JP2004182990A - 高イソプレンのブチルゴム製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも1種のイソオレフィンモノマー、少なくとも1種のマルチオレフィンモノマー、および任意にさらなる共重合性モノマーから誘導される反復単位を有するポリマーを、少なくとも1種の有機ニトロ化合物およびAlCl3/水の存在下で製造する方法であって、バナジウム化合物、ジルコニウムハロゲン化物、ハフニウムハロゲン化物からなる群から選ばれる化合物の不存在下で行われる方法。
【選択図】なし
Description
該ポリマーは、好ましくは2.5モル%を超えるマルチオレフィン含有量および240kg/モルを超える分子量Mwを有する。
ジエンコモノマーの分子量低減の影響を、基本的に、いっそう低い反応温度により埋め合わせることができる。しかしながらこの場合、ゲル化を生ずる二次反応がより大きな程度で生じ、このプロセスはより費用がかかる。約−120℃の反応温度でのゲル化およびそれを削減するための可能な選択肢は記載されている(W.A. Thaler、D.J. Buckley Sr.、Meeting of the Rubber Division, ACS, クリーブランド, オハイオ, 1975年5月6日〜9日、Rubber Chemistry & Technology 49, 第960〜966頁(1976年)中で公表、を参照されたい)。この目的のために必要な補助溶媒、例えばCS2は、取扱いが困難であるだけでなく、比較的高い濃度でも使用しなければならない。
さらに、ゴム用途のために充分に高い分子量の生成物を約−40℃の温度で生じさせるために、前処理されたバナジウムテトラクリロリド(欧州特許出願公開第1 818 476号)、ニトロ化合物およびバナジウム(欧州特許出願公開第1 122 267号)またはジルコニウム化合物(国際公開第02/18460号パンフレット)の組合せなどを使用して、イソブテンと様々なコモノマーとのゲルフリー共重合を行うことも知られている。
本発明は、バナジウム-、ジルコニウム-および/またはハフニウム化合物の不存在下で行われる。
1つの側面において本発明は、少なくとも1種のイソオレフィンモノマー、少なくとも1種のマルチオレフィンモノマー、および任意にさらなる共重合性モノマーから誘導される反復単位を有するポリマーを、少なくとも1種の有機ニトロ化合物およびAlCl3/水の存在下で製造する方法を提供し、該方法は、バナジウム化合物、ジルコニウムハロゲン化物、ハフニウムハロゲン化物からなる群から選ばれる化合物の不存在下で行われる。
任意モノマーとして、イソオレフィンおよび/またはジエンと共重合性である当業者に既知のあらゆるモノマーを、使用することができる。α-メチルスチレン、α-メチルスチレン、クロロスチレン、シクロペンタジエンおよびメチルシクロペンタジエンを、好ましくは使用する。
好ましくはモノマー混合物は、80〜99質量%の範囲の少なくとも1種のイソオレフィンモノマーおよび1.0〜20質量%の範囲の少なくとも1種のマルチオレフィンモノマー(β-ピネンを含む。)を含む。より好ましくはモノマー混合物は、85〜99質量%の範囲の少なくとも1種のイソオレフィンモノマーおよび1.0〜15質量%の範囲のマルチオレフィンモノマーまたはβ-ピネンを含む。最も好ましくはモノマー混合物は、95〜99質量%の範囲の少なくとも1種のイソオレフィンモノマーおよび1.0〜5.0質量%の範囲の少なくとも1種のマルチオレフィンモノマー(β-ピネンを含む。)を含む。
ゲル含有量は、好ましくは1.2質量%未満、より好ましくは1質量%未満、さらに好ましくは0.8質量%未満、なお好ましくは0.7質量%未満である。
R-NO2 (I)
〔式中、Rは、H、C1〜C18アルキル、C3〜C18シクロアルキルまたはC6〜C24シクロアリールの群から選ばれる。〕
により定義される。
反応媒体中の有機ニトロ化合物の濃度は、好ましくは1〜15000ppmの範囲、より好ましくは5〜500ppmの範囲である。ニトロ化合物対アルミニウムの質量比は、好ましくは1:1〜1:50の範囲、最も好ましくは1:3〜1:25の範囲である。
ブチル重合のために当業者に既知の不活性溶媒または希釈剤を、溶媒または希釈剤(反応媒体)として考慮することができる。これらは、アルカン、クロロアルカン、シクロアルカンまたは芳香族化合物を含み、これらは、しばしばハロゲンにより単置換または多置換されている。ヘキサン/クロロアルカン混合物、塩化メチル、ジクロロメタンまたはこれらの混合物を、特に挙げることができる。クロロアルカンを、好ましくは本発明の方法に使用する。
I)溶媒/希釈剤+イソオレフィン(好ましくはイソブテン)
II)マルチオレフィン(好ましくはジエン、イソプレン)+有機ニトロ化合物
III)触媒
を用いて行う。
反応温度に事前冷却した反応器に、溶媒または希釈剤、モノマーおよびニトロ化合物を装填する。次いでAlCl3を、希釈溶液の形態で、重合熱が問題無く放散されることができるような方法でポンプ注入する。反応経過を熱放出により監視し得る。
全ての操作は保護ガス下で行われる。重合が完了した後、反応を、フェノール系酸化防止剤、例えばエタノール中に溶解した2,2'-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)で停止させる。
本発明の方法は、2.5モル%を超えるコモノマー含有量、240kg/モルを超える分子量Mwおよび1.2質量%未満のゲル含有量を有するイソオレフィンコポリマーを提供する。
これらのコポリマーは、ハロブチルポリマーを製造するためのハロゲン化法のための出発物質とすることができる。
コンパウンドの加硫は、通常100〜200℃、好ましくは130〜180℃の範囲の温度(所望により10〜200barの範囲の圧力下)で行われる。
実験の詳細
