JP7653148B2 - Polymeric material and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ポリシロキサン骨格を有する高分子材料及びその製造方法に関する。The present invention relates to a polymeric material having a polysiloxane skeleton and a method for producing the same.
シロキサン結合(Si-O結合)を主骨格に持つ合成高分子化合物(ポリシロキサン)は、有機高分子にはない特有の性質を有することが知られており、様々な分野で利用されている。シロキサン結合は、一般の有機高分子に存在する炭素-炭素あるいは炭素-酸素結合よりも強い結合力をもち、化学的に安定な性質を有することから、シロキサン結合を繰り返し有して形成されるポリシロキサンは、例えば、優れた耐熱性及び耐候性を備える。また、ポリシロキサンは、無機性のシロキサン結合が内側、有機性の側鎖置換基が外側に配置されたらせん構造を形成することができるので、柔軟かつ撥水性を有し、生体毒性も低い。従って、ポリシロキサンは、医用器具、ゴム、塗料、保護フィルム等の各種用途において、利用価値が高い材料である。Synthetic polymer compounds (polysiloxanes) with siloxane bonds (Si-O bonds) in the main skeleton are known to have unique properties not found in organic polymers, and are used in a variety of fields. Siloxane bonds have stronger bonding strength than the carbon-carbon or carbon-oxygen bonds present in general organic polymers, and are chemically stable, so polysiloxanes formed with repeated siloxane bonds have, for example, excellent heat resistance and weather resistance. In addition, polysiloxanes can form a helical structure in which inorganic siloxane bonds are located on the inside and organic side chain substituents are located on the outside, making them flexible, water repellent, and less biotoxic. Therefore, polysiloxanes are highly valuable materials in a variety of applications, such as medical devices, rubber, paints, and protective films.
一方で、近年では、ポリシロキサンをベースとするような材料に対して、さらに機能性を付与することも求められており、例えば、さらなる機械特性の向上、自己修復性の付与等が要望されている。この観点から、例えば、非特許文献1には、ポリシロキサン骨格中に水素結合可能な官能基を導入し、かかる官能基の水素結合を通じて自己修復性を発揮させる技術が提案されている。On the other hand, in recent years, there has been a demand for providing further functionality to polysiloxane-based materials, such as further improvements in mechanical properties and self-repairing properties. From this perspective, for example, Non-Patent
しかしながら、最近ではポリシロキサンを様々な用途に適用すべく、更なる機能をポリシロキサンに付加させることが強く望まれている。例えば、ポリシロキサンの一つの特長としては優れた撥水性にあるが、吸湿性を向上させることは難しかったことから、ポリシロキサンの用途が制限されることが多い。このため、吸湿性の高いポリシロキサンが求められている。このような観点から、優れた機械特性を有しつつ、吸湿性をさらに向上させたポリシロキサンを製造することができれば、従来のポリシロキサンでは適用することができなかった用途へ適用することが可能となるので、このようなポリシロキサンの利用価値は非常に高いといえる。However, recently, there has been a strong demand for adding further functions to polysiloxanes so that they can be used in a variety of applications. For example, one of the features of polysiloxanes is their excellent water repellency, but since it has been difficult to improve their hygroscopicity, the applications of polysiloxanes are often limited. For this reason, there is a demand for polysiloxanes with high hygroscopicity. From this perspective, if it were possible to produce polysiloxanes with excellent mechanical properties and further improved hygroscopicity, it would be possible to apply polysiloxanes to applications that were not possible with conventional polysiloxanes, and it could be said that such polysiloxanes would have very high utility value.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、機械特性に優れ、高い吸湿性を備えたポリシロキサン骨格を有する高分子材料及びその製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide a polymeric material having a polysiloxane skeleton with excellent mechanical properties and high moisture absorption, and a method for producing the same.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ポリシロキサン骨格にホスト-ゲスト相互作用可能な特定の官能基を導入することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。As a result of extensive research into achieving the above-mentioned objective, the inventors discovered that the above-mentioned objective can be achieved by introducing specific functional groups capable of host-guest interaction into the polysiloxane skeleton, thus completing the present invention.
すなわち、本発明は、例えば、以下の項に記載の主題を包含する。
項1
ポリシロキサン骨格を有する高分子材料であって、
前記ポリシロキサン骨格は側鎖に下記一般式(1)
-R1-RH (1)
(式(1)中、R1はNH又はOを示し、RHはホスト基を示す。)
で表される構成単位を有し、
前記ホスト基は、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体から1個の水素原子又は水酸基が除された1価の基であり、
前記シクロデキストリン誘導体は、シクロデキストリンが有する少なくとも1個の水酸基の水素原子が炭化水素基、アシル基及び-CONHR(Rはメチル基又はエチル基)からなる群より選ばれる少なくとも1種の基で置換された構造を有する、高分子材料。
項2
前記ホスト基は、ゲスト基を包接して包接錯体を形成すると共に、包接された前記ゲスト基は、前記ポリシロキサン骨格の側鎖に化学結合している、項1に記載の高分子材料。
項3
前記ホスト基の環内をポリシロキサンが貫通した構造を有する、項1に記載の高分子材料。
項4
項1又は2に記載の高分子材料の製造方法であって、
下記一般式(1a)
R2-RH (1a)
(式(1a)中、R2はNH2又はOHを示し、RHは前記式(1)中のRHと同義である)
で表される化合物にゲスト分子が包接されてなる包接化合物と、
側鎖に反応性官能基を有するポリシロキサンと、
を反応する工程を備える、高分子材料の製造方法。
項5
前記反応性官能基はエポキシ基である、項4に記載の製造方法。
That is, the present invention includes, for example, the subject matter described in the following sections.
A polymer material having a polysiloxane skeleton,
The polysiloxane skeleton has a side chain represented by the following general formula (1):
-R 1 -R H (1)
(In formula (1), R 1 represents NH or O, and R H represents a host group.)
The structural unit represented by
the host group is a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom or one hydroxyl group from a cyclodextrin or a cyclodextrin derivative,
The cyclodextrin derivative is a polymeric material having a structure in which a hydrogen atom of at least one hydroxyl group of cyclodextrin is substituted with at least one group selected from the group consisting of a hydrocarbon group, an acyl group, and -CONHR (R is a methyl group or an ethyl group).
The following general formula (1a)
R 2 -R H (1a)
(In formula (1a), R2 represents NH2 or OH, and RH has the same meaning as RH in formula (1).)
and a guest molecule is included in the compound represented by the formula:
A polysiloxane having a reactive functional group in a side chain;
A method for producing a polymer material, comprising the step of reacting
本発明の高分子材料は、機械特性に優れ、高い吸湿性を有する。The polymeric material of the present invention has excellent mechanical properties and high moisture absorption.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. In this specification, the expressions "containing" and "comprise" include the concepts of "containing," "comprises," "consists essentially of," and "consists only of."
1.高分子材料
本発明の高分子材料は、ポリシロキサン骨格を有し、前記ポリシロキサン骨格は側鎖に下記一般式(1)
-R1-RH (1)
(式(1)中、R1はNH又はOを示し、RHはホスト基を示す。)
で表される構成単位を有する。ここで、前記ホスト基は、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体から1個の水素原子又は水酸基が除された1価の基であり、前記シクロデキストリン誘導体は、シクロデキストリンが有する少なくとも1個の水酸基の水素原子が炭化水素基、アシル基及び-CONHR(Rはメチル基又はエチル基)からなる群より選ばれる少なくとも1種の基で置換された構造を有する。 1. Polymer Material The polymer material of the present invention has a polysiloxane skeleton, and the polysiloxane skeleton has a side chain represented by the following general formula (1):
-R 1 -R H (1)
(In formula (1), R 1 represents NH or O, and R H represents a host group.)
Here, the host group is a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom or hydroxyl group from cyclodextrin or a cyclodextrin derivative, and the cyclodextrin derivative has a structure in which the hydrogen atom of at least one hydroxyl group in the cyclodextrin is substituted with at least one group selected from the group consisting of a hydrocarbon group, an acyl group, and -CONHR (R is a methyl group or an ethyl group).
なお、本明細書において、「炭化水素基、アシル基及び-CONHR(Rはメチル基又はエチル基)からなる群より選ばれる少なくとも1種の基」を便宜上、「炭化水素基等」と表記することがある。In this specification, "at least one group selected from the group consisting of hydrocarbon groups, acyl groups, and -CONHR (R is a methyl group or an ethyl group)" may be referred to as "hydrocarbon groups, etc." for convenience.
本発明の高分子材料は、ポリシロキサン骨格を有する分子鎖で形成される材料である。ポリシロキサン骨格は、シロキサン結合を有する鎖状高分子であり、最小の構成単位として「-Si-O-Si-」構造を有する。ポリシロキサン骨格は直鎖状であってもよい。また、ポリシロキサン骨格において、「-Si-O-Si-」構造中のSi原子がさらにシロキサン結合(-O-Si)を有する場合は、ポリシロキサン骨格は、分岐構造であってもよいし、架橋構造であってもよい。高分子材料が適度な機械特性を有し、また、後記する自己修復性を発揮しやすいという観点から、ポリシロキサン骨格は直鎖状であることが好ましい。The polymer material of the present invention is a material formed of a molecular chain having a polysiloxane skeleton. The polysiloxane skeleton is a chain polymer having a siloxane bond and has a "-Si-O-Si-" structure as the smallest structural unit. The polysiloxane skeleton may be linear. In addition, in the polysiloxane skeleton, when the Si atom in the "-Si-O-Si-" structure further has a siloxane bond (-O-Si), the polysiloxane skeleton may be a branched structure or a crosslinked structure. From the viewpoint that the polymer material has appropriate mechanical properties and is easy to exhibit the self-repairing property described below, it is preferable that the polysiloxane skeleton is linear.
ポリシロキサン骨格が直鎖状である場合、ポリシロキサン骨格は、例えば、下記式(2)で表される構成単位を含有することができる。When the polysiloxane skeleton is linear, the polysiloxane skeleton may contain, for example, a structural unit represented by the following formula (2):
式(2)中、R3及びR4は同一又は異なって、置換基で置換されていてもよい炭素数1から10の直鎖又は分岐のアルキル基、もしくは置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示す。 In formula (2), R3 and R4 are the same or different and each represents a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be substituted with a substituent, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms which may be substituted with a substituent.
式(2)において、炭素数1から10の直鎖又は分岐のアルキル基は、炭素数が1から4が好ましく、1又は2が特に好ましい。具体的にはアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基等が挙げられる。In formula (2), the linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms preferably has 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably has 1 or 2 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, an n-pentyl group, an n-hexyl group, an n-heptyl group, an n-octyl group, an n-nonyl group, and an n-decyl group.
式(2)において、炭素数1から10の直鎖又は分岐のアルキル基が置換基で置換されている場合、置換基の数は1又は2以上とすることができる。この場合の置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、アルコキシ基、エステル基、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、カルボキシ基、アリール基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)等が挙げられる。In formula (2), when the linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is substituted with a substituent, the number of the substituents can be 1 or 2 or more. In this case, examples of the substituent include a hydroxy group, an alkoxy group, an ester group, a cyano group, a nitro group, a sulfo group, a carboxy group, an aryl group, and a halogen atom (e.g., a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom).
式(2)において、炭素数6から20のアリール基は、例えば、フェニル基、ナフチル基、テトラヒドロナフチル基等が挙げられる。アリール基が置換基で置換されている場合、置換基の数は1又は2以上とすることができる。この場合の置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、アルコキシ基、エステル基、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、カルボキシ基、アリール基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)等が挙げられる。In formula (2), examples of the aryl group having 6 to 20 carbon atoms include a phenyl group, a naphthyl group, and a tetrahydronaphthyl group. When the aryl group is substituted with a substituent, the number of the substituents can be 1 or 2 or more. In this case, examples of the substituent include a hydroxy group, an alkoxy group, an ester group, a cyano group, a nitro group, a sulfo group, a carboxy group, an aryl group, and a halogen atom (e.g., a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom).
式(2)において、R3及びR4は同一とすることができ、あるいは、異なっていてもよい。式(2)において、R3及びR4はいずれも、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基であることが好ましく、メチル基が特に好ましい。R3及びR4はいずれもメチル基である場合、ポリシロキサン骨格はポリジメチルシロキサンを含む。 In formula (2), R3 and R4 may be the same or different. In formula (2), R3 and R4 are preferably both a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an isopropyl group, and a methyl group is particularly preferred. When R3 and R4 are both a methyl group, the polysiloxane skeleton contains polydimethylsiloxane.
