JP6733875B2 - アニオン重合体の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]重合温度よりも常圧での沸点が高い溶媒1kgに対する不活性ガスの存在量が20mmol以下となる条件で、共役ジエン、芳香族ビニル化合物、またはそれらの混合物をアニオン重合するアニオン重合体の製造方法であり、
[2]アニオン重合の開始剤として、有機アルカリ金属化合物、または1種類以上の共役ジエン、1種類以上の芳香族ビニル化合物もしくは1種類以上の共役ジエンと1種類以上の芳香族ビニル化合物のいずれかを、有機アルカリ金属化合物を用いて重合させてなるリビング共重合体を使用する、[1]のアニオン重合体の製造方法であり、
[3]還流凝縮器の伝熱面積A(m2)の反応器内容積V(m3)に対するA/V比が20〜0.1である還流凝縮器を有する完全混合型反応器を用いて重合する、[1]または[2]のアニオン重合体の製造方法であり、
[4]反応温度が20〜110℃の範囲でアニオン重合する、[1]〜[3]のいずれかのアニオン重合体の製造方法であり、
[5]前記溶媒がシクロヘキサンを50質量%以上含むものである、[1]〜[4]のいずれかのアニオン重合体の製造方法であり、
[6]前記アニオン重合体がブロック共重合体である、[1]〜[5]のいずれかのアニオン重合体の製造方法である。
なお、本明細書でいう「不活性ガス」とは、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の反応性に乏しい希ガスを意味する。
まず、本発明の製造方法で製造されるアニオン重合体を構成するモノマーについて説明する。モノマーとしては、共役ジエン、芳香族ビニル化合物、またはそれらの混合物を使用することができる。
かかるルイス塩基としては、例えばジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルプロピルエーテル、ジプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、tert−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジオクチルエーテル、エチルフェニルエーテル、ジフェニルエーテルなどの非環状モノエーテル;1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジイソプロポキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、1,2−ジフェノキシエタン、1,2−ジメトキシプロパン、1,2−ジエトキシプロパン、1,2−ジフェノキシプロパン、1,3−ジメトキシプロパン、1,3−ジエトキシプロパン、1,3−ジイソプロポキシプロパン、1,3−ジブトキシプロパン、1,3−ジフェノキシプロパンなどの非環状ジエーテル;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,4−ジオキサンなどの環状エーテル;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジブチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジブチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリブチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリブチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラブチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラブチレングリコールジエチルエーテルなどの非環状ポリエーテル;
上記モノマーをアニオン重合するに際しては、通常、有機アルカリ金属化合物を開始剤として用いる。使用できる有機アルカリ金属化合物としては、例えばメチルリチウム、エチルリチウム、プロピルリチウム、イソプロピルリチウム、ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、イソブチルリチウム、ペンチルリチウム、ヘキシルリチウム、ブタジエニリルリチウム、シクロヘキシルリチウム、フェニルリチウム、ベンジルリチウム、p−トルイルリチウム、スチリルリチウム、トリメチルシリルリチウム、1,4−ジリチオブタン、1,5−ジリチオペンタン、1,6−ジリチオヘキサン、1,10−ジリチオデカン、1,1−ジリチオジフェニレン、ジリチオポリブタジエン、ジリチオポリイソプレン、1,4−ジリチオベンゼン、1,2−ジリチオ−1,2−ジフェニルエタン、1,4−ジリチオ−2−エチルシクロヘキサン、1,3,5−トリリチオベンゼン、1,3,5−トリリチオー2,4,6−トリエチルベンゼンなどの有機リチウム化合物;メチルナトリウム、エチルナトリウム、n−プロピルナトリウム、イソプロピルナトリウム、n−ブチルナトリウム、sec−ブチルナトリウム、tert−ブチルナトリウム、イソブチルナトリウム、フェニルナトリウム、ナトリウムナフタレン、シクロペンタジエニルナトリウムなどの有機ナトリウム化合物;などが挙げられる。中でもn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウムが好ましい。有機アルカリ金属化合物は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の製造方法で使用できる溶媒は、重合温度よりも常圧(1atm)での沸点が高い溶媒を含んでいれば種類と使用量に制限はなく、例えばペンタン(36.1℃)、イソペンタン(27.9℃)、2,2,4−トリメチルペンタン(99℃)、ヘキサン(68.7℃)、ヘプタン(98.4℃)、イソヘプタン(90℃)、オクタン(125.7℃)、イソオクタン(99℃)、ノナン(150.8℃)、デカン(174.1℃)、シクロペンタン(49.3℃)、シクロヘキサン(80.7℃)、メチルシクロヘキサン(101.1℃)、エチルシクロヘキサン(132℃)、シクロヘプタン(118.1℃)、メチルシクロヘプタン(135.8℃)などの飽和脂肪族炭化水素;ベンゼン(80.1℃)、トルエン(110.6℃)、エチルベンゼン(136.2℃)、プロピルベンゼン(159.2℃)、ブチルベンゼン(183.4℃)、o−キシレン(144.4℃)、m−キシレン(139.1℃)、p−キシレン(138.4℃)などの芳香族炭化水素;などが挙げられる。これらの中でもシクロヘキサン、n−ヘキサンが特に好ましい。溶媒は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。中でも、常圧における沸点が重合温度よりも高い炭化水素を溶媒の構成成分として50質量%以上含むことが好ましく、シクロヘキサンを50質量%以上含む溶媒がより好ましく、シクロヘキサンを80質量%以上含む溶媒がさらに好ましい。このような溶媒であれば、得られるアニオン重合体を含む反応液からの溶媒の除去を経済的有利に実施できる。
なお、上記溶媒には、本発明の効果を損ねない範囲で、重合温度よりも常圧での沸点が低い溶媒、例えばブタン(−0.5℃)、イソブタン(−11.7℃)や上記で挙げられた溶媒の中で重合温度よりも常圧での沸点が低いもの、が含まれていてもよい。重合温度よりも常圧での沸点が低い溶媒の含有量は50質量%未満が好ましく、30質量%未満がより好ましく、10質量%未満がさらに好ましい。
本発明の製造方法で使用できる重合停止剤としては、例えば水素分子、酸素分子、水;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ヘプタノール、シクロヘキサノール、フェノール、ベンジルアルコール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、グリセリン、カテコールなどのアルコール;塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、塩化エチル、臭化エチル、ヨウ化エチル、塩化ブチル、臭化ブチル、ヨウ化ブチル、塩化ベンジル、臭化ベンジル、ヨウ化ベンジル、弗化トリメチルシリル、塩化トリメチルシリル、臭化トリメチルシリル、ヨウ化トリメチルシリル、弗化トリエチルシリル、塩化トリエチルシリル、臭化トリエチルシリル、ヨウ化トリエチルシリル、弗化トリブチルシリル、塩化トリブチルシリル、臭化トリブチルシリル、ヨウ化トリブチルシリル、弗化トリフェニルシリル、塩化トリフェニルシリル、臭化トリフェニルシリル、ヨウ化トリフェニルシリルなどのハロゲン化合物;2−ヘプタノン、4−メチル−2−ペンタノン、シクロペンタノン、2−ヘキサノン、2−ペンタノン、シクロヘキサノン、3−ペンタノン、アセトフェノン、2−ブタノン、アセトンなどのケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル;エチレンオキシド、プロピレンオキシドなどのエポキシ化合物;などが挙げられる。これらの重合停止剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。また、これらの重合停止剤はアニオン重合体の末端変性剤としての機能を有していてもよい。重合停止剤の使用量には特に制限はなく、所望に応じて適宜設定できるうえ、重合に使用できる溶媒で希釈して用いてもよい。
本発明の製造方法は、重合温度よりも常圧での沸点が高い溶媒1kgに対する不活性ガスの存在量が20mmol以下となる条件で、前述の共役ジエン、芳香族ビニル化合物、またはそれらの混合物をアニオン重合することを特徴とする。反応器としては、気相部分に直接式または間接式に還流凝縮器を有する完全混合型反応器を使用することが好ましい。また、不活性ガスと同伴する溶媒成分の系外流出を低減する点で、不活性ガスが還流凝縮器を介して排気できるように不活性ガスを排気するためのポンプを設置していることが好ましい。反応器は反応液の加熱冷却などの温度制御を目的に外部にジャケットを有していてもよく、その構造には特に制限なく、公知の方式のものが使用できる。また、所望に応じて冷却伝熱を増加させる目的で反応器内部に冷却バッフルまたは冷却コイルなどを付設してもよい。
還流凝縮器の構造に特に制限はないが、多管式還流凝縮器を使用することが好ましい。還流凝縮器は直列または並列で複数の還流凝縮器を連結していてもよく、各々の還流凝縮器に異なる冷媒を通じてもよい。とりわけ、1つの還流凝縮器を用いることが反応器の建設費用を低減できることから経済的である。1つの還流凝縮器を用いる場合はその伝熱面積をA(m2)、複数の還流凝縮器を連結する場合はその伝熱面積の総和をA(m2)とすると、伝熱面積A(m2)の反応器内容積V(m3)に対するA/V比が20〜0.1であることが好ましく、10〜0.5であることがより好ましい。還流凝縮器に通じる冷媒の種類に特に制限はないが、水、グリコール類、アルコール類、グリセロール類、グリセリン類などの凍結防止剤を含有してなる水溶液が好ましく使用できる。冷媒の温度は還流する溶媒が凍結しない温度から反応液温度の範囲であれば特に制限はないが、−20〜50℃の範囲、より好ましくは5〜30℃の範囲であることが大型冷凍機を必要としないことから経済的である。冷媒流通量は還流凝縮器の耐圧の範囲以下であれば特に制限はない。
リビング重合体Iの製造は、不活性ガス雰囲気下で行うことが一般的である。操作の具体例としては、不活性ガスで置換した反応器内に溶媒および重合開始剤として有機アルカリ金属化合物を仕込んで所定温度に昇温し、モノマーを適宜添加することでリビング重合体Iを製造する。なお、リビング重合体Iとして共役ジエンをモノマー単位として含むリビング重合体を製造する場合、共役ジエンの結合様式を制御するためのルイス塩基は、モノマー添加の際に同時に添加してもよいし、予め反応器に仕込んでおいてもよい。
前記有機アルカリ金属化合物の使用量は、所望のアニオン重合体の重量平均分子量および重合体濃度にあわせて適宜設定できるが、反応溶媒1kgに対して2×10−3mmol〜500mmolの範囲が好ましい。重合温度に特に制限はないが、溶媒凝固点以上かつ重合体の熱分解温度以下としての−20〜250℃の範囲から選択でき、20〜110℃の範囲が好ましい。この温度範囲であれば短い反応時間で分子量分布の狭いリビング重合体を製造できる。圧力に特に制限はない。反応時間に特に制限はないが、通常、1〜20時間の範囲から選択でき、2〜10時間の範囲が好ましい。この時間範囲であれば、90%以上の高いモノマー転化率を達成できることから、経済的有利にリビング重合体Iを製造できる。
リビング重合体Iを含む反応液に含まれるリビング重合体Iの濃度に特に制限はないが、1〜50質量%の範囲となるように製造することが好ましく、この範囲であれば反応液の粘度が低いことに起因して分子量分布の狭いリビング重合体Iが製造でき、ひいては分子量分布の狭い良好な力学物性を示すアニオン重合体を製造できる。また、アニオン重合体の製造に用いる場合には溶媒を追加することによってリビング重合体Iの濃度を低下させてもよい。
本発明のアニオン重合体の製造方法について詳細に説明すると、まず還流凝縮器および不活性ガスを排気するためのポンプを付設してなる完全混合型反応容器に、溶媒、およびアニオン重合開始剤として有機アルカリ金属化合物または前記リビング重合体Iを導入する。なお、この段階では不活性ガスが存在していてもよい。
アニオン重合体のモノマーを供給してアニオン重合するに際し、反応溶媒1kgに対する不活性ガスの存在量が20mmol以下となるまで排気する。反応溶媒1kgに対する不活性ガスの存在量は、好ましくは15mmol以下、より好ましく9mmol以下、さらに好ましくは5mmol以下である。反応系中の不活性ガスの量を上記範囲内とすることにより、系内を負圧にし、還流凝縮器で溶媒を還流させ、効率よく重合反応熱を除去することができる。系内の不活性ガスの存在量を低減するための排気操作は、アニオン重合体のモノマー供給前に施してもよければ、供給中に施してもよければ、供給後に施してもよい。
排気する不活性ガスに同伴するモノマー量を低減する観点から、アニオン重合体のモノマーを供給する前に還流凝縮器を介してポンプで不活性ガスを系外に排出し、気相部を溶媒の蒸気で充満させることによって実質的に不活性ガスが存在しないようにし、続いてモノマーを供給し、密閉系でアニオン重合することが好ましい。
なお、モノマー供給の際にモノマーと共に不活性ガスが反応系内に供給される場合があるが、その不活性ガスの量は僅かであり、還流凝縮器での除熱効率を著しく低下させるものではない。したがって、モノマー供給の際に必ずしも不活性ガスを排気する必要はないが、所望により、モノマー供給完了時に排気操作を施すことが好ましい。
得られるアニオン重合体の反応液中における濃度に特に制限はないが、1〜50質量%の範囲となるように製造することが好ましく、5〜25質量%の範囲となるように製造することがより好ましい。重合開始剤としてリビング重合体Iを使用する場合には、得られるアニオン重合体(リビング重合体Iとの共重合体)の濃度が前記範囲となるように、リビング重合体Iの濃度および使用量を適宜調整することが好ましい。アニオン重合体の濃度が上記範囲であれば反応液粘度が低いことに起因して分子量分布の狭い良好な力学物性を示すアニオン重合体を製造できる。
このようにして製造できるアニオン重合体が共役ジエンに由来する不飽和二重結合を有する場合には、アニオン重合体の耐熱性、耐酸化性、耐候性、耐オゾン性などを向上させる観点から、アニオン重合体を含む反応液をそのまま、または重合に用いる溶媒で希釈してから水素化反応に付すこともできる。水素化にはニッケル系やコバルト系のチーグラー触媒、チタン系触媒などの各種水素化触媒を特に制限なく使用することができる。なお、チタン系触媒はチーグラー触媒に比べて単位金属当たりの触媒活性が高いことに起因して触媒使用量が少ないため、水素化反応液からの触媒成分の除去が必要ないか、または触媒成分の除去が簡便である。
チタン系触媒としては、例えばビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロリドと2等量以上の有機アルカリ金属化合物を反応させたのちに、所望に応じて共役ジエン、アルカリ金属アルコキシド、有機アルミニウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機亜鉛化合物、有機錫化合物、有機シラン化合物、またはそれらの前駆体となりうる化合物などと作用させたもの;ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジクロリドとアルカリ金属ハライド又は2当量以上の有機アルミニウム化合物とを作用させたもの;ビス(シクロペンタジエニル)チタニウムジフルオリドを有機シラン化合物と作用させたものなどが挙げられる。所望に応じて、チタン系触媒の助触媒として、アルカリ金属ハライド、アルカリ金属アルコキシド類、有機アルミニウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機亜鉛化合物、有機錫化合物、有機シラン化合物などをさらに併用してもよい。
チタン系触媒の使用量は、共役ジエンに由来する不飽和二重結合1モルに対してチタン原子として1.0×10−5〜1.0×10−1ミリモルの範囲が好ましい。1.0×10−5ミリモル以上で水素化反応が開始でき、1.0×10−2ミリモル以下であれば触媒成分の除去作業を行わなくとも、単離してなる水素化アニオン重合体の黄変を防ぐことができる。1.0×10−3〜1.0×10−2ミリモルの範囲がより好ましく、この範囲であれば工業実施に十分な水素化反応時間および製品として十分な水素化率を達成できる。
水素分子はガス状で使用でき、その圧力は常圧以上であれば特に制限はないが、0〜20MPaGの範囲であることが水素化重合体を工業的有利に製造できる点で好ましく、触媒使用量を低減できる点で、0.5〜10MPaGの範囲がより好ましい。20MPaG以下であれば触媒水素分解が併発しても少ない触媒使用量で水素化を実施できる。
水素化に要する時間は条件によって適宜選択できるが、触媒との共存開始から10分〜24時間の範囲であることが水素化アニオン重合体を工業的有利に製造できる点で好ましく、30分〜10時間の範囲がより好ましい。10分以上であれば水素化率を制御でき、24時間以下であれば共役ジエン重合体の熱分解を抑制できる。
水素化反応を終了した後の反応液は、必要に応じてさらに溶媒で希釈するかまたは濃縮してから、塩基性水溶液または酸性水溶液で洗浄することにより、反応液から触媒成分を除去することができる。
・シクロヘキサン:モレュラーシーブス3Aで脱水し、さらに窒素ガスバブリングしたものを使用した。
・sec−ブチルリチウム:1.32mmol/gのシクロヘキサン溶液を使用した。
・N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン:中性活性アルミナで脱水し、さらに窒素ガスバブリングし、必要に応じてシクロヘキサンで希釈して使用した。
・ブタジエン:モレュラーシーブス3Aおよび中性活性アルミナによって水分および重合禁止剤を除去したうえ、窒素置換したものを使用した。
・スチレン:中性活性アルミナで水分および重合禁止剤を除去し、さらに窒素置換したものを使用した。
以下の実施例及び比較例で得られた重合体の、重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下GPCと称する)測定により標準ポリスチレン換算で測定した。測定条件は以下のとおり。
[GPC分析]
装置:東ソー株式会社製、HLC−8320GPC EcoSECシステム
試料:重合体5mgをテトラヒドロフラン10mLに溶解させた溶液
試料注入量:1μL
カラム:東ソー株式会社製TSKgel SuperHZ4000
(内径4.6mm×長さ150mm)
カラム温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン
溶離液流量:1.0mL/分
検出器:UV検出器(検出波長254nm)
検量線:標準ポリスチレンにより作成
以下の実施例及び比較例で得られた重合体又は重合中間体について、1H−核磁気共鳴分光法(以下1H−NMR分析と略する)を行った。測定条件は以下のとおり。
[1H−NMR分析]
装置:ブルカー・バイオスピン株式会社製、AVANCEIII 600USPlus)
試料:重合体50mgを重クロロホルム1.0gに溶解させた溶液
基準物質:テトラメチルシラン
測定温度:32℃(305K)
積算回数:256回
(1)温度計、電気ヒーター、電磁誘導攪拌装置、ガス供給口、サンプリング口、原料供給口、および水冷式冷却管を設けた100mLガラス製耐圧ビンを備えた容量3LのSUS316製オートクレーブの内部を窒素ガスで置換した後、シクロヘキサン1513.0gおよびsec−ブチルリチウムの1.32mmol/gシクロヘキサン溶液1.235g(sec−ブチルリチウムとして1.63mmol)を加え500rpmで攪拌しながら30分かけて50℃に昇温した。次いで、スチレン45.54g(437.3mmol)をオートクレーブ内に一括添加し、窒素ガスで0.3MPaGに昇圧して液温50〜52℃で1時間重合した。
重合中間体の1H−NMR分析によると、スチレンの芳香環に結合した水素原子5Hに帰属できるピークがδ6.2〜7.5ppm、ブタジエンの1,2−結合単位2Hに帰属できるピークがδ4.8〜5.1ppm、ブタジエンの1,4−結合単位2Hに帰属できるピークがδ5.2〜5.5ppmに観測できた。
スチレンは全てスチレンブロックを形成しており、スチレンピーク積分値と各種結合様式(1,2−結合単位、1,4−結合単位)を有するブタジエン由来のピーク積分値の比からスチレンブロックに結合したブタジエンモル量を算出した。
次いで、仕込みブタジエン総モル量に対するスチレンブロックに結合したブタジエンの総モル量の割合を転化率(%)と定義し、ブタジエンの転化率を算出した。
ブタジエン供給開始の時点を反応0時間とすると、反応30分後の圧力は0.00MPaGであり転化率は68.5%であった。反応1時間後の圧力は−0.018MPaGであり転化率は87.5%であった。反応2時間後の圧力は−0.030MPaGであり転化率は99.1%であった。反応2時間のサンプリング直後に窒素ガスによって重合圧力を0.30MPaGとした。反応3時間後の圧力は0.30MPaGであり転化率は99.8%であった。結果を表1に示す。
実施例1の(2)において、真空ポンプを用いて10分かけてオートクレーブ内の圧力を−0.063MPaGに減圧操作する代わりに、0.3MPaGで10分待った。さらに、窒素ガスで全圧を0.5MPaGに加圧した耐圧容器に貯蔵していたブタジエン176.08gを10分かけて供給した。それ以外は、実施例1と同様の操作を施した。ブタジエンの転化率の経時変化を表1に、得られたブロック共重合体の分析結果を表2に示す。
図1に示した装置を用いてアニオン重合反応を行った。1は容積2.7m3の反応器であり、2は攪拌機でありリビング重合体およびアニオン重合体の製造においてその動力数を1.7kW/m3にしており、3は伝熱面積7.3m2の簡易ジャケットであり冷媒流量は3.0m3/hrを一定としながら所望に応じて温度を10〜100℃の範囲で変化させうる。4は伝熱面積12m2の還流凝縮器であり10℃の冷媒を7.0m3/hr一定で通じる、5は排気量8m3/hrの排気ポンプであり、6は不活性ガス供給口であり、7は圧力計であり、8は圧力調整弁であり、9は溶媒、重合開始剤、ビニル化剤、および重合停止剤の供給口であり、10はモノマー供給口であり、11は液相温度計であり、12はサンプリング口であり、13は還流凝縮液遮断弁であり排気ポンプを稼動しない場合を除いては通常は開の状態であり、14は排気遮断弁であり排気ポンプを稼動する場合を除いては通常は閉の状態であり、15は蒸気用温度計であり、16は蒸気用ジャケットであり不活性ガスが殆ど存在しない状態でアニオン重合する場合でのみ10MJ/hrで加熱する。なお、還流凝縮器の伝熱面積A(m2)の反応器内容積V(m3)に対するA/V比は4.4であった。
なお、蒸気用温度計15は排気直前の0.03MPaGの時に6℃を示していたが、排気を進めるに伴い温度が上昇し、排気完了後の−0.065MPaGで47℃を示した。これによって、反応器内部がシクロヘキサン蒸気で満たされていることを確認した。
また、GPC分析によればサンプリングした反応液より得たポリスチレンのピークは単一であり、Mwは30,900であり、Mw/Mnは1.02であった。
ブタジエンおよびシクロヘキサンの熱容量はルードウィッヒズ アプライド プロセス デザイン フォー ケミカル アンド ペトロケミカル プランツ(Ludwig‘s Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants)、第2巻、4版、及びガルフ プロフェッショナル パブリッシング(Gulf Professional Publishing)、2010年、766〜767頁などで明らかであり、ブタジエン55℃の熱容量は2.43kJ kg−1 K−1であり、シクロヘキサン55℃の熱容量は2.00kJ kg−1 K−1である。なお、重合体のシクロヘキサン溶液の熱容量はシクロヘキサンそのものの熱容量と有意な差が無かったことから、2.00kJ kg−1 K−1とした。重合体溶液の温度変化は1分間隔で確認しており、その温度変化から蓄熱量QCM(MJ)を計算した。
簡易ジャケット3の冷媒流量は3.0m3/hrであり、入口温度と出口温度の温度変化を1分間隔で確認しており、その温度差の積分値から簡易ジャケット除熱量QJK(MJ)を計算した。
蒸気用ジャケット16を用いて10MJ/hrで加熱しており、蒸気用ジャケット供給熱量QVAP(MJ)を算出した。
還流凝縮器4での除熱総量QCON(MJ)は、重合反応熱量QREACT(MJ)と蒸気用ジャケット供給熱量QVAP(MJ)から蓄熱量QCM(MJ)と簡易ジャケット除熱量QJK(MJ)を差し引くことで算出した。
反応30分後でQREACT31MJ、QVAP5MJ、QCM8MJ、QJK9MJ、QCON19MJであり、反応1時間後でQREACT104MJ、QVAP10MJ、QCM24MJ、QJK47MJ、QCON44MJであり、反応2時間後でQREACT181MJ、QVAP20MJ、QCM25MJ、QJK115MJ、QCON61MJであり、反応2時間のサンプリング直後に窒素ガスによって重合圧力を0.30MPaGするとともに蒸気用ジャケットの加熱を停止して反応3.0時間後でQREACT183MJ、QVAP20MJ、QCM26MJ、QJK116MJ、QCON61MJであった。結果を表3に示す。
GPC分析によれば、ピークは単一であり、得られた共重合体のMwは308,700であり、Mw/Mnは1.08であった。1H−NMR分析によれば、ビニル化度は41.3%であった。
従って、本発明により、重合温度よりも常圧での沸点が高い溶媒を用いてモノマーをアニオン重合するに際して、簡便な装置を用いて重合反応熱を速やかに除去して温度制御することが可能となり、アニオン重合体を工業的有利に製造できる。
2;攪拌機、常時1.7kW/m3で攪拌
3;簡易ジャケット、伝熱面積7.3m2、冷媒を3.0m3/hr一定で通じる
4;還流凝縮器、伝熱面積12m2、10℃の冷媒を7.0m3/hr一定で通じる
5;排気ポンプ8m3/hr
6;不活性ガス供給口
7;圧力計
8;圧力調整弁
9;溶媒、重合開始剤、および重合停止剤の供給口
10;モノマー供給口
11;液相温度計
12;サンプリング口
13;還流凝縮液遮断弁
14;排気遮断弁
15;蒸気用温度計
16;蒸気用ジャケット、蒸気を10MJ/hrで加熱できる
Claims (14)
- 重合温度よりも常圧での沸点が高い溶媒1kgに対する不活性ガスの存在量が20mmol以下となる条件で、共役ジエン、または、共役ジエンおよび芳香族ビニル化合物をアニオン重合し、前記アニオン重合は、減圧状態で重合する工程を含む、アニオン重合体の製造方法。
- 重合温度よりも常圧での沸点が高い溶媒1kgに対する不活性ガスの存在量が20mmol以下となる条件で、共役ジエン、または、共役ジエンおよび芳香族ビニル化合物をアニオン重合するアニオン重合体の製造方法であって、
前記アニオン重合の前に減圧操作を行い、大気圧以下で前記アニオン重合を行う、アニオン重合体の製造方法。 - アニオン重合の開始剤として、有機アルカリ金属化合物、または1種類以上の共役ジエン、1種類以上の芳香族ビニル化合物もしくは1種類以上の共役ジエンと1種類以上の芳香族ビニル化合物のいずれかを、有機アルカリ金属化合物を用いて重合させてなるリビング共重合体を使用する、請求項1または2に記載のアニオン重合体の製造方法。
- 還流凝縮器の伝熱面積A(m2)の反応器内容積V(m3)に対するA/V比が20〜0.1である還流凝縮器を有する完全混合型反応器を用いて重合する、請求項1〜3のいずれかに記載のアニオン重合体の製造方法。
- 反応温度が20〜110℃の範囲でアニオン重合する、請求項1〜4のいずれかに記載のアニオン重合体の製造方法。
- 前記溶媒がシクロヘキサンを50質量%以上含むものである、請求項1〜5のいずれかに記載のアニオン重合体の製造方法。
- 前記アニオン重合体がブロック共重合体である、請求項1〜6のいずれかに記載のアニオン重合体の製造方法。
- モノマー供給前、供給中、および、供給後のいずれかにおいて、前記アニオン重合を行う反応系内の排気操作を行う、請求項1〜7のいずれかに記載のアニオン重合体の製造方法。
- モノマーから重合体への転化率が80%以上になると、不活性ガスによる加圧操作を行う、請求項1〜8のいずれかに記載のアニオン重合体の製造方法。
- 芳香族ビニル化合物を重合した後に前記共役ジエンを添加し、上記条件でアニオン重合を行う、請求項1〜9のいずれかに記載のアニオン重合体の製造方法。
- 前記アニオン重合の前に減圧操作を行い、大気圧以下で前記アニオン重合を行う、請求項1に記載のアニオン重合体の製造方法。
- 前記アニオン重合の終盤に、不活性ガスによる加圧操作を行う、請求項2または11に記載のアニオン重合体の製造方法。
- 前記共役ジエンとして、2種類以上の共役ジエンを用いる、請求項1〜12のいずれかに記載のアニオン重合体の製造方法。
- 前記芳香族ビニル化合物として、2種類以上の芳香族ビニル化合物を用いる、請求項1〜13のいずれかに記載のアニオン重合体の製造方法。
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