JP2001508398A - ニトロキシル含有化合物 - Google Patents
ニトロキシル含有化合物Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は式(I)
ただし、Tは1)ポリジエンが式(I)の化合物で停止するようにポリジエニルリチウムと反応するか、又は2)ポリジエニルアニオンによって置換してポリジエン鎖端上にTに結合した分子を配置する、基であり、Arは1〜2の芳香環をもつ芳香族基であり、R,R1およびR2はそれぞれ独立に水素またはC1-6アルキル基であり、そしてR3,R4,R5,R6,R7およびR8はそれぞれの場合独立にフェニル、C1−C6アルキルであるか、あるいはまたR3−R8からえらばれた2つの基は、ニトロキシル基を含む5または6員の環が生成するように、結合していてもよい、で示される化合物である。
Description
【発明の詳細な説明】
ニトロキシル含有化合物
本発明はニトロキシル含有化合物、およびゴム変性ポリマーの製造におけるそ
の使用、に関する。
ゴム変性ポリマーは、耐衝撃性の改良の目的で多数の方法によってビニル芳香
族モノマーから製造されている。代表的には、ゴムを重合したビニル芳香族モノ
マーとブレンドするか、又はビニル芳香族モノマーをゴムの存在下で重合する。
後者の方法において、ビニル芳香族モノマーはゴム上に部分的にグラフト重合さ
れる。然し、グラフト鎖のグラフト量および分子量は制御が困難であり、光沢お
よび衝撃性に悪影響を及ぼすことがある。
ビニル芳香族モノマーのゴム変性コポリマーも製造されている。たとえばアク
リロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)である。ABSコポリマーは、
バルク−懸濁、連続バルク、及び乳化のような重合法を使用して製造されている
。乳化重合法は典型的には光沢と衝撃強度の最良のバランスをもつ生成物を生ず
るが、バルク法が低コストのために有利である。
他のゴムも光沢および/または衝撃性の改良のためにバルク重合法に使用され
る。その例としてスチレン・ブタジエンブロックコポリマーゴムがあげられる。
然し、これらのゴムは典型的にみてより高価であり、通常のポリブタジエンゴム
よりも多量に必要である。
それ故、ビニル芳香族モノマーから、光沢と衝撃性のすぐれたバランスをもつ
ゴム変性ポリマーを製造するより有効でコスト的に効果のある方法の必要性が依
然としてある。また、透明ゴム変性ポリマーを製造する必要性もある。
従来技術に比べたときにより有効でありコスト的に有用である、ビニル芳香族
モノマーから光沢と衝撃強度のすぐれたバランスをもつゴム変性ポリマーのフリ
ーラジカル製造法が、プリディらによって1996年3月29日に出願された予
備出願番号60/014,616に基づいて出願された対応するU.S.出願に
開示されている。プリディの方法は、ビニル芳香族モノマーを、少なくとも1の
安定フリーラジカル基で変性したジエンゴムの存在下に重合して、ビニル芳香族
ジエンおよび/またはグラフトコポリマーゴム粒子を生成し、ビニル芳香族ポリ
マー内に分散させる方法である。ジエンゴムは典型的にはニトロキシル基を含む
化合物を使用して停止させる。然し、ポリジエン停止剤として働くニトロキシ含
有化合物はごくわずかに知られているだけである。
ソロモンらによるUS−A−4,581,429は、重合中に使用するニトロ
キシ含有フリーラジカル開始剤に開示している。然し、開示された化合物はポリ
ジエン停止剤として働いていない。それ故、ポリジエン開始剤として動く更なる
ニトロキシル含有する化合物を開発する必要が残されている。