ポリシロキサン骨格は、前述のように、側鎖に前記式(1)で表される構成単位「-R1-RH」を有する。かかる構成単位中の、R1は、ポリシロキサン骨格中のSiに直接結合することができ、あるいは、間接的に結合(つまり、R1とSiとの間に他の基を介在)することもできる。さらに別の態様として、R1は、ビニル系重合体の側鎖に直接結合することができる。 As described above, the polysiloxane skeleton has a structural unit "-R 1 -R H " represented by the above formula (1) in a side chain. R 1 in such a structural unit can be directly bonded to Si in the polysiloxane skeleton, or can be indirectly bonded (i.e., another group is interposed between R 1 and Si). In yet another embodiment, R 1 can be directly bonded to a side chain of a vinyl polymer.
R1がポリシロキサン骨格中のSiに直接結合、又は、間接的に結合(つまり、R1とSiとの間に他の基を介在)している場合、例えば、ポリシロキサン骨格は、下記式(3)で表される構成単位をさらに含むことができる。 When R1 is directly bonded to Si in the polysiloxane skeleton or indirectly bonded (i.e., another group is present between R1 and Si), for example, the polysiloxane skeleton can further include a constitutional unit represented by the following formula (3).
式(3)中、R5は前記式(2)のR3及びR4と同義である。式(3)中、R6は、炭素数1~10のアルキレンを含む2価の基を示し、nは0又は1の数である。nが0のときはR6がないことを意味し、つまり、R1がケイ素原子に直接結合していることを意味する。 In formula (3), R5 has the same meaning as R3 and R4 in formula (2). In formula (3), R6 represents a divalent group containing an alkylene having 1 to 10 carbon atoms, and n is the number of 0 or 1. When n is 0, this means that R6 is absent, that is, R1 is directly bonded to a silicon atom.
式(3)において、R5は、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基であることが好ましく、メチル基が特に好ましい。 In formula (3), R 5 is preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an isopropyl group, and particularly preferably a methyl group.
式(3)において、R6は、炭素数1~10のアルキレンを含む2価の基である限り特に限定されない。R6において、アルキレンの炭素数は1~8が好ましく、2~6がより好ましい。R6は、例えば、ヘテロ原子を含むこともできる。ヘテロ原子としては、例えば、酸素、窒素等を挙げることができる。R6がヘテロ原子を含む場合、R6としては、エーテル結合、アミド結合、アミノ基等を有することもでき、中でもエーテル結合を有することが好ましい(例えば、-(CH2)3-O-(CH2)3-結合が例示される)。炭素数1~10のアルキレンを含む1価の基はさらに置換基を有することができる。置換基の種類は特に限定されず、例えば、ヒドロキシ基、アルコキシ基、エステル基、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、カルボキシ基、アリール基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)等が挙げられ、ヒドロキシ基であることが特に好ましい。 In formula (3), R 6 is not particularly limited as long as it is a divalent group containing an alkylene having 1 to 10 carbon atoms. In R 6 , the number of carbon atoms of the alkylene is preferably 1 to 8, more preferably 2 to 6. R 6 can also contain, for example, a heteroatom. Examples of the heteroatom include oxygen and nitrogen. When R 6 contains a heteroatom, R 6 can also have an ether bond, an amide bond, an amino group, etc., and among them, it is preferable to have an ether bond (for example, -(CH 2 ) 3 -O-(CH 2 ) 3 - bond is exemplified). The monovalent group containing an alkylene having 1 to 10 carbon atoms can further have a substituent. The type of the substituent is not particularly limited, and examples thereof include a hydroxy group, an alkoxy group, an ester group, a cyano group, a nitro group, a sulfo group, a carboxy group, an aryl group, a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), etc., and a hydroxy group is particularly preferable.
一方、前述のようにR1がビニル系重合体の側鎖に直接結合している場合、ビニル系重合体としては、例えば、公知のビニル系重合体を挙げることができ、例えば、各種のアクリル系ポリマーを例示することができる。中でも、(メタ)アクリル酸エステル、N置換(メタ)アクリルアミド等を挙げることができる。これらの場合は、R1は、(メタ)アクリル酸エステルのエステル部位、もしくは、N置換(メタ)アクリルアミドのアミド部位に結合することができる。R1がビニル系重合体の側鎖に直接結合してなる場合の例としては、例えば、国際公開第2018/159791号に記載のホスト基含有重合性単量体の重合体を挙げることができる。 On the other hand, when R 1 is directly bonded to the side chain of the vinyl polymer as described above, the vinyl polymer can be, for example, a known vinyl polymer, for example, various acrylic polymers can be exemplified. Among them, (meth)acrylic acid ester, N-substituted (meth)acrylamide, etc. can be exemplified. In these cases, R 1 can be bonded to the ester moiety of the (meth)acrylic acid ester or the amide moiety of the N-substituted (meth)acrylamide. As an example of the case where R 1 is directly bonded to the side chain of the vinyl polymer, for example, a polymer of a host group-containing polymerizable monomer described in International Publication No. 2018/159791 can be exemplified.
式(1)において、R1はNH又はOであり、NHであることが特に好ましい。 In formula (1), R 1 is NH or O, and is particularly preferably NH.
RH、つまり、ホスト基は、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体から1個の水素原子又は水酸基が除された1価の基である。中でもホスト基は、シクロデキストリン誘導体から1個の水素原子又は水酸基が除された1価の基であることが好ましい。前記シクロデキストリン誘導体は、シクロデキストリンが有する少なくとも1個の水酸基の水素原子が炭化水素基等(つまり、炭化水素基、アシル基及び-CONHR(Rはメチル基又はエチル基)からなる群より選ばれる少なくとも1種の基)で置換された構造を有する。つまり、シクロデキストリン誘導体とは、シクロデキストリン分子が他の有機基で置換された構造を有する分子をいう。ただし、シクロデキストリン誘導体は、少なくとも一つの水素原子又は一つの水酸基を有し、好ましくは少なくとも一つの水酸基を有する。 R H , that is, the host group, is a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom or hydroxyl group from cyclodextrin or a cyclodextrin derivative. In particular, the host group is preferably a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom or hydroxyl group from a cyclodextrin derivative. The cyclodextrin derivative has a structure in which the hydrogen atom of at least one hydroxyl group in cyclodextrin is substituted with a hydrocarbon group or the like (that is, at least one group selected from the group consisting of hydrocarbon groups, acyl groups, and -CONHR (R is a methyl group or an ethyl group)). In other words, a cyclodextrin derivative refers to a molecule having a structure in which a cyclodextrin molecule is substituted with another organic group. However, the cyclodextrin derivative has at least one hydrogen atom or one hydroxyl group, and preferably has at least one hydroxyl group.
なお、念のための注記に過ぎないが、本明細書でのシクロデキストリンなる表記は、α-シクロデキストリン、β-シクロデキストリン及びγ-シクロデキストリンからなる群より選ばれる少なくとも1種を意味する。従って、シクロデキストリン誘導体は、α-シクロデキストリン誘導体、β-シクロデキストリン誘導体及びγ-シクロデキストリン誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種である。As a precautionary note, the term "cyclodextrin" used in this specification means at least one selected from the group consisting of α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, and γ-cyclodextrin. Therefore, the cyclodextrin derivative is at least one selected from the group consisting of α-cyclodextrin derivatives, β-cyclodextrin derivatives, and γ-cyclodextrin derivatives.
ホスト基は、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体から1個の水酸基が除された1価の基であることが好ましい。The host group is preferably a monovalent group in which one hydroxyl group has been removed from a cyclodextrin or cyclodextrin derivative.
ホスト基は、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体から1個の水素原子又は水酸基が除された1価の基であるが、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体において除される水素原子又は水酸基は、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体のどの部位であってもよい。A host group is a monovalent group in which one hydrogen atom or hydroxyl group has been removed from a cyclodextrin or cyclodextrin derivative, but the hydrogen atom or hydroxyl group removed in the cyclodextrin or cyclodextrin derivative may be at any position on the cyclodextrin or cyclodextrin derivative.
ここで、シクロデキストリン1分子が有する水酸基の全個数をNとした場合、α-シクロデキストリンはN=18、β-シクロデキストリンはN=21、γ-シクロデキストリンはN=24である。Here, if the total number of hydroxyl groups in one cyclodextrin molecule is N, then for α-cyclodextrin, N is 18, for β-cyclodextrin, N is 21, and for γ-cyclodextrin, N is 24.
仮に、ホスト基がシクロデキストリン誘導体から1個の「水酸基」が除された1価の基である場合は、シクロデキストリン誘導体は、シクロデキストリン1分子あたり最大N-1個の水酸基の水素原子が炭化水素基等で置換されて形成される。他方、ホスト基がシクロデキストリン誘導体から1個の「水素原子」が除された1価の基である場合は、シクロデキストリン誘導体は、シクロデキストリン1分子あたり最大N個の水酸基の水素原子が炭化水素基等で置換され得る。If the host group is a monovalent group obtained by removing one "hydroxyl group" from a cyclodextrin derivative, the cyclodextrin derivative is formed by replacing the hydrogen atoms of up to N-1 hydroxyl groups per cyclodextrin molecule with hydrocarbon groups, etc. On the other hand, if the host group is a monovalent group obtained by removing one "hydrogen atom" from a cyclodextrin derivative, the cyclodextrin derivative can have the hydrogen atoms of up to N hydroxyl groups per cyclodextrin molecule replaced with hydrocarbon groups, etc.
前記ホスト基は、前記シクロデキストリン1分子中に存在する全水酸基数のうちの70%以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換された構造を有することが好ましい。この場合、式(1)で表される構成単位は、疎水性の単量体単位に対してより高い親和性を示すことができる。前記ホスト基は、前記シクロデキストリン1分子中に存在する全水酸基数のうちの80%以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換されていることがより好ましく、全水酸基数のうちの90%以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換されていることが特に好ましい。The host group preferably has a structure in which the hydrogen atoms of 70% or more of the total number of hydroxyl groups present in one molecule of the cyclodextrin are substituted with the hydrocarbon group or the like. In this case, the structural unit represented by formula (1) can exhibit a higher affinity for hydrophobic monomer units. The host group more preferably has the hydrogen atoms of 80% or more of the total number of hydroxyl groups present in one molecule of the cyclodextrin substituted with the hydrocarbon group or the like, and particularly preferably has the hydrogen atoms of 90% or more of the total number of hydroxyl groups substituted with the hydrocarbon group or the like.
前記ホスト基は、α-シクロデキストリン1分子中に存在する全水酸基のうちの13個以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換された構造を有することが好ましい。前記ホスト基は、α-シクロデキストリン1分子中に存在する全水酸基のうちの15個以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換されていることがより好ましく、全水酸基のうちの17個の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換されていることが特に好ましい。The host group preferably has a structure in which the hydrogen atoms of 13 or more of the total hydroxyl groups present in one molecule of α-cyclodextrin are substituted with the hydrocarbon group, etc. It is more preferable that the hydrogen atoms of 15 or more of the total hydroxyl groups present in one molecule of α-cyclodextrin are substituted with the hydrocarbon group, etc., and it is particularly preferable that the hydrogen atoms of 17 of the total hydroxyl groups are substituted with the hydrocarbon group, etc.
前記ホスト基は、β-シクロデキストリン1分子中に存在する全水酸基のうちの15個以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換された構造を有することが好ましい。前記ホスト基は、β-シクロデキストリン1分子中に存在する全水酸基のうちの17個以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換されていることがより好ましく、全水酸基のうちの19個以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換されていることが特に好ましい。The host group preferably has a structure in which the hydrogen atoms of 15 or more of the total hydroxyl groups present in one β-cyclodextrin molecule are substituted with the hydrocarbon group, etc. It is more preferable that the hydrogen atoms of 17 or more of the total hydroxyl groups present in one β-cyclodextrin molecule are substituted with the hydrocarbon group, etc., and it is particularly preferable that the hydrogen atoms of 19 or more of the total hydroxyl groups are substituted with the hydrocarbon group, etc.
前記ホスト基は、γ-シクロデキストリン1分子中に存在する全水酸基のうちの17個以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換された構造を有することが好ましい。前記ホスト基は、γ-シクロデキストリン1分子中に存在する全水酸基のうちの19個以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換されていることがより好ましく、全水酸基のうちの21個以上の水酸基の水素原子が前記炭化水素基等で置換されていることが特に好ましい。The host group preferably has a structure in which the hydrogen atoms of 17 or more of the total hydroxyl groups present in one molecule of γ-cyclodextrin are substituted with the hydrocarbon group, etc. It is more preferable that the hydrogen atoms of 19 or more of the total hydroxyl groups present in one molecule of γ-cyclodextrin are substituted with the hydrocarbon group, etc., and it is particularly preferable that the hydrogen atoms of 21 or more of the total hydroxyl groups are substituted with the hydrocarbon group, etc.
前記ホスト基が2以上の炭化水素基を有する場合は、それらはすべて同一でもよいし、一部が異なっていてもよい。When the host group has two or more hydrocarbon groups, they may all be the same or some may be different.
