JP2014533774A - スチレン重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物、及びそれを使用する方法 - Google Patents

スチレン重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物、及びそれを使用する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、(a)1個以上のニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物;及び(b)1個以上の芳香族ニトロ化合物を有する、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物であって、前記組成物はさらに1個以上の(c)アミン類を有することを特徴とし、前記アミン類は、(i)ヒドロキシアルキル第3アミン、(ii)第3アルキルアミン、(iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び(iv)これらの混合物を有するグループから選択される、添加剤組成物に係る。一実施形態において本発明はまた、本発明の組成物を使用する方法に係る。別の実施形態において本発明はまた、本発明の組成物を使用することにより、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法に係る。さらに別の実施形態において本発明はまた、本発明の組成物を製造する方法に係る。

Description

発明の分野:
本発明は、芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物に関する。芳香族ビニルモノマーはスチレンを包含する。
一実施形態において、本発明はスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物を使用する方法に関する。
別の実施形態において、本発明はスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物を製造する方法に関する。
さらに別の実施形態において、本発明はアミン系添加剤組成物を利用することにより、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法に関する。
発明の背景:
処理中のスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合は、関心事項である。なぜならば芳香族ビニルモノマーの重合は意図しないポリマーの形成を引き起こし、最終生成物の歩留まりの損失をもたらし、プロセスを非効率にするからである。
当該技術において、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合の問題を克服するため、阻害剤及び遅延剤、並びにそれらの組み合わせの使用が報告されている。
阻害剤単独を使用する問題は、阻害剤は継続的にもしくは一定間隔で添加しなければならないということである。なぜならばいったん阻害剤が消費されると、重合が再び開始するからである。
遅延剤単独を使用する問題は、遅延剤はスチレンをはじめとする芳香族モノマーの重合を実質的な阻害のレベルまでもしくは阻害の許容可能なレベルまで減らすのにあまり有効でないことである。
先行技術は(US5,254,760(US’760))は、1−オキシル−重合阻害剤として、1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール(4HT)をはじめとするニトロオキシド化合物(即ちニトロキシル化合物)、及びジニトロ−ブチルフェノールをはじめとする芳香族ニトロ化合物の組み合わせを使用する、ビニルモノマーの重合阻害を開示する(要約、第3欄、26乃至32行目;第4欄、1乃至2行目、12行目)。しかしながら、DNBPをはじめとする前記芳香族ニトロ化合物は、より大量に使用すべきものであり、及び/又は人体曝露に関するこれらの毒性についても知られている(第1欄、64乃至48行目)。
したがって、当該産業は、US’760の組成物の成分、特にDNBP及び4HTの用量を最小化もしくは減らせる添加剤組成物を狙っている。これらの成分の消費を下げる方向のいかなる努力も、産業の問題を緩和することになる。
発明の必要性:
したがって、効果的な添加剤組成物及びそれを使用する方法、その製造方法、及び前記組成物を利用することによりスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法の必要性が依然として存在する。ここで、前記添加剤組成物は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合の実質的制御及び阻害に適しているだけではなく、ニトロオキシド類(即ちニトロキシル類)及び芳香族ニトロ化合物の低下したもしくは最小化した量を有する。
米国特許US5,254,760号明細書
本発明により解決すべき課題:
従って、効果的な添加剤組成物及びそれを使用する方法、並びにその製造方法及び前記組成物を使用することによるスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法を提供することにより、本発明は、上に記載した既存の産業の問題に対する解決策を提供することを目的とする。ここで前記添加剤組成物は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合の実質的制御及び阻害に適しているだけではなく、ニトロオキシド類(即ちニトロキシル類)及び芳香族ニトロ化合物の低下したもしくは最小化した量を有する。
本発明の目的:
従って、本発明の主たる目的は、効果的な添加剤組成物及びそれを使用する方法、並びにその製造方法及び前記組成物を使用することによるスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法を提供することである。ここで前記添加剤組成物は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合の実質的制御及び阻害に適しているだけではなく、ニトロオキシド類(即ちニトロキシル類)及び芳香族ニトロ化合物の低下したもしくは最小化した量を有する。
