JP2000119325A - シンジオタクティック1,2―ポリブタジエンの製造方法およびそのための鉄を基とする触媒組成物 - Google Patents

シンジオタクティック1,2―ポリブタジエンの製造方法およびそのための鉄を基とする触媒組成物

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JP2000119325A
JP2000119325A JP11290942A JP29094299A JP2000119325A JP 2000119325 A JP2000119325 A JP 2000119325A JP 11290942 A JP11290942 A JP 11290942A JP 29094299 A JP29094299 A JP 29094299A JP 2000119325 A JP2000119325 A JP 2000119325A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シンジオタクティック1,2−ポリブタジエ
ンの製造方法およびそれ用の鉄を基とする触媒組成物。 【解決手段】 1,3−ブタジエンを重合させてシンジ
オタクティック1,2−ポリブタジエンを生成させる場
合に用いるに適した(a)鉄含有化合物と(b)ジヒド
ロカルビル水素ホスファイトと(c)有機アルミニウム
化合物を含んで成る触媒組成物を開示する。この開示の
触媒組成物を用いると環境的に有害な成分、例えば二硫
化炭素およびハロゲン置換溶媒などの使用が回避され
る。この触媒の成分および成分比を変えることでシンジ
オタクティック1,2−ポリブタジエンの溶融温度を約
100から約200℃に及んで変えることができる。単
一の触媒組成物を用いて溶融温度をそのような幅広い範
囲にわたって変えることができることは非常に望ましい
ことである。このシンジオタクティック1,2−ポリブ
タジエンはプラスチックとして使用可能であり、或はゴ
ム組成物用の添加剤として使用可能であり、この場合、
それを通常のゴムと共に通常の架橋剤で架橋させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】本発明は、(a)鉄含有化合物と(b)
ジヒドロカルビル水素ホスファイトと(c)有機アルミ
ニウム化合物を含んで成る触媒組成物およびそれを用い
て1,3−ブタジエンを重合させてシンジオタクティッ
ク1,2−ポリブタジエンを生成させることに関する。
シンジオタクティック1,2−ポリブタジエンは熱可塑
性樹脂であり、これには不飽和が残存していることから
通常のゴムと共に硬化し得る。
【0002】
【発明の背景】シンジオタクティック1,2−ポリブタ
ジエンは、側鎖として存在するビニル基が炭素−炭素結
合で構成されているポリマー主鎖に関して交互に反対側
に位置する立体規則的構造を有する熱可塑性樹脂であ
る。シンジオタクティック1,2−ポリブタジエンは、
プラスチックの特性とゴムの特性を共に兼ね備えたユニ
ークな材料である。従って、シンジオタクティック1,
2−ポリブタジエンは数多くの用途を有する。例えば、
シンジオタクティック1,2−ポリブタジエンを用いて
フィルム、繊維および成形品を製造することができる。
また、それをゴムにブレンドしてそれと共に硬化させる
ことも可能である。
【0003】シンジオタクティック1,2−ポリブタジ
エンは溶液重合、乳化重合または懸濁重合で製造可能で
ある。溶液重合、乳化重合または懸濁重合で得られたシ
ンジオタクティック1,2−ポリブタジエンが示す溶融
温度は典型的に約195℃から215℃の範囲内であ
る。しかしながら、加工性の理由で実際の使用に適する
ようにシンジオタクティック1,2−ポリブタジエンに
一般に約195℃未満の溶融温度を持たせるのが望まし
い。
【0004】シンジオタクティック1,2−ポリブタジ
エンの製造ではコバルト、チタン、バナジウム、クロム
およびモリブデンを基とするいろいろな遷移金属触媒系
が従来技術に報告されている(例えばL.Porriお
よびGiarrusso著、Comprehensiv
e Polymer Science,G.C.Eas
tmond,A.Ledwith,S.Russo お
よびP.Sigwalt編集、Pergamon Pr
ess:Oxford,1989、4巻、53頁を参
照)。しかしながら、このような触媒系は大部分が低い
触媒活性または劣った立体選択性を示しそしてある場合
には商業的使用に適さない低い分子量を有するポリマー
類または架橋したポリマー類をもたらすことから、それ
らは実際には全く用いられていない。
【0005】シンジオタクティック1,2−ポリブタジ
エンの商業的規模の製造では下記のコバルトを基とする
触媒系がよく知られている:(1)ビス(アセチルアセ
トン)コバルト/トリエチルアルミニウム/水/トリフ
ェニルホスフィン(米国特許第3,498,963号お
よび4,182,813号;特公44−32426(日
本合成ゴム株式会社に譲渡);および(2)トリス(ア
セチルアセトン)コバルト/トリエチルアルミニウム/
二硫化炭素(米国特許第3,778,424号;特公7
2−19,892,81−18,127,74−17,
666および74−17,667特開81−88,40
8,81−88,409,81−88,410,75−
59,480,75−121,380および75−12
1,379(宇部興産株式会社に譲渡)。上記2種類の
触媒系もまた重大な欠点を有する。
【0006】ビス(アセチルアセトン)コバルト/トリ
エチルアルミニウム/水/トリフェニルホスフィン系を
用いた時に得られるシンジオタクティック1,2−ポリ
ブタジエンは非常に低い結晶性を示す。加うるに、この
ような触媒系が充分な触媒活性を示すのはハロゲン置換
炭化水素溶媒を重合用媒体として用いた時のみである
が、ハロゲン置換溶媒は毒性に問題がある。
