JP5795371B2 - 結合型窒素分子をグラフトさせたグラフトポリマー - Google Patents
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Description
上記混合物のヒステリシスの低下は、恒久的な目的であるが、この目的は、上記混合物の使用能力を維持しながらなさなければならない。
また、特許US 5 015 692号またはEP 0 341 496号も挙げることができ、これらの特許は、エラストマーをリン化合物、ニトロ化合物、アミノシラン類、アクリルアミド類、アミノビニルシラン類のような化合物で官能化し、必要に応じて、ケイ素またはスズをベースとする化合物によるカップリングまたは星型化と組合せて、それらエラストマーを含有するゴム組成物の衝撃弾力性を改良する方法を提示している。これらの特許は、特に、アミン基を担持するアルコキシシランにより鎖末端で官能化したポリブタジエンを含有する、カーボンブラックで補強したゴム組成物を記載している。
ジエンポリマーをそのような化合物と反応させる場合、得られるポリマーは、オキサゾリンまたはチアゾリン環を担持する。
これらのポリマーは、特に、これらのポリマーを含有するゴム組成物に低下したヒステリシスを付与する。
この文献において想定している会合性基のうちでは、イミダゾリジニル、トリアゾリル、トリアジニル、ビス‐ウレイルおよびウレイド‐ピリミジルの各基を挙げることができる。
Qが、少なくとも、また、好ましくは、1個の窒素原子を含有する双極子を含み;
Aが、少なくとも1個の窒素原子を含む会合性基を含み;そして、
Spが、QとA間の結合を形成する原子または複数の原子の基であることを特徴とする。
従って、本発明の主題は、少なくとも、また、好ましくは、1個の上記で定義したような“スペーサー”基Spによって一緒に結合させた少なくとも1個の基Qと少なくとも1個の基Aを含む化合物をグラフトさせることによって変性したポリマーである。
好ましくは、本発明のポリマーは、ジエンエラストマーである。
(a) 4〜12個の炭素原子を有する共役ジエンモノマーを重合させることによって得られる任意のホモポリマー;
(b) 1種以上の共役ジエンを相互にまたは8〜20個の炭素原子を有する1種以上のビニル芳香族化合物と共重合させることによって得られる任意のコポリマー;
(c) エチレンおよび3〜6個の炭素原子を含有するα‐オレフィンを、6〜12個の炭素原子を含有する非共役ジエンモノマーと共重合させることによって得られる3成分コポリマー、例えば、上記タイプの非共役ジエンモノマー、例えば、特に、ヘキサジエン‐1,4、エチリデンノルボルネンまたはジシクロペンタジエンと一緒のエチレン、プロピレンから得られるエラストマー;そのようなポリマーは、特に、文献WO 2004/035639A1およびUS 2005/0239639A1に記載されている;
(d) イソブテンとイソプレンのコポリマー(ブチルゴム)、並びに、このタイプのコポリマーのハロゲン化形、特に、塩素化または臭素化形。
上記の表現は任意のタイプのジエンエラストマーに当てはまるけれども、高不飽和タイプ、特に、上記の(a)または(b)タイプの少なくとも1種のジエンエラストマーの使用が好ましい。
Qは、少なくとも、また、好ましくは、1個の窒素原子を含有する双極子を含む;
Aは、少なくとも1個の窒素原子を含む会合性基を含む;
Spは、QとA間の結合を形成する原子または複数の原子の基である。
“会合性基(associative group)”なる表現は、水素結合、イオン結合および/または疎水結合によって互いに結合することのできる基を意味するものと理解されたい。本発明の好ましい実施態様によれば、これらの基は、水素結合によって結合することのできる基である。
