DE1150205B - Process for the preparation of end-group modified butadiene polymers - Google Patents
Process for the preparation of end-group modified butadiene polymersInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von endgruppenmodifizierten Butadienpolymerisaten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von endgruppenmodifizierten Butadienpolymerisaten durch Polymerisation von Butadien mit als Endgruppen eintretenden Startern und Modifikatoren mit Bis-Typ-Struktur. Process for the preparation of end-group-modified butadiene polymers The invention relates to a process for the preparation of end-group-modified Butadiene polymers by polymerizing butadiene with entering as end groups Starters and modifiers with bis-type structure.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung flüssiger Butadienpolymerisate eines Molekulargewichts von 500 bis 15 000 sowohl als freie Radikale bildende Starter als auch als Modifikator solche Verbindungen mit Bis-Typ-Struktur verwendet werden, die endständig Carboxylgruppen aufweisen. The method is characterized in that for the production of liquid Butadiene polymers with a molecular weight of 500 to 15,000 as well as free Free radical initiators as well as modifiers such compounds with bis-type structure can be used which have terminal carboxyl groups.
Die erfindungsgemäß hergestellten aushärtbaren Polymeren sind Additionspolymere von mittlerer Molekulargewicht, wobei die Moleküle an den Enden reaktionsfähige Gruppen haben. Die Eigenschaften dieser Polymeren sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen langkettiger Polymerer, jedoch gestattet die Gegenwart reaktionsfähiger Endgruppen die weitere Polymerisation der Polymeren durch Aushärtungsreaktionen. Die erfindungsgemäß hergestellten aushärtbaren flüssigen Polymeren werden verwendet zum Imprägnieren, Spritzen, Gießen und für andere technische Verfahren, bei welchen gerade flüssige Polymeren mit Vorteil zu verwenden sind. Beispielsweise können die Stoffe nach dem Imprägnieren bzw. Durchtränken oder nach dem Gießen leicht ZU festen, schwer schmelzbaren polymeren Produkten von hohem Molekulargewicht ausgehärtet werden. The curable polymers produced according to the invention are addition polymers of medium molecular weight, with the molecules reactive at the ends Have groups. The properties of these polymers are essentially the same like those of long chain polymers, but allows the presence of more reactive ones End groups the further polymerisation of the polymers through curing reactions. The curable liquid polymers produced according to the invention are used for impregnation, spraying, pouring and other technical processes in which liquid polymers are to be used with advantage. For example, the Fabrics after impregnation or soaking or after pouring are slightly TOO firm, difficult-to-melt polymeric products of high molecular weight are cured.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Polymerisate mit reaktionsfähigen, funktionellen Endgruppen besitzen im wesentlichen die Eigenschaften von Butadienpolymerisaten ohne funktionelle endständige Gruppen; außerdem haben sie aber auch noch andere Kennzeichen, welche ihre Überlegenheit gegenüber den bisher bekannten Stoffen dieser Art erweisen. Insbesondere führt das beanspruchte Polymeris ationsverfahren zu Stoffen, welche ausgezeichnete Kennwerte bei niedrigen Temperaturen aufweisen. The polymers obtained according to the invention with reactive, functional end groups essentially have the properties of butadiene polymers without functional terminal groups; but they also have others Characteristics that show their superiority over the previously known substances of this Kind of prove. In particular, the claimed polymerisation process leads to substances which have excellent characteristics at low temperatures.
Die Polymerisation des Butadiens erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung durch freie Radikale. Dabei ergibt das erfindungsgemäße Polymerisationsverfahren ein durch 1,4-Additicn gebildetes, im wesentlichen lineares Polymerisat, das nur einen geringen Prozentsatz an die Hauptpolymerisatkette angehängter Vinylgruppen hat. Beispielsweise enthalten diese Polybutadiene nur etwa 20°/o monomeren Butadiens, das durch 1,2-Addition polymerisiert worden ist. Bei anderen Verfahren, z. B. der Natrium- oder Ionenpolymerisation von Butadien, treten 50 bis 75 0/o monomeren Butadiens unter 1,2-Addition in die Polymerenkette ein, wobei man eine entsprechend große Anzahl von Vinylseitengruppen erhält. Man nimmt an, daß das Fehlen angehängter Gruppen in den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten fertigen polymeren Massen das ausgezeichnete Verhalten der Polymeren bei niedrigen Temperaturen herbeführt. Beispielsweise haben die erfindungsgemäß hergestellten Polybutadiene eine Gjoooo (d. h. die Temperatur, bei welcher der Torsionsmodul einer Stange von 1 Quadratzoll Querschnitt gleich rund 700 kg/cm2 ist) von etwa 760 C, welcher Wert unter dem Wert liegt, der bei den üblichen Polybutadienen festgestellt wurde. Bei Arbeiten unter niedrigen Temperaturen und Verwendung dieser Polymerisate ist ein solch niedriger Wert von Gf - der sich dem Sprödigkeitspunkt (Tg) bzw. der Kältefestigkeit des Polymerisats nähert - von erheblicher Bedeutung. Die erfindungsgemäß hergestellten Polymeren behalten nämlich auch bei niedrigen Temperaturen ihre Biegsamkeit bei und sind deshalb lür Verwendungszwecke, bei denen eine niedrige Temperatur vorherrscht, besonders erwünscht. The polymerization of the butadiene takes place according to the present invention by free radicals. The polymerization process according to the invention results an essentially linear polymer formed by 1,4-additives that only a small percentage of vinyl groups attached to the main polymer chain Has. For example, these polybutadienes contain only about 20% monomeric butadiene, which has been polymerized by 1,2-addition. In other procedures, e.g. B. the Sodium or ion polymerization of butadiene, 50 to 75% of monomeric butadiene occur with 1,2-addition in the polymer chain, whereby one has a correspondingly large Number of vinyl side groups obtained. It is believed to be the lack of attached groups in the finished polymeric compositions produced by the process according to the invention the excellent behavior of the polymers at low temperatures. For example, the polybutadienes produced according to the invention have a gjoooo (i.e., the temperature at which the torsional modulus of a 1 square inch rod Cross section is equal to around 700 kg / cm2) of around 760 C, which value is below the value which was found in the usual polybutadienes. When working under low temperatures and use of these polymers is such a lower Value of Gf - which is the brittleness point (Tg) or the cold resistance of the polymer approaching - of considerable importance. The polymers produced according to the invention namely retain their flexibility even at low temperatures and are therefore For uses where a low temperature prevails, especially he wishes.
