JP3513772B2 - 高いモジユラスを有するポリ(カルボン酸金属塩)グラフトゴム - Google Patents
高いモジユラスを有するポリ(カルボン酸金属塩)グラフトゴムInfo
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Description
の性質を有するポリ(カルボン酸金属塩)グラフトゴム
に関する。さらに詳しくは、本発明は重合した不飽和カ
ルボン酸金属塩をペンダント的にグラフトして有する不
飽和炭化水素ゴムの主鎖からなるグラフトコポリマーの
ゴムおよび前記グラフトコポリマーのゴムを製造する方
法に関する。
するゴムコンパウンドはこの分野において知られてい
る。このようなゴムコンパウンドは、天然ゴム、ジエン
ゴム、スチレン/ブタジエンゴム、EPDMゴムなど不
飽和カルボン酸の金属塩、例えば、ジメタクリル酸亜鉛
および有機過酸化物の硬化剤と混合することによって製
造されてきている。このタイプのゴムコンパウンドは、
ヘイエス(Hayes)らへの米国特許第4,500,4
66号、ヘイエス(Hayes)への米国特許第4,5
29,770号およびロウランド(Roland)への
米国特許第4,720,526号に記載されている。
ンパウンドは、硬化した状態における物理的性質におい
て有意な利点、例えば、増加した強さを提供する。しか
しながら、このようなゴムコンパウンドは、別々に添加
する顔料としての金属塩の使用および過酸化物の硬化剤
のために有意な欠点を有する。こうして、このようなゴ
ムコンパウンドの混合は、望ましくない臭気の問題、硬
化の汚染、熱に対する過酸化物の感受性および混合装置
への金属塩の粘着をしばしば伴う。
いゴムおよびゴムコンパウンドの開発は高度に望ましい
目的である。本発明はこれらの欠点を克服する。
ュラスの性質を有するゴムコンパウンドを形成するため
に利用することができる、硫黄硬化性ポリ(カルボン酸
金属塩)グラフトコポリマーが提供される。ポリ(カル
ボン酸金属塩)グラフトコポリマーは、重合した不飽和
カルボン酸金属塩をペンダント的にグラフトして有する
不飽和炭化水素ゴムの主鎖からなる。これらのグラフト
コポリマーのゴムは、工程: (1)不飽和炭化水素ゴムを溶媒中に溶解してゴム溶液
を形成し、(2)不飽和カルボン酸の金属塩をゴム溶液
に添加し、(3)遊離基開始剤をゴム溶液に添加して反
応混合物を形成し、そして(4)生ずる反応混合物を約
40〜約150℃の温度に約0.1〜100時間の間加
熱する、からなる方法により製造される。
フトコポリマーのゴムのポリマーの主鎖を形成すること
ができる。好ましい不飽和炭化水素ゴムは、ジエンのポ
リマーまたはコポリマーおよびEPDMのターポリマー
を包含する。
できるジエンのポリマーまたはコポリマーは、共役ジエ
ンのホモポリマーおよび共役ジエンとビニル芳香族炭化
水素とのコポリマーを包含する。ホモポリマーまたはコ
ポリマーの形成に使用することができる適当なジエンの
モノマーは、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−
ペンタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、
1,3−ヘキサジエンなどを包含する。好ましいジエン
のモノマーは1,3−ブタジエンおよびイソプレンであ
る。コポリマーの形成に使用できる適当なビニル芳香族
炭化水素のモノマーは、スチレン、α−メチルスチレ
ン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルナフ
タレンなどを包含する。好ましいビニル芳香族炭化水素
のモノマーはスチレンである。
量%のジエン含量および約5〜約50重量%のビニル芳
香族炭化水素の含量を有することができ、好ましいコポ
リマーは約95〜約65重量%のジエン含量および約5
〜約35重量%のビニル芳香族炭化水素の含量を有す
る。
