DE1209750B - Verfahren zur Herstellung von Nitrilgruppen enthaltenden vernetzten Mischpolymerisaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Nitrilgruppen enthaltenden vernetzten MischpolymerisatenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
C08f
Deutsche Kl.: 39 c - 25/01
Nummer: 1209 750
Aktenzeichen: G 27227IV d/39 c
Anmeldetag: 6. Juni 1959
Auslegetag: 27. Januar 1966
Verfahren zur Herstellung von vernetzten Mischpolymerisaten durch Polymerisation von Acrylnitril
mit Divinylverbindungen, wie Divinylbenzol. Divinylglykol oder Dipropenylglykol, in Gegenwart von
freie Radikale bildenden Katalysatoren sind bereits bekannt.
Diese Mischpolymerisate besitzen je nach dem Vernetzungsgrad verschieden hohe Quellwerte.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Nitrilgruppen enthaltenden vernetzten Mischpolymerisaten
durch Polymerisation von α,β-olefinisch
ungesättigten Nitrilen der allgemeinen Formel
CH2 = C — CN
I
R
(D
in der R ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, den Cyanrest oder einen Kohlenwasserstoffatom bedeutet,
zusammen mit Monomeren, die mehrere polymerisierbare Doppelbindungen enthalten, in Gegenwart
von freie Radikale bildenden Katalysatoren gefunden, bei dem dann Mischpolymerisate mit verbessertem
Verdickungsvermögen in nicht wäßrigen polaren Lösungsmitteln entstehen, wenn als Monomere
mit mehreren polymerisierbaren Doppelbindungen 0,05 bis 5 Gewichtsteile, bezogen auf das
Nitril, eines polyalkenylierten Elements der IV.Hauptgruppe des Periodischen Systems der allgemeinen
Formel
(Y)T=B-M (R')n (II)
in der R' einen endständig ungesättigten Alkenylrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Vinyl, Allyl und
Methallyl, Y einen nicht olefinisch ungesättigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen,
wie Methyl, Äthyl. Propyl. Butyl, Amyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Cyclopentyl.
Cyclohexyl, Phenyl und Naphthyl, η eine Zahl von 2 bis 4 und M ein Element der IV. Hauptgruppe des
Periodischen Systems mit einem Atomgewicht von wenigstens 28. nämlich Si, Ge, Sn und Pb, bedeutet,
eingesetzt wird.
Diese nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Mischpolymerisate sind ungewöhnlich
wirksame Verdickungsmittel für polare organische Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid.
y-Butyrolacton, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxyd.
Tetrahydrofuran. Sie besitzen die Fähigkeit, große Mengen polarer organischer Lösungsmittel
aufzusaugen, wobei ihr Volumen um ein Vielfaches zunimmt.
Verfahren zur Herstellung von Nitrilgruppen
enthaltenden vernetzten Mischpolymerisaten
enthaltenden vernetzten Mischpolymerisaten
Anmelder:
The B. F. Goodrich Company,
Akron, Ohio (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald
und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,
Köln 1, Deichmannhaus
und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,
Köln 1, Deichmannhaus
Als Erfinder benannt:
Lawrence Fred Arnold, Avon Lake, Ohio;
John Ambrose Holloway,
Cleveland, Ohio (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Juni 1958 (740 565,
740 566)
V. St. v. Amerika vom 9. Juni 1958 (740 565,
740 566)
Unter »«./^-olefinisch ungesättigten Nitrilen« sind
Verbindungen der Struktur
CH2 = C — CN
zu verstehen, in der R ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, wie Fluor, Chlor, Brom und Jod, eine
Cyangruppe, eine aliphatische Gruppe mit 1 bis Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Äthyl, Propyl,
Butyl, Amyl und Hexyl, eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe, wie Phenyl, eine alicyclische
Gruppe, wie Cyclopentan und Cyclohexan, bedeutet.
Zu den α,/i-olefinisch ungesättigten Nitrilen, die
sich zur Herstellung der vernetzten Mischpolymeren gemäß dem Verfahren der Erfindung eignen, gehören
Acrylnitril, Methacrylnitril, Vinylidencyanid. α-Cyanstyrol, a-Chloracrylnitril. Bevorzugt werden Acrylnitril
und Methacrylnitril eingesetzt.
Als typische polyalkenylierte Elemente der IV. Hauptgruppe des Periodischen Systems, die
509 780/440
gemäß der Erfindung geeignet sind, seien die folgenden genannt:
Die kohlenwasserstoffsubstituierten Silane, wie Tetraallylsilan, Tetramethallylsilan, Tetravinylsilan.
