JP4098890B2 - 重合体及び用途 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、末端に架橋性シリル基、あるいは、アルケニル基、あるいは、水酸基を有するビニル系重合体に関する。さらに詳しくは、分子量分布が狭く、従ってハンドリングが容易なビニル系重合体に関する。
【0002】
【従来の技術】
分子内に架橋性シリル基を有するビニル系重合体、特に(メタ)アクリル系重合体は、主鎖と架橋点の高い耐候性を利用して、高耐候性塗料として利用されている。これらの(メタ)アクリル系重合体は、通常、架橋性シリル基を有する(メタ)アクリル系モノマーを他のモノマーと共重合する方法により製造されるので、架橋性シリル基が分子鎖中の任意の位置に存在しており、従ってゴム用途に用いるのは困難である。一方、架橋性シリル基を分子末端に有する(メタ)アクリル系重合体を製造して、シーリング材や接着剤に利用しようとする試みがある。分子末端に架橋性シリル基を有する(メタ)アクリル系重合体の製造法としては、例えば、特公平3−14068において、(メタ)アクリル系モノマーを、架橋性シリル基含有メルカプタン、架橋性シリル基を有するジスルフィド、および架橋性シリル基を有するラジカル重合開始剤の存在下に重合させる方法が、また、特公平4−55444において、アクリル系モノマーを架橋性シリル基含有ヒドロシラン化合物、またはテトラハロシランの存在下に重合させる方法が開示されている。また、特開平6−211922には、水酸基含有ポリスルフィドを開始剤に対して大量に用いることにより、まず末端に水酸基を有するアクリル系重合体を合成し、さらに水酸基を変換することを特徴とする、末端に架橋性シリル基を有する(メタ)アクリル系重合体の製造法が記載されている。
【0003】
一方、分子鎖の末端にアルケニル基を有する重合体は、そのもの単独、あるいはヒドロシリル基含有化合物等の硬化剤を用いることにより架橋し、耐熱性、耐久性の優れた硬化物を与えることが知られている。そのような重合体の主鎖骨格としては、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド、ポリテトラメチレンオキシド等のポリエーテル系重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリイソブチレンあるいはそれらの水素添加物等の炭化水素系重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカプロラクトン等のポリエステル系重合体、ポリジメチルシロキサン等のポリシロキサン系重合体等が例示され、主鎖骨格の特性に応じて様々な用途に用いられている。
【0004】
上に例示した、イオン重合や縮重合で得られる重合体の一方で、ラジカル重合で得られるビニル系の重合体で末端に官能基を有するものは、ほとんど実用化されていない。ビニル系重合体の中でも、ビニル系重合体は、高い耐候性、透明性等、上記のポリエ−テル系重合体、あるいはポリエステル系重合体では得られない特性を有しており、例えば、アルケニル基を側鎖に有するものは高耐候性の塗料等に利用されている。
【0005】
アルケニル基を分子末端に有するビニル系重合体を簡便な方法で得ることができれば、側鎖にアルケニル基を有するものに比較して硬化物物性の優れた硬化物を得ることができる。従って、これまで多くの研究者によって、その製造法が検討されてきたが、それらを工業的に製造することは容易ではない。
特開平1−247403には連鎖移動剤としてアルケニル基含有ジスルフィドを用いる、両末端にアルケニル基を有するビニル系重合体の合成法が、また、特開平6−211922には、ヒドロキシル基を有するジスルフィドを用いて、両末端にヒドロキシル基を有するビニル系重合体を合成し、さらにヒドロキシル基の反応性を利用して両末端にアルケニル基を有するビニル系重合体の合成法が開示されているが、これらの方法では、両末端に確実にアルケニル基を導入することは困難であり、満足な特性を有する硬化物を得ることはできない。両末端に確実にアルケニル基を導入するためには、連鎖移動剤を大量に使用しなければならず、製造工程上問題である。また、これらの方法では通常のラジカル重合が用いられているため、得られる重合体の分子量、分子量分布(数平均分子量と数平均分子量の比)のコントロ−ルは困難である。
【0006】
また、末端に水酸基を有する重合体は、水酸基と反応する官能基を有する化合物、例えばイソシアネート系化合物等を硬化剤として用いることにより架橋し、耐熱性、耐久性等の優れた硬化物を与えることが知られている。
このような、水酸基を末端に有する重合体の主鎖骨格としては、アルケニル末端の重合体と同様に、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド、ポリテトラメチレンオキシド等のポリエーテル系重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリイソブチレンあるいはそれらの水素添加物等の炭化水素系重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカプロラクトン等のポリエステル系重合体等が例示され、主鎖骨格と架橋形式に基づき、様々な用途に用いられている。
【0007】
ビニル系重合体、特に(メタ)アクリル系重合体は、高い耐候性、透明性等、上記のポリエーテル系重合体や炭化水素系重合体、あるいはポリエステル系重合体では得られない特性を有しており、水酸基を側鎖に有するものは耐候性の塗料等に利用されている。
水酸基を分子鎖末端に有するビニル系重合体を簡便な方法で得ることができれば、側鎖に水酸基を有するものに比べて弾性等の硬化物物性の優れた硬化物を得ることができる。従って、これまで多くの研究者によってその製造法が検討されてきたが、それらを工業的に製造することは容易ではない。
【0008】
特開平5−262808には、連鎖移動剤としてヒドロキシル基を有するジスルフィドを用いて両末端に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体を合成する方法が開示されているが、この方法で両末端に確実にアルケニル基を導入するためには、連鎖移動剤を開始剤に対して大量に用いなければならず、製造工程上問題である。また、特公平1−19402には、過酸化水素を開始剤とする末端に水酸基を有する(メタ)アクリル系重合体の製造法が開示されているが、この方法において両末端に確実に水酸基を導入することは困難であり、実際には、水酸基を有するビニル系モノマー(例えば、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル)を共重合させる方法が採られている。さらに特開平4−132706には、二臭化メチレン等のテロゲンを用いる(メタ)アクリル系モノマーの重合により、末端にハロゲンを有する(メタ)アクリル系重合体を得、末端のハロゲンをジオール化合物、水酸基含有カルボン酸、水酸基含有アミン等の求核剤を反応させて置換することを特徴とする、末端に水酸基を有するビニル系ポリマーの製造法が開示されている。この方法においても、テロゲンの連鎖移動が十分ではないので両末端に水酸基を高い比率で導入することは困難である。
【0009】
また、上記の方法ではいずれも通常のラジカル重合を用いているため、得られる重合体の分子量分布(重量平均分子量と数平均分子量の比)は広く(通常2以上)、従って粘度が高いという問題がある。粘度が高いと、例えば、シーリング材や接着剤として利用する際に、施工時のハンドリングが困難になったり、補強のための充填材を多量に配合できないといった問題が生じる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記のビニル系重合体の製造方法においては、通常のラジカル重合を用いているので、得られる重合体の分子量分布(重量平均分子量と数平均分子量の比)が広く(一般的に2以上)、従って粘度が高いという問題がある。粘度が高いと、例えば、シーリング材や接着剤として利用する際に、施工時のハンドリングが困難になったり、補強のための充填材を多量に配合できないといった問題が生じる。
本発明はこれらの問題点を解決し、分子量分布が狭いためにハンドリングが容易なビニル系重合体を提供するものである。
【0011】
最近、リビングラジカル重合の研究が活発に行われており(例えば、Matyjaszewskiら、J.Am.Chem.Soc.1995,117,5614、Macromolecules、1995、28、7901、Science 1996、272、866。あるいはSawamotoら、Macromolecules1995,28,1721を参照)、これらの重合法を利用することにより、末端にハロゲンを有する分子量分布の狭いビニル系重合体が得られるようになった。本発明者は、この新規なリビングラジカル重合法を用いれば、分子量分布が狭く、分子の末端に架橋性シリル基、アルケニル基、あるいは、水酸基を有するビニル系重合体が得られることを見いだし、本発明に到達した。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、分子末端に1分子あたり少なくとも1個、一般式1で示される架橋性シリル基、あるいは、一般式2で示されるアルケニル基、あるいは、水酸基を有し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した重量平均分子量と数平均分子量の比が1.8未満であるビニル系重合体である。
−[Si(R1)2-b(Y)bO]m−Si(R2)3-a(Y)a (1)
(式中、R1およびR2は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、または炭素数7〜20のアラルキル基、または(R')3Si−(R'は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR'は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R1またはR2が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。)
H2C=C(R3)− (2)
(式中、R3は水素またはメチル基)
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明は、分子末端に1分子あたり少なくとも1個、一般式1で示される架橋性シリル基、あるいは、一般式2で示されるアルケニル基、あるいは、水酸基を有し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した重量平均分子量と数平均分子量の比が1.8未満であるビニル系重合体である。
−[Si(R1)2-b(Y)bO]m−Si(R2)3-a(Y)a (1)
(式中、R1およびR2は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、または炭素数7〜20のアラルキル基、または(R')3Si−(R'は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR'は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R1またはR2が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。)
H2C=C(R3)− (2)
(式中、R3は水素またはメチル基)
一般式1の架橋性シリル基、あるいは、一般式2で示されるアルケニル基、あるいは、水酸基の数は、1分子あたり少なくとも1個以上であり、好ましくは1.2から4個である。1個未満の場合は、硬化性組成物として用いた場合の硬化性が悪くなる等の問題が生じることがある。
【0014】
本発明のビニル系重合体は、分子量分布、すなわち、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が狭いという特徴を有する。分子量分布の値は1.8未満であり、好ましくは1.7以下であり、より好ましくは1.6以下であり、特に好ましくは1.5以下であり、特別に好ましくは1.4以下であり、最も好ましくは1.3以下である。本発明でのGPC測定においては、特に限定はされないが、通常、移動相としてクロロホルムを用い、測定はポリスチレンゲルカラムにて行う。数平均分子量等は、ポリスチレン換算で求めることができる。
【0015】
本発明のビニル系重合体の数平均分子量は特に制限はないが、500〜100000の範囲が好ましく、3000〜50000の範囲がより好ましい。分子量が500以下であると、ビニル系重合体の本来の特性が発現されにくく、また、100000以上であると、ハンドリングが困難になる。
本発明のビニル系重合体の主鎖の製造に用いられるビニル系モノマーとしては特に限定されず、各種のものを用いることができる。例示するならば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸−n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸−tert−ブチル、(メタ)アクリル酸−n−ペンチル、(メタ)アクリル酸−n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸−n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸−n−オクチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トルイル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸−2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸−3−メトキシブチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(メタ)アクリル酸のエチレンオキサイド付加物、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル−2−パーフルオロブチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロメチル、(メタ)アクリル酸ジパーフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロメチル−2−パーフルオロエチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロデシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキサデシルエチル等の(メタ)アクリル酸系モノマー;スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、クロルスチレン、スチレンスルホン酸及びその塩等のスチレン系モノマー;パーフルオロエチレン、パーフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン等のフッ素含有ビニルモノマー;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のケイ素含有ビニル系モノマー;無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;フマル酸、フマル酸のモノアルキルエステル及びジアルキルエステル;マレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、プロピルマレイミド、ブチルマレイミド、ヘキシルマレイミド、オクチルマレイミド、ドデシルマレイミド、ステアリルマレイミド、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド系モノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル基含有ビニル系モノマー;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド基含有ビニル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニル等のビニルエステル類;エチレン、プロピレン等のアルケン類;ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、塩化アリル、アリルアルコール等が挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、複数を共重合させても構わない。なかでも、生成物の物性等から、スチレン系モノマー及び(メタ)アクリル酸系モノマーが好ましい。より好ましくは、アクリル酸エステルモノマー及びメタクリル酸エステルモノマーであり、更に好ましくは、アクリル酸ブチルである。本発明においては、これらの好ましいモノマーを他のモノマーと共重合させても構わなく、その際は、これらの好ましいモノマーが重量比で40%含まれていることが好ましい。なお上記表現形式で例えば(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸および/あるいはメタクリル酸を表す。
【0016】
架橋性シリル基を末端に持つ重合体において、一般式1中のYで示される加水分解性基としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、具体的には、水素、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基、アルケニルオキシ基等が挙げられ、加水分解性がマイルドで取り扱いやすいという点から、アルコキシ基が特に好ましい。該加水分解性基や水酸基は1個のケイ素原子に1〜3個の範囲で結合することができ、a+mb、すなわち、加水分解性基の総和は1〜5の範囲が好ましい。加水分解性基や水酸基が架橋性ケイ素基中に2個以上結合するときは、それらは同一であっても、異なっていてもよい。架橋性ケイ素化合物を構成するケイ素原子は1個でもよく、2個以上であってもよいが、シロキサン結合により連結されたケイ素原子の場合は20個程度まであってもよい。
【0017】
アルケニル基を末端に持つ重合体において、一般式2のアルケニル基をさらに詳しく説明すると、まず、一般式3で示される、炭化水素基を介して主鎖に結合するアルケニル基が挙げられる。
H2C=C(R4)−R5− (3)
(式中、R4は上記に同じ、R5は直接結合、または炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数6〜20のアリーレン基、炭素数7〜20のアラルキレン基で1個以上のエーテル結合を含有していてもよい)
直接結合以外のR5の具体例としては、例えば、−(CH2)n−(nは1〜20の整数)、−CH(CH3)CH2−、−CH(CH3)(CH2)2−、−CH2CH(CH3)−、−C(CH3)2−、−(CH2)n−O−(CH2)m−(n、mは1〜20の整数、ただしn+m≦20)、o−,m−,p−C6H4−、o−,m−,p−(CH2)n−C6H4−(CH2)m−(n、mは0〜14の整数、ただしn+m≦14)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0018】
一般式2のアルケニル基としてはこの他に、一般式4で示される、エーテル結合を介して主鎖に結合されるアルケニル基、一般式5、6で示されるエステル結合を介して主鎖に結合されるアルケニル基、さらに、一般式7で示されるカーボネート基を介して主鎖に結合されるアルケニル基が挙げられる。
