JP5564568B2 - 遷移金属触媒の存在下におけるニトリルゴムのメタセシス - Google Patents

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Description

本発明は、場合により水素化されていてもよい低分子量ニトリルゴム、特定の反応混合物中において遷移金属錯体触媒の存在下にメタセシス方法に付すことによってニトリルゴムを低分子量化(molecular weight degradation)することによる、場合により水素化されていてもよい低分子量のニトリルゴムの調製方法、少なくとも1種の場合により水素化されていてもよいニトリルゴムと、少なくとも1種の架橋剤および/または硬化系とを含み、場合により少なくとも1種のフィラー、および場合によりさらなるゴム用添加剤が含まれていても良い高分子複合体、ならびに場合により水素化されていてもよいニトリルゴムまたは複合体を含む成形物品に関する。
ニトリルゴム(「NBR」とも称する)は水素化ニトリルゴム(「HNBR」とも称する)を製造するための出発物質として使用される。ニトリルゴムは、少なくとも1種の不飽和ニトリルと、少なくとも1種の共役ジエンと、可能性のあるさらなる共重合可能なコモノマーとの共重合体である。HNBRは、通常、NBRの選択的水素化により調製される。共重合されたジエン単位の水素化率は、通常、50〜100%の範囲にある。
NBRおよびHNBRは魅力的な特性プロファイル有する特殊ゴムである。特に水素化ニトリルゴムは、非常に優れた耐熱性、極めて高い耐オゾンおよび耐薬品性、ならびに極めて優れた耐油性を有している。このゴムの機械的性質が非常に高い(特に耐摩耗性が高い)ことを加味すると、HNBRもNBRも自動車産業(シール、ホース、軸受パッド)、石油産業(ステーター、ウェルヘッドシール、バルブプレート)、電気産業(ケーブル外被)、機械工学関連産業(車輪、ローラー)、および造船業(配管用シール材、継手)などにおいて幅広い用途に使用されてきたことは驚くに値しない。
市販のグレードのHNBRは通常ムーニー粘度(ML(1+4)100℃)が55〜120の範囲にあり、これは数平均分子量M(測定方法:ポリスチレン換算によるゲル浸透クロマトグラフィー(GPC))が約200000〜700000であることに相当する。分子量分布の幅に関する情報を与える多分散指数PDI(PDI≒M/M;ここでMは重量平均分子量であり、Mは数平均分子量である)は3以上の場合が多い。残存二重結合含有量は、通常は1〜18%(IR分光法により測定)の範囲にある。
NBRおよびHNBRはムーニー粘度が比較的高いため加工には厳しい制限が伴う。多くの用途においては、分子量がより低く、したがってムーニー粘度がより低いNBRまたはHNBRグレード、特に液体のNBRまたはHNBRグレードが望ましい。こうすることにより加工性が確実に向上するであろう。
特にHNBRに関しては、ポリマーの分子量を低下させる、すなわちHNBRの鎖長を分解により短縮する数多くの試みが過去になされてきた。その例を挙げると、例えばロールミルまたはスクリュー装置(欧州特許第0419952A号明細書)を用いて熱機械処理(素練りすなわち機械的な破壊)を施すことによって分子量を低下させることができる。しかしながら、この熱機械的な分解には、一部が酸化することによって分子にヒドロキシル基、ケト基、カルボキシル基、エステル基等の官能基が組み込まれ、さらにはポリマーの微細構造が実質的に変化してしまうという欠点がある。これによりポリマーの特性が不利に変化する。さらにこの種の手法は、その性質上、幅広い分子量分布を有するポリマーを生成させてしまう。
現時点で入手可能なゴムと同等の微細構造を有すると同時に、ムーニー粘度が低く加工性が改善されている水素化ニトリルゴムは、現在の技術で製造することは困難である。NBRを水素化してHNBRを製造すると原料ポリマーのムーニー粘度は増大する。このムーニー増大比(Mooney Increase Ratio)(MIR)は、ポリマーグレード、水素化率、および供給原料の性質に応じて通常は約2であるか2を超えることさえある。さらに、低粘度のNBR供給原料を用いようとしても、NBR製造そのものに付随する制限によりその範囲が限定されてしまう。
(特許文献1)、(特許文献2)、および(特許文献3)においては、低ムーニーHNBR、およびその低ムーニーHNBRの製造方法が開示されている。この種の方法は、出発物質であるニトリルゴムをオレフィンメタセシスにより分解し、続いて水素化することを含むものである。出発物質であるニトリルゴムは、第1ステップにおいて、共オレフィン(co−olefin)およびオスミウム、ルテニウム、モリブデン、またはタングステン錯体をベースとする特定の触媒の任意的な存在下に反応に付され、第2ステップにおいて水素化される。得られる水素化ニトリルゴムの重量平均分子量(Mw)は典型的には30000〜250000の範囲にあり、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃)は3〜50の範囲にあり、多分散指数PDIは2.5未満であり、これは(特許文献2)に従う経路により得ることができる。
(特許文献3)には、分子量(M)が25000〜200000g/molの範囲にあり、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃)が25未満であり、かつMWD(すなわち多分散指数PDI)が2.5未満であるニトリルゴムが開示されている。この分子量分布の狭い低分子量ニトリルゴムは、少なくとも1種の共オレフィンおよび少なくとも1種の周知のメタセシス触媒の存在下に調製される。(特許文献3)の実施例においては、ビス(トリシクロヘキシルホスフィン)ベンジリデンルテニウムジクロリド(グラブスメタセシス触媒)が使用されており、メタセシス後に得られるNBRの分子量(Mw)は54000〜180000の範囲にある。多分散指数は2.0〜2.5である。
(特許文献4)においては、共オレフィンの非存在下にニトリルブタジエンゴムをメタセシスに付し、場合により、結果として得られたメタセシスされたNBRを次いで水素化することによって(水素化)ニトリルゴムポリマーを製造する方法が開示されている。結果として得られる場合により水素化されていてもよいニトリルゴムは、分子量Mが20000〜250000の範囲にあり、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃)が1〜50の範囲にあり、MWD(すなわち多分散指数PDI)が2.6未満である。(特許文献4)の実施例によれば、グラブス第2世代触媒が使用され、メタセシス後に得られるNBRの分子量Mは119000〜185000の範囲にあり、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃)は20または30であり、多分散指数は2.4または2.5である。
(特許文献5)には、基質であるNBRを同時にメタセシス反応および水素化反応に付すことによる、低分子量水素化ニトリルゴムの調製方法が開示されている。この反応は周知のメタセシス触媒の存在下に行われる。生成した水素化ニトリルゴムの分子量Mは20000〜250000の範囲にあり、ムーニー粘度(ML(1+4)100℃)は1〜50の範囲にあり、MWD(すなわち多分散指数PDI)は2.6未満である。(特許文献5)においてはグラブス第2世代触媒が用いられており、得られるHNBRの分子量Mは178000であり、PDIは2.70である。
国際公開第02/100905A号パンフレット 国際公開第02/100941A号パンフレット 国際公開第2003/002613A号パンフレット 米国特許出願第2004/0132891A1号明細書 国際公開第2005/080456A1号パンフレット
上述した文書には、分子量が低い液体ニトリルゴム、およびその調製は開示されていない。特に、分子量が低いゴムの単離に有効な方法はどの文書にも開示されていない。ゴムが低分子量であり、ゴムの粘着性が極端に高いことから、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エタノール等)または水蒸気/水を用いた凝固等の標準的な単離技法を用いることは、生成物が損失したり最終仕上げが長時間に及ぶことになるため有利ではない。
メタセシス触媒は、特に、国際公開第96/04289A号パンフレットおよび国際公開第97/06185A号パンフレットより周知である。これらは基本的に以下の構造:
Figure 0005564568
(式中、Mは、オスミウムまたはルテニウムであり、RおよびRは幅広い構造を有する有機基であり、XおよびXは、アニオン性配位子であり、LおよびLは、無電荷の電子供与体である)を有する。本文献におけるこの種のメタセシス触媒関する「アニオン性配位子」という慣用用語は、金属中心と別にして考えた場合に、閉じた電子殻によって常時負に帯電している配位子を表す際に使用される。
ニトリルゴムのメタセシス反応は、典型的には、使用される触媒を失活させず、かつ反応にいかなる他の悪影響も与えない好適な溶媒中で実施される。好ましい溶媒としては、これらに限定されるものではないが、ジクロロメタン、ベンゼン、トルエン、メチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、およびシクロヘキサンが挙げられる。好ましい溶媒の1つがクロロベンゼンである。
本発明は、分子量Mが50000g/mol以下であり、かつ多分散指数が2.0未満と極めて低い、場合により水素化されていてもよい極めて低分子量のニトリルゴムに関する。さらに本発明は、少なくとも1種の遷移金属錯体触媒の存在下にメタセシス反応を行ってニトリルゴムを低分子量化し、得られたニトリルゴムを場合により水素化し、このゴムを機械的脱気装置と接触させる処理によってゴムを溶媒から単離することによる、場合により水素化されていてもよい極めて低分子量のニトリルゴム((H)NBR)の調製方法にも関する。
溶媒中、金属錯体触媒の存在下においてニトリルゴムをメタセシス反応に付すことにより、分子量が50000g/mol以下、好ましくは10000〜50000g/mol、より好ましくは12000〜40000g/molであり、多分散性(Mw/Mn)が2.0未満であるポリマーが得られ、このポリマーを機械的脱気装置と接触させる処理によりこれを溶媒から単離できることが確認されている。
したがって本発明は、均一触媒および場合により共オレフィンの存在下かつ溶媒の存在下にメタセシス反応を行うことによってニトリルゴムを低分子量化することを含む、場合により水素化されていてもよいニトリルゴムの調製方法であって、メタセシスが少なくとも1種の遷移金属錯体触媒の存在下に実施され、場合により水素化されていてもよいニトリルゴムが機械的脱気装置と接触させる処理によりゴムが溶媒から単離される、方法に関する。さらに本発明は、分子量(M)が50000g/mol以下であり、かつ多分散指数(PDI)が2.0未満である、場合により水素化されていてもよいニトリルゴムに関する。
本特許出願および発明においては、上または以下に一般用語または好ましい範囲で与えられる基の定義、変数、または説明はすべてあらゆる様式で互いに組み合わせることができる。すなわち、それぞれの範囲および好ましい範囲の組合せが包含される。
