説明

分枝状ポリマー

コポリマーは、
(a)少なくとも1つのエチレン型不飽和のモノマーと、
(b)少なくとも1つのN−置換マレイミドモノマーと、
(c)少なくとも2つのエチレン型不飽和の官能基を含む、少なくとも1つの架橋剤と、
(d)少なくとも1つのフリーラジカル反応開始剤と、
(e)少なくとも1つの連鎖移動剤と
の反応生成物を含み、前記反応生成物は分枝状である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マレイミドコポリマー及びそれらを調製するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高度に分枝した巨大分子は高分子化学において既知であり、多くの場合、逐次重合技術によって調製される。この合成様式は、多段階であり複雑である。一般に、それは、保護基反応の使用、及び各段階後の追加の精製作業を必要とし、このことが合成に時間がかかるようにするだけでなく、コストがかかるようにする。高度に分枝した幾つかの最終生成物(例えばデンドリマー類)は、一般に極めて純粋でありまた単分散である(すなわち、すべての巨大分子が同一の分子量を有し、したがって分子量分布は存在しない)。
【0003】
超分枝状ポリマー類は、デンドリマー類とは違って分子量分布を示す、高度に分枝した化合物の別の群を含む。一般に、超分枝状ポリマー類はABn型モノマー類から出発して一段階反応で得られる。
【0004】
分枝状ポリマー類は、高分子材料の物理的及び/又は化学的特性を改善するために、高分子材料の調製において添加剤として使用される。しかし、分枝状添加剤は、特定の望ましい性能特性を欠いており、及び/又は調製するのが困難であることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、分枝状の、高性能のポリマー類、及びそれらを調製するための単純で費用効率のよい方法が必要とされていることが認識される。このようなポリマー類は、比較的高いガラス転移温度(高温の用途におけるポリマー類の使用を容易にするため)、比較的低い融解粘度(ホットメルト加工を容易にするため)、比較的良好な安定性(化学的及び/若しくは熱的に)並びに/又は一般に使用される高分子材料との比較的良好な適合性を示すのが好ましい。
【0006】
本発明は、このようなポリマーを、
(a)少なくとも1つのエチレン型不飽和のモノマーと、
(b)少なくとも1つのN−置換マレイミドモノマーと、
(c)少なくとも2つのエチレン型不飽和の官能基を含む、少なくとも1つの架橋剤と、
(d)少なくとも1つのフリーラジカル開始剤と、
(e)少なくとも1つの連鎖移動剤と
の反応生成物を含み、前記反応生成物は分枝状であるコポリマーの形態で提供する。好ましくは、エチレン型不飽和のモノマーは、ビニル芳香族又はビニルエーテルモノマーである。
【0007】
本明細書で使用するとき、用語「分枝状の」は、多角度レーザー光散乱法(MALLS)によって決定される反応生成物の数平均分子量(Mn)が、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって決定される反応生成物の数平均分子量(Mn)の少なくとも2倍(好ましくは少なくとも3倍、より好ましくは少なくとも10倍)であることを意味する。これは、所与の分子量に対して、分枝の程度が大きいほど低い分子量を示すと思われる、GPCの分子量決定のためのサイズ排除の原理を反映している。
【0008】
分枝状マレイミドコポリマー類は、フリーラジカル重合技術を用いて比較的容易に調製できるということが発見された。分枝状コポリマー類は、良好な安定特性(例えば、分枝状ポリエステル類及び分枝状ポリオレフィン類と比較して)、並びに比較的高いガラス転移温度を示す。したがって、該コポリマー類は、高温の用途(例えば、航空宇宙及び電子工学の用途)で使用するのに適している。さらに、該コポリマー類は、通常使用されるポリマー樹脂類(例えばエポキシ樹脂類)との良好な適合性を示し、ホットメルト加工を可能にするのに十分低い粘度を維持しながら、有意な強靭性を付与するのに十分な量で添加されることができる。
【0009】
このようにして、本発明の分枝状コポリマーの少なくともいくつかの実施形態は、高性能の分枝状ポリマー類に対する当該技術分野における上述の要求を満たす。高分子添加剤として使用される場合、当該コポリマー類は、資源を消費する溶媒除去工程の必要性を排除することのできる、溶媒を使用しない加工(solvent-free processing)を容易にする。
【0010】
別の態様では、本発明はまた、本発明の分枝状コポリマーを調製するための方法を提供し、この方法は、
(a)
(1)少なくとも1つのエチレン型不飽和のモノマーと、
(2)少なくとも1つのN−置換マレイミドモノマーと、
(3)少なくとも2つのエチレン型不飽和の官能基を含む、少なくとも1つの架橋剤と、
(4)少なくとも1つのフリーラジカル開始剤と、
(5)少なくとも1つの連鎖移動剤と
の混合物を提供すること、並びに
(b)前記混合物を反応させて反応生成物を形成すること
を含み、前記架橋剤の量は、前記反応生成物が分枝されるほど十分に多い。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
エチレン型不飽和のモノマー
分枝状コポリマーを調製するのに使用するための好適なモノマー類としては、エチレン型不飽和であるものが挙げられる。このようなモノマー類としては、例えばビニル芳香族化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、アクリロイル−及びメタクリロイル−官能性モノマー類、イソブテン、同類のもの、並びにこれらの混合物のような、置換及び非置換オレフィン類が挙げられる。好ましいモノマー類としては、ビニル芳香族化合物、ビニルエーテル類、及びこれらの混合物が挙げられる。
【0012】
有用なエチレン型不飽和のモノマー類の部類としては、次の一般式Iで表されるものが挙げられ、
