WO2019026778A1 - アリルメタアリルアミン系(共)重合体、その製造方法、及びその用途 - Google Patents

アリルメタアリルアミン系(共)重合体、その製造方法、及びその用途 Download PDF

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methallylamine
compound
mol
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山田 信幸
勝 文屋
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日東紡績株式会社
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08F26/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F26/02Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a single or double bond to nitrogen
    • C08F26/04Diallylamine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08G75/22Copolymers of sulfur dioxide with unsaturated aliphatic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08L39/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L39/02Homopolymers or copolymers of vinylamine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D139/00Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers

Definitions

  • the present invention is directed allyl methallyl amine compound (co) polymers, a method of manufacturing the same, and to a use thereof, more specifically, by using allyl methallyl amine compound having a specific structure, a high polymerization it is possible to achieve both gender and high overall organic, allyl methallyl amine (co) polymers, a method of manufacturing the same, and to a use which utilizes these characteristics.
  • diallylamine compound having an alkyl group such as diallyl alkylamine hydrochloride (a compound having a diallylamine skeleton) is, for example, relatively easy to be copolymerized with sulfur dioxide, such copolymers , it has been industrially produced, it is proposed to use in the field of fine chemicals in a water-soluble paint and dyeing color fastness improver (e.g., see Patent Document 1.).
  • Methods of changing the performance of the diallylamine (co) polymer having such an alkyl group include a method of changing the chain length of the alkyl group, a method of copolymerizing a third component, and a method of changing an addition salt. .
  • the method of changing the chain length of the alkyl group is mainly performed for the purpose of improving the organicity of the whole polymer, but when the chain length is extended while the polymerizability is extremely deteriorated, a large performance improvement can be seen. Absent. This is considered to be due to the fact that the reactivity of the ammonium group, which affects electrochemically, is inhibited by the extended alkyl group.
  • Patent Document 1 the synthesis of the copolymers of di-methallyl dimethyl ammonium chloride and sulfur dioxide was attempted.
  • the yield in Example 18 of Patent Document 1 remains in 49%, the material is polymerizable remarkably poor, the actual high yield as determined by the production process It was difficult to react, and industrial synthesis was unrealistic.
  • the present invention provides a diallylamine (co) polymer, the change in its performance, especially with controlling the organic of the whole polymer, in high yield obtained in the actual manufacturing process
  • the present inventors have carried out intensive investigations and found that in order to solve the above problems, to replace only one of the aryl group constituting the diallylamine structural monomers with methallyl, i.e. having one allyl group one and methallyl by using the asymmetric ammonium salt as a monomer, the (co) performance change of the polymer, especially found that compatible with organic control of the whole polymer, and a polymerization reaction at high yield, completed the present invention It came to That is, the first and second aspects of the present invention relate to the following [1] and [2], respectively.
  • Allyl methallyl amine having a structural unit of the structure represented by the following general formula (Ib) (II) (co) polymer (However, in the above formula (Ib), R 5 is hydrogen or a carbon number of 1 is 2 alkyl radical, n is an integer of 1 or more.).
  • [3] to [5] are respectively one of the preferred embodiments of the first and second inventions of the present application.
  • the weight average molecular weight Mw is 1,000 to 1,000,000, [1] or [2] allyl methallyl amine (co) polymer according to.
  • the ratio of the structural units corresponding to the structural unit (I) and / or the structural unit (II) in all the structural units is at least 5 mol% in total, any one of [1] to [3] Allyl methallylamine-based (co) polymer described in 4.
  • [5] Furthermore, having the structural unit (III) derived from the sulfur dioxide, according to any one of [4] [1], allyl methallyl amine (co) polymer.
  • the third invention of the present application relates to the following [6].
  • a process for producing an allylmethallylamine-based (co) polymer comprising the step of (co) polymerizing a monomer raw material containing an allylmethallylamine-based compound (i) having a structure represented by the following general formula (1) (However, in the above formula (1), R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, X - is a counter ion.).
  • the compound R 1 X, the compound R 2 X, or X is removed from the allyl methallylamine (co) polymer obtained in the step of polymerizing the monomer material containing the allyl methallylamine compound (i)
  • the change in performance, in particular, the control of the overall organicity of the polymer, and the polymerization reaction at a high polymerization yield exceed the limits of the prior art.
  • the resulting (co) can be improved organic of the whole polymer of the polymer, the plating solution, metallic materials processing, paints , additives and the like in the dyeing fiber treatment agent, be diallylamine the organic the whole polymer can be suitably used in critical applications the (co) polymer, polymerized in high productivity and polymerization yield it can.
  • An infrared spectroscopic spectrum of the resulting copolymer in an embodiment of the present invention. Is a GPC chart of the resulting copolymer in an embodiment of the present invention.
  • An infrared spectroscopic spectrum of the resulting copolymer in an embodiment of the present invention. Is a GPC chart of the polymer obtained in an embodiment of the present invention.
  • An infrared spectroscopic spectrum of the resulting copolymer in an embodiment of the present invention It is a GPC chart of a result of one comparative example. It is a GPC chart of the copolymer obtained in one comparative example. An infrared spectroscopic spectrum of the obtained copolymer in one comparative example.
  • Allyl methallyl amine of the first feature of the present invention (co) polymer has a structural unit (I) derived from allyl methallyl amine compound having a structure represented by the following general formula (1) (i), allyl methallyl amine It is a system (co) polymer.
  • R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, X - is a counter ion.).
  • the “(co) polymer” in the allyl methallylamine-based (co) polymer according to the first invention of the present application indicates that it may be a homopolymer or a copolymer, and accordingly, the present application the first allyl methallyl amine of the invention (co) polymer may be composed only structural units derived from the allyl methallyl amine compound having a structure represented by the above general formula (1) (i) (I) well, or in addition to the structural unit (I), the structural unit having another structure, for example it may further have a structural unit (III) derived from sulfur dioxide.
  • Allyl methallylamine compound The structural unit (I) constituting all or part of the allylmethallylamine (co) polymer according to the first invention of the present invention is allyl having a structure represented by the following general formula (1) It is derived from methallylamine compound (i).
  • R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms.
  • Examples of the alkyl group having 2 carbon atoms of 1, can be exemplified a methyl group and an ethyl group, Since R 1 and R 2 each is a relatively small group such as hydrogen or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, it is suppressed that R 1 and R 2 inhibit the electrochemical reactivity of the ammonium group,
  • the allyl methallylamine (co) polymer of the first invention of this application can be polymerized with a sufficiently high polymerization yield for practical use.
  • R 1 and R 2 are large groups as long as the conditions of the first invention of the present application are satisfied and the electrochemical reactivity of the ammonium group is not inhibited.
  • both R 1 and R 2 are hydrogen.
  • X - is a counter ion.
  • X ⁇ may be an anion, and there is no other limitation, but is preferably an anion derived from an organic acid or inorganic acid.
  • halogen ions such as Cl ⁇ , Br ⁇ and I ⁇
  • sulfonate ions such as methanesulfonate ion, ethanesulfonate ion and propanesulfonate ion
  • alkyl sulfates such as methyl sulfate ion, ethyl sulfate ion and propyl sulfate ion ion, acetate ion, hydroxide ion (OH -) and the like can be preferably used.
  • the allyl methallylamine compound (i) having a desired counter ion may be subjected to polymerization, or after polymerization, a reaction to change the counter ion may be performed to introduce a
  • the allyl methallylamine compound (i) has one allyl group bonded to a nitrogen atom and one methallyl group, as shown in the general formula (1).
  • the allyl methallylamine compound (i) has one allyl group bonded to a nitrogen atom and one methallyl group, as shown in the general formula (1).
  • the allyl methallylamine (co) polymer of the second invention of the present application is one having a structural unit (II) of a structure represented by the following general formula (Ib).
  • R 5 is hydrogen or a carbon number of 1 is 2 alkyl radical, n is an integer of 1 or more.
  • the “(co) polymer” in the allyl methallylamine-based (co) polymer according to the second invention of the present application also indicates that it may be a homopolymer or a copolymer.
  • the allylmethallylamine-based (co) polymer of the second invention may be composed of only the constituent unit (II) of the structure represented by the above general formula (Ib), or in addition to the constituent unit (II), structural unit having another structure, for example may further have a structural unit (III) derived from sulfur dioxide.
  • R 5 in the above formula (Ib) is preferably a large group as long as the above conditions are satisfied and the electrochemical reactivity of the amino group is not inhibited.
  • R 5 is particularly preferably methyl or ethyl.
  • R 5 is hydrogen from the viewpoints of adjusting the degree of cationization, reactivity of secondary amine with electrophilic substance, high cation density and the like. More specifically, it is particularly preferable to have a structure represented by the following formula (Ib '). (However, 'in), n' the formula (Ib is an integer of 1 or more.)
  • Constitutional units having a structure represented by the general formula (Ib) (II) is preferably prepared by removing the Compound of the structural units (I) of the first invention of R 1 X, or R 2 X .
  • the method for producing the allylmethallylamine-based (co) polymer according to the second invention of the present application is not limited to this, as long as it has the structural unit (II) of the structure represented by the above general formula (Ib) , the allyl methallyl amine (co) polymer is within the scope of the present second invention.
  • the allyl methallylamine (co) polymer of the second invention of the present application has a constituent unit (II) having a structure represented by the above general formula (Ib), and the constituent unit (II) is bound to the main chain Having a methyl group can improve the overall organicity of the polymer as compared to the prior art diallylamine (co) polymers that do not have such a methyl group.
  • the allyl methallylamine-based (co) polymer of the second invention of the present application has a secondary or tertiary amine group as shown in the above general formula (Ib)
  • the allyl methallylamine-based of the second invention of the present application (co) polymer by adding various acids, allyl methallyl amine (co) polymer having the desired addition salt, with a high degree of freedom can be relatively easily synthesized.
  • the allylmethallylamine-based (co) polymers according to the first and second inventions of the present invention are structural units (I) derived from allylmethallylamine-based compounds (i) having a structure represented by the above general formula (1). ), and / or in addition to the structural unit (II) having the structure represented by the general formula (Ib), may have a structural unit having another structure.
  • structural units having other structures and other single monomers copolymerizable with the above allyl methallylamine compound (i) within the scope not against the object and desired applications of the first and second inventions of the present application.
  • the mers can be used as appropriate to introduce building blocks having other structures.
