JP6438882B2 - 共重合体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、共重合体の製造方法に関する。より詳細に、本発明は、ガラス転移温度が高く、透明性、曲げ強度および成形性に優れる共重合体の製造方法に関する。
メタクリル酸メチル単位を主に有するメタクリル系重合体は、高い透明性を有し、成形加工性に優れるため、その成形品は、光学材料、照明材料、看板、装飾部材等の用途に用いられている。しかしながら、通常のメタクリル系重合体は、ガラス転移温度が低いため、熱によって成形品が寸法変化したり変形したりしやすい。そこで、ガラス転移温度を高めるために、メタクリル酸メチルと他の重合性単量体とを共重合して成る種々の共重合体の検討が行われている。
例えば、メタクリル酸メチルとメタクリル酸脂環式炭化水素エステルとを共重合してなる共重合体が知られている(特許文献1参照)。しかしながら、この共重合体は、ガラス転移温度をまだ十分に高められておらず、曲げ強度などが低い。
また、メタクリル酸メチルとマレイミドとを共重合してなる共重合体が知られている(特許文献2参照)。しかしながら、この共重合体は着色しやすく、透明性が低下する傾向がある。
さらに、ポリマー主鎖に環状骨格を導入することで、耐熱性を向上させた共重合体が知られている。例えば、メタクリル酸メチルと式(1)で表されるジエステル(以下、単量体(1)と表記する。)とを過酸化物の存在下に共重合させてなる式(3)で表される繰り返し単位を有する共重合体が提案されている(特許文献3、4、5参照)。
Figure 0006438882
Figure 0006438882
(式(1)および式(3)中、
1およびR2は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の直鎖状炭化水素基、炭素数1〜20の分岐鎖状炭化水素基または環構造を有する炭素数3〜20の炭化水素基を示す。)
しかしながら、上記した共重合においては、単量体(1)が分子間で架橋する副反応を抑制することが困難であり、単量体(1)の共重合比率を高めるに従って架橋が増大するため、得られる共重合体の成形性が低下する傾向がある。
特許第2513081号公報 特開昭61−095011号公報 特開2000−178317号公報 特開2000−256480号公報 特開2012―082317号公報
Polymer, Vol. 35, No. 15, p3317(1994).
本発明の課題は、ガラス転移温度が高く、透明性、曲げ強度および成形性に優れる共重合体の製造方法を提供することである。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、以下の態様を包含する本発明を完成するに至った。
〔1〕 式(1)で表される単量体(1)と他の重合性単量体(以下、単量体(2)と表記する。)とを、ルイス酸の存在下で重合することを含む、共重合体の製造方法。
Figure 0006438882
(式(1)中、
1およびR2は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の直鎖状炭化水素基、炭素数1〜20の分岐鎖状炭化水素基または環構造を有する炭素数3〜20の炭化水素基を示す。)
〔2〕単量体(2)が(メタ)アクリル酸エステルである、上記〔1〕の製造方法。
〔3〕ルイス酸が、式(2)で表されるアルミニウム化合物から選ばれる少なくとも1つである、上記〔1〕または〔2〕の製造方法。
Figure 0006438882
(式(2)中、
3は炭素数1〜10のアルキル基を示す。aは0〜3の整数を示す。
4は炭素数1〜5のアルキル基を示す。bは0〜3の整数を示す。
5は1〜4個のアルキル基で置換されたフェニル基を示す。cは0〜3の整数を示す。
また、aとbとcとの合計は3である。)
〔4〕前記共重合体の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した分子量分布が3.2以下である上記〔1〕〜〔3〕のいずれかひとつに記載の製造方法。
〔5〕単量体(1)と単量体(2)とを、2:98〜60:40の質量比で用いて重合することを含む、上記〔1〕〜〔4〕のいずれかひとつに記載の製造方法。
本発明の製造方法によれば、ガラス転移温度が高く、透明性、曲げ強度および成形性に優れる、主鎖にテトラヒドロピラン環を有する共重合体を得ることができる。本発明の製造方法において得られる共重合体が、高いガラス転移温度を有しながら成形性に適した熱可塑性を有するのは、重合中の、単量体(1)の架橋反応が抑制され、単量体(1)の環化反応が優先的に進行するからであると推測する。
合成例1で得られた共重合体の1H−NMRチャートである。
本発明に係る共重合体の製造方法は、単量体(1)と単量体(2)とを、ルイス酸の存在下で重合することを含むものである。
Figure 0006438882
本発明に用いられる単量体(1)は式(1)で表される化合物である。式(1)中、R1およびR2は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の直鎖状炭化水素基、炭素数1〜20の分岐鎖状炭化水素基または環構造を有する炭素数3〜20の炭化水素基を示す。
炭素数1〜20の直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−へキシル基、n−へプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、ステアリル基、ラウリル基、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基などが挙げられる。
炭素数1〜20の分岐鎖状炭化水素基としては、イソプロピル基、s−ブチル基、t−ブチル基、2−エチルヘキシル基などが挙げられる。
環構造を有する炭素数3〜20の炭化水素基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキセニル基、t−ブチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、トリシクロデカニル基、シクロペンタジエニル基、イソボルニル基、t−ブチルフェニル基、2−ベンズエチル基、ベンジル基、フェニル基などが挙げられる。
これらのうち、炭素数1〜20の分岐鎖状炭化水素基または環構造を有する炭素数3〜20の炭化水素基が好ましい。
単量体(1)の具体例としては、ジメチル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジエチル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(n−プロピル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(n−ブチル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジステアリル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジラウリル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート;
ジ(イソプロピル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(s−ブチル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(t−ブチル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(2−エチルヘキシル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート;
ジシクロヘキシル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(トリシクロデカニル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジアダマンチル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(シクロペンタジエニル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジイソボルニル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(テトラシクロドデセニル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジノルボルニル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート;
ジベンジル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(ベンズエチル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジフェニル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジナフチル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエートなどが挙げられる。
