JP5260871B2 - アゾール化合物を用いたビニリデン末端基を含むポリオレフィンの製造方法 - Google Patents
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Description
a)疑似リビングカルボカチオン末端ポリオレフィンポリマーを供給する工程、
b)工程a)のポリマーを、下記I式に従う置換アゾール失活化剤化合物と接触させる工程:
Rは、水素、炭素原子数1〜20のアルキル、炭素原子数約3〜7のシクロアルキル、炭素原子数6〜約20のアリール、炭素原子数約7〜30のアルカリール、あるいは炭素原子数約7〜30のアラルキルであるが、ただし、Rが水素である場合には、R2は炭素原子数少なくとも3の分枝アルキル、アリール、シクロアルキル、アルカリールまたはアラルキルであって、またRがメチルである場合には、R1およびR2は独立に、炭素原子数1〜20のアルキル、炭素原子数約3〜約7のシクロアルキル、炭素原子数6〜約20のアリール、炭素原子数約7〜30のアルカリール、及び炭素原子数約7〜30のアラルキルから選ばれ;
そして
Xは、酸素または硫黄である。
Xは、酸素または硫黄である。
Rは、炭素原子数2〜20のアルキル、炭素原子数6〜約20のアリール、炭素原子数約7〜30のアルカリール、あるいは炭素原子数約7〜30のアラルキルであり;
そして
Xは、酸素または硫黄である。
以下の用語は、本明細書で使用するとき、特に断わらない限りは以下の意味を有する:
以下に、本発明のポリオレフィン重合体の代表的な製造方法を記載する。本発明の方法は、バッチ法、連続法、半バッチ法、あるいは当該分野の熟練者には知られている任意の方法で実施することができる。重合反応は一般に、不活性ガス中で実質的に無水の環境で行われる。
1)希釈剤、
2)開始剤、
3)電子供与体、または共通イオン塩又はその前駆体、
4)一種以上の単量体、および
5)ルイス酸、一般にはチタン又はホウ素のハロゲン化物。
希釈剤はその極性により、生長種のイオン化平衡および交換速度に影響を及ぼし、極性はその誘電率から見積もることができる。一般に、低い誘電率を有する溶媒はイオン対が解離しにくいので好ましい。好適な溶媒としては、これらに限定されるものではないが、凝固点がかなり低くて好ましい重合温度で使用できる低沸点のアルカンおよび一又は多ハロゲン化アルキルが挙げられる。具体的な溶媒としては、アルカン(一般にはC2−C10アルカン、例えばプロパン、ノルマルブタン、ノルマルペンタン、ノルマルヘキサン、ノルマルヘプタン、ノルマルオクタン、ノルマルノナンおよびノルマルデカンなどのノルマルアルカン、およびイソブタン、イソペンタン、ネオペンタン、イソヘキサン、3−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタンおよび2,3−ジメチルブタン等を含む分枝アルカン)、ハロゲン化アルカン、例えばクロロホルム、塩化エチル、塩化n−ブチル、塩化メチレン、塩化メチル、1,2−ジクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、四塩化炭素、1,1−ジクロロエタン、塩化n−プロピル、塩化イソプロピル、1,2−ジクロロプロパンまたは1,3−ジクロロプロパン、アルケン及びハロゲン化アルケン(例えば、塩化ビニル、1,1−ジクロロエテンおよび1,2−ジクロロエテン)、二硫化炭素、二酸化硫黄、無水酢酸、アセトニトリル、ベンゼン、トルエン、メチルシクロヘキサン、クロロベンゼン、ニトロ−アルカン(例えば、ニトロプロパン)が挙げられ、カチオン重合に使用できる少数の代表的な液体希釈剤または溶媒も挙げることができる。混合溶媒(例えば、上記に挙げたものの組合せ)も使用することができる。
