説明

マレイミド系重合体

【課題】新規なマレイミド系重合体を提供すること。
【解決手段】下記式(1)で表される構造単位と、下記式(2)で表される構造単位と、を有するマレイミド系重合体。
【化1】


【化2】

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マレイミド系重合体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、マレイミド系重合体としては、N−アリールマレイミドとメタクリル酸エステルとの共重合体(特許文献1〜4)、マレイミド類とスチレン類との共重合体(特許文献5)、マレイミド類とアクリロニトリルとスチレン類との共重合体(特許文献5〜7)等が開示されている。
【0003】
また、非特許文献1〜3には、エチレン系不飽和化合物とマレイミドとのラジカル共重合が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特公昭43−9753号公報
【特許文献2】特開昭61−141715号公報
【特許文献3】特開昭61−171708号公報
【特許文献4】特開昭62−109811号公報
【特許文献5】特開昭47−6891号公報
【特許文献6】特開昭61−76512号公報
【特許文献7】特開昭61−276807号公報
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Omayu, A.;Matsumoto, A.,Macromol.Chem.Phys.,2008,209,2312
【非特許文献2】Omayu, A.;Ueno, T.;Matsumoto, A.,Macromol.Chem.Phys.,2008,209,1503
【非特許文献3】Omayu, A.;Yoshioka, S.;Matsumoto, A.,Macromol.Chem.Phys.,2009,210,1210
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、新規なマレイミド系重合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
すなわち本発明は、下記式(1)で表される構造単位と、下記式(2)で表される構造単位と、を有するマレイミド系重合体を提供する。
【化1】


[式中、Rはアルキル基又はアリール基を示す。]
【化2】


[式中、mは0〜3の整数を示す。]
【0008】
本発明はまた、下記式(3)で表される構造単位を有するマレイミド系重合体を提供する。
【化3】


[式中、Rはアルキル基又はアリール基を示し、mは0〜3の整数を示す。]
【0009】
本発明はさらに、下記式(4)で表される構造を有するマレイミド系重合体を提供する。
【化4】


[式中、Rはアルキル基又はアリール基を示し、mは0〜3の整数を示し、nは1以上の整数を示す。]
【0010】
本発明に係るマレイミド系重合体は、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを有し、耐熱性に優れる。本発明に係るマレイミド系重合体が耐熱性に優れることの理由は、必ずしも明らかではないが、式(2)で表される構造単位が、芳香環を有し、特徴的なカルド型骨格を有していることが一因であると考えられる。
【0011】
本発明に係るマレイミド系重合体は、下記式(5)で表されるマレイミド化合物と下記式(6)で表されるエキソメチレン化合物とをラジカル共重合してなるマレイミド系重合体であることが好ましい。このようなマレイミド系重合体は、式(1)で表される構造単位と、式(2)で表される構造単位とを単量体単位とするマレイミド系重合体であり、このようなマレイミド系重合体は耐熱性に一層優れる。
【化5】


[式中、Rはアルキル基又はアリール基を示す。]
【化6】


[式中、mは0〜3の整数を示す。]
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、新規なマレイミド系重合体が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明に係るマレイミド系重合体の好適な実施形態について以下に説明する。
【0014】
本実施形態に係るマレイミド系重合体は、下記式(1)で表される構造単位と、下記式(2)で表される構造単位とを有する。式中、Rはアルキル基又はアリール基を示し、mは0〜3の整数を示す。
【0015】
【化7】

【0016】
【化8】

【0017】
アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状であってよく、直鎖状又は分岐状であることが好ましく、直鎖状であることがより好ましい。また、アルキル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素数1〜15のアルキル基がより好ましい。また、ガラス転移温度Tgが低く加工性が良好であり、且つ耐熱性に優れるマレイミド系重合体を得る観点からは、炭素数4〜20のアルキル基が好ましく、6〜18のアルキル基がより好ましい。
【0018】
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基等が挙げられる。
【0019】
アリール基としては、炭素数6〜60のアリール基が好ましく、炭素数6〜16のアリール基がより好ましい。また、アリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラセニル基、ピレニル基等が例示できる。
【0020】
式(2)において、mが0である場合とは、下記式(2−1)で表される構造単位を意味する。
【0021】
【化9】

