JP7307684B2 - エチレンと1,3-ブタジエンとの官能性コポリマー - Google Patents
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Description
既に入手可能な材料の範囲を広げるため、新たなポリマーを入手可能にすること、および既に存在する材料の特性を改善することは、常に有利である。新たなポリマーへの取り組みの中でも、ポリマーの修飾を挙げることができる。
本発明の別の主題は、本発明によるコポリマーを合成するための方法であって、
a) オルガノマグネシウム化合物と、式(II)の部分を含むメタロセンとを含む触媒系の存在下、エチレンおよび1,3-ブタジエンのモノマー混合物を共重合させるステップ、
P1(Cp1)(Cp2)Met (II)
(Metは第4族金属原子または希土類金属原子であり、
P1は2つの基、Cp1とCp2とを架橋し、かつケイ素または炭素原子を含む基であり、
Cp1およびCp2は、同一でありまたは異なり、フルオレニル基、置換フルオレニル基、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基、および置換インデニル基からなる群から選択される)
b) 官能化剤、式(III)の化合物を、ステップa)で得られたコポリマーと反応させるステップ、
Si(Fc1)4-g(Rc2)g (III)
(記号Fc1は同一でありまたは異なり、アルコキシ基またはハロゲン原子を表し、
記号Rc2は同一でありまたは異なり、水素原子、炭化水素鎖、または化学官能基Fc2によって置換された炭化水素鎖を表し、
gが0~2の範囲の整数である)
c) 必要な場合、加水分解反応させるステップ、
を含む、本発明によるコポリマーを合成するための方法である。
「aからbの間」という表現によって表記される値同士の間隔はいずれも、「a」を超え、かつ「b」より小さい値の範囲を表し(すなわち、境界値aおよびbは除外される)、一方、「a~b」という表現によって表記される値同士の間隔はいずれも、「a」から「b」までにわたる値の範囲を意味する(すなわち、厳密な境界値aおよびbを含む)。
本明細書で言及される化合物は、化石またはバイオベースの起源であってもよい。後者の場合、これらは、部分的にまたは完全に、バイオマスから生じたものでもよく、またはバイオマスから生じる再生可能な出発材料から得られるものでもよい。モノマーが特に関係している。
UA単位と称するエチレン単位は、エチレンモノマーをコポリマーに挿入することによって生じ、部分-(CH2-CH2)-を有する。ブタジエン単位は、1,3-ブタジエンモノマーを、1,4または2,1挿入でコポリマーに挿入することによって生じ、それぞれ部分-CH2-CH=CH-CH2-および-CH2-CH(CH=CH2)-を有し、それぞれUBおよびUC単位と称する。
コポリマーの鎖は、エチレンおよび1,3-ブタジエンモノマーの、コポリマーへの非常に特定的な挿入から生じる、式(1)の環式1,2-シクロヘキサンジイル構造のUD単位も含有する。
定義により、コポリマー中のエチレン単位、ブタジエン単位、および環式構造のUD単位のそれぞれのモル百分率は、厳密には0を超える。
本発明の実施形態のいずれか1つによれば、エチレン単位は、好ましくはコポリマーの全モノマー単位の少なくとも50mol%、より優先的には少なくとも65mol%を占める。
特定の一実施形態によれば、コポリマーは、エチレンおよび1,3-ブタジエンモノマーの、コポリマーへの同様に非常に特定的な挿入から生じる、式(I-1)の環式1,4-シクロヘキサンジイル構造のUE単位も含む。
m、n、o、p、およびqは0~100の範囲の数値であり、
m≧50
n+o>0
p>0
q≧0であり、
m、n、o、p、およびqのそれぞれのモル百分率は、m+n+o+p+qの合計を基準として算出され、合計は100に等しい。
より優先的には、
0<o+p≦25
o+p+q≧5
n+o>0
q≧0であり、
m、n、o、p、およびqのそれぞれのモル百分率は、m+n+o+p+qの合計を基準として算出され、合計は100に等しい。
m≧65
n+o+p+q≧15、好ましくはn+o+p+q≧20
12≧p+q≧2
1≧n/(o+p+q)
qが0でないとき、20≧p/q≧1である。
有利には、qは0に等しい。
本発明によるコポリマーは、鎖末端の1つに、アルコキシシラン官能基またはシラノール官能基を有するという、別の本質的な特色も有する。本出願において、末端の一方が有するアルコキシシランまたはシラノール官能基は、本出願において、官能性基F1の名称で呼ばれる。
Si(OR1)3-f(R2)f (III-a)
記号R1は同一でありまたは異なり、アルキルを表し、
記号R2は同一でありまたは異なり、水素原子、炭化水素鎖、または化学官能基F2によって置換されている炭化水素鎖を表し、
fは0~2の範囲の整数である。
式(III-a)において、記号R1が、優先的には最大6個の炭素原子を有するアルキル、より優先的にはメチルまたはエチル、さらにより優先的にはメチルである。3-fが1を超える場合、記号R1は有利には同一であり、特にメチルまたはエチルであり、より詳細にはメチルである。
Si(OH)(R2)2 (III-b)
記号R2は同一でありまたは異なり、水素原子、炭化水素鎖、または化学官能基F2によって置換されている炭化水素鎖を表す。
式(III-a)および(III-b)において記号R2によって表される炭化水素鎖の中でも、アルキル、特に最大6個の炭素原子を有するもの、優先的にはメチルまたはエチル、より優先的にはメチルを挙げることができる。
式(III-a)および(III-b)において記号R2によって表される化学官能基F2によって置換されている炭化水素鎖の中でも、アルカンジイル鎖、特に最大6個の炭素原子を含むもの、非常に詳細には1,3-プロパンジイル基を挙げることができるが、アルカンジイル鎖は置換基、化学官能基F2を有し、言い換えれば、アルカンジイル鎖の一方の原子価は官能基F2のため、他方の原子価はシラノールまたはアルコキシシラン官能基のケイ素原子のためである。
式(III-a)および(III-b)において、記号R2は同一でありまたは異なり、好ましくは最大6個の炭素原子を有するアルキル、または最大6個の炭素原子を有し、化学官能基F2によって置換されているアルカンジイル鎖を表す。
官能性基F1としては、アルコキシまたはシラノール型であっても、上に言及した、シリル基によって保護された形態におけるアミンまたはチオール官能基を含む官能性基、特にトリメチルシリルまたはtert-ブチルジメチルシリル基も挙げることができる。
