WO2013073700A1 - 新規なアイオノマー - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a novel ionomer.
- An ionomer is a material that improves the original properties of a polymer by introducing metal ions into the polymer and adds a new function.
- ethylene ionomers are applied to food packaging, sports equipment, cosmetic containers, solar cell members, and the like.
- a conventional ethylene ionomer is obtained by neutralizing an ethylene- (meth) acrylic acid random copolymer obtained by radical polymerization of ethylene and (meth) acrylic acid with Na + , K + , Zn 2+ or the like (for example, Patent Documents 1 and 2).
- the present invention provides a novel ionomer having an ABA type triblock structure.
- the present invention is an ionomer having an ABA type triblock structure
- the A block has the following general formula (i)-(CH 2 —CR 1 (COOM 1 / y ) — (Wherein R 1 is a methyl group or hydrogen, M is a metal, NH 4 , organic ammonium, or imidazolium, and y is a valence of an M ion) as a structural unit
- B block is nonionic selected from the group consisting of olefinic (co) polymer block, vinylic (co) polymer block, diene (co) polymer block, polyester resin block, polycarbonate resin block It relates to an ionomer which is a polymer block.
- the present invention relates to an ionomer in which the B block is an olefinic (co) polymer block.
- the olefinic (co) polymer block is a polyethylene block, a polypropylene block, a poly 1-butene block, a polyisobutylene block, a propylene / ethylene copolymer block, a propylene / 1-butene copolymer block or
- the present invention relates to an ionomer which is an ethylene / 1-butene copolymer block.
- a novel ionomer having an ABA type triblock structure can be provided. Since the ionomer of the present invention has a high melting point, it has excellent heat resistance.
- Example 1-3-2 Example 1-4-2, Example 1-4-2- matured for 2 weeks, and results of measurement of dynamic viscoelasticity of films prepared from the films Example 1-3-3, Example 1-4-3, Example 1-4-3- matured for 2 weeks, and results of dynamic viscoelasticity measurement of films prepared from the films Measurement results of dynamic viscoelasticity of films prepared from Example 1-4-3, Example 1-4-4, and Example 1-4-5
- the ionomer according to the present invention has an ABA type triblock structure.
- the A block has the following general formula (i)-(CH 2 —CR 1 (COOM 1 / y ) — Is an ionic polymer block.
- R 1 represents a methyl group or hydrogen.
- M represents a metal, NH 4 , organic ammonium, or imidazolium, and y represents the valence of the M ion.
- the metal is preferably an alkali metal such as Li, Na or K, an alkaline earth metal such as Mg, Ca or Ba, or a transition metal such as Zn, Cu, Mn, Co or Al. These metals may be used alone or in combination. More preferably, it is Na.
- Organic ammonium is formed by neutralizing a carboxyl group with an organic amine
- the organic amine may be a compound having one amino group or a compound having a plurality of amino groups.
- organic amines include alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine, alkylamines such as methylamine, dimethylamine, triethylamine, ethylamine, diethylamine and triethylamine, ethylenediamine, putrescine, hexamethylenediamine and phenylenediamine.
- Examples include triamines such as diamine and melamine.
- Imidazolium is formed by neutralizing a carboxyl group with an imidazolium salt.
- imidazolium salt examples include 1-ethyl-3-methylimidazolium salt, 1-butyl-3-methylimidazolium salt, 1,2,3-trimethylimidazolium salt, 1,2,3-triethylimidazolium salt. 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium salt, 2-hydroxyethyl-1,3-dimethylimidazolium salt and the like.
- the content of the structural unit represented by the general formula (i) in the A block is preferably in the range of 1 to 90% by mass, particularly 10 to 50% by mass, from the viewpoint of realizing good heat resistance.
- the A block may include a structural unit derived from another vinyl monomer different from the structural unit.
- vinyl monomers include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, ( I-butyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, amyl (meth) acrylate, i-amyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate I-octyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, i-decyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, i-dodecyl (me).
- (meth) acrylic acid methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, i-isopropyl (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, (meth) acrylonitrile, or styrene. More preferred is (meth) acrylic acid.
- the content of structural units derived from other vinyl monomers in the A block is preferably in the range of 1 to 90% by mass, particularly 10 to 50% by mass.
- the number average molecular weight of the ionic polymer constituting the A block is not particularly limited, but is preferably in the range of 300 to 100,000, particularly 500 to 50,000.
- the weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably in the range of 500 to 1,000,000, particularly 1,000 to 500,000.
- B block is nonionic selected from the group consisting of olefinic (co) polymer block, vinylic (co) polymer block, diene (co) polymer block, polyester resin block, polycarbonate resin block It is a polymer block.
- the olefinic (co) polymer is preferably the following general formula (iii) — (CH 2 —CHR 2 ) — Is a structural unit.
- Each R 2 is independently selected from the group consisting of H, —CH 3 , —C 2 H 5 , and —CH 2 CH (CH 3 ) 2 .
- polyethylene R 2 is all H
- polypropylene R 2 is all —CH 3
- poly 1-butene R 2 is all —C 2 H 5
- ethylene / propylene copolymer R 2 is H or —CH 3
- propylene / 1-butene copolymer R 2 is —CH 3 or —C 2 H 5
- ethylene / 1-butene copolymer R 2 is H or —C 2 H 5
- Poly 4-methyl-1-pentene R 2 is all —CH 2 CH (CH 3 ) 2
- the olefinic (co) polymer may be polyisobutylene.
- a copolymer both a random copolymer and a block copolymer are included.
- Preferred are polyethylene, polypropylene, propylene / ethylene copolymer, ethylene / 1-butene copolymer or polyisobutylene. From the viewpoint of heat resistance, an ethylene / 1-butene copolymer is more preferable.
- the number of repeating structural units represented by general formula (iii) is not particularly limited, but is usually an integer of 10 to 3000.
- the number average molecular weight of the olefinic (co) polymer constituting the B block is not particularly limited, but is preferably in the range of 300 to 100,000, particularly 500 to 50,000.
- the weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably in the range of 500 to 500,000, particularly 1,000 to 200,000.
- the vinyl (co) polymer is obtained, for example, by polymerization of a vinyl monomer.
- the vinyl monomer include (meth) acrylic acid esters, vinyl ethers, nitriles, vinyl halides, allyl compounds, vinylsilyl compounds, vinyl esters, aromatic vinyls, and acrylamides described above. Styrene and methyl methacrylate are preferable.
- the number average molecular weight of the vinyl (co) polymer constituting the B block is not particularly limited, but is preferably in the range of 300 to 100,000, particularly 500 to 50,000.
- the weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably in the range of 500 to 500,000, particularly 1,000 to 200,000.
- the diene (co) polymer is obtained, for example, by polymerization of a diene monomer.
- diene monomers include 1,3-butadiene, isoprene, 1,3-pentadiene, 1,3-hexadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 2- Mention may be made of methyl-1,3-pentadiene, 3-methyl-1,3-pentadiene, 4-methyl-1,3-pentadiene and 2,4-hexadiene. These diene monomers may be used alone or in combination.
- the diene monomer is more preferably 1,3-butadiene.
- the number average molecular weight of the diene (co) polymer constituting the B block is not particularly limited, but is preferably in the range of 300 to 100,000, particularly 500 to 50,000.
- the weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably in the range of 500 to 500,000, particularly 1,000 to 200,000.
- the polyester resin can be obtained, for example, by polycondensation of dicarboxylic acid and diol.
- dicarboxylic acid include terephthalic acid, isophthalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, suberic acid, sebacic acid, maleic acid, and fumaric acid.
- diol include ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 1,2-butanediol, and 1,5-heptanediol.
- 1,6-hexanediol diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, 1,2-cyclohexanedimethanol, 1,3-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanedimethanol, tricyclodecane dimethanol, pentacyclo Pentadecane dimethanol, 2,6-decalin dimethanol, 1,5-decalin dimethanol, 2,3-decalin dimethanol, 2,3-norbornane dimethanol, 2,5-norbornane dimethanol, 1,3-adamantandi Methanol, bisph Nord A, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-diethylphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy) -(3,5-diphenyl) phenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-dibromophenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) pentane
- the polyester resin is polyethylene terephthalate obtained by polycondensation of ethylene glycol and terephthalic acid.
- the number average molecular weight of the polyester resin constituting the B block is not particularly limited, but is preferably in the range of 300 to 100,000, particularly 500 to 50,000.
- the weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably in the range of 500 to 500,000, particularly 1,000 to 200,000.
- the polycarbonate resin can be obtained, for example, by reacting phosgene or diphenyl carbonate with a diol.
- the diol include the diols described above.
- a polycarbonate obtained from bisphenol A is preferred.
- the number average molecular weight of the polycarbonate resin constituting the B block is not particularly limited, but is preferably in the range of 300 to 100,000, particularly 500 to 50,000.
- the weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably in the range of 500 to 500,000, particularly 1,000 to 200,000.
- a and B are the ionic polymer block and the nonionic polymer block, respectively, and R 3 and R 4 each independently represent hydrogen, a methyl group, or a phenyl group.
- R 3 and R 4 may all be a hydrogen atom, or at least one of them may be substituted with a functional group other than a hydrogen atom. When two are substituted with a functional group other than a hydrogen atom, these substituents may be the same or different. From the viewpoint of reactivity, it is preferable that R 3 is hydrogen and R 4 is a methyl group, R 3 is hydrogen and R 4 is a phenyl group, or both R 3 and R 4 are methyl groups.
- X represents a halogen atom, preferably Cl, Br, or I, and most preferably Br.
- the number average molecular weight of the ionomer of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 1,000 to 1,000,000, particularly 2,000 to 100,000.
- the weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably in the range of 2,000 to 5,000,000, particularly 3,000 to 500,000.
- the ionomer according to the present invention can be produced by, for example, producing triblock halogenated polyolefin from a hydroxyl group-containing polyolefin, and performing triblock by carrying out atom transfer radical polymerization reaction between the obtained halogenated polyolefin and vinyl monomer. After producing a copolymer and hydrolyzing the obtained triblock copolymer, it can be produced by introducing metal ions, ammonium ions, organic ammonium ions, or imidazolium ions.