シクロデキストリン誘導体において、前記炭化水素基の種類は特に限定されない。前記炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基を挙げることができる。In the cyclodextrin derivative, the type of the hydrocarbon group is not particularly limited. Examples of the hydrocarbon group include an alkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group.
前記炭化水素基の炭素数の数は特に限定されず、例えば、炭化水素基の炭素数は1~4個であることが好ましい。The number of carbon atoms in the hydrocarbon group is not particularly limited, and for example, it is preferable that the number of carbon atoms in the hydrocarbon group is 1 to 4.
炭素数が1~4個である炭化水素基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、ブチル基を挙げることができる。炭化水素基がブチル基である場合は、直鎖状及び分岐鎖状のいずれであってもよい。 Specific examples of hydrocarbon groups having 1 to 4 carbon atoms include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, and butyl groups. When the hydrocarbon group is a butyl group, it may be either linear or branched.
炭化水素基は、本発明の効果が阻害されない限りは、置換基を有していてもよい。The hydrocarbon group may have a substituent as long as the effect of the present invention is not impaired.
シクロデキストリン誘導体において、アシル基は、アセチル基、プロピオニル、ホルミル基等を例示することができる。アシル基は、さらに置換基を有することもできる。ホスト-ゲスト相互作用を形成しやすく、また、靭性及び強度に優れる靭性及び強度に優れる高分子材料を得やすいという観点から、アシル基は、アセチル基であることが好ましい。In the cyclodextrin derivative, examples of the acyl group include an acetyl group, a propionyl group, and a formyl group. The acyl group may further have a substituent. From the viewpoint of facilitating the formation of host-guest interactions and facilitating the production of a polymer material having excellent toughness and strength, it is preferable that the acyl group is an acetyl group.
シクロデキストリン誘導体において、-CONHR(Rはメチル基又はエチル基)は、メチルカルバメート基又はエチルカルバメート基である。ホスト-ゲスト相互作用が形成されやすいという観点から、-CONHRは、エチルカルバメート基であることが好ましい。In the cyclodextrin derivative, -CONHR (R is a methyl group or an ethyl group) is a methyl carbamate group or an ethyl carbamate group. From the viewpoint of facilitating the formation of host-guest interactions, -CONHR is preferably an ethyl carbamate group.
シクロデキストリン誘導体において、炭化水素基等は、メチル基及びアシル基が好ましく、メチル基、アセチル基、プロピオニル基がさらに好ましく、メチル基及びアセチル基が特に好ましい。In cyclodextrin derivatives, the hydrocarbon groups etc. are preferably methyl groups and acyl groups, more preferably methyl groups, acetyl groups and propionyl groups, and particularly preferably methyl groups and acetyl groups.
ポリシロキサン骨格は、他の構成単位を有することができる。他の構成単位としては、例えば、反応性官能基がケイ素原子に直接又は間接的に結合したシロキサン単位を挙げることができる。具体的には、下記式(4)で表される構成単位をさらに含むことができる。The polysiloxane skeleton may have other structural units. Examples of the other structural units include siloxane units in which a reactive functional group is directly or indirectly bonded to a silicon atom. Specifically, the polysiloxane skeleton may further include a structural unit represented by the following formula (4):
式(4)中、R7は前記式(2)のR3及びR4と同義である。式(4)中、R8は、炭素数1~8のアルキレンを含む1価の基を示し、Aは反応性官能基を示す。 In formula (4), R7 has the same meaning as R3 and R4 in formula (2) above. In formula (4), R8 represents a monovalent group containing an alkylene having 1 to 8 carbon atoms, and A represents a reactive functional group.
式(4)において、R7は、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基であることが好ましく、メチル基が特に好ましい。 In formula (4), R 7 is preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an isopropyl group, and particularly preferably a methyl group.
式(4)において、R8は、炭素数1~8のアルキレンを含む2価の基である限り特に限定されない。R8において、アルキレンの炭素数は1~8が好ましく、2~7がより好ましく、2~6がさらに好ましく、2~5が特に好ましい。R8は、例えば、ヘテロ原子を含むこともできる。ヘテロ原子としては、例えば、酸素、窒素等を挙げることができる。R8がヘテロ原子を含む場合、R8としては、例えば、エーテル結合、アミド結合、アミノ基等を有することもでき、中でもエーテル結合を有することが好ましい(例えば、-(CH2)3-O-(CH2)-結合が例示される)。炭素数1~8のアルキレンを含む1価の基はさらに置換基を有することができる。置換基の種類は特に限定されず、例えば、ヒドロキシ基、アルコキシ基、エステル基、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、カルボキシ基、アリール基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)等が挙げられ、ヒドロキシ基であることが特に好ましい。 In formula (4), R 8 is not particularly limited as long as it is a divalent group containing an alkylene having 1 to 8 carbon atoms. In R 8 , the number of carbon atoms of the alkylene is preferably 1 to 8, more preferably 2 to 7, even more preferably 2 to 6, and particularly preferably 2 to 5. R 8 can also contain, for example, a heteroatom. Examples of heteroatoms include oxygen and nitrogen. When R 8 contains a heteroatom, R 8 can also have, for example, an ether bond, an amide bond, an amino group, and the like, and among these, it is preferable to have an ether bond (for example, -(CH 2 ) 3 -O-(CH 2 )- bond is exemplified). The monovalent group containing an alkylene having 1 to 8 carbon atoms can further have a substituent. The type of the substituent is not particularly limited, and examples thereof include a hydroxy group, an alkoxy group, an ester group, a cyano group, a nitro group, a sulfo group, a carboxy group, an aryl group, a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), and the like, and a hydroxy group is particularly preferable.
式(4)において、反応性官能基であるAは、例えば、エポキシ基、カルボキシ基、アミノ基、水酸基、エステル基等を挙げることができ、後記するゲスト分子との反応性が高いという点で、エポキシ基であることが好ましい。In formula (4), the reactive functional group A can be, for example, an epoxy group, a carboxy group, an amino group, a hydroxyl group, an ester group, etc., and is preferably an epoxy group because of its high reactivity with the guest molecule described below.
ポリシロキサン骨格において、前記式(2)で表される構成単位の含有割合は、前記式(2)、(3)及び(4)で表される構成単位の全量に対して、例えば、5~95モル%とすることができる。高分子材料の吸湿性を制御しやすく、また、後記する自己修復性能が発揮されやすいという観点から、前記式(2)で表される構成単位の含有割合は、例えば、前記式(2)、(3)及び(4)で表される構成単位の全量に対して、20モル%以上が好ましく、30モル%以上がより好ましく、40モル%以上が特に好ましく、また、90モル%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましく、75モル%以下が特に好ましい。In the polysiloxane skeleton, the content ratio of the structural unit represented by the formula (2) can be, for example, 5 to 95 mol% based on the total amount of the structural units represented by the formulas (2), (3), and (4). From the viewpoint of easily controlling the hygroscopicity of the polymer material and easily exhibiting the self-repairing performance described below, the content ratio of the structural unit represented by the formula (2) is, for example, preferably 20 mol% or more, more preferably 30 mol% or more, particularly preferably 40 mol% or more, and preferably 90 mol% or less, more preferably 80 mol% or less, and particularly preferably 75 mol% or less based on the total amount of the structural units represented by the formulas (2), (3), and (4).
ポリシロキサン骨格において、前記式(3)で表される構成単位の含有割合は、前記式(3)及び(4)で表される構成単位の全量に対して、例えば、0.01~30モル%とすることができる。高分子材料の吸湿性を制御しやすく、また、後記する自己修復性能が発揮されやすいという観点から、前記式(3)で表される構成単位の含有割合は、前記式(3)及び(4)で表される構成単位の全量に対して、0.1モル%以上が好ましく、0.5モル%以上がより好ましく、1モル%以上が特に好ましく、また、20モル%以下が好ましく、15モル%以下がより好ましく、10モル%以下が特に好ましい。In the polysiloxane skeleton, the content ratio of the structural unit represented by the formula (3) can be, for example, 0.01 to 30 mol% based on the total amount of the structural units represented by the formulas (3) and (4). From the viewpoint of easily controlling the hygroscopicity of the polymer material and easily exhibiting the self-repairing performance described below, the content ratio of the structural unit represented by the formula (3) is preferably 0.1 mol% or more, more preferably 0.5 mol% or more, particularly preferably 1 mol% or more, and preferably 20 mol% or less, more preferably 15 mol% or less, particularly preferably 10 mol% or less, based on the total amount of the structural units represented by the formulas (3) and (4).
本発明の高分子材料において、ポリシロキサン骨格は必要に応じて、前記式(2)、(3)及び(4)で表される構成単位以外に他の構成単位を有することができる。つまり、本発明の高分子材料は、前記式(2)、(3)及び(4)で表される構成単位と、これら以外構成単位を有する分子鎖で形成され得る。他の構成単位は、例えば、前記式(2)、(3)及び(4)で表される構成単位の全量に対して5質量%以下、好ましくは1質量%以下、より好ましくは、0.1質量%以下、特に好ましくは0.05質量%以下とすることができる。ポリシロキサン骨格は、前記式(2)、(3)及び(4)で表される構成単位のみで形成することもできる。つまり、本発明の高分子材料は、前記式(2)、(3)及び(4)で表される構成単位のみを有する分子鎖で形成することもできる。In the polymer material of the present invention, the polysiloxane skeleton may have other structural units in addition to the structural units represented by the formulas (2), (3), and (4) as necessary. In other words, the polymer material of the present invention may be formed of a molecular chain having structural units represented by the formulas (2), (3), and (4) and other structural units. The other structural units may be, for example, 5% by mass or less, preferably 1% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less, and particularly preferably 0.05% by mass or less, based on the total amount of the structural units represented by the formulas (2), (3), and (4). The polysiloxane skeleton may also be formed only from the structural units represented by the formulas (2), (3), and (4). In other words, the polymer material of the present invention may also be formed of a molecular chain having only the structural units represented by the formulas (2), (3), and (4).
本発明の高分子材料において、ポリシロキサン骨格は、ランダムポリマー、ブロックポリマー等のいずれの構造を有していてもよく、例えば、製造が容易である点で、ランダムポリマーであることが好ましい。In the polymeric material of the present invention, the polysiloxane skeleton may have any structure, such as a random polymer or a block polymer, and it is preferable that the structure is a random polymer, for example, because of ease of production.
高分子材料は、ポリシロキサン骨格の側鎖に式(1)で表される構成単位を有することで親水性が向上するので、従来のシリコン材料に比べて同等もしくはそれ以上の優れた吸湿性を有することができる。従って、高分子材料は、ポリシロキサン骨格を有しながらも、優れた吸湿性を有することができ、しかも、ポリシロキサン骨格の特長である柔軟性及び強靭性も備えるので、機械特性にも優れる。 The polymeric material has improved hydrophilicity due to the inclusion of the structural unit represented by formula (1) in the side chain of the polysiloxane skeleton, and therefore has moisture absorption properties equal to or superior to those of conventional silicon materials. Therefore, the polymeric material has excellent moisture absorption properties despite having a polysiloxane skeleton, and furthermore, since it has the flexibility and toughness that are characteristic of the polysiloxane skeleton, it also has excellent mechanical properties.
本発明の高分子材料において、前記ホスト基は、ゲスト基を包接して包接錯体を形成すると共に、包接された前記ゲスト基は、前記ポリシロキサン骨格の側鎖に化学結合(例えば、共有結合)していてもよい。In the polymer material of the present invention, the host group encapsulates the guest group to form an inclusion complex, and the encapsulated guest group may be chemically bonded (e.g., covalently bonded) to a side chain of the polysiloxane skeleton.
ゲスト基は、ゲスト分子に由来する基であり、具体的には、ゲスト分子から、1個又は2個の水素原子が除されて形成される基である。ゲスト分子としては、前記ホスト基と包接錯体を形成することが可能な化合物を挙げることができる。A guest group is a group derived from a guest molecule, specifically, a group formed by removing one or two hydrogen atoms from a guest molecule. Examples of guest molecules include compounds capable of forming an inclusion complex with the host group.
ゲスト分子としては、前記ホスト基と包接錯体を形成することできる限りは特に限定されず、例えば、1又は2個(好ましくは1個)のアミノ基を有する化合物、1又は2個(好ましくは1個)の水酸基を有する化合物、1又は2個(好ましくは1個)のカルボキシ基を有する化合物、1又は2個(好ましくは1個)のエポキシ基を有する化合物、1又は2個(好ましくは1個)のイソシアネート基を有する化合物、1又は2個(好ましくは1個)のチオール基を有する化合物、1又は2個のカルボン酸塩化物を有する化合物を挙げることができる。The guest molecule is not particularly limited as long as it can form an inclusion complex with the host group, and examples thereof include a compound having one or two (preferably one) amino groups, a compound having one or two (preferably one) hydroxyl groups, a compound having one or two (preferably one) carboxy groups, a compound having one or two (preferably one) epoxy groups, a compound having one or two (preferably one) isocyanate groups, a compound having one or two (preferably one) thiol groups, and a compound having one or two carboxylic acid chlorides.
