JP5511175B2 - リチウムアミノマグネシエート重合開始剤を用いて合成された官能化ポリマー - Google Patents
リチウムアミノマグネシエート重合開始剤を用いて合成された官能化ポリマー Download PDFInfo
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Description
ジエンおよびスチレン重合の有効な重合開始剤ではないがこれがアルキルリチウム開始剤または成長反応を起こすポリマー−リチウム分子のいずれかと一緒になって錯体を形成すると重合に参加し得ることも公知である。マグネシウムのジヒドロカルビル化合物は、アニオン型開始剤の製造で、アルカリ金属化合物、例えばリチウム、ナトリウムおよびカリウムのアルキルスルフィド類、アミン類、アミド類およびアセチリド類との組み合わせで用いられてきた。
AxMg(R1)3−xLi
[式中、
Aは、一般式
で表されるリチウムアミノマグネシエート錯体を含める。
で一般式
AxMg(R1)3−xLi
[式中、
Aは、一般式
で表される反応生成物を生じさせることを含み、そしてこの方法は更に、xが2の時、該反応生成物と化合物AH(ここで、AHは環状アミン形態のAである)を反応させる段階を含む。
AxMg(R1)3−xLi
(ここで、Aは、一般式
で表されるリチウムアミノマグネシエート錯体を含むアニオン重合開始剤から誘導される官能基である]
で表されるポリマー鎖を含み、そしてMg−Li+錯体はクエンチング前のポリマー鎖3本に及んでそれらのリビング末端に担持される。
重合を一般式
AxMg(R1)3−xLi
[式中、A、R1およびxは本明細書の上に記述した通りである]
で表されるリチウムアミノマグネシエート錯体を含むアニオン重合開始剤の存在下で開始させることを含む。
以下に示す説明から明らかになるであろうように、本発明は、ジエンホモポリマーおよびコポリマーのエラストマー類のアニオン重合を行うための新規なリチウムアミノマグネシエート開始剤を提供する。本開始剤を用いて製造したポリマー分子は、本開始剤から派生した環状アミン置換基を含む官能基を含有する。
AxMg(R1)3−xLi
[式中、
Aは、一般式
で表されるリチウムアミノマグネシエート錯体である。R2中のメチレン基は、好適には炭素原子を約1から約20個有するアルキルであるR3基で置換されていてもよい。R2
中のメチレンはいずれも置換されていないか或は一部または全部が置換されていてもよく、従って「y」はゼロから約10の整数である。yがゼロより大きい場合、該R3置換基は同じか或は異なる置換基の混合物であってもよい。例えば、yがゼロの時、メチレン基は全部−CH2基であり、そしてyが1の時、メチレンの1つは−CHR3である。典型的な環状アミン置換基はヘキサメチレンイミノ、ピロリジノ、ピペリジノおよびドデカメチレンイミノなどである。典型的な態様において、R2はメチレン基を約6から約15個含む。本発明の好適な態様において、yはゼロであり、R2はメチレン基を6個含みそしてAはヘキサメチレンイミノ(HMI)である。
A2−Mg−−(R1)−Li+
[式中、R1は、上記R3と同じか或は異なっていてもよく、好適には炭素原子を約1から約20個有するアルキル基である]
で表示する。好適な態様において、A2は(HMI)2でありそしてR1はn−ブチルリチウムから誘導されるn−ブチル基である。それゆえ、好適なA型開始剤は HMI2Mg−BuLi+であり、これは下記:
A3−Mg−−Li+
で表示する。好適な態様において、A3は(HMI)3である。それゆえ、好適なB型開始剤は HMI3Mg−Li+であり、これは下記:
は制限することを意図するものでない。本発明に従う開始剤は、一般式R1Liで表される有機リチウム化合物と一般式A2Mgで表されるマグネシウム二環状アミドを反応させることで製造可能であり、ここで、R1LiおよびA2Mgで用いるAおよびR1は上に記述した通りである。最初に、例えばジアルキルマグネシウム化合物を2分子の化合物AHと反応させることなどで上記マグネシウム二環状アミドを調製してもよく、そしてこの環状アミンAHは同じか或は互いに異なっていてもよい。例えば、下記の反応:
の重合は便利な温度のいずれか、例えば約0℃から約149℃で実施可能である。バッチ式重合の場合、ピーク温度を約49℃から約149℃、より好適には約80℃から約120℃に維持するのが好適である。重合を撹拌下で約0.15から24時間継続する。重合が完了した後、本明細書の以下に記述する如きクエンチング剤、エンドキャッピング剤および/またはカップリング剤で生成物を停止させる。停止剤(terminating agent)を反応容器に添加した後、その容器を約0.5から約4.0時間撹拌する。通常、このポリマーとクエンチング剤を約30℃から約120℃の温度で約0.25時間から約1.0時間撹拌することで反応の完結を確保することにより、クエンチングを実施する。その後、本明細書の以下に考察するように、官能基で停止させたポリマー類のクエンチングを、また本明細書の以下に記述する如きアルコールまたは他のクエンチング剤を用いて行う。
