JP2004115809A - 共役ジエンホモポリマーおよびコポリマーの水素化方法 - Google Patents
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Classifications
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- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
- C08F8/04—Reduction, e.g. hydrogenation
Abstract
Description
Mは、Ti(III)およびTi(IV)、ならびにそれらの混合物から選択されるものであり、
R”は、(i)アニオン的性質を有する有機基または無機基であって、シクロペンタジエニルまたは置換されたシクロペンタジエニルとは異なる有機基または無機基、および、(ii)下記一般式(II)で表されるオリゴマー基、から選択されるものであり、
基R1、R2、R3、R4、およびR5は、それぞれ独立して、金属Mに配位したシクロペンタジエニル基と結合した原子または基を表すものであって水素、および前記シクロペンタジエニル基の、他の好適な有機置換基もしくは無機置換基から選択されるものであり、
R6は、
(a)無機陰イオン、
(b)1〜20個の炭素原子を有するヒドロカルビル、および
(c)下記式(II)で表されるR’、好ましくは、シクロペンタジエンおよび置換されたシクロペンタジエンから選択されるR’、
から選択されるものであり、
「w」は、チタンの原子価に応じて0または1の値を有し、
R’は下記式(II)で表されるオリゴマー基からなるものである:
−(AxDyUz)RI (II)
(式中、
Aは、6〜20個の炭素原子を有する、アニオン重合により重合し得ビニル芳香族基由来のすべてのモノマー単位を表し、
Dは、4〜20個の炭素原子を有する、アニオン重合により重合し得る共役ジオレフィン由来のすべてのモノマー単位を表し、
Uは、所望により通常用いられるモノマー単位であって、前記共役ジオレフィンDまたはビニル芳香族化合物Aのいずれかと共重合し得る、不飽和化合物由来のすべてのモノマー単位を表し、
RIは、1〜20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基を表し、
指数「x」および「y」は、それぞれ独立してゼロまたは整数(「x+y」の合計は2以上、好ましくは2〜50であり、より好ましくは2〜25であり、「z」はゼロまたは1〜20の整数であってよい)を表す。))。
・Cp2Ti[(C5H8)2C4H9] (MW=371.42)
・Cp*Ti[(C5H8)2C4H9]3 (MW=763)
・Cp2Ti[(C5H8)5C4H9] (MW=575.78)
・Cp2Ti[(C8H8)5C4H9] (MW=755.94)
・Cp2Ti[(C4H6)5C4H9] (MW=505.64)
が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
錯体Aの製造(20476/1)
典型的な実験において、tert-ブチルリチウムのペンタン溶液(1.7M)1.65ml(2.8ミリモル)を、無水シクロヘキサン2mlを含む試験管に攪拌しながら入れる。次いでこの溶液に、NaHで新しく蒸留したイソプレン0.38g(5.6ミリモル)を滴下して加え、混合物全体を攪拌する。この溶液に、ビス(シクロペンタジエニル)チタン(III)クロライド[式Cp2TiCl(Cp=C5H5)](文献Inorganic Sunthesis vol 21, p84に記載されている方法により製造)0.6g(2.8ミリモル)をトルエン(40ml)に溶解させた液体を徐々に加え、溶液全体を2時間攪拌する。色が赤から紫に変化する。この溶液をG4多孔質隔膜上で濾過し、次いで、機械的ポンプによる真空下で溶剤を蒸発させて除去することにより、紫色の固体1gを得る。この固体は、分析により実質的にイソプレンの平均重合度2の錯体であるビス(η5−シクロペンタジエニル)Ti(ポリイソプレニル)からなることが実証された。
理論値:Ti=12.89重量%
実測値:Ti=12.80重量%
錯体Bの製造(20476/25)
典型的な実験において、tert-ブチルリチウムのペンタン溶液(1.5M)3.2ml(4.815ミリモル)を、無水シクロヘキサン3.4mlを含む試験管に攪拌しながら入れる。この溶液に、NaHで新しく蒸留したイソプレン0.655g(9.6ミリモル)を滴下して加え、混合物全体を攪拌する。
