(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記重合工程で、アゾ系ラジカル重合開始剤、過酸化物系ラジカル重合開始剤及び光ラジカル重合開始剤のいずれについても使用しない請求項1に記載のポリマーの製造方法。
さらに、前記重合工程で、(4)イミド基、N−ブロモイミド基、N−アイオドイミド基及び有機塩基の群から選ばれるいずれかの基を有する化合物を使用する請求項1又は2に記載のポリマーの製造方法。
前記有機溶媒が、アルコール系、グリコール系、アミド系、尿素系、スルホキシド系及びイオン液体からなる群から選ばれる少なくともいずれかである請求項4に記載のポリマーの製造方法。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記したように、ラジカル重合開始剤を用いたラジカル重合方法は有用であるものの、例えば、ブロックコポリマーやグラフトコポリマーやスターポリマー(星型ポリマー)など、構造が複雑なポリマーは、モノマーを通常のラジカル重合する方法では得ることができない。これに対し、リビングラジカル重合によれば、構造が複雑な上記したようなポリマーを得ることができるものの、その場合には、下記の課題がある。すなわち、リビングラジカル重合では、特殊な化合物を使用したり、金属触媒を使用したりするため、それらの化合物や触媒を除去する必要があり、工業的には煩雑で複数の工程が必要であり、また、その重合条件も、使用するモノマーの精製を必要としたり、窒素雰囲気下で行う必要があるなど、厳密にする必要があった。
【0006】
したがって、本発明の目的は、ラジカル重合開始剤や、リビングラジカル重合に使用する特殊な材料や金属系の触媒を使用せずに、できるだけ汎用の市販の材料を使用し、しかも厳密な重合条件を必要とせずに簡便な方法で、分子量や分子量分布が制御されたポリマーや、ブロックコポリマーやグラフトポリマーやスターポリマーなどの構造が複雑なポリマーを、所望の状態に制御されたポリマーとして簡便に得ることが可能な、工業的に有用な新規なポリマーの製造方法、該製造方法を可能にするラジカル重合の開始基含有化合物を提供することにある。また、本発明の目的は、このようなポリマーの製造方法を見出すことで、構造が所望の状態に制御され有用なポリマーを、工業的に安定して提供できる技術を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討の結果、(1)のラジカル重合性モノマーと、(2)の、本発明で規定する重合開始基として機能する特定の構造の基が導入された有機化合物と、(3)の、特定の化合物群から選択される、塩化物イオン(塩素イオン)、臭化物イオン(臭素イオン)を有する化合物を使用して、これらの材料を混合及び加温(加熱)するだけで、(2)の有機化合物を構成する重合開始基から容易に(1)のラジカル重合性モノマーの重合が進行して、ポリマーを得ることができる新規な重合手法を見出して本発明を達成した。
【0008】
本発明者らは、さらに、上記した構成に加えて、イミド基、N−ブロモイミド基、N−アイオドイミド基及び有機塩基の群から選ばれる基を有する、(4)の化合物を使用することによって、得られるポリマーの構造や分子量を、極めて簡便に制御できることを見出した。本発明者らが見出した新たな重合方法によれば、従来の重合方法に使用されているラジカル重合開始剤や、リビングラジカル重合に使用する特殊な材料や金属系の触媒を使用せずとも、上記した(1)〜(3)の材料、或いは、(1)〜(4)の材料を混合及び加温するだけで、ポリマーが簡便に得られ、さらに、形態や特質が所望する状態に制御されたポリマーを得ることが実現される。なお、本発明で規定する「加温」とは、室温以上にすることを意味しており、例えば、40℃以上であればよく、その温度は重合速度との兼ね合いで決定すればよい。
【0009】
すなわち、本発明は、(1)不飽和結合を有するラジカル重合性モノマーと、(2)該モノマーの重合開始基として機能する下記一般式1で表せる構造の基が、分子内に1個以上導入されている有機化合物と、(3)金属塩化物塩、金属臭化物塩、第四級アンモニウムクロライド塩、第四級アンモニウムブロマイド塩、第四級ホスホニウムクロライド塩及び第四級ホスホニウムブロマイド塩からなる群から選ばれる1種以上の、塩化物イオン及び/又は臭化物イオン含有化合物とを、混合及び加温することで、前記構造の基から、前記(1)のモノマーの停止反応を伴うラジカル重合が始まる重合工程を有することを特徴とするポリマーの製造方法を提供する。
【0010】
(一般式1中、R
1は、H又はアルキル基又はアシル基又はアリール基のいずれかを表し、R
2は、アルキル基又はアリール基を表し、Yは、O又はNHを表す。)
【0011】
上記したポリマーの製造方法の好ましい形態としては、下記のものが挙げられる。前記重合工程で、アゾ系ラジカル重合開始剤、過酸化物系ラジカル重合開始剤及び光ラジカル重合開始剤のいずれについても使用しないこと;さらに、前記重合工程で、(4)イミド基、N−ブロモイミド基、N−アイオドイミド基及び有機塩基の群から選ばれるいずれかの基を有する化合物を使用すること;さらに、前記重合工程の際に、有機溶媒を使用すること;前記有機溶媒が、アルコール系、グリコール系、アミド系、尿素系、スルホキシド系及びイオン液体からなる群から選ばれる少なくともいずれかであること;前記(1)不飽和結合を有するラジカル重合性モノマーが、メタクリル酸系モノマーであること;前記一般式1で表せる構造の基が、下記一般式2で表せる構造の基であること;が挙げられる。
【0012】
(一般式2中、Yは、O又はNHを表す。)
【0013】
本発明は、別の実施形態として、アゾ系ラジカル重合開始剤、過酸化物系ラジカル重合開始剤及び光ラジカル重合開始剤のいずれについても使用せずに、不飽和結合を有するラジカル重合性モノマーの、停止反応を伴うラジカル重合を行わせるためのラジカル重合の開始基含有化合物であって、金属塩化物塩、金属臭化物塩、第四級アンモニウムクロライド塩、第四級アンモニウムブロマイド塩、第四級ホスホニウムクロライド塩及び第四級ホスホニウムブロマイド塩からなる群から選ばれる1種以上の、塩化物イオン及び/又は臭化物イオン含有化合物と併用することで、前記ラジカル重合性モノマーの重合開始基としての機能が発現する構成の下記一般式1で表せる構造の基が、分子内に1個以上導入されている有機体であることを特徴とするラジカル重合の開始基含有化合物を提供する。
(一般式1中、R
1は、H又はアルキル基又はアシル基又はアリール基のいずれかを表し、R
2は、アルキル基又はアリール基を表し、Yは、O又はNHを表す。)
【0014】
本発明のラジカル重合の開始基含有化合物の好ましい形態としては、前記一般式1で表せる構造の基が、下記一般式2で表せる構造の基であることが挙げられる。
(一般式2中、Yは、O又はNHを表す。)
【0015】
上記いずれかのラジカル重合の開始基含有化合物の好ましい形態としては、下記のことが挙げられる。すなわち、有機体が、前記一般式1で表せる構造の基を分子内に2個以上導入してなる有機体であること;前記有機体が、一般式1又は2で表せる構造の基を分子内に2個以上導入してなるポリマーであること;前記有機体が、一般式1又は2で表せる構造の基を分子内に3個以上導入してなる化合物であること;前記有機体が、一般式1又は2で表せる構造の基を分子内に3個以上導入してなるビニルポリマーであること;前記有機体が、一般式1又は2で表せる構造の基を分子内に1個以上導入したモノマーと、基材表面に結合する反応性基を有するモノマーとの共重合体であること;が挙げられる。
【0016】
本発明は、別の実施形態として、(1)の不飽和結合を有するラジカル重合性モノマーと、前記した下記一般式1で表せる構造の基が、分子内に1個以上導入されている(2)のラジカル重合の開始基含有化合物と、(3)の、金属塩化物塩、金属臭化物塩、第四級アンモニウムクロライド塩、第四級アンモニウムブロマイド塩、第四級ホスホニウムクロライド塩及び第四級ホスホニウムブロマイド塩からなる群から選ばれる1種以上の、塩化物イオン及び/又は臭化物イオン含有化合物とを、混合及び加温させて、前記(2)の開始基含有化合物に導入されているラジカル重合性モノマーの重合開始基から前記(1)の不飽和結合を有するラジカル重合性モノマーがラジカル重合してなる構成のものであることを特徴とするポリマーを提供する。
(一般式1中、R
1は、H又はアルキル基又はアシル基又はアリール基のいずれかを表し、R
2は、アルキル基又はアリール基を表し、Yは、O又はNHを表す。)
【0017】
本発明のポリマーの好ましい形態としては、前記(2)のラジカル重合の開始基含有化合物が、2−(2−ブロモイソブチリルオキシ)エチルメタクリレートを少なくとも構成成分とするポリマーであることが挙げられる。
【0018】
