JP6513953B2 - Method of producing polymer - Google Patents
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Description
本発明は、リビングカチオン重合による連続的な製造方法に関する。 The present invention relates to a continuous process by living cationic polymerization.
リビング重合とは、狭義においては重合成長末端が常に活性を保ち続けて分子鎖が成長していく重合のことを言うが、一般には重合成長末端が不活性化されたものと活性化されたものが平衡状態にありながら分子鎖が成長していく擬リビング重合も含まれる。このようなリビング重合では、重合反応が同時に開始すれば分散度の小さい重合体が得られ、また、特定の官能基を重合体の活性末端に導入することや、2種以上のモノマーを用いることにより共重合体を合成することができる。 Living polymerization, in a narrow sense, refers to polymerization in which the growth end of the polymerization continues to keep its activity and the molecular chain grows, but in general, the polymerization growth end is inactivated and activated. Also included is pseudo-living polymerization in which the molecular chain grows while being in equilibrium. In such living polymerization, a polymer having a low degree of dispersion is obtained if the polymerization reaction simultaneously starts, and a specific functional group is introduced into the active end of the polymer, or two or more monomers are used. The copolymer can be synthesized by
工業的に実施されるリビング重合として、例えば、特許文献1や特許文献2に記載のイソブチレンのリビングカチオン重合が挙げられる。リビングカチオン重合により得られるイソブチレン系重合体は、末端に官能基を導入するなどの構造制御が可能となるため産業的に有用である。また、イソブチレンと高Tg(ガラス転移点)の重合性単量体成分とを共重合したイソブチレン系ブロック共重合体は熱可塑性エラストマーとなり、これも産業的に有用である。様々な重合反応のなかでもイソブチレン系重合体のリビングカチオン重合は触媒や電子供与剤などの添加剤についても特有の工夫を施して開始反応を制御していたり、低温でなければ重合活性が低下したり副反応を併発するので重合反応熱の除熱が重要となる。なかでも副反応の問題は重合体の分散度が大きくなるだけではなく、重合体の成長末端が制御されないことから、重合体末端への官能基の導入や、ブロック体の合成が本来の設計通りにならないという問題がある。これらはリビング重合体の連続式の重合方法において特に重要な問題である。
Examples of industrially practiced living polymerization include living cationic polymerization of isobutylene described in Patent Document 1 and
特許文献1や特許文献2に記載されているように、リビングカチオン重合反応の操作形式は、撹拌槽型重合器を用い、反応原料を重合器に仕込んで回分式で行なわれる報告例が大多数を占める。しかしながら、工業的な大量生産を踏まえると回分式には後述するような問題が多く存在する。回分式の重合方法では、生産性を向上させるためには重合器の大型化が必要となる。大型化すると、内部蛇管冷却方式、外部熱交換器循環方式、リフラックスコンデンサー方式などにより除熱面積を増大させる工夫が必要となり、この場合には、除熱設備の大型化、複雑化により設備コストが高騰してしまう。設備コストを抑えようとすると内温制御が困難になり、副反応が増加してリビング重合の特徴である分散度の小さい重合体が得られにくくなるといった問題が生じる。除熱設備の問題を回避するためにモノマーの逐次追加など半回分方式による重合方法も用いられることがあるが、初期モノマー濃度が回分式と比べると希薄なため副反応が生じやすい、生産性が悪いといった問題がある。
As described in Patent Document 1 and
一方、生産性の向上を目指して、原料を連続的に重合器に供給する連続式の重合方法についても検討がなされている。例えば、特許文献3は重合開始剤およびルイス酸触媒およびイソブチレンを1基の撹拌槽型重合器に連続的に供給することによりリビングカチオン重合を行なう方法を試みている。特許文献4、5、6ではイソブチレンのリビングカチオン重合を行うにあたり、連続的に流通式撹拌槽型重合器に原料を供給して重合を開始させ、引き続き、流通管型重合器に連続的に供給してリビングカチオン重合を進行させている。しかしながら、連続式の重合を行なう際にもいくつかの問題が残されている。特許文献3では1基の撹拌槽型重合器で連続式の重合を行なった結果、得られた重合体の分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)が1.4〜1.8となり、回分式の重合における分散度よりも大きくなっている。このような傾向は、1基の撹拌槽で連続式の重合を行なうと、反応液の滞留時間が広い分布を持つ(すなわち槽内での滞留時間が重合体の分子ごとに異なる)ので、リビング重合によって成長する分子の長さも揃わなくなることが影響していると考えられる。特許文献4、5、6では、撹拌槽型重合器を1基通過後に管型重合器を通すことで分散度が1.2〜1.3と分散度の点では改善されているが、撹拌槽を用いているため、生産性を向上するためスケールアップすれば槽内混合条件の複雑化、副反応制御、除熱効率の観点で課題が残る。
On the other hand, in order to improve productivity, studies are being made on a continuous polymerization method in which a raw material is continuously supplied to a polymerization vessel. For example,
撹拌槽型重合器を用いない連続重合方法として、特許文献7ではシェルアンドチューブ型熱交換器を用いてイソブチレンの連続式のリビングカチオン重合を行なった後に、引き続き管型反応器内で重合体末端にビニル基を導入する方法を提案している。しかしながら、特許文献7では、得られた重合体の分散度が3.1と大きく、反応を制御できていない。
As a continuous polymerization method which does not use a stirring tank type polymerizer, in
近年、微細流路に流体を通過させることで処理を行うマイクロリアクター技術が注目されている。マイクロリアクター技術は、単位体積あたりの表面積が大きいことによる高い除熱性能、流路が微細なことによる高速混合性能、高い滞留時間制御性、等の特徴がある。重合反応においては反応による発熱が著しいことからマイクロリアクターの高い除熱性能を活かすことは有効である。さらに、リビング重合においては狭い分子量分布の重合物を得るためにマイクロリアクターの高速混合性や滞留時間制御性を活かすことは有効である。また、これらのマイクロリアクターの特徴を活かし、反応に高活性な触媒を用いる、あるいは、多量の触媒を用いる、あるいは、反応温度を変更する、などの工夫を施し、反応を高速化させることで短い反応時間での反応の完了を可能にすることができる。 In recent years, microreactor technology that performs processing by passing a fluid through a fine channel has attracted attention. The microreactor technology has features such as high heat removal performance due to the large surface area per unit volume, high-speed mixing performance due to the fine flow path, and high residence time controllability. In the polymerization reaction, it is effective to make use of the high heat removal performance of the microreactor because the heat generated by the reaction is significant. Furthermore, in living polymerization, it is effective to take advantage of the high-speed mixing property and residence time controllability of the microreactor to obtain a polymer of narrow molecular weight distribution. In addition, taking advantage of the features of these microreactors, using a catalyst with high activity for the reaction, or using a large amount of catalyst, or changing the reaction temperature, etc., shorts by speeding up the reaction. The completion of the reaction at the reaction time can be enabled.
