DE10323372A1 - Continuous method for selective hydrogenation of ethylenic double bonds in polymers to give hydrogenated butadiene-styrene type copolymers for use, e.g. as paint binders and finishes for textiles, leather and paper - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur selektiven Hydrierung von ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen in Polymerisaten durch Umsetzung der Polymerisate in Gegenwart wenigstens eines Hydrierkatalysators, ausgewählt unter den Salzen und Komplexverbindungen des Rutheniums und des Rhodiums.The The present invention relates to a continuous process for selective hydrogenation of ethylenically unsaturated double bonds in At least polymers by reacting the polymers in the presence a hydrogenation catalyst, selected from the salts and complex compounds of ruthenium and rhodium.
Die Hydrierung ethylenisch ungesättigter Doppelbindungen stellt ein wichtiges Verfahren zur Derivatisierung von Polymerisaten, die ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen enthalten, dar. Eine Reihe derartiger Polymerisate werden in großtechnischem Maßstab hergestellt. Hier seien beispielhaft Polymerisate auf der Basis von Butadien und/oder Isopren genannt. Die in diesen Polymerisaten enthaltenen ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen sind Ausgangspunkte für Alterungsprozesse, wie sie unter Einwirkung von Licht, Sauerstoff und/oder Temperatur auftreten können. Derartige Alterungsprozesse haben oftmals, abhängig vom Grad der Belastung, eine dramatische Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Polymerisate bzw. der aus den Polymerisaten hergestellten Erzeugnisse sowie auffällige und störende Verfärbungen zu Folge. Durch Hydrierung der Doppelbindungen sollten sich derartige Schwachstellen entfernen lassen. Ferner ermöglicht die Hydrierung prinzipiell die Bereitstellung von Polymerklassen, die neu und auf anderem Wege nur sehr viel aufwendiger herstellbar sind.The Hydrogenation of ethylenically unsaturated Double bonds represent an important process for derivatization of polymers containing ethylenically unsaturated double bonds, A number of such polymers are used on an industrial scale scale manufactured. Here are examples of polymers based of butadiene and / or isoprene. The in these polymers contained ethylenically unsaturated Double bonds are the starting points for aging processes like this occur under the influence of light, oxygen and / or temperature can. Such aging processes often have, depending on the degree of exposure, a dramatic deterioration in mechanical properties the polymers or the products produced from the polymers as well as striking and annoying discoloration result. By hydrogenation of the double bonds such Have weak points removed. In addition, the hydrogenation enables in principle the provision of polymer classes that are new and different are only much more complex to produce.
Bei der Entwicklung von Hydrierverfahren ist grundsätzlich zu beachten, dass die zu hydrierenden Polymerisate neben den ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen auch andere gegenüber der Hydrierung reaktive Funktionalitäten aufweisen können. Das Hydrierverfahren sollte sich daher im Regelfall durch eine hohe Selektivität hinsichtlich der zu hydrierenden Doppelbindungen auszeichnen. Ferner birgt die Hydrierung grundsätzlich die Gefahr, dass auf dem Polymer reaktive Zwischenstufen erzeugt werden, die mit noch nicht abreagierten Doppelbindungen unter Vernetzung reagieren können.at When developing hydrogenation processes, it is important to note that the polymers to be hydrogenated in addition to the ethylenically unsaturated Double bonds also other reactive towards hydrogenation functionalities can have. As a rule, the hydrogenation process should have a high selectivity with regard to of the double bonds to be hydrogenated. Furthermore, the Basically, hydrogenation the risk that reactive intermediates are generated on the polymer be those with unreacted double bonds with crosslinking can react.
Verfahren zur Hydrierung von Polymerisaten, die ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen aufweisen, sind grundsätzlich bekannt. Eine Übersicht über derartige Verfahren geben N. T. McManus et al. (J. Macromol. Sci., Rev. Macromol. Chem. Phys. 1995, C35(2), 239–285). Allen beschriebenen Verfahren ist gemeinsam, dass die Umsetzung in einem organischen Medium durchgeführt wird. In der Regel wird jedoch bei der Hydrierung Gelbildung beobachtet, was auf Vernetzungsreaktionen hinweist.method for the hydrogenation of polymers, the ethylenically unsaturated double bonds have, are fundamentally known. An overview of such Methods give N. T. McManus et al. (J. Macromol. Sci., Rev. Macromol. Chem. Phys. 1995, C35 (2), 239-285). All of the described methods have in common that the implementation is carried out in an organic medium. Usually will however, gelation was observed during hydrogenation, indicating crosslinking reactions points.
Aus
der
N. K. Singha et al. beschreiben in Rubber Chemistry and Technology 1995, 68, 281-286 ein Verfahren zur Hydrierung von wässrigem NBR-Latex in Gegenwart eines Rhodium-Katalysators mit sulfonierten Triphenylphosphin-Liganden.N. K. Singha et al. describe in Rubber Chemistry and Technology 1995, 68, 281-286 a process for the hydrogenation of aqueous NBR latex in the presence of a rhodium catalyst with sulfonated triphenylphosphine ligands.
Es bestand daher die Aufgabe, ein alternatives Verfahren zur selektiven Hydrierung von ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen in Polymerisaten zu finden.It there was therefore the task of an alternative method for selective Hydrogenation of ethylenically unsaturated To find double bonds in polymers.
Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur selektiven Hydrierung von ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen in Polymerisaten P mit Wasserstoff in Gegenwart wenigstens eines Hydrierkatalysators, in dem man die Umsetzung kontinuierlich durchführt.The Task was solved by a process for the selective hydrogenation of ethylenically unsaturated Double bonds in polymers P with hydrogen in the presence at least one hydrogenation catalyst in which the reaction is carried out continuously performs.
Bevorzugt handelt es sich um wässrige Dispersionen von Polymerisaten P, in dem die selektive Hydrierung von ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden wird.These are preferably aqueous dispersions of polymers P in which the selective Hy Drying of ethylenically unsaturated double bonds will be carried out by the inventive method.
Ein kontinuierliches Verfahren im Sinne der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zeitgleich dieselbe Menge an wässriger Dispersion der Hydriervorrichtung zugeführt wie abgeführt wird. Ausgenommen davon sind selbstverständlich die Anfahrts- und Abfahrtszeiten entsprechend der Verweilzeit der Dispersion in der Hydriervorrichtung.On continuous process in the sense of the invention stands out in that the same amount of aqueous dispersion of the hydrogenation device supplied as removed becomes. The arrival and departure times are of course excluded corresponding to the residence time of the dispersion in the hydrogenation device.
Die Durchführung der erfindungsgemäßen Hydrierung erfolgt in der Regel so, dass man zunächst den Hydrierkatalysator nach einer der unten beschriebenen Möglichkeiten in die wässrige Dispersion des Polymeren P einarbeitet. Gegebenenfalls stellt man die Dispersion durch Verdünnen mit Wasser oder einer Wasser-Emulgator-Mischung oder mit einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel auf einen geeigneten Feststoffgehalt ein.The execution the hydrogenation according to the invention usually takes place in such a way that first the hydrogenation catalyst into the aqueous dispersion according to one of the options described below of the polymer P incorporated. If necessary, the dispersion is made by dilution with water or a water-emulsifier mixture or with one Water-miscible organic solvents to a suitable solids content.
Geeignete Lösungsmittel zum Verdünnen umfassen insbesondere C1-C4-Alkanole wie beispielsweise Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, 2-Butanol, Isobutanol und tert.-Butanol, außerdem Toluol, Ketone wie Aceton und Ethylmethylketon, cyclische Ether wie Tetrahydrofuran oder Dioxan oder Amide wie N,N-Dimethylformamid oder N-Methylpyrrolidon.Suitable solvents for dilution include, in particular, C 1 -C 4 -alkanols such as, for example, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol and tert-butanol, and also toluene, ketones such as acetone and ethyl methyl ketone, cyclic Ethers such as tetrahydrofuran or dioxane or amides such as N, N-dimethylformamide or N-methylpyrrolidone.
Der Lösungsmittelgehalt der zu hydrierenden wässrigen Dispersion beträgt im Falle von rutheniumhaltigen Katalysatoren jedoch in der Regel nicht mehr als 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion. Vorzugsweise beträgt der Lösungsmittelgehalt nicht mehr als 15 Gew.-%, bevorzugt nicht mehr als 10 Gew.-%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5 Gew.-%, und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 1 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion.The Solvent content the aqueous to be hydrogenated Dispersion is usually in the case of ruthenium-containing catalysts not more than 20% by weight based on the total weight of the dispersion. Preferably is the solvent content not more than 15% by weight, preferably not more than 10% by weight, particularly preferably not more than 5% by weight, and very particularly preferably not more than 1% by weight based on the total weight of the dispersion.
Bei Verwendung von rhodiumhaltigen Katalysatoren beträgt der Lösungsmittelgehalt in der Regel weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 2,5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion.at The use of rhodium-containing catalysts has a solvent content usually less than 5% by weight, preferably less than 2.5% by weight, particularly preferably less than 1% by weight and very particularly preferably less than 0.1% by weight, based on the total weight of the dispersion.
Insbesondere enthält die wässrige Dispersion keinen Anteil an organischem Lösungsmittel.In particular contains the watery Dispersion does not contain any organic solvent.
Der Feststoffgehalt der zu hydrierenden Dispersion des Polymeren P liegt in der Regel im Bereich von 10 bis 60 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion.The Solids content of the polymer P dispersion to be hydrogenated is usually in the range of 10 to 60 wt .-%, preferably in the range from 20 to 50% by weight, based on the total weight of the dispersion.
Dann
wird die gegebenenfalls katalysatorhaltige Dispersion in ein für die Hydrierung
geeignetes Reaktionsgefäß geführt (
Erfindungsgemäß handelt es sich um einen beheizbaren Reaktor, wobei durch geeignete Maßnahmen, z. B. Rührung, Umwälzung oder Gasumlauf, für eine gute Durchmischung gesorgt wird. Beispielsweise kann es sich um einen Rührreaktor, einen Gasumlaufreaktor oder eine Blasensäule handeln. Bevorzugt sind Gasumlaufreaktor oder Blasensäule. Falls mehrere Reaktoren eingesetzt werden, z. B. zwei bis vier, so können diese in einer Kaskade angeordnet sein. Bei einer Reaktorkaskade kann der zur Hydrierung verwendete Wasserstoff in den ersten der Reaktoren oder in alle Reaktoren der Kaskade geleitet werden. Bevorzugt wird der Wasserstoff in den ersten Reaktor geführt.Acting according to the invention it is a heatable reactor, taking suitable measures, z. B. agitation, circulation or gas circulation, for good mixing is ensured. For example, it can a stirred reactor, a circulating gas reactor or a bubble column. Gas circulation reactors are preferred or bubble column. If multiple reactors are used, e.g. B. two to four, so can these can be arranged in a cascade. With a reactor cascade the hydrogen used for the hydrogenation in the first of the Reactors or in all reactors of the cascade. Prefers the hydrogen is fed into the first reactor.