これら単量体(1)は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのうち、得られる共重合体のガラス転移温度が高いという点、また得られる共重合体に分子間架橋構造が少なく分子量分布が狭いという観点から、ジシクロヘキシル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジイソボルニル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジt−ブチル2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエートが好ましい。
本発明に用いられる単量体(2)としては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタリル酸2−エチルへキシル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸−3,4−エポキシシクロヘキシル、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、メタクリル酸アリル、メタクリ酸2−エトキシエチル、メタクリル酸メトキシジエチレングリコール、メタクリル酸メトキシテトラエチレングリコール、メタクリル酸メトキシポリエチレングリコール、メタクリル酸フェノキシジエチレングリコール、メタクリル酸フェノキシヘキサエチレングリコール、メタクリル酸グリセロール、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、メタクリル酸ジシクロペンテニル、メタクリル酸イソボニル、メタクリル酸ペンタエリスリトール、メタクリル酸ジペンタエリスリトール、メタクリル酸カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル、メタクリル酸カプロラクトン変性ジペンタエリスリトール、メタクリル酸カプロラクトン変性2−ヒドロキシエチルなどのメタクリル酸エステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルへキシル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸トリデシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸−3,4−エポキシシクロヘキシル、アクリル酸テトラヒドロフルフリル、アクリル酸アリル、アクリ酸2−エトキシエチル、アクリル酸メトキシジエチレングリコール、アクリル酸メトキシテトラエチレングリコール、アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、アクリル酸フェノキシジエチレングリコール、アクリル酸フェノキシヘキサエチレングリコール、アクリル酸グリセロール、アクリル酸テトラヒドロフルフリル、アクリル酸ジシクロペンテニル、アクリル酸イソボニル、アクリル酸ペンタエリスリトール、アクリル酸ジペンタエリスリトール、アクリル酸カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル、アクリル酸カプロラクトン変性ジペンタエリスリトール、アクリル酸カプロラクトン変性2−ヒドロキシエチルなどのアクリル酸エステル;スチレン、α−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−エチルスチレン、4−t−ブチルスチレン、1−ビニルナフタレンなどのビニル芳香族化合物;無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸などのエチレン性不飽和カルボン酸;アクリロニトリル、メタクリロニトリル;N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−メチルマレイミド、N−t−ブチルマレイミド、マレイミド;アクリルアミド、メタクリルアミド;エチレン、プロピレン、ノルボルネン;酢酸ビニル、ピバリン酸ビニル、安息香酸ビニル;塩化ビニル、塩化ビニリデン、アリルクロライド、アリルアルコールなどが挙げられる。
これら単量体(2)は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのなかでも、透明性および耐候性の面から、(メタ)アクリル酸エステルが好ましく、メタクリル酸メチル、メタクリル酸シクロヘキシルまたはアクリル酸メチルがより好ましく、メタクリル酸メチルがさらに好ましい。
単量体(1)と単量体(2)の質量比は、特に限定されないが、好ましくは2:98〜60:40、より好ましくは15:85〜50:50、さらに好ましくは25:75〜40:60である。単量体(1)の質量割合が少なすぎると、得られる共重合体のガラス転移温度が低くなり、多すぎると成形性が低下する。
本発明に用いられるルイス酸は、電子対を受け取ることのできる空の軌道を持った物質であれば特に制限されない。
ルイス酸の一例として、M(X)d(Mは、B、Al、Si、Ti、Zr、Sb、Cd、Fe、Sn、Mg,Cu、In、La、Zn、V、Nb、W、Ag、Yb、Sc、Hf、Ce、Nd、またはTmを示し、Xは、ハロゲン原子;アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基、アリール基などの炭化水素基;アルコキシ基、アリールオキシ基;またはトリフルオロメタンスルホン酸を示し、dは、Mに対するXのモル数を示す。)で表される化合物が挙げられる。
具体的には、トリメトキシボラン、トリエトキシボラン、トリフルオロボラン、トリブロモボラン、ボロントリフルオリド−エーテル錯体、ボロントリフルオリド−アセトニトリル錯体;塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、トリメトキシアルミニウム、クロロジメトキシアルミニウム、クロロジエトキシアルミニウム、トリエチルアルミニウム、クロロジエチルアルミニウム、ジクロロ(エチル)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリクロロトリエチルジアルミニウム、エトキシ(ジエチル)アルミニウム;塩化チタン(IV)、臭化チタン(IV)、ヨウ化チタン(IV)、テトラメトキシチタン(IV)、テトラエトキシチタン(IV)、テトライソプロポキシチタン(IV)、クロロトリイソプロポキシチタン(IV);塩化鉄(III)、塩化鉄(II)、ジトリフルオロメタンスルホン酸鉄;塩化スズ(II)、塩化スズ(IV)、テトラメチルスズ、テトラエチルスズ、テトラブチルスズ、クロロ(トリブチル)スズ、ジメチルジクロロ錫、ジメチルジブロム錫、ジブチルジクロロ錫、ジトリフルオロメタンスルホン酸錫;六塩化タングステン、五塩化モリブデン、五塩化アンチモン、塩化テルル;トリフルオロエタンスルホン酸銀;塩化銅(II)、ジトリフルオロメタンスルホン酸銅;塩化亜鉛、ジトリフルオロメタンスルホン酸亜鉛;塩化ジルコニウム(IV)、テトラメトキシジルコニウム(IV)、テトラエトキシジルコニウム(IV);ジトリフルオロメタンスルホン酸スカンジウム、塩化スカンジウム、臭化スカンジウム、トリメトキシスカンジウム、トリエトキシスカンジウム;塩化イットリウム、臭化イットリウム、トリメトキシイットリウム、トリエトキシイットリウム、トリフルオロメタンスルホン酸イットリウム(III);トリフルオロメタンスルホン酸ハフニウム(IV);トリフルオロメタンスルホン酸ネオジミウム(III);トリフルオロメタンスルホン酸ツリウム(III);塩化ランタン、臭化ランタン、トリメトキシランタン、トリエトキシランタン、トリフルオロメタンスルホン酸ランタン(III);塩化セリウム、臭化セリウム、トリメトキシセリウム、トリエトキシセリウム、トリフルオロメタンスルホン酸セリウム(III);塩化サマリウム(III)、臭化サマリウム(III)、トリメトキシサマリウム(III)、トリエトキシサマリウム(III)、トリフルオロメタンスルホン酸サマリウム(III);塩化ユーロピウム、臭化ユーロピウム、トリメトキシユーロピウム、トリエトキシユーロピウム、トリフルオロメタンスルホン酸ユーロピウム;塩化ガドリウム、臭化ガドリウム、トリメトキシガドリウム、トリエトキシガドリウム、トリフルオロメタンスルホン酸ガドリウム; 塩化イッテルビウム、臭化イッテルビウム、トリメトキシイッテルビウム、トリエトキシイッテルビウム、トリフルオロメタンスルホン酸イッテルビウム(III)、メトキシ〔2,2’−メチレンビス(6−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)〕アルミニウム、メトキシ〔2,2’−メチレンビス(6−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(6−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)〕アルミニウム、エチル〔2,2’−メチレンビス(6−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(6−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)〕アルミニウム、イソブチル〔2,2’−メチレンビス(6−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(6−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)〕アルミニウム、n−オクチル〔2,2’−メチレンビス(6−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(6−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)〕アルミニウム、エトキシ〔2,2’−メチレンビス(6−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(6−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〔2,2’−メチレンビス(6−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(6−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)〕アルミニウム、t−ブトキシ〔2,2’−メチレンビス(6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、などが挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらルイス酸のうち、式(2)で表されるアルミニウム化合物から選ばれる少なくとも1つを用いることが好ましい。