理論値:Ti=12.89重量%
実測値:Ti=12.79重量%
チタン(III)=100モル%(EPR測定による計算)。EPR分析は、Brucker ESP300E分光光度計を使用して行った。試料溶液は、該溶液自体を単に試料ホルダーに室温で移し分析を行った。
典型的な実験において、tert-ブチルリチウムのペンタン溶液(1.5M)3.2ml(4.815ミリモル)を、無水シクロヘキサン3.4mlを含む試験管に攪拌しながら入れる。この溶液に、NaHで新しく蒸留したイソプレン0.655g(9.6ミリモル)を滴下して加え、混合物全体を攪拌する。
Ti(III)=チタン全体に対して5モル%(ERP測定により計算)
錯体Dの製造(20476/20)
典型的な実験において、tert-ブチルリチウムのペンタン溶液(1.7M)3.35ml(5.7ミリモル)を、無水シクロヘキサン4mlを含む試験管に攪拌しながら入れる。この溶液に、NaHで新しく蒸留したイソプレン0.78g(11.4ミリモル)を滴下して加え、混合物全体を攪拌する。
理論値:Ti=6.27%
実測値:Ti=6.0%
錯体Eの製造
典型的な実験において、tert-ブチルリチウムのペンタン溶液(1.7M)1.65ml(2.8ミリモル)を、無水シクロヘキサン2mlを含む試験管に攪拌しながら入れる。この溶液に、NaHで新しく蒸留したイソプレン0.95g(14ミリモル)を滴下して加え、混合物全体を攪拌する。
理論値:Ti=8.32%
実測値:Ti=8.3%
錯体Fの製造
tert-ブチルリチウムのペンタン溶液(1.57M)2.55ml(4ミリモル)を、無水シクロヘキサン6.8ml、およびCaHで新しく蒸留したスチレン2.29ml(20ミリモル)を含む試験管に攪拌しながら入れる(スチレン/Li=5)。この混合物全体を約2時間攪拌する。
理論値:Ti=6.33重量%
実測値:Ti=6.2重量%
錯体Gの製造
モレキュラーシーブを充填したカラムを通して除湿したブタジエン2mlを、−20℃に保持したシュレンク(schlenk)管中で凝縮させる。次いで、シクロヘキサン8.5mlをブタジエンに加える。tert-ブチルリチウムのペンタン溶液(1.57M)3ml(4.8ミリモル)を、攪拌しながら、室温にした反応器中に入れ約2時間攪拌する。
理論値:Ti=9.47重量%
実測値:Ti=9.53重量%
触媒の製造
所望量の触媒と無水シクロヘキサン(HPLC等級、LiAlH4で蒸留して脱水した、含水量≦2ppmのもの)10mlとを、アルゴン雰囲気中で攪拌しながら、3回の真空/アルゴンサイクルを予め行ったシュレンク管中に入れる。
周知の方法であるアニオン重合により得られたSBS(特徴:スチレン/ブタジエンの重量組成百分率30/70、ビニル含有量40%、およびMw70,000)のシクロヘキサン溶液を、そのままクエンチングせずに、1リットルのBuchi型鋼製反応器の中に入れ1,000rpmで攪拌を行う。次いで、水素を4バールで充填し、所望の温度になるようサーモスタットを調節する。無水シクロヘキサン(LiAlH4での蒸留により脱水)10ml中に溶解させた上記触媒を表1に示す量で反応器中に投入する。この反応器中の水素圧を所望の値に調節する。得られた結果を表1に示す。
SBSゴム(特徴:スチレン/ブタジエンの重量組成百分率30/70、ビニル含有量40%、およびMw70,000)溶液を1リットルのBuchi型鋼製反応器の中に入れる。上記ゴムの希釈または溶解に使用する溶剤が、モレキュラーシーブ3Å/5Åを使用して精製/脱水したシクロヘキサン(平均含水量約10ppm:値はKarl-Fisher滴定装置で測定)である場合は、プロトン性不純物の補集剤を重合体溶液に最大量1ミリモル/lで加える(使用する不純物補集剤は、文献中に記載されているもの、好ましくはAl(i−C4H9)3、略してAl−(i−Bu)3である)。一方、SBSゴムの希釈/溶解に使用する溶剤が、LiAlH4で蒸留して精製/脱水したHPLC等級の溶剤(平均含水量約2ppm:値はKarl-Fisher滴定装置で測定)である場合は、プロトン性不純物の補集剤を使用する必要はない。この混合物を1,000rpmで攪拌する。次いで、水素を4バールで充填し、所望の温度になるようサーモスタットを調節する。無水シクロヘキサン(LiAlH4での蒸留により脱水)10ml中に溶解させた触媒を表1に示す量で反応器中に投入する。反応器中の水素圧を所望の値に調節する。得られた結果を表2〜8に示す。
