JP5710258B2 - アニオン重合においてそれらを用いるための溶媒およびモノマーの乾燥および精製におけるアルカリ金属−シリカゲル(m−sg)材料の使用 - Google Patents
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Description
本出願は、ここに引用して援用する、2007年9月28日に出願された米国仮出願第60/976,008号に対する米国特許法119条の下での優先権を主張する。
溶媒、液状モノマー、または溶媒−モノマー混合物を、Iステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物と接触させ;
溶媒またはモノマーを、別々に、Iステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物と接触させる場合、所望により、該液状モノマーおよび溶媒を合わせ;次いで、
該モノマーをアニオン重合条件下で重合する;
工程を含む。
溶媒、液状モノマー、または溶媒−モノマー混合物を、Iステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物と接触させ;
溶媒またはモノマーを、別々に、Iステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物と接触させる場合、所望により、該液状モノマーおよび溶媒を合わせ;次いで、
アニオン重合条件下で該モノマーを重合する;
工程を含む。
最近、改良された取り扱い性および安全性の特徴を有する新しい1族金属/多孔性酸化物組成物が記載されている。これらの新しい材料は、シリカゲルおよびアルミナゲルのような多孔性酸化物に吸収されたアルカリ金属またはアルカリ金属合金を有する。バルク金属よりも危険性はかなり低いが、該新しい材料は天然金属の反応性を保持する。従って、本明細書中で用いる用語「1族金属/多孔性酸化物組成物」とは、アルカリ金属、またはアルカリ金属合金が多孔性酸化物組成物に吸収された場合に形成される材料をいう。本発明で用いるIステージ1族金属/多孔性酸化物またはIIステージ1族金属/多孔性酸化物組成物は、その双方をここに引用してその全体を援用する米国特許第7,211,539 B2号および米国特許第7,259,128号に開示されているように調製することができる。
水および他の不純物の除去を示すために、典型的には、アニオン重合で用いるいくつかの例示的な溶媒を本発明に従ってNa−SG−Iと接触させた。適当な溶媒はヘプタン、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、エチルベンゼンおよび他の適当なベンゼン誘導体のような線状炭化水素、テトラヒドロフラン、および他のエーテル溶媒を含む。以下の手法において、慣用的な(方法A)およびアルカリ金属/多孔性酸化物材料系(方法B)乾燥手法の間で比較を行う。各方法の効率は、アルキルリチウム開始剤を用いて標準的なアニオン重合テストを行うことによって測定した。全ての重合反応は、磁気スターラーおよびPTFE栓を備えた、真空下で従前に火炎処理したガラス機器中にて真空条件下で室温で行った。
方法A。シクロヘキサン(50ml)を、PTFE栓を備えた100mlガラス製フラスコに注いだ。連続的に、スチレン(0.3ml)およびsec-ブチルリチウム(シクロヘキサン中の1.4M溶液の〜0.5ml)を溶媒に加える。数分後、明るいオレンジ色の出現はポリスチリルリチウムの形成を示し、溶媒は乾燥していることを意味する。使用に先立って、真空条件下で溶媒をポリスチリルリチウム溶液から蒸留し、重合容器に移す。
sec−BuLiによって開始したアニオンスチレン重合は、異なる前記した方法に従って精製されたシクロヘキサンを用いて行った。3つの系において、スチレンモノマーはBu2Mgで乾燥した(方法A)。sec−BuLiの添加の後に、反応媒体の色はオレンジに変化し、これはリビングポリスチレンの特徴である。エタノールを加えて、反応を停止させた。行った異なるテストの中で、最も代表的なテストからの結果を表1に示す。これらの結果は、標的化ポリマーのモル質量が低い(Mn=10,000)場合、全てのポリマーは、精製方法から独立して、理論的に予測されるモル質量を呈することを示す(実施例1a、1bおよび1c参照)。しかしながら、活性な種における5倍低い濃度に対応する、より高い標的化モル質量(Mn=50,000)については、非−乾燥溶媒で有意な偏りが生じる(実施例1f参照)。他方、sec−BuLi(実施例1d参照)またはNa−SG−I(実施例1e参照)の使用に基づく乾燥方法は、理論と良好に合致する実験的モル質量を与える。これは、これらの2つの系における不純物の無視できる寄与に一致する。
