JP3022656B2 - 開環メタセシス重合用速度調節剤としての置換アセチレン - Google Patents
開環メタセシス重合用速度調節剤としての置換アセチレンInfo
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Description
ジシクロペンタジエンおよび他の多環式シクロオレフィ
ンの重合における触媒の活性の速度を調節する方法に関
する。
フィンポリマーの製造はポリマー技術分野において比較
的最近に発展したものである。Klosiewiczの米国特許第
4,400,340号および同4,520,181号は触媒
を含む第1の流れ(Stream)および触媒活性剤を含む第
2の流れが混合ヘッド(mix head)中で混合されて直ち
に型中に射出され、そこで重合および永久に固定された
形までの成形が同時に起こるものである二流式反応射出
成形技術(two-stream reaction injectionmalding tec
hnique;リム法)によるジシクロペンタジエンおよび他
の同様なシクロオレフィンからのこのようなポリマーの
製造を教示している。
温度においてでさえ非常に速く起こる。実際に、重合が
非常に速く起こるため、混合された流れが型に運ばれる
前にモノマーが固体状で固定された状態まで重合するこ
とは異常なことではない。この困難性を克服するため
に、Klosiewiczは反応塊が全体として型内に入るまで触
媒の活性を遅らせるために活性剤流れに反応速度調節剤
(reaction rate moderator)を含ませることを教示し
ている。混合から重合が実質的に完了するまでの総時間
はちょうど数秒である。
形を実施するにあたって、2つのパラメーターが非常に
重要である。液体の流れを最初に混合すると、短い誘導
時間が観測され、その後重合が開始し、急速な粘度の上
昇が粘性が高いため物質を型中にポンプで入れることが
できなくなる点まで起こる。この時間の間隔はゲル時間
として知られている。ゲル時間に到達した場合、液体は
すでに型中に存在しなければならない。ゲル時間のすぐ
後に、残りの重合およびバルクの架橋が起こるため非常
に速い温度の上昇が観察される。温度の上昇は175℃
以上まで継続するが、混合して100℃に到達するまで
の時間を任意に重合時間(硬化時間)とみなす。ゲル時
間と硬化時間の時間の幅は望ましくは非常に短かく、そ
の結果成形サイクル時間を経済的に最小に維持すること
ができる。理想的には、ゲル時間と硬化時間の比は1.
0に近づくべきである。
においては、メタセシス触媒はタングステンヘキサクロ
ライドであり、そして好ましい触媒活性剤はアルコー
ル、エステル、ケトンまたはニトリルにより調節された
アルキルアルミニウムハライドである。
ノール系化合物を用いてそれを錯化することによって可
溶化され、それにより均一な触媒/DCPD溶液を製造
することができる。その中で触媒が溶解されうるDCP
Dモノマーの早期イオン重合を妨止するために、触媒成
分はそれをキレート化剤またはルイス塩基と反応させる
ことにより安定化される。アセチルアセトン、ジベンゾ
イルメタンおよびアルキルアセトネートのようなキレー
ト化剤またはベンゾニトリルもしくはテトラヒドロフラ
ンのようなルイス塩基は安定剤として使用することがで
きる。キレート化剤、特にアセチルアセトン(2,4−
ペンタンジオン)は好ましい安定剤である。触媒の安定
化はイオン重合を妨止し、何れの活性機構も生じること
なく溶液に殆んど無限の保存寿命を与える。このような
触媒の製造の完全な記載については、米国特許第4,6
96,985号を参照されたい。
ンをタングステンヘキサクロライドおよび他の安定化さ
れていないメタセシス触媒のための活性剤(時には、助
触媒とも称される)として使用することが知られてい
る。しかしながら、フェニルアセチレンを単独で使用す
ると、それは明らかに安定基を除去することができない
ため、安定化されたタングステンまたはモリブデン触媒
を活性化しないであろう。
フィンおよび安定化されたメタセシス重合触媒を含有す
る第1の反応物流れと少なくとも1つの多環式シクロオ
レフィンおよびアルキルアルミニウム触媒活性剤を含有
する第2の反応物流れが合体され、型に運ばれ、そこで
重合および成形がなされる方法において、第1の反応物
流れ中に安定化された触媒1モルあたり0.05〜2モ
ルの量の炭化水素−置換アセチレンを含み、そして該炭
化水素−置換アセチレンは式R1−C≡C−R2(式中、
R1はフェニルまたは炭素原子2〜6個のアルキル基で
あり、そしてR2は水素または炭素原子2〜6個のアル
キル基である)を有することを特徴とする、改良された
多環式シクロオレフィンの重合方法である。
および活性促進剤であることが知られているため、アル
キルアルミニウム化合物と一緒に用いた場合にこれらが
