DE1620974C3 - Practically linear dicationically reactive homo- or copolymers with recurring ether units and processes for the production of linear dicationically reactive polymers or copolymers of tetrahydrofuran - Google Patents
Practically linear dicationically reactive homo- or copolymers with recurring ether units and processes for the production of linear dicationically reactive polymers or copolymers of tetrahydrofuranInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung sind praktisch lineare, dikationisch reaktionsfähige Homo- oder Copolymerisate mit wiederkehrenden Äthereinheiten und Verfahren zur Herstellung linearer, dikationisch reaktionsfähiger Polymerer oder Copolymerer des Tetrahydrofurans. Die neuartigen Polymeren weisen ein hohes Reaktionsvermögen als Alkylierungs- oder Acylierungsmittel auf. Sie sind umsetzbar z. B. zu Blockmischpolymerisaten, polymeren Diaminen, polymeren Dithiolen, polymeren Diisocyanaten, Bisphenolen, die eine polymere Brücke enthalten, und anderen polymeren Derivaten.The invention relates to practically linear, dicationically reactive homo- or copolymers with recurring ether units and processes for the production of linear, dicationically reactive ones Polymer or copolymer of tetrahydrofuran. The new polymers show a high reactivity as alkylating or acylating agents. They are actionable e.g. B. block copolymers, polymeric diamines, polymeric dithiols, polymeric diisocyanates, bisphenols that form a polymeric bridge and other polymeric derivatives.
Polymere mit hoher Reaktionsfähigkeit sind zur Modifizierung von physikalischen und chemischen Eigenschaften höchst erwünscht, um z. B. die Haftfestigkeit des Polymerisats an Metallen und Glas zu verbessern und polymeranaloge chemische Reaktionen wie einfache Substitütionsreaktionen, Vernetzungsreaktionen, Kettenverlängerungsreaktionen, Pfropf- und Blockmischpolymerisationen usw. durchzuführen. Über die Herstellung reaktionsfähiger Polymerisate mit anionischem Charakter berichteten M. S ζ w a r c et al., Journ. Amer. Chem. Soc. 78, 2656 (1956), und prägten den Begriff »lebende Polymerisate«. Polymerisate mit derartigem lebendem Charakter verhalten sich so, als wäre noch keine Kettenabbruchreaktion erfolgt.Polymers with high reactivity are used to modify physical and chemical Properties highly desirable, e.g. B. the adhesive strength of the polymer to metals and glass improve and polymer-analogous chemical reactions such as simple substitution reactions, crosslinking reactions, To carry out chain extension reactions, graft and block interpolymerizations, etc. Over the production of reactive polymers with anionic character was reported by M. S ζ w a r c et al., Journ. Amer. Chem. Soc. 78, 2656 (1956), and coined the term "living polymers". Polymers with such a living character behave as no chain termination reaction would have taken place.
In dem Aufsatz »Polymerisation des Tetrahydrofurans«, Ang. Chem. 72, 927-1006 (1960), beschrieben Meerwein, Delfs und Mοrsche 1 die Herstellung von Polymeren des Tetrahydrofurans, in denen eine (1) der Endgruppen kationisch aktiv oder »lebend« ist. Solche Polymere reagieren natürlich auch nur an diesem einen kationisch reaktionsfähigen Ende.In the article "Polymerisation des Tetrahydrofurans", Ang. Chem. 72, 927-1006 (1960), described Meerwein, Delfs and Mοrsche 1 the production of polymers of tetrahydrofuran in which one (1) of the end groups is cationically active or "living" is. Of course, such polymers only react at this one cationically reactive end.
Erfindungsgemäß werden »lebende Polymerisate« dikationischer Natur vorgeschlagen, die im Gegensatz zu den anionischen »lebenden Polymerisaten«, die in Gegenwart von Luft Sauerstoff anlagern und dabei ihren »lebenden« Charakter verlieren, in Gegenwart von Sauerstoff recht beständig sind. Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen kationischen und anionischen »lebenden Polymerisaten« besteht in der Fähigkeit der ersteren, in Gegenwart von bestimmten kationisch polymerisierbaren Monomeren weiter zu polymerisieren. Die kationischen und anionischen »lebenden Polymerisate« unterscheiden sich deutlich in ihrer Reaktion von Verbindungen, die aktive (d. h. bei der Zerewitinoff-Reaktion reagierende) Wasserstoffatome aufweisen. »Lebende Polymerisate« anionischer Natur greifen solche Verbindungen in nukleophiler Weise an, d. h. ein Proton wird auf das Polymerisat unter Bildung eines inaktiven, keine funktipnellen Gruppen mehr enthaltenden Polymerisats übertragen, während die kationischen »lebenden Polymerisate« diese Verbindungen in einer elektrophilen Weise unter Bildung von Makromolekülen, die funktionelle Substituenten enthalten, und eines freien Protons angreifen. Dieser bedeutsame Unterschied zeigt sich z. B. an der Reaktion der beiden Typen von »lebenden Polymerisaten« mit Ammoniak. Wenn »lebende Polymerisate« von anionischem Charakter überhaupt mit Ammoniak reagieren, entsteht das protonierte, nichtfunktionelle Polymerisat sowie das freie Amidion, während die kationischen »lebenden Polymerisate« mit Ammoniak unter Bildung des funktioneilen polymeren Amins bzw. Amids sowie eines freien Protons reagieren. Die Reaktion der »lebenden Polymerisate« mit Ammoniak (oder Aminen) ist eine bemerkenswert leicht vonstatten gehende Reaktion, die bei Temperaturen gewöhnlich unterhalb 25° C und bei Atmosphärendruck quantitative Umwandlung in die alkylierten bzw. acylierten Amine liefert. Die dikationisch aktiven Polymerisate sind also an ihrem bifunktionellem Alkylierungs- und Acylierungsvermögen zu erkennen.According to the invention, "living polymers" of a dicationic nature are proposed, while those in contrast to the anionic "living polymers" that attach oxygen in the presence of air and thereby lose their "living" character, are quite stable in the presence of oxygen. Another The important difference between cationic and anionic "living polymers" is that Ability of the former to further increase in the presence of certain cationically polymerizable monomers polymerize. The cationic and anionic "living polymers" differ significantly in their reaction of compounds containing active (i.e., reacting in the Zerewitinoff reaction) hydrogen atoms exhibit. "Living polymers" of an anionic nature attack such compounds in a nucleophilic manner Way, d. H. a proton is applied to the polymer with the formation of an inactive, not a functional group transferring more containing polymer, while the cationic "living polymers" these compounds in an electrophilic manner to form macromolecules containing functional substituents, and attack a free proton. This significant difference can be seen e.g. B. in the reaction of the two types of "living polymers" with ammonia. When "living polymers" of anionic If the character reacts with ammonia at all, the protonated, non-functional polymer is formed as well as the free amide ion, while the cationic "living polymers" form with ammonia of the functional polymeric amine or amide and a free proton react. The reaction of the "Living polymers" with ammonia (or amines) is a remarkably easy one Reaction which is quantitative conversion at temperatures usually below 25 ° C and at atmospheric pressure supplies in the alkylated or acylated amines. The dicationically active polymers are therefore at their to recognize bifunctional alkylating and acylating capacity.
Der Erfindung liegt als Aufgabe die Herstellung neuartiger und brauchbarer Polymerisate, die ein hohes Maß an polykationischer Aktivität aufweisen, die Schaffung polymerer Alkylierungs- und Acylierungsmittel sowie die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Tetrahydrofuran-Polymerisaten mit »lebenden« Eigenschaften aus kationisch polymerisierbaren Monomeren sowie zur Herstellung von Derivaten dieser Polymerisate zugrunde.The object of the invention is to produce novel and useful polymers which have a high Have levels of polycationic activity, creating polymeric alkylating and acylating agents and the development of a process for the production of tetrahydrofuran polymers with "Living" properties from cationically polymerizable monomers and for the production of derivatives these polymers are based on.
Nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren sind praktisch lineare polykationisch aktiveAccording to the method proposed according to the invention, practically linear polycationically active ones
Polymerisate erhältlich. Diese polykationisch aktiven Polymerisate sind durch ihre Reaktionsfähigkeit gegenüber Ammoniak gekennzeichnet, die — wenn mindestens ein zweifacher molarer Überschuß an Ammoniak verwendet und eine Temperatur von 25° C oder darunter angewendet wird — rasch unter Bildung polymerer polyprimärer Diamine bzw. Diamide erfolgt, in denen sich die genannten funktionellen Gruppen in den Endstellungen der Polymerisatkette befinden. Diese endständig dikationisch aktiven Polymerisate können weiterhin durch ihre Fähigkeit charakterisiert werden, die Polymerisation von monomerem Tetrahydrofuran bei 25° C einzuleiten, was sich an einer Molekulargewichtszunahme des Polymerisats infolge Anlagerung von wiederkehrenden Oxytetramethylengruppen an den Enden des ursprünglich polykationisch aktiven Polymerisats zeigt.Polymers available. These polycationically active polymers are due to their reactivity towards Ammonia characterized, which - if at least a two-fold molar excess of ammonia and a temperature of 25 ° C or below is applied - rapidly with formation polymeric poly-primary diamines or diamides in which the functional groups mentioned are in the end positions of the polymer chain. These terminally dicationically active polymers can continue to be characterized by their ability to polymerize monomeric tetrahydrofuran initiate at 25 ° C, which is reflected in an increase in the molecular weight of the polymer as a result of attachment of repeating oxytetramethylene groups at the ends of the originally polycationically active Polymer shows.
Die praktisch linearen dikationisch aktiven Polymerisate der Erfindung werden durch direkte Umwandlung von Monomeren in dikationisch aktive Polymerisate unter Verwendung bestimmter Katalysatoren, die weiter unten definiert werden, hergestellt. Gemäß einem weiteren Verfahren, das nicht Gegenstand der Erfindung ist, werden vorgebildete Polymerisate im Molekulargewichtsbereich von 400 — 100 000, die bestimmte funktioneile Gruppen aufweisen, in dikationisch-aktive Polymerisate umgewandelt. Unter »praktisch linearen Polymerisaten« sind verhältnismäßig langkettige Polymerisate zu verstehen, die an der Hauptpolymerisatkette Substituenten aufweisen können, doch sind diese Substituenten im allgemeinen von einer wesentlich geringeren Kettenlänge als die Hauptkette. Normalerweise beträgt die Kettenlänge dieser Substituenten weniger als die Hälfte der Kettenlänge der Hauptkette.The practically linear dicationically active polymers of the invention are produced by direct conversion of monomers in dicationically active polymers using certain catalysts that are defined below. According to a further process which is not the subject of Invention is, pre-formed polymers in the molecular weight range of 400-100,000, the specific have functional groups, converted into dicationically active polymers. Under »practical linear polymers "are relatively long-chain polymers to understand that on the Main polymer chain may have substituents, but these substituents are generally of a much shorter chain length than the main chain. Usually the chain length is of these substituents less than half the chain length of the main chain.
Direkte Herstellung von
dikationisch aktiven PolymerisatenDirect manufacture of
dicationically active polymers
Bestimmte säurepolymerisierbare (d. h. kationisch polymerisierbare) Monomere können direkt in praktisch lineare, dikationisch aktive Polymerisate umgewandelt werden. Tetrahydrofuran und Sym-Trioxan sind bevorzugte Monomere in dieser Hinsicht. Tetrahydrofuran liefert einen dikationisch aktiven Polyäther mit wiederkehrenden Oxytetramethylengruppen und wird besonders bevorzugt.Certain acid polymerizable (i.e., cationically polymerizable) monomers can be used directly in practical linear, dicationically active polymers are converted. Tetrahydrofuran and sym-trioxane are preferred monomers in this regard. Tetrahydrofuran provides a dicationically active polyether with repeating oxytetramethylene groups and is particularly preferred.
Dikationisch aktive Polyäthermischpolymerisate können z. B. aus Tetrahydrofuran oder sym-Trioxan und einer geringen (d. h. weniger als 50 Mol-%) eines anderen säurepolymerisierbaren oder -mischpolymerisierbaren cyclischen Äthers (oder cyclischen Thioäthers), wie z. B. Propylenoxyd, Äthylenoxyd, Glycidylmethacrylat, Styroloxyd, Äthylensulfid, Propylensulfid oder Epichlorhydrin hergestellt werden. Die Verwendung eines anderen cyclischen Äthers als Comonomeres im Tetrahydrofuransystem ist häufig wünschenswert, um den Schmelzpunkt der dikationisch aktiven Polyäther herabzusetzen und die Tieftemperaturbiegsamkeit der daraus hergestellten Derivate, wie z. B. von Produkten, die durch Härten von aus den Polyäthern hergestellten Polyätherdiaminen mit Epoxyharzen, die mehr als eine Epoxydgruppe je Molekül aufweisen, erhalten werden, zu verbessern.Dicationically active polyether copolymers can, for. B. from tetrahydrofuran or sym-trioxane and little (i.e., less than 50 mole percent) of another acid polymerizable or interpolymerizable cyclic ether (or cyclic thioether), such as. B. propylene oxide, ethylene oxide, glycidyl methacrylate, Styrene oxide, ethylene sulfide, propylene sulfide or epichlorohydrin can be produced. The usage another cyclic ether as a comonomer in the tetrahydrofuran system is often desirable, to lower the melting point of the dicationically active polyethers and the low temperature flexibility the derivatives produced therefrom, such as. B. of products made by hardening from the polyethers manufactured polyether diamines with epoxy resins which have more than one epoxy group per molecule, be obtained to improve.
Die Polymerisation des Tetrahydrofurans — allein oder im Gemisch mit anderen säurepolymerisierbaren monomeren cyclischen Äthern — muß in Gegenwart von bestimmten Katalysatoren durchgeführt werden. Diese Katalysatormoleküle können der Bequemlichkeit halber als aus zwei Bestandteilen bestehend angesehen werden. Obgleich einige dieser Katalysatormoleküle dissoziierbar sind, ist darauf hinzuweisen, daß nicht sämtliche brauchbaren Katalysatoren notwendigerweise in erkennbarem Ausmaß dissoziieren. Zum Beispiel wurde gefunden, daß 1 MolThe polymerization of tetrahydrofuran - alone or in a mixture with other acid-polymerizable monomeric cyclic ethers - must be carried out in the presence of certain catalysts. These catalyst molecules may be viewed as consisting of two components for the sake of convenience will. Although some of these catalyst molecules are dissociable, it should be noted that they are not any useful catalysts will necessarily dissociate to a discernible extent. For example it was found that 1 mole
CF3SO2-O-O2SCF3-CF 3 SO 2 -OO 2 SCF 3 -
eine nichtleitende Verbindung, die als Katalysator geeignet ist — bei Zugabe zu etwa 10 Mol Tetrahydrofuran (das ebenfalls nichtleitend ist) bei Raumtemperatur eine Lösung mit hoher elektrischer Leitfähigkeit liefert. Dementsprechend kann angenommen werden, daß die Polymerisation von Tetrahydrofuran — mit oder ohne ein zusätzliches cyclisches Äthermonomeres — durch eine heterolytische Spaltung des Katalysatormoleküls unter Bildung eines ersten Bestandteils, der sich rasch an das Sauerstoffatom des Tetrahydrofurans unter Bildung eines Komplexkations anlagert, und eines zweiten Bestandteils bzw. Anions eingleitet wird. Obgleich der spezielle Mechanismus der Reaktion noch nicht völlig geklärt ist, würde sich eine Hypothese, nach der die Katalysatoren ionische' Bestandteile aufweisen müssen, im Einklang mit dem wohlbekannten kationischen Mechanismus der Tetrahydrofuranpolymerisation befinden. Mit den beiden Bestandteilen des Katalysatormoleküls sind hier diejenigen Teile des Moleküls gemeint, die während der Einleitung der Tetrahydrofuranpolymerisation als Kationen- bzw. Anionendonatoren wirken.a non-conductive compound suitable as a catalyst - when added to about 10 moles Tetrahydrofuran (which is also non-conductive) is a solution with high electrical power at room temperature Conductivity supplies. Accordingly, it can be assumed that the polymerization of tetrahydrofuran - with or without an additional cyclic ether monomer - by heterolytic cleavage of the catalyst molecule to form a first component that quickly attaches to the oxygen atom of the Tetrahydrofuran attaches to form a complex cation, and a second component or anion is introduced. Although the specific mechanism of the reaction is not fully understood, one would Hypothesis that the catalysts must have ionic constituents, consistent with the well known cationic mechanism of tetrahydrofuran polymerization. With both of them Components of the catalyst molecule are meant here those parts of the molecule that during the Initiation of the tetrahydrofuran polymerization act as cation or anion donors.
Eine erste Klasse von brauchbaren Katalysatoren kann durch die allgemeine Formel DQ wiedergegeben werden. Q entspricht einem Rest, bei dem es sich, in anionischer Form, um ein Anion handelt, das bei der Polymerisation von Tetrahydrofuran das Wachstum der Polytetramethylenoxydkette nicht abbricht. Der Rest D entspricht dem Rest, der nach der Ablösung einer Hydroxylgruppe von einer einbasischen Säure (im Anschluß hieran als »Katalysatorstammsäure« bezeichnet), die stärker als 100%ige Schwefelsäure ist und die kationische Polymerisation von Tetrahydrofuran zu bewirken vermag, zurückbleibt. Die Fähigkeit einer starken Säure, Tetrahydrofuran zu polymerisieren, kann leicht bestimmt werden. Die starke Säure kann mit Tetrahydrofuran (0,02 Mol Säure auf 1 Mol Tetrahydrofuran) vermischt und das Ganze bei 25° C reagieren gelassen werden. Eine Ausbeute an Polytetrahydrofuran von mehr als 50% nach 1 Woche zeigt an, daß die starke Säure eine geeignete Katalysatorstammsäure ist.A first class of useful catalysts can be represented by the general formula DQ will. Q corresponds to a radical which, in anionic form, is an anion that is associated with the Polymerization of tetrahydrofuran does not stop the growth of the polytetramethylene oxide chain. The rest of D corresponds to the remainder that occurs after a hydroxyl group has been detached from a monobasic acid (im Connection to this referred to as "catalyst base acid"), which is stronger than 100% sulfuric acid and which able to effect cationic polymerization of tetrahydrofuran remains. The ability of one strong acid to polymerize tetrahydrofuran can be easily determined. The strong acid can with Tetrahydrofuran (0.02 mol of acid to 1 mol of tetrahydrofuran) mixed and the whole react at 25 ° C be left. A polytetrahydrofuran yield of more than 50% after 1 week indicates that the strong Acid is a suitable catalyst base acid.
Über die kationische Polymerisation von Tetrahydrofuran unter Verwendung von Säurekatalysatoren ist in der Literatur berichtet worden, so daß über die Prüfung der verschiedenen einbasischen Säuren auf ihre Verwendbarkeit für diese Polymerisation nicht im einzelnen diskutiert zu werden braucht. Säuren, die wirksame Tetrahydrofuranpolymerisationskatalysatoren darstellen, sind u.a. FSO3H, ClSO3H, HClO4, HJO3, CF3SO3H und C4F9SO3H, und die sich von diesen Säuren ableitenden entsprechenden D-Reste sind FSO2-, ClSO2-, ClO3-, JO2-, CF3SO2- und C4F9SO2-. Darüber hinaus muß es sich bei der Katalysatorstammsäure um eine Säure handeln, die bei der Polymerisation von Tetrahydrofuran praktisch keine Kettenübertragungsaktivität aufweist. Dementsprechend ist Chlorsulfonsäure keine geeignete Katalysatorstammsäure, weil sie die Fähigkeit besitzt, Chloridionen auf wachsende Polytetrahydrofuranketten unter normalen Bedingungen zu übertragen und Chlorsubstituenten alsThe cationic polymerization of tetrahydrofuran using acid catalysts has been reported in the literature, so that there is no need to discuss in detail the testing of the various monobasic acids for their usefulness for this polymerization. Acids that are effective tetrahydrofuran polymerization catalysts include FSO 3 H, ClSO 3 H, HClO 4 , HJO 3 , CF 3 SO 3 H, and C 4 F 9 SO 3 H, and the corresponding D radicals derived from these acids are FSO 2 -, ClSO 2 -, ClO 3 -, JO 2 -, CF 3 SO 2 - and C 4 F 9 SO 2 -. In addition, the catalyst acid must be an acid which has virtually no chain transfer activity in the polymerization of tetrahydrofuran. Accordingly, chlorosulfonic acid is not a suitable catalyst parent acid because it has the ability to transfer chloride ions to growing polytetrahydrofuran chains under normal conditions and to act as chlorine substituents
kettenabbrechende Substituenten anzuhängen (vgl. J. Furakawa und T. Saegusa, »Polymerisation of Aldehydes and Oxides«, S. 232, Interscience Publishers, New York, 1963). Infolgedessen stellt ClSO2- keinen brauchbaren D-Bestandteil des Katalysatormoleküls dar, wenn Polymerisationstemperaturen oberhalb von — 1O0C angewendet werden. Bei niedrigeren Temperaturen wird die Kettenübertragungsaktivität von Katalysatoren, die ClSO2-Gruppen enthalten, bis auf einen Punkt unterdrückt, bei dem diese Katalysatoren zur Herstellung von praktisch linearen dikationisch aktiven Polyäthern recht brauchbar sind. Reste, die als D-Komponenten bevorzugt werden, sind u. a. FSO2-, CIO3- und RfSO2-, wobei Rf einen polyfluoraliphatischen Rest gemäß der weiter unten angegebenen Definition, wie z. B. einen Rest CF3-, bedeutet.to add chain-terminating substituents (cf. J. Furakawa and T. Saegusa, "Polymerization of Aldehydes and Oxides", p. 232, Interscience Publishers, New York, 1963). As a result, provides ClSO 2 - D no useful component of the catalyst molecule is when polymerization temperatures above - be applied 1O 0 C. At lower temperatures, the chain transfer activity of catalysts containing ClSO2 groups is suppressed to a point at which these catalysts are quite useful for the production of practically linear dicationically active polyethers. Residues that are preferred as D components include FSO2-, CIO3- and RfSO 2 -, where Rf is a polyfluoroaliphatic radical according to the definition given below, such as, for. B. a radical CF3-, means.