  • a polymerizable allyl methallyl amine copolymer of the present embodiment is further improved, or to some extent control the properties of the copolymer.
  • diallylamine compounds other than the above allylmethallylamine compounds (i) and salts thereof include diallyldimethylammonium, diallylmethylethylammonium, quaternary ammonium such as diallyldiethylammonium, diallylamine, diallylmethylamine, diallylethylamine, or diallylpropyl.
  • Amine sulfonates or alkyl sulfates can be exemplified.
  • diallyldimethyl ammonium methyl sulfate, diallyl ethyl methyl ammonium methyl sulfate, diallyl diethyl ammonium methyl sulfate, diallyl dimethyl ammonium ethyl sulfate, diallyl ethyl methyl ammonium ethyl sulfate, diallyl diethyl ammonium ethyl sulfate, diallyl amine, diallyl methyl amine, diallyl ethyl amine, and Diallyl propyl amine etc. can also be illustrated.
  • dicarboxylic acids and salts thereof itaconic acid, citraconic acid, mesaconic acid, maleic acid, fumaric acid, and methylene malonic acid, and all or part of hydrogens in these carboxyl groups can be Na, K, NH 4
  • examples thereof include compounds substituted with at least one selected from 1 ⁇ 2 Ca, 1 ⁇ 2 Mg, 1 ⁇ 2 Fe, 1 ⁇ 3 Al, and 1 ⁇ 3 Fe.
  • the unsaturated carboxylic acid, unsaturated sulfonic acid and salts thereof include (meth) acrylic acid, and (meth) allyl sulfonic acid, and metal salts such as Na salts thereof.
  • Structural unit (I) derived from allyl methallylamine compound (i) having a structure represented by the above general formula (1), and allyl methacrylate compound (co) polymer according to the first and second inventions of the present application; Or the structural unit (I) and / or the structural unit (II) in an embodiment having a structural unit having another structure in addition to the structural unit (II) having the structure represented by the above general formula (Ib)
  • the structural unit (I), and / or proportion of the structural unit corresponding to the structural unit (II) is preferably account for at least 5 mole% of all the structural units in total.
  • n in said Formula (Ib) exceeds 1
  • the number-of-moles of structural unit (II) is multiplied by n, and is calculated.
  • the total proportion of the structural unit (I) and the structural unit (II) in all the structural units of the allyl methallylamine (co) polymer of this embodiment is preferably 5 mol% or more, and more preferably 10 mol. % Or more is particularly preferred.
  • the total ratio of the structural unit (I) and the structural unit (II) to the total structural units of the allyl methallylamine-based (co) polymer of this embodiment for example, 90 mol% or less If there is, it is preferable in that polymerization becomes easier.
  • structural unit (III) Structural Unit Derived from Sulfur Dioxide
  • structural unit (III) derived from sulfur dioxide is particularly preferable. Since sulfur dioxide is relatively easy to copolymerize with allyl methallylamine compound (i) having a structure represented by the above general formula (1), this structural unit (III) derived from sulfur dioxide can be used to introduce this structural unit. it can be polymerized allyl methallyl amine copolymer embodiments with relative ease, or relatively narrow molecular weight distribution. Allyl methallyl amine system of the embodiment (co) in the polymer, the structural unit (III) is derived from the sulfur dioxide having the structure represented by the following structural formula (2).
  • the proportion of the structural unit (III) derived from sulfur dioxide to all the structural units of the allyl methallylamine (co) polymer of the present embodiment is preferably 10 mol% or more.
  • the proportion of the structural unit (III) derived from sulfur dioxide is 40 mol% or more, the allyl methallylamine copolymer of the present embodiment is polymerized relatively easily and with a relatively narrow molecular weight distribution. can do.
  • the proportion of the structural unit (III) derived from sulfur dioxide is more preferably 10 mol% or more, particularly preferably 40 mol% or more.
  • the proportion of the structural unit (III) derived from sulfur dioxide is 60 mol% or less, preferably 50 mol% or less.
  • the ratio of the units (III) may be any ratio.
  • the number of both structural units is preferably not significantly different, for example, the structural unit (I) derived from allyl methallylamine compound (i), and / or the above general formula the sum of the structural units of structure (II) represented by (Ib), the ratio of the structural unit (III) derived from sulfur dioxide, 0.7: 1 to 1.3: 1.
  • the ratio is more preferably 0.8: 1 to 1.2: 1, and particularly preferably 0.9: 1 to 1.1: 1.
  • First aspect and allyl methallyl amine of the second invention (co) polymer, GPC weight obtained by measuring the average molecular weight Mw of 1,000 or more, or it is preferable polymerization degree of 5 or more.
  • the term "or" means that the weight average molecular weight and the degree of polymerization are closely related to each other, and it is not necessary to evaluate all of these physical properties, and it is sufficient to evaluate any one of them. It is because there is a case.
  • the weight average molecular weight Mw of the allyl methallylamine (co) polymer according to the first and second inventions of the present invention is not particularly limited, but a quantitative polymerization reaction can be carried out with a high yield. and to take advantage of the effects of the second invention, it is preferable that the weight average molecular weight Mw of 1,000 or more.
  • a prior art diallylamine-based (co) heavy metal which extends the chain length of the alkyl group in the diallylamine-based compound or uses dimethallyldimethylammonium chloride as the diallylamine-based compound in coalescence, since poor polymerizability it has been difficult to obtain more than 1000 weight average molecular weight Mw.
  • weight-average molecular weight Mw of the first and allyl methallyl amine of the second invention (co) polymer more preferably from 1,000 to 1,000,000, particularly preferably 1,000 to 500,000, a 1,000 to 350,000 Is more preferred.
  • First aspect and a weight average molecular weight Mw of allyl methallyl amine (co) polymer of the second invention can be measured by gel permeation chromatography (GPC method), and more specifically, for example, the present embodiment it can be measured by the method described in example.
  • the degree of polymerization of the allylmethallylamine-based (co) polymer according to the first and second inventions of the present invention is not particularly limited, but similar to the weight average molecular weight Mw, quantitative polymerization reaction can be carried out with high yield.
  • the polymerization degree is preferably 5 or more.
  • the degree of polymerization of the allyl methallylamine (co) polymer of the first and second inventions is more preferably 5 to 10,000, still more preferably 5 to 7,000, and particularly preferably 5 to 5,000. preferable.
  • the degree of polymerization of the allylmethallylamine-based (co) polymer according to the first and second inventions of the present application can be determined from the weight average molecular weight obtained by the above-mentioned GPC method using the following formula.
  • Degree of polymerization weight average molecular weight / unit molecular weight
  • unit molecular weight (unit M w ) is a molecular weight per unit of repeating unit in the polymer.
  • R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, X - is a counter ion.).
  • the highly organic allyl methallylamine (co) polymer of the whole polymer including the allyl methallylamine (co) polymer of the first and second invention of the present invention, is highly polymerized. It can be polymerized in yield.
  • the present allyl methallyl amine compound having a structure represented by the above general formula (1) in the manufacturing method of the third aspect of the present invention (i) are identical to those already described in connection with the first invention.
  • the monomer material to be polymerized in the production method of the third invention of the present application contains the above allyl methallylamine compound (i). Accordingly, the monomer raw material may be composed of only the above allyl methallyl amine compound (i), in addition to the allyl methallyl amine compound (i), the other copolymerizable monomers May also be contained.
  • the other copolymerizable monomers are the same as those described in the above-mentioned "other structural units" in relation to the first and second inventions of the present application.
  • the other monomer copolymerizable it is preferable to use sulfur dioxide.
  • the allyl methallylamine compound (i) occupied in the monomer material proportion of is preferably 5 mol% or more, more preferably 10 mol% or more. Ratio of allyl methallyl amine compound occupied in the monomer raw material (i), by at least 10 mol%, the proportion of 10 mol% or more of the structural units derived from the allyl methallyl amine compound (i) (I) Preferred allylmethallylamine-based (co) polymers can be produced more efficiently.
  • the degree of polymerization in the step of polymerizing a monomer raw material containing the allyl methallyl amine compound (i) is preferably 5 or more.
  • degree of polymerization in the step is 5 or more, it is possible to utilize the effect of high can perform quantitative polymerization reaction yield, the present invention referred to.
  • Polymerization degree in the above step is more preferably 5 to 10,000, more preferably from 5 to 7000 and particularly preferably 5 to 5,000.
  • the yield in the step of polymerizing a monomer raw material containing the allyl methallyl amine compound (i) is preferably 60% or more.
  • diallylamine-based (co) polymer it has been difficult to produce the highly organic diallylamine-based (co) polymer of the whole polymer in such a high yield.
  • the yield in the step of polymerizing the monomer raw material containing the allyl methallylamine compound (i) is more preferably 70% or more, particularly preferably 80% or more. preferable.
  • the conditions of the step of polymerizing the monomer raw material containing the allyl methallylamine compound (i), that is, the solvent, the concentration of the monomer, the temperature, the pressure, the time, etc. diallylamine it is possible to apply what has been used in the manufacture of (co) polymers can be employed as appropriate from these.
  • polar solvents such as water are preferably used.
  • polar solvents other than water include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and polyphosphoric acid or their aqueous solutions, organic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid and lactic acid or their aqueous solutions, alcohols, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide
  • aqueous solution of mineral salts such as zinc chloride, calcium chloride, magnesium chloride, etc. are mentioned, it is not limited to these.
  • concentration of the monomer varies depending on the type of the monomer, the solvent and the dispersion medium, but is usually 5 to 95% by mass, preferably 10 to 70% by mass.
  • polymerization initiators include ammonium persulfate, 2,2'-azobis (2-methylpropionamidine), 2'-azobis (4-methoxy-2, 4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis (2,4-Dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis (2-methylpropionate), 2,2'-azobis [2- (2-imidazoline-) 2-yl) propane] etc. can be mentioned.
  • the use amount of the polymerization initiator is not particularly limited and can be appropriately set from the viewpoint of the reaction rate, the stability of the reaction, etc., but it is used in an amount of 0.1 to 30% by mass based on the total mass of the monomers. The use of 1 to 10% by mass is particularly preferred.
  • the polymerization temperature is generally 0 to 100 ° C., preferably 5 to 80 ° C.
  • the polymerization time is generally 20 to 150 hours, preferably 30 to 100 hours.
  • the polymerization atmosphere does not cause a large problem in the polymerizability even in the air, but can be performed in the atmosphere of an inert gas such as nitrogen.
  • the allyl methallyl amine compound (i) a monomer raw material containing (co) obtained as a result of the polymerization step (co) in the polymer, the separation optionally subjected to cleaning treatment, the (co) The polymer is recovered as allyl methallylamine (co) polymer.
  • the (co) polymer may be recovered as a solid, may be recovered as a solution or dispersion.
  • Allyl methallyl amine of the first feature of the present invention (co) polymers, and application by a third allyl methallyl amine obtained by the method of the invention (co) change the counter ion of the polymer, desired additional according to the purpose Salt may be produced.
  • Allyl methallyl amine of the first feature of the present invention (co) polymers, and the present third allyl methallyl amine obtained by the method of the invention (co) polymers are often the convenience of the manufacturing is obtained as the hydrochloride salt , for example the allyl methallyl amine (co) polymer by treatment with ion exchange resins, can be substituted for chloride ion with a hydroxide ion.
