JP2015508440A - 官能化ポリマー - Google Patents
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Abstract
Description
本国際出願は、2011年12月31日出願の米国特許仮出願第61/582,277号の利益を主張するものである。
タイヤトレッドなどのゴム製品は、多くの場合、例えば粒状カーボンブラックおよびシリカなどの1種以上の補強材を含有するエラストマー組成物から作製される;例えば、The Vanderbilt Rubber Handbook,第13版(1990),p603−04を参照されたい。
一態様において、第2〜13族元素を含む末端官能基を有するポリマーをもたらす方法が提供される。1以上の末端活性ポリマーは、第2〜13族元素を含むα,β−エチレン性不飽和化合物と反応して、官能化ポリマーをもたらす。α,β−エチレン性不飽和化合物は、一般式:
「ポリマー」は、1つ以上のモノマーの重合生成物を意味し、ホモ−、コ−、ター−、テトラ−ポリマーなどの全体を含み;
「mer」または「mer単位」は、単一の反応体分子に由来するポリマーの一部を意味し(例えば、エチレンmerは、一般式−CH2CH2−を有する);
「コポリマー」は、2種の反応体、典型的にはモノマーに由来するmer単位を含むポリマーを意味し、ランダム、ブロック、セグメント化、グラフトなどのコポリマーの全体を含み;
「インターポリマー」は、少なくとも2つの反応体、典型的にはモノマーに由来するmer単位を含むポリマーを意味し、コポリマー、ターポリマー、テトラポリマーなどの全体を含み;
「置換された」は、該当する基の意図する目的を妨害しないヘテロ原子または官能基(例えば、ヒドロカルビル基)を含むものを意味し;
「直接結合」は、介在する原子または基を有さずに共有結合していることを意味し;
「ポリエン」は、最長部分またはその鎖に少なくとも2つの二重結合が存在する分子、典型的にはモノマーを意味し、具体的にはジエン、トリエンなどの全体を含み;
「ポリジエン」は、1以上のジエンからのmer単位を含むポリマーを意味し;
「(メタ)アクリラート」は、メタクリラートまたはアクリラートを意味し;
「phr」は、ゴム100重量部(pbw)あたりの重量部(pbw)を意味し;
「ラジカル」は、任意の原子が反応の結果として増加したか失われたかにかかわらず、別の分子との反応後に残留する分子の一部を意味し;
「非配位アニオン」は、例えば立体障害により触媒系の活性中心と配位結合を形成しない立体的に嵩高なアニオンを意味し;
「非配位アニオン前駆体」は、反応条件下で非配位アニオンを形成することが可能な化合物を意味し;
「環系」は、各環が不飽和を含むことを前提にした、単環または2つ以上の縮合環または単結合により連結した環を意味し;
「末端」は、ポリマー鎖の端部を意味し;
「末端活性の」は、リビング末端または他の非常に反応性のある(例えば、擬似リビング)末端を有するポリマーを意味し;
「末端部分」は、末端に位置する基または官能基を意味する。
前述から明白な通り、該ポリマーは、多様な方法で記載または特徴づけすることができる。一般にそれは、不飽和mer単位、典型的には1以上のタイプのポリエンに由来する単位と、第2〜13族元素を含む末端官能基と、を含む。第2〜13族元素は、有利にはα,β−エチレン性不飽和化合物のラジカルの一部として提供され得る。該ポリマーは、末端活性ポリマーを、例えば(メタ)アクリラートなどのα,β−エチレン性不飽和化合物と反応させることにより提供され得る。
アルキル化剤対ランタニド化合物(アルキル化剤/Ln):約1:1〜約200:1、好ましくは約2:1〜約100:1、より好ましくは約5:1〜約50:1;
ハロゲン含有化合物対ランタニド化合物(ハロゲン原子/Ln):約1:2〜約20:1、好ましくは約1:1〜約10:1、より好ましくは約2:1〜約6:1;
アルミノキサン対ランタニド化合物、特にアルミノキサン上のアルミニウム原子の当量対ランタニド化合物中のランタニド原子の当量(Al/Ln):約50:1〜約50,000:1、好ましくは約75:1〜約30,000:1、より好ましくは約100:1〜約1,000:1;および