本特許出願においてメタセシス触媒または一般式(I)の塩に関し使用される「置換された」という用語は、指定された基または原子上の水素原子が、各場合において指定された基のうちの1種で置き換えられていることを意味する。ただし、指定された原子は原子価が超過しておらず、かつ置換によって得られる化合物は安定なものである。
触媒:
本発明において使用される触媒または触媒前駆体は、遷移金属カルベン錯体または反応条件下で遷移金属カルベンを形成する遷移金属錯体化合物またはアルキル化剤と併用される遷移金属塩である。これらの触媒はイオン性または非イオン性のいずれであってもよい。
本発明の方法に使用することができる好適な触媒は、一般式(I)
Figure 0005564568
(式中、
Mは、オスミウムまたはルテニウムであり、
R基は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、アルキル、好ましくはC〜C30アルキル、シクロアルキル、好ましくはC〜C20シクロアルキル、アルケニル、好ましくはC〜C20アルケニル、アルキニル、好ましくはC〜C20アルキニル、アリール、好ましくはC〜C24アリール、カルボキシレート、好ましくはC〜C20カルボキシレート、アルコキシ、好ましくはC〜C20アルコキシ、アルケニルオキシ、好ましくはC〜C20アルケニルオキシ、アルキニルオキシ、好ましくはC〜C20アルキニルオキシ、アリールオキシ、好ましくはC〜C24アリールオキシ、アルコキシカルボニル、好ましくはC〜C20アルコキシカルボニル、アルキルアミノ、好ましくはC〜C30アルキルアミノ、アルキルチオ、好ましくはC〜C30アルキルチオ、アリールチオ、好ましくはC〜C24アリールチオ、アルキルスルホニル、好ましくはC〜C20アルキルスルホニル、またはアルキルスルフィニル、好ましくはC〜C20アルキルスルフィニル基であり、それぞれ1種またはそれ以上のアルキル、ハロゲン、アルコキシ、アリール、またはヘテロアリール基で場合により置換されていてもよく、
およびXは、同一であっても異なっていてもよい2個の配位子、好ましくはアニオン性配位子であり、
Lは、同一であっても異なっていてもよい配位子、好ましくは無電荷の電子供与体を表す)の化合物である。
一般式(I)の触媒において、XおよびXは同一であっても異なっていてもよい2個の配位子であり、好ましくはアニオン性配位子である。
代表的な式(I)の各種触媒が、例えば、国際公開第96/04289A号パンフレットおよび国際公開第97/06185A号パンフレットより基本的に周知である。
一般式(I)の両方の配位子Lは、特に好ましくは、同一または異なるトリアルキルホスフィン配位子であり、少なくとも1個のアルキル基は第2級アルキル基またはシクロアルキル基、好ましくはイソプロピル、イソブチル、sec−ブチル、ネオペンチル、シクロペンチル、またはシクロヘキシルである。
特に好ましくは、一般式(I)の1個の配位子Lはトリアルキルホスフィン配位子であり、少なくとも1個のアルキル基は第2級アルキル基またはシクロアルキル基、好ましくはイソプロピル、イソブチル、sec−ブチル、ネオペンチル、シクロペンチル、またはシクロヘキシルである。
本発明の触媒系に好ましく、一般式(I)に適合する2種の触媒が、構造(III)(グラブス(I)触媒)および(IV)(グラブス(II)触媒)であり、ここでCyはシクロヘキシルである。
Figure 0005564568
本発明の方法に使用することができるさらに好適なメタセシス触媒は、一般式(V)
Figure 0005564568
(式中、
Mは、ルテニウムまたはオスミウムであり、
Yは、酸素(O)、硫黄(S)、N−R基、またはP−R基であり、ここでRは下記と同義であり、
およびXは、同一であっても異なっていてもよい配位子であり、
は、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アルコキシ、アルケニルオキシ、アルキニルオキシ、アリールオキシ、アルコキシカルボニル、アルキルアミノ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルスルホニル、またはアルキルスルフィニル基であり、それぞれ場合により1種またはそれ以上のアルキル、ハロゲン、アルコキシ、アリール、またはヘテロアリール基で置換されていてもよく、
、R、R、およびRは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素、有機または無機基であり、
は、水素またはアルキル、アルケニル、アルキニル、もしくはアリール基であり、
Lは、式(A)のものと同義の配位子である)の触媒である。
一般式(V)の触媒は基本的に周知である。この種類の触媒の代表的なものが、Hoveydaらによる米国特許出願第2002/0107138A1号明細書およびAngew Chem.Int.Ed.2003,42,4592に記載されている触媒ならびにGrelaによる国際公開第2004/035596号パンフレット、Eur.J.Org.Chem 2003,963〜966、およびAngew.Chem.Int.Ed.2002,41,4038、ならびにJ.Org.Chem.2004,69,6894〜96、およびChem.Eur.J 2004,10,777〜784に記載されている触媒である。触媒は市販されているかあるいは引用した参考文献に記載されている通りに調製することができる。
本発明の方法に使用することができる特に好適な触媒は、一般式(VI)
Figure 0005564568
(式中、
M、L、X、X、R、R、R、R、およびRは、一般式(V)に関し与えられた一般的な意味、好ましい意味、および特に好ましい意味を有することができる)の触媒である。
これらの触媒は、例えば米国特許出願第2002/0107138A1号明細書(Hoveydaら)より基本的に周知であり、当該明細書に示されている調製方法により得ることができる。
特に好ましくは、一般式(VI)の触媒において、
Mは、ルテニウムであり、
およびXは、両方共ハロゲン、特に両方共塩素であり、
は、直鎖または分岐のC〜C12アルキル基であり、
、R、R、Rは、一般式(V)に関し与えられた一般的な意味および好ましい意味を有し、
Lは、一般式(V)に関し与えられた一般的な意味および好ましい意味を有する。
その中でも非常に好ましくは、一般式(VI)の触媒において、
Mは、ルテニウムであり、
およびXは、両方共塩素であり、
は、イソプロピル基であり、
、R、R、Rは、すべて水素であり、
Lは、置換または無置換の式(IIa)または(IIb)
Figure 0005564568
(式中、
、R、R10、R11は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、水素、直鎖または分岐のC〜C30アルキル、C〜C20シクロアルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C24アリール、C〜C20カルボキシレート、C〜C20アルコキシ、C〜C20アルケニルオキシ、C〜C20アルキニルオキシ、C〜C24アリールオキシ、C〜C20アルコキシカルボニル、C〜C20アルキルチオ、C〜C24アリールチオ、C〜C20アルキルスルホニル、C〜C20アルキルスルホネート、C〜C24アリールスルホネート、またはC〜C20アルキルスルフィニルである)のイミダゾリジン基である。
本発明の触媒系用の一般構造式(VI)に適合する触媒として、式(VII)
Figure 0005564568
を有するものが特に好ましく、ここでMesは各場合において2,4,6−トリメチルフェニル基である。この触媒は文献で「ホベイダ(Hoveyda)触媒」とも称される。
一般構造式(VI)に適合するさらに好適な触媒は、以下の式(VIII)、(IX)、(X)、(XI)、(XII)、(XIII)、(XIV)、および(XV)
Figure 0005564568
を有するものであり、ここでMesは各場合において2,4,6−トリメチルフェニル基である。
本発明の方法に用いることができるさらに好適な触媒は、一般式(XVI)
Figure 0005564568
(式中、
M、L、X、X、R、およびRは、式(V)に関し与えられた一般的な意味および好ましい意味を有し、
12は、同一であっても異なっていてもよく、式(V)のR、R、RおよびR基に関し与えられた一般的な意味および好ましい意味を有し(但し水素を除く)、
Nは、0、1、2、または3である)の触媒である。
これらの触媒は、例えば国際公開第2004/035596A号パンフレット(Grela)より基本的に周知であり、当該明細書に示されている調製方法に従い得ることができる。
特に好ましくは、一般式(XVI)の触媒において、
Mは、ルテニウムであり、
およびXは、両方共ハロゲン、特に両方共塩素であり、
は、直鎖または分岐のC〜C12アルキル基であり、
12は、一般式(V)に関し与えられた一般的な意味を有し、
nは、0、1、2、または3であり、
は、水素であり、
Lは、一般式(V)に関し与えられた一般的な意味を有する。
その中でも非常に好ましくは、一般式(XVI)の触媒において、
Mは、ルテニウムであり、
およびXは、両方共塩素であり、
は、イソプロピル基であり、
nは、0であり、
Lは、式(IIa)または(IIb)
Figure 0005564568
(式中、
、R、R10、R11は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、水素、直鎖または分岐、環状または非環状のC〜C30アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C24アリール、C〜C20カルボキシレート、C〜C20アルコキシ、C〜C20アルケニルオキシ、C〜C20アルキニルオキシ、C〜C24アリールオキシ、C〜C20アルコキシカルボニル、C〜C20アルキルチオ、C〜C24アリールチオ、C〜C20アルキルスルホニル、C〜C20アルキルスルホネート、C〜C24アリールスルホネート、またはC〜C20アルキルスルフィニルである)の置換または無置換のイミダゾリジン基である。
一般式(XVI)に適合する特に好適な触媒は、構造(XVII)
Figure 0005564568
を有するものであり、文献では「グレラ(Grela)触媒」とも称されている。
一般式(XVI)に適合するさらに好適な触媒は、構造(XVIII)
Figure 0005564568
を有するものであり、ここでMesは各場合において2,4,6−トリメチルフェニル基である。
代替的な実施形態においては、一般式(XIX)
Figure 0005564568
(式中、D、D、D、およびDは、以下の一般式(XX)
Figure 0005564568
(式中、
M、L、X、X、R、R、R、R、およびRは、一般式(V)に関し与えられた意味を有し、上述の好ましい意味を有することもできる)の構造を有し、それぞれメチレン基を介して式(XIX)のケイ素に結合している)のデンドリマー触媒を使用することが可能である。
一般式(XX)のこの種の触媒は米国特許出願第2002/0107138A1号明細書より周知であり、当該明細書に記載されている情報に従い調製することができる。