H2C=C(R4)−R5−O− (4)
H2C=C(R4)−R5−OC(O)− (5)
H2C=C(R4)−R5−C(O)O− (6)
H2C=C(R4)−R5−OC(O)O− (7)
(上記各式中、R4、R5は前記に同じ)
R5の具体例としては、既に例示したものをすべて好適に用いることができる。
【0019】
このような水酸基をさらに詳しく説明すると、まず一般式8で示す、炭化水素基により主鎖に結合している水酸基が挙げられる。
HO−R6− (8)
(式中、R6は直接結合、または炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数6〜20のアリーレン基、炭素数7〜20のアラルキレン基で1個以上のエーテル結合を含有していてもよい)
直接結合以外のR6の具体例としては、例えば、−(CH2)n−(nは1〜20の整数)、−CH(CH3)CH2−、−CH(CH3)(CH2)2−、−CH2CH(CH3)−、−C(CH3)2−、−(CH2)n−O−(CH2)m−(n、mは1〜20の整数、ただしn+m≦20)、−CH(C6H5)−、−C(CH3)(C6H5)−、o−,m−,p−C6H4−、o−,m−,p−(CH2)n−C6H4−(CH2)m−(n、mは0〜14の整数、ただしn+m≦14)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0020】
末端の水酸基としてはこの他に、一般式9で示される、エーテル結合を介して主鎖に結合される水酸基、一般式10、11で示されるエステル結合を介して主鎖に結合される水酸基、さらに、一般式12で示されるカーボネート基を介して主鎖に結合される水酸基が挙げられる。
HO−R7−O− (9)
HO−R7−OC(O)− (10)
HO−R7−C(O)O− (11)
HO−R7−OC(O)O− (12)
(R7は炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数6〜20のアリーレン基、炭素数7〜20のアラルキレン基で1個以上のエーテル結合を含有していてもよい)R7の具体例としては、R6の具体例として示した基(ただし直接結合を除く)をすべて好適に用いることができる。
重合体主鎖の合成
本発明の重合体の主鎖は、限定はされないが、リビングラジカル重合法で製造されることが好ましい。
【0021】
リビングラジカル重合は、重合末端の活性が失われることなく維持されるラジカル重合である。リビング重合とは狭義においては、末端が常に活性を持ち続ける重合のことを示すが、一般には、末端が不活性化されたものと活性化されたものが平衡状態にある擬リビング重合も含まれる。本発明における定義も後者である。リビングラジカル重合は近年様々なグループで積極的に研究がなされている。その例としては、コバルトポルフィリン錯体(J.Am.Chem.Soc.1994、116、7943)やニトロキシド化合物などのラジカル捕捉剤を用いるもの(Macromolecules、1994、27、7228)、有機ハロゲン化物等を開始剤とし遷移金属錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合(Atom Transfer Radical Polymerization)などがあげられる。本発明において、これらのうちどの方法を使用するかは特に制約はないが、制御の容易さなどから原子移動ラジカル重合が好ましい。原子移動ラジカル重合は、有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物を開始剤、遷移金属を中心金属とする金属錯体を触媒として重合される。(例えば、Matyjaszewskiら、J.Am.Chem.Soc.1995,117,5614,Macromolecules 1995,28,7901,Science 1996,272,866、国際公開特許WO96/30421及びWO97/18247、あるいはSawamotoら、Macromolecules 1995,28,1721を参照)。これらの方法によると一般的に非常に重合速度が高く、ラジカル同士のカップリングなどの停止反応が起こりやすいラジカル重合でありながら、重合がリビング的に進行し、分子量分布の狭い(すなわちMw/Mn値が1.1〜1.5程度である)重合体が得られ、分子量はモノマーと開始剤の仕込み比によって自由にコントロールすることができる。
【0022】
この原子移動ラジカル重合では、有機ハロゲン化物、特に、反応性の高い炭素−ハロゲン結合を有する有機ハロゲン化物(例えば、α位にハロゲンを有するエステル化合物や、ベンジル位にハロゲンを有する化合物)、あるいはハロゲン化スルホニル化合物等を開始剤として用いることが好ましい。上記リビングラジカル重合の触媒として用いられる遷移金属錯体としては特に限定されず、好ましいものとして、7、8、9、10、11族の遷移金属錯体が、さらに好ましいものとして、0価の銅、1価の銅、2価のルテニウム、2価の鉄又は2価のニッケルの錯体が挙げられる。なかでも、銅の錯体が好ましい。1価の銅化合物を具体的に例示するならば、塩化第一銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅、シアン化第一銅、酸化第一銅、過塩素酸第一銅等である。銅化合物を用いる場合、触媒活性を高めるために2,2′−ビピリジル及びその誘導体、1,10−フェナントロリン及びその誘導体、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ヘキサメチルトリス(2−アミノエチル)アミン等のポリアミン等の配位子が添加される。また、2価の塩化ルテニウムのトリストリフェニルホスフィン錯体(RuCl2(PPh3)3)も触媒として好適である。ルテニウム化合物を触媒として用いる場合は、活性化剤としてアルミニウムアルコキシド類が添加される。更に、2価の鉄のビストリフェニルホスフィン錯体(FeCl2(PPh3)2)、2価のニッケルのビストリフェニルホスフィン錯体(NiCl2(PPh3)2)、及び、2価のニッケルのビストリブチルホスフィン錯体(NiBr2(PBu3)2)も、触媒として好適である。
【0023】
この重合法においては、通常、有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物が開始剤として用いられる。具体的に例示するならば、
C6H5−CH2X、C6H5−C(H)(X)CH3、C6H5−C(X)(CH3)2(ただし、上の化学式中、C6H5はフェニル基、Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
R8−C(H)(X)−CO2R9、R8−C(CH3)(X)−CO2R9、R8−C(H)(X)−C(O)R9、R8−C(CH3)(X)−C(O)R9、
(式中、R8及びR9は、同一若しくは異なって、は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、またはアラルキル基、Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
R8−C6H4−SO2X
(上記の各式において、R8は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、またはアラルキル基、Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
等が挙げられる。
【0024】
本発明の末端構造を1分子内に2つ以上有する重合体を得るためには、2つ以上の開始点を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物が開始剤として用いるのが好ましい。具体的に例示するならば、
【0025】
【化1】
【0026】
【化2】
【0027】
等があげられる。
この重合において用いられるビニル系モノマーとしては特に制約はなく、既に例示したものをすべて好適に用いることができる。
この重合は無溶媒又は各種の溶媒中で行うことができる。上記溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン等の炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジフェニルエーテル、アニソール、ジメトキシベンゼン等のエーテル系溶媒;塩化メチレン、クロロホルム、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール系溶媒;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒等が挙げられる。これらは、単独又は2種以上を混合して用いることができる。また、エマルジョン系もしくは超臨界流体CO2を媒体とする系においても重合を行うことができる。
【0028】
この重合は、室温〜200℃の範囲で行うことができ、好ましくは、50〜150℃の範囲である。
末端官能基の導入
重合体の末端に架橋性シリル基、あるいは、アルケニル基、あるいは、水酸基を導入する方法としては、限定はされないが、原子移動ラジカル重合の開始剤として重合を開始する官能基以外の官能基を有する有機ハロゲン化物又はハロゲン化スルホニル化合物を用いる方法、又は、重合体の末端のハロゲン基等の官能基を変換する方法、そして、これらの方法の組み合わせが挙げられる。
【0029】
原子移動ラジカル重合において、重合を開始する官能基以外の官能基を有する有機ハロゲン化物又はハロゲン化スルホニル化合物を開始剤として用いれば、片末端に官能基を有し、他の末端にハロゲン基を有するビニル系重合体が得られる。このようにして得られる重合体の停止末端のハロゲン基を必要な官能基に変換すれば、両末端に官能基を有するビニル系重合体を得ることができる。その変換方法としては、後に記述する方法を使用することができる。また、重合体の停止末端のハロゲン基を置換できる、同一または異なった官能基を合計2個以上有する化合物を用いて、ハロゲン末端どうしをカップリングさせることによっても、両末端に官能基を有するビニル系重合体を得ることができる。末端ハロゲンを置換できる、同一または異なった官能基を合計2個以上有する化合物としては特に制限はないが、ポリオール、ポリアミン、ポリカルボン酸、ポリチオール、およびそれらの塩、アルカリ金属硫化物等が好ましい。
【0030】
上記の官能基を有する有機ハロゲン化物又はハロゲン化スルホニル化合物に関して、その官能基としては、アルケニル基、架橋性シリル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基、アミド基等が挙げられる。
アルケニル基を有する有機ハロゲン化物としては限定されず、例えば、一般式13に示す構造を有するものが例示される。
R10R11C(X)−R12−R13−C(R3)=CH2 (13)
(式中、R3は水素、またはメチル基、R10、R11は水素、または、炭素数1〜20の1価のアルキル基、アリール基、またはアラルキル、または他端において相互に連結したもの、R12は、−C(O)O−(エステル基)、−C(O)−(ケト基)、またはo−,m−,p−フェニレン基、R13は直接結合、または炭素数1〜20の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいても良い、Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
置換基R10、R11の具体例としては、水素、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。R10とR11は他端において連結して環状骨格を形成していてもよい。
【0031】
一般式13で示される、アルケニル基を有する有機ハロゲン化物の具体例としては、
XCH2C(O)O(CH2)nCH=CH2、H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nCH=CH2、(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nCH=CH2、CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nCH=CH2、
【0032】
【化3】
【0033】
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)XCH2C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mCH=CH2、
【0034】
【化4】
【0035】
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)n−CH=CH2、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−CH=CH2、o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−CH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)n−O−(CH2)mCH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)n−CH=CH2、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−CH=CH2、o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−CH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)n−O−(CH2)m−CH=CH2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
アルケニル基を有する有機ハロゲン化物としてはさらに一般式14で示される化合物が挙げられる。
H2C=C(R3)−R13−C(R10)(X)−R14−R11 (14)
(式中、R3、R10、R11、R13、Xは上記に同じ、R14は、直接結合、−C(O)O−(エステル基)、−C(O)−(ケト基)、または、o−,m−,p−フェニレン基を表す)
R13は直接結合、または炭素数1〜20の2価の有機基(1個以上のエーテル結合を含んでいても良い)であるが、直接結合である場合は、ハロゲンの結合している炭素にビニル基が結合しており、ハロゲン化アリル化物である。この場合は、隣接ビニル基によって炭素−ハロゲン結合が活性化されているので、R14としてC(O)O基やフェニレン基等を有する必要は必ずしもなく、直接結合であってもよい。R13が直接結合でない場合は、炭素−ハロゲン結合を活性化するために、R14としてはC(O)O基、C(O)基、フェニレン基が好ましい。
【0036】
一般式14の化合物を具体的に例示するならば、
CH2=CHCH2X、CH2=C(CH3)CH2X、CH2=CHC(H)(X)CH3、CH2=C(CH3)C(H)(X)CH3、CH2=CHC(X)(CH3)2、CH2=CHC(H)(X)C2H5、CH2=CHC(H)(X)CH(CH3)2、CH2=CHC(H)(X)C6H5、CH2=CHC(H)(X)CH2C6H5、CH2=CHCH2C(H)(X)−CO2R、CH2=CH(CH2)2C(H)(X)−CO2R、CH2=CH(CH2)3C(H)(X)−CO2R、CH2=CH(CH2)8C(H)(X)−CO2R、CH2=CHCH2C(H)(X)−C6H5、CH2=CH(CH2)2C(H)(X)−C6H5、CH2=CH(CH2)3C(H)(X)−C6H5、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、Rは炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基)
等を挙げることができる。
【0037】
アルケニル基を有するハロゲン化スルホニル化合物の具体例を挙げるならば、o−,m−,p−CH2=CH−(CH2)n−C6H4−SO2X、o−,m−,p−CH2=CH−(CH2)n−O−C6H4−SO2X、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、nは0〜20の整数)等である。
【0038】
架橋性シリル基を有する有機ハロゲン化物としては特に限定されず、例えば一般式15に示す構造を有するものが例示される。
R10R11C(X)−R12−R13−C(H)(R3)CH2−[Si(R15)2-b(Y)bO]m−Si(R16)3-a(Y)a (15)
(式中、R3、R10、R11、R12、R13、Xは上記に同じ、R15、R16は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、または(R')3SiO−(R'は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR'は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R9またはR10が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するときそれらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする)
一般式15の化合物を具体的に例示するならば、
XCH2C(O)O(CH2)nSi(OCH3)3、CH3C(H)(X)C(O)O(CH2)nSi(OCH3)3、(CH3)2C(X)C(O)O(CH2)nSi(OCH3)3、XCH2C(O)O(CH2)nSi(CH3)(OCH3)2、CH3C(H)(X)C(O)O(CH2)nSi(CH3)(OCH3)2、(CH3)2C(X)C(O)O(CH2)nSi(CH3)(OCH3)2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、ヨウ素、nは0〜20の整数、)
XCH2C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(OCH3)3、XCH2C(O)O(CH2)nO(CH2)mSi(CH3)(OCH3)2、H3CC(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)m−Si(CH3)(OCH3)2、(H3C)2C(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)m−Si(CH3)(OCH3)2、CH3CH2C(H)(X)C(O)O(CH2)nO(CH2)m−Si(CH3)(OCH3)2、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、ヨウ素、nは1〜20の整数、mは0〜20の整数)
