JP5644623B2 - 分子末端にオキセタンを有するポリカーボネート及びその製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明の課題は、分子末端にオキセタンを有する新規なポリカーボネート及びその製造方法を提供することにある。
[1] 一般式(1)で示される分子末端にオキセタンを有するポリカーボネート。
により解決される。
[3] R2が、直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数3〜6のアルキレン基を示し、かつnが1〜5の実数である前記[1]に記載の分子末端にオキセタンを有するポリカーボネート。
[4] オキセタン導入率が90%以上である、前記[1]から[3]のいずれか一つに記載の分子末端にオキセタンを有するポリカーボネート。
[5] 一般式(2)で示されるポリカーボネート化合物と一般式(3)で示される(3−アルキルオキセタン−3−イル)メタノールを反応させる、前記[1]に記載の分子末端にオキセタンを有するポリカーボネートの製造方法。
[6] 一般式(4)で示されるジオール、一般式(5)で示されるカーボネート、及び一般式(3)で示される(3−アルキルオキセタン−3−イル)メタノールを反応させる、請求項1に記載の分子末端にオキセタンを有するポリカーボネートの製造方法。
更に、得られた硬化性樹脂化合物については、例えば、優れた透明性、耐衝撃性、耐熱性、耐加水分解性等のカーボネート構造に特有の物性と併せ、オキセタン部位の重合により新たに形成した架橋部位がエーテル結合であるため、例えば、低吸湿性による優れた電気特性等といったエーテル結合に特有の物性が新たに付与された高性能な硬化性樹脂化合物となる。従って、本発明の一般式(1)で示されるポリカーボネートは、更に重合して硬化性樹脂化合物とすることで、例えば、航空機・自動車等の輸送機器、電気電子・光学・医療機器等の様々な分野における成型品等としても使用することができる。
本発明のポリカーボネートは、下記一般式(1)の構造を有する。
このオキセタン導入率(%)の算出方法は、1H−NMRスペクトルの測定結果より、分子末端に導入されたオキセタン部位のメチレン基の積分値(A)、分子末端が水酸基となったときに観測される水酸基が結合したメチレン基の積分値(B)、及び未反応の一般式(2)で示されるポリカーボネートのR3との積分値(C)から、後述の実施例に記載の方法で算出される。
また、上記の数平均分子量であって、更に前記のオキセタン導入率である本発明の一般式(1)で示される分子末端にオキセタンを有するポリカーボネートは、室温下でも液状又はワックス状であることが多いため、前記同様、例えば、硬化性樹脂化合物等のモノマーとして、ハンドリングよく使用することができる。
本発明の一般式(1)で示される分子末端にオキセタンを有するポリカーボネートは、一般式(2)で示されるポリカーボネートと一般式(3)で示される(3−アルキルオキセタン−3−イル)メタノールとをエステル交換反応させる下記反応式<1>又は反応式<2>の方法にて製造される。
ここで、R3における炭素原子数1〜4の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、iso−ブチル基、tert-ブチル基、又はシクロブチル基が挙げられる。なお、式中、R3として、好ましくはメチル基、エチル基、iso−プロピル基、tert-ブチル基;より好ましくはメチル基、エチル基;特に好ましくはメチル基である。
なお、末端にオキセタンを有するポリカーボネート中のオキセタン導入率及び数平均分子量(Mn)は、下記に示す1H−NMRスペクトルの積分値計算により決定した。
(1H−NMRの測定)
本発明で得られた分子末端にオキセタンを有するポリカーボネートは、それぞれ、重クロロホルムに溶解してNMR測定用サンプルを調整し、1H−NMRスペクトル測定(ブルカー・バイオスピン社製「AVANCE500型」)をノンデカップリングで行った。
得られたスペクトルデータより、分子末端のオキセタンに隣接するメチレン部位の水素原子(1H−NMRでの化学シフトの値;δ(ppm):4.20〜4.40)の積分値を1とした場合における、ポリカーボネート主鎖中のカーボネート基に隣接するメチレン部位の水素原子(1H−NMRでの化学シフトの値;δ(ppm):4.00〜4.20)の積分値との比を、前記一般式(1)中に示される繰り返し単位の分子構造の平均数である、nとして示した。
本発明で得られた分子末端にオキセタンを有するポリカーボネートの数平均分子量は、前記にて算出された繰り返し単位の分子構造の平均数nと繰り返し単位の構造の分子量の積に末端の分子量を加味して算出した。
得られたスペクトルデータより、分子末端のオキセタンに隣接するメチレン部位の水素原子(1H−NMRでの化学シフトの値;δ(ppm):4.20〜4.40)の積分値をX、分子末端の水酸基に隣接するメチレン部位の水素原子(1H−NMRでの化学シフトの値;δ(ppm):3.50〜3.70)の積分値をY、分子末端のメチルカーボネート基のメチル基部位の水素原子(1H−NMRでの化学シフトの値:3.65〜3.85ppm)の積分値をZとし、オキセタン導入率(%)を[(X/2)/{(X/2)+(Y/2)+(Z/3)}]*100(%)として算出した。