Der Zulauf der zu hydrierenden Dispersion erfolgt erfindungsgemäß kontinuierlich in den ersten beheizbaren Reaktor mittels eines Pumpsystems, beispielsweise einer Hochdruckpumpe.The According to the invention, the dispersion to be hydrogenated is fed continuously in the first heatable reactor by means of a pump system, for example a high pressure pump.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dem wenigstens einen beheizbaren Reaktor ein Nachreaktor nachgeschaltet. Anschließend erfolgt die Abgasabtrennung beispielsweise mittels eines Hochdruckabscheiders, bevor die hydrierte Dispersion entspannt wird.In a preferred embodiment of the method according to the invention the at least one heatable reactor is followed by a post-reactor. Subsequently the exhaust gas is separated off, for example by means of a high-pressure separator, before the hydrogenated dispersion is let down.
Es ist oftmals zweckmäßig, die Reaktoren zuvor mit einem inerten Gas, beispielsweise Stickstoff, zu spülen.It is often appropriate, the Reactors beforehand with an inert gas, for example nitrogen, to wash.
Die Hydrierung erfolgt in der Regel bei einem Partialdruck des Wasserstoffs im Bereich von 0,5 bis 600 bar, vorzugsweise 50 bis 400 bar, insbesondere 100 bis 300 bar. Die Reaktionstemperatur liegt in der Regel im Bereich von 20 bis 250 °C, vorzugsweise 50 bis 200 °C, insbesondere 100 bis 180 °C. Je nach Art des Katalysatorsystems und dem gewünschten Umsatz werden Katalysatormengen im Bereich von 1 bis 1000 ppm Ruthenium und/oder Rhodium, bezogen auf das Gesamtgewicht der zu hydrierenden Polymerisatdispersion, vorzugsweise 5 bis 500 ppm eingesetzt. Die Verweilzeit liegt in der Regel im Bereich von 1 bis 30 Stunden, vorzugsweise 2 bis 25 Stunden und insbesondere 3 bis 20 Stunden.The hydrogenation is generally carried out at a partial pressure of hydrogen in the range from 0.5 to 600 bar, preferably 50 to 400 bar, in particular 100 to 300 bar. The reaction temperature is generally in the range from 20 to 250 ° C., preferably 50 to 200 ° C., in particular 100 to 180 ° C. Depending on the type of catalyst system and the desired conversion, amounts of catalyst are in the range from 1 to 1000 ppm Ruthenium and / or rhodium, based on the total weight of the polymer dispersion to be hydrogenated, preferably 5 to 500 ppm. The residence time is generally in the range from 1 to 30 hours, preferably 2 to 25 hours and in particular 3 to 20 hours.
Die Reaktion kann je nach gewünschter Eigenschaft des hydrierten Polymers bis zu einem bestimmten Umsatz geführt werden, der in bekannter Weise durch Wahl der Reaktionsparameter wie Wasserstoffdruck und Temperatur, Art und Menge des eingesetzten Katalysatorsystems sowie Verweilzeit eingestellt werden kann. Vorzugsweise führt man die Reaktion bis zu einem Umsatz von wenigstens 50 %, bezogen auf die in P enthaltenen ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen. Eine Umsatzbestimmung kann beispielsweise IR-spektroskopisch durch Kontrolle der für ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen typischen Banden im Bereich von 900 bis 1000 cm–1 erfolgen.Depending on the desired property of the hydrogenated polymer, the reaction can be carried out up to a certain conversion, which can be adjusted in a known manner by selecting the reaction parameters such as hydrogen pressure and temperature, type and amount of the catalyst system used and residence time. The reaction is preferably carried out up to a conversion of at least 50%, based on the ethylenically unsaturated double bonds contained in P. A conversion can be determined, for example, by IR spectroscopy by checking the bands in the range from 900 to 1000 cm −1, which are typical for ethylenically unsaturated double bonds.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die ethylenischen Doppelbindungen der Polymerisate P auch in Gegenwart anderer hydrieraktiver Doppelbindungen, beispielsweise aromatische C=C-Doppelbindungen, Carbonylgruppen, Nitrilfunktionen etc., selektiv hydriert werden, ohne dass eine merkliche Hydrierung anderer Doppelbindungen beobachtet wird. Es werden ≤ 2 %, bevorzugt ≤ 1 % und besonders bevorzugt ≤ 0,5 %, beispielsweise zwischen 0,1 und ≤ 0,5 %, bezogen auf die Anzahl an Doppelbindungen im Polymerisat P, andere Doppelbindungen im Polymerisat P hydriert.The inventive method is characterized by the fact that the ethylenic double bonds the polymers P also in the presence of other hydrogenation-active double bonds, for example aromatic C = C double bonds, carbonyl groups, Nitrile functions etc., are selectively hydrogenated without any noticeable Hydrogenation of other double bonds is observed. It is ≤ 2%, preferably ≤ 1% and particularly preferably ≤ 0.5 %, for example between 0.1 and ≤ 0.5%, based on the number on double bonds in the polymer P, other double bonds in the polymer P is hydrogenated.
Die Durchführung der erfindungsgemäßen Hydrierung erfolgt in der Regel so, dass man einen der unten genannten Katalysatoren oder Katalysatorvorstufen sowie wenigstens einen oder mehrere Coliganden, beispielsweise die unten genannten phosphorenthaltenden Verbindungen, gegebenenfalls gelöst in einem organischen Lösungsmittel, zu der Polymerisatdispersion gibt.The execution the hydrogenation according to the invention usually takes place in such a way that one of the catalysts mentioned below or catalyst precursors and at least one or more coligands, for example the phosphorus-containing compounds mentioned below, if appropriate solved in an organic solvent, to the polymer dispersion.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hydrierkatalysator ohne Zusatz eines organischen Lösungsmittels in die Dispersion des zu hydrierenden Polymeren P eingearbeitet. Zu diesem Zweck kann der Hydrierkatalysator als solcher, d. h. in Form einer Komplexverbindung, die das jeweilige Übergangsmetall und wenigstens eine phosphorhaltige Verbindung als Liganden enthält, in die Dispersion eingearbeitet werden. In diesem Falle erfolgt die Einarbeitung in der Regel durch Zugabe der Komplexverbindung aus Übergangsmetall und Coligand, bevorzugt aus der Gruppe der phosphorhaltigen Verbindungen, in die wässrige Dispersion des zu hydrierenden Polymeren P. Die Komplexverbindung aus Übergangsmetall und phosphorhaltiger Verbindung kann als Feststoff, als wässrige Lösung oder als Lösung in einem organischen Lösungsmittel zugegeben werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention the hydrogenation catalyst without the addition of an organic solvent incorporated into the dispersion of the polymer P to be hydrogenated. For this purpose, the hydrogenation catalyst as such, i.e. H. in Form of a complex compound that the respective transition metal and at least contains a phosphorus-containing compound as ligand in the dispersion be incorporated. In this case, familiarization takes place in usually by adding the complex compound from transition metal and Coligand, preferably from the group of phosphorus-containing compounds, into the watery Dispersion of the polymer to be hydrogenated P. The complex compound made of transition metal and phosphorus-containing compound as a solid, as an aqueous solution or as a solution in an organic solvent be added.
Man kann das Übergangsmetall und die phosphorhaltige Verbindung auch separat in die Dispersion des zu hydrierenden Polymeren P einarbeiten. Zu diesem Zweck arbeitet man das Übergangsmetall in Form eines Salzes oder einer Komplexverbindung, die keine phosphorhaltige Verbindung umfasst, in die Dispersion des Polymeren P ein. Die phosphorhaltige Verbindung wird hierbei als separate Verbindung in die Dispersion des Polymeren P eingearbeitet.you can the transition metal and the phosphorus-containing compound also separately in the dispersion of incorporate polymers P to be hydrogenated. Works for this purpose one the transition metal in the form of a salt or a complex compound that does not contain phosphorus Compound comprises, in the dispersion of the polymer P. The phosphorus Connection is here as a separate connection in the dispersion of Polymers P incorporated.
Zur Einarbeitung des Übergangsmetalls in die Dispersion des Polymeren P kann man beispielsweise ein Salz oder eine geeignete Komplexverbindung des Übergangsmetalls als Feststoff oder als Lösung in Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel zu der Dispersion des Polymeren P geben.to Incorporation of the transition metal For example, a salt can be added to the dispersion of the polymer P. or a suitable complex compound of the transition metal as a solid or as a solution in water or in an organic solvent to the dispersion of the polymer P.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Einarbeitung des Übergangsmetalls so, dass man vor der Herstellung der Dispersion des Polymeren P ein Salz oder eine Komplexverbindung des Übergangsmetalls in den zu polymerisierenden Monomeren M löst und anschließend das Polymer P durch Polymerisation der Monomere M in Gegenwart des Übergangsmetalls herstellt. Diese Methode bietet sich insbesondere dann an, wenn die Herstellung der wässrigen Dispersion des Polymeren P durch radikalische wässrige Emulsionspolymerisation der das Polymer P bildenden Monomere M erfolgt. Sofern es sich bei der wässrigen Dispersion des Polymeren P um eine Sekundärdispersion handelt, kann man das Übergangsmetall in geeigneter Form in einer Lösung oder Schmelze des Polymeren lösen, die dann in die eigentliche wässrige Dispersion des Polymeren P überführt wird. Die phosphorhaltige Verbindung kann prinzipiell zu jedem der oben genannten Zeitpunkte zugegeben werden. Vorzugsweise gibt man die phosphorhaltige Verbindung zu der wässrigen Dispersion des Polymeren P. Insbesondere gibt man sie erst kurz vor der Hydrierung zu der wässrigen Dispersion des Polymeren P.In a preferred embodiment of the method according to the invention the transition metal is incorporated so that before the preparation of the dispersion of the polymer P a salt or a complex compound of the transition metal in those to be polymerized Monomers M dissolves and then that Polymer P by polymerizing the monomers M in the presence of the transition metal manufactures. This method is particularly useful if the production of the aqueous Dispersion of the polymer P by radical aqueous emulsion polymerization of the monomers M forming the polymer P. Unless it is the watery Dispersion of the polymer P is a secondary dispersion, the transition metal in a suitable form in a solution or melt the polymer, which then into the actual watery Dispersion of the polymer P is transferred. The phosphorus-containing compound can in principle be added to any of the above mentioned times are added. They are preferably given phosphorus-containing compound to the aqueous dispersion of the polymer P. In particular, they are added to the shortly before the hydrogenation aqueous Dispersion of the polymer P.
