g;302mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(1.18g;2mmol)で脱水した溶液を13分かけて滴下し、滴下終了後5分攪拌した。その後、THF(6.3g)にエチレングリコールジメタクリレート(4.13g;21mmol)を加え、ジエチル亜鉛ヘキサン溶液(0.81g;1mmol)で脱水した溶液を3分かけて滴下し、滴下終了後5分攪拌し、酢酸(2.1g)を加えキリングし、室温に戻した。この溶液をガスクロで分析したが、メチルメタクリレートモノマー及びエチレングリコールジメタクリレートモノマーは観測されなかった。得られた重合液を濃縮し、メタノール(2L)に落して重合体を析出させ、1時間攪拌濾過後、40℃で減圧乾燥させた。このポリマーは、数平均分子量=64000、分子量分布は1.25であった。
窒素置換を十分行なった300mL四口フラスコにトルエン(123.4g)およびTHF(32.0g)を入れ、スターラーで攪拌している中、-40℃で3-(t-ブチルジメチルシリルオキシ)-1-プロピルリチウムシクロヘキサン溶液(18.40g;20.62mmol)を加え1分間攪拌した。続いて、THF(30.1g)にスチレン(32.23g;309mmol)を加えジブチルマグネシウムヘキサン溶液(0.95g;1mmol)で脱水した溶液を15分かけて滴下し、滴下終了後15分攪拌した。その後、THF(6.5g)に1-エトキシエチルシンナミルエーテル(4.11g:20mmol)を加えジブチルマグネシウムヘキサン溶液(0.74g;1mmol)で脱水した溶液を3分かけて滴下し、滴下終了後30分攪拌し、メタノール(2.29g)を加えキリングし、室温に戻した。この溶液をガスクロで分析したが、スチレンは観測されなかった。
得られた重合液にTHF(61.8g)とメタノール(30.3g)および濃塩酸(7.65g;76mmol)を加え、50℃で2時間攪拌し、トリエチルアミン(5.21g;52mmol)を加え、しばらく攪拌後、酢酸(5.17g;86mmol)を加えた。トリエチルアミン/塩酸塩を濾過後、濃縮・乾固し、酢酸エチルに溶解させ、メタノール(1.5L)に落として重合体を析出させ、1時間攪拌後、濾過し、40℃で減圧乾燥させた。この重合体は、数平均分子量=4800、分子量分布は1.19であった。
500mLのナスフラスコに実施例8で合成したポリマー(54.9g)を入れ、ジメチルホルムアミド(DMF)(276.2g)で溶解させた。その後、メタクリル酸クロライド(4.26g;41mmol)を加え、攪拌しながら室温でトリエチルアミン(4.48g;44mmol)をゆっくり加え、4時間攪拌した後、一晩放置し、溶液を濾過し、濃縮後、酢酸(5.28g)と酢酸エチル(250g)を加え、純水(200g)で2回分液した。酢酸エチル層を濃縮し、攪拌しながらメタノール(2L)に落した。その溶液をデカンテーションし、純水(1.5L)を加え、1時間攪拌後、濾過し、40℃で減圧乾燥させた。この重合体をNMR測定したところメタクリロイル基の導入が確認された。
本発明の製造法により得られる重合体は、その官能基を利用して機能化が図れるとともに、硬化性樹脂への応用や種々のプレポリマーとしても使用することができるため高分子材料として有用である。例えば、塗料、接着剤、レジスト材料等への応用が容易である。
Claims (6)
- 有機アルカリ金属化合物と下記式[I]のシンナミルアルコール又はその誘導体を反応させ、その反応物を重合開始剤としてリビングアニオン重合することを特徴とする重合体の製造法。
[式中、R1はアルキル基又はアルコキシ基を表し、mは0~5の整数を表し、mが2以上のときR1は互いに同一でも異なっていてもよい。R5は水素原子、アルカリ金属原子、トリアルキルシリル基又は下記一般式[II]で表される置換基を表す。
(式中、R3は水素原子又はC1~6アルキル基、R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表す。)] - (i)アニオン重合開始剤の存在下、アニオン重合可能な単量体をリビングアニオン重合する工程、及び
(ii)下記式[I]のシンナミルアルコール又はその誘導体を反応系に添加して生長末端に付加させる工程
を有することを特徴とする、重合体の製造方法。
[式中、R1はアルキル基又はアルコキシ基を表し、mは0~5の整数を表し、mが2以上のときR1は互いに同一でも異なっていてもよい。R5は水素原子、アルカリ金属原子、トリアルキルシリル基又は下記一般式[II]で表される置換基を表す。
(式中、R3は水素原子又はC1~6アルキル基、R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表す。)] - 前記工程(ii)に続いて、
(iii)工程(ii)で得られた反応物を重合開始剤として、さらにアニオン重合可能なモノマーをリビングアニオン重合する工程
を有することを特徴とする、請求項2に記載の重合体の製造方法。 - 前記工程(ii)に続いて、
(iii’)失活剤を加えて、アニオン重合を停止させる工程
を有することを特徴とする、請求項3に記載の重合体の製造方法。 - 次式[I]で表される化合物をリビングアニオン重合の開始時に反応させて得られた重合体にコア剤を反応させて得られたスターポリマー。
[式中、R1はアルキル基又はアルコキシ基を表し、mは0~5の整数を表し、mが2以上のときR1は互いに同一でも異なっていてもよい。R5は水素原子、アルカリ金属原子、トリアルキルシリル基又は下記一般式[II]で表される置換基を表す。
(式中、R3は水素原子又はC1~6アルキル基、R4はアルコキシ基で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基で置換されていてもよいシクロアルキル基、アルキル基で置換されていてもよいフェニル基、又は、アルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基を表す。)] - 請求項5記載のスターポリマーを酸で処理し、水酸基を生成させたスターポリマー。
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