【0007】トリス(アセチルアセトン)コバルト/ト
リエチルアルミニウム/二硫化炭素系の場合には二硫化
炭素が触媒成分の1つとして用いられている。これは高
い揮発性を示し、不快な臭気を有し、低い引火点を示す
ばかりでなく毒性を有することから、二硫化炭素は使用
が困難で危険でありかつ僅かな量でも大気に放出される
のを防止するため、高価な安全手段を必要とする。更
に、この触媒系を用いた時に得られるシンジオタクティ
ック1,2−ポリブタジエンは非常に高い溶融温度(2
00−210℃の範囲内)を示すことから、このような
ポリマーを加工するのは困難である。触媒変性剤(mo
difier)を4番目の触媒成分として用いることで
シンジオタクティック1,2−ポリブタジエンの溶融温
度を低くすることは可能であるが、そのような触媒変性
剤を存在させるとまた触媒活性およびポリマー収率に悪
影響が生じる。従って、この上に述べた2種類の従来技
術のコバルトを基とする触媒系を産業的に用いるには数
多くの制限が要求される。
【0008】鉄含有化合物を基とする配位触媒系、例え
ばアセチルアセトン鉄(III)/トリエチルアルミニ
ウムなどは、従来技術で長年にわたって知られていた
が、それらが1,3−ブタジエンの重合で示す触媒活性
は非常に低くかつ立体選択性も劣り、そして時としてオ
リゴマー類、液状の低分子量ポリマー類または架橋した
ポリマー類が得られる。従って、このような従来技術の
鉄を基とする触媒系は産業的には全く用いられていな
い。
【0009】
【発明の要約】本発明の1つの目的は、いろいろな溶融
温度およびシンジオタクティック性を有していて上述し
た従来技術の欠点を持たないシンジオタクティック1,
2−ポリブタジエンを提供することにある。
【0010】本発明の別の目的は、上述したシンジオタ
クティック1,2−ポリブタジエンを効率良く製造する
方法を提供することにある。
【0011】本発明のさらなる目的は、上述したシンジ
オタクティック1,2−ポリブタジエンの製造で用いる
に適した高い触媒活性と立体選択性を示す多目的の安価
な触媒組成物を提供することにある。
【0012】鉄を基とする特定の触媒組成物を用いて
1,3−ブタジエンを重合させると目的とするシンジオ
タクティック1,2−ポリブタジエンが効率良く製造し
得ることを見い出した。
【0013】具体的には、本発明は、1,3−ブタジエ
ンモノマーを立体特異的に重合させてシンジオタクティ
ック1,2−ポリブタジエンを生成させようとする時に
用いることができる触媒組成物に関し、上記触媒組成物
は(a)鉄含有化合物と(b)ジヒドロカルビル水素ホ
スファイトと(c)有機アルミニウム化合物よりなる。
【0014】本発明は、更に、シンジオタクティック
1,2−ポリブタジエンの製造方法にも関し、この方法
は、上記触媒組成物を触媒有効量で存在させて1,3−
ブタジエンモノマーを重合させることよりなる。
【0015】本発明の方法および触媒組成物を用いると
高度に有益な目覚ましい利点が数多く実現される。例え
ば、本発明の方法および触媒組成物を用いると、触媒の
量を少くしてもシンジオタクティック1,2−ポリブタ
ジエンが比較的短い重合時間で高い収率で得られる。追
加的およびより重要なことに、本発明の触媒組成物には
従来技術の触媒系のいくつかで典型的に用いられてい
る、揮発性が高くて毒性を持つ引火性の二硫化炭素を含
まないことから、二硫化炭素の使用に伴う毒性も不快な
臭気も危険性も費用もなくなる。更に、本発明の触媒組
成物は幅広い範囲の溶媒中で高い触媒活性を示し、その
ような溶媒には、ハロゲン置換されていない溶媒、例え
ば環境的に好ましい脂肪族および環状脂肪族炭化水素な
どが含まれる。加うるに、本発明の触媒組成物は鉄を基
にしているが、鉄化合物は一般に安定で毒性がなく安価
で容易に入手可能である。更に、本発明の触媒組成物は
非常に多目的的で、触媒変性剤を4番目の触媒成分とし
て用いる必要なく、幅広い範囲の溶融温度のシンジオタ
クティック1,2−ポリブタジエンを製造することがで
きる。
【0016】
【発明の詳細な記述】本発明の触媒組成物を下記の成分
で構成させる:(a)鉄含有化合物、(b)ジヒドロカ
ルビル水素ホスファイト、および(c)有機アルミニウ
ム化合物。
【0017】本発明の触媒組成物に含める成分(a)と
して、いろいろな鉄含有化合物を用いることができる。
一般的には、炭化水素溶媒、例えば芳香族炭化水素、脂
肪族炭化水素または環状脂肪族炭化水素などに溶解し得
る鉄含有化合物の使用が有利である。それにも拘らず、
不溶な鉄含有化合物を単に重合用媒体に懸濁させること
でも触媒活性種が生成し得る。従って、鉄含有化合物の
溶解性の確保に対して制限を置くべきでない。
【0018】本発明の触媒組成物で用いる鉄含有化合物
の鉄はいろいろな酸化状態であり得、そのような状態に
は、これらに限定するものでないが、0、+2、+3お
よび+4の酸化状態が含まれる。鉄が+2の酸化状態に
ある二価の鉄化合物(また第一鉄化合物とも呼ばれ
る)、そして鉄が+3の酸化状態にある三価の鉄化合物
(また第二鉄化合物とも呼ばれる)を用いるのが好適で
ある。本発明の触媒組成物で用いることができる適切な
種類の鉄含有化合物には、これらに限定するものでない
が、カルボン酸鉄、β−ジケトン鉄、鉄アルコキサイド
もしくはアリールオキサイド類、ハロゲン化鉄、擬似ハ
ロゲン化鉄および有機鉄化合物が含まれる。
【0019】適切なカルボン酸鉄の具体例のいくつかに
は、蟻酸鉄(II)、蟻酸鉄(III)、酢酸鉄(I
I)、酢酸鉄(III)、アクリル酸鉄(II)、アク
リル酸鉄(III)、メタアクリル酸鉄(II)、メタ
アクリル酸鉄(III)、吉草酸鉄(II)、吉草酸鉄
(III)、グルコン酸鉄(II)、グルコン酸鉄(I
II)、クエン酸鉄(II)、クエン酸鉄(III)、
フマル酸鉄(II)、フマル酸鉄(III)、乳酸鉄
