JP2018178134A - アニオン重合方法および重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】透明性等の(メタ)アクリル系重合体の本来有する特性を損なうことなく、より確実に、高いリビング性の(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法を提供すること、また、より確実に、分子量の均一性の高い(メタ)アクリル酸エステルブロック重合体を製造する方法を提供する。【解決手段】重合系内に、三級有機アルミニウム化合物(A)、有機リチウム化合物(B)、および少なくとも1種類のルイス塩基(C)を存在させる(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法であって、前記三級有機アルミニウム化合物(A)が、アルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの2個以上が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A1)を含み、前記三級有機アルミニウム化合物(A)中のアルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの1個以下が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A2)と三級有機アルミニウム化合物(A1)のモル比(A2)/(A1)が0〜0.8%の範囲である(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法。【選択図】なし
Description
本発明は、アニオン重合性単量体をアニオン重合する方法、および、該重合方法により重合体を製造する方法に関する。
メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル等の極性単量体をアニオン重合する方法については、各種の検討がなされている。しかし、このような極性単量体にはカルボニル基などの求核攻撃を受け易い部位があるため、アニオン重合に際しては、単量体に対する副反応や、成長末端における分子内環化反応(いわゆるバックバイティング)により、高いリビング性を発揮させることは比較的難しい。従来のアニオン重合方法では、高いリビング性を発揮するためには、合成および精製が煩雑である重合開始剤の使用が必要であることが多く、また、アニオン重合時の温度を−60℃程度の極低温とする必要があることが多く、冷却コストが増大するためなどから、工業的生産には不利であるとされてきた。
本出願人は、アニオン重合性単量体をアニオン重合開始剤により重合する際に、重合系内に、特定の有機アルミニウム化合物と特定のルイス塩基とを組み合わせて存在させた場合には、上記問題が解決できることをすでに提案している(例えば、特許文献1参照)。
このアニオン重合方法は、従来のアニオン重合方法と比較して、高い重合開始効率、高い重合速度およびリビング性を達成することができ、また、分子量分布の狭い重合体およびブロック効率の高いブロック共重合体を工業的に有利に製造することが可能である点で優れた重合方法である。
このアニオン重合方法は、従来のアニオン重合方法と比較して、高い重合開始効率、高い重合速度およびリビング性を達成することができ、また、分子量分布の狭い重合体およびブロック効率の高いブロック共重合体を工業的に有利に製造することが可能である点で優れた重合方法である。
しかしながら、上記特許文献に記載される方法により(メタ)アクリル酸エステル重合体を製造しようとした場合、有機アルミニウム化合物に由来すると思われるゲル分が生じてしまい、得られる(メタ)アクリル酸エステル重合体の物性(例えば透明性)に悪影響を与える場合、また、著しい場合には、重合開始効率が低下してしまう場合、リビング性が低下してしまう場合、またブロック共重合体を製造する際には、分子量の均一性が低下してしまう場合があることが分かった。
本発明の目的は、透明性等の(メタ)アクリル系重合体の本来有する特性を損なうことなく、より確実に、重合開始効率が高く、高いリビング性の(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法を提供すること、また、より確実に、分子量の均一性の高い(メタ)アクリル酸エステルブロック共重合体を製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねてきた結果、三級有機アルミニウム化合物、有機リチウム化合物、および少なくとも1種類のルイス塩基を存在させる(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法において、三級有機アルミニウム化合物として、特定の化学構造を有する化合物の割合が特定の範囲にあるアニオン重合方法によれば、(メタ)アクリル系重合体の本来有する特性を損なわないこと、アニオン重合時の高いリビング性をより確実なものとすること、ブロック共重合体製造時の分子量の均一性が高いことをより確実なものとすること、ができることを見出した。
本発明によれば上記目的は、下記[1]〜[8]を含む事項を提供することにより達成される。
[1] 重合系内に、三級有機アルミニウム化合物(A)、有機リチウム化合物(B)、および少なくとも1種類のルイス塩基(C)を存在させる(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法であって、
前記三級有機アルミニウム化合物(A)が、アルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの2個以上が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A1)を含み、
前記三級有機アルミニウム化合物(A)中のアルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの1個以下が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A2)と三級有機アルミニウム化合物(A1)のモル比(A2)/(A1)が0〜0.8%の範囲である(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法。
[2] ルイス塩基(C)が、三級ポリアミン化合物(C1)である[1]に記載のアニオン重合方法。
[3] 三級ポリアミン化合物(C1)が、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、および1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンから選ばれる少なくとも1 種である[2]に記載のアニオン重合方法。
[4] ルイス塩基(C)がエーテル化合物(C2)である[1]に記載のアニオン重合方法。
[5] エーテル化合物(C2)が、1個以上のエーテル結合を分子中に有する非環状エーテル化合物(C2−1)または2個以上のエーテル結合を分子中に有する環状エーテル化合物(C2−2)である[4]に記載のアニオン重合方法。
[6] 三級有機アルミニウム化合物(A1)が、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムである[1]〜[5]のいずれかに記載のアニオン重合方法。
[7] (メタ)アクリル酸エステルを[1]〜[6]のいずれかに記載のアニオン重合方法で重合することからなる重合体の製造方法。
[8] 2種以上の(メタ)アクリル酸エステルを[1]〜[6]のいずれかに記載のアニオン重合方法で重合することからなるブロック共重合体の製造方法。
[1] 重合系内に、三級有機アルミニウム化合物(A)、有機リチウム化合物(B)、および少なくとも1種類のルイス塩基(C)を存在させる(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法であって、
前記三級有機アルミニウム化合物(A)が、アルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの2個以上が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A1)を含み、
前記三級有機アルミニウム化合物(A)中のアルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの1個以下が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A2)と三級有機アルミニウム化合物(A1)のモル比(A2)/(A1)が0〜0.8%の範囲である(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法。
[2] ルイス塩基(C)が、三級ポリアミン化合物(C1)である[1]に記載のアニオン重合方法。
[3] 三級ポリアミン化合物(C1)が、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、および1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンから選ばれる少なくとも1 種である[2]に記載のアニオン重合方法。
