JP6325362B2 - ゴム成分、ゴム成分が配合されたゴム組成物、及び該ゴム組成物を用いたタイヤ - Google Patents

ゴム成分、ゴム成分が配合されたゴム組成物、及び該ゴム組成物を用いたタイヤ Download PDF

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Description

本発明は、ゴム成分、該ゴム成分が配合されたゴム組成物、及び該ゴム組成物を用いたタイヤに関する。
近年、省エネルギー、省資源の社会的要請のもと、タイヤの高い耐久性が要求されている。また、天然ゴムの値段が高騰していることから、天然ゴムと遜色のない耐久性を有する合成ゴムの開発が必要とされている。斯かる要求に伴い、耐破壊特性及び耐摩耗性に優れた合成ゴムが提案されている。
合成ゴムを用いたタイヤの耐久性を向上させる解決方法の一つとして、イソプレンを単量体として用いて重合されたイソプレン単独重合体を高シス構造化する技術が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
また、耐久性(耐破壊特性及び耐摩耗性)を向上するために、数平均分子量が150万以上の高分子量化させた重合体(合成ポリイソプレン及びイソプレン共重合体の少なくともいずれか)をゴム組成物中に含有させることも開示されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2004−27179号公報 国際公開第2006−078021号パンフレット 特開2013−185059号公報
特許文献1及び2に示される手法により、伸長結晶性が改良され、合成ゴムの耐久性が改良された。
しかし、イソプレン骨格を有する重合体は、他のモノマーを含み構成された重合体に比べ、特定の条件下においては、重合体の主鎖が切れやすいことが明らかになった。このことが合成ゴムの耐久性を低下させる原因としても挙げられる。また、イソプレンの重合体を合成する際に、ゴム特性の向上を意図して高分子量化のためにイソプレン鎖の末端をスズテトラクロライドやチタニウムテトラクロライドで変性させた場合には、ゲル化し易くなる場合があった。ゲル化が起こると、合成ゴムの耐久性は、著しく低下する。
また、特許文献3に示される手法によっても、天然ゴムに匹敵する耐久性のあるゴムを得ることができなかった。
このように、合成ゴムの耐久性は、依然として天然ゴムに及ばないという問題があった。
本発明は、現在要求されているよりも過酷な条件下においても、耐亀裂特性及び耐摩耗性において、天然ゴムに遜色のなく、更に加工し易い(作業性が良好な)イソプレンゴム成分を提供することを課題とする。
本発明の目的は、架橋前の加工性(作業性)が良好で、かつ耐久性(耐亀裂特性及び耐摩耗性)が向上した架橋ゴム組成物を得ることができるゴム成分、ゴム組成物並びに、前記ゴム組成物を用いたタイヤを提供することにある。
本発明者らは、重量平均分子量6,000,000以上のポリイソプレン重合体及び、重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体を含むポリイソプレンを、それぞれ特定の割合で含むゴム成分を、ゴム組成物中に含有させることにより、架橋前のゴムの作業性が良好で、かつ従来の合成ゴムよりも耐久性(耐破壊特性及び耐摩耗性)が向上した架橋ゴム組成物を得ることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は次のように構成される。
<1> ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体を10質量%〜40質量%含み、且つ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体を5質量%〜30質量%含むポリイソプレンを含むゴム成分。
<2> 前記ポリイソプレンが、ポリイソプレン重合体の混合物又は分岐構造を有するイソプレン単独重合体である<1>に記載のゴム成分。
<3> 前記分岐構造を有するイソプレン単独重合体が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量8,000,000以上のイソプレン単独重合体を5質量%〜30質量%含み、且つ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量500,000以下のイソプレン単独重合体を3質量%〜30質量%含む<2>に記載のゴム成分。
<4> 前記ポリイソプレン重合体の1,4−シス結合量が90%以上である<2>に記載のゴム成分。
<5> 前記分岐構造を有するポリイソプレン単独重合体の1,4−シス結合量が90%以上である<2>又は<3>に記載のゴム成分。
<6> 前記ポリイソプレンの合計配合量が20質量%〜100質量%である<1>〜<5>のいずれか1つに記載のゴム成分。
<7> <1>〜<6>のいずれか1つに記載のゴム成分を配合してなるゴム組成物。
<8> 更に充填剤を配合してなり、前記充填剤の配合量が、全ゴム成分100質量部に対して10質量部〜75質量部である<7>に記載のゴム組成物。
<9> <7>又は<8>に記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
<10> トレッド部材に<7>又は<8>に記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
本発明によれば、架橋前のゴムの作業性が良好で、かつ従来の合成ゴムよりも耐久性(耐亀裂特性及び耐摩耗性)が向上した架橋ゴム組成物を得ることができるゴム成分、ゴム組成物並びに、前記ゴム組成物を用いたタイヤを提供することができる。
《ゴム成分》
本発明のゴム成分は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体を10質量%〜40質量%含み、且つ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体を5質量%〜30質量%含むポリイソプレンを含む。
上記構成のポリイソプレンを「本発明のポリイソプレン」と称することがある。
また、本発明において、ポリマーの重量平均分子量は、特に記載しない限り、下記条件1)〜3)の下で行われるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)を指す。また、ポリスチレン換算の重量平均分子量とは、重量平均分子量が既知の標準ポリスチレンのピークトップ保持時間による検量線を作成し、その検量線より求められたポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。
条件:
1)カラム:昭和電工株式会社製、Shodex(登録商標)KF807Fを2本使用
2)溶離液:テトラヒドロフラン
3)測定温度:40℃
本発明のポリイソプレンは、ポリイソプレン重合体の混合物であってもよいし、ポリイソプレン単独重合体若しくはポリイソプレン共重合体であってもよい。
本発明のゴム成分は、ゴム組成物に混合したときに、重量平均分子量(Mw)が80万以下の低分子量成分によりゴムマトリックス部の流動性が高く加工性が良好で、かつ重量平均分子量(Mw)が600万以上の超高分子量成分により、ゴム組成物が充填剤を含む場合には、充填剤間のネットワークが十分に形成され、耐久性(耐亀裂特性及び耐摩耗性)が向上した架橋ゴム組成物を得ることができる。
なお、本明細書において、「合成ポリイソプレン」とは、イソプレンを単量体(モノマー)として重合(合成)されたイソプレンの単独重合体(ホモポリマー)を意味する。また、本明細書において、「イソプレン共重合体」とは、イソプレン及びイソプレン以外の化合物を単量体(モノマー)として重合(合成)されたイソプレンとイソプレン以外の化合物との共重合体(コポリマー)を意味する。「合成ポリイソプレン」及び「イソプレン共重合体」のいずれも、重合体の高分子鎖の一部を変性したものも含む。
本発明のポリイソプレンが、重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体を10質量%〜40質量%含むと、重合体の特性を十分に発揮することができる。また、本発明のポリイソプレンが、重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体を5質量%〜30質量%含むと、得られるゴム組成物の耐久性を低下させることなく架橋前のゴムの作業性を改良することができる。
本発明のポリイソプレンにおいて、重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体の重量平均分子量は、8,000,000〜10,000,000であることが好ましい。重量平均分子量が8,000,000以上であると、特に耐久性(耐亀裂特性及び耐摩耗性)が向上した架橋ゴム組成物を得ることができる。また、重量平均分子量が10,000,000万以下であると、製造上マクロゲルの混入を抑制することができる。
重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体の重量平均分子量は、200,000〜750,000であることが好ましい。重量平均分子量が750,000以下であると、ゴム組成物の作業性を改良し易く、200,000以上であると、重合体を合成し易く、耐久性を損ねにくい。
また、ポリイソプレンゴム成分は、より天然ゴムに近い耐久性を発現し、より作業性が良好なポリイソプレンとするために、重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体を10質量%〜30質量%含むことがより好ましく、また、重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体を20質量%〜30質量%含むことが好ましい。
本発明のポリイソプレンは、本発明の効果を損なわない限度において、重量平均分子量が800,000を超えるポリイソプレン重合体、及び、重量平均分子量6,000,000未満のポリイソプレン重合体の少なくとも一方を含んでいてもよい。
800,000を超えるポリイソプレン重合体、及び、重量平均分子量6,000,000未満のポリイソプレン重合体は、本発明のポリイソプレン中、30質量%〜85質量%であることが好ましく、40質量%〜80質量%であることがより好ましい。
本発明のポリイソプレンは、例えば、ポリイソプレン重合体を混合した混合物として、若しくは、分子量の異なるイソプレン重合体を結合した分岐構造を有するイソプレン単独重合体として、得ることができる。
〔ポリイソプレン重合体の混合物〕
ポリイソプレン重合体の混合物は、混合物全量に対して、重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体10質量%〜40質量%と、重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体5質量%〜30質量%とを混合することで、得られる。また、ポリイソプレン重合体の混合物は、更に、混合物全量に対して、800,000を超えるポリイソプレン重合体及び重量平均分子量6,000,000未満のポリイソプレン重合体の少なくとも一方を30質量%〜85質量%混合することが好ましい。
各ポリイソプレン重合体の混合は、公知の混合方法により行うことができる。
また、各ポリイソプレン重合体の製造方法は後述する。
〔分岐構造を有するイソプレン単独重合体〕
分岐構造を有するイソプレン単独重合体は、重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体10質量%〜40質量%と、重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体5質量%〜30質量%とを結合して得られる。
分岐構造を有するイソプレン単独重合体は、更に次の特徴の分子量分布を有することが好ましい。
すなわち、分岐構造を有するイソプレン単独重合体は、重量平均分子量8,000,000以上のイソプレン単独重合体を5質量%〜30質量%含み、且つ、重量平均分子量500,000以下のイソプレン単独重合体を3質量%〜30質量%含むことが好ましい。分岐構造を有するイソプレン単独重合体が、重量平均分子量8,000,000以上のイソプレン単独重合体と、重量平均分子量500,000以下のイソプレン単独重合体とを、上記の量比で結合して得られる構造を有することで、作業性が良好で、かつ天然ゴムに遜色のない耐久性を有するゴム成分を得易い。
以下、ポリイソプレン重合体の混合物に用いるポリイソプレン重合体及びその製造方法、並びに分岐構造を有するイソプレン単独重合体の製造方法について説明する。
<ポリイソプレン重合体>
本発明のポリイソプレンに含まれるポリイソプレン重合体は、合成ポリイソプレン又はイソプレン共重合体である。
重量平均分子量(Mw)が600万程度のポリイソプレン重合体および重量平均分子量(Mw)が80万程度のポリイソプレン重合体は、例えば、後述する第一、第二、若しくは第三の重合触媒組成物を用いて、低温(−50℃〜100℃)で、所定時間(30分間〜2日間)重合することによって、得ることができる。
また、重合体の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、4.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましい。分子量分布(Mw/Mn)が4.0以下であると、物性を均質にすることができる。一方、前記より好ましい範囲内であると低発熱性の点で有利である。ここで、分子量分布(Mw/Mn)は、測定温度を140℃とし、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によりポリスチレンを標準物質としたポリスチレン換算平均分子量として、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)とを求め、求めた重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)から算出する。
ポリイソプレン重合体中におけるマクロゲル分率としては、5%以下が好ましく、3%以下がより好ましい。
ポリイソプレン重合体中におけるゲル分率が5%以下であると、耐久性(耐破壊特性及び耐摩耗性)が向上した架橋ゴム組成物を得ることができる。
なお、ポリイソプレン重合体中におけるゲル分率が5%以下の重合体は、例えば、後述する第一、第二、若しくは第三の重合触媒組成物を用いて、低温(−50℃〜100℃)で、所定時間(30分間〜2日間)重合することによって、得ることができる。
〔合成ポリイソプレン〕
(1,4−シス結合量)