Erfindungsgemäß geeignete Salze und Komplexverbindungen des Rhodiums und des Rutheniums, die noch keine phosphorhaltige Verbindung als Liganden enthalten, sind im folgenden beispielhaft aufgeführt: Zu den Salzen des Rutheniums und des Rhodiums zählen deren Hydride, Oxyde, Sulfide, Nitrate, Sulfate, Halogenide, z. B. deren Chloride, Carboxylate, z. B. deren Acetate, Propionate, Ethylhexanoate oder Benzoate, deren Salze mit Sulfonsäuren sowie gemischte Salze, d. h. Salze mit verschiedenen Anionen, z. B. die Oxidchloride. Weiterhin eignen sich Salze von komplexen Ionen des Rhodiums und/oder Rutheniums, beispielsweise die Salze der Rhodium- bzw. der Rutheniumsauerstoffsäuren, die Salze von Halogenoruthenaten und Halogenorhodaten, insbesondere die Chlororuthenate und Chlororhodate, die Ammin- und Aquokomplexe der Rhodiumhalogenide und der Rutheniumhalogenide, insbesondere der Chloride, sowie die Salze von Nitroruthenaten. Beispiele für die vorgenannten Salze und komplexen Salze sind: Ruthenium(III)chlorid, Ruthenium(III)nitrosylchlorid, Ammoniumpentachloroaquoruthenat(III), Hexamminruthenium(II)- und -ruthenium(III)chlorid, Dichlorobis(2,2'-dipyridyl)ruthenium(II), Tris(2,2'-dipyridyl)ruthenium(II)chlorid, Pentammin-chlororuthenium(III)chlorid, Kaliumpentachloronitrosylruthenium(II), Ruthenium(IV)oxid, Tetraacetatochlorodiruthenium(II,III), Hexakisacetatotriaquo-μ-oxotriruthenium(III)acetat, Rhodium(III)chlorid, Rhodium(III)hydroxyd, Rhodium(III)nitrat, Rhodium(III)sulfat, Ammoniumpentachloroaquorhodat(III), Kaliumpentachlororhodat(III), Natriumhexachlororhodat(III), Triammintrichlororhodium(III), Trisethylendiaminrhodium(III)chlorid, Rhodium(II)acetat-Dimer, Hexakisacetatotriaquo-μ-oxotrisrhodium(III), Rhodium(III)hydroxid, Rhodium(IV)oxid und Kaliumhexanitrorhodat(III). Ebenfalls geeignet sind neutrale Komplexe des Rhodiums und des Rutheniums. Hierbei sei angemerkt, dass die Übergänge zwischen Salzen des Rutheniums bzw. Rhodiums sowie salzartigen und neutralen Komplexen fließend sind und die vorliegende Einteilung nur ordnenden Charakter hat. Beispiele für neutrale Komplexe, die keine phosphorhaltige Verbindung enthalten, sind die 2,4-Pentandionate des Rhodiums und des Rutheniums wie Ruthenium(III)tris-2,4-pentandionat, Rhodium(I)dicarbonyl-2,4-pentandionat, Rhodium(III)tris-2,4-pentandionat, Bisethylenrhodium(I)-2,4-pentandionat und Norbornadienrhodium(I)-2,4-pentandionat, die Carbonylkomplexe des Rutheniums und des Rhodiums wie Dodecacarbonyltetrarhodium, Hexadecacarbonylrhodium, Tetracarbonyldi-μ-chlorodirhodium(I) und Dodecacarbonyltriruthenium.Examples of salts and complex compounds of rhodium and ruthenium which are suitable according to the invention and which do not yet contain any phosphorus-containing compound as ligands are listed below: The salts of ruthenium and rhodium include their hydrides, oxides, sulfides, nitrates, sulfates, Ha logenide, e.g. B. their chlorides, carboxylates, e.g. B. their acetates, propionates, ethylhexanoates or benzoates, their salts with sulfonic acids and mixed salts, ie salts with different anions, for. B. the oxide chlorides. Also suitable are salts of complex ions of rhodium and / or ruthenium, for example the salts of rhodium or of ruthenium oxygen acids, the salts of halogenoruthenates and halogenorhodates, in particular the chlororuthenates and chlororhodates, the amine and aquo complexes of the rhodium halides and the ruthenium halides, in particular the chlorides, as well as the salts of nitroruthenates. Examples of the aforementioned salts and complex salts are: ruthenium (III) chloride, ruthenium (III) nitrosyl chloride, ammonium pentachloroaquoruthenate (III), hexamminruthenium (II) and ruthenium (III) chloride, dichlorobis (2,2'-dipyridyl) ruthenium (II), tris (2,2'-dipyridyl) ruthenium (II) chloride, pentammine chlororuthenium (III) chloride, potassium pentachloronitrosylruthenium (II), ruthenium (IV) oxide, tetraacetochlorodiruthenium (II, III), hexakisacetate triaquo-μ-oxotrirutium (III) acetate, rhodium (III) chloride, rhodium (III) hydroxide, rhodium (III) nitrate, rhodium (III) sulfate, ammonium pentachloroaquorhodate (III), potassium pentachlororhodate (III), sodium hexachlororhodate (III), triammine trichlororhodium (III), trisethylene diamine (III) chloride, rhodium (II) acetate dimer, hexakisacetatotriaquo-μ-oxotrisrhodium (III), rhodium (III) hydroxide, rhodium (IV) oxide and potassium hexanitrorhodate (III). Neutral complexes of rhodium and ruthenium are also suitable. It should be noted here that the transitions between salts of ruthenium or rhodium as well as salt-like and neutral complexes are fluid and the classification here is only of an orderly nature. Examples of neutral complexes which contain no phosphorus-containing compound are the 2,4-pentanedionates of rhodium and ruthenium such as ruthenium (III) tris-2,4-pentanedionate, rhodium (I) dicarbonyl-2,4-pentanedionate, rhodium ( III) tris-2,4-pentanedionate, bisethylenrhodium (I) -2,4-pentanedionate and norbornadienrhodium (I) -2,4-pentanedionate, the carbonyl complexes of ruthenium and rhodium such as dodecacarbonyltetrarhodium, hexadecacarbonylrhodium, tetracarbonirdi-μ (chloro I) and dodecacarbonyl triruthenium.
Erfindungsgemäß geeignet sind organische, phosphorhaltige Verbindungen, worin die Phosphoratome dreiwertig sind. Sie enthalten vorzugsweise ein oder zwei Phosphoratome.Suitable according to the invention are organic, phosphorus-containing compounds, in which the phosphorus atoms are trivalent. They preferably contain one or two phosphorus atoms.
Beispiele
für bevorzugte
phosphorhaltige Verbindungen sind die Verbindungen der allgemeinen
Formel I
R
gleich oder verschieden sein können
und unabhängig
voneinander C1-C10-Alkyl,
C4-C1 2-Cycloalkyl,
Aryl, C1-C10-Alkyloxy,
C4-C1 2-Cycloalkyloxy
und Aryloxy oder Fluor stehen, oder zwei Reste R gemeinsam C3-C6-Alkylen, C3-C6-Alkenylen oder
C3-C6-Alkadienylen
bedeuten,
A einen bivalenten Kohlenwasserstoffrest bedeutet,
x,
y unabhängig
voneinander für
0 oder 1, und vorzugsweise für
0 stehen,
P Phosphor und
O Sauerstoff ist.Examples of preferred phosphorus-containing compounds are the compounds of the general formula I.
R may be the same or different and independently of one another C 1 -C 10 alkyl, C 4 -C 1 2 cycloalkyl, aryl, C 1 -C 10 alkyloxy, C 4 -C 1 2 -cycloalkyloxy and aryloxy or fluorine, or two radicals R together are C 3 -C 6 alkylene, C 3 -C 6 alkenylene or C 3 -C 6 alkadienylene,
A represents a bivalent hydrocarbon radical,
x, y independently of one another stand for 0 or 1, and preferably stand for 0,
P phosphorus and
O is oxygen.
In diesem Zusammenhang steht C1-C10-Alkyl sowohl für lineares, als auch verzweigtes Alkyl, das 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 6 und insbesondere 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweist, z. B. Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, 2-Butyl, Isobutyl, tert.-Butyl, n-Hexyl, 2-Ethylhexyl und n-Decyl. C1-C10-Alkyloxy steht für eine lineare oder verzweigte, primäre, sekundäre oder tertiäre Alkoxygruppe mit 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 6 und insbesondere 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, z. B. Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, Isopropoxy, n-Butoxy, 2-Butyloxy, tert.-Butoxy, n-Hexyloxy, 2-Ethylhexyloxy. Die Alkylgruppen in C1-C10-Alkyl und C1-C10-Alkyloxy können teilweise oder vollständig halogeniert sein und/oder eine, zwei oder drei funktionelle Gruppen, ausgewählt unter Hydroxy- oder Aminofunktionen aufweisen oder durch ein oder mehrere, nicht benachbarte Sauerstoffatome oder Iminogruppen unterbrochen sein können. Beispiele für derartige Reste sind 2-Hydroxyethyl, Hydroxypropyl, 2-Aminoethyl, 5-Hydroxy-3-oxopentyl. Teilweise halogeniert bedeutet hier und im folgenden, dass die jeweilige Gruppe eines, zwei, drei, vier oder fünf Halogenatome, vorzugsweise Chlor oder Fluor aufweist.In this context, C 1 -C 10 alkyl is both linear and branched alkyl which has 1 to 10, preferably 1 to 6 and in particular 1 to 4 carbon atoms, for. B. methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, 2-butyl, isobutyl, tert-butyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl and n-decyl. C 1 -C 10 alkyloxy represents a linear or branched, primary, secondary or tertiary alkoxy group having 1 to 10, preferably 1 to 6 and in particular 1 to 4 carbon atoms, for. B. methoxy, ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, n-butoxy, 2-butyloxy, tert-butoxy, n-hexyloxy, 2-ethylhexyloxy. The alkyl groups in C 1 -C 10 alkyl and C 1 -C 10 alkyloxy can be partially or completely halogenated and / or have one, two or three functional groups, selected from hydroxy or amino functions, or by one or more, not adjacent Oxygen atoms or imino groups can be interrupted. Examples of such radicals are 2-hydroxyethyl, hydroxypropyl, 2-aminoethyl, 5-hydroxy-3-oxopentyl. Here and below, partially halogenated means that the respective group has one, two, three, four or five halogen atoms, preferably chlorine or fluorine.