本発明のポリマーは、物の発明に関し、一方で、「(1)〜(3)の材料を混合及び加温させて、(2)の化合物に導入されているラジカル重合性モノマーの重合開始基から(1)の不飽和結合を有するラジカル重合性モノマーがラジカル重合してなる」とした製造プロセスにより、物の発明を特定している。その理由は、本発明のポリマーは、(3)の塩化物イオン及び/又は臭化物イオン含有化合物によって、(2)のラジカル重合の開始基含有化合物の特定の構造の基を、重合開始基として機能させ、該重合開始基から(1)のモノマーをラジカル重合させた、(2)の有機化合物に導入された特有の基を起点として(1)のモノマーから構成されるポリマーが成長している構造のポリマーであり、その構造又は特性により直接特定することは不可能であり、ポリマーを得るためのプロセス(製法)によって初めて特定することが可能になることによる。ポリマーが、分子量の異なる種々のポリマー分子の集合体(混合物)であることは、当該技術分野において周知の事実であり、集合体(混合物)に含まれる個々のポリマー分子の構造や物性を特定することは不可能であるとともに、およそ実際的でもない。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、モノマーの重合開始基として機能する特定の構造の基を有する、汎用で多様な形態とすることが可能な前記(2)の有機化合物と、(1)のラジカル重合性モノマーと、(3)の特定の化合物群から選択される特定の塩化物イオン(塩素イオン)及び/又は臭化物イオン(臭素イオン)含有化合物(以下、「(3)のCl/Brイオン含有化合物」と記載する)を、混合及び加温(加熱)するだけで、(2)の有機化合物が有する前記構造の基から、(1)のモノマーの停止反応を伴うラジカル重合が始まってポリマーが得られる、汎用な材料を使用した非常に簡便なポリマーの製造方法が提供される。上記(3)のCl/Brイオン含有化合物は、市販されている汎用材料で容易に入手できることに加えて、様々な構造のものがあり、また、ヨウ素イオンのような着色がなく、さらに、これらの化合物は熱や光に安定であり、工業上、使用する材料として優れている。また、本発明の製造方法によれば、上記した(1)〜(3)の材料を用いた重合系に、さらに、(4)の有機塩基やイミド基を有する化合物を添加した構成とすることで、分子量や構造が所望の状態に制御されたポリマーをより容易に得ることができるようになる。本発明によれば、上記の簡便で優れた製造方法を巧みに利用することで、例えば、ABAブロックコポリマー、スターポリマー、グラフトコポリマー、表面グラフトポリマー、異種グラフト・ブロック・多分岐ポリマーなどの、工業的な製造が困難で煩雑で実現できていなかった、複雑な構造のポリマーを工業的に製造することが可能になる。
【0020】
本発明のポリマーの製造方法は、製造に用いる材料の種類が低減されるため、環境的に有用であり、また、コスト的にも優位である。さらに、本発明のポリマーの製造方法は、従来から使用されているアゾ系の重合開始剤や過酸化物系の重合開始剤のような、爆発的な化合物を使用する必要がないので、安全性が高く、また、それらの開始剤の場合のように、材料を冷凍・冷蔵する必要もない。また、本発明の製造方法は、重合開始基に臭素原子が結合した化合物を使用するので、その結合は比較的安定であり、リビングラジカル重合で用いられている、非常に有用であるものの、熱や光で分解してしまうようなヨウ素原子を持った重合開始化合物を使用しなくてもよいので、材料の保管などに大きなメリットがある。これらのことは、ポリマーの製造方法において、極めて高い実用価値をもつことを意味する。
【0021】
上記した種々の優れた効果が得られる本発明のポリマーの製造方法は、本発明のラジカル重合の開始基含有化合物によって初めて実現可能になる。本発明のラジカル重合の開始基含有化合物は、本発明が規定する簡単な構造の基が1個以上導入されているものであればよく、それ以外は限定されるものでない汎用の化合物である。具体的には、導入する基の数や、基が導入された有機化合物の形態を適宜に変化させて、汎用の、低分子量化合物やポリマーやモノマーにして使用できる。そのため、本発明のラジカル重合の開始基含有化合物を用いることで、所望する構造に設計された、ABAブロックコポリマー、スターポリマー、ボトルブラシポリマー、濃厚ポリマーブラシ、異種グラフト・ブロック・多分岐ポリマーなどの多様なポリマーを、簡易に且つ経済的に得ることが実現できる。更に、本発明のラジカル重合の開始基含有化合物は、本発明で規定する汎用の化合物群から選択される(3)のCl/Brイオン含有化合物と混合して加温するという簡便な操作で、重合開始基として機能するものにできる点でも、工業上、極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
次に、好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。本発明者らは、本発明の目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、従来の安全性や保存性に課題のある材料を用いることなく、簡単な市販の材料を使用して、複雑な構造のポリマーを容易に得ることができる、工業的に極めて有用な、従来にない全く新たな構成のポリマーの重合方法を見出して本発明を達成した。本発明の製造方法によれば、(1)のラジカル重合性モノマーと、(2)の本発明で規定する重合開始基として機能する特定の構造の基が導入された有機化合物と、(3)のCl/Brイオン含有化合物とを使用し、これらの成分を混合及び加温(加熱)するという極めて簡単な操作だけで、上記特定の構造の基から容易に、停止反応を伴う(1)のラジカル重合性モノマーのラジカル重合が開始して進行し、ポリマーを得ることができる。
【0023】
本発明のポリマーの製造方法は、(1)の不飽和結合を有するラジカル重合性モノマーと、該モノマーの重合開始基として機能する下記一般式1で表せる構造の基が、分子内に1個以上導入されている(2)の有機化合物と、金属塩化物塩、金属臭化物塩、第四級アンモニウムクロライド塩、第四級アンモニウムブロマイド塩、第四級ホスホニウムクロライド塩、第四級ホスホニウムブロマイド塩からなる群から選ばれる1種以上の、(3)のCl/Brイオン含有化合物とを、混合及び加温することで、前記構造の基から、停止反応を伴う(1)のラジカル重合性モノマーのラジカル重合が始まる重合工程を有することを特徴とする。
(一般式1中、R
1は、H又はアルキル基又はアシル基又はアリール基のいずれかを表し、R
2は、アルキル基又はアリール基を表し、Yは、O又はNHを表す。)
【0024】
以下に、本発明を構成するそれぞれの材料について詳細に説明する。
[(1)不飽和結合を有するラジカル重合性モノマー]
本発明のポリマーの製造方法では、ポリマーの形成成分である、(1)不飽和結合を有するラジカル重合性モノマー(以下、「(1)のモノマー」と記載する)を必須成分として使用する。(1)のモノマーとしては、例えば、ビニル基、ビニリデン基、ビニレン基を有するモノマー等の、従来公知の不飽和結合を有するモノマーが挙げられる。すなわち、下記に挙げるような、従来公知のラジカル重合しうるモノマーであればいずれも使用でき、特に限定されない。
【0025】
例えば、スチレン、ビニルトルエン、ビニルヒドロキシベンゼン、クロロメチルスチレン、ビニルナフタレン、ビニルビフェニル、ビニルエチルベンゼン、ビニルジメチルベンゼン、α−メチルスチレン、エチレン、プロピレン、イソプレン、ブテン、ブタジエン、1−ヘキセン、シクロヘキセン、シクロデセン、ジクロロエチレン、クロロエチレン、フロロエチレン、テトラフロロエチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、イソシアナトジメチルメタンイソプロペニルベンゼン、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド、ヒドロキシメチルスチレン、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、ビニルアミン、アリルアミン、アミノスチレン、ビニルメチルアミン、アリルメチルアミン、メチルアミノスチレン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール、ビニルベンゾトリアゾール、ビニルカルバゾール、ジメチルアミノスチレン、ジアリルメチルアミン、トリメチルアンモニウムスチレンクロライド、ジメチルラウリルアミノスチレンクロライド、ビニルメチルピリジニルクロライド、ジアリルジメチルアンモニウム塩クロライドなどのモノマーが挙げられる。
【0026】