リビング及び疑似リビングカルボカチオン重合の開始剤化合物は、当該分野ではよく知られている。開始剤は、所望とする生成物に応じて一官能性であっても多官能性であってもよい。所望の重合体が線状であるなら、一官能性及び二官能性開始剤が用いられる。星形重合体を製造するには、開始剤は2個以上の反応性部位を有するべきである。考えられる開始剤化合物は、一般式(X’−CRaRb)nRc(ただし、Ra、RbおよびRcは独立に、アルキル基、芳香族基、アルキル芳香族基のうちの少なくとも一種からなり、同じでも異なっていてもよく、そしてX’は、アセテート、エテレート、ヒドロキシル基またはハロゲンである)で表すことができる。Rcの価数はnであり、nは1〜4の整数である。Ra、RbおよびRcは、1〜約20個の炭素原子、好ましくは1〜約8個の炭素原子を含む炭化水素基であることが好ましい。X’はハロゲンであることが好ましく、より好ましくは塩素である。場合によっては、Ra、RbおよびRcの構造を生長種または単量体に似せて選択することが好ましく、例えば、ポリスチレンには1−フェニルエチル誘導体、あるいはポリイソブチレンには2,4,4−トリメチルペンチル誘導体である。好適な化合物としては例えば、ハロゲン化クミル、ジクミル及びトリクミル、特には塩化物、すなわち2−クロロ−2−フェニルプロパン、すなわち塩化クミル;1,4−ジ(2−クロロ−2−プロピル)ベンゼン、すなわちジ(塩化クミル);1,3,5−トリ(2−クロロ−2−プロピル)ベンゼン、すなわちトリ(塩化クミル);2,4,4−トリメチル−2−クロロペンタン;2−アセチル−2−フェニルプロパン、すなわち酢酸クミル;2−プロピオニル−2−フェニルプロパン、すなわちプロピオン酸クミル;2−メトキシ−2−フェニルプロパン、すなわちクミルメチルエーテル;1,4−ジ(2−メトキシ−2−プロピル)ベンゼン、すなわちジ(クミルメチルエーテル);1,3,5−トリ(2−メトキシ−2−プロピル)ベンゼン、すなわちトリ(クミルメチルエーテル)、および類似化合物を挙げることができる。その他の好適な例は米国特許第4946899号明細書に見い出すことができる。特に好ましい例は、2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン(TMPCl)、1,3−ジ(2−クロロ−2−プロピル)ベンゼン、1,3,5−トリ(2−クロロ−2−プロピル)ベンゼン、および1,3−ジ(2−クロロ−2−プロピル)−5−tert−ブチルベンゼン(bDCC)である。
電子供与体は、従来の重合系をリビング及び/又は疑似リビングカチオン重合系に変換することが明らかになっている。本発明に用いられる電子供与体は、特別な化合物又は化合物の部類にはっきりと限定されるわけではない。例としては、ピリジンおよびアルキルアミン、非プロトン性アミド、スルホキシド、エステル、および金属原子に結合した酸素原子を持つ金属化合物等を挙げることができる。ピリジン化合物としては、2,6−ジ−tert−ブチルピリジン、2,6−ジメチルピリジン、2,4−ジメチルピリジン、2,4,6−トリメチルピリジン、2−メチルピリジン、およびピリジンが挙げられる。N,N−ジメチルアニリンおよびN,N−ジメチルトルイジンも用いることができる。アミド化合物としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、およびN,N−ジエチルアセトアミドが挙げられる。スルホキシド化合物の例としてはジメチルスルホキシドがある。ジエチルエーテルはエーテル化合物の例であり、そして酢酸メチルおよび酢酸エチルはエステル化合物の例である。リン酸トリメチル、リン酸トリブチル、トリアミドヘキサメチルホスフェートなどのリン酸エステル化合物も用いることができる。チタン酸テトライソプロピルなどの酸素含有金属化合物も電子供与体として使用できる。
電子供与体に加えて、もしくはその代わりに、共通イオン塩又は塩前駆体を任意に反応混合物に添加することができる。一般にこれらの塩は、イオン強度を高め、遊離イオンを抑え、そして配位子交換体と有利に相互作用させるために使用される。特に好ましいのは共通イオン塩前駆体、例えば塩化テトラ−n−ブチルアンモニウム(n−Bu4NCl)である。全反応混合物における共通イオン塩又は塩前駆体の濃度は、1リットル当り約0.0005モル乃至1リットル当り約0.05モルの範囲にあってよい。好ましくは、共通イオン塩又は塩前駆体の濃度は1リットル当り約0.0005モル乃至1リットル当り約0.025モルの範囲にある。より好ましくは、共通イオン塩又は塩前駆体の濃度は1リットル当り約0.001モル乃至1リットル当り約0.007モルの範囲にある。