Figure 0006438882
式(2)中、R3は炭素数1〜10のアルキル基を示す。aはR3の数を示し且つ0〜3の整数である。
式(2)中、R4は炭素数1〜5のアルキル基を示す。bはR4の数を示し且つ0〜3の整数である。
式(2)中、R5は1〜3個のアルキル基で置換されてもよいフェニル基を示す。cはR5の数を示し且つ0〜3の整数である。また、aとbとcとの合計は3である。
式(2)で表されるアルミニウム化合物の具体例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリn−プロピルアニミニウム、トリn−ブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリn−デシルアルミニウムなどのアルキルアルミニウム類、アルミニウムトリメトキシド、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリn−プロポキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリブトキシド、アルミニウムトリイソブトキシド、アルミニウムトリフェノラートなどのアルミニウムアルコキシド類やアルミニウムフェノキシド類、エチルアルミニウムジエトキシド、エチルアルミニウムジイソプロポキシド、イソプロピルアルミニウムジイソプロポキシド、ジエチルアルミニウムエトキシド、ジエチルアルミニウムイソプロポキシド、ジイソプロピルアルミニウムイソプロポキシド、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、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、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、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、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、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、イソポロポキシビス(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、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t−ブチルフェノキシ)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、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)アルミニウムなどのアルキルアルミニウムアルコキシド類やアルキルアルミニウムフェノキシド類が挙げられる。これらのうち、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、エチルビス(2,6−ジt−ブチルフェノキシ)アルミニウムおよび/またはジエチル(2,6−ジt−ブチルフェノキシ)アルミニウムが好ましい。式(2)で表されるアルミニウム化合物を用いた場合には、単量体(1)と単量体(2)との重合によって、分子間架橋のない熱可塑性の共重合体を高収率で製造することができる。
ルイス酸の使用量は、用いる全単量体100質量部に対して、好ましくは0.1〜50質量部、より好ましくは0.5〜30質量部、さらに好ましくは1〜10質量部である。また、ルイス酸の使用量は、単量体(1)1モルに対して、好ましくは0.001〜10モル、より好ましくは0 .05〜2モル、さらに好ましくは0.1〜1モルである。ルイス酸の使用量がこのような範囲内にある場合には、単量体(1)の架橋反応が抑制され、環化反応が優勢に進行するので、得られる共重合体の成形性が高まる傾向となる。ルイス酸の作用機序は正確に判明していないが、次のようなものであると推測される。先ず、ルイス酸が単量体(1)のカルボニル酸素に配位し、単量体(1)を嵩高くする。単量体(1)の炭素−炭素二重結合のまわりが立体的に込み合い、架橋反応が起こり難くなる。その結果、単量体(1)の環化反応が優先的に進行し、架橋が少なくなるからであると推測される。
単量体(1)と単量体(2)との重合においては、通常、重合開始剤を用いる。かかる重合開始剤は特に制限されないが、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t−アミルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、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、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシネオデカノエ−ト、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエ−ト、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイドなどの有機過酸化物;1,1’−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)などのアゾ化合物;過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウムなどの過硫酸塩が挙げられる。また、ヒドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイドなどの酸化剤と、三級アミン、ナフテン酸塩、メルカプタン、その他の還元剤を組み合わせたレドックス系開始剤を用いてもよい。これら重合開始剤は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これら重合開始剤のうち、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ジ−t−ブチルパーオキサイド、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサンが、安価かつ円滑にガラス転移温度の高い共重合体を得る観点から好ましい。
重合開始剤の使用量は、用いる単量体の組み合わせや、反応条件、目標とする共重合体の分子量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。成形性の高い共重合体を得る観点から、重合開始剤の使用量は、用いる全単量体100質量部に対して、好ましくは0.001〜1質量部、より好ましくは0.002〜0.2質量部である。
共重合体の分子量を調整するなどの目的で、必要に応じて、連鎖移動剤を用いることができる。かかる連鎖移動剤は特に制限されないが、例えば、四塩化炭素、四臭化炭素等のハロゲン化合物;イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール等のアルコール類;エタンチオール、ブタンチオール、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、メルカプトプロピオン酸、メルカプト酢酸、メルカプト酢酸メチル、1,4−ブタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、エチレングリコールビスチオプロピオネート、ブタンジオールビスチオグリコレート、ブタンジオールビスチオプロピオネート、ヘキサンジオールビスチオグリコレート、ヘキサンジオールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス−(β−チオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、メルカプトエタノール、メルカプトプロパノール、メルカプトプロピオン酸メチル、メルカプトプロピオン酸エチル、チオグリコール酸、エチルジスルフィド、sec−ブチルジスルフィド、2−ヒドロキシエチルジスルフィド、チオサルチル酸、チオフェノール、チオクレゾール、ベンジルメルカプタン、フェネチルメルカプタンなどのメルカプタン類;α−メチルスチレンダイマー;テルピノレンなどが挙げられる。
これらのうちn−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタンなどの単官能アルキルメルカプタンが好ましい。これら連鎖移動剤は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
