JP4062593B2 - Method for producing styrene-butadiene rubber and high-cis styrene-butadiene rubber - Google Patents
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Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スチレンブタジエンゴム(以下、SBRと略す場合がある。)並びにその製造方法、特に溶液重合SBRとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
スチレンブタジエンゴム(SBR)は、広く使用されている合成ゴムであり、特に乗用車用タイヤの路面接地部であるトレッド用のゴム材料として広く使用されている。従来のSBRは、乳化重合法によるか、溶液アニオン重合法により製造されていた。
【0003】
しかるに乳化重合法並びにアニオン重合法により製造されたSBRは、いずれもブタジエンのシス1,4−結合の分率が40%以上にはならないものであった。このため、動的な応力を受ける成形品に使用した場合、特性上問題を有する。特にタイヤのトレッド部に使用した場合には、転動抵抗(Rolling Resistance)、耐摩耗性に問題があり、ブタジエンのシス1,4−結合分率の高いSBRが求められていた。
【0004】
シス1,4−結合分率の高いSBRを製造する方法として、遷移金属メタロセン触媒を使用する製造方法が公知である(Macromol.Chem.Phys.,201,393,2000)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の遷移金属メタロセン触媒を使用した重合方法では、得られるSBRの分子量が高くならず、成形品とした時の機械的強度が十分ではなく、特にタイヤのような高強度が要求される用途には使用できないものであった。
【0006】
本発明の目的は、遷移金属メタロセンを触媒成分として使用し、シス1,4−結合分率が高く、が少なく、マイルドな条件で高分子量の重合体を安定して得ることの可能なスチレンブタジエンゴムの重合方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のスチレンブタジエンゴムの製造方法は、(A)遷移金属メタロセン触媒、(B)有機アルミニウム化合物及びアルミノキサンから選択される少なくとも1種の化合物、及び(C)電子吸引性化合物であるクロラニルを添加してスチレンとブタジエンとを共重合することを特徴とする。
【0008】
本発明の最も大きな特徴構成は、(C)電子吸引性化合物であるクロラニルを添加してスチレンとブタジエンとを共重合することにある。
【0009】
係る構成の製造方法により、高分子量であって実用的な機械的強度を有し、同時にブタジエンのシス1,4−結合分率が高い共重合体が得られる。
【0010】
(A)〜(C)成分の好ましい添加量は、モノマー(スチレン+ブタジエンなど)に対して(A)成分はモノマー/(A)=102 〜105 (モル比)である。(A)/(B)の比率は、(B)成分として有機アルミニウム化合物を使用する場合には1/0.1〜1/1000(モル比)であることが好ましく、(B)成分としてアルミノキサンを使用する場合には、1/10〜1/5000であることが好ましい。また(A)/(C)の比率は、1/0.1〜1/10であることが好ましい。
【0011】
上述の発明においては、得られるSBRが、重量平均分子量20万以上かつシス1,4−結合分率が60%以上であることが好ましい。
【0012】
重量平均分子量が20万以上であることにより、ゴム成形品とした場合に高い機械的強度を有するSBRとなり、シス1,4−結合分率が60%以上であることにより、特にタイヤとレッド材料として使用した時に耐摩耗性に優れ、低転動抵抗となるSBRが得られる。
【0013】
従って、本発明のスチレンブタジエンゴムは、重量平均分子量20万以上かつシス1,4−結合分率が60%以上であることを特徴とする。
【0014】
シス1,4−結合分率は、重合体を構成するブタジエンのシス1,4−結合、トランス1,4−結合、1,2−結合の合計を100%としたときの分率(%)である。本発明のシス1,4−結合分率は、赤外線吸収スペクトル法により測定する。
【0015】
本発明のスチレンブタジエンゴムの製造方法は、有機溶剤中において重合反応を行う溶液重合であることが好ましい。
【0016】
溶液重合であることが、容易に高分子量のスチレンブタジエンゴムを製造することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明においては、(A)遷移金属化合物のメタロセン型錯体、(B)有機アルミニウム化合物及びアルミノキサンから選択される少なくとも1種の化合物、及び(C)電子吸引性化合物であるクロラニルを添加してスチレンとブタジエンとを共重合させてSBRとする。
【0018】
(A)遷移金属化合物のメタロセン型錯体としては、周期表第4〜8族遷移金属化合物の公知のメタロセン型錯体を使用できる。具体的には、チタン、ジルコニウムなどの周期表第4族遷移金属のメタロセン型錯体(例えば、CpTiCl3 など)、バナジウム、ニオブ、タンタルなどの周期表第5族遷移金属のメタロセン型錯体、クロムなどの第6族遷移金属メタロセン型錯体、コバルト、ニッケルなどの第8族遷移金属のメタロセン型錯体が挙げられる。
【0019】
これらの中でも、周期表第5族遷移金属のメタロセン型錯体の使用が好適である。周期表第5族遷移金属化合物のメタロセン型錯体としては、下記の一般式にて表される化合物が挙げられる。
(1)RM・La
(2)Rn MX2-n ・La
(3)Rn MX3-n ・La
(4)RMX3 ・La
(5)RM(O)X2 ・La
(6)Rn MX3-n (NR' )
(式中、nは1又は2、aは0,1又は2である)
上記の化合物の中でも、(1)RM・La ,(4)RMX3 ・La ,(5)RM(O)X2 ・La の使用がより好ましい。金属Mは、バナジウム、チタンの少なくとも一方であることが好ましい。
【0020】