これも本発明の一目的であるが、それは効果的な添加剤組成物及びそれを使用する方法、並びにその製造方法及び前記組成物を使用することによるスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法を提供することである。ここでの前記添加剤組成物は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合の実質的制御及び阻害に適しているだけではなく、スチレン重合の制御及び阻害について同等以上の許容可能なレベルを達成するため、先行技術添加剤の添加量と比べて比較的低い添加量を必要とする。
これも本発明の一目的であるが、それは効果的なアミン系添加剤組成物及びそれを使用する方法、並びにその製造方法及び前記アミン系添加剤組成物を使用することによるスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法を提供することである。ここでの前記アミン系添加剤組成物は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合の実質的制御及び阻害に適しているだけではなく、スチレン重合の制御及び阻害について同等以上の許容可能なレベルを達成するため、先行技術添加剤の添加量と比べて比較的低い添加量を必要とし、及び前記アミンは:
(i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
(ii)第3アルキルアミン、
(iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
(iv)これらの混合物
を有するグループから選択される。
本発明は特に、効果的なアミン系添加剤組成物及びそれを使用する方法、並びにその製造方法及び前記アミン系添加剤組成物を使用することによるスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法を提供することを目的とする。ここでの前記アミン系添加剤組成物は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合の実質的制御及び阻害に適しているだけではなく、ニトロオキシド類(即ちニトロキシル類)及び芳香族ニトロ化合物の低下したもしくは最小化した量を有し、及びスチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合の制御及び阻害について同等以上の許容可能なレベルを達成するため、先行技術添加剤の添加量と比べて比較的低い添加量を必要とし、及び前記アミンは:
(i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
(ii)第3アルキルアミン、
(iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
(iv)これらの混合物
を有するグループから選択され、従って本発明の組成物は経済的であるだけでなく、環境に優しい。
本発明はまた、1種以上のアミンをさらに有することにより、高温における及び空気の存在下、ニトロオキシド類(即ちニトロキシル類)及び芳香族ニトロ化合物を有する添加剤組成物の性能を改善することを目的とする。
本発明の他の目的及び利点は、実施例と合わせて読むことにより以下の記載からより明らかになるであろう。実施例は本発明の範囲を限定することを意図していない。
本発明の説明及び好ましい実施形態:
先行技術の上記の問題を克服すること、及び本発明の上記の課題を達成することを目的として、本発明者は、ある脂肪族アミンをニトロオキシド類(即ちニトロキシル類)及び芳香族ニトロ化合物を有する組成物に添加すると、ニトロオキシド類及び芳香族ニトロ化合物の重合制御及び阻害効率が実質的に向上するだけでなく、驚くべき且つ意外にも、ニトロオキシド類及び芳香族ニトロ化合物の実質的に低下した添加量において、組成物の実質的に低下した添加量において、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合が許容可能なレベルまで制御及び阻害されること、及びそのことは組成物を経済的なものにするとともに環境に優しいものにすることを見出した。
先行技術の上記の問題を克服すること、及び本発明の上記の課題を達成することを目的として、本発明者は、
(i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
(ii)第3アルキルアミン、
(iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
(iv)これらの混合物
を有するグループから選択されるアミンを、
1個以上のニトロオキシド類(即ちニトロキシル類);及び
1個以上の芳香族ニトロ化合物
を有する組成物に添加すると、ニトロオキシド類及び芳香族ニトロ化合物の重合制御及び阻害効率が実質的に向上するだけでなく、驚くべき且つ意外にも、ニトロオキシド類及び芳香族ニトロ化合物の実質的に低下した添加量、及び前記アミンを有する前記組成物の実質的に低下した添加量において、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合が許容可能なレベルまで制御及び阻害されること、そのことは組成物を経済的なものにするとともに環境に優しいものにすることを見出した。
従って、本発明は、1個以上のニトロオキシド類(即ちニトロキシル類)及び1個以上の芳香族ニトロ化合物を有する、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物に関する。該組成物は、1個以上の脂肪族アミンをさらに有することを特徴とする。
従って、特に本発明は、
(a)1個以上のニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物;及び
(b)1個以上の芳香族ニトロ化合物
を有する、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物であって、前記組成物はさらに1個以上の
(c)アミン類
を有することを特徴とし、
前記アミン類は、
(i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
(ii)第3アルキルアミン、
(iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
(iv)これらの混合物
を有するグループから選択される、添加剤組成物に関する。
本発明によると、アミンは脂肪族第3アミンであり、前記脂肪族第3アミンは第3アミンのアルキル鎖内に1個以上のヒドロキシル基を有し、好ましくは第3アミンのアルキル鎖内に3個のヒドロキシル基を有し、より好ましくは、前記ヒドロキシル基はヒドロキシアルキル基である。
