JP4277179B2 - Method for producing polydiene - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリジエンの製造方法に関し、さらに詳細には、得られる重合体のビニル結合含量が高く、分子量の調節ができる、特定の触媒系を用いた、結晶化度を有する1,2−ポリジエンの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、1,2−ポリブタジエンは、コバルト塩のホスフィン錯体とトリアルキルアルミニウムと水からなる触媒(特許文献1,特許文献2)、または、コバルト塩スラリーとホスフィン溶液とメチルアルミノキサンからなる触媒(非特許文献3)により得られている。
これらに記述される触媒系では、コバルト塩のホスフィン錯体を使用するときはホスフィン錯体の有機溶媒に対する溶解度が低いため触媒成分の調製設備が大きくなり、過大な投資が必要になる。また、塩化コバルトスラリーを用いると、触媒の効率が低くポリマーを得るには多くの触媒を使用する必要があり、残留触媒によるポリマーの着色などが問題となる。
【0003】
【特許文献1】
特公昭44−32425公報
【特許文献2】
特開平1−249788公報
【非特許文献3】
Dilip C.D.Nath, Takeshi Shiono and Tomiki Ikeda, Journal of Polymer Science, Vol40, 3086-3092(2002)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の課題を背景になされたもので、(A)コバルト塩、(B)ホスフィン化合物、(C)活性ハロゲンを含有する化合物、および(D)アルミノキサンを使用することで、高濃度の触媒成分として調製でき、かつ少量の触媒でポリマーが得られる特定の触媒系を用い、得られる重合体のビニル結合含量が高く、分子量の調節ができる高い結晶化度を有するポリジエンの製造方法に関する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、(A)コバルト塩、(B)ホスフィン化合物、(C)活性ハロゲンを有する化合物、および(D)アルミノキサンを含む触媒系を使用して、1,3−ジエン類を、炭化水素溶媒中でかつ水を混入させることなく重合することを特徴とするポリジエンの製造方法に関する。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の触媒系に使用される(A)コバルト塩は、酢酸コバルト、乳酸コバルト、オクチル酸コバルト、オクタン酸コバルト、ステアリン酸コバルト、バーサチック酸コバルトおよびナフテン酸コバルトが挙げられる.これらの中で、有機溶剤に対する溶解性の高いオクチル酸コバルト、オクタン酸コバルト、バーサチック酸コバルトが好ましい。
【0007】
また、(B)ホスフィン化合物としては、例えば、ジフェニルシクロヘキシルホスフィン、ジフェニルイソプロピルホスフィン、ジフェニルイソブチルホスフィン、ジフェニルt−ブチルホスフィン、ジフェニルシクロペンチルホスフィン、ジフェニル(4−メチルシクロヘキシル)ホスフィン、ジフェニルシクロペンチルホスフィン、ジフェニルシクロオクチルホスフィンなどの、ジフェニルアルキルホスフィン類やトリフェニルホスフィン、トリス(3−メチルフェニルホスフィン)、トリス(3,5−ジメチルフェニルホスフィン)、トリス(4−メトキシフェニルホスフィン)、トリス(3,5−ジメチル,4−メトキシフェニルホスフィン)などのフェニルホスフィン類などが挙げられる.
【0008】
さらに、(C)成分である活性ハロゲンを含有する化合物としては、例えば
ジメチルアルミニウムクロライド、メチルアルミニウムジクロライド、ジメチルアルミニウムブロマイド、メチルアルミニウムジブロマイド、ジメチルアルミニウムフロライド、メチルアルミニウムジフロライドなどのメチルアルミニウムハライド類や、ジエチルアルミニウムクロライド、エチルアルミニウムジクロライド、ジエチルアルミニウムブロマイド、エチルアルミニウムジブロマイド、ジエチルアルミニウムフロライド、エチルアルミニウムジフロライドなどのエチルアルミニウムハライド類などのハロゲン化アルミニウム化合物;
フッ化ホウ素フェノール錯体、フッ化ホウ素エーテル錯体などのフッ化ホウ素錯体;
メチルトリクロロシラン、ジメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、テトラクロロシランなどのハロゲン化シラン化合物;
四塩化チタン、四塩化錫などハロゲン化金属化合物;
ベンジルクロライド、アリルクロライド、ジブロムメタン、ジクロルエタン、ジブロムエタンなどの有機活性ハロゲン化物;
などが挙げられる。
これらの(C)成分のうち、重合活性の面から、ハロゲン化アルミニウム化合物、ハロゲン化金属化合物、ハロゲン化シラン化合物、有機活性ハロゲン化物が好ましい。
さらに、(D)成分であるアルミノキサンとしては、メチルアルミノキサン、エチルアルミノキサン、ブチルアルミノキサンなどが挙げられ、これらの中でメチルアルミノキサンが最も好ましい。また、これらのアルキルアルミノキサンはあらかじめ合成したものを使用してもよいし、トリアルキルアルミニウムと水とで重合系中で合成してもよい。
【0009】
本発明に使用される触媒において、あらかじめ、(C)成分と(A)成分、または、(C)成分と(A)成分と(B)成分を混合して得られるコバルト触媒を用い、これらのコバルト触媒を、前者では(B),(D)成分、後者では(D)成分と接触させることにより、重合体を効率よく製造することができる。
または、あらかじめ、(C)成分と(D)成分を混合して得られるアルミ助触媒と(A)成分と(B)成分を接触することにより、重合体を効率よく製造することができる。