Der Q-Bestandteil dieser Klasse von Katalysatoren, die bei der Herstellung von dikationisch aktiven Polymerisaten verwendet werden, entspricht einem Rest, der in anionischer Form ein Anion ist, das bei der Polymerisation von Tetrahydrofuran keinen Kettenabbruch bewirkt. Es ist bewiesen, daß die bisher bekannte Polymerisation von Tetrahydrofuran stets nach einem kationischen Mechanismus erfolgt, d. h. daß die wachsende Polymerisatkette eine einzige kationisch aktive Endgruppe enthält, und daß die Fähigkeit des Polymerisats zur Anlagerung weiterer Monomerenmoleküle und zur Erhöhung des Molekulargewichts von der Aufrechterhaltung einer einzigen kationisch aktiven Stelle abhängt. Viele Anionen reagieren mit dieser elektrisch geladenen Stelle unter Erzeugung eines Kettenabbruchs durch eine Ladungsneutralisationsreaktion, die entweder aus einer Kupplungsreaktion besteht, bei der sich das Anion (wie z. B. Cl-, Br-, NO3-, CN-, CH3CO2- und CH3SO3-) direkt mit dem Polyätherkation unter Bildung einer elektrisch neutralen Verbindung kombiniert, oder aus einer Übertragungsreaktion, bei der ein Teil des Kompiexanions — gewöhnlich als Halogenidion — unter Bildung sowohl eines neutralen Polyäthermoleküls als auch entweder einer neutralen Verbindung, die sich von dem ursprünglichen Anion ableitet, oder eines neuen Anions von geringerer elektrischer Ladung als des ursprünglichen Anions, übertragen wird. Beispiele für den letztgenannten Typ sind ClSO3- und die Komplexanionen, die sich von verhältnismäßig schwachen Lewissäuren wie TiCU, ZnJ2, SiF4 und SeBr4 ableiten. Ein Unterscheidungsmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, soweit es die direkte Umwandlung von Monomeren in dikationisch aktive Polymerisate anbelangt, ist demgegenüber die Tatsache, daß die Polymerisation gleichzeitig an den gegenüberliegenden Enden der praktisch linearen wachsenden Polymerisatkette stattfindet.The Q component of this class of catalysts which are used in the production of dicationically active polymers corresponds to a radical which, in anionic form, is an anion which does not cause chain termination during the polymerization of tetrahydrofuran. It has been proven that the previously known polymerization of tetrahydrofuran always takes place according to a cationic mechanism, ie that the growing polymer chain contains a single cationically active end group, and that the ability of the polymer to add further monomer molecules and to increase the molecular weight of the maintenance of a single one cationically active site depends. Many anions react with this electrically charged site to produce a chain termination through a charge neutralization reaction, which either consists of a coupling reaction in which the anion (such as Cl-, Br-, NO 3 -, CN-, CH 3 CO 2 - and CH 3 SO 3 -) combined directly with the polyether cation to form an electrically neutral compound, or from a transfer reaction in which part of the compound anion - usually as a halide ion - to form both a neutral polyether molecule and either a neutral compound, which is derived from the original anion, or a new anion with a lower electrical charge than the original anion. Examples of the latter type are ClSO 3 - and the complex anions, which are derived from relatively weak Lewis acids such as TiCU, ZnJ 2 , SiF 4 and SeBr 4 . A distinguishing feature of the process according to the invention, as far as the direct conversion of monomers into dicationically active polymers is concerned, is the fact that the polymerization takes place simultaneously at the opposite ends of the practically linear growing polymer chain.
Eine besonders brauchbare Klasse von Anionen bzw. Q-Resten, die zu keiner Kettenabbruchreaktion führen,
sind diejenigen, die sich von extrem starken Protonsäuren ableiten, wie FSO3-, ClO4 - und RfSO3-, wobei
Rf einen polyfluoraliphatischen Rest (womit polyfluorcycloaliphatische Reste eingeschlossen sind) mit 1 — 18
Kohlenstoffatomen und mindestens einem Fluoratom am «-Kohlenstoffatom bedeutet. Rf kann weiterhin
Wasserstoffatome und andere Halogenatome, wie z. B. Chloratome, außer den Fluoratomen enthalten und
durch Sauerstoff- oder Aminstickstoffatome unterbrochen sein, vorausgesetzt, daß sich diese Sauerstoff- oder
Stickstoffatome neben einem fluorsubstituierten Kohlenstoffatom befinden. Vorzugsweise ist Rf mindestens
zur Hälfte fluoriert, d. h. vorzugsweise sind mindestens die Hälfte der einwertigen Atome an den
Kohlenstoffatomen der Rf-Gruppe Fluoratome. Rf kann z. B. ein Perfluoralkylrest (vgl. US-Patentschrift
27 32 398), ein perfluorcycloaliphatischer Rest, ein j3-Hydroperfluoralkylrest (vgl. US-Patentschrift
24 03 207), ein ω-Chlorperfluoralkylrest (vgl. US-Patentschrift
28 77 267), ein Rest H(CX2CX2)/j-, in dem
zwei Substituenten X, die mit einem Kohlenstoffatom verbunden sind, Fluoratome und die übrigen Substituenten
X entweder Wasserstoffatome oder Halogenatome (wie z. B. Chlor, Fluor) sind, sein. Beispiele für
spezielle Rf-Gruppen sind u. a.
die Trifluormethyl-,A particularly useful class of anions or Q radicals that do not lead to a chain termination reaction are those that are derived from extremely strong protonic acids, such as FSO 3 -, ClO 4 - and RfSO 3 -, where Rf is a polyfluoroaliphatic radical (which means polyfluorocycloaliphatic Radicals are included) with 1-18 carbon atoms and at least one fluorine atom on the «carbon atom. Rf can also be hydrogen atoms and other halogen atoms, such as. B. chlorine atoms, except for the fluorine atoms and interrupted by oxygen or amine nitrogen atoms, provided that these oxygen or nitrogen atoms are next to a fluorine-substituted carbon atom. Rf is preferably at least half fluorinated, ie preferably at least half of the monovalent atoms on the carbon atoms of the Rf group are fluorine atoms. Rf can e.g. B. a perfluoroalkyl radical (cf. US Pat. No. 2,732,398), a perfluorocycloaliphatic radical, a 3-hydroperfluoroalkyl radical (cf. US Pat. No. 2,4 03,207), an ω-chloroperfluoroalkyl radical (cf. US Pat. No. 2,877,267) The radical H (CX 2 CX 2 ) / j-, in which two substituents X, which are connected to a carbon atom, are fluorine atoms and the remaining substituents X are either hydrogen atoms or halogen atoms (such as, for example, chlorine, fluorine). Examples of specific Rf groups include
the trifluoromethyl,
die Pentafluoräthyl-,the pentafluoroethyl,
die Heptadecafluoroctyl-,
die Undecafluorcyclohexyl-,
die 1,1,2,2-Tetrafluoräthyl-,
die 2-Hydro-hexafluorpropyl-,the heptadecafluorooctyl,
the undecafluorcyclohexyl,
the 1,1,2,2-tetrafluoroethyl,
the 2-hydrohexafluoropropyl,
die 1,1-Difluoräthyl-,the 1,1-difluoroethyl,
die l,l-Difluor-2,2-dichloräthyl- und
die 8-Chlorperfluoroctylgruppe.
Eine weitere Klasse von brauchbaren Anionen bzw.. Q-Resten, die zu keiner Kettenabbruchreaktion führen,
sind die Komplexe, die sich von sehr starken Lewissäuren, wie z. B. BF3, SBF5, SbCl5, AsF5 und PF5,
ableiten. Beispiele für solche Anionen, die keinen Kettenabbruch bewirken, sind BF4-, SbFo-,
SbF5(O3SF)-,SbCl6-, AsF6- und PF6.the l, l-difluoro-2,2-dichloroethyl and
the 8-chloroperfluorooctyl group.
Another class of usable anions or. B. BF 3 , SBF 5 , SbCl 5 , AsF 5 and PF 5 , derive. Examples of such anions which do not cause chain termination are BF 4 -, SbFo - , SbF 5 (O 3 SF) -, SbCl 6 -, AsF 6 - and PF 6 .
Ein allgemeines Verfahren, das zur Bestimmung dienen kann, ob ein spezielles Anion einen Kettenabbruch
bewirkt oder nicht, besteht darin, die kationische Polymerisation von Tetrahydrofuran in üblicher Weise
unter Verwendung eines bekannten Säurekatalysators durchzuführen, jedoch unter Zugabe eines löslichen
Salzes, das dieses Anion enthält, zu dem Polymerisationssystem, so daß der Effekt untersucht werden kann,
den dieses Anion auf die Polymerisationsreaktion ausübt. Zum Beispiel kann monomeres Tetrahydrofuran
und eine geringe Menge (wie z. B. 1 Mol-% des gesamten Monomerengemisches) Äthylenoxyd unter
Verwendung von 2 Mol-% (bezogen auf das gesamte Monomerengemisch) Bortrifluorid als Polymerisationsinitiator unter Temperaturbedingungen polymerisiert
werden, die zu einer mindestens 50%igen Umwandlung der Monomeren in Polymerisat führen, wie z. B. bei
200C. Wenn die gleiche Reaktion unter Zugabe von 2 Mol-% eines gelösten Salzes durchgeführt wird, das das
in Frage stehende Anion enthält, zeigt jede bedeutende Abnahme im Umwandlungsgrad und/oder im Molekulargewicht
des gebildeten Produktes, daß das Anion zur Gruppe der kettenabbrechenden Anionen gehört. So
rufen Lithiumbromid, Lithiumnitrat, Silbertrifluoracetat und Silbercyanid Verringerungen des Umwandlungsgrades
hervor, so daß nicht mehr als 10% Polymerisat gebildet wird, was zeigt, daß Br-, NO3-, CF3CO2- und
CN- kettenabbrechende Anionen sind. Wenn andererseits identische Reaktionen in Gegenwart von Silberperchlorat,
Silbertrifluormethansulfonat, Lithiumhexafluorphosphat und Silberhexafluorantimonat durchgeführt
werden, läßt sich kein bedeutender Einfluß auf die gebildete Polyäthermenge oder auf dessen Molekulargewicht
feststellen, was zeigt, daß ClO4-, CF3SO3-,
PF6- und SbF6- keinen Kettenabbruch bewirken.
Anhydride, die wirksame Katalysatoren der Formel DQ darstellen, sind u. a. Pyrosulfurylfluorid, d. h.
(FSO2J2O (wobei FSO2- D und FSO3- Q bedeutet),
(CF3SO2J2O (CF3SO2- und CF3SO3-) und Cl2O7 (ClO3-A general method that can be used to determine whether a particular anion causes chain termination or not is to carry out the cationic polymerization of tetrahydrofuran in the usual way using a known acid catalyst, but with the addition of a soluble salt containing this anion, to the polymerization system so that the effect this anion has on the polymerization reaction can be examined. For example, monomeric tetrahydrofuran and a small amount (such as, for example, 1 mol% of the total monomer mixture) ethylene oxide using 2 mol% (based on the total monomer mixture) boron trifluoride as the polymerization initiator can be polymerized under temperature conditions which result in at least 50% conversion of the monomers into polymer lead such. B. at 20 ° C. If the same reaction is carried out with the addition of 2 mol% of a dissolved salt containing the anion in question, any significant decrease in the degree of conversion and / or in the molecular weight of the product formed indicates that the anion belongs to the group of chain-breaking anions. For example, lithium bromide, lithium nitrate, silver trifluoroacetate and silver cyanide cause reductions in the degree of conversion, so that no more than 10% polymer is formed, which shows that Br, NO 3 , CF 3 CO 2 and CN chain-terminating anions. On the other hand, if identical reactions are carried out in the presence of silver perchlorate, silver trifluoromethanesulfonate, lithium hexafluorophosphate and silver hexafluoroantimonate, no significant influence on the amount of polyether formed or on its molecular weight can be determined, which shows that ClO 4 -, CF 3 SO 3 -, PF 6 - and SbF 6 - do not cause chain termination.
Anhydrides, which are effective catalysts of the formula DQ, include pyrosulfuryl fluoride, ie (FSO 2 J 2 O (where FSO 2 - D and FSO 3 - Q), (CF 3 SO 2 I 2 O (CF 3 SO 2 - and CF 3 SO 3 -) and Cl 2 O 7 (ClO 3 -
und CIO4-), sowie die entsprechenden gemischten Anhydride, wie z.B. FSO2-O-O2SCF3. Salze, die wirksame Katalysatoren zur Herstellung der dikationisch aktiven Polyäther der Erfindung darstellen, sind u. a.and CIO4-), as well as the corresponding mixed anhydrides, such as FSO 2 -OO 2 SCF 3 . Salts which are effective catalysts for preparing the dicationically active polyethers of the invention include
FSO2F- PF51CF3SO2F- SbF5,FSO 2 F- PF 51 CF 3 SO 2 F- SbF 5 ,
SF3SO2Cl · SbCl5 und ClO3F · BF3,SF 3 SO 2 Cl SbCl 5 and ClO 3 F BF 3 ,
die alsas
FSO2+PF6-, CF3SO2+SbF6-,FSO 2 + PF 6 -, CF 3 SO 2 + SbF 6 -,
CF3SO2 +SbCl6- bzw. CIO3 +BF4-aufgefaßt werden können.CF 3 SO 2 + SbCl 6 - or CIO 3 + BF 4 - can be understood.
Eine zweite Katalysatorklasse, die sich in wirksamer Weise zur Herstellung der dikationisch aktiven Polyäther der Erfindung durch direkte Umwandlung von Monomeren verwenden läßt, sind bestimmte Diester aus den obengenannten Katalysatorstammsäuren, d. h. Fluorsulfonsäure, den polyfluoraliphatischen Sulfonsäuren (d. h. der Formel RfSO3H) und Perchlorsäure, und einem diprimären Glykol. Diese Klasse kann durch die allgemeine FormelA second class of catalyst which can be effectively used for the preparation of the dicationically active polyethers of the invention by direct conversion of monomers are certain diesters of the abovementioned catalyst base acids, ie fluorosulphonic acid, the polyfluoroaliphatic sulphonic acids (ie of the formula RfSO 3 H) and perchloric acid, and a diprimary glycol. This class can be given by the general formula
DZCH2(A)nCH2ZDDZCH 2 (A) n CH 2 ZD
wiedergegeben werden, wobei D die oben definierte Bedeutung hat und vorzugsweise einen Fluorsulfonat-, einen polyfluoraliphatischen Sulfonat- (wie z. B. RfSO3-) oder einen Perchloratrest, A ein difunktioneller organischer Rest, der frei von acetylenischen und olefinischen Bindungen sowie frei von alkylierbaren Gruppen ist, die Zerewitinoff-Wasserstoffatome enthalten (wie z. B. Hydroxyl-, Amino-, Thiol- und Carboxylgruppen) und vorzugsweise ein Alkylen- oder Oxyalkylenrest oder ein aus wiederkehrenden Oxyalkyleneinheiten bestehender Rest ist, Z Sauerstoff oder Schwefel bedeutet und η O oder 1 ist. Besonders bevorzugte Katalysatoren dieser Klasse sind l,4-Butanbis-(fluorsulfonat), l,4-Butanbis-(trifluormethansulfonat) und die entsprechenden Ester des Poly-(tetramethylen)-glykols. Diese Verbindungen werden in bequemer Weise nach einem direkten Verfahren hergestellt, bei dem eine Umsetzung von Pyrosulfurylfluorid (Fluorsulfonsäureanhydrid) oder Trifluormethansulfonsäureanhydrid mit Tetrahydrofuran durchgeführt wird. Wenn stöchiometrische Mengen dieser Anhydride und Tetrahydrofuran bei -3O0C bis O0C umgesetzt werden, wird der 1,4-Butandiester in guter Ausbeute erhalten. Wenn bei dieser Umsetzung überschüssiges Tetrahydrofuran verwendet wird, enthält der erhaltene Diester wiederkehrende Oxytetramethylengruppen, und das durchschnittliche Molekulargewicht des Produktes variiert praktisch direkt mit dem verwendeten molaren Überschuß an Tetrahydrofuran.are reproduced, where D has the meaning defined above and preferably a fluorosulfonate, a polyfluoroaliphatic sulfonate (such as, for example, RfSO 3 -) or a perchlorate radical, A a difunctional organic radical which is free from acetylenic and olefinic bonds and free from alkylatable groups which contain Zerewitinoff hydrogen atoms (such as, for example, hydroxyl, amino, thiol and carboxyl groups) and preferably an alkylene or oxyalkylene radical or a radical consisting of repeating oxyalkylene units, Z is oxygen or sulfur and η O or 1 is. Particularly preferred catalysts of this class are 1,4-butane bis (fluorosulfonate), 1,4-butane bis (trifluoromethanesulfonate) and the corresponding esters of poly (tetramethylene) glycol. These compounds are conveniently prepared by a direct method in which pyrosulfuryl fluoride (fluorosulfonic anhydride) or trifluoromethanesulfonic anhydride is reacted with tetrahydrofuran. If stoichiometric amounts of these anhydrides and tetrahydrofuran are reacted at 0 C to -3O 0 C O, the 1,4-Butandiester is obtained in good yield. If excess tetrahydrofuran is used in this reaction, the resulting diester will contain oxytetramethylene repeating groups and the average molecular weight of the product will vary almost directly with the molar excess of tetrahydrofuran used.
In bezug auf die Reaktionsbedingungen bei der direkten Polymerisationsreaktion sind beträchtliche Variationen möglich. Es ist jedoch wichtig, daß diese Reaktionen in einem System durchgeführt werden, das von Kettenabbruchsmitteln verhältnismäßig frei ist. Unter »Kettenabbruch« ist hier eine chemische Reaktion während der Polymerisation zu verstehen, bei der ein kationisch geladenes Ende einer Polymerisatkette neutralisiert und eine Endgruppe, die unter den Polymerisationsbedingungen praktisch keine weitere Alkylierbarkeit aufweist, an den vorher kationisch geladenen Endteil der Polymerisatkette angehängt wird. Die erfindungsgemäße Polymerisation liefert ein Produkt, bei dem praktisch sämtliche Kettenenden kationisch aktiv sind. Das Vorhandensein von Kettenabbruchsmitteln (d. h. von Verbindungen, die unter den gewählten Reaktionsbedingungen lediglich monoalkylierbar sind, wie z. B. löslichen Halogenidsalzen, Acylhalogeniden, Alkoholen, Säuren und Anhydriden, die wesentlich schwächer als Fluorsulfonsäure sind), die von den kationisch aktiven Enden der Polymerisatkette alkyliert werden, führt zur Bildung einer wesentlichen Zahl von inerten Endgruppen, die ein weiteres Kettenwachstum verhindern. Einige Substanzen, die normalerweise als Kettenabbruchsmittel für andere als die hier beschriebenen Polymerisationsreaktionen anzusehen sind, führen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter bestimmten Polymerisationsbedingungen zu keinen Nachteilen. Insbesondere können polyalkylierbare Verbindungen, wie z. B. Verbindungen, die zwei oder mehr aktive Wasserstoffatome aufweisen, wie Wasser, Alkylen- oder Polyalkylenätherglykolc, mit zwei kationisch geladenen Polymerisatkettenenden reagieren und auf diese Weise als Kettenverlängerungsmittel dienen. Wasser kann mit einem dikationisch aktiven Polymerisat unter Bildung eines monokationisch aktiven Polymerisats mit einer Hydroxylgruppe reagieren, und die Hydroxylgruppe dieses Produktes kann leicht durch ein anderes dikationisch aktives Polymerisat unter Bildung eines neuen dikationisch aktiven Polymerisats von erhöhter Kettenlänge alkyliert werden. Die Tatsache, daß in dem erfindungsgemäßen Polymerisationssystem Wasser enthalten sein darf, ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen sehr vorteilhaft. Dementsprechend brauchen polyalkylierbare Verbindungen in Mengen bis zu derjenigen, die der Katalysatorkonzentration stöchiometrisch äquivalent ist, bei der Herstellung der dikationisch aktiven Polymerisate nicht unbedingt ausgeschlossen zu werden. Regarding the reaction conditions in the direct polymerization reaction are considerable Variations possible. It is important, however, that these reactions are carried out in a system that is relatively free of chain terminators. Under "chain termination" there is a chemical one To understand reaction during polymerization in which a cationically charged end of a polymer chain neutralized and one end group that practically no further under the polymerization conditions Has alkylatability, is attached to the previously cationically charged end part of the polymer chain. The polymerization according to the invention gives a product in which practically all chain ends are cationically active. The presence of chain terminators (i.e., compounds listed under the selected reaction conditions are only monoalkylatable, such as. B. soluble halide salts, Acyl halides, alcohols, acids and anhydrides, which are much weaker than fluorosulfonic acid), the are alkylated by the cationically active ends of the polymer chain, leads to the formation of a substantial one Number of inert end groups that prevent further chain growth. Some substances that normally viewed as a chain terminator for polymerization reactions other than those described herein are, lead in the process according to the invention under certain polymerization conditions no disadvantages. In particular, polyalkylatable compounds, such as. B. Connections, the two or have more active hydrogen atoms, such as water, alkylene or polyalkylene ether glycol, with two cationically charged polymer chain ends react and in this way act as chain extenders serve. Water can be combined with a dicationically active polymer to form a monocationic one active polymer react with a hydroxyl group, and the hydroxyl group of this product can easily be replaced by another dicationically active polymer to form a new dicationic active polymer of increased chain length alkylated will. The fact that the polymerization system according to the invention may contain water, is very advantageous from an economic point of view. Accordingly need polyalkylatable Compounds in amounts up to that stoichiometrically equivalent to the catalyst concentration is not necessarily to be excluded in the preparation of the dicationically active polymers.