本発明の方法に使用することができるさらなる好適な触媒は、一般式(XXI〜XXIII)
Figure 0005564568
(式中、
Mは、ルテニウムまたはオスミウムであり、
およびXは、同一であっても異なっていてもよい配位子、好ましくはアニオン性配位子であり、
およびZは、同一であっても異なっていてもよい中性電子供与性配位子であり、
13およびR14は、それぞれ独立に、水素またはそれぞれ1種またはそれ以上のアルキル、ハロゲン、アルコキシ、アリール、またはヘテロアリール基で場合により置換されていてもよい、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、カルボキシレート、アルコキシ、アルケニルオキシ、アルキニルオキシ、アリールオキシ、アルコキシカルボニル、アルキルアミノ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルスルホニル、およびアルキルスルフィニル基からなる群から選択される置換基であり、
Lは、配位子である)の触媒である。
一般式(XXI)〜(XXIII)の触媒は原則的に周知である。この種類の化合物の代表的なものが、Grubbsらによる国際公開第2003/011455A1号パンフレット、Grubbsらによる国際公開第2003/087167A2号パンフレット、Organometallics 2001,20,5314、およびAngew.Chem.Int.Ed.2002,41,4038に記載された触媒である。この触媒は市販されており、あるいは引用された参考文献に記載されているように調製することができる。
およびZ
本発明の方法においては、ZおよびZは同一であるか異なっている配位子であり、中性電子供与性配位子である、一般式(XXI)、(XXII)、および(XXIII)の触媒が使用される。この種の配位子は通常は弱く配位している。典型的には、これらは場合により置換されている複素環式基を表す。これらは1〜4、好ましくは1〜3、最も好ましくは1もしくは2個のヘテロ原子を含む5もしくは6員環の単環式基、または2、3、4もしくは5個のこの種の5もしくは6員環単環式基から構成される二環もしくは多環構造を表していてもよく、ここで上述の基はいずれも、1種またはそれ以上のアルキル、好ましくはC〜C10アルキル、シクロアルキル、好ましくはC〜Cシクロアルキル、アルコキシ、好ましくはC〜C10アルコキシ、ハロゲン、好ましくは塩素または臭素、アリール、好ましくはC〜C24アリールまたはヘテロアリール、好ましくはC〜C23ヘテロアリール基で場合により置換されており、これらの上述の置換基は今度は、好ましくはハロゲン、特に塩素または臭素、C〜Cアルキル、C〜Cアルコキシ、およびフェニルからなる群から選択される1種またはそれ以上の基で置換されていてもよい。
およびZの例としては、これらに限定されるものではないが、含窒素複素環(ピリジン、ピリダジン、ビピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピラゾリジン、ピロリジン、ピペラジン、インダゾール、キノリン、プリン、アクリジン、ビスイミダゾール、ピコリルイミン、イミダゾリジン、ピロール等)が挙げられる。ZおよびZが一緒になって二座配位子を表し、それによって環状構造を形成していてもよい。
特に好ましくは、本発明による方法は、一般式(XXI)中、
Mが、ルテニウムであり、
およびXが、両方共ハロゲン、特に両方共塩素であり、
およびZが、同一であっても異なっていてもよい、1〜4、好ましくは1〜3、最も好ましくは1もしくは2個のヘテロ原子を含む5もしくは6員環の単環式基、または2、3、4、もしくは5個のこの種の5もしくは6員環の単環式基から構成される二環もしくは多環構造を表し、上述の基はいずれも1種またはそれ以上のアルキル、好ましくはC〜C10アルキル、シクロアルキル、好ましくはC〜Cシクロアルキル、アルコキシ、好ましくはC〜C10アルコキシ、ハロゲン、好ましくは塩素もしくは臭素、アリール、好ましくはC〜C24アリール、またはヘテロアリール、好ましくはC〜C23ヘテロアリール基で場合により置換されており、あるいはZおよびZが一緒になって二座配位子を表し、それによって環式構造を形成しており、
13およびR14が、同一であっても異なっていてもよい、それぞれC〜C30アルキルC〜C20シクロアルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C24アリール、C〜C20カルボキシレート、C〜C20アルコキシ、C〜C20アルケニルオキシ、C〜C20アルキニルオキシ、C〜C24アリールオキシ、C〜C20アルコキシカルボニル、C〜C30アルキルアミノ、C〜C30アルキルチオ、C〜C24アリールチオ、C〜C20アルキルスルホニル、C〜C20アルキルスルフィニルであり、それぞれ1種またはそれ以上のアルキル、ハロゲン、アルコキシ、アリールまたはヘテロアリール基で場合により置換されていてもよく、
Lが、置換または無置換の式(IIa)または(IIb)
Figure 0005564568
(式中、R、R、R10、R11は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素、直鎖または分岐、環状または非環状のC〜C30アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C24アリール、C〜C20カルボキシレート、C〜C20アルコキシ、C〜C20アルケニルオキシ、C〜C20アルキニルオキシ、C〜C24アリールオキシ、C〜C20アルコキシカルボニル、C〜C20アルキルチオ、C〜C24アリールチオ、C〜C20アルキルスルホニル、C〜C20アルキルスルホネート、C〜C24アリールスルホネート、またはC〜C20アルキルスルフィニルである)のイミダゾリジン基である、触媒が使用される。
一般構造式(XXI)に適合する特に好ましい触媒は、式(XXIV)
Figure 0005564568
(式中、
15、R16は、同一であっても異なっていてもよく、ハロゲン、直鎖または分岐のC〜C20アルキル、C〜C20ヘテロアルキル、C〜C10ハロアルキル、C〜C10アルコキシ、C〜C24アリール、好ましくはフェニル、ホルミル、ニトロ、含窒素複素環、好ましくはピリジン、ピペリジン、およびピラジン、カルボキシ、アルキルカルボニル、ハロカルボニル、カルバモイル、チオカルバモイル、カルバミド、チオホルミル、アミノ、トリアルキルシリル、およびトリアルコキシシリルを表す)のものである。
上述のアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、アルコキシ、フェニル、含窒素複素環、アルキルカルボニル、ハロカルボニル、カルバモイル、チオカルバモイル、およびアミノ基は、今度は、ハロゲン、好ましくはフッ素、塩素、または臭素、C〜Cアルキル、C〜Cアルコキシ、およびフェニルからなる群から選択される1種またはそれ以上の置換基で場合により置換されていてもよい。
特に好ましい実施形態においては、触媒(XXIV)は、一般構造式(XXIVa)または(XXIVb)
Figure 0005564568
(式中、R15およびR16は、構造式(XXIV)のものと同義である)を有する。R15およびR16がそれぞれ水素である場合、触媒(XXIV)は文献で「グラブスIII触媒」と称されるものである。
本発明の方法に使用することができるメタセシス触媒は、一般式(XXV)
Figure 0005564568
(式中、
Mは、ルテニウムまたはオスミウムであり、
およびXは、同一であっても異なっていてもよいアニオン性配位子であり、
17基は、同一であっても異なっていてもよい有機基であり、
Imは、置換または無置換のイミダゾリジン基であり、
Anは、陰イオンである)の触媒を用いて調製することもできる。
これらの触媒は基本的に周知である(例えば、Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,6161〜6165参照)。
本発明の方法に使用することができるさらなる好適な触媒は、一般式(XXVI)
Figure 0005564568
(式中、
Mは、ルテニウムまたはオスミウムであり、
18およびR19は、それぞれ互いに独立に、水素、C〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C24アリール、C〜C20カルボキシレート、C〜C20アルコキシ、C〜C20アルケニルオキシ、C〜C20アルキニルオキシ、C〜C24アリールオキシ、C〜C20アルコキシカルボニル、C〜C20アルキルチオ、C〜C20アルキルスルホニル、またはC〜C20アルキルスルフィニルであり、
は、アニオン性配位子であり、
は、単環または多環に拘わらず無電荷のπ結合配位子であり、
は、ホスフィン、スルホン化ホスフィン、フッ素化ホスフィン、アミノアルキル、アンモニオアルキル、アルコキシアルキル、アルコキシカルボニルアルキル、ヒドロカルボニルアルキル、ヒドロキシアルキル、またはケトアルキル基を3個まで有する官能化ホスフィン、ホスファイト、ホスフィナイト、ホスホナイト、ホスフィンアミン、アルシン、スチビン、エーテル、アミン、アミド、イミン、スルホキシド、チオエーテル、およびピリジンの群からの配位子であり、
は、非配位性陰イオンであり、
nは、0、1、2、3、4、または5である)の触媒である。
本発明の方法に使用することができるさらなる好適な触媒は、一般式(XXVII)
Figure 0005564568
(式中、
は、モリブデンまたはタングステンであり、
20およびR21は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素、C〜C20アルキル、C〜C20アルケニル、C〜C20アルキニル、C〜C24アリール、C〜C20カルボキシレート、C〜C20アルコキシ、C〜C20アルケニルオキシ、C〜C20アルキニルオキシ、C〜C24アリールオキシ、C〜C20アルコキシカルボニル、C〜C20アルキルチオ、C〜C20アルキルスルホニル、またはC〜C20アルキルスルフィニルであり、
22およびR23は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ置換またはハロゲン置換されたC〜C20アルキル、C〜C24アリール、C〜C30アラルキル基、またはそのシリコーン含有類縁体である)の触媒である。
本発明の方法に使用することができるさらなる好適な触媒は、一般式(XXVIII)
Figure 0005564568
(式中、
Mは、ルテニウムまたはオスミウムであり、
およびXは、同一であっても異なっていてもよい、一般式(I)および(V)のXおよびXの意味をすべて想定することができるアニオン性配位子であり、
Lは、同一であっても異なっていてもよい、一般式(I)および(V)のLの一般的な意味および好ましい意味をすべて想定することができる配位子であり、
24およびR25は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素または置換もしくは無置換のアルキルである)の触媒である。
