JP2003531228A - スチレン系ブロックコポリマーのカップリング方法 - Google Patents
スチレン系ブロックコポリマーのカップリング方法Info
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Abstract
Description
ブロックコポリマー鎖を互いに結合させることによるスチレン系ブロックコポリ
マーの製造方法に関する。より詳細には、本発明は、結合性化合物として4−ビ
ニル−1−シクロヘキセンジエポキシドを使用して2つのリビングブロックコポ
リマー鎖を互いにカップリングさせることによって、スチレン系ブロックコポリ
マーのカップリングを高効率で実現する方法に関する。
ントリブロックコポリマーの生成は公知であり、完全に逐次的な重合による対応
するポリマーの生成よりも多数の利点を有する。完全に逐次的な重合方法におけ
る第3のスチレンブロックを開始する場合に発生するクロスオーバーの問題がカ
ップリング過程によって避けられるので、全体の速度がより速くなり、より対称
的なスチレンブロックが得られる。スチレンブロックの対称性は、引張強さなど
の多数の物理的性質にとって重要である。
の有機化合物が報告されている。線状ポリマーの生成に最も一般的に使用される
カップリング剤はジブロモエタンである。80から85%の範囲のカップリング
効率はジブロモエタンによって容易に達成することができ、その生成物は優れた
溶融粘度安定性を有する。しかしながらこれらの生成物は、臭化リチウムが存在
するために高温でエージングさせた後に変色する。ギ酸メチルや種々のシラン類
などのその他のカップリング剤は、適度に高いカップリング効率で色安定性の線
状ポリマーを生成することが知られているが、これらの生成物の大部分は溶融粘
度安定性が有意に低い。
定性、および優れた色安定性を有するとされるカップリングポリマーが記載され
ている。これらのポリマーは、高純度、高ジエポキシ含有率であるビスフェノー
ルAジグリシジルエーテル(DGEBA)エポキシ樹脂などの芳香族エポキシ化
合物をカップリング剤として使用することによって生成すると記載されている。
シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Compan
y)のエポン(EPON)(登録商標)825樹脂はこの種の樹脂の一例である
。残念ながら、これらの芳香族エポキシは、スチレン−ジエンブロックコポリマ
ーのアニオン重合に一般的に使用されるシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素溶
媒中での安定性が非常に低い。この結果、激しい混合をしなければ効率的なカッ
プリングは困難である。これらの芳香族エポキシ樹脂は非常に粘稠となる傾向も
あるため、高いカップリング効率に必要な正確な計量がより困難となり、溶解性
が低いためにプロセス溶媒で希釈する必要がある。
グリシジルエーテルの使用が記載されている。これらの物質はより低粘度であり
、炭化水素溶媒に対して優れた溶解性を示すが、市販のグレードは多量のモノエ
ポキシおよびヒドロキシル含有材料で汚染されている。高いカップリング効率を
実現するためには、コストのかかる減圧蒸留による精製が必要である。
水素溶解性のジエポキシ化合物であり、非常に高純度(高ジエポキシ含有率)で
市販されている。しかしながら、これは線状トリブロックコポリマーの生成に使
用するには反応性が低すぎると一般にみなされている。例えば、WO99/01
490号では、比較試験V6において、50℃でリビングポリブタジエンポリマ
ーをカップリングさせるために4−ビニル−1−シクロヘキセンジエポキシドを
使用した。そのカップリング収率はわずか50.7%であった。ほとんどの用途
では、カップリング効率は少なくとも70%であることが望ましく、80%に近
いことが好ましい。
を有し、さらに脂肪族炭化水素溶媒に対して比較的良好な溶解性も示す生成物を
生成するスチレン−ジエンブロックコポリマーのカップリング剤が必要とされて
いることが分かる。本発明はそのようなカップリング剤と、高いカップリング効
率を達成するための方法とを提供する。