C4-C1 2-Cycloalkyl steht für gesättigte Mono-, Bi- und Tricyclen wie Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Norbornyl, Camphyl oder Tricyclodecanyl, die bis zu 12 Kohlenstoffatome aufweisen können und die teilweise oder vollständig halogeniert sein und/oder einen, zwei oder drei Substituenten als funktionellen Gruppen, ausgewählt unter C1-C4-Alkyl, C1-C4-Alkoxy, Hydroxy- oder Aminofunktionen, aufweisen können. Sie können außerdem im Cyclus ein oder mehrere, nicht benachbarte Sauerstoffatome oder Iminogruppen aufweisen.C 4 -C 1 2 cycloalkyl represents saturated mono-, bi- and tricyclic compounds such as cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, norbornyl, camphyl or tricyclodecanyl, which may have up to 12 carbon atoms and which may be partially fully halogenated or and / or one, two or three substituents as functional groups, selected from C 1 -C 4 alkyl, C 1 -C 4 alkoxy, hydroxy or amino functions. They can also have one or more non-adjacent oxygen atoms or imino groups in the cycle.
Sofern zwei Reste R gemeinsam für C3-C6-Alkylen, C3-C6-Alkenylen oder C3-C6-Alkadienylen stehen, bedeuten sie eine lineare Kohlenstoffkette mit 3, 4, 5 oder 6 Kohlenstoffatomen in der Kette, wobei diese durch ein oder zwei Sauerstoffatome unterbrochen sein kann. Somit bilden sie gemeinsam mit dem Phosphoratom, an das sie gebunden sind, einen Phosphorheterocyclus, der neben dem Phosphoratom auch ein oder zwei Sauerstoffatome aufweisen kann und wenigstens 4 bis zu 9 Ringatome aufweist. C3-C6-Alkylen, C3-C6-Alkenylen oder C3-C6-Alkadienylen können sowohl einen, zwei oder drei Substituenten oder funktionelle Gruppen, ausgewählt C1-C4-Alkyl, C1-C4-Alkoxy, Hydroxy- oder Aminofunktionen, aufweisen. Sie können auch mit einem oder zwei Phenylgruppen einen kondensierten Polycyclus bilden. Beispielsweise können zwei Reste R einen Tetrahydrophosphol-1-yl-, Benzodihydrophosphol-1-yl-, Dibenzophosphol-1-yl- oder einen Phenoxaphosphan-10-yl-Rest bilden.If two radicals R together represent C 3 -C 6 alkylene, C 3 -C 6 alkenylene or C 3 -C 6 alkadienylene, they mean a linear carbon chain with 3, 4, 5 or 6 carbon atoms in the chain, where this can be interrupted by one or two oxygen atoms. Thus, together with the phosphorus atom to which they are attached, they form a phosphorus heterocycle which, in addition to the phosphorus atom, can also have one or two oxygen atoms and has at least 4 to 9 ring atoms. C 3 -C 6 alkylene, C 3 -C 6 alkenylene or C 3 -C 6 alkadienylene can be either one, two or three substituents or functional groups, selected from C 1 -C 4 alkyl, C 1 -C 4 - Alkoxy, hydroxy or amino functions. You can also form a condensed polycycle with one or two phenyl groups. For example, two radicals R can form a tetrahydrophosphol-1-yl, benzodihydrophosphol-1-yl, dibenzophosphol-1-yl or a phenoxaphosphan-10-yl radical.
Aryl steht für ein ein- bis mehrkerniges aromatisches Ringsystem, bevorzugt für ein ein- bis dreikerniges aromatisches Ringsystem enthaltend 6 bis 14 Kohlenstoffringglieder, z. B. Phenyl, Naphthyl oder Anthracenyl, die teilweise oder vollständig halogeniert sein können und/oder einen oder mehrere Substituenten, ausgewählt unter C1-C4-Alkyl, C1-C4-Alkyloxy, Amino, Di-C1-C4-alkylamino und Hydroxy, das gegebenenfalls auch ethoxyliert sein kann, aufweisen können. Bevorzugtes Aryl ist Phenyl, o-, m- oder p-Tolyl, p-Chlorphenyl, p-tert.-Butylphenyl und p-Hydroxyphenyl, das auch ethoxyliert sein kann (EO-Grad 1 bis 50). Ebenfalls möglich ist Alkylaryl, wie beispielsweise Benzyl.Aryl stands for a mono- to polynuclear aromatic ring system, preferably for a mono- to trinuclear aromatic ring system containing 6 to 14 carbon ring members, e.g. B. phenyl, naphthyl or anthracenyl, which may be partially or completely halogenated and / or one or more substituents selected from C 1 -C 4 alkyl, C 1 -C 4 alkyloxy, amino, di-C 1 -C 4 alkylamino and hydroxy, which may optionally also be ethoxylated. Preferred aryl is phenyl, o-, m- or p-tolyl, p-chlorophenyl, p-tert-butylphenyl and p-hydroxyphenyl, which can also be ethoxylated (EO grade 1 to 50). Alkylaryl, such as benzyl, is also possible.
A steht für einen gesättigten oder ungesättigten, monocyclischen, poylcyclischen oder acyclischen, zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit vorzugsweise bis zu 25 Kohlenstoffatomen.A stands for a saturated or unsaturated, monocyclic, polycyclic or acyclic, divalent hydrocarbon radical with preferably up to 25 carbon atoms.
A steht beispielsweise für lineares oder verzweigtes C2-C1 2-, vorzugsweise C3-C6-Alkylen wie 1,2-Ethylen, 1,2- bzw. 1,3-Propylen, 2,3-Butylen, 2,2-Dimethyl-1,3-propylen, Butyn-1,4-diyl, das gegebenenfalls substituiert und/oder Teil eines Carbocyclus oder eines Heterocyclus ist, z. B. wie in 2,3-(1',3'-Dioxa-2',2'-dimethylpropan-1',3'-diyl)butan-1,4-diyl und trans- oder cis-Norbornan-1,2-diyl. A steht weiterhin auch für zweiwertige mono-, bi- oder tricyclische Reste mit Phenyl-, Naphthyl- oder Anthracenylgruppen und umfasst insbesondere o-Phenylen, o,o-Diphenlyen, (o,o-Diphenylen)methan, 2,2-(o,o-Diphenylen)propan, (o,o-Diphenylen)ether, 1,8-Naphthylen, 2,2'-Binaphthylen, 1,1'-Ferrocenylen, 1,9-Anthracenylen, 1,9-Xanthenylen, wobei die Phenylen-, Naphthylen- oder Anthracenylengruppen teilweise oder vollständig halogeniert sein können und/oder einen oder mehrere Substituenten, ausgewählt unter C1-C4-Alkyl, C1-C4-Alkyloxy, Amino, Di-C1-C4-alkylamino und Hydroxy, das gegebenenfalls auch ethoxyliert sein kann, aufweisen können.A is, for example linear or branched C 2 -C 1 2 -, C 3 -C 6 alkylene, preferably as 1,2-ethylene, 1,2- or 1,3-propylene, 2,3-butylene, 2, 2-dimethyl-1,3-propylene, butyn-1,4-diyl, which is optionally substituted and / or is part of a carbocycle or a heterocycle, e.g. B. as in 2,3- (1 ', 3'-dioxa-2', 2'-dimethylpropan-1 ', 3'-diyl) butane-1,4-diyl and trans- or cis-norbornane-1, 2-diyl. A also stands for divalent mono-, bi- or tricyclic radicals with phenyl, naphthyl or anthracenyl groups and includes in particular o-phenylene, o, o-diphenylene, (o, o-diphenylene) methane, 2,2- (o , o-diphenylene) propane, (o, o-diphenylene) ether, 1,8-naphthylene, 2,2'-binaphthylene, 1,1'-ferrocenylene, 1,9-anthracenylene, 1,9-xanthenylene, where the Phenylene, naphthylene or anthracenylene groups can be partially or completely halogenated and / or one or more substituents selected from C 1 -C 4 alkyl, C 1 -C 4 alkyloxy, amino, di-C 1 -C 4 alkylamino and hydroxy, which can optionally also be ethoxylated.
Bevorzugte Reste R sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, 2-Butyl, Isobutyl, tert.-Butyl, n-Hexyl, Cyclohexyl, Cyclopentyl, Phenyl, o-, m- oder p-Tolyl, p-Chlophenyl, p-tert.-Butylphenyl und p-Hydroxyphenyl, insbesondere n-Butyl, 2-Butyl, Isobutyl, tert.-Butyl, Cyclohexyl und Phenyl.preferred Radicals R are methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, 2-butyl, Isobutyl, tert-butyl, n-hexyl, cyclohexyl, cyclopentyl, phenyl, o-, m- or p-tolyl, p-chlorophenyl, p-tert-butylphenyl and p-hydroxyphenyl, in particular n-butyl, 2-butyl, isobutyl, tert-butyl, cyclohexyl and phenyl.
Bevorzugt haben die Reste R dieselbe Bedeutung.Prefers the radicals R have the same meaning.
Beispiele für bevorzugte Verbindungen der Formel I sind Triphenylphosphin, Triisopropylphosphin, Tri-n-butylphosphin, Tri-n-octylphosphin, Tricyclopentylphosphin, Tricyclohexylphosphin, Trisanisylphosphin, Tris(p-tolyl)phosphin, Triethylphosphit, Tri-n-butylphosphit und Dibenzophosphol. Beispiele für bevorzugte Verbindungen der Formel II sind 1,2-Bis(diphenylphosphino)ethan, 1,3-Bis(diphenylphosphino)propan, 1,1'-Bis(diphenylphosphino)ferrocen, 2,2'-Bis(diphenylphosphino)-1,1'-biphenyl und 2,2'-Bis(diphenylphosphino)-1,1'-naphthyl. Weitere Beispiel für Verbindungen der allgemeinen Formel II finden sich in WO 97/33854, Angew. Chem. 1999, 111, S. 349 sowie in Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds, Vol. 1 (Hrsg., B. Cornils, W. A. Herrman), VCH Weinheim, New York 1996.Examples for preferred Compounds of the formula I are triphenylphosphine, triisopropylphosphine, tri-n-butylphosphine, Tri-n-octylphosphine, tricyclopentylphosphine, tricyclohexylphosphine, Trisanisylphosphine, tris (p-tolyl) phosphine, triethylphosphite, tri-n-butylphosphite and Dibenzophosphole. examples for preferred compounds of formula II are 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane, 1,1'-bis (diphenylphosphino) ferrocene, 2,2'-bis (diphenylphosphino) -1,1'-biphenyl and 2,2'-bis (diphenylphosphino) -1,1'-naphthyl. Further example for Compounds of the general formula II can be found in WO 97/33854, Angew. Chem. 1999, 111, p. 349 and in Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds, Vol. 1 (ed., B. Cornils, W. A. Herrman), VCH Weinheim, New York 1996.