また、本発明に従う会合性基は、充填剤上に存在する官能基と水素結合、イオン結合および/または疎水結合によって結合し得る。
A − Sp − Q(Ia)
好ましくは、基Aは、下記の式(II)〜(VI)の1つに相応する:
(式中、Rは、必要に応じてヘテロ原子を含有し得る炭化水素基を示し;
Xは、酸素もしくはイオウ原子または基‐NH、好ましくは酸素原子を示す)。
同様に、さらに好ましくは、基Aは、式(II)のイミダゾリジニル基を含む。
[式中、R1〜R6は、個々に、スペーサー基Sp、水素原子、線状または枝分れのC1〜C20アルキル基、線状または枝分れのC3〜C20シクロアルキル基、線状または枝分れのC6〜C20アリール基、および下記の式(X)の基から選ばれる:
(式中、nは、1、2、3、4または5を示し、各Yは、個々に、スペーサー基Sp、アルキル基またはハライドを示す)]。
好ましい実施態様によれば、上記“スペーサー”基は、窒素、イオウ、ケイ素または酸素原子から選ばれる1個以上のヘテロ原子を必要に応じて含む線状または枝分れのC1〜C24、好ましくはC1〜C10アルキル鎖、さらに好ましくは線状のC1〜C6アルキル鎖である。
(式中、R7およびR8は、個々に、C1〜C5アルキル基、アルコキシルまたはハライドを示し、好ましくは、R7およびR8は、個々に、アルキル基またはハライドを示し、さらに好ましくは、R7およびR8は、個々に、メチル基または塩素原子を示し;R3は、上記で定義したとおりである)
の基であり;そして、基Aは、下記の式(XII):
の基である。
[式中、Rは、スペーサー基Sp、水素原子、線状または枝分れのC1〜C20アルキル基、線状または枝分れのC3〜C20シクロアルキル基、線状または枝分れのC6〜C20アリール基、および下記の式(X)の基から選ばれる:
(式中、nは、1、2、3、4または5を示し、各Yは、個々に、スペーサー基Sp、アルキル基またはハライドを示す)]。
上記ポリマーのグラフト化は、上記ポリマーを上記変性剤が担持する反応基(1個以上)と反応させることによって実施する。この反応中に、このまたはこれらの反応基は、ポリマー鎖との共有結合を形成する。グラフト収率は、特に高く、好ましくは60%よりも高く、さらにより好ましくは80%よりも高い。
・上記ポリマー(この場合は、ポリイソプレン)の不飽和または二重結合上でのニトリルオキシドの付加環化:
本発明およびその利点は、以下の実施例に照らせば容易に理解し得るであろう。
合成分子の構造分析およびモル純度測定は、NMR分析によって実施する。スペクトルは、“ブロードバンド”プローブBBIzグラッド5mmを備えたBruker Avance 500 MHz分光計において獲得する。定量的1H NMR試験は、30°単一パルスシーケンスおよび64回の獲得毎の3秒間の繰返し遅延を使用する。サンプルは、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO)中に溶解する。また、この溶媒は、ロックシグナルにおいても使用する。較正は、重水素化DMSOのプロトンの2.44ppmでのシグナルについて、0ppmでのTMS参照と対比して実施する。2D 1H/13C HSQCおよび1H/13C HMBC試験値と一緒の1H NMRスペクトルは、分子の構造判定を可能にする(帰属表参照)。モル定量化は、定量的1D 1H NMRスペクトルによって出発して実施する。
2D 1H-13C HSQC NMRスペクトルは、グラフトさせた単位の性質を検証することを、炭素およびプロトン原子の化学シフトによって可能にする。
1.1‐変性剤の調製:
a) 1‐(2‐(3’‐ニトリルオキシメシチル‐1’‐オキシ)エチル)イミダゾリジン‐2‐オンの調製
93℃の融点を有する白色固形物(33.3g、収率66%)を得る。
モル純度は、97%よりも高い(1H NMR)。
139℃の融点を有する白色固形物(8.55g、収率44%)を得る。