(II)、乳酸鉄(III)、マレイン酸鉄(II)、
マレイン酸鉄(III)、しゅう酸鉄(II)、しゅう
酸鉄(III)、2−エチルヘキサン酸(2−ethy
lhexanoate)鉄(II)、2−エチルヘキサ
ン酸鉄(III)、ネオデカン酸鉄(II)、ネオデカ
ン酸鉄(III)、ナフテン酸鉄(II)、ナフテン酸
鉄(III)、ステアリン酸鉄(II)、ステアリン酸
鉄(III)、オレイン酸鉄(II)、オレイン酸鉄
(III)、安息香酸鉄(II)、安息香酸鉄(II
I)、ピコリン酸鉄(II)およびピコリン酸鉄(II
I)が含まれる。
【0020】適切なβ−ジケトン鉄の具体例のいくつか
にはアセチルアセトン鉄(II)、アセチルアセトン鉄
(III)、トリフルオロアセチルアセトン鉄(I
I)、トリフルオロアセチルアセトン鉄(III)、ヘ
キサフルオロアセチルアセトン鉄(II)、ヘキサフル
オロアセチルアセトン鉄(III)、ベンゾイルアセト
ン鉄(II)、ベンゾイルアセトン鉄(III)、2,
2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン鉄
(II)および2,2,6,6−テトラメチル−3,5
−ヘプタンジオン鉄(III)が含まれる。
【0021】適切な鉄アルコキサイドもしくはアリール
オキサイド類の具体例のいくつかには鉄(II)メトキ
サイド、鉄(III)メトキサイド、鉄(II)エトキ
サイド、鉄(III)エトキサイド、鉄(II)イソプ
ロポキサイド、鉄(III)イソプロポキサイド、鉄
(II)2−エチルヘキソキサイド、鉄(III)2−
エチルヘキソキサイド、鉄(II)フェノキサイド、鉄
(III)フェノキサイド、鉄(II)ノニルフェノキ
サイド、鉄(III)ノニルフェノキサイド、鉄(I
I)ナフトキサイドおよび鉄(III)ナフトキサイド
が含まれる。
【0022】適切なハロゲン化鉄の具体例のいくつかに
はフッ化鉄(II)、フッ化鉄(III)、塩化鉄(I
I)、塩化鉄(III)、臭化鉄(II)、臭化鉄(I
II)およびヨウ化鉄(II)が含まれる。
【0023】適切な擬似ハロゲン化鉄の代表的な例のい
くつかにはシアン化鉄(II)、シアン化鉄(II
I)、シアン酸鉄(II)、シアン酸鉄(III)、チ
オシアン酸鉄(II)、チオシアン酸鉄(III)、ア
ジ化鉄(II)、アジ化鉄(III)およびフェロシア
ン化鉄(III)(またプルシャンブルーとも呼ばれ
る)が含まれる。
【0024】本明細書で用いる如き用語「有機鉄化合
物」は鉄−炭素共有結合を少なくとも1つ含む全ての鉄
化合物を指す。適切な有機鉄化合物の具体例のいくつか
にはビス(シクロペンタジエニル)鉄(II)(またフ
ェロセンとも呼ばれる)、ビス(ペンタメチルシクロペ
ンタジエニル)鉄(II)(またデカメチルフェロセン
とも呼ばれる)、ビス(ペンタジエニル)鉄(II)、
ビス(2,4−ジメチルペンタジエニル)鉄(II)、
ビス(アリル)ジカルボニル鉄(II)、(シクロペン
タジエニル)(ペンタジエニル)鉄(II)、テトラ
(1−ノルボルニル)鉄(IV)、(トリメチレンメタ
ン)トリカルボニル鉄(II)、ビス(ブタジエン)カ
ルボニル鉄(II)、(ブタジエン)トリカルボニル鉄
(0)およびビス(シクロオクタテトラエン)鉄(0)
が含まれる。
【0025】本発明の触媒組成物の成分(b)は、下記
のケト−エノール互変異性構造:
【0026】
【化1】
【0027】[ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なっていてもよく、アルキル、シクロアルキル、アリ
ール、アラルキル、アルカリールおよびアリル基から成
る群から選択されるヒドロカルビル基であり、ここで、
各基が含む炭素原子の数は、好適には、1または上記基
を形成するに適切な最小限の数(しばしば3または6)
から20以下の炭素原子数である]で表されるジヒドロ
カルビル水素ホスファイトである。このジヒドロカルビ
ル水素ホスファイトは主にケト互変異性体(左側に示
す)として存在し、エノール互変異性体(右側に示す)
は少数種である。この2種類の互変異性体またはそれら
の混合物のいずれかを本発明の触媒組成物の成分(b)
として用いることができる。上述した互変異性体の平衡
に関する平衡定数は、温度、R1およびR2基の種類、溶
媒の種類などの如き要因に依存する。両方の互変異性体
とも水素結合で結合して二量体、三量体またはオリゴマ
ー形態で存在し得る。
【0028】適切なジヒドロカルビル水素ホスファイト
の代表例のいくつかはジメチル水素ホスファイト、ジエ
チル水素ホスファイト、ジブチル水素ホスファイト、ジ
ヘキシル水素ホスファイト、ジオクチル水素ホスファイ
ト、ジデシル水素ホスファイト、ジドデシル水素ホスフ
ァイト、ジオクタデシル水素ホスファイト、ビス(2,
2,2−トリフルオロエチル)水素ホスファイト、ジイ
ソプロピル水素ホスファイト、ビス(3,3−ジメチル
−2−ブチル)水素ホスファイト、ビス(2,4−ジメ
チル−3−ペンチル)水素ホスファイト、ジ−t−ブチ
ル水素ホスファイト、ビス(2−エチルヘキシル)水素
ホスファイト、ジネオペンチル水素ホスファイト、ビス
(シクロプロピルメチル)水素ホスファイト、ビス(シ
クロブチルメチル)水素ホスファイト、ビス(シクロペ
ンチルメチル)水素ホスファイト、ビス(シクロヘキシ
ルメチル)水素ホスファイト、ジシクロブチル水素ホス
ファイト、ジシクロペンチル水素ホスファイト、ジシク
ロヘキシル水素ホスファイト、ジメチル水素ホスファイ
ト、ジフェニル水素ホスファイト、ジナフチル水素ホス
ファイト、ジベンジル水素ホスファイト、ビス(1−ナ
フチルメチル)水素ホスファイト、ジアリル水素ホスフ
ァイト、ジメタリル水素ホスファイト、ジクロチル水素
ホスファイト、エチルブチル水素ホスファイト、メチル
ヘキシル水素ホスファイト、メチルネオペンチル水素ホ
