JP6372565B2 - ブロックポリマの製造方法 - Google Patents
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Description
中でもアクリルポリマとして、そのようなブロックポリマを製造することを目的とし、その中でも、アクリル酸又はメタクリル酸を含む三成分以上の多成分共重合ポリマにおいて、アクリル酸又はメタクリル酸由来以外の構造単位をブロック化でき、溶剤溶解性やアルカリ水溶液への溶解性を低下しない特性を有するアクリルポリマを得ることを目的とする。
また本発明は、前記工程Cの後、第一の重合性モノマと直前の第n番目の重合性モノマとは異なる第n+1番目の重合性モノマを鎖伸張させる工程を、さらに1工程以上繰り返す前記ブロックポリマの製造方法に関する。
さらに本発明は、前記第二以降の重合性モノマが、アクリルモノマ、スチレン系モノマ又はアクリロニトリルである前記各ブロックポリマの製造方法に関する。
さらに本発明の製造方法は、前記工程Cの後、第一の重合性モノマと直前の第n番目の重合性モノマとは異なる第n+1番目の重合性モノマを鎖伸張させる工程を、さらに1工程以上繰り返すことが可能である。
リビングラジカル重合は、ラジカル重合において、成長ラジカルを可逆的に保護し、保護基の脱保護(活性化)、モノマの付加(成長)、保護(不活性化)の繰り返しにより分子鎖が少しずつ、ほぼ均等に成長し、分子量分布の狭い高分子が得られる。モノマが反応系から枯渇しても新たにモノマを供給することにより重合が開始され鎖伸張が起こる。中でも連鎖移動剤である保護基としてチオエステルを用いる可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)は、重合可能なモノマ種が多く、アクリル酸やメタクリル酸を直接、共重合できる点で好ましい。
また、Zとしては、フェニル基、メチルチオイル基、ピロール基、メチル基、フェノキシ基、エトキシ基、ジメチルアミノ基等が好ましいものとして挙げられる。
なおここで、アクリルモノマとは、アクリロイル基(CH=CH−CO−)又はメタクリロイル基(CH=C(CH3)−CO−)を有するモノマをさす。
本発明において、第一の重合性モノマとしては、特に制限はなく、例えば、カルボキシル基含有モノマが挙げられ、中でも、アクリル酸、メタクリル酸等が好ましいものとして挙げられる。
(なお、(メタ)アクリル酸○○とは、アクリル酸○○又はメタクリル酸○○を意味する。)
溶液重合で使用する溶剤は重合可能なモノマ、連鎖移動剤、ラジカル開始剤及び生成する樹脂を溶解可能であれば特に制限されないが、重合を行う温度以上の沸点を有することが好ましい。重合を行う温度が、使用する溶剤の沸点よりも高い場合には、加圧下での反応により行うことができる。
(実施例1)
環流冷却器、温度計、撹拌器、窒素導入管を備えた500ミリリットルのセパラブルフラスコにメタクリル酸(和光純薬株式会社製)25.0g(290mmol)、スチレンモノマ(和光純薬株式会社製)67.5g(648mmol)、クミルジチオベンゾエート1.46g(5.36mmol)、アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬株式会社、純度98%)0.45g(2.73mmol)を仕込み、室温で窒素をバブリングし、30分間撹拌した。温度を65℃に上げ30分撹拌し、その後温度を70℃に上げた。反応液の粘度が上がったら、別途、窒素を30分間バブリングしておいたトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合液を46g加えてさらに撹拌した。80℃で2時間撹拌し、固形分と分子量を測定した。固形分から換算した重合率は94%、スチレン/メタクリル酸ユニットの重量平均分子量(Mw)は12,900、数平均分子量(Mn)は9,200であった。この反応液にメタクリル酸(和光純薬株式会社製)15.5g(181mmol)、ベンジルメタクリレート(日立化成株式会社製ファンクリルFA−BZM)42.0g(238mmol)を加えてさらに70℃で撹拌を続けた。反応液の粘度が上がったら別途、窒素を30分間バブリングしておいたトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合液を46g加えてさらに撹拌した。80℃で4時間撹拌し、固形分と分子量を測定した。反応終了後、アクリルポリマのトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合溶液を得た。得られたポリマの重量平均分子量(Mw)は21,900、数平均分子量(Mn)は15,100、ワニスの固形分は34質量%であった。
