カルボン酸ビニル(VE) 用途

カルボン酸ビニルの用途

酢酸ビニル以外のカルボン酸ビニルは、現在は酢酸ビニルほど大量に使われているものではありませんが、その構造の多様さから無限の可能性を秘めていると言えるでしょう。

そんなカルボン酸ビニルの用途を、ごく一部ですがご紹介します。

樹脂の柔軟性(Tg)、その他の物性の制御(共重合モノマーとして使う)

高分子を合成する時、1種類のモノマーのみで製品にすることはそれほど多くなく、様々なモノマーを共重合して、樹脂の堅さや溶剤への溶解性などの物性を求める性質に近づけるのが普通です。
カルボン酸ビニルは、このような改質モノマーとして非常に有用なものです。

例えば、ピバリン酸ビニルを単独で重合したポリマーは、透明な堅い樹脂(Tg:86℃)が得られます。このような「堅い」ポリマーを作るようなモノマーを共重合することで、温度を上げても軟らかくなりにくい樹脂を得ることができます。

逆に、ラウリン酸ビニルのような直鎖脂肪族のカルボン酸ビニルからは、常温でも流動性のある樹脂が得られます。このような「軟らかい」ポリマーを作るようなモノマーを共重合することで、温度を上げなくても軟らかい「内部可塑化された」樹脂を得ることができます。
(Tg:Grass Transition Temperature)・・・ガラス転移温度ともいい、高分子物質がガラス状の堅い状態から柔軟性のある状態に変わる時の温度。

共重合 図

この他にも、溶剤への溶解性のコントロール、顔料の分散性の向上、架橋部位の付与などの目的で、共重合による樹脂改質が行なわれる場合があります。

カルボン酸ビニルの共重合 図

この図の樹脂では、柔軟性の調節と共に、溶解性や顔料の分散性をよくする目的でカルボン酸ビニルが共重合されています。

また、カルボン酸ビニル単体でのホモポリマー合成も可能です。

官能基を持つカルボン酸ビニルを架橋サイトとして使う

例:アクリルゴムの架橋サイトモノマー
モノクロロ酢酸ビニルは活性な塩素原子を持っているので、その塩素原子の反応性を利用する反応が期待できます。

例として、アクリルゴムの架橋サイト(架橋剤と反応する部分)として使用されている例をご紹介します。

アクリルゴムは耐熱・耐油性に優れたゴムで、主として自動車のエンジンルーム内の部品など、高い耐熱性と耐油性を共に要求されるような部分に使われている素材です。

アクリルゴム 概念図

各種のアクリル酸エステルモノマーと共に、数%のモノクロロ酢酸ビニル(図中の赤色部分)を共重合します。

そこにアミン系などの架橋剤を使用することで、すばやく架橋を行なうことができます。

モノクロロ酢酸ビニルは脱離基となる塩素原子の活性が大きいため、同じような塩素系ビニルモノマーである2-クロロエチルビニルエーテル等を使用した場合に比べて架橋の進行が非常に早く、二次加硫が不要になる場合もあります。

光学活性体の分割反応への利用

生体を構成する蛋白質などの物質は、大部分が光学活性体です。光学活性体とは、下の図のように同じ化学構造式にもかかわらず、立体的な構造の違いから異なる挙動を示す物質のことを言います。

D体とL体の模式図

(D体とL体の模式図。化学式で見ると同じだが、立体的な構造が逆になっている。)

生体に対して、D体とL体の効果は通常同じではありません。片方が医薬として有用であっても、もう片方は毒性を示す場合もあるのです。したがって、医薬品・香料・農薬、またこれらの中間体の合成では、光学活性体の混合物(ラセミ体)から、片方だけを確実に取り出す(光学分割)ことが、重要なポイントとなります。

光学分割反応でカルボン酸ビニルが特に有用なのは、光学分割の対象がラセミのアルコールの場合です。

反応の模式図

同様の反応はカルボン酸のメチルやエチルなどのエステルを使っても可能ですが、この場合副生物のメタノールやエタノールが反応系内に留まりやすく、途中で反応が平衡に達してしまう場合があります。カルボン酸ビニルを用いた場合は、ビニル基が沸点の低いアセトアルデヒドとなって脱離するため反応系外への除去が容易で、反応を最後まで効率的に進めることができます。

反応自体は非常に簡単なので、ビーカースケールから工業レベルの反応まで幅広く使われています。

問題点は、片方を選択的に取り出す反応なので、普通に行なうと最大収率が50%となってしまうことですが、残りを簡単に再ラセミ化できる場合や、製品が高付加価値な場合には非常に有用な反応といえるでしょう。

光硬化・架橋反応への利用

近年、紫外線やガンマ線・電子線などの高エネルギー線による反応が注目されています。単に光によって重合を開始するのみでなく、架橋などの反応も注目されています。

熱を反応の起点に使用しないため、熱による体積変化が非常に少ないのが特徴です。
接着剤を例に挙げて説明すると、従来型の接着剤では硬化反応に加熱を必要としたり、反応で発熱したりして、熱による体積膨張や冷却時の体積収縮で接着樹脂そのものが割れたり、接着剤と基材との間で剥離が起こったりする場合がありました。

それに対し、光硬化反応では加熱による体積変化が起こらないため寸法安定性に優れており、電子材料の接着など寸法安定性を要求される部分で使われています。

光硬化反応 図

このような光反応による架橋や重合は、溶剤を使わない光硬化型の塗料などへの応用も進められています。