JP3978519B2 - 多官能性リビング(コ)ポリマーのラジカル重合の開始剤として使用可能なポリアルコキシアミンの製造方法 - Google Patents
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Description
Accounts of Chemical Research, 1997, 30, p. 373-382
この制御の鍵は各定数Kdeact、kactおよびkpにある(下記文献参照)。
T. Fukuda、A. Goto, Macromolecules 1999, 32, p.618-623
P. Tordo et al., Polym. Prep. 1997, 38, p. 729-730、 C. J. Hawker et al., Polym. mater. Sci. Eng., 1999, 80, p. 90-91 "Macromolecules 1996, 29, p. 5245-5254"
トリアルコキシアミン(n=3)の場合にはいわゆる「星型」ポリマーが得られる。
D. Greszta達、Macromolecules 1996, 29, 7661-7670
他の方法はC,J.Hawkerの上記非特許文献1に記載のような、アルコール官能基等を有する官能性アルコキシアミンをポリ酸またはポリ(酸塩化物)と反応させる方法である。
この方法の欠点は、使用する反応物(ポリハロゲノ化合物、官能性アルコキシアミン)を複数のステップで合成しなければならず、煩雑な精製ステップを必要とする点にある。これらの合成中間体は新規化合物になる可能性があり、工業設備を新たに開発するか、既存設備の利用および/または改造にコストを必要とするためこの合成方法は工業規模での使用には適していない。
そのため、多官能性リビングポリマーの製造に、単官能性リビングポリマーを多官能性ビニルベンゼンに付加することが試みられている(下記文献参照)。
P.Chaumont、Macromolecules (2001), 34(12), 4109-4113
を、少なくとも一種の化学式(II)のポリ不飽和化合物:
と、好ましくは窒素雰囲気下で、溶剤、好ましくはエタノール等のアルコール、芳香族溶剤、塩素化溶剤、エーテルまたは極性非プロトン溶媒の中から選択される溶剤の存在下または非存在下で、好ましくは0〜90℃の反応温度で、化学式(I)のモノアルコキシアミンと化学式(II)のポリ不飽和化合物とのモル比を1.5〜1.5n、好ましくはn〜1.25nにして反応させ、
必要な場合にはさらに、任意成分の溶剤を蒸発させる段階を有する、
ことを特徴とするポリアルコキシアミンの製造方法にある。
上記のポリ不飽和化合物はジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート(Sartomer社から商品名SR259、SR344、または、SR610で市販)、ヘキサンジオールアルコキシレートジアクリレート(Sartomer社から商品名CD561、CD564、または、CD560で市販)、ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールAエトキシレートジアクリレート(Sartomer社から商品名SR349、SR601、SR602またはCD9038で市販)、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、トリス(2−)ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート(Sartomer社から商品名SR454、SR499、SR502、SR9035またはSR415で市販)、グリセリルプロポキシレートトリアクリレート(Sartomer社から商品名SR9020で市販)、トリメチロールプロパンプロポキシレートトリアクリレート(Sartomer社から商品名SR492、または、CD501で市販)、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリトリトールエトキシレートテトラアクリレート(Sartomer社から商品名SR494で市販)、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート、カプロラクトン改質ジペンタエリトリトールヘキサアクリレート(Sartomer社から商品名Kayarad DCPA−20およびDCPA60で市販)、または、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート(UCB Chemicals社から商品名DPHPAで市販)であるのが好ましい。
上記化合物がそのまま得られるか、蒸発(例えば減圧蒸発)して得られる。得られた化合物は質量分析および1H、13Cおよび31PのNMRで同定する。