一般式(1)〜(6)において、Rとしてはシクロペンタジエニル基(Cp)、置換シクロペンタジエニル基、インデニル基、置換インデニル基、フルオレニル基又は置換フルオレニル基を示す。置換シクロペンタジエニル基、置換インデニル基又は置換フルオレニル基における置換基としては、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、ヘキシルなどの直鎖状脂肪族炭化水素基または分岐状脂肪族炭化水素基、フェニル、トリル、ナフチル、ベンジルなど芳香族炭化水素基、トリメチルシリルなどのケイ素原子を含有する炭化水素基などが挙げられる。さらに、シクロペンタジエニル環がXの一部と互いにジメチルシリレン(Me2 Si)、ジメチルメチレン(Me2 C)、メチルフェニルメチレン(PhMeC)、ジフェニルメチレン(Ph2 C)、エチレン、置換エチレンなどの架橋基で結合されたものも含まれる。
【0021】
置換シクロペンタジエニル基の具体例としては、メチルシクロペンタジエニル基、1,2−ジメチルシクロペンタジエニル基、1,3−ジメチルシクロペンタジエニル基、1,2,3−トリメチルシクロペンタジエニル基、1−ベンジル−2,3,4,5−テトラメチルシクロペンタジエニル基、1−トリメチルシリル−2,3,4,5−テトラメチルシクロペンタジエニル基などが挙げられる。
【0022】
置換インデニル基の具体例としては、1,2,3−トリメチルインデニル基、ヘプタメチルインデニル基、1,2,4,5,6,7−ヘキサメチルインデニル基などが挙げられる。置換フルオレニル基の具体例としては、メチルフルオレニル基などが挙げられる。
【0023】
以上に例示したRの中でも、シクロペンタジエニル基、メチルシクロペンタジエニル基、ペンタメチルシクロペンタジエニル基、インデニル基、1,2,3−トリメチルインデニル基の使用がより好ましい。
【0024】
一般式(1)〜(6)において、Xは水素、ハロゲン(F,Cl,Br,I)、炭素数1から20の炭化水素基、アルコキシ基、又はアミノ基を示す。Xはすべて同じであっても、互いに異なっていてもよい。炭素数1から20の炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、ヘキシルなどの直鎖状脂肪族炭化水素基または分岐状脂肪族炭化水素基、フェニル、トリル、ナフチル、ベンジルなどの芳香族炭化水素基である。これらの中でも、メチル、ベンジルなどが好ましい。Rは、トリメチルシリルメチル基であってもよい。
【0025】
アルコキシ基としては、メトキシ、エトキシ、フェノキシ、プロポキシ、ブトキシなどのアルキルオキシ基が例示される。アミノ基としては、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジイソプロピルアミノなどが例示される。
【0026】
一般式(1)〜(6)において、Lはルイス塩基であり、金属に配位できるルイス塩基性の一般的な無機、有機化合物である。活性水素を有しない化合物が特に好ましく、具体例としては、エ−テル、エステル、ケトン、アミン、ホスフィン、シリルオキシ化合物、オレフィン、ジエン、芳香族化合物、アルキンなどが例示される。
【0027】
一般式(6)Rn MX3-n (NR' )におけるNR' はイミド基であり、R' は炭素数1から25の炭化水素置換基である。R' の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、ヘキシル、オクチル、ネオペンチルなどの直鎖状脂肪族炭化水素基または分岐状脂肪族炭化水素基、フェニル、ナフチル、ベンジル、1−フェニルエチル、6−ジメチルフェニルなどの芳香族炭化水素基などが挙げられる。トリメチルシリルなどのアルキルシリル基であってもよい。
【0028】
一般式(1)RM・La 、すなわち、シクロアルカジエニル基の配位子を有する酸化数+1の周期表第5族遷移金属化合物としては、シクロペンタジエニル(ベンゼン)バナジウム、シクロペンタジエニル(トルエン)バナジウム、シクロペンタジエニル(キシレン)バナジウム、シクロペンタジエニル(フェロセン)バナジウム、テトラメチルシクロペンタジエニル(ベンゼン)バナジウム、インデニル(ベンゼン)バナジウム、シクロペンタジエニルテトラカルボニルバナジウムなどを挙げることができる。
【0029】
一般式(2)Rn MX2-n ・La で表わされる化合物のうち、n=1、即ちシクロアルカジエニル基を配位子として1個有する場合には、他のシグマ結合性配位子として、水素原子、塩素などのハロゲン原子、メチル基、フェニル基、ベンジル基、ネオペンチル基、トリメチルシリル基などの炭化水素基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基などのアルコキシ基、ジメチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基などのジアルキルアミノ基を有することができる。
【0030】
さらに、他の配位子としては、アミン、アミド、ホスフィン、エ−テル、ケトン、エステル、オレフィン、ジエン、芳香族炭化水素、アルキンなどの中性のルイス塩基を有することもできる。活性水素のないルイス塩基が好ましい。
【0031】
一般式(2)Rn MX2-n ・La で表わされる化合物において、n=2、即ちシクロアルカジエニル基を配位子として2個有する場合には、各々のシクロアルカジエニル環が互いにジメチルシリレン、ジメチルメチレン、メチルフェニルメチレン、ジフェニルメチレン、エチレン、置換エチレンなどの架橋基で結合されたものであってもよい。
【0032】
本発明の(2)Rn MX2-n ・La で表わされる化合物のうち、n=1であり、酸化数+2の周期表第5族遷移金属化合物の具体例としては、クロロシクロペンタジエニル(テトラヒドロフラン)バナジウム、クロロシクロペンタジエニル(トリメチルホスフィン)バナジウムなどが挙げられる。
【0033】
本発明の(2)Rn MX2-n ・La で表わされる化合物のうち、n=2、即ちシクロアルカジエニル基を配位子として2個有する酸化数+2の周期表第5族遷移金属化合物の具体例としては、ビスシクロペンタジエニルバナジウム、ビス(メチルシクロペンタジエニル)バナジウム、ビス(1,2−ジメチルシクロペンタジエニル)バナジウムなどが挙げられる。
【0034】
(3)Rn MX3-n ・La で表される具体的な化合物のうち、n=1の化合物としては、シクロペンタジエニルバナジウムジクロライド、メチルシクロペンタジエニルバナジウムジクロライド,フルオレニルバナジウムジクロライドなどのジクロライド体、あるいはこれらの化合物の塩素原子をメチル基で置換したメチル体などが挙げられる。