  • allyl methallyl amine after replacement (co) polymer By adding various acids to the allyl methallyl amine after replacement (co) polymer, it can be readily synthesized allyl methallyl amine (co) polymer having the desired addition salt. Combining this modification of the addition salt with the control of the overall organicity of the polymer, which is the effect of the present invention, provides allylmethallylamine-based (co) polymers with a wide range of properties beyond the limits of the prior art. be able to.
  • a compound R 1 X is obtained from an allyl methallylamine type (co) polymer obtained in the step of polymerizing the monomer raw material containing the allyl methallylamine type compound (i). Removing the compound R 2 X, or X.
  • the allylmethallylamine-based (co) polymer obtained in the step of polymerizing the monomer material containing the allylmethallylamine-based compound (i) has a structure represented by the following general formula (Ia)
  • the allylmethallylamine-based (co) polymer of the second invention of the present application having a structure represented by the following general formula (Ib) is obtained be able to.
  • R 3 and R 4 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, X ⁇ is a counter ion, and m is an integer of 1 or more.
  • R 5 is hydrogen or a carbon number of 1 is 2 alkyl radical, n is an integer of 1 or more.
  • allylmethallylamine (co) polymer having a desired addition salt with a high degree of freedom.
  • the removal of compound R 1 X, compound R 2 X, or X from allyl methallylamine-based (co) polymer can be suitably carried out by methods conventionally known in the art, for example, X and a salt after the reaction with an aqueous solution of a hydroxide of a metal such as which can form, by washing the formed salts can be preferably used a method for removing.
  • First aspect and allyl methallyl amine of the second invention (co) polymers, and the present third allyl methallyl amine obtained by the method of the invention (co) polymer has high organic overall polymer, and sufficient while having a molecular weight, reactive ammonium groups is well maintained.
  • the allyl methallyl amine (co) polymer, and affinity with the organic matter is compatible with the reactive and has high level of inorganic matter such as metal, conventionally diallylamine of the (co) polymer it is possible to more suitably used in the applications that used.
  • functions such as stably dispersing metal ions in an organic substance and forming an organic layer stably on a metal surface are required.
  • Plating solution, metal material treating agent, paint, ink fixing agent, or dyed fiber treatment It can be particularly suitably used as an additive to an agent or the like.
  • the sample was adjusted to a concentration of 0.5 g / 100 ml with eluent and 20 ⁇ l was used.
  • As an eluent an aqueous solution of 0.4 mol / liter sodium chloride was used.
  • the column temperature was 30 ° C., and the flow rate was 1.0 ml / min.
  • a calibration curve is determined using polyethylene glycol having a molecular weight of 106, 194, 440, 600, 1470, 4100, 7100, 10300, 12600, 23000, etc. as a standard substance, and based on the calibration curve, the weight average molecular weight of the copolymer ( Mw was determined. (Ii) it was determined by the polymerization peak area ratio obtained by the yield GPC method of the copolymer.
  • Example 1 Synthesis of allyl methallyldimethyl ammonium chloride
  • a stirrer 1 mol
  • a thermometer 1 mol
  • a glass stopper 1 mol
  • dimethylallylamine 1 mol
  • 102.06 g 1 mol
  • dilution water 1 mol
  • the temperature was maintained at 50.degree. C.-55.degree. C. during the addition.
  • the temperature was raised to 60 ° C. and the reaction was continued overnight.
  • FIG. 1 shows a GPC chart. The solid content was measured, and 93.8 g of a colorless solution having a solid content of 30.09% was obtained (in the case of changing the addition salt after that, the concentration was appropriately adjusted).
  • the infrared spectrum of isopropyl alcohol reprecipitate is shown in FIG. In the infrared spectrum, absorption at around 1,300 and 1,125 cm -1 derived from a sulfonyl group could be confirmed. It was confirmed that a copolymer of allylmethallyldimethylammonium chloride and sulfur dioxide was obtained with a high polymerization yield.
  • Example 2 Synthesis of a copolymer of allyl methallyldimethyl ammonium chloride and sulfur dioxide-2) Stirrer, thermometer, 100ml three-mouth bottle with a glass stopper, was charged with dilution water 3.02g of 35% hydrochloric acid 0.012 mol allyl methallyl dimethyl ammonium chloride 0.12 mol synthesized in Example 1 After charging 0.12 mol of sulfur dioxide at 30 ° C. or less, 0.2 mol% of ammonium persulfate was added at 25 ° C. with respect to the total monomers to initiate polymerization.
  • FIG. 3 shows a GPC chart. Solid content was measured solids: the 31.76% of the colorless solution was obtained 92.6 g. The infrared spectrum of isopropyl alcohol reprecipitate is shown in FIG.
  • Example 3 (Allyl methallyldimethyl ammonium chloride polymer) Stirrer, thermometer, 100ml three-mouth bottle equipped with a cooling tube, were charged dilution water 3.97g allyl methallyl dimethyl ammonium chloride 0.3 mole synthesized in Example 1, heated to 60 ° C. did. Internal temperature 55 ° C. In the polymerization initiator V-50 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 2,2'-azobis (2-methylpropionate) dihydrochloride) twice for 0.2 mol% with respect to total monomer and It was added and continued overnight polymerization.
  • V-50 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 2,2'-azobis (2-methylpropionate) dihydrochloride
  • FIG. 5 shows a GPC chart. Solid concentration adjusted to solid content: the 20.28% of the nearly colorless solution was obtained 265.15G. The infrared spectrum of acetone reprecipitate is shown in FIG. The allyl methallyl dimethyl ammonium chloride polymer was obtained with a high polymerization yield was confirmed.
  • Example 4 Synthesis of allyl methallyl diethyl ammonium chloride
  • a 300 ml four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a glass stopper 0.8 mol of diethylallylamine and 94.72 g of dilution water were charged, and the temperature was raised to 50 ° C. 0.76 mol of methallyl chloride was added dropwise over 2 hours. The temperature was maintained at 50.degree. C.-55.degree. C. during the addition. After completion of the dropwise addition, the temperature was gradually raised to 60 ° C., 70 ° C., 85 ° C. and 90 ° C., and the reaction was continued for 3 days.
  • the lower layer was separated with a separatory funnel, adjusted to pH 11 with a 25% aqueous NaOH solution, and the unreacted diethylallylamine was distilled off with an evaporator.
  • Appropriate dilution and precipitation of NaCl was carried out by decantation and filtration with a Kiriyama funnel (7 microns) to obtain 39.76 g (yield 18.9%) of a light brown solution of pH 7.7.
  • the concentration was 73.77%
  • the molecular weight was 202.57 (theoretical molecular weight: 203.75). No residual amine was detected by potentiometric titration.
  • Example 5 Synthesis of copolymer of allyl methallyl diethyl ammonium chloride and acrylamide
  • 0.002 mol of allyl methallyldimethylammonium chloride, 4.65 g of dilution water and 0.018 mol of acrylamide were charged.
  • Ammonium persulfate was added at 1.0 mol% relative to the monomer.
  • the temperature was raised to 50 ° C. in a warm bath to initiate polymerization. The polymerization was continued as it is overnight.
  • FIG. 9 shows a GPC chart.
  • high polymerization yield a copolymer of allyl methallyl diethyl ammonium chloride and acrylamide high molecular weight that was obtained was confirmed.
  • Example 6 Additional salts changes copolymer of allyl methallyl dimethyl ammonium chloride and sulfur dioxide
  • 80 ml of ion exchange resin (DIAION SA10AOH (made by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) was packed in a 20 20 mm ⁇ 300 cm glass column and washed several times with ion exchanged water.
  • Copolymer sample solid content: 20.70%) of allyl methallyl dimethyl ammonium chloride and sulfur dioxide obtained in Example 1 and 40 g, pressurized and passed through the column, over 30 min treatment (space velocity 1) Then, 37.61 g of a processed sample was obtained.
  • Example 7 Additional salt modification of allyl methallyldimethyl ammonium chloride polymer
  • 80 ml of ion exchange resin (DIAION SA10AOH (made by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.)
  • ion exchange resin (DIAION SA10AOH (made by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.)
  • ion exchange resin (DIAION SA10AOH (made by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.)
  • allyl methallyl dimethyl ammonium chloride polymer sample solid content: 20.28%) and 40g pressed is passed through the column, over 30 min treatment (space velocity: 1), treated 36.24 g of finished samples were obtained.
  • the concentration of Cl was 74.64 ppm (10-fold dilution measurement).
  • Example 8 (Synthesis of allyl methallylamine) In a 1-L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a glass stopper, 8 moles of allylamine was charged and ice-cooled. The dropwise addition of 4 moles of methallyl chloride was started at 6.5 ° C. with stirring. The solution was dropped over about 70 minutes at an internal temperature of 5 to 15 ° C. After completion of the dropwise addition, the internal temperature was maintained at 10 ° C. for 2 hours. The reaction was further continued overnight at 15 ° C. On the second day, insoluble matter was precipitated and was in an uneven state. The temperature was raised to 30 ° C., and the reaction was continued overnight.
  • the cooling pipe was cooled to 5 ° C.
  • the temperature of the oil bath was gradually raised to collect 178.49 g of a fraction having a temperature of 129 to 137 ° C.
  • the purity by gas chromatography was 96.5%.
  • the same operation was carried out again, and 152.12 g of a fraction having a temperature of 129 to 131 ° C. was collected.
  • the purity by gas chromatography was 99.69%.
  • the results of elemental analysis ( ⁇ model and measurement conditions> Perkin Elmer 2400II (CHN measurement mode)) were C (75.17%), H (12.16%) and N (12.43%).
  • allyl methallyl amine (C 7 H 13 N) is, C (75.62%), H (11.79%), since N (12.60%), allyl methallyl amine is obtained generally as intended Was confirmed.
  • Synthesis of allyl methallyl amine hydrochloride In a 300 ml three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a glass stopper, 1.2 mol of the allyl methallylamine synthesized above was charged, and 1.2 mol of 35% hydrochloric acid was dropped under cooling at 20 ° C. or less.
  • Example 9 Synthesis of copolymer of allyl methallyl amine hydrochloride and sulfur dioxide - 2
  • Stirrer thermometer, three-necked flask 50ml equipped with a glass stopper, a synthesized allyl methallyl amine hydrochloride 0.12 mol and 50% dilution water 15.98g of 35% hydrochloric acid 0.012 mol in Example 8
  • 0.12 mol of sulfur dioxide at an internal temperature of 20 ° C. or less
  • 0.05 mol% of ammonium persulfate was added to the total of monomers at 16 ° C. to initiate polymerization.
  • Example 10 (Allyl methallyl amine hydrochloride polymer)
  • Stirrer, thermometer, three-necked flask 50ml equipped with a cooling tube were charged the synthesized allyl methallyl amine hydrochloride 0.2 mol 60% dilution water 6.07g in Example 8, water bath temperature 60 ° C. The temperature rose to Internal temperature 57 ° C.
  • V-50 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 2,2'-azobis (2-methylpropionate) dihydrochloride
  • V-50 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 2,2'-azobis (2-methylpropionate) dihydrochloride
  • V-50 was added in 0.3 mol% three times (total of 1.6 mol%).
  • Day 4 is the V-50 0.5,0.5 mol% (a total of 4.0 mol%) was added.
  • Day 5 further V-50 0.5,0.5 mol% (total 5.0 mole%) was continuously added to the reaction overnight.
  • the polymerization temperature was maintained at 55-63 ° C. during that time.
  • Example 11 (Allyl methallylamine polymer) 0.025 mol of allyl methallylamine hydrochloride polymer synthesized in Example 10 was collected in a 200 ml beaker, and 30 g of dilution water was added. Subsequently, 0.0276 mol of a 25% aqueous solution of NaOH was added for neutralization. When neutralized, the polymer separated from water and precipitated in the form of gel. The gel-like substance was thoroughly kneaded with a spatula, and the by-produced salt was washed and removed. After removal of the water solvent, it was repeated twice washing operation similar gel was added with a new dilution water 150 ml.
  • FIG. 18 shows the GPC chart. The infrared spectrum of isopropyl alcohol reprecipitate is shown in FIG.
  • the allyl methallylamine-based (co) polymer of the present invention can control and improve the performance such as the organic nature of the whole polymer while maintaining the polymerizability at a sufficiently high polymerization yield for practical use.

