DE1030029B - Verfahren zur Mischpolymerisation einer groesseren Menge eines Isoolefins mit einer kleineren Menge eines Diolefins - Google Patents

Verfahren zur Mischpolymerisation einer groesseren Menge eines Isoolefins mit einer kleineren Menge eines Diolefins

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DE1030029B DEST7097A DEST007097A DE1030029B DE 1030029 B DE1030029 B DE 1030029B DE ST7097 A DEST7097 A DE ST7097A DE ST007097 A DEST007097 A DE ST007097A DE 1030029 B DE1030029 B DE 1030029B
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F210/00Copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • C08F210/04Monomers containing three or four carbon atoms
    • C08F210/08Butenes
    • C08F210/10Isobutene
    • C08F210/12Isobutene with conjugated diolefins, e.g. butyl rubber

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Description

  • Verfahren zur Mischpolymerisation einer größeren Menge eines Isoolefins mit einer kleineren Menge eines Diolefins Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Tieftemperatur-Mischpolymerisation von Isoolefinen und Diolefinen mit Friedel-Crafts-Katalysatoren zur Herstellung von synthetischem Kautschuk, insbesondere auf ein verbessertes Verfahren zur Durchführung der Polymerisation in Gegenwart eines Lösungsmittels für das Polymere.
  • Es ist bekannt, daß man hochwertigen synthetischen Kautschuk durch Mischpolymerisation einer größeren Menge Isobutylen und einer kleineren Menge Diolefin, z. B. 1 bis 50/, Isopren, herstellen kann.
  • Es wurde bereits früher vorgeschlagen, die Reaktionskomponenten in Gegenwart einer Flüssigkeit zu polymerisieren, die ein Lösungsmittel für das Polymere darstellt. Es zeigte sich, daß bei Verwendung von Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Paraffinen mit 4 bis 7. oder 8 Kohlenstoffatomen, als Verdünnungs- und Lösungsmittel synthetische Isobutylen-Isopren-Kautschuk-Mischpolymere von guter Qualität hergestellt werden können.
  • Im Gegensatz zu dem üblichen, mit einer unlöslichen Aufschlämmung durchgeführten Verfahren besitzt ein mit einer Lösung arbeitendes Verfahren den Vorteil geringerer Kühlungskosten. Zur Kühlung der frischen Beschickung wurde bisher Wärmeaustausch mit dem kalten Reaktionsgemisch vorgeschlagen. Die erforderliche Wärmeaustauschanlage ist jedoch teuer, und es besteht immer noch die Gefahr, daß die Anlage und die Leitungen durch das Polymere, das sich aus der Lösung abscheidet und auf den Innenflächen absetzt, verunreinigt werden, wodurch die Wärmeaustauschleistung herabgesetzt wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen, mit Polymerisatlösungen arbeitenden Verfahren wird nach der bis zum gewünschten Umwandlungsgrad erfolgten Mischpolymerisation dem Reaktionsgemisch eine solche Menge einer der beiden Reaktionskomponenten beigemischt, daß sich das Gemisch unter Phasentrennung in zwei Fraktionen absetzt, von denen eine von niedrigerer Polymerisatkonzentration und niedrigerer Dichte, die andere von hoher Polymerisatkonzentration und hoher Dichte ist. In der konzentrierteren Fraktion sind 95 bis 50 °/o des gesamten, bei der Polymerisation erzeugten Polymerisats, teilweise in Form einer kolloidalen Suspension ausgefällt, enthalten. Aus dieser Fraktion wird das Pölymerisat unter Inaktivierung des Katalysätors abgeschieden, während die Fraktion mit geringerer Polymerisatkonzentration in .die Polymerisationszone zurückgeführt wird.
  • Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung einer geeigneten Anlage sowie des Verfahrens zur Durchführung der erfindungsgemäßen Methode der Phasentrennung der aus dem Reaktionsgefäß ausströmenden Flüssigkeit, bei der man dem Reaktionsgemisch weiteres Beschickungsmaterial zusetzt, um die Phasentrennung zu fördern. In der Zeichnung wird flüssiges Isobutylen durch Einlaßröhre 1, Isopren durch Röhre 2 und ein geeignetes Lösungsmittel, wie z. B. Butan, durch Röhre 3 eingeführt und alle weiter durch Leitung 4,in das Reaktionsgefäß 5 geleitet, das mit geeigneten (nicht gezeigten) Kühlleitungen versehen und gekühlt werden und mit einem (nicht gezeigten) mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Rührwerk ausgestattet sein soll. Der Katalysator wird durch Leitung 8 in das Reaktionsgefäß eingeführt, und die kalte Polymerisations-Reaktionsmischung wird durch Leitung 9 aus. dem Reaktionsgefäß 5 in die Absetzzone 8 abgezogen, die aus einer Trommel, einem Tank oder einem anderen Gefäß bestehen kann, das zur Vermeidung von Kühlverlusten gut isoliert ist. Zusätzliches, ergänzendes Beschickungsmaterial, das entweder Isobutylen allein oder ein Gemisch mit Isopren, mit oder ohne Butan, umfaßt, wird nun durch Leitung 9 in die Absetzzone 8 geleitet, die, falls erwünscht, mit einer (nicht gezeigten) Rührvorrichtung versehen sein kann. Nachdem man die Mischung aus der aus dem Reaktionsgefäß ausströmenden Flüssigkeit und dein ergänzenden Beschickungsmaterial in zwei Phasen absetzen ließ, wird die obere oder verdünnte Pölymerenphase durch Leitung 10 abgezogen und durch die Kühlzone 11 zurück in das Reaktionsgefäß 5 geleitet. Die untere oder konzentrierte, Polymerenphase wird durch ihre Schwere oder eine Pumpe oder andere (nicht gezeigte) Vorrichtungen durch Leitung 12 zur Gewinnung und Aufarbeitung des Polymeren auf irgendeine gewünschte Art abgezogen. Bei einem Aufarbeitungsverfahren des Polymeren spritzt man dieses in eine mit Rührer versehene Heißwassertrommel 13, aus der aus einer heißen wäßrigen Aufschlämmung flüssige Materialien, wie z. B. Isobutylen, Isopren sowie etwas Butan-Lösungsmittel, abgetrieben und nach oben durch Leitung 14 in den Fraktionierturm 15 übergeführt werden. Dort werden das Butan am Kopf und Isobutylen und Isopren als Sumpf abgewonnen, die danach kondensiert und durch die Leitungen 16 bzw. 17 in die Beschickungsleitung 18 zurückgeführt werden, oder die flüssigen Bestandteile aus Leitung 14 können direkt durch Leitung 19 in den Kondensator 20 und in die Beschickungsleitung 18 zurückgeführt werden. Falls erwünscht, kann in Leitung 9 zur Kühlung oder Erwärmung der aus dem Reaktionsgefäß ausströmenden Mischung und der Ergänzungsbeschickung zwecks besserer Steuerung der Phasentrennung in Absetzzone 8 eine Vorrichtung 21 zur Temperaturregulierung vorgesehen werden.