本発明によるコポリマーは、下に記載する方法によって調製されうる。
a) オルガノマグネシウム化合物と式(II)の部分を含むメタロセンとを含む触媒系の存在下、エチレンおよび1,3-ブタジエンのモノマー混合物を共重合させるステップ、
P1(Cp1)(Cp2)Met (II)
(Metは第4族金属原子または希土類金属原子であり、
P1は2つの基、Cp1とCp2とを架橋し、かつケイ素または炭素原子を含む基であり、
Cp1およびCp2は同一でありまたは異なり、フルオレニル基、置換フルオレニル基、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基、および置換インデニル基からなる群から選択される)
b) 官能化剤を、ステップa)で得られたコポリマーと反応させるステップ、
c) 必要な場合、加水分解反応させるステップ
を含むという本質的な特色を有する。
当業者は、これらの文献に記載される重合条件を、コポリマー鎖の所望のミクロ構造とマクロ構造とを達成するように適応させる。本発明の実施形態のいずれか1つによれば、オルガノマグネシウム化合物の、メタロセンを構成している金属Metに対するモル比は、好ましくは1~100にわたる範囲、より優先的には1以上10未満である。1~10未満にわたる値の範囲は、高モル質量のコポリマーを得るために特により好ましい。
当業者はまた、重合条件および反応物質(触媒系の構成成分、モノマー)のそれぞれの濃度を、重合および各種化学反応を実施するために用いる装置(器具、反応器)に応じて適合させる。当業者に公知のように、共重合、ならびにモノマーの、触媒系の、および重合溶媒の取り扱いは、無水条件下および不活性雰囲気下で行われる。重合溶媒は、典型的には、脂肪族または芳香族炭化水素溶媒である。
本発明の特に優先的な一実施形態によれば、オルガノマグネシウム化合物は、Mg金属原子に結合したアルキル基を含む。これに関して、アルキルマグネシウム化合物、非常に詳細には、ジアルキルマグネシウム化合物またはアルキルマグネシウムハライド、例えばブチルオクチルマグネシウム、ブチルエチルマグネシウム、およびブチルマグネシウムクロリドなどが、特に好適である。より優先的には、オルガノマグネシウム化合物が、ジオルガノマグネシウム化合物である。オルガノマグネシウム化合物が、有利にはブチルオクチルマグネシウムである。
下の図に表すように、本出願では、シクロペンタジエニル基の場合、2(または5)位は、PがP1であろうとP2であろうと、架橋Pが付着している炭素原子に隣接する炭素原子の位置を指す。
2位と5位とが置換されているシクロペンタジエニル基としては、より詳細には、テトラメチルシクロペンタジエニル基を挙げることができる。
下の図に表すように、インデニル基の場合、2位は、PがP1であろうとP2であろうと、架橋Pが付着している炭素原子に隣接する炭素原子の位置を指す。
2位が置換されているインデニル基としては、より詳細には、2-メチルインデニル、または2-フェニルインデニルを挙げることができる。
置換フルオレニル基としては、より詳細には、2,7-ジ(tert-ブチル)フルオレニル、および3,6-ジ(tert-ブチル)フルオレニル基を挙げることができる。2、3、6および7位はそれぞれ、下の図に表すような環の炭素原子の位置を指し、9位は架橋Pが付着している炭素原子に対応する。
第2の優先的な変形形態によれば、Cp1およびCp2は同一であり、2位が置換されたインデニル基、置換フルオレニル基、およびフルオレニル基からなる群から選択される。
有利には、式(II)において、Cp1およびCp2がそれぞれ、置換フルオレニル基またはフルオレニル基、好ましくはフルオレニル基を表す。フルオレニル基は式C13H8のものである。
式(II)において、Met原子は、架橋P1によって互いに連結された、2つのCp1およびCp2基からなるリガンド分子に連結される。好ましくは、架橋の用語で表記される記号P1が式MR3R4に対応し、Mはケイ素または炭素原子、好ましくはケイ素原子を表し、R3およびR4は同一でありまたは異なり、1~20個の炭素原子を含むアルキル基を表す。より優先的には、架橋P1は式SiR3R4のものであり、R3およびR4は以前に定義した通りである。さらにより優先的には、P1は式SiMe2に対応する。
本発明の優先的な一実施形態によれば、メタロセンは式(II-1)のものである。
{P1(Cp1)(Cp2)Met-G}b (II-1)
(式中、
Metは希土類金属原子を表し、
記号Gは、塩素、フッ素、臭素、およびヨウ素からなる群から選択されるハロゲン原子X、またはボロヒドリド部分BH4を含む基を指し、
Cp1、Cp2、およびP1は、優先的な変形形態によるものを含めて、以前に定義した通りであり、
bは1または2に等しい)
メタロセンが式(II)または(II-1)のものであろうと、記号Metは好ましくは、原子番号が57~71の範囲であるランタニド(Ln)原子、より優先的にはネオジム(Nd)原子を表す。
記載した実施形態のいずれか1つによれば、メタロセンが好ましくは、ランタニドボロヒドリドメタロセン、またはランタニドハライドメタロセン、特にランタニドクロリドメタロセンである。
(BH4)(1+c)-Lc-Nx (IV)
(式中、
Lは、リチウム、ナトリウム、およびカリウムからなる群から選択されるアルカリ金属原子を表し、
Nはエーテルの分子を表し、
xは、整数であってもなくてもよく、0以上であり、
cは整数であり、0以上である)
アルカリ金属と錯形成する能力を有する任意のエーテル、特にジエチルエーテルおよびテトラヒドロフランが、エーテルとして好適である。
本出願では、記号Fluはフルオレニル基C13H8を表し、記号Indはインデニル基を表し、記号2-MeIndは2位がメチルによって置換されているインデニル基を表す。
優先的には、メタロセンが式(IV-3a)、(IV-3b)、(IV-3c)、(IV-3d)、または(IV-3e)のものである。
[{Me2SiFlu2Nd(μ-BH4)2Li(THF)}2] (IV-3a)
[Me2SiFlu2Nd(μ-BH4)2Li(THF)] (IV-3b)
[Me2SiFlu2Nd(μ-BH4)(THF)] (IV-3c)
[{Me2SiFlu2Nd(μ-BH4)(THF)}2] (IV-3d)
[Me2SiFlu2Nd(μ-BH4)] (IV-3e)
Si(Fc1)4-g(Rc2)g (III)