本発明の方法に使用するのに適した単量体は、炭化水素単量体、すなわち水素原子と炭素原子だけを含む化合物、特にはオレフィンおよびジオレフィンであり、通常は炭素原子数約2〜約20のものであるが、好ましくは約4〜約8のものである。この方法は、そのような単量体を重合して、異なってはいても分子量が均一な重合体、例えば約300乃至100万g/モルを越える重合体を生成させるのに用いることができる。そのような重合体は、分子量が約200乃至10000g/モルの低分子量液体又は粘性重合体であっても、あるいは分子量が約100000乃至1000000g/モルかそれ以上の固体ワックス状乃至塑性又は弾性物質であってよい。好適な単量体としては、イソブチレン、スチレン、ベータピネン、イソプレン、ブタジエンなどの化合物、およびこれらの種の置換化合物等を挙げることができる。特に好ましい単量体は、イソブチレン、2−メチル−ブテン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、およびベータ−ピネンである。更に好ましい単量体はイソブチレンである。単量体の混合物も使用することができる。全反応混合物における単量体の濃度は、1リットル当り約0.01モル乃至1リットル当り約5.0モルの範囲にあってよい。好ましくは、単量体の濃度は1リットル当り約0.1モル乃至1リットル当り約2.0モルの範囲にある。より好ましいのは、単量体の濃度は1リットル当り約0.3モル乃至1リットル当り約1.0モルの範囲にある。最も好ましい単量体の濃度は1リットル当り0.5モルである。
本発明のための触媒として適したルイス酸としては、これらに限定されるものではないが、ハロゲン化チタン及びホウ素、特には四塩化チタンおよび三塩化ホウ素が挙げられる。ハロゲン化チタン、特には四塩化チタンを使用することが好ましい。ルイス酸の強度とその濃度は特定の単量体に対して調整すべきである。さらに、これらルイス酸の強度は求核添加剤を用いて調整することができる。場合によってはこれらルイス酸は補助開始剤とも呼ばれる。開始剤系に存在するルイス酸の量は変えることができる。しかし、ルイス酸の濃度は適切な重合及び失活速度を遂行できるほど充分であることが望ましい。ルイス酸濃度は、生成した重合体を沈殿させるほど高くすべきではない。全反応混合物におけるルイス酸の濃度は、1リットル当り約0.001モル乃至1リットル当り約3.0モルの範囲にあってよい。好ましくは、ルイス酸の濃度は1リットル当り約0.005モル乃至1リットル当り約1.5モルの範囲にある。より好ましくは、ルイス酸の濃度は1リットル当り約0.05モル乃至1リットル当り約1.0モルの範囲にある。
本発明のポリオレフィンの製造に使用が考えられる失活化剤について、以下に記載する。本発明の失活化剤は、窒素原子と酸素又は硫黄ヘテロ原子を含む置換アゾールから選ばれる、ただし、その置換基(群)は、疑似リビングカルボカチオン末端ポリオレフィンからビニリデン基末端重合体を製造するのを、置換アゾールが促進することができるように選ばれる。1個の窒素原子と少なくとも1個の酸素又は硫黄ヘテロ原子を含む特に好ましいアゾールは、2,4位および2,4,5位で置換されている。
Rは、水素、炭素原子数1〜20のアルキル、炭素原子数約3〜7のシクロアルキル、炭素原子数6〜約20のアリール、炭素原子数約7〜30のアルカリール、あるいは炭素原子数約7〜30のアラルキルであるが、Rが水素である場合には、R2は炭素原子数少なくとも3の分枝アルキル、アリール、シクロアルキル、アルカリールまたはアラルキルであるとの条件が付き、またRがメチルであるときには、R1およびR2は独立に、炭素原子数1〜20のアルキル、炭素原子数約3〜約7のシクロアルキル、炭素原子数6〜約20のアリール、炭素原子数約7〜30のアルカリール、炭素原子数約7〜30のアラルキルから選ばれる; そして
Xは、酸素または硫黄である。
Rは、炭素原子数2〜20のアルキル、炭素原子数約3〜7のシクロアルキル、炭素原子数6〜約20のアリール、炭素原子数約7〜30のアルカリール、あるいは炭素原子数約7〜30のアラルキルであり;そして
Xは、酸素または硫黄である。
Xは、酸素または硫黄である。
Xは、酸素または硫黄である。
250ミリリットル容四つ口丸底フラスコに、垂下型機械撹拌器および白金抵抗温度計を備え付けた。この組立装置を、実質的に不活性な雰囲気のグローブボックス内で乾燥窒素ガス中で、−60℃のヘプタン浴に浸漬した。次いで、フラスコに次のような反応体を充填した:
−60℃で平衡にしたヘキサン108ミリリットル、
−60℃で平衡にした塩化メチル72ミリリットル、