【0010】
本発明に使用される触媒系において、(A)コバルト塩、(B)ホスフィン化合物と(C)活性ハロゲンを含有する化合物の使用割合は、(A)コバルト塩1モルに対し、(B)ホスフィン化合物が好ましくは0.5〜5モルであり、(C)活性ハロゲンを含有する化合物の使用割合は、(A)コバルト塩1モルに対し、0.5〜10モルである。
また、(A)成分のコバルト塩の使用量は、1,3−ジエン類とコバルト原子のモル比(1,3−ジエン類/Co)で5,000〜200,000、好ましくは10,000〜150,000の範囲である。1,3−ジエン類/Co(モル比)が、5,000未満では得られる重合体の機械的強度が劣り、一方200,000を超えると重合活性が低下する。
さらに、(D)成分(アルミノキサン)の使用量は、1,3−ジエン類と(D)成分中のアルミニウム原子のモル比(1,3−ジエン類/Al)で500〜4,000、好ましく1000〜3,000の範囲である。1,3−ジエン類/Al(モル比)が、500未満では経済的に不利であり、一方4,000を超えると重合活性が低下する。なお、(A)成分のコバルト原子に対する(D)成分のアルミニウム原子の比(Al/Co)としては、通常、5〜300、好ましくは7.5〜100程度である。Al/Co(原子比)が、5未満では重合活性が低下し、一方300を超えると経済的に不利である。
【0011】
上記触媒調製に用いられる不活性有機溶媒としては、例えばベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ブタン、ブテン、ペンタン、ペンテン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼンなどの塩素化炭化水素、および、これらの混合物を使用することができる。
なお、触媒調製に用いられる不活性有機溶媒としては、重合溶媒と同じ溶媒を使用することも好ましい。
【0012】
本発明では、1,3−ジエン類を、(A)、(B)、(D)および(C)成分を主成分とする触媒系を用い、炭化水素溶媒中で重合することにより、5%から40%の結晶化度を有する1,2−ポリジエンを製造することができる。
【0013】
なお、本発明では、1,3−ジエン類としては、1,3−ブタジエン、4−アルキル置換−1,3−ブタジエン、2−アルキル置換−1,3−ブタジエンの化合物が挙げられる。このうち、4−アルキル置換−1,3−ブタジエンとしては、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、1,3−ヘプタジエン、1,3−オクタジエン、1,3−ノナジエン、1,3−デカジエンなどが挙げられる。また、2−アルキル置換−1,3−ブタジエンの代表的なものは、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)、2−エチル−1,3−ブタジエン、2−プロピル−1,3−ブタジエン、2−イソプロピル−1,3−ブタジエン、2−ブチル−1,3−ブタジエン、2−イソブチル−1,3−ブタジエン、2−アミル−1,3−ブタジエン、2−イソアミル−1,3−ブタジエン、2−ヘキシル−1,3−ブタジエン、2−シクロヘキシル−1,3−ブタジエン、2−イソヘキシル−1,3−ブタジエン、2−ヘプチル−1,3−ブタジエン、2−イソヘプチル−1,3−ブタジエン、2−オクチル−1,3−ブタジエン、2−イソオクチル−1,3−ブタジエンなどが挙げられる。これらの共役ジエンのなかで、1,3−ブタジエンとイソプレンが好ましく、1,3−ブタジエンが最も好ましい。
【0014】
重合溶媒として用いられる炭化水素溶媒としては、例えばベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ブタン、ブテン、ペンタン、ペンテン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼンなどの塩素化炭化水素、および、これらの混合物が挙げられる。好ましくは、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、塩化メチレンなどが挙げられる。さらに好ましくは、非ハロゲン系という点から、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエンなどの非ハロゲン系炭化水素溶媒である。
【0015】
重合温度は、通常、−20℃〜+120℃であり、好ましくは、+10℃〜+90℃である。重合反応は、回分式でも、連続式でもよい。なお、溶媒中の単量体濃度は、通常、5〜80重量%、好ましくは、8〜40重量%である。
また、重合体を製造するためには、本発明の触媒および重合体を失活させないために、重合系内に酸素、水、あるいは炭酸ガスなどの失活作用のある化合物の混入を極力なくすよう配慮が必要である。
重合反応が所望の段階まで進行したら、反応混合物をアルコールなどの重合停止剤、老化防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などを添加し、次いで、通常の方法に従って生成した重合体を分離、洗浄、乾燥して目的のポリジエンを得ることができる。
【0016】
本発明の製造方法によって得られるポリジエンは、ビニル結合含量が85%以上、好ましくは90%以上である。
結晶化度は、用いるホスフィン化合物の種類と重合温度などにより調整することができる。
本発明によって得られるポリジエンの結晶化度は、好ましくは5〜40%、さらに好ましくは10〜35%である。5%未満では、機械的強度が劣り、一方、40%を超えると、加工性が劣る。
また、本発明において、得られるポリジエンが結晶性1,2−ポリブタジエンの場合、結晶化度は、好ましくは5〜40%、さらに好ましくは10〜35%である。
上記ポリジエンの結晶化度は、重合温度や(B)のホスフィン化合物の種類や量を調整することによって調整することができる。
