JP5661285B2 - ポリイソブチレンおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子(star)、ハイパーブランチ(hyperbranched)状分子、または樹枝状(arborescent)分子の残部を表し、nは2から約5000の整数であり、Rは末端に二重結合を有し、対応する直鎖状または分岐状の炭素数3〜12のアルケニル基から形成される、直鎖状または分岐状の炭素数3〜12の結合であり、前記第一級アルコール末端ポリイソブチレンは、少なくとも2つの第一級アルコール末端を有する。]
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子、ハイパーブランチ状分子、または樹枝状分子の残部を表し、nは2から約5000の整数であり、Rは末端に二重結合を有し、対応する直鎖状または分岐状の炭素数3〜12のアルケニル基から形成される、直鎖状または分岐状の炭素数3〜12の結合であり、Maはメタクリレート末端を表し、前記第一級メタクリレート末端ポリイソブチレンは、少なくとも2つの第一級メタクリレート末端を有する。]
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子、ハイパーブランチ状分子、または樹枝状分子の残部を表し、nは2から約5000の整数であり、Rは末端に二重結合を有し、対応する直鎖状または分岐状の炭素数3〜12のアルケニル基から形成される、直鎖状または分岐状の炭素数3〜12の結合であり、前記第一級アミン末端ポリイソブチレンは、少なくとも2つの第一級メタクリレート末端を有する。]
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子、ハイパーブランチ状分子、または樹枝状分子の残部を表し、nは2から約5000の整数であり、Rは末端に二重結合を有し、対応する直鎖状または分岐状の炭素数3〜12のアルケニル基から形成される、直鎖状または分岐状の炭素数3〜12の結合であり、前記第一級臭素末端ポリイソブチレンは、少なくとも2つの第一級臭素末端を有する。]
The Journal of Polymer Science:PartA:Polymer Chemistry,25,pp.3255〜3265(1987)において、Lech WilczekおよびJoseph P.Kennedyによって記述された方法にしたがって、*−(PIB−アリル)3を合成した。当該文献はこの参照によって本明細書に含まれる。
100mlの三ツ口フラスコに、ヘキサン(50mL)およびアリル−テレケリック ポリイソブチレン(10g)を入れ、100℃で空気を溶液に30分間吹き込んで、アリル末端基を活性化する。次に、溶液を約−10℃に冷却して、HBrガスを系に10分間吹き込む。
[式中、R1は上述した直鎖状または分岐状アルケニル基の残部である。]
他の実施形態では、本発明のアルケニル基は1つの二重結合のみを含み、この二重結合は上述したように、鎖の末端に存在する。
末端臭素化生成物の末端第一級水酸基への変換は、臭素上への求核置換によって行なわれる。攪拌機を備えた丸底フラスコに、*−(PIB−CH2−CH2−CH 2 −Br) 3 のTHF溶液を入れる。次に、NaOH水溶液を添加し、室温で2時間攪拌する。任意に、テトラエチルアンモニウムブロマイドなどの相間移動触媒を反応促進のために使用することができる。次に、生成物を水で3回洗浄し、硫酸マグネシウムを用いて一晩乾燥し、濾過する。最後に、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を除去する。生成物は透明な粘性のある液体である。
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−C(CH3)2−Cl (A)
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子、ハイパーブランチ状分子、または樹枝状分子の残部を表し、nは上述した通りである。当業者に明らかなように、実質的に直鎖状のジ末端第一級アルコールPIBの生成を認めるために、場合によって、〜〜〜は他の塩素原子を示してもよい。また、本発明は、繰り返しPIB単位と本発明の分子の残部との間は、上述した特定の結合基(すなわち−C(CH3)2)に限定されない点に留意すべきである。
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH(CH3)=CH2 (B)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH(CH3)−CH2−Br (C)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH(CH3)−CH2−OH (D)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH=CH2 (B’)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH2−CH2−Br (C’)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH2−CH2−OH (D’)
第一級メタクリレート末端ポリイソブチレンの合成は、以下に示す例示反応スキームにしたがって実行される。
[式中、R1は上述した直鎖状または分岐状アルケニル基の残部である。]
他の実施形態では、本発明のアルケニル基は1つの二重結合のみを含み、この二重結合は上述したように、鎖の末端に存在する。
本実施形態においては、PIB−(CH2)3−NH2の合成は2つの工程を含む:
(a)末端第一級臭素をフタルイミド末端ポリイソブチレン(PIB−(CH2)3−NH2)に置換すること、ならびに(b)フタルイミド末端ポリイソブチレン(PIB−(CH2)3−フタルイミド)を第一級アミン末端ポリイソブチレン(PIB−(CH2)3−NH2)へとヒドラジン分解すること。
フタルイミド末端ポリイソブチレン(PIB−(CH2)3−フタルイミド)の合成は、下記の反応スキームにしたがって実行される。
アミン末端ポリイソブチレン(PIB−(CH2)3−NH2)の合成は、下記の反応スキームにしたがって実行される。
[式中、R1は上述した直鎖状または分岐状アルケニル基の残部である。]
他の実施形態では、本発明のアルケニル基は1つの二重結合のみを含み、この二重結合は上述したように、鎖の末端に存在する。
