JP6738734B2 - 共役ジエン重合体の製造方法、共役ジエン重合体、ゴム組成物、タイヤ - Google Patents

共役ジエン重合体の製造方法、共役ジエン重合体、ゴム組成物、タイヤ Download PDF

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Description

本発明は、共役ジエン重合体の製造方法、共役ジエン重合体、ゴム組成物、タイヤに関する。
タイヤ等のゴム製品には、優れた耐破壊特性、耐摩耗性、耐亀裂成長性等が要求されるため、その原料として優れた弾性を有する天然ゴムを用いることが知られている。近年、ゴムノキの資源の減少により、天然ゴムの価格が高騰している。そのため、天然ゴムと同等の特性を有する合成ゴムが必要とされている。
天然ゴムはほぼ100%のシス−1,4−結合含量を有するポリイソプレンから実質的になり、この重合体の分子構造が弾性を生むと考えられている。この天然ゴムに関する知見に基づいて、高いシス−1,4−結合含量を有する共役ジエン重合体、及びその製造方法を開発する研究が盛んに行われている。
従来の高いシス−1,4−結合含量を有する共役ジエン重合体の製造方法として、ガドリニウム化合物のメタロセン型カチオン錯体からなる触媒を主触媒として用いる方法が知られている(特許文献1参照)。なお、上記従来の製造方法では、助触媒として、ホウ素化合物、アルミノキサン化合物(特にPMMAO)等も用いている。
特開2004−027179号公報
しかしながら、上記従来の共役ジエン重合体の製造方法では、使用する重合触媒組成物の主触媒の化合物を溶解させるために、重合反応の溶媒として、毒性及び価格が比較的高い芳香族炭化水素(トルエン等)を必要としていた。そのため、従来の共役ジエン重合体の製造方法では、環境負荷及び製造コストを十分に低くしつつ、共役ジエン重合体を製造することができない虞があった。
そこで、本発明は、環境負荷及び製造コストを低減させつつ、共役ジエン重合体を製造することが可能な共役ジエン重合体の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、該製造方法により製造された、高いシス−1,4−結合含量を有する共役ジエン重合体を提供することも目的とする。更に、本発明は、該共役ジエン重合体を含むゴム組成物を提供することも目的とする。更に、本発明は、該ゴム組成物を用いて製造されたタイヤを提供することも目的とする。
本発明の要旨は以下の通りである。
本発明の共役ジエン重合体の製造方法は、希土類元素化合物と、置換又は無置換のシクロペンタジエン、置換又は無置換のインデン、置換又は無置換のフルオレンからなる群から選択される少なくとも1種のシクロペンタジエン骨格を有する化合物とを含む重合触媒組成物を用いて、共役ジエン単量体を重合させるものである。ここで、前記希土類元素化合物は、式(1) M−(AQ 1 )(AQ 2 )(AQ 3 )・・・(1)
(式中、Mは、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し;AQ 1 、AQ 2 及びAQ 3 は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい官能基であり、ここで、Aは、窒素を表し;但し、少なくとも1つのM−A結合を有する)で表される化合物であることを特徴とする。
本発明の共役ジエン重合体の製造方法によれば、必ずしも重合反応の溶媒として、毒性及び価格が比較的高い芳香族炭化水素を必要としない。そのため、本発明の共役ジエン重合体の製造方法によれば、環境負荷及び製造コストを低減させつつ、共役ジエン重合体を製造することができる。
また、本発明の共役ジエン重合体の製造方法では、前記重合触媒組成物は、式(2)
YR1 a2 b3 c ・・・(2)
(式中、Yは、周期律表の第1族、第2族、第12族及び第13族の元素からなる群から選択される金属元素であり、R1及びR2は炭素数1〜10の炭化水素基又は水素原子であり、R3は炭素数1〜10の炭化水素基であり、但し、R1、R2及びR3はそれぞれ互いに同一または異なっていてもよく、また、Yが第1族の金属元素である場合には、aは1であり且つb及びcは0であり、Yが第2族又は第12族の金属元素である場合には、a及びbは1であり且つcは0であり、Yが第13族の金属元素である場合には、a,b及びcは1である)
で表される有機金属化合物を更に含むことが好ましく、ここで、R1、R2及びR3は少なくとも1つが異なっていることが更に好ましい。
更に、本発明の共役ジエン重合体の製造方法では、前記シクロペンタジエン骨格を有する化合物は、置換又は無置換のインデンであることが好ましい。
更に、本発明の共役ジエン重合体の製造方法では、前記重合触媒組成物は、アルミノキサン化合物を更に含むことが好ましく、前記アルミノキサン化合物は、MMAO又はTMAOであることが更に好ましい。
更に、本発明の共役ジエン重合体の製造方法では、前記重合触媒組成物は、ハロゲン化合物を更に含むことが好ましい。ここで、前記ハロゲン化合物の前記希土類元素化合物に対するモルにおける割合は、1.0〜10であることが好ましい。
更に、本発明の共役ジエン重合体の製造方法では、前記重合触媒組成物は、芳香族炭化水素を含まないことが好ましい。
更に、本発明の共役ジエン重合体の製造方法では、前記共役ジエン単量体は、イソプレン及び1,3−ブタジエンであることが好ましい。
本発明の共役ジエン重合体の製造方法によれば、環境負荷及び製造コストを低減させつつ、共役ジエン重合体を製造することができる。また、本発明の共役ジエン重合体によれば、極めて高いシス−1,4−結合含量を有する共役ジエン重合体を提供することができる。更に、本発明のゴム組成物によれば、上記本発明の共役ジエン重合体の効果を得ることができる。更に、本発明のタイヤによれば、上記本発明の共役ジエン重合体の効果を得ることができる。
以下、本発明の共役ジエン重合体の製造方法、本発明の共役ジエン重合体、本発明のゴム組成物、本発明のタイヤの実施形態について詳細に例示説明する。
本発明の実施形態の共役ジエン重合体の製造方法は、希土類元素化合物とシクロペンタジエン骨格を有する化合物とを含む本発明の実施形態の重合触媒組成物を用いて、共役ジエン単量体を重合させる方法である。
本発明の実施形態の共役ジエン重合体の製造方法によれば、重合触媒組成物の調製と、共役ジエン単量体の重合とを、ワンポットで行うことができ、これにより、触媒を精製する工程を省くことが可能となり、製造コストの低減や、触媒の効率的活用という効果を得ることができる。
従来の共役ジエン重合体の製造方法は、ガドリニウム化合物のメタロセン型カチオン錯体からなる触媒を主触媒として用いる。ここで、主触媒の化合物を溶解させるために、重合反応の溶媒として、毒性及び価格が比較的高い芳香族炭化水素(トルエン等)を必要とする。そのため、従来の共役ジエン重合体の製造方法では、環境負荷及び製造コストを十分に低くしつつ、共役ジエン重合体を製造することができない虞があった。
本発明の実施形態の共役ジエン重合体の製造方法は、希土類元素化合物を主触媒として用い、シクロペンタジエン骨格を有する化合物を添加物として用いる。ここで、上記主触媒及び添加物は、芳香族炭化水素(トルエン等)以外の溶媒(ヘキサン等)にも溶解させることが可能であり、必ずしも重合反応の溶媒として、毒性及び価格が比較的高い芳香族炭化水素を必要としない。言い換えれば、毒性及び価格が比較的高い芳香族炭化水素の、重合反応の溶媒としての必要性を低減することができる。そのため、本発明の実施形態の共役ジエン重合体の製造方法によれば、環境負荷及び製造コストを低減させつつ、共役ジエン重合体を製造することができる。
本発明の実施形態の共役ジエン重合体の製造方法では、反応系中において共役系配位子として機能し得るシクロペンタジエン骨格を有する化合物を添加物として用いる。ここで、シクロペンタジエン骨格を有する化合物は、反応系における触媒活性を向上させる役割を演じる。そのため、本発明の実施形態の共役ジエン重合体の製造方法によれば、重合に要する反応時間を比較的短くし、重合に要する反応温度を比較的高くすることができるため、重合反応系のロバスト性を高めることができる。
(共役ジエン重合体の製造方法)
本発明の一例の共役ジエン重合体の製造方法(以下、「一例の製造方法」ともいう)は、具体的には、
共役ジエン単量体を準備する、単量体準備工程と、
希土類元素化合物と、シクロペンタジエン骨格を有する化合物とを含む重合触媒組成物(一例の重合触媒組成物)を調製する、触媒系調製工程と、
前記共役ジエン単量体と前記重合触媒組成物とを混合して、共役ジエン単量体を重合させる、重合反応工程と、
を含む。
−重合触媒組成物−
本発明の一例の共役ジエン重合体の製造方法において用いられる本発明の一例の重合触媒組成物(以下、「一例の重合触媒組成物」ともいう)は、希土類元素化合物と、シクロペンタジエン骨格を有する化合物を含む。
以下、本発明の一例の重合触媒組成物について記載する。
一例の重合触媒組成物は、
・希土類元素化合物(以下、「(A)成分」ともいう)と、
・シクロペンタジエン骨格を有する化合物(以下、「(B)成分」ともいう)と、
を含むことを必要とする。
この一例の重合触媒組成物は、
・有機金属化合物(以下、「(C)成分」ともいう)
・アルミノキサン化合物(以下、「(D)成分」ともいう)
・ハロゲン化合物(以下、「(E)成分」ともいう)
を更に含んでもよい。
一例の重合触媒組成物は、脂肪族炭化水素に高い溶解性を有することが好ましく、脂肪族炭化水素中で均一系溶液となることが好ましい。ここで、脂肪族炭化水素としては、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、ペンタン等が挙げられる。
そして、一例の重合触媒組成物は、芳香族炭化水素を含まないことが好ましい。ここで、芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。
なお、「芳香族炭化水素を含まない」とは、重合触媒組成物に含まれる芳香族炭化水素の割合が0.1重量%未満であることを指す。
−−希土類元素化合物((A)成分)−−
(A)成分は、金属−窒素結合(M−N結合)を有する、希土類元素含有化合物又は該希土類元素含有化合物とルイス塩基との反応物とすることができる。
なお、希土類元素含有化合物としては、例えば、スカンジウム、イットリウム、又は原子番号57〜71の元素から構成されるランタノイド元素を含有する化合物等が挙げられる。ランタノイド元素とは、具体的には、ランタニウム、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミニウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムである。
またなお、ルイス塩基としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジメチルアニリン、トリメチルホスフィン、塩化リチウム、中性のオレフィン類、中性のジオレフィン類等が挙げられる。
ここで、希土類元素含有化合物又は該希土類元素含有化合物とルイス塩基との反応物は、希土類元素と炭素との結合を有しないことが好ましい。希土類元素含有化合物とルイス塩基との反応物が希土類元素−炭素結合を有さない場合、反応物が安定であり、取り扱いが容易である。
なお、上記(A)成分は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ここで、(A)成分は、式(1)
M−(AQ1)(AQ2)(AQ3) ・・・(1)
(式中、Mは、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し;AQ1、AQ2及びAQ3は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい官能基であり、ここで、Aは、窒素、酸素又は硫黄からなる群から選択される少なくとも1種を表し;但し、少なくとも1つのM−A結合を有する)
で表される化合物であることが好ましい。
なお、ランタノイド元素とは、具体的には、ランタニウム、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミニウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムである。