さらに、本発明で得られるポリジエン(1,2−ポリジエン)の分子量は、ポリスチレン換算の重量平均分子量で、通常、5万〜60万である。5万未満では、強度的性質に劣り、一方、60万を超えると加工性が劣るようになる。分子量は、アルミニウム原子/コバルト原子の比率により調整することができる。
【0017】
本発明により、1,3−ブタジエンなどのジエン類を重合して得られる結晶性1,2−ポリブタジエンなどのポリジエンは、単独で、または、他の合成樹脂、合成ゴム、もしくは、天然ゴムとブレンドし原料樹脂、もしくは、原料ゴムとして配合して、さらに必要ならば、プロセス油で油展し、次いでカーボンブラックなどの充填剤、加硫剤、および、加硫促進剤などの通常の加硫ゴム配合剤を加えてゴム組成物として加硫することにより、機械的特性および耐摩耗性が要求される用途、例えば、タイヤ、ホース、ベルト、スポンジ、履物素材、シート、フィルム、チューブ、包装材、樹脂改質剤、感光性材料およびその他の各種工業用品に用いることができる。
【0018】
【実施例】
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に何ら制約されるものではない。
なお、実施例中、部、および%は特に断らない限り、重量基準である。
また、実施例中の各種の測定は、下記の方法によった。
【0019】
1,2−ポリブタジエンのビニル結合含量(1,2−結合含量)は、赤外吸収スペクトル法(モレロ法)によって求めた。
1,2−ポリブタジエンの結晶化度は、結晶化度0%の1,2−ポリブタジエンの密度を0.889g/cm3、結晶化度100%の1,2−ポリブタジエンの密度を0.963g/cm3として、水中置換法により測定した密度から換算した。
重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い、40℃、テトラヒドロフランを溶媒として、ポリスチレン換算として測定した。
メルトフローインデックス(MI)は、メルトフローインデックサーにより、温度150℃、荷重2.16キログラムの条件で10分間に相当する時間に流出した樹脂量(g)を示した。
【0020】
実施例1
触媒溶液の調製:
乾燥窒素雰囲気中で、30ml耐圧ビンに、トルエン2ml、(A)オクチル酸コバルトの0.1モル/Lトルエン溶液0.25ml、(B)トリス(3−メチルフェニルホスフィン)の0.1モル/Lトルエン溶液0.31mlと(C)ジメチルアルミニウムクロライド0.1モル/Lトルエン溶液を加えて室温下10分間撹拌した。これに、(D)メチルアルミノキサン1%(Al原子として)トルエン溶液2.95ml加えてさらに10分間撹拌しコバルト触媒溶液とした。
【0021】
1,3−ブタジエンの重合:
乾燥窒素雰囲気中で、500ml耐圧ビンに、1,3−ブタジエン(BD)60ml、シクロヘキサン248mlを入れ、得られたコバルト触媒溶液を0.70ml加え、36℃の恒温水槽中で60分間重合した。
反応停止は、停止剤として少量のエタノールを加えることによって行った。
次いで、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾールを重合体100部に対して0.3部加え、ホットプレート上で加熱し、溶媒を除去することで、重合体を得、収量から重合転化率を求めた。それぞれの触媒成分とブタジエンの割合と重合の結果を表1に示す。
【0022】
実施例2〜7
実施例1と同様の手法を用いて、表1に示すコバルト塩およびホスフィン化合物および活性ハロゲン化物を用いてコバルト触媒溶液を調製した。コバルト塩量、ホスフィン化合物量および活性ハロゲン化物量を、表1に示す条件として1,3−ブタジエンの重合を行った。結果を表1に示す。
【0023】
比較例1〜2
実施例1と同様の手法を用いて、表1に示すコバルト塩およびホスフィン化合物および活性ハロゲン化物のいずれかを添加せずに同様に溶液を調製し、ブタジエンの重合を試みた。結果を表1に示す。
【0024】
活性ハロゲン化物がないと極めて重合活性が低く工業的に製造コストが高くなるばかりでなくコバルト残さが多くなり好ましくない。また、ホスフィンがないと1,2−ポリブタジエンは得られなかった。
【0025】
表1から明らかなように、実施例1〜5では、36℃の重合温度において、高い結晶化度の重合体を高収率で得ることができるが、比較例1〜2おいては、ほとんど重合せず低い収率でしか重合体は得られなかった。
【0026】
実施例8〜10
活性ハロゲン化合物の種類を変えて実験した結果を表1に示す。
表1から明らかなように、ハロゲン化シラン化合物や四塩化チタンのような活性ハロゲン化物でも、収率良く結晶性1,2−ポリブタジエンが得られた。結果を表1に示す。
【0027】
実施例11
実施例1のブタジエンをブタジエン54mlとイソプレン7mlに変えて実施例1と同様に重合した。生成したポリマー中に、イソプレンが7.1%共重合していた。ポリマーの融点は87℃であり、結晶性のブタジエン・イソプレン共重合体であった。結果を表1に示す。
【0028】
【表1】

Figure 0004277179
【0029】
以上のように、本発明の実施例で用いたオクチル酸コバルトは、トルエンに対して任意の割合で溶解する溶解性の高い化合物である。一方、臭化コバルト・トリス(3−メチルフェニルホスフィン)錯体[CoBr2・2P(m-CH3C5H4)3]のトルエンに対する溶解度はわずか0.4%であり、大量の溶媒を必要とするため工業的に使用するには大きな調整タンクを必要とする。特公昭44−32425公報や特開平1−249788公報で示された錯体を使用する方法と比較して、本発明は高濃度のコバルト触媒を使用することができ効率的な生産が可能になる。
