JP2013537258A - ポリカーボネートグラフトコポリマー - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書中で使用する用語「コポリマー」は、ポリマーが2種以上の異なるモノマーを含有する、又は言い換えれば、DABPA及び第2のジヒドロキシ化合物に由来する繰り返し単位を有することを意味する。用語「ジポリマー」は、本明細書中において、2種の異なるモノマーのみを含有するポリマーを指す。第2のジヒドロキシ化合物は、式(I)
の構造を有し得る。また、第2のジヒドロキシ化合物は、式(II):
の構造を有し得る。
で示される。特定の実施形態において、アクリレートはメタクリル酸メチルである(即ち、R'及びR"が共にメチルである)。スチレン化合物は、下記式(IV):
で示される。特定の実施形態において、スチレン化合物は、スチレン(Rg、Rh、Rj及びRkが全て水素である)又はα-メチルスチレン(Rgがメチルである)である。芳香環に対する置換は可能である。芳香環上に置換を有するスチレン化合物の例としては、p-メチルスチレン、フルオロスチレン、ブロモスチレン及びトリフルオロスチレンが挙げられる。
で示される。特定の実施形態において、ジアルキルシロキサンはジメチルシロキサンである(即ち、Ra及びRbが共にメチルである)。ペルフルオロ化ビニル化合物は、下記式(VI):
で示される。一実施形態において、ペンダント鎖は、メタクリル酸メチル又はビニルピロリドンに由来する。換言すれば、ペンダント鎖は、ポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)又はポリビニルピロリドン(PVP)である。
耐引掻性は、Erichsen引掻試験機 413型を使用してISO 1518に準拠して、テープでより厚い支持体に取り付けた厚さ0.25mmの試料の表面に、半径0.01mmの円錐針に1ニュートンの力を加えて押し込みを形成することによって決定した。続いて、押し込みの程度を、Dektak(登録商標)プロフィロメーターを用いて測定し、押し込みの底部から試料の表面まで測定された、押し込みの高さとして報告した。
接触角の測定はKruss Drop Shape Analysis System type DSA 10 Mk2上で実施した。1.5μLの脱イオン水1滴を試料上に載せた。その液滴を、CCDカメラによって0.2秒毎に10秒間にわたって監視し、Drop Shape Analysisソフトウェア(DSAバージョン1.7、Kruss)によって分析した。液滴の完全なプロフィールを、正接法(tangent method)によって円錐曲線の一般式に当てはめた。角度は、右側と左側の両方で決定した。各液滴について平均値を計算し、試料当たり5個の液滴の合計を評価した。5個の液滴の角度の平均を、接触角とみなした。この方法は、ASTM D7334に記載されている。
IKATRON-ETS温度計を装着したIKAMAG-REB油浴ヒーターを、60℃まで加熱した。200mLのmilliQ水を満たした懸濁された250mLビーカーを、60℃±1℃の一定温度に保たれた油浴中に入れた。水温は、Kane-May KM330温度計で測定した。試験する試料を、ビーカー上部に置いた。試料プラーク上に水が凝縮されるまでの時間を、防曇時間として測定した。凝縮の決定は目視により行った。
一部のポリマーを、液体吸着クロマトグラフィーによって分析した。液体吸着クロマトグラフィーは、相互作用クロマトグラフィー技術であり、ポリマー組成物に関する詳細な情報を提供し得る。液体吸着クロマトグラフィーにおける分離は、ポリマーと固定相との相互作用及び溶離液混合物へのグラフトポリマーの溶解性の両方に基づく。特定の分子量範囲内で、それらの化学的性質のみに基づいて、グラフトコポリマーとホモポリマーとの分離が可能である。ビスフェノールAホモポリマー及びポリ(メタクリル酸メチル)ホモポリマーからのグラフトポリマーの分離には、溶媒/非溶媒系としてテトラヒドロフラン(THF)/メタノールを選択する。
コポリマー試料の分子量を、試料を1mg/mLの濃度でジクロロメタン中に溶解させることによって得た。次いで、試料を、Polymer Labs MiniMIX Cカラム、ジクロロメタンの移動相及び0.3mL/分の流速を用いて、GPCによって分析した。検出波長は254nmとした。Mwの結果は、ポリスチレン標準と対照して報告した。
コポリマー試料上のペンダント基の分子量を、試料0.3グラムをTHF 5mLに溶解させることによって得た。メタノール中10%KOH 3mLを添加し、試料を少なくとも2時間振盪した。酢酸(2mL)を添加して、試料を中和した。試料を、0.45μmで濾過してから、Polymer Labs MiniMIX Cカラム、ジクロロメタンの移動相及び0.3mL/分の流速を用いてGPCによって分析した。検出波長は、254nmのUV及びRIとした。Mwの結果は、ポリスチレン標準と対照して記録した。