【0013】
【化1】

【0014】
式中、
−R1は、
【0015】
【化2】

【0016】
−OR6
−C(O)OR7
−OC(O)R8
−C≡N、又は
−CH3であり、
−R9はH又は−CH3であり、
−R5はハロゲン、−OH、−OR10、又は−C(O)OHであり、
−R6、−R7、−R8、及び−R10は一価の芳香族基、一価の脂環式基、又は一価のC1〜C18脂肪族基であり、並びに
nは0〜5の整数である。
【0017】
好ましくは、−R1は、
【0018】
【化3】

【0019】
又は−OR6であり、−R9は−Hである。
【0020】
好適なモノマー類の代表的な例としては、シクロヘキシルビニルエーテル、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、ヘキサデシルビニルエーテル、n−オクタデシルビニルエーテル、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、エチルトリグリコールメタクリレート、イソボルニルアクリレート、2−(((ブチルアミノ)カルボニル)オキシ)エチルアクリレート、アセトアセトキシエチルメタクリレート、アセトアセトキシエチルアクリレート、アセトアセトキシプロピルアクリレート、アセトアセトキシブチルアクリレート、2−メチル−2−(3−オキソ−ブチリルアミノ)−プロピルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、β−エトキシエチルアクリレート、2−シアノエチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ヘキシルメタクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、フェニルカルビトールアクリレート、ノニルフェニルカルビトールアクリレート、ノニルフェノキシプロピルアクリレート、2−フェノキシエチルメタクリレート、2−フェノキシプロピルメタクリレート、N−ビニルピロリドン、ポリカプロラクタムアクリレート、アクリロイルオキシエチルフタレート、アクリロイルオキシサクシネート、2−エチルヘキシルカルビトールアクリレート、ω−カルボキシ−ポリカプロラクタムモノアクリレート、フタル酸モノヒドロキシエチルアクリレート、ビニルアセテート、ビニルトリフルオロアセテート、ビニル2−エチルヘキサノエート、ビニルステアレート、ビニルプロピオネート、ビニルn−デカノエート、ビニルベンゾエート、ビニルラウレート、ビニルピバレート、ビニルベヘネート、スチレン、2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン、2−クロロスチレン、2−ブロモスチレン、4−ビニル安息香酸、9−ビニルアントラセン、2−ビニルナフタレン、2,4,6−トリメチルスチレン、4−メトキシスチレン、4−ビニルビフェニル、ビニルトルエン類、アクリロニトリル、グリシジルメタクリレート、n−メチロールアクリルアミド−ブチルエーテル、n−メチロールアクリルアミド、アクリルアミド、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、イソブテン、及び同類のもの、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【0021】
好ましいモノマー類としては、シクロヘキシルビニルエーテル、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、ヘキサデシルビニルエーテル、n−オクタデシルビニルエーテル、スチレン、2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン、2−クロロスチレン、2−ブロモスチレン、4−ビニル安息香酸、9−ビニルアントラセン、2−ビニルナフタレン、2,4,6−トリメチルスチレン、4−メトキシスチレン、4−ビニルビフェニル、3−ビニルトルエン、4−ビニルトルエン、及び同類のもの、並びにこれらの混合物が挙げられる。更に好ましいモノマー類としては、スチレン、3−ビニルトルエン、4−ビニルトルエン、シクロヘキシルビニルエーテル、及び同類のもの、並びにこれらの混合物が挙げられ、スチレン、シクロヘキシルビニルエーテル、及び同類のもの、並びにこれらの混合物が最も好ましい。
【0022】
N−置換マレイミドモノマー
分枝状コポリマーの調製に用いるのに好適なマレイミドモノマー類としては、置換若しくは非置換、窒素結合アリール基(好ましくは、C6〜C14アリール)、シクロアルキル基(好ましくは、C4〜C12シクロアルキル)、アルキル基(好ましくは、C1〜C18アルキル)、若しくは同類のもの、又はこれらの組み合わせ(好ましくは、アリール若しくはシクロアルキル基)を含むものが挙げられる。有用なマレイミドモノマー類の代表的な例としては、N−フェニルマレイミド、N−トリルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−イソプロピルマレイミド、N−プロピルマレイミド、N−ブチルマレイミド、N−シクロペンチルマレイミド、N−シクロブチルマレイミド、N−シクロヘプチルマレイミド、及び同類のもの、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【0023】
好ましいマレイミドモノマー類としては、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、及び同類のもの、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【0024】
多官能性架橋剤
分枝状コポリマーを調製する際の架橋剤として有用な化合物としては、少なくとも2つのエチレン型不飽和の官能性基を含むものが挙げられる。
【0025】
