JPH0827202A - 星型ポリマーの合成方法 - Google Patents

星型ポリマーの合成方法

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JPH0827202A
JPH0827202A JP16813794A JP16813794A JPH0827202A JP H0827202 A JPH0827202 A JP H0827202A JP 16813794 A JP16813794 A JP 16813794A JP 16813794 A JP16813794 A JP 16813794A JP H0827202 A JPH0827202 A JP H0827202A
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JP
Japan
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star
polymer
formula
living polymer
group
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Application number
JP16813794A
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English (en)
Inventor
Takehiko Nakajima
毅彦 中島
Kazuyuki Kuwano
一幸 桑野
Mitsuru Nagasawa
満 永澤
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Toyota Motor Corp
Toyota Gauken
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Toyota Motor Corp
Toyota Gauken
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Abstract

(57)【要約】 【目的】低分子量であって中心から伸びる各枝分かれ部
の末端に官能基をもつ星型ポリマーを確実に合成する。 【構成】下記一般式(16)からなるアニオン重合開始
剤を用いてリビングポリマーを合成し、複数分子のリビ
ングポリマーと複数の共役二重結合をもつカップリング
剤とを反応させて星型プレポリマーを合成し、星型プレ
ポリマー中のO−Si結合を切断して官能基を導入す
る。 【化17】 (但しR1 ,R2 及びR4 は炭化水素基、R3 はアルキ
レン基及びフェニレン基の少なくとも一方、Mはアルカ
リ金属を表す。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中心から複数の枝分か
れ部が放射状に伸びた構造の星型ポリマーの合成方法に
関する。本発明で得られる星型ポリマーは、ハイソリッ
ド塗料用としてきわめて有用である。
【0002】
【従来の技術】地球環境の保護という観点から、塗料・
塗装分野では有機溶剤排出量の削減が大きな課題となっ
ている。そして塗料における対応としては、ハイソリッ
ド塗料、水性塗料及び粉体塗料があり、それぞれ実用化
されている。ところが粉体塗料及び水性塗料の場合に
は、塗装設備の改造が必要となり、また塗装条件が厳し
くなるという問題があるのに対し、ハイソリッド塗料で
あれば既存の塗装設備をそのまま利用できるという利点
があるため、ハイソリッド塗料の研究が近年活発に行わ
れている。
【0003】ハイソリッド塗料とは、塗装時の不揮発分
が従来の塗料に比べて高い塗料をいうが、一般には不揮
発分を高くすると粘度が高くなって塗装が困難となる。
そこで樹脂を低粘度化する必要があるが、まだまだ充分
な低粘度化は達成されていない。さらに、塗料用樹脂と
しては、架橋剤と反応して3次元網目構造をもつ強靱な
塗膜を形成することが必要である。そのためには樹脂の
1分子中に2つ以上の官能基を有することが必要であ
る。ところが従来の塗料用アクリル樹脂は、ラジカル重
合により重合されているため、低分子量で確実に2つ以
上の官能基をもつポリマーを合成することは困難であっ
た。したがってハイソリッドとするために低分子量とし
ようとすると、官能基が一つあるいは官能基をもたない
ポリマーも必然的に含まれてしまい、これが塗膜物性低
下の原因となっている。
【0004】そこでイオン重合を利用して塗料用樹脂を
合成することが考えられ、例えば特開昭62−3215
6号公報には、アルカリ金属アルコラートを重合開始剤
とするアニオン重合法で塗料用メタクリル酸エステル系
重合体を合成することが開示されている。また特開昭6
1−179210号公報には、塗料用とは明記されてい
ないが、下記(2)式に示すグリニャール試薬からなる
アニオン重合開始剤を用いてメタクリル酸メチル重合体
を合成することが記載されている。
【0005】
【化2】
【0006】(但しR5 ,R6 ,R7 は1〜10個の炭
素原子を有する炭化水素基であり同じであっても相違し
てもよい。)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の塗料
用アクリル樹脂は直鎖状の分子構造をもっている。しか
し、中心から複数の枝分かれ部が放射状に伸びた星型状
の構造とすることにより、同じ分子量の場合には、慣性
半径の大きさから直鎖状構造に比べて低粘度となること
が知られている。しかし確実に星型ポリマーを合成する
技術はまだ開発されていない。
【0008】また星型ポリマーの各枝分かれ部の末端に
官能基を導入すれば、塗膜とした場合の架橋密度を飛躍
的に向上させることができる。そのためには低分子量と
するとともに確実に官能基を導入する合成技術が必要で