錫カップリングを起こさせるのが好適である。即ち、例えばゲル浸透クロマトグラフィーで測定した時、カップリング後にポリマー塊の約40%がカップリング前のポリマーより高い分子量を持つことになる。
面用ゴムとして用いるに特に適合する。
本発明に従って製造するエラストマーの製造および特性を示す目的で数多くの開始剤を製造した。次に、この開始剤を用いてスチレンとブタジエンモノマー類が入っている溶液を重合させた。比較を行う目的で、ブチルリチウム、リチウムヘキサメチレンイミド、ジブチルリチウムマグネシウムヘキサメチレンイミド開始剤を用いた重合も実施した。
1. A型開始剤(HMI2Mg−BuLi+)
HMI2Mg−BuLi+の製造では、ゴムライナーおよび2つ穴のクラウンキャップで蓋をして窒素を充填した7オンスの飲料用ボトルの中で、43mLの乾燥シクロヘキサンに入れた2.0グラム(20.16ミリモル(mM))の蒸留ヘキサメチレンイミン(HMI)にヘプタン中1.0モル(M)のジブチルマグネシウム溶液を10mL加えた(シリンジで)。次に、この混合物を振とう機の上に約5分間置いた。次に、この振とうした混合物にシリンジでヘキサン中1.636Mのブチルリチウム溶液を6.42mL(10.5mM)加えた後、この混合物を再び短期間振とうすることでその固体を溶液にした
。
ブチルリチウムを添加した後の混合物を短期間振とうしそしてヘキサメチレンアミン(HMI)を更に10.08mM加える以外は上記A型開始剤と同じ手順でHMI3Mg−Li+開始剤を製造した。
単に比較の目的でこの開始剤を製造した。これは本発明の開始剤でない。本明細書の上に記述したA型開始剤と同様な様式でこの開始剤を調製したが、但しこの場合、1モルのジブチルマグネシウムと1モルのリチウムヘキサメチレンイミドを反応させた。
以下に示す実施例の各々で、28オンスの飲料用ボトルの中でポリマーを製造した。このボトルを115℃で少なくとも24時間焼いた後、2つ穴のクラウンキャップおよびゴムライナーで蓋をした。窒素パージしながら上記ボトルを冷却した。
本明細書の上に記述したボトルに、ヘキサン中19.4重量パーセントの1,3−ブタジエン/スチレン(74/26重量)ブレンド物を266.1グラム仕込んだ。このブレンド物に、ヘキサン中0.5Mの2,2’−ジ(テトラヒドロフリル)プロパン溶液を0.57mLに続いてA型(HMI2Mg−BuLi+)開始剤溶液を2.20mL加えた。この反応混合物を撹拌機を取り付けた80℃の恒温水浴に入れて20分間撹拌した。
本明細書の上に記述した如きボトルに、ヘキサン中19.4重量パーセントの1,3−ブタジエン/スチレン(74/26重量)ブレンド物を254.6グラム仕込んだ。このブレンド物に、ヘキサン中0.5Mの2,2’−ジ(テトラヒドロフリル)プロパン溶液を0.59mL、ヘキサン中1.0Mのヘキサメチレンアミン溶液を0.395mLそしてヘキサン中1.636Mのn−ブチルリチウム溶液を0.30mL加えた。この反応混合物を80℃の恒温水浴中で20分間撹拌した。
ポリマー3と5およびポリマー4と6の製造手順はそれぞれ80℃の重合時間を変化させる(表IIに示すように)以外はポリマー1および2で用いたのと同じ手順であった。
本明細書の上に記述したボトルに、ヘキサン中19.4重量パーセントの1,3−ブタジエン/スチレン(74/26重量)ブレンド物を263.9グラム仕込んだ。このブレンド物に、ヘキサン中0.5Mの2,2’−ジ(テトラヒドロフリル)プロパン溶液を0.56mLに続いてA型(HMI2Mg−BuLi+)開始剤溶液を2.18mL加えた。この反応混合物を80℃の恒温水浴中で40分間撹拌した。
本明細書の上に記述したボトルに、ヘキサン中19.4重量パーセントの1,3−ブタジエン/スチレン(74/26重量)ブレンド物を257.1グラム仕込んだ。このブレンド物に、ヘキサン中0.5Mの2,2’−ジ(テトラヒドロフリル)プロパン溶液を0.50mLに続いてB型(HMI3Mg−Li+)開始剤溶液を2.16mL加えた。この反応混合物を80℃の恒温水浴中で40分間撹拌した。
ポリマー9および10の製造手順はそれぞれA型およびB型両方の開始剤を重合反応で用いる前にこれらを室温で7週間熟成させる以外はポリマー7および8で用いたのと本質的に同じ手順であった。
C型開始剤(HMI−Mg−Bu2Li+)を用いてポリマー11を製造しそしてA型開始剤(HMI2Mg−BuLi+)を用いてポリマー12を製造する以外はポリマー7の製造で用いたのと本質的に同じ手順を用いてポリマー11−12を製造した。
本明細書の上に記述したのと本質的に同じ一般的手順を用いてポリマー13−16を製造した。使用開始剤、重合反応時間および重合反応温度を表Vに示す如く変化させた。ポリマー14および15ではカップリング剤である四塩化錫を用いて停止させた。ポリマー13および16ではアルコールのみを用いて停止させた。