実施例1〜3は、開始剤の選択がグラフト効率に影響を及ぼすか否かを検討するために行った。グラフト効率は、得られるポリマーの光学的特性又は表面特性に影響を及ぼす可能性がある。実施例1では、ラジカル開始剤としてAIBNを用いて、MMAをDABPA-PCにグラフトさせた。撹拌子、滴下漏斗及び凝縮器を装着した250mL丸底フラスコ中に、DABPA-PC 10グラム、続いてTHF溶媒200mLを添加した。DABPA-PCコポリマーが溶解して透明な溶液が得られるまで、撹拌しながら温度を65℃の一定に保った。次に、AIBN開始剤300mgをTHF 10mLに溶解させた。次いで、溶解されたコポリマーを含有するフラスコに、開始剤/THF溶液を添加した。このポリマー溶液を同じ温度で2時間攪拌してから、MMAモノマーを導入した。MMAモノマー5mLをTHF 20mLに溶解させてから、これをフラスコに3〜4時間にわたって滴加した。モノマーの添加後、反応系を、終夜撹拌しながら65℃に保った。次いで、溶液を室温まで冷却し、過剰量のメタノール又はエタノール中での沈殿によりポリマーを取り出した。このポリマーを、濾過によって分離し、真空オーブン中で80℃において6時間乾燥させた。
実施例1のグラフトコポリマーは、透明度及びヘイズがDABPA-PCと同等であったが、PMMA/DABPA-PCブレンドはヘイズがはるかに悪かった。換言すれば、グラフトコポリマーは、高い透明度及び/又は低いヘイズを必要とする用途に使用できるが、同じ2つのポリマーのブレンドはそのような用途に使用できないであろう。
実施例4及び5は、ポリカーボネート-グラフト-PVPコポリマーの防曇性と、PVPの量が特性に影響を及ぼすか否かを検討するために行った。実施例4では、VPをDABPA-PCにグラフトさせた。得られたポリカーボネートコポリマーを、対照DABPA-PCポリマーと比較した。500mL丸底フラスコ中で65℃において、DABPA-PC 20グラムをTHF 400mLに溶解させた。ポリマーは、THF中に透明な溶液として溶解させた。この溶液に、THF 20mL中に溶解したAIBM 200mg及びVPモノマー5mLを3〜4時間以内で滴下により添加した。反応系を、終夜撹拌しながら65℃に保った。次いで、この反応溶液を室温に冷却し、ポリマーを、メタノール中での沈殿により回収した。ポリマーを、濾過によって分離し、真空オーブン中で95℃にて6時間乾燥させた。
実施例6〜12では、一部のプロセスパラメーターを変更して、得られるグラフトコポリマーに対するそれらの影響を検討した。実施例6では、出発ポリカーボネートコポリマーは、DABPA 10モル%及びBPA 90モル%を含んでいた。出発ポリカーボネートコポリマー10グラムをTHF 50mLに溶解させた。反応温度は65℃とした。コポリマーを溶解後、Perkadox 16開始剤300mgを添加した。開始剤は、使用前に冷メタノールから再結晶させた。60分後に、MMAモノマー10.7mLを添加し、反応を22時間進行させた。22時間後、さらなるMMA 10mL及びPerkadox 16 300mgを添加し、反応を更に22時間進行させた。この反応生成物をメタノールで沈殿させた。その際、沈殿液の容量は、生成物溶液の容量の3倍とした。沈殿の1時間後に、最終生成物を濾過した。得られた固体を、アセトン中に浸漬し且つ終夜攪拌することによって洗浄して、PMMAホモポリマーを除去した。精製後に残っているPMMAはPC主鎖に連結されており、これを前述の液体吸着クロマトグラフィー法によって確認した。
実施例14は、結果として得られるポリカーボネート-グラフト-PVPコポリマーの防曇性に、プロセス条件が影響を及ぼすか否かを検討するために行った。500mL反応器中で、THF 400mLにDABPA-PC 10グラムを添加した。窒素雰囲気下で、この混合物を65℃に加熱した。次の30分間にわたってポリマーをTHFに溶解させた。次いで、VPモノマー10mLを添加し、AIBN 200mgを添加した。22時間の反応時間後、更なるVPモノマー10mL及びAIBN 200mgの配合量を加え、反応を更に22時間実施した。PVPホモポリマー及び未反応のVPを除去するために、得られたポリマーをジエチルエーテル中に沈殿させ、水中で終夜2回洗浄した(PVPは水に可溶である)。洗浄された沈殿物を濾取し、乾燥させた。
DABPA-PCポリカーボネートコポリマー主鎖にVPをグラフトさせることによって、更に2つの試料を生成した。実施例15では、得られたポリカーボネート-グラフト-PVPコポリマーは、PVPが約50質量%であった。
得られるコポリマーのヘイズ/透明度に分子量が影響を及ぼすか否かを検討するために、実施例17〜19を実施して、種々のヘイズ値を有する試料を得た。実施例8〜10と実施例14〜16もこの検討において使用した。これらの実施例の全てにおいて、出発ポリカーボネートコポリマーは、DABPA 5モル%及びBPA 95モル%を含んでいた。次いで、実施例6に記載された手順を用いて、ポリカーボネート-グラフト-PMMAコポリマーを形成させた。
ポリカーボネート-グラフト- PVPコポリマーの変換の研究を行った。出発ポリカーボネートコポリマーは、DABPA 5モル%及びBPA 95モル%を含んでいた。出発ポリカーボネートコポリマー10グラムを、THF 400mLに溶解させた。反応温度は65℃とした。コポリマーを溶解後、VPモノマー10mL及びAIBN開始剤200mgを添加した。開始剤の添加後、時間の測定を開始した。開始剤は、使用前に冷メタノールから再結晶させた。30秒後、実施例20として使用する第1の試料を取った。実施例21〜27は、反応開始から7時間のうちの異なる時点で取った。7時間目に、VPモノマー更に10mL及びAIBN 200mgを添加した。実施例28〜34は、この2回目の添加後に取った。