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子、ハイパーブランチ状分子、または樹枝状分子の残部を表し、nは上述した通りである。当業者に明らかなように、実質的に直鎖状のジ末端第一級アルコールPIBの生成を認めるために、場合によって、〜〜〜は他の臭素原子を示してもよい。上述の式において、R3は、本発明にしたがって、適切なアルケニル末端化合物をアンチマルコニコフ臭素化した後に残ったアルケニル基の残部を表す。当業者に明らかなように、R3は、直鎖状または分岐状の炭素数3〜12、炭素数4〜10または炭素数5〜7のアルケニル基(上述したように、鎖の末端に存在する二重結合を有する、ただ1つの二重結合を有する「出発物質」のアルケニル基の結果)であってもよい。他の実施形態によれば、R3は、直鎖状または分岐状の炭素数3〜12、炭素数4〜10または炭素数5〜7のアルケニル基(上述したように、鎖の末端に存在する二重結合の1つを有する、2以上の二重結合を有する「出発物質」のアルケニル基の結果)であってもよい。
別の実施形態によれば、本発明は、所定量の官能性第一級(−NH2)、第二級(−NH−R4)、または第三級(=N−R4)アミン末端基を有するアミン−テレケリックポリイソブチレン(PIB)に関し、R4は上述したとおりである。さらに別の実施形態では、本発明は、所定量の官能性第一級アルコール末端基(OH)を有するアルコール−テレケリックPIBに関する。
同様に、アミン−ジテレケリックPIB(すなわちH2N−PIB−NH2)およびジイソシアナートによって調製されたポリマーは、ウレア結合を有し、ウレアと呼ばれ、この場合、〜〜〜はポリウレア分子の残部を表す。
低コストで商業的に実現可能性がある簡単な合成のみが検討されるため、最終的には、出発材料コストおよび手順によって決定されるように、生成物の総コストは決定的な重要性を有する。
以下の実施例は、第一級水酸基末端ポリイソブチレンの三段階での合成に関する。
The Journal of Polymer Science:PartA:Polymer Chemistry,25,pp.3255〜3265(1987)において、Lech WilczekおよびJoseph P.Kennedyによって記述された方法にしたがって、*−(PIB−アリル)3を合成した。当該文献はこの参照によって本明細書に含まれる。
100mlの三ツ口フラスコに、ヘキサン(50mL)およびアリル−テレケリック ポリイソブチレン(10g)を入れ、100℃で空気を溶液に30分間吹き込んで、アリル末端基を活性化する。次に、溶液を約−10℃に冷却して、HBrガスを系に10分間吹き込む。
[式中、R1は上述した直鎖状または分岐状アルケニル基の残部である。]
他の実施形態では、本発明のアルケニル基は1つの二重結合のみを含み、この二重結合は上述したように、鎖の末端に存在する。
末端臭素化生成物の末端第一級水酸基への変換は、臭素上への求核置換によって行なわれる。攪拌機を備えた丸底フラスコに、*−(PIB−CH2−CH2−CH 2 −Br) 3 のTHF溶液を入れる。次に、NaOH水溶液を添加し、室温で2時間攪拌する。任意に、テトラエチルアンモニウムブロマイドなどの相間移動触媒を反応促進のために使用することができる。次に、生成物を水で3回洗浄し、硫酸マグネシウムを用いて一晩乾燥し、濾過する。最後に、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を除去する。生成物は透明な粘性のある液体である。
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−C(CH3)2−Cl (A)
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子、ハイパーブランチ状分子、または樹枝状分子の残部を表し、nは上述した通りである。当業者に明らかなように、実質的に直鎖状のジ末端第一級アルコールPIBの生成を認めるために、場合によって、〜〜〜は他の塩素原子を示してもよい。また、本発明は、繰り返しPIB単位と本発明の分子の残部との間は、上述した特定の結合基(すなわち−C(CH3)2)に限定されない点に留意すべきである。
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH(CH3)=CH2 (B)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH(CH3)−CH2−Br (C)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH(CH3)−CH2−OH (D)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH=CH2 (B’)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH2−CH2−Br (C’)
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−CH2−CH2−CH2−OH (D’)
本例の詳細な構造であるアミン−ジテレケリックPIBは下記の式で定義される。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
(a)ポリウレア
(1)HO−PIB−OHの出発材料の合成
HO−PIB−OHの合成は以下の通りである。したがって、出発材料である市販されている(カネカインコーポレイテッド)アリル−ジテレケリックPIB(Mw=5,500)をヘプタンに溶解させ、70℃で30分間溶液にHBrをバブリングすることによって臭化水素化する。次に、生成物をTHFに溶解し、KOH水溶液およびn−メチルピロリドンを添加して、系を100℃で24時間還流させる。HO−PIB−OHの構造をプロトンNMRスペクトルによって確定する。
ポリウレタンは、メチレンビスビフェニルイソシアネート(MDI)とのHO−PIB−OHの反応によって得られる。下記の式は使用される合成戦略を示している:
[式中、Wlossはパーセント重量損失であり、WbおよびWaはそれぞれ、硝酸に曝す前のサンプルおよび硝酸に曝した後のサンプルである。]
(1)PIB系ポリウレアの合成およびPIB系ポリウレアの酸化的安定性の証明
H2N−PIB−NH2(1.5g、Mn=5,500g/mol、アミン当量0.00054モル)を乾燥トルエン(10ml)に溶解し、蒸留したてのMDI(0.125g、0.0005モル)を攪拌し、乾燥窒素雰囲気下で添加する。1分以内に溶液は粘性を示す。次いで、5mlのトルエンで希釈し、長方形のテフロン(商標)製鋳型に注ぐ(5cm×5cm)。系を一晩空気乾燥させ、乾燥オーブン内にて70℃で24時間乾燥させる。ポリウレア生成物は薄い黄色の柔らかいゴム状シートであり、THFに可溶である。手作業での実験では良好な機械的特性が確認された。