1又は2個のアミノ基を有する化合物としては、例えば、1-アダマンタンアミン、ベンジルアミン、tert-ブチルアミン、ブチルアミン、1-アミノピレン、アミノフェロセン、4-アミノアゾベンゼン、4-アミノスチルベン、シクロヘキシルアミン、ヘキシルアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、p-キシリレンジアミン、ジアミノフェロセン、4,4’-ジアミノアゾベンゼン、4,4’-ジアミノスチルベン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,6-ジアミノシクロヘキサン、α、ω-ジアミノポリエチレングルコール、α、ω-ジアミノポリプロピレングルコール、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン1,1-ビス(4-アミノフェニル)-1-フェニルエタン、2、2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2、2-ビス(4-アミノフェニル)ブタン、ビス(4-アミノフェニル)ジフェニルメタン、2、2-ビス(3-メチル-4-アミノフェニル)プロパン、ビス(4-アミノフェニル)-2、2-ジクロロエチレン、1、1-ビス(4-アミノフェニル)エタン、2,2-ビス(4-アミノ-3-イソプロピルフェニル)プロパン、1,3-ビス(2-(4-アミノフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、ビス(4-アミノフェニル)スルホン、1,4-ビス(2-(4-アミノフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、5,5’-(1-メチルエチリデン)-ビス[1,1’-(ビスフェニル)-2-アミン]プロパン、1,1-ビス(4-アミノフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-アミノフェニル)シクロヘキサン等を挙げることができる。Examples of compounds having one or two amino groups include 1-adamantanamine, benzylamine, tert-butylamine, butylamine, 1-aminopyrene, aminoferrocene, 4-aminoazobenzene, 4-aminostilbene, cyclohexylamine, hexylamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, p-xylylenediamine, diaminoferrocene, 4,4'-diaminoazobenzene, 4,4'-diaminostilbene, 1,4-diaminocyclohexane, 1,6-diaminocyclohexane, α,ω-diaminopolyethylene glycol, α,ω-diaminopolypropylene glycol, 2,2-bis(4-aminophenyl)propane, 1,1-bis(4-aminophenyl)-1-phenylethane, 2,2-bis(4-aminophenyl)hexafluoropropane, 2,2 bis(4-aminophenyl)butane, bis(4-aminophenyl)diphenylmethane, 2,2-bis(3-methyl-4-aminophenyl)propane, bis(4-aminophenyl)-2,2-dichloroethylene, 1,1-bis(4-aminophenyl)ethane, 2,2-bis(4-amino-3-isopropylphenyl)propane, 1,3-bis(2-(4-aminophenyl)-2-propyl)benzene, bis(4-aminophenyl)sulfone, 1,4-bis(2-(4-aminophenyl)-2-propyl)benzene, 5,5'-(1-methylethylidene)-bis[1,1'-(bisphenyl)-2-amine]propane, 1,1-bis(4-aminophenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis(4-aminophenyl)cyclohexane, and the like.
1又は2個の水酸基を有する化合物としては、例えば、1-ヒドロキシアダマンタン、ベンジルアルコール、tert-ブチルアルコール、ブチルアルコール、1-ヒドロキシピレン、1-ヒドロキシメチルフェロセン、4-ヒドロキシアゾベンゼン、4-ヒドロキシスチルベン、シクロヘキサノール、ヘキサノール、4,4’-ジヒドロキシジフェニルメタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4-ベンゼンジメタノール、1,1’-ジヒドロキシメチルフェロセン、4,4’-ジヒドロキシアゾベンゼン、4,4’-ジヒドロキシスチルベン、1,4-シクロヘキノール、1,6-ヘキサンジオール、ポリエチレングルコール、ポリプロピレングルコール、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、2、2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2、2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、2、2-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)-2、2-ジクロロエチレン、1、1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-イソプロピルフェニル)プロパン、1,3-ビス(2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、1,4-ビス(2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、5,5’-(1-メチルエチリデン)-ビス[1,1’-(ビスフェニル)-2-ヒドロキシ]プロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ビスフェノールA等を挙げることができる。Examples of compounds having one or two hydroxyl groups include 1-hydroxyadamantane, benzyl alcohol, tert-butyl alcohol, butyl alcohol, 1-hydroxypyrene, 1-hydroxymethylferrocene, 4-hydroxyazobenzene, 4-hydroxystilbene, cyclohexanol, hexanol, 4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, 1,4-benzenedimethanol, 1,1'-dihydroxymethylferrocene, 4,4'-dihydroxyazobenzene, 4,4'-dihydroxystilbene, 1,4-cyclohexenol, 1,6-hexanediol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, 1,1-bis(4-hydroxyphenyl)-1-phenylethane, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)hexafluoropropane, 2,2-bis(4 1,3-bis(2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl)benzene, bis(4-hydroxyphenyl)sulfone, 1,4-bis(2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl)benzene, 5,5'-(1-methylethylidene)-bis[1,1'-(bisphenyl)-2-hydroxy]propane, 1,1-bis(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexane, bisphenol A, and the like can be mentioned.
1又は2個のカルボキシ基を有する化合物としては、例えば、1-カルボキシアダマンタン、安息香酸、ピバル酸、ブタン酸、1-カルボキシピレン、1-カルボキシフェロセン、4-カルボキシアゾベンゼン、4-カルボキシスチルベン、シクロヘキサン酸、ヘキサン酸、4,4’-ジカルボキシジフェニルメタン、1,4-ベンゼンジカルボン酸、1,4-フェニレン二酢酸、1,1’-ジカルボキシフェロセン、4,4’-ジカルボキシアゾベンゼン、4,4’-ジカルボキシスチルベン、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,6-ヘキサンジカルボン酸、α、ω-ジカルボキシポリエチレングルコール、α、ω-ジカルボキシポリプロピレングルコール、2,2-ビス(4-カルボキシフェニル)プロパン、1,1-ビス(4-カルボキシフェニル)-1-フェニルエタン、2、2-ビス(4-カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2、2-ビス(4-カルボキシフェニル)ブタン、ビス(4-カルボキシフェニル)ジフェニルメタン、2、2-ビス(3-メチル-4-カルボキシフェニル)プロパン、ビス(4-カルボキシフェニル)-2、2-ジクロロエチレン、1、1-ビス(4-カルボキシフェニル)エタン、2,2-ビス(4-カルボキシ3-イソプロピルフェニル)プロパン、1,3-ビス(2-(4-カルボキシフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、ビス(4-カルボキシフェニル)スルホン、1,4-ビス(2-(4-カルボキシフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、5,5’-(1-メチルエチリデン)-ビス[1,1’-(ビスフェニル)-2-カルボキシ]プロパン、1,1-ビス(4-カルボキシフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-カルボキシフェニル)シクロヘキサン等を挙げることができる。Examples of compounds having one or two carboxy groups include 1-carboxyadamantane, benzoic acid, pivalic acid, butanoic acid, 1-carboxypyrene, 1-carboxyferrocene, 4-carboxyazobenzene, 4-carboxystilbene, cyclohexanoic acid, hexanoic acid, 4,4'-dicarboxydiphenylmethane, 1,4-benzenedicarboxylic acid, 1,4-phenylenediacetic acid, 1,1'-dicarboxyferrocene, 4,4'-dicarboxyazobenzene, 4,4'-dicarboxystilbene, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,6-hexanedicarboxylic acid, α,ω-dicarboxypolyethylene glycol, α,ω-dicarboxypolypropylene glycol, 2,2-bis(4-carboxyphenyl)propane, 1,1-bis(4-carboxyphenyl)-1-phenylethane, and 2,2-bis(4-carboxyphenyl)hexafluoro. Examples of the bis(4-carboxyphenyl)propane include propane, 2,2-bis(4-carboxyphenyl)butane, bis(4-carboxyphenyl)diphenylmethane, 2,2-bis(3-methyl-4-carboxyphenyl)propane, bis(4-carboxyphenyl)-2,2-dichloroethylene, 1,1-bis(4-carboxyphenyl)ethane, 2,2-bis(4-carboxy-3-isopropylphenyl)propane, 1,3-bis(2-(4-carboxyphenyl)-2-propyl)benzene, bis(4-carboxyphenyl)sulfone, 1,4-bis(2-(4-carboxyphenyl)-2-propyl)benzene, 5,5'-(1-methylethylidene)-bis[1,1'-(bisphenyl)-2-carboxy]propane, 1,1-bis(4-carboxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexane, and 1,1-bis(4-carboxyphenyl)cyclohexane.
1又は2個のカルボン酸塩化物を有する化合物としては、例えば、1-アダマンタンカルボニルクロリド、テレフタロイルクロリド、トリメチルアセチルクロリド、ブチリルクロリド、1-ピレンカルボニルクロリド、1-フェロセンカルボニルクロリド、4-アゾベンゼンカルボニルクロリド、4-スチルベンカルボニルクロリド、シクロヘキサンカルボニルクロリド、ヘキシルクロリド、4,4’-ジフェニルメタンジカルボニルクロリド、1,4-ベンゼンジカルボンニルクロリド、1,4-フェニレンジカルボニルクロリド、1,1’-フェロセンジカルボニルクロリド、4,4’-アゾベンゼンジカルボニルクロリド、4,4’-スチルベンカルボニルクロリド、1,4-シクロヘキサンジカルボニルクロリド、1,6-ヘキサンジカルボニルクロリド、α、ω-ポリエチレングルコールジカルボニルクロリド、α、ω-ポリプロピレングルコールジカルボニルクロリド、2,2-ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)プロパン、1,1-ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)-1-フェニルエタン、2、2-ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)ヘキサフルオロプロパン、2、2-ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)ブタン、ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)ジフェニルメタン、2、2-ビス(3-メチル-4-フェニルカルボニルクロリド)プロパン、ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)-2、2-ジクロロエチレン、1、1-ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)エタン、2,2-ビス(3-イソプロピルフェニル-4-カルボニルクロリド)プロパン、1,3-ビス(2-(4-フェニルカルボニルクロリド)-2-プロピル)ベンゼン、ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)スルホン、1,4-ビス(2-(4-フェニルカルボニルクロリド)-2-プロピル)ベンゼン、5,5’-(1-メチルエチリデン)-ビス[1,1’-(ビスフェニル)-2-カルボニルクロリド]プロパン、1,1-ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-フェニルカルボニルクロリド)シクロヘキサン等を挙げることができる。Examples of compounds having one or two carboxylic acid chlorides include 1-adamantanecarbonyl chloride, terephthaloyl chloride, trimethylacetyl chloride, butyryl chloride, 1-pyrenecarbonyl chloride, 1-ferrocenecarbonyl chloride, 4-azobenzenecarbonyl chloride, 4-stilbenecarbonyl chloride, cyclohexanecarbonyl chloride, hexyl chloride, 4,4'-diphenylmethanedicarbonyl chloride, 1,4-benzenedicarbonyl chloride, 1,4-phenylene dicarbonyl chloride, 1,1'-ferrocenedicarbonyl chloride, 4,4'-azobenzenedicarbonyl chloride, 4,4'-stilbenecarbonyl chloride, 1,4-cyclohexanedicarbonyl chloride, 1,6-hexanedicarbonyl chloride, α,ω-polyethylene glycol dicarbonyl chloride, α,ω-polypropylene glycol dicarbonyl chloride, 2,2-bis(4-phenylcarbonyl chloride)propane, 1,1-bis(4-phenylcarbonyl chloride)-1-phenylethane, 2,2-bis(4-phenylcarbonyl chloride)hexafluoropropane, 2,2-bis(4-phenylcarbonyl chloride)butane, bis(4-phenylcarbonyl chloride)diphenylmethane, 2,2-bis(3-methyl-4-phenylcarbonyl chloride)propane, bis(4-phenylcarbonyl chloride)-2,2-dichloroethylene, 1,1-bis(4-phenylcarbonyl chloride)ethane, 2,2-bis(3-isopropylphenyl-4-carbonyl chloride)propane, 1,3-bis(2- (4-phenylcarbonyl chloride)-2-propyl)benzene, bis(4-phenylcarbonyl chloride)sulfone, 1,4-bis(2-(4-phenylcarbonyl chloride)-2-propyl)benzene, 5,5'-(1-methylethylidene)-bis[1,1'-(bisphenyl)-2-carbonyl chloride]propane, 1,1-bis(4-phenylcarbonyl chloride)-3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis(4-phenylcarbonyl chloride)cyclohexane, and the like can be mentioned.