[4] ルイス塩基(C)がエーテル化合物(C2)である[1]に記載のアニオン重合方法。
[5] エーテル化合物(C2)が、1個以上のエーテル結合を分子中に有する非環状エーテル化合物(C2−1)または2個以上のエーテル結合を分子中に有する環状エーテル化合物(C2−2)である[4]に記載のアニオン重合方法。
[6] 三級有機アルミニウム化合物(A1)が、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムである[1]〜[5]のいずれかに記載のアニオン重合方法。
[7] (メタ)アクリル酸エステルを[1]〜[6]のいずれかに記載のアニオン重合方法で重合することからなる重合体の製造方法。
[8] 2種以上の(メタ)アクリル酸エステルを[1]〜[6]のいずれかに記載のアニオン重合方法で重合することからなるブロック共重合体の製造方法。
本発明によれば、ゲル分の発生を抑制できるため透明性等の(メタ)アクリル系重合体の本来有する特性を損なうことなく、より確実に、(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合が可能となる。さらに、高いリビング性を発揮させることができるため、狭い分子量分布の重合体を製造することができ、また、より確実に、分子量の均一性の高い(メタ)アクリル酸エステルブロック重合体が製造できる。
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル酸エステル」は「メタクリル酸エステル」と「アクリル酸エステル」との総称であり、また「(メタ)アクリル」は「メタクリル」と「アクリル」との総称、「(メタ)アクリロイル」は「メタクリルロイル」と「アクリロイル」との総称である。
本発明でアニオン重合される(メタ)アクリル酸エステルは、アニオン重合性を有する限り特に制限はない。
メタクリル酸エステルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸アリル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸トリメトキシシリルプロピル、メタクリル酸メトキシエチル、メタクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル等の単官能メタクリル酸エステルなどが挙げられる。
アクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸アリル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、アクリル酸メトキシエチル、アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、アクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル等の単官能アクリル酸エステルなどが挙げられる。
メタクリル酸エステルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸アリル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸トリメトキシシリルプロピル、メタクリル酸メトキシエチル、メタクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル等の単官能メタクリル酸エステルなどが挙げられる。
アクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸アリル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、アクリル酸メトキシエチル、アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、アクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル等の単官能アクリル酸エステルなどが挙げられる。
上記(メタ)アクリル酸エステルは、1種のみ使用しても、2種以上組み合わせて使用してもよい。上記例示の単官能(メタ)アクリル酸エステルに加えて、それら以外のアニオン重合性単量体を組み合わせて用いてもよい。
かかる単官能(メタ)アクリル酸エステル以外のアニオン重合性単量体としては、例えば、(メタ)アクリロイル基を2個以上有する多官能(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
なお、2種以上の(メタ)アクリル酸エステルを組み合わせてアニオン重合する、典型的には、各重合体ブロックに対応する(メタ)アクリル酸エステルを、逐次重合することにより、複数の重合体ブロックを有するブロック共重合体を製造することができる。
かかる単官能(メタ)アクリル酸エステル以外のアニオン重合性単量体としては、例えば、(メタ)アクリロイル基を2個以上有する多官能(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
なお、2種以上の(メタ)アクリル酸エステルを組み合わせてアニオン重合する、典型的には、各重合体ブロックに対応する(メタ)アクリル酸エステルを、逐次重合することにより、複数の重合体ブロックを有するブロック共重合体を製造することができる。
(メタ)アクリル酸エステルおよび必要に応じて使用されるそれら以外のアニオン重合性単量体は、窒素ガス等の不活性ガス気流下等で予め十分に乾燥処理しておくことが重合反応を円滑に進行させる点から好ましい。乾燥処理は、例えば、水素化カルシウム、モレキュラーシーブス、活性アルミナ等の脱水・乾燥剤により行うことができる。
(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合は、有機リチウム化合物(B)を用いて重合を行う。有機リチウム化合物(B)としては、陰イオン中心となる炭素原子を分子中に1個以上含有し、該陰イオン中心の対イオン中心として該陰イオン中心と同じ個数のリチウム陽イオンを有する有機リチウム化合物が好ましい。有機リチウム化合物(B)は、その陰イオン中心の炭素原子に着目すると、三級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する有機リチウム化合物(B1)、二級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する有機リチウム化合物(B2)および一級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する有機リチウム化合物(B3)の3種類に区別される。
三級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する有機リチウム化合物(B1)としては、例えば、t−ブチルリチウム、1,1−ジメチルプロピルリチウム等のt−アルキルリチウム;1,1−ジフェニルヘキシルリチウム、1,1−ジフェニル−3−メチルペンチルリチウム等の1,1−ジアリールアルキルリチウム;エチルα−リチオイソブチレート、ブチルα−リチオイソブチレート、メチルα−リチオイソブチレート等のα,α−ジアルキル−α−リチオ酢酸エステルなどが挙げられる。
二級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する有機リチウム化合物(B2)としては、例えば、イソプロピルリチウム、1−メチルプロピルリチウム(sec−ブチルリチウム)、1−メチルブチルリチウム、2−エチルプロピルリチウム、1−メチルペンチルリチウム等のsec−アルキルリチウム;シクロヘキシルリチウム等のシクロアルキルリチウム;ジフェニルメチルリチウム等のジアリールメチルリチウム;α−メチルベンジルリチウム等の1−アルキル−1−アリールメチルリチウムなどが挙げられる。
一級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する有機リチウム化合物(B3)としては、例えば、メチルリチウム、プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、ペンチルリチウム等のn−アルキルリチウムなどが挙げられる。
一級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する有機リチウム化合物(B3)としては、例えば、メチルリチウム、プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、ペンチルリチウム等のn−アルキルリチウムなどが挙げられる。
上記有機リチウム化合物(B)の中でも、工業的使用面での利便性(発火の危険性の低さ、取り扱いの容易さ、製造の容易さ等)および重合開始能力が高度に両立される点から、二級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する有機リチウム化合物(B2)が好ましく、二級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する炭素数3〜40の炭化水素のリチウム塩がより好ましく、1−メチルプロピルリチウム(sec−ブチルリチウム)が特に好ましい。
