JP2018154788A - Method for producing isobutylene-based polymer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an isobutylene-based polymer having a small molecular distribution and a high content of halogen atoms remaining in the polymer terminal, by suppressing side reactions.SOLUTION: There is provided a method for producing an isobutylene-based polymer by living cationic polymerization in the coexistence of a polymerization initiator, a polymerization catalyst, and a saturated cyclic ether type compound, where the saturated cyclic ether type compound is a 6-or more membered ring compound having only one oxygen atom in the ring. There is provided a method for producing an isobutylene-based polymer, where the isobutylene-based polymer has a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 1.00 to 1.37 and contains 96.0 mol% or more of a leaving group (halogen atom) derived from the polymerization initiator.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、分子量分布Mw/Mnが小さく、かつ、ポリマー末端の副反応を抑制したイソブチレン系重合体を得るための方法を提供する。   The present invention provides a method for obtaining an isobutylene polymer having a small molecular weight distribution Mw / Mn and suppressing side reactions at the polymer terminals.

イソブチレンの重合はカチオン重合で進行することが知られている。このようなカチオン重合の一例としては、ルイス酸触媒の存在下で、ジクミルクロリドのような三級炭素に結合したハロゲン基を有する化合物を重合開始剤として用いる、所謂イニファー法が知られている。この方法によれば、イソブチレンのリビングカチオン重合が可能になり、得られるイソブチレン系重合体の分子量が、重合開始剤とモノマーのモル比によって決まる為、用途に応じた分子設計が可能となる。   It is known that the polymerization of isobutylene proceeds by cationic polymerization. As an example of such cationic polymerization, a so-called inifer method is known in which a compound having a halogen group bonded to a tertiary carbon such as dicumyl chloride is used as a polymerization initiator in the presence of a Lewis acid catalyst. . According to this method, living cationic polymerization of isobutylene is possible, and the molecular weight of the resulting isobutylene polymer is determined by the molar ratio of the polymerization initiator and the monomer, so that it is possible to design a molecule according to the application.

リビングカチオン重合により得られるイソブチレン系重合体は、分子鎖末端に反応性基を導入したり、スチレン系重合体ブロックを結合させることができる。従って、これらの方法で得られるイソブチレン系重合体は、反応硬化性液状樹脂として各種シール剤や、粘着剤、接着剤等の用途に用いられたり、熱可塑性エラストマーとして、各種ゴム材料用途に好適に使用されてきている。   The isobutylene polymer obtained by living cationic polymerization can introduce a reactive group at the end of the molecular chain or bind a styrene polymer block. Therefore, the isobutylene-based polymer obtained by these methods is suitable for use as a reactive curable liquid resin in various sealants, adhesives, adhesives, etc., and as a thermoplastic elastomer, suitable for various rubber materials. Has been used.

この際、得られるイソブチレン系重合体の物性が産業上優れたものであるかどうかは、分子鎖末端に導入された反応性基や、ブロック共重合体セグメントの導入率に異存しており、一般的にはこれらが分子鎖末端に定量的に導入されていることが好ましい。   At this time, whether or not the physical properties of the resulting isobutylene polymer are industrially superior depends on the reactive group introduced at the end of the molecular chain and the introduction rate of the block copolymer segment. Specifically, it is preferable that these are introduced quantitatively at the molecular chain ends.

しかしながら、カチオン重合においては、成長ポリマー末端は熱的に不安定なカルボカチオン構造を有しているため、種々の副反応により失活することが知られている。失活したポリマー末端には上記のような反応性基やブロック共重合体セグメントを導入できなくなるため、通常は、ポリマー末端の失活を避け、反応性を維持する工夫がなされる。   However, in cationic polymerization, it is known that the terminal of the growing polymer has a thermally unstable carbocation structure and is deactivated by various side reactions. Since it becomes impossible to introduce the reactive group or block copolymer segment as described above into the deactivated polymer terminal, usually, an attempt is made to avoid deactivation of the polymer terminal and maintain the reactivity.

そのようなポリマー末端の反応性を維持するための技術としては、例えば、特許文献1〜9に記載されているように、種々の電子供与剤成分を用いる方法が知られている。   As a technique for maintaining the reactivity of such a polymer terminal, for example, as described in Patent Documents 1 to 9, methods using various electron donor components are known.

特開平1−318014号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-318014 特開平2−245004号公報JP-A-2-245004 特開平3−174403号公報JP-A-3-174403 特開2002−348317号公報JP 2002-348317 A 特開2009−126889号公報JP 2009-126889 A 特表2016−501306号公報JP-T-2006-501306 特表2015−531424号公報Special table 2015-531424 gazette 特表2015−507069号公報Special table 2015-507069 gazette 特表2004−525197号公報JP-T-2004-525197

イソブチレンのリビングカチオン重合法として、ルイス触媒と種々の電子供与体成分の組合せからなる重合開始剤系が開発されてきた。例えば、四塩化チタン触媒とエステル、アミド、アミンの組合せが挙げられるが、必ずしも満足のいく重合制御が可能ではなかった。   As a living cationic polymerization method for isobutylene, a polymerization initiator system comprising a combination of a Lewis catalyst and various electron donor components has been developed. For example, a combination of a titanium tetrachloride catalyst and an ester, amide, or amine can be mentioned, but satisfactory polymerization control has not always been possible.

特許文献1〜3に記載されているように、ピリジン類やトリアルキルアミン類等のアミン系添加剤を用いることは、イソブチレンのリビングカチオン重合法の定法であるが、系中のプロトンをトラップした後に生成するアミン・塩化水素塩は、通常用いられる重合溶媒に不溶であることが多く、沈殿物として重合機内に残存する。このことは、特に、連続重合法においては配管の閉塞の原因となり、生産の不安定化につながるため、回避しなければならない問題であった。   As described in Patent Documents 1 to 3, the use of amine-based additives such as pyridines and trialkylamines is a standard method of isobutylene living cationic polymerization, but traps protons in the system. The amine / hydrogen chloride salt produced later is often insoluble in a commonly used polymerization solvent and remains in the polymerization machine as a precipitate. This is a problem that must be avoided, particularly in the continuous polymerization method, because it causes piping blockage and leads to unstable production.

また、特許文献4に記載されているように、エーテル系化合物を重合系に共存させるイソブチレンのリビングカチオン重合が知られている。しかしながら、本発明者が検討した結果、エーテル系化合物の中でも鎖状エーテル系化合物は重合を安定化させる効果よりも、むしろ連鎖移動反応やポリマー鎖同士のカップリング反応を誘発させる効果が大きく、リビングカチオン重合の安定剤としては作用しないことが分かった。   Moreover, as described in Patent Document 4, living cationic polymerization of isobutylene in which an ether compound coexists in a polymerization system is known. However, as a result of the study by the present inventors, among ether compounds, a chain ether compound has a greater effect of inducing a chain transfer reaction or a coupling reaction between polymer chains, rather than an effect of stabilizing the polymerization. It has been found that it does not act as a stabilizer for cationic polymerization.

一方、テトラヒドロフランのような環状エーテル系化合物を用いる実施例が開示されている。この場合、テトラヒドロフランを添加しない方が分子量分布の値が小さいことから、重合反応を制御する効果としては不十分であることが分かる。また、イソブチレン系重合体末端に導入されたビニル基の数(Fn(ビニル))が2.0を超えていることから、この重合系は系中の水分やプロトン源に由来する副反応を完全に制御できているわけではないことも明らかである。   On the other hand, an example using a cyclic ether compound such as tetrahydrofuran is disclosed. In this case, it can be seen that the effect of controlling the polymerization reaction is insufficient because the value of the molecular weight distribution is smaller when tetrahydrofuran is not added. In addition, since the number of vinyl groups (Fn (vinyl)) introduced at the end of the isobutylene polymer exceeds 2.0, this polymerization system completely eliminates side reactions derived from moisture and proton sources in the system. It is also clear that it is not possible to control.

