JP5193424B2 - 長鎖分子を実質的に含まないポリマー - Google Patents

長鎖分子を実質的に含まないポリマー Download PDF

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Description

本願は、2002年12月20日出願の米国仮出願第60/435,061号、2003年4月21日出願の米国仮出願第60/464,187号、2003年4月21日出願の米国仮出願第60/464,187号、および2003年6月17日出願の米国仮出願第60/479,081号の優先権を主張し、これらの出願による開示は参照により取り込まれる。
本発明は、水素化フッ素化炭素(hydrofluorocarbons)を含有する希釈剤を含む重合プロセスおよびその実質的に長鎖の分枝を含まない新規ポリマー製造への利用に関する。本発明は、特に、イソオレフィン、好ましくはイソブチレン、およびマルチオレフィン、好ましくは共役ジエン、さらに好ましくはイソプレンの実質的に長鎖の分枝を含まないコポリマーに関する。
イソオレフィン・ポリマーをカルボカチオン重合プロセスにより調製する。特に、少量のイソプレンとイソプチレンとの共重合体であるブチルゴムは重要である。ブチルゴムは、高分子量のブチルゴムを調製するために、イソブチレンが99.5重量%を超える純度を有し、イソプレンが98.0重量%を超える純度を有することが一般的に要求される低温カチオン重合により作られる。
イソブチレンのカルボカチオン重合およびイソブチレンのイソプレンのようなコモノマーとの共重合は機械的に複雑である。例えば、オーガニック・ケミストリー(Organic Chemistry)、第6版、モリソン・ボイド、プレンティス・ホール、1084−1085頁、エングルウッドクリフ、ニュージャージー、1992年およびマティジャゼフスキー・ケー(K. Matyjaszewski)編、カチオン重合(Cationic Polymerization)、マルセル・デッカー社(Marcel Dekker, Inc.)、ニューヨーク、1996年を参照のこと。触媒系は、代表的には2成分、すなわち開始剤とルイス酸からなる。ルイス酸の具体例には塩化アルミニウムおよび三フッ化ホウ素が含まれる。開始剤の具体例には、塩酸、RCOOH(ここでRはアルキル基である)のようなブルンステッド酸(Brφnsted acid)、および水が含まれる。重合プロセスの過程の中で、一般的に開始段階といえるものにおいて、イソブチレンがルイス酸/開始剤の組み合わせと反応してカルベニウムイオンを生成する。次に、一般的に成長段階と呼ばれるものにおいて、追加的なモノマー単位が形成されたカルベニウムイオンに付加する。これらの段階は、代表的には希釈剤または溶媒中で起こる。温度、希釈剤極性、およびカウンターイオンは成長段階の化学に影響する。これらの中でも希釈剤は典型的に重要であると考えられる。
工業的には一般的に、希釈剤である塩化メチル中でのスラリー重合プロセス(ブチルゴム、ポリイソブチレンなどを製造するための)の利用が一般的に受け入れられている。代表的には、重合プロセスでは広範に、一般的には−90℃未満の低温で反応混合物の希釈剤として塩化メチルが用いられている。塩化メチルは、それがモノマーおよび塩化アルミニウムを溶解するが、ポリマー生成物を溶解しないということを含む、様々な理由により用いられている。また、塩化メチルは、低温重合およびポリマーと未反応モノマーの有効な分離のそれぞれを可能とする好適な凝固点および沸点を有している。塩化メチル中のスラリー重合プロセスは、反応混合物中においてポリマー濃度が、溶液重合におけるたかが約8%から12%という濃度に対し、約26%から37%の容積濃度を達成できるということを含む多くの追加的な利点を有している。重合塊の比較的低粘度化が可能であることにより、表面熱交換による重合熱のより効果的な放散が可能である。塩化メチル中におけるスラリー重合プロセスは、高分子量のポリイソブチレンおよびイソブチレン−イソプレン・ブチルゴムの製造に用いられる。同様に、イソブチレンおよびパラ−メチルスチレンの重合も塩化メチルを用いて行える。同様に、星状分枝ブチルゴムも塩化メチルを用いて製造される。
しかしながら、塩化メチル中における重合に関連して、例えば、反応槽中のポリマー粒子が互いに凝集し、反応槽壁、熱変換器表面、撹拌羽根(impeller)、および撹拌機/ポンプに集まる傾向があるという、多くの問題が存在している。凝集速度は、反応温度が上昇すると急速に増加する。凝集した粒子は吸着し、成長し、重合による発熱を除くために用いられる全ての熱変換装置と同様に、例えば反応槽排出ラインのような、それらが接触する全ての表面を被覆する傾向があるが、このことは低反応条件が維持されなければならないため重要である。
このようなゴムを製造するために典型的に用いられる商業ベースの反応槽は、ポンプ撹拌羽根を備え、高速の循環速度を有する10〜30リッターを超える容積のよく撹拌された容器である。重合およびポンプはいずれも熱を発生し、スラリーを低温に保つために、反応系には熱を除去する能力が必要とされる。そのような連続流動撹拌反応槽(以下、「CFSTR」という。)の具体例は、米国特許第5,417,930号に見出され、ここで「反応槽」または「ブチル反応槽」として言及されるものは、本発明に参照により取り込まれる。このような反応槽において、スラリーはポンプにより熱交換器の管を通して循環し、外壁側の沸騰エチレンが冷却している間は、スラリー温度は沸騰エチレン温度、要求される熱流動および熱変換に対する総抵抗により決定される。スラリー側では熱交換器は、熱変換を阻害してスラリー温度の上昇を引き起こす傾向のある、成長段階の蓄積ポリマーに対面する。これにより、ほとんどの反応槽で用いることができる、スラリー、希釈剤、および未反応モノマーの総容量に対し26〜37%の実際的なスラリー濃度がしばしば制限を受ける。ポリマー蓄積の課題は幾つかの特許で言及されてきている(例えば、米国特許第2,534,698号、米国特許第2,548,415号、および米国特許第2,644,809号)。しかしながら、これらの特許には、望ましい商業的プロセスを実施するためのポリマー粒子の凝集に関する多くの課題に満足すべき言及はなされてきていない。
これらの中でも、米国特許第2,534,698号は、イソブチレンと分子あたり4〜14の炭素原子を有するポリオレフィンとの混合物を、実質的に溶液を含まないフッ素置換の脂肪族炭化水素の塊りに、重合温度において液体の分子あたり1〜5の炭素原子を有するフッ素置換の脂肪族炭化水素10部に対し1.5部以上の割合で分散することと、イソブチレンと分子あたり4〜14の炭素原子を有するポリオレフィンとの分散混合物を、さらにフリーデル・クラフト触媒を利用することにより、−20℃〜−164℃の温度で重合することとを組み合わせた工程を含む重合プロセスを開示する。しかしながら、’698特許は、モノマー、コモノマー、及び触媒が実質的にフッ化炭素に不溶であるため、結果として、適切なフッ化炭素の使用が困難で不満足なものであることを示している。
これらの中でも、米国特許第2,548,415号は、主要含有率のイソブチレンおよび少量含有率のイソプレンからなる流れを重合反応槽に連続的に送達する工程、その混合物を1/2〜10容量の二フッ化エチリデンで希釈する工程、イソブチレン−イソプレン混合物を、上述のように調製した二フッ化エチリデン溶液の三フッ化ホウ素からなる重合触媒コポリマーの液体流の反応混合物に連続的に添加することにより重合する工程、全体の共重合反応を通して−40℃〜−103℃の間の温度を維持する工程を含むコポリマー調製のための連続重合プロセスを開示する。’415特許は、好ましい組み合わせとして、ルイス酸としてのフッ化ホウ素およびその錯体と1,1−ジフルオロエタンとの使用を示している。この組み合わせは、触媒、モノマーおよびコモノマーの全てが溶解性であり、さらに反応槽汚染の低減という利点が得られるポリマーの高い不溶性であるという系を提供する。しかしながら、三フッ化ホウ素は様々な理由からブチルポリマー用の好ましい商業ベースの触媒ではない。
これらの中でも、米国特許第2,644,809号は、分子あたり4以上8以下の炭素原子を有する主要含有率のモノオレフィンを分子あたり4以上8以下の炭素原子を有する少量含有率のマルチオレフィンと混合する工程、得られた混合物を1〜10容量(混合オレフィンに基づいて計算した)のジクロロジフルオロメタン、ジクロロメタン、トリクロロモノフルオロメタン、ジクロロモノフルオロメタン、ジクロロテトラフルオロエタン、およびそれらの混合物から構成される群の中から選択された液体の存在下で、モノオレフィンおよびマルチオレフィンを前記溶媒により溶解し、溶解したフリーデル・クラフト触媒で重合する工程、−20℃〜液体の氷点の間の温度において重合を行う工程を組み合わせた工程を含む重合プロセスを示している。’809特許は、理想的なスラリーの特性を維持し反応槽汚染を最小化する塩化フッ化炭素の利用について開示しているが、塩化フッ化炭素(以下、「CFC」という。)の添加によるジオレフィン(例えば、イソプレン)の取り込みを示唆している。CFCはオゾン枯渇物質として知られている。しかしながら、政府規制によりCFCの製造および拡布が厳しく制限されているため、これらの物質は商業活動には関心がもたれない。
さらに、ターラー、ダブリュー・エー(Thaler, W.A.)およびバックレー、サー・ディー・ジェイ(Buckley, Sr., D.J.)、高分子量、高不飽和イソブチレン−共役ジエン・コポリマー、第49巻、第4号、ラバー・ケミカル・テクノロジー(Rubber Chemical Technology)、960頁、1976年には、なかでも、ヘプタン中のイソブチレンとイソプレン(ブチルゴム)およびシクロペンタジエンとのコポリマーのカチオン性スラリー重合が開示されている。
したがって、粒子の凝集および/または塩化メチルのような塩化炭化水素の量を減少させる新しい重合系を創るために、代替できる希釈剤または混合する希釈剤を見出すことが望ましい。そのような新しい重合系は、プロセスのパラメータ、条件、または成分について妥協する必要なしに、および/または、生産性/生産量および/または高分子量ポリマーの製造能力を犠牲にする必要なしに、粒子の凝集および反応槽の汚染を減少させるだろう。さらに、前述のプロセスに関わる新規ポリマーを見出すことにより、世界的に増加するエラストマーへの需要に応えることに役立ち、および/または新しい目的への利用応用を提供するだろう。
水素化フッ素化炭素(以下、「HFC」という。)は、非常に低い(0に等しい)オゾン枯渇能を有するため、現在、環境フレンドリーな冷却剤として用いられている。それらのオゾン枯渇能は塩素をもたないことに関係すると考えられている。また、HFCは、典型的に、特に炭化水素および塩素化炭化水素と比べて低い炎症性を有する。
長鎖の分枝はポリマーの溶液およびレオロジー特性を影響を与えることが知られている。イソブチレン/イソプレン・コポリマーは少量の長鎖分枝を有することが知られている。長鎖分枝の程度は、一般的にコポリマー中のイソプレン濃度にともなって上昇する。分枝とイソプレン取り込みとの間の直接的な関係のために、多量のイソプレンを含むイソブチレン/イソプレン・コポリマーのレオロジー的振る舞いを少量しか含まないものと合わせることは簡単にはできない。したがって、実質的に長鎖分枝を含まないイソブチレン/イソプレン・コポリマー調製のための重合希釈剤および/または重合条件を見出すことは、広範な範囲のコポリマー組成物にわたってコポリマーのレオロジー特性を合わせる性能を改善することになる。
他の背景技術に関する文献には、水素化フッ素化炭化水素を用いるフリーラジカル重合プロセスが含まれる。他の背景技術に関する文献には、DE10061727A、WO02/096964、WO00/04061、米国特許第5,624,878号、米国特許第5,527,870号、および米国特許第3,470,143号が含まれる。
ゴムを製造するために典型的に用いられる商業ベースの反応槽は、ポンプ撹拌羽根を備え、高速の循環速度を有する10〜30リッターを超える容積のよく撹拌された容器である。重合およびポンプはいずれも熱を発生し、スラリーを低温に保つために、反応系には熱を除去する能力が必要とされる。しかしながら、これらの特許には、望ましい商業的プロセスを実施するためのポリマー粒子の凝集に関する多くの課題に満足すべき言及はなされてきていない。
したがって、粒子の凝集および/または塩化メチルのような塩化炭化水素の量を減少させる新しい重合系を創るために、代替できる希釈剤または混合する希釈剤を見出すことが望ましい。そのような新しい重合系は、プロセスのパラメータ、条件、または成分について妥協する必要なしに、および/または、生産性/生産量および/または高分子量ポリマーの製造能力を犠牲にする必要なしに、粒子の凝集および反応槽の汚染を減少させるだろう。さらに、前述のプロセスに関わる新規ポリマーを見出すことにより、世界的に増加するエラストマーへの需要に応えることに役立ち、および/または新しい目的への利用応用を提供するだろう。
発明の概要
本発明は、水素化フッ素化炭素を含有する希釈剤を含む重合プロセスおよびその実質的に長鎖の分枝を含まない新規ポリマー製造への利用を提供する。本発明は、従来可能であった以上に広範な範囲のコポリマー組成物にわたって、新規のおよび/または改善されたレオロジー特性を有する実質的に長鎖の分枝を含まないコポリマーを提供する。
特に、本発明は、イソオレフィン、好ましくはイソブチレン、およびマルチオレフィン、好ましくは共役ジエン、さらに好ましくはイソプレンの実質的に長鎖分枝を含まないコポリマーを提供する。さらに、本発明は、イソオレフィン、好ましくはイソブチレン、およびマルチオレフィン、好ましくは共役ジエン、さらに好ましくはイソプレンの長鎖分枝を含まないコポリマーを提供する。
本発明の他の態様において、本発明は、イソオレフィン、好ましくはイソブチレン、マルチオレフィン、好ましくは共役ジエン、さらに好ましくはイソプレン、1または2種以上のルイス酸、1または2種以上の開始剤、および1または2種以上の水素化フッ素化炭素(HFC)を含有する希釈剤を接触させる工程を含むプロセスによって製造されるコポリマーであり、実質的に長鎖分枝を含まないコポリマーまたは長鎖分枝を含まないコポリマーを提供する。
ある態様において、前記マルチオレフィン、または共役ジエン、またはイソプレンが存在する場合には、含有量が0.5モル%よりも多い。
ある態様において、前記マルチオレフィン、または共役ジエン、またはイソプレンが存在する場合には、含有量が1.0モル%よりも多い。
ある態様において、前記マルチオレフィン、または共役ジエン、またはイソプレンが存在する場合には、含有量が2.5モル%よりも多い。
ある態様において、前記マルチオレフィン、または共役ジエン、またはイソプレンが存在する場合には、含有量が5.0モル%よりも多い。
前述の態様において、前記ポリマーはハロゲン化されてハロゲン化コポリマーを形成できる。
前述の態様において、前記ハロゲン化コポリマーは塩素または臭素でハロゲン化されている。
前述の態様において、前記ハロゲン含有量はハロゲン化コポリマーの重量に基づき0.5重量%よりも多い。
前述の任意の態様において、前記ハロゲン含有量はハロゲン化コポリマーの重量に基づき0.5重量%から3.0重量%である。
前述の任意の態様において、前記コポリマーは50,000より大きなMwを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーは100,000より大きなMwを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーは500,000より大きなMwを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーは1,000,000より大きなMwを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーは2より大きなMWDを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーは2から6のMWDを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーは少なくとも20±5(125℃でML1+8、ASTM D 1646)のムーニー(Mooney)粘度を有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーは少なくとも20±5から60±5(125℃でML1+8、ASTM D 1646)のムーニー(Mooney)粘度を有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーはトリプル検知SEC(本発明で記載する)により決定される0.978以上のg’vis.avgを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーはトリプル検知SEC(本発明で記載する)により決定される0.980以上のg’vis.avgを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーはトリプル検知SEC(本発明で記載する)により決定される0.990以上のg’vis.avgを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーはトリプル検知SEC(本発明で記載する)により決定される0.995以上のg’vis.avgを有することができる。
前述の任意の態様において、前記コポリマーは長鎖分枝を含まないことができる。
本発明は、重合条件下の反応槽における1以上の水素化フッ素化炭素(HFC)を含む希釈剤の存在下、1以上のモノマー、1以上のルイス酸、および1以上の開始剤を含む重合プロセスにも関する。
他の態様において、本発明は、反応槽において水素化フッ素化炭素希釈剤の存在下でモノマーおよびルイス酸を接触させることを含むモノマーのポリマー製造のためのプロセスに関し、ここで前記ルイス酸が一般式MX3(式中、Mは第13属の金属であり、Xはハロゲンである。)で示される化合物ではないことを特徴とする。
他の態様において、本発明は、ポリマーを生成するため1以上のモノマーを重合するのに好適な重合溶媒を提供し、ここで前記重合溶媒は1以上のルイス酸、1以上の開始剤、および1以上の水素化フッ素化炭素(HFC)を含む希釈剤を含むことを特徴とする。
他の態様において、本発明は、ポリマーを生成するため1以上のモノマーを重合するのに好適な重合溶媒を提供し、ここで前記重合溶媒は1以上のルイス酸、および1以上の水素化フッ素化炭素(HFC)を含む希釈剤を含み、ここで前記ルイス酸が一般式MX3(式中、Mは第13属の金属であり、Xはハロゲンである。)で示される化合物ではないことを特徴とする。
[図面]
図1は、誘電定数および温度の間の関係を示す図である。
図2は、塩化メチル中の水素化フッ素化炭素の容量分画の機能を示す図である。
図3は、ここで記載する本発明に係る特定ポリマーのモノマー変換に対するピーク分子量(Mp)のプロットを示す図である。
図4は、−95℃で調製したポリイソブチレン(実験例149)の実質粘度の対数、g’値および分子量の対数の間の関係を示すグラフである。実線は直線標準の関係を示す。点線は試料について計算した実質粘度を示している。
図5は、−95℃の塩化メチル中で調製したイソブチレン/イソプレン・コポリマー(実験例150)の実質粘度の対数、g’値および分子量の対数の間の関係を示すグラフである。実線は直線標準の関係を示す。点線は試料について計算した実質粘度を示している。
図6は、−95℃のCH2FCF3で調製したイソブチレン/イソプレン・コポリマー(実験例150)の実質粘度の対数、g’値および分子量の対数の間の関係を示すグラフである。実線は直線標準の関係を示す。点線は試料について計算した実質粘度を示している。
[詳細な説明]
本発明の様々な特定の態様、バージョン、および具体例を、請求する発明の理解のためにここで採用される好ましい態様および定義を含めて以下に記載する。侵害を確認のために、本発明の範囲は、引用例に均等なその均等物、および要素または制限を含めて、いずれか任意の1以上のクレームを参照して決定される。
また、この発明およびクレームとして、触媒系という用語は、少なくとも1種の開始剤および任意の他の少量の触媒成分ばかりでなく、本発明のオレフィン性モノマーの重合の触媒に用いられる任意のルイス酸または他の金属のことも言い、またこれらを含む。
1つの態様において、本発明は、ポリマーを生成するため1以上のモノマーを重合するのに好適な重合溶媒を提供し、ここで前記重合溶媒は1以上のルイス酸、1以上の開始剤、および1以上の水素化フッ素化炭素(HFC)を含む希釈剤を含むことを特徴とする。
他の態様において、本発明は、ポリマーを生成するため1以上のモノマーを重合するのに好適な重合溶媒を提供し、ここで前記重合溶媒は1以上のルイス酸、および1以上の水素化フッ素化炭素(HFC)を含む希釈剤を含み、ここで前記ルイス酸が一般式MX3(式中、Mは第13属の金属であり、Xはハロゲンである。)で示される化合物ではないことを特徴とする。
「ポリマーを生成するためモノマーを重合するのに好適な」という句は、ここで記述されるプロセス・パラメータおよび成分特性を考慮して所望のポリマー生成を達成するために必要な当業者の能力の範囲内での、重合条件および成分の選択に関する。所望のポリマー特性を生成するのに適用できる多くの重合プロセスの組み合わせおよび重合成分のバリエーションが存在する。好ましい態様において、そのようなポリマーには、ポリイソブチレン・ホモポリマー、イソブチレン−イソプレン(ブチルゴム)・コポリマー、イソブチレンおよびパラ−メチルスチレン・コポリマー、および星状分枝ブチルゴム・ターポリマーが含まれる。
希釈剤は、希釈用または溶解用の試薬のことをいう。希釈剤は、ルイス酸、本発明で記載されるその他の金属錯体、開始剤、モノマーまたはその他の添加物のための溶媒として働くことができる化学薬品を含むものとして具体的に定義される。本発明の実施において、希釈剤は、例えば触媒系、モノマーなどの成分の一般的な性質を変化させない。しかしながら、希釈剤と反応物との間の相互作用は生じ得ると考えられる。好ましい態様において、希釈剤は、触媒系、モノマーなどと確認できる程度にまでは反応しない。
反応槽は化学反応が起こる任意の容器である。
スラリーは、希釈剤、モノマー、ルイス酸、および開始剤から析出したモノマーを含む一定容量の希釈剤のことを言う。このスラリー濃度は、スラリー全体の容量に基づいた部分的にまたは完全に析出したポリマーの容量%のことである。
ここで用いるように、周期律表族用の新しい番号付けスキームは、ケミカル・アンド・エンジニアリング・ニューズ(Chemical And Engineering News)、第63号、第5号、27頁、1985年のように用いた。
ポリマーは、ホモポリマー、コポリマー、インターポリマー、ターポリマーなどについて言及するために用いられ得る。同様に、コポリマーは、少なくとも2つのモノマー、任意に他のモノマーをも含むポリマーについて言うことができる。
ポリマーがモノマーを含むものとして言及される場合には、モノマーはポリマー中にモノマーが重合した形態またはモノマーの誘導体の形態で存在する。同様に、触媒成分が中性で安定な形態の成分として記載される場合には、イオン性の形態の成分はポリマーを製造するためモノマーと反応する形態であるということは当業者に周知のことである。
イソオレフィンは、同一の炭素に2つの置換基を有する任意のオレフィンモノマーのことをいう。
マルチオレフィンは、2つの二重結合を有する任意のモノマーのことをいう。好ましい態様において、このマルチオレフィンは2つの共役二重結合を含む任意のモノマーである。
エラストマーまたはエラストマー組成物は、ここで用いるように、ASTM D1566の定義に一致する任意のポリマーまたはポリマー組成物のことをいう。この用語はここで用いるように「ゴム」という用語と互換的に用いることができる。
アルキルは、例えばメチル基(CH3)またはエチル基(CH3CH2)などのように、アルカンから化学式中の1以上の水素を取り去ることにより誘導することができるパラフィン性炭化水素基のことをいう。
アリールは、例えばベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセンなどように、芳香族化合物性を示す環構造を形成し、代表的にはその構造内に交互の二重結合(「不飽和」)を有する炭化水素基のことをいう。したがって、アリール基は、例えばフェニルまたはC65のように、芳香族化合物から化学式中の1以上の水素を取り去ることにより誘導することができる基である。
置換とは、例えばハロゲン(塩素、臭素、フッ素、またはヨウ素)、アミノ、ニトロ、スルフォキシ(スルフォネート、アルキルスルフォネート)、チオール、アルキルチオール、およびヒドロキシ;アルキル、およびメチル、エチル、プロピル、tert−ブチル、イソプロピル、イソブチルなどを含む1〜20の炭素原子を有する直鎖状または分枝状アルキル;アルコキシ、および例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシ、ペンチルオキシ、イソペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、ノニルオキシ、およびデシルオキシを含む1〜20の炭素原子を有する直鎖状または分枝状アルコキシ;少なくとも1つのハロゲン原子により置換された1〜20の炭素原子を有する直鎖状または分枝状アルキルを意味し、例えばクロロメチル、ブロモメチル、フルオロメチル、イオドメチル、2−クロロエチル、2−ブロモエチル、2−フルオロエチル、3−クロロプロピル、3−ブロモプロピル、3−フルオロプロピル、4−クロロブチル、4−フルオロブチル、ジクロロメチル、ジブロモメチル、ジフルオロメチル、ジイオドメチル、2,2−ジクロロエチル、2,2−ジブロモエチル、2,2−ジフルオロエチル、3,3−ジクロロプロピル、3,3−ジフルオロプロピル、4,4−ジクロロブチル、4,4−ジフルオロブチル、トリクロロメチル、4,4−ジフルオロブチル、トリクロロメチル、トリフルオロメチル、2,2,2−トリフルオロエチル、2,3,3−トリフルオロプロピル、1,1,2,2−テトラフルオロエチル、および2,2,3,3−テトラフルオロプロピルを含むハロアルキルから選択される少なくとも1つの置換基による少なくとも1つの水素原子についてのことをいう。したがって、例えば「置換スチレン単位」にはp−メチルスチレン、p−エチルスチレンなどが含まれる。