また、本発明は Journal of Polymer Science, Vol40, 3086-3092(2002)に示された塩化コバルトをスラリー状態で使用する方法と比較すると、コバルト量で約1/3、アルミノキサン量で約1/10と少なく、触媒が効率的に活用されていることが分かる。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒系として、コバルト塩、ホスフィン化合物、活性ハロゲンを含有する化合物およびアルミノキサンを用いて調製し、この触媒系を使用して、1,3−ジエン類を、炭化水素溶媒中でかつ水を混入させることなく重合することで、高い結晶化度を有するポリエンを効率よく製造することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a polydiene, and more particularly, a 1,2-polydiene having crystallinity using a specific catalyst system in which the resulting polymer has a high vinyl bond content and a molecular weight controllable. It relates to the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, 1,2-polybutadiene is a catalyst composed of a phosphine complex of a cobalt salt, a trialkylaluminum, and water (Patent Document 1, Patent Document 2), or a catalyst composed of a cobalt salt slurry, a phosphine solution, and methylaluminoxane (non-patent). It is obtained by reference 3).
In the catalyst systems described in these, when a phosphine complex of cobalt salt is used, the solubility of the phosphine complex in an organic solvent is low, so the equipment for preparing the catalyst component becomes large, and excessive investment is required. In addition, when cobalt chloride slurry is used, it is necessary to use a large number of catalysts in order to obtain a polymer with low catalyst efficiency, and coloring of the polymer by residual catalyst becomes a problem.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 44-32425 [Patent Document 2]
JP-A-1-249788 [Non-Patent Document 3]
Dilip CDNath, Takeshi Shiono and Tomiki Ikeda, Journal of Polymer Science, Vol40, 3086-3092 (2002)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in the background of the above-mentioned problems of the prior art. By using (A) a cobalt salt, (B) a phosphine compound, (C) a compound containing an active halogen, and (D) an aluminoxane, Production of polydienes with a high degree of crystallinity that can be prepared as a high concentration catalyst component and have a high degree of crystallinity with high vinyl bond content and molecular weight control, using a specific catalyst system in which a polymer can be obtained with a small amount of catalyst Regarding the method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses a catalyst system comprising (A) a cobalt salt, (B) a phosphine compound, (C) an active halogen compound, and (D) an aluminoxane to convert 1,3-dienes into a hydrocarbon solvent. The present invention relates to a process for producing a polydiene, characterized in that polymerization is carried out without mixing water .