合成ポリイソプレンの1,4−シス結合量(シス−1,4結合量と称することもある)としては、90%以上が好ましく、95%以上がより好ましく、98%以上が特に好ましい。
1,4−シス結合量が、90%以上であると伸長結晶性を発現することができ、95%以上であると、十分な伸長結晶性を発現することができる。
一方、1,4−シス結合量が、前記より好ましい範囲内、又は、前記特に好ましい範囲内であると、伸張結晶性による耐久性の向上の点で有利である。
(1,4−トランス結合量)
合成ポリイソプレンの1,4−トランス結合量(トランス−1,4結合量と称することもある)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。
1,4−トランス結合量が、5%以下であると、十分な伸長結晶性を発現できる。
一方、1,4−トランス結合量が、前記より好ましい範囲内であると、伸張結晶性による耐久性の向上の点で有利である。
(3,4−ビニル結合量)
合成ポリイソプレンの3,4−ビニル結合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5%以下が好ましく、2%以下がより好ましい。
3,4−ビニル結合量が、5%以下であると、十分な伸長結晶性を発現できる。
一方、3,4−ビニル結合量が、前記より好ましい範囲内であると、伸張結晶性による耐久性の向上の点で有利である。
[合成ポリイソプレンの製造方法]
次に、合成ポリイソプレンを製造することができる製造方法を詳細に説明する。但し、以下に詳述する製造方法は、あくまで例示に過ぎない。合成ポリイソプレンは、重合触媒組成物の存在下、単量体としてのイソプレンを重合させることにより製造することができる。
合成ポリイソプレンの製造方法は、少なくとも、重合工程を含み、さらに、必要に応じて適宜選択した、カップリング工程、洗浄工程、その他の工程を含む。
−−重合工程−−
重合工程は、イソプレン単量体を重合する工程である。
重合工程においては、後述する第一、第二、若しくは第三の重合触媒組成物を用いること以外は、通常の配位イオン重合触媒による重合体の製造方法と同様にして、単量体であるイソプレンを重合させることができる。本発明において、使用される重合触媒組成物については、後に詳述する。
重合工程における触媒としては、後述する第一、第二、若しくは第三の重合触媒組成物を用いることができる。
重合方法としては、溶液重合法、懸濁重合法、液相塊状重合法、乳化重合法、気相重合法、固相重合法等の任意の方法を用いることができる。また、重合反応に溶媒を用いる場合、用いられる溶媒は重合反応において不活性であればよく、例えば、トルエン、シクロヘキサン、ノルマルヘキサン、またそれらの混合物等が挙げられる。
重合工程は、重合触媒組成物を使用する場合、例えば、(1)単量体としてイソプレンを含む重合反応系中に、重合触媒組成物の構成成分を別個に提供し、該反応系中において重合触媒組成物としてもよいし、(2)予め調製された重合触媒組成物を重合反応系中に提供してもよい。また、(2)においては、助触媒によって活性化されたメタロセン錯体(活性種)を提供することも含まれる。
また、重合工程においては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の重合停止剤を用いて、重合を停止させてもよい。
重合工程において、イソプレンの重合反応は、不活性ガス、好ましくは窒素ガスやアルゴンガスの雰囲気下において行われることが好ましい。上記重合反応の重合温度は、特に制限されないが、例えば、−100℃〜200℃の範囲が好ましく、室温程度とすることもできる。なお、重合温度を上げると、重合反応のシス−1,4選択性が低下することがある。また、重合反応の圧力は、イソプレンを十分に重合反応系中に取り込むため、0.1MPa〜10.0MPaの範囲が好ましい。また、重合反応の反応時間も特に制限がなく、例えば、1秒〜10日の範囲が好ましいが、触媒の種類、重合温度等の条件によって適宜選択することができる。
−−−第一の重合触媒組成物−−−
第一の重合触媒組成物(以下、第一重合触媒組成物ともいう)としては、下記一般式(I):
Figure 0006325362
(式中、Mは、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムを示し、CpRは、それぞれ独立して無置換もしくは置換インデニルを示し、Ra〜Rfは、それぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基又は水素原子を示し、Lは、中性ルイス塩基を示し、wは、0〜3の整数を示す)で表されるメタロセン錯体、及び下記一般式(II):
Figure 0006325362
(式中、Mは、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムを示し、CpRは、それぞれ独立して無置換もしくは置換インデニルを示し、X'は、水素原子、ハロゲン原子、アルコキシド基、チオラート基、アミド基、シリル基又は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、Lは、中性ルイス塩基を示し、wは、0〜3の整数を示す)で表されるメタロセン錯体、並びに下記一般式(III):
Figure 0006325362
(式中、Mは、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムを示し、CpR’は、無置換もしくは置換シクロペンタジエニル、インデニル又はフルオレニルを示し、Xは、水素原子、ハロゲン原子、アルコキシド基、チオラート基、アミド基、シリル基又は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、Lは、中性ルイス塩基を示し、wは、0〜3の整数を示し、[B]-は、非配位性アニオンを示す)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体から
る群より選択される少なくとも1種類の錯体を含む重合触媒組成物が挙げられる。
第一重合触媒組成物は、更に、通常のメタロセン錯体を含む重合触媒組成物に含有される他の成分、例えば助触媒等を含んでいてもよい。ここで、メタロセン錯体は、一つ又は二つ以上のシクロペンタジエニル又はその誘導体が中心金属に結合した錯体化合物であり、特に、中心金属に結合したシクロペンタジエニル又はその誘導体が一つであるメタロセン錯体を、ハーフメタロセン錯体と称することがある。
なお、重合反応系において、第一重合触媒組成物に含まれる錯体の濃度は0.1mol/L〜0.0001mol/Lの範囲であることが好ましい。
一般式(I)及び式(II)で表されるメタロセン錯体において、式中のCpRは、無置換インデニル又は置換インデニルである。インデニル環を基本骨格とするCpRは、C97-XX又はC911-XXで示され得る。ここで、Xは0〜7又は0〜11の整数である。また、Rはそれぞれ独立してヒドロカルビル基又はメタロイド基であることが好ましい。ヒドロカルビル基の炭素数は1〜20であることが好ましく、1〜10であることが更に好ましく、1〜8であることが一層好ましい。該ヒドロカルビル基として、具体的には、メチル基、エチル基、フェニル基、ベンジル基等が好適に挙げられる。一方、メタロイド基のメタロイドの例としては、ゲルミルGe、スタニルSn、シリルSiが挙げられ、また、メタロイド基はヒドロカルビル基を有することが好ましく、メタロイド基が有するヒドロカルビル基は上記のヒドロカルビル基と同様である。該メタロイド基として、具体的には、トリメチルシリル基等が挙げられる。置換インデニルとして、具体的には、2−フェニルインデニル、2−メチルインデニル等が挙げられる。なお、一般式(I)及び式(II)における二つのCpRは、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよい。
一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体において、式中のCpR’は、無置換もしくは置換のシクロペンタジエニル、インデニル又はフルオレニルであり、これらの中でも、無置換もしくは置換のインデニルであることが好ましい。シクロペンタジエニル環を基本骨格とするCpR’は、C55-XXで示される。ここで、Xは0〜5の整数である。また、Rはそれぞれ独立してヒドロカルビル基又はメタロイド基であることが好ましい。ヒドロカルビル基の炭素数は1〜20であることが好ましく、1〜10であることが更に好ましく、1〜8であることが一層好ましい。該ヒドロカルビル基として、具体的には、メチル基、エチル基、フェニル基、ベンジル基等が好適に挙げられる。一方、メタロイド基のメタロイドの例としては、ゲルミルGe、スタニルSn、シリルSiが挙げられ、また、メタロイド基はヒドロカルビル基を有することが好ましく、メタロイド基が有するヒドロカルビル基は上記のヒドロカルビル基と同様である。該メタロイド基として、具体的には、トリメチルシリル基等が挙げられる。シクロペンタジエニル環を基本骨格とするCpR’として、具体的には、以下のものが例示される。
Figure 0006325362
(式中、Rは水素原子、メチル基又はエチル基を示し、Meはメチル基を示す。)
一般式(III)において、インデニル環を基本骨格とするCpR’は、一般式(I)のCpRと同様に定義され、好ましい例も同様である。
一般式(III)において、フルオレニル環を基本骨格とするCpR’は、C139-XX又はC1317-XXで示され得る。ここで、Xは0〜9又は0〜17の整数である。
また、Rはそれぞれ独立してヒドロカルビル基又はメタロイド基であることが好ましい。ヒドロカルビル基の炭素数は1〜20であることが好ましく、1〜10であることが更に好ましく、1〜8であることが一層好ましい。該ヒドロカルビル基として、具体的には、メチル基、エチル基、フェニル基、ベンジル基等が好適に挙げられる。一方、メタロイド基のメタロイドの例としては、ゲルミルGe、スタニルSn、シリルSiが挙げられ、また、メタロイド基はヒドロカルビル基を有することが好ましく、メタロイド基が有するヒドロカルビル基は上記のヒドロカルビル基と同様である。該メタロイド基として、具体的には、トリメチルシリル基等が挙げられる。
一般式(I)、式(II)及び式(III)における中心金属Mは、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムである。ランタノイド元素には、原子番号57〜71の15元素が含まれ、これらのいずれでもよい。中心金属Mとしては、サマリウムSm、ネオジムNd、プラセオジムPr、ガドリニウムGd、セリウムCe、ホルミウムHo、スカンジウムSc及びイットリウムYが好適に挙げられる。
一般式(I)で表されるメタロセン錯体は、シリルアミド配位子[−N(SiR32]を含む。シリルアミド配位子に含まれるR基(一般式(I)におけるRa〜Rf)は、それぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基又は水素原子である。また、Ra〜Rfのうち少なくとも一つが水素原子であることが好ましい。Ra〜Rfのうち少なくとも一つを水素原子にすることで、触媒の合成が容易になり、また、ケイ素まわりのかさ高さが低くなるため、非共役オレフィンが導入され易くなる。同様の観点から、Ra〜Rcのうち少なくとも一つが水素原子であり、Rd〜Rfのうち少なくとも一つが水素原子であることが更に好ましい。更に、アルキル基としては、メチル基が好ましい。
一般式(II)で表されるメタロセン錯体は、シリル配位子[−SiX’3]を含む。シリル配位子[−SiX’3]に含まれるX’は、下記で説明される一般式(III)のXと同様に定義される基であり、好ましい基も同様である。
一般式(III)において、Xは水素原子、ハロゲン原子、アルコキシド基、チオラート基、アミド基、シリル基及び炭素数1〜20の炭化水素基からなる群より選択される基である。ここで、アルコキシド基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等の脂肪族アルコキシ基;フェノキシ基、2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシ基、2,6−ジイソプロピルフェノキシ基、2,6−ジネオペンチルフェノキシ基、2−tert−ブチル−6−イソプロピルフェノキシ基、2−tert−ブチル−6−ネオペンチルフェノキシ基、2−イソプロピル−6−ネオペンチルフェノキシ基等のアリールオキシド基が挙げられ、これらの中でも、2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシ基が好ましい。
一般式(III)において、Xが表すチオラート基としては、チオメトキシ基、チオエトキシ基、チオプロポキシ基、チオn−ブトキシ基、チオイソブトキシ基、チオsec−ブトキシ基、チオtert−ブトキシ基等の脂肪族チオラート基;チオフェノキシ基、2,6−ジ−tert−ブチルチオフェノキシ基、2,6−ジイソプロピルチオフェノキシ基、2,6−ジネオペンチルチオフェノキシ基、2−tert−ブチル−6−イソプロピルチオフェノキシ基、2−tert−ブチル−6−チオネオペンチルフェノキシ基、2−イソプロピル−6−チオネオペンチルフェノキシ基、2,4,6−トリイソプロピルチオフェノキシ基等のアリールチオラート基が挙げられ、これらの中でも、2,4,6−トリイソプロピルチオフェノキシ基が好ましい。
一般式(III)において、Xが表すアミド基としては、ジメチルアミド基、ジエチルアミド基、ジイソプロピルアミド基等の脂肪族アミド基;フェニルアミド基、2,6−ジ−tert−ブチルフェニルアミド基、2,6−ジイソプロピルフェニルアミド基、2,6−ジネオペンチルフェニルアミド基、2−tert−ブチル−6−イソプロピルフェニルアミド基、2−tert−ブチル−6−ネオペンチルフェニルアミド基、2−イソプロピル−6−ネオペンチルフェニルアミド基、2,4,6−トリ−tert−ブチルフェニルアミド基等のアリールアミド基;ビストリメチルシリルアミド基等のビストリアルキルシリルアミド基が挙げられ、これらの中でも、ビストリメチルシリルアミド基が好ましい。
一般式(III)において、Xが表すシリル基としては、トリメチルシリル基、トリス(トリメチルシリル)シリル基、ビス(トリメチルシリル)メチルシリル基、トリメチルシリル(ジメチル)シリル基、トリイソプロピルシリル(ビストリメチルシリル)シリル基等が挙げられ、これらの中でも、トリス(トリメチルシリル)シリル基が好ましい。