スファイト、メチルフェニル水素ホスファイト、メチル
シクロヘキシル水素ホスファイト、メチルベンジル水素
ホスファイトなどである。また、上記ジヒドロカルビル
水素ホスファイトの混合物も使用可能である。
【0029】本発明の触媒組成物は更に有機アルミニウ
ム化合物を成分(c)として含む。本明細書で用いる如
き用語「有機アルミニウム化合物」はアルミニウム−炭
素共有結合を少なくとも1つ含む全てのアルミニウム化
合物を指す。一般的には、重合用炭化水素媒体に溶解し
得る有機アルミニウム化合物の使用が有利である。本発
明の触媒組成物で用いることができる好適な種類の有機
アルミニウム化合物は、一般式AlRn3-n(n=1、
2または3)[式中、各Rは、同一もしくは異なってい
てもよく、アルキル、シクロアルキル、アリール、アラ
ルキル、アルカリールおよびアリル基から成る群から選
択されるヒドロカルビル基であり、ここで、各R基が含
む炭素原子の数は、好適には、1または上記基を形成す
るに適切な最小限の数(しばしば3または6)から20
以下の炭素原子数であり、そして各Xは、同一もしくは
異なっていてもよく、水素、ハロゲン、好適には塩素ま
たは臭素、または炭素原子数が1または6から20のア
ルコキサイドもしくはアリールオキサイド基である]で
表される。このように、本発明の触媒組成物で用いるこ
とができる適切な種類の有機アルミニウム化合物には、
これらに限定するものでないが、トリヒドロカルビルア
ルミニウム、ジヒドロカルビルアルミニウムハイドライ
ド、ヒドロカルビルアルミニウムジハイドライド、ジヒ
ドロカルビルアルミニウムハライド、ヒドロカルビルア
ルミニウムジハライド、ジヒドロカルビルアルミニウム
アルコキサイド、ヒドロカルビルアルミニウムジアルコ
キサイド、ジヒドロカルビルアルミニウムアリールオキ
サイド、ヒドロカルビルアルミニウムジアリールオキサ
イドなど、そしてそれらの混合物が含まれる。一般にト
リヒドロカルビルアルミニウム化合物が好適である。
【0030】本発明の触媒組成物で用いることができる
適切な有機アルミニウム化合物の具体例のいくつかに
は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウ
ム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−n−プロピル
アルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリn
−ヘキシルアルミニウム、トリ−n−オクチルアルミニ
ウム、トリシクロヘキシルアルミニウム、トリフェニル
アルミニウム、トリ−p−トリルアルミニウム、トリベ
ンジルアルミニウム、ジエチルフェニルアルミニウム、
ジエチル−p−トリルアルミニウム、ジエチルベンジル
アルミニウム、エチルジフェニルアルミニウム、エチル
−ジ−p−トリルアルミニウム、エチルジベンジルアル
ミニウム、ジエチルアルミニウムハイドライド、ジ−n
−プロピルアルミニウムハイドライド、ジイソプロピル
アルミニウムハイドライド、ジ−n−ブチルアルミニウ
ムハイドライド、ジイソブチルアルミニウムハイドライ
ド、ジ−n−オクチルアルミニウムハイドライド、ジフ
ェニルアルミニウムハイドライド、ジ−p−トリルアル
ミニウムハイドライド、ジベンジルアルミニウムハイド
ライド、フェニルエチルアルミニウムハイドライド、フ
ェニルn−プロピルアルミニウムハイドライド、フェニ
ルイソプロピルアルミニウムハイドライド、フェニルn
−ブチルアルミニウムハイドライド、フェニルイソブチ
ルアルミニウムハイドライド、フェニルn−オクチルア
ルミニウムハイドライド、p−トリルエチルアルミニウ
ムハイドライド、p−トリルn−プロピルアルミニウム
ハイドライド、p−トリルイソプロピルアルミニウムハ
イドライド、p−トリルn−ブチルアルミニウムハイド
ライド、p−トリルイソブチルアルミニウムハイドライ
ド、p−トリルn−オクチルアルミニウムハイドライ
ド、ベンジルエチルアルミニウムハイドライド、ベンジ
ルn−プロピルアルミニウムハイドライド、ベンジルイ
ソプロピルアルミニウムハイドライド、ベンジルn−ブ
チルアルミニウムハイドライド、ベンジルイソブチルア
ルミニウムハイドライド、ベンジルn−オクチルアルミ
ニウムハイドライド、エチルアルミニウムジハイドライ
ド、n−プロピルアルミニウムジハイドライド、イソプ
ロピルアルミニウムジハイドライド、n−ブチルアルミ
ニウムジハイドライド、イソブチルアルミニウムジハイ
ドライド、n−オクチルアルミニウムジハイドライド、
ジメチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウ
ムクロライド、ジメチルアルミニウムブロマイド、ジエ
チルアルミニウムブロマイド、ジメチルアルミニウムフ
ルオライド、ジエチルアルミニウムフルオライド、メチ
ルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジク
ロライド、メチルアルミニウムジブロマイド、エチルア
ルミニウムジブロマイド、メチルアルミニウムジフルオ
ライド、エチルアルミニウムジフルオライド、メチルア
ルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムセス
キクロライド、イソブチルアルミニウムセスキクロライ
ド、ジメチルアルミニウムメトキサイド、ジエチルアル
ミニウムメトキサイド、ジイソブチルアルミニウムメト
キサイド、ジメチルアルミニウムエトキサイド、ジエチ
ルアルミニウムエトキサイド、ジイソブチルアルミニウ
ムエトキサイド、ジメチルアルミニウムフェノキサイ
ド、ジエチルアルミニウムフェノキサイド、ジイソブチ
ルアルミニウムフェノキサイド、メチルアルミニウムジ
メトキサイド、エチルアルミニウムジメトキサイド、イ
ソブチルアルミニウムジメトキサイド、メチルアルミニ