Die Einführung der endständigen Carboxylgruppen in die Polymeren erfolgt durch die Einleitung der Polymerisation des Butadiens unter Verwendung eines dissoziierbaren Starterreagens, welches Carboxylgruppen enthält. Durch die Aufspaltung des Starterreagens, beispielsweise auf thermischem Wege, erhält man mehrere freie Radikale, jedes derselben mit einer Carboxylgruppe. Diese Radikale leiten nun die Polymerisation des Monomeren ein durch eine Reaktion mit demselben, wobei der Kern einer polymeren Kette mit einer Carboxylgruppe gebildet wird. The introduction of the terminal carboxyl groups into the polymers takes place by initiating the polymerization of butadiene using a dissociable starter reagent which contains carboxyl groups. By splitting up of the starter reagent, for example by thermal means, one obtains several free ones Radicals, each of the same with a carboxyl group. These radicals now initiate the polymerization of the monomer through a reaction with the same, wherein the core of a polymeric chain with a carboxyl group is formed.
Die Verlängerung der Kette erfolgt durch die Reaktion dieses Kettenkerns mit weiteren Molekülen des Monomeren. Im Gemisch befindet sich ferner ein bifunktioneller Modifikator oder Kettenlängenregler.The chain is lengthened through the reaction of this chain core with other molecules of the monomer. There is also a bifunctional in the mixture Modifier or chain length regulator.
Der Abbruch der polymeren Kette und die anschließende Ausscheidung freier Radikaler kann mittels einer Anzahl verschiedener Reaktionen erfolgen. The breaking of the polymer chain and the subsequent excretion Free radicals can occur through a number of different reactions.
Beispielsweise kann die Polymerenkette durch die Reaktion mit einer anderen, von dem Starter abgeleiteten freien Radikal-Endgruppe abgebrochen werden.For example, the polymer chain can by reacting with a other free radical end groups derived from the starter are terminated.
Das resultierende Polymerisat hat dann zwei funktionelle endständige Carboxylgruppen, die sich von dem freien Radikalstarter ableiten. Ebenso kann die Polymerenkette aber auch mit dem bei einer Kettenabbruchreaktion vorhandenen Modifikator umgesetzt werden. Der verwendete Modifikator hat ebenfalls Carboxylgruppen, und in diesem Falle besitzt dann die Polymerenkette Endgruppen, die sich sowohl von dem Starter als auch von dem Modifikator ableiten.The resulting polymer then has two functional terminal positions Carboxyl groups derived from the free radical initiator. The Polymer chain but also with the modifier present in a chain termination reaction implemented. The modifier used also has carboxyl groups, and in this case then the polymer chain has end groups, which are both from derive from the starter as well as from the modifier.
Der hierbei gewählte Modifikator ist ein solcher, welcher bei der Reaktion mit einer freien Radikalpolymerenkette ein freies Radikal erzeugt, und der erzeugte freie Radikalanteil des Modifikators kann nun die weitere Polymerisation durch Bildung des Kerns neuer Polymerenketten einleiten. Beide Polymerenketten können auch durch Reaktion miteinander abgebrochen werden. In jedem dieser Fälle, mit welchen die Möglichkeiten für eine Reaktion keineswegs erschöpft sind, hat das dabei gebildete polymere Molekül zwei funktionelle, endständige Carboxylgruppen, die sich entweder von dem vorhandenen Starter oder von dem bifunktionellen Modifikator bzw. Kettenlängenregler ableiten. Die Endketten des Polymerisates stammen deshalb entweder nur vom Starter oder nur vom Modifikator oder auch von beiden zugleich.The modifier selected here is one that is used for the Reaction with a free radical polymer chain generates a free radical, and the generated free radical fraction of the modifier can now the further polymerization initiate new polymer chains by forming the core. Both polymer chains can can also be terminated by reacting with one another. In each of these cases, with which the possibilities for a reaction are by no means exhausted, has what is formed in the process polymeric molecule has two functional, terminal carboxyl groups that are either from the existing starter or from the bifunctional modifier or chain length regulator derive. The end chains of the polymer therefore either only come from the starter or only from the modifier or from both at the same time.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können zahlreiche freie Radikalstarter verwendet werden, wobei die einzige Bedingung die ist, daß sie die erforderlichen funktionellen Carboxylgruppen besitzen. Numerous free radical initiators can be used in the process according to the invention can be used, the only condition being that they be the required have functional carboxyl groups.