【0035】
(3)Rn MX3-n ・La にて表される化合物としては、さらにシクロペンタジエニルバナジウムジメトキサイド、シクロペンタジエニルバナジウムジi−プロポキサイド、シクロペンタジエニルバナジウムジt−ブトキサイド、シクロペンタジエニルバナジウムジフェノキサイド、シクロペンタジエニルバナジウムメトキシクロライド、シクロペンタジエニルバナジウムi−プロポキシクロライド、シクロペンタジエニルバナジウムt−ブトキシクロライド、シクロペンタジエニルバナジウムフェノキシクロライドなどのアルコキシド体、あるいはこれらの化合物の塩素原子をメチル基で置換したメチル体等例示される。
【0036】
(3)Rn MX3-n ・La で表される具体的な化合物のうち、n=2の化合物としては、ジシクロペンタジエニルバナジウムクロライド、ビス(メチルシクロペンタジエニル)バナジウムクロライド、ビス(1,3−ジメチルシクロペンタジエニル)バナジウムクロライド、ビス(トリメチルシリルシクロペンタジエニル)バナジウムクロライド、ジインデニルバナジウムクロライドなどのクロライド体、あるいはこれらの化合物の塩素原子をメチル基で置換したメチル体が挙げられる。
【0037】
一般式(3)Rn MX3-n ・La で表される化合物においては、Rが炭化水素基、シリル基によって結合されたものであってもよい。かかる化合物としては、ジメチルビス(η5 −シクロペンタジエニル)シランバナジウムクロライド、ジメチルビス(テトラメチル−η5 −シクロペンタジエニル)シランバナジウムクロライドなどのクロライド体、あるいはこれらの化合物の塩素原子をメチル基で置換したメチル体などが挙げられる。
【0038】
一般式(4)RMX3 ・La で示される具体的な化合物としては、以下の(i)〜(vii)の化合物が挙げられる。
【0039】
(i)シクロペンタジエニルバナジウムトリクロライド,モノ置換シクロペンタジエニルバナジウムトリクロライド、シクロペンタジエニルチタントリクロライド
(ii)1,2−又は1,3−ジ置換シクロペンタジエニルバナジウムトリクロライド、1,2−又は1,3−ジ置換シクロペンタジエニルチタントリクロライド
(iii)(1,2,3−トリメチルシクロペンタジエニル)バナジウムトリクロライド、1,2,4−トリメチルシクロペンタジエニル)バナジウムトリクロライド等のトリ置換シクロペンタジエニルバナジウムトリクロライドが挙げられる。
【0040】
(iv)テトラ置換ないしペンタ置換シクロペンタジエニルバナジウムトリクロライド
(v)インデニルバナジウムトリクロライド、(vi)置換インデニルバナジウムトリクロライド
(vii);(i)〜(vi)の化合物の塩素原子をアルコキシ基で置換したモノアルコキシド、ジアルコキシド、トリアルコキシド等
一般式(5)RM(O)X2 で表される具体的な化合物としては、シクロペンタジエニルオキソバナジウムジクロライド、メチルシクロペンタジエニルオキソバナジウムジクロライド、ベンジルシクロペンタジエニルオキソバナジウムジクロライド、(1,3−ジメチルシクロペンタジエニル)オキソバナジウムジクロライドなどが挙げられる。上記の各化合物の塩素原子をメチル基で置換したメチル体も挙げられる。
【0041】
一般式(5)RM(O)X2 で表される化合物としては、またシクロペンタジエニルオキソバナジウムジメトキサイド、シクロペンタジエニルオキソバナジウムジi−プロポキサイドなどが挙げられる。上記の各化合物の塩素原子をメチル基で置換したメチル体、(シクロペンタジエニル)ビス(ジエチルアミド)オキソバナジウム、(シクロペンタジエニル)ビス(ジi−プロピルアミド)オキソバナジウムなどが挙げられる。
【0042】
一般式(6)Rn MX3-n (NR' )で表される具体的な化合物としては、シクロペンタジエニル(メチルイミド)バナジウムジクロライド、シクロペンタジエニル(フェニルイミド)バナジウムジクロライド、シクロペンタジエニル(2,6−ジメチルフェニルイミド)バナジウムジクロライドなどが挙げられる。
【0043】
(6)Rn MX3-n (NR' )で表される化合物としては、さらにシクロペンタジエニルバナジウム(フェニルイミド)ジメトキサイド、シクロペンタジエニルバナジウム(フェニルイミド)ジi−プロポキサイド、シクロペンタジエニルバナジウム(フェニルイミド)(i−プロポキシ)クロライド、(シクロペンタジエニル)ビス(ジエチルアミド)バナジウム(フェニルイミド)、(シクロペンタジエニル)ビス(ジi−プロピルアミド)バナジウム(フェニルイミド)などが挙げられる。
【0044】
本発明において(B)成分として、使用する有機アルミニウム化合物としては、公知の有機アルミニウム化合物が使用可能である。具体的には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、ジエチルアルミニウムクロライド等のジアルキルハライド等が例示される。
【0045】
また(B)成分として使用可能である鎖状アルミノキサンとしては、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ものであって、一般式(−Al(R’)O−)nで示される鎖状アルミノキサンが挙げられる。R’は炭素数1〜10の炭化水素基であり、一部ハロゲン原子及び/又はアルコキシ基で置換されたものも含む。nは鎖状アルミノキサンの重合度であり、5以上、好ましくは10以上である。R’として、はメチル、エチル、プロピル、イソブチル基が挙げられる。これらの中でもメチル基及びエチル基が好ましい。アルミノキサンの原料として用いられる有機アルミニウム化合物としては、例えば、上述の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などのトリアルキルアルミニウム及びその混合物などが挙げられる。
【0046】
鎖状アルミノキサンの製造に使用する縮合剤としては、典型的なものとして水が挙げられるが、この他に該トリアルキルアルミニウムが縮合反応する任意のもの、例えば無機物などの吸着水やジオ−ルなどが挙げられる。
【0047】
本発明の(C)電子吸引性化合物としては、公知の電子吸引性化合物が使用可能である。具体的にはトリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等の酢酸誘導体、テトラクロロベンゾキノン(クロラニル)、テトラフルオロベンゾキノン等のベンゾキノン誘導体、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)等が例示される。これらの電子吸引性化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0048】