特許文献8では原料を連続的に合流させて反応を開始させ引き続き細い流路に反応液を流通させることにより種種のリビングカチオン重合を行えるとしている。イソブチレンのリビングカチオン重合においてもマイクロリアクター技術を応用し、流路径が数mmの流路の管型反応器を用いた連続的な重合法の検討がなされている。特許文献9では、原料を2流路から供給してスタティックミキサー(多数のミキシングエレメントからなる静止型混合器を1個以上組み込んだ管型混合器)と管型重合器とを直列に流通させてイソブチレンのリビングカチオン重合をおこなっている。特許文献10では、スタティックミキサーを用いずに送液条件を制御し、多量の触媒を用いることによって従来法に比べて高温でのイソブチレンのリビングカチオン重合を連続的に実施している。特許文献11では積層型反応器を用い、多量の触媒を用いることで従来法に比べて高温でのイソブチレンのリビングカチオン重合を連続的に実施している。
In
しかしながら、特許文献8においては流路径が1mm以下の流路を用い、分子量が数千程度の重合体しか得られておらず、重合による粘度の上昇に伴う閉塞等の課題があると推測される。分子量が5000〜300000程度の重合体が工業的には有用であると考えられるので、大きな分子量の重合体が得られないのは問題である。特許文献9においては、分子量分布は1.2以下であるが−70〜−60℃の低温でしか達成できておらず、除熱設備コストおよび除熱設備のランニングコストが高い点で問題である。特許文献10、11においては、多量の触媒を用いることで管型反応器のみを用いて−50℃の高温条件下で分散度が約1.3の重合体を得ることができている。高温条件下で重合することは、低温環境を調製するための除熱設備の設備コストや冷却にかかるランニングコストを低減できることから工業生産においては優位である。しかし、反応を高速にするために多量の触媒を添加しており、また、得られる重合溶液中の重合体濃度が低いことから、工業生産においては大きな問題がある。
However, in
以上のように、攪拌槽型重合槽を用いる場合は滞留時間分布の広がりやスケールアップに懸念がある。攪拌槽型重合槽と管型反応器を組み合わせた連続的な重合においても攪拌槽型重合槽に起因する課題は同様に存在する。 As described above, in the case of using the stirring tank type polymerization tank, there is a concern about the spread and scale-up of the residence time distribution. Even in continuous polymerization in which a stirring tank type polymerization tank and a tubular reactor are combined, the problems resulting from the stirring tank type polymerization tank are present similarly.
以上のように、マイクロリアクターを含む管型反応器のみを用いてリビング重合を連続的に行なう場合、設備コストやランニングコスト、主副原料コストの制約の中で、反応の制御・高速化を達成することが求められるため、実用的な連続重合技術を確立することが困難であったと推察される。 As described above, when living polymerization is continuously performed using only a tubular reactor including a microreactor, reaction control and speeding up can be achieved within the constraints of equipment cost, running cost, and main auxiliary material cost. It is inferred that establishing a practical continuous polymerization technique was difficult because
本発明は、上記現状に鑑み、分散度が小さいリビング重合体を連続的に得ることができる製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明の目的は、重合器の内温を効果的に制御できるコンパクトな設備を用い、重合温度および触媒濃度、重合溶液中の重合体濃度を特定の範囲で操作することで、工業的に有用なリビング重合体の連続式の製造方法を提供することでもある。更に本発明の目的は、末端への官能基の導入や、ブロック共重合体の合成が本来の設計通りであるリビング重合体を得ることができる連続式の製造方法を提供することでもある。 An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of continuously obtaining a living polymer having a low degree of dispersion, in view of the above-mentioned current situation. In addition, the object of the present invention is to industrially operate by using a compact facility capable of effectively controlling the internal temperature of the polymerization vessel and operating the polymerization temperature and the catalyst concentration, and the polymer concentration in the polymerization solution within a specific range. It is also intended to provide a continuous process for the preparation of living polymers useful for Furthermore, an object of the present invention is to provide a continuous production method capable of obtaining a living polymer in which the functional group is introduced to the terminal and the synthesis of the block copolymer is as originally designed.
本発明は、重合開始剤、重合性単量体、および重合溶媒を含む溶液(A)と、ルイス酸触媒、および重合溶媒を含む溶液(B)とを連続的に第一の混合部に供給し、引き続きの混合部に接続した第一の反応部に供給することにより重合性単量体のリビングカチオン重合を連続的に行なう製造方法において、反応装置に供給される温調用媒体の温度が−55〜−30℃であり、反応部の断面積が1〜400mm2であり、反応液中のルイス酸触媒濃度が50〜250mol/m3であり、反応器出口で得られる重合溶液中の重合体と重合性単量体の濃度の和が15〜50%の範囲であることを特徴とする重合体の製造方法に関する。 In the present invention, a solution (A) containing a polymerization initiator, a polymerizable monomer, and a polymerization solvent, and a solution (B) containing a Lewis acid catalyst and a polymerization solvent are continuously supplied to the first mixing section. And the temperature of the temperature control medium supplied to the reactor in the production method for continuously performing living cationic polymerization of the polymerizable monomer by supplying the first reaction portion connected to the subsequent mixing portion. The cross-sectional area of the reaction part is 1 to 400 mm 2 , the Lewis acid catalyst concentration in the reaction liquid is 50 to 250 mol / m 3 , and the weight in the polymerization solution obtained at the outlet of the reactor The present invention relates to a method for producing a polymer, which is characterized in that the sum of the concentration of combined and polymerizable monomer is in the range of 15 to 50%.
好ましくは、重合性単量体がイソブチレンであることを特徴とする重合体の製造方法に関する。 Preferably, the present invention relates to a method for producing a polymer, wherein the polymerizable monomer is isobutylene.
好ましくは、反応液中に電子供与剤を含有することを特徴とする重合体の製造方法に関する。 Preferably, the present invention relates to a method for producing a polymer characterized in that an electron donor is contained in a reaction solution.
好ましくは、電子供与剤が重合開始剤に対してモル比で0.2〜10倍量存在することを特徴とする重合体の製造方法に関する。 Preferably, the present invention relates to a method for producing a polymer, wherein the electron donor is present in a molar ratio of 0.2 to 10 times that of the polymerization initiator.
好ましくは、重合開始剤が、(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼン、1,4−ビス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼン、および1,3,5−トリス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼンからなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることを特徴とする重合体の製造方法に関する。 Preferably, the polymerization initiator is (1-chloro-1-methylethyl) benzene, 1,4-bis (1-chloro-1-methylethyl) benzene, and 1,3,5-tris (1-chloro-) The present invention relates to a method for producing a polymer, which is at least one compound selected from the group consisting of 1-methylethyl) benzene.
好ましくは、ルイス酸触媒濃度が80〜160mol/m3であることを特徴とする重合体の製造方法に関する。 Preferably, the present invention relates to a method for producing a polymer, wherein the Lewis acid catalyst concentration is 80 to 160 mol / m 3 .
また、重合体がブロック共重合体であることを特徴とする重合体の製造方法に関する。 The present invention also relates to a method for producing a polymer, wherein the polymer is a block copolymer.
好ましくは、ブロック共重合体が、主としてイソブチレンを含むブロックと、主として芳香族ビニル系単量体を含むブロックを含むことを特徴とする重合体の製造方法に関する。 Preferably, the present invention relates to a method for producing a polymer, characterized in that the block copolymer comprises a block mainly containing isobutylene and a block mainly containing an aromatic vinyl monomer.