SIS(特徴:スチレン/ブタジエンの重量組成百分率30/70、およびMw50,000)の重合体溶液を使用する以外は、上記の実施例と同様の手順を行う。結果を表9に示す。
表1
表1は、触媒A、B、C、およびEを、乾燥ポリマーに対してチタン含有量が100ppmになる量で使用し、キラーによる停止/クエンチング反応を行わずに、SBS(特徴:スチレンブタジエンの重量組成百分率30/70、ビニル含有量40%、およびMw70,000)をシクロヘキサンに溶解させたリビングポリマー溶液(8%)400gをそのまま使用して行った水素化試験の結果を示したものである。これらの触媒により、30分後に重合体は99%水素化され、助触媒がなくても活性であることが判明した。
表2は、触媒A、G、およびFを、乾燥ポリマーに対してチタン含有量が100ppmになる量で使用した、種々の濃度におけるSBSゴム溶液に対する水素化試験の結果を示したものである。SBSゴムの希釈/溶解に用いる、LiAlH4で蒸留して精製/脱水したHPLC等級の溶剤を使用して、各ポリマー溶液を得る。溶剤中の含水量はKarl-Fisher滴定装置で測定した。溶剤中の残留含水量(H2O=0.039ミリモル;試験2および3参照)が触媒(A)の量(それぞれ0.1および0.094ミリモル)よりも明らかに低い場合、不純物補集剤がなくとも触媒を単独で使用でき、ゴムの良好な水素化度が達成できる。試験1において、溶剤中の水量(0.041ミリモル)が、使用した触媒(A)量(0.067ミリモル)に近い場合、その存在する水により一定量の触媒が分解してしまうため、30分後のゴムの水素化は僅か63%にすぎない。不純物補集剤Al(i−C4H9)3(0.1ミリモル)を添加することにより、同様の反応条件下で30分後の水素化度は99%に達する(試験4を参照)。使用可能な別の不純物補集剤はMg(Bu)2であるが、これはAl(i−C4H9)3よりも効果が低いことが分かる(試験5および4をそれぞれ参照)。過剰の不純物補集剤を使用することは、必要ないばかりか、有害であり水素化度を低くすることさえある(試験6および7)。
表3は、種々の濃度のSBSゴム(特徴:スチレンブタジエンの重量組成百分率30/70、ビニル含有量40%、およびMw70,000)溶液(モレキュラーシーブ3Å/5Åを使用して精製/脱水した溶剤をゴムの希釈/溶解に使用して得た溶液)についての水素化試験の結果を示したものである。溶剤中の含水量はKarl-Fisher滴定装置で測定した。試験はすべて、乾燥ポリマーに対してチタン含有量が100ppmになる量の触媒(A)を使用して行った。試験4から、溶剤中の水量(0.21ミリモル)が、使用する触媒の量(0.067ミリモル)よりも多い場合、その存在する水により一定量の触媒が分解してしまうため、30分後のゴムの水素化は僅か22%にすぎないことが分かる。不純物補集剤Al(i−C4H9)3(0.3ミリモル)の添加により、同様の反応条件下で30分後の水素化度は98%に達する(試験1参照)。使用可能な別の不純物補集剤はMg(Bu)2であるが、これはAl(i−C4H9)3よりも効果が低いことが分かる(試験2と1とを比較)。過剰の不純物補集剤を使用することは、必要ないばかりか、有害であり、水素化度を低くする(90%)ことさえある(試験3と1とを比較)。
表4は、触媒B、およびEを用い、不純物補集剤を使用しない場合の、種々の濃度におけるSBSゴム(特徴:スチレンブタジエンの重量組成百分率30/70、ビニル含有量40%、およびMw70,000)溶液(LiAlH4で蒸留して精製/脱水したHPLC等級の溶剤をゴムの希釈/溶解に使用して得た溶液)についての水素化試験の結果を示したものである。触媒BおよびEは、アルケニル鎖中のイソプレニル単位の数が異なるが、同様の反応条件下で同様の挙動を示す(試験3および5参照)。いずれの触媒も反応溶剤中の含水量により悪影響を受ける(触媒Bに関しては試験2と3とを比較、触媒Eに関しては試験4と5とを比較)。反応媒体中の含水量が等しく(0.039ミリモル)、触媒含有量が0.1ミリモルから0.094ミリモルに低下すると、水素化度は97%から93〜94%に低下する。試験1で、溶剤中の水量(0.041ミリモル)が、使用する触媒(B)の量(0.067ミリモル)に近い場合、その存在する水により一定量の触媒が分解してしまうため、30分後のゴムの水素化は僅か63%にすぎない。