特許文献5に開示されているように、n−ブチルエーテル等の鎖状エーテル系化合物およびテトラヒドロフランなどの環状エーテル系化合物共に、リビングカチオン重合によって得られたイソブチレン系重合体のポリマー末端を失活させ、イソプロペニル基に誘導させる性質があることが報告されている。これは、重合系のリビング性を維持する観点とは逆の性質を利用したものである。更には、1,3−ジオキソランのような環内に二つの酸素原子を有する環状エーテルは、イソプロペニル基への誘導率が高いことが報告されている。このことから、リビングカチオン重合において、エーテル系化合物によって副反応が抑制される効果についての知見は不十分であり、特に、環状エーテル系化合物の性質については更なる検討の余地があった。   As disclosed in Patent Document 5, together with a chain ether compound such as n-butyl ether and a cyclic ether compound such as tetrahydrofuran, the polymer terminal of the isobutylene polymer obtained by living cationic polymerization is deactivated, It has been reported that it has the property of being induced to an isopropenyl group. This utilizes a property opposite to the viewpoint of maintaining the living property of the polymerization system. Furthermore, it has been reported that a cyclic ether having two oxygen atoms in the ring such as 1,3-dioxolane has a high induction rate to an isopropenyl group. For this reason, in the living cationic polymerization, knowledge about the effect of suppressing the side reaction by the ether compound is insufficient, and in particular, the property of the cyclic ether compound has room for further study.

更には、特許文献6〜9に記載されているように、イソブチレンのカチオン重合においては、テトラヒドロフランの使用が公知であった。   Furthermore, as described in Patent Documents 6 to 9, it has been known to use tetrahydrofuran in the cationic polymerization of isobutylene.

一般に、テトラヒドロフランは水と任意の割合で混和することから、イソブチレン系重合体の製造工程において、回収を困難にさせ、工場排水の水質悪化および環境負荷の増大といった課題があった。   In general, tetrahydrofuran is miscible with water at an arbitrary ratio, which makes it difficult to recover in the production process of the isobutylene polymer, resulting in problems such as deterioration of water quality of factory waste water and increase of environmental load.

このように、イソブチレンのリビングカチオン重合に好適に用いることができる電子供与体成分の選択には更なる改善の余地があった。特に、系中に存在する塩化水素と沈殿物を形成しないという点で、エーテル系化合物は重合安定化剤として好ましいが、その選択には更なる検討の余地があった。   Thus, there was room for further improvement in the selection of the electron donor component that can be suitably used for the living cationic polymerization of isobutylene. In particular, ether compounds are preferred as polymerization stabilizers in that they do not form precipitates with hydrogen chloride present in the system, but there is room for further study in selecting them.

従って、本発明の課題は、分子量分布が小さく、ポリマー末端に残存するハロゲン原子の含有量が高く、官能化イソブチレン系重合体やイソブチレン系ブロック共重合体を得るために適したイソブチレン系重合体の製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an isobutylene polymer having a small molecular weight distribution, a high content of halogen atoms remaining at the polymer terminal, and suitable for obtaining a functionalized isobutylene polymer or an isobutylene block copolymer. It is to provide a manufacturing method.

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、特定の環状エーテルの存在下にイソブチレンの重合を行うことで、上記の目的を達成できることを見出した。すなわち、本発明は、
(1)重合開始剤、重合触媒、および飽和環状エーテル系化合物の共存下に、イソブチレン系重合体をリビングカチオン重合により製造する方法であって、前記飽和環状エーテル系化合物が環内に酸素原子をただ一つ有する6員環以上の化合物であることを特徴とするイソブチレン系重合体の製造方法に関する。
As a result of extensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that the above object can be achieved by polymerizing isobutylene in the presence of a specific cyclic ether. That is, the present invention
(1) A method for producing an isobutylene polymer by living cationic polymerization in the presence of a polymerization initiator, a polymerization catalyst, and a saturated cyclic ether compound, wherein the saturated cyclic ether compound contains an oxygen atom in the ring. The present invention relates to a process for producing an isobutylene polymer, which is a compound having only one 6-membered ring.

(2)前記イソブチレン系重合体の分子量分布(Mw/Mn)が、1.00〜1.37であることを特徴とするイソブチレン系重合体の製造方法に関する。   (2) The present invention relates to a method for producing an isobutylene polymer, wherein the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the isobutylene polymer is 1.00 to 1.37.

(3)前記イソブチレン系重合体が、前記重合開始剤に由来する脱離基を96.0mol%以上含むことを特徴とするイソブチレン系重合体の製造方法に関する。   (3) The present invention relates to a method for producing an isobutylene polymer, wherein the isobutylene polymer contains 96.0 mol% or more of a leaving group derived from the polymerization initiator.

(4)前記飽和環状エーテル系化合物を、1.00×10-4〜1.00mol/Lの濃度で共存させることを特徴とするイソブチレン系重合体の製造方法に関する。 (4) The present invention relates to a method for producing an isobutylene polymer, characterized in that the saturated cyclic ether compound is allowed to coexist at a concentration of 1.00 × 10 −4 to 1.00 mol / L.

(5)前記飽和環状エーテル系化合物が、テトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロピラン、4−メチルテトラヒドロピラン、2,2−ジメチルテトラヒドロピラン、ヘキサメチレンオキシドからなる群から選ばれる少なくとも1種以上であることを特徴とするイソブチレン系重合体の製造方法に関する。   (5) The saturated cyclic ether compound is at least one selected from the group consisting of tetrahydropyran, 2-methyltetrahydropyran, 4-methyltetrahydropyran, 2,2-dimethyltetrahydropyran, and hexamethylene oxide. The present invention relates to a process for producing an isobutylene polymer.

本発明の製造方法によれば、重合中の副反応を抑制し、分子量分布Mw/Mnが小さく、かつ、ポリマー末端に残存する脱離基の含有量が高いイソブチレン系重合体を得ることができる。そのようなイソブチレン系重合体は、更に末端官能化反応などを行う場合、1分子当たりの官能基導入数を高めることができ、良好な物性を発現しうるため好ましい。一方、スチレン等の芳香族ビニル系化合物とのブロック共重合体とすることで、熱可塑性エラストマーとすることもできるが、得られた熱可塑性エラストマーのゴム物性に優れた重合体が得られるという点で好ましい。   According to the production method of the present invention, it is possible to obtain an isobutylene polymer in which side reactions during polymerization are suppressed, the molecular weight distribution Mw / Mn is small, and the content of leaving groups remaining at the polymer ends is high. . Such an isobutylene polymer is preferable because the number of functional groups introduced per molecule can be increased and a good physical property can be exhibited when a terminal functionalization reaction is further performed. On the other hand, by using a block copolymer with an aromatic vinyl compound such as styrene, a thermoplastic elastomer can be obtained, but a polymer excellent in rubber physical properties of the obtained thermoplastic elastomer can be obtained. Is preferable.

本発明は、重合開始剤、重合触媒、および飽和環状エーテル系化合物の共存下に、イソブチレン系重合体をリビングカチオン重合により製造する方法であって、該飽和環状エーテル系化合物が環内に酸素原子をただ一つ有する6員環以上の化合物であることを特徴とするイソブチレン系重合体の製造方法である。   The present invention is a process for producing an isobutylene polymer by living cationic polymerization in the presence of a polymerization initiator, a polymerization catalyst, and a saturated cyclic ether compound, wherein the saturated cyclic ether compound is an oxygen atom in the ring. This is a method for producing an isobutylene polymer, characterized in that it is a compound of 6-membered ring or more having only one.