上述の式(I)の触媒はすべて、NBRメタセシスの反応混合物中でそのまま使用してもよいし、あるいは固体支持体上に適用して固定してもよい。固相または支持体としては、まず第1に、メタセシスの反応混合物に対し不活性であり、第2に、触媒の活性を損なわない物質を使用することができる。触媒を固定するために、例えば、金属、ガラス、ポリマー、セラミック、球状有機ポリマー、または無機ゾルゲルを使用することが可能である。
ニトリルゴム
本発明による方法はメタセシス反応の出発物質であるゴムとしてニトリルゴムを使用している。ニトリルゴム(「NBR」)としては、少なくとも1種の共役ジエン、少なくとも1種のα,β−不飽和ニトリル、および所望により、メタセシス反応において共重合可能な1種またはそれ以上のさらなるモノマーの繰り返し単位を含む共重合体または三元共重合体を使用することが可能である。
共役ジエンはいかなる性質のものであってもよい。(C〜C)共役ジエンを使用することが好ましい。1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチルブタジエン、ピペリレン、またはこれらの混合物を使用することが特に好ましい。その中でも特に、1,3−ブタジエンおよびイソプレンまたはこれらの混合物を使用することが非常に好ましい。特に1,3−ブタジエンが好ましい。
α,β−不飽和ニトリルとしては、任意の周知のα,β−不飽和ニトリル、好ましくは、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニトリル、またはこれらの混合物等の(C〜C)α,β−不飽和ニトリルが好ましい。アクリロニトリルが特に好ましい。
したがって、特に好ましいニトリルゴムは、アクリロニトリルおよび1,3−ブタジエンの共重合体である。
共役ジエンおよびα,β−不飽和ニトリルとは別に、当業者に周知の1種またはそれ以上のさらなる共重合可能なモノマー、例えば、α,β−不飽和モノカルボン酸またはジカルボン酸、これらのエステルまたはアミドを使用することが可能である。α,β−不飽和モノカルボン酸またはジカルボン酸としては、フマル酸、マレイン酸、アクリル酸、およびメタクリル酸が好ましい。α,β−不飽和カルボン酸のエステルとしては、これらのアルキルエステルおよびアルコキシアルキルエステルを使用することが好ましい。特に好ましいα,β−不飽和カルボン酸のアルキルエステルは、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、およびアクリル酸オクチルである。特に好ましいα,β−不飽和カルボン酸のアルコキシアルキルエステルは、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシエチル、および(メタ)アクリル酸メトキシエチルである。アルキルエステル(例えば、上述したもの)と、アルコキシアルキルエステル(例えば、上述した形態にあるもの)との混合物を使用することも可能である。
使用されるNBRポリマー中の共役ジエンおよびα,β−不飽和ニトリルの比率は幅広い範囲で変化させることができる。共役ジエンの比率または合計は、ポリマー全体を基準として、通常は40〜90重量%の範囲、好ましくは60〜85重量%の範囲にある。α,β−不飽和ニトリルの比率または合計は、ポリマー全体を基準として、通常は10〜60重量%、好ましくは15〜40重量%である。各場合におけるモノマーの比率の合計は100重量%になる。さらなるモノマーが、ポリマー全体を基準として0〜40重量%、好ましくは0.1〜40重量%、特に好ましくは1〜30重量%の量で存在してもよい。この場合、対応する共役ジエンまたはジエンおよび/またはα,β−不飽和ニトリルまたはニトリルの比率はさらなるモノマーの比率で置き換えられ、各場合において、すべてのモノマーの合計は100重量%となる。
上述したモノマーを重合させることによるニトリルゴムの調製は当業者に十分に周知であり、ポリマーに関する文献に包括的に記載されている。さらに本発明において使用することができるニトリルゴムは、例えば、Lanxess Deutschland GmbHよりPerbunan(登録商標)およびKrynac(登録商標)シリーズの商品名で市販もされている。
メタセシスに適したニトリルゴムのムーニー粘度(ML(1+4)100℃)は25〜120の範囲、好ましくは30〜70の範囲にある。これは数平均分子量Mが200000〜700000の範囲、好ましくは200000〜400000の範囲にあることに相当する。使用されるニトリルゴムはまた、多分散性PDI=M/M(Mは重量平均分子量であり、Mは数平均分子量である)が2.0〜6.0の範囲、好ましくは2.0〜4.0の範囲にある。
ムーニー粘度の測定は、ASTM標準D 1646に準拠して実施される。数平均分子量および重量平均分子量Mの測定はDIN 55672−1に準拠してGPCにより実施される。
本発明によるメタセシス方法により得られるニトリルゴムは、重量平均分子量Mが50000g/mol以下、好ましくは10000〜50000g/molの範囲、より好ましくは12000〜40000g/molの範囲にある。得られるニトリルゴムはまた、多分散性PDI=M/M(Mは数平均分子量である)が2.0未満、好ましくは>1.0〜2.0未満、より好ましくは1.1〜1.9である。
共オレフィン:
本発明によるメタセシス反応は、共オレフィン(好ましくは、エチレン、イソブテン、スチレン、1−ヘキセン等のC〜C16直鎖または分岐オレフィン)の存在下に実施してもよい。共オレフィンが液体(1−ヘキセン等)である場合、使用される共オレフィンの量は、好ましくは1〜200重量%の範囲にある。共オレフィンが気体(エチレン等)である場合、使用される共オレフィンの量は、反応槽の圧力が1×10Pa〜1×10Paの範囲、好ましくは5.2×10Pa〜4×10Paの範囲になるものである。好ましくは、メタセシス反応は、1−ヘキセンを用いて行われる。
溶媒:
本発明の方法は、好適な溶媒中で実施される。好適な溶媒は、使用される触媒を失活させず、かつ反応にいかなる悪影響も与えない。好ましい好適な溶媒は有機溶媒、特に、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、ハロゲノベンゼン等の芳香族化合物、好ましくはモノクロロベンゼン(MCB);ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジメトキエタン等のエーテル;アセトン、炭酸ジメチル、またはアルコールである。それ自体が溶媒として作用することができる共オレフィン(例えば、1−ヘキセン)が使用される特定の場合においては、他の溶媒は不要である。
反応混合物中のニトリルゴムの濃度は重要ではないが、例えば混合物が十分に撹拌できないほど粘性が高い場合に反応を妨げないようにするべきであることは明らかである。好ましくは、混合物全体のNBRの濃度は1〜20重量%の範囲、最も好ましくは6〜15重量%の範囲にある。
メタセシス反応は15〜140℃の範囲、好ましくは20〜80℃の範囲の温度で実施される。
使用されるニトリルゴムをベースとするメタセシス触媒の量は特定の触媒の性質および触媒活性に依存する。使用される触媒の重量は、通常、使用されるニトリルゴムを基準として、貴金属が1〜1000ppm、好ましくは2〜500ppm、特に5〜250ppmとなる量である。本発明の好ましい実施形態においては、触媒の重量(触媒配合量)は、0.01〜0.30phr、より好ましくは0.02〜0.25phrの範囲にある。構造(III)のグラブス(I)触媒、構造(IV)のグラブス(II)触媒、構造(VII)のホベイダ触媒、構造(XVII)のグレラ触媒、構造(XIX)のデンドリマー触媒、構造(XXIV)のグラブス(III)触媒、または(XXIV)、(XXV)、(XXVI)、(XXVII)もしくは(XXVIII)のいずれかの構造の触媒(XXVIII)が用いられる場合、触媒配合量は、例えば、0.06〜0.10phr(ゴム百部当たりの部)の範囲にあることがよりさらに好ましい。
本発明によるメタセシス分解プロセスに続いて分解されたニトリルゴムをさらに水素化することができる。これは当業者に周知の方法で実施することができる。
均一または不均一水素化触媒を用いて水素化を行うことが可能である。その場で、すなわち先にメタセシス分解を行ったものと同一の反応槽で、分解されたニトリルゴムを単離する必要なく水素化を行うことも可能である。水素化触媒は単純に反応槽に添加される。
使用される触媒は、通常はロジウム、ルテニウム、またはチタンをベースとするものであるが、白金、イリジウム、パラジウム、レニウム、オスミウム、コバルト、または銅を、金属としてまたは好ましくは金属化合物の形態のいずれかで使用することも可能である(例えば、米国特許第3,700,637A号明細書、独国特許出願公開第2539132A号明細書、欧州特許出願公開第0134023A号明細書、独国特許出願公開第3541689A号明細書、独国特許出願公開第3540918A号明細書、独国特許出願公開第0298386A号明細書、独国特許出願公開第3529252A号明細書、独国特許出願公開第3433392A号明細書、米国特許第4,464,515A号明細書、および米国特許第4,503,196A号明細書参照)。
均質相の水素化に好適な触媒および溶媒は以下に記載するものであり、独国特許出願公開第2539132A号明細書および欧州特許第0471250A号明細書からも周知である。
選択的水素化は、例えば、ロジウムまたはルテニウム含有触媒の存在下に達成することができる。例えば、一般式
(R B)MX
(式中、Mは、ルテニウムまたはロジウムであり、R基は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれC〜Cアルキル基、C〜Cシクロアルキル基、C〜C15アリール基、またはC〜C15アラルキル基であり、Bは、リン、ヒ素、硫黄、またはスルホキシド基S=Oであり、Xは、水素または陰イオン、好ましくは、ハロゲン、特に好ましくは塩素または臭素であり、lは、2、3、または4、mは、2または3、nは、1、2、または3、好ましくは1または3である)の触媒を使用することができる。好ましい触媒は、トリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(I)クロリド、トリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(III)クロリド、およびトリス(ジメチルスルホキシド)ロジウム(III)クロリド、さらには式(CP)RhHのテトラキス(トリフェニルホスフィン)ロジウムヒドリド、およびトリフェニルホスフィンの全部または一部がトリシクロヘキシルホスフィンで置き換えられた対応する化合物である。触媒は少量で利用することが可能である。ポリマーの重量を基準として0.01〜1重量%の範囲、好ましくは0.03〜0.5重量%の範囲、特に好ましくは0.1〜0.3重量%の範囲の量が好適である。