表5は、触媒Cを、乾燥ポリマーに対してチタン含有量が100ppmになる量で使用した場合の、種々の濃度(8%および12.5%)のSBSゴム溶液における水素化試験の結果を示したものである。2種類のポリマー溶液は、LiAlH4で蒸留して精製および脱水したHPLC等級の溶剤をゴムの希釈/溶解に使用して得たものである。溶剤中の含水量は、Karl-Fisher滴定装置で測定した。試験1においては、使用するチタンの量(0.067ミリモル)が溶剤中の水量(0.041ミリモル)程度であることから、補集剤としてAl(i−Bu)3(0.1ミリモル)を使用し、30分後の水素化度は99%に達するものである。試験2においては、ゴム溶液の濃度がより高く、溶剤中の水量(0.039ミリモル)が使用するチタンの量(0.1ミリモル)より少ないので補集剤は使用せず、従って30分後の水素化度は98%に達するものである。
表6は、触媒Dを乾燥ポリマーに対してチタン含有量が100ppmになる量で使用した場合の、種々の濃度(8%および12.5%)のSBSゴム溶液における水素化試験の結果を示したものである。2種類のポリマー溶液は、LiAlH4で蒸留して精製および脱水したHPLC等級の溶剤をゴムの希釈/溶解に使用して得たものである。溶剤中の含水量は、Karl-Fisher滴定装置で測定した。トリアルキル化されたモノ−メタロセンである化合物Dは、Al(i−Bu)3の存在下で30分後の水素化度が69%であり、補集剤が存在しない場合には水素化度が62%であることから、効率の低い触媒であることが分かる。
表7は、触媒の経時変化を評価するため、製造してから3ヶ月、6ヶ月、および12ヶ月後の触媒Aを使用して行ったSBSゴムの水素化試験結果を示したものである。触媒Aは、製造後、シュレンク管中でアルゴン雰囲気中で保存した。種々のエージング時間における試験により、同様の結果(H.D.=30’後の約97〜98%)が得られ、これは製造直後の触媒Aを使用して得た値(H.D.=98%)に匹敵するものである(表2の試験2を参照)。
表8は、触媒Aを使用するSBSゴムの水素化反応における温度の影響を示したものである。他の条件は変えずに温度を増加させることにより、水素化の速度が増加し、T=80℃における30分後のH.D.=70%から、T=130℃におけるH.D.=99%に推移する。
表9は、触媒Aを乾燥ポリマーに対してチタン含有量が200ppmになる量で使用した場合の、種々の濃度(7.5重量%、8重量%、および12.5重量%)のSBSゴム(特徴:スチレンブタジエンの重量組成百分率30/70、およびMw50,000)のシクロヘキサン溶液における水素化試験の結果を示したものである。ポリマー溶液は、LiAlH4で蒸留して精製/脱水したHPLC等級の溶剤をゴムの希釈/溶解に使用して得た。溶剤中の含水量は、Karl-Fisher滴定装置で測定した。水素圧の増加と共に、水素化度の増加が観察され、120分後には、水素圧8バールにおける64%から、P=24バールで92%になる。
Claims (25)
- 共役ジエンポリマーまたはコポリマーを、不活性溶剤中、触媒系の存在下で水素と接触させる行程を含んでなる、上記共役ジエンポリマーまたはコポリマー中のオレフィン二重結合を水素化する方法であって、前記触媒系が、実質的に、下記一般式(I)で表される化合物から選択される一種以上のチタン化合物からなる、方法:
Mは、Ti(III)およびTi(IV)、ならびにそれらの混合物から選択されるものであり、
R”は、(i)アニオン的性質を有する有機基または無機基であって、シクロペンタジエニルまたは置換されたシクロペンタジエニルとは異なる有機基または無機基、および、(ii)下記一般式(II)で表されるオリゴマー基、から選択されるものであり、
基R1、R2、R3、R4、およびR5は、それぞれ独立して、金属Mに配位したシクロペンタジエニル基と結合した原子または基を表すものであって水素、および前記シクロペンタジエニル基の、他の好適な有機置換基もしくは無機置換基から選択されるものであり、
R6は、
(a)無機陰イオン、
(b)1〜20個の炭素原子を有するヒドロカルビル、および
(c)下記式(II)で表されるR’、好ましくは、シクロペンタジエンおよび置換されたシクロペンタジエンから選択されるR’、
から選択されるものであり、
「w」は、チタンの原子価に応じて0または1の値を有し、
R’は下記式(II)で表されるオリゴマー基からなるものである:
−(AxDyUz)RI (II)
(式中、
Aは、6〜20個の炭素原子を有する、アニオン重合により重合し得ビニル芳香族基由来のすべてのモノマー単位を表し、