本発明において、イソブチレン系重合体を構成するモノマーとしてはイソブチレンを主として用いる他には、本発明の効果を損なわない範囲であれば他のカチオン重合性モノマーを共重合してもよい。   In the present invention, as the monomer constituting the isobutylene polymer, other than the primary use of isobutylene, other cationic polymerizable monomers may be copolymerized as long as the effects of the present invention are not impaired.

そのようなモノマーとしては例えば炭素数4〜12のオレフィン、ビニルエーテル、芳香族ビニル化合物、ビニルシラン類、アリルシラン類などがあげられる。具体的には、イソプレン、アミレン、1,3−ブタジエン、1ーブテン、2ーブテン、2ーメチルー1ーブテン、3ーメチルー1ーブテン、ペンテン、4ーメチルー1ーペンテン、ヘキセン、ビニルシクロヘキセン、α―ピネン、β―ピネン、リモネン、スチレン、インデン、α―メチルスチレン、メトキシスチレン、メチルスチレン、トリメチルスチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、ビニルトリクロロシラン、ビニルメチルジクロロシラン、ビニルジメチルクロロシラン、ビニルジメチルメトキシシラン、ビニルトリメチルシラン、ジビニルジクロロシラン、ジビニルジメトキシシラン、ジビニルジメチルシラン、1,3−ジビニルー1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、トリビニルメチルシラン、テトラビニルシラン、アリルトリクロロシラン、アリルメチルジクロロシラン、アリルジメチルクロロシラン、アリルジメチルメトキシシラン、アリルトリメチルシラン、ジアリルジクロロシラン、ジアリルジメトキシシラン、ジアリルジメチルシラン等を挙げることができる。   Examples of such monomers include olefins having 4 to 12 carbon atoms, vinyl ethers, aromatic vinyl compounds, vinyl silanes, and allyl silanes. Specifically, isoprene, amylene, 1,3-butadiene, 1-butene, 2-butene, 2-methyl-1-butene, 3-methyl-1-butene, pentene, 4-methyl-1-pentene, hexene, vinylcyclohexene, α-pinene, β-pinene , Limonene, styrene, indene, α-methylstyrene, methoxystyrene, methylstyrene, trimethylstyrene, chlorostyrene, dichlorostyrene, methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, vinyl trichlorosilane, vinylmethyldichlorosilane, vinyldimethylchlorosilane, vinyl Dimethylmethoxysilane, vinyltrimethylsilane, divinyldichlorosilane, divinyldimethoxysilane, divinyldimethylsilane, 1,3-divinyl-1,1,3,3- List tramethyldisiloxane, trivinylmethylsilane, tetravinylsilane, allyltrichlorosilane, allylmethyldichlorosilane, allyldimethylchlorosilane, allyldimethylmethoxysilane, allyltrimethylsilane, diallyldichlorosilane, diallyldimethoxysilane, diallyldimethylsilane, etc. Can do.

これらの中でも、イソプレン、アミレン、1,3−ブタジエン、1−ブテン、α−ピネン、β−ピネン、リモネン、スチレン、インデン、α−メチルスチレン、メチルスチレン(オルト体、メタ体、パラ体を含む)、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテルが共重合性の観点から特に好ましい。   Among these, isoprene, amylene, 1,3-butadiene, 1-butene, α-pinene, β-pinene, limonene, styrene, indene, α-methylstyrene, methylstyrene (including ortho, meta, and para isomers) ), Methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, and isobutyl vinyl ether are particularly preferable from the viewpoint of copolymerization.

イソブチレンと共重合が可能な他のモノマーを使用する場合は、本発明の効果を維持する観点から、イソブチレン系重合体中の好ましくは50重量%以下、より好ましくは30重量%以下、更に好ましくは10重量%以下の範囲で含有してもよい。   When using other monomers copolymerizable with isobutylene, from the viewpoint of maintaining the effects of the present invention, the isobutylene-based polymer is preferably 50% by weight or less, more preferably 30% by weight or less, and still more preferably. You may contain in 10 weight% or less of range.

本発明において、重合開始剤は下記一般式(I)で表される化合物が好適に用いられる。   In the present invention, a compound represented by the following general formula (I) is preferably used as the polymerization initiator.

1(X)n (I)
(式中、R1は、1価または多価の芳香族炭化水素基、または脂肪族炭化水素基を表す。Xは塩素、臭素、ヨウ素、メトキシ基、アセトキシ基をからなる群から選ばれる脱離基を表す。nは自然数を表す。)
上記一般式(I)の化合物のとしては特に制限されないが、具体的には、クミルクロリド、2−クロロエチルベンゼン、4−tert−ブチル−クミルクロリド、CH3(CH32CCH2(CH32C−Cl、m−ジクミルクロリド、p−ジクミルクロリド、5−tert−ブチル−1,3−ジクミルクロリド、5−メチル−1,3−ジクミルクロリド、Cl−(CH32CCH2(CH32C−Cl、Cl−(CH32CCH2(CH32CCH2(CH32C−Cl、1,3,5−トリクミルクロリド等が挙げられる。
R 1 (X) n (I)
(Wherein R 1 represents a monovalent or polyvalent aromatic hydrocarbon group or an aliphatic hydrocarbon group. X represents a desorption selected from the group consisting of chlorine, bromine, iodine, methoxy group and acetoxy group. Represents a leaving group, and n represents a natural number.)
It is not particularly restricted but includes compounds of the general formula (I), specifically, Kumirukurorido, 2-chloro-benzene, 4-tert-butyl - Kumirukurorido, CH 3 (CH 3) 2 CCH 2 (CH 3) 2 C-Cl, m-dicumulyl chloride, p-dicumulyl chloride, 5-tert-butyl-1,3-dicumulyl chloride, 5-methyl-1,3-dicumulyl chloride, Cl- (CH 3 ) 2 CCH 2 (CH 3 ) 2 C—Cl, Cl— (CH 3 ) 2 CCH 2 (CH 3 ) 2 CCH 2 (CH 3 ) 2 C—Cl, 1,3,5-trimethyl milk chloride and the like can be mentioned.

これらの中でも特に、クミルクロリド、m−ジクミルクロリド、p−ジクミルクロリド、1,3,5−トリクミルクロリドが反応性および入手性の点で特に好ましい。   Among these, cumulyl chloride, m-dicumulyl chloride, p-dicumulyl chloride, and 1,3,5-tricumulyl chloride are particularly preferable in terms of reactivity and availability.

また、本発明において脱離基とは、一般式(I)中のX基で表される基のことを意味する。   In the present invention, the leaving group means a group represented by the X group in the general formula (I).

本発明において、イソブチレンのカチオン重合系には、重合触媒を共存させる。このような重合触媒としては、カチオン重合に一般的に使用されるルイス酸触媒であれば特に限定されず、例えば、TiCl4、TiBr4 、BCl3、BF3、BF3 ・OEt2、SnCl4 、AlCl3 、AlBr3等の金属ハロゲン化物;または、TiCl3(OiPr)、TiCl2(OiPr)2、TiCl(OiPr)3等の金属上にハロゲン原子とアルコキシド基の両方を有する金属化合物;Et2AlCl、EtAlCl2、Me2AlCl、MeAlCl2、Et1.5AlCl1.5、Me1.5AlCl1.5等の有機金属ハロゲン化物等が挙げられる。 In the present invention, a polymerization catalyst coexists in the cationic polymerization system of isobutylene. Such a polymerization catalyst is not particularly limited as long as it is a Lewis acid catalyst generally used for cationic polymerization. For example, TiCl 4 , TiBr 4 , BCl 3 , BF 3 , BF 3 .OEt 2 , SnCl 4 are used. , AlCl 3 , AlBr 3 and other metal halides; or TiCl 3 (OiPr), TiCl 2 (OiPr) 2 , metal compounds having both a halogen atom and an alkoxide group on a metal such as TiCl (OiPr) 3 ; Et 2 AlCl, EtAlCl 2 , Me 2 AlCl, MeAlCl 2 , Et 1.5 AlCl 1.5 , Me 1.5 AlCl 1.5 and other organometallic halides.