本発明のSBRの製造方法においては、モノマーとしてはスチレンとブタジエンとを使用するが、得られるSBRの特性を損なわない範囲において他のモノマーを共重合することは、特性の改善等の観点より好適な態様である。このような共重合可能な他のモノマーとしては、イソプレン、1,3−ペンタジエン、2,3−ジメチルブタジエン、2,4−ヘキサジエン、4−メチルペンタジエン等の共役ジエンモノマー、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ブテン−2、イソブテン、ペンテン−1、ヘキセン−1、オクテン−1等のモノオレフィン、ノルボルネン等の環状モノオレフィン、α−メチルスチレン等の芳香族モノオレフィン等が例示される。
【0049】
本発明のスチレンブタジエンゴムの製造方法において使用する溶剤は、スチレンブタジエンゴムの重合において使用する公知の溶剤は限定なく使用可能である。具体的には、トルエン、キシレン、テトラリン等の芳香族系溶剤、n−ヘキサン、n−ペンタン、n−ヘプタン、シクロヘキサン、シクロペンタン、シクロヘプタン、デカリン等の脂肪族系ないし脂環族系溶剤等が好適な溶剤として例示される。
【0050】
SBRを製造する重合方法は、公知の方法が使用可能である。重合は溶液重合、塊状重合のいずれであってもよいが、前述のように溶液重合であることが好ましい。
【0051】
溶液重合方法は、例えば反応容器中に有機溶剤、並びにスチレンモノマーとブタジエンモノマーとを所定の比率で仕込み、所定温度に調整し、触媒を添加することにより行う。
【0052】
重合温度は、−10℃〜150℃程度であり、0〜120℃であることがより好ましい。重合時間は、温度と目的とする分子量に応じて適宜設定されるが、3分〜10時間程度である。
【0053】
重合反応の停止は、例えばアルコール等の溶剤や禁止剤を含む溶剤を重合系に添加、撹拌することにより行う。重合完了後、例えば溶液をSBRの非溶剤に再沈させ、ろ別した後、乾燥することにより、或いは重合後の溶液から溶剤を除去することによりSBRを得ることができる。
【0054】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
(実施例1)
撹拌機付き1.5L容量のオートクレーブを窒素置換し、溶剤としてトルエンを300ml、シクロペンタジエニルチタントリクロライド(CpTiCl3 )を2.1mmol,メチルアルミノキサン(MAO)を210mmol,クロラニールを2.1mmol(CpTiCl3 /クロラニル=1/1(モル比))投入し、ブタジエン37.5mlとスチレン37.5mlを添加して60℃にて30分間重合を行った。
重合開始10分後に、重合禁止剤であるp−t−ブチルカテコールを少量溶かしたメタノール溶液を重合溶液に添加し、重合反応を停止させた。この溶液からトルエンを除去することにより、SBRポリマーを得た。
【0055】
(実施例2)
クロラニルの添加量を21mmol(CpTiCl3 /クロラニル=1/10(モル比))とした以外は実施例1と同様にしてSBRポリマーを得た。
【0056】
(比較例1)
クロラニルを添加しない点以外は、実施例1と同様にしてSBRポリマーを得た。
【0057】
(比較例2)
触媒成分として、本発明の(A)〜(C)成分に代えて、n−ブチルリチウム31.2mmolとテトラヒドロフラン31.2mmolの混合物を使用した以外は実施例1と同様にしてSBRポリマーを得た。
【0058】
<評価>
(分子量の測定)
GPC LC−10(島津製作所製)を使用し、移動相としてテトラヒドロフラン(THF)を使用し、40℃にて測定を行い、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量、数平均分子量を求めた。
【0059】
(ミクロ構造)
シス1,4−結合分率、1,2−結合分率は、赤外線吸収スペクトル法により測定した。測定にはパラゴン1000(パーキンエルマー社製)を使用した。測定は、透過法により行った。
結果は、ブタジエン単位のシス1,4−結合に帰属される735cm-1の吸収強度、トランス1,4−結合に帰属される967cm-1の吸収強度、1,2−結合に帰属される911cm-1の吸収強度をそれぞれ測定し、その強度比から求めた。
【0060】
評価結果を表1に示した。この表の結果から、本願発明にかかるSBRは、重量平均分子量が365,000(実施例1)、431,000(実施例2)であって高分子量であり、しかもシス1,4−結合分率がいずれも60%以上である。これに対して電子吸引性化合物(構成(C))を使用しない比較例1のSBRは、シス1,4−結合分率は62.2%であるが、重量平均分子量は35000と低いものであり、比較例2のSBRは、重量平均分子量は223,000と高いが、シス1,4−結合分率が22.5%と低いものであった。
【0061】
【表1】
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a styrene butadiene rubber (hereinafter sometimes abbreviated as SBR) and a method for producing the same, particularly a solution polymerization SBR and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Styrene butadiene rubber (SBR) is a widely used synthetic rubber, and is particularly widely used as a rubber material for a tread which is a road surface ground portion of a tire for a passenger car. Conventional SBR has been produced by emulsion polymerization or solution anionic polymerization.