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Abstract

ジアリルアミン系(共)重合体において、その性能の変化、とりわけそのポリマー全体の有機性を制御することと、実際の生産プロセスで求められる高い収率での重合反応を実現すること、を両立する。 下記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)、及び/又は下記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)、を有するアリルメタアリルアミン系(共)重合体 (但し、上記式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立に水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、X-はカウンターイオンである。)。 (但し、上記式(Ib)中、R5は、水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、nは1以上の整数である。)。

Description

アリルメタアリルアミン系(共)重合体、その製造方法、及びその用途
 本発明は、アリルメタアリルアミン系化合物から導かれる(共)重合体、その製造方法、及びその用途に関し、より具体的には、特定の構造を有するアリルメタアリルアミン系化合物を用いることで、高い重合性と高い全体の有機性とを両立することができる、アリルメタアリルアミン系(共)重合体及びその製造方法、並びにこれらの特性を生かした用途に関するものである。
 ジアリルジアルキルアンモニウムクロライド、ジアリルアルキルアミン塩酸塩等のアルキル基を有するジアリルアミン系化合物(ジアリルアミン骨格を有する化合物)は、例えば二酸化イオウと比較的簡単に共重合することができ、その様な共重合体は、工業的に製造され、水溶性塗料や染色物の染色堅牢度向上剤のファインケミカル分野で使用することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
 この様なアルキル基を有するジアリルアミン系(共)重合体の性能を変化させる方法としては、アルキル基の鎖長を変化させる方法、第三成分を共重合させる方法、付加塩を変更する方法がある。
 アルキル基の鎖長を変化させる方法は、主にポリマー全体の有機性を向上させることを目的として行われるが、鎖長を伸ばすと極端に重合性が悪化する一方で、大きな性能向上は見られない。これは、電気化学的に影響を与えるアンモニウム基の反応性を延長されたアルキル基が阻害してしまう事が原因と考えられる。
 第三成分を共重合させる方法では、共重合性に優れるモノマーが少ない上に、例えば二酸化硫黄を共重合した場合にはスルホニル基の電子吸引性によって、合成した高分子量体の解重合が起こり易く、安定性が悪くなる場合がある。また、付加塩の選択肢は限られており、その変更のみによる性能の変化には、一定の限界があった。
 上述の、アルキル基の鎖長を変化させる方法に類似した方法であって、ポリマー全体の有機性を向上させる別法として、ジアリルアミン構造を構成するアリル基に代えて、より炭素数の多いメタアリル基等を使用することも試みられている。
 例えば特許文献1では、ジメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化イオウの共重合体の合成が試みられた。しかし、例えば特許文献1の実施例18における収率が49%に留まっていることからも明らかなように、同物質は重合性が著しく悪く、実際の生産プロセスで求められるような高い収率で反応させることは困難であり、工業的合成は非現実的であった。
特公昭43-5891号公報
 上記背景技術の限界に鑑み、本発明は、ジアリルアミン系(共)重合体において、その性能の変化、とりわけそのポリマー全体の有機性を制御することと、実際の生産プロセスで求められる高い収率での重合反応を実現することの両立を、その課題とする。
 本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、単量体のジアリルアミン構造を構成するアリル基のうち一方のみをメタアリル基で置き換えること、すなわちアリル基一つとメタアリル基一つを持つ非対称アンモニウム塩を単量体として用いることにより、(共)重合体の性能変化、とりわけそのポリマー全体の有機性の制御と、高い収率での重合反応とを両立できることを見出し、本発明を完成するに至った。
 すなわち本願第1及び第2発明は、それぞれ下記[1]及び[2]に関する。
[1]
 下記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)を有するアリルメタアリルアミン系(共)重合体
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004

(但し、上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、Xはカウンターイオンである。)。
 
[2]
 下記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)を有するアリルメタアリルアミン系(共)重合体
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005

(但し、上記式(Ib)中、Rは、水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、nは1以上の整数である。)。
 以下、[3]から[5]は、それぞれ本願第1及び第2発明の好ましい実施形態の一つである。
[3]
 重量平均分子量Mwが、1000~1000000である、[1]又は[2]に記載のアリルメタアリルアミン系(共)重合体。
[4]
 全構成単位中に占める、構成単位(I)及び/又は構成単位(II)に該当する構成単位の割合が、合計で5モル%以上である、[1]から[3]のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体。
[5]
 更に、二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)を有する、[1]から[4]のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体。
 また、本願第3発明は、下記[6]に関する。
[6]
 下記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を(共)重合する工程を有する、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006

(但し、上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、Xはカウンターイオンである。)。
 以下[7]から[11]は、それぞれ本願第3発明の好ましい実施形態の一つであり、以下[12]は、本願第1及び第2発明の好ましい実施形態の一つである。
[7]
 前記単量体原料に占めるアリルメタアリルアミン系化合物(i)の割合が、5モル%以上である、[6]に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
[8]
 前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程における重合度が、5~10000である、[6]又は[7]に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
[9]
 前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程における収率が、60%以上である、[6]から[8]のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
[10]
 前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程で得られたアリルメタアリルアミン系(共)重合体をイオン交換樹脂で処理し、カウンターイオンを変更する工程、を更に有する、[6]から[9]のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
[11]
 前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程で得られたアリルメタアリルアミン系(共)重合体から、化合物RX、化合物RX、又はXを除去する工程、を更に有する、[6]から[9]のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
[12]
 [1]から[5]のいずれか一項に記載のアリルメタアリルアミン系(共)重合体を含有する、めっき液、金属材料処理剤、塗料、インク定着剤、又は染色繊維処理剤。
 本発明によれば、ジアリルアミン系(共)重合体において、その性能の変化、とりわけそのポリマー全体の有機性を制御することと、高い重合収率での重合反応とを、従来技術の限界を超えた高いレベルで両立することができる。例えば、実用上十分な高い重合収率での重合性を維持しながら、得られた(共)重合体のポリマー全体の有機性を向上することができるので、めっき液、金属材料処理剤、塗料、染色繊維処理剤等における添加剤等の、ポリマー全体の有機性が重要な用途において好適に使用することができるジアリルアミン系(共)重合体を、高い生産性及び重合収率で重合することができる。
本発明の一実施例において得られた共重合体のGPCチャートである。 本発明の一実施例において得られた共重合体の赤外分光スペクトル図である。 本発明の一実施例において得られた共重合体のGPCチャートである。 本発明の一実施例において得られた共重合体の赤外分光スペクトル図である。 本発明の一実施例において得られた重合体のGPCチャートである。 本発明の一実施例において得られた重合体の赤外分光スペクトル図である。 本発明の一実施例において得られた共重合体のGPCチャートである。 本発明の一実施例において得られた共重合体の赤外分光スペクトル図である。 本発明の一実施例において得られた共重合体のGPCチャートである。 本発明の一実施例において得られた共重合体のGPCチャートである。 本発明の一実施例において得られた共重合体の赤外分光スペクトル図である。 本発明の一実施例において得られた共重合体のGPCチャートである。 本発明の一実施例において得られた共重合体の赤外分光スペクトル図である。 本発明の一実施例において得られた共重合体のGPCチャートである。 本発明の一実施例において得られた共重合体の赤外分光スペクトル図である。 本発明の一実施例において得られた共重合体の赤外分光スペクトル図である。 一比較例の結果物のGPCチャートである。 一比較例において得られた共重合体のGPCチャートである。 一比較例において得られた共重合体の赤外分光スペクトル図である。
 構成単位(I)
 本願第1発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、下記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)を有する、アリルメタアリルアミン系(共)重合体である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007

(但し、上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、Xはカウンターイオンである。)。
 本願第1発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体における、「(共)重合体」とは、単独重合体であっても共重合体であってもよい旨を示すものであり、したがって本願第1発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、上記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)のみで構成されていてもよく、あるいは構成単位(I)に加えて、他の構造を有する構成単位、例えば二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)を更に有していてもよい。
(i)アリルメタアリルアミン系化合物
 本願第1発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の全部又は一部を構成する構成単位(I)は、下記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008