モル純度は、94%よりも高い(1H NMR)。
* 131.4/133.5/136.6/136.7ppm:芳香環の13Cにおける化学シフトは、属していない。
使用溶媒:CDCl3 (1Hについては7.2ppm、13Cについては77ppmにおいてクロロホルムシグナルに対して較正)。
モル純度は、1H NMRによれば、84%よりも高い(残りの16%は、特に、7モル%のEtOHを含む)。
*129.3/129.5/131.9ppm:芳香環の13Cの化学シフトは属していない、3つのシグナルが検出されている(おそらくは、1つの、また、同じシグナルとしての2つの炭素)。
使用溶媒:DMSO (1Hについては2.44ppm、13Cについては39.5ppmにおいてDMSOシグナルに対して較正)。
156℃の融点を有する白色固形物(4.70g、収率79%)を得る。
モル純度は、85%よりも高い(1H NMR)。
使用溶媒:CDCl3 (1Hについては7.2ppm、13Cについては77ppmにおいてクロロホルムシグナルに対して較正)。
前以って取得した変性剤を使用する。
86モル%のNMR純度を有する2,4,6‐トリメチル‐3‐(2‐(2‐オキソイミダゾリジン‐1‐イル)エトキシ)ニトロキシド(2.72g、9.4ミリモル)を、円筒状器具(30℃の開放ミル)上の30gのSBR (26質量%のスチレンおよび24質量%のブタジエン‐1,2単位を含有し且つMn = 162 900 g/モルおよびVp = 1.15を有する)中に混入する。混合物を15回の通過で均質化する。
この混合段階の後、10バールの圧力のプレス内での加熱処理が続く。
この第2段階の時間および温度を調整した。
2gのSBR (26質量%のスチレンおよび24質量%のブタジエン‐1,2単位を含有し且つMn = 162 900 g/モルおよびVp = 1.15を有する)を、50mLのジクロロメタン中溶液中に溶解する。5mLのジクロロメタン中の60mg (0.2ミリモル)の2,4,6‐トリメチル‐3‐(2‐(2‐オキソイミダゾリジン‐1‐イル)エトキシ)ニトリルオキシドの溶液を上記ポリマー溶液に添加し、反応媒体をジクロロメタンの還流温度で24時間撹拌する。
1H NMR分析は、ポリマーが1モル%の量で変性されていたことを証明している;この量は、67%のグラフトモル収率と依然として等価である。
2.1‐ポリイソプレンNatsyn 2200 (Goodyear社)上への上記変性剤のグラフト化
実施例1において前以って取得した変性剤と同じ変性剤を使用する。
86モル%のNMR純度を有する2.85gの2,4,6‐トリメチル‐3‐(2‐(2‐オキソイミダゾリジン‐1‐イル)エトキシ)ニトリルオキシドを、円筒状器具(30℃の開放ミル)上の30gのポリイソプレンNatsyn 2200 (ML(1+4) 100℃ = 79、単位3,4 = 0.5%、単位トランス1,4 = 1.9%、単位シス1,4 = 97.6%、Mw = 1044.103、Vp = 3.6)中に混入する。混合物を15回の通過で均質化する。
この混合段階の後、10バールの圧力のプレス内での加熱処理が続く。
この第2段階の時間および温度を調整した。
1.1‐上記変性剤の調製
a) 3‐メトキシ‐4‐[2‐(2‐オキソイミダゾリジン‐1‐イル)エトキシ]ベンゾニトリルオキシドの調製
DMF (200mL)中のバニリン(30.0g、0.197モル)とK2CO3 (95.4g、0.690モル)の懸濁液を、50℃で15分間加熱する。この懸濁液に、DMF (30mL)中の1‐(2‐クロロエチル)イミダゾリジン‐2‐オン(44.0g、0.296モル、純度 > 90%;その調製は実施例1で説明している)を1度に添加する。反応媒体を90℃ (T浴)に加熱し、この温度を約4時間維持する。反応媒体を室温にし、その後、水(1.25L)を加える。生成物をCH2Cl2 (400mL、100 mLで4回)で抽出する。混ぜ合せた有機相を水(60mL)で洗浄し、減圧(14ミリバール、40℃)下に濃縮する。粗反応生成物をEt2O (100mL)で希釈し、懸濁液を室温で15〜20分間撹拌する。得られた沈降物を濾過し、Et2Oで洗浄し(15mLで3回)、室温で乾燥させる。