通常は、この触媒を式R Bの配位子(式中、R、m、およびBは上述の触媒のものと同義)である共触媒と併用することが適している。好ましくは、mは3、Bはリンであり、R基は同一であっても異なっていてもよい。トリアルキル、トリシクロアルキル、トリアリール、トリアラルキル、ジアリール−モノアルキル、ジアリール−モノシクロアルキル、ジアルキル−モノアリール、ジアルキル−モノシクロアルキル、ジシクロアルキル−モノアリール、またはジシクロアルキル−モノアリール基を有する共触媒が好ましい。
共触媒の例は、例えば、米国特許第4,631,315A号明細書に記載されている。好ましい共触媒はトリフェニルホスフィンである。共触媒は、好ましくは、水素化されるニトリルゴムの重量を基準として0.3〜5重量%の範囲、好ましくは0.5〜4重量%の範囲の量で使用される。さらに、ロジウム含有触媒対共触媒の重量比は、好ましくは1:3〜1:55の範囲、より好ましくは1:5〜1:45の範囲である。水素化されるニトリルゴム100重量部を基準とすると、水素化されるニトリルゴム100重量部当たり共触媒を0.1〜33重量部、好ましくは0.5〜20重量部、その中でも非常に好ましくは1〜5重量部使用することが適切であり、特に共触媒は2重量部を超えるが5重量部未満である。
この水素化を実施する手段は米国特許第6,683,136号明細書より当業者に十分に周知である。通常、水素化すべきニトリルゴムをトルエンやモノクロロベンゼン等の溶媒中で100〜150℃の範囲の温度および50〜150バールの範囲の圧力で2〜10時間水素処理することにより実施される。
本発明においては、水素化は、出発物質であるニトリルゴム中に存在する二重結合の少なくとも50%、好ましくは70〜100%、特に好ましくは80〜100%の範囲の反応である。
不均一触媒を使用する場合、これらは通常、パラジウムをベースとし、例えば、炭素、シリカ、炭酸カルシウム、または硫酸バリウムに担持された担持触媒である。
水素化完結後、重量平均分子量が50000g/mol以下、好ましくは10000〜50000g/molの範囲、より好ましくは12000〜40000g/molの範囲にある水素化されたニトリルゴムが得られる。得られた水素化されたニトリルゴムはまた、多分散性PDI=M/M(Mは重量平均分子量であり、Mは数平均分子量である)が2.0未満、好ましくは>1.0〜2.0未満、より好ましくは1.1〜1.9である。
本発明の方法においては、場合により水素化されていてもよいゴムを機械的脱気装置と接触させることによって、ゴムを、溶媒溶液から単離する。単離されるゴムが低分子量であるため、ポリマーの粘性が極端に高く、それによって生成物の損失や最終仕上げの長時間化を招くことになるため、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エタノール等)または水蒸気/水を用いて凝固させる等の標準的な単離技法を用いることは有利ではない。このため、場合により水素化されていてもよい低分子量ニトリルポリマーを有機溶媒から高収率で単離することができる方法を開発した。
ポリマーの単離:
残留溶媒をポリマーから除去することは様々な理由から必要である。溶媒は健康および環境に有害であり、高濃度の場合はポリマー性能を低下させる。したがって、残留溶媒量が2000ppm未満、好ましくは1000ppm未満、特に好ましくは500ppm未満と低いことが望ましい。
溶媒からゴムを単離する技術および低残留物のゴムを得る技術は当業者には周知である。これは通常、水蒸気または非溶媒を用いてゴムを凝固させ、撹拌槽内で水蒸気を用いて水性懸濁液形態のゴムから溶媒をストリッピングし、脱水プレスおよび乾燥機を併用してストリッピング処理から水を除去することを含む。
しかしながら、本発明による低分子量ゴムの大規模な商業生産においてこの技術を用いることは不可能であることが判っている。驚くべきことに、水を関与させない「乾燥」プロセスにより、ゴムを溶液から単離し、所望の低残留量にすることが可能であることが判明した。
したがって、ゴムを機械的脱気装置と接触させる本発明の方法によって、場合により水素化されていてもよいニトリルゴムは、有機溶媒溶液から単離される。この機械的脱気装置は、好ましくは、単軸、二軸、または多軸押出機、より好ましくは二軸押出機、最も好ましくは同方向回転セルフワイピング二軸押出機である。
好ましくは、ポリマー溶液は、機械的脱気装置に装入する前に、ポリマー溶液を蒸留することによって濃縮される。
本発明のさらなる好ましい実施形態においては、ポリマー溶液は、機械的脱気装置に装入される前に、壁温が150℃〜220℃、好ましくは170℃〜200℃の熱交換器を通過させてポリマー溶液を110℃〜180℃、好ましくは130℃〜160℃の温度に到達させることによって濃縮される。
本発明のさらなる好ましい実施形態においては、ポリマー溶液は、機械的脱気装置に装入される前に、蒸発管の壁温が150℃〜220℃、好ましくは170℃〜200℃に維持されている蒸発管内で溶液を加熱することによって濃縮される。
本発明のさらなる好ましい実施形態においては、機械的脱気装置から排出されるポリマーは、好ましいメッシュ幅が10〜100マイクロメートル、好ましくは20〜50マイクロメートルの篩を通過する。
好ましくは、篩から排出されたポリマーは、ポリマーを160℃〜100℃に冷却するためのポリマー冷却に付され、ポリマー冷却器は壁温が150℃〜90℃のスタティックミキサー型である。
本発明のさらなる実施形態はしたがって、分子量Mが50000g/mol以下かつ多分散指数が<2.0である低分子量(H)NBRを単離する方法を含み、以下のステップを含む:
(i)NBRのメタセシスおよびそれに続く任意的な水素化後に得られる(H)NBR溶液を、溶媒蒸留により蒸留して、(H)NBRの濃度を溶液全体の15〜60重量%、好ましくは20〜50重量%、より好ましくは25〜40重量%の範囲にする蒸留するステップと、
(ii)ステップ(i)で得られた蒸留された(H)NBR溶液を予備濃縮することによって溶液全体の50〜80重量%の濃度にし、場合により予備濃縮されたポリマー溶液を加熱するステップと、
(iii)ステップ(ii)で得られたポリマー溶液を機械的に脱気するステップと、
(iv)ステップ(iii)で得られた機械的に脱気されたポリマー溶液をポンプ輸送することにより、好ましくはメッシュ幅が10〜100マイクロメートル、好ましくは20〜50マイクロメートルの篩を通過させ、篩別により得られたポリマーを場合によりポリマー冷却器で冷却するステップと、
(v)ステップ(iv)で得られたポリマーを、好ましくはトレーに排出するかまたはポリマーをベール(bale)に形成することより排出するステップと
を含む。
本発明による単離方法後に得られる単離された場合により水素化されていてもよいニトリルゴムは、残留溶媒、特に残留有機溶媒を2000ppm未満、好ましくは1000ppm未満、よりさらに好ましくは500ppm未満含む。
(i)蒸留
メタセシスから得られる(H)NBRポリマー溶液は、(H)NBRの濃度が混合物全体の15〜60重量%の範囲、より好ましくは20〜50重量%、最も好ましくは25〜40重量%の範囲となるように溶媒蒸留によって濃縮される。
(ii)予備濃縮
溶媒蒸留から出発する蒸留は、有利には数回のステップで実施され、1回は混合物全体の50%〜80重量%に予備濃縮することを含み、次のステップで所望の残留溶媒量に到達させる。
予備濃縮を実施するための好ましい1方法においては、蒸留ステップ後のポリマー溶液は蒸発管で加熱される。管の入口圧力は、管内の壁面で溶液の一部が蒸発を開始して温度低下および温度上昇させるように十分に低い(0.5〜6バール(絶対)、好ましくは1〜4バール)ものである。また、蒸発管の壁温は、150℃〜220℃、好ましくは170℃〜200℃に維持される。
蒸発管の生成物は分離槽に排出され、ここで濃縮されたポリマー溶液から蒸気が分離される。分離槽内の圧力は200ミリバール(絶対)〜0.5バール(絶対)、好ましくは100ミリバール(絶対)〜1バール(絶対)に維持される。分離槽には2つの出口があり、1つは蒸気用、1つは濃縮ポリマー溶液用である。蒸気用出口は凝縮器および真空ポンプに連結されている。分離槽の底部に位置する濃縮ポリマー溶液用出口には、濃縮ポリマー溶液を除去するためのギアポンプまたは押出機、好ましくはギアポンプが用いられる。出口におけるポリマーは濃縮により50%〜80%に達しており、溶媒の蒸発により温度は80〜150℃、好ましくは100〜130℃に降下する。
予備濃縮を実施するための他の好ましい方法は、蒸留ステップ後にポリマー溶液を「フラッシュステップ」で処理するものである。この段階において、溶液は、壁温150℃〜220℃、好ましくは170℃〜200℃の熱交換器にポンプ輸送され110℃〜180℃、好ましくは130℃〜160℃の温度に到達する。熱交換器はシェル・チューブ型熱交換器、プレート型熱交換器、またはスタティックミキサー型熱交換器であってもよく、スタティックミキサー型熱交換器が好ましい。次いでポリマー溶液をフラッシュバルブを介して分離槽内にフラッシュする。フラッシュバルブ手前の圧力は、ポリマー溶液が熱交換器内で沸騰しないように制御される。分離槽内の圧力は200ミリバール(絶対)〜0.5バール(絶対)、好ましくは100ミリバール(絶対)〜1バール(絶対)に維持される。分離槽の出口は2つあり、1つは蒸気用、1つは濃縮ポリマー溶液用である。蒸気用出口は凝縮器および真空ポンプに連結されている。分離槽底部に位置する濃縮ポリマー溶液用出口には濃縮ポリマー溶液を除去するためのギアポンプまたは押出機、好ましくはギアポンプが用いられる。
フラッシュステップにおけるポリマーを処理する方法は、有利には、順次数回実施される。フラッシュステップの好ましい回数は2または3回、最も好ましくは2回である。
予備濃縮を行った後、好ましくは濃縮されたポリマー溶液は、壁温150℃〜220℃、好ましくは170℃〜200℃の好ましくはスタティックミキサー設計の他の熱交換器で、110℃〜180℃、好ましくは130℃〜160℃の温度に加熱される。
(iii)機械的脱気
次いでポリマー溶液は機械的脱気装置に排出される。機械的脱気装置の好ましい選択肢は押出機である。この目的には単軸、二軸、または多軸押出機を使用することができ、二軸押出機、特にセルフワイピング同方向回転二軸押出機が好ましい。押出機はリアベントを備えており、押出機バレル内にポリマーがフラッシュされて蒸気がポリマー溶液から分離され、押出機の進行方向と反対方向に移動する。リアベントの圧力は5〜150ミリバール(絶対)、好ましくは10〜100ミリバール(絶対)である。
押出機には他にも数カ所のベントが備えられており、それによってさらなる蒸気をポリマーから分離することができる。これらのベントはより低い圧力(0.5〜20ミリバール(絶対)、好ましくは1〜10ミリバール(絶対))で運転される。これらのベント間の気体漏れを防止するために、ポリマーにより形成される液体シールが用いられ、これは押出機の逆流ポンプ(back pumping)部によりポリマーで完全に満たされる部分を生じさせることにより得られる。押出機の壁温は150℃〜220℃、好ましくは170℃〜200℃であり、回転速度は200/分〜600/分、好ましくは200/分〜600/分である。押出機の滞留時間は10秒間〜300秒間、好ましくは30秒間〜180秒間である。