また、重合終了後に、官能基導入物質を反応させることを特徴とする重合体の製造方法に関する。 The present invention also relates to a method for producing a polymer, which comprises reacting a functional group-introduced substance after completion of polymerization.
好ましくは、官能基導入物質がアリルトリメチルシランまたはジアリルシランであることを特徴とする重合体の製造方法に関する。 Preferably, the present invention relates to a method for producing a polymer, wherein the functional group introducing substance is allyltrimethylsilane or diallylsilane.
本発明の連続製造方法によって、滞留時間を一定とする(滞留時間分布を狭くする)ことができ、かつ、副反応を制御することができるため、得られるイソブチレン系重合体の分散度が小さい点で有効である。また、従来法に比べて高温条件下で、かつ、触媒濃度が低く、かつ、得られる重合液中の重合体濃度が高い連続重合法であるため、工業的な経済性に優れている。 According to the continuous production method of the present invention, the residence time can be made constant (the residence time distribution can be narrowed), and the side reaction can be controlled, so that the degree of dispersion of the obtained isobutylene polymer is small. Is effective. Moreover, since it is a continuous polymerization method under high temperature conditions and at a low catalyst concentration and a high polymer concentration in the obtained polymerization solution as compared with the conventional method, industrial economic efficiency is excellent.
(適用できる反応系)
本発明の製造方法はリビング重合反応に適しており、さらにリビングカチオン重合に有効である。以下、リビングカチオン重合についてその詳細を述べる。リビングカチオン重合としては、例えばJ.P.Kennedy らの著書(Carbocationic Polymerization, John Wiley & Sons, 1982 )やK.Matyjaszewski らの著書(Cationic Polymerizations, Marcel Dekker, 1996 )に記載されている合成などが適用され得る。
(Applicable reaction system)
The production method of the present invention is suitable for living polymerization reaction and is further effective for living cationic polymerization. The details of the living cationic polymerization will be described below. As the living cationic polymerization, for example, the synthesis described in the book of JP Kennedy et al. (Carbocationic Polymerization, John Wiley & Sons, 1982) and the book of K. Matyjaszewski et al. (Cationic Polymerizations, Marcel Dekker, 1996) can be applied.
(重合装置および方法)
本発明の最大の特徴は、重合開始剤、重合性単量体、および重合溶媒を含む溶液(A)と、ルイス酸触媒、および重合溶媒を含む溶液(B)とを連続的に第一の混合部に供給し、引き続きの混合部に接続した反応部に供給することにより重合性単量体のリビングカチオン重合を連続的に行なう製造方法において、反応装置に供給される温調用媒体の温度が−55〜−30℃であり、反応部の断面積が1〜400mm2であり、反応液中のルイス酸触媒濃度が50〜250mol/m3であり、反応器出口で得られる重合溶液中の重合体と重合性単量体の濃度の和が15〜50%の範囲にすることである。
(Polymerization apparatus and method)
The greatest feature of the present invention is that a solution (A) containing a polymerization initiator, a polymerizable monomer, and a polymerization solvent, and a solution (B) containing a Lewis acid catalyst and a polymerization solvent are continuously provided. In the production method of continuously performing living cationic polymerization of a polymerizable monomer by supplying to a mixing unit and supplying to a reaction unit connected to the subsequent mixing unit, the temperature of the temperature control medium supplied to the reactor is The cross-sectional area of the reaction part is 1 to 400 mm 2 , the Lewis acid catalyst concentration in the reaction solution is 50 to 250 mol / m 3 , in the polymerization solution obtained at the outlet of the reactor The sum of the concentration of the polymer and the polymerizable monomer is in the range of 15 to 50%.
イソブチレン系重合体は工業的には分子量が数千〜数万程度の重合体が有用であるが、このような分子量の重合体を含む反応液は粘度が高い。したがい、反応部を流通させる際に反応部の断面積が1mm2未満であると、送液できるポンプが特殊である等の制約が生じたり、高粘性のために反応部の閉塞が生じたりするなどの問題が生じるため、低分子量体の重合しかできない。よって、反応部の断面積を1mm2以上とすることにより、分子量が数千〜数万程度の重合体を得ることが可能となる。ただし、反応部の断面積が大きくなると反応部の体積あたりの伝熱面積が小さくなり除熱性能が低下するため、反応部の断面積が1〜400mm2である。 Industrially, a polymer having a molecular weight of several thousand to several tens of thousands is useful for an isobutylene polymer, but a reaction liquid containing a polymer having such a molecular weight has a high viscosity. Therefore, when the cross-sectional area of the reaction part is less than 1 mm 2 when flowing the reaction part, restrictions such as a special pump which can send liquid may occur, or clogging of the reaction part may occur due to high viscosity. And other problems arise, so only low molecular weight polymers can be polymerized. Therefore, by setting the cross-sectional area of the reaction part to 1 mm 2 or more, it becomes possible to obtain a polymer having a molecular weight of several thousands to several tens of thousands. However, since the heat removal performance heat transfer area per volume of the reaction section to the cross-sectional area of the reaction section is increased becomes smaller drops, the cross-sectional area of the reaction part is 1~400mm 2.
従来法のように反応を低温で進行させるためには大型の除熱設備を必要とし、一般に低温の方がランニングコストが高いことから高温での反応が好ましい。一方で反応温度が高くなりすぎると副反応を抑制することができなくなるため、反応装置に供給される温調用媒体の温度は−55〜−30℃である。また、反応温度の上昇によって反応液の粘度も低下することから送液においても有利である。 In order to allow the reaction to proceed at a low temperature as in the conventional method, a large-scale heat removal facility is required, and a reaction at a high temperature is preferable because a low temperature generally has a high running cost. On the other hand, since the side reaction can not be suppressed if the reaction temperature becomes too high, the temperature of the temperature control medium supplied to the reactor is -55 to -30 ° C. In addition, since the viscosity of the reaction solution is also lowered by the increase of the reaction temperature, it is also advantageous in liquid feeding.
ルイス酸触媒の使用量は、反応液中でのルイス酸触媒濃度が50〜250mol/m3であり、80〜160mol/m3であることが好ましい。ルイス酸触媒の量が少なすぎると重合反応速度が著しく抑制され、カチオン重合反応に長時間を要することとなり生産性が低下する。逆にルイス酸触媒が多すぎると副反応が多くなる傾向があり、プロトン開始反応や連鎖移動反応が起こることによって分散度が大きくなる。また、高触媒濃度での重合は工業生産においては原料コストを上昇させる点で不利となる。 The amount of the Lewis acid catalyst used is such that the Lewis acid catalyst concentration in the reaction solution is 50 to 250 mol / m 3 , and preferably 80 to 160 mol / m 3 . When the amount of the Lewis acid catalyst is too small, the polymerization reaction rate is remarkably suppressed, the cationic polymerization reaction takes a long time, and the productivity is lowered. On the other hand, too much Lewis acid catalyst tends to increase side reactions, and proton initiation reaction and chain transfer reaction occur to increase the degree of dispersion. In addition, polymerization at high catalyst concentration is disadvantageous in industrial production because it increases raw material costs.