一般式(III)において、Xが表すハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子のいずれでもよいが、塩素原子又は臭素原子が好ましい。また、Xが表す炭素数1〜20の炭化水素基として、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等の直鎖又は分枝鎖の脂肪族炭化水素基;フェニル基、トリル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基;ベンジル基等のアラルキル基等の他;トリメチルシリルメチル基、ビストリメチルシリルメチル基等のケイ素原子を含有する炭化水素基等が挙げられ、これらの中でも、メチル基、エチル基、イソブチル基、トリメチルシリルメチル基等が好ましい。
一般式(III)において、Xとしては、ビストリメチルシリルアミド基又は炭素数1〜20の炭化水素基が好ましい。
一般式(III)において、[B]-で示される非配位性アニオンとしては、例えば、4価のホウ素アニオンが挙げられる。該4価のホウ素アニオンとして、具体的には、テトラフェニルボレート、テトラキス(モノフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ジフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(トリフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロメチルフェニル)ボレート、テトラ(トリル)ボレート、テトラ(キシリル)ボレート、(トリフェニル、ペンタフルオロフェニル)ボレート、[トリス(ペンタフルオロフェニル)、フェニル]ボレート、トリデカハイドライド−7,8−ジカルバウンデカボレート等が挙げられ、これらの中でも、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートが好ましい。
一般式(I)及び式(II)で表されるメタロセン錯体、並びに一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体は、更に0個〜3個、好ましくは0個〜1個の中性ルイス塩基Lを含む。ここで、中性ルイス塩基Lとしては、例えば、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジメチルアニリン、トリメチルホスフィン、塩化リチウム、中性のオレフィン類、中性のジオレフィン類等が挙げられる。ここで、錯体が複数の中性ルイス塩基Lを含む場合、中性ルイス塩基Lは、同一であっても異なっていてもよい。
また、一般式(I)及び式(II)で表されるメタロセン錯体、並びに一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体は、単量体として存在していてもよく、二量体又はそれ以上の多量体として存在していてもよい。
一般式(I)で表されるメタロセン錯体は、例えば、溶媒中でランタノイドトリスハライド、スカンジウムトリスハライド又はイットリウムトリスハライドを、インデニルの塩(例えばカリウム塩やリチウム塩)及びビス(トリアルキルシリル)アミドの塩(例えば、カリウム塩やリチウム塩)と反応させることで得ることができる。なお、反応温度は室温程度にすればよいので、温和な条件で製造することができる。また、反応時間は任意であるが、数時間〜数十時間程度である。反応溶媒は特に限定されないが、原料及び生成物を溶解する溶媒であることが好ましく、例えばトルエンを用いればよい。以下に、一般式(I)で表されるメタロセン錯体を得るための反応例を示す。
Figure 0006325362
(式中、X''はハライドを示す。)
一般式(II)で表されるメタロセン錯体は、例えば、溶媒中でランタノイドトリスハライド、スカンジウムトリスハライド又はイットリウムトリスハライドを、インデニルの塩(例えばカリウム塩やリチウム塩)及びシリルの塩(例えばカリウム塩やリチウム塩)と反応させることで得ることができる。なお、反応温度は室温程度にすればよいので、温和な条件で製造することができる。また、反応時間は任意であるが、数時間〜数十時間程度である。反応溶媒は特に限定されないが、原料及び生成物を溶解する溶媒であることが好ましく、例えばトルエンを用いればよい。以下に、一般式(II)で表されるメタロセン錯体を得るための反応例を示す。
Figure 0006325362
(式中、X''はハライドを示す。)
一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体は、例えば、次の反応により得ることができる。
Figure 0006325362
ここで、一般式(IV)で表される化合物において、Mは、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムを示し、CpR’は、それぞれ独立して無置換もしくは置換シクロペンタジエニル、インデニル又はフルオレニルを示し、Xは、水素原子、ハロゲン原子、アルコキシド基、チオラート基、アミド基、シリル基又は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、Lは、中性ルイス塩基を示し、wは、0〜3の整数を示す。また、一般式[A]+[B]-で表されるイオン性化合物において、[A]+は、カチオンを示し、[B]-は、非配位性アニオンを示す。
[A]+で表されるカチオンとしては、例えば、カルボニウムカチオン、オキソニウムカチオン、アミンカチオン、ホスホニウムカチオン、シクロヘプタトリエニルカチオン、遷移金属を有するフェロセニウムカチオン等が挙げられる。カルボニウムカチオンとしては、トリフェニルカルボニウムカチオン、トリ(置換フェニル)カルボニウムカチオン等の三置換カルボニウムカチオン等が挙げられ、トリ(置換フェニル)カルボニルカチオンとして、具体的には、トリ(メチルフェニル)カルボニウムカチオン等が挙げられる。アミンカチオンとしては、トリメチルアンモニウムカチオン、トリエチルアンモニウムカチオン、トリプロピルアンモニウムカチオン、トリブチルアンモニウムカチオン等のトリアルキルアンモニウムカチオン;N,N−ジメチルアニリニウムカチオン、N,N−ジエチルアニリニウムカチオン、N,N−2,4,6−ペンタメチルアニリニウムカチオン等のN,N−ジアルキルアニリニウムカチオン;ジイソプロピルアンモニウムカチオン、ジシクロヘキシルアンモニウムカチオン等のジアルキルアンモニウムカチオン等が挙げられる。ホスホニウムカチオンとしては、トリフェニルホスホニウムカチオン、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムカチオン等のトリアリールホスホニウムカチオン等が挙げられる。これらカチオンの中でも、N,N−ジアルキルアニリニウムカチオン又はカルボニウムカチオンが好ましく、N,N−ジアルキルアニリニウムカチオンが特に好ましい。
上記反応に用いる一般式[A]+[B]-で表されるイオン性化合物としては、上記の非配位性アニオン及びカチオンからそれぞれ選択し組み合わせた化合物であって、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が好ましい。また、一般式[A]+[B]-で表されるイオン性化合物は、メタロセン錯体に対して0.1倍モル〜10倍モル加えることが好ましく、約1倍モル加えることが更に好ましい。なお、一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体を重合反応に用いる場合、一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体をそのまま重合反応系中に提供してもよいし、上記反応に用いる一般式(IV)で表される化合物と一般式[A]+[B]-で表されるイオン性化合物を別個に重合反応系中に提供し、反応系中で、一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体を形成させてもよい。また、一般式(I)又は式(II)で表されるメタロセン錯体と一般式[A]+[B]-で表されるイオン性化合物とを組み合わせて使用することにより、反応系中で、一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体を形成させることもできる。
一般式(I)及び式(II)で表されるメタロセン錯体、並びに一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体の構造は、X線構造解析により決定することが好ましい。
第一重合触媒組成物に用いることができる助触媒は、通常のメタロセン錯体を含む重合触媒組成物の助触媒として用いられる成分から任意に選択され得る。該助触媒としては、例えば、アルミノキサン、有機アルミニウム化合物、上記のイオン性化合物等が好適に挙げられる。これら助触媒は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
アルミノキサンとしては、アルキルアルミノキサンが好ましく、例えば、メチルアルミノキサン(MAO)、修飾メチルアルミノキサン等が挙げられる。また、修飾メチルアルミノキサンとしては、MMAO−3A(東ソーファインケム社製)等が好ましい。なお、第一重合触媒組成物におけるアルミノキサンの含有量は、メタロセン錯体の中心金属Mと、アルミノキサンのアルミニウム元素Alとの元素比率Al/Mが、10〜1000程度、好ましくは100程度となるようにすることが好ましい。
一方、有機アルミニウム化合物としては、一般式AlRR'R''(式中、R及びR'はそれぞれ独立して、炭素数1〜10の炭化水素基又は水素原子であり、R''は炭素数1〜10の炭化水素基である)で表される有機アルミニウム化合物が好ましい。有機アルミニウム化合物としては、例えば、トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムクロライド、アルキルアルミニウムジクロライド、ジアルキルアルミニウムハイドライド等が挙げられ、これらの中でも、トリアルキルアルミニウムが好ましい。また、トリアルキルアルミニウムとしては、例えば、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が挙げられる。なお、重合触媒組成物における有機アルミニウム化合物の含有量は、メタロセン錯体に対して1倍モル〜50倍モルであることが好ましく、約10倍モルであることが更に好ましい。
更に、重合触媒組成物においては、一般式(I)及び式(II)で表されるメタロセン錯体、並びに一般式(III)で表されるハーフメタロセンカチオン錯体をそれぞれ、適切な助触媒と組み合わせることで、1,4−シス結合量や得られる重合体の分子量を増大できる。
−−−第二の重合触媒組成物−−−
次に、第二の重合触媒組成物(以下、第二重合触媒組成物ともいう)について説明する。
また、第二の重合触媒組成物としては、
(A)成分:希土類元素化合物又は該希土類元素化合物とルイス塩基との反応物であって、希土類元素と炭素との結合を有さない該希土類元素化合物又は反応物と、
(B)成分:非配位性アニオンとカチオンとからなるイオン性化合物(B−1)、アルミノキサン(B−2)、並びにルイス酸、金属ハロゲン化物とルイス塩基との錯化合物及び活性ハロゲンを含む有機化合物のうち少なくとも一種のハロゲン化合物(B−3)よりなる群から選択される少なくとも一種とを含む重合触媒組成物(以下、第二重合触媒組成物ともいう)を好適に挙げることができる。
第二重合触媒組成物が、イオン性化合物(B−1)及びハロゲン化合物(B−3)の少なくとも一種を含む場合、該重合触媒組成物は、更に、
(C)成分:下記一般式(X):
YR1 a2 b3 c ・・・ (X)
[式中、Yは、周期律表第1族、第2族、第12族及び第13族から選択される金属であり、R1及びR2は、同一又は異なり、炭素数1〜10の炭化水素基又は水素原子で、R3は炭素数1〜10の炭化水素基であり、但し、R3はR1又はR2と同一又は異なっていてもよく、また、Yが周期律表第1族から選択される金属である場合には、aは1で且つb及びcは0であり、Yが周期律表第2族及び第12族から選択される金属である場合には、a及びbは1で且つcは0であり、Yが周期律表第13族から選択される金属である場合には、a,b及びcは1である]で表される有機金属化合物を含む。
製造方法に用いる第二重合触媒組成物は、(A)成分及び(B)成分を含むことを要し、ここで、該重合触媒組成物が、イオン性化合物(B−1)及びハロゲン化合物(B−3)の少なくとも一種を含む場合には、更に、
(C)成分:下記一般式(X):
YR1 a2 b3 c ・・・ (X)
[式中、Yは、周期律表第1族、第2族、第12族及び第13族から選択される金属であり、R1及びR2は、同一又は異なり、炭素数1〜10の炭化水素基又は水素原子で、R3は炭素数1〜10の炭化水素基であり、但し、R3はR1又はR2と同一又は異なっていてもよく、また、Yが周期律表第1族から選択される金属である場合には、aは1で且つb及びcは0であり、Yが周期律表第2族及び第12族から選択される金属である場合には、a及びbは1で且つcは0であり、Yが周期律表第13族から選択される金属である場合には、a,b及びcは1である]で表される有機金属化合物を含むことを要する。
イオン性化合物(B−1)及びハロゲン化合物(B−3)は、(A)成分へ供給するための炭素原子が存在しないため、該(A)成分への炭素供給源として、(C)成分が必要となる。なお、重合触媒組成物がアルミノキサン(B−2)を含む場合であっても、該重合触媒組成物は、(C)成分を含むことができる。また、第二重合触媒組成物は、通常の希土類元素化合物系の重合触媒組成物に含有される他の成分、例えば助触媒等を含んでいてもよい。
なお、重合反応系において、第二重合触媒組成物に含まれる(A)成分の濃度は0.0001mol/l〜0.1mol/lの範囲であることが好ましい。
<(A)成分>
第二重合触媒組成物に用いる(A)成分は、希土類元素化合物又は該希土類元素化合物とルイス塩基との反応物であり、ここで、希土類元素化合物及び該希土類元素化合物とルイス塩基との反応物は、希土類元素と炭素との結合を有さない。該希土類元素化合物及び反応物が希土類元素−炭素結合を有さない場合、化合物が安定であり、取り扱いやすい。ここで、希土類元素化合物とは、周期律表中の原子番号57〜71の元素から構成されるランタノイド元素又はスカンジウムもしくはイットリウムを含有する化合物である。
なお、ランタノイド元素の具体例としては、ランタニウム、セリウム、プラセオジム、ネオジウム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミニウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムを挙げることができる。なお、(A)成分は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、希土類元素化合物は、希土類金属が2価もしくは3価の塩又は錯体化合物であることが好ましく、水素原子、ハロゲン原子及び有機化合物残基から選択される1種又は2種以上の配位子を含有する希土類元素化合物であることが更に好ましい。更に、希土類元素化合物又は該希土類元素化合物とルイス塩基との反応物は、下記一般式(XI)又は(XII):
