DE1495160A1 - Verfahren zur Polymerisation olefinisch ungesaettigter Verbindungen und Verwendung von pi-Olefinkomplexen als Polymerisationsinitiatoren - Google Patents
Verfahren zur Polymerisation olefinisch ungesaettigter Verbindungen und Verwendung von pi-Olefinkomplexen als PolymerisationsinitiatorenInfo
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Description
BABiSCHE ANIIIN- & SODA-FABRIK AG
H95160
Unser Zeichen: O.Z. 22 894 vG/Dr Ludwigshafen a.Rh., 27.2.1964
Verfahren zur Polymerisation olefinisch ungesättigter
Verbindungen und Verwendung von JT -Olefinkomplexen
als Polymerisationsinitiatoren
Es ist bekannt, daö ungesättigte organische Verbindungen mit
bestimmten metallorganischen Katalysatoren nach einem anionischen oder auch kationischen Reaktionsmechanismus polymerisieren.
Hierfür kommen im wesentlichen folgende Gruppen von Katalysatoren in Betracht! 1. Metallorganische Verbindungen
oder auch Alkalimetalle, 2. Katalysatorkombinationen, die aus einer Verbindung der übergangsmetalle und einer metallorganischen
Verbindung bestehen. Jede der beiden Katalysatortypen wirkt in ihrer Art spezifisch und ist nur zur Polymerisation
bestimmter Arten von Monomeren geeignet.
Diese Katalysatoren sind meist außerordentlich luft- und wasserempfindlich und ihre Handhabung ist gefährlich, z.B.
infolge der Selbstentzündung an der Luft. Es ist ein weiterer Nachteil bei der Verwendung dieser Katalysatoren, daß die
Monomeren vor der Polymerisation einer technisch aufwendigen Reinigung unterworfen werden müssen.
Ee wurde nun gefunden, daß man in technisch einfacher Weise
Polymerisationsprodukte aus Verbindungen mit polymerisierbaren
CC-Doppelbindungen mit metallorganischen Polymerisationskatalysatoren
herstellen kann, wenn man als Polymeri-
■■■■'.■■* BQB8 Λ ** '* ' r Λ
. -.2 ·
O.Z. 22 894
sationsinitiatoren Metall-^T-Komplexe mit olefinischen Liganden
von Übergangselementen der 1. bis 7. Gruppe oder von Elementen mit den Ordnungszahlen 27 bis 78 der 8. Gruppe des
Periodischen Systems verwendet.
Geeignete Verbindungen mit polymerisierbaren CC-Doppelbindungen,
die nach dem Verfahren polymerisiert werden können, sind z.B.oO ,ß-ungesättigte Carbonsäuren, Acryl- oder Methacrylsäure,
Ester solcher Säuren,z.B. von Alkoholen mit 1 bis 8 C-Atomen, wie Acrylsäuremethyl-, -äthyl-, -propyl-, n-Butyl-
oder tert.-Butylester sowie die Ester dieser Alkohole der
Methacrylsäure. Außerdem Nitrile oder Amide dieser Säuren, wie Acryl- oder Methacrylnitril und Acrylsäure- oder Methacrylsäureamidj
Vinylester, wie Vinylacetat oder Propionat; Vinyläther, wie Viny!methyl- oder. n-Butyläther, Vinylchlorid,
Vinylidenchlorid, Vinylketone, wie Methylvinyl- oder Isopropy!vinylketone}
N-Viny!verbindungen, wie N-Viny!pyrrolidon,
N-Vinylcaprolactam oder N-Vinylcarba£öl. Als Mischpolymerisationskomponenten
kommen außerdem Fumar- und Maleinsäure sowie deren Ester oder Maleinsäureamide oder deren
Methylolverbindungen in Präge.
Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung
von Homo- und Mischpolymerisaten von Olefinen mit ein oder zwei Doppelbindungen. Von diesen kommen z.B. in frage:
Äthylen, Propylen, Isobutylen, außerdem 1,3-Diene, wie Butadien-(l,3),
Isopren, 2-Phenylbutadien-(l,3)} Weiterhin Styrol, ch -Methy!styrol, Kernmethyl- oder Kernhalogenstyrol.