連鎖移動剤の使用量は、用いる単量体の組み合わせや、反応条件、目標とする共重合体の分子量等に応じて適宜設定することができ、特に限定されないが、ゲル化を抑制し重量平均分子量を数千〜数万の範囲に容易に調整できるという観点から、用いる全単量体100質量部に対して、好ましくは0.01〜1質量部、より好ましくは0.2〜0.8質量部、さらに好ましくは0.2〜0.6質量部である。
ルイス酸の存在下でのラジカル重合は、溶液重合法または塊状重合法で行なうことができる。特に溶液重合法で行なうことが、成形性の高い共重合体を製造する観点から好ましい。
重合反応を溶液重合法により行なう場合は、単量体(1)および単量体(2)を有機溶媒に溶解した溶液を調製して行う。かかる溶液中の単量体の濃度は、好ましくは1〜90質量%、より好ましくは10〜80質量%、さらに好ましくは10〜50質量%である。
溶液重合に用いる有機溶媒としては、重合反応を阻害する作用の少ない有機溶媒であれば特に限定されない。有機溶媒の具体例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、アニソールなどの芳香族炭化水素;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリンなどの脂肪族炭化水素;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類;テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル類などが挙げられる。これらのうち、単量体が溶解しやすいなどの観点から、トルエン、キシレン、メチルエチルケトンが好ましい。
溶液重合法における反応時の温度は、好ましくは−40℃〜200℃、より好ましくは0℃〜150℃、さらに好ましくは20℃〜140℃である。溶液重合法における反応時間は、特に限定されないが、経済性などの観点から、好ましくは0.1〜100時間、より好ましくは0.2〜20時間である。溶液重合は窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
重合反応を塊状重合法により行う場合は、単量体(1)および単量体(2)を混合して成る単量体混合物の重合転化率は、好ましくは1〜90質量%、より好ましくは10〜80質量%、さらに好ましくは10〜50質量%にする。
塊状重合法における反応時の温度は、好ましくは300℃以下、より好ましくは250℃以下である。塊状重合法における反応時間は特に限定されないが、経済性などの観点から、好ましくは0.5〜1000時間、より好ましくは2〜200時間である。塊状重合は窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
重合反応は、槽型反応器においてバッチ方式で行ってもよいし、槽型反応器または管型反応器において連続流通方式で行ってもよい。反応方式は、生産量や生産コストなどの観点から、適宜設定できる。
重合反応によって生成した共重合体は、公知の手法によって単離することができる。
溶液重合法では、生成した共重合体溶液を貧溶媒と接触させて共重合体を析出させる方法、生成した共重合体溶液から溶媒を減圧下で揮発させ除去して共重合体を単離する方法、生成した共重合体溶液に水蒸気を吹き込むことによって溶媒を除去して共重合体を単離する方法、などが挙げられる。
塊状重合法では、生成した共重合体組成物を貧溶媒と接触させて共重合体を析出させる方法、生成した共重合体組成物から未反応単量体を減圧下で揮発させ除去して共重合体を単離する方法などが挙げられる。
未反応の単量体および溶剤を除去する方法としては平衡フラッシュ方式や断熱フラッシュ方式による脱揮が好ましい。断熱フラッシュ方式における脱揮の温度は、好ましくは200〜300℃、より好ましくは220〜270℃である。200℃未満では脱揮に時間を要し、脱揮不十分になりやすい。脱揮が不十分なときには成形品にシルバーなどの外観不良を起こすことがある。300℃を超えると酸化、焼けなどによって組成物が着色する傾向がある。
本発明の製造方法によって得られる共重合体のガラス転移温度は、好ましくは110〜180℃、より好ましくは130〜165℃である。ガラス転移温度が低いと耐熱性などが低下する傾向がある。ガラス転移温度が高いと成形性などが低下する傾向がある。
本発明の製造方法によって得られる共重合体の重量平均分子量(以下、Mwと略称する。)は、好ましくは1万〜50万、より好ましくは3万〜30万、さらに好ましくは5万〜20万である。Mwが小さすぎると該共重合体から得られる成形品の耐衝撃性や靭性が低下する傾向になる。Mwが大きすぎると該共重合体の流動性が低下し成形性が低下傾向になる。
得られる共重合体のMw、数平均分子量(以下、Mnと表記する。)および分子量分布は、重合開始剤および連鎖移動剤の種類や量によって調節できる。なお、本明細書において、分子量分布はMw/Mnの値を意味する。
また、本明細書において、MwおよびMnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定した標準ポリスチレン換算の分子量である。
本発明の製造方法によって得られる共重合体の分子量分布は、好ましくは1.0〜3.より好ましくは1.1〜3.0である。分子量分布が小さいと共重合体の成形性が低下傾向になる。分子量分布が大きいと共重合体から得られる成形品の耐衝撃性が低下傾向になり、脆くなりやすい。
本発明により得られる共重合体は、それらの特性を活かして、各種の成形加工、処理加工、後変性処理などを円滑に行なうことができ、成形材料、接着剤、塗料、各種処理剤などの広範な用途に有効に使用することができる。
本発明により得られる共重合体は、単独で使用することもできるし、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、エチレン− ビニルアルコール共重合体、ポリオレフィン、ポリスチレン、スチレン系ブロック共重合体などの他の熱可塑性重合体を配合してなる組成物として使用することもできる。
本発明の共重合体を成形する場合、共重合体に必要に応じて各種の添加剤等を加えてもよい。添加剤としては、酸化防止剤、熱劣化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、滑剤、離型剤、高分子加工助剤、耐衝撃性改質剤、有機色素、光拡散剤、艶消し剤、蛍光体、帯電防止剤、難燃剤、可塑剤、無機充填剤、繊維などが挙げられる。このような各種の添加剤の配合量は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜に決定することができる。各添加剤の配合量は、それぞれ、共重合体および必要に応じて加える他の重合体の合計量100質量部に対して、好ましくは0.001〜5質量部、より好ましくは0.01〜1質量部である。
酸化防止剤は、酸素存在下においてそれ単体で樹脂の酸化劣化防止に効果を有するものである。例えば、リン系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤などが挙げられる。これらの酸化防止剤は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中、着色による光学特性の劣化防止効果の観点から、リン系酸化防止剤やヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましく、リン系酸化防止剤とヒンダードフェノール系酸化防止剤との併用がより好ましい。
リン系酸化防止剤とヒンダードフェノール系酸化防止剤とを併用する場合、その割合は特に制限されないが、リン系酸化防止剤/ヒンダードフェノール系酸化防止剤の質量比で、好ましくは1/5〜2/1、より好ましくは1/2〜1/1である。
リン系酸化防止剤としては、2,2−メチレンビス(4,6−ジt−ブチルフェニル)オクチルホスファイト(ADEKA社製;商品名:アデカスタブHP−10)、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト(BASF社製;商品名:IRUGAFOS168)などが挙げられる。
ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕(BASF社製;商品名IRGANOX1010)、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート(BASF社製;商品名IRGANOX1076)などが挙げられる。
熱劣化防止剤は、実質上無酸素の状態下で高熱にさらされたときに生じるポリマーラジカルを捕捉することによって共重合体の熱劣化を防止できるものである。
該熱劣化防止剤としては、2−t−ブチル−6−(3’−t−ブチル−5’−メチル−ヒドロキシベンジル)−4−メチルフェニルアクリレート(住友化学社製;商品名スミライザーGM)、2,4−ジ−t−アミル−6−(3’,5’−ジ−t−アミル−2’−ヒドロキシ−α−メチルベンジル)フェニルアクリレート(住友化学社製;商品名スミライザーGS)などが挙げられる。
紫外線吸収剤は、紫外線を吸収する能力を有する化合物である。紫外線吸収剤は、主に光エネルギーを熱エネルギーに変換する機能を有すると言われる化合物である。
紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン類、ベンゾトリアゾール類、トリアジン類、ベンゾエート類、サリシレート類、シアノアクリレート類、シュウ酸アニリド類、マロン酸エステル類、ホルムアミジン類などが挙げられ、ベンゾトリアゾール類、アニリド類が好ましい。これらは1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ベンゾトリアゾール類としては、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製;商品名TINUVIN329)、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ビス(1−メチル−1−フェニルエチル)フェノール(BASF社製;商品名TINUVIN234)などが挙げられる。
アニリド類としては、2−エチル−2’−エトキシ−オキサルアニリド(クラリアントジャパン社製;商品名サンデユボアVSU)などが挙げられる。
これら紫外線吸収剤のうち、紫外線被ばくによる共重合体の劣化を効果的に抑えるという観点からベンゾトリアゾール類がもっとも好ましく用いられる。
光安定剤は、主に光による酸化で生成するラジカルを捕捉する機能を有すると言われる化合物である。好適な光安定剤としては、2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン骨格を持つ化合物などのヒンダードアミン類が挙げられる。
滑剤としては、例えば、ステアリン酸、ベヘニン酸、ステアロアミド酸、メチレンビスステアロアミド、ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、パラフィンワックス、ケトンワックス、オクチルアルコール、硬化油などが挙げられる。
離型剤は、成形体の金型からの離型を容易にする機能を有する化合物である。離型剤としては、セチルアルコール、ステアリルアルコールなどの高級アルコール類;ステアリン酸モノグリセライド、ステアリン酸ジグリセライドなどのグリセリン高級脂肪酸エステルなどが挙げられる。本発明においては、離型剤として、高級アルコール類とグリセリン脂肪酸モノエステルとを併用することが好ましい。高級アルコール類とグリセリン脂肪酸モノエステルとを併用する場合、その割合は特に制限されないが、高級アルコール類/グリセリン脂肪酸モノエステルの質量比が、好ましくは2.5/1〜3.5/1、より好ましくは2.8/1〜3.2/1である。
高分子加工助剤は、共重合体を成形する際、厚さ精度および薄膜化に効果を発揮する化合物である。高分子加工助剤は、通常、乳化重合法によって製造することができる、0.05〜0.5μmの粒子径を有する重合体粒子である。
該重合体粒子は、単一組成比および単一極限粘度の重合体からなる単層粒子であってもよいし、また組成比または極限粘度の異なる2種以上の重合体からなる多層粒子であってもよい。この中でも、内層に5dl/g未満の極限粘度を有する重合体層を有し、外層に5dl/g以上の極限粘度を有する重合体層を有する2層構造の粒子が好ましいものとして挙げられる。高分子加工助剤は、それ全体として、極限粘度が3〜6dl/gであることが好ましい。
耐衝撃性改質剤としては、アクリル系ゴムもしくはジエン系ゴムをコア層成分として含むコアシェル型改質剤;ゴム粒子を複数包含した改質剤などが挙げられる。
有機色素としては、共重合体に対しては有害とされている紫外線を可視光線に変換する機能を有する化合物が好ましく用いられる。
光拡散剤や艶消し剤としては、ガラス微粒子、ポリシロキサン系架橋微粒子、架橋ポリマー微粒子、タルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
蛍光体として、蛍光顔料、蛍光染料、蛍光白色染料、蛍光増白剤、蛍光漂白剤などが挙げられる。
帯電防止剤としては、例えば、ステアロアミドプロピルジメチル−β−ヒドロキシエチルアンモニウムニトレートなどが挙げられる。
難燃剤としては、例えば、テトラブロモビスフェノールA、デカブロモジフェニルオキシド、臭素化ポリカーボネート等の有機ハロゲン系難燃剤;酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、ホウ酸亜鉛、トリクレジルフォスフェート等の非ハロゲン系難燃剤などが挙げられる。
可塑剤としては、例えば、トリクレジルフォスフェート、トリキシレニルフォスフェート、トリフェニルフォスフェート、トリエチルフェニルフォスフェート、ジフェニルクレジルフォスフェート、モノフェニルジクレジルフォスフェート、ジフェニルモノキシレニルフォスフェート、モノフェニルジキシレニルフォスフェート、トリブチルフォスフェート、トリエチルフォスフェート等の燐酸トリエステル系可塑剤;フタル酸ジメチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジ−n−オクチル、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸オクチルデシル、フタル酸ブチルベンジル等のフタル酸エステル系可塑剤;オレイン酸ブチル、グリセリンモノオレイン酸エステル等の脂肪酸一塩基酸エステル系可塑剤;二価アルコールエステル系可塑剤;オキシ酸エステル系可塑剤等が使用できる。
また、可塑剤として、スクアラン(C30H62、Mw=422.8)、流動パラフィン(ホワイトオイル、JIS−K−2231に規定されるISO VG10、ISO VG15、ISO VG32、ISO VG68、ISO VG100、ISO VG8及びISO VG21等)、ポリイソブテン、水添ポリブタジエン、水添ポリイソプレン等がを用いることもできる。中でも、スクアラン、流動パラフィン及びポリイソブテンが、好ましい。
無機充填剤としては、例えば、炭酸カルシウム、タルク、カーボンブラック、酸化チタン、シリカ、クレー、硫酸バリウム、炭酸マグネシウムなどが挙げられる。
繊維としては、ガラス繊維、カーボン繊維などが挙げられる。
また、本発明の共重合体は、本発明の効果を損なわない範囲で、他の重合体と混合して重合体組成物とすることができる。かかる他の重合体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン−1、ポリ−4−メチルペンテン−1、ポリノルボルネンなどのポリオレフィン樹脂;エチレン系アイオノマー;ポリスチレン、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ハイインパクトポリスチレン、AS樹脂、ABS樹脂、AES樹脂、AAS樹脂、ACS樹脂、MBS樹脂などのスチレン系樹脂;メタクリル酸メチル系重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体;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などのポリエステル樹脂;ナイロン6、ナイロン66、ポリアミドエラストマーなどのポリアミド;ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレンービニルアルコール共重合体、ポリアセタール、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、シリコーン変性樹脂;アクリルゴム、シリコーンゴム;SEPS、SEBS、SISなどのスチレン系熱可塑性エラストマー;IR、EPR、EPDMなどのオレフィン系ゴムなどが挙げられる。
このような本発明の共重合体または本発明の共重合体を含む重合体組成物を、射出成形(インサート法、二色法、プレス法、コアバック法、サンドイッチ法などを含む)、圧縮成形、押出成形、真空成形、ブロー成形、インフレーション成形、カレンダ成形などの従来より知られる方法で成形することによって各種成形品を得ることができる。
本発明の共重合体からなる成形品または本発明の共重合体を含む重合体組成物からなる成形品としては、例えば、広告塔、スタンド看板、袖看板、欄間看板、屋上看板などの看板部品;ショーケース、仕切板、店舗ディスプレイなどのディスプレイ部品;蛍光灯カバー、ムード照明カバー、ランプシェード、光天井、光壁、シャンデリアなどの照明部品;ペンダント、ミラーなどのインテリア部品;ドア、ドーム、安全窓ガラス、間仕切り、階段腰板、バルコニー腰板、レジャー用建築物の屋根などの建築用部品;航空機風防、パイロット用バイザー、オートバイ、モーターボート風防、バス用遮光板、自動車用サイドバイザー、リアバイザー、ヘッドウィング、ヘッドライトカバーなどの輸送機関係部品;音響映像用銘板、ステレオカバー、テレビ保護マスク、自動販売機などの電子機器部品;保育器、レントゲン部品などの医療機器部品;機械カバー、計器カバー、実験装置、定規、文字盤、観察窓などの機器関係部品;液晶保護板、導光板、導光フィルム、偏光子保護フィルム、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、各種ディスプレイの前面板、拡散板などの光学関係部品;道路標識、案内板、カーブミラー、防音壁などの交通関係部品;自動車内装用表面材、携帯電話の表面材、マーキングフィルムなどのフィルム部材;洗濯機の天蓋材やコントロールパネル、炊飯ジャーの天面パネルなどの家電製品用部材;その他、温室、大型水槽、箱水槽、時計パネル、バスタブ、サニタリー、デスクマット、遊技部品、玩具、熔接時の顔面保護用マスクなどが挙げられる。
以下に実施例および比較例を示して本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。また、本発明は、以上までに述べた、特性値、形態、製法、用途などの技術的特徴を表す事項を、任意に組み合わせてなるすべての態様を包含している。
実施例および比較例における物性値の測定等は以下の方法によって実施した。
