DE1104703B - Process for the preparation of 1,3-butadiene polymers - Google Patents
Process for the preparation of 1,3-butadiene polymersInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung bezieht sich auf die Polymerisation von 1,3-Butadien zu wertvollen Polymeren mit einem sehr hohen Gehalt an Produkten mit cis-l,4-Struktur.The invention relates to the polymerization of 1,3-butadiene to form valuable polymers with a very high content of products with a cis-1,4 structure.
Die Verwendung von Katalysatoren auf der Basis von Metallen der VIII. Gruppe des Periodischen Systems, insbesondere Kobalt, und von Alkylaluminiummonohalogeniden zur Polymerisation von Butadien zu Polymeren, die im wesentlichen aus cis-l,4-Produkten bestehen und wertvolle elastomere Eigenschaften aufweisen, ist bereits beschrieben worden.The use of catalysts based on metals of the VIII group of the periodic Systems, especially cobalt, and of alkyl aluminum monohalides for the polymerization of butadiene to polymers that essentially consist of cis-1,4 products and valuable elastomers Have properties has already been described.
Insbesondere ist es bekannt, Verbindungen der Metalle der VIII. Gruppe gelöst in dem Lösungsmittel zu verwenden, das für die Reaktion verwendet wird; verschiedene Verbindungen und Komplexverbindungen von Metallen der VIII. Gruppe, die in den Lösungsmitteln, die zur Polymerisation verwendet werden können, löslich sind, eignen sich für diesen Zweck.In particular, it is known that compounds of the metals of Group VIII are dissolved in the solvent to use which is used for the reaction; various compounds and complex compounds of metals of group VIII, those in the solvents used for polymerization can be, are soluble, are suitable for this purpose.
Nach diesem Verfahren wird der Katalysator schnell durch Reaktion zwischen dem Dialkylaluminiumhalogenid und der Verbindung des Metalls der VIII. Gruppe gebildet (im Gegensatz zu den bei Verwendung von unlöslichen Verbindungen von Metallen der VIII. Gruppe stattfindenden Vorgängen, bei denen eine gewisse Induktionsperiode der Reaktion feststellbar ist, die zur Bildung des Katalysators führt, wobei diese Reaktion dann eine bestimmte Zeit fortschreitet).According to this process, the catalyst becomes rapidly by reaction between the dialkyl aluminum halide and the compound of Group VIII metal (as opposed to when used of insoluble compounds of metals of Group VIII processes in which a certain induction period of the reaction can be determined, which leads to the formation of the catalyst, wherein this reaction then progresses for a certain time).
Zur Kontrolle des mittleren Molekulargewichtes des Polymeren ist es aber nützlich, gleich bei Beginn der Polymerisation über eine bestimmte bekannte Katalysatormenge zu verfügen.To control the average molecular weight of the polymer it is useful, however, right at the beginning of the Polymerization to have a certain known amount of catalyst.
Wenn nun Polybutadien mit Hilfe von Katalysatoren dieser Art hergestellt wird, hängt das Molekulargewicht hauptsächlich von der verwendeten Katalysatormenge und von der Menge des Monomeren, das polymerisiert wird, ab. Das Molekulargewicht schwankt im umgekehrten Verhältnis zu der verwendeten Katalysatormenge (Metall der VIII. Gruppe) und nimmt proportional zu der Menge des polymerisieren Butadiens zu.If now polybutadiene is produced with the help of catalysts of this type, the molecular weight depends mainly on the amount of catalyst used and the amount of monomer, that is polymerized from. The molecular weight varies in inverse proportion to that used Amount of catalyst (metal of Group VIII) and increases proportionally to the amount of polymerize Butadiene too.
Während eines Polymerisationsversuches ist daher festzustellen, daß das Molekulargewicht des Polymeren regelmäßig mit dem Umsatz zunimmt.During a polymerization test it should therefore be determined that the molecular weight of the polymer regularly increases with sales.
Diese Eigenschaft des Polymerisationsverfahrens erlaubt eine einfache Kontrolle des Molekulargewichtes, die sehr wichtig ist, da viele mechanische und technologische Eigenschaften des Polymeren, das als Elastomeres eine wichtige praktische Verwendung findet, vom Molekulargewicht abhängen.This property of the polymerization process allows easy control of the molecular weight, which is very important because many mechanical and technological properties of the polymer that is considered Elastomer finds an important practical use, depend on the molecular weight.