• - 3 - ■
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0.2. 22 894
-3 - U95160
Mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Katalysatoren können
Olefine mit anderen Monomeren miechpölymerisiert werden, die
nach bekannten Verfahren nicht oder nur unvollkommen mischpolymerisiert
werden können. Z.B* lassen sich nach dem Verfahren
der Erfindung Äthylen mit Vinyläthern, Styrol mit Vinylacetat, Propylen, Butadien-(i,3) oder Isopren mit Acrylsäure mischpolymerisieren.
Die Polymerisate haben zum Teil einen sterisch geordneten Aufbau. Beispielsweise hat nach dem Verfahren der Erfindung hergestelltes
Polyäthylen hohe kristalline Anteile. Die Dichte liegt über 0,95. Weiterhin hat die nach dem Verfahren der Erfindung
hergestellte Polyacrylsäure, der Polymethacrylsäuremethylester und das Polyvinylpyrrolidon eine höhere Stereospezifität
ale die mit radikalischen Katalysatoren hergestellten
Polymerisate.
Die Metall-^"-Komplexe entsprechen den im folgenden wiedergegebenen
allgemeinen Formeln:
(01efin)m Me
(01efin)m MeXn
(Olefin)ffi MeXnL0
(Olefin) Me(Afomat)
(01efin)m Me
(01efin)m MeXn
(Olefin)ffi MeXnL0
(Olefin) Me(Afomat)
In diesen Formeln bedeutet
Me = ein Atom eines Übergangselementes der 1. bis 7. Gruppe
oder der Elemente 27 bis 7S der 8. Gruppe des Periodisehen
Systems;
X = ein einwertiger negativ geladener Rest.z.B. "Cl, "NO,,
CH5-COO", ClO4", Br", <T;
9.0 9 813;/U'6 1 ^"
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L * neutrale Liganden, z.B. Amine oder Phosphine} und
m,n und ο = einfache ganze Zahlen.
Die Olefine können eine oder mehrere Doppelbindungen enthalten. Geeignet sind in gleicher Weise lineare oder cyclische
Olefine. In Präge kommen beispielsweise Äthylen, Propylen,
Butene, Butadien, Isopren, Pentadiene, Hexadien etc; Cyclobuten, Cyclobutadien, Cyclopenten, Cyclopentadien, Cyclohexan,
Cyclohexadiene, Cyclohepta(-, di,tri)en, Gycloocta(-,
di,trj,tetra)en, Cyclododekatrien etc. Als Aromaten
kommen Benzol und dessen Derivate, z.B. Toluol, Mesitylen etc., in Frage.
Geeignete Metall-^-Komplexe sind z.B. Allylnickelbromid,
Fia-allylnickel, Silber-(butadien)-nitrat, Nickel-bis-cyclooctadien-1,3,
Silber-{cyclohexadien-l,3)-nitrat, Kupfer-(cyclooctadien-1,5)-Chlorid,
Rhodium-(cyclooctadien-1,5)-diacetat,
Ruthenium-(cyclohexadien-1,3)-benzol, £jiickel-(triphenylphosphin)27
-äthylen, Dicyclopentadienyl-zink, Cyclopentadienyl-quecksilberehlorid, Trimethylcyclopentadienyl-aluminium,
Cyclopentadienyl-thallium, Dicyclopentadienyl-titandichlorid, Dicyclopentadienyl-zinn, Dicyclopentadienyl-vanadium,
Dicyclopentadienyl-vanadium jodid, Dicyclopentadienyl-chrom,
Dicyclopentadienyl-molybdändibromid und Monomethylcyclopentadienyl-mangan-benzol.
Die Metall-ΤΓ-Komplexe können z.B. durch Umsetzen von Metallealzen
mit Olefinen nach Methoden erhalten werden, wie sie in "Olefin, Acetylen and TT-AlIyIic Complexes" von E.G. Guy and
B.L. Sharp in "Advances in Inorganic Chemistry and Radio-
- b -■9098 7 3/ UOl
_» 5 —
O.Z. 22 894
chemistry" P.78'- 126, Vol.4 £l962j , '^-Complexes" von G.
Wilkinson and P.A., Cotton in "Progress in Inorganic Chemistry"
P, 125, Vol. 1 £l959j und u.a. in der Monographie von E.O.
Fischer und H. Wepper "Metall-^*-Komplexe mit di- und oligoolefinisehen
Liganden", Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstra3e,
1963, beschrieben sind.
Die Katalysatoren werden in Mengen zwischen 0,0001 bis 5, vorteilhaft
zwischen 0,01 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf die Verbindungen mit polymerisierbaren CC-Doppelbindungen verwendet.