従って、本発明の最も好ましい実施形態によると、3個のヒドロキシルを有する脂肪族第3アミンは、トリイソプロパノールアミンもしくはトリス(2−ヒドロキシプロピル)アミン(TIPA)である。
本発明によれば、ヒドロキシルアルキル第3アミンは、トリス(2−ヒドロキシプロピル)アミン(TIPA);N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン)(Quadrol(登録商標));及びN,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミン))(THEED)からなるグループから選択される。
Quadrol(登録商標)は、プロポキシル化エチレンジアミン(PED)もしくはテトラ(2−ヒドロキプロピル)エチレンジアミンとも呼ばれ得ること、本発明で使用されるそれは商品名Quadrol 204(登録商標)でBASFから入手可能なものを包含することに留意する。
本発明の実施態様の一つによれば、第3アルキルアミンはトリス[N−ブチルアミン](TBA)である。
本発明の別の実施形態によれば、ヒドロキシルアルキル第1アミンはモノエタノールアミン(MEA)である。
本発明の組成物が上記のアミン類1個以上を有する場合、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するニトロオキシド及び芳香族ニトロ化合物の効率は、ニトロオキシド及び芳香族ニトロ化合物のかなり減らした添加量においても許容可能なレベルまで、驚くべき且つ意外にも大いに改善されるということ、それにより本発明の組成物を比較的より経済的且つ環境に優しいものにすることが見出された。
本発明の実施態様の一つによれば、本発明の組成物を、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーを含有する流れに、スチレンをはじめとするモノマーの流れの重量に基づき約0.01ppm乃至約2000ppm,好ましくは約1ppm乃至約2000ppmの量で添加する。
本発明の実施態様の一つによれば、ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物及び芳香族ニトロ化合物は、約99:1乃至約1:99の重量比で使用される。
本発明の実施態様の一つによれば、組成物は、
a)前記ニトロオキシド(即ちニトロキシル)及び芳香族ニトロ化合物及び前記芳香族ニトロ化合物の混合物I) 約50乃至約99.5重量%;
b)前記アミン類II) 約0.5乃至約50重量%;
を有する。
本発明の実施態様の一つによれば、ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物は、ジ−tert−ブチルニトロキシル、1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール、1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン、及びこれらの誘導体;並びにコハク酸ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)、アジピン酸ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)、セバシン酸ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)、及びこれらの混合物からなるグループから選択される。
本発明の好ましい実施形態の一つによれば、ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物は、セバシン酸ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)及び1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オールもしくは4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(即ち4−ヒドロキシTempoもしくは4−HT)、及びこれらの混合物からなるグループから選択される。
本発明の好ましい実施形態の一つによれば、ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物は1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール(即ち4−ヒドロキシTempoもしくは4−HT)である。
本発明の好ましい実施形態の一つによれば、芳香族ニトロ化合物はフェノール基もしくはその誘導体並びにニトロ基を有する。
本発明の好ましい実施形態の一つによれば、芳香族ニトロ化合物は4,6−ジニトロ−2−sec−ブチルフェノール(DNBP)及び4,6−ジニトロ−オルトクレゾール即ち4,6−ジニトロ−2−ヒドロキシトルエン(DNOC)、及びこれらの混合物からなるグループから選択される。
本発明の好ましい実施形態の一つによれば、芳香族ニトロ化合物は4,6−ジニトロ−2−sec−ブチルフェノール(DNBP)である。
従って、別の実施形態において本発明は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するため、ここに記載の本発明のアミン系添加剤組成物を使用する方法(本発明への言及は全体として描かれる)にも関わる。当該方法において、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーを有する流れを、1個以上のニトロオキシド化合類(即ちニトロキシル類)及び1個以上の芳香族ニトロ化合物を有し、さらに1個以上の脂肪族アミンをさらに有することを特徴とする前記組成物で処理する。
特に、別の実施形態において本発明は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するため、ここに記載の本発明のアミン系添加剤組成物を使用する方法(本発明への言及は全体として描かれる)にも関わる。当該方法において、前記組成物は、
(a)1個以上のニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物;及び
(b)1個以上の芳香族ニトロ化合物
を有し、前記組成物はさらに1個以上の
(c)アミン類
を有することを特徴とし、
前記アミン類は、
(i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