本発明はポリジエン停止剤として使用しうる新規なニトロオキシル含有化合物
に関する。
本発明は次式(I)の化合物である。
ただし、Tは1)ポリジエンが式Iの化合物で停止されるようにポリジエニル
リチウムと反応するか又は2)ポリジエニルアニオンによって置換してポリジエ
ン鎖端上にTに結合した分子を置きかえる基であり;Arは1又は2の芳香環を
もつ芳香族基であり;R,R1及びR3はそれぞの場合独立に水素またはC1-6ア
ルキル基であり;そしてR3,R4,R5,R6,R7及びR8はそれぞれの場合独立
にフェニル又はC1−C6アルキルであるか、あるいはまたR3−R8からえらばれ
た2つの基は一緒になってニトロキシル基のNを含む5または6員環を生成する
ように結合していてもよい。
これらの化合物はポリブタジエニルリチウムを停止させて、ビニル芳香族モノ
マーの重合中その場でのブロック及び/又はグラフトコポリマーを製造するのに
使用することができ、高コストのブロック又は予備グラフト化ジエンゴムなしに
ゴム補強ポリマーの製造を可能にする。
本発明は次式(I)の化合物である。 ただし、Tは1)ポリジエンが式Iの化合物で停止されるようにポリジエニル
リチウムと反応するか、又は2)ポリジエニルアニオンによって置換してポリジ
エン鎖端上にTに結合した分子を置きかえる基である。ポリジエンが式Iの化合
物で停止するようにポリジエニルリチウムと反応する基の非限定的な例としては
グリシジル基またはアルデヒド基があげられる。ポリジエニルリチウム(
ポリジエニルアニオンによって置換される基、すなわちポリジエン鎖端上にT
に結合した分子をつける基としては、ブロム、塩素、トシレート、メシレート、
又はSN2置換反応に典型的な適宜の基があげられるが、これらに限定されない
。ポリジエンによるTの置換を示す反応は次の反応式で例示される: Tはヒドロキシ、エーテル(O−R)又はエステル(O−C(=O)−R)の
ような基であり得ない。それはこれらの基はSN2置換反応用の良好な離脱基で
はなく、ポリジエニル基と反応してポリジエンへのニトロキシル化合物の結合を
もたらす基を生成しないからである。
Arは1または2の芳香環をもつ芳香族基でありうる。芳香環は任意に追加の
置換基たとえばハロゲンおよびアルキル(たとえばメチルフェニルまたはt−ブ
チルフェニル)を含むことができる。
R,R1及びR2はそれぞれの場合独立に水素又はC1−C6アルキル基であり、
そしてR3,R4,R5,R6,R7及びR8はそれぞれの場合独立に任意にハロゲン
、又はアルキル(たとえばメチルフェニル又はt−ブチルフェニル)、C1-6ア
ルキルのような追加の置換基を含むフェニル基;C1-6アルキルであるか;又は
R3−R8からえらばれた2つの基はニトロキシル基のNを含む5または6員の環
が生成するように結合していてもよい。
好ましくはTはClであり、R,R1及びR2はそれぞれHであり、R3−R8か
らえらばれた2つのR基は結合して6員環を形成し、そしてR3−R8からえらば
れる残余のR基はそれぞれメチルである。
本発明の化合物はポリジエニルリチウムの停止剤として使用することができる
。この化合物はポリジエニルリチウムを停止させて移動性のニトロキシル基をポ
リ
ジエン鎖の端部に結合させる。
本発明の化合物の例として次のものがあげられる。
ニトロキシ含有化合物は、生成する炭素中心ラジカル中間体をトラップするニ
トロキシ含有化合物の存在下に炭素中心ラジカルを生成させることによって、所
望の前駆体から製造することができる。炭素中心ラジカルの製造法は当業技術に
おいて周知であり、例として例えば1)I.Li,B.A.Howell;A.