本発明の他の対象は、上記方法を用いて予め調製したポリアルコキシアミンの存在下で、一種または複数のビニルモノマーをラジカル重合して多官能性リビング(コ)ポリマーを製造する方法にある。
本発明の重合方法を用いることによって単一のモノアルコキシアミン群を出発材料として制御された高分子構造を有する(コ)ポリマー〔線型、星型または超分岐型構造等を有するブロック(コ)ポリマー〕を製造することができる。
本発明方法は本出願人の下記特許文献に開示のマルチモードのリビングポリマーを作るアルコキシアミン混合物の製造にも適用できる。
トリアルコキシアミン(n=3)の場合にはいわゆる「星型」ポリマーが得られる。
上記特許文献1(WO00/71501号公報)の(共)重合方法ではポリアルコキシアミンを用いた過剰なニトロオキシドの存在下でのラジカル重合で制御された高分子構造を有する(コ)ポリマーを製造している。一方、本発明が対象とする(共)重合方法では、一般に90℃以下の温度で得られる単一の化合物(I)から得られるポリアルコキシアミンが各種高分子構造を一般に90℃以上の温度で生じさせることができる。しかも、追加のニトロオキシドを導入せずに重合段階を制御することができる。
ポリアルコキシアミンは(共)重合前に製造するか、(共)重合と同時に製造することができる。
(共)重合方法は当業者に公知の一般的条件で塊重合、溶液重合(水溶液または有機溶液)、乳化重合、ミニエマルション重合または懸濁重合で実施できる。重合温度は一般に90℃以上である。
以下、本発明の実施例を説明する。
R 1 =CH 3 、R 2 =Hのモノアルコキシアミンと1,4−ブタンジオールジアクリレートとからのポリアルコキシアミンの製造
A R 1 =CH 3 、R 2 =Hである式(I)のモノアルコキシアミン(2−メチル−2−[N−(tert−ブチル)−N−(1−ジエトキシホスホリル−2,2−ジメチルプロピル)アミノキシ]−プロピオン酸)の合成
得られた黄色がかった固形物をペンタンで洗浄すると51gの2−メチル−2−[N−(tert-ブチル)−N−(1−ジエトキシホスホリル−2,2−ジメチルプロピル)アミノキシ]−プロピオン酸が得られる(収率=60%)。
質量分析法で求めたモル質量:381.44/g.mol-1(C17H36NO6P)
元素分析(実験式:C17H36NO6P)
% 計算値:C=53.53、H=9.51、N=3.67
% 実験値:C=53.57、H=9.28、N=3.77
Buchi B−540装置での溶融点:124/125℃
窒素でパージした100ml容の丸底フラスコ中に下記を入れる:
1) Aで調製した2g(2.1当量)のアルコキシアミン、
2) 純度90%のAldrichから市販の0.55gの1,4−ブタンジオールジアクリレート(1当量)、
3) 5.7mlのエタノール。
混合物を20時間加熱還流した後、エタノールを減圧蒸発させると2.5gの粘度の高い黄色の油が得られる。
31P NMR分析によって、メタクリル酸−SG1アルコキシアミン(27.4ppm)が完全に消え、ジアルコキシアミン(24.7〜25.1ppmで多重線)が生じたことがわかる。
電子スプレー型の質量分析から、質量は961(M+)である。
線型MMA−BuA−MMAトリブロックコポリマーを溶剤中で製造する
1l容のジャケット付き反応器に、320g(2.5mol)のブチルアクリレートと、実施例1で調製した6.8g(7.1mmol)のポリアルコキシアミンとを導入する。窒素で数回脱ガスした後、反応媒体を115℃の温度に加熱し、加熱量を調節してこの温度を5時間維持する。反応中に試料を抜き出して、
1) 重量測定(固形分の測定)によって重合反応速度を決定し、
2) 分子量の変化を変換率の関数としてモニターする。
変換率が80%になったときに、反応媒体を60℃に冷却し、残留ブチルアクリレートを減圧蒸発させて除去する。
391g(3.7mmol)のメチルメタクリレートと、78gのトルエンとを60℃で添加する。続いて、反応媒体を95℃で2時間加熱する(変換率=50%)。60℃に戻して78gのトルエンで希釈した後、反応器からMMA−BuA−MMAコポリマーを抜き出し、残留モノマーと溶剤を減圧蒸発させて除去する。
MMA−BuA−MMAコポリマーをGPC(ゲル透過クロマトグラフィ)、LAC(液体吸着クロマトグラフィー)および溶剤勾配HPLCで分析した。この方法では上記実験条件下のモル質量に影響されずにポリマーを化学組成に従って分離できる。得られたポリマーの流動学的性質はDMA(動的機械的分析)試験によって表した。
GPC(ゲル透過クロマトグラフィ)による特徴付け
LAC(液体吸着クロマトグラフィー)による特徴付け(図1参照)
[図1]に示したクロマトグラムは第1段階で合成されたPBuAポリマーと、最終的に得られたPMMA/PBuA/PMMAコポリマーと、PMMA標準品とのLACで得られたクロマトグラムを重ねたものである。初期PBuAに対応するピーク(約67mlの溶離体積)に対して最終的に得られたコポリマーのピークはPMMAを多く含む領域へ向かって大きく移動している(溶離体積=110ml)。これらの2つのピークの溶離体積の極めて大きな差はポリマー鎖の内部組成が変化したことを明らかに示しており、リビングPBuAポリマー鎖の連鎖反応が再開始してMMA単位が結合したことを証明している。