また、下記のような(メタ)アクリレート系や(メタ)アクリルアミド系モノマーが挙げられる。具体的には、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−メチルプロパン(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、テトラデシル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート、べへニル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、t−ブチルシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレート、トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロデシル(メタ)アクリレート、シクロデシルメチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、t−ブチルベンゾトリアゾールフェニルエチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレートなどの脂肪族、脂環族、芳香族アルキル(メタ)アクリレートが挙げられる。
【0027】
水酸基を含有するモノマーである、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシへキシル(メタ)アクリレートや、シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレートなどの、アルキレングリコールのモノ(メタ)アクリレートが挙げられる。
【0028】
グリコール基を有するモノマーである、ポリ(n=2以上、以下同様)エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノ又はポリエチレングリコールモノ又はポリプロピレングリコールランダムコポリマーのモノ(メタ)アクリレート、モノ又はポリエチレングリコールモノ又はポリプロピレングリコールブロックコポリマーのモノ(メタ)アクリレートなどの、ポリアルキレングリコールのモノ(メタ)アクリレートが挙げられる。
【0029】
さらには、(ポリ)エチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールモノオクチルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールモノラウリルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールモノステアリルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールモノオレイルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールモノステアリン酸エステル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールモノノニルフェニルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールモノオクチルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールモノラウリルエーテル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコール(ポリ)プロピレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレートなどの(ポリアルキレン)グリコールモノアルキル、アルキレン、アルキンエーテル又はエステルのモノ(メタ)アクリレートが挙げられる。
【0030】
酸基(カルボキシル基、スルホン酸、リン酸)を有するモノマーである、以下のようなモノマーも使用できる。カルボキシル基を有するモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、アクリル酸二量体、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートや4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートに無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸などを反応させたモノマー、マレイン酸やイタコン酸のモノエステル系のモノマーが挙げられる。また、スルホン酸基を有するモノマーとしては、例えば、ジメチルプロピルスルホン酸(メタ)アクリルアミド、スルホン酸エチル(メタ)アクリレート、スルホン酸エチル(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。リン酸基を有するモノマーとしては、例えば、(ジ、トリ)メタクリロイロキシエチルリン酸エステルなどが挙げられる。
【0031】
酸素原子含有モノマーである、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、オキセタニルメチル(メタ)アクリレート、モルホリノ(メタ)アクリレート、メチルモルホリノ(メタ)アクリレート、メチルモルホリノエチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
【0032】
アミノ基を有するモノマーである、例えば、以下のものが挙げられる。1級アミノ基を有するモノマーとしては、2−アミノエチル(メタ)アクリレート、2−アミノプロピル(メタ)アクリルアミドなどが挙げられ、2級アミノ基を有するモノマーとしては、t−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、テトラメチルピペリジル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。3級アミノ基を有するモノマーとしては、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ペンタメチルピペリジル(メタ)アクリレート、N−エチルモルホリノ(メタ)アクリレート、ジメチルプロピル(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。4級アミノ基を有するモノマーとしては、塩化トリメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、塩化ジエチルメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、塩化ベンジルジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、トリメチルアミノエチル(メタ)アクリレートメチル硫酸塩などが挙げられる。また、前記したグリシジル(メタ)アクリレートの如きグリシジル基含有モノマーに、1級、2級のアミンを反応させて得られるモノマーなどが挙げられる。
【0033】
窒素原子含有モノマーである、例えば、(メタ)アクリロイロキシエチルイソシアネート、(メタ)アクリロイロキシエトキシエチルイソシアネート、及び、それらのカプロラクトンなどでイソシアネートをブロックしてあるブロック化イソシアネート含有(メタ)アクリレート、エチレンイミノエチル(メタ)アクリレートや(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミドなどのアミド系単量体、N−ビニルピロリドン、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルカプロラクタムなどが挙げられる。
【0034】
その他、本発明に使用できるモノマーとしては、下記のものが挙げられる。(メタ)アクリロイロキシエチルモノ又はポリカプロラクトンなどの前記(ポリ)アルキレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステルを開始剤として、ε−カプロラクトンやγ−ブチロラクトンなどのラクトン類を開環重合して得られるポリエステル系モノ(メタ)アクリル酸エステル;2−(メタ)アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタレートや2−(メタ)アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチルスクシネートなどの前記した(ポリ)アルキレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステルに2塩基酸を反応させてハーフエステル化した後、もう一方のカルボン酸にアルコール、アルキレングリコールを反応させたエステル系(メタ)アクリレート;
【0035】