1つの態様において、本発明は、汚染されにくいポリマー・スラリー(例えば、粒子凝集に低減した粒子と同様に容器壁または撹拌羽根への吸着減少により、反応容器においてよりガラス状で、より粘着性が少ないと観察される)を製造するための、水素化フッ素化炭素または水素化フッ素化炭化水素の混合物と、炭化水素および/または塩素化炭化水素との使用に関する。より詳しくは、本発明は、反応槽の汚染を有意に低減させてイソオレフィン・ホモポリマーおよびコポリマーの製造のため、イソオレフィンとジエンおよび/またはアルキルスチレンを重合または共重合するための水素化フッ素化炭素希釈剤またはHFC希釈剤混合物と炭化水素および/または塩素化炭化水素混合物との使用に関する。さらに、本発明は、反応槽の汚染を有意に低減させるために、従来のシステムに比べて反応槽がより長い寿命をもつことができる、イソオレフィン・コポリマーの製造のため、イソオレフィンを重合または共重合するための水素化フッ素化炭素希釈剤または希釈剤混合物と炭化水素および/または塩素化炭化水素混合物との使用に関する。
他の態様において、前記水素化フッ素化炭素は、熱変換管へのポリマー蓄積を低減させ、および/または撹拌羽根へのポリマー蓄積を低減させることにより長い寿命が得られる管状の反応槽において用いられる。
他の態様において、前記水素化フッ素化炭素は、より長い運転時間で(例えば、他のハロゲン化炭化水素よりも、15時間長く、好ましくは20時間長く、好ましくは30時間長く、より好ましくは48時間長い)ポリマーを製造するために高温における管状の反応槽において用いられる。
他の態様において、前記水素化フッ素化炭素は、反応槽壁の汚染および他の物の中の撹拌機/撹拌羽根の汚染を低減するために希釈剤およびモノマーを蒸発させることにより、熱が除かれる自動冷却沸騰プール反応槽(autorefrigerated boiling-poolreactor)において用いられる。
他の好ましい態様において、水素化フッ素化炭素は、他のハロゲン化炭化水素が用いられる場合よりも、同じ温度においてより大きな分子量を得るための重合プロセスで用いられる。
1つの態様において、この発明は、水素化フッ素化水素を含有する希釈剤を用いる新しい重合系の発見に関する。これらの希釈剤は選択された触媒系およびモノマーを有効に溶解するが、ポリマー生成物に対しては比較的溶解性が低い。これらの希釈剤を用いる重合系は、ポリマー顆粒の相互凝集およびこれらの重合装置への堆積による汚染の傾向が少ない。さらに、本発明は、塩化メチルのようなただ塩素化された炭化水素を用いた重合温度と同等かまたはより高い温度で高分子量のポリマーおよびコポリマーを調製するための重合系におけるこれらの希釈剤の使用に関する。
他の態様において、この発明は、触媒系を溶解することができるフッ素化脂肪族炭化水素を用いた新しい重合系の発見に関する。これらの重合系はまた、イソオレフィン・スラリー重合および汚染の傾向が少ないポリマー・スラリーの生成に有用であり、またモノマー、コモノマーおよび商業的に好ましいハロゲン化アルキルアルミニウム触媒の溶解ができる。さらに、本発明は、塩化メチルのようなただ塩素化された炭化水素を用いた重合と比べてより高い温度で高分子量のポリマーおよびコポリマーを調製するためのこれらの希釈剤の使用に関する。
さらに他の態様において、本発明は、イソオレフィン性ホモポリマーおよびコポリマーの調製、特にイソブチレン−イソプレン形態のブチルゴムおよびイソブチレン−パラアルキルスチレン・コポリマーを製造するために必要とされる重合反応に関する。さらに詳しくは、本発明は、水素化フッ素化炭素希釈剤または水素化フッ素化炭素の混合物、および塩化メチルのような塩素化さけた炭化水素希釈剤を用いたスラリー重合プロセスにおいてオレフィンを重合および共重合する方法に関する。
他の態様において、本発明の重合系は4〜7の炭素原子を有するイソモノオレフィンおよびパラアルキルスチレン・モノマーの重合を提供する。本発明の好ましい態様と同様に、前記系はイソブチレンのようなイソオレフィンを約80〜99.5重量%、およびパラメチルスチレンのようなパラアルキルスチレンを約0.5〜20重量%含有するコポリマーを生成する。しかしながら、他の態様と同様に、ガラス質または可塑性の物質が同様に生成される場合には、コポリマーは約10〜99.5重量%のイソオレフィンまたはイソブチレンを含み、約0.5〜90重量%のパラメチルスチレンのようなパラアルキルスチレンを含む。
好ましい態様において、本発明は、0℃以下の温度で、好ましくは−10℃以下の温度で、好ましくは−20℃以下の温度で、好ましくは−30℃以下の温度で、好ましくは−40℃以下の温度で、好ましくは−50℃以下の温度で、好ましくは−60℃以下の温度で、好ましくは−70℃以下の温度で、好ましくは−80℃以下の温度で、好ましくは−90℃以下の温度で、好ましくは−100℃以下の温度で、好ましくは0℃から希釈剤およびモノマー混合物のような重合溶媒の氷点までの温度で、HFC希釈剤の存在下、反応槽においてモノマー、ルイス酸、および開始剤を含むカチオン性重合モノマーのポリマーを製造するプロセスに関する。
モノマーおよびポリマー
この系で重合できるモノマーには、この反応を用いて重合可能な任意の炭化水素モノマーが含まれる。好ましいモノマーには、1以上のオレフィン、アルファ−オレフィン、置換オレフィン、イソオレフィン、共役ジエン、非共役ジエン、スチレン性および/または置換スチレン性およびビニルエーテルが含まれる。スチレン性のものはアルキル、アリール、ハロゲン、またはアルコキシ基で(環に)置換できる。好ましくは前記モノマーは2〜20の炭素原子を、より好ましくは2〜9の炭素原子を、さらに好ましくは3〜9の炭素原子を含む。好ましいオレフィンの具体例には、スチレン、パラアルキルスチレン、パラメチルスチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ジイソプロペニルベンゼン、イソブチレン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、2−メチル−2−ペンテン、イソプレン、ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、β−ピネン、ミルセン(myrcene)、6,6−ジメチルフルベン、ヘキサジエン、シクロペンタジエン、ピペリレン、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、およびイソブチルビニルエーテルなどが含まれる。スチレン性のブロック・コポリマーはモノマーに用いることができる。好ましいブロック・コポリマーには、スチレン、パラメチルスチレン、α−メチルスチレンのようなスチレン性のコポリマー、およびイソプレン、ブタジエンなどのようなC4〜C30ジオレフィンが含まれる。特に好ましいモノマーの組み合わせには、イソブチレンのホモポリマーと同様に、1)イソブチレンおよびパラメチルスチレン、2)イソブチレンおよびイソプレンが含まれる。
さらに、好ましいモノマーには、「オレフィンのカチオン性重合(Cationic polymerization of Olefins)」(ア・クリティカル・インベントリー(A Critical Inventory)、ジョセフ・ケネディー(Joseph Kennedy)著、ウィリー・インターサイエンス(Wiley Interscience)社、ニューヨーク、1975年)に記載のカチオン性に重合可能なモノマーが含まれる。モノマーには、モノマーが電子供与基を含むためにカチオンまたは成長中心の安定化が可能なモノマーのように、カチオン性重合が可能な任意のモノマーが含まれる。カチオン触媒の詳細な記載については、「オレフィンのカチオン性重合(Cationic polymerization of Olefins)」(ア・クリティカル・インベントリー(A Critical Inventory)、ジョセフ・ケネディー(Joseph Kennedy)著、ウィリー・インターサイエンス(Wiley Interscience)社、ニューヨーク、1975年)を参照されたい。
前記モノマーは重合溶媒中に、1つの態様においては75〜0.01重量%の範囲の量でまた他の態様においては60〜0.1重量%、また40〜0.2重量%、また30〜0.5重量%、また20〜0.8重量%、および15〜1重量%の範囲の量で存在することができる。
好ましいポリマーには、この節に挙げられている任意のモノマーのホモポリマーが含まれる。ホモポリマーの具体例には、ポリイソブチレン、ポリパラメチルスチレン、ポリイソプレン、ポリスチレン、ポリα−メチルスチレン、ポリビニルエーテル(ポリメチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテルのような)が含まれる。
また、好ましいポリマーには、1)イソブチレンおよびアルキルスチレン、および2)イソブチレンおよびイソプレンのコポリマーが含まれる。
1つの態様において、ブチルポリマーはコモノマー混合物を反応することにより調製され、この混合物は少なくとも(1)イソブテンのようなC4〜C6イソオレフィンのモノマー成分、(2)マルチオレフィン、または共役ジエンのモノマー成分を含む。前記イソオレフィンは、1つの態様において全コモノマー混合物重量の70〜99.5重量%、他の態様において85〜99.5重量%の範囲である。さらに他の態様において前記イソオレフィンは92〜99.5重量%の範囲である。前記共役ジエン成分は、1つの態様において30〜0.5重量%、他の態様において15〜0.5重量%存在する。さらに他の態様において8〜0.5重量%のコモノマー混合物が共役ジエンである。前記C4〜C6イソオレフィンは、1以上のイソブテン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、2−メチル−2−ペンテン、および4−メチル−1−ペンテンであり得る。前記マルチオレフィンは、イソプレン、ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、β−ピネン、ミルセン、6,6−ジメチルフルベン、ヘキサジエン、シクロペンタジエン、およびピペリレンのようなC4〜C14共役ジエンであり得る。本発明のブチルゴム・ポリマーの1つの態様においては85〜99.5重量%のイソブチレンを15〜0.5重量%のイソプレンと反応することにより、さらに他の態様においては95〜99.5重量%のイソブチレンを5〜0.5重量%のイソプレンと反応することにより得られる。次の表は上記重量%がモル%としてどのように表されるかを示している。
Figure 0005193424
さらに本発明は、上述したモノマーの任意の組み合わせを含むターポリマーおよびテトラポリマーに関する。好ましいターポリマーおよびテトラポリマーには、イソブチレン、イソプレンおよびジビニルベンゼンを含むポリマー、イソブチレン、パラアルキルスチレン(好ましくはパラメチルスチレン)およびイソプレンを含むポリマー、シクロペンタジエン、イソブチレンおよびパラアルキルスチレン(好ましくはパラメチルスチレン)を含むポリマー、イソブチレン、シクロペンタジエンおよびイソプレンを含むポリマー、シクロペンタジエン、イソブチレンおよびメチルシクロペンタジエンを含むポリマーイソブチレン、パラメチルスチレンおよびシクロペンタジエンを含むポリマーが含まれる。
ルイス酸
好ましい態様において、ルイス酸(共開始剤または触媒とも呼ばれる)としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、チタン、スズ、バナジウム、砒素、アンチモンおよびビスマスを含む周期律表の第4、5、13、14および15属の金属に基づく任意のルイス酸であり得る。当業者は、本発明の実施において幾つかの元素がより好ましいことを理解できる。1つの態様において、金属はアルミニウム、ホウ素およびチタンであり、好ましくはアルミニウムである。具体的な例には、AlCl3、(アルキル)AlCl2、(C252AlClおよび(C253Al2Cl3、BF3、SnCl4、TiCl4が含まれる。特に好ましい態様においては、BF3はルイス酸として選択されない。
第4、5および14属のルイス酸は一般式MX4を有する。ここで、Mは第4、5および14属の金属であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートおよびシアナイドと定義される。限定的ではない具体例には、四塩化チタン、四臭化チタン、四塩化バナジウム、四塩化スズおよび四塩化ジルコニウムが含まれる。第4、5および14属のルイス酸は複数種のハロゲンを含むこともできる。限定的ではない具体例には、臭化三塩化チタン、二臭化二塩化チタン、臭化三塩化バナジウムおよび塩化三フッ化スズが含まれる。
本発明において有用な第4、5および14属のルイス酸は、一般式MRn4-nをもつこともできる。ここで、Mは第4、5および14属の金属であり、RはC1〜C12のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびシクロアルキル基から選択される一価の炭化水素基であり、nは0から4の整数であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。「アリールアルキル」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アルキル側にある置換基のことをいう。「アルキルアリール」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アリール側にある置換基のことをいう。これらのルイス酸の限定的ではない具体例には、三塩化ベンジルチタン、二塩化べンジルチタン、三塩化ベンジルジルコニウム、二臭化ジベンジルジルコニウム、三塩化メチルチタン、二フッ化ジメチルチタン、二塩化ジメチルスズおよび三塩化フェニルバナジウムが含まれる。
本発明において有用な第4、5および14属のルイス酸は、一般式M(RO)nR’m4-(m+n)をもつこともできる。ここで、Mは第4、5および14属の金属であり、ROはC1〜C30のアルコキシ、アリーロキシ、アリールアルコキシ、アルキルアリーロキシ基から選択される一価の炭化水素アルコキシ基であり、R’は前述のように定義されるC1〜C12のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびシクロアルキル基から選択される一価の炭化水素基であり、nおよびmの和が4以下であるような、nは0から4の整数であり、mは0から4の整数であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。本発明の目的のために、当業者はアルコキシおよびアリーロキシという用語がそれぞれアルコキシドおよびフェノキシドと構造的に等価であることを理解できる。「アリールアルコキシ」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アルコキシ側にある置換基のことをいう。「アルキルアリール」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アリーロキシ側にある置換基のことをいう。これらのルイス酸の限定的ではない具体例には、三塩化メトキシチタン、三塩化n−ブトキシチタン、二塩化ジ(イソプロポキシ)チタン、三臭化フェノキシチタン、三フッ化フェニルメトキシジルコニウム、二塩化メチルメトキシチタン、二塩化メチルメトキシスズおよび二塩化ベンジルイソプロポキシバナジウムが含まれる。
本発明において有用な第4、5および14属のルイス酸は、一般式M(RC=OO)nR’m4-(m+n)をもつこともできる。ここで、Mは第4、5および14属の金属であり、RC=OOはC2〜C30のアルカシロキシ(alkacyloxy)、アリールアシロキシ、アリールアルキルアシロキシ、アルキルアリールアシロキシ基から選択される一価の炭化水素アシル基であり、R’は前述のように定義されるC1〜C12のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびシクロアルキル基から選択される一価の炭化水素基であり、nおよびmの和が4以下であるような、nは0から4の整数であり、mは0から4の整数であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。「アリールアルキルアシロキシ」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アルキルアシロキシ側にある置換基のことをいう。「アルキルアリールアシロキシ」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アリルアシロキシ側にある置換基のことをいう。これらのルイス酸の限定的ではない具体例には、三塩化アセトキシチタン、三臭化ベンゾイルジルコニウム、三フッ化ベンゾイロキシチタン、三塩化イソプロピロキシスズ、二塩化メチルアセトキシチタンおよび塩化ベンジルベンゾイロキシバナジウムが含まれる。
本発明において有用な第5属のルイス酸は、一般式MOX3をもつこともできる。ここで、Mは第5属の金属であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。限定的ではない具体例には、オキシ三塩化バナジウムが含まれる。
本発明において有用な第13属のルイス酸は、一般式MX3をもつこともできる。Mは第13属の金属であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。限定的ではない具体例には、三塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素、三塩化ガリウムおよび三フッ化インジウムが含まれる。
本発明において有用な第13属のルイス酸は、一般式MRn3-nをもつこともできる。Mは第13属の金属であり、RはC1〜C12のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびシクロアルキル基から選択される一価の炭化水素基であり、nは0から3の整数であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。「アリールアルキル」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アルキル側にある置換基のことをいう。「アルキルアリール」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アリール側にある置換基のことをいう。これらのルイス酸の限定的ではない具体例には、二塩化エチルアルミニウム、二塩化メチルアルミニウム、二塩化ベンジルアルミニウム、二塩化イソブチルガリウム、塩化ジエチルアルミニウム、塩化ジメチルアルミニウム、セスキ塩化エチルアルミニウム、セスキ塩化メチルアルミニウム、トリメチルアルミニウムおよびトリエチルアルミニウムが含まれる。
本発明において有用な第13属のルイス酸は、一般式M(RO)nR’m3-(m+n)をもつこともできる。Mは第13属の金属であり、ROはC1〜C30のアルコキシ、アリーロキシ、アリールアルコキシ、アルキルアリーロキシ基から選択される一価の炭化水素アルコキシ基であり、R’は前述のように定義されるC1〜C12のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびシクロアルキル基から選択される一価の炭化水素基であり、nおよびmの和が3以下であるような、nは0から3の整数であり、mは0から3の整数であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。本発明の目的のために、当業者はアルコキシおよびアリーロキシという用語がそれぞれアルコキシドおよびフェノキシドと構造的に等価であることを理解できる。「アリールアルコキシ」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アルコキシ側にある置換基のことをいう。「アルキルアリール」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アリーロキシ側にある置換基のことをいう。これらのルイス酸の限定的ではない具体例には、三塩化メトキシアルミニウム、二塩化エトキシアルミニウム、二塩化2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシアルミニウム、塩化メトキシメチルアルミニウム、塩化2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシメチルアルミニウム、二塩化イソプロポキシガリウムおよびフッ化フェノキシメチルインジウムが含まれる。
本発明において有用な第13属のルイス酸は、一般式M(RC=OO)nR’m3-(m+n)をもつこともできる。ここでMは第13属の金属であり、RC=OOはC2〜C30のアルカシロキシ(alkacyloxy)、アリールアシロキシ、アリールアルキルアシロキシ、アルキルアリールアシロキシ基から選択される一価の炭化水素アシル基であり、R’は前述のように定義されるC1〜C12のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびシクロアルキル基から選択される一価の炭化水素基であり、nおよびmの和が3以下であるような、nは0から3の整数であり、mは0から3の整数であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。「アリールアルキルアシロキシ」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アルキルアシロキシ側にある置換基のことをいう。「アルキルアリールアシロキシ」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アリルアシロキシ側にある置換基のことをいう。これらのルイス酸の限定的ではない具体例には、ニ塩化アセトキシアルミニウム、ニ臭化ベンゾイロキシアルミニウム、ニフッ化ベンゾイロキシガリウム、塩化メチルアセトキシアルミニウムおよび三塩化イソプロピロキシインジウムが含まれる。
前記第15属のルイス酸は、一般式MXyをもつことができる。ここで、Mは第15属の金属であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素であり、yは3、4または5である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。限定的ではない具体例には、六塩化アンチモン、六フッ化アンチモンおよび五フッ化砒素が含まれる。第15属のルイス酸は複数種のハロゲンを含むこともできる。限定的ではない具体例には、塩化五フッ化アンチモン、三フッ化砒素、三塩化ビスマスおよびフッ化四塩化砒素が含まれる。
本発明において有用な第15属のルイス酸は、一般式MRny-nをもつこともできる。ここで、Mは第15属の金属であり、RはC1〜C12のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびシクロアルキル基から選択される一価の炭化水素基であり、nは0から4の整数であり、nがyよりも小さくなるように、yは3、4または5であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。「アリールアルキル」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アルキル側にある置換基のことをいう。「アルキルアリール」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アリール側にある置換基のことをいう。これらのルイス酸の限定的ではない具体例には、塩化テトラフェニルアンチモンおよび二塩化トリフェニルアンチモンが含まれる。
本発明において有用な第15属のルイス酸は、一般式M(RO)nR’my-(m+n)をもつこともできる。Mは第15属の金属であり、ROはC1〜C30のアルコキシ、アリーロキシ、アリールアルコキシ、アルキルアリーロキシ基から選択される一価のヒドロカルボキシ基であり、R’は前述のように定義されるC1〜C12のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびシクロアルキル基から選択される一価の炭化水素基であり、nおよびmの和がyより小さいような、nは0から4の整数であり、mは0から4の整数であり、yば3、4または5であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。本発明の目的のために、当業者はアルコキシおよびアリーロキシという用語がそれぞれアルコキシドおよびフェノキシドと構造的に等価であることを理解できる。「アリールアルコキシ」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アルコキシ側にある置換基のことをいう。「アルキルアリール」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アリーロキシ側にある置換基のことをいう。これらのルイス酸の限定的ではない具体例には、テトラクロロメトキシアンチモン、ジメトキシトリクロロアンチモン、ジクロロメトキシ砒素、クロロジメトキシ砒素およびジフルオロメトキシ砒素が含まれる。