Sie müssen natürlich auch eine angemessene Fähigkeit haben, freie Radikale zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Startersubstanz eine o, w'-Azobis-(o>-cyanalkancarbonsäure) und als Modifikator eine o, co'-Dithio-bis-(alkancarbonsäure) verwendet.You must of course also have an adequate ability to be free Generate radicals. In a preferred embodiment of the invention Process is an o, w'-azobis (o> -cyanoalkanecarboxylic acid) as the starter substance and an o, co'-dithio-bis (alkanecarboxylic acid) used as a modifier.
Besonders bewährt hat sich dabei als Startersubstanz 4,4'-Azo-bis-(cyanvaleriansäure) und als Modifikator Dithiodibuttersäure.4,4'-Azo-bis- (cyanvaleric acid) has proven particularly useful as a starter substance. and as a modifier dithiodibutyric acid.
Die für die Erfindung besonders geeigneten Disulfide sind demgemäß Dithioverbindungen der niederen Glieder der aliphatischen Reihe co-subsütuierten funktionellen Gruppen der beschriebenen Art. The disulfides particularly suitable for the invention are accordingly Dithio compounds of the lower members of the aliphatic series co-subsuted functional groups of the type described.
Stoffe dieser Art sind beispielsweise die niederen Dithioalkansäuren, wie die erwähnte Dithiodibuttersäure (DTDB) HOOC(CH2)3SS (CH2)3COOH, Dithiodiproprionsäure HOOC(CH2)2SS(CH2)2COOH und die Dithiodipropionsäure HOOC(CH2)sSS(CH2)5COOH.Substances of this type are, for example, the lower dithioalkanoic acids, like the mentioned dithiodibutyric acid (DTDB) HOOC (CH2) 3SS (CH2) 3COOH, dithiodiproprionic acid HOOC (CH2) 2SS (CH2) 2COOH and the dithiodipropionic acid HOOC (CH2) sSS (CH2) 5COOH.
Verwendet man beispielsweise 4,4'-Azo-bis-(4-cyan-valeriansäure) als Startersubstanz, Dithiodibuttersäure als Modifikator und Butadien als Monomeres, dann können die Reaktionen für die Einleitung der Polymerisation und für das fortschreitende Wachstum der Ketten durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden: Bei der ReaktionI zersetzt sich der Azo-Starter unter Bildung des freien Radikals Diese Reaktion ist die erste, bei welcher freie Radikale erzeugt werden. Die Polymerisation wird also durch die Gegenwart eines freien Radikals eingeleitet, und die Anzahl der vorhandenen freien Radikale bestimmt die Anzahl der wachsenden Ketten in der Reaktion. Eine geringe Startermenge ergibt verhältnismäßig wenige freie Radikale und daher eine langsamere Reaktion. Umgekehrt führt eine große Startermenge zu einer schnelleren Reaktion. Durch die Verwendung eines Modifikators können im Verlauf der Reaktion auch andere reaktionsfähige freie Radikale hinzugesetzt werden. Die Anzahl der wachsenden Ketten kann also durch die Menge der verwendeten Startersubstanz bestimmt werden. Die Polymerisationsreaktion kann aber auch durch die Verwendung eines Modifikators vorgetrieben werden, welcher die Kette der freien Radikale fortsetzt, selbst nach dem Abbruch der Polymerisation in einer einzelnen Kette. Bei der Wahl des Verhältnisses der Menge der Startersubstanz zu der Menge des nutzbaren Modifikators hat man eine beträchtliche Freiheit, und man verfügt infolgedessen über ein Mittel zur Regelung sowohl der Reaktionsgeschwindigkeit als auch der Polymerenkettenlänge. Beispielsweise wird eine hohe Konzentration des Kettenlängenreglers Stoffe von niedrigerem Molekulargewicht ergeben.If, for example, 4,4'-azo-bis- (4-cyano-valeric acid) is used as the starter substance, dithiodibutyric acid as the modifier and butadiene as the monomer, the reactions for initiating the polymerization and for the progressive growth of the chains can be given by the following equations being represented: In reaction I, the azo starter decomposes with the formation of the free radical This reaction is the first to generate free radicals. The polymerization is thus initiated by the presence of a free radical, and the number of free radicals present determines the number of growing chains in the reaction. A small amount of starter results in relatively few free radicals and therefore a slower reaction. Conversely, a large amount of starter leads to a faster reaction. By using a modifier, other reactive free radicals can also be added in the course of the reaction. The number of growing chains can therefore be determined by the amount of starter substance used. However, the polymerization reaction can also be driven by the use of a modifier which continues the chain of free radicals, even after the polymerization has been terminated in a single chain. There is considerable freedom in choosing the ratio of the amount of initiator to the amount of modifier that can be used and, as a result, one has a means of controlling both the rate of the reaction and the length of the polymer chain. For example, a high concentration of the chain length regulator will result in substances of lower molecular weight.