1111 2・L11w ・・・ (XI)
1111 3・L11w ・・・ (XII)
[式中、M11は、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムを示し、X11は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、アルコキシド基、チオラート基、アミド基、シリル基、アルデヒド残基、ケトン残基、カルボン酸残基、チオカルボン酸残基又はリン化合物残基を示し、L11は、ルイス塩基を示し、wは、0〜3を示す]で表されることができる。
希土類元素化合物の希土類元素に結合する基(配位子)として、具体的には、水素原子;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等の脂肪族アルコキシ基;フェノキシ基、2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシ基、2,6−ジイソプロピルフェノキシ基、2,6−ジネオペンチルフェノキシ基、2−tert−ブチル−6−イソプロピルフェノキシ基、2−tert−ブチル−6−ネオペンチルフェノキシ基、2−イソプロピル−6−ネオペンチルフェノキシ基;チオメトキシ基、チオエトキシ基、チオプロポキシ基、チオn−ブトキシ基、チオイソブトキシ基、チオsec−ブトキシ基、チオtert−ブトキシ基等の脂肪族チオラート基;チオフェノキシ基、2,6−ジ−tert−ブチルチオフェノキシ基、2,6−ジイソプロピルチオフェノキシ基、2,6−ジネオペンチルチオフェノキシ基、2−tert−ブチル−6−イソプロピルチオフェノキシ基、2−tert−ブチル−6−チオネオペンチルフェノキシ基、2−イソプロピル−6−チオネオペンチルフェノキシ基、2,4,6−トリイソプロピルチオフェノキシ基等のアリールチオラート基;ジメチルアミド基、ジエチルアミド基、ジイソプロピルアミド基等の脂肪族アミド基;フェニルアミド基、2,6−ジ−tert−ブチルフェニルアミド基、2,6−ジイソプロピルフェニルアミド基、2,6−ジネオペンチルフェニルアミド基、2−tert−ブチル−6−イソプロピルフェニルアミド基、2−tert−ブチル−6−ネオペンチルフェニルアミド基、2−イソプロピル−6−ネオペンチルフェニルアミド基、2,4,6−tert−ブチルフェニルアミド基等のアリールアミド基;ビストリメチルシリルアミド基等のビストリアルキルシリルアミド基;トリメチルシリル基、トリス(トリメチルシリル)シリル基、ビス(トリメチルシリル)メチルシリル基、トリメチルシリル(ジメチル)シリル基、トリイソプロピルシリル(ビストリメチルシリル)シリル基等のシリル基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子等が挙げられる。更には、サリチルアルデヒド、2−ヒドロキシ−1−ナフトアルデヒド、2−ヒドロキシ−3−ナフトアルデヒド等のアルデヒドの残基;2'−ヒドロキシアセトフェノン、2'−ヒドロキシブチロフェノン、2'−ヒドロキシプロピオフェノン等のヒドロキシフェノンの残基;
アセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、プロピオニルアセトン、イソブチルアセトン、バレリルアセトン、エチルアセチルアセトン等のジケトンの残基;イソ吉草酸、カプリル酸、オクタン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、シクロペンタンカルボン酸、ナフテン酸、エチルヘキサン酸、ビバール酸、バーサチック酸[シェル化学(株)製の商品名、C10モノカルボン酸の異性体の混合物から構成される合成酸]、フェニル酢酸、安息香酸、2−ナフトエ酸、マレイン酸、コハク酸等のカルボン酸の残基;ヘキサンチオ酸、2,2−ジメチルブタンチオ酸、デカンチオ酸、チオ安息香酸等のチオカルボン酸の残基、リン酸ジブチル、リン酸ジペンチル、リン酸ジヘキシル、リン酸ジヘプチル、リン酸ジオクチル、リン酸ビス(2−エチルヘキシル)、リン酸ビス(1−メチルヘプチル)、リン酸ジラウリル、リン酸ジオレイル、リン酸ジフェニル、リン酸ビス(p−ノニルフェニル)、リン酸ビス(ポリエチレングリコール−p−ノニルフェニル)、リン酸(ブチル)(2−エチルヘキシル)、リン酸(1−メチルヘプチル)(2−エチルヘキシル)、リン酸(2−エチルヘキシル)(p−ノニルフェニル)等のリン酸エステルの残基;2−エチルヘキシルホスホン酸モノブチル、2−エチルヘキシルホスホン酸モノ−2−エチルヘキシル、フェニルホスホン酸モノ−2−エチルヘキシル、2−エチルヘキシルホスホン酸モノ−p−ノニルフェニル、ホスホン酸モノ−2−エチルヘキシル、ホスホン酸モノ−1−メチルヘプチル、ホスホン酸モノ−p−ノニルフェニル等のホスホン酸エステルの残基、ジブチルホスフィン酸、ビス(2−エチルヘキシル)ホスフィン酸、ビス(1−メチルヘプチル)ホスフィン酸、ジラウリルホスフィン酸、ジオレイルホスフィン酸、ジフェニルホスフィン酸、ビス(p−ノニルフェニル)ホスフィン酸、ブチル(2−エチルヘキシル)ホスフィン酸、(2−エチルヘキシル)(1−メチルヘプチル)ホスフィン酸、(2−エチルヘキシル)(p−ノニルフェニル)ホスフィン酸、ブチルホスフィン酸、2−エチルヘキシルホスフィン酸、1−メチルヘプチルホスフィン酸、オレイルホスフィン酸、ラウリルホスフィン酸、フェニルホスフィン酸、p−ノニルフェニルホスフィン酸等のホスフィン酸の残基を挙げることもできる。なお、これらの配位子は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上述した(A)成分の一例として、トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムGd[N(SiMe323を好適に用いることができる。
第二重合触媒組成物に用いる(A)成分において、希土類元素化合物と反応するルイス塩基としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジメチルアニリン、トリメチルホスフィン、塩化リチウム、ビス(2−ジフェニルホスフィノフェニル)アミン、中性のオレフィン類、中性のジオレフィン類等が挙げられる。中でも、ビス(2−ジフェニルホスフィノフェニル)アミンが好ましい。
ここで、希土類元素化合物が複数のルイス塩基と反応する場合〔式(XI)及び(XII)においては、wが2又は3である場合〕、ルイス塩基L11は、同一であっても異なっていてもよい。
<(B)成分>
第二重合触媒組成物に用いる(B)成分は、イオン性化合物(B−1)、アルミノキサン(B−2)及びハロゲン化合物(B−3)よりなる群から選択される少なくとも一種の化合物である。なお、第二重合触媒組成物における(B)成分の合計の含有量は、(A)成分に対して0.1倍モル〜50倍モルであることが好ましい。
((B−1)成分)
(B−1)で表されるイオン性化合物は、非配位性アニオンとカチオンとからなり、(A)成分である希土類元素化合物又はそのルイス塩基との反応物と反応してカチオン性遷移金属化合物を生成できるイオン性化合物等を挙げることができる。ここで、非配位性アニオンとしては、例えば、テトラフェニルボレート、テトラキス(モノフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ジフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(トリフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロメチルフェニル)ボレート、テトラ(トリル)ボレート、テトラ(キシリル)ボレート、(トリフェニル、ペンタフルオロフェニル)ボレート、[トリス(ペンタフルオロフェニル)、フェニル]ボレート、トリデカハイドライド−7,8−ジカルバウンデカボレート等が挙げられる。一方、カチオンとしては、カルボニウムカチオン、オキソニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、シクロヘプタトリエニルカチオン、遷移金属を有するフェロセニウムカチオン等を挙げることができる。カルボニウムカチオンの具体例としては、トリフェニルカルボニウムカチオン、トリ(置換フェニル)カルボニウムカチオン等の三置換カルボニウムカチオン等が挙げられ、トリ(置換フェニル)カルボニルカチオンとして、より具体的には、トリ(メチルフェニル)カルボニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)カルボニウムカチオン等が挙げられる。アンモニウムカチオンの具体例としては、トリメチルアンモニウムカチオン、トリエチルアンモニウムカチオン、トリプロピルアンモニウムカチオン、トリブチルアンモニウムカチオン(例えば、トリ(n−ブチル)アンモニウムカチオン)等のトリアルキルアンモニウムカチオン;N,N−ジメチルアニリニウムカチオン、N,N−ジエチルアニリニウムカチオン、N,N−2,4,6−ペンタメチルアニリニウムカチオン等のN,N−ジアルキルアニリニウムカチオン;ジイソプロピルアンモニウムカチオン、ジシクロヘキシルアンモニウムカチオン等のジアルキルアンモニウムカチオン等が挙げられる。ホスホニウムカチオンの具体例としては、トリフェニルホスホニウムカチオン、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムカチオン等のトリアリールホスホニウムカチオン等が挙げられる。
イオン性化合物としては、上述の非配位性アニオン及びカチオンからそれぞれ選択し組み合わせた化合物が好ましく、具体的には、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が好ましい。また、これらのイオン性化合物は、1種単独で使用することも、2種以上を混合して用いることもできる。なお、第二重合触媒組成物におけるイオン性化合物の含有量は、(A)成分に対して0.1倍モル〜10倍モルであることが好ましく、約1倍モルであることが更に好ましい。
((B−2)成分)
(B−2)で表されるアルミノキサンは、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化合物であり、例えば、一般式:(−Al(R')O−)で示される繰り返し単位を有する鎖状アルミノキサン又は環状アルミノキサン(式中、R'は炭素数1〜10の炭化水素基であり、一部の炭化水素基はハロゲン原子及び/又はアルコキシ基で置換されてもよく、繰り返し単位の重合度は、5以上が好ましく、10以上が更に好ましい)を挙げることができる。ここで、R'として、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソブチル基等が挙げられ、これらの中でも、メチル基が好ましい。また、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、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及びその混合物等が挙げられ、トリメチルアルミニウムが特に好ましい。例えば、トリメチルアルミニウムとトリブチルアルミニウムとの混合物を原料として用いたアルミノキサンを好適に用いることができる。なお、第二重合触媒組成物におけるアルミノキサンの含有量は、(A)成分を構成する希土類元素Mと、アルミノキサンのアルミニウム元素Alとの元素比率Al/Mが、10〜1000程度となるようにすることが好ましい。
((B−3)成分)
(B−3)で表されるハロゲン化合物は、ルイス酸、金属ハロゲン化物とルイス塩基との錯化合物及び活性ハロゲンを含む有機化合物のうち少なくとも一種からなり、例えば、(A)成分である希土類元素化合物又はそのルイス塩基との反応物と反応して、カチオン性遷移金属化合物やハロゲン化遷移金属化合物や遷移金属中心が電荷不足の化合物を生成することができる。なお、第二重合触媒組成物におけるハロゲン化合物の合計の含有量は、(A)成分に対して1倍モル〜5倍モルであることが好ましい。
ルイス酸としては、B(C653等のホウ素含有ハロゲン化合物、Al(C653等のアルミニウム含有ハロゲン化合物を使用できる他、周期律表中の第III、IV、V、VI又はVIII族に属する元素を含有するハロゲン化合物を用いることもできる。好ましくはアルミニウムハロゲン化物又は有機金属ハロゲン化物が挙げられる。また、ハロゲン元素としては、塩素又は臭素が好ましい。ルイス酸として、具体的には、メチルアルミニウムジブロマイド、メチルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジブロマイド、エチルアルミニウムジクロライド、ブチルアルミニウムジブロマイド、ブチルアルミニウムジクロライド、ジメチルアルミニウムブロマイド、ジメチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムブロマイド、ジエチルアルミニウムクロライド、ジブチルアルミニウムブロマイド、ジブチルアルミニウムクロライド、メチルアルミニウムセスキブロマイド、メチルアルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムセスキブロマイド、エチルアルミニウムセスキクロライド、ジブチル錫ジクロライド、アルミニウムトリブロマイド、三塩化アンチモン、五塩化アンチモン、三塩化リン、五塩化リン、四塩化錫、四塩化チタン、六塩化タングステン等が挙げられ、これらの中でも、ジエチルアルミニウムクロライド、エチルアルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムジクロライド、ジエチルアルミニウムブロマイド、エチルアルミニウムセスキブロマイド、エチルアルミニウムジブロマイドが特に好ましい。
金属ハロゲン化物とルイス塩基との錯化合物を構成する金属ハロゲン化物としては、塩化ベリリウム、臭化ベリリウム、ヨウ化ベリリウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、塩化バリウム、臭化バリウム、ヨウ化バリウム、塩化亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、塩化カドミウム、臭化カドミウム、ヨウ化カドミウム、塩化水銀、臭化水銀、ヨウ化水銀、塩化マンガン、臭化マンガン、ヨウ化マンガン、塩化レニウム、臭化レニウム、ヨウ化レニウム、塩化銅、ヨウ化銅、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、塩化金、ヨウ化金、臭化金等が挙げられ、これらの中でも、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化マンガン、塩化亜鉛、塩化銅が好ましく、塩化マグネシウム、塩化マンガン、塩化亜鉛、塩化銅が特に好ましい。