 上記一般式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素又は炭素数1から2のアルキル基である。炭素数1から2のアルキル基としては、メチル基、及びエチル基を例示することができ、
 R及びRがそれぞれ水素又は炭素数1から2のアルキル基という比較的小さな基であることによって、R及びRがアンモニウム基の電気化学的な反応性を阻害することが抑制され、本願第1発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体を、実用上十分な高い重合収率で重合することができる。
 一方、ポリマー全体の有機性を向上する観点からは、R及びRは、上記本願第1発明の条件を満たしアンモニウム基の電気化学的な反応性を阻害されない限りにおいて、大きな基であることが好ましく、R及びRの両方が、メチル基またはエチル基であることが特に好ましい。
 一方、カチオン化度の調整、二級アミンの求電子物質に対する反応性、高カチオン密度等の観点からは、R及びRの両方が水素であることが好ましい。
 上記一般式(1)中、Xはカウンターイオンである。Xは、アニオンであればよく、それ以外の制限は存在しないが、有機酸又は無機酸由来のアニオンであることが好ましい。例えば、Cl、Br、I等のハロゲンイオン、メタンスルホン酸イオン、エタンスルホン酸イオン、プロパンスルホン酸イオン等のスルホン酸イオン、メチルサルフェートイオン、エチルサルフェートイオン、プロピルサルフェートイオン等のアルキルサルフェートイオン、酢酸イオン、水酸化物イオン(OH)等を好ましく用いることができる。所望のカウンターイオンを有するアリルメタアリルアミン系化合物(i)を重合に供してもよいし、重合後に、カウンターイオンを変更する反応を行って、所望のカウンターイオンを導入してもよい。
 上記アリルメタアリルアミン系化合物(i)は、上記一般式(1)に示すように、窒素原子に結合した1のアリル基と、1のメタアリル基とを有する。1のアリル基と1のメタアリル基とを有することで、2のアリル基を有するジアリルアミン系化合物を用いる従来技術のジアリルアミン系(共)重合体と比較して、ポリマー全体の有機性を向上することができる。
 一方で、1のアリル基と1のメタアリル基とを有することで、2のメタアリル基を有するジメタアリルアミン系化合物を用いる、他の従来技術のジアリルアミン系(共)重合体と比較して、実用上十分な高い重合収率で重合を行うことができる。
 構成単位(II)
 本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、下記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)を有するものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009

(但し、上記式(Ib)中、Rは、水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、nは1以上の整数である。)。
 本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体における、「(共)重合体」も、単独重合体であっても共重合体であってもよい旨を示すものであり、したがって本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、上記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)のみで構成されていてもよく、あるいは構成単位(II)に加えて、他の構造を有する構成単位、例えば二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)を更に有していてもよい。
 ポリマー全体の有機性を向上する観点からは、上記式(Ib)中のRは、上記の条件を満たしアミノ基の電気化学的な反応性を阻害されない限りにおいて、大きな基であることが好ましく、Rがメチル基またはエチル基であることが特に好ましい。
 一方、カチオン化度の調整、二級アミンの求電子物質に対する反応性、高カチオン密度等の観点からは、Rが水素であることが好ましい。より具体的には、下記式(Ib’)で表される構造を有することが特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010

(但し、上記式(Ib’)中、n’は1以上の整数である。)
 上記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)は、本願第1発明中の構成単位(I)から化合物RX、又はRXを除去することで製造することが好ましい。しかし、本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法はこれに限定されるものではなく、上記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)を有する限りにおいて、当該アリルメタアリルアミン系(共)重合体は、本願第2発明の範囲内である。
 本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、上記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)を有し、当該構成単位(II)は、主鎖に結合したメチル基を有することで、その様なメチル基を有さない従来技術のジアリルアミン系(共)重合体と比較して、ポリマー全体の有機性を向上することができる。
 更に、本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、上記一般式(Ib)に示すように第二級又は第三級アミン基を有するので、本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体に種々の酸を加えることで、所望の付加塩を有するアリルメタアリルアミン系(共)重合体を、高い自由度で、比較的容易に合成することができる。
 その他の構成単位
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、上記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)、及び/又は上記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)に加えて、他の構造を有する構成単位を有していてもよい。
 他の構造を有する構成単位には特に限定はなく、本願第1及び第2発明の目的及び所望の用途に反しない範囲で、上記アリルメタアリルアミン系化合物(i)と共重合可能な他の単量体を適宜使用して、他の構造を有する構成単位を導入することができる。適切な他の構造を有する構成単位を導入することで、本実施形態のアリルメタアリルアミン系共重合体の重合性を更に向上し、あるいは該共重合体の特性をある程度制御することができる。
 上記アリルメタアリルアミン系化合物(i)と共重合可能な他の単量体の代表的なものの例として、二酸化硫黄、上記アリルメタアリルアミン系化合物(i)以外のジアリルアミン系化合物やその塩をはじめとするカチオン性単量体、ジカルボン酸、不飽和カルボン酸、不飽和スルホン酸やその塩をはじめとするアニオン性単量体、(メタ)アクリルアミド系単量体等を例示することができるが、これらには限定されない。
 上記アリルメタアリルアミン系化合物(i)以外のジアリルアミン系化合物やその塩としては、ジアリルジメチルアンモニウム、ジアリルメチルエチルアンモニウム、ジアリルジエチルアンモニウム等の4級アンモニウム、ジアリルアミン、ジアリルメチルアミン、ジアリルエチルアミン、又はジアリルプロピルアミンのスルホン酸塩、又はアルキルサルフェート塩を例示することができる。また、ジアリルジメチルアンモニウムメチルサルフェート、ジアリルエチルメチルアンモニウムメチルサルフェート、ジアリルジエチルアンモニウムメチルサルフェート、ジアリルジメチルアンモニウムエチルサルフェート、ジアリルエチルメチルアンモニウムエチルサルフェート、ジアリルジエチルアンモニウムエチルサルフェート、ジアリルアミン、ジアリルメチルアミン、ジアリルエチルアミン、及びジアリルプロピルアミン等をも例示することができる。
 上記ジカルボン酸やその塩としては、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、マレイン酸、フマル酸、及びメチレンマロン酸、並びにこれらのカルボキシル基中の水素の全部又は一部が、Na、K、NH、1/2Ca、1/2Mg、1/2Fe、1/3Al、及び1/3Feから選ばれる少なくとも1種で置換された化合物を例示することができる。上記不飽和カルボン酸、不飽和スルホン酸やその塩としては、(メタ)アクリル酸、及び(メタ)アリルスルホン酸、並びにこれらのNa塩等の金属塩を例示することができる。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体が、上記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)、及び/又は上記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)、に加えて、他の構造を有する構成単位を有する実施形態における、構成単位(I)、及び/又は構成単位(II)の割合には特に制限はないが、本願第1及び第2発明の効果、特にポリマー全体の有機性の高さに由来する効果を一層顕著に実現する観点からは、構成単位(I)、及び/又は構成単位(II)に該当する構成単位の割合が合計で全構成単位の5モル%以上を占めることが好ましい。なお、当該割合の計算にあたっては、上記式(Ib)中nが1を超える場合には、構成単位(II)のモル数をn倍して計算する。
 構成単位(I)、及び構成単位(II)が、本実施形態のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の全構成単位に占める合計割合は、5モル%以上であることがより好ましく、10モル%以上であることが特に好ましい。
 構成単位(I)、及び構成単位(II)が、本実施形態のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の全構成単位に占める合計割合には特に上限は存在しないが、例えば90モル%以下であると、重合がより容易になるなどの点で好ましい。
(III)二酸化硫黄から導かれる構成単位
 構成単位(I)以外の構造を有する構成単位としては、二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)が、特に好ましい。
 二酸化硫黄は、上記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)と比較的共重合しやすいため、二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)を導入することで、本実施形態のアリルメタアリルアミン系共重合体を比較的容易に、あるいは比較的狭い分子量分布で重合することができる。
 本実施形態のアリルメタアリルアミン系(共)重合体中の、構成単位(III)は、下記構造式(2)で表される構造を有する二酸化硫黄から導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)が、本実施形態のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の全構成単位に占める割合は、10モル%以上であることが好ましい。特に、二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)の割合が、40モル%以上であることによって、本実施形態のアリルメタアリルアミン系共重合体を比較的容易に、かつ比較的狭い分子量分布で重合することができる。
 二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)の割合は、10モル%以上であることがより好ましく、40モル%以上であることが特に好ましい。
 二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)の割合には特に上限はないが、本願第1及び第2発明の効果を実現するために構成単位(I)が存在する余地を確保する観点から、通常60モル%以下であり、好ましくは50モル%以下である。
 本実施形態における、アリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)、及び/又は上記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)と、二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)との割合には特に制限はなく、共重合可能な限りにおいて、任意の割合とすることができる。共重合体の高分子量化の観点からは、両構成単位の数は大きくは異ならないことが好ましく、例えばアリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)、及び/又は上記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)の合計と、二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)との比が、0.7:1から1.3:1であることが好ましい。当該比は、より好ましくは0.8:1から1.2:1であり、特に好ましくは、0.9:1から1.1:1である。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、GPC測定により得られる重量平均分子量Mwが1000以上、又は重合度が5以上であることが好ましい。「又は」とあるのは、重量平均分子量、及び重合度の間には相互に密接な関連があるため、必ずしもこれらの物性の全てを評価する必要は無く、いずれか一つを評価すれば足る場合があるためである。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の重量平均分子量Mwには、特に制限はないが、高い収率で定量的な重合反応を行うことができる、という本願第1及び第2発明の効果を活用するため、重量平均分子量Mwが1000以上であることが好ましい。ポリマー全体の有機性を向上するための試みとして、ジアリルアミン系化合物におけるアルキル基の鎖長を延長し、あるいはジアリルアミン系化合物としてジメタアリルジメチルアンモニウムクロライドを使用した、従来技術のジアリルアミン系(共)重合体においては、重合性に劣ることから、1000以上の重量平均分子量Mwを得ることは困難であった。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の重量平均分子量Mwは、1000~1000000であることがより好ましく、1000~500000であることが特に好ましく、1000~350000であることが更に好ましい。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の重量平均分子量Mwは、ゲル・パーミエーションクロマトグラフィー(GPC法)により測定することができ、より具体的には、例えば本願実施例に記載の方法で測定することができる。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の重合度にも特に制限はないが、重量平均分子量Mwと同様に、高い収率で定量的な重合反応を行うことができる、という本願第1及び第2発明の効果を活用するため、重合度が5以上であることが好ましい。ポリマー全体の有機性を向上するための試みとして、ジアリルアミン系化合物におけるアルキル基の鎖長を延長し、あるいはジアリルアミン系化合物としてジメタアリルジメチルアンモニウムクロライドを使用した、従来技術のジアリルアミン系(共)重合体においては、重合性に劣ることから、5以上の重合度を得ることは困難であった。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の重合度は、5~10000であることがより好ましく、5~7000であることが更に好ましく、5~5000であることが特に好ましい。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の重合度は、上記GPC法で得られた重量平均分子量から、以下の計算式で求めることできる。
  重合度=重量平均分子量/ユニット分子量
 ここで、ユニット分子量(ユニットM)とは、高分子における繰り返し単位1単位当たりの分子量である。高分子が共重合体である場合、すなわち当該高分子が、異なる単量体から導かれる2種以上の構成単位を有する場合には、各構成単位の分子量と割合(総計で1となる)とを乗じてからこれらを積算した加重平均を、ユニット分子量とする。
 重量平均分子量をこのユニット分子量で除することで、重合度(平均的な繰り返し単位の数)を得ることができる。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法には特に制限は無いが、以下に詳述する本願第3発明の製造方法によって製造することが好ましい。
(アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法)
 本願第3発明の製造方法は、下記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程を有する、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012