Die erfindungsgemäßen phosphorhaltigen Verbindungen können auch dahingehend modifiziert sein, dass sie noch weitere zur Koordination mit dem Metallatom geeignete Atome oder Atomgruppen, wie Amino- oder Iminogruppen, z. B. Oxazilon- und Imidazolin-Gruppen, aufweisen. Bevorzugte phosphorhaltige Verbindungen sind die oben genannten Verbindungen der allgemeinen Formel I und II.The phosphorus-containing according to the invention Connections can also be modified in such a way that they have more for coordination atoms or atomic groups suitable with the metal atom, such as amino or Imino groups, e.g. B. oxazilone and imidazoline groups. Preferred phosphorus-containing compounds are those mentioned above Compounds of the general formula I and II.
Komplexe
des Rutheniums mit wenigstens einer phosphorhaltigen Verbindung
gehorchen vorzugsweise der allgemeinen Formel III:
X1; X2 unabhängig voneinander
für Wasserstoff,
Halogen, vorzugsweise Chlorid, das Anion einer Carbonsäure, z.
B. Acetat, Benzoat oder Ethylhexanoat oder einer Sulfonsäure, z.
B. Phenylsulfonat, Acetylacetonat, Phenyl, das gegebenenfalls substituiert
ist, stehen,
k; l unabhängig
voneinander für
0, 1 oder 2 stehen, mit der Maßgabe,
dass k + l = 1 oder 2 ist,
L1 ausgewählt ist
unter Carbonyl, Pyridin, Benzonitril, Dibenzophosphol, Cycloolefinen
und einem Liganden der allgemeinen Formel PR3,
worin R die zuvor genannten Bedeutungen hat, und
L2 für einen
phosphorhaltigen Liganden der Formel I steht und (L2)2 auch für
einen phosphorhaltigen Liganden der Formel II stehen kann.Complexes of ruthenium with at least one phosphorus-containing compound preferably obey the general formula III:
X 1 ; X 2 independently of one another for hydrogen, halogen, preferably chloride, the anion of a carboxylic acid, for. B. acetate, benzoate or ethylhexanoate or a sulfonic acid, e.g. B. phenyl sulfonate, acetylacetonate, phenyl, which is optionally substituted,
k; l independently of one another represent 0, 1 or 2, with the proviso that k + l = 1 or 2,
L 1 is selected from carbonyl, pyridine, benzonitrile, dibenzophosphole, cycloolefins and a ligand of the general formula PR 3 , in which R has the meanings given above, and
L 2 stands for a phosphorus-containing ligand of the formula I and (L 2 ) 2 can also stand for a phosphorus-containing ligand of the formula II.
Komplexe
des Rhodiums mit wenigstens einer phosphorhaltigen Verbindung gehorchen
vorzugsweise der allgemeinen Formel IV:
X
für Halogenid,
vorzugsweise Chlorid oder Bromid, das Anion einer Carbonsäure, Acetylacetonat,
Aryl- oder Alkylsulfonat, Hydrid oder das Diphenyltriazinanion steht,
L3, L4, L5 unabhängig voneinander
für CO,
Olefine, Cycloolefine, Benzonitril, einen phosphorhaltigen Lliganden der
Formel I oder II,
m für
1 oder 2 und n für
0, 1 oder 2 stehen,
mit der Maßgabe, dass wenigstens einer
der Liganden L3, L4 und
L5 für
eine der oben genannten phosphorenthaltenden Liganden der allgemeinen
Formel I oder II steht.Complexes of rhodium with at least one phosphorus-containing compound preferably obey the general formula IV:
X represents halide, preferably chloride or bromide, the anion of a carboxylic acid, acetylacetonate, aryl or alkyl sulfonate, hydride or the diphenyltriazine anion,
L 3 , L 4 , L 5 independently of one another for CO, olefins, cycloolefins, benzonitrile, a phosphorus-containing ligand of the formula I or II,
m represents 1 or 2 and n represents 0, 1 or 2,
with the proviso that at least one of the ligands L 3 , L 4 and L 5 represents one of the above-mentioned phosphorus-containing ligands of the general formula I or II.
X steht in Formel III oder IV vorzugsweise für Hydrid, Chlorid, Bromid, Acetat, Tosylat, Acetylacetonat oder das Diphenyltriacinanion, insbesondere für Hydrid, Chlorid, Acetat oder Acetylacetonat.X in formula III or IV preferably represents hydride, chloride, bromide, Acetate, tosylate, acetylacetonate or the diphenyltriacine anion, in particular for hydride, Chloride, acetate or acetylacetonate.
Beispiele für geeignete Phosphinkomplexe der allgemeinen Formeln III und IV sind: Carbonylchlorohydridobis(tricyclohexylphosphin)ruthenium(II), Carbonylchlorohydridobis(triisopropylphosphin)ruthenium(II), Carbonylchlorohydridobis(triphenylphosphin)ruthenium(II), Carbonylchlorostyrylbis(tricyclohexylphosphin)ruthenium(II), Carbonylchlorostyrylbis(triisopropylphosphin)ruthenium(II), Carbonylchlorobenzoatobis(triphenylphosphin)ruthenium(II), Dichlorotris(triphenylphosphin)ruthenium(II), Bis(triphenylphosphin)rutheniumdicarbonylchlorid, Acetatohydridotris(triphenylphosphin)ruthenium(II), Chlorotris(triphenylphosphin)rhodium(I), Hydridotetrakis(triphenylphosphin)rhodium(I), Hydridotris(dibenzophosphol)rhodium(I).Examples for suitable Phosphine complexes of the general formulas III and IV are: carbonylchlorohydridobis (tricyclohexylphosphine) ruthenium (II), Carbonylchlorohydridobis (triisopropylphosphine) ruthenium (II), carbonylchlorohydridobis (triphenylphosphine) ruthenium (II), Carbonylchlorostyrylbis (tricyclohexylphosphine) ruthenium (II), carbonylchlorostyrylbis (triisopropylphosphine) ruthenium (II), Carbonylchlorobenzoatobis (triphenylphosphine) ruthenium (II), dichlorotris (triphenylphosphine) ruthenium (II), Bis (triphenylphosphine) ruthenium dicarbonyl chloride, acetateohydridotris (triphenylphosphine) ruthenium (II), Chlorotris (triphenylphosphine) rhodium (I), hydridotetrakis (triphenylphosphine) rhodium (I), Hydridotris (dibenzophosphole) rhodium (I).
Bevorzugtes Übergangsmetall im erfindungsgemäßen Verfahren ist Ruthenium. Ruthenium wird vorzugsweise als eine der oben genannten Rutheniumverbindungen mit 2,4-Pentandionat-Liganden eingesetzt. Insbesondere setzt man Ruthenium-tris-2,4-pentandionat ein. Ruthenium wird bevorzugt mit Verbindungen der Formel I eingesetzt, insbesondere mit Triisopropylphosphin, Tri-n-butylphosphin, Tris-n-octylphosphin, Tricyclohexylphosphin, Triphenylphosphin, Trisanisylphosphin und Tris(p-tolyl)phosphin.Preferred transition metal in the method according to the invention is ruthenium. Ruthenium is preferred as one of the above Ruthenium compounds with 2,4-pentanedionate ligands are used. In particular ruthenium tris-2,4-pentanedionate is used on. Ruthenium is preferably used with compounds of the formula I in particular with triisopropylphosphine, tri-n-butylphosphine, tris-n-octylphosphine, Tricyclohexylphosphine, triphenylphosphine, trisanisylphosphine and Tris (p-tolyl) phosphine.
Je nach Art des Katalysatorsystems und dem gewünschten Umsatz werden Katalysatormengen im Bereich von 1 bis 1000 ppm, vorzugsweise 5 bis 500 ppm Ruthenium und/oder Rhodium, bezogen auf das Gesamtgewicht des zu hydrierenden Polymers P eingesetzt. Das molare Verhältnis von phosphorhaltiger Verbindung zu Metallatom liegt in der Regel im Bereich von 1:10 bis 100:1, vorzugsweise 1:2 bis 50:1 und speziell 1:1 bis 20:1.ever amounts of catalyst depend on the type of catalyst system and the desired conversion in the range of 1 to 1000 ppm, preferably 5 to 500 ppm of ruthenium and / or rhodium, based on the total weight of the hydrogenated Polymers P used. The molar ratio of phosphorus Connection to metal atom is usually in the range of 1:10 to 100: 1, preferably 1: 2 to 50: 1 and especially 1: 1 to 20: 1.
Die Einarbeitung des Hydrierkatalysators in die Dispersion des zu hydrierenden Polymers P kann wie beschrieben sowohl ohne als auch mit Zusatz eines organischen Lösungsmittels erfolgen.The Incorporation of the hydrogenation catalyst into the dispersion of the hydrogenation Polymers P can, as described, both without and with additives an organic solvent respectively.
Als Substrate für das erfindungsgemäße Hydrierverfahren kommen prinzipiell alle wässrigen Dispersionen von Polymerisaten P mit ethylenisch ungesättigten Doppelbindungen in Betracht. Die Dispersionspartikel haben in der Regel eine Teilchengröße von 40 bis 500 nm, bevorzugt von 60 bis 250 nm und besonders bevorzugt von 70 bis 220 nm. Hierzu zählen sowohl Dispersionen, die durch radikalische Polymerisation von wässrigen Monomeremulsionen der Monomere M hergestellt werden (Primärdispersionen), als auch solche, deren Polymerisate auf anderem Wege hergestellt werden und anschließend in eine wässrige Dispersion überführt werden (Sekundärdispersionen). Der Begriff Polymerisatdispersion umfasst grundsätzlich auch Dispersionen von Mikrokapseln.As Substrates for the hydrogenation process according to the invention basically come all watery Dispersions of polymers P with ethylenically unsaturated Double bonds into consideration. The dispersion particles have in the Usually a particle size of 40 to 500 nm, preferably from 60 to 250 nm and particularly preferred from 70 to 220 nm. These include both dispersions by radical polymerization of aqueous Monomer emulsions of the monomers M are prepared (primary dispersions), as well as those whose polymers are produced in a different way and then in a watery Dispersion are transferred (Secondary dispersions). The term polymer dispersion basically also includes dispersions of Microcapsules.