また、金属ハロゲン化物とルイス塩基との錯化合物を構成するルイス塩基としては、リン化合物、カルボニル化合物、窒素化合物、エーテル化合物、アルコール等が好ましい。具体的には、リン酸トリブチル、リン酸トリ−2−エチルヘキシル、リン酸トリフェニル、リン酸トリクレジル、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジエチルホスフィノエタン、ジフェニルホスフィノエタン、アセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、プロピオニトリルアセトン、バレリルアセトン、エチルアセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸フェニル、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジフェニル、酢酸、オクタン酸、2−エチル−ヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、安息香酸、ナフテン酸、バーサチック酸、トリエチルアミン、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、ジフェニルエーテル、2−エチル−ヘキシルアルコール、オレイルアルコール、ステアリルアルコール、フェノール、ベンジルアルコール、1−デカノール、ラウリルアルコール等が挙げられ、これらの中でも、リン酸トリ−2−エチルヘキシル、リン酸トリクレジル、アセチルアセトン、2−エチルヘキサン酸、バーサチック酸、2−エチルヘキシルアルコール、1−デカノール、ラウリルアルコールが好ましい。
ルイス塩基は、金属ハロゲン化物1モル当り、0.01モル〜30モル、好ましくは0.5モル〜10モルの割合で反応させる。このルイス塩基との反応物を使用すると、ポリマー中に残存する金属を低減することができる。
活性ハロゲンを含む有機化合物としては、ベンジルクロライド等が挙げられる。
((C)成分)
第二重合触媒組成物に用いる(C)成分は、下記一般式(X):
YR1 a2 b3 c ・・・ (X)
[式中、Yは、周期律表第1族、第2族、第12族及び第13族から選択される金属であり、R1及びR2は、同一又は異なり、炭素数1〜10の炭化水素基又は水素原子で、R3は炭素数1〜10の炭化水素基であり、但し、R3はR1又はR2と同一又は異なっていてもよく、また、Yが周期律表第1族から選択される金属である場合には、aは1で且つb及びcは0であり、Yが周期律表第2族及び第12族から選択される金属である場合には、a及びbは1で且つcは0であり、Yが周期律表第13族から選択される金属である場合には、a,b及びcは1である]で表される有機金属化合物であり、下記一般式(Xa):
AlR123 ・・・ (Xa)
[式中、R1及びR2は、同一又は異なり、炭素数1〜10の炭化水素基又は水素原子で、R3は炭素数1〜10の炭化水素基であり、但し、R3はR1又はR2と同一又は異なっていてもよい]で表される有機アルミニウム化合物であることが好ましい。
一般式(X)の有機アルミニウム化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリ−n−プロピルアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリ−n−ブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−t−ブチルアルミニウム、トリペンチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリシクロヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム;水素化ジエチルアルミニウム、水素化ジ−n−プロピルアルミニウム、水素化ジ−n−ブチルアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化ジヘキシルアルミニウム、水素化ジイソヘキシルアルミニウム、水素化ジオクチルアルミニウム、水素化ジイソオクチルアルミニウム;エチルアルミニウムジハイドライド、n−プロピルアルミニウムジハイドライド、イソブチルアルミニウムジハイドライド等が挙げられ、これらの中でも、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、水素化ジエチルアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウムが好ましい。以上に述べた(C)成分としての有機アルミニウム化合物は、1種単独で使用することも、2種以上を混合して用いることもできる。なお、第二重合触媒組成物における有機アルミニウム化合物の含有量は、(A)成分に対して1倍モル〜50倍モルであることが好ましく、約10倍モルであることが更に好ましい。
−−−第三の重合触媒組成物−−−
また、第三の重合触媒組成物(以下、第三重合触媒組成物ともいう)は、下記メタロセン系複合触媒と、ホウ素アニオンとを含むことを特徴とし、更に、通常のメタロセン系触媒を含む重合触媒組成物に含有される他の成分、例えば助触媒等を含むことが好ましい。なお、メタロセン系複合触媒とホウ素アニオンとを合わせて2成分触媒ともいう。第三重合触媒組成物によれば、メタロセン系複合触媒と同様に、更にホウ素アニオンを含有するため、各単量体成分の重合体中での含有量を任意に制御することが可能となる。
−−−−メタロセン系触媒−−−−
メタロセン系複合触媒は、下記式(A):
aMXbQYb・・・(A)
[式中、Rはそれぞれ独立して無置換もしくは置換インデニルを示し、該RはMに配位しており、Mはランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムを示し、Xはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を示し、該XはM及びQにμ配位しており、Qは周期律表第13族元素を示し、Yはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基又は水素原子を示し、該YはQに配位しており、a及びbは2である]で表される。
メタロセン系複合触媒の好適例においては、下記式(XV):
Figure 0006325362
[式中、M1は、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムを示し、CpRは、それぞれ独立して無置換もしくは置換インデニルを示し、RA及びRBは、それぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を示し、該RA及びRBは、M1及びAlにμ配位しており、RC及びRDは、それぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基又は水素原子を示す]で表されるメタロセン系複合触媒が挙げられる。
メタロセン系重合触媒を用いることで、重合体を製造することができる。また、メタロセン系複合触媒、例えば予めアルミニウム触媒と複合させてなる触媒を用いることで、重合体合成時に使用されるアルキルアルミニウムの量を低減したり、無くしたりすることが可能となる。なお、従来の触媒系を用いると、重合体合成時に大量のアルキルアルミニウムを用いる必要がある。例えば、従来の触媒系では、金属触媒に対して10当量以上のアルキルアルミニウムを用いる必要があるところ、メタロセン系複合触媒であれば、5当量程度のアルキルアルミニウムを加えることで、優れた触媒作用が発揮される。
メタロセン系複合触媒において、式(A)中の金属Mは、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムである。ランタノイド元素には、原子番号57〜71の15元素が含まれ、これらのいずれでもよい。金属Mとしては、サマリウムSm、ネオジムNd、プラセオジムPr、ガドリニウムGd、セリウムCe、ホルミウムHo、スカンジウムSc及びイットリウムYが好適に挙げられる。
式(A)において、Rは、それぞれ独立して無置換インデニル又は置換インデニルであり、該Rは金属Mに配位している。なお、置換インデニル基の具体例としては、例えば、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等が挙げられる。
式(A)において、Qは、周期律表第13族元素を示し、具体的には、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム等が挙げられる。
式(A)において、Xはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を示し、該XはM及びQにμ配位している。ここで、炭素数1〜20の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、ステアリル基等が挙げられる。なお、μ配位とは、架橋構造をとる配位様式のことである。
式(A)において、Yはそれぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基又は水素原子を示し、該YはQに配位している。ここで、炭素数1〜20の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、ステアリル基等が挙げられる。
式(XV)において、金属M1は、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムである。ランタノイド元素には、原子番号57〜71の15元素が含まれ、これらのいずれでもよい。金属M1としては、サマリウムSm、ネオジムNd、プラセオジムPr、ガドリニウムGd、セリウムCe、ホルミウムHo、スカンジウムSc及びイットリウムYが好適に挙げられる。
式(XV)において、CpRは、無置換インデニル又は置換インデニルである。インデニル環を基本骨格とするCpRは、C97-XX又はC911-XXで示され得る。ここで、Xは0〜7又は0〜11の整数である。また、Rはそれぞれ独立してヒドロカルビル基又はメタロイド基であることが好ましい。ヒドロカルビル基の炭素数は1〜20であることが好ましく、1〜10であることが更に好ましく、1〜8であることが一層好ましい。該ヒドロカルビル基として、具体的には、メチル基、エチル基、フェニル基、ベンジル基等が好適に挙げられる。一方、メタロイド基のメタロイドの例としては、ゲルミルGe、スタニルSn、シリルSiが挙げられ、また、メタロイド基はヒドロカルビル基を有することが好ましく、メタロイド基が有するヒドロカルビル基は上記のヒドロカルビル基と同様である。該メタロイド基として、具体的には、トリメチルシリル基等が挙げられる。置換インデニルとして、具体的には、2−フェニルインデニル、2−メチルインデニル等が挙げられる。なお、式(XV)における二つのCpRは、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよい。
式(XV)において、RA及びRBは、それぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基を示し、該RA及びRBは、M1及Alにμ配位している。ここで、炭素数1〜20の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、ステアリル基等が挙げられる。なお、μ配位とは、架橋構造をとる配位様式のことである。
式(XV)において、RC及びRDは、それぞれ独立して炭素数1〜20の炭化水素基又は水素原子である。ここで、炭素数1〜20の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、ステアリル基等が挙げられる。
なお、メタロセン系複合触媒は、例えば、溶媒中で、下記式(XVI):
Figure 0006325362
(式中、M2は、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムを示し、CpRは、それぞれ独立して無置換もしくは置換インデニルを示し、RE〜RJは、それぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基又は水素原子を示し、Lは、中性ルイス塩基を示し、wは、0〜3の整数を示す)で表されるメタロセン錯体を、AlRKLMで表される有機アルミニウム化合物と反応させることで得られる。なお、反応温度は室温程度にすればよいので、温和な条件で製造することができる。また、反応時間は任意であるが、数時間〜数十時間程度である。反応溶媒は特に限定されないが、原料及び生成物を溶解する溶媒であることが好ましく、例えばトルエンやヘキサンを用いればよい。なお、メタロセン系複合触媒の構造は、1H−NMRやX線構造解析により決定することが好ましい。
式(XVI)で表されるメタロセン錯体において、CpRは、無置換インデニル又は置換インデニルであり、式(XV)中のCpRと同義である。また、式(XVI)において、金属M2は、ランタノイド元素、スカンジウム又はイットリウムであり、式(XV)中の金属M1と同義である。
式(XVI)で表されるメタロセン錯体は、シリルアミド配位子[−N(SiR32]を含む。シリルアミド配位子に含まれるR基(RE〜RJ基)は、それぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基又は水素原子である。また、RE〜RJのうち少なくとも一つが水素原子であることが好ましい。RE〜RJのうち少なくとも一つを水素原子にすることで、触媒の合成が容易になる。更に、アルキル基としては、メチル基が好ましい。
式(XVI)で表されるメタロセン錯体は、更に0個〜3個、好ましくは0個〜1個の中性ルイス塩基Lを含む。ここで、中性ルイス塩基Lとしては、例えば、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジメチルアニリン、トリメチルホスフィン、塩化リチウム、中性のオレフィン類、中性のジオレフィン類等が挙げられる。ここで、上記錯体が複数の中性ルイス塩基Lを含む場合、中性ルイス塩基Lは、同一であっても異なっていてもよい。
また、式(XVI)で表されるメタロセン錯体は、単量体として存在していてもよく、二量体又はそれ以上の多量体として存在していてもよい。