ちょうど反対に作用する、すなわちアルキルアルミニウ
ム化合物の活性作用を遅らせるということを見い出すこ
とはまったく予想外のことであった。
操作に弾力性を付与するような非常に望ましい程度に延
長され、ゲル時間と硬化時間の比は通常の系を用いた場
合に観察されるものよりも1.0により近づくことにあ
る。換言すれば、溶液を混合し、この混合物を型に運ぶ
ための時間をより長くすることができ、しかも混合と重
合の完了との間の時間間隔は増加しない。
合により、ノルボルネン型モノマーと呼ばれる多環式シ
クロオレフィンのバルク重合に応用される。この類のモ
ノマーとしては例えばノルボルネン;置換ノルボルネン
例えばメチルノルボルネンおよびエチリデンノルボルネ
ン;ノルボルナジエン;テトラシクロドデセン;メチル
テトラシクロドデセン;テトラシクロドデカジエン;ジ
シクロペンタジエン;ジヒドロジシクロペンタジエン;
トリシクロペンタジエンおよびこれらの化合物の混合物
が挙げられる。ジシクロペンタジエンをベースとするポ
リマーおよびコポリマーが好ましい。これらの物質は多
数の商業用途が見い出されており、そしてメタセシス反
応において架橋するため反応成形によって製造しなけれ
ばならない。好ましい多環式シクロオレフィン混合物は
少なくとも50%の、好ましくは少なくとも97%のジ
シクロペンタジエンを含有する。
用語はアルキルアルミニウム化合物により活性化された
場合に多環式シクロオレフィンの開環メタセシス重合を
開始させることができ、またはメタセシス触媒活性剤の
存在なしにイオン重合を開始することができるが、化学
的にイオン重合を開始することを妨げる触媒を意味す
る。典型的には、上記したタングステンおよびモリブデ
ンハライドの錯体例えばタングステンヘキサクロライ
ド、タングステンオキシテトラクロライド、モリブデン
ペンタクロライドおよびモリブデンオキシトリクロライ
ドである。
2の反応物液体流れ中の触媒活性剤として使用すること
ができる。これらにはジアルキルアルミニウムハライ
ド、アルキルアルミニウムジハライドおよびアルミニウ
ムトリアルキルが含まれる。アルキル基が1〜約12個
の炭素原子を有するトリアルキルアルミニウムおよびジ
アルキルアルミニウムハライドが好ましい。トリ−n−
オクチルアルミニウムおよびジオクチルアルミニウムヨ
ーダイドの混合物が好ましい。活性剤は多環式シクロオ
レフィン中に容易に溶解しうる。
ことのできるアセチレン化合物は式R1−C≡C−R2の
炭化水素置換アセチレンである。この式中のR1はフェ
ニルまたは炭素原子2〜6個のアルキル基であることが
でき、一方R2はHまたは炭素原子2〜6個のアルキル
基であることができる。このような化合物の例はフェニ
ルアセチレン、ブチン−1、ペンチン−1、ヘキシン−
1、ヘキシン−2、オクチン−1またはオクチン−2で
ある。アルキル基は直鎖状または分枝鎖であることがで
きる。好ましい化合物はフェニルアセチレン、ヘキシン
−1およびヘキシン−2である。
るアセチレン化合物はアルミニウムアルキルと反応しう
る。したがって、調節剤は反応系に第3の流れとして、
または触媒流れの成分として加えられなければならな
い。好ましくは、それは、混合時に最少数の流れを合体
しながら系を操作することが経済的に好ましいため、触
媒流れの1成分として加えられるであろう。
比較的低い濃度で触媒流れに加えられる。触媒中、タン
グステンまたはモリブデン1モルあたりアセチレン化合
物0.05〜2モルの比が好ましく、そしてより好まし
くは0.05〜0.25モルである。
の活性ハロゲン化合物例えばトリクロロメチルトルエ
ン、ジクロロジフェニルメタン、エチルトリクロロアセ
テートまたは塩化イソフタロイルあるいは酸無水物例え
ば無水安息香酸を加えることができる。
剤はポリマーの曲げ弾性率を改良することができる。こ
れらにはガラス繊維、マイカ、カーボンブラック、ウォ
ラストナイトなどが含まれる。成形品の特性を改良する
または維持する別の添加剤、例えば顔料、光安定剤、難
燃剤および高分子改質剤もまた含まれうる。
する。好ましくはフェノール系またはアミン抗酸化剤が
溶液にあらかじめ加えられる。抗酸化剤の例としては、
2,6−t−ブチル−p−クレゾール、N,N−ジフェニ
ル−p−フェニレンジアミンおよびテトラキス〔メチレ
ン(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシシンナメ
ート〕−メタンが挙げられる。
ることができないため、最初の溶液に加えなければなら
ない。このような添加剤は触媒の流れまたは活性剤の流
れに加えることができる。添加剤は溶液中の反応性の高
い触媒または活性剤成分と実質的に非反応性であるべき
であり、そしてこれらは重合に対して何の阻害作用も有
してはならない。もし、本質的に重合を阻害しないが添