Die Kontrolle des Molekulargewichtes auf Grund der zugeführten Katalysatormenge ergibt aber nur
dann zufriedenstellende Ergebnisse, wenn tadellos Verfahren zur Herstellung
von 1,3-ButadienpolymerenThe control of the molecular weight on the basis of the amount of catalyst fed in gives satisfactory results only if the process for the preparation is faultless
of 1,3-butadiene polymers
Anmelder:Applicant:
Montecatini Soc. Gen. per l'IndustriaMontecatini Soc. Gen. per l'Industria
Mineraria e Chimica,Mineraria e Chimica,
Mailand (Italien)Milan (Italy)
Vertreter:
Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald,Representative:
Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald,
Dipl.-Chem. Dr. ph.il. H. SiebeneidierDipl.-Chem. Dr. ph.il. H. Seven eggs
und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,and Dr.-Ing. Th. Meyer, patent attorneys,
Köln 1, DeichmannhausCologne 1, Deichmannhaus
Beanspruchte Priorität:
Italien vom 26. November 1958Claimed priority:
Italy from November 26, 1958
Gerlando Marullo, Carlo Longiave, Renato CastelliGerlando Marullo, Carlo Longiave, Renato Castelli
und Mario Ferraris, Mailand (Italien),and Mario Ferraris, Milan (Italy),
sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors
reines Ausgangsmaterial bei der Polymerisation verwendet wird; die Empfindlichkeit des Katalysators ist zahlreichen Substanzen gegenüber sehr hoch, und es genügen sehr geringe Mengen an Luft, Wasser, Alkohol, Aldehyden, Säuren, oxydierten Substanzen im allgemeinen, vielen sulfurierten Verbindungen und Acetylenverbindungen, um einen Teil des Katalysators zu zerstören oder zu inaktivieren. Es bleibt daher nur ein Teil des eingesetzten Katalysators wirklich wirksam, und das sich ergebende mittlere Molekulargewicht des Polymeren ist daher von dem gewünschten sehr verschieden. Auch sehr geringe Mengen an Verunreinigungen, die etwa an den Reaktorwänden adsorbiert sind, können eine Inaktivierungeines Teils des Katalysators bewirken und daher zu den gleichen Nachteilen führen. Diese Unzulänglichkeiten, die auch in Laboratoriumsversuchen kaum vermieden werden können, werden praktisch unvermeidlich, wenn man in großtechnischem Maßstab arbeitet; eine zusätzliche Reinigung der Ausgangsstoffe, um diese in der Reinheit von Laborätoriumsreagenzien zu erhalten, würde zu teuer kommen.pure starting material is used in the polymerization; is the sensitivity of the catalyst very high compared to numerous substances, and very small amounts of air, water, Alcohol, aldehydes, acids, oxidized substances in general, many sulfurized compounds and acetylene compounds to destroy or inactivate part of the catalyst. It therefore remains only part of the catalyst used is really effective, and the resulting average molecular weight of the polymer is therefore very different from the desired one. Also very small amounts of impurities that are adsorbed, for example, on the reactor walls, can cause inactivation of part of the catalyst and therefore result in it lead to the same disadvantages. These inadequacies, even in laboratory tests, hardly Avoid being practically inevitable when working on an industrial scale is working; an additional purification of the starting materials to ensure that they are as pure as laboratory reagents getting it would be too expensive.
109 540/445109 540/445
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Es wurde nun gefunden, daß man bei der Polymeri- Beispielen ersichtlich ist, auch bei sehr geringen Konsation von Butadien mit Hilfe der vorhin erwähnten zentrationen erheblich ist.It has now been found that one can see in the polymer examples, even with very little consation of butadiene is considerable with the aid of the concentrations mentioned above.
Katalysatoren das Molekulargewicht des Polymeren Wenn die Polymerisation in Gegenwart einer der wie gewünscht innerhalb gewisser Grenzen unabhängig vorerwähnten Substanzen durchgeführt wird, so ist von der verwendeten Katalysatormenge und der um- 5 festzustellen, daß die Änderung des mittleren Molegesetzten Monomerenmenge und daher auch unab- kulargewichtes des Polymeren mit der Zeit sehr verhängig von der Gegenwart von geringen Mengen an schieden von der ist, die in Abwesenheit dieser SubVerunreinigungen, die die Aktivität des Katalysators stanzen stattfindet. Während in Abwesenheit dieser vermindern, regulieren kann, wenn man dem Poly- Substanzen das Molekulargewicht von Polybutadien merisationssystem verschiedene Substanzen zusetzt, io regulär mit dem Fortschreiten der Polymerisation zudie keinen anderen Einfluß auf das Katalysatorsystem nimmt, nimmt in Gegenwart von Äthylen oder anderen oder dessen Eigenschaften ausüben, als daß sie das der vorerwähnten Substanzen das Molekulargewicht Molekulargewicht des erhaltenen Polymeren beein- des Polymeren bei einem absatzweisen Verfahren anflussen. fänglich zu, wird dann stabilisiert und bleibt konstantCatalysts the molecular weight of the polymer If the polymerization in the presence of one of the as desired is carried out independently of the aforementioned substances within certain limits, so is of the amount of catalyst used and the amount of 5 used, that the change in the mean molar amount of monomers and therefore also the independent weight of the polymer depends very much over time distinguished by the presence of small amounts of that which is in the absence of these sub-impurities, which punch the activity of the catalyst takes place. While in the absence of this can reduce, regulate, if you give the poly substances the molecular weight of polybutadiene The polymerization system adds various substances, which are added regularly as the polymerization proceeds has no other influence on the catalyst system, takes place in the presence of ethylene or others or its properties other than those of the aforementioned substances having molecular weight Molecular weight of the polymer obtained affects the polymer in a batch process. initially to, is then stabilized and remains constant
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur 15 bis zum Ende der Polymerisation; im letzten StadiumThe invention relates to a process for 15 to the end of the polymerization; in the last stage
Herstellung von 1,3-Butadienpolymeren mit hohem ist sogar eine Tendenz zur Abnahme festzustellen; diesProduction of 1,3-butadiene polymers at high levels even shows a tendency to decrease; this
Molekulargewicht und im wesentlichen cis-l,4-Struk- wird dadurch bewirkt, daß bei der Polymerisation von'Molecular weight and essentially cis-1,4-structure is caused by the fact that in the polymerization of '
tür durch Polymerisation in Gegenwart von löslichen Butadien das Verhältnis zwischen Butadien und derdoor through polymerization in the presence of soluble butadiene, the ratio between butadiene and the
Katalysatoren aus Alkylmetallverbindungen und Ver- zugesetzten Substanz regulär abnimmt,Catalysts made from alkyl metal compounds and added substances decrease regularly,
bindungen oder Komplexverbindungen von Metallen 20 Da das Molekulargewicht bei diesem Polymeri-bonds or complex compounds of metals 20 Since the molecular weight of this polymer
der VIII. Gruppe des Periodischen Systems der EIe- sationsverfahren hauptsächlich von dem Molverhältnisof the VIII. Group of the Periodic Table of the Ionization Processes mainly on the molar ratio
mente, bei welchem die Polymerisation in Gegenwart zwischen Butadien und der zugesetzten Substanz inments in which the polymerization in the presence between butadiene and the added substance in
von a-Olefinen oder nicht konjugierten Diolefinen der flüssigen Phase (neben der spezifischen Aktivitätof α-olefins or non-conjugated diolefins of the liquid phase (in addition to the specific activity
durchgeführt wird. der Substanz) abhängt, folgt daraus, daß es für jedeis carried out. of substance), it follows that it depends on each
Stoffe, die diese Wirkung hervorrufen können, sind 25 der verschiedenen Substanzen möglich ist, ein experiz.