- an ionomer can be produced in the same manner as for polyolefin.
- Both-end hydroxyl group-containing polyolefins are generally available.
- polytail manufactured by Mitsubishi Chemical, which is a hydrogenated polybutadiene.
- both-end hydroxyl group-containing polyolefin can be produced by hydroxylating a polyolefin having double-end double bonds.
- a polyolefin having double-terminal double bonds can be obtained as a thermal decomposition product of polyolefin by controlled pyrolysis (see Macromolecules, 28, 7973 (1995)) developed by the present inventors.
- the pyrolysis product of polypropylene obtained by a highly controlled pyrolysis method has a number average molecular weight Mn of about 1,000 to 50,000, a degree of dispersion Mw / Mn of about 2, and an average of vinylidene groups per molecule.
- the number is about 1.5 to 1.8, and the property is that the stereoregularity of the raw material polypropylene before decomposition is maintained.
- the weight average molecular weight of the raw material polypropylene before decomposition is preferably in the range of 10,000 to 1,000,000, more preferably in the range of 200,000 to 800,000.
- thermal decomposition apparatus an apparatus disclosed in Journal of Polymer Science: Polymer Chemistry Edition, 21, 703 (1983) can be used. While suppressing the secondary reaction by putting polypropylene in a reaction vessel of a Pyrex (R) glass pyrolysis apparatus, bubbling the molten polymer phase vigorously with nitrogen gas under reduced pressure, and extracting a volatile product, A thermal decomposition reaction is performed at a predetermined temperature for a predetermined time. After completion of the thermal decomposition reaction, the residue in the reaction vessel is dissolved in hot xylene, filtered while hot, and then reprecipitated with alcohol for purification. The reprecipitate is collected by filtration and vacuum-dried to obtain a double-end-containing polypropylene.
- R Pyrex
- the thermal decomposition conditions are adjusted by predicting the molecular weight of the product from the molecular weight of the polypropylene before decomposition and the primary structure of the final target block copolymer, and taking into consideration the results of experiments conducted in advance.
- the thermal decomposition temperature is preferably in the range of 300 ° C to 450 ° C. If the temperature is lower than 300 ° C, the thermal decomposition reaction of polypropylene may not proceed sufficiently, and if the temperature is higher than 450 ° C, the degradation of the thermal decomposition product may progress.
- Hydroxylation is achieved by hydroxylating the double bond of the oligoolefin containing both terminal vinylidene bonds obtained according to the above-described method by an oxidation reaction subsequent to hydroboration.
- tetrahydrofuran is first used as a solvent, and a boronation reagent is first added to hydroborate.
- the boration reagent 9-boranebicyclononane or borane-tetrahydrofuran complex can be used.
- a hydroxyl group-containing polyethylene having both terminal hydroxyl groups uses benzylidenebis (tricyclohexylphosphine) dichlororuthenium (Grubbs catalyst) as a catalyst, and cyclooctadiene and cis-1,4-bis (acetoxy) 2-butene. It can be manufactured by hydrogenation after polymerization.
- both-end hydroxyl group-containing polyolefin obtained as described above is subjected to an esterification reaction using an appropriate ⁇ -haloacyl halide to obtain a both-end halogenated oligoolefin.
- ⁇ -haloacyl halide means an acyl halide in which the carbon at the ⁇ -position is halogenated, and is represented by the general formula (v) X 1 C ( ⁇ O) CR 3 R 4 X 2 It is represented by X 1 and X 2 represent a halogen atom, and Cl or Br is preferable in terms of reactivity.
- R 3 and R 4 each independently represent hydrogen, a methyl group, or a phenyl group.
- R 3 and R 4 may all be a hydrogen atom, or at least one of them may be substituted with a functional group other than a hydrogen atom. When two are substituted with a functional group other than a hydrogen atom, these substituents may be the same or different. From the viewpoint of reactivity, it is preferable that R 3 is hydrogen and R 4 is a methyl group, R 3 is hydrogen and R 4 is a phenyl group, or both R 3 and R 4 are methyl groups.
- the reaction can be carried out by a normal esterification reaction with an acid halide and an alcohol.
- an ⁇ -haloacyl halide and a hydroxyl group-containing polyolefin at both ends may be reacted in the presence of a base such as triethylamine.
- an ABA triblock copolymer can be obtained by atom transfer radical polymerization with a commonly known vinyl monomer using the both-end halogenated polyolefin described above as an initiator.
- vinyl monomer include (meth) acrylic acid esters, vinyl ethers, nitriles, vinyl halides, allyl compounds, vinylsilyl compounds, vinyl esters, aromatic vinyls, and acrylamides described above.
- These vinyl monomers may be used alone or in combination, but at least one of them is a hydrolyzable monomer.
- t-butyl (meth) acrylate is preferably used.
- Atom transfer radical polymerization is characterized in that an organic halide or a sulfonyl halide compound is used as an initiator and a metal complex having a group 8 element, group 9, group 10 or group 11 element as a central metal is polymerized as a catalyst.
- This is a known polymerization method.
- Mattyjaszewski et al. Journal of American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc.), 1995, 117, 5614, Macromolecules, 1995, 28. Volume, 7901, Science, 1996, 272, 866, or Sawamoto et al., Macromolecules, 1995, 28, 1721).
- the transition metal complex used as a catalyst for atom transfer radical polymerization is not particularly limited, but preferred are monovalent and zerovalent copper, divalent ruthenium, divalent iron, and divalent nickel. Complex. Among these, a copper complex is preferable from the viewpoint of cost and reaction control.
- Examples of the monovalent copper compound include cuprous chloride, cuprous bromide, cuprous iodide, cuprous cyanide, cuprous oxide, cuprous perchlorate and the like. Of these, cuprous chloride and cuprous bromide are preferred from the viewpoint of polymerization control.
- the ligand to be used is not particularly limited, but may be appropriately determined from the relationship of the required reaction rate in consideration of the initiator, the monomer, and the solvent.
- 2,2′-bipyridyl and its derivatives for example, 4,4′-dinolyl-2,2′-bipyridyl, 4,4′-di (5-noryl) are used as the ligand.
- 2,2'-bipyridyl compounds such as -2,2'-bipyridyl, etc.
- 1,10-phenanthroline and its derivatives for example, 4,7-dinolyl-1,10-phenanthroline, 5,6-dinolyl-1, 1,10-phenanthroline compounds such as 10-phenanthroline
- polyamines such as tetramethyldiethylenetriamine (TMEDA), pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA), and hexamethyl (2-aminoethyl) amine can be used.
- a tristriphenylphosphine complex of divalent ruthenium chloride (RuCl 2 (PPh 3 ) 3 ) is also preferable as a catalyst.
- ruthenium compound is used as a catalyst, aluminum alkoxides may be added as an activator.
- a divalent iron bistriphenylphosphine complex FeCl 2 (PPh 3 ) 2
- a divalent nickel bistriphenylphosphine complex NiCl 2 (PPh 3 ) 2
- a divalent nickel bistributylphosphine complex NiBr 2 (PBu 3 ) 2
- the polymerization reaction can be carried out usually in the range of room temperature to 200 ° C, preferably in the range of 50 to 100 ° C.
- the ABA triblock copolymer hydrolyzate is obtained by hydrolyzing the ABA triblock copolymer described above.
- the hydrolysis is performed, for example, by adding trifluoroacetic acid to the ABA type triblock copolymer.
- the ionomer of the present invention is obtained by introducing metal ions, ammonium ions, organic ammonium ions, or imidazolium ions into the ABA triblock copolymer hydrolyzate described above.
- the ionization may be part or all.
- the degree of ionization can be expressed by “degree of neutralization”.
- Metal ions can be introduced by adding metal oxides, hydroxides, carbonates and the like to the ABA triblock copolymer hydrolyzate.
- the metal is preferably an alkali metal such as Li, Na, or K, an alkaline earth metal such as Mg, Ca, or Ba, or a transition metal such as Zn, Cu, Mn, Co, or Al. May be combined. More preferably, it is Na.
- Ammonium ions can be introduced by adding ammonia to the ABA triblock copolymer hydrolyzate.
- an organic ammonium ion can be introduce
- the organic amine may be a compound having one amino group or a compound having a plurality of amino groups.
- organic amines examples include alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine, alkylamines such as methylamine, dimethylamine, triethylamine, ethylamine, diethylamine and triethylamine, ethylenediamine, putrescine, hexamethylenediamine and phenylenediamine.
- alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine
- alkylamines such as methylamine, dimethylamine, triethylamine, ethylamine, diethylamine and triethylamine, ethylenediamine, putrescine, hexamethylenediamine and phenylenediamine.
- examples include triamines such as diamine and melamine.
- an imidazolium ion can be introduce
- imidazolium salt examples include 1-ethyl-3-methylimidazolium salt, 1-butyl-3-methylimidazolium salt, 1,2,3-trimethylimidazolium salt, 1,2,3-triethylimidazolium salt. 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium salt, 2-hydroxyethyl-1,3-dimethylimidazolium salt and the like.
- the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
- the 1H-NMR spectrum was measured with JNM-GX400 manufactured by JEOL, and the IR spectrum was measured with Perkin-Elmer 6100.
- the molecular weight was measured with a GPC analyzer (HLC-8121GPC / HT (manufactured by Tosoh Corporation)). At that time, orthodichlorobenzene was measured as a mobile phase, and the molecular weight in terms of polystyrene was determined.
- PT-Br 2-bromoisobutyryl bromide
- Example 1-2-1 Synthesis of t-butyl polyacrylate-ethylene / 1-butene copolymer-t-butyl polyacrylate (PT-PtBA) 3 g of PT-Br obtained in Example 1-1 , 89.3 mg of copper (I) bromide was charged into a Schlenk tube, purged with nitrogen, 7.2 ml of t-butyl acrylate, 15 ml of o-xylene, 1,1,4,7,7-pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA) 125.7 ⁇ l was added and the mixture was stirred with heating at 120 ° C. for 5 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol and purified by reprecipitation. The obtained PT-PtBA had Mn of 16000 and Mw / Mn of 1.8.