さらに、グリセロールモノ(メタ)アクリレートや、ジメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレートなどの2個以上の水酸基をもつ多官能水酸基化合物のモノ(メタ)アクリレート;3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、オクタフルオロオクチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロエチル(メタ)アクリレートなどのハロゲン原子含有(メタ)アクリレート;トリメトキシシリル基やジメチルシリコーン鎖をもったケイ素原子含有モノマー;2−(4−ベンゾキシ−3−ヒドロキシフェノキシ)エチル(メタ)アクリレート、2−(2’−ヒドロキシ−5−(メタ)アクリロイロキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾールの如き紫外線を吸収するモノマー;さらに、エチル−α−ヒドロキシメチルアクリレート等のα位水酸基メチル置換アクリレート類などである。
【0036】
さらに、環状のビニル系モノマーも使用できるし、2個以上の付加重合性基を有するモノマーも必要に応じて使用できる。例えば、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンのポリアルキレングリコール付加物の(メタ)アクリル酸エステル、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリル酸エステルなどが挙げられる。本発明において、上記した不飽和結合を有するラジカル重合性モノマーは、1種以上を使用することができる。本発明は、直鎖状のポリマー、ABブロックコポリマー、ABAブロックコポリマー、スターポリマー、ボトルブラシポリマー、濃厚ポリマーブラシ、異種グラフト・ブロック・多分岐ポリマーなどを簡便に得ることを目的としているため、通常は、2種以上で使用される。
【0037】
本発明においては、上記に列挙した使用可能なモノマーの中でも、下記のような理由から、特にメタクリル酸系モノマーを用いることが好ましい。なお、本発明において「メタクリル酸系モノマー」とは、メタクリル酸、及び、メタクリル酸エステルであるメタクリレートを指す。メタクリル酸系モノマーは、比較的ガラス転移点が高いものが多く、また、3級のエステル基を有しているため、耐水性や加水分解性に強い。さらに、本発明で実現した新たな重合手法の重合過程で得られる塩素や臭素が結合している炭素が3級であって、その3級炭素のラジカルは比較的安定であることから、塩素や臭素がラジカルとして脱離しやすく、本発明で実現した重合手法の機構に最適であるからである。
【0038】
[(2)一般式1で表せる構造の基を分子内に1個以上有する有機化合物]
次に、本発明を特徴づける、(2)の、上記(1)のモノマーの重合開始基として機能する、下記一般式1で表せる構造の基が、分子内に1個以上導入されている有機化合物(以下、単に「(2)の有機化合物」と記載する場合がある)について説明する。本発明者らの検討によれば、下記一般式1で表せる構造を有する基(以下、「式1の基」或いは「重合開始基」と記載する場合がある)の存在下、(1)のモノマーと、後述する(3)のCl/Brイオン含有化合物とを混合して加温すると、本発明を特徴づける上記特有の「式1の基」から(1)のモノマーの、停止反応を伴うラジカル重合が開始して、結果として、構造が制御された種々のポリマーを得ることができる。
【0039】
本発明で使用し、本発明を特徴づける(2)の有機化合物(本発明のラジカル重合の開始基含有化合物)は、以下に示すような構造が分子内に導入されていればよく、この構造が、(1)のモノマーの重合開始基として機能する。(2)の有機化合物は、従来からラジカル重合に使用されているアゾ系の重合開始剤や過酸化物系の重合開始剤と比較し、安全性が高く、従来の開始剤のように材料を冷凍・冷蔵する必要もない。また、その構造中に臭素原子が結合した化合物を使用するので、その結合は比較的安定であり、リビングラジカル重合で用いるヨウ素原子が結合した重合開始化合物のように、熱や光で分解してしまうこともない。
【0040】
(一般式1中、R
1は、H又はアルキル基又はアシル基又はアリール基のいずれかを表し、R
2は、アルキル基又はアリール基を表し、Yは、O又はNHを表す。)
【0041】
本発明で規定する「式1の基」は、その構造中に臭素原子(ブロモとも呼ぶ)を結合しており、この臭素原子が、反応的に、脱離や置換できる基であることが特徴であり、さらに、この臭素原子が結合している炭素に、少なくとも1個以上の電子吸引性基である、エステル基、アミド基、シアノ基、カルボキシ基或いはアリール基などが結合しているものである。本発明では、このような基が分子内に1個以上導入されている構造を有する有機化合物であれば、どのようなものでも使用できる。(2)の有機化合物としては、例えば、低分子量化合物、モノマー、ポリマー等のいずれの形態ものも使用できる。以下、「式1の基」について説明する。
【0042】
本発明で規定する「式1の基」を具体的に例示するが、下記に限定されるものではない。「式1の基」としては、例えば、以下に示すような、その構造中に、エステル結合やアミド結合を有するものが挙げられる。本発明を構成する「式1の基」が分子内に1個以上導入されている有機化合物は、下記に示したように、エステル結合やアミド結合を介して、臭素原子(Br)を結合させている。
【0043】
例えば、下記のような、β−ブロモアルカン酸の、エステル結合又はアミド結合を有する基などが挙げられる。
【0044】
例えば、下記のような、β−クロロ又はブロモアリール置換アルカン酸の、エステル結合又はアミド結合を有する基などが挙げられる。
【0045】
例えば、下記のような、ブロモ置換アセトアルカン酸の、エステル結合又はアミド結合を有する基などが挙げられる。
【0046】
上記に例示したような「式1の基」の、有機化合物への導入は、任意の方法とすることができ、特に限定されない。例えば、「式1の基」を導入する場合、対応するカルボン酸基含有化合物を、エステル化或いはアミド化することで得られる。また、エポキシ基を有する化合物に、「式1の基」をもつ化合物を反応させることで得られる。また、「式1の基」の構造中の臭素が結合している基のところに水酸基が結合している化合物を用い、三臭化リン、臭化水素酸を使用して該化合物の水酸基部分を臭素へと置換することで導入してもよい。また、「式1の基」の構造中のC−Brの部分に不飽和結合を有する化合物を用い、該不飽和結合に臭化水素を付加させてブロモを導入してもよい。上記した方法は、例示であり、特にこれらに限定されず、従来公知の化合物、有機反応が使用される。
【0047】
本発明を特徴づける(2)の有機化合物は、上記で説明した「式1の基」が1個以上導入されていればよく、どのような形態の有機化合物も該当する。本発明者らの検討によれば、「式1の基」の中でも特に、開始重合反応の速度が高く、しかも市販品の化合物で合成が容易にできることから、下記一般式2で表せる構造の基(以下、「式2の基」とも呼ぶ)が導入されている有機化合物を用いることが好ましい。
(一般式2中、Yは、O又はNHを表す。)
【0048】
上記「式2の基」は、従来公知の材料や方法で得ることができ、「式2の基」が導入された(2)の有機化合物に該当する各種の形態の有機化合物も簡便に得ることができ、その方法は、特に限定されない。下記に、「式2の基」が導入された有機化合物が容易に合成できる一例について説明する。2−ブロモイソ酪酸系化合物を原料として、「式2の基」を導入する有機化合物に、そのカルボキシ基及びその誘導体と反応しうる基を有する有機化合物を用い、これらを反応させることによって得られる。その際に使用する化合物は特に限定されないが、2−ブロモイソ酪酸系化合物としては、例えば、2−ブロモイソ酪酸、2−ブロモイソ酪酸ブロマイド、無水2−ブロモイソ酪酸が挙げられる。そして、これらの化合物と、水酸基、アミノ基、エポキシ基、カルボジイミド基、オキサゾリン基、イソシアネート基、エチレンイミン基などの、カルボキシル基系の化合物と反応しうる対となる反応性基を有する有機化合物とを反応させることで、エステル結合、アミド結合にて、「式2の基」を有機化合物に導入することができる。
【0049】
本発明を特徴づける(2)の有機化合物は、前記した(1)のモノマーの重合開始基として機能する、上記した「式1の基」、中でもより好ましい「式2の基」(これらを、まとめて「式1、2の基」と記載する場合がある)が、分子内に1個以上導入されている有機化合物である。先に述べたように、使用する有機化合物としては、どのような形態のものであってもよく、従来公知の有機化合物が使用される。従来公知の有機化合物は種類が非常に多く例示することはできない。以下に、本発明を特徴づける(2)の有機化合物を使用することで、従来のラジカル重合に用いられているアゾ系ラジカル重合開始剤、過酸化物系ラジカル重合開始剤及び光重合ラジカル重合開始剤のいずれについても使用することなく、(1)のモノマーの重合が可能になり、様々な構造のポリマーの形成が可能になることについての説明をする。
