JPH0617480B2 - ジメチルシロキサン系ブロツク共重合体の製造方法 - Google Patents

ジメチルシロキサン系ブロツク共重合体の製造方法

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JPH0617480B2
JPH0617480B2 JP20012686A JP20012686A JPH0617480B2 JP H0617480 B2 JPH0617480 B2 JP H0617480B2 JP 20012686 A JP20012686 A JP 20012686A JP 20012686 A JP20012686 A JP 20012686A JP H0617480 B2 JPH0617480 B2 JP H0617480B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高分子化合物の製造方法に関し、特にジメチ
ルシロキサン系ブロック共重合体の製造方法に関する。
(従来の技術) ジメチルシロキサン系ブロック共重合体は従来よりいく
つかの方法により合成されてきた。
例えば、ジェー・シー・サーム(J.C.Saam)らはマクロ
モレキュルズ(Macromolecules)3巻、1頁(1970年)
において、アニオン重合法によりスチレン−ジメチルシ
ロキサンブロック共重合体を得たことを報告している
(以下、この方法をアニオン重合法と呼ぶ)。
また、手塚育志らはマクロモレキュラ・ヘミー・ラピッ
ド・コミュニケーション(Makromol.Chem.,Rapid Commu
n.)5巻、559頁(1984年)において、官能基を有する
プレポリマーのカップリング反応により酢酸ビニル−ジ
メチルシロキサンブロック共重合体を得たことを報告し
ている(以下、この方法をプレポリマー法と呼ぶ)。
さらに、井上弘らは高分子学会予稿集、34巻、293頁(1
984年)において、ラジカル重合活性をもつアゾ基含有
ポリシロキサンアミドによるラジカル重合によりメチル
メタクリレート−ジメチルシロキサンブロック共重合体
を得たことを報告している(以下、この方法をアゾ基含
有ポリシロキサンアミドを用いる方法と呼ぶ)。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら従来の合成法は次に示すようないくつかの
問題点を有している。
1)前記アニオン重合法やプレポリマー法を用いる方法
では、反応に適用できるビニル型単量体が限られてお
り、反応工程が多段階になったり、反応条件が工業的に
利用するには困難であったりする。
2)前記アゾ基含有ポリシロキサンアミドを用いる方法
では、高分子開始剤の半減期10時間を得る温度が約65℃
に限定され、幅広い温度での使用には適さない。
工業的にブロック共重合体を製造するためには、ラジカ
ル重合を用いて合成することが可能で、かつ低温から高
温にわたって幅広い温度で合成できることが必要な条件
である。
本発明の目的はこれらの問題点を解消し、多くのビニル
型単量体に適用でき、反応工程が少なく、幅広い温度で
合成できるラジカル重合によるジメチルシロキサン系ブ
ロック共重合体の製造方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 前記本発明の目的は、以下に述べるジメチルシロキサン
系ブロック共重合体の製造方法によって達成される。
本発明のジメチルシロキサン系ブロック共重合体の製造
方法は、ビニル型単量体を重合させるにあたり、下記構
造式(A)で示される分子中にジアシル型ペルオキシ基
を有するポリジメチルシロキサン化合物をラジカル重合
開始剤として使用することを特徴とするジメチルシロキ
サン系ブロック共重合体の製造方法である。
(式中R1は炭素数1〜15のアルキル基またはアリール
基を表す。また、Rは炭素数3〜10のアルキレン基また
は 基を表し、R2は炭素数1〜15のアルキレン基またはフ
ェニレン基を表し、R3は炭素数3〜10のアルキレン基