このような化合物としては、多官能性のエチレン型不飽和のモノマー(類)(1つの分子中に少なくとも2つの重合可能な二重結合を有する化合物)、例えばジビニル芳香族化合物、ジビニルエーテル類、多官能性マレイミド類、多官能性アクリレート類及びメタクリレート類、及び同類のもの、並びにこれらの混合物が挙げられる。ジビニル芳香族化合物、ジビニルエーテル類、多官能性マレイミド類、及び同類のもの、並びにこれらの混合物が好ましい。
【0026】
このような多官能性架橋剤の代表的な例としては、ジビニルベンゼン、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、1,1’−(メチレンジ−4,1−フェニレン)ビスマレイミド、エチレングリコールジアクリレート;1,2−プロピレングリコールジアクリレート;1,3−ブチレングリコールジアクリレート;1,6−ヘキサンジオールジアクリレート;ネオペンチルグリコールジアクリレート;トリメチロールプロパントリアクリレート;ジプロピレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート類、テトラエチレングリコールジアクリレート類、ポリエチレングリコールジアクリレートのようなポリオキシアルキレングリコールジアクリレート類;エチレングリコールジメタクリレート;1,2−プロピレングリコールジメタクリレート;1,3−ブチレングリコールジメタクリレート;1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート;ネオペンチルグリコールジメタクリレート;ビスフェノールAジメタクリレート(Bisphenol A dimethacrylate);ジウレタンジメタクリレート;トリメチロールプロパントリメタクリレート;ジプロピレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート類、テトラエチレングリコールジメタクリレート類、ポリエチレングリコールジメタクリレートのようなポリオキシアルキレングリコールジメタクリレート類;N,N−メチレンビスメタクリルアミド;ジアリルフタレート;トリアリルシアヌレート;トリアリルイソシアヌレート;アリルアクリレート;アリルメタクリレート;ジアリルフマレート;ジアリルイソフタレート;ジアリルテトラブロモフタレート;ペンタエリスリトールテトラアクリレート;ジ−トリメチルプロパンテトラアクリレート;ジペンタエリスリトールペンタアクリレート;及び同類のもの;並びにこれらの混合物が挙げられる。
【0027】
好ましい架橋剤としては、ジビニルベンゼン、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、1,1’−(メチレンジ−4、1−フェニレン)ビスマレイミド、及び同類のもの、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【0028】
反応開始剤
分枝状コポリマー類を調製するのに有用である反応開始剤は、フリーラジカル開始剤であり、『巨大分子(Macromolecules)』、第2巻、第2版、H.G.エリアス(H. G. Elias)、プレナム・プレス(Plenum Press)、ニューヨーク(1984)の第20章及び第21章に記載されているものを含む。有用な熱反応開始剤としては、以下のものが挙げられるが、これらに限定されない:(1)例えば、2,2’−アゾ−ビス(イソブチロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾ−ビス(イソブチレート)、アゾ−ビス(ジフェニルメタン)、及び4,4’−アゾ−ビス(4−シアノペンタン酸)のような、アゾ化合物、(2)例えば、過酸化水素、過酸化ベンゾイル、クミルペルオキシド、t−ブチルペルオキシド、シクロヘキサノンペルオキシド、グルタル酸ペルオキシド、過酸化ラウロイル、及びメチルエチルケトンペルオキシドのような、過酸化物、(3)例えば、t−ブチルヒドロペルオキシド及びクメンヒドロペルオキシドのような、ヒドロペルオキシド類、(4)例えば、過酢酸、過安息香酸、過硫酸カリウム、及び過硫酸アンモニウムのような、過酸類、(5)例えば、過炭酸ジイソプロピルのような、ペルエステル類、(6)熱レドックス開始剤、及び同類のもの、並びにこれらの混合物。
【0029】
有用な光化学開始剤としては、例えば、ジエトキシアセトフェノンのようなベンゾインエーテル類;オキシイミノ−ケトン類;アシルホスフィンオキシド類;例えば、ベンゾフェノン及び2−イソプロピルチオキサントンのようなジアリールケトン類;ベンジル及びキノン誘導体類;例えば、S.P.パパス(S. P. Pappas)、J.Rad.Cur.、7、6(1987)によって記載されるもののような、3−ケトクマリン類、並びに光化学レドックス開始剤が挙げられるが、これらに限定されない。熱反応開始剤が一般に好ましく、アゾ化合物及び過酸化物(さらにより好ましくは、アゾ化合物、最も好ましくは、2,2’−アゾ−ビス(イソブチロニトリル))がより好ましい。
【0030】
連鎖移動剤
分枝状コポリマーの分子量は、例えば、メルカプタン類、ジスルフィド類、四臭化炭素、四塩化炭素、及び同類のもの、並びにこれらの混合物を含む連鎖移動剤の使用によって制御することができる。有用な連鎖移動剤としてはまた、コバルトキレート類、例えば米国特許第4,680,352号(ジャノウィッツ(Janowicz)ら)及び第4,694,054号(ジャノウィッツ)に記載されているもの、オリゴマー連鎖移動剤(例えば、米国特許第5,362,826号(ベルゲ(Berge)ら)、第5,773,534号(アントネッリ(Antonelli)ら)、及び第6,635,690号(ハイルマン(Heilmann)ら)に記載されているもののような)が挙げられる。
【0031】
分枝状コポリマーの調製
本発明の分枝状コポリマー類を調製するための方法としては、例えば、エマルション重合、懸濁重合、及び溶液重合が挙げられる。これらの方法は、種々の技術により分解されてフリーラジカルを形成することができる、フリーラジカル開始剤を(任意で、反応開始促進剤とともに)使用する。ラジカル形態になると、反応開始剤は上述のモノマー類と反応し、それにより重合工程を開始することができる。