族炭化水素モノマーを重合させた少なくとも1つのブロックと共役ジエンモノマ
ーを重合させた少なくとも1つのブロックとをモル比0.40から0.60で含
むリビングブロックコポリマーと混合し、最低でも65℃の温度でカップリング
反応を行って、カップリングしたスチレン系ブロックコポリマーを生成すること
を含む、スチレン系ブロックコポリマーのカップリング方法に関する。
のブロックAと共役ジエンを重合させた少なくとも1つのブロックBとを含む最
大30重量%のスチレン系ブロックコポリマーと、少なくとも70重量%のスチ
レン系ブロックコポリマーとをビニルシクロヘキセンジオキシドでカップリング
させたものを含むポリマー組成物に関する。
プリング剤として使用するスチレン系ブロックコポリマーのカップリング方法に
関する。最初に、スチレンまたは別のビニル芳香族炭化水素をアニオン重合させ
て、所望の分子量のリビングスチレンポリマーブロックを生成する。次に、ブタ
ジエンまたはイソプレンなどのジエンを、スチレンポリマーブロックのリビング
末端上にアニオン重合させる。最終ポリマーの所望の分子量の半分の分子量をジ
エンブロックが有するようにこの重合を実施する。次に、ポリマー1モル当たり
4−ビニル−1−シクロヘキセンジエポキシドが0.40から0.6モル、好ま
しくは0.5から0.55モルのモル比で、4−ビニル−1−シクロヘキセンジ
エポキシドを反応混合物に加え、最低でも65℃の温度、好ましくは75℃から
95℃の温度で、少なくとも15分間、好ましくは少なくとも30分間反応を行
う。
コポリマーを調製するために、カップリングしたスチレン−ジエンブロックコポ
リマーを調製することが好ましい。また、感圧接着剤およびホットメルト接着剤
として、あるいはこれらの調製のためにコポリマーを使用することができる場合
、このようなコポリマーを調製することが当技術分野では望ましい。
ーは、ブタジエンまたはイソプレンなどの1種類以上のジオレフィン、特に1種
類のジオレフィンを、スチレンなどの1種類以上のアルケニル芳香族炭化水素モ
ノマーと共重合させることによって調製することができる。当然ながらこれらの
コポリマーは、この場合のブロックのランダム、テーパー、ブロック、またはこ
れらの組合せであってよい。本発明の生成物は、A−Bジブロックコポリマーの
カップリングによって調製される少なくとも70%のA−B−Aトリブロックと
残部のA−Bジブロックの混合物であり、Bブロックの末端モノマー単位はイソ
プレンまたはブタジエンから誘導されることが好ましい。得られたこれら2種類
のポリマーは、他のジブロックまたはトリブロックポリマー、あるいは星形また
は放射状ポリマー、すなわち一般構造(A−B)n−X(式中nは2より大きい
)のポリマーとブレンドすることもできる。混合ポリマー構造は、4−ビニル−
1−シクロヘキセンジエポキシドと別のカップリング剤の混合物を使用してカッ
プリングさせることによって形成することもできる。
のアルケニル芳香族炭化水素モノマーとのコポリマーとは、アニオン重合法を使
用して溶液中で調製されることが多い。一般に、溶液アニオン法が使用される場
合、これらのブロックコポリマーは、約−150℃から約300℃の範囲内の温
度、好ましくは約0℃から100℃の範囲内の温度で好適な溶媒中で有機アルカ
リ金属化合物と同時または逐次的に重合させるモノマーと接触させることによっ
て調製される。特に有効なアニオン重合開始剤は、一般式、 RLin を有する有機リチウム化合物であり、式中、 Rは1から約20個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式、芳香族、またはアルキ
ル置換芳香族の炭化水素基であり、nは1から4の整数である。
わちモノマーに対する開始剤の比率が高いほど、ブロックの分子量が小さくなる
。対象となる分子量範囲の生成物の場合、一般にこれはモノマー100g当たり
約0.25から約50ミリモルの範囲の開始剤濃度となる。一般にモノマー濃度
(固形分)は、得られるポリマー溶液の粘度および重合中の熱除去の制限の影響
を受ける。重合固形分は一般に5重量%から50重量%の範囲であり、好ましく