本発明において有用な第15属のルイス酸は、一般式M(RC=OO)nR’my-(m+n)をもつこともできる。ここでMは第15属の金属であり、RC=OOはC2〜C30のアルカシロキシ(alkacyloxy)、アリールアシロキシ、アリールアルキルアシロキシ、アルキルアリールアシロキシ基から選択される一価の炭化水素アシロキシ基であり、R’は前述のように定義されるC1〜C12のアルキル、アリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびシクロアルキル基から選択される一価の炭化水素基であり、nおよびmの和がyより小さいような、nは0から4の整数であり、mは0から4の整数であり、yば3、4または5であり、Xはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素により構成される群から独立して選択されるハロゲン原子であり、好ましくは塩素である。Xは擬似ハロゲン原子であってもよい。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドと定義される。「アリールアルキルアシロキシ」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アルキルアシロキシ側にある置換基のことをいう。「アルキルアリールアシロキシ」という用語は脂肪族および芳香族構造をともに含み、アリルアシロキシ側にある置換基のことをいう。これらのルイス酸の限定的ではない具体例には、アセタートテトラクロロアンチモン、(ベンゾアート)テトラクロロアンチモンおよび塩化ビスマスアセテートが含まれる。
特に好ましいルイス酸としては、三塩化アルミニウム、三臭化アルミニウム、二塩化エチルアルミニウム、セスキ塩化エチルアルミニウム、塩化ジエチルアルミニウム、二塩化メチルアルミニウム、セスキ塩化メチルアルミニウム、塩化ジメチルアルミニウム、三フッ化ホウ素、四塩化チタンなど、好ましくは二塩化エチルアルミニウムおよびセスキ塩化エチルアルミニウムを含むイソブチレン・ポリマーのカチオン重合に有用な任意のものを挙げることができる。
メチルアルミノキサンのようなルイス酸およびB(C653のような特に弱く配位するように設計されたルイス酸も本発明の記載の範囲において好ましいルイス酸である。
開始剤
本発明において有用な開始剤は、適切な希釈剤の中で選択されたルイス酸と複合でき、すばやくオレフィンと反応して成長ポリマー鎖を形成する錯体を生成するものである。具代的な例としては、H2O、HCl、RCOOH(ここでRはアルキル基)、ハロゲン化アルキル(例えば、(CH33CCl、C65C(CH32Clおよび2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン)のようなブルンステッド酸が含まれる。さらに最近では、単一位置の触媒系として働くことができるメタロセンおよびその他の物質のような遷移金属錯体が、例えば弱く配位したルイス酸やルイス酸塩で活性化される場合に、イソブチレン重合を開始させるために用いられる。
1つの態様において、反応槽および触媒系は実質的に水を含まない。実質的に水を含まない状態は、30ppm未満(触媒系の全重量に基づいて)であり、好ましくは20ppm未満、さらに好ましくは10ppm未満、さらに好ましくは5ppm未満、さらに好ましくは1ppm未満である。しかしながら、水が開始剤として選択される場合には、30ppmを超えて存在するように、好ましくは40ppmを超えて、さらに好ましくは50ppmを超えて(触媒系の全重量に基づいて)存在するように触媒系に水が添加される。
好ましい態様において前記開始剤は、1以上のハロゲン化水素、カルボン酸、カルボン酸ハライド、スルホン酸、アルコール、フェノール、ハロゲン化tert−アルキル、ハロゲン化tert−アラルキル、tert−アルキルエステル、tert−アラルキルエステル、tert−アルキルエーテル、tert−アラルキルエーテル、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリール、ハロゲン化アラルキル、またはハロゲン化アリールアルキル酸を含む。
好ましいハロゲン化水素開始剤には、塩化水素、臭化水素およびヨウ化水素が含まれる。特に好ましいハロゲン化水素は塩化水素である。
好ましいカルボン酸には脂肪族および芳香族カルボン酸が含まれる。本発明において有用なカルボン酸の具体例には、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、シンナミル酸、ベンゼン酸、1−クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、p−クロロベンゼン酸およびp−フルオロベンゼン酸が含まれる。特に好ましいカルボン酸には、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸およびp−フルオロベンゼン酸が含まれる。
本発明において有用なカルボン酸ハライドは、カルボン酸と構造が同様で、その酸のOHがハロゲン原子に置換されている。ハライドとしては、フルオライド、クロライド、ブロマイドまたはイオダイドが挙げられ、クロライドが好ましい。原料カルボン酸からの酸ハライドの調製は当該分野において既知であり、当業者はこれらの操作を熟知している。本発明において有用な好ましい酸ハライドには、塩化アセチル、臭化アセチル、塩化シンナミル、塩化ベンゾイル、臭化ベンゾイル、塩化トリクロロアセチル、塩化トリフルオロアセチル、塩化トリフルオロアセチルおよび塩化p−フルオロベンゾイルが含まれる。特に好ましい酸ハライドには、塩化アセチル、臭化アセチル、塩化トリクロロアセチル、塩化トリフルオロアセチルおよび塩化p−フルオロベンゾイルが含まれる。
本発明において有用なスルホン酸には脂肪族および芳香族スルホン酸が含まれる。好ましいスルホン酸の具体例には、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリクロロメタンスルホン酸およびp−トルエンスルホン酸が含まれる。
本発明において有用なスルホン酸ハライドは、スルホン酸と構造が同様で、その酸のOHがハロゲン原子に置換されている。前記ハライドとしては、フルオライド、クロライド、ブロマイドまたはイオダイドが挙げられ、クロライドが好ましい。原料スルホン酸からのスルホン酸ハライドの調製は当該分野において既知であり、当業者はこれらの操作を熟知している。本発明において有用な好ましいスルホン酸ハライドには、塩化メタンスルホニル、臭化メタンスルホニル、塩化トリクロロメタンスルホニル、塩化トリフルオロメタンスルホニルおよび塩化p−トルエンスルホニルが含まれる。
本発明において有用なアルコールには、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、2−メチルプロパン−2−オール、シクロヘキサノールおよびベンジルアルコールが含まれる。本発明において有用なフェノールには、フェノール、2−メチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、p−クロロフェノール、p−フルオロフェノール、2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェノールおよび2−ヒドロキシナフタレンが含まれる。
好ましいtert−アルキルおよびアラルキル開始剤には、下記の一般式で示されるtert−化合物が含まれる。
Figure 0005193424
ここでXは、ハロゲン原子、擬似ハロゲン、エーテル、エステルまたはこれらの混合物であり、好ましくはハロゲン原子、なかでも好ましくは塩素であり、R1、R2およびR3は独立して任意の直鎖状、環状または分枝状のアルキル、アリールまたはアラルキルであり、好ましくは1〜15、より好ましくは1〜8の炭素原子を含む。nは開始剤側の数を示し、より好ましくは1〜6の数である。前記アラルキルは置換でも非置換でもよい。本発明およびクレームの目的のために、またアラルキルは芳香族おわび脂肪族の両方を含む化合物のことを意味する。好ましい開始剤の例には、2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−ブロモ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−クロロ−2−メチルプロパン、2−プロモ−2−メチルプロパン、2−クロロ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、2−ブロモ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、1−クロロ−1−メチルエチルベンゼン、1−クロロアダマンタン、1−クロロエチルベンゼン、1,4−ビス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼン、5−tert−ブチル−1,3−ビス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼン、2−アセトキシ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−ベンゾイロキシ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−アセトキシ−2−メチルプロパン、2−ベンゾイロキシ−2−メチルプロパン、2−アセトキシ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、2−ベンゾイロキシ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、1−アセトキシ−1−メチルエチルベンゼン、1−アセトキシアダマンタン、1−ベンゾイロキシエチルベンゼン、1,4−ビス(1−アセトキシ−1−メチルエチル)ベンゼン、5−tert−ブチル−1,3−ビス(1−アセトキシ−1−メチルエチル)ベンゼン、2−メトキシ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−イソプロポキシ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−メトキシ−2−メチルプロパン、2−ベンゾイロキシ−2−メチルプロパン、2−メトキシ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、2−イソプロポキシ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、1−メトキシ−1−メチルエチルベンゼン、1−メトキシアダマンタン、1−メトキシエチルベンゼン、1,4−ビス(1−メトキシ−1−メチルエチル)ベンゼン、5−tert−ブチル−1,3−ビス(1−メトキシ−1−メチルエチル)ベンゼンおよび1,3,5−トリス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼンが含まれる。その他の好適な開始剤は米国特許第4,946,899号に見出だすことができ、これらは本発明に参照により取り込まれる。本発明およびクレームの目的のために、また擬似ハロゲン原子はアジド、イソシアネート、チオシアネート、イソチオシアネートまたはシアナイドの任意の化合物と定義される。
他の好ましい開始剤はポリマー性ハライドであり、R1、R2またはR3の1つはオレフィン・ポリマーであり、残りのR基は上述のように定義される。好ましいオレフィン・ポリマーには、ポリイソブチレン、ポリプロピレンおよびポリ塩化ビニルが含まれる。前記ポリマー性開始剤は、ポリマー骨格の鎖末端、鎖に沿って、またはその中に位置するハロゲン化三級炭素を有することができる。オレフィン・ポリマーが、ポリマー骨格の側鎖または骨格内の三級炭素に多くのハロゲン原子を有する場合には、生成物はオレフィン・ポリマー内のハロゲン原子の数および位置によって櫛状および/または側鎖分枝を有するポリマーを含みことができる。同様に、鎖末端の三級ポリマーハロゲン開始剤を用いることにより、ブロックポリマーを含み得る生成物の調製方法が提供される。
特に好ましい開始剤は、塩化水素、2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−クロロ−2−メチルプロパン、1−クロロ−1−メチルエチルベンゼンおよびメタノールを含むイソブチレン・ポリマーのカチオン重合に有用な任意の開始剤を挙げることができる。
本発明において有用な触媒系組成物は、代表的には(1)開始剤および(2)ルイス酸共開始剤または本発明に記載される他の金属複合体を含む。好ましい態様において、ルイス酸共開始剤はどこでも、存在する開始剤の約0.1倍モルから約200倍モル存在する。さらに好ましい態様において、ルイス酸共開始剤はどこでも、存在する開始剤の約0.8倍モルから約20倍モル存在する。好ましい態様において、開始剤はどこでも、約0.1モル/Lから10-6モル/L存在する。これを超える、またはこれ未満の量の開始剤も本発明の範囲内であることは言うまでもなく理解されることである。
採用される触媒の量は、生成されるポリマーの所望の分子量および分子量分布に依存する。代表的には、その範囲は約1×10-6モル/Lから3×10-2モル/Lであり、最も好ましくは10-4から10-3モル/Lである。
本発明において有用な触媒系はさらに反応性カチオンおよび弱配位カチオン(「WCアニオン」または「WCA」または「NCA」)を含む触媒組成物を含む。WCアニオンを含むこの触媒組成物は反応性カチオンを含み、特定の場合には新規の触媒系である。
弱配位アニオンは、カチオンに配位しない又はカチオンに弱配位するのいずれかのアニオンとして定義され、アニオンが本発明における安定化するアニオンとして機能する場合、WCAはアニオン性断片または置換基をカチオンに移転しないため、中性の副生物または中性化合物を生み出す。好ましいそのような弱配位アニオンには、アルキルトリス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素(RB(pfp)3 -)、テトラパーフルオロフェニルホウ素(B(pfp)4 -)、テトラパーフルオロフェニルアルミニウムカルボラン、ハロゲン化カルボランなどを含まれる。前記カチオンはオレフィンに付加してカルボカチオンを生成することができる任意のカチオンである。
前記アニオンは、当業者に知られている任意の方法によりカチオンと結合させることができる。例えば、好ましい態様においてWCアニオンは、活性触媒系の形態でアニオンおよびカチオンをともに含む化合物として希釈剤に取り込まれる。他の好ましい態様において、WCアニオン断片を含有する組成物は初めに処理されてカチオンまたは反応性カチオン源(例えばアニオンは活性化されている)の存在下でアニオンを生成する。同様にWCアニオンは、次に導入されるカチオンまたはカチオン源なしに活性化され得る。好ましい態様において、アニオンを含む組成物およびカチオンを含む組成物は混合されて反応し、アニオンおよびカチオンである副生物を生成する。
弱配位アニオン
置換基または断片をカチオンに転移してカチオンを中性化し中性分子を生成できるアニオン性複合体を形成することができる任意の金属またはメタロイド化合物をWCアニオンとして用いることができる。さらに、水中で安定な配位化合物を形成することができる任意の金属またはメタロイドをアニオンを含む組成物に用いたり、含有させたりすることができる。好適な金属にはアルミニウム、金、白金などが含まれるが、これらに限定されない。単一の金属またはメタロイド原子を含む配位複合体を含むアニオンを含む化合物はもちろん周知であり、多くのもの、特にアニオン部分に単一のホウ素を含むような化合物は商業的に用いられている。この点を考慮すると、単一のホウ素を含む配位複合体を含むアニオンを含む塩が好ましい。
一般的に、WCアニオンは、次の一般式で表すことができる。
[(M’)m+1…Qnd-
ここで、M’は金属またはメタロイドであり、
1からQnは独立して架橋または非架橋のヒドリド基、ジアルキルアミド基、アルコキシドおよびアリールオキシド基、ヒドロカルビルおよび置換ヒドロカルビル基、ハロカルビルおよび置換ハロカルビル基、およびヒドロカルビルおよびハロカルビル置換有機メタロイド基であって、Q1からQnの任意の1つであって1を超えないものがハライド基であり、
mがMの形式的な原子価負荷を表す整数であり、
nがリガンドqの総数であり、および
dが1または1より大きな整数である。
もちろん、前述および以下に示すアニオンが、アニオンがカチオンと反応する前に除かれる正に荷電した成分と相殺することができることは理解される。アニオンとともに用いるために記載されるカチオンについても同様のことが言える。例えば、Cp2ZrMe2は、R+がメチル基と反応してCp2Zr+MeWCA-触媒系を放出するアニオン(WCA-+)を含む組成物と混合することができる。
ホウ素を含む好ましいWCアニオンは次の一般式で表すことができる。
[BAr1Ar234-
ここで、Bは3原子価状態のホウ素であり、
Ar1およびAr2は、約6から約20の炭素原子を含み、安定な架橋基を介して互いに結合できる同一または異なる芳香族または置換芳香族炭化水素基であり、および
3およびX4は、独立して、ヒドリド基、ヒドロカルビルおよび置換ヒドロカルビル基、ハロカルビルおよび置換ハロカルビル基、ヒドロカルビルおよびハロカルビル置換有機メタロイド基、二置換ニクトーゲン(pnictogen)基、置換シャルコゲン(chalcogen)基およびハライド基である。但し、X3およびX4が同時にハライドであることはない。
一般的にAr1およびAr2は、独立して任意の芳香族または置換芳香族炭化水素基である。好適な芳香族基には、フェニル、ナフチルおよびアントラセニル基が含まれるが、これらに限定されない。好適な置換芳香族炭化水素基上の置換基には、X3およびX4と同様に有用なものとして、ヒドロカルビル基、有機メタロイド基、アルコキシおよびアリールオキシ基、フルオロカルビルおよびフルオロヒドロカルビル基などが含まれるが、必ずしもこれらに限定されない。置換基は、ホウ素原子に結合した炭素原子からみて、オルト、メタまたはパラであり得る。X3およびX4の一方または両方がヒドロカルビル基である場合には、それぞれはAr1およびAr2のように同じまたは異なる芳香族基または置換芳香族基のいずれでもよく、同様に直鎖状または分枝状のアルキル、アルケニル、またはアルキニル、環状炭化水素基、またはアルキル置換の環状炭化水素基でもよい。上述のように、Ar1およびAr2はX3およびX4のいずれかに結合してもよい。結局、X3およびX4は適切な架橋基を介して互いに結合していてもよい。
WCアニオンとして用いることができるホウ素成分の具体的な例として、テトラフェニルホウ素、テトラ(p−トリル)ホウ素、テトラ(o−トリル)ホウ素、テトラ(ペンタフルオロフェニル)ホウ素、テトラ(o,p−ジメチルフェニル)ホウ素、テトラ(m,m−ジメチルフェニル)ホウ素、(p−トリフルオロメチルフェニル)ホウ素などのような4価のホウ素化合物を挙げることができるが、これらには限定されない。
WCアニオンとして有用な他の金属およびメタロイドを含む好適な成分の同様のリストを作ることはできるが、このようなリストは完全な開示に必要とは思われない。これに関して、前述のリストは完全であることを意図したものではなく、また、他の金属またはメタロイドを含む有用な化合物と同様に他の有用なホウ素化合物は、前述の一般的な議論や式から当業者にとって容易に理解できることは注記すべきである。
ホウ素を含む特に好ましいWCアニオンは次の一般式で表すことができ、
[B(C653Q]-
式中、Fはフッ素であり、Cは炭素であり、BおよびQは前述の通りである。トリフェニルメチルホウ素塩を含むこれらの好ましいWCアニオンの具体的な例において、Qはメチル、ブチル、シクロヘキシル、またはフェニルのような簡単なヒドロカルビルであるか、またはポリスチレン、ポリイソプレン、またはポリパラメチルスチレンのような不特定の鎖長を有するポリマー性のヒドロカルビルであるが、これらに限定されない。
最も好ましいアニオンのポリマー性Q置換基により、高溶解性のイオン交換活性化剤成分および最終触媒が提供される。溶解性の触媒および/または前駆体は、所望の濃度に希釈でき、商業的プロセスにおいて簡単な装置を用いて簡単に移送できるため、不溶性のワックス、油、または固体よりも好ましいことが多い。
複数のホウ素原子を含むWCアニオンは、次の一般式
[(CX)a(BX’)mX”c- または
[[[(CX6a(BX7m(X82n+d-
で表すことができ、
ここで、X、X’、X”、X6、X7およびX8は、独立して、ヒドリド基、ハライド基、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、ハロカルビル基、置換ハロカルビル基、またはヒドロカルビルまたはヒドロカルビル置換有機メタロイド基であり、
Tは、遷移金属、好ましくは第8、9または10族の金属、さらに好ましくはニッケル、ゴバルトまたは鉄であり、
aおよびbは0以上の整数であり、
cは1以上の整数であり、
a+b+cは2から約8の偶数であり、
mは5から約22の範囲の整数であり、
aおよびbは同じか、または異なる整数であり、
cは2以上の整数であり、
a+b+cは4から約8の偶数であり、
mは6から約12の範囲の整数であり、
nは2c−n=dとなるような整数であり、および
dは1以上の整数である。
複数のホウ素を含む本発明の好ましいWCアニオンの例には、
(1)次の一般式を満たすボランまたはカルボランアニオンが含まれ、
[(CH)ax(BH)bxcx-
ここで、axは0または1であり、
cxは1または2であり、
ax+cx=2であり、
bxは約10から12の範囲の整数であり、または
(2)次の一般式を満たすボラン、またはカルボランまたは中性ボラン化合物であり、
[(CX)ay(BH)my(H)bycy-
ここで、ayは0から2の整数であり、
byは0から3の整数であり、
cyは0から3の整数であり、
ay+by+cy=4であり、
myは約9から約18の整数であり、または
(3)次の一般式を満たす金属ボラン、または金属カルボランであり、
[[[(CH)az(BH)mz(H)bzcz-]Mnz+dz-
ここで、azは0から2の整数であり、
bzは0から2の整数であり、
czは2または3であり、
mzは約9から11の整数であり、
az+bz+cz=4であり、および
nzおよびdzは、それぞれ、2および2または3および1である。
WCアニオンの具体的な例には、ドデカボレート、デカクロロデカボレート、ドデカクロロデカボレート、1−カルバデカボレート、1−カルバデカボレート、1−トリメチルシリル−1−カルバデカボレート
デカボラン(14)、7,8−ジカルバデカボラン(13)、2,7−ジカルバウンデカボラン(13)、ウンデカヒドリド−7,8−ジメチル−7,8−ジカルバウンデカボラン、6−カルバデカボレート(12)、7−カルバウンデカボレート、7,8−ジカルバウンデカボレートのようなボランおよびカルボラン複合体、およびボランおよびカルボランアニオンの塩、および
コバルト酸(III)ビス(ノナヒドリド−1,3−ジカルバノナボレート)、第二鉄酸(III)ビス(ウンデカヒドリド−7,8−ジカルバウンデカボレート)、コバルト酸(III)ビス(ウンデカヒドリド−7,8−ジカルバウンデカボレート)、ニッケル酸(III)ビス(ウンデカヒドリド−7,8−ジカルバウンデカボレート)、第二鉄酸(III)ビス(ノナヒドリド−7,8−ジメチル−7,8−ジカルバウンデカボレート)、コバルト酸(III)ビス(トリブロモオクタヒドリド−7,8−ジカルバウンデカボレート)、コバルト酸(III)ビス(ウンデカヒドリドジカルバドデカボレート)およびコバルト酸(III)ビス(ウンデカヒドリド−7−カルバウンデカボレート)が含まれるが、これらに限定されない。
このプロセスに用いられる触媒系を形成するために最も好ましいWCアニオン組成物は、中心原子分子またはポリマー複合体または粒子に共有結合しているトリスパーフルオロフェニルホウ素、テトラペンタフルオロフェニルホウ素アニオン、および/または2またはそれ以上のトリスペンタフルオロフェニルホウ素アニオン基をものである。
カチオン性成分
本発明の様々な好ましい態様において、前記WCアニオンは、異なるクラスのカチオンまたはカチオン源から選択された1またはそれ以上のカチオンと結合する。
幾つかの好ましいクラスは以下の通りである。
(A)シクロペンタジエニル遷移金属複合体およびそれらの誘導体
(B)下記化学式で示される置換カルボカチオン
Figure 0005193424
(式中、R1、R2およびR3は、水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基またはそれらの誘導体であり、好ましくはC1からC30の水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基またはそれらの誘導体である。)
(C)置換シリリウム、好ましくは下記化学式で示されるもの
Figure 0005193424
(式中、R1、R2およびR3は、水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基またはそれらの誘導体であり、好ましくはC1からC30の水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基またはそれらの誘導体である。)
(D)プロトンを発生することができる成分
(E)ゲルマニウム、スズ、または鉛、下記化学式で示されるもののカチオン性成分
Figure 0005193424