たはコポリマーは乳濁液または溶液の両者の製造したジ
エンのポリマーまたはコポリマー、例えば、ポリブタジ
エン、ポリイソプレン、スチレン/ブタジエンゴム(S
BR)などを包含する。ある数のこれらのタイプのポリ
マーおよびゴムは商業的に入手可能であり、そして商業
的に入手可能なゴムを必要に応じて利用することができ
る。あるいは、グラフトコポリマーの製造前にジエンの
ポリマーまたはコポリマーを別々に製造することができ
る。好ましいジエンのポリマーまたはコポリマーは溶液
のポリマーである。
く知られている方法において、1種または2種以上のモ
ノマーをアニオン性開始剤の存在下に炭化水素の溶媒中
に溶解することによって製造できる。ジエンのポリマー
またはコポリマーのビニルまたは1,2−微小構造をコ
ントロールしかつコポリマーのランダム化を実施するた
めに、これは適当な極性の変性剤、例えば、エーテルま
たは第3アミンを重合混合物の中に含めることによって
容易に達成することができる。
マーの製造において使用することができるアニオン性開
始剤は、ジエンのポリマーまたはコポリマーの製造のた
めに有用であることがこの分野において知られている任
意の有機アルカリ金属の開始剤であることができる。好
ましい開始剤は、有機リチウムの開始剤、ことにアルキ
ルリチウムの開始剤である。使用できる適当な有機リチ
ウム開始剤は、エチルリチウム、n−ブチルリチウム、
テトラメチレンジリチウム、ヒドロキシルリチウム、シ
クロヘキシルリチウム、フェニルリチウム、トリルリチ
ウムなどを包含する。とくに好ましい開始剤はn−ブチ
ルリチウムである。
のポリマーまたはコポリマーをグラフトコポリマーの主
鎖として使用することができる。このようなジエンのポ
リマーまたはコポリマーは、炭化水素の溶媒中で錫を含
有する開始剤の存在下に1種または2種以上のモノマー
を重合することによって製造できる。このような開始剤
は、適当な溶媒の存在下のトリ有機置換錫ハロゲン化物
またはヘキサ有機置換ジ錫化合物とリチウム金属と反応
生成物である。一般式R3SnXを有するトリ有機置換
錫ハロゲン化物は好ましい。有機部分Rは約1〜約20
個の炭素原子を有するアルキル、約3〜約20個の炭素
原子を有するシクロアルキル、約6〜約20個の炭素原
子を有するアリールおよび約7〜約20個の炭素原子を
有するアラルキルである。典型的なアルキルは、n−ブ
チル、s−ブチル、メチル、イソプロピルなどを包含す
る。シクロアルキルはシクロヘキシル、シクロヘプチル
などを包含する。アリールおよびアラルキル基はフェニ
ル、ベンジルなどを包含する。
造することができる。例えば、開始剤は錫−錫結合を含
有するヘキサ有機置換ジ錫化合物R3SnSnR3とリチ
ウム金属との反応生成物として形成することができる
(ここでRは前に定義した通りである)。好ましいジ錫
化合物は6〜12個の炭素原子を有し、例えば、ヘキサ
ブチル錫である。
化合物および約1〜約7重量%のリチウムの反応生成物
であることが好ましい。
は塩素および臭素を包含する。リチウムは好ましくはリ
チウム金属の形態で反応成分として存在し、そして鉱油
中の分散液として存在することもできる。好ましくは、
使用する溶媒はテトラヒドロフラン、テトラメチルエチ
レンジアミンまたはジエチレンメチルエーテル(ジグリ
ム)である。
の所望の反応生成物は、トリ有機置換錫リチウム化合物
である。好ましい開始剤は一般式R3SnLiを有し、
ここでRは上に定義した通りである。1つの好ましい触
媒は、テトラヒドロフラン中で塩化トリブチル錫とリチ
ウム金属とを反応させてトリブチル錫リチウムを形成す
る反応の生成物である。
マーまたはコポリマーを製造する手順およびこのような
手順において使用する錫を含有する開始剤のいっそう詳
細な説明について、欧州特許出願公開第493,839
号、1992年6月8日公開(開示をここに引用によっ
て加える)を参照することができる。
において使用できる炭化水素の溶媒は、モノマー、開始
