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 Polymerisationsinitiatoren

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DE1495160A1
DE1495160A1 DE19641495160 DE1495160A DE1495160A1 DE 1495160 A1 DE1495160 A1 DE 1495160A1 DE 19641495160 DE19641495160 DE 19641495160 DE 1495160 A DE1495160 A DE 1495160A DE 1495160 A1 DE1495160 A1 DE 1495160A1
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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-
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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.
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0.2. 22 894
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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)
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
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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
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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.
Beispiel 2
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.
Beispiel 3
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.
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-β - U95160
Beispiel 4
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.
Beispiel 5
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.
Beispiel 6
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.
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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.
Beispiel 7
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)

  1. O.Z. 22 894
    -ίο, U95160
    Patentanspruch
    Verfahren 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 AG
    909813/U61
DE19641495160 1964-02-28 1964-02-28 Verfahren zur Polymerisation olefinisch ungesaettigter Verbindungen und Verwendung von pi-Olefinkomplexen als Polymerisationsinitiatoren Pending DE1495160A1 (de)

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