(式中、R1、R2およびR3は、水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基またはそれらの誘導体であり、好ましくはC1からC30の水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基またはそれらの誘導体であり、R*は、ゲルマニウム、スズ、または鉛である。)
A.シクロペンタジエニル金属誘導体
好ましいシクロペンダジエニル遷移金属誘導体には、第4、5、または6族遷移金属のモノ−、ビス−、またはトリス−シクロペンタジエニル誘導体である遷移金属が含まれ、好ましくはモノ−シクロペンタジエニル(モノ−Cp)またはビス−シクロペンタジエニル(ビス−Cp)第4族遷移金属成分、特にジルコニウム、チタニウム、またはハフニウム成分がふくまれる。
弱配位アニオンと結合できる好ましいシクロペンダジエニル誘導体は下記の化学式で示される。
Figure 0005193424
(式中、
(A−Cp)は(Cp)(Cp*)またはCp−A’−Cp*のいずれかであり、
CpおよびCp*は、同一でも異なってもよい、0から5の置換基Sで置換されたシクロペンタジエニル環であり、それぞれの置換基Sは独立して、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、ハロカルビル、置換ハロカルビル、ヒドロカルビル置換有機メタロイド、ハロカルビル置換有機メタロイド、二置換ホウ素、二置換ニクトーゲン(pnictogen)、置換シャルコン、またはハロゲン基であり、またはCpおよびCp*は、2つの隣接したS基がともにC4からC20の環を形成して飽和または不飽和の多環シクロペンタジエニル・リガンドをつくるシクロペンタジエニル環であり、
Rは、金属原子にも結合している1つのシクロペンタジエニル基上の置換基であり、
A’は架橋基であり、この基はCpおよびCp*環または(C55-y-xx)およびJR’(z-1-y)基の回転を制限する働きがあり、
Mは第4、5、または6族遷移金属であり、
yは0または1であり、
(C55-y-xx)は0から5のS基で置換されたシクロペンタジエニル環であり、
xは置換度を示す0から5であり、
JR’(z-1-y)は、Jが配位数3の第15族の原子、または配位数2の第16族の原子、好ましくは窒素、リン、酸素、たまは硫黄であるヘテロ原子リガンドであり、
R”はヒドロカルビル基、好ましくはアルキル基であり、
XおよびX1は独立して、ヒドリド基、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、ハロカルビル基、置換ハロカルビル基、ヒドロカルビルおよびハロカルビル置換有機メタロイド基、置換ニクトーゲン(pnictogen)基、置換シャルコン基であり、および
Lは、オレフィン、ジオレフィン、アリーン・リガンド、または中性のルイス塩基である。
本発明で用いられる、さらなるシクルペンタジエニル基は、米国特許第5,055,438号、第5,278,119号、第5,198,401号、および第5,096,867号に記載されており、これらは参照により本発明に取り込まれる。
B.置換カルボカチオン
他の好ましいカチオン源は置換カルボカチオンである。好ましい例には、下記化学式で示される物質が含まれる。
Figure 0005193424
(式中、R1、R2およびR3は独立して、水素原子、または直鎖状、分枝状または環状の芳香族または脂肪族基であり、好ましくはC1からC20の芳香族または脂肪族基である。但し、R1、R2およびR3の1つだけは水素でもよい。好ましい態様においては、R1、R2およびR3のいずれも水素ではない。好ましい芳香族基には、フェニル、トルイル、キシリル、ビフェニルなどが含まれる。好ましい脂肪族基には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシル、3−メチルペンチル、3,5,5−トリメチルヘキシルなどが含まれる。特に好ましい態様において、R1、R2およびR3がフェニル基の場合には、脂肪族または芳香族アルコールの添加により有意にイソブチレン重合が増加する。
C.置換シリリウムカチオン
他の好ましい態様において、置換シリリウム成分、好ましくは三置換シリリウム成分はモノマーを重合するためにWCAと結合する。好ましいシリリウム・カチオンは下記化学式で示される。
Figure 0005193424
(式中、R1、R2およびR3は独立して、水素原子、または直鎖状、分枝状または環状の芳香族または脂肪族基である。但し、R1、R2およびR3の1つだけは水素でもよい。好ましくは、R1、R2およびR3のいずれも水素ではない。R1、R2およびR3は独立して、C1からC20の芳香族または脂肪族基である。さらに好ましくはR1、R2およびR3は独立して、C1からC8のアルキル基である。有用な芳香族基の例は、フェニル、トリル、キシリル、およびビフェニルで構成される群から選択することができる。有用な脂肪族基の非限定的な例は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシル、3−メチルペンチル、3,5,5−トリメチルヘキシルで構成される群から選択することができる。反応性置換シリリウムカチオンの特に好ましい基は、トリメチルシリリウム、トリエチルシリリウム、およびベンジルジメチルシリリウムで構成される群から選択することができる。
置換シリリウムの安定型およびその合成の議論については、エフ・エー・コットン(F.A. Cotton)、ジー・ウィルキンソン(G. Wilkinson)著、アドバンスト・インオーガニック・ケミストリ(Advanced Inorganic Chemistry)、ジョン・ウィリー・アンド・サン社、ニューヨーク、1980年を参照のこと。同様に、カチオン性ゲルマニウム、および鉛成分とその合成については、有機金属化合物辞典(Dictionary of Organometallic compounds)、チャップマン・アンド・ホール社、ニューヨーク、1984年を参照のこと。
D.プロトンを発生できる成分
第四のカチオン源は、弱配位アニオンまたは弱配位アニオンを含む成分と結合するとプロトンを発生する任意の化合物である。プロトンは、弱配位の非親核性アニオンを含む安定なカルボカチオン塩と、プロトンおよび対応する副生物(アルコールまたはフェノールの場合のエーテル、および水の場合のアルコール)を生成するために存在する水、アルコール、またはフェノールとの反応により発生させることができる。カルボカチオン塩の反応が、オレフィンとの反応に比べてプロトン化された添加物との場合に早い場合には、そのような反応は好ましいといえる。他のプロトンを発生する反応物には、チオール、カルボン酸などが含まれる。同様の化学反応はシリリウム型触媒を用いた場合に起こり得る。特に好ましい態様において、R1、R2およびR3がフェニル基の場合には、脂肪族または芳香族アルコールの添加により、イソブチレンの重合が有意に増加する。
プロトンを発生させる他の方法には、オレフィンのような重合を妨害しないルイス塩基の存在下、例えば湿性の希釈剤中で第1族または第2族の金属、好ましくはリチウムを水と混合することが含まれる。イソブチレンのようなルイス塩基が、第1族または第2族の金属および水とともに存在すると、プロトンが発生することが観察された。好ましい態様においては、第1族または第2族の金属が添加されると活性触媒が生成するような「湿性の」希釈剤中に弱配位アニオンも存在する。
活性触媒系
A.シクロペンタジエニル遷移金属化合物
前記Cp遷移金属カチオン(CpTm+)は、少なくとも2つの方法において活性触媒に混合することができる。第一の方法は、CpTm+を含む化合物を、次に反応して副生物および活性「弱配位」対を形成するWCA-を含む第二化合物と反応させるものである。
活性カチオン性触媒は、遷移金属化合物をB(C663nのような幾つかの中性ルイス酸と反応させることにより調製することができる。このB(C663nは遷移金属化合物の加水分解可能なリガンド(X)との反応で([B(C663(X)]-のようなアニオンを生成し、これは反応により生成するカチオン性遷移金属種を安定化する。
本発明の新しい態様は形成される活性カルボカチオン性触媒複合体であり、下記化学式で示すことができる。
Figure 0005193424
(式中、各Gは独立して、水素原子、または芳香族または脂肪族基、好ましくはC1からC100の脂肪族基であり、gは成長ポリマー鎖に取り込まれるモノマー単位の数を示す整数であり、gは好ましくは1またはそれを超える数であり、好ましくは1から約150,000の数である。WCA-は前述のように任意の弱配位アニオンである。他の全ての記号は前述の通りである。)
他の態様において、本発明は下記化学式で表わすことができる活性触媒成分も提供する。
Figure 0005193424
(式中、各Gは独立して、芳香族または脂肪族基、好ましくはC1からC100の脂肪族または芳香族基であり、gは成長ポリマー鎖に取り込まれるモノマー単位の数を示す整数であり、gは好ましくは1またはそれを超える数であり、好ましくは1から約50,000の数である。WCA-は前述のように任意の弱配位アニオンである。他の全ての記号は前述の通りである。)
B.置換カルボカチオンおよびシリリウム化合物
三置換カルボカチオンおよびシリリウムカチオンの生成は重合またはin situにおける使用の前に行われる。前記カチオンまたは安定カチオン塩の前生成および単離は、当該分野で既知の方法と同様に、弱配位アニオンのアルカリまたはアルカリ土類金属塩を、可能性のあるカルボカチオンまたはシリリウムの対応するハロゲン原子と反応させることにより行うことができる。置換カルボカチオンまたはシリリウムの生成は、安定な塩と同様な様式でin situであるが、重合の容器内および好ましい温度において起こる。後者の操作の利点は、第一の方法で取り扱うには不安定すぎる異なるカルボカチオンまたはシリリウムカチオンを製造することができるということである。前記カチオンまたはカチオンの前駆体は代表的には1:1の比率でWCAとともに用いられるが、本発明の実施においては1:100の比率(WCAに対するC+またはSi+比)でも有効である。
本発明の新しい態様は、生成される活性カルボカチオン性触媒複合体であり、下記化学式で示すことができる。
Figure 0005193424
(式中、各Gは独立して、水素原子、またはヒドロカルビル基、好ましくはC1からC100の脂肪族基であり、gは成長ポリマー鎖に取り込まれるモノマー単位の数を示す整数であり、gは好ましくは1またはそれを超える数であり、好ましくは1から約150,000の数である。WCA-は前述のように任意の弱配位アニオンである。他の全ての記号は前述の通りである。)
本発明のさらに他の新しい態様は生成される活性カルボカチオン性触媒複合体であり、下記化学式で示すことができる。
Figure 0005193424
(式中、各Gは独立して、水素原子、または芳香族または脂肪族基、好ましくはC1からC100の脂肪族基であり、gは成長ポリマー鎖に取り込まれるモノマー単位の数を示す整数であり、gは好ましくは1またはそれを超える数であり、好ましくは1から約150,000の数である。WCA-は前述のように任意の弱配位アニオンである。他の全ての記号は前述の通りである。)
Ge、Sb、Pb
さらにゲルマニウム、スズまたは鉛のカチオン性成分を本発明のWCAと組み合わせて用いることができる。好ましい成分には下記化学式で示されるものが含まれる。
Figure 0005193424
(式中、R1、R2およびR3は独立して、水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基またはそれらの誘導体であり、好ましくはC1からC30の水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基またはそれらの誘導体であり、R*は、ゲルマニウム、スズ、または鉛である。好ましい態様において、R基はC1からC10のアルキル、好ましくはメチル、エチル、プロピル、またはブチルである。)
水素化フッ素化炭素
水素化フッ素化炭素は本発明において好ましくは希釈剤として用いられ、単独で、または他の水素化フッ素化炭素と組み合わせて、または他の希釈剤と組み合わせて用いられる。本発明およびクレームの目的のために、水素化フッ素化炭素(1または複数の「HFC」ともいう。)は、少なくとも1つの炭素、少なくとも1つの水素、および少なくとも1つのフッ素が存在することを条件として、主要には水素、炭素およびフッ素から構成される飽和または不飽和の化合物と定義される。
特定の態様において、前記希釈剤は化学式 Cxyz で示される水素化フッ素化炭素を含む。ここで、xは1から40の整数、または1から30、または1から20、または1から10、または1から6、または2から20、または3から10、または3から6、最も好ましくは1から3であり、yおよびzは1以上の整数である。
具体例には、フルオロメタン、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、フルオロエタン、1,1−ジフルオロエタン、1,2−ジフルオロエタン、1,1,1−トリフルオロエタン、1,1,2−トリフルオロエタン、1,1,1,2−テトラフルオロエタン、1,1,2,2−テトラフルオロエタン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタン、1−フルオロプロパン、2−フルオロプロパン、1,1−ジフルオロプロパン、1,2−ジフルオロプロパン、1,3−ジフルオロプロパン、2,2−ジフルオロプロパン、1,1,1−トリフルオロプロパン、1,1,2−トリフルオロプロパン、1,1,3−トリフルオロプロパン、1,2,2−トリフルオロプロパン、1,2,3−トリフルオロプロパン、1,1,1,2−テトラフルオロプロパン、1,1,1,3−テトラフルオロプロパン、1,1,2,2−テトラフルオロプロパン、1,1,2,3−テトラフルオロプロパン、1,1,3,3−テトラフルオロプロパン、1,2,2,3−テトラフルオロプロパン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,2,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,2,2,3−ヘキサフルオロプロパン、1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロプロパン、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン、1−フルオロブタン、2−フルオロブタン、1,1,−ジフルオロブタン、1,2−ジフルオロブタン、1,3−ジフルオロブタン、1,4−ジフルオロブタン、2,2−ジフルオロブタン、2,3−ジフルオロブタン、1,1,1−トリフルオロブタン、1,1,2−トリフルオロブタン、1,1,3−トリフルオロブタン、1,1,4−トリフルオロブタン、1,2,2−トリフルオロブタン、1,2,3−トリフルオロブタン、1,3,3−トリフルオロブタン、2,2,3−トリフルオロブタン、1,1,1,2−テトラフルオロブタン、1,1,1,3−テトラフルオロブタン、1,1,1,4−テトラフルオロブタン、1,1,2,2−テトラフルオロブタン、1,1,2,3−テトラフルオロブタン、1,1,2,4−テトラフルオロブタン、1,1,3,3−テトラフルオロブタン、1,1,3,4−テトラフルオロブタン、1,1,4,4−テトラフルオロブタン、1,2,2,3−テトラフルオロブタン、1,2,2,4−テトラフルオロブタン、1,2,3,3−テトラフルオロブタン、1,2,3,4−テトラフルオロブタン、2,2,3,3−テトラフルオロブタン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロブタン、1,1,1,2,3−ペンタフルオロブタン、1,1,1,2,4−ペンタフルオロブタン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン、1,1,1,3,4−ペンタフルオロブタン、1,1,1,4,4−ペンタフルオロブタン、1,1,2,2,3−ペンタフルオロブタン、1,1,2,2,4−ペンタフルオロブタン、1,1,2,3,3−ペンタフルオロブタン、1,1,2,4,4−ペンタフルオロブタン、1,1,3,3,4−ペンタフルオロブタン、1,2,2,3,3−ペンタフルオロブタン、1,2,2,3,4−ペンタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,2,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,3,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,3,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,2,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,2,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,3,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,3,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,2,2,3,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,2,4,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,3,3,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,3,4,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,4,4,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,3,3,4,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,3,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,4,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,3,3,4,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,2,4,4,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,3,4,4,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,3,4,4−ノナフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,4,4,4−ノナフルオロブタン、1−フルオロ−2−メチルプロパン、1,1,−ジフルオロ−2−メチルプロパン、1,3−ジフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,1−トリフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,3−トリフルオロ−2−メチルプロパン、1,3−ジフルオロ−2−(フルオロメチル)プロパン、1,1,1,3−テトラフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,3,3−テトラフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,3−トリフルオロ−2−(フルオロメチル)プロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,3,3−テトラフルオロ−2−(フルオロメチル)プロパン、1,1,1,3−テトラフルオロ−2−(フルオロメチル)プロパン、フルオロシクロブタン、1,1−ジフルオロシクロブタン、1,2−ジフルオロシクロブタン、1,3−ジフルオロシクロブタン、1,1,2−トリフルオロシクロブタン、1,1,3−トリフルオロシクロブタン、1,2,3−トリフルオロシクロブタン、1,1,2,2−テトラフルオロシクロブタン、1,1,3,3−テトラフルオロシクロブタン、1,1,2,2,3−ペンタフルオロシクロブタン、1,1,2,3,3−ペンタフルオロシクロブタン、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロシクロブタン、1,1,2,2,3,4−ヘキサフルオロシクロブタン、1,1,2,3,3,4−ヘキサフルオロシクロブタン、1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロブタン、およびそれらの混合物、および下記の不飽和HFC’sを含む混合物が含まれる。特に好ましいHFC’sには、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、1,1−ジフルオロエタン、1,1,1−トリフルオロエタン、フルオロメタン、および1,1,1,2−テトラフルオロエタンが含まれる。
不飽和水素化フッ素化炭素の具体例には、フッ素化ビニル、1,1−ジフルオロエテン、1,2−ジフルオロエテン、1,1,2−トリフルオロエテン、1−フルオロプロペン、1,1−ジフルオロプロペン、1,2−ジフルオロプロペン、1,3−ジフルオロプロペン、2,3−ジフルオロプロペン、3,3−ジフルオロプロペン、1,1,2−トリフルオロプロペン、1,1,3−トリフルオロプロペン、1,2,3−トリフルオロプロペン、1,3,3−トリフルオロプロペン、2,3,3−トリフルオロプロペン、3,3,3−トリフルオロプロペン、1−フルオロ−1−ブテン、2−フルオロ−1−ブテン、3−フルオロ−1−ブテン、4−フルオロ−1−ブテン、1,1−ジフルオロ−1−ブテン、1,2−ジフルオロ−1−ブテン、1,3−ジフルオロプロペン、1,4−ジフルオロ−1−ブテン、2,3−ジフルオロ−1−ブテン、2,4−ジフルオロ−1−ブテン、3,3−ジフルオロ−1−ブテン、3,4−ジフルオロ−1−ブテン、4,4−ジフルオロ−1−ブテン、1,1,2−トリフルオロ−1−ブテン、1,1,3−トリフルオロ−1−ブテン、1,1,4−トリフルオロ−1−ブテン、1,2,3−トリフルオロ−1−ブテン、1,2,4−トリフルオロ−1−ブテン、1,3,3−トリフルオロ−1−ブテン、1,3,4−トリフルオロ−1−ブテン、1,4,4−トリフルオロ−1−ブテン、2,3,3−トリフルオロ−1−ブテン、2,3,4−トリフルオロ−1−ブテン、2,4,4−トリフルオロ−1−ブテン、3,3,4−トリフルオロ−1−ブテン、3,4,4−トリフルオロ−1−ブテン、4,4,4−トリフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,2,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,3,3−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,3,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,2,3,3−テトラフルオロ−1−ブテン、1,2,3,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,2,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,3,3,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,3,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、2,3,3,4−テトラフルオロ−1−ブテン、2,3,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、3,3,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、3,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,3−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,2,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,3,3,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,3,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,4,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,2,3,3,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,2,3,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,2,4,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、2,3,3,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、2,3,4,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、3,3,4,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,3,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,1,2,4,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、2,3,3,4,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,3,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブテン、1,1,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブテン、1,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブテン、1−フルオロ−2−ブテン、2−フルオロ−2−ブテン、1,1−ジフルオロ−2−ブテン、1,2−ジフルオロ−2−ブテン、1,3−ジフルオロ−2−ブテン、1,4−ジフルオロ−2−ブテン、2,3−ジフルオロ−2−ブテン、1,1,1−トリフルオロ−2−ブテン、1,1,2−トリフルオロ−2−ブテン、1,1,3−トリフルオロ−2−ブテン、1,1,4−トリフルオロ−2−ブテン、1,2,3−トリフルオロ−2−ブテン、1,2,4−トリフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,1,4−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,2,3−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,2,4−テトラフルオロ−2−ブテン、1,2,3,4−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,3−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,3,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,2,3,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,2,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,3,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,1,3,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,2,3,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,3,4,4−ヘプタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,4,4,4−ヘプタフルオロ−2−ブテン、およびそれらの混合物、および前述の不飽和HFC’sを含む混合物が含まれる。