記号Fc1は同一でありまたは異なり、アルコキシ基またはハロゲン原子を表し、
記号Rc2は同一でありまたは異なり、水素原子、炭化水素鎖、または化学官能基Fc2によって置換されている炭化水素鎖を表し、gが0~2の範囲の整数である。
記号Fc1がアルコキシ基を表す場合、アルコキシ基は、好ましくはメトキシまたはエトキシである。Fc1記号がハロゲン原子を表す場合、ハロゲン原子は、好ましくは塩素である。
MeOSi(Fc1)3-g(Rc2)g (III-1)
記号Fc1およびRc2ならびにgは、式(III)において定義される通りである。
本発明のより優先的な一実施形態によれば、記号Fc1の少なくとも2つが、アルコキシ基、特にメトキシまたはエトキシを表す。有利には、このとき官能化剤が式(III-2)のものであり、
(MeO)2Si(Fc1)2-g(Rc2)g (III-2)
記号Fc1およびRc2ならびにgは、式(III)において定義される通りである。
本発明のさらにより優先的な一実施形態によれば、記号Fc1の少なくとも3つは、アルコキシ基、特にメトキシまたはエトキシを表す。有利には、このとき官能化剤は式(III-3)のものであり、
(MeO)3Si(Fc1)1-g(Rc2)g (III-3)
記号Fc1およびRc2は、式(III)において定義される通りであり、gが0~1の範囲の整数である。
さらにより有利な一実施形態によれば、官能化剤は式(III-4)のものである。
(MeO)3SiRc2 (III-4)
Rc2は式(III)において定義される通りである。
式(III)、(III-1)、(III-2)、(III-3)、および(III-4)において記号Rc2によって表される、化学官能基Fc2によって置換されている炭化水素鎖の中でも、アルカンジイル鎖、好ましくは最大6個の炭素原子を含むもの、より優先的には1,3-プロパンジイル基を挙げることができるが、アルカンジイル基は置換基、化学官能基Fc2を有し、言い換えれば、アルカンジイル鎖の一方の原子価は官能基Fc2のため、他方の原子価はメトキシシラン官能基のケイ素原子のためである。
官能化剤としては、化合物ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシラン、ジエトキシジエチルシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)メチルジメトキシシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)メチルジエトキシシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)エチルジメトキシシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)エチルジエトキシシラン、3-メトキシ-3,8,8,9,9-ペンタメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカン、トリメトキシメチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、トリエトキシエチルシラン、(N,N-ジメチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、(N,N-ジメチルアミノプロピル)トリエトキシシラン、(N-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-N-(トリメチルシリル)シランアミン、(N-(3-トリエトキシシリル)プロピル)-N-(トリメチルシリル)シランアミンおよび3,3-ジメトキシ-8,8,9,9-テトラメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカン、好ましくはジメトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)メチルジメトキシシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)エチルジメトキシシラン、3-メトキシ-3,8,8,9,9-ペンタメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカントリメトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、(N,N-ジメチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、(N-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-N-(トリメチルシリル)シランアミンおよび3,3-ジメトキシ-8,8,9,9-テトラメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカン、より優先的には、トリメトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、(N,N-ジメチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、(N-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-N-(トリメチルシリル)シランアミン、および3,3-ジメトキシ-8,8,9,9-テトラメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカンを挙げることができる。
官能化剤は、官能化反応をさせるのに十分な時間、重合媒体と接触させる。この接触時間は、反応媒体の濃度の関数、および反応媒体の温度の関数として、当業者によって適切に選択される。典型的には、官能化反応は、撹拌下、17℃~80℃の範囲の温度において、0.01~24時間実施される。
官能化剤が式(III)、(III-1)、(III-2)、(III-3)、または(III-4)のものである場合、gが0以外である場合、およびRc2が官能基Fc2によって置換され、保護された形態の炭化水素鎖を表す場合も、コポリマーの鎖の末端における官能基を脱保護するため、ステップb)の後に加水分解反応を行ってもよい。加水分解反応、官能基を脱保護するステップは、一般に、脱保護する官能基の化学的性質に応じて、酸性または塩基性媒体中で実施される。例えば、アミンまたはチオール官能基を保護するシリル基、特にトリメチルシリルまたはtert-ブチルジメチルシリル基は、当業者に公知の方法において、酸性または塩基性媒体中で加水分解されうる。脱保護条件の選択は、脱保護する基質の化学的構造を考慮して、当業者によって適切になされる。