上記有機リチウム化合物(B)は1種のみ使用しても、2種以上組み合わせて使用してもよい。上記有機リチウム化合物(B)の使用量は、使用する単量体、分子量などに応じて適宜設定できるが、目的とする重合体を円滑に製造できることなどから、(メタ)アクリル酸エステルを含むアニオン重合性単量体の合計100モルに対して、0.01〜10モルであることが好ましい。
本発明のアニオン重合方法では、重合系内に、特定の三級有機アルミニウム化合物(A)と少なくとも1種類のルイス塩基(C)とを存在させておくことが重要である。
三級有機アルミニウム化合物(A)には、アルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの2個以上が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A1)が含まれる。該三級有機アルミニウム化合物(A1)が三級有機アルミニウム化合物(A)として含まれることにより、リビング性がより向上し、ブロック共重合体の分子量の均一性もより向上する。
三級有機アルミニウム化合物(A1)としては、例えば、下記一般式(I)で示される第三級有機アルミニウム化合物が挙げられる。
AlR1R2R3 (I)
(上記式(I)中、R1は置換基を有してもよい1価の飽和炭化水素基、置換基を有してもよい1価の芳香族炭化水素基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基または置換基を有してもよいN,N−二置換アミノ基を示し、R2およびR3はそれぞれ独立して置換基を有してもよいアリールオキシ基を示すか、R2とR3とが結合して置換基を有してもよいアリーレンジオキシ基を示す。)
AlR1R2R3 (I)
(上記式(I)中、R1は置換基を有してもよい1価の飽和炭化水素基、置換基を有してもよい1価の芳香族炭化水素基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基または置換基を有してもよいN,N−二置換アミノ基を示し、R2およびR3はそれぞれ独立して置換基を有してもよいアリールオキシ基を示すか、R2とR3とが結合して置換基を有してもよいアリーレンジオキシ基を示す。)
R1が示し得る置換基を有してもよい1価の飽和炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基等のアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基などが挙げられる。
R1が示し得る置換基を有してもよい1価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基等のアリール基;ベンジル基等のアラルキル基などが挙げられる。
R1が示し得る置換基を有してもよいアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基などが挙げられる。
R1が示し得る置換基を有してもよいN,N−二置換アミノ基としては、例えば、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ビス(トリメチルシリル)アミノ基などが挙げられる。
R1が示し得る置換基を有してもよいアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基などが挙げられる。
R1が示し得る置換基を有してもよいN,N−二置換アミノ基としては、例えば、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ビス(トリメチルシリル)アミノ基などが挙げられる。
これらの1価の飽和炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、アルコキシ基およびN,N−二置換アミノ基がそれぞれ有してもよい1以上の置換基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基;塩素、臭素等のハロゲン原子等が挙げられる。
R1、R2およびR3がそれぞれ示し得る置換基を有してもよいアリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基、2−メチルフェノキシ基、4−メチルフェノキシ基、2,6−ジメチルフェノキシ基、2,4−ジ−t−ブチルフェノキシ基、2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ基、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ基、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノキシ基、2,6−ジフェニルフェノキシ基、1−ナフトキシ基、2−ナフトキシ基、9−フェナントリルオキシ基、1−ピレニルオキシ基等の置換基を有しないアリールオキシ基;および7−メトキシ−2−ナフトキシ基等の置換基を有するアリールオキシ基などが挙げられる。
R2とR3とが結合して示し得る、置換基を有してもよいアリーレンジオキシ基としては、例えば、2,2’−ビフェノール、2,2’−メチレンビスフェノール、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、(R)−(+)−1,1’−ビ−2−ナフトール、(S)−(−)−1,1’−ビ−2−ナフトール等から2個のフェノール性水酸基中の水素原子を除いた形の基が挙げられる。
なお、上記の置換基を有してもよいアリールオキシ基および上記の置換基を有してもよいアリーレンジオキシ基がそれぞれ有していてもよい1以上の置換基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基;塩素、臭素等のハロゲン原子等が挙げられる。
なお、一般式(I)におけるR1、R2およびR3は上記定義の範囲内であれば、それぞれ同じ化学構造を有していてもよく、また相異なる化学構造を有していてもよい。
上記の三級有機アルミニウム化合物(A1)としては、例えば、エチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、エチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、エチル〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチル〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、n−オクチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、n−オクチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、n−オクチル〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、メトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、メトキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、メトキシ〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、エトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、エトキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、エトキシ〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、イソプロポキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、イソプロポキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、イソプロポキシ〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、t−ブトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、t−ブトキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、t−ブトキシ〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、トリス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、トリス(2,6−ジフェニルフェノキシ)アルミニウムなどが挙げられる。
これら三級有機アルミニウム化合物(A1)の中でも、重合開始効率の高さ、リビング性の高さ、入手および取り扱いの容易さなどから、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチル〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウムが好ましく、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムがより好ましい。