1つの態様において、前記希釈剤は非パーフッ素化化合物を含むか、または前記希釈剤が非パーフッ素化希釈剤である。パーフッ素化化合物は炭素とフッ素からなる化合物である。しかし、他の態様において希釈剤が混合物を含む場合には、この混合物はパーフッ素化化合物を含み、好ましくは触媒、モノマーおよび希釈剤が単一の相に存在するか、または前述の成分が以下にさらに詳細に記載する希釈剤と混ざる。他の態様において、混合物は塩素化フッ素化炭素(CFC’s)、または塩素、フッ素および炭素からなるそのような化合物を含んでもよい。
他の態様において、大きな重量平均分子量(Mw)(代表的には10,000Mwより大きく、好ましくは50,000Mwより大きく、さらに好ましくは100,000Mwより大きく)が望ましい場合には、好適な希釈剤は−85℃で10よりも大きく、好ましくは15より大きく、さらに好ましくは20より大きく、さらに好ましくは25より大きく、さらに好ましくは40以上である誘電定数をもつ水素化フッ素化炭素を含む。小さな重量平均分子量(Mw)(代表的には10,000Mwより小さく、好ましくは5,000Mwより小さく、さらに好ましくは3,000Mwより小さい)が望ましい態様では、誘電定数は10より小さくてもよく、誘電定数が10を超える場合にはより多くの量の開始剤または移転剤を添加することによりそうしてもよい。希釈剤の誘電定数εDは、誘電定数[測定値CR]が既知の液体および気体(εA=1)[測定値CA]を対称にした希釈剤に浸漬した平行板キャパシタ(parallel-plate capacitor)の静電容量[測定値CD]の測定により決定される。それぞれの場合において測定静電容量CMはCM=εCC+CSにより与えられ、CCはセル静電容量であり、CSは漂遊静電容量である。これらの測定からεDはεD=((CD−CA)εR+(CR−CD))/(CR−CA)で与えられる。また、ブルックヘブン・インストルメント(Brookhaven Instrument)社のBIC−870のような特別目的で作製された装置も希釈剤の誘電定数を直接測定するために用いられる。幾つかの選択された希釈剤の−85℃における誘電定数の比較を下記の図1にグラフで示した。
Figure 0005193424
他の態様において、1以上のHFCが他の希釈剤または希釈剤の混合物と組み合わせて用いられている。好ましい添加する希釈剤には、炭化水素、特にヘキサンおよびヘプタン、ハロゲン化炭化水素、特に塩素化炭化水素などが含まれる。具体例には、プロパン、イソブタン、ペンタン、メチルシクロペンタン、イソヘキサン、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、2−メチルブタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、2−メチルヘキサン、3−メチルヘキサン、3−エチルペンタン、2,2−ジメチルペンタン、2,3−ジメチルペンタン、2,4−ジメチルペンタン、3,3−ジメチルペンタン、2−メチルヘプタン、3−エチルヘキサン、2,5−ジメチルヘキサン、2,2,4−トリメチルペンタン、オクタン、ヘプタン、ブタン、エタン、メタン、ノナン、デカン、ドデカン、ウンデカン、ヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、1,1−ジメチルシクロペンタン、シス−1,2−ジメチルシクロペンタン、トランス−1,2−ジメチルシクロペンタン、トランス−1,3−ジメチルシクロペンタン、エチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、オルト−キシレン、パラ−キシレン、メタ−キシレン、および以上全てのハロゲン化物、好ましくは以上の塩素化物、さらに好ましくは以上全てのフッ素化物が含まれるが、これらに限定されない。以上の臭素化物も有用である。具体例には、塩化メチル、塩化メチレン、塩化エチル、塩化プロピル、塩化ブチル、クロロホルムなどが含まれる。
他の態様において、非反応性オレフィンは希釈剤としてHFCと組み合わせて用いることができる。具体例には、エチレン、プロピレンなどが含まれるが、これらに限定されない。
他の態様において、HFCは塩化メチルのような塩素化炭化水素と組み合わせて用いられる。さらなる態様には、ヘキサン、または塩化メチルおよびヘキサンと組み合わせてHFCを用いることが含まれる。他の態様においては、二酸化炭素、窒素、水素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノンのような重合に不活性な1種以上の気体、および/または反応槽の入り口で好ましくは液体である他の不活性な気体と組み合わせて、HFC’sを用いる。好ましい気体には二酸化炭素および/または窒素が含まれる。
他の態様において、HFCは、C1からC40のニトロ化された直鎖状、環状、または分枝状アルカンを含む1種以上のニトロ化アルカンと組み合わせて用いられる。好ましいニトロ化アルカンには、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロプロパン、ニトロブタン、ニトロペンタン、ニトロヘキサン、ニトロヘプタン、ニトロオクタン、ニトロデカン、ニトロノナン、ニトロドデカン、ニトロウンデカン、ニトロシクロメタン、ニトロシクロエタン、ニトロシクロプロパン、ニトロシクロブタン、ニトロシクロペンタン、ニトロシクロヘキサン、ニトロシクロヘプタン、ニトロシクロオクタン、ニトロシクロデカン、ニトロシクロノナン、ニトロシクロドデカン、ニトロシクロウンデカン、ニトロベンゼン、および上記のジ−、トリ−置換ニトロ化物が含まれるが、これらに限定されない。好ましい態様はHFCのニトロメタンとの混合物である。
前記HFCは、希釈剤の全量に対して、代表的には1から100容量%、または5および100容量%の範囲、または10および100容量%の範囲、または15および100容量%の範囲、または20および100容量%の範囲、または25および100容量%の範囲、または30および100容量%の範囲、または35および100容量%の範囲、または40および100容量%の範囲、または45および100容量%の範囲、または50および100容量%の範囲、または55および100容量%の範囲、または60および100容量%の範囲、または65および100容量%の範囲、または70および100容量%の範囲、または75および100容量%の範囲、または80および100容量%の範囲、または85および100容量%の範囲、または90および100容量%の範囲、または95および100容量%の範囲、または97および100容量%の範囲、または98および100容量%の範囲、または99および100容量%の範囲存在する。好ましい態様において、HFCは、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、1,1−ジフルオロエタン、1,1,1−トリフルオロエタンおよび1,1,1,2−テトラフルオロエタン、およびそれらの混合物から構成される群から選択される。
他の態様において、希釈剤または希釈剤の混合物はポリマーにおけるその溶解性に基づいて選択される。特定の希釈剤はポリマーに溶解する。好ましい希釈剤はポリマーにおける溶解性をほとんど有さない。ポリマーにおける溶解性は、50から100ミクロンの厚さのフィルムにポリマーを成形し、これを希釈剤(フィルムを蔽うのに十分な)中に−75℃で4時間浸すことにより測定する。このフィルムは希釈剤から取り出し、フィルム表面から余分な希釈剤を蒸発させるために90秒間室温に放置し、重量を測定する。取り込み重量は、浸漬後のフィルム重量における百分率上昇として定義される。希釈剤または希釈剤混合物は、ポリマーが4重量%未満、好ましくは3重量%未満、好ましくは2重量%未満、好ましくは1重量%未満、さらに好ましくは0.5重量%未満の取り込み重量をもつように選択される。
好ましい態様において、前記希釈剤または希釈剤の混合物は、ポリマーの測定ガラス転移温度Tg間の差が任意の希釈剤の0.1重量%未満、未反応モノマーおよび添加物が50および100ミクロンの範囲の厚さのフィルム(希釈剤(フィルムを蔽うのに十分な)中に−75℃で4時間浸漬した)に形成した後に測定したポリマーのTgの15℃以内となるように選択した。前記ガラス転移温度は示差走査熱量測定(DSC)により決定した。この技術は、例えばビー・ヴァンダーリッヒ(B.Wunderlich)著、「ガラス転移の性質とその熱分析による決定(The Nature of the Glass Transition and its Determination by Thermal Analysis)」、ガラス転移の課題(ASTM STP 1249、アール・ジェイ・セイラー(R. J. Seyler)編、米国試験材料学会(American Society for Testing nad Materials)、フィラデルフィア、1994年、17−31頁)のような文献に詳述されている。試料は上述のように、DSC試料皿への浸漬後にすばやく密閉し、迅速なDSC測定の前まで−80℃以下の温度で保存した。好ましいTg値は、互いに12℃の範囲内であり、好ましくは互いに11℃の範囲内、好ましくは互いに10℃の範囲内、好ましくは互いに9℃の範囲内、好ましくは互いに8℃の範囲内、好ましくは互いに7℃の範囲内、好ましくは互いに6℃の範囲内、好ましくは互いに5℃の範囲内、好ましくは互いに4℃の範囲内、好ましくは互いに3℃の範囲内、好ましくは互いに3℃の範囲内、好ましくは互いに2℃の範囲内、好ましくは互いに1℃の範囲内である。
重合プロセス
本発明は連続プロセスおよびバッチ・プロセスにおいて実施できる。さらに本発明はプラグ流れ反応槽および/または撹拌タンク反応槽において実施できる。特に本発明は「ブチル反応槽」において実施でき。具体例には、連続流動撹拌タンク反応槽、プラグ流れ反応槽、移動ベルトまたはドラム反応槽、ジェットまたはノズル反応槽、チューブ反応槽および自動冷却沸騰プール反応槽で構成される群から選択される任意の反応槽が含まれる。
他の態様において、冷却剤がチューブの一方に位置し、重合混合物が他の一方に位置するチューブ反応槽のように、熱移動表面を用いることにより熱を除去することができる。熱はまた、自動冷却沸騰プール型反応槽で見られるように、重合混合物を蒸発させることによっても除去することができる。他の例は、重合混合物が反応槽を通過するように混合物の一部が蒸発するプラグ流れ反応槽である。他の例は、熱移動表面の一方の側に冷却剤を用いる表面熱移動を通してプラグ流れ反応槽において熱が除去される場合である。他の例は、希釈剤/モノマー/触媒混合物がベルトまたはドラムに噴霧されて反応が進行する間に希釈剤が蒸発することにより熱が除去される移動ベルトまたはドラム上で重合が起こる反応槽になろう。さらに熱はそのような反応槽において表面熱移動(例えば、冷却剤がドラムの内側またはベルトの下にありポリマーがベルトまたはドラムの他の一方の側で生成される場合)により除去され得る。他の反応槽のタイプはジェットまたはノズル反応槽である。これらの反応槽は、モノマー、希釈剤および触媒がジェットまたはノズル中で混合されて、混合物が高速でノズルを通過する間に重合が起こるという短時間の滞留時間を有する。
好ましい反応槽には、バッチまたは連続様式のいずれかで操作され、撹拌機をもつタンクまたはチューブ型反応槽のいずれかで操作される連続流動撹拌タンク反応槽が含まれる。好ましい反応槽にはまた、重合が熱移動表面の一方の側で起こり、冷却剤が他の一方の側にある反応槽が含まれる。1つの例は、冷却剤を含むチューブが反応槽重合ゾーンの内側を通る反応槽である。他の例は、重合がチューブの内側で起こり、冷却剤がシェル内のチューブの外側にあるものであろう。
本発明は、モノマー、希釈剤および触媒が反応槽に充填され、次に重合が進行して完了し(例えば、クエンチングにより)、ポリマーが次に回収されるバッチ反応槽においても実施され得る。
特定の態様において、本発明はスラリー重合プロセスを用いて実施される。しかしながら、他の重合方法が溶液重合プロセスのように期待されている。本発明の重合プロセスはカチオン重合プロセスでもよい。
1つの態様において、触媒、モノマーおよび希釈剤が単一の相に存在する系で重合は行われる。好ましくは重合は、触媒、モノマーおよび希釈剤が単一の相として存在する連続重合プロセスで行われる。スラリー重合において、モノマー、触媒および開始剤は全て希釈剤または希釈剤混合物において混ざり単一相を構成し、一方、ポリマーは希釈剤からの良好な分離性により希釈剤から結晶化する。望ましくは、図2のように、ほとんどないか全くないポリマーのTg抑制および/またはほとんどないか全くない希釈剤の重量取り込みにより示されるように、ポリマー「膨張」が減少するか全くないことがわかる。したがって、本発明における希釈剤中の重合は、良好な熱移動を有し低粘度で取り扱える高いポリマー濃度、反応槽汚染の低下、均一相重合および/または得られるポリマー混合物で直接運転できる連続反応の利便性を提供する。
反応槽内の反応したモノマーはスラリーの一部分を形成する。1つの態様において、スラリー中の固体濃度は10容量%以上である。他の態様において、スラリー中の固体濃度は25容量%以上で反応槽に存在する。さらに他の態様において、スラリー中の固体濃度は1から70容量%である。さらに他の態様において、スラリー中の固体濃度は5から70容量%である。さらに他の態様において、スラリー中の固体濃度は10から70容量%である。さらに他の態様において、スラリー中の固体濃度は15から70容量%である。さらに他の態様において、スラリー中の固体濃度は20から70容量%である。さらに他の態様において、スラリー中の固体濃度は25から70容量%である。さらに他の態様において、スラリー中の固体濃度は30から70容量%である。さらに他の態様において、スラリー中の固体濃度は40から70容量%である。
代表的には、連続流動撹拌タンク型反応槽を用いることができる。この反応槽は、一般的に、ターボミキサーまたは撹拌羽根、外部冷却被覆物および/または内部冷却チューブおよび/またはコイル、または望ましい反応温度を維持するための他の重合熱除去手段、モノマー、希釈剤および触媒(混合された、または分離された)の搬入手段、感度検知手段、および他のものの中からポリマー、希釈剤および未反応モノマーを取り除く、支持ドラムまたはクエンチング・タンクへの流出物排出路または排出パイプのような有効な撹拌手段を備えている。好ましくは、反応槽は空気および湿気が排除されている。当業者は適切な組み合わせおよび操作を理解できる。
反応槽は、好ましくは過度なポリマー蓄積または希釈剤からの分離を避けるために、反応槽内の触媒およびモノマーの良好な混合、熱移動チューブまたはコイルを超えたまたは範囲内の良好な乱流、および反応容積全体の十分な液体流動を達成するように設計されている。
本発明の実施に利用することができる他の反応槽には、本発明に参照により取り込まれる米国特許5,417,930号に開示されているような、連続スラリープロセスを実施できる任意の従来からの反応槽およびそれらの均等物が含まれる。反応槽ポンプの撹拌羽根は、上昇ポンプ型のものまたは下降ポンプ型のものでもよい。前記反応槽は、望ましい特性を有する十分な量のポリマーが生成される供給原料流(feed-stream)を含むモノマー重合を触媒するのに有効な十分な量の本発明の触媒系を含む。1つの態様において、この供給原料流は5重量%より大きな総モノマー濃度(モノマー、希釈剤および触媒系の総重量に基づく)、好ましくは15重量%より大きな総モノマー濃度を有し、他の態様において30重量%より大きな総モノマー濃度を有する。さらに他の態様において、供給原料流はモノマー、希釈剤および触媒系の総重量に基づいて5から50重量%モノマー濃度を有する。
ある態様において、供給原料流はシリカカチオンを生成する化学種を実質的に含まない。シリカカチオンを生成する化学種を実質的に含まないということは、供給流中のこのシリカカチオンを生成する化学種がモノマー総重量に基づいて0.0005重量%未満しか含まれないことを意味する。シリカカチオンを生成する化学種の代表的な例としては、「R」がアルキルで「X」がハロゲン原子である、化学式 R123SiXまたはR12SiX2 などで表されるハロアルキルシリカ化合物が挙げられる。反応条件は、反応媒体を液体状態に維持し、望ましい特性を有する望ましいポリマーを生成するのに有効な望ましい温度、圧力および滞留時間を設定して行われる。モノマー供給原料流は、典型的には成功条件下で触媒と可逆的に反応するいかなる不純物も実質的に含まないものである。例えば、ある態様において、モノマー供給原料流は実質的に塩基(腐食剤のような)、硫黄含有化合物(H2S、COS、および例えばメチルメルカプタン、エチルメルカプタンのような有機メルカプタンのような)、窒素含有塩基、アルコールのような酸素含有塩基などを含むべきではない。しかしながら、モノマー原料はあまり純粋ではなく、代表的には総オレフィン量に対して95%以上であり、さらに好ましくは98%以上であり、99%以上である。好ましい態様において、前記不純物は10,000ppm未満(重量で)であり、好ましくは500ppm未満であり、好ましくは250ppm未満であり、好ましくは150ppm未満であり、好ましくは100ppm未満である。
通常の場合と同様に、反応時間、温度、濃度、反応物の性質、および類似の因子は生成物の分子量を決定する。重合反応温度は、例えば速度、温度コントロールなどの標準プロセスの変数および経済的考慮と同様に、目的ポリマーの分子量およびポリマー化するモノマーに基づいて都合よく選択される。重合温度は、0℃未満であり、1つの態様において好ましくは−10℃とスラリーの氷点との間の温度であり、他の態様において−25℃から−120℃である。さらに他の態様において、重合温度は−40℃から−100℃であり、さらに他の態様において−70℃から−100℃である。さらに他の望ましい態様において、温度範囲は−80℃から−100℃である。したがって、異なる反応条件により異なる分子量の生成物が生成される。ゆえに、望ましい反応生成物の合成は、当該分野で広く採用されている技術を用いて、反応中に定期的に採取した試料の測定により達成される。
好ましい態様において、重合温度は希釈剤の氷点を超える10℃以内であり、好ましくは希釈剤の氷点を超える8℃以内であり、好ましくは希釈剤の氷点を超える6℃以内であり、好ましくは希釈剤の氷点を超える4℃以内であり、好ましくは希釈剤の氷点を超える2℃以内であり、好ましくは希釈剤の氷点を超える1℃以内である。本発明およびクレームの目的のために「希釈剤の氷点を超えるX℃以内」という句が用いられる場合には、これは希釈剤の氷点プラスX℃ということを意味する。例えば、希釈剤の氷点が−98℃なら、希釈剤の氷点を超える10℃は−88℃である。
前記反応圧力は、1つの態様において0を超え14,000kPa(ここで0kPaは完全真空)までであり、他の態様において7kPaから12,000kPaであり、他の態様において100kPaから2000kPaであり、他の態様において200kPaから1500kPaであり、他の態様において200kPaから1200kPaであり、さらなる他の態様において200kPaから1000kPaであり、他の態様において7kPaから100kPaであり、他の態様において20kPaから70kPaであり、さらなる他の態様において40kPaから60kPaであり、他の態様において1000kPaから14,000kPaであり、他の態様において3000kPaから10,000kPaであり、さらなる他の態様において3,000kPaから6,000kPaである。
モノマー供給原料流、触媒、開始剤および希釈剤の接触順序は実施態様によって異なり得る。
他の態様において、前記開始剤およびルイス酸は、0.01秒から10時間の範囲の定められた時間で選択された希釈剤中において一緒に混合することにより予め接触させられ、次に触媒ノズルまたは注入装置を通して連続反応槽に注入される。さらに他の態様において、ルイス酸および開始剤は別々に反応槽に添加される。他の態様において、開始剤は反応槽への注入前に供給原料モノマーに混合される。望ましくは、モノマーは反応槽へ入る前にルイス酸または開始剤と結合したルイス酸に接触させない。
本発明の他の態様において、前記開始剤およびルイス酸は、−40℃と希釈剤の氷点との間の温度で選択された希釈剤中において、0.01秒から数時間の間の接触時間で、0.1秒から5分で、好ましくは3分未満で、好ましくは反応槽への注入前0.2秒から1分の間に、一緒に混合することにより予め複合体にされ得る。
本発明の他の態様において、前記開始剤およびルイス酸は選択された希釈剤中で、80℃から−150℃の間、代表的には−40℃から−98℃の間の時間、一緒に混合することにより予め複合体にされ得る。
反応槽における総滞留時間は、例えば触媒活性および濃度、モノマー濃度、供給原料注入速度、生成速度、反応温度、および望ましい分子量に依存して変化し得、一般的には約数秒から5時間、代表的には約10分と60分の間であろう。滞留時間に影響する変数には、モノマーおよび希釈剤の供給原料注入速度および総反応槽容量が含まれる。
モノマーに対する触媒(ルイス酸)比は、カルボカチオン重合における当該技術分野の従来からのものが用いられる。本発明の1つの態様において、触媒に対するモノマーのモル比は、代表的には500から10000、他の態様においては2000から6500の範囲内である。さらに他の望ましい態様において、開始剤に対するルイス酸比は0.5から10、または0.75から8である。反応槽における開始剤の総濃度は、代表的には5から300ppm、たまは10から250ppmである。触媒供給原料流中の開始剤濃度は、1つの態様において代表的には50から3000ppmである。反応槽中の開始剤量を記述する他の方法は、ポリマーに対するその相対量によるものである。1つの態様において0.25から20モルポリマー/モル開始剤であり、他の態様において0.5から12モルポリマー/モル開始剤である。
前記反応槽は、望ましい特性を有する十分な量のポリマーが生成される供給原料流を含むモノマー重合を触媒するのに有効な十分な量の本発明の触媒系を含む。1つの態様において、供給原料流は20重量%より大きなモノマー濃度(モノマー、希釈剤および触媒系の総重量に基づいて)を有し、他の態様において25重量%より大きなモノマー濃度を有する。さらに他の態様において、供給原料流はモノマー、希釈剤および触媒系の総重量に基づいて30重量%から50重量%より大きなモノマー濃度を有する。
反応槽の触媒効率(ルイス酸に基づく)は、触媒1ポンド当たりポリマー10,000ポンドから触媒1ポンド当たりポリマー300ポンドの間に維持され、望ましくは開始剤に対するルイス酸のモル比をコントロールすることにより触媒1ポンド当たりポリマー4000ポンドから触媒1ポンド当たりポリマー1000ポンドの範囲に維持される。