前述の本発明および他の特徴のより良好な理解は、例示として限定することなく与えられる、以下の本発明の複数の例示的な実施形態の記載に接することによって得られるであろう。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔1〕エチレン単位と、ブタジエン単位と、式(I)の環式構造のUD単位とを含み、鎖末端の1つにアルコキシシリルまたはシラノール官能基、官能性基F 1 を有する、エチレン/1,3-ブタジエンコポリマー。
〔2〕エチレン単位は、コポリマーの全モノマー単位の少なくとも50mol%、好ましくは少なくとも65mol%を占める、前記〔1〕に記載のコポリマー。
〔3〕コポリマーが、UA、UB、UC、UD単位、および適当な場合、式(I-1)のUE単位を含有する、前記〔1〕または〔2〕に記載のコポリマー:
UA) m%のモル百分率の
UB) n%のモル百分率の-CH 2 -CH=CH-CH 2 -
UC) o%のモル百分率の-CH 2 -CH(CH=CH 2 )-
UD) p%のモル百分率の
m、n、o、p、およびqが0~100の範囲の数値であり、
m≧50
n+o>0
p>0
q≧0であり、
m、n、o、p、およびqのそれぞれのモル百分率が、m+n+o+p+qの合計を基準として算出され、合計が100に等しい。
〔4〕0<o+p≦25
o+p+q≧5
n+o>0
q≧0であり、
m、n、o、p、およびqのそれぞれのモル百分率が、m+n+o+p+qの合計を基準として算出され、合計が100に等しい、
前記〔3〕に記載のコポリマー。
〔5〕qが0に等しい、前記〔3〕または〔4〕に記載のコポリマー。
〔6〕官能性基F 1 が、共有結合によってコポリマーの末端単位に直接付着している、前記〔1〕から〔5〕までのいずれか1項に記載のコポリマー。
〔7〕官能性基F 1 が直接付着している末端単位は、エチレン単位にまたはUD単位に結合したメチレンからなり、Si原子がメチレンに結合している、前記〔6〕に記載のコポリマー。
〔8〕官能性基が式(III-a)または式(III-b)のものである、
Si(OR 1 ) 3-f (R 2 ) f (III-a)
Si(OH)(R 2 ) 2 (III-b)
前記〔1〕から〔7〕までのいずれか1項に記載のコポリマー。
(式中、記号R 1 は同一でありまたは異なり、アルキルを表し、
記号R 2 は同一でありまたは異なり、水素原子、炭化水素鎖、または化学官能基F 2 によって置換されている炭化水素鎖を表し、
fは0~2の範囲の整数である)
〔9〕記号R 1 が、最大6個の炭素原子を有するアルキルを表す、前記〔8〕に記載のコポリマー。
〔10〕記号R 2 が、最大6個の炭素原子を有するアルキル、または最大6個の炭素原子を有し、化学官能基F 2 によって置換されているアルカンジイル鎖を表す、前記〔8〕または〔9〕に記載のコポリマー。
〔11〕記号R 1 およびR 2 によって表されるアルキルが、メチルまたはエチル、より優先的にはメチルである、前記〔8〕から〔10〕までのいずれか1項に記載のコポリマー。
〔12〕化学官能基F 2 が、第一級、第二級もしくは第三級アミン官能基またはチオール官能基であり、前記第一級もしくは第二級アミンまたはチオール官能基が、保護基によって保護されている、または保護されていない、前記〔8〕から〔11〕までのいずれか1項に記載のコポリマー。
〔13〕保護基がシリル基、好ましくはトリメチルシリルまたはtert-ブチルジメチルシリル基である、前記〔12〕に記載のコポリマー。
〔14〕官能性基F 1 が、ジメトキシメチルシリル、ジメトキシエチルシリル、ジエトキシメチシリル、ジエトキシエチシリル、3-(N,N-ジメチルアミノ)プロピルジメトキシシリル、3-(N,N-ジメチルアミノ)プロピルジエトキシシリル、3-アミノプロピルジメトキシシリル、3-アミノプロピルジエトキシシリル、3-チオプロピルジメトキシシリル、3-チオプロピルジエトキシシリル、メトキシジメチルシリル、メトキシジエチルシリル、エトキシジメチシリル、エトキシジエチシリル、3-(N,N-ジメチルアミノ)プロピルメトキシメチルシリル、3-(N,N-ジメチルアミノ)プロピルメトキシエチルシリル、3-(N,N-ジメチルアミノ)プロピルエトキシメチルシリル、3-(N,N-ジメチルアミノ)プロピルエトキシエチルシリル、3-アミノプロピルメトキシメチルシリル、3-アミノプロピルメトキシエチルシリル、3-アミノプロピルエトキシメチルシリル、3-アミノプロピルエトキシエチルシリル、3-チオプロピルメトキシメチルシリル、3-チオプロピルエトキシメチルシリル、3-チオプロピルメトキシエチルシリル、3-チオプロピルエトキシエチルシリル、または3-アミノプロピルジメトキシシリル、3-アミノプロピルジエトキシシリル、3-チオプロピルジメトキシシリル、3-チオプロピルジエトキシシリル、3-アミノプロピルメトキシメチルシリル、3-アミノプロピルメトキシエチルシリル、3-アミノプロピルエトキシメチルシリル、3-アミノプロピルエトキシエチルシリル、3-チオプロピルメトキシメチルシリル、3-チオプロピルエトキシメチルシリル、3-チオプロピルメトキシエチルシリル、3-チオプロピルエトキシエチルシリルのアミンもしくはチオール官能基を保護された形態である、前記〔1〕から〔13〕までのいずれか1項に記載のコポリマー。
〔15〕官能性基F 1 がジメチルシラノール、ジエチルシラノール、3-(N,N-ジメチルアミノ)プロピルメチルシラノール、3-(N,N-ジメチルアミノ)プロピルエチルシラノール、3-アミノプロピルメチルシラノール、3-アミノプロピルエチルシラノール、3-チオプロピルエチルシラノール、3-チオプロピルメチルシラノール、または3-アミノプロピルメチルシラノール、3-アミノプロピルエチルシラノール、3-チオプロピルエチルシラノール、3-チオプロピルメチルシラノールのアミンもしくはチオール官能基を保護された形態である、前記〔1〕から〔13〕までのいずれか1項に記載のコポリマー。
〔16〕官能性基F 1 が式(III-a)のものであり、fが1に等しい、前記〔8〕および前記〔9〕から〔14〕までのいずれか1項に記載のコポリマー。
〔17〕前記〔1〕から〔16〕までのいずれか1項に記載のコポリマーを調製するための方法であって、