(メタクリル酸メチルの重合転化率)
装置: Bruker社製 ULTRA SHIELD 400 PLUS
溶媒: 重クロロホルム
重合溶液0.05mLを重クロロホルム1mLと混合し、室温にて64回積算して1H−NMRを測定した。得られた1H−NMRのスペクトル中、TMSのピークを0ppmとした。共重合体中のメタクリル酸メチル単位に含まれるメトキシ基の水素(3.4〜3.9ppm、3H)と重合溶液中に残存するメタクリル酸メチル単量体のオレフィンの水素(6.26ppm、1H)からメタクリル酸メチルの重合転化率を算出した。
(Mwおよび分子量分布)
Mwおよび分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による測定に基づき、ポリスチレン換算値で求められたものである。ここでは、GPC装置として、東ソー株式会社製のHLC−8320を用い、カラムとして、東ソー株式会社製のTSKgel SuperMultipore HZM−Mの2本とSuperHZ4000を直列に繋いだものを用いた。
溶離剤: テトラヒドロフラン
溶離剤流量: 0.6ml/分
カラム温度: 40℃
検量線: 標準ポリスチレン10点を用いて作成
(共重合体の組成分析)
装置: Bruker社製 ULTRA SHIELD 400 PLUS
溶媒: 重クロロホルム
合成で得た共重合体10mgを重クロロホルム1mLと混合し、室温にて64回積算して1H−NMRを測定した。
得られたチャートの解析方法をジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーとメタクリル酸メチルとの共重合体の場合を例に説明する。
式(I)は、環化したジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーを表す。
式(II)は、環化していないジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーで架橋していないものを表す。
式(III)は、環化していないジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーで架橋しているものを表す。
Figure 0006438882
Figure 0006438882
Figure 0006438882
図1に、1H−NMRチャートの一例を示す。
TMSのピークを0ppmとした。
共重合体中のメタクリル酸メチル単位に含まれるメトキシ基の水素に帰属される3.6ppmのピークの積分値を3.0とした。
共重合体中の環化していないジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーのエーテル酸素に隣接したメチレン基水素(−CH2−O−CH2−)に帰属される4.1ppmのピークの積分値をXとした。
また4.5ppmのピークは共重合体中の環化したジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーのテトラヒドロピラン環構造中のエーテル酸素に隣接したメチレン基水素(−CH2−O−CH2−)及びジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーのジシクロペンタニル基中のエステル基中のメチン基水素(−C(=O)OCH−)に帰属される。なお、環化している状態であっても、環化していない状態であっても、この4.5ppmのピークの帰属は変化しないと考えた。ここで4.5ppmのピークの積分値をYとした。
また、上述したピークの帰属は、ポリマーの架橋による影響を加味することなく適用することができる。
共重合体中のジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー単位のモル数を1とするとメタクリル酸メチル単位のモル数は
A={(X+Y)/6}
で算出される。
共重合体中のジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーの導入率W(質量%)は、
W=A ×454.66/(A×454.66+1×100.14) ×100
で算出される。
(ガラス転移温度)
JIS K7121試験法に準拠して、230℃まで一度昇温し、次いで室温まで冷却し、その後室温から230℃までを10℃/分で昇温させる条件にて示差走査熱量測定法にてDSC曲線を測定した。2回目の昇温時に測定されるDSC曲線から求められる中間点ガラス転移温度を本発明におけるガラス転移温度として採用した。ここでは、測定装置として島津製作所製DSC−50を用いた。
(透明性)
JIS K7361−1に準じて、村上色彩研究所製HR−100を用いて全光線透過率を測定した。下記の指標で透明性を評価した。
AA:全光線透過率85%以上
BB:全光線透過率85%未満
(成形性)
長辺150mm、短編70mmの金型を用いて、3.2mm厚になるように、共重合体を投入し、230℃で5分間熱プレスした。その後、23℃の外気温にて1時間自然冷却させた。金型から取り出した成形体に、割れのない場合を評価AA、割れが有る場合を評価BBとした。また、成形できない場合も評価BBとした。
(吸水性)
150mm×10mm×3.2mmの試験片を、50℃、5mmHgの環境下において3日間、乾燥させて、絶乾試験片を得た。絶乾試験片の質量W0を測定した。その後、絶乾試験片を温度23℃の水の中に浸漬させ2ヶ月間放置した。水から引き上げ後、試験片の質量W1を測定した。下式により飽和吸水率(%)を算出した。
飽和吸水率={W1−W0}/W0 ×100
下記の指標で吸水性を評価した。
AA:飽和吸水率が2%以下
BB:飽和吸水率が2%より高い
(曲げ強度)
80mm×13mm×3.2mmの試験片を、ASTM D790に従い測定した。
AA:曲げ破断強度が50MPa以上
BB:曲げ破断強度が50MPa未満
(合成例1)
容量500MLのフラスコに、アクリル酸ジシクロペンタニル(東京化成工業株式会社製)260.3g(1.0mol)、パラホルムアルデヒド(和光純薬工業株式会社製)30.3g(1.0mol)、1,4−ジアザビシクロ[2,2, 2]オクタン(和光純薬工業株式会社製)14.9g(0.13mol)、p−メトキシフェノール(和光純薬工業株式会社製)120mg、およびt−ブチルアルコール(和光純薬工業株式会社製)60gを仕込み、空気バブリングを行いながら85℃で24時間反応させ、引き続き90℃で7時間反応させた。その後、1Lのメタノール中に得られた反応液を注ぎ、30分間撹拌した。その後、この混合液を5℃で一晩静置し,白色結晶のジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー(別名:ジ(トリシクロデカニル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート;化学構造式A)を114g(収率50%)得た。
Figure 0006438882
(合成例2)
アクリル酸ジシクロペンタニル260.3g(1.0mol)をアクリル酸イソボルニル(東京化成工業株式会社製)208.3g(1.0mol)に変えた以外は合成例1と同じ手法にてイソボルニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー(別名:ジ(イソボルニル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート;化学構造式B)を57.4g(収率25%)得た。
Figure 0006438882
(合成例3)
容量500MLのフラスコに、アクリル酸t−ブチル(和光純薬工業株式会社製)128.2g(1.0mol)、パラホルムアルデヒド30.3g(1.0mol)、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン14.9g(0.13mol)、p−メトキシフェノール120mg、およびt−ブチルアルコール60gを仕込み、空気バブリングを行いながら85℃で24時間反応させ、引き続き90℃で7時間反応させた。得られた反応液に塩化メチレン20mL加えた。この溶液を希塩酸水溶液で分液洗浄し、イオン交換水でさらに洗浄した。溶液を減圧蒸留することで、t−ブチル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー(別名:ジ(t−ブチル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート;化学構造式C)を58g(収率38%)得た。
Figure 0006438882
(合成例4)
アクリル酸ジシクロペンタニル260.3g(1.0mol)をアクリル酸4−t−ブチルシクロヘキシル(シグマアルドリッチ社製)210.3g(1.0mol)に変えた以外は合成例1と同じ手法にて、4−t−ブチルシクロヘキシル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー(別名:ジ(t−ブチルシクロへキシル)2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート;化学構造式D)を105g(収率60%)得た。
Figure 0006438882
(実施例1)
充分乾燥させた撹拌装置付き耐圧容器内を窒素置換した。該耐圧容器にトルエン400質量部、メタクリル酸メチル77質量部、合成例1で得られたジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー23質量部、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN,東京化成工業株式会社製)0.05質量部、およびアルミニウムトリイソプロポキシド(和光純薬工業株式会社製)8.5質量部(1.7質量%)を仕込んだ。