130℃の融点を有する固形物(31.2g、収率60%)を得る。
モル純度は、93%よりも高い(1H NMR)。
CH3OH (60mL)中ナトリウム(1.51g、0.066モル)の溶液に、無水トルエン(250mL)中のバニリン(10.0g、0.066モル)を添加する。反応媒体を、不活性雰囲気で、還流下に加熱し、その後、残留メタノールを留出させる。80〜90℃に戻した後、トルエン(50mL)中の1‐(2‐クロロエチル)イミダゾリジン‐2‐オン(9.28g、0.064モル、純度 > 95%)の懸濁液を1度で反応媒体に添加する。25時間の反応後に、反応媒体を、減圧(T浴 50℃、30ミリバール)下に濃縮する。粗反応生成物を、CH2Cl2 (150mL)中に溶解する。未反応バニリンを、7% NaOH水溶液による抽出(30mLで5回)によって除去する。混ぜ合せた有機相を水洗し(50mLで4回)、Na2SO4で乾燥させ、減圧(Т浴27℃、20ミリバール)下に蒸発させる。粗反応生成物(4.81g)を石油エーテルとEtOAcの混合物で希釈し、得られた沈降物を濾過する。
127℃の融点を有する固形物(0.91g、収率6%)を得る。
モル純度は、81%よりも高い(1H NMR)。
光延反応における手順は、例えば、以下の文献に記載されている:Mitsunobu, O.; Yamada, Y. Bull. Chem. Soc. Japan 1967, 40, 2380‐2382;The Use of Diethyl Azodicarboxylate and Triphenylphosphine in Synthesis and Transformation of Natural Products Mitsunobu, O. Synthesis 1981, 1‐28;特許ЕР1149092 В1号、2003年。
130℃の融点を有する固形物(6.59g、収率76%)を得る。
モル純度は、88%よりも高い(1H NMR)。
189℃の融点を有する白色固形物(22.14g、収率82%)を得る。
モル純度は、89%よりも高い(1H NMR)。
分解を伴う109〜111℃の融点を有する固形物(9.13g、収率42%)を得る。
モル純度は、80%よりも高い(1H NMR)。EtOHから再結晶化すれば、化合物の純度は、90質量%よりも高い。
ν(cm-1):2305 (官能基Ar-C≡N→O)
質量分析による特性決定
C13H15N3O4、Mw = 277.27 g/モル。
サンプルを、エレクトロスプレーイオン化方式を使用しての質量分析器への直接導入(DI/ESI)によって分析した。
サンプルの調製
約20gのサンプルを25mLのメタノールに溶解し、次いで、DI/ESI分析用に1/100に希釈した。
ポジティブモード
m/z:300 ([[M+Na]+)、577 ([2M+Na]+)。
前以って取得した変性剤を使用する。
90モル%のNMR純度を有する3‐メトキシ‐4‐[2‐(2‐オキソイミダゾリジン‐1‐イル)エトキシ]ベンゾニトリルオキシド(1.24g、4.5ミリモル)を、円筒状器具(30℃の開放ミル)上の30gのSBR (26質量%のスチレンおよび24質量%のブタジエン‐1,2単位を含有し且つMn = 162 900 g/モルおよびVp = 1.15を有する)中に混入する。混合物を15回の通過で均質化する。
1H NMR分析は、グラフトのモル量(0.78モル%)およびグラフトのモル収率(87%)の測定を可能にしていた。