Geeignete Polymerisate P, die ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen enthalten sind Homo- oder Copolymerisate konjugierter Diene, die in der Regel 10 bis 100 Gew.-% wenigstens eines konjugierten Diens als Monomer (a) enthalten. Geeignete Dien-Monomere (a) umfassen beispielsweise Butadien, Isopren, Chloropren, 1-Methylbutadien, 2,3-Dimethylbutadien, 2-(Tri-C1-C4-alkyl)silylbutadien, wie 2-Triethylsilyl-1,3-butadien, und deren Mischungen. Bevorzugte Monomere (a) sind Butadien und Isopren, insbesondere Butadien.Suitable polymers P which contain ethylenically unsaturated double bonds are homo- or copolymers of conjugated dienes which generally contain 10 to 100% by weight of at least one conjugated diene as monomer (a). Suitable diene monomers (a) include, for example, butadiene, isoprene, chloroprene, 1-methylbutadiene, 2,3-dimethylbutadiene, 2- (tri-C 1 -C 4 -alkyl) silylbutadiene, such as 2-triethylsilyl-1,3-butadiene , and their mixtures. Preferred monomers (a) are butadiene and isoprene, especially butadiene.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Hydrierung von Polymerisaten P eingesetzt, die aus wenigstens einem konjugierten Dien als Monomer (a) und wenigstens einem weiteren, mit dem Dien copolymerisierbaren Monomer (b) aufgebaut sind. Derartige Copolymere sind in der Regel aus 10 bis 99 Gew.-%, insbesondere 20 bis 95 Gew.-% Monomeren (a) und 1 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 80 Gew.-% Monomeren (b) aufgebaut.In a preferred embodiment is the inventive method for the Hydrogenation of polymers P used, consisting of at least one conjugated diene as monomer (a) and at least one other, are built up with the diene copolymerizable monomer (b). such Copolymers are usually from 10 to 99 wt .-%, in particular 20 to 95% by weight of monomers (a) and 1 to 90% by weight, preferably 5 to 80 wt .-% monomers (b) built.
Geeignete Monomere (b) sind beispielsweise Olefine, z. B. Ethylen, Propylen, vinylaromatische Monomere, z. B. Styrol, α-Methylstyrol, o-Chlorstyrol oder Vinyltoluole, Vinylester aliphatischer oder verzweigter C1-C18-Monocarbonsäuren wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinylvalerat, Vinylhexanoat, Vinyl-2-ethylhexanoat, Vinyldecanoat, Vinyllaurat und Vinylstearat, Ester aus vorzugsweise 3 bis 6 C-Atome aufweisenden ethylenischen ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren, wie insbesondere Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure, mit im allgemeinen 1 bis 12, vorzugsweise 1 bis 8 und insbesondere 1 bis 4 C-Atomen aufweisenden Alkanolen wie z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, 1-Butanol, 2-Butanol, Isobutanol, tert.-Butanol, n-Hexanol, 2-Ethylhexanol, oder C5-C10-Cycloalkanolen wie Cyclopentanol oder Cyclohexanol und hierunter besonders bevorzugt die Ester der Acrylsäure und/oder der Methacrylsäure, z. B. Methylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, tert.-Butylmethacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und tert.- Butylacrylat. Weiterhin kommen als Monomere (b) ethylenisch ungesättigte Nitrile wie Acrylnitril oder Methacrylnitril in Betracht. Bevorzugte Monomere (b) sind Styrol, α-Methylstyrol und Acrylnitril.Suitable monomers (b) are, for example, olefins, e.g. B. ethylene, propylene, vinyl aromatic monomers, e.g. B. styrene, α-methylstyrene, o-chlorostyrene or vinyltoluenes, vinyl esters of aliphatic or branched C 1 -C 18 monocarboxylic acids such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl valerate, vinyl hexanoate, vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl decanoate, vinyl laurate and vinyl stearate, esters preferably 3 to 6 carbon atom-containing ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids, such as in particular acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, with generally 1 to 12, preferably 1 to 8 and in particular 1 to 4 carbon atoms, such as , B. methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutanol, tert-butanol, n-hexanol, 2-ethylhexanol, or C 5 -C 10 cycloalkanols such as cyclopentanol or cyclohexanol and especially among them preferably the esters of acrylic acid and / or methacrylic acid, e.g. B. methyl methacrylate, n-butyl methacrylate, tert-butyl methacrylate, n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate and tert-butyl acrylate. Other suitable monomers (b) are ethylenically unsaturated nitriles such as acrylonitrile or methacrylonitrile. Preferred monomers (b) are styrene, α-methylstyrene and acrylonitrile.
Neben den Monomeren (a) und (b) können die zu hydrierenden Polymerisate P auch modifizierende Monomere (c) in einpolymerisierter Form enthalten. Die Polymerisate P können in der Regel bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere (a), (b) und (c), derartige modifizierende Monomere (c) einpolymerisiert enthalten. Zu den modifizierenden Monomeren (c) zählen Monomere (c'), die eine erhöhte Wasserlöslichkeit (z. B. > 60 g/l bei 25 °C und 1 bar) aufweisen. Die Monomere (c') umfassen z. B. die vorgenannten ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, insbesondere Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, die Amide der vorgenannten ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, z. B. Acrylamid und Methacrylamid, die N-Alkylolamide der vorgenannten ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren wie N-Methylolacrylamid und N-Methylolmethacrylamid, die Hydroxyalkylester der vorgenannten ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, z. B. 2-Hydroxyethylacrylat und -methacrylat, ethylenisch ungesättigte Sulfonsäuren bzw. deren Alkalimetallsalze, z. B. Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Methallylsulfonsäure, Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, ferner N-Vinyllactame, z. B. N-Vinylpyrrolidon oder N-Vinylcaprolactam. Derartige Monomere (c') werden in der Regel in untergeordnetem Maße, d. h < 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der zu polymerisierenden Monomere (a), (b) und (c), vorzugsweise ≤ 10 Gew.-%, beispielsweise in Mengen von bis zu 0,1 bis 10 Gew.-% und speziell 0,5 bis 8 Gew.-%, eingesetzt.Next the monomers (a) and (b) the polymers P to be hydrogenated also modifying monomers (c) contained in copolymerized form. The polymers P can in usually up to 20 wt .-%, based on the total weight of the monomers (a), (b) and (c), such modifying monomers (c) polymerized contain. Modifying monomers (c) include monomers (c ') which has increased water solubility (e.g.> 60 g / l at 25 ° C and 1 bar). The monomers (c ') include e.g. B. the aforementioned ethylenic unsaturated Carboxylic acids, especially acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, itaconic, the amides of the aforementioned ethylenically unsaturated carboxylic acids, e.g. B. acrylamide and methacrylamide, the N-alkylolamides of the aforementioned ethylenically unsaturated carboxylic acids such as N-methylolacrylamide and N-methylol methacrylamide, the hydroxyalkyl esters of the aforementioned ethylenically unsaturated Carboxylic acids, e.g. B. 2-hydroxyethyl acrylate and methacrylate, ethylenically unsaturated sulfonic acids or whose alkali metal salts, e.g. B. vinyl sulfonic acid, allylsulfonic acid, methallylsulfonic acid, acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, further N-vinyl lactams, e.g. B. N-vinyl pyrrolidone or N-vinyl caprolactam. Such monomers (c ') are usually to a lesser extent, d. h <20% by weight, based on the total amount of the monomers (a) to be polymerized, (b) and (c), preferably ≤ 10 % By weight, for example in amounts of up to 0.1 to 10% by weight and especially 0.5 to 8% by weight.
Weiterhin umfassen die Monomere (c) auch Monomere (c''), die wenigstens zwei nicht-konjugierte, ethylenisch ungesättigte Bindungen aufweisen, z. B. die Diester zweiwertiger Alkohole mit ethylenisch ungesättigten Monocarbonsäuren. Beispiele hierfür sind Alkylenglykoldiacrylate und Dimethacrylate wie Ethylenglykoldi(meth)acrylat, 1,3-Butylenglykoldi(meth)acrylat, 1,4-Butylenglykoldi(meth)acrylat, Propylenglykoldi(meth)acrylat, weiterhin Divinylbenzol, Vinylmethacrylat, Vinylacrylat, Allylmethacrylat, Allylacrylat, Diallylmaleat, Diallylfumarat, Diallylphthalat, Methylenbisacrylamid, Cyclopentadienylacrylat und -methacrylat, Tricyclodecenylacrylat und -methacrylat, N,N'-Divinylimidazolin-2-on oder Triallylcyanurat. Derartige Monomere werden, sofern erwünscht in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Monomere (a) + (b) + (c) eingesetzt.Farther the monomers (c) also comprise monomers (c ″), the at least two non-conjugated, ethylenically unsaturated bonds have, e.g. B. the diesters of dihydric alcohols with ethylenic unsaturated Monocarboxylic acids. Examples of this are alkylene glycol diacrylates and dimethacrylates such as ethylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-butylene glycol di (meth) acrylate, 1,4-butylene glycol di (meth) acrylate, Propylene glycol di (meth) acrylate, further divinylbenzene, vinyl methacrylate, Vinyl acrylate, allyl methacrylate, allyl acrylate, diallyl maleate, diallyl fumarate, Diallyl phthalate, methylenebisacrylamide, cyclopentadienyl acrylate and methacrylate, tricyclodecenyl acrylate and methacrylate, N, N'-divinylimidazolin-2-one or triallyl cyanurate. Such monomers are, if desired, in Amounts of 0.01 to 10 wt .-%, based on the total amount of monomers (a) + (b) + (c) used.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen insbesondere bei der Hydrierung von Polymerisatdispersionen zum Tragen, die Monomere (b) und/oder (c) einpolymerisiert enthalten, die funktionelle Gruppen aufweisen, welche grundsätzlich einer Hydrierung zugänglich sind. Hierzu zählen insbesondere Monomere mit Carbo nylgruppen, Nitrilgruppen und/oder Arylgruppen, z. B. Phenylgruppen, die gegebenenfalls auch substituiert sein können.The Advantages of the method according to the invention come especially in the hydrogenation of polymer dispersions to carry, which contain monomers (b) and / or (c) copolymerized, which have functional groups, which are basically one Hydrogenation accessible are. Which includes in particular monomers with carbonyl groups, nitrile groups and / or Aryl groups, e.g. B. phenyl groups, which are optionally also substituted could be.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen die Hydrierung von Polymerisatdispersionen, deren Polymerisate P im Wesentlichen aus Butadien und/oder Isopren, insbesondere Butadien als alleinigem Monomer (a), und aus Styrol, α-Methylstyrol, Acrylnitril, Methacrylnitril, Isobuten und/oder (Meth)acrylsäurealkylestern als Monomeren (b) aufgebaut sind.Preferred embodiments of the process according to the invention relate to the hydrogenation of polymer dispersions, the polymers P of which essentially consist of butadiene and / or isoprene, in particular butadiene as the sole monomer (a), and of styrene, α-methylstyrene, acrylonitrile, methacrylonitrile, isobutene and / or (meth) acrylic acid alkyl esters are built up as monomers (b).