Obgleich die Verwendung eines Lösungsmittels oftmals nicht von wesentlicher Bedeutung ist, kann ein inertes Lösungsmittel wünschenswert sein, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu mäßigen oder um eine leichtere Handhabung des Reaktionsgemisches zu gestatten. Geeignete Lösungsmittel sind u. a. Methylenchlorid, die Fluorhalogenkohlenstoff-Lösungsmittel, die Cycloalkane (wie z. B. Cyclohexan). Die Temperatur beträgt bei diesen Reaktionen im allgemeinen —40° C bis +7O0C, wenn Tetrahydrofuran verwendet wird, obgleich bei Verwendung von anderen Monomeren, wie von sym-Trioxan, Temperaturen bis zu 1000C verwendet werden können. Wenn Lösungsmittel verwendet werden, ist es normalerweise wünschenswert, die Reaktionen bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen wie z.B. bei -2O0C bis +4O0C, und die Lösungsmittelkonzentration unterhalb von 40 Gew.-°/o zuhalten.While the use of a solvent is often not essential, an inert solvent may be desirable to moderate the rate of the reaction or to allow easier handling of the reaction mixture. Suitable solvents include methylene chloride, the fluorohalocarbon solvents, the cycloalkanes (such as, for example, cyclohexane). The temperature in this reaction is generally -40 ° C to + 7O 0 C when tetrahydrofuran is used, although the use of other monomers such as of sym-trioxane, temperatures can be used up to 100 0 C. When solvents are used, it is normally desirable to carry out the reactions at lower temperatures such as, for example, hold at -2O 0 C to + 4O 0 C, and the solvent concentration below 40 wt ° / o.
Das Molekulargewicht der erhaltenen Polymerisate kann innerhalb eines breiten Bereichs variieren, d. h. von 400 bis 1 000 000. Ein wirksames Verfahren zur Regelung des Molekulargewichtes besteht in der geeigneten Wahl des Molkonzentrationsverhältnisses von Katalysator zu Monomerem. Wenn höhere Molekulargewichte gewünscht werden, wird dieses Molverhältnis vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,01 gewählt, während die niedrigeren Molekulargewichte im allgemeinen bei einem Molverhältnis von 0,01 bis 0,5 erhalten werden.The molecular weight of the polymers obtained can vary within a wide range; H. from 400 to 1,000,000. An effective method of controlling molecular weight is to use suitable choice of the molar concentration ratio of catalyst to monomer. If higher If molecular weights are desired, this molar ratio is preferably between 0.001 and 0.01 while the lower molecular weights are generally chosen at a molar ratio of from 0.01 to 0.5 can be obtained.
Indirekte Herstellung von
endständig polykationisch aktiven PolymerisatenIndirect production of
terminally polycationically active polymers
Obgleich das direkte Verfahren zur Herstellung der dikationisch aktiven Polymerisate der Erfindung äußerst brauchbar ist, ist es im allgemeinen auf bestimmteAlthough the direct process for the preparation of the dicationically active polymers of the invention is extremely is useful, it is generally specific
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kationisch polymerisierbar Monomere beschränkt, wie vorstehend erläutert wurde. Sehr vielseitig anwendbar ist ein indirektes Verfahren zur Herstellung von endständig polykationisch aktiven Polymerisaten, bei dem als Ausgangsmaterial ein vorgebildetes Polymerisat (d. h. ein Vorpolymerisat) verwendet wird, das in seinen Endstellungen und nur dort bestimmte funktioneile Substituenten aufweist und ansonsten von alkylierbaren Gruppen (wie z. B. Olefin-, Amin-, Hydroxyl-, Thiol- oder Carboxylgruppen) frei ist. Die bei diesem Verfahren verwendbaren Vorpolymerisate können in zwei Kategorien eingeteilt werden:cationically polymerizable monomers are limited, as explained above. Very versatile is an indirect process for the production of terminally polycationically active polymers where a preformed polymer (i.e. a prepolymer) is used as the starting material, which is used in has its end positions and only there certain functional substituents and otherwise of alkylatable groups (such as, for example, olefin, amine, hydroxyl, thiol or carboxyl groups) is free. The at The prepolymers that can be used in this process can be divided into two categories:
I. Polymerisate, die endständige —OH oder -SH (oder die Alkalisalze dieser Gruppen), -COOH oder —SO3H-Gruppen enthalten, können in endständig polykationisch aktive Polymerisate umgewandelt werden, indem man sie entweder mit einer zu keiner Kettenabbruchreaktion führenden Katalysatorstammsäure oder mit bestimmten, nachfolgend definierten Derivaten solcher Säuren umsetzt, wobei die Katalysatorstammsäure befähigt ist, als solche die kationische Polymerisation von Tetrahydrofuran einzuleiten. Genauer gesagt können die endständig polykationisch aktiven Polymerisate hergestellt werden, indem man die obengenannten Vorpolymerisate mit Katalysatorstammsäuren, deren Anhydriden, deren Acylhalogeniden oder einem Alkylenbisester der StrukturI. Polymers, the terminal —OH or —SH (or the alkali salts of these groups), —COOH or —SO3H groups, can be terminated in Polycationically active polymers can be converted by mixing them with either one to none Chain termination reaction leading catalyst base acid or with certain, defined below Reacts derivatives of such acids, the catalyst acid being capable of being cationic as such Initiate polymerization of tetrahydrofuran. More precisely, the terminal polycationic active polymers are prepared by mixing the above-mentioned prepolymers with catalyst base acids, their anhydrides, their acyl halides or an alkylenebisester of the structure
DZ-CH2-(A)n-CH2-ZDDZ-CH 2 - (A) n -CH 2 -ZD
umsetzt, worin D, Z und A die oben definierte Bedeutung haben. Beispiele für solche Katalysatorstammsäuren und deren Derivate sindconverts, wherein D, Z and A have the meaning defined above. Examples of such parent catalyst acids and their derivatives are
FSO3H, (FSO2)2O, FSO3-C4H8-O3SF,FSO 3 H, (FSO 2 ) 2 O, FSO 3 -C 4 H 8 -O 3 SF,
SF3SO3H, (CF3SO2)2O, CF3SO2Cl,SF 3 SO 3 H, (CF 3 SO 2 ) 2 O, CF 3 SO 2 Cl,
CF3SO3(C4H8O)2O2SCF3, HClO4,CF 3 SO 3 (C 4 H 8 O) 2 O 2 SCF 3 , HClO 4 ,
Cl2O7 und ClO4-C4H8-O4Cl.Cl 2 O 7 and ClO 4 -C 4 H 8 -O 4 Cl.
Diese Umwandlungsreaktionen, die zu den endständig polykationisch aktiven Polymerisaten führen, sind Kondensationsreaktionen, bei denen als Nebenprodukt entweder ein Salz, Wasser, ein Halogenwasserstoff oder eine Säure (d. h. die Katalysatorstammsäure oder das Derivat) gebildet werden, je nach der Art des Derivats, das zur Umwandlung des Vorpolymerisats in seinen kationisch aktiven Zustand verwendet wird. Solche Kondensationsreaktionen lassen sich in einer Weise durchführen, wie sie aus der Polymerisatmodifizierung wohlbekannt ist. Es ist oftmals wünschenswert, bei der Umsetzung ein Dehydratisierungsmittel bzw. einen Säureacceptor zu verwenden, gewöhnlich in stöchiometrischer Menge, oder als feste heterogene Phase, um das Nebenprodukt zu inaktivieren. Bei den erhaltenen endständig polykationisch aktiven Polymerisaten kann es sich um Polyester, Polythioester oder gemischte Polyanhydride handeln. Sie sind durch ihre Fähigkeit gekennzeichnet, die Tetrahydrofuranpolymerisation unter Bildung von Blockmischpolymerisaten einzuleiten, sowie durch ihr bemerkenswertes Alkylierung- oder Acylierungsvermögen. Diejenigen endständig polykationisch aktiven polymeren Produkte, die sich von polymeren Polyolen und Polythiolen (oder den entsprechenden Alkalisalzen) ableiten, sind ausgezeichnete Alkylierungsmittel; ebenso die Produkte, die bei der Umsetzung der oben erwähnten Alkylenbisester mit polymeren Polycarbonsäuren oder Polysulfonsäuren gebildet werden. Bei den endständig polykationisch aktiven Polymerisaten, die man bei der Umsetzung von polymeren Polycarbonsäuren und Anhydriden bzw. den entsprechenden Acylhalogeniden erhält, handelt es sich um gemischte Anhydride, die eine bemerkenswerte Wirksamkeit als Acylierungsmittel besitzen.These conversion reactions which lead to the terminally polycationically active polymers are Condensation reactions in which as a by-product either a salt, water, a hydrogen halide or an acid (i.e. the catalyst parent acid or the derivative) are formed, depending on the nature of the derivative, which is used to convert the prepolymer to its cationically active state. Such Condensation reactions can be carried out in a way that is evident from the polymer modification is well known. It is often desirable to use a dehydrating agent or a Acid acceptor to use, usually in stoichiometric amount, or as a solid heterogeneous phase, to the Inactivate by-product. In the terminally polycationically active polymers obtained, can they are polyesters, polythioesters or mixed polyanhydrides. They are by their ability characterized to initiate the tetrahydrofuran polymerization with the formation of block copolymers, as well as their remarkable ability to alkylate or acylate. Those terminally polycationic active polymeric products that differ from polymeric polyols and polythiols (or their equivalent Alkali salts) are excellent alkylating agents; as are the products that are part of the Reaction of the above-mentioned alkylenebisesters with polymeric polycarboxylic acids or polysulfonic acids are formed. In the terminally polycationically active polymers that are used in the implementation of polymeric polycarboxylic acids and anhydrides or the corresponding acyl halides, it is mixed anhydrides, which are remarkably effective as acylating agents.
II. Polymerisate, die endständige Acylhalogenidgruppen (d. h. Carbonyl- oder Sulfonylhalogenidgruppen), vorzugsweise Acylchlorid- oder Acylbromidendgruppen, enthalten, können in polymere gemischte Anhydride umgewandelt werden, indem man sie mit einer zu keiner Kettenabbruchreaktion führenden Säure (d. h. einer Katalysatorstammsäure), die befähigt ist, dieII. Polymers containing terminal acyl halide groups (i.e. carbonyl or sulfonyl halide groups), preferably acyl chloride or acyl bromide end groups, can be converted into polymeric mixed anhydrides by treating them with a non-chain terminating acid (i.e. a catalyst base acid), which is capable of the
ίο Polymerisation von Tetrahydrofuran einzuleiten, oder einem Salz einer solchen Säure, vorzugsweise einem Silbersalz, umsetzt. Beispiele für Reaktionsteilnehmer, die zur Herstellung von endständig polykationisch aktiven Polymerisaten aus den obengenannten Vorpolymerisaten geeignet sind, sind u. a. FSO3Ag, CF3SO3H, CF3SO3Ag, HClO4, und AgClO4.ίο initiate the polymerization of tetrahydrofuran, or a salt of such an acid, preferably a silver salt, is reacted. Examples of reactants which are suitable for the production of terminally polycationically active polymers from the above-mentioned prepolymers include FSO 3 Ag, CF 3 SO 3 H, CF 3 SO 3 Ag, HClO 4 , and AgClO 4 .
Vorpolymerisate mit zwei oder mehr endständigen reaktionsfähigen Gruppen, die für die Herstellung von kationisch aktiven polymeren Verbindungen nach dem indirekten Verfahren geeignet sind, können auf verschiedene Weise hergestellt werden. Polymere, die endständige Hydroxylgruppen enthalten, sind wohlbekannt. Mehrere Polyäther, die zwei endständige Hydroxylgruppen enthalten, sind leicht im Handel erhältliche Substanzen, wie z. B. Polyäther verschiedenen Molekulargewichtes, die sich vom Äthylenoxyd, Propylenoxyd und Tetrahydrofuran ableiten. Polyoxymethylenpolymerisate, die Hydroxylendgruppen enthalten, werden weiterhin bei der ionischen Polymerisation von Formaldehyd oder sym-Trioxan erhalten. Verzweigtkettige Polyäther, die mehr als zwei endständige Hydroxylgruppen enthalten, können durch Polymerisation von Äthylenoxyd in Gegenwart eines basischen Katalysators und eines Polyols, das mehr als zwei Hydroxylgruppen enthält, hergestellt werden. Die Verwendung von Trimethylolpropan oder Pentaerythrit als Reaktionsteilnehmer bei der Polymerisation von Äthylenoxyd führt also zur Bildung eines verzweigten Polyäthers mit drei bzw. vier endständigen Hydroxylgruppen. Wenn solche verzweigten Substanzen als Vorpolymerisate verwendet werden, besitzen die erhaltenen Produkte eine endständige kationische Aktivität von mehr als 2.Prepolymers with two or more terminal reactive groups, which are used for the production of cationically active polymeric compounds are suitable by the indirect method, can can be made in different ways. Polymers containing terminal hydroxyl groups are well known. Several polyethers containing two terminal hydroxyl groups are readily available on the market available substances such. B. Polyethers of various molecular weights, which differ from the ethylene oxide, Derive propylene oxide and tetrahydrofuran. Polyoxymethylene polymers that contain hydroxyl end groups, are also obtained in the ionic polymerization of formaldehyde or sym-trioxane. Branched chain Polyethers which contain more than two terminal hydroxyl groups can be polymerized of ethylene oxide in the presence of a basic catalyst and a polyol that has more than two Contains hydroxyl groups are produced. The use of trimethylolpropane or pentaerythritol as a reactant in the polymerization of ethylene oxide thus leads to the formation of a branched one Polyethers with three or four terminal hydroxyl groups. When such branched substances as Prepolymers are used, the products obtained have a terminal cationic Activity of more than 2.
Polyester, die Hydroxylendgruppen enthalten, sind durch Verwendung von überschüssigem Polyol bei der Kondensation mit einer Dicarbonsäure hergestellt worden. Die Molekulargewichte dieser Polyester werden durch geeignete Wahl des Umwandlungsgrades der »Monomeren« (d. h. des Polyols und der Dicarbon-Polyesters that contain hydroxyl end groups are improved by the use of excess polyol in the Condensation has been made with a dicarboxylic acid. The molecular weights of these polyesters are achieved through a suitable choice of the degree of conversion of the "monomers" (i.e. the polyol and the dicarbon
säure) und des verwendeten Überschusses an Polyol geregelt.acid) and the excess of polyol used.
Vinylpolymerisate, die sich von äthylenisch-ungesät-. tigten Monomeren ableiten und endständige Hydroxylgruppen enthalten, sind unter Verwendung von geeigneten freie Radikale liefernden Initiatoren, wie z. B. Wasserstoffperoxyd, hergestellt worden.Vinyl polymers that differ from ethylenically unsaturated. Derived saturated monomers and terminal hydroxyl groups are included using suitable free radical initiators such as z. B. hydrogen peroxide.
Verfahren zur Herstellung von Polymerisaten mit endständigen Thiolgruppen sind ebenfalls bekannt. Polymerisate mit endständigen Thiolgruppen können durch Zugabe eines geringen Überschusses an Schwefelwasserstoff oder von Alkylendithiolen zu Alkylenbisestern der Acryl- und Methacrylsäure hergestellt werden, wie in der US-PS 33 97 189 beschrieben wird. Ein zweites Verfahren zur Herstellung von Polymerisaten mit zwei endständigen Thiolgruppen besteht in der Kondensation von bestimmten organischen Dihalogeniden mit einem geringen Überschuß an Natriumsulfid oder -polysulfid. Bei einem weiteren Verfahren zurProcesses for the preparation of polymers with terminal thiol groups are also known. Polymers with terminal thiol groups can be obtained by adding a small excess of hydrogen sulfide or from alkylenedithiols to alkylenebisesters of acrylic and methacrylic acid as described in US Pat. No. 3,397,189. A second process for the production of polymers with two terminal thiol groups consists in the condensation of certain organic dihalides with a slight excess of sodium sulfide or polysulfide. In another method for
Herstellung von Polymerisaten mit endständigen Thiolgruppen werden Polymerisate mit endständigen Carboxylgruppen mit Mercaptoäthanol umgesetzt.The production of polymers with terminal thiol groups are polymers with terminal thiol groups Carboxyl groups reacted with mercaptoethanol.
Polyester oder Poly-N-alkylamide, die endständige Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen enthalten, können durch Kondensation eines geringen Überschusses einer geeigneten Dicarbonsäure (bzw. Disulfonsäure) mit einem Polyol bzw. einem Amin mit zwei oder mehr sekundären Aminogruppen hergestellt werden. Monomere, die bei der Behandlung mit einer organischen Dilithiumverbindung polymerisieren (wie z. B. Styrol, das bei Verwendung von l,2-Diphenyl-l,2-dilithiumäthan als Katalysator polymerisiert), liefern bei Behandlung mit Kohlendioxyd bzw. mit Schwefeldioxyd und einem Oxydationsmittel polymere Dicarbonsäuren bzw. Difulsonsäuren.Polyester or poly-N-alkylamides, the terminal ones Containing carboxyl or sulfonic acid groups, by condensation of a small excess of one suitable dicarboxylic acid (or disulfonic acid) with a polyol or an amine with two or more secondary amino groups are produced. Monomers that when treated with an organic Polymerize dilithium compound (such as styrene, which when using 1,2-diphenyl-1,2-dilithiumethane polymerized as a catalyst), deliver when treated with carbon dioxide or with sulfur dioxide and an oxidizing agent, polymeric dicarboxylic acids and difulsonic acids, respectively.
Endständige Acylhalogenidgruppen (d. h. Carbonyl- und Sulfonylhalogenidgruppen) können an Polymerisaten nach verschiedenen Verfahren erzeugt werden. Zum Beispiel können Polymerisate, die freie Säuregruppen enthalten, durch Umsetzung mit Phosphorpentachlorid oder Thionylchlorid oder -bromid in die gewünschten Vorpolymerisatderivate umgewandelt werden. Die Verwendung eines geringen Überschusses eines Alkylen- oder Arylendiacylchlorids (wie z. B. Adipylchlorid, Terephthaloylchlorid oder ρ,ρ'-Diphenyldisulfonylchlorid) bietet eine Möglichkeit zur Herstellung von Polyestern oder Polyamiden mit endständigen Acylhalogenidgruppen, wie z. B. Sulfonylhalogenidgruppen. Die Umsetzung von überschüssigem Phosgen mit Polymerisaten, die Alkoholgruppen enthalten, ist eine weitere Möglichkeit zur Einführung von endständigen Acylhalogenidgruppen — in diesem Fall von Chlorformiatgruppen — in das Vorpolymerisat.Terminal acyl halide groups (i.e., carbonyl and sulfonyl halide groups) can be added to polymers can be produced by various methods. For example, polymers containing free acid groups can be used contain, by reaction with phosphorus pentachloride or thionyl chloride or bromide in the desired Prepolymer derivatives are converted. The use of a small excess of an alkylene or arylene diacyl chloride (such as adipyl chloride, terephthaloyl chloride or ρ, ρ'-diphenyldisulfonyl chloride) offers the possibility of producing polyesters or polyamides with terminal acyl halide groups, such as B. sulfonyl halide groups. Implementation of excess phosgene with Polymers containing alcohol groups is another way of introducing terminal Acyl halide groups - in this case chloroformate groups - in the prepolymer.