三級有機アルミニウム化合物(A1)の製造方法は、特に限定されず、例えば公知の手法に従い製造できる。上記三級有機アルミニウム化合物(A1)は1種単独でまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。
三級有機アルミニウム化合物(A)には、アルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの1個以下が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A2)が少量含まれていてもよい。
三級有機アルミニウム化合物(A2)としては、例えば、下記一般式(II)で示される第三級有機アルミニウム化合物が挙げられる。
AlR4R5R6 (II)
(式(II)中、R4は置換基を有してもよいアリールオキシ基を示し、R5およびR6はそれぞれ独立して置換基を有してもよい1価の飽和炭化水素基、置換基を有してもよい1価の芳香族炭化水素基、置換基を有してもよいアルコキシ基または置換基を有してもよいN,N−二置換アミノ基を示す。)
AlR4R5R6 (II)
(式(II)中、R4は置換基を有してもよいアリールオキシ基を示し、R5およびR6はそれぞれ独立して置換基を有してもよい1価の飽和炭化水素基、置換基を有してもよい1価の芳香族炭化水素基、置換基を有してもよいアルコキシ基または置換基を有してもよいN,N−二置換アミノ基を示す。)
R4が示し得る置換基を有してもよいアリールオキシ基の具体例は、R1が示し得る置換基を有してもよいアリールオキシ基の場合と同様である。置換基を有してもよいアリールオキシ基が有していてもよい1以上の置換基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基;塩素、臭素等のハロゲン原子等が挙げられる。
R5およびR6がそれぞれ示し得る置換基を有してもよい1価の飽和炭化水素基の具体例は、R1が示し得る置換基を有してもよい1価の飽和炭化水素基と同様である。R5およびR6がそれぞれ示し得る置換基を有してもよい1価の芳香族炭化水素基の具体例は、R1が示し得る置換基を有してもよい1価の芳香族炭化水素基と同様である。R5およびR6がそれぞれ示し得る置換基を有してもよいアルコキシ基の具体例は、R1が示し得る置換基を有してもよいアルコキシ基と同様である。R5およびR6がそれぞれ示し得るN,N−二置換アミノ基の具体例は、R1が示し得るN,N−二置換アミノ基と同様である。これらの1価の飽和炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、アルコキシ基およびN,N−二置換アミノ基がそれぞれ有してもよい1以上の置換基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基;塩素、臭素等のハロゲン原子等が挙げられる。
なお、一般式(II)におけるR5およびR6は上記定義の範囲内であれば、それぞれ同じ化学構造を有していてもよく、また相異なる化学構造を有していてもよい。
上記三級有機アルミニウム化合物(A2)としては、例えば、ジエチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、ジエチル(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、ジn−オクチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、ジn−オクチル(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウムなどが挙げられる。
三級有機アルミニウム化合物(A2)の製造方法は、特に限定されず、例えば公知の手法に従い製造できる。上記三級有機アルミニウム化合物(A2)は1種単独でまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。
三級有機アルミニウム化合物(A)中の三級有機アルミニウム化合物(A2)と三級有機アルミニウム化合物(A1)のモル比(A2)/(A1)は0〜0.8%の範囲である。(A2)/(A1)がこの範囲にあることにより、(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合時に、三級有機アルミニウム化合物に由来するゲル分が抑制され、(メタ)アクリル系重合体の本来の特性を損なうことがない。また、アニオン重合時の高いリビング性をより確実なものとすること、ブロック共重合体製造時の分子量の均一性の高さをより確実なものとすることが可能となる。アニオン重合時のリビング性をより高め、またブロック共重合体製造時の分子量の均一性をより高める点からは、上記モル比(A2)/(A1)は0〜0.5%であることが好ましく、0.001〜0.3%であることがより好ましく、0.001〜0.1%であることがさらに好ましい。下限値は0%であることが好ましいが、三級有機アルミニウム化合物(A)の生産性の観点からは、0.001%以上であってもよい。また、上記モル比(A2)/(A1)が0.001%以上であることによって溶解性に優れる傾向であるため、低温下での保存安定性が向上する。
三級有機アルミニウム化合物(A2)と三級有機アルミニウム化合物(A1)のモル比(A2)/(A1)は、例えば、三級有機アルミニウム化合物(A)の合成時間、および温度により制御することができる。
三級有機アルミニウム化合物(A)の使用量は、重合操作の種類、溶液重合を行う場合は重合系を構成する溶媒の種類、その他種々の重合条件等に応じて適宜設定できる。三級有機アルミニウム化合物(A)の使用量は、通常有機リチウム化合物(B)1モルに対して、0.3〜300モルの範囲が好ましく、1〜100モルの範囲がより好ましい。
三級有機アルミニウム化合物(A)とともに用いるルイス塩基(C)としては、(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合に有効なものであれば特に制限はない。ルイス塩基(C)としては、三級ポリアミン化合物(C1)およびエーテル化合物(C2)からなる群から選ばれる少なくとも1種のルイス塩基であることが好ましい。
三級ポリアミン化合物(C1)は三級アミン構造を分子中に2個以上有する化合物であり、重合反応に悪影響を及ぼさないものである限り特に制限なく用いることができる。なお、本発明において「三級アミン構造」とは、一つの窒素原子に三つの炭素原子が結合している形態の部分的化学構造を意味する。また、その窒素原子に結合する三つの炭素原子は芳香環の一部を構成するものであってもよい。
三級ポリアミン化合物(C1)としては、例えば、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラエチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミン等の鎖状ポリアミン化合物;1,3,5−トリメチルヘキサヒドロ−1,3,5−トリアジン、1,4,7−トリメチル−1,4,7−トリアザシクロノナン、1,4,7,10,13,16−ヘキサメチル−1,4,7,10,13,16−ヘキサアザシクロオクタデカン等の非芳香族性複素環式化合物;2,2’−ビピリジル、2,2’:6’,2”−テルピリジン等の芳香族性複素環式化合物などが挙げられる。上記三級ポリアミン化合物(C1)の中でも、重合開始効率、および重合時のリビング性を高く保持できる観点から、鎖状ポリアミン化合物が好ましく、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンがより好ましい。
なお、ルイス塩基(C)の代わりにトリエチルアミン等の三級モノアミン化合物を使用することは、重合開始効率や重合時のリビング性の低下を招くので好ましくない。
上記三級ポリアミン化合物(C1)は1種単独でまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。
上記三級ポリアミン化合物(C1)は1種単独でまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。
上記エーテル化合物(C2)は分子中にエーテル結合(−O−)を有し、かつ、金属成分を含有しない化合物であり、重合反応に悪影響を及ぼさないものである限り特に制限なく用いることができる。エーテル化合物(C2)としては、重合開始効率の高さ、重合時のリビング性の高さなどの点から、1個以上のエーテル結合を分子中に有する非環状エーテル化合物(C2−1)または2個以上のエーテル結合を分子中に有する環状エーテル化合物(C2−2)が好ましい。