o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)2Si(OCH3)3、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)2Si(OCH3)3、o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)2Si(OCH3)3、o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)3Si(OCH3)3、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)3Si(OCH3)3、o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)3Si(OCH3)3、o,m,p−XCH2−C6H4−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)3Si(OCH3)3、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)3Si(OCH3)3、o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)3−Si(OCH3)3、o,m,p−XCH2−C6H4−O−(CH2)2−O−(CH2)3−Si(OCH3)3、o,m,p−CH3C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、o,m,p−CH3CH2C(H)(X)−C6H4−O−(CH2)2−O−(CH2)3Si(OCH3)3、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素)
等が挙げられる。
【0039】
上記架橋性シリル基を有する有機ハロゲン化物としてはさらに、一般式16で示される構造を有するものが例示される。
(R16)3-a(Y)aSi−[OSi(R15)2-b(Y)b]m−CH2−C(H)(R3)−R13−C(R10)(X)−R14−R11 (16)
(式中、R3、R10、R11、R13、R14、R15、R16、a、b、m、X、Yは上記に同じ)
このような化合物を具体的に例示するならば、
(CH3O)3SiCH2CH2C(H)(X)C6H5、(CH3O)2(CH3)SiCH2CH2C(H)(X)C6H5、(CH3O)3Si(CH2)2C(H)(X)−CO2R、(CH3O)2(CH3)Si(CH2)2C(H)(X)−CO2R、(CH3O)3Si(CH2)3C(H)(X)−CO2R、(CH3O)2(CH3)Si(CH2)3C(H)(X)−CO2R、(CH3O)3Si(CH2)4C(H)(X)−CO2R、(CH3O)2(CH3)Si(CH2)4C(H)(X)−CO2R、(CH3O)3Si(CH2)9C(H)(X)−CO2R、(CH3O)2(CH3)Si(CH2)9C(H)(X)−CO2R、(CH3O)3Si(CH2)3C(H)(X)−C6H5、(CH3O)2(CH3)Si(CH2)3C(H)(X)−C6H5、(CH3O)3Si(CH2)4C(H)(X)−C6H5、(CH3O)2(CH3)Si(CH2)4C(H)(X)−C6H5、
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、Rは炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基)
等が挙げられる。
【0040】
上記ヒドロキシル基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物としては特に限定されず、下記のようなものが例示される。
HO−(CH2)n−OC(O)C(H)(R)(X)
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、Rは水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、nは1〜20の整数)上記アミノ基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物としては特に限定されず、下記のようなものが例示される。
H2N−(CH2)n−OC(O)C(H)(R)(X)
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、Rは水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、nは1〜20の整数)
上記エポキシ基を持つ有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物としては特に限定されず、下記のようなものが例示される。
【0041】
【化5】
【0042】
(上記の各式において、Xは塩素、臭素、またはヨウ素、Rは水素原子または炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、アラルキル基、nは1〜20の整数)以下に末端官能基変換により架橋性シリル基、アルケニル基、水酸基を導入する方法について記述する。これらの官能基はお互いに前駆体となりうるので、架橋性シリル基から溯る順序で記述していく。
【0043】
架橋性シリル基を少なくとも1個有するビニル系重合体の合成方法としては、(A)アルケニル基を少なくとも1個有するビニル系重合体に架橋性シリル基を有するヒドロシラン化合物を、ヒドロシリル化触媒存在下に付加させる方法(B)水酸基を少なくとも1個有するビニル系重合体に一分子中に架橋性シリル基とイソシアネート基のような水酸基と反応し得る基を有する化合物を反応させる方法(C)ラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、1分子中に重合性のアルケニル基と架橋性シリル基を併せ持つ化合物を反応させる方法(D)ラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、架橋性シリル基を有する連鎖移動剤を用いる方法(E)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に1分子中に架橋性シリル基と安定なカルバニオンを有する化合物を反応させる方法;などがあげられる。
【0044】
(A)の方法で用いるアルケニル基を少なくとも1個有するビニル系重合体は種々の方法で得られる。以下に合成方法を例示するが、これらに限定されるわけではない。
(A−a)ラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、例えば下記の一般式17に挙げられるような一分子中に重合性のアルケニル基と重合性の低いアルケニル基を併せ持つ化合物を第2のモノマーとして反応させる方法。
【0045】
H2C=C(R23)−R24−R25−C(R26)=CH2 (17)
(式中、R23は水素またはメチル基を示し、R24は−C(O)O−、またはo−,m−,p−フェニレン基を示し、R25は直接結合、または炭素数1〜20の2価の有機基を示し、1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい。R26は水素、または炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基または炭素数7〜10のアラルキル基を示す)
なお、一分子中に重合性のアルケニル基と重合性の低いアルケニル基を併せ持つ化合物を反応させる時期に制限はないが、特にリビングラジカル重合で、ゴム的な性質を期待する場合には重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、第2のモノマーとして反応させるのが好ましい。
【0046】
(A−b)リビングラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、例えば1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエンなどのような重合性の低いアルケニル基を少なくとも2個有する化合物を反応させる方法。
(A−c)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えばアリルトリブチル錫、アリルトリオクチル錫などの有機錫のようなアルケニル基を有する各種の有機金属化合物を反応させてハロゲンを置換する方法。
【0047】
(A−d)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、一般式18に挙げられるようなアルケニル基を有する安定化カルバニオンを反応させてハロゲンを置換する方法。
M+C-(R27)(R28)−R29−C(R26)=CH2 (18)
(式中、R26は上記に同じ、R27、R28はともにカルバニオンC-を安定化する電子吸引基であるか、または一方が前記電子吸引基で他方が水素または炭素数1〜10のアルキル基、またはフェニル基を示す。R29は直接結合、または炭素数1〜10の2価の有機基を示し、1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい。M+はアルカリ金属イオン、または4級アンモニウムイオンを示す)
R27、R28の電子吸引基としては、−CO2R、−C(O)Rおよび−CNの構造を有するものが特に好ましい。
【0048】
(A−e)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えば亜鉛のような金属単体あるいは有機金属化合物を作用させてエノレートアニオンを調製し、しかる後にハロゲンやアセチル基のような脱離基を有するアルケニル基含有化合物、アルケニル基を有するカルボニル化合物、アルケニル基を有するイソシアネート化合物、アルケニル基を有する酸ハロゲン化物等の、アルケニル基を有する求電子化合物と反応させる方法。
【0049】
(A−f)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えば一般式(19)あるいは(20)に示されるようなアルケニル基を有するオキシアニオンあるいはカルボキシレートアニオンを反応させてハロゲンを置換する方法。
H2C=C(R26)−R30−O-M+ (19)
(式中、R26、M+は上記に同じ。R30は炭素数1〜20の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい)
H2C=C(R26)−R31−C(O)O-M+ (20)
(式中、R26、M+は上記に同じ。R31は直接結合、または炭素数1〜20の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい)
などが挙げられる。
【0050】
上述の反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体の合成法は、前述のような有機ハロゲン化物等を開始剤とし、遷移金属錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合法が挙げられるがこれらに限定されるわけではない。
またアルケニル基を少なくとも1個有するビニル系重合体は、水酸基を少なくとも1個有するビニル系重合体から得ることも可能であり、以下に例示する方法が利用できるがこれらに限定されるわけではない。水酸基を少なくとも1個有するビニル系重合体の水酸基に、
(A−g)ナトリウムメトキシドのような塩基を作用させ、塩化アリルのようなアルケニル基含有ハロゲン化物と反応させる方法。
【0051】
(A−h)アリルイソシアネート等のアルケニル基含有イソシアネート化合物を反応させる方法。
(A−i)(メタ)アクリル酸クロリドのようなアルケニル基含有酸ハロゲン化物をピリジン等の塩基存在下に反応させる方法。
(A−j)アクリル酸等のアルケニル基含有カルボン酸を酸触媒の存在下に反応させる方法;等が挙げられる。
【0052】
本発明では(A−a)(A−b)のようなアルケニル基を導入する方法にハロゲンが直接関与しない場合には、リビングラジカル重合法を用いてビニル系重合体を合成することが好ましい。制御がより容易である点から(A−b)の方法がさらに好ましい。
反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体のハロゲンを変換することによりアルケニル基を導入する場合は、反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有する有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物を開始剤、遷移金属錯体を触媒としてビニル系モノマーをラジカル重合すること(原子移動ラジカル重合法)により得る、末端に反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体を用いるのが好ましい。制御がより容易である点から(A−f)の方法がさらに好ましい。
【0053】
また、架橋性シリル基を有するヒドロシラン化合物としては特に制限はないが、代表的なものを示すと、一般式21で示される化合物が例示される。
H−[Si(R21)2-b(Y)bO]m−Si(R22)3-a(Y)a (21)
(式中、R21、R22、a、b、m、Yは前記に同じ。)
これらヒドロシラン化合物の中でも、特に一般式(22)
H−Si(R22)3-a(Y)a (22)
(式中、R22、Y、aは前記に同じ)
で示される架橋性基を有する化合物が入手容易な点から好ましい。
【0054】
上記の架橋性シリル基を有するヒドロシラン化合物をアルケニル基に付加させる際には、遷移金属触媒が通常用いられる。遷移金属触媒としては、例えば、白金単体、アルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に白金固体を分散させたもの、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトン等との錯体、白金−オレフィン錯体、白金(0)−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体が挙げられる。白金化合物以外の触媒の例としては、RhCl(PPh3)3,RhCl3,RuCl3,IrCl3,FeCl3,AlCl3,PdCl2・H2O,NiCl2,TiCl4等が挙げられる。
【0055】
(B)および(A−g)〜(A−j)の方法で用いる水酸基を少なくとも1個有するビニル系重合体の製造方法は以下のような方法が例示されるが、これらの方法に限定されるものではない。
(B−a)ラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、例えば下記の一般式(23)に挙げられるような一分子中に重合性のアルケニル基と水酸基を併せ持つ化合物を第2のモノマーとして反応させる方法。
H2C=C(R23)−R24−R25−OH (23)
(式中、R23、R24、R25は上記に同じ)
なお、一分子中に重合性のアルケニル基と水酸基を併せ持つ化合物を反応させる時期に制限はないが、特にリビングラジカル重合で、ゴム的な性質を期待する場合には重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、第2のモノマーとして反応させるのが好ましい。
【0056】
(B−b)リビングラジカル重合によりビニル系重合体を合成する際に、重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、例えば10−ウンデセノール、5−ヘキセノール、アリルアルコールのようなアルケニルアルコールを反応させる方法。
(B−c)例えば特開平5−262808に示される水酸基含有ポリスルフィドのような水酸基含有連鎖移動剤を多量に用いてビニル系モノマーをラジカル重合させる方法。
(B−d)例えば特開平6−239912、特開平8−283310に示されるような過酸化水素あるいは水酸基含有開始剤を用いてビニル系モノマーをラジカル重合させる方法。
(B−e)例えば特開平6−116312に示されるようなアルコール類を過剰に用いてビニル系モノマーをラジカル重合させる方法。
(B−f)例えば特開平4−132706などに示されるような方法で、反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個に有するビニル系重合体のハロゲンを加水分解あるいは水酸基含有化合物と反応させることにより、末端に水酸基を導入する方法。
(B−g)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、一般式(24)に挙げられるような水酸基を有する安定化カルバニオンを反応させてハロゲンを置換する方法。
M+C−(R27)(R28)−R29−OH (24)
(式中、R27、R28、R29、は上記に同じ)
R27、R28の電子吸引基としては、−CO2R、−C(O)Rおよび−CNの構造を有するものが特に好ましい。
【0057】
(B−h)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えば亜鉛のような金属単体あるいは有機金属化合物を作用させてエノレートアニオンを調製し、しかる後にアルデヒド類、又はケトン類を反応させる方法。
(B−i)反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体に、例えば一般式25あるいは26に示されるような水酸基を有するオキシアニオンあるいはカルボキシレートアニオンを反応させてハロゲンを置換する方法。
HO−R30−O-M+ (25)
(式中、R30およびM+は前記に同じ)
HO−R31−C(O)O-M+ (26)
(式中、R31およびM+は前記に同じ)
等が挙げられる。
【0058】
本発明では(B−a)〜(B−e)のような水酸基を導入する方法にハロゲンが直接関与しない場合には、リビングラジカル重合法を用いてビニル系重合体を合成することが好ましい。制御がより容易である点から(B−b)の方法がさらに好ましい。
反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体のハロゲンを変換することにより水酸基を導入する場合は、有機ハロゲン化物、またはハロゲン化スルホニル化合物を開始剤、遷移金属錯体を触媒としてビニル系モノマーをラジカル重合すること(原子移動ラジカル重合法)により得る、末端に反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体を用いるのが好ましい。制御がより容易である点から(B−i)の方法がさらに好ましい。
【0059】
また、一分子中に架橋性シリル基とイソシアネート基のような水酸基と反応し得る基を有する化合物としては、例えばγ−イソシアナートプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルメチルジメトキシシラン、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられ、必要により一般に知られているウレタン化反応の触媒を使用できる。
【0060】
(C)の方法で用いる一分子中に重合性のアルケニル基と架橋性シリル基を併せ持つ化合物としては、例えばトリメトキシシリルプロピル(メタ)アクリレート、メチルジメトキシシリルプロピル(メタ)アクリレートなどのような、下記一般式27で示すものが挙げられる。
H2C=C(R23)−R24−R32−[Si(R21)2-b(Y)bO]m−Si(R22)3-a(Y)a (27)
(式中、R21、R22、R23、R24、Y、a、b、mは上記に同じ。R32は、直接結合、または炭素数1〜20の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい。)
一分子中に重合性のアルケニル基と架橋性シリル基を併せ持つ化合物を反応させる時期に特に制限はないが、特にリビングラジカル重合で、ゴム的な性質を期待する場合には重合反応の終期あるいは所定のモノマーの反応終了後に、第2のモノマーとして反応させるのが好ましい。