  • Bei einem Versuch, ein derartiges Verfahren diskontinuierlich auszuführen, wurden 2000 g einer Beschickung aus 30 Gewichtsprozent n-Butan, 70 Gewichtsprozent Isobutylen (99°/oig rein) und genügend Isopren, um 2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Isobutylen, abzugeben, mit 361 ccm einer Katalysatorlösung, die 0,75 g AlBr3/100 ccm n-Butan enthielt, bei -98,3° C behandelt. Die entstandene Lösung enthielt 4,08 Gewichtsprozent Polymeres. Dieser Lösung setzte man genügend kaltes Isobutylen (580 g) zu, um die freie Isobutylenkonzentration erneut auf 69 Gewichtsprozent zu erhöhen (außer dem Polymeren). Dadurch wurde eine Phasentrennung verursacht. Die obere dünne Schicht, in der 2,6 °/o Polymeres enthalten war, wurde in ein kaltes Reaktionsgefäß dekantiert und das Polymere aus der unteren viskosen Schicht wurde durch Ausfällung in Alkohol (42 g, mit einer Mooney-Viskosität, 8 Minuten, von 99) gewonnen. Die obere Schicht wurde erneut mit dem Katalysator (100 ccm) behandelt; die entstandene Lösung enthielt 98 g Polymeres mit einer Mooney-Viskosität, 8 Minuten, von 90. Obwohl diese Daten nicht unbedingt optimale Bedingungen zeigen, so beweisen sie doch deutlich die Durchführbarkeit eines kalten Rückführungssystems.
  • Erfindungsgemäß kann die Polymerisationsbeschickung aus Isoolefinen mit 4 bis 5 Kohlenstoffatomen bestehen, wie z. B. Isobutylen, und aus Diolefinen mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Butadien, Isopren, Dimethylbutadien; im allgemeinen verwendet man eine größere Menge Isoolefine und eine kleinere Menge Diolefine, z. B: etwa 1 bis 10 °/o Isopren oder andere Diolefine mit 5 bis 6 Kohlenstoffatomen. Als Lösungsmittel wird vorzugsweise irgendein flüssiger gesättigter Kohlenwasserstoff verwendet, z. B. Paraffine, wie Butane, Pentane, Hexane oder Meptane oder handelsübliche Petroleumfraktionen, die vorzugsweise einen engen Siedebereich haben und hochraffiniert sind. Die Lösungsmittel sollten im wesentlichen frei von aromatischen Stoffen und ungesättigten Bestandteilen sowie frei von Schwefel oder anderen Verunreinigungen sein, die die Friedel-Crafts-Polyrnerisation schädlich beeinflussen. Das besondere, im Einzelfalle anzuwendende Lösungsmittel kann je nach der Polymerisationstemperatur und dem Verhältnis der Monomeren in der Beschickung verschieden sein. Im allgemeinen sollten die niedrigersiedenden Lösungsmittel, wie z. B. Butan, für die niedrigsten Polymerisationstemperaturen verwendet werden, während ein höhersiedendes Lösungsmittel, wie z. B. Heptan, für eine nur mäßig niedrige Temperatur bevorzugt wird.
  • Als Katalysator kann jeder Friedel-Crafts-Katalysator verwendet werden, der in dem als Lösungsmittel dienenden Kohlenwasserstoff genügend löslich ist, z. B. Aluminiumbromid.
  • Die Polymerisationstemperatur sollte unterhalb 0° C, vorzugsweise zwischen -50 bis -110°C liegen und kann entweder durch innere oder äußere Kühlung auf bekannte Art aufrechterhalten werden.
  • Die Polymerisation kann diskontinuierlich durchgeführt werden, wird jedoch vorzugsweise kontinuierlich ausgeführt, wie an Hand der Zeichnung bereits beschrieben wurde. Sind diskontinuierliche Polymerisationen erwünscht, so kann man die Ergänzungsbeschickung nach Vollendung der Polymerisation in dem gewünschten Umfang direkt in das Reaktionsgefäß einspritzen und die Reaktionsmischung bei oder ohne Entfernung des Rührwerks direkt im Reaktionsgefäß absitzen lassen.
  • Die Menge der zusätzlich zu verwendenden Beschickung hängt von der während der Polymerisation verbrauchten Menge der Beschickung ab, d. h. mit anderen Worten, daß sie von der verwendeten Menge des Katalysators und dem Grad der Umwandlung abhängt. Letztere sollte im allgemeinen innerhalb der ungefähren Grenzen von etwa 10 bis 200/, gehalten werden, so daß die Konzentration des Polymeren in der aus dem Reaktionsgefäß erhaltenen Mischung zwischen 5 und 10 Gewichtsprozent beträgt.