Claims (21)
- ジアリルビスフェノールA(DABPA)に由来する繰り返し単位を含むポリカーボネートポリマー主鎖と、
前記ポリカーボネートコポリマー主鎖にグラフトされているポリビニルピロリドンペンダント鎖と
を含むグラフトコポリマー。 - ASTM D7334に準拠して測定して、約45°未満の水接触角を有する、請求項1に記載のグラフトコポリマー。
- ペンダント鎖がグラフトコポリマーの2〜約60質量%を構成する、請求項1又は2に記載のグラフトコポリマー。
- ペンダント鎖が約20,000〜約60,000の質量平均分子量を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載のグラフトコポリマー。
- ペンダント鎖が約20,000〜約40,000の質量平均分子量を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載のグラフトコポリマー。
- ジアリルビスフェノールA(DABPA)に由来する繰り返し単位を含むポリカーボネートポリマー主鎖と、
前記ポリカーボネートポリマー主鎖にグラフトされている、メタクリル酸メチルに由来するペンダント鎖と
を含むグラフトコポリマーであって、
厚さ0.25mmの試料について、ASTM D1003に準拠して測定して、少なくとも89の光透過率(%T)及び5未満のヘイズを有する、グラフトコポリマー。 - 厚さ0.25mmの試料について、ASTM D1003に準拠して測定して、1以下のヘイズを有する、請求項6に記載のグラフトコポリマー。
- DABPAに由来する繰り返し単位が、ポリカーボネートコポリマー主鎖の約5〜約10モル%を構成する、請求項6又は7に記載のグラフトコポリマー。
- ポリカーボネートポリマー主鎖が、ビスフェノールA(BPA)に由来する繰り返し単位を更に含む、請求項1から8のいずれか一項に記載のグラフトコポリマー。
- ポリカーボネートポリマー主鎖が、1,1-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)シクロヘキサン(DMBPC)に由来する繰り返し単位を更に含む、請求項1から9のいずれか一項に記載のグラフトコポリマー。
- ペンダント鎖が約50,000〜約60,000の質量平均分子量(Mw)を有し、且つペンダント鎖がグラフトコポリマーの少なくとも35質量%を構成する、請求項6から10のいずれか一項に記載のグラフトコポリマー。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載のグラフトコポリマーと、ポリ(メタクリル酸メチル)ホモポリマーとを含む組成物。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載のグラフトコポリマーと、1,1-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)シクロヘキサン(DMBPC)のホモポリマーとを含む組成物。
- 請求項1から13のいずれか一項に記載のグラフトコポリマーを含む成形品。
- ジアリルビスフェノールA(DABPA)に由来する繰り返し単位を含む主鎖を有するポリカーボネートコポリマーを準備する工程と、
前記ポリカーボネートコポリマーを第1の量のモノマーと第1の期間接触させる工程と、
ポリカーボネートコポリマーを第2の量のモノマーと第2の期間接触させて、ポリカーボネートグラフトコポリマーを形成する工程と
を含む、ポリカーボネートグラフトコポリマーの製造方法。 - ポリカーボネートコポリマー及び溶媒を含む初期溶液を準備する工程と、
前記初期溶液を初期温度まで加熱してポリカーボネートコポリマーを溶解させる工程であって、任意選択で前記初期温度が約40℃〜約80℃であってよい工程と、
第1の量の開始剤を前記初期溶液に加える工程と、
第1の量のモノマーを初期溶液に添加して中間混合物を形成させ、この中間混合物を第1の期間反応させる工程であって、任意選択で第1の期間が約5時間〜約48時間であってよい工程と、
第2の量の開始剤を中間混合物に添加する工程と、
第2の量のモノマーを前記中間混合物に添加し、中間混合物を第2の期間反応させてポリカーボネートグラフトコポリマーを形成する工程であって、任意選択で第2の期間が約5時間〜約24時間であってよい工程と
を含む、ポリカーボネートグラフトコポリマーの製造方法。 - 開始剤が2,2'-アゾビスイソブチロニトリルである、請求項16に記載の方法。
- 開始剤がラジカル開始剤である、請求項16に記載の方法。
- 前記モノマーがラジカル重合性不飽和モノマーである、請求項15から18のいずれか一項に記載の方法。
- 第1の量の開始剤の添加と第1の量のモノマーの添加との間に、約1〜約2時間の第3の期間を経過させる、請求項15から19のいずれか一項に記載の方法。
- ポリカーボネートコポリマーの質量対溶媒の容量の比(グラム/mL)が約5:1である、請求項15から20のいずれか一項に記載の方法。
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