In bezug auf die Reaktionsbedingungen, die bei dem indirekten Verfahren zur Herstellung der kationisch aktiven Polymerisate anzuwenden sind, ist normalerweise eine beträchtliche Variation möglich. Wenn unvernetzte, lösliche, endständig polykationisch aktive Polymerisate gewünscht werden, wie z. B. als reaktionsfähige Zwischenprodukte für nachfolgende chemische Modifizierungsreaktionen, ist es normalerweise wünschenswert, ein Vorpolymerisat zu verwenden, das ein Molekulargewicht von 400 — 20 000 aufweist und die erforderlichen funktionellen Gruppen in den Endstelj lungen an einer linearen oder verzweigten Kette enthält. Die Verwendung einer etwa fünffachen stöchiometrischen Menge an Katalysatorstammsäure bzw. deren Derivat, bezogen auf die Zahl der umzusetzenden funktionellen Gruppen, ist zur Herstellung eines unvernetzten Produkts normalerweise vorzuziehen. Wenn ein Säureakzeptor gewünscht wird, kann das Vorpolymerisat zunächst mit einem tertiären Amin, wie z. B. Triäthylamin, in einer Menge vermischt werden, die zur Neutralisation der durch die Reaktion gebildeten Säure gerade ausreicht. (Wenn ein Vorpolymerisat mit endständigen Alkalialkoxyd- oder Alkalimercaptidgruppen verwendet wird, ist eine Verwendung von zusätzlichem Säureakzeptor gewöhnlich nicht erforderlich.) Die Auswahl der Reaktionstemperatur ist normalerweise nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Es kann ein bevorzugter Bereich von -800C bis 1000C angewendet werden, obgleich die Reaktionsgeschwindigkeit bei den niedrigeren Temperaturen unerwünscht gering sein kann. Bei dem indirekten Verfahren werden häufig inerte, wasserfreie Lösungsmittel verwendet; geeignete Lösungsmittel sind bereits genannt worden. Das als Ausgangsmaterial verwendete Vorpolymerisat kann entlang seiner Kette verschiedene andere Gruppen außer den obengenannten enthalten, vorausgesetzt, daß diese gegenüber der Einwirkung des bei der Umsetzung verwendeten Derivats der Katalysatorstammsäure und gegenüber dem Alkylierungs- bzw. Acylierungsvermögen des erhaltenen polykationisch aktiven Polymerisats inert sind. So können in dem Polymerisat beispielsweise Ester-, Äther-, Nitro- und Halogensubstituenten vorhanden sein, ohne bei derWith respect to the reaction conditions to be used in the indirect process for the preparation of the cationically active polymers, considerable variation is normally possible. If uncrosslinked, soluble, terminally polycationically active polymers are desired, such as. B. as reactive intermediates for subsequent chemical modification reactions, it is usually desirable to use a prepolymer which has a molecular weight of 400-20,000 and contains the required functional groups in the end positions of a linear or branched chain. The use of about five times the stoichiometric amount of catalyst base acid or its derivative, based on the number of functional groups to be converted, is normally preferred for the production of an uncrosslinked product. If an acid acceptor is desired, the prepolymer can first with a tertiary amine, such as. B. triethylamine, are mixed in an amount that is just sufficient to neutralize the acid formed by the reaction. (If a prepolymer with terminal alkali alkoxide or alkali mercaptide groups is used, the use of additional acid acceptor is usually not necessary.) The selection of the reaction temperature is normally not of decisive importance. It can be applied, a preferred range of from -80 0 C to 100 0 C, although the reaction rate at lower temperatures may be undesirably low. Inert, anhydrous solvents are often used in the indirect process; suitable solvents have already been mentioned. The prepolymer used as starting material can contain various other groups along its chain apart from those mentioned above, provided that these are inert to the action of the derivative of the catalyst master acid used in the reaction and to the alkylating or acylating capacity of the polycationically active polymer obtained. For example, ester, ether, nitro and halogen substituents can be present in the polymer without the
ίο Herstellung von polykationisch aktiven Polymerisaten nach dem indirekten Verfahren zu stören.ίο Production of polycationically active polymers to disturb after the indirect method.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß zur Herstellung der kationisch aktiven Polymerisate der Erfindung eine große Zahl von Vorpolymerisaten verwendet werden kann, die geeignete endständige funktionell Gruppen enthalten, wie z. B. Polymerisate auf der Grundlage von Styrol, Vinylchlorid, Vinylalkyläthern, Estern der Acryl- und Methacrylsäure und/oder Vinylestern, sowie polymere Verbindungen wie PoIyester und Polyäther.From the above description it can be seen that for the preparation of the cationically active polymers the invention a large number of prepolymers can be used, the appropriate terminal functionally contain groups, such as. B. Polymers based on styrene, vinyl chloride, vinyl alkyl ethers, Esters of acrylic and methacrylic acid and / or vinyl esters, and polymeric compounds such as polyesters and polyether.
Reaktionen von
polykationisch aktiven PolymerisatenReactions from
polycationically active polymers
Wie oben bereits erwähnt, sind die erfindungsgemäß hergestellten polykationisch aktiven Polymerisate bemerkenswerter Alkylierungs- oder Acylierungsmittel und können tatsächlich durch ihr Alkylierungs- bzw. Acylierungsvermögen charakterisiert werden. Weiterhin stellen sie wirksame polymere Initiatoren für die weitere Polymerisation von säurepolymerisierbaren Monomeren dar, wobei als Produkte Blockmischpolymerisate erhalten werden. Viele andere brauchbare Produkte können unter Verwendung dieser polykationisch aktiven Polymerisate als Zwischenprodukte hergestellt werden, wenn man die stark elektrophile Natur dieser Makromoleküle ausnutzt.As already mentioned above, the polycationically active polymers prepared according to the invention are more remarkable Alkylating or acylating agents and can actually be alkylated or Acylating ability can be characterized. Furthermore, they provide effective polymeric initiators for the further polymerization of acid-polymerizable monomers, the products being block copolymers can be obtained. Many other useful products can be polycationic using this active polymers are produced as intermediates if one uses the highly electrophilic Exploiting the nature of these macromolecules.
Anorganische oder organische Verbindungen (polymere Substanzen eingeschlossen), die aktive Wasserstoffatome enthalten, insbesondere Verbindungen mit -OH, -COOH, -SH, -SO3H und -NHR' -Gruppen (worin R' ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest oder einen Arylrest bedeutet), reagieren leicht mit den polykationisch aktiven Polymerisaten der Erfindung, wobei es sich bei diesen Reaktionen im wesentlichen um Alkylierungs- oder Acylierungsreaktionen handelt, bei denen die Polymerisatkette die elektronegative Gruppe, mit der das aktive Wasserstoffatom verbunden ist, alkyliert bzw. acyliert. Geeignete Verbindungen, die aktive Wasserstoffatome enthalten, sind u. a. Wasser, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Harnstoff, Hydrazin, Anilin, Methylamin, Mercaptoäthanol, Glykolsäure, Polymerisate der Acrylsäure, Vinylalkoholpolymerisate, Bernsteinsäure, Glycin, Proteine, Piperazin, Triäthylen-Inorganic or organic compounds (including polymeric substances) which contain active hydrogen atoms, in particular compounds with -OH, -COOH, -SH, -SO 3 H and -NHR 'groups (where R' denotes a hydrogen atom, an alkyl radical or an aryl radical ), react easily with the polycationically active polymers of the invention, these reactions being essentially alkylation or acylation reactions in which the polymer chain alkylates or acylates the electronegative group to which the active hydrogen atom is attached. Suitable compounds that contain active hydrogen atoms include water, hydrogen sulfide, ammonia, urea, hydrazine, aniline, methylamine, mercaptoethanol, glycolic acid, polymers of acrylic acid, vinyl alcohol polymers, succinic acid, glycine, proteins, piperazine, triethylene.
tetramin und Äthylenglykol. Als Produkte dieser Alkylierungs- bzw. Acylierungsreaktionen werden also das entsprechende polymere Derivat und die Katalysatorstammsäure erhalten. In vielen Fällen ist ein Säureakzeptor wünschenswert, um die als Reaktionsprodukt entstehende starke Katalysatorstammsäure zu neutralisieren. Diese Neutralisation ist häufig erforderlich, um unerwünschte Nebenreaktionen zu vermeiden. Bei der Alkylierung bzw. Acylierung von Aminoverbindungen, wie z. B. von Aminen und Ammoniak, kann zurtetramine and ethylene glycol. The products of these alkylation or acylation reactions are therefore the corresponding polymeric derivative and the catalyst master acid obtained. In many cases it is a Acid acceptor is desirable in order to convert the strong catalyst acid formed as a reaction product neutralize. This neutralization is often necessary in order to avoid undesirable side reactions. In the alkylation or acylation of amino compounds, such as. B. of amines and ammonia, can be used for
Neutralisation des Säureprodukts ein Überschuß an Aminoverbindung verwendet werden. In Fällen, wo die Reaktion rasch verläuft, wie z. B. bei der Alkylierung eines Alkylmercaptans, kann mit Vorteil ein Säureak-To neutralize the acid product, an excess of the amino compound can be used. In cases where the Reaction proceeds rapidly, e.g. B. in the alkylation of an alkyl mercaptan, an acid ac-
zeptor, wie ζ. Β. Pyridin, verwendet werden, vorzugsweise in stöchiometrischen Mengen.septor, like ζ. Β. Pyridine, can be used, preferably in stoichiometric amounts.
Die Reaktionstemperaturen sind im allgemeinen nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Es hat sich ein Bereich von -8O0C bis 1500C als geeignet erwiesen, obgleich sich die niedrigen Temperaturen (wie z. B. unterhalb von 25° C) zur Mäßigung der Reaktionsgeschwindigkeit im allgemeinen als bevorzugt erwiesen haben. Die Verwendung eines inerten Lösungsmittels ist nicht immer erforderlich und in einigen Fällen sogar unerwünscht. Geeignete inerte Lösungsmittel sind oben genannt worden. Die Regelung der Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer ist bei Alkylierungs- und Acylierungsreaktionen unter Verwendung der kationisch aktiven Polymerisate wichtig. Bei der Bestimmung des optimalen Mengenverhältnisses der Reaktionsteilnehmer sollten die Funktionalität der Reaktionsteilnehmer, die Tatsache, ob ein Säureakzeptor erforderlich ist oder nicht, und das gewünschte Endprodukt berücksichtigt werden, wie es dem Fachmann geläufig ist. Die Funktionalität der zu alkylierenden bzw. zu acylierenden Verbindung entspricht der Zahl der in dem Molekül vorhandenen alkylierbaren bzw. acylierbaren Gruppen, multipliziert mit der Zahl der Male, die die betreffende Gruppe mit den kationisch aktiven Stellen an den erfindungsgemäß hergestellten Polymerisaten reagieren kann. Wasser z. B. hat eine Funktionalität von 2, da jedes Wassermolekül mit zwei kationisch aktiven Stellen an dem Polymerisat reagieren kann. Wenn Wasser mit einer kationisch aktiven Stelle an dem polykationischen Polymerisat reagiert, wird als Produkt ein polymeres Polyol erhalten; wenn das Wasser mit zwei kationisch aktiven Stellen reagiert, erhält man als Produkt einen polymeren Polyäther. In ähnlicher Weise kann Ammoniak, das eine Funktionalität von 4 aufweist, mit den polykationisch aktiven polymeren Alkylierungsmitteln unter Bildung eines polymeren primären, sekundären oder tertiären Amins oder quaternären Ammoniumsalzes reagieren. Wenn das polymere primäre Amin gewünscht wird, verwendet man daher einen großen Überschuß an Ammoniak, wie z. B. einen mindestens 5fachen stöchiometrischen Überschuß.The reaction temperatures are generally not of critical importance. It has a range of -8O 0 C to 150 0 C were found to be suitable, although the low temperatures have (such. As below 25 ° C) to moderate the reaction rate generally preferred proved. The use of an inert solvent is not always necessary and in some cases even undesirable. Suitable inert solvents have been mentioned above. The regulation of the concentrations of the reactants is important in alkylation and acylation reactions using the cationically active polymers. In determining the optimal proportions of the reactants, the functionality of the reactants, whether or not an acid acceptor is required, and the desired end product should be taken into account, as is well known to those skilled in the art. The functionality of the compound to be alkylated or acylated corresponds to the number of alkylatable or acylatable groups present in the molecule, multiplied by the number of times the group in question can react with the cationically active sites on the polymers prepared according to the invention. Water z. B. has a functionality of 2, since each water molecule can react with two cationically active sites on the polymer. If water reacts with a cationically active site on the polycationic polymer, a polymeric polyol is obtained as the product; if the water reacts with two cationically active sites, the product obtained is a polymeric polyether. Similarly, ammonia having a functionality of 4 can react with the polycationically active polymeric alkylating agents to form a polymeric primary, secondary, or tertiary amine or quaternary ammonium salt. If the polymeric primary amine is desired, therefore, one uses a large excess of ammonia, such as. B. at least a 5-fold stoichiometric excess.
Die folgenden Ausführungen dienen der weiteren Erläuterung der Effekte, die Funktionalität und Konzentration der Reaktionsteilnehmer auf die Natur der Reaktionsprodukte ausüben. Wenn eine Verbindung mit zwei aktiven Wasserstoffatomen mit einem Polymerisat mit zwei kationisch aktiven Gruppen umgesetzt wird, erhält man als Produkt ein kettenverlängertes lineares Polymerisat, wenn das molare Konzentrationsverhältnis der Reaktionsteilnehmer nahe bei 1 :1 gehalten wird. Wenn die zwei aktive Wasserstoffatome enthaltende Verbindung im Überschuß verwendet wird, vorzugsweise in einem mindestens 2fachen stöchiometrischen Überschuß, wird das disubstituierte polymere Produkt mit übrigbleibenden funktionellen Gruppen begünstigt. Dieses Verfahren stellt eine Möglichkeit zur Herstellung niedermolekularer polymerer Dithiole oder Dicarbonsäuren dar, indem man Alkylendithiole (oder H2S) bzw. Dicarbonsäuren im Überschuß verwendet. Wenn eine Verbindung mit 3 oder mehr aktiven Wasserstoffatomen mit dem dikationisch aktiven Polymerisat mit zwei kationisch aktiven Gruppen in etwa stöchiometrischem Mengenverhältnis umgesetzt wird, wird als Hauptprodukt ein vernetztes Polymerisat erhalten, dessen Eigenschaften durch geeignete Wahl der Reaktionsteilnehmer variiert werden können.The following explanations serve to further explain the effects, functionality and concentration of the reactants exert an influence on the nature of the reaction products. When connected to two active hydrogen atoms are reacted with a polymer with two cationically active groups, the product obtained is a chain-extended linear polymer if the molar concentration ratio the reactant is kept close to 1: 1. When containing two active hydrogen atoms Compound is used in excess, preferably at least 2 times the stoichiometric Excess, the disubstituted polymeric product with remaining functional groups is favored. This process provides a possibility for the production of low molecular weight polymeric dithiols or dicarboxylic acids by using alkylenedithiols (or H2S) or dicarboxylic acids in excess. When a compound with 3 or more active hydrogen atoms with the dicationically active polymer with two cationically active groups is implemented in an approximately stoichiometric quantitative ratio is called The main product obtained is a crosslinked polymer whose properties are determined by a suitable choice of Reactants can be varied.
Bei einem polykationisch aktiven Polymerisat mit mehr als zwei kationisch aktiven Gruppen in den ; Endstellungen einer verzweigten Kette ist das Produkt, ■ das bei der Umsetzung mit einer Verbindung mit einem j einzigen aktiven Wasserstoffatom erhalten wird, ein iIn the case of a polycationically active polymer with more than two cationically active groups in the; End positions of a branched chain is the product that, when implemented with a connection with a j single active hydrogen atom is obtained, an i
einfaches Substitutionsprodukt, während bei der Umset- jsimple substitution product, while the conversion j
zung mit einer Verbindung mit zwei oder mehr aktiven j Wasserstoffatomen ein vernetztes Polymerisat erhalten ;A crosslinked polymer is obtained with a compound having two or more active hydrogen atoms;
werden kann. Ican be. I.
Die polykationisch aktiven Polymerisate der Erfin- jThe polycationically active polymers of the invention
dung reagieren weiterhin mit zahlreichen Metallsalzen j (wie z. B. Kaliumcyanat oder Natriumphenolat) nach ', dem Prinzip der doppelten Umsetzung, wobei als j Produkte das Polymerisat, das bei der Alkylierung des Anions des Salzes mit dem kationisch aktiven Polymerisat gebildet wird, und das Salz der Katalysatorstammsäure erhalten werden. Salze von Alkalimetallen, : wie z. B. Lithiumjodid, Natriumcyanid, Kaliumcyanat, < Natriumbisulfid, Natriumbisulfit, Natriumhydroxyd, Mo- j nonatriumadipinat, Dinatriumsuccinat, Kaliumhydrogenphthalat und Natriumphenolat, werden bevorzugt, insbesondere wenn sie in dem Reaktionsmedium sehr löslich sind, obgleich Salze wie Calciumhydroxyd und Silbercyanid ebenfalls verwendet werden können. Diese Reaktionen können entweder in homogenen Lösungen oder in heterogenen Dispersionen durchgeführt werden. Diese Reaktionen stellen ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des gewünschten Derivats der kationisch aktiven Polymerisate dar, da bisher die Katalysatorstammsäure nicht freigesetzt und ein Säureakzeptor nicht benötigt wird.manure continue to react with numerous metal salts j (such as, for example, potassium cyanate or sodium phenolate) according to ', the principle of double conversion, where j products are the polymer formed during the alkylation of the anion of the salt with the cationically active polymer, and the salt of the common catalyst acid can be obtained. Such: salts of alkali metals. Example, lithium iodide, sodium cyanide, potassium cyanate, <sodium bisulfite, sodium bisulfite, sodium hydroxide, Mo j nonatriumadipinat, disodium succinate, potassium hydrogen phthalate and sodium are preferred, particularly when they are very soluble in the reaction medium, although salts such as calcium and silver cyanide can also be used. These reactions can be carried out either in homogeneous solutions or in heterogeneous dispersions. These reactions represent a preferred process for the preparation of the desired derivative of the cationically active polymers, since up to now the catalyst acid has not been released and an acid acceptor is not required.
Die obige Reaktion der polykationisch aktiven Polymerisate der Erfindung mit Metallsalzen ähnelt der
oben diskutierten Alkylierung von aktive Wasserstoffatome enthaltenden Verbindungen insofern, als die
Funktionalitäten und Konzentrationen der Reaktions- ; teilnehmer hier ebenfalls einen Effekt auf die Struktur ;
des Produkts haben. Häufig sind zur Herstellung der gewünschten endständig polyfunktionellen Polymerisate
verschiedene Verfahren möglich. So kann man Polytetramethylenoxyd, das primäre Aminogruppen als ;
Endgruppen enthält, nach irgendeinem der folgenden : Verfahren herstellen: (A) Umsetzung des dikationisch
aktiven Tetrahydrofuranpolymerisats mit Ammoniak in der oben beschriebenen Weise, (B) Umsetzung mit
Lithiumazid und nachfolgende Reduktion der erhaltenen Azidgruppen in primäre Aminogruppen, (C)
Umsetzung mit Lithiumcyanid und nachfolgende Hy- ; drierung der endständigen Nitrilgruppen zu primären
Aminogruppen, (D) Umsetzung mit Natrium-p-nitrophenolat und nachfolgende Hydrierung der Nitrogruppen
zu primären Aminogruppen, (E) Umsetzung mit Lithiumphthalimid und nachfolgende Umsetzung der
erhaltenen Imidgruppen mit Hydrazin zu den gewünschten primären Aminogruppen. Bestimmte dieser
Reaktionen können gelegentlich mit großem Vorteil angewendet werden, wenn Nebenreaktionen vermieden
werden sollen, wie z. B. Polyalkylierungen, die bei der Umsetzung des polykationisch aktiven Polymerisats mit
einer Verbindung mit mehrerern aktiven Wasserstoffatomen, wie z. B. Ammoniak, normalerweise zu einem
geringen Ausmaß auftreten. Wenn man also ein Polymerisat wünscht, das Aminogruppen lediglich in
Form von endständigen primären Aminogruppen enthält, liefern die oben unter (B) bzw. (E) beschriebenen
Umsetzungen mit Lithiumazid bzw. Phthalimid im allgemeinen bessere Ergebnisse als die Umsetzung des
polykationisch aktiven Polymerisats mit Ammoniak.