1個以上のエーテル結合を分子中に有する非環状エーテル化合物(C2−1)としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール等の非環状モノエーテル化合物;1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジイソプロポキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、1,2−ジフェノキシエタン、1,2−ジメトキシプロパン、1,2−ジエトキシプロパン、1,2−ジイソプロポキシプロパン、1,2−ジブトキシプロパン、1,2−ジフェノキシプロパン、1,3−ジメトキシプロパン、1,3−ジエトキシプロパン、1,3−ジイソプロポキシプロパン、1,3−ジブトキシプロパン、1,3−ジフェノキシプロパン、1,4−ジメトキシブタン、1,4−ジエトキシブタン、1,4−ジイソプロポキシブタン、1,4−ジブトキシブタン、1,4−ジフェノキシブタン等の非環状ジエーテル化合物;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジブチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジブチレングリコールジエチルエーテル等の非環状トリエーテル化合物;トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリブチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリブチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラブチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラブチレングリコールジエチルエーテル等のポリアルキレングリコールのジアルキルエーテルなどが挙げられる。
2個以上のエーテル結合を分子中に有する環状エーテル化合物(C2−2)としては、例えば、12−クラウン−4、15−クラウン−5、18−クラウン−6等のクラウンエーテルなどが挙げられる。
2個以上のエーテル結合を分子中に有する環状エーテル化合物(C2−2)としては、例えば、12−クラウン−4、15−クラウン−5、18−クラウン−6等のクラウンエーテルなどが挙げられる。
上記エーテル化合物(C2)の中でも、三級有機アルミニウム化合物(A)に対する悪影響が少なく、本発明の効果が特に顕著に発揮される点、入手の容易さの点などから、非環状エーテル化合物(C2−1)が好ましく、ジエチルエーテルおよび1,2−ジメトキシエタンがより好ましい。
なお、テトラヒドロフラン、プロピレンオキシド等のエポキシ化合物などの1個のエーテル結合を分子中に有する環状エーテル化合物を上記エーテル化合物(C2)として用いた場合には、三級有機アルミニウム化合物(A)との相互作用が強すぎる場合、有機リチウム化合物(B)または成長途中のリビングポリマーと直接反応してしまう場合がある。したがって、ルイス塩基(C)としては1個のエーテル結合を分子中に有する環状エーテル化合物の使用は、通常避けた方が望ましい。
上記エーテル化合物(C2)は1種単独でまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。
上記エーテル化合物(C2)は1種単独でまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。
上記ルイス塩基(C)としては、分子中に1個以上のエーテル結合と1個の三級アミン構造を有する化合物および分子中に1個以上のエーテル結合と2個以上の三級アミン構造を有する化合物も使用できる。なお分子中に1個以上のエーテル結合と1個の三級アミン構造を有する化合物は上記エーテル化合物(C2)に分類することができ、分子中に1個以上のエーテル結合と2個以上の三級アミン構造を有する化合物は上記ポリアミン化合物(C1)に分類することができる。
上記ルイス塩基(C)は1種単独でまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。したがって、上記三級ポリアミン化合物(C1)と上記エーテル化合物(C2)の混合物を用いてもよい。
上記ルイス塩基(C)の使用量は、その反応条件等により適宜設定できるが、重合開始効率の高さ、重合時のリビング性の高さなどの点から、ルイス塩基(C)の有機リチウム化合物(B)に対するモル比が、0.1倍以上であることが好ましく、0.3倍以上であることがより好ましく、0.5倍以上であることがさらに好ましい。
また、ルイス塩基(C)を溶媒として使用することも可能であるが、重合開始効率を著しく低下させないために、一般には、ルイス塩基(C)の使用量は重合系の全質量に対して95質量%以下となるように留めることが好ましい。
また、ルイス塩基(C)を溶媒として使用することも可能であるが、重合開始効率を著しく低下させないために、一般には、ルイス塩基(C)の使用量は重合系の全質量に対して95質量%以下となるように留めることが好ましい。
本発明のアニオン重合方法では、溶液重合法、バルク重合法、沈殿重合法などの任意の重合形態を採用することができる。重合温度の制御、重合系内の条件の均一化等が可能であって重合を円滑に進行させ得る点から、有機溶媒中における溶液重合法が好ましい。有機溶媒は特に限定されないが、取り扱い時の安全性が比較的高く、廃水への混入が生じにくく、溶媒の回収精製が容易である等の点から、一般に、トルエン、エチルベンゼン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の飽和炭化水素系溶媒;クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素系溶媒;フタル酸ジメチル等のエステル系溶媒などが好ましく用いられる。これら有機溶媒は1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明のアニオン重合方法で有機溶媒を使用する場合、その使用量は、目的とする重合体の重合度、単量体の種類、使用する有機リチウム化合物(B)の種類、三級有機アルミニウム化合物(A)の種類、ルイス塩基(C)の種類、有機溶媒の種類等に応じて適宜調整し得る。重合の円滑な進行、生成した重合体の分離取得のし易さ、廃液処理負担の軽減等の点から、一般的には有機溶媒を、使用するアニオン重合性単量体100重量部に対して200〜3000重量部の範囲で使用することが好ましい。
本発明のアニオン重合方法では、重合開始効率を高く保持する点からは、有機リチウム化合物(B)との接触前にルイス塩基(C)と三級有機アルミニウム化合物(A)とを接触させることが好ましい。三級有機アルミニウム化合物(A)は、(メタ)アクリル酸エステルを含むアニオン重合性単量体より先に重合系に添加してもよく、該単量体と同時に重合系に添加してもよい。さらに後者の場合、三級有機アルミニウム化合物(A)と単量体とを事前に混合し、混合物の形態で添加してもよい。
本発明のアニオン重合方法では、(メタ)アクリル酸エステル2種以上、または(メタ)アクリル酸エステル1種以上と他のアニオン重合性単量体1種以上を使用する場合、共重合体を得ることが可能である。この場合、通常のアニオン重合と同様に単量体の添加方法(例えば、2種以上の単量体を同時に添加するか、または時間間隔をおいて別々に添加するかなどの点)、単量体の種類の組み合わせ等に応じて、ランダム、ブロック、テーパードブロック等の任意の共重合形態のものを製造できる。本発明のアニオン重合方法は、高いリビング性を発揮させることができるため、高いブロック化効率が要求されるブロック共重合体の製造に特に好適である。
本発明のアニオン重合方法では、必要に応じて、公知のアニオン重合技術に準じて重合系に公知の他の添加剤を存在させてもよい。該添加剤の例としては、塩化リチウム等の無機塩類;リチウムメトキシエトキシエトキシド、カリウムt−ブトキシド等の金属アルコキシド化合物;テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラエチルホスホニウムブロミド等の有機四級塩等が挙げられる。
本発明のアニオン重合方法では、その重合温度は、使用する(メタ)アクリル酸エステルの種類等に応じて適切な温度を選択すればよい。重合温度は、多くの場合、−60℃〜+100℃の範囲であることが好ましく、−30℃〜+50℃の範囲であることがより好ましい。また、アクリル酸エステルを重合させる場合、重合温度が低すぎると、得られる重合体の立体規則性が高くなるため、優れた柔軟性を有するアクリル酸エステル重合体の製造を目的とするのであれば、重合温度は−50℃以上の温度であることが好ましい。なお、本発明のアニオン重合方法では、従来のアニオン重合方法に比べ、重合系の冷却条件を緩和でき、より室温に近い温度で重合する場合であっても、高いリビング性を達成できる。
本発明のアニオン重合方法では、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスの雰囲気下で行うことが好ましい。また、本発明のアニオン重合方法では、重合系が均一になるように十分な撹拌条件下で重合することが好ましい。本発明のアニオン重合方法では重合時間は、重合体の分子量等に応じて適宜設定できるが、従来の重合方法と比べて、重合を高い速度で進行させることが可能である。採用する重合条件にも依存するが、例えば、メタクリル酸エステルを重合する場合は数分間以内で重合を完結させることも可能であり、アクリル酸エステルを重合する場合は数十秒間以内で重合を完結させることも可能である。したがって、本発明のアニオン重合方法では、生産性が高く、かつ冷却効率が良好な管型連続重合装置でアニオン重合を行うことも可能である。