Bevorzugte Monomerkombinationen (a)/(b) sind Butadien und/oder Isopren mit Styrol und/oder α-Methylstyrol, Butadien mit Acrylnitril und/oder Methacrylnitril, Butadien und Isopren mit Acrylnitril und/oder Methacrylnitril; Butadien mit Acrylnitril und Styrol; Butadien mit Isobuten; Butadien mit (Meth)acrylsäurealkylestern.preferred Monomer combinations (a) / (b) include butadiene and / or isoprene Styrene and / or α-methylstyrene, Butadiene with acrylonitrile and / or methacrylonitrile, butadiene and Isoprene with acrylonitrile and / or methacrylonitrile; Butadiene with acrylonitrile and styrene; Butadiene with isobutene; Butadiene with (meth) acrylic acid alkyl esters.
Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Hydrierung von Polymerisatdispersionen, deren Polymerisate P im Wesentlichen aufgebaut sind aus
- – 20 bis 95 Gew.-% Monomeren (a), ausgewählt unter Butadien und Isopren, und
- – 5 bis 80 Gew.-% Monomeren (b), ausgewählt unter Styrol, α-Methylstyrol und Acrylnitril,
- - 20 to 95 wt .-% monomers (a) selected from butadiene and isoprene, and
- 5 to 80% by weight of monomers (b) selected from styrene, α-methylstyrene and acrylonitrile,
Eine bevorzugte Monomerzusammensetzung der Monomere (a), (b) und (c) enthält
- – 30 bis 70 Gew.-% Butadien,
- – 30 bis 70 Gew.-% Styrol und
- – 0,1 bis 5 Gew.-% Acrylsäure,
- 30 to 70% by weight of butadiene,
- - 30 to 70 wt .-% styrene and
- 0.1 to 5% by weight of acrylic acid,
Die Herstellung derartiger Polymerisate P ist dem Fachmann bekannt und kann grundsätzlich durch anionische, radikalische oder Ziegler-Natta-Polymerisation in Lösung, in Substanz, in Suspension oder in Emulsion durchgeführt werden. Je nach Reaktionstyp liegen die konjugierten Diene 1,4-polymerisiert und/oder 1,2-polymerisiert vor. Für das erfindungsgemäße Hydrierverfahren werden vorzugsweise Polymerisate eingesetzt, die durch radikalische, wässrige Emulsionspolymerisation der vorgenannten Monomere (a) und gegebenenfalls (b) und/oder (c) (einschließlich Mini- und Mikroemulsionspolymerisation) hergestellt wurden. Diese Verfahren sind dem Fachmann hinreichend bekannt und in der Literatur ausführlich beschrieben, beispielsweise in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Vol. A21., S. 373–393. In der Regel werden solche Polymerisate in Gegenwart von Radikalinitiatoren und gegebenenfalls oberflächenaktiven Substanzen wie Emulgatoren und Schutzkolloiden (s. beispielsweise Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. XIV/1, Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme-Verlag, Stuttgart 1961, S. 192–208) durchgeführt.The The preparation of such polymers P is known to the person skilled in the art and can basically by anionic, radical or Ziegler-Natta polymerization in solution, be carried out in bulk, in suspension or in emulsion. Depending on the type of reaction, the conjugated dienes are 1,4-polymerized and / or 1,2-polymerized before. For the hydrogenation process according to the invention polymers are preferably used which are characterized by radical, aqueous Emulsion polymerization of the aforementioned monomers (a) and optionally (b) and / or (c) (including Mini and micro emulsion polymerization) were produced. This procedure are well known to the person skilled in the art and are described in detail in the literature, for example in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Vol. A21., Pp. 373-393. As a rule, such polymers are in the presence of radical initiators and optionally surface-active Substances such as emulsifiers and protective colloids (see for example Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Vol. XIV / 1, Macromolecular Fabrics, Georg Thieme-Verlag, Stuttgart 1961, pp. 192-208) carried out.
Geeignete radikalische Polymerisationsinitiatoren umfassen organische Peroxide wie tert.-Butylhydroperoxid, Benzoylhydroperoxid, Diisopropylbenzoylperoxid, anorganische Peroxide, wie Wasserstoffperoxid, Salze der Peroxomono- und/oder Peroxodischwefelsäure, insbesondere die Ammonium- und/oder Alkalimetallperoxidisulfate (Persulfate), sowie Azoverbindungen, wobei die Persulfate besonders bevorzugt sind. Bevorzugt sind auch kombinierte Systeme, die aus wenigstens einem organischen Reduktionsmittel und wenigstens einem Peroxid und/oder Hydroperoxid zusammengesetzt sind, z. B. tert.-Butylhydroperoxid und das Natriumsalz der Hydroxymethansulfinsäure oder Wasserstoffperoxid und Ascorbinsäure (als elektrolytfreies Redoxinitiatorsystem), und kombinierte Systeme, die darüber hinaus eine geringe Menge einer im Polymerisationsmedium löslichen Metallverbindung, deren metallische Komponente in mehreren Wertigkeitsstufen auftreten kann, enthalten, z. B. Ascorbinsäure/Eisen(II)sulfat/Wasserstoffperoxid, wobei anstelle von Ascorbinsäure auch häufig das Natriumsalz der Hydroxymethansulfinsäure, Natriumsulfit, Natriumhydrogensulfit oder Natriumbisulfit und anstelle von Wasserstoffperoxid auch tert.Butylhydroperoxid, Alkalimetallperoxidsulfate und/oder Ammoniumperoxidisulfat eingesetzt werden können. Anstelle eines wasserlöslichen Eisen(II)-Salzes kann auch eine Kombination aus wasserlöslichen FeN-Salzen eingesetzt werden.suitable radical polymerization initiators include organic peroxides such as tert-butyl hydroperoxide, benzoyl hydroperoxide, diisopropylbenzoyl peroxide, inorganic peroxides, such as hydrogen peroxide, salts of the peroxomono- and / or peroxodisulfuric acid, in particular the ammonium and / or alkali metal peroxydisulfates (Persulfates), as well as azo compounds, the persulfates especially are preferred. Combined systems consisting of at least one organic reducing agent and at least one Peroxide and / or hydroperoxide are composed, e.g. B. tert-butyl hydroperoxide and the sodium salt of hydroxymethanesulfinic acid or hydrogen peroxide and ascorbic acid (as an electrolyte-free redox initiator system), and combined systems, the one above also a small amount of one soluble in the polymerization medium Metal compound, its metallic component in several valence levels can occur contain, e.g. B. ascorbic acid / iron (II) sulfate / hydrogen peroxide, being instead of ascorbic acid too frequently the sodium salt of hydroxymethanesulfinic acid, sodium sulfite, sodium bisulfite or sodium bisulfite and instead of hydrogen peroxide also tert-butyl hydroperoxide, Alkali metal peroxide sulfates and / or ammonium peroxidisulfate are used can be. Instead of a water soluble Iron (II) salt can also be a combination of water-soluble FeN salts are used.
Die genannten Polymerisationsinitiatoren werden in üblichen Mengen eingesetzt, z. B. in Mengen von 0,01 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomere.The the polymerization initiators mentioned are used in customary amounts, z. B. in amounts of 0.01 to 5, preferably 0.1 to 2.0 wt .-%, based on the monomers to be polymerized.
Gegebenenfalls kann die Monomermischung in Gegenwart von üblichen Polymerisationsreglern, wie Mercaptanen, z. B. tert.-Dodecylmercaptan, Terpenolen oder Co(II)-Komplexen polymerisiert werden. Andere Reglersysteme, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung finden, sind in der älteren deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10256617.8 und in dem dort zitierten Stand der Technik beschrie ben. Diese werden dann in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Mischung, verwendet.Optionally, the monomer mixture in the presence of conventional polymerization regulators such as mercaptans, e.g. B. tert-dodecyl mercaptan, terpenols or Co (II) complexes are polymerized. Other controller systems that are used in the method according to the invention are described in the older German patent application with the file number 10256617.8 and in the prior art cited therein. These are then ver in an amount of 0.01 to 5 wt .-%, based on the total amount of the mixture applies.
Hinsichtlich
der verwendbaren Emulgatoren bestehen keine besonderen Einschränkungen.
Bevorzugt sind neutrale Emulgatoren wie ethoxylierte Mono-, Di-
und Tri-Alkylphenole
(EO-Grad: 3 bis 50, Alkylrest: C4 bis C9) oder ethoxylierte Fettalkohole (EO-Grad:
3 bis 50, Alkylrest C8 bis C36)
und/oder anionische Emulgatoren wie die Alkali- und Ammoniumsalze
von Fettsäuren
(Alkylrest: C1 2 bis
C24), Alkylsulfaten (Alkylrest: C8 bis C22), von Schwefelsäurehalbestern
ethoxylierter Alkanole (EO-Grad: 4 bis 30, Alkylrest: C8 bis
C22) und ethoxylierter Alkylphenole (EO-Grad:
3 bis 50, Alkylrest: C4 bis C10),
von Alkylsulfonsäuren
(Alkylrest: C8 bis C22) und
von Alkylarylsulfonsäuren
(Alkylrest: C4 bis C18).
Als anionische Emulgatoren kommen weiterhin Alkali- oder Ammoniumsalze
von Mono- oder Di-C4-C24-alkylderivaten
des Bis(phenylsulfonsäure)ethers
in Frage, z. B. technische Gemische, die 50 bis 80 des monoalkylierten
Produkts enthalten. Derartige Emulgatoren sind aus der
Besonders bevorzugt sind die Alkalimetall- und/oder Ammoniumsalze, insbesondere die Natriumsalze von Alkylarylsulfonsäuren, Alkylsulfonsäuren, (z. B. sulfoniertes C1 2-C1 8-Paraffin; als Emulgator K30 der Bayer AG im Handel), Alkylsulfaten (z. B. Natriumlaurylsulfonat als Texapon®K12 von der Firma Henkel KGaA im Handel) und von den Schwefelsäurehalbestern ethoxylierter Alkanole (z. B. sulfatiertes Ethoxilat des Laurylalkohols mit 2 bis 3 EO-Einheiten; als Texapon®NSO der Henkel KGaA im Handel). Ebenfalls geeignete Emulgatoren sind die Natrium- oder Kaliumsalze von Fettsäuren (C1 2-C23-Alkylreste), z. B. Kaliumoleat. Weitere geeignete Emulgatoren finden sich in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV/1, Makromolekulare Stoffe, Georg-Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, Seiten 192 bis 208. Anstelle von oder im Gemisch mit Emulgatoren können aber auch konventionelle Schutzkolloide wie Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon oder amphiphile Blockpolymere mit kurzen hydrophoben Blöcken zur Co-Stabilisierung eingesetzt werden. In der Regel wird die verwendete Menge an Emulgatoren, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomeren, 5 Gew.-% nicht überschreiten.Particularly preferred are the alkali metal and / or ammonium salts, especially the sodium salts of alkylarylsulfonic acids, alkylsulfonic acids (e.g. sulfonated C 1 2 -C 1 8 paraffin; commercially available as emulsifier K30 from Bayer AG), alkyl sulfates (e.g. Sodium lauryl sulfonate as Texapon ® K12 from Henkel KGaA) and from the sulfuric acid half-esters of ethoxylated alkanols (e.g. sulfated ethoxylate of lauryl alcohol with 2 to 3 EO units; as Texapon ® NSO from Henkel KGaA on the market). Also suitable emulsifiers are the sodium or potassium salts of fatty acids (C 1 2 -C 23 alkyl radicals), e.g. B. Potassium oleate. Further suitable emulsifiers can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Macromolecular Substances, Georg-Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, pages 192 to 208. Instead of or in a mixture with emulsifiers, conventional protective colloids such as Polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone or amphiphilic block polymers with short hydrophobic blocks can be used for co-stabilization. As a rule, the amount of emulsifiers used, based on the monomers to be polymerized, will not exceed 5% by weight.
