JP5136956B2 - 重合性組成物及びその重合物 - Google Patents
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1,4−ナフトキノンと置換ブタジエンとのディールス・アルダー反応により得られる1,4,4a,9a−テトラヒドロ−9,10−アントラキノン化合物を酸触媒又は塩基性触媒を用いて異性化することにより1,4−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオール化合物を得る。
溶媒中、貴金属触媒存在下、第1反応で得られた1,4−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオール化合物を水素ガスにより水素化することにより1,2,3,4−テトラヒドロ−9,10−アントラセンジオールを得る。
塩基性触媒の存在下または非存在下、第2反応で得られた1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジオール化合物またはそのナトリウム塩を塩化アクリロイルまたは塩化メタクリロイルと反応させることにより1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジ(メタ)アクリレートを得る。
本発明の上記の一般式(1)で示される化合物内の(メタ)アクリロイルオキシ部位は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合等連鎖重合に好適に用いることができる。特に本発明のモノマーは二重結合周囲の電子環境、立体環境からラジカル重合が好適である。またラジカル重合は操作の簡便性からも優位である。また(メタ)アクリロイルオキシ部位を1,3−ブタジエンやアントラセン等のジエノフィルとのディールス・アルダー反応、アクリル酸等へのマイケル反応を利用した付加重合にも用いることもできる。
重合開始のエネルギー源として、開始反応のエネルギーを与えるもの用いることができる。具体的なエネルギー源としては熱、光、電子線(EB)、マイクロ波、放射線等の電磁線が挙げられ、用いるエネルギー源に応じて、熱重合、電磁線重合(光重合、電子線重合、マイクロ波重合、放射線重合)等と呼ばれる。またそれぞれの重合に際して重合開始剤や増感剤を用いることができる。
上記一般式(1)で示される1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジ(メタ)アクリレート化合物は、上述のように熱分解型、レドックス分解型、光分解型等のラジカル重合開始剤の存在下あるいは不存在下、熱エネルギー、紫外線、電子線、マイクロ波等の活性エネルギー線や機械的エネルギーを与えて重合させることができる。用いる活性エネルギー線等のエネルギー源によっては、重合開始剤を用いなくても重合させることが可能ではあるが、エネルギー源の取り扱いや重合性の面からラジカル重合開始剤を用いることが好ましい。従って、本発明の重合性組成物は、少なくとも、上記一般式(1)で示される1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジ(メタ)アクリレート化合物とラジカル重合開始剤を含有する組成物である。
熱ラジカル重合開始剤としては、有機過酸化物やアゾ系化合物等のどちらでも使用可能である。有機過酸化物としては、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t− ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート類等のパーオキシエステル類、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)3,3,5− トリメチルシクロヘキサン等のパーオキシケタール類、 ラウロイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類等が挙げられる。またアゾ系化合物としては、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1'−アゾビス (シクロヘキサン−1−カーボニトリル)等のアゾニトリル類が挙げられる。
次に光ラジカル重合開始剤について説明する。1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジ(メタ)アクリレート化合物は活性エネルギー線を照射することにより重合させることもできる。使用することができる活性エネルギー線としては可視光線、紫外線、電子線等が挙げられるが、その取り扱い等の面から、可視光線や紫外線が好ましい。
1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジ(メタ)アクリレート化合物及び熱ラジカル重合開始剤を含有する重合性組成物は、溶融状態で重合させることもできるが、通常、溶媒中で重合させるのが簡便である。溶媒を使用する場合、溶媒としては、トルエン、キシレン、t−ブチルベンゼン、クロロベンゼン、クロロナフタレン等の芳香族系溶媒、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶媒、シクロヘキサノン、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、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒が挙げられる。