本発明のアニオン重合方法では、目的とする重合体鎖が形成された段階で、公知のアニオン重合法に準じ、重合停止剤を反応混合物に添加することによって重合反応を停止できる。重合停止剤としては、例えばメタノール、酢酸、塩酸のメタノール溶液等のプロトン性化合物を使用することができる。重合停止剤の使用量は、その重合体の活性末端量等に応じて適宜設定できるが、一般には、有機リチウム化合物(B)1モルに対して、1〜100モルの範囲内であることが好ましい。
なお、本発明のアニオン重合方法では、所定の重合を全て終えた後であってかつ重合停止剤を添加する前の段階で、末端官能基付与剤(例えばアルデヒド、ラクトン、二酸化炭素等)を反応系に添加してもよく、その場合には分子鎖の末端に水酸基、カルボキシル基等の官能基を有する重合体を得ることができる。重合停止後の反応混合物から分離取得した重合体中に使用した有機リチウム化合物(B)や三級有機アルミニウム化合物(A)に由来する金属成分が残存していると、重合体やそれを用いた材料の物性の低下、透明性不良等を生じる場合があるので、重合体の使用目的に応じては、有機リチウム化合物(B)および三級有機アルミニウム化合物(A)に由来する金属化合物を重合終了後に除去することが好ましい。該金属化合物の除去方法としては、重合体を、酸性水溶液を用いた洗浄処理、イオン交換樹脂等の吸着剤を用いた吸着処理等の清浄化処理に付することが有効である。ここで、酸性水溶液としては、例えば、塩酸、硫酸水溶液、硝酸水溶液、酢酸水溶液、プロピオン酸水溶液、クエン酸水溶液等を使用できる。
重合を停止させた後の反応混合物から重合体を分離取得するための方法は特に制限されず、公知の方法に準じた任意の方法を採用することができる。重合体を分離取得する方法としては、例えば、反応混合物を重合体の貧溶媒に注いで該重合体を沈殿させる方法、反応混合物から溶媒を留去して重合体を取得する方法などが挙げられる。
また、本発明によれば、任意の分子量の重合体を製造することができる。製造可能な重合体の分子量は広範囲にわたるが、一般には、数平均分子量が1000〜1000000の範囲内であることが、得られる重合体の取り扱い性、流動性、力学特性等の点から好ましい。また、本発明によれば、通常、分子量の均一性が高い(すなわち、分子量分布の狭い)重合体が得られ、分子量分布(Mw/Mn)の値において1.5以下の重合体を製造することが可能である。ただし、アニオン重合性単量体の重合系への添加速度、単量体の重合系内での拡散速度等を制御することにより、分子量分布の広い重合体を意図的に得ることもできる。また、本発明によれば、三級有機アルミニウム化合物(A)中の三級有機アルミニウム化合物(A2)と三級有機アルミニウム化合物(A1)のモル比が特定の範囲にあるため、三級有機アルミニウム化合物(A)に由来するゲル分が生じにくく、このゲル分による重合体の特性の悪化が抑制される。
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はそれらにより何ら限定されない。なお、実施例および比較例中の各種物性は以下の方法により測定または評価した。また、以下の実施例等において、化学品は常法により乾燥精製し、窒素にて脱気したものを使用した。また、化学品の移送および供給は窒素雰囲気下で行った。
「重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(Mw/Mn)」
後述の実施例および比較例で得られたブロック共重合体の重量平均分子量、数平均分子量、および、分子量分布は、ゲル・パーミエイション・クロマトグラフィー(以下GPCと略記する)によりポリスチレン換算分子量で求めた。詳細は以下のとおりである。
・装置:東ソー株式会社製GPC装置「HLC−8020」
・分離カラム:東ソー株式会社製の「TSKgel GMHXL」、「G4000HXL」および「G5000HXL」を直列に連結
・溶離剤:テトラヒドロフラン
・溶離剤流量:1.0mL/分
・カラム温度:40℃
・検出方法:示差屈折率(RI)
後述の実施例および比較例で得られたブロック共重合体の重量平均分子量、数平均分子量、および、分子量分布は、ゲル・パーミエイション・クロマトグラフィー(以下GPCと略記する)によりポリスチレン換算分子量で求めた。詳細は以下のとおりである。
・装置:東ソー株式会社製GPC装置「HLC−8020」
・分離カラム:東ソー株式会社製の「TSKgel GMHXL」、「G4000HXL」および「G5000HXL」を直列に連結
・溶離剤:テトラヒドロフラン
・溶離剤流量:1.0mL/分
・カラム温度:40℃
・検出方法:示差屈折率(RI)
「(A2)/(A1)のモル比」
後述の参考例で得られた三級有機アルミニウム化合物(A)に含まれるジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A2)/イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A1)のモル比は、1H−NMR測定によって求めた。
(1H−NMR測定条件)
装置:日本電子株式会社製核磁気共鳴装置 「JNM−ECX400」
温度:25℃
溶媒:重水素化トルエン
(モル比の算出)
1H−NMR測定において、1.45ppm、および、1.55ppm付近のシグナルは、それぞれ、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A2)中のt−ブチル基(−C−(CH 3)3)、およびイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A1)中のt−ブチル基(−C−(CH 3)3)に帰属され、それぞれの積分値の比率から(A2)/(A1)のモル比を算出した。
後述の参考例で得られた三級有機アルミニウム化合物(A)に含まれるジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A2)/イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A1)のモル比は、1H−NMR測定によって求めた。
(1H−NMR測定条件)
装置:日本電子株式会社製核磁気共鳴装置 「JNM−ECX400」
温度:25℃
溶媒:重水素化トルエン
(モル比の算出)
1H−NMR測定において、1.45ppm、および、1.55ppm付近のシグナルは、それぞれ、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A2)中のt−ブチル基(−C−(CH 3)3)、およびイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A1)中のt−ブチル基(−C−(CH 3)3)に帰属され、それぞれの積分値の比率から(A2)/(A1)のモル比を算出した。
「分子量の均一性」
後述の実施例および比較例で得られたブロック共重合体の分子量分布について、1.5以下の場合を分子量の均一性が高いとして「○」、1.5超の場合は分子量の均一性が低いとして「×」と評価した。
後述の実施例および比較例で得られたブロック共重合体の分子量分布について、1.5以下の場合を分子量の均一性が高いとして「○」、1.5超の場合は分子量の均一性が低いとして「×」と評価した。
「ゲル分の有無」
後述の実施例および比較例の一段目重合におけるゲル分の有無について、一段目重合後に試験に用いた三口フラスコの内壁を目視確認し、ゲル分の付着が確認されない場合はゲル分が生じていないとして「○」、ゲル分の付着が確認される場合はゲル分が生じているとして「×」と評価した。
後述の実施例および比較例の一段目重合におけるゲル分の有無について、一段目重合後に試験に用いた三口フラスコの内壁を目視確認し、ゲル分の付着が確認されない場合はゲル分が生じていないとして「○」、ゲル分の付着が確認される場合はゲル分が生じているとして「×」と評価した。
「重合開始効率」
一段目重合で得られた重合体のMn(Mn(R1)とする)、および重合開始効率が100%である場合の一段目重合で得られる重合体のMn(計算値:Mn(I1)とする)から、一段目重合における重合開始効率(F1)を以下の式によって算出した。
F1=Mn(I1)/Mn(R1)
一段目重合で得られた重合体のMn(Mn(R1)とする)、および重合開始効率が100%である場合の一段目重合で得られる重合体のMn(計算値:Mn(I1)とする)から、一段目重合における重合開始効率(F1)を以下の式によって算出した。
F1=Mn(I1)/Mn(R1)
三級有機アルミニウム化合物(A):イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの調製
《参考例1》
ナトリウムで乾燥後、アルゴン雰囲気下で蒸留して得られた乾燥トルエン34mLと、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール8.21gを、内部雰囲気をアルゴンで置換した内容積200mLのフラスコ内に添加し、室温で撹拌しながら溶解した。得られた溶液にトリイソブチルアルミニウムを20wt%含むトルエン溶液6.19mLを添加し、110℃で28時間撹拌することによって、三級有機アルミニウム化合物(A)を0.46mol/Lの濃度で含有するトルエン溶液を調製した。
得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A2)/イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A1)のモル比が0.00438%であった。