(ii)第3アルキルアミン、
(iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
(iv)これらの混合物
からなるグループから選択され、前記組成物はモノマーの流れに添加される。
本発明の実施態様の一つによれば、本発明の前記アミン系添加剤組成物を使用する方法は、モノマーの重量に基づき前記化合物約0.01乃至約2000ppm、好ましくは約1ppm乃至約2000ppmを、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの流れに添加するステップを有する。
ここに記載される本発明の組成物の特徴全て(本発明への言及は全体として描かれる)は、本発明の前記アミン系添加剤組成物を使用する本方法に包含されたとみなされることに留意する。
従って、さらに別の実施形態において、本発明は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの流れに対して、ここに記載の本発明のアミン系添加剤組成物を使用もしくは添加することにより(本発明への言及は全体として描かれる)スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法にも関わる。当該方法において、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーを有する流れは、1個以上のニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物及び1個以上の芳香族ニトロ化合物を有し組成物であって、さらに1個以上の脂肪族アミン類を有することを特徴とする組成物で処理される。
特に、別の実施形態において、本発明は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの流れに対して、ここに記載の本発明のアミン系添加剤組成物を使用もしくは添加することにより(本発明への言及は全体として描かれる)スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法にも関わる。当該方法において、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーを有する流れは、
(a)1個以上のニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物;及び
(b)1個以上の芳香族ニトロ化合物
を有する前記アミン系添加剤組成物で処理され、前記組成物はさらに1個以上の
(c)アミン類
を有することを特徴とし、前記アミン類は、
(i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
(ii)第3アルキルアミン、
(iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
(iv)これらの混合物
からなるグループから選択される。
本発明の実施態様の一つによれば、本発明の前記アミン系添加剤組成物を使用して重合を制御及び阻害する方法は、モノマーの重量に基づき前記化合物約0.01乃至約2000ppm、好ましくは約1ppm乃至約2000ppmを、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの流れに添加するステップを有する。
ここに記載される本発明の組成物の特徴全て(本発明への言及は全体として描かれる)は、本発明の前記アミン系添加剤組成物を使用することによる重合を制御及び阻害する本方法に包含されたとみなされることに留意する。
本発明の実施態様の一つによれば、本発明の組成物を、芳香族ビニルモノマーを含有する流れと、流れが処理システムに進入する前、もしくは流れが処理システムに進入した後のいずれで混合してよい。ただし好ましくは、芳香族ビニルモノマーの重合を避けるように、組成物は、その処理が開始する前に芳香族ビニルモノマーを含有する流れに添加される。
本発明の実施態様の一つによれば、本組成物を、50℃乃至180℃を包含する広範囲の温度で、好ましくは60℃乃至180℃の範囲で使用してよい。
従って、さらに別の実施形態において、本発明は、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するため、ここに記載の本発明のアミン系添加剤組成物を製造する方法(本発明への言及は全体として描かれる)にも関わる。当該方法は、
(A)1個以上の前記ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物及び1個以上の前記芳香族ニトロ化合物を混合するステップ
を有し、前記ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物と前記芳香族ニトロ化合物との前記混合物は、さらに1個以上の
(B)前記アミン類
と混合されることを特徴とし、前記アミン類は
(i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
(ii)第3アルキルアミン、
(iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
(iv)これらの混合物
を有するグループから選択される。
別の実施形態において、1個以上のニトロオキシド化合物、1個以上の芳香族ニトロ化合物、及び前記1個以上の前記アミン類を個別に、もしくはいずれの可能な組み合わせで混合することにより、本発明の組成物は製造される。
ここに記載される本発明の組成物の特徴全て(本発明への言及は全体として描かれる)は、本発明の前記アミン系添加剤組成物を製造する本方法に包含されたとみなされることに留意する。
実施形態の一つにおいて、本発明者は、トリエタノールアミン(TEA)、N,N’−ジ−sec−ブチル−パラ−フェニレンジアミン(UOP5)、エチレンジアミン(EDA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ジブチルアミン(DBA)、オクチルアミン、ジプロピルアミン(DPA)、もしくはジエタノールアミン(DEA)のいずれか1個を、DNBP及び4HTを有する先行技術添加剤組成物に添加すると、驚くべき且つ意外にもこれらのアミン類は、先行技術添加剤の全ての濃度において、スチレンの重合を制御及び阻害する先行技術添加剤組成物の効率の大幅な低下をもたらすということを見出した。従って、本発明によれば、前記TEA,EDA,TEPA,UOP5,DBA,オクチルアミン,DEAは選択されたアミン/添加剤ではなく、即ち本発明組成物はこれらのアミン類のいずれをも有しない。