Claims (59)
- (A)少なくとも2つのアルケニル末端を有するアルケニル末端ポリイソブチレンを供給し、前記アルケニル末端は、末端に二重結合を有し、直鎖状の炭素数3〜12のアルケニル基の付加によって形成され、
(B)アルケニル末端ポリイソブチレンに対してアンチマルコニコフ臭素化を行い、少なくとも2つの第一級臭素末端を有する第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物を形成し、
(C)塩基反応により、前記第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物を、少なくとも2つの第一級アルコール末端を有する第一級アルコール末端ポリイソブチレンへと変換し、
(D)前記第一級アルコール末端ポリイソブチレンを回収すること
を含む、第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物の製造方法。 - 前記アルケニル末端は、−CH2−CH=CH2である、請求項1記載の方法。
- 前記工程(B)のアンチマルコニコフ臭素化は臭化水素を使用する、請求項1記載の方法。
- 前記第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物は直鎖状化合物である、請求項1記載の方法。
- 前記第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物は星型状化合物である、請求項1記載の方法。
- 前記第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物はハイパーブランチ状化合物である、請求項1記載の方法。
- 前記第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物は樹枝状化合物である、請求項1記載の方法。
- 請求項1記載の方法によって製造された、第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
- 下記の式で表される第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−R−OH
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子、ハイパーブランチ状分子、または樹枝状分子の残部を表し、nは2から5000の整数であり、Rは末端に二重結合を有し、対応する直鎖状の炭素数3〜12のアルケニル基から形成される、直鎖状の炭素数3〜12の結合であり、前記第一級アルコール末端ポリイソブチレンは、少なくとも2つの第一級アルコール末端を有する。] - nが7から4,500の整数である、請求項9に記載の第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
- nが10から4,000の整数である、請求項9に記載の第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
- nが15から3,500の整数である、請求項9に記載の第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
- nが25から3,000の整数である、請求項9に記載の第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
- nが75から2,500の整数である、請求項9に記載の第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
- nが100から2,000の整数である、請求項9に記載の第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
- nが250から1,500の整数である、請求項9に記載の第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
- nが500から1,000の整数である、請求項9に記載の第一級アルコール末端ポリイソブチレン化合物。
- (a)少なくとも2つのアルケニル末端を有するアルケニル末端ポリイソブチレンを供給し、前記アルケニル末端は、末端に二重結合を有し、直鎖状の炭素数3〜12のアルケニル基の付加によって形成され、
(b)アルケニル末端ポリイソブチレンに対してアンチマルコニコフ臭素化を行い、少なくとも2つの第一級臭素末端を有する第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物を形成し、
(c)少なくとも1つのアルカリ性メタクリレート化合物との反応により、前記第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物を、少なくとも2つの第一級メタクリレート末端を有する第一級メタクリレート末端ポリイソブチレンへと変換し、
(d)前記第一級メタクリレート末端ポリイソブチレンを回収すること
を含む、第一級メタクリレート末端ポリイソブチレン化合物の製造方法。 - 前記アルケニル末端は、−CH2−CH=CH2である、請求項18記載の方法。
- 前記工程(b)のアンチマルコニコフ臭素化は臭化水素を使用する、請求項18記載の方法。
- 前記第一級メタクリレート末端ポリイソブチレン化合物は直鎖状化合物である、請求項18記載の方法。
- 前記第一級メタクリレート末端ポリイソブチレン化合物は星型状化合物である、請求項18記載の方法。
- 前記第一級メタクリレート末端ポリイソブチレン化合物はハイパーブランチ状化合物である、請求項18記載の方法。
- 前記第一級メタクリレート末端ポリイソブチレン化合物は樹枝状化合物である、請求項18記載の方法。
- (i)少なくとも2つのアルケニル末端を有するアルケニル末端ポリイソブチレンを供給し、前記アルケニル末端は、末端に二重結合を有し、直鎖状の炭素数3〜12のアルケニル基の付加によって形成され、
(ii)アルケニル末端ポリイソブチレンに対してアンチマルコニコフ臭素化を行い、少なくとも2つの第一級臭素末端を有する第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物を形成し、