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The (A) cobalt salt used in the catalyst system of the present invention includes cobalt acetate, cobalt lactate, cobalt octylate, cobalt octoate, cobalt stearate, cobalt versatate and cobalt naphthenate. Of these, cobalt octylate, cobalt octoate, and cobalt versatate, which are highly soluble in organic solvents, are preferred.
[0007]
Examples of the (B) phosphine compound include diphenylcyclohexylphosphine, diphenylisopropylphosphine, diphenylisobutylphosphine, diphenylt-butylphosphine, diphenylcyclopentylphosphine, diphenyl (4-methylcyclohexyl) phosphine, diphenylcyclopentylphosphine, and diphenylcyclooctyl. Diphenylalkylphosphines such as phosphine, triphenylphosphine, tris (3-methylphenylphosphine), tris (3,5-dimethylphenylphosphine), tris (4-methoxyphenylphosphine), tris (3,5-dimethyl, And 4-phenylphenylphosphine).
[0008]
Furthermore, examples of the active halogen-containing compound (C) include methyl aluminum halides such as dimethylaluminum chloride, methylaluminum dichloride, dimethylaluminum bromide, methylaluminum dibromide, dimethylaluminum fluoride, and methylaluminum difluoride And aluminum halide compounds such as diethylaluminum chloride, ethylaluminum dichloride, diethylaluminum bromide, ethylaluminum dibromide, diethylaluminum fluoride, ethylaluminum difluoride and the like;
Boron fluoride complexes such as boron fluoride phenol complex and boron fluoride ether complex;
Halogenated silane compounds such as methyltrichlorosilane, dimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, trimethylchlorosilane, tetrachlorosilane;
Metal halide compounds such as titanium tetrachloride and tin tetrachloride;
Organic active halides such as benzyl chloride, allyl chloride, dibromomethane, dichloroethane, dibromoethane;
Etc.
Among these (C) components, from the viewpoint of polymerization activity, an aluminum halide compound, a metal halide compound, a halogenated silane compound, and an organic active halide are preferable.
Furthermore, examples of the aluminoxane as component (D) include methylaluminoxane, ethylaluminoxane, butylaluminoxane, and the like, and among these, methylaluminoxane is most preferable. These alkylaluminoxanes may be synthesized in advance or may be synthesized in a polymerization system with trialkylaluminum and water.
[0009]
In the catalyst used in the present invention, a cobalt catalyst obtained by mixing (C) component and (A) component or (C) component, (A) component and (B) component in advance is used. By contacting the cobalt catalyst with the components (B) and (D) in the former and the component (D) in the latter, the polymer can be produced efficiently.
Alternatively, the polymer can be efficiently produced by previously contacting the aluminum promoter obtained by mixing the component (C) and the component (D) with the component (A) and the component (B).
[0010]
In the catalyst system used in the present invention, the ratio of (A) cobalt salt, (B) phosphine compound and (C) active halogen-containing compound is (B) phosphine to 1 mol of (A) cobalt salt. The compound is preferably 0.5 to 5 mol, and the use ratio of the compound containing (C) active halogen is 0.5 to 10 mol with respect to 1 mol of (A) cobalt salt.
Moreover, the usage-amount of the cobalt salt of (A) component is 5,000-200,000 in the molar ratio (1,3-dienes / Co) of 1,3-dienes and a cobalt atom, Preferably it is 10,000. It is in the range of ˜150,000. If the 1,3-dienes / Co (molar ratio) is less than 5,000, the resulting polymer has poor mechanical strength, whereas if it exceeds 200,000, the polymerization activity is lowered.
Furthermore, the amount of component (D) (aluminoxane) used is 500 to 4,000, preferably in terms of the molar ratio of 1,3-dienes to aluminum atoms in component (D) (1,3-dienes / Al). It is the range of 1000-3,000. If the 1,3-dienes / Al (molar ratio) is less than 500, it is economically disadvantageous, while if it exceeds 4,000, the polymerization activity decreases. In addition, as ratio (Al / Co) of the aluminum atom of (D) component with respect to the cobalt atom of (A) component, it is 5-300 normally, Preferably it is about 7.5-100. When Al / Co (atomic ratio) is less than 5, the polymerization activity is lowered, while when it exceeds 300, it is economically disadvantageous.
[0011]
Examples of the inert organic solvent used for the catalyst preparation include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene, aliphatic hydrocarbons such as butane, butene, pentane, pentene, hexane, heptane, and octane, cyclopentane, and cyclohexane. Alicyclic hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, chlorinated hydrocarbons such as chlorobenzene, o-dichlorobenzene, p-dichlorobenzene, and mixtures thereof can do.