Trial lylmethylsilan, Triallylvinylsilan, Triallylmethallylsilan, Diallyldimethylsilan, Diallyldivinylsilan,
Diallyldimethallylsilan, Trivinylallylsilan, Trivinylmethallylsilan, Divinyldimethallylsilan,
Trimethallylallylsilan, Trimethallylvinylsilan, Trivinylmethylsilan, Divinyldimethylsilan,
Trimethallylmethylsilan, Dimethallyldimethylsilan;
die kohlenwasserstoffsubstituierten Germane, wie Tetraallylgerman, Tetramethallylgerman,
Tetravinylgerman, Triallylmethylgerman, Triallylvinylgerman, Triallylmethallylgerman, Diallyldimethylgerman,
Diallyldivinylgerman, Diallyldimethallylgerman, Trivinylallylgerman, Trivinylmethallyl-german,
Divinyldimethallylgerman, Trimethallylallylgerman, Trimethallylvinylgerman,
Trivinylmethylgerman, Divinyldimethylgerman, Trimethallylmethylgerman, Dimethallyldimethylgerman;
die kohlenwasserstoffsubstituierten Zinnverbindungen, wie Tetraallylzinn, Tetramethallylzinn,
Tetravinylzinn, Triallylmethylzinn, Triallylvinylzinn, Triallylmethallylzinn, Diallyldimethylzinn,
Diallyldivinylzinn, Diallyldimethallylzinn, Trivinylallylzinn, Trivinylmethallylzinn, Divinyldimethallylzinn,
Trimethallylallylzinn, Trimethallylvinylzinn, Trivinylmethylzinn, Divinyldimethylzinn,
Trimethallylmethylzinn, Dimethallyldimethylzinn, und
die kohlenwasserstoffsubstituierten Bleiverbindungen, wie Tetraallylblei, Tetramethallylblei,
Tetravinylblei, Triallylmethylblei, Triallylvinylblei,
Triallylmethallylblei, Diallyldimethylblei, Diallyldivinylblei, Diallyldimethallylblei, Trivinylallylblei,
Trivinylmethallylblei, Divinyldimethallylblei, Trimethallylallylblei, Trimethallylvinylblei.
Trivinylmethylblei, Divinyldimethylblei, Trimethallylmethylblei, Dimethallyldimethylblei.
Von den vorstehend genannten Vernetzungsmitteln werden beim Verfahren der Erfindung wegen ihrer
stärkeren vernetzenden Wirkung diejenigen bevorzugt, die vier Alkenylgruppen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen
pro Molekül enthalten. Als Beispiele für die bevorzugten Vernetzungsmittel dieser Art seien die
folgenden genannt: Tetraallylsilan, Tetravinylsilan, Tetramethallylsilan, Diallyldivinylsilan, Dimethallyldivinylsilan,
Tetraallylgerman, Tetravinylgerman, Tetramethallylgerman, Tetraallylzinn, Tetravinylzinn,
Tetramethallylzinn, Tetraallylblei, Tetravinylblei und Tetramethallylblei. Von diesen Verbindungen werden
wiederum die Polyalkenylsilane wegen ihrer niedrigen Kosten und der leichten Verfügbarkeit der Halosilan-Zwischenverbindungen
bevorzugt.
Die polyalkenylierten Elemente der IV. Hauptgruppe des Periodischen Systems werden durch
Reaktion zwischen dem Grignarc^chen Alkenylreagenz und dem Halogenid eines Elements der
IV. Hauptgruppe des Periodischen Systems mit einem Atomgewicht von wenigstens 28 hergestellt.
Ihre Herstellung ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung.