(D)の連鎖移動剤法で用いられる、架橋性シリル基を有する連鎖移動剤としては例えば特公平3−14068、特公平4−55444に示される、架橋性シリル基を有するメルカプタン、架橋性シリル基を有するヒドロシランなどが挙げられる。
【0061】
(E)の方法で用いられる、上述の反応性の高い炭素−ハロゲン結合を少なくとも1個有するビニル系重合体の合成法は、前述のような有機ハロゲン化物等を開始剤とし、遷移金属錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合法が挙げられるがこれらに限定されるわけではない。一分子中に架橋性シリル基と安定化カルバニオンを併せ持つ化合物としては一般式28で示すものが挙げられる。
【0062】
M+C-(R27)(R28)−R33−C(H)(R34)−CH2−[Si(R21)2-b(Y)bO]m−Si(R22)3-a(Y)a (28)
(式中、R21、R22、R27、R28、Y、a、b、m、は前記に同じ。R33は直接結合、または炭素数1〜10の2価の有機基で1個以上のエーテル結合を含んでいてもよい、R34は水素、または炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基または炭素数7〜10のアラルキル基を示す。)
R27、R28の電子吸引基としては、−CO2R、−C(O)Rおよび−CNの構造を有するものが特に好ましい。
上述のような方法により合成される重合体は、分子量分布の狭いビニル系重合体である。従って、数平均分子量が等しく分子量分布の広い重合体に比べて粘度が低いために、硬化性組成物として用いる際に、取扱いが容易である。
用途
以下に本発明の重合体について、その末端の官能基別に用途について説明するが、本発明の重合体の用途はこれに限定されるものではない。
【0063】
本発明の末端に架橋性シリル基を有するビニル系重合体は、従来公知の各種縮合触媒の存在下、あるいは非存在下にシロキサン結合を形成することにより架橋、硬化する。硬化物の性状としては、重合体の分子量と主鎖骨格に応じて、ゴム状のものから樹脂状のものまで幅広く作成することができる。従ってこの重合体はシーリング材や接着剤、弾性接着剤、粘着剤、塗料、粉体塗料、発泡体、電気電子用ポッティング剤、フィルム、ガスケット、各種成形材料等に利用することができる。
【0064】
本発明の末端にアルケニル基を有するビニル系重合体は、そのもの単独、あるいは適当な架橋剤を用いることにより、硬化物を与える。
中でも末端に(メタ)アクリロイル基を有するビニル系重合体は、各種重合開始剤の存在下、あるいは非存在下に加熱することにより硬化物を与える。また、各種の光重合開始剤の存在下、光照射により架橋硬化する。
【0065】
末端にアルケニル基を有するビニル系重合体の硬化剤としては、各種の多価ハイドロジェンシリコン化合物を用いることができる。この際、硬化反応の触媒として従来公知のヒドロシリル化触媒を用いることができる。
本発明の末端にアルケニル基を有するビニル系重合体を硬化させると、その分子量と主鎖骨格に応じて、ゴム状のものから樹脂状のものまで幅広く作成することができる。硬化物の具体的な用途としては、シーリング材、接着剤、粘着剤、弾性接着剤、塗料、粉体塗料、発泡体、電気電子用ポッティング剤、フィルム、ガスケット、各種成形材料、人工大理石等である。
【0066】
本発明の末端に水酸基を有するビニル系重合体は、水酸基と反応し得る官能基を2個以上有する化合物を硬化剤として用いることにより、均一に硬化する。硬化剤の具体例としては、例えば、1分子中に2個以上のイソシアネート基を有する多価イソシアネート化合物、メチロール化メラミンおよびそのアルキルエーテル化物または低縮合化物等のアミノプラスト樹脂、多官能カルボン酸およびそのハロゲン化物等が挙げられる。これらの硬化剤を使用して硬化物を作成する際には、それぞれ適当な硬化触媒を使用することができる。
【0067】
本発明の末端に水酸基を有するビニル系重合体を硬化させると、その分子量と主鎖骨格に応じて、ゴム状のものから樹脂状のものまで幅広く作成することができる。硬化物の具体的な用途としては、シーリング材、接着剤、粘着剤、弾性接着剤、塗料、粉体塗料、発泡体、電気電子用ポッティング剤、フィルム、ガスケット、各種成形材料、人工大理石等である。
【0068】
【実施例】
以下にこの発明のビニル系重合体を実施例に基づき説明するが、この発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【0069】
【製造例1】
2―アリロキシエチルメタクリレートの製造例
撹拌機、温度計、還流冷却管、ディーンスターク管を取り付けた三つ口フラスコに、メタクリル酸(137.7g、1.6mol)、エチレングリコールモノアリルエーテル(80.7g、0.8mol)、p−トルエンスルホン酸(0.76g、4.0mmol)、およびトルエン(650mL)を仕込んだ。120℃で5時間反応させた後、p−トルエンスルホン酸を0.12g追加し、さらに同じ温度で6時間反応させ、p−トルエンスルホン酸を0.1g追加した。同じ温度でさらに9時間反応させて反応を終了した。この間、液体クロマトグラフィーでメタクリル酸とエチレングリコールモノアリルエーテルを追跡し、転化率は最終的に98%に達した。NaHCO3水溶液を加えて中和し、2層を分離した。水層をトルエンで1回抽出し、有機層をCaCl2で乾燥した後、揮発分を減圧下留去した。粗生成物を減圧蒸留する(60℃、2mmHg)ことにより、下式に示す2−アリロキシエチルメタクリレートを98.7g得た(収率73%)。
H2C=C(CH3)CO2(CH2)2OCH2CH=CH2
【0070】
【製造例2】
アルケニル基を有するカルボン酸塩の製造(1)
水酸化カリウムの1/2Nエタノ−ル溶液(200mL)にウンデシレン酸(18.8g、0.102mol)を撹拌しながら0℃でゆっくり滴下した。揮発分を減圧下留去することにより粗生成物を得た。粗生成物をアセトンで洗浄後、減圧下加熱することにより下式に示すウンデシレン酸のカリウム塩の白色固体を得た(8.88g、収率88%)。
CH2=CH−(CH2)8−CO2 -K+
【0071】
【製造例3】
アルケニル基を有するカルボン酸塩の製造例(2)
メタノ−ル(245mL)に4−ペンテン酸(49g、0.489mol)、カリウム−tert−ブトキシド(54.9g、0.489mol)を仕込み、0℃で撹拌した。揮発分を減圧下留去することにより下式に示すペンテン酸カリウム塩を得た。
CH2=CH−(CH2)2−CO2 -K+
【0072】
【製造例4】
水酸基を有する開始剤の製造例
窒素雰囲気下、エチレングリコール(10.9mL、195mmol)とピリジン(3g、39mmol)のTHF溶液(10mL)に2−ブロモプロピオン酸クロライド(2mL、3.35g、19.5mmol)を0℃でゆっくり滴下した。そのままの温度で溶液を2時間撹拌した。希塩酸(20mL)と酢酸エチル(30mL)を加え、2層を分離した。有機層を希塩酸、およびブラインで洗浄し、Na2SO4で乾燥した後、揮発分を減圧下留去し、粗成生物を得た(3.07g)。この粗生成物を減圧蒸留することにより(70〜73℃、0.5mmHg)、下式に示す、ヒドロキシエチル−2−ブロモプロピオネートを得た(2.14g、56%)。
H3CC(H)(Br)C(O)O(CH2)2−OH
【0073】
【製造例5】
アルケニル基を有する開始剤の製造例(1)
50mLの2口フラスコを窒素置換し、2−アリルオキシエタノール(2.5mL、23.4mmol)、ピリジン(3mL)、およびTHF(10mL)を仕込んだ。溶液を0℃に冷却し、2−ブロモプロピオン酸クロライド(2mL、19.52mmol)をゆっくり滴下した。そのままの温度で1時間撹拌を続けた後、酢酸エチル(10mL)を加え、生成したピリジンの塩酸塩を濾過により除去した。濾液を希塩酸(10mL)、NaHCO3水溶液(10mL)、さらにブライン(10mL)で洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧化留去した。得られた粗生成物を減圧蒸留することにより、下式に示すアリルオキシエチル−2−ブロモプロピオネートを得た。(78.5〜81℃(1.3mmHg)、2.986g)。
CH3C(H)(Br)C(O)O−CH2CH2−O−CH2CH=CH2
【0074】
【実施例1】
1Lの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(112mL、100g、0.78mol)、製造例4で得られた水酸基含有開始剤(3.07g、15.6mmol)、臭化第一銅(2.24g、15.6mmol)、2,2'−ビピリジル(4.87g、31.2mmol)、酢酸エチル(90mL)、アセトニトリル(22mL)を仕込み、窒素バブリングを行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、2時間反応させた。反応容器を室温にもどし、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(3.92mL、4.06g、31.2mmol)を加え、110℃で2時間反応させた。混合物を酢酸エチル(200mL)で希釈し、不溶分を濾別した後、濾液を10%塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥した後、溶媒を減圧下留去し、末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を82g得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、5100、分子量分布は1.29であった。
【0075】
次に、上記のようにして得られた末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(50g)およびピリジン(10mL)のトルエン溶液(100mL)に、窒素雰囲気下、75℃で、ウンデセン酸クロリド(7.22mL、6.81g、33.6mmol)をゆっくりと滴下し、75℃で3時間撹拌した。生成した白色固体を濾過し、有機層を希塩酸およびブラインで洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、減圧下に濃縮することにより、アルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(43g)を得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、5400、分子量分布は1.30であった。また、オリゴマー1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1H NMR分析より、2.28個であった。
【0076】
次に、30mLの耐圧反応容器に、上でで得られた両末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸ブチル)(2g)、メチルジメトキシシラン(0.32mL)、オルトギ酸メチル(0.09mL、アルケニル基に対し3当量)、0価白金の1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルジシロキサン錯体(8.3×10-8mol/Lキシレン溶液、アルケニル基に対し、10-4当量)を仕込み、100℃で1時間撹拌した。揮発分を減圧下留去することにより、下式に示す、両末端にメチルジメトキシシリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を2g得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により5900、分子量分布は1.37であった。また、オリゴマー1分子当たりに導入されたシリル基は、1H NMR分析より、2.24個であった。
【0077】
次に、上記のようにして得られた両末端にメチルジメトキシシリル基を有するポリ(アクリル−n−酸ブチル)(1g)と硬化触媒(日東化成製、U−220、ジブチルスズジアセチルアセトナート、30mg)をよく混合し、型枠に流し込んで、減圧乾操器を用いて室温で脱泡した。室温に7日間放置することにより、均一なゴム状硬化物が得られた。ゲル分率は78%であった。
【0078】
【実施例2】
末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
1Lの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(112mL、100g、0.78mol)、参考例1で得られた水酸基含有開始剤(3.07g、15.6mmol)、臭化第一銅(2.24g、15.6mmol)、2,2'−ビピリジル(4.87g、31.2mmol)、酢酸エチル(90mL)、アセトニトリル(22mL)を仕込み、窒素バブリングを行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、2時間反応させた。反応容器を室温にもどし、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(3.92mL、4.06g、31.2mmol)を加え、110℃で2時間反応させた。混合物を酢酸エチル(200mL)で希釈し、不溶分を濾別した後、濾液を10%塩酸とブラインで洗浄、有機層をNa2SO4で乾燥した。溶媒を減圧下留去し、末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を82g得た。この重合体の粘度は25Pa・sであり、数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)により、5100、分子量分布は1.29であった。また、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりの平均の水酸基の個数は2.39個であった。
末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
上で得た末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(50g)およびピリジン(10mL)のトルエン溶液(100mL)に、窒素雰囲気下、75℃で、ウンデセン酸クロリド(7.22mL、6.81g、33.6mmol)をゆっくりと滴下し、75℃で3時間撹拌した。生成した白色固体を濾過し、有機層を希塩酸およびブラインで洗浄し、有機層をNa2SO4で乾燥した。減圧下で濃縮することにより、アルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(43g)を得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)により、5400、分子量分布は1.30であった。また、1H−NMR分析より求めた重合体1分子当たりに導入されたアルケニル基は、2.28個であった。
末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
30mLの耐圧反応容器に、上記で得られた両末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸ブチル)(2g)、メチルジメトキシシラン(0.32mL)、オルトギ酸メチル(0.09mL、アルケニル基に対し3当量)、白金ビス(ジビニルテトラメチルジシロキサン)(8.3×10-8mol/Lキシレン溶液、アルケニル基に対し、10−4当量)を仕込み、100℃で1時間撹拌した。揮発分を減圧下留去することにより、架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を2g得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)により5900、分子量分布は1.37であった。また、1H−NMR分析より求めた重合体1分子当たりに導入されたシリル基は、2.24個であった。
【0079】
【参考例1】
実施例2の架橋性シリル基末端重合体(1g)と硬化触媒(日東化成製、U−220、ジブチルスズジアセチルアセトナート、30mg)をよく混合し、型枠に流し込んで、減圧乾燥器を用いて室温で脱泡した。室温に7日間放置することにより、均一なゴム状硬化物が得られた。トルエン抽出により求めたゲル分率は78%であった。
【0080】
【参考例2】
実施例2の末端に架橋性シリル基を有する重合体100重量部、水1重量部、ジブチルスズジメトキサイド1重量部をよく混合し、型枠に流し込んで、減圧乾操器を用いて室温で脱泡した。50℃で20時間加熱硬化させることにより、均一なゴム状硬化物シートが得られた。トルエン抽出により求めたゲル分率は88%であった。ゴム状硬化物シートから2(1/3)号形ダンベル試験片を打ち抜き、オートグラフを用いて引っ張り試験を行った(200mm/min)。破断強度は0.32MPa、破断伸びは34%であった。
【0081】
【実施例3】
末端にハロゲンを有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
500mlの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(112mL、100g、0.78mol)、ジブロモキシレン(4.12g、15.6mmol)、臭化第一銅(2.24g、15.6mmol)、2,2'−ビピリジル(4.87g、31.2mmol)、酢酸エチル(90mL)、アセトニトリル(20mL)を仕込み、窒素バブリングを行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、2時間反応させた。反応容器を室温にもどし、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(3.92mL、4.06g、31.2mmol)を加え、110℃で2時間反応させた。混合物を酢酸エチル(200mL)で希釈し、活性アルミナのカラムを通して銅触媒を除去精製することにより末端にBr基を有する重合体を得た。得られた重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で5700、分子量分布1.37であった。
末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
窒素雰囲気下、500mlフラスコに上記で得た末端にハロゲンを有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)84g、ペンテン酸カリウム7.7g(56mmol)、DMAc80mlを仕込み、70℃で4時間反応させた。反応混合液中の未反応のペンテン酸カリウムおよび生成した臭化カリウムを水抽出精製により除去し、末端にアルケニル基を有する重合体を得た。この重合体70gとこれと等重量の珪酸アルミ(協和化学製:キョ−ワ−ド700PEL)をトルエンに混合し、100℃で撹拌した。4時間後、珪酸アルミを濾過し、濾液の揮発分を減圧下加熱して留去することによって重合体を精製した。得られた重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で4760、分子量分布1.73であった。また1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は1.78個であった。
末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