上記化合物によれば、反応系における触媒活性を向上させることができ、反応時間を短くし、反応温度を高くすることが可能となる。
上記式(1)中のMとしては、特に、触媒活性及び反応制御性を高める観点から、ガドリニウムが好ましい。
上記式(1)中のAが窒素である場合、AQ1、AQ2、及びAQ3(すなわち、NQ1、NQ2、及びNQ3)で表される官能基としては、アミド基等が挙げられる。そして、この場合、3つのM−N結合を有する。
アミド基としては、例えば、ジメチルアミド基、ジエチルアミド基、ジイソプロピルアミド基等の脂肪族アミド基;フェニルアミド基、2,6−ジ−tert−ブチルフェニルアミド基、2,6−ジイソプロピルフェニルアミド基、2,6−ジネオベンチルフェニルアミド基、2−tert−ブチル−6−イソプロピルフェニルアミド基、2−tert−ブチル−6−ネオベンチルフェニルアミド基、2−イソプロピル−6−ネオベンチルフェニルアミド基、2,4,6−tert−ブチルフェニルアミド基等のアリールアミド基;ビストリメチルシリルアミド基等のビストリアルキルシリルアミド基が挙げられ、特に、脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素に対する溶解性の観点から、ビストリメチルシリルアミド基が好ましい。上記アミド基は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記構成によれば、(A)成分を3つのM−N結合を有する化合物とすることができ、各結合が化学的に等価となり、化合物の構造が安定となるため、取り扱いが容易となる。
また、上記構成とすれば、反応系における触媒活性を更に向上させることができる。そのため、反応時間を更に短くし、反応温度を更に高くすることができる。
Aが酸素である場合、式(1)で表される(A)成分としては、特に制限されないが、例えば、下記式(1a)
(RO)3M ・・・(1a)
で表される希土類アルコラート、
下記式(1b)
(R−CO23M ・・・(1b)
で表される希土類カルボキシレート等が挙げられる。ここで、上記式(1a)及び(1b)の各式中、Rは、同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜10のアルキル基である。
なお、(A)成分としては、希土類元素と炭素との結合を有しないことが好ましいため、上述した化合物(I)又は化合物(II)を好適に使用できる。
Aが硫黄である場合、式(1)で表される(A)成分としては、特に制限されないが、例えば、下記式(1c)
(RS)3M ・・・(1c)
で表される希土類アルキルチオラート、
下記式(1d)
(R−CS23M ・・・(1d)
で表される化合物等が挙げられる。ここで、上記式(1c)及び(1d)の各式中、Rは、同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜10のアルキル基である。
なお、(A)成分としては、希土類元素と炭素との結合を有しないことが好ましいため、上述した化合物(1c)又は化合物(1d)を好適に使用できる。
−−シクロペンタジエン骨格を有する化合物((B)成分)−−
(B)成分は、シクロペンタジエン骨格を有する限り特に限定されず、シクロペンタジエン及びあらゆるシクロペンタジエン誘導体とすることができる。
本発明の実施形態では、特に、重合触媒としてのかさ高さを有利に増大させて、反応時間を短くし、反応温度を高くすることができるため、置換又は無置換のシクロペンタジエン、置換又は無置換のインデン(インデニル基を有する化合物)、置換又は無置換のフルオレンからなる群から選択される少なくとも1種としてよい。
上記シクロペンタジエン骨格を有する化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
置換シクロペンタジエンとしては、例えば、ペンタメチルシクロペンタジエン、テトラメチルシクロペンタジエン、イソプロピルシクロペンタジエン、トリメチルシリル−テトラメチルシクロペンタジエン等が挙げられる。
置換インデンとしては、例えば、インデン、2−フェニル−1H−インデン、3−ベンジル−1H−インデン、3−メチル−2−フェニル−1H−インデン、3−ベンジル−2−フェニル−1H−インデン、1−ベンジル−1H−インデン等挙げられ、特に、分子量分布を小さくする観点から、3−ベンジル−1H−インデン、1−ベンジル−1H−インデンが好ましい。
置換フルオレンとしては、例えば、トリメチルシリルフルオレン、イソプロピルフルオレン等が挙げられる。
上記構成によれば、シクロペンタジエン骨格を有する化合物が具える共役電子を増加させることができ、反応系における触媒活性を更に向上させることができる。そのため、反応時間を更に短くし、反応温度を更に高くすることができる。
−−有機金属化合物((C)成分)−−
(C)成分は、式(2)
YR4 a5 b6 c ・・・(2)
(式中、Yは、周期律表の第1族、第2族、第12族及び第13族の元素からなる群から選択される金属元素であり、R4及びR5は炭素数1〜10の炭化水素基又は水素原子であり、R6は炭素数1〜10の炭化水素基であり、但し、R4、R5及びR6はそれぞれ互いに同一または異なっていてもよく、また、Yが第1族の金属元素である場合には、aは1であり且つb及びcは0であり、Yが第2族又は第12族の金属元素である場合には、a及びbは1であり且つcは0であり、Yが第13族の金属元素である場合には、a,b及びcは1である)
で表される化合物である。
ここで、触媒活性を高める観点から、式(2)において、R1、R2及びR3は少なくとも1つが異なっていることが好ましい。
詳細には、(C)成分は、式(3)
AlR789 ・・・(3)
(式中、R7及びR8は、炭素数1〜10の炭化水素基又は水素原子であり、R9は、炭素数1〜10の炭化水素基であり、R7、R8及びR9は、同一であっても異なっていてもよい)
で表される有機アルミニウム化合物であることが好ましい。
上記有機アルミニウム化合物としては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリ−n−プロピルアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリ−n−ブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−t−ブチルアルミニウム、トリペンチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリシクロヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム;水素化ジエチルアルミニウム、水素化ジ−n−プロピルアルミニウム、水素化ジ−n−ブチルアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化ジヘキシルアルミニウム、水素化ジイソヘキシルアルミニウム、水素化ジオクチルアルミニウム、水素化ジイソオクチルアルミニウム;エチルアルミニウムジハイドライド、n−プロピルアルミニウムジハイドライド、イソブチルアルミニウムジハイドライド等が挙げられ、特に、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、水素化ジエチルアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウムが好ましく、更に特に、水素化ジイソブチルアルミニウムが好ましい。
上記有機アルミニウム化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
−−アルミノキサン化合物((D)成分)−−
(D)成分は、有機アルミニウム化合物と縮合剤とを接触させることによって得られる化合物である。
(D)成分を用いることによって、重合反応系における触媒活性を更に向上させることができる。そのため、反応時間を更に短くし、反応温度を更に高くすることができる。
ここで、有機アルミニウム化合物としては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム等のトリアルキルアルミニウム、及びその混合物等が挙げられ、特に、トリメチルアルミニウム、トリメチルアルミニウムとトリブチルアルミニウムとの混合物が好ましい。
縮合剤としては、例えば、水等が挙げられる。
(D)成分としては、例えば、式(4)
−(Al(R10)O)n− ・・・(4)
(式中、R10は、炭素数1〜10の炭化水素基であり、ここで、炭化水素基の一部はハロゲン及び/又はアルコキシ基で置換されてもよく;R10は、繰り返し単位間で同一であっても異なっていてもよく;nは5以上である)
で表されるアルミノキサンを挙げることができる。
上記アルミノキサンの分子構造は、直鎖状であっても環状であってもよい。
nは10以上であることが好ましい。
10の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソブチル基等が挙げられ、特に、メチル基が好ましい。上記炭化水素基は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。Rの炭化水素基としては、メチル基とイソブチル基との組み合わせが好ましい。
上記アルミノキサンは、脂肪族炭化水素に高い溶解性を有することが好ましく、芳香族炭化水素に低い溶解性を有することが好ましい。例えば、ヘキサン溶液として市販されているアルミノキサンが好ましい。
ここで、脂肪族炭化水素とは、ヘキサン、シクロヘキサン等が挙げられる。
(D)成分は、特に、式(5)
−(Al(CH3x(i−C49yO)m− ・・・(5)
(式中、x+yは1であり;mは5以上である)
で表される修飾アルミノキサン(以下、「TMAO」ともいう)としてよい。TMAOとしては、例えば、東ソー・ファインケミカル社製の製品名:TMAO341が挙げられる。
また、(D)成分は、特に、式(6)
−(Al(CH30.7(i−C490.3O)k− ・・・(6)
(式中、kは5以上である)
で表される修飾アルミノキサン(以下、「MMAO」ともいう)としてよい。MMAOとしては、例えば、東ソー・ファインケミカル社製の製品名:MMAO−3Aが挙げられる。
更に、(D)成分は、特に、式(7)
−[(CH3)AlO]i− ・・・(7)
(式中、iは5以上である)
で表される修飾アルミノキサン(以下、「PMAO」ともいう)としてよい。PMAOとしては、例えば、東ソー・ファインケミカル社製の製品名:TMAO−211が挙げられる。
(D)成分は、触媒活性を向上させる効果を高める観点から、上記MMAO、TMAO、PMAOのうち、MMAO又はTMAOであることが好ましく、特に、触媒活性を向上させる効果を更に高める観点から、TMAOであることが更に好ましい。
−−ハロゲン化合物((E)成分)−−
(E)成分は、ルイス酸であるハロゲン含有化合物(以下、「(E−1)成分」ともいう)、金属ハロゲン化物とルイス塩基との錯化合物(以下、「(E−2)成分」ともいう)、及び活性ハロゲンを含む有機化合物(以下、「(E−3)成分」ともいう)からなる群から選択される少なくとも1種の化合物である。
これらの化合物は、(A)成分、すなわち、M−N結合を有する、希土類元素含有化合物又は該希土類元素含有化合物とルイス塩基との反応物と反応して、カチオン性遷移金属化合物、ハロゲン化遷移金属化合物、及び/又は遷移金属中心において電子が不足した状態の遷移金属化合物を生成する。
(E)成分を用いることによって、共役ジエン重合体のシス−1,4−結合含量を向上させることができる。
(E−1)成分としては、例えば、第3族、第4族、第5族、第6族、第8族、第13族、第14族又は第15族の元素を含むハロゲン含有化合物等が挙げられ、特に、アルミニウムのハロゲン化物又は有機金属のハロゲン化物が好ましい。