または-(CH2)2O(CH2)3-基を表す。また、mは10〜200
で、xは2〜10である)。
以下本発明につきさらに詳細に説明する。
本発明に使用する分子中にジアシル型ペルオキシ基を有
するポリジメチルシロキサン化合物は、上記構造式
(A)で示される。式中のR1は炭素数1〜15のアルキ
ル基またはフェニル基である。炭素数が16個以上の場合
は反応性が悪くなり合成困難となる。RおよびR3につ
いて前記条件以外では、原料入手が難しく合成困難であ
る。また、mは10〜200で、xは2〜10である。m>200
では分子量が大きくなりすぎて合成が困難であり、m<
10ではジメチルシロキサン成分が少なくなりその特性が
発現できない。xが11以上になると合成は困難となる。
この構造式(A)で示される化合物は、約60〜80℃の範
囲の温度で半減期10時間を得ることができ、共重合体の
一成分として使用できるラジカル重合特性を有する。ま
た、このポリジメチルシロキサン化合物は、通常のポリ
ジメチルシロキサンと同等の溶解性を有し、ベンゼン、
トルエン、キシレン、ヘキサン等に容易に溶解する。
本発明に用いる構造式(A)で示されるポリジメチルシ
ロキサン化合物は二官能カルボキシル末端ポリジメチル
シロキサンまたは二官能ヒドロキシ末端ポリジメチルシ
ロキサンを出発原料として次の方法で製造することがで
きる。
例えば、二官能カルボキシル末端ポリジメチルシロキサ
ンを出発原料として用いる場合には、下記反応式で示す
ように、まず二官能カルボキシル末端ポリジメチルシロ
キサン(I)を常法により乾燥窒素気流下で塩素化剤
(II)の存在下で塩素化反応させ、分子内にクロロアシ
ル基を有するポリジメチルシロキサン(III)を製造す
る。
上記反応は公知の酸塩化物の場合とほぼ同様の反応条件
でさしつかえない。反応温度は20〜60℃が好ましく、反
応時間は1〜5時間が好ましい。また、(I)と(II)
のモル比は1:1〜2が好ましい。(II)としては、た
とえば、塩化チオニル、三塩化リン、五塩化リンがあげ
られる。
次いで、常法により、この(III)とR1COCl(IV)を過酸
化カリウムと反応させることにより下記反応式で示され
るように分子の両末端および主鎖中にジアシル型ペルオ
キシ基を有するポリシロキサン化合物が生成する。
(ここで、R2は炭素数3〜10のアルキレン基を表わし、
mは10〜200、xは2〜10である。) 上記反応は公知のジアシルペルオキシドの場合とほぼ同
様の反応条件でさしつかえない。反応温度は10〜30℃、
好ましくは0〜10℃、反応時間は0.25〜3時間、好まし
くは0.5〜1.5時間である。(III)と過酸化カリウムの
モル比は1:1〜3、好ましくは1:1〜2である。過
酸化カリウム水溶液の濃度は1〜15%、好ましくは2〜
5%である。また、(III)と(IV)とのモル比は1〜
5:1が望ましい。
上記式(I)のmが大きい場合には粘度が高くなるので
トルエン、キシレンなどの溶媒中で反応させることが望
ましい。
他に、二官能ヒドロキシル末端ポリジメチルシロキサン
を出発原料として用いる場合には、まず二官能ヒドロキ
シル末端ポリジメチルシロキサンと二塩基酸塩化物とを
乾燥窒素気流下で脱塩酸反応させ、分子内にクロロアシ
ル基およびエステル基を有するポリジメチルシロキサン
を経由して、ポリジメチルシロキサン化合物(A)を製
造することもできる。
次に本発明で用い得るビニル型単量体としては、スチレ
ン、メチルスチレン、ジフェニルエチレン、エチルスチ
レン、ジメチルスチレン、ビニルナフタリン、ビニルフ
ェナントレン、ビニルメシチレン、3,4,6−トリメ
チルスチレン、1−ビニル−2−エチルアセチレン、ブ
タジエン、イソプレン、ピペリレン等の炭化水素化合
物;クロルスチレン、メトキシスチレン、ブロムスチレ
ン、シアノスチレン、フルオルスチレン、ジクロルスチ
レン、N,N−ジメチルアミノスチレン、ニトロスチレ
ン、クロルメチルスチレン、トリフルオルスチレン、ト
リフルオルメチルスチレン、アミノスチレン等のスチレ