Tetravinylzinn wird beispielsweise durch Umsetzung von etwa 5 Mol Vinylmagnesiumbromid mit
1 Mol Zinnchlorid in Diäthyläther hergestellt. Die Herstellung der gemischten Alkyl-Alkenyl-Verbindungen
erfolgt nach dem gleichen allgemeinen Verfahren. Beispielsweise wird Trivinylmethylsilan durch
Behandlung von 1 Mol Trichlormethylsilan mit etwa 4 Mol Vinylmagnesiumbromid in Tetrahydrofuran
hergestellt. In dieser Reaktion werden Allylmagnesiumbromid, Methallylmagnesiumbromid und Vinylmagnesiumbromid
im allgemeinen gegenüber Allylmagnesiumchlorid,
Methallylmagnesiumchlorid und Vinylmagnesiumchlorid bevorzugt, weil die Bromide reaktionsfähiger und in Äthern leichter löslich sind
und höhere Ausbeuten des gewünschten Produktes ergeben. Die bei der Reaktion zwischen den genannten
Grignardschen Alkenylreagenzien und den Halogeniden des Elements gebildeten Vernetzungsmittel
sind nicht immer reine Verbindungen, sondern stellen vielmehr gewöhnlich Gemische dar, die unterschiedliche
Mengen von Alkenylgruppen pro Molekül enthalten. Bei der Analyse dieser Verbindungen wird
daher nur die durchschnittliche Zahl der Alkenylgruppen pro Molekül festgestellt. Diese Gemische
können jedoch, wenn sie laut Analyse im Durchschnitt wenigstens zwei Alkenylgruppen enthalten,
die unlöslichen, Carboxylgruppen enthaltenden Polymerisate gemäß dem Verfahren der Erfindung bilden.
Da die Wirksamkeit der Vernetzungsmittel mit der Zahl der polymerisierbaren Gruppen am Molekül
zunimmt, werden vorzugsweise solche verwendet, die durchschnittlich zwei oder mehr Alkenylgruppen pro
Molekül enthalten.
Die Polymerisation kann in wäßrigen Emulsionen, in Masse oder in Lösungsmitteln mit freien Radikalen
als Initiatoren erfolgen. Die Polymerisation in wäßriger Emulsion oder Suspension wird wegen des
erzielbaren hohen Feststoffgehalts und der relativen Sicherheit und Billigkeit dieses Systems am meisten
bevorzugt. Das Produkt kann durch Koagulierung, Gefriertrocknung, Trocknung in Trommeln oder
durch Sprühtrocknen in Form körniger Teilchen in an sich bekannter Weise isoliert werden.
Die Polymerisation kann auch in einer inerten organischen Flüssigkeit, die ein Lösungsmittel für die
Monomeren, aber nicht für das Polymere darstellt, oder in einem Gemisch solcher Lösungsmittel in
Gegenwart eines im Lösungsmittel löslichen Katalysators durchgeführt werden. Die bei diesem Polymerisationsverfahren
gebildeten Polymeren fallen gewöhnlich als sehr feine, krümelige und häufig flockige Niederschläge an, die nach Entfernung des
Lösungsmittels selten eine Zerkleinerung oder sonstige Weiterbehandlung vor ihrer Verwendung erfordern.
Als Lösungsmittel eignen sich für das letztgenannte Verfahren beispielsweise Benzol, Xylol,
Tetralin, Hexan, Heptan, Tetrachlorkohlenstoff, Methylchlorid, Äthylchlorid, Bromtrichlormethan
sowie Gemische dieser und anderer Lösungsmittel.
Die Polymerisation wird in Gegenwart eines radikalischen Katalysators in einem geschlossenen Gefäß
in inerter Atmosphäre und unter dem Eigendruck oder künstlich erzeugten Druck oder in einem
offenen Behälter unter Rückfluß bei Atmosphärendruck durchgeführt. Die Polymerisationstemperatur
kann im Bereich von 00C oder weniger bis 100 C
oder mehr liegen. Die bevorzugten Temperaturen liegen zwischen 20 und 90° C und hängen weitgehend
von dem gewünschten Molekulargewicht des Polymeren ab. Polymerisation unter Rückfluß bei 50 bis
100 C, Atmosphärendruck und unter Verwendung eines radikalischen Katalysators erbringt im allgemeinen
in weniger als 10 Stunden, gewöhnlich in weniger als 5 Stunden eine Polymerisatausbeute von
75 bis 100%.
Geeignete freie Radikale bildende Katalysatoren sind Persauerstoffverbindungen. z. B. Natrium-, Kalium-
und Ammoniumpersulfate, Caprylylperoxyd. Benzoylperoxyd. Wasserstoffperoxyd. Pelargonylperoxyd.
Cumolhydroperoxyde, tertiäre Butyldiperphthalat, tertiäres Butyl perbenzoat. Natriumperacetat,
Natriumpercarbonat. sowie Azo-bis-isobutyronitril und die sogenannten »Redoxw-Katalysatoren.
z. B. ein Gemisch von Kaliumpersulfat und Natriumbisulfit.