- Example 1-2-2 In Example 1-2-1, the amount of t-butyl acrylate was changed from 7.2 ml to 1.8 ml.
- the obtained PT-PtBA had Mn of 10700 and Mw / Mn of 1.9.
- Example 1-2-3 In Example 1-2-1, the amount of t-butyl acrylate was changed from 7.2 ml to 2.7 ml.
- the obtained PT-PtBA had Mn of 11000 and Mw / Mn of 1.6.
- Example 1-3-1 Synthesis of polyacrylic acid-ethylene / 1-butene copolymer-polyacrylic acid (PT-PAA) 1 g of PT-PtBA obtained in Example 1-2-1 was charged into a flask. After substitution with nitrogen, 4.5 ml of trifluoroacetic acid and 20 ml of dehydrated chloroform were added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. After the reaction, the solvent, trifluoroacetic acid and t-butyl alcohol were removed by distillation to obtain PT-PAA.
- PT-PAA polyacrylic acid-ethylene / 1-butene copolymer-polyacrylic acid
- Example 1-3-2 In the same manner as in Example 1-3-1, PT-PAA was obtained from PT-PtBA obtained in Example 1-2-2.
- Example 1-3-3 In the same manner as in Example 1-3-1, PT-PAA was obtained from PT-PtBA obtained in Example 1-2-3.
- Example 1-4-1 Synthesis of ionomer: sodium polyacrylate-ethylene / 1-butene copolymer-sodium polyacrylate (PT-PAA / Na) PT obtained in Example 1-3-1 -6.5 ml of 1N aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to a methanol dispersion of -PAA (1 g) and stirred. Thereafter, PT-PAA / Na which is an ionomer was obtained as a precipitate. The degree of neutralization was 100%. The degree of neutralization represents the equivalent of sodium hydroxide relative to the COOH group of PAA.
- Example 1-4-2 To a methanol dispersion of PT-PAA (1 g) obtained in Example 1-3-2, 3.9 ml of 1N aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise and stirred. Thereafter, PT-PAA / Na which is an ionomer was obtained as a precipitate. The degree of neutralization was 100%.
- Example 1-4-3 To a methanol dispersion of PT-PAA (1 g) obtained in Example 1-3-3, 4.1 ml of 1N aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise and stirred. Thereafter, PT-PAA / Na which is an ionomer was obtained as a precipitate. The degree of neutralization was 100%.
- Example 1-4-3 In Example 1-4-3, the 1N aqueous sodium hydroxide solution was changed from 4.1 ml to 2.05 ml. The degree of neutralization was 50%.
- Example 1-4-5 In Example 1-4-3, the 1N sodium hydroxide aqueous solution was changed from 4.1 ml to 8.2 ml. The degree of neutralization was 200%.
- Example 2-1 Synthesis of Both-Terminal Brominated Polypropylene (iPP-Br)
- iPP-TVD double-end-containing polypropylene
- iPP-OH hydroxylated polypropylene
- brominated polypropylene (iPP-Br) at both ends. Specifically, it is shown below.
- a lab scale highly controlled pyrolyzer with a maximum sample amount of 5 kg was used as the pyrolyzer.
- 2 kg of commercially available isotactic polypropylene (Novatech PP (manufactured by Nippon Polypropylene Co., Ltd.), grade: EA9A, melt flow index (MFR): 0.5 g / 10 min) was charged into the reactor, and the system was purged with nitrogen to 2 mmHg. Under reduced pressure, the reactor was heated to 200 ° C. to melt. Thereafter, the reactor was submerged in a metal bath set at 390 ° C., and pyrolysis was performed.
- the obtained iPP-TVD has a yield of 77%, a number average molecular weight (Mn) of 7500, a dispersity (Mw / Mn) of 1.78, and an average number of terminal double bonds per molecule (fTVD) of 1.78. Met.
- iPP-TVD 100 g
- THF tetrahydrofuran
- 80 ml of borane-tetrahydrofuran complex (BH 3 -THF) in THF (1M) was added and heated under reflux for 5 hours.
- 100 ml of 5N aqueous sodium hydroxide solution was added in an ice bath, followed by 100 ml of 30% aqueous hydrogen peroxide solution, and heated under reflux for 15 hours.
- the reaction mixture was poured into methanol and purified by reprecipitation to obtain iPP-OH.
- Example 2-2 Synthesis of t-butyl polyacrylate-polypropylene-t-butyl polyacrylate (iPP-PtBA) 100 g of iPP-Br obtained in Example 2-1 and 3 g of copper (I) bromide were obtained. The flask was charged into a separable flask, purged with nitrogen, 100 ml of degassed t-butyl acrylate, 500 ml of toluene, and 8 ml of PMDETA were added. The mixture was stirred at room temperature for 30 minutes and then heated and stirred at 120 ° C. for 12 hours. After the reaction, the reaction solution was poured into methanol and purified by reprecipitation.
- iPP-PtBA t-butyl polyacrylate-polypropylene-t-butyl polyacrylate
- Example 2-3 Synthesis of polyacrylic acid-polypropylene-polyacrylic acid (iPP-PAA) 100 g of iPP-PtBA obtained in Example 2-2 was charged into a flask, purged with nitrogen, 200 ml of trifluoroacetic acid and dehydrated Chloroform 600 ml was added and stirred at room temperature for 24 hours. After the reaction, the solvent, trifluoroacetic acid and t-butyl alcohol were removed by distillation to obtain iPP-PAA.
- iPP-PAA polyacrylic acid-polypropylene-polyacrylic acid
- Example 2-4 Synthesis of ionomer: sodium polyacrylate-polypropylene-sodium polyacrylate (iPP-PAA / Na) 1N water was added to a dispersion of 750 ml of methanol of 100 g of iPP-PAA obtained in Example 2-3. An aqueous sodium oxide solution was added dropwise and stirred. Thereafter, iPP-PAA / Na as an ionomer was obtained as a precipitate.
- iPP-PAA / Na sodium polyacrylate-polypropylene-sodium polyacrylate
- FIG. 1 shows 1H-NMR spectra of PT, PT-Br, and PT-PtBA synthesized above.
- the signals of the terminal hydroxyl group adjacent methylene protons (a) and methine protons (b) seen in PT disappear, and the terminal methyl proton (d) and the methylene (e) adjacent to the ester group and A signal of methine proton (f) appeared.
- signals (f), (g) and (h) derived from PtBA appeared, and the methylene (d) and methine proton (e) adjacent to the ester group were shifted.
- FIG. 2 shows PT, PT-Br (Example 1-1), PT-PtBA (Example 1-2-1), PT-PAA (Example 1-3-1), PT-PAA / Na (Example The IR spectrum of Example 1-4-1) is shown.
- PT C—O stretching of primary alcohol at 3600, 1305 and 1045 cm ⁇ 1
- in-plane bending vibration OH stretching vibration of hydrogen bonded to tertiary carbon at 2890 cm ⁇ 1 , 2900
- Absorption peaks derived from C—H variable bending vibrations appeared at 1460, 1380 and 725 cm ⁇ 1 .
- FIG. 3 shows PT, PT-Br (Example 1-1), PT-PtBA (Example 1-2-1), PT-PAA (Example 1-3-1), PT-PAA / Na (Example The DSC measurement result of Example 1-4-1) is shown.
- the crystal melting temperature of PT-PtBA is 53.97 ° C and the crystal melting temperature of PT-PAA is 59.28 ° C, whereas the crystal melting temperature of PT-PAA / Na is as high as 104.57 ° C. Indicated.
- the crystal melting temperature of iPP-PAA / Na was as high as 146 ° C.
- the sodium salt of an ethylene-methacrylic acid random copolymer which is conventionally known as an ionomer, does not crystallize depending on the composition ratio of ethylene and methacrylic acid, and even if it crystallizes, the crystal melting temperature is about 80 ° C. .
- the ionomer of the present invention is a material having a high crystal melting temperature and excellent heat resistance.
- Conventional ionomers are hydrophobic polymers such as random copolymers in which a small amount of ionic groups are randomly inserted in polyethylene, or graft copolymers in which a small amount of ionic groups are grafted at random positions on a hydrophobic polymer chain. It was a polymer. In such an ionomer, the melting point derived from the hydrophobic polymer is higher than the melting point derived from the ionic group. As for the crystal melting enthalpy, the crystal melting enthalpy derived from the hydrophobic polymer is higher than the crystal melting enthalpy derived from the ionic group. Due to these thermal properties, the heat resistance of conventional ionomers depends on the melting point of the hydrophobic polymer. Therefore, there was no ionomer having excellent heat resistance.
- the ionomer of the present invention has an ABA type triblock structure in which the A block is composed of an ionic polymer block and the B block is composed of a nonionic polymer block.
- the melting point and crystal melting enthalpy derived from the ionic polymer are higher than the melting point and crystal melting enthalpy derived from the nonionic polymer. Therefore, the ionomer of the present invention is excellent in heat resistance, and the application range of the ionomer as a material can be expected to expand.
- FIG. 4 shows that PT-PAA (Example 1-3-2), PT-PAA / Na (Example 1-4-2), and PT-PAA / Na (Example 1-4-2) were aged for 2 weeks.
- the dynamic viscoelasticity measurement result of the film which each was heat-pressed at 100 degreeC30MPa for 30 minutes is shown.
- the breaking temperature of PT-PAA was 122.8 ° C.
- the breaking temperature of PT-PAA / Na was 155.4 ° C.
- the aging temperature of PT-PAA / Na aged for 2 weeks was 160.9 ° C.
- FIG. 5 shows that PT-PAA (Example 1-3-3), PT-PAA / Na (Example 1-4-3), and PT-PAA / Na (Example 1-4-3) were aged for 2 weeks.
- the results of dynamic viscoelasticity measurement of films obtained by aging PT-PAA / Na (Example 1-4-3) for one month and heat-pressing each at 30 ° C. for 30 minutes are shown.
- PT-PAA has a breaking temperature of 154.8 ° C.
- PT-PAA / Na has a breaking temperature of 221.3 ° C.
- PT-PAA / Na aged for 2 weeks has a breaking temperature of 287.2 ° C.
- PT-PAA / Na Was aged for 1 month and the breaking temperature was 349.1 ° C.