1又は2個のエポキシ基を有する化合物としては、例えば、アダマンタンオキシド、スチレンオキシド、1,2-エポキシブタン、1-エポキシピレン、エポキシフェロセン、4-エポキシアゾベンゼン、4-エポキシスチルベン、シクロヘキシルオキシド、1,2-エポキシヘキサン、2,2’-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)プロパン、p-ジグリシジルオキシベンゼン、ジグリシジルオキイシフェロセン、4,4’-ジグリシジルオキシアゾベンゼン、4,4’-ジグリシジルオキシフェロセン、1,4-ジグリシジルオキシシクロヘキサン、1,6-ジグリシジルオキシシクロヘキサン、α、ω-ジグリシジルオキシポリエチレングルコール、α、ω-ジグリシジルオキシポリプロピレングルコール、1,1-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)-1-フェニルエタン、2、2-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2、2-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)ブタン、ビス(4-グリシジルオキシフェニル)ジフェニルメタン、2、2-ビス(3-メチル-4-グリシジルオキシフェニル)プロパン、ビス(4-グリシジルオキシフェニル)-2、2-ジクロロエチレン、1、1-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)エタン、2,2-ビス(4-グリシジルオキシ-3-イソプロピルフェニル)プロパン、1,3-ビス(2-(4-グリシジルオキシフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、ビス(4-グリシジルオキシフェニル)スルホン、1,4-ビス(2-(4-グリシジルオキシフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、5,5’-(1-メチルエチリデン)-ビス[1,1’-(ビスフェニル)-2-グリシジルオキシ]プロパン、1,1-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)シクロヘキサン等を挙げることができる。Examples of compounds having one or two epoxy groups include adamantane oxide, styrene oxide, 1,2-epoxybutane, 1-epoxypyrene, epoxyferrocene, 4-epoxyazobenzene, 4-epoxystilbene, cyclohexyl oxide, 1,2-epoxyhexane, 2,2'-bis(4-glycidyloxyphenyl)propane, p-diglycidyloxybenzene, diglycidyloxyferrocene, 4,4'-diglycidyloxyazobenzene, 4,4'-diglycidyloxyferrocene, 1,4-diglycidyloxycyclohexane, 1,6-diglycidyloxycyclohexane, α,ω-diglycidyloxypolyethylene glycol, α,ω-diglycidyloxypolypropylene glycol, 1,1-bis(4-glycidyloxyphenyl)-1-phenylethane, 2,2-bis(4-glycidyloxyphenyl)hexafluoropropane, 2,2-bis(4-glycidyloxyphenyl)hexafluoropropane, bis(4-glycidyloxyphenyl)butane, bis(4-glycidyloxyphenyl)diphenylmethane, 2,2-bis(3-methyl-4-glycidyloxyphenyl)propane, bis(4-glycidyloxyphenyl)-2,2-dichloroethylene, 1,1-bis(4-glycidyloxyphenyl)ethane, 2,2-bis(4-glycidyloxy-3-isopropylphenyl)propane, 1,3-bis(2-(4-glycidyloxyphenyl)-2-propyl )benzene, bis(4-glycidyloxyphenyl)sulfone, 1,4-bis(2-(4-glycidyloxyphenyl)-2-propyl)benzene, 5,5'-(1-methylethylidene)-bis[1,1'-(bisphenyl)-2-glycidyloxy]propane, 1,1-bis(4-glycidyloxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis(4-glycidyloxyphenyl)cyclohexane, and the like.
1又は2個のイソシアネート基を有する化合物としては、例えば、1-アダマンタンイソシアネート、ベンジルイソシアネート、フェニルイソシアネート、tert-ブチルイソシアネート、ブチルイソシアネート、1-ピレンイソシアネート、フェロセンイソシアネート、アゾベンゼン-4-イソシアネート、スチルベン-4-イソシアネート、シクロヘキサンイソシアネート、ヘキサンイソシアネート、4,4’-ジイソシアネートフェニルメタン、p-ベンゼンジイソシアネート、フェロセン-1,1’-ジイソシアネート、アゾベンゼン-4,4’-ジイソシアネート、スチルベン-4,4’-ジイソシアネート、シクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、シクロヘキサン-1,6-ジイソシアネート、ポリエチレングルコールジイソシアネート、ポリプロピレングルコールジイソシアネート、2,2-ビス(4-フェニルイソシアネート)プロパン、1,1-ビス(4-フェニルイソシアネート)-1-フェニルエタン、2、2-ビス(4-フェニルイソシアネート)ヘキサフルオロプロパン、2、2-ビス(4-フェニルイソシアネート)ブタン、ビス(4-フェニルイソシアネート)ジフェニルメタン、2、2-ビス(3-メチル-4-フェニルイソシアネート)プロパン、ビス(4-フェニルイソシアネート)-2、2-ジクロロエチレン、1、1-ビス(4-フェニルイソシアネート)エタン、2,2-ビス(3-イソプロピル-4-フェニルイソシアネート)プロパン、1,3-ビス(2-(4-フェニルイソシアネート)-2-プロピル)ベンゼン、ビス(4-フェニルイソシアネート)スルホン、1,4-ビス(2-(4-フェニルイソシアネート)-2-プロピル)ベンゼン、5,5’-(1-メチルエチリデン)-ビス[1,1’-(ビスフェニル)-2-イソシアネート]プロパン、1,1-ビス(4-フェニルイソシアネート)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-フェニルイソシアネート)シクロヘキサン等を挙げることができる。Examples of compounds having one or two isocyanate groups include 1-adamantane isocyanate, benzyl isocyanate, phenyl isocyanate, tert-butyl isocyanate, butyl isocyanate, 1-pyrene isocyanate, ferrocene isocyanate, azobenzene-4-isocyanate, stilbene-4-isocyanate, cyclohexane isocyanate, hexane isocyanate, 4,4'-diisocyanate phenylmethane, p-benzene diisocyanate, cyanate, ferrocene-1,1'-diisocyanate, azobenzene-4,4'-diisocyanate, stilbene-4,4'-diisocyanate, cyclohexane-1,4-diisocyanate, cyclohexane-1,6-diisocyanate, polyethylene glycol diisocyanate, polypropylene glycol diisocyanate, 2,2-bis(4-phenylisocyanate)propane, 1,1-bis(4-phenylisocyanate)-1-phenylethane, 2,2-bis (4-phenylisocyanate)hexafluoropropane, 2,2-bis(4-phenylisocyanate)butane, bis(4-phenylisocyanate)diphenylmethane, 2,2-bis(3-methyl-4-phenylisocyanate)propane, bis(4-phenylisocyanate)-2,2-dichloroethylene, 1,1-bis(4-phenylisocyanate)ethane, 2,2-bis(3-isopropyl-4-phenylisocyanate)propane, 1,3-bis(2-(4-fu Examples of the bis(4-phenylisocyanate)-2-propyl)benzene, bis(4-phenylisocyanate)sulfone, 1,4-bis(2-(4-phenylisocyanate)-2-propyl)benzene, 5,5'-(1-methylethylidene)-bis[1,1'-(bisphenyl)-2-isocyanate]propane, 1,1-bis(4-phenylisocyanate)-3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis(4-phenylisocyanate)cyclohexane, and the like can be mentioned.
1又は2個のチオール基を有する化合物としては、例えば、1-アダマンタンチオール、ベンジルチオール、tert-メルカプタン、ブタンチオール、1-チオールピレン、フェロセンチオール、4-チオアゾベンゼン、4-チオスチルベン、シクロヘキシルチオール、ヘキサンチオール、4,4’-ジチオフェニルメタン、p-ベンゼンジチオール、1,1’-ジチオフェロセン、4,4’-ジチオアゾベンゼン、4,4’-ジチオスチルベン、1,4-ジチオシクロヘキサン、1,6-ジチオシクロヘキサン、α、ω-ジチオポリエチレングルコール、α、ω-ジチオポリプロピレングルコール、1,1-ビス(4-チオフェニル)-1-フェニルエタン、2、2-ビス(4-チオフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2、2-ビス(4-チオフェニル)ブタン、ビス(4-チオフェニル)ジフェニルメタン、2、2-ビス(3-メチル-4-チオフェニル)プロパン、ビス(4-チオフェニル)-2、2-ジクロロエチレン、1、1-ビス(4-チオフェニル)エタン、2,2-ビス(4-チオ3-イソプロピルフェニル)プロパン、1,3-ビス(2-(4-チオフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、ビス(4-チオフェニル)スルホン、1,4-ビス(2-(4-チオフェニル)-2-プロピル)ベンゼン、5,5’-(1-メチルエチリデン)-ビス[1,1’-(ビスフェニル)-2-チオール]プロパン、1,1-ビス(4-チオフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-チオフェニル)シクロヘキサン等を挙げることができる。Examples of compounds having one or two thiol groups include 1-adamantanethiol, benzylthiol, tert-mercaptan, butanethiol, 1-thiolpyrene, ferrocenethiol, 4-thioazobenzene, 4-thiostilbene, cyclohexylthiol, hexanethiol, 4,4'-dithiophenylmethane, p-benzenedithiol, 1,1'-dithioferrocene, 4,4'-dithioazobenzene, 4,4'-dithiostilbene, 1,4-dithiocyclohexane, 1,6-dithiocyclohexane, α,ω-dithiopolyethylene glycol, α,ω-dithiopolypropylene glycol, 1,1-bis(4-thiophenyl)-1-phenylethane, 2,2-bis(4-thiophenyl)hexafluoropropane, 2,2-bis(4 bis(4-thiophenyl)butane, bis(4-thiophenyl)diphenylmethane, 2,2-bis(3-methyl-4-thiophenyl)propane, bis(4-thiophenyl)-2,2-dichloroethylene, 1,1-bis(4-thiophenyl)ethane, 2,2-bis(4-thio-3-isopropylphenyl)propane, 1,3-bis(2-(4-thiophenyl)-2-propyl)benzene, bis(4-thiophenyl)sulfone, 1,4-bis(2-(4-thiophenyl)-2-propyl)benzene, 5,5'-(1-methylethylidene)-bis[1,1'-(bisphenyl)-2-thiol]propane, 1,1-bis(4-thiophenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis(4-thiophenyl)cyclohexane, and the like.
ゲスト分子としては、1個のアミノ基を有する化合物及び1個の水酸基を有する化合物の少なくともいずれか一方であることが好ましく、1個のアミノ基を有する化合物であることがさらに好ましい。具体的にゲスト分子としては、1-アダマンタンアミン、ベンジルアミン、tert-ブチルアミン、ブチルアミン、1-アミノピレン、アミノフェロセン、4-アミノアゾベンゼン、4-アミノスチルベン、シクロヘキシルアミン、ヘキシルアミン、1-ヒドロキシアダマンタン、ベンジルアルコール、tert-ブチルアルコール、ブチルアルコール、1-ヒドロキシピレン、1-ヒドロキシメチルフェロセン、4-ヒドロキシアゾベンゼン及び4-ヒドロキシスチルベン等であることが好ましく、1-アダマンタンアミン及び1-ヒドロキシアダマンタン等であることがさらに好ましく、1-アダマンタンアミンであることが特に好ましい。この場合、ゲスト基はポリシロキサン骨格の側鎖に結合しやすく、自己修復性がより発揮されやすい。The guest molecule is preferably at least one of a compound having one amino group and a compound having one hydroxyl group, and more preferably a compound having one amino group. Specific examples of the guest molecule include 1-adamantanamine, benzylamine, tert-butylamine, butylamine, 1-aminopyrene, aminoferrocene, 4-aminoazobenzene, 4-aminostilbene, cyclohexylamine, hexylamine, 1-hydroxyadamantane, benzyl alcohol, tert-butyl alcohol, butyl alcohol, 1-hydroxypyrene, 1-hydroxymethylferrocene, 4-hydroxyazobenzene, and 4-hydroxystilbene, and more preferably 1-adamantanamine and 1-hydroxyadamantane, and particularly preferably 1-adamantanamine. In this case, the guest group is more likely to bond to the side chain of the polysiloxane skeleton, and the self-repairing property is more likely to be exhibited.
ゲスト分子は、ホスト基であるシクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体の環内の大きさに応じて適宜選択することができる。例えば、ゲスト分子が、1-アダマンタンアミン及び1-ヒドロキシアダマンタン等である場合、ホスト基はβ-シクロデキストリン又はβ-シクロデキストリン誘導体であることが好ましい。この場合、ゲスト基はホスト基に包接されやすい。The guest molecule can be appropriately selected depending on the size of the ring of the host group, cyclodextrin or cyclodextrin derivative. For example, when the guest molecule is 1-adamantanamine, 1-hydroxyadamantane, etc., the host group is preferably β-cyclodextrin or a β-cyclodextrin derivative. In this case, the guest group is easily included in the host group.