機械的脱気装置の他の選択肢は大容量連続混練機である。この混練機は単軸式または二軸式であってもよく、二軸混練機は同方向回転または異方向回転のいずれであってもよい。このような混練機は、加圧域が1つしかないため滞留時間が300秒間〜7200秒間、好ましくは600秒間〜3600秒間とより長く、押出機に比べて表面積がはるかに広く、表面積が広いために熱伝導能力がはるかに高いという点で押出機とは区別される。この種の混練機の例はList CRPまたはthe Buss−SMS Reasollである。
混練機の圧力は0.5〜20ミリバール(絶対)、好ましくは1〜10ミリバール(絶対)に維持される。壁温は130℃〜200℃、好ましくは150℃〜180℃である。回転速度は10〜300/分、好ましくは50〜200/分である。
(iv)篩別
機械的脱機装置の後段には、ポンプ輸送を促進するためのギアポンプおよびポリマーから不純物を除去するための篩が続く。篩の好ましいメッシュ幅は10〜100マイクロメートル、好ましくは20〜50マイクロメートルである。篩の後段の好ましい選択肢はポリマー冷却器でポリマーを冷却することである。ポリマー冷却器はポリマーを160℃〜100℃に冷却するものであり、壁温は150℃〜90℃である。好ましくは、この冷却器はスタティックミキサー型である。
(v)排出
篩別または場合により冷却器の後段で、好ましくは生成物をトレーに排出するかまたはベールを形成することによって生成物を排出する。
いずれかの熱交換器を加熱する方法は電気的であっても凝縮または液体加熱媒体を用いたものであってもよい。凝縮加熱媒体としては水蒸気が好ましい。液体加熱媒体として、当該方法の温度に適した有機熱媒流体が好ましい。このような熱媒流体は一般に周知で市販されており、それ自体を電気的に加熱するかまたは凝縮媒体を介して加熱することができる。冷却は液体媒体、好ましくは加圧水または有機熱媒流体により実施することができる。
さらに本発明は、本発明による少なくとも1種の場合により水素化されていてもよいニトリルゴム以外にゴム分野で慣用されている他の成分を含む高分子複合体にも関する。
さらに本発明は、本発明による少なくとも1種の場合により水素化されていてもよいニトリルゴム以外にゴム分野で慣用されている他の成分を含む高分子複合体における、本発明による場合により水素化されていてもよいニトリルゴムの使用に関する。
ゴム分野に慣用されている好適な成分は当業者に周知である。具体的には、架橋剤および/または硬化系、フィラー、ならびにさらなるゴム用添加剤、例えば、反応促進剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、酸化防止剤、起泡剤、老化防止剤、熱安定剤、光安定剤、オゾン安定剤、加工助剤、可塑剤、粘着付与剤、発泡剤、染料、顔料、ワックス、増量剤、有機酸、抑制剤、金属酸化物、活性剤、例えば、トリエタノールアミン、ポリエチレングリコール、ヘキサントリオール等が挙げられる。
架橋剤および/または硬化系
本発明は、特定の架橋剤または硬化系に限定されない。好適な硬化系は、例えば、過酸化物硬化系、硫黄硬化系、アミン硬化系、UV硬化系、多価エポキシ硬化系、多価イソシアネート硬化系、アジリジン硬化系、塩基性金属酸化物硬化系、または有機金属ハロゲン化物硬化系である。好ましい硬化系は、過酸化物硬化系、硫黄硬化系、アミン硬化系、またはUV硬化系である。特に好ましい架橋剤または硬化系は、過酸化物系である。
過酸化物硬化系
本発明は特定の過酸化物架橋剤または硬化系に限定されない。例えば、無機または有機過酸化物が好適である。有用な有機過酸化物としては、過酸化ジアルキル、過酸化ケタール、過酸化アラルキル、過酸化エーテル、過酸化エステル(ジ−tert−ブチルパーオキサイド、2,2’−ビス−(tert−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキセン−(3)、1,1−ビス−(tert−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、過酸化ベンゾイル、tert−ブチル−クミルパーオキサイド、および過安息香酸tert−ブチル等)が挙げられる。
通常、ポリマー組成物中の過酸化物の量は、1〜10phr(=ゴム百部当たりの部)、好ましくは1〜8phrの範囲にある。
硬化は通常、100〜200℃、好ましくは130〜180℃の範囲の温度で実施される。有利には、過酸化物をポリマー結合形態で適用することができる。好適な系は市販されており、Rhein Chemie Rheinau GmbH,DからのPolydispersion T(VC) D−40 P(=ポリマー結合ジ−tert−ブチルパーオキシイソプロピルベンゼン)等がある。
アミン硬化系
アミン硬化系としては、通常、ポリアミン架橋剤が使用され、好ましくは架橋促進剤と併用される。本発明は特定のポリアミン架橋剤または架橋促進剤に限定されるものではない。
ポリアミン架橋剤は、上記試剤が(1)2個以上のアミノ基を有する化合物であるかまたは(2)架橋中にその場で2個以上のアミノ基を有する化合物を形成する化学種であれば特に限定されない。しかしながら、脂肪族炭化水素または芳香族炭化水素の複数の水素がアミノ基またはヒドラジド構造(「−CONHNH」で表される構造であり、式中、COはカルボニル基を示す)に置き換えられている化合物が好ましい。
ポリアミン架橋剤(ii)の例として以下が挙げられるであろう:
・脂肪族ポリアミン、好ましくはヘキサメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンカルバメート、テトラメチレンペンタアミン、ヘキサメチレンジアミン−シンナムアルデヒド付加物、またはヘキサメチレンジアミン二安息香酸塩;
・芳香族ポリアミン、好ましくは、2,2−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、4,4’−メチレンジアニリン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、または4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン);
・少なくとも2個のヒドラジン構造を有する化合物、好ましくはイソフタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、またはセバシン酸ジヒドラジド。
これらの中でも脂肪族ポリアミンが好ましく、ヘキサメチレンジアミンカルバメートが特に好ましい。
加硫(硬化)性ポリマー組成物中のポリアミン架橋剤の含有量は、ニトリルゴムの100重量部を基準として0.2〜20重量部の範囲、好ましくは1〜15重量部の範囲、より好ましくは1.5〜10重量部の範囲である。
架橋促進剤は当該技術分野において周知の任意の架橋促進剤であってよい。例えば、塩基性架橋促進剤、好ましくはグアニジン架橋促進剤(テトラメチルグアニジン、テトラエチルグアニジン、ジフェニルグアニジン、ジ−o−トリルグアニジン、o−トリルビグアニジン、ジカテコールホウ酸のジ−o−トリルグアニジン塩等);またはアルデヒドアミン架橋促進剤(n−ブチルアルデヒドアニリン、アセトアルデヒドアンモニア、ヘキサメチレンテトラアミン等)が好ましく、グアニジン架橋促進剤、特にDOTG(ジ−o−トリルグアニジン)が好ましい。本発明の一実施形態においては、架橋剤は少なくとも1種の二または多環アミン系塩基である。好適な二または多環アミン系塩基は当業者に周知である。好ましくは、二または多環アミン系塩基は、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク−7−エン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノナン(DBN)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デク−5−エン(TBD)、7−メチル−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デク−5−エン(MTBD)、およびその誘導体からなる群から選択される。
二環性−または多環性アミン系塩基は、当該技術分野において周知の方法により調製することができる。本発明に述べた好ましい塩基は市販されている。
本発明の一実施形態においては、pK値(DMSO中で測定)が−2〜+12の範囲にある二環性−または多環性アミン系塩基が使用される。
ゴム組成物中の塩基性架橋促進剤の含有量は、ニトリルゴムを100重量部を基準として、通常は0.5〜10重量部の範囲、好ましくは1〜7.5重量部、より好ましくは2〜5重量部である。
硬化は、好ましくは、硬化性ポリマー組成物を約130°〜約200℃、好ましくは約140°〜約190℃、より好ましくは約150°〜約180℃の範囲の温度に加熱することにより実施される。好ましくは、加熱は、約1分間〜約15時間、より好ましくは約5分間〜約30分間実施される。
ダイの外で行われるいわゆる後硬化を、例えば、硬化物すなわち各形態の部品を標準的なオーブンに装入することにより、約130°〜約200℃、好ましくは約140°〜約190℃、より好ましくは約150°〜約180℃の範囲の温度で、15時間までの時間で実施することが可能であり、場合によっては推奨される。
UV硬化系
好適なUV硬化系は当該技術分野において周知である。UV硬化系には、通常は光増感剤(光重合開始剤)が使用される。光増感剤の例としては、ベンゾイン、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ジベンジル、5−ニトロアセナフテン、ヘキサクロロシクロペンタジエン、p−ニトロジフェニル、p−ニトロアニリン、2,4,6−トリニトロアニリン、1,2−ベンズアントラキノン、3−メチル−1,3−ジアザ−1,9−ベンズアントレンが挙げられる。光増感剤は単独でまたはこれらを2種以上組み合わせて使用することができる。
光増感剤は、通常は、ニトリルゴムを100重量部当たり0.1〜5重量部、好ましくは0.1〜2重量部、より好ましくは0.1〜1重量部の量で使用される。
硫黄硬化系
硫黄加硫(硬化)は、通常、硫黄元素または当該技術分野において周知の硫黄加硫剤を用いて行われる。上記硫黄含有加硫剤は、通常、硫黄を熱不安定形態で含む。これらは加硫温度で硫黄を放出する(硫黄供与体)。
硫黄供与体は、加硫特性を劇的に変化させることなく硫黄と直接置き換えることができるものと、同時に加硫促進剤となるものとにさらに分類することができる。第1の分類の製品は例えばジチオジモルホリン、およびカプロラクタムジスルフィド、N,N’−ジチオ−ビス−(ヘキサヒドロ−2H−アゼピノン)である。同時に加硫促進剤となる硫黄供与体の場合は、当業者に周知のように硬化系を適切に改質しなければならない。同時に加硫促進剤となる硫黄供与体の例としては、2−モルホリノ−ジチオ−ベンゾチアゾール、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、N−オキシジエチレンジチオカルバミル−N’−オキシオキシジエチレンスルフェンアミドに加えて、テトラメチルチウラムジスルフィドがある。