Die polykationisch aktiven Polymerisate der Erfin-The above reaction of the polycationically active polymers of the invention with metal salts is similar to the above-discussed alkylation of compounds containing active hydrogen atoms in that the functionalities and concentrations of the reaction; participants here also have an effect on the structure; of the product. Various processes are often possible for the production of the desired terminally polyfunctional polymers. So you can polytetramethylene oxide, the primary amino groups as; Contains end groups, by any of the following : Process: (A) reaction of the dicationically active tetrahydrofuran polymer with ammonia in the manner described above, (B) reaction with lithium azide and subsequent reduction of the azide groups obtained into primary amino groups, (C) reaction with lithium cyanide and subsequent Hy-; dration of the terminal nitrile groups to primary amino groups, (D) reaction with sodium p-nitrophenolate and subsequent hydrogenation of the nitro groups to primary amino groups, (E) reaction with lithium phthalimide and subsequent reaction of the imide groups obtained with hydrazine to give the desired primary amino groups. Certain of these reactions can occasionally be used to great advantage when side reactions are to be avoided, such as e.g. B. polyalkylations that occur in the reaction of the polycationically active polymer with a compound having several active hydrogen atoms, such as. B. ammonia, normally occur to a minor extent. So if you want a polymer which contains amino groups only in the form of terminal primary amino groups, the reactions with lithium azide or phthalimide described above under (B) or (E) generally give better results than the reaction of the polycationically active polymer with ammonia .
The polycationically active polymers of the invention
dung reagieren weiterhin mit solchen aromatischen Verbindungen, die zu einer Friedel-Crafts-Reaktion befähigt sind, unter Bildung des ringalkylierten bzw. -acylierten Derivats. Benzol und viele seiner Derivate gehen diese Reaktion ein. Die Ringalkylierung von Benzol ist in etwa 4 Stunden bei 78°C praktisch vollständig beendet. Wenn am Ring Elektronendonatorgruppen bzw. elektronenabstoßende Gruppen (wie z. B. Alkyl-, Alkoxy- oder Hydroxylgruppen) vorhanden sind, wird die Reaktion stark beschleunigt, und die Alkylierung tritt hauptsächlich in den o- und p-Ringstellungen auf. Wenn andererseits am Ring elektronenanziehende Gruppen (wie z. B. Halogen-, Nitro- oder Trifluormethylsubstituenten) vorhanden sind, wird die Reaktion merklich verlangsamt. Tatsächlich weisen p-Dichlorbenzol, Nitrobenzol und Benzotrifluorid eine ausreichend geringe Reaktionsfähigkeit auf, um bei diesen Reaktionen als inerte Lösungsmittel verwendet werden zu können.fertilization continue to react with such aromatic compounds, which lead to a Friedel-Crafts reaction are capable of forming the ring-alkylated or ring-acylated derivative. Benzene and many of its derivatives enter into this reaction. Ring alkylation of benzene is practical in about 4 hours at 78 ° C completely finished. If electron donor groups or electron repelling groups (such as Alkyl, alkoxy or hydroxyl groups) are present, the reaction is greatly accelerated, and the alkylation occurs mainly in the o- and p-ring positions. On the other hand, if the ring is electron-attracting Groups (such as halogen, nitro or trifluoromethyl substituents) are present, the reaction will noticeably slowed down. In fact, p-dichlorobenzene, nitrobenzene and benzotrifluoride have one sufficient poor reactivity to be used as an inert solvent in these reactions to be able to.
Die Alkylierung und Acylierung von aromatischen Verbindungen, die mit diesen polykationisch aktiven Polymerisaten zum Eingehen einer Friedel-Crafts-Reaktion befähigt sind, führt zu äußerst wertvollen Produkten und Zwischenprodukten für chemische Synthesen. Solche umsetzungsfähigen aromatischen Verbindungen sind u. a. Benzol, Toluol, Mesitylen, Äthylbenzol, Phenol, Anisol, Naphthalin, Fluoren, Acenaphthen, Diphenyl, Diphenyläther, Anthracen und Dibenzofuran. Die Einführung von aromatischen Gruppen an der Polymerisatkette bietet eine Möglichkeit zur nachfolgenden chemischen Modifizierung des Polymerisats, wie z. B. durch Chlorierung, Nitrierung, Sulfonylierung, Polyverätherung und Polyveresterung. Bei der Alkylierung von Phenol ist noch darauf hinzuweisen, daß die phenolische Hydroxylgruppe der Alkylierung unter sauren Bedingungen viel weniger unterliegt als die p-Ringstellung, die durch die phenolische Hydroxylgruppe aktiviert wird.The alkylation and acylation of aromatic compounds with these polycationically active Polymers are capable of entering into a Friedel-Crafts reaction, leads to extremely valuable Products and intermediates for chemical synthesis. Such reactive aromatic Connections include Benzene, toluene, mesitylene, ethylbenzene, phenol, anisole, naphthalene, fluorene, Acenaphthene, diphenyl, diphenyl ether, anthracene and dibenzofuran. The introduction of aromatic groups on the polymer chain offers the possibility of subsequent chemical modification of the polymer, such as B. by chlorination, nitration, sulfonylation, polyetherification and polyesterification. In the Alkylation of phenol should also be noted that the phenolic hydroxyl group of the alkylation is much less subject to acidic conditions than the p-ring position created by the phenolic hydroxyl group is activated.
Massen auf der Grundlage von aromatischen Verbindungen, insbesondere phenolischen Verbindungen, die mit den kationisch aktiven Polymerisaten der Erfindung alkyliert bzw. acyliert worden sind, können zur Herstellung biegsamer Harze, wie z. B. Phenolharzen, Epoxyharzen, Polycarbonatharzen und Amino-Aldehyd-Harzen verwendet werden. Derartige alkylierte bzw. acylierte phenolische Substanzen können weiterhin als Zwischenprodukte bei Synthesen von Farbstoffen, Arzneimitteln und anderen chemischen Verbindungen verwendet werden.Masses based on aromatic compounds, especially phenolic compounds, which have been alkylated or acylated with the cationically active polymers of the invention can for the production of flexible resins, such as. B. phenolic resins, epoxy resins, polycarbonate resins and amino-aldehyde resins be used. Such alkylated or acylated phenolic substances can also as intermediates in the synthesis of dyes, drugs and other chemical compounds be used.
Die polykationisch aktiven polymeren Alkylierungsmittel der Erfindung sind weiterhin zur Alkylierung in der Weise befähigt, daß sie sich an Verbindungen mit lokalisierten elektronenreichen Stellen anlagern. Ein Beispiel für eine solche Alkylierung durch Addition ist die Umsetzung mit tertiären Aminen, wobei das quaternäre Ammoniumsalz der Katalysatorstammsäure gebildet wird.The polycationically active polymeric alkylating agents of the invention are further suitable for alkylation in that enables them to attach to compounds with localized electron-rich sites. A An example of such an alkylation by addition is the reaction with tertiary amines, where the quaternary ammonium salt of the catalyst common acid is formed.
Von Bedeutung ist die Tatsache, daß es bei den meisten der vorstehend beschriebenen Reaktionen nicht erforderlich ist, die polykationisch aktiven Polymerisate in besonderen Stufen herzustellen und zu isolieren. Häufig sind die polykationisch aktiven Polymerisate der Erfindung Zwischenprodukte bei der Herstellung von hochmolekularen Polymerisaten, die als solche von Wert sind, wie es bei der Herstellung von Polytetramethylenoxyd aus Tetrahydrofuran der Fall ist. Die Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Katalysatoren bietet eine sehr einfache und wirtschaftliche Möglichkeit zur Herstellung dieser äußerst brauchbaren Polymerisate aus dem Monomeren. Die kationisch aktiven Polymerisate finden jedoch ihre größte Anwendung als Zwischenprodukte bei Pfropfoder Blockmischpolymerisationen oder bei Alkylierungs- bzw. Acylierungsreaktionen der vorstehend beschriebenen Art. Wenn dies der Fall ist, ist es häufig wünschenswert, das polykationisch aktive Polymerisat in situ herzustellen und die gewünschten Alkylierungs- bzw. Acylierungsreaktionen entweder gleichzeitig mit ihrer Bildung oder im Anschluß an ihre Bildung durchzuführen.What matters is that most of the reactions described above do not it is necessary to prepare and isolate the polycationically active polymers in special stages. The polycationically active polymers of the invention are often intermediates in the production of high molecular weight polymers, which are of value as such, as is the case in the manufacture of polytetramethylene oxide from tetrahydrofuran is the case. The use of the proposed according to the invention Catalysts offers a very simple and economical way to manufacture this extremely usable polymers from the monomers. The cationically active polymers, however, find their own greatest application as intermediates in graft or block copolymerizations or in alkylation or acylation reactions of the type described above. When this is the case, it is frequent desirable to produce the polycationically active polymer in situ and the desired alkylation or acylation reactions either simultaneously with their formation or following their formation perform.
Die nach den beschriebenen Verfahren erhältlichen neuartigen Produkte stellen brauchbare Substanzen bei der Herstellung von Formmassen für Kunststoff-Formkörper, Schutzüberzugsmassen, Elastomeren, polymeren oberflächenaktiven Mitteln, Imprägnierungsmitteln, Bindemitteln, Einbettungsmassen, Klebstoffen, Fasern, Unterlagen bzw. Trägern für Bänder, wie Klebebänder, Schaumstoffen und Filmen dar.The novel products obtainable by the processes described provide useful substances the production of molding compounds for plastic moldings, protective coating compounds, elastomers, polymers surface-active agents, impregnation agents, binders, embedding compounds, adhesives, fibers, Supports or supports for tapes, such as adhesive tapes, foams and films.
In diesem Beispiel werden zwei äußerst brauchbare Verfahren zur Herstellung von hochmolekularem Polytetramethylenoxyd beschrieben.This example presents two extremely useful methods of making high molecular weight Polytetramethylene oxide described.
A. 444 g wasserfreies Tetrahydrofuran wurden in einen Rundkolben gegeben, der mit einem Rührer versehen war, und in einem Trockeneisbad auf — 300C abgekühlt, ehe 0,9 g (CF3SO2^O zugegeben wurden. Das Gemisch wurde unter Rühren auf Raumtemperatur erwärmen gelassen, und es wurde eine ständige Viskositätszunahme bei dieser Temperatur beobachtet. Nach mehreren Stunden war die Lösung so viskos geworden, daß sie nicht mehr gerührt werden konnte. Das Reaktionsgemisch wurde 72 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen. Das dikationisch aktive Produkt, das dann eine nichtfließfähige kautschukartige Masse war, wurde in kleine Stücke zerschnitten, die über Nacht in verdünnter wäßriger NaOH abgeschreckt wurden. Nach dem Waschen mit Wasser wurde das Polymerisat in Tetrahydrofuran gelöst und mit Wasser wieder ausgefällt. Die Ausbeute an getrocknetem, grauweißem Polymerisat betrug 336 g, was einer Umwandlung von nahezu 76% entspricht. Das Molekulargewicht beträgt etwa 300 000, geschätzt auf Grund der intrinsischen Viskosität von 2,48 in Benzol bei 25° C. Im unvulkanisierten Zustand hat das Polymerisat eine Zugfestigkeit von 385 kg/cm2 und eine Bruchdehnung von 650%. Die Tieftemperatureigenschaften sind ausgezeichnet: Die Sprödigkeitstemperatur liegt unterhalb — 80° C. Der Polyäther wurde sowohl mit einer normalen Peroxyd-Schwefel-Rezeptur als auch mit einer Peroxyd-Divinylbenzol-Rezeptur zu sehr zähen, federnden Elastomeren mit ausgezeichneter Wasserbeständigkeit vulkanisiert. Das unvulkanisierte Produkt kann in Schutzüberzugsmitteln, Farben- bzw. Anstrichrezepturen verwendet werden.A. 444 grams of anhydrous tetrahydrofuran were added to a round bottom flask equipped with a stirrer, and a dry ice bath to - 30 0 C cooled before 0.9 g (CF 3 SO 2 ^ O was added The mixture was under stirring. Allowed to warm to room temperature, and a constant increase in viscosity was observed at this temperature. After several hours the solution had become so viscous that it could no longer be stirred. The reaction mixture was left to stand at room temperature for 72 hours was a non-flowable rubber-like mass, was cut into small pieces, which were quenched overnight in dilute aqueous NaOH. After washing with water, the polymer was dissolved in tetrahydrofuran and reprecipitated with water. The yield of dried, gray-white polymer was 336 g, which corresponds to a conversion of nearly 76%. The molecular weight is about 300,000 as estimated by Gru nd the intrinsic viscosity of 2.48 in benzene at 25 ° C. In the unvulcanized state, the polymer has a tensile strength of 385 kg / cm 2 and an elongation at break of 650%. The low-temperature properties are excellent: The brittleness temperature is below - 80 ° C. The polyether was vulcanized with a normal peroxide-sulfur formulation as well as with a peroxide-divinylbenzene formulation to form very tough, resilient elastomers with excellent water resistance. The unvulcanized product can be used in protective coatings, paints or paint formulations.
B. 1 Liter Tetrahydrofuran wurde von L1AIH4 in einen mit einem Rührer versehenen 2-Liter-Kolben abdestilliert. 0,5 ecm Pyrosulfurylfluorid wurden bei Raumtemperatur zugegeben. Nach kurzem Rühren, um die Reaktionsmischung zu homogenisieren, wurde mit dem Rühren aufgehört und das Material über Nacht stehengelassen. Nach Ablauf dieser Zeit lag eine nichtfließfähige, farblose Masse vor, die — von einer geringfügigen Zunahme der Starrheit abgesehen — innerhalb von 5 weiteren Tagen keine sichtbarenB. 1 liter of tetrahydrofuran was from L1AIH4 in a 2 liter flask equipped with a stirrer was distilled off. 0.5 ecm of pyrosulfuryl fluoride were used at room temperature admitted. After brief stirring to homogenize the reaction mixture, the Stirring stopped and the material allowed to stand overnight. At the end of this time there was a non-flowable, colorless mass which - apart from a slight increase in rigidity - no visible within 5 more days
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Veränderungen einging. Das Polymerisat wurde dann in Stücke zerschnitten, in verdünnter wäßriger Ammoniaklösung abgeschreckt, in Tetrahydrofuran gelöst, durch Eingießen in Wasser erneut ausgefällt und getrocknet. Das erhaltene Polymerisat war eine harte, weiße, lederartige Substanz mit einer intrinsischen Viskosität, gemessen in Benzol bei 31,50C, von 5,11. Die Ausbeute an Produkt betrug 75% und das berechnete Molekulargewicht etwa 700 000. Überzüge, die aus diesem hochmolekularen Polymerisat hergestellt worden waren, waren sehr zäh und abriebfest.Changes received. The polymer was then cut into pieces, quenched in dilute aqueous ammonia solution, dissolved in tetrahydrofuran, reprecipitated by pouring into water and dried. The polymer obtained was a hard, white leather-like substance having an intrinsic viscosity, measured in benzene at 31.5 0 C, of 5.11. The yield of product was 75% and the calculated molecular weight was about 700,000. Coatings made from this high molecular weight polymer were very tough and abrasion-resistant.
In diesem Beispiel werden mehrere Reaktionen beschrieben, bei denen dikationisch aktive Polymerisate zur Alkylierung von Ammoniak und verschiedenen primären Aminen verwendet wurden.In this example, several reactions are described in which dicationically active polymers used to alkylate ammonia and various primary amines.
A. 275 ecm wasserfreies Tetrahydrofuran wurden in einen 500-ccm-Rundkolben gegeben, der mit einem Rührer versehen war. Der Kolben wurde auf 400C abgekühlt, und es wurden 3 ecm Trifluormethansulfonsäureanhydrid zugegeben. Beim Erwärmen auf Raumtemperatur wurde eine Viskositätszunahme beobachtet, was anzeigte, daß eine Polymerisation vor sich ging. Als die Lösung ziemlich viskos war, wurde Ammoniakgas langsam mit einer solchen Geschwindigkeit durch die Lösung des dikationisch aktiven Polyäthers geleitet, daß eine verhältnismäßig geringe Ammoniakkonzentration aufrechterhalten wurde. Als mit der Ammoniakzugabe begonnen wurde, ließ sich an einer sehr raschen und abrupten Viskositätszunahme der Lösung eine sofortige Reaktion feststellen. Die Ammoniakzugabe wurde abgebrochen, als die Reaktionsmischung nicht mehr zufriedenstellend gerührt werden konnte. Das Produkt wurde in verdünnte wäßrige Natriumhydroxydlösung gegossen und unter Rühren auf einem Wasserdampfbad erhitzt. Es wurde dann mit Wasser gewaschen und in einem Vakuumofen bei 50° C getrocknet.A. 275 cc anhydrous tetrahydrofuran was placed in a 500 cc round bottom flask equipped with a stirrer. The flask was cooled to 40 0 C, and there were 3 cc of trifluoromethanesulfonic anhydride was added. An increase in viscosity was observed on warming to room temperature, indicating that polymerization was occurring. When the solution was quite viscous, ammonia gas was slowly bubbled through the dicationically active polyether solution at such a rate that a relatively low concentration of ammonia was maintained. When the ammonia addition began, an immediate reaction could be determined from a very rapid and abrupt increase in viscosity of the solution. The addition of ammonia was stopped when the reaction mixture could no longer be stirred satisfactorily. The product was poured into dilute aqueous sodium hydroxide solution and heated on a steam bath with stirring. It was then washed with water and dried in a vacuum oven at 50 ° C.
Das Produkt (150 g) war in Benzol nicht vollkommen löslich, während ein normales Tetramethylenoxydpolymerisat in Benzol vollständig löslich ist. Es war in Methyläthylketon löslich und zeigte in diesem Lösungsmittel eine intrinsische Viskosität von 0,402, was einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 28 000 entspricht. Die Elementaranalyse ergab einen Stickstoffgehalt von 2,22%, was etwa 44 Stickstoffatomen je Durchschnittsmolekül, berechnet auf Grund des aus der intrinsischen Viskosität ermittelten Molekulargewichtes, entspricht. Dieses verzweigtkettige Polyätherpolyaminprodukt war zu einem sehr zähen Kautschuk mit guter Haftfestigkeit an Aluminium härtbar, wenn es mit 1 Gew.-% Diglycidyläther von Bisphenol A erhitzt wurde.The product (150 g) was not completely soluble in benzene, whereas a normal tetramethylene oxide polymer was is completely soluble in benzene. It was soluble in methyl ethyl ketone and showed in this solvent an intrinsic viscosity of 0.402, which corresponds to an average molecular weight of 28,000. Elemental analysis showed a nitrogen content of 2.22%, which is about 44 nitrogen atoms each Average molecule, calculated on the basis of the molecular weight determined from the intrinsic viscosity, is equivalent to. This branched chain polyether polyamine product was made into a very tough rubber with good adhesion to aluminum, hardenable when heated with 1% by weight diglycidyl ether of bisphenol A. would.
B. 417 g Tetrahydrofuran und 83 g Propylenoxyd wurden in einen 1-Liter-Kolben gegeben, der mit einem
Rührer und einem Trockenrohr versehen war. Die Mischung wurde auf — 200C abgekühlt und mit 26 ecm
(CF3SO2^O als Katalysator versetzt. Mit dem Kühlen
wurde aufgehört und das Reaktionsgemisch 20 Minuten gerührt. Nach Ablauf dieser Zeit lag eine viskose
Lösung des dikationisch aktiven Polymerisats vor. Die Polymerisation wurde abgebrochen, indem das Reaktionsgemisch
in ein Gemisch aus 300 ecm flüssigem NH3 und 250 ecm Tetrahydrofuran, das bei -7O0C gehalten
wurde, eingegossen wurde. Die flüchtigen Substanzen wurden dann entfernt, und das Polymerisat wurde mit
verdünnter wäßriger KOH-Lösung gewaschen, um die Katalysatorrückstände zu entfernen. Das erhaltene
diprimäre ω,ω'-Copolyätherdiamin (200 g Ausbeute)
war bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit. Die Analyse dieser Substanz lieferte die folgenden Ergebnisse:
Molekulargewicht = 2637, Stickstoffgehalt = 1,16% (entspricht 2,18 Stickstoffatomen/Molekül), Gesamtgehalt
an Aminogruppen pro Molekül, ermittelt durch Perchlorsäuretitration = 2,24.
Dieses diprimäre Copolyätherdiamin wurde gehärtet.B. 417 grams of tetrahydrofuran and 83 grams of propylene oxide were placed in a 1 liter flask fitted with a stirrer and drying tube. The mixture was heated - cooled to -20 0 C and mixed with 26 cc (CF 3 SO 2 ^ O as a catalyst with the cooling was stopped and the reaction mixture stirred for 20 minutes After this time, a viscous solution was obtained of the dicationic active polymer... The polymerization was terminated by pouring the reaction mixture into a mixture of 300 ecm of liquid NH 3 and 250 ecm of tetrahydrofuran, which was kept at -7O 0 C. The volatile substances were then removed, and the polymer was washed with dilute aqueous KOH- The resulting diprimary ω, ω'-copolyether diamine (200 g yield) was a liquid at room temperature. Analysis of this substance gave the following results: molecular weight = 2637, nitrogen content = 1.16% (corresponds to 2.18 nitrogen atoms / molecule), total content of amino groups per molecule, determined by perchloric acid titration = 2.24.