耐圧容器を窒素ガスにて十分置換した後、撹拌しながら80℃に昇温した。撹拌しながら80℃で2時間重合させた。その後、AIBN0.05質量部を添加し、さらに2時間重合させた。得られた重合液に5質量%クエン酸水溶液200質量部を加え、80℃で30分間撹拌した。その後、水層を抜き取り、次いで中性になるまでイオン交換水で洗浄してアルミニウムトリイソプロポキシドを除去した。このようにして得られた溶液をメタノール8000質量部に注ぎ、固形物を析出させた。析出固形物をろ別し、充分に乾燥して、共重合体(A1)70質量部を得た。共重合体(A1)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は80質量%、ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は20質量%であった。共重合体(A1)は、重量平均分子量(Mw)が121,000、分子量分布(Mw/Mn)が2.74であった。
共重合体(A1)を230℃に制御された二軸押出機に供給して、残存溶媒や未反応単量体などの揮発成分を分離除去し、次いで樹脂成分を押出成形してストランドにした。該ストランドをペレタイザーでカットし、ペレット状共重合体を得た。ペレット状共重合体のガラス転移温度を測定した。また、ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。この際の成形性を確認した。得られたシート状成形品から試験片を切り出して、透明性、吸水性、曲げ強度を測定した。結果を表1に示す。
(実施例2)
充分乾燥させた撹拌装置付き耐圧容器内を窒素置換した。該耐圧容器にトルエン400質量部と、メタクリル酸メチル77質量部、合成例1で得られたジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー23質量部、1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン(日本油脂社製、パーヘキサC)0.05質量部、およびアルミニウムトリイソプロポキシド8.5質量部(1.7質量%)を仕込んだ。
耐圧容器を窒素ガスにて十分置換した後、撹拌しながら100℃の温度に昇温した。撹拌しながら100℃で2時間重合させた。その後、パーヘキサC0.05質量部を添加し、さらに2時間重合させた。得られた重合溶液に5質量%クエン酸水溶液200質量部加え、80℃で30分間撹拌した。その後、水層を抜き取り、次いで中性になるまでイオン交換水で洗浄しアルミニウムトリイソプロポキシドを除去した。このようにして得られた溶液をメタノール8000質量部に注ぎ、固形物を析出させた。析出固形物をろ別し、充分に乾燥して、共重合体(A2)50質量部を得た。共重合体(A2)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は83質量%、ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は17質量%であった。共重合体(A2)は、重量平均分子量(Mw)が213,000、分子量分布(Mw/Mn)が2.46であった。また実施例1と同じ手法にて、ペレット状共重合体を得た。ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、割れることなく厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。得られたシート状成形品の評価結果を表1に示す。
(実施例3)
充分乾燥させた撹拌装置付き耐圧容器内を窒素置換した。該耐圧容器に、トルエン150質量部、メタクリル酸メチル77質量部、合成例1で得られたジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー23質量部、ジ−t−ブチルパーオキサイド(日本油脂社製、パーブチルD)0.05質量部、およびアルミニウムトリイソプロポキシド4.2質量部(1.7質量%)を仕込んだ。
耐圧容器を窒素ガスにて十分置換した後、撹拌しながら140℃の温度に昇温した。撹拌しながら140℃で2時間重合させた。得られた重合溶液にトルエン250質量部と5質量%クエン酸水溶液200質量部とを加え、80℃で30分間撹拌した。その後、水層を抜き取り、次いで中性になるまでイオン交換水で洗浄しアルミニウムトリイソプロポキシドを除去した。このようにして得られた溶液をメタノール8000質量部に注ぎ、固形物を析出させた。析出固形物をろ別し、充分に乾燥して、共重合体(A3)50質量部を得た。共重合体(A3)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は89質量%、ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は11質量%であった。共重合体(A3)は、重量平均分子量(Mw)が99,000、分子量分布(Mw/Mn)が2.97であった。また実施例1と同じ手法にて、ペレット状共重合体を得た。ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、割れることなく厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。得られたシート状成形品の評価結果を表1に示す。
(実施例4)
充分乾燥させた撹拌装置付き耐圧容器内を窒素置換した。該耐圧容器に、トルエン150質量部、メタクリル酸メチル77質量部、合成例1で得られたジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー23質量部、AIBN0.05質量部、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4.2質量部(1.7質量%)を加えた。
耐圧容器を窒素ガスにて十分置換した後、撹拌しながら80℃の温度に昇温した。撹拌しながら80℃で2時間重合させた。得られた重合溶液にトルエン250質量部と5質量%クエン酸水溶液200質量部とを加え、80℃で30分間撹拌した。その後、水層を抜き取り、次いで中性になるまでイオン交換水で洗浄しイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムを除去した。このようにして得られた溶液をメタノール8000質量部に注ぎ、固形物を析出させた。析出固形物をろ別し、充分に乾燥して、共重合体(A4)30質量部を得た。共重合体(A4)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は86質量%、ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は14質量%であった。共重合体(A4)は、重量平均分子量(Mw)が98,000、分子量分布(Mw/Mn)が1.83であった。また実施例1と同じ手法にて、ペレット状共重合体を得た。ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、割れることなく厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。得られたシート状成形品の評価結果を表1に示す。
(実施例5)
アルミニウムトリイソプロポキシドの添加量を5.0質量部(1.0質量%)に変更した以外は、実施例1と同じ手法にて、共重合体(A5)45質量部を得た。共重合体(A5)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は82質量%、ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は18質量%であった。共重合体(A5)は、重量平均分子量(Mw)が107,000、分子量分布(Mw/Mn)が2.06であった。また実施例1と同じ手法にて、ペレット状共重合体を得た。ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、割れることなく厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。得られたシート状成形品の評価結果を表1に示す。
(実施例6)
充分乾燥させた撹拌装置付き耐圧容器内を窒素置換した。該耐熱容器に、トルエン150質量部、メタクリル酸メチル77質量部、合成例1で得られたジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー23質量部、AIBN0.05質量部、およびアルミニウムトリイソプロポキシド4.2質量部(1.7質量%)を仕込んだ。
耐圧容器を窒素ガスにて十分置換した後、撹拌しながら80℃の温度に昇温した。撹拌しながら80℃で2時間重合させた。得られた重合溶液にトルエン250質量部と5質量%クエン酸水溶液200質量部とを加え、80℃で30分間撹拌した。その後、水層を抜き取り、次いで中性になるまでイオン交換水で洗浄してアルミニウムトリイソプロポキシドを除去した。このようにして得られた溶液をメタノール8000質量部に注ぎ、固形物を析出させた。析出固形分をろ別し、充分に乾燥して、共重合体(A6)48質量部を得た。共重合体(A6)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は86質量%、ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は14質量%であった。共重合体(A6)は、重量平均分子量(Mw)が91,000、分子量分布(Mw/Mn)が3.19であった。また実施例1と同じ手法にて、ペレット状共重合体を得た。ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、割れることなく厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。得られたシート状成形品の評価結果を表1に示す。