- FIG. 6 shows PT-PAA / Na (Example 1-4-3 (neutralization degree 100%)), PT-PAA / Na (Example 1-4-4 (neutralization degree 50%)), PT-
- the results of measurement of dynamic viscoelasticity of PAA / Na (Example 1-4-5 (neutralization degree 200%)) and each film heat-pressed at 100 ° C. and 30 MPa for 30 minutes are shown.
- PT-PAA / Na (neutralization degree 100%) has a breaking temperature of 181.9 ° C.
- PT-PAA / Na (neutralization degree 50%) has a breaking temperature of 221.3 ° C.
- the rupture temperature at 37 ° C. was 372.8 ° C.
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Abstract
本発明は新規なアイオノマーに関する。 ABA型トリブロック構造を有するアイオノマーであって、Aブロックは、下記一般式(i)-(CH2-CR1(COOM1/y)-(式中、R1はメチル基又は水素、Mは金属、NH4、有機アンモニウム、又はイミダゾリウム、yはMイオンの価数を表す。)を構成単位として含むイオン性ポリマーブロックであり、Bブロックは、オレフィン系(共)重合体ブロック、ビニル系(共)重合体ブロック、ジエン系(共)重合体ブロック、ポリエステル系樹脂ブロック、ポリカーボネート系樹脂ブロックからなる群から選択される非イオン性ポリマーブロックであることを特徴とする、アイオノマー。
Description
本発明は新規なアイオノマーに関するものである。
アイオノマーとは、高分子に金属イオンを導入することで高分子本来の性質を向上させ、新たな機能を付加した材料である。特に、エチレン系アイオノマーは食品包装、スポーツ用品、化粧品容器や太陽電池部材等へと応用されている。
従来のエチレン系アイオノマーはエチレンと(メタ)アクリル酸のラジカル重合により得られるエチレン-(メタ)アクリル酸ランダム共重合体を、Na+、K+、Zn2+等で中和することにより得られる(例えば、特許文献1,2)。
本発明は、ABA型トリブロック構造を有する新規なアイオノマーを提供する。
本発明者らは鋭意研究した結果、ABA型トリブロック構造を有する新規なアイオノマーを見出した。
すなわち本発明は、ABA型トリブロック構造を有するアイオノマーであって、
Aブロックは、下記一般式(i)-(CH2-CR1(COOM1/y)-
(式中、R1はメチル基又は水素、Mは金属、NH4、有機アンモニウム、又はイミダゾリウム、yはMイオンの価数を表す。)を構成単位として含むイオン性ポリマーブロックであり、
Bブロックは、オレフィン系(共)重合体ブロック、ビニル系(共)重合体ブロック、ジエン系(共)重合体ブロック、ポリエステル系樹脂ブロック、ポリカーボネート系樹脂ブロックからなる群から選択される非イオン性ポリマーブロックであるアイオノマーに関する。
Aブロックは、下記一般式(i)-(CH2-CR1(COOM1/y)-
(式中、R1はメチル基又は水素、Mは金属、NH4、有機アンモニウム、又はイミダゾリウム、yはMイオンの価数を表す。)を構成単位として含むイオン性ポリマーブロックであり、
Bブロックは、オレフィン系(共)重合体ブロック、ビニル系(共)重合体ブロック、ジエン系(共)重合体ブロック、ポリエステル系樹脂ブロック、ポリカーボネート系樹脂ブロックからなる群から選択される非イオン性ポリマーブロックであるアイオノマーに関する。
さらに本発明は、前記Bブロックが、オレフィン系(共)重合体ブロックであるアイオノマーに関する。
さらに本発明は、前記オレフィン系(共)重合体ブロックが、ポリエチレンブロック、ポリプロピレンブロック、ポリ1-ブテンブロック、ポリイソブチレンブロック、プロピレン・エチレン共重合体ブロック、プロピレン・1-ブテン共重合体ブロックまたはエチレン・1-ブテン共重合体ブロックであるアイオノマーに関する。
本発明によれば、ABA型トリブロック構造を有する新規なアイオノマーを提供することができる。本発明のアイオノマーは、融点が高いため、耐熱性に優れている。
(アイオノマー)
本発明に係るアイオノマーは、ABA型トリブロック構造を有する。
本発明に係るアイオノマーは、ABA型トリブロック構造を有する。
Aブロックは、下記一般式(i)-(CH2-CR1(COOM1/y)-
を構成単位として含むイオン性ポリマーブロックである。R1はメチル基又は水素を表す。また、Mは金属、NH4、有機アンモニウム、又はイミダゾリウムを意味し、yはMイオンの価数を表す。金属は好ましくは、Li,Na、K等のアルカリ金属、Mg、Ca、Ba等のアルカリ土類金属、Zn、Cu、Mn、Co、Al等の遷移金属である。これらの金属は、単独でも複数を組み合わせてもよい。より好ましくはNaである。有機アンモニウムは、カルボキシル基を有機アミンで中和することにより形成され、有機アミンは、一つのアミノ基を有する化合物でも、複数のアミノ基を有する化合物でもよい。有機アミンとして、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリエチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミン、エチレンジアミン、プトレシン、ヘキサメチレンジアミン、フェニレンジアミン等のジアミン、メラミン等のトリアミン等が挙げられる。イミダゾリウムは、カルボキシル基をイミダゾリウム塩で中和することにより形成される。イミダゾリウム塩として、例えば、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム塩、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム塩、1,2,3-トリメチルイミダゾリウム塩、1,2,3-トリエチルイミダゾリウム塩、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム塩、2-ヒドロキシエチル-1,3-ジメチルイミダゾリウム塩等が挙げられる。Aブロック中における、上記一般式(i)で表される構成単位の含有量は、良好な耐熱性を実現する観点から、1~90質量%、特に10~50質量%の範囲が好ましい。
を構成単位として含むイオン性ポリマーブロックである。R1はメチル基又は水素を表す。また、Mは金属、NH4、有機アンモニウム、又はイミダゾリウムを意味し、yはMイオンの価数を表す。金属は好ましくは、Li,Na、K等のアルカリ金属、Mg、Ca、Ba等のアルカリ土類金属、Zn、Cu、Mn、Co、Al等の遷移金属である。これらの金属は、単独でも複数を組み合わせてもよい。より好ましくはNaである。有機アンモニウムは、カルボキシル基を有機アミンで中和することにより形成され、有機アミンは、一つのアミノ基を有する化合物でも、複数のアミノ基を有する化合物でもよい。有機アミンとして、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリエチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミン、エチレンジアミン、プトレシン、ヘキサメチレンジアミン、フェニレンジアミン等のジアミン、メラミン等のトリアミン等が挙げられる。イミダゾリウムは、カルボキシル基をイミダゾリウム塩で中和することにより形成される。イミダゾリウム塩として、例えば、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム塩、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム塩、1,2,3-トリメチルイミダゾリウム塩、1,2,3-トリエチルイミダゾリウム塩、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム塩、2-ヒドロキシエチル-1,3-ジメチルイミダゾリウム塩等が挙げられる。Aブロック中における、上記一般式(i)で表される構成単位の含有量は、良好な耐熱性を実現する観点から、1~90質量%、特に10~50質量%の範囲が好ましい。
Aブロックは、上記一般式(i)の構成単位の他に、これとは異なる他のビニル系モノマーに由来する構成単位を含んでも良い。他のビニル系モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸i-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸i-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸i-アミル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n-オクチル、(メタ)アクリル酸i-オクチル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸i-デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸i-ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸i-ステアリル、(メタ)アクリル酸ベへニル、(メタ)アクリル酸シクロプロピル、(メタ)アクリル酸(メタ)アクリル酸シクロブチル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘプチル、(メタ)アクリル酸シクロオクチル、(メタ)アクリル酸シクロノニル、(メタ)アクリル酸シクロデシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ノルボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸ベンジル、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アミノエチル、(メタ)アクリル酸アミノプロピル、(メタ)アクリル酸メチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸メチルアミノプロピル、(メタ)アクリル酸エチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸エチルアミノプロピル、2,2,6,6-テトラメチルピペリジニル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノプロピル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノプロピル、フェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、2-ナフチル(メタ)アクリレート、9-アントラセニル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ラウロキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ステアロキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール-プロピレングリコール)(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール-テトラメチレングリコール)(メタ)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)(メタ)アクリレート、プロピレングリコールポリブチレングリコール(メタ)アクリレート、オクトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ステアロキシポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、アリロキシポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリ(エチレングリコール-プロピレングリコール)(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸ヒドロキシメチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル等の(メタ)アクリル酸エステル類;
メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、i-プロピルビニルエーテル、i-ブチルビニルエーテル、t-ブチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル、ポリエチレングリコールビニルエーテル等のビニルエーテル類;
アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;
塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類;
酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物;
ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;
酢酸ビニル、酢酸イソプロペニル等のビニルエステル類;
スチレン、ビニルナフタレン、α-メチルスチレン、t-ブチルスチレン、p-メチルスチレン、o-メトキシスチレン、m-メトキシスチレン、p-メトキシスチレン、o-t-ブトキシスチレン、m-t-ブトキシスチレン、p-t-ブトキシスチレン、o-クロロメチルスチレン、m-クロロメチルスチレン、p-クロロメチルスチレン、ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、4-ビニルビフェニル、1,1-ジフェニルエチレン、ビニルフェノール、安息香酸ビニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニル類;
(メタ)アクリルアミド、メチル(メタ)アクリルアミド、エチル(メタ)アクリルアミド、n-プロピル(メタ)アクリルアミド、i-プロピル(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-(1,1-ジメチル-3-オキソブチル)アクリルアミド(ダイアセトンアクリルアミド)、ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、エトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエタノール(メタ)アクリルアミド、N-(2-(ポリエチレングリコール)エチル)(メタ)アクリルアミド、N,N-(2,2’-(ポリエチレングリコール)ジエチル)(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類、(メタ)アクリル酸が挙げられる。これらの他のビニル系モノマーは、単独でも複数を組み合わせて用いてもよい。好ましくは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、i-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリロニトリル、又はスチレンである。さらに好ましくは、(メタ)アクリル酸である。
メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、i-プロピルビニルエーテル、i-ブチルビニルエーテル、t-ブチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル、ポリエチレングリコールビニルエーテル等のビニルエーテル類;
アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;
塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類;
酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物;
ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;
酢酸ビニル、酢酸イソプロペニル等のビニルエステル類;
スチレン、ビニルナフタレン、α-メチルスチレン、t-ブチルスチレン、p-メチルスチレン、o-メトキシスチレン、m-メトキシスチレン、p-メトキシスチレン、o-t-ブトキシスチレン、m-t-ブトキシスチレン、p-t-ブトキシスチレン、o-クロロメチルスチレン、m-クロロメチルスチレン、p-クロロメチルスチレン、ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、4-ビニルビフェニル、1,1-ジフェニルエチレン、ビニルフェノール、安息香酸ビニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニル類;
(メタ)アクリルアミド、メチル(メタ)アクリルアミド、エチル(メタ)アクリルアミド、n-プロピル(メタ)アクリルアミド、i-プロピル(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-(1,1-ジメチル-3-オキソブチル)アクリルアミド(ダイアセトンアクリルアミド)、ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、エトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエタノール(メタ)アクリルアミド、N-(2-(ポリエチレングリコール)エチル)(メタ)アクリルアミド、N,N-(2,2’-(ポリエチレングリコール)ジエチル)(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類、(メタ)アクリル酸が挙げられる。これらの他のビニル系モノマーは、単独でも複数を組み合わせて用いてもよい。好ましくは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、i-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリロニトリル、又はスチレンである。さらに好ましくは、(メタ)アクリル酸である。
Aブロック中における、他のビニル系モノマーに由来する構成単位の含有量は、1~90質量%、特に10~50質量%の範囲が好ましい。Aブロックを構成するイオン性ポリマーの数平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは300~100000、特に500~50000の範囲である。重量平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは500~1000000、特に1000~500000の範囲である。
Bブロックは、オレフィン系(共)重合体ブロック、ビニル系(共)重合体ブロック、ジエン系(共)重合体ブロック、ポリエステル系樹脂ブロック、ポリカーボネート系樹脂ブロックからなる群から選択される非イオン性ポリマーブロックである。
オレフィン系(共)重合体は、好ましくは下記一般式(iii)
-(CH2-CHR2)-
を構成単位とする。各R2は、H、-CH3、-C2H5、および-CH2CH(CH3)2からなる群から独立に選択される。すなわち、ポリエチレン(R2がすべてH)、ポリプロピレン(R2がすべて-CH3)、ポリ1-ブテン(R2がすべて-C2H5)、エチレン・プロピレン共重合体(R2がH又は-CH3)、プロピレン・1-ブテン共重合体(R2が、-CH3又は-C2H5)、エチレン・1-ブテン共重合体(R2がH又は-C2H5)又はポリ4-メチル-1-ペンテン(R2がすべて-CH2CH(CH3)2)等が含まれる。また、オレフィン系(共)重合体は、ポリイソブチレンでもよい。なお、共重合体に関してはランダム共重合体およびブロック共重合体の両方を含む。好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン、プロピレン・エチレン共重合体、エチレン・1-ブテン共重合体又はポリイソブチレンである。耐熱性の点で、エチレン・1-ブテン共重合体がさらに好ましい。一般式(iii)で表される構成単位の繰り返し数は、特に制限はないが、通常10~3000の整数である。Bブロックを構成するオレフィン系(共)重合体の数平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは300~100000、特に500~50000の範囲である。重量平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは500~500000、特に1000~200000の範囲である。
-(CH2-CHR2)-
を構成単位とする。各R2は、H、-CH3、-C2H5、および-CH2CH(CH3)2からなる群から独立に選択される。すなわち、ポリエチレン(R2がすべてH)、ポリプロピレン(R2がすべて-CH3)、ポリ1-ブテン(R2がすべて-C2H5)、エチレン・プロピレン共重合体(R2がH又は-CH3)、プロピレン・1-ブテン共重合体(R2が、-CH3又は-C2H5)、エチレン・1-ブテン共重合体(R2がH又は-C2H5)又はポリ4-メチル-1-ペンテン(R2がすべて-CH2CH(CH3)2)等が含まれる。また、オレフィン系(共)重合体は、ポリイソブチレンでもよい。なお、共重合体に関してはランダム共重合体およびブロック共重合体の両方を含む。好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン、プロピレン・エチレン共重合体、エチレン・1-ブテン共重合体又はポリイソブチレンである。耐熱性の点で、エチレン・1-ブテン共重合体がさらに好ましい。一般式(iii)で表される構成単位の繰り返し数は、特に制限はないが、通常10~3000の整数である。Bブロックを構成するオレフィン系(共)重合体の数平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは300~100000、特に500~50000の範囲である。重量平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは500~500000、特に1000~200000の範囲である。
ビニル系(共)重合体は、例えば、ビニル系モノマーの重合により得られる。ビニル系モノマーとして、上で説明した(メタ)アクリル酸エステル類、ビニルエーテル類、ニトリル類、ハロゲン化ビニル類、アリル化合物、ビニルシリル化合物、ビニルエステル類、芳香族ビニル類、アクリルアミド類が挙げられる。好ましくは、スチレン、メタクリル酸メチルである。Bブロックを構成するビニル系(共)重合体の数平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは300~100000、特に500~50000の範囲である。重量平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは500~500000、特に1000~200000の範囲である。
ジエン系(共)重合体は、例えば、ジエン系モノマーの重合により得られる。ジエン系モノマーとしては、1,3-ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2-エチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、4-メチル-1,3-ペンタジエン及び2,4-ヘキサジエンが挙げられる。これらのジエン系モノマーは単独でも複数を組み合わせて用いてもよい。なお、共重合体に関してはランダム共重合体およびブロック共重合体の両方を含む。ジエン系モノマーとして、より好ましくは、1,3-ブタジエンである。Bブロックを構成するジエン系(共)重合体の数平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは300~100000、特に500~50000の範囲である。重量平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは500~500000、特に1000~200000の範囲である。