本発明の高分子材料において、ホスト基に包接された前記ゲスト基は、前記ポリシロキサン骨格の側鎖に化学結合することができる。この場合、通常、ゲスト基とポリシロキサン骨格のSiとの間には他の官能基が介在する。他の官能基としては、例えば、前記式(3)中のR6が挙げられる。 In the polymer material of the present invention, the guest group included in the host group can be chemically bonded to the side chain of the polysiloxane skeleton. In this case, another functional group is usually present between the guest group and the Si of the polysiloxane skeleton. An example of the other functional group is R6 in the formula (3).
また、ポリシロキサン骨格が前記式(4)で表される構成単位を有する場合、ホスト基に包接されたゲスト分子は式(4)で表される構成単位中の反応性官能基と反応することで、ゲスト基がポリシロキサン骨格に結合した構造が形成され得る。Furthermore, when the polysiloxane skeleton has a structural unit represented by formula (4), the guest molecule encapsulated in the host group can react with the reactive functional group in the structural unit represented by formula (4) to form a structure in which the guest group is bonded to the polysiloxane skeleton.
本発明の高分子材料において、ゲスト基が結合するポリシロキサン分子鎖(ポリロタキサン骨格を有する分子鎖)は、該ゲスト基を包接しているホスト基が結合しているポリシロキサン分子鎖であってもよいし、該ゲスト基を包接しているホスト基が結合しているポリシロキサン分子鎖と異なるポリシロキサン分子鎖であってもよい。In the polymer material of the present invention, the polysiloxane molecular chain to which the guest group is bonded (a molecular chain having a polyrotaxane skeleton) may be a polysiloxane molecular chain to which a host group that encapsulates the guest group is bonded, or may be a polysiloxane molecular chain different from the polysiloxane molecular chain to which a host group that encapsulates the guest group is bonded.
ポリシロキサン骨格の側鎖のホスト基がゲスト基を包接する場合、その包接割合は特に限定されず、例えば、ポリシロキサン骨格におけるホスト基の全量の内の10モル%以上包接することができ、20モル%以上であることが好ましく、30モル%以上であることがより好ましく、40モル%以上であることがさらに好ましく、50モル%以上であることが特に好ましい。When the host group in the side chain of the polysiloxane skeleton encapsulates the guest group, the inclusion ratio is not particularly limited, and for example, the inclusion ratio can be 10 mol% or more of the total amount of host groups in the polysiloxane skeleton, preferably 20 mol% or more, more preferably 30 mol% or more, even more preferably 40 mol% or more, and particularly preferably 50 mol% or more.
高分子材料は、ポリシロキサン骨格の側鎖に式(1)で表される構成単位を有することで(具体的には、前記式(3)で表される構成単位を有することで)、種々の高分子構造を形成することが可能となり、その一つが、上述のゲスト基導入によって形成される構造である。ポリシロキサン骨格において、上述のようにゲスト基がホスト基に包接されると共にゲスト基がポリシロキサン骨格に結合することで、高分子材料は分子内又は分子間で可逆的なホスト-ゲスト相互作用が生じ得る(後記する図1参照)。これにより、斯かるポリシロキサン骨格を含む高分子材料は、その靭性及び強度が向上し、しかも、自己修復性を発揮することが可能となる。例えば、高分子材料が切断されたとしても、切断面どうしを再接着等させることで、切断面間で再度、高分子材料どうしのホスト-ゲスト相互作用が生じて再結合し、高分子材料が修復される。つまり、高分子材料が特定の構造に制御された場合、切断された高分子材料が自己修復性を有することもできる。 By having a structural unit represented by formula (1) in the side chain of the polysiloxane skeleton (specifically, by having a structural unit represented by the above formula (3)), the polymer material can form various polymer structures, one of which is the structure formed by the introduction of the guest group described above. In the polysiloxane skeleton, as described above, the guest group is included in the host group and the guest group is bonded to the polysiloxane skeleton, so that the polymer material can have reversible host-guest interactions within or between molecules (see Figure 1 described later). As a result, the polymer material containing such a polysiloxane skeleton has improved toughness and strength, and can also exhibit self-repairing properties. For example, even if the polymer material is cut, by re-adhering the cut surfaces, the host-guest interaction between the polymer materials occurs again between the cut surfaces, and the polymer material is repaired. In other words, when the polymer material is controlled to a specific structure, the cut polymer material can also have self-repairing properties.
図1は、本発明の高分子材料において、ポリシロキサン骨格の側鎖のホスト基がゲスト基を包接して形成されている場合の形態を模式的に説明する図である。この形態では、高分子材料は、架橋構造、つまり、三次元網目構造を有する。 Figure 1 is a diagram illustrating the structure of the polymer material of the present invention when the host group of the side chain of the polysiloxane skeleton is formed by inclusion of the guest group. In this structure, the polymer material has a cross-linked structure, i.e., a three-dimensional network structure.
図1の形態の高分子材料では、ゲスト基20は、ポリシロキサン骨格30の側鎖に結合している。より具体的には、ゲスト基20は、ホスト基10に包接されて包接錯体を形成し、ゲスト基20の一端がポリシロキサン骨格30に結合している。さらに、ホスト基10に結合しているR1を含む基40がポリシロキサン骨格30の側鎖に結合している。つまり、図1の形態の高分子材料は、前記式(1)で表されるRH-R1-がポリシロキサン骨格30に結合している。図1の形態の高分子材料は、例えば、エラストマーとしての性質を有する。
In the polymer material in the form shown in Fig. 1, the
図1の高分子材料では、高分子材料にせん断等の力が加わると、高分子鎖中のゲスト基20と、ホスト基RHとが分離し、材料の切断等が起こることがある。しかし、切断面を再度接着させることで、再びゲスト基20と、ホスト基RHとが結合して、包接錯体が形成され得る。これにより、切断面が再結合し、高分子材料が修復され得る。
In the polymer material of Fig. 1, when a force such as shear is applied to the polymer material, the
図2は、本発明の高分子材料の別の態様を模式的に示している。図2の形態の高分子材料は、前記ホスト基の環内をポリシロキサンが貫通した構造を有する。ホスト基の環内を貫通するポリシロキサンは、ホスト基を有するポリシロキサンであってもよいし、あるいは、ホスト基を有さないポリシロキサン(例えば、ポリジメチルシロキサン等)であってもよい。 Figure 2 shows a schematic diagram of another embodiment of the polymer material of the present invention. The polymer material of the form of Figure 2 has a structure in which a polysiloxane penetrates the ring of the host group. The polysiloxane penetrating the ring of the host group may be a polysiloxane having a host group, or may be a polysiloxane not having a host group (e.g., polydimethylsiloxane, etc.).
図2の形態の高分子材料は、架橋構造、つまり、三次元網目構造を有すると共に、ポリシロキサン骨格30がホスト基10の環内を貫通した構造を有する。The polymer material in the form shown in Figure 2 has a cross-linked structure, i.e., a three-dimensional mesh structure, and has a structure in which the
図2の形態の高分子材料では、図1の形態の高分子材料と同様、ホスト基10に結合しているR1がポリシロキサン骨格30に結合している。この高分子材料では、ホスト基10がポリシロキサン骨格30を包接しながらスライドすることができることから、例えば、応力緩和作用等に優れ、高い靭性及び強度を有し得ることから、機械的特性に優れる。
In the polymer material of the embodiment shown in Fig. 2, similarly to the polymer material of the embodiment shown in Fig. 1, R1 bonded to the
高分子材料が図2の形態であるか否かについては、例えば、高分子材料の膨潤試験の結果から判定することができる。例えば、高分子材料を、化学架橋剤を使用せずに調製し、得られた高分子材料を溶媒に加えた場合において、溶解せずに膨潤現象が見られた場合を図2の形態(いわゆる可動性架橋重合体)が形成されていると判断でき、溶解した場合を可動性架橋重合体が形成されていないと判断できる。Whether or not a polymeric material has the form shown in Figure 2 can be determined, for example, from the results of a swelling test of the polymeric material. For example, when a polymeric material is prepared without using a chemical crosslinking agent and the resulting polymeric material is added to a solvent, if a swelling phenomenon is observed without dissolving, it can be determined that the form shown in Figure 2 (so-called mobile crosslinked polymer) has been formed, and if it dissolves, it can be determined that a mobile crosslinked polymer has not been formed.
本発明において、高分子材料の形状は特に限定されない。例えば、高分子材料は、膜状、フィルム状、シート状、粒子状、板状、ブロック状、ペレット状、粉末状、発泡材料状、液状等の各種の形態を取り得る。In the present invention, the shape of the polymeric material is not particularly limited. For example, the polymeric material may be in various forms such as a membrane, film, sheet, particle, plate, block, pellet, powder, foam material, liquid, etc.
高分子材料は、各種の用途に使用することができる。例えば、高分子材料は、自動車用途、接着用途、電子部品用途、建築部材用途、食品容器用途、輸送容器用途等の各種の部材に好適に使用することができる。特に、高分子材料は、吸湿性が高いので、衣料、医療機器、医療器具(具体的にはコンタクトレンズなど)等の用途にも使用できる。 Polymeric materials can be used for a variety of applications. For example, polymeric materials can be suitably used for a variety of components, such as automobiles, adhesives, electronic components, building materials, food containers, and transport containers. In particular, polymeric materials are highly hygroscopic, so they can also be used for clothing, medical equipment, and medical instruments (specifically, contact lenses, etc.).
2.高分子材料の製造方法
前記した高分子材料の製造方法は特に限定されない。例えば、前述の本発明の高分子材料は、下記一般式(1a)
R2-RH (1a)
で表される化合物にゲスト分子が包接されてなる包接化合物と、
側鎖に反応性官能基を有するポリシロキサンと、
を反応する工程を備えることができる。 2. Method for Producing Polymeric Material The method for producing the polymeric material described above is not particularly limited. For example, the polymeric material of the present invention described above can be produced by a method represented by the following general formula (1a):
R 2 -R H (1a)
and a guest molecule is included in the compound represented by the formula:
A polysiloxane having a reactive functional group in a side chain;
The method may include a step of reacting
ここで、式(1a)中、R2はNH2又はOHを示し、RHは前記式(1)中のRHと同義である。つまり、RHは前記ホスト基である。上記製造方法における工程を「工程1」と表記する。
Here, in formula (1a), R2 represents NH2 or OH, and R2H has the same meaning as R2H in formula (1). That is, R2H is the host group. The step in the above-mentioned production method is referred to as "
前記式(1a)で表される化合物の具体例としては、下記式(21)で表される化合物を挙げることができる。A specific example of the compound represented by formula (1a) is the compound represented by formula (21) below.
式(21)において、R2は、前記式(1a)のR2に等しい、つまり、NH2又はOHを示し、式(21)式中のR5は前記炭化水素基等を示し、nは5、6又は7である。 In formula (21), R2 is equal to R2 in formula (1a), i.e., represents NH2 or OH; R5 in formula (21) represents the aforementioned hydrocarbon group or the like; and n is 5, 6, or 7.
なお、式(21)において、R5(炭化水素基等)のすべてがメチル基、アセチル基、メチルカルバメート基及びエチルカルバメート基からなる群より選ばれる1種である場合もある。式(21)において、すべてのR5はメチル基又はアセチル基であることが好ましく、すべてのR5はメチル基であることが特に好ましい。 In addition, in formula (21), all of R5 (hydrocarbon groups, etc.) may be one selected from the group consisting of methyl groups, acetyl groups, methyl carbamate groups, and ethyl carbamate groups. In formula (21), it is preferable that all of R5 are methyl groups or acetyl groups, and it is particularly preferable that all of R5 are methyl groups.
式(21)で表される化合物としては、6-モノデオキシ-6-モノアミノ-トリメチル-シクロデキストリン、6-モノヒドロキシ-トリメチル-シクロデキストリン、6-モノデオキシ-6-モノアミノ-トリアセチル-シクロデキストリン、6-モノヒドロキシ-トリアセチル-シクロデキストリン、6-モノデオキシ-6-モノアミノ-トリエチルカルバメート-シクロデキストリン、6-モノヒドロキシ-トリエチルカルバメート-シクロデキストリン等を挙げることができる。Examples of compounds represented by formula (21) include 6-monodeoxy-6-monoamino-trimethyl-cyclodextrin, 6-monohydroxy-trimethyl-cyclodextrin, 6-monodeoxy-6-monoamino-triacetyl-cyclodextrin, 6-monohydroxy-triacetyl-cyclodextrin, 6-monodeoxy-6-monoamino-triethylcarbamate-cyclodextrin, and 6-monohydroxy-triethylcarbamate-cyclodextrin.