1つの態様において、カチオン重合可能なモノマーの重合(ブチルゴムを生成するためのイソブチレンとイソプレンの重合のような)は数工程を含む。初めに、上昇ポンピングまたは下降ポンピング可能なポンプ撹拌羽根を有する反応槽が提供される。ポンプ撹拌羽根は代表的には電流量が測定可能な電気モータにより駆動される。反応槽は代表的には液体エチレンを含む被覆物の中に平行垂直反応チューブを装備している。チューブを含む総内容積は30から50リッターよりも大きく、したがって大スケール容積の重合反応が可能である。前記反応槽は代表的にはスラリー形成から重合反応熱を除くために液体エチレンを用いる。前記ポンプ撹拌羽根は反応チューブを通したスラリー、希釈剤、触媒系および未反応モノマーの一定の流れを維持する。極性希釈剤中のカチオン重合可能なモノマー(イソプレンおよびイソブチレンのような)の供給原料流れは反応槽に充填され、この供給原料流れはシリカ化合物を生成する0.0005重量%未満のカチオンを含み、代表的には芳香族モノマーを含まない。前記触媒系は次に反応槽に充填され、この触媒系は0.50から10.0のモル比で存在するルイス酸および開始剤を含む。反応槽内において、モノマーおよび触媒系の供給原料流れは互いに接触し、したがってこの反応はポリマーのスラリー(ブチルゴムのような)を形成し、ここでスラリー中の固体は20容量%から50容量%である。最終的に、このようにして形成されたポリマー(ブチルゴムのような)は出口または流出ラインを通って反応槽から排出され、一方、同時に供給原料流れが充填し続けられ、このようにして連続的なスラリー重合が継続する。有利にも本発明は、圧力不一致または「ジャンプ」によって測定されるように、例えば反応槽壁、熱移動表面、撹拌機および/または撹拌羽根、および流出ラインまたは排出口におけるポリマー蓄積量を極度に低減させることにより、多くの方法でこのプロセスを改善している。
1つの態様において、本発明の1つの態様から得られたポリマーは、約2から5の分子量分布を有し、100モルのモノマー当り0.5から2.5モルの不飽和結合を有するポリイソブチレン/イソプレン・ポリマーである。この生成物はハロゲン化ブチルゴムを得るために、次のハロゲン化反応に導くことができる。
他の態様において本発明は、以下に関する。
A.1種以上の水素化フッ素化炭素(HFC)を含む希釈剤の存在下、1種以上のモノマー、1種以上のルイス酸、および1種以上の開始剤を含む重合プロセス
B.前記希釈剤が希釈剤の総容量に基づいて1から100容量%のHFCを含むA項のプロセス
C.前記HFCが−85℃を超える温度で誘電定数21を有するA項またはB項のプロセ ス
D.前記ポリマーが4重量%未満の希釈剤取り込みを示すA項、B項またはC項の任意の 項のプロセス
E.前記希釈剤がさらに炭化水素を含むA項、B項、C項またはD項の任意の項のプロセ ス
F.前記開始剤が、ハロゲン化水素、カルボン酸、水、ハロゲン化三級アルキル、およびこれらの混合物で構成される群から選択されるA項、B項、C項、D項またはE項の任意の項のプロセス
G.前記モノマーが、スチレン、パラメチルスチレン、アルファ−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ジイソプロピルベンゼン、イソブチレン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、2−メチル−2−ペンテン、イソプレン、ブタジエン類、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、β−ピネン、ミルセン、6,6−ジメチルフルベン、ヘキサジエン類、シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、ピペリレン、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、およびこれらの混合物で構成される群から選択されるA項、B項、C項、D項、E項またはF項の任意の項のプロセス
H.前記接触工程にスチレン性ブロック・コポリマーが存在するA項、B項、C項、D項、E項、F項またはG項の任意の項のプロセス
I.前記温度が0℃以下であるA項、B項、C項、D項、E項、F項、G項またはH項の任意の項のプロセス
J.前記温度が希釈剤の氷点を超える10℃以内であるA項、B項、C項、D項、E項、F項、G項、H項またはI項の任意の項のプロセス
K.前記スラリーが実質的に水を含まないA項、B項、C項、D項、E項、F項、G項、H項、I項またはJ項の任意の項のプロセス
L.前記温度が−105℃および−60℃の間であり、好ましくは−80℃であるA項、B項、C項、D項、E項、F項、G項、H項、I項、J項またはK項の任意の項のプロセス
M.前記プロセスが30ppm水よりも多い開始剤(重量に基づいて)を含むA項、B項、C項、D項、E項、F項、G項、H項、I項、J項、K項またはL項の任意の項のプロセス
N.A項、B項、C項、D項、E項、F項、G項、H項、I項、J項、K項、L項またはM項の任意の項のプロセスにより生成された生成物
産業上の利用
本発明のポリマーは、広範な種類の利用に極めて有用な化学的および物理的特性を提供する。気体に対する低浸透度により、これらのポリマーの最大の有用性、すなわち内部チューブおよび内部ライナーとしての有用性が説明できる。この同様の特性は、エアクッション、空気スプリング、空気ふいご、アキュムレータ・バッグ、および製剤密閉に重要である。本発明のポリマーは熱的安定性のため、ゴムタイヤ熱処理袋、高温施設用ホース、および高温材料用コンベヤーベルトに理想的である。
前記ポリマーは高い衝撃吸収性を示し、温度および振動のいずれにおいても特異な広範な耐衝撃性および衝撃吸収域を持っている。このポリマーは鋳型ゴム部品に有用であり、自動車のサスペンション・バンパー(suspension bumper)、自動排気ハンガー(auto exhaust hanger)、およびボディー基台(body mounts)に広く応用される。
本発明のポリマーはまたタイヤのサイドウォールおよびトレッド化合物にも有用である。サイドウォールにおいてポリマーの特性は良好なオゾン耐性、ひび割れ成長および外見を示す。本発明のポリマーはまた混合可能である。相共連続性(phase co-continuity)を示す高ジエンゴムと適当に配合された混合物を用いると、優れたサイドウォールを生産できる。高性能タイヤのための、摩滅耐性および回転耐性における妥協なしの雨・雪・氷滑り耐性および乾燥摩擦における改善は、本発明のポリマーを用いて達成可能である。
本発明のポリマーと熱可塑性樹脂の混合物はこれらの化合物の強化のために用いられる。高密度ポリエチレンおよびイソタクチック・ポリプロピレンはよく5から30重量%のポリイソブチレンにより修飾される。特定の応用において、本発明のポリマーは熱可塑性成型装置で加工できる高弾性化合物を提供する。本発明のポリマーはまた他の産業利用のためにポリイミドと混合することもできる。
本発明のポリマーは、接着剤、釘(caulks)、弁(sealants)および光滑化合物として用いることもできる。それらはまた、ブチル、SBRおよび天然ゴムとのゴム調製物における可塑剤としても有用である。直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)混合物において、それらは伸縮フィルムに密着性を与える。それらはまた、分散剤として潤滑剤および物質を満たした充填電気ケーブルに広く採用されている。
特定の応用において、本発明のポリマーは製剤栓のような医療応用および塗布ローラの技術と同様に、チューインガムにも有用である。
次の実施例は本発明の態様を反映するものであるが、決して本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
実施例
重合は、外部電気駆動撹拌機により駆動されるガラス撹拌軸上のテフロンタービン撹拌羽根を装備したガラス反応容器で行った。ガラス容器の大きさと形態は各一群の実施例で示している。反応容器の頭部には撹拌軸、熱電対(thermocoupe)、開始剤/共開始剤の添加のために入り口がある。反応容器は、ドライボックスのペンタンまたはイソヘキサン浴に組み立て反応容器を浸すことにより、下記表に挙げられた望ましい反応温度まで冷却される。撹拌炭化水素浴の温度は±2℃に制御された。反応媒体と接触する液体中の全ての器具は、使用前に120℃で乾燥し、窒素雰囲気下で冷却した。イソブチレン(マテソン(Matheson)社またはエクソン・モービル社製)および塩化メチル(エアプロダクツ社製)は、酸化バリウムを含むステンレススチール・カラムをガスで通過させることにより乾燥し、濃縮し、ドライボックス内に液体として回収した。別に、塩化メチルはシリカゲルおよびモレキュラーシーブを含むステンレススチール・カラムをガスで通過させることにより乾燥した。両物質は濃縮し、ドライボックス内に液体として回収した。イソプレン(アルドリッチ社製)は水素化カルシウム上で乾燥し、アルゴン雰囲気下で蒸留した。パラ−メチルスチレン(アルドリッチ社製)は水素化カルシウム上で乾燥し、真空状態下で蒸留した。TMPCl(2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン)は、ジエチルエーテル中で2,4,4−トリメチルペンテン−1および2.0モル/L塩酸水溶液から調製した。TMPClは使用前に蒸留した。塩酸(アルドリッチ社製、純度99%)ストック溶液は、望ましい量の塩酸ガスをMeCl中に溶解し重量で2−3%濃度まで到達させて調製した。−95℃で透明無色の液体として回収された水素化フッ素化炭素はそのまま用いた。−95℃で曇っているまたは不溶物がある水素化フッ素化炭素は使用前に蒸留した。そのまま用いたプロパン(アルドリッチ社製)は濃縮されており、液体として用いた。二塩化アルキルアルミニウム(アルドリッチ社製)は炭化水素溶液として用いた。これらの溶液はいずれも市販品であるか、またはニートの二塩化アルキルアルミニウムから調製した。
スラリー重合は、モノマーおよびコモノマーを液化水素化フッ素化炭素中に重合温度で溶解し、800から1000rpmの予め決められた撹拌速度で撹拌することにより行った。プロセッサー制御電気撹拌モータは、撹拌速度を5rpm内にコントロールして用いた。開始剤/共開始剤溶液は、水素化フッ素化炭素中、または小規模実験の利便のために、少量の塩化メチル中のいずれかに調製した。開始剤/共開始剤溶液は、希釈剤(各実施例で特定した)に開始剤を溶解し、撹拌しながら1.0Mハロゲン化アルキルアルミニウム溶液を添加することにより調製した。開始剤/共開始剤溶液は素早く用いた。開始剤/共開始剤溶液は、冷却したガラスのパスツール・ピペット、または500mLガラス反応容器用の被覆された滴下漏斗を任意に用いて重合反応に滴下した。第二または第三の開始剤/共開始剤溶液の添加が実施例において特記される場合には、第一のバッチと容量および濃度で同等の新しく調製された第二または第三の開始剤/共開始剤溶液のバッチのことを示す。ゴム粒子の物理的状態および汚染状態は、各触媒バッチの添加終了後に撹拌軸を停止し移動させて、冷却したスパチュラで粒子を探査することにより調べた。撹拌を再開し、反応は100mLより多くのメタノールを加えることにより停止させた。換算はポリマーに変換したモノマー重量として行った。
ポリマーの分子量は、カラムヒーターを有するウォーターズ社製のアライアンス2690分離モジュールおよびウォーターズ社製の410示差屈折計検出器を用いたSEC(Size Exclusion Chromatography)により決定した。500、1000、2000、104、105、および106Åのポアサイズの一組のウォーターズ社製スティラゲル(Styragel)HR5μカラムとともに、テトラヒドロフランを溶出液(1mL/分、35℃)として用いた。狭い分子量ポリイソブチレン標準(アメリカン・ポリマー・スタンダーズ製)に基づいた検量線を分子量および分布を計算するために用いた。
ポリマーの分子量は異なる検量線および操作プロトコールを用いて他のSEC装置により決定することができる。ポリマーの分子量を決定するSECの方法論(GPCまたはゲル浸透クロマトグラフィーとしても知られている)多くの著書で検討されてきている。1つのそのような著作はエル・エイチ・タン(L.H.Tung)による総説(ポリマー・イヤーブック、エイチ・ジー・エリアス(H.G.Elias)およびアール・エー・ペトリック(R.A.Pethrick)編、ハーウッド・アカデミック出版、ニューヨーク、1984年、93−100頁)であり、本発明に参照により取り込まれる。
コモノマーの取り込みは1H−NMRスペクトロメトリーにより決定した。NMR測定は400MHzまたは500MHzに相当する磁場強度で得られた。1H−NMRスペクトルはポリマーのCDCl3溶液を用いてブルーカー社製アドバンスNMRスペクトロメータ・システムにより室温で記録した。全ての化学シフトはTMSを対照とした。
様々なNMR法はコモノマーの取り込みおよびコポリマーにおける配列分布の決定に用いられてきた。これらの多くの方法は本発明のポリマーに適用できる。ポリマーの特性決定へのNMRスペクトロメトリーの応用をまとめた概説的な文献は、エイチ・アール・クリヘルドルフ(H.R.Kricheldorf)著、ポリマー・イヤーブック(エイチ・ジー・エリアス(H.G.Elias)およびアール・エー・ペトリック(R.A.Pethrick)編、ハーウッド・アカデミック出版、ニューヨーク、1984年、249−257頁)であり、本発明に参照により取り込まれる。
ポリマー中に長鎖分枝が存在するか否かはトリプル検知SEC(サイズ限外クロマトグラフィー)を用いて決定した。トリプル検知SECは、プレシジョン・ディテクタ社(ベーリンガム、マサチューセッツ州)のPD2040光分散検出器、ビスコテック社(ヒューストン、テキサス州)のモデル150R粘度検出器、およびウォーターズ社(ミルフォード、マサチューセッツ州)の示差屈折指標検出器(150Cに必要な)を装備した40℃で操作されるウォーターズ社の150Cクロマトグラフにより行った。検出器は、初めに光分散検出器、二番目に粘度検出器、三番目に示差屈折指標検出器というように連続して接続した。ポリマー・ラボラトリーズ社(シュロップシャイヤ、英国)の3組の10μm混合−B/LS GPCカラムの流出液としてはテトラヒドロフランを用いた。この装置は16の狭いポリスチレン標準(ポリマー・ラボラトリーズ社)により検量した。データはTriSECソフトウエア(ビスコテック社)を使って得られ、解析用のウェイブメトリックス社(WaveMetric)のアイゴール・プロ(Igor Pro)・プログラムに導入した。直鎖状のポリイソブチレンを用いて、粘度検出器により決定した実質粘度[η]linearおよび光分散検出器により決定された分子量Mwとの間の関係を確立した。[η]linearとMwとの間の関係はマーク−ホウウィンク(Mark-Houwink)式で表した。
[η]linear=KMwα
パラメータKおよびαはMwに対する実質粘度の両対数プロットから得られた、αは傾きであり、Kは切片である。直線標準として確立された相関からの有意な偏差により、長鎖分枝の存在が示唆される。一般的に、直線的な相関からより有意な偏差を示す試料は、より有意な長鎖分枝を含む。スケール因子g’も決定された直線的な相関からの偏差を示す。
[η]sample=g’[η]linear
g’の値は1以下および0以上と定義される。g’が1またはそれに近い値の場合にはポリマーは直線状と考えられる。g’が有意に1未満である場合には試料は長鎖分枝状のものである。例えば、イー・エフ・カササ(E.F.Casassa)およびジー・シー・ベリー(G.C.Berry)著、コンプリヘンシブ・ポリマー・サイエンス(Comprehensive Polymer Science)、第2巻、(71−120頁、ジー・アレン(G.Allen)およびジェー・シー・ベビントン(J.C.Bevington)編、パーガモン・プレス社、ニューヨーク、1988年)を参照されたい。トリプル検知SECにおいて、g’はクロマトグラフィーの曲線の各データ片ごとに計算される。粘度平均g’またはg’vis.avg.は全体の分子量分布にわたって計算される。スケール因子g’vis.avg.は試料の平均実質粘度から計算される。
g’vis.avg.=[η]avg./(KMwα
本発明の目的のために、実質的に長鎖分枝を含まないポリマーは、本発明で記載されるようにトリプル検知SECによって決定されるように、g’vis.avg.が0.978以上、または0.980以上、または0.985以上、または0.990以上、または0.995以上、または0.998以上、または0.999以上のポリマーと定義される。
表1には、水素化フッ素化炭素および塩化メチル(CH3Cl)(実験例10)および対照としてのプロパン(実験例11)中、−90から−95℃で実行された重合の結果を掲載する。100mLガラス製のミニ樹脂容器をこれらの実験例に用いた。TMPCl(2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン)をこれらの実験例の開始剤として用いた。
Figure 0005193424
いずれの水素化フッ素化炭素を用いた重合においても、ゴム粒子は結果として反応容器壁および撹拌軸に付着しなかった。撹拌を停止すると、粒子は液体表面に浮遊していた。反応温度近くで試験した際に、冷却したスパチュラで押し付けることにより粒子は硬いものであることが明らかとなった。塩化メチルにおける重合では、結果として粒子は反応容器壁および撹拌軸に付着した。冷却したスパチュラで探査することにより粒子は明らかにゴム状であった。プロパンにおける重合は、結果として二相液−液反応であった。より軽い相はプロパンリッチであったのに対し、高濃度相は明らかにポリマーリッチであった。
実験例12−14
−50から−55℃で実施した重合の結果を表2に示した。実験例13および14は比較例である。100mLガラス製のミニ樹脂容器をこれらの実験例に用いた。TMPCl(2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン)をこれらの実験例の開始剤として用いた。
Figure 0005193424
ジフルオロメタンにおける重合では、室温で冷却したスパチュラで探査することにより明らかなように硬いゴム状の物性を示すゴム粒子が得られた。反応容器壁および撹拌軸には明らかに少量の汚れがあった。これに比べて、塩化メチルにおける重合では、結果として反応容器壁および撹拌軸のいずれにも粘着性のポリマー被膜が見られた。希釈剤溶媒にポリマーはほとんど「懸濁」していなかった。プロパンによる重合実験では、−95℃における実験(表1、実験例11)と感知できる差異は認められなかった。反応容器には2相が認められた。高濃度相はポリマーリッチであり、より軽い相はプロパンリッチであった。プロパン希釈剤存在下におけるポリマーは、塩化メチルを用いた例で形成されたポリマーよりかなり粘着性が低かった。
実験例15−21
表3に水素化フッ素化炭素/塩化メチル混合物において−95℃で行った重合の結果の一覧を示した。100mLガラス製のミニ樹脂容器をこれらの実験例に用いた。TMPCl(2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン)をこれらの実験例の開始剤として用いた。
Figure 0005193424
実験例22−25
−55℃で行った重合の結果を表5に示した。開始剤/共開始剤溶液の2つのバッチを各実験例に用いた。100mLガラス製のミニ樹脂容器をこれらの実験例に用いた。TMPCl(2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン)をこれらの実験例の開始剤として用いた。
Figure 0005193424
実験例26
−95℃で二塩化メトキシアルミニウムを用いて重合を行った。開始剤/共開始剤溶液は−35℃で0.93μLの無水メタノールを2.6mLの液体1,1,1,2−テトラフルオロエタンに溶解することにより調製した。この溶液に23μLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのプロパン溶液を添加した。この溶液を10分間撹拌した。第二溶液は同様にして調製した。各溶液に3.2μLの2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタンを撹拌しながら添加し、−95℃に冷却した。両溶液を冷却したピペットを用いて重合溶液に滴下した。100mLガラス製のミニ樹脂容器をこれらの実験例に用いた。
Figure 0005193424
実験例27
表6に1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび1,1−ジフルオロエタンの85/15(容量/容量)混合物において−95℃で行った重合の結果の一覧を示した。この実験は、30mLの希釈剤、5.4mLのイソブチレン、0.26mLのイソプレンを用いて行い、2.6mL塩化メチルにおいて3.2μLのTMPClおよび32.0μLの1.0M二塩化メチルアルミニウム(MADC)のヘキサン溶液を用いて調製した開始剤/共開始剤溶液を用いた。100mLガラス製のミニ樹脂容器をこれらの実験例に用いた。
Figure 0005193424
実験例28−31
表7に、パラ−メチルスチレン(pMS)をコモノマーとして用い、水素化フッ素化炭素、および水素化フッ素化炭素および塩化メチル混合物において−95℃で行った重合の結果の一覧を示した。100mLガラス製のミニ樹脂容器をこれらの実験例に用いた。TMPCl(2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン)をこれらの実験例の開始剤として用いた。
Figure 0005193424
表7の任意の希釈剤における重合では、結果として反応容器壁または撹拌軸に付着するゴム粒子は認められなかった。撹拌を停止すると、粒子が液体表面に浮遊していた。反応温度近くで試験した際に、冷却したスパチュラで押し付けることにより粒子は硬いものであることが明らかとなった。
実験例32−37
表8に、比較として水素化フッ素化炭素および塩化メチルにおいて−95℃で行った重合の結果の一覧を示した。実験例36および37は比較例である。これらの実験例には三口500mLガラス反応容器を用いた。各重合の前に、10重量%のモノマーを含む300mLのモノマー供給原料を冷却した反応容器に充填した。開始剤/共開始剤のモル比は1/3にコントロールされ、濃度はMeCl中0.1重量%EADCと設定された。開始剤/共開始剤溶液は重合混合物に滴下され、添加速度は反応温度が4℃を超えて上昇しないように制御された。添加する開始剤/共開始剤溶液の量はそれぞれ望ましいモノマーの変換対象に依存した。
Figure 0005193424
表8の実験例により、CHF2CF3およびCH3CHF2において、EADC/HCl開始剤系を用いて高分子量のブチルゴムが生成されることが証明された。CHF2CF3およびCH3CHF2において生成されるブチルポリマーの分子量は、同様の条件下、同様の変換率でMeClにおいて生成されるポリマーよりも有意に大きかった。CHF2CF3およびCH3CHF2のいずれにおいて生成されブチルポリマーのポリ分散性も、同様の実験条件下でMeClにおいて生成されたポリマーよりも狭く、最も可能性のあるポリ分散性の2.0に近かった。MeClにおいて生成されたコポリマーにおけるイソプレン取り込みは、CHF2CF3およびCH3CHF2より低下していた。CHF2CF3およびCH3CHF2のいずれにおいて生成されるポリマースラリー粒子も、同様の条件下、MeClにおいて生成されるポリマースラリー粒子よりも取り扱う間、有意に非粘着性であった。
実験例38−44
表9に、比較として水素化フッ素化炭素および塩化メチルにおいて−95℃で行ったイソブチレンおよびp−メチルスチレンの重合の結果の一覧を示した。実験例41および42は比較例である。これらの実験例には三口500mLガラス反応容器を用いた。各重合の前に、10重量%のモノマーを含む300mLのモノマー供給原料を冷却した反応容器に充填した。開始剤/共開始剤のモル比は1/3にコントロールされ、濃度はMeCl中0.1重量%EADCと設定された。開始剤/共開始剤溶液は重合混合物に滴下され、添加速度は反応温度が4℃を超えて上昇しないように制御された。添加する開始剤/共開始剤溶液の量はそれぞれ望ましいモノマーの変換対象に依存した。
Figure 0005193424
表9の実験例により、CHF2CF3において、EADC/HCl開始剤系を用いてMeCl希釈剤において生成されたコポリマーと匹敵する分子量のイソブチレン−PMSコポリマーが生成されることが証明された。CHF2CF3において調製されたイソブチレン/p−メチルスチレン・コポリマーは非常に高い分子量を示す。コポリマーへのpMSの取り込みは、同様の反応条件下、同様のモノマー供給原料組成物を用いてMeClにおいてよりもCHF2CF3において有意に高かった。さらに、CHF2CF3におけるポリマースラリー粒子は、MeClにおいてよりもCHF2CF3において有意に非粘着性になった。
実験例45−47
表10に、CHF2CF3およびCH3CHF2の80/20混合物(容量で)おいて−95℃で行ったイソブチレン/p−メチルスチレンの共重合の結果の一覧を示した。これらの実験例には三口500mLガラス反応容器を用いた。各重合の前に、10重量%のモノマーを含む300mLのモノマー供給原料を冷却した反応容器に充填した。開始剤/共開始剤のモル比は1/3にコントロールされ、濃度はMeCl中0.1重量%EADCと設定された。開始剤/共開始剤溶液は重合混合物に滴下され、添加速度は反応温度が4℃を超えて上昇しないように制御された。添加する開始剤/共開始剤溶液の量はそれぞれ望ましいモノマーの変換対象に依存した。
Figure 0005193424
表10の実験例により、重合希釈剤としてのCHF2CF3およびCH3CHF2の混合物において、高分子量のイソブチレン−イソプレン・コポリマーおよびイソブチレン−pMSコポリマーが生成されることが証明された。CHF2CF3/CH3CHF2混合物におけるポリマースラリー粒子は、前述の純粋なCHF2CF3またはCH3CHF2希釈剤と同様に非粘着性の外観を有することがわかっている。
実験例48−117