B. viele ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die mit mentelles Diagramm zu erstellen, in dem das Mole-Hilfe
der vorerwähnten Katalysatoren kaum oder kulargewicht als Funktion des Verhältnisses von
überhaupt nicht zu Hochpolymeren polymerisierbar Butadien zur betreffenden Substanz dargestellt ist.
sind, vor allem Äthylen und höhere a-Olefine, ins- Durch geeignetes Einstellen dieses Verhältnisses ist
besondere Propylen und Buten-1 und einige nicht kon- 30 es dann möglich, das gewünschte Molekulargewicht
jugierte Diolefine, besonders solche mit kumulierten nach Belieben auf recht genau reproduzierbare Art zu
Doppelbindungen, insbesondere Allen (Propadien) erhalten, und zwar praktisch unabhängig von der ver-
und seine Derivate, wie 1,2-Butadien, Äthylallen und wendeten Katalysatormenge und dem Umsatzgrad,
andere höhere Homologe. Der Zusatz von Äthylen, Allen oder anderen derSubstances that can produce this effect are 25 of the various substances possible, an experiz. B. many unsaturated hydrocarbons, which can be created with mental diagram in which the mole aid of the aforementioned catalysts is shown as a function of the ratio of not at all polymerizable to high polymers butadiene to the substance in question. are, above all ethylene and higher α-olefins, in particular propylene and butene-1 and some not con-30 it is then possible to obtain the desired molecular weight of jugated diolefins, especially those with accumulated diolefins at will, by setting this ratio appropriately reproducible type of double bonds, in particular allene (propadiene) obtained, practically independently of the ver and its derivatives, such as 1,2-butadiene, ethylallene and the amount of catalyst used and the degree of conversion,
other higher homologues. The addition of ethylene, allene or other of the
Die Aktivität schwenkt merklich von einer Sub- 35 vorerwähnten Verbindungen kann gleichzeitig mitThe activity fluctuates markedly from a sub-35 of the aforementioned compounds can be simultaneous with
stanz zur anderen und ist für jede Substanz ungefähr dem Zusatz von Butadien oder getrennt durchgeführtpunch to another and is carried out for each substance approximately with the addition of butadiene or separately
proportional ihrer Konzentration im flüssigen Poly- werden, entweder vor Zusatz der Lösung der Verbin-proportionally to their concentration in the liquid poly-
merisationssystem. düngen der Metalle der VIII. Gruppe (insbesonderemerization system. fertilize the metals of group VIII (in particular
Es kann angenommen werden, daß diese Substanzen von Kobaltverbindungen) zum Dialkylaluminiumwirken,
indem sie die wachsenden polymeren Butadien- 4° monochlorid oder nach Herstellung des Katalysators,
ketten vom Katalysator verdrängen und so den Be- Der Zusatz kann auch nach Beginn der Polymeriginn
einer neuen Kette bewirken. Die mittlere Fre- sation durchgeführt werden; in diesem Fall findet die
quenz dieser Verdrängungen, die das Molekular- das Molekulargewicht herabsetzende Wirkung vom
gewicht des erhaltenen Polybutadiene bestimmt, hängt Moment des Zusatzes an statt, und das Molekularvon
der Konzentration und von der Natur der züge- 45 gewicht des Polymeren ist etwas höher als dasjenige,
setzten Substanz ab. Es folgt daraus, daß das mittlere das bei Zusatz der Substanz vom Anfang an erhalten
Molekulargewicht des Polybutadiens mit bemerkens- worden wäre; beim Arbeiten auf diese Weise wird
werter Präzision durch Zusatz einer geeigneten Sub- eine beträchtliche Verminderung des Anteiles an
stanz in einem gegebenen Molverhältnis in bezug auf niedrigen Polymeren im Produkt erhalten.
Butadien eingestellt werden kann, wobei natürlich die 50 Die Prozentsätze der zusetzenden Substanz können
Reaktionsbedingungen, d. h. die verwendete Kataly- je nach dem gewünschten mittleren Wert des Molesatormenge
und der Umsatz des Monomeren, so ein- kulargewichtes innerhalb sehr weiter Grenzen
gestellt werden müssen, daß sie theoretisch zu einem schwanken.It can be assumed that these substances act from cobalt compounds to dialkylaluminum by displacing the growing polymeric butadiene monochloride or, after the catalyst has been prepared, chains from the catalyst and so the addition can also after the start of the polymer in a new chain cause. The middle fresation can be carried out; In this case, the sequence of these displacements, which determines the molecular weight-reducing effect on the weight of the polybutadiene obtained, depends on the moment of addition, and the molecular weight of the concentration and the nature of the tensile weight of the polymer is somewhat higher than that, deposited substance. It follows from this that the average molecular weight of the polybutadiene obtained from the beginning with the addition of the substance would also have been noted; in working in this way, a considerable reduction in the amount of punch in a given molar ratio with respect to low polymers in the product is obtained, more precisely, by the addition of a suitable sub- stance.
The percentages of the substance to be added, ie the catalyst used, depending on the desired mean value of the amount of Molesator and the conversion of the monomer, must of course be set within very wide limits so that they can be adjusted theoretically to a waver.