剤および変性剤が可溶性である芳香族および脂肪族の炭
化水素を包含する。適当な炭化水素の溶媒は、ヘキサ
ン、ヘプタン、ペンタン、オクタン、シクロヘキサン、
シクロヘプタン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサ
ン、ベンゼンおよびトルエンを包含する。好ましい炭化
水素の溶媒はヘキサンおよびトルエンである。
2−微小構造の含量をコントロールしかつコポリマーの
ランダム化を実施するために使用できる極性変性剤は、
その目的に有用であることがジエンのポリマーまたはコ
ポリマーの分野において従来知られているのもの任意の
ものであることができる。適当な極性変性剤は次のもの
を包含する:エーテル、例えば、テトラヒドロフラン
(THF)、1,4−ジオキサン、モノグリコールメチ
ルエーテル(モノグリム)、ジグリコールメチルエーテ
ル(ジグリム)、トリグリムメチルエーテル(トリグリ
ム)および米国特許第4,429,091号に記載されて
いるオリゴマーのオキソラニルアルカン化合物、例え
ば、ビス(2−オキソラニル)メタン、2,2−ビス
(2−オキソラニル)プロパン;1,1−ビス(2−オ
キソラニル)エタン;2,2−ビス(5−メチル−2−
オキソラニル)プロパンなどおよび第3アミン化合物、
例えば、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリ
ブチルアミン、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレ
ンジアミン(TMEDA)、ジピペリジノエタンなど。
好ましい極性変性剤はTMEDAおよびオリゴマーのオ
キソラニルプロパンである。本発明のグラフトコポリマ
ーの主鎖部分として使用するジエンのポリマーまたはコ
ポリマーは約10〜約70%の範囲の1,2−微小構造
の含量を有することができ、好ましいジエンのポリマー
またはコポリマーは15〜60%の1,2−微小構造の
含量を有する。特定の1,2−微小構造の含量を有する
ジエンのポリマーまたはコポリマーの製造は、ある数の
因子、例えば、特定の開始剤、極性変性剤のタイプ、変
性剤/開始剤の比および重合温度に依存する。
小構造の含量を有するジエンのポリマーおよびコポリマ
ーを製造する方法の例示は、多数の特許および刊行物、
例えば、次の特許および刊行物に記載されている:米国
特許第3,451,988号および米国特許第4,264,
753号および刊行物「アルキルリチウムの重合および
共重合(Alkyllithium Polymeri
zations and Cpolymerizati
on)、ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンス(J
ournal of Polymer Scienc
e)、部A−1、Vol.10、p.1319−133
4(1972):それらの開示をここに引用によって加
える。
た開示を利用することによって、所望の1,2−微小構
造の含量を有するジエンのポリマーまたはコポリマーを
得るために必要な開始剤のタイプ、極性変性剤のタイ
プ、必要な変性剤/開始剤の比および重合条件を容易に
決定することができるであろう。
発明のグラフトコポリマーの主鎖部分を形成することが
できる。
−1418−64の中に見いだされるその規定の意味に
おいて使用し、そしてエチレン、プロピレンおよびジエ
ンモノマーのターポリマーを意味することを意図する。
このようなターポリマーを製造する方法は米国特許第
3,280,082号および英国特許第1,030,28
9号(それらの開示をここに引用によって加える)に例
示されている。好ましいターポリマーは約40〜約80
重量%のエチレンおよび約1〜約10重量%のジエンを
含有し、ターポリマーの残部はプロピレンである。
するジエンのモノマーは好ましくは非共役ジエンであ
る。使用できる非共役ジエンの例示は次の通りである:
ジシクロペンタジエン、アルキルジシクロペンタジエ
ン、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,
5−ヘキサジエン、1,4−ヘプタジエン、2−メチル
−1,5−ヘキサジエン、シクロオクタジエン、1,4−
オクタジエン、1,7−オクタジエン、5−エチリデン
−2−ノルボルネン、5−n−プロピリデン−2−ノル
ボルネン、5−(2−メチル−2−ブテニル)−2−ノ
ルボルネンなど。典型的なEPDMはヴィスタロン(V
istalon)2504(エクソン・ケミカル・カン
パニー)であり、これは約40のムーニイ粘度(ML、
1+8、100℃)および50重量%のエチレン、45
重量%のプロピレンおよび5.0重量%の5−エチリデ
ン−2−ノルボルネン、およびGPCにより測定した約
47,000のMnおよびGPCにより測定した約17
4,000のMwを有するターポリマーである。
lenR)521(ユニロイアル・ケミカル・カンパニ
ー)であり、これは約50のムーニイ粘度(ML/4/
100℃)および50重量%のエチレン、43重量%の
プロピレンおよび6.6重量%のエチリデンノルボルネ
ンを有するターポリマーである。
属塩はグラフトコポリマーの不飽和炭化水素ゴムの主鎖
にペンダント的にグラフトされている。金属塩の形成に
使用できる不飽和カルボン酸は、3〜8個の炭素原子を
有するα,β−エチレン系不飽和カルボン酸、例えば、
アクリル酸、メタクリル酸、桂皮酸およびクロトン酸で
あり、それらのうちでアクリル酸およびメタクリル酸が
好ましい。金属塩の形成に使用できる適当な金属イオン
は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウ
ム、亜鉛、バリウム、アルミニウム、錫、ジルコニウ
ム、リチウムおよびカドミウムのイオンであり、それら
のうちで亜鉛およびマグネシウムが好ましい。金属イオ
ンは好ましくはカルボン酸の塩の形態で導入する。好ま
しい金属塩はジメタクリル酸亜鉛である。
順により製造することができる。こうして、グラフトコ
ポリマーはまず前述のタイプの不飽和炭化水素ゴム、例
えば、ポリブタジエンを溶媒、例えば、ヘキサン中に溶
解し、次いで不飽和カルボン酸の金属塩、例えば、ジメ
タクリル酸亜鉛をポリマー溶液に添加し、遊離基開始
剤、例えば、アゾ−ビス−イソブチロニトリルをポリマ
ー溶液に添加し、次いで反応混合物を約40〜約150
℃の温度に約0.1〜100時間の間加熱してグラフト
コポリマーを形成することによって製造することができ
る。
ポリマーおよび遊離基開始剤の両者を溶解可能な任意の
溶媒の中に溶解することができる。しかしながら、好ま
しい溶媒は、もとのポリマーを製造した炭化水素の溶媒
である。こうして、好ましい溶媒は前述の炭化水素の溶
媒であり、これらのうちでヘキサンおよびトルエンはと
くに好ましい。
好ましくは適当な反応器の中に含有された得られたポリ
マー溶液に微細粉末の形態で撹拌しながら窒素雰囲気下
に添加して、ポリマー溶液中の金属塩の分散液を形成す
る。必須ではないが、金属塩をポリマー溶液に界面活性
剤と一緒に添加して、ポリマー溶液中の金属塩のいっそ
う安定な分散液を形成することがしばしば望ましかつ好
ましい。その目的に好ましい界面活性剤は、ローム・ア
ンド・ハース・カンパニーから表示トリトン(Trit
on)X−15、トリトン−45およびトリトンX−1
00で入手可能である非イオン性オクチルフェノキシポ
リエトキシエタノール界面活性剤である。
マー溶液に遊離基開始剤を添加して、ポリマーの主鎖へ
の金属塩のグラフト重合を実施する。一般に、開始剤の
添加前にポリマー溶液および分散した塩を含有する反応
器を密閉し、次いで開始剤を液体の形態で圧力下に反応
器に添加することが好ましい。その目的でポリマー溶液
に添加することができる適当な遊離基開始剤は、ジ−s
−ブチルペルオキシジカーボネート、t−アミルペルオ