は20重量%から40重量%の範囲である。
任意の溶媒を使用することができる。好適な溶媒としては、ペンタン、ヘキサン
、ヘプタン、オクタンなどの直鎖および分岐鎖炭化水素、ならびにそれらのアル
キル置換誘導体、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタンなどの脂環
式炭化水素、ならびにそれらのアルキル置換誘導体、ベンゼン、ナフタレン、ト
ルエン、キシレンなどの芳香族およびアルキル置換芳香族炭化水素、テトラリン
、デカリンなどの水素化芳香族炭化水素が挙げられる。さらに、極性共溶媒を使
用することもできる。好適な共溶媒としては、メチルエーテル、メチルエチルエ
ーテル、テトラヒドロフランなどの線状および環状エーテル、およびこのような
エーテルの混合物が挙げられる。
載されているように、通常、スチレンを開始剤と接触させる。次に、溶液中のリ
ビングポリマーをイソプレンまたは別のジエンと接触させる。得られるリビング
ポリマーは簡略化すると構造A−B−Liを有する。この時点で、リビングポリ
マーをカップリング剤でカップリングさせる。
示内容を本明細書に援用する)に例示されるように従来技術では、最高のカップ
リング効率が得られる特定のカップリング剤または反応条件を選択する努力が常
に投じられていた。ここでは高いカップリング効率が望ましく、より多くのA−
B−Aポリマーを生成するためにも望ましい。カップリング効率は、カップリン
グしたポリマーの分子数を、カップリングしたポリマーの分子数とカップリング
していないポリマーの分子数との和で割ったものとして定義される。本発明では
、カップリング剤として4−ビニル−1−シクロヘキセンジエポキシドを使用す
ることによって、少なくとも70%のカップリング効率が達成できる。
られる。
用するだけでは、本発明の所望の結果を得るためには十分ではない。カップリン
グ過程は特定の条件下で行う必要がある。最初に、カップリング反応の温度は最
低でも65℃、好ましくは75から95℃に維持する必要がある。温度が65℃
より低いと、実現可能なカップリング効率ははるかに低くなり、すなわち例えば
50%のカップリング効率となり、これはWO99/01490号で達成されて
いる。温度はおそらく95℃以下にするべきであり、その理由は、カップリング
反応の前にリビングポリマーブロックの一部の熱的な停止反応が起こる場合があ
るからである。
とも30分間行われる。カップリング反応時間が15分未満の場合、全体的なカ
ップリング効率の目標が達成されない。反応の延長された時間で起こるカップリ
ングは小さく、そのコストに見合うほどではないので、60分間を超えてカップ
リング反応を実施する必要はないと思われる。
高カップリング効率は、二官能性カップリング剤においてカップリング剤のポリ
マーリチウム陰イオンに対するモル比が正確に0.5となる場合に実現されると
考えられる。実際は、副反応が起こることによって、達成可能な最高カップリン
グ効率が制限されるだけではなく、この比にも影響することもある。4−ビニル
−1−シクロヘキセンジエポキシドの場合、ジエポキシドが過剰となる側に逸脱
することが好ましい。少なくとも70%のカップリング効率はこの比が0.40
から0.6の間である場合に達成可能であり、高いカップリング効率はこの比が
0.5から0.55の間である場合に最も確実に達成される。
性陰イオンを停止させるために、例えば、水素、水、アルコール、またはその他
の試薬などの停止剤を加えることなどによって生成物を中和させる。次に、熱水
または蒸気またはそれらの両方を使用した凝集などによって生成物を回収する。
マーはさらに他の成分と組み合わせることにより、所望とされるいかなる最終使
用組成物へ変換することができる。
引き続く重合は、2リットルのブッチガラス製オートクレーブ反応器中で以下の
一般的手順で実施した。所望量のシクロヘキサン溶媒を加え、続いて100gの
モノマーと、重合中に使用することが望ましい任意の改質剤または共溶媒とを加
える。溶媒投入量は、重合終了時の反応器内容物が1000gを超えないように
調節した。ラウダ浴を使用して、反応器ジャケットの加熱および冷却を行った。