PMMA/PBuA/PMMAコポリマーのDMAを変形付与粘弾性計(Ares)で行った。幾何形状が矩形ねじれを周波数1Hzで、−125℃〜200℃の温度範囲で用いた。板状試料は170℃で圧縮成形で作った。
得られた曲線は2つのタイプのブロックのガラス遷移温度の間にゴム状平坦区域を明確に示している。弾性率G’は得られたポリマーの平均化学組成を反映している。
直鎖MMA−BUA−MMAトリブロックコポリマーの分散媒体中での製造
このMMA−BuA−MMAトリブロックコポリマーは3段階で製造する:
下記を混合して有機溶液を調製する:
1) 148g(1.2mol)のブチルアクリレート、
2) 2.9g(3.0mmol)の実施例1で製造したポリアルコキシアミン、
3) 0.15gの重量平均分子量(Mw)が300,000のポリスチレン、
4) 1.33g(5.9mmol)のヘキサデカン。
また、下記を混合して水溶液を製造する:
1) 595gの水、
2) 3.33g(4.0mmol)の乳化剤(モノ−およびジ−ヘキサデシルジソジウムジフェニルオキシドジスルホネートの混合物)(Dow Chemical社から市販のDowfax8390、登録商標)、
3) 0.64g(7.6mmol)のNaHCO3。
これらの2つの溶液を磁気攪拌機を用いて10分間混合した後、混合物を超強力な超音波プローブ(Branson 450型、パワー7)で10分間激しく攪拌して滴の大きさが約10nmのエマルションを得る。
1) 重量測定(固形分の測定)によって重合反応速度を求め、
2) 分子量の変化を変換率の関数としてモニターする。
変換率が70%になったときに反応媒体を周囲温度まで冷却し、この温度で78g(0.7mol)のメチルメタクリレートと、269gの水と、1.9g(2.3mmol)のDowfax8390乳化剤とを添加する。
反応媒体を100℃で6時間加熱し、周囲温度まで冷却する(変換率=70%)。次に、0.2g(0.7mmol)の過硫酸カリウムを8gの水を用いて調製した溶液を添加して痕跡量の残留モノマーを除去する。2時間、75℃に加熱した後、周囲温度へ戻し、反応器からラテックスを抜き出す。
得られたラテックスをCHDF(毛細管流体力学的分別)、GPC(ゲル透過クロマトグラフィ)、LAC(液体吸着クロマトグラフィー)およびDMA(動的機械的分析)で分析する。
Claims (10)
- 少なくとも一種の化学式(I)のモノアルコキシアミン:
溶剤を使用した場合には溶剤を蒸発させる段階を有する、ことを特徴とするポリアルコキシアミンの製造方法。 - 溶剤がアルコールである請求項1に記載の方法。
- 反応温度が25〜80℃である請求項1または2に記載の方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法を用いて予め製造したポリアルコキシアミンの存在下で、一種または複数のビニルモノマーをラジカル(共)重合する多官能性リビング(コ)ポリマーの製造方法。
- ポリアルコキシアミンを(共)重合前に製造する請求項4に記載の多官能性リビング(コ)ポリマーの製造方法。
- ポリアルコキシアミンを(共)重合時に同時に製造する請求項4に記載の多官能性リビング(コ)ポリマーの製造方法。
- 塊重合、水溶液または有機溶液中での溶液重合、乳化重合、ミニエマルション重合または懸濁重合で実施し、重合温度が90℃以上である請求項4に記載の方法。
- ビニルモノマーが、スチレンまたは置換スチレン、ジエン、アクリル酸、アルキルアクリレートまたはアルキルアクリレート、ハロゲン化されるかシロキサン官能基を含んでいてもよい官能性アクリレート、メタクリル酸、アルキルメタクリレートまたはアルキルメタクリレート、ハロゲン化されるかシロキサン官能基を含んでいてもよい官能性メタクリレート、アクリロニトリル、アクリルアミドまたは置換されたアクリルアミド、4−アクリロイルモルホリン、メタクリルアミドまたは置換されたメタクリルアミド、ビニルピリジン、ビニルピロリジノン、塩化ビニル、ビニリデンジフルオリドまたは上記モノマーの少なくとも2種の混合物である請求項4〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 制御された高分子構造を有する多官能性リビング(コ)ポリマーを製造するための請求項4〜8のいずれか一項に記載の(共)重合方法。
- 有機過酸化物または無機過酸化物、アゾ化合物および/または上記以外のアルコキシアミンの中から選択される少なくとも一種の他の重合開始剤がさらに存在する下で行う請求項4〜9のいずれか一項に記載の(共)重合方法。
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