【0032】
フリーラジカル開始剤は、熱エネルギー(熱分解)、光エネルギー(光分解)、又は適切な触媒を用いることにより、均一の結合開裂を介して分解可能である。光エネルギーは、強度の低い蛍光ブラックライトランプ、中圧水銀アーク灯、及び殺菌水銀灯を含む、可視又は紫外線源によって供給され得る。
【0033】
反応開始剤の触媒誘発均一分解は、典型的には、還元−酸化(レドックス)反応をもたらす電子移動機構を伴う。(反応開始のこの方法は、例えばエリアス(Elias)によって『巨大分子(Macromolecules)』(上記参照)に記載されている。)過硫酸塩類、過酸化物類、及びヒドロペルオキシド類のような反応開始剤は、概してこのタイプの分解の影響をより受け易い。有用な触媒としては、例えば、過酸化物又はヒドロペルオキシド反応開始剤と組み合わせて使用される金属イオン類、アミン類、及び過硫酸塩反応開始剤と組み合わせて使用される亜硫酸水素塩又はメルカプト系化合物が挙げられる。
【0034】
反応開始の好ましい方法は、熱分解又は触媒作用を含む。反応速度及び発熱の制御の容易さを提供するという点で追加の利点を有する熱分解がより好ましい。
【0035】
必要に応じて、コポリマー類を調製するためにエマルション重合技術を使用することができる。こうした技術は、界面活性剤の助けによる連続相(典型的には水)におけるモノマー類、架橋剤、反応開始剤、及び連鎖移動剤の分散、並びに重合の開始を伴う。安定剤(例えば、共重合可能な界面活性剤)及び触媒を含むその他の構成成分が存在できる。このタイプの重合の生成物は、典型的には、よく「ラテックス」と称されるポリマー粒子のコロイド状分散物である。
【0036】
本発明の分枝状コポリマー類はまた、懸濁重合技術によって製造可能である。例えば、促進剤(例えば、両親媒性ポリマー)と組み合わされたコロイド状シリカを安定剤として使用できる。このような方法を用いると、比較的狭い粒径分布を有する、界面活性剤を含まないコポリマー類を得ることができる。
【0037】
バルク重合法もまた使用することができるが、分枝状コポリマー類を調製するための好ましい方法は溶液重合による。1つの例示的な溶液重合法では、モノマー類、架橋剤、連鎖移動剤、及び1以上の不活性溶媒を反応容器内に充填することができる。好適な溶媒としては、モノマー類及び/又は得られるコポリマーを溶解可能であるものが挙げられる。好ましくは、溶媒は極性有機溶媒である。モノマー類が充填された後、フリーラジカル開始剤(溶解性、及び反応速度の制御の理由で、好ましくは、熱フリーラジカル開始剤、より好ましくは、アゾ、又は過酸化物化合物)を添加することができる。不活性雰囲気を作り出すために容器を窒素でパージすることができる。反応は、モノマー類のコポリマーへの所望の転換を達成するように、好ましくは高温を用いて、進行させることができる。
【0038】
溶液重合のための好適な溶媒としては、エステル類(例えば、酢酸エチル及び酢酸ブチル)、ケトン類(例えば、メチルエチルケトン及びアセトン)、アルコール類(例えば、メタノール及びエタノール)、脂肪族炭化水素類(例えば、ヘキサン及びヘプタン)、芳香族化合物(例えば、トルエン及びクロロベンゼン)、脂環式化合物(例えば、シクロヘキサン)、エーテル類(例えば、テトラヒドロフラン及びメチルt−ブチルエーテル)、及び同類のもの、並びにそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。しかし、溶媒は、例えば約−10℃〜120℃の温度範囲で液体であり、反応開始剤を解離させてフリーラジカルを形成するために使用されるエネルギー源又は触媒を妨害せず、反応物質及び生成物に対して不活性であり、他の方法で反応に悪影響を及ぼさない、任意の物質であることができる。溶媒の量は、使用される場合、一般に反応物質及び溶媒の総重量に基づいて約30〜80重量%とすることができる。好ましくは、溶媒の量は、速い反応時間を得るためには、反応物質及び溶媒の総重量に基づいて約40重量%〜65重量%の範囲である。
【0039】
必要に応じて、溶液重合によって調製されるコポリマー類は任意に、小さな平均粒径(典型的には約1マイクロメートル未満)の分散を得るように転化させる(be inverted)ことができる。コポリマー類の転化(Inversion)は、そのコポリマー類がイオン性の官能性を含有するか、又は中和時にイオン性の官能性を生ずる酸性若しくは塩基性の官能性を含有するかのどちらかの場合に限り、水性キャリア又は水性溶媒中で起こり得る。
【0040】
調製工程を行う際、構成成分の混合の、本質的に任意の順番及び様式を使用することができるが、攪拌(例えば、機械的攪拌又は高せん断混合)の使用が一般に好ましい。好ましくは、構成成分は反応の開始を最小限に抑えるのに十分低い温度で混合される。
【0041】
モノマー類、架橋剤、連鎖移動剤、及び反応開始剤(集合的に「モノマー組成物」と称される)の相対量は、生成ポリマーの所望の特性によって変更可能である。一般に、モノマー組成物は、モノマー組成物の総重量に基づいて、少なくとも約20重量%(好ましくは少なくとも約30重量%、より好ましくは少なくとも約40重量%)の1以上のエチレン型不飽和のモノマー類、少なくとも約40重量%(好ましくは少なくとも約45重量%、より好ましくは少なくとも約50重量%)の1以上のN−置換マレイミドモノマー類、少なくとも約1重量%(好ましくは少なくとも約2重量%、より好ましくは少なくとも約3重量%)の1以上の架橋剤、少なくとも約1重量%(好ましくは少なくとも約2重量%、より好ましくは少なくとも約3重量%)の1以上のフリーラジカル開始剤、及び少なくとも約1重量%(好ましくは少なくとも約2重量%、より好ましくは少なくとも約3重量%)の1以上の連鎖移動剤を含むことができる。
【0042】