キシピバレート、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(2−
エチルヘキサノイル−ペルオキシ)ヘキサン、t−アミ
ルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチル
−2−エチルヘキサノエート、2,2−アゾ−ビス−
(2−メチルプロピオニトリル)などを包含する。
合物を約40〜約150℃の温度に約0.1〜100時
間の間加熱してグラフトコポリマーを生成する。
例えば、アルコール凝固、水蒸気溶解化、熱的溶解化な
どにより反応媒質から回収することができる。さらに、
溶媒をグラフトコポリマーからドラム乾燥、真空乾燥な
どにより除去することができる。
は重合した不飽和カルボン酸金属塩をペンダント的にグ
ラフトして有する不飽和炭化水素ゴムの主鎖からなる。
グラフトコポリマーは約98〜約45重量%の不飽和炭
化水素ゴムおよび約2〜約55重量%の重合した不飽和
カルボン酸金属塩を含有する。
であり、そして硬化したとき、低い歪み(すなわち、5
0%)の測定値において高いモジュラスの性質を示す。
グラフトコポリマーは、普通のゴムの性質、例えば、カ
ーボンブラック、充填剤、加工油、促進剤などと配合す
ることができる。さらに、グラフトコポリマーは種々の
他のゴム、例えば、天然ゴム、ポリブタジエン、ポリイ
ソプレン、EPDMなどとブレンドして、タイヤ、工業
用ゴム製品、成形したゴム製品などにおいて実用性を有
するゴムコンパウンドを形成することができる。
する。これらの実施例は本発明を限定しない。特記しな
い限り、部および百分率は重量による。
℃)および12%のビニル含量を有する普通のポリブタ
ジエンゴムを500ccのテトラヒドロフラン(TH
F)と一緒に、28オンスのびんの中に供給した。ゴム
が溶解した後、米国特許第4,500,466号に記載さ
れている方法に実質的に従い製造したジメタクリル酸亜
鉛の30.0gをびんに添加した。次いで、2.0gのア
ゾ−ビス−イソブチロニトリル開始剤(AIBN)をび
んに添加した。びんを密閉し、次いで50℃に1時間、
そして70℃に24時間加熱した。生ずるグラフトコポ
リマーを反応媒質から溶媒の蒸発により回収した。
レン/ジエンモノマーのターポリマー(EPDM)であ
るグラフトコポリマーの製造を例示する。
マーを実施例1の手順に実質的に従い28オンスのびん
の中で製造した。こうして、5本のびんの各々に60g
のロイアレン(Royalen)521のEPDM、3
0gのジメタクリル酸亜鉛および500ccのヘキサン
を供給した。開始剤のタイプおよび量をグラフト共重合
条件とともに変化させた。生ずるグラフトコポリマーを
ムーニイ粘度(ML/4/100℃)について試験し、
そしてグラフト%について分析した。開始剤のタイプお
よび量、ムーニイ粘度およびグラフト%を表IIに示
す。
の溶液中で2.000g(W0)を撹拌することによっ
て亜鉛を除去し、次いで40ccのTHFを混合した。
コポリマーがドラム乾燥器からの薄い多孔質ロールの形
態である場合、少なくとも2時間を必要とした。より圧
縮される試料が得られたとき、それをまず小さい片(最
大6mmの厚さ)に切断する場合、同一の時間を使用す
ることができた。これが不可能であった場合、抽出時間
を6時間まで延長した。70時間まで連続することによ
って、追加の抽出可能な物は除去されなかった。
の洗浄により、ゴムを回収した。試料を60℃〜100
℃において真空乾燥して、ポリメタクリル酸(Wd)と
グラフトするゴムを得た。グラフト%を次の式により計
算した。
在するゴムの重量分率であり、そして0.731は、亜
鉛の酸抽出後、メタクリル酸亜鉛の中に存在するであろ
うポリメタクリル酸の計算した最大重量である。
発明のグラフトコポリマーの製造を例示する。
ーを製造した:撹拌機、温度計および窒素入口を装備し
た2ガロンの反応器に、644gのポリマーおよび5.