好ましい硫黄含有加硫剤は、ベンゾチアゾールジスルフィド、例えば、Vulkacit(登録商標)D3V1/C、テトラメチルチウラムモノスルフィド、例えば、Vulkacit(登録商標)チウラムMS/C、テトラメチルチウラムジスルフィド、例えば、Vulkacit(登録商標)チウラム/C、およびこれらの混合物である。
加硫剤である硫黄または硫黄供与体は、通常、ニトリルゴムを100重量部を基準として0.25〜5重量部、好ましくはニトリルゴムを100重量部を基準として1.5〜2.5重量部の量で使用される。
通常、硫黄または硫黄含有加硫剤は加硫促進剤と併用される。好適な加硫促進剤は当該技術分野において周知である。その例としては、メルカプト促進剤、スルフェンアミド促進剤、チウラム促進剤、ジチオカルバメート促進剤、ジチオカルバミルスルフェンアミド促進剤、キサンテート促進剤、グアニジン促進剤、アミン促進剤チオ尿素促進剤、ジチオホスフェート促進剤、および硫黄供与体がある。
加硫促進剤は、通常、ニトリルゴム100重量部を基準として0.5〜1重量部の量で用いられる。促進剤の添加量を増加した場合(例えばニトリルゴム100重量部を基準として1.5〜2.5重量部)、硫黄含有量は好ましくは減量するべきである。
好ましい実施形態においては、硫黄系硬化系はさらに過酸化亜鉛等の過酸化物を含む。
フィラー
有用なフィラーは活性もしくは不活性フィラーまたはその両方の混合物であってもよい。フィラーは、例えば:
・高分散シリカ、例えば、シリカ溶液を沈殿させるかまたはハロゲン化ケイ素の火炎加水分解により調製され、好ましくは5〜1000m/gの範囲の比表面積を有し、一次粒度が10〜400nmの範囲にあるもの;シリカは場合により他の金属(Al、Mg、Ca、Ba、Zn、Zr、Ti等)酸化物との混合酸化物として存在してもよい;
・合成ケイ酸塩、例えば、ケイ酸アルミニウムやアルカリ土類金属ケイ酸塩(ケイ酸マグネシウムやケイ酸カルシウム等)、好ましくはBET比表面積が20〜400m/gの範囲にあり、一次粒径が10〜400nmの範囲にあるもの;
・天然ケイ酸塩、例えば、カオリンや他の天然ケイ酸塩;
・ガラス繊維およびガラス繊維製品(マット用押出物(matting extrudate))またはガラス微小球;
・金属酸化物、例えば、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム;
・金属炭酸塩、例えば、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛;
・金属水酸化物、例えば、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム;
・カーボンブラック、本発明による複合体に好ましく使用されるカーボンブラックは、ランプブラック、ファーネスブラック、またはガスブラック法により調製されるものであり、好ましくはBET(DIN 66131)比表面積が20〜200m/gの範囲にある、例えば、SAF、ISAF、HAF、FEF、またはGPFカーボンブラックである;
・ゴムゲル、特に、ポリブタジエン、ブタジエン/スチレン共重合体、ブタジエン/アクリロニトリル共重合体、およびポリクロロプレンをベースとするもの;
またはこれらの混合物であってもよい。
好適な鉱物系フィラーの例として、シリカ、ケイ酸塩、クレー(ベントナイト等)、石膏、アルミナ、二酸化チタン、タルク、これらの混合物等が挙げられる。これらの鉱物粒子は表面にヒドロキシル基を有しているため親水性および疎油性が付与されている。これによりフィラー粒子とゴムとの十分な相互作用を達成することがさらに難化する。多くの目的には、シリカ、例えば、ケイ酸ナトリウムを二酸化炭素で沈殿させることにより作製されるシリカを鉱物として用いることができる。本発明による使用に好適な非晶質乾燥シリカ粒子は凝集体の平均粒度が1〜100ミクロンの範囲、例えば10〜50ミクロンまたは例えば10〜25ミクロンであってもよい。本発明においては、粒度が5ミクロン未満または50ミクロン超の凝集粒子は10体積パーセント未満であるべきである。さらに好適な非晶質乾燥シリカは通常DIN(Deutsche Industrie Norm)66131に準拠して測定されたBET表面積が50〜450平方メートル毎グラムの範囲にあり、DIN 53601に準拠して測定されたDBP吸収が150〜400グラム毎100グラムシリカの範囲にあり、DIN ISO 787/11に準拠して測定された乾燥損失が0〜10重量パーセントの範囲にある。好適なシリカフィラーはPPG Industries Inc.からHiSil(登録商標)210、HiSil(登録商標)233、およびHiSil(登録商標)243の商品名で入手可能である。またはLanxess Deutschland GmbHのVulkasil(登録商標)SおよびVulkasil(登録商標)Nが好適である。
多くの場合、フィラーとしてカーボンブラックを使用することが有利である。通常は、高分子複合体中に、カーボンブラックが20〜200重量部、例えば30〜150重量部、例えば40〜100重量部の範囲の量で存在する。さらに、本発明の高分子複合体中にカーボンブラックを鉱物系フィラーと併用することが有利な場合がある。この組合せにおける鉱物系フィラー対カーボンブラックの比率は通常は0.05〜20、例えば0.1〜10の範囲にある。
高分子複合体は、有利には、他の天然または合成ゴム、例えば、BR(ポリブタジエン)、ABR(ブタジエン/アクリル酸C〜Cアルキルエステル共重合体)、CR(ポリクロロプレン)、IR(ポリイソプレン)、SBR(スチレン/ブタジエン共重合体)、好ましくはスチレン含有量が1〜60重量%の範囲にあるもの、EPDM(エチレン/プロピレン/ジエン共重合体)、FKM(フッ素系ポリマーまたはフッ素ゴム)、および所与のポリマーの混合物をさらに含んでいてもよい。上記ゴムを慎重にブレンドすることにより、加工性を犠牲にすることなく高分子複合体のコストが低減される場合が多い。天然および/または合成ゴムの量は、成形物品の製造に適用される処理条件に依存することになり、これは予め幾つかの実験を行うことにより容易に得られる。
さらなるゴム用添加剤
さらなるゴム用添加剤は、例えば、反応促進剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、酸化防止剤、起泡剤、老化防止剤、熱安定剤、光安定剤、オゾン安定剤、加工助剤、可塑剤、粘着付与剤、発泡剤、染料、顔料、ワックス、増量剤、有機酸、抑制剤、金属酸化物、および活性剤、例えば、トリエタノールアミン、ポリエチレングリコール、ヘキサントリオール等である。
さらなるゴム用添加剤(ゴム助剤)は従来量で使用され、これは特に目的の用途に依存する。従来量は、例えば、ゴムを基準として0.1〜50重量%である。例えば、組成物は、分子内に1、2、またはそれ以上の炭素二重結合を有する不飽和脂肪酸等の有機脂肪酸を助剤として0.1〜20phr含んでいてもよく、これは分子内に少なくとも1つの炭素−炭素共役二重結合を有する共役ジエン酸を10重量%以上含んでいてもよい。例えば、これらの脂肪酸は8〜22個、例えば12〜18個の炭素原子を有する。その例として、ステアリン酸、パルミチン酸、およびオレイン酸ならびにそのカルシウム、亜鉛、マグネシウム、カリウム、およびアンモニウム塩が挙げられる。例えば、本組成物は、助剤としてのアクリル酸塩を5〜50phrの範囲で含んでいてもよい。好適なアクリル酸塩は欧州特許出願公開第0319320A1号明細書、特に第3頁16〜35行、米国特許第5,208,294号明細書第2欄25〜40行、および米国特許第4,983,678号明細書第2欄45〜62行より周知である。アクリル酸亜鉛、ジアクリル酸亜鉛、またはジメタクリル酸亜鉛、または液体アクリル酸エステル、例えば、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TRIM)、ブタンジオールジメタクリレート(BDMA)、およびエチレングリコールジメタクリレート(EDMA)等も挙げることができる。異なるアクリル酸エステルおよび/またはその金属塩を併用することが有利な可能性がある。例えば、アクリル酸金属塩を立体障害フェノール(例えば、メチル置換アミノアルキルフェノール、特に、2,6−ジ−tert−ブチル−4−ジメチル−アミノメチルフェノール)等のスコーチ防止剤と併用される。
本組成物は他の共加硫剤、例えば、過酸化物加硫した物品の架橋度を高める共加硫剤の役割を果たすトリアリルイソシアヌレート(TAIC)、N,N’−1,3−フェニレンビスマレイミド、または高ビニル含量のブタジエン単独重合体もしくは共重合体を0.1〜50phrの範囲で含んでいてもよい。
最終高分子複合体の成分を好適には高温(25℃〜200℃の範囲であってもよい)で一緒に混合することができる。通常、混合時間は1時間を超えず、2〜30分間の範囲の時間で通常は十分である。高分子複合体を無溶媒で調製するかまたは溶液から回収した場合は、混合は、好適には、バンバリーミキサーまたはHaakeもしくはブラベンダー小型密閉式混合機等の密閉式混合機で実施することができる。2本ロールミルミキサーも添加剤をエラストマー中に十分に分散させる。押出機でも十分な混合が得られ、混合時間の短縮を可能にする。混合を2段階以上で実施することが可能であり、混合を異なる装置で、例えば、1段階を密閉式混合機で、1段階を押出機で行ってもよい。しかしながら、混合段階で望ましくない早期架橋(スコーチ)が起こらないように注意を払うべきである。配合および加硫に関しては、Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,第4巻p.66以下(配合)および第17巻p.666以下(加硫)も参照されたい。
本発明による場合により水素化されていてもよいニトリルゴムが低粘度であるだけでなく、本発明による場合により水素化されていてもよいニトリルゴムを含む高分子複合体も低粘度であるため、本発明による場合により水素化されていてもよいニトリルゴムも高分子複合体も射出成形技術(ただしこれに限定されるものではない)で加工するのに理想的に適している。また、本発明による場合により水素化されていてもよいニトリルゴムも高分子複合体も、トランスファー成形、圧縮成形、液状樹脂射出成形にも有用となり得る。本発明による場合により水素化されていてもよいニトリルゴムまたは高分子複合体は、通常は従来の射出成形に導入され、高温(約160〜230℃)形態で射出され、高分子複合体および金型の温度に応じて架橋/加硫が起こる。
本発明の場合により水素化されていてもよいニトリルゴムだけでなくポリマー組成物も、好ましくは、射出成形技術、圧縮成形、トランスファー成形、液状樹脂射出成形、無圧硬化、またはこれらの組合せにより作製されるシール材、ホース、軸受パッド、ステーター、ウェルヘッドシール、バルブプレート、ケーブル外被、車輪ローラー(wheel roller)、配管用シール材、インプレイスガスケット、履き物部品等の成形物品の製造に非常に適している。さらに、本発明のポリマーブレンドはワイヤーおよびケーブルの製造、特に押出法を介するものに非常に適している。
したがって、さらに本発明は、本発明による少なくとも1種の場合により水素化されていてもよいニトリルゴムまたは本発明による少なくとも1種の高分子複合体を含む成形物品に関する。