一方、メタロセン系複合触媒の生成に用いる有機アルミニウム化合物は、AlRKLMで表され、ここで、RK及びRLは、それぞれ独立して炭素数1〜20の1価の炭化水素基又は水素原子で、RMは炭素数1〜20の1価の炭化水素基であり、但し、RMはRK又はRLと同一でも異なっていてもよい。炭素数1〜20の1価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、ステアリル基等が挙げられる。
有機アルミニウム化合物の具体例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリ−n−プロピルアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリ−n−ブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−t−ブチルアルミニウム、トリペンチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリシクロヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム;水素化ジエチルアルミニウム、水素化ジ−n−プロピルアルミニウム、水素化ジ−n−ブチルアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化ジヘキシルアルミニウム、水素化ジイソヘキシルアルミニウム、水素化ジオクチルアルミニウム、水素化ジイソオクチルアルミニウム;エチルアルミニウムジハイドライド、n−プロピルアルミニウムジハイドライド、イソブチルアルミニウムジハイドライド等が挙げられ、これらの中でも、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、水素化ジエチルアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウムが好ましい。また、これら有機アルミニウム化合物は、1種単独で使用することも、2種以上を混合して用いることもできる。なお、メタロセン系複合触媒の生成に用いる有機アルミニウム化合物の量は、メタロセン錯体に対して1倍モル〜50倍モルであることが好ましく、約10倍モルであることが更に好ましい。
第三重合触媒組成物において、2成分触媒を構成するホウ素アニオンとして、具体的には、4価のホウ素アニオンが挙げられる。例えば、テトラフェニルボレート、テトラキス(モノフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ジフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(トリフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロメチルフェニル)ボレート、テトラ(トリル)ボレート、テトラ(キシリル)ボレート、(トリフェニル、ペンタフルオロフェニル)ボレート、[トリス(ペンタフルオロフェニル)、フェニル]ボレート、トリデカハイドライド−7,8−ジカルバウンデカボレート等が挙げられ、これらの中でも、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートが好ましい。
なお、ホウ素アニオンは、カチオンと組み合わされたイオン性化合物として使用することができる。カチオンとしては、例えば、カルボニウムカチオン、オキソニウムカチオン、アミンカチオン、ホスホニウムカチオン、シクロヘプタトリエニルカチオン、遷移金属を有するフェロセニウムカチオン等が挙げられる。カルボニウムカチオンとしては、トリフェニルカルボニウムカチオン、トリ(置換フェニル)カルボニウムカチオン等の三置換カルボニウムカチオン等が挙げられ、トリ(置換フェニル)カルボニルカチオンとして、具体的には、トリ(メチルフェニル)カルボニウムカチオン等が挙げられる。アミンカチオンとしては、トリメチルアンモニウムカチオン、トリエチルアンモニウムカチオン、トリプロピルアンモニウムカチオン、トリブチルアンモニウムカチオン等のトリアルキルアンモニウムカチオン;N,N−ジメチルアニリニウムカチオン、N,N−ジエチルアニリニウムカチオン、N,N−2,4,6−ペンタメチルアニリニウムカチオン等のN,N−ジアルキルアニリニウムカチオン;ジイソプロピルアンモニウムカチオン、ジシクロヘキシルアンモニウムカチオン等のジアルキルアンモニウムカチオン等が挙げられる。ホスホニウムカチオンとしては、トリフェニルホスホニウムカチオン、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムカチオン等のトリアリールホスホニウムカチオン等が挙げられる。これらカチオンの中でも、N,N−ジアルキルアニリニウムカチオン又はカルボニウムカチオンが好ましく、N,N−ジアルキルアニリニウムカチオンが特に好ましい。従って、イオン性化合物としては、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が好ましい。なお、ホウ素アニオンとカチオンとからなるイオン性化合物は、メタロセン系複合触媒に対して0.1倍モル〜10倍モル加えることが好ましく、約1倍モル加えることが更に好ましい。
なお、第三重合触媒組成物においては、メタロセン系複合触媒とホウ素アニオンとを用いる必要があるが、式(XVI)で表されるメタロセン触媒と有機アルミニウム化合物を反応させる反応系に、ホウ素アニオンが存在していると、式(XV)のメタロセン系複合触媒を合成することができない。従って、第三重合触媒組成物の調製には、該メタロセン系複合触媒を予め合成し、該メタロセン系複合触媒を単離精製してからホウ素アニオンと組み合わせる必要がある。
第三重合触媒組成物に用いることができる助触媒としては、例えば、上述のAlRKLMで表される有機アルミニウム化合物の他、アルミノキサン等が好適に挙げられる。アルミノキサンとしては、アルキルアミノキサンが好ましく、例えば、メチルアルミノキサン(MAO)、修飾メチルアルミノキサン等が挙げられる。また、修飾メチルアルミノキサンとしては、MMAO−3A(東ソーファインケム社製)等が好ましい。なお、これらアルミノキサンは、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
−−カップリング工程1−−
カップリング工程1は、重合工程において得られた合成ポリイソプレンの高分子鎖の少なくとも一部(例えば、末端)の重合体同士カップリング反応させる工程である。
カップリング工程1において、重合反応が100%に達した際にカップリング反応(高分子鎖の末端を変性する反応)を行うことが好ましい。
カップリング反応に用いるカップリング剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、(i)ビス(マレイン酸−1−オクタデシル)ジオクチルスズ(IV)等のスズ含有化合物、(ii)4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート等のイソシアネート化合物、(iii)グリシジルプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、ビス(マレイン酸−1−オクタデシル)ジオクチルスズ(IV)が、反応効率と低ゲル生成の点で、好ましい。
なお、カップリング反応を行うことにより、高分子鎖同士を結合させて高分子量化を図ることができ、また、加水分解以外の分解を阻害して、数平均分子量(Mn)が低下するのを抑制することができる。
カップリング反応における反応温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10℃〜100℃が好ましく、20℃〜80℃がより好ましい。
反応温度が、10℃以上であると、反応速度が著しく低下するのを防止することができ、100℃以下であると、ポリマーがゲル化するのを防止することができる。
カップリング反応における反応時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10分間〜1時間が好ましい。
反応時間が、10分間以上であると、反応を十分に行うことができ、1時間以下であると、ポリマーがゲル化するのを防止することができる。
−−洗浄工程−−
洗浄工程は、重合工程において得られたポリイソプレンを洗浄する工程である。なお、洗浄に用いる媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、などが挙げられる。
<分岐構造を有するイソプレン単独重合体の製造方法>
既述の分子量分布の特徴を有する分岐構造を有するイソプレン単独重合体(以下、本発明の分岐イソプレン単独重合体と称することがある)は、合成ポリイソプレンの製造方法によって製造してもよいが、本発明の分子量分布の特徴の得易さの観点から、次の製造方法により製造することが好ましい。
すなわち、本発明の分岐イソプレン単独重合体の製造方法は、
(a)イソプレンを単量体として用いてイソプレンの単独重合体を重合する重合工程と、
該重合工程において得られたイソプレン単独重合体の高分子鎖の少なくとも一部を互いにカップリングさせるカップリング工程(カップリング工程2)と、を有することが好ましい。
本発明の分岐イソプレン単独重合体の製造方法は、次の態様であることがより好ましい。すなわち、
(b)前記カップリング工程(カップリング工程2)が、アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物によって該イソプレン単独重合体の高分子鎖の少なくとも一部を変性する変性反応と、
該変性反応によって該有機ケイ素化合物により変性された変性イソプレン単独重合体のアルコキシ基同士を水と縮合触媒とを用いて縮合カップリングさせる縮合カップリング反応と、を有することが好ましい。
更に、(c)前記縮合カップリング反応における反応温度が10℃以上100℃以下であり、反応時間が10分間以上1時間以下であることが好ましい。
分岐構造を有するイソプレン単独重合体の製造方法は、(a)〜(c)の組み合わせにより構成されることが好ましい。
本発明の分岐イソプレン単独重合体の製造方法は、合成ポリイソプレンの製造方法におけるカップリング工程1に代えて次のカップリング工程2を行う。
−−カップリング工程2−−
カップリング工程2において、重合反応が100%に達した際に、まず変性反応(高分子鎖の少なくとも一部を変性する反応)を行うことが好ましい。変性反応に用いる変性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、本発明では、ゲルが少なく、高分子成分を含み、分岐構造の重合体を所望の含有量で得るためには変性反応で、アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物を用いることが好ましく、特にアルコキシ基を2個有する有機ケイ素化合物が好ましい。
アルコキシ基を2個有する有機ケイ素化合物例としてはビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシメチルジエトキシシラン、p−スチリルメチルジメトキシシラン、p−スチリルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシメチルジエトキシシラン、3−アクリロキメチルジメトキシシラン、3−アクリロキメチルジエトキシシラン、3−(メチルジメトキシシシリル)−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、3−(メチルジエトキシシリル)−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、3−グリシドキシメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシメチルジエトキシシランが、反応効率と低ゲル生成の点でより好ましい。
本発明の分岐イソプレン単独重合体を得るためには、アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物により変性した重合体をさらに反応させることが好ましい。本発明の分岐イソプレン単独重合体を得るためには、重合体溶液中にさらに水と縮合触媒を添加し、変性された有機ケイ素化合物のアルコキシ基同士を縮合させ、カップリング反応を行うことにより、高分子量化、分岐化を図ることができ、また低ゲル生成を抑制することができる。
縮合カップリング反応を溶液中で行う上で水と組み合わせて使用する縮合触媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、スズ含有化合物が好ましい。スズ含有化合物の例としては、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジラウレート、ビス(マレイン酸−1−オクタデシル)ジオクチルスズ(IV)等のスズ含有化合物が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
またさらに助触媒としてブチルアミン、ピリジン等のアミン化合物を併用してもよい。
縮合カップリング反応における反応温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10℃〜100℃が好ましく、20℃〜80℃がより好ましい。反応温度が、10℃以上であると、反応速度が著しく低下するのを防止することができ、100℃以下であると、ポリマーがゲル化するのを防止することができる。
カップリング反応における反応時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10分間〜1時間が好ましい。
反応時間が、10分間以上であると、反応を十分に行うことができ、1時間以下であると、ポリマーがゲル化するのを防止することができる。
〔イソプレン共重合体〕
(イソプレン以外の化合物)
イソプレンと共重合させる前記イソプレン以外の化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、2,3−ジメチルブタジエン等の共役ジエン化合物;スチレン等の芳香族ビニル化合物;エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン等の非共役オレフィン化合物;などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、1,3−ブタジエン、スチレンが、分子量制御の容易性の点で、好ましい。
(1,4−シス結合量)