[0003]
However, SBR produced by the emulsion polymerization method and the anionic polymerization method did not have a butadiene 1, cis 1,4-bond fraction of 40% or more. For this reason, when it uses for the molded article which receives a dynamic stress, it has a problem on a characteristic. In particular, when used in a tread portion of a tire, there are problems in rolling resistance and wear resistance, and SBR having a high cis 1,4-bond fraction of butadiene has been demanded.
[0004]
As a method for producing SBR having a high cis 1,4-bond fraction, a production method using a transition metal metallocene catalyst is known (Macromol. Chem. Phys., 201, 393, 2000).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the polymerization method using the transition metal metallocene catalyst, the molecular weight of the obtained SBR is not high, the mechanical strength when formed into a molded product is not sufficient, and particularly high strength like a tire is required. It could not be used for the purpose.
[0006]
An object of the present invention is to use a transition metal metallocene as a catalyst component, a styrene butadiene having a high cis 1,4-bond fraction, a small amount, and capable of stably obtaining a high molecular weight polymer under mild conditions. The object is to provide a method for polymerizing rubber.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a styrene butadiene rubber according to the present invention comprises adding (A) a transition metal metallocene catalyst, (B) at least one compound selected from organoaluminum compounds and aluminoxanes, and (C) chloranil which is an electron withdrawing compound. And styrene and butadiene are copolymerized.
[0008]
The most characteristic feature of the present invention is that (C) chloranil , which is an electron-withdrawing compound , is added to copolymerize styrene and butadiene.
[0009]
By the production method having such a structure, a copolymer having a high molecular weight and a practical mechanical strength and at the same time a high cis 1,4-bond fraction of butadiene can be obtained.
[0010]
A preferable addition amount of the components (A) to (C) is monomer / (A) = 10 2 to 10 5 (molar ratio) with respect to the monomer (styrene + butadiene and the like). The ratio of (A) / (B) is preferably 1 / 0.1 to 1/1000 (molar ratio) when an organoaluminum compound is used as component (B), and aluminoxane as component (B). Is preferably 1/10 to 1/5000. The ratio (A) / (C) is preferably 1 / 0.1 to 1/10.
[0011]
In the above-described invention, it is preferable that the obtained SBR has a weight average molecular weight of 200,000 or more and a cis 1,4-bond fraction of 60% or more.
[0012]
When the weight average molecular weight is 200,000 or more, it becomes SBR having high mechanical strength when it is made into a rubber molded product, and when the cis 1,4-bond fraction is 60% or more, particularly tires and red materials. SBR having excellent wear resistance and low rolling resistance when used as
[0013]
Therefore, the styrene butadiene rubber of the present invention is characterized by having a weight average molecular weight of 200,000 or more and a cis 1,4-bond fraction of 60% or more.
[0014]
The cis 1,4-bond fraction is the fraction (%) when the total of cis 1,4-bond, trans 1,4-bond and 1,2-bond of the butadiene constituting the polymer is 100%. It is. The cis 1,4-bond fraction of the present invention is measured by an infrared absorption spectrum method.
[0015]
The method for producing a styrene butadiene rubber of the present invention is preferably solution polymerization in which a polymerization reaction is performed in an organic solvent.
[0016]
High-molecular weight styrene butadiene rubber can be easily produced by solution polymerization.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, (A) a metallocene complex of a transition metal compound, (B) at least one compound selected from an organoaluminum compound and an aluminoxane, and (C) chloranil which is an electron-withdrawing compound are added to styrene. And butadiene are copolymerized to form SBR.
[0018]
(A) As a metallocene type complex of a transition metal compound, a known metallocene type complex of a transition metal compound of Group 4 to 8 of the periodic table can be used. Specifically, metallocene complexes of Group 4 transition metals such as titanium and zirconium (for example, CpTiCl 3 ), metallocene complexes of Group 5 transition metals such as vanadium, niobium, and tantalum, chromium, etc. Group 6 transition metal metallocene complexes, and metallocene complexes of group 8 transition metals such as cobalt and nickel.
[0019]
Among these, use of a metallocene complex of a transition metal of Group 5 transition metal is preferable. Examples of the metallocene type complex of the Group 5 transition metal compound of the periodic table include compounds represented by the following general formula.
(1) RM · L a
(2) R n MX 2-n · L a
(3) R n MX 3-n · L a
(4) RMX 3 · L a
(5) RM (O) X 2 · L a
(6) R n MX 3-n (NR ′)
(Wherein n is 1 or 2, a is 0, 1 or 2)
Among the above compounds, (1) RM · L a , (4) RMX 3 · L a, (5) use of the RM (O) X 2 · L a is more preferable. The metal M is preferably at least one of vanadium and titanium.