200ml耐圧反応管に上記で得た末端にアルケニル基を有する重合体60g、メチルジメトキシシラン8.4mL(68.1mmol)、オルトギ酸メチル2.5mL(22.9mmol)、白金ビス(ジビニルテトラメチルジシロキサン)5×10-3mmolを仕込み、100℃で4時間反応させ、架橋性ケイ素基含有重合体を得た。得られた重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で6000、分子量分布1.44であった。また1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりの架橋性シリル基の個数は1.59個であった。
【0082】
【参考例3】
実施例3で得た末端に架橋性シリル基を有する重合体100重量部に水1重量部、ジブチル錫ジメトキサイド1重量部を混合攪拌し、厚さ2mmの型枠に流し込んだ。減圧乾燥器を用いて室温で脱泡し、50℃で2日間加熱硬化させることにより、均一なゴム状硬化物シートが得られた。トルエン抽出により求めたゲル分率は93%であった。ゴム状硬化物シートから2(1/3)号形ダンベル試験片を打ち抜き、オートグラフを用いて引っ張り試験を行った(200mm/min)。破断強度は0.26MPa、破断伸びは75%であった。
【0083】
【実施例4】
末端にハロゲンを有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
50mlフラスコに臭化第一銅0.63g(4.4mmol)、ペンタメチルジエチレントリアミン0.76g(4.4mmol)、アセトニトリル5ml、2,5−ジブロモアジピン酸ジエチル1.6g(4.4mmol)、アクリル酸ブチル44.7g(349mmol)を仕込み、凍結脱気をおこなった後、窒素雰囲気下で70℃7時間反応させた。活性アルミナのカラムを通して銅触媒を除去精製することにより末端にBr基を有する重合体を得た。得られた重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で10700、分子量分布1.15であった。
末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
窒素雰囲気下、200mlフラスコに上記で得た末端にハロゲンを有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)35g、ペンテン酸カリウム2.2g(16.1mmol)、DMAc35mLを仕込み、70℃で4時間反応させた。反応混合液中の未反応のペンテン酸カリウムおよび生成した臭化カリウムを水抽出精製により除去し、末端にアルケニル基を有する重合体を得た。得られた重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で11300、分子量分布1.12であった。また1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は1.82個であった。
末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
200mL耐圧反応管に上記で得た末端にアルケニル基を有する重合体15g、メチルジメトキシシラン1.8mL(14.5mmol)オルトギ酸メチル0.26mL(2.4mmol)、白金ビス(ジビニルテトラメチルジシロキサン)10-4mmolを仕込み、100℃で4時間反応させ、末端に架橋性シリル基を有する重合体を得た。得られた重合体の粘度は44Pa・sであり、数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で11900、分子量分布1.12であった。また1H−NMR分析により重合体1分子あたりの架橋性ケイ素基の個数は1.46個であった。
【0084】
【参考例4】
実施例4で得た末端に架橋性シリル基を有する重合体100重量部に水1重量部、ジブチルスズジメトキサイド1重量部を混合攪拌し、厚さ2mmの型枠に流し込んだ。減圧乾操器を用いて室温で脱泡し、50℃で10日間加熱硬化させることにより、均一なゴム状硬化物シートが得られた。トルエンン抽出により求めたゲル分率は98%であった。ゴム状硬化物シートから2(1/3)号形ダンベル試験片を打ち抜き、オートグラフを用いて引っ張り試験を行った(200mm/min)。破断強度は0.35MPa、破断伸びは77%であった。
【0085】
【実施例5】
末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
100mLのガラス反応容器に、アクリル酸ブチル(50.0mL、44.7g、0.349mol)、臭化第一銅(1.25g、8.72mmol)、ペンタメチルジエチレントリアミン(1.82mL、1.51g、8.72mmol)、およびアセトニトリル(5mL)を仕込み、冷却後減圧脱気したのち窒素ガスで置換した。よく撹拌した後、ジエチル2,5−ジブロモアジペート(1.57g、4.36mmol)を添加し、70℃で加熱撹拌した。60分後に1,7−オクタジエン(6.44mL、4.80g、43.6mmol)を添加し、70℃で加熱撹拌を2時間継続した。混合物を活性アルミナで処理した後、揮発分を減圧下加熱して留去した。生成物を酢酸エチルに溶解させ、2%塩酸、ブラインで洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧下加熱して留去することにより、末端にアルケニル基を有する重合体を得た。得られた重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により13100、分子量分布は1.22であった。また1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は2.01個であった。
末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
上記で得られた、末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(30.5g)、重合体と等重量の珪酸アルミ(協和化学製:キョ−ワ−ド700PEL)をトルエンに混合し、100℃で撹拌した。4時間後、珪酸アルミを濾過し、濾液の揮発分を減圧下加熱して留去することによって重合体を精製した。
200mLの耐圧ガラス反応容器に、精製した上記重合体(23.3g)、ジメトキシメチルシラン(2.55mL、20.7mmol)、オルトぎ酸ジメチル(0.38mL、3.45mmol)、および白金触媒を仕込んだ。ただし、白金触媒の使用量は、重合体のアルケニル基に対して、モル比で2×10-4当量とした。反応混合物を100℃で3時間加熱した。混合物の揮発分を減圧留去することにより、末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を得た。得られた重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で13900、分子量分布1.25であった。また1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりの架橋性ケイ素基の個数は1.58個であった。
【0086】
【参考例5】
実施例5で得た末端に架橋性シリル基を有する重合体100重量部に水1重量部、ジブチル錫ジメトキサイド1重量部を混合攪拌し、厚さ2mmの型枠に流し込んだ。減圧乾燥器を用いて室温で脱泡し、50℃で10日間加熱硬化させることにより、均一なゴム状硬化物シートが得られた。トルエン抽出により求めたゲル分率は85%であった。ゴム状硬化物シートから2(1/3)号形ダンベル試験片を打ち抜き、オートグラフを用いて引っ張り試験を行った(200mm/min)。破断強度は0.34MPa、破断伸びは86%であった。
【0087】
【実施例6】
末端にハロゲンを有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
50mLフラスコに臭化第一銅0.63g(4.4mmol)、ペンタメチルジエチレントリアミン0.76g(4.4mmol)、アセトニトリル5mL、2,5−ジブロモアジピン酸ジエチル0.78g(2.2mmol)、アクリル酸ブチル44.7g(349mmol)を仕込み、凍結脱気をおこなった後、窒素雰囲気下で70℃6時間反応させた。活性アルミナのカラムを通して銅触媒を除去精製することにより末端にBr基を有する重合体を得た。得られた重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で23600、分子量分布1.14であった。
末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
窒素雰囲気下、200mLフラスコに上記で得た末端にBr基を有する重合体34g、ペンテン酸カリウム1.0g(7.6mmol)、DMAc34mLを仕込み、70℃で4時間反応させた。反応混合液中の未反応のペンテン酸カリウムおよび生成した臭化カリウムを水抽出精製により除去し、末端にアルケニル基を有する重合体を得た。この末端にアルケニル基を有する重合体と等重量(30.5g)の珪酸アルミ(協和化学製:キョ−ワ−ド700PEL)とをトルエンに混合し、100℃で撹拌した。4時間後、珪酸アルミを濾過し、濾液の揮発分を減圧下加熱して留去することによって重合体を精製した。得られた重合体の数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で24800、分子量分布1.14であった。また1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりのアルケニル基の個数は1.46個であった。
末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
200ml耐圧反応管に上記で得た末端にアルケニル基を有する重合体21g、メチルジメトキシシラン0.94ml(7.6mmol)オルトギ酸メチル0.13ml(1.3mmol)、白金ビス(ジビニルテトラメチルジシロキサン)2×10-4mmolを仕込み、100℃で4時間反応させ、末端に架橋性シリル基を有する重合体を得た。得られた重合体の粘度は100Pa・sであり、数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で25400、分子量分布1.16であった。また1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりの架橋性シリル基の個数は1.48個であった。
【0088】
【参考例6】
実施例6で得た末端に架橋性シリル基を有する重合体100重量部に水1重量部、ジブチル錫ジメトキサイド1重量部を混合攪拌し、厚さ2mmの型枠に流し込んだ。減圧乾操器を用いて室温で脱泡し、50℃で2日間加熱硬化させることにより、均一なゴム状硬化物シートが得られた。トルエン抽出により求めたゲル分率は94%であった。ゴム状硬化物シートから2(1/3)号形ダンベル試験片を打ち抜き、オートグラフを用いて引っ張り試験を行った(200mm/min)。破断強度は0.40MPa、破断伸びは323%であった。
【0089】
【比較例1】
架橋性ケイ素基含有モノマーを用いた架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
トルエン400g、アクリル酸ブチル385g、メタクリル酸メチルジメトキシシリルプロピル15g、アゾビスイソブチロニトリル6gを1Lフラスコ中で窒素バブリングしながら105℃で7時間重合した。トルエンを留去することにより架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)が得られた。この重合体の粘度は74Pa・sであり、数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)により、8500、分子量分布は2.47であった。また1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりの平均の水酸基の個数は1.40個であった。
【0090】
【比較参考例1】
比較例1の架橋性シリル基を有する重合体100重量部に水1重量部、ジブチル錫ジメトキサイド1重量部を混合攪拌し、厚さ2mmの型枠に流し込んだ。減圧乾操器を用いて室温で脱泡し、50℃で10日間加熱硬化させることにより、均一なゴム状硬化物シートが得られた。トルエン抽出により求めたゲル分率は78%であった。ゴム状硬化物シートから2(1/3)号形ダンベル試験片を打ち抜き、オートグラフを用いて引っ張り試験を行った(200mm/min)。破断強度は0.14MPa、破断伸びは69%であった。
【0091】
【比較例2】
架橋性ケイ素基含有モノマーを用いた架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
トルエン210g、アクリル酸ブチル293g、メタクリル酸メチルジメトキシシリルプロピル7.2g、アゾビスイソバレロニトリル1.8gを1Lフラスコ中で窒素バブリングしながら105℃で7時間重合した。トルエンを留去することにより架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)が得られた。この重合体の粘度は110Pa・sであり、数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)により9600、分子量分布は2.86であった。
実施例2から6と比較例1、2の結果を表1にまとめた。
【0092】
【表1】
【0093】
ゴム的な性質が要求される用途の場合、モジュラス/破断時強度/破断時伸びのバランスを向上させるため、重合体分子量の高分子量化が望まれる。特に本発明の様な架橋性官能基を有する重合体においては、分子量がゴム設計の重要な指標となる架橋点間分子量と密接に関連しているため、その傾向が強い。 数平均分子量は架橋点間分子量を左右する重要なパラメーターの一つであり、上記物性バランスの向上のためにはこれを大きくできることが望ましい。
【0094】
本発明の架橋性シリル基を有するビニル系重合体は分子量分布を狭く制御できるので、ほぼ同じ数平均分子量の重合体で比較した場合の粘度は非常に低くなり、その結果取扱い性に優れた原料となる(実施例4の粘度は比較例2の半分以下)。また粘度に制限がある場合は、ほぼ同じ粘度ではより数平均分子量の高い重合体が合成可能なため、よりモジュラス/強度/伸びバランスの優れた硬化物が得られる(実施例7)。またリビングラジカル重合法により架橋性シリル基を有するビニル系重合体を得ているため、一分子当たりの平均の架橋性シリル基の量がほぼ同じであっても、架橋性シリル基を含有しない重合体の量が少なくなり、ゲル分の高い硬化物を得ることができる(実施例4と比較例1)。
【0095】
【参考例7】
硬化物の耐熱性
参考例4で得た架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の硬化物シートの一部を150℃のオーブンに入れ、24時間後に取り出し、表面状態を観察した。表面状態に異常はなかった。
【0096】
【比較例3】
末端に架橋性シリル基を有するポリジメチルシロキサン(シリコーン)の合成
200mlフラスコに分子量17,200の末端ビニルポリジメチルシロキサン(アヅマックス製DMS−V25:不飽和基当量0.11eq/kg)97g、メチルジメトキシシラン2.3g(21.4mmol)、白金ビス(ジビニルテトラメチルジシロキサン)10-3mmolを加え、70℃で6時間反応した。得られた架橋性シリル基末端ポリジメチルシロキサンの数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で11900、分子量分布2.52であった。1HNMR(300MHz)で不飽和基由来のピークは消失し、ポリマ−主鎖由来のケイ素原子に結合したメチルプロトンとメトキシシリル基のプロトンの強度比から求めたポリジメチルシロキサンポリマー1分子当たりの架橋性ケイ素基の個数は2であった。粘度は6ポイズであった。
【0097】
【比較参考例2】
硬化物の耐熱性
比較例3の架橋性シリル基を有する重合体100重量部に水1重量部、ジブチルスズジメトキサイド1重量部を混合攪拌し、厚さ2mmの型枠に流し込んだ。減圧脱泡し、50℃で10日間加熱硬化させた。得られた硬化物シートの一部を150℃のオーブンに入れ、24時間後に取り出し、表面状態を観察した。表面に異常はなかった。
【0098】
【比較例4】
末端にアリル基を有するポリイソブチレンの合成
窒素置換した2Lの耐圧ガラス製重合容器に、モレキュラーシーブスで乾燥させたエチルシクロヘキサン205mlおよびトルエン819ml、p−ジクミルクロライド2.89g(12.5mmol)を加えた。
イソブチレンモノマー332ml(3.91mol)を重合容器に導入し、次に2−メチルピリジン0.454g(4.88mmol)と四塩化チタン6.69ml(61.0mmol)加えて重合を開始した。反応時間70分後に、アリルトリメチルシラン6.86g(60.0mmol)を加えてポリマー末端にアリル基の導入反応を行った。反応時間120分後に、反応溶液を水で洗浄したあと、溶剤を留去することにより末端にアリル基を有するポリイソブチレンを得た。
末端に架橋性シリル基を有するポリイソブチレンの合成
上記で得られた末端にアリル基を有する重合体200gを約75℃まで昇温した後、メチルジメトキシシラン1.5[eq/ビニル基]、白金(ビニルシロキサン)錯体5×10-5[eq/ビニル基]を添加し、ヒドロシリル化反応を行った。FT−IRにより反応追跡を行い、約20時間で1640cm-1のオレフィン吸収が消失した。
得られた末端に架橋性シリル基を有するポリイソブチレンの粘度は360Pa・sであり、数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)で4800、分子量分布1.52であった。また1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりの架橋性シリル基の個数は1.66個であった。
【0099】
【比較参考例3】
硬化物の耐熱性
比較例4の末端に架橋性シリル基を有する重合体100重量部に水1重量部、ジブチル錫ジメトキシド1重量部を混合攪拌し、厚さ2mmの型枠に流し込んだ。減圧脱泡し、50℃で10日間加熱硬化させた。得られた硬化物シートの一部を150℃のオーブンに入れ、24時間後に取り出し、表面状態を観察した。表面は溶解しており、一部液状物が流れ出していた。
【0100】
参考例7および比較参考例2、3の結果を表2に示した。
【0101】
【表2】
【0102】
本発明の架橋性シリル基を有するビニル系重合体の硬化物は、シリコーン系重合体と同レベルの耐熱性を有し、ポリイソブリレン系よりも耐熱性に優れているので、耐熱性の要求される用途に用いることができる。
【0103】
【参考例8】
促進耐候性
参考例4で得た架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の硬化物シートの一部をサンシャイン・ウエザオ・メーターを用いて促進耐候性試験をおこない、表面状態の観察をおこなった。1000時間経過後も表面の溶解や変色は起こっていなかった。
【0104】
【比較参考例4、5】
参考例4で得た架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の硬化物の代わりに、比較参考例4では比較例3で得たシリコーン系重合体を、比較参考例5では比較例4で得たポリイソブチレン系重合体を用いて参考例8と同様に促進耐候性試験をおこなった。比較参考例4は1000時間経過後も表面の溶解や変色は起こっていなかった。一方比較参考例5では500時間経過後に表面の溶解が始まっていた。