イソプレン共重合体におけるイソプレン由来部分の1,4−シス結合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、95%以上がより好ましく、98%以上が特に好ましい。
1,4−シス結合量が、95%以上であると、十分な伸張結晶性を発現することができる。
一方、1,4−シス結合量が、前記より好ましい範囲内、又は、前記特に好ましい範囲内であると、伸張結晶性による耐久性の向上の点で有利である。
なお、1,4−シス結合量(後述する1,4−トランス結合量、3,4−ビニル結合量も同様)は、前記イソプレン由来部分中の量であって、イソプレン共重合体全体に対する割合ではない。
(1,4−トランス結合量)
イソプレン共重合体の1,4−トランス結合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。
1,4−トランス結合量が、5%以下であると、十分な伸張結晶性を発現することができる。
一方、1,4−トランス結合量が、前記より好ましい範囲内であると、伸張結晶性による耐久性の向上の点で有利である。
(3,4−ビニル結合量)
イソプレン共重合体におけるイソプレン由来部分のイソプレンの3,4−ビニル結合量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5%以下が好ましく、2%以下が特に好ましい。
3,4−ビニル結合量が、5%以下であると、十分な伸張結晶性を発現することができる。
一方、3,4−ビニル結合量が、前記より好ましい範囲内、又は、前記特に好ましい範囲内であると、伸張結晶性による耐久性の向上の点で有利である。
(イソプレン共重合体におけるイソプレン由来部分の含有量)
イソプレン共重合体におけるイソプレン由来部分の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5mol%〜95mol%が好ましい。
イソプレン共重合体におけるイソプレン由来部分の含有量が、5mol%以上であると、イソプレンの特性を十分に発揮できるので好ましく、95mol%以下であると、イソプレン以外の共重合体成分の特性を十分に発揮できるので好ましい。
(連鎖構造)
ポリイソプレン重合体の連鎖構造としては、例えば、ブロック共重合体、ランダム共重合体、テーパー共重合体、交互共重合体などが挙げられるが、本発明においてはブロック共重合体が好ましい。
−−ブロック共重合体−−
ブロック共重合体の構造は、(A−B)x、A−(B−A)x及びB−(A−B)x(ここで、Aは、イソプレンの単量体単位からなるブロック部分であり、Bは、イソプレン以外の化合物の単量体単位からなるブロック部分であり、xは1以上の整数である)のいずれかである。なお、(A−B)又は(B−A)の構造を複数備えるブロック共重合体をマルチブロック共重合体と称する。
−イソプレン共重合体の製造方法−
次に、イソプレン共重合体を製造することができる製造方法を詳細に説明する。但し、以下に詳述する製造方法は、あくまで例示に過ぎない。イソプレン共重合体は、重合触媒組成物の存在下、単量体としての、イソプレンとイソプレン以外の化合物とを重合させることができる。
本発明のイソプレン共重合体の製造方法は、少なくとも、重合工程を含み、さらに、必要に応じて適宜選択した、カップリング工程、洗浄工程、その他の工程を含む。
−−重合工程−−
重合工程は、単量体としてのイソプレン及びイソプレン以外の化合物を共重合する工程である。
重合工程においては、前述の第一、第二、若しくは第三の重合触媒組成物を用いること以外は、通常の配位イオン重合触媒による重合体の製造方法と同様にして、単量体であるイソプレンとイソプレン以外の化合物とを共重合させることができる。本発明において、使用される重合触媒組成物については、前述した通りである。
重合工程における触媒としては、前述した第一、第二、若しくは第三の重合触媒組成物を用いることができる。
重合方法としては、溶液重合法、懸濁重合法、液相塊状重合法、乳化重合法、気相重合法、固相重合法等の任意の方法を用いることができる。また、重合反応に溶媒を用いる場合、用いられる溶媒は重合反応において不活性であればよく、例えば、トルエン、シクロヘキサン、ノルマルヘキサン、またそれらの混合物等が挙げられる。
重合工程は、重合触媒組成物を使用する場合、例えば、(1)単量体としてイソプレン及びイソプレン以外の化合物を含む重合反応系中に、重合触媒組成物の構成成分を別個に提供し、該反応系中において重合触媒組成物としてもよいし、(2)予め調製された重合触媒組成物を重合反応系中に提供してもよい。また、(2)においては、助触媒によって活性化されたメタロセン錯体(活性種)を提供することも含まれる。
また、重合工程においては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の重合停止剤を用いて、重合を停止させてもよい。
重合工程において、イソプレン及びイソプレン以外の化合物の重合反応は、不活性ガス、好ましくは窒素ガスやアルゴンガスの雰囲気下において行われることが好ましい。重合反応の重合温度は、特に制限されないが、例えば−100℃〜200℃の範囲が好ましく、室温程度とすることもできる。なお、重合温度を上げると、重合反応のシス−1,4選択性が低下することがある。また、重合反応の圧力は、イソプレン及びイソプレン以外の化合物を十分に重合反応系中に取り込むため、0.1MPa〜10.0MPaの範囲が好ましい。また、重合反応の反応時間も特に制限されず、例えば1秒〜10日の範囲が好ましいが、重合される単量体の種類、触媒の種類、重合温度等の条件によって適宜選択することができる。
−−カップリング工程−−
カップリング工程は、重合工程において得られたイソプレン共重合体の高分子鎖の少なくとも一部(例えば、末端)の重合体同士をカップリング反応させる工程である。
カップリング工程において、重合反応が100%に達した際にカップリング反応(高分子鎖の末端を変性する反応)を行うことが好ましい。
カップリング反応に用いるカップリング剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、(i)ビス(マレイン酸−1−オクタデシル)ジオクチルスズ(IV)等のスズ含有化合物、(ii)4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート等のイソシアネート化合物、(iii)グリシジルプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、ビス(マレイン酸−1−オクタデシル)ジオクチルスズ(IV)が、反応効率と低ゲル生成の点で、好ましい。
なお、カップリング反応を行うことにより、高分子鎖同士を結合させて高分子量化を図ることができ、また、加水分解以外の分解を阻害して、数平均分子量(Mn)が低下するのを抑制することができる。
カップリング反応における反応温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10℃〜100℃が好ましく、20℃〜80℃がより好ましい。
反応温度が、10℃以上であると、反応速度が著しく低下するのを防止することができ、100℃以下であると、ポリマーがゲル化するのを防止することができる。
カップリング反応における反応時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10分間〜1時間が好ましい。
反応時間が、10分間以上であると、反応を十分行うことができ、1時間以下であると、ポリマーがゲル化するのを防止することができる。
−−洗浄工程−−
洗浄工程は、重合工程において得られたイソプレン共重合体を洗浄する工程である。なお、洗浄に用いる媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、などが挙げられる。
〔他のゴム成分〕
本発明のゴム成分は、本発明のポリイソプレンを含むが、さらに必要に応じて、他のゴム成分を含んでいてもよい。
本発明のポリイソプレン以外のゴム成分(その他のゴム)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、天然ゴム(NR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレンゴム(EPM)、エチレン−プロピレン−非共役ジエンゴム(EPDM)、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
全ゴム成分中の本発明のポリイソプレンの合計配合量は、全ゴム成分の質量に対して、20質量%〜100質量%であることが好ましい。
ゴム成分が本発明のポリイソプレンを上記範囲で配合されていると、伸張結晶性が増加し、耐久性(耐亀裂特性及び耐摩耗性)が向上した架橋ゴム組成物を得ることができる。
全ゴム成分中の本発明のポリイソプレンの合計配合量は、40質量%〜100質量%であることがより好ましい。
《ゴム組成物》
本発明のゴム組成物は、本発明のゴム成分を配合してなる。
本発明のゴム組成物は、本発明の効果を損なわない限度において、充填剤、架橋剤等の添加剤を含んでいてもよい。
<充填剤>
充填剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック、無機充填剤、などを挙げることができ、カーボンブラック及び無機充填剤から選択される少なくとも一種が好ましい。ここで、ゴム組成物には、カーボンブラックが含まれることがより好ましい。なお、充填剤は、補強性などを向上させるためにゴム組成物に配合するものである。
充填剤の配合量(含有量)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、全ゴム成分100質量部に対し、10質量部〜75質量部が好ましく、20質量部〜75質量部がより好ましく、30質量部〜60質量部が特に好ましい。
充填剤の配合量が、全ゴム成分100質量部に対し、10質量部以上であると、充填剤を入れる効果がみられ、100質量部以下であると、前記ゴム成分に充填剤を混ぜ込むことができ、ゴム組成物としての性能を向上させることができる。
一方、充填剤の配合量が、前記より好ましい範囲内、又は、前記特に好ましい範囲内であると、加工性と低ロス性・耐久性のバランスの点で有利である。
〔カーボンブラック〕
カーボンブラックとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、FEF、GPF、SRF、HAF、N339、IISAF、ISAF、SAF、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA、JIS K 6217−2:2001に準拠して測定する)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、20m2/g〜150m2/gが好ましく、35m2/g〜145m2/gがより好ましい。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)が20m2/g以上であると、得られたゴムの耐久性が悪化するのを防止して、十分な耐亀裂成長性を得ることができ、150m2/g以下であると、低ロス性を向上し、また、作業性を向上することができる。
全ゴム成分100質量部に対するカーボンブラックの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10質量部〜100質量部が好ましく、10質量部〜70質量部がより好ましく、20質量部〜60質量部が特に好ましい。
カーボンブラックの含有量が、10質量部以上であると、補強性が不十分で耐破壊性が悪化するのを防止することができ、100質量部以下であると、加工性および低ロス性が悪化するのを防止することができる。
一方、カーボンブラックの含有量が、前記より好ましい範囲内、又は、前記特に好ましい範囲内であると、各性能のバランスの点で有利である。
〔無機充填剤〕
無機充填剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シリカ、水酸化アルミニウム、クレー、アルミナ、タルク、マイカ、カオリン、ガラスバルーン、ガラスビーズ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、チタン酸カリウム、硫酸バリウム、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、無機充填剤を用いる時は適宜シランカップリング剤を使用してもよい。
<架橋剤>
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、硫黄系架橋剤、有機過酸化物系架橋剤、無機架橋剤、ポリアミン架橋剤、樹脂架橋剤、硫黄化合物系架橋剤、オキシム−ニトロソアミン系架橋剤硫黄、などが挙げられるが、これらの中でもタイヤ用ゴム組成物としては硫黄系架橋剤がより好ましい。
架橋剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ゴム成分100質量部に対し、0.1質量部〜20質量部が好ましい。
架橋剤の含有量が、0.1質量部以上であると、架橋を進行させることができ、20質量部以下であって、一部の架橋剤により混練り中に架橋が進むのを防止したり、加硫物の物性が損なわれるのを防止することができる。
<その他の成分>
その他に加硫促進剤を併用することも可能であり、加硫促進剤としては、グアジニン系、アルデヒド−アミン系、アルデヒド−アンモニア系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チオ尿素系、チウラム系、ジチオカルバメート系、ザンテート系等の化合物が使用できる。
また必要に応じて、軟化剤、加硫助剤、着色剤、難燃剤、滑剤、発泡剤、可塑剤、加工助剤、酸化防止剤、老化防止剤、スコーチ防止剤、紫外線防止剤、帯電防止剤、着色防止剤、その他の配合剤など公知のものをその使用目的に応じて使用することができる。
《架橋ゴム組成物》
本発明の架橋ゴム組成物は、本発明のゴム組成物を架橋して得られたものである限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。架橋剤として硫黄を用いた架橋ゴム組成物を加硫ゴムと称することがある。
本発明のゴム組成物の架橋の条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、温度120℃〜200℃、加温時間1分間〜900分間が好ましい。
《タイヤ》
本発明のタイヤは、本発明のゴム組成物を用いてなり、より具体的には、本発明のゴム組成物を架橋してなる架橋ゴム組成物(本発明の架橋ゴム組成物)が配設されてなる。
本発明のタイヤは、本発明のゴム組成物用いてなるものである限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