なかでも、触媒能や入手の容易さを考慮に入れると、TiCl4、EtAlCl2、BCl3 、SnCl4が特に好ましい。 Of these, TiCl 4 , EtAlCl 2 , BCl 3 , and SnCl 4 are particularly preferable in view of catalytic ability and availability.

上記重合触媒の使用量としては特に限定されず、使用する単量体の重合特性、重合濃度、所望する重合時間や系中の発熱挙動等を鑑みて任意に設定することができる。好ましくは、上記(I)式で表される化合物に対して、0.1〜200倍モルの範囲で用いられ、より好ましくは0.2〜100倍モルの範囲である。   The amount of the polymerization catalyst used is not particularly limited, and can be arbitrarily set in view of the polymerization characteristics of the monomer used, the polymerization concentration, the desired polymerization time, the exothermic behavior in the system, and the like. Preferably, it is used in the range of 0.1 to 200 times mol, more preferably in the range of 0.2 to 100 times mol, with respect to the compound represented by the above formula (I).

本発明における重合反応は有機溶媒中で行うことが好ましい。そのような重合溶媒としては、カチオン重合で一般的に使用される溶媒であれば特に限定されず、ハロゲン化炭化水素、脂肪族炭化水素や芳香族炭化水素等が使用可能である。   The polymerization reaction in the present invention is preferably performed in an organic solvent. Such a polymerization solvent is not particularly limited as long as it is a solvent generally used in cationic polymerization, and halogenated hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, and the like can be used.

上記ハロゲン化炭化水素の具体例としては、塩化メチル、塩化メチレン、塩化プロピル、塩化ブチル、塩化ペンチル、塩化ヘキシル等が挙げられる。   Specific examples of the halogenated hydrocarbon include methyl chloride, methylene chloride, propyl chloride, butyl chloride, pentyl chloride, hexyl chloride and the like.

上記脂肪族及び/又は芳香族系炭化水素の具体例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン(オルト体、メタ体、パラ体を含む)等が挙げられる。   Specific examples of the aliphatic and / or aromatic hydrocarbons include pentane, hexane, heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, toluene, ethylbenzene, xylene (including ortho, meta, and para). Can be mentioned.

これらの中でも特に、溶解性、経済性の点から、塩化メチル、塩化ブチル、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、トルエンが好ましい。   Of these, methyl chloride, butyl chloride, hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, and toluene are particularly preferred from the viewpoint of solubility and economy.

これらは1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。2種以上を混合して用いる場合は、溶解性、反応性の観点を鑑みて、任意の割合で混合することができる。   These may be used alone or in combination of two or more. When mixing and using 2 or more types, it can mix in arbitrary ratios in view of solubility and a reactive viewpoint.

上記重合溶媒は、溶液の粘度や除熱の容易さを考慮して、得られる重合体の溶液濃度が1〜50重量%となるように設定するのが好ましく、より好ましくは、3〜35重量%である。   In consideration of the viscosity of the solution and the ease of heat removal, the polymerization solvent is preferably set so that the solution concentration of the resulting polymer is 1 to 50% by weight, more preferably 3 to 35% by weight. %.

本発明のリビングカチオン重合を行う温度は、特に制限は無いが、例えば、−100℃以上50℃未満の温度で各成分を混合し、重合させることが好ましい。更には、エネルギーコストと重合反応の安定性から、−85℃〜0℃がより好ましい。−100℃より低い温度ではポリマーが析出する場合があるため好ましくない。逆に、50℃以上では、副反応の割合が増大し、目的とするイソブチレン系重合体が得られにくくなる場合があるため好ましくない。   The temperature at which the living cationic polymerization of the present invention is performed is not particularly limited. For example, it is preferable to mix and polymerize each component at a temperature of −100 ° C. or higher and lower than 50 ° C. Furthermore, from the energy cost and the stability of the polymerization reaction, −85 ° C. to 0 ° C. is more preferable. A temperature lower than −100 ° C. is not preferable because the polymer may precipitate. On the other hand, when the temperature is 50 ° C. or higher, the ratio of side reactions increases, and it may be difficult to obtain the target isobutylene polymer.

本発明で用いる、飽和環状エーテル系化合物は、環内に酸素原子をただ一つ有する6員環以上の化合物である(以下、単に、本発明の環状エーテル系化合物と略す場合がある)。該飽和環状エーテル系化合物をリビングカチオン重合系中に添加することで、イソブチレン系重合体の成長末端を安定化させ、また、重合触媒の触媒活性を適度なものに調整することで、得られるイソブチレン系重合体中に残存する脱離基の含有量を高める効果が得られる。   The saturated cyclic ether compound used in the present invention is a compound having a 6-membered ring or more having only one oxygen atom in the ring (hereinafter sometimes simply referred to as the cyclic ether compound of the present invention). By adding the saturated cyclic ether compound to the living cationic polymerization system, the isobutylene polymer can be obtained by stabilizing the growth terminal of the isobutylene polymer and adjusting the catalyst activity of the polymerization catalyst to an appropriate level. An effect of increasing the content of the leaving group remaining in the polymer is obtained.

エーテル系化合物に含まれる酸素原子などのヘテロ原子は、カチオン重合系において、ルイス酸触媒や成長ポリマー末端近傍に位置し、上記の作用を及ぼす。これは本質的には、重合活性を低下させることにつながるため、本発明の環状エーテル系化合物としては、環内に酸素原子を1つもつものである。   In the cationic polymerization system, heteroatoms such as oxygen atoms contained in the ether compound are located in the vicinity of the Lewis acid catalyst or the terminal of the growth polymer and exert the above-described action. Since this essentially leads to a decrease in polymerization activity, the cyclic ether compound of the present invention has one oxygen atom in the ring.

2つ以上の酸素原子を有するエーテル系化合物を用いた場合、重合速度および生産性が著しく低下する場合があるため好ましくない。加えて、水への溶解性が高まる場合があり、工業的な生産に適さない場合があるため好ましくない。   When an ether compound having two or more oxygen atoms is used, the polymerization rate and the productivity may be remarkably lowered, which is not preferable. In addition, the solubility in water may increase, which is not preferable because it may not be suitable for industrial production.

先に述べたように、工業的な製造の観点から、本発明の環状エーテル系化合物は、親油性が高いものが好適に使用でき、具体的には、炭素数が5〜20の環状エーテル系化合物であることが好ましい。   As described above, from the viewpoint of industrial production, as the cyclic ether compound of the present invention, a compound having high lipophilicity can be preferably used. Specifically, the cyclic ether compound having 5 to 20 carbon atoms can be used. A compound is preferred.

本発明の環状エーテル系化合物は、単環式であっても縮合環式であってもよく、渡環基やスピロ構造を有していてもよく、更には、環を構成する炭素原子の任意の位置に飽和アルキル置換基を有していてもよい。   The cyclic ether compound of the present invention may be monocyclic or condensed cyclic, may have a transannular group or a spiro structure, and may be any carbon atom constituting the ring. It may have a saturated alkyl substituent at the position.

これは、一般にカチオン重合系においては、飽和脂肪族炭化水素系置換基は反応性を有しないため、本発明において環状エーテル系化合物に期待する重合安定化効果に影響しないか、その影響が無視できる程度に小さいからである。   This is because, in general, in a cationic polymerization system, a saturated aliphatic hydrocarbon substituent does not have reactivity, so that it does not affect the polymerization stabilization effect expected for a cyclic ether compound in the present invention, or the influence can be ignored. It is because it is small.