包接化合物におけるゲスト分子の種類は、前述の「1.高分子材料」の項で説明したゲスト基を形成するための前記ゲスト分子と同様である。The type of guest molecule in the inclusion compound is the same as the guest molecule for forming the guest group described above in section "1. Polymeric Materials."
工程1で使用する包接化合物の製造方法も特に限定されず、公知の包接化合物の製造方法を広く採用することができる、例えば、式(1a)で表される化合物と、ゲスト分子とを混合して、包接化合物を得る工程を備える方法によって製造することができる。The method for producing the inclusion compound used in
包接化合物を得る工程において、式(1a)で表される化合物と、ゲスト分子との混合比は、例えば、モル比で、式(1a)で表される化合物:ゲスト分子=10:1~1:10とすることができ、好ましくは3:1~1:3とすることができ、より好ましくは、2:1~1:2とすることができる。式(1a)で表される化合物:ゲスト分子は1:1(モル比)とすることもできる。In the process of obtaining the inclusion compound, the mixing ratio of the compound represented by formula (1a) to the guest molecule can be, for example, in molar ratio, compound represented by formula (1a):guest molecule=10:1 to 1:10, preferably 3:1 to 1:3, and more preferably 2:1 to 1:2. The compound represented by formula (1a):guest molecule can also be 1:1 (molar ratio).
工程1で使用する側鎖に反応性官能基を有するポリシロキサンの種類は特に限定されない。以下、工程1で使用する側鎖に反応性官能基を有するポリシロキサンを「ポリシロキサンP」と表記する。There is no particular limitation on the type of polysiloxane having a reactive functional group in the side chain used in
ポリシロキサンPは、側鎖に反応性官能基を有する限り、その種類は特に限定されず、例えば、公知のポリシロキサンを広く使用することができる。反応性官能基は、前記式(4)における反応性官能基Aと同様である。つまり、反応性官能基は、例えば、エポキシ基、カルボキシ基、アミノ基、水酸基、エステル基等を挙げることができ、包接化合物の反応性が高いという点で、エポキシ基であることが好ましい。The type of polysiloxane P is not particularly limited as long as it has a reactive functional group in the side chain, and for example, a wide variety of known polysiloxanes can be used. The reactive functional group is the same as the reactive functional group A in the above formula (4). In other words, examples of the reactive functional group include an epoxy group, a carboxy group, an amino group, a hydroxyl group, and an ester group, and an epoxy group is preferable because of the high reactivity of the inclusion compound.
ポリシロキサンPは、前記式(2)で表される構成単位及び前記式(4)で表される構成単位を有することが好ましい。この場合、ポリシロキサンPは、ランダムポリマー、ブロックポリマー等のいずれの構造を有していてもよく、例えば、製造が容易である点で、ランダムポリマーであることが好ましい。It is preferable that the polysiloxane P has a structural unit represented by the formula (2) and a structural unit represented by the formula (4). In this case, the polysiloxane P may have any structure such as a random polymer or a block polymer, and is preferably a random polymer in terms of ease of production.
ポリシロキサンPが前記式(2)で表される構成単位及び前記式(4)で表される構成単位を有する場合、前記式(2)で表される構成単位の含有割合は、前記式(2)及び(4)で表される構成単位の全量に対して、例えば、5~95モル%とすることができる。高分子材料の吸湿性を制御しやすく、また、自己修復性能が発揮されやすいという観点から、前記式(2)で表される構成単位の含有割合は、例えば、前記式(2)及び(4)で表される構成単位の全量に対して、20モル%以上が好ましく、30モル%以上がより好ましく、40モル%以上が特に好ましく、また、90モル%以下が好ましく、80モル%以下がより好ましく、75モル%以下が特に好ましい。When polysiloxane P has a structural unit represented by formula (2) and a structural unit represented by formula (4), the content ratio of the structural unit represented by formula (2) can be, for example, 5 to 95 mol% based on the total amount of the structural units represented by formulas (2) and (4). From the viewpoint of easily controlling the hygroscopicity of the polymer material and easily exhibiting self-repairing performance, the content ratio of the structural unit represented by formula (2) is, for example, preferably 20 mol% or more, more preferably 30 mol% or more, particularly preferably 40 mol% or more, and preferably 90 mol% or less, more preferably 80 mol% or less, and particularly preferably 75 mol% or less based on the total amount of the structural units represented by formulas (2) and (4).
ポリシロキサンPの数平均分子量Mnは特に限定されず、例えば、500~100000とすることができ、好ましくは1000~50000である。The number average molecular weight Mn of polysiloxane P is not particularly limited and can be, for example, 500 to 100,000, and preferably 1,000 to 50,000.
ポリシロキサンPの製造方法は特に限定されず、例えば、公知の製造方法で得ることができ、また、市販品から入手することも可能である。The method for producing polysiloxane P is not particularly limited, and it can be obtained, for example, by a known production method, or it can be obtained as a commercially available product.
工程1において、前記包接化合物と、側鎖に反応性官能基を有するポリシロキサンとを反応する方法は特に限定されない。例えば、前記一般式(1a)で表される化合物と、ゲスト分子と、ポリシロキサンPとを所定の混合割合で混合させる方法を挙げることができる。この混合は、例えば、適宜の溶媒中で行うことができる。溶媒の種類は特に限定されず、例えば、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエンおよびキシレン等の芳香族炭化水素;クロロホルム、1,2-ジクロロエタン等の塩素系炭化水素;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールおよびt-ブタノール等のアルコール等が挙げられる。溶媒は、単独又は2種以上の混合物として使用することができる。工程1の反応温度も特に限定されず、例えば、10~200℃、好ましくは50~150℃、より好ましくは80~120℃とすることができる。In
工程1の反応後、必要に応じて乾燥等の処理をすることで、目的のポリシロキサン骨格を有する高分子材料を得ることができる。斯かる方法で得られる高分子材料は、例えば、前述の図1に示す構造を有するものであり、エラストマーとしての性質を有する。After the reaction in
また、前述の図2の形態の高分子材料を製造する場合は、前記式(1a)で表される化合物と、前記ポリシロキサンPとを混合する工程(以下、「工程2」という)を含む製造方法を採用することができる。この製造方法における工程2では、ゲスト分子を使用しないことを除いては、前述の工程1と同様の条件とすることができる。工程2の混合では必要に応じて、前記ポリシロキサンP以外のポリシロキサン(つまり、側鎖に反応性官能基Aを有さないポリシロキサン)を使用することができ、ポリシロキサンP以外のポリシロキサン(例えばジメチルポリシロキサン)を使用することが好ましい。
In addition, when producing a polymer material in the form of FIG. 2 described above, a production method including a step of mixing the compound represented by formula (1a) with the polysiloxane P (hereinafter referred to as "
ここで、前記式(1a)で表される化合物を製造する方法は特に限定されず、公知の製造方法を広く採用することができる。例えば、前記式(1a)で表される化合物は、国際公開第2018/159791号に記載のホスト基含有重合性単量体の製造方法(具体的には、ホスト基含有ビニル系単量体の製造方法又はホスト基含有非ビニル系単量体の製造方法)と同様の製造方法を採用することができる。Here, the method for producing the compound represented by the formula (1a) is not particularly limited, and a wide variety of known production methods can be adopted. For example, the compound represented by the formula (1a) can be produced by a method similar to the method for producing a host group-containing polymerizable monomer described in International Publication No. 2018/159791 (specifically, the method for producing a host group-containing vinyl monomer or the method for producing a host group-containing non-vinyl monomer).
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the aspects of these examples.
(製造例1)
まず、下記式(21-1)のスキームに従って、NH2-PMβCDを製造した。
(Production Example 1)
First, NH 2 -PMβCD was produced according to the scheme of formula (21-1) below.
原料のホスト分子の原料として、6-デオキシ-6-モノアジド-β-シクロデキストリン6.9mmolをナスフラスコに加え、さらに、脱水N,N-ジメチルホルムアミド500mLを加え、氷冷下で撹拌し、さらにそこへ水素化ナトリウム150mmol、ヨウ化メチル150mmolを加え、12時間撹拌した。その後、そのナスフラスコにメタノール20mLを加え、更に水20mLを加えてクエンチした。得られた溶液をエバポレーターで減圧乾燥後、ジクロロメタン100mLを加え、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液50mL、チオ硫酸ナトリウム五水和物を2.5g含む50mL水溶液、飽和食塩水50mLで洗浄した。 6.9 mmol of 6-deoxy-6-monoazido-β-cyclodextrin was added to a recovery flask as the raw material for the host molecule, and 500 mL of dehydrated N,N-dimethylformamide was added. The mixture was stirred under ice cooling, and then 150 mmol of sodium hydride and 150 mmol of methyl iodide were added and stirred for 12 hours. 20 mL of methanol was then added to the recovery flask, followed by 20 mL of water to quench the mixture. The resulting solution was dried under reduced pressure using an evaporator, after which 100 mL of dichloromethane was added and the mixture was washed with 50 mL of saturated aqueous sodium bicarbonate solution, 50 mL of aqueous solution containing 2.5 g of sodium thiosulfate pentahydrate, and 50 mL of saturated saline.
洗浄後のジクロロメタン層に硫酸マグネシウムを10g加え、室温で撹拌した後にろ過し、そのろ液をエバポレーターで乾固した。得られた固形物をテトラヒドロフラン100mLに溶解し、トリフェニルホスフィン15mmolと28%アンモニア水30mLを加えて、室温にて12時間撹拌した。次いで、エバポレーターで減圧乾燥後、得られた乾燥物をジクロロメタン100mLに溶解し、水100mL、飽和食塩水100mLで洗浄した。 10 g of magnesium sulfate was added to the washed dichloromethane layer, stirred at room temperature, filtered, and the filtrate was dried in an evaporator. The resulting solid was dissolved in 100 mL of tetrahydrofuran, and 15 mmol of triphenylphosphine and 30 mL of 28% aqueous ammonia were added and stirred at room temperature for 12 hours. Next, after drying under reduced pressure in an evaporator, the resulting dried product was dissolved in 100 mL of dichloromethane and washed with 100 mL of water and 100 mL of saturated saline.
洗浄後のジクロロメタン層に硫酸マグネシウムを10g加え、室温で撹拌した後にろ過し、そのろ液をエバポレーターで乾固した。得られた固形物をシリカカラムクロマトグラフィー(溶出液組成ジクロロメタン:メタノール=9:1)により精製した。このホスト基含有重合性単量体をNH2-PMβCDと表記した 10 g of magnesium sulfate was added to the washed dichloromethane layer, stirred at room temperature, filtered, and the filtrate was dried in an evaporator. The solid matter obtained was purified by silica column chromatography (eluent composition: dichloromethane:methanol=9:1). This host group-containing polymerizable monomer was designated as NH 2 -PMβCD.
図3(a)及び(b)はそれぞれ、NH2-PMβCDのマススペクトル及び、NMRスペクトルの結果を示す。これらの結果から、目的のNH2-PMβCDが生成していることを確認した。NH2-PMβCDは、ホスト分子の原料1分子中に存在していた全水酸基数のうちの100%(つまり、N-1個=20個)がメチル基に置換されていることがわかった。 3(a) and (b) show the mass spectrum and NMR spectrum of NH 2 -PMβCD, respectively. From these results, it was confirmed that the target NH 2 -PMβCD was produced. It was found that in NH 2 -PMβCD, 100% (i.e., N-1 = 20) of the total number of hydroxyl groups present in one molecule of the raw host molecule had been substituted with methyl groups.
(実施例1)
図4に示す反応スキームに従って、高分子材料を合成した。まず、側鎖に反応性官能基を有するポリシロキサンPとして、信越シリコーン社性「エポキシ変性シリコーンKF-101」(分子量約1600、エポキシ導入率は約33モル%)を準備した。このポリシロキサンPを360mgと、製造例1で得たNH2-PMβCDを72mgと、1-アダマンタンアミン(ゲスト分子)7.7mgとをサンプルビンに入れ、トルエン400μLを加えて混合した。この混合では、ポリシロキサンPのエポキシ基の全モル数に対して、NH2-PMβCDのモル数及び1-アダマンタンアミンがいずれも5モル%となるように各配合量が調節された。前記混合により、均一溶液が得られ、その後、100℃の油浴で6時間加熱すると粘性が上がった黄色透明オイルが得られた。これを2晩60℃で減圧乾燥させることで高分子材料を得た。
Example 1
A polymeric material was synthesized according to the reaction scheme shown in FIG. 4. First, "Epoxy-modified silicone KF-101" (molecular weight about 1600, epoxy introduction rate about 33 mol%) manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd. was prepared as polysiloxane P having reactive functional groups in the side chain. 360 mg of this polysiloxane P, 72 mg of NH 2 -PMβCD obtained in Production Example 1, and 7.7 mg of 1-adamantanamine (guest molecule) were placed in a sample bottle, and 400 μL of toluene was added and mixed. In this mixing, the amount of each was adjusted so that the number of moles of NH 2 -PMβCD and 1-adamantanamine were both 5 mol% relative to the total number of moles of epoxy groups in polysiloxane P. A uniform solution was obtained by the above mixing, and then, when heated in an oil bath at 100°C for 6 hours, a yellow transparent oil with increased viscosity was obtained. This was dried under reduced pressure at 60°C for two nights to obtain a polymeric material.