ルイス酸であるハロゲン含有化合物としては、例えば、四塩化チタン、六塩化タングステン、トリ(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルアルミニウムジブロマイド、メチルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジブロマイド、エチルアルミニウムジクロライド、ブチルアルミニウムジブロマイド、ブチルアルミニウムジクロライド、ジメチルアルミニウムブロマイド、ジメチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムブロマイド、ジエチルアルミニウムクロライド、ジブチルアルミニウムブロマイド、ジブチルアルミニウムクロライド、メチルアルミニウムセスキブロマイド、メチルアルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムセスキブロマイド、エチルアルミニウムセスキクロライド、アルミニウムトリブロマイド、トリ(ペンタフルオロフェニル)アルミニウム、ジブチル錫ジクロライド、四塩化錫、三塩化リン、五塩化リン、三塩化アンチモン、五塩化アンチモン等が挙げられ、特に、エチルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジブロマイド、ジエチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムブロマイド、エチルアルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムセスキブロマイドが好ましい。
ハロゲンとしては、塩素又は臭素が好ましい。
上記ルイス酸であるハロゲン含有化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(E−2)成分に用いられる金属ハロゲン化物としては、例えば、塩化ベリリウム、臭化ベリリウム、ヨウ化ベリリウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、塩化バリウム、臭化バリウム、ヨウ化バリウム、塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、塩化カドミウム、臭化カドミウム、ヨウ化カドミウム、塩化水銀、臭化水銀、ヨウ化水銀、塩化マンガン、臭化マンガン、ヨウ化マンガン、塩化レニウム、臭化レニウム、ヨウ化レニウム、塩化銅、ヨウ化銅、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、塩化金、ヨウ化金、臭化金等が挙げられ、特に、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化亜鉛、塩化マンガン、塩化銅が好ましく、更に特に、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化マンガン、塩化銅が好ましい。
(E−2)成分に用いられるルイス塩基としては、リン化合物、カルボニル化合物、窒素化合物、エーテル化合物、アルコールが好ましい。
例えば、リン酸トリブチル、リン酸トリ−2−エチルヘキシル、リン酸トリフェニル、リン酸トリクレジル、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジエチルホスフィノエタン、ジフェニルホスフィノエタン、アセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、プロピオニトリルアセトン、バレリルアセトン、エチルアセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸フェニル、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジフェニル、酢酸、オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、安息香酸、ナフテン酸、バーサチック酸、トリエチルアミン、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、ジフェニルエーテル、2−エチルヘキシルアルコール、オレイルアルコール、ステアリルアルコール、フェノール、ベンジルアルコール、1−デカノール、ラウリルアルコール等が挙げられ、特に、リン酸トリ−2−エチルヘキシル、リン酸トリクレジル、アセチルアセトン、2−エチルヘキサン酸、バーサチック酸、2−エチルヘキシルアルコール、1−デカノール、ラウリルアルコールが好ましい。
上記ルイス塩基のモル数は、上記金属ハロゲン化物1モル当たり、0.01〜30モル、好ましくは0.5〜10モルの割合で反応させる。このルイス塩基との反応物を使用すると、ポリマー中に残存する金属を低減することができる。
(E−3)成分としては、例えば、ベンジルクロライド等が挙げられる。
以下、一例の重合触媒組成物の各成分間の重量割合について記載する。
(B)成分(シクロペンタジエン骨格を有する化合物)の(A)成分(希土類元素化合物)に対するモルにおける割合は、触媒活性を十分に得る観点から、0超であることが好ましく、0.5以上であることが更に好ましく、1以上であることが特に好ましく、触媒活性の低下を抑制する観点から、3以下であることが好ましく、2.5以下であることが更に好ましく、2.2以下であることが特に好ましい。
(C)成分(有機金属化合物)の(A)成分に対するモルにおける割合は、反応系における触媒活性を向上させる観点から、1以上であることが好ましく、5以上であることが更に好ましく、反応系における触媒活性の低下を抑制する観点から、50以下であることが好ましく、30以下であることが更に好ましく、具体的には、約10であることが好ましい。
(D)成分(アルミノキサン)中のアルミニウムの、(A)成分中の希土類元素に対するモルにおける割合は、反応系における触媒活性を向上させる観点から、10以上であることが好ましく、100以上であることが更に好ましく、反応系における触媒活性の低下を抑制する観点から、1000以下であることが好ましく、800以下であることが更に好ましい。
(E)成分(ハロゲン化合物)の(A)成分に対するモルにおける割合は、触媒活性を向上させる観点から、0以上であることが好ましく、0.5以上であることが更に好ましく、1.0以上であることが特に好ましく、(E)成分の溶解性を保持し、触媒活性の低下を抑制する観点から、20以下であることが好ましく、10以下であることが更に好ましい。
そのため、上記範囲によれば、共役ジエン重合体のシス−1,4−結合含量を向上させる効果を高めることができる。
なお、一例の重合触媒組成物は、非配位性アニオン(例えば、4価のホウ素アニオン等)とカチオン(例えば、カルボニウムカチオン、オキソニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、シクロヘプタトリエニルカチオン、遷移金属を有するフェロセニウムカチオン等)とからなるイオン性化合物を含まないことが好ましい。ここで、イオン性化合物は、芳香族炭化水素に高い溶解性を有し、炭化水素に低い溶解性を有する。そのため、イオン性化合物を含まない重合触媒組成物とすれば、環境負荷及び製造コストを更に低減させつつ、共役ジエン重合体を製造することができる。
なお、「イオン性化合物を含まない」とは、重合触媒組成物に含まれるイオン性化合物の割合が0.01重量%未満であることを指す。
−共役ジエン単量体−
本発明の一例の共役ジエン重合体の製造方法において用いられる共役ジエン単量体としては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、及び1,3−ヘキサジエン等が挙げられ、特に、ゴム組成物やタイヤ等の諸性能を向上させる観点から、1,3−ブタジエン、イソプレンが好ましい。
これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
特に、共役ジエン単量体として、イソプレンと1,3−ブタジエンとを用いる場合、イソプレンの1,3−ブタジエンに対する割合は、反応系における触媒活性を向上させる観点、及び、分子量分布を小さくする観点から、1以上であることが好ましく、3以上であることが更に好ましく、7以上であることが特に好ましい。
上記各工程において用いられる試薬は、無溶媒で又はそれぞれの試薬に適当な溶媒と共に用いてよい。
上記各工程では、試薬及び溶媒は、蒸留、脱気、凍結乾燥等の精製操作を適宜行った後に用いることが好ましい。
また、上記各工程、特に、触媒系調製工程及び重合反応工程は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において行われることが好ましい。
ここで、共役ジエン単量体100gに対する(A)成分のモル量としては、触媒活性を十分に得る観点から、0.01mmol以上であることが好ましく、0.03mmol以上であることが更に好ましく、また、触媒の過剰を防ぐ観点から、0.5mmol以下であることが好ましく、0.05mmol以下であることが更に好ましい。
溶媒は、重合反応において不活性である限り特に限定されることなく、あらゆるものとしてよく、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、又はこれらの混合物等が挙げられる。ここで、強い毒性を有する芳香族炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレン等)は必要とされない。
上記重合反応工程では、溶液重合法、懸濁重合法、液相塊状重合法、乳化重合法、気相重合法、固相重合法等の当該技術分野における周知の方法を用いることができる。
反応温度は、特に限定されることなく、例えば、−100〜300℃とすることができ、0〜200℃とすることが好ましく、25〜120℃とすることが更に好ましい。高温では、シス−1,4−選択性が低下する虞があり、低温では、反応速度が低下する虞がある。
反応圧力は、特に限定されることなく、例えば、常圧とすることができる。なお、高圧では、共役ジエン単量体が十分に重合反応系中に取り込まれない虞があり、低圧では、反応速度が低下する虞がある。
反応時間は、特に限定されることなく、例えば、0.5〜3時間とすることができる。
本発明の共役ジエン重合体の製造方法は、上記一例の製造方法に限定されることはなく、例えば、上記一例の製造方法において、シクロペンタジエン骨格を有する化合物を、触媒系調製工程において重合触媒組成物に含めず、重合反応工程において加えてもよい。
(共役ジエン重合体)
本発明の一例の共役ジエン重合体(以下、「一例の共役ジエン重合体」ともいう)は、本発明の一例の共役ジエン重合体の製造方法により製造される。
一例の共役ジエン重合体によれば、95%以上という極めて高いシス−1,4−結合含量を有するため、弾性に富む共役ジエン重合体を提供することができ、ゴム組成物においてゴム成分として用いることができる。
一例の共役ジエン重合体は、共役ジエンモノマーの単独重合体であっても、共重合体であってもよい。
一例の共役ジエン重合体のシス−1,4−結合含量は、95%以上であり、97%以上であることが好ましく、98%以上であることが更に好ましい。より高い値であるほど、共役ジエン重合体の伸長結晶性を高めることができ、共役ジエン重合体の弾性を高めることができる。
トランス−1,4−結合含量は、特に限定されることなく、5%未満であることが好ましく、3%未満であることが更に好ましく、1%未満であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、共役ジエン重合体の伸長結晶性を高めることができ、共役ジエン重合体の弾性を高めることができる。
1,2−ビニル結合含量は、特に限定されることなく、5%以下であることが好ましく、3%以下であることが好ましく、1%以下であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の弾性を高めることができる。
3,4−ビニル結合含量は、特に限定されることなく、5%以下であることが好ましく、3%以下であることが好ましく、1%以下であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、共役ジエン重合体の伸長結晶性を高めることができ、共役ジエン重合体の弾性を高めることができる。
一例の共役ジエン重合体の数平均分子量(Mn)は、40万以上であることが好ましく、50万以上であることが更に好ましい。
分子量分布(Mw/Mn)は、3以下であることが好ましく、2以下であることが更に好ましい。
そして、共役ジエン重合体としては、例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリペンタジエン、ポリジメチルブタジエン、ポリヘキサジエン等が挙げられ、特に、ゴム組成物やタイヤ等の諸性能を向上させる観点から、ポリブタジエン、ポリイソプレンが好ましい。