Die Gleichung II zeigt die Reaktion des freien Radikals der Startersubstanz mit dem monomeren Butadien. Man sieht, daß die Reaktion einer der Doppelbindungen des Butadiens erforderlich ist, um die Kette zu erzeugen, und daß die andere Bindung im allgemeinen nach den mittleren Kohlenstoffatomen zu verschoben wird. n ist die Zahl, welche den Durchschnitt der Butadien-Grundbausteine, welche vor dem Abbruch der Kette polymerisieren, anzeigt. Equation II shows the reaction of the free radical of the starter substance with the monomeric butadiene. You can see that the reaction is one of the double bonds of the butadiene is required to create the chain and that the other bond is generally shifted towards the middle carbon atoms. n is the Number which is the average of the basic butadiene building blocks that existed before the termination polymerize in the chain.
Die Gleichung III zeigt die Reaktion der wachsenden Polymerenkette mit dem Modifikator. Bei dieser Reaktion wird der Modifikator an dem Disulfidglied gespalten, um mit dem freien Radikal-Polymeren in Reaktion zu treten, wobei sowohl ein polymeres Molekül mit einer funktionellen endständigen Gruppe als auch ein neues funktionelles freies Radikal, welches in der Lage ist, die Kettenpolymerisation fortzusetzen, erzeugt werden. Equation III shows the reaction of the growing polymer chain with the modifier. In this reaction, the modifier becomes on the disulfide member cleaved to react with the free radical polymer, with both a polymeric molecule with a functional terminal group as well as a new one functional free radical capable of chain polymerization continue to be generated.
Die Gleichung IV zeigt die Reaktion zwischen dem von dem Modifikator erzeugten freien Radikal und weiteren Grundbausteinen des monomeren Butadiens, wobei eine wachsende Polymerenkette, welche die Modiflkator-Endgruppe enthällt, und ein noch wachsendes Polybutadienradikal erzeugt werden. Dieses Radikal kann dann die bereits beschriebenen Verfahrensstufen wiederholen. Equation IV shows the response between that from the modifier generated free radical and other basic building blocks of the monomeric butadiene, where a growing polymer chain containing the modifier end group, and a still growing polybutadiene radical can be generated. This radical can then die repeat the process steps already described.
Die hier angegebenen Reaktionen dienen natürlich nur zur Erläuterung. Anstatt der 4,4'-Azo-bis-(4-cyan-valeriansäure) können auch andere Startersubstanzen mit einer aktiven endständigen Carboxylgruppe, wie sie oben angegeben wurden, verwendet werden. The reactions given here are of course only illustrative. Instead of 4,4'-azo-bis- (4-cyano-valeric acid), other starter substances can also be used having an active terminal carboxyl group as indicated above was used will.
Die Beendigung der Polymerisation findet beispielsweise dann statt, sobald eine wachsende Kette mit einem Modifikatormolekül zur Reaktion gelangt. Wie bereits vorher angegeben wurde, wird die Bildung einer neuen Kette eingeleitet, die weiter wächst, so daß die Reaktion, wenn auch die Bildung eines polymeren Moleküls fertig abgeschlossen ist, damit noch nicht abgebrochen ist. Wenn jedoch zwei freie Radikale miteinander in Reaktion treten, dann wird kein weiteres freies Radikal erzeugt, um die Kette fortzupflanzen, und es tritt ein Abbruch der Reaktion ein. The end of the polymerization takes place, for example, as soon as a growing chain reacts with a modifier molecule. As has already been specified, the formation of a new chain is initiated, which continues to grow, so that the reaction, albeit the formation of a polymeric molecule is finished so that it has not yet been canceled. However, if two are free If radicals react with each other, then there will be no further free radicals to propagate the chain, and the reaction is terminated.
Beispielsweise können das Starterradikal der Reaktion I und das Polymerenradikal der Reaktion II bei ihrer Reaktion miteinander einen Abbruch verursachen, indem sie ein Molekül erzeugen, welches an jedem Ende der Polymerenkette gleiche Starterradikale hat. Ebenso kann die Reaktion IV durch die Reaktion mit einem freien Starterradikal oder mit einem freien Radikal des Modifikators abgebrochen werden. Auch zwei freie Radikale wachsender Polymerenketten des in den ReaktionenII und IV beschriebenen Typs können miteinander gekuppelt werden, um einen Abbruch der Polymerisation zu bewirken. Da jedoch der Molekulargewichtsbereich der erfindungsgemäß hergestellten Produkte verhältnismäßig schmal ist, tritt diese Reaktion augenscheinlich nur in beschränktem Umfange auf.For example, the starter radical of reaction I and the polymer radical cause reaction II to terminate their reaction with one another by they create a molecule that has the same starter radicals at each end of the polymer chain Has. Reaction IV can likewise be carried out by the reaction with a free starter radical or terminated with a free radical of the modifier. Also two free ones Radically growing polymer chains of that described in Reactions II and IV Type can be coupled together to stop the polymerization cause. However, since the molecular weight range of the manufactured according to the invention Products is relatively narrow, this reaction apparently only occurs in limited scope to.