Die katalytische Wirksamkeit der Metall-7T-Komplexe kann mitunter
gesteigert werden, wenn man diesen Verbindungen organische ,bevorzugt aliphatische Halogenverbindungen, wie Chloroform,
Tetrachlorkohlenstoff und Trichloressigsäure, oder Amine, wie Pyridin, oder auch ungesättigte Carbonsäuren, wie
Acrylsäure, zusetzt.
Die Polymerisation kann zwischen 0 und +25O0C vorgenommen .
werden, bevorzugt zwischen 20 und 15O0C. Man kann bei beliebigen
Drücken arbeiten.
Mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren können die Monomeren im Block homo- und mischpolymerisiert werden. Man kann jedoch
auch zur Polymerisation die Monomeren in indifferenten Hilfsflüsaigkeiten
lösen oder suspendieren. Derartige Hilfsflüssigkeiten
sind beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, wie nrPenfcan, n-Hexan,
luohexan, n-Heptän, n-Octan,. Iao-octari, Cyclohexan,
■;■-■ ■ . ' ' - 6 -
Meihylcyclohexan, Benzol, Toluol, ο-, m-, p-Xylol, Äthylbenzol,
Cumol, Isopropylbenzol, Tetrahydronaphthalin oder Decahydronaphthalin. Weiterhin eignen sich Äther, wie Diäthyläther,
Dibutyläther, Tetrahydrofuran, Dioxan, Glykoldimethyläther oder -phenylmethyläther.
Die Katalysatoren sind im allgemeinen- in organischen Lösungsmitteln
sowie in den Monomeren löslich. Sie lassen sich unter allgemein üblichen Vorsichtsmaßnahmen gefahrlos handhaben. Von
besonderem Vorteil ist es, daß es bei Anwendung des Verfahrens der Erfindung nicht erforderlich ist, extrem reine Monomeren
und Hilfsflüssigkeiten zu verwenden. Auch wird der Polymerisationsablauf
durch ganz geringe Mengen Wasser oder Luft in der Größenordnung bis zu 100 ppm, die als Verunreinigungen
in den Monomeren oder Hilfeflüssigkeiten enthalten sein können, nicht gestört. Außerdem gelingt es, den sterischen
Aufbau der Polymerisate zu beeinflussen.
Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile. Die
K-Werte wurden bestimmt nach der Methode von H.Fikentscher
in »Cellulose-Chemie», Band 13, 1952, Seite 58.
Beiepiel 1
Eine Mischung aus 100 Teilen Butadien und 0,1 Teilen Nickel(o)
-bis-ayclooctadien-1,3 wird in einem Druckbehälter für die
Bauer von 10 Stunden auf 1000O erhitzt. Während dieser Zeit
fällt der Druck von anf angB 12 atü auf 2,3 at ti. Es werden.
88 Teile Polybutadien vom K-Wert 89 erhalten. Dae Polymerisat
hat zu etwa 45 % 1,4-cie-Struktur. Es ist in Benzol und
- 7 90 9813/1461
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Toluol vollständig löslich. Wird vie oben gearbeitet, jedoch ■
als Initiator Monomethylcyclopentadienyl-mangan-benzol eingesetzt, so werden 63 Teile Polymerisat vom K-Wert 93 erhalten,
das zu 4-0 # 1,4-cis-Struktur und eine enge Molgewichtsverteilung
aufweist.
Bine Mischung aus 100 Teilen Isopren, 100 Teilen Benzol und
0,3 Teilen Arlylnickel,bromid wird in einem Druckgefäß für
die Dauer von 10 Stunden auf 1250C erhitzt. Es entstehen
65 Teile Polyisopren vom K-Wert 67. Das Polymerisat hat zu etwa 36 i>
!,^cl'S-Struktur. Es ist in Toluol oder Styrol
vollständig löslich. Wird wie oben gearbeitet, aber Diallylnickel
eingesetzt, so werden 52 Teile Polymerisat vom K-Wert 82 erhalten.