方法A。THF(50ml)をCaH2上で3時間還流した。これに続いて、金属ナトリウム(〜0.2g)およびベンゾフェノン(〜0.2g)を含有するPTFE栓を備えたフラスコに引き続いて蒸留した。数秒後にTHF溶液は青色となった。さらに1日間撹拌した後、THFの色は青色から深い紫色に変化した。ナトリウム−ベンゾフェノンのジアニオンによる深い紫色は、THFが完全に乾燥していることを示す。次いで、ナトリウム−ベンゾフェノンからの不活性雰囲気下での蒸留に続き、THFを重合で用いるように用意する。
炭化水素よりも多量の不純物を含有するかもしれないアニオン重合の典型的な溶媒であるTHFを精製するために、実施例1と同様なアプローチを続けた。活性種の高い反応性のため、重合反応は非常に低温(−80℃)で行わなければならない。これらの条件においてさえ、重合反応は非常に速い(通常、重合は数秒以内に完了する)。THFおよびスチレンをNa−SG−Iで別々に乾燥した。THFを重合フラスコに加えた後に、sec−BuLi(0.182ミリモル)を−80℃で注入した。最後に、スチレン(2.0ml、17.5ミリモル)を注入し、−80℃で20分間反応させた。重合の停止およびポリマーの回収を行った(実施例2b参照)。THF精製/乾燥プロセスの3つの異なるタイプを比較し、3つの方法において前記にてリストする。
液状モノマーからの水および他の不純物の除去を示すために、アニオン重合で典型的に用いるいくつかの例示的なモノマーを本発明によるNa−SG−Iと接触させた。
方法A。スチレン(125ml)をガラス製フラスコ中で蒸留し、それをジ−n−ブチルマグネシウム(Bu2Mg、ヘプタン中1M、〜2ml)上で1時間室温(20℃)に保った。次いで、真空条件下でスチレンをBu2Mg溶液から蒸留し、重合で用いた。
前記リストの3つの異なる乾燥および精製方法を含めて、重合で用いたシクロヘキサン溶媒をNa−SG−Iで別々に乾燥した。Na−SG−Iの存在下で別々に乾燥し、次いで蒸留したシクロヘキサン(15mL)およびスチレン(2.0ml、17.5ミリモル)を、PTFE栓を備えた50mL丸底フラスコに加えた。次いで、sec−BuLi(0.037ミリモル)のシクロヘキサン溶液を、アルゴン下で乾燥シリンジを用いてフラスコに注入した。少量のエタノールを用いて停止する前に、重合を室温にて12時間放置し、多量のエタノールへの沈殿によってポリマーを回収した(実施例3a参照)。
方法A。イソプレン(125ml)を、室温にて、PTFE栓を備えたガラス製フラスコ中でBu2Mg(ヘプタン中1M,〜2ml)上で1時間貯蔵し、真空条件下で蒸留した。
ここに用いた手法は、実施例3におけるスチレンの重合について先に議論したのと同様であった。スチレンに関するのと同一の技術をイソプレンの精製で用いた。重合で用いたシクロヘキサンをその使用に先立ってNa−SG−Iで乾燥した。まず、ポリイソプレンの標的モル質量はMn=16,000となるように設定した。良好な合致が、Bu2MgおよびNa−SG−Iで乾燥したイソプレン双方についての理論的および実験的モル質量の間で観察された。いずれの精製もなくしてイソプレンを用いる場合には、実験的モル質量は予測される値(実施例4c参照)の約2倍高く、これは、活性な種のほぼ50%の脱活性化を示す。理論的モル質量を32,000g/モルまで増加させ、ビンイソプレンから精製しない結果、広い分子量分布を持つ110,000g/モルよりも高いモル質量のポリイソプレンの生産での低いイソプレン変換をもたらしたに過ぎなかった(実施例4f参照)。これにより、商業的に入手可能なイソプレンはスチレンよりも多くの不純物を含有することが確認される。
実施例5:シクロヘキサンおよびスチレン双方の精製および乾燥、続いての、蒸留を伴うおよび伴わない重合
シクロヘキサン(15ml)およびスチレン(17.5ミリモル)の混合物を室温にてNa−SG−I(100mg)と共に2日間撹拌し、真空下でNa−SG−Iから蒸留した。次いで、モノマーおよび溶媒混合物を重合で用いた。
実施例5におけるのと同一のプロセスを行って、Na−SG−I乾燥後の反応体および溶媒の蒸留が必要であるか否かを調べた。異なるタイプのイソプレンおよびシクロヘキサン精製/乾燥方法の下で行った3つの実験を比較した:
実施例6a:イソプレンおよびシクロヘキサンを別々にNa−SG−I上で乾燥し、次いで、真空蒸留した。
実施例6b:イソプレンおよびシクロヘキサンの混合物をNa−SG−I上で乾燥し、次いで、sec−BuLiの添加前に真空蒸留した。