ン誘導体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α
−アセトキシアクリロニトリル等のアクリロニトリル誘
導体;アクリル酸、メタクリル酸;アクリル酸メチル、
アクリル酸ラウリル、アクリル酸クロルメチル、アセト
キシアクリル酸エチル等のアクリル酸エステル;メタク
リル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ジメチルアミノエ
チル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸テトラヒ
ドロフルフリル、メタクリル酸ヒドロキシエチル等のメ
タクリル酸エステル;塩化ビニリデン、臭化ビニリデ
ン、シアン化ビニリデン等のビニリデン化合物;アクリ
ルアミド、メタクリルアミド、N−ブトキシメチルアク
リルアミド、N−フェニルアクリルアミド、ジアセトン
アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチルアクリ
ルアミド等のアクリルアミド誘導体;酢酸ビニル、酪酸
ビニル、カプリン酸ビニル等の脂肪酸ビニル誘導体;さ
らに、N−ビニルスクシンイミド、N−ビニルピロリド
ン、N−ビニルフタルイミド、N−ビニルカルバゾー
ル、ビニルフラン、2−ビニルベンゾフラン、ビニルチ
オフエン、ビニルイミダゾール、メチルビニルイミダゾ
ール、ビニルピラゾール、ビニルオキサゾリドン、ビニ
ルチアゾール、ビニルテトラゾール、ビニルピリジン、
メチルビニルピリジン、2,4−ジメチル−6−ビニル
トリアジン、ビニルキノリン等の異節環状ビニル化合物
がある。
ビニル型単量体は単独または2種類以上のビニル型単量
体を組み合わせて使用できる。
分子中にジアシル型ペルオキシ基を有するポリジメチル
シロキサン化合物とビニル型単量体との組成割合は、一
般に分子中にジアシル型ペルオキシ基を有するポリジメ
チルシロキサン化合物10〜90重量部に対し、ビニル型単
量体90〜10重量部が好ましく、目的とする用途に応じて
割合を広範囲に選ぶことができる。ポリジメチルシロキ
サン化合物が10重量部より少ない場合及び90重量部より
多い場合では、ブロック共重合体としての特徴が発現で
きない。
また、ラジカル重合方法としては、溶液重合法、塊状重
合法、乳化重合法、懸濁重合法等いずれの方法も行うこ
とができる。
ラジカル重合の反応温度としては30〜120℃、好ましく
は50〜100℃である。反応温度が30℃より低いと反応時
間が長くなりすぎて、工業的に不適当である。また、12
0℃より高いとペルオキシ基が瞬時に分解してしまい、
反応がうまく進まない。
反応時間は一般に0.5〜100時間、好ましくは1〜30時間
である。反応時間が0.5時間より短いと反応が十分に進
行しない。また、100時間より長いと工業的に不適当で
ある。
以上述べたように本発明によるジメチルシロキサン系ブ
ロック共重合体の製造方法を用いると、一段階の反応で
ジメチルシロキサン系ブロック共重合体を得ることがで
きる。なお、得られるジメチルシロキサン系ブロック共
重合体にはビニル型単量体のホモポリマーが含まれる
が、適当な溶媒を用いて再沈や溶媒抽出等を行うことに
より、純度の高いブロック共重合体を分離することがで
きる。
(発明の効果) 本発明によるジメチルシロキサン系ブロック共重合体の
製造方法は、多くのビニル型単量体に適用でき、きわめ
て簡単な操作により、幅広い温度にわたって一工程で反
応を行うことができる。これにより、種々のジメチルシ
ロキサン系ブロック共重合体を製造することができ、工
業的価値はきわめて高い。さらに、本発明により得られ
るジメチルシロキサン系ブロック共重合体は、シーリン
グ剤、各種プラスチックフィルムや成形品、繊維、ゴ
ム、塗料、接着剤等の原料や表面改質剤として使用で
き、耐水性、耐熱性、耐候性などポリジメチルシロキサ
ンのもつ特性を付与することができる。
(実施例) 次に合成例、実施例および比較例により本発明を説明す
る。実施例中の部は重量部を示す。なお実施例で用いた