a)オルガノマグネシウム化合物と式(II)の部分を含むメタロセンとを含む触媒系の存在下、エチレンおよび1,3-ブタジエンのモノマー混合物を共重合させるステップ、 P 1 (Cp 1 )(Cp 2 )Met (II)
(式中、
Metは第4族金属原子または希土類金属原子であり、
P 1 は2つの基、Cp 1 とCp 2 とを架橋し、かつケイ素または炭素原子を含む基であり、
Cp 1 およびCp 2 は同一でありまたは異なり、フルオレニル基、置換フルオレニル基、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基、および置換インデニル基からなる群から選択される)
b) 官能化剤、式(III)の化合物を、ステップa)で得られたコポリマーと反応させるステップ、
Si(Fc 1 ) 4-g (Rc 2 ) g (III)
(記号Fc 1 は同一でありまたは異なり、アルコキシ基またはハロゲン原子を表し、
記号Rc 2 は同一でありまたは異なり、水素原子、炭化水素鎖、または化学官能基Fc 2 によって置換されている炭化水素鎖を表し、
gは0~2の範囲の整数である)
c) 必要な場合、加水分解反応させるステップ
を含む、方法。
〔18〕メタロセンが式(II-1)のものである、前記〔17〕に記載の方法。
{P 1 (Cp 1 )(Cp 2 )Met-G} b (II-1)
(式中、
Cp 1 、Cp 2 、およびP 1 は前記〔17〕に定義する通りであり、
Metは希土類金属原子を表し、
記号Gは、塩素、フッ素、臭素、およびヨウ素からなる群から選択されるハロゲン原子X、またはボロヒドリド部分BH 4 を含む基を指し、
bは1または2に等しい)
〔19〕記号Gが塩素または式(IV)の基を指す、前記〔18〕に記載の方法。
(BH 4 ) (1+c) -L c -N x (IV)
(式中、
Lは、リチウム、ナトリウム、およびカリウムからなる群から選択されるアルカリ金属原子を表し、
Nはエーテルの分子を表し、
xは、整数であってもなくてもよく、0以上であり、
cは整数であり、0以上である)
〔20〕記号Metがネオジム原子を表す、前記〔17〕から〔19〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔21〕P 1 がSiMe 2 基を表す、前記〔17〕から〔20〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔22〕Cp 1 およびCp 2 が同一であり、2位が置換されているインデニル基、置換フルオレニル基、およびフルオレニル基からなる群から選択される、前記〔17〕から〔21〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔23〕Cp 1 がCp 2 とは異なり、Cp 1 が置換フルオレニル基およびフルオレニル基からなる群から選択され、Cp 2 が、少なくとも2位と5位とが置換されているシクロペンタジエニル基、少なくとも2位が置換されているインデニル基、置換フルオレニル基、およびフルオレニル基からなる群から選択される、前記〔17〕から〔22〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔24〕Cp 1 およびCp 2 がそれぞれ、置換フルオレニル基またはフルオレニル基、好ましくはフルオレニル基を表す、前記〔17〕から〔23〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔25〕メタロセンが、[Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 ) 2 Li(THF)} 2 ]、[Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 )(THF)]、[Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 )]、[Me 2 Si(2-MeInd) 2 Nd(μ-BH 4 )]、[Me 2 Si(C 5 Me 4 )(Flu)Nd(μ-BH 4 )]、[Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 ) 2 Li(THF)]、[Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 )(THF)} 2 ]および[Me 2 SiFlu 2 Nd(Cl)]からなるメタロセンの群から選択され、
記号Fluはフルオレニル基C 13 H 8 を表し、記号Indはインデニル基を表し、記号2-MeIndは2位がメチルによって置換されているインデニル基を表す、前記〔17〕から〔24〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔26〕メタロセンが式(IV-3a)、(IV-3b)、(IV-3c)、(IV-3d)、または(IV-3e)のものであり、
[{Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 ) 2 Li(THF)} 2 ] (IV-3a)
[Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 ) 2 Li(THF)] (IV-3b)
[Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 )(THF)] (IV-3c)
[{Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 )(THF)} 2 ] (IV-3d)
[Me 2 SiFlu 2 Nd(μ-BH 4 )]、 (IV-3e)