環流冷却器、温度計、撹拌器、窒素導入管を備えた500ミリリットルのセパラブルフラスコにメタクリル酸(和光純薬株式会社製)25.0g(290mmol)、スチレンモノマ(和光純薬株式会社製)67.5g(648mmol)、クミルジチオベンゾエート0.68g(2.5mmol)、アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬株式会社、純度98%)0.21g(1.28mmol)を仕込み、室温で窒素をバブリングし、30分間撹拌した。温度を65℃に上げ30分撹拌し、その後温度を70℃に上げた。反応液の粘度が上がったら、別途、窒素を30分間バブリングしておいたトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合液を46g加えてさらに撹拌した。80℃で2時間撹拌し、固形分と分子量を測定した。固形分から換算した重合率は92%、スチレン/メタクリル酸ユニットの重量平均分子量(Mw)は21,400、数平均分子量(Mn)は16,900であった。この反応液にメタクリル酸(和光純薬株式会社製)15.5g(181mmol)、ベンジルメタクリレート(日立化成株式会社製ファンクリルFA−BZM)42.0g(238mmol)を加えてさらに70℃で撹拌を続けた。反応液の粘度が上がったら別途、窒素を30分間バブリングしておいたトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合液を46g加えてさらに撹拌した。80℃で4時間撹拌し、固形分と分子量を測定した。反応終了後、アクリルポリマのトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合溶液を得た。得られたポリマの重量平均分子量(Mw)は40,300、数平均分子量(Mn)は32,000、ワニスの固形分は34質量%であった。
環流冷却器、温度計、撹拌器、窒素導入管を備えた500ミリリットルのセパラブルフラスコにメタクリル酸(和光純薬株式会社製)25.0g(290mmol)、スチレンモノマ(和光純薬株式会社製)67.5g(648mmol)、クミルジチオベンゾエート1.12g(4.1mmol)、アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬株式会社、純度98%)0.17g(1.01mmol)を仕込み、室温で窒素をバブリングし、30分間撹拌した。温度を65℃に上げ30分撹拌し、その後温度を70℃に上げた。反応液の粘度が上がったら、別途、窒素を30分間バブリングしておいたトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合液を46g加えてさらに撹拌した。80℃で2時間撹拌し、固形分と分子量を測定した。固形分から換算した重合率は92%、スチレン/メタクリル酸ユニットの重量平均分子量(Mw)は11,300、数平均分子量(Mn)は9,000であった。室温に冷却後、反応液をヘキサンで再沈し40℃で真空乾燥した。得られた固形物50.0g、トルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合液46g、メタクリル酸(和光純薬株式会社製)8.4g(97.6mmol)、ベンジルメタクリレート(日立化成株式会社製ファンクリルFA−BZM)22.7g(128.8mmol)を加えて撹拌し、固形物が溶解後、温度を70℃に上げ撹拌した。反応液の粘度が上がったら別途、窒素を30分間バブリングしておいたトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合液を46g加えてさらに撹拌した。80℃で2時間撹拌し、固形分と分子量を測定した。反応終了後、アクリルポリマのトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合溶液を得た。メタクリル酸/ベンジルメタクリレートのユニットを含めた最終のアクリルポリマの重量平均分子量(Mw)は、30,500、数平均分子量(Mn)は23,800、ワニスの固形分は34質量%であった。
実施例1に従い、下記表に示したモノマ、RAFT化剤の組合せでアクリルポリマを得た。
環流冷却器、温度計、撹拌器、窒素導入管を備えた500ミリリットルのセパラブルフラスコにスチレンモノマ(和光純薬株式会社製)63.0g( 605mmol)、ベンジルメタクリレート(日立化成株式会社製ファンクリルFA−BZM)39.2g(222mmol)、クミルジチオベンゾエート1.34g(4.93mmol)、アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬株式会社、純度98%)0.184g(1.10mmol)を仕込み、室温で窒素をバブリングし、30分間撹拌した。温度を65℃に上げ30分撹拌し、その後温度を70℃に上げ2時間撹拌し、さらに80℃で2時間撹拌し、固形分と分子量を測定した。固形分から換算した重合率は96%、スチレン/メタクリル酸ベンジルユニットの重量平均分子量(Mw)は14,100、数平均分子量(Mn)は11,300であった。