構造式(1)〜(4)に示すポリジメチルシロキサン化
合物はすべて下記の合成例に準じて合成した。
合成例 かきまぜ機および還流冷却器を備えた四ツ口フラスコに
平均分子量1720のα,ω−ビス−10−カルボキシデシル
ポリジメチルシロキサン34.4gと塩化チオニル(純度99
%)8.6gを導入した。これに乾燥窒素を吹き込みなが
ら反応温度50℃で3時間反応させた。次いで40〜45℃で
1時間水流ポンプで吸引して10〜20mmHgの減圧度に保
ち、残存する塩化チオニルを除去した。かくして黄色透
明液体の分子内にクロロアシル基を有するポリジメチル
シロキサン34.9g(純度99.5%、収率97.1%)を得た。
次に60%過酸化水素水溶液3.8gと5%炭酸カリウム水
溶液248.8gとで過酸化カリウム水溶液を調製し、これ
にテトラヒドロフラン35.0gを導入した。さらに、これ
に先の反応で得た分子内にクロロアシル基を有するポリ
ジメチルシロキサン34.9gとラウリン酸塩化物(純度99
%)1.5gを攪拌下に0〜5℃に保ちながら少しずつ加
えた。同温度で1時間攪拌した後、水層と油層に分離し
た。次いで、得られた液状物を水で2回洗浄した後、無
水硫酸マグネシウムを濾過で分離後、真空下でテトラヒ
ドロフランを除去し、34.7gの黄色粘状物を得た。
かくして得た黄色粘状物について、活性酸素量(ヨード
滴定法で測定)、ペルオキシ結合の半減期10時間を得る
温度(ペルオキシ基初期濃度を0.1mol/とし、ベンゼ
ン溶媒中で測定)、数平均分子量(島津製作所製高速液
体クロマトグラフィー〔DETECTOR:RID-2A、PUMP:LC-5A〕
で測定)、赤外線吸収スペクトル(日本分光製IR-810型
赤外分光光度計で測定)、および核磁気共鳴吸収スペク
トル(日本電子製FX90Q FT-NMR装置で測定)を測定した
ところ、下記に示す特性値を示し、構造式(1)で表さ
れる分子の両末端におよび主鎖中にジアシル型ペルオキ
シ基を有するポリジメチルシロキサン化合物と確認され
た。
活性酸素量: 0.99% ペルオキシ結合の半減期10時間を得る温度: 62.2℃ 数平均分子量: 10000 赤外線吸収スペクトル: 1775cm-1と1800cm-1(ジアシル基のC=O結合) 1100〜1030cm-1(Si−O−Si結合) 1270cm-1(Si−CH3結合) 核磁気共鳴吸収スペクトル: 0.08ppm 1995H (a) 0.45ppm 76H (b) 1.00ppm 10H (c) 1.25ppm 652H (d) 1.60ppm 76H (e) 2.35ppm 86H (f) 実施例1 平均分子量10000および活性酸素量0.99%の次の構造式
(1): で示される分子中にジアシル型ペルオキシ基を有するポ
リジメチルシロキサン化合物60部、スチレン40部、およ
びトルエン200部を還流冷却器および攪拌機を備えたフ
ラスコに導入し、窒素雰囲気中80℃で20時間反応させ
た。
反応終了後フラスコ内容物を約15倍量のn−ヘキサン中
に投入し、スチレンホモポリマーを析出させ、これを濾
過により除去した。次いで濾液を約3分の1になるまで
濃縮した後、約10倍量のメタノール中に投入し、ポリマ
ーを析出させ、濾過し、減圧乾燥させると淡黄色のポリ
マー80部を得た。
かくして得られた淡黄色ポリマーについて、平均分子量
〔東洋曹達工業製高速液体クロマトグラフィー(PUMP:HL
C-802A,DETECTOR:RI-8000)で測定〕および核磁気共鳴吸
収スペクトル(日本電子製FX-90Q FT-NMR装置で測定)
を測定したところ下記に示す特性値を示し、スチレン−
ジメチルシロキサンブロック共重合体と確認された。
数平均分子量(以下nと表す) 6.01×103 重量平均分子量(以下wと表す) 1.33×104分散比
(以下w/nと表す) 2.22 核磁気共鳴吸収スペクトル: 0.08ppm〔ジメチルシロキサンのメチル基(以下Si-CH3
と表す)〕 6.56ppmおよび7.03ppm〔スチレンのベンゼン環(以下-C
6H5と表す)〕 ポリマー中に占めるジメチルシロキサンセグメントの重