1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジ(メタ)アクリレート化合物及び光ラジカル重合開始剤を含有する重合性組成物は、紫外線等の活性エネルギー線を照射することで重合させることができる。活性エネルギー線としては、使用する光ラジカル重合開始剤のラジカル発生を引き起こす波長領域の光線であればよく、用いる光ラジカル重合開始剤によって異なるが、その波長範囲は通常380〜500nmである。照射光の波長範囲がこの範囲を外れると、重合に時間がかかったり、十分に重合が進行せず原料モノマーが残ってしまうため好ましくない。したがって、上記の波長範囲の活性エネルギー線を照射できる光源を使用して重合させることが好ましい。好ましい光源としては、UV−LED、青色LED、白色LED等の光源が挙げられる。そのほか、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の光源も使用可能である。また、太陽光線を使用することもでき、このような場合は光ラジカル重合における操作性の向上や重合物の特性改善のため吸収フィルター等で波長範囲を調整することが好ましい。
本発明の重合性組成物において、1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジ(メタ)アクリレート化合物を単独モノマーとして使用するだけでなく、これ以外の他のラジカル重合性化合物を加えて共重合性の重合性組成物とすることもできる。
ビニリデン化合物としては塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン等が挙げられる。
(2)赤外線(IR)分光光度計(日本分光社製、型式:IR−810)によるIRスペクトル測定を行った。
(3)核磁気共鳴装置(NMR)(日本電子社製、型式:GSX FT NMR Spectrometer)による1H−NMR分析を行った。
(4)Massスペクトル(島津製作所社製、質量分析計、型式:GCMS−QP5000)による分析を行った。
(5)屈折率計(アタゴ社製、型式:T1)を使用して測定した。
(6)DTA(島津示差熱量重量同時測定装置、DTG−5−/50H)を使用して測定した。
<1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10―ジアクリレートの合成>
(第1反応)
攪拌機、温度計を装備した容量が200mlの耐圧ガラス容器に、1,4,4a,9a−テトラヒドロ−9,10−アントラキノン10g(47.1ミリモル)、N−メチルピロリドン100ml、トリエチルアミン11.4g(113ミリモル)、ジメチルアミノピリジン0.6g(4.7ミリモル)、パラジウム担持活性炭0.5g(50%wet)を仕込み、窒素置換を行った。100℃に昇温し1時間攪拌を継続して異性化反応を行い、1,4−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオール溶液を得た。
上記第1反応で得られた反応液をそのまま、水素圧0.4MPaで100℃で6時間攪拌を継続して水素化反応を行い、1,2,3,4−テトラヒドロ−9,10−アントラセンジオール溶液を得た。
上記の第2反応で得られた反応液をそのまま、10℃まで冷却し、塩化アクリロイル9.4g(104ミリモル)を加え、室温で1時間攪拌を継続した。このフラスコに酢酸エチル80ml、純水40mlを加え、パラジウム担持活性炭を濾別した後、さらに飽和食塩水50mlを加え、純水50mlで2回、飽和食塩水50mlで1回洗浄操作を行った。純水によって洗浄した後の液から有機層を分離した。分離した有機層を濃縮して得られた油状物質を、ヘキサン、酢酸エチルを展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィー法によって精製し、白色結晶の1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレート7.7g(24.0ミリモル)を得た。生成物の1,4,4a,9a−テトラヒドロ−9,10−アントラキノンに対する収率は、51mol%であった。なお、第1、第2、第3反応は、ワンポットで行った。
(2)屈折率: nD=1.620
(3)IRスペクトル(KBr,cm-1):418、761、806、978、1055、1155、1232、1362、1412、1736、2939.
(4)1H−NMR(CDCl3,ppm):δ1.82(s,4H),2.76(s,4H),6.12(dd,J1=1Hz,J2=11Hz,2H),6.50(dd,J1=11Hz,J2=17Hz,2H),6.75(dd,J1=1Hz,J2=17Hz,2H),7.41−7.48(m,2H),7.67−7.73(m,2H).
(5)Massスペクトル:(EI−MS)m/z=322(M+).