重合反応を66℃で3時間実施する以外は本明細書の上に記述したのと本質的に同じ一般的手順を用いてポリマーを製造した。その後、ポリマー17では上述した如き四塩化錫を用いて鎖末端を官能化した。それとは対照的に、ポリマー18ではトリブチル錫クロライドと二酸化炭素の組み合わせを用いて鎖末端を官能化した。最初に、活性開始剤の30パーセントを停止させるに充分な量でトリブチル錫クロライドをポリマー溶液に添加した。そのボトルを短期間(約1分間)振とうした後、このボトルを二酸化炭素で加圧して62psiの圧力にした。このボトルを短期間(約20秒間)更に振とうした後、二酸化炭素の添加を更に2回繰り返した。DBPCで処理した後のポリマーをイソプロパノール中で凝固させることで単離した後、真空オーブン乾燥を55℃で行った。
A型開始剤を用いて製造して四塩化錫で停止させたSBRポリマーの特性と、本発明でない比較リチウムHMI開始剤を用いて製造したSBRポリマーの特性の比較を表IIに示す。この表に示されているように、80℃における重合時間がちょうど40分の時のパーセント収率(仕込んだモノマーに対する重合したモノマーの比率)はほとんど100パーセントである。加うるに、本発明のポリマー類は高い錫カップリングレベルを示す(好適な40%カップリング以上)。このことはまた、アルコールを単独で用いて停止させたポリマーの平均分子量(基本Mn)に比較して錫を用いたカップリングを受けさせたポリマーの平均分子量(連成Mn)の方が高いことでも示される。本発明のポリマー類および本発明でないポリマー類は匹敵するHMI含有レベルを示す。
表VIIに示す標準試験配合で本発明のエラストマー全部のコンパンド化を行った。このような配合を用いると低いtanデルタ値がもたらされ、従ってこのような配合は、いろいろなポリマー類が示すヒステリシスを比較するに特に価値がある。このコンパンド配合物を全部小型ブラベンダーミキサーの中で調製した。重要なtanデルタ特性以外にまた、硬化が良好であることを確かめる目的で加硫エラストマーの応力−歪み特性も得た。表VIIIに表VIIの試験配合で製造した加硫ゴムの場合の応力/歪みデータを示す。サンプルの硬化を165℃で20分間行った。このSBRポリマーは全部ランダムコポリマーであった、即ちスチレンの量は20−25重量パーセントでスチレンの分布はランダム、即ち非ブロックであった。
AxMg(R1)3−xLi
[式中、
Aは、一般式
で表されるリチウムアミノマグネシエート錯体を含むアニオン重合開始剤。
一般式R1Liで表される有機リチウム化合物と一般式A2Mgで表されるマグネシウム二環状アミドを反応させることで一般式
AxMg(R1)3−xLi
[式中、
Aは、一般式
で表される反応生成物を生じさせる、
段階を含む方法。
AxMg(R1)3−xLi
(ここで、Aは、一般式
で表されるリチウムアミノマグネシエート錯体を含むアニオン重合開始剤から誘導される官能基である]
で表されるポリマー鎖を含むポリマー。
炭素原子を約4から約12個有するジオレフィンモノマー類、炭素原子を約8から約20個有するモノビニル芳香族モノマー類およびトリエン類から成る群から選択される少なくとも1種のモノマーを、一般式
AxMg(R1)3−xLi
[式中、
Aは、一般式
で表されるリチウムアミノマグネシエート錯体を含むアニオン重合開始剤の存在下で重合させる、
段階を含むポリマー製造方法。
炭素原子を約4から約12個有するジオレフィンモノマー類、炭素原子を約8から約20個有するモノビニル芳香族モノマー類およびトリエン類から成る群から選択される少なくとも1種のモノマーの重合を、一般式
AxMg(R1)3−xLi
[式中、
Aは、一般式
で表されるリチウムアミノマグネシエート錯体を含むアニオン重合開始剤の存在下、約4
9℃から約149℃の温度で開始させる、
ことを含む改良を受けさせた官能化ポリマー。
Claims (1)
- 1,3−ブタジエンモノマーとスチレンモノマーを重合させることで生じさせ、カップリングによって得られ、改良されたヒステリシス特性を有するポリブタジエン官能化ポリマーであって、
1,3−ブタジエンモノマーとスチレンモノマーの重合として、
一般式
AxMg(R1)3-xLi
[式中、
Aは、一般式
ここで、R2は、ヘキサメチレンイミンであり、R1はn−ブチルリチウム由来のn−ブチルであり、xは整数2または3であり、yはゼロである]
で表されるリチウムアミノマグネシエート錯体からなるアニオン重合開始剤の存在下で開始させることを含む重合
を用いて生じさせ、
ここで、カップリング後のポリマー塊の少なくとも40%がカップリング前のポリマーより高い分子量を持つことになる
ポリブタジエン官能化ポリマー。
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