ここから本発明は、以下の実施例の助けを借りて記載される。実施例は本発明の範囲を制限することを意図しておらず、本発明を実施するモード及び最良のモードを説明するために含まれた。
実験:
主実験:
以下の実験において、蒸留したスチレンの計量された量及び添加剤を、温度計及び窒素もしくは空気入口を及び出口を備えた反応装置(管式装置もしくは丸底反応装置)内に取り込む。適切な撹拌を確実にするため、十分なNもしくは空気フローを維持する。選択された持続時間(約2時間)、連続的窒素もしくは空気フロー下、反応装置の内容物を選択された温度(120℃もしくは135℃)に加熱する。その選択された持続時間後、反応装置を砕いた氷で10℃以下に冷却する。次いで反応装置の内容物を、メタノールを収容するビーカー内に注ぐ(メタノール沈殿)。得られた沈殿物を濾過し、メタノールを除去するため乾燥し、重さを量る。約1.5乃至2gの冷却した重合混合物に対して、約80gのメタノールを使用して、スチレン溶液中に形成したポリマーを沈殿させた。以下の表において、沈殿物の重さは、%形成ポリマーとして報告する。
安定剤を除去するため使用前にスチレンは精製されたことに留意する。
以下の実施例において、先行技術添加剤組成物は芳香族ニトロ化合物及びニトロオキシド化合物を有する組成物である。当該組成物における芳香族ニトロ化合物は4,6−ジニトロ−2−sec−ブチルフェノール(DNBP)であり;ニトロオキシド化合物は1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール(即ち4−ヒドロキシ−Tempoもしくは4−HT)であり、これらは、様々な重量比90:10[DNBP:4HT(90:10)を意味する],80:20[DNBP:4HT(80:20)を意味する],70:30[DNBP:4HT(70:30)を意味する],50:50[DNBP:4HT(50:50)を意味する],30:70[DNBP:4HT(30:70)を意味する],及び20:80[DNBP:4HT(20:80)を意味する]において、約100,200,300,400,500,1000ppmの量で使用される。
以下の実施例において、本発明の添加剤組成物は、芳香族ニトロ化合物としての4,6−ジニトロ−2−sec−ブチルフェノール(DNBP);ニトロオキシドとしての1−oxyl−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール(即ち4−ヒドロキシ−Tempoもしくは4−HT)(即ちDNBP及び4HT)有する化合物であり;及びさらに本発明のアミンとしてTIPA,Quadrol,THEED,TBA,もしくはMEAを有する組成物である。
さらに本発明者は、本発明の添加剤組成物の結果を、比較目的で(DNBP及び4HT),及びトリエタノールアミン(TEA)、N,N’−ジ−sec−ブチル−パラ−フェニレンジアミン(UOP5)、エチレンジアミン(EDA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ジブチルアミン(DBA)、オクチルアミン、ジプロピルアミン(DPA)、もしくはジエタノールアミン(DEA)を有する添加剤組成物と比較した。
以下の実施例において、約1乃至約25ppmの本発明のアミン及び比較目的のアミンを約100,200,300,400,500,1000ppmのニトロオキシドと芳香族ニトロ化合物との上記混合物に添加する。ここで前記ニトロオキシドと芳香族ニトロ化合物との混合物は、重量比90:10,80:20,70:30,50:50,30:70及び20:80で使用する。
実験1:
120℃で2時間加熱するための10gの蒸留したスチレンを有する管式装置で実施した場合の上記主実験の結果を表に示すが、重量比90:10,80:20,70:30,50:50,30:70及び20:80で使用されるニトロオキシドと芳香族ニトロ化合物との混合物100ppm添加量に関しては表1に、200,300及び400ppm添加量に関しては表2添加量に関しては表2に示す。ここでは、本発明のアミン及び比較目的のアミン1乃至25ppmが添加された。
Figure 2014533774

Figure 2014533774
表1において、100ppmとは、様々な比率90:10,80:20,70:30,50:50,30:70及び20:80におけるDNBP及び4HTの活性添加量であり、1,2,5,10,20及び25ppmの選択されたアミンが、その100ppmのDNBP及び4HTの混合物に添加される。
Figure 2014533774
表2において、200,300及び400ppmは比率90:10におけるDNBP及び4HTの活性添加量であり、選択されたアミン10,15及び20ppmは、その200,300及び400ppmのDNBPと4HTとの混合物に添加される。
上の実験データは、DNBP,4HT及びTIPA;DNBP,4HT及びQuadrol;DNBP,4HT及びTHEED;DNBP,4HT及びTBA;及びDNBP,4HT及びMEAを有する本発明の添加剤組成物の相乗効果、及び驚くべき且つ意外な技術的効果及び利点を立証する。
上のデータから分かるように、約1乃至約25ppmのTIPA,Quadrol,THEEDもしくはTBAを、それぞれ重量比90:10,80:20,70:30,50:50,30:70及び20:80で使用されるDNBPと4HTとの100ppm混合物へ添加することにより、スチレンの重合を制御及び阻害するDNBP及び4HTからなる先行技術添加剤組成物の効率は、驚くべき且つ意外にも大体において改善した。
上のデータから分かるように、TIPAもしくはQuadrolもしくはTHEEDもしくはTBAを添加する場合の先行技術添加剤の効率の改善は、全ての濃度に関して大体において有意である。しかしながら、QuadrolもしくはTHEEDもしくはTBAに関する効率の改善は、TIPAほど有意ではなく、TBAはQuadrolもしくはTHEEDほど有意ではない。従って、本発明によれば、TIPAが最も好ましいアミン/添加剤であり、Quadrol及びTHEEDは好ましいアミン/添加剤であり、TBAは選択されたアミン/添加剤の1個である。
驚くべき且つ意外にも、TIPAもしくはQuadrolもしくはTHEEDもしくはTBAの濃度の増加により、即ちTIPAもしくはQuadrolもしくはTHEEDもしくはTBA20ppm以上をDNBPと4HTとの混合物に添加する場合、本発明添加剤組成物の重合阻害効率は低下するが、現在のところその理由は不明であることに留意する。