Fllaboudy;P.Kastl;及びD.B.Priddy;によるAC
S Polym.Prepr.1995,36,469に記載されている活性水
素化合物からのH引抜き;2)M.K.Georges,R.P.N.Vere
gin,P.K.Kazmaier,及びG.K.HamerによるMacro
molecules 1993,26,2987に記載されている活性二重結合
へのラジカル付加;3)G.M.Whitesides及びT.L.Newir
thによるJ.Organic Chemistry 1975,40,344
8に記載の電子移動;及び4)ソロモンらによりUS特許No.4,581,4
29に、ソロモンらによりEP304756に、及びイー・ピザルドによりCh
emistry in Australia,Jan−Feb.1987,32
に記載されている活性化アゾ化合物の熱分解、の技術があげられる。
化合物II、V、及びVIは、スチレン(又は置換スチレン)にとかしたニト
ロキシルラジカルの溶液を、ハロゲンラジカルがスチレンによりトラップされる
ようにハロゲン(塩素または臭素)ラジカルにさらし、生成するスチリルラジカ
ルをニトロキシラジカルでトラップすることによって製造することができる。
化合物III、IV、VII及びVIIIは、2−フェニル−2−(2,2,
6,6−テトラメチル−ピペリジニル−1−オキシ)エタノール(C.J.Ha
wker及びJ.L.Hedrick,Macromolecules,199
5,28,2993)から、それぞれp−トルエンスルホニルクロリド、エピク
ロロヒドリン、メシチルクロリド又はトリフロロメタンスルホニルクロリドとの
反応によって製造することができる。
これらの化合物を使用して、ゴム変性ポリマーの製造に有用なニトロキシル末
端ジエンゴムをビニル芳香族モノマーから製造することができる。好適なビニル
芳香族モノマーとして重合法に使用することの既に知られているビニル芳香族モ
ノマーたとえばUS−A−4,666,987、US−A−4,572,819
及びUS−A−4,585,825に記載されているモノマーがあげられるが、
これらに限定されない。
好ましくは、モノマーは次式のモノマーである。 ただしRは水素またはメチルであり、Arはアルキル、ハロ又はハロアルキル
置換基をもつ又はもたない1〜3の芳香環をもつ芳香環構造である。ただしすべ
てのアルキル基は1〜6の炭素原子を含み、ハロアルキルとはハロ置換アルキル
基のことをいう。好ましくは、Arはフェニル又はアルキルフェニルであり、フ
ェニル基が最も好ましい。使用しうる代表的なビニル芳香族モノマーとしてはメ
チルスチレン、ビニルトルエンのすべての異性体とくにパラビニルトルエン、エ
チルスチレンのすべての異性体、プロピルスチレン、ビニルビフェニル、又はビ
ニルナフタレン、及びそれらの混合物があげられる。ビニル芳香族モノマーも他
の共重合性モノマーと結合しうる。このようなモノマーの例としてアクリルモノ
マーたとえばアクリロニトリル、メタアクリロニトリル、メタアクリル酸、メチ
ルメタアクリレート、アクリル酸、及びメチルメタアクリレート;マレイミド、
フェニルマレイミド、及び無水マレイン酸があげられるが、これらに限定されな
い。
本発明の化合物を使用して製造されるニトロキシル末端ジエンゴムは、鎖端に
結合した少なくとも1のニトロキシル基をもつ。このゴムはジエンモノマー成分
から製造され、本発明のニトロキシル含有化合物を使用して停止される。典型的
には、ジエンモノマーはアニオン性の又はフリーラジカルの重合条件下に重合さ
れ、ニトロキシル含有化合物の存在下に停止される。好ましくは、ジエンモノマ
ー成分は1,3−共役ジエンたとえばブタジエン、イソプレン、ピペリレン、又
はクロロプレンである。最も好ましくは、ジエンモノマー成分は1,3−ブタジ
エンである。本発明のニトロキシル含有化合物は、純粋な形体で貯蔵安定性であ
る、すなわち120℃以下の温度でそれ自身安定性である、安定なフリーラジカ
ルを形成することができる。
安定なフリーラジカルニトロキシル基は、ニトロキシル含有化合物が活性化し
て、生成する。ニトロキシル含有化合物の活性化が起こるために、ニトロキシル
含有化合物のラジカル形成性原子は、典型的には活性化した炭素を介してジエン
ゴムに結合する。ニトロキシル含有化合物−活性化炭素結合は、典型的には、5
0℃以下の温度で安定である。活性化炭素原子は、芳香環に結合する炭素原子と
して定義される。約60℃以上の温度で、ニトロキシ含有化合物は活性化して安
定なフリーラジカルを形成する。たとえば、ニトロキシ含有化合物として
芳香環に結合している)は60℃以上の温度で活性化されて
化がビニル芳香族モノマーの重合中に起こると、ビニル芳香族モノマーは炭素ラ