一般に、モノマー組成物は、モノマー組成物の総重量に基づいて、約50重量%まで(好ましくは約45重量%まで、より好ましくは約40重量%まで)の1以上のエチレン型不飽和のモノマー類、約70重量%まで(好ましくは約60重量%まで、より好ましくは約50重量%まで)の1以上のN−置換マレイミドモノマー類、約15重量%まで(好ましくは約5重量%まで、より好ましくは約3重量%まで)の1以上の架橋剤、約15重量%まで(好ましくは約10重量%まで、より好ましくは約3重量%まで)の1以上のフリーラジカル開始剤、及び約20重量%まで(好ましくは約10重量%まで、より好ましくは約3重量%まで)の1以上の連鎖移動剤を含むことができる。
【0043】
したがって、モノマー組成物は、例えば、約20〜約40重量%、約20〜約45重量%、約20〜約50重量%、約30〜約40重量%、約30〜約45重量%、約30重量%〜約50重量%、約40〜約45重量%、又は約40〜約50重量%の、エチレン型不飽和のモノマー(並びに他の4つの構成成分についての上記で列挙した下限及び上限から同様にして作り上げられる範囲の量の、それら4つの構成成分)を含むことができる。
【0044】
好ましくは、架橋剤の量は、非線状ポリマーをもたらすのに十分多い(モノマー類の量に対して)ように選択され、ゲル化を防ぐのに十分であると経験的に決定される連鎖移動剤の量により均衡がとられる。好ましくは、架橋剤と連鎖移動剤とのモル比は約1.25未満である。
【0045】
コポリマーは、例えば溶媒蒸発によって、又は析出によって(例えばコポリマーが実質的に不溶性である液体、例えばメタノール又はイソプロパノールのような液体に、反応混合物を注ぐことにより)、次いで固体のコポリマーを濾過することによって、単離することができる。残留の揮発性成分は熱又は真空の適用によって除去することができる。
【実施例】
【0046】
本発明の目的及び利点は、下記の実施例によってさらに例示されるが、これらの実施例において列挙された特定の材料及びその量は、他の諸条件及び詳細と同様に本発明を過度に制限するものと解釈すべきではない。
【0047】
別途注記のない限り、化学物質、溶媒、及び試薬はすべて、ウィスコンシン州ミルウォーキー(Milwaukee)のアルドリッチ・ケミカル社(Aldrich Chemical Co.)から得られたか、又は得ることができる。
【0048】
用語解説
本明細書で使用するとき、
「AIBN」は、2,2’−アゾ−ビス(イソブチロニトリル)を指し、
「DPI」は、4,5−ジフェニルイミダゾールを指し、
「ビスマレイミド(BISMALEIMIDE)」は、1,1’−(メチレンジ−4,1−フェニレン)ビスマレイミドを指し、
「EPON 828」は、レゾリューション・パフォーマンス・プロダクツ(Resolution Performance Products)(テキサス州ヒューストン(Houston))から入手可能なビスフェノールAエポキシ樹脂(Bisphenol A epoxy resin)を指し、
「RSL 1462」は、レゾリューション・パフォーマンス・プロダクツ(テキサス州ヒューストン)から入手可能なエピクロロヒドリンエポキシ樹脂を指し、
「IPDH」は、TCIアメリカ(TCI America)(オレゴン州ポートランド(Portland))から入手可能なイソフタル酸ジヒドラジドを指し、
「LM−10」は、日本化学(Nippon Chemical Co.)(日本、東京)から得られるヒュームドシリカを指す。
【0049】
分子量の測定
実施例1〜5及び比較例1のポリマー類のそれぞれの数平均及び重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)及び多角度レーザー光散乱法(MALLS)の両方を用いて測定された。
【0050】
GPCによる分子量の測定は、1515型アイソクラティック高速液体クロマトグラフィーポンプ(ウォーターズ社(Waters Corp.)(マサチューセッツ州、ミルフォード(Milford))から入手可能)及び2410型屈折率検出器(ウォーターズ社(マサチューセッツ州、ミルフォード)から入手可能)を用いて、各ポリマーサンプルのテトラヒドロフラン溶液をテトラヒドロフランとともに流速1mL/分でGPCカラムを通して溶出させることにより行われた。GPCカラム及び検出器は、単分散ポリスチレン標準物質を用いることによって検量された。
【0051】
MALLSによる分子量の測定は、2695型アライアンス(Alliance)インジェクター及びポンプシステム(ウォーターズ社(Waters Corp.)(マサチューセッツ州ミルフォード(Milford))から入手可能)並びにドーンEOS型(Model DAWN EOS)光散乱検出器(ワイアット・テクノロジー社(Wyatt Technology Corp.)(カリフォルニア州サンタバーバラ(Santa Barbara))から入手可能)を用いて、各ポリマーサンプルのテトラヒドロフラン溶液1mLを混合床及び500オングストローム高速液体クロマトグラフィー(HPLC)カラム(ジョルディFLP(Jordi FLP)(マサチューセッツ州ベリンガム(Bellingham))から入手可能)を通して溶出させることにより行われた。
【0052】
実施例1〜5及び比較例1のポリマー類のそれぞれに関する分子量及びガラス転移温度データを表1に示す。表1において、「Mn」は数平均分子量を指し、「Mw」は重量平均分子量を指し、「PDI」は多分散指数(polydispersity index)を指すが、これは重量平均分子量と数平均分子量との比であり、また「Tg」はポリマーのガラス転移温度を指す。表1において、「n/a」は、データが得られなかったことを意味する。
【0053】
ガラス転移温度の測定
ガラス転移温度測定は、Q1000型示差走査熱量計(TAインストルメンツ(TA Instruments)(デラウェア州ニューキャッスル(New Castle))から入手可能)を用いて、すべてのポリマーサンプルを波形(crimped)アルミニウムパン中に密閉して行われた。サンプルの加熱速度は10℃/分であった。
【0054】
複素粘度の測定