図5は、実施例1で得られた高分子材料の1H-NMRスペクトル(CDCl3、500MHz、25℃)である。この1H-NMRスペクトルから、目的の高分子材料が合成されていることを確認した。 5 is a 1 H-NMR spectrum (CDCl 3 , 500 MHz, 25° C.) of the polymer material obtained in Example 1. From this 1 H-NMR spectrum, it was confirmed that the target polymer material had been synthesized.
(実施例2)
ポリシロキサンPのエポキシ基の全モル数に対して、NH2-PMβCDのモル数及び1-アダマンタンアミンがいずれも3モル%となるように各配合量を調節したこと以外は実施例1と同様の方法で高分子材料を得た。
Example 2
A polymer material was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of each was adjusted so that the number of moles of NH 2 -PMβCD and 1-adamantanamine were each 3 mol % relative to the total number of moles of epoxy groups in polysiloxane P.
(比較例1)
ポリシロキサンPとして、信越シリコーン社性「エポキシ変性シリコーンKF-101」(分子量約1600、エポキシ導入率は約33モル%)を1.8g(5.1mmol、1eq.)、エチレンジアミン(EDA)を17μL(0.25mmol、0.05eq.)をサンプルビンに入れ、トルエン2.0mLを加え混合した。この混合では、ポリシロキサンPのエポキシ基の全モル数に対して、EDAのモル数が5モル%となるように各配合量が調節された。前記混合により、均一溶液を得た後、100℃の油浴で17時間加熱した後、2晩にわたって60℃で減圧乾燥させることで高分子材料を得た。
(Comparative Example 1)
As polysiloxane P, 1.8 g (5.1 mmol, 1 eq.) of Shin-Etsu Silicone's "Epoxy Modified Silicone KF-101" (molecular weight approximately 1600, epoxy introduction rate approximately 33 mol%) and 17 μL (0.25 mmol, 0.05 eq.) of ethylenediamine (EDA) were placed in a sample bottle, and 2.0 mL of toluene was added and mixed. In this mixing, the amount of each compound was adjusted so that the number of moles of EDA was 5 mol% relative to the total number of moles of epoxy groups in polysiloxane P. After obtaining a homogeneous solution by the above mixing, the solution was heated in an oil bath at 100°C for 17 hours and then dried under reduced pressure at 60°C for two nights to obtain a polymer material.
(引張り試験)
実施例及び比較例で得られた高分子材料(厚み1mm)について、「ストローク-試験力曲線」試験(島津製作所社製「AUTOGRAPH」(型番:AGX-plus)を行い、得られた破断応力曲線(応力-歪曲線)から高分子材料の破断点(破断ひずみ)を観測した。また、この破断点を終点として、終点までの最大応力を高分子材料の破断応力とした。また、応力-歪曲線から、高分子材料の破壊エネルギーを算出した。この引張り試験は、高分子材料の下端を固定し上端を引張り速度0.1~1mm/minで稼動させるアップ方式で実施した。
(Tensile test)
A "stroke-test force curve" test ("AUTOGRAPH" (model: AGX-plus) manufactured by Shimadzu Corporation) was performed on the polymer materials (
なお、「ストローク-試験力曲線」試験において、破断応力及び破断歪(単に歪ともいう)の一方又は両方が高い値を示す材料は、高分子材料の靭性及び強度が優れると判断できる。特に、破断応力及び破断歪(単に歪ともいう)の両方が高い値を示す材料は、破壊エネルギーが優れる材料であると判断できる。In addition, in the "stroke-test force curve" test, a material that exhibits high values for either or both of the breaking stress and breaking strain (also simply called strain) can be judged to have excellent toughness and strength as a polymer material. In particular, a material that exhibits high values for both the breaking stress and breaking strain (also simply called strain) can be judged to have excellent fracture energy.
引張り試験の結果、実施例1で得られた高分子材料は、破断応力が30kPa、破断ひずみが28%、ヤング率が120kPaであり、また、破壊エネルギーは5.5Jm2であり、従来の高分子材料に比べて靭性及び強度が優れる材料であった。また、実施例2で得られた高分子材料は、破断応力が19kPa、破断ひずみが77%、ヤング率が36kPaであり、また、破壊エネルギーは8.7Jm2であり、従来の高分子材料に比べて靭性及び強度が優れる材料であった。これに対し、比較例1で得られた高分子材料(化学架橋構造体)は、そもそも引張り試験用サンプルを作製できないほど脆い材料であり、明らかに靭性及び強度を有していない材料であった。比較例1で得られた高分子材料は、実施例1のようなホスト-ゲスト相互作用により架橋構造は有しておらず、従来の化学架橋構造を有するものであるので、ポリシロキサン骨格を有する高分子材料の機械特性を向上させる手段としては適していないといえる。 As a result of the tensile test, the polymer material obtained in Example 1 had a breaking stress of 30 kPa, a breaking strain of 28%, a Young's modulus of 120 kPa, and a breaking energy of 5.5 Jm2 , which was a material superior in toughness and strength compared to conventional polymer materials. The polymer material obtained in Example 2 had a breaking stress of 19 kPa, a breaking strain of 77%, a Young's modulus of 36 kPa, and a breaking energy of 8.7 Jm2 , which was a material superior in toughness and strength compared to conventional polymer materials. In contrast, the polymer material (chemically cross-linked structure) obtained in Comparative Example 1 was a material that was so brittle that it was impossible to prepare a sample for a tensile test, and was a material that clearly did not have toughness and strength. The polymer material obtained in Comparative Example 1 did not have a cross-linked structure due to host-guest interactions as in Example 1, but had a conventional chemically cross-linked structure, so it can be said that it is not suitable as a means for improving the mechanical properties of a polymer material having a polysiloxane skeleton.
(自己修復性評価)
実施例1及び2で得られた高分子材料(厚み1mm)の中央部を切断して2つに分けた後、両者を常温(25℃)で24時間接触させたところ、いずれも再接着することが確認された。また、再接着後の破断応力は切断前の約30%であり、自己修復によって、約30%は回復することがわかった。
(Self-repairability evaluation)
The polymeric materials (
(吸湿性評価)
実施例1及び比較例1で得られた高分子材料をそれぞれサンプルビンに入れ、水6mLに20時間浸漬させた。その後、各エラストマーを取り出し、軽く表面の水をふき取った後で質量を測定し、水に浸漬する前後の質量変化から含水率を算出した。その結果、実施例1で得られた高分子材料の含水率は、8.7%、比較例1で得られた高分子材料の含水率は、0.4%であった。この結果から、実施例1で得られた高分子材料は、高い吸湿性を備えていることもわかった。
(Evaluation of moisture absorption)
The polymeric materials obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were each placed in a sample bottle and immersed in 6 mL of water for 20 hours. After that, each elastomer was taken out, the water on the surface was lightly wiped off, and the mass was measured, and the moisture content was calculated from the change in mass before and after immersion in water. As a result, the moisture content of the polymeric material obtained in Example 1 was 8.7%, and the moisture content of the polymeric material obtained in Comparative Example 1 was 0.4%. From this result, it was also found that the polymeric material obtained in Example 1 has high hygroscopicity.
Claims (6)
前記ポリシロキサン骨格は側鎖に下記一般式(1)
-R1-RH (1)
(式(1)中、R1はNHを示し、RHはホスト基を示す。)
で表される構成単位を有し、
前記ホスト基は、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体から1個の水素原子又は水酸基が除された1価の基であり、
前記シクロデキストリン誘導体は、シクロデキストリンが有する少なくとも1個の水酸基の水素原子が炭化水素基、アシル基及び-CONHR(Rはメチル基又はエチル基)からなる群より選ばれる少なくとも1種の基で置換された構造を有する、高分子材料。 A polymer material having a polysiloxane skeleton,
The polysiloxane skeleton has a side chain represented by the following general formula (1):
-R 1 -R H (1)
(In formula (1), R 1 represents NH, and R H represents a host group.)
The structural unit represented by
the host group is a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom or one hydroxyl group from a cyclodextrin or a cyclodextrin derivative,
The cyclodextrin derivative is a polymeric material having a structure in which a hydrogen atom of at least one hydroxyl group of cyclodextrin is substituted with at least one group selected from the group consisting of a hydrocarbon group, an acyl group, and -CONHR (R is a methyl group or an ethyl group).
前記ポリシロキサン骨格は側鎖に-O-R H (R H はホスト基を示す。)で表される構成単位を有するものであって、かつ、前記ポリシロキサン骨格は下記一般式(3)
(式(3)中、R1はOを示し、RHはホスト基を示す。R5は置換基で置換されていてもよい炭素数1から10の直鎖又は分岐のアルキル基、もしくは置換基で置換されていてもよい炭素数6から20のアリール基を示す。式(3)中、R6は、置換基を有さない炭素数1~10のアルキレン基、または、置換基を有さずエーテル結合を有する炭素数1~10のアルキレン基を示し、nは0又は1の数である。nが0のときはR6がないことを意味し、つまり、R1がケイ素原子に直接結合していることを意味する。)
で表される構成単位を有し、
前記ホスト基は、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体から1個の水素原子又は水酸基が除された1価の基であり、
前記シクロデキストリン誘導体は、シクロデキストリンが有する少なくとも1個の水酸基の水素原子が炭化水素基、アシル基及び-CONHR(Rはメチル基又はエチル基)からなる群より選ばれる少なくとも1種の基で置換された構造を有する、高分子材料。 A polymer material having a polysiloxane skeleton,
The polysiloxane skeleton has a structural unit represented by -O-R H (R H represents a host group) in a side chain, and the polysiloxane skeleton is represented by the following general formula (3):
(In formula (3), R1 represents O, R2 represents a host group, R5 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be substituted with a substituent, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms which may be substituted with a substituent. In formula (3), R6 represents an unsubstituted alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, or an unsubstituted alkylene group having 1 to 10 carbon atoms and an ether bond , and n is the number of 0 or 1. When n is 0, this means that R6 is absent, that is, R1 is directly bonded to a silicon atom.)
The structural unit represented by
the host group is a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom or one hydroxyl group from a cyclodextrin or a cyclodextrin derivative,
The cyclodextrin derivative is a polymeric material having a structure in which a hydrogen atom of at least one hydroxyl group of cyclodextrin is substituted with at least one group selected from the group consisting of a hydrocarbon group, an acyl group, and -CONHR (R is a methyl group or an ethyl group).
前記ポリシロキサン骨格は側鎖に下記一般式(1)
-R1-RH (1)
(式(1)中、R1はNH又はOを示し、RHはホスト基を示す。)
で表される構成単位を有し、
前記ホスト基は、シクロデキストリン又はシクロデキストリン誘導体から1個の水素原子又は水酸基が除された1価の基であり、
前記シクロデキストリン誘導体は、シクロデキストリンが有する少なくとも1個の水酸基の水素原子が炭化水素基、アシル基及び-CONHR(Rはメチル基又はエチル基)からなる群より選ばれる少なくとも1種の基で置換された構造を有し、
下記一般式(1a)
R2-RH (1a)
(式(1a)中、R2はNH2又はOHを示し、RHは前記式(1)中のRHと同義である)
で表される化合物にゲスト分子が包接されてなる包接化合物と、
側鎖に反応性官能基を有するポリシロキサンと、
を反応する工程を備える、高分子材料の製造方法。 A method for producing a polymeric material having a polysiloxane skeleton, comprising the steps of:
The polysiloxane skeleton has a side chain represented by the following general formula (1):
-R 1 -R H (1)
(In formula (1), R 1 represents NH or O, and R H represents a host group.)
The structural unit represented by
the host group is a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom or one hydroxyl group from a cyclodextrin or a cyclodextrin derivative,
The cyclodextrin derivative has a structure in which a hydrogen atom of at least one hydroxyl group of cyclodextrin is substituted with at least one group selected from the group consisting of a hydrocarbon group, an acyl group, and -CONHR (R is a methyl group or an ethyl group),
The following general formula (1a)
R 2 -R H (1a)
(In formula (1a), R2 represents NH2 or OH, and RH has the same meaning as RH in formula (1).)
and a guest molecule is included in the compound represented by the formula:
A polysiloxane having a reactive functional group in a side chain;
A method for producing a polymer material, comprising the step of reacting
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