実施例6c:イソプレンおよびシクロヘキサンの混合物をNa−SG−I上で乾燥し、真空蒸留無しでsec−BuLiを加えることによって直接的に重合で用いた。
メタクリル酸メチル(MMA,10ml)およびNa−SG−I(80mg)との室温での1晩の混合の後、高モル質量(Mn=105,000)のポリマーが約25%収率で得られた。Na−SG−II化合物(MMA;10ml,Na−SG−II;100mg)を用いる場合には、24時間後に重合は起こらない。これは、Na−SG−IがMMAとのより高い反応性を保有し、その重合を開始することができるのを示す。対照的に、Na−SG−IIは重合を開始させず、乾燥剤として用いることができる。
スチレンおよびシクロヘキサンをNa−SG−II上で別々に乾燥し、次いで、真空蒸留した。引き続いての重合に際して、理論的および実験的モル質量(Mn(計算値)=50,000,Mn(実測値)=51,000)の間で良好な合致が観察された。
アニオン重合のために、Iステージ1族/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物の利用性をさらに増強させるために、Na−SG−Iを充填したカラムを調製し、シクロヘキサンおよびスチレンの乾燥/精製で用いた。
Claims (14)
- 液状モノマー、または溶媒−モノマー混合物をIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物と接触させる工程を含む、アニオン重合で用いるモノマーから不純物を除去する方法。
- 該不純物がプロトン性不純物である請求項1記載の方法。
- 該プロトン性不純物が水である請求項2記載の方法。
- 接触工程の前に、さらに、液状モノマーまたは溶媒−モノマー混合物を蒸留する工程を含む請求項1記載の方法。
- Iステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物が液状モノマーまたは溶媒−モノマー混合物に含まれる請求項1記載の方法。
- 該アニオン重合が、液状モノマーまたは溶媒−モノマー混合物およびIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物に開始剤を直接的に加えることによって開始し、かつ、イン・サイチュで行われる請求項5記載の方法。
- さらに、接触工程の後に、液状モノマーまたは溶媒−モノマー混合物を蒸留する工程を含む請求項1記載の方法。
- 該接触工程が、液状モノマー、またはその溶媒−モノマー混合物を、Iステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物、IIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物、またはそれらの混合物を含有するカラムに通すことを含む請求項1記載の方法。
- 該接触工程が、液状モノマー、またはその溶媒−モノマー混合物を、Iステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物、IIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物、またはそれらの混合物を含有するカラムに通して蒸留することを含む請求項1記載の方法。
- 該モノマーがオレフィン性モノマーである請求項1記載の方法。
- 該オレフィン性モノマーがスチレン性モノマー、ジエン性モノマー、またはメタクリレートモノマーである請求項10記載の方法。
- 溶媒、液状モノマー、または溶媒−モノマー混合物をIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物と接触させ;
溶媒またはモノマーが、別々に、Iステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物と接触させる場合には、所望により、該液状モノマーおよび溶媒を合わせ;次いで、
アニオン重合条件下でモノマーを重合する;
工程を含む、アニオン重合方法。 - さらに、接触工程後に、溶媒または液状モノマーを蒸留する工程を含む請求項12記載の方法。
- 該接触工程が、溶媒、液状モノマー、またはその溶媒−モノマー混合物を、Iステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物またはIIステージ1族金属/多孔性金属酸化物組成物を含有するカラムに通すことを含む請求項12記載の方法。
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