記号Fluはフルオレニル基C 13 H 8 を表す、前記〔17〕から〔25〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔27〕オルガノマグネシウム化合物が、ジアルキルマグネシウム化合物、またはアルキルマグネシウムハライド、優先的にはブチルオクチルマグネシウム、またはブチルマグネシウムクロリド、より優先的にはブチルオクチルマグネシウムである、前記〔17〕から〔26〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔28〕記号Fc 1 の少なくとも1つがアルコキシ基を表す、前記〔17〕から〔27〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔29〕記号Fc 1 の少なくとも2つがアルコキシ基を表す、前記〔17〕から〔28〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔30〕記号Fc 1 の少なくとも3つがアルコキシ基を表す、前記〔17〕から〔29〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔31〕アルコキシ基がメトキシまたはエトキシ、好ましくはメトキシである、前記〔17〕から〔30〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔32〕記号Rc 2 が、最大6個の炭素原子を有するアルキル、または最大6個の炭素原子を有し、化学官能基Fc 2 によって置換されているアルカンジイル鎖を表す、前記〔17〕から〔31〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔33〕最大6個の炭素原子を有するアルキルが、メチルまたはエチルである、前記〔32〕に記載の方法。
〔34〕化学官能基Fc 2 が、保護基によって保護された第一級アミン官能基、保護基によって保護された第二級アミン官能基、第三級アミン官能基、または保護基によって保護されたチオール官能基である、前記〔17〕から〔33〕までのいずれか1項に記載の方法。
〔35〕保護基がトリメチルシリル、またはtert-ブチルジメチルシリルである、前記〔34〕に記載の方法。
〔36〕官能化剤が、ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシラン、ジエトキシジエチルシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)メチルジメトキシシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)メチルジエトキシシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)エチルジメトキシシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)エチルジエトキシシラン、3-メトキシ-3,8,8,9,9-ペンタメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカン、トリメトキシメチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、トリエトキシエチルシラン、(N,N-ジメチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、(N,N-ジメチルアミノプロピル)トリエトキシシラン、(N-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-N-(トリメチルシリル)シランアミン、(N-(3-トリエトキシシリル)プロピル)-N-(トリメチルシリル)シランアミン、または3,3-ジメトキシ-8,8,9,9-テトラメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカン、好ましくはジメトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)メチルジメトキシシラン、(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)エチルジメトキシシラン、3-メトキシ-3,8,8,9,9-ペンタメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカントリメトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、(N,N-ジメチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、(N-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-N-(トリメチルシリル)シランアミン、または3,3-ジメトキシ-8,8,9,9-テトラメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカン、より優先的にはトリメトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、(N,N-ジメチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、(N-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-N-(トリメチルシリル)シランアミン、または3,3-ジメトキシ-8,8,9,9-テトラメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカンである、前記〔17〕から〔35〕までのいずれか1項に記載の方法。
II.1-特性評価法
サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)
a)測定の原理
サイズ排除クロマトグラフィー、すなわちSECは、多孔質ゲルを充填したカラムを通じて、サイズに応じて溶液中の巨大分子を分離することができる。巨大分子は、水力学的体積に応じて分離され、最も嵩高いものが最初に溶出する。
3種の検出器(3D)、屈折計、粘度計、および90°光散乱検出器と合わせて、SECにより、ポリマーの絶対モル質量分布を知ることができる。各種数平均(Mn)および質量平均(Mw)絶対モル質量、ならびに分散度(D=Mw/Mn)も、算出することができる。
分析前のポリマーサンプルの特定の処理はない。該サンプルを、テトラヒドロフラン(+1体積%のジイソプロピルアミン+1体積%のトリエチルアミン)に、約1g/lの濃度において、単純に溶解させる。次いで溶液を、0.45μmの多孔性を有するフィルタを通して濾過してから、注入する。
用いた装置は、WatersのAllianceクロマトグラフである。溶出溶媒はテトラヒドロフラン(+1体積%のジイソプロピルアミン+1体積%のトリエチルアミン)であり、流速は0.5ml/分であり、システム温度は35℃である。4つのPolymer Laboratoriesカラムのセットを直列に使用し、2つは「Mixed A LS」の商品名であり、2つは「Mixed B LS」の商品名である。