動的機械分析(DMA)は、レオメトリック・サイエンティフィック社(Rheometric Scientific, Inc.)(ニュージャージー州ピスカタウェイ(Piscataway))から得られる、動的機械分析器RDAII(Dynamic Mechanical Analyzer RDAII)を用いて、それぞれがおよそ1mmの厚さを有するシートへとプレスされ、そしてそれぞれがおよそ2.5cm(1インチ)の直径を有する円へと裁断されたサンプルについて行われた。
【0055】
実施例1
スチレン、ジビニルベンゼン、及びN−フェニルマレイミドの分枝状ポリマーの調製
スチレン(9.0g)、ジビニルベンゼン(1.41g)、N−フェニルマレイミド(18.71g)、1−オクタデカンチオール(6.19g)、AIBN(3.55g)、及びメチルエチルケトン(220g)の、ジビニルベンゼンと1−オクタデカンチオールとのモル比が0.5対1である混合物を、丸底フラスコ中で室温にて攪拌した。窒素ガスを攪拌している混合物中で15分間バブリングした。次いで混合物を、窒素雰囲気下で10時間、攪拌及び64℃に加熱し、その後室温まで放冷させた。混合物をビーカー中でメタノール(600mL)に注いだ。得られた沈殿をフリットガラス漏斗を用いて真空濾過した。濾過された固体生成物をメタノールで洗浄し、次いで真空オーブン中で室温及びおよそ0.1kPa(1mmHg)で乾燥させて、乾燥生成物を得た。ポリマーの分子量及びTgデータを表1に示す。
【0056】
実施例2
スチレン、ジビニルベンゼン、及びN−フェニルマレイミドの分枝状ポリマーの調製
スチレン(8.0g)、ジビニルベンゼン(1.25g)、N−フェニルマレイミド(16.60g)、1−オクタデカンチオール(2.8g)、AIBN(1.58g)、及びメチルエチルケトン(172g)の、ジビニルベンゼンと1−オクタデカンチオールとのモル比が1対1である混合物を、丸底フラスコ中で室温にて攪拌した。窒素ガスを、攪拌している混合物中で15分間バブリングした。次いで混合物を、窒素雰囲気下で10時間、攪拌及び64℃に加熱し、その後室温まで放冷させた。混合物をビーカー中のメタノール(600mL)に注いだ。得られた沈殿をフリットガラス漏斗を用いて真空濾過した。濾過された固体生成物をメタノールで洗浄し、次いで真空オーブン中で室温及びおよそ0.1kPa(1mmHg)で乾燥させて、乾燥生成物を得た。ポリマーの分子量及びTgデータを表1に示す。
【0057】
実施例3
スチレン、ジビニルベンゼン、N−フェニルマレイミド、及びグリシジルメタクリレートの分枝状ポリマーの調製
スチレン(8.0g)、ジビニルベンゼン(1.43g)、N−フェニルマレイミド(19.0g)、グリシジルメタクリレート(1.56g)、1−オクタデカンチオール(6.29g)、AIBN(3.6g)、及びメチルエチルケトン(226g)の、ジビニルベンゼンと1−オクタデカンチオールとのモル比が0.5対1である混合物を、丸底フラスコ中で室温にて攪拌した。窒素ガスを、攪拌している混合物中で15分間バブリングした。次いで混合物を、窒素雰囲気下で10時間、攪拌及び64℃に加熱し、その後室温まで放冷させた。混合物をビーカー中のメタノール(600mL)に注いだ。得られた沈殿をフリットガラス漏斗を用いて真空濾過した。濾過された固体生成物をメタノールで洗浄し、次いで真空オーブン中で室温及びおよそ0.1kPa(1mmHg)で乾燥させて、乾燥生成物を得た。ポリマーの分子量及びTgデータを表1に示す。
【0058】
実施例4
シクロヘキシルビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、及びN−シクロヘキシルマレイミドのポリマーの調製
シクロヘキシルビニルエーテル(1.00g)、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル(0.19g)、N−シクロヘキシルマレイミド(1.78g)、1−オクタデカンチオール(0.57g)、AIBN(0.33g)、及びメチルエチルケトン(21.9g)の、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテルと1−オクタデカンチオールとのモル比が0.5対1である混合物を、丸底フラスコ中で室温にて攪拌した。窒素ガスを、攪拌している混合物中で15分間バブリングした。次いで混合物を、窒素雰囲気下で10時間、攪拌及び64℃に加熱し、その後室温まで放冷させた。混合物をビーカー中のメタノール(60mL)に注いだ。得られた沈殿をフリットガラス漏斗を用いて真空濾過した。濾過された固体生成物をメタノールで洗浄し、次いで真空オーブン中で室温及びおよそ0.1kPa(1mmHg)で乾燥させて、乾燥生成物を得た。ポリマーの分子量及びTgデータを表1に示す。
【0059】
実施例5
スチレン、ビスマレイミド、及びN−フェニルマレイミドのポリマーの調製
スチレン(1.05g)、ビスマレイミド(0.36g)、N−フェニルマレイミド(1.40g)、1−オクタデカンチオール(0.58g)、AIBN(0.33g)、及びメチルエチルケトン(21g)の、ビスマレイミドと1−オクタデカンチオールとのモル比が0.5対1である混合物を、丸底フラスコ中で室温にて攪拌した。窒素ガスを、攪拌している混合物中で15分間バブリングした。次いで混合物を、窒素雰囲気下で10時間、攪拌及び64℃に加熱し、その後室温まで放冷させた。混合物をビーカー中のメタノール(60mL)に注いだ。得られた沈殿をフリットガラス漏斗を用いて真空濾過した。濾過された固体生成物をメタノールで洗浄し、次いで真空オーブン中で室温及びおよそ0.1kPa(1mmHg)で乾燥させて、乾燥生成物を得た。ポリマーの分子量及びTgデータを表1に示す。
【0060】
比較例1
スチレン、及びN−フェニルマレイミドの線状ポリマーの調製