Die Polymeren, hergestellt nach dem Verfahren der Erfindung, sind wertvolle Verdickungsmittel für
polare nicht wäßrige Lösungsmittel. Die auf diese Weise gebildeten verdickten Massen sind ausgezeichnete
Gele, die zur Entfernung von Farbe von Holz-. Metall-, Keramik- und Glasflächen verwendet
werden können und besonders zur Entfernung von Farbe von senkrechten Flächen und Decken wegen -5
ihrer Zähigkeit und Haftfähigkeit geeignet sind.
Die Mengenangaben in den folgenden Beispielen sind, falls nicht anders angegeben, als Gewichtsteile
zu verstehen. Die Viskositäten wurden im Brookfield-Viskosimeter gemessen und sind in Centipoise an- ;o
gegeben.
In diesem und in den folgenden Beispielen wurde folgender Polymerisationsansatz verwendet:
Entmineralisiertes Wasser 392 g
Acrylnitril 40 g
Polyalkenyliertes Element der IV. Hauptgruppe des Periodischen Systems .... unterschiedlich
5" oige Kaliumpersulfatlösung 8 cm3
10" nige Natriumbisulfitlösung 1,5 cm3
Hergestellt wurden eine Reihe von Acrylnitril-Tetraallylsilan-Mischpolymeren
sowie ein nicht vernetztes Polyacrylnitril, das als Vergleich diente. Von allen diesen Polymeren wurden Gele in Dimethylformamid
hergestellt und die Viskositäten bei verschiedenen Polymerisatkonzentrationen bestimmt.
1 Tetraallylsilan m Polymeren |
ν lajNuanai in l/i 3" 11 Polymerisat konzentration |
I Uli I^ 11 Ul UIdI IHU 5% Polymerisat konzentration |
0,1 |
5 700 | |
0.3 | 16 800 | 134 000 |
0.6 | 18 200 | 94 800 |
1.2 | 10 400 | |
5 | 6 560 | |
0 | 168 | 1072 |
Auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise wurden eine Reihe von Acrylnitril-Tetravinylzinn-Mischpolymeren
hergestellt.
°/o Tetravinylzinn
im Polymeren
im Polymeren
0,3
0,6
1.2
0,6
1.2
Viskosität in Dimethylformamid
bei 3%iger Polymerisatkonzentration
bei 3%iger Polymerisatkonzentration
1550
12 200
44 800
12 200
44 800
Auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise wurden eine Reihe von Acrylnitril-Tetraallylgermanium-Mischpolymeren
hergestellt.
u/u Tetraallylgerman
im Polymeren
im Polymeren
Viskosität in Dimethylformamid
bei 3°/()iger Polymerisatkonzentration
bei 3°/()iger Polymerisatkonzentration
0.3
0,6
1,2
0,6
1,2
380
2 252
57 500
Bei Verwendung von Methacrylnitril an Stelle von Acrylnitril in diesem und den vorstehenden Beispielen
wurden Mischpolymere mit vergleichbaren physikalischen Eigenschaften erhalten.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Nitrilgruppen enthaltenden vernetzten Mischpolymerisaten durch Polymerisation von ^-olefinisch ungesättigten Nitrilen der allgemeinen FormelCH2 = C — CN Rin der R ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, den Cyanrest oder einen Kohlenwasserstoffrest bedeutet, zusammen mit Monomeren, die mehrere polymerisierbare Doppelbindungen enthalten, in Gegenwart von freie Radikale bildenden Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomere mit mehreren polymerisierbaren Doppelbindungen 0,05 bis 5 Gewichtsteile, bezogen auf das Nitril, eines polyalkenylierten Elements der IV. Hauptgruppe des Periodischen Systems der allgemeinen Formel(H)Die gemäß diesem Beispiel hergestellten Polymeren sind sämtlich ausgezeichnete Verdickungsmittel auch für andere nicht wäßrige polare Lösungsmittel, wie -/-Butyrolacton. N-Methylpyrrolidon, N-Dimethylacetamid und Dimethylsulfoxyd. Die Methacrylnitril-Mischpolymeren der beschriebenen Art sind mit den Acrylnitrilmischpolymeren vergleichbar.in der R' einen endständig ungesättigten Alkenylrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, Y einen nicht olefinisch ungesättigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, η eine Zahl von 2 bis 4 und M ein Element der IV. Hauptgruppe des Periodischen Systems mit einem Atomgewicht von wenigstens 28 bedeutet, eingesetzt wird.In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Ausleaeschrift Nr. 1 006 160;
USA.-Patentschriften Nr. 2 798 864, 2 810 716;
britische Patentschrift Nr. 731 226;
französische Patentschrift Nr. 1 092 503.509 780/440 1.66 © Bundesdruckerei Berlin
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