重合溶液中に含まれる重合体は重合溶剤と分離する必要があるため、生産性の観点から15%以上の濃度である。一方、重合溶液の送液においては、重合体の濃度が高すぎると送液できるポンプが特殊である等の制約が生じたり、高粘性のために反応部の閉塞が生じたりするなどの問題が生じるため、50%以下である。したがって、反応器出口で得られる重合溶液中の重合体と重合性単量体の濃度の和が15〜50%の範囲である。 Since the polymer contained in the polymerization solution needs to be separated from the polymerization solvent, the concentration is 15% or more from the viewpoint of productivity. On the other hand, when the concentration of the polymer is too high, there is a restriction that the pump that can send the solution is special when the concentration of the polymer solution is too high, or the reaction part is clogged due to high viscosity. Because it occurs, it is 50% or less. Therefore, the sum of the concentration of the polymer and the polymerizable monomer in the polymerization solution obtained at the outlet of the reactor is in the range of 15 to 50%.
本発明の方法では、前記した第一の反応部を通過した重合溶液と、第二の重合性単量体とを連続的に第二の混合部に供給し、引き続き混合部に接続した第二の反応部に供給して第二の重合性単量体を重合させてイソブチレン系ブロック共重合体を得ることができる。第二の重合性単量体を混合する際には第一の重合性単量体が実質的に消費されているのが好ましい。 In the method of the present invention, the polymerization solution having passed through the first reaction section described above and the second polymerizable monomer are continuously supplied to the second mixing section, and the second polymerization section is subsequently connected to the mixing section. The second polymerizable monomer can be polymerized by being supplied to the reaction section of the above to obtain an isobutylene block copolymer. When the second polymerizable monomer is mixed, it is preferable that the first polymerizable monomer is substantially consumed.
混合部および反応部の除熱構造については、必要とされる除熱性能が発揮されるならば特に限定されるものではなく、混合部および反応部を冷却バスに直接浸漬してもよいし、混合部および反応部にジャケット構造を設け、ジャケットの中に冷媒を通すことにより熱交換しても良い。また、混合部および反応部の断面積の形状、流路長さ及び材質などの構成は、特に制限はなく反応に応じて適宜選択することができる。材質としては、耐熱性、耐圧性、耐溶剤性、及び加工容易性などの要求に応じて、適宜選択することができ、例えば、ステンレス鋼、チタン、銅、ニッケル、アルミニウム、シリコン、及びテフロン(登録商標)、PFA(パーフロロアルコキシ樹脂)などのフッ素樹脂、TFAA(トリフルオロアセトアミド)などが挙げられる。 The heat removal structure of the mixing part and the reaction part is not particularly limited as long as the required heat removal performance is exhibited, and the mixing part and the reaction part may be directly immersed in a cooling bath, A jacket structure may be provided in the mixing unit and the reaction unit, and heat may be exchanged by passing a refrigerant through the jacket. In addition, the configuration of the cross-sectional area of the mixing unit and the reaction unit, the channel length, the configuration of the material, and the like are not particularly limited and can be appropriately selected according to the reaction. The material can be appropriately selected according to the requirements such as heat resistance, pressure resistance, solvent resistance, processability, etc. For example, stainless steel, titanium, copper, nickel, aluminum, silicon, and Teflon ( (Registered trademark), fluorine resin such as PFA (perfluoro alkoxy resin), TFAA (trifluoroacetamide) and the like.
得られた重合溶液は水やアルコール類などで含有される触媒を失活させた後、例えば、二相を分離し、必要により有機相を水で洗浄し、有機溶媒を留去することで重合体を得ることができる。 The resulting polymerization solution deactivates the catalyst contained in water, alcohols and the like, for example, separates the two phases, and if necessary, the organic phase is washed with water and the organic solvent is distilled off. You can get a union.
(重合体の分子量)
本発明の方法により製造される重合体の数平均分子量は特に限定されるものではないが、分子量が短すぎるとゴム弾性や熱可塑性などイソブチレン系重合体の特性が発揮されないため、工業的に有益な材料との観点では通常5000〜500000、より好ましくは10000〜300000である。
(Molecular weight of polymer)
The number average molecular weight of the polymer produced by the method of the present invention is not particularly limited, but if the molecular weight is too short, the properties of the isobutylene polymer such as rubber elasticity and thermoplasticity are not exhibited, and therefore, it is industrially useful. In view of such materials, it is usually 5,000 to 500,000, more preferably 10,000 to 300,000.
(使用する重合開始剤)
リビングカチオン重合の開始反応を効率的に行う方法として、3級炭素に結合した塩素原子を有する化合物やα位に芳香環を有する塩素化合物などの化合物を重合開始剤として用いるイニファー法が開発されており(米国特許4276394号)、この方法を本発明に適用することができる。イニファー法に用いる重合開始剤としてはその機能を発揮するものであれば良く、代表例としては下記の構造を有するものを示すことができる。
(Polymerization initiator used)
As a method for efficiently performing the initiation reaction of living cationic polymerization, an inifer method has been developed which uses a compound having a chlorine atom bonded to a tertiary carbon or a chlorine compound having an aromatic ring at the α position as a polymerization initiator. This method can be applied to the present invention (US Pat. No. 4,276,394). Any polymerization initiator may be used as the polymerization initiator used in the inifer method, as long as it exhibits its function. As a representative example, one having the following structure can be shown.
(X−CR1R2)nR3
(式中、Xはハロゲン原子を表す。R1およびR2は、同一または異なって、炭素数1〜20の1価の炭化水素基を表す。R3は、炭素数1〜20のn価の炭化水素基を表す。nは1〜4の整数である。)
重合開始剤としては、(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼン、1,4−ビス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼン(以下p−DCC)、および1,3,5−トリス(1−クロロ−1−メチルエチル)ベンゼン(以下TCC)が好ましい。これらを単独あるいは混合物として使用することができる。このように芳香環を含んだ開始剤はより好ましい。p−DCCのように二官能開始剤は二官能重合体を必要とするときに選定する事が出来る。その他に一官能、TCCなどの三官能、多官能の開始剤を必要に応じて用いる事が出来る。重合開始剤とモノマーとの仕込み比に応じて、重合体の分子量を自由に設定することができる。
(X-CR 1 R 2 ) n R 3
(In the formula, X represents a halogen atom. R 1 and R 2 are the same or different and each represent a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R 3 represents an n-valent carbon atom having 1 to 20 carbon atoms. Represents a hydrocarbon group of n is an integer of 1 to 4)
As a polymerization initiator, (1-chloro-1-methylethyl) benzene, 1,4-bis (1-chloro-1-methylethyl) benzene (hereinafter p-DCC), and 1,3,5-tris ( 1-Chloro-1-methylethyl) benzene (hereinafter TCC) is preferred. These can be used alone or as a mixture. Thus, an initiator containing an aromatic ring is more preferred. Bifunctional initiators, such as p-DCC, can be selected when a bifunctional polymer is required. In addition, monofunctional or trifunctional or multifunctional initiators such as TCC can be used as needed. The molecular weight of the polymer can be freely set in accordance with the feed ratio of the polymerization initiator to the monomer.
(ルイス酸触媒)
リビングカチオン重合に用いる触媒はルイス酸触媒であり、その具体例としては、TiCl4、AlCl3、BCl3、ZnCl2、SnCl4、エチルアルミニウムクロライド、SnBr4などが挙げられる。
(Lewis acid catalyst)
The catalyst used for the living cationic polymerization is a Lewis acid catalyst, and specific examples thereof include TiCl 4 , AlCl 3 , BCl 3 , ZnCl 2 , SnCl 4 , ethylaluminum chloride, SnBr 4 and the like.