スチレン(11.25g)、N−フェニルマレイミド(18.71g)、1−オクタデカンチオール(6.19g)、AIBN(3.55g)、及びメチルエチルケトン(220g)の混合物を、丸底フラスコ中で室温にて攪拌した。窒素ガスを、攪拌している混合物中で15分間バブリングした。次いで混合物を、窒素雰囲気下で10時間、攪拌及び64℃に加熱し、その後室温まで放冷させた。混合物をビーカー中のメタノール(600mL)に注いだ。得られた沈殿をフリットガラス漏斗を用いて真空濾過した。濾過された固体生成物をメタノールで洗浄し、次いで真空オーブン中で室温及びおよそ0.1kPa(1mmHg)で乾燥させて、乾燥生成物を得た。ポリマーの分子量及びTgデータを表1に示す。
【0061】
比較例2
スチレン、ジビニルベンゼン、及びN−フェニルマレイミドのポリマーの調製
スチレン(10.00g)、ジビニルベンゼン(1.56g)、N−フェニルマレイミド(20.78g)、1−オクタデカンチオール(1.38g)、AIBN(0.79g)、及びメチルエチルケトン(196g)の、ジビニルベンゼンと1−オクタデカンチオールとのモル比が2.5対1である混合物を、丸底フラスコ中で室温にて攪拌した。窒素ガスを、攪拌している混合物中で15分間バブリングした。次いで混合物を、窒素雰囲気下で10時間、攪拌及び64℃に加熱し、その後室温まで放冷させた。混合物はゲルを形成した。
【0062】
比較例3
スチレン、ジビニルベンゼン、及びN−フェニルマレイミドのポリマーの調製
スチレン(0.80g)、ジビニルベンゼン(0.06g)、N−フェニルマレイミド(1.48g)、1−オクタデカンチオール(0.10g)、AIBN(0.06g)、及びメチルエチルケトン(14.10g)の、ジビニルベンゼンと1−オクタデカンチオールとのモル比が1.25対1である混合物を、丸底フラスコ中で室温にて攪拌した。窒素ガスを、攪拌している混合物中で15分間バブリングした。次いで混合物を、窒素雰囲気下で10時間、攪拌及び64℃に加熱し、その後室温まで放冷させた。混合物はゲルを形成した。
【0063】
比較例4
スチレン、ジビニルベンゼン、N−フェニルマレイミド、及びグリシジルメタクリレートのポリマーの調製
スチレン(8.60g)、ジビニルベンゼン(1.54g)、N−フェニルマレイミド(20.43g)、グリシジルメタクリレート(1.68g)、1−オクタデカンチオール(1.35g)、AIBN(0.77g)、及びメチルエチルケトン(195g)の、ジビニルベンゼンと1−オクタデカンチオールとのモル比が2.5対1である混合物を、丸底フラスコ中で室温にて攪拌した。窒素ガスを、攪拌している混合物中で15分間バブリングした。次いで混合物を、窒素雰囲気下で10時間、攪拌及び64℃に加熱し、その後室温まで放冷させた。混合物はゲルを形成した。
【0064】
【表1】

【0065】
ブレンド番号1
エポキシブレンドの調製
20重量%の実施例1の生成物と80重量%のRSL 1462との混合物を、その組み合わせた材料を150℃で30分間加熱及び攪拌することにより調製した。次に混合物(7.03g、29重量部)、IPDH(1.47g、6重量部)、及びLM−10(15.77g、65重量部)を、DAC−100型混合機(ダントコ・ミキサーズ社(Dantco Mixers Corporation)(ニュージャージー州パターソン(Paterson))から入手可能)を用いて、85℃で混合した。上述のようにDMA測定を行った。DMAデータを表2に示す。
【0066】
【表2】

【0067】
比較ブレンド番号1
エポキシブレンドの調製
20重量%の比較例1の生成物と80重量%のRSL 1462との混合物を、その組み合わせた材料を150℃で30分間加熱及び攪拌することにより調製した。次に混合物(5.13g、29重量部)、IPDH(1.07g、6重量部)、及びLM−10(11.51g、65重量部)を、DAC−100型混合機(ダントコ・ミキサーズ社(Dantco Mixers Corporation)(ニュージャージー州パターソン(Paterson))から入手可能)を用いて、85℃で混合した。上述のようにDMA測定を行った。DMAデータを表3に示す。
【0068】
【表3】

【0069】
本発明に対する様々な予見できない修正及び変更が、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく当業者に明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する特許請求の範囲によってのみ限定されると意図する本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)少なくとも1つのエチレン型不飽和モノマー、
(b)少なくとも1つのN−置換マレイミドモノマー、
(c)少なくとも2つのエチレン型不飽和基を有する少なくとも1つの架橋剤、
(d)少なくとも1つのフリーラジカル開始剤、及び
(e)少なくとも1つの連鎖移動剤の反応性生物であり、該反応性生物が分岐を有するコポリマー。
【請求項2】
前記エチレン型不飽和モノマーが、ビニル芳香族化合物、ビニルエーテル、ビニルエステル、アクリロイル−及びメタクリロイル−官能性モノマー、イソブテン、及びこれらの混合物から選択される、請求項1に記載のコポリマー。
【請求項3】
前記エチレン型不飽和モノマーが、ビニル芳香族化合物、ビニルエーテル及びこれらの混合物から選択される、請求項2に記載のコポリマー。
【請求項4】
前記エチレン型不飽和モノマーが、下記一般式Iで表されるものから選択される、請求項1に記載のコポリマー。
【化1】

(式中、
−R1は、
【化2】

−OR6
−C(O)OR7
−OC(O)R8
−C≡N、又は
−CH3であり、
−R9はH又は−CH3であり、
−R5はハロゲン、−OH、−OR10、又は−C(O)OHであり、
−R6、−R7、−R8、及び−R10は、一価の芳香族基、一価の脂環式基、又は一価のC1〜C18脂肪族基であり、並びに
nは0〜5の整数である。)
【請求項5】
前記−R1
【化3】

であり、−R9が−Hである、請求項4に記載のコポリマー。
【請求項6】
前記−R1が−OR6であり、−R9が−Hである、請求項4に記載のコポリマー。