Die radikalische Polymerisationsreaktion kann in Gesamtansatzvorlage (Batch-Verfahren) durchgeführt werden, vorzugsweise wird jedoch, insbesondere im technischen Maßstab, nach dem Zulaufverfahren gearbeitet. Hierbei wird die überwiegende Menge (in der Regel 50 bis 100 Gew.-%) der zu polymerisierenden Monomeren dem Polymerisationsgefäß gemäß dem Fortschreiten der Polymerisation der bereits im Polymerisationsgefäß befindlichen Monomeren zugesetzt. Das radikalische Initiatorsys tem kann hierbei sowohl vollständig im Polymerisationsgefäß vorgelegt, als auch nach Maßgabe seines Verbrauchs im Verlauf der radikalischen wässrigen Emulsionspolymerisation kontinuierlich oder stufenweise der Polymerisationsreaktion zugeführt werden. Im einzelnen hängt dies in bekannter Weise sowohl von der chemischen Natur des Initiatorsystems als auch von der Polymerisationstemperatur ab. Vorzugsweise wird das Initiatorsystem nach Maßgabe des Verbrauchs der Polymerisationszone zugeführt.The radical polymerization reaction can in overall approach (Batch process) carried out are, but preferably, especially on an industrial scale, after the feed process worked. Here the predominant Amount (usually 50 to 100 wt .-%) of the monomers to be polymerized the polymerization vessel according to the progress the polymerization of those already in the polymerization vessel Monomers added. The radical initiator system can do this both completely placed in the polymerization vessel, as well as according to its consumption in the course of the radical aqueous emulsion polymerization be fed continuously or stepwise to the polymerization reaction. In particular depends this in a known manner both from the chemical nature of the initiator system as well as from the polymerization temperature. Preferably the initiator system according to the Consumption fed to the polymerization zone.
Vorzugsweise
wird die Polymerisationsreaktion in Gegenwart einer wässrigen
Polymerisatdispersion als Polymersaat (Saat-Latex) durchgeführt. Derartige
Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und beispielsweise
in der
Die Polymerisationsreaktion wird vorzugsweise unter Druck durchgeführt. Die Polymerisationsdauer kann in einem weiten Bereich variieren. Sie liegt im allgemeinen im Bereich von 1 bis 15 Stunden, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 10 Stunden. Auch die Polymerisationstemperatur ist in einem weiten Bereich variabel. Sie beträgt, je nach verwendetem Initiator, etwa 0 bis 110 °C.The The polymerization reaction is preferably carried out under pressure. The The duration of the polymerization can vary within a wide range. she is generally in the range of 1 to 15 hours, preferably in the range of 3 to 10 hours. Also the polymerization temperature is variable in a wide range. Depending on the initiator used, it is about 0 to 110 ° C.
Die auf diese Weise hergestellten Polymerisatdispersionen weisen in der Regel Feststoffgehalte bis zu 75 Gew.-% auf. Von besonderer Bedeutung sind Polymerisatdispersionen mit Feststoffgehalten von 40 bis 70 Gew.-%. Für den Einsatz im erfindungsgemäßen Hydrierverfahren können die Dispersionen mit diesen Feststoffgehalten eingesetzt werden. Gegebenenfalls müssen die Dispersionen jedoch zuvor auf einen geeigneten Feststoffgehalt verdünnt werden. Bevorzugt liegt der Feststoffgehalt der im Verfahren eingesetzten Dispersion im Bereich von 10 bis 60 Gew.-%, insbesondere 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion.The polymer dispersions prepared in this way generally have solids contents of up to 75% by weight. Polymer dispersions with solids contents of 40 to 70% by weight are of particular importance. The dispersions with these solids contents can be used for the hydrogenation process according to the invention. If necessary, however, the dispersions must first be diluted to a suitable solids content. The solids content of the dispersion used in the process is preferably in the range from 10 to 60% by weight, in particular 20 to 50% by weight, based on the total weight the dispersion.
Die
in den Polymerisatdispersionen in der Regel noch enthaltenen oberflächenaktiven
Substanzen sowie weitere Stoffe, die beispielsweise bei Emulsionspolymerisationen
als übliche
Polymerisationshilfsmittel verwendet werden, wirken sich im erfindungsge mäßen Hydrierverfahren
nicht störend
aus. Es empfiehlt sich jedoch die Polymerisatdispersionen vor der
Hydrierung zuvor chemisch oder physikalisch zu desodorieren. Eine
physikalische Desodorierung durch Abstreifen der Restmonomere mittels
Wasserdampf ist beispielsweise aus der
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft das kontinuierliche Hydrierverfahren
vom Polymeren auf der Basis von Butadien/Styrol. Die dabei erhältlichen
hydrierten Polymere P' werden
in der
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polymerisate zeichnen sich durch eine hohe, im Vergleich mit den nicht-hydrierten Grunddispersionen deutlich verbesserte Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen wie Licht, Sauerstoff und/oder erhöhter Temperatur aus. Dies prädestiniert die hydrierten Polymerisate für den Einsatz in Außenanwendungen, beispielsweise als Bindemittel für Dispersionsfarben und Beschichtungsmassen, als Ausrüstung für Textilien, Leder und Papier.The by the method according to the invention available Polymers are characterized by a high, in comparison with the non-hydrogenated basic dispersions significantly improved stability against environmental influences such as Light, oxygen and / or increased Temperature off. This is predestined the hydrogenated polymers for use in outdoor applications, for example as a binder for Emulsion paints and coating compounds, as finishing for textiles, Leather and paper.
Beispielexample
Herstellung einer Dispersion D1Preparation of a dispersion D1
In
einem Polymerisationsgefäß wurden
5 % Monomeremulsion, 30 kg Wasser und 3,5 kg Saatlatex (Polystyrolsaat,
30 nm, 33 gew.-%ige wässrige
Dispersion) vorgelegt und auf 85 °C
erwärmt.
Hierzu gab man 0,13 kg Natriumpersulfat und erwärmte 15 Minuten auf 95 °C. Anschließend gab
man, zeitgleich beginnend unter Beibehaltung der Temperatur, über separate
Zuläufe
10,51 kg einer 5 gew.-%igen wässrigen
Natriumpersulfatlösung
und die verbleibende Menge an Monomeremulsion innerhalb von 4,5
Stunden zu, wobei der Druck 6 bar nicht überstieg. Anschließend polymerisierte
man zwei weitere Stunden unter Beibehaltung der Temperatur. Danach
wurde die Reaktionsmischung auf 65 °C eingestellt, und anschließend wurden
2,05 kg einer 10 gew.-%igen wässrigen
Natriumhydroxidlösung
zugegeben. Dann reduzierte man den Gehalt an Restmonomeren auf Werte < 50 ppm durch eine
physikalische Desodorierung. Monomeremulsion:
Kontinuierliche Hydrierung
der Dispersion D1 (
In
der in
8,4 l der Dispersion D1 mit einem Feststoffgehalt von 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion, wurden aus einem Vorratsfass in den Vorlagebehälter A gefördert. Dieser Behälter war mit Stickstoff abgedeckt. Dann wurden 0,34 g Tri-n-butylphosphin in 0,06 g Toluol zugegeben und der Ansatz 8 Stunden gerührt. Anschließend wurde die Dispersion in das Puffergefäß B abgelassen. Aus diesem Behälter wurde 1 l/h der Dispersion über eine Hochdruckpumpe in die Anlage gefördert, damit lag die durchschnittliche Verweilzeit bei 5,5 Stunden. Die Anlage wurde bei 150 °C und 250 bar H2 betrieben. Der Wasserstoff wurde mit einer Rate von 500 Norm-l/h direkt in den ersten Reaktor dosiert. Dabei wurde der Wasserstoff vorher mit Wasser gesättigt, indem der Wasserstoffstrom zusammen mit 90 ml Wasser pro Stunde durch ein auf 130 °C geheiztes Rohr geleitet wurde. Nachdem die Dispersion die Anlage durchlaufen hatte, wurde sie entspannt und der Austrag gesammelt. Vom Austrag wurden regelmäßig Proben genommen und mittels IR-Spektroskopie analysiert. Der Umsatz lag bei einem dreitägigen Betrieb der Anlage bei durchschnittlich 50 %.8.4 l of the dispersion D1 with a solids content of 25% by weight, based on the total weight of the dispersion, were conveyed from a storage barrel into the storage container A. This container was covered with nitrogen. Then 0.34 g of tri-n-butylphosphine in 0.06 g of toluene was added and the mixture was stirred for 8 hours. The dispersion was then discharged into the buffer vessel B. From this container, 1 l / h of the dispersion was conveyed into the system via a high-pressure pump, so that the average residence time was 5.5 hours. The plant was operated at 150 ° C and 250 bar H 2 . The hydrogen was metered directly into the first reactor at a rate of 500 standard l / h. The hydrogen was previously saturated with water by the hydrogen flow together with 90 ml of water per hour at 130 ° C heated pipe was passed. After the dispersion had passed through the plant, it was relaxed and the discharge was collected. Samples were regularly taken from the discharge and analyzed by means of IR spectroscopy. The turnover for a three-day operation of the plant averaged 50%.
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CN1834113B (en) * | 2005-03-18 | 2010-09-15 | 兰科瑟斯有限公司 | Organic solvent-free hydrogenation of diene-based polymers |
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