(電子供与剤)
前述したイニファー法を用いる際、連鎖移動反応やプロトン開始反応などの副反応を抑制して良好な重合体を得るためには、電子供与剤を用いることが効果的である(特開平2−245004号公報、特開平1−318014号公報、特開平3−174403号公報)。電子供与剤としては特に限定されないが、例えば、ピリジン類、アミン類、アミド類、スルホキシド類、エステル類、または、金属原子に結合した酸素原子を有する金属化合物等を挙げることができる。具体的には、ピリジン、2−メチルピリジン(ピコリンまたはα−ピコリンと略記)、トリメチルアミン、ジメチルアセトアミド(DMAcと略記)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、酢酸エチル(EtOAc)、Ti(OiPr)4などが好適に使用される。
(Electron donor)
When using the above-described inifer method, it is effective to use an electron donor to suppress side reactions such as chain transfer reaction and proton initiation reaction to obtain a good polymer (Japanese Patent Laid-Open No. 2-245004). Publication No. JP-A-1-318014, JP-A-3-174403). The electron donor is not particularly limited, and examples thereof include pyridines, amines, amides, sulfoxides, esters, and metal compounds having an oxygen atom bonded to a metal atom. Specifically, pyridine, 2-methylpyridine (picoline or α-picoline), trimethylamine, dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), ethyl acetate (EtOAc), Ti (OiPr) 4 and the like It is preferably used.
電子供与剤は、反応部において重合開始剤に対してモル比で0.2〜10倍量存在させるのが好ましい。電子供与剤の量が少なすぎると副反応が多くなる傾向があり、プロトン開始反応や連鎖移動反応が起こることによって分散度が大きくなる。逆に電子供与剤が多すぎると重合反応速度が著しく抑制され、カチオン重合反応に長時間を要することとなり生産性が低下する。 The electron donor is preferably present in the reaction part in a molar ratio of 0.2 to 10 times that of the polymerization initiator. If the amount of the electron donor is too small, side reactions tend to be large, and the degree of dispersion becomes large due to the occurrence of proton initiation reaction or chain transfer reaction. On the other hand, when the amount of the electron donor is too large, the polymerization reaction rate is remarkably suppressed, and the cationic polymerization reaction takes a long time, which lowers the productivity.
(重合性単量体)
本発明で用いる重合性単量体成分は、重合開始剤とルイス酸触媒を用いることにより重合体を得ることのできるものであれば良い。
(Polymerizable monomer)
The polymerizable monomer component used in the present invention may be any one as long as a polymer can be obtained by using a polymerization initiator and a Lewis acid catalyst.
イソブチレン系重合体を得る場合、重合性単量体成分は主としてイソブチレンを含む単量体である。主としてとは、イソブチレンを30%以上含んでいるものであり、好ましくは50%以上含んでいるものである。ガスバリア性などの観点からイソブチレン単独であることが好ましい。 When an isobutylene polymer is obtained, the polymerizable monomer component is a monomer mainly containing isobutylene. The term "mainly" refers to one containing 30% or more of isobutylene, preferably 50% or more. It is preferable that isobutylene alone is used from the viewpoint of gas barrier properties and the like.
イソブチレン系ブロック共重合体を得る場合、第一の重合性単量体成分または第二の重合性単量体成分の少なくとも一方が主としてイソブチレンを含む単量体であり、第二の重合性単量体成分は、第一の重合性単量体成分とは異なる化合物および/または組成を有するものである。 When obtaining an isobutylene-based block copolymer, at least one of the first polymerizable monomer component or the second polymerizable monomer component is a monomer mainly containing isobutylene, and the second polymerizable monomer amount The body component is one having a compound and / or composition different from that of the first polymerizable monomer component.
第一の重合性単量体成分および第二の重合性単量体成分のイソブチレン以外の単量体としては、以下に述べる各種重合系で適用しうる重合性単量体を特に制限無く使用することができる。 As monomers other than isobutylene of the first polymerizable monomer component and the second polymerizable monomer component, polymerizable monomers applicable in various polymerization systems described below are used without particular limitation. be able to.
カチオン重合に用いられる重合性単量体としては、炭素数3〜12のオレフィン類、共役ジエン類、ビニルエーテル類、芳香族ビニル化合物類などが挙げられる。これらの中で、炭素数3〜12のオレフィン類および共役ジエン類が好ましい。具体例としては、例えば、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−2−ブテン、ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、ヘキセン、5−エチリデンノルボルネン、ビニルシクロヘキサン、ブタジエン、イソプレン、シクロペンタジエン、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ジメチルスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレン、β−ピネン、インデン等が挙げられる。これらの中で、イソブチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、スチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、インデン、イソプレン、シクロペンタジエンなどが好適である。イソブチレン系ブロック共重合体の場合には、第一の重合性単量体、第二の重合性単量体の少なくとも一方が主としてイソブチレンを含む単量体成分であるが、一方が主として芳香族ビニル系単量体を含む単量体成分であることが好ましい。 As a polymerizable monomer used for cationic polymerization, olefins having 3 to 12 carbon atoms, conjugated dienes, vinyl ethers, aromatic vinyl compounds and the like can be mentioned. Among these, olefins having 3 to 12 carbon atoms and conjugated dienes are preferred. Specific examples thereof include, for example, propylene, 1-butene, 2-butene, 2-methyl-1-butene, 3-methyl-2-butene, pentene, 4-methyl-1-pentene, hexene, 5-ethylidene norbornene, Examples include vinyl cyclohexane, butadiene, isoprene, cyclopentadiene, methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, dimethylstyrene, monochlorostyrene, dichlorostyrene, β-pinene, indene and the like. Among these, isobutylene, propylene, 1-butene, 2-butene, styrene, p-methylstyrene, α-methylstyrene, indene, isoprene, cyclopentadiene and the like are preferable. In the case of an isobutylene-based block copolymer, at least one of the first polymerizable monomer and the second polymerizable monomer is a monomer component mainly containing isobutylene, one of which is mainly aromatic vinyl. It is preferable that it is a monomer component containing a system monomer.
また、イソブチレン系重合体の場合には、第一の反応部を通過した反応液と官能基導入物質とを連続的に第二の混合部に供給し、引き続き混合部に接続した第二の反応部に供給して、官能基導入物質を反応させることによって官能基を有するイソブチレン系重合体を得てもよく、イソブチレン系ブロック共重合体の場合には、第ニの反応部を通過した反応液と官能基導入物質とを連続的に第三の混合部に供給し、引き続き混合部に接続した第三の反応部に供給して、官能基導入物質を反応させることによって官能基を有するイソブチレン系ブロック共重合体を得てもよい。 In the case of an isobutylene polymer, the reaction liquid having passed through the first reaction part and the functional group-introduced substance are continuously supplied to the second mixing part, and the second reaction is subsequently connected to the mixing part. It is possible to obtain an isobutylene-based polymer having a functional group by supplying to a part and reacting a functional group-introduced substance, and in the case of an isobutylene-based block copolymer, a reaction liquid passing through the second reaction part And a functional group-introducing substance are continuously supplied to the third mixing section, and are subsequently supplied to the third reaction section connected to the mixing section to react the functional group-introducing substance, thereby reacting isobutylene type having a functional group A block copolymer may be obtained.