[0020]
In the general formulas (1) to (6), R represents a cyclopentadienyl group (Cp), a substituted cyclopentadienyl group, an indenyl group, a substituted indenyl group, a fluorenyl group, or a substituted fluorenyl group. Examples of the substituent in the substituted cyclopentadienyl group, substituted indenyl group or substituted fluorenyl group include methyl, ethyl, propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, sec-butyl, t-butyl, hexyl and the like. Examples thereof include chain aliphatic hydrocarbon groups or branched aliphatic hydrocarbon groups, aromatic hydrocarbon groups such as phenyl, tolyl, naphthyl, and benzyl, and hydrocarbon groups containing silicon atoms such as trimethylsilyl. Further, a cyclopentadienyl ring and a part of X and each other dimethylsilylene (Me 2 Si), dimethylmethylene (Me 2 C), methylphenylmethylene (PhMeC), diphenylmethylene (Ph 2 C), ethylene, substituted ethylene, etc. And those bonded with a cross-linking group.
[0021]
Specific examples of the substituted cyclopentadienyl group include methylcyclopentadienyl group, 1,2-dimethylcyclopentadienyl group, 1,3-dimethylcyclopentadienyl group, 1,2,3-trimethylcyclopenta Examples thereof include a dienyl group, 1-benzyl-2,3,4,5-tetramethylcyclopentadienyl group, 1-trimethylsilyl-2,3,4,5-tetramethylcyclopentadienyl group.
[0022]
Specific examples of the substituted indenyl group include 1,2,3-trimethylindenyl group, heptamethylindenyl group, 1,2,4,5,6,7-hexamethylindenyl group and the like. Specific examples of the substituted fluorenyl group include a methyl fluorenyl group.
[0023]
Among the Rs exemplified above, use of a cyclopentadienyl group, a methylcyclopentadienyl group, a pentamethylcyclopentadienyl group, an indenyl group, or a 1,2,3-trimethylindenyl group is more preferable.
[0024]
In the general formulas (1) to (6), X represents hydrogen, halogen (F, Cl, Br, I), a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group, or an amino group. All Xs may be the same or different from each other. Specific examples of the hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include linear aliphatic carbonization such as methyl, ethyl, propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, sec-butyl, t-butyl and hexyl. A hydrogen group or a branched aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group such as phenyl, tolyl, naphthyl, benzyl and the like; Of these, methyl, benzyl and the like are preferable. R may be a trimethylsilylmethyl group.
[0025]
Examples of the alkoxy group include alkyloxy groups such as methoxy, ethoxy, phenoxy, propoxy, butoxy. Examples of amino groups include dimethylamino, diethylamino, diisopropylamino and the like.
[0026]
In the general formulas (1) to (6), L is a Lewis base, and is a Lewis basic general inorganic or organic compound capable of coordinating to a metal. Compounds having no active hydrogen are particularly preferred, and specific examples include ethers, esters, ketones, amines, phosphines, silyloxy compounds, olefins, dienes, aromatic compounds, alkynes, and the like.
[0027]
In the general formula (6) R n MX 3-n (NR ′), NR ′ is an imide group, and R ′ is a hydrocarbon substituent having 1 to 25 carbon atoms. Specific examples of R ′ include linear aliphatic hydrocarbon groups such as methyl, ethyl, propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, sec-butyl, t-butyl, hexyl, octyl and neopentyl, Examples thereof include branched aliphatic hydrocarbon groups and aromatic hydrocarbon groups such as phenyl, naphthyl, benzyl, 1-phenylethyl, 6-dimethylphenyl and the like. It may be an alkylsilyl group such as trimethylsilyl.
[0028]
As the general formula (1) RM · L a , that is, an oxidation number +1 group 5 transition metal compound having a cycloalkadienyl group ligand, cyclopentadienyl (benzene) vanadium, cyclopentadi Enil (toluene) vanadium, cyclopentadienyl (xylene) vanadium, cyclopentadienyl (ferrocene) vanadium, tetramethylcyclopentadienyl (benzene) vanadium, indenyl (benzene) vanadium, cyclopentadienyl tetracarbonyl vanadium, etc. Can be mentioned.
[0029]
Formula (2) Among the compounds represented by R n MX 2-n · L a, n = 1, that is, when having one cycloalkadienyl group as the ligand, other sigma binding coordination As hydrogen atoms, halogen atoms such as chlorine, methyl groups, phenyl groups, benzyl groups, neopentyl groups, trimethylsilyl groups and other hydrocarbon groups, methoxy groups, ethoxy groups, isopropoxy groups and other alkoxy groups, dimethylamino groups, It can have a dialkylamino group such as a diisopropylamino group.
[0030]
Further, the other ligand may have a neutral Lewis base such as amine, amide, phosphine, ether, ketone, ester, olefin, diene, aromatic hydrocarbon, alkyne and the like. Lewis bases without active hydrogen are preferred.
[0031]
In the general formula (2) compound represented by R n MX 2-n · L a, n = 2, that is, when having two cycloalkadienyl groups as the ligand, each of cycloalkadienyl ring They may be bonded to each other through a cross-linking group such as dimethylsilylene, dimethylmethylene, methylphenylmethylene, diphenylmethylene, ethylene, substituted ethylene.
[0032]
Among (2) R n MX 2- n · L a compound represented by the present invention, n = 1, specific examples of the periodic table Group 5 transition metal compound having an oxidation number of +2, chloro cyclopentadienyl Examples include enil (tetrahydrofuran) vanadium, chlorocyclopentadienyl (trimethylphosphine) vanadium, and the like.