48ポンドのヘキサンを供給した。ゴムが溶解した後、
1.25mlのトリトンX−15、トリトンX−45お
よびトリトンX−100の界面活性剤および322gの
ジメタクリル酸亜鉛粉末を反応器に添加した。次いで反
応器を密閉し、そして窒素でパージしてすべての酸素を
除去した。次いで、生ずる反応混合物を撹拌してジメタ
クリル酸亜鉛粉末を溶液の中に均一に分散した。次い
で、使用する遊離基過酸化物開始剤に所望の温度に反応
器を加熱した。過酸化物をヘキサン中で希釈し、次いで
反応器の中に圧入すると同時に固体の開始剤は溶解し
て、反応器への添加前に、トルエン中の4%の溶液を形
成した。溶媒を生ずるグラフトコポリマーからドラム乾
燥により除去し、そしてコポリマーを酸化防止剤と混合
した。
(ML/4/100℃)について試験し、そしてグラフ
ト%について分析した。ポリマーのタイプ、開始剤のタ
イプおよび量、グラフト共重合条件、ムーニイ粘度およ
びグラフト%を表IIIに示す。
トコポリマーの物理的性質への効果を、以下の実施例に
より例示する。
わち、非グラフト)SBRに種々のレベルのジメタクリ
ル酸亜鉛(以後Zn(MA)2と略す)をグラフトするこ
とによって、グラフトコポリマーを製造した。
造において使用した手順に実質的に従い、グラフトコポ
リマーを製造した。グラフトコポリマー中のポリZn
(MA)2の%およびグラフト%を表IVに示す。
剤と配合した。比較の目的で、実施例10のベースのS
BRを酸化亜鉛、ステアリン酸、硫黄および促進剤と配
合して対照とした。
室温において応力−歪みの性質について試験した。試験
および試験結果を表Vに示す。
グラフトコポリマーは硬化した状態で高いモジュラスを
示す。
である。
ンダント的にグラフトして有する不飽和炭化水素ゴムの
主鎖からなるグラフトコポリマー。
リマーまたはコポリマーおよびエチレン/プロピレン/
ジエンモノマーのターポリマーから成る群より選択され
る上記第1項記載のグラフトコポリマー。
ーが錫の末端基を有する上記第2項記載のグラフトコポ
リマー。
ーがポリブタジエン、ポリイソプレンおよびスチレン/
ブタジエンのコポリマーから成る群より選択される上記
第2項記載のグラフトコポリマー。
和カルボン酸の金属塩である上記第1項記載のグラフト
コポリマー。
る上記第1項記載のグラフトコポリマー。
45重量%の不飽和炭化水素ゴムおよび約2〜約55重
量%の重合した不飽和カルボン酸金属塩を含有する、上
記第1項記載のグラフトコポリマー。
を形成し、(2)不飽和カルボン酸の金属塩を前記溶液
に添加し、(3)遊離基開始剤を前記溶液に添加して反
応混合物を形成し、そして(4)生ずる反応混合物を約
40〜約150℃の温度に約0.1〜100時間の間加
熱する、からなる、重合した不飽和カルボン酸金属塩を
ペンダント的にグラフトして有する不飽和炭化水素ゴム
の主鎖からなるグラフトコポリマーを製造する方法。
面活性剤を添加することをさらに含む上記第8項記載の
方法。
ポリマーまたはコポリマーおよびエチレン/プロピレン
/ジエンモノマーのターポリマーから成る群より選択さ
れる上記第8項記載の方法。
マーが錫の末端基を有する上記第10項記載の方法。
マーがポリブタジエン、ポリイソプレンおよびスチレン
/ブタジエンのコポリマーから成る群より選択される上
記第10項記載の方法。
飽和カルボン酸の金属塩である上記第8項記載の方法。
ある上記第8項記載の方法。
剤である上記第8項記載の方法。
−イソブチロニトリルである上記第15項記載の方法。
Claims (2)
- 【請求項1】 重合した不飽和カルボン酸金属塩を溶液
に溶解した均一系でグラフト化させて得た不飽和カルボ
ン酸金属塩重合体をペンダント的にグラフトして有する
不飽和炭化水素ゴムの主鎖からなるグラフトコポリマ
ー。 - 【請求項2】 工程: (1)不飽和炭化水素ゴムを溶媒中に溶解してゴム溶液
を形成し、 (2)不飽和カルボン酸の金属塩を前記溶液に添加し、 (3)遊離基開始剤を前記溶液に添加して反応混合物を
形成し、 (4)生ずる反応混合物を約40〜約150℃の温度に
約0.1〜100時間の間加熱する、 からなる、重合した不飽和カルボン酸金属塩をペンダン
ト的にグラフトして有する不飽和炭化水素ゴムの主鎖か
らなるグラフトコポリマーを製造する方法。
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