次に、反応器内容物を初期温度(通常は40℃)まで加熱した。初期温度に到達
してから、所望量のs−ブチルリチウムを加え、これを完全に移すために44g
の乾燥シクロヘキサンを流し込んだ。重合が20%固形分で行われる場合、発熱
温度がピークに達したときに2回目の100gのモノマーを投入した。最終のモ
ノマーを投入して発熱温度がピークに達してから、カップリングに望ましい温度
に浴温度を設定した。反応器が所望の温度に達し重合が半減期の少なくとも8倍
まで進行してから4−ビニル−1−シクロヘキセンジエポキシドカップリング剤
を加えた。4−ビニル−1−シクロヘキセンジエポキシドはユニオン・カーバイ
ド(Union Carbide)から入手し(ERL−4206)、そのまま
使用するか、あるいは4Aモレキュラーシーブで乾燥させてから使用した。カッ
プリング剤は10重量%の乾燥シクロヘキサン溶液として加え、これを完全に移
すために44gの乾燥シクロヘキサンを流した。カップリング反応終了時に、メ
タノール(s−ブチルリチウム1モル当たり1モル)を加え、反応器内容物を貯
蔵のためのガラスびんに移した。
のステンレス製ジッパー・クレーブ(オートクレーブ・エンジニアーズ)オート
クレーブ反応器で行った。重合終了時の全投入重量は625gに調整した。反応
器に伝達される熱が増加することにより発熱温度の上昇が極度に大きくなること
はなく、開始温度を65℃まで上昇させた。その他については、上記の通りに重
合を行った。
じ手順に従って実施した。しかしながら、これらの実験において目標とする分子
は高分子量スチレン−イソプレン−スチレントリブロックコポリマーであった。
最初に、スチレンとs−ブチルリチウムをシクロヘキサン中で接触させることに
よって、数平均分子量約10,800amuのポリスチリルリチウムを調製した
。イソプレンとシクロヘキサンを第2の反応器に投入し、次にポリスチリルリチ
ウム溶液の一部を第2の反応器に移した。イソプレンとポリマーの量は、得られ
るジブロック全体の数平均分子量が約67,000amuとなり、ポリスチレン
含有率が約15重量%となり、反応終了時の固形分が約20重量%となるように
選択した。イソプレン重合が完了してから、カップリング剤をニート(そのまま
の状態)で加えた。
プレンホモポリマー分子を4−ビニル−1−シクロヘキセンジエポキシドと、リ
ビングポリマー1モル当たり約0.5モルのカップリング剤の比率で反応させた
。すべての実施例において、カップリング剤を加えてから15分後、30分後、
および60分後に試料を採取した。場合によっては、全部で4時間反応を進行さ
せ、1時間ごとに試料を採取した。結果を以下の表1にまとめる。以下の表のカ
ップリング剤:ポリマー−Liの比は、投入量データと、(1)GPCで求めた
数平均分子量(Mn)、(2)1H 核磁気共鳴(NMR)で求めた数平均分子
量(Mn)、および(3)1H NMRで直接求めたジエポキシ:s−ブチル比
を使用して求めた平均値である。
分間、カップリング剤:ポリマーリチウム比を0.45から0.6の範囲内で反
応させた場合に達成可能であることがはっきりと分かる。データをよく検討する
と、0.58という高い比率でも範囲の上限(77%から78%)のカップリン
グ効率が得られたことが分かる。
の変化を以下の表2にまとめる。試験したすべての温度において、カップリング
の大部分は最初の15分間に起こった。85℃および95℃では、30分後には
反応は実質的に完了する。
ーの試験であって、より大型の設備で実施したものである。生成物が高分子量で
あるため、カップリング剤:ポリマー−Li比を1H NMRで直接求めること
ができなかった。表中の値は、投入量と、GPCで測定した関連する分子量とか
ら計算した。
プリング剤のリビング鎖末端のモル比は本発明の範囲内であった。各場合につい
て、少なくとも70%のカップリング効率が達成された。明らかに、工業的なス
チレン系ブロックコポリマーの代表的製品はこの技術によって製造可能である。
用してさらにいくつかの重合を実施した。これらの実施例では、o−ジメトキシ
ベンゼン(ODMB)、ジエトキシプロパン(DEP)、およびジエチルエーテ