上のデータから分かるように、驚くべき且つ意外にも、DNBPと4HTとの混合物100ppm;及びMEA 5,10,20及び25ppmを有する添加剤組成物は、概して効果がない。しかしながら、DNBP及び4HTの混合物を200,300及び400ppm;及びMEAを10,15及び20ppmそれぞれ有する添加剤組成物は、通常非常に効果的である。従って、本発明によれば、より多くの量のDNBP及び4HTの混合物を使用する場合、MEAは好ましい選択肢のうちの1つである。
上のデータから分かるように、DNBP,4HT及びDPAを有する添加剤組成物は、スチレンの重合を抑制及び阻害するDNBP及び4HTからなる先行技術添加剤組成物の効率の限界に近い改善が得られるのみである。従って、本発明によれば、DPAは選択されたアミン/添加剤ではない。
上のデータから分かるように、TEA,EDA,TEPA,UOP5,DBA,オクチルアミン,DEAを包含する比較アミンは、驚くべき且つ意外にも先行技術添加剤の全ての濃度に関して、スチレンの重合を抑制及び阻害するDNBP及び4HTからなる先行技術添加剤組成物の効率の有意な低下をもたらす。従って本発明によれば、そのTEA,EDA,TEPA,UOP5,DBA,オクチルアミン,DEAは選択されたアミン/添加剤ではないし、本発明組成物はこれらのアミンのいずれも有しない。
従って、上の実験データ及びその分析によれば、DNBP,4HT及びTIPA;DNBP,4HT及びQuadrol;DNBP,4HT及びTHEED;DNBP,4HT及びTBA;及びDNBP,4HT及びMEAを有する本発明の添加剤組成物のみが、驚くべき且つ意外にもDNBP及び4HTからなる先行技術添加剤組成物の重合制御及び阻害効率の改善をもたらし、及びこれらの知見は本発明組成物の相乗効果を立証すると結論できる。
実験2:
本発明添加剤組成物の上の意外な利点に鑑み、上の主実験のさらなる実験を、連続的な窒素フロー下、2時間135℃に加熱するための10g蒸留スチレンを有する管式反応装置内で行った。その結果は表3に示す。
Figure 2014533774
(DNBP及び4HT)及びTIPAを有する本発明組成物は効果的であり、より多くの添加量及びより高い温度においても効果的であることが、表3から分かる。比率90:10,80:20及び70:30でDNBP及び4HTの混合物500ppmを、TIPAを15ppmだけ(全組成物の2.91%)と一緒に有する本発明組成物は、TIPAを含まない先行技術組成物1000ppmと同じスチレンの重合を抑制及び阻害する効率を有する。これは、本発明組成物が、先行技術組成物の添加量の半分でスチレン重合を制御及び阻害する同じ効果を達成可能であること、それによる経済的及び環境に対する利益をもたらすことを立証している。
DNBP及び4HTからなる先行技術添加剤組成物500ppmに、TIPAを5ppm(全組成物の0.99%),10ppm(全組成物の1.96%),15ppm(全組成物の2.91%)もしくは20ppm(全組成物の3.85%)添加するだけでスチレンの重合が有意に低下することも表3から分かる。
全組成物の0.99%乃至3.85%のTIPAを添加するだけで、DNBP,4HT及びTIPAを有する本発明は、スチレン重合を制御及び阻害する先行技術添加剤組成物の効率の連続的向上を立証すること、即ち比率90:10のDNBP及びHTに対して%重合が3.50%乃至3.01%、比率80:20のDNBP及び4HTに対して3.04%乃至2.60%、及び比率70:30のDNBP及び4HTに対して2.48%乃至1.98%連続的に低下することも上の表3から分かる。
本発明組成物がDNBP及び4HT,及びTIPAをわずか約1もしくは2ppmを有する場合、先行技術添加剤組成物と比較して、約1.82乃至2.67倍のポリマー形成の低下となること、これは本発明組成物の相乗効果を立証することも表3から分かる。
これらの知見は、本発明組成物の相乗効果をも立証する。
実験3:
上の主実験を空気下、2時間135℃に加熱するための10g蒸留スチレンを有する管式反応装置内で行った場合の結果を表4に示す。
Figure 2014533774
本発明組成物は効果的であり、より多くの添加量、より高い温度及び空気下においても効果的であり、表3のデータの傾向が維持されることが、表4から分かる。
500ppmの先行技術組成物に、TIPAを5ppm(全組成物の0.99%),10ppm(全組成物の1.96%),15ppm(全組成物の2.91%)もしくは20ppm(全組成物の3.85%)添加するだけでスチレンの重合が有意に低下することも表4から分かる。
全組成物の0.99%乃至3.85%のTIPAを添加するだけで、DNBP,4HT及びTIPAを有する本発明は、スチレン重合を制御及び阻害する先行技術添加剤組成物の効率の連続的向上を立証すること、即ち比率90:10のDNBP及びHTに対して%重合が3.2%乃至2.63%、比率80:20のDNBP及び4HTに対して1.82%乃至1.10%、及び比率70:30のDNBP及び4HTに対して1.10%乃至0.53%連続的に低下することも上の表4から分かる。
本発明組成物がDNBP及び4HT,及びTIPAをわずか約1もしくは2ppmを有する場合、先行技術添加剤組成物と比較して、約2.15乃至5.9倍のポリマー形成の低下となること、これは本発明組成物の相乗効果を立証することも表4から分かる。
これらの知見は、本発明組成物の相乗効果をも立証し、及び本発明組成物は先行技術組成物の同じ添加量で、はるかに優れたスチレンの重合を制御及び阻害する効率を達成可能であること、及びそれによる経済的及び環境に対する利益をもたらすことをも立証している。
実験4:
上の主実験を、10g蒸留スチレンを有する丸底反応装置内、及び2時間135℃に加熱するため、撹拌下窒素を連続的に流れさせるメカニカルスターラーを備えた反応装置内で行った場合の結果を表5に示す。この実験において、2時間後反応装置を冷却すると、混合物のほんの一部を試験管に取り、10℃未満に冷却する。上の意外な結果の確認について、比率90:10及び80:20のDNBP及び4HTに関してのみこの実験を行った。
Figure 2014533774
DNBP及び4HTの比率90:10もしくは80:20でDNBP及び4HTからなる先行技術組成物100ppmに、TIPAを1ppm,2ppm,8ppmもしくは10ppm添加するだけで、スチレンの重合を制御及び阻害する先行技術添加剤組成物の効率は、驚くべき且つ意外にも有意に改善することが上の表5から分かる。