GPC分析を、Polymer Laboratories 社からの4つの30cm長さのカラムの組合せ(PL-Mixed A)により行った。カラムの内径は0.75cmであった。注入容量は100μlであった。THFでの溶出を0.8ml/分で行った。検出を、UV検出器(260nm)および屈折計を用いて行った。
イソプレンを、乾燥酸化アルミニウムを充填したカラムを通してパージして精製し、水素化カルシウム上での窒素下で蒸留した。水分は<10ppmであった。
塩化メチルを、活性カーボンブラックを充填したカラムおよび Sicapent を充填した別のカラムを通してパージすることにより精製した。
ニトロメタン(Fa. Aldrich、96%)を、五酸化リン上で2時間攪拌し、この攪拌中に窒素を混合物中にパージした。次いで該ニトロメタンを、減圧(約20mbar)で蒸留した。
以下の実験は、IIRのAlCl3開始重合におけるCH3NO2の使用を説明する。表1に記載する全ての重合について、記載した量のイソブチレン、イソプレンおよびCH3NO2を、−95℃に冷却したCH3Cl 180mlに添加した。反応混合物が熱平衡に達した後に、対応量のAlCl3(CH3Cl溶液として導入、CH3Cl 200ml中に溶解したAlCl3 300mg)を、事前冷却したガラスピペットを使用して添加した。反応を、触媒添加前の平衡温度に達するために必要な長さの時間で進行させた。
図1から分かるように、高IPのIIR重合におけるニトロメタンの組込みは、最終エラストマーの分子量に対して明白に正の効果を有する。
しかしながら、より多くのニトロメタンを重合混合物に導入するにつれ、転化率が減少する。
比較のために、以前に研究されている触媒系を表1に記載されているようなモノマー混合物に導入した一連の重合を行った。特にAlCl3、ZrCl3/CH3NO2およびZrCl3/CH3C(O)Clを試験した。
AlCl3を使用した重合実験のために、イソブテン20mlおよびイソプレン3mlを、MeCl 180ml中に溶解させた。次いでこの溶液を−95℃に冷却し、その時点でAlCl3 35mg(CH3Cl溶液として導入、CH3Cl 200ml中に溶解したAlCl3 300mg、−30℃で完全に溶解するための時間は5分であった。)を、事前冷却したガラスピペットを使用して添加した。反応を、触媒添加前の平衡温度に達するために必要な長さの時間で進行させた。結果を図2に示す。
ZrCl4/CH3NO2を使用した重合実験のために、イソブテン20mlおよびイソプレン3mlを、MeCl 180ml中に溶解させた。次いでこの溶液を−95℃に冷却し、その時点でZrCl4/CH3NO2触媒溶液45ml(MeCl 91ml中ZrCl4/CH3NO2プレミックス5ml;ZrCl4/CH3NO2プレミックスはCH2Cl2 500ml中に溶解したZrCl4 13.6gおよびCH3NO2 47.25gからなる。プレミックスが−30℃で完全に溶解するための時間は約45分であった。)を、事前冷却したガラスピペットを使用して添加した。反応を、触媒添加前の平衡温度に達するために必要な長さの時間で進行させた。結果を図2に示す。
ZrCl4/CH3C(O)Clを使用した重合実験のために、イソブテン20mlおよびイソプレン3mlを、MeCl 180ml中に溶解させた。次いでこの溶液を−95℃に冷却し、その時点でZrCl4/CH3C(O)Cl触媒溶液35ml(MeCl 100ml中に溶解したZrCl4 0.134gおよびCH3C(O)Cl0.057ml)を、事前冷却したガラスピペットを使用して添加した。反応を、触媒添加前の平衡温度に達するために必要な長さの時間で進行させた。結果を図2に示す。
Al3Cl3/CH3NO2系は、高IPのIIR製造において、以前に記載されているZrCl4/CH3NO2系と同様に有効であることが見出された。重要なことに、この系は、よりコスト効率の良いルイス酸(ZrCl4参照)を使用するという追加の利点を有し、同時に、(ZrCl4系において観察されるような)長い触媒溶解時間を必要としない。これらにより、本発明のAl3Cl3/CH3NO2系を現存のプラント環境に組込むことはより実行可能である。
さらに図2から分かるように、最適化Al3Cl3/CH3NO2系は、分子量およびIP組込みに関してZrCl4/CH3NO2系と同様に機能し、触媒活性(g/g)に関して後者の系よりも優れていることが見出された。また図2中には、以前に研究されているZrCl4/CH3C(O)Cl系およびAl3Cl3対照系と比べて、Al3Cl3/CH3NO2で観察された分子量の明白な向上が描かれている。
Claims (5)
- 少なくとも1種のイソオレフィンモノマー、少なくとも1種のマルチオレフィンモノマー、および任意にさらなる共重合性モノマーから誘導される反復単位を有するポリマーを、少なくとも1種の有機ニトロ化合物およびAlCl3/水の存在下で製造する方法であって、バナジウム化合物、ジルコニウムハロゲン化物、ハフニウムハロゲン化物からなる群から選ばれる化合物の不存在下で行われる方法。
- 有機ニトロ化合物が、一般式(I):
R-NO2 (I)
〔式中、Rは、H、C1〜C18アルキル、C3〜C18シクロアルキルまたはC6〜C24シクロアリールを表す。〕
で示される請求項1に記載の方法。 - 反応媒体中の有機ニトロ化合物の濃度が、5〜500ppmの範囲である請求項1または2に記載の方法。
- イソオレフィンが、イソブテンである請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- マルチオレフィンが、イソプレンである請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
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