実験例48−117はイソブチレンと他のコモノマーとの共重合について例示する。共重合を2つの温度および4つの希釈剤により行った。
表11−16に掲載した共重合の実験例は、希土類の磁気撹拌棒を備えた試験管におけるスラリー重合により得られた。モノマー溶液は所望の温度において試験管中で調製し、3モル%コモノマー供給原料を得るために20mLの液体希釈剤、5mLの液体イソブチレンおよび十分な液体コモノマーを混合することにより下記の項のように同定した。重合溶液は、同定した温度で磁気的に撹拌し、冷却したパスツールピペットを用いてストック共開始剤/開始剤溶液を滴下することにより重合を開始した。変換率はモノマーをポリマー変換した重量%で記載した。
表11に、塩化メチル(比較例として、実験例48、49、50、57、58、59、66、67、および68)、1,1,1,2−テトラフルオロエタンまたは1,1−ジフルオロエタンにおいて−95℃で行った重合の結果の一覧を示した。イソブチレンは、表18に示したように、p―t−ブチルスチレン(t−BuS)(1実験当たり0.36mL)、インデン(Ind)(1実験当たり0.23mL)またはβ−ピネン(βP)(1実験当たり0.31mL)のいずれかと共重合した。二塩化エチルアルミニウム(EADC)および塩化水素(HCl)のストック溶液は、0.320mLの1.0モル/L塩化水素の1,1,1,2−テトラフルオロエタン溶液および0.960mLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を100mL塩化メチルに添加することにより、塩化メチル中に調製した。1.5mLのこのストックEADC/HCl溶液を撹拌したモノマー溶液に滴下することにより重合を行った。0.2mLメタノールを添加することで重合を停止させた。いずれの水素化フッ素化炭素を用いた重合においても、ゴム粒子は結果として反応容器壁および撹拌棒に付着しなかった。撹拌を停止すると、粒子は液体表面に浮遊していた。反応温度近くで試験した際に、冷却したスパチュラで押し付けることにより粒子は硬いものであることが明らかとなった。塩化メチルにおける重合では、結果として粒子は反応容器壁および撹拌軸に付着した。
Figure 0005193424
表12に、塩化メチル(比較例として、実験例72、73、74、81、82および83)、1,1,1,2−テトラフルオロエタンまたは1,1−ジフルオロエタンにおいて−50℃で行った重合の結果の一覧を示した。イソブチレンは、表12に示したように、p―t−ブチルスチレン(t−BuS)(1実験当たり0.36mL)またはインデン(Ind)(1実験当たり0.23mL)と共重合した。二塩化エチルアルミニウム(EADC)および塩化水素(HCl)のストック溶液は、0.320mLの1.0モル/L塩化水素の1,1,1,2−テトラフルオロエタン溶液および0.960mLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を100mL塩化メチルに添加することにより、塩化メチル中に調製した。実験例72、73、74、81、82、83および87を除き、1.5mLのこのストックEADC/HCl溶液を撹拌したモノマー溶液に滴下することにより重合を行った。実験例72、73、74、81、82、83および87においては、2.3mLのEADC/HCl溶液を用いた。0.2mLメタノールを添加することで重合を停止させた。いずれの水素化フッ素化炭素を用いた重合においても、ゴム粒子は結果として反応容器壁および撹拌棒に付着しなかった。撹拌を停止すると、粒子は液体表面に浮遊していた。反応温度近くで試験した際に、冷却したスパチュラで押し付けることにより粒子は非常により硬いものであることが明らかとなった。塩化メチルにおける重合では、結果として粒子は反応容器壁および撹拌軸に付着した。
Figure 0005193424
表13に、20重量%1,1,1,2−テトラフルオロエタンの1,1−ジフルオロエタン中の混合物において−95℃で行った重合の結果の一覧を示した。イソブチレンは、表13に示したように、下記のコモノマーまたはコモノマー対の1つと共重合した。前記コモノマーは、イソプレン(IP)(1実験当たり0.20mL)、p−メチルスチレン(p―MS)(1実験当たり0.26mL)、p―t−ブチルスチレン(t−BuS)(1実験当たり0.36mL)、インデン(Ind)(1実験当たり0.23mL)、β−ピネン(βP)(1実験当たり0.31mL)または表20に示したように1実験当たりイソプレン(0.10mL)およびp−メチルスチレン(0.13mL)の50/50モル/モル混合物(IP/pMS)である。二塩化エチルアルミニウム(EADC)および塩化水素(HCl)のストック溶液は、0.320mLの1.0モル/L塩化水素の1,1,1,2−テトラフルオロエタン溶液および0.960mLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を100mL塩化メチルに添加することにより、塩化メチル中に調製した。実験例98、99、100、101、102および103を除き、1.5mLのこのストックEADC/HCl溶液を撹拌したモノマー溶液に滴下することにより重合を行った。実験例98、99および100においては、2.3mLのEADC/HCl溶液を用いた。0.2mLメタノールを添加することで重合を停止させた。いずれの水素化フッ素化炭素を用いた重合においても、ゴム粒子は結果として反応容器壁および撹拌棒に付着しなかった。撹拌を停止すると、粒子は液体表面に浮遊していた。反応温度近くで試験した際に、冷却したスパチュラで押し付けることにより粒子は硬いものであることが明らかとなった。塩化メチルにおける重合では、結果として粒子は反応容器壁および撹拌軸に付着した。
Figure 0005193424
表14に、塩化メチル(比較例として、実験例107および108)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン、1,1−ジフルオロエタン、または1,1−ジフルオロエタンの1,1,1,2−テトラフルオロエタンにおける20重量%混合物(CHF2CF3/CH3CHF2)において−95℃で行った重合の結果の一覧を示した。二塩化エチルアルミニウム(EADC)および塩化水素(HCl)のストック溶液は、0.320mLの1.0モル/L塩化水素の1,1,1,2−テトラフルオロエタン溶液および0.960mLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を100mL塩化メチルに添加することにより、塩化メチル中に調製した。1.5mLのこのストックEADC/HCl溶液を撹拌したモノマー溶液に滴下することにより重合を行った。0.2mLメタノールを添加することで重合を停止させた。いずれの水素化フッ素化炭素を用いた重合においても、ゴム粒子は結果として反応容器壁および撹拌棒に付着しなかった。撹拌を停止すると、粒子は液体表面に浮遊していた。反応温度近くで試験した際に、冷却したスパチュラで押し付けることにより粒子は硬いものであることが明らかとなった。塩化メチルにおける重合では、結果として粒子は反応容器壁および撹拌軸に付着した。表14に掲載したポリマーは、分子量決定のために用いたSEC装置の除外限界よりも大きな分子量を示した。これらのモノマーのMwは1.5×106g/モルを超えるものである。高分子量のため、分子量分布(MWD)もこれらの試料について決定できなかった。
Figure 0005193424
実験例118−141
表15および16に掲載した共重合の実験例は、希土類の磁気撹拌棒を備えた試験管におけるスラリー重合により得られた。モノマー溶液は、例えば表15の実験例では−95℃において、表16の実験例では−35℃において試験管中で調製した。前記溶液は20mLの冷却液体希釈剤、5mLの液体イソブチレンおよび0.20mLのイソプレンを混合することにより調製した。この操作の例外は下記に示した。重合溶液は、その温度で磁気的に撹拌し、冷却したパスツールピペットを用いてストック共開始剤/開始剤溶液を滴下することにより重合を開始した。変換率はモノマーをポリマー変換した重量%で記載した。
表15に−95℃で行った重合の結果の一覧を示した。実験例118、119、120、123、124、125および126は比較例であり、実験例121および122は本発明の実施例である。
このストック二塩化エチルアルミニウム(EADC)/塩化水素(HCl)溶液を撹拌したモノマー溶液に滴下することにより重合を行った。EADCおよびHClのストック溶液は、0.320mLの1.0モル/L塩化水素の1,1,1,2−テトラフルオロエタン溶液および0.960mLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を100mL塩化メチルに添加することにより、塩化メチル中に調製した。各実験例の重合に添加したストック溶液の総容量を表15に掲載した。二塩化エチルアルミニウムおよび塩化水素の別々のストック溶液は実験例125および126において用いた。この溶液は、2.0mLの0.16モル/L塩化水素の1,1,1,2−テトラフルオロエタン溶液および0.960mLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を100mL塩化メチルに添加することにより調製した。ストック溶液における二塩化エチルアルミニウムおよび塩化水素の最終モル/L濃度は両調製物と同様であった。0.2mLメタノールを添加することで重合を停止させた。3,3,3−トリフルオロプロペンにおける重合では、結果として粒子は反応容器壁または撹拌棒に付着しなかった。撹拌を停止すると、粒子は液体表面に浮遊していた。反応温度近くで試験した際に、冷却したスパチュラで押し付けることにより粒子は硬いものであることが明らかとなった。塩化メチルにおける重合では、結果として粒子は反応容器壁および撹拌軸に付着した。1,1−ジクロロエタンまたは1,1−ジクロロエタンにおける重合では、結果として溶媒で膨張した粒子は反応容器壁または撹拌棒に付着した。
Figure 0005193424
表16に−35℃で行った重合の結果の一覧を示した。実験例127−136は比較例であり、実験例137−141は本発明の実施例である。
共開始剤/開始剤対のストック溶液を滴下することにより重合を行った。二塩化エチルアルミニウム(EADC)および塩化水素(HCl)のストック溶液は、0.320mLの1.0モル/L塩化水素の1,1,1,2−テトラフルオロエタン溶液および0.960mLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を100mL塩化メチルに添加することにより調製した。二塩化エチルアルミニウムおよび塩化水素の別々のストック溶液は実験例134、135および136において用いた。この溶液は、0.034mLの0.93モル/L塩化水素の1,1,1,2−テトラフルオロエタン溶液および0.0960mLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を10mL塩化メチルに添加することにより調製した。ストック溶液における二塩化エチルアルミニウムおよび塩化水素の最終モル/L濃度は両調製物と同様であった。二塩化メチルアルミニウム(MADC)および/2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン(TMPCl)の別々のストック溶液は実験例132および133において用いた。MADC/TMPCl溶液は、6.6mLのTMPClおよび0.0960mLの1.0モル/L二塩化メチルアルミニウムのヘキサン溶液を10mL塩化メチルに添加することにより調製した。各実験例の重合に添加したストック溶液の総容量を表16に掲載した。
0.2mLメタノールを添加することで重合を停止させた。1,1−ジフルオロエタンまたは1,1,1,2−テトラフルオロエタンにおける重合では、室温で冷却したスパチュラで探査することにより明らかなように硬いゴム状の物性を示すゴム粒子が得られた。反応容器壁および撹拌棒には明らかに少量の汚れがあった。これに比べて、塩化メチルにおける重合では、結果として反応容器壁および撹拌軸のいずれにも粘着性のポリマー被膜が見られた。希釈剤溶媒にポリマーはほとんど「懸濁」していなかった。1,2−ジフルオロエタンまたは1,2−ジクロロエタンにおける重合では、結果として溶媒で膨張した粒子は反応容器壁または撹拌棒に付着した。1,1,1−トリクロロエタンにおける重合は溶液中で起こった。ポリマーは溶媒を乾燥除去することにより回収した。
Figure 0005193424
実験例142−146
表17に、CHF2CF3において−95℃で行ったイソブチレン/イソプレンの共重合の結果の一覧を示した。このイソブチレン/イソプレン供給原料比を各実験で変化させた。これらの実験例には三口500mLガラス反応容器を用いた。各重合の前に、10重量%のモノマーを含む300mLのモノマー供給原料を冷却した反応容器に充填した。開始剤/共開始剤のモル比は1/3にコントロールされ、濃度はMeCl中0.1重量%EADCと設定された。開始剤/共開始剤溶液は重合混合物に滴下され、添加速度は反応温度が4℃を超えて上昇しないように制御された。添加する開始剤/共開始剤溶液の量はそれぞれ望ましいモノマーの変換対象に依存した。
Figure 0005193424
これらの実験例により、高いイソプレン取り込みにより高分子量のコポリマーが調製されることが証明された。スラリー粒子の凝集は水素化フッ素化炭素において有意に低減した。これらのイソブチレン/イソプレン・コポリマーのGPC追跡により、5モル%を超えるイソプレンを含む実験例146においてさえも、ゲル生成または架橋のシグナルが認められなかった。本発明により生成された高ジエンのイソブチレン/イソプレン・ポリマーは、次にハロブチルポリマーを生成するために標準の確立されたハロゲン化プロセスによってハロゲン化された。
実験例147
変換率における分子量の依存性は、塩化メチルおよびCHF2CF3において−95℃でイソブチレン/イソプレン共重合実験で決定された。この依存性は2つの異なる開始剤/共開始剤系、すなわち1つはTMPClに基づき、他方はHClに基づく系で決定された。両触媒系ではルイス酸共開始剤としてEADCを用いた。これらの実験例には三口500mLガラス反応容器を用いた。各重合の前に、10重量%のモノマーを含む300mLのモノマー供給原料を冷却した反応容器に充填した。開始剤/共開始剤のモル比は1/3にコントロールされ、濃度はMeCl中0.1重量%EADCと設定された。開始剤/共開始剤溶液は重合混合物に滴下され、添加速度は反応温度が4℃を超えて上昇しないように制御された。添加する開始剤/共開始剤溶液の量はそれぞれ望ましいモノマーの変換対象に依存した。これらの重合のデータは図3に、ピーク分子量(Mp)対モノマーの重量%変換率のプロットとして示されている。変換率上昇にともなう分子量の期待される傾きが観察された。これらのデータはまた、HClがCHF2CF3における共重合において好ましい開始剤であることも示している。
実験例148
CHF2CF3において−93℃でイソブチレンおよびシクロペンタジエンの共重合を行った。97/3のモル比のイソブチレン/シクロペンタジエンを供給原料の10.8重量%でこの重合に用いた。シクロペンタジエンはこの実験のために新しく分留した。開始剤/共開始剤溶液は200μLの1.0モル/L塩化水素のCHF2CF3溶液を50mLの前もって冷却したCHF2CF3に溶解することにより調製した。この溶液に500μLの1.0モル/L二塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を添加した。この溶液を5分間撹拌した。モノマー溶液を撹拌しながら、これに開始剤/共開始剤溶液滴下することにより重合を開始した。この溶液の添加は重合温度が−92℃を超えて上昇することを保つために必要な速度を維持した。全体で35mLの開始剤/共開始剤溶液を用いた。500mLガラス製の樹脂容器をこれらの実験例に用いた。
Figure 0005193424
二塩化エチルアルミニウムの水素化フッ素化炭素およびその混合物における溶解性
表19−25に示された溶解性試験をニート二塩化エチルアルミニウム(EADC)を用いて行った。各試験は次のように行った。5mLの濃縮水素化フッ素化炭素ドライボックスの冷却浴中の−90℃に冷却した乾燥試験管に充填した。この−90℃の液体に4.1μLのニート液体二塩化エチルアルミニウム(EADC)を添加した。得られた混合物を激しくかき混ぜることにより溶解性を検討した。次に試験管の内容物をかき混ぜながら、希釈剤の沸点まで混合物を暖めた。希釈剤がその沸点に到達した後、冷却浴に試験管を浸すことにより混合物を−90℃まで冷却した。記載された観察結果は加熱/冷却サイクルを完了した後のものである。この最初の加熱/冷却サイクルの後で触媒が溶解しない場合には、0.5mLの塩化メチルを加えた。加熱/冷却サイクルを繰り返した。EADCが溶解するのが観察されるか、50/50容量/容量混合物が得られるまで、加熱/冷却サイクルに続けて0.5mLの塩化メチルの添加を行った。観察を継続して記録した。
1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)
Figure 0005193424
表19の試験において、撹拌停止後、非常に曇った懸濁から凝集が起こった。前に存在した「小片」はもはや見えなくなった。
ジフルオロメタン(HFC−32)
Figure 0005193424
フルオロホルム(HFC−23)
Figure 0005193424
1,1,1−トリフルオロメタン(HFC−143a)
Figure 0005193424
1,1−ジフルオロエタン(HFC−152a)
Figure 0005193424
表24で行った溶解性試験は、ニート二塩化エチルアルミニウム(EADC)および表に記載した炭化水素から室温で調製した1.0モル/LEADCのストック炭化水素溶液を用いて実施した。ペンタンはノルマル−ペンタンのことをいう。ULBヘキサンは、5ppm未満のベンゼンを含む超低ベンゼングレードのヘキサンの異性体混合物のことをいう。最終の1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)溶液は、表に容量が記載された室温のEADCストック溶液を−35℃に保たれた試験管中の液体HFC−134aに加えることにより調製した。全ての場合に最初の溶液は透明無色のものが得られた。次に得られた溶液は、−95℃に温度設定されたドライボックスの冷却浴に試験管を浸すことにより冷却した。曇点は、温度計で液体温度を追跡し、曇りの始まりを肉眼で同定することにより決定した。溶液温度を曇点以上に暖めることにより溶液は再び透明になった。曇天周辺の溶液の様子を、溶液の冷却および加温を繰り返すことにより数分間観察した。この現象は再現性があることがわかった。
Figure 0005193424
1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)における二塩化アルコキシアルミニウムの溶解性
表25に記載した溶解性試験は各二塩化アルコキシアルミニウムをin situで調製することにより行った。一般的操作は以下の通りである。アルコールに対応する溶液は0.0001モルのアルコールを−30℃で10mLのHFC−134aに加えることにより調製した。この溶液に100μLの1.0モル/LストックEADCペンタン溶液を添加した。この最後の添加後に、HFC−134a溶液を5分毎に定期的に振った。この溶液を閉じた容器中で−10℃まで温め、次に−95℃に温度設定されたドライボックスの冷却浴で冷却した。曇点は、温度計で液体温度を追跡し、曇りの始まりを肉眼で同定することにより決定した。溶液温度を曇点以上に暖めることにより溶液は再び透明になった。曇天周辺の溶液の様子を、溶液の冷却および加温を繰り返すことにより数分間観察した。この現象は再現性があることがわかった。
Figure 0005193424
実験例149−151
実験例149から151は500mLガラス製の樹脂容器中−95℃で実施し、300mLの希釈剤を用いて行った。実験例149において、実験例150および151において調製されるポリマーと比較できるMwを有する直線標準を得るために、鎖移転剤である2,2,4−トリメチル−1−ペンテンを用いて直鎖状ポリイソブチレンを調製した。実験例150および151はイソブチレンおよびイソプレンの重合である。実験例150は塩化メチル中で調製し、比較例とした。実験例151はCHF2CF3中で調製し、本発明の実施例とした。3つの試料はいずれもトリプル検知SECにより分析した。各試料についてMwに対する[η](左y−軸)およびg’(右y−軸)のプロットを図4、5および6に示した。
イソブチレンのホモ重合を鎖移転剤である2,2,4−トリメチル−1−ペンテンおよび希釈剤とししてのCHF2CF3の存在下、−95℃で実施した。300mLのCHF2CF3、56mLのイソブチレン(いずれも−95℃で液体として回収した)、および59μLの2,2,4−トリメチル−1−ペンテンを用いて重合を行った。この溶液を重合の前後に1000rpmで撹拌した。別に、開始剤/共開始剤をCHF2CF3中において−85℃で、0.0738mLの1.0モル/L塩化水素CHF2CF3溶液および0.2213mLの1.0モル/L塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を順に添加することにより調製した。この溶液を撹拌し、次にすばやく冷却した添加漏斗に入れた。次に前記開始剤/共開始剤溶液の重合を開始させるために撹拌したモノマー溶液にゆっくり添加した。25mLの溶液が添加されるように前記開始剤/共開始剤溶液を添加した。触媒をゆっくり添加することにより、反応温度を−92℃以下に維持した。次にこの反応は1−2mLのメタノールを添加することで停止させた。未反応のモノマーおよび希釈剤を蒸発除去することによりポリマーを単離した。ポリマーを一定重量になるまで45℃で真空乾燥した。ポリマーを分析し、580kのMwおよび1.9のMw/Mnが得られた。実験例149についてMwに対する[η](左y−軸)およびg’(右y−軸)のプロットを図4に示した。
イソブチレンおよびイソプレンの重合は塩化メチル中、−95℃で行った。−95℃で回収された56mLの液体イソブチレンおよび3.0mLのイソプレンを−95℃で液体として回収された300mLの塩化メチルおよび1.5mLの2−メチルブタン(GC内部標準)に添加することによりモノマー溶液を調製した。この溶液を重合の前後に1000rpmで撹拌した。別に、開始剤/共開始剤を35mL塩化メチルにおいて−95℃で、0.171mLの1.2モル/mL塩化水素の塩化メチル溶液および0.619mLの1.0モル/L塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を順に添加することにより調製した。この溶液を撹拌し、次にすばやく冷却した添加漏斗に入れた。次に前記開始剤/共開始剤溶液の重合を開始させるために撹拌したモノマー溶液にゆっくり添加した。20.5mLの溶液が30分をかけて添加されるように前記開始剤/共開始剤溶液を添加した。このように触媒をゆっくり添加することにより、反応温度を−91℃以下に維持した。次にこの反応は1−2mLのメタノールを添加することで停止させた。未利用のモノマーおよび希釈剤を蒸発除去することによりポリマーを単離した。ポリマーを一定重量になるまで45℃で真空乾燥した。収量:30gで78重量%。このコポリマーは2.5モル%のイソプレンを含有し、568kのMwおよび2.6のMw/Mnを示した。実験例150についてMwに対する[η](左y−軸)およびg’(右y−軸)のプロットを図5に示した。
イソブチレンおよびイソプレンの重合はCHF2CF3中、−95℃で行った。−95℃で回収された95mLの液体イソブチレンおよび2.4mLのイソプレンを−95℃で液体として回収された300mLの塩化メチルおよび1.5mLの2−メチルブタン(GC内部標準)に添加することによりモノマー溶液を調製した。この溶液を重合の前後に1000rpmで撹拌した。別に、開始剤/共開始剤を50mLCHF2CF3において−85℃で、0.349mLの0.432モル/mL塩化水素の塩化メチル溶液および0.443mLの1.0モル/L塩化エチルアルミニウムのヘキサン溶液を順に添加することにより調製した。この溶液を撹拌し、次にすばやく冷却した添加漏斗に入れた。次に前記開始剤/共開始剤溶液の重合を開始させるために撹拌したモノマー溶液にゆっくり添加した。30mLの溶液が75分をかけて添加されるように前記開始剤/共開始剤溶液を添加した。このように触媒をゆっくり添加することにより、反応温度を−90℃以下に維持した。次にこの反応は1−2mLのメタノールを添加することで停止させた。未利用のモノマーおよび希釈剤を蒸発除去することによりポリマーを単離した。ポリマーを一定重量になるまで45℃で真空乾燥した。収量:59gで85重量%。このコポリマーは2.5モル%のイソプレンを含有し、606kのMwおよび3.2のMw/Mnを示した。実験例151についてMwに対する[η](左y−軸)およびg’(右y−軸)のプロットを図6に示した。
本発明で引用した全ての特許および特許出願、試験操作(ASTM法のような)、および他の資料は、本発明と一致しないそのような開示の範囲まで、そのような取り込みが許容される裁判権のために、参照により完全に取り込まれる。
数字の下限および数字の上限が本発明で記載されている場合、任意の下限から任意の上限までの範囲が本発明において意図されている。
本発明において具体的な態様が特殊性をもって記載されている場合には、様々な他の修飾は明らかであり、本発明の本質および範囲から離れることなく当業者により容易に達成できることが理解される。したがって、本発明に添付される特許請求の範囲が本発明に記載される実施例および詳細な説明に限定されることを意図したものではなく、本発明に関係する当業者によりその均等物として取り扱われるであろう全ての特徴を含めて、本発明に存在する特許性を有する新規性の全ての特徴が包含されると解釈されるべきである。