【0050】
本発明で規定する「式1、2の基」が1個分子内に導入されている構成の(2)の有機化合物と、後述する(3)のCl/Brイオン含有化合物とを併用した状態で、(1)のモノマーを混合し、加温すると、(2)の有機化合物の「式1、2の基」を開始基として(1)のモノマーの重合が開始し、進行して、(1)のモノマーを構成成分とする直鎖状のポリマーを得ることができる。また、「式1、2の基」が2個分子内に導入されている構成の(2)の有機化合物を使用し、上記と同様に操作した場合は、得られるポリマーは、(2)の有機化合物から2本の鎖が伸びる形で重合が開始した構造のものとなる。このため、使用する(2)の有機化合物の形態がポリマー成分であった場合に、当該ポリマーの両末端に「式1、2の基」があると、そのポリマーをBとし、(1)のモノマーからの重合物をAとすると、A−B−Aブロックコポリマーとすることができる。また、この場合に、使用する(2)の有機化合物のポリマーの形態が、分子中に「式1、2の基」が2個ぶら下がっている場合は、得られるポリマーを、二本の櫛形構造のポリマーとすることができる。
【0051】
(2)の有機化合物としてのポリマーには、従来公知のものが使用でき、特に限定されない。例えば、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアクリル、ポリメタクリル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリシリコーン、ポリハロゲン化オレフィン、ポリビニルアルコールなどのポリマーが挙げられる。これらは、単独重合物、共重合物、グラフトコポリマー、ブロックコポリマーのいずれの構造を有するポリマーであってもよい。
【0052】
また、本発明の製造方法において、(2)の有機化合物として、3個以上の複数個の「式1、2の基」が導入されている有機化合物を使用した場合は、分岐構造型のポリマーや、スターポリマーや、グラフトポリマーを得ることができる。その中でも、(2)の有機化合物として、3個以上の「式1、2の基」が導入されているビニルモノマーの重合物(ポリマー)を使用することが好ましい。すなわち、(2)の有機化合物に、複数個の「式1、2の基」が導入されているビニルポリマーを使用すると、(1)のモノマーが重合して得られるポリマーが、(2)の有機化合物であるビニルポリマーにグラフトした構造や、ボトル状の構造を有するボトルブラシポリマーになる。本発明の製造方法を上記のように構成することで、特異性質を有する有用なポリマーを、工業的に簡便に且つ安価に得ることが可能になる。
【0053】
「式1、2の基」が導入されているビニルポリマーは、「式1、2の基」が導入されているモノマーを重合して得てもよいし、予め、水酸基などを有するモノマーを重合した後、「式1、2の基」を導入してもよい。また、「式1、2の基」が導入されているモノマーと、前記した他のモノマーとを共重合させてコポリマーとしたものであってよい。この場合、「式1、2の基」が導入されているモノマーの配合量は任意であり、特に限定されない。
【0054】
また、(2)の有機化合物として用いる、上記した「式1、2の基」が導入されているポリマーは、リビングラジカル重合で得たものであると、分子量分布が狭くなるので、より好ましい。その場合、リビングラジカル重合の方法の中では、「式1、2の基」が導入されているモノマーを使用して、ニトロキサイドラジカルを使用するニトロキサイド法(NMP法)や、ジチオエステル化合物などを使用する可逆的付加開裂型連鎖移動重合(RAFT法)や、ヨウ素化合物と有機触媒を使用する可逆的移動触媒重合(RTCP法)などが使用されるが、特に限定されない。しかし、酸化還元を利用する原子移動ラジカル重合では、モノマーの重合と、ブロモ基からの重合開始があるので、ゲル化してしまう可能性があるので好ましくない。
【0055】
さらに、(2)の有機化合物として、「式1、2の基」が導入されているモノマーと、他のモノマー成分として、特に反応性モノマーを用い、これらを共重合させて、この反応性基を有する共重合体を使用して物品の表面を処理し、その後に、共重合体を構成している「式1、2の基」を重合開始基として、(1)のモノマーを重合することで、物品表面にポリマーをグラフト的に導入することができる。すなわち、グラフト的に導入したポリマーによって物品を表面改質させることができる。
【0056】
上記において、「式1、2の基」が導入されているモノマーと、アルコキシシリル基を有するビニルモノマーを用いての重合方法がリビングラジカル重合であった場合、該特有のモノマーの共重合体への導入速度が一定で且つ停止反応がないので、ポリマーが伸び切り鎖であり且つ分子量の揃った、濃厚ポリマーブラシ構造を導入することができる。具体的には、この場合は、例えば、(2)の有機化合物を下記のようなポリマー成分にして用いる。まず、「式1、2の基」が導入されているモノマーと、アルコキシシリル基を有するビニルモノマーを共重合させて、「式1、2の基」が導入され且つアルコキシシリル基を有するポリマー成分とし、これをガラス、金属、プラスチックなどの基材表面に塗布して、表面改質し、本発明を特徴づける「式1、2の基」を重合開始基として機能させ、(1)のラジカル重合性モノマーを重合することで、物品にポリマーのグラフト構造(濃厚ポリマーブラシ)を容易に導入することができる。
【0057】
本発明では、(2)の有機化合物として、「式1、2の基」が1個以上導入されている有機化合物を使用するが、上述したように、「式1、2の基」を2個以上有する有機体を(2)の有機化合物として使用する構成とすることがより好ましい。具体的な有機体としては、例えば、「式1、2の基」が分子内に2個導入されたポリマーや、或いは、分子内に3個以上導入された化合物や、或いは、分子内に3個以上導入されたビニルポリマーや、或いは、分子内に1個以上導入されたモノマーと、基材表面に結合する反応性基を有するモノマーとの共重合体が挙げられる。このように構成することで、従来の技術では容易に得ることができなかった有用な構造のポリマーを簡便に得ることができる。「式1、2の基」が1個の(2)の有機化合物を使用した場合は、先に述べたように、本発明で規定する新規な重合手法で得られるポリマーは、直鎖状のものになる。直鎖状のポリマーは、通常のラジカル重合やリビングラジカル重合でも得ることができるので、「式1、2の基」が2個以上導入されている有機化合物を使用した本発明の製造方法に比べると、そのメリットは、あまり大きくはない。
【0058】
また、(2)の有機化合物に、導入する「式1、2の基」の量を調整することで、得られるポリマーの分子量をコントロールできる場合がある。このことも、本発明の製造方法の特徴である。本発明の製造法では、(2)の有機化合物に導入された「式1、2の基」から重合が開始されるので、「式1、2の基」を含む化合物1molに対して、(1)のモノマーの量を調整することで、製造するポリマーの分子量が調整できる。しかし、本発明で規定する新規な重合手法は、ラジカル重合のような停止反応を伴い、カップリングして高分子量ができる場合があり、その場合は開始基の量で調整はできない。その場合は、後述する「触媒」を添加することによって、回避することができる。
【0059】
本発明者らの検討によれば、(2)の有機化合物(本発明のラジカル重合の開始基含有化合物)が、「式2の基」を有する有機体である、2−(2−ブロモイソブチリルオキシ)エチルメタクリレートを少なくとも構成成分とするポリマーであることが好ましい。すなわち、2−(2−ブロモイソブチリルオキシ)エチルメタクリレートはモノマーとして利用でき、市販されており、また、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルという汎用性のモノマーと、ブロモイソ酪酸類などと反応させて得ることもできるので、工業上の材料として有用である。
【0060】
[(3)特定の化合物群から選択される塩化物イオン及び/又は臭化物イオン含有化合物]
本発明のポリマーの製造方法では、(3)の、金属塩化物塩、金属臭化物塩、第四級アンモニウムクロライド塩、第四級アンモニウムブロマイド塩、第四級ホスホニウムクロライド塩及び第四級ホスホニウムブロマイド塩からなる群から選ばれる1種以上の、塩化物イオン及び/又は臭化物イオン含有化合物((3)のCl/Brイオン含有化合物)を、前記した(2)の有機化合物と併用する。以下、(3)のCl/Brイオン含有化合物について説明する。これらの化合物の作用については、詳細は解明されていない。本発明者らの検討によれば、これらの化合物を併用することで、(2)の有機化合物中に導入されている「式1、2の基」の構造中の臭素が、(3)のCl/Brイオン含有化合物と、臭素−臭素交換或いは臭素−塩素交換し、その際にラジカルが発生し、そこに(1)のモノマーが挿入されて、そこから重合が起こると考えられる。また、(3)のCl/Brイオン含有化合物が酸化還元の触媒として作用して、(1)のモノマーの重合を進行させる可能性もある。以下、(3)のCl/Brイオン含有化合物を、「(3)のハロゲン化剤」と記載する場合がある。