1.1‐変性剤の調製
a) 2‐[2‐(2‐オキソイミダゾリジン‐1‐イル)エトキシ]ベンゾニトリルオキシドの調製
150℃の融点を有する固形物(30.6g、収率73%)を得る。モル純度は、84%よりも高い(1H NMR)。
得られた2‐[2‐(2‐オキソイミダゾリジン‐1‐イル)エトキシ]ベンズアルデヒドは、さらに精製することなく、次の工程において直接使用する。
88℃の融点を有する白色固形物(9.25g、収率87%)を得る。
モル純度は、99%よりも高い(1H NMR)。
生成物の分解を伴う109〜110℃の融点を有する固形物(11.32g、収率57%)を得る。
モル純度は、94%よりも高い(1H NMR)。
ν(cm-1):2295 (官能基Ar-C≡N→O)
質量分析による特性決定
C12H13N3O3、Mw = 247.25g/モル。
サンプルを、エレクトロスプレーイオン化方式を使用しての質量分析器への直接導入(DI/ESI)によって分析した。
サンプルの調製
20mgのサンプルを2mLのアセトニトリルに溶解する。
m/z:270 ([[M+Na]+)、517 ([2M+Na]+)。
前以って取得した変性剤を使用する。
95モル%のNMR純度を有する2‐[2‐(2‐オキソイミダゾリジン‐1‐イル)エトキシ]ベンゾニトリルオキシド(0.55g、2.24ミリモル)を、円筒状器具(30℃の開放ミル)上の30gのSBR (26質量%のスチレンおよび24質量%のブタジエン‐1,2単位を含有し且つMn = 162 900g/モルおよびVp = 1.15を有する)中に混入する。混合物を15回の通過で均質化する。
この混合段階の後、10バールの圧力のプレス内での加熱処理(110℃で10分間)が続く。
1H NMR分析は、グラフトのモル量(0.34モル%)およびグラフトのモル収率(71%)の測定を可能にしていた。
Claims (12)
- 少なくとも1個の“スペーサー”基Spによって一緒に結合させた少なくとも1個の基Qと少なくとも1個の基Aを含む化合物をグラフトさせることによって得られる変性ポリマ
ーであって、
Qが、少なくとも1個の窒素原子を含有する双極子を含み;
Aが、少なくとも1個の窒素原子を含む会合性基を含み;そして、
Spが、QとA間の結合を形成する原子または複数の原子の基であり、
前記会合性基が、イミダゾリジニル、トリアゾリル、ウレイル、ビス-ウレイル、ウレイド-ピリミジル基から選ばれ、又は
基Aが、下記の式(II)〜(VI)の1つに相応する:
Xは、酸素もしくはイオウ原子または基-NHを示す)
ことを特徴とする前記変性ポリマー。 - 前記ポリマーが、ジエンエラストマーである、請求項1記載の変性ポリマー。
- 前記ジエンエラストマーが、本質的に飽和である、請求項1または2記載の変性ポリマー。
- 前記ジエンエラストマーが、本質的に不飽和である、請求項1または2記載の変性ポリマー。
- 基Qが、ニトリルオキシド、ニトロンまたはニトリルイミン官能基を含む、請求項1〜4のいずれか1項記載の変性ポリマー。
- 前記“スペーサー”基が、窒素、イオウ、ケイ素または酸素原子から選ばれる1個以上のヘテロ原子を含む線状または枝分れのC1〜C24アルキル鎖である、請求項1〜6のいずれか1項記載の変性ポリマー。
- 少なくとも1個の不飽和基を含むポリマー上に、請求項1〜10のいずれか1項において定義したとおりの少なくとも1個の“スペーサー”基Spによって互いに結合させた少なくとも1個の基Qと少なくとも1個の基Aを含む化合物を、前記不飽和基上への基Qの[3+2]付加環化によってグラフトさせる工程を含むことを特徴とする、変性ポリマーの製造方法。
- 前記ポリマーが、ジエンエラストマーである、請求項11記載の変性ポリマーの製造方法。
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