Polymeren führen, das ein wesentlich höheres Mole- Da, wie vorstehend erwähnt, die Wirksamkeit derPolymers lead to a much higher mol- Da, as mentioned above, the effectiveness of the
kulargewicht besitzt als das, das durch Zusatz der be- 55 Kontrolle des Molekulargewichtes des Polymeren sehrmolecular weight than that obtained by the addition of the controlled molecular weight control of the polymer
treffenden Substanz erreicht werden soll. Die durch stark von einer Substanz zur anderen schwankt,appropriate substance is to be achieved. Which varies greatly from one substance to another,
diese Substanz hervorgerufene Wirkung ist ja ledig- schwankt demgemäß auch der zu setzende Anteil,The effect produced by this substance is indeed single - the proportion to be set fluctuates accordingly,
Hch eine Verminderung des Molekulargewichtes, das wenn man einen bestimmten Wert des Molekular-There is a decrease in the molecular weight, which, if a certain value of the molecular weight
sonst auf Grund der verwendeten Katalysatormenge gewichtes erhalten will.otherwise wants to get weight due to the amount of catalyst used.
und des erhaltenen Umsatzgrades zu erwarten wäre. 60 Die geringsten Molverhältnisse, die in der flüssigenand the degree of conversion obtained would be expected. 60 The lowest molar ratios in the liquid
Im Zusammenhang mit dem Aktivitätsgrad der Phase zwischen den verschiedenen Substanzen undIn connection with the degree of activity of the phase between the various substances and
verschiedenen Substanzen wurde gefunden, daß unter Butadien notwendig sind, um einen merklichen EffektVarious substances have been found to be necessary among butadiene to have a noticeable effect
den Olefinen das Äthylen die höchste Aktivität auf- auf das Molgewicht des Polymeren zu erreichen, sindthe olefins ethylene have the highest activity based on the molecular weight of the polymer
weist. Diese Aktivität nimmt schnell und graduell mit folgende:shows. This activity increases rapidly and gradually with the following:
der Zunahme des Molekulargewichtes des verwendeten 65the increase in the molecular weight of the 65 used
Olefins ab; Olefine mit mehr als 4 Kohlenstoffatomen für Äthylen 1 : 500Olefins from; Olefins with more than 4 carbon atoms for ethylene 1: 500
zeigen eine sehr geringe Aktivität bezüglich der Er- für Propylen 1:10show a very low activity with respect to the Er- for propylene 1:10
niedrigung des Molekulargewichtes des Polymeren. für Buten-1 1:5lowering the molecular weight of the polymer. for butene-1 1: 5
Die aktivste der vorerwähnten Substanzen scheint für 1,2-Butadien 1:25000The most active of the aforementioned substances appears to be 1: 25,000 for 1,2-butadiene
Allen zu sein, dessen Wirkung, wie aus den folgenden 70 für Allen 1 : 50000To be Allen, its effect, as from the following 70 for Allen 1: 50000
Die obere Grenze der verschiedenen Verhältnisse schwankt entsprechend, und ihre Auswahl hängt von dem gewünschten mittleren Molekulargewicht für das Polymere ab.The upper limit of the various ratios varies accordingly, and their selection depends on the desired average molecular weight for the polymer.
Die Katalysatoren, die nach dem Verfahren der Erfindung verwendet werden, werden aus löslichen Verbindungen und Komplexen von Metallen der VIII. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente und Alkylmetallverbindungen erhalten. Ein besonders wegen der leichten und einfachen Herstellung bevorzugter Katalysator wird aus einem Kobaltchlorid-Pyridin-Komplex und einem Dialkylaluminiumchlorid erhalten. In den Beispielen werden lediglich diese Katalysatoren verwendet.The catalysts used in the process of the invention are made from soluble compounds and complexes of metals of Group VIII of the Periodic Table of the Elements and alkyl metal compounds. A particularly preferred one because of its easy and simple manufacture The catalyst is made from a cobalt chloride-pyridine complex and a dialkyl aluminum chloride obtain. Only these catalysts are used in the examples.
Das Verfahren kann aber .auch mit Hilfe von beliebigen anderen löslichen Katalysatoren auf der Basis von organischen oder anorganischen Verbindungen von Metallen der VIII. Gruppe des Periodischen Systems, insbesondere Kobalt und Nickel, und Alkylmetallverbindungen durchgeführt werden, die zur Herstellung von Butadienpolymeren mit einem sehr hohen Gehalt an Makromolekülen mit einer cis-l,4-Struktur geeignet sind. Diese Polymeren können bei Raumtemperaturen durch Strecken zur Kristallisation gebracht werden.However, the process can also be carried out with the help of any other soluble catalysts based on organic or inorganic compounds of metals of Group VIII of the Periodic Table, in particular cobalt and nickel, and alkyl metal compounds be carried out, the production of butadiene polymers with a very high content of macromolecules with a cis-1,4 structure are suitable. These polymers can be stretched at room temperatures Crystallization can be brought.
Das in Gegenwart einer dieser Substanzen erhaltene Polybutadien zeigt immer einen sehr hohen Gehalt an cis-l,4-Struktur und unterscheidet sich von diesem Gesichtspunkt aus nicht wesentlich von dem Polybutadien, das unter den eingangs beschriebenen Bedingungen erhalten wird.The polybutadiene obtained in the presence of one of these substances always shows a very high content an cis-1,4 structure and from this point of view does not differ significantly from that Polybutadiene, which is obtained under the conditions described at the outset.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Bearbeitbarkeit beim Mastifizieren der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Polybutadiene merklich besser ist im Vergleich mit der von den Polymeren, die das gleiche Molekulargewicht und den gleichen Gehalt an cis-l,4-Struktur besitzen, aber nach den eingangs beschriebenen Verfahren erhalten wurden; diese können nur schwierig kalandiert werden.Surprisingly, it has been found that the workability when mastifying the according to the invention Process obtained polybutadiene is noticeably better compared with that of the Polymers that have the same molecular weight and the same content of cis-1,4 structure, but were obtained by the method described above; these can only be calendered with difficulty will.
Das in Gegenwart von Äthylen oder anderen der angeführten Verbindungen erhaltene Polymere kann, wenn die anderen Eigenschaften gleich sind, in weniger als der halben Zeit bearbeitet werden, die für Polymere benötigt wird, die nach den bisher bekannten Verfahren hergestellt wurden.The polymer obtained in the presence of ethylene or other of the listed compounds can if the other properties are the same, it can be processed in less than half the time it takes for Polymers is required which have been produced by the previously known processes.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen erläutert. The invention is illustrated in the following examples.