本発明の実施形態の共役ジエン重合体の製造方法は、イソプレン及び1,3−ブタジエンを共重合させる、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の製造方法とすることができる。
以下、本発明の一例のイソプレン−ブタジエンブロック共重合体の製造方法について記載する。
本発明の一例のイソプレン−ブタジエンブロック共重合体の製造方法(以下、「一例のブロック共重合体の製造方法」ともいう)は、前述の本発明の一例の重合触媒組成物を用いてイソプレンと1,3−ブタジエンとを共重合させる方法である。
具体的には、一例のブロック共重合体の製造方法は、
イソプレン及び1,3−ブタジエンを準備する、単量体準備工程と、
前述の本発明の一例の重合触媒組成物を調製する、触媒系調製工程と、
重合触媒組成物と、イソプレン及び1,3−ブタジエンのうちの一方である第一単量体とを混合して、第一単量体を重合させる、第一重合反応工程と、第一重合反応工程後に、イソプレン及び1,3−ブタジエンのうちの他方である第二単量体を加えて、第二単量体を重合させる、第二重合反応工程とを含む、共重合反応工程と、
を含む。
この一例のブロック共重合体の製造方法では、まず、前述の本発明の一例の重合触媒組成物を調製し、その後、イソプレン及び1,3−ブタジエンと重合触媒組成物とを混合することによって、希土類元素化合物と、シクロペンタジエン骨格を有する化合物とを含む反応系を調製しながら、イソプレン及び1,3−ブタジエンの共重合を行うことを達成している。
−単量体準備工程−
単量体準備工程で準備されるイソプレン及び1,3−ブタジエンとしては、特に限定されることなく、市販のものを用いることができる。
−触媒系調製工程−
触媒系調製工程で調製される重合触媒組成物について以下に記載する。
−−重合触媒組成物−−
本発明で用いられる一例の重合触媒組成物(以下、「一例の重合触媒組成物」ともいう。)は、前述の通りである。
−共重合反応工程−
上記共重合反応工程では、溶液重合法、懸濁重合法、液相塊状重合法、乳化重合法、気相重合法、固相重合法等の当該技術分野における周知の方法を用いることができる。
反応温度は、特に限定されることなく、例えば、−80〜100℃とすることができ、10〜80℃とすることが好ましく、25〜50℃とすることが更に好ましい。高温では、シス−1、4−選択性が低下する虞があり、低温では、反応速度が低下する虞がある。
反応時間は、特に限定されることなく、例えば、30分〜3時間とすることができる。
ここで、イソプレンの1,3−ブタジエンに対する割合は、反応系における触媒活性を向上させる観点、及び、分子量分布を小さくする観点から、1以上であることが好ましく、3以上であることが更に好ましく、7以上であることが特に好ましい。
イソプレン及び1,3−ブタジエンのうちの一方である第一単量体100gに対する(A)成分のモル量としては、触媒活性を十分に得る観点から、0.01mmol以上であることが好ましく、0.03mmol以上であることが更に好ましく、また、触媒の過剰を防ぐ観点から、0.5mmol以下であることが好ましく、0.05mmol以下であることが更に好ましい。
上記各工程において用いられる試薬は、無溶媒で又はそれぞれの試薬に適当な溶媒と共に用いてよい。
上記各工程では、試薬及び溶媒は、蒸留、脱気、凍結乾燥等の精製操作を適宜行った後に用いることが好ましい。
また、上記各工程、特に、触媒系調製工程及び重合反応工程は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において行われることが好ましい。
一例のブロック共重合体の製造方法において用いられる溶媒は、重合反応において不活性である限り特に限定されることなく、あらゆるものとしてよく、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、又はこれらの混合物等が挙げられる。ここで、強い毒性を有する芳香族炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレン等)は必要とされない。
本発明のイソプレン−ブタジエンブロック共重合体の製造方法は、上記一例の製造方法に限定されることはなく、例えば、上記一例の製造方法において、シクロペンタジエン骨格を有する化合物を、触媒系調製工程において重合触媒組成物に含めず、共重合反応工程において加えてもよい。
(イソプレン−ブタジエンブロック共重合体)
本発明の一例のイソプレン−ブタジエンブロック共重合体(以下、「一例のブロック共重合体」ともいう)は、本発明の一例のイソプレン−ブタジエンブロック共重合体の製造方法により製造される。
一例のブロック共重合体によれば、98%以上という極めて高いシス−1、4−結合含量を有するため、弾性に富むイソプレン−ブタジエンブロック共重合体を提供することができ、ゴム組成物においてゴム成分として用いることができる。
ブロック共重合体の構造は、(A−B)x、A−(B−A)x及びB−(A−B)x(ここで、Aはイソプレンの単量体単位からなるブロック部分であり、Bは1,3−ブタジエンの単量体単位からなるブロック部分であり、xは1以上の整数である)のいずれかである。なお、(A−B)又は(B−A)の構造を複数備えるブロック共重合体をマルチブロック共重合体と称する。
一例のブロック共重合体におけるイソプレン由来部分の含有量は、20%以上が好ましく、50%以上が更に好ましい。一方、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体におけるブタジエン由来部分の含有量は、80%以下が好ましく、50%以下が更に好ましい。なお、上記含有量は、ブロック共重合体全体に対するモルにおける割合を指す。
一例のブロック共重合体のイソプレン由来部分のシス−1、4−結合含量は、98.0%以上であり、98.5%以上であることが好ましく、99.0%以上であることが更に好ましい。より高い値であるほど、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の弾性を高めることができる。
イソプレン由来部分のトランス−1,4−結合含量は、特に限定されることなく、2.0%未満であることが好ましく、1.5%未満であることが更に好ましく、1.0%未満であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の弾性を高めることができる。
イソプレン由来部分の1,2−ビニル結合含量は、特に限定されることなく、2.0%以下であることが好ましく、1.5%以下であることが好ましく、1.0%以下であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の弾性を高めることができる。
イソプレン由来部分の3,4−ビニル結合含量は、特に限定されることなく、2.0%以下であることが好ましく、1.5%以下であることが好ましく、1.0%以下であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の弾性を高めることができる。
なお、上記シス−1、4−結合含量、トランス−1,4−結合含量、1,2−ビニル結合含量、3,4−ビニル結合含量は、ブロック共重合体全体に対する割合を指すのではなく、イソプレン由来部分中の量を指す。
一例のブロック共重合体のブタジエン由来部分のシス−1、4−結合含量は、98%以上であり、98.5%以上であることが好ましく、99%以上であることが更に好ましい。より高い値であるほど、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の弾性を高めることができる。
ブタジエン由来部分のトランス−1,4−結合含量は、特に限定されることなく、5%未満であることが好ましく、3%未満であることが更に好ましく、1%未満であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の弾性を高めることができる。
ブタジエン由来部分のビニル結合含量は、特に限定されることなく、5%以下であることが好ましく、3%以下であることが好ましく、1%以下であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の弾性を高めることができる。
なお、上記シス−1、4−結合含量、トランス−1,4−結合含量、ビニル結合含量は、ブロック共重合体全体に対する割合を指すのではなく、ブタジエン由来部分中の量を指す。
なお、一例のブロック共重合体について、イソプレン部分及びブタジエン部分のいずれをも指定することなく、単に「シス−1、4−結合含量」という場合、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体全体についてのシス−1、4−結合含量を指す。
一例のブロック共重合体の数平均分子量(Mn)は、50,000〜6,000,000であることが好ましく、1,000,000〜3,000,000であることが更に好ましい。
分子量分布(Mw/Mn)は、4以下であることが好ましく、3以下であることが更に好ましい。
本発明の実施形態の共役ジエン重合体の製造方法は、イソプレン及び1,3−ブタジエンを共重合させる、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の製造方法とすることができる。
以下、本発明の一例のイソプレン−ブタジエンランダム共重合体の製造方法について記載する。
本発明の一例のイソプレン−ブタジエンランダム共重合体の製造方法(以下、「一例のランダム共重合体の製造方法」ともいう)は、前述の本発明の一例の重合触媒組成物を用いてイソプレンと1,3−ブタジエンとを共重合させることを必要とする。
具体的には、一例のランダム共重合体の製造方法は、
イソプレン及び1,3−ブタジエンを準備する、単量体準備工程と、
前述の本発明の一例の重合触媒組成物を調製する、触媒系調製工程と、
重合触媒組成物と、イソプレン及び1,3−ブタジエンとを混合して、イソプレンと1,3−ブタジエンとを重合(ランダム重合)させる共重合反応工程と、
を含む。
この一例のランダム共重合体の製造方法では、まず、前述の本発明の一例の重合触媒組成物を調製し、その後、イソプレン及び1,3−ブタジエンと重合触媒組成物とを混合することによって、希土類元素化合物と、シクロペンタジエン骨格を有する化合物とを含む反応系を調製しながら、イソプレン及び1,3−ブタジエンの共重合を行うことを達成している。
−単量体準備工程−
単量体準備工程で準備されるイソプレン及び1,3−ブタジエンとしては、特に限定されることなく、市販のものを用いることができる。
−触媒系調製工程−
触媒系調製工程で調製される重合触媒組成物について以下に記載する。
−−重合触媒組成物−−
本発明で用いられる一例の重合触媒組成物(以下、「一例の重合触媒組成物」ともいう。)は、前述の通りである。
−共重合反応工程−
上記共重合反応工程では、溶液重合法、懸濁重合法、液相塊状重合法、乳化重合法、気相重合法、固相重合法等の当該技術分野における周知の方法を用いることができる。
反応温度は、特に限定されることなく、例えば、−80〜100℃とすることができ、10〜80℃とすることが好ましく、25〜50℃とすることが更に好ましい。高温では、シス−1、4−選択性が低下する虞があり、低温では、反応速度が低下する虞がある。
反応時間は、特に限定されることなく、例えば、30分〜3時間とすることができる。
ここで、イソプレンの1,3−ブタジエンに対する割合は、反応系における触媒活性を向上させる観点、及び、分子量分布を小さくする観点から、1以上であることが好ましく、3以上であることが更に好ましく、7以上であることが特に好ましい。
単量体総量(イソプレンと1,3−ブタジエンとの合計量)100gに対する(A)成分のモル量としては、触媒活性を十分に得る観点から、0.01mmol以上であることが好ましく、0.03mmol以上であることが更に好ましく、また、触媒の過剰を防ぐ観点から、0.5mmol以下であることが好ましく、0.05mmol以下であることが更に好ましい。
上記各工程において用いられる試薬は、無溶媒で又はそれぞれの試薬に適当な溶媒と共に用いてよい。
上記各工程では、試薬及び溶媒は、蒸留、脱気、凍結乾燥等の精製操作を適宜行った後に用いることが好ましい。
また、上記各工程、特に、触媒系調製工程及び重合反応工程は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において行われることが好ましい。