【0022】
本実施形態に係るマレイミド系重合体は、優れた耐熱性を有する。本実施形態に係るマレイミド系重合体が耐熱性に優れる理由は、必ずしも明らかではないが、式(2)で表される構造単位が芳香環を有し、かつ特徴的なカルド型骨格を有していることが一因であると考えられる。
【0023】
本実施形態に係るマレイミド系重合体は、下記式(3)で表される構造単位を有するものであってもよい。式中、R及びmは、上記と同義である。
【0024】
【化10】

【0025】
このような構造単位を有するマレイミド系重合体は、耐熱性に一層優れる。このような効果が奏される理由は、必ずしも明らかではないが、式(2)で表されるような芳香環及び特徴的なカルド型骨格を有する構造単位が、式(1)で表されるようなマレイミド骨格の近傍に存在していることが一因と考えられる。
【0026】
本実施形態に係るマレイミド系重合体は、下記式(4)で表される構造を有するものであってもよい。式中、R及びmは、上記と同義であり、nは1以上の整数を示す。
【0027】
【化11】

【0028】
このような構造を有するマレイミド系重合体は、耐熱性に一層優れる。このような効果が奏される理由は、必ずしも明らかではないが、式(3)で表されるような構造単位がマレイミド系重合体全体にわたって連続して形成されるためと考えられる。
【0029】
式(4)中、nは、例えば、1〜1000とすることができる。また、1〜500とすることもできる。
【0030】
本実施形態に係るマレイミド系重合体の重量平均分子量Mwは、例えば、300〜600000とすることができる。また、300〜300000とすることもできる。
【0031】
本実施形態に係るマレイミド系重合体の数平均分子量Mnは、例えば、300〜300000とすることができる。また、300〜150000とすることもできる。
【0032】
本実施形態に係るマレイミド系重合体の重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比Mw/Mnは、例えば、1〜10とすることができる。また、1〜5とすることもできる。
【0033】
本実施形態に係るマレイミド系重合体のガラス転移温度Tgは、好ましくは0〜350であり、より好ましくは50〜300である。
【0034】
また、本実施形態に係るマレイミド系重合体の5%重量減少温度T95は、好ましくは250〜500であり、より好ましくは300〜450である。このように耐熱性に優れるマレイミド系重合体は、例えば、高耐熱性樹脂としての用途に好適に使用することができる。
【0035】
本実施形態に係るマレイミド系重合体は、下記式(5)で表されるマレイミド化合物と下記式(6)で表されるエキソメチレン化合物とを、ラジカル共重合してなるマレイミド系重合体であることが好ましい。式中、R及びmは、上記と同義である。
【0036】
【化12】