【0105】
本発明の架橋性シリル基を有するビニル系重合体を用いた組成物は、シリコーン系重合体組成物と同レベルの耐候性を有しており、ポリイソブリレン系よりもはるかに優れているので、耐候性の要求される用途に用いることができる。
【0106】
【参考例9】
一液深部硬化性
実施例5で得た架橋性シリル基を有する重合体100重量部をトルエンで共沸脱水した。窒素雰囲気下でメチルトリメトキシシラン1重量部、ジブチルスズジアセチルアセトナート1重量部を順次添加し、サンプル瓶に密栓保存することにより一液配合物を作製した。恒温恒湿室(23℃60%RH)で1週間保存後、サンプルチューブに払い出した。払い出し24時間後に硬化部分を取り出し、その深さ方向の厚みを測定した結果、3mmであった。
【0107】
【比較参考例6、7】
一液深部硬化性
実施例5で得た重合体の代わりに、比較参考例6では比較例3で得たシリコーン系重合体を、比較参考例7では比較例4で得たポリイソブチレン系重合体を用いて参考例9と同様に深部硬化性を測定した。比較参考例6の深部硬化性は3mmであった。比較参考例7では、表面に薄皮が張っただけで内部は硬化していなかった。
本発明の架橋性シリル基を有するビニル系重合体組成物は、シリコーン系組成物と同レベルの一液深部硬化性を有しており、ポリイソブリレン系組成物よりもはるかに優れているため、一液型のシーラントなどの組成物として用いることができる。
【0108】
【参考例10】
接着性
実施例5で得た架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)100重量部に、膠質炭酸カルシウム120重量部、ジオクチルフタレート50重竜部、アミノ基を有する架橋性シリル基含有化合物A−1120(日本ユニカー製)2重量部、ジブチルスズジアセチルアセトナート1重量部を加えてよく混合し、ガラス基材上にビード状に施工した。室温で7日放置後、界面に切り込みを入れて引き剥がすことにより、接着性を評価した。破壊状況は配合硬化物の凝集破壊であった。
本発明の架橋性シリル基を有するビニル系重合体の組成物は、十分な接着性を有しており、接着性のある硬化性組成物として充分用いることができる。
【0109】
【参考例11】
塗装性
実施例5で得た架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)100重量部に、酸化チタン10重量部、膠質炭酸カルシウム100重量部、重質炭酸カルシウム40重量部、オクチル酸スズ3重量部とラウリルアミン0.75重量部の反応物を加えてよく混合し、シートを作製した。シート作製の翌日に、10%の水で希釈したアクリルエマルジョン塗料(水性トップ、日本ペイント製)を塗布した。問題なく塗布できた。
【0110】
【比較参考例8】
塗装性
参考例11において実施例5で得た架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の代わりに比較例3で得た架橋性ケイ素基を有するポリジメチルシロキサンを用いて同様の実験をおこなった。塗料を塗ってもすぐにはじいてしまった。
本発明の架橋性シリル基を有するビニル系重合体を用いた組成物は、シリコーン系重合体を用いた組成物と異なり、十分な塗装性を有していた。したがって塗装可能なシーラントなどの硬化性組成物として用いることが可能である。
【0111】
【参考例12】
汚染性
実施例5で得た架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)100重量部に、酸化チタン10重量部、膠質炭酸カルシウム100重量部、重質炭酸カルシウム40重量部、オクチル酸スズ3重量部とラウリルアミン0.75重量部の反応物を加えてよく混合し、プライマー(No.40、横浜ゴム製)を塗布した御影石の目地に充填し、屋外に暴露した。8カ月を経過しても目地周りはきれいであった。
【0112】
【比較参考例9】
参考例12において実施例5で得た架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の代わりに比較例3で得た架橋性シリル基を有するポリジメチルシロキサンを用いて同様の実験をおこなった。8ヶ月経過すると目地の周辺が薄黒く汚れていた。
本発明の架橋性シリル基を有するビニル系重合体を用いた組成物は、シリコーン系重合体を用いた組成物と異なり、御影石の汚染がなかった。従って汚染のないシーラントなどの硬化性組成物として用いることが可能である。
【0113】
【参考例13】
粘着剤
実施例4と同様の処方で得た架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)100重量部に、特殊ロジンエステル(スーパーエステルA−100、荒川化学製)の40%トルエン溶液175重量部(ロジンエステルとして70重量部)、#918(スズ触媒、三共有機製)2重量部を混合し、PETフィルム上に100μmのコーターを用いて塗布した。室温で1日放置後、50℃で1日加熱した。JIS Z 0237に従って、180度引き剥がし粘着力をおこなった結果、4.5N/25mmであった。
本発明の架橋性シリル基を有するビニル系重合体は、粘着剤として使用可能である。
【0114】
【実施例7】
30mLの耐圧ガラス反応容器に、アクリル酸ブチル(5mL、4.47g、34.9mmol)、α,α'−ジブロモ−p−キシレン(185mg、0.70mmol)、臭化第一銅(100mg、0.70mmol)、2,2'−ビピリジル(217mg、1.40mmol)、酢酸エチル(4mL)、およびアセトニトリル(1mL)を仕込み、窒素バブリングを10分間行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、2時間反応させた。混合物を冷却した後、メチルジメトキシシリルプロピルメタクリレート(650mg、2.8mmol)を添加し、100℃で2時間反応させた。混合物を冷却後、酢酸エチル(20mL)で希釈し、生成した不溶固体をろ過した後、濾液を塩化アンモニウム水溶液で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧下留去し、末端にメチルジメトキシシリル基を有するポリ(アクリル酸ブチル)を4.78g得た(90%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により7100、分子量分布は1.74であった。また、1H NMR分析により、1分子あたりに導入されたシリル基は3.2個であった。
【0115】
【実施例8】
1Lの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(112mL、100g、0.78mol)、製造例1で合成された水酸基含有開始剤(3.07g、15.6mmol)、臭化第一銅(2.24g、15.6mmol)、2,2'−ビピリジル(4.87g、31.2mmol)、酢酸エチル(90mL)、アセトニトリル(22mL)を仕込み、窒素ガスを10分間吹き込んで溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、1時間反応させた。反応容器を室温にもどし、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(3.92mL、4.06g、31.2mmol)を加え、100℃で1時間反応させた。混合物を酢酸エチルで希釈し、不溶分を濾別した後、濾液を10%塩酸で3回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥した後、溶媒を減圧下留去し、末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を82g得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、5900、分子量分布は1.35であった。
【0116】
次に、上記のようにして得られた末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(68g)およびピリジン(14mL)のトルエン溶液(100mL)に、窒素雰囲気下、75℃で、ウンデセン酸クロリド(7.1mL、33.0mmol)をゆっくりと滴下し、60℃で反応させた。生成した白色固体を濾過し、有機層を希塩酸およびブラインで洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、減圧下に濃縮することにより、末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(64g)を得た。重合体のトルエン溶液に珪酸アルミ(協和化学製:キョ−ワ−ド700PEL)を添加して還流温度で撹拌し、重合体中の微量不純物を除去した。オリゴマ−1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1HNMR分析より、2.8個であった。
【0117】
次に、100mLの耐圧ガラス反応容器に、上記重合体(25.3g)、ジメトキシメチルヒドロシラン(4.8mL、38.7mmol)、オルトぎ酸ジメチル(1.4mL、12.9mmol)、及び、白金触媒を仕込んだ。ただし、白金触媒の使用量は、重合体のアルケニル基に対して、モル比で10-4当量とした。反応混合物を100℃で3時間加熱した。混合物の揮発分を減圧留去することにより、末端にシリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を得た。オリゴマ−1分子当たりに導入されたシリル基は、1H NMR分析より、2.2個であった。
【0118】
【参考例14】
実施例7で合成された末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸ブチル)(2.5g)と硬化触媒(日東化成製、U−220、75mg)をよく混合し、型枠に流し込んで、減圧乾操器を用いて室温で脱泡した。室温に7日間放置することにより、均一なゴム状硬化物が得られた。ゲル分率は54%であった。
【0119】
【参考例15】
実施例8で合成された末端にシリル基を有するポリ(アクリル酸ブチル)に、ジブチルスズジメトキシド及び水を加えてよく混合した。スズ触媒及び水の使用量は、それぞれ重合体に対して1重量部とした。
このようにして得られた組成物を型枠に流し込んで、減圧脱気し、50℃で20時間加熱硬化させ、ゴム弾性を有するシート状硬化物を得た。硬化物をトルエンに24時間浸漬し、前後の重量変化からそのゲル分率を測定すると、88%であった。
【0120】
シート状硬化物から2(1/3)号形ダンベル試験片を打ち抜き、島津製オートグラフを用いて、引っ張り試験を行った(測定条件:23℃、200mm/min)。破断強度は0.32MPa、破断伸びは34%であった。
【0121】
【実施例9】
次に、30mLの耐圧ガラス反応容器に、アクリル酸ブチル(2.5mL、2.24g、17.45mmol)、α,α'−ジブロモ−p−キシレン(92.5mg、0.35mmol)、臭化第一銅(50mg、0.35mmol)、2,2'−ビピリジル(163mg、1.05mmol)、および酢酸エチル(2mL)、アセトニトリル(0.5mL)を仕込み、窒素ガスを10分間吹き込んで溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、1時間反応させた。室温に冷却した後、製造例1で得られたアリロキシエチルメタクリレート(600mg、3.5mmol)を窒素ガス雰囲気下で添加して封管した。混合物を80℃に加熱し、1時間反応させた。混合物を酢酸エチル(20mL)で希釈し、生成した不溶固体をろ過した後、濾液を希塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧下留去し、下式に示す両末端にアルケニル基を有するポリアクリル酸ブチルを1.97g得た(重合収率88%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により6700、分子量分布は1.60であった。また、オリゴマー1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1HNMR分析より、5.4個であった。
【0122】
【化6】
【0123】
【実施例10】
30mLの耐圧ガラス反応容器に、アクリル酸ブチル(5mL、4.47g、34.9mmol)、α,α'−ジブロモ−p−キシレン(180mg、0.69mmol)、臭化第一銅(98mg、0.69mmol)、2,2'−ビピリジル(319g、2.06mmol)、および酢酸エチル(4mL)、アセトニトリル(1ml)を仕込み、窒素ガスを10分間吹き込んで溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、1時間反応させた。混合物を冷却後、窒素雰囲気下でアリルトリブチル錫(0.51mL、1.64mmol)を添加し、100℃で1時間反応させた。混合物を酢酸エチル(20mL)で希釈し、生成した不溶固体をろ過した後、濾液を希塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧下留去し、下式に示す両末端にアルケニル基を有するポリアクリル酸ブチルとブロモトリブチル錫の混合物を得た(収量4.48g)。重合体の数平均分子量はGPC測定により(ポリスチレン換算)により6300、分子量分布は1.57であった。また、オリゴマー1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1H NMR分析より、2.2個であった。
【0124】
【化7】
【0125】
【実施例11】
50mLの2口フラスコを窒素置換し、2−アリルオキシエタノール(2.5mL、23.4mmol)、ピリジン(3mL)、およびTHF(10mL)を仕込んだ。溶液を0℃に冷却し、2−ブロモプロピオン酸クロライド(2mL、19.52mmol)をゆっくり滴下した。そのままの温度で1時間撹拌を続けた後、酢酸エチル(10mL)を加え、生成したピリジンの塩酸塩を濾過により除去した。濾液を希塩酸(10mL)、NaHCO3水溶液(10mL)、さらにブライン(10mL)で洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧化留去した。得られた粗生成物を減圧蒸留することにより、下式に示すアリルオキシエチル−2−ブロモプロピオネートを得た。(78.5〜81℃(1.3mmHg)、2.986g)。
【0126】
CH3C(H)(Br)C(O)O−CH2CH2−O−CH2CH=CH2
次に、30mLの耐圧ガラス反応容器に、アクリル酸ブチル(2.5mL、2.24g、17.45mmol)、上で得られたアルケニル基を有する開始剤(165mg、0.698mmol)、臭化第一銅(100mg、0.698mmol)、2,2'−ビピリジル(218mg、1.40mmol)、アセトニトリル(0.5mL)、酢酸エチル(2mL)を仕込み、窒素ガスを10分間吹き込んで溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、50分反応させた。室温に冷却した後、混合物を酢酸エチル(20mL)で希釈し、生成した不溶固体をろ過した後、濾液を希塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧下留去して、片末端にアルケニル基、他の末端には臭素を有するポリ(アクリル酸ブチル)を1.90g得た(79%)。重合体の数平均分子量はGPC測定により(ポリスチレン換算)により3600、分子量分布は1.51であった。また、オリゴマー1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1H NMR分析より、0.75個であった。
【0127】
次に、撹拌子、還流冷却管を備えた50mLの3つ口フラスコに、上記のようにして得られた重合体(1.90g)、Na2S・9H2O(70.2mg、0.293mmol)、およびエタノール(3mL)を仕込み、還流温度で3時間撹拌した。室温に冷却した後、酢酸エチル(10mL)、希塩酸(10mL)を加え、2層を分離した。有機層を希塩酸とブラインで洗浄し、Na2SO4で乾燥した後、揮発分を減圧下留去することにより、下式に示す両末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸)ブチルを1.69g得た。重合体の数平均分子量はGPC測定により(ポリスチレン換算)により5100、分子量分布は1.73であった。
【0128】
【化8】
【0129】
【実施例12】
窒素雰囲気下、エチレングリコール(10.9mL、195mmol)とピリジン(3g、39mmol)のTHF溶液(10mL)に2−ブロモプロピオン酸クロライド(2mL、3.35g、19.5mmol)を0℃でゆっくり滴下した。そのままの温度で溶液を2時間撹拌した。希塩酸(20mL)と酢酸エチル(30mL)を加え、2層を分離した。有機層を希塩酸、およびブラインで洗浄し、Na2SO4で乾燥した後、揮発分を減圧下留去し、粗成生物を得た(3.07g)。この粗生成物を減圧蒸留することにより(70〜73℃、0.5mmHg)、下式に示す、ヒドロキシエチル−2−ブロモプロピオネートを得た(2.14g、56%)。
H3CC(H)(Br)C(O)O(CH2)2−OH
1Lの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(112mL、100g、0.78mol)、上で得られた水酸基含有開始剤(3.07g、15.6mmol)、臭化第一銅(2.24g、15.6mmol)、2,2'−ビピリジル(4.87g、31.2mmol)、酢酸エチル(90mL)、アセトニトリル(22mL)を仕込み、窒素バブリングを行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、2時間反応させた。反応容器を室温にもどし、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(3.92mL、4.06g、31.2mmol)を加え、110℃で2時間反応させた。混合物を酢酸エチル(200mL)で希釈し、不溶分を濾別した後、濾液を10%塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥した後、溶媒を減圧下留去し、末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を82g得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、5100、分子量分布は1.29であった。
【0130】
次に、上記のようにして得られた末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(50g)およびピリジン(10mL)のトルエン溶液(100mL)に、窒素雰囲気下、75℃で、ウンデセン酸クロリド(7.22mL、6.81g、33.6mmol)をゆっくりと滴下し、75℃で3時間撹拌した。生成した白色固体を濾過し、有機層を希塩酸およびブラインで洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、減圧下に濃縮することにより、下式に示す末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(43g)を得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、5400、分子量分布は1.30であった。また、オリゴマー1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1HNMR分析より、2.28個であった。