Figure 0006438882
(実施例7)
充分乾燥させた撹拌装置付き耐圧容器内を窒素置換した。該耐圧容器に、トルエン400質量部、メタクリル酸メチル77質量部、合成例1で得られたジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー23質量部、AIBN0.09質量部、およびアルミニウムトリイソプロポキシド5.0質量部(1.0質量%)を仕込んだ。
耐圧容器を窒素ガスにて十分置換した後、撹拌しながら80℃の温度に昇温した。撹拌しながら80℃で2時間重合させた。得られた重合溶液に5質量%クエン酸水溶液200質量部を加え、80℃で30分間撹拌した。その後、水層を抜き取り、次いで中性になるまでイオン交換水で洗浄して、アルミニウムトリイソプロポキシドを除去した。このようにして得られた溶液をメタノール8000質量部に注ぎ、固形物を析出させた。析出固形物をろ別し、充分に乾燥して、共重合体(A7)の30質量部を得た。共重合体(A7)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は66質量%、ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は34質量%であった。共重合体(A7)は、重量平均分子量(Mw)が185,000、分子量分布(Mw/Mn)が2.99であった。また実施例1と同じ手法にて、ペレット状共重合体を得た。ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、割れることなく厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。得られたシート状成形品の評価結果を表2に示す。
(実施例8)
ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーを、合成例2で得られたイソボルニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに変えた以外は、実施例3と同じ手法にて、共重合体(A8)70質量部を得た。共重合体(A8)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は90質量%、イソボルニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は10質量%であった。共重合体(A8)は、重量平均分子量(Mw)が121,000、分子量分布(Mw/Mn)が2.71であった。また実施例1と同じ手法にて、ペレット状共重合体を得た。ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、割れることなく厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。得られたシート状成形品の評価結果を表2に示す。
(実施例9)
ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーを、合成例3で得られたt−ブチル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに変えた以外は、実施例3と同じ手法にて、共重合体(A9)67質量部を得た。共重合体(A9)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は86質量%、t−ブチル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は14質量%であった。共重合体(A9)は、重量平均分子量(Mw)が133,000、分子量分布(Mw/Mn)が2.71であった。また実施例1と同じ手法にて、ペレット状共重合体を得た。ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、割れることなく厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。得られたシート状成形品の評価結果を表2に示す。
(比較例1)
アルミニウムトリイソプロポキシドを加えなかった以外は、実施例6と同じ手法にて、共重合体(B1)46質量部を得た。共重合体(B1)の1H−NMRを測定したところ、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含量は86質量%、ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーに由来する構造単位の含量は14質量%であった。共重合体(B1)は、重量平均分子量(Mw)が127,000、分子量分布(Mw/Mn)が3.84であった。また実施例1と同じ手法にて、厚さ3.2mmのシート状成形品を作製しようとしたが、シートの一部分が割れてしまった。割れていない部分のシート状成形品から試験片を切り出して、透明性、吸水性、曲げ強度を測定した。結果を表2に示す。
(比較例2)
ジシクロペンタニル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマーを加えなかった以外は、実施例6と同じ手法にて、重合体(B2)61質量部を得た。重合体(B2)は、重量平均分子量(Mw)が65,000、分子量分布(Mw/Mn)が1.88、ガラス転移温度が120℃であった。また実施例1と同じ手法にて、ペレット状重合体を得た。ペレット状共重合体を、230℃にて熱プレス成形し、割れることなく厚さ3.2mmのシート状成形品を得た。得られたシート状成形品の評価結果を表2に示す。
(比較例3)
メタクリル酸メチル150質量部、合成例4で得られた4−t−ブチルシクロヘキシル−α−(ヒドロキシメチル)アクリレートのエーテルダイマー50質量部,ジ−t−ブチルパーオキサイド(日本油脂製パーブチルD)0.1質量部、n−オクチルメルカプタン0.94質量部、水450質量部、メタクリル酸とメタクリル酸2−スルホエチルのナトリウム塩の共重合体1.22質量部、および硫酸ナトリウム1.13質量部を耐圧容器に仕込み、懸濁液を得た。
耐圧容器を窒素ガスにて十分置換した後、撹拌しながら150℃に昇温した。撹拌しながら150℃で2時間懸濁重合させた。重合溶液がゲル化し、撹拌トルクが大きくなったため重合を停止した。得られたゲルをトルエンに浸漬すると膨潤し、溶解しなかった。該ゲルを水で洗浄し、次いでメタノールで洗浄し、十分乾燥させて、共重合体(B3)を得た。共重合体(B3)は230℃で溶融しなかったため、成形品を得ることができなかった。
Figure 0006438882
以上、表1および表2の評価結果を見ると、ルイス酸の存在しない比較例1では、成形性の低下が確認される。また他の単量体を含んでおらず、式(1)で表される単量体のみからなる重合体である比較例2ではガラス転移温度の低下が確認される。
一方で、実施例1〜7ではガラス転移温度が高く、透明性、成形性、曲げ強度にすぐれ、吸水性の低い共重合体を得ることが確認できる。

Claims (4)

  1. 式(1)で表される単量体と他の重合性単量体とを、式(1)で表される単量体1モルに対して0.1モルのルイス酸の存在下で、架橋を抑制して、重合および環化することを含み、
    前記ルイス酸が式(2)で表されるアルミニウム化合物から選ばれる少なくとも1つであり、
    前記他の重合性単量体が(メタ)アクリル酸エステルである
    主鎖にテトラヒドロピラン環を有する共重合体の製造方法。

    Figure 0006438882

    (式(1)中、
    1およびR2は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の直鎖状炭化水素基、炭素数1〜20の分岐鎖状炭化水素基または環構造を有する炭素数3〜20の炭化水素基を示す。)

    Figure 0006438882

    (式(2)中、
    3 は炭素数1〜10のアルキル基を示す。aは0〜3の整数を示す。
    4 は炭素数1〜5のアルキル基を示す。bは0〜3の整数を示す。
    5 は1〜4個のアルキル基で置換されていてもよいフェニル基を示す。cは0〜3の整数を示す。
    また、aとbとcとの合計は3である。)
  2. 前記他の重合性単量体がメタクリル酸メチルである、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記共重合体の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した分子量分布が3.2以下である、請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 式(1)で表される単量体と前記他の重合性単量体とを、2:98〜60:40の質量比で用いて重合することを含む、請求項1〜のいずれか1項に記載の製造方法。
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