In addition, it is also preferable to use the same solvent as a polymerization solvent as an inert organic solvent used for catalyst preparation.
[0012]
In the present invention, 1,3-dienes are polymerized in a hydrocarbon solvent using a catalyst system mainly composed of the components (A), (B), (D) and (C), and 5% 1,2-polydienes having a crystallinity of 40% can be produced.
[0013]
In the present invention, 1,3-dienes include compounds of 1,3-butadiene, 4-alkyl-substituted-1,3-butadiene, and 2-alkyl-substituted-1,3-butadiene. Among these, as 4-alkyl substituted 1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 1,3-hexadiene, 1,3-heptadiene, 1,3-octadiene, 1,3-nonadiene, 1,3- Examples include decadien. Representative examples of 2-alkyl-substituted-1,3-butadiene include 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene), 2-ethyl-1,3-butadiene, 2-propyl-1,3-butadiene. Butadiene, 2-isopropyl-1,3-butadiene, 2-butyl-1,3-butadiene, 2-isobutyl-1,3-butadiene, 2-amyl-1,3-butadiene, 2-isoamyl-1,3- Butadiene, 2-hexyl-1,3-butadiene, 2-cyclohexyl-1,3-butadiene, 2-isohexyl-1,3-butadiene, 2-heptyl-1,3-butadiene, 2-isoheptyl-1,3- Examples include butadiene, 2-octyl-1,3-butadiene, and 2-isooctyl-1,3-butadiene. Of these conjugated dienes, 1,3-butadiene and isoprene are preferred, and 1,3-butadiene is most preferred.
[0014]
Examples of the hydrocarbon solvent used as a polymerization solvent include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene, aliphatic hydrocarbons such as butane, butene, pentane, pentene, hexane, heptane, and octane, cyclopentane, and cyclohexane. Examples include alicyclic hydrocarbons, chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, p-dichlorobenzene, and mixtures thereof. Preferably, cyclohexane, heptane, toluene, methylene chloride, etc. are mentioned. More preferred are non-halogen hydrocarbon solvents such as cyclohexane, heptane, and toluene from the viewpoint of non-halogen.
[0015]
The polymerization temperature is usually −20 ° C. to + 120 ° C., preferably + 10 ° C. to + 90 ° C. The polymerization reaction may be batch or continuous. In addition, the monomer concentration in a solvent is 5 to 80 weight% normally, Preferably, it is 8 to 40 weight%.
Further, in order to produce a polymer, in order not to deactivate the catalyst and the polymer of the present invention, it is necessary to minimize the mixing of a deactivating compound such as oxygen, water or carbon dioxide gas in the polymerization system. Consideration is necessary.
When the polymerization reaction has proceeded to the desired stage, the reaction mixture is added with a polymerization terminator such as alcohol, an anti-aging agent, an antioxidant, an ultraviolet absorber, etc., and then the polymer produced is separated and washed according to the usual method. The desired polydiene can be obtained by drying.
[0016]
The polydiene obtained by the production method of the present invention has a vinyl bond content of 85% or more, preferably 90% or more.
The degree of crystallinity can be adjusted by the type of phosphine compound used and the polymerization temperature.
The crystallinity of the polydiene obtained by the present invention is preferably 5 to 40%, more preferably 10 to 35%. If it is less than 5%, the mechanical strength is inferior. On the other hand, if it exceeds 40%, the workability is inferior.
In the present invention, when the polydiene obtained is crystalline 1,2-polybutadiene, the crystallinity is preferably 5 to 40%, more preferably 10 to 35%.
The crystallinity of the polydiene can be adjusted by adjusting the polymerization temperature and the type and amount of the phosphine compound (B).
Furthermore, the molecular weight of the polydiene (1,2-polydiene) obtained in the present invention is a weight average molecular weight in terms of polystyrene and is usually 50,000 to 600,000. If it is less than 50,000, the strength properties are inferior, while if it exceeds 600,000, the workability becomes inferior. The molecular weight can be adjusted by the ratio of aluminum atom / cobalt atom.
[0017]
According to the present invention, a polydiene such as crystalline 1,2-polybutadiene obtained by polymerizing dienes such as 1,3-butadiene may be used alone or blended with other synthetic resins, synthetic rubbers, or natural rubbers. Ordinary vulcanized rubber such as carbon black and other fillers, vulcanizing agents, and vulcanization accelerators. By adding a compounding agent and vulcanizing it as a rubber composition, applications that require mechanical properties and abrasion resistance, such as tires, hoses, belts, sponges, footwear materials, sheets, films, tubes, packaging materials, It can be used for resin modifiers, photosensitive materials, and other various industrial products.