100ppmの先行技術添加剤組成物に、1,2,8もしくは10ppmのTIPAを添加するだけでスチレンの重合が有意に低下し、これは本発明組成物の相乗効果を立証することが、表5から分かる。
本発明組成物がDNBP及び4HT,及びTIPAをわずか約1もしくは2ppmを有する場合、先行技術添加剤組成物と比較して、約3.18乃至5.03倍のポリマー形成の低下となること、これは本発明組成物の相乗効果をも立証することも表5から分かる。
先行技術添加剤に対するTIPA添加量の増加はスチレン重合を連続的に低下させることも表5から分かる。
実験5:
上の主実験を、100g蒸留スチレンを有する丸底反応装置内、及び2時間120℃に加熱する、メカニカルスターラーを備えた反応装置内で行った場合の結果を表6に示す。この実験において、2時間後反応装置を冷却すると、混合物のほんの一部を試験管に取り、10℃未満に冷却する。さらに10分間システムからNをパージさせ、その後いかなるガスフローなしに、撹拌下、重合を実施する。
Figure 2014533774
TIPAを4ppm(全組成物の3.8%)だけと共に、比率90:10及び80:20でDNBP及び4HTの混合物100ppmを有する本発明組成物は、TIPAを含まない200ppmの先行技術組成物と同じスチレン重合を制御及び阻害する効率を有することが表6から分かる。これは、本発明組成物が、先行技術組成物の添加量の半分でスチレン重合を制御及び阻害する同じ効果を達成可能であること、それによる経済的及び環境に対する利益をもたらすことを立証している。
同様に、TIPAを2ppm(全組成物の1.96%)だけと共に、比率80:20でDNBP及び4HTの混合物100ppmを有する本発明組成物は、TIPAを含まない200ppmの先行技術組成物と同じスチレン重合を制御及び阻害する効率を有する。
意外なことに、TIPAを1ppm(全組成物の0.99%)もしくはTIPAを2ppm(全組成物の1.96%)だけと共に、比率70:30でDNBP及び4HTの混合物100ppmを有する本発明組成物は、TIPAを含まない200ppm(本発明組成物の添加量の2倍)の先行技術組成物よりも、はるかに優れたスチレン重合を制御及び阻害する効率を有する。
1ppm,2ppm,もしくは4ppmのTIPAをDNBP及び4HTの比率90:10及び80:20でDNBP及び4HTからなる100pmの先行技術組成物に添加するだけで、先行技術添加剤組成物のスチレン重合を制御及び阻害する効率は、驚くべき且つ意外にも連続的に向上すること、即ち%重合は4.5%乃至4.0%もしくは2.95%乃至2.62%に低下することも、上の表6から分かる。
これらの知見は本発明組成物の相乗効果をも立証する。
上の実験結果は、本発明の組成物が、先行技術組成物よりもはるかに優れること、よって先行技術添加剤組成物に勝る技術的利点及び驚くべき効果を有することを立証する。
本書で使用される用語「約」は、特許請求した発明の範囲を拡大することを意図していないが、当該技術分野で許容される実験誤差を包含するためにのみ含まれた。

Claims (20)

  1. (a)1個以上のニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物;及び
    (b)1個以上の芳香族ニトロ化合物
    を有する、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物であって、前記組成物はさらに1個以上の
    (c)アミン類
    を有することを特徴とし、
    前記アミン類は、
    (i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
    (ii)第3アルキルアミン、
    (iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
    (iv)これらの混合物
    を有するグループから選択される、添加剤組成物。
  2. 前記ヒドロキシアルキル第3アミンは、トリス(2−ヒドロキシプロピル)アミン(TIPA);N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン)(Quadrol(登録商標));及びN,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミン)(THEED)からなるグループから選択される、請求項1に記載の添加剤組成物。
  3. 前記第3アルキルアミンはトリス[N−ブチルアミン](TBA)である、請求項1もしくは2に記載の添加剤組成物。
  4. 前記ヒドロキシルアルキル第1アミンはモノエタノールアミン(MEA)である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  5. 前記ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物及び前記芳香族ニトロ化合物は重量比約99:1乃至約1:99で使用される、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  6. 前記組成物は、
    a)前記ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物及び前記芳香族ニトロ化合物の混合物I) 約50乃至約99.5重量%;及び
    b)前記アミン類II)約0.5乃至約50重量%
    を有する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  7. モノマーの重量に基づき約0.01乃至約2000ppmの前記組成物を、芳香族ビニルモノマーの流れに添加する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  8. 前記ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物は、ジ−tert−ブチルニトロキシル、1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール、1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン、及びこれらの誘導体;並びにセバシン酸ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)、コハク酸ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)、アジピン酸ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)及びこれらの混合物を有するジニトロオキシド及び誘導体を有するグループから選択される、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  9. 