11 wasserfreies Benzol, Al (C2Hg)2Cl, CoCl2 in Form einer Benzollösung eines Kobaltchlorid-Pyridin-Komplexes in einer Konzentration von 0,124 g/l und technisches Butadien, in den in Tabelle 1 beschriebenen Mengen, werden in einen 3-1-Autoklav aus rostfreiem Stahl eingebracht, der mit einem Rührwerk und einem Mantel für Kühlflüssigkeit versehen ist. Außerdem wird eine bestimmte Äthylenmenge in den11 anhydrous benzene, Al (C 2 Hg) 2 Cl, CoCl 2 in the form of a benzene solution of a cobalt chloride-pyridine complex in a concentration of 0.124 g / l and technical butadiene, in the amounts described in Table 1, are in a 3- 1 stainless steel autoclave fitted with a stirrer and a jacket for cooling liquid. In addition, a certain amount of ethylene is in the
ίο Autoklav eingebracht, bestimmt durch die mit Hilfe eines Quecksilbermanometers gemessene Druckänderung im Autoklav.ίο Autoclave introduced, determined by the help change in pressure measured by a mercury manometer in the autoclave.
Die Mischung wird bei 15° C mehrere Stunden unter Rühren reagieren gelassen und die Polymerisation dann durch Einbringen von 50 ecm Methanol unterbrochen.The mixture is allowed to react at 15 ° C. for several hours with stirring and the polymerization then interrupted by introducing 50 ecm of methanol.
Hierauf wird das Polymere ausgefällt, mit Methanol gewaschen und unter Vakuum bei 40° C getrocknet. The polymer is then precipitated, washed with methanol and dried under vacuum at 40.degree.
Es werden der Gehalt an cis-l,4-Struktur und die Grenzviskosität bestimmt. Die Zusammensetzung des Polybutadiens, bezüglich der Verteilung der drei stereoisomeren trans-1,4-, cis-1,4- und 1,2-Formen, wird durch Infrarotanalyse des festen Polymeren in Form eines Blättchens bestimmt. Die optischen Dichten werden nach dem Basislinienverfahren bei 10,36 μ für die trans-Doppelbindung, bei 11,00 μ für die Vinyl-Doppelbindung und bei 13,60 μ für die cis-Doppelbindung bestimmt.The content of the cis-1,4 structure and the intrinsic viscosity are determined. The composition of the polybutadiene, with respect to the distribution of the three stereoisomeric trans-1,4-, cis-1,4- and 1,2-forms, is determined by infrared analysis of the solid polymer in the form of a flake. The optical densities are determined according to the baseline method at 10.36 μ for the trans double bond, at 11.00 μ for the vinyl double bond and at 13.60 μ for the cis double bond.
Die verwendeten Koeffizienten für die scheinbare molare Extinktion sind 10,6 bzw. 12 für die trans-1,4-, cis-1,4- bzw. 1,2-Bindungen. Die Grenzviskosität wird an Polybutadienlösungen in Toluol bei 26° C mit Hilfe von Bischoff-Viskosimetern bestimmt.The coefficients used for the apparent molar absorbances are 10.6 and 12 for the trans-1,4, cis-1,4 and 1,2 bonds, respectively. The intrinsic viscosity becomes on polybutadiene solutions in toluene at 26 ° C with the help determined by Bischoff viscometers.
Das Molekulargewicht wird aus der Grenzviskosität berechnet nach der FormelThe molecular weight is calculated from the intrinsic viscosity using the formula
[η] = 1,53 · 10-* · Μ0·8 [η] = 1.53 · 10- * · Μ 0 · 8
(Johnson und Wolfangel, Ind. Chem. Eng., 44,(Johnson and Wolfangel, Ind. Chem. Eng., 44,
S. 752 [1952]).P. 752 [1952]).
Die Menge der verschiedenen verwendeten Reaktionskomponenten, die Reaktionszeit und die Eigenschaften der erhaltenen Polybutadiene sind in Tabelle 1 angegeben, aus der ersichtlich ist, daß das Molekulargewicht abnimmt, wenn die Äthylenmenge zunimmt, während es in Gegenwart dieses Olefins fast unabhängig von der verwendeten Katalysatormenge und von der Menge des umgesetzten Monomeren ist.The amount of the various reaction components used, the reaction time and the properties of the polybutadienes obtained are shown in Table 1, from which it can be seen that the molecular weight decreases as the amount of ethylene increases, while in the presence of this olefin it is almost independent on the amount of catalyst used and on the amount of monomer reacted.
druckEthylene
pressure
Butadien-Mol
verhältnis in derEthylene
Butadiene moles
ratio in the
Gehaltcis-1,4-
salary
gewichtMolecular
weight
Nr.attempt
No.
*) Alle Versuche wurden mit 1000 ecm Benzol bei einer Temperatur von 15° C durchgeführt.*) All tests were carried out with 1000 ecm benzene at a temperature of 15 ° C.
Es werden zwei Versuche in dem nach dem vorhergehenden Beispiel verwendeten Autoklav durchgeführt, in den unter den bereits beschriebenen Bedingungen 1000 ecm Benzol, 2,4 g (0,02 Mol) Al(C2H5J2Cl und 0,0116 g (0,09 Millimol) CoCl2 in Form einer Benzollösung eines Kobaltchlorid-Pyridin-Komplexes eingebracht werden.Two experiments are carried out in the autoclave used according to the previous example, in the 1000 ecm benzene, 2.4 g (0.02 mol) Al (C 2 H 5 J 2 Cl and 0.0116 g ( 0.09 millimoles) of CoCl 2 can be introduced in the form of a benzene solution of a cobalt chloride-pyridine complex.
Beim ersten Versuch werden 101 g technisches Butadien und im zweiten Versuch 102 g Butadien gleicher Qualität und außerdem 107 g Propylen verwendet. In the first experiment 101 g of technical butadiene and in the second experiment 102 g of butadiene of the same quality and also used 107 g of propylene.
Nach 3 Stunden Rühren bei 15° C wird die Polymerisation durch Zusatz von 50 ecm Methanol in den Autoklav abgebrochen. Das Polymere wird, wie im vorhergehenden Beispiel beschrieben, ausgefällt, gewaschen und getrocknet.After 3 hours of stirring at 15 ° C, the polymerization is carried out by adding 50 ecm of methanol in the Autoclave aborted. The polymer is, as described in the previous example, precipitated, washed and dried.