ウムジエトキサイド、エチルアルミニウムジエトキサイ
ド、イソブチルアルミニウムジエトキサイド、メチルア
ルミニウムジフェノキサイド、エチルアルミニウムジフ
ェノキサイド、イソブチルアルミニウムジフェノキサイ
ドなど、そしてそれらの混合物が含まれる。
【0031】本発明の触媒組成物に上述した3成分
(a)、(b)および(c)を主成分として含む。望ま
れるならば、この3触媒成分(a)、(b)および
(c)に加えて、また、他の触媒成分、例えば他の有機
金属化合物(本技術分野で公知)を加えることも可能で
ある。
【0032】本発明の触媒組成物は幅広い範囲の触媒全
体濃度および触媒成分比にわたって非常に高い触媒活性
を示す。上記3触媒成分(a)、(b)および(c)は
明らかに相互作用して活性触媒種を形成する。従って、
如何なる1つの触媒成分の最適濃度も他の2つの触媒成
分の濃度に依存する。重合は幅広い範囲の触媒濃度およ
び触媒成分比にわたって起こるが、最も望ましい特性を
示すポリマー類が得られる触媒濃度および触媒成分比の
範囲はより狭い。
【0033】本発明の触媒組成物におけるジヒドロカル
ビル水素ホスファイトと鉄含有化合物のモル比(P/F
e)は約0.5:1から約50:1に及んで多様であり
得るが、約1:1から約25:1がより好適な範囲であ
り、約2:1から約10:1が最も好適な範囲である。
有機アルミニウム化合物と鉄含有化合物のモル比(Al
/Fe)は約1:1から約100:1に及んで多様であ
り得る。しかしながら、Al/Feモル比のより好適な
範囲は約3:1から約50:1であり、最も好適な範囲
は約5:1から約20:1である。
【0034】重合マス(mass)中の触媒全体の濃度
は、上記成分の純度、望まれる重合速度および転化率、
重合温度などの如き要因に依存する。従って、個々の触
媒成分を触媒有効量で用いるべきであると記述する以
外、具体的な触媒全体濃度を明確に挙げるのは不可能で
ある。鉄含有化合物の使用量は一般に1,3−ブタジエ
ン100g当たり約0.01から約2ミリモルに及んで
多様であり得るが、より好適な範囲は1,3−ブタジエ
ン100g当たり約0.02から約1.0ミリモルであ
り、最も好適な範囲は1,3−ブタジエン100g当た
り約0.05から約0.5ミリモルである。本発明の教
示を説明する目的で示す本実施例に所望特性のポリマー
類をもたらす特定の具体的な触媒全体濃度および触媒成
分比を例示する。
【0035】本発明の3触媒成分は数種類の異なった方
法で重合装置に導入可能である。このように、この3触
媒成分を段階的または同時様式のいずれかでモノマー/
溶媒混合物に添加することにより、触媒をインサイチュ
ーで生成させてもよく、上記成分を段階的様式で添加す
る場合、これらの成分の添加順は決定的ではないが、好
適には、鉄含有化合物、ジヒドロカルビル水素ホスファ
イト、そして最後に有機アルミニウム化合物の順で添加
する。別法として、また、上記3触媒成分を重合装置の
外側で前以て適切な温度(例えば約−20℃から約80
℃)で混合した後、得られた混合物を重合装置に添加す
ることも可能である。追加的に、また、本触媒を前以て
生成させておくことも可能である、即ち上記3触媒成分
を重合させるべきモノマー/溶媒混合物の主部分に仕込
む前にそれを前以て少量の1,3−ブタジエンモノマー
の存在下で適切な温度(例えば約−20℃から約80
℃)で混合しておく。本触媒を前以て生成させておく場
合に用いる1,3−ブタジエンモノマーの量は、鉄含有
化合物1モル当たり約1から約500モルの範囲であっ
てよく、好適には鉄含有化合物1モル当たり約4から約
50モルにすべきである。加うるに、また、上記3触媒
成分を2段法で重合装置に導入することも可能である。
このような手順は、最初に鉄含有化合物と有機アルミニ
ウム化合物をこの上に明記した如き少量の1,3−ブタ
ジエンモノマーの存在下で適切な温度(例えば約−20
℃から約80℃)で反応させることを伴う。次に、得ら
れた反応混合物とジヒドロカルビル水素ホスファイトを
段階的または同時様式のいずれかでモノマー/溶媒混合
物の主部分に添加する。更にまた代替の2段法を用いる
ことも可能である。これは、最初に鉄含有化合物とジヒ
ドロカルビル水素ホスファイトを適切な温度(例えば約
−20℃から約80℃)で反応させて鉄錯体を生成させ
た後、得られた鉄錯体と有機アルミニウム化合物を段階
的または同時様式のいずれかでモノマー/溶媒混合物に
添加することを伴う。
【0036】触媒成分が入っている溶液を重合装置の外
側で生成させる場合、この触媒成分の溶液で使用可能な
有機溶媒は、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素および環
状脂肪族炭化水素、そして上述した炭化水素の2種以上
の混合物から選択可能である。好適には、この有機溶媒
はベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン
およびシクロヘキサンから選択される少なくとも1つか
らなる。
【0037】本明細書の上に記述したように、3触媒成
分(a)、(b)および(c)を含有する本発明の鉄を
基とする触媒組成物はシンジオタクティック1,2−ポ
リブタジエンの製造で非常に高い触媒活性を示す。従っ
て、本発明は、更に、上述した鉄を基とする触媒組成物
を用いてシンジオタクティック1,2−ポリブタジエン
を製造する方法も提供する。
【0038】鉄を基としていて上記3触媒成分(a)、
(b)および(c)を含んで成る触媒組成物の存在下で
1,3−ブタジエンモノマーを重合させることにより、
本発明の方法に従うシンジオタクティック1,2−ポリ
ブタジエン製造が実用に供される。この上に記述したよ
うに、本発明の触媒組成物の3成分と1,3−ブタジエ
ンモノマーを接触させる時に利用できる方法は多様であ
る。