撹拌装置、加熱装置、蒸留装置、及び温度計を備えた内容積300mlのガラス製フラスコにポリカーボネートジオール(「ETERNACOLL(登録商標) UH−200」、宇部興産(株)製;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール:平均分子量2000)96.99g(0.048mol)、ジメチルカーボネート26.21g(0.29mol)およびテトラブトキシチタン9.5mgを加え、常圧下、アルゴン気流下、内温を徐々に昇温させながら、90〜180℃で5時間加熱撹拌した。その後、反応液に(3−エチルオキセタン−3−イル)メタノール22.53g(0.19mol)を加え、内温150℃で、反応容器内を徐々に減圧し、メタノールを留去させながら、36時間加熱撹拌し、目的とする末端にオキセタンを有するポリカーボネートを黄白色ワックス状固体として、66.67gを得た。
撹拌装置、加熱装置、蒸留装置、及び温度計を備えた内容積200mlのガラス製フラスコにポリカーボネートジオール(「ETERNACOLL(登録商標) UH−200」、宇部興産(株)製;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール:平均分子量2000)101.95g(0.051mol)、ジメチルカーボネート26.53g(0.29mol)およびテトラブトキシチタン9.5mgを加え、常圧下、アルゴン気流下、内温を徐々に昇温させながら、90〜180℃で22時間加熱撹拌した。この間、メタノールを含む液を蒸留で留去させた。その後、反応液に(3−エチルオキセタン−3−イル)メタノール16.60g(0.14mol)を加え、内温150℃で、反応容器内を徐々に減圧し、メタノールを留去させながら、100時間加熱撹拌し、目的とする末端にオキセタンを有するポリカーボネートを黄白色ワックス状固体として、107.69g得た。
撹拌装置、加熱装置、蒸留装置、及び温度計を備えた内容積500mlのガラス製フラスコに1,6−ヘキサンジオール95.51g(0.81mol)、ジメチルカーボネート291.23g(3.23mol)およびテトラブトキシチタン9.5mgを加え、常圧下、アルゴン気流下、内温を徐々に昇温させながら、90〜150℃で17時間、その後、内温150℃、10kPaで5時間加熱撹拌した。この間、メタノールを含む液を蒸留で留去させた。その後、更に132℃、0.30kPa下にて蒸留し、数平均分子量236のポリカーボネート95.2gを得た。
次に、撹拌装置、加熱装置、蒸留装置、及び温度計を備えた内容積200mlのガラス製フラスコに上記で合成したポリカーボネート70.13g(0.30mol)、(3−エチルオキセタン−3−イル)メタノール69.55g(0.60mol)およびテトラブトキシチタン7.0mgを入れ、常圧下、アルゴン気流下、内温を徐々に昇温させながら、150℃まで昇温させた。その後、内温150℃で、反応容器内を徐々に減圧し、メタノールを留去させながら、64時間加熱撹拌し、目的とする末端にオキセタンを有するポリカーボネートを黄色粘性液体として、103.28g得た。
撹拌装置、加熱装置、蒸留装置、及び温度計を備えた内容積200mlのガラス製フラスコに1,4−ブタンジオール50.0g(0.55mol)、ジメチルカーボネート99.96g(1.11mol)および酢酸亜鉛50mgを加え、常圧下、アルゴン気流下、内温を徐々に昇温させながら、90〜150℃で15時間、その後、内温150℃、5kPa下にて2時間加熱撹拌した。この間、メタノールを含む液を蒸留で留去させた。その後、更に反応液に(3−エチルオキセタン−3−イル)メタノール23.31g(0.20mol)を加え、内温150℃にて、反応容器内を徐々に減圧してメタノールを留去させながら、100時間加熱撹拌し、目的とする末端にオキセタンを有するポリカーボネートを黄白色ワックス状固体として、72.47g得た。
撹拌装置、加熱装置、蒸留装置、及び温度計を備えた内容積200mlのガラス製フラスコに1,4−シクロヘキサンジメタノール55.6g(0.39mol)、ジメチルカーボネート138.95g(1.54mol)およびテトラブトキシチタン9.5mgを加え、常圧下、アルゴン気流下、内温を徐々に昇温させながら、90〜150℃で9時間、その後、内温180℃、10kPa下にて2時間加熱撹拌した。この間、メタノールを含む液を蒸留で留去させた。その後、更に反応液に(3−エチルオキセタン−3−イル)メタノール51.39g(0.44mol)を加え、内温150℃で、反応容器内を徐々に減圧してメタノールを留去させながら、100時間加熱撹拌し、目的とする末端にオキセタンを有するポリカーボネートを淡黄色ワックス状固体として、72.37gを得た。