(但し、上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、Xはカウンターイオンである。)。
 本願第3発明によれば、本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体をはじめとする、ポリマー全体の有機性の高いアリルメタアリルアミン系(共)重合体を、高い重合収率で重合することができる。
 本願第3発明の製造方法における上記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)は、本願第1発明に関連して既に説明したものと同一である。
 本願第3発明の製造方法において重合される単量体原料は、上記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有するものである。したがって、当該単量体原料は、上記アリルメタアリルアミン系化合物(i)のみで構成されていてもよく、上記アリルメタアリルアミン系化合物(i)に加えて、共重合可能な他の単量体をも含有していてもよい。ここで、共重合可能な他の単量体は、本願第1及び第2発明に関連して、上記「その他の構成単位」において説明したものと同様である。
 本願第3発明においても、共重合可能な他の単量体としては、二酸化硫黄を用いることが好ましい。
 単量体原料が、アリルメタアリルアミン系化合物(i)に加えて、共重合可能な他の単量体をも含有している場合、該単量体原料に占めるアリルメタアリルアミン系化合物(i)の割合は、5モル%以上であることが好ましく、10モル%以上であることがより好ましい。
 単量体原料に占めるアリルメタアリルアミン系化合物(i)の割合は、10モル%以上であることで、アリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)の割合が10モル%以上である、好ましいアリルメタアリルアミン系(共)重合体を、一層効率的に製造することができる。
 本願第3発明においては、前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程における重合度が、5以上であることが好ましい。当該工程における重合度が5以上であることで、高い収率で定量的な重合反応を行うことができる、という本発明の効果を活用することができる。
 上記工程における重合度は、5~10000であることがより好ましく、5~7000であることが更に好ましく、5~5000であることが特に好ましい。
 本願第3発明においては、前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程における収率が、60%以上であることが好ましい。当該工程における収率が60%以上であることで、本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体をはじめとする、ポリマー全体の有機性の高いアリルメタアリルアミン系(共)重合体を、一層効率よく製造することができる。
 従来技術のジアリルアミン系(共)重合体においては、ポリマー全体の有機性の高いジアリルアミン系(共)重合体を、この様に高い収率で製造することは困難であった。
 本願第3発明においては、前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程における収率が、70%以上であることがより好ましく、80%以上であることが特に好ましい。
 本願第3発明においては、前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程の諸条件、すなわち、溶媒、単量体濃度、温度、圧力、時間等は、従来のジアリルアミン系(共)重合体の製造に用いられていたものを適用することが可能であり、これらから適宜採用することができる。
 重合時の溶媒としては、水などの極性溶媒が好ましく用いられる。水以外の極性溶媒としては、例えば塩酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸などの無機酸またはその水溶液、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸などの有機酸またはその水溶液、アルコール類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、さらには塩化亜鉛、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどの無機塩の水溶液などが挙げられるが、これらには限定されない。
 単量体の濃度は、単量体や溶媒、分散媒の種類によって異なるが、通常5~95質量%であり、10~70質量%が好ましい。
 本願第3発明の製造方法においては、重合開始剤を用いることが好ましい。好ましい重合開始剤の例としては、過硫酸アンモニウム、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン),2’-アゾビス(4-メトキシ-2、4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル) 、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピネート)、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]等を挙げることができる。
 重合開始剤の使用量には特に制限はなく、反応速度、反応の安定性などの観点から適宜設定することができるが、単量体の総質量に対して0.1~30質量%使用することが好ましく、1~10質量%使用することが特に好ましい。
 重合温度は一般的には0~100℃、好ましくは5~80℃であり、重合時間は一般的には20~150時間、好ましくは30~100時間である。重合雰囲気は、大気中でも重合性に大きな問題を生じないが、窒素などの不活性ガスの雰囲気で行なうこともできる。
 上記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を(共)重合する工程の結果得られた(共)重合体に、必要に応じて分離、洗浄処理を行い、該(共)重合体をアリルメタアリルアミン系(共)重合体として回収する。該(共)重合体は、固形分として回収してもよく、溶液または分散液として回収してもよい。
 本願第1発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体、及び本願第3発明の方法により得られるアリルメタアリルアミン系(共)重合体のカウンターイオンを変更することで、目的に応じた所望の付加塩を製造してもよい。
 本願第1発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体、及び本願第3発明の方法により得られるアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、製造上の便宜から塩酸塩として得られることが多いが、例えばこのアリルメタアリルアミン系(共)重合体をイオン交換樹脂で処理することで、塩素イオンを水酸化物イオンで置換することができる。この置換後のアリルメタアリルアミン系(共)重合体に種々の酸を加える事で、所望の付加塩を有するアリルメタアリルアミン系(共)重合体を容易に合成する事ができる。この付加塩の変更を、本発明の効果であるポリマー全体の有機性の制御と組み合わせることで、従来技術の限界を超えて、広範な特性を有するアリルメタアリルアミン系(共)重合体を提供することができる。
 本願第3発明の製造方法においては、前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程で得られたアリルメタアリルアミン系(共)重合体から、化合物RX、化合物RX、又はXを除去する工程、を更に有することができる。
 例えば、前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程で得られたアリルメタアリルアミン系(共)重合体が、下記一般式(Ia)に示す構造を有する場合、当該(共)重合体から、RX、又はRXを除去することで、下記一般式(Ib)に示す構造を有する、本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体を得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013

 (上記式(Ia)中、R及びRは、それぞれ独立に水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、Xはカウンターイオンであり、mは1以上の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014