本発明はまた、本発明による場合により水素化されていてもよいニトリルゴムまたは本発明による高分子複合体の、成形物品を作製するための使用にも関する。
成形物品の例に加えて成形物品を得るための作製方法の例は上述した通りである。
実施例:
A)調製例
Figure 0005564568
DIN 55672−1に準拠し、GPCを用いて反応の進行を監視した。
実施例1〜4:
1L容器中、75gのPerbunan(登録商標)T 3429を、500gのモノクロロベンゼンに溶解した。ニトリルゴムが完全に溶解したら4phrの1−ヘキセンを容器に加え、溶液を2時間撹拌し、その際、1,3−ビス−(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−イミダゾリジニリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−ルテニウム(フェニル−メチレン)ジクロリドをMCB20mL中に溶解して、1L容器に加えた。反応混合物を22℃の温度で撹拌しながら12時間反応させた。設定された時間配分が経過した後、溶液をGPC分析した。
Figure 0005564568
実施例5〜6:
10Lの高圧容器内で700gのPerbunan(登録商標)T 3435を、4667gのモノクロロベンゼンに溶解した。ニトリルゴムが完全に溶解したら、4phrの1−ヘキセンを反応器に加えて溶液を22℃で2時間撹拌し、その際に1,3−ビス−(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−イミダゾリジニリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)−ルテニウム(フェニル−メチレン)のMCB溶液を反応器に加えた。次いで溶液を22℃で2時間激しく撹拌した。
メタセシス反応完結後、反応器にトリス−(トリフェニルホスフィン)ロジウムクロリド(0.06phr)のMCB溶液を装入し、反応器を水素で85バールに加圧した。反応混合物を撹拌(600rpm)しながら138℃の温度で4時間反応させることにより、水素化率が0.9%より低い水素化ニトリルゴム溶液を得た。水素化に続いて、ゴム溶液を加熱し、roto−vapを用いて依然として流動可能な濃度まで濃縮する処理により溶液を処理した。ゴム溶液をシート上に注ぎ、MCBの臭気がなくなるまで排気型加熱オーブンに装入した。
Figure 0005564568
実施例7:
ニトリルゴムをPerbunan(登録商標)T 3435からPerbunan(登録商標)T 3429にしたことを除いて上の実施例5〜6に要約したものと同一の手順を用いて実施例7を実施した。
Figure 0005564568
B)配合例
実施例7に従う水素化されたニトリルゴム(M19000g/mol;M34000g/mol)をベースとして、以下の成分をオープンミルで混合することにより表4に示す以下の高分子複合体を調製した。
硬化(加硫)性ポリマー組成物の成分をオープンミルを用いて従来の混合を行うことにより混合した。次いでポリマー組成物を180℃で20分間加硫した。
Figure 0005564568
表4に従う高分子複合体の特性を表5、6、および7にまとめる。
Figure 0005564568
Figure 0005564568
Figure 0005564568
加硫挙動(MDR)をASTM D 5289(180℃、1°、1.7Hz、60分間)に従い測定した。特性データ:S’min[dNm]、S’max[dNm]、S’end[dNm]、Delta S’[dNm]、t50[s]、t90[s]、およびt95[s]を測定した。ここで、
S’min[dNm]は、加硫試験機(vulcameter)の加硫曲線(cross−linking isotherme)が示す最小値であり、
S’max[dNm]は、加硫試験機が示す最大値であり、
S’end[dNm]は、加硫完了時において加硫試験機が示す値であり、
Delta S’[dNm]は、加硫試験機が示すS’minおよびS’maxの差であり、
t50[s]は、転化率が50%に到達する時間であり、
t90[s]は、転化率が90%に到達する時間であり、
t95[s]は、転化率が95%に到達する時間である。
加硫物の引張破断応力(「引張強さ」)と共に応力値「Mxxx」(xxxは供試体の初期長を基準とした伸び率を表す)をASTM D412−80に準拠して測定した。
硬さ特性を、Type A Shoreデュロメータを用いてASTM−D2240−81に準拠して測定した。
ムーニー粘度(ML(1+4)、100℃)を、ASTM標準D 1646に準拠して測定する。
剪断速度および温度に依存する粘度を、レオメーターMCR 301(Anton Paar、独国)を使用し、プレート/プレート構成(プレート直径25mm)を用いて測定する。

Claims (3)

  1. 均一触媒の存在下であって共オレフィンの存在下または非存在下、溶媒の存在下でメタセシス反応を行うことによりニトリルゴムを低分子量化することを含む、重量平均分子量Mが50000g/mol以下であり、かつ多分散指数が2.0未満であるニトリルゴムもしくは水素化ニトリルゴムの調製方法であって、
    前記メタセシスが少なくとも1種の遷移金属錯体触媒の存在下で実施され、
    前記ニトリルゴムもしくは水素化ニトリルゴムが、前記ゴムを機械的脱気装置と接触させる処理により前記溶媒から単離される、
    前記少なくとも1種の遷移金属錯体触媒が、
    (i)一般式(I):
    Figure 0005564568
    (式中、
    Mは、ルテニウムであり、
    R基は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、カルボキシレート、アルコキシ、アルケニルオキシ、アルキニルオキシ、アリールオキシ、アルコキシカルボニル、アルキルアミノ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルスルホニル、またはアルキルスルフィニルであり、それぞれ、1種またはそれ以上のアルキル、ハロゲン、アルコキシ、アリール、またはヘテロアリール基で置換されているかまたは非置換であり、
    およびX は、同一であっても異なっていてもよい2個の配位子であり、
    Lは、同一であっても異なっていてもよいトリアルキルホスフィン配位子である)
    の化合物;
    (ii)構造(III)または(IV):
    Figure 0005564568
    (式中、Cyはそれぞれシクロヘキシルである)
    を有する化合物;
    (iii)一般式(V):
    Figure 0005564568
    [式中、
    Mは、ルテニウムであり、
    Yは、酸素(O)、硫黄(S)、N−R 基、またはP−R 基であり、
    およびX は、同一であっても異なっていてもよい配位子であり、
    は、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アルコキシ、アルケニルオキシ、アルキニルオキシ、アリールオキシ、アルコキシカルボニル、アルキルアミノ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルスルホニル、またはアルキルスルフィニル基であり、それぞれ、1種またはそれ以上のアルキル、ハロゲン、アルコキシ、アリール、またはヘテロアリール基で置換されているかまたは非置換であり、
    、R 、R 、およびR は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、水素、有機基、または無機基であり、
    は、水素、またはアルキル、アルケニル、アルキニル、もしくはアリール基であり、
    Lは、置換または無置換の式(IIa)または(IIb):
    Figure 0005564568
    (式中、
    、R 、R 10 、R 11 は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、水素、直鎖または分岐のC 〜C 30 アルキル、C 〜C 20 シクロアルキル、C 〜C 20 アルケニル、C 〜C 20 アルキニル、C 〜C 24 アリール、C 〜C 20 カルボキシレート、C 〜C 20 アルコキシ、C 〜C 20 アルケニルオキシ、C 〜C 20 アルキニルオキシ、C 〜C 24 アリールオキシ、C 〜C 20 アルコキシカルボニル、C 〜C 20 アルキルチオ、C 〜C 24 アリールチオ、C 〜C 20 アルキルスルホニル、C 〜C 20 アルキルスルホネート、C 〜C 24 アリールスルホネート、またはC 〜C 20 アルキルスルフィニルである)
    のイミダゾリジン基である]
    の化合物;
    (iv)一般式(VI):
    Figure 0005564568
    (式中、
    M、L、X 、X 、R 、R 、R 、R 、およびR は、(iii)に記載した一般式(V)のものと同義である)
    の化合物;
    (v)以下の構造(VIII)、(IX)、(X)、(XI)、(XII)、(XIII)、(XIV)、または(XV):
    Figure 0005564568
    (式中、Mesは、それぞれ2,4,6−トリメチルフェニル基である)
    を有する化合物;
    (vi)一般式(XVI):
    Figure 0005564568
    (式中、
    M、L、X 、X 、R 、およびR は、(iii)の一般式(V)のものと同義であり、
    12 基は、同一であっても異なっていてもよく、(iii)の一般式(V)のR 、R 、R 、およびR 基と同義であり(ただし水素を除く)、
    nは、0、1、2、または3である)
    の化合物;ならびに
    (vii)一般式(XIX):
    Figure 0005564568
    [式中、D 、D 、D 、およびD は、それぞれ以下の一般式(XX):
    Figure 0005564568
    (式中、
    M、L、X 、X 、R 、R 、R 、R 、およびR は、(iii)の一般式(V)のものと同義である)
    の構造を有し、メチレン基を介して式(XIX)のケイ素に結合している]
    の化合物からなる群から選択される、方法。
  2. 請求項1に記載の方法によって少なくとも1種のニトリルゴムもしくは水素化ニトリルゴムを得た後、得られたニトリルゴムもしくは水素化ニトリルゴムを、少なくとも1種の架橋剤および/または硬化系を含み、少なくとも1種のフィラーを含むかまたは含まず、さらなるゴム用添加剤を含むかまたは含まない成分と混合することを含む、高分子複合体の調製方法。
  3. 請求項1に記載の方法によってニトリルゴムもしくは水素化ニトリルゴムを得るかまたは請求項に記載の方法によって複合体を得た後、得られたニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、または複合体を用いて成形品を作製することを含む、成形物品の製造方法。
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