In Tabelle 2 sind die Eigenschaften der so erhaltenen Polybutadiene angegeben. Es ist ersichtlich, daß die in Gegenwart von Propylen erhaltenen Polymeren ein merklich niedrigeres Molekulargewicht aufweisen; dieses Polymere zeigt bei der Infrarotanalyse nicht die Gegenwart von merklichen Mengen Polypropylen.Table 2 shows the properties of the polybutadienes thus obtained. It can be seen that the polymers obtained in the presence of propylene have a markedly lower molecular weight; this polymer does not show the presence of appreciable amounts of polypropylene on infrared analysis.
Beim ersten dieser beiden Versuche werden 99 g Butadien und beim zweiten 100 g Butadien und 195 g Buten-1 verwendet. Nach 3 Stunden Polymerisation bei 15° C unter Rühren wird der Katalysator durch Zusatz von 50 ecm Methanol in den Autoklav zerstört und die erhaltenen Polymeren, wie vorher beschrieben, ausgefällt, gewaschen und getrocknet.In the first of these two experiments, 99 g of butadiene and in the second 100 g of butadiene and 195 g of 1-butene are used. After 3 hours of polymerization at 15 ° C. with stirring, the catalyst is destroyed by adding 50 ecm of methanol to the autoclave and the polymers obtained are precipitated, washed and dried as described above.
Aus Tabelle 3, in der die Eigenschaften der erhaltenen Produkte angegeben sind, ist ersichtlich, daß das in Gegenwart von Buten-1 hergestellte Polybutadien ein wesentlich niedrigeres Molekulargewicht als das andere besitzt; die Infrarotanalyse dieses Polymeren zeigt die Gegenwart von merklichen Mengen von Polybuten-1 nicht.From Table 3, which shows the properties of the products obtained, it can be seen that the polybutadiene produced in the presence of butene-1 has a much lower molecular weight than the other possesses; infrared analysis of this polymer shows the presence of significant amounts Polybutene-1 does not.
Versuch Nr.Attempt no.
Versuch Nr.Attempt no.
18 (Butadien
allein) 18 (butadiene
alone)
19 (Zusatz von
Propylen) ....19 (addition of
Propylene) ....
20 (Butadien
allein) 20 (butadiene
alone)
21 (Zusatz von
Buten-1) ...21 (addition of
Butene-1) ...
Eigenschaften des PolymerenProperties of the polymer
Gewichtweight
98
94,898
94.8
eis-1,4-Gehalt ice-1,4-content
94,4
95,394.4
95.3
Lv]Lv]
6,03
2,856.03
2.85
Molekulargewicht Molecular weight
570000
221000570000
221000
Eigenschaften des PolymerenProperties of the polymer
Gewichtweight
100
99100
99
cis-1,4-cis-1,4-
Gehaltsalary
o/oo / o
93,2
93,693.2
93.6
5,70
2,805.70
2.80
Molekulargewicht Molecular weight
528 000 216 000528,000 216,000
Es werden zwei Versuche in dem in den vorhergehenden Beispielen verwendeten Autoklav durchgeführt, in den unter den bereits beschriebenen Bedingungen 1000 ecm Benzol, 2,4 g (0,02 Mol) AI(C2H5J2Cl und 0,011g (0,085 Millimol) CoCl2 in Form einer Benzollösung eines Kobaltchlorid-Pyridin-Komplexes eingebracht werden.Two experiments are carried out in the autoclave used in the preceding examples, in the conditions already described 1000 ecm of benzene, 2.4 g (0.02 mol) of Al (C 2 H 5 I 2 Cl and 0.011 g (0.085 millimole ) CoCl 2 can be introduced in the form of a benzene solution of a cobalt chloride-pyridine complex.
In dem in den vorhergehenden Beispielen verwendeten Autoklav und nach dem gleichen Verfahren wird eine Serie von Polymerisationsversuchen durchgeführt, wobei gleichzeitig mit dem Butadien eine geringe Menge Allen, gemessen in der Gasphase mit Hilfe einer Bürette, in den Autoklav eingebracht wird. Nach 21h Stunden Reaktion bei 15° C wird der Katalysator durch Zusatz von 50 ecm Methanol zerstört. Nach dem üblichen Ausfällen, Waschen und Trocknen werden die Grenzviskositäten der Polybutadiene bestimmt und durch Infrarotanalyse ihre Struktur geprüft.A series of polymerization experiments is carried out in the autoclave used in the preceding examples and according to the same procedure, a small amount of allene, measured in the gas phase with the aid of a burette, being introduced into the autoclave at the same time as the butadiene. After 2 hours of reaction, 1 h at 15 ° C, the catalyst is destroyed by addition of 50 cc of methanol. After the usual precipitation, washing and drying, the intrinsic viscosities of the polybutadienes are determined and their structure is checked by infrared analysis.
In Tabelle 4 sind die Mengen der verschiedenen verwendeten Reaktionskomponenten und die Eigenschaften der erhaltenen Polybutadiene angegeben; es ist die durch Allen bewirkte Erniedrigung des Molekulargewichtes ersichtlich.Table 4 shows the amounts of the various reactants used and the properties the polybutadienes obtained are given; it is the lowering of the molecular weight brought about by all evident.
MolAI (C 2 Hg) 2 Cl
Mole
MillimolCoCl 2
Millimoles
cm3 All
cm 3
gButadiene
G
gweight
G
gewichtMolecular
weight
Nr.attempt
No.
Gehaltcis-1,4-
salary
*) Alle Versuche wurden bei 15° C während 21k Stunden in 1000 ecm Benzol durchgeführt.*) All experiments were carried out at 15 ° C for 2 1 k hours in 1000 ecm benzene.