[0033]
Among (2) compounds represented by R n MX 2-n · L a of the present invention, n = 2, i.e. the periodic table group 5 transition oxidation number +2 having two cycloalkadienyl groups as the ligand Specific examples of the metal compound include biscyclopentadienyl vanadium, bis (methylcyclopentadienyl) vanadium, bis (1,2-dimethylcyclopentadienyl) vanadium, and the like.
[0034]
(3) Of the specific compounds represented by R n MX 3-n · L a, as the compound n = 1, the cyclopentadienyl vanadium dichloride, methylcyclopentadienyl vanadium dichloride, fluorenyl vanadium Examples thereof include dichlorides such as dichloride, and methyls in which the chlorine atom of these compounds is substituted with a methyl group.
[0035]
(3) Examples of the compound represented by R n MX 3-n · L a, further cyclopentadienyl vanadium di methoxide, cyclopentadienyl vanadium di i- propoxide, cyclopentadienyl vanadium di t- butoxide Alkoxides such as cyclopentadienyl vanadium diphenoxide, cyclopentadienyl vanadium methoxy chloride, cyclopentadienyl vanadium i-propoxy chloride, cyclopentadienyl vanadium t-butoxy chloride, cyclopentadienyl vanadium phenoxy chloride, Or the methyl body etc. which substituted the chlorine atom of these compounds with the methyl group etc. are illustrated.
[0036]
(3) Of the specific compounds represented by R n MX 3-n · L a, as the compound n = 2, the dicyclopentadienyl vanadium dichloride, bis (methylcyclopentadienyl) vanadium chloride, Chlorides such as bis (1,3-dimethylcyclopentadienyl) vanadium chloride, bis (trimethylsilylcyclopentadienyl) vanadium chloride, diindenyl vanadium chloride, or methyl in which the chlorine atom of these compounds is substituted with a methyl group The body is mentioned.
[0037]
In the general formula (3) R n MX 3- n · L a compound represented by a, R is a hydrocarbon group, or may be linked by a silyl group. Such compounds include chlorides such as dimethylbis (η5-cyclopentadienyl) silane vanadium chloride, dimethylbis (tetramethyl-η5-cyclopentadienyl) silane vanadium chloride, or the chlorine atom of these compounds with a methyl group. And the methyl form substituted with.
[0038]
The general formula (4) Specific compound represented by RMX 3 · L a, include compounds of the following (i) ~ (vii).
[0039]
(I) cyclopentadienyl vanadium trichloride, mono-substituted cyclopentadienyl vanadium trichloride, cyclopentadienyl titanium trichloride (ii) 1,2- or 1,3-di-substituted cyclopentadienyl vanadium trichloride, 1,2- or 1,3-disubstituted cyclopentadienyl titanium trichloride (iii) (1,2,3-trimethylcyclopentadienyl) vanadium trichloride, 1,2,4-trimethylcyclopentadienyl) Examples include tri-substituted cyclopentadienyl vanadium trichloride such as vanadium trichloride.
[0040]
(Iv) tetra-substituted or penta-substituted cyclopentadienyl vanadium trichloride (v) indenyl vanadium trichloride, (vi) substituted indenyl vanadium trichloride (vii); chlorine atoms of compounds (i) to (vi) Specific compounds represented by the general formula (5) RM (O) X 2 such as monoalkoxide, dialkoxide, trialkoxide substituted with an alkoxy group include cyclopentadienyloxovanadium dichloride, methylcyclopentadienyloxo. Examples include vanadium dichloride, benzylcyclopentadienyloxovanadium dichloride, (1,3-dimethylcyclopentadienyl) oxovanadium dichloride, and the like. The methyl body which substituted the chlorine atom of each said compound with the methyl group is also mentioned.
[0041]
Examples of the compound represented by the general formula (5) RM (O) X 2 include cyclopentadienyloxovanadium dimethoxide, cyclopentadienyloxovanadium dii-propoxide, and the like. Examples include methyl forms in which the chlorine atom of each compound is substituted with a methyl group, (cyclopentadienyl) bis (diethylamido) oxovanadium, (cyclopentadienyl) bis (dii-propylamido) oxovanadium, and the like.
[0042]
Specific compounds represented by the general formula (6) R n MX 3-n (NR ′) include cyclopentadienyl (methylimido) vanadium dichloride, cyclopentadienyl (phenylimide) vanadium dichloride, cyclopentadiyl. And enyl (2,6-dimethylphenylimide) vanadium dichloride.
[0043]
(6) Examples of the compound represented by R n MX 3-n (NR ′) include cyclopentadienyl vanadium (phenylimide) dimethoxide, cyclopentadienyl vanadium (phenylimide) di i-propoxide, cyclopentadiene. Enilvanadium (phenylimide) (i-propoxy) chloride, (cyclopentadienyl) bis (diethylamide) vanadium (phenylimide), (cyclopentadienyl) bis (dii-propylamido) vanadium (phenylimide), etc. Can be mentioned.
[0044]
In the present invention, as the organoaluminum compound to be used as the component (B), a known organoaluminum compound can be used. Specific examples include trialkylaluminums such as trimethylaluminum, triethylaluminum, and triisobutylaluminum, and dialkyl halides such as diethylaluminum chloride.
[0045]
The chain aluminoxane that can be used as the component (B) is obtained by bringing an organoaluminum compound and a condensing agent into contact with each other, and is represented by the general formula (—Al (R ′) O—) n. And a chain aluminoxane. R ′ is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms and includes those partially substituted with a halogen atom and / or an alkoxy group. n is the degree of polymerization of the chain aluminoxane, and is 5 or more, preferably 10 or more. Examples of R ′ include a methyl, ethyl, propyl, and isobutyl group. Among these, a methyl group and an ethyl group are preferable. Examples of organoaluminum compounds used as aluminoxane raw materials include trialkylaluminums such as trimethylaluminum, triethylaluminum and triisobutylaluminum described above, and mixtures thereof.