誘電定数および温度の間の関係を示す図である。 塩化メチル中の水素化フッ素化炭素の容量分画の機能を示す図である。 本発明に係る特定ポリマーのモノマー変換に対するピーク分子量(Mp)のプロットを示す図である。 −95℃で調製したポリイソブチレン(実験例149)の実質粘度の対数、g’値および分子量の対数の間の関係を示すグラフである。 −95℃の塩化メチル中で調製したイソブチレン/イソプレン・コポリマー(実験例150)の実質粘度の対数、g’値および分子量の対数の間の関係を示すグラフである。 −95℃のCH2FCF3で調製したイソブチレン/イソプレン・コポリマー(実験例150)の実質粘度の対数、g’値および分子量の対数の間の関係を示すグラフである。

Claims (10)

  1. イソブチレンおよびイソプレンを含み、長鎖分枝を含まないコポリマーであって、トリプル検知SECにより決定された0.978以上のg’vis.avg.を有することを特徴とするコポリマー。
  2. 前記コポリマーが50,000より大きなMwを有する、請求項1に記載のコポリマー。
  3. 前記イソプレンの含有量が0.5モル%より多いことを特徴とする請求項1または2に記載のコポリマー。
  4. イソブチレン、イソプレン、1または2種以上のルイス酸、1または2種以上の開始剤、および1または2種以上の水素化フッ素化炭素を含有する希釈剤を接触させる工程を含むプロセスにより製造されるコポリマーであって、長鎖分枝を含まず、トリプル検知SECにより決定された0.978以上のg’vis.avg.を有することを特徴とするコポリマー。
  5. 前記イソプレンの含有量が0.5モル%より多いことを特徴とする請求項4に記載のコポリマー。
  6. 前記1または2種以上の水素化フッ素化炭素が、フルオロメタン、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、フルオロエタン、1,1−ジフルオロエタン、1,2−ジフルオロエタン、1,1,1−トリフルオロエタン、1,1,2−トリフルオロエタン、1,1,1,2−テトラフルオロエタン、1,1,2,2−テトラフルオロエタン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタン、1−フルオロプロパン、2−フルオロプロパン、1,1−ジフルオロプロパン、1,2−ジフルオロプロパン、1,3−ジフルオロプロパン、2,2−ジフルオロプロパン、1,1,1−トリフルオロプロパン、1,1,2−トリフルオロプロパン、1,1,3−トリフルオロプロパン、1,2,2−トリフルオロプロパン、1,2,3−トリフルオロプロパン、1,1,1,2−テトラフルオロプロパン、1,1,1,3−テトラフルオロプロパン、1,1,2,2−テトラフルオロプロパン、1,1,2,3−テトラフルオロプロパン、1,1,3,3−テトラフルオロプロパン、1,2,2,3−テトラフルオロプロパン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,2,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,2,2,3−ヘキサフルオロプロパン、1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロプロパン、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン、1−フルオロブタン、2−フルオロブタン、1,1,−ジフルオロブタン、1,2−ジフルオロブタン、1,3−ジフルオロブタン、1,4−ジフルオロブタン、2,2−ジフルオロブタン、2,3−ジフルオロブタン、1,1,1−トリフルオロブタン、1,1,2−トリフルオロブタン、1,1,3−トリフルオロブタン、1,1,4−トリフルオロブタン、1,2,2−トリフルオロブタン、1,2,3−トリフルオロブタン、1,3,3−トリフルオロブタン、2,2,3−トリフルオロブタン、1,1,1,2−テトラフルオロブタン、1,1,1,3−テトラフルオロブタン、1,1,1,4−テトラフルオロブタン、1,1,2,2−テトラフルオロブタン、1,1,2,3−テトラフルオロブタン、1,1,2,4−テトラフルオロブタン、1,1,3,3−テトラフルオロブタン、1,1,3,4−テトラフルオロブタン、1,1,4,4−テトラフルオロブタン、1,2,2,3−テトラフルオロブタン、1,2,2,4−テトラフルオロブタン、1,2,3,3−テトラフルオロブタン、1,2,3,4−テトラフルオロブタン、2,2,3,3−テトラフルオロブタン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロブタン、1,1,1,2,3−ペンタフルオロブタン、1,1,1,2,4−ペンタフルオロブタン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン、1,1,1,3,4−ペンタフルオロブタン、1,1,1,4,4−ペンタフルオロブタン、1,1,2,2,3−ペンタフルオロブタン、1,1,2,2,4−ペンタフルオロブタン、1,1,2,3,3−ペンタフルオロブタン、1,1,2,4,4−ペンタフルオロブタン、1,1,3,3,4−ペンタフルオロブタン、1,2,2,3,3−ペンタフルオロブタン、1,2,2,3,4−ペンタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,2,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,3,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,3,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,2,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,2,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,3,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,2,3,4,4−ヘキサフルオロブタン、1,2,2,3,3,4−ヘキサフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,2,4,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,3,3,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,3,4,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,4,4,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,3,3,4,4−ヘプタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,3,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,4,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,3,3,4,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,2,4,4,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,3,4,4,4−オクタフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,3,4,4−ノナフルオロブタン、1,1,1,2,2,3,4,4,4−ノナフルオロブタン、1−フルオロ−2−メチルプロパン、1,1,−ジフルオロ−2−メチルプロパン、1,3−ジフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,1−トリフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,3−トリフルオロ−2−メチルプロパン、1,3−ジフルオロ−2−(フルオロメチル)プロパン、1,1,1,3−テトラフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,3,3−テトラフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,3−トリフルオロ−2−(フルオロメチル)プロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロ−2−メチルプロパン、1,1,3,3−テトラフルオロ−2−(フルオロメチル)プロパン、1,1,1,3−テトラフルオロ−2−(フルオロメチル)プロパン、フルオロシクロブタン、1,1−ジフルオロシクロブタン、1,2−ジフルオロシクロブタン、1,3−ジフルオロシクロブタン、1,1,2−トリフルオロシクロブタン、1,1,3−トリフルオロシクロブタン、1,2,3−トリフルオロシクロブタン、1,1,2,2−テトラフルオロシクロブタン、1,1,3,3−テトラフルオロシクロブタン、1,1,2,2,3−ペンタフルオロシクロブタン、1,1,2,3,3−ペンタフルオロシクロブタン、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロシクロブタン、1,1,2,2,3,4−ヘキサフルオロシクロブタン、1,1,2,3,3,4−ヘキサフルオロシクロブタン、1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロブタン、フッ素化ビニル、1,1−ジフルオロエテン、1,2−ジフルオロエテン、1,1,2−トリフルオロエテン、1−フルオロプロペン、1,1−ジフルオロプロペン、1,2−ジフルオロプロペン、1,3−ジフルオロプロペン、2,3−ジフルオロプロペン、3,3−ジフルオロプロペン、1,1,2−トリフルオロプロペン、1,1,3−トリフルオロプロペン、1,2,3−トリフルオロプロペン、1,3,3−トリフルオロプロペン、2,3,3−トリフルオロプロペン、3,3,3−トリフルオロプロペン、1−フルオロ−1−ブテン、2−フルオロ−1−ブテン、3−フルオロ−1−ブテン、4−フルオロ−1−ブテン、1,1−ジフルオロ−1−ブテン、1,2−ジフルオロ−1−ブテン、1,3−ジフルオロプロペン、1,4−ジフルオロ−1−ブテン、2,3−ジフルオロ−1−ブテン、2,4−ジフルオロ−1−ブテン、3,3−ジフルオロ−1−ブテン、3,4−ジフルオロ−1−ブテン、4,4−ジフルオロ−1−ブテン、1,1,2−トリフルオロ−1−ブテン、1,1,3−トリフルオロ−1−ブテン、1,1,4−トリフルオロ−1−ブテン、1,2,3−トリフルオロ−1−ブテン、1,2,4−トリフルオロ−1−ブテン、1,3,3−トリフルオロ−1−ブテン、1,3,4−トリフルオロ−1−ブテン、1,4,4−トリフルオロ−1−ブテン、2,3,3−トリフルオロ−1−ブテン、2,3,4−トリフルオロ−1−ブテン、2,4,4−トリフルオロ−1−ブテン、3,3,4−トリフルオロ−1−ブテン、3,4,4−トリフルオロ−1−ブテン、4,4,4−トリフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,2,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,3,3−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,3,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,2,3,3−テトラフルオロ−1−ブテン、1,2,3,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,2,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,3,3,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,3,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、2,3,3,4−テトラフルオロ−1−ブテン、2,3,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、3,3,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、3,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,3−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,2,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,3,3,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,3,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,4,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,2,3,3,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,2,3,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,2,4,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、2,3,3,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、2,3,4,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、3,3,4,4,4−ペンタフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,3,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,1,2,4,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、2,3,3,4,4,4−ヘキサフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,3,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブテン、1,1,2,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブテン、1,1,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブテン、1,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブテン、1−フルオロ−2−ブテン、2−フルオロ−2−ブテン、1,1−ジフルオロ−2−ブテン、1,2−ジフルオロ−2−ブテン、1,3−ジフルオロ−2−ブテン、1,4−ジフルオロ−2−ブテン、2,3−ジフルオロ−2−ブテン、1,1,1−トリフルオロ−2−ブテン、1,1,2−トリフルオロ−2−ブテン、1,1,3−トリフルオロ−2−ブテン、1,1,4−トリフルオロ−2−ブテン、1,2,3−トリフルオロ−2−ブテン、1,2,4−トリフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,1,4−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,2,3−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,2,4−テトラフルオロ−2−ブテン、1,2,3,4−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,3−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,3,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,2,3,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,2,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,3,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,1,3,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,2,3,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,3,4,4−ヘプタフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,4,4,4−ヘプタフルオロ−2−ブテンおよびそれらの混合物で構成される群から独立して選択されることを特徴とする請求項4または5に記載のコポリマー。
  7. 前記希釈剤が、前記希釈剤の総容量に基づいて15から100容量%のHFCを含有することを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載のコポリマー。
  8. 前記希釈剤が、さらに炭化水素、非反応性オレフィン、および/または不活性ガスを含有し、前記炭化水素が、HFC以外のハロゲン化炭化水素であることを特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載のコポリマー。
  9. 前記1または2種以上のルイス酸が、独立して、四塩化チタン、四臭化チタン、四塩化バナジウム、四塩化スズ、四塩化ジルコニウム、臭化三塩化チタン、二臭化二塩化チタン、臭化三塩化バナジウム、塩化三フッ化スズ、三塩化ベンジルチタン、二塩化ジベンジルチタン、三塩化ベンジルジルコニウム、二臭化ジベンジルジルコニウム、三塩化メチルチタン、二フッ化ジメチルチタン、二塩化ジメチルスズ、三塩化フェニルバナジウム、三塩化メトキシチタン、三塩化n−ブトキシチタン、二塩化ジ(イソプロポキシ)チタン、三臭化フェノキシチタン、三フッ化フェニルメトキシジルコニウム、二塩化メチルメトキシチタン、二塩化メチルメトキシスズ、二塩化ベンジルイソプロポキシバナジウム、三塩化アセトキシチタン、三臭化ベンゾイルジルコニウム、三フッ化ベンゾイロキシチタン、三塩化イソプロピロキシスズ、二塩化メチルアセトキシチタン、塩化ベンジルベンゾイロキシバナジウム、オキシ三塩化バナジウム、三塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素、三塩化ガリウム、三フッ化インジウム、二塩化エチルアルミニウム、二塩化メチルアルミニウム、二塩化ベンジルアルミニウム、二塩化イソブチルガリウム、塩化ジエチルアルミニウム、塩化ジメチルアルミニウム、セスキ塩化エチルアルミニウム、セスキ塩化メチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、二塩化メトキシアルミニウム、二塩化エトキシアルミニウム、二塩化2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシアルミニウム、塩化メトキシメチルアルミニウム、塩化2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシメチルアルミニウム、二塩化イソプロポキシガリウム、フッ化フェノキシメチルインジウム、ニ塩化アセトキシアルミニウム、ニ臭化ベンゾイロキシアルミニウム、ニフッ化ベンゾイロキシガリウム、塩化メチルアセトキシアルミニウム、三塩化イソプロピロキシインジウム、六塩化アンチモン、六フッ化アンチモン、五フッ化砒素、塩化五フッ化アンチモン、三フッ化砒素、三塩化ビスマス、フッ化四塩化砒素、塩化テトラフェニルアンチモン、二塩化トリフェニルアンチモン、テトラクロロメトキシアンチモン、ジメトキシトリクロロアンチモン、ジクロロメトキシ砒素、クロロジメトキシ砒素、ジフルオロメトキシ砒素、アセタートテトラクロロアンチモン、(ベンゾアート)テトラクロロアンチモンおよび塩化ビスマスアセテートで構成される群から選択されることを特徴とする請求項4から8のいずれか1項に記載のコポリマー。
  10. 前記1または2種以上の開始剤が、独立して、HCl、H2O、メタノール、(CH33CCl、C65C(CH32Cl、2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−クロロ−2−メチルプロパン、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、シンナミル酸、ベンゼン酸、1−クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、p−クロロベンゼン酸、p−フルオロベンゼン酸、塩化アセチル、臭化アセチル、塩化シンナミル、塩化ベンゾイル、臭化ベンゾイル、塩化トリクロロアセチル、塩化トリフルオロアセチル、塩化p−フルオロベンゾイル、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリクロロメタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、塩化メタンスルホニル、臭化メタンスルホニル、塩化トリクロロメタンスルホニル、塩化トリフルオロメタンスルホニル、塩化p−トルエンスルホニル、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、2−メチルプロパン−2−オール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、フェノール、2−メチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、p−クロロフェノール、p−フルオロフェノール、2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェノール、2−ヒドロキシナフタレン、2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−ブロモ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−クロロ−2−メチルプロパン、2−ブロモ−2−メチルプロパン、2−クロロ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、2−ブロモ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、1−クロロ−1−メチルエチルベンゼン、1−クロロアダマンタン、1−クロロエチルベンゼン、1,4−ビス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼン、5−tert−ブチル−1,3−ビス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼン、2−アセトキシ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−ベンゾイロキシ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−アセトキシ−2−メチルプロパン、2−ベンゾイロキシ−2−メチルプロパン、2−アセトキシ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、2−ベンゾイロキシ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、1−アセトキシ−1−メチルエチルベンゼン、1−アセトキシアダマンタン、1−ベンゾイロキシエチルベンゼン、1,4−ビス(1−アセトキシ−1−メチルエチル)ベンゼン、5−tert−ブチル−1,3−ビス(1−アセトキシ−1−メチルエチル)ベンゼン、2−メトキシ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−イソプロポキシ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−メトキシ−2−メチルプロパン、2−ベンゾイロキシ−2−メチルプロパン、2−メトキシ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、2−イソプロポキシ−2,4,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、1−メトキシ−1−メチルエチルベンゼン、1−メトキシアダマンタン、1−メトキシエチルベンゼン、1,4−ビス(1−メトキシ−1−メチルエチル)ベンゼン、5−tert−ブチル−1,3−ビス(1−メトキシ−1−メチルエチル)ベンゼンおよび1,3,5−トリス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼンで構成される群から選択されることを特徴とする請求項4から9のいずれか1項に記載のコポリマー。
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