Aus einer Betrachtung der möglichen Abbruchreaktionen geht klar hervor, daß drei Typen von Molekülen - auf die Endgruppen bezogen - erzeugt werden können, die durch die nachstehenden Formeln dargestellt werden: Wie man hieraus ersieht, hat jede Verbindung doch die gleiche reaktionsfähige Endgruppe, nämlich die Carboxylgruppe, weshalb alle drei Molekültypen in gleicher Weise reagieren.From a consideration of the possible termination reactions it is clear that three types of molecules - in relation to the end groups - can be generated, which are represented by the following formulas: As you can see from this, every compound has the same reactive end group, namely the carboxyl group, which is why all three types of molecules react in the same way.
Die Ketten sind hinsichtlich der Carboxylgruppe auch bifunktionell, und diese Bifunktionalität ist wesentlich, wenn durch gegebenenfalls anschließende Aushärtungsreaktionen höhere Polymere erzeugt werden sollen. Die Gegenwart einer unwirksamen Endgruppe im Molekül, wie sie in der Regel bei der normalen Polymerisation erzeugt wird, genügt, um ein Kettenwachstum in der Richtung der unwirksamen Endgruppe zu vermeiden. The chains are also bifunctional with regard to the carboxyl group, and this bifunctionality is essential when followed by any subsequent Curing reactions higher polymers are to be generated. The presence of a ineffective end group in the molecule, as is usually the case in normal polymerization generated is sufficient to chain growth in the direction of the ineffective end group to avoid.
Die hier besprochenen aushärtbaren polymeren Produkte können durch die folgende allgemeine Formel dargestellt werden: HOOC - R (CII. - CII CH R' COOH In dieser Formel sind R und R' die nichtfunktionellen Teile der Endgruppen, welche - wie aus den spezifischen Formeln zu ersehen ist - in dem endgültigen Molekül gleich oder verschieden voneinander sein können; n ist eine ganze Zahl welche die Anzahl der Butadienmoleküle in der Kette anzeigt. Obwohl Polybutadien, wie es aus dieser allgemeinen Formel hervorgeht, ein 1,4-Reaktionsprodukt ist, hat man doch erkannt, daß dieses nicht die einzige Art und Weise ist, in welcher eine Polymerisation des Butadiens vor sich gehen kann. Da jedoch durch die Reaktion ein vorwiegend lineares Polymerisat erzeugt wird und bei derselben etwa 75 bis 80 80°/o des monomeren Butadiens in einer 1,4-Reaktion polymerisiert werden, ist das Polymere hier in einer Form dargestellt, bei welcher angehängte Vinylgruppen fehlen. Wie bereits früher erwähnt wurde, führt die Ionen- oder die Natriumpolymerisation von Butadien vorwiegend zu einem Polybutadien mit angehängten Vinylgruppen oder Zweigketten. The curable polymeric products discussed here can pass through the following general formula can be represented: HOOC - R (CII. - CII CH R 'COOH In this formula, R and R 'are the non-functional parts of the end groups, which - as can be seen from the specific formulas - the same in the final molecule or can be different from one another; n is an integer which is the number of butadiene molecules in the chain. Although polybutadiene like it from this general formula, is a 1,4-reaction product, it has been recognized that this is not the only way in which polymerization of the Butadiene can go on. However, because of the reaction a predominantly linear one Polymer is produced and at the same about 75 to 80 80% of the monomeric butadiene are polymerized in a 1,4 reaction, the polymer here is in a form shown in which attached vinyl groups are missing. As mentioned earlier ion or sodium polymerization of butadiene predominantly leads to a polybutadiene with pendant vinyl groups or branch chains.
Für das hier nicht beanspruchte Aushärten der erfiudungsgemäß hergestellten reaktionsfähigen Polymeren sind Isocyanate, Äthylenoxyde und Imide besonders geeignet. Weiter brauchbar sind Metalloxyde, mehrwertige Alkohole, Polyamine und dergleichen polLyfunlctionelle Verbindungen. For the curing, which is not claimed here, of the products produced according to the invention Reactive polymers, isocyanates, ethylene oxides and imides are particularly suitable. Metal oxides, polyhydric alcohols, polyamines and the like are also useful Pollyfunctional connections.
Der Zahlenwert von n in der obigen Formel muß so hoch sein, daß man ein polymeres Produkt mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 500 und 15 000 bekommt. Innerhalb dieses Bereiches kann das durchschnittliche Molekulargewicht des polymeren Produkts geregelt werden, indem man die verwendeten Gesamtmengen an Starter und Modifikator wandert und weiterhin die Menge dieser Stoffe ändert, die jeweils im Verlauf der Reaktion vorhanden ist. The numerical value of n in the above formula must be so high that one a polymeric product having a molecular weight between about 500 and 15,000. Within this range, the average molecular weight of the polymer Product can be regulated by looking at the total amounts of starter and Modifier migrates and continues to change the amount of these substances in each The course of the reaction is present.