前記ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物は、セバシン酸ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)及び1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オールもしくは4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(即ち4−ヒドロキシTempoもしくは4−HT)、及びこれらの混合物を有するグループから選択される、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  10. 前記ニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物は、1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール(即ち4−ヒドロキシTempoもしくは4−HT)である、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  11. 前記芳香族ニトロ化合物は、そのニトロ基とともにフェノール基もしくはその誘導体を含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  12. 前記芳香族ニトロ化合物は、4,6−ジニトロ−2−sec−ブチルフェノール(DNBP)及び4,6−ジニトロ−オルトクレゾールもしくは4,6−ジニトロ−2−ヒドロキシトルエン(DNOC)、及びこれらの混合物を有するグループから選択される、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  13. 前記芳香族ニトロ化合物は、4,6−ジニトロ−2−sec−ブチルフェノール(DNBP)である、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  14. 前記組成物はトリエタノールアミン(TEA)、N,N’−ジ−sec−ブチル−パラ−フェニレンジアミン(UOP5)、エチレンジアミン(EDA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ジブチルアミン(DBA)、オクチルアミン、ジプロピルアミン(DPA)、及びジエタノールアミン(DEA)を有しない、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の添加剤組成物。
  15. 請求項1乃至14のいずれか一項に記載のアミン系添加剤組成物を添加することによる、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する方法であって、前記組成物は
    (a)1個以上のニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物;及び
    (b)1個以上の芳香族ニトロ化合物
    を有する、スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するアミン系添加剤組成物であって、前記組成物はさらに1個以上の
    (c)アミン類
    を有することを特徴とし、前記アミン類は、
    (i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
    (ii)第3アルキルアミン、
    (iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
    (iv)これらの混合物
    を有するグループから選択される、方法。
  16. モノマーの重量に基づき約0.01乃至約2000ppmの前記組成物を、芳香族ビニルモノマーの流れに添加する、請求項15に記載の方法。
  17. スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害するため請求項1乃至14のいずれか一項に記載のアミン系添加剤組成物を使用する方法であって、前記組成物は
    (a)1個以上のニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物;及び
    (b)1個以上の芳香族ニトロ化合物
    を有し、前記組成物はさらに1個以上の
    (c)アミン類
    を有することを特徴とし、前記アミン類は、
    (i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
    (ii)第3アルキルアミン、
    (iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
    (iv)これらの混合物
    を有するグループから選択され、
    及び前記組成物はモノマーの流れに添加される、方法。
  18. モノマーの重量に基づき約0.01乃至約2000ppmの前記組成物を、芳香族ビニルモノマーの流れに添加する、請求項17に記載の方法。
  19. スチレンをはじめとする芳香族ビニルモノマーの重合を制御及び阻害する、請求項1乃至14のいずれか一項に記載のアミン系添加剤組成物を製造する方法であって、当該方法は:
    (A)1個以上のニトロオキシド(即ちニトロキシル)化合物及び1個以上の芳香族ニトロ化合物を混合するステップ
    を有し、
    前記ニトロオキシド化合物(即ちニトロキシル)と前記芳香族ニトロ化合物との前記混合物はさらに1個以上の
    (B)前記アミン類
    と混合されることを特徴とし、前記アミン類は
    (i)ヒドロキシアルキル第3アミン、
    (ii)第3アルキルアミン、
    (iii)ヒドロキシルアルキル第1アミン;及び
    (iv)これらの混合物
    を有するグループから選択される、方法。
  20. 前記1個以上のニトロオキシド化合物、前記1個以上の芳香族ニトロ化合物、及び前記1個以上のアミン類は個別に混合される、請求項19に記載の方法。
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