【0061】
(3)のCl/Brイオン含有化合物は、金属塩化物塩、金属臭化物塩、第四級アンモニウムクロライド塩、第四級アンモニウムブロマイド塩、第四級ホスホニウムクロライド塩及び第四級ホスホニウムブロマイド塩からなる群から選ばれる化合物であり、従来公知の塩素イオンや臭素イオンを有しているこれらの化合物であれば、いずれも使用でき、特に限定されない。具体的に例示すると、以下のものが挙げられる。金属塩化物塩としては、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどが挙げられる。金属臭化物塩としては、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化マグネシウムなどが挙げられる。第四級アンモニウムクロライド塩としては、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムクロライドなどが挙げられる。第四級アンモニウムブロマイド塩としては、テトラメチルアンモニウムブロマイド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイドなどが挙げられる。第四級ホスホニウムクロライドとしては、テトラブチルホスホニウムクロライド、トリブチルメチルホスホニウムクロライド、トリフェニルメチルホスホニウムクロライドなどが挙げられる。第四級ホスホニウムブロマイドとしては、テトラブチルホスホニウムブロマイド、トリブチルメチルホスホニウムブロマイド、トリフェニルメチルホスホニウムブロマイドなどが挙げられる。
【0062】
また、これらの(3)のハロゲン化剤の使用量は、併用する(2)の有機化合物を構成する「式1、2の基」と当モル程度が好ましいが、製造目的のポリマーに応じて使用量を決定すればよく、特に限定されない。例えば、(3)のハロゲン化剤の使用量を、「式1、2の基」のモル数と当モルとせずに、「式1、2の基」のモル数の一部が、(3)のハロゲン化剤の塩素イオンや臭素イオンに置換する量で(3)のハロゲン化剤を添加することも好ましい形態である。このように構成すれば、(2)の有機化合物の「式1、2の基」の一部がハロゲン化されて、その部分から(1)のモノマーの重合が開始して、ポリマーが得られる。さらに、その後に、得られたポリマーに、(3)のハロゲン化剤を添加して、混合及び加温すれば、(2)の有機化合物に導入されていた「式1、2の基」の残った臭素が、(3)のハロゲン化剤の塩素イオンや臭素イオンに置換することで、その部分から別の種類の(1)のモノマーの重合を開始させることができ、その結果、複数種のポリマー鎖がグラフトしたポリマーを得ることができる。
【0063】
[(4)イミド基、N−ブロモイミド基、N−アイオドイミド基及び有機塩基の群から選ばれるいずれかの基を有する化合物]
本発明のポリマーの製造方法では、以上で説明した(1)〜(3)の材料を使用し、これらを混合及び加温(加熱)する重合工程で、(1)のモノマーのラジカル重合が、前記「式1、2の基」から開始して進行し、ポリマーが得られる。本発明者らの検討によれば、上記(1)〜(3)の材料に加え、さらに、必要に応じて、(4)のイミド基、N−ブロモイミド基、N−アイオドイミド基及び有機塩基の群から選ばれる基を有する化合物のいずれかを添加し、上記重合工程を行うことが好ましい。本発明者らの検討によれば、これらの材料をさらに添加することで、前記した、本発明の重合工程で生じるラジカル重合の停止反応を防止することができ、高分子量化やゲル化を防止することができる。その作用は不明であるが、本発明者らは、(4)の化合物をさらに併用することで、例えば、臭素やアミノ基がラジカルとなって、成長ラジカルのカップリング防止に寄与するのではないかと考えている。以下、(4)の成分を、簡易的に「触媒」或いは「(4)の触媒」と称す場合がある。
【0064】
(4)の触媒としては、(4)イミド基、N−ブロモイミド基、N−アイオドイミド基及び有機塩基の群から選ばれるいずれかの基を有する化合物であればよく、従来公知の化合物が使用され、それらは特に限定されない。具体的には、イミド基を有する化合物としては、コハク酸イミド、マレイン酸イミド、フタル酸イミドなどの環状イミド化合物が挙げられ、N−ブロモイミド基を有する化合物としては、N−ブロモスクシンイミド、N−ブロモフタルイミド、N−ブロモシクロヘキサニルイミドなどが挙げられ、N−アイオドイミド基を有する化合物としては、N−アイオドスクシンイミド、N−アイオドフタルイミド、N−アイオドシクロヘキサニルイミドなどが挙げられる。また、有機塩基としては、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ピリジン、モルホリン、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、ジアザビシクロオクタン(DABCO)、ホスファゼン塩基などの、従来公知のものが使用できる。
【0065】
これら(4)の触媒の量は任意であり、特に限定されない。好ましくは、併用する重合開始基として機能する(2)の「式1、2の基」の0.001モル倍〜0.1モル倍の範囲で使用される。使用量があまりに多いと、触媒としての作用が十分発揮されず副反応などが生じる可能性があるので好ましくない。
【0066】
[有機溶媒]
以下に、本発明のポリマーの製造方法に用いることができる他の材料について説明する。本発明のポリマーの製造方法の重合工程は、有機溶媒を使用して重合する溶液重合が好ましい。本発明者らの検討によれば、(3)のハロゲン化剤は、その反応系中に溶解していなくても、その効果を発揮することができる。好ましくは、(3)のハロゲン化剤が、反応系に溶解して均一化しているとよい。一方で、(1)のモノマーに、Cl/Brイオン含有化合物である(3)のハロゲン化剤のようなイオン性の材料を溶解することができない場合があり、また、(2)の有機化合物に導入した「式1、2の基」の構造中の臭素と、(3)のハロゲン化剤のハロゲンイオンの交換は、前記したようなハロゲン化剤を溶解して行う必要があり、そのためには、下記に挙げるような極性が高い有機溶剤が、一部又は全部に使用されることが好ましい。
【0067】
具体的には、アルコール系、グリコール系、アミド系、スルホキシド系、イオン性液体である有機溶媒を使用することが好ましい。しかし、これらの有機溶媒は必ずしも必要でなく、例えば、ハロゲン化剤を溶解するモノマーを使用した場合は、特に有機溶媒を使用せずとも重合できる。一般に使用される有機溶媒としては従来公知の、炭化水素系、ハロゲン系、ケトン系、エステル系、グリコール系などの非極性の溶媒があり、これらの溶媒と併用して、上記したような極性の高い溶媒を使用すればよい。その場合、極性が高い溶媒の比率は任意であり、(1)のモノマーを重合して得られる本発明のポリマーを溶解させるように溶媒が選択される。
【0068】
上記したように、有機溶媒は従来公知のものが使用でき、好ましい溶媒としては、下記に挙げるような、アルコール系、グリコール系、アミド系、尿素系、スルホキシド系、イオン性液体が使用できる。具体的に例示すると、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール系溶媒;エチレグリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコール系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドなどのアミド系溶媒;テトラメチル尿素やジメチルイミダゾリジノンなどの尿素系溶媒;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒;イミダゾリウム塩や第四級アンモニウム塩等のイオン性液体が挙げられる。これらは、単独又は2種以上で使用できる。
【0069】
これらの有機溶媒の重合時の使用量は、(3)のハロゲン化剤を溶解させればよく、特に限定されない。好ましくは、質量基準で、30%〜80%である。30%より少ないと固形分が高すぎて高粘度になってしまう場合があるし、80%より多いと、モノマー濃度が低すぎて重合率が上がらない場合がある。より好ましくは、40%〜70%である。
【0070】