《参考例1》
ナトリウムで乾燥後、アルゴン雰囲気下で蒸留して得られた乾燥トルエン34mLと、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール8.21gを、内部雰囲気をアルゴンで置換した内容積200mLのフラスコ内に添加し、室温で撹拌しながら溶解した。得られた溶液にトリイソブチルアルミニウムを20wt%含むトルエン溶液6.19mLを添加し、110℃で28時間撹拌することによって、三級有機アルミニウム化合物(A)を0.46mol/Lの濃度で含有するトルエン溶液を調製した。
得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A2)/イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム(A1)のモル比が0.00438%であった。
《参考例2》
撹拌時間を25.5時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は0.307%であった。
撹拌時間を25.5時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は0.307%であった。
《参考例3》
撹拌時間を23.7時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は0.505%であった。
撹拌時間を23.7時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は0.505%であった。
《参考例4》
撹拌時間を21.7時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は0.731%であった。
撹拌時間を21.7時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は0.731%であった。
《参考例5》
撹拌時間を19.6時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は0.999%であった。
撹拌時間を19.6時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は0.999%であった。
《参考例6》
撹拌時間を17.5時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は1.28%であった。
撹拌時間を17.5時間に変更した以外は、参考例1と同様にして三級有機アルミニウム化合物(A)の調製操作を行った。得られた三級有機アルミニウム化合物(A)の一部をサンプリングし、1H−NMRにより分析したところ、(A2)/(A1)のモル比は1.28%であった。
上記表1中における記号は以下の意味を有する。
IBT:イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム
DIBA:ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム
IBT:イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム
DIBA:ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム
《実施例1》
(1)内容積100mLの三口フラスコに半月翼型撹拌棒を設置し、系内の雰囲気を窒素で置換した。トルエン28.3g、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン0.35g、および参考例1で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を0.46mmol/Lの濃度で含有するトルエン溶液6.5mLを加え、ウォーターバスを用いて20℃に冷却した。これに、sec−ブチルリチウムを1.30mmol含有するシクロヘキサン溶液1.12mLを加え、20分間撹拌した。この時の1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン、およびsec−ブチルリチウム、濃度はそれぞれ32.9mmol/kg、34.1mmol/kgであった。この溶液を激しく撹拌しながら、20℃で、これにメタクリル酸メチル8.9gを約2分間かけて滴下した。溶液は当初、黄色に着色し、滴下終了から1分後に退色した。
(2)上記(1)で得られた溶液の一部をサンプリングし、それを大量のメタノール中に注いで、析出した白色沈殿物(PMMA)を回収し、それをテトラヒドロフランに溶解し、一段目重合で得られた重合体(PMMA)をGPCで測定した結果、Mwは7370であり、Mw/Mnは1.16であった。また、重合開始効率は0.96であった。
(3)別の内容積100mLの三口フラスコに半月翼型撹拌棒を設置し、系内の雰囲気を窒素で置換した。トルエン40.8gを加えた後、上記(1)で得られた溶液を4.6g加え、−22℃のメタノールバスを用いて冷却した。内温が−19℃に到達したことを確認し、これに第2番目の単量体としてアクリル酸n−ブチル6.72mLを13分かけて滴下して重合を行った。
(4)上記(3)で得られた溶液の一部をサンプリングし、それを大量のメタノール中に注いで、析出した白色沈殿物(PMMA−b−PnBA)を回収した。それをテトラヒドロフランに溶解し、その溶液を用いてGPC測定を行ったところ、得られたブロック共重合体(PMMA−b−PnBA)は単峰性のピークを現し、Mwは62700であり、Mw/Mnは1.23であった。重合条件および重合結果を下記の表2に示す。
(1)内容積100mLの三口フラスコに半月翼型撹拌棒を設置し、系内の雰囲気を窒素で置換した。トルエン28.3g、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン0.35g、および参考例1で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を0.46mmol/Lの濃度で含有するトルエン溶液6.5mLを加え、ウォーターバスを用いて20℃に冷却した。これに、sec−ブチルリチウムを1.30mmol含有するシクロヘキサン溶液1.12mLを加え、20分間撹拌した。この時の1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン、およびsec−ブチルリチウム、濃度はそれぞれ32.9mmol/kg、34.1mmol/kgであった。この溶液を激しく撹拌しながら、20℃で、これにメタクリル酸メチル8.9gを約2分間かけて滴下した。溶液は当初、黄色に着色し、滴下終了から1分後に退色した。
(2)上記(1)で得られた溶液の一部をサンプリングし、それを大量のメタノール中に注いで、析出した白色沈殿物(PMMA)を回収し、それをテトラヒドロフランに溶解し、一段目重合で得られた重合体(PMMA)をGPCで測定した結果、Mwは7370であり、Mw/Mnは1.16であった。また、重合開始効率は0.96であった。
(3)別の内容積100mLの三口フラスコに半月翼型撹拌棒を設置し、系内の雰囲気を窒素で置換した。トルエン40.8gを加えた後、上記(1)で得られた溶液を4.6g加え、−22℃のメタノールバスを用いて冷却した。内温が−19℃に到達したことを確認し、これに第2番目の単量体としてアクリル酸n−ブチル6.72mLを13分かけて滴下して重合を行った。
(4)上記(3)で得られた溶液の一部をサンプリングし、それを大量のメタノール中に注いで、析出した白色沈殿物(PMMA−b−PnBA)を回収した。それをテトラヒドロフランに溶解し、その溶液を用いてGPC測定を行ったところ、得られたブロック共重合体(PMMA−b−PnBA)は単峰性のピークを現し、Mwは62700であり、Mw/Mnは1.23であった。重合条件および重合結果を下記の表2に示す。
《実施例2〜4、比較例1、2》
参考例1で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を参考例2〜6で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)に変更した以外は、実施例1と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表2に示す。
参考例1で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を参考例2〜6で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)に変更した以外は、実施例1と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表2に示す。
《比較例3》
1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンの使用を省略した以外は、実施例1と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表2に示す。