(但し、上記式(Ib)中、Rは、水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、nは1以上の整数である。)。
 当該工程を実施することで、本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体を効率よく製造することができる。こうして得られた、本願第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、上記一般式(Ib)に示すように第二級又は第三級アミン基を有するので、このアリルメタアリルアミン系(共)重合体に種々の酸を加えることで、所望の付加塩を有するアリルメタアリルアミン系(共)重合体を、高い自由度で、比較的容易に合成することができる。
 アリルメタアリルアミン系(共)重合体からの化合物RX、化合物RX、又はXの除去は、当該技術分野において従来知られた方法で適宜実施することができるが、例えばXと塩を形成しうる金属等の水酸化物の水溶液と反応させた後に、形成された塩を水洗して除去する方法等を好ましく用いることができる。
 本願第1及び第2発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体、及び本願第3発明の方法により得られるアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、ポリマー全体の有機性が高く、かつ十分な分子量を有する一方で、アンモニウム基の反応性が十分に維持されている。したがって、該アリルメタアリルアミン系(共)重合体は、有機物との親和性と、金属等の無機物との反応性とが高いレベルで両立しており、従来からジアリルアミン系の(共)重合体を使用していた各用途において一層好適に使用することが可能である。特に、金属イオンを有機物中に安定的に分散させる、金属表面に安定的に有機層を形成する等の機能が求められる、めっき液、金属材料処理剤、塗料、インク定着剤、又は染色繊維処理剤等への添加材として、特に好適に使用することができる。
 以下、実施例を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は、いかなる意味においても、これらの実施例により限定されるものではない。
 各実施例/比較例、で得られた共重合体の重量平均分子量および重合収率の測定方法は以下のとおりである。
(i)共重合体の重量平均分子量
 共重合体の重量平均分子量(Mw)は、日立L-6000型高速液体クロマトグラフを使用し、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC法)によって測定した。
 溶離液流路ポンプは日立L-6000、検出器はショーデックスRI-101示差屈折率検出器、カラムはショーデックスアサヒパックの水系ゲル濾過タイプのGS-220HQ(排除限界分子量3,000)とGS-620HQ(排除限界分子量200万)とを直列に接続したものを用いた。サンプルは溶離液で0.5g/100mlの濃度に調製し、20μlを用いた。溶離液には、0.4モル/リットルの塩化ナトリウム水溶液を使用した。カラム温度は30℃で、流速は1.0ml/分で実施した。標準物質として、分子量106、194、440、600、1470、4100、7100、10300、12600、23000などのポリエチレングリコールを用いて較正曲線を求め、その較正曲線を基に共重合体の重量平均分子量(Mw)を求めた。
(ii)共重合体の重合収率
 GPC法により得られたピーク面積比により求めた。
 (実施例1)
 (アリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライドの合成)
 攪拌機、温度計、ガラス栓を備えた300mlの四つ口フラスコにジメチルアリルアミン1モルと希釈水102.06gを仕込み40℃に昇温した。メタアリルクロライド0.95モルを3.5時間かけて滴下した。滴下中は50℃~55℃に温度を維持した。滴下終了後60℃に昇温し一晩反応を継続した。25%の水酸化ナトリウム水溶液でpHを10.56に調整後、エバポレーターで未反応ジメチルアリルアミンを留去した。希釈水90gを加え274.16gの目的物を得た。リンタングステン酸法によるアンモニウム塩の定量では、濃度:62.84%、分子量:173.68(理論分子量:175.70)であった。電位差滴定では残存アミンは不検出であった。
(アリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体の合成-1)
 攪拌機、温度計、ガラス栓を備えた100mlの三つ口フラスコに、上記で合成したアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライド0.12モルと希釈水6.71gを仕込み、30℃以下で二酸化イオウを0.12モル仕込んだ後、26℃で過硫酸アンモニウムをモノマー合計に対し0.2モル%添加し重合を開始した。25~30℃に維持しながら1時間毎に0.3、0.5、0.5モル%(計1.5モル%)の過硫酸アンモニウムを更に添加した。添加1時間後に60℃に昇温し、一晩反応を継続した。希釈水50gを加え重合を終了した。GPC収率:98.3%、Mw:3,780(Mw/Mn:1.39)であった。図1に、GPCチャートを示す。
 固形分を測定し固形分量:30.09%の無色溶液を、93.8g得た(なお、その後に付加塩変更等を行う場合には、適宜濃度調整を行なった。)。イソプロピルアルコール再沈物の赤外分光スペクトルを、図2に示す。赤外分光スペクトル中に、スルホニル基由来の1,300、1,125cm-1付近の吸収が確認できた。
 高い重合収率でアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体が得られたことが、確認できた。
(実施例2)
(アリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体の合成-2)
 攪拌機、温度計、ガラス栓を備えた100mlの三つ口フラスコに、実施例1で合成したアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライド0.12モルと希釈水3.02gと35%塩酸0.012モルを仕込み、30℃以下で二酸化イオウを0.12モル仕込んだ後、25℃で過硫酸アンモニウムをモノマー合計に対し0.2モル%添加し重合を開始した。25~30℃に維持しながら1時間毎に0.3、0.5、0.5モル%(計1.5モル%)の過硫酸アンモニウムを更に添加した。添加24時間後に60℃に昇温し、一晩反応を継続した。希釈水50gを加え重合を終了した。GPC収率:100%、Mw:14,113(Mw/Mn:1.43)であった。図3に、GPCチャートを示す。
 固形分を測定し固形分量:31.76%の無色溶液を、92.6g得た。イソプロピルアルコール再沈物の赤外分光スペクトルを、図4に示す。赤外分光スペクトル中に、スルホニル基由来の1,300、1,125cm-1付近の吸収が確認できた。
 高い重合収率でアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体が得られたことが、確認できた。
(実施例3)
(アリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライド重合体)
 攪拌機、温度計、冷却管を備えた100mlの三つ口フラスコに、実施例1で合成したアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライド0.3モルと希釈水3.97gを仕込んだ後、60℃に昇温した。内温55℃で重合開始剤V-50(和光純薬工業株式会社製、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩)をモノマー合計に対し0.2モル%ずつ2回添加し、一晩重合を継続した。2日目は粘性が出た為、重合開始剤V-50を0.3モル%ずつ3回(累計1.3モル%)添加する際に希釈水を各1g加え懸濁状態で添加し更に一晩重合を継続した。その間重合温度は50~60℃に維持した。GPC収率:96.0%、Mw:31,244(Mw/Mn:2.49)であった。図5に、GPCチャートを示す。
 固形分濃度を調整し固形分量:20.28%のほぼ無色の溶液を、265.15g得た。アセトン再沈物の赤外分光スペクトルを、図6に示す。
 高い重合収率でアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライドの重合体が得られたことが、確認できた。
(実施例4)
(アリルメタアリルジエチルアンモニウムクロライドの合成)
 攪拌機、温度計、ガラス栓を備えた300mlの四つ口フラスコに、ジエチルアリルアミン0.8モルと希釈水94.72gを仕込み、50℃に昇温した。メタアリルクロライド0.76モルを2時間かけて滴下した。滴下中は50℃~55℃に温度を維持した。滴下終了後60℃、70℃、85℃、90℃と段階的に昇温し、三日間反応を継続した。分液ロートで下層を分液し、25%NaOH水溶液でpH11に調整し、エバポレーターで未反応ジエチルアリルアミンを留去した。適宜希釈し析出したNaClをデカント及び、桐山ロート(7ミクロン)でろ別し、pH7.7の淡褐色溶液を、39.76g(歩留18.9%)得た。リンタングステン酸法によるアンモニウム塩の定量では、濃度:73.77%、分子量:202.57(理論分子量:203.75)であった。電位差滴定では残存アミンは不検出であった。
(アリルメタアリルジエチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体の合成)
 攪拌機、温度計、ガラス栓を備えた100mlの三つ口フラスコに、上記で合成したアリルメタアリルジエチルアンモニウムクロライド0.1モルと希釈水10.61gを仕込み、30℃以下で二酸化イオウを0.1モル仕込んだ後、21℃で過硫酸アンモニウムをモノマー合計に対し0.2モル%添加し重合を開始した。25~30℃に維持しながら1時間毎に0.3、0.5、0.5モル%(計1.5モル%)の過硫酸アンモニウムを更に添加した。添加1時間後に60℃に昇温し、一晩反応を継続した。希釈水50gを加えて重合を終了した。GPC収率:98.5%、Mw:3,033(Mw/Mn:1.42)であった。図7に、GPCチャートを示す。
 固形分を測定し固形分量:29.28%の溶液を、91.3g得た。イソプロピルアルコール再沈物の赤外分光スペクトルを、図8に示す。赤外分光スペクトル中に、スルホニル基由来の1,300、1,125cm-1付近の吸収が確認できた。
 高い重合収率でアリルメタアリルジエチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体が得られたことが、確認できた。
(実施例5)
(アリルメタアリルジエチルアンモニウムクロライドとアクリルアミドの共重合体の合成)
 ガラス栓を備えた20mlの試験管にアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライド0.002モルと希釈水4.65gとアクリルアミド0.018molを仕込んだ。過硫酸アンモニウムをモノマーに対し1.0mol%添加した。添加直後に温浴で50℃に昇温し重合を開始した。重合はそのまま一晩継続した。重合終了後GPC測定を行い、GPC収率98.3%、MW334,871(Mw/Mn:14.45)であった。図9に、GPCチャートを示す。
 高い重合収率で、高分子量のアリルメタアリルジエチルアンモニウムクロライドとアクリルアミドの共重合体が得られたことが、確認できた。
(実施例6)
(アリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体の付加塩変更)
 イオン交換樹脂(DIAION SA10AOH(三菱化学株式会社製))80mlをΦ20mm×300cmガラス製カラムに充填しイオン交換水で数回洗浄した。
 実施例1で得られたアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体サンプル(固形分:20.70%)40gを、加圧して上記カラムを通過させ、30分かけて処理(空間速度:1)し、処理済みサンプル37.61gを得た。AQFによる前処理を経たイオンクロマトグラフによる陰イオン分析ではClの濃度は261.44ppm(10倍希釈測定)であった。また、コロイド滴定によるアリルメタアリルジメチルアンモニウムイオンの濃度は10.14%であった。それらの濃度を基に、それぞれの分子量でmol換算し、次式によりOH置換率を求めたところ、OH置換率は、98.98%であった。
 
(式) OH置換率=((アリルメタアリルジメチルアンモニウムイオンの濃度:mol)-(Clの濃度:mol))/(アリルメタアリルジメチルアンモニウムイオンの濃度:mol)
 
 大半のClが、OHで置換されたことが確認された。このポリマーに種々の酸を加えることで、付加塩の異なる重合体を容易に合成する事が出来る。
(実施例7)
(アリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライド重合体の付加塩変更)
 イオン交換樹脂(DIAION SA10AOH(三菱化学株式会社製))80mlをΦ20mm×300cmガラス製カラムに充填しイオン交換水で数回洗浄した。
 実施例3で得られたアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライド重合体サンプル(固形分:20.28%)40gを加圧して上記カラムを通過させ、30分かけて処理(空間速度:1)し、処理済みサンプル36.24gを得た。AQFによる前処理を経たイオンクロマトグラフによる陰イオン分析ではClの濃度は74.64ppm(10倍希釈測定)であった。また、コロイド滴定によるアリルメタリルジメチルアンモニウムイオンの濃度は12.56%であった。それらの濃度を基に、それぞれの分子量でmol換算し、実施例5と同じ式によりOH置換率を求めたところ、OH置換率は、99.76%であった。
 大半のClが、OHで置換されたことが確認された。このポリマーに種々の酸を加えることで、付加塩の異なる重合体を容易に合成する事が出来る。
(実施例8)
(アリルメタアリルアミンの合成)
 撹拌機、温度計、ガラス栓を備えた1Lの三口フラスコにアリルアミンを8モル仕込み氷冷した。撹拌下に6.5℃でメタアリルクロライド4モルの滴下を開始した。内温5~15℃で約70分かけて滴下した。滴下終了後内温を2時間10℃に維持した。更に15℃に維持し一晩反応を継続した。2日目は不溶物が析出し不均一な状態であった。30℃に昇温し更に一晩反応を継続した。冷却し、内容物を2Lフラスコに移し換えた後、25%NaOHaqを4モル加え中和した。静置すると水層と油層(NaCl析出)に分離した。分液ロートを用いて上層の粗アリルメタアリルアミン407.73gを得た。
(アリルメタアリルアミンの蒸留精製)
 粗アリルメタアリルアミン405.84gを仕込みウィットマー分留管(50cm)を用いて常圧蒸留を実施した。(冷却管は5℃に冷却。)オイルバスの温度を徐々に上げ、温度129~137℃の留分178.49gを採取した。ガスクロマトグラフィーによる純度は96.5%であった。同操作を再度実施し、温度129~131℃の留分152.12gを採取した。ガスクロマトグラフィーによる純度は99.69%であった。元素分析(<機種・測定条件>Perkin Elmer 2400II(CHN測定モード))の結果は、C(75.17%)、H(12.16%)、N(12.43%)であった。アリルメタアリルアミン(C713N)の理論値は、C(75.62%)、H(11.79%)、N(12.60%)なので、概ね目的どおりにアリルメタアリルアミンが得られたことが確認できた。
(アリルメタアリルアミン塩酸塩の合成)
 攪拌機、温度計、ガラス栓を備えた300mlの三つ口フラスコに前記で合成したアリルメタアリルアミン1.2モルを仕込み、20℃以下の冷却下で35%塩酸1.2モルを滴下した。電位差滴定により、濃度68.44%、モル比1.009の目的物を255.00g得た。
(アリルメタアリルアミン塩酸塩と二酸化硫黄の共重合体の合成-1)
 攪拌機、温度計、ガラス栓を備えた50mlの三つ口フラスコに前記アリルメタアリルアミン塩酸塩0.12モルと60%希釈水8.76gを仕込み、内温20℃以下で二酸化イオウを0.12モル仕込んだ後、15℃で過硫酸アンモニウムをモノマー合計に対し0.2モル%添加し重合を開始した。内温を25~30℃に維持しながら1時間毎に0.3、0.5モル%(計1.0モル%)の過硫酸アンモニウムを更に添加した。一晩経過後に過硫酸アンモニウム0.5モル%(計1.5モル%)添加し60℃に昇温し更に一晩反応を継続した。希釈水50gを加え重合を終了した。GPC収率:97.14%、Mw:5,301(Mw/Mn:1.83)であった。図10に、GPCチャートを示す。
 濃度調整し固形分量:20.53%の無色溶液を、125.8g得た。イソプロピルアルコール再沈物の赤外分光スペクトルを、図11に示す。赤外分光スペクトル中に、スルホニル基由来の1,300、1,125cm-1付近の吸収が確認できた。
 高い重合収率でアリルメタアリルアミン塩酸塩と二酸化硫黄の共重合体が得られたことが、確認できた。
(実施例9)
(アリルメタアリルアミン塩酸塩と二酸化硫黄の共重合体の合成-2)
 攪拌機、温度計、ガラス栓を備えた50mlの三つ口フラスコに、実施例8で合成したアリルメタアリルアミン塩酸塩0.12モルと50%希釈水15.98gと35%塩酸0.012モルを仕込み、内温20℃以下で二酸化イオウを0.12モル仕込んだ後、16℃で過硫酸アンモニウムをモノマー合計に対し0.05モル%添加し重合を開始した。内温を15~26℃に維持しながら0.05、0.05、0.05、0.1、0.2、0.3、0.3モル%(計1.1モル%)の過硫酸アンモニウムを更に添加した。60℃に昇温し、一晩反応を継続した。GPC収率:96.93%、Mw:6,930(Mw/Mn:1.83)であった。図12に、GPCチャートを示す。
 濃度調整し固形分量:20.34%の無色溶液を、117.3g得た。イソプロピルアルコール再沈物の赤外分光スペクトルを、図13に示す。赤外分光スペクトル中に、スルホニル基由来の1,300、1,125cm-1付近の吸収が確認できた。
 高い重合収率でアリルメタアリルアミン塩酸塩と二酸化硫黄の共重合体が得られたことが、確認できた。
(実施例10)
(アリルメタアリルアミン塩酸塩重合体)
 攪拌機、温度計、冷却管を備えた50mlの三つ口フラスコに、実施例8で合成したアリルメタアリルアミン塩酸塩0.2モルと60%希釈水6.07gを仕込んだ後、水浴温度60℃に昇温した。内温57℃で重合開始剤V-50(和光純薬工業株式会社製、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩)をモノマー合計に対し0.2モル%ずつ2回と0.3モル%(計0.7モル%)添加し、一晩重合を継続した。2日目はV-50を0.3モル%ずつ3回(累計1.6モル%)添加した。3日目はV-50を0.4、0.5、0.5モル%(計3.0モル%)添加した。4日目はV-50を0.5、0.5モル%(計4.0モル%)添加した。5日目に更にV-50を0.5、0.5モル%(計5.0モル%)添加し反応を一晩継続した。その間重合温度は55~63℃に維持した。GPC収率:94.6%、Mw:20,099(Mw/Mn:6.27)であった。図14に、GPCチャートを示す。
 希釈水20gを加え橙色溶液を、67.11g得た。イソプロピルアルコール再沈物の赤外分光スペクトルを、図15に示す。
 高い重合収率でアリルメタアリルアミン塩酸塩の重合体が得られたことが、確認できた。
 (実施例11)
(アリルメタアリルアミン重合体)
 実施例10で合成したアリルメタアリルアミン塩酸塩重合体0.025モルを200mlビーカーに採取して希釈水30gを加えた。続いて、25%NaOH水溶液を0.0276モル加え中和した。中和すると重合体は水と分離しゲル状に析出した。ゲル状物をスパチラで良く練りこみ副生した食塩を洗浄して取り除いた。水溶媒を除去した後、新たな希釈水150mlを加えて同様のゲル状物の洗浄操作を2回繰り返した。その後、水溶媒を除去し、イソプロピルアルコール60mlを加えてゲル状物を溶解した。溶液の固形分濃度4.15%、灰分濃度0%、AQFによる前処理を経たイオンクロマトグラフによる陰イオン分析によるClの濃度は73.69ppmであった。それらの濃度を基に、それぞれの分子量でmol換算し、次式によりアミン置換率を求めたところ、アミン置換率は、99.44%であった。
 