本発明のポリマーの製造方法は、基本的には、ラジカルが発生するラジカル重合開始剤を使用しないで済むことに大きな特徴がある。従来、不飽和結合を有するモノマーを重合する場合は、アゾ系や過酸化物系、さらにはチオールなどのラジカルを生成する化合物を使用して重合を行っていた。しかし、本発明の製造方法では、このようなラジカル重合開始剤を使用せずとも、上記した(1)〜(3)の材料を混合して、熱にて容易に重合が進む。場合によっては、ラジカル重合開始剤を併用しても、本発明の重合方法によるポリマーが得られると予想される。しかし、その場合は、ラジカル重合開始剤からの重合も始まる場合があるので、所望する複雑な構造のポリマーを得る目的からは好ましくない。本発明の製造方法では、ラジカル重合開始剤を使用せず重合することが好ましい。すなわち、ラジカル重合が、(2)の有機化合物に導入された「式1、2の基」の構造から始まるので、前記したように、「式1、2の基」が導入されている有機化合物の量や、重合開始基として機能するように変換するための(3)のハロゲン化剤の量によって、分子量をコントロールすることができ、ラジカル開始剤由来のポリマーができないので、通常のラジカル重合が制御され、「式1、2の基」を重合開始基として使用したポリマーのみを得ることができる。
【0071】
[重合工程]
以上が本発明のポリマーの製造方法に必要な材料であって、本発明では、これらの材料を混合して、加温(加熱)することで、「式1、2の基」からモノマーのラジカル重合が開始して進行し、ポリマーを得ることができる。その重合条件としては特に限定はなく、従来公知の方法がとられる。より好ましい具体的な条件を列記すると、窒素やアルゴン雰囲気にしたり、バブリングしたりした方が、酸素の影響がなく、よく重合が進行する。また、温度としては、室温以上であればよく、40℃以上あればよいが、室温程度であると重合時間が多大にかかるので、好ましくは60℃以上、さらには70℃以上で重合させることが、実用の製造においての好ましい製造時間を実現できる点で適している。また、撹拌速度は特に重合に影響はなく、また、遮光が必ずしも必要ではない。重合率も任意であり、完全にモノマーが消費されていなくてもよい。
【0072】
[ポリマー]
本発明のポリマーの製造方法では、以上のような条件の下、先に述べたそれぞれの材料を用意して、混合し、加温することで、ポリマーを簡便に作製することができる。さらには、本発明を特徴づける(2)の有機化合物(本発明のラジカル重合の開始基含有化合物)の形態を適宜に設計することで、さらには、必要に応じて(4)の触媒を使用することで、より容易に、所望する特異(複雑)な構造のポリマーを工業的に得ることができる。すなわち、本発明の重合手法を利用することで、下記に挙げるような多様な形態に制御された所望のポリマーを容易に提供できる。本発明によって提供されるポリマーとしては、直鎖状のポリマー、ABブロックコポリマー、ABAブロックコポリマー、分岐型ポリマー、グラフトポリマー、スターポリマー(星型ポリマー)、濃厚ポリマーブラシ、ボトルブラシポリマーなどが挙げられる。
【0073】
本発明を特徴づける(2)の有機化合物を用いたポリマーの重合方法によれば、今までになく簡易的に、上記に挙げたような多様な形態のポリマーを合成することができる。具体例を記載すると、グラフトポリマーの一種であるボトルブラシポリマーを、従来公知の市販の汎用材料を使用して、精製が必要なく、場合によっては1ポットで合成することができる。さらに具体的に示すと、アミド系溶媒を使用して、前記した「式2の基」を含むモノマーである、2−(2−ブロモイソブチリルオキシ)エチルメタクリレートを単独、または、他のモノマーを併用して、ラジカル重合又はリビングラジカル重合させて、「式2の基」が複数個導入されたポリマーを得る。ついで、(3)のハロゲン化剤として、テトラブチルアンモニウムクロライドと、得られたポリマーにグラフトさせたい(1)のモノマーとを添加し、必要に応じて前記の(4)の触媒を添加して、混合及び加温する本発明で規定する重合工程を実施することによって、1ポットで、「式2の基」から重合が開始してポリマー鎖が生成したグラフト型コポリマーを得ることができる。
【0074】
以上のようにして得られた本発明のポリマーは、そのまま使用してもよいし、貧溶剤に添加して析出させて、精製してポリマー成分を使用してもよい。
【0075】
本発明で得られるポリマーの使用は、従来公知の用途に使用でき、特に限定されない。例えば、インク、塗料、コーティング、プラスチック、インクジェットインク、カラーフィルター材料、エネルギー関係材料、機械部品関係材料、医療機器、医療材料或いは薬剤関係など、様々な分野に適用できる。
【実施例】
【0076】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。以下、文中の「部」及び「%」は、特に断りのない限り、質量基準である。
【0077】
[実施例1:重合開始基を複数個もつポリマーを使用したグラフトコポリマーの調製]
(a)重合開始基含有ポリマーの調製
撹拌機、還流コンデンサー、温度計及び窒素導入管を取り付けた反応装置に、溶媒として3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド(以下、MDPAと略記)を561.0部、ヨウ素を1.0部、ラジカル重合開始剤である2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)〔商品名:V−70、和光純薬社製〕を3.7部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルを208.0部、N−アイオドスクシンイミド(以下、NISと略記)を0.113部添加し、窒素をバブリングしながら、65℃で7時間重合した。重合率は、ほぼ100%であった。また、N,N−ジメチルホルムアミド溶媒を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略記)にて分子量を測定した結果、数平均分子量(以下、Mnと略記)が18500、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量、以下、PDIと略記)が1.35であった。
【0078】
ついで、ピリジンを189.5部添加し、氷浴で5℃に冷却した。滴下ロートに2−ブロモイソ酪酸ブロマイド459.8部を仕込んで装置に装着し、10℃を超えないように3時間で滴下した後、その温度で2時間放置した。その後、45℃に加温して1時間反応させた。そして室温まで冷却した後、メタノールを561部添加して撹拌した。ついで、別容器に5000gのメタノールを用意し、ディスパーで撹拌しながら、上記溶液を徐々に添加した。ポリマーが析出し、軟質のポリマーを得た。ポリマーを分取し、大量の水中にディスパーで撹拌しながら添加して洗浄し、濾過して、水洗し、50℃の送風乾燥機にて揮発分がなくなるまで乾燥して、精製した。その結果、白色の粉末状の固体が得られた。
【0079】
上記で得た白色の粉末状固体は、下記スキームIに示すように、本発明で規定する「式2の基」が側鎖に複数個結合したポリマーとなる。粉末状固体が、その側鎖に「式2の基」が複数導入されたポリマーであることは、赤外分光光度計(IR)、核磁気共鳴装置(NMR)にて同定することで確認できた。これをKP−1と称する。また、KP−1の分子量をテトラヒドロフラン(THFと略記)溶媒のGPCにて測定したところ、Mnが26000、PDIが1.41であった。
【0080】
(b)グラフトコポリマーの調製
(合成例1)
前記の重合開始基含有ポリマーの調製の際に用いたと同様の反応装置を使用して、MDPAを131.1部、(1)のモノマーとして、メタクリル酸メチル(以下、MMAと略記)を50部、(2)の有機化合物として、先に(a)で調製した、「式2の基」を有するポリマーであるKP−1を2.7部、(3)の臭化物イオン含有化合物として、テトラブチルアンモニウムブロミド(以下、TBABと略記)を3.5部添加し、80℃で8時間重合した。重合が進行し、高粘度の液体となったのでサンプリングし、重合率を測定したところ85%であった。また、THF溶媒のGPCにて分子量を測定したところ、Mnが340500、PDIが2.43であった。上記重合に使用したKP−1のMnが26000であったことから、アゾ系や過酸化物系のラジカル重合開始剤を使用することなく、KP−1の構造中の「式2の基」からMMAの重合が開始してグラフトコポリマーを得ることができることが確認された。
【0081】
(合成例2〜10)
合成例1と同様の反応装置を使用し、表1に示した材料をそれぞれに用い、合成例1と同様の操作にて、グラフトコポリマーを調製した。表1中の、(1)は、各合成例で使用したラジカル重合性モノマー、(2)のKP−1は、(a)で調製した重合開始基が分子内に1個以上導入されている有機化合物に該当する重合開始基含有ポリマー、(3)は、塩化物イオン又は臭化物イオン含有化合物、(4)は、イミド基や有機塩基を有する化合物で、ラジカル重合の停止反応を防止することができる触媒的な機能を示すものである。
【0082】
【0083】