【0037】
【化13】

【0038】
このようなマレイミド系重合体は、式(1)で表される繰り返し単位と、式(2)で表される繰り返し単位とからなるマレイミド系重合体、ということもできる。ここで、マレイミド系重合体は、式(1)で表される繰り返し単位及び式(2)で表される繰り返し単位以外に、末端基を有していてもよい。
【0039】
(マレイミド系重合体の製造方法)
本実施形態に係るマレイミド系重合体は、例えば、式(5)で表されるマレイミド化合物と式(6)で表されるエキソメチレン化合物とを、ラジカル共重合する共重合工程を備える製造方法により製造することができる。
【0040】
式(6)で表されるエキソメチレン化合物のうち、mが0である化合物(1−メチレンベンゾシクロブテン)は、例えば、Macromolecules,Vol.28,5947−5950(1995)に記載の方法によって製造することができる。
【0041】
また、式(6)で表されるエキソメチレン化合物のうち、mが1である化合物(1−メチレンインダン)は、例えば、Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry,Vol.29,1779−1787(1991)に記載の方法によって製造することができる。
【0042】
また、式(6)で表されるエキソメチレン化合物のうち、mが2である化合物(1−メチレンテトラリン)は、例えば、α−テトラロンとメチルトリフェニルホスフィノブロミドとのWittig反応によって製造することができる。
【0043】
さらに、式(6)で表されるエキソメチレン化合物のうち、mが3である化合物(5−メチレン−6,7,8,9−テトラヒドロ−5H−ベンゾシクロヘプテン)は、例えば、1−ベンゾスベロンとメチルトリフェニルホスフィノブロミドとのWittig反応によって製造することができる。
【0044】
共重合工程は、例えば、上記マレイミド化合物と、上記エキソメチレン化合物と、ラジカル重合開始剤と、溶媒とを含有する混合液を、減圧条件下、所定の反応温度で、所定の反応時間反応させることにより、行うことができる。
【0045】
共重合工程における上記エキソメチレン化合物の使用量は、上記マレイミド化合物1モルに対して、0.1〜10モルであることが好ましく、0.5〜2.0モルであることがより好ましい。
【0046】
また、ラジカル重合開始剤の使用量は、上記マレイミド化合物1モルに対して、0.001〜0.15モルとすることが好ましく、0.01〜0.10とすることがより好ましい。
【0047】
また、溶媒の使用量は、上記混合液における上記マレイミド化合物の濃度が0.01〜10mol/Lとなるような量であることが好ましく、0.1〜5mol/Lとなるような量であることがより好ましい。
【0048】
ラジカル重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキシド、ラウリルパーオキシド、オクタノイルパーオキシド、アセチルパーオキシド、ジ−t−ブチルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーブチルピバレート等の有機過酸化物;2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−ブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート等のアゾ系開始剤;等が挙げられる。
【0049】
減圧条件は、例えば、上記混合液を耐圧容器に入れた後、冷却して混合液を固化させ、次いで耐圧容器内を減圧し、密封することにより調整することができる。なお、減圧条件において、真空度は0.5Torr以下とすることができる。また、真空度は0.1Torr以下とすることもできる。
【0050】
反応温度は、例えば、−80〜150℃とすることができ、40〜100℃としてもよい。また、反応時間は、例えば、0.5〜40時間とすることができ、3〜8時間としてもよい。
【0051】
なお、本製造方法においては、反応温度を高くすること、上記混合液における上記マレイミド化合物及び上記エキソメチレン化合物の濃度を低くすること、2,2’−アゾビスイソブチロニトリルの使用量を多くすること、等によって、重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mnの小さいマレイミド系重合体を得ることができる。
【0052】
また、本製造方法においては、反応温度を低くすること、上記混合液における上記マレイミド化合物及び上記エキソメチレン化合物の濃度を低くすること、2,2’−アゾビスイソブチロニトリルの使用量を少なくすること、等によって、重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mnの大きいマレイミド系重合体を得ることができる。
【0053】
共重合工程では、上記マレイミド化合物及び上記エキソメチレン化合物以外の単量体をさらに上記混合液に含有させ、共重合に供してもよい。このような単量体としては、例えば、アルキルアクリレート等のアクリレート類;アルキルメタアクリレート等のメタクリレート;スチレン、メチルスチレン等のスチレン類;酢酸ビニル;塩化ビニル;等が挙げられる。