加剤と触媒成分または活性剤成分との間の反応が回避で
きないならば、添加剤をモノマーと混合して第3の溶液
を製造することができ、そしてこの第3溶液は第1およ
び/または第2溶液と重合直前に混合することができ
る。添加剤が重合反応直前またはその間に混合溶液で十
分に充填することのできる粒子間に隙間を有する固体充
填剤である場合、型は反応性溶液を型中に入れる前に充
填剤で充填することができる。
液は次のようにして製造される。不活性雰囲気(グロー
ブバッグ)下で、WCl6の量を磁気撹拌棒を含むガラ
ス容器(爆発瓶(pop bottle))中に計りこむ。瓶に封
をし、グローブバッグから取り出される。次に、十分な
量の乾燥トルエン(または他の芳香族溶媒)を加えて
0.5Mのスラリーを生成する。撹拌しながら、0.25
当量(タングステンを基準に)のt−ブタノールをゆっ
くり加える。生成したHClはゆっくり窒素をスパージ
することによって容器から掃引する。その間、撹拌およ
びスパージングを継続しながら少なくとも1時間後、
1.2当量(タングステンを基準に)のノニルフェノー
ルをゆっくり加える。スパージングを継続しながら、混
合物を再び少なくとも1時間撹拌する。最後に、2.0
当量のアセチルアセトン(2,4−ペンタンジオン)を
加えそして混合物を数時間撹拌およびスパージする。ス
パージング中に損失した溶媒を補充して、トルエン中に
おける安定化されたメタセシス触媒の0.5M溶液を得
る。
縮液は不活性雰囲気下で容器に所望量のトリ−n−オク
チルアルミニウム(TNOA)を入れることによって製
造される。適当量のジ−n−オクチルアルミニウムヨー
ダイド(DOAI)を加えて、85モル%のTNOAお
よび15モル%のDOAIの混合物とする。1当量(全
アルミニウムを基準に)のジグライム(ビス−2−メト
キシエチルエーテル)を注意深く混合物に加えて発熱反
応中の熱発生をコントロールする。次いで、混合物を適
当量のジシクロペンタジエン(DCPD)または不活性
溶媒例えばトルエンで希釈してアルミニウム中における
1.0M溶液を得る。
しょう液ガラス瓶に窒素下で移した。表1に示すように
所定量のフェニルアセチレン(PA)を各瓶に加えた。
使用前に溶液を数時間放置した。重合は電気的な結束で
固定された適当なサイズのゴム栓で封をされた、N2で
不活性化された試験管中で行った。各試験管に5.0ml
のDCPDおよび0.04mlの処理された触媒溶液を入
れた。熱電対を挿入し、混合物を33±2℃まで加熱し
た。激しく撹拌しながら、0.55mlの1.0M活性剤を
加えた。ゲル時間は経験のあるオペレーターが物質が容
易に流動しなくなった時間を記録することにより目視で
測定された。硬化時間は熱電対およびストップウォッチ
により測定された。結果を表1に示す。
般に改良されたゲル/硬化比はフェニルアセチレンの使
用により達成されたことを示唆する。
いて別の一連の重合を行ってプラックを製造した。
じ触媒および活性剤を用いた。さらに、各溶液におい
て、DCPDは凝固点降下剤として3重量%のエチリデ
ンノルボルネン(ENB)で希釈した。これらのポリマー
の物理的特性を表2に示す。
撃強さ改良剤としてゴムもまたDCPDに加えられた、
実施例5および6と同様の一連の操作を行った。ENB
を実施例5および6に記載の凝固点降下剤として加え
た。これらの物質の物理的特性を測定し、表3に示す。
対照3および実施例7および8において、ゴムは3重量
%のエチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM;Un
iroyal社製のRoyalene 301T)および0.75重量%のエ
チレン−プロピレンゴム(EPR;Copolymer Rubber社
製のEpsyn 901)であり、そして対照4および実施例9
および10において、ゴムはShell Oil社製の8% Krat
on 1107SISである。
チレン化合物の使用は実質的にポリマーの物理的特性に
影響を及ぼさない。
0.2〜1のアセチレン/W比で用いた、実施例3に相
当する実験を行った。結果を表4に示す。
定するのに適した実験室用RIM機を用いてポリマーを
製造した。
成分を製造し、そしてRIM機のそれぞれのタンク中に
入れた。活性剤成分は3.5% Royalene 301T EPDM
ゴム、0.25%のEpsyn 901 EPRおよび3%ENB
(総て、溶液の全重量を基準にして)を含有する79
4.7gのDCPDおよび36mlのトルエン中における
0.5M トリ−n−オクチルアルミニウム/ジオクチル
アルミニウム/ジグライム溶液から構成された。触媒成
分は816.26gの上記のDCPD/エラストマー/
EPN溶液、12.3mlの標準触媒、32gのフェノー
ル系抗酸化剤(Ciba Geigy社製のIRGANOX 1035)、1.