ル(DEE)を重合中の改質剤として使用した。イソプレンまたはブタジエンは
、シクロヘキサン中で数平均分子量約10,000まで重合させた。次に、ビニ
ルシクロヘキセンジエポキシドを加えた。反応は65℃および75℃で60分間
行った。結果を以下の表4に示す。シクロヘキサン中のポリブタジエンのカップ
リングデータは、前実施例のポリイソプレンについて観測されたデータと整合性
があった。
得られたクラムをさらに40℃で約1週間減圧乾燥した。試験番号7555で得
たままの状態の塊状物を約40℃で終夜減圧乾燥するか、0.1重量%の脱イオ
ン水を塊状物に加えてから乾燥するかのいずれかによる試料も調製した。熱水で
凝集させた試料では、約1/3のリチウムがポリマーから抽出されると予想され
る。塊状物を乾燥させて回収した試料はすべてのリチウムを含有する。水を加え
た場合では、試料が熱にさらされる前に大部分のリチウムが水酸化物または炭酸
塩に変化すると予想される。
以下の組成の接着剤に配合した。
脂 15重量%のタフロ(Tufflo)(登録商標)油 2phrのイルガノックス(Irganox)(登録商標)1010酸化防止
剤 ここでphrはゴム100部に対する部数を意味する。
77℃)の空気にさらした。粘度はブルックフィールドレオメータを使用して1
77℃で測定し、色はガードナー法で評価した。結果を表5および6にまとめる
。比較例AおよびBは、同種のポリマーをそれぞれDGEBAエポキシ(エポン
(EPON)(登録商標)825樹脂)および二臭化エチレン(EDB)でカッ
プリングさせた場合の代表的データを示している。溶融粘度安定性は、高温でポ
リマー構造がどの程度損なわれずに残っているかの尺度である。明らかに、VC
HDでカップリングさせた生成物の溶融安定性は、エポン(EPON)(登録商
標)825樹脂およびEDBでカップリングさせた生成物に匹敵する。さらに高
温色安定性は、エポン(EPON)(登録商標)825樹脂でカップリングさせ
た生成物に匹敵し、EDBでカップリングさせた材料よりも明らかに優れている
。
Claims (10)
- 【請求項1】 ビニルシクロヘキセンジオキシドを、ビニル芳香族炭化水素
モノマーを重合させた少なくとも1つのブロックと共役ジエンモノマーを重合さ
せた少なくとも1つのブロックとをモル比0.40から0.60で含むリビング
ブロックコポリマーと混合し、最低でも65℃の温度でカップリング反応を行っ
て、カップリングしたスチレン系ブロックコポリマーを生成することを含む、ス
チレン系ブロックコポリマーのカップリング方法。 - 【請求項2】 前記カップリング反応が少なくとも15分間実施される請求
項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記溶媒が炭化水素溶媒と極性共溶媒の混合物である請求項
1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記モル比が0.5から0.55である請求項1に記載の方
法。 - 【請求項5】 前記温度が75から95℃である請求項1に記載の方法。
- 【請求項6】 前記カップリング反応が少なくとも30分間実施される請求
項1に記載の方法。 - 【請求項7】 A−B−AトリブロックコポリマーがA−Bジブロックコポ
リマーのカップリングによって調製される請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 前記Bブロックの末端モノマー単位がイソプレンまたはブタ
ジエンから誘導される請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 ビニル芳香族モノマーを重合させた少なくとも1つのブロッ
クAと共役ジエンを重合させた少なくとも1つのブロックBとを含む最大30重
量%のスチレン系ブロックコポリマーと、少なくとも70重量%のスチレン系ブ
ロックコポリマーとをビニルシクロヘキセンジオキシドでカップリングさせたも
のを含むポリマー組成物。 - 【請求項10】 請求項9に記載のポリマー組成物を含む接着剤。
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