This copolyether diamine diprimary was cured.
indem es mit dem Diglycidyläther von Bisphenol A umgesetzt wurde. Es wurde ein kautschukartiges Vulkanisat erhalten, das mit abnehmender Temperatur viel langsamer steifer wurde als ein vergleichbares Material, das aus einem diprimären Diamin des Homopolymerisats von Tetrahydrofuran hergestellt worden war.by reacting it with the diglycidyl ether of bisphenol A. It became a rubbery one Vulcanizate obtained, which became stiffer with decreasing temperature much more slowly than a comparable one Material made from a diprimary diamine of the homopolymer of tetrahydrofuran had been.
C. 550 ecm Tetrahydrofuran wurden in einen mit Rührer und Trockenrohr ausgerüsteten 1-Liter-Kolben gegeben. 25 ecm Trifluormethansulfonsäureanhydrid wurden bei Raumtemperatur unter kräftigem Rühren und Kühlen mit kaltem Wasser zugegeben. Etwa 4 Minuten nach dem Beginn der Katalysatorzugabe wurde mit dem Kühlen aufgehört und die etwas viskose Lösung des dikationisch aktiven Polymerisats unter Rühren in ein Gemisch aus etwa 500 ecm flüssigem Ammoniak und 500 ecm Tetrahydrofuran gegossen, das bei — 700C gehalten wurde. Die Zugabe nahm etwa 2 Minuten in Anspruch. Zu diesem Zeitpunkt war die Gesamtreaktionsmischung eine trübe, weiße Flüssigkeit.C. 550 ecm of tetrahydrofuran were placed in a 1 liter flask equipped with a stirrer and drying tube. 25 ecm of trifluoromethanesulfonic anhydride were added at room temperature with vigorous stirring and cooling with cold water. Approximately 4 minutes after the start of the catalyst addition was stopped the cooling and poured the somewhat viscous solution of the dicationic active polymer while stirring in a mixture of about 500 cc of liquid ammonia and 500 cc of tetrahydrofuran at - 70 0 C. The addition took about 2 minutes. At this point the overall reaction mixture was a cloudy, white liquid.
Sie wurde noch kurze Zeit bei — 70°C gerührt und sodann über Nacht auf Raumtemperatur erwärmen gelassen. Das gebildete diprimäre Polyätherdiamin wurde durch Eingießen in Wasser ausgefällt und wiederholt mit wäßriger Base und Wasser gewaschen und sodann im Vakuum bei 6O0C getrocknet. DieIt was stirred for a short time at -70 ° C. and then allowed to warm to room temperature overnight. The diprimary Polyätherdiamin formed was precipitated by pouring into water and washed repeatedly with aqueous base and water and then dried in vacuo at 6O 0 C. the
. Ausbeute betrug 199,8 g. Die Analyse ergab einen Stickstoffgehalt von 0,904% und einen Zahlenmittelwert des Molekulargewichtes von 3350. Es sind also etwa 2,16 Aminogruppen je Molekül vorhanden.. The yield was 199.8 g. The analysis showed a nitrogen content of 0.904% and a numerical average the molecular weight of 3350. There are thus about 2.16 amino groups per molecule.
D. 125 ecm Tetrahydrofuran und 6 ecm Trifluormethansulfonsäureanhydrid wurden in einen mit Rührer und Trockenrohr ausgerüsteten 250-ccm-Kolben gegeben. 4 Minuten nach der Zugabe des Katalysators hatte eine exotherme Reaktion stattgefunden, durch die die Reaktionsmischung etwas viskos geworden war. 100 ecm Isobutylamin wurden zu diesem Zeitpunkt rasch zu dem dikationisch aktiven Produkt gegeben, und das Reaktionsgemisch wurde über Nacht gerührt. Das Produkt wurde dann durch Eingießen in Wasser gefüllt und mit heißer wäßriger Kalilauge und sodann mit heißem Wasser gewaschen, bis das Waschwasser neutral reagierte. Das Material wurde dann mehrere Tage in einem Vakuumofen bei 6O0C getrocknet. Ausbeute = 55 g. Die Analyse ergab einen Stickstoffgehalt von 1,23% und einen Zahlenmittelwert des Molekulargewichtes von 2180. Es sind daher 1,91 Stickstoffatome je Molekül in Form von sekundären Aminogruppen vorhanden.D. 125 ecm tetrahydrofuran and 6 ecm trifluoromethanesulphonic anhydride were placed in a 250 cc flask equipped with a stirrer and drying tube. An exothermic reaction had taken place 4 minutes after the addition of the catalyst, as a result of which the reaction mixture had become somewhat viscous. 100 cc of isobutylamine was rapidly added to the dicationically active product at this point and the reaction mixture was stirred overnight. The product was then poured into water and washed with hot aqueous potassium hydroxide solution and then with hot water until the washing water reacted neutrally. The material was then dried for several days in a vacuum oven at 6O 0 C. Yield = 55 g. The analysis showed a nitrogen content of 1.23% and a number average molecular weight of 2180. There are therefore 1.91 nitrogen atoms per molecule in the form of secondary amino groups.
Solche polymeren Diamine sind für Blockmischpolymerisationen brauchbar, wie z. B. zur Kondensation mit einem Polyester oder Polyamid mit endständigen Carboxylgruppen. Bei Behandlung mit Diisocyanaten, Epoxyharzen, Diaziridinverbindungen und verschiedenen Aminoplastharzen (wie z. B. Tetramethylolharnstoff), gehen sie weiterhin Kettenverlängerungs- und Vernetzungsreaktionen ein. Produkte, die sich von diesen Polyätherdiaminen ableiten, haben ausgezeichnete Wasserbeständigkeit, Zähigkeit und Abriebfestig-Such polymeric diamines are useful for block copolymerizations, such as. B. for condensation with a polyester or polyamide with terminal carboxyl groups. When treated with diisocyanates, Epoxy resins, diaziridine compounds and various aminoplast resins (such as tetramethylolurea), they continue to enter into chain-lengthening and cross-linking reactions. Products that differ from derive from these polyether diamines, have excellent water resistance, toughness and abrasion resistance.
keit und sind zur Herstellung von Schutzüberzügen sehr brauchbar.and are very useful for making protective coatings.
E. 2500 ecm Tetrahydrofuran wurden destilliert und durch eine mit einem Molekularsiebmaterial gefüllte Säule in einen 5-Liter-Kolben kondensiert. Der Kolben war mit einem Rührer und einem Trockenrohr versehen. Das Tetrahydrofuran wurde auf —62° C gekühlt und mit 425 g (CF3SO2J2O versetzt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 0°C erwärmen gelassen und 15 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Die viskose Lösung des dikationisch aktiven Polymerisats wurde unter Rühren rasch in ein Gemisch aus 858 g Allylamin und 500 ecm Methylenchlorid gegeben, das bei — 70°C gehalten wurde. Die vereinigten Lösungen wurden auf Raumtemperatur erwärmt und die flüchtigen Bestandteile sodann entfernt. Beim Verdünnen mit Benzol schied sich eine bedeutende MengeE. 2500 cc of tetrahydrofuran was distilled and condensed through a column filled with molecular sieve material into a 5 liter flask. The flask was fitted with a stirrer and a drying tube. The tetrahydrofuran was cooled to -62 ° C. and treated with 425 g of (CF 3 SO 2 I 2 O. The reaction mixture was allowed to warm to 0 ° C. and kept at this temperature for 15 minutes. The viscous solution of the dicationically active polymer was stirred Quickly added to a mixture of 858 g of allylamine and 500 ecm of methylene chloride, which was kept at -70 ° C. The combined solutions were warmed to room temperature and the volatile constituents were then removed
CF3SO3Q9NH3CH2CH = Ch2 CF 3 SO 3 Q 9 NH 3 CH 2 CH = Ch 2
ab. Die Abscheidung wurde abfiltriert und konnte zur Wiedergewinnung des ursprünglich eingesetzten Katalysators verwendet werden. Die Benzollösung wurde dann mit einem stark basischen Ionenaustauschharz behandelt, um die übriggebliebenen Spuren an Katalysator zu entfernen. Nach der Entfernung des Lösungsmittels wurde das Polymerisat analysiert, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden: Zahlenmittelwert des Molekulargewichtes = 2800, Aminogruppenäquivalentgewicht (für die sekundären Aminogruppen) = 1390 (was 2,01 sekundären Aminogruppen je Molekül entspricht), 1,27% N (was 2,58 Stickstoffatomen je Molekül entspricht).away. The deposit was filtered off and was able to recover the catalyst originally used be used. The benzene solution was then made with a strong base ion exchange resin treated to remove the remaining traces of catalyst. After removing the solvent the polymer was analyzed and the following results were obtained: numerical average the molecular weight = 2800, amino group equivalent weight (for the secondary amino groups) = 1390 (which corresponds to 2.01 secondary amino groups per molecule), 1.27% N (which corresponds to 2.58 nitrogen atoms per molecule corresponds).
F. 500 ecm wasserfreies Tetrahydrofuran wurden in einen 1-Liter-Kolben gegeben, der mit einem Rührer und einem Trockenrohr versehen war. Es wurde auf -700C gekühlt und mit 20 ecm Pyrosulfurylfluorid versetzt. Die Mischung wurde auf O0C erwärmen gelassen und 10 —12 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Die viskose Lösung des dikationisch aktiven Polyäthers wurde rasch unter Rühren in einen Kolben gegeben, der 300 ecm Äthylamin von -700C enthielt. Nachdem über Nach unter Rühren auf Raumtemperatur erwärmen gelassen worden war, wurden die unumgesetzten flüchtigen Substanzen entfernt. Die Katalysatorrückstände wurden durch Behandlung mit Kaliumhydroxyd in Methanol entfernt, wonach in Benzollösung mit einem stark basischen Ionenaustauschharz behandelt wurde. Nach dem Trocknen lagen 165 g eines Polyäthers mit endständigen Aminogruppen vor, der als N,N'-Diäthylpoly-(tetramethylenoxyd)-diamin identifiziert wurde. Der Zahlenmittelwert des Molekulargewichtes betrug 1550. Analysenwerte: 1,77% N (was 1,96 Stickstoffatomen je Molekül entspricht) und 1,32 Milliäquivalente/g Aminogruppen (was 2,05 Aminogruppen je Molekül entspricht).F. 500 cc of anhydrous tetrahydrofuran was placed in a 1 liter flask fitted with a stirrer and drying tube. It was cooled to -70 0 C and mixed with 20 cc pyrosulfuryl. The mixture was allowed to warm to 0 ° C. and kept at this temperature for 10-12 minutes. The viscous solution of the dicationic active polyether was added rapidly with stirring into a flask containing 300 cc ethylamine of -70 0 C. After allowing to warm to room temperature overnight with stirring, the unreacted volatiles were removed. The catalyst residues were removed by treatment with potassium hydroxide in methanol, followed by treatment in benzene solution with a strongly basic ion exchange resin. After drying, 165 g of a polyether with terminal amino groups were present, which was identified as N, N'-diethyl poly (tetramethylene oxide) diamine. The numerical average of the molecular weight was 1550. Analysis values: 1.77% N (which corresponds to 1.96 nitrogen atoms per molecule) and 1.32 milliequivalents / g of amino groups (which corresponds to 2.05 amino groups per molecule).
G. 400 ecm wasserfreies Tetrahydrofuran wurden in einen 1-Liter-Kolben gegeben und bei -57°C mit 16 ecm Pyrosulfurylfluorid versetzt. Das Gemisch wurde unter Rühren auf O0C erwärmt und 15 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Die Temperatur wurde dann rasch auf — 100C verringert und die Polymerisation durch Zugabe von 250 ecm Äthylamin bei einer Temperatur von — 70° C abgebrochen. Die Katalysatorrückstände wurden dann durch Filtration und Behandlung mit einem basischen Ionenaustauschharz entfernt. Die Ausbeute an gereinigtem disekundärem Polyätherdiamin betrug 110 g. Der Zahlenmittelwert des Molekulargewichts betrug 2700. Analysenwerte: 1,09% N (was 2,1 Stickstoffatomen je Molekül entspricht), Aminogruppenäquivalentgewicht =1410 (was 1,9 Aminogruppen je Molekül entspricht). Dieses Diaminprodukt kann zum Härten von Epoxyharzen verwendet werden, wobei man harte, sehr schlagfeste Produkte erhält.G. 400 ecm of anhydrous tetrahydrofuran were placed in a 1 liter flask and 16 ecm of pyrosulfuryl fluoride were added at -57 ° C. The mixture was heated to 0 ° C. with stirring and kept at this temperature for 15 minutes. The temperature was then rapidly to - 10 0 C and decreased the polymerization by the addition of 250 cc ethylamine at a temperature of - 70 ° C aborted. The catalyst residues were then removed by filtration and treatment with a basic ion exchange resin. The yield of the purified disecondary polyether diamine was 110 g. The numerical mean value of the molecular weight was 2700. Analysis values: 1.09% N (which corresponds to 2.1 nitrogen atoms per molecule), amino group equivalent weight = 1410 (which corresponds to 1.9 amino groups per molecule). This diamine product can be used to harden epoxy resins, giving hard, very impact-resistant products.
Die folgenden Substanzen wurden in einen mit Rührer versehenen 500-ccm-Kolben gegeben: 15,5 g des wie vorstehend erhaltenen disekundären Polyätherdiamins, 1,14 g trans-2,5-Dimethylpiperazin und 207 g Dimethylformamid. Zu der Aminlösung wurde bei Raumtemperatur unter Rühren tropfenweise eine Lösung von 4,8 g Methylen-bis-(4-phenylisocyanat) in einem Gemisch aus 33 g Dimethylformamid und 66 g Xylol gegeben. Es wurde eine bedeutende Viskositätszunahme beobachtet. Nach Beendigung der Kettenverlängerungsreaktion wurden aus dieser Lösung Filme gegossen. Das erhaltene Elastomere hatte eine Zugfestigkeit von 286 kg/cm2 und eine Bruchdehnung von 525%. Durch Naßverspinnen einer 15%igen Lösung dieses Produktes in Dimethylformamid konnten elastische Fasern mit guten Eigenschaften erhalten werden.The following substances were placed in a 500 cc flask equipped with a stirrer: 15.5 g of the disecondary polyether diamine obtained as above, 1.14 g of trans-2,5-dimethylpiperazine and 207 g of dimethylformamide. A solution of 4.8 g of methylene bis (4-phenyl isocyanate) in a mixture of 33 g of dimethylformamide and 66 g of xylene was added dropwise to the amine solution at room temperature with stirring. A significant increase in viscosity was observed. After the chain extension reaction had ended, films were cast from this solution. The elastomer obtained had a tensile strength of 286 kg / cm 2 and an elongation at break of 525%. By wet spinning a 15% solution of this product in dimethylformamide, elastic fibers with good properties could be obtained.
Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines dikationisch aktiven Polyäthers und seine Verwendung bei der Herstellung des entsprechenden Polyätherdithiols und den sich hiervon ableitenden Produkten.This example illustrates the preparation of a dicationically active polyether and its use in the manufacture of the corresponding polyetherithiol and the products derived from it.
20 ecm gereinigtes Tetrahydrofuran wurden in einen 250-ccm-Rundkolben gegeben, der mit einem Rührer ausgerüstet war. Bei -4O0C wurden 3 ecm Trifluormethansulfonsäureanhydrid zugegeben, und die Mischung unter Rühren auf Raumtemperatur erwärmen und polymerisieren gelassen. Innerhalb von etwa einer Stunde hatte sich eine dicke Paste gebildet. Zu diesem dikationisch aktiven Polymerisat wurden 100 ecm wasserfreies, mit Schwefelwasserstoff gesättigtes Pyridin gegeben, und unter ständigem Rühren wurde von Zeit zu Zeit weiterer Schwefelwasserstoff unter Verwendung eines Glasfilterrohres eingeleitet, bis sich das Polymerisat in dem Pyridin gelöst hatte, was nach mehreren Tagen der Fall war. Das erhaltene Produkt wurde durch Eingießen der Lösung in Wasser ausgefällt, mit Wasser gewaschen und über Nacht in einem Vakuumofen bei 50° C getrocknet.20 cc of purified tetrahydrofuran was placed in a 250 cc round bottom flask equipped with a stirrer. In -4o C 0 3 cc of trifluoromethanesulfonic anhydride were added, and the mixture was stirred and allowed to warm to room temperature and allowed to polymerize. A thick paste had formed in about an hour. 100 ecm of anhydrous pyridine saturated with hydrogen sulfide were added to this dicationically active polymer, and further hydrogen sulfide was introduced from time to time using a glass filter tube with constant stirring until the polymer had dissolved in the pyridine, which was the case after several days . The product obtained was precipitated by pouring the solution into water, washed with water and dried in a vacuum oven at 50 ° C overnight.
Die Ausbeute an zähem, hellfarbenem, festen Polymerisat betrug 9,7 g. Das Intrarotspektrum zeigte eine Absorption im Bereich der C-S-Bindung (14,6 μ). Das Produkt zeigte bei Messung in Benzol bei 25° C eine intrinsische Viskosität von 1,19, was einem ungefähren Molekulargewicht von 100 000 entspricht. Die Elementaranalyse ergab einen Schwefelgehalt von 0,46% S, was 14 Schwefelatomen je Molekül entspricht. Über die Bildung von Thioätherbindungen hatte eine gewisse Kettenverlängerung stattgefunden, und die endständigen Gruppen waren Thiolgruppen. Die Kettenverlängerung und damit die Molekulargewichtszunahme können durch Abschrecken des Tetrahydrofuranpolymerisats in flüssigem Schwefelwasserstoff auf ein Minimum herabgesetzt werden.The yield of tough, light-colored, solid polymer was 9.7 g. The infrared spectrum showed an absorption in the area of the C-S bond (14.6 μ). The product showed a when measured in benzene at 25 ° C intrinsic viscosity of 1.19, which is an approximate Molecular weight of 100,000 corresponds. The elemental analysis showed a sulfur content of 0.46% S, which corresponds to 14 sulfur atoms per molecule. About the formation of thioether bonds had a certain Chain extension occurred and the terminal groups were thiol groups. The chain extension and thus the increase in molecular weight can be achieved by quenching the tetrahydrofuran polymer in liquid hydrogen sulfide can be reduced to a minimum.
Diese polymeren Dithiole, wie z. B. Polysulfidthiole, können leicht durch Umsetzung mit äthylenischdiungesättigten Verbindungen (wie z. B. Äthylendimethacrylat), aktiven Polyhalogeniden (wie z. B. Äthylendibromid, 1,2,3-Tribrompropan), Polyisocyanaten und bestimmten Oxydationsmitteln, wie z. B. Bariumperoxyd, gehärtet werden. Durch die über freie Radikale verlaufende Polymerisation von äthylenisch-ungesättigten Monomeren in Gegenwart der polymeren DithioleThese polymeric dithiols, such as. B. Polysulfidthiol, can easily by reacting with ethylenically diunsaturated Compounds (such as ethylene dimethacrylate), active polyhalides (such as ethylene dibromide, 1,2,3-tribromopropane), polyisocyanates and certain oxidizing agents, such as. B. barium peroxide, hardened. Through the free radical polymerization of ethylenically unsaturated Monomers in the presence of the polymeric dithiols
können Blockmischpolymerisate erhalten werden. Die letztere Umsetzung wird im folgenden erläutert.block copolymers can be obtained. The latter implementation is explained below.
Unter Verwendung des wie vorstehend hergestellten Polyätherdithiols wurden die folgenden Ansätze in Ampullen gefüllt:Using the polyetherithiol prepared as above, the following approaches were carried out in Ampoules filled:
Diese Ampullen wurden 5 Tage bei 500C in Bewegung gehalten. Die erhaltenen Blockmischpolymerisate und das als Kontrollprobe dienende Homopolymerisat wurden durch Eingießen in Heptan ausgefällt und getrocknet. Ausbeuten: (1) 6,2 g, (2) 4,8 g, (3) 6,7 g und (4) 4,6 g. Die Intrarotspektren zeigten das Vorhandensein sowohl von Polystyrol- als auch von Polyäthereinheiten in den Produkten der Ampullen 1, 2 und 3, wobei der Mengenanteil an Polyäthereinheiten in der angegebenen Reihenfolge zunahm. Wenn das Homopolymerisat in einer Menge von 10Gew.-% mit Benzol vermischt wurde, bilden sich beim mehrstündigen Stehenlassen des Gemisches zwei deutlich getrennte flüssige Phasen. Bei 10%igen Lösungen der Blockmischpolymerisatprodukte 1, 2 und 3 ließ sich selbst nach viel längerem Stehenlassen keine derartige Phasentrennung feststellen. Die Biegsamkeit und Schlagfestigkeit der Blockmischpolymerisate steigen mit zunehmendem Polyäthergehalt beträchtlich an. Solche Blockmischpolymerisate finden Verwendung in Überzügen, Bindemitteln, Klebstoffen und bei der Herstellung von Kunststoffteilen.These ampoules were kept in motion at 50 ° C. for 5 days. The block copolymers obtained and the homopolymer used as a control sample were precipitated by pouring into heptane and dried. Yields: (1) 6.2 g, (2) 4.8 g, (3) 6.7 g, and (4) 4.6 g. The infrared spectra showed the presence of both polystyrene and polyether units in the products of ampoules 1, 2 and 3, the proportion of polyether units increasing in the order given. If the homopolymer was mixed with benzene in an amount of 10% by weight, two clearly separate liquid phases are formed when the mixture is left to stand for several hours. In the case of 10% strength solutions of the block copolymer products 1, 2 and 3, no such phase separation was found even after standing for much longer. The flexibility and impact resistance of the block copolymers increase considerably with increasing polyether content. Such block copolymers are used in coatings, binders, adhesives and in the production of plastic parts.