本発明のゴム組成物のタイヤにおける適用部位としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トレッド、ベーストレッド、サイドウォール、サイド補強ゴム及びビードフィラーなどが挙げられる。
これらの中でも、本発明のゴム組成物の適用部位をトレッドとすることが、耐久性の点で有利である。すなわち、本発明のタイヤは、トレッド部材に本発明のゴム組成物が配合されてなることが好ましい。
タイヤを製造する方法としては、慣用の方法を用いることができる。例えば、タイヤ成形用ドラム上に未加硫ゴム及び/又はコードからなるカーカス層、ベルト層、トレッド層等の通常タイヤ製造に用いられる部材を順次貼り重ね、ドラムを抜き去ってグリーンタイヤとする。次いで、このグリーンタイヤを常法に従って加熱加硫することにより、所望のタイヤ(例えば、空気入りタイヤ)を製造することができる。
(タイヤ以外の用途)
タイヤ用途以外にも、防振ゴム、免震ゴム、ベルト(コンベアベルト)、ゴムクローラ、各種ホースなどに本発明の架橋ゴム組成物を使用することができる。
以下に、製造例、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の製造例、実施例に何ら限定されるものではない。
<<実施例1〜6、比較例1〜3及び参考例1>>
〔製造例1:重合体Aの製造方法〕
十分に乾燥した2Lステンレス反応器に、イソプレンを溶解したヘキサン溶媒(12質量%)800gを導入した。一方、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器にトリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムGd[N(SiMe32314.5μmol、トルエン5ml、ジイソブチルアルミニウムハイドライド0.44mmol、ビス(2−ジフェニルホスフィノフェニル)アミン16μmol、及びトリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(Ph3CB(C6F5)4)16μmolを仕込み触媒溶液とした。その後、グローブボックスから触媒溶液を取り出し、イソプレンモノマー溶液へ添加し、25℃で10時間重合を行った。重合後、2,2‘−メチレンービス(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)(NS−5)5質量%のイソプロパノール溶液1mlを加えて反応を停止させ、さらに大量のメタノールで共重合体を分離し、60℃で真空乾燥し重合体Aを得た。
〔製造例2:重合体Bの製造方法〕
製造例1において、ジイソブチルアルミニウムハイドライド0.48mmol、重合温度を50℃で4時間にしたこと以外は、製造例1と同様にして、重合体Bを得た。
〔製造例3:重合体Cの製造方法〕
製造例1において、ヘキサン溶媒をトルエン溶媒に換え、トリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムGd[N(SiMe32310.0μmolジイソブチルアルミニウムハイドライド1.02mmol、重合温度を50℃で4時間にしたこと以外は、製造例1と同様にして、重合体Cを得た。
〔製造例4:重合体Dの製造方法〕
製造例1において、ジイソブチルアルミニウムハイドライド3.5mmol、重合温度を80℃で1時間にしたこと以外は、製造例1と同様にして、重合体Dを得た。
〔製造例5:重合体Eの製造方法〕
十分に乾燥した2Lステンレス反応器に、イソプレンを溶解したトルエン溶媒(12質量%)800gを導入した。一方、窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器にトリスビストリメチルシリルアミドガドリニウムGd[N(SiMe323 59μmol、トルエン40ml、ジイソブチルアルミニウムハイドライド3.6mmol、ビス(2−ジフェニルホスフィノフェニル)アミン62μmol、及びトリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(Ph3CB(C6F5)4)62.4μmolを仕込み触媒溶液とした。その後、グローブボックスから触媒溶液を取り出し、イソプレンモノマー溶液へ添加し、25℃で2時間重合を行った。その後、3−グリシジルオキシプロピルメチルジメトキシシラン21.4mmolを添加し、25℃で10分間変性反応を行った。変性反応後、水2ml、ジブチルスズジアセテート2.1mmolをさらに添加し、25℃で0.5時間カップリング反応を行った。カップリング反応後、2,2‘−メチレンービス(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)(NS−5)5質量%のイソプロパノール溶液1mlを加えて反応を停止させ、さらに大量のメタノールで共重合体を分離し、60℃で真空乾燥し重合体Eを得た。
上記のようにして調製した重合体A〜Eについて、重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、ミクロ構造(1,4−シス結合量、及び3,4−ビニル結合量)、マクロゲル分率を下記の方法で測定し、評価した。結果を表1に示す。
Figure 0006325362
<重合体A〜Eの分析方法>
(1)ミクロ構造(1,4−シス結合量、及び3,4−ビニル結合量)
1H−NMRおよび13C−NMRにより得られたピーク[1H−NMR:δ4.6−4.8(3,4−ビニルユニットの=CH2)、5.0−5.2(1,4−ユニットの−CH=)、13C−NMR:[δ23.4(1,4−シスユニット)、15.9(1,4−トランスユニット)、18.6(3,4−ユニット)]の積分比からそれぞれ算出した。また、数平均分子量(Mn)、分子量分布(Mw/Mn)は、GPCによりポリスチレンを標準物質として用い求めた。
(2)重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(Mw/Mn)
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー[GPC:東ソー製、HLC−8020]により検出器として屈折計を用いて測定し、単分散ポリスチレンを標準としたポリスチレン換算で示した。なお、カラムはShodex(登録商標)KF807F[昭和電工株式会社製]を2本直列につないで使用し、溶離液はテトラヒドロフラン、測定温度は40℃とした。
(3)マクロゲル分率
サンプルポリマー0.4gを入れた100メッシュ(0.15mm)のステンレス金網メッシュ籠を、100ccのテトラヒドロフランが入ったサンプル瓶に浸し48時間放置した。その後メッシュ籠を取り出し、籠に残ったサンプル乾燥させ重量を測定し、その重量を用いた初期のサンプル重量で割り、マクロゲル分率(単位:%)を算出した。
<ゴム成分の調製、及び分子量分布測定>
〔ゴム成分1〜6及びゴム成分101〜103の調製〕
2Lステンレス反応器に、重合体を60g表2に示す配合処方に従って仕込み、そこにヘキサン中1Lを加え、30℃で48時間混合し溶解させた。混合後、BHT〔2,6−ビス(t−ブチル)−4−メチルフェノール〕の10質量%のメタノール溶液10mLを、さらに大量のメタノール/塩酸混合溶媒で重合体を分離させ、60℃で真空乾燥しそれぞれの表2に示す組成のゴム成分を得た。また得られたゴム成分について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定による分子量を測定し、得られたクロマトグラムの面積から重量平均分子量(Mw)が600万以上の成分量と80万以下の成分量(質量%)、及び、重量平均分子量(Mw)が800万以上の成分量と50万以下の成分量(質量%)を求めた。
また、参考例1のゴム成分201として、天然ゴムを用意した。
Figure 0006325362
なお、実施例6のゴム成分6(分岐構造を有するポリイソプレン単独重合体)は、GPC測定における800万以上の成分が8質量%であり、50万以下の成分が22質量%であった。
〔ゴム組成物の調製〕
ゴム成分として、ゴム成分1〜6、ゴム成分101〜103、及びゴム成分201を用い、表3に示す配合処方にてゴム組成物1〜6、101〜103及び201を調製した。
Figure 0006325362
表3中の*1〜*3の成分は次のとおりである。
*1:N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−p−フェニレンジアミン、大内新興化学(株)製、ノックラック6C
*2:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、大内新興化学(株)製、ノクセラーCZ−G
*3:ジベンゾチアジルジスルフィド、大内新興化学(株)製、ノクセラーDM−P
得られたゴム組成物1〜6、101〜103及び201について、下記の方法に従って、(1)作業性(ムーニー粘度)を測定した。また、ゴム組成物1〜6、101〜103及び201を145℃、30分加熱して得た加硫ゴムに対し、下記の方法に従って、(2)耐亀裂性、及び(3)耐摩耗性を測定した。測定結果を表4に示す。
(1)作業性(ムーニー粘度)
ゴム組成物の加工性の指標としてムーニー粘度(コンパウンド・ムーニー)をJIS K6300−1に従って測定した(単位は[ML1+4、130℃])。結果を表4に示す。
(2)耐疲労性(指数)
JIS3号試験片中心部に0.5mmの亀裂を入れ、室温で0%〜100%の一定歪みで繰り返し屈曲疲労と伸張疲労を与え、サンプルが切断するまでの回数を測定した。比較例1を100として、測定結果を指数表示した。指数値が大きい程、耐疲労性(耐亀裂成長性)が良好であることを示す。結果を表4に示す。
(3)耐摩耗性(指数)
ランボーン型摩耗試験機を用い、室温におけるスリップ率60%で摩耗量を測定し、比較例1の逆数を100とする指数で表示した。数値が大きいほど耐摩耗性が良好である。結果を表4に示す。
Figure 0006325362
<<実施例7〜9、比較例4〜5及び参考例2>>
表5に示すようにBR(JSR株式会社製、BR01)と実施例1、4、6、比較例1、3及び参考例1で得られたゴムとを混合した配合処方のゴム組成物7〜9、104〜105及び202を調製した。
得られたゴム組成物7〜9、104〜105及び202について、上記の方法に従って(1)作業性(ムーニー粘度)を測定した。また、ゴム組成物7〜9、104〜105及び202を、145℃、30分加熱して得た加硫ゴムに対し、上記の方法に従って、(2)耐亀裂性、及び(3)耐摩耗性を測定した。測定結果を表5に示す。
Figure 0006325362
表4及び表5より、ゴム成分として、重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体及び重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体を含むポリイソプレンを含むことにより、作業性が良好で、かつ、天然ゴム(参考例1及び2)と遜色のない耐久性(耐亀裂特性及び耐摩耗性)を有するゴム組成物を得ることができることがわかる。
本発明のゴム成分及び前記ゴム成分を含むゴム組成物は、例えば、タイヤ部材に好適に利用可能である。

Claims (13)

  1. ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量が6,000,000以上の成分量が10質量%〜40質量%であり、且つ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量が800,000以下の成分量が5質量%〜30質量%であるポリイソプレンを含むゴム成分。
  2. 前記ポリイソプレンは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量800,000を超える成分、及び、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量6,000,000未満の成分を、30質量%〜85質量%含む請求項1に記載のゴム成分。
  3. 前記ポリイソプレンが、ポリイソプレン重合体の混合物又は分岐構造を有するイソプレン単独重合体である請求項1又は2に記載のゴム成分。
  4. 前記ポリイソプレンが、前記重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体10質量%〜40質量%と、前記重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体5質量%〜30質量%とを含む混合物である請求項1〜3のいずれか1項に記載のゴム成分。
  5. 前記ポリイソプレンが、前記重量平均分子量が6,000,000以上のポリイソプレン重合体10質量%〜40質量%と、前記重量平均分子量が800,000以下のポリイソプレン重合体5質量%〜30質量%とを重合成分として含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のゴム成分。
  6. 前記分岐構造を有するイソプレン単独重合体が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量8,000,000以上のイソプレン単独重合体を重合成分として5質量%〜30質量%含み、且つ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定によるポリスチレン換算の重量平均分子量500,000以下のイソプレン単独重合体を重合成分として3質量%〜30質量%含む請求項に記載のゴム成分。
  7. 前記ポリイソプレン重合体の1,4−シス結合量が90%以上である請求項に記載のゴム成分。
  8. 前記分岐構造を有するポリイソプレン単独重合体の1,4−シス結合量が90%以上である請求項又はに記載のゴム成分。
  9. 前記ポリイソプレンの合計配合量が20質量%〜100質量%である請求項1〜のいずれか1項に記載のゴム成分。
  10. 請求項1〜のいずれか1項に記載のゴム成分を配合してなるゴム組成物。
  11. 更に充填剤を配合してなり、前記充填剤の配合量が、全ゴム成分100質量部に対して10質量部〜75質量部である請求項10に記載のゴム組成物。
  12. 請求項10又は11に記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
  13. トレッド部材に請求項10又は11に記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
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