Um eine genügend rasche Reaktion herbeizuführen, kann man beispielsweise verhältnismäßig große Mengen der Startersubstanz verwenden. Es können jedoch auch kleinere Mengen der letzteren verwendet werden, wenn von dem Modifikator entsprechend größere Mengen vertreten sind. Um einen angemessen hohen Grad der Umwandlung zu erhalten, wird der Starter weckmäßigerweise in Teilmengen und in Abständen hinzugesetzt. Der Modifikator ist vorzugsweise ein solcher, welcher Kettenfortpflanzungsreaktionen hervorruft, die ungefähr mit dem Verbrauch des Monomeren Schritt halten. Die Reaktionsfähigkeit des Modifikators und des Monomeren kön- nen so zueinander ausgeglichen werden, daß man Polymeren mit einem Molekulargewicht innerhalb des gewünschten Bereiches bekommt und auch eine ziemlich gleichmäßige Molekulargewichtsverteilung erreicht. So kann man beispielsweise Produkte mit einer großen Anzahl von Stoffen von sehr niedrigem Molekulargewicht und mit einem kleinen Rest sehr hochmolekularer Stoffe vermeiden. Wenn die Reaktionsfähigkeit des Modifikators von demjenigen des Monomeren deutlich verschieden ist, kann die Molekulargewichtsverteilung durch die Einstellung des Zeitmaßes bei den Zusätzen des Modifikators geregelt werden.In order to bring about a sufficiently rapid reaction, one can, for example use relatively large amounts of the starter substance. However, it can also smaller amounts of the latter can be used if appropriate by the modifier larger amounts are represented. To have a reasonably high degree of conversion too received, the starter is usually added in portions and at intervals. The modifier is preferably one which has chain propagation reactions which roughly keep pace with the consumption of the monomer. The responsiveness the modifier and the monomer can nen are balanced to each other so that to obtain polymers with a molecular weight within the desired range and also achieved a fairly uniform molecular weight distribution. So can for example products with a large number of substances from very low Avoid molecular weight and, with a small residue, very high molecular weight substances. When the reactivity of the modifier is significantly different from that of the monomer is different, the molecular weight distribution can be adjusted by adjusting the The time measure for the additions of the modifier can be regulated.
Beispiel 1 Ein Polybutadienpolymeres mit endständiger Carboxylgruppe wurde hergestellt aus 1380 g Butadien, 100 g Dithiodibuttersäure (DTDB) und 64 g 4,4'-Azo-bis-(4-cyan-valeriansäure) (ACP), und zwar in der folgenden Weise: Der gesamte DTDB-Modifikator und ein erster Teil der Startersubstanz mit einem Gehalt von 16 g ACP, aufgelöst in einem Gemisch aus 80 g Methanol und 16 g Wasser, wurden in einen Autoklav mit einem Inhalt von 3,785 1 eingebracht. Man hat mit gleichem Erfolg auch andere, nicht alkoholische, organische Lösungsmittel, z. B. Example 1 A carboxyl-terminated polybutadiene polymer was made from 1380 g butadiene, 100 g dithiodibutyric acid (DTDB) and 64 g 4,4'-azo-bis (4-cyano-valeric acid) (ACP) in the following manner: The entire DTDB modifier and a first part of the starter substance with a content of 16 g of ACP dissolved in a mixture of 80 g of methanol and 16 g of water placed in an autoclave with a content of 3.785 liters. One has with the same Other, non-alcoholic, organic solvents, e.g. B.
Aceton zur Auflösung der ACP verwendet und kann dabei die mögliche Bildung von Estern vermeiden.Acetone is used to dissolve the ACP and can do the possible Avoid the formation of esters.
Der Autoklav wurde hierauf mit dem monomeren Butadien gefüllt, verschlossen und auf eine Temperatur von 85° C gebracht. Nach 6stündigem Erhitzen bei dieser Temperatur (einem Druck von 14 kg/cm2 in dem verwendeten Autoklav entsprechend) wurde eine zweite Teilmenge der Startersubstanz, wie zuvor in Methanol und Wasser gelöst, unter Druck hinzugesetzt, worauf die Reaktion fortgesetzt wurde.The autoclave was then filled with the monomeric butadiene and closed and brought to a temperature of 85 ° C. After 6 hours of heating with this Temperature (corresponding to a pressure of 14 kg / cm2 in the autoclave used) was a second portion of the starter substance, as before in methanol and water dissolved, added under pressure, whereupon the reaction was continued.
Andere Teilmengen der Startersubstanz wurden nach Verlauf von 12 und von 18 Stunden hinzugesetzt, und das Erhitzen wurde auf die Gesamtdauer von 24 Stunden fortgesetzt. (Obwohl dieses Beispiel den absatzweisen Zusatz der ACP behandelt, so gibt es doch auch ein Verfahren mit stetiger Speisung, bei welchem die ACP über einen Zeitraum von 12 Stunden verteilt hinzugesetzt wird; dieses Verfahren wurde mit besonderem Erfolge angewandt und gestattet sogar eine bessere Regelung der Menge an Startersubstanz, die während der ganzen Reaktion jeweils vorhanden sein muß). Nach 24 Stunden waren ungefähr 400/0 des ursprünglich vorhandenen Monomeren umgewandelt.Other aliquots of the starter substance were after the course of 12 and of 18 hours was added and the heating was continued for a total of 24 hours continued. (Although this example covers the paragraph-wise addition of the ACP, so there is also a method with continuous supply in which the ACP over a period of 12 hours is added; this procedure was Applied with particular success and even allows better regulation of the quantity of starter substance, which must be present during the entire reaction). After 24 hours, approximately 400/0 of the monomer originally present had been converted.