(式) アミン置換率=((アリルメタアリルアミンの濃度:mol)/(Clの濃度:mol))+(アリルメタアリルアミンの濃度:mol)
 乾燥固形物の赤外分光スペクトルを、図16に示す。赤外分光スペクトルによると、2級アミン塩に由来する、2,800~2,000cm-1(N―H伸縮振動)の強い多数の吸収の減少と、1,600cm-1(NH2+ NH変角振動)の吸収が消滅した事が確認出来る。これらの事実によりアミンに置換された事が確認出来た。
 このポリマーに種々の酸を加えることで、付加塩の異なる重合体を容易に合成することができる。
(比較例1)
(ジメタアリルジメチルアンモニウムクロライドの合成)
 攪拌機、温度計、冷却管を備えた500mlの四つ口フラスコにジメチルアミンを1.2モル仕込んだ。冷却しながらメタアリルクロライド2.28モルの滴下を開始した。1/4滴下したところで25%NaOH水溶液1.14モルの滴下を開始した。滴下温度は15~30℃程度で維持し、25%NaOH水溶液を1/2滴下した辺りで40℃に昇温して反応を促進した。25%NaOH水溶液滴下終了後(滴下時間1hr)に55、60、65℃に段階的に昇温し反応を一晩継続した。更に、内温70℃に調整し反応を継続した。二晩経過後に427.5gの懸濁溶液を得た。NaCl結晶をデカントし377.8gの溶液を得た。分液ロートで下層を採取し360.5gの溶液を得た。25%NaOHaqでpHを0.5から10.6に調整し372.8gの溶液得た。1Lナス型フラスコに移しエバポレーターで203.5gまで脱アミン精製し、NaClの析出を確認した。更に希釈水200gを加え再度脱アミン精製し201.9gの懸濁溶液を得た。希釈水50gを加え冷却し、電位差滴定により残存アミンが不検出で有る事を確認した。桐山ロート(ろ紙5B:4ミクロン)で析出したNaClを除きpH:7.5、灰分:1.55%の淡黄色クリアな溶液を、203.6g(歩留60%)得た。リンタングステン酸法によるアンモニウム塩の定量では、濃度:66.56%、分子量:187.34(理論分子量:189.73)であった。電位差滴定では残存アミンは不検出であった。
(ジメタアリルジメチルアンモニウムクロライド重合体)
 20ml試験管に、上記で合成したジメタアリルジメチルアンモニウムクロライド0.0351モルと50%希釈水3.31gを仕込み50℃に昇温した。重合開始剤V-50(和光純薬工業株式会社製、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩)をモノマー合計に対し1.2モル%添加し一晩重合を継続した。GPC収率0%で全く重合していなかった。図17に、GPCチャートを示す。
 今回の検討の範囲内では、ジメタアリルジメチルアンモニウムクロライドの単独重合体を得ることはできなかった。
(比較例2)
(ジメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体の合成)
 攪拌機、温度計、ガラス栓を備えた100mlの三つ口フラスコに、比較例1で合成したジメタアリルジメチルアンモニウムクロライド0.12モルと希釈水8.86gを仕込み30℃以下で二酸化イオウを0.12モル仕込んだ後、27℃で過硫酸アンモニウムをモノマー合計に対し0.2モル%添加し重合を開始した。25~30℃に維持しながら1時間毎に0.2、0.3、0.5、0.5モル%(計1.5モル%)の過硫酸アンモニウムを更に添加した。添加2時間後に40℃に昇温し、一晩反応を継続した。更に、過硫酸アンモニウムをモノマー合計に対し0.5、0.5、1.0、1.5モル%(計5.0モル%)添加し、浴温を60℃に昇温し重合を一晩継続した。GPC収率:60.4%、MW:747(Mw/Mn1.22)と低収率かつ低分子量であった。図18に、GPCチャートを示す。
 イソプロピルアルコール再沈物の赤外分光スペクトルを図19に示す。赤外分光スペクトル中に、スルホニル基由来の1,300、1,125cm-1付近の吸収が確認できた。
 ジメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体は合成できたものの、実施例におけるアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと二酸化硫黄の共重合体等と比較して、分子量(重合度)は著しく低く、重合収率も実質的に低いものであり、重合は格段に困難であった。
 実施例1から5、8から10、及び比較例1から2の結果を、表1に示す。
 
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015

 
 
 各実施例で用いたアリルメタアリルジメチルアンモニウムクロライド、アリルメタアリルジエチルアンモニウムクロライド、アリルメタアリルアミン塩酸塩等のアリルメタアリルアミン系単量体は、比較例で用いたジメタアリルジメチルアンモニウムクロライドと比較して、格段に高い収率及び分子量(重合度)で重合することが可能であった。すなわち、本発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、ポリマー全体の有機性の向上と、高い重合収率での重合とを、従来技術の限界を超えて両立するものであることがわかった。
 本発明のアリルメタアリルアミン系(共)重合体は、実用上十分な高い重合収率での重合性を維持しながら、ポリマー全体の有機性などの、性能を制御、向上することができるので、めっき液、金属材料処理剤、塗料、インク定着剤、染色繊維処理剤等における添加剤等の、ポリマー全体の有機性が重要な用途をはじめとする、産業の各分野において、高い利用価値、高い利用可能性を有する。
 

Claims (12)

  1.  下記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)から導かれる構成単位(I)を有するアリルメタアリルアミン系(共)重合体
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

    (但し、上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、Xはカウンターイオンである。)。
     
  2.  下記一般式(Ib)で表される構造の構成単位(II)を有するアリルメタアリルアミン系(共)重合体
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002

    (但し、上記式(Ib)中、Rは、水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、nは1以上の整数である。)。
  3.  重量平均分子量Mwが、1000~1000000である、請求項1又は2に記載のアリルメタアリルアミン系(共)重合体。
  4.  全構成単位中に占める、構成単位(I)及び/又は構成単位(II)に該当する構成単位の割合が、合計で5モル%以上である、請求項1から3のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体。
  5.  更に、二酸化硫黄から導かれる構成単位(III)を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体。
  6.  下記一般式(1)で表される構造のアリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を(共)重合する工程を有する、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

    (但し、上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に水素又は炭素数1から2のアルキル基であり、Xはカウンターイオンである。)。
  7.  前記単量体原料に占めるアリルメタアリルアミン系化合物(i)の割合が、5モル%以上である、請求項6に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
  8.  前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程における重合度が、5~10000である、請求項6又は7に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
  9.  前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程における収率が、60%以上である、請求項6から8のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
  10.  前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程で得られたアリルメタアリルアミン系(共)重合体をイオン交換樹脂で処理し、カウンターイオンを変更する工程、を更に有する、請求項6から9のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
  11.  前記アリルメタアリルアミン系化合物(i)を含有する単量体原料を重合する工程で得られたアリルメタアリルアミン系(共)重合体から、化合物RX、化合物RX、又はXを除去する工程、を更に有する、請求項6から9のいずれか一項に記載の、アリルメタアリルアミン系(共)重合体の製造方法。
  12.  請求項1から5のいずれか一項に記載のアリルメタアリルアミン系(共)重合体を含有する、めっき液、金属材料処理剤、塗料、インク定着剤、又は染色繊維処理剤。
     
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