ここでいう官能基導入物質とは得られた重合末端に官能基を導入するためのものであり、反応性および得られる重合体の有用性の観点からアリルトリメチルシランまたはジアリルシランを用いるのが好ましい。 The functional group introducing substance mentioned here is for introducing a functional group to the obtained polymerization terminal, and it is preferable to use allyltrimethylsilane or diallylsilane from the viewpoint of the reactivity and the utility of the obtained polymer. .
(重合溶媒)
本発明の方法では、重合溶媒を用いてもよく、ハロゲン化炭化水素、脂肪族炭化水素、および芳香族炭化水素からなる群から選ばれる単独溶媒またはそれらの混合溶媒を用いることができる(特開平8−53514)。ハロゲン化炭化水素としては、クロロホルム、塩化メチレン、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、n−プロピルクロライド、n−ブチルクロライド、1−クロロプロパン、1−クロロ−2−メチルプロパン、1−クロロブタン、1−クロロ−2−メチルブタン、1−クロロ−3−メチルブタン、1−クロロ−2,2−ジメチルブタン、1−クロロ−3,3−ジメチルブタン、1−クロロ−2,3−ジメチルブタン、1−クロロペンタン、1−クロロ−2−メチルペンタン、1−クロロ−3−メチルペンタン、1−クロロ−4−メチルペンタン、1−クロロヘキサン、1−クロロ−2−メチルヘキサン、1−クロロ−3−メチルヘキサン、1−クロロ−4−メチルヘキサン、1−クロロ−5−メチルヘキサン、1−クロロヘプタン、1−クロロオクタン、2−クロロプロパン、2−クロロブタン、2−クロロペンタン、2−クロロヘキサン、2−クロロヘプタン、2−クロロオクタン、クロロベンゼン等が使用でき、これらの中から選ばれる溶剤は単独であっても、二種以上の成分からなるものであっても良い。
(Polymerization solvent)
In the method of the present invention, a polymerization solvent may be used, and a single solvent selected from the group consisting of halogenated hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons or a mixed solvent thereof can be used 8-53514). As halogenated hydrocarbons, chloroform, methylene chloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, n-propyl chloride, n-butyl chloride, 1-chloropropane, 1-chloro-2-methylpropane, 1-chlorobutane 1-chloro-2-methylbutane, 1-chloro-3-methylbutane, 1-chloro-2,2-dimethylbutane, 1-chloro-3,3-dimethylbutane, 1-chloro-2,3-dimethylbutane, 1-chloropentane, 1-chloro-2-methylpentane, 1-chloro-3-methylpentane, 1-chloro-4-methylpentane, 1-chlorohexane, 1-chloro-2-methylhexane, 1-chloro- 3-methylhexane, 1-chloro-4-methylhexane, 1-chloro-5-methylhexane, 1-chlorohept 1-chlorooctane, 2-chloropropane, 2-chlorobutane, 2-chloropentane, 2-chlorohexane, 2-chloroheptane, 2-chlorooctane, chlorobenzene and the like can be used, and the solvent selected from these can be used alone. Even if, it may consist of 2 or more types of components.
脂肪族炭化水素としては、ブタン、ペンタン、ネオペンタン、n−ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンが好ましく、これらの中から選ばれる溶剤は単独であっても、二種以上の成分からなるものであっても良い。また、芳香族炭化水素としてはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンが好ましく、これらの中から選ばれる溶剤は単独であっても、二種以上の成分からなるものであっても良い。 As the aliphatic hydrocarbon, butane, pentane, neopentane, n-hexane, heptane, octane, cyclohexane, methylcyclohexane and ethylcyclohexane are preferable, and two or more kinds of solvents may be selected from among these solvents. It may be made of Further, as the aromatic hydrocarbon, benzene, toluene, xylene and ethylbenzene are preferable, and the solvent selected from these solvents may be single or may be composed of two or more kinds of components.
とりわけハロゲン化炭化水素と脂肪族炭化水素の混合溶媒、ハロゲン化炭化水素と芳香族炭化水素の混合溶媒は、反応制御および溶解度の観点からより好適に使用される。その中でも、炭素数3〜8の1級および/または2級のモノハロゲン化炭化水素と、脂肪族および/または芳香族系炭化水素を組み合わせた混合溶媒であることが好ましい。さらにn−ブチルクロライドとn−ヘキサンの混合溶媒であることが好ましい。 In particular, a mixed solvent of a halogenated hydrocarbon and an aliphatic hydrocarbon, and a mixed solvent of a halogenated hydrocarbon and an aromatic hydrocarbon are more preferably used from the viewpoint of reaction control and solubility. Among them, a mixed solvent in which an aliphatic and / or aromatic hydrocarbon is combined with a primary and / or secondary monohalogenated hydrocarbon having 3 to 8 carbon atoms is preferable. Furthermore, it is preferable that it is a mixed solvent of n-butyl chloride and n-hexane.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to only these examples.
本実施例に示す重合体は以下に示す方法で分析した。
(分子量及び分子量分布の分析)
Waters社製GPCシステム(カラム:昭和電工(株)製Shodex K−804(ポリスチレンゲル)、移動相:クロロホルム)。分子量はポリスチレン換算で表記した。
The polymer shown in this example was analyzed by the method shown below.
(Analysis of molecular weight and molecular weight distribution)
GPC system manufactured by Waters (column: Shodex K-804 (polystyrene gel) manufactured by Showa Denko KK, mobile phase: chloroform). The molecular weight is expressed in terms of polystyrene.
(実施例1)
装置の概略を図1に示す。具体的には、容積3Lの耐圧タンクを2槽用意し、耐圧タンク2槽ならびに管型重合器を窒素置換した後、一方のタンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を1293ml、重合開始剤としてp−DCCを2.48g、電子供与体として2−メチルピリジンを1.00g投入し、第一の重合性単量体としてイソブチレンを702ml投入した。もう一方の耐圧タンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を588ml、触媒としてTiCl4を27.1mL、電子供与体として2−メチルピリジンを0.132g投入した。耐圧タンク2槽ならびに重合器を−50℃の冷却浴に浸すことで冷却を行った。重合器の混合部には内径2.3mmのT字ミキサー、反応部には(1)内径3mm、管長10mの単管、(2)内径4.35mm、管長4mの単管、(3)内径7.53mm、管長2mの単管、を接続した反応器を使用した。反応液の流量が34.5ml/min、TiCl4濃度が105mol/m3となるように供給した。重合器の出口より採取した反応液中の触媒を失活して水洗除去した後に溶媒を除去して重合体を得た。得られた重合体のピーク分子量(Mp)、分散度(Mw/Mn)をGPC法により測定した。表1に結果を示す。
Example 1
The outline of the device is shown in FIG. Specifically, after preparing 2 pressure-resistant tanks with a volume of 3 L and replacing 2 pressure-resistant tanks and the tubular polymerizer with nitrogen, one tank contains the polymerization solvent (n-butyl chloride, n-hexane in volume) 1293 ml of a 9: 1 ratio), 2.48 g of p-DCC as a polymerization initiator, 1.00 g of 2-methylpyridine as an electron donor, and isobutylene as a first polymerizable monomer 702 ml was charged. In the other pressure-resistant tank, 588 ml of a polymerization solvent (n-butyl chloride and n-hexane mixed at a volume ratio of 9: 1), 27.1 mL of TiCl 4 as a catalyst, and 2-methylpyridine as an electron donor Was charged 0.132 g. Cooling was performed by immersing two pressure-resistant tanks and a polymerization vessel in a -50 ° C cooling bath. T-shaped mixer with an inner diameter of 2.3 mm in the mixing section of the polymerization vessel, (1) a single tube with an inner diameter of 3 mm and a tube length of 10 m, (2) a single tube with an inner diameter of 4.35 mm and a tube length of 4 m, (3) inner diameter A single tube of 7.53 mm in length and 2 m in length was used. The reaction solution was supplied at a flow rate of 34.5 ml / min and a TiCl 4 concentration of 105 mol / m 3 . The catalyst in the reaction solution collected from the outlet of the polymerization vessel was deactivated and washed with water, and then the solvent was removed to obtain a polymer. The peak molecular weight (Mp) and the degree of dispersion (Mw / Mn) of the obtained polymer were measured by GPC. Table 1 shows the results.