【0054】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【0055】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0056】
実施例で得られた重合体の物性値は、以下に示す方法により求めた。
(1)重量平均分子量Mw、数平均分子量Mn
重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnは、標準ポリスチレン換算GPC装置CCPDRE−8020(東ソー(株)製)を用いて測定し、流出溶媒にはTHFを用いた。
(2)分子量分布
上記(1)により得られた重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比Mw/Mnを、分子量分布を示す値とした。
(3)ガラス転移温度測定(DSC)
ガラス転移温度(Tg)は、DSC6200(セイコー電子工業(株)製)を用いて測定した。
(4)熱分解温度測定(TG/DTA)
TG/DTA6200(セイコー電子工業(株)製)を用いて、昇温・降温速度を10℃/分、窒素雰囲気で測定し、5%重量減少温度T95を求めた。
(5)核磁気共鳴分光法(NMR)
BRUKER製AV300(300MHz)を用い、ケミカルシフトはCDClH:7.26ppm、13C:77.0ppm)を基準として、NMRスペクトルを求めた。
【0057】
(実施例1:N−メチルマレイミドと1−メチレンインダンとの共重合体)
10mL用のメスフラスコに、N−メチルマレイミド222mg(東京化成工業(株)製、2.0mmol)、1−メチレンインダン260mg(2.0mmol)、アゾジイソブチロニトリル16.4mg(東京化成工業(株)製、0.1mmol)を加えた後に、1,2−ジクロロエタン(和光純薬(株)製)を加えることで全量を10mLとした。
【0058】
この混合溶液を20mLの2方コックが接続されているパイレックス(登録商標)製容器に移した後に−78℃に冷却した。混合溶液が固化したことを確認後に真空ポンプを用いてパイレックス(登録商標)製反応容器を0.1Torrまで減圧し、溶封した。
【0059】
その反応溶液を60℃の水浴に浸し、5時間振とうさせた後に室温まで冷却させた。その後、反応容器を開封し、200mLのメタノール中に反応混合物を流し込んだところ、白色固体が生成し、PTFEフィルターを備えたろ過装置に注ぎ込むことで単離した。ろ紙上の白色固体を10mLのメタノールで洗浄し、1Torrの真空乾燥機にて12時間乾燥することで、乾燥した白色固体としてマレイミド系重合体(171mg)を得た。その対理論収率は35%であった。
【0060】
得られた白色固体は、13C−NMRによって、N−メチルマレイミドと1−メチレンインダンとが共重合したマレイミド系重合体であることが確認された。参考までに13C−NMRスペクトルの測定結果を以下に示す。
13C−NMR:δ 179.5−177.8(マレイミド骨格中のC=O)、143.8−123.3(メチレンインダンの芳香環)、69.2、54.7−53.8、42.7−40.4、31.0−24.4(主鎖及びメチレンインダンの飽和炭化水素)、24.4(N−CH
【0061】
得られたマレイミド系重合体について、GPC測定を行ったところ、重量平均分子量Mwは22900であり、数平均分子量Mnは14100であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.6であった。
【0062】
また、得られたマレイミド系重合体について、DSC測定及びTG/DTA測定を行ったところ、ガラス転移温度Tg及び5%重量減少温度T95は、表1に示すとおりであった。
【0063】
(実施例2:N−フェニルマレイミドと1−メチレンインダンとの共重合体)
N−メチルマレイミドに替えて、N−フェニルマレイミド346mg(2.0mmol)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法により、白色固体としてマレイミド系重合体(81mg)を得た。その対理論収率は9%であった。
【0064】
得られた白色固体は、H−NMRによって、N−フェニルマレイミドと1−メチレンインダンとが共重合したマレイミド系重合体であることが確認された。参考までにH−NMRスペクトルの測定結果を以下に示す。
H−NMR:δ 7.9−6.4(メチレンインダンの芳香環、N上の芳香環)、4.2−1.4(主鎖及びメチレンインダンの飽和炭化水素)
【0065】
得られたマレイミド系重合体について、GPC測定を行ったところ、重量平均分子量Mwは19100であり、数平均分子量Mnは11500であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.7であった。
【0066】
また、得られたマレイミド系重合体について、DSC測定及びTG/DTA測定を行ったところ、ガラス転移温度Tg及び5%重量減少温度T95は、表1に示すとおりであった。
【0067】
(実施例3:N−フェニルマレイミドと1−メチレンインダンとの共重合体)
N−メチルマレイミドに替えて、N−フェニルマレイミド346mg(2.0mmol)を用い、反応温度を80℃、反応時間を3時間に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、白色固体としてマレイミド系重合体(153mg)を得た。その対理論収率は25%であった。
【0068】