注入したポリマーサンプルの溶液の体積は、100μlである。使用した検出システムはViscotekのTDA 302であり、示差屈折計、示差粘度計、および90°光散乱検出器から構成される。これら3種の検出器について、波長は670nmである。平均モル質量の算出のため、ポリマー溶液の屈折率増分dn/dCの値を積分するが、この値は、35℃および670nmにおける、テトラヒドロフラン(+1体積%のジイソプロピルアミン+1体積%のトリエチルアミン)においてあらかじめ定義した。データを評価するためのソフトウェアは、ViscotekのOmnisecシステムである。
エチレンと1,3-ブタジエンとのコポリマーのすべての官能化生成物を、1H、13C、29Si NMR分光測定によって特性評価する。NMRスペクトルは、5mm BBI Z-grad「広帯域」クライオプローブを備えた、Bruker Avance III 500MHz分光光度計に記録する。定量的1H NMR実験は、単純30°パルスシーケンスを用い、各取得の間の繰返し時間は5秒である。64~256回の積算を実施する。定量的13C NMR実験は、プロトンデカップリングと共に30°シングルパルスシーケンスを用い、各取得の間のプロトン繰返し時間は10秒である。1024~10240回の積算を実施する。2次元1H/13Cおよび1H/29Si実験は、官能性ポリマーの構造を決定することを目的として用いる。コポリマーのミクロ構造の決定は、Llauro et al., Macromolecules 2001, 34, 6304-6311による記事により、文献中に定義される。
各官能性ポリマーの最終的な化学構造は、1H、13C、および29Si NMRによって同定される。
原材料
式(IV-3a)のメタロセン[{Me2SiFlu2Nd(μ-BH4)2Li(THF)}2]を除いて、すべての反応物質は商業的に得ており、メタロセンは、国際公開第2007054224号の文献に記載される手順に従って調製されうる。
ブチルオクチルマグネシウムBOMAG(ヘプタン中20%、C=0.88molL-1)はChemturaからのものであり、不活性雰囲気下、シュレンクチューブに保管する。エチレンはN35グレードで、Air Liquideからのものであり、予備精製することなく用いる。1,3-ブタジエンはアルミナガード上で精製する。官能化剤は予備精製することなく用いる。
ジメトキシジメチルシラン(AB111082)、ジエトキシジメチルシラン(AB111080)、および(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)メチルジメトキシシラン(AB252529)はABCRからのものであり、(N,N-ジメチルアミノプロピル)トリメトキシシランはNitrochemieからのものである。3-メトキシ-3,8,8,9,9-ペンタメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカン、および3,3-メトキシ-8,8,9,9-テトラメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカンは合成した。
BioSolveからのメチルシクロヘキサン溶媒を乾燥させ、不活性雰囲気下で用いるmBraunからの溶媒精製装置中、アルミナカラムで精製する。メタノール(99%、クラス3、グレードII)はLaurylasからのものであり、C6D6(99.6原子%D)はAldrichからのものであり、低温で保管する。すべての反応は不活性雰囲気下で実施する。
エチレンと1,3-ブタジエンとのコポリマーのすべての重合および官能化反応は、ステンレス鋼撹拌ブレードを備えた使い捨て500mlガラスタンク(Schottフラスコ)を有する反応器中で実施する。温度は、ポリカーボネートジャケットに連結された、サーモスタット制御の油浴によって確実に制御する。この反応器は、取り扱い操作に必要なすべての入り口または出口を有する。
可変量のメタロセンを、グローブボックス中の第1のSteinieボトルに導入する(表1)。
第2のSteinieボトル中の、300mlのメチルシクロヘキサンにあらかじめ溶解させたブチルオクチルマグネシウムを、メタロセンを含有する第1のSteinieボトルに、表1に示す割合で導入する。周囲温度における10分間の接触後、触媒溶液を得る。次いで、触媒溶液を重合反応器に導入する。次いで、反応器の温度を80℃に上昇させる。
この温度に達したら、エチレンと1,3-ブタジエンとのガス状混合物(80/20mol%)を反応器に注入することによって、反応を開始させる。重合反応は、8barの圧力で行う例7の場合を除いて、4barの圧力において行う。
所望のモノマー変換を達成したら、反応機の内容物を脱気し、次いで、不活性雰囲気下、過剰圧力によって、官能化剤を導入する。表1に示す時間および温度で、反応媒体を撹拌する。反応後、媒体を脱気し、次いでメタノール中で沈殿させる。ポリマーをトルエン中に再溶解させ、次いでグラフト化していない「シラン」分子を除去するため、メタノール中に沈殿させ、これによって、官能性基含有率の定量および各種シグナルの積分のための、スペクトルのシグナルの質を改善することができる。ポリマーを老化防止剤によって処理し、次いで、減圧下、60℃で乾燥させて恒量とする。次いでこれを、SEC(THF)、1H、13C、29Si NMRによって分析する。
(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)メチルジメトキシシラン A1
(N,N-ジメチル-3-アミノプロピル)トリメトキシシラン A2
ジメチルジメトキシシラン A3
ジメチルジエトキシシラン A4
3-メトキシ-3,8,8,9,9-ペンタメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカン A5
3,3-メトキシ-8,8,9,9-テトラメチル-2-オキサ-7-チア-3,8-ジシラデカン A6
である。
官能化反応の実験条件を、表1に記載する。
結果を表2に示す。
用いた官能化剤とは独立に、コポリマーは鎖末端に、アルコキシシランまたはシラノール官能化を有する。官能化剤A1、A2、A3およびA6を用いた場合、鎖の3分の1が、または半分さえ官能化されうる。実際、官能性基の含有率は、少なくとも50%に達しうる。コポリマーの合成のために実施される重合を特徴づける連鎖反応にも関わらず、官能化が達成されるため、この官能化の結果は注目に値する。