非配位アニオンまたは前駆体対ランタニド化合物(An/Ln):約1:2〜約20:1、好ましくは約3:4〜約10:1、より好ましくは約1:1〜約6:1。
(1)インサイチュ:触媒成分を、モノマーおよび溶媒(または単にバルクモノマー)を含有する溶液に添加する。その添加は、段階的または同時に実施することができる。後者の場合、アルキル化剤が、好ましくは最初に添加された後、順にランタニド化合物、ニッケル含有化合物(使用される場合)、および(使用される場合)ハロゲン含有化合物または非配位アニオンもしくは非配位アニオン前駆体を添加する。
(2)予備混合:それらの成分を、共役ジエンモノマー(複数可)に導入する前に、重合系の外部で一般には約−20〜約80℃の温度で混合することができる。
(3)モノマー(複数可)の存在下での予備形成:触媒成分を、少量の共役ジエンモノマー(複数可)の存在下、約−20〜約80℃の温度で混合する。共役ジエンモノマーの量は、ランタニド化合物の1モルあたり約1〜約500モル、好ましくは約5〜約250モル、より好ましくは約10〜約100モルの範囲内であってもよい。得られた触媒組成物を共役ジエンモノマー(複数可)の残りに添加して、重合させる。
(4)2段階手順
(a)アルキル化剤を、共役ジエンモノマーの非存在下、または少量の共役ジエンモノマーの存在下、約−20〜約80℃の温度でランタニド化合物と混和する。
(b)前述の混合物および残り成分を、段階的または同時に共役ジエンモノマー(複数可)の残りに投入して、重合させる。
(使用される場合のNi含有化合物は、いずれの段階でも含ませることができる。)
触媒成分の1種以上の溶液が、前述の方法で重合系の外部で調製される場合、有機溶媒または担体が、好ましくは用いられる。有用な有機溶媒としては、先に言及されたものが挙げられる。
スターラを備えたN2パージ容器に、ヘキサン中の0.68Mトリイソブチルアルミニウム溶液約25mLを添加した。この容器を−78℃に保持しながら、THF中の1.24Mアクリル酸溶液約13.7mLを滴加した。添加が完了した後、容器の内容物を緩やかに室温にし、その後、更に約10分間撹拌した。プロトンNMR分光法の結果は、ジイソブチルアルミニウムアクリラートと一致した。この無色溶液(約0.44M)を、残りの実施例において実施例1に指定する。
スターラを備えたN2パージ反応器に、ヘキサン1.55kg、スチレン溶液(34.5重量%)0.37kg、およびブタジエン溶液(22.3重量%)2.29kgを添加した。反応器に1.68M n−ブチルリチウム溶液3.17mLを投入した後、1.6M 2,2−ビス(2’−テトラヒドロフリル)プロパン溶液1.2mLを投入した。反応器ジャケットを50℃に加熱して、内容物を約75分間撹拌した。
試料6 − 1:1、
試料7 − 3:1、および
試料8 − 5:1
(比率は、本質的にリビングポリマー鎖のモル数に対応する、アクリラート対リチウム開始剤のモル比を表す)。試料6〜8を含有する瓶を、室温で約30分間撹拌した後、水(ポリマーセメント400gあたりそれぞれ1、3および5g)を添加して、リビング鎖末端を停止させた。これらのポリマーセメントを、試料5と同様にイソプロパノール含有BHTで凝集させた。
実施例5〜8の重合手順を、ヘキサン4.38kg、スチレン溶液(34.0重量%)1.20kg、ブタジエン溶液(20.6重量%)7.93kg、1.60M n−ブチルリチウム溶液10.63mL、および1.6M 2,2−ビス(2’−テトラヒドロフリル)プロパン溶液3.5mLを用いて、本質的には同様に実施した。反応器ジャケットを50℃に加熱した後、内容物を約60分間撹拌した。
実施例5〜8の重合手順を、ヘキサン3.91kg、スチレン溶液(34.0重量%)0.97kg、ブタジエン溶液(21.4重量%)6.36kg、1.65M n−ブチルリチウム溶液8.59mL、および1.0M 2,2−ビス(2’−テトラヒドロフリル)プロパン溶液5.14mLを用いて、本質的には同様に実施した。反応器ジャケットを約71℃に加熱し、ピーク温度に達した後内容物を約30分間撹拌した。