ジカルと反応してニトロキシのOと活性化炭素との間に挿入されて、ビニル芳香
族ポリマーゼメント、たとえば−
ジエンを重合するアニオン重合法は当業技術において周知であり、すべての方
法を利用して本発明に使用するジエンゴムの製造に使用することができる。
ゴム補強ポリマーは、ニトロキシル基を含むジエンゴムをビニル芳香族モノマ
ーにとかし、このゴム/モノマー混合物を重合することによって製造することが
できる。この方法は、ゴム補強ポリマー製造について当業技術において知られる
通常の技術を使用して行うことができる。たとえばUS−A−2,646,41
8、US−A−4,311,819及びUS−A−4,409,369に記載さ
れているような衝撃ポリスチレン(HIPS)およびABSの製造技術である。
ビニル芳香族モノマーに加えるゴムの量は、ビニル芳香族モノマーとゴムとの
合計重量を基準にして、代表的に3〜20%、好ましくは5〜15%、そして更
に好ましくは7〜12%である。
ゴム/モノマー混合物の重合中に、ビニル芳香族モノマーが重合してマトリッ
クス相を形成し、またジエンゴム上にもグラフトし、且つニトロキシル官能鎖端
部へもビニル芳香族ブロックを付加する。
ニトロキシ含有化合物と活性化炭素原子との間に挿入されるグラフト化ポリマ
ーの重量平均分子量(Mw)は、典型的にはマトリックス相のMwの半分以下、
好ましくは25%以下、更に好ましくは20%以下、そして最も好ましくは15
%以下である。典型的には、グラフト化ポリマーのMwは15,000〜150
,000、好ましくは25,000〜100,000、更に好ましくは25,0
00〜75,000、最も好ましくは30,000〜60,000である。
マトリックス相のMwはゴム変性ポリマーの用途に応じて非常に変化しうる。
典型的には、Mwは50,000から300,000まで変化しうる。
本発明の化合物は、高衝撃ポリスチレン及びアクリロニトリル−ブタジエン・
スチレンポリマーの製造に特に有用である。ただし、ゴムは典型的にはポリスチ
レン又はポリスチレン・アクリロニトリルのマトリックス相の中に均一に分布さ
れている。これらのポリマーは、射出成形および冷凍機内張り、家庭用品、玩具
、および家具の熱成形を包含する多くの用途に使用することができる。
なお、本発明の化合物は透明ゴム補強ポリマーを製造するのに使用することも
できる。これらのポリマーは代表的に0.1μ以下の容積平均粒径をもつ密なゴ
ム粒子を含む。粒子のサイジングは当業者によって周知である。
次の実施例を与えて本発明を具体的に説明する。これらの実施例は本発明の範
囲を限定するものと解すべきでなく、またそれらをそのように解すべきではない
。
実施例 例 1 2−フェニル−2−(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−1−オキ
シ)エタノール(A)を、ホーカーの方法(C.J.Hawker and J
.L.Hedrick,Macromolecules,1995,28,29
93)により製造する。エピクロロヒドリン(2.8g)を、50%の水性水酸
化ナトリウム(4.3ml)とBu4NHSO4(0.085g)の混合物を含む
100mlの丸底フラスコに滴下状に加え、混合物を約25℃で2時間激しく攪
拌する。次いで化合物(A)(1.7g)を1時間にわたって滴下状に加え、攪
拌を16時間続ける。水(30ml)を加え、生成する混合物をメチレンクロリ
ドで抽出する。メチレンクロリドを蒸発させて油状物を得る。これをメタノール
から結晶化させて1.5gの白色結晶(mp=35〜36℃)を得る。生成物は
、NMRスペクトルを使用して構造(B)をもつことが確認される。
例 2 (B)で終結するポリブタジエンの製造
ブタジエンのアニオン重合を、2級ブチルリチウムを開始剤として使用し、ブ
タジエン(17.4ミリモル)を10mlのシクロヘキサンと2級ブチルリチウ
ム(0.29ミリモル)と混合することによって行う。混合物を乾燥窒素下に約
25℃で24時間攪拌する。ポリブタジエニルリチウムを、20mlのシクロヘ
キサンにとかした(B)(3.4ミリモル)の添加によって停止させる。攪拌を
更に24時間続け、メタノールを加えてポリブタジエンを沈殿させる。ゲル透過
クロマトグラフを使用するポリマーの分析は、Mw=3930、及びMn=38
40であることを示す。1H−NMRを使用するポリマーの分析は、>95%の
ポリブタジエン鎖端部の1つが次のフラグメント(C)を有することを確認して
いる。
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S
D,SZ,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ
,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU
,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,
CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,G
E,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KR,KZ
,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,
MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,P
T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,TJ
,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,
YU
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.式 ただし、Tは1)ポリジエンが式1の化合物で停止するようにポリジエニルリ チウムと反応するか、又は2)ポリジエニルアニオンによって置換してポリジエ ン鎖端上にTに結合した分子を配置する、基であり、Arは1又は2の芳香環を もつ芳香族基であり、R,R1およびR2はそれぞれ独立に水素またはC1-6アル キル基であり、そしてR3,R4,R5,R6,R7およびR8はそれぞれの場合独立 にフェニル、C1−C6アルキルであるか、あるいはまたR3−R8からえらばれた 2つの基は、ニトロキシル基のNを含む5または6員の環を形成するように結合 していてもよい、 で示される化合物。 2.TがCl、Br、トシレートおよびメシレートからなる群からえらばれる請 求項1の化合物。 3.TがClである請求項2の化合物。 4.Tがグリシジル基である請求項1の化合物。 5.Arがフェニル基である請求項1の化合物。 6.フェニル基がメチルフェニルまたはt−ブチルフェニル基である請求項5の 方法。 7.R3−R8からえらばれた2つの基がニトロキシル基のNを含む5または6員 環が生成するように結合している請求項1の化合物。 8.R3−R8からえらばれた基の1つがフェニル基である請求項1の化合物。 9.フェニル基がメチルフェニル基またはt−ブチルフェニル基である請求項8 の化合物。 10.Tがグリジル基であり、Arがフェニルであり、R,R1およびR2がそ れぞれ水素であり;R3−R8からえらばれた2つの基がニトロキシル基のNを含 む6員環を生成するように結合しており、そしてR3−R8基の残余のR基がそれ ぞれメチルである請求項1の化合物。 11.TがClであり;Arがフェニルであり;R,R1およびR2がそれぞれ水 素であり、R3−R8からえらばれた2つの基がニトロキシル基のNを含む6員環 が生成するように結合しており、そしてR3−R8の残りのR基がそれぞれメチル である請求項1の化合物。 12.Tがトシレートであり;Arがフェニルであり;R,R1およびR2がそれ ぞれ水素であり;そしてR3−R8からえらばれた2つの基がニトロキシル基のN を含む6員環が生成するように結合しており、そしてR3−R8の残りのR基がそ れぞれメチルである請求項1の化合物。 13.TがBrであり;Arがパラ−t−ブチルフェニルであり;R,R1およ びR2がそれぞれ水素であり;R3−R8からえらばれた2つの基がニトロキシル 基のNを含む5員環が生成するように結合しており、そして残余のR基の1つが フェニルであり、R3−R8の残余のR基がそれぞれメチルである請求項1の化合 物。 14.TがClであり;Arがパラトルエンであり;R,R1およびR2がそれぞ れ水素であり、R3−R8からえらばれた2つの基がニトロキシル基のNを含む5 員環が生成するように結合しており、残余のR基の1つがフェニルであり、そし てR3−R8の残余のR基がそれぞれメチルである請求項1の化合物。 15.Tがメシレートであり;Arがフェニルであり;R,R1およびR2がそれ ぞれ水素であり、そしてR3−R8からえらばれた2つの基がニトロキシル基のN を含む6員環が生成するように結合しており、そしてR3−R8の残余のR基がそ れぞれメチルである請求項1の化合物。 16.Tがトリフレートであり;Arがフェニルであり;R,R1およびR2がそ れぞれ水素であり、そしてR3−R8からえらばれた2つの基がニトロキシル基の Nを含む6員環が生成するように結合しており、そしてR3−R8の残余のR基が それぞれメチルである請求項1の化合物。
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