ポリエステル系樹脂は、例えば、ジカルボン酸とジオールとを重縮合することにより得られる。ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸が挙げられる。また、ジオールとしては、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,2-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,2-ブタンジオール、1,5-ヘプタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,2-シクロヘキサンジメタノール、1,3-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール、2,6-デカリンジメタノール、1,5-デカリンジメタノール、2,3-デカリンジメタノール、2,3-ノルボルナンジメタノール、2,5-ノルボルナンジメタノール、1,3-アダマンタンジメタノール、ビスフェノールA、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジエチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-(3,5-ジフェニル)フェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジブロモフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,4’-ジヒドロキシ-ジフェニルメタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4-ヒドロキシ-5-ニトロフェニル)メタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、3,3-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ペンタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、2,4’-ジヒドロキシジフェニルスルホン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルフィド、4,4’-ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’-ジヒドロキシ-3,3’-ジクロロジフェニルエーテル、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-2-メチルフェニル)フルオレンが挙げられる。ポリエステル系樹脂として、より好ましくは、エチレングリコールとテレフタル酸との重縮合により得られるポリエチレンテレフタレートである。Bブロックを構成するポリエステル系樹脂の数平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは300~100000、特に500~50000の範囲である。重量平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは500~500000、特に1000~200000の範囲である。
ポリカーボネート系樹脂は、例えば、ホスゲン又は炭酸ジフェニルと、ジオールとを反応させることにより得られる。ジオールとして、上で説明したジオールが挙げられる。好ましくは、ビスフェノールAから得られるポリカーボネートである。Bブロックを構成するポリカーボネート系樹脂の数平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは300~100000、特に500~50000の範囲である。重量平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは500~500000、特に1000~200000の範囲である。
本発明のアイオノマーの具体的な構造として、好ましいものは、下記一般式(iv)
X-A-CR3R4-C(=O)-O-B-O-C(=O)-CR3R4-A-X
が挙げられる。
X-A-CR3R4-C(=O)-O-B-O-C(=O)-CR3R4-A-X
が挙げられる。
AおよびBは、それぞれ、上記のイオン性ポリマーブロック及び非イオン性ポリマーブロックであり、R3およびR4は、それぞれ独立して水素、メチル基、又はフェニル基を表す。R3およびR4は、全て水素原子であってもよく、また少なくとも1個が水素原子以外の官能基に置換されていてもよい。2個が水素原子以外の官能基に置換される場合には、それらの置換基は同じでも異なっていてもよい。反応性の観点から、R3が水素でR4がメチル基、R3が水素でR4がフェニル基、又はR3とR4の両方がメチル基であるものが好ましい。また、Xはハロゲン原子を意味し、好ましくはCl、Br、又はIであり、Brが最も好ましい。
本発明のアイオノマーの数平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは1000~1000000、特に2000~100000の範囲である。重量平均分子量としては、特に制限はないが、好ましくは2000~5000000、特に3000~500000の範囲である。
(アイオノマーの製造方法)
本発明に係るアイオノマーは、例えば、両末端ヒドロキシ基含有ポリオレフィンから両末端ハロゲン化ポリオレフィンを製造し、得られた両末端ハロゲン化ポリオレフィンとビニル系モノマーとで原子移動ラジカル重合反応を行うことによりトリブロック共重合体を製造し、得られたトリブロック共重合体を加水分解した後、金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウムイオン又はイミダゾリウムイオンを導入することにより製造できる。また、両末端ヒドロキシ基含有ポリエステル系樹脂から両末端ハロゲン化ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂から両末端ハロゲン化ポリカーボネート系樹脂を製造することにより、ポリオレフィンと同様の方法でアイオノマーを製造できる。
本発明に係るアイオノマーは、例えば、両末端ヒドロキシ基含有ポリオレフィンから両末端ハロゲン化ポリオレフィンを製造し、得られた両末端ハロゲン化ポリオレフィンとビニル系モノマーとで原子移動ラジカル重合反応を行うことによりトリブロック共重合体を製造し、得られたトリブロック共重合体を加水分解した後、金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウムイオン又はイミダゾリウムイオンを導入することにより製造できる。また、両末端ヒドロキシ基含有ポリエステル系樹脂から両末端ハロゲン化ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂から両末端ハロゲン化ポリカーボネート系樹脂を製造することにより、ポリオレフィンと同様の方法でアイオノマーを製造できる。
両末端ヒドロキシ基含有ポリオレフィンは、一般に入手可能である。例えば、両末端にヒドロキシ基を有するエチレン・1-ブテン共重合体として、水添ポリブタジエンであるポリテール(三菱化学製)がある。
また、両末端ヒドロキシ基含有ポリオレフィンは、両末端二重結合を有するポリオレフィンをヒドロキシル化することにより製造できる。
両末端二重結合を有するポリオレフィンは、本発明者らが開発した制御熱分解(Macromolecules,28,7973(1995)参照。)によるポリオレフィンの熱分解生成物として得られる。
ポリプロピレンを例に説明すると、高度制御熱分解法によって得られるポリプロピレンの熱分解生成物は、数平均分子量Mnが1000~50000程度、分散度Mw/Mnが2程度、1分子当たりのビニリデン基の平均数が1.5~1.8程度であり、分解前の原料ポリプロピレンの立体規則性を保持しているという特性を有している。分解前の原料のポリプロピレンの重量平均分子量は、好ましくは1万~100万の範囲内、さらに好ましくは20万~80万の範囲内である。
熱分解装置としては、Journal of PolymerScience:Polymer Chemistry Edition, 21, 703(1983)に開示された装置を用いることができる。パイレックス(R)ガラス製熱分解装置の反応容器内にポリプロピレンを入れて、減圧下、溶融ポリマー相を窒素ガスで激しくバブリングし、揮発性生成物を抜き出すことにより、2次反応を抑制しながら、所定温度で所定時間、熱分解反応させる。熱分解反応終了後、反応容器中の残存物を熱キシレンに溶解し、熱時濾過後、アルコールで再沈殿させ精製する。再沈物を濾過回収して、真空乾燥することにより両末端二重結合含有ポリプロピレンが得られる。
熱分解条件は、分解前のポリプロピレンの分子量と最終目的物のブロック共重合体の1次構造から生成物の分子量を予測し、予め実施した実験の結果を勘案して調整する。熱分解温度は300℃~450℃の範囲が好ましい。300℃より低い温度では、ポリプロピレンの熱分解反応が充分に進行しない恐れがあり、450℃より高い温度では、熱分解生成物の劣化が進行する恐れがある。
ヒドロキシル化は、上記方法に従って得られた両末端ビニリデン結合含有オリゴオレフィンの二重結合を、ヒドロホウ素化に続く、酸化反応によってヒドロキシル化することにより達成される。例えば、テトラヒドロフランを溶媒とし、まずホウ素化試薬を加えてヒドロホウ素化する。ホウ素化試薬としては、9-ボランビシクロノナンやボラン-テトラヒドロフラン錯体を用いることができる。ヒドロホウ素化後の反応溶液に過酸化水素水を加え、酸化反応させると両末端ヒドロキシル基含有ポリオレフィンが得られる。
また、例えば、両末端ヒドロキシル基含有ポリエチレンは、触媒としてベンジリデンビス(トリシクロヘキシルホスフィン)ジクロロルテニウム(Grubbs触媒)を使用し、シクロオクタジエンとシス-1,4-ビス(アセトキシ)2-ブテンとを重合させた後、水素添加することにより製造できる。
続いて、上のように得られた両末端ヒドロキシル基含有ポリオレフィンを、適当なα-ハロアシルハライドを用いてエステル化反応を行うことにより、両末端ハロゲン化オリゴオレフィンが得られる。
ここで、α-ハロアシルハライドとは、α位の炭素がハロゲン化されたアシルハライドを意味し、一般式(v)
X1C(=O)CR3R4X2
で表される。X1、X2はハロゲン原子を意味し、反応性の点で、Cl又はBrが好ましい。R3およびR4は、それぞれ独立して水素、メチル基、又はフェニル基を表す。R3およびR4は、全て水素原子であってもよく、また少なくとも1個が水素原子以外の官能基に置換されていてもよい。2個が水素原子以外の官能基に置換される場合には、それらの置換基は同じでも異なっていてもよい。反応性の観点から、R3が水素でR4がメチル基、R3が水素でR4がフェニル基、又はR3とR4の両方がメチル基であるものが好ましい。
X1C(=O)CR3R4X2
で表される。X1、X2はハロゲン原子を意味し、反応性の点で、Cl又はBrが好ましい。R3およびR4は、それぞれ独立して水素、メチル基、又はフェニル基を表す。R3およびR4は、全て水素原子であってもよく、また少なくとも1個が水素原子以外の官能基に置換されていてもよい。2個が水素原子以外の官能基に置換される場合には、それらの置換基は同じでも異なっていてもよい。反応性の観点から、R3が水素でR4がメチル基、R3が水素でR4がフェニル基、又はR3とR4の両方がメチル基であるものが好ましい。
反応は、酸ハロゲン化物とアルコールによる通常のエステル化反応で行うことができる。具体的には、トリエチルアミン等の塩基の存在下、α-ハロアシルハライドと両末端ヒドロキシル基含有ポリオレフィンとを反応させれば良い。
次に、上で説明した両末端ハロゲン化ポリオレフィンを開始剤として用い、通常公知のビニル系モノマーと原子移動ラジカル重合させることによりABA型トリブロック共重合体が得られる。ビニル系モノマーとして、上で説明した(メタ)アクリル酸エステル類、ビニルエーテル類、ニトリル類、ハロゲン化ビニル類、アリル化合物、ビニルシリル化合物、ビニルエステル類、芳香族ビニル類、アクリルアミド類が挙げられる。好ましくは、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、i-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリロニトリル、又はスチレンである。これらのビニル系モノマーは、単独でも複数を組み合わせて用いてもよいが、少なくとも1つは加水分解可能なモノマーが用いられる。加水分解可能なモノマーとしては、(メタ)アクリル酸t-ブチルを用いるのが好ましい。なお、これらのビニル系モノマーを複数組み合わせる場合には、ランダム共重合体としてもブロック共重合体としてもよい。