(実施例2)
一方のタンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を1138ml、重合開始剤としてp−DCCを2.48g、電子供与体として2−メチルピリジンを1.00g投入し、第一の重合性単量体としてイソブチレンを702ml投入した。もう一方の耐圧タンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を176ml、触媒としてTiCl4を17.6mL、電子供与体として2−メチルピリジンを0.086g投入した。反応部には(1)内径3mm、管長10mの単管、(2)内径4.35mm、管長4mの単管、(3)内径7.53mm、管長4mの単管、を接続した反応器を使用した。反応液の流量が30ml/min、TiCl4濃度が104mol/m3となるように供給した。上記以外については、実施例1と同じとした。表1に結果を示す。
(Example 2)
In one tank, 1138 ml of a polymerization solvent (n-butyl chloride and n-hexane mixed at a volume ratio of 9: 1), 2.48 g of p-DCC as a polymerization initiator, and 2-methyl as an electron donor 1.00 g of pyridine was charged, and 702 ml of isobutylene as a first polymerizable monomer was charged. In the other pressure-resistant tank, 176 ml of a polymerization solvent (n-butyl chloride and n-hexane mixed at a volume ratio of 9: 1), 17.6 ml of TiCl 4 as a catalyst, and 2-methylpyridine as an electron donor Was charged 0.086 g. The reactor was connected to the reaction part (1) Single tube of
(実施例3)
一方のタンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を1452ml、重合開始剤としてp−DCCを1.32g、電子供与体として2−メチルピリジンを2.66g投入し、第一の重合性単量体としてイソブチレンを660.6ml投入した。もう一方の耐圧タンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を211.7ml、触媒としてTiCl4を33.9mL、電子供与体として2−メチルピリジンを0.117g投入した。反応部には(1)内径3mm、管長5mの単管、(2)内径4.35mm、管長4mの単管、(3)内径7.53mm、管長4mの単管、を接続した反応器を使用した。反応液の流量が36ml/min、TiCl4濃度が152mol/m3となるように供給した。上記以外については、実施例1と同じとした。表1に結果を示す。
(Example 3)
One tank contains 1452 ml of a polymerization solvent (n-butyl chloride, mixed at a volume ratio of 9: 1 by n-hexane), 1.32 g of p-DCC as a polymerization initiator, and 2-methyl as an electron donor. 2.66 g of pyridine was charged, and 660.6 ml of isobutylene was charged as the first polymerizable monomer. In the other pressure-resistant tank, 211.7 ml of a polymerization solvent (mixture of n-butyl chloride and n-hexane at a volume ratio of 9: 1), 33.9 mL of TiCl 4 as a catalyst, 2--9 as an electron donor 0.117 g of methylpyridine was charged. The reactor was connected to the reaction part: (1) Single tube with
(実施例4)
一方のタンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を1452ml、重合開始剤としてp−DCCを1.00g、電子供与体として2−メチルピリジンを2.02g投入し、第一の重合性単量体としてイソブチレンを697.2ml投入した。もう一方の耐圧タンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を160.4ml、触媒としてTiCl4を25.6mL、電子供与体として2−メチルピリジンを0.134g投入した。反応部には(1)内径3mm、管長5mの単管、(2)内径4.35mm、管長4mの単管、(3)内径7.53mm、管長4mの単管、を接続した反応器を使用した。反応液の流量が36ml/min、TiCl4濃度が150mol/m3となるように供給した。上記以外については、実施例1と同じとした。表1に結果を示す。
(Example 4)
One tank contains 1452 ml of a polymerization solvent (n-butyl chloride, mixed at a volume ratio of 9: 1 by n-hexane), 1.00 g of p-DCC as a polymerization initiator, and 2-methyl as an electron donor. 2.02 g of pyridine was charged, and 697.2 ml of isobutylene was charged as a first polymerizable monomer. In the other pressure-resistant tank, 160.4 ml of a polymerization solvent (mixture of n-butyl chloride and n-hexane at a volume ratio of 9: 1), 25.6 ml of TiCl 4 as a catalyst, and 2- 0.134 g of methylpyridine was charged. The reactor was connected to the reaction part: (1) Single tube with
(比較例1)
一方のタンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を1080ml、重合開始剤としてp−DCCを1.92g、電子供与体として2−メチルピリジンを反応部での重合開始剤に対するモル比が6となるように投入し、第一の重合性単量体としてイソブチレンを470ml投入した。もう一方の耐圧タンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を1400ml、触媒としてTiCl4を混合後の重合開始剤に対するモル比が200となるように投入した。重合器の混合部には内径1.3mmのT字ミキサー、反応部には内径3mm、管長10mの単管を使用した。反応液の流量が70ml/minになるように供給した。上記以外については、実施例1と同じとした。表1に結果を示す。
(Comparative example 1)
In one tank, 1080 ml of a polymerization solvent (n-butyl chloride, mixed at a volume ratio of 9: 1 by n-hexane), 1080 ml, 1.92 g of p-DCC as a polymerization initiator, 2-methyl as an electron donor Pyridine was charged such that the molar ratio to the polymerization initiator in the reaction part was 6, and 470 ml of isobutylene was charged as the first polymerizable monomer. In the other pressure-resistant tank, 1400 ml of a polymerization solvent (n-butyl chloride and n-hexane mixed at a volume ratio of 9: 1) and a molar ratio to the polymerization initiator of 200 after mixing TiCl 4 as a catalyst It was thrown in to become. A T-shaped mixer with an inner diameter of 1.3 mm was used for the mixing section of the polymerization vessel, and a single pipe with an inner diameter of 3 mm and a pipe length of 10 m was used for the reaction section. It supplied so that the flow rate of the reaction liquid might be 70 ml / min. Except for the above, it is the same as Example 1. Table 1 shows the results.