室温で平衡にした2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン0.48ミリリットル、
室温で平衡にした2,6−ジメチルピリジン0.23ミリリットル、および
−60℃で平衡にしたイソブチレン16.4ミリリットル。
2−フェニルベンゾオキサゾールの代わりに別の失活化剤を疑似リビング重合に加えたこと以外は、上記実施例1に記載した方法に従って実施例2−5を実施した。さらに、実施例4及び5は−40℃で行った。対照Bは−40℃で行った反応の最終比較基線を表す。第1表に、実施例1−5の反応体の量を列挙する。
上記実施例1に記載した方法に従ってポリブテンを製造したが、2−フェニルベンゾオキサゾール以外の種々の失活化剤を利用した。比較例は、環に窒素と別のヘテロ原子とを含む環状芳香族失活化剤を表わしているが、ビニリデンPIBを−60℃の対照Aよりも、あるいは−40℃の対照Bよりも多くは生じなかった。
バリアン(Varian)(300MHz)分光光度計を使用し、試料濃度CDCl3中で3%乃至5%(質量/質量)を用いて、1H−NMRスペクトルを得た。末端基の分析のために1H−NMRスペクトルを使用した。エキソ−オレフィン、エンド−オレフィン、tert−クロリドおよびカップリングオレフィンの鎖末端の割合を、後続の項に記載するように1H−NMR積分を用いて得た。
数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、および多分散性指数(PDI)、すなわちMw/Mnを決定するためにGPCデータを使用した。オレフィンカップリング生成物を定性的に検出するためにもGPCを使用した。
ポリイソブチレン試料中のエキソ−オレフィン、エンド−オレフィン及びtert−クロリド鎖末端およびカップリング生成物の割合を、1H−NMR積分を用いて定めた。これら四種で100%の鎖末端を表すと仮定した。場合によっては、1H−NMRスペクトルの定性的検査により、またGPCクロマトグラムで重合体主ピークの低溶離量側に肩が無いのを確認することにより、カップリング生成物は存在しないと思われた。以下に、二つの方法を記す。カップリング生成物が検出されたときは「一般的方法」を使用し、カップリング生成物が存在しないと思われたときは「特別な方法」を使用した。
エキソ−オレフィンの量の割合を決定するための下記の方程式と類似の方程式を用いて、各種類の鎖末端のモル量の割合を得た。
F(exo)=(Aexo)/(Aexo+Aendo+Atert-Cl+2Acoupled) (1)
Atert-Cl=(A1.65-1.72/6)−Aendo (2)
Acoupled=(A5.0-4.75−A4.5-4.75)/2 (3)
カップリング生成物が定性的に存在しない場合には、エキソ−オレフィンの量の割合を決定するための下記の方程式と類似の方程式を用いて、各種類の鎖末端のモル量の割合を得た。
F(exo)=(Aexo)/(Aexo+Aendo+Atert-Cl) (1)
Claims (35)
- 下記の工程を含むビニリデン基末端重合体の製造方法:
a)疑似リビングカルボカチオン末端ポリオレフィンポリマーを供給する工程、
b)工程a)のポリマーを、下記I式に従う置換アゾール失活化剤化合物と接触させる工程:
Rは、炭素原子数1〜20のアルキルもしくは炭素原子数6〜20のアリールであるが、Rがメチルである場合には、R1およびR2は互いに独立に、炭素原子数1〜20のアルキルもしくは炭素原子数6〜20のアリールから選ばれ;そして
Xは、酸素または硫黄である) - 疑似リビングカルボカチオン末端ポリオレフィンポリマーを、ルイス酸と溶媒との存在下でかつ疑似リビング重合反応条件下で、少なくとも一種のカチオン重合可能なオレフィン単量体を開始剤と接触させることにより、生成させる請求項1に記載の方法。
- 開始剤が一官能性である請求項2に記載の方法。
- 開始剤が、2−クロロ−2−フェニルプロパン、2−アセチル−2−フェニルプロパン、2−プロピオニル−2−フェニルプロパン、2−メトキシ−2−フェニルプロパン、2−エトキシ−2−フェニルプロパン、2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタン、2−アセチル−2,4,4−トリメチルペンタン、2−プロピオニル−2,4,4−トリメチルペンタン、2−メトキシ−2,4,4−トリメチルペンタン、および2−エトキシ−2,4,4−トリメチルペンタンからなる群より選ばれる請求項3に記載の方法。