In diesem Beispiel wird die Herstellung eines dikationisch aktiven Polyäthers und seine Verwendung zur Herstellung einer Polyätherdicarbonsäure erläutert.This example describes the preparation of a dicationically active polyether and its use explained for the production of a polyether dicarboxylic acid.
100 ecm wasserfreies Tetrahydrofuran und 10 ecm frisch destilliertes Trifluormethansulfonsäureanhydrid wurden bei Raumtemperatur in einen 250-ccm-Kolben gegeben, der mit einem Rührer und einem Trockenrohr ausgerüstet war. Die Reaktion verlief exotherm und wurde mit Hilfe eines kalten Wasserbades gemäßigt. Nach einigen wenigen Minuten war das Reaktionsgemisch recht viskos geworden, worauf eine Aufschlämmung von 20 g Bernsteinsäure in 100 ecm Tetrahydrofuran zu dem dikationisch aktiven Polymerisat gegeben wurde. Die Lösung wurde mehrere Stunden bei Raumtemperatur gerührt und sodann in verdünnte wäßrige Ammoniumhydroxydlösung gegeben, wobei eine trübe Lösung, jedoch keine Koagulierung erhalten wurde. Bei der Zugabe einer kleinen Menge konzentrierter HCl wurde das Polymerisat ausgefällt. Das Polymerisat wurde dann mit Wasser gewaschen und zweimal aus Tetrahydrofuran in Wasser umgefällt. Das Produkt wurde 4mal mit heißem Waser gewaschen und in einem Vakuumofen bei 5O0C getrocknet. Ausbeute 49 g. Analysenwerte: Zahlenmittelwert des Molekulargewichtes = 3300; Carboxylgruppenneutralisationsäquivalentgewicht = 1640. Diese Daten zeigen, daß 2,01 COOH-Gruppen je Molekül des Polymerisats vorhanden sind, wobei die endständigen Carboxylgruppen über Esterbindungen mit der Polyätherkette verbunden sind. Das spröde, wachsartige Produkt war in wäßrigen alkalischen Lösungen recht oberflächenaktiv.100 ecm anhydrous tetrahydrofuran and 10 ecm freshly distilled trifluoromethanesulphonic anhydride were placed at room temperature in a 250 cc flask equipped with a stirrer and a drying tube. The reaction was exothermic and was moderated with the aid of a cold water bath. After a few minutes, the reaction mixture had become quite viscous, whereupon a suspension of 20 g of succinic acid in 100 ecm of tetrahydrofuran was added to the dicationically active polymer. The solution was stirred for several hours at room temperature and then poured into dilute aqueous ammonium hydroxide solution, a cloudy solution but no coagulation being obtained. The polymer precipitated when a small amount of concentrated HCl was added. The polymer was then washed with water and reprecipitated twice from tetrahydrofuran in water. The product was washed 4 times with hot Waser and dried in a vacuum oven at 5O 0 C. Yield 49g. Analysis values: number average molecular weight = 3300; Carboxyl group neutralization equivalent weight = 1640. These data show that 2.01 COOH groups are present per molecule of the polymer, the terminal carboxyl groups being linked to the polyether chain via ester bonds. The brittle, waxy product was quite surface-active in aqueous alkaline solutions.
ίο Es kann zur Herstellung von Blockmischpolymerisaten durch Kondensation mit Polyäthern oder Polyestern mit endständigen Hydroxylgruppen oder mit Polyamiden mit endständigen Aminogruppen verwendet werden. Es kann weiterhin durch Umsetzung mit Polyepoxyden oder Polyaziridinen zu einem kautschukartigen Zustand gehärtet werden.ίο It can be used to produce block copolymers by condensation with polyethers or polyesters with terminal hydroxyl groups or with polyamides with terminal amino groups can be used. It can also be achieved by reacting with polyepoxides or polyaziridines are cured to a rubbery state.
In diesem Beispiel wird die Verwendung von dikationisch aktiven Polymerisaten, die nach dem direkten Verfahren hergestellt worden sind, zur Initiierung einer nachfolgenden Polymerisation, bei der Blockmischpolymerisate erhalten werden, erläutert.In this example, the use of dicationically active polymers, which according to the direct processes have been prepared for initiating a subsequent polymerization in which Block copolymers are obtained, explained.
A. 10 ecm Tetrahydrofuran und 0,5 ecm Trifluormethansulfonsäureanhydrid wurden in einer Glasampulle eingeschmolzen. Nachdem über Nacht bei Raumtemperatur in Bewegung gehalten worden war, wurde als Produkt ein nichtfließfähiges dikationisch aktives Tetrahydrofuranpolymerisat erhalten. Die Ampulle wurde geöffnet, in flüssiger Luft gekühlt, der Inhalt mit 10 ecm Äthylenoxyd versetzt und die Ampulle erneut verschlossen. Nach kräftigem Schütteln über Nacht bei Raumtemperatur war eine homogene, klare Lösung erhalten worden. Sodann wurde mehrere Tage lang weiter schwach gerührt, wobei eine Viskositätszunahme festzustellen war. Das Rühren wurde fortgesetzt, bis die Reaktionsmischung plötzlich schwarz geworden war. Das Produkt wurde dann sofort in einer verdünnten wäßrigen Natriumhydroxydlösung 70 Stunden abgeschreckt und sodann mit Wasser gewaschen, das etwas Natriumbromid enthielt, um die Auflösung des Polymerisats zu verhindern.A. 10 cc tetrahydrofuran and 0.5 cc trifluoromethanesulfonic anhydride were melted in a glass ampoule. After overnight at room temperature had been kept moving, the product became a non-flowable dicationically active Tetrahydrofuran polymer obtained. The ampoule was opened, the contents cooled in liquid air 10 ecm of ethylene oxide were added and the ampoule was closed again. After shaking vigorously overnight at A homogeneous, clear solution was obtained at room temperature. Then it went on for several days continued to stir gently, an increase in viscosity being observed. Stirring was continued until the Reaction mixture suddenly turned black. The product was then immediately diluted in a aqueous sodium hydroxide solution quenched 70 hours and then washed with water, which is something Contained sodium bromide to prevent dissolution of the polymer.
Nach dem Trocknen bei 50° C über Nacht in einem Vakuumofen lagen 7 g eines viskosen flüssigen, dunkelroten Polymerisats vor. Die Tatsache, daß es sich um ein Blockmischpolymerisat handelt, läßt sich an Hand des Infrarotspektrums sowie weiterhin an der Oberflächenaktivität des Produktes sowie daran erkennen, daß das Produkt in Wasser einen Trübungspunkt zeigt. Durch Schütteln von Benzol mit 1 %igen wäßrigen Lösungen des Produktes konnten beständige Emulsionen von Benzol in Wasser erhalten werden.After drying at 50 ° C overnight in a vacuum oven there were 7 g of a viscous liquid, dark red polymer. The fact that it is a block copolymer can be seen Hand of the infrared spectrum as well as the surface activity of the product as well as recognize that the product shows a cloud point in water. By shaking benzene with 1% aqueous Solutions of the product enabled stable emulsions of benzene in water to be obtained.
B. 10 ecm Tetrahydrofuran und 0,5 ecm Trifluormethansulfonsäureanhydrid wurden in einer Glasampulle bei 25° C reagieren gelassen. Nach 24 Stunden wurde die Ampulle geöffnet, und es wurden 10 ecm destilliertes Styrol zu dem festen Reaktionsprodukt gegeben. Die Ampulle wurde wieder verschlossen und 72 Stunden kräftig geschüttelt. Zu diesem Zeitpunkt lag eine klare, homogene, viskose Lösung vor. Das Material wurde dann in verdünnter Ammoniumhydroxydlösung 24 Stunden abgeschreckt.B. 10 ecm tetrahydrofuran and 0.5 ecm trifluoromethanesulfonic anhydride were allowed to react in a glass ampoule at 25 ° C. After 24 hours the Ampoule opened and 10 cc of distilled styrene was added to the solid reaction product. the The ampoule was resealed and shaken vigorously for 72 hours. At this point there was a clear homogeneous, viscous solution. The material was then dissolved in dilute ammonium hydroxide solution Quenched for 24 hours.
Das getrocknete Polymerisat (9 g) war ein niedrigschmelzender Festkörper. Das Infrarotspektrum zeigte das Vorhandensein von Einheiten von beiden Monomeren und keine OH-Absorption. Aus einer Lösung dieses Blockmischpolymerisatproduktes ließen sich klare Filmegießen. The dried polymer (9 g) was a low-melting solid. The infrared spectrum showed the presence of units from both monomers and no OH absorption. From a solution this Block copolymer product could be cast clear films.
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von dikationisch aktiven Polymerisaten bei der Alkylierung von Änionen geeigneter Salze.This example explains the use of dicationically active polymers in the alkylation of anions of suitable salts.
A. 330 g wasserfreies Tetrahydrofuran wurden in einen mit einem Rührer versehenen Dreihalskolben gegeben. Kolben und Beschickung wurden, in einem Eisbad gekühlt, und es wurden 47,4 g Trifluormethansulfonsäureanhydrid zugegeben. Nachdem die anfänglich frei werdende Wärmemenge abgeleitet worden war, wurde das Eisbad entfernt. Nach etwa 45 Minuten war die Reaktionsmischung merklich viskoser geworden. Zu diesem Zeitpunkt wurde eine Lösung von 70 g Natriumphenolat in 500 ecm Tetrahydrofuran zugegeben. A. 330 g of anhydrous tetrahydrofuran was placed in a three-necked flask equipped with a stirrer given. The flask and charge were cooled in an ice bath to give 47.4 grams of trifluoromethanesulfonic anhydride admitted. After the initially released amount of heat has been dissipated, the ice bath was removed. After about 45 minutes the reaction mixture had become noticeably more viscous. to At this point a solution of 70 g of sodium phenolate in 500 ecm of tetrahydrofuran was added.
Das erhaltene Polymerisat wurde durch Eingießen in Wasser koaguliert und mehrere Male mit heißer Ammoniumhydroxydlösung und sodann mit heißem Wasser gewaschen. Das Polymerisat wurde in einem Vakuumofen 24 Stunden bei 8O0C getrocknet. Der Zahlenmittelwert des Molekulargewichtes des PoIyäthers betrug 974. Ausbeute = 223 g. Die Infrarotanalyse bestätigte das Vorhandensein von Phenoxygruppen und zeigte keine Absorption von freiem Phenol oder — OH. Wenn an der Luft mit einer konstanten Geschwindigkeit von 10° pro Minute auf 310° C erhitzt wurde, ließ sich ein Gewichtsverlust von nur 10 Gew.-% feststellen, woraus die hervorragende Wärmebeständigkeit des zwei endständige Phenoxygruppen enthaltenden Polytetramethylenoxyds ersichtlich ist.The polymer obtained was coagulated by pouring it into water and washed several times with hot ammonium hydroxide solution and then with hot water. The polymer was dried in a vacuum oven for 24 hours at 8O 0 C. The number average molecular weight of the polyether was 974. Yield = 223 g. Infrared analysis confirmed the presence of phenoxy groups and showed no absorption of free phenol or -OH. When heated to 310 ° C. in air at a constant rate of 10 ° per minute, a weight loss of only 10% by weight was found, which shows the excellent heat resistance of the two-terminal phenoxy group-containing polytetramethylene oxide.
B. 100 ecm wasserfreies Tetrahydrofuran wurden in einen mit einem Rührer und einem Trockenrohr ausgerüsteten 250-ccm-Rundkolben gegeben. 10 ecm Trifluormethansulfonsäureanhydrid wurden bei Raumtemperatur zugegeben. Es ließ sich eine exotherme Reaktion und eine Viskositätszunahme feststellen. Einige wenige Minuten nach der Zugabe des Anhydrids wurden 26 g Kaliumcyanat zu dem dikationisch aktiven Polymerisat gegeben. Über das Wochenende wurde weiter kräftig bei Raumtemperatur gerührt. Dabei gelierte jedoch die Reaktionsmischung. Das Produkt wurde dann mit Benzol geschüttelt, wobei ein löslicher und ein unlöslicher Anteil festgestellt wurde. Beide Anteile zeigten im Infrarotspektrum ziemlich starke Alkylisocyanat-Absorptionsbanden (bei 4,4 μ; Kaliumcyanat absorbiert bei 4,6 μ). Das lösliche Material wurde bei nahezu sofort verlaufender Umsetzung mit Hexamethylendiamin bei 25° C unlöslich. Die erhaltene unlösliche Substanz zeigte im Infrarotspektrum keine Isocyanatabsorption, was eine vollständige Bildung der Harnstoffverbindung anzeigt.B. 100 ecm anhydrous tetrahydrofuran were in into a 250 cc round bottom flask equipped with a stirrer and drying tube. 10 ecm Trifluoromethanesulfonic anhydride was added at room temperature. It left an exothermic Notice a reaction and an increase in viscosity. A few minutes after adding the anhydride 26 g of potassium cyanate were added to the dicationically active polymer. Over the weekend it was further stirred vigorously at room temperature. However, the reaction mixture gelled in the process. The product was then shaken with benzene, a soluble and an insoluble portion being found. Both Fractions showed rather strong alkyl isocyanate absorption bands in the infrared spectrum (at 4.4 μ; potassium cyanate absorbed at 4.6 μ). The soluble material became upon almost instantaneous reaction with hexamethylenediamine insoluble at 25 ° C. The obtained insoluble substance showed none in the infrared spectrum Isocyanate absorption, indicating complete formation of the urea compound.
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung eines Diesterkatalysators, der bei der Herstellung von dikationisch aktiven Polymerisaten wirksam ist.This example illustrates the use of a diester catalyst in the manufacture of dicationically active polymers is effective.
8 ecm Trifluormethansulfonsäureanhydrid wurden in ein Reagenzglas gegeben und auf —60° C gekühlt. 4 ecm Tetrahydrofuran wurden dann tropfenweise innerhalb von 5 Minuten zugegeben, wobei sich sofort ein Festkörper bildete. Die Temperatur wurde auf O0C ansteigen gelassen, wonach mit 25 ecm kaltem Tetrachlorkohlenstoff versetzt wurde. Nach gründlichem Vermischen wurde die Flüssigkeit abdekantiert und verworfen. Der übrigbleibende Festkörper wurde in 150 ecm siedendem Tetrachlorkohlenstoff gelöst und durch Eiskühlung zur Kristallisation gebracht. Die Kristalle wurden gründlich mit 60 ecm kaltem Wasser gewaschen und erneut aus heißem Tetrachlorkohlenstoff umkristallisiert. Ausbeute = 8,4 g weiße Kristalle vom Fp. 36°C. Die NMR- und IR-Spektren zeigen, daß es sich um die Verbindung8 ml of trifluoromethanesulfonic anhydride were placed in a test tube and cooled to -60 ° C. 4 ecm of tetrahydrofuran were then added dropwise over the course of 5 minutes, a solid immediately forming. The temperature was allowed to rise to 0 ° C., after which 25 ecm of cold carbon tetrachloride was added. After thorough mixing, the liquid was decanted and discarded. The remaining solid was dissolved in 150 ecm boiling carbon tetrachloride and crystallized by cooling with ice. The crystals were washed thoroughly with 60 ecm cold water and again recrystallized from hot carbon tetrachloride. Yield = 8.4 g of white crystals with a melting point of 36 ° C. The NMR and IR spectra show that this is the compound
CF3SO2 - O - (CH2)4 - O - SO2CF3 CF 3 SO 2 - O - (CH 2 ) 4 - O - SO 2 CF 3
handelt. Die Elementaranalyse zeigte 32,5% F, 20,1% C und 2,7% H. Die berechneten Werte betragen 32,2% F,
20,3% C und 2,3% H.
72 g Tetrahydrofuran, das über L1AIH4 destilliert worden war, wurden in einen 125-ccm-Dreihalsrundkolben
gegeben, der mit einem Rührer versehen war und sich in einem Eisbad befand. 5,30 g Tetramethylenbis-(trifluormethansulfonat)
wurden dann zugegeben, und es wurde 60 Minuten bei O0C polymerisiert. Der Kolbenacts. Elemental analysis showed 32.5% F, 20.1% C and 2.7% H. The calculated values are 32.2% F, 20.3% C and 2.3% H.
72 grams of tetrahydrofuran distilled from L1AIH4 was placed in a 125 cc, 3 neck, round bottom flask equipped with a stirrer and in an ice bath. 5.30 g of tetramethylene bis (trifluoromethanesulfonate) were then added, and polymerization was carried out at 0 ° C. for 60 minutes. The piston
20. war gegenüber der Atmosphäre vollständig abgeschlossen. Der gebildete dikationisch aktive Polyether wurde unter Rühren in eine Lösung von 40 ecm Äthylamin in 250 ecm Tetrahydrofuran bei —60°C gegeben. Nach 5minütigem Rühren wurde das überschüssige Amin durch Abziehen im Vakuum entfernt. 30 g eines Copolymerisats aus Styrol und Divinylbenzol wurden zugegeben, und das Gemisch wurde 18 Stunden bei 250C gerührt. Das Ionenaustauschharz wurde dann abfiltriert und das Lösungsmittel durch Abziehen im Vakuum bei 750C entfernt. Die Ausbeute an disekundärem Polyätherdiamin betrug etwa 20%. Zahlenmittelwert des Molekulargewichtes = 5760; Aminogruppenäquivalentgewicht = 1960. Pro Molekül sind also 2,9 Aminogruppen vorhanden.20. Was completely sealed off from the atmosphere. The dicationically active polyether formed was added to a solution of 40 ml of ethylamine in 250 ml of tetrahydrofuran at -60 ° C. with stirring. After stirring for 5 minutes, the excess amine was removed by stripping off in vacuo. 30 g of a copolymer of styrene and divinylbenzene were added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 18 hours. The ion exchange resin was then filtered off and the solvent removed by vacuum stripping at 75 0 C. The yield of disecondary polyether diamine was about 20%. Number average molecular weight = 5760; Amino group equivalent weight = 1960. So there are 2.9 amino groups per molecule.
Dieses Beispiel erläutert die Untersuchung einer Reihe von Anionen darauf, ob sie einen Kettenabbruch erzeugen oder nicht.This example explains the examination of a number of anions to determine whether they can terminate the chain generate or not.
Bei den Prüfversuchen wurden die folgenden Standardpolymerisationsbedingungen eingehalten: 115 ecm wasserfreies Tetrahydrofuran, die ein lösliches Salz enthielten, wurden in einen 250-ccm-Kolben gegeben, der mit Thermometer, Rührer und Trockenrohr versehen war. Die Temperatur wurde auf -5O0C herabgesetzt, und es wurden 5 ecm redestilliertes (CF3SO2)2O zugegeben. Die Menge an Salz war gegenüber der Menge des (CF3SO2)2O äquimolar, d. h. sie reichte aus, die Funktionalität des erhaltenen Poly-(tetramethylenoxyds) auf nur 1 zu verringern und das Molekulargewicht des Polymerisats herabzusetzen, wenn es sich um ein Anion handelte, das einen Kettenabbruch bewirkt. Die Temperatur der Tetrahydrofuranlösung wurde auf O0C ansteigen gelassen, wozu 7 Minuten erforderlich waren, und 10 Minuten bei diesem Wert gehalten. Der Kettenabbruch der Polymerisation erfolgte durch Zugabe einer Lösung von überschüssigem LiBr in Tetrahydrofuran. Bei dieser Kettenabbruchreaktion wird an jede kationische Stelle, die noch in der Polymerisatlösung enthalten ist, ein Br-Atom angehängt. Eine Bestimmung des Molekulargewichtes und des prozentualen Bromgehaltes des erhaltenen Polymerisats ermöglicht daher eine Berechnung der Funktionalität des Polymerisats. Die für die gereinigten polymeren Produkte erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:The following standard polymerization conditions were observed in the test experiments: 115 cc anhydrous tetrahydrofuran, which contained a soluble salt, were placed in a 250 cc flask equipped with a thermometer, stirrer and drying tube. The temperature was lowered to 0 -5o C, and 5 cc of redistilled (CF3SO 2) 2 O was added. The amount of salt was equimolar to the amount of (CF 3 SO 2 ) 2 O, ie it was sufficient to reduce the functionality of the poly (tetramethylene oxide) obtained to only 1 and to reduce the molecular weight of the polymer, if it was a Anion acted, which causes a chain termination. The temperature of the tetrahydrofuran solution was allowed to rise to 0 ° C., which required 7 minutes, and held at this value for 10 minutes. The chain termination of the polymerization was carried out by adding a solution of excess LiBr in tetrahydrofuran. In this chain termination reaction, a Br atom is attached to each cationic site that is still present in the polymer solution. A determination of the molecular weight and the percentage bromine content of the polymer obtained therefore enables the functionality of the polymer to be calculated. The results obtained for the purified polymeric products are summarized in the following table:
009 539/437009 539/437
Ausbeute an PolymerisatYield of polymer
Molekulargewicht des Polymerisats % Br Molecular weight of the polymer % Br
Funktionalität des
PolymerisatsFunctionality of the
Polymer
1885
1510
2300
1314
1282
1800
10221885
1510
2300
1314
1282
1800
1022
854854
433433
*) Die Funktionalität konnte nicht direkt bestimmt werden. Aus dem bekannten Kettenabbruchsvermögen des Br-Ions sowie dem stark verringerten Molekulargewicht und der stark verringerten Ausbeute kann jedoch mit Sicherheit geschlossen werden, daß das Polymerisat monofunktionell ist.*) The functionality could not be determined directly. From the known chain termination ability of the Br ion and the however, the greatly reduced molecular weight and the greatly reduced yield can be concluded with certainty that the polymer is monofunctional.