<1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレートの熱重合>
温度計、攪拌機つきの200ml三つ口フラスコに、窒素雰囲気下、1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレート化合物2.0g(6.2ミリモル)を仕込み、ついでトルエン40g加え、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを40mgを添加した。反応容器の温度を106℃に加熱したところ、2分後白い沈殿が生じた。さらに10分間加熱し、冷却して白色のスラリーを得た。反応液にメタノール150mlを仕込み、十分攪拌した後、反応液を吸引ろ過し、濾過残渣を乾燥して白色の粉末1.9gを得た。単離収率は95モル%であった。
<1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレートの光重合>
温度計、攪拌機つきの200ml三つ口フラスコに、窒素雰囲気下、1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレート化合物2.0g(6.2ミリモル)を仕込み、ついでトルエン40g加え、光重合開始剤のビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド(チバ・スペシャリティー社製、商品名:イルガキュア819)を100mg添加した。この反応容器に高圧水銀ランプ(Camag社製、中心波長 365nm、照射強度 2mw/cm2、照射高さ 1cm)を用いて光照射したところ、次第に反応液に沈殿が生じた。光照射してから30分後、黄白色の沈殿が生じたので、メタノール150mlを仕込み、十分攪拌した後、反応液を吸引ろ過し、濾過残渣を乾燥しての黄白色の粉末1.95gを得た。単離収率は97.5モル%であった。
<1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレートとトリシクロデカンジメタノールジアクリレートとの光共重合>
ラジカル重合性化合物として1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレート10重量部、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート50重量部を加熱して均一な重合性組成物を調整した。ついで、光重合開始剤としてビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド(チバ・スペシャリティー社製、商品名:イルガキュア819)を1重量部を加え、均一な光重合性組成物とした。この光重合性組成物を、バーコーターによってポリエステルフィルム(東レ社製、商品名:ルミラー、膜厚100ミクロン)表面に、膜厚が300ミクロンになるように塗布した。次に、窒素雰囲気下、紫外線LED(サンダー社製、中心波長395nm、照射強度3mw/cm2)を塗布面に照射した。照射してから塗布面のべたつきがなくなるまでの時間(タックフリータイム)は1分であった。
<1,4−ジヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレートの熱重合の試み>
1,2,3,4−テトラヒドロアントラセンジアクリレートを1,2−ジヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレートに変えた以外は実施例1と同様にして、重合性組成物を調製し、106℃で加熱した。30分加熱後も、反応液は透明なままであり、重合物の沈殿は全く見られなかった。ついで、反応液を冷却し、メタノールを40ml加えた後、濃縮して黄色の粉末1.95gを得たが、IR分析、1H−NMR分析の結果、このものは原料の1,4−ジヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレートであることが判明し、本条件においては、単独で熱重合させることができなかった。
<トリメチロールプロパントリアクリレートと1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレートの共重合による耐熱性向上>
表1の組成の、トリメチロールプロパントリアクリレート100重量部に対し1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレートおよび熱重合開始剤を所定量含有した重合性組成物を調製し、95℃のオイルバス中で加熱した。2分後には、いずれの場合も白い沈殿が多量に生じた。さらに10分加熱後、反応物を冷却し、メタノール10ml中に投入し、よくリスラリーした後、吸引ろ過・乾燥した。得られた白色粉末状の重合物の収率は表1に示すごとく、ほぼ定量的であった。該白色粉末の耐熱性を評価するため、DTAによる熱重量減測定を行い、5%重量減となる温度を測定した。その結果は表1に示すごとくで、ラジカル重合性化合物としてトリメチロールプロパントリアクリレートの単独熱重合によって得られる粉末の5%熱重量減温度は377℃であるが、本発明の1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジ(メタ)アクリレートを5重量部含有する共重合物の5%熱重量減温度は20℃程度上昇しており、1,2,3,4−テトラヒドロアントラセン−9,10−ジアクリレートによる熱分解温度の改善は明らかであった。
Claims (6)
- 請求項1に記載の重合性組成物において、さらに他のラジカル重合性化合物を含有してなる重合性組成物。
- ラジカル重合開始剤が、熱ラジカル重合開始剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の重合性組成物。
- ラジカル重合開始剤が、光ラジカル重合開始剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の重合性組成物。
- 請求項1項乃至4項のいずれか一項に記載の重合性組成物に対して、光および/または熱エネルギーを与えることにより重合させることを特徴とする請求項1項乃至4項のいずれかに記載の重合性組成物の重合方法。
- 請求項1項乃至4項のいずれか一項に記載の重合性組成物を重合させて得られる重合物。
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