[0046]
A typical example of the condensing agent used in the production of the chain aluminoxane is water, but in addition to this, any one that undergoes a condensation reaction with the trialkylaluminum, for example, adsorbed water such as inorganic substances, diol, etc. Is mentioned.
[0047]
As the electron-withdrawing compound (C) of the present invention, known electron-withdrawing compounds can be used. Specific examples include acetic acid derivatives such as trichloroacetic acid and trifluoroacetic acid, benzoquinone derivatives such as tetrachlorobenzoquinone (chloranil) and tetrafluorobenzoquinone, and tetracyanoquinodimethane (TCNQ). These electron withdrawing compounds may be used alone or in combination of two or more.
[0048]
In the method for producing SBR of the present invention, styrene and butadiene are used as monomers, but it is preferable to copolymerize other monomers within the range that does not impair the characteristics of the obtained SBR from the viewpoint of improving the characteristics. It is a mode. Such other copolymerizable monomers include isoprene, 1,3-pentadiene, 2,3-dimethylbutadiene, 2,4-hexadiene, conjugated diene monomers such as 4-methylpentadiene, ethylene, propylene, butene- Examples include monoolefins such as 1, butene-2, isobutene, pentene-1, hexene-1, and octene-1, cyclic monoolefins such as norbornene, and aromatic monoolefins such as α-methylstyrene.
[0049]
As the solvent used in the method for producing the styrene butadiene rubber of the present invention, a known solvent used in the polymerization of styrene butadiene rubber can be used without limitation. Specifically, aromatic solvents such as toluene, xylene and tetralin, aliphatic or alicyclic solvents such as n-hexane, n-pentane, n-heptane, cyclohexane, cyclopentane, cycloheptane and decalin Is exemplified as a suitable solvent.
[0050]
A known method can be used as a polymerization method for producing SBR. The polymerization may be either solution polymerization or bulk polymerization, but is preferably solution polymerization as described above.
[0051]
The solution polymerization method is performed, for example, by charging an organic solvent and a styrene monomer and a butadiene monomer in a predetermined ratio in a reaction vessel, adjusting the temperature to a predetermined temperature, and adding a catalyst.
[0052]
The polymerization temperature is about -10 ° C to 150 ° C, and more preferably 0 to 120 ° C. The polymerization time is appropriately set according to the temperature and the target molecular weight, but is about 3 minutes to 10 hours.
[0053]
The polymerization reaction is stopped by, for example, adding a solvent such as alcohol or a solvent containing an inhibitor to the polymerization system and stirring. After the completion of the polymerization, for example, the solution can be reprecipitated in a non-solvent of SBR, filtered and then dried, or the solvent can be removed from the solution after polymerization to obtain SBR.
[0054]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
Example 1
A 1.5 L autoclave equipped with a stirrer was replaced with nitrogen, 300 ml of toluene as a solvent, 2.1 mmol of cyclopentadienyl titanium trichloride (CpTiCl 3 ), 210 mmol of methylaluminoxane (MAO), 2.1 mmol of chloranil ( CpTiCl 3 / chloranil = 1/1 (molar ratio)), 37.5 ml of butadiene and 37.5 ml of styrene were added, and polymerization was performed at 60 ° C. for 30 minutes.
Ten minutes after the start of polymerization, a methanol solution in which a small amount of pt-butylcatechol as a polymerization inhibitor was dissolved was added to the polymerization solution to stop the polymerization reaction. The SBR polymer was obtained by removing toluene from this solution.
[0055]
(Example 2)
An SBR polymer was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of chloranil was 21 mmol (CpTiCl 3 / chloranil = 1/10 (molar ratio)).
[0056]
(Comparative Example 1)
An SBR polymer was obtained in the same manner as in Example 1 except that chloranil was not added.
[0057]
(Comparative Example 2)
An SBR polymer was obtained in the same manner as in Example 1 except that instead of the components (A) to (C) of the present invention, a mixture of 31.2 mmol of n-butyllithium and 31.2 mmol of tetrahydrofuran was used as the catalyst component. .
[0058]
<Evaluation>
(Measurement of molecular weight)
GPC LC-10 (manufactured by Shimadzu Corporation) was used, tetrahydrofuran (THF) was used as a mobile phase, and measurement was performed at 40 ° C. to obtain a weight average molecular weight and a number average molecular weight in terms of standard polystyrene.
[0059]
(Micro structure)
The cis 1,4-bond fraction and 1,2-bond fraction were measured by an infrared absorption spectrum method. For the measurement, Paragon 1000 (manufactured by PerkinElmer) was used. The measurement was performed by the transmission method.
The result is absorption intensity of 735cm -1 attributed to cis 1,4 bond of butadiene units, absorption intensity of 967 cm -1 attributed to trans 1,4 bond, attributed to 1,2-linked 911cm -1 absorption intensity was measured and determined from the intensity ratio.
[0060]
The evaluation results are shown in Table 1. From the results of this table, the SBR according to the present invention has a high molecular weight with a weight average molecular weight of 365,000 (Example 1) and 431,000 (Example 2), and a cis 1,4-bond content. All the rates are 60% or more. On the other hand, the SBR of Comparative Example 1 that does not use an electron-withdrawing compound (configuration (C)) has a cis 1,4-bond fraction of 62.2%, but a weight average molecular weight of 35,000. Yes, the SBR of Comparative Example 2 had a high weight average molecular weight of 223,000, but a low cis 1,4-bond fraction of 22.5%.
[0061]
[Table 1]
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