原子移動ラジカル重合は、有機ハロゲン化物またはハロゲン化スルホニル化合物を開始剤とし、周期律表第8族、9族、10族または11族元素を中心金属とする金属錯体を触媒として重合することを特徴とする、公知の重合方法である。(たとえば、マティジャスツェウスキー(Matyjaszewski)ら、ジャーナルオブアメリカンケミカルソサエティ(J.Am.Chem.Soc.)、1995年、117巻、5614頁、マクロモレキュールズ(Macromolecules)、1995年、28巻、7901頁、サイエンス(Science)、1996年、272巻、866頁、または、澤本(Sawamoto)ら、マクロモレキュールズ(Macromolecules)、1995年、28巻、1721頁参照)。
原子移動ラジカル重合の触媒として用いられる遷移金属錯体としては、とくに制限はないが、好ましいものとして、1価および0価の銅、2価のルテニウム、2価の鉄、ならびに、2価のニッケルの錯体があげられる。これらの中でも、コストや反応制御の点から銅の錯体が好ましい。
1価の銅化合物としては、たとえば、塩化第一銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅、シアン化第一銅、酸化第一銅、過塩素酸第一銅などがあげられる。その中でも塩化第一銅、臭化第一銅が、重合の制御の観点から好ましい。
使用する配位子は、とくに限定されないが、開始剤、単量体、および溶媒を考慮して、必要とする反応速度の関係から適宜決定すればよい。1価の銅化合物を用いる場合、配位子として、2,2′-ビピリジルおよびその誘導体(たとえば4,4′-ジノリル-2,2′-ビピリジル、4,4′-ジ(5-ノリル)-2,2′-ビピリジルなど)などの2,2′-ビピリジル系化合物、1,10-フェナントロリンおよびその誘導体(たとえば4,7-ジノリル-1,10-フェナントロリン、5,6-ジノリル-1,10-フェナントロリンなど)などの1,10-フェナントロリン系化合物、テトラメチルジエチレントリアミン(TMEDA)、ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)、ヘキサメチル(2-アミノエチル)アミンなどのポリアミンなどを使用することができる。
また、2価の塩化ルテニウムのトリストリフェニルホスフィン錯体(RuCl2(PPh3)3)も触媒として好ましい。ルテニウム化合物を触媒として用いる場合は、活性化剤としてアルミニウムアルコキシド類を添加してもよい。さらに、2価の鉄のビストリフェニルホスフィン錯体(FeCl2(PPh3)2)、2価のニッケルのビストリフェニルホスフィン錯体(NiCl2(PPh3)2)、及び2価のニッケルのビストリブチルホスフィン錯体(NiBr2(PBu3)2)も触媒として好ましい。
重合反応は、通常室温~200℃の範囲、好ましくは50~100℃の範囲で行なうことができる。
次に、上で説明したABA型トリブロック共重合体を加水分解することにより、ABA型トリブロック共重合体加水分解物が得られる。加水分解は、例えば、ABA型トリブロック共重合体にトリフルオロ酢酸を加えることにより行われる。
次に、上で説明したABA型トリブロック共重合体加水分解物に金属イオン、アンモニムイオン、有機アンモニウムイオン、又はイミダゾリウムイオンを導入することにより、本発明のアイオノマーが得られる。なお、イオン化は一部でもよく、全部でもよい。イオン化の度合いは、「中和度」で表すことができる。金属イオンは、ABA型トリブロック共重合体加水分解物に、金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩等を加えることにより導入することができる。金属は、Li,Na、K、等のアルカリ金属、Mg、Ca、Ba等のアルカリ土類金属、Zn、Cu、Mn、Co、Al等の遷移金属が好ましく、これらの金属は、単独でも複数を組み合わせてもよい。より好ましくはNaである。また、アンモニウムイオンは、ABA型トリブロック共重合体加水分解物に、アンモニアを加えることにより導入することができる。また、有機アンモニウムイオンは、ABA型トリブロック共重合体加水分解物に、有機アミンを加えることにより導入することができる。有機アミンは一つのアミノ基を有する化合物でも、複数のアミノ基を有する化合物でもよい。有機アミンとして、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリエチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミン、エチレンジアミン、プトレシン、ヘキサメチレンジアミン、フェニレンジアミン等のジアミン、メラミン等のトリアミン等が挙げられる。また、イミダゾリウムイオンは、ABA型トリブロック共重合体加水分解物に、イミダゾリウム塩を加えることにより導入することができる。イミダゾリウム塩として、例えば、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム塩、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム塩、1,2,3-トリメチルイミダゾリウム塩、1,2,3-トリエチルイミダゾリウム塩、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム塩、2-ヒドロキシエチル-1,3-ジメチルイミダゾリウム塩等が挙げられる。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、各実施例において1H-NMRスペクトルは、JEOL社製JNM-GX400で測定し、IRスペクトルは、Perkin-Elmer6100で測定した。分子量は、GPC分析装置(HLC-8121GPC/HT(東ソー(株)製))で測定した。その際、オルトジクロロベンゼンを移動相として測定し、ポリスチレン換算の分子量を求めた。
(実施例1-1)両末端ブロモ化エチレン・1-ブテン共重合体(PT-Br)の合成
ポリテール(三菱化学製、Mn:6200、以下PT)20gと、トリエチルアミン5.8mlおよびクロロホルム100mlを反応器に仕込み、窒素置換後、2-ブロモイソブチリルブロミド(BiBB)のクロロホルム溶液(BiBB/CHCl3=5ml/20ml)を滴下し、24時間室温で攪拌した。反応後、1NHCl/メタノール溶液に反応溶液を注ぎ、再沈殿精製し、PT-Brを合成した。
ポリテール(三菱化学製、Mn:6200、以下PT)20gと、トリエチルアミン5.8mlおよびクロロホルム100mlを反応器に仕込み、窒素置換後、2-ブロモイソブチリルブロミド(BiBB)のクロロホルム溶液(BiBB/CHCl3=5ml/20ml)を滴下し、24時間室温で攪拌した。反応後、1NHCl/メタノール溶液に反応溶液を注ぎ、再沈殿精製し、PT-Brを合成した。
(実施例1-2-1)ポリアクリル酸t-ブチル-エチレン・1-ブテン共重合体-ポリアクリル酸t-ブチル(PT-PtBA)の合成
実施例1-1で得られたPT-Br3g、臭化銅(I)89.3mgをシュレンク管に仕込み、窒素置換後、アクリル酸t-ブチル7.2ml、o-キシレン15ml、1,1,4,7,7-ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)125.7μlを加え、120℃で5時間加熱攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノールに注ぎ、再沈殿精製した。得られたPT-PtBAは、Mnが16000、Mw/Mnが1.8であった。
実施例1-1で得られたPT-Br3g、臭化銅(I)89.3mgをシュレンク管に仕込み、窒素置換後、アクリル酸t-ブチル7.2ml、o-キシレン15ml、1,1,4,7,7-ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)125.7μlを加え、120℃で5時間加熱攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノールに注ぎ、再沈殿精製した。得られたPT-PtBAは、Mnが16000、Mw/Mnが1.8であった。
(実施例1-2-2)
実施例1-2-1において、アクリル酸t-ブチルの量を7.2mlから1.8mlに変更した。得られたPT-PtBAは、Mnが10700、Mw/Mnが1.9であった。
実施例1-2-1において、アクリル酸t-ブチルの量を7.2mlから1.8mlに変更した。得られたPT-PtBAは、Mnが10700、Mw/Mnが1.9であった。
(実施例1-2-3)
実施例1-2-1において、アクリル酸t-ブチルの量を7.2mlから2.7mlに変更した。得られたPT-PtBAは、Mnが11000、Mw/Mnが1.6であった。
実施例1-2-1において、アクリル酸t-ブチルの量を7.2mlから2.7mlに変更した。得られたPT-PtBAは、Mnが11000、Mw/Mnが1.6であった。
(実施例1-3-1)ポリアクリル酸-エチレン・1-ブテン共重合体-ポリアクリル酸(PT-PAA)の合成
実施例1-2-1で得られたPT-PtBA1gをフラスコに仕込み、窒素置換後、トリフルオロ酢酸4.5ml及び脱水クロロホルム20mlを加え、室温で2時間撹拌した。反応後、蒸留にて溶媒、トリフルオロ酢酸及びt-ブチルアルコールを除去して、PT-PAAを得た。
実施例1-2-1で得られたPT-PtBA1gをフラスコに仕込み、窒素置換後、トリフルオロ酢酸4.5ml及び脱水クロロホルム20mlを加え、室温で2時間撹拌した。反応後、蒸留にて溶媒、トリフルオロ酢酸及びt-ブチルアルコールを除去して、PT-PAAを得た。
(実施例1-3-2)
実施例1-3-1の方法と同様に、実施例1-2-2で得られたPT-PtBAからPT-PAAを得た。
実施例1-3-1の方法と同様に、実施例1-2-2で得られたPT-PtBAからPT-PAAを得た。
(実施例1-3-3)
実施例1-3-1の方法と同様に、実施例1-2-3で得られたPT-PtBAからPT-PAAを得た。
実施例1-3-1の方法と同様に、実施例1-2-3で得られたPT-PtBAからPT-PAAを得た。
(実施例1-4-1)アイオノマー:ポリアクリル酸ナトリウム-エチレン・1-ブテン共重合体-ポリアクリル酸ナトリウム(PT-PAA/Na)の合成
実施例1-3-1で得られたPT-PAA(1g)のメタノール分散液に、1N水酸化ナトリウム水溶液6.5mlを滴下して、攪拌した。その後、沈殿物としてアイオノマーであるPT-PAA/Naを得た。中和度は100%であった。なお、中和度とは、PAAのCOOH基に対する水酸化ナトリウムの当量を表す。
実施例1-3-1で得られたPT-PAA(1g)のメタノール分散液に、1N水酸化ナトリウム水溶液6.5mlを滴下して、攪拌した。その後、沈殿物としてアイオノマーであるPT-PAA/Naを得た。中和度は100%であった。なお、中和度とは、PAAのCOOH基に対する水酸化ナトリウムの当量を表す。
(実施例1-4-2)
実施例1-3-2で得られたPT-PAA(1g)のメタノール分散液に、1N水酸化ナトリウム水溶液3.9mlを滴下して、攪拌した。その後、沈殿物としてアイオノマーであるPT-PAA/Naを得た。中和度は100%であった。
実施例1-3-2で得られたPT-PAA(1g)のメタノール分散液に、1N水酸化ナトリウム水溶液3.9mlを滴下して、攪拌した。その後、沈殿物としてアイオノマーであるPT-PAA/Naを得た。中和度は100%であった。
(実施例1-4-3)
実施例1-3-3で得られたPT-PAA(1g)のメタノール分散液に、1N水酸化ナトリウム水溶液4.1mlを滴下して、攪拌した。その後、沈殿物としてアイオノマーであるPT-PAA/Naを得た。中和度は100%であった。
実施例1-3-3で得られたPT-PAA(1g)のメタノール分散液に、1N水酸化ナトリウム水溶液4.1mlを滴下して、攪拌した。その後、沈殿物としてアイオノマーであるPT-PAA/Naを得た。中和度は100%であった。
(実施例1-4-4)
実施例1-4-3において、1N水酸化ナトリウム水溶液を4.1mlから2.05mlに変更した。中和度は50%であった。
実施例1-4-3において、1N水酸化ナトリウム水溶液を4.1mlから2.05mlに変更した。中和度は50%であった。
(実施例1-4-5)