メトキシシランによって、エトキシシランより良好な官能性基の含有率を得ることができ、トリメトキシシランは、最高の官能性基の含有率をもたらすことにも注目されたい。
phr(100部のエラストマー当たりの質量部)で表した配合を表3に示すゴム組成物、それぞれCおよび1、を、以下の手順に従って調製した。すなわち、コポリマー、シリカ、およびまた加硫系を除く各種他の成分を、連続的に密閉式ミキサーに導入し(最終的な粉砕の程度は約70体積%)、その容器の初期温度は約80℃である。次いで、熱機械的作業(非生産段階)を1ステップにおいて実施するが、これは165℃の最大「ドロッピング」温度に達するまで、合計約3~4分間継続する。このようにして得た混合物を回収して冷却し、次いで、硫黄および促進剤を30℃でミキサー(ホモフィニッシャー)に組み込み、約10分間、すべてを混合する(生産段階)。このようにして得た組成物を、続いて、物理的または機械的特性の測定のため、ゴムのスラブ(2~3mmの厚さ)または薄いシートのいずれかの形態にカレンダー加工する。動的特性は、規格ASTM D 5992-96に従って、粘度分析装置(Metravib VA4000)によって測定する。規格ASTM D 1349-99に従って、標準温度条件下(23℃)、10Hzの周波数において、単純交互正弦剪断応力に供した、加硫組成物(4mmの厚さおよび400mm2の断面を有する円筒形試験片)のサンプルの応答を記録する。ひずみ振幅掃引を、0.1%から50%まで(アウトワードサイクル)、次いで50%から0.1%まで(リターンサイクル)実施する。使用する結果は、複素剪断弾性率G*、損失係数tan(δ)、ならびに0.1%および50%ひずみにおける値の間の弾性率の差ΔG*(Payne効果)である。リターンサイクルについて、観測されたtan(δ)の最大値を示し、tan(δ)maxと表記する。G*と表記する、50%ひずみにおける複素弾性率G*、0.1%および50%ひずみにおける値の間の弾性率の差ΔG*(Payne効果)、ならびにtan(δ)maxの値を、100を基準として示し、値100は対照組成物(C)に対応する。ΔG*の値が低いほど、ゴム組成物のヒステリシスは低い。tan(δ)maxの値が低いほど、ゴム組成物のヒステリシスは低い。G*の値が低いほど、組成物の剛性は低い。
本発明によるコポリマーを含有するゴム組成物について、より低いヒステリシス、およびまたより低い剛性に注目されたい。
Claims (9)
- エチレン単位は、コポリマーの全モノマー単位の少なくとも50mol%、好ましくは少なくとも65mol%を占める、請求項1に記載のコポリマー。
- 官能基F1が、共有結合によってコポリマーの末端単位に直接付着している、請求項1または2に記載のコポリマー。
- 官能基F1が直接付着している末端単位は、エチレン単位にまたは式(I)の環式構造の単位に結合したメチレンからなり、Si原子がメチレンに結合している、請求項3に記載のコポリマー。
- 官能基F1が式(III-a)または式(III-b)のものである、
Si(OR1)3-f(R2)f (III-a)
Si(OH)(R2)2 (III-b)
請求項1から4のいずれか1項に記載のコポリマー。
(式中、記号R1は同一でありまたは異なり、アルキルを表し、
記号R2は同一でありまたは異なり、水素原子、炭化水素鎖、または官能基F2によって置換されている炭化水素鎖を表し、
官能基F2は、第一級、第二級もしくは第三級アミン官能基またはチオール官能基であり、前記第一級もしくは第二級アミンまたはチオール官能基が、保護基によって保護され、または保護されておらず、保護基がトリメチルシリルまたはtert-ブチルジメチルシリル基であり、
fは0~2の範囲の整数である) - 記号R1が、最大6個の炭素原子を有するアルキルを表し、かつ記号R2が、最大6個の炭素原子を有するアルキル、または最大6個の炭素原子を有し、かつ官能基F2によって置換されているアルカンジイル鎖を表す、請求項5に記載のコポリマー。
- 記号R1およびR2によって表されるアルキルが、メチルまたはエチル、より優先的にはメチルである、請求項5または6に記載のコポリマー。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載のコポリマーを調製するための方法であって、
a)オルガノマグネシウム化合物と式(II)の部分を含むメタロセンとを含む触媒系の存在下、エチレンおよび1,3-ブタジエンのモノマー混合物を共重合させるステップ、 P1(Cp1)(Cp2)Met (II)
(式中、
Metは第4族金属原子または希土類金属原子であり、
P1は2つの基、Cp1とCp2とを架橋し、かつケイ素または炭素原子を含む基であり、
Cp1およびCp2は同一でありまたは異なり、フルオレニル基、置換フルオレニル基、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基、および置換インデニル基からなる群から選択される)
b) 官能化剤である式(III)の化合物を、ステップa)で得られたコポリマーと反応させるステップ、
Si(Fc1)4-g(Rc2)g (III)
(記号Fc1は同一でありまたは異なり、アルコキシ基またはハロゲン原子を表し、
記号Rc2は同一でありまたは異なり、水素原子、炭化水素鎖、または官能基Fc2によって置換されている炭化水素鎖を表し、
官能基Fc2は、第一級、第二級もしくは第三級アミン官能基またはチオール官能基であり、前記第一級もしくは第二級アミンまたはチオール官能基が、保護基によって保護され、または保護されておらず、保護基がトリメチルシリルまたはtert-ブチルジメチルシリル基であり、
gは0~2の範囲の整数である)
c) 必要な場合、加水分解反応させるステップ
を含む、方法。 - メタロセンが式(II-1)のものである、請求項8に記載の方法。
{P1(Cp1)(Cp2)Met-G}b (II-1)
(式中、
Cp1、Cp2、およびP1は請求項8に定義する通りであり、
Metは希土類金属原子を表し、
記号Gは、塩素、フッ素、臭素、およびヨウ素からなる群から選択されるハロゲン原子X、またはボロヒドリド部分BH4を含む基を指し、
bは1または2に等しい)
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