量割合(以下Si-重量比と表す):61% 実施例2 実施例1で使用したものと同じポリジメチルシロキサン
化合物60部、メチルメタクリレート40部、およびトルエ
ン200部を還流冷却器および攪拌機を備えたフラスコに
導入し、窒素雰囲気中80℃で20時間反応させた。
反応終了後フラスコ内容物を約15倍量のn−ヘキサン中
に投入し、メチルメタクリレートホモポリマーを析出さ
せ、濾過により除去した。次いで濾液を約3分の1にな
るまで濃縮後、約10倍量のメタノール中に投入し、ポリ
マーを析出させ、濾過し、減圧乾燥させると淡黄色のポ
リマー70部を得た。
かくして得られた淡黄色ポリマーについて実施例1と同
様の物性を測定したところ、下記に示す特性値を示し、
メチルメタクリレート−ジメチルシロキサンブロック共
重合体と確認された。n 9.23×103 w 2.24×104 w /n 2.43 核磁気共鳴スペクトル: 0.08ppm(Si-CH3) 3.67ppm〔メチルメタクリレートのメチルエステル基
(以下-COOCH3基と表す)〕 Si−重量比: 64% 実施例3 平均分子量12000および活性酸素量0.61%の次の構造式
(2): で示される分子中にジアシル型ペルオキシ基を有するポ
リジメチルシロキサン化合物50部、スチレン50部、およ
びトルエン200部を還流冷却器および攪拌機を備えたフ
ラスコに導入した。
以下、実施例1に述べた製造方法と同様の方法で操作し
て淡黄色のポリマー84部を得た。
かくして得られた淡黄色ポリマーについて実施例1と同
様の物性を測定したところ、下記に示す特性値を示し、
スチレン−ジメチルシロキサンブロック共重合体と確認
された。n 1.12×104 w 2.61×104 w /n 2.33 核磁気共鳴スペクトル: 0.08ppm(Si-CH3) 6.56ppmおよび7.03ppm(-C6H5) Si−重量比: 52% 実施例4 実施例3で使用したものと同じポリジメチルシロキサン
化合物50部、メチルメタクリレート50部、およびトルエ
ン200を還流冷却器および攪拌機を備えたフラスコに導
入した。
以下、実施例2に述べた製造方法と同様の方法で操作し
て淡黄色のポリマー73部を得た。
かくして得られた淡黄色ポリマーについて実施例1と同
様の物性を測定したところ、下記に示す特性値を示し、
メチルメタクリレート−ジメチルシロキサンブロック共
重合体と確認された。n 2.58×104 w 6.58×104 w /n 2.55 核磁気共鳴スペクトル: 0.08ppm(Si-CH3) 3.67ppm(-COOCH3) Si−重量比: 54% 実施例5 平均分子量15100および活性酸素量0.37%の下記構造式
(3)で示される分子中にジアシル型ペルオキシ基を有
するポリジメチルシロキサン化合物30部、スチレン70
部、およびトルエン200部を還流冷却器および攪拌機を
備えたフラスコに導入し、窒素雰囲気中90℃で20時間反
応させた。
以下実施例1に述べた製造方法と同様の方法で操作して
白色のポリマー87部を得た。
かくして得られた白色ポリマーについて実施例1と同様
の物性を測定したところ、下記に示す特性値を示し、ス
チレン−ジメチルシロキサンブロック共重合体と確認さ
れた。n 2.88×104 w 7.43×104 w /n 2.58 核磁気共鳴スペクトル: 0.08ppm(Si-CH3) 6.56ppmおよび7.03ppm(-C6H5) Si−重量比: 32% 実施例6 平均分子量16500および活性酸素量0.36%の下記構造式
(4)で示される分子中にジアシル型ペルオキシ基を有
するポリジメチルシロキサン化合物30部、メチルメタク
リレート70部、およびトルエン200部を還流冷却器およ
び攪拌機を備えたフラスコに導入し、窒素雰囲気中90℃
で20時間反応させた。以下実施例2に述べた製造方法と
同様の方法で操作してし白色のポリマー75部を得た。
かくして得られた白色ポリマーについて実施例1と同様
の物性を測定したところ、下記に示す特性値を示し、メ