1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンの使用を省略した以外は、実施例1と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表2に示す。
上記表2中における記号は以下の意味を有する。
sBL:sec−ブチルリチウム
HMTETA:1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン
MMA:メタクリル酸メチル
nBA:アクリル酸n−ブチル
sBL:sec−ブチルリチウム
HMTETA:1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミン
MMA:メタクリル酸メチル
nBA:アクリル酸n−ブチル
上記の表2に示した結果から、本発明に従う実施例1〜4では、ゲル分が生じることなく、PMMA−b−PnBAジブロック体であり、狭い分子量分布(Mw/Mn=1.20〜1.31)を有するブロック共重合体を重合できたことがわかる。
比較例1、2では、(A2)/(A1)のモル比が0.8%を超える場合、PMMA−b−PnBAジブロック体を重合できたが、ブロック共重合体の分子量分布は1.5を超えて広い分布となった。また、比較例3から、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンの使用を省略すると、PMMA重合が進行しないことがわかる。
《実施例5〜7》
1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンの使用を、それぞれN,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,2−ジメトキシエタン、またはジエチルエーテルに変更した以外は、実施例3と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表3に示す。
1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンの使用を、それぞれN,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,2−ジメトキシエタン、またはジエチルエーテルに変更した以外は、実施例3と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表3に示す。
《比較例4》
参考例3で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を、参考例5で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)に変更した以外は、実施例5と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表3に示す。
参考例3で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を、参考例5で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)に変更した以外は、実施例5と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表3に示す。
《比較例5》
参考例3で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を、参考例5で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)に変更した以外は、実施例6と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表3に示す。
参考例3で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を、参考例5で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)に変更した以外は、実施例6と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表3に示す。
《比較例6》
参考例3で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を、参考例5で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)に変更した以外は、実施例7と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表3に示す。
参考例3で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)を、参考例5で調製した三級有機アルミニウム化合物(A)に変更した以外は、実施例7と同様にして重合操作および重合停止操作を行った。重合条件および重合結果を下記の表3に示す。
上記表3中における記号は以下の意味を有する。
sBL:sec−ブチルリチウム
PMDETA:N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン
DME:1,2−ジメトキシエタン
Et2O:ジエチルエーテル
MMA:メタクリル酸メチル
nBA:アクリル酸n−ブチル
sBL:sec−ブチルリチウム
PMDETA:N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン
DME:1,2−ジメトキシエタン
Et2O:ジエチルエーテル
MMA:メタクリル酸メチル
nBA:アクリル酸n−ブチル
上記の表3に示した結果から、本発明に従う実施例5〜7では、ルイス塩基(C)を1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンから、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,2−ジメトキシエタン、あるいはジエチルエーテルに変更した場合においても、PMMA−b−PnBAジブロック体を、狭い分子量分布(Mw/Mn=1.23〜1.31)を有するブロック共重合体として重合できたことがわかる。
比較例4〜6では、PMMA−b−PnBAジブロック体を重合できたが、分子量分布は1.5を超えて広い分布となった。
本発明は、アニオン重合性単量体をアニオン重合する方法、および、該重合方法により重合体を製造する方法に関し、透明性等の(メタ)アクリル系重合体の本来有する特性を損なうことなく、より確実に、高いリビング性の(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法を提供すること、また、より確実に、分子量の均一性の高い(メタ)アクリル酸エステルブロック重合体を製造することができるので、工業的に有用である。
Claims (8)
- 重合系内に、三級有機アルミニウム化合物(A)、有機リチウム化合物(B)、および少なくとも1種類のルイス塩基(C)を存在させる(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法であって、
前記三級有機アルミニウム化合物(A)が、アルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの2個以上が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A1)を含み、
前記三級有機アルミニウム化合物(A)中のアルミニウム原子が有する3個の結合手のうちの1個以下が酸素原子を介して芳香環と結合している化学構造を有する三級有機アルミニウム化合物(A2)と
三級有機アルミニウム化合物(A1)の
モル比(A2)/(A1)が0〜0.8%の範囲である(メタ)アクリル酸エステルのアニオン重合方法。 - ルイス塩基(C)が、三級ポリアミン化合物(C1)である請求項1に記載のアニオン重合方法。
- 三級ポリアミン化合物(C1)が、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、および1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンから選ばれる少なくとも1 種である請求項2に記載のアニオン重合方法。
- ルイス塩基(C)がエーテル化合物(C2)である請求項1に記載のアニオン重合方法。
- エーテル化合物(C2)が、1個以上のエーテル結合を分子中に有する非環状エーテル化合物(C2−1)または2個以上のエーテル結合を分子中に有する環状エーテル化合物(C2−2)である請求項4に記載のアニオン重合方法。
- 三級有機アルミニウム化合物(A1)が、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムである請求項1〜5のいずれか一項に記載のアニオン重合方法。
- (メタ)アクリル酸エステルを請求項1〜6のいずれか一項に記載のアニオン重合方法で重合することからなる重合体の製造方法。
- 2種以上の(メタ)アクリル酸エステルを請求項1〜6のいずれか一項に記載のアニオン重合方法で重合することからなるブロック共重合体の製造方法。
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