一例のランダム共重合体の製造方法において用いられる溶媒は、重合反応において不活性である限り特に限定されることなく、あらゆるものとしてよく、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、又はこれらの混合物等が挙げられる。ここで、強い毒性を有する芳香族炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレン等)は必要とされない。
本発明のイソプレン−ブタジエンランダム共重合体の製造方法は、上記一例の製造方法に限定されることはなく、例えば、上記一例の製造方法において、シクロペンタジエン骨格を有する化合物を、触媒系調製工程において重合触媒組成物に含めず、共重合反応工程において加えてもよい。
(イソプレン−ブタジエンランダム共重合体)
本発明の一例のイソプレン−ブタジエンランダム共重合体(以下、「一例のランダム共重合体」ともいう)は、本発明の一例のイソプレン−ブタジエンランダム共重合体の製造方法により製造される。
一例のランダム共重合体によれば、98%以上という極めて高いシス−1、4−結合含量を有するため、弾性に富むイソプレン−ブタジエンランダム共重合体を提供することができ、ゴム組成物においてゴム成分として用いることができる。
ランダム共重合体では、イソプレン及び1,3−ブタジエン単量体単位の配列が不規則である。
一例のランダム共重合体におけるイソプレン由来部分の含有量は、20%以上が好ましく、50%以上が更に好ましい。一方、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体におけるブタジエン由来部分の含有量は、80%以下が好ましく、50%以下が更に好ましい。なお、上記含有量は、ランダム共重合体全体に対するモルにおける割合を指す。
一例のランダム共重合体のイソプレン由来部分のシス−1、4−結合含量は、98.0%以上であり、98.5%以上であることが好ましく、99.0%以上であることが更に好ましい。より高い値であるほど、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の弾性を高めることができる。
イソプレン由来部分のトランス−1,4−結合含量は、特に限定されることなく、2.0%未満であることが好ましく、1.5%未満であることが更に好ましく、1.0%未満であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の弾性を高めることができる。
イソプレン由来部分の1,2−ビニル結合含量は、特に限定されることなく、2.0%以下であることが好ましく、1.5%以下であることが好ましく、1.0%以下であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の弾性を高めることができる。
イソプレン由来部分の3,4−ビニル結合含量は、特に限定されることなく、2.0%以下であることが好ましく、1.5%以下であることが好ましく、1.0%以下であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の弾性を高めることができる。
なお、上記シス−1、4−結合含量、トランス−1,4−結合含量、1,2−ビニル結合含量、3,4−ビニル結合含量は、ランダム共重合体全体に対する割合を指すのではなく、イソプレン由来部分中の量を指す。
一例のランダム共重合体のブタジエン由来部分のシス−1、4−結合含量は、98%以上であり、98.5%以上であることが好ましく、99%以上であることが更に好ましい。より高い値であるほど、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の弾性を高めることができる。
ブタジエン由来部分のトランス−1,4−結合含量は、特に限定されることなく、5%未満であることが好ましく、3%未満であることが更に好ましく、1%未満であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の弾性を高めることができる。
ブタジエン由来部分のビニル結合含量は、特に限定されることなく、5%以下であることが好ましく、3%以下であることが好ましく、1%以下であることが更に特に好ましい。より低い値であるほど、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の伸長結晶性を高めることができ、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の弾性を高めることができる。
なお、上記シス−1、4−結合含量、トランス−1,4−結合含量、ビニル結合含量は、ランダム共重合体全体に対する割合を指すのではなく、ブタジエン由来部分中の量を指す。
なお、一例のランダム共重合体について、イソプレン部分及びブタジエン部分のいずれをも指定することなく、単に「シス−1、4−結合含量」という場合、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体全体についてのシス−1、4−結合含量を指す。
一例のランダム共重合体の数平均分子量(Mn)は、50,000〜6,000,000であることが好ましく、1,000,000〜3,000,000であることが更に好ましい。
分子量分布(Mw/Mn)は、4以下であることが好ましく、3以下であることが更に好ましい。
(ゴム組成物)
本発明の一例のゴム組成物(以下、「一例のゴム組成物」ともいう)は、本発明の一例の共役ジエン重合体を含むことを必要とする。ここで、本発明の一例の共役ジエン重合体はゴム成分とすることができる。
一例のゴム組成物は、上記一例の共役ジエン重合体以外のゴム成分も含んでよく、また、充填剤、老化防止剤、軟化剤、ステアリン酸、亜鉛華、加硫促進剤、加硫剤、オイル、硫黄等を更に含んでよい。
一例のゴム組成物は、当業者に周知の方法により製造することができる。
(タイヤ)
本発明の一例のタイヤ(以下、「一例のタイヤ」ともいう)は、本発明の一例のゴム組成物を用いて製造されることを必要とする。一例のタイヤのあらゆる部材を、一例のゴム組成物を用いて製造されたものとすることができる。
一例のタイヤは、当業者に周知の方法により製造することができる。
なお、履き物、ベルト、床材等のタイヤ以外のゴム製品も、一例のゴム組成物を用いて製造されたものとすることができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
(共役ジエン重合体の製造)
下記の実験項に従って、共役ジエン重合体を製造した。
(実施例A1)
十分に乾燥させたステンレス製の2L反応器に、イソプレン120g(1.76mol)(共役ジエン単量体)を含むヘキサン溶液800gを加えた。
一方、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器に、トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム(Gd[N(SiMe323)((A)成分)70.0μmol、2−フェニルインデン((B)成分)140.0μmol、水素化ジイソブチルアルミニウム((C)成分)0.70mmolを加え、これらをヘキサン30mLに溶解させた。そして、このガラス製容器に、MMAO(東ソー・ファインケム社製、製品名:MMAO−3A)((D)成分))を、MMAO中のアルミニウムのトリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム中のガドリニウムに対するモルにおける割合を200として、加え、更に、ジエチルアルミニウムクロライド((E−1)成分)140.0μmolを加えて、重合触媒組成物とした。
その後、重合触媒組成物をグローブボックスから取り出し、ガドリニウム60.0μmolが含まれる量の重合触媒組成物を、イソプレンを含む2L反応器に加えた。この反応系を50℃で60分間維持し、イソプレンの重合反応を行った。その後、2,2’−メチレン−ビス(6−t−ブチル−4−エチルフェノール)(大内新興化学工業社製、製品名:ノクラック NS−5)のイソプロパノール溶液(5質量%)5mLを、反応系に加えることによって、重合反応を停止させた。更に、反応器に大量のメタノールを加えることによって、反応生成物を沈殿・分離し、更に60℃で真空乾燥させて、重合体AAを得た(収量:116g)。
上記製造を通じて、芳香族炭化水素(トルエン等)を用いなかった。
(実施例A2)
2−フェニルインデンの代わりに3−ベンジルインデンを用いた点以外は実施例A1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体ABを得た(収量:116g)。
(実施例A3)
2−フェニルインデンの代わりにインデンを用いた点以外は実施例A1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体ACを得た(収量:105g)。
(比較例A1)
2−フェニルインデンを用いず、反応系を50℃で維持する時間を180分間とした点以外は実施例A1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体ADを得た(収量:60g)。
(比較例A2)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム及び2−フェニルインデンの代わりにビス(2−フェニルインデニル)ガドリニウムビス(ジメチルシリルアミド)((2−PhC962GdN(SiHMe22)(メタロセン触媒)を用い、反応系を50℃で維持する時間を180分間とした点以外は実施例A1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AEを得た(収量:75g)。
(実施例A4)
十分に乾燥させたステンレス製の2L反応器に、1,3−ブタジエン150g(2.78mol)(共役ジエン単量体)を含むヘキサン溶液800gを加えた。
一方、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器に、トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム(Gd[N(SiMe323)((A)成分)15.0μmol、3−ベンジルインデン((B)成分)45.0μmol、水素化ジイソブチルアルミニウム((C)成分)0.018mmolを加え、これらをヘキサン10mLに溶解させた。そして、このガラス製容器に、MMAO(東ソー・ファインケム社製、製品名:MMAO−3A)((D)成分))を、MMAO中のアルミニウムのトリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム中のガドリニウムに対するモルにおける割合を500として、加え、更に、ジエチルアルミニウムクロライド((E−1)成分)30.0μmolを加えて、重合触媒組成物とした。
その後、重合触媒組成物をグローブボックスから取り出し、ガドリニウム15.0μmolが含まれる量の重合触媒組成物を、1,3−ブタジエンを含む2L反応器に加えた。この反応系を60℃で60分間維持し、1,3−ブタジエンの重合反応を行った。その後、2,2’−メチレン−ビス(6−t−ブチル−4−エチルフェノール)(大内新興化学工業社製、製品名:ノクラック NS−5)のイソプロパノール溶液(5質量%)5mLを、反応系に加えることによって、重合反応を停止させた。更に、反応器に大量のメタノールを加えることによって、反応生成物を沈殿・分離し、更に60℃で真空乾燥させて、重合体AFを得た(収量:116g)。
上記製造を通じて、芳香族炭化水素(トルエン等)を用いなかった。
(実施例A5)
MMAOの代わりにTMAO(東ソー・ファインケミカル社製、製品名:TMAO341)を用いた点以外は実施例A4と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AGを得た(収量:145g)。
(実施例A6)
3−ベンジルインデンの代わりに2−フェニルインデンを用いた点以外は実施例A4と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AHを得た(収量:145g)。
(実施例A7)
3−ベンジルインデンの代わりに3−メチル−2−フェニルインデンを用いた点以外は実施例A4と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AIを得た(収量:105g)。
(実施例A8)
3−ベンジルインデンの代わりに3−ベンジル−2−フェニルインデンを用いた点以外は実施例A4と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AJを得た(収量:105g)。
(実施例A9)
3−ベンジルインデンの代わりにインデンを用いた点以外は実施例A4と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AKを得た(収量:105g)。
(比較例A3)
3−ベンジルインデンを用いず、反応系を60℃で維持する時間を180分間とした点以外は実施例A4と同様に重合反応を行い、重合体ALを得た(収量:60g)。
(実施例A10)
MMAOの代わりにPMAO(東ソー・ファインケム社製、製品名:TMAO−211)を用い、反応系を60℃で維持する時間を180分間とした点以外は実施例A4と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AMを得た(収量:30g)。
(実施例A11)
十分に乾燥させたステンレス製の2L反応器に、1,3−ブタジエン70g(1.29mol)(共役ジエン単量体)を含むヘキサン溶液400mLを加えた。
一方、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器に、トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム(Gd[N(SiMe323)((A)成分)50.4μmol、3−ベンジルインデン((B)成分)100.0μmol、水素化ジイソブチルアルミニウム((C)成分)0.75mmolを加え、これらをヘキサン30mLに溶解させた。そして、このガラス製容器に、TMAO(東ソー・ファインケミカル社製、製品名:TMAO341)((D)成分))を、TMAO中のアルミニウムのトリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム中のガドリニウムに対するモルにおける割合を67として、加え、更に、ジエチルアルミニウムクロライド((E−1)成分)25.2μmolを加えて、重合触媒組成物とした。
その後、重合触媒組成物をグローブボックスから取り出し、ガドリニウム40.0μmolが含まれる量の重合触媒組成物を、1,3−ブタジエンを含む2L反応器に加えた。この反応系を50℃で40分間維持し、1,3−ブタジエンの重合反応を行った。その後、2,2’−メチレン−ビス(6−t−ブチル−4−エチルフェノール)(大内新興化学工業社製、製品名:ノクラック NS−5)のイソプロパノール溶液(5質量%)1mLを、反応系に加えることによって、重合反応を停止させた。更に、反応器に大量のイソプロパノールを加えることによって、反応生成物を沈殿・分離し、更に60℃で真空乾燥させて、重合体ANを得た(収量:66g)。
(実施例A12〜実施例A15)
加えたジエチルアルミニウムクロライドの量を、50.4μmol(実施例A12)、100.8μmol(実施例A13)、504μmol(実施例A14)、1008μmol(実施例A15)とした点以外は実施例A11と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AO〜ARを得た(収量:実施例A12では66g、実施例A13では67g、実施例A14では66g、実施例A15では65g)。
(実施例A16)
ジエチルアルミニウムクロライドを加えなかった点以外は実施例A11と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体ASを得た(収量:60g)。
(実施例A17)
十分に乾燥させたステンレス製の2L反応器に、1,3−ブタジエン100g(1.85mol)(共役ジエン単量体)を含むヘキサン溶液550gを加えた。
一方、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器に、トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム(Gd[N(SiMe323)((A)成分)15.0μmol、2−フェニルインデン((B)成分)30.0μmol、水素化ジイソブチルアルミニウム((C)成分)0.60mmol、トリイソブチルアルミニウム((C)成分)6.0molを加え、これらをヘキサン10mLに溶解させた。そして、このガラス製容器に、MMAO(東ソー・ファインケム社製、製品名:MMAO−3A)((D)成分))を、MMAO中のアルミニウムのトリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム中のガドリニウムに対するモルにおける割合を400として、加えて、重合触媒組成物とした。
その後、重合触媒組成物をグローブボックスから取り出し、ガドリニウム10.0μmolが含まれる量の重合触媒組成物を、1,3−ブタジエンを含む2L反応器に加えた。この反応系を50℃で80分間維持し、1,3−ブタジエンの重合反応を行った。その後、2,2’−メチレン−ビス(6−t−ブチル−4−エチルフェノール)(大内新興化学工業社製、製品名:ノクラック NS−5)のイソプロパノール溶液(5質量%)5mLを、反応系に加えることによって、重合反応を停止させた。更に、反応器に大量のメタノールを加えることによって、反応生成物を沈殿・分離し、更に60℃で真空乾燥させて、重合体ATを得た(収量:94g)。
上記製造を通じて、芳香族炭化水素(トルエン等)を用いなかった。
(実施例A18)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム及び2−フェニルインデンの使用量を半分とした以外は実施例A17と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AUを得た(収量:65g)。
(比較例A4)
2−フェニルインデンを用いず、反応系を50℃で維持する時間を180分間とした点以外は実施例A17と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AVを得た(収量:60g)。
(比較例A5)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムの使用量を半分とした以外は実施例A17と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行ったところ、重合体は得られなかった。
(実施例A19)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム及び2−フェニルインデンの代わりにビス(2−フェニルインデニル)ガドリニウムビス(ジメチルシリルアミド)((2−PhC962GdN(SiHMe22)(メタロセン触媒)を用い、反応系を50℃で維持する時間を180分間とした点以外は実施例A17と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AXを得た(収量:78g)。
参考例A20)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムの代わりにGd(OtBu)3を用いた点以外は実施例A1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AYを得た(収量:116g)。
参考例A21)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムの代わりにGd(StBu)3を用いた点以外は実施例A1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体AZを得た(収量:116g)。
各実施例A及び比較例Aにおける重合触媒組成物の調製及び共役ジエン重合体の製造の詳細を表1に示す。
各製造における重合触媒組成物の触媒活性を、下記式
(収量(kg))/[((A)成分の使用量(mol))×(反応時間(時間))]
から算出した。
(共役ジエン重合体の分析)
上記得られた各重合体Aについて、以下(1)及び(2)の分析を行った。
(1)ミクロ構造(シス−1,4−結合含量)の分析
得られた各重合体Aについて、NMR(Bruker社製、AVANCE 600)を用いてNMRスペクトルを得た。1H−NMR及び13C−NMRの測定により得られたピーク(1H−NMR:δ 4.6−4.8(3,4−ビニルユニットの=CH2)、5.0−5.2(1,4−ユニットの−CH=)、13C−NMR:δ 23.4(1,4−シスユニット)、15.9(1,4−トランスユニット)、18.6(3,4−ユニット))の積分比から、シス−1,4−結合含量(%)を算出した。
(2)数平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)の分析
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(GPC装置:東ソー社製、HLC−8220GPC;カラム:東ソー社製、TSKgel GMHXL−2本;検出器:示差屈折率計(RI))により、単分散ポリスチレンを基準として、重合体Aのポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)を算出した。なお、測定温度は40℃とし、溶出溶媒をTHFとした。
各実施例A及び比較例Aにおける共役ジエン重合体の分析結果の詳細を表1に示す。
Figure 0006738734
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Figure 0006738734
Figure 0006738734
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実施例A1〜A21と比較例A1〜A5との比較から、シクロペンタジエン骨格を有する化合物を含む本発明の重合触媒組成物は、該化合物を含まない重合触媒組成物と比較して、高い触媒活性が得られ、本願所望の効果が得られることが示された。
また、実施例A1〜A21と比較例A2との比較から、本発明の重合触媒組成物は、ガドリニウム化合物のメタロセン型カチオン錯体からなる触媒を主触媒として含み、シクロペンタジエン骨格を有する化合物を含まない従来の場合と比較して、高い脂肪族炭化水素(ヘキサン)に対する溶解度・高い触媒活性が得られ、本願所望の効果が得られることが示された。
(イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の製造)
下記の実験項に従って、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体を製造した。
(実施例B1)
十分に乾燥させたステンレス製の1L反応器に、イソプレン30g(0.44mol)を含むヘキサン溶液200gを加えた。
一方、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器に、トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム(Gd[N(SiMe)((A)成分)39.0μmol、3−ベンジルインデン((B)成分)78.0μmol、水素化ジイソブチルアルミニウム((C)成分)0.39mmolを加え、これらをヘキサン30mLに溶解させた。そして、このガラス製容器に、MMAO(東ソー・ファインケミカル社製、製品名:MMAO−3A)((D)成分))を、MMAO中のアルミニウムのトリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム中のガドリニウムに対するモルにおける割合を100として、加え、更に、ジエチルアルミニウムクロライド((E−1)成分)78.0μmolを加えて、重合触媒組成物とした。
その後、重合触媒組成物をグローブボックスから取り出し、ガドリニウム15.0μmolが含まれる量の重合触媒組成物を、イソプレンを含む1L反応器に加えた。この反応系を50℃で90分間維持し、イソプレンの重合反応を行った。
続いて、この重合反応溶液に、1,3−ブタジエン30g(0.56mol)を含むヘキサン溶液130gを加えた。この反応系を再び50℃で90分間維持し、1,3−ブタジエンの重合反応を行った。
その後、イソプロパノール2mLを、反応系に加えることによって、重合反応を停止させた。更に、反応器に大量のメタノールを加えることによって、反応生成物を沈殿・分離し、更に60℃で真空乾燥させて、重合体BAを得た(収量:60g)。
上記製造を通じて、芳香族炭化水素(トルエン等)を用いなかった。
(実施例B2)
水素化ジイソブチルアルミニウムの量を0.55mmolとし、表2に示す組成とした点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BBを得た(収量:60g)。
(実施例B3)
十分に乾燥させたステンレス製の1L反応器に、イソプレン45g(0.66mol)を含むヘキサン溶液260gを加えた。
一方、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器に、トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム(Gd[N(SiMe)((A)成分)29.0μmol、3−ベンジルインデン((B)成分)58.0μmol、水素化ジイソブチルアルミニウム((C)成分)0.39mmolを加え、これらをヘキサン25mLに溶解させた。そして、このガラス製容器に、MMAO(東ソー・ファインケミカル社製、製品名:MMAO−3A)((D)成分))を、MMAO中のアルミニウムのトリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム中のガドリニウムに対するモルにおける割合を100として、加え、更に、ジエチルアルミニウムクロライド((E−1)成分)58.0μmolを加えて、重合触媒組成物とした。
その後、重合触媒組成物をグローブボックスから取り出し、ガドリニウム22.5μmolが含まれる量の重合触媒組成物を、イソプレンを含む1L反応器に加えた。この反応系を50℃で90分間維持し、イソプレンの重合反応を行った。
続いて、この重合反応溶液に、1,3−ブタジエン15g(0.28mol)を含むヘキサン溶液65gを加えた。この反応系を再び50℃で90分間維持し、1,3−ブタジエンの重合反応を行った。
その後、イソプロパノール2mLを、反応系に加えることによって、重合反応を停止させた。更に、反応器に大量のメタノールを加えることによって、反応生成物を沈殿・分離し、更に60℃で真空乾燥させて、重合体BCを得た(収量:60g)。
上記製造を通じて、芳香族炭化水素(トルエン等)を用いなかった。
(実施例B4)
イソプレンと1,3−ブタジエンとの比率を80:20とし、第一単量体を1,3−ブタジエン第二単量体をイソプレンとし、表2に示す組成及び条件とした点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BDを得た(収量:60g)。
(実施例B5)
イソプレン単量体と1,3−ブタジエンとの比率を88:12とし、MMAOの代わりにTMAO(東ソー・ファインケミカル社製、製品名:TMAO341)を用い、重合反応条件を表2に示すものとし、表2に示す組成及び条件とした点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BEを得た(収量:60g)。
(実施例B6)
重合反応条件を表2に示すものとした点以外は実施例B5と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BFを得た(収量:60g)。
(実施例B7)
3−ベンジルインデンの代わりに2−フェニルインデンを用い、MMAOの代わりにPMAO(東ソー・ファインケム社製、製品名:TMAO−211)を用い、表2に示す組成及び条件とした点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BGを得た(収量:60g)。
(実施例B8)
3−ベンジルインデンの代わりに3−メチル−2−フェニルインデンを用いた点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BHを得た(収量:60g)。
(実施例B9)
3−ベンジルインデンの代わりにインデンを用いた点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BIを得た(収量:60g)。
(比較例B1)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムの代わりにネオジムバーサテート(Neodymium Versatate)(バーサチック酸ネオジム)(Rhodia社製、製品名:NEODYME VERSATATE 50)を用い、3−ベンジルインデンを用いず、MMAOの代わりにPMAO(東ソー・ファインケム社製、製品名:TMAO−211)を用い、表2に示す組成及び条件とした点以外は、実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BJを得た(収量:60g)。
(比較例B2)
3−ベンジルインデンを用いずビス(2−ジフェニルホスフィノフェニル)アミン(PNP配位子)を用い、ジエチルアルミニウムクロライドを用いず、表2に示す組成及び条件とした点以外は、実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BKを得た(収量:60g)。
(比較例B3)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムの代わりにビス(2−フェニルインデニル)ガドリニウムビス(ジメチルシリルアミド)を用いた点以外は、実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行ったところ、重合体は得られなかった。
(実施例B10)
MMAOの代わりにPMAOを用い、表2に示す組成及び条件とした点以外は、実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BMを得た(収量:60g)。
(実施例B11)
ジエチルアルミニウムクロライドを用いなかった点以外は、実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BNを得た(収量:60g)。
(実施例B12)
ジエチルアルミニウムクロライドの量を19.5μmolとし、表2に示す組成とした点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BOを得た(収量:60g)。
(実施例B13)
ジエチルアルミニウムクロライドの量を39.0μmolとし、表2に示す組成とした点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体BPを得た(収量:60g)。
(実施例B14)
ジエチルアルミニウムクロライドの量を390μmolとし、表2に示す組成とした点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行ったところ、重合体は得られなかった。
(実施例B15)
ジエチルアルミニウムクロライドの量を780μmolとし、表2に示す組成とした点以外は実施例B1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行ったところ、重合体は得られなかった。
各実施例B及び比較例Bにおける重合触媒組成物の調製及びイソプレン−ブタジエンブロック共重合体の製造の詳細を表2に示す。
各製造における重合触媒組成物の触媒活性を、下記式
(収量(kg))/{((A)成分の使用量(mol))×(反応時間(時間))}
から算出した。
(イソプレン−ブタジエンブロック共重合体の分析)
上記得られた各重合体Bについて、以下(1)及び(2)の分析を行った。
(1)ミクロ構造(イソプレン由来部分のシス−1,4−結合含量(%)及び3,4−ビニル結合含量(%)、ブタジエン由来部分のシス−1,4−結合含量(%)及びビニル結合含量(%))の分析
得られた各重合体Bについて、NMR(Bruker社製、AVANCE 600)を用いてH−NMR及び13C−NMRスペクトルを得た。
イソプレン由来部分については、H−NMR及び13C−NMRの測定により得られたピーク(H−NMR:δ 4.6−4.8(3,4−ビニルユニットの=CH)、5.0−5.2(1,4−ユニットの−CH=)、13C−NMR:δ 23.4(1,4−シスユニット)、15.9(1,4−トランスユニット)、18.6(3,4−ユニット))の積分比から、シス−1,4−結合含量(%)及び3,4−ビニル結合含量(%)を算出した。
ブタジエン由来部分については、H−NMR及び13C−NMRの測定により得られたピーク(H−NMR:δ 4.8−5.0(1,2−ビニルユニットの=CH)、5.2−5.4(1,4−ユニットの−CH=)、13C−NMR:δ 27.4(1,4−シスユニット)、32.7(1,4−トランスユニット))の積分比から、シス−1,4−結合含量(%)及びビニル結合含量(%)を算出した。
(2)数平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)の分析
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(GPC装置:東ソー社製、HLC−8220GPC;カラム:東ソー社製、TSKgel GMHXL−2本;検出器:示差屈折率計(RI))により、単分散ポリスチレンを基準として、重合体Bのポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)を算出した。なお、測定温度は40℃とし、溶出溶媒をTHFとした。
各実施例B及び比較例Bにおけるイソプレン−ブタジエンブロック共重合体の分析結果の詳細を表2に示す。
Figure 0006738734
Figure 0006738734
Figure 0006738734
実施例B1〜B15と比較例B1〜B3とを比較することにより、本発明のイソプレン−ブタジエンブロック共重合体の製造方法によれば、環境負荷及び製造コストを低減させつつ、イソプレン−ブタジエンブロック共重合体を製造することができることが示された。
特に、実施例B1と比較例B1とを比較することにより、本発明の製造方法によれば、反応系における触媒活性を向上させる効果、シス−1,4−結合含量を高める効果が得られることが示された。実施例B1と比較例B2とを比較することにより、本発明の製造方法によれば、反応系における触媒活性を向上させる効果が得られることが示された。実施例B1と比較例B3とを比較することにより、本発明の製造方法によれば、必ずしも重合反応の溶媒として毒性及び価格が比較的高い芳香族炭化水素を必要とせず、環境負荷及び製造コストを低減させる効果が得られることが示された。
(イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の製造)
下記の実験項に従って、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体を製造した。
(実施例C1)
十分に乾燥させたステンレス製の1L反応器に、イソプレン15g(0.22mol)と1,3−ブタジエン45g(0.84mol)とを含むヘキサン溶液400gを加えた。
一方、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器に、トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム(Gd[N(SiMe)((A)成分)39.0μmol、3−ベンジルインデン((B)成分)78.0μmol、水素化ジイソブチルアルミニウム((C)成分)0.45mmolを加え、これらをヘキサン30mLに溶解させた。そして、このガラス製容器に、MMAO(東ソー・ファインケミカル社製、製品名:MMAO−3A)((D)成分))を、MMAO中のアルミニウムのトリスビストリメチルシリルアミドガドリニウム中のガドリニウムに対するモルにおける割合を100として、加え、更に、ジエチルアルミニウムクロライド((E−1)成分)78.0μmolを加えて、重合触媒組成物とした。
その後、重合触媒組成物をグローブボックスから取り出し、ガドリニウム30.0μmolが含まれる量の重合触媒組成物を、イソプレンと1,3−ブタジエンとを含む1L反応器に加えた。この反応系を50℃で90分間維持し、イソプレンと1,3−ブタジエンと重合反応(ランダム重合反応)を行った。
その後、イソプロパノール2mLを、反応系に加えることによって、重合反応を停止させた。更に、反応器に大量のメタノールを加えることによって、反応生成物を沈殿・分離し、更に60℃で真空乾燥させて、重合体CAを得た(収量:60g)。
上記製造を通じて、芳香族炭化水素(トルエン等)を用いなかった。
(実施例C2)
イソプレン単量体と1,3−ブタジエンとの比率を50:50とした点以外は実施例C1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CBを得た(収量:60g)。
(実施例C3)
イソプレン単量体と1,3−ブタジエンとの比率を25:75とした点以外は実施例C1と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CCを得た(収量:60g)。
(実施例C4)
MMAOの代わりにTMAO(東ソー・ファインケミカル社製、製品名:TMAO341)を用い、表3に示す組成及び条件とした点以外は実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CDを得た(収量:60g)。
(実施例C5)
3−ベンジルインデンの代わりに2−フェニルインデンを用い、表3に示す組成及び条件とした点以外は実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CEを得た(収量:60g)。
(実施例C6)
3−ベンジルインデンの代わりに3−メチル−2−フェニルインデンを用い、表3に示す組成及び条件とした点以外は実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CFを得た(収量:60g)。
(実施例C7)
3−ベンジルインデンの代わりに3−ベンジル−2−フェニルインデンを用い、表3に示す組成及び条件とした点以外は実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CGを得た(収量:60g)。
(実施例C8)
3−ベンジルインデンの代わりにインデンを用い、表3に示す組成及び条件とした点以外は実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CHを得た(収量:60g)。
(実施例C9)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムの代わりにネオジムバーサテート(Neodymium Versatate)(バーサチック酸ネオジム)(Rhodia社製、製品名:NEODYME VERSATATE 50)を用いた点以外は、実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CIを得た(収量:60g)。
(比較例C1)
3−ベンジルインデンを用いなかった点以外は、実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CJを得た(収量:60g)。
(比較例C2)
トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムの代わりにビス(2−フェニルインデニル)ガドリニウムビス(ジメチルシリルアミド)を用い、3−ベンジルインデンを用いず、表3に示す組成及び条件とした点以外は、実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行ったところ、重合体は得られなかった。
(実施例C10)
MMAOの代わりにPMAO(東ソー・ファインケム社製、製品名:TMAO−211)を用い、表3に示す組成及び条件とした点以外は、実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CLを得た(収量:60g)。
(実施例C11)
ジエチルアルミニウムクロライドを用いなかった点以外は、実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CMを得た(収量:60g)。
(実施例C12)
ジエチルアルミニウムクロライドの量を19.5μmolとし、表3に示す組成とした点以外は実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体CNを得た(収量:60g)。
(実施例C13)
ジエチルアルミニウムクロライドの量を39.0μmolとし、表3に示す組成とした点以外は実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行い、重合体COを得た(収量:60g)。
(実施例C14)
ジエチルアルミニウムクロライドの量を390μmolとし、表3に示す組成とした点以外は実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行ったところ、重合体は得られなかった。
(実施例C15)
ジエチルアルミニウムクロライドの量を780μmolとし、表3に示す組成とした点以外は実施例C2と同様に重合触媒組成物の調製及び重合反応を行ったところ、重合体は得られなかった。
各実施例C及び比較例Cにおける重合触媒組成物の調製及びイソプレン−ブタジエンランダム共重合体の製造の詳細を表3に示す。
各製造における重合触媒組成物の触媒活性を、下記式
(収量(kg))/{((A)成分の使用量(mol))×(反応時間(時間))}
から算出した。
(イソプレン−ブタジエンランダム共重合体の分析)
上記得られた各重合体Cについて、以下(1)及び(2)の分析を行った。
(1)ミクロ構造(イソプレン由来部分のシス−1,4−結合含量(%)及び3,4−ビニル結合含量(%)、ブタジエン由来部分のシス−1,4−結合含量(%)及びビニル結合含量(%))の分析
得られた各重合体Cについて、NMR(Bruker社製、AVANCE 600)を用いてH−NMR及び13C−NMRスペクトルを得た。
イソプレン由来部分については、H−NMR及び13C−NMRの測定により得られたピーク(H−NMR:δ 4.6−4.8(3,4−ビニルユニットの=CH)、5.0−5.2(1,4−ユニットの−CH=)、13C−NMR:δ 23.4(1,4−シスユニット)、15.9(1,4−トランスユニット)、18.6(3,4−ユニット))の積分比から、シス−1,4−結合含量(%)及び3,4−ビニル結合含量(%)を算出した。
ブタジエン由来部分については、H−NMR及び13C−NMRの測定により得られたピーク(H−NMR:δ 4.8−5.0(1,2−ビニルユニットの=CH)、5.2−5.4(1,4−ユニットの−CH=)、13C−NMR:δ 27.4(1,4−シスユニット)、32.7(1,4−トランスユニット))の積分比から、シス−1,4−結合含量(%)及びビニル結合含量(%)を算出した。
(2)数平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)の分析
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(GPC装置:東ソー社製、HLC−8220GPC;カラム:東ソー社製、TSKgel GMHXL−2本;検出器:示差屈折率計(RI))により、単分散ポリスチレンを基準として、重合体Cのポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)を算出した。なお、測定温度は40℃とし、溶出溶媒をTHFとした。
各実施例C及び比較例Cにおけるイソプレン−ブタジエンランダム共重合体の分析結果の詳細を表3に示す。
Figure 0006738734
Figure 0006738734
Figure 0006738734
実施例C1〜C15と比較例C1、C2とを比較することにより、本発明のイソプレン−ブタジエンランダム共重合体の製造方法によれば、環境負荷及び製造コストを低減させつつ、イソプレン−ブタジエンランダム共重合体を製造することができることが示された。
特に、実施例C1と比較例C1とを比較することにより、本発明の製造方法によれば、反応系における触媒活性を向上させる効果、シス−1,4−結合含量を高める効果が得られることが示された。実施例C1と比較例C2とを比較することにより、本発明の製造方法によれば、必ずしも重合反応の溶媒として毒性及び価格が比較的高い芳香族炭化水素を必要とせず、環境負荷及び製造コストを低減させる効果が得られることが示された。
本発明の共役ジエン重合体の製造方法によれば、環境負荷及び製造コストを低減させることができる。また、本発明の共役ジエン重合体によれば、極めて高いシス−1,4−結合含量を有する共役ジエン重合体を提供することができる。更に、本発明のゴム組成物によれば、上記本発明の共役ジエン重合体の効果を得ることができる。更に、本発明のタイヤによれば、上記本発明の共役ジエン重合体の効果を得ることができる。
本発明の共役ジエン重合体の製造方法によれば、特に、イソプレン−ブタジエンブロック重合体やイソプレン−ブタジエンランダム共重合体を好適に製造することができる。

Claims (10)

  1. 希土類元素化合物と、置換又は無置換のシクロペンタジエン、置換又は無置換のインデン、置換又は無置換のフルオレンからなる群から選択される少なくとも1種のシクロペンタジエン骨格を有する化合物とを含む重合触媒組成物を用いて、共役ジエン単量体を重合させる、共役ジエン重合体の製造方法であり、
    前記希土類元素化合物は、式(1)
    M−(AQ)(AQ)(AQ)・・・(1)
    (式中、Mは、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し;AQ、AQ及びAQは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい官能基であり、ここで、Aは、窒素を表し;但し、少なくとも1つのM−A結合を有する)
    で表される化合物である、
    ことを特徴とする、共役ジエン重合体の製造方法。
  2. 前記重合触媒組成物は、式(2)
    YR ・・・(2)
    (式中、Yは、周期律表の第1族、第2族、第12族及び第13族の元素からなる群から選択される金属元素であり、R及びRは炭素数1〜10の炭化水素基又は水素原子であり、Rは炭素数1〜10の炭化水素基であり、但し、R、R及びRはそれぞれ互いに同一または異なっていてもよく、また、Yが第1族の金属元素である場合には、aは1であり且つb及びcは0であり、Yが第2族又は第12族の金属元素である場合には、a及びbは1であり且つcは0であり、Yが第13族の金属元素である場合には、a,b及びcは1である)
    で表される有機金属化合物を更に含む、請求項1に記載の共役ジエン重合体の製造方法。
  3. 前記式(2)において、R、R及びRは少なくとも1つが異なっている、請求項2に記載の共役ジエン重合体の製造方法。
  4. 前記シクロペンタジエン骨格を有する化合物は、置換又は無置換のインデンである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の共役ジエン重合体の製造方法。
  5. 前記重合触媒組成物は、アルミノキサン化合物を更に含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の共役ジエン重合体の製造方法。
  6. 前記アルミノキサン化合物は、MMAO又はTMAOである、請求項5に記載の共役ジエン重合体の製造方法。
  7. 前記重合触媒組成物は、ハロゲン化合物を更に含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の共役ジエン重合体の製造方法。
  8. 前記ハロゲン化合物の前記希土類元素化合物に対するモルにおける割合は、1.0〜10である、請求項7に記載の共役ジエン重合体の製造方法。
  9. 前記重合触媒組成物は、芳香族炭化水素を含まない、請求項1〜8のいずれか1項に記載の共役ジエン重合体の製造方法。
  10. 前記共役ジエン単量体は、イソプレン及び1,3−ブタジエンである、請求項1〜9のいずれか項に記載の共役ジエン重合体の製造方法。
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