得られた白色固体は、H−NMR及び13C−NMRによって、N−フェニルマレイミドと1−メチレンインダンとが共重合したマレイミド系重合体であることが確認された。
【0069】
得られたマレイミド系重合体について、GPC測定を行ったところ、重量平均分子量Mwは6900であり、数平均分子量Mnは5200であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.3であった。
【0070】
また、得られたマレイミド系重合体について、DSC測定及びTG/DTA測定を行ったところ、ガラス転移温度Tg及び5%重量減少温度T95は、表1に示すとおりであった。
【0071】
(実施例4:N−ドデシルマレイミドとメチレンインダンとの共重合体)
N−フェニルマレイミドに替えて、N−ドデシルマレイミド531mg(2.0mmol)を用いたこと以外は、実施例3と同様の方法により、白色固体としてマレイミド系重合体(206mg)を得た。その対理論収率は26%であった。
【0072】
得られた白色固体は、H−NMRによって、N−ドデシルマレイミドと1−メチレンインダンとが共重合したマレイミド系重合体であることが確認された。
【0073】
得られたマレイミド系重合体について、GPC測定を行ったところ、重量平均分子量Mwは14300であり、数平均分子量Mnは9800であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.5であった。
【0074】
また、得られたマレイミド系重合体について、DSC測定及びTG/DTA測定を行ったところ、ガラス転移温度Tg及び5%重量減少温度T95は、表1に示すとおりであった。
【0075】
(実施例5:N−フェニルマレイミドと1−メチレンテトラリンとの共重合体)
1−メチレンインダンに替えて、1−メチレンテトラリン268mg(2.0mmol)を用いたこと以外は、実施例3と同様の方法により、白色固体としてマレイミド系重合体(23mg)を得た。その対理論収率は3%であった。
【0076】
得られた白色固体は、H−NMR及び13C−NMRによって、N−フェニルマレイミドと1−メチレンテトラリンとが共重合したマレイミド系重合体であることが確認された。
【0077】
得られたマレイミド系重合体について、GPC測定を行ったところ、重量平均分子量Mwは5000であり、数平均分子量Mnは4000であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.2であった。
【0078】
また、得られたマレイミド系重合体について、DSC測定及びTG/DTA測定を行ったところ、ガラス転移温度Tg及び5%重量減少温度T95は、表1に示すとおりであった。
【0079】
(比較例1:N−メチルマレイミドと1−メチレンシクロペンタンとの共重合体)
1−メチレンインダンに替えて、1−メチレンシクロペンタン1.64g(20mmol)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法により、白色固体としてマレイミド系重合体(1.72g)を得た。その対理論収率は91%であった。
【0080】
得られたマレイミド系重合体について、GPC測定を行ったところ、重量平均分子量Mwは31000であり、数平均分子量Mnは17000であり、分子量分布(Mw/Mn)は1.2であった。
【0081】
また、得られたマレイミド系重合体について、DSC測定及びTG/DTA測定を行ったところ、ガラス転移温度Tg及び5%重量減少温度T95は、表1に示すとおりであった。
【0082】
【表1】




【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(1)で表される構造単位と、下記式(2)で表される構造単位と、を有するマレイミド系重合体。
【化1】


[式中、Rはアルキル基又はアリール基を示す。]
【化2】


[式中、mは0〜3の整数を示す。]
【請求項2】
下記式(3)で表される構造単位を有するマレイミド系重合体。
【化3】


[式中、Rはアルキル基又はアリール基を示し、mは0〜3の整数を示す。]
【請求項3】
下記式(4)で表される構造を有するマレイミド系重合体。
【化4】


[式中、Rはアルキル基又はアリール基を示し、mは0〜3の整数を示し、nは1以上の整数を示す。]
【請求項4】
下記式(5)で表されるマレイミド化合物と下記式(6)で表されるエキソメチレン化合物とをラジカル共重合してなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のマレイミド系重合体。
【化5】


[式中、Rはアルキル基又はアリール基を示す。]
【化6】


[式中、mは0〜3の整数を示す。]

【公開番号】特開2012−36233(P2012−36233A)
【公開日】平成24年2月23日(2012.2.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−174774(P2010−174774)
【出願日】平成22年8月3日(2010.8.3)
【出願人】(506122327)公立大学法人大阪市立大学 (122)
【出願人】(000004444)JX日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Fターム(参考)】