【0039】本発明の方法に従い、1,3−ブタジエン
モノマーの重合を塊状重合(塊状重合では溶媒を全く用
いない)で実施することも可能である。このような塊状
重合は凝縮させた液相中または気相中のいずれかで実施
可能である。
【0040】別法として、本発明の方法に従う1,3−
ブタジエンの重合をより典型的には有機溶媒を希釈剤と
して用いて実施する。この場合、重合させるべき1,3
−ブタジエンモノマーおよび生成するポリマーの両方が
重合用媒体に溶解し得る場合に、溶液重合系を用いるこ
とができる。別法として、生成するポリマーが不溶な溶
媒を選択することにより、懸濁重合系を用いることも可
能である。両方の場合とも、通常は、触媒成分の溶液中
に含まれる有機溶媒に加えて有機溶媒をある量で重合装
置に添加する。この追加的有機溶媒は、触媒成分の溶液
中に含まれる有機溶媒と同じであってもよく、或は異な
っていてもよい。通常は、重合の触媒で用いる本触媒組
成物に関して不活性な有機溶媒を選択するのが望まし
い。希釈剤として使用可能な適切な種類の有機溶媒に
は、これらに限定するものでないが、脂肪族炭化水素、
環状脂肪族炭化水素および芳香族炭化水素が含まれる。
適切な脂肪族溶媒の代表例のいくつかにはn−ペンタ
ン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−
ノナン、n−デカン、イソペンタン、イソヘキサン類、
イソヘプタン類、イソオクタン類、2,2−ジメチルブ
タン、石油エーテル、ケロセン、ミネラルスピリットな
どが含まれる。適切な環状脂肪族溶媒の代表例のいくつ
かにはシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロ
ペンタン、メチルシクロヘキサンなどが含まれる。適切
な芳香族溶媒の代表例のいくつかにはベンゼン、トルエ
ン、キシレン類、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、
メシチレンなどが含まれる。また、上記炭化水素の市販
混合物も使用可能である。環境上の理由で、脂肪族およ
び環状脂肪族の溶媒が非常に好適である。
【0041】重合させるべき1,3−ブタジエンモノマ
ーの濃度の範囲は特に限定されない。しかしながら、一
般的には、重合開始時の重合用媒体中に存在する1,3
−ブタジエンモノマーの濃度は約3重量%から約80重
量%の範囲が好適であり、より好適な範囲は約5重量%
から約50重量%、最も好適な範囲は約10重量%から
約30重量%である。
【0042】本発明の方法に従う1,3−ブタジエンの
重合の実施に際し、生成するシンジオタクティック1,
2−ポリブタジエンの分子量の調節のため、分子量調節
剤を用いることも可能である。その結果、重合系の範囲
を、極めて高い分子量を有するポリマーから低い分子量
のポリマーに及ぶ範囲のシンジオタクティック1,2−
ポリブタジエンの製造で利用できる様式に拡張すること
も可能である。用いることができる適切な種類の分子量
調節剤には、これらに限定するものでないが、蓄積(a
ccumulated)ジオレフィン類、例えばアレン
および1,2−ブタジエンなど;非共役ジオレフィン
類、例えば1,6−オクタジエン、5−メチル−1,4
−ヘキサジエン、1,5−シクロオクタジエン、3,7
−ジメチル−1,6−オクタジエン、1,4−シクロヘ
キサジエン、4−ビニルシクロヘキセン、1,4−ペン
タジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエ
ン、1,6−ヘプタジエン、1,2−ジビニルシクロヘ
キサン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−メチ
レン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネ
ン、ジシクロペンタジエンおよび1,2,4−トリビニ
ルシクロヘキサンなど;アセチレン類、例えばアセチレ
ン、メチルアセチレンおよびビニルアセチレンなど;そ
してそれらの混合物が含まれる。このような分子量調節
剤の使用量[重合で用いる1,3−ブタジエンモノマー
100重量部当たりの部数(phm)で表す]は、約
0.01から約10phmの範囲、好適には約0.02
から約2phmの範囲、最も好適には約0.05から約
1phmの範囲である。加うるに、1,3−ブタジエン
モノマーの重合を水素の存在下で実施することにより、
得られるシンジオタクティック1,2−ポリブタジエン
生成物の分子量を効果的に調節することも可能である。
この場合、水素の分圧が約0.01から約50気圧の範
囲内になるようにそれを適切に選択する。
【0043】本発明の方法に従い、1,3−ブタジエン
の重合はバッチ式工程、半連続法、または連続法で実施
可能である。如何なる場合でも、中程度から激しい撹拌
を行いつつ、不活性な保護ガス、例えば窒素、アルゴン
またはヘリウムなどを用いた嫌気条件下で重合を実施す
る。本発明の実施で用いる重合温度は、低温、例えば−
10℃またはそれ以下の温度から、高温、例えば100
℃またはそれ以上の温度に及んで幅広く変えることがで
き、好適な温度範囲は約20℃から約90℃である。外
部冷却を用いるか、1,3−ブタジエンモノマーまたは
溶媒を蒸発させることによる冷却を用いるか、或はこの
2つの方法の組み合わせを用いて、重合熱を取り除くこ
とができる。また、本発明の実施で用いる重合圧力も幅
広く変えることができ、好適な圧力範囲は約1気圧から
約10気圧である。
【0044】本発明の重合反応が所望の転化率に到達し
たならば、公知の重合停止剤を重合装置に添加して触媒
系を失活させることにより重合反応を停止させることが
でき、その後、共役ジエン重合体製造技術分野の技術者
に公知で典型的に用いられる如き通常の溶媒除去および
乾燥工程を行うことができる。触媒系を失活させるのに