[0018]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not restrict | limited at all to the following Examples, unless the summary is exceeded.
In the examples, parts and% are based on weight unless otherwise specified.
In addition, various measurements in the examples were based on the following methods.
[0019]
The vinyl bond content (1,2-bond content) of 1,2-polybutadiene was determined by an infrared absorption spectrum method (Morello method).
The crystallinity of 1,2-polybutadiene is such that the density of 1,2-polybutadiene having a crystallinity of 0% is 0.889 g / cm 3 and the density of 1,2-polybutadiene having a crystallinity of 100% is 0.963 g / cm 2 . It was converted from the density measured by the underwater substitution method as cm 3 .
The weight average molecular weight (Mw) was measured in terms of polystyrene using gel permeation chromatography (GPC) at 40 ° C. and tetrahydrofuran as a solvent.
The melt flow index (MI) was the amount of resin (g) that flowed out in a time corresponding to 10 minutes under the conditions of a temperature of 150 ° C. and a load of 2.16 kg by the melt flow indexer.
[0020]
Example 1
Preparation of catalyst solution:
In a dry nitrogen atmosphere, in a 30 ml pressure bottle, 2 ml of toluene, (A) 0.1 mol / L toluene solution of cobalt octylate, 0.25 ml, (B) 0.1 mol / ml of tris (3-methylphenylphosphine) 0.31 ml of L toluene solution and 0.1 mol / L toluene solution of (C) dimethylaluminum chloride were added and stirred at room temperature for 10 minutes. To this, 2.95 ml of toluene solution (D) 1% methylaluminoxane (as Al atoms) was added and stirred for another 10 minutes to obtain a cobalt catalyst solution.
[0021]
Polymerization of 1,3-butadiene:
In a dry nitrogen atmosphere, in a 500 ml pressure bottle, 60 ml of 1,3-butadiene (BD) and 248 ml of cyclohexane were added, 0.70 ml of the obtained cobalt catalyst solution was added, and polymerization was performed in a constant temperature water bath at 36 ° C. for 60 minutes.
The reaction was stopped by adding a small amount of ethanol as a stopper.
Next, 0.3 parts of 2,6-di-t-butyl-p-cresol was added to 100 parts of the polymer, heated on a hot plate, and the solvent was removed to obtain the polymer. The polymerization conversion was determined. Table 1 shows the ratio of each catalyst component and butadiene and the polymerization results.
[0022]
Examples 2-7
In the same manner as in Example 1, a cobalt catalyst solution was prepared using the cobalt salt, phosphine compound and active halide shown in Table 1. Polymerization of 1,3-butadiene was carried out under the conditions shown in Table 1 with the amount of cobalt salt, the amount of phosphine compound and the amount of active halide. The results are shown in Table 1.
[0023]
Comparative Examples 1-2
Using the same method as in Example 1, a solution was prepared in the same manner without adding any of the cobalt salt, phosphine compound and active halide shown in Table 1, and an attempt was made to polymerize butadiene. The results are shown in Table 1.
[0024]
If there is no active halide, the polymerization activity is extremely low and not only the production cost is industrially increased, but also the cobalt residue is increased, which is not preferable. Further, 1,2-polybutadiene could not be obtained without phosphine.
[0025]
As is clear from Table 1, in Examples 1 to 5, a polymer with a high crystallinity can be obtained in a high yield at a polymerization temperature of 36 ° C. Polymerization was obtained only in a low yield without polymerization.
[0026]
Examples 8-10
Table 1 shows the results of experiments with different types of active halogen compounds.
As is apparent from Table 1, crystalline 1,2-polybutadiene was obtained in good yield even with an active halide such as a halogenated silane compound or titanium tetrachloride. The results are shown in Table 1.
[0027]
Example 11
Polymerization was conducted in the same manner as in Example 1 except that butadiene of Example 1 was changed to 54 ml of butadiene and 7 ml of isoprene. In the produced polymer, 7.1% of isoprene was copolymerized. The melting point of the polymer was 87 ° C., and it was a crystalline butadiene / isoprene copolymer. The results are shown in Table 1.
[0028]
[Table 1]
Figure 0004277179
[0029]
As described above, cobalt octylate used in Examples of the present invention is a highly soluble compound that dissolves in an arbitrary ratio with respect to toluene. On the other hand, the solubility of cobalt bromide-tris (3-methylphenylphosphine) complex [CoBr 2 · 2P (m-CH 3 C 5 H 4 ) 3 ] in toluene is only 0.4%, requiring a large amount of solvent. Therefore, a large adjustment tank is required for industrial use. Compared with the method using the complex disclosed in Japanese Patent Publication No. 44-32425 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-249788, the present invention can use a high-concentration cobalt catalyst and enables efficient production.
In addition, the present invention is about 1/3 in terms of cobalt and about 1/10 in terms of aluminoxane, compared with the method of using cobalt chloride shown in Journal of Polymer Science, Vol 40, 3086-3092 (2002) in a slurry state. It can be seen that the catalyst is used efficiently.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, a catalyst system is prepared using a cobalt salt, a phosphine compound, an active halogen-containing compound and an aluminoxane , and this catalyst system is used to convert 1,3-dienes in a hydrocarbon solvent. In addition, by polymerizing without mixing water, a polyene having a high crystallinity can be efficiently produced.

Claims (10)

(A)コバルト塩、(B)ホスフィン化合物、(C)活性ハロゲンを有する化合物、および(D)アルミノキサンを含む触媒系を使用して、1,3−ジエン類を、炭化水素溶媒中でかつ水を混入させることなく重合することを特徴とするポリジエンの製造方法。Using a catalyst system comprising (A) a cobalt salt, (B) a phosphine compound, (C) a compound having an active halogen, and (D) an aluminoxane, 1,3-dienes can be converted in a hydrocarbon solvent and water A method for producing a polydiene, characterized in that polymerization is carried out without mixing . 触媒系として、あらかじめ、(C)成分と(A)成分、または、(C)成分と(A)成分と(B)成分とを混合して得られるコバルト触媒を用いる請求項1記載のポリジエンの製造方法。  The catalyst of the polydiene according to claim 1, wherein a cobalt catalyst obtained by mixing (C) component and (A) component or (C) component, (A) component and (B) component in advance is used as the catalyst system. Production method. 触媒系として、あらかじめ、(C)成分と(D)成分とを混合して得られる助触媒を用いる請求項1記載のポリジエンの製造方法。  The method for producing a polydiene according to claim 1, wherein a promoter obtained by previously mixing the component (C) and the component (D) is used as the catalyst system. (A)成分1モルに対する(B)成分の使用割合が0.5〜5モルであり、(A)成分1モルに対する(C)成分の使用割合が0.5〜10モルである請求項1〜3いずれかに記載のポリジエンの製造方法。  (A) The usage ratio of the component (B) to 1 mol of the component is 0.5 to 5 mol, and the usage ratio of the component (C) to 1 mol of the component (A) is 0.5 to 10 mol. The manufacturing method of the polydiene in any one of -3. (A)成分が酢酸コバルト、乳酸コバルト、オクチル酸コバルト、オクタン酸コバルト、ステアリン酸コバルト、バーサチック酸コバルトおよびナフテン酸コバルトの群から選ばれた少なくとも1種である請求項1〜4いずれかに記載のポリジエンの製造方法。  The component (A) is at least one selected from the group consisting of cobalt acetate, cobalt lactate, cobalt octylate, cobalt octoate, cobalt stearate, cobalt versatate and cobalt naphthenate. Process for producing polydienes. (C)成分がハロゲン化アルミニウム化合物、ハロゲン化金属化合物、ハロゲン化シラン化合物および有機活性ハロゲン化物の群から選ばれた少なくとも1種である請求項1〜5いずれかに記載のポリジエンの製造方法。  The method for producing a polydiene according to any one of claims 1 to 5, wherein the component (C) is at least one selected from the group consisting of an aluminum halide compound, a metal halide compound, a halogenated silane compound, and an organic active halide. 炭化水素溶媒がシクロヘキサン、ヘキサンおよび塩化メチレンの群から選ばれた少なくとも1種である請求項1〜6いずれかに記載のポリジエンの製造方法。  The method for producing a polydiene according to any one of claims 1 to 6, wherein the hydrocarbon solvent is at least one selected from the group consisting of cyclohexane, hexane and methylene chloride. 重合温度が−20℃〜+120℃である請求項1〜7いずれかに記載のポリジエンの製造方法。  Polymerization temperature is -20 degreeC-+120 degreeC, The manufacturing method of the polydiene in any one of Claims 1-7. 得られるポリジエンの結晶化度が5〜40%である請求項1〜8いずれかに記載のポリジエンの製造方法。  The method for producing a polydiene according to any one of claims 1 to 8, wherein the polydiene obtained has a crystallinity of 5 to 40%. 得られるポリジエンが結晶化度5〜40%の結晶性1,2−ポリブタジエンである請求項1〜9いずれかに記載のポリジエンの製造方法。  The method for producing a polydiene according to any one of claims 1 to 9, wherein the polydiene obtained is crystalline 1,2-polybutadiene having a crystallinity of 5 to 40%.
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