(比較例2)
比較例1のうち、電子供与体として2−メチルピリジンを反応部での重合開始剤に対するモル比が1となるように投入し、触媒としてTiCl4を混合後の重合開始剤に対するモル比が180となるように投入し、反応部には内径2mm、管長10mの単管を使用し、反応液の流量が60ml/minになるように供給した以外は同じとした。表1に結果を示す。
(Comparative example 2)
In Comparative Example 1, 2-methylpyridine as an electron donor is charged so that the molar ratio to the polymerization initiator in the reaction part is 1, and the molar ratio to the polymerization initiator after mixing TiCl 4 as a catalyst is 180 It charged so that it might become, and it was made the same except using the single tube of internal diameter 2mm and tube length 10m as a reaction part, and supplying so that the flow volume of the reaction liquid might be 60 ml / min. Table 1 shows the results.
(比較例3)
一方のタンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を500ml、重合開始剤としてp−DCCを1.06g、電子供与体として2−メチルピリジンを0.43g投入し、第一の重合性単量体としてイソブチレンを300.4ml投入した。もう一方の耐圧タンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を233.3ml、触媒としてTiCl4を30.2mL、電子供与体として2−メチルピリジンを0.052g投入した。反応部には内径3mm、管長5mの単管を使用した。反応液の流量が30ml/min、TiCl4濃度が459mol/m3となるように供給した。上記以外については、実施例1と同じとした。表1に結果を示す。
(Comparative example 3)
One tank contains 500 ml of a polymerization solvent (n-butyl chloride, mixed at a volume ratio of 9: 1 by n-hexane), 1.06 g of p-DCC as a polymerization initiator, and 2-methyl as an electron donor. 0.43 g of pyridine was charged, and 300.4 ml of isobutylene as a first polymerizable monomer was charged. In the other pressure-resistant tank, 233.3 ml of a polymerization solvent (mixture of n-butyl chloride and n-hexane at a volume ratio of 9: 1), 30.2 ml of TiCl 4 as a catalyst, and 2-0.2 as an electron donor 0.052 g of methylpyridine was charged. A single tube with an inner diameter of 3 mm and a tube length of 5 m was used for the reaction part. The reaction solution was supplied at a flow rate of 30 ml / min and a TiCl 4 concentration of 459 mol / m 3 . Except for the above, it is the same as Example 1. Table 1 shows the results.
(比較例4)
比較例3のうち、反応液の流量が51ml/min、TiCl4濃度が267mol/m3となるように供給した以外は同じとした。表1に結果を示す。
(Comparative example 4)
The same as in Comparative Example 3, except that the flow rate of the reaction solution was 51 ml / min and the TiCl 4 concentration was 267 mol / m 3 . Table 1 shows the results.
(比較例5)
一方のタンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を1001ml、重合開始剤としてp−DCCを1.06g、電子供与体として2−メチルピリジンを0.43g投入し、第一の重合性単量体としてイソブチレンを300.4ml投入した。もう一方の耐圧タンクには、重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)を466.7ml、触媒としてTiCl4を20.1mL、電子供与体として2−メチルピリジンを0.104g投入した。反応液の流量が38ml/min、TiCl4濃度が59.3mol/m3となるように供給した。上記以外については、実施例1と同じとした。表1に結果を示す。
(Comparative example 5)
In one tank, 1001 ml of a polymerization solvent (n-butyl chloride, mixed at a volume ratio of 9: 1 by n-hexane), 1.06 g of p-DCC as a polymerization initiator, 2-methyl as an electron donor 0.43 g of pyridine was charged, and 300.4 ml of isobutylene as a first polymerizable monomer was charged. In the other pressure-resistant tank, 466.7 ml of a polymerization solvent (mixture of n-butyl chloride and n-hexane at a volume ratio of 9: 1), 20.1 ml of TiCl 4 as a catalyst, 2-1-2 as an electron donor 0.104 g of methylpyridine was charged. The reaction solution was supplied at a flow rate of 38 ml / min and a TiCl 4 concentration of 59.3 mol / m 3 . Except for the above, it is the same as Example 1. Table 1 shows the results.
(比較例6)
比較例5のうち、反応液の流量が36ml/min、TiCl4濃度が41.7mol/m3となるように供給した以外については同じとした。表1に結果を示す。
(Comparative example 6)
The same as in Comparative Example 5, except that the flow rate of the reaction solution was 36 ml / min and the TiCl 4 concentration was 41.7 mol / m 3 . Table 1 shows the results.
実施例1〜4および比較例1〜4では単量体が全て消費され、分子量分布の狭い重合体が得られたが、実施例1〜4の方が比較例1〜4に比べてさらに分子量の狭い重合体が得られた。また、比較例5および6では反応器出口で未反応の単量体が残っており、反応が完結していない問題があった。 All of the monomers were consumed in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, and a polymer having a narrow molecular weight distribution was obtained, but the molecular weight of Examples 1 to 4 was more than that of Comparative Examples 1 to 4 A narrow polymer was obtained. Further, in Comparative Examples 5 and 6, unreacted monomers remained at the outlet of the reactor, and there was a problem that the reaction was not completed.
以上より明らかなように、反応液中のルイス酸触媒濃度が50〜250mol/m3であり、反応器出口で得られる重合溶液中の重合体と重合性単量体の濃度の和が15〜50%の範囲にすることで、従来法に比べて重合を完結させるために大量の触媒を必要とせず、さらに、副反応を抑制することで高分子の構造制御ができている点で本発明の方法は優れている。 As apparent from the above, the Lewis acid catalyst concentration in the reaction solution is 50 to 250 mol / m 3 , and the sum of the concentration of the polymer and the polymerizable monomer in the polymerization solution obtained at the reactor outlet is 15 to 15 By setting the content in the range of 50%, the present invention does not require a large amount of catalyst to complete the polymerization as compared with the conventional method, and further, by suppressing side reactions, the structure of the polymer can be controlled. The method is good.
ブロック共重合体の連続的な重合に用いる装置の概略を図2に示す。 An outline of an apparatus used for continuous polymerization of a block copolymer is shown in FIG.
(実施例5)
具体的には、第二の混合部にはスタティックミキサー(内径5mm、管長165mm、エレメント数21、ノリタケカンパニ社製(型式:T4−21))、第二の反応部には内径7.53mm、管長4mの単管を使用した。第二の重合性単量体用耐圧タンクを窒素置換して重合溶媒(n−ブチルクロライド、n−ヘキサンを体積比にして9:1で混合)とスチレンを体積比にして1:1で仕込んだ。実施例4と同じ条件で第一の重合性単量体の重合を行い、引き続き、第二の混合部に第二の重合性単量体としてスチレンを第一の重合性単量体に対してモル比で0.114となるように供給した。表2に結果を示す。
(Example 5)
Specifically, a static mixer (
実施例5より明らかなように、本発明による連続的な製造方法は狭い分子量分布でブロック共重合体を工業的に経済的な手法により得ることができる。 As apparent from Example 5, the continuous production method according to the present invention can obtain a block copolymer with a narrow molecular weight distribution by an industrially economical procedure.
1.第一の重合性単量体用耐圧タンク
2.触媒用耐圧タンク
3.送液ポンプ
4.第一の混合部
5.第一の反応部
6.第二の重合性単量体用耐圧タンク
7.第二の混合部
8.第二の反応部
9.官能基導入物質用耐圧タンク
10.第三の混合部
11.第三の反応部
1. First pressure-resistant tank for polymerizable monomer
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