Dは、4〜20個の炭素原子を有する、アニオン重合により重合し得る共役ジオレフィン由来のすべてのモノマー単位を表し、
Uは、所望により通常用いられるモノマー単位であって、前記共役ジオレフィンDまたはビニル芳香族化合物Aのいずれかと共重合し得る、不飽和化合物由来のすべてのモノマー単位を表し、
RIは、1〜20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基を表し、
指数「x」および「y」は、それぞれ独立してゼロまたは整数(「x+y」の合計は2以上、好ましくは2〜50であり、より好ましくは2〜25であり、「z」はゼロまたは1〜20の整数であってよい)を表す。))。 - 前記R6のヒドロカルビル基(b)が、シクロペンタジエン、および置換されたシクロペンタジエンから選択されるものである、請求項1に記載の方法。
- 前記式(II)におけるD型モノマー単位が、4〜20個の炭素原子を有する1,3ジオレフィン由来のものである、請求項1に記載の方法。
- 前記1,3−ジオレフィンが、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、および1,3−ヘキサジエンから選択されるものである、請求項3に記載の方法。
- 前記1,3−ジオレフィンが、1,3−ブタジエン、およびイソプレンから選択されるものである、請求項4に記載の方法。
- 前記式(II)におけるA型モノマー単位が、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、およびビニルナフタレンから選択されるビニル芳香族化合物である、請求項1に記載の方法。
- 前記ビニル芳香族化合物が、スチレンである、請求項6に記載の方法。
- 前記(x+y)の合計が、2〜50である、請求項1に記載の方法。
- 前記式(II)における「z」がゼロである、請求項1に記載の方法。
- 前記式(II)における「x」および「z」が、両方ともにゼロであり、前記基R’が、平均重合度2〜50である共役ジエンDのオリゴマーからなる、請求項1に記載の方法。
- 前記式(II)におけるRI基が、2〜10個の炭素原子を有する脂肪族、環状脂肪族、芳香族、またはアルキル芳香族基である、請求項1に記載の方法。
- 前記RIが、tert-ブチル、n−ブチル、およびイソプロピルから選択されるものである、請求項11に記載の方法。
- 前記Uが、アクリル酸およびメタクリル酸のエステルから選択されるものである、請求項1に記載の方法。
- 前記一般式(I)を有する化合物が、
Cp2Ti[(C5H8)2C4H9]、
Cp*Ti[(C5H8)2C4H9]3、
Cp2Ti[(C5H8)5C4H9]、
Cp2Ti[(C8H8)5C4H9]、
Cp2Ti[(C4H6)5C4H9]、
から選択されるものである、請求項1に記載の方法。 - 温度20℃〜200℃、かつ圧力1〜50バールにおいて実施される、請求項1に記載の方法。
- 温度70℃〜160℃において実施される、請求項15に記載の方法。
- 前記一般式(I)で表される触媒が、水素化される(コ)ポリマーに対してチタン50〜150ppmを含有してなる、請求項1に記載の方法。
- 前記不活性溶剤が、プロトン性不純物補集剤を最大1ミリモル/l含有してなる、請求項1に記載の方法。
- 前記補集剤が、アルキルアルミニウム類から選択されるものである、請求項18に記載の方法。
- 前記補集剤が、Al(i−C4H9)3である、請求項19に記載の方法。
- 前記共役ジエンポリマーが、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、4,5−ジエチル−1,3−オクタジエン、および3−ブチル−1,3−オクタジエンの重合体から選択されるものである、請求項1に記載の方法。
- 前記共役ジエンが、1,3−ブタジエンおよびイソプレンから選択されるものである、請求項21に記載の方法。
- 前記共役ジエンコポリマーが、共役ジエンとビニルアレーンとの共重合体から選択されるものである、請求項1に記載の方法。
- 前記ビニルアレーンが、スチレンである、請求項23に記載の方法。
- 前記共役ジエンコポリマーが、スチレン−イソプレン−スチレン(SIS)ゴム、およびスチレン−ブタジエン−スチレン(SBS)ゴムから選択されるものである、請求項23に記載の方法。
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