実施例5〜8の重合手順を、ヘキサン4.53kg、スチレン溶液(35.0重量%)1.17kg、ブタジエン溶液(20.9重量%)7.81kg、1.65M n−ブチルリチウム溶液10.31mL、および1.6M 2,2−ビス(2’−テトラヒドロフリル)プロパン溶液3.51mLを用いて、本質的には同様に実施した。反応器ジャケットを50℃に加熱した後、内容物を約80分間撹拌した。
実施例5〜8、9〜12、13〜16および17〜19から得たポリマーを用い、N−フェニル−N’−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン(6PPD)が酸化防止剤として作用し、2,2’−ジチオビス(ベンゾチアゾール)(MBTS)、N−tert−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェナミド(TBBS)およびN,N’−ジフェニルグアニジン(DPG)が促進剤として作用する、表5a(唯一の粒状充填剤としてシリカ)および表5b(唯一の粒状充填剤としてカーボンブラック)に示された配合を利用して、充填された組成物(化合物)を作製した。ブラックオイルは、比較的少量の多環式芳香族化合物を含有するエクステンダーオイルである。
表6a:実施例20〜23 − シリカ化合物、実施例5〜8から得たポリマー
表6b:実施例24〜27 − シリカ化合物、実施例9〜12から得たポリマー
表6c:実施例28〜31 − シリカ化合物、実施例13〜16から得たポリマー
表6d:実施例32〜34 − シリカ化合物、実施例17〜19から得たポリマー
表7a:実施例35〜38 − カーボンブラック化合物、実施例9〜12から得たポリマー
表7b:実施例39〜42 − カーボンブラック化合物、実施例13〜16から得たポリマー
2種の予め形成された触媒組成物を、使用前に室温で15分間老化させた。その組成物は、乾燥させたN2フラッシュボトルにおいて、トルエン中のメチルアルミノキサン、1,3−ブタジエン溶液、シクロヘキサン中のバーサチック酸ネオジミウム、ヘキサン中の水素化ジイソブチルアルミニウムおよびヘキサン中の塩化ジエチルアルミニウムを混合することにより、調製した。それぞれに用いられる成分の量は、以下の通りであった:
Claims (20)
- 前記末端活性ポリマーが、ポリジエンmerを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記末端活性ポリマーが、ランタニド系触媒の存在下で提供される、請求項2に記載の方法。
- 前記末端活性ポリマーが、ビニル芳香族merを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記末端活性ポリマーが、アニオン開始剤の存在下で提供される、請求項4に記載の方法。
- zが1であり、そしてMがBであり、かつyが2であるか、MがAlであり、かつyが2であるか、またはMがZnであり、かつyが1である、請求項1に記載の方法。
- zが1であり、そしてMがBであり、かつyが2であるか、MがAlであり、かつyが2であるか、またはMがZnであり、かつyが1である、請求項7〜9のいずれかに記載の方法。
- 前記ポリマー鎖が、ポリジエンmerを含む、請求項11に記載のポリマー。
- 前記ポリマー鎖が、ビニル芳香族merを更に含む、請求項12に記載のポリマー。
- zが1であり、そしてMがBであり、かつyが2であるか、MがAlであり、かつyが2であるか、またはMがZnであり、かつyが1である、請求項11に記載のポリマー。
- nが、1〜5の全体の範囲を含む整数である、請求項11に記載のポリマー。
- 各Rが、水素原子である、請求項11に記載のポリマー。
- 1つのRが、C1〜C10アルキル基であり、他の2つが、水素原子である、請求項11に記載のポリマー。
- 1つのRが、水素原子であり、他の2つが、C1〜C10アルキル基である、請求項11に記載のポリマー。
- 各Xが、R1である、請求項11に記載のポリマー。
- 各R1が、C1〜C6アルキル基である、請求項19に記載のポリマー。
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