実施例1-4-3において、1N水酸化ナトリウム水溶液を4.1mlから8.2mlに変更した。中和度は200%であった。
実施例1-4-3において、1N水酸化ナトリウム水溶液を4.1mlから8.2mlに変更した。中和度は200%であった。
(実施例2-1)両末端ブロモ化ポリプロピレン(iPP-Br)の合成
まず、両末端二重結合含有ポリプロピレン(iPP-TVD)を合成した後、iPP-TVDをヒドロキシ化し、得られた両末端ヒドロキシ化ポリプロピレン(iPP-OH)をブロモ化することにより、両末端ブロモ化ポリプロピレン(iPP-Br)を得た。具体的に以下に示す。
まず、両末端二重結合含有ポリプロピレン(iPP-TVD)を合成した後、iPP-TVDをヒドロキシ化し、得られた両末端ヒドロキシ化ポリプロピレン(iPP-OH)をブロモ化することにより、両末端ブロモ化ポリプロピレン(iPP-Br)を得た。具体的に以下に示す。
熱分解装置として試料量最大5kgのラボスケール高度制御熱分解装置を使用した。市販のイソタクチックポリプロピレン(ノバテックPP(日本ポリプロピレン株式会社製)、グレード:EA9A、メルトフローインデックス(MFR):0.5g/10min)2kgを反応器に仕込み、系内を窒素置換後、2mmHgに減圧して、反応器を200℃に加熱して溶融した。その後、390℃に設定されたメタルバスに反応器を沈め、熱分解を行った。熱分解中は、系内を2mmHg程度の減圧状態に保ち、溶融ポリマーを導入されたキャピラリーから排出される窒素ガスのバブリングによって攪拌した。3時間経過後、反応器をメタルバスからあげ、室温まで冷却した後、反応系を常圧にし、反応器内の残渣を熱キシレンにて溶解した後、メタノールに滴下して再沈殿精製した。得られたiPP-TVDは収率77%、数平均分子量(Mn)が7500、分散度(Mw/Mn)が1.78、一分子当たり末端二重結合の平均数(fTVD)が1.78であった。
得られたiPP-TVD100gおよびテトラヒドロフラン(THF)600mlを反応器に仕込み、窒素置換後、80mlのボラン-テトラヒドロフラン錯体(BH3-THF)THF溶液(1M)を加え、環流下で5時間加熱した。その後、氷浴中で5N水酸化ナトリウム水溶液100mlを加え、続いて、30%過酸化水素水溶液100mlを加え、環流下で15時間加熱した。反応後、反応混合物をメタノールに注ぎ、再沈殿精製し、iPP-OHを得た。
得られたiPP-OH100gと、トリエチルアミン10mlおよびクロロホルムを反応器に仕込み、窒素置換後、2-ブロモイソブチリルブロミド(BiBB)のクロロホルム溶液(BiBB/CHCl3=10ml/50ml)を滴下し、24時間室温で攪拌した。反応後、1NHCl/メタノール溶液に反応溶液を注ぎ、再沈殿精製し、iPP-Brを合成した。
(実施例2-2)ポリアクリル酸t-ブチル-ポリプロピレン-ポリアクリル酸t-ブチル(iPP-PtBA)の合成
実施例2-1で得られたiPP-Br100g、臭化銅(I)3gをセパラブルフラスコに仕込み、窒素置換後、脱気したアクリル酸t-ブチル100ml、トルエン500ml、PMDETA 8mlを加え、室温で30分撹拌後、120℃で12時間加熱撹拌した。反応後、反応溶液をメタノールに注ぎ、再沈殿精製した。
実施例2-1で得られたiPP-Br100g、臭化銅(I)3gをセパラブルフラスコに仕込み、窒素置換後、脱気したアクリル酸t-ブチル100ml、トルエン500ml、PMDETA 8mlを加え、室温で30分撹拌後、120℃で12時間加熱撹拌した。反応後、反応溶液をメタノールに注ぎ、再沈殿精製した。
(実施例2-3)ポリアクリル酸-ポリプロピレン-ポリアクリル酸(iPP-PAA)の合成
実施例2-2で得られたiPP-PtBA100gをフラスコに仕込み、窒素置換後、トリフルオロ酢酸200ml及び脱水クロロホルム600mlを加え、室温で24時間撹拌した。反応後、蒸留にて溶媒、トリフルオロ酢酸及びt-ブチルアルコールを除去して、iPP-PAAを得た。
実施例2-2で得られたiPP-PtBA100gをフラスコに仕込み、窒素置換後、トリフルオロ酢酸200ml及び脱水クロロホルム600mlを加え、室温で24時間撹拌した。反応後、蒸留にて溶媒、トリフルオロ酢酸及びt-ブチルアルコールを除去して、iPP-PAAを得た。
(実施例2-4)アイオノマー:ポリアクリル酸ナトリウム-ポリプロピレン-ポリアクリル酸ナトリウム(iPP-PAA/Na)の合成
実施例2-3で得られたiPP-PAA100gのメタノール750ml分散液に、1N水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、攪拌した。その後、沈殿物としてアイオノマーであるiPP-PAA/Naを得た。
実施例2-3で得られたiPP-PAA100gのメタノール750ml分散液に、1N水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、攪拌した。その後、沈殿物としてアイオノマーであるiPP-PAA/Naを得た。
図1に、上で合成されたPT、PT-Br、PT-PtBAの1H-NMRスペクトルを示す。PT-Brのスペクトルにおいて、PTで見られた末端ヒドロキシル基隣接メチレンプロトン(a)及びメチンプロトン(b)のシグナルが消失し、末端メチルプロトン(d)とエステル基に隣接するメチレン(e)及びメチンプロトン(f)のシグナルが現れた。次にPT-PtBAにおいて、PtBA由来の(f)、(g)、(h)のシグナルが現れ、エステル基に隣接するメチレン(d)及びメチンプロトン(e)がシフトした。
図2に、PT、PT-Br(実施例1-1)、PT-PtBA(実施例1-2-1)、PT-PAA(実施例1-3-1)、PT-PAA/Na(実施例1-4-1)のIRスペクトルを示す。PTにおいて、3600、1305及び1045cm-1に第1級アルコールのC-O伸縮、OH面内変角振動、2890cm-1に第3級炭素に結合する水素のC-H間伸縮振動、2900、1460、1380及び725cm-1にC-H対象変角振動に由来する吸収ピークが出現した。PT-Brでは、新たに1740cm-1にカルボニルの伸縮振動、1175cm-1に第3級ブトキシ基に対応する吸収ピークが出現した。PT-PtBAでは、1740cm-1にカルボニルの伸縮振動、1260及び1175cm-1に第3級ブトキシ基に対応する吸収ピークが出現した。さらに、PT-PAAでは、カルボニルに由来する1740cm-1の吸収ピークが1710cm-1へシフトした。これは、PT-PtBAのエステル部分がカルボン酸に変換されたためである。また、PT-PAA/Naにおいて、カルボニルに由来する1710cm-1のピークが減少し、新たに1580及び1425cm-1にアイオノマー形成を示すカルボキシラート(COO-)の面外変角振動に由来する吸収ピークが現れ、PT-PAA/Naの生成が確認された。
図3に、PT、PT-Br(実施例1-1)、PT-PtBA(実施例1-2-1)、PT-PAA(実施例1-3-1)、PT-PAA/Na(実施例1-4-1)のDSC測定結果を示す。PT-PtBAの結晶融解温度は53.97℃、PT-PAAの結晶融解温度は59.28℃であるのに対して、PT-PAA/Naの結晶融解温度は104.57℃と高い値を示した。また、iPP-PAA/Naの結晶融解温度は146℃と高い値を示した。従来アイオノマーとして知られるエチレン-メタクリル酸ランダム共重合体のナトリウム塩は、エチレンとメタクリル酸との構成比によっては、結晶化せず、結晶化したとしても、結晶融解温度は80℃程度であった。本発明のアイオノマーは、結晶融解温度が高く、耐熱性に優れた材料である。
従来のアイオノマーは、疎水性ポリマー、例えばポリエチレンに少量のイオン性基がランダムに挿入されたランダム共重合体、もしくは疎水性ポリマー鎖に少量のイオン性基がランダムな位置にグラフト化されたグラフト共重合体であった。このようなアイオノマーでは、疎水性ポリマーに由来する融点が、イオン性基に由来する融点よりも高い。また、結晶融解エンタルピーについても、疎水性ポリマーに由来する結晶融解エンタルピーの方が、イオン基に由来する結晶融解エンタルピーよりも高い。これらの熱的性質により、従来のアイオノマーの耐熱性は、疎水性ポリマーの融点に依存している。したがって、優れた耐熱性を有するアイオノマーは存在しなかった。
これに対して、本発明のアイオノマーは、Aブロックがイオン性ポリマーブロック、Bブロックが非イオン性ポリマーブロックからなるABA型トリブロック構造を有する。本発明のアイオノマーでは、非イオン性ポリマーに由来する融点及び結晶融解エンタルピーよりも、イオン性ポリマーに由来する融点及び結晶融解エンタルピーの方が高いことが明らかとなった。したがって、本発明のアイオノマーは、耐熱性に優れており、アイオノマーの材料としての応用範囲が拡大することが期待できる。
図4に、PT-PAA(実施例1-3-2)、PT-PAA/Na(実施例1-4-2)、PT-PAA/Na(実施例1-4-2)を2週間熟成したもの、それぞれを100℃30MPaで30分間ヒートプレスしたフィルムの動的粘弾性測定結果を示す。PT-PAAの破断温度は122.8℃、PT-PAA/Naの破断温度は155.4℃、PT-PAA/Naを2週間熟成したものの破断温度は160.9℃であった。
図5に、PT-PAA(実施例1-3-3)、PT-PAA/Na(実施例1-4-3)、PT-PAA/Na(実施例1-4-3)を2週間熟成したもの、PT-PAA/Na(実施例1-4-3)を1ヶ月熟成したもの、それぞれを100℃30MPaで30分間ヒートプレスしたフィルムの動的粘弾性測定結果を示す。PT-PAAの破断温度は154.8℃、PT-PAA/Naの破断温度は221.3℃、PT-PAA/Naを2週間熟成したものの破断温度は287.2℃、PT-PAA/Naを1ヶ月熟成したものの破断温度は349.1℃であった。
図6に、PT-PAA/Na(実施例1-4-3(中和度100%))、PT-PAA/Na(実施例1-4-4(中和度50%))、PT-PAA/Na(実施例1-4-5(中和度200%))、それぞれを100℃30MPaで30分間ヒートプレスしたフィルムの動的粘弾性測定結果を示す。PT-PAA/Na(中和度100%)の破断温度は181.9℃、PT-PAA/Na(中和度50%)の破断温度は221.3℃、PT-PAA/Na(中和度200%)の破断温度は372.8℃であった。
それぞれのフィルムにおいて、-50℃付近と50~60℃付近で貯蔵弾性率(E’)の減少が見られた。これは、PTのガラス転移点と融点によるものであると考えられる。また、PT-PAA/Naでは、100~150℃付近にゴム状プラトーが見られた。また、300℃以上では炭化と示唆されるものによるE’の変化が見られた。図4、図5より、PT-PAA/NaはPT-PAAよりも破断温度が高く、熟成期間を長くすると破断温度が高くなることが分かった。さらに、図6よりPT-PAA/Naの中和度を大きくすると、破断温度が高くなることが分かった。これは、アイオノマーのドメイン数が多くなったことや、アイオノマーのドメインが熟成されたことにより、イオン凝集体によって擬似架橋されている密度が高くなったためであると考えられる。
Claims (3)
- ABA型トリブロック構造を有するアイオノマーであって、
Aブロックは、下記一般式(i)
-(CH2-CR1(COOM1/y)-
(式中、R1はメチル基又は水素、Mは金属、NH4、有機アンモニウム、又はイミダゾリウム、yはMイオンの価数を表す。)を構成単位として含むイオン性ポリマーブロックであり、
Bブロックは、オレフィン系(共)重合体ブロック、ビニル系(共)重合体ブロック、ジエン系(共)重合体ブロック、ポリエステル系樹脂ブロック、ポリカーボネート系樹脂ブロックからなる群から選択される非イオン性ポリマーブロックであることを特徴とする、アイオノマー。 - 前記Bブロックは、オレフィン系(共)重合体ブロックであることを特徴とする、請求項1に記載のアイオノマー。
- 前記オレフィン系(共)重合体ブロックは、ポリエチレンブロック、ポリプロピレンブロック、ポリ1-ブテンブロック、ポリイソブチレンブロック、プロピレン・エチレン共重合体ブロック、プロピレン・1-ブテン共重合体ブロックまたはエチレン・1-ブテン共重合体ブロックであることを特徴とする請求項2に記載のアイオノマー。
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Ref document number: 12849004 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |