JP2964256B2 - ポリブタジエンの製法 - Google Patents

ポリブタジエンの製法

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JP2964256B2
JP2964256B2 JP2034024A JP3402490A JP2964256B2 JP 2964256 B2 JP2964256 B2 JP 2964256B2 JP 2034024 A JP2034024 A JP 2034024A JP 3402490 A JP3402490 A JP 3402490A JP 2964256 B2 JP2964256 B2 JP 2964256B2
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    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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    • C08F136/02Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds
    • C08F136/04Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds conjugated
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高1,4−シス構造含量を有するポリブタジ
エンの加工性(processability)を改善する方法に係
り、このようなポリブタジエンは、希土類に属する元素
の化合物又は希土類元素を主成分とする触媒系の存在
下、ブタジエンの脂肪族又は脂環式溶媒溶液中で行われ
る重合反応によって得られる。かかる方法は、このよう
な重合反応を重合体が予め定められたムーニー粘度値
(好ましくは30以下)に達するまで行い、重合反応を失
活する前に、生成された重合体の溶液にPCl3を添加する
ことよりなる。
たとえば、特開昭58−187402号によれば、単量体の重
合を、脂肪族又は脂環式溶媒溶液中、(a)希土類に属
する少なくとも1の金属又は該金属の少なくとも1の化
合物、特にネオジム又はその誘導体、(b)一般式 AlR2R′ (式中、Rはアルキル基、シクロアルキル基、アリール
アルキル基であり、R′はR又はHである)で表される
少なくとも1のアルミニウム化合物、(c)たとえば
水、アルコール、カルボン酸の中から選ばれる1以上の
ヒドロキシ基を含有する少なくとも1の化合物、及び任
意に(d)イオン化可能な塩素又は臭素を含有する少な
くとも1の無機化合物、又は一般式 (式中、R′、R″及びRは同一又は全く又は一部が
異なるものであり、H、Cl、Br又はアルキル基、アリー
ル基、アルキルアリール基、ハロアルキル基、ハロアリ
ール基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基であり、X
はBr又はClである)で表される有機ハロ誘導体を原料と
して得られる触媒系の存在下で行うことによって、高1,
4−シス構造含量(≧97%)を有するポリブタジエンが
得られることは公知である。
このようにして得られたポリブタジエンは、上述の如
く、特に高い1,4−シスユニット含量(通常97%以上)
によって特徴づけられる。さらに、他の触媒系を使用し
て得られる同様の重合体に匹敵する又は場合によっては
これらよりも高度の化学的、形態的及び機械的特性を発
揮する。
発明者らは、希土類を主成分とする触媒の使用によっ
て得られるポリブタジエンの挙動(硬化用ゴム化合物を
構成するために通常使用される充填剤を該重合体に配合
できるようになること)が好適な後処理によって改善さ
れることを見出した。
この点は、無機充填剤(特にカーボンブラック)が得
られた製品の最終の弾性及び機械的特性に及ばす影響を
考慮する場合には、非常に顕著な特徴である。
これに関して、ゴムへのカーボンブラックの配合は、
好ましくは比較的短い間隔で均質に行われるべきであ
る。ブラック配合時間(B.I.T.)は、均質にカーボンブ
ラックを配合するためにエラストマーによる使用時間の
指標である。B.I.T.が低い値であることは、良好なエラ
ストマーの加工性に好適であることを意味し、これによ
り、粉末の節約及びコストの低減が達成される。
すなわち、本発明の方法によって達成される目的は、
希土類を主成分とする触媒を使用して得られたポリブタ
ジエンをPCl3による後変性処理に供することにより、改
善された加工特性(B.I.T.)(同じ触媒を使用して得ら
れたポリブタジエンが示すB.I.T.値よりも低い)が付与
され、かつ同じムーニー粘度を有する生成物が得られ
る。このような改善は、低温流れに対する改善された抵
抗性と共に、一般的な加工性(Garveyインデックスとし
て表される)の改善に対応する。技術的特性は未変化の
ままである。
このような結果は、PCl3を含むハロゲン化化合物がポ
リブタジエン中では、分子の嵩を増大させ、場合によっ
ては、不要な架橋(エラストマーの良好な加工性を損
う)を伴うことが知られていることと比べて、全く驚く
べきことである。
たとえば英国特許第1,108,585号及び同第1,108,586号
を参照する。これら特許には、反応混合物にハロゲン化
化合物を添加することにより炭化水素重合体の分子量を
増大させる方法が開示されている。
詳述すれば、英国特許第1,108,585号は、有機溶媒溶
液中、周期律表第II又は第III族の金属のヒドロ−又は
アルキル−ハロゲン化物と組合せた第IV、第V又は第VI
族の元素の化合物でなる触媒系の存在下においてジオレ
フィン系単量体の重合(又は共重合)を行うと共に、該
重合の終了時、触媒の分解前に、系にハロゲン化化合物
を添加する方法を開示している。
この操作の目的は、上述の触媒系(得にTi、Co又はNi
を主成分とするもの)を使用する際に見られる欠点(50
以上のムーニー粘度を有する重合体が得られないこと)
の解消にある。ハロゲン化化合物の添加は、特定された
最終のムーニー粘度(初期値20−50から90−140の高い
値となりうる)の達成を可能とし、油展性の最終生成物
が得られる。
一方、英国特許第1,108,586号には、同様にして不飽
和炭化水素からの重合体の分子量を増大する方法が開示
されており、これによれば、架橋に当たり、一般式 RmMeXy-n (式中、R=炭化水素基;Me=As,Sb,V,Bi等;X=ハロゲ
ン)で表される第2の化合物と組合せてハロゲン化化合
物が使用される。目的は前記と同じであり、結果も実質
的に同じである。
しかしながら、ムーニー粘度が増大するが、エラスト
マーの加工性の改善又は変化を伴うものではない。
従って、本発明の目的は、高1,4−シス構造含量を有
するポリブタジエンの加工性及び低温流れに対する抵抗
性を改善する方法にあり、該方法は、希土類を主成分と
する触媒系の存在下においてブタジエンを重合させると
共に、重合反応がなお進行している間に、生成する重合
体をPCl3の添加による後処理反応に供することを特徴と
する。このようなPCl3の添加は、変化率がいかなる場合
にも行うことが可能であるが、特に変化率が少なくとも
80%以上、好ましくは少なくとも95%以上となった時点
でPCl3を添加した場合に有利な結果が得られる。
詳述すれば、本発明による方法は、下記の工程を介し
て実施される。
−上述の如く希土類に属する金属を主成分とする触媒系
の存在下、溶液中でブタジンエを重合させる工程。
−重合性ポリブタジエンのムーニー粘度値が未だ30を越
えず、変化率が少なくとも80%以上の時点で、予め定め
た量のPC13を添加して粘度値を所望値まで増大させる工
程。
−「ショート・ストッパー(short stopper)」を添加
する工程。
−常法に従って変性重合体を回収する工程。
このように、重合反応は、炭化水素溶媒(好ましくは
脂肪族又は脂環式溶媒)中、広い範囲から選ばれる(−
20℃ないし200℃)で行われる。特に希土類の中でも、
ネオジム、プラセオジム及びセリウム又はこれらの誘導
体の使用が効果的である。
ムーニー粘度が少なくとも25、いずれにしても30以下
であって、単量体の変化率が80%以上、好ましくは>95
%となった時点で、PCl3の所定量(重合体に対して0.05
ないし0.2%)を炭化水素溶液(好まくしは重合の際に
使用したものと同じ溶媒の溶液)として添加する。
後変性処理の反応を、該反応の期間中、温度を前記重
合反応の終了時の値と同じ値に維持しながら、所望の加
工性レベルを関数として所望のムーニー粘度が得られる
まで行う。
重合体の後処理が終了した時点で、たとえば水又はア
ルコールで反応を失活させ、当分野で公知の手段に従っ
てエラストマーを沈殿させ、回収する。
下記の実施例によって本発明をさらに説明するが、こ
れらの実施例は本発明を限定するものではない。
実施例1 攪拌機を具備する反応器に、無水ヘキサン740g及びブ
タジエン120gをかかる順序で充填した。攪拌しながら、
溶液を60℃に加熱し、ネオジム0.18ミリモル/に相当
する量の触媒のヘキサン溶液(該触媒溶液は、ヘキサン
170ml中で酸化ネオジム3ミリモル、ナフテン酸24ミリ
モル、ジイソブチルアルミニウムヒドリッド180ミリモ
ル及び塩化第3級ブチル9ミリモルを反応させることに
よって調製したものである)を添加した。
重合反応を断熱条件下で1時間行い、この間に反応混
合物の温度は110℃に上昇した。終了後、H2O 50ccを添
加して重合反応を失活させ、1%(重合/重量;w/w)
(重合体に対して)酸化防止剤A.O.2246を添加し、スチ
ームストリッピングによって重合体を分離した。得られ
たポリブタジエンの塊りを、減圧下、60℃で24時間オー
ブン乾燥した。単量体の変化率95%(乾燥重合体の秤量
により測定)で、ムーニー粘度=41.5(1+4、100
℃)を有するポリブタジエンを得た。
重合体のミクロ構造は次のとおりである。
1,4−シスユニット 97.5% 1,4−トランスユニット 1.5% 1,2−ユニット 1% このようにして得られたポリブタジエンの他の特性を
後述の第1表に示す。
実施例2 実施例1と同様にして、ただし触媒の量をネオジム0.
22ミリモル/に増大させて反応を行った。
重合反応(60分間実施し、この間に温度が60℃から11
0℃に上昇した)の終了時、重合体溶液の一部(乾燥重
合体約25gに相当)を反応器から取出し、水25mlで処理
して重合反応を失活させた。
ついで、酸化防止剤A.O.2246(重合体に対して1%
(w/w)の量)を添加し、スチームストリッピングによ
って重合体を分離した。このようにして得られたポリブ
タジエンの塊りを減圧下、60℃で24時間オーブン乾燥し
た。単量体の変化率≧95%で、ムーニー粘度=28を有す
るポリブタジエンを得た。
該ポリブタジエンのミクロ構造は実施例1で得られた
ものと同一であった。
残りの重合体溶液に、温度を110℃に維持しながら、
存在する重合体に対して0.1%(w/w)に相当するPCl
3(0.088g)のヘキサン溶液(3.145ml)を添加した。反
応を15分間行い、その後反応系を失活させ、実施例1と
同様にしてポリブタジエンの分離及び回収操作を行っ
た。
単量体の変化率≧95%で、ムーニー粘度=40を有する
ポリブタジエンを得た。
このポリブタジエンのミクロ構造は実施例1で得られ
たものと同じである。
得られたポリブタジエンの特性を後述の第1表に示
す。
実施例3 実施例2と同様にして、たとしPCl3の量を0.176g(処
理する重合体に対して0.2%(w/w)に相当)として操作
を行った。
実施例2と同じ操作法によって得られたポリブタジエ
ンは、ムーニー粘度50を有し、B.I.T.値3分を示す。
触媒の量(8.16ミリモル/)を除き実施例1と同様
にして行った重合反応から直接に得られた同じムーニー
粘度を有するポリブタジエンでは、B.I.T.値は15分であ
る。
実施例4 実施例2と同様にして、ただしPCl3の量を0.132g(処
理する重合体に対して0.15%(w/w)に相当)として操
作を行った。
実施例2と同じ操作法によって得られたポリブタジエ
ンは、ムーニー粘度45を有し、B.I.T.値2分を示す。
触媒の量(0.17ミリモル/)を除き実施例2と同様
にして行った重合反応から直接に得られた同じムーニー
粘度を有するポリブタジエンでは、B.I.T.値は13分であ
る。
実施例5 実施例1と同様にして、ただし触媒の量を0.20ミリモ
ル(ネオジム)/として操作を行った。
断熱条件下において重合反応を40分間行った。この間
に、反応温度が110℃に上昇した。この時間の経過後、
重合体溶液の一部を反応器から取出し、水を添加して重
合反応を失活させた。ついで、重合体に対して0.1%(w
/w)の量の酸化防止剤A.O.2246を添加し、スチームスト
リッピングによって重合体を分離した。このようにして
得られたポリブタジエンには、減圧下、60℃、24時間で
オーブン乾燥した後では、ムーニー粘度=28を示した。
単量体の変化率は80%であった。
残りの重合体溶液に、温度を110℃に維持しながら、
存在する重合体に対して0.1%(w/w)に相当する量のPC
l3を添加した。
ついで、実施例2と同様にして後処理を行った。
単量体の変化率80%で、ムーニー粘度=41の重合体が
得られた。
この重合体の特性は、第1表に示す実施例2の生成物
のものと同様であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−108407(JP,A) 特開 昭60−108408(JP,A) 特開 昭55−12189(JP,A) 特開 昭55−66903(JP,A) 特開 昭60−23406(JP,A) 特開 昭58−187402(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 4/642 C08F 136/06

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高1,4−シス構造含量を有し、改善された
    加工性及び改善された低温流れ抵抗性が付与されたポリ
    ブタジエンの製法において、炭化水素溶媒溶液中、希土
    類を主成分とする触媒系の存在下でブタジエンを重合さ
    せ、重合反応の終了前、ムーニー粘度が少なくとも25で
    ある時点で、重合体溶液にPCl3を添加することを特徴と
    する、ポリブタジエンの製法。
  2. 【請求項2】ポリブタジエンのムーニー粘度が25以上、
    30以下であり、単量体の変化率が80%以上となった時点
    でPCl3を重合体溶液に添加する、請求項1記載のポリブ
    タジエンの製法。
  3. 【請求項3】前記希土類を主成分とする触媒系が、
    (a)希土類に属する少なくとも1の金属又は該金属の
    少なくとも1の化合物、(b)一般式 AlR2R′ (式中、Rはアルキル基、シクロアルキル基、アリール
    アルキル基であり、R′はR又はHである)で表される
    少なくとも1のアルミニウム化合物、(c)1以上のヒ
    ドロキシ基を含有する少なくとも1の化合物、及び任意
    に(d)イオン化可能な塩素又は臭素を含有する少なく
    とも1の無機化合物、又は一般式 (式中、R′、R″、Rは同一又は全く又は一部が異
    なるものであり、H、Cl、Br又はアルキル基、アリール
    基、アルキルアリール基、ハロアルキル基、ハロアリー
    ル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基であり、Xは
    Br又はClである)で表される少なくとも1の有機ハロ誘
    導体を原料として得られたものである、請求項2記載の
    ポリブタジエンの製法。
  4. 【請求項4】前記重合反応を−20〜200℃の範囲から選
    ばれる温度で行う、請求項3記載のポリブタジエンの製
    法。
  5. 【請求項5】前記重合反応を、ネオジム又はネオジム化
    合物を主成分とする触媒系の存在下で行う、請求項1又
    は2記載のポリブタジエンの製法。
  6. 【請求項6】後変性処理の反応を、PCl3を重合体に対し
    て0.05〜0.2%の量で添加することによって行う、請求
    項1記載のポリブタジエンの製法。
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