【請求項7】
前記エチレン型不飽和モノマーが、シクロヘキシルビニルエーテル、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、ヘキサデシルビニルエーテル、n−オクタデシルビニルエーテル、スチレン、2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン、2−クロロスチレン、2−ブロモスチレン、4−ビニル安息香酸、9−ビニルアントラセン、2−ビニルナフタレン、2,4,6−トリメチルスチレン、4−メトキシスチエレン、4−ビニルビフェニル、3−ビニルトルエン、4−ビニルトルエン、及びこれらの混合物から選択される、請求項1に記載のコポリマー。
【請求項8】
前記エチレン型不飽和モノマーが、スチレン、3−ビニルトルエン、4−ビニルトルエン、シクロヘキシルビニルエーテル、及びこれらの混合物から選択される、請求項7に記載のコポリマー。
【請求項9】
前記N−置換マレイミドモノマーが、アリール基、シクロアルキル基、アルキル基及びこれらの混合物から選択される置換または未置換の窒素結合部位を含む、請求項7に記載のコポリマー。
【請求項10】
前記部位が、C6−C14アリール、C4−C12シクロアルキル、C1−C18アルキル、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項7に記載のコポリマー。
【請求項11】
前記部位がアリール基またはシクロアルキル基である、請求項9に記載のコポリマー。
【請求項12】
前記N−置換マレイミドモノマーが、N−フェニルマレイミド、N−トリルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−イソプロピルマレイミド、N−プロピルマレイミド、N−ブチルマレイミド、N−シクロペンチルマレイミド、N−シクロブチルマレイミド、N−シクロペンチルマレイミド、及びこれらの混合物から選択される、請求項9に記載のコポリマー。
【請求項13】
前記架橋剤が、ジビニル芳香族化合物、ジビニルエーテル、多官能性マレイミド、多官能性アクリレート及びメタクリレート、及びこれらの混合物から選択される、請求項1に記載のコポリマー。
【請求項14】
前記架橋剤が、ジビニルベンゼン、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、1,1’−(メチレンジ−4,1−フェニレン)ビスマレイミド、及びこれらの混合物から選択される、請求項1に記載のコポリマー。
【請求項15】
前記フリーラジカル開始剤が、アゾ化合物、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、過酸(peracids)、ペルエステル、熱レドックス開始剤、及びこれらの混合物から選択される、請求項1に記載のコポリマー。
【請求項16】
前記連鎖移動剤が、メルカプタン、ジスルフィド、四臭化炭素、四塩化炭素、コバルトキレート、オリゴマー連鎖移動剤、及びこれらの混合物から選択される、請求項1に記載のコポリマー。
【請求項17】
多角度レーザー散乱法(MALLS)で測定された前記反応性生物の数平均分子量(Mn)が、ゲル透過クロマトグラフ法(GPC)で測定された前記反応性生物の数平均分子量(Mn)の少なくとも3倍である、請求項1に記載のコポリマー。
【請求項18】
多角度レーザー散乱法(MALLS)で測定された前記反応性生物の数平均分子量(Mn)が、ゲル透過クロマトグラフ法(GPC)で測定された前記反応性生物の数平均分子量(Mn)の少なくとも10倍である、請求項1に記載のコポリマー。
【請求項19】
前記反応性生物が、約20重量%〜約50重量%の前記エチレン型不飽和モノマーと約40重量%〜約70重量%の前記N−置換マレイミドモノマーを含む、請求項1に記載のコポリマー。
【請求項20】
(a)スチレン、シクロヘキシルビニルエーテル及びそれらの混合物から選択された少なくとも1つのエチレン型不飽和モノマー、
(b)N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−メチルマレイミド及びそれらの混合物から選択された少なくとも1つのN−置換マレイミドモノマー、
(c)ジビニル芳香族化合物、ジビニルエーテル、多官能性マレイミド及びそれらの混合物から選択された少なくとも2つのエチレン型不飽和基を有する少なくとも1つの架橋剤、
(d)少なくとも1つのフリーラジカル開始剤、及び
(e)少なくとも1つの連鎖移動剤の反応性生物であり、該反応性生物が分岐を有するコポリマー。
【請求項21】
(a)(1)少なくとも1つのエチレン型不飽和モノマー、
(2)少なくとも1つのN−置換マレイミドモノマー、
(3)少なくとも2つのエチレン型不飽和基を有する少なくとも1つの架橋剤、
(4)少なくとも1つのフリーラジカル開始剤、及び
(5)少なくとも1つの連鎖移動剤を含む混合物を提供し、
(b)前記混合物を反応させて反応混合物を生成する工程を含み、前記架橋剤の量は前記反応性生物が分岐を有するに十分に高い、方法。
【請求項22】
前記架橋剤の量が、前記混合物の総量の少なくとも約1重量パーセントである、請求項21に記載の方法。
【請求項23】
請求項21に記載の方法で製造されたコポリマー。

【公表番号】特表2008−522002(P2008−522002A)
【公表日】平成20年6月26日(2008.6.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−544348(P2007−544348)
【出願日】平成17年10月26日(2005.10.26)
【国際出願番号】PCT/US2005/038502
【国際公開番号】WO2006/060086
【国際公開日】平成18年6月8日(2006.6.8)
【出願人】(599056437)スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Fターム(参考)】