あるが、従来のアニオン重合では、得られるポリマー分
子の末端に開始剤が結合したまま残存したり、結合した
開始剤が反応早期に脱離して連鎖移動が生じたりして、
低分子量とするとともに確実に官能基を導入することは
困難であった。
【0009】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、低分子量であって中心から伸びる各枝分か
れ部の末端に官能基をもつ星型ポリマーを確実に合成す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の星型ポリマーの合成方法は、下記一般式(1)から
なるアニオン重合開始剤を用いてリビングポリマーを合
成するアニオン重合工程と、複数分子のリビングポリマ
ーと複数の共役二重結合をもつカップリング剤とを反応
させて星型プレポリマーを合成するカップリング工程
と、星型プレポリマー中のO−Si結合を切断して官能
基を導入する脱保護工程と、を順に行うことを特徴とす
る星型ポリマーの合成方法。
【0011】
【化3】
【0012】但しR1 ,R2 及びR4 は炭化水素基、R
3 はアルキレン基及びフェニレン基の少なくとも一方、
Mはアルカリ金属を表す。
【0013】
【作用】
〔アニオン重合工程〕本発明に用いるアニオン重合開始
剤では、アルカリ金属とイオン結合している炭素原子に
少なくとも1個のフェニル基が結合している。したがっ
て電子の共鳴効果によって開始反応が極めて早く起こる
と考えられる。この意味において、R 4 もフェニル基な
どの芳香族基とすることが望ましい。
【0014】一方、重合反応時には、カルバニオンの活
性末端基と反対側の末端には下記一般式(3)の基が結
合している。この基はt−Bu基(ターシャリーブチル
基)やアルキル基をもつため嵩高であり、反応時の立体
障害となりやすくカルバニオンの反応をある程度抑制す
ると考えられる。
【0015】
【化4】
【0016】この二つの作用の結果、アルカリ金属のイ
オン結合強度が適度となるとともに、開始反応が生長反
応に比べて非常に速くなり連鎖移動反応が抑制されるた
め、極めて狭い分子量分布をもつリビングポリマー1
(図1参照)が生成する。このリビングポリマー1の活
性末端と反対側の末端には、一般式(3)の嵩高基10
が結合している。 〔カップリング工程〕そしてモノマーと開始剤の濃度比
で決定される重合度のリビングポリマー1が定量的に重
合した後、例えば1,6-ヘキサンジオールジメタクリレー
トなどの複数の共役二重結合をもつカップリング剤2と
反応させる。これによりリビングポリマーの活性末端は
カップリング剤2と反応して重合反応が停止し、1分子
のカップリング剤に複数のリビングポリマーの活性末端
が結合した星型プレポリマー3が生成する。 〔脱保護工程〕そして星型プレポリマー3の中心から放
射状に伸びる各枝分かれ部30の末端に結合している嵩
高基10のSi−O結合は、テトラブチルアンモニウム
フロライドやHClなどの脱保護剤4の添加により、容
易に切断されて水酸基などの官能基11となり、中心か
ら放射状に伸びる複数の各枝分かれ部30の末端に官能
基11をもつ星型ポリマー5が合成される。
【0017】なお、一般式(3)式の基のSiには、t
−Bu基が結合し、さらにR1 、R 2 の炭化水素基が結
合している。したがって立体障害により重合反応中のS
i−O結合への攻撃が抑制され、脱保護剤が添加される
までSi−O結合が保持される。これにより、脱保護工
程でそれぞれの枝分かれ部30末端の脱保護反応を確実
に行うことができる。この意味において、R1 とR2
少なくとも一方、好ましくは両方とも、t−Bu基又は
フェニル基などの立体障害となるような嵩高の基とする
ことが望ましい。
【0018】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。式
(4)に本実施例で用いたアニオン重合開始剤の化学構
造式を示す。
【0019】
【化5】
【0020】このアニオン重合開始剤は以下のようにし
て合成された。先ず式(5)で示されるγ−ブチロラク
トンと式(6)で示されるフェニルグリニア試薬とを、
THFを溶媒とし室温にて終夜反応させ、開環反応物を
塩酸水溶液中で再結晶させた。得られた化合物(1,1-ジ
フェニル1,4-ブタンジオール)は式(7)で示され、そ
の収率は63%であった。
【0021】
【化6】
【0022】
【化7】
【0023】
【化8】
【0024】この1,1-ジフェニル1,4-ブタンジオール5
4gと式(8)に示す化合物50gとをTHF中で室温
にて終夜反応させ、式(9)に示す4,4-ジフェニル1-t-
ブチルジフェニルシロキシn-ブタノールを合成した。収
率は99%であった。
【0025】
【化9】
【0026】
【化10】
【0027】次に式(9)の化合物を、塩化メチレン及
び(C2 5 3 をフラスコに仕込み、0℃で0℃でS
OCl2 をゆっくり滴下した。滴下終了後、徐々に室温
まで温度を上げて終夜攪拌し、式(10)に示す1,1-ジ
フェニル4-t-ブチルジフェニルシロキシ1-ブテンとし
た。収率は94%であった。
【0028】
【化11】
【0029】この式(10)の化合物を、メタノール中
にてPdを触媒として水素ガスと反応させ、式(11)
に示す1,1-ジフェニル1-t-ブチルジフェニルシロキシn-
ブタンとした。収率は90%であった。
【0030】
【化12】
【0031】式(11)の化合物とt-ブチルリチウムと
を混合することにより、式(4)に示されたアニオン重
合開始剤が得られる。なお本実施例では、式(1)のR
1 及びR2 としてフェニル基を選び、R3 としてn-プロ
ピレン基を選び、R4 としてフェニル基を選び、かつM
としてリチウムを選んでいる。しかし本発明はこれに限