  • Obwohl der Zusatz der Ergänzungsbeschickung gewöhnlich ausreicht, um die gewünschte Phasentrennung in der Absetzzone zu fördern, kann es erwünscht sein, die Mischung leicht zu erwärmen, um die Phasentrennung zu beschleunigen. Bei Anwendung einer derartigen Erwärmung sollte die Temperatur der Reaktionsmischung und der Ergänzungsbeschickung im allgemeinen nicht mehr als etwa 5 bis 20° C erhöht werden und in jedem Falle die Temperatur der gesamten Mischung nicht auf 0° C steigen. Das System wird vorzugsweise kontinuierlich unter Rückführung der oberen verdünnten Polymerenphase ohne besondere Kühlung betrieben.
  • Die obenerwähnten Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung und sollen diese nicht beschränken, da sich Abänderungen und Äquivalente für den Fachmann von selbst ergeben.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRüCHE: 1. Verfahren zur Mischpolymerisation einer größeren Menge eines Isoolefins mit 4 bis 5 Kohlenstoffatomen mit einer kleineren Menge eines Diolefins mit 4 bis 6 Koldenstoffatomen bei einer Temperatur unterhalb 0° C in Gegenwart einer Flüssigkeit, die sowohl für die umzusetzenden Monomeren als auch für das entstehende Polymerisat ein Lösungsmittel ist, und in Gegenwart eines Friedel-Crafts-Katalysators, der in dem genannten Lösungsmittel löslich ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polymerisation bis zu dem gewünschten Umwandlungsgrad durchführt, danach so viel zusätzliche Mengen von mindestens einem der Reaktionsteilnehmer als Ergänzungsbeschickung beimischt, daß sich die erhaltene Mischung unter Phasentrennung in zwei Fraktionen absetzt, von denen eine Fraktion (A) mit niedriger Polymerisatkonzentration und niedriger Dichte ist, in der das Polymerisat im wesentlichen in der Flüssigkeit gelöst ist und die etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent des gesamten Verfahrensproduktes der Polymerisationsstufe enthält, und die andere Fraktion (B) eine mit hoher Polymerisatkonzentration und größerer Dichte ist, in der das Polymerisat mindestens teilweise in Form einer kolloidalen Suspension ausgefällt ist und etwa 95 bis 50 Gewichtsprozent des gesamten in der Polymerisationsstufe erzeugten Polymerisats enthält, worauf man die leichtere Fraktion (A) in die Polymerisationszone zurückführt, und aus der schwereren Fraktion (B) unter Inaktivierung des restlichen Katalysators das Polymerisat abscheidet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Isoolefm Isobutylen und als Diolefin Isopren verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die leichtere, verdünnte Polymerisatphase (A) direkt ohne wesentliches Ansteigen der Temperatur in die Polymerisationszone zurückführt, die stärker konzentrierte Polymerisatphase (B) aus der Absetzzone entfernt und sie in eine Aufschlämmzone mit heißem Wasser einspritzt, hierbei die nicht umgesetzten Monomeren und das flüchtige Lösungsmittel verdampfen läßt und aus der erhaltenen Suspension die Polymerisatteilchen abscheidet, trocknet und die verdampften und nicht umgesetzten Monomeren und das flüchtige Lösungsmittel erneut in die Polymerisationszone zurückführt.
DEST7097A 1952-12-16 1953-10-03 Verfahren zur Mischpolymerisation einer groesseren Menge eines Isoolefins mit einer kleineren Menge eines Diolefins Pending DE1030029B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0696601A1 (de) * 1994-08-08 1996-02-14 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Polyisoolefinen

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EP0696601A1 (de) * 1994-08-08 1996-02-14 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Polyisoolefinen
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