用いる停止剤は、典型的に、プロトン性化合物であり、
これには、これらに限定するものでないが、アルコー
ル、カルボン酸、無機酸および水、またはそれらの組み
合わせが含まれる。このような停止剤の添加と共に、そ
の前に、或は後に、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチ
ルフェノールの如き抗酸化剤を添加することができる。
このような抗酸化剤の使用量は、通常、ポリマー生成物
の0.2重量%から1重量%の範囲である。重合反応を
停止した時点で、メタノール、エタノールまたはイソプ
ロパノールの如きアルコールを用いて沈澱させるか、或
は溶媒および未反応の1,3−ブタジエンモノマーを水
蒸気で蒸留した後、濾過を行うことにより、シンジオタ
クティック1,2−ポリブタジエン生成物を重合混合物
から単離することができる。次に、この生成物の乾燥を
約25℃から約100℃の範囲内の温度(好適には約6
0℃)で一定の真空下で行う。
【0045】本発明の触媒組成物を用いて製造したシン
ジオタクティック1,2−ポリブタジエンは、この触媒
の成分および成分比に応じて、いろいろな溶融温度を有
する。この溶融温度は、望ましくは、約90℃から約2
15℃に及んで多様であり、より望ましくは約100か
ら約200℃、好適には約110から約190℃であ
る。1,2−結合の含有量は望ましくは約50から約9
9%、より望ましくは約60から約98%、好適には約
70から約98%である。シンジオタクティック性は、
望ましくは、約50から約99%、より望ましくは約6
0または70から約98%である。
【0046】本発明の触媒組成物を用いて製造したシン
ジオタクティック1,2−ポリブタジエンは数多くの用
途を有する。これの特性を向上させる目的でこれをいろ
いろなゴムと一緒にブレンドすることも可能である。例
えば、これを弾性重合体に添加して、弾性重合体の生強
度(green strength)を向上させること
ができる(特にタイヤにおける)。タイヤ支持用カーカ
ス(補強用カーカス)は特にタイヤの組み立ておよび硬
化手順中に変形する傾向がある。この理由で、タイヤ支
持用カーカスで使用されるゴム組成物にシンジオタクテ
ィック1,2−ポリブタジエンを添加することは、その
ような変形を防止し、或は最小限とするために特に有用
である。加うるに、シンジオタクティック1,2−ポリ
ブタジエンをタイヤ踏み面用組成物に添加するとタイヤ
に熱が蓄積する度合が低下しかつそれの摩耗特性が向上
し得る。また、シンジオタクティック1,2−ポリブタ
ジエン生成物は食品用フィルムの製造そして数多くの成
形用途で有用である。
【0047】以下に示す実施例を引用することにより本
発明の実施を更に説明するが、しかしながら、本発明の
範囲を限定するとして解釈されるべきでない。本実施例
に示す部およびパーセントは特に明記しない限り重量で
ある。
【0048】
【実施例】実施例1 オーブンで乾燥させた1リットルのガラス製ボトルを自
己密封性(self−sealing)ゴムライナーと
穴開き金属製キャップで蓋をして、乾燥窒素流でパージ
洗浄した(purged)。このボトルにヘキサンを6
4gそして1,3−ブタジエン含有量が26.9重量%
の1,3−ブタジエン/ヘキサンブレンド物を186g
仕込んだ。下記の触媒成分を下記の順で上記ボトルに加
えた:(1)2−エチルヘキサン酸鉄(II)を0.0
50ミリモル、(2)ビス(2−エチルヘキシル)水素
ホスファイトを0.20ミリモル、そして(3)トリイ
ソブチルアルミニウムを0.75ミリモル。このボトル
を50℃に維持されている水浴内で4時間ゆらした。
2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノールが0.
5g入っているイソプロパノールを10ml添加するこ
とで重合を停止させた。この重合混合物を3リットルの
イソプロパノールに加えた。ポリマーを濾過で単離した
後、真空下60℃で一定重量になるまで乾燥させた。ポ
リマーの収量は47.5g(95%)であった。このポ
リマーを示差走査熱量測定(DSC)で測定した時の溶
融温度は187℃であった。このポリマーを1Hおよび
13C核磁気共鳴(NMR)で分析した結果、1,2−結
合含有量は90.9%でシンジオタクティック性は9
3.7%であることが示された。このポリマーをゲル浸
透クロマトグラフィー(GPC)で測定した時の重量平
均分子量(Mw)は1,288,000で、数平均分子
量(Mn)は650,000で多分散指数(Mw/Mn
は1.9であった。モノマーの仕込み、触媒成分の量お
よび得られたシンジオタクティック1,2−ポリブタジ
エンの特性を表Iに要約する。
【0049】実施例2−6 実施例2−6では、触媒比を表Iに示す如く変える以外
は実施例1の手順を繰り返した。モノマーの仕込み、触
媒成分の量および各実施例で得られたシンジオタクティ
ック1,2−ポリブタジエンの特性を表Iに要約する。
【0050】
【表1】
【0051】実施例7−13 実施例7−13では、2−エチルヘキサン酸鉄(II)
の代わりに2−エチルヘキサン酸鉄(III)を用いて
触媒比を表IIに示す如く変える以外は実施例1の手順
を繰り返した。モノマーの仕込み、触媒成分の量および
各実施例で得られたシンジオタクティック1,2−ポリ
ブタジエンの特性を表IIに要約する。
【0052】
【表2】
【0053】実施例14−20 実施例14−20では、2−エチルヘキサン酸鉄(I
I)の代わりに2−エチルヘキサン酸鉄(III)を用
いそしてビス(2−エチルヘキシル)水素ホスファイト
の代わりにジネオペンチル水素ホスファイトを用いて触
媒比を表IIIに示す如く変える以外は実施例1の手順
を繰り返した。モノマーの仕込み、触媒成分の量および
各実施例で得られたシンジオタクティック1,2−ポリ