【0131】
【化9】
【0132】
【比較例5】
特開平6−211922の製造例3に従って、両末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を合成した。すなわち、撹拌子と滴下ロートを備え付けた100mLの3つ口フラスコに、2−ヒドロキシエチルジスルフィド(30.8g、24.4mL、0.2mol)を加えた。フラスコを100℃に加熱し、アクリル酸−n−ブチル(12.8g、14.32mL、0.1mol)とAIBN(0.328g、0.002mol)の混合物を30分かけて滴下した。混合物をさらに1時間、100℃にて撹拌した。トルエン(20mL)を加え、混合物を分液ロートに静置し、下層を分離した。上層を水で3回洗浄し、Na2SO4で乾燥した後、減圧下、揮発分を留去することにより、両末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を得た(12.18g、95%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、4300、分子量分布は4.22であった。
【0133】
次に、上記のようにして得られた末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(10.51g)およびピリジン(2mL)のトルエン溶液(15mL)に、窒素雰囲気下、60℃で、ウンデセン酸クロリド(0.898mL、848mg、4.18mmol)をゆっくりと滴下し、60℃で3時間撹拌した。生成した白色固体を濾過し、有機層を希塩酸およびブラインで洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、減圧下に濃縮することにより、下式に示す末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(7.45g)を得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、4400、分子量分布は4.31であった。
【0134】
【参考例16〜19および比較参考例10】
硬化物の作成
実施例9〜12、および比較例5で得られた両末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸ブチル)をトルエンに溶解し、重合体と等量の珪酸アルミ(協和化学製:キョーワード700PEL)を添加して1時間撹拌し、重合体中の微量不純物を除去した。
【0135】
次に、精製されたそれぞれのポリ(アクリル酸ブチル)と、下式に示す多価ハイドロジェンシリコン化合物、および、0価白金の1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルジシロキサン錯体(8.3×10-8mol/Lキシレン溶液)をよく混合した。多価ハイドロジェンシリコン化合物の使用量は、重合体のアルケニル基とハイドロジェンシリコン化合物のヒドロシリル基がモル比で1/1.2となる量、また、白金触媒の使用量は、重合体のアルケニル基に対して、モル比で10-4〜10-3当量とした。
【0136】
このようにして得られた組成物の一部を130℃のホットプレート上にて硬化試験を行い、ゲル化時間を測定した。また、残りの組成物を減圧下に脱気し、型枠に流し込んで加熱硬化させ、ゴム状の硬化物を得た。硬化物をトルエンに24時間浸漬し、前後の重量変化からそのゲル分率を測定した。結果を表3に示した。
【0137】
【化10】
【0138】
【表3】
【0139】
【実施例13】
実施例9において、アクリル酸−n−ブチルのかわりにアクリル酸メチルを使用する以外は同様にして、末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸メチル)を得た(収率93%)。重合体の数平均分子量はGPC測定により(ポリスチレン換算)により7900、分子量分布は2.0であった。また、オリゴマー1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1H NMR分析より平均3.3個であった。
【0140】
【実施例14】
還流管付き500mL三つ口フラスコで、触媒として臭化第一銅(1.50g、10.5mmol)、配位子としてペンタメチルジエチレントリアミン(1.65mL)、開始剤としてジエチル−2,5−ジブロモアジペート(9.42g、26.2mol)、溶媒としてアセトニトリル(30mL)を用いて、アクリル酸−n−ブチル(300mL)を窒素雰囲気下70℃で重合し、アクリル酸−n−ブチルの重合率が93%の時点で、1,7−オクタジエン(38.6mL,0.261mol)を添加し、同温度で加熱した。反応混合物を酢酸エチルで希釈し、活性アルミナのカラムを通して触媒を除き、揮発分を減圧留去することにより、末端にアルケニル基を有する重合体を得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により13800、分子量分布は1.28であった。オリゴマ−1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1H NMR分析より、1.84個であった。
【0141】
【実施例15】
30mLの耐圧ガラス反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(7.5mL、6.72g、51.3mmol)、α,α' −ジブロモ−p−キシレン(270mg、1.03mmol)、臭化第一銅(150mg、1.03mmol)、2,2' −ビピリジル(322mg、2.06mmol)、酢酸エチル(6mL)、及び、アセトニトリル(1.5mL)を仕込み、窒素ガスを10分間吹き込んで溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、1.5時間反応させた。混合物を酢酸エチル(20mL)で希釈し、生成した不溶固体をろ過した後、濾液を希塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧下留去し、末端にハロゲンを有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を5.0g得た(重合収率75%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により5600、分子量分布は1.32であった。
【0142】
上記重合体(5.00g)、製造例2で合成されたウンデシレン酸カリウム塩(476mg、2.14mmol)、及び、ジメチルアセトアミド(10mL)を仕込み、窒素雰囲気下、70℃で6時間反応させた。混合物の揮発分を減圧留去した後、酢酸エチルを加えて不溶分を濾別した。濾液の揮発分を減圧留去することにより、末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)4.77gを得た。オリゴマ−1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1H NMR分析より、1.70個であった。
【0143】
【実施例16】
実施例15と同様にして、触媒として臭化第一銅(1.50g、10.5mmol)、配位子としてペンタメチルジエチレントリアミン(0.69mL)、開始剤としてジエチル−2,5−ジブロモアジペート(9.42g、26.2mol)、溶媒としてアセトニトリル(30mL)を用いて、アクリル酸−n−ブチル(300mL)を窒素雰囲気下70℃で重合し、末端にハロゲンを有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により11300、分子量分布は1.16であった。
【0144】
次に、カルボン酸塩として製造例3で製造されたペンテン酸カリウム塩を用いて実施例15と同様の操作により、末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を得た。オリゴマ−1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1H NMR分析より、1.84個であった。
【0145】
【実施例17】
30mLの耐圧ガラス反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(5mL、4.47g、34.9mmol)、α,α'−ジブロモ−p−キシレン(180mg、0.69mmol)、臭化第一銅(98mg、0.69mmol)、2,2'−ビピリジル(319g、2.06mmol)、および酢酸エチル(4mL)、アセトニトリル(1ml)を仕込み、窒素ガスを10分間吹き込んで溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、1時間反応させた。混合物を冷却後、窒素雰囲気下でアリルトリブチル錫(0.51mL、1.64mmol)を添加し、100℃で1時間反応させた。混合物を酢酸エチル(20mL)で希釈し、生成した不溶固体をろ過した後、濾液を希塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧下留去し、末端にアルケニル基を有するポリアクリル酸−n−ブチルとブロモトリブチル錫の混合物を得た(収量4.48g)。重合体の数平均分子量はGPC測定により(ポリスチレン換算)により6300、分子量分布は1.57であった。また、オリゴマー1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1H NMR分析より、2.2個であった。
【0146】
【実施例18】
30mLの耐圧ガラス反応容器に、アクリル酸メチル(5mL、4.78g、55.5mmol)、2−メチル−2−ブロモプロピオン酸アリル(0.354mL、460mg、2.22mmol)、臭化第一銅(318mg、2.22mmolmmol)、2,2'−ビピリジル(1.04g、6.66mmol)、アセトニトリル(1mL)、酢酸エチル(4mL)を仕込み、真空脱気を3回行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を80℃に加熱し、3時間反応させた。室温に冷却した後、混合物を酢酸エチル(20mL)で希釈し、生成した不溶固体をろ過した後、濾液を希塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、揮発分を減圧下留去して、片末端にアルケニル基、他の末端には臭素を有するポリ(アクリル酸メチル)を3.93g得た(75%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により2700、分子量分布は1.48であった。また、オリゴマー1分子当たりに導入されたアルケニル基は、1H NMR分析より、0.81個であった。
【0147】
次に、撹拌子、還流冷却管を備えた50mLの3つ口フラスコに、上記のようにして得られた重合体(1.17g)、Na2S・9H2O(57.6mg、0.240mmol)、およびエタノール(2mL)を仕込み、還流温度で3時間撹拌した。室温に冷却した後、酢酸エチル(10mL)、希塩酸(10mL)を加え、2層を分離した。有機層を希塩酸とブラインで洗浄し、Na2SO4で乾燥した後、揮発分を減圧下留去することにより、末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸メチル)を1.11g得た。重合体の数平均分子量はGPC測定により(ポリスチレン換算)により4200、分子量分布は1.71であった。
【0148】
【実施例19】
1Lの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(112mL、100g、0.78mol)、製造例3で得られた水酸基含有開始剤(3.07g、15.6mmol)、臭化第一銅(2.24g、15.6mmol)、2,2'−ビピリジル(4.87g、31.2mmol)、酢酸エチル(90mL)、アセトニトリル(22mL)を仕込み、窒素バブリングを行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、2時間反応させた。反応容器を室温にもどし、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(3.92mL、4.06g、31.2mmol)を加え、110℃で2時間反応させた。混合物を酢酸エチル(200mL)で希釈し、不溶分を濾別した後、濾液を10%塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥した後、溶媒を減圧下留去し、末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を82g得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、5100、分子量分布は1.29であった。
【0149】
次に、上記のようにして得られた末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(50g)およびピリジン(10mL)のトルエン溶液(100mL)に、窒素雰囲気下、75℃で、ウンデセン酸クロリド(7.22mL、6.81g、33.6mmol)をゆっくりと滴下し、75℃で3時間撹拌した。生成した白色固体を濾過し、有機層を希塩酸およびブラインで洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥し、減圧下に濃縮することにより、末端にアルケニル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(43g)を得た。
【0150】
【参考例20〜29】
硬化物の作成
製造例13〜19で得られた末端にアルケニル基を有する重合体を珪酸アルミ(協和化学製、キョーワード700PEL)で処理し、重合体中の微量不純物を除去した。
【0151】
次に、精製されたポリ(アクリル酸エステル)と、多価ハイドロジェンシリコン化合物、および、0価白金の1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルジシロキサン錯体(8.3×10-8mol/Lキシレン溶液)をよく混合した。多価ハイドロジェンシリコン化合物として、下記に示す化合物(S−1、S−2)、もしくはα−メチルスチレンで一部変性したメチルハイドロジェンシロキサン(S−3:SiH価7.69mmol/g)を用いた。多価ハイドロジェンシリコン化合物の使用量は、重合体のアルケニル基とハイドロジェンシリコン化合物のSiH基がモル比で1/1.2〜1/1.5となる量とした。また、白金触媒の使用量は、重合体のアルケニル基に対して、所定量添加した。
【0152】
このようにして得られた組成物の一部を130℃のホットプレート上にて硬化試験を行い、ゲル化時間を測定した。また、残りの組成物を減圧下に脱気し、型枠に流し込んで加熱硬化させ、100℃に加熱し、ゴム状の硬化物を得た。硬化物をトルエンに24時間浸漬し、前後の重量変化からそのゲル分率を測定した。結果を表4に示した。
【0153】
【化11】
【0154】
【表4】
【0155】
【実施例20】
30mLの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(5mL、4.47g、34.9mmol)、製造例4で得られた水酸基含有開始剤(138mg、0.698mmol)、臭化第一銅(100mg、0.698mmol)、2,2'−ビピリジル(218mg、1.40mmol)、酢酸エチル(4mL)、アセトニトリル(1mL)を仕込み、窒素バブリングを行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、2時間反応させた。反応容器を室温にもどし、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(0.176mL、182mg、1.40mmol)を加え、100℃で2時間反応させた。混合物を酢酸エチル(20mL)で希釈し、不溶分を濾別した後、濾液を10%塩酸で2回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥した後、溶媒を減圧下留去し、下式に示す末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を4.44g得た(収率93%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、6100、分子量分布は1.32であった。また、NMR測定により、重合体1分子当たりの水酸基は、平均3.3個であった。この重合体の粘度をE型粘度系により測定したところ(剪断速度:10sec-1、23℃)、388ポイズであった。
【0156】
【化12】
【0157】
【比較例6】
特開平5−262808の実施例1に従い、両末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を合成した。すなわち、撹拌子と滴下ロートを備え付けた100mLの3つ口フラスコに、2−ヒドロキシエチルジスルフィド(30.8g、24.4mL、0.2mol)を加えた。フラスコを100℃に加熱し、アクリル酸−n−ブチル(12.8g、14.32mL、0.1mol)とAIBN(0.328g、0.002mol)の混合物を30分かけて滴下した。混合物をさらに1時間、100℃にて撹拌した。トルエン(20mL)を加え、混合物を分液ロートに静置し、下層を分離した。上層を水で3回洗浄し、Na2SO4で乾燥した後、減圧下、揮発分を留去することにより、両末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を得た(12.18g、95%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、4300、分子量分布は4.22であった。この重合体の粘度をE型粘度系により測定したところ(剪断速度:10sec-1、23℃)、490ポイズであった。また、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりの平均の水酸基の個数は1.42個であった。
【0158】
実施例20および比較例6で得られた重合体の性状を表5にまとめた。
【0159】
【表5】
【0160】
実施例20の重合体は比較例6の重合体よりも、数平均分子量がかなり高いにも関わらず、粘度は低い。ここにおいて、本発明の重合体の分子量分布が狭いことの優位性が明らかである。
【0161】
【参考例30および比較参考例11】
ウレタン硬化物の作成
実施例20、および比較例6で得られた両末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を、それぞれ、下式に示す3官能イソシアネート化合物(一方社油脂製B−45)、およびスズ系触媒(日東化成製、U−220、ジブチルスズジアセチルアセトネート)と、よく混合した。なお、混合割合は、(メタ)アクリル系重合体の水酸基と、イソシアネート化合物のイソシアネート基がモル比で1/1となる量、また、スズ系触媒は、重合体100重量部に対し、0.1重量部とした。