In dem in den vorhergehenden Beispielen verwendeten Autoklav und nach dem gleichen Verfahren wird eine Serie von Polymerisationsversuchen durchgeführt, wobei in den Autoklav gleichzeitig mit 1,3-Butadien auch eine kleine Menge 1,2-Butadien, gemessen in gasförmigem Zustand mit Hilfe einer Bürette, eingeführt wird. Nach 2V2 Stunden Reaktion bei 15° C wird der Katalysator durch Einbringen von 50 ecm Methanol in den Autoklav zerstört.In the autoclave used in the previous examples and following the same procedure carried out a series of polymerization experiments, taking into the autoclave simultaneously with 1,3-butadiene also a small amount of 1,2-butadiene, measured in the gaseous state with the help of a burette, was introduced will. After 2V2 hours of reaction at 15 ° C the catalyst is destroyed by introducing 50 ecm of methanol into the autoclave.
Nach dem wie üblich durchgeführten Ausfällen, Waschen und Trocknen wird die Grenzviskosität des erhaltenen Polybutadiene bestimmt und das Polvmere der Infrarotanalyse unterworfen.After the usual precipitation, washing and drying, the intrinsic viscosity of the Determined polybutadienes obtained and subjected the Polvmere to infrared analysis.
In Tabelle 5 sind die Mengen der verschiedenen verwendeten Reaktionskomponenten, sowie die Eigenschaften der erhaltenen Polybutadiene angegeben. Die durch die Gegenwart von 1,2-Butadien bewirkte Erniedrigung des Molekulargewichtes ist klarTable 5 shows the amounts of the various reaction components used, as well as the properties of the polybutadienes obtained. The lowering caused by the presence of 1,2-butadiene the molecular weight is clear
kennbar.recognizable.
1010
Nr.attempt
No.
Gehaltcis-1,4-
salary
*) Alle Versuche wurden bei 15° C während 2Vä Stunden in 1000 ecm Benzol durchgeführt.*) All tests were carried out at 15 ° C for 2½ hours in 1000 ecm benzene.
Es wird in einem Reaktor für kontinuierliche Arbeitsweise ein Polymerisationsversuch mit 1,3-Butadien durchgeführt. Dieser Versuch wird 50 Stunden in Gegenwart von Äthylen durchgeführt.A polymerization experiment with 1,3-butadiene is carried out in a reactor for continuous operation carried out. This experiment is carried out for 50 hours in the presence of ethylene.
Der Reaktor besteht aus einem vertikalen Turm mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 2500 mm. Er ist mit einem Rührwerk und mit einem Kühlmantel versehen.The reactor consists of a vertical tower with a diameter of 100 mm and a height of 2500 mm. It is equipped with an agitator and a cooling jacket.
Die Reaktionskomponenten werden aus zwei Behältern zugeführt, von denen der erste zwei Drittel des bei der Reaktion eingesetzten Benzols sowie Diäthylenaluminiummonochlorid und den Kobaltchlorid-Pyridin-Komplex enthält. Der zweite Behälter enthält ein Drittel des verwendeten Benzols sowie das gesamte Butadien und Äthylen. Es ist ein weiteres Behälterpaar vorgesehen, das abwechselnd mit dem ersten Behälterpaar verwendet wird und das aufgefüllt wird, während das erste Behälterpaar zur Anwendung gelangt.The reaction components are fed from two containers, of which the first two thirds of the Benzene used in the reaction, as well as diethylene aluminum monochloride and the cobalt chloride-pyridine complex contains. The second container holds a third of the benzene used as well as that total butadiene and ethylene. Another pair of containers is provided, which alternates with the first pair of containers is used and which is refilled while the first pair of containers is used got.
Der Behälterinhalt wird dem Reaktor über zwei kleine Einspritzpumpen zugeführt. Es werden in den Reaktor, der ein freies Volumen von 16 1 besitzt, pro Stunde zugeführt:The contents of the tank are fed into the reactor via two small injection pumps. It will be in the Reactor, which has a free volume of 16 l, fed per hour:
4.001 Benzol,4,001 benzene,
12,0 g Diäthylaluminiummonochlorid,12.0 g diethyl aluminum monochloride,
44,00 mg CoCl2, in Form einer Benzollösung des44.00 mg CoCl 2 , in the form of a benzene solution des
Kobaltchlorid-Pyridin-Komplexes, 400 g Butadien,Cobalt chloride pyridine complex, 400 g butadiene,
4.2 g Äthylen.4.2 g ethylene.
Während des Versuchs werden alle 5 Stunden Proben der den Reaktor verlassenden Lösung entnommen. Die Eigenschaften dieser Proben sind in der folgenden Tabelle angegeben.During the experiment, samples of the solution leaving the reactor are taken every 5 hours. The properties of these samples are given in the table below.
5050
Der Reaktor wird während des Versuches zwischen 14 und 17° C durch Umlauf einer Kühlflüssigkeit von 12 bis 13° C im Mantel gehalten.The reactor is during the experiment between 14 and 17 ° C by circulating a cooling liquid of Maintained 12 to 13 ° C in the jacket.
Die viskose Polybutadienlösung, die den Reaktor verläßt, wird in Behältern gesammelt und der Katalysator sofort durch Zusatz von kleinen Methanolmengen zerstört.The viscous polybutadiene solution leaving the reactor is collected in containers and so is the catalyst destroyed immediately by the addition of small amounts of methanol.
Nach Verwerfen des während der ersten Stunden des Versuchs erhaltenen Polymeren wird das in 45 Stunden erhaltene Produkt, 16 350 kg, gesammelt.After discarding the polymer obtained during the first hours of the experiment, the in Product obtained for 45 hours, 16,350 kg, collected.