ブタジエンの特性を表IIIに要約する。
【0054】
【表3】
【0055】実施例21−26 実施例21−26では、2−エチルヘキサン酸鉄(I
I)の代わりに2−エチルヘキサン酸鉄(III)を用
いそしてビス(2−エチルヘキシル)水素ホスファイト
の代わりにジブチル水素ホスファイトを用いて触媒比を
表IVに示す如く変える以外は実施例1の手順を繰り返
した。モノマーの仕込み、触媒成分の量および各実施例
で得られたシンジオタクティック1,2−ポリブタジエ
ンの特性を表IVに要約する。
【0056】
【表4】
【0057】実施例27−31 実施例27−31では、2−エチルヘキサン酸鉄(I
I)の代わりに2−エチルヘキサン酸鉄(III)を用
いそしてビス(2−エチルヘキシル)水素ホスファイト
の代わりにジメチル水素ホスファイトを用いて触媒比を
表Vに示す如く変える以外は実施例1の手順を繰り返し
た。モノマーの仕込み、触媒成分の量および各実施例で
得られたシンジオタクティック1,2−ポリブタジエン
の特性を表Vに要約する。
【0058】
【表5】
【0059】実施例32−38 実施例32−38では、2−エチルヘキサン酸鉄(I
I)の代わりにアセチルアセトン鉄(III)を用いて
触媒比を表VIに示す如く変える以外は実施例1の手順
を繰り返した。モノマーの仕込み、触媒成分の量および
各実施例で得られたシンジオタクティック1,2−ポリ
ブタジエンの特性を表VIに要約する。
【0060】
【表6】
【0061】実施例39−45 実施例39−45では、2−エチルヘキサン酸鉄(I
I)の代わりにアセチルアセトン鉄(III)を用いそ
してビス(2−エチルヘキシル)水素ホスファイトの代
わりにジネオペンチル水素ホスファイトを用いて触媒比
を表VIIに示す如く変える以外は実施例1の手順を繰
り返した。モノマーの仕込み、触媒成分の量および各実
施例で得られたシンジオタクティック1,2−ポリブタ
ジエンの特性を表VIIに要約する。
【0062】
【表7】
【0063】実施例46−52 実施例46−52では、2−エチルヘキサン酸鉄(I
I)の代わりにアセチルアセトン鉄(III)を用いそ
してトリイソブチルアルミニウムの代わりにトリエチル
アルミニウムを用いて触媒比を表VIIIに示す如く変
える以外は実施例1の手順を繰り返した。モノマーの仕
込み、触媒成分の量および各実施例で得られたシンジオ
タクティック1,2−ポリブタジエンの特性を表VII
Iに要約する。実施例48で生成したポリマーを1Hお
よび13C NMRで分析した結果、1,2−結合含有量
は84.6%でシンジオタクティック性は74.5%で
あることが示された。
【0064】
【表8】
【0065】実施例53−58 実施例53−58では、2−エチルヘキサン酸鉄(I
I)の代わりにアセチルアセトン鉄(III)を用い、
ビス(2−エチルヘキシル)水素ホスファイトの代わり
にジネオペンチル水素ホスファイトを用いそしてトリイ
ソブチルアルミニウムの代わりにトリエチルアルミニウ
ムを用いて触媒比を表IXに示す如く変える以外は実施
例1の手順を繰り返した。モノマーの仕込み、触媒成分
の量および各実施例で得られたシンジオタクティック
1,2−ポリブタジエンの特性を表IXに要約する。
【0066】
【表9】
【0067】実施例59 グローブボックスを窒素雰囲気下で操作して、その中
で、オーブンで乾燥させた1リットルのガラス製ボトル
に無水塩化鉄(III)粉末を32.4mg(0.20
ミリモル)仕込んだ。このボトルを自己密封性ゴムライ
ナーと穴開き金属製キャップで蓋をした後、上記グロー
ブボックスから取り出した。このボトルにヘキサンを1
32gそして1,3−ブタジエン含有量が27.2重量
%の1,3−ブタジエン/ヘキサンブレンド物を368
g仕込んだ後、ビス(2−エチルヘキシル)水素ホスフ
ァイトを0.80ミリモルおよびトリイソブチルアルミ
ニウムを2.80ミリモル仕込んだ。このボトルを50
℃に維持されている水浴内で4時間ゆらした。重合混合
物の処理を実施例1に記述したのと同様の方法で行うこ
とでポリマーを37.2g(37%の収率)得た。この
ポリマーをDSCで測定した時の溶融温度は168℃で
あった。このポリマーをGPCで測定した時の重量平均
分子量(Mw)は871,000で、数平均分子量
(Mn)は329,000で多分散指数(Mw/Mn)は
2.6であった。
【0068】この上に示した実施例で個々の手段、材料
および態様を言及することで本発明を記述してきたが、
添付請求の範囲に挙げる如き本発明で請求する範囲内に
入るいろいろな変更および変形を行ってもよいことは本
分野の技術者に明らかであろう。従って、本発明は開示
した詳細に限定されるものでなく、本請求の範囲内に入
る全ての均等物に及ぶ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a)鉄含有化合物、 b)ジヒドロカルビル水素ホスファイト、および c)有機アルミニウム化合物、を含んで成る触媒組成
    物。
  2. 【請求項2】 シンジオタクティック1,2−ポリブタ
    ジエンの製造方法であって、 a)鉄含有化合物、 b)ジヒドロカルビル水素ホスファイト、および c)有機アルミニウム化合物、を含んで成る触媒組成物
    を触媒有効量で存在させて1,3−ブタジエンを重合さ
    せることを含む方法。
JP11290942A 1998-10-14 1999-10-13 シンジオタクティック1,2―ポリブタジエンの製造方法およびそのための鉄を基とする触媒組成物 Withdrawn JP2000119325A (ja)

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US09/172305 1998-10-14

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