4mlのフェニルアセチレンおよび0.59mlのジクロロ
ジフェニルメタン(W1モルあたり0.5モル)から構
成された。
た。次に、プラックをキャスト成形して液体が正確に成
形することを確実にし、その後、混合ヘッドから型を外
し、そして混合ヘッド排出ラインを回転スピンドルおよ
び熱電対を取付けた瓶中に挿入した。
てゲルおよび硬化時間を測定した。この場合、ゲル時間
は重合液体が回転するスピンドルの軸をよじ登る時の時
間として測定される。硬化時間は前記したようなT100
である。
50℃および70℃にして測定した。結果を表5に示
す。
の変化の効果を証明するために一連の重合を行った。こ
の場合、各々の液体のDCPD成分はENBがなく、抗
酸化剤濃度はDCPD成分を基準に2重量%まで減少さ
れた。
セチレン/W比が増加するにつれてゲル時間が増加する
ことは明らかである。すべてのデータは3回の重合の平
均である。
び硬化時間は液体温度および/または使用するフェニル
アセチレンの濃度を変化することによって広範囲にわた
ってコントロールできることを示唆している。多量の液
体を使用するおよび長い型充填時間を必要とする成形技
術のために十分なゲル時間を達成することができる、す
なわちRIM以外の成形技術を用いることができる。
Claims (7)
- 【請求項1】 少なくとも1つの多環式ポリオレフィン
および安定化されたメタセシス重合触媒を含有する第1
の反応物流れと少なくとも1つの多環式シクロオレフィ
ンおよびアルキルアルミニウム触媒活性剤を含有する第
2の反応物流れが合体され、型に運ばれ、そこで重合お
よび成形がなされる熱硬化性シクロオレフィンポリマー
の製造方法において、第1の反応物流れ中に安定化され
た触媒1モルあたり0.05〜2モルの量の炭化水素−
置換アセチレンを含み、そして該炭化水素−置換アセチ
レンは式R1−C≡C−R2(式中、R1はフェニルまた
は炭素原子2〜6個のアルキル基であり、そしてR2は
水素または炭素原子2〜6個のアルキル基である)を有
することを特徴とする該方法。 - 【請求項2】 炭化水素−置換アセチレン化合物がフェ
ニルアセチレン、ヘキシン−1またはヘキシン−2であ
る請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 メタセシス重合触媒がアセチルアセトン
で安定化されたタングステンハライドである請求項1ま
たは2記載の方法。 - 【請求項4】 アルキルアルミニウム触媒活性剤がアル
キルアルミニウムハライドである請求項1〜3の何れか
の項記載の方法。 - 【請求項5】 アルキルアルミニウム触媒活性剤が85
/15のモル比のトリ−n−オクチルアルミニウムおよ
びジアルキルアルミニウムヨーダイドの混合物である請
求項5記載の方法。 - 【請求項6】 少なくとも50重量%の多環式シクロオ
レフィンがジシクロペンタジエンである請求項1〜5の
何れかの項記載の方法。 - 【請求項7】 少なくとも97重量%の多環式シクロオ
レフィンがジシクロペンタジエンである請求項6記載の
方法。
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