本発明の環状エーテル系化合物は、水への溶解度が低くなり、環境負荷が低減できるために、工業生産において好適に使用できる。水への溶解度を測る方法としては種々の方法が知られているが、一例として、後述する水への溶解度試験の方法で調査することができる。この方法により求めた水への溶解度が10%以下のものが好ましく、9%以下のものが更に好ましい。   Since the cyclic ether compound of the present invention has low solubility in water and can reduce environmental burden, it can be suitably used in industrial production. Various methods are known as a method for measuring the solubility in water. As an example, the method can be investigated by a method for a solubility test in water described later. The water solubility determined by this method is preferably 10% or less, more preferably 9% or less.

本発明の環状エーテル系化合物としては特に制限は無いが、具体例としては、テトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロピラン、2−エチルテトラヒドロピラン、3−メチルテトラヒドロピラン、3−エチルテトラヒドロピラン、4−メチルテトラヒドロピラン、4−エチルテトラヒドロピラン、2,2−ジメチルテトラヒドロピラン、2,3−ジメチルテトラヒドロピラン、2,4−ジメチルテトラヒドロピラン、3,3−ジメチルテトラヒドロピラン、3,4−ジメチルテトラヒドロピラン、4,4−ジメチルテトラヒドロピラン、ヘキサメチレンオキシド(オキセパン)、2−メチルヘキサメチレンオキシド、3−メチルヘキサメチレンオキシド、4−エチルヘキサメチレンオキシド、ヘプタメチレンオキシド(オキソカン)、2−メチルヘプタメチレンオキシド、3−メチルヘプタメチレンオキシド、4−エチルヘプタメチレンオキシド、オクタメチレンオキシド(オキソナン)、ノナメチレンオキシド(オキセカン)、デカメチレンオキシド、オクタヒドロベンゾフラン、オクタヒドロイソベンゾフラン、ドデカヒドロジベンゾフラン等が挙げられる。   The cyclic ether compound of the present invention is not particularly limited, and specific examples include tetrahydropyran, 2-methyltetrahydropyran, 2-ethyltetrahydropyran, 3-methyltetrahydropyran, 3-ethyltetrahydropyran, 4-methyl. Tetrahydropyran, 4-ethyltetrahydropyran, 2,2-dimethyltetrahydropyran, 2,3-dimethyltetrahydropyran, 2,4-dimethyltetrahydropyran, 3,3-dimethyltetrahydropyran, 3,4-dimethyltetrahydropyran, 4, , 4-dimethyltetrahydropyran, hexamethylene oxide (oxepane), 2-methylhexamethylene oxide, 3-methylhexamethylene oxide, 4-ethylhexamethylene oxide, heptamethylene oxide (oxocane), 2 Methylheptamethylene oxide, 3-methylheptamethylene oxide, 4-ethylheptamethylene oxide, octamethylene oxide (oxonan), nonamethylene oxide (oxecan), decamethylene oxide, octahydrobenzofuran, octahydroisobenzofuran, dodecahydrodibenzofuran, etc. Is mentioned.

これらの中でも、テトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロピラン、4−メチルテトラヒドロピラン、2,2−ジメチルテトラヒドロピラン、ヘキサメチレンオキシドが入手性の観点から特に好ましい。これらは単独で用いても良いが、2つ以上を任意の割合で混合して用いてもよい。   Among these, tetrahydropyran, 2-methyltetrahydropyran, 4-methyltetrahydropyran, 2,2-dimethyltetrahydropyran, and hexamethylene oxide are particularly preferable from the viewpoint of availability. These may be used alone, but two or more may be mixed and used in an arbitrary ratio.

本発明の環状エーテル系化合物は、生産性および経済性の観点から、1.0×10-4〜1.0mol/Lの濃度で使用することが好ましく、副反応を抑制する効果の観点から、1.0×10-3〜1.0mol/Lが更に好ましい。 The cyclic ether compound of the present invention is preferably used at a concentration of 1.0 × 10 −4 to 1.0 mol / L from the viewpoint of productivity and economy, and from the viewpoint of the effect of suppressing side reactions, 1.0 * 10 < -3 > -1.0 mol / L is still more preferable.

環状エーテル系化合物の濃度が1.0×10-4mol/L未満であると、副反応を抑制する効果が得られにくい場合があるため好ましくない。逆に、1.0mol/L超では、生産性が著しく低下する場合がある他、経済的に利点が無い場合があるため好ましくない。 If the concentration of the cyclic ether compound is less than 1.0 × 10 −4 mol / L, the effect of suppressing side reactions may be difficult to obtain. On the other hand, if it exceeds 1.0 mol / L, productivity may be significantly reduced and there may be no economical advantage, which is not preferable.

本発明の環状エーテル系化合物は、重合を開始する前から系中に加えていてもよく、また重合の途中で加えてもよい。重合途中で加える場合は、イソブチレンモノマーの転化率が70%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下の時点で加えることが、本発明の効果を得る観点から好ましい。   The cyclic ether compound of the present invention may be added to the system before the polymerization is started, or may be added during the polymerization. When adding in the middle of polymerization, it is preferable from the viewpoint of obtaining the effect of the present invention that the conversion of the isobutylene monomer is 70% or less, preferably 50% or less, more preferably 30% or less.

しかしながら、本発明の環状エーテル系化合物は、カチオン重合における副反応の抑制を目的に使用するものであることから、重合開始前に添加しておくことが最も好ましい。   However, since the cyclic ether compound of the present invention is used for the purpose of suppressing side reactions in cationic polymerization, it is most preferable to add it before starting the polymerization.

本発明の製造方法においては、上記の環状エーテル系化合物の他に、更に必要に応じて、ピリジン類、アミン類、アミド類、スルホキシド類、エステル類、金属原子に結合した酸素原子を有する金属化合物等の、各種電子供与体成分を共存させてもよい。   In the production method of the present invention, in addition to the above cyclic ether compounds, pyridines, amines, amides, sulfoxides, esters, and metal compounds having an oxygen atom bonded to a metal atom as necessary. Various electron donor components such as these may coexist.

上記電子供与体成分としては、種々の化合物の電子供与体(エレクトロンドナー)としての強さを表すパラメーターとして定義されるドナー数が15〜60であるものが好適に使用でき、例えば、ピリジン、2−メチルピリジン、2,6−ジメチルピリジン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジメチルアミノピリジン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチアセトアミド、酢酸エチル、酢酸ブチル、チタン(IV)テトラメトキシド、チタン(IV)テトライソプロポキシド、チタン(IV)ブトキシド等が好適に使用できる。   As the electron donor component, those having a donor number defined as a parameter representing the strength of various compounds as an electron donor (electron donor) of 15 to 60 can be preferably used. -Methylpyridine, 2,6-dimethylpyridine, triethylamine, tributylamine, N, N-dimethylaminopyridine, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, ethyl acetate, butyl acetate, titanium (IV) tetramethoxy , Titanium (IV) tetraisopropoxide, titanium (IV) butoxide and the like can be suitably used.

この内、2−メチルピリジン、2,6−ジメチルピリジン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、チタン(IV)テトライソプロポキシドが、添加効果、入手性の面で特に好ましい。   Of these, 2-methylpyridine, 2,6-dimethylpyridine, triethylamine, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and titanium (IV) tetraisopropoxide are particularly preferred in terms of addition effect and availability. preferable.

上記電子供与体成分は、通常、上記重合開始剤に対して0.01〜100倍モル用いるのが好ましく、重合後の精製工程における除去や廃棄物削減の観点から、0.1〜50倍モルの範囲で用いられるのが更に好ましい。   In general, the electron donor component is preferably used in an amount of 0.01 to 100 times mol with respect to the polymerization initiator. From the viewpoint of removal in the purification step after polymerization and waste reduction, 0.1 to 50 times mol. More preferably, it is used in the range of.

本発明の製造方法においては、重合反応が終了した時点で、純水やアルコールなどにより重合触媒を失活させ、必要に応じて重合溶液を純水などで精製することにより、末端にハロゲン基などの官能基を有するイソブチレン系重合体を得ることが出来る。   In the production method of the present invention, when the polymerization reaction is completed, the polymerization catalyst is deactivated with pure water, alcohol or the like, and if necessary, the polymerization solution is purified with pure water or the like, so that a halogen group at the terminal or the like is obtained. An isobutylene-based polymer having the functional group can be obtained.

本発明の製造方法により得られるイソブチレン系重合体は、副反応が非常に抑制されたものである。従って、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によって測定される分子量分布((重量平均分子量Mw)/(数平均分子量Mn)で表される値)が、1.00〜1.37のものが好ましい。更には、1.00〜1.35のもの更に好ましい。分子量分布の値が1.37超の場合、イソブチレン系重合体の取り扱い安さが劣る場合があるため好ましくない。   The isobutylene polymer obtained by the production method of the present invention is one in which side reactions are extremely suppressed. Therefore, the molecular weight distribution (value represented by (weight average molecular weight Mw) / (number average molecular weight Mn)) measured by size exclusion chromatography (SEC) is preferably 1.00 to 1.37. Furthermore, the thing of 1.00-1.35 is still more preferable. When the value of the molecular weight distribution exceeds 1.37, it is not preferable because the handling ease of the isobutylene polymer may be inferior.

本発明の製造方法により得られるイソブチレン系重合体は、副反応が非常に抑制されたものである。従って、重合開始剤に由来する脱離基を96.0mol%以上含むイソブチレン系重合体が好ましい。重合後の更なる反応について考慮に入れると、ポリマー鎖中には97.0mol%以上の脱離基を有することが更に好ましい。96.0mol%未満の脱離基しか有しないイソブチレン系重合体は、上記のような諸物性に劣る場合があるため好ましくない。   The isobutylene polymer obtained by the production method of the present invention is one in which side reactions are extremely suppressed. Accordingly, an isobutylene polymer containing 96.0 mol% or more of a leaving group derived from a polymerization initiator is preferable. Considering further reaction after polymerization, it is more preferable to have 97.0 mol% or more of leaving groups in the polymer chain. An isobutylene polymer having only a leaving group of less than 96.0 mol% is not preferable because it may be inferior in the above physical properties.

該脱離基は、適切な反応条件下において依然として反応活性を有するため、イソブチレン系重合体の主鎖末端を更に反応させることで、種々の反応性官能基を導入したり、他の単量体成分を主として含むポリマーブロックを結合させたりすることで、新たなイソブチレン系重合体に誘導することもできる。   Since the leaving group still has reaction activity under appropriate reaction conditions, various reactive functional groups can be introduced or other monomers by further reacting the main chain end of the isobutylene polymer. It can also be derived into a new isobutylene polymer by bonding a polymer block mainly containing components.

このような反応は、イソブチレンの重合が終了した時点でポリマーを単離することなく、引き続き所望の反応を行うことでも実施可能であるし、一旦得られたイソブチレン系重合体を単離した後で改めて反応に付しても良い。   Such a reaction can be carried out by continuing the desired reaction without isolating the polymer at the time when the polymerization of isobutylene is completed, or after isolating the obtained isobutylene polymer once. You may attach to reaction again.

導入される反応性官能基のとしては特に制限は無いが、具体例としては、アリル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、フェノール基、(メタ)アクリロイル基、メルカプト基、エポキシ基等が挙げられる。   The reactive functional group to be introduced is not particularly limited, but specific examples include allyl group, hydroxy group, carboxy group, amino group, phenol group, (meth) acryloyl group, mercapto group, epoxy group and the like. It is done.

また、ブロック共重合体の具体例としては、スチレン−イソブチレン系ブロック共重合体などが挙げられる。   Specific examples of the block copolymer include a styrene-isobutylene block copolymer.

本発明で得られるイソブチレン系重合体は、副反応が抑制されたものであるため、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によって測定される数平均分子量Mnが1,000〜1,000,000のものが好ましい。更には、2,000〜500,000の数平均分子量のイソブチレン系重合体が各種のシール剤や粘着剤用途で好適に用いることができるため好ましい。   Since the isobutylene polymer obtained in the present invention has a suppressed side reaction, the number average molecular weight Mn measured by size exclusion chromatography (SEC) is 1,000 to 1,000,000. preferable. Furthermore, an isobutylene polymer having a number average molecular weight of 2,000 to 500,000 is preferable because it can be suitably used for various sealants and adhesives.

本発明の製造方法は、バッチ式重合反応において好適に実施可能であるのに加え、連続式重合反応においても好適に実施可能である。特に、アミン系電子供与体を用いるイソブチレンのカチオン重合においては、連鎖移動反応により副生する塩化水素と反応して、溶媒に不溶な沈殿物を形成することが知られている。一方、本発明の環状エーテル系化合物を用いる場合、塩化水素と不溶性沈殿物を形成しないため、このような沈殿物の生成量を減らすことができるか、または実質的にゼロにすることができる。このことは、連続式重合反応において、管内閉塞の課題を解決するために特に好適に実施できる。   The production method of the present invention can be suitably carried out in a continuous polymerization reaction in addition to being suitably carried out in a batch polymerization reaction. In particular, in the cationic polymerization of isobutylene using an amine electron donor, it is known to react with hydrogen chloride by-produced by a chain transfer reaction to form a precipitate insoluble in a solvent. On the other hand, when the cyclic ether compound of the present invention is used, an insoluble precipitate is not formed with hydrogen chloride, so that the amount of such precipitate generated can be reduced or substantially zero. This can be particularly preferably performed in order to solve the problem of blockage in the tube in the continuous polymerization reaction.

本発明により得られるイソブチレン系重合体は、ゴム弾性、柔軟性、粘弾性、耐候性、気体透過遮断性などの優れた特性を活用して、コーティング材、シーリング材、封止材、チューブ、ダンパー、ガスケットなどの用途に好適に使用できる。   The isobutylene polymer obtained by the present invention utilizes excellent properties such as rubber elasticity, flexibility, viscoelasticity, weather resistance, gas permeation blocking property, and the like, so that it can be used as a coating material, sealing material, sealing material, tube, damper. And can be suitably used for applications such as gaskets.

以下、実施例にて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these.

(分子量測定)
下記実施例中、「数平均分子量」、「重量平均分子量」および「分子量分布(重量平均分子量と数平均分子量の比)」は、サイズ浸透クロマトグラフィー(SEC)を用いた標準ポリスチレン換算法により算出した。ただし、SECシステムとしてWaters社製LCModule1を、GPCカラム(固定相)としてポリスチレン架橋ゲルを充填したもの(ShodexGPCK−804;昭和電工(株)製)、移動層としてクロロホルムを用いた。
(Molecular weight measurement)
In the following examples, “number average molecular weight”, “weight average molecular weight” and “molecular weight distribution (ratio of weight average molecular weight to number average molecular weight)” are calculated by a standard polystyrene conversion method using size permeation chromatography (SEC). did. However, LCModule 1 manufactured by Waters was used as the SEC system, polystyrene cross-linked gel was packed as the GPC column (stationary phase) (ShodexGPCK-804; manufactured by Showa Denko KK), and chloroform was used as the moving layer.

(ポリマー末端構造の解析)
得られたイソブチレン系重合体の1H NMR測定を行い、開始剤残基に由来するプロトンと、各末端構造に由来するプロトンの面積比を求めることによって、ポリマー末端構造を解析した。ここで、各ピークの帰属は下記のように行った。
・開始剤残基に由来するプロトン:7.21ppm付近のピーク
・インダン環末端に由来するプロトン:6.98ppm付近のピーク
・エキソオレフィン末端に由来するプロトン:4.64ppm付近のピークおよび4.85ppm付近のピーク
・エンドオレフィン末端に由来するプロトン:5.15ppm付近のピーク
・カップリングした末端に由来するプロトン:4.82ppm付近のピーク
・塩素末端に由来するプロトン:1.66ppm付近のピークおよび1.94ppm付近のピーク
本発明においては、得られたポリマーの末端基構造は上記のインダン環末端、エキソオレフィン末端、エンドオレフィン末端、カップリングした末端、塩素末端(脱離基末端)の5つのいずれかであるとし、各末端基構造の割合(mol%)を表1に示した。
(Analysis of polymer terminal structure)
The obtained isobutylene polymer was subjected to 1 H NMR measurement, and the polymer terminal structure was analyzed by determining the area ratio of protons derived from the initiator residue and protons derived from each terminal structure. Here, the attribution of each peak was performed as follows.
Proton derived from initiator residue: peak near 7.21 ppm Proton derived from end of indane ring: peak near 6.98 ppm Proton derived from exoolefin end: peak near 4.64 ppm and 4.85 ppm Protons derived from nearby peak-end olefin end: 5.15 ppm peak-coupled end proton: 4.82 ppm peak-chlorine end proton: 1.66 ppm peak and 1 In the present invention, the end group structure of the obtained polymer is any one of the above-described five indane ring ends, exoolefin ends, end olefin ends, coupled ends, and chlorine ends (leaving group ends). Table 1 shows the ratio (mol%) of each terminal group structure. It was shown to.

(水への溶解度)
各エーテル系化合物の水への溶解度を次の方法で調査した。サンプル管に塩化ブチル6.0g、各エーテル0.50gを計り取り、よく混合させてエーテル系化合物の塩化ブチル溶液を作成した。ガスクロマトグラフィー法により、この溶液を分析し、各エーテル系化合物の含有量(W1%)を求めた。次に、純水6.0gを先のサンプル管に加え、良く混合させたあと、室温で静置させた。有機相と水相が分離した後、有機相を同様にガスクロマトグラフィー法により分析し、水による抽出後の塩化ブチル溶液中の各エーテル系化合物の含有量(W2%)を求めた。次式より、各エーテル系化合物の水への溶解度を算出した。
(Solubility in water)
The solubility of each ether compound in water was investigated by the following method. In a sample tube, 6.0 g of butyl chloride and 0.50 g of each ether were weighed and mixed well to prepare a butyl chloride solution of an ether compound. This solution was analyzed by gas chromatography to determine the content (W 1 %) of each ether compound. Next, 6.0 g of pure water was added to the previous sample tube, mixed well, and allowed to stand at room temperature. After the organic phase and the aqueous phase were separated, the organic phase was similarly analyzed by gas chromatography, and the content (W 2 %) of each ether compound in the butyl chloride solution after extraction with water was determined. From the following formula, the solubility of each ether compound in water was calculated.

水への溶解度(%)=(W1−W2)/W1x100
この試験により求められる水への溶解度が大きい場合、工業生産においても工場排水への混入がしやすいものと考えられるため、好ましくない。逆にこの値が小さいものは、有機相中に留まり易く、水相へ抽出されにくいことを示している。従って、工場排水への混入が抑制でき、環境に与える負荷が小さくなることから好ましい。
Solubility in water (%) = (W 1 −W 2 ) / W 1 × 100
If the solubility in water required by this test is large, it is considered not to be easily mixed into factory effluent even in industrial production. Conversely, a small value indicates that it tends to stay in the organic phase and is not easily extracted into the aqueous phase. Therefore, it is preferable because mixing into factory wastewater can be suppressed and the load on the environment is reduced.

(実施例1)
500mLのセパラブルフラスコの容器内を窒素置換した後、n−ヘキサン(モレキュラーシーブスで乾燥したもの)24mL及び塩化ブチル(モレキュラーシーブスで乾燥したもの)214mLを加え、窒素雰囲気下で攪拌しながら−70℃まで冷却した。次いで、イソブチレン87mL(0.922mol))、p−ジクミルクロライド1.02g(0.00441mol)及び2,6−ルチジン0.18ml(0.0015mol)、ヘキサメチレンオキシド0.42ml(0.0038mol、1.16x10-2mol/L)を加えた。反応混合物が−73度まで冷却された後で、四塩化チタン0.97mL(0.00883mol)を加えて重合を開始した。重合開始後、ガスクロマトグラフィーで残存イソブチレン濃度を測定して、投入したイソブチレンの99.9%以上が消費された段階で、イソブチレンの重合を終了した。反応混合物を60℃に熱した大量の純水に注ぎ、同じ温度で60分間攪拌することで重合触媒を失活させた。攪拌を止めて、30分静置させ、水層を払いだした。次に、純水500mLを加え、60℃で30分攪拌し、その後30分静置させ、水層を払いだした。同じ操作を2回繰り返し、廃水のpHが7であることを確認して、精製を終了した。得られた有機相を取り出し、溶媒を減圧下に留去することで、イソブチレン系重合体を得た。分子量、分子量分布、ポリマー末端基の構造分析の結果は表1に示した通りであった。
Example 1
After substituting the inside of a 500 mL separable flask with nitrogen, 24 mL of n-hexane (dried with molecular sieves) and 214 mL of butyl chloride (dried with molecular sieves) were added, and −70 with stirring under a nitrogen atmosphere. Cooled to ° C. Then, 87 mL (0.922 mol) of isobutylene), 1.02 g (0.00441 mol) of p-dicumyl chloride and 0.18 ml (0.0015 mol) of 2,6-lutidine, 0.42 ml of hexamethylene oxide (0.0038 mol, 1.16 × 10 −2 mol / L) was added. After the reaction mixture was cooled to -73 degrees, 0.97 mL (0.00883 mol) of titanium tetrachloride was added to initiate polymerization. After the polymerization was started, the residual isobutylene concentration was measured by gas chromatography, and the polymerization of isobutylene was completed when 99.9% or more of the charged isobutylene was consumed. The reaction mixture was poured into a large amount of pure water heated to 60 ° C., and stirred at the same temperature for 60 minutes to deactivate the polymerization catalyst. Stirring was stopped, the mixture was allowed to stand for 30 minutes, and the aqueous layer was drained. Next, 500 mL of pure water was added, stirred at 60 ° C. for 30 minutes, then allowed to stand for 30 minutes, and the aqueous layer was drained. The same operation was repeated twice to confirm that the pH of the wastewater was 7, and the purification was completed. The obtained organic phase was taken out and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain an isobutylene polymer. The results of molecular weight, molecular weight distribution, and structural analysis of the polymer end groups were as shown in Table 1.

(実施例2)
ヘキサメチレンオキシドの代わりに、テトラヒドロピラン(同濃度)を用いた以外は実施例1と同様にしてイソブチレン系重合体を合成し、分析した。結果を表1に示す。
(Example 2)
An isobutylene polymer was synthesized and analyzed in the same manner as in Example 1 except that tetrahydropyran (same concentration) was used instead of hexamethylene oxide. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
本発明の環状エーテルを用いなかったこと以外は実施例1と同様にしてイソブチレン系重合体を合成し、分析した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
An isobutylene polymer was synthesized and analyzed in the same manner as in Example 1 except that the cyclic ether of the present invention was not used. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
ヘキサメチレンオキシドの代わりに、テトラヒドロフラン(同濃度)を用いた以外は実施例1と同様にしてイソブチレン系重合体を合成し、分析した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
An isobutylene polymer was synthesized and analyzed in the same manner as in Example 1 except that tetrahydrofuran (same concentration) was used instead of hexamethylene oxide. The results are shown in Table 1.

(比較例3)
ヘキサメチレンオキシドの代わりに、ジプロピルエーテル(同濃度)を用いた以外は実施例1と同様にしてイソブチレン系重合体を合成し、分析した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
An isobutylene polymer was synthesized and analyzed in the same manner as in Example 1 except that dipropyl ether (same concentration) was used instead of hexamethylene oxide. The results are shown in Table 1.

(比較例4)
ヘキサメチレンオキシドの代わりに、ジブチルエーテル(同濃度)を用いた以外は実施例1と同様にしてイソブチレン系重合体を合成し、分析した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 4)
An isobutylene polymer was synthesized and analyzed in the same manner as in Example 1 except that dibutyl ether (same concentration) was used instead of hexamethylene oxide. The results are shown in Table 1.

Figure 2018154788
Figure 2018154788

実施例1および2で、本発明の環状エーテル系化合物を用いた場合は、分子量分布が小さく、また末端塩素基残存率の高いイソブチレン系重合体が得られていることから、本発明の製造方法において、副反応を抑制し、高いリビング重合性が得られていることが分かる。   In Examples 1 and 2, when the cyclic ether compound of the present invention is used, an isobutylene polymer having a small molecular weight distribution and a high terminal chlorine group residual ratio is obtained. It can be seen that side reactions are suppressed and high living polymerizability is obtained.

比較例2のテトラヒドロフランに比べ副反応を抑制する効果が高い理由は必ずしも明らかではないが、ヘキサメチレンオキシドおよびテトラヒドロピランはテトラヒドロフランに比べ、環を構成する炭素数が多いことから、酸素原子の電子供与性が高まり、チタン触媒やポリマーのカチオン末端への配位しやすくなることで、高い重合制御が実現できたものと推察される。   The reason why the effect of suppressing side reactions is higher than that of tetrahydrofuran in Comparative Example 2 is not necessarily clear, but since hexamethylene oxide and tetrahydropyran have more carbon atoms constituting the ring than tetrahydrofuran, electron donation of oxygen atoms It is speculated that high polymerization control could be realized by enhancing the property and facilitating coordination to the cation end of the titanium catalyst or polymer.

また、比較例1で、本発明の環状エーテル系化合物を用いない場合、分子量分布が大きく、重合制御が不十分であることがわかる。特に、得られたイソブチレン系重合体の重量平均分子量Mwが実施例1および2に比べて大きいことがわかる。これは、系中に存在する水から開始した制御されない重合が起こっているためと推察される。従って、本発明の環状エーテル系化合物を用いない場合、副反応の抑制が不十分になることが明らかである。   In Comparative Example 1, it can be seen that when the cyclic ether compound of the present invention is not used, the molecular weight distribution is large and the polymerization control is insufficient. In particular, it can be seen that the weight average molecular weight Mw of the obtained isobutylene polymer is larger than those in Examples 1 and 2. This is presumed to be due to uncontrolled polymerization starting from the water present in the system. Therefore, when the cyclic ether compound of the present invention is not used, it is apparent that side reactions are not sufficiently suppressed.

比較例2で、テトラヒドロフランを用いた場合、末端塩素基の残存率は十分であるが、比較例1と同様に重量平均分子量の高いイソブチレン系重合体が得られた。従って、テトラヒドロフランでは副反応の抑制が不十分であることがわかる。   When tetrahydrofuran was used in Comparative Example 2, the residual rate of terminal chlorine groups was sufficient, but an isobutylene polymer having a high weight average molecular weight was obtained as in Comparative Example 1. Therefore, it can be seen that tetrahydrofuran does not sufficiently suppress side reactions.

比較例3及び4で、鎖状エーテル系化合物を用いた場合、通常起こりうる連鎖移動反応によりエキソオレフィン末端およびエンドオレフィン末端が生成するのみならず、更に反応して生成するポリマー同士のカップリング構造も認められた。このことはまた、得られたイソブチレン系重合体の重量平均分子量がそれぞれ非常に大きいことからも明らかである。従って、鎖状エーテル系化合物では、副反応を制御する効果が得られない。   In Comparative Examples 3 and 4, when a chain ether compound is used, not only an exo-olefin end and an end-olefin end are generated by a chain transfer reaction that can occur normally, but also a coupling structure of polymers produced by further reaction Was also recognized. This is also clear from the fact that each of the obtained isobutylene polymers has a very large weight average molecular weight. Therefore, the effect of controlling the side reaction cannot be obtained with the chain ether compound.

以上のことより、本発明は、特定の環状エーテル系化合物を共存させることにより、副反応を効率的に抑制し、脱離基の含有率の高いイソブチレン系重合体が得られる製造方法であることが明らかである。   From the above, the present invention is a production method in which an isobutylene polymer having a high content of a leaving group can be obtained by effectively suppressing side reactions by coexisting a specific cyclic ether compound. Is clear.

Figure 2018154788
Figure 2018154788

また、表2より、実施例1および2で用いた本発明の環状エーテル系化合物は、比較例2で用いたテトラヒドロフランよりも水への溶解性が極めて低いことがわかる。従って、本発明の環状エーテル系化合物は環境負荷の低減を実現できる点で、工業生産に適した原料であることがわかる。   Table 2 also shows that the cyclic ether compounds of the present invention used in Examples 1 and 2 are much less soluble in water than tetrahydrofuran used in Comparative Example 2. Therefore, it can be seen that the cyclic ether compound of the present invention is a raw material suitable for industrial production in that it can realize a reduction in environmental load.

Claims (5)

重合開始剤、重合触媒、および飽和環状エーテル系化合物の共存下に、イソブチレン系重合体をリビングカチオン重合により製造する方法であって、前記飽和環状エーテル系化合物が環内に酸素原子をただ一つ有する6員環以上の化合物であることを特徴とするイソブチレン系重合体の製造方法。 A method for producing an isobutylene polymer by living cationic polymerization in the presence of a polymerization initiator, a polymerization catalyst, and a saturated cyclic ether compound, wherein the saturated cyclic ether compound has only one oxygen atom in the ring. A process for producing an isobutylene polymer, which is a compound having a 6-membered ring or more. 前記イソブチレン系重合体の分子量分布(Mw/Mn)が、1.00〜1.37であることを特徴とする請求項1に記載のイソブチレン系重合体の製造方法。 The method for producing an isobutylene polymer according to claim 1, wherein the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the isobutylene polymer is 1.00 to 1.37. 前記イソブチレン系重合体が、前記重合開始剤に由来する脱離基を96.0mol%以上含むことを特徴とする請求項1または2に記載のイソブチレン系重合体の製造方法。 The method for producing an isobutylene polymer according to claim 1 or 2, wherein the isobutylene polymer contains 96.0 mol% or more of a leaving group derived from the polymerization initiator. 前記飽和環状エーテル系化合物を、1.00×10-4〜1.00mol/Lの濃度で共存させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のイソブチレン系重合体の製造方法。 The said saturated cyclic ether type compound is made to coexist in the density | concentration of 1.00 * 10 < -4 > -1.00 mol / L, The manufacture of the isobutylene type polymer as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Method. 前記飽和環状エーテル系化合物がテトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロピラン、4−メチルテトラヒドロピラン、2,2−ジメチルテトラヒドロピラン、ヘキサメチレンオキシドからなる群から選ばれる少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のイソブチレン系重合体の製造方法。 The saturated cyclic ether compound is at least one selected from the group consisting of tetrahydropyran, 2-methyltetrahydropyran, 4-methyltetrahydropyran, 2,2-dimethyltetrahydropyran, and hexamethylene oxide. The manufacturing method of the isobutylene polymer as described in any one of Claims 1-4.
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