- 開始剤が2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタンである請求項3に記載の方法。
- 開始剤が二官能性である請求項2に記載の方法。
- 開始剤が、1,3−ジ(2−クロロ−2−プロピル)ベンゼン、1,3−ジ(2−メトキシ−2−プロピル)ベンゼン、1,4−ジ(2−クロロ−2−プロピル)ベンゼン、1,4−ジ(2−メトキシ−2−プロピル)ベンゼン、および5−tert−ブチル−1,3−ジ(2−クロロ−2−プロピル)ベンゼンからなる群より選ばれる請求項6に記載の方法。
- 開始剤が5−tert−ブチル−1,3−ジ(2−クロロ−2−プロピル)ベンゼンである請求項7に記載の方法。
- 開始剤が多官能性である請求項2に記載の方法。
- 開始剤が、1,3,5−トリ(2−クロロ−2−プロピル)ベンゼン、および1,3,5−トリ(2−メトキシ−2−プロピル)ベンゼンからなる群より選ばれる請求項9に記載の方法。
- 少なくとも一種のカチオン重合可能なオレフィン単量体が、イソブテン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、および4−メチル−1−ペンテンからなる群より選ばれる請求項2に記載の方法。
- 少なくとも一種のカチオン重合可能なオレフィン単量体がイソブチレンである請求項11に記載の方法。
- 二種類の異なるカチオン重合可能なオレフィン単量体を用いる請求項2に記載の方法。
- ルイス酸が四ハロゲン化チタンである請求項2に記載の方法。
- ルイス酸が四塩化チタンもしくは四臭化チタンである請求項14に記載の方法。
- ルイス酸が四塩化チタンである請求項15に記載の方法。
- 疑似リビング重合反応条件が、温度範囲が−130℃から+10℃の間にあるように選ばれる請求項2に記載の方法。
- 疑似リビング重合反応条件が、温度範囲が−60℃から−10℃の間にあるように選ばれる請求項17に記載の方法。
- 疑似リビング重合反応条件が、温度範囲が−60℃から−20℃の間にあるように選ばれる請求項18に記載の方法。
- 疑似リビングカルボカチオン末端ポリオレフィンポリマーを、ルイス酸と溶媒との存在下でかつ疑似リビング重合反応条件下でポリオレフィン鎖末端をイオン化することにより、生成させる請求項1に記載の方法。
- 疑似リビングカルボカチオン末端ポリオレフィンポリマーを、ルイス酸と溶媒との存在下でかつ疑似リビング重合反応条件下で、tert−ハライド鎖末端を含むポリオレフィンをイオン化することにより生成させる請求項20に記載の方法。
- 疑似リビングカルボカチオン末端ポリオレフィンポリマーを、ルイス酸と溶媒との存在下でかつ疑似リビング重合反応条件下で、tert−クロリド鎖末端を含むポリオレフィンをイオン化することにより生成させる請求項20に記載の方法。
- R1およびR2が共同して炭素原子数6〜10の縮合芳香環を形成している請求項1に記載の方法。
- Rが、炭素原子数2〜20のアルキルもしくは炭素原子数6〜20のアリールである請求項1に記載の方法。
- R1またはR2のうちの一方が水素である請求項1に記載の方法。
- R1が水素である請求項25に記載の方法。
- R1もしくはR2がアルキルもしくはアリールである請求項27に記載の方法。
- Xが酸素である請求項28に記載の方法。
- Xが硫黄である請求項28に記載の方法。
- 失活化剤が、2−フェニルベンゾオキサゾールまたは2−フェニルベンゾチアゾールのいずれかである請求項31に記載の方法。
- 開始剤が2−クロロ−2,4,4−トリメチルペンタンで、ルイス酸が四塩化チタンである請求項2に記載の方法。
- 失活化剤が、2−フェニルベンゾオキサゾール、2−フェニルベンゾチアゾール、2,4,5−トリメチルオキサゾール、2,5−ジフェニルオキサゾール、もしくは2−エチル−4−メチルチアゾールのいずれかである請求項1もしくは33に記載の方法。
- 失活化剤が、2−フェニルベンゾオキサゾール、2−フェニルベンゾチアゾール、もしくは2,4,5−トリメチルオキサゾールのいずれかである請求項1もしくは33に記載の方法。
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