Das nicht zur Reaktion gekommene Butadien und Methanol wurden aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert, und das verbleibende Polymere wurde mit Methanol gewaschen, bis die nicht zur Reaktion gekommenen Säuren - DTDB und ACP - entfernt worden waren. Das flüssige Polymere wurde schließlich im Vakuum unter Rühren getrocknet, um das gesamte Methanol zu entfernen. Das Produkt war eine Flüssigkeit mit einer Brookfield-Viskosität von 440 Poise bei 26,670 C und einem Carboxylgehalt von 0,041 Äquivalenten je 100 g. Dieses Äquivalent entspricht einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 5000. Bis zu einem gewissen Grade ist die hohe Viskosität des Produkts auf das Waschen mit Methanol zurückzuführen, weil dabei die Stoffe mit niedrigem Molekulargewicht ausgewaschen werden und die Viskosität des Polymeren durch Fraktionierung erhöht wird.The unreacted butadiene and methanol were used up the reaction mixture was distilled off, and the remaining polymer was with methanol washed until the unreacted acids - DTDB and ACP - removed had been. The liquid polymer was finally dried in a vacuum with stirring, to remove all of the methanol. The product was a liquid with a Brookfield viscosity of 440 poise at 26.670 C and a carboxyl content of 0.041 Equivalents per 100 g. This equivalent corresponds to an average molecular weight from about 5000. To some extent the high viscosity of the product attributed to washing with methanol, because doing so the substances with low Molecular weight can be washed out and the viscosity of the polymer by fractionation is increased.
Beispiel 2 Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Polymerisationsverfahren wurde ein flüssiges Polymerisat hergestellt, jedoch wurde bei Beendigung der Reaktion und nach Abdestillieren des nicht zur Reaktion gekommenen Butadiens und Methanols aus dem Reaktionsgemisch das Produkt mehrmals mit heißem Wasser gewaschen, bis die gesamten nicht zur Reaktion gekommenen Säuremengen - DTDB und ACP - entfernt worden waren. Das Polymere wurde dann unter Vakuum getrocknet. Die Brookfieldviskosität des Produkts belief sich auf 210 Poise bei 26,670 C, der Carboxylgehalt auf 0,68 Äquivalente je 100 g und das durchschnittliche Molekulargewicht auf 2940. Example 2 Following the polymerization process described in Example 1 a liquid polymer was produced, but when the reaction ended, it was and after distilling off the butadiene and methanol which have not reacted from the reaction mixture the product washed several times with hot water until the all unreacted amounts of acid - DTDB and ACP - have been removed was. The polymer was then dried under vacuum. The Brookfield viscosity of the product was 210 poise at 26.670 C, the carboxyl content was 0.68 Equivalents per 100 g and the average molecular weight to 2940.
Beispiel 3 Ein Polymerisat von höherem durchschnittlichen Molekulargewicht wurde wie im Beispiel 2 hergestellt und mit Wasser gewaschen, abgesehen davon, daß an Stelle von 100 g des DTDB-Modifikators im Reaktionsgemisch wie im Beispiel 2 davon nur 75 g verwendet wurden. Das mit Wasser gewaschene Polymeren hatte eine Brookfieldviskosität von 315 Poise bei 26,670 C, einen Carboxylgehalt von 0,057 Siquivalenten je 100 g und ein Molekulargewicht von 3500. Example 3 A polymer of higher average molecular weight was prepared as in Example 2 and washed with water, except that instead of 100 g of the DTDB modifier in the reaction mixture as in Example 2 of which only 75 g were used. The polymer washed with water had a Brookfield viscosity of 315 poise at 26.670 C, a carboxyl content of 0.057 Equivalents per 100 g and a molecular weight of 3500.
Beispiel 4 Ein Polymerisat mit endständiger Carboxylgruppe wurde nach dem Verfahren des Beispiels 2 hergestellt. Example 4 A carboxyl-terminated polymer was obtained prepared according to the procedure of Example 2.
Die Reaktion erfolgte bei 850 C, der Zusatz der Startersubstanz in Abständen von je 6 Stunden, und die Ausbeute belief sich auf ungefähr 40 O/o. Für die Herstellung wurden die folgenden Stoffe verwendet 1380 g Butadien, 100 g p-Carboxy-methylphenoldisulfid, in Methanol gelöst, sowie 64 g ACP, welche in vier gleichen Teilmengen hinzugesetzt wurde. Die Brookfieldviskosität belief sich auf 300 Poise bei 26,670 C und das Carboxyläquivalent auf 0,05 je 100 g, einem Molekulargewicht von etwa 3600 entsprechend.The reaction took place at 850 C, the addition of the starter substance in 6 hour intervals and the yield was about 40%. For The following substances were used for the production: 1380 g butadiene, 100 g p-carboxy-methylphenol disulfide, dissolved in methanol, and 64 g of ACP, which are added in four equal portions became. The Brookfield viscosity was 300 poise at 26.670 ° C and the carboxyl equivalent to 0.05 per 100 g, corresponding to a molecular weight of about 3600.
Die Art und Weise, in welcher das durchschnittliche Molekulargewicht der reaktionsfähigen Polymeren durch die Änderung der Temperatur und der vorhandenen Mengen von Modifikator und Startersubstanz modifiziert werden kann, ergibt sich aus den nachstehenden Beispielen. The way in which the average molecular weight of reactive polymers by changing the temperature and the existing Amounts of modifier and starter substance can be modified, results from the examples below.