チルメタクリレート−ジメチルシロキサンブロック共重
合体と確認された。n 5.81×104 w 1.59×104 w /n 2.75 核磁気共鳴スペクトル: 0.08ppm(Si-CH3) 3.67ppm(-COOCH3) Si−重量比: 33% 実施例7 実施例5で使用したものと同じポリジメチルシロキサン
化合物30部、酢酸ビニル70部、およびトルエン200部を
還流冷却器および攪拌機を備えたフラスコに導入し、窒
素雰囲気中90℃で20時間反応させた。反応終了後、フラ
スコ内容物を約15倍量のメタノール中に投入し、ポリマ
ーを析出させ、濾過によりポリマーを得た。そして減圧
乾燥させると白色のポリマー72部を得た。
かくして得られた淡黄色ポリマーについて実施例1と同
様の物性を測定したところ、下記に示す特性値を示し、
酢酸ビニル−ジメチルシロキサンブロック共重合体と確
認された。n 7.11×104 w 2.25×105 w /n 3.16 核磁気共鳴スペクトル: 0.08ppm(Si-CH3) 2.11ppm(酢酸ビニルのメチル基) Si−重量比: 34% 比較例1 実施例1に用いた平均分子量10000のポリジメチルシロ
キサン化合物のかわりに、平均分子量のみが1500と異な
るポリジメチルシロキサン46部およびラウロイルペルオ
キシド(純度99%)14部を用いた以外は実施例1に述べ
た製造方法と同様の方法で操作して白色ポリマー40部を
得た。
かくして得られた白色ポリマーについて核磁気共鳴吸収
スペクトルを測定したところ、ジメチルシロキサンのメ
チル基の吸収(0.08ppm)は確認されたが、スチレンのベ
ンゼン環の吸収(6.56ppmおよび7.03ppm)は確認されず、
スチレン−ジメチルシロキサンブロック共重合体は得ら
れなかった。
比較例2 実施例2に用いた平均分子量10000のポリジメチルシロ
キサン化合物のかわりに、平均分子量のみが1500と異な
るポリジメチルシロキサン46部およびラウロイルペルオ
キシド(純度99%)14部を用いた以外は実施例2に述べ
た製造方法と同様の方法で操作して白色ポリマー40部を
得た。
かくして得られた白色ポリマーについて核磁気共鳴吸収
スペクトルを測定したところ、ジメチルシロキサンのメ
チル基の吸収(0.08ppm)は確認されたが、メチルメタク
リレートのメチルエステル基の吸収(3.67ppm)は確認さ
れず、メチルメタクリレート−ジメチルシロキサンブロ
ック共重合体は得られなかった。
比較例3 実施例7に用いた平均分子量15100のポリジメチルシロ
キサン化合物のかわりに、平均分子量のみが4800と異な
るポリジメチルシロキサン27部およびベンゾイルペルオ
キシド(純度99%)2部を用いた以外は実施例7に述べ
た製造方法と同様の方法で操作して白色ポリマー22部を
得た。
かくして得られた白色ポリマーについて核磁気共鳴吸収
スペクトルを測定したところ、ジメチルシロキサンのメ
チル基の吸収(0.08ppm)は確認されたが、酢酸ビニルの
メチル基の吸収(2.11ppm)は確認されず、酢酸ビニル−
ジメチルシロキサンブロック共重合体は得られなかっ
た。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ビニル型単量体を重合させるにあたり次の
    構造式(A): (式中R1は炭素数1〜15のアルキル基またはアリール
    基を表す。また、Rは炭素数3〜10のアルキレン基また
    は 基を表し、R2は炭素数1〜15のアルキレン基またはフ
    ェニレン基を表し、R3は炭素数3〜10のアルキレン基
    または-(CH2)2O(CH2)3-基を表す。また、mは10〜200
    で、xは2〜10である)で示される分子中にジアシル型
    ペルオキシ基を有するポリジメチルシロキサン化合物を
    ラジカル重合開始剤として使用することを特徴とするジ
    メチルシロキサン系ブロック共重合体の製造方法。
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