【0162】
上記各混合物を減圧下に脱泡し、型枠に流し込んで80℃で15時間加熱硬化させた。得られたシート状硬化物の一部をトルエンに24時間浸漬し、前後の重量変化から、ゲル分率を算出した。また、シート状硬化物からJISK6301に準拠した3号ダンベルを打ち抜き、引張速度200mm/minで引張試験を行なった。結果を表6に示した。
【0163】
【化13】
【0164】
【表6】
【0165】
参考例30の方が、比較参考例11よりも破断強度、伸び、ゲル分率のすべてにおいて上回る。本発明の重合体の進歩性が明らかである。
【0166】
【実施例21】
末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
1Lの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(112mL、100g、0.78mol)、製造例4で得られた水酸基含有開始剤(3.07g、15.6mmol)、臭化第一銅(2.24g、15.6mmol)、2,2'−ビピリジル(4.87g、31.2mmol)、酢酸エチル(90mL)、アセトニトリル(20mL)を仕込み、窒素バブリングを行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、2時間反応させた。反応容器を室温にもどし、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(3.92mL、4.06g、31.2mmol)を加え、110℃で2時間反応させた。混合物を酢酸エチル(200mL)で希釈し、不溶分を濾別した後、濾液を10%塩酸とブラインで洗浄、有機層をNa2SO4で乾燥した。溶媒を減圧下留去し、末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を82g得た。この重合体の粘度は25Pa・sであり、数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)により、5100、分子量分布は1.29であった。また、1H−NMR分析より求めた重合体1分子あたりの平均の水酸基の個数は2.39個であった。
末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
上記で合成した末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(4.94g、OH=2.30mmol)をトルエン存在下50℃で共沸脱水を行なった。ここへオクチル酸スズ(4.9mg)およびトルエン(6mL)を加え、50℃でメチルジメトキシシリルプロピルイソシアネート(0.524g、2.77mmol)を滴下した。、滴下終了後、70℃に反応温度を上げ4時間反応を継続した。1H−NMRで水酸基の結合したメチレン基のシグナル(3.8ppm)が消失したことにより、未反応の水酸基はないものと判断した。揮発分を減圧により留去し、末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を得た。この重合体の粘度は22Pa・sであり、数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)により、4900、分子量分布は1.60であった。
【0167】
【参考例31】
実施例21で得た末端に架橋性シリル基を有する重合体100重量部に対し、ジブチルスズジアセチルアセトナート1重量部を混合し、型枠に流し込んで、減圧乾燥器を用いて室温で脱泡した。50℃で20時間加熱硬化させることにより、均一なゴム状硬化物シートが得られた。トルエン抽出により求めたゲル分率は93%であった。
ゴム状硬化物シートから2(1/3)号形ダンベル試験片を打ち抜き、オートグラフを用いて引っ張り試験を行った(200mm/min)ところ破断強度は0.31MPa、破断伸びは35%であった。
【0168】
【比較例7】
水酸基含有ジスルフィドを用いた末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)の合成
比較例6で合成した末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(4.52g、OH=1.85mmol)をトルエン存在下50℃で共沸脱水を行なった。ここへオクチル酸スズ(4.52mg)およびトルエン(6mL)を加え、50℃でメチルジメトキシシリルプロピルイソシアネート(0.421g、2.22mmol)を滴下した。、滴下終了後、70℃に反応温度を上げ4時間反応を継続した。1H−NMRで水酸基の結合したメチレン基のシグナル(3.8ppm)が消失したことにより、未反応の水酸基はないものと判断した。揮発分を減圧により留去し、末端に架橋性シリル基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を得た。この重合体の粘度は53Pa・sであり、数平均分子量はGPC測定(移動相クロロホルム、ポリスチレン換算)により、4700、分子量分布は3.71であった。
【0169】
【比較参考例12】
比較例7の末端に架橋性シリル基を有する重合体100重量部に対し、ジブチルスズジアセチルアセトナート1重量部を混合し、型枠に流し込んで、減圧乾操器を用いて室温で脱泡した。50℃で20時間加熱硬化させることにより、均一なゴム状硬化物シートが得られた。トルエン抽出により求めたゲル分率は82%であった。抽出分を濃縮して1H−NMRを測定したが、その中には架橋性シリル基は存在していなかった。
【0170】
ゴム状硬化物シートから2(1/3)号形ダンベル試験片を打ち抜き、オートグラフを用いて引っ張り試験を行った(200mm/min)ところ破断強度は0.21MPa、破断伸びは93%であった。
【0171】
【実施例22】
30mLの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(5mL、4.47g、34.9mmol)、α,α'−ジブロモ−p−キシレン(185mg、0.70mmol)、臭化第一銅(100mg、0.70mmol)、2,2'−ビピリジル(326mg、2.10mmol)、酢酸エチル(4mL)、アセトニトリル(1mL)を仕込み、窒素バブリングを10分間行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、3時間反応させた。反応容器を室温にもどし、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(0.352mL、364mg、2.80mmol)を加えて封管し、80℃で2時間反応させた。混合物を酢酸エチル(20mL)で希釈し、10%塩酸で3回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥した後、溶媒を減圧下留去し、下式に示す末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を4.11g得た(82%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により5900、分子量分布は1.45であった。また、1H NMR分析より、重合体1分子あたりの水酸基は平均3.2個であった。
【0172】
【化14】
【0173】
【実施例23】
実施例20において、アクリル酸−n−ブチルを10mL使用する以外は全く同様にして、化7に示すポリ(アクリル酸−n−ブチル)を6.96g得た(収率75%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、8300、分子量分布は1.32であった。また、1H NMR測定により、重合体1分子当たりの水酸基は、平均2.2個であった。
【0174】
【実施例24】
実施例20において、アクリル酸−n−ブチルを7.5mL使用する以外は全く同様にして、化7に示すポリ(アクリル酸−n−ブチル)を5.75g得た(収率82%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、7500、分子量分布は1.36であった。また、1H NMR測定により、重合体1分子当たりの水酸基は、平均2.1個であった。
【0175】
【実施例25】
50mLの耐圧反応容器に、アクリル酸−n−ブチル(10.94mL、9.78g、76.3mmol)、製造例4で得られた水酸基含有開始剤(301mg、1.53mmol)、臭化第一銅(219mg、1.53mmol)、2,2'−ビピリジル(476mg、3.05mmol)、酢酸エチル(8.8mL)、アセトニトリル(2.2mL)を仕込み、窒素バブリングを行って溶存酸素を除去した後、封管した。混合物を130℃に加熱し、1.3時間反応させた。混合物を酢酸エチル(20mL)で希釈し、10%塩酸で3回、ブラインで1回洗浄した。有機層をNa2SO4で乾燥した後、溶媒を減圧下留去し、片末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を5.23g得た(53%)。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により3400、分子量分布は1.31であった。また、1H NMR分析より、重合体1分子あたりの水酸基は平均1.09個であった。
【0176】
次に、撹拌子、還流冷却管を備えた50mLの3つ口フラスコに、上で得られた片末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)(2.15g)、Na2S・9H2O(76.3mg、0.318mmol)、およびエタノール(3mL)を仕込み、還流温度で3時間撹拌した。室温に冷却した後、酢酸エチル(5mL)、10%塩酸(5mL)を加え、2層を分離した。有機層を10%塩酸とブラインで洗浄し、Na2SO4で乾燥した後、揮発分を減圧下留去することにより、下式に示す両末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)を1.93g得た。重合体の数平均分子量はGPC測定(ポリスチレン換算)により、5700、分子量分布は1.39であった。
【0177】
【化15】
【0178】
【参考例32〜35】
硬化物の作成
実施例22〜25で得られた両末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)と、下式に示す3官能イソシアネート化合物(一方社油脂製B−45)、およびスズ系触媒(日東化成製、U−220、ジブチルスズジアセチルアセトネート)をよく混合した。なお、混合割合は、(メタ)アクリル系重合体の水酸基と、イソシアネート化合物のイソシアネート基がモル比で1/1となる量、また、スズ系触媒は、重合体100重量部に対し、0.1重量部とした。
【0179】
上記混合物を減圧下に脱泡し、型枠に流し込んで80℃で15時間加熱硬化させた。得られた硬化物をトルエンに24時間浸漬し、前後の重量変化から、ゲル分率を算出した。結果を表7に示した。
【0180】
【化16】
【0181】
【表7】
【0182】
【実施例26】
100mLの反応器に、アクリル酸−n−ブチル(20mL、17.9g、0.140mmol)、2,5−ジブロモアジピン酸ジエチル(0.628g、1.74mmol)、臭化第一銅(225mg、1.57mmol)、ペンタメチルジエチレントリアミン(0.328mL、0.272g、1.57mmol)、トルエン(2.0mL)を仕込み、凍結脱気を行った後、窒素置換した。混合物を70℃に加熱し、45分間反応させた。この時点で、モノマーの反応率は82%であった。反応混合物を酢酸エチルで希釈し、活性アルミナのカラムを通し、銅触媒を除き、下式に示す末端に臭素基を持つポリ(アクリル酸−n−ブチル)を得た。生成したポリマーの数平均分子量は10200、分子量分布は1.14であった。
【0183】
得られたポリ(アクリル酸−n−ブチル)(5.00g)、4−ヒドロキシブチル酸ナトリウム塩(0.248g、1.967mmol)をN,N−ジメチルアセトアミド(10mL)中で混合し、70℃で3時間攪拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し、水で洗浄後、有機層の揮発分を減圧留去することにより下式に示す両末端に水酸基を有する重合体を得た。1H NMR測定により、重合体1分子あたりの水酸基数は、平均1.66個であった。
【0184】
【参考例36】
実施例26で得られた両末端に水酸基を有するポリ(アクリル酸−n−ブチル)と3官能イソシアネート化合物(一方社油脂製B−45)をよく混合した。なお、混合割合は重合体の水酸基とイソシアネート化合物のイソシアネート基がモル比で1/3となる量とした。この混合物を減圧下に脱泡し、100℃で24時間加熱硬化させた。得られた硬化物をトルエンに24時間浸漬し、前後の重量変化からゲル分率を算出すると97%であった。
【0185】
【発明の効果】
本発明の、末端に架橋性シリル基、あるいは、アルケニル基、あるいは、水酸基を有するビニル系重合体は、リビングラジカル重合を利用することにより製造されるので、分子量分布が狭い。従って通常のラジカル重合により製造される、同等の分子量を有する重合体に比較して粘度が低く、硬化性組成物として用いる際に、取扱いが容易であると期待される。
Claims (12)
- 分子末端に1分子あたり少なくとも1個、水酸基を有し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した重量平均分子量と数平均分子量の比が1.8未満であり、主鎖が(メタ)アクリル系重合体であるビニル系重合体であって、
水酸基が一般式8〜12のいずれかで示される形で主鎖に結合されているビニル系重合体。
HO−R6− (8)
HO−R7−O− (9)
HO−R7−OC(O)− (10)
HO−R7−C(O)O− (11)
HO−R7−OC(O)O− (12)
(式中、R6は、−(CH2)n−(nは2〜20の整数)、−CH(CH3)CH2−、−CH(CH3)(CH2)2−、−CH2CH(CH3)−、−(CH2)n−O−(CH2)m−(n、mは1〜19の整数、ただしn+m≦20)、o−,m−,p−C6H4−、または、o−,m−,p−(CH2)n−C6H4−(CH2)m−(n、mは0〜14の整数、ただしn+m≦14)を表す。
R7は、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数6〜20のアリーレン基、または、炭素数7〜20のアラルキレン基を表し、1個以上のエーテル結合を含有していてもよい。) - 請求項1記載の水酸基を有するビニル系重合体に、架橋性シリル基とイソシアネート基を有する化合物を反応させることによって得られる、分子末端に1分子あたり少なくとも1個、一般式1で示される架橋性シリル基を有するビニル系重合体。
−[Si(R1)2−b(Y)bO]m−Si(R2)3−a(Y)a (1)
(式(1)中、R1およびR2は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、または炭素数7〜20のアラルキル基、または(R′)3SiO−(R′は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR′は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R1またはR2が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。) - ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した重量平均分子量と数平均分子量の比が1.7以下である請求項1または2に記載のビニル系重合体。
- ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した重量平均分子量と数平均分子量の比が1.6以下である請求項1〜3のいずれかに記載のビニル系重合体。
- ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した重量平均分子量と数平均分子量の比が1.5以下である請求項1〜4のいずれかに記載のビニル系重合体。
- 主鎖がアクリル酸エステル系重合体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のビニル系重合体。
- 主鎖が、原子移動ラジカル重合によって製造されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のビニル系重合体。
- 水酸基を有するビニル系重合体が、ビニル系重合体の末端のハロゲン基を、一般式8〜12のいずれかで示される水酸基に変換することにより製造される請求項1〜7のいずれかに記載のビニル系重合体。
- 一般式1中のYが、水素原子、ハロゲン、水酸基、アルコキシ基、アシルオキシ基、ケトキシメート基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、メルカプト基またはアルケニルオキシ基であり、Yが2個以上のとき、それらは同じであってもよく、異なっていてもよい、請求項2〜8のいずれかに記載の架橋性シリル基を末端に有するビニル系重合体。
- 一般式1中のYがアルコキシ基である請求項9記載のビニル系重合体。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の水酸基を有するビニル系重合体に、アルケニル基含有ハロゲン化物、アルケニル基含有イソシアネート化合物、アルケニル基含有酸ハロゲン化物またはアルケニル基含有カルボン酸を反応させる、分子末端に1分子あたり少なくとも1個、アルケニル基を有するビニル系重合体の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の水酸基を有するビニル系重合体に、アルケニル基含有ハロゲン化物、アルケニル基含有イソシアネート化合物、アルケニル基含有酸ハロゲン化物またはアルケニル基含有カルボン酸を反応させて、分子末端に1分子あたり少なくとも1個、アルケニル基を有するビニル系重合体を製造し、該アルケニル基を有するビニル系重合体に、架橋性シリル基を有するヒドロシラン化合物を付加させる、分子末端に1分子あたり少なくとも1個、一般式1で示される架橋性シリル基を有するビニル系重合体の製造方法。
−[Si(R1)2−b(Y)bO]m−Si(R2)3−a(Y)a (1)
(式(1)中、R1およびR2は、いずれも炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、または炭素数7〜20のアラルキル基、または(R′)3SiO−(R′は炭素数1〜20の1価の炭化水素基であって、3個のR′は同一であってもよく、異なっていてもよい)で示されるトリオルガノシロキシ基を示し、R1またはR2が2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。Yは水酸基または加水分解性基を示し、Yが2個以上存在するとき、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。aは0,1,2,または3を、また、bは0,1,または2を示す。mは0〜19の整数である。ただし、a+mb≧1であることを満足するものとする。)
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