この反応液にメタクリル酸(和光純薬株式会社製)37.8g(439mmol)、トルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合液46gを加えて70℃で撹拌を続けた。反応液の粘度が上がったら別途、窒素を30分間バブリングしておいたプロピレングリコールモノメチルエーテルを46g加えてさらに撹拌した。80℃で4時間撹拌し、固形分と分子量を測定した。反応終了後、アクリルポリマのトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合溶液を得た。得られたポリマの重量平均分子量(Mw)は20,900、数平均分子量(Mn)は16,000、ワニスの固形分は34質量%であった。
比較例1に従い、メタクリル酸ベンジル、スチレンをそれぞれブロックユニットとするアクリルポリマを得た。
環流冷却器、温度計、撹拌器、窒素導入管を備えた500ミリリットルのセパラブルフラスコにスチレンモノマ(和光純薬株式会社製)45.0g(432mmol)、メタクリル酸(和光純薬株式会社製)27.0g(314mmol)、メタクリル酸ベンジル(日立化成株式会社製ファンクリルFA−BZM)28.0g(159mmol)、クミルジチオベンゾエート1.24g(4.55mmol)、アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬株式会社、純度98%)0.15g(0.88mmol)を仕込み、室温で窒素をバブリングし、30分間撹拌した。温度を65℃に上げ30分撹拌し、その後温度を70℃に上げ2時間撹拌し、反応液の粘度が上がったら別途、窒素を30分間バブリングしておいたプロピレングリコールモノメチルエーテルを46g加えてさらに撹拌した。さらに80℃で4時間撹拌し、固形分と分子量を測定した。固形分から換算した重合率は96%であった。反応終了後、アクリルポリマのトルエン/プロピレングリコールモノメチルエーテル(2/3重量比)混合溶液を得た。得られたポリマの重量平均分子量(Mw)は24,500、数平均分子量(Mn)は25,400、ワニスの固形分は34質量%であった。
反応液、及び得られたアクリルポリマの評価は以下に従い行った。
[固形分、反応率の測定]反応液又はアクリルポリマワニスの固形分は精秤したアルミシャーレに約1gを精秤し150℃で15分加熱した後に再度、精秤し以下の式により求めた。
固形分(%)=[加熱後の重量(g)−アルミシャーレの重量(g)]/アクリルポリマワニスの重量(g)×100
反応率(%)=固形分(%)/[全仕込みアクリルモノマ(g)/全仕込み量(g)×100]
実施例及び比較例のアクリルポリマの数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及びMw/Mnは、アクリルポリマの分子量分布のクロマトグラムをGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定し、25℃における標準ポリスチレンの溶離時間から換算して求めた。なお、測定装置は、東ソー株式会社製EcoSEC、HLC−8320GPC、GPCの溶離液としては、テトラヒドロフランを使用し、カラムは、ゲルパックGL−A−150、ゲルパックGL−A−10(日立ハイテクノロジーズ株式会社製商品名)を直結したものを使用した。
実施例及び比較例のアクリルポリマのモノマ組成は核磁気共鳴スペクトル(NMR)により求めた。
[評価結果]
Claims (3)
- 三成分以上の重合性モノマを重合するブロックポリマの製造方法であって、第一の重合性モノマと第二の重合性モノマをリビング重合により重合して第一のポリマユニットを得る工程Aと、その後、第一の重合性モノマと、第二の重合性モノマとは異なる第三の重合性モノマを添加して第二のポリマユニットを鎖伸張する工程Bとを有し、
第一の重合性モノマがカルボキシル基含有重合性モノマであり、
第二以降の重合性モノマが、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ラウリル、スチレン系モノマ又はアクリロニトリルである、ブロックポリマの製造方法。 - 前記工程A、前記工程Bの後、さらに第一の重合性モノマと、第三の重合性モノマとは異なる第四の重合性モノマを添加して第三のポリマユニットを鎖伸張する工程Cを有する請求項1記載のブロックポリマの製造方法。
- 前記工程Cの後、第一の重合性モノマと第(n+1)の重合性モノマを添加して第nのポリマユニットを鎖伸張させる工程(nは4以上の整数)を、さらに1工程以上繰り返し、第(n+1)の重合性モノマが、第(n−1)のポリマユニットを鎖伸張させる工程で添加された第nの重合性モノマとは異なる、請求項2記載のブロックポリマの製造方法。
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