撹拌装置、加熱装置、蒸留装置、及び温度計を備えた内容積100mlのガラス製フラスコに実施例3と同様の方法で得られた数平均分子量234のポリカーボネート36.2g(0.15mol)、グリシドール25.2g(0.34mol)及びテトラブトキシチタン9.5mgを加え、常圧下、アルゴン気流下、120℃で6時間加熱撹拌した。その後、更に内温150℃、50〜30kPa下にて6時間加熱撹拌したところ、溶媒に不溶な白色固体の生成により撹拌が困難になったので反応を停止した。得られた白色固体を濾過し、赤外吸収スペクトル(「FTS7000e型」、Agilent Technologies社製)の測定を行ったところ、3383.1cm−1(O−H伸縮振動に関する吸収)、2874.5cm−1(C−H伸縮振動に関する吸収)、1074.8cm−1(エーテル、又はエポキシド部位に関する吸収)が確認されたが、炭酸エステル部位(C=O伸縮振動)に関する吸収は確認されなかった。また、得られた濾液を濃縮し、1H−NMRスペクトルの測定も行ってみたが、原料のポリカーボネートであった。
撹拌装置を備えた内容積20mlのガラス製フラスコに実施例3で得た末端にオキセタンを有するポリカーボネート(オキセタン導入率99.5%、数平均分子量447)1.00g、t−ブチルアルコール5.00g、および0.5mol/L硫酸水溶液0.50gを入れ試験溶液を調整し、これを、常圧下、室温にて120時間撹拌した。その際、前記ポリカーボネートのカーボネート部分が加水分解された割合の経時変化を測定するため、適宜サンプリングして、1H-NMRスペクトル分析を行い、加水分解率(%)を下記に示す方法で算出した。その結果を表1に示す。
(1H−NMRの測定)
耐加水分解性試験を行った分子末端にオキセタンを有するポリカーボネートを含む反応溶液を重アセトニトリルに溶解してNMR測定用サンプルを調整し、これをNMR(「AVANCE500型」、ブルカー・バイオスピン社製)を用いて、1H−NMRスペクトルの測定をノンデカップリングで行った。
得られたスペクトルデータより、分子末端の水酸基に隣接するメチレン部位の水素原子(1H−NMRでの化学シフトの値;δ(ppm):3.40〜3.60)の積分値をA1、ポリカーボネート主鎖中のカーボネート基に隣接するメチレン部位の水素原子(1H−NMRでの化学シフトの値;δ(ppm):4.00〜4.20)の積分値をB1とし、加水分解率(%)を{A1/(A1+B1)}*100(%)として算出した。
撹拌装置を備えた内容積20mlのガラス製フラスコにジオキセタンアジペート(数平均分子量342)1.00g、t−ブチルアルコール5.00g、および0.5mol/L硫酸水溶液0.50gを入れ、試験溶液を調整し、これを、常圧下、室温で120時間撹拌した。その際、ジオキセタンアジペートのエステル部分が加水分解された割合の経時変化を測定するため、適宜サンプリングして、1H-NMRスペクトル分析を行い、加水分解率(%)を算出した。その結果を表2に示す。
(1H−NMRの測定)
耐加水分解性試験を行ったジオキセタンアジペートを含む反応溶液を重アセトニトリルに溶解してNMR測定用サンプルを調整し、これをNMR(「AVANCE500型」、ブルカー・バイオスピン社製)を用いて、1H−NMRスペクトルの測定をノンデカップリングで行った。
得られたスペクトルデータより、加水分解され生成する(3−アルキルオキセタン−3−イル)メタノールの水酸基に隣接するメチレン部位の水素原子(1H−NMRでの化学シフトの値;δ(ppm):3.50〜3.70)の積分値をA2、エステル結合基とオキセタンに挟まれたメチレン部位の水素原子(1H−NMR法での化学シフトの値;δ(ppm):4.10〜4.30)の積分値をB2とし、加水分解率(%)を{A2/(A2+B2)}*100(%)として算出した。
実施例1で得られたヘキサメチレンポリカーボネートジオキセタン(数平均分子量1522)2.0036gにテトラヒドロフラン1.02g添加し均一な溶液にした後、熱カチオン重合開始剤(「サンエイド SI−150L」、三新化学工業社製)0.0389gを添加し、硬化性組成物を調製した。この硬化性組成物を直径4cmの円形の容器に充填し、オーブンで110〜130℃で6時間加熱することで、目的とする硬化性樹脂化合物を得た。
Claims (10)
- R2が、直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数3〜12のアルキレン基を示し、かつnが1〜15の実数である、請求項1に記載の分子末端にオキセタンを有するポリカーボネート。
- R2が、直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数3〜6のアルキレン基を示し、かつnが1〜5の実数である、請求項1に記載の分子末端にオキセタンを有するポリカーボネート。
- オキセタン導入率が90%以上である、請求項1から請求項3のいずれか一つに記載の分子末端にオキセタンを有するポリカーボネート。
- 一般式(2)で示されるポリカーボネート化合物と一般式(3)で示される(3−アルキルオキセタン−3−イル)メタノールとを反応させる、一般式(1)で示される分子末端にオキセタンを有するポリカーボネートの製造方法。
- 一般式(2)で示されるポリカーボネート化合物が、一般式(4)で示されるジオールと一般式(5)で示されるカーボネートとを反応させて得られたものである、請求項5に記載の分子末端にオキセタンを有するポリカーボネートの製造方法。
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