Seine durchschnittlichen Eigenschaften sind:Its average characteristics are:
Gel = 0'%Gel = 0 '%
[η] = 2,59 [η] = 2.59
Molekulargewicht = 195 000Molecular weight = 195,000
Infrarotanalyse = 94,3% cis-1,4Infrared analysis = 94.3% cis-1.4
2,9% trans-1,42.9% trans-1.4
2,8% 1,22.8% 1.2
nommen
nach
StundenEnt
took
after
hours
tration
(Gewicht)
des PoIy-
butadiens
in der
Lösung
°/oConc
tration
(Weight)
of the poly
butadiene
in the
solution
° / o
%gel
%
kular
gewichtmole
kular
weight
Gehalt
des Poly
meren
»/0 cis-1,4-
salary
of the poly
meren
»/ 0
Es werden zwei Butadienpolymere mit fast
chem Molekulargewicht und ähnlichem Gehalt an cis-l,4-Bindung hergestellt. Das erste wird durch Regulieren
des Molekulargewichtes mit Hilfe der Katalysatormenge und der Menge des Monomeren, das polymerisiert
wird, hergestellt. Das zweite Polymere wird dagegen in Gegenwart von Äthylen hergestellt, und
sein Molekulargewicht wird daher durch das Verhältnis Butadien zu Äthylen in der Reaktionsmasse bestimmt.
There are two butadiene polymers with almost
chem molecular weight and similar cis-1,4 bond content. The first is made by regulating the molecular weight with the aid of the amount of catalyst and the amount of monomer that is polymerized. The second polymer, on the other hand, is produced in the presence of ethylene, and its molecular weight is therefore determined by the ratio of butadiene to ethylene in the reaction mass.
Die Reaktionsbedingungen und die Eigenschaften der beiden Produkte sind in Tabelle 7 angegeben.The reaction conditions and the properties of the two products are given in Table 7.
Diese beiden Polybutadiene werden in einem Walzenmischer, der mit Walzen von 150-300 mm versehen ist, unter Verwendung von 90 g Polymerisat und bei 40° C verarbeitet. Die Zeit zur Erlangung eines guten Plastifizierungsgrades beträgt für das in Gegenwart von Äthylen erhaltene Produkt 20 und für das andere Produkt 40 Minuten.These two polybutadienes are in a roller mixer, which is provided with rollers 150-300 mm, using 90 g of polymer and processed at 40 ° C. The time to achieve a good degree of plasticization for the in Presence of ethylene product obtained 20 and for the other product 40 minutes.
Der Plastifizierungsgrad wird aus der Mooney-Viskosität bei 100° C bestimmt.The degree of plasticization is derived from the Mooney viscosity determined at 100 ° C.
11» 540/44511 »540/445
Versuch
Nr.attempt
No.
Al(C2Hs)2Cl
MolAl (C 2 Hs) 2 Cl
Mole
Reaktionsbedingungen *)Reaction conditions *)
ÄthylenEthylene
CoCl2
MillimolCoCl 2
Millimoles
mm Hgmm Hg
Butadien S Eigenschaften des PolymerenButadiene S properties of the polymer
Gewichtweight
cis-1,4-cis-1,4-
Gehalt [η] Salary [η]
Molekulargewicht Molecular weight
0,02
0,020.02
0.02
0,167
0,06920.167
0.0692
0
750
75
103 100 96103 100 96
9494
93,9
95,993.9
95.9
*) Beide Versuche wurden bei 15° C während 3 Stunden in 1000 ecm Benzol durchgeführt.*) Both experiments were carried out at 15 ° C for 3 hours in 1000 ecm benzene.
3,80
3,833.80
3.83
320000
323 000320000
323,000
In dem gleichen Autoklav, wie in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben, werden zwei Polybutadiene mit gleichem Molekulargewicht und ähnlichem Gehalt an cis-l,4-Bindungen hergestellt. Das erste wird hergestellt durch Regulieren des Molekulargewichtes mit Hilfe der Katalysatormenge und der Menge des Monomeren, das polymerisiert wird, während das zweite durch Regulieren des Molekulargewichtes mit Hilfe eines geeigneten Butadien-Äthylen-Verhältnisses in der Reaktionsflüssigkeit erhalten wird.In the same autoclave as described in the previous example, two polybutadienes with the same molecular weight and similar content of cis-1,4 bonds. The first is made by regulating the molecular weight with the aid of the amount of catalyst and the amount of Monomers, which is polymerized while the second by regulating the molecular weight with Is obtained using a suitable butadiene-ethylene ratio in the reaction liquid.
Die Reaktionsbedingungen und die Eigenschaften der beiden Produkte sind in Tabelle 8 angegeben.The reaction conditions and the properties of the two products are given in Table 8.
Beide Polymere wurden bei 40° C in einem Walzenmischer, wie er im vorhergehenden Beispiel beschrieben ist, unter Verwendung von je 90 g Polymerisat behandelt; der Plastifizierungsgrad wurde auf Grund der Mooney-Viskosität bei 100° C bestimmt.Both polymers were at 40 ° C in a roller mixer, as described in the previous example is treated using 90 g of polymer each; the degree of plasticization was due to the Mooney viscosity at 100 ° C determined.
Die Zeit, um einen guten Plastifizierungsgrad zu erhalten, beträgt für die in Gegenwart von Äthylen hergestellte Probe 15 Minuten und für die andere Minuten.The time to obtain a good degree of plasticization is for those produced in the presence of ethylene Sample 15 minutes and for the other minutes.
Versuchattempt
Reaktionsbedingungen *)Reaction conditions *)
Al(C2Hs)2Cl
MolAl (C 2 Hs) 2 Cl
Mole
CoCl2
MillimolCoCl 2
Millimoles
Äthylen
mm HgEthylene
mm Hg
Butadien g Eigenschaften des PolymerenButadiene g properties of the polymer
Gewichtweight
cis-1,4-Gehalt cis-1,4-content
Molekulargewicht Molecular weight
0,025
0,0250.025
0.025
0,25
0,0770.25
0.077
100100
130130
99
9699
96
94,2
94,094.2
94.0
*) Beide Versuche wurden bei 15° C während 3 Stunden in 1000 ecm Benzol durchgeführt.*) Both experiments were carried out at 15 ° C for 3 hours in 1000 ecm benzene.
2,84
2,882.84
2.88
220000
223 000220000
223,000
Claims (3)
Belgische Patentschrift Nr. 543 292.Considered publications:
Belgian patent specification No. 543 292.
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