(iii)少なくとも1つのアルカリ性フタルイミド化合物との反応により、前記第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物を、少なくとも2つの第一級フタルイミド末端を有する第一級フタルイミド末端ポリイソブチレンへと変換し、
(iv)アミン水和物化合物との反応により、前記第一級フタルイミド末端ポリイソブチレン化合物を第一級アミン末端ポリイソブチレンへと変換し、
(v)前記第一級アミン末端ポリイソブチレンを回収すること
を含む、第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物の製造方法。 - 前記アルケニル末端は、−CH2−CH=CH2である、請求項25記載の方法。
- 前記工程(ii)のアンチマルコニコフ臭素化は臭化水素を使用する、請求項25記載の方法。
- 前記第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物は直鎖状化合物である、請求項25記載の方法。
- 前記第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物は星型状化合物である、請求項25記載の方法。
- 前記第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物はハイパーブランチ状化合物である、請求項25記載の方法。
- 前記第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物は樹枝状化合物である、請求項25記載の方法。
- 前記工程(iv)はヒドラジン水和物の使用を含む、請求項25記載の方法。
- 請求項25記載の反応によって製造された、第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
- 下記の式で表される第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−R−NH2
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子、ハイパーブランチ状分子、または樹枝状分子の残部を表し、nは2から5000の整数であり、Rは末端に二重結合を有し、対応する直鎖状の炭素数3〜12のアルケニル基から形成される、直鎖状の炭素数3〜12の結合であり、前記第一級アミン末端ポリイソブチレンは、少なくとも2つの第一級アミン末端を有する。] - nが7から4,500の整数である、請求項34に記載の第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
- nが10から4,000の整数である、請求項34に記載の第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
- nが15から3,500の整数である、請求項34に記載の第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
- nが25から3,000の整数である、請求項34に記載の第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
- nが75から2,500の整数である、請求項34に記載の第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
- nが100から2,000の整数である、請求項34に記載の第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
- nが250から1,500の整数である、請求項34に記載の第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
- nが500から1,000の整数である、請求項34に記載の第一級アミン末端ポリイソブチレン化合物。
- 少なくとも2つのアルケニル末端を有するアルケニル末端ポリイソブチレンを供給し、前記アルケニル末端は、末端に二重結合を有し、直鎖状の炭素数3〜12のアルケニル基の付加によって形成され、
アルケニル末端ポリイソブチレンに対してアンチマルコニコフ臭素化を行い、少なくとも2つの第一級臭素末端を有する第一級臭素末端ポリイソブチレンを形成し、
前記第一級臭素末端ポリイソブチレンを回収すること
を含む、第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物の製造方法。 - 前記アルケニル末端は、−CH2−CH=CH2である、請求項43記載の方法。
- 前記工程(ii)のアンチマルコニコフ臭素化は臭化水素を使用する、請求項43記載の方法。
- 前記第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物は直鎖状化合物である、請求項43記載の方法。
- 前記第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物は星型状化合物である、請求項43記載の
方法。 - 前記第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物はハイパーブランチ状化合物である、請求項43記載の方法。
- 前記第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物は樹枝状化合物である、請求項43記載の方法。
- 請求項43記載の反応によって製造された、第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物。
- 下記の式で表される第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物。
〜〜〜C(CH3)2−[CH2−C(CH3)2]n−R−Br
[式中、〜〜〜は直鎖状分子、星型状分子、ハイパーブランチ状分子、または樹枝状分子の残部を表し、nは2から5000の整数であり、Rは末端に二重結合を有し、対応する直鎖状の炭素数3〜12のアルケニル基から形成される、直鎖状の炭素数3〜12の結合であり、前記第一級臭素末端ポリイソブチレンは、少なくとも2つの第一級臭素末端を有する。] - nが7から4,500の整数である、請求項51に記載の第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物。
- nが10から4,000の整数である、請求項51に記載の第一級臭素末端ポリイソブチレン化合物。
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