られるものではなく、R1 、R2 及びR4 としては、各
種炭化水素基を選択して用いることができる。ただ立体
障害となりやすい基が望ましく、フェニル基やt-Bu基
などが望ましい。
【0032】またR3 としては、合成の確実さの点から
Mがリチウムの場合はプロピレン基が特に望ましいが、
他に各種アルキレン基又アフェニレン基などとすること
もできる。そしてMとしては、Li以外にNa、K、C
sなどのアルカリ金属を用いることができる。 〔アニオン重合工程〕得られた式(4)の化合物をアニ
オン重合開始剤として用い、MMAをアニオン重合す
る。
【0033】用いた重合装置の構成を図2に示す。重合
容器6には,5.64gのMMAモノマー(THF溶
液)が入れられた第1コック付滴下ロート60と、1.
24×10-2molの1,6-ヘキサンジオールジメタクリ
レート(THF溶液)が入れられた第2コック付滴下ロ
ート61と、1.24×10-3molの式(4)の開始
剤(THF溶液)が入れられた第3コック付滴下ロート
62が備えられている。これら3種の原料は、各滴下ロ
ート内にドライボックス中アルゴンガス雰囲気下で移さ
れた。
【0034】合成に先立って、先ず蒸留により容器7内
のTHFの約500mlを重合容器6内に移した。そし
てドライアイス・メタノールにて反応系を−78℃に冷
却しながら、第3コック付滴下ロート62から開始剤を
滴下し、激しく攪拌しながら第1コック付滴下ロート6
0からモノマーを全量滴下して、−78℃で約0.5時
間攪拌を続ける。
【0035】この時の反応は、下記の式(12)のよう
になりカルバニオンが次々と反応してリビングポリマー
が生成する。
【0036】
【化13】
【0037】なお、式(12)で生成したリビングポリ
マーを、以下式(13)のように略して表す。
【0038】
【化14】
【0039】〔カップリング工程〕その後第2コック付
滴下ロート61から1,6-ヘキサンジオールジメタクリレ
ートを滴下し、−78℃で約1時間攪拌を続ける。これ
により反応は式(14)のようにして停止し、星型プレ
ポリマーが生成する。
【0040】
【化15】
【0041】〔脱保護工程〕次に、反応液に2.10×
10-3molのテトラブチルアンモニウムフロライドを
含むTHF溶液を滴下し、室温で一晩反応させた。これ
によりSi−O結合が切れて式(15)に示すように星
型プレポリマーの各枝分かれ部の末端に水酸基が形成さ
れ、星型ポリマーが合成される。なお、この脱保護工程
は、星型プレポリマーを単離して再溶解後反応させるこ
ともできる。
【0042】
【化16】
【0043】大量のヘキサン中に反応液を投入し、星型
ポリマーを沈澱回収した。そしてベンゼンに溶解し凍結
乾燥することで星型ポリマー粉末を単離した。カップリ
ング工程前のリビングポリマーの数平均分子量から計算
された枝分かれ部の数平均分子量は約4500であり、
星型ポリマーの数平均分子量は約32000であったか
ら、得られた星型ポリマーでは約7本の枝分かれ部をも
っていると考えられる。
【0044】
【発明の効果】すなわち本発明の星型ポリマーの製造方
法によれば、枝分かれ部の末端に官能基をもつ星型ポリ
マーを確実に合成することができる。しかも、この星型
ポリマーの枝分かれ部を容易にかつ確実に低分子量とす
ることができるので、得られた星型ポリマーをハイソリ
ッド塗料に用いれば、低粘度でしかも架橋密度高く架橋
するハイソリッド塗料となり、現状のハイソリッド塗料
以上に塗装時の不揮発分が高くなるとともに、極めて物
性に優れた塗膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の合成方法を模式的に示す説明図であ
る。
【図2】本発明の一実施例で用いたアニオン重合装置の
構成説明図である。
【符号の説明】
1:リビングポリマー 2:カップリング剤 3:星
型プレポリマー 4:脱保護剤 5:星型ポリマー 10:嵩
高基 11:官能基 30:枝分かれ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永澤 満 愛知県名古屋市昭和区向山3丁目1番地 野村向山ヒルズ204

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1)からなるアニオン重合
    開始剤を用いてリビングポリマーを合成するアニオン重
    合工程と、 複数分子の該リビングポリマーと複数の共役二重結合を
    もつカップリング剤とを反応させて星型プレポリマーを
    合成するカップリング工程と、 該星型プレポリマー中のO−Si結合を切断して官能基
    を導入する脱保護工程と、を順に行うことを特徴とする
    星型ポリマーの合成方法。 【化1】 但しR1 ,R2 及びR4 は炭化水素基、R3 はアルキレ
    ン基及びフェニレン基の少なくとも一方、Mはアルカリ
    金属を表す。
JP16813794A 1994-07-20 1994-07-20 星型ポリマーの合成方法 Pending JPH0827202A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5900464A (en) * 1995-07-25 1999-05-04 Fmc Corporation Processes for making methacrylate and acrylate polymers
JP2000169505A (ja) * 1998-12-08 2000-06-20 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 星形重合体の製造方法

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