Eine ■ Mischung aus 30 Teilen Methacrylsäuremethylester und
0,03 Teilen jTliickel(P (G^H5)^)2] C3H4 wird 30 Stunden auf
5O0O erhitzt. Es entsteht ein schwach gelbgefärbtes festes
Polymerisat» Zur Reinigung wird das Polymerisat in Benzol ge-*,
löst und mit Methanol gefällt. Es werden 20 Teile eines PolymerisatB«
votn K-Wert 82, das eine Glastemperatur von 780C hat.,
erhalten. Wird wie oben gearbeitet, jedoch als Initiator Dicyclopentadienyl-molybdän-dibromid
eingesetzt, so werden 18 Teile eines Polymerisates vom K-Wert 80,5 erhalten, das vorwiegend syndiotaktisch gebaut ist.
909 8 13/UB 1
O. Z. 22 694
-β - U95160
Eine Mischung aus 30 Teilen Styrol, 0,03 Teilen Silber-(eyclooctadien-l,5)-nitrat
und 0,005 Teile Pyridin wird 24 Stunden auf 500C erhitzt. Zu der hochviskosen Reaktionelösung wird
die dreifache Menge Methanol zugesetzt und das so ausgefällte Polymerisat isoliert. Es werden 17 Teile Polystyrol vom K-Wert
94 erhalten. Der Erweichungspunkt beträgt 990C. Das Polymerisat hat eine relativ engeMolekulargewichteverteilung.
Wird wie oben gearbeitet, aber mit Tricyclopentadienyl-aluminium
als Initiator, so werden 23 Teile eines niedermolekularen Polystyrols vom K-Wert 38 erhalten.
Eine Mischung aus 30 Teilen Styrol, 10 Teilen Vinylacetat und 0,3 Teilen Kupfer-(cyclooctadien-l,3)-chorid wird 20
Stunden am Bückfluß erhitzt. Aus der hochviskosen Lösung wird das erhaltene Copolymerisat mit Methanol ausgefällt. Es
werden 32 Teile einee Copolymerisates erhalten, das 9 Gewichtsprozent
Vinylacetat einpolymerisiert enthält. Der K-Wert dieses Copolymerisates beträgt 72.
Eine Mischung aus 30 Teilen Acrylsäure, 100 Teilen Propylen, 100 Teilen Cyclohexan und 0,5 Teilen Platin-(hexadi«n-l,5)-chlorld
wird 10 Stunden auf 1000C erhitzt.. Man erhält 45 Teile
eines Copolymerisates, das 70 Gewichteproeent Acryleäure
einpolymerisiert enthält. Der K-Wert dieses Copolymerisates beträgt 93.
'9 0 9 8 1 3 / U Hl
O.Z. 22 894
U95160
Verwendet man statt Propylen Isobutylen als Comonomeres, so
werden 39 Teile eines Copolymerisates erhalten, das 77 Gewichtsprozent
Acrylsäure einpolymerisiert enthält. Der K- Wert dieses Copolymerisateβ beträgt 97.
In einem Rührautoklaven wird eine Mischung aus 100 Teilen
Butadien, 100 Teilen Fuinarsäuredibutylester, 400 Teilen Benzol und 1 Teil Ruthenium-(cyclohexadien-1,3)-benzol für
die Dauer von 12 Stunden auf 1000C erhitzt. Der Anfangsdruck
von 10,5 atü sinkt während dieser Zeit auf 1,5 atü.
Es wird eine hochviskose Lösung erhalten, die 29 Gewichtsprozent des Copolymerisates enthält. Das Copolymerisat,dessen
K-Wert 60 beträgt, enthält 57 Gewichtsprozent Fumarsäuredibutylester
einpolymerisiert. Der Einfrierbereich des Copolymerisates liegt bei -650C.
Wird wie oben gearbeitet, jedoch unter Zugabe von 1 Teil Dicyclopentadienyl-vanadium-3odid, so werden 65 Teile eines
Copolymerisates vom K-Wert 78 erhalten, der 1,4-cis-Anteil
beträgt 35 $>, bezogen auf das copolymerisierte Butadien.
- 10 S09 813/U6 1
Claims (1)
- O.Z. 22 894-ίο, U95160PatentanspruchVerfahren zur Herstellung von Polymerisationsprodukten aus _■·■ Verbindungen mit polymerisierbaren CG-Doppelbindungen mit metallorganischen Verbindungen als Polymerisationskatalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymerisationskatalysatoren Metall-TT-Komplexe mit Olefinischen Liganden von Übergangselementen der 1. bis 7. Gruppe oder von Elementen mit den Ordnungszahlen 27 bis 78 der 8. Gruppe des Periodischen Systems verwendet.BADISCHE ANILIN- & SODA-FABRIK AG909813/U61
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