Beispiel 5a Bei Verwendung eines Ansatzes von 1380 g Butadien, 300 g DTDB und 64 g ACP, Polymerisation bei 85 C bei ungefähr 400/oiger Umwandlung, unter Anwendung des Verfahrens nach Beispiel 2. erhält man ein Polymerisat mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1000. Example 5a Using a batch of 1380 g of butadiene, 300 g DTDB and 64 g ACP, polymerization at 85 C with about 400% conversion, using the method according to Example 2, a polymer is obtained with a average molecular weight of about 1000.
Beispiel 5b Bei Verwendung der gleichen Menge an Butadien, aber von 100 g DTDB und 25 g ACP, erhielt man ein Polymerisat mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 3000 bis 4000. Die Ausbeute liegt auch hier etwa zwischen 35 und 40o. Der Versuch wurde wie im Beispiel 2 ausgeführt, d. h. Waschen des Polymeren mit Wasser, jedoch bei einer Polymerisationstemperatur von 950 C. Die ACP wird in vier Teilmengen von je etwa 6 g hinzugesetzt, wobei jede Teilmenge vor dem Zusatz in etwa 6 g Wasser und 30 g Methanol gelöst wurde. Example 5b Using the same amount of butadiene but of 100 g of DTDB and 25 g of ACP, a polymer was obtained with an average Molecular weight from 3,000 to 4,000. The yield here is also approximately between 35 and 40o. The experiment was carried out as in Example 2; H. Washing the polymer with water, but at a polymerization temperature of 950 C. The ACP is in four aliquots of about 6 g each are added, each aliquot before the addition was dissolved in about 6 g of water and 30 g of methanol.
Beispiel 5c Bei Verwendung der gleichen Menge an Butadien wie in den Beispielen 5 a und 5b, bei nur 25 g DTDB und 64 g ACP, erhält man ein Polymerisat mit einem Molekulargewicht von 10 000 bis 12 000. Das Reaktionsverfahren war etwa das gleiche wie im Beispiel 2, bei einer Polymerisationstemperatur von 853 C und einer Ausbeute von 35 bis 40 °/o. Example 5c Using the same amount of butadiene as in Examples 5a and 5b, with only 25 g of DTDB and 64 g of ACP, a polymer is obtained having a molecular weight of 10,000 to 12,000. The reaction procedure was about the same as in Example 2, at a polymerization temperature of 853 C and a yield of 35 to 40%.
Das Aushärten der aushärtbaren Polymere des oben beschriebenen Typs
wird durch die nachstehenden Versuche erläutert: Unter Verwendung des Polymerisats
aus dem obigen Beispiel 1 wurde eine Reihe ausgehärteter polymerer Stoffe aus den
folgenden Reaktionsgemischen hergestellt:
Das Aushärten erfolgte durch Erhitzen bei 770 C in einem Drehofen
im Verlauf von 20 Stunden, wobei die Teste mit den ausgehärteten Polymeren die folgenden
Resultate ergaben:
100 Teile dieses Polymerisats wurden ausgehärtet in Gegenwart von 20 Gewichtsteilen Gasruß, unter Verwendung von 10,7 Gewichtsteilen eines äthyleniminosubstituierten Methans und Anwendung des Verfahrens nach Beispiel 5. Das resultierende Polymere hatte eine Zugfestigkeit von 54,39 kg/cm2, eine Dehnung von 463 °/o, eine Shorehärte A von 75 Duro und eine Reißfestigkeit von 28,6 kg/cm. 100 parts of this polymer were cured in the presence of 20 parts by weight of carbon black, using 10.7 parts by weight of an ethyleneimino-substituted Methane and using the method of Example 5. The resulting polymer had a tensile strength of 54.39 kg / cm2, an elongation of 463%, a Shore hardness A of 75 Duro and a tear strength of 28.6 kg / cm.
Bei Aushärten des gleichen Polymeren mit dem gleichen Härter erhielt
man die folgenden physikalischen Eigenschaften bei verschiedenen Anteilsverhältnissen
zwischen dem Polymerisat mit endständiger Carboxylgruppe und dem Härter, wie aus
der nachstehenden Tabelle ersichtlich ist:
Die ausgezeichneten Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polybutadiene zeigt ein Vergleich mit den nach anderen Methoden hergestellten Polybutadienen. Bei Anwendung der Natriumpolymerisation und einer Temperatur von 800 C erhält man ein Polybutadien, bei welchem 626/o des Monomeren durch 1,2-Addition polymerisiert sind. Ein derartiges Polymerisat hat eine Kältefestigkeit Tg von etwa - 540 C. Die ausgehärteten erfindungsgemäßen Polybutadiene mit endständiger Carboxylgruppe, wobei die Polymerisation bei einer Temperatur von etwa 850 C vor sich geht, zeigten G10 000-Werte von unter 760 C, die an den Punkt der Kältefestigkeit (Tg) nahe herankommen. The excellent properties at low temperatures of the A comparison shows polybutadienes produced by the process according to the invention with the polybutadienes produced by other methods. When using sodium polymerization and a temperature of 800 ° C., a polybutadiene is obtained at which 626 / o des Monomers are polymerized by 1,2-addition. Such a polymer has a cold resistance Tg of about -540 C. The cured polybutadienes according to the invention with terminal carboxyl group, the polymerization at a temperature of about 850 C going on showed G10, 000 values below 760 C leading to the point come close to the cold resistance (Tg).
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