表2に、合成例1〜10でそれぞれ得られたグラフトコポリマーの物性値を示した。
【0084】
[実施例2:多分岐ポリマーの合成]
合成例1で使用したと同様の反応装置を使用し、MDPAを100部、(2)の有機化合物に該当する、「式2の基」を4個有するペンタエリスリトールテトラキス(2−ブロモイソブチレート)を1.83部、(1)のモノマーとして、MMAを100.0部、(3)の臭化物イオン含有化合物として、TBABを3.8部仕込んで、窒素をバブリングしながら75℃に加温した。次いで、(4)の触媒として、有機塩基であるトリエチルアミン(以下、TEAと記載)0.74部を加え、7時間重合した。得られたポリマーの重合率は94.7%、Mnは25600、PDIは1.48であった。このことから、4本鎖の多分岐ポリマーが得られることが確認できた。
【0085】
[実施例3:星型ポリマーの合成]
合成例1で使用したと同様の反応装置に以下のものを仕込み、下記のようにして、コアとなるポリマーを合成した。MDPAを400部、(2)の有機化合物に該当する、「式2の基」を有するラジカル重合性モノマーである、2−(2−ブロモイソブチリロキシ)エチルメタクリレート(合同資源社製、以下、BEMAと略記)を40部、(1)のモノマーとして、MMAを160部、(3)の塩化物イオン含有化合物として、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド(以下、LTMACと略記)を41.6部仕込んで撹拌し、75℃に加温した。LTMACが溶解し、全体が均一になった後、(4)の触媒として、有機塩基であるTEAを2.8部添加し、上記の温度を維持して7時間重合した。サンプリングし、固形分を測定したところ38.8%であり、これに基づいて算出した重合率はほぼ100%であった。GPCにて分子量を測定したところ、Mnが7600、PDIが1.53であった。以上のようにしてコアポリマー溶液を得た。
【0086】
10Lビーカーにメタノールを5000部仕込み、ディスパーにて1500rpmで撹拌した。次いで、上記で得たコアポリマー溶液をメタノール中に添加して、コアポリマーを析出させた。得られたポリマースラリーを濾過、メタノール洗浄、次いで、水洗浄した後、70℃の乾燥機で24時間乾燥させて、精製した。得られた乾燥状態のポリマーは、内部に「式3の基」を複数個有するコアとなるポリマーで、これをCP−1と称す。
【0087】
上記と同様の反応装置に、MDPAを600部、(2)の有機化合物に該当するCP−1を40部、仕込み、80℃に加温し、CP−1を全て溶解させた。次いで、(3)の塩化物イオン含有化合物として、LTMACを10.4部添加し、溶解させた後、(1)のモノマーとして、MMAを360部、次いで、(4)の触媒として、有機塩基であるTEAを5.6部添加し、上記の温度を維持して6時間重合した。固形分は、39.7%であり、これに基づいて算出した重合率はほぼ100%であった。また、GPCにて分子量を測定したところ、Mnが15100、PDIが1.58であった。コアポリマーのCP−1と比較して分子量が大きくなっていて、且つ、コアポリマーのピークが消失していることから、コアポリマーの末端からポリマーが伸びていることが確認され、星型ポリマーが得られていることが分かった。
【0088】
[実施例4:重合開始基をもつポリマー微粒子を使用しての架橋アクリル微粒子の調製]
温度計を取り付けた2リッターの3口丸型フラスコ反応装置に、溶媒として、酢酸エチル670g、(1)のモノマーとして、ジエチレングリコールジメタクリレート(以下、DEGDMAと略記)65部、(2)の有機化合物に該当する、「式2の基」を有するラジカル重合性モノマーである、BEMAを5.7部添加し、緩く栓をして、70℃の湯浴に浸漬させた。別容器に、酢酸エチル20部、ラジカル重合開始剤である2,2’−アゾビスイソブチロニトリルを2.2部溶解させ、(2)に該当する有機化合物のポリマー微粒子を作製するための開始剤溶液を作成した。ついで、ガラス瓶(丸型フラスコ)の系全体が65℃に達したところで、別容器から開始剤溶液を添加して、その温度で10時間反応させた。その結果、系が白濁し、粒子が凝集して析出した。重合反応終了後、冷却した。溶液を濾過し、よく酢酸エチルで洗浄し、70℃の送風乾燥機にて乾燥し、白色粉末の微粒子(ビーズ)を69.7部得た。収率より、ほぼすべてのモノマーが反応したと考えられる。すなわち、ビーズ(微粒子)の質量中、(2)の有機化合物に該当するBEMAの含有量は8.1%、DEGDMAが91.9%の構成である。
【0089】
得られた微粒子をコールターカウンター(ベックマン・コールター社製)で測定したところ、重量平均粒子径は1.84μmであった。以下、断りがない限り、この方法で重量平均粒子径を測定した。得られた白色粉末は、粉砕機にて粉砕して、100メッシュパスさせた。これを微粒子B−1と称す。
【0090】
窒素導入装置、冷却管が装着された500mlのセパラブルフラスコに、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略記)を200部、上記で得た(2)の有機化合物に該当する微粒子B−1を20部、ついで、(3)の臭化物イオン含有化合物として、TBABを2.17部添加し、75℃に30分で加温した。ついで、75℃に達した時に、(1)のモノマーとして、MMAを40部、(4)の触媒として有機塩基であるTEAを0.1部添加して、75℃で8時間重合し、冷却して、重合溶液を得た。
【0091】
上記で得られた重合溶液をメチルエチルケトン(以下、MEKと略記)で希釈して、10μmの加圧濾過器でろ過して、固形物を取り出した。また、3000mlのフラスコにメタノール1500g仕込んで、撹拌装置に取り付け、撹拌した。このメタノールに撹拌しながら上記濾過物を添加して撹拌し、これをろ過、メタノールでよく洗浄して、25℃(室温)で12時間、80℃で24時間乾燥させ、白色の塊状物(微粒子)を得た。得られた微粒子の重量平均粒子径は、2.65μmであった。これを微粒子A−1と称する。MMAを重合する前の微粒子B−1よりも粒子径が大きくなっていることから、微粒子B−1の表面に存在する「式2の基」から、さらにポリマーが伸びていることが分かった。以上のことから、架橋アクリル微粒子が得られたと考えられる。
【0092】
[実施例5:複数種ポリマーの調製]
合成例1と同様の装置を使用して、MDPAを200部、(1)のモノマーとして、MMAを30部、(2)の有機化合物に該当する「式2の基」を有するポリマーとして、先に調製したKP−1を5.5部、(3)の塩化物イオン含有化合物として、塩化リチウム(LiCl)を0.38部、(4)の触媒として、イミド基を有する化合物である、コハク酸イミドを0.1部添加し、75℃で8時間重合した。重合が進行し、高粘度の液体となったのでサンプリングし、重合率を測定したところ81%であった。また、Mnが261000、PDIが1.41であった。
【0093】
得られた上記ポリマーをメタノール中に投入しポリマーを析出させた。析出したポリマーをろ過、水洗したのち、70℃の乾燥機中で十分に乾燥させて、精製した。得られた乾燥状態のポリマーは、モノマー1種からなるボトルブラシで、これをPBR−1と称す。
【0094】
次いで、合成例1で用いたと同様の反応装置を使用し、溶媒としてMDPAを200部、上記で得たPBR−1を30部、(1)のモノマーとして、BzMAを30部、(3)の塩化物イオン含有化合物として、LiClを0.38部仕込んで、窒素をバブリングしながら75℃に加温した。次いで、(4)の触媒として、イミド基を有する化合物である、コハク酸イミドを0.1部加え、7時間重合した。得られたポリマーの重合率は96.4%、Mnは495,400、PDIは1.87であった。また、UVの分子量値は、480,800、PDIは1.93であった。PBR−1は、UV検出器ではほとんどピークが得られなかったのに対し、このポリマーは、UV吸収が大きく見られることから、2種目のモノマー(BzMA)が残っていた開始基から重合が開始されて、モノマー2種からなるヤヌス型ボトルブラシが得られたと考えられる。
【課題】ラジカル重合開始剤やリビングラジカル重合に使用する特殊な材料を使用せずに、市販の汎用の材料で、厳密な重合条件を必要とせずに、分子量や分子量分布を制御したポリマーや、所望に制御した構造が複雑なポリマーを得ることを実現した新たな重合技術、該技術に用いるラジカル重合の開始基含有化合物、得られたポリマーの提供。
【解決手段】(1)ラジカル重合性モノマーと、(2)該モノマーの重合開始基として機能する一般式1で表せる構造の基が分子内に1個以上導入されている有機化合物と、(3)特定の化合物群から選択した塩化物イオン及び/又は臭化物イオン含有化合物とを、混合及び加温することで、前記構造の基から、停止反応を伴うラジカル重合が始まる重合工程を有するポリマーの製造方法、ラジカル重合の開始基含有化合物及びポリマー。