Die Daten der vorstehenden Tabelle zeigen also, daß von den geprüften Ionen CF3SO3 9, ClO4 9, SbCl6 9 BF4 9 und PF6 9 keinen Kettenabbruch bewirken und daß MnO4 9, ΝΟ3 Θ und Br9 zu einem Kettenabbruch führen. Das vorliegende Beispiel zeigt also, daß in den Katalysatoren der Formel DQ, die zur Herstellung von dikationisch aktiven Polymerisaten brauchbar sind, Q irgendeinen der Reste CF3SO3-, ClO4-, SbCl6-, BF4- oder PF6- bedeuten kann. Q darf jedoch nicht irgendeiner der Reste MnO4-, NO3- oder Br- sein, da gezeigt worden ist, daß die Reste bei der Tetrahydrofuranpolymerisation einen Kettenabbruch bewirken, wenn sie in ihrer anionischen Form vorliegen.The data in the table above show that of the tested ions CF 3 SO 3 9 , ClO 4 9 , SbCl 6 9, BF 4 9 and PF 6 9 do not cause chain termination and that MnO 4 9 , ΝΟ 3 Θ and Br 9 to one Chain termination. The present example thus shows that in the catalysts of the formula DQ which can be used for the preparation of dicationically active polymers, Q is any of the radicals CF 3 SO 3 -, ClO 4 -, SbCl 6 -, BF 4 - or PF 6 - can. However, Q must not be any of the radicals MnO 4 -, NO 3 - or Br-, since the radicals have been shown to cause chain termination in tetrahydrofuran polymerization when they are in their anionic form.
Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines Komplexsalzes und seine Verwendung bei der Um-Wandlung von Tetrahydrofuran in ein dikationisch aktives Polymerisat.This example illustrates the preparation of a complex salt and its use in the conversion of tetrahydrofuran in a dicationically active polymer.
4,6 g CF3SO2F und 1,3 ecm SbFs wurden in einer verschlossenen Glasampulle bei Raumtemperatur umgesetzt. Das CF3SO2p wurde im Überschuß verwendet, um sowohl als Reaktionsteilnehmer als auch als Lösungsmittel zu dienen. Bei der Reaktion wurde ein kristallines, hell bernsteinfarbenes Produkt erhalten. Der Überschuß an CF3SO2F wurde unter Vakuum entfernt. Das erhaltene Salz, das mit der Formel4.6 g CF 3 SO2F and 1.3 ecm SbFs were reacted in a sealed glass ampoule at room temperature. The CF 3 SO2p was used in excess to serve as both a reactant and a solvent. A crystalline, light amber colored product was obtained in the reaction. The excess of CF 3 SO 2 F was removed under vacuum. The obtained salt that with the formula
CF3SO2 +SbF6-CF 3 SO 2 + SbF 6 -
wiedergegeben werden kann, wurde dann zur Polymerisation von Tetrahydrofuran in der folgenden Weise verwendet:can then be used to polymerize tetrahydrofuran in the following manner used:
100 ecm Tetrahydrofuran werden von LiAlH4 in einen mit Rührer und Thermometer versehenen 200-ccm- Kolben abdestilliert. 3,7 g des obigen Salzes werden bei 22°C zu dem Tetrahydrofuran gegeben. Nach 4,7 Minuten war die Temperatur auf 44° C angestiegen und stieg noch weiter. Die Lösung war viskos geworden. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 13 g LiBr abgebrochen, wodurch an alle kationisch aktiven Stellen in der Polymerisatlösung Br-Atome angehängt wurden. Nach der Entfernung des unumgesetzten Tetrahydrofurans wurde das Polymerisat durch Extraktion mit Cyclohexan gereinigt. Die Ausbeute an gereinigtem Polymerisat betrug. 27%. Sein Molekulargewicht betrug 9570. Die Bromanalyse (2,07%) zeigte, daß an jedem Ende der Polyätherkette ein Bromatom' vorhanden ist, womit eindeutig die Fähigkeit dieses Komplexsalzes zur Umwandlung von Tetrahydrofuran in ein dikationisch aktives Polymerisat aufgezeigt ist.100 ecm of tetrahydrofuran are distilled off from LiAlH 4 in a 200 cc flask equipped with a stirrer and thermometer. 3.7 g of the above salt are added to the tetrahydrofuran at 22 ° C. After 4.7 minutes the temperature had risen to 44 ° C and was still rising. The solution had become viscous. The reaction was terminated by adding 13 g of LiBr, as a result of which Br atoms were attached to all cationically active sites in the polymer solution. After the unreacted tetrahydrofuran had been removed, the polymer was purified by extraction with cyclohexane. The yield of purified polymer was. 27%. Its molecular weight was 9570. The bromine analysis (2.07%) showed that a bromine atom is present at each end of the polyether chain, which clearly shows the ability of this complex salt to convert tetrahydrofuran into a dicationically active polymer.
Die folgenden Beispiele 10—12 erläutern das indirekte Verfahren zur Herstellung von dikationisch aktiven Polymerisaten aus geeigneten Vorpolymerisaten.The following Examples 10-12 illustrate the indirect Process for the preparation of dicationically active polymers from suitable prepolymers.
Beispiel 10Example 10
Dieses Beispiel erläutert die Umwandlung eines ω,ω'-Polyätherglykols in ein dikationisch aktives Polymerisat und die nachfolgende Umwandlung dieses Produktes in ein disekundäres ω,ω'-Polyätherdiamin.This example illustrates the conversion of a ω, ω'-polyether glycol into a dicationically active polymer and the subsequent conversion of this product to a disecondary ω, ω'-polyether diamine.
200 g Poly-(tetramethylenoxyd)-glyko) (Molekulargewicht = 2700) und 600 ecm Methylenchlorid wurden in einen 1-Liter-Kolben gegeben, der mit einem Rührer und einem Trockenrohr versehen war. Die Lösung wurde auf — 40°C abgekühlt und mit 50 ecm (CF3SO2)2O versetzt. Die Reaktionsmischung wurde 2,5 Stunden bei einer Temperatur von —30° C bis200 g of poly (tetramethylene oxide) glyco) (molecular weight = 2700) and 600 ecm of methylene chloride were placed in a 1 liter flask equipped with a stirrer and a drying tube. The solution was cooled to -40 ° C. and 50 ecm (CF 3 SO 2 ) 2 O were added. The reaction mixture was left for 2.5 hours at a temperature from -30 ° C to
— 40° C gerührt. Während dieser Zeitdauer wurde das Glykol in ein dikationisch aktives Produkt umgewandelt. Die Lösung wurde dann rasch in ein Gemisch aus 300 ecm Äthylamin und 300 ecm Toluol gegeben, das bei- 40 ° C stirred. During this period the glycol was converted to a dicationically active product. The solution was then quickly poured into a mixture of 300 ecm ethylamine and 300 ecm toluene, which at
— 70° C gehalten wurde. Die Mischung wurde über Nacht unter Rühren auf Raumtemperatur erwärmen gelassen. Die flüchtigen Substanzen wurden entfernt, und das Polymerisat wurde in Benzol aufgenommen, filtriert, mit einem stark basischen Ionenaustauschharz zur Entfernung der Katalysatorrückstände behandelt und getrocknet. Die Analyse des erhaltenen Polymerisats lieferte die folgenden Ergebnisse: Zahlenmittelwert des Molekulargewichtes = 2000, Aminogruppenäquivalentgewicht = 981 (was 2,04 sekundären Aminogruppen je Molekül entspricht); 1,59% N (was 2,27 Stickstoffatomen je Molekül entspricht).- 70 ° C was kept. The mixture was over Allowed to warm to room temperature overnight with stirring. The volatile substances have been removed, and the polymer was taken up in benzene, filtered, with a strongly basic ion exchange resin treated to remove the catalyst residues and dried. Analysis of the polymer obtained gave the following results: number average molecular weight = 2000, amino group equivalent weight = 981 (which corresponds to 2.04 secondary amino groups per molecule); 1.59% N (which is 2.27 Corresponds to nitrogen atoms per molecule).
Beispiel 11Example 11
1314 g Adipinsäure, 874 g 1,4-Butandiol und Ig Tetrabutylzinn wurden unter Rühren 7 Stunden auf 200-210°C erhitzt. Das bei der Reaktion entstandene Wasser wurde durch azeotropes Abdestillieren mit Hilfe von Heptan entfernt. Während der 7stündigen Reaktionszeit wurden 339 g Wasser aufgefangen. Das Lösungsmittel und das unumgesetzte 1,4-Butandiol wurden durch Abziehen im Vakuum entfernt. Die Analyse des erhaltenen Polyesters ergab eine Säurezahl von weniger als 1 und ein Hydroxyläquivalentgewicht von 1970.1314 g adipic acid, 874 g 1,4-butanediol and Ig Tetrabutyltin was heated to 200-210 ° C. for 7 hours while stirring. The result of the reaction Water was removed by azeotropic distillation with the aid of heptane. During the 7 hour Reaction time 339 g of water were collected. The solvent and the unreacted 1,4-butanediol were removed by vacuum peeling. Analysis of the polyester obtained gave an acid number less than 1 and a hydroxyl equivalent weight of 1970.
4,9 ecm (CF3SO2J2O, das frisch über P2O5 destilliert worden war, und 100 ecm wasserfreies Dichlormethan wurden in einen 250-ccm-Dreihalsrundkolben gegeben, der mit Rührer, Thermometer und Tropftrichter versehen war. Die Temoeratur der Lösung wurde auf4.9 ecm (CF 3 SO 2 J 2 O, which had been freshly distilled from P 2 O 5 , and 100 ecm anhydrous dichloromethane were placed in a 250 cc three-necked round bottom flask equipped with a stirrer, thermometer and dropping funnel The temperature of the solution was on
-2O0C verringert und eine Lösung von 39,4 g des wie oben hergestellten Butandioladipinat-Polyesters und 2,4 ecm Pyridin in 100 ecm Dichlormethan bei -20° C innerhalb von 2 Stunden zugegeben. Die Temperatur des Gemisches wurde dann auf —50° C verringert und das feste Pyridiniumtrifluormethansulfonatsalz durch Filtrieren entfernt. Das Filtrat, das den dikationisch aktiven Polyester enthielt, wurde unter Rühren in eine Lösung von 25 g LiBr in 500 ecm Tetrahydrofuran gegossen und die Mischung 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Nach dem Waschen der Lösung mit 750 ecm 5%iger KOH-Lösung und 200 ecm Wasser und Trocknen mit MgSC>4 wurde das Lösungsmittel durch Abziehen im Vakuum bei 7O0C entfernt. Das Polymerisat wurde dann mit siedendem Cyclohexan extrahiert und die klare Cyclohexanschicht verworfen. Der Rückstand wurde in 150 ecm Toluol gelöst, mit wasserfreiem MgSÜ4 getrocknet und zentrifugiert. Das Lösungsmittel wurde dann durch Abziehen im Vakuum bei 8O0C entfernt. Das Infrarotspektrum des Polymerisats (Ausbeute 20 g) zeigte kein Hydroxylgruppen-Absorptionsmaximum. Die Analyse zeigte einen Bromgehalt von 4,09%. Der auf Grund der Annahme, daß zwei endständige Bromatome je Molekül vorhanden sind, berechnete Bromgehalt beträgt 3,94%.-2O 0 C and a solution of 39.4 g of the butanediol adipate polyester prepared as above and 2.4 ecm pyridine in 100 ecm dichloromethane at -20 ° C was added within 2 hours. The temperature of the mixture was then reduced to -50 ° C and the solid pyridinium trifluoromethanesulfonate salt removed by filtration. The filtrate, which contained the dicationically active polyester, was poured into a solution of 25 g of LiBr in 500 ecm of tetrahydrofuran with stirring, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. After washing the solution with 750 cc of 5% KOH solution and 200 cc of water and drying with MGSC> 4, the solvent was removed by evaporation in vacuo at 7O 0 C. The polymer was then extracted with boiling cyclohexane and the clear cyclohexane layer discarded. The residue was dissolved in 150 ecm toluene, dried with anhydrous MgSO4 and centrifuged. The solvent was then removed by evaporation under vacuum at 8O 0 C. The infrared spectrum of the polymer (yield 20 g) showed no hydroxyl group absorption maximum. The analysis showed a bromine content of 4.09%. The bromine content calculated on the assumption that there are two terminal bromine atoms per molecule is 3.94%.
Beispiel 12Example 12
3,5 ecm frisch über P2O5 destilliertes (CF3SO2)2O und 100 ecm Dichlormethan wurden in einen 250-ccm-Dreihalsrundkolben gegeben, der mit Rührer, Tropftrichter und Thermometer versehen war. Die Temperatur der gerührten Lösung wurde auf -2O0C herabgesetzt und eine Lösung von 39,4 g des nach Beispiel 11 hergestellten Butandioladipinat-Polyesters und 1,7 ecm Pyridin und 100 ecm Dichlormethan tropfenweise bei — 200C innerhalb von 2 Stunden zugegeben. Die Temperatur des Gemisches wurde auf — 600C verringert und das feste Pyridiniumtrifluormethansulfonatsalz abfiltriert. Das Filtrat, das den dikationisch aktiven Polyester enthielt, wurde zu 130 g frisch destilliertem Tetrahydrofuran in einem 500-ccm-Zweihalsrundkolben gegeben, der mit einem Rührer und einem Vakuumrohr versehen war. Die Temperatur wurde auf 25° C ansteigen gelassen und ein Vakuum angelegt, bis das Dichlormethan entfernt war. Die Polymerisation wurde 3 Stunden bei 25° C fortgesetzt und dann abgebrochen, indem der Kolbeninhalt in eine Lösung von 10 g LiBr in 500 ecm Tetrahydrofuran gegossen wurde. Nach dem Waschen dieser Lösung mit 400 ecm 5%iger KOH und sodann mit 200 ecm Wasser und Trocknen über wasserfreiem MgSU4 wurde das Lösungsmittel durch Abziehen im Vakuum bei 70° C entfernt Das Polymerisat, das in einer Ausbeute von 50 g erhalten wurde, war bei 700C eine viskose Flüssigkeit und war bei 25° C in Cyclohexan, einem Nichtlösungsmittel für den Polyester selbst, vollständig löslich. Das Infrarotspektrum zeigte das3.5 ecm (CF 3 SO 2 ) 2 O freshly distilled over P 2 O 5 and 100 ecm dichloromethane were placed in a 250 cc three-necked round bottom flask equipped with a stirrer, dropping funnel and thermometer. The temperature of the stirred solution was lowered to -2O 0 C and a solution of 39.4 g at the Butandioladipinat-polyester prepared according to Example 11 and 1.7 cc of pyridine and 100 cc of dichloromethane was added dropwise - 20 0 C over 2 hours was added. The temperature of the mixture was adjusted to - decreased 60 0 C and filtered, the solid Pyridiniumtrifluormethansulfonatsalz. The filtrate, which contained the dicationically active polyester, was added to 130 g of freshly distilled tetrahydrofuran in a 500 cc two-necked round bottom flask equipped with a stirrer and a vacuum tube. The temperature was allowed to rise to 25 ° C and a vacuum was applied until the dichloromethane was removed. The polymerization was continued for 3 hours at 25 ° C. and then terminated by pouring the contents of the flask into a solution of 10 g of LiBr in 500 ecm of tetrahydrofuran. After washing this solution with 400 ecm of 5% KOH and then with 200 ecm of water and drying over anhydrous MgSU4, the solvent was removed by stripping off in vacuo at 70 ° C. The polymer, which was obtained in a yield of 50 g, was at 70 0 C a viscous liquid and was completely soluble at 25 ° C in cyclohexane, a nonsolvent for the polyester itself. The infrared spectrum showed that
ίο Vorhandensein sowohl von Ester- als auch von Ätherbindungen und das Fehlen von Hydroxylgruppen. Alle Anzeichen sprachen dafür, daß das Produkt ein Blockmischpolymerisat ist, das Polyesterabschnitte enthielt, die an ihren Enden Polyätherabschnitte mit endständigen Bromsubstituenten aufweisen.ίο Presence of both ester and Ether bonds and the absence of hydroxyl groups. All indications were that the product was a Block copolymer containing polyester sections with sections of polyether at their ends have terminal bromine substituents.
Beispiel 13Example 13
Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines weiteren Diesterkatalysators, der bei der Herstellung von dikationisch aktiven Polymerisaten wirksam ist.This example illustrates the preparation of another diester catalyst that is used in the preparation of dicationically active polymers is effective.
56,4 g (0,2 Mol) Trifluormethansulfonsäureanhydrid wurden zusammen mit 100 ecm Methylenchlorid in einen 500-ccm-Kolben gegeben, und das Gemisch wurde auf 0°C abgekühlt. Ein Gemisch aus 6,2 g (0,1 Mol) Athylenglykol und 15,8 g (0,2 Mol) Pyridin in 150 ecm Methylenchlorid wurde langsam unter Rühren aus einem Scheidetrichter innerhalb von 2,5 Stunden zugegeben. Das Gemisch wurde dann 30 Minuten bei 20°C gerührt. Das abgeschiedene Pyridin-Säure-Salz wurde rasch abfiltriert und das Filtrat in einer zugestöpselten Flasche 24 Stunden in ein Trockeneisbad gestellt. Der sich bildende Niederschlag wurde abfiltriert und verworfen. Ein 200-ccm-Anteil des Filtrats wurde in einen Drehkolbenverdampfer gegeben und das Lösungsmittel unter Vakuum bei einer etwas unterhalb 30° C liegenden Temperatur entfernt. Der Rückstand wurde destilliert, wobei bei 30 —32° C und 0,001 mm Hg 6,1 g einer wasserhellen Fraktion aufgefangen wurden. Eine zweite Fraktion mit einer hellbraunen Farbe (0,8 g) wurde bei einer höheren Temperatur aufgefangen. Die wasserhelle Fraktion wurde als das gewünschte Diesterprodukt identifiziert, das nach folgender Reaktion entstanden ist:56.4 g (0.2 mol) of trifluoromethanesulfonic anhydride were added together with 100 ecm of methylene chloride in added to a 500 cc flask and the mixture was cooled to 0 ° C. A mixture of 6.2 g (0.1 mol) ethylene glycol and 15.8 g (0.2 mol) pyridine in 150 ecm methylene chloride was added slowly with stirring added from a separatory funnel over the course of 2.5 hours. The mixture was then at for 30 minutes Stirred at 20 ° C. The precipitated pyridine acid salt was quickly filtered off and the filtrate in a The stoppered bottle is placed in a dry ice bath for 24 hours. The precipitate that formed was filtered off and discarded. A 200 cc portion of the filtrate was placed in a rotary flask evaporator and the solvent is removed under vacuum at a temperature slightly below 30 ° C. the The residue was distilled, with 6.1 g of a water-white fraction being collected at 30-32 ° C. and 0.001 mm Hg became. A second fraction with a light brown color (0.8 g) was at a higher one Temperature captured. The water-white fraction was identified as the desired diester product, which arose after the following reaction:
2 (CF3SO2)2O + HOCH2CH2OH + 2 C5H5N + 2 (CF 3 SO 2 ) 2 O + HIGH 2 CH 2 OH + 2 C 5 H 5 N +
- CF3SO2OCh2CH2OSO2CF3 + 2 CF3SO3 HNC5H5 - CF 3 SO 